JPH07106290B2 - ジーゼル排気粒子用フイルター - Google Patents
ジーゼル排気粒子用フイルターInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 本発明はジーゼルエンジン排気ガス処理及び更に詳細に
は触媒化されたフィルター（catalyzed filter）を用い
てジーゼルエンジン排気ガスからの粒子（particulat
e）の過（filtering）に関するものである。
は触媒化されたフィルター（catalyzed filter）を用い
てジーゼルエンジン排気ガスからの粒子（particulat
e）の過（filtering）に関するものである。
ジーゼルエンジンの排気ガス中にて大気に放出される粒
状物質の濃度をいかに最良に減少させるかの問題は現在
かなり興味がもたれている。これに関連して、排気ガス
を大気中に逃がす前にジーゼルエンジン排気系中の排気
ガスから粒子の実質的な部分を除去するための効率的
で、且つ実際的な装置を開発することが望まれている。
状物質の濃度をいかに最良に減少させるかの問題は現在
かなり興味がもたれている。これに関連して、排気ガス
を大気中に逃がす前にジーゼルエンジン排気系中の排気
ガスから粒子の実質的な部分を除去するための効率的
で、且つ実際的な装置を開発することが望まれている。
本分野において、エンジン作動中に排気ガス流から粒子
を捕捉する排気フィルターをジーゼルエンジンにつける
ことは公知である。このフィルターは一般的にこのもの
を通して延びる多数の細孔を有し、且つフィルターがフ
ィルターを通過する排気ガスを透過し、そして殆どか、
またはすべての粒子をフィルターを通過するガスから除
去し得るような小さな断面形状を有する多孔性で、固形
の物質から製造される。除去される粒子は一般にすす粒
子状の炭素質粒子からなる。捕集される粒子の質量が増
加するに従い、フィルターを通る排気ガスの流速は一般
に妨げられ、これにより増加した背圧（back perssur
e）がフィルター内に発生し、そしてエンジン効率の減
少が生じる。この時点で、このフィルターを使い捨て
（disposable）／交換可能（replaceable）エレメント
（element）として廃棄するか、または取り外し、そし
てフィルターを再使用し得るように捕集し粒子を510℃
以上の温度で燃焼させる（burn off）ことにより再生す
るかのいずれかである。
を捕捉する排気フィルターをジーゼルエンジンにつける
ことは公知である。このフィルターは一般的にこのもの
を通して延びる多数の細孔を有し、且つフィルターがフ
ィルターを通過する排気ガスを透過し、そして殆どか、
またはすべての粒子をフィルターを通過するガスから除
去し得るような小さな断面形状を有する多孔性で、固形
の物質から製造される。除去される粒子は一般にすす粒
子状の炭素質粒子からなる。捕集される粒子の質量が増
加するに従い、フィルターを通る排気ガスの流速は一般
に妨げられ、これにより増加した背圧（back perssur
e）がフィルター内に発生し、そしてエンジン効率の減
少が生じる。この時点で、このフィルターを使い捨て
（disposable）／交換可能（replaceable）エレメント
（element）として廃棄するか、または取り外し、そし
てフィルターを再使用し得るように捕集し粒子を510℃
以上の温度で燃焼させる（burn off）ことにより再生す
るかのいずれかである。
本分野においてすす粒子をフィルターに捕捉されたまま
で連続的に燃焼させるか、または焼却（incineration）
することにより更に簡単に粒子用フィルターを再生する
ことが望まれている。しかしながら、経験により通常の
ジーゼルエンジンの作動において排気系中の温度はエン
ジン負荷及び速度の相異なる条件下で実質的に変化し、
そしてフィルター中の温度は捕捉した粒子を焼却するに
必要な510℃の温度までに達することは殆んどないこと
が分かった。
で連続的に燃焼させるか、または焼却（incineration）
することにより更に簡単に粒子用フィルターを再生する
ことが望まれている。しかしながら、経験により通常の
ジーゼルエンジンの作動において排気系中の温度はエン
ジン負荷及び速度の相異なる条件下で実質的に変化し、
そしてフィルター中の温度は捕捉した粒子を焼却するに
必要な510℃の温度までに達することは殆んどないこと
が分かった。
従来、例えば米国特許第4,319,896号において熱排気ガ
ス流の温度を上昇させる触媒的物質を含有するフィルタ
ーを使用することによりこの状況を改正する試みがなさ
れた。本技術は触媒的物質に関して特殊なものではな
く、これらの特殊でない触媒物質の使用により実行され
る上昇した排気温度でさえも、これらの温度はフィルタ
ー中に保持される炭素粒子を効果的に発火させるには低
すぎることを示している。フィルター中の粒子を有効に
燃焼させるために、保持されたすすを燃焼させるに十分
に高い温度に電気的方法によりフィルターを定期的に加
熱しなければならない。米国特許第4,319,896号に示さ
れるように、電気的燃焼装置の使用も危険を含んでお
り、粒子の燃焼が早すぎ、そしてフィルターが過度に高
い温度に加熱されてフィルターが損傷され得る可能性が
あるために、すす粒子の燃焼中は注意しなければならな
い。
ス流の温度を上昇させる触媒的物質を含有するフィルタ
ーを使用することによりこの状況を改正する試みがなさ
れた。本技術は触媒的物質に関して特殊なものではな
く、これらの特殊でない触媒物質の使用により実行され
る上昇した排気温度でさえも、これらの温度はフィルタ
ー中に保持される炭素粒子を効果的に発火させるには低
すぎることを示している。フィルター中の粒子を有効に
燃焼させるために、保持されたすすを燃焼させるに十分
に高い温度に電気的方法によりフィルターを定期的に加
熱しなければならない。米国特許第4,319,896号に示さ
れるように、電気的燃焼装置の使用も危険を含んでお
り、粒子の燃焼が早すぎ、そしてフィルターが過度に高
い温度に加熱されてフィルターが損傷され得る可能性が
あるために、すす粒子の燃焼中は注意しなければならな
い。
最近公告された西ドイツ国特許出願（DE）第3,141,713
号（1983年５月）には遷移金属担体例えば酸化アルミニ
ウム、二酸化ケイ素、二酸化チタン、二酸化ジルコン及
び希土類金属の酸化物上にバナジン酸銀触媒を包含する
粒子用フィルターを用いることにより捕捉された粒子の
発火が始まる温度が低下することが示されている。
号（1983年５月）には遷移金属担体例えば酸化アルミニ
ウム、二酸化ケイ素、二酸化チタン、二酸化ジルコン及
び希土類金属の酸化物上にバナジン酸銀触媒を包含する
粒子用フィルターを用いることにより捕捉された粒子の
発火が始まる温度が低下することが示されている。
通常のエンジン作動中の排気ガス温度でジーゼルエンジ
ン排気粒子用フィルター中にてすす粒子の燃焼を行わせ
ることが本分野で必要であり、従って本発明の目的であ
る。
ン排気粒子用フィルター中にてすす粒子の燃焼を行わせ
ることが本分野で必要であり、従って本発明の目的であ
る。
更にすす粒子が焼却し得る温度を通常のジーゼルエンジ
ンの作動時に生じる排気ガス温度により近い程度に低下
させることができ、それによりフィルター中に捕捉され
たすす粒子の燃焼及び焼却を容易に達成することがで
き、且つフィルター中に過剰に蓄積した粒子をフィルタ
ーを損傷する危険なしに除去する方法を提供することが
本発明の目的である。
ンの作動時に生じる排気ガス温度により近い程度に低下
させることができ、それによりフィルター中に捕捉され
たすす粒子の燃焼及び焼却を容易に達成することがで
き、且つフィルター中に過剰に蓄積した粒子をフィルタ
ーを損傷する危険なしに除去する方法を提供することが
本発明の目的である。
本発明のこれらの及び他の目的はジーゼルエンジンの排
気系に用いるフィルター装置の方法により得られ、その
際にフィルターエレメントに白金族金属及びアルカリ土
金属酸化物の触媒混合物を与える。フィルター中にこの
触媒混合物が存在することによりフィルター壁上に捕集
された粒子の発火及び焼却を行わせ得る温度が低下し、
従ってあるジーゼルエンジンの作動条件下で得られるジ
ーゼル排気ガス温度でフィルターの連続的自己洗浄また
は再生が達成でき、これにより粒子による目詰まりが避
けられる。
気系に用いるフィルター装置の方法により得られ、その
際にフィルターエレメントに白金族金属及びアルカリ土
金属酸化物の触媒混合物を与える。フィルター中にこの
触媒混合物が存在することによりフィルター壁上に捕集
された粒子の発火及び焼却を行わせ得る温度が低下し、
従ってあるジーゼルエンジンの作動条件下で得られるジ
ーゼル排気ガス温度でフィルターの連続的自己洗浄また
は再生が達成でき、これにより粒子による目詰まりが避
けられる。
第１図はジーゼルエンジン排気ガス温度が260℃である
場合の触媒化されたジーゼル排気粒子用フィルター中の
背圧の蓄積に続いて、捕集された粒子の燃焼が行われる
温度である392℃に排気ガス温度を高めるようにジーゼ
ルエンジンの作動条件を変えた場合の背圧の減少を示す
図である。
場合の触媒化されたジーゼル排気粒子用フィルター中の
背圧の蓄積に続いて、捕集された粒子の燃焼が行われる
温度である392℃に排気ガス温度を高めるようにジーゼ
ルエンジンの作動条件を変えた場合の背圧の減少を示す
図である。
第２図は排気温度が260℃である場合の触媒化されたジ
ーゼル排気粒子用フィルター中のその期間にわたっての
背圧の蓄積に続いて、捕集された粒子の燃焼が行われる
温度である355℃に排気ガス温度を高めるようにジーゼ
ルエンジンの作動条件を変えた場合のその期間にわたっ
ての背圧の減少を示す図である。
ーゼル排気粒子用フィルター中のその期間にわたっての
背圧の蓄積に続いて、捕集された粒子の燃焼が行われる
温度である355℃に排気ガス温度を高めるようにジーゼ
ルエンジンの作動条件を変えた場合のその期間にわたっ
ての背圧の減少を示す図である。
第３図は排気ガスの温度が226〜392℃の温度範囲にわた
って変化する場合の本発明の触媒化されたジーゼル排気
粒子用フィルターの背圧の変化を示す図である。
って変化する場合の本発明の触媒化されたジーゼル排気
粒子用フィルターの背圧の変化を示す図である。
第４図は322〜362℃の排気温度における小さな変化にお
けるその期間にわたっての背圧の変化を示す図である。
けるその期間にわたっての背圧の変化を示す図である。
本発明の実施に際しては、排気マニホルド（manifold）
を含むジーゼルエンジンの排気ガス取扱い（handling）
系中に設置されたフィルターハウジング（housing）中
に触媒化されたフィルターを設置する。フィルター及び
フィルターハウジングは、存在させてもよい他のガスラ
インエレメントと共にエンジンの排気ガスマニホルド及
び大気に開放されている排気テイルパイプ（tailpipe）
の末端間、好ましくは高温を得るようにできる限りエン
ジン排気マニホルドに近づけて設置する。フィルターハ
ウジング中に、エンジンマニホルドからフィルターハウ
ジングに供給される排気ガス中の粒子を捕集するに適す
る本発明の高効率で、自己洗浄性で、触媒化されたフィ
ルターエレメントを設置する。このフィルターエレメン
トは排気ガス流を過度に妨げずにジーゼルエンジン排気
ガスから実質量の粒子を捕捉し、そして保持する配置に
あり、且つエンジン作動及び再生中に排気ガスに生じる
高温に耐えることができる、いずれかの多孔性高温材料
製であってもよい。
を含むジーゼルエンジンの排気ガス取扱い（handling）
系中に設置されたフィルターハウジング（housing）中
に触媒化されたフィルターを設置する。フィルター及び
フィルターハウジングは、存在させてもよい他のガスラ
インエレメントと共にエンジンの排気ガスマニホルド及
び大気に開放されている排気テイルパイプ（tailpipe）
の末端間、好ましくは高温を得るようにできる限りエン
ジン排気マニホルドに近づけて設置する。フィルターハ
ウジング中に、エンジンマニホルドからフィルターハウ
ジングに供給される排気ガス中の粒子を捕集するに適す
る本発明の高効率で、自己洗浄性で、触媒化されたフィ
ルターエレメントを設置する。このフィルターエレメン
トは排気ガス流を過度に妨げずにジーゼルエンジン排気
ガスから実質量の粒子を捕捉し、そして保持する配置に
あり、且つエンジン作動及び再生中に排気ガスに生じる
高温に耐えることができる、いずれかの多孔性高温材料
製であってもよい。
ジーゼルエンジン排気粒子を過すためにフィルターハ
ウジング中に設置するフィルターエレメントは薄い、多
孔性壁のハニカム（honeycomb）（一体化物）（monolit
h）または発泡（foam）構造体を含み、このものを通し
て背圧の大き過ぎる増加またはフィルターハウジングを
越す際の圧力の低下の原因とならずに排気ガスが通過す
る。通常、清浄なフィルターエレメントは1.0〜10.0キ
ロパスカル（kpa）の背圧を生じ、これは実質的にはジ
ーゼルエンジンの作動効率に悪影響を及ぼさない。上記
キロパスカルは１平方ｍ当り1000ニュートンで定義さ
れ、１平方インチ当り0.145ポンドに相当する。これら
のフィルターは一般的にセラミック、一般には結晶性、
ガラスセラミック、ガラス、金属、サーメット、樹脂ま
たは有機重合体、紙、織物繊維布（充てん剤有りか、ま
たは無し）及びその配合物から製造される。本発明の実
施により触媒化され得る種々の従来のジーゼルエンジン
排気粒子用フィルターの詳細な記述は本明細書に参考と
して引用する米国特許第4,329,162号に開示されてい
る。
ウジング中に設置するフィルターエレメントは薄い、多
孔性壁のハニカム（honeycomb）（一体化物）（monolit
h）または発泡（foam）構造体を含み、このものを通し
て背圧の大き過ぎる増加またはフィルターハウジングを
越す際の圧力の低下の原因とならずに排気ガスが通過す
る。通常、清浄なフィルターエレメントは1.0〜10.0キ
ロパスカル（kpa）の背圧を生じ、これは実質的にはジ
ーゼルエンジンの作動効率に悪影響を及ぼさない。上記
キロパスカルは１平方ｍ当り1000ニュートンで定義さ
れ、１平方インチ当り0.145ポンドに相当する。これら
のフィルターは一般的にセラミック、一般には結晶性、
ガラスセラミック、ガラス、金属、サーメット、樹脂ま
たは有機重合体、紙、織物繊維布（充てん剤有りか、ま
たは無し）及びその配合物から製造される。本発明の実
施により触媒化され得る種々の従来のジーゼルエンジン
排気粒子用フィルターの詳細な記述は本明細書に参考と
して引用する米国特許第4,329,162号に開示されてい
る。
操作において、ジーゼルエンジンにより排出された排気
ガスは排気マニホルドから排気パイプを通り、そしてそ
この排気粒子用フィルターハウジングに本発明の触媒化
された排気フィルターを設置する。フィルター内では、
エンジンが冷却しているか、または車両が低速で運転さ
れている場合、ガス中にふくまれる粒子の実質的部分を
多孔性フィルター媒質の触媒化された表面上で捕集する
多孔性壁を通って排気ガスが通過する。代表的なジーゼ
ル乗用車におけるある負荷の状態で到達する約375〜400
℃の排気ガス温度で、フィルターの壁上に捕集された粒
子は発火し、そして捕集された粒子はこれらの排気温度
で連続的に焼却される。次に清浄な排気ガスはフィルタ
ーから排気系の残りの部分に出てゆき、そこから大気中
に放出される。
ガスは排気マニホルドから排気パイプを通り、そしてそ
この排気粒子用フィルターハウジングに本発明の触媒化
された排気フィルターを設置する。フィルター内では、
エンジンが冷却しているか、または車両が低速で運転さ
れている場合、ガス中にふくまれる粒子の実質的部分を
多孔性フィルター媒質の触媒化された表面上で捕集する
多孔性壁を通って排気ガスが通過する。代表的なジーゼ
ル乗用車におけるある負荷の状態で到達する約375〜400
℃の排気ガス温度で、フィルターの壁上に捕集された粒
子は発火し、そして捕集された粒子はこれらの排気温度
で連続的に焼却される。次に清浄な排気ガスはフィルタ
ーから排気系の残りの部分に出てゆき、そこから大気中
に放出される。
本発明の触媒は約1:250〜約1:1、好ましくは約1:60〜約
1:6の白金族金属及びアルカリ土金属間の原子比を有す
る白金族金属例えば白金、パラジウム、ロジウム及びル
テニウム、並びにアルカリ土金属酸化物例えば酸化マグ
ネシウム、酸化カルシウム、酸化ストロンチウムまたは
酸化バリウムの混合物に特徴がある。
1:6の白金族金属及びアルカリ土金属間の原子比を有す
る白金族金属例えば白金、パラジウム、ロジウム及びル
テニウム、並びにアルカリ土金属酸化物例えば酸化マグ
ネシウム、酸化カルシウム、酸化ストロンチウムまたは
酸化バリウムの混合物に特徴がある。
白金が好適な白金族金属であり、そして酸化マグネシウ
ムは本発明の触媒混合物のアルカリ土金属酸化物成分と
して好適である。
ムは本発明の触媒混合物のアルカリ土金属酸化物成分と
して好適である。
本発明の触媒化された粒子用フィルターを製造する際
に、触媒は単位フィルター容積の１立方フィート当り約
12〜約900g（g/ft3）のコーテイング重量または濃度で
の白金族金属及びアルカリ土金属酸化物の混合物からな
るコーテイングまたはフィルター層の状態で存在するこ
とができ、その際に約２〜約200g/ft3、好ましくは約５
〜約150g/ft3が白金族金属、そして約30〜約1500g/f
t3、好ましくは約50〜約900g/ft3がアルカリ土金属酸化
物からなる。
に、触媒は単位フィルター容積の１立方フィート当り約
12〜約900g（g/ft3）のコーテイング重量または濃度で
の白金族金属及びアルカリ土金属酸化物の混合物からな
るコーテイングまたはフィルター層の状態で存在するこ
とができ、その際に約２〜約200g/ft3、好ましくは約５
〜約150g/ft3が白金族金属、そして約30〜約1500g/f
t3、好ましくは約50〜約900g/ft3がアルカリ土金属酸化
物からなる。
本発明の触媒混合物のフィルターエレメント例えば一体
性セラミック材料または発泡セラミック材料の多孔性壁
上への沈着はいずれの通常の方法により行うことができ
る。フィルターエレメント壁の表面上への触媒混合物の
好適な沈着方法はこのフィルターエレメントに白金族金
属の塩の水溶液並びに水溶性アルカリ土金属塩の水溶液
を含浸させることである。これはフィルターエレメント
を溶液または溶液（複数）に浸漬することによりフィル
ターエレメントを白金族金属塩もしくはアルカリ土金属
塩またはその両方のいずれかの水溶液と接触させ、排液
することにより過剰の溶液を除去し、引き続き110〜150
℃で乾燥し、続いて450〜600℃で焼することにより最
良に達成される。
性セラミック材料または発泡セラミック材料の多孔性壁
上への沈着はいずれの通常の方法により行うことができ
る。フィルターエレメント壁の表面上への触媒混合物の
好適な沈着方法はこのフィルターエレメントに白金族金
属の塩の水溶液並びに水溶性アルカリ土金属塩の水溶液
を含浸させることである。これはフィルターエレメント
を溶液または溶液（複数）に浸漬することによりフィル
ターエレメントを白金族金属塩もしくはアルカリ土金属
塩またはその両方のいずれかの水溶液と接触させ、排液
することにより過剰の溶液を除去し、引き続き110〜150
℃で乾燥し、続いて450〜600℃で焼することにより最
良に達成される。
本発明を次の実施例でする： 実施例 Ｉ 次の方法で触媒処理するために10〜40m細孔径範囲、200
セル（cell）/in2のセル密度及び12ミルの壁の厚さを有
するセラミック性コージエライト一体構造の直径1.5イ
ンチ及び長さ3.0インチ（容積5.3in3）の一連のコーニ
ング（Corning）製ジーゼル粒子用フィルターエレメン
トを選んだ： Mg（No3）２・6H2O 80gを脱イオン化水250ccに溶解さ
せ、そしてフィルターエレメントをこの溶液に２分間浸
漬した。フィルターエレメントをMg（No3）２溶液から
除去し、続いて過剰の溶液をフィルターエレメントから
排液し、そしてこのフィルターエレメントを110℃で２
時間乾燥した。乾燥したフィルターエレメントを500℃
で15分間焼した。室温に冷却後、フィルターエレメン
トをアミンに溶解されたH2Pt（OH）６として白金10g含
む水溶液中に浸漬した。このフィルターを白金塩溶液か
ら除去し、過剰の溶液を排液し、110℃で２時間乾燥
し、次に500℃で15分間焼した。冷却したフィルター
エレメントを測定した結果、白金130g/ft3及びMgO 196
g/ft3を含んでいた。かくて触媒化されたフィルターエ
レメントを秤量した後にフィルターハウジング中に設置
し、そしてダイムラー・ベンツ（Daimler Benz）ジーゼ
ルエンジンの排気流に曝した。このフィルターエレメン
トを秤量し、次に異なった温度、例えば400℃、500℃及
び600℃に各々の温度で１時間マッフル炉中に置いた。
次にフィルターエレメントにおける重量損失を測定し
た。各々の特定の温度で生じる重量損失としてこれらの
データを第Ｉ表に記録する。
セル（cell）/in2のセル密度及び12ミルの壁の厚さを有
するセラミック性コージエライト一体構造の直径1.5イ
ンチ及び長さ3.0インチ（容積5.3in3）の一連のコーニ
ング（Corning）製ジーゼル粒子用フィルターエレメン
トを選んだ： Mg（No3）２・6H2O 80gを脱イオン化水250ccに溶解さ
せ、そしてフィルターエレメントをこの溶液に２分間浸
漬した。フィルターエレメントをMg（No3）２溶液から
除去し、続いて過剰の溶液をフィルターエレメントから
排液し、そしてこのフィルターエレメントを110℃で２
時間乾燥した。乾燥したフィルターエレメントを500℃
で15分間焼した。室温に冷却後、フィルターエレメン
トをアミンに溶解されたH2Pt（OH）６として白金10g含
む水溶液中に浸漬した。このフィルターを白金塩溶液か
ら除去し、過剰の溶液を排液し、110℃で２時間乾燥
し、次に500℃で15分間焼した。冷却したフィルター
エレメントを測定した結果、白金130g/ft3及びMgO 196
g/ft3を含んでいた。かくて触媒化されたフィルターエ
レメントを秤量した後にフィルターハウジング中に設置
し、そしてダイムラー・ベンツ（Daimler Benz）ジーゼ
ルエンジンの排気流に曝した。このフィルターエレメン
トを秤量し、次に異なった温度、例えば400℃、500℃及
び600℃に各々の温度で１時間マッフル炉中に置いた。
次にフィルターエレメントにおける重量損失を測定し
た。各々の特定の温度で生じる重量損失としてこれらの
データを第Ｉ表に記録する。
20セル/25mmセル密度／壁厚さの直径1.5インチ及び長さ
2.0インチ（容量3.5in3）のトヨメンカ（Toyomenka）発
泡コーディエライトセラミック粒子用フィルターエレメ
ントをセラミック一体化フィルターエレメントに代える
以外は実施例Ｉの方法をくり返して行った。触媒化され
た発泡フィルターエレメントを測定した結果、白金130g
/ft3及びMgO881g/ft3を含んでいた。また触媒化された
発泡セラミックフィルターエレメントに対する重量損失
データを下の第Ｉ表に記録する。
2.0インチ（容量3.5in3）のトヨメンカ（Toyomenka）発
泡コーディエライトセラミック粒子用フィルターエレメ
ントをセラミック一体化フィルターエレメントに代える
以外は実施例Ｉの方法をくり返して行った。触媒化され
た発泡フィルターエレメントを測定した結果、白金130g
/ft3及びMgO881g/ft3を含んでいた。また触媒化された
発泡セラミックフィルターエレメントに対する重量損失
データを下の第Ｉ表に記録する。
比較の目的のために、重量損失データを記号「C1」で表
される触媒化されていないセラミック一体化フィルター
エレメント並びに白金及びパラジウムの配合物を用いて
触媒化され、その際にフィルター上に存在する触媒の量
が約130g/ft3であり、Pt/Pd比が10/1であるセラミック
一体化フィルター（記号「C2」で表わす）に対して得る
以外は実施例Ｉの方法をくり返して行った。またフイル
ターC1及びC2に対する重量損失データを下の第Ｉ表に記
録する。
される触媒化されていないセラミック一体化フィルター
エレメント並びに白金及びパラジウムの配合物を用いて
触媒化され、その際にフィルター上に存在する触媒の量
が約130g/ft3であり、Pt/Pd比が10/1であるセラミック
一体化フィルター（記号「C2」で表わす）に対して得る
以外は実施例Ｉの方法をくり返して行った。またフイル
ターC1及びC2に対する重量損失データを下の第Ｉ表に記
録する。
第Ｉ表を参考にして、触媒化されたフィルターエレメン
ト１及び２は触媒化されていないフィルターエレメント
（C1）または白金族金属のみで触媒されたフィルターエ
レメント（C2）よりかなり多量の重量（粒子の多量の燃
焼）が損失したことが直ちに明らかである。
ト１及び２は触媒化されていないフィルターエレメント
（C1）または白金族金属のみで触媒されたフィルターエ
レメント（C2）よりかなり多量の重量（粒子の多量の燃
焼）が損失したことが直ちに明らかである。
実施例 II 実施例Ｉに従って製造した触媒化されたセラミック一体
化フィルターエレメントをドイツ（Deutz）F8L−413
８気筒ジーゼルエンジンの右及び差の排気パイプ上に設
置されたフィルターハウジング中に置き、これを通して
エンジンマニホルドからの排気ガスを通過させるように
した。エンジンをダイナモメータ（dynamometer）で作
動させた。経験により通常のエンジン作動においては、
エンジン負荷及び速度の異なった条件下で排気系の温度
は実質的に変わることが分かっている。上記試験装置に
用いて、触媒化されていないセラミック一体化フィルタ
ーエレメントを用いる場合は目詰まりしたフィルターを
再生するために少なくとも510℃の温度にフィルターエ
レメントを加熱する必要があることが分った。
化フィルターエレメントをドイツ（Deutz）F8L−413
８気筒ジーゼルエンジンの右及び差の排気パイプ上に設
置されたフィルターハウジング中に置き、これを通して
エンジンマニホルドからの排気ガスを通過させるように
した。エンジンをダイナモメータ（dynamometer）で作
動させた。経験により通常のエンジン作動においては、
エンジン負荷及び速度の異なった条件下で排気系の温度
は実質的に変わることが分かっている。上記試験装置に
用いて、触媒化されていないセラミック一体化フィルタ
ーエレメントを用いる場合は目詰まりしたフィルターを
再生するために少なくとも510℃の温度にフィルターエ
レメントを加熱する必要があることが分った。
触媒化されたフィルターエレメントの有効性を試験する
ために、水平な道路面上で代表的な作業用（heavy dut
y）ジーゼル自動車が約50mphの速度で自動車道を走行し
得るエンジン速度2200mpm及び負荷183ニョートン・メー
トル（N.m.）トルクでダイナモメータを操作した。触媒
化されたフィルターエレメントを設置したフィルターハ
ウジングを排気マニホルドら約1m下流に位置させた。排
気ガス温度は260℃であった。
ために、水平な道路面上で代表的な作業用（heavy dut
y）ジーゼル自動車が約50mphの速度で自動車道を走行し
得るエンジン速度2200mpm及び負荷183ニョートン・メー
トル（N.m.）トルクでダイナモメータを操作した。触媒
化されたフィルターエレメントを設置したフィルターハ
ウジングを排気マニホルドら約1m下流に位置させた。排
気ガス温度は260℃であった。
フィルターエレメントに帰因する背圧（または圧力降
下）を８時間にわたって測定し、その際にフィルターエ
レメント中での粒子の蓄積及び堆積により背圧は右側の
触媒化されたフィルターおいては0.178kpa/時間、そし
て左側の触媒化されたフィルターに対しては0.211kpa/
時間の割合で増加した。フィルターエレメント中の背圧
が約８〜9kpaに上昇した後、トルクを406N.m.に上昇さ
せた。増加した負荷により排気ガス温度は392℃に上昇
した。この排気ガス温度で、背圧は20〜40分間以内によ
り低い安定状態に降下した。このことはフィルター中に
捕集された粒子の燃焼が起こったことを示す。右側のフ
ィルターエレメントが清浄、即ち実質的に粒子が存在し
ない場合、このものにおける背圧を測定した結果、エン
ジン速度2200rpm及びトルク183N.m.（排気ガス温度260
℃）で6.1kpaであり、そして同一条件下での清浄な左側
のフィルターの背圧は約5.3kpaであった。
下）を８時間にわたって測定し、その際にフィルターエ
レメント中での粒子の蓄積及び堆積により背圧は右側の
触媒化されたフィルターおいては0.178kpa/時間、そし
て左側の触媒化されたフィルターに対しては0.211kpa/
時間の割合で増加した。フィルターエレメント中の背圧
が約８〜9kpaに上昇した後、トルクを406N.m.に上昇さ
せた。増加した負荷により排気ガス温度は392℃に上昇
した。この排気ガス温度で、背圧は20〜40分間以内によ
り低い安定状態に降下した。このことはフィルター中に
捕集された粒子の燃焼が起こったことを示す。右側のフ
ィルターエレメントが清浄、即ち実質的に粒子が存在し
ない場合、このものにおける背圧を測定した結果、エン
ジン速度2200rpm及びトルク183N.m.（排気ガス温度260
℃）で6.1kpaであり、そして同一条件下での清浄な左側
のフィルターの背圧は約5.3kpaであった。
第１〜３図において、右及び左側の触媒化されたフィル
ターを通る排気ガス流の時間を横軸にとり、そして粒子
の堆積により触媒化されたフィルター中に蓄積された背
圧を縦軸にとった。曲線は実際のデータからプロットし
た。
ターを通る排気ガス流の時間を横軸にとり、そして粒子
の堆積により触媒化されたフィルター中に蓄積された背
圧を縦軸にとった。曲線は実際のデータからプロットし
た。
第１図は260℃の排気ガス温度で、触媒化されたフィル
ター中で連続的な背圧の蓄積が生じ、８時間後にフィル
ター中に粒子の堆積を示す図である。エンジンに対する
負荷を温度392℃に上昇させるように増加させた場合、
右及び左のフィルターエレメントの両方の背圧が急速
に、即ち20〜40分間以内に減少し、このことは粒子の通
常の発火及び焼却温度（550℃）より実質的に下の温度
での粒子の燃焼を示す。第１図に示したデータは、フィ
ルターエレメント中に触媒が存在することによりフィル
ターの再生を達成し得る温度が低下することを明らかに
示し、その際に安定状態の背圧は清浄なフィルターで生
じる背圧にかなり近い値である。例えば、第１図におけ
る曲線を検討した結果、392℃に加熱された排気ガスに4
0分間曝した後の右のフィルターを定常状態の背圧は清
浄なフィルターの6.3kpaに比較して約7.5kpaであり、そ
して392℃の排気ガスに20分間曝した後の左のフィルタ
ーに対する安定状態の背圧は清浄なフィルターに対する
5.3kpaに比較して6.5kpaであることが分った。
ター中で連続的な背圧の蓄積が生じ、８時間後にフィル
ター中に粒子の堆積を示す図である。エンジンに対する
負荷を温度392℃に上昇させるように増加させた場合、
右及び左のフィルターエレメントの両方の背圧が急速
に、即ち20〜40分間以内に減少し、このことは粒子の通
常の発火及び焼却温度（550℃）より実質的に下の温度
での粒子の燃焼を示す。第１図に示したデータは、フィ
ルターエレメント中に触媒が存在することによりフィル
ターの再生を達成し得る温度が低下することを明らかに
示し、その際に安定状態の背圧は清浄なフィルターで生
じる背圧にかなり近い値である。例えば、第１図におけ
る曲線を検討した結果、392℃に加熱された排気ガスに4
0分間曝した後の右のフィルターを定常状態の背圧は清
浄なフィルターの6.3kpaに比較して約7.5kpaであり、そ
して392℃の排気ガスに20分間曝した後の左のフィルタ
ーに対する安定状態の背圧は清浄なフィルターに対する
5.3kpaに比較して6.5kpaであることが分った。
実施例 III 燃焼サイクルに対して、エンジン速度が2240rpmであ
り、そしてトルクが325N.m.であり、この条件により355
℃の排気温度が生じる以外は実施例IIの方法をくり返し
て行った。第２図にプロットした曲線で示すように、こ
の排気温度での安定状態の背圧に達するまでの燃焼は右
及び左の両方の触媒されたフィルターに対して約105分
間を必要とする。右の触媒化されたフィルターに対する
背圧の蓄積は0.200kpa/時間であり、そして左の触媒化
されたフィルターに対しては0.243kpa/時間である。第
２図における曲線は、355℃の排気温度で（即ち、触媒
化されていないフィルターを用いた際の粒子の最低の発
火温度より155℃低い温度）、触媒化されたフィルター
中に堆積した粒子の実質的な燃焼が比較的低い排気ガス
温度で妥当な期間内で可能なことを示している。
り、そしてトルクが325N.m.であり、この条件により355
℃の排気温度が生じる以外は実施例IIの方法をくり返し
て行った。第２図にプロットした曲線で示すように、こ
の排気温度での安定状態の背圧に達するまでの燃焼は右
及び左の両方の触媒されたフィルターに対して約105分
間を必要とする。右の触媒化されたフィルターに対する
背圧の蓄積は0.200kpa/時間であり、そして左の触媒化
されたフィルターに対しては0.243kpa/時間である。第
２図における曲線は、355℃の排気温度で（即ち、触媒
化されていないフィルターを用いた際の粒子の最低の発
火温度より155℃低い温度）、触媒化されたフィルター
中に堆積した粒子の実質的な燃焼が比較的低い排気ガス
温度で妥当な期間内で可能なことを示している。
再生（燃焼）温度を測定した工程を第３図に示す。エン
ジン排気温度を一定エンジン速度2200rpmで226℃から39
2℃に上昇させた。背圧が減少する392℃の温度に達する
ま各々の排気温度増加の上昇に対し、背圧の上昇を観察
した。（左の触媒化されたフィルターに対しては背圧の
減少は373℃で始まった）。この連続した背圧の減少は
フィルター中の粒子の燃焼を示した。
ジン排気温度を一定エンジン速度2200rpmで226℃から39
2℃に上昇させた。背圧が減少する392℃の温度に達する
ま各々の排気温度増加の上昇に対し、背圧の上昇を観察
した。（左の触媒化されたフィルターに対しては背圧の
減少は373℃で始まった）。この連続した背圧の減少は
フィルター中の粒子の燃焼を示した。
実施例 IV フィルター再生の際のフィルターを触媒化させる効果
を、実施例IIに用いたタイプのドイツ（Deutz）F8L−41
3エンジン上のジーゼル抗道（mine）車をシューミレー
トした作業率（work duty）サイクルで運転し、一方コ
ンピュータ制御したエンジンダイナモメータ上で操作し
て更に試験した。用いた作業サイクルはミシガン・テク
ノロジカル・ユニバーシティー（Michigan Technologi
cal University）での研究において最初に定義され、
そしてMTUサイクルと呼ばれている。MTUサイクルにおい
て、ドイツ（Deutz）エンジン及び触媒化されていない
フィルターを用いる前の試験により、通常のエンジン排
気温度、即ち約340℃でフィルターの燃焼再生が起こら
ないことが示された。この結果は510℃の最低温度が触
媒化されていないフィルターの再生をはじめるために必
要であることと一致した。
を、実施例IIに用いたタイプのドイツ（Deutz）F8L−41
3エンジン上のジーゼル抗道（mine）車をシューミレー
トした作業率（work duty）サイクルで運転し、一方コ
ンピュータ制御したエンジンダイナモメータ上で操作し
て更に試験した。用いた作業サイクルはミシガン・テク
ノロジカル・ユニバーシティー（Michigan Technologi
cal University）での研究において最初に定義され、
そしてMTUサイクルと呼ばれている。MTUサイクルにおい
て、ドイツ（Deutz）エンジン及び触媒化されていない
フィルターを用いる前の試験により、通常のエンジン排
気温度、即ち約340℃でフィルターの燃焼再生が起こら
ないことが示された。この結果は510℃の最低温度が触
媒化されていないフィルターの再生をはじめるために必
要であることと一致した。
本実施例において、本発明の触媒化された粒子用のフィ
ルターを用いて燃焼再生が起こる温度を更に正確に求め
るように、触媒化されたフィルターに対する一連の実際
のエンジン作動条件の効果を模擬する（simulate）ため
に322〜362℃の狭い範囲にわたる数種のエンジン排気温
度でMTUサイクルを操作した。
ルターを用いて燃焼再生が起こる温度を更に正確に求め
るように、触媒化されたフィルターに対する一連の実際
のエンジン作動条件の効果を模擬する（simulate）ため
に322〜362℃の狭い範囲にわたる数種のエンジン排気温
度でMTUサイクルを操作した。
この試験において排気温度を変える際に、所望の排気温
度の範囲を達成させるためにエンジンへの取込空気の温
度を変えた。燃焼空気温度の上昇に対応して排気ガス温
度も上昇した。試験１〜４で示される排気温度の変化を
第II表に記録する。粒子を負荷させた触媒化されたフィ
ルターを試験ジーゼルエンジンの右及び左の両方の排気
マニホルドの下流に設置されたフィルターハウジング中
に置いた。第４図に示すように、2.5分間の間隔を有す
るMTUサイクルを中断せずに3.5〜9.5時間の期間にわた
ってくり返して行った。エンジン背圧の曲線は右及び左
のエンジン背圧の平均値を表わす。
度の範囲を達成させるためにエンジンへの取込空気の温
度を変えた。燃焼空気温度の上昇に対応して排気ガス温
度も上昇した。試験１〜４で示される排気温度の変化を
第II表に記録する。粒子を負荷させた触媒化されたフィ
ルターを試験ジーゼルエンジンの右及び左の両方の排気
マニホルドの下流に設置されたフィルターハウジング中
に置いた。第４図に示すように、2.5分間の間隔を有す
るMTUサイクルを中断せずに3.5〜9.5時間の期間にわた
ってくり返して行った。エンジン背圧の曲線は右及び左
のエンジン背圧の平均値を表わす。
第４図にプロットした曲線は各々第II表に示した排気温
度で3.5〜9.5時間にわたって得られた背圧の変化を示
す。
度で3.5〜9.5時間にわたって得られた背圧の変化を示
す。
第４図の試験から明らかなように、低い排気ガス温度で
示される背圧即ち試験No.1及び２では試験期間にわたっ
て上昇し続け、このことは触媒化されたフィルターが粒
子で徐々に目詰まりすることを示し、一方試験No.3〜４
の高い排気ガス温度（354℃）では背圧が低下し、この
ことは粒子の通常の発火温度より少なくとも156℃下の
温度でも触媒化されたフィルターを用いて粒子の燃焼が
可能であることを示している。
示される背圧即ち試験No.1及び２では試験期間にわたっ
て上昇し続け、このことは触媒化されたフィルターが粒
子で徐々に目詰まりすることを示し、一方試験No.3〜４
の高い排気ガス温度（354℃）では背圧が低下し、この
ことは粒子の通常の発火温度より少なくとも156℃下の
温度でも触媒化されたフィルターを用いて粒子の燃焼が
可能であることを示している。
排気ガス温度354℃で操作される触媒化されたフィルタ
ーを用いるMTUサイクルにわたって大気中に放出される
ジーゼルエンジン排気パイプからのガス状排気物を下の
第III表に記録する。また粒子用フィルターを備えてい
ない排気パイプからのガス状排気物を「フィルター無
し」と記して第III表に記録する。
ーを用いるMTUサイクルにわたって大気中に放出される
ジーゼルエンジン排気パイプからのガス状排気物を下の
第III表に記録する。また粒子用フィルターを備えてい
ない排気パイプからのガス状排気物を「フィルター無
し」と記して第III表に記録する。
第III表に示されるデータから、ジーゼルエンジンの排
気系中に触媒化された粒子用フィルターを存在させるこ
とが一般に系のガス状排気物を減少させる際に有効であ
ることが分る。
気系中に触媒化された粒子用フィルターを存在させるこ
とが一般に系のガス状排気物を減少させる際に有効であ
ることが分る。
本発明の系の特定の成分を上に定義したが、いずれかの
方法で本発明の系に影響を及ぼすか、高めるか、または
さもなければ改善し得る多くの他の方法を導入すること
ができる。これらのものも本明細書に包含される。
方法で本発明の系に影響を及ぼすか、高めるか、または
さもなければ改善し得る多くの他の方法を導入すること
ができる。これらのものも本明細書に包含される。
種々の方法を本明細書に示したが、本明細書を読んだ際
に多くの改良法及び変法が本分野に精通せる者には考え
られるであろう。これらのものも本明細書に包含され
る。
に多くの改良法及び変法が本分野に精通せる者には考え
られるであろう。これらのものも本明細書に包含され
る。
【図面の簡単な説明】 第１図はジーゼルエンジンの作動条件を変えた場合の背
圧の変化を示すものである。 第２図はジーゼルエンジンの作動条件を変えた場合に、
その期間における背圧の変化を示すものである。 第３図は本発明のジーゼル排気フィルターの背圧の変化
を示すものである。 第４図は323〜362℃の排気温度での背圧の変化を示すも
のである。
圧の変化を示すものである。 第２図はジーゼルエンジンの作動条件を変えた場合に、
その期間における背圧の変化を示すものである。 第３図は本発明のジーゼル排気フィルターの背圧の変化
を示すものである。 第４図は323〜362℃の排気温度での背圧の変化を示すも
のである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−49825（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−186441（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−119444（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−104652（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−131270（ＪＰ，Ａ)
Claims (11)
- 【請求項１】ジーゼルエンジンの排気ガス中に存在する
粒子を濾過し、そして該粒子をエレメントを通って流れ
るガスから多孔性壁表面上に捕集するに適する多孔性壁
を有する耐高温性フイルターエレメントを有し、該フイ
ルターエレメントが捕集した粒子が発火する際その燃焼
が始まる温度を低下させる白金族金属及びアルカリ土金
属酸化物の混合物を含んでなる触媒を該壁の表面上に有
し、該粒子を燃焼させることにより連続的に除去するも
のであることを特徴とするジーゼル排気粒子用フイルタ
ー。 - 【請求項２】フイルターがセラミツク材料製である、特
許請求の範囲第１項記載のフイルター。 - 【請求項３】フイルターが発泡したセラミツク材料製で
ある、特許請求の範囲第２項記載のフイルター。 - 【請求項４】フイルターがセラミツク一体性材料製であ
る、特許請求の範囲第２項記載のフイルター。 - 【請求項５】白金族金属が白金である、特許請求の範囲
第１項記載のフイルター。 - 【請求項６】アルカリ土金属酸化物が酸化マグネシウム
である、特許請求の範囲第１項記載のフイルター。 - 【請求項７】白金族金属をフイルター表面１立方フイー
ト当り約５〜約150gの濃度でフイルターの表面上に存在
させる、特許請求の範囲第５項記載のフイルター。 - 【請求項８】アルカリ土金属酸化物をフイルター表面１
立方フイート当り約30〜約1500gの濃度でフイルターの
表面上に存在させる、特許請求の範囲第６項記載のフイ
ルター。 - 【請求項９】触媒混合物中の白金族金属及びアルカリ土
金属間の原子比が約1:60〜約1:6である、特許請求の範
囲第１項記載のフイルター。 - 【請求項１０】白金族金属が白金であり、アルカリ土金
属酸化物が酸化マグネシウムである、特許請求の範囲第
１項記載のフイルター。 - 【請求項１１】触媒が実質的に白金と酸化マグネシウム
からなる、特許請求の範囲第１項記載のフイルター。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US60278384A | 1984-04-23 | 1984-04-23 | |
| US602783 | 2000-06-26 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60235620A JPS60235620A (ja) | 1985-11-22 |
| JPH07106290B2 true JPH07106290B2 (ja) | 1995-11-15 |
Family
ID=24412791
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8467685A Expired - Lifetime JPH07106290B2 (ja) | 1984-04-23 | 1985-04-22 | ジーゼル排気粒子用フイルター |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0160482B1 (ja) |
| JP (1) | JPH07106290B2 (ja) |
| AT (1) | ATE39853T1 (ja) |
| CA (1) | CA1242430A (ja) |
| DE (2) | DE3567385D1 (ja) |
Cited By (26)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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