專利名稱：廢氣凈化系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種廢氣凈化系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
以往，作為廢氣凈化系統(tǒng)已提出有如下的系統(tǒng)，在廢氣流通的上游配置擔(dān)載有NOx吸收劑(鋇等)和氧化催化劑(鉑等)的載體，在下游配置擔(dān)載有氧化催化劑(鉑等)的柴油顆粒過濾器(以下稱為DPF)。例如，日本特開2002-153733號(hào)公報(bào)所記載的裝置，將NOx吸收劑所吸收的NOx氧化，利用由此生成的NO2，使配置于下游的DPF所捕獲的粒狀物質(zhì)在低溫下燃燒，在通過燃燒將DPF再生的同時(shí)，使用DPF所擔(dān)載的氧化催化劑將廢氣中含有的NOx、HC(烴)以及CO凈化。
但是，上述公報(bào)所記載的廢氣凈化系統(tǒng)對(duì)廢氣的凈化不充分，利用NO2將配置于下游的DPF所捕獲的粒狀物質(zhì)氧化而使其燃燒時(shí)，會(huì)生成NO，并且NO被排出到車外，并且在粒狀物質(zhì)不完全燃燒時(shí)，生成CO，并且CO被排出到車外。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述課題提出的，其目的在于，提供一種廢氣凈化系統(tǒng)，其能容易地將用于去除粒狀物質(zhì)的凈化裝置再生、并且能夠凈化廢氣中含有的多種有害物質(zhì)。
本發(fā)明的廢氣凈化系統(tǒng)為達(dá)到上述目的采用以下措施。
即，本發(fā)明的廢氣凈化系統(tǒng)，用于將從內(nèi)燃機(jī)排出的廢氣凈化，具有下述裝置第一凈化裝置，其擔(dān)載有規(guī)定擔(dān)載量的第一廢氣凈化催化劑，將所述廢氣中的粒狀物質(zhì)凈化；以及第二凈化裝置，其擔(dān)載有規(guī)定擔(dān)載量的第二廢氣凈化催化劑，將在所述第一凈化裝置的下游流通的廢氣凈化，所述第一凈化裝置配置在從所述內(nèi)燃機(jī)起的排氣路徑的長(zhǎng)度小于等于1米的位置。
該廢氣凈化系統(tǒng)中，由于第一凈化裝置被配置在從內(nèi)燃機(jī)起的長(zhǎng)度小于等于1米的位置，所以廢氣幾乎不會(huì)被排氣路徑(例如排氣管等)奪去熱量，從而可以在保持高溫的狀態(tài)下到達(dá)第一凈化裝置。其結(jié)果，第一凈化裝置中所擔(dān)載的第一廢氣凈化催化劑借助廢氣迅速升溫，從而充分發(fā)揮催化劑作用，容易將所捕集的粒狀物質(zhì)燃燒。而且，由于在第一凈化裝置的下游配置了用于凈化廢氣的第二凈化裝置，所以可將由于內(nèi)燃機(jī)的燃燒而生成的有害物質(zhì)(NOx、HC、CO等)以及第一凈化裝置所捕集的部分粒狀物質(zhì)不完全燃燒所生成的有害物質(zhì)(CO等)凈化。因此，在容易地將第一凈化裝置再生的同時(shí)，能夠?qū)⒍喾N有害物質(zhì)凈化。在此，“從內(nèi)燃機(jī)起的排氣路徑的長(zhǎng)度”是指，從廢氣流通的最上游部到第一凈化裝置的前端部的長(zhǎng)度。另外，“規(guī)定擔(dān)載量”是指可將廢氣中含有的有害物質(zhì)充分凈化的擔(dān)載量。
本發(fā)明的廢氣凈化系統(tǒng)中，所述第一凈化裝置優(yōu)選氣孔率大于等于60％，更優(yōu)選大于等于75％，最優(yōu)選大于等于80％。氣孔率小于60％時(shí)，第一凈化裝置所捕集的粒狀物質(zhì)與第一凈化裝置所擔(dān)載的第一廢氣凈化催化劑難以接觸，因此，在高效燃燒粒狀物質(zhì)方面不理想。并且，第一凈化裝置優(yōu)選氣孔率小于等于95％。若氣孔率大于95％時(shí)，則第一凈化裝置構(gòu)成壁的材料變少，從而強(qiáng)度降低，故不為優(yōu)選。
本發(fā)明的廢氣凈化系統(tǒng)中，所述第一凈化裝置可以是將至少2個(gè)形成有多個(gè)貫通孔的板狀部件在長(zhǎng)度方向?qū)臃e、并使所述貫通孔連通成連通孔而形成的蜂窩過濾器。這樣做，即使因粒狀物質(zhì)的燃燒熱，在第一凈化裝置的長(zhǎng)度方向上產(chǎn)生溫度差而施加了熱應(yīng)力，也能夠在層積的板狀部件之間緩和該應(yīng)力，所以，與在長(zhǎng)度方向一體成型的情況相比，不易產(chǎn)生熱應(yīng)力引起的損傷。此時(shí)，所述蜂窩過濾器在所述多個(gè)貫通孔的端面交錯(cuò)封孔。
本發(fā)明的廢氣凈化系統(tǒng)中，所述蜂窩過濾器可由主要是從無機(jī)纖維和無機(jī)泡沫中選擇的至少1種材料來形成。這樣做，利用無機(jī)纖維和無機(jī)泡沫能夠比較容易地實(shí)現(xiàn)氣孔率大于等于60％(尤其大于等于75％)的過濾器。作為該無機(jī)纖維，可以列舉出例如金屬纖維、陶瓷纖維等。其中，作為金屬纖維可以列舉出從例如銅、鐵(鉻類不銹鋼、鉻鎳類不銹鋼等)以及鋁等中選擇的至少1種的纖維，作為陶瓷纖維可以列舉出從例如氧化鋁、氧化硅、氧化硅-氧化鋁以及鈦酸鉀等氧化物類纖維或碳化硅等碳化物類纖維等中選擇的至少1種纖維。作為無機(jī)泡沫，可以列舉出例如金屬泡沫或陶瓷泡沫，因?yàn)槠渲薪饘倥菽膹?qiáng)度高，所以優(yōu)選金屬泡沫。作為金屬泡沫，可以列舉出從例如銅、鐵(鉻類不銹鋼、鉻鎳類不銹鋼等)以及鋁等中選擇的至少1種的泡沫，作為陶瓷泡沫，可以列舉出從例如堇青石、氧化鋁、莫來石、氧化硅、碳化硅以及鈦酸鋁等中選擇的至少1種泡沫。
本發(fā)明的廢氣凈化系統(tǒng)中，所述第二凈化裝置可以配置在從所述內(nèi)燃機(jī)起的長(zhǎng)度小于等于3米的位置。這樣做，廢氣幾乎不會(huì)被排氣路徑(例如排氣管等)奪去熱，就到達(dá)了第二凈化裝置，因此，利用廢氣的熱使第二凈化裝置所擔(dān)載的第二凈化催化劑發(fā)揮作用，容易將廢氣中含有的多種有害物質(zhì)燃燒。
本發(fā)明的廢氣凈化系統(tǒng)中，所述第二凈化裝置可以是具有多孔質(zhì)蜂窩單元和密封材料層的蜂窩結(jié)構(gòu)體，該多孔質(zhì)蜂窩單元形成有多個(gè)貫通孔，與該貫通孔垂直相交的面的截面積為小于等于50cm2，該密封材料層將至少2個(gè)的所述多孔質(zhì)蜂窩單元在沒有所述貫通孔開口的外表面接合。這樣做，獲得通過密封材料層將多個(gè)多孔質(zhì)蜂窩單元接合的結(jié)構(gòu)，因此，能夠提高對(duì)抗熱沖擊和振動(dòng)的強(qiáng)度。此時(shí)，對(duì)于多孔質(zhì)蜂窩單元的大小，若與貫通孔垂直相交的面的截面積大于50cm2，則單元的尺寸過大，不能夠充分抑制各蜂窩單元上產(chǎn)生的熱應(yīng)力，因此不優(yōu)選。并且，優(yōu)選與貫通孔垂直相交的面的截面積大于等于5cm2。若該截面積小于5cm2，則接合多個(gè)多孔質(zhì)蜂窩單元的密封材料層的截面積增大，擔(dān)載催化劑的比表面積相對(duì)減小，壓力損失增大，因此不優(yōu)選。此處，關(guān)于多孔質(zhì)蜂窩單元的截面積，蜂窩結(jié)構(gòu)體包括截面積不同的多個(gè)多孔質(zhì)蜂窩單元時(shí)，指的是作為構(gòu)成蜂窩結(jié)構(gòu)體的基本單元的多孔質(zhì)蜂窩單元的截面積，通常是指截面積最大的多孔質(zhì)蜂窩單元的截面積。另外，優(yōu)選多孔質(zhì)蜂窩單元的總截面積相對(duì)于蜂窩結(jié)構(gòu)體的截面積所占比例大于等于85％，更優(yōu)選大于等于90％。若該比例小于85％，則相對(duì)于蜂窩結(jié)構(gòu)體的截面積，密封材料層的總截面積增大，多孔質(zhì)蜂窩單元的總截面積減小，因此，擔(dān)載催化劑的比表面積相對(duì)減小，并且壓力損失相對(duì)增大，所以不優(yōu)選。
本發(fā)明的廢氣凈化系統(tǒng)中，所述多孔質(zhì)蜂窩單元可以至少含有陶瓷顆粒和無機(jī)纖維。這樣做，能夠較容易實(shí)現(xiàn)在使廢氣凈化催化劑高分散的同時(shí)提高了對(duì)抗熱沖擊和振動(dòng)的強(qiáng)度的蜂窩結(jié)構(gòu)體。此處，作為陶瓷顆?？梢粤信e出從例如氧化鋁、氧化硅、氧化鋯、氧化鈦、氧化鈰以及莫來石中選擇的至少一種顆粒，其中優(yōu)選氧化鋁。并且，作為蜂窩結(jié)構(gòu)體中含有的無機(jī)纖維，可以是在上述蜂窩過濾器說明的無機(jī)纖維，優(yōu)選其中的氧化硅-氧化鋁纖維。并且，蜂窩結(jié)構(gòu)體還可以含有作為原料的無機(jī)粘合劑。這樣做，即使在較低溫度下燒制，也能夠得到充分的強(qiáng)度。作為蜂窩結(jié)構(gòu)體中含有的無機(jī)粘合劑，可以列舉出例如無機(jī)溶膠、粘土類粘合劑等。其中，作為無機(jī)溶膠，可以列舉出從例如氧化鋁溶膠、氧化硅溶膠、氧化鈦溶膠以及水玻璃等中選擇的至少一種無機(jī)溶膠。作為粘土類粘合劑，可以列舉出從例如陶土、高嶺土、蒙脫土以及多鏈結(jié)構(gòu)型粘土(海泡石、硅鎂土)等中選擇的至少一種粘土類粘合劑。其中，作為無機(jī)粘合劑，優(yōu)選氧化硅溶膠。
本發(fā)明的廢氣凈化系統(tǒng)中，作為第一廢氣凈化裝置所擔(dān)載的第一廢氣凈化催化劑，優(yōu)選降低粒狀物質(zhì)的燃燒能量的氧化催化劑，可以列舉出從例如貴金屬、氧化物等中選擇的至少一種氧化催化劑。其中，作為貴金屬可以列舉出從例如鉑、鈀、銠等中選擇的至少1種，作為氧化物可以列舉出CeO2以及具有鈣鈦礦構(gòu)造的物質(zhì)等。其中，優(yōu)選具有鈣鈦礦構(gòu)造的氧化物。作為催化劑來使用的鉑等的貴金屬的價(jià)格非常高，屬于有限的貴重資源，因此，優(yōu)選盡可能少使用。作為具有鈣鈦礦構(gòu)造的氧化物，可以列舉出下述的物質(zhì)等，例如該物質(zhì)的鈣鈦礦構(gòu)造(通式為ABO3)的A位點(diǎn)為從La、Y以及Ce等中選擇的1種或至少2種元素，其中La是優(yōu)選的，并且通式的B位點(diǎn)為從Fe、Co、Ni以及Mn等中選擇的1種或至少2種元素。另外，例如可以像La0.75K0.25CoO3等將A位點(diǎn)的元素的一部分置換為K、Sr及Ag等。
本發(fā)明的廢氣凈化系統(tǒng)中，作為第二廢氣凈化裝置所擔(dān)載的第二廢氣凈化催化劑，優(yōu)選是可將廢氣中含有的有害物質(zhì)(NOx、CO以及HC等)凈化的氧化催化劑以及NOx吸收劑。其中，作為氧化催化劑可以列舉出貴金屬等，作為NOx吸收劑可以列舉出從堿金屬、堿土金屬組成的組中選擇的至少一種。其中，作為貴金屬可以列舉出從例如鉑、鈀、銠等中選擇的至少1種，作為堿金屬可以列舉出從例如鉀、鈉等中選擇的至少一種，作為堿土金屬可以列舉出例如鋇等。
另外，本說明書中使用的各物理性質(zhì)值如下求得。即，無機(jī)纖維的平均徑參照J(rèn)IS A9504，通過SEM求得。并且，無機(jī)纖維的長(zhǎng)度也通過SEM求得。但是，也可以使用光學(xué)顯微鏡或激光顯微鏡，以替代SEM。并且，γ氧化鋁、α型碳化硅粉末的平均粒徑使用MALVERN制粒度分布測(cè)定裝置(Mastersizer Micro)，通過激光衍射散射法求得。


圖1是表示本實(shí)施方式的廢氣凈化系統(tǒng)10的結(jié)構(gòu)概要的圖。
圖2是本實(shí)施方式的蜂窩過濾器30的說明圖。
圖3是本實(shí)施方式的蜂窩過濾器30的說明圖。
圖4是本實(shí)施方式的蜂窩結(jié)構(gòu)體40的說明圖。
圖5是利用本實(shí)施方式的蜂窩過濾器30對(duì)粒狀物質(zhì)進(jìn)行凈化的示意圖。
圖6是利用本實(shí)施方式的蜂窩結(jié)構(gòu)體對(duì)有害物質(zhì)進(jìn)行凈化的示意圖。
圖7是表示另一個(gè)實(shí)施方式的廢氣凈化系統(tǒng)50的結(jié)構(gòu)概要的圖。
圖8是另一個(gè)實(shí)施方式的蜂窩過濾器130的說明圖。
圖9是另一個(gè)實(shí)施方式的蜂窩結(jié)構(gòu)體140的說明圖。
圖10是廢氣凈化測(cè)定裝置60的說明圖。
圖11是10/15模式廢氣測(cè)定試驗(yàn)的測(cè)定條件的說明圖。
具體實(shí)施例方式
下面，利用附圖對(duì)實(shí)施本發(fā)明的優(yōu)選方式進(jìn)行說明。
圖1是本實(shí)施方式的廢氣凈化系統(tǒng)10的結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)圖。廢氣凈化系統(tǒng)10被搭載于車輛(汽車)，其構(gòu)成如下歧管22與發(fā)動(dòng)機(jī)20連接，用于流通燃料燃燒所生成的廢氣；第一套管38與歧管22連接；蜂窩過濾器30作為第一凈化裝置，擔(dān)載有第一廢氣凈化催化劑，隔著氧化鋁襯墊23保持在第一套管38內(nèi)；排氣管24與第一套管38連接，用于流通廢氣；第二套管48與排氣管24連接；蜂窩過濾器40作為第二凈化裝置，擔(dān)載有第二廢氣凈化催化劑，隔著氧化鋁襯墊25保持在第二套管48內(nèi)。在該廢氣凈化系統(tǒng)10中，如圖1所示，蜂窩過濾器30被配置在從發(fā)動(dòng)機(jī)20起的排氣路徑長(zhǎng)度小于等于1米的位置，即從廢氣流通的歧管22的最上游部到蜂窩過濾器30的前端部的排氣路徑長(zhǎng)度小于等于1米。并且，蜂窩結(jié)構(gòu)體40被配置在從廢氣流通的歧管22的最上游部到蜂窩結(jié)構(gòu)體40的前端部的排氣路徑長(zhǎng)度小于等于3米的位置。
發(fā)動(dòng)機(jī)20的構(gòu)成形式是柴油發(fā)動(dòng)機(jī)(內(nèi)燃機(jī))，將輕油等烴類燃料噴射到經(jīng)活塞壓縮的空氣中使其燃燒，從而產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力。來自發(fā)動(dòng)機(jī)20的廢氣中含有氮氧化物(NOX)、烴(HC)以及一氧化碳(CO)，并且還含有由燃料中含有的碳等產(chǎn)生的粒狀物質(zhì)(以下稱為PM)。
蜂窩過濾器30是用于除去發(fā)動(dòng)機(jī)20的廢氣中含有的PM的過濾器。圖2是蜂窩過濾器30的說明圖，(a)是蜂窩過濾器30的立體圖，(b)是端部板狀部件34的立體圖，(c)是板狀部件31的立體圖，圖3是蜂窩過濾器30和第一套管38的說明圖。如圖2及圖3所示，對(duì)于該蜂窩過濾器30，其中，將至少2個(gè)形成有多個(gè)貫通孔32的圓板狀的無機(jī)纖維制的板狀部件31在長(zhǎng)度方向?qū)臃e，并使該貫通孔32連通以形成連通孔36(參照?qǐng)D5)，從而形成該蜂窩過濾器30。于是，在其兩端部配置金屬制的端部板狀部件34，通過向該層積方向施加壓力使其固定在第一套管38內(nèi)。該蜂窩過濾器30借助該端部板狀部件34，將沿長(zhǎng)度方向并排的多個(gè)連通孔36在端面上交錯(cuò)封孔。因此，廢氣從在蜂窩過濾器30中在上游側(cè)開口的連通孔36流入，通過其后的壁部33，向在下游側(cè)開口的連通孔36移動(dòng)，通過該連通孔36從蜂窩過濾器30流出。此時(shí)，在廢氣通過壁部33時(shí)，廢氣中含有的PM被捕集。并且，與蜂窩過濾器30的內(nèi)面相比，蜂窩過濾器30的端面承受的因廢氣產(chǎn)生的熱和壓力大，但是因端部板狀部件34為金屬制成的，所以能夠防止蜂窩過濾器30的損傷。另外，板狀部件31和端部板狀部件34的厚度優(yōu)選為0.1mm～20mm。而且，可以在層積了板狀部件31的兩端分別各配置1片該端部板狀部件34，也可以各配置多片。此處，端部板狀部件34是由金屬形成的，但以什么樣的材質(zhì)的材料形成都可以，可以由與板狀部件31相同的材質(zhì)的材料形成，也可以由板狀部件31可使用的材質(zhì)(后述的各種材質(zhì))形成。此時(shí)，端部板狀部件34優(yōu)選具有比板狀部件31更高強(qiáng)度的材料。尤其，當(dāng)板狀部件31由金屬形成時(shí)，即使在惡劣條件下使用，也容易防止蜂窩過濾器30的損傷。
所形成的該蜂窩過濾器30的氣孔率為70％～95％。在該范圍內(nèi)，能夠有效燃燒PM，并具有充分的強(qiáng)度。并且，該蜂窩過濾器30的表觀密度優(yōu)選為0.05g/cm3～1.00g/cm3，更優(yōu)選為0.10g/cm3～0.50g/cm3。
形成于蜂窩過濾器30的貫通孔32的截面的大小優(yōu)選為1.4mm×1.4mm～16mm×16mm。貫通孔32之間的壁部33的厚度(壁厚)優(yōu)選為0.2mm～10.0mm的范圍，更優(yōu)選為0.3mm～6.0mm。這是因?yàn)椋诤裥∮?.2mm時(shí)，捕集效率下降，發(fā)生PM泄漏等，如果大于10.0mm，則廢氣難以通過壁部33，從而壓力損失變大。并且，每單位截面積的貫通孔32的數(shù)量(孔密度)優(yōu)選為0.16個(gè)/cm2～62個(gè)/cm2(1.0cpsi～400cpsi(孔/平方英寸))，更優(yōu)選為0.62個(gè)/cm2～31個(gè)/cm2(4cpsi～200cpsi)。這是因?yàn)?，若貫通孔的?shù)量小于0.16個(gè)/cm2時(shí)，與蜂窩過濾器30內(nèi)部的廢氣接觸的壁面積變小，如果大于62個(gè)/cm2，則壓力損失也變大，蜂窩過濾器30的制作變困難。并且，貫通孔32的形狀可以是矩形，也可以是三角形或六邊形。
蜂窩過濾器30的板狀部件31主要由無機(jī)纖維形成。作為該無機(jī)纖維，可以列舉出例如金屬纖維、陶瓷纖維等。其中，作為金屬纖維，可以列舉出從例如銅、鐵(鉻類不銹鋼、鉻鎳類不銹鋼等)以及鋁等中選擇的至少1種纖維，作為陶瓷纖維可以列舉出從例如氧化鋁、氧化硅、氧化硅-氧化鋁、鈦酸鉀等氧化物類纖維或氮化鋁、氮化硅、氮化硼以及氮化鈦等氮化物類纖維、碳化硅等碳化物類纖維等中選擇的至少1種纖維。無機(jī)纖維的長(zhǎng)度優(yōu)選為0.1μm～300μm，更優(yōu)選為0.5μm～50μm，無機(jī)纖維的直徑優(yōu)選為1μm～30μm，更優(yōu)選為2μm～10μm。并且，該板狀部件31中含有用于接合無機(jī)纖維的無機(jī)粘合劑。作為無機(jī)粘合劑，可以列舉出從例如硅酸鹽玻璃、硅酸鹽堿性玻璃及硼硅酸鹽玻璃等無機(jī)玻璃以及氧化鋁溶膠、氧化硅溶膠、氧化鈦溶膠等溶膠中選擇的至少1種粘合劑。以蜂窩過濾器30中含有的固體成分計(jì)算，該蜂窩過濾器30中含有的無機(jī)粘合劑的量?jī)?yōu)選為5重量％～50重量％，更優(yōu)選為10重量％～40重量％。無機(jī)粘合劑的含量小于5重量％時(shí)，蜂窩過濾器30的強(qiáng)度降低，如果大于50重量％，則變得難以制作具有高氣孔率的蜂窩過濾器30。
板狀部件31中含有的無機(jī)纖維中大多沿著與貫通孔32的形成方向垂直的面取向。因此，容易形成使廢氣中含有的PM進(jìn)入、使廢氣可從壁部33的一方向另一方通過的空間，可以減少初期的壓力損失，并且可以使廢氣中含有的PM侵入到壁部33的內(nèi)部，從而捕集該P(yáng)M。
并且，板狀部件31可以形成為除了含有無機(jī)纖維還含有無機(jī)顆粒。作為該無機(jī)顆?？梢粤信e出金屬顆粒、陶瓷顆粒等。其中，作為金屬顆粒，可以列舉出從例如金屬硅、鋁、鐵(鉻類不銹鋼、鉻鎳類不銹鋼等)以及鈦等中選擇的至少1種顆粒。并且，作為陶瓷顆粒，可以列舉出從例如氧化鋁、氧化硅、氧化硅-氧化鋁、氧化鋯、堇青石以及莫來石等氧化物類顆粒或氮化鋁、氮化硅、氮化硼以及氮化鈦等氮化物類顆粒、碳化硅、碳化鋯、碳化鈦、碳化鉭以及碳化鎢等碳化物類顆粒等中選擇的至少1種顆粒。
蜂窩過濾器30中，作為第一廢氣凈化催化劑而擔(dān)載具有鈣鈦礦構(gòu)造的LaCoO3。該第一廢氣凈化催化劑的擔(dān)載量，優(yōu)選蜂窩過濾器30的每單位體積上的第一廢氣凈化催化劑的重量為10g/L～100g/L。此處，制作擔(dān)載有第一廢氣凈化催化劑的蜂窩過濾器30時(shí)，可以在作為原料的無機(jī)纖維上擔(dān)載第一廢氣凈化催化劑，也可以在板狀部件31以及端部板狀部件34上擔(dān)載第一廢氣凈化催化劑，也可以在制作了蜂窩過濾器30之后擔(dān)載第一廢氣凈化催化劑。
此處，作為上述含有無機(jī)纖維的板狀部件31的替代，可以層積主要由無機(jī)泡沫形成的板狀部件31來制作蜂窩過濾器30。作為該無機(jī)泡沫，可以是例如陶瓷泡沫或金屬泡沫，因?yàn)槠渲薪饘倥菽膹?qiáng)度高，所以優(yōu)選金屬泡沫。作為陶瓷泡沫，可以列舉出從例如氧化鋁泡沫、氧化硅泡沫以及碳化硅泡沫等中選擇的至少1種泡沫，作為金屬泡沫，可以列舉出從例如銅、鐵(不銹鋼等)以及鋁等中選擇的至少1種泡沫。由該無機(jī)泡沫形成的蜂窩過濾器30的氣孔率優(yōu)選75％～95％(更優(yōu)選80％～95％)。
接著，根據(jù)圖4對(duì)蜂窩結(jié)構(gòu)體40進(jìn)行說明。蜂窩結(jié)構(gòu)體40以NOx吸收還原型催化劑(以下稱為NSC(NOx Storage Catalyst))的形式構(gòu)成，其用于吸收并凈化發(fā)動(dòng)機(jī)20的廢氣中含有的NOx。圖4是蜂窩結(jié)構(gòu)體40的說明圖，(a)是多孔質(zhì)蜂窩單元41的立體圖，(b)是蜂窩結(jié)構(gòu)體40的立體圖。該蜂窩結(jié)構(gòu)體40是通過密封材料層45將至少2個(gè)形成有多個(gè)貫通孔42的多孔質(zhì)蜂窩單元41在沒有貫通孔42開口的外表面44接合而形成的。所形成的該多孔質(zhì)蜂窩單元41包含陶瓷顆粒、無機(jī)纖維以及無機(jī)粘合劑。并且，如圖4(b)所示，該蜂窩結(jié)構(gòu)體40具有涂覆材料層46，該涂覆材料層46覆蓋由密封材料層45接合的至少2個(gè)的多孔質(zhì)蜂窩單元41中沒有貫通孔42開口的外周面。
多孔質(zhì)蜂窩單元41的與貫通孔42垂直相交的面的截面形成為正方形，將多個(gè)該多孔質(zhì)蜂窩單元41接合的蜂窩結(jié)構(gòu)體40的外形形成為圓柱狀。另外，多孔質(zhì)蜂窩單元41的形狀也可以形成為例如與貫通孔42垂直相交的面的截面形成為長(zhǎng)方形、六邊形或扇形，蜂窩結(jié)構(gòu)體40的形狀也可以形成為例如與貫通孔42垂直相交的面的截面為棱柱狀或橢圓柱狀。
形成于多孔質(zhì)蜂窩單元41中的貫通孔42的截面形成為正方形。另外，也可以形成為三角形或六邊形。貫通孔12之間的壁厚優(yōu)選為0.05mm～0.35mm，更優(yōu)選為0.10mm～0.30mm，最優(yōu)選為0.15mm～0.25mm。壁厚小于0.05mm時(shí)，多孔質(zhì)蜂窩單元41的強(qiáng)度下降，若大于0.35mm，則與廢氣的接觸面積減小，催化劑性能下降。并且，每單位截面積的貫通孔的數(shù)量?jī)?yōu)選為15.5個(gè)/cm2～186個(gè)/cm2(100cpsi～1200cpsi)，更優(yōu)選為46.5個(gè)/cm2～170.5個(gè)/cm2(300cpsi～1100cpsi)，最優(yōu)選為62.0個(gè)/cm2～155個(gè)/cm2(400cpsi～1000cpsi)。若貫通孔的數(shù)量小于15.5個(gè)/cm2時(shí)，與多孔質(zhì)蜂窩單元內(nèi)部的廢氣接觸的壁面積變小，若大于186個(gè)/cm2，則壓力損失也變大，多孔質(zhì)蜂窩單元的制作變困難。
作為多孔質(zhì)蜂窩單元41的大小，優(yōu)選單元截面積形成為5cm2～50cm2，更優(yōu)選形成為6cm2～40cm2，最優(yōu)選形成為8cm2～30cm2。在該范圍下，能夠較大地保持蜂窩結(jié)構(gòu)體40的每單位體積的比表面積，能夠使第二廢氣凈化催化劑高分散的同時(shí)，即使外加熱沖擊或振動(dòng)等外力，也能夠保持作為蜂窩結(jié)構(gòu)體的形狀。并且，多孔質(zhì)蜂窩單元41的總截面積相對(duì)于蜂窩結(jié)構(gòu)體40的截面積所占的比例優(yōu)選大于等于85％。若該比例小于85％，則擔(dān)載第二廢氣凈化催化劑的比表面積相對(duì)減小，壓力損失增大，因此不優(yōu)選。
多孔質(zhì)蜂窩單元41中，作為陶瓷顆粒使用氧化鋁顆粒，作為無機(jī)纖維使用氧化硅-氧化鋁纖維，以及作為無機(jī)粘合劑使用氧化硅溶膠。該陶瓷顆粒、無機(jī)纖維以及無機(jī)粘合劑也可以從上述蜂窩過濾器30中說明的材料中選擇。另外，也可以不使用無機(jī)粘合劑來制作多孔質(zhì)蜂窩單元41，但是若使用無機(jī)粘合劑，則即使在較低的燒制溫度下也能夠得到充分的強(qiáng)度。
多孔質(zhì)蜂窩單元41中含有的陶瓷顆粒的量?jī)?yōu)選為30重量％～97重量％，更優(yōu)選為30重量％～90重量％，更加優(yōu)選為40重量％～80重量％，最優(yōu)選為50重量％～75重量％。陶瓷顆粒的含量小于30重量％時(shí)，對(duì)提高比表面積作貢獻(xiàn)的陶瓷顆粒的量相對(duì)減少，作為蜂窩結(jié)構(gòu)體的比表面積減小，擔(dān)載廢氣凈化催化劑時(shí)，不能夠使廢氣凈化催化劑高分散，若大于90重量％，則對(duì)提高強(qiáng)度作貢獻(xiàn)的無機(jī)纖維和無機(jī)粘合劑的量相對(duì)減少，所以蜂窩結(jié)構(gòu)體的強(qiáng)度下降。
多孔質(zhì)蜂窩單元41中含有的無機(jī)纖維的量?jī)?yōu)選為3重量％～70重量％，更優(yōu)選為3重量％～50重量％，更加優(yōu)選為5重量％～40重量％，最優(yōu)選為8重量％～30重量％。無機(jī)纖維的含量小于3重量％時(shí)，蜂窩結(jié)構(gòu)體的強(qiáng)度下降，若大于70重量％，則對(duì)提高比表面積作貢獻(xiàn)的陶瓷顆粒的量相對(duì)減少，作為蜂窩結(jié)構(gòu)體的比表面積減小，擔(dān)載廢氣凈化催化劑時(shí)，不能夠使廢氣凈化催化劑高分散。并且，無機(jī)纖維的長(zhǎng)徑比的平均值優(yōu)選2～1000，更優(yōu)選為5～800，最優(yōu)選為10～500。無機(jī)纖維的長(zhǎng)徑比小于2時(shí)，蜂窩結(jié)構(gòu)體的強(qiáng)度下降，若大于1000，則成型時(shí)成型用模具發(fā)生堵塞，導(dǎo)致成型性變差。
多孔質(zhì)蜂窩單元41中含有的無機(jī)粘合劑的量，以多孔質(zhì)蜂窩單元41中含有的固體成分計(jì)算，優(yōu)選為小于等于50重量％，更優(yōu)選為5重量％～50重量％，更加優(yōu)選為10重量％～40重量％，最優(yōu)選為15重量％～35重量％。若無機(jī)粘合劑的含量大于50重量％，則成型性變差。
蜂窩結(jié)構(gòu)體40中作為第二廢氣凈化催化劑擔(dān)載有鉑和鋇，其中鉑作為氧化催化劑，鋇作為NOx吸收劑。作為該第二廢氣凈化催化劑的擔(dān)載量，以蜂窩結(jié)構(gòu)體40的每單位體積的第二廢氣凈化催化劑的重量計(jì)，鉑優(yōu)選為1g/L～5g/L，鋇優(yōu)選為0.1mol/L～1mol/L。
此處，蜂窩結(jié)構(gòu)體40含有陶瓷顆粒和無機(jī)纖維，但也可以含有規(guī)定粒徑的陶瓷顆粒和具有比規(guī)定粒徑大的粒徑的陶瓷顆粒。并且，還可以含有無機(jī)粘合劑。這樣，能夠使廢氣凈化催化劑高分散的同時(shí)，能夠提高對(duì)抗熱沖擊和振動(dòng)的強(qiáng)度。這些陶瓷顆粒和無機(jī)纖維可以從上述的材料中選擇。此時(shí)，具有較大粒徑的陶瓷顆粒優(yōu)選粒徑為規(guī)定粒徑的至少5倍，更優(yōu)選為規(guī)定粒徑的10倍～30倍。并且，具有較大粒徑的陶瓷顆粒的粒徑優(yōu)選為10μm～60μm，更優(yōu)選為20μm～50μm。若小于10μm，則不能夠充分提高蜂窩結(jié)構(gòu)體40的強(qiáng)度，若大于60μm，則成型時(shí)成型用模具發(fā)生堵塞，導(dǎo)致成型性變差。并且，若大于60μm，則顆粒之間的接觸點(diǎn)減少，蜂窩結(jié)構(gòu)體40的強(qiáng)度變?nèi)酢４颂?，?guī)定粒徑和比規(guī)定粒徑大的粒徑具有分布時(shí)，取其平均值。并且，具有比規(guī)定粒徑大的粒徑的陶瓷顆?？梢赃x擇與上述的規(guī)定粒徑的陶瓷顆粒不同種類的材料，也可以選擇與規(guī)定粒徑的陶瓷顆粒同種但形狀不同、或物理性質(zhì)不同的材料(例如，晶型不同，熔解溫度不同的材料等)。
接著，使用圖5和圖6對(duì)本實(shí)施方式的廢氣凈化系統(tǒng)10的作用進(jìn)行說明。圖5是利用廢氣過濾器30對(duì)PM進(jìn)行凈化的示意圖，圖6是利用蜂窩結(jié)構(gòu)體40對(duì)廢氣中含有的有害物質(zhì)進(jìn)行凈化的示意圖，(a)是蜂窩結(jié)構(gòu)體40的示意圖，(b)是吸收NOx時(shí)的示意圖，(c)是NOx放出時(shí)的示意圖。首先，使發(fā)動(dòng)機(jī)20啟動(dòng)。然后，發(fā)動(dòng)機(jī)20向通過活塞壓縮的空氣噴射燃料，使燃料燃燒，產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力。此時(shí)，含有PM、NOx、HC以及CO的廢氣從發(fā)動(dòng)機(jī)20排出到歧管22，流入蜂窩過濾器30。蜂窩過濾器30的壁部33形成有PM進(jìn)入的空間，使廢氣中含有的PM侵入到擔(dān)載有廢氣凈化催化劑37的壁部33的內(nèi)部，并將該P(yáng)M捕集。此處認(rèn)為，若蜂窩過濾器30中含有的無機(jī)纖維35大多沿著相對(duì)于貫通孔32的形成方向垂直的面取向，則PM侵入到壁部33更深的內(nèi)部，并被捕集。并且，蜂窩過濾器30配置在從發(fā)動(dòng)機(jī)20起1米的位置，因此，廢氣幾乎不會(huì)被排氣路徑(例如排氣管等)奪去熱，而在維持高溫的狀態(tài)下到達(dá)蜂窩過濾器30。其結(jié)果，蜂窩過濾器30所擔(dān)載的第一廢氣凈化催化劑借助廢氣迅速升溫，達(dá)到充分發(fā)揮催化劑功能的溫度，尤其是達(dá)到容易燃燒PM的溫度(例如，大于等于400℃)。尤其，蜂窩過濾器30的氣孔率大于等于80％，且熱容量小，因此蜂窩過濾器30借助廢氣迅速升溫。此時(shí)，若PM與蜂窩過濾器30的壁部33的內(nèi)部所擔(dān)載的廢氣凈化催化劑37接觸，則該P(yáng)M迅速燃燒。其結(jié)果，蜂窩過濾器30中不易堆積PM，進(jìn)行強(qiáng)制性再生(噴射過量的燃料等)的頻度減少。另外，通過PM的燃燒，其大部分成為二氧化碳(CO2)，一部分由于不完全燃燒生成CO。
然后，使通過蜂窩過濾器30除去了PM的廢氣流入配置于蜂窩過濾器30的下游的蜂窩結(jié)構(gòu)體40(參照?qǐng)D6)。該廢氣中含有NOx(主要為NO)、HC以及CO。該CO中包括由于PM的不完全燃燒所生成的部分。該蜂窩結(jié)構(gòu)體40配置在從發(fā)動(dòng)機(jī)20起3米的位置，廢氣幾乎不被排氣路徑(例如排氣管24等)奪去熱，就到達(dá)蜂窩結(jié)構(gòu)體40，因此，蜂窩結(jié)構(gòu)體40所擔(dān)載的第二廢氣凈化催化劑借助廢氣升溫，達(dá)到發(fā)揮催化劑作用的溫度(例如大于等于200℃)。然后，空燃比為貧(lean)時(shí)，NOx吸收劑(鋇)將廢氣中含有的NOx作為NO3+吸收(圖6(b))。另一方面，空燃比為富(rich)時(shí)，通過已經(jīng)被吸收的NO3+，氧化催化劑(鉑)將HC以及CO凈化為氮(N2)、水(H2O)以及二氧化碳(CO2)(圖6(c))。這樣，對(duì)廢氣中含有的有害物質(zhì)(NOx、HC、CO等)和蜂窩過濾器30所捕集的粒狀物質(zhì)的燃燒所生成的有害物質(zhì)(CO等)進(jìn)行凈化。
接著，在以下說明分別使用了無機(jī)纖維、陶瓷泡沫以及金屬泡沫的蜂窩過濾器30的制造方法和使用了陶瓷顆粒、無機(jī)纖維以及無機(jī)粘合劑的蜂窩結(jié)構(gòu)體40的制造方法的一例。
1.蜂窩過濾器30的制造方法(1)下面，對(duì)使用無機(jī)纖維來制作蜂窩過濾器30的制造方法的一例進(jìn)行說明。相對(duì)于1L水，以5g～100g的比例分散無機(jī)纖維(氧化鋁纖維等)，相對(duì)于100重量份無機(jī)纖維，添加10重量份～40重量份比例的無機(jī)粘合劑(氧化硅溶膠等)和1重量份～10重量份比例的有機(jī)粘合劑(丙烯酸樹脂等)，并且，根據(jù)需要添加少量硫酸鋁等凝結(jié)劑、聚丙烯酰胺等凝聚劑，充分?jǐn)嚢瑁{(diào)制抄制用漿料。利用空孔篩網(wǎng)抄制抄制用漿料，該空孔篩網(wǎng)上形成有規(guī)定形狀的孔(正方形等)，這些孔相互距離規(guī)定間隔；通過在100℃～200℃干燥所獲得的抄制物，從而制作如圖2(c)所示的板狀部件31。含有該無機(jī)纖維的板狀部件31受到壓力時(shí)可彈性變形，所以，根據(jù)需要進(jìn)行壓縮以調(diào)節(jié)氣孔率和厚度。此處，例如通過利用模具擠出成型來一體成型蜂窩過濾器30時(shí)，無機(jī)纖維大多向擠出方向(貫通孔32的形成方向)取向，但是如果在該抄制工序中制作，如圖2所示，無機(jī)纖維更多地沿與貫通孔32的形成方向垂直的面取向。因此，在無機(jī)纖維取向的方向上容易形成使PM進(jìn)入壁部33的內(nèi)部、使廢氣可從壁部33的一方向另一方流通的空間，廢氣容易在壁部33中流通。而且，在金屬板上形成規(guī)定形狀的孔，并使貫通孔32在兩端交錯(cuò)封孔，從而制作端部板狀部件34(參照?qǐng)D2(b))。
接著，在板狀部件31上擔(dān)載第一廢氣凈化催化劑。首先，調(diào)制含有第一廢氣凈化催化劑的溶液(例如漿料或溶膠)，將板狀部件31浸于該溶液之后，提起，通過抽吸將殘留于貫通孔32等中的多余的溶液去除。然后，通過在80℃～200℃進(jìn)行干燥，在500℃～700℃進(jìn)行燒制，可以獲得擔(dān)載有第一廢氣凈化催化劑的板狀部件31。此處，含有第一廢氣凈化催化劑的溶液，可以是廢氣凈化催化劑的漿料，也可以是擔(dān)載有第一廢氣凈化催化劑的氧化物(氧化鋁等)的漿料。根據(jù)使用目的適當(dāng)選擇第一廢氣凈化催化劑的種類及組合，而且，作為第一廢氣凈化催化劑的擔(dān)載量，根據(jù)所選擇的催化劑的種類及組合等適當(dāng)選擇可充分將廢氣凈化的量。最后，將板狀部件31和端部板狀部件34物理層積，從而制作蜂窩過濾器30。如圖3所示，將多片端部板狀部件34層積插入金屬制的第一套管38并使貫通孔32連通以形成連通孔36，然后，同樣地層積插入規(guī)定片數(shù)(例如10片～200片)的板狀部件31，進(jìn)一步利用擠壓機(jī)在插入層積了數(shù)片端部板狀部件34的方向上施加壓力，并通過設(shè)置和固定壓具，制作蜂窩過濾器30。并且，使用粘合劑將層積的端部板狀部件34之間粘接固定。另外，為了便于說明，圖3的第一套管38只示出了將中空?qǐng)A柱狀的第一套管38上下切斷的下側(cè)部分。
(2)接著，對(duì)使用陶瓷泡沫形成蜂窩過濾器30的制造方法的一例進(jìn)行說明。通過對(duì)主要由陶瓷材料(例如，堇青石、氧化鋁、莫來石、氧化硅以及鈦酸鋁等)構(gòu)成的高氣孔率陶瓷泡沫板(例如橋石公司制的陶瓷泡沫等)進(jìn)行切削加工形成貫通孔32，從而制作上述(1)所述形狀的板狀部件31。然后，采用上述(1)所述的方法在得到的多片板狀部件31上擔(dān)載第一廢氣凈化催化劑，并采用上述(1)所述的方法進(jìn)行層積，從而制作蜂窩過濾器30。另外，端部板狀部件34使用上述(1)所述的金屬制部件。
(3)下面，對(duì)使用金屬泡沫形成蜂窩過濾器30的制造方法的一例進(jìn)行說明。通過對(duì)主要由金屬構(gòu)成的高氣孔率金屬板(例如住友電氣工業(yè)制的セルメツト(Celmet)等)進(jìn)行激光加工形成貫通孔32，從而制作上述(1)所述形狀的板狀部件31。然后，采用上述(1)所述的方法在得到的多片板狀部件31上擔(dān)載第一廢氣凈化催化劑，并采用上述(1)所述的方法進(jìn)行層積，從而制作蜂窩過濾器30。由金屬泡沫形成的板狀部件31受到壓力時(shí)可變形，所以，根據(jù)需要進(jìn)行壓縮以調(diào)節(jié)氣孔率和厚度。另外，端部板狀部件34使用上述(1)所述的金屬制部件。
2.蜂窩結(jié)構(gòu)體40的制造方法接著，對(duì)上述的本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體40的制造方法的一例進(jìn)行說明。首先，將作為陶瓷顆粒的氧化鋁顆粒、作為無機(jī)纖維的氧化硅-氧化鋁纖維以及作為無機(jī)粘合劑的氧化硅溶膠混合，調(diào)制原料漿。原料漿中，除此之外，還可以結(jié)合成型性適當(dāng)添加有機(jī)粘合劑、分散介質(zhì)和成型助劑。作為有機(jī)粘合劑，可以列舉出從例如甲基纖維素、羧甲基纖維素、羥乙基纖維素、聚乙二醇、苯酚樹脂和環(huán)氧樹脂中選擇的至少一種有機(jī)粘合劑。對(duì)于有機(jī)粘合劑的混合量，相對(duì)于總計(jì)100重量份的氧化鋁顆粒、氧化硅-氧化鋁纖維以及氧化硅溶膠，優(yōu)選為1重量％～10重量％。作為分散介質(zhì)可以列舉出例如水、有機(jī)溶劑(苯等)和醇類(甲醇等)等。作為成型助劑，可以列舉出例如乙二醇、糊精、脂肪酸、脂肪酸皂和多元醇(polyalcohol)等。原料的混合可以使用攪拌機(jī)或粉碎機(jī)等，也可以使用捏和機(jī)等充分捏合。成型原料漿的方法，例如通過擠出成型等形成具有貫通孔的形狀。
接著，對(duì)得到的成型體進(jìn)行干燥。干燥機(jī)使用例如微波干燥機(jī)、熱風(fēng)干燥機(jī)等。并且，在添加了有機(jī)粘合劑時(shí)，優(yōu)選進(jìn)行脫脂。脫脂條件可以根據(jù)成型體中含有的有機(jī)物的種類和量進(jìn)行適當(dāng)選擇，優(yōu)選400℃左右、2小時(shí)。接著，在600℃～1000℃下對(duì)干燥及脫脂后的成型體進(jìn)行燒制。這是因?yàn)?，若燒制溫度小?00℃，則陶瓷顆粒等無法燒結(jié)而使蜂窩結(jié)構(gòu)體的強(qiáng)度降低；若大于1000℃，則陶瓷顆粒等過度燒結(jié)，每單位體積的比表面積變小，無法高度分散擔(dān)載的廢氣凈化催化劑。經(jīng)過這些的工序，得到具有多個(gè)貫通孔的多孔質(zhì)蜂窩單元41。
接著，在得到的多孔質(zhì)蜂窩單元41上涂布將成為密封材料層的密封材料漿并依次接合多孔質(zhì)蜂窩單元41，之后使其干燥-固化，制作成蜂窩單元接合體。作為密封材料，可以使用例如混合了陶瓷顆粒的無機(jī)粘合劑、混合了無機(jī)纖維的無機(jī)粘合劑、混合了陶瓷顆粒和無機(jī)纖維的無機(jī)粘合劑等。并且，還可以在這些密封材料中添加有機(jī)粘合劑。作為有機(jī)粘合劑，可以列舉出例如從聚乙烯醇、甲基纖維素、乙基纖維素和羧甲基纖維素中選擇的至少一種有機(jī)粘合劑。接合多孔質(zhì)蜂窩單元41的密封材料層的厚度優(yōu)選為0.5mm～2mm。這是因?yàn)?，若密封材料層的厚度小?.5mm，則可能無法得到足夠的接合強(qiáng)度。而且，若厚度大于2mm，蜂窩結(jié)構(gòu)體的每單位體積上的比表面積降低，因此不優(yōu)選。這是由于密封材料層是不能作為催化劑載體發(fā)揮作用的部分。并且，若密封材料層的厚度大于2mm，壓力損失會(huì)變大。另外，可以根據(jù)所使用的蜂窩結(jié)構(gòu)體的大小適當(dāng)選擇接合的多孔質(zhì)蜂窩單元的數(shù)量。接著，對(duì)蜂窩單元接合體進(jìn)行切割和研磨等，使得其成為蜂窩結(jié)構(gòu)體的大小，在沒有貫通孔開口的外周面(側(cè)面)涂布涂覆材料，進(jìn)行干燥和固化，形成涂覆材料層。由此能夠保護(hù)外周面并提高強(qiáng)度。涂覆材料可以是組成和配比與密封材料相同的材料，也可以是與組成和配比密封材料不同的材料。涂覆材料層的厚度優(yōu)選0.1mm～2mm。然后，對(duì)該接合體進(jìn)行預(yù)燒制，形成蜂窩載體(稱為擔(dān)載催化劑前的蜂窩結(jié)構(gòu)體)。預(yù)燒制的條件可根據(jù)含有的有機(jī)物的種類和量適當(dāng)決定，優(yōu)選700℃左右、2小時(shí)。
接著，在得到的蜂窩載體上擔(dān)載第二廢氣凈化催化劑。此處，擔(dān)載作為氧化催化劑的鉑和作為NOx吸收劑的鋇。首先，調(diào)制含有第二廢氣凈化催化劑的溶液(例如漿料或溶膠)，將蜂窩載體浸于該溶液之后，提起，通過抽吸將殘留于貫通孔42等中的多余的溶液去除。然后，通過在80℃～200℃進(jìn)行干燥，在500℃～700℃進(jìn)行燒制，可以獲得擔(dān)載有第二廢氣凈化催化劑的蜂窩結(jié)構(gòu)體40。此處，含有第二廢氣凈化催化劑的溶液，可以是第二廢氣凈化催化劑的漿料，也可以是擔(dān)載有第二廢氣凈化催化劑的氧化物(氧化鋁等)的漿料。并且，在擔(dān)載多種第二廢氣凈化催化劑時(shí)，分別對(duì)各第二廢氣凈化催化劑反復(fù)進(jìn)行將蜂窩載體浸于第二廢氣凈化催化劑的溶液和進(jìn)行燒制的工序。第二廢氣凈化催化劑的擔(dān)載量，根據(jù)其種類和組合等適當(dāng)選擇。并且，第二廢氣凈化催化劑的擔(dān)載，可以在制作了蜂窩載體之后進(jìn)行，也可以在原料的陶瓷顆粒的階段進(jìn)行。
以上所述的本實(shí)施方式的廢氣凈化系統(tǒng)10中，擔(dān)載有第一廢氣凈化催化劑37的蜂窩過濾器30借助廢氣迅速升溫，從而發(fā)揮充分的催化劑作用，而且因?yàn)闅饪茁蚀笥诘扔?5％、容易與PM接觸，所以高效地將大量的PM燃燒。因此，可以容易地使蜂窩過濾器30再生。并且，與僅在擔(dān)載有廢氣凈化催化劑的壁表面來捕集PM的情況相比，由于在擔(dān)載有第一廢氣凈化催化劑的壁部33內(nèi)部捕集PM，因此，提高了PM和第一廢氣凈化催化劑37的接觸概率，從而可以提高PM的燃燒效率。另外，即使因PM的燃燒熱而在蜂窩過濾器30的長(zhǎng)度方向上產(chǎn)生溫度差而施加了熱應(yīng)力，也可以在層積的板狀部件32之間緩和該應(yīng)力，所以，與在長(zhǎng)度方向一體成型的情況相比，不易產(chǎn)生熱應(yīng)力引起的損傷。并且，蜂窩過濾器30的氣孔率大且熱容量小，所以溫度迅速上升，能夠使燃燒PM成為可能。還有，蜂窩過濾器30所擔(dān)載的第一廢氣凈化催化劑37是具有鈣鈦礦構(gòu)造的氧化物，所以減少稀有元素即貴金屬(鉑等)的使用量也可以使PM燃燒。
并且，蜂窩結(jié)構(gòu)體40配置在從發(fā)動(dòng)機(jī)20起的排氣路徑的長(zhǎng)度小于等于3米的位置，廢氣幾乎不被排氣管24等奪去熱，就到達(dá)蜂窩結(jié)構(gòu)體40，利用廢氣的熱，使擔(dān)載于蜂窩結(jié)構(gòu)體40的第二廢氣凈化催化劑發(fā)揮作用，容易將廢氣中含有的多個(gè)有害物質(zhì)凈化。而且，蜂窩結(jié)構(gòu)體40具有通過密封材料層45將多個(gè)多孔質(zhì)蜂窩單元41接合的結(jié)構(gòu)，因此，使廢氣凈化催化劑高分散的同時(shí)，具有對(duì)抗熱沖擊和振動(dòng)的高強(qiáng)度。
而且，廢氣凈化系統(tǒng)10中，由于在配置于上游側(cè)的蜂窩過濾器30中PM不完全燃燒所生成的CO也被配置于下游側(cè)的蜂窩結(jié)構(gòu)體40凈化，因此，蜂窩結(jié)構(gòu)體40的下游可以不再配置用于凈化有害物質(zhì)的催化劑載體等。
并且，本發(fā)明并不限于上述的實(shí)施方式，只要屬于本發(fā)明技術(shù)的范圍，可以使用各種形式實(shí)施是自不必說的。
例如，在上述實(shí)施方式中是廢氣凈化系統(tǒng)10，其中，將保持蜂窩過濾器30的第一套管38連接于歧管22，但是，如圖7所示，也可以是廢氣凈化裝置50，其中將蜂窩過濾器30配置于歧管22內(nèi)部。
并且，上述的實(shí)施方式中，蜂窩過濾器30是通過將至少2個(gè)形成有多個(gè)貫通孔32的圓板狀的板狀部件31在長(zhǎng)度方向?qū)臃e、并使該貫通孔32連通來形成的，但也可以通過一體成型來成型為具有貫通孔的圓柱狀、使貫通孔的端面交錯(cuò)封孔的蜂窩過濾器。并且，如圖8所示，成型具有貫通孔132的棱柱狀的蜂窩單元131，在封孔部133將貫通孔132的端面交錯(cuò)封孔，借助密封材料層135將外表面134接合，將外形加工成圓柱狀，得到蜂窩過濾器130。
而且，上述的實(shí)施方式中，蜂窩結(jié)構(gòu)體40是通過密封材料層45將至少2個(gè)形成有多個(gè)貫通孔42的多孔質(zhì)蜂窩單元41在外表面44接合而形成的，但是，如圖9所示，也可以一體成型為具有貫通孔142的圓柱狀的蜂窩結(jié)構(gòu)體140。并且，也可以將至少2個(gè)形成有多個(gè)貫通孔的圓板狀的板狀部件在長(zhǎng)度方向?qū)臃e，并使該貫通孔連通，以形成蜂窩結(jié)構(gòu)體。這樣，能夠通過蜂窩結(jié)構(gòu)體將多種有害物質(zhì)凈化。
另外，上述的實(shí)施方式中，是將廢氣凈化系統(tǒng)10裝配在汽車上，但也可以裝配在例如列車、船舶、飛機(jī)等，也適用于使用發(fā)動(dòng)機(jī)20的發(fā)電機(jī)等。
實(shí)施例[實(shí)驗(yàn)例1]下面，對(duì)使用蜂窩過濾器30和蜂窩結(jié)構(gòu)體40的廢氣凈化系統(tǒng)10的例子(實(shí)驗(yàn)例1)進(jìn)行說明。
蜂窩過濾器30(DPF-A)的制作方法制作含有作為無機(jī)纖維的氧化鋁纖維(平均徑5μm、平均長(zhǎng)300μm)的蜂窩過濾器30。相對(duì)于1L水，以10g的比例分散氧化鋁纖維，相對(duì)于氧化鋁纖維，分別以5重量％和3重量％的比例添加氧化硅溶膠和丙烯酸樹脂，并且，添加少量硫酸鋁、聚丙烯酰胺，充分?jǐn)嚢?，調(diào)制抄制用漿料。利用穿孔篩網(wǎng)對(duì)抄制用漿料進(jìn)行抄制，該穿孔篩網(wǎng)形成有正方形的孔，該孔相互距離規(guī)定間隔；在150℃下干燥得到的抄制物，制作了板狀部件31，其直徑143.8mm、厚1mm、貫通孔大小4.5mm方形、壁部33的厚度為2mm、孔密度2.4個(gè)/cm2(15.2cpsi)。并且，制作了端部板狀部件34，其在直徑143.8mm、厚1.0mm的鎳鉻類不銹鋼制的金屬板上形成有貫通孔32，這些貫通孔32在兩端交錯(cuò)封孔。
接著，將0.01mol的La(NO3)3·6H2O、0.01mol的Co(OCOCH3)2·4H2O、0.024mol的C6H8O7·H2O(檸檬酸)在20ml的乙醇溶劑中混合攪拌，調(diào)制LaCoO3前體溶膠。將板狀部件31浸漬于該溶膠中，提起之后，通過抽吸將多余的溶膠去除，在100℃進(jìn)行干燥，在600℃燒制1小時(shí)。以蜂窩過濾器30的每單位體積上的廢氣凈化催化劑的重量計(jì)，廢氣凈化催化劑的重量為30g/L(相對(duì)于蜂窩過濾器的LaCoO3的重量計(jì)為72g)。通過蜂窩過濾器的重量增加來確認(rèn)該廢氣凈化催化劑的擔(dān)載量。另外，通過X射線衍射測(cè)定，證明LaCoO3是鈣鈦礦構(gòu)造。
接下來，將3片端部板狀部件34層積插入金屬制的套管38內(nèi)，并使貫通孔32連通，然后，同樣地層積插入150片板狀部件31，進(jìn)一步用擠壓機(jī)在插入層積3片端部板狀部件34的方向上施加壓力以進(jìn)行壓粘，并通過設(shè)置壓具將其固定，得到如圖3所示的蜂窩過濾器30(DPF-A)。所得到的蜂窩過濾器30(DPF-A)的氣孔率為80％。另外，氣孔率是使用后述的式1計(jì)算的。將該DPF-A的結(jié)構(gòu)、主要的構(gòu)成材料、鉑擔(dān)載量、氣孔率以及單元面積比例(多孔質(zhì)蜂窩單元的總截面積相對(duì)于蜂窩結(jié)構(gòu)體的截面積所占的比例)等的各數(shù)值歸納示于表1。該表1中還歸納示出了后述的DPF-B～C以及NSC-D～F相關(guān)的內(nèi)容。

1)直徑143.8mm×長(zhǎng)150mm蜂窩結(jié)構(gòu)體40(NSC-D)的制作方法首先，混合40重量％的γ氧化鋁顆粒(平均粒徑2μm)、10重量％的氧化硅-氧化鋁纖維(平均纖維直徑10μm，平均纖維長(zhǎng)度100μm，長(zhǎng)徑比10)和50重量％的氧化硅溶膠(固體濃度30重量％)，相對(duì)于100重量份得到的混合物，添加6重量份作為有機(jī)粘合劑的甲基纖維素，并添加少量增塑劑和潤(rùn)滑劑后再進(jìn)行混合、捏合，得到混合組合物。然后使用擠出成型機(jī)對(duì)此混合組合物進(jìn)行擠出成型為形成有沿長(zhǎng)度方向并排的多個(gè)貫通孔的棱柱狀，制作粗成型體。然后，利用微波干燥機(jī)和熱風(fēng)干燥機(jī)充分干燥粗成型體，在400℃下保持2小時(shí)，進(jìn)行脫脂。然后，在800℃下保持2小時(shí)，進(jìn)行燒制，得到多孔質(zhì)蜂窩單元41，其為棱柱狀(34.3mm×34.3mm×150mm)、孔密度為93個(gè)/cm2(600cpsi)、壁厚為0.2mm、孔形狀為四方形(正方形)。然后，混合29重量％的γ氧化鋁顆粒(平均粒徑2μm)、7重量％的氧化硅-氧化鋁纖維(平均纖維直徑10μm，平均纖維長(zhǎng)度100μm)、34重量％的氧化硅溶膠(固體濃度30重量％)、5重量％的羧甲基纖維素和25重量％的水，制成密封材料漿。用此密封材料漿在多孔質(zhì)蜂窩單元的外表面13涂覆，使其厚度為1mm，將多孔質(zhì)蜂窩單元41接合，得到接合體。然后，用金剛石刀具切割此接合體成圓柱狀使該接合體的正面大致呈點(diǎn)對(duì)稱，再在沒有貫通孔的圓形外表面上涂布所述密封材料漿，使其厚度為0.5mm。之后，在120℃下進(jìn)行干燥，在700℃下保持2小時(shí)對(duì)密封材料層和涂覆材料層進(jìn)行脫脂，得到圓柱狀(直徑143.8mmφ×長(zhǎng)150mm)的蜂窩載體。
在得到的蜂窩載體上擔(dān)載鋇和鉑。首先，調(diào)制0.5mol/L的硝酸鋇溶液。然后，使蜂窩結(jié)構(gòu)體吸取該硝酸鋇水溶液，使得鋇的擔(dān)載量以蜂窩結(jié)構(gòu)體的每單位體積上的鋇的摩爾數(shù)計(jì)為0.3mol/L，在250℃下干燥15分鐘，在500℃下燒制30分鐘。然后，調(diào)制0.25mol/L的硝酸鉑溶液。使蜂窩載體吸取該硝酸鉑水溶液，使得鉑的擔(dān)載量以蜂窩結(jié)構(gòu)體的每單位體積上的鉑的重量計(jì)為2.0g/L(相對(duì)于蜂窩結(jié)構(gòu)體的鉑的重量計(jì)為4.8g)，在600℃下燒制1小時(shí)。這樣，得到圖4所示的作為NOx吸收還原型催化劑的蜂窩結(jié)構(gòu)體40(NSC-D)。得到的蜂窩結(jié)構(gòu)體40(NSC-D)的氣孔率為60％，蜂窩結(jié)構(gòu)體40(NSC-D)的每單位體積的比表面積為39270m2/L，單元面積比例為93.5％。另外，每單位體積的比表面積使用后述的式2來計(jì)算。
接著，在從發(fā)動(dòng)機(jī)20起的長(zhǎng)度(是指從歧管22的最上游部到DPF-A的前端部的排氣路徑的長(zhǎng)度。以下相同)為1米的位置配置DPF-A，在從發(fā)動(dòng)機(jī)20起的長(zhǎng)度為3米的位置配置NSC-D。將其作為實(shí)驗(yàn)例1。并且，發(fā)動(dòng)機(jī)20為2.0L的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)。將該實(shí)驗(yàn)例1的DPF以及NSC所處位置離發(fā)動(dòng)機(jī)20的長(zhǎng)度、鉑擔(dān)載量歸納示于表2。另外，該表2中還歸納示出了后述的實(shí)驗(yàn)例2～11相關(guān)的內(nèi)容。并且，后述的CO、HC、NOx以及PM的凈化率、PM的再生率、10/15模式測(cè)定中的DPF的最高溫度以及從廢氣達(dá)到最高溫度到DPF達(dá)到最高溫度所需的時(shí)間也一并歸納示出。
表2

1)直徑143.8mm×長(zhǎng)150mmDPF-A陶瓷纖維，層積結(jié)構(gòu)，氣孔率80％DPF-BSiC，一體型結(jié)構(gòu)，氣孔率60％DPF-BSiC，一體型結(jié)構(gòu)，氣孔率60％(擔(dān)載催化劑氧化鋁120g/L)NSC-D蜂窩結(jié)構(gòu)體，接合結(jié)構(gòu)，氣孔率60％NSC-E，F(xiàn)堇青石，一體型結(jié)構(gòu)(擔(dān)載催化劑氧化鋁120g/L)2)距發(fā)動(dòng)機(jī)的距離3)10/15模式測(cè)定中的DPF的最高溫度4)從廢氣達(dá)到最高溫度到DPF達(dá)到最高溫度所需的時(shí)間 接著，對(duì)使用蜂窩過濾器130以及蜂窩結(jié)構(gòu)體140的廢氣凈化系統(tǒng)10的例子(實(shí)驗(yàn)例2)進(jìn)行說明。
蜂窩過濾器130(DPF-B)的制作方法將7000重量份的α型碳化硅粉末(平均粒徑10μm)、3000重量份的α型碳化硅粉末(平均粒徑0.5μm)、1000重量份的作為成孔劑的丙烯酸樹脂顆粒以及3700重量份的水混合，還添加2000重量份的作為有機(jī)粘合劑的甲基纖維素、300重量份的作為增塑劑的甘油、以及660重量份的潤(rùn)滑劑(商品名ユニル一ブ(UNILUB)；日本油脂社制)進(jìn)行捏合，得到坯土。對(duì)該坯土進(jìn)行擠出成型，得到形成有沿長(zhǎng)度方向并排的多個(gè)貫通孔的棱柱狀，得到粗成型體。接著，利用微波干燥機(jī)對(duì)得到的粗成型體進(jìn)行干燥，使用上述坯土以一方的端面被封孔而另一方的端面開口的貫通孔與一方的端面開口而另一方的端面被封孔的貫通孔交錯(cuò)并排的方式對(duì)多個(gè)貫通孔進(jìn)行封孔。然后，在空氣中400℃下脫脂3小時(shí)，在常壓的氬氣氛下以2200℃燒制3小時(shí)，由此，制作了由碳化硅構(gòu)成的燒制體，其為34.3mm×34.3mm×150mm、壁部33的厚度為0.3mm、孔密度為46.5個(gè)/cm2(3.00cpsi)的。然后，通過用密封材料漿在該燒制體的外表面13涂覆，使其厚度為1mm，并在120℃下干燥、固化密封材料層26從而將多個(gè)燒制體接合，用金剛石刀具切割成圓柱狀(直徑143.8mmφ×高150mm)。在該圓柱狀的接合體上利用涂覆材料漿在沒有貫通孔42開口的外周面上形成厚0.5mm的涂覆材料層27，通過在120℃下干燥1小時(shí)的工序，得到過濾器載體(擔(dān)載催化劑前的蜂窩過濾器)。此處，密封材料漿使用由30重量％的氧化鋁纖維(纖維長(zhǎng)20μm)、21重量％的碳化硅顆粒(平均粒徑0.6μm)、15重量％的氧化硅溶膠(溶膠中的氧化硅含有率為30重量％)、5.6重量％的羧甲基纖維素和28.4重量％的水組成的混合物。并且，涂覆材料漿使用23.3重量％的氧化硅-氧化鋁(纖維長(zhǎng)5μm～100μm)、30.2重量％的碳化硅顆粒(平均粒徑0.3μm)、7重量％的氧化硅溶膠(溶膠中的氧化硅含有率為30重量％)、0.5重量％的羧甲基纖維素和39重量％的水組成的混合物。使用與上述的DPF-A相同的方法在所得到的蜂窩過濾器載體上擔(dān)載LaCoO3，并使其擔(dān)載量為30g/L，得到如圖8所示的蜂窩過濾器130(DPF-B)。所得到的蜂窩過濾器130(DPF-B)的氣孔率為60％，燒制體的總截面積相對(duì)于蜂窩過濾器130(DPF-B)的截面積所占比例(單元面積比例)為93.5％。
蜂窩結(jié)構(gòu)體140(NSC-E)的制造方法準(zhǔn)備市售的堇青石。該堇青石載體為直徑143.8mm、長(zhǎng)150mm、貫通孔大小4.5mm見方、壁部33的厚2mm、孔密度2.4個(gè)/cm2(15.2cpsi)。將100重量份的γ氧化鋁粉末(平均顆徑2μm)和200重量份的水混合，加入20重量份的硝酸，調(diào)制洗漿涂層用漿料。將堇青石載體浸漬于該漿料中，提起之后，去除多余的漿料，在250℃下干燥15分鐘。以蜂窩結(jié)構(gòu)體的每單位體積上的重量計(jì)，氧化鋁的擔(dān)載量為120g/L。接著，調(diào)制0.5mol/L的硝酸鋇溶液，使堇青石載體吸收該硝酸鋇溶液，使得以蜂窩結(jié)構(gòu)體的每單位體積上的鋇的摩爾數(shù)計(jì)，鋇的擔(dān)載量為0.3mol/L，在250℃下干燥15分鐘，在500℃下燒制30分鐘。然后，調(diào)制0.25mol/L的硝酸鉑溶液。使蜂窩載體吸收該硝酸鉑溶液，使得以蜂窩結(jié)構(gòu)體的每單位體積上的鉑的重量計(jì)，鉑的擔(dān)載量為5.0g/L(相對(duì)于蜂窩結(jié)構(gòu)體的鉑的重量計(jì)為12g)，在600℃下燒制1小時(shí)。這樣，得到圖9所示的作為NOx吸收還原型催化劑的蜂窩結(jié)構(gòu)體140(NSC-E)。所得到的蜂窩結(jié)構(gòu)體140(NSC-E)的每單位體積的比表面積為25000m2/L。
在從發(fā)動(dòng)機(jī)20起的長(zhǎng)度為1米的位置配置DPF-B，在從發(fā)動(dòng)機(jī)20起的長(zhǎng)度為3米的位置配置NSC-E。將其作為實(shí)驗(yàn)例2。在從發(fā)動(dòng)機(jī)20起的長(zhǎng)度為3米的位置配置NSC-D，在從發(fā)動(dòng)機(jī)20起的長(zhǎng)度為3.2米的位置配置DPF-A。將其作為實(shí)驗(yàn)例2。
接著，對(duì)使用了蜂窩過濾器30和蜂窩結(jié)構(gòu)體40的廢氣凈化系統(tǒng)10的例子(實(shí)驗(yàn)例3，6，9)進(jìn)行說明。
實(shí)驗(yàn)例3，6，9與實(shí)驗(yàn)例1相同地使用DPF-A和NSC-D。在從發(fā)動(dòng)機(jī)20起的長(zhǎng)度為1米的位置配置DPF-A樣品，在從發(fā)動(dòng)機(jī)20起的長(zhǎng)度為1.2米的位置配置NSC-D樣品，將其作為實(shí)驗(yàn)例3。在從發(fā)動(dòng)機(jī)20起的長(zhǎng)度為3米的位置配置NSC-D，在從發(fā)動(dòng)機(jī)20起的長(zhǎng)度為3.2米的位置配置DPF-A，將其作為實(shí)驗(yàn)例6。在從發(fā)動(dòng)機(jī)20起的長(zhǎng)度為3米的位置配置DPF-A樣品，在從發(fā)動(dòng)機(jī)20起的長(zhǎng)度為3.2米的位置配置NSC-D樣品，將其作為實(shí)驗(yàn)例9。
接著，對(duì)使用了蜂窩過濾器30和蜂窩結(jié)構(gòu)體140的廢氣凈化系統(tǒng)10的例子(實(shí)驗(yàn)例4)進(jìn)行說明。
準(zhǔn)備與上述的NSC-E相同的市售的堇青石載體，使用與上述的NSC-E相同的方法，在該堇青石載體上擔(dān)載鋇和鉑，使得以蜂窩結(jié)構(gòu)體的每單位體積上的鋇計(jì)，鋇的擔(dān)載量為0.3mol/L，以蜂窩結(jié)構(gòu)體的每單位體積上的鉑的重量計(jì)，鉑的擔(dān)載量為2.0g/L(相對(duì)于蜂窩結(jié)構(gòu)體的鉑的重量計(jì)為4.8g)，得到如圖9所示的作為NOx吸收還原型催化劑的蜂窩結(jié)構(gòu)體140(NSC-F)。所得到的蜂窩結(jié)構(gòu)體140(NSC-F)的每單位體積的比表面積為25000m2/L。實(shí)驗(yàn)例4使用DPF-A和NSC-F。在從發(fā)動(dòng)機(jī)20起的長(zhǎng)度為1米的位置配置DPF-A樣品，在從發(fā)動(dòng)機(jī)20起的長(zhǎng)度為3.0米的位置配置NSC-F樣品，將其作為實(shí)驗(yàn)例4。
接著，對(duì)使用了蜂窩過濾器130和蜂窩結(jié)構(gòu)體140的廢氣凈化系統(tǒng)10的例子(實(shí)驗(yàn)例5)進(jìn)行說明。該實(shí)驗(yàn)例5使用DPF-B和NSC-F。在從發(fā)動(dòng)機(jī)20起的長(zhǎng)度為1米的位置配置DPF-B樣品，在從發(fā)動(dòng)機(jī)20起的長(zhǎng)度為3.0米的位置配置NSC-F樣品，將其作為實(shí)驗(yàn)例5。
接著，對(duì)使用了蜂窩過濾器130和蜂窩結(jié)構(gòu)體40的廢氣凈化系統(tǒng)10的例子(實(shí)驗(yàn)例7，10)進(jìn)行說明。
蜂窩過濾器130(DPF-C)的制作方法與上述的DPF-B相同地制作由碳化硅構(gòu)成的過濾器載體。接著，將100重量份的γ氧化鋁粉末(平均顆徑2μm)混合在200重量份的水中，并加入20重量份的硝酸，調(diào)制漿料，將過濾器載體浸漬于該漿料中，提起之后，去除多余的漿料，在250℃下干燥15分鐘。以蜂窩過濾器的每單位體積上的重量計(jì)，氧化鋁的擔(dān)載量為120g/L。接著，調(diào)制0.25mol/L的硝酸鉑水溶液。然后，使過濾器載體吸收該硝酸鉑水溶液，使得以蜂窩過濾器的每單位體積上的廢氣凈化催化劑的重量計(jì)，鉑的擔(dān)載量為2.0g/L(相對(duì)于蜂窩結(jié)構(gòu)體的鉑的重量計(jì)為4.8g)，在600℃下燒制1小時(shí)，得到圖8所示的蜂窩過濾器130(DPF-C)。所得到的蜂窩過濾器130(DPF-C)的氣孔率為60％，燒制體的總截面積相對(duì)于蜂窩過濾器130(DPF-C)的截面積所占比例(單元面積比例)為93.5％。
實(shí)驗(yàn)例7，10使用DPF-C和NSC-D。在從發(fā)動(dòng)機(jī)20起的長(zhǎng)度為3米的位置配置NSC-D，在從發(fā)動(dòng)機(jī)20起的長(zhǎng)度為3.2米的位置配置DPF-C，將其作為實(shí)驗(yàn)例7。在從發(fā)動(dòng)機(jī)20起的長(zhǎng)度為3米的位置配置DPF-C，在從發(fā)動(dòng)機(jī)20起的長(zhǎng)度為3米的位置配置NSC-D，將其作為實(shí)驗(yàn)例10。
接著，對(duì)使用了蜂窩過濾器130和蜂窩結(jié)構(gòu)體140的廢氣凈化系統(tǒng)10的例子(實(shí)驗(yàn)例8，11)進(jìn)行說明。實(shí)驗(yàn)例8，11使用DPF-C和NSC-E。在從發(fā)動(dòng)機(jī)20起的長(zhǎng)度為3米的位置配置NSC-E，在從發(fā)動(dòng)機(jī)20起的長(zhǎng)度為3.2米的位置配置DPF-C，將其作為實(shí)驗(yàn)例8。在從發(fā)動(dòng)機(jī)20起的長(zhǎng)度為3米的位置配置DPF-C，在從發(fā)動(dòng)機(jī)20起的長(zhǎng)度為3米的位置配置NSC-E，將其作為實(shí)驗(yàn)例11。
進(jìn)行DPF-A～DPF-C以及NSC-D的氣孔率測(cè)定。氣孔率是在測(cè)定蜂窩過濾器的干燥重量G(g)、蜂窩過濾器的外形的體積V(cm3)、貫通孔的體積K(cm3)以及構(gòu)成蜂窩過濾器30的材料的真密度D(g/cm3)的基礎(chǔ)上，由下述式(1)求得。
氣孔率％＝100×(1-G/((V-K)×D))…式(1)[比表面積測(cè)定]進(jìn)行NSC-D～F的比表面積測(cè)定。首先，實(shí)際測(cè)量多孔質(zhì)蜂窩單元和密封材料的體積，計(jì)算單元材料相對(duì)于蜂窩結(jié)構(gòu)體的體積所占的比例A(體積％)。然后測(cè)定每單位重量的多孔質(zhì)蜂窩單元的BET比表面積B(m2/g)。BET比表面積是使用BET測(cè)定裝置(島津制作所制MicromeriticsFlowsorb II-2300)，按照日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制定的JIS-R-1626(1996)以一點(diǎn)法進(jìn)行測(cè)定的。測(cè)定中使用切成圓柱狀小片(直徑15mmφ×高15mm)的樣品。然后，以多孔質(zhì)蜂窩單元的重量和外形體積計(jì)算多孔質(zhì)蜂窩單元的表觀密度C(g/L)，根據(jù)式(2)求出蜂窩結(jié)構(gòu)體的比表面積S(m2/L)。另外，這里所說的蜂窩結(jié)構(gòu)體的比表面積是指蜂窩結(jié)構(gòu)體的每表觀體積的比表面積。
S(m2/L)＝(A/100)×B×C 式(2)[廢氣的凈化率測(cè)定]進(jìn)行實(shí)驗(yàn)例1～11的廢氣的凈化率測(cè)定。該測(cè)定使用圖10所示的廢氣凈化測(cè)定裝置60。廢氣凈化測(cè)定裝置60包括廢氣凈化系統(tǒng)10，其具有蜂窩過濾器30和蜂窩結(jié)構(gòu)體40；氣體取樣器61，其對(duì)流通蜂窩過濾器30前的廢氣進(jìn)行取樣；氣體取樣器62，其對(duì)流通蜂窩過濾器30后的廢氣進(jìn)行取樣；氣體分析計(jì)63，其分析廢氣中含有的有害物質(zhì)的濃度；溫度測(cè)定器64，其利用熱電偶測(cè)定蜂窩過濾器30的溫度；以及PM計(jì)數(shù)器65，其測(cè)定在蜂窩過濾器30的下游的PM的量。下面，說明測(cè)定步驟。首先，使來自發(fā)動(dòng)機(jī)20的廢氣在上述的實(shí)驗(yàn)例1～11中流通。該測(cè)定中，以進(jìn)行3次依據(jù)圖11所示的柴油汽車的10/15模式排出氣體測(cè)定方法的循環(huán)的方式，使發(fā)動(dòng)機(jī)20運(yùn)轉(zhuǎn)。然后，通過氣體分析計(jì)29對(duì)利用氣體取樣器61，62取樣的廢氣中含有的一氧化碳(CO)、烴類(HC)以及氮氧化物(NOx)的濃度進(jìn)行測(cè)定。使用與DPF和NSC接觸前的廢氣中含有的濃度C0以及與DPF和NSC接觸后的廢氣中含有的濃度Ci，根據(jù)下述式(3)計(jì)算凈化率。并且，從測(cè)定前和測(cè)定后的蜂窩過濾器的重量的變化，測(cè)定PM的捕集率。使用PM計(jì)數(shù)器65(TSI社制凝集粒子計(jì)數(shù)器3022A-S)，根據(jù)PM顆粒數(shù)量來掌握未能被蜂窩過濾器30捕集而排出到下游的PM的量，其結(jié)果為所有的實(shí)驗(yàn)例中捕集率均為100％。預(yù)先對(duì)該試驗(yàn)中所生成的PM的全部生成量進(jìn)行調(diào)查的結(jié)果為3.5g。因此，根據(jù)相對(duì)于PM的全部生成量的PM的堆積量(測(cè)定前與測(cè)定后的重量差)計(jì)算再生率。并且，預(yù)先調(diào)查廢氣溫度，在15模式中，在120秒時(shí)廢氣達(dá)到最高溫度。然后，利用溫度測(cè)定器64測(cè)定蜂窩過濾器的溫度的歷時(shí)變化，求出從120秒這一時(shí)間點(diǎn)起直至蜂窩過濾器達(dá)到最高溫度為止的時(shí)間。
凈化率(％)＝(C0-Ci)/C0×100 式(3)[測(cè)定結(jié)果]實(shí)驗(yàn)例1～11的DPF以及NSC的配置、鉑擔(dān)載量、CO、HC、NOx的凈化率、PM的捕集率、DPF的再生率、10/15模式測(cè)定中的DPF的最大溫度、從廢氣達(dá)到最高溫度到DPF達(dá)到最高溫度所需的時(shí)間歸納示于表2。實(shí)驗(yàn)例1～3顯示，CO、HC、NOx以及PM的凈化率達(dá)到90％以上，再生率為50％以上，非常高。之所以再生率高，據(jù)推測(cè)是因?yàn)樽罡邷囟雀摺⑶疫_(dá)到最高溫度的時(shí)間短，因此容易達(dá)到DPF所擔(dān)載的催化劑充分作用的溫度。尤其，實(shí)驗(yàn)例1和3的DPF，鉑擔(dān)載量少也能夠容易再生。另一方面，實(shí)驗(yàn)例6～11中，與實(shí)驗(yàn)例1～3相比，再生率低。實(shí)驗(yàn)例6～8的NSC和DPF的配置(相當(dāng)于專利文獻(xiàn)1的結(jié)構(gòu))中，NO和CO的凈化率低。據(jù)推測(cè)這是因?yàn)?，NO2燃燒PM時(shí)，生成NO并排出NO，PM發(fā)生不完全燃燒而生成CO并排出CO。根據(jù)這些結(jié)果可知，若在從發(fā)動(dòng)機(jī)20起排氣路徑的長(zhǎng)度為小于等于1米的位置配置DPF，在從發(fā)動(dòng)機(jī)20起排氣路徑的長(zhǎng)度為小于等于3米的位置配置NSC，則PM容易燃燒，在容易使蜂窩過濾器再生的同時(shí)，能夠?qū)⒍喾N有害物質(zhì)(CO、HC、NOx以及PM)凈化。尤其發(fā)現(xiàn)，在DPF中，DPF-A容易使PM燃燒并再生，在NSC中，NSC-D能夠以較少的鉑擔(dān)載量將有害物質(zhì)凈化。
本發(fā)明以2004年8月31日申請(qǐng)的日本專利申請(qǐng)2004-252889號(hào)作為要求優(yōu)先權(quán)的基礎(chǔ)，并將其內(nèi)容全部納入本文。
本發(fā)明的廢氣凈化系統(tǒng)，可利用于裝配了內(nèi)燃機(jī)的動(dòng)力機(jī)和車輛等相關(guān)的產(chǎn)業(yè)，可利用于例如汽車產(chǎn)業(yè)、摩托車產(chǎn)業(yè)等。
權(quán)利要求
1.一種廢氣凈化系統(tǒng)，用于將從內(nèi)燃機(jī)排出的廢氣凈化，該系統(tǒng)具有第一凈化裝置，該裝置擔(dān)載有規(guī)定擔(dān)載量的第一廢氣凈化催化劑，將所述廢氣中的粒狀物質(zhì)凈化；以及第二凈化裝置，該裝置擔(dān)載有規(guī)定擔(dān)載量的第二廢氣凈化催化劑，將在所述第一凈化裝置的下游流通的廢氣凈化，所述第一凈化裝置配置在從所述內(nèi)燃機(jī)起的排氣路徑的長(zhǎng)度小于等于1米的位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的廢氣凈化系統(tǒng)，其中，所述第一凈化裝置的氣孔率大于等于60％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的廢氣凈化系統(tǒng)，其中，所述第一凈化裝置是將至少2個(gè)形成有多個(gè)貫通孔的板狀部件在長(zhǎng)度方向?qū)臃e、并使所述多個(gè)貫通孔連通成連通孔而形成的蜂窩過濾器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的廢氣凈化系統(tǒng)，其中，所述蜂窩過濾器是以一方的端面被封孔而另一方的端面開口的連通孔與一方的端面開口而另一方的端面被封孔的連通孔交錯(cuò)并排的方式形成的。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的廢氣凈化系統(tǒng)，其中，所述蜂窩過濾器主要是由從無機(jī)纖維和無機(jī)泡沫中選擇的至少1種材料來形成的。
6.根據(jù)權(quán)利要求1～5的任意一項(xiàng)所述的廢氣凈化系統(tǒng)，其中，所述第二凈化裝置配置在從所述內(nèi)燃機(jī)起的排氣路徑的長(zhǎng)度小于等于3米的位置。
7.根據(jù)權(quán)利要求1～6的任意一項(xiàng)所述的廢氣凈化系統(tǒng)，其中，所述第二凈化裝置是具有多孔質(zhì)蜂窩單元和密封材料層的蜂窩結(jié)構(gòu)體，所述多孔質(zhì)蜂窩單元形成有多個(gè)貫通孔，與所述貫通孔垂直相交的面的截面積為小于等于50cm2，所屬密封材料層將至少2個(gè)的所述多孔質(zhì)蜂窩單元在沒有所述貫通孔開口的外表面接合。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的廢氣凈化系統(tǒng)，其中，所述多孔質(zhì)蜂窩單元的與所述貫通孔垂直相交的面的截面積大于等于5cm2。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的廢氣凈化系統(tǒng)，其中，所述多孔質(zhì)蜂窩單元的總截面積相對(duì)于所述蜂窩結(jié)構(gòu)體的截面積所占比例大于等于85％。
10.根據(jù)權(quán)利要求7～9的任意一項(xiàng)所述的廢氣凈化系統(tǒng)，其中，所述多孔質(zhì)蜂窩單元至少含有陶瓷顆粒和無機(jī)纖維。
11.根據(jù)權(quán)利要求1～10的任意一項(xiàng)所述的廢氣凈化系統(tǒng)，其中，所述第一廢氣凈化催化劑是具有鈣鈦礦構(gòu)造的氧化物。
12.根據(jù)權(quán)利要求1～11的任意一項(xiàng)所述的廢氣凈化系統(tǒng)，其中，所述第二廢氣凈化催化劑是氧化催化劑以及NOx吸收劑。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的廢氣凈化系統(tǒng)，其中，所述第二廢氣凈化催化劑包含從貴金屬、堿金屬以及堿土金屬組成的組中選擇的至少一種物質(zhì)。
全文摘要
廢氣凈化系統(tǒng)(10)在從發(fā)動(dòng)機(jī)(20)起的排氣路徑的長(zhǎng)度(從歧管(22)的最上游部到蜂窩過濾器(30)的前端部的長(zhǎng)度)小于等于1米的位置配置蜂窩過濾器(30)，在從發(fā)動(dòng)機(jī)(20)起的排氣路徑的長(zhǎng)度小于等于3米的位置配置蜂窩結(jié)構(gòu)體(40)。蜂窩過濾器(30)是由在長(zhǎng)度方向?qū)臃e形成有多個(gè)貫通孔的板狀部件來形成的，擔(dān)載有鈣鈦礦構(gòu)造的氧化物。蜂窩結(jié)構(gòu)體(40)是通過密封材料層將形成有多個(gè)貫通孔的多孔質(zhì)蜂窩單元接合形成，擔(dān)載有貴金屬和NOx吸收劑。該廢氣凈化系統(tǒng)(10)通過蜂窩過濾器(30)將廢氣中的粒狀物質(zhì)除去并燃燒，通過蜂窩結(jié)構(gòu)體(40)將NOx、CO以及HC凈化。
文檔編號(hào)B01J23/76GK1906385SQ20058000143
公開日2007年1月31日 申請(qǐng)日期2005年8月26日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月31日
發(fā)明者大野一茂 申請(qǐng)人:揖斐電株式會(huì)社