(57)【要約】【課題】      パティキュレートマターの処理能力を向上させて再生処理性能を向上させたパティキュレートフィルタの製造方法を提供することにある。【解決手段】  内燃機関の排気経路に配置され、フィルタ担体に触媒層が付されたパティキュレートフィルタの製造方法であって、前記フィルタ担体に触媒層を付する際に、流体媒体に触媒成分と有機物を混入したスラリーを塗布する工程（ステップＳ２）と、前記スラリーが塗布されたフィルタ担体を焼成して、当該有機物を除去し、前記触媒層に凹部を形成する工程（ステップＳ３）とを有したことで、前記有機物を除去した際にできる凹部により、パティキュレートマターと前記触媒層との接触面積を大きくして、前記パティキュレートマターの処理能力を向上させた。【選択図】    図３
2007021430.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気経路に配置され、フィルタ担体に触媒層が付されたパティキュレートフィルタの製造方法であって、
前記フィルタ担体に触媒層を付する際に、
流体媒体に触媒成分と有機物を混入したスラリーを塗布する工程と、
前記スラリーが塗布されたフィルタ担体を焼成して、当該有機物を除去することによって、前記触媒層に凹部を形成する工程とを有する
ことを特徴とするパティキュレートフィルタの製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載されたパティキュレートフィルタの製造方法であって、
前記有機物は、ポリエチレングリコールである
ことを特徴とするパティキュレートフィルタの製造方法。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載されたパティキュレートフィルタの製造方法であって、
前記有機物は、前記スラリーの固形重量に対して５ｗｔ％〜５０ｗｔ％である
ことを特徴とするパティキュレートフィルタの製造方法。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３の何れかに記載されたパティキュレートフィルタの製造方法であって、
前記有機物の粒径は、前記触媒層に付着するパティキュレートマターの粒径より大きい
ことを特徴とするパティキュレートフィルタの製造方法。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４の何れかに記載されたパティキュレートフィルタの製造方法であって、
前記有機物の粒径は、１μｍ〜５０μｍである
ことを特徴とするパティキュレートフィルタの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関、特にディーゼルエンジンから排気される排ガスに含まれるパティキュレートマターを捕集するパティキュレートフィルタの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関、特に、ディーゼルエンジンから排気される排ガス中には煤を主成分とするパティキュレートマター（ＰＭ：Particulate Matter、粒子状物質）が含まれている。このパティキュレートマターの大気への放出量を低減するため、従来、図５に示すような内燃機関の排ガス浄化装置３０が用いられている。この図に示すように、内燃機関の排ガス浄化装置３０は、内燃機関３１の排気マニホルド３２からの排ガス３３が排気される排気通路３４に配置されたパティキュレートフィルタ３５と、パティキュレートフィルタ３５の上流に配置された酸化触媒３６とを有する。この排ガス浄化装置３０では、図６に示すように、パティキュレートマター３８がパティキュレートフィルタ３５のフィルタ担体３７の表面３７ａに捕集される。捕集されたパティキュレートマター３８は、エンジン制御および酸化触媒３６により約６００℃まで上昇した排ガス３３により燃焼されている。その結果、捕集したパティキュレートマター３８が除去されて、パティキュレートフィルタ３５の再生処理が行なわれている。
【０００３】
特許文献１には、内燃機関の排気ガス浄化用フィルタ担体に触媒層を付する際に、多孔質の壁部を通過させることのできる流体媒体に触媒成分を混入したスラリーを前記フィルタ担体に対して前記壁部により仕切られる複数の並列貫通空間の入口側及び出口側の少なくとも一方から順次流入させ、前記流体媒体が前記壁部を通過して流出させる一方、前記壁部に付された触媒成分が前記壁部の少なくとも一側に堆積させることにより、前記内燃機関の排気ガス浄化用フィルタ担体に対して、ガス状汚染成分を浄化する触媒層を、均一にかつその量を容易に管理可能に付するようにした内燃機関の排気ガス浄化用フィルタ担体の製造方法が記載されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−６６３３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した内燃機関の排ガス浄化装置３０では、排ガス３３を高温にし、パティキュレートマター３８を燃焼して除去することができるものの、パティキュレートマター３８の未燃焼による排気損失の増加によって燃費を悪化させてしまう可能性がある。
【０００６】
特許文献１に記載の内燃機関の排気ガス浄化用フィルタ担体では、触媒層がＨＣ、ＣＯ等未燃焼成分を浄化するための酸化触媒であり、酸化触媒の作用により、パティキュレートフィルタに堆積したパティキュレートマターを酸化し、パティキュレートフィルタの再生処理を行なうものの、酸化せずに残存するパティキュレートマターにより排気損失が増大し燃費を悪化させてしまう可能性がある。さらに、酸化触媒の劣化によりパティキュレートフィルタの再生処理の性能を低下させてしまう可能性がある。
【０００７】
そこで、本発明は、前述した課題に鑑み提案されたもので、パティキュレートマターの処理能力を向上させることにより再生処理の性能を向上させたパティキュレートフィルタの製造方法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】
【０００８】
上述した課題を解決する第１の発明に係るパティキュレートフィルタの製造方法は、内燃機関の排気経路に配置され、フィルタ担体に触媒層が付されたパティキュレートフィルタの製造方法であって、前記フィルタ担体に触媒層を付する際に、流体媒体に触媒成分と有機物を混入したスラリーを塗布する工程と、前記スラリーが塗布されたフィルタ担体を焼成して、当該有機物を除去することによって、前記触媒層に凹部を形成する工程とを有することを特徴とする。
【０００９】
上述した課題を解決する第２の発明に係るパティキュレートフィルタの製造方法は、第１の発明に記載されたパティキュレートフィルタの製造方法であって、前記有機物が、ポリエチレングリコールであることを特徴とする。
【００１０】
上述した課題を解決する第３の発明に係るパティキュレートフィルタの製造方法は、第１又は第２の発明に記載されたパティキュレートフィルタの製造方法であって、前記有機物が、前記スラリーの固形重量に対して５ｗｔ％〜５０ｗｔ％であることを特徴とする。
【００１１】
上述した課題を解決する第４の発明に係るパティキュレートフィルタの製造方法は、第１乃至第３の何れかの発明に記載されたパティキュレートフィルタの製造方法であって、前記有機物の粒径が、前記触媒層に付着するパティキュレートマターの平均粒径より大きいことを特徴とする。
【００１２】
上述した課題を解決する第５の発明に係るパティキュレートフィルタの製造方法は、第１乃至第４の何れかの発明に記載されたパティキュレートフィルタの製造方法であって、前記有機物の粒径が、１μｍ〜５０μｍであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
第１の発明に係るパティキュレートフィルタの製造方法によれば、有機物を除去した際にできる凹部により、触媒層の表面積を大きくして、すなわち、パティキュレートマターと触媒層との接触面積を大きくして、パティキュレートマターの処理能力を向上させる。その結果、パティキュレートフィルタの単位面積、単位時間当たりのパティキュレートマターの除去割合が増加するため、残存するパティキュレートマターが減少し、排気圧損失の低減が可能になり、内燃機関の高出力化、低温再生燃焼による信頼性の向上及び燃費の向上に貢献することができる。
【００１４】
第２の発明に係るパティキュレートフィルタの製造方法によれば、第１の発明に記載されたパティキュレートフィルタの製造方法と同様な作用効果を奏する他、同一粒径に揃えたり、所定の粒径分布にしたりするなど粒径の制御がし易くなり、触媒層の表面粗さを適切に調整することができる。
【００１５】
第３の発明に係るパティキュレートフィルタの製造方法によれば、第１及び第２の発明に記載されたパティキュレートフィルタの製造方法と同様な作用効果を奏する他、触媒層の表面粗さをより適切に調整することができる。
【００１６】
第４の発明に係るパティキュレートフィルタの製造方法によれば、第１乃至第３の発明に記載されたパティキュレートフィルタの製造方法と同様な作用効果を奏する他、有機物の粒径を、パティキュレートマターの粒径の平均より大きくしているので、触媒層に形成される凹部率を適切に調整することができ、パティキュレートマターを効率的に捕集できると共に、捕集したパティキュレートマターと触媒層とを効率的に接触させることができるので、従来のパティキュレートフィルタに比べてより多くのパティキュレートマターを処理することができる。
【００１７】
第５の発明に係るパティキュレートフィルタの製造方法によれば、第１乃至第４の発明に記載されたパティキュレートフィルタの製造方法と同様な作用効果を奏する他、有機物の粒径をより具体化することによって、より確実に多くのパティキュレートマターを処理することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に、本発明に係るパティキュレートフィルタの製造方法を実施するための最良の形態を実施例に基づき具体的に説明する。
【実施例１】
【００１９】
以下に第１の実施例に係るパティキュレートフィルタの製造方法について図を用いて説明する。
図１は、本発明の第１の実施例に係るパティキュレートの製造方法にて製造されたパティキュレートフィルタを有する内燃機関の排ガス処理装置の概略図である。図２は、図１における囲み線（ＩＩ）の拡大断面図である。図３は、本発明の第１の実施例に係るパティキュレートフィルタの製造方法のフローを示す図である。
【００２０】
本発明の第１の実施例に係るパティキュレートフィルタの製造方法により製造されたパティキュレートフィルタ２０は、図１に示すように、内燃機関１から排ガス２４が排気される排気マニホルド２に連結された排気通路（排気経路）３に配置される。この内燃機関１の吸気側には、吸気ポート４を開閉する吸気弁５と、吸気ポート４に連通する吸気枝管６と、吸気枝管６の上流に配置されるエアクリーナ８とを有する。内燃機関１の排気側には、排気ポート９を開閉する排気弁１０が設けられ、排気ポート９が排気マニホルド２に連通される。排気マニホルド２と吸気枝管６に設けられたサージタンク１１とは排気ガス再循環通路１２を介して互いに連結され、この排気ガス再循環通路１２内には、図示しない電気制御式ＥＧＲ制御弁が配置される。内燃機関１は、シリンダヘッド１３と、シリンダヘッド１３の下部に配置されたシリンダブロック１４と、シリンダブロック１４内に配置されたピストン１５と、ピストン１５とシリンダヘッド１３により区画される燃焼室１６とを有する。
【００２１】
上述したパティキュレートフィルタ２０は、触媒層がフィルタ担体に付されており、フィルタ担体に触媒層を付する際に、以下の手順にて製造される。
図３に示すように、最初に、パティキュレートマターの酸化を促進する触媒成分と有機物とを流体媒体であるシリカゾル及び水に混入してスラリーを作製する（ステップＳ１）。ただし、前記有機物は、スラリーの固形重量に対して５ｗｔ％〜５０ｗｔ％とする。
尚、固形重量とは、スラリーに含まれる固形物の重量である。
【００２２】
前記触媒成分として、アルカリ金属、アルカリ土類金属、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｒｈなどの貴金属、Ｎｉ，Ｃｏ，Ｃｅなどが挙げられる。
【００２３】
前記有機物としては、例えば、５００℃から６００℃前後で燃焼除去が可能なカーボンや、ポリエチレングリコールなどが挙げられる。尚、同一粒径に揃えたり、所定の粒径分布にしたりするなど粒径の制御がし易いポリエチレングリコールが好ましい。ただし、前記有機物の粒径は、１μｍから５０μｍの範囲であり、好適には、２０μｍから３０μｍの範囲である。有機物の粒径を５０μｍ以下とすることで、パティキュレートフィルタの触媒層の強度を維持することができる。
【００２４】
続いて、前記スラリーをフィルタ担体に塗布する（ステップＳ２）。
さらに、スラリーが塗布されたフィルタ担体を有機物の燃焼温度にて焼成して、前記有機物を燃焼させて除去し、このとき、触媒層２２に凹部４０を形成する（ステップＳ３）。よって、上述したように、有機物の粒径を、パティキュレートマターの平均粒径以上とすることで、パティキュレートフィルタの触媒層にパティキュレートマターが効率良く捕集される。
【００２５】
このような手順にて製造されたパティキュレートフィルタ２０は、図２に示すように、フィルタ担体２１と、フィルタ担体の表面に塗布された触媒層２２と有する。ただし、上述したように有機物が除去された部位が凹部４０となるため、触媒層２２には、フィルタ担体の表面に触媒層を単に塗布しただけの従来のパティキュレートフィルタに比べて、複雑な凹凸が形成される。よって、パティキュレートフィルタ２０の触媒層２２と、排気ガス中のパティキュレートマター２３との接触面積が増加する。
【００２６】
［比較例］
最初に、パティキュレートマターの酸化を促進して、その燃焼温度を低減する触媒成分を流体媒体に混入してスラリーを作製する。前記触媒成分としては、アルカリ金属、アルカリ土類金属、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｒｈなどの貴金属、Ｎｉ，Ｃｏ，Ｃｅなどが挙げられる。
続いて、スラリーをフィルタ担体に塗布し乾燥してパティキュレートフィルタ（比較）を作製する。
【００２７】
［評価］
ここで、上述した本発明の第１の実施例に係るパティキュレートフィルタの製造方法により製造されたパティキュレートフィルタ（Ｎｏ．１）、及び上述したパティキュレートフィルタ（比較）において、パティキュレートフィルタを昇温させた場合のＣＯ2発生量の関係について図４を用いて説明する。ここで、ＣＯ2発生開始温度をパティキュレートマターの燃焼開始温度としている。
図４は、本発明の第１の実施例に係るパティキュレートフィルタの製造方法にて製造されたパティキュレートフィルタ及び従来のパティキュレートフィルタに捕集されたパティキュレートマターの燃焼開始温度を示す図である。図４中において、実線は、本発明の第１の実施例に係るパティキュレートフィルタの製造方法にて製造されたパティキュレートフィルタ（Ｎｏ．１）の場合を示し、破線は従来のパティキュレートフィルタ（従来）の場合を示す。
【００２８】
この図に示すように、パティキュレートフィルタ（Ｎｏ．１）は、パティキュレートマターの燃焼開始温度において、パティキュレートフィルタ（比較）に比べて低下したことが分かった。すなわち、パティキュレートフィルタ（Ｎｏ．１）は、パティキュレートフィルタ（従来）に比べて、触媒層の表面積を増加させ、その上、この触媒層の凹凸をパティキュレートマターより大きくさせたことにより、捕集されたパティキュレートマターの処理能力が向上していることが分かった。
また、処理能力の向上により、排ガスの温度を上昇させる酸化触媒をパティキュレートフィルタの前段に配置する必要も無くなる場合がある。
【００２９】
したがって、本発明の第１の実施例に係るパティキュレートフィルタの製造方法にて製造したパティキュレートフィルタによれば、有機物を除去した際にできる凹部により、触媒層の表面積を大きくして、すなわち、パティキュレートマターと触媒層との接触面積を大きくして、パティキュレートマターの処理能力を向上させる。その結果、パティキュレートフィルタの単位面積、単位時間当たりのパティキュレートマターの除去割合が増加するため、残存するパティキュレートマターが減少し、排気圧損失の低減が可能になり、内燃機関の高出力化、低温再生燃焼による信頼性の向上及び燃費の向上に貢献することができる。
【００３０】
また、前記有機物としてポリエチレングリコールとすることで、同一粒径に揃えたり、所定の粒径分布にしたりするなど粒径の制御がし易くなり、触媒層の表面粗さを適切に調整することができる。さらに、前記有機物を、スラリーの固形重量に対して５ｗｔ％〜５０ｗｔ％とすることで、触媒層の表面粗さをより適切に調整することができる。その上、前記有機物の粒径をパティキュレートマターの平均粒径より大きい１μｍ〜５０μｍとすることで、触媒層に形成される凹部率を適切に調整することができ、パティキュレートマターを効率的に捕集できると共に、捕集したパティキュレートマターと触媒層とを効率的に接触させることができるので、従来のパティキュレートフィルタに比べてより多くのパティキュレートマターを処理することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明は、内燃機関、特にディーゼルエンジンから排気される排ガスに含まれるパティキュレートマターを捕集するパティキュレートフィルタの製造方法に利用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の第１の実施例に係るパティキュレートの製造方法にて製造されたパティキュレートフィルタを有する内燃機関の排ガス処理装置の概略図である。
【図２】図１における囲み線ＩＩの拡大断面図である。
【図３】本発明の第１の実施例に係るパティキュレートフィルタの製造方法のフローを示す図である。
【図４】本発明の第１の実施例に係るパティキュレートフィルタの製造方法にて製造されたパティキュレートフィルタ及び従来のパティキュレートフィルタに捕集されたパティキュレートマターの燃焼開始温度を示す図である。
【図５】従来のパティキュレートフィルタの製造方法により製造されたパティキュレートフィルタを有する内燃機関の排ガス処理装置の概略図である。
【図６】図５における囲み線（ＶＩ）の拡大断面図である。
【符号の説明】
【００３３】
１          内燃機関
２          排気マニホルド
３          排気通路
４          吸気ポート
５          吸気弁
６          吸気枝管
８          エアクリーナ
９          排気ポート
１０        排気弁
１１        サージタンク
１２        排気ガス再循環通路
１３        シリンダヘッド
１４        シリンダブロック
１５        ピストン
１６        燃焼室
２０        パティキュレートフィルタ
２１        フィルタ担体
２２        触媒層
２３        パティキュレートマター
２４        排ガス
３０        内燃機関の排ガス浄化装置
３１        内燃機関
３２        排気マニホルド
３３        排ガス
３４        排気通路
３５        パティキュレートフィルタ
３６        酸化触媒
３７        フィルタ担体
３８        パティキュレートマター
４０        凹部
【図１】
2007021430.tif 000003
【図２】
2007021430.tif 000004
【図３】
2007021430.tif 000005
【図４】
2007021430.tif 000006
【図５】
2007021430.tif 000007
【図６】
2007021430.tif 000008