JP2005500147A

JP2005500147A - 触媒ウォールフローフィルタ

Info

Publication number: JP2005500147A
Application number: JP2001516657A
Authority: JP
Inventors: ロバート、ジェイムズ、ブリスレイ; マーチン、ビンセント、トウィッグ; アンソニー、ジョン、ジョゼフ、ウィルキンズ
Original assignee: Johnson Matthey PLC
Current assignee: Johnson Matthey PLC
Priority date: 1999-08-13
Filing date: 2000-08-14
Publication date: 2005-01-06
Anticipated expiration: 2020-08-14
Also published as: ATE295226T1; JP4782335B2; EP1133355B1; GB9919013D0; DE60020070D1; US7097817B2; DE60020070T2; US6753294B1; EP1133355A1; US20040175315A1; WO2001012320A1

Abstract

燃焼エンジンの排気機構のためのウォールフローフィルタ（１０）であり、このフィルタは、ハニカム配列中の多数のチャンネル（４、６、８）を含んでなり、ここで少なくともこのチャンネルのいくつか（６）は上流端をプラグされており（１２）、上流端をプラグされていない（１４）チャンネルの少なくともいくつか（４、８）は、下流端をプラグされており、また、このフィルタは、下流端をプラグしたチャンネル（４、８）の上流端にある、実質的にガス不透過性であるゾーン上の酸化触媒（１６）、および酸化触媒の下流にある、煤を捕捉するためのガス透過性フィルタゾーン（２２）をも含んでなり、排気機構、好ましくはディーゼル排気機構、において、この酸化触媒、好ましくは白金族金属を包含するもの、がＮＯから十分なＮＯ_２を発生させて捕捉した煤を連続的に４００℃未満の温度で燃焼することができることを特徴とする、フィルタ。

Description

【０００１】
本発明は、ウォールフローフィルタに関し、また特に触媒を包含するウォールフローフィルタに関する。
【０００２】
燃焼エンジンの排気ガスは、健康および環境に害を及ぼすことにつながる、数多くの成分を含有する。これらの１つに煤成分が挙げられる。排気ガス中の煤の量を制御する方法の１つには、排気マニホルドから下流のフィルタを使用する方法があり、これはフィルタ上に捕捉した煤を燃焼し（酸化し）、それによってフィルタを再生するという概念である。
【０００３】
既知のタイプの煤フィルタは、ウォールフローフィルタである。このフィルタは、例えばハニカム配列中のチャンネルを包含するセラミックモノリスから製造されることができる。典型的な構造は、各チャンネルのどちらか一方の端、およびその側面的におよび垂直的に隣接したチャンネルの反対側の端、をプラグしたものである。片端から眺めると、チャンネルの端がプラグされたものと開放されたものが交互にならび、チェス盤の様相を呈してなる。フィルタを製造しうるセラミック材料は、気孔の大きさがガスの透過性をもつのに十分なものであるため、フィルタを横切る圧力損失は比較的小さいが、このことにより、煤の通過が妨げられる。したがって、煤は排気ガスから濾過される。
【０００４】
ＥＰ−Ａ−０３４１８３２公報および対応出願ＵＳ−Ａ−４，９０２，４８７公報は、煤含有排気ガスのための方法および処理機構について記載しており、このガスは一酸化窒素（ＮＯ）もまた含有する。この方法は、濾過しなかった前記ガスを酸化触媒上を通過させて、ＮＯを二酸化窒素（ＮＯ_２）に転化し、下流フィルタ上に煤を捕捉し、そしてＮＯ_２との反応により、４００℃以下で連続的に、この捕捉した煤を燃焼することを含んでなる。また、最近、この方法と機構にさらに多くの工程を追加するという提案がなされており、例えば窒素酸化物（ＮＯｘ）除去工程（ＥＰ−Ａ−０７５８７１３公報参照）が挙げられる。ＥＰ−Ａ−０３４１８３２公報およびＵＳ−Ａ−４，９０２，４８７公報は、ＪｏｈｎｓｏｎＭａｔｔｈｅｙの連続再生トラップ（ＣＲＴ（商品名））技術について記載しており、これらの内容は参考文献として本明細書に包含するものである。
【０００５】
ＥＰ−Ａ−０３４１８３２公報に記載されている方法においては、酸化工程およびフィルタの燃焼工程は、それぞれ個々の殻若しくは缶の中の、または１つの缶の中に取り付けられた、２つの異なるハニカム中で実施される。しかしながら、どちらの実施態様を採るにしても問題がある。前者の実施態様に伴う問題は、それぞれの缶を取り付けるために、車両上の床下空間が制限されてしまうということである。後者の実施態様においては、缶の構築が複雑になるという問題がある。もし、さらに下流の工程が要求されると、これらの問題は悪化する。
【０００６】
我々は、単一のウォールフローフィルタまたは単一の「ブリック」の上でそれぞれの処理工程を実施することによって、これらの問題および他の問題を、克服または軽減することができるということを見出した。ＵＳ−Ａ−５，０８９，２３７公報は、燃焼エンジンの排気機構のための煤燃焼フィルタを開示しており、このフィルタは、チャンネルの隔壁、つまり被覆した触媒を有する入口の端での隔壁、を通り抜ける流路を限定するために、その末端を交互にプラグしたチャンネルを有する、多孔性セラミックハニカムブロックを包含するものである。この公報によれば、フィルタは不連続工程において使用され、ここで、煤はこのフィルタ上に蓄積され、温度を上昇し、かつ、十分な酸素（Ｏ_２）を確保することによって、定期的に燃焼されるものであると、我々は理解している。比較的小さな空間において、相当な量の煤を燃焼させるために、フィルタに破壊的な影響を与えるほどの高い温度を早急に到達させる。このような影響を制限するために、ＵＳ−Ａ−５，０８９，２３７公報のフィルタは、上流チャンネルの下流端にある隔壁中に防ガス域が付与されいる。触媒被覆することは、煤の燃焼が行われるところで、温度を低下すると言及されているが、けれども、それは、明らかに、防ガス域を設けることが全く必要ないということではない。
【０００７】
１の態様によれば、本発明は燃焼エンジンの排気機構のためのウォールフローフィルタを提供し、このフィルタは、ハニカム配列中の多数のチャンネルと、
ここで、前記チャンネルの少なくともいくつかは上流端でプラグされており、上流端でプラグされていない前記チャンネルの少なくともいくつかは、下流端でプラグされており、
下流端でプラグしたチャンネルの上流端で、実質的にガス不透過性であるゾーンの上にある酸化触媒と、そして
酸化触媒の下流にある、煤を捕捉するためのガス透過性フィルタゾーンとを含んでなるものであり、
ここで、排気機構において、前記酸化触媒は、４００℃未満の温度で、ＮＯから十分なＮＯ_２を発生させて捕捉した煤を連続的に燃焼することができることを特徴とするものである。
【０００８】
「連続的に」という用語は、捕捉された煤が連続する排気ガスの流れの中で燃焼するということを意味し、したがって、大量の蓄積された煤の燃焼は除外される（機能不全の場合を除く）。しかしながら、それは、エンジン作動条件の通常の変化およびフィルタの下流でＮＯｘを除去するために還元剤またはＮＯｘ特定反応物質の短期間注入に応じて、捕捉された煤の量およびガス組成物における比較的小さな変化を包含することにより、実行される。
【０００９】
疑いを避けるために説明を加えるならば、本明細書における「吸蔵する」は、ある種をある物質の表面上に保持すること（「吸着する」とは異なる）、および／またはある種をある物質の表面下（つまり物質内）に保持することを意味する。
【００１０】
燃焼エンジンからの排気ガスは、未燃焼炭化水素（ＨＣ）、二酸化炭素（ＣＯ_２）、一酸化炭素（ＣＯ_２）、蒸気（Ｈ_２Ｏ（ｇ））および窒素（Ｎ_２）もまた含有する。ＮＯｘの内容は、ＮＯおよびＮＯ_２を含んでなるが、大部分はＮＯである。ＮＯがＮＯ_２へ触媒酸化した後、煤が形成されたとき若しくは煤が少し蓄積した後に少なくとも捕捉された煤を酸化するのに少なくとも十分なＮＯ_２を提供するために、最低限必要なＮＯ_Ｘが存在するべきである。前述のＥＰ−Ａ−０３４１８３２公報およびＰＣＴ特許出願ＧＢ００／０２０６２明細書に記載されているように、硝酸、またはアンモニア（ＮＨ_３）若しくはアンモニア前駆体、具体的には尿素、の局所的な酸化物、を注入することによって、さらに多くのＮＯ_Ｘを供給することができる。
【００１１】
本発明のフィルタは、下流端でプラグされたそれぞれのチャンネルの開口の端によって、一部限定される気体の流路と、チャンネルのガス透過性壁の気孔とを提供する。ガス状排気中の煤は、このチャンネルに進入するが、チャンネル壁の気孔を通り抜けることはできない。したがって、煤は、フィルタの気孔によりガス状排気から濾過される。さらに、このガス状排気は、酸化触媒を担持している全域上を流されるが、それは、この酸化触媒を担持されているフィルタの壁が実質的にガス不透過性であることによる。このことにより、一定の温度において、ＮＯから最大限可能な量のＮＯ_２が得られ、また、煤の中の触媒が固化するのを避ける。
【００１２】
好ましくは、フィルタの上流端および下流端でプラグされたチャンネルの配列は、それぞれのフィルタのチャンネルがそのどちらか片側の端および側面的におよび垂直的に隣接したチャンネルの反対側の端でプラグされたものであるが、他の形状も用いることができる。例えば、狭い状況での配列においては、チャンネルの最初の縦列の一方がプラグされると、この最初の列の隣の縦列はいずれもフィルタの反対側の端をプラグされる、というように同様に続いていく。プラグされていないチャンネルを少なくともいくつか包含するフィルタが提供され、それによって、フィルタチャンネルへのバイパスとして機能する。この提供もまた本発明の範囲に含まれる。このプラグされていないチャンネルは、ウォールフローフィルタゾーンの下流において必要とされる反応物質を導入するためにもまた使用することができる。
【００１３】
このチャンネルは好ましくは断面が正方形であるが、他の形でもよい。例えば、円形、長方形、六角形または三角形が挙げられる。
【００１４】
好ましくは、酸化触媒が、白金族金属（ＰＧＭ）、例えばプラチナ（Ｐｔ）若しくはパラジウム（Ｐｄ）、を好都合に包含する化合物であって、これがガス不透過性ゾーンにおいてフィルタの気孔を遮断し、このことによって、このゾーンを実質的にガス不透過性にする。フィルタを製造するフィルタ品級の材料は、およそ大気圧でのガス処理のために、好適には、気孔の平均直径が０．４〜２０×１０^−３インチ（１〜５０μｍ）の範囲であるが、液体用、またはより高い若しくはより低い気圧においては、他の値が適用されるであろう。フィルタ材料自体がガス不透過性であるか、または気孔のサイズが段階分けされていることにより、下流端でプラグされたチャンネルの上流部がガス不透過性であるが、しかしフィルタゾーンに向かってガス透過性が増するようにされた、フィルタを製造することは可能であるが、けれども、このフィルタ材料の気孔サイズが一様であり、触媒を支えているゾーンは、材料が被覆されることによってガス不透過性になるという方が好ましい。フィルタがセラミックの場合、このフィルタは成形製品（例えば押出成形）であり、かつ、一度（例えば焼成により）除去された必要な気孔を残すために十分な一時的材料を含有する組成物であることができる。このフィルタは、セラミックであろうが金属であろうが、可能な限り泡の媒介で粉末を成形し、焼結する製品であることができる。フィルタ材料は金属であることができるが、セラミック材料、例えばコーディエライト、アルミナ、ムライト、炭化ケイ素、ジルコニアまたはナトリウム／ジルコニア／リン酸塩、から作られることが好ましい。このハニカムは、典型的には少なくとも、平方インチあたり５０セル（（ｃｐｓｉ）（７．７５ｃｍ^−２）、可能であればより多くのセル、例えば８００ｃｓｐｉ（１２４ｃｍ^−２）まで、を有する。一般的には、１００〜６００ｃｐｓｉ（１５．５〜９３ｃｍ^−２）の範囲が好ましく、２００〜４００ｃｐｓｉ（３１〜６２ｃｍ^−２）の範囲が最も好ましい。
【００１５】
好ましい実施態様によれば、フィルタの下流チャンネルはＮＯｘ吸蔵剤（若しくはＮＯｘトラップ）のための触媒および必要に応じて、ＮＯｘ還元触媒または、このＮＯ_Ｘ触媒の下流の選択的接触還元（ＳＣＲ）触媒または、ＮＯｘ吸収体の下流の選択的接触還元（ＳＣＲ）触媒、を包含する。ＣＲＴ（商品名）技術と、窒素含有化合物、例えばＮＨ_３若しくは尿素を伴うＮＯｘのＳＣＲとの結合は我々のＷＯ９９／３９８０９公報に記載されている。さらなる実施態様において、酸化触媒の上流のチャンネルは、硫黄酸化物（ＳＯｘ）吸蔵剤（ＳＯｘトラップ）を包含することができる。この上流のＳＯｘ吸蔵剤は、ＮＯｘ吸蔵剤若しくはＮＯｘ還元触媒若しくはＳＣＲ触媒を伴う、またはこれらを伴わない、実施態様の中に包含されることができる。このゾーンは酸化触媒を包含するため、１以上のＳＯｘ吸蔵剤、ＮＯｘ吸蔵剤若しくはＮＯｘ還元触媒若しくはＳＣＲ触媒を包含する実施態様において、それぞれの触媒または吸蔵剤のゾーンは実質的にガス不透過性であり、このガス不透過性は、好ましくは触媒若しくは吸蔵剤、または触媒若しくは吸蔵剤担体により提供される。
【００１６】
このＮＯｘ吸蔵剤／トラップは、アルカリ金属、アルカリ土類、希土類金属、または遷移金属、または、非還元状態において十分な安定性をもつ硝酸塩および／若しくは亜硝酸塩を形成することができ、かつ還元状態において窒素酸化物および／若しくは窒素を発生させることができる混合酸化物、酸化触媒、好ましくはＰｔ、並びに還元触媒、好ましくはロジウム（Ｒｈ）を包含する、化合物を含んでなる。複合酸化物、例えばアルカリ土類金属と銅の複合酸化物、もまた使用することができ、具体的には（周期表文字コードを借用して）Ｂａ−Ｃｕ−Ｏまたは可能であればＣｅＯ２を添加したＭｎＯ_２−ＢａＣｕＯ_２、またはＹ−Ｂａ−Ｃｕ−ＯおよびＹ−Ｓｒ−Ｃｏ−Ｏが挙げられる。このＮＯｘ還元触媒は、一般的に１以上のＰＧＭを包含するであろうが、特にそれらはＰｔ、Ｐｔ／ＲｈまたはＰｔ／Ｐｄ／Ｒｈであろう。ＳＣＲ触媒は、銅系材料、Ｐｔ、バナジア（Ｖ_２Ｏ_５）とチタニア（ＴｉＯ_２）の混合酸化物、またはゼオライトまたはこれらのうち２つ以上の混合物であることができ、好ましくはＶ_２Ｏ_５／ＷＯ_３／ＴｉＯ_２である。詳しい情報については、我々のＷＯ９９／５５４４６およびＷＯ９９／３９８０９公報を参照することができる。ＳＯｘ吸蔵剤は、アルカリ土類金属酸化物またはアルカリ金属酸化物またはこれらのうち２つ以上の混合物を包含することができる。さらなる詳細については、我々のＥＰ−Ａ−０８１４２４２公報を参照することができる。
【００１７】
ＮＯｘ還元触媒またはＳＣＲ触媒を含む本発明の実施態様を包含する排気機構において、この機構は、これらの触媒の上流へ還元剤および／またはＮＯ_Ｘ特定反応物質を連続的にまたは断続的に注入する方法を包含することができる。本発明の酸化触媒は２つの部分にあることができ、それぞれＨＣおよびＣＯの酸化とＮＯからＮＯ_２への転化に最適化されている。ＮＯｘ吸蔵剤および還元触媒の双方を包含する実施態様において、これらはフィルタの別の地帯の中にあるか、または連携していることができ、例えば共沈して、または共含浸して、またはサンドイッチ層若しくは比較的微細な（例えば１〜５００μｍ）粒子として存在して、または異なるウォッシュコートで薄く覆われている。
【００１８】
好ましくは、前記触媒若しくは吸蔵剤、またはそれぞれの触媒若しくは吸蔵剤は、大きな表面積の酸化物担体、例えばアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、ＴｉＯ_２若しくはジルコニア（ＺｒＯ_２）、の上に担持されるが、前記触媒若しくは吸蔵剤、またはそれぞれの触媒若しくは吸蔵剤は、フィルタによって直接、すなわち大きな表面積の酸化物担体なしで、担持されることができる。
【００１９】
望ましくは、そこに存在するこの触媒および吸蔵剤は、大きな表面積の酸化物上に担持されていようと、若しくはフィルタによって直接担持されていようと、ウォールフローフィルタの局所圧力損失を少なくとも２倍、好ましくは１０倍まで増加する。１実施態様において、このフィルタゾーン自体が触媒されることができる。好適な触媒は、煤の燃焼を促進する酸化触媒であるが、より好ましくはこの触媒が卑金属、例えば酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、を包含し、最も好ましくはこの触媒がランタン（Ｌａ）、セシウム（Ｃｓ）およびバナジウム五酸化物（Ｖ_２Ｏ_５）の化合物である。卑金属がＭｇＯであるところにおいて、好ましい触媒はＭｇＯ上のＰｔである。このフィルタゾーンの気孔の表面が触媒を通すとしたら、気孔径は上述の範囲の上位５番目内または、さらに大きいであろうが、そのようなコーティングは、構造的にフィルタを弱めるであろう大きな気孔の必要性を避けるのに十分な程薄くあるべきである。
【００２０】
本明細書中に定義される「アルカリ金属」はカリウム（Ｋ）、ナトリウム（Ｎａ）、リチウム（Ｌｉ）、ルビジウム（Ｒｂ）またはＣｓを包含し、「アルカリ土類金属」はバリウム（Ｂａ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）またはマグネシウム（Ｍｇ）を包含し、「希土類金属」はセリウム（Ｃｅ）、Ｌａまたはイットリウム（Ｙ）または他のランタノイドを包含する。
【００２１】
本発明によるフィルタは何らかの便利な方法で包装することができる。この技術において通常使用される包装材料は、フィルタ中心を包み、絶縁するためのセラミックまたはスチールワイヤーメッシュ、ワイヤーメッシュを通る排気ガス漏れを防ぐ、若しくはマットを保護するための末端プラグ、並びに殻若しくは缶用のスチール、を包含する。適切なヘッダーを使用して、入口および出口管とフィルタ断面の間の推移を提供することができる。添加物の注入、または車両搭載型情報処理装置の導入、のためのポートもまた必要なところにおいて提供されることができる。
【００２２】
下記の図により例証されているように、本発明のフィルタは、この技術において知られている方法により製造することができる。この分野において、本発明は、触媒若しくは吸蔵剤の前駆体の溶液および／または分散の中に、段階的に浸漬すことによる、本発明のフィルタの製造方法を提供する。この方法の好ましい特徴として、この方法は、ウォールフローモノリスのチャンネルの壁を、少なくとも１つの、壁のガス透過性を局所的に低下させる効果をもつ材料でコーティングし、その後、このコーティングされた壁に少なくとも１つの触媒または吸蔵剤を被覆して、必要に応じてこのコーティングされたモノリスを焼成する工程を包含する。
【００２３】
しかしながら、我々は、我々のＷＯ９９／４７２６０公報に記載された装置と方法を使用することを好む。このため、さらに他の局面によれば、本発明は、
（ｉ）ハニカム配列中に多数のチャンネルを有してなる、ウォールフローモノリスの頂上に抑制手段を設けてなり、
ここで、前記チャンネルの少なくともいくつかは上流端でプラグされており、上流端でプラグされていないチャンネルのすくなくともいくつかは下流端でプラグされてなるものであり、
（ｉｉ）予め定めた量の、ウオッシュコートスラリーである液体、または触媒若しくは触媒前駆体の溶液、またはこれら２つの混合物を、前記抑制手段の中に添加してなり、そしてその後に、
（ｉｉｉ）圧力または真空状態を適用することによって、前記液体成分を少なくともウォールフローモノリスチャンネルの開口部分に導入してなり、かつ、前記チャンネル内に全ての量を実質的に保持してなること、の各工程を各順序により、含んでなる、本発明によるフィルタの製造方法を提供する。
【００２４】
別の実施態様において、上記の方法はプラグされていないモノリスに適用され、チャンネルはコーティングが施された後にプラグされる。もし、チャンネルの一方の端がプラグされるとしたら、上記の方法は、プラグする前にその端を被覆しているコーティングを除去する工程を包含する。あるいは、この方法は、プラグされない状態のままにしておくことを事前に定められているチャンネルの端だけをコーティングする、すなわちプラグされるチャンネルの端にはコーティングを施さない、工程を包含する。
【００２５】
好ましい特徴として、本発明による方法は、ウォッシュコート、または触媒若しくは触媒前駆体若しくはこれらの混合物の溶液若しくは懸濁液、を被覆することが遅れる地帯へレジスト（ｒｅｓｉｓｔ）を被覆する工程を含んでなる。このレジストは、例えばワックスまたはステアリン酸であることができる。
【００２６】
本発明によるフィルタを有する排気機構。好ましくは、この燃焼エンジンはディーゼルエンジンである。
【００２７】
他の態様局面において、本発明は燃焼エンジンを取り付けてある車両を提供する。この燃焼エンジンは、好ましくはディーゼルエンジンであり、本発明によるフィルタを有する排気機構を包含する。
【００２８】
本発明のさらに別の態様によれば、燃焼エンジン、好ましくはディーゼルエンジン、からの排気ガスを処理するための発明によるフィルタの使用が提供される。
【００２９】
さらに別の態様において、本発明は、燃焼エンジンの排気機構の中に配置されたフィルタ上に堆積した煤を燃焼させあることによって除去する方法を提供することがき、その方法は、
最初に、ＮＯを含有する排気ガスを濾過せずに酸化触媒上を通過させて、濾過して煤を除去する前に排気ガス中のＮＯをＮＯ_２に転化し、その後に、
ＮＯ_２を含有する排気ガスを使用してフィルタ上に捕捉した煤を燃焼し、
ここで、ＮＯから転化したＮＯ_２の量はフィルタ上に捕捉された煤の燃焼が促進されるほど十分であり、４００℃未満の温度において生じたものであり、
前記フィルタが、
ハニカム配列中の多数のチャンネルと、
ここで、前記チャンネルの少なくともいくつかは上流端でプラグされており、かつ、上流端でプラグされていないチャンネルの少なくともいくつかは下流端でプラグされており、
下流端でプラグしたチャンネルの上流端で実質的にガス不透過性であるゾーンの上にある、酸化触媒と、そして
酸化触媒の下流で、煤を捕捉するためのガス透過性フィルタゾーンとを含んでなる、ウォールフローフィルタであることを特徴するものである。
【００３０】
本発明をより完全に理解するために、本発明によるフィルタの１つの実施態様の高断面図を示す、添付の図面を参照する。
【００３１】
図１は、２００ｃｐｓｉ（３１ｃｍ^−２）を有し、また、使用前には直径が約１０μｍである気孔をもつ、コーディエライトハニカムフィルタ１０の３つの隣接するチャンネル４、６、８を示す。チャンネル６は、フィルタ１０の上流端における１２をプラグされ、他の２つのチャンネル４、８はそれぞれ、フィルタ１０の下流端における１４をプラグされている。したがって、２つのチャンネル４、８に入るガスは、それぞれ、フィルタ１０の下流端の１４においてふさがれる。したがって、上流端においてチャンネル６に入るガスは、チャンネル６の壁を通って通過し、フィルタ１０の下流端に到達しなければならない。チャンネル６への通路の下流へ延びる地帯またはゾーン上に、この壁は、Ａｌ_２Ｏ_３ウォッシュコート担体および金属性Ｐｔ酸化触媒を含んでなる、コーティング１６を伴う。コーティング１６はこのフィルタ壁の気孔をふさぐ。フィルタ１０への出口から上流へ延びる地帯またはゾーン上に、チャンネル４およびチャンネル８は、バリウム酸化物（ＢａＯ）を包含するＮＯｘ吸蔵剤組成物、およびＰｔ／Ｒｈを含んでなるＮＯｘ還元触媒組成物を含んでなる、コーティング１８、２０を伴う。コーティング１８、２０を製造するため、コーティング１８を塗布する間に、コーティング２０でコーティングされることになるゾーンにはじめにレジスト、例えばワックス若しくはステアリン酸、を塗る。この実施態様において、コーディエライトフィルタ１０のコーティング１６および１８を包含する地帯は、コーティングの存在によって、ガス不透過性に変わる。コーティング１６と１８の間において、チャンネル４、６、８、の壁はガス透過性のままであり、フィルタゾーン２２を提供する。
【００３２】
この反応装置に入るディーゼル排気ガスは、コーティング１６の存在において、ＨＣ，ＣＯおよびＮＯが酸化される。このガス中の煤は、フィルタゾーン２２におけるチャンネル４、６、８の壁上に収集され、ＮＯの酸化から生じたＮＯ_２によって燃焼される。このガスは、煤燃焼生成物を含有して、このフィルタの壁を通って通過し、ＮＯ_２を吸収するＮＯｘ捕捉コーティング１８に接触する。十分なＮＯ_２が貯蔵されるとき（例えば、硝酸として）、それは車両の車両搭載型情報処理装置により確かめることができるが、コーティング１８は、排気ガスのリッチパルスを伴い再生されることができる。この排気ガスとは、すなわち、超過還元剤、例えばＨＣ、を包含するガスである。このリッチ／リーン循環は、車両のエンジン管理機構を用いて制御することができる。得られたＮＯｘ−リッチガスは、ＮＯｘ還元触媒を包含するコーティング２０に接触し、これによりＨＣとＣＯの酸化、およびＮＯｘからＮ_２への還元が起きる。あるいは、コーティング２０がＳＣＲ触媒である場合、ＮＯｘ−特定反応物質、例えばアンモニアは、未反応アンモニアが酸化触媒１６をすり抜けることのできる速度と温度下で、フィルタの上流端において注入され、吸蔵剤１８および触媒２０に接触することができる。吸蔵剤１８は再生し、触媒２０上ではＮＯｘがＮ_２へ還元される。
【００３３】
本発明によるフィルタの１製造方法をより完全に理解するため、下記の実施例を図面によってのみ提供する。
【００３４】
この基材は、平均気孔径が１０μｍであり、直径３０ｍｍ、長さ１５０ｍｍの正方形断面チャンネルをもつ、フィルタと同一品質のコーディエライトハニカムモノリスであり、モノリスの各チャンネルのどちらか一方の端、およびその側面的にかつ垂直的に隣接したチャンネルの反対側の端がプラグされているため、このモノリスの両端の通路の半分がプラグされている。
【００３５】
このモノリスの一方の端を「入口」と名付け、水和Ａｌ_２Ｏ_３の水溶性拡散の中に２５ｍｍの深さまで浸し、その後引き揚げ、１００℃において乾燥して、冷却させる。その後、入口の端を白金塩化物２％ｗ／ｗ水溶性溶液の中に同じ深さまで浸す。
【００３６】
名付けられていない方のモノリスの一端を、はじめに、今度はステアリン酸ナトリウムの水溶性溶液の中に２５ｍｍの深さまで浸し、その後、得られたモノリスを１００℃において乾燥することによって処理する。その後、この得られたモノリスを水溶性塩酸の中に浸した後、水に（水を２回替えて）浸して溶解性のものを洗い流す。この工程により、レジストとして不溶解性ステアリン酸層が生成され、これは中性若しくは酸性溶液の中に加えられたいかなる材料も排除する。このレジストをコーティングされたモノリスをその後、５０ｍｍの深さまで、バリウム酢酸塩と白金塩化物の水溶性溶液の中に浸して乾燥する。この浸す工程によって、これらの材料は、レジストでコーティングされた域の上流域に塗布される。その後、このコーティングされたモノリスを５％ｗ／ｗ水溶性水酸化物ナトリウムの中に２５ｍｍの深さまで浸してステアリン酸レジストを溶解する。この工程を２回繰り返した後、水で２回煤ぐ。その後、このコーティングされたモノリスを乾燥する。その後、この得られたモノリスを、入口端で使用され、上記に記載されているＡｌ_２Ｏ_３拡散の中に２５ｍｍの深さまで浸す。その後、このコーティングされたモノリスを乾燥する。最後に、Ｐｔ／Ｒｈ溶液の中に２５ｍｍの深さまで浸す。その後、このコーティングされたモノリスを乾燥する。
【００３７】
次いで、この得られたモノリスを５００℃で１時間焼成して、金属塩を酸化物または金属に転化し、Ａｌ_２Ｏ_３の表面積を広げ、本発明によるフィルタを提供する。
【図面の簡単な説明】
【図１】
図１は、本発明によるウォールフローフィルタの内部を説明したものである。

Claims

燃焼エンジンの排気機構のためのウォールフローフィルタ（１０）であって、
ハニカム配列中の多数のチャンネル（４、６、８）と、
ここで、前記チャンネルの少なくともいくつか（６）は上流端でプラグされており（１２）、上流端でプラグされていない前記チャンネルの少なくともいくつか（４、８）は、下流端でプラグされており（１４）、
下流端でプラグしたチャンネル（４、８）の上流端で、実質的にガス不透過性であるゾーンの上にある酸化触媒（１６）と、そして
酸化触媒の下流にある、煤を捕捉するためのガス透過性フィルタゾーン（２２）とを含んでなるものであり、
ここで、排気機構において、前記酸化触媒は、４００℃未満の温度で、ＮＯから十分なＮＯ_２を発生させて捕捉した煤を連続的に燃焼することができることを特徴とする、フィルタ。
前記フィルタが、セラミック材料、好ましくはコーディエライト、アルミナ、ムライト、炭化ケイ素、ジルコニアまたはナトリウム／ジルコニア／リン酸塩、から製造される、請求項１に記載のフィルタ。
前記ハニカムのチャンネルが、その断面として、正方形、円形、長方形、六角形、または三角形であるものである、請求項１または２に記載のフィルタ。
前記プラグされた上流および下流のチャンネルの配列が、各チャンネルがそれらのいずれか一方の端でプラグされており、かつ、その側面的におよび垂直的に隣接したチャンネルに対して反対側の端がプラグされてなるものである、請求項１〜３のいずれか一項に記載のフィルタ。
前記フィルタチャンネルへ流れ抜けるバイパスを提供するために、少なくともいくつかのチャンネルがプラグされていないものである、請求項１〜３のいずれか一項に記載のフィルタ。
前記酸化触媒が白金族金属（ＰＧＭ）、好ましくはＰｔおよび／またはＰｄを包含するものである、請求項１〜５のいずれか一項に記載のフィルタ。
前記フィルタゾーンが、煤の燃焼を促進する触媒を包含するものである、請求項１〜６のいずれか一項に記載のフィルタ。
前記燃焼触媒が卑金属を含んでなるものである、請求項７に記載のフィルタ。
前記燃焼触媒が、ランタンと、セシウムと、およびバナジウム五酸化物との化合物またはＭｇＯ上のＰｔを含んでなるものである、請求項８に記載のフィルタ。
上流端でプラグされたチャンネル（６）の上にある実質的にガス不透過性ゾーンの上に、ＮＯｘ吸蔵剤（１８）をさらに含んでなる、請求項１〜９のいずれか一項に記載のフィルタ。
前記ＮＯｘ吸蔵剤が、アルカリ金属、アルカリ土類金属または希土類金属またはこれら２つ以上の混合物を包含するものである、請求項１０に記載のフィルタ。
前記ＮＯｘ吸蔵剤が混合酸化物を包含するものである、請求項１０または１１に記載のフィルタ。
ＮＯｘ吸蔵剤（１８）下流のチャンネルの上にある実質的にガス不透過性ゾーンの上に、ＮＯｘ還元触媒または選択的接触還元（ＳＣＲ）触媒（２０）をさらに含んでなる、請求項１０〜１２のいずれか一項記載のフィルタ。
前記ＳＣＲ触媒が、銅系材料、Ｐｔ、バナジウムとチタニアの混合酸化物、またはゼオライト、またはこれら２つ以上の混合物を包含し、好ましくはＶ_２Ｏ_５／ＷＯ_３／ＴｉＯ_２である、請求項１３に記載のフィルタ。
前記ＮＯｘ還元触媒が、１以上のＰＧＭ、好ましくはＰｔ、Ｐｔ／Ｒｈ、Ｐｄ／ＲｈまたはＰｔ／Ｐｄ／Ｒｈ、を含んでなるものである、請求項１４に記載のフィルタ。
前記酸化触媒の上流のチャンネルの上にある実質的にガス不透過性ゾーンの上に、ＳＯｘ吸蔵剤をさらに含んでなる、請求項１〜１５のいずれか一項に記載のフィルタ。
前記ＳＯｘ吸蔵剤が、アルカリ土類金属酸化物、またはアルカリ金属酸化物、またはこれらのいずれか２つ以上の混合物を包含するものである、請求項１６に記載のフィルタ。
前記アルカリ金属がカリウム、ナトリウム、リチウム、ルビジウム、若しくはセシウム、若しくはこれらのいずれか２つ以上の混合物であり、
前記アルカリ土類金属がバリウム、カルシウム、ストロンチウム、若しくはマグネシウム、若しくはこれらのいずれか２つ以上の混合物であり、そして
前記希土類金属がセリウム、ランタン、若しくはイットリウム、若しくは他のランタノイド、若しくはこれらのいずれか２つ以上の混合物である、請求項１１または１７に記載のフィルタ。
前記触媒若しくは吸蔵剤、またはそれぞれの触媒若しくは吸蔵剤が、高い表面積の酸化物担体、好ましくはアルミナ、チタニア、若しくはジルコニア、に担持されるものである、請求項１〜１８のいずれか一項に記載のフィルタ。
前記触媒若しくは吸蔵剤、または前記触媒若しくは吸蔵剤を担持している担体が、前記触媒若しくは吸蔵剤を包含するゾーンを実質的にガス不透過性にするものである、請求項１〜１９のいずれか一項に記載のフィルタ。
ウォールフローフィルタの上にある各触媒若しくは吸蔵剤の存在が、ウォールフローフィルタの局所圧力損失を少なくとも２倍、好ましくは１０倍増加するものである、請求項１〜２０のいずれか一項に記載のフィルタ。
請求項１〜２１のいずれか一項に記載のフィルタを有する排気機構を包含する、燃焼エンジン。
請求項２２に記載のディーゼルエンジン。
請求項２２または２３に記載の燃焼エンジンを取り付けてある、車両。
燃焼エンジンの排気機構の中に配置されたフィルタ上に堆積した煤を燃焼させあることによって除去する方法であって、
最初に、ＮＯを含有する排気ガスを濾過せずに酸化触媒上を通過させて、濾過して煤を除去する前に排気ガス中のＮＯをＮＯ_２に転化し、その後に、
ＮＯ_２を含有する排気ガスを使用してフィルタ上に捕捉した煤を燃焼し、
ここで、ＮＯから転化したＮＯ_２の量はフィルタ上に捕捉された煤の燃焼が促進されるほど十分であり、４００℃未満の温度において生じたものであり、
前記フィルタが、
ハニカム配列中の多数のチャンネル（４、６、８）と、
ここで、前記チャンネルの少なくともいくつか（６）は上流端でプラグされており（１２）、かつ、上流端でプラグされていない（１４）チャンネルの少なくともいくつか（４、８）は下流端でプラグされており、
下流端でプラグしたチャンネル（４、８）の上流端で実質的にガス不透過性であるゾーンの上にある、酸化触媒（１６）と、そして
酸化触媒の下流で、煤を捕捉するためのガス透過性フィルタゾーン（２２）とを含んでなる、ウォールフローフィルタ（１０）であることを特徴する、方法。
燃焼エンジン、好ましくはディーゼルエンジン、からの排気ガスを処理するための、請求項１〜２１のいずれか一項に記載のフィルタの使用。
請求項１〜２６のいずれか一項に記載のフィルタを製造する方法であって、
（ｉ）ハニカム配列中に多数のチャンネルを有してなる、ウォールフローモノリスの頂上に抑制手段を設けてなり、
ここで、前記チャンネルの少なくともいくつかは上流端でプラグされており、上流端でプラグされていないチャンネルのすくなくともいくつかは下流端でプラグされてなるものであり、
（ｉｉ）予め定めた量の、ウオッシュコートスラリーである液体、または触媒若しくは触媒前駆体の溶液、またはこれら２つの混合物を、前記抑制手段の中に添加してなり、そしてその後に、
（ｉｉｉ）圧力または真空状態を適用することによって、前記液体成分を少なくともウォールフローモノリスチャンネルの開口部分に導入してなり、かつ、前記チャンネル内に全ての量を実質的に保持してなること、の各工程を各順序により、含んでなる、方法。
前記触媒若しくは吸蔵剤の前駆体の溶液および／または分散の中に、段階的に浸漬すことによる、請求項１〜２１のいずれか一項に記載フィルタの製造方法。
ウォールフローモノリスのチャンネルの壁を、前記壁のガス透過性を局所的に低下させるのに効果てきな少なくとも一つの材料で被覆し、その後に、前記被覆した壁を少なくとも１つの触媒または吸蔵剤に適用することを含んでなる、請求項２７に記載の方法。
ウォッシュコートまたはその溶液若しくは混合物を適用することが遅れた領域にレジストを適用することを含んでなる、請求項２５〜２９のいずれか一項に記載の方法。
被覆したモノリスを焼成することを含んでなる、請求項２７〜２９のいずれか一項に記載の方法。