JPS60241919A - 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

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JPS60241919A
JPS60241919A JP60092386A JP9238685A JPS60241919A JP S60241919 A JPS60241919 A JP S60241919A JP 60092386 A JP60092386 A JP 60092386A JP 9238685 A JP9238685 A JP 9238685A JP S60241919 A JPS60241919 A JP S60241919A
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exhaust gas
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  • Filtering Of Dispersed Particles In Gases (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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を用いてジーゼルエンジン
排気ガスからの粒子（ｐａｒ　ｔ　ｉ　ｃｕ−１ａｔｅ
）　をろ過すると　（ｆｉｌｔｇｒｉｎｇ）　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備えつ
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
が排気ガスを透過し、そして大部分、ｔｆＣ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、固体の物質から製造
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けられ、こ
れによシ増加した背圧（ｂａｃｋｐｒｅｓｓｕｒｅ）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（ｄｉｓ
ｐｏｓａｂｌｅ）／交換可能（ｒｅｐｌａｃｅａｂｌｅ
）ｘレメント　（ｅｌｇ−ｒｎｅｔ５＜）として廃菓す
るｌｒｄたは取り外し、そしてフィルターを再使用し得
るように捕集した粒子を５１０℃以上の温度で燃焼させ
る（ｂｕｒｎ　ｕＯｆ！＞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（ｔｎｃｉｎａｒ
ａｔｉｏｎ）　することによシ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
験によシ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々る条件下で実
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
は極めてまれであることが分った。
従来技術、例えば１９８３年５月１１日付は西ドイツ国
特許出願（Ｉ）Ｅ）第へ１４１，７１５号は熱排気ガス
流に曝されるすす粒子の発火温度を低下させる触媒物質
を包含するフィルターを用いてこの状況を改善すること
を試み、その際に触媒は遷移金属酸化物担体例えば酸化
アルンニウム、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のバナジン酸銀からな
る、米国特許第４，３０３，５５２号には第−遷移系の
元素、欽またはハフニウムからなるバルク（ｂｕｌｋ）
触媒、運びに多孔性耐火性無機酸化物例えばα−アルミ
ナ、マグネシア及びシリカ上に担持された貴金属触媒例
えば白金、パラジウムまたはクロムからなるジーゼル排
気触媒が教示されている。
通常のエンジンの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。
更にすす粒子を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の粒子の蓄積をフィルターを
損傷する危険なしに避け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　５− シ得られ、その際にフィルターエレメントニ白金族金属
及びバナジン酸銀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）フ
ィルター壁土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、従って通常の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され、これによ９粒
子による目詰まシが避けられる。
第１図におけるグラフを参考に本発明は理解することが
でき、そして以下に説明され、その際にグラフの神社本
発明により製造されるＰｔ／バナジン酸銀で触媒化され
た排気粒子用フィルター上に沈着したすすの２０％、５
０ｑｌＤ及び８０％の除去が行われる排気ガス温度、並
びに比較の目的のために従来のバナジン酸銀で触媒化さ
れた粒子用フィルター、ｐ　ｔ／ＭｇＯで触媒化された
フィルター及び触媒化されていないフィルターを用いて
すす除去が行われる温度を示す模擬ジーゼルエンジン試
験からプロンｔしたデータを示す。この図６− から、本発明によるＰｔ／バナジン酸銀で触媒化された
粒子用フィルターを用いることによシ、バナジン酸銀で
触媒化された粒子用フィルター、Ｐ　ｔ／ＭＱＯ配合物
で触媒化されたフィルターまたは触媒化されていないフ
ィルターと比較した場合ｒこ−Ｍノに低い温度ですすの
除去を行い得ることが分る。
本発明の実施に際し、排気マニホルド（ｍａｎｉ−ｆｏ
ｌｄ）を含むジーゼルエンジンの排気ガス取扱い（五ａ
ｎｄＬｉｎｇ）系中に設置されたフィルターハウジング
（ｈｏｗｓｉｎｇ）中にＰｔ／バナジンｌｌｌ銀で触媒
化されたフィルターを置く。存在させてもよい他のガス
ラインエレメントと共にフィルター及びフィルターハウ
ジングはエンジンの排気ガスマヱホルド及び大気に開放
されている排気テイル・ンイプ（ｔα１ｌｐｉｐｅ）の
末端間、好ましくはより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
ハウジンク中ニ、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、自己再生性で、Ｐｔ／バナジン
酸銀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、且つエンジン作動中に排気ガスに生じる高温に耐え
ることができ、ジーゼルエンジン排気ガスから実質」１
の粒子を捕捉し、そして保持する配置にあるいずれの多
孔性高温材料製であってもよい。ジーゼルエンジン排気
粒子をろ過する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（
ｈｏｔｈｙｙｃｏｍｂ）（一体化物）（ｔｎｏｎｏｔｉ
ｔｈ）または発泡（１０６ｍ）構造体を含み、このもの
を通して背圧すなわちフィルターハウジングを越す際の
圧力低下の太き過ぎる増加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の存在ｉ
、ｌ：１０〜１００ミリバールの背圧または圧力差を生
じ、これは実質的にはジーゼルエンジンの作動効率に悪
影響を及はさない。これらのフィルターは一般的にセラ
ンツク、一般には結晶性、ガラスセラミック、ガその組
合せから製造される。本発明の実施により触媒化され得
る種々の従来技術のジーゼルエンジン排気粒子用フィル
ターの詳細が記述は本明細書に参考として併記する米国
特許第４．３２９．１６２号ｔこ開示されている。
操作において、ジーゼルエンジンによシ排出された排気
ガスは排気マニホルドから排気ノ母イブおよび排気粒子
用フィルターハウジングを通シ、そしてその排気粒子用
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、または低速で運転されている場合、ガス中
に含まれる粒子の冥質的部分を多孔性フィルター媒質の
触媒化された界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通常の
負荷の状態で一般（（操作する速腿で到達する約４００
〜５００℃の排気ガス温度で、フィルターの壁土に捕集
された粒子は発火し、そし　９− 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１：４〜約１：２０００、好ましくは
約１＝２０〜約１　：４００の白金族金属及びバナジン
酸銀間の重量比を有する白金族金属例えば白金、パラジ
ウム、ロジウム及ヒルテニウム並びにバナジン酸銀の混
合物に特徴がある。
白金が本発明の触媒混合物の好適な白金族金族成分であ
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
、触媒はフィルターの単位容量／立方フィー１１Ｊ）約
１０ａ５〜約１０２５　ｇ（（ｉ／ｆｔ”）のコーティ
ング重量または濃度での白金族金属及びバナジン酸銀の
混合物からなるコーティングまたはフィルム層の状態で
存在することができ、その際に約０．５〜約２５ｒｔ／
ｆｔｊ、好ましくは約２〜約１５ｇ／／ｌ”が白金族金
属からなり、そして約１００〜約１０００　ｃｔ／ｆｔ
”、　好ｉ　シ＜ハ約５＝　１０− ００〜約８００ｇ／ｆｔ”がバナジン酸銀からなる。
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
土への沈着はいずれか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フィルターエレメントに白金族の塩
を含浸させたバナジン酸銀の水性懸濁液を含浸させるこ
とである。これはフィルターエレメントを、白金族金属
塩もしく社バナジン酸銀また拡その両方の水性溶液また
は懸濁液をフィルターエレメントの通路（Ｃ五αｎｎａ
ｌ）中に注ぐことによりこのものと接触させ、液を切ｐ
　（ｄｒａｉｎｉｎｇ）　過剰の希釈剤を除去し、引き
続き８０〜１５０℃で乾燥し、続いて２５０〜６００℃
でか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によシ説明する： 実施例 細孔径範囲１０〜４０μ常、セル密度２００セル／ｉｎ
”及び壁厚さ２５ミルのセラミックコーディエライト一
体化構造物を有する直径５．６インチ及び長さ６．０イ
ンチ（容積１５０．９６　ｔが）の一連のコーニング（
Ｃｏｒｎｉｎｇ）ジーゼル粒子用フィルターを次の方法
における触媒処理のために選んだ： バナジン酸ナトリウム（ＮｃｔＶＯ，−４Ｈ，Ｏ）　５
５５．７ｇを脱イオン化水五２ｔにｍ解させ、７５℃に
加熱し、次に水２５００Ｃ中のＡＱＮＯ３２７１，２ｇ
を攪拌しながら徐々に加えた。橙色の色調の一バナジン
酸銀が直ちに沈殿した。沈殿を洗浄し、ろ過し、次に８
０℃で乾燥した。
上で得られたーバナジン酸銀１２９ｇに湿潤し始めるま
で白金金属１．９１ｇを含む白金族金属の水性塩を含浸
させた。この混合物を５分間攪拌した。次に酢酸５−を
加え、そしてこの混合物を更に５分間攪拌した。次に白
金を含浸させたーバナジン酸銀を全体で１５７８ｇのＨ
，Ｏで洗浄し、吸引ろ過し、そして１１０℃で乾燥した
。
上で得られた白金を含浸させたーバナジン酸銀をＨｖｏ
　４００−に懸濁させ、そして１５時間ボール・ミリン
グ（６αｌｌ　ｍ１ｔｔ）（、、た。このボール・ミリ
ングした白金を含浸させたーバナジル酸銀を脱イオン化
水で１．５ｔに希釈した。次に生じた懸濁液をフィルタ
ーエレメントの通路中に注ぎ、過剰のスラリーをフィル
ターエレメントから除去した。フィルターエレメントを
３００℃で６時間か焼した。冷却したフィルターエレメ
ントを測定した結果、白金９．７０７ｆｔ”及びバナジ
ン酸銀６５７σ／ｆｔ”を含んでいた。かくて７触媒化
されたフィルターエレメントを秤量し、次にフィルター
ハウジング（ｈｏｕａｉｎσ）中に置き、ダイムラ−ベ
ンツ（Ｄａｉｍｌａｒ−Ｂａｎｇ）　ジーゼルエンジン
の排気流に曝した。０．７パールの背圧が排気ガス流中
に蓄積した後、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５００℃、５５０℃及び６５５℃に
加熱した反応器中に置いた。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。これらのデータは第１図
中にて捕捉されたすすの２０チ（イ）、５０チ（７７１
及び８０俤（０を粒子用フィルターから燃焼除去する温
度として記録され−　１　八　− ている。
比較の目的のために、２０チ、５０チ及び８０チのすす
除去が記号「Ｃ１」で表わされるバナジン酸銀５８９σ
／ｆｔ”で触媒化されたセラミック一体化フィルターエ
レメント、白金及び酸化マグネシウムの配合物で触媒化
されたセラミック一体化フィルター（記号「Ｃ１」で表
わす）および「Ｃ８」で表わす触媒化されていないフィ
ルターエレメントに対して得られる温度を用いることを
除いて実施例の方法をくシ返して行い、その際にフィル
ター上に存在するｐｔ触媒の量は約５０ｇ／ｆｔ”であ
る。またフィルターＣ１ｓ’！及びＣ１に対する温度デ
ータを第１図中に記録する。
第１図線粒子用フィルター上に沈着したすすの２０９６
．５０ｔＩ６及び８０チが燃焼する温度を縦軸にプロッ
トした図を示す。棒は実際のデータからプロットする。
この図は、Ｐｔ／バナジン１１！銀フイルターエレメン
トを用いることにより、バナジン酸銀で触媒化されたフ
ィルターエレメント（Ｃ１）もしくは白金／ＭＱＯ触媒
で触媒化され−１４− たフィルターエレメント　（Ｃ２）または触媒化されて
いないフィルターエレメント　（Ｃｓ）と比較し７１ｃ
場合によ如低い温度ですすの燃焼が起こることを説明す
るものである。
本発明系の特定の成分を上で規定しているが、いずれか
の方法で本発明の糸に影響を及ぼすか、高めるか、また
はさもなければ載置し得る他の多くの変法を導入するこ
とができる。
種々の変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梢通せる者には考え
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図はすすの除去を行う際の排気ガス温度の影響を種
々のフィルターエレメントに対して検討したものである
。 ％１Ｍ人　エンケリレハード・コーポレーション１５− ＦＩＧ、　Ｉ。 フィルター；

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、　ジーゼルエンジンの排気ガス中に存在する粒子を
    ろ過し、そして該粒子をエレメントを通って流れるガス
    から多孔性壁嵌面上に捕集するに適する多孔性壁を有す
    る耐高温性フィルターエレメントを有し、その際最初に
    、捕集した粒子が発火し、そしてその燃焼が始まる温度
    を低下させる白金族金属及びバナジン酸銀の混合物から
    なる触媒を核種の表面上に与え、これによシ粒子を排気
    ガスのｍｌｆで、比較的高い効率及び低い圧力降下で燃
    焼させることにより連続的に除去することを特徴とする
    ジーゼル排気粒子用フィルター。 ２、　フィルターがセラミック材料製である、特許請求
    の範囲第１項記載のフィルター。 五　フィルターがセラミック一体性材料製である、特許
    請求の範囲第２項記載のフィルター。 ４、　白金族金属が白金である、特許請求の範囲第１項
    記載のフィルター。 ５、　白金金属をフィルター表面１平方フィート当り約
    ［１５〜約２５ｇの濃度でフィルターの表面上に存在さ
    せる、特許請求の範囲第４項記載のフィルター。 ６、　バナジン酸銀をフィルタ一平面１平方フィート当
    り約１００〜約１０００ｇの濃度でフィルター表面上に
    存在させる、特許請求の範囲第４項記載のフィルター。
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