(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セルが断面多角形状に形成されたハニカム状の多孔体からなると共に流入側と流出側を目封じしたウォールフロー型のパティキュレートフィルターにおいて、
流入側を開口して流出側を目封じしたセルは、排ガスが通過不可能な第１隔壁と、排ガスが通過可能な第２隔壁と、を備え、
前記第１隔壁は、触媒が担持され、前記第２隔壁は、触媒が担持されていない
ことを特徴とするパティキュレートフィルター。
【請求項２】
前記セル断面が四角形状に形成され、前記多孔体の流入側と流出側で、並んだ２セル毎に、互い違いに目封じし、流入側で開口した２セル同士の第１隔壁内面に、それぞれ触媒を担持した請求項１記載のパティキュレートフィルター。
【請求項３】
流出側で開口した２セル同士の第１隔壁内面に、それぞれ触媒を担持した請求項２記載のパティキュレートフィルター。
【請求項４】
担持する触媒が、貴金属又はＯＳＣを有する酸化物、あるいはＨＣ吸着剤のいずれかからなる請求項１〜３いずれかに記載のパティキュレートフィルター。
【請求項５】
請求項１〜４いずれかに記載のパティキュレートフィルターで捕集したＰＭを再生する方法において、前記パティキュレートフィルターの上流側にＨＣを噴射し、前記第１隔壁に担持した触媒でＨＣを酸化して前記セル内の排ガスを昇温させ、この排ガスで前記第２隔壁に捕集されたＰＭを燃焼させることを特徴とするパティキュレートフィルターの再生方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの排気通路に配設され、排ガス中のＰＭを捕集するためのパティキュレートフィルターに係り、特にＰＭ捕集後の再生効率を高めたパティキュレートフィルター及びその再生方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンから排出されるＰＭ（パティキュレートマター；粒状物質）の浄化装置は、ディーゼルエンジンの排気管にＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルター）を接続し、そのＤＰＦでＰＭを捕集して、排気ガスを浄化して大気へ排出するものである。
【０００３】
このＤＰＦで、捕集されたＰＭは、フィルタの目詰まりの原因となるため、捕集堆積したＰＭを定期的に酸化させ、除去して再生する必要がある。
【０００４】
強制的にＰＭを再生する方法としては、排気管にＨＣ（例えば軽油）を噴霧して酸化触媒（ＤＯＣ）で燃焼させることで排気温度を上昇させる方法（特許文献１、２）が知られている。
【０００５】
しかし、ＤＯＣからＤＰＦに排ガスが移動する際に温度が低下したり、ＨＣが完全に燃焼できずにＤＰＦに到達してＰＭ再生の安定性に悪影響を与えるなどの問題点がある。
【０００６】
そこでＰＭ再生温度を低減するためにＤＰＦの捕集表面から内部にかけて触媒をコートする方法（特許文献３、４）が提案されている。
【０００７】
この方法は、ＤＰＦに貴金属やＯＳＣ（酸素吸蔵能材など）の触媒をコートしているために、ＰＭ再生時に、活性酸素やＮＯ2が生成するため、ＰＭの酸化温度が低下し、ＰＭ再生が良好となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−７７６７５号公報
【特許文献２】特開２００８−１９８２０号公報
【特許文献３】特開２００５−８１８号公報
【特許文献４】特開２００２−２７６３３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、表面に捕集されたケーク状のＰＭは触媒に一部しか接触しておらず、触媒に接したＰＭが酸化された後は、触媒の酸化効果は限定的となり、その後は排ガスとＨＣ酸化によるＰＭの再生のみとなり再生効率がおちる問題がある。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、再生効率を向上できるパティキュレートフィルター及びその再生方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために請求項１の発明は、セルが断面多角形状に形成されたハニカム状の多孔体からなると共に流入側と流出側を目封じしたウォールフロー型のパティキュレートフィルターにおいて、流入側を開口して流出側を目封じしたセルは、排ガスが通過不可能な第１隔壁と、排ガスが通過可能な第２隔壁と、を備え、前記第１隔壁は、触媒が担持され、前記第２隔壁は、触媒が担持されていないことを特徴とするパティキュレートフィルターである。
【００１２】
請求項２の発明は、前記セル断面が四角形状に形成され、前記多孔体の流入側と流出側で、並んだ２セル毎に、互い違いに目封じし、流入側で開口した２セル同士の第１隔壁内面に、それぞれ触媒を担持した請求項１記載のパティキュレートフィルターである。
【００１３】
請求項３の発明は、流出側で開口した２セル同士の第１隔壁内面に、それぞれ触媒を担持した請求項２記載のパティキュレートフィルターである。
【００１４】
請求項４の発明は、担持する触媒が、貴金属又はＯＳＣを有する酸化物、あるいはＨＣ吸着剤のいずれかからなる請求項１〜３いずれかに記載のパティキュレートフィルターである。
【００１５】
請求項５の発明は、請求項１〜４いずれかに記載のパティキュレートフィルターで捕集したＰＭを再生する方法において、前記パティキュレートフィルターの上流側にＨＣを噴射し、前記第１隔壁に担持した触媒でＨＣを酸化して前記セル内の排ガスを昇温させ、この排ガスで前記第２隔壁に捕集されたＰＭを燃焼させることを特徴とするパティキュレートフィルターの再生方法である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、セルの一面の隔壁に触媒をコートすることで、再生時に、ＰＭ近傍において、そのコートした触媒で、ＨＣ吸着、離脱、酸化を行うことが可能となり効率的に熱エネルギーを排ガスに伝えることができ、効率的にＰＭを再生できるという優れた効果を発揮するものである。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施の形態を示す図である。
【図２】図１のＤ部の側断面図である。
【図３】図１におけるＤ部の排ガスの流れを説明する断面図である。
【図４】本発明の他の実施の形態を示す図である。
【図５】図４のＤ部の側断面図である。
【図６】図４におけるＤ部の排ガスの流れを説明する断面図である。
【図７】本発明のパティキュレートフィルターを用いた再生システムを示す概略図である。
【図８】本発明のパティキュレートフィルターを用いた他の再生システムを示す概略図である。
【図９】本発明と従来例におけるパティキュレートフィルターの再生時の昇温特性を示す図である。
【図１０】本発明のパティキュレートフィルターのＰＭ再生を説明する図である。
【図１１】従来のパティキュレートフィルターのＰＭ再生を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の好適な一実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１９】
図１〜図３は本発明の一実施の形態を示したものである。
【００２０】
図において、パティキュレートフィルター（ＤＰＦ）１０は、多孔性セラミックスで、多数の断面多角形状、図では四角形のセル１１を有するハニカム多孔体１２で形成され、その流入側と流出側が交互に目封じ材１３ｉ、１３ｏで目封じされてウォールフロー型とされる。
【００２１】
本発明においては、パティキュレートフィルター１０の四角形状に形成されたセル１１の一面の隔壁１２ｆに触媒１４をコートして形成し、他の三面の隔壁１２ｔを、そのまま多孔質として排ガスを通過できるようにしたものである。またセル断面が四角形状以上の場合には少なくともその一面の隔壁に触媒をコートするようにしてもよい。
【００２２】
このセル１１を目封じする際には、図１、図２に示すように、上下（或いは左右）で並んだ２セル毎に、流入側と流出側で交互に目封じ材１３ｉ、１３ｏで目封じして形成し、その流出側で目封じされ、流入側が開口した２つのセル１１ｉ、１１ｉ同士の隔壁１２ｆの内面にそれぞれ触媒１４をコートし、両セル１１ｉ、１１ｉ内の他の三面の隔壁１２ｔをそのまま多孔質として排ガスを通過できるようにしたものである。
【００２３】
また流入側で目封じされ流出側が開口した２つのセル１１ｏ，１１ｏは、四面とも多孔質の隔壁１２ｆのままとする。
【００２４】
このようパティキュレートフィルター１０を形成することで、ＰＭ捕集時は、図３に示すように、流入側セル１１ｉの他の三面の隔壁１２ｔから隣接する流出側セル１１ｏに排ガスを流してＰＭを捕集することができる。また再生時には、パティキュレートフィルター１０の上流側で噴射されたＨＣをセル１１ｉの隔壁１２ｆの内面にコートされた触媒１４で酸化して排ガスを高温にすることができ、この高温のガスでＰＭを燃焼させることができると共に、触媒１４に吸着されたＮＯ2の生成やＯＳＣからの活性酸素をＰＭの表面に供給できるので、効率的にＰＭの再生（酸化）を行うことができる。
【００２５】
図４〜図６は、本発明の他の実施の形態を示したもので、基本的には図１〜図３の実施の形態と同じであるが、流入側で目封じされ流出側が開口した２つの流出側セル１１ｏ，１１ｏ同士の隔壁１２ｆの内面にもそれぞれ触媒１４をコートし、両セル１１ｏ，１１ｏの他の三面を、多孔質の隔壁１２ｔとして排ガスを通過できるようにしたものである。
【００２６】
この実施の形態においては、流出側セル１１ｏの隔壁１２ｆに触媒１４がコートされているため排ガス温度を上げ、パティキュレートフィルター１０全体を再生温度以上に保つことができる。
【００２７】
以上説明したように、本発明は、ハニカム状の多孔体からなるパティキュレートフィルター１０のセル１１の隔壁１２の三面の隔壁１２ｔを排ガスが通過できるウォールスルー構造にしてＰＭの捕集を行い、残り一面の隔壁１２ｆは、排ガスが通過できないウォールフローとし、その面の隔壁１２ｆに触媒１４をコートするようにしたものである。
【００２８】
ここでコートする触媒１４は、貴金属（Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ等）およびＯＳＣを有する酸化物（ＣｅＯ2やＺｒ−Ｃｅ−Ｏ複合材等）、ＨＣ吸着剤（ゼオライト等）を含んだものを用いることができる。
【００２９】
この触媒１４は、パティキュレートフィルター１０のセル１１の隔壁１２ｆにコートした後、焼成して担持させ、その後セル１１の流入側と流出側を目封じしてウォールフロー型とする。
【００３０】
このように、本発明は、セル１１の一面の隔壁１２ｆに触媒１４をコートしたパティキュレートフィルター１０を用いることで、パティキュレートフィルター１０で捕集したＰＭの極近傍で、ＨＣ吸着→脱離→酸化をすることが可能となり効率的に熱エネルギーおよびＨＣを効率的に使用できる。
【００３１】
またＮＯ2の生成やＯＳＣからの活性酸素を、捕集したＰＭの表面に供給できるので、効率的にＰＭの再生（酸化）ができる。
【００３２】
上述の実施の形態では、セル断面が四角形状で説明したが、セル断面を三角形状、六角形状に形成し、その一面に触媒をコートするように形成し、残りの面をガスが通過する流路としてもよい。また六角形状にセルを形成した場合には、径方向で対向する二面に触媒をコートし、他の四面でガスが通過するように構成してもよい。
【実施例】
【００３３】
以下に本発明の実施例を説明する。
【００３４】
実施例１：
図１〜図３で説明したように、流入側セル１１ｉの隔壁１２ｆに酸化触媒１４をコートして排ガスの流れない隔壁（ウォールフロー部）とし、他の三面の隔壁１２ｔと、流出側セル１１ｏの四面は、排ガスの流れるウォールスルーとし、ハニカム状の多孔体１２を２セル毎に前後互い違いに目封じしたパティキュレートフィルター１０とした。
【００３５】
コートした触媒１４は、Ｐｔ−Ｐｄ／Ａｌ2Ｏ3触媒を基本触媒（触媒１）として、その基本触媒にＯＳＣを有するＺｒ−Ｃｅ−Ｏ複合材を含ませたもの（触媒２）、ＨＣ吸着剤としてゼオライトを含ませたもの（触媒３）および触媒２と触媒３を混合したもの（触媒４）の４種類を用いた。
【００３６】
実施例２：
図４〜図６で説明したように、流入側セル１１ｉと流出側セル１１ｏの隔壁１２ｆに酸化触媒１４をコートして排ガスの流れない隔壁１２ｆ（ウォールフロー部）とし、他の三面の隔壁１２ｔは、排ガスの流れるウォールスルーとし、ハニカム状の多孔体１２を２セル毎に前後互い違いに目封じしたパティキュレートフィルター１０とした。
【００３７】
触媒１４は、実施例１と同様に触媒１〜４を用いてコートした。
【００３８】
従来例：
流入側セルと流出側セルの隔壁の四面をウォールスルーとしながら、その捕集表面から内部にかけて触媒１（酸化触媒）をコートしてパティキュレートフィルターとした。
【００３９】
実施例１、２と従来例のパティキュレートフィルターを図７、図８に示す排ガス処理装置に組み込んで２通りでその特性を評価した。
【００４０】
図７は、エンジン２０の排ガス通路２１にＤＯＣ２２とパティキュレートフィルターからなるＤＰＦ装置２３を組み込み、ＤＯＣ（酸化触媒）２２の上流側にＨＣ（軽油）を噴射するノズル２４を設けた排ガス処理システムＡであり、図８は、ＤＯＣを組み込まずにＤＰＦ装置２３のみを組み込んだ排ガス処理システムＢである。
【００４１】
図９は、本発明と従来例のパティキュレートフィルターの昇温特性を示したものである。
【００４２】
図９に示すように、本発明は、ＨＣ噴射後、８０秒で７００℃以上に昇温できたのに対して、従来例は、７００℃に達するのに約１３０秒以上かかることがわかった。
【００４３】
次に、実施例１、２の各触媒１〜４を用いたパティキュレートフィルターと従来例のパティキュレートフィルターを、それぞれ、図７の排ガス処理システムＡと、図８の排ガス処理システムＢに組み込んだときの、昇温時間、ＨＣ噴射時の昇温時間、ＰＭ再生率、再生時のＨＣ・ＣＯスリップを、従来例を１として比較した結果を表１に示す。
【００４４】
【表１】
0005533190.tif 000002
【００４５】
表１において実施例１、２はいずれの触媒１〜４を用いても、従来例の特性を上回った。
【００４６】
表１において、流入側にのみ触媒をコートした実施例１は、流入側と流出側に触媒をコートした実施例２に対して、再生率は若干劣るものの、その他特性は実施例２と同等であった。
【００４７】
図１０は、本発明のパティキュレートフィルター１０の隔壁１２ｔに堆積したＰＭを再生する際のＰＭ再生を説明する図で、図１１は従来のパティキュレートフィルター３０の隔壁３２ｔに堆積したＰＭを再生する際のＰＭ再生を説明する図である。
【００４８】
図１１の従来例においては、図１１（ａ）のようにＰＭが堆積し、そのＰＭを再生すべくＨＣと排ガスを流すと、ＰＭ堆積層の表面から酸化されると同時に隔壁３２ｔのセラミック粒子３２Ｓに担持された触媒３４の表面で、ＮＯ2や活性酸素が発生し、図１１（ｂ）に示すように表面側と触媒３４側から酸化が起こる。この際、触媒３４による酸化速度の方が、排ガスによる表面側からの酸化速度より高くなるが、図１１（ｂ）に示したように触媒３４に接しているＰＭが酸化されてしまうと急激に酸化速度が低下してしまい、図１１（ｃ）に示すように、触媒３４に接していないＰＭが部分的に燃え残りとなってしまい、これが島状に点在していまい、単位時間あたりの再生効率が悪くなってしまう。
【００４９】
これに対して、本発明では、図１０（ａ）のようにＰＭが堆積し、そのＰＭを再生すべくＨＣと排ガスを流すと、その隔壁１２ｔのセラミック粒子１２Ｓには触媒は担持されておらず、セル内のウォールフローとなる一面の隔壁に設けた触媒とＨＣと排ガスが接触し、その面でＮＯ2の生成と活性酸素が生成し、図１０（ｂ）に示すようにＮＯ2と活性酸素で温度の高くなった排ガスで、ＰＭを表面から酸化することとなり、再生方向は一方向でも酸化速度の変化もなく、結果として図１０（ｃ）に示したように短時間で均一に再生することが可能となる。
【００５０】
このように、本発明は、以下の効果を奏する。
【００５１】
（１）ＰＭの堆積するウォールスルー表面に近いウォールフロー部に酸化触媒を配置することで、ＨＣ噴射時の昇温速度の向上が図れる。
【００５２】
（２）ウォールスルーしたガスが流出したセルのウォールフロー部に酸化触媒を配置することでＰＭ再生時に発生したＨＣ・ＣＯのスリップを抑制できる。
【００５３】
（３）隔壁に捕集されたＰＭが、ウォールフロー部の隔壁にコートした触媒で生成したＮＯ2や活性Ｏ2による酸化と熱による酸化が同方向から進行するため、酸化速度も一定で短時間にかつ均一にＰＭ再生が進行する。従って、再生率は従来例に比べて高くすることができる。
【符号の説明】
【００５４】
１０  パティキュレートフィルター
１１  セル
１１ｉ  流入側セル
１１ｏ  流出側セル
１２  多孔体
１２ｆ  隔壁（ウォールフロー）
１２ｔ  隔壁（ウォールスルー）
１３ｉ、１３ｏ  目封じ材
１４  触媒
【図１】
0005533190.tif 000003
【図２】
0005533190.tif 000004
【図３】
0005533190.tif 000005
【図４】
0005533190.tif 000006
【図５】
0005533190.tif 000007
【図６】
0005533190.tif 000008
【図７】
0005533190.tif 000009
【図８】
0005533190.tif 000010
【図９】
0005533190.tif 000011
【図１０】
0005533190.tif 000012
【図１１】
0005533190.tif 000013