(57)【要約】被膜した微粒子フィルタ、および、その製造方法を開示する。微粒子フィルタは、入口端から出口端に延伸する流路を画定する複数の多孔性流路壁部を有するハニカム体を含む。ハニカム体は、上流側ゾーン気体透過率を有する上流側ゾーン、および、上流側ゾーンより出口端に近く配置されて下流側ゾーン気体透過率を有する下流側ゾーンを含む。ＳＣＲ触媒は、下流側ゾーンに、約５０ｇ／Ｌから約２００ｇ／Ｌの範囲の局所充填量で存在し、上流側ゾーン気体透過率が下流側ゾーン気体透過率の約５から約９０倍の範囲である。
2020533511.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
微粒子フィルタにおいて、
入口端および出口端を有するハニカム体を、
含み、
前記ハニカム体は、前記入口端から前記出口端に軸方向に延伸して該ハニカム体の軸長さＬａを画定し、更に、該入口端から該出口端に延伸する流路を画定する複数の多孔性流路壁部を含み、前記流路の少なくとも第１の組は閉塞したものであり、該ハニカム体は、更に、上流側ゾーン気体透過率を有し該ハニカム体の前記軸長さＬａより短い上流側ゾーン軸長さＬｕを有する上流側ゾーン、および、該上流側ゾーンより該出口端に近く配置され、下流側ゾーン気体透過率を有する下流側ゾーンを含み、
前記ハニカム体の前記複数の多孔性流路壁部は、ＮＯｘの選択触媒還元を促進する選択触媒還元（ＳＣＲ）触媒を含み、前記ＳＣＲ触媒は、約５０ｇ／Ｌから約２００ｇ／Ｌの範囲の局所充填量で前記下流側ゾーンの充填物に存在して、前記上流側ゾーン気体透過率が、前記下流側ゾーン気体透過率の約５倍から約９０倍の範囲である微粒子フィルタ。
【請求項２】
前記上流側ゾーンは、ＳＣＲ触媒を含まないものである、請求項１に記載の微粒子フィルタ。
【請求項３】
前記ハニカム体は、前記上流側ゾーンの前記多孔性流路壁部内、または、その上に配置されたＳＣＲ触媒を含むものである、請求項１に記載の微粒子フィルタ。
【請求項４】
前記流路の前記第１の組は、前記入口端または前記出口端の少なくとも１つに近接した位置で閉塞したものである、請求項１に記載の微粒子フィルタ。
【請求項５】
触媒付き微粒子フィルタの製造方法において、
入口端および出口端を有し、前記入口端から前記出口端に軸方向に延伸してハニカム体の軸長さＬａを画定する複数の多孔性流路壁部を含むハニカム体について、対象選択触媒還元（ＳＣＲ）触媒充填質量を、前記ハニカム体の軸長さＬａに基づいて特定する工程であって、前記複数の多孔性流路壁部は、該入口端から該出口端への気体の流れを可能にする流路を画定するものであり、前記流路の少なくとも第１の組は閉塞したものである工程と、
前記出口端をＳＣＲ触媒スラリーに浸漬させて、前記ハニカム体を、前記軸長さＬａより短い長さまで被膜して、前記対象ＳＣＲ触媒充填質量が該ハニカム体の該軸長さＬａの７５％未満に含まれるように被膜したハニカム体を提供する工程と
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【優先権】
【０００１】
本願は、米国特許法第１１９条の下、２０１７年８月１０日出願の米国仮特許出願第６２／５４３、６４３号の優先権の利益を主張し、その内容は依拠され、全体として参照により本明細書に組み込まれる。
【技術分野】
【０００２】
本開示は、概して、エンジン排ガス用のフィルタに関し、より具体的には、ディーゼルエンジンの排気流など、エンジン排気流のＮＯｘおよび微粒子物質を削減するためのセラミックハニカムフィルタ、および、その製作方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
ガソリンまたはディーゼル燃料のいずれかで運転される乗物からの汚染排出物質は、触媒および微粒子フィルタ技術を用いて改善されてきた。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
微粒子フィルタ上に、触媒利用効率を改良するＤｅＮＯｘ触媒構成を備えることが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示の第１の態様は、微粒子フィルタに関し、それは、入口端および出口端を有するハニカム体を含み、ハニカム体は、入口端から出口端に軸方向に延伸してハニカム体の軸長さＬａを画定し、更に、入口端から出口端に延伸する流路を画定する複数の多孔性流路壁部を含む。流路の少なくとも第１の組は閉塞したものであり、ハニカム体は、更に、上流側ゾーン気体透過率を有する上流側ゾーン、および、上流側ゾーンより出口端に近く配置され、下流側ゾーン気体透過率を有する下流側ゾーンを含む。上流側ゾーンは、ハニカム体の軸長さＬａより短い上流側ゾーン軸長さＬｕを有し、ハニカム体の複数の多孔性流路壁部は、ＮＯｘの選択触媒還元を促進する選択触媒還元（ＳＣＲ）触媒を含み、ＳＣＲ触媒は、約５０ｇ／Ｌから約２００ｇ／Ｌの範囲の局所充填量で下流側ゾーンの充填物に存在して、上流側ゾーン気体透過率が、下流側ゾーン気体透過率の約５倍から約９０倍の範囲である。
【０００６】
本開示の他の態様は、本開示に記載の微粒子フィルタの実施形態を含む希薄燃焼エンジン排気システムに関する。
【０００７】
本開示の他の態様は、触媒付き微粒子フィルタの製造方法に関し、その方法は、
入口端および出口端を有し、入口端から出口端に軸方向に延伸してハニカム体の軸長さＬａを画定する複数の多孔性流路壁部を含むハニカム体について、対象選択触媒還元（ＳＣＲ）触媒充填質量を、ハニカム体の軸長さＬａに基づいて特定する工程であって、複数の多孔性流路壁部は、入口端から出口端への気体の流れを可能にする流路を画定するものであり、流路の少なくとも第１の組は閉塞したものである工程を含む。方法は、更に、出口端をＳＣＲ触媒スラリーに浸漬させて、ハニカム体を、軸長さＬａより短い長さまで被膜して、対象ＳＣＲ触媒充填質量がハニカム体の軸長さＬａの７５％未満に含まれるように被膜したハニカム体を提供する工程を含む。
【０００８】
更なる特徴および利点を、次の詳細な記載に示し、それは、部分的には、当業者には、その記載から明らかであるか、または、次の詳細な記載、請求項、および、添付の図面を含む本明細書に記載の実施形態を実施することによって分かるだろう。
【０００９】
ここまでの概略的記載および次の詳細な記載の両方が、例示的なものにすぎず、請求項の本質および特徴を理解するための概観または枠組みを提供することを意図すると理解すべきである。添付の図面は、更なる理解のために提供され、本明細書に組み込まれ、その一部を構成する。図面は、１つ以上の実施形態を示し、その記載と共に、様々な実施形態の原理および動作を説明する役割を果たす。
【００１０】
図示したものは、特定の実施形態の記載を目的したものであり、本開示も添付の請求項も限定することを意図しないことが理解されよう。図面は、必ずしも縮尺通りではなく、明瞭で簡潔に示すために、図面の特徴物および視線の中には、寸法を誇張するか、概略的に示したものもありうる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本明細書に示し記載した１つ以上の実施形態による微粒子フィルタを概略的に示す。
【図２】本明細書に示し記載した一実施形態による図１の微粒子フィルタの部分的な軸方向断面図を概略的に示す。
【図３】本明細書に示し記載した他の実施形態による図１の微粒子フィルタの部分的な軸方向断面図を概略的に示す。
【図４】様々なフィルタに関して、様々な煤付着について、煤付着による圧力低下を示すグラフである。
【図５】様々な長さで被膜したフィルタについて、圧力低下を示すグラフである。
【図６】様々なフィルタについて、ＮＯｘ変換と反応温度の関係を示すグラフである。
【図７】２５０℃でのＮＯｘ変換とフィルタの被膜長さの関係を示すグラフである。
【図８】様々な被膜したフィルタについて、ＮＯｘ変換と温度の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
いくつかの例示的な実施形態を記載する前に、本開示は、以下に開示する詳細な構成にも処理工程にも限定されないと理解すべきである。本明細書の開示は、他の実施形態で実施可能であり、様々な態様で実施または実行しうる。
【００１３】
尚、本明細書において、「略」および「約」という用語を、任意の量的比較、値、測定値、または、他の表現に起因しうる内在する程度の不確かさを表すのに用いうる。本明細書において、これらの用語を、量的表現が、記載した値から、本主題の基本的機能を変えずに異なりうる程度を表すのにも用いうる。
【００１４】
本明細書で用いるように、「ＤｅＮＯｘ触媒」は、静止源または、乗物の希薄燃焼エンジンなどの移動源から発せられうる排ガス流からの窒素酸化物（ＮＯｘ）を改善する触媒のことを称する。ＤｅＮＯｘ触媒は、炭化水素によって、ＮＯｘ還元を選択的に促進する「希薄ＮＯｘ触媒」、および、単に「ＳＣＲ触媒」と一般的に称されるアンモニアまたは尿素などの窒素化合物によって、ＮＯｘの選択触媒還元（ＳＣＲ）を促進する触媒を含む。
【００１５】
ここで図１を参照すると、本明細書に示し記載した１つ以上の実施形態による微粒子フィルタを概略的に示している。微粒子フィルタは、概して、交差する流路壁部によって画定された複数の平行な流路を含むハニカム構造物である。本明細書において、「上流側」および「下流側」という用語を用いて、微粒子フィルタのゾーンの相対的向きを記載する。本明細書で用いるように、「上流側」という用語は、比較したゾーンより、近接具合が、微粒子フィルタの入口端に近いゾーンのことを称する。同様に、本明細書で用いるように、「下流側」という用語は、比較したゾーンより、近接具合が、微粒子フィルタの出口端に近いゾーンのことを称する。微粒子フィルタを用いる際、微粒子フィルタの入口端がエンジンからの排ガスを受け取り、排ガスはフィルタを通って流れ、出口端でフィルタから出る。
【００１６】
本明細書で用いるように、「透過率」という用語は、流体が微粒子フィルタの流路壁部を通り抜けて流れる能力のことを称する。本明細書に記載の実施形態および実施例において、流路壁部の透過率を、以下の式により計算しうる。
【００１７】
【数１】
2020533511.tif 000003
【００１８】
但し、ｕは、流体が流路壁部を通り抜ける速度をｍ／ｓで表したものであり、κは、流路壁部の透過率をｍ２で表したものであり、μは、流体の粘度であり、Δｐは、流路壁部に亘る圧力低下をパスカルで表したものであり、δは、流路壁部の厚さである。既知の流路壁部厚さの微粒子フィルタ、および、既知の粘度の流体が与えられた場合、流路壁部を通り抜けて流れる流体速度、および、流路壁部に亘る圧力低下の測定後に、壁部の透過率を逆算しうる。その代わりに、ポロメータを用いて、微粒子フィルタの異なるゾーンの透過率を特定しうる。
【００１９】
ここで、図１を参照すると、微粒子フィルタ１００を概略的に示している。微粒子フィルタ１００を、壁流フィルタとして用いて、例えば、ディーゼルエンジンなどの希薄燃焼エンジンから放出された排ガス流など、排ガス流から微粒子物質を除去しうる。微粒子フィルタ１００を用いて、排ガス流に含まれる亜酸化窒素化合物（ＮＯｘ）も還元しうる。微粒子フィルタ１００は、概して、入口端１０２および出口端１０４を有し、複数の多孔性流路壁部１０６を含むハニカム体を含み、流路壁部は、入口端１０２と出口端１０４の間に延伸する複数の流路１０１またはセルを画定し、更に、ハニカム体の軸長さＬａを画定する。微粒子フィルタ１００は、複数の流路１０１を囲む外皮層１０５も含みうる。この外皮層１０５は、流路壁部１０６を形成する間に押出成形されるか、後段の処理で、外皮形成接着剤を外周縁部分の流路に塗布するなどして、後付け外皮層として形成されうる。
【００２０】
更に図１を参照し、ここでは、図２および３に示した微粒子フィルタの軸方向断面図も参照すると、複数の流路１０１は、概して、断面が正方形である。しかしながら、代わりの実施形態において、微粒子フィルタの複数の流路１０１は、矩形、円形、楕円形、三角形、八角形、六角形、または、それらの組合せを含む他の断面構成を有しうる。微粒子フィルタ利用で用いるハニカムについて、いくつかの流路は入口流路１０８として割り振られ、他のいくつかの流路は出口流路１１０として割り振られる。上記のように希薄燃焼エンジンより下流側に配置された場合に、排ガスは、入口流路を通って微粒子フィルタに入り、出口流路を通って微粒子フィルタから出る。微粒子フィルタ１００のいくつかの実施形態において、少なくとも第１の組の流路は、閉塞部１１２で閉塞しうる。概して、閉塞部１１２は、流路１０１の端部（つまり、入口端１０２または出口端１０４）に近接して配列される。閉塞部は、概して、図１に示した市松模様などの所定のパターンで配列され、流路が１つおきに閉塞する。図２に示すように、入口流路１０８は、出口端１０４または、その近くで閉塞し、出口流路１１０は、入口流路と対応しない流路の入口端１０２または、その近くで閉塞しうる。したがって、各流路は、微粒子フィルタの一方の端部または、その近くのみで閉塞しうる。
【００２１】
図１は、概して、市松模様閉塞パターンを示しているが、その代わりの閉塞パターンをハニカム構造で用いうると理解すべきである。更に、いくつかの実施形態において、図３に示すように、第２の組の流路は、閉塞しない貫流流路１０９でありうる。これらの実施形態において、微粒子フィルタ１００を、スケーラブルフィルタまたは部分フィルタと称しうる。
【００２２】
本明細書に記載の実施形態において、微粒子フィルタ１００を、１平方インチあたり約６００（ｃｐｓｉ）（約９３／ｃｍ２）流路までの流路密度で形成しうる。例えば、いくつかの実施形態において、微粒子フィルタ１００は、約１００ｃｐｓｉ（約１６／ｃｍ２）から約６００ｃｐｓｉ（約９３／ｃｍ２）の範囲の流路密度を有しうる。いくつかの他の実施形態において、微粒子フィルタ１００は、約１００ｃｐｓｉ（約１６／ｃｍ２）から約４００ｃｐｓｉ（約６２／ｃｍ２）の範囲、または、約２００ｃｐｓｉ（約３１／ｃｍ２）から約３００ｃｐｓｉ（約４７／ｃｍ２）の範囲の流路密度を有しうる。
【００２３】
本明細書に記載の実施形態において、微粒子フィルタ１００の流路壁部１０６は、約４ミル（約１０１．６マイクロメートル）より厚い厚さを有しうる。例えば、いくつかの実施形態において、流路壁部１０６の厚さは、約４ミル（約１０１．６マイクロメートル）から約３０ミル（約７６２マイクロメートル）の範囲でありうる。いくつかの他の実施形態において、流路壁部１０６の厚さは、約７ミル（約１７７．８マイクロメートル）から約２０ミル（約５０８マイクロメートル）の範囲でありうる。
【００２４】
本明細書に記載の微粒子フィルタの実施形態において、微粒子フィルタ１００の流路壁部１０６は、無被膜の開口多孔率（つまり、ハニカム体に被膜を塗布する前の多孔率）％Ｐ≧３５％を、微粒子フィルタ１００に被膜を塗布する前に有しうる。いくつかの実施形態において、流路壁部１０６の無被膜の開口多孔率は、４０％≦％Ｐ≦７０％などでありうる。他の実施形態において、流路壁部１０６の無被膜の開口多孔率は、５０％≦％Ｐ≦６７％などでありうる。
【００２５】
更に、微粒子フィルタ１００の流路壁部１０６は、被膜を塗布する前の（つまり、無被膜の）流路壁部１０６の細孔分布が、平均細孔サイズ≦３０マイクロメートルを有するように形成される。例えば、いくつかの実施形態において、平均細孔サイズは、≧８マイクロメートル、かつ、３０マイクロメートル未満または≦３０マイクロメートルでありうる。他の実施形態において、平均細孔サイズは、≧１０マイクロメートル、かつ、３０マイクロメートル未満または≦３０マイクロメートルでありうる。他の実施形態において、平均細孔サイズは、≧１０マイクロメートル、かつ、２５マイクロメートル未満または≦２５マイクロメートルでありうる。概して、約３０マイクロメートルより大きい平均細孔サイズで製造された微粒子フィルタは、濾過効率が低く、一方、約８マイクロメートル未満の平均細孔サイズで製造された微粒子フィルタは、触媒を含むウォッシュコート材を細孔に浸透させるのが難しいことがありうる。したがって、１つ以上の実施形態において、概して、流路壁部の細孔サイズを約８マイクロメートルと約３０マイクロメートルの間に維持することが望ましい。
【００２６】
本明細書に記載の実施形態において、微粒子フィルタ１００を形成するハニカム体は、例えば、菫青石、炭化ケイ素、酸化アルミニウム、チタン酸アルミニウム、または、高温での微粒子濾過利用での使用に適した任意の他のセラミック材料などのセラミック材料から形成される。例えば、微粒子フィルタ１００は、菫青石から、主に菫青石結晶相を含むセラミック物品を製造するのに適した構成材料を含みうるバッチセラミック前駆体材料を混合することによって、形成されうる。概して、菫青石形成に適した構成材料は、タルク、シリカ形成源、および、アルミナ形成源を含む無機成分の組合せを含む。バッチ組成物は、更に、例えば、カオリン粘土などの粘土を含みうる。菫青石前駆体バッチ組成物は、バッチ混合物に加えられて望ましい細孔サイズ分布を実現する有機細孔形成剤などの有機成分も含みうる。例えば、バッチ組成物は、細孔形成剤、および／または、他の処理補助剤としての使用に適したデンプンを含みうる。その代わりに、構成材料は、焼成により焼結菫青石ハニカム構造を形成するのに適した１つ以上の菫青石粉末、および、有機細孔形成材料を含みうる。
【００２７】
バッチ組成物は、更に、例えば、接合剤、並びに、水または適した溶媒などの液状溶剤など、１つ以上の処理補助剤を含みうる。処理補助剤は、バッチ混合物に加えられて、バッチ混合物を可塑化するか、概して処理を改良するか、乾燥時間を短縮するか、焼成による亀裂を削減するか、および／または、ハニカム体の望ましい物性を生成するのを助ける。例えば、接合剤は、有機接合剤を含みうる。適した有機接合剤は、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、メチルセルロース誘導体、ヒドロキシエチルアクリレート、ポリビニルアルコール、および／または、それらの任意の組合せなどの水溶性セルロースエーテル接合剤を含む。有機接合剤を可塑化したバッチ組成物に含めることで、可塑化したバッチ組成物を容易に押出成形しうる。いくつかの実施形態において、バッチ組成物は、例えば、可塑化したバッチ混合物の押出成形を補助する潤滑剤など、１つ以上の任意の形成または処理補助剤を含みうる。例示的な潤滑剤は、トール油、ステアリン酸ナトリウム、または、他の適した潤滑剤を含みうる
バッチセラミック前駆体材料を適切な処理補助剤と混合した後に、バッチセラミック前駆体材料を押出成形し乾燥させて、入口端および出口端を含み複数の流路壁部が入口端と出口端の間に延伸した未焼成ハニカム体を形成する。その後、未焼成ハニカム体を、焼成ハニカム体の製造に適した焼成スケジュールで焼成する。次に、焼成ハニカム体の少なくとも第１の組の流路が、セラミック閉塞組成物で所定の閉塞パターンに閉塞し、更に、焼成ハニカム体は再び焼成されて、閉塞部をセラミック化して、閉塞部を流路内に固定する。
【００２８】
ここで、図２および３を参照すると、本明細書に記載の微粒子フィルタは、微粒子フィルタが、上流側ゾーン気体透過率を有する上流側ゾーン１２０、および、上流側ゾーン１２０より出口端１０４に近く配置されて下流側ゾーン気体透過率を有する下流側ゾーン１４０を有するように形成される。
【００２９】
他の実施形態において（不図示）、上流側ゾーン１２０は、微粒子フィルタ１００の入口端１０２からずれたものでありうる。例えば、いくつかの実施形態において、上流側ゾーン１２０は、流路壁部１０６上に配置された被膜を含む分離ゾーンによって、微粒子フィルタ１００の入口端１０２から離間しうる。概して、上流側ゾーン１２０の軸長さＬｕは、微粒子フィルタ１００のハニカム体の軸長さＬａより短い。いくつかの実施形態において、上流側ゾーン１２０の軸長さＬｕは、微粒子フィルタ１００の軸長さＬａの５０％以下でありうる。他の実施形態において、上流側ゾーン１２０の軸長さＬｕは、微粒子フィルタ１００を形成するハニカム体の軸長さＬａの３３％でありうる。しかしながら、上流側ゾーン１２０の軸長さＬｕは、上流側ゾーン１２０の軸長さＬｕが微粒子フィルタ１００を形成するハニカム体の軸長さＬａより短くなるように、微粒子フィルタ１００を形成するハニカム体の軸長さＬａの任意のパーセントの長さでありうると理解すべきである。
【００３０】
本明細書に記載の微粒子フィルタ１００の実施形態において、上流側ゾーン１２０は、無被膜である。つまり、上流側ゾーン１２０の多孔性流路壁部１０６および／または流路壁部１０６の細孔は、入口および／または出口流路を通って流れる流体に対する流路壁部１０６の透過率を低下させうる被膜層を含まない。しかしながら、他の実施形態において（不図示）、被膜層が上流側ゾーン１２０の流路壁部の透過率を下流側ゾーン１４０の流路壁部の透過率より低くなるまで低下させない限りは、上流側ゾーン１２０の流路壁部１０６および／または流路壁部１０６の細孔は、被膜層を含みうると理解すべきである。１つ以上の実施形態において、ハニカム体の複数の多孔性流路壁部は、ＮＯｘの選択触媒還元を促進する選択触媒還元（ＳＣＲ）触媒を含む。ＳＣＲ触媒は、上流側ゾーン１２０の気体透過率が下流側ゾーン１４０の気体透過率の約５倍から約９０倍の範囲となるように、約５０ｇ／Ｌから約２００ｇ／Ｌの範囲の局所充填量で下流側ゾーン１４０の充填物に存在する。本明細書で用いるように、触媒充填量、または、総触媒充填量、または、総ウォッシュコート充填量、または、ウォッシュコート充填量は、フィルタの外体積、つまり、フィルタの全長および全直径など全外側寸法から計算した体積あたりの触媒材料をグラムで表したものである。更に、局所充填量または局所触媒充填量は、総ウォッシュコート充填量を分数Ｆで割った値と定義し、但し、Ｆは、被膜長さを、全長で割った値である。
【００３１】
下流側ゾーン１４０は、上流側ゾーン１２０の下流側に位置し、概して、微粒子フィルタ１００を形成するハニカム体の出口端１０４に向かって軸方向に延伸する。一実施形態において、図２および３に示すように、下流側ゾーン１４０は、上流側ゾーン１２０に直接隣接して、下流側ゾーン１４０が上流側ゾーン１２０の端部から微粒子フィルタ１００の出口端１０４に向かって軸方向に延伸する。他の実施形態において（不図示）、下流側ゾーン１４０は、下流側ゾーン１４０と上流側ゾーン１２０の間に位置する１つ以上の中間ゾーンによって、上流側ゾーン１２０から離間されうる。しかしながら、下流側ゾーン１４０と上流側ゾーン１２０の離間に関わらず、下流側ゾーン１４０は、必ず、上流側ゾーン１２０の下流側に位置すると理解すべきである。
【００３２】
上記上流側ゾーン１２０の記載と同様に、下流側ゾーン１４０は、概して、微粒子フィルタ１００を形成するハニカム体の軸長さＬａより短い軸長さＬｄを有する。例えば、いくつかの実施形態において、下流側ゾーン１４０の軸長さＬｄは、上流側ゾーン１２０の軸長さＬｕの５０％以上でありうる。他の実施形態において、下流側ゾーン１４０は、微粒子フィルタ１００を形成するハニカム体の軸長さＬａの６７％でありうる。概して、下流側ゾーン１４０の軸長さＬｄと上流側ゾーン１２０の軸長さＬｕの合計は、微粒子フィルタ１００を形成するハニカム体の軸長さＬａ以下である。
【００３３】
１つ以上の実施形態において、上流側ゾーン１２０は、ＳＣＲ触媒を含まない。１つ以上の実施形態において、微粒子フィルタ１００を形成するハニカム体は、上流側ゾーン１２０の多孔性流路壁部１０６内、および／または、その上に配置されたＳＣＲ触媒を含む。１つ以上の実施形態において、ハニカム体は、下流側ゾーン１４０の多孔性流路壁部内、または、その上に配置されたＳＣＲ触媒を含む。本明細書で用いるように、多孔性流路壁部「内」とは、ＳＣＲ触媒が、多孔性壁部に埋め込まれているか、微粒子フィルタの多孔性壁部に浸透していることを称する。換言すれば、ＳＣＲ触媒が、流路壁部１０６の開口多孔部に侵入する。多孔性壁部「上」とは、ＳＣＲ触媒が壁部の外面に配置されて、流路壁部１０６内に埋め込まれていないことを称する。１つ以上の実施形態において、ＳＣＲ触媒は、流路壁部１０６内、および、流路壁部１０６上の両方に配置されうる。
【００３４】
１つ以上の実施形態において、上流側ゾーン１２０の軸長さＬｕのハニカム体の軸長さＬａに対する比（Ｌｕ／Ｌａ）は、０より大きく０．７５以下か、０．１より大きく０．７５以下か、０．１５より大きく０．７５以下か、０．１５より大きく０．６０以下である。１つ以上の実施形態において、下流側ゾーン１４０は、約８０ｇ／Ｌから約２００ｇ／Ｌ、約１００ｇ／Ｌから約１８０ｇ／Ｌ、または、約１２０ｇ／Ｌから約１８０ｇ／Ｌの範囲の局所触媒充填量を有する。１つ以上の実施形態において、上流側ゾーン１２０の軸長さＬｕは、Ｌａの約５０％からＬａの８０％の範囲であり、下流側ゾーン１４０は、約１００ｇ／Ｌから約１８０ｇ／Ｌ、約１００ｇ／Ｌから約１８０ｇ／Ｌ、または、約１２０ｇ／Ｌから約１８０ｇ／Ｌの範囲の局所触媒充填量を有する。
【００３５】
１つ以上の実施形態において、多孔性流路壁部は、約４５％から約７５％の範囲の多孔率を有し、５マイクロメートルから約３０マイクロメートルの範囲の中央値細孔サイズを有する。
【００３６】
本開示の他の態様は、上記実施形態のいずれか１つに記載の微粒子フィルタを含む希薄燃焼エンジン排気システムに関し、希薄燃焼エンジン排気システムは、更に、微粒子フィルタの上流側に配置された窒素還元剤注入部を含む。窒素還元剤は、アンモニア、尿素、カルバミン酸アンモニウム、および、炭化水素（例えば、ディーゼル燃料）を含みうる。窒素還元剤注入部は、還元剤貯留部、ポンプ、圧力調節部、および、ノズルを含み、窒素還元剤を排ガス流に注入しうる。
【００３７】
いくつかの実施形態において、ＳＣＲ触媒は、限定するものではないが、バナジウム、タングステン、モリブデン、セリア、ジルコニアなどの卑金属の酸化物、および、それらの混合物、並びに／若しくは、銅交換または鉄交換ゼオライトなどのゼオライト系ＳＣＲ触媒を含みうる。いくつかの実施形態において、上記物質の全ての混合物をＳＣＲ触媒として用いうる。１つ以上の実施形態において、ＳＣＲ触媒は、Ｃｕ交換ＳＳＺ−１３ゼオライトＳＣＲ触媒より低い相対的ＳＣＲ活性を有する触媒材料を含む。相対的ＳＣＲ活性は、同じ特性（多孔率、細孔サイズ、体積、壁部厚さなど）を有し、同じ触媒充填量で微粒子フィルタに被膜した様々なＳＣＲ触媒のＳＣＲ活性を、同じ試験条件（排ガスの組成および空間速度）で評価することによって特定しうる。１つ以上の実施形態において、ＳＣＲ触媒は、Ｃｕ交換ＳＡＰＯ−３４分子ふるい、Ｃｕ交換ＺＳＭ−５ゼオライト、Ｃｕ交換ベータ型ゼオライト、および、Ｆｅ交換ＺＳＭ−５ゼオライトからなる群から選択される。本発明者は、本明細書に記載の１つ以上の実施形態のように低い相対的ＳＣＲ活性を有するＳＣＲ触媒を微粒子フィルタに配置することで、同じ触媒充填量で全長に沿って被膜した微粒子フィルタと比べて、ＮＯｘ除去を改良しうることを特定した。本開示の実施形態は、Ｃｕ交換ＳＳＺ−１３ＳＣＲ触媒より安いＳＣＲ触媒材料の使用を可能にする。
【００３８】
本明細書に記載の１つ以上の実施形態において、ＳＣＲ触媒は、下流側ゾーン１４０の流路壁部１０６にウォッシュコートされて、ＳＣＲ触媒は、下流側ゾーン１４０の流路壁部１０６上、（図２に概略的に示したように）下流側ゾーン１４０の流路壁部１０６の細孔内、または、（図３に概略的に示したように）下流側ゾーン１４０の流路壁部１０６上と、下流側ゾーン１４０の流路壁部１０６の細孔内の両方を被膜する。ＳＣＲ触媒は、初めに水などの液状溶剤中でＳＣＲ触媒のスラリーを形成する工程によって、下流側ゾーン１４０に成膜されうる。例えば、ＳＣＲ触媒が銅交換ゼオライトの場合、ＳＣＲ触媒は水と混合されてスラリーを形成する。次に、微粒子フィルタ１００の出口端１０４は、スラリーに浸漬されて、スラリーが微粒子フィルタ１００に望ましい深さまで浸透し、その深さは、一実施形態において、概して、下流側ゾーン１４０の軸長さＬｄに対応する。より具体的には、スラリーは、微粒子フィルタ１００の出口流路１１０、および／または、貫流流路１０９に入り、流路壁部１０６を通って、隣接した入口流路１０８に、流路壁部１０６の開口細孔構造を介して浸透し、それにより、触媒を、流路壁部１０６の細孔に成膜する。一実施形態において、微粒子フィルタをスラリーに浸漬させる時に、真空システムを、微粒子フィルタ１００の入口端１０２に取り付けうる。真空システムは、触媒を、上方に向かって流路壁部１０６を通って引き上げる。微粒子フィルタ１００をスラリーから取り外した後に、余分なスラリーを、微粒子フィルタ１００から排出させうる。一実施形態において、圧縮空気などの圧縮流体を微粒子フィルタ１００に注入して、残ったスラリーの除去を助けうる。その後、微粒子フィルタ１００は乾燥されて、か焼される。本明細書において、触媒充填量を、被膜したフィルタを乾燥させて、か焼させた後のグラム／リットルで表す。
【００３９】
微粒子フィルタ１００を触媒膜でウォッシュコートすることで、ウォッシュコートを除去および／または乾燥させる時に触媒が細孔に成膜されるので、流路壁部１０６の細孔サイズおよび多孔率を低下させる傾向がある。その結果、ウォッシュコートされた流路壁部１０６の透過率が低下する。本明細書に記載の実施形態において、微粒子フィルタ１００の下流側ゾーン１４０はウォッシュコートされて、望ましい上流側ゾーン１２０と下流側ゾーン１４０の透過率比を実現する。本明細書に記載の実施形態において、微粒子フィルタ１００の下流側ゾーン１４０は、触媒でウォッシュコートされて、上流側ゾーン気体透過率が、下流側ゾーン気体透過率の約５から約９０倍の範囲、約６から約９０倍の範囲、約７から約９０倍、約８から約９０倍、約９から約９０倍、約１０から約９０倍、約１５から約９０倍、約２０から約９０倍、約２５から約９０倍、約３０から約９０倍、約３５から約９０倍、約４０から約９０倍、約４５から約９０倍、または、約５０から約９０倍になる。
【００４０】
そのようにウォッシュコートされた場合、入口流路１０８に入る排ガス２００は、排ガスが下流側ゾーン１４０で触媒反応される前に、上流側ゾーン１２０で排ガスから煤を除去する微粒子フィルタ１００の流路壁部１０６を通過し易い。
【００４１】
排ガス流内のＮＯｘ化合物の還元は、概して、ＮＯｘ種の還元剤（つまり、ＣＯ、Ｈ２、ＨＣ、または、ＮＨ３）との反応を含み、窒素および水を生じる。例えば、アンモニア（ＮＨ３）を、排ガス流に注入して、触媒を用いずに、排ガス流内のＮＯｘ化合物の還元を促進しうる。ＳＣＲ  ＤｅＮＯｘ反応は、以下の式のように進行する。
ＮＯ＋ＮＨ３＋０．２５Ｏ２→Ｎ２＋１．５Ｈ２Ｏ          ａ）
ＮＯ＋ＮＯ２＋２ＮＨ３→２Ｎ２＋３Ｈ２Ｏ                ｂ）
０．７５ＮＯ２＋ＮＨ３→０．８７５Ｎ２＋１．５Ｈ２Ｏ    ｃ）
但し、式ａ）は、標準ＳＣＲ反応に関し、式ｂ）は、高速ＳＣＲ反応に関し、式ｃ）は、ＮＯ２ＳＣＲ反応に関する。
【００４２】
本開示の他の態様は、触媒付き微粒子フィルタの製造方法に関する。方法は、入口端および出口端を有し、入口端から出口端に軸方向に延伸する複数の多孔性流路壁部を含むハニカム体について、対象選択触媒還元（ＳＣＲ）触媒充填質量を特定する工程と、ハニカム体の軸長さＬａを画定する工程とを含み、複数の多孔性流路壁部は、入口端から出口端へ気体が流れるのを可能にする流路を画定し、流路の少なくとも第１の組は、入口端または出口端の少なくとも１つの近くで閉塞し、対象ＳＣＲ触媒充填量は、ハニカム体の軸長さＬａに基づいて特定される。方法は、更に、出口端をＳＣＲ触媒スラリーに浸漬させる工程と、ハニカム体を軸長さＬａより短い長さまで被膜して、被膜したハニカム体を提供する工程とを含み、対象ＳＣＲ触媒充填質量がハニカム体の軸長さＬａの７５％未満の長さに含まれるようにする。その方法の１つ以上の実施形態において、被膜したハニカム体は、上流側ゾーン軸長さ、および、上流側ゾーン気体透過率を有する上流側ゾーンと、下流側ゾーン気体透過率を有する下流側ゾーンを含み、多孔性流路壁部は、上流側ゾーンで無被膜で、上流側ゾーン気体透過率は、下流側ゾーン気体透過率の約５から約９０倍、約６から約９０倍、約７から約９０倍、約８から約９０倍、約９から約９０倍、約１０から約９０倍、約１５から約９０倍、約２０から約９０倍、約２５から約９０倍、約３０から約９０倍、約３５から約９０倍、約４０から約９０倍、約４５から約９０倍、または、約５０から約９０倍の範囲である。
【００４３】
１つ以上の実施形態において、出口端を浸漬させた後に、ＳＣＲ触媒は、下流側ゾーンに、約５０ｇ／Ｌから約２００ｇ／Ｌ、約８０ｇ／Ｌから約２００ｇ／Ｌ、約１００ｇ／Ｌから約１８０ｇ／Ｌ、または、約１２０ｇ／Ｌから約１８０ｇ／Ｌの範囲の充填量で存在する。１つ以上の実施形態において、出口端を浸漬させた後に、対象ＳＣＲ触媒充填質量は、Ｌａの約３０％からＬａの６０％の範囲、または、Ｌａの約５０％からＬａの８０％の範囲の長さに含まれる。いくつかの実施形態において、出口端を浸漬させた後に、上流側ゾーン軸長さは、Ｌａの約５０％からＬａの８０％の範囲で、下流側ゾーンは、約１００ｇ／Ｌから約１８０ｇ／Ｌの範囲の局所触媒充填量を有する。
【００４４】
本明細書に記載の１つ以上の実施形態は、本明細書に記載したようにＳＣＲ触媒をゾーン分けして被膜することで、改良されたディーゼル微粒子フィルタＳＣＲ性能を示す。驚くべきことに、同じ触媒質量を、徐々に短い被膜長さに塗布することで、ＮＯｘ変換を高め、したがって、触媒利用効率を改良することが分かった。このことは、触媒を増やさずに、単に触媒分布を変えることで、システムのＮＯｘ変換を高める機会を提供する。その代わりに、システムのＮＯｘ変換が既に十分の場合にも、次に触媒分布を変えることによって、触媒充填量を減らしうる。１つ以上の実施形態によりゾーン分けして被膜した触媒配列とすることで、結果的に、フィルタの一部が無被膜のままであり、被膜長さが短くなった状態で、被膜した壁部の透過率は低下する。
【００４５】
１つ以上の実施形態において、触媒性能を高めうる。同じ一定量のウォッシュコートについて、より高いＮＯｘ変換が望ましい場合には、次に、触媒利用効率を、被膜分布を変えることで高めうる。費用削減効果がありうる。ＮＯｘ変換が既に十分な場合には、次に、被膜分布を変えることで触媒利用効率を改良した結果、ウォッシュコート充填量を減らしうる。被膜した微粒子フィルタを、更に自由に設計しうる。典型的には、触媒活性を高める唯一の方法は、ウォッシュコートを追加するか、または、Ｃｕ交換ＳＳＺ−１３などの活性が高い触媒を提供することであるが、１つ以上の実施形態において、そのような高い活性の触媒は必要としない。ウォッシュコート充填量、および、被膜分布の両方を変えることで、３つの重要な属性、つまり、触媒変換、圧力低下、および、濾過効率を最適化しうる。被膜をゾーン分けして被膜する場合には触媒効率が高いので、被膜した微粒子フィルタを、更に自由に設計しうる。これにより、フィルタの無被膜部分利用により加えられる潜在的な触媒機能性を用いることが可能になる。濾過効率は、典型的には、ウォッシュコート充填量が高まるについて、最小効率を通るが、同じフィルタ内で無被膜部分と高い充填量でウォッシュコートされた壁部を含むことで、この最小濾過効率を回避しうる。
【００４６】
本明細書に記載の他の実施形態の組において、触媒微粒子フィルタの製造方法を開示し、方法は、多孔性流路壁部を含むハニカム体の出口端を、ＳＣＲ触媒スラリーに、ハニカム体の軸長さＬａ未満の深さまで浸漬させて、多孔性流路壁部の第１の複数の壁部の少なくとも第１の軸部分をＳＣＲ触媒で被膜する工程を含み、ハニカム体の軸長さＬａの７５％以下の長さに含まれる対象ＳＣＲ触媒充填質量で被膜した被膜ハニカム体を提供し、多孔性流路壁部は、入口端から出口端に軸方向に延伸する。
【００４７】
いくつかの実施形態において、ＳＣＲ触媒は、ハニカム体の軸長さＬａの５％から３０％まで延伸する２５％以上の領域に存在しない。
【００４８】
いくつかの実施形態において、ハニカム体は、多孔性流路壁部がＳＣＲ触媒スラリーに曝されない第２の軸部分を含み、第２の軸部分は、第１の軸部分の透過率の約７から約９０倍の範囲の透過率を有する。
【００４９】
いくつかの実施形態において、ＳＣＲ触媒は、第１の軸部分に、約５０ｇ／Ｌから約２００ｇ／Ｌの範囲の充填量で存在する。
【００５０】
いくつかの実施形態において、対象ＳＣＲ触媒充填質量は、Ｌａの約３０％からＬａの６０％の範囲の第１の軸部分に含まれる。
【００５１】
いくつかの実施形態において、対象ＳＣＲ触媒充填質量は、Ｌａの約５０％からＬａの８０％の範囲に含まれる。
【００５２】
いくつかの実施形態において、第１の軸部分は、約８０ｇ／Ｌから約２００ｇ／Ｌの範囲の局所触媒充填量を有する。
【００５３】
いくつかの実施形態において、第１の軸部分は、約１００ｇ／Ｌから約１８０ｇ／Ｌの範囲の局所触媒充填量を有する。
【００５４】
いくつかの実施形態において、第１の軸部分は、約１２０ｇ／Ｌから約１８０ｇ／Ｌの範囲の局所触媒充填量を有する。
【００５５】
いくつかの実施形態において、第２の軸部分は、Ｌａの約５０％からＬａの８０％の範囲であり、第１の軸部分は、約１００ｇ／Ｌから約１８０ｇ／Ｌの範囲の局所触媒充填量を有する。
【００５６】
いくつかの実施形態において、上流側ゾーン軸長さＬｕのハニカム体の軸長さＬａに対する比（Ｌｕ／Ｌａ）は、０より大きく、０．７５以下である。
【００５７】
いくつかの実施形態において、上流側ゾーン軸長さＬｕのハニカム体の軸長さＬａに対する比（Ｌｕ／Ｌａ）は、０．１より大きく、０．７５以下である。
【００５８】
いくつかの実施形態において、上流側ゾーン軸長さＬｕのハニカム体の軸長さＬａに対する比（Ｌｕ／Ｌａ）は、０．１５より大きく、０．７５未満である。
【００５９】
いくつかの実施形態において、上流側ゾーン軸長さＬｕのハニカム体の軸長さＬａに対する比（Ｌｕ／Ｌａ）は、０．１５より大きく、０．６０未満である。
【実施例】
【００６０】
４つの試料を、軸長さが６インチ（約１５．２４ｃｍ）の同じ微粒子フィルタ上に異なる触媒分布で製作した。対象ウォッシュコート充填量は、４つの試料の全てについて、７５ｇ／Ｌで、被膜長さは、徐々に短くした。比較例１（図４に、＃７で示した）は、ウォッシュコート充填を、８０ｇ／Ｌの充填量について、フィルタの軸長さに沿って均一に分布させた。実施例１（図４に、＃５で示した）は、無被膜または、被膜していない１インチ（約２．５４ｃｍ）の上流側ゾーンを有し、ＳＣＲ触媒を含む下流側ゾーンは、５インチ（約１２．７ｃｍ）の長さだった。そのフィルタについてのＳＣＲ触媒充填量は、７５ｇ／Ｌだった。実施例２（表１に、６Ａで示した）は、７７ｇ／Ｌの充填量を有し、上流側ゾーンは、２インチ（約５．０８ｃｍ）の長さで、無被膜または、被膜せず、一方、下流側ゾーンは、被膜されて、４インチ（約１０．１６ｃｍ）の長さだった。実施例３（図４に、＃１２Ａで示した）は、７９ｇ／Ｌの充填量を有し、無被膜または、被膜していない３インチ（約７．６２ｃｍ）の上流側ゾーン、および、７９ｇ／Ｌで被膜した下流側ゾーンを有するものだった。
【００６１】
全試料を、Ｚｅｏｌｙｓｔ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌから入手したＣｕ交換ＳＡＰＯで被膜した。フィルタは、菫青石組成の高多孔率フィルタ（ＨＰＦ）だった。フィルタを、浸漬処理を用いて、出口流路または入口流路のいずれかを通って特定の長さまで被膜した。余分なスラリーを、被膜の際と同じ向きでフィルタと連結した真空部を用いて除去した。部分的な長さの被膜を行うには、フィルタを適切な距離で下げて、望ましい被膜長さを実現するようにする。スラリーは、流路を通って、更に、壁部毛管力および静水圧により、フィルタに流れる。浸漬深さは、予想通りに被膜長さと相関関係があるが、スラリーは、流路の液体前面より手前で、毛管作用で多孔性壁部に運ばれるから、１：１の相関関係ではない。局所ウォッシュコート充填量を増加させるには、スラリー固体充填量を増加させなくてはならない。１８０ｇ／Ｌで３インチ（約７．６２ｃｍ）に被膜したフィルタを実現するのは、スラリー導入方法として、浸漬で処理しうる丁度限界であり、それは、固体充填量の増加で粘度が高まるからである。固体充填量が、それより少しでも増加すると、水相の溜り部として作用する流路閉塞部の存在により、端面での流込み成形につながり、次に、端面での固体成膜につながり、流路をスラリーの取込みから完全に閉鎖してしまうことが多い。
【００６２】
ＮＯｘＳＣＲ試験前に、フィルタを乾燥させ（１００℃）、か焼した（５５０℃／３時間）。表１は、様々な試料について、より詳細に示している。実施例４（７Ａと示した）は、実施例１と同様に被膜したが、実施例４では、入口端から被膜した。実施例５（９Ａと示した）は、実施例２と同様に被膜したが、実施例５では、入口端から被膜した。煤付着による圧力低下性能を、２６ｓｃｆｍ（約７３ｌＬ／分）空気、室温で、市販の煤Ｐｒｉｎｔｅｘ  Ｕ、および、直径２インチ（約５．０８ｃｍ）で、長さ６インチ（約１５．２４ｃｍ）で、１平方インチあたり３５０セル（ｃｐｓｉ）（約５４／ｃｍ２）で１２ミル（約３０５マイクロメートル）の壁部厚さのハニカム構造のフィルタを用いて、評価した。
【００６３】
【表１】
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【００６４】
比較例１から実施例３について、局所ウォッシュコート充填量を、約８０から、９２、１１３、１８１ｇ／Ｌへと増加させ、３インチ（約７．６２ｃｍ）で被膜した試料についての局所ウォッシュコート充填量は、比較例１と比べて２倍以上であることを示している。各試料について、７５ｇ／Ｌの対象被膜レベルを実現するように試みたが、対象レベルを超えたものは、ほとんどないことが分かる。この表に含めた最後の２つの試料（実施例４および５）は、試料の反対側で被膜したもので、これらの試料について、更なるデータを取得した。
【００６５】
圧力低下試験を、直径２インチ（約５．０８ｃｍ）で、長さ６インチ（約１５．２４ｃｍ）で、１平方インチあたり３５０セル（ｃｐｓｉ）（約５４／ｃｍ２）で１２ミル（約３０５マイクロメートル）の壁部厚さのハニカム構造を有する煤付着フィルタの圧力低下を、市販の煤Ｐｒｉｎｔｅｘ  Ｕを用いて、２６ｓｃｆｍ（約７３ｌＬ／分）空気、室温で評価して行った。
【００６６】
図４は、全体および部分的に被膜したフィルタ、並びに、「無被膜ＯＳＶ」と示した対照例である無被膜のフィルタについて、煤付着の関数として測定した圧力低下反応を示している。煤付着圧力低下試験で、被膜していない（対照例）の高多孔率フィルタ（円形）は、急な屈曲部が比較的ないことを示した。次に、５インチ（約１２．７ｃｍ）（実施例１）（菱形）および６インチ（約１５．２４ｃｍ）（比較例１）（三角形）の長さで出口流路を介して被覆したフィルタの煤付着圧力低下は同様である。両方のフィルタについて、０．５ｇ／Ｌ前後の煤で急な屈曲部が観察される。３インチ（約７．６２ｃｍ）の被膜長さで出口流路を介して被膜した実施例３（正方形）のフィルタは、最も大きい煤付着圧力低下を有する。その他の被膜した試料で観察した急な屈曲部は、この被膜長さでは明白ではない。触媒研究に用いた４インチ（約１０．１６ｃｍ）で被膜したフィルタ（実施例２）は、不幸にも破損し、圧力低下データを取得できなかった。被膜効果は、５インチ（約１２．７ｃｍ）および全長を被膜したフィルタについて同様であり、３インチ（約７．６２ｃｍ）で被膜したフィルタの圧力低下は、明らかに一段高い。図５は、選択した条件、つまり、汚れ無し（煤無し）、２ｇ／Ｌの煤付着、おおび、４ｇ／Ｌの煤付着に分けて圧力低下を示している。
【００６７】
図５は、圧力低下が、汚れ無し（０ｇ／Ｌの煤、濃い斜線の棒グラフ）から、２ｇ／Ｌの煤付着（中間の灰色の棒グラフ）、および、４ｇ／Ｌの煤付着（白色の棒グラフ）についての予想値まで、増加するのを示している。圧力低下パーセントの相対的変化を、汚れ無しのフィルタの圧力低下を基に、各棒グラフの上側に示している。
【００６８】
ＮＯｘ還元試験を、図面に示すように、７０，０００／時の空間速度、５００ｐｐｍのＮＯｘ、５００ｐｐｍのＮＨ３、様々な温度で評価した。
【００６９】
図６は、実験室の卓上反応器を用いて、全体（６インチ（約１５．２４ｃｍ）の長さ）、および、部分的に（３インチ（約７．６２ｃｍ）から５インチ（約１２．７ｃｍ）の長さ）で被膜したＨＰＦフィルタについて収集したＳＣＲ触媒性能結果を示している。驚くべきことに、ＮＯｘ活性は、被膜長さを短くした試料について高まった。ウォッシュコート充填量が全て７５〜８０ｇ／Ｌの範囲の場合、変換が高まることは、触媒利用効率が高まることを示している。図６は、全長の被膜は、試験したフィルタのＮＯｘ変換が最も低く、不利であることを明らかに示している。更に、直感に反して、被膜分布を変更したフィルタは、被膜長さが短くなるにつれて、より高いＮＯｘ変換を示している。全ての温度で４つの試料のうち３つの試料に測定を繰り返すことで、２〜３％の絶対ＮＯｘ変換の変化を示し、それは、試料間の違いがフィルタの性能差を反映するのに十分大きいことを示している。図７は、この傾向を、図６から取得した２５０℃での変換を用いて、被膜長さの関数として、より簡潔に示している。全体についてのウォッシュコート量が同じで被膜長さが短くなると、ある箇所でウォッシュコートが気体の移動を妨げるほどに蜜に詰まるので、変換は最大値を通って低下すると予想される。
【００７０】
図８は、ＮＯｘ変換を、全体および部分的に被膜したフィルタに関して、順方向と逆流方向の両方について温度の関数として示している。４インチ（約１０．１６ｃｍ）に被膜したものは破損し、逆流方向のデータは取得できなかった。結果は、全ての場合で、同様の変換を明らかに示しており、特に、部分的に被膜したフィルタについて、例えば、温度が軸方向に非均一であっても、本明細書に記載の部分的被膜を用いる利点を失うものではないことを示している。図８は、全体および部分的に被膜したフィルタの順方向および逆流方向の流れについて、ＮＯｘ変換を温度の関数として比較して、そのようなことがないことを示している。変換は、反応器内のフィルタの向きによって大きく影響を受けないことが明らかであり、熱の非均一性により、ここに示したような結果が得られなくなるものではなく、むしろ、実際に触媒利用効率を高めることを示している。
【００７１】
本開示で観察されたＮＯｘ変換の違いの大きさは、活性が低いＳＣＲ触媒に、元の触媒利用効率が既に高いＣｕ変換ＳＳＺ−１３などの他の触媒により、適用しうる。本明細書に記載の実施形態は、従来のようなＮＯｘ還元を必要としない新たなマーケットでの費用削減を提供しうる。したがって、実施形態は、高価ではなく、ロバスト性が低く、新たなマーケットで重大な要素である費用を最小にしたまま、十分なＮＯｘ変換を実現して規制を満たすようにフィルタに分布されたＳＣＲ触媒を提供する。
【００７２】
当業者には、本開示の精神も範囲も逸脱することなく、様々な変更および変形が可能なことが明らかだろう。
【００７３】
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。
【００７４】
実施形態１
微粒子フィルタにおいて、
入口端および出口端を有するハニカム体を、
含み、
前記ハニカム体は、前記入口端から前記出口端に軸方向に延伸して該ハニカム体の軸長さＬａを画定し、更に、該入口端から該出口端に延伸する流路を画定する複数の多孔性流路壁部を含み、前記流路の少なくとも第１の組は閉塞したものであり、該ハニカム体は、更に、上流側ゾーン気体透過率を有し該ハニカム体の前記軸長さＬａより短い上流側ゾーン軸長さＬｕを有する上流側ゾーン、および、該上流側ゾーンより該出口端に近く配置され、下流側ゾーン気体透過率を有する下流側ゾーンを含み、
前記ハニカム体の前記複数の多孔性流路壁部は、ＮＯｘの選択触媒還元を促進する選択触媒還元（ＳＣＲ）触媒を含み、前記ＳＣＲ触媒は、約５０ｇ／Ｌから約２００ｇ／Ｌの範囲の局所充填量で前記下流側ゾーンの充填物に存在して、前記上流側ゾーン気体透過率が、前記下流側ゾーン気体透過率の約５倍から約９０倍の範囲である微粒子フィルタ。
【００７５】
実施形態２
前記上流側ゾーンは、ＳＣＲ触媒を含まないものである、実施形態１に記載の微粒子フィルタ。
【００７６】
実施形態３
前記ハニカム体は、前記上流側ゾーンの前記多孔性流路壁部内、または、その上に配置されたＳＣＲ触媒を含むものである、実施形態１に記載の微粒子フィルタ。
【００７７】
実施形態４
前記ハニカム体は、前記下流側ゾーンの前記多孔性流路壁部内、または、その上に配置されたＳＣＲ触媒を含むものである、実施形態１に記載の微粒子フィルタ。
【００７８】
実施形態５
前記流路の前記第１の組は、前記入口端または前記出口端の少なくとも１つに近接した位置で閉塞したものである、実施形態１に記載の微粒子フィルタ。
【００７９】
実施形態６
前記上流側ゾーン軸長さＬｕの前記ハニカム体の軸長さＬａに対する比（Ｌｕ／Ｌａ）は、０より大きく、０．７５以下である、実施形態１に記載の微粒子フィルタ。
【００８０】
実施形態７
前記上流側ゾーン軸長さＬｕの前記ハニカム体の軸長さＬａに対する比（Ｌｕ／Ｌａ）は、０．１より大きく、０．７５以下である、実施形態１に記載の微粒子フィルタ。
【００８１】
実施形態８
上流側ゾーン軸長さＬｕの前記ハニカム体の軸長さＬａに対する比（Ｌｕ／Ｌａ）は、０．１５より大きく、０．７５以下である、実施形態１に記載の微粒子フィルタ。
【００８２】
実施形態９
前記上流側ゾーン軸長さＬｕの前記ハニカム体の軸長さＬａに対する比（Ｌｕ／Ｌａ）は、０．１５より大きく、０．６０未満である、実施形態１に記載の微粒子フィルタ。
【００８３】
実施形態１０
前記下流側ゾーンは、約８０ｇ／Ｌから約２００ｇ／Ｌの範囲の局所触媒充填量を有するものである、実施形態１に記載の微粒子フィルタ。
【００８４】
実施形態１１
前記下流側ゾーンは、約１００ｇ／Ｌから約１８０ｇ／Ｌの範囲の局所触媒充填量を有するものである、実施形態１に記載の微粒子フィルタ。
【００８５】
実施形態１２
前記下流側ゾーンは、約１２０ｇ／Ｌから約１８０ｇ／Ｌの範囲の局所触媒充填量を有するものである、実施形態１に記載の微粒子フィルタ。
【００８６】
実施形態１３
前記上流側ゾーン軸長さＬｕは、Ｌａの約５０％からＬａの８０％の範囲であり、前記下流側ゾーンは、約１００ｇ／Ｌから約１８０ｇ／Ｌの範囲の局所触媒充填量を有するものである、実施形態１に記載の微粒子フィルタ。
【００８７】
実施形態１４
前記多孔性流路壁部は、約４５％から約７５％の範囲の多孔率、および、５マイクロメートルから約３０マイクロメートルの範囲の中央値細孔サイズを有するものである、実施形態１に記載の微粒子フィルタ。
【００８８】
実施形態１５
希薄燃焼エンジン排気システムにおいて、
実施形態１から１４のいずれか１つに記載の微粒子フィルタと、
前記微粒子フィルタの上流側に配置された窒素還元剤注入部と
を含むシステム。
【００８９】
実施形態１６
触媒付き微粒子フィルタの製造方法において、
入口端および出口端を有し、前記入口端から前記出口端に軸方向に延伸してハニカム体の軸長さＬａを画定する複数の多孔性流路壁部を含むハニカム体について、対象選択触媒還元（ＳＣＲ）触媒充填質量を、前記ハニカム体の軸長さＬａに基づいて特定する工程であって、前記複数の多孔性流路壁部は、該入口端から該出口端への気体の流れを可能にする流路を画定するものであり、前記流路の少なくとも第１の組は閉塞したものである工程と、
前記出口端をＳＣＲ触媒スラリーに浸漬させて、前記ハニカム体を、前記軸長さＬａより短い長さまで被膜して、前記対象ＳＣＲ触媒充填質量が該ハニカム体の該軸長さＬａの７５％未満に含まれるように被膜したハニカム体を提供する工程と
を含む方法。
【００９０】
実施形態１７
前記被膜したハニカム体は、上流側ゾーン軸長さおよび上流側ゾーン気体透過率を有する上流側ゾーン、並びに、下流側ゾーン気体透過率を有する下流側ゾーンを含み、前記多孔性流路壁部は、前記上流側ゾーンで無被膜で、前記上流側ゾーン気体透過率が、前記下流側ゾーン気体透過率の約７から約９０倍の範囲である、実施形態１６に記載の方法。
【００９１】
実施形態１８
前記出口端を浸漬させた後に、前記ＳＣＲ触媒は、約５０ｇ／Ｌから約２００ｇ／Ｌの範囲の充填量で、前記下流側ゾーンに存在するものである、実施形態１６に記載の方法。
【００９２】
実施形態１９
前記出口端を浸漬させた後に、前記対象ＳＣＲ触媒充填質量が、Ｌａの約３０％からＬａの６０％の範囲に含まれるものである、実施形態１６に記載の方法。
【００９３】
実施形態２０
前記出口端を浸漬させた後に、前記対象ＳＣＲ触媒充填質量が、Ｌａの約５０％からＬａの８０％の範囲に含まれるものである、実施形態１６に記載の方法。
【００９４】
実施形態２１
前記出口端を浸漬させた後に、前記下流側ゾーンが、約８０ｇ／Ｌから約２００ｇ／Ｌの範囲の局所触媒充填量を有するものである、実施形態１６に記載の方法。
に記載の方法。
【００９５】
実施形態２２
前記出口端を浸漬させた後に、前記下流側ゾーンが、約１００ｇ／Ｌから約１８０ｇ／Ｌの範囲の局所触媒充填量を有するものである、実施形態１６に記載の方法。
【００９６】
実施形態２３
前記出口端を浸漬させた後に、前記下流側ゾーンが、約１２０ｇ／Ｌから約１８０ｇ／Ｌの範囲の局所触媒充填量を有するものである、実施形態１６に記載の方法。
【００９７】
実施形態２４
前記出口端を浸漬させた後に、前記上流側ゾーン軸長さは、Ｌａの約５０％からＬａの８０％の範囲であり、前記下流側ゾーンは、約１００ｇ／Ｌから約１８０ｇ／Ｌの範囲の局所触媒充填量を有するものである、実施形態１７に記載の方法。
【００９８】
実施形態２５
前記流路の前記第１の組は、前記入口端または前記出口端の少なくとも１つの近くで閉塞したものである、実施形態１６に記載の方法。
【００９９】
実施形態２６
触媒微粒子フィルタの製造方法において、
入口端から出口端に軸方向に延伸する多孔性流路壁部を含むハニカム体の出口端を、ＳＣＲ触媒スラリーに、前記ハニカム体の軸長さＬａ未満の深さまで浸漬させて、前記多孔性流路壁部の第１の複数の壁部の少なくとも第１の軸部分をＳＣＲ触媒で被膜して、該ハニカム体の軸長さＬａの７５％以下に含まれる対象ＳＣＲ触媒充填質量で被膜した該ハニカム体を提供する工程を、
含む方法。
【０１００】
実施形態２７
前記ＳＣＲ触媒は、前記ハニカム体の前記軸長さＬａの５％から３０％に延伸する２５％以上の領域に存在しないものである、実施形態２６に記載の方法。
【０１０１】
実施形態２８
前記ハニカム体は、第２の軸部分を含み、前記多孔性流路壁部は前記ＳＣＲ触媒スラリーに曝されず、前記第２の軸部分は、前記第１の軸部分の約７から約９０倍の範囲の透過率を有するものである、実施形態２６に記載の方法。
【０１０２】
実施形態２９
前記ＳＣＲ触媒は、前記第１の軸部分に、約５０ｇ／Ｌから約２００ｇ／Ｌの範囲の充填量で存在するものである、実施形態２６に記載の方法。
【０１０３】
実施形態３０
前記対象ＳＣＲ触媒充填質量は、Ｌａの約３０％からＬａの６０％の範囲の前記第１の軸部分に含まれるものである、実施形態２６に記載の方法。
【０１０４】
実施形態３１
前記対象ＳＣＲ触媒充填質量は、Ｌａの約５０％からＬａの８０％の範囲に含まれるものである、実施形態２６に記載の方法。
【０１０５】
実施形態３２
前記第１の軸部分は、約８０ｇ／Ｌから約２００ｇ／Ｌの範囲の局所触媒充填量を有するものである、実施形態２６に記載の方法。
【０１０６】
実施形態３３
前記第１の軸部分は、約１００ｇ／Ｌから約１８０ｇ／Ｌの範囲の局所触媒充填を有するものである、実施形態２６に記載の方法。
【０１０７】
実施形態３４
前記第１の軸部分は、約１２０ｇ／Ｌから約１８０ｇ／Ｌの範囲の局所触媒充填を有するものである、実施形態２６に記載の方法。
【０１０８】
実施形態３５
前記第２の軸部分は、Ｌａの約５０％からＬａの８０％の範囲であり、前記第１の軸部分は、約１００ｇ／Ｌから約１８０ｇ／Ｌの範囲の局所触媒充填量を有するものである、実施形態２８に記載の方法。
【０１０９】
実施形態３６
前記上流側ゾーン軸長さＬｕの前記ハニカム体の軸長さＬａに対する比（Ｌｕ／Ｌａ）は、０より大きく、０．７５以下である、実施形態２６に記載の方法。
【０１１０】
実施形態３７
前記上流側ゾーン軸長さＬｕの前記ハニカム体の軸長さＬａに対する比（Ｌｕ／Ｌａ）は、０．１より大きく、０．７５以下である、実施形態２６に記載の方法。
【０１１１】
実施形態３８
前記上流側ゾーン軸長さＬｕの前記ハニカム体の軸長さＬａに対する比（Ｌｕ／Ｌａ）は、０．１５より大きく、０．７５以下である、実施形態２６に記載の方法。
【０１１２】
実施形態３９
前記上流側ゾーン軸長さＬｕの前記ハニカム体の軸長さＬａに対する比（Ｌｕ／Ｌａ）は、０．１５より大きく０．６０未満である、実施形態２６に記載の方法。
【符号の説明】
【０１１３】
１００  微粒子フィルタ
１０１  流路
１０２  入口端
１０４  出口端
１０５  外皮層
１０６  流路壁部
１０８  入口流路
１０９  貫流流路
１１０  出口流路
１１２  閉塞部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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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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【国際調査報告】
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