(57)【要約】【課題】ＣＯの排出量を増大させることなく、フィルタ再生時間の短縮とフィルタの昇温抑制とを両立する。【解決手段】入口側が開放され出口側が封止された複数の入口側セル４Ａと、出口側が開放されて入口側が封止された複数の出口側セル４Ｂとが、多孔質性の隔壁２により区画されて交互に配置され、入口側セル４Ａは、ＰＭ燃焼触媒１０が担持された第１入口側セル４Ａ１と、ＰＭ燃焼触媒１０に加えてＣＯ酸化触媒１１が担持された第２入口側セル４Ａ２とを含み、第２入口側セル４Ａ２に担持されたＰＭ燃焼触媒１０およびＣＯ酸化触媒１１の合計の担持量が、第１入口側セル４Ａ１に担持されたＰＭ燃焼触媒１０よりも多く設定され、出口側セル４Ｂには、第２入口側セル４Ａ２に担持される触媒と同種の触媒が担持されている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気通路に設けられ、排気通路を流通する排気ガス中のパティキュレートを捕集するとともに、内部に担持した触媒の作用により上記パティキュレートを燃焼処理する触媒付きパティキュレートフィルタであって、
上記排気ガスの流れ方向上流側にあたる入口側が開放されかつ反対側の出口側が封止された複数の入口側セルと、出口側が開放されて入口側が封止された複数の出口側セルとを備え、上記入口側および出口側セルが多孔質性の隔壁により区画されて交互に配置されており、
上記入口側セルは、捕集されたパティキュレートを燃焼させてＣＯを生成するＰＭ燃焼触媒が担持された第１入口側セルと、上記ＰＭ燃焼触媒に加えて、ＣＯを酸化するためのＣＯ酸化触媒が担持された第２入口側セルとを含み、上記第２入口側セルに担持されたＰＭ燃焼触媒およびＣＯ酸化触媒の合計の担持量が、上記第１入口側セルに担持された上記ＰＭ燃焼触媒よりも多く設定され、
上記出口側セルには、上記第２入口側セルに担持される触媒と同種の触媒が担持されていることを特徴とする触媒付きパティキュレートフィルタ。
【請求項２】
請求項１記載の触媒付きパティキュレートフィルタにおいて、
上記各セルの対角方向に沿った２つの交差線をそれぞれ第１の対角線および第２の対角線としたときに、上記第１入口側セルと第２入口側セルとが、上記第１および第２の対角線の両方に沿って交互に配置されたことを特徴とする触媒付きパティキュレートフィルタ。
【請求項３】
請求項１記載の触媒付きパティキュレートフィルタにおいて、
上記各セルの対角方向に沿った２つの交差線をそれぞれ第１の対角線および第２の対角線としたときに、上記第１入口側セルと第２入口側セルとが、上記第１および第２の対角線のうちの一方の対角線に沿って交互に配置されるとともに、他方の対角線に沿って同種の入口側セルが連続して配置されたことを特徴とする触媒付きパティキュレートフィルタ。
【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設けられ、排気通路を流通する排気ガス中のパティキュレートを捕集するとともに、内部に担持した触媒の作用により上記パティキュレートを燃焼処理する触媒付きパティキュレートフィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンやリーンバーンガソリンエンジン等の希薄燃焼式エンジンでは、炭素質成分（スート）を主成分とするパティキュレート（Particulate Matter：ＰＭ）が排気ガス中に多く含まれる。このため、上記のような希薄燃焼式エンジンの排気通路には、一般に、パティキュレートを捕集するためのパティキュレートフィルタが配設される。
【０００３】
パティキュレートフィルタは、例えばハニカム構造体からなり、その内部には、多孔質性の隔壁（５〜２０μｍ程度の径の多数の細孔が形成された隔壁）により区画された多数のセルが、排気ガスの流れ方向に沿って設けられている。上記セルとしては、排気ガスの入口側が開放されて出口側が封止された入口側セルと、出口側が開放されて入口側が封止された出口側セルとが設けられ、これら入口側および出口側セルが交互に（市松模様状に）配置されている。
【０００４】
排気ガス中に含まれるパティキュレートは、各セルを区画する隔壁の表面や、隔壁内の細孔に堆積し、捕集されるため、この捕集されたパティキュレートを燃焼除去するための触媒（ＰＭ燃焼触媒）が、上記隔壁の表面および細孔の内壁面にコーティング（担持）される。
【０００５】
上記捕集されたパティキュレートを燃焼させる際には、一般に、エンジンの膨張行程で燃焼室に燃料を噴射するいわゆるポスト噴射が実行される。ポスト噴射が実行されると、排気ガス中に燃料の未燃成分（ＨＣ成分）が添加されるため、上記パティキュレートフィルタよりも上流側に配設された酸化触媒等で上記未燃成分が酸化されて、排気ガスの高温化が図られる。そして、この高温化した排気ガスがパティキュレートフィルタに流入することで、上記パティキュレートフィルタに担持された触媒によるパティキュレートの酸化反応（燃焼）が促進され、堆積していたＰＭが除去される。
【０００６】
パティキュレートフィルタでは、その内部に堆積するパティキュレートの量が過剰にならないように、上記のようなポスト噴射によるパティキュレートの燃焼処理（フィルタ再生処理）を定期的に行う必要がある。ただし、フィルタ再生処理中は、パティキュレートの酸化反応による熱発生があるため、パティキュレートフィルタはかなりの高温に晒される。このため、パティキュレートフィルタの材質としては、ＳｉＣ、Ｓｉ3Ｎ4等のセラミック材料が使用されることが多い。しかしながら、このような耐熱性材料を用いた場合でも、条件によっては、パティキュレートフィルタの温度が急激に高まって、部分的な溶損や割れが発生する場合もある。
【０００７】
もちろん、フィルタ再生処理の要否を判断するための閾値（パティキュレート堆積量の上限値）を小さく設定すれば、パティキュレートの堆積量が比較的少ない段階でフィルタ再生処理が開始されるため、上記のような溶損等の不具合が起きることはまずないと考えられる。しかしながら、上記堆積量の閾値をあまりに小さくすれば、フィルタ再生処理が頻繁に行われることとなり、ポスト噴射により消費される燃焼が増大するため、燃費が大幅に悪化するという問題が生じる。
【０００８】
パティキュレートをなるべく速く燃焼させることが可能な触媒を用いれば、燃費の悪化は抑制されるが、単にパティキュレートの高速燃焼を狙っただけでは、上述した溶損等の不具合を招くおそれがあるだけでなく、不完全燃焼による未燃ガス（ＣＯ）が大量に発生することが懸念される。
【０００９】
このような問題に対し、例えば下記特許文献１に開示されたパティキュレートフィルタが提案されている。同文献のパティキュレートフィルタでは、排気ガスの流入側（上流側）の所定範囲に、パティキュレートを燃焼処理するための触媒層がコートされるとともに、排気ガスの流出側（下流側）の所定範囲に、ＣＯ等の有害成分を浄化するためのガス浄化触媒層がコートされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００９−２２００２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上記特許文献１に開示されたパティキュレートフィルタによれば、パティキュレートの酸化反応（燃焼）のスピードが緩やかになり、未燃ガス（ＣＯ）の排出量が低減されることが期待される。しかしながら、フィルタ再生処理の時間短縮や、フィルタの昇温抑制の点ではまだ十分とは言えず、このような課題をより効果的に解決することが可能な技術が求められていた。
【００１２】
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、ＣＯの排出量を増大させることなく、フィルタ再生時間の短縮とフィルタの昇温抑制とを両立することが可能なパティキュレートフィルタを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するためのものとして、本発明は、エンジンの排気通路に設けられ、排気通路を流通する排気ガス中のパティキュレートを捕集するとともに、内部に担持した触媒の作用により上記パティキュレートを燃焼処理する触媒付きパティキュレートフィルタであって、上記排気ガスの流れ方向上流側にあたる入口側が開放されかつ反対側の出口側が封止された複数の入口側セルと、出口側が開放されて入口側が封止された複数の出口側セルとを備え、上記入口側および出口側セルが多孔質性の隔壁により区画されて交互に配置されており、上記入口側セルは、捕集されたパティキュレートを燃焼させてＣＯを生成するＰＭ燃焼触媒が担持された第１入口側セルと、上記ＰＭ燃焼触媒に加えて、ＣＯを酸化するためのＣＯ酸化触媒が担持された第２入口側セルとを含み、上記第２入口側セルに担持されたＰＭ燃焼触媒およびＣＯ酸化触媒の合計の担持量が、上記第１入口側セルに担持された上記ＰＭ燃焼触媒よりも多く設定され、上記出口側セルには、上記第２入口側セルに担持される触媒と同種の触媒が担持されていることを特徴とするものである（請求項１）。
【００１４】
本発明によれば、排気ガスが流入する入口側セルを、第１入口側セルおよび第２入口側セルにつくり分け、第１入口側セルにはＰＭ燃焼触媒のみを、第２入口側セルにはＰＭ燃焼触媒およびＣＯ酸化触媒の両方を担持させるとともに、排気ガスが流出する出口側セルには、第２入口側セルと同種の触媒（ＰＭ燃焼触媒およびＣＯ酸化触媒）を担持させたため、ＣＯの排出量を増大させることなく、フィルタ再生時間の短縮とフィルタの昇温抑制とを両立させることができる。
【００１５】
すなわち、ＰＭ燃焼触媒およびＣＯ酸化触媒の両方が担持され、合計の担持量も多い第２入口側セルでは、堆積したパティキュレートのほとんどが完全に酸化されてＣＯ2に変化するが、そもそも上記両触媒の合計担持量が多いことに伴って隔壁の細孔が狭くなっている関係からパティキュレートが堆積し難い（パティキュレートの堆積量が少なく済む）ため、トータルとしての熱発生量は低く抑えられる。
【００１６】
一方、ＰＭ燃焼触媒のみが担持され、合計の担持量も少ない第１入口側セルでは、パティキュレートの堆積量が多く、比較的急速にパティキュレートの酸化反応が進行するものの、ＣＯまでしか変化しない不完全な酸化反応が比較的多く起きることで、やはり熱発生量は低く抑えられる。また、ここで発生したＣＯは、出口側セルに担持された触媒（ＣＯ酸化触媒を含む）によりＣＯ2へと酸化されるため、フィルタ下流に排出されるＣＯの量が増大することもない。
【００１７】
以上のようなしくみにより、本発明にかかるパティキュレートフィルタでは、堆積したパティキュレートを迅速に燃焼させてフィルタ再生処理の時間短縮を図りながらも、フィルタ温度の上昇を効果的に抑制でき、しかもＣＯの排出量の増大を防止することができる。
【００１８】
本発明のパティキュレートフィルタにおいて、上記各セルの対角方向に沿った２つの交差線を第１の対角線および第２の対角線とすると、上記第１入口側セルと第２入口側セルとが、上記第１および第２の対角線の両方に沿って交互に配置されることが好ましい（請求項２）。
【００１９】
同じく、好ましい形態として、上記第１入口側セルと第２入口側セルとが、上記第１および第２の対角線のうちの一方の対角線に沿って交互に配置されるとともに、他方の対角線に沿って同種の入口側セルが連続して配置されていてもよい（請求項３）。
【００２０】
これらの態様によれば、第１入口側セルおよび第２入口側セルを、偏りなく均一に配置することができ、上述した作用効果を適正に確保することができる。
【発明の効果】
【００２１】
以上説明したように、本発明のパティキュレートフィルタによれば、ＣＯの排出量を増大させることなく、フィルタ再生時間の短縮とフィルタの昇温抑制とを両立することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態にかかるパティキュレートフィルタの全体構成を示す図である。
【図２】パティキュレートフィルタの平面図である。
【図３】パティキュレートフィルタの縦断面図である。
【図４】パティキュレートフィルタの上流側端部を拡大して示す模式図である。
【図５】図４のＶ−Ｖ線に沿った断面図である。
【図６】図４のＶＩ−ＶＩ線に沿った断面図である。
【図７】カーボン燃焼実験により得られたカーボン残存割合の変化を実施例と比較例とで対比して示すグラフである。
【図８】上記実験時に得られた出口ピーク温度を実施例と比較例とで対比して示すグラフである。
【図９】上記実験時に得られたＣＯのピーク濃度を実施例と比較例とで対比して示すグラフである。
【図１０】パティキュレートフィルタにパティキュレートが堆積した状態を示す図である。
【図１１】本発明の変形例を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
（１）パティキュレートフィルタの構成
図１は、本発明の一実施形態にかかるパティキュレートフィルタ１の全体構成を示している。本図に示されるパティキュレートフィルタ１は、排気ガスが流通するエンジンの排気通路に配設されるものであり、図例では、外形が円筒状に形成されたハニカム構造体から構成されている。このパティキュレートフィルタ１は、格子状に配置された隔壁２を備え、この隔壁２により区画された断面矩形状の多数のセル４が、排気ガスの流れ方向（図中の白抜き矢印の方向）に沿って平行に配置されている。
【００２４】
上記隔壁２は、例えばＳｉＣやＳｉ3Ｎ4等のセラミックス、またはコーディエライト等の、微細な（例えば５〜２０μｍ程度）の径の多数の細孔２ｂ（図５、図６参照）を有する多孔質性の材料により構成されている。
【００２５】
また、図２および図３に示すように、上記隔壁２により区画形成された多数のセル４は、封止部材６によって入口側および出口側が互い違いに目封じされている。すなわち、多数のセル４のうち、一部のセルについては、入口側（排気ガスの流れ方向上流側）の端部のみが封止部材６によって目封じされ、出口側は開放されている。一方、残余のセルについては、出口側（排気ガスの流れ方向下流側）の端部のみが封止部材６によって目封じされ、入口側は開放されている。
【００２６】
出口側が封止されて入口側が開放されたセルを入口側セル４Ａ、入口側が封止されて出口側が開放されたセルを出口側セル４Ｂとすると、入口側セル４Ａおよび出口側セル４Ｂは、同種のセルが平面視で縦横いずれの方向にも隣接しないように交互に（市松模様状に）配置されている。
【００２７】
以上の構成によると、パティキュレートフィルタ１に流れ込む排気ガスは、図３の矢印に示すように、まず入口側セル４Ａに流入した後、入口側セル４Ａと出口側セル４Ｂとを区画する多孔質性の隔壁２を通って、出口側セル４Ｂに流出する。このような過程を経ることで、排気ガス中に含まれるパティキュレート（炭素質成分を主成分とする粒子）が、各セルを囲む隔壁２の表面２ａや、その内部の細孔２ｂ（図５、図６）の内壁面に付着、堆積し、それによってパティキュレートが捕集されるようになっている。
【００２８】
図５および図６に示すように、上記隔壁２の表面２ａおよび細孔２ｂの内壁面には、捕集されたパティキュレートを燃焼（酸化）させるためのＰＭ燃焼触媒１０と、パティキュレートの燃焼により生じるＣＯを酸化するためのＣＯ酸化触媒１１とが層状に担持（コーティング）されている。
【００２９】
ＰＭ燃焼触媒１０としては、酸素イオン伝導性を有する複合酸化物として、例えばジルコニウム酸化物（ＺｒＯ2）を主成分とする複合酸化物や、セリウム酸化物（ＣｅＯ2）を主成分とする複合酸化物等が好適に用いられる。この複合酸化物には、三価の希土類金属、例えば、ネオジム（Ｎｄ）、プラセオジム（Ｐｒ）、イットリウム（Ｙ）、ランタン（Ｌａ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、スカンジウム（Ｓｃ）等が含有されるのが好ましい。ジルコニウム酸化物（ＺｒＯ2）を主成分とし、上記三価の希土類金属を含む複合酸化物の場合、ＺｒＯ2を６０ｍｏｌ％以上８０ｍｏｌ％以下とし、上記三価の希土類金属より選ばれる少なくとも１種の酸化物を２０ｍｏｌ％以上４０ｍｏｌ％以下で含ませるのが好ましい。
【００３０】
ＣＯ酸化触媒１１としては、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）等の触媒貴金属をγ−アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）などの比較的安定で比表面積の大きな酸化物に担持させたものが好適に用いられる。
【００３１】
上記ＰＭ酸化触媒１０は、パティキュレートフィルタ１における略全ての隔壁２の表面２ａと、細孔２ｂの内壁面に担持される。一方、上記ＣＯ酸化触媒１１は、一部の入口側セル４Ａに対応する隔壁２には担持されておらず、残余の入口側セル４Ａと、出口側セル４Ｂとに対応する隔壁２に担持される。以下では、入口側セル４Ａのうち、隔壁２の表面２ａにＰＭ酸化触媒１０のみが担持される（ＣＯ酸化触媒１１が担持されない）一部の入口側セル４Ａを第１入口側セル４Ａ１、隔壁２の表面２ａにＰＭ酸化触媒１０およびＣＯ酸化触媒１１の両方が担持される残余の入口側セル４Ａを第２入口側セル４Ａ２と称する。出口側セル４Ｂについては、第２入口側セル４Ａ２と同じく、ＰＭ酸化触媒１０およびＣＯ酸化触媒１１の両方が担持される。
【００３２】
図４は、パティキュレートフィルタ１の上流側端部（入口部）を拡大して示す模式図である。本図では、第１入口側セル４Ａ１と第２入口側セル４Ａ２とを区別するために、第１入口側セル４Ａ１の外周を１本の実線で、第２入口側セル４Ａ２の外周を２重線で示している。また、両セルに担持される触媒の相違を表すため、第２入口側セル４Ａ２の回りの隔壁２のみをグレーで着色して表示している。
【００３３】
図４において、断面矩形状をなす各セルの対角方向に沿った２つの交差線をそれぞれ第１の対角線Ｌ１および第２の対角線Ｌ２とすると、上記第１入口側セル４Ａ１と第２入口側セル４Ａ２とは、上記第１対角線Ｌ１に沿って交互に配置されるとともに、第２対角線Ｌ２に沿っても交互に配置されている。
【００３４】
上記のような構造のパティキュレートフィルタ１は、例えば次のようにして作製される。すなわち、まず第１入口側セル４Ａ１の上流側端部をマスキングし（このとき、第２入口側セル４Ａ２の上流側端部は開放されており、出口側セル４Ｂの上流側端部は封止部材６で封止されている）、その状態でＣＯ酸化触媒１１のスラリー（触媒の粉末やバインダーとイオン交換水との混合液）にパティキュレートフィルタ１を上流側から浸漬する。これにより、第２入口側セル４Ａ２のみからＣＯ酸化触媒１１のスラリーが流入する。
【００３５】
その後、下流側からアスピレータにより吸引しスラリーを下流端まで引き上げ、さらに上流側からエアブローをかけるが、このとき、第１入口側セル４Ａ１および第２入口側セル４Ａ２の下流側端部は封止部材６により封止されており、出口側セル４Ｂの下流側端部のみが開放されているので、余分なＣＯ酸化触媒１１のスラリーは、吸引およびエアブローによる圧力により、隔壁２内の細孔２ｂを通って出口側セル４Ｂへと導出され、出口側セル４Ｂの下流側端部から排出される。このように、ＣＯ酸化触媒１１のスラリーが第２入口側セル４Ａ２から流入して出口側セル４Ｂへと流出することにより、第２入口側セル４Ａ２および出口側セル４Ｂをそれぞれ囲む隔壁２の表面２ａと、これら両セル４Ａ２，４Ｂの間の隔壁２における細孔２ｂの内壁面とに、それぞれＣＯ酸化触媒１１の層がコーティングされる。
【００３６】
次に、上記第１入口側セル４Ａ１のマスキングを取り除き、全ての入口側セル（第１および第２入口側セル４Ａ１，４Ａ２）の上流側から、ＰＭ燃焼触媒１０のスラリーを流入させた後、吸引およびエアブローを行う。これにより、ＰＭ燃焼触媒１０のスラリーが、第１および第２入口側セル４Ａ１，４Ａ２から出口側セル４Ｂへと導出され、全ての隔壁２の表面２ａおよび細孔２ｂの内壁面に、ＰＭ燃焼触媒１０の層がコーティングされる。
【００３７】
以上のような処理を経ることで、第２入口側セル４Ａ２を囲む隔壁２の表面２ａと、そこから所定の深さ範囲における細孔２ｂの内壁面には、図６に示すように、ＣＯ酸化触媒１１の層と、ＰＭ燃焼触媒１０の層とが、この順に下から重ねてコーティングされることになる。また、図５および図６に示すように、出口側セル４Ｂについては、ＣＯ酸化触媒１１およびＰＭ燃焼触媒１０の層が、主に隔壁２の表面２ａに（一部は比較的浅い範囲の細孔２ｂの内壁面に）コーティングされる。
【００３８】
一方、図５に示すように、第１入口側セル４Ａ１を囲む隔壁２の表面２ａと、そこから所定の深さ範囲における細孔２ｂの内壁面には、ＰＭ燃焼触媒１０の層のみがコーティングされ、ＣＯ酸化触媒１１の層はコーティングされない。
【００３９】
以上説明したように、当実施形態のパティキュレートフィルタ１は、排気ガスの入口側が開放されて出口側が封止された複数の入口側セル４Ａと、出口側が開放されて入口側が封止された複数の出口側セル４Ｂとからなる多数のセル４を備える。このうち、入口側セル４Ａは、第１入口側セル４Ａ１と第２入口側セル４Ａ２とに分類され、第１入口側セル４Ａ１にはＰＭ燃焼触媒１０のみが担持される一方、第２入口側セル４Ａ２には、ＰＭ燃焼触媒１０に加えてＣＯ酸化触媒１１が担持されている。また、出口側セル４Ｂについては、第２入口側セル４Ａ２と同様に、ＰＭ燃焼触媒１０およびＣＯ酸化触媒１１が担持されている。
【００４０】
本願発明者による研究によれば、このような構成のパティキュレートフィルタ１を用いることで、ＣＯの排出量を増大させることなく、フィルタ再生時間の短縮とフィルタの昇温抑制とを両立させることが可能である。次に、このような作用効果を発見するに至った確認実験の内容について説明する。
【００４１】
（２）確認実験
（２−１）実施例
まず、上記実施形態の構成を実現した実験用のサンプル品を実施例として説明する。
【００４２】
・製造方法
パティキュレートフィルタ１の実施例としては、セル密度が１２mil／３００cpsiで、大きさがφ１７ｍｍ×５０ｍｍＬのＳｉＣ製のフィルタを用い、上記（１）の実施形態の説明で例示したのと同様の製造方法に基づいて、ＰＭ燃焼触媒１０およびＣＯ酸化触媒１１の層を内部にコーティングした。これにより、図１〜図６に示したのと同様の構造の触媒付きパティキュレートフィルタ１を実施例として作製し、実験に使用した。
【００４３】
・触媒の成分
ＣＯ酸化触媒１１としては、Ｐｔを担持したＰｔ−Ａｌ2Ｏ3を使用し、該Ａｌ2Ｏ3には酸化Ｌａを４ｗｔ％添加した。この触媒の粉末を１０ｇ／Ｌ含有したスラリーを、第２入口側セル４Ａ２のみから流し込み、吸引およびエアブローを行うことにより、第２入口側セル４Ａ２および出口側セル４ＢにＣＯ酸化触媒１１の層をコーティングし、１５０℃下での乾燥を２時間、５００℃下での焼成処理を２時間行った。なお、アルミナへのＰｔの担持量は０．５ｇ／Ｌとし、Ｐｔを担持させる処理は、Ａｌ2Ｏ3（酸化Ｌａ４ｗｔ％添加品）の粉末に対し、ジニトロジアンミンＰｔ硝酸溶液およびイオン交換水を混合後、蒸発乾固させ、電気炉で５００℃に加熱して２時間焼成処理することで行った。
【００４４】
ＰＭ燃焼触媒１０としては、ジルコニウム系の複合酸化物であるＺｒＯ2−１２ｍｏｌ％Ｎｄ2Ｏ3−１８ｍｏｌ％Ｐｒ2Ｏ3を使用した。この触媒の粉末を１０ｇ／Ｌ含有したスラリーを、全ての入口側セル４Ａ（第１入口側セル４Ａ１および第２入口側セル４Ａ２）から流し込み、吸引およびエアブローを行うことにより、全ての入口側セル４Ａおよび出口側セル４ＢにＰＭ燃焼触媒１０の層をコーティングし、１５０℃下での乾燥を２時間、５００℃下での焼成処理を２時間行った。なお、上記ＺｒＯ2系複合酸化物にはＰｔは担持させなかった。
【００４５】
（２−２）比較例
上記実施例と比較するための比較例としては、以下の比較例１，２を使用した。
【００４６】
・比較例１
比較例１としては、パティキュレートフィルタ１の全ての入口側セル４Ａ（第１および第２入口側セル４Ａ１，４Ａ２）および出口側セル４Ｂに、ＰＭ燃焼触媒１０とＣＯ酸化触媒１１とを均一に混合した触媒の層をコーティングしたものを使用した。
【００４７】
比較例１の作製にあたっては、上記実施例と同じ成分のＰＭ燃焼触媒１０およびＣＯ酸化触媒１１の粉末を均一に混合したスラリー、つまり、ＰＭ燃焼触媒１０を１０ｇ／Ｌ、ＣＯ酸化触媒１１を１０ｇ／Ｌそれぞれ含有したスラリーを、全ての入口側セル４Ａから流し込み、吸引およびエアブローを行った後、さらに１５０℃下での乾燥を２時間、５００℃下での焼成処理を２時間行った。これにより、全ての入口側セル４Ａおよび出口側セル４Ｂに、上記両触媒１０，１１を均一に含んだ触媒の層がコーティングされる。
【００４８】
・比較例２
比較例２としては、パティキュレートフィルタ１の全ての入口側セル４Ａ（第１および第２入口側セル４Ａ１，４Ａ２）および出口側セル４Ｂに、ＣＯ酸化触媒１１の層とＰＭ燃焼触媒１０の層とをこの順に下から２層にコーティングしたものを使用した。
【００４９】
比較例２の作製にあたっては、まず、上記実施例と同じ成分のＣＯ酸化触媒１１の粉末を１０ｇ／Ｌ含有したスラリーを、全ての入口側セル４Ａから流し込み、吸引およびエアブローを行った後、さらに乾燥、焼成処理した。その後、上記実施例と同じ成分のＰＭ酸化触媒１０の粉末を１０ｇ／Ｌ含有したスラリーを、全ての入口側セル４Ａから流し込んで吸引およびエアブローし、乾燥、焼成処理した。これにより、全ての入口側セル４Ａおよび出口側セル４Ｂに、ＣＯ酸化触媒１１（下層）およびＰＭ燃焼触媒１０（上層）からなる２層の触媒がコーティングされる。
【００５０】
（２−３）評価
上記実施例、および比較例１，２を用いて、下記の条件で、カーボン燃焼性能、過昇温特性、およびＣＯ浄化性能を評価する実験を行った。
【００５１】
・カーボン燃焼性能
まず、パティキュレートフィルタ１にパティキュレート（ＰＭ）が堆積した状態を擬似的につくり出すため、パティキュレートの代替としてのカーボンブラックの粉末を分散させたイオン交換水に、パティキュレートフィルタ１を入口側セル４Ａ側から浸漬させた後、下流側から水分をアスピレータにより吸引して、その後十分に乾燥させることで、カーボンをフィルタ内に５ｇ/Ｌ堆積させる。そして、このようにカーボンが堆積したパティキュレートフィルタ１に、高温の模擬排気ガスを流通させることにより、堆積したカーボンを燃焼させ、そのときの燃焼速度を測定した。
【００５２】
具体的には、パティキュレートフィルタの入口部の温度が６４０℃で安定するまで、高温の窒素ガス（Ｎ2）を流通させた後、Ｎ2に７．５％のＯ2と３００ｐｐｍのＮＯ2を加えた同じ温度の模擬排気ガスを流通させ、その時点からのカーボン残存量の変化を調べた。なお、窒素ガスを流通させるときの空間速度（ＳＶ値）は４２０００／ｈ、模擬ガスを流通させるときの空間速度は４４０００／ｈとした。
【００５３】
また、堆積したカーボンがどの程度燃焼したかは、カーボン燃焼中のＣＯ及びＣＯ2の濃度をリアルタイムで測定し、得られる濃度を用いて下記の計算式から算出されるカーボンの燃焼速度から、１秒ごとの燃焼カーボン重量の積算値を算出することで、どの程度の割合のカーボンが残存しているかを推定し、その変化を調べた。図７に、このカーボン残存割合（％）の変化を示す。
【００５４】
カーボン燃焼速度(g/h)
＝{ガス流速(L/h)×[(CO＋CO２)濃度(ppm)/(1×10６)]}×12(g/mol)/22.4(L/mol)
【００５５】
図７によれば、実施例のパティキュレータフィルタ１を用いたときのカーボン残存割合の低下速度が、比較例１，２のいずれよりも速いことが分かる。特に、カーボン残存割合が約７０％未満１０％以上になる時期については、実施例のものが明らかに早く、比較例１，２と比べてより早い段階で多くのカーボンが燃焼している。このことから、実施例のカーボン燃焼性能が最も優れているといえる。
【００５６】
・過昇温特性
過昇温特性としては、模擬排気ガスを流通させてカーボンを燃焼させている間、パティキュレートフィルタ１の出口側端部の中心の温度を熱電対で測定し、そのピーク値（フィルタ出口ピーク温度）を調べた。その結果を図８に示す。
【００５７】
図８によれば、実施例のパティキュレートフィルタ１を用いたときのピーク温度が最も低いことが分かる。すなわち、比較例２のピーク温度が７４３℃、比較例１のピーク温度が７１６℃であるのに対し、実施例のピーク温度は７１４℃であるから、実施例のピーク温度は、比較例２のピーク温度よりも大幅に低下しており、実施例よりも大幅にカーボンの燃焼が遅くピーク温度が上がりにくい特性を示す比較例１と比べても若干の低下が見られる。このことから、実施例のパティキュレートフィルタ１は、カーボンの燃焼時において最も高温になり難く、過昇温特性を抑制する機能が改善されているといえる。
【００５８】
・ＣＯ浄化性能
ＣＯ浄化性能としては、カーボンの燃焼期間中、パティキュレートフィルタ１の出口側でＣＯの濃度を測定し、そのピーク値（ピーク濃度）を調べた。その結果を図９に示す。
【００５９】
図９によれば、比較例１，２におけるＣＯのピーク濃度が、それぞれ２６ｐｐｍ、３０ｐｐｍであるのに対し、実施例におけるＣＯのピーク濃度は２６ｐｐｍであるから、実施例のパティキュレートフィルタ１は、ＣＯの浄化性能の点で比較例１，２に比べて同等かまたは優れており、十分なレベルの浄化性能を有していることが分かる。
【００６０】
（２−４）考察
以上の結果から、実施例のパティキュレートフィルタ１によれば、パティキュレートをどれだけ速く燃焼させられるかを表すカーボン燃焼性能が、比較例１，２よりも優れており、しかも、燃焼によって上昇するフィルタの温度をより低く抑えることが可能である。また、ＣＯの浄化性能についても、比較例１，２と比べて遜色ない結果が得られることが分かった。以下に、このような作用効果を得ることができた理由について考察する。
【００６１】
実施例のパティキュレートフィルタ１では、入口側セル４Ａにおける第１入口側セル４Ａ１に、ＰＭ燃焼触媒１０の層のみが担持（コーティング）される一方、第２入口側セル４Ａ２には、ＰＭ燃焼触媒１０およびＣＯ酸化触媒１１からなる２重の触媒層が担持されている。このような構成のパティキュレートフィルタ１に、その入口側（上流側）から排気ガスが流入した場合、入口側セル４Ａの内部圧力は、より多量の触媒が担持されている第２入口側セル４Ａ２で高くなり易く、触媒の担持量が少ない第１入口側セル４Ａ１では高くなり難い。
【００６２】
すなわち、第２入口側セル４Ａ２を囲む隔壁２では、その内部の細孔２ｂが、多量の触媒の存在により狭小化しており、第２入口側セル４Ａ２から出口側セル４Ｂへの排気ガスの流通が阻害されるため、第２入口側セル４Ａ２は、相対的に触媒担持量の少ない第１入口側セル４Ａ１よりも内部圧力が高くなり易い。このため、パティキュレートフィルタ１に流入する排気ガスは、その多くが第１入口側セル４Ａ１に流入し、その結果、第１入口側セル４Ａ１により多くのパティキュレートが堆積することになる。
【００６３】
上記第１入口側セル４Ａ１および第２入口側セル４Ａ２にそれぞれパティキュートが堆積した状態を、図１０を用いて模式的に示す。図１０において、符号Ｐはパティキュレートの堆積物を表している。本図に示すように、実施例のパティキュレートフィルタ１では、第１入口側セル４Ａ１に、第２入口側セル４Ａ２よりも多量のパティキュレートが堆積することになる。
【００６４】
このような状態で、燃料のポスト噴射等により排気ガスの温度を高めて、堆積したパティキュレートの燃焼処理（フィルタ再生処理）を開始すると、第１入口側セル４Ａ１および第２入口側セル４Ａ２のそれぞれでパティキュレートの酸化反応（燃焼）が始まるが、このうち、第２入口側セル４Ａ２では、パティキュレートの堆積量が少ないため、燃焼により生じる熱量が小さく、パティキュレートフィルタ１の温度を大幅に上昇させる要因にはならない。
【００６５】
すなわち、第２入口側セル４Ａ２では、ＰＭ燃焼触媒１０およびＣＯ酸化触媒１１の両方が担持されているため、堆積していたパティキュレートは、そのほとんどがＣＯ2まで完全に酸化されるものの、そもそも堆積しているパティキュレートの量が少ないことから、トータルとして発生する熱量が低く抑えられ、燃焼速度もあまり速くならない。これにより、第２入口側セル４Ａ２でのパティキュレート燃焼の影響でパティキュレートフィルタ１の温度が大幅に上昇することが防止される。
【００６６】
一方、パティキュレートの堆積量が多い第１入口側セル４Ａ１では、ヒートマスが大きいことによる効果で、第２入口側セル４Ａ２よりも急速にパティキュレートが燃焼する。しかしながら、第１入口側セル４Ａ１には、ＰＭ燃焼触媒１０のみが担持されており、ＣＯ酸化触媒１１は存在しないため、比較的多くのパティキュレートが不完全な酸化反応を起こし、ＣＯまでしか反応が進行しない（ＣＯ2には変化しない）。
【００６７】
ここで、パティキュレートが酸化されてＣＯに変化する反応（Ｃ＋Ｏ→ＣＯ）は、ＣＯが酸化されてＣＯ2に変化する反応（ＣＯ＋Ｏ2→ＣＯ2）に比べて、熱発生量が小さい。したがって、上記第１入口側セル４Ａ１では、比較的多くのパティキュレートがＣＯまでしか酸化されないことで、多量のパティキュレートが急速に燃焼しても、その燃焼により生じる熱量が比較的低く抑えられる。
【００６８】
また、上記第１入口側セル４Ａ１でのパティキュレート燃焼により生じたＣＯは、出口側セル４Ｂへと導出されるが、出口側セル４ＢにはＣＯ酸化触媒１１が担持されているため、そこでＣＯ2へと酸化される。ただし、このＣＯからＣＯ2への酸化反応は、主に出口側セル４Ｂの表面（出口側セル４Ｂを囲む隔壁２の表面２ａ）での反応であるため、そこで発生した反応熱は、多くが外部へと排出され、パティキュレートフィルタ１にはあまり吸収されない。
【００６９】
以上のようなしくみによって、実施例のパティキュレートフィルタ１では、堆積したパティキュレートを迅速に燃焼させてフィルタ再生処理の時間短縮を図りながらも、フィルタ温度の上昇を効果的に抑制でき、しかもＣＯの排出量の増大を防止できたものと考えられる。
【００７０】
（３）変形例
なお、上記実施形態では、図４に示したように、第１入口側セル４Ａ１と第２入口側セル４Ａ２とを、第１の対角線Ｌ１および第２の対角線Ｌ２の両方に沿って交互に配置したが、第１・第２入口側セル４Ａ１，４Ａ２を偏りなく均一に分布させることができる配置であればこれに限らず、例えば図１０に示すような配置を採用してもよい。この図１１の例では、第１入口側セル４Ａ１と第２入口側セル４Ａ２とが、第１の対角線Ｌ１に沿って交互に配置される一方、これと直交する第２の対角線Ｌ２に沿っては、同種の入口側セル（第１入口側セル４Ａ１または第２入口側セル４Ａ２）が連続して配置されている。
【００７１】
また、上記実施形態では、第２入口側セル４Ａ２および出口側セル４Ｂに、まずＣＯ酸化触媒１１を担持させ、その上にＰＭ燃焼触媒１０を重ねて担持させることにより、ＣＯ酸化触媒１１の層（下層）とＰＭ燃焼触媒１０の層（上層）とからなる２重の触媒層を形成したが、これとは逆に、ＰＭ燃焼触媒１０が下層でＣＯ酸化触媒１１が上層であってもよい。また、両触媒１０，１１を必ずしも２層に分ける必要はなく、ＰＭ燃焼触媒１０とＣＯ酸化触媒１１とが混合された触媒層が少なくとも一部に存在してもよい。
【符号の説明】
【００７２】
１  パティキュレートフィルタ
４Ａ  入口側セル
４Ａ１  第１入口側セル
４Ａ２  第２入口側セル
４Ｂ  出口側セル
１０  ＰＭ燃焼触媒
１１  ＣＯ酸化触媒
Ｌ１  第１の対角線
Ｌ２  第２の対角線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図４】
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【図１０】
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【図１１】
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