JP2006189027A - 排ガス浄化フィルタ - Google Patents
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Abstract
【課題】１つの排ガス浄化フィルタのみを含んだ簡単で安価なシステムを構成することができる浄化性能の優れた排ガス浄化フィルタを提供すること。
【解決手段】多孔質隔壁２を多角形格子状に配して軸方向に延びる多数のセル１０を形成した基材２を有し、基材２のセル１０のうち排ガスを導入する導入通路１１となるセルの下流端と、多孔質隔壁２を通過した排ガスを排出する排出通路１２となるセル１０の上流端には、栓材３を配してセル１０を閉塞してある。多孔質隔壁２には、排ガスを浄化するための触媒を担持してある。基材２の比熱をＣｐ（ｋＪ／ｋｇ・Ｋ）、嵩密度をρ（ｋｇ／ｍ3）とした場合に、Ｃｐ×ρにより表される熱容量Ｑ（ｋＪ／ｍ3・Ｋ）が４００以下である。基材２０の熱容量Ｑ（ｋＪ／ｍ3・Ｋ）が３２５以下であることが好ましい。基材２０の熱伝導度κ（Ｗ／ｍ・Ｋ）が１．０以下であることが好ましい。
【選択図】図１
【解決手段】多孔質隔壁２を多角形格子状に配して軸方向に延びる多数のセル１０を形成した基材２を有し、基材２のセル１０のうち排ガスを導入する導入通路１１となるセルの下流端と、多孔質隔壁２を通過した排ガスを排出する排出通路１２となるセル１０の上流端には、栓材３を配してセル１０を閉塞してある。多孔質隔壁２には、排ガスを浄化するための触媒を担持してある。基材２の比熱をＣｐ（ｋＪ／ｋｇ・Ｋ）、嵩密度をρ（ｋｇ／ｍ3）とした場合に、Ｃｐ×ρにより表される熱容量Ｑ（ｋＪ／ｍ3・Ｋ）が４００以下である。基材２０の熱容量Ｑ（ｋＪ／ｍ3・Ｋ）が３２５以下であることが好ましい。基材２０の熱伝導度κ（Ｗ／ｍ・Ｋ）が１．０以下であることが好ましい。
【選択図】図１
Description
本発明は、ディーゼルエンジンから排出されるパティキュレートを含む排ガスを浄化する排ガス浄化フィルタに関する。
ディーゼルエンジンから排出される排ガスを浄化するためのシステムとしては、例えば、ＤＯＣ（ディーゼル用酸化触媒）と、ＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）とを組み合わせたシステムがある。一般に、上記ＤＯＣは、ディーゼルエンジンに近接して配置され、上記ＤＰＦはそれよりも下流側に配置される。
このような二段階の構成を有する浄化システムでは、排ガス中のＨＣ、ＣＯの浄化を主に上記ＤＯＣに担持された触媒によって行い、排ガス中のパティキュレートはＤＰＦに捕獲し、その後燃焼除去する。
従来のＤＰＦとしては、例えば特許文献１に示されたものがある。
このような二段階の構成を有する浄化システムでは、排ガス中のＨＣ、ＣＯの浄化を主に上記ＤＯＣに担持された触媒によって行い、排ガス中のパティキュレートはＤＰＦに捕獲し、その後燃焼除去する。
従来のＤＰＦとしては、例えば特許文献１に示されたものがある。
ところで、上記のようなＤＯＣとＤＰＦを組み合わせた浄化システムは、構成が複雑になると共に、比較的高価なシステムとなってしまう。また、自動車へ搭載する際のレイアウトの自由度などが制限されてしまう。
そこで、１つの排ガス浄化フィルタ（ＤＰＦ）のみを含んだ簡単で安価なシステムであって、かつ、浄化性能の優れた浄化システムの開発が望まれていた。そしてそのため、排ガス浄化システムの中心となる排ガス浄化フィルタの改善が望まれていた。
そこで、１つの排ガス浄化フィルタ（ＤＰＦ）のみを含んだ簡単で安価なシステムであって、かつ、浄化性能の優れた浄化システムの開発が望まれていた。そしてそのため、排ガス浄化システムの中心となる排ガス浄化フィルタの改善が望まれていた。
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、１つの排ガス浄化フィルタのみを含んだ簡単で安価なシステムを構成することができる浄化性能の優れた排ガス浄化フィルタを提供しようとするものである。
本発明は、ディーゼルエンジンから排出されるパティキュレートを含む排ガスを浄化する排ガス浄化フィルタであって、
多孔質隔壁を多角形格子状に配して軸方向に延びる多数のセルを形成した基材を有し、該基材の上記セルのうち上記排ガスを導入する導入通路となるセルの下流端と、上記多孔質隔壁を通過した排ガスを排出する排出通路となるセルの上流端には、栓材を配して上記セルを閉塞してなり、
上記多孔質隔壁には、上記排ガスを浄化するための触媒を担持してあり、
かつ、上記基材の比熱をＣｐ（ｋＪ／ｋｇ・Ｋ）、嵩密度をρ（ｋｇ／ｍ3）とした場合に、Ｃｐ×ρにより表される熱容量Ｑ（ｋＪ／ｍ3・Ｋ）が４００以下であることを特徴とする排ガス浄化フィルタにある（請求項１）。
多孔質隔壁を多角形格子状に配して軸方向に延びる多数のセルを形成した基材を有し、該基材の上記セルのうち上記排ガスを導入する導入通路となるセルの下流端と、上記多孔質隔壁を通過した排ガスを排出する排出通路となるセルの上流端には、栓材を配して上記セルを閉塞してなり、
上記多孔質隔壁には、上記排ガスを浄化するための触媒を担持してあり、
かつ、上記基材の比熱をＣｐ（ｋＪ／ｋｇ・Ｋ）、嵩密度をρ（ｋｇ／ｍ3）とした場合に、Ｃｐ×ρにより表される熱容量Ｑ（ｋＪ／ｍ3・Ｋ）が４００以下であることを特徴とする排ガス浄化フィルタにある（請求項１）。
本発明の排ガス浄化フィルタは、上記のごとく、触媒を上記多孔質隔壁に担持してなる基材を有し、該基材の熱容量Ｑを上記特定の範囲に限定している。これにより、上記排ガス浄化フィルタ単独によって優れた排ガス浄化システムを構築することができ、排ガス浄化システム全体の簡素化および価格低下を図ることができる。
すなわち、上記基材は、その熱容量Ｑが４００（ｋＪ／ｍ3・Ｋ）以下という低い熱容量となるように構成してある。これにより、上記基材を通過する排ガスからの熱により早期に上記基材が昇温し、これに担持されている触媒が早期に活性化する。そのため、上記排ガス浄化フィルタを通過する排ガスに対して、上記触媒の触媒作用による浄化効果を十分に発揮させることができる。
また、排ガス中のパティキュレートは、上記多孔質隔壁に捕獲される。
また、排ガス中のパティキュレートは、上記多孔質隔壁に捕獲される。
このように、本発明の排ガス浄化フィルタは、触媒を担持したＤＰＦとして非常に優れたものとなる。そのため、担持させる触媒の種類によっては、上記排ガス浄化フィルタ１つで従来のＤＰＦとＤＯＣの両方の役割を担うことができ、排ガス浄化システム全体の簡易化およびこれによるレイアウトの自由度増大を図ることができる。もちろん、本発明の排ガス浄化フィルタを、他のＤＯＣ等と組み合わせることも可能である。
本発明においては、上記熱容量Ｑが４００（ｋＪ／ｍ3・Ｋ）以下という低い熱容量となるように構成し、これにより、触媒の早期活性化を図っている。この作用効果をさらに高めるには、さらに熱容量を制限することが好ましい。即ち、上記基材の熱容量Ｑ（ｋＪ／ｍ3・Ｋ）が３２５以下であることが好ましい（請求項２）。
なお、熱容量Ｑの下限値としては、パティキュレートの堆積限界量を実用上の最低必要量を確保するという理由から１００（ｋＪ／ｍ3・Ｋ）とすることが好ましい。
なお、熱容量Ｑの下限値としては、パティキュレートの堆積限界量を実用上の最低必要量を確保するという理由から１００（ｋＪ／ｍ3・Ｋ）とすることが好ましい。
また、上記排ガス浄化フィルタにおいては、上記基材の熱伝導度κ（Ｗ／ｍ・Ｋ）が１．０以下であることが好ましい（請求項３）。
上記基材は、排ガスが接触してその熱により昇温するが、最も昇温しやすい部分は、上流側に位置する上記基材の上流端近傍である。ここで、上記基材の熱伝導度が高い場合には、基材の上流側から下流側への熱伝導が進み、上流端近傍の昇温が遅れる。そこで、上記基材の熱伝導κ（Ｗ／ｍ・Ｋ）を１．０以下とすることにより、特に基材の上流端近傍を早期に昇温させ、その部分の触媒をより早期に活性化させることができる。これにより、排ガスが最初に接触する基材の上流端近傍の触媒によってより効率よく浄化することが可能となる。
上記基材は、排ガスが接触してその熱により昇温するが、最も昇温しやすい部分は、上流側に位置する上記基材の上流端近傍である。ここで、上記基材の熱伝導度が高い場合には、基材の上流側から下流側への熱伝導が進み、上流端近傍の昇温が遅れる。そこで、上記基材の熱伝導κ（Ｗ／ｍ・Ｋ）を１．０以下とすることにより、特に基材の上流端近傍を早期に昇温させ、その部分の触媒をより早期に活性化させることができる。これにより、排ガスが最初に接触する基材の上流端近傍の触媒によってより効率よく浄化することが可能となる。
また、上記触媒は、酸化触媒または／およびＮＯｘ還元触媒であることが好ましい（請求項４）。
酸化触媒を上記基材に担持させた場合には、ＨＣ（ハイドロカーボン）、ＣＯ（一酸化炭素）を酸化させて浄化することが容易となる。具体的な酸化触媒の成分としては、Ｐｔ、Ｐｄ等がある。
また、ＮＯｘ還元触媒を上記基材に担持させた場合には、ＮＯｘ（窒素酸化物）を還元して浄化することが容易となる。具体的なＮＯｘ還元触媒の成分としては、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｂａ、Ｋ等がある。
最も好ましくは、上記酸化触媒とＮＯｘ還元触媒の両方を上記基材に担持させるのがよい。
酸化触媒を上記基材に担持させた場合には、ＨＣ（ハイドロカーボン）、ＣＯ（一酸化炭素）を酸化させて浄化することが容易となる。具体的な酸化触媒の成分としては、Ｐｔ、Ｐｄ等がある。
また、ＮＯｘ還元触媒を上記基材に担持させた場合には、ＮＯｘ（窒素酸化物）を還元して浄化することが容易となる。具体的なＮＯｘ還元触媒の成分としては、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｂａ、Ｋ等がある。
最も好ましくは、上記酸化触媒とＮＯｘ還元触媒の両方を上記基材に担持させるのがよい。
また、上記触媒は、上記基材の軸方向における上流側端部から所定距離の範囲に位置する前端部への担持密度が他の部分の担持密度よりも多くなるように担持されていることが好ましい（請求項５）。この場合には、上記基材に担持させる触媒の量が一定であっても、上記前端部への担持密度を高めることによって、触媒作用による浄化効果をより高めることができる。
また、前端部の触媒担持密度をＡ、他の部分の触媒担持密度をＢとした場合のＡ／Ｂで示される触媒担持比は、１．５以上であることが好ましい。これにより、上記前端部に集中的に触媒を担持することによる浄化作用向上効果が得られる。
特に、上記前端部は、上記基材の軸方向における上流側端部から４０ｍｍ以下の範囲であることが好ましい（請求項６）。現在の排ガス浄化フィルタの一般的なサイズの場合には、上記の範囲内は特に昇温が早く、触媒作用の効果を早期に得ることができ、その部分の触媒担持密度の増加によってより高い触媒作用を得ることができる。そして、比較的高価な触媒成分の増加を行うことなく触媒性能の向上を図ることができる。
また、上記触媒は、上記基材の上記導入通路に面する上記多孔質隔壁の表面のみに担持されていることが好ましい（請求項７）。即ち、排ガスと接触しやすい導入通路に面する多孔質隔壁の表面のみに触媒を担持し、排出通路に面する表面には担持しないことが好ましい。これによっても、比較的高価な触媒成分の増加を行うことなく触媒性能の向上を図ることができる。また、この場合には、上記の前端部への担持密度を高める構成と併用することがより好ましい。
また、上記基材は、コーディエライトを主成分とするセラミックスよりなることが好ましい（請求項８）。コーディエライトを主成分とするセラミックスの場合には、上述した熱容量特性および上記熱伝導特性を具備したものを比較的容易に作製することができる。そのため、コーディエライトを主成分とするセラミックスは、上記基材の材料として最も好ましい。
また、上記排ガス浄化フィルタは、上記ディーゼルエンジンに近接した一箇所のみに配設される、シングルＣＣシステム用のものであることが好ましい（請求項９）。この場合には、上記排ガス浄化フィルタの優れた作用効果を特に有効に利用することができる。
ここで、シングルＣＣシステムについて説明する。ここでのシングルとは、ディーゼルエンジンの後処理（すなわち、パティキュレート、ＨＣ、ＣＯ、ＮＯx等の浄化）を１つの触媒基材（本発明の排ガス浄化フィルタに当たる）のみで行うことを示している。また、ＣＣ（Ｃｌｏｓｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ）とは、ディーゼルエンジンの近接位置を示している。
つまり、上記排ガス浄化フィルタは、上記ディーゼルエンジンに近接した位置に１つだけ配設されている。そのため、ＣＣシステムに比べて上記ディーゼルエンジンの設置位置から遠い位置に排ガス浄化フィルタを配設するＵＦ（Ｕｎｄｅｒ Ｆｌｏｏｒ）システムよりも、より温度の高い排ガスを上記排ガス浄化フィルタに通過させることができる。これにより、排ガスに対する浄化効果をより十分に発揮させることができる。
また、上記排ガス浄化フィルタは、上記ディーゼルエンジンがターボチャージャを備えている場合には、該ターボチャージャから上記排ガス浄化フィルタの上流端面までの距離が１０００ｍｍ以内となるように配設されていることが好ましい（請求項１０）。この場合には、温度の高い排ガスを上記排ガス浄化フィルタに確実に通過させることができ、排ガスに対する浄化効果をさらに向上させることができる。
また、上記排ガス浄化フィルタには、排気温センサと差圧センサとがそれぞれ１個以上配設されていることが好ましい（請求項１１）。上記排気温センサとは、上記排ガス浄化フィルタを通過する前後の排ガスの温度を測定するものである。また、上記差圧センサとは、上記排ガス浄化フィルタを通過する前後の排ガスの圧力差を測定するものである。そして、これらを設けて上記の測定を行うことにより、上記排ガス浄化フィルタ内の温度及びパティキュレートの堆積量を確認することができ、上記排ガス浄化フィルタの溶損やクラック等が発生するおそれのあるパティキュレートの堆積量以下の状態で、パティキュレートを燃焼させるように制御することができる。これにより、上記排ガス浄化フィルタの溶損やクラック等を防止することができる。
（実施例１）
本発明の実施例に係る排ガス浄化フィルタにつき、図１〜図９を用いて説明する。
本例の排ガス浄化フィルタ１は、ディーゼルエンジンから排出されるパティキュレートを含む排ガスを浄化する排ガス浄化フィルタである。
図１、図２に示すごとく、排ガス浄化フィルタ１は、多孔質隔壁２を多角形格子状に配して軸方向に延びる多数のセル１０を形成した基材２０を有し、該基材２０の上記セル１０のうち排ガス９を導入する導入通路１１となるセルの下流端と、多孔質隔壁２を通過した排ガス９を排出する排出通路１２となるセルの上流端には、栓材３を配してセル１０を閉塞してなる。
多孔質隔壁２には、排ガス９を浄化するための触媒５（図３参照）を担持してある。そして、基材２０の比熱をＣｐ（ｋＪ／ｋｇ・Ｋ）、嵩密度をρ（ｋｇ／ｍ3）とした場合に、Ｃｐ×ρにより表される熱容量Ｑ（ｋＪ／ｍ3・Ｋ）が４００以下である。
以下、これを詳説する。
本発明の実施例に係る排ガス浄化フィルタにつき、図１〜図９を用いて説明する。
本例の排ガス浄化フィルタ１は、ディーゼルエンジンから排出されるパティキュレートを含む排ガスを浄化する排ガス浄化フィルタである。
図１、図２に示すごとく、排ガス浄化フィルタ１は、多孔質隔壁２を多角形格子状に配して軸方向に延びる多数のセル１０を形成した基材２０を有し、該基材２０の上記セル１０のうち排ガス９を導入する導入通路１１となるセルの下流端と、多孔質隔壁２を通過した排ガス９を排出する排出通路１２となるセルの上流端には、栓材３を配してセル１０を閉塞してなる。
多孔質隔壁２には、排ガス９を浄化するための触媒５（図３参照）を担持してある。そして、基材２０の比熱をＣｐ（ｋＪ／ｋｇ・Ｋ）、嵩密度をρ（ｋｇ／ｍ3）とした場合に、Ｃｐ×ρにより表される熱容量Ｑ（ｋＪ／ｍ3・Ｋ）が４００以下である。
以下、これを詳説する。
図１、図２に示すごとく、本例の排ガス浄化フィルタ１の基材２０は、四角形状のセル１０を多数有し、外形が円筒形状を呈するハニカム構造体であり、コーディエライトを主成分とするセラミックスより構成されている。そして、多数のセル１０のうち、隣り合うセルが交互に導入通路１１および排出通路１２となるように、導入通路１１の下流端と排出通路１２の上流端にそれぞれ栓材３を配してある。両端面から見ると、それぞれ、いわゆる市松模様状に栓材３が配された状態となる。
また、図３に示すごとく、上記基材２０の多孔質隔壁２の表面には、アルミナコーティング層２９によって触媒５を担持させてある。同図に示すごとく、本例では、特に、上記導入通路１１に面する多孔質隔壁２の表面のみにほぼ均一に触媒５を担持させた。触媒としては、酸化触媒としてのＰｔを用いた。
また、上記基材２０の熱容量Ｑは、上記のごとく、４００（ｋＪ／ｍ3・Ｋ）以下に調整してあり、また、基材２０の熱伝導度κは、１．０（Ｗ／ｍ・Ｋ）以下に調整してある。この熱容量および熱伝導度の調整は、基材２０のサイズ、原料成分の調整による気孔率の最適化などによって行うことができる。
また、上記排ガス浄化フィルタ１は、図４に示すごとく、ディーゼルエンジン７に近接した一箇所のみに配設される、シングルＣＣシステム用のものである。より具体的には、ディーゼルエンジン７の排気系７０にはターボチャージャ（Ｔ／Ｃ）７５が配され、その直下に上記排ガス浄化フィルタ１が配置される。
次に、上記排ガス浄化フィルタ１の製造方法について簡単に説明する。
まず、基材２０の原料を押出成形してハニカム成形体を作製し、これを乾燥・焼成して基材２０を得る。そして、その片方の端面２０１のみに、栓材３を配設する。これにより、図５（ａ）（ｂ）に示すごとく、片方の端面２０１のみに栓材３が市松模様状に配置され、他方の端面２０２はすべてのセル１０が開放された基材２０が得られる。
まず、基材２０の原料を押出成形してハニカム成形体を作製し、これを乾燥・焼成して基材２０を得る。そして、その片方の端面２０１のみに、栓材３を配設する。これにより、図５（ａ）（ｂ）に示すごとく、片方の端面２０１のみに栓材３が市松模様状に配置され、他方の端面２０２はすべてのセル１０が開放された基材２０が得られる。
次に、図６に示すごとく、栓材３を配した端面を上方に向けて配置し、その上方からアルミナを含むスラリーであるアルミナスラリー２９０を流下させる。これにより、図７に示すごとく、アルミナスラリー２９０が、栓材３のないセル１０内にのみ浸入し、その多孔質隔壁２の表面に付着する。
次いで、アルミナスラリー２９０を塗布した上記基材２０を乾燥させた後焼結させる。これにより、上記のアルミナスラリー２９０は、多孔質隔壁２０の表面を覆うアルミナ層２９となる。
その後、図８に示すごとく、上記の栓材３を設けた端面を下方に向けた基材２０を、触媒５を得るための薬液５０に浸漬する。次いで、基材２０を乾燥し焼結させる。これにより、図３に示すごとく、アルミナ層２９を介して多孔質隔壁２０の表面に触媒５が担持された状態が得られる。
その後、図８に示すごとく、上記の栓材３を設けた端面を下方に向けた基材２０を、触媒５を得るための薬液５０に浸漬する。次いで、基材２０を乾燥し焼結させる。これにより、図３に示すごとく、アルミナ層２９を介して多孔質隔壁２０の表面に触媒５が担持された状態が得られる。
最後に、図９に示すごとく、栓をしていなかった端面に栓材３を配設する工程を行う。
このような手順により上述したような、導入通路１１に面する多孔質隔壁２の表面のみに触媒５を担持させた排ガス浄化フィルタ１が得られる。
なお、上記製造工程は、その順序あるいは具体的方法を変更することができ、例えば、栓材３を配設する工程を行う順序を変更したり、アルミナ層２９の配設方法や触媒５の担持方法を変更することも可能である。
このような手順により上述したような、導入通路１１に面する多孔質隔壁２の表面のみに触媒５を担持させた排ガス浄化フィルタ１が得られる。
なお、上記製造工程は、その順序あるいは具体的方法を変更することができ、例えば、栓材３を配設する工程を行う順序を変更したり、アルミナ層２９の配設方法や触媒５の担持方法を変更することも可能である。
得られた本例の排ガス浄化フィルタ１は、上記のごとく、触媒５を多孔質隔壁２に担持してなる基材２０を有し、基材２０の熱容量Ｑを上記特定の範囲に限定している。これにより、排ガス浄化フィルタ１単独によって優れた排ガス浄化システムを構築することができ、排ガス浄化システム全体の簡素化および価格低下を図ることができる。特に、本例では、図４に示すごとく、シングルＣＣシステムを構成できるので、簡素化、価格低下、およびレイアウトの自由度向上を図ることができる。
また、基材２０は、その熱容量Ｑが４００（ｋＪ／ｍ3・Ｋ）以下という低い熱容量となるように構成してある。これにより、基材２０を通過する排ガス９からの熱により早期に基材２０が昇温し、これに担持されている触媒５が早期に活性化する。そのため、排ガス浄化フィルタ１を通過する排ガス９に対して、触媒５の触媒作用による浄化効果を十分に発揮させることができる。
また、排ガス９中のパティキュレートは、多孔質隔壁２に捕獲され、定期的な燃焼により焼失させることができる。
また、排ガス９中のパティキュレートは、多孔質隔壁２に捕獲され、定期的な燃焼により焼失させることができる。
さらにまた、排ガス浄化フィルタ１は、基材２０の熱伝導度κ（Ｗ／ｍ・Ｋ）が１．０以下である。これにより、特に基材２０の上流側における昇温を促進させることができ、その部分の触媒５をより早期に活性化させることができる。これにより、排ガス９が最初に接触する基材の上流端近傍の触媒によってより効率よく浄化することが可能となる。
また、上記触媒５としては、酸化触媒とＮＯｘ還元触媒の両方を担持させている。これにより、ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘの浄化を上記１つの排ガス浄化フィルタ１によって行うことができる。そして、これにより、上述したシングルＣＣシステムを構築することが可能となっている。
また、上記触媒５は、基材２０の導入通路１１に面する多孔質隔壁２の表面のみに担持させてある。これにより、排ガス９と接触しやすい導入通路１１に面する多孔質隔壁２の表面のみに触媒５を集中的に担持したこととなる。これにより、従来よりも触媒成分の増加を行うことなく触媒性能の向上を図ることができ、コスト増加を押さえて触媒作用の向上を図ることができる。
また、上記基材２０は、コーディエライトを主成分とするセラミックスよりなる。そのため、従来の主流の材料であるＳｉＣと比べて材料コストを低減することができると共に、上記の熱容量特性および熱伝導度の特性を比較的容易に得ることができ、上述した優れた作用効果を容易に発揮させることができる。
（実施例２）
本例では、実施例１と同様の基材２０を用い、触媒５の担持状態を変更した例である。
即ち、実施例１の場合と同様に、基材２０の導入通路１１に面する多孔質隔壁２の表面のみに触媒５を担持させる（図示略）。このとき、触媒５の担持量が実施例１の場合よりも少なくなるようにしておく。
本例では、実施例１と同様の基材２０を用い、触媒５の担持状態を変更した例である。
即ち、実施例１の場合と同様に、基材２０の導入通路１１に面する多孔質隔壁２の表面のみに触媒５を担持させる（図示略）。このとき、触媒５の担持量が実施例１の場合よりも少なくなるようにしておく。
次に、図１０に示すごとく、上流側の端面を、触媒成分の濃度が高い薬液５０中に浸漬する。浸漬する深さは、先端面から約４０ｍｍの範囲のみとする。その後乾燥・焼結することにより、図１１に示すごとく、基材２０の軸方向における上流側端部から所定距離Ｌ（４０ｍｍ）の範囲に位置する前端部２５への担持密度が他の部分の担持密度よりも多くなるように触媒５を担持させた排ガス浄化フィルタが得られる。なお、栓材３の配設工程は、上記の乾燥焼結後、あるいはそれ以前に行うことができる。
本例の排ガス浄化フィルタは、上記のごとく、特に前端部２５により高密度に触媒５を担持させており、いわば前方集中担持の構成を有している。そのため、排ガス９からの熱が最も早く伝わる上記の前端部２５への触媒担持密度が他の部分の担持密度よりも多いので、その触媒作用をより効率よく発揮させることができる。その他は実施例１と同様の作用効果が得られる。
（実施例３）
本例では、実施例２と基本構成が同じで、上記前端部２５の触媒担持密度と他の部分の触媒担持密度との比が変化した場合の排ガス浄化性能の差を評価する試験を行った。
試験に用いた試料は、前端部２５の触媒担持密度をＡ、他の部分の触媒担持密度をＢとした場合のＡ／Ｂで示される触媒担持比が、１．０、１．５、２．０、２．５の４種類を準備した。なお、すべての試料において、触媒担持量の合計は同じに設定してある。
本例では、実施例２と基本構成が同じで、上記前端部２５の触媒担持密度と他の部分の触媒担持密度との比が変化した場合の排ガス浄化性能の差を評価する試験を行った。
試験に用いた試料は、前端部２５の触媒担持密度をＡ、他の部分の触媒担持密度をＢとした場合のＡ／Ｂで示される触媒担持比が、１．０、１．５、２．０、２．５の４種類を準備した。なお、すべての試料において、触媒担持量の合計は同じに設定してある。
試験は、ＥＵ−ＭＯＤＥの規格に従って、ＨＣ排出量（ＨＣエミッション）を測定した。具体的には、ＥＵ−ＭＯＤＥのＮＥＤＣ２０００におけるＥＣＥ（Ｕｒｂａｎ ｄｒｉｖｉｎｇ ｃｙｃｌｅ）の１サイクル目（１９５秒間）、という条件に従って、ＨＣエミッション（単位：ｇ／ｋｍ）を測定した。
測定結果を図１２に示す。同図は横軸に触媒担持比（Ａ／Ｂ）を、縦軸にＨＣエミッション比を取った。このＨＣエミッション比は、触媒担持比が１．０の場合のＨＣエミッションを１．０として、それに対する比率を用いた。
同図から知られるごとく、少なくとも触媒担持比が１．０〜２．５の範囲においては、その触媒担持比が高いほどＨＣエミッションが少なくなって、浄化効果が向上することがわかる。
同図から知られるごとく、少なくとも触媒担持比が１．０〜２．５の範囲においては、その触媒担持比が高いほどＨＣエミッションが少なくなって、浄化効果が向上することがわかる。
（実施例４）
本例では、実施例２と基本構成が同じで、基材２０の熱容量を変化させた試料を複数準備し、排ガス浄化性能を比較した。また、触媒担持状態はすべての試料において同様とし、上記の触媒担持比（Ａ／Ｂ）は２．０に設定した。表１には、使用した試料（Ｎｏ．１〜１０）の詳細を示す。
本例では、実施例２と基本構成が同じで、基材２０の熱容量を変化させた試料を複数準備し、排ガス浄化性能を比較した。また、触媒担持状態はすべての試料において同様とし、上記の触媒担持比（Ａ／Ｂ）は２．０に設定した。表１には、使用した試料（Ｎｏ．１〜１０）の詳細を示す。
排ガス浄化性能の評価は、実施例３の場合と同様にＥＵ−ＭＯＤＥの規格に従って、浄化率を求めた。具体的には、ＥＵ−ＭＯＤＥのＮＥＤＣ２０００におけるＥＣＥ（Ｕｒｂａｎ ｄｒｉｖｉｎｇ ｃｙｃｌｅ）の１サイクル目（１９５秒間）、という条件に従って、ＨＣの浄化率（％）を求めた。
その結果を図１３に示す。同図は横軸に熱容量Ｑを、縦軸にＨＣの浄化率（％）を取ったものである。
同図から知られるように、熱容量Ｑが小さいほどＨＣ浄化率が高くなった。特に熱容量Ｑが４００以下で浄化効果が現れ、３２５以下では２０％以上の浄化率が得られた。
同図から知られるように、熱容量Ｑが小さいほどＨＣ浄化率が高くなった。特に熱容量Ｑが４００以下で浄化効果が現れ、３２５以下では２０％以上の浄化率が得られた。
（実施例５）
本例では、実施例１の図４に示したシングルＣＣシステムについて、さらに詳しく説明する。なお、排ガス浄化フィルタ１は、実施例１と同様のものを用いている（図１〜図３参照）。
本例では、実施例１の図４に示したシングルＣＣシステムについて、さらに詳しく説明する。なお、排ガス浄化フィルタ１は、実施例１と同様のものを用いている（図１〜図３参照）。
図１４に示すごとく、本例のシングルＣＣシステムにおいて、ディーゼルエンジン７には、コモンレール７１が配設されている。また、排ガスを再循環させるためのＥＧＲ弁７２及びＥＧＲクーラ７３が配設されている。
また、ディーゼルエンジン７の上流側にある吸気系６０には、吸入した空気を冷却するためのインタークーラ６１が配設されている。
また、ディーゼルエンジン７の上流側にある吸気系６０には、吸入した空気を冷却するためのインタークーラ６１が配設されている。
また、同図に示すごとく、ディーゼルエンジン７の下流側にある排気系７０には、排ガスが通過する排気管７４が配設されており、その排気管７４とディーゼルエンジン７を接合する部分には、ターボチャージャ（Ｔ／Ｃ）７５が配設されている。また、排気管７４内には、排ガス浄化フィルタ１が１つだけ配設されている。なお、ターボチャージャ７５から排ガス浄化フィルタ１の上流端面１０１までの距離は７００ｍｍである。また、ここでいう距離とは、排ガスが通過する経路の中央を通る距離、すなわち図１４の点線Ｌの距離である。
また、排ガス浄化フィルタ１には、該排ガス浄化フィルタ１を通過する前後の排ガスの温度を測定する排気温センサ７６と、圧力差を測定する差圧センサ７７とが取り付けられている。
また、排ガス浄化フィルタ１には、該排ガス浄化フィルタ１を通過する前後の排ガスの温度を測定する排気温センサ７６と、圧力差を測定する差圧センサ７７とが取り付けられている。
このように、本例のシングルＣＣシステムは、ディーゼルエンジン７直下に排ガス浄化フィルタ１を配置している。そのため、ＣＣシステムに比べてディーゼルエンジン設置位置から遠い位置に排ガス浄化フィルタを配設するＵＦ（Ｕｎｄｅｒ Ｆｌｏｏｒ）システムよりも、より温度の高い排ガスを排ガス浄化フィルタ１に通過させることができる。これにより、捕獲されたパティキュレートを触媒作用によって効率よく燃焼させて浄化することができる。また、ＨＣ、ＣＯ、ＮＯxの浄化も効率よく行うことができる。
また、本例では、ターボチャージャ７５から排ガス浄化フィルタ１の上流端面１０１までの距離は７００ｍｍであり、１０００ｍｍ以内となっている。そのため、排ガスに対する上記の浄化効果をさらに向上させることができる。
ただし、排ガス浄化フィルタ１を通過させる排ガスの温度が高くなればなるほど、基材２０自体の耐熱性が要求される。これに対応する方法としては、例えば基材２０の熱容量Ｑを大きくする等の方法がある。
ただし、排ガス浄化フィルタ１を通過させる排ガスの温度が高くなればなるほど、基材２０自体の耐熱性が要求される。これに対応する方法としては、例えば基材２０の熱容量Ｑを大きくする等の方法がある。
また、本例の排ガス浄化フィルタ１には、排気温センサ７６と差圧センサ７７とが取り付けられている。これらのセンサを取り付けることにより、排ガス浄化フィルタ１内の温度及びパティキュレートの堆積量を確認することができ、排ガス浄化フィルタ１の溶損やクラック等が発生するおそれのあるパティキュレートの堆積量以下の状態で、パティキュレートを燃焼させるように制御することができる。これにより、排ガス浄化フィルタ１の溶損やクラック等を防止することができる。
１ 排ガス浄化フィルタ
１０ セル
１１ 導入通路
１２ 排出通路
２ 多孔質隔壁
２０ 基材
３ 栓材
５ 触媒
１０ セル
１１ 導入通路
１２ 排出通路
２ 多孔質隔壁
２０ 基材
３ 栓材
５ 触媒
Claims (11)
- ディーゼルエンジンから排出されるパティキュレートを含む排ガスを浄化する排ガス浄化フィルタであって、
多孔質隔壁を多角形格子状に配して軸方向に延びる多数のセルを形成した基材を有し、該基材の上記セルのうち上記排ガスを導入する導入通路となるセルの下流端と、上記多孔質隔壁を通過した排ガスを排出する排出通路となるセルの上流端には、栓材を配して上記セルを閉塞してなり、
上記多孔質隔壁には、上記排ガスを浄化するための触媒を担持してあり、
かつ、上記基材の比熱をＣｐ（ｋＪ／ｋｇ・Ｋ）、嵩密度をρ（ｋｇ／ｍ3）とした場合に、Ｃｐ×ρにより表される熱容量Ｑ（ｋＪ／ｍ3・Ｋ）が４００以下であることを特徴とする排ガス浄化フィルタ。 - 請求項１において、上記基材の熱容量Ｑ（ｋＪ／ｍ3・Ｋ）が３２５以下であることを特徴とする排ガス浄化フィルタ。
- 請求項１又は２において、上記基材の熱伝導度κ（Ｗ／ｍ・Ｋ）が１．０以下であることを特徴とする排ガス浄化フィルタ。
- 請求項１〜３のいずれか１項において、上記触媒は、酸化触媒または／およびＮＯｘ還元触媒であることを特徴とする排ガス浄化フィルタ。
- 請求項１〜４のいずれか１項において、上記触媒は、上記基材の軸方向における上流側端部から所定距離の範囲に位置する前端部への担持密度が他の部分の担持密度よりも多くなるように担持されていることを特徴とする排ガス浄化フィルタ。
- 請求項５において、上記前端部は、上記基材の軸方向における上流側端部から４０ｍｍ以下の範囲であることを特徴とする排ガス浄化フィルタ。
- 請求項１〜６のいずれか１項において、上記触媒は、上記基材の上記導入通路に面する上記多孔質隔壁の表面のみに担持されていることを特徴とする排ガス浄化フィルタ。
- 請求項１〜７のいずれか１項において、上記基材は、コーディエライトを主成分とするセラミックスよりなることを特徴とする排ガス浄化フィルタ。
- 請求項１〜８のいずれか１項において、上記排ガス浄化フィルタは、上記ディーゼルエンジンに近接した一箇所のみに配設される、シングルＣＣシステム用のものであることを特徴とする排ガス浄化フィルタ。
- 請求項９において、上記排ガス浄化フィルタは、上記ディーゼルエンジンがターボチャージャを備えている場合には、該ターボチャージャから上記排ガス浄化フィルタの上流端面までの距離が１０００ｍｍ以内となるように配設されていることを特徴とする排ガス浄化フィルタ。
- 請求項１〜１０のいずれか１項において、上記排ガス浄化フィルタには、排気温センサと差圧センサとがそれぞれ１個以上配設されていることを特徴とする排ガス浄化フィルタ。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20071129 |
|
| A761 | Written withdrawal of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761 Effective date: 20090630 |