JPH07133713A - 排気ガス浄化装置のパティキュレ−ト捕集用フィルタ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】再生効率が高く圧力損失が低いフィルタ及びそ
の製法の提供。 【構成及び効果】 ディーゼルエンジンの排気経路に配
設されるパティキュレ−ト捕集用フィルタの多孔性隔壁
２３の表面は、多孔性であるため通常の触媒担持基体に
比較してその表面積は格段に広い。そして、フィルタ再
生処理におけるパティキュレ−トの酸化反応は、固相−
気相間触媒反応であるために、気相−気相間触媒反応に
比較して格段に接触能率が良いので、必要な触媒面積は
小さくてよい。したがって、従来のように触媒粒子２４
をウオッシュコート層（γ−アルミナ粒子などのセラミ
ック粒子層）に担持させず、フィルタの多孔性隔壁２３
に直接担持させても必要な触媒面積を得ることができ、
その結果、パティキュレ−ト捕集時の圧力損失を低下さ
せることなく再生効率の向上が実現する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ディーゼルエンジンの
排気中に含まれる微粒子成分（パティキュレ−ト）を捕
集し、再生する排気ガス浄化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の排気ガス浄化装置において、セラ
ミックスからなる多孔性隔壁を軸方向に貫孔して形成さ
れた多数のセルを有するハニカム状のフィルタによりデ
ィーゼルエンジンのパティキュレートを補集し、ある程
度捕集されたらそれを燃焼してフィルタを再生する技術
が公知である。上記セル群の一半（以下、上流側セルと
呼ぶ）は下流側端部が盲栓されており、上記セル群の残
る一半（以下、下流側セルと呼ぶ）は上流側端部が盲栓
されており、上流側セルと下流側セルとは互い違いに配
置されている。そして、多孔性隔壁を通じて上流側セル
から下流側セルへ透過した排気ガス中のパティキュレ−
トは多孔性隔壁に捕集される。

【０００３】特開平２−２８５１２号公報は、上記した
ハニカム状のセラミックフィルタ（以下、ディーゼルパ
ティキュレ−トフィルタＤＰＦともいう）にγ−アルミ
ナやシリコンカーバイド（ＳｉＣ）などのセラミック粒
子をウオッシュコートし、その上にプラチナ（Ｐｔ）や
パラジウム（Ｐｄ）などの低温酸化反応触媒（以下、単
に触媒という）を担持して、ＤＰＦの再生効率を向上す
ることを開示している。

【０００４】なお、基体（ここではＤＰＦに相当）の表
面に上記したウオッシュコート層（セラミックスラリー
に浸漬し、乾燥して形成されたセラミック粒子からなる
触媒担持層）を設け、基体表面積に比較して格段に広い
表面積を有するウオッシュコート層を下地層としてその
上に触媒粒子を担持することにより、有効触媒反応表面
積を増大するすることは触媒担持技術における常用手段
である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記した
触媒担持ＤＰＦは通常の触媒担持用の基体とは異なって
多孔性であるために、これにセラミック粒子層をウオッ
シュコートするとこのセラミック粒子層がＤＰＦの多孔
性隔壁を目詰まりさせてしまい、その結果としてＤＰＦ
の再生効率は向上するものの排気ガス浄化時（パティキ
ュレ−ト捕集時）の圧力損失が増大し、燃費の低下など
の問題を生じることがわかった。

【０００６】図５に従来の触媒非担持ＤＰＦ及び上記公
報の触媒担持ＤＰＦのパティキュレ−ト捕集量とその圧
力損失との関係を試験した結果を示す。なお、上記両Ｄ
ＰＦの直径は１４３ｍｍ，長さは１５２ｍｍ，セル断面
積６．２５ｍｍ² 、セル密度は１００個／ｃｍ² のもの
を用いた。本発明は上記問題点に鑑みなされたものであ
り、圧力損失増大を回避しつつその再生効率の向上を実
現した排気ガス浄化装置のパティキュレ−ト捕集用フィ
ルタ及びその製造方法を提供することをその目的として
いる。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の排気ガス浄化装
置のパティキュレ−ト捕集用フィルタは、セラミックス
からなるパティキュレ−ト捕集用の多孔性隔壁を軸方向
に貫孔して形成されるとともに下流側端部が盲栓される
多数の上流側セルと、前記上流側セルと互い違いに前記
多孔性隔壁を軸方向に貫孔して形成されるとともに上流
側端部が盲栓される下流側セルとを有し、ディ−ゼルエ
ンジンの排気経路に内設される排気ガス浄化装置のパテ
ィキュレ−ト捕集用フィルタにおいて、捕集パティキュ
レ−トを低温酸化する触媒粒子が前記フィルタの前記多
孔性隔壁の表面にウオッシュコート層の介在なしに直接
担持されていることを特徴としている。

【０００８】本発明の排気ガス浄化装置のパティキュレ
−ト捕集用フィルタの製造方法は、セラミックスからな
るパティキュレ−ト捕集用の多孔性隔壁を軸方向に貫孔
して形成されるとともに下流側端部が盲栓される多数の
上流側セルと、前記上流側セルと互い違いに前記多孔性
隔壁を軸方向に貫孔して形成されるとともに上流側端部
が盲栓される下流側セルとを有する排気ガス浄化装置の
パティキュレ−ト捕集用フィルタを、触媒化合物含有水
溶液にウオッシュコートすることなく浸漬した後、乾燥
し、焼成することを特徴としている。

【０００９】

【作用及び発明の効果】パティキュレ−ト捕集用フィル
タの多孔性隔壁の表面は、多孔性であるため通常の基体
に比較してその表面積は格段に広い。そして、フィルタ
再生処理におけるパティキュレ−トの酸化反応は、固相
−気相間触媒反応であるために、気相−気相間触媒反応
に比較して格段に接触能率が良いので、必要な触媒面積
は小さくてよい。したがって、従来のように触媒粒子を
上記したウオッシュコート層に担持させず、ＤＰＦの多
孔性隔壁に直接担持させても必要な触媒面積が得られる
ことが判明した。

【００１０】この結果、パティキュレ−ト捕集時の圧力
損失を低下させることなく再生効率の向上が実現する。
また、本発明の触媒担持フィルタの製造方法は、従来の
触媒担持フィルタのようにウオッシュコート層形成工程
を省略できるので、製造が簡単となる。更に、ウオッシ
ュコート層の厚さのばらつきによる捕集効率及び捕集時
圧力損失の変動が低減できるので、圧力損失に基づいて
行うパティキュレ−ト捕集量の推定が正確となり、捕集
量が予定範囲を逸脱した状態で再生を行う場合に生じる
再生不良やフィルタの溶損、クラック発生などの問題を
防止することができる。

【００１１】

【実施例】

（実施例１）本発明の排気ガス浄化装置の一実施例を図
１に示す。この排気ガス浄化装置は両端密閉のフィルタ
収容ケース１を有し、フィルタ収容ケース１内にはその
上流側から下流側へ、排気圧検出用の上流側圧力センサ
７、温度センサ６、ヒータ９、フィルタ２、フィルタ下
流圧力検出用の下流側圧力センサ１７が順番に配置され
ている。フィルタ収容ケース１の上流側の端壁にはディ
ーゼルエンジン２０の排気管３が配設されており、排気
管３の途中から送気管１０が分岐されている。送気管１
０は電磁弁１４を通じて給気用のブロワ１３の出口に連
結され、給気用のブロワ１３の入口は空気流量センサ１
５を通じて外部に開口している。

【００１２】一方、上記したヒータ９、ブロワ１３のモ
ータＭはコントローラ８により駆動制御され、また、デ
ィーゼルエンジン２０に装着された回転数センサ１８の
出力信号はコントローラ８に出力される。コントローラ
８はＡ／Ｄコンバータ内蔵マイコン（図示せず）を具備
しており、スイッチ５５、５６を開閉制御してヒータ
９、ブロワ１３を制御するともに、異常発生時に異常警
報ランプ９０を点灯する。なお、コントローラ８は、空
気流量センサ１５の信号に基づいてブロワ１３に印加す
る電圧をデューティ比制御（フィードバック制御）する
ことにより、ブロワ１３の給気流量を目標レベルに精密
制御している。９１は再生時期表示用のランプである。

【００１３】５は給電装置であって、商用地上電源（図
示せず）に接続されるプラグ５１、降圧トランス５２、
全波整流器５３からなり、全波整流器５３から出力され
る直流電圧が半導体電力スイッチ５５、５６を通じてヒ
ータ９及びブロワ駆動モータＭに供給される。図３にフ
ィルタ２の軸方向模式断面図を示す。

【００１４】フィルタ２はハニカムセラミックフィルタ
（日本碍子ｋｋ製、直径５．６６インチ×長さ６イン
チ）であって、多孔性コ−ジェライトを素材として円柱
形状に焼成されている。フィルタ２はその両端面を貫通
する多数のセル（通気孔）を有し、これらセルは、セラ
ミックからなるプラグ２０により下流側開口端を封栓さ
れた上流側セル２１と、プラグ２０により上流側開口端
を封栓された下流側セル２２とは多孔性コ−ジェライト
からなる多孔性隔壁２３を隔てて交互に配置されてい
る。

【００１５】これにより、排気ガスは上流側セル２１か
ら多孔性隔壁２３を通じて隣接する下流側セル２２に透
過し、パティキュレ−トだけが多孔性隔壁２３に捕集さ
れる。セル２１、２２の断面積は６．２５ｍｍ² 、セル
密度は１００セル／ｃｍ² である。多孔性隔壁２３には
図４に模式的に図示するように触媒粒子２４が固着され
ている。この実施例では、触媒粒子２４にはＰｔを採用
し、フィルタ２の体積１ｌ当たりＰｔ２ｇを多孔性隔壁
２３の表面に直接担持させた。なお、排気温が高温とな
る用途ではこのＰｔにより軽油中の硫黄が酸化してしま
うので、触媒粒子２４にはＰｔ及びＰｄを採用し、フィ
ルタ２の体積１ｌ当たりＰｔ１ｇ、Ｐｄ１ｇを多孔性隔
壁２３の表面に直接担持させることが好ましい。

【００１６】ヒータ３は、後述するようにカンタル線を
素材とする電熱抵抗体からなり、フィルタ２の再生時上
流側に当たる端面に近接配置されている。以下、この装
置の動作を説明する。 （パティキュレ−ト捕集動作）ディ−ゼルエンジン２０
から排出された排気ガスは排気管３を通じてケース１内
に導入され、排気ガス中のパティキュレ−トはフィルタ
２で捕集され、浄化された排気ガスは尾管４から外部に
排出される。

【００１７】（フィルタ再生動作）次に、このフィルタ
２の再生動作を図２のフローチャートに従って説明す
る。なお、この装置ではフィルタ再生動作をエンジン停
止期間に外部電源から受電して手動操作による起動によ
り開始するものとする。再生開始直前に電磁弁１４は開
かれる。

【００１８】まず、エンジン運転中に実施されるフィル
タ再生判別ルーチン（ステップ１００〜１１１）及びエ
ンジン停止中に実施されるフィルタ再生実行ルーチン
（ステップ１１２〜１１６）からなるフィルタ再生ルー
チンを図２に示す。まず、エンジン２０の起動とともに
フィルタ再生判別ルーチンがスタートされ、ステップ１
００にて、圧力センサ７、１７が検出する排気圧力Ｐ
１，Ｐ２と、回転数センサ１８が検出するエンジン回転
数ｎと、温度センサ６が検出する排気ガス温度Ｔに基づ
いて、記憶マップに基づいてパティキュレ−ト捕集量を
算出する。

【００１９】次に、ステップ１０８にて、サーチしたパ
ティキュレ−ト捕集量Ｇが所定のしきい値Ｇｔを超過し
たかどうかを調べ、超過しなければステップ１００にリ
ターンし、超過したらステップ１１１に進む。ステップ
１１１では、フィルタ再生を指令するランプ９１を点灯
して、ルーチンを終了する。

【００２０】その後、運転者がフィルタ再生を指令する
ランプ９１の点灯を視認し、エンジン停止状態にて再生
スイッチ（図示せず）をオンすると、上記フィルタ再生
実行ルーチンが開始される。このルーチンでは、まずス
テップ１１２にてブロワ１３を起動し、次に、内蔵のタ
イマーを起動し（１１４）、タイマー制御サブルーチン
を実行してモータＭ及びヒータ９への通電を所定の順序
で行い（１１６）、再生を終了する。

【００２１】以下、フィルタ２への触媒担持工程を詳細
に説明する。まず上記したフィルタ２に硝酸白金塩水溶
液又は白金アンモニウム塩水溶液を含浸させ、フィルタ
２の体積１ｌ当たりＰｔ２ｇを担持するようにフィルタ
２の吸水量を調整する。次に、１２０℃、２時間乾燥
後、電気炉にて大気雰囲気中で５００℃、１時間焼成し
て白金粒子を多孔性隔壁２３の表面に固相析出させた。
なお、この５００℃での焼成はパティキュレ−ト再生時
の高温を利用すれば省略可能であるが、この場合、排気
経路に溜った水に白金塩が溶解して偏析する問題が生じ
るので、ここでは電気炉による焼成を行った。

【００２２】なお、上記したＰｔ、Ｐｄを担持するには
以下のようにすればよい。まず、フィルタ２に硝酸白金
塩水溶液又は白金アンモニウム塩水溶液を含浸させ、フ
ィルタ２の体積１ｌ当たりＰｔ１ｇを担持するようにフ
ィルタ２の吸水量を調整する。次に、１２０℃、２時間
乾燥後、フィルタ２に塩化パラジウム水溶液を含浸さ
せ、フィルタ２の体積１ｌ当たりＰｄ１ｇを担持するよ
うにフィルタ２の吸水量を調整する。

【００２３】次に、１２０℃、２時間乾燥後、電気炉に
て大気雰囲気中で５００℃、１時間焼成して白金粒子及
びパラジウム粒子を多孔性隔壁２３の表面に固相析出さ
せた。このフィルタ（触媒直接担持ＤＰＦ）２を用い
て、上述の捕集、再生方式でパティキュレ−トの捕集、
再生を行った。

【００２４】その結果、パティキュレ−ト捕集性能及び
圧力損失は触媒非担持フィルタと同等であり、再生効率
が向上した（パティキュレ−トの燃え残りが減少し
た）。更にパティキュレ−ト中に数〜数十％含まれるＳ
ＯＦ（可溶性有機分）の捕集が低減され、その分、再生
時に生じる再生煙が減少した。更に、このフィルタ２
は、低圧着火性能が改善されるので、ヒータ通電電力を
削減できる他、エンジン運転中において、排気ガス中の
ＣＯ，ＨＣ、ホルムアルデヒドなどの酸化を促進できる
という効果もあり、フォークリフトに搭載して全負荷運
転した場合、触媒非担持ＤＰＦに比べてそれらを数分の
一以下とすることができることがわかった。

【００２５】更に、比較例として、上記と同様の工程、
形状でただ触媒担持前に、フィルタ２をγ−アルミナ粒
子混合スラリーに浸漬（ウオッシュコート）し、乾燥
し、その後で上記触媒担持工程を実施したものを作成
し、試験した。なお、ウオッシュコート層はフィルタ２
に１リットル当たり７５ｇ付着させた。その結果、この
ウオッシュコート層付の触媒担持フィルタは、パティキ
ュレ−ト捕集時の圧力損失が増大するばかりでなく、ウ
オッシュコート層の微妙な付着のばらつきにより個体間
の圧力損失、パティキュレ−ト捕集性能のばらつきが大
きかった。また、フィルタ２の再生時にフィルタ２の温
度が約１０００℃近傍まで上昇するためにこのウオッシ
ュコート層の表面積がシンタリングにより４００ｍ² ／
ｇから１０ｍ² ／ｇ以下に変形してしまい、それととも
に排気浄化性能も激減してしまうことがわかった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の排気ガス浄化装置の一実施例を示すブ
ロック図、

【図２】その再生動作を示すフローチャート、

【図３】図１のフィルタの模式断面図、

【図４】図３の部分拡大断面図、

【図５】従来の触媒非担持フィルタ及びウオッシュコー
ト層付の触媒担持フィルタの捕集量と圧力損失との関係
を示す特性図、

【符号の説明】

２はフィルタ、６は温度センサ、７、１７は圧力セン
サ、８はコントローラ、９はヒータ、１３はブロワ、２
３はフィルタ２の多孔性隔壁、２４は触媒粒子、９０は
ヒータ９のケース、９１はヒータ９のホルダ、９２はヒ
ータ９の電熱線。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】セラミックスからなるパティキュレ−ト捕
   集用の多孔性隔壁を軸方向に貫孔して形成されるととも
   に下流側端部が盲栓される多数の上流側セルと、前記上
   流側セルと互い違いに前記多孔性隔壁を軸方向に貫孔し
   て形成されるとともに上流側端部が盲栓される下流側セ
   ルとを有し、ディ−ゼルエンジンの排気経路に内設され
   る排気ガス浄化装置のパティキュレ−ト捕集用フィルタ
   において、 捕集パティキュレ−トを低温酸化する触媒粒子が前記フ
   ィルタの前記多孔性隔壁の表面にウオッシュコート層の
   介在なしに直接担持されていることを特徴とする排気ガ
   ス浄化装置のパティキュレ−ト捕集用フィルタ。
2. 【請求項２】セラミックスからなるパティキュレ−ト捕
   集用の多孔性隔壁を軸方向に貫孔して形成されるととも
   に下流側端部が盲栓される多数の上流側セルと、前記上
   流側セルと互い違いに前記多孔性隔壁を軸方向に貫孔し
   て形成されるとともに上流側端部が盲栓される下流側セ
   ルとを有する排気ガス浄化装置のパティキュレ−ト捕集
   用フィルタを、触媒化合物含有水溶液にウオッシュコー
   トすることなく浸漬した後、乾燥し、焼成することを特
   徴とする排気ガス浄化装置のパティキュレ−ト捕集用フ
   ィルタの製造方法。