(57)【要約】  微粒子含有排気ガスを、交差多孔質壁によって画定される複数の軸方向延在セルを収容するセラミックハニカムの入口端へ導入すること、この排気ガスを少なくとも１つのこのような多孔質壁に通過させて微粒子状物質を多孔質壁に捕集すること、そしてその後、排気ガスをセラミックハニカムの出口端から排出することによって、微粒子状物質がガソリン直噴射（ＧＤＩ）エンジンの排気ガスから除去される。セラミックハニカムの多孔質壁は１５０〜７５０μｍの壁厚を有し、ハニカムは少なくとも０．８×１０−１２ｍ２の有効透過率を有し、このセラミックハニカムは断面積の１平方メートル当たり４５，０００〜２３０，０００セルを収容する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガソリン直噴射（ＧＤＩ）エンジンの排気ガスから微粒子状物質を除去する方法であって、微粒子を含んだ排気ガスを、交差多孔質壁によって画定される複数の軸方向延在セルを収容するセラミックハニカムの入口端へ導入することと、前記排気ガスを少なくとも１つのこのような多孔質壁に通過させて、前記多孔質壁内に前記微粒子状物質を捕集することと、次いで、前記排気ガスを前記セラミックハニカムの出口端から排出することと、を含み、
前記セラミックハニカムの前記多孔質壁が１５０〜７５０μｍの壁厚を有し、前記ハニカムが少なくとも０．８×１０−１２ｍ２の有効透過率を有し、前記セラミックハニカムが断面積の１平方メートル当たり４５，０００〜２３０，０００セルを収容する、方法。
【請求項２】
前記有効透過率κが１×１０−１２ｍ２〜１０×１０−１２ｍ２である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記有効透過率κが１×１０−１２ｍ２〜５×１０−１２ｍ２である、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記壁厚が２００〜５００μｍである、請求項１または２に記載の方法。
【請求項５】
前記セラミックハニカムが６０，０００〜１５５，０００セル／断面積ｍ２のセル密度を有する、請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
前記セルの断面形状が、長方形、三角形、または正方形である、請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
前記セルの断面形状が正方形である、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記セラミックハニカムが２×１０７ｍ−１未満の粘性抵抗（Ｒｖ）値を有することを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
前記セラミックハニカムが針状のムライト、非針状のムライト、コーディエライト、アルミナ、ジルコニア、炭化ケイ素、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、オキシ窒化ケイ素、炭窒化ケイ素、ベータスポジュメン、チタン酸アルミニウム、ストロンチウムケイ酸アルミニウム、リチウムケイ酸アルミニウム、ケイ酸、それらの任意の２種以上の複合体、またはムライト繊維、アルミナ繊維、アルミノケイ酸塩繊維、アルミノジルコニア繊維およびバインダの複合体のうちの１種類以上である、請求項１〜８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
前記セラミックハニカムが針状のムライト、針状のムライト−コーディエライト複合体、または針状のムライト−チアライト複合体である、請求項１〜８のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
内部に装着されたセラミックハニカムを備える排気系を有するガソリン燃料直噴射エンジンであって、前記エンジンからの排気ガスが前記排気系から排出されるより前に前記セラミックハニカムを通過するようにし、前記セラミックハニカムが交差多孔質壁によって画定される複数の軸方向延在セルを収容し、前記セラミックハニカムの前記多孔質壁が少なくとも０．８×１０−１２ｍ２の有効透過率および１５０〜７５０μｍの壁厚を有し、前記セラミックハニカムが断面積の１平方メートル当たり４５，０００〜２３０，０００セルを収容する（すなわち、４５，０００〜２３０，０００／ｍ２のセル密度を有する）、ガソリン燃料直噴射エンジン。
【請求項１２】
前記有効透過率κが１×１０−１２ｍ２〜１０×１０−１２ｍ２である、請求項１１に記載のガソリン燃料直噴射エンジン。
【請求項１３】
前記有効透過率κが１×１０−１２ｍ２〜５×１０−１２ｍ２である、請求項１１に記載のガソリン燃料直噴射エンジン。
【請求項１４】
前記壁厚が２００〜５００μｍである、請求項１１〜１３のいずれかに記載のガソリン燃料直噴射エンジン。
【請求項１５】
前記セラミックハニカムが６０，０００〜１５５，０００セル／断面積ｍ２のセル密度を有する、請求項１１〜１４のいずれかに記載のガソリン燃料直噴射エンジン。
【請求項１６】
前記セルの前記断面形状が、長方形、三角形、または正方形である、請求項１１〜１５のいずれかに記載のガソリン燃料直噴射エンジン。
【請求項１７】
前記セルの前記断面形状が正方形である、請求項１６に記載のガソリン燃料直噴射エンジン。
【請求項１８】
前記セラミックハニカムが、２×１０７ｍ−１未満の粘性抵抗（Ｒｖ）値を有することを特徴とする、請求項１１〜１７のいずれかに記載のガソリン燃料直噴射エンジン。
【請求項１９】
前記セラミックハニカムが針状のムライト、非針状のムライト、コーディエライト、アルミナ、ジルコニア、炭化ケイ素、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、オキシ窒化ケイ素、炭窒化ケイ素、ベータスポジュメン、チタン酸アルミニウム、ストロンチウムケイ酸アルミニウム、リチウムケイ酸アルミニウム、ケイ酸、それらの任意の２種以上の複合体、またはムライト繊維、アルミナ繊維、アルミノケイ酸塩繊維、アルミノジルコニア繊維、およびバインダの複合体のうちの１種類以上である、請求項１１〜１８のいずれかに記載のガソリン燃料直噴射エンジン。
【請求項２０】
前記セラミックハニカムが、針状のムライト、針状のムライト−コーディエライト複合体、または針状のムライト−チアライト複合体である、請求項１１〜１８のいずれかに記載のガソリン燃料直噴射エンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガソリン直噴射エンジン排ガスの濾過に関する。
【０００２】
ディーゼルエンジン排ガスから微粒子状物質を除去するために様々なタイプのセラミックフィルタを使用することが知られている。このフィルタは、「ハニカム」として一般に知られていて、フィルタの長さが入口端から出口端まで延在する軸方向セルを有する。セルは多孔質壁によって画定および分離される。セルはフィルタに流入する排ガスを、それがフィルタから逃げる前に、強制的にセル壁に通過させるパターンで目封止される。微粒子状物質はセル壁によって捕捉される。
【０００３】
このような微粒子フィルタを、伝統的には主としてポート燃料噴射（ＰＦＩ）方式であった、ガソリンエンジンに採用することは余り一般的ではない。ＰＦＩエンジンは、正常に作動されるとき、微粒子状物質をほとんど生成しない、したがって微粒子フィルタの必要性はほとんどない。しかしながら、より新しいタイプのガソリンエンジン、所謂ガソリン直噴射（ＧＤＩ）エンジンは、より従来的なポート燃料噴射（ＰＦＩ）エンジンを犠牲にして市場のシェアを獲得しつつある。ＧＤＩエンジンは、アイドリング時に遭遇される軽負荷状態下で、一定速度または低加速度において作動しているとき、および／または降坂走行しているとき、ＰＦＩエンジンよりも有利である。これらの状態の下で、ＧＤＩエンジンはＰＦＩエンジンよりもリーン状態の下で作動されることができる。これは燃料経済性の改善および加速および減速の過渡時のより良好な性能を潜在的にもたらす。
【０００４】
ＧＤＩエンジンの問題は、ＰＦＩエンジンが生成するより多くの微粒子エミッションを生成する傾向にある点である。多くの管轄区域における自動車エミッション規制は、これらのエミッションの大部分がエンジン排ガスから除去されることを要求している。ディーゼルエンジンと同様に、これは排ガスがセラミックフィルタを通過することによって達成されることができる。しかしながら、ディーゼル排ガスを処理するように設計されたセラミックフィルタは、ＧＤＩシステムでは適切に機能しない。この理由は、ＧＤＩエンジンがディーゼルエンジンとはかなり異なった条件下で作動するからである。具体的な問題は、フィルタにわたって見られる圧力低下である。非常に高い圧縮比およびしたがってより高い圧力において作動する、ディーゼルエンジンは、性能を著しく喪失することなくこれらの圧力低下を許容することができる。しかしながら、ＧＤＩエンジンはより低い圧縮比およびより低い圧力において作動する。微粒子フィルタにわたる圧力低下はＧＤＩエンジンの性能に著しい影響を及ぼす可能性があり、パワー出力を減少させかつ燃料消費量を増加させる。
【０００５】
別の重要な差は、ＧＤＩエンジンではディーゼルエンジンにおけるよりも少ない粒子が形成されることであり、かつそれらの粒子はかなりより小さい傾向にある（またしたがって濾過するのがより難しい）。ディーゼル微粒子フィルタを用いれば、クリーンなフィルタを用いるのでなく、しばらくの間作動されてきて「スーツケーキ」が蓄積したフィルタを用いて最も効率的な濾過が見られる。ＧＤＩフィルタはスーツケーキを多く蓄積する傾向にはない、またしたがってスーツケーキの利益を受けずＧＤＩエンジンによって生成された極めて小さい微粒子を効率的に除去する必要がある。背圧を増大させることを回避するためにＧＤＩエンジンフィルタ内では厚いスーツケーキを形成することを回避したいと望まれている。
【０００６】
したがって、ＧＤＩエンジン排ガスから微粒子状物質を効果的に除去するために低い圧力低下において効率的に作動する微粒子フィルタが所望されている。
【０００７】
本発明は、ガソリン直噴射（ＧＤＩ）エンジンの排気ガスから微粒子状物質を除去する方法であって、微粒子含有排気ガスを、交差多孔質壁によって画定される複数の軸方向延在セルを収容するセラミックハニカムの入口端内へ導入すること、排気ガスを少なくとも１つのこのような多孔質壁に通過させて多孔質壁内の微粒子状物質を捕集すること、その後、排気ガスをセラミックハニカムの出口端から排出させることを含み、
セラミックハニカムの多孔質壁は１５０〜７５０μｍの壁厚を有し、ハニカムは少なくとも０．８×１０−１２ｍ２の有効透過率を有し、セラミックハニカムは断面積１平方メートル当たり４５，０００〜２３０，０００セルを収容する。
【０００８】
ある特定の実施形態では、セラミックハニカムは、２×１０７ｍ−１未満の、以下に掲げるように決定される粘性抵抗（Ｒｖ）値を有することを特徴とする。
【０００９】
驚くべきことには、高透過率フィルタはエンジンの効率的な作動のために必要とされる低い圧力低下における作動を行いつつ、ＧＤＩエンジン排ガスからの微粒子状物質の高い除去効果を継続的に有している。
【００１０】
本発明の目的のために、ガソリン直噴射（ＧＤＩ）エンジンは、燃料（ガソリンまたはガソリン含有混合物）がスパーク点火システムを使用して点火され、かつ燃料が空気と混合する前に液滴の形態で気筒内へ直接噴射されかつ気筒内で空気と混合するようになる内燃機関である。ＧＤＩエンジンは、一つにはＰＦＩエンジンでは燃料および空気が気筒内に導入される前に混合されるという理由でポート燃料噴射（ＰＦＩ）エンジンとは異なっている。燃料液滴の直接導入が、ＰＦＩエンジンを基準として、ＧＤＩエンジンにおいて見られる微粒子・エミッションの増大に寄与することが確信されている。
【００１１】
ＧＤＩエンジンは、一つにはＧＤＩエンジンにおいて正常作動中に燃料空気混合物がスパーク点火されるという理由でディーゼルエンジンとは異なっている。
【００１２】
ＧＤＩエンジンは、単気筒または多気筒式であり得る。多気筒エンジンは２気筒以上、典型的には４〜１６気筒を有し得る、そして自動車用途のためには、最も典型的には４〜１２あるいは４、６または８気筒を含む。ＧＤＩエンジンは２サイクルまたは４サイクルエンジンであり得る。
【００１３】
作動中、燃料はＧＤＩエンジンの気筒内で燃焼されてホットガス（主として二酸化炭素および水）を形成しその膨張がエンジンを動かす。各燃焼サイクルの終わりに、使用済みガスがエンジンの気筒から除去されて、大気へ排出される排気ガス流を形成する。多気筒エンジンにおいて、複数の気筒からの排気ガスは解放される前に（排ガスマニホールド内のように）結合され得る。自動車用途において、排気ガスは典型的には管系を介して車両の上部または後部における解放点まで誘導される。
【００１４】
本発明では、ＧＤＩエンジンからの排気ガスは、ガスが大気へ排出される前にガスを多孔質壁フィルタに通過させることによって濾過される。多孔質壁フィルタは複数の軸方向延在セルを収容するセラミックハニカムである。軸方向延在セルはセラミックハニカムの入口端から出口端まで延在する。セラミックハニカムの入口端は、排気ガスが濾過のために導入される端部であり、出口端は排気ガスが濾過された後に排出される端部である。軸方向延在セルは交差多孔質壁によって画定され、それらは活性フィルタ媒質として機能する。セルの大部分または全部は目封止され、典型的には一方または他方の端部で（ただし、両端部ではない）、かつ典型的には交互パターンで目封止される。目封止は、入口端で開き出口端で閉じる、入口セルを形成する。目封止はまた、出口端で開き入口端で閉じる、出口セルを形成する。エンジンの作動中、エンジン排気ガスはセラミックハニカムの入口セルに流入して、交差多孔質セル壁の少なくとも１つを経て出口セル内へ通過して、そしてハニカムの出口端において出口  セルから排出される。微粒子除去は同伴微粒子を有するガスが多孔質セル壁を通過するときに生じ、そして微粒子が壁によって捕捉されガスから除去される。
【００１５】
セラミックハニカムはＧＤＩエンジンの排気系内に配設され、したがってエンジンからの排気ガスは大気へ排出される前にセラミックハニカムを通過する。排気系は排気ガスをセラミックハニカムまで誘導し、かついったん濾過されると、排気ガスをセラミックハニカムから離れて大気への排出点まで誘導する１つまたは一連のコンダクトを含む。排気系は減音対策（１つ以上のマフラーなど）などの構成要素、１つ以上の他の洗浄装置、１つ以上の触媒コンバータなどを含む。セラミックハニカムは典型的にはキャニスタまたは他の容器内に配設される。このキャニスタまたは他の容器の目的は、セラミックハニカムを所望の位置および向きに維持し、かつ排気ガスがハニカムの外周から逃げるまたはその周りを通過することを防止することである。缶または他の容器は通常、そこを通って排気ガスがセラミックハニカムの入口端まで誘導される入口、かつそこを通ってセラミックハニカムの出口端から排出される排気ガスが離れて誘導される出口を含む。
【００１６】
セラミックハニカムの軸方向延在セルは、円形、楕円形、多角形（三角形、正方形、長方形、五角形、六角形、八角形など）などの任意の便利な断面形状を有することができる、あるいはその代わりとして「ダンベル」または類似の形状などの複雑な形状を有し得る。一部のセルは、他のセルとは異なる断面形状を有し得る、かつ他のセルとは異なるサイズ（すなわち、異なる断面積）を有し得る。セルは好ましくは断面が長方形、正方形または三角形であり、最も好ましくは断面が正方形である。
【００１７】
セラミックハニカムはモノリシックであり得る（すなわち、単一ピースで形成される）、またはセグメント化され得る、すなわち、より小さいハニカム構造体の組立体であり得る。この組立体は別々に製造され、次いで、一緒に組み立てられる、通常セラミックセメントを使用して個別のピースを一緒に付着させる。
【００１８】
セラミックハニカムは、外側外周「表皮（スキン）」を有し得る。この表皮はハニカムの外周セルの外部セル壁によって形成され得る。あるいは、表皮はセラミックハニカムが製造された後に適用される適用表皮とすることができる。
【００１９】
セラミックハニカムの外のり寸法は、具体的な適用に合わせて選択される。セラミックハニカムの断面積は、例えば、５〜２０００ｃｍ２、特に７５〜５００ｃｍ２であり得る。セラミックハニカムの長さは、例えば、５〜５０ｃｍ、特に６〜１５ｃｍであり得る。
【００２０】
セラミックハニカムの多孔質交差壁はセラミック材料で作製される。このセラミック材料は、恒久的に変形されることなくまたは熱分解することなく作動中に遭遇される温度条件に耐えることができる任意の材料で作製されることができる。セラミックは、例えば、針状のムライト、非針状のムライト、コーディエライト、アルミナ、ジルコニア、炭化ケイ素、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、オキシ窒化ケイ素、炭窒化ケイ素、ベータスポジュメン、チタン酸アルミニウム、ストロンチウムケイ酸アルミニウム、リチウムケイ酸アルミニウム、ケイ酸、他のアルミノケイ酸塩など、もしくはそれらの任意の２種以上の複合体、例えばムライト−コーディエライト複合体、ムライト−チアライト複合体、針状のムライト−コーディエライト複合体、針状のムライト−チアライト複合体などであり得る。  他の例としては、アルミナなどの適切なバインダ材料とともに、ムライト繊維、アルミナ繊維、アルミノケイ酸塩繊維、アルミノジルコニア繊維などのバインダを有する繊維の複合体を含み得る。
【００２１】
本発明の特定の実施形態では、セラミックフィルタの多孔質交差壁（軸方向延在セルを画定する）は針状のムライト、または針状のムライトおよび１種以上の他のセラミックの複合体である。「針状の」とは、ムライトがそれらの交差点の少なくともいくつかにおいて一緒に接合された細長のニードルの形態であることを意味する。交差壁内の孔は交差ニードル間の空間によって部分的にまたは全体的に画定される。針状のムライトニードルは、少なくとも２、好ましくは少なくとも５、および最も好ましくは１０以上のアスペクト比（長さをメジアン径によって除した値）を有し得る。針状のムライトニードルは０．５ミクロン〜５０ミクロンのメジアン径を有し得る。
【００２２】
好適な針状のムライトハニカム構造体の実施例としては、米国特許第５，１９４，１５４号、同第５，１７３，３４９号、同第５，１９８，００７号、同第５，０９８，４５５号、同第５，３４０，５１６号、同第６，５９６，６６５号および同第６，３０６，３３５号、米国特許出願公開第２００１／００３８８１０号、および国際ＰＣＴ特許公開第ＷＯ０３／０８２７７３号に記載されるものが挙げられる。
【００２３】
針状のムライトおよび１種以上の他のセラミック複合体の場合において、他のセラミック材料は、このような他のセラミックの好ましくは７５重量％以下、より好ましくは５０重量％以下およびさらにより好ましくは１０重量％以下を構成する。存在し得る他のセラミックの中には、非針状のムライト、コーディエライト、チアライト、アルミナ、ジルコニア、炭化ケイ素、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、オキシ窒化ケイ素、炭窒化ケイ素、ベータスポジュメン、チタン酸アルミニウム、ストロンチウムケイ酸アルミニウム、リチウムケイ酸アルミニウム、ケイ酸、他のアルミノケイ酸塩などが含まれている。いくつかの実施形態では、セラミックハニカムの多孔質壁は第ＷＯ２０１０／０３３７６３号に記載されるような針状のムライト−コーディエライト複合体を含む。いくつかの実施形態では、セラミックハニカムの多孔質壁は、第ＷＯ２０１２／１３５４０１号に記載されるような針状のムライト−チアライト複合体を含む。
【００２４】
針状のムライトおよび１種以上の他のセラミックの複合体の場合、他のセラミックは、（ａ）針状のムライトニードル構造体内、（ｂ）針状のムライト結晶間の粒界において、（ｃ）針状のムライト結晶の交差点においてまたはその付近、および／または（ｄ）針状のムライトニードルの表面上に存在し得る。
【００２５】
セラミックハニカムの多孔質壁は、様々な方法を使用して表皮を適用する前または後にハニカムに適用することができる様々な機能材料でコーティングされ得るもしくは別の方法で様々な機能材料を含有し得る。この機能材料は有機または無機であり得る。有機機能材料では、特に金属および金属酸化物は、これらの多くが望ましい触媒特性を有し、収着剤として機能するかまたはなにか他の必要とされる機能を発揮するので、関心がもたれている。特に関心がもたれているのは、一酸化炭素および／または不焼炭化水素を二酸化炭素および／または水へ酸化するための触媒（いわゆる「二元」触媒を生成する）、およびＮＯｘ化合物の還元のための触媒（一酸化炭素および不焼炭化水素の酸化のための触媒と結合するときに、いわゆる「三元」触媒を形成する）である。特殊な機能材料の例としては、アルミナ、チタニア、バリウム、プラチナ、パラジウム、バナジウム、銀、金などが挙げられる。特に好ましい一実施形態では、アルミナおよびプラチナ、アルミナおよびバリウムまたはアルミナ、バリウムおよびプラチナがハニカム上に１つ以上の工程で堆積されることができ、煤、ＮＯｘ化合物、一酸化炭素および排気ガスからの炭化水素のような微粒子を同時に除去することができるフィルタを形成する。
【００２６】
セラミックハニカムの多孔質壁はそれらの壁厚を特徴とする。本発明の目的のために、「多孔質」壁はそこを通って作動中に排気ガスが通過するハニカムの壁であり、かつ、例えば、外周壁およびセメント層（セグメント化されたハニカムのセグメントをまとめて付着させるセメント層など）でコーティングされる壁を含まない。多孔質壁は少なくとも１５０μｍかつ最大７５０μｍの厚さを有する。薄壁は加工するのが難しくかつ十分な機械的強度に欠けるのに対して厚壁は不必要な重量が増しかつフィルタにわたって圧力低下を不必要に増大させる。多孔質壁厚は好ましくは少なくとも２００μｍである。多孔質壁厚は好ましくは５００μｍ以下、さらにより好ましくは４５０μｍ以下である。より小さいハニカムセグメントが１つ以上のセメント層によってそれらの軸方向長さに沿ってまとめて接着されている、セグメント化されたセラミックハニカムの場合には、セメント層は多孔質壁の厚さに向かっては重視されない。
【００２７】
加えて、フィルタはフローガスとして乾燥空気を用いて２２±２℃において求められる少なくとも０．８×１０−１２ｍ２の有効透過率κを有する。有効透過率は少なくとも１×１０−１２ｍ２であり得る。いくつかの実施形態での有効透過率は１０×１０−１２ｍ２ほども多くなるもしくは５×１０−１２ｍ２ほども多くなる。いくつかの実施形態でのフィルタは２×１０７ｍ−１未満の粘性抵抗Ｒｖを呈し、かつ特定の実施形態では５×１０５ｍ−１〜２×１０７ｍ−１の粘性抵抗を呈する。粘性抵抗（Ｒｖ）値は次のように定義される。
【数１】
2016507684.tif 000002
（式中、Ｐａ単位のΔｐは定常非圧縮および等温流動状態の下でフィルタにわたって測定された静圧低下であり、μ（Ｐａ・ｓ）はフィルタを通って流れる排気ガスの動粘度であり、Ｑ（ｍ３／ｓ）は排気ガスの実際の体積流量であり、Ａ（ｍ２）はハニカムの入口端の総正面断面積である。
【００２８】
本発明の目的のために、有効透過率κおよびＲｖはハニカム上で測定され、前述したように任意の適用されたコーティングを含む。本発明の目的のために有効透過率κは正方形セルを有するハニカムに関して以下のように計算され、かつ碁盤目状のパターンで各端部において目封止され、等しい数の交番する入口セルおよび出口セルを形成する。
【００２９】
目封止されたハニカムの断面積Ａが測定される。フィルタの全長さＬｔｏｔａｌおよびプラグの平均長さｌが測定される。目封止フィルタの透過可能な部分の長さＬｐｅｒｍは、次いで、フィルタ全長Ｌｔｏｔａｌマイナス２ｌとして計算される。セルピッチｃ（すなわち、セル幅ｄプラス壁厚ｗ）が測定される。チャネル密度δが１／ｃ２として計算される。チャネルの総数Ｎが測定される。
【００３０】
空気が、変化する実際の体積流量において目封止フィルタを通って流される。最高の体積流量は、目封止フィルタ内の各チャネルを通るガスのフローが層流状態内に完全に収まることを確保するために、８００μＮｄ／ρを超えない（式中、μは空気の動粘度（Ｐａ・ｓ）であり、Ｎはチャネル数であり、ｄは以下の式５に従って計算される有効セル幅（メートル（ｍ））であり、ρは空気の密度（ｋｇ／ｍ３）である）。最低の体積流量は２００μＮｄ／ρより高くはない。温度Ｔ、実際の体積流量Ｑおよび目封止フィルタにわたる静圧低下Δｐが測定される。測定は少なくとも３つのおよび好ましくは５つ以上の実際の体積流量において行われる。空気の密度ρおよび粘度μは測定されるかまたは報告された値から取られるかのいずれかである。空塔流速はｖ＝Ｑ／Ａとして計算される。単位体積ｋ当たりの運動エネルギーはｋ＝ρｖ２／２として計算される。セルピッチレイノルズ数ＮＲｅは各流量についてＮＲｅ＝ρｃｖ／μとして計算される。オイラー数ＮＥｕは各流量についてＮＥｕ＝Δｐ／ｋとして計算される。パラメータｂ−１はレイノルズ数およびオイラー数をモデルに合わせることによって、
【数２】
2016507684.tif 000003
かつｘ＝ＮＲｅ−１およびｙ＝ＮＥｕとして最小二乗線形回帰を用いることによって推定される。目封止フィルタの全粘性抵抗Ｒｖは次いで、Ｒｖ＝ｂ−１／２ｃとして計算される。
【００３１】
非目封止フィルタは、次いで、プラグを除去するために目封止フィルタの端部を切り離すことによって調製される。前と同様に変化する流量において２２±２℃において非目封止フィルタに空気を流す。温度Ｔ、実際の体積流量Ｑおよび非目封止フィルタにわたる静圧低下Δｐが測定される。空気の密度ρおよび粘度μは測定されるかまたは報告値から取られるかのいずれかである。空塔流速ｖはｖ＝Ｑ／Ａとして計算される。単位体積当たりの運動エネルギーｋはｋ＝ρｖ２／２として計算される。セルピッチレイノルズ数ＮＲｅは各流量についてＮＲｅ＝ρｃｖ／μとして計算される。ダルシー数ＮＤａは各流量についてＮＤａ＝（Δｐ／ｋ）（ｃ／Ｌｕｎｐｌｕｇｇｅｄ）として計算される（式中、Ｌｕｎｐｌｕｇｇｅｄは非目封止フィルタの長さ（メートル（ｍ））である。パラメータｃ−１はレイノルズ数およびダルシー数をモデルに合わせることによって、
【数３】
2016507684.tif 000004
かつｘ＝ＮＲｅ−１およびｙ＝ＮＤａとして最小二乗線形回帰を用いることによって推定される。非目封止フィルタの単位長さ当たりのチャネル流動抵抗Ｒ’ｃｈは、次いで、Ｒ’ｃｈ＝ｃ−１／２ｃ２として計算される。
【００３２】
比率Ｒｐｅｒｍ／Ｒｃｈは次式に従ってｂ−１、ｃ−１、ｌ／ｃおよびＬｐｅｒｍ／ｃから計算される。
【数４】
2016507684.tif 000005
【００３３】
比率Ｒｗ／Ｒｃｈは次式に従ってＲｐｅｒｍ／Ｒｃｈから計算される。
【数５】
2016507684.tif 000006
【００３４】
有効セル幅ｄは次式に従ってパラメータｃ−１、断面積Ａ、セルピッチｃおよび、チャネル数Ｎから計算される。
【数６】
2016507684.tif 000007
この壁厚ｗはｗ＝ｃ−ｄとして計算される。チャネル抵抗Ｒｃｈは次式に従って長さＬｐｅｒｍ、チャネル幅ｄおよびチャネル密度δから計算される。
【数７】
2016507684.tif 000008
【００３５】
壁抵抗Ｒｗは式６に従って計算されたＲｃｈに次式４に従って計算されたＲｗ／Ｒｃｈの値を乗じることによって計算される。有効壁透過率κは、次いで、次式に従って壁抵抗Ｒｗ、計算壁厚ｗ、有効チャネル幅ｄおよびチャネル密度δから計算される。
【数８】
2016507684.tif 000009
【００３６】
この計算は、非目封止フィルタから同等にスタートして行われることができる。このような場合、記載されるような測定はまず非目封止フィルタ上で行われる。フィルタは、次いで、各端部上に碁盤目状に目封止されて入口および出口セルを形成し、その後、測定は目封止フィルタ上で行われる。κおよびＲｖは次いで、類似の方法で計算される。
【００３７】
この方法は、特定のセル断面形状について適宜に式（５）、（６）、および（７）における係数の調節を介して他のセル断面形状に適合させることができる。
【００３８】
セラミックハニカムは、断面積の１平方メートル当たり４５，０００〜２３０，０００セルのセル密度を有する。好ましいセル密度は、断面積の１平方メートル当たり４５，０００〜２００，０００セル、さらにより好ましいセル密度は断面積の１平方メートル当たり６０，０００〜１５５，０００セルである。本発明の目的のためのセル密度は関係δ＝Ｎ／Ａに従って規定される（式中、Ｎは断面積Ａ内に収容されるセル数であり、Ａはハニカムの断面積（セルおよびセル壁の面積を含む）である。セルが正方形である場合、セル密度はδ＝１／（ｄ＋ｗ）２として同等に計算されることができる（式中、δはセル密度（ｍ−２）であり、ｄはセルの有効幅（ｍ）であり、ｗは多孔質壁の厚さ（ｍ）である。
【００３９】
セラミックハニカムを製造するための方法はよく知られており、かつ一般的に本発明に使用するためのセラミックハニカムを生成するために使用されることができる。一般的に、  セラミック材料についての微粒子前駆体はキャリア液とブレンドされて押し出し可能な混合物を形成する。押し出し可能な混合物は、バインダ、レオロジー改質剤および必要または望ましいと思われるものなどの様々な加工助剤を含有し得る。押し出し可能な混合物は、次いで、押し出されて所望されるセル幾何形状を有するグリーン体を形成する。このグリーン体は、次いで、１つ以上の工程で焼成されてハニカムを生成する。様々な焼成工程に対する条件は、勿論形成されつつある特定の種別のセラミックに従って選択される。一般的に、当該技術において既知であるような好適な前駆体および焼成状態は有用である。
【００４０】
特にセラミックが針状構造体を欠く場合に、必要な透過率を得るために、押し出し可能な混合物に１種以上のポロゲンを含むことが望ましいかまたは必要であり得る。ポロゲンは、焼成工程の状態の下で劣化する、揮発するまたは別の方法でガスに変換される固体（２５℃において）材料として一般的に記載されることができる。ポロゲンのガスへの変換はセラミック内にボイドを生成し、かつその透過率を増大させる。
【００４１】
セラミックハニカムを製造するための好適な方法が、例えば、米国特許第５，１９４，１５４号、同第５，１７３，３４９号、同第５，１９８，００７号、同第５，０９８，４５５号、同第５，３４０，５１６号、同第６，５９６，６６５号、同第６，３０６，３３５号、同第７，７１３，８９７号、米国特許出願公開第２００１／００３８８１０号、および国際ＰＣＴ公開第ＷＯ０３／０８２７７３号に記載されるている。セメント表皮をこのようなセラミックハニカムへ適用するための好適な方法が、例えば、米国特許第７，０８３，８４２号および国際出願第ＷＯ２０１１／００８４６１号に記載されている。典型的には、様々な微粒子および／または繊維充填剤材料を含有する、セラミックセメント組成物は、セラミックハニカムの外周表面へ適用され、かつ焼成されて表皮を生成する。
【００４２】
機能材料は、例えば、金属の塩または酸の溶液でハニカムを含浸させ、次いで、溶媒を加熱するかまたは別の方法で除去し、かつ、必要であれば、塩または酸を焼成または別の方法で分解して所望される金属または金属酸化物を形成することによって、表皮を付けたハニカムへ適用されることができる。アルミナは、ハニカムをコロイド状アルミナで含浸させ、その後に続いて、乾燥することによって、典型的には含浸された本体にガスを通過させることによって析出されることができる。チタニアのような他のセラミックコーティングが類似の方法で適用されることができる。ハニカム（その内部壁が好ましくはアルミナまたは他の金属酸化物でコーティングされる）を、例えば、硝酸白金、塩化金、硝酸ロジウム、テトラアミン硝酸パラジウム、ギ酸バリウムのような金属の可溶性塩で含浸させ、その後に続いて乾燥および好ましくは焼成によって、バリウム、プラチナ、パラジウム、バナジウム、銀、金などの金属は複合体本体上に析出されることができる。特に車両用、発電プラント排ガス流用の触媒コンバータは、表皮を付けたハニカムからその方法で調整されることができる。様々な無機材料をハニカム構造体上に析出させるための好適な方法が、例えば、第ＵＳ２０５／０１１３２４９号および第ＷＯ２００１０４５８２８号に記載されている。
【００４３】
次の例は、本発明を例示するために提供されるが、本発明の範囲を限定することを意図するものではない。すべてのパーツおよびパーセンテージは、特段に指示されない限り重量による。
【実施例】
【００４４】
軸方向セグメント化針状ムライトフィルタ（実施例１）は、モノリシックハニカムを押し出し、次いで、結果得られたモノリスを直径が１１．０ｃｍ、長さが５．０８ｃｍである円筒形フィルタへ切断することによって調製される。このフィルタは無機表皮層で表皮を付けられる。軸方向延在セルは各端部において交番パターンで目封止され、碁盤目状パターンで入口および出口セルを形成する。フィルタ実施例１は次の特性を有する。
多孔質壁有効透過率（κ）：３．５５×１０−１２ｍ２。
壁厚（ｗ）：４４８μｍ。
有効セル直径（ｄ）：２．０７ｍｍ。
１／（ｗ＋ｄ）２）として計算される、セル密度δ：１５７，２００ｍ−２。
軸方向セル長さ（Ｌ）：５．０８×１０−２ｍ。
ＲＶ：６．３３×１０６ｍ−１。
【００４５】
フィルタ実施例１はＧＤＩエンジンを有する自動車に対して評価される。この車両の排気系は１つのフロースルー三元触媒を有する。フィルタ実施例１は、三元触媒の下流で排気系内に装着された缶内に設置される。この車両は、次いで、ガス消費量、炭化水素排出量、二酸化炭素排出量、ＮＯｘ排出量、放出された粒子質量およびサイズが２０ｎｍ超の放出された粒子数を測定しつつ、明確に定義された法定車両型式認証サイクル、新欧州ドライビングサイクル（ＮＥＤＣ）に従ってローラーシャーシー上で作動される。
【００４６】
比較のために、フィルタ実施例１が除去され、そして車両がローラーシャーシー上で同一条件において作動される。表１は、無濾過車両と比較したフィルタ実施例１の性能差を報告する。
【００４７】
フィルタ実施例２、３および４は、実施例２の場合に長さが７．６２ｃｍ、実施例３の場合に１０．１６ｃｍおよび実施例４の場合に１２．７ｃｍまで増大されることを除いて、フィルタ実施例１と同じ一般的な方法で調製される。実施例２、３、および４に関する多孔質壁有効透過率、壁厚、有効セル直径、セル密度は、実施例１とすべて同じである。実施例２、３および４に関するＲｖはそれぞれ４．５１×１０６ｍ−１、３．９３×１０６ｍ−１、および３．７６×１０６ｍ−１である。これらのフィルタは同じ方法で試験され、結果（無濾過車両を基準として）は表１に報告される通りである。
【００４８】
比較フィルタＡ、ＢおよびＣは、各ケースにおけるセル密度が３０１，０００ｍ−２のおよそ２倍になっていることを除いて、それぞれフィルタ実施例２、３および４と同じ一般的な方法ですべて作製される。比較フィルタＡ、ＢおよびＣのそれぞれのκは、３．７０×１０−１２ｍ２である。比較フィルタＡ、ＢおよびＣのＲｖはそれぞれ６．２９×１０６ｍ−１、６．５５×１０６ｍ−１および７．１２×１０６ｍ−１である。これらのフィルタは同じ方法で試験され、（制御Ａを基準として）結果は表１に報告される通りである。
【００４９】
【表１】
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【００５０】
表１のデータから分かるように、フィルタ実施例１〜４は除去された粒子数の観点で比較サンプルＡ〜Ｃと同等にすべて行われる。すべてのケースにいおいて、粒子カウントはディーゼル軽乗用車に対する粒子排出量に関する規制Ｅｕｒｏ ５以下に低減される。ＮＯｘ排出量の低減はまた同等である。しかしながら、炭化水素および一酸化炭素排出量の両方の顕著でかつ予期せぬ改善が同等の長さフィルタにおいて本発明で見られる（実施例２対比較Ａ、実施例３対比較Ｂ、実施例４対比較Ｃ）。
【手続補正書】
【提出日】平成27年6月3日(2015.6.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガソリン直噴射（ＧＤＩ）エンジンの排気ガスから微粒子状物質を除去する方法であって、微粒子を含んだ排気ガスを、交差多孔質壁によって画定される複数の軸方向延在セルを収容するセラミックハニカムの入口端へ導入することと、前記排気ガスを少なくとも１つのこのような多孔質壁に通過させて、前記多孔質壁内に前記微粒子状物質を捕集することと、次いで、前記排気ガスを前記セラミックハニカムの出口端から排出することと、を含み、
前記セラミックハニカムの前記多孔質壁が１５０〜７５０μｍの壁厚を有し、前記ハニカムが少なくとも０．８×１０−１２ｍ２の有効透過率を有し、前記セラミックハニカムが断面積の１平方メートル当たり４５，０００〜２３０，０００セルを収容する、方法。
【請求項２】
前記有効透過率κが１×１０−１２ｍ２〜１０×１０−１２ｍ２である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記壁厚が２００〜５００μｍである、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記セラミックハニカムが６０，０００〜１５５，０００セル／断面積ｍ２のセル密度を有する、請求項１に記載の方法。 
【請求項５】
前記セラミックハニカムが２×１０７ｍ−１未満の粘性抵抗（Ｒｖ）値を有することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記セラミックハニカムが、針状のムライト、針状のムライト−コーディエライト複合体、または針状のムライト−チアライト複合体である、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
内部に装着されたセラミックハニカムを備える排気系を有するガソリン燃料直噴射エンジンであって、前記エンジンからの排気ガスが前記排気系から排出されるより前に前記セラミックハニカムを通過するようにし、前記セラミックハニカムが交差多孔質壁によって画定される複数の軸方向延在セルを収容し、前記セラミックハニカムの前記多孔質壁が少なくとも０．８×１０−１２ｍ２の有効透過率、および１５０〜７５０μｍの壁厚を有し、前記セラミックハニカムが断面積の平方メートル当たり４５，０００〜２３０，０００セルを収容する（すなわち、４５，０００〜２３０，０００／ｍ２のセル密度を有する）、ガソリン燃料直噴射エンジン。
【国際調査報告】
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