JP2008178766A - パティキュレートフィルタ - Google Patents

Abstract

【課題】パティキュレートフィルタにおいて、多孔質の触媒層をフィルタ担体の表面に設ける場合に、触媒層の剥離の問題を抑制し、パティキュレートの捕集率を向上させること。
【解決手段】エンジンの排気ガス通路に配設されるパティキュレートフィルタにおいて、フィルタ担体４５の表面にアンダーコート層４６を介して触媒層４７を設け、触媒層４７の平均空孔径を０．１μｍ以上で０．２μｍ未満とし、アンダーコート層４６の平均空孔径を触媒層４７の平均空孔径よりも小さくする。その場合に、前記触媒層４７に白金やロジウム等の酸化触媒能を有する触媒金属成分４８を含有させる。また、前記アンダーコート層４６にパティキュレートの燃焼に寄与するＺｒ系複合酸化物やペロブスカイト型複合酸化物あるいはＣｅ系複合酸化物等の助触媒成分４９を含有させる。
【選択図】図５

Description

本発明は、エンジンの排気ガス通路に配設されて排気ガス中に含有される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に関し、車両の排気エミッション性能の向上を図る技術分野に属する。

一般に、ディーゼルエンジンや希薄燃焼ガソリンエンジンの排気ガス中には、ナノメートルサイズないしミクロンメートルサイズの炭素質浮遊物質を含むパティキュレート（パティキュレートマター：以下単に「ＰＭ」と記すことがある）が含有されるので、これを捕集して車両の排気エミッション性能を向上させるためのパティキュレートフィルタ（以下単に「ＰＦ」と記すことがある）がエンジンの排気ガス通路に配設される場合がある。

このＰＦは、多数のセルが蜂の巣状や格子状に並設された構造を有するフィルタ担体のセル壁に細孔が形成され、この細孔を介して隣り合うセル間で排気ガスが流通できるようになっていると共に、担体入口部（排気ガスの流れ方向の上流側）の端部が開放され、担体出口部（排気ガスの流れ方向の下流側）の端部が閉塞されたセルと、逆に、担体入口部の端部が閉塞され、担体出口部の端部が開放されたセルとが交互に並べられた構成である。したがって、上流側端部が開放されたセルに流入した排気ガスは、前記セル壁を通過して下流側端部が開放されたセルに移動したのちＰＦから流出することとなるが、この間に、排気ガス中のＰＭが前記セル壁の細孔に捕集されることとなる。なお、このセル壁の細孔は、過度の背圧の上昇を防いでエンジンの出力低下や燃費増を回避しながらＰＭを捕集するという観点から、その平均径は概ね３０μｍ程度に調整される。

そして、捕集されたＰＭがＰＦに堆積するに伴い、背圧が上昇してエンジンの出力低下や燃費増を招くだけでなく、多量のＰＭが一気に燃焼すれば過昇温状態となり、担体の溶損やクラック等を引き起こすこととなるので、ＰＭの捕集量が所定量以上となったときには、例えば排気ガス温度を強制的に上昇させる等して、ＰＦに捕集したＰＭを燃焼除去する制御が実行される（ＰＦの自動再生制御）。

ところで、最近では、ＰＭの排出総重量を規制するだけでなく、排出粒子の個数についても規制しようとする動きが出ている。この排出粒子数の規制に対処するためには、例えばＰＦにおける前記セル壁の細孔の径を小さくすることが考えられるが、それでは徒に背圧が上昇してエンジンの出力低下や燃費増を引き起こすので好ましくない。そこで、特許文献１に開示の技術を用いることが提案される。すなわち、フィルタ担体の表面に、平均空孔径が０．２μｍ以上で３０μｍ以下である多孔質の層であって、白金（Ｐｔ）やロジウム（Ｒｈ）等の酸化触媒能を具備する触媒金属成分を含有する触媒層を設けるのである。こうすれば、ＰＭは、ＰＦのセル壁の細孔だけでなく、この多孔質の触媒層の空孔にも捕集されることとなり、捕集率が向上して、ナノメートルサイズないしミクロンメートルサイズのＰＭの排出粒子数の低減が期待されることとなる。

特開２００５−０２１８１８（段落０００９、００１５、００２１）

しかし、ＰＦにおいて、平均空孔径が０．２μｍ以上で３０μｍ以下の多孔質の触媒層を担体表面に設けることについては、なおまだ次のような解決すべき問題がある。１つ目は触媒層の剥離の問題である。すなわち、触媒層に平均で０．２μｍ以上の径を有する空孔が形成されているので、触媒層と担体との密着力が低下し、その結果、触媒層の剥離ないし触媒層を構成する粒子の脱落（触媒層の部分的剥離）が起こり易くなるのである。２つ目は空孔の平均径の問題である。すなわち、空孔の平均径の下限値が０．２μｍとされているので、それよりも径の小さいＰＭはほとんど捕集されずに排出されることとなって、排出粒子数の規制に十分満足に対処できない可能性がある。

そこで、本発明の発明者等は、エンジンの排気ガス通路に配設されているＰＦにおいて、多孔質の触媒層をフィルタ担体の表面に設ける場合に、触媒層の剥離の問題を抑制すると共に、ＰＭ捕集率をより一層向上させることについて、鋭意研究・検討を重ねた結果、触媒層の平均空孔径を０．１μｍ以上とし、触媒層とフィルタ担体の表面との間に、触媒層の平均空孔径よりも小さい平均空孔径を有するアンダーコート層を介在させたときに、種々好ましい結果が得られることを見出して、本発明を完成したものである。

すなわち、本願の特許請求の範囲の請求項１に記載の発明は、エンジンの排気ガス通路に配設されるパティキュレートフィルタであって、フィルタ担体の表面にアンダーコート層を介して触媒層が設けられ、前記触媒層の平均空孔径が０．１μｍ以上であり、前記アンダーコート層の平均空孔径が前記触媒層の平均空孔径よりも小さいことを特徴とする。

次に、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のパティキュレートフィルタであって、前記触媒層に触媒金属成分が含有されていることを特徴とする。

次に、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のパティキュレートフィルタであって、前記アンダーコート層にパティキュレートの燃焼に寄与する助触媒成分が含有されていることを特徴とする。

次に、請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれかに記載のパティキュレートフィルタであって、前記触媒層の平均空孔径が０．２μｍ未満であることを特徴とする。

次に、請求項５に記載の発明は、請求項１から４のいずれかに記載のパティキュレートフィルタであって、前記アンダーコート層の平均空孔径が０．１μｍ未満であることを特徴とする。

前記請求項１に記載の発明によれば、エンジンの排気ガス通路に配設されるＰＦにおいて、フィルタ担体の表面に多孔質の触媒層を設ける場合に、触媒層の平均空孔径を０．１μｍ以上としたから、ＰＭ捕集率のより一層の向上が図られると共に、前記触媒層の平均空孔径よりも小さい平均空孔径を有するアンダーコート層を触媒層とフィルタ担体の表面との間に介在させるようにしたから、このアンダーコート層の存在により、触媒層の剥離の問題が抑制される。

次に、前記請求項２に記載の発明によれば、触媒層に触媒金属成分を含有させるようにしたから、前記請求項１の効果に加えて、捕集したＰＭと触媒層に含有させた触媒金属成分とが接触し、その結果、ＰＭの燃焼速度が向上して、ＰＦの燃焼性能の改良が図られる。

次に、前記請求項３に記載の発明によれば、アンダーコート層にＰＭの燃焼に寄与する助触媒成分を含有させるようにしたから、前記請求項１、２の効果に加えて、触媒層に接して堆積しているＰＭだけでなく、アンダーコート層に接して堆積しているＰＭにも火種が形成され易くなって、ＰＭの燃焼速度のさらなる向上、及びＰＦの燃焼性能のさらなる改良が図られる。つまり、アンダーコート層は、触媒層の剥離の問題を抑制するだけでなく、ＰＦの燃焼性能の改良にも寄与することになるのである。

なお、ここで、ＰＭの燃焼に寄与する助触媒成分は、触媒層に含有される白金（Ｐｔ）やロジウム（Ｒｈ）等の酸化触媒能を具備する触媒金属成分とは異なり、例えば、活性酸素成分をその粒子表面に供給できる酸素イオン伝導能を具備する酸化物（Ｚｒ系複合酸化物やペロブスカイト型複合酸化物等）や酸素吸蔵放出能を具備する酸化物（Ｃｅ系複合酸化物等）等で構成される。

次に、前記請求項４に記載の発明によれば、前記触媒層の平均空孔径を０．１μｍ以上で０．２μｍ未満としたから、前記請求項１〜３の効果に加えて、平均径が０．２μｍよりも小さいＰＭの捕集率のさらなる向上が図られる。

次に、前記請求項５に記載の発明によれば、アンダーコート層の平均空孔径を０．１μｍ未満としたから、前記請求項１〜４の効果に加えて、アンダーコート層が緻密化し、触媒層の剥離の問題のさらなる抑制が図られる。以下、最良の実施形態及び実施例を通して本発明をさらに詳しく説明する。

図１は、本発明の最良の実施の形態に係るパティキュレートフィルタ４０を備えたエンジン１０の排気系の構成を示す概略図である。このエンジン１０はディーゼルエンジンであって、その排気ガス通路２０に、上流側から、排気ガス中に含まれる炭化水素成分等を燃焼させるための酸化触媒（以下単に「ＤＯＣ」と記すことがある）３０と、排気ガス中に含まれるパティキュレート（ＰＭ）を捕集するためのパティキュレートフィルタ（ＰＦ）４０とが、ユニットになって配設されている。ディーゼルエンジン１０から排出された排気ガスは、ＤＯＣ３０を通過したのち、ＰＦ４０を通過する。

図２は、前記ＰＦ４０の縦端面図、図３は、正面図である。図示したように、このＰＦ４０は、格子構造を有しており、互いに平行に延びる多数のセル通路４１…４１，４２…４２を備えている。これらのうち、排気ガス流入セル通路４１は、担体入口部（排気ガスの流れ方向の上流側）の端部が開放され、担体出口部（排気ガスの流れ方向の下流側）の端部が閉塞された構成である。一方、排気ガス流出セル通路４２は、逆に、担体入口部の端部が閉塞され、担体出口部の端部が開放された構成である。そして、これらの排気ガス流入セル通路４１と排気ガス流出セル通路４２とが交互に隣接するように並べられている。図２に矢印で示したように、ＤＯＣ３０を通過した排気ガスは、排気ガス流入セル通路４１に流入し、隣接するセル通路４１，４２を隔てるセル壁４３を通過して排気ガス流出セル通路４２に移動したのち、ＰＦ４０から流出する。

図４は、前記セル壁４３の部分拡大断面図である。図示したように、セル壁４３には、三次元網目構造の細孔４４が形成され、矢印で示したように、排気ガス流入セル通路４１に流入した排気ガスは、前記細孔４４を介して排気ガス流出セル通路４２に移動する。そして、この排気ガス流入セル通路４１から排気ガス流出セル通路４２への移動の間に、排気ガス中のＰＭが前記セル壁４３の細孔４４に捕集される。

図５は、図４の点線丸で囲まれた部分のさらなる拡大断面図である。すなわち、このＰＦ４０においては、前記セル壁４３を構成する担体基材４５の表面にアンダーコート層４６が設けられ、このアンダーコート層４６の表面に多孔質の触媒層４７が設けられている。その場合に、触媒層４７には触媒金属成分４８が含有されている（請求項２の構成）。また、アンダーコート層４６及び触媒層４７には助触媒成分４９が含有されている（請求項３の構成）。さらに、アンダーコート層４６及び触媒層４７にはそれぞれ微細な空孔４６ａ，４７ａが形成されている。ここで、触媒層４７の空孔４７ａの平均径は、０．１μｍ以上とされ、アンダーコート層４６の空孔４６ａの平均径は、触媒層４７の空孔４７ａの平均径よりも小さくされている（請求項１の構成）。

ここで、前記ＰＦ４０のフィルタ担体、より詳しくは担体基材４５は、例えばＳｉＣ（炭化ケイ素）を材料とした周知のセラミックス製である。また、アンダーコート層４６は、助触媒成分４９を水及びバインダと混合してスラリーとし、このスラリーを担体基材４５にウォッシュコートしたのち、乾燥及び焼成したものである。一方、触媒層４７は、触媒金属成分４８と、助触媒成分４９と、アンダーコート層４６の空孔４６ａよりも平均径が大きな空孔４７ａを意図的に形成するためのクエン酸とを、水及びバインダと混合してスラリーとし、このスラリーを前記アンダーコート層４６が形成された担体基材４５にウォッシュコートしたのち、乾燥及び焼成したものである。なお、触媒層４７において、アンダーコート層４６の空孔４６ａよりも平均径が大きな空孔４７ａを意図的に形成するために、前記クエン酸に代えて、例えばポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）等も使用可能である。

その場合に、触媒層４７に含有される触媒金属成分４８としては、酸化触媒能を有する白金（Ｐｔ）やロジウム（Ｒｈ）等が好ましく使用可能である（それらの１種又は２種以上を組み合わせて使用してもよい）。また、アンダーコート層４６及び触媒層４７に含有される助触媒成分４９としては、例えば、活性酸素成分をその粒子表面に供給できる酸素イオン伝導能を有するＺｒ系複合酸化物やペロブスカイト型複合酸化物、あるいは酸素吸蔵放出能を有するＣｅ系複合酸化物等、ＰＭの燃焼に寄与するものが好ましく使用可能である（それらの１種又は２種以上を組み合わせて使用してもよい）。そして、これらの触媒金属成分４８及び助触媒成分４９の協働作用により、このＰＦ４０に捕集されたＰＭを、その自然着火温度（６００℃程度）よりも低い温度で燃焼除去することが可能となる。

以上のように、本実施形態においては、ディーゼルエンジン１０の排気ガス通路２０に配設されるＰＦ４０において、フィルタ担体の表面に多孔質の触媒層４７を設ける場合に、触媒層４７の空孔４７ａの平均径を０．１μｍ以上としたから、ＰＭがセル壁４３の細孔４４だけでなく、触媒層４７の空孔４７ａにも捕集されることとなり、結果としてＰＭ捕集率の向上が図られると共に、この触媒層４７の空孔４７ａの平均径よりも小さい平均径の空孔４６ａを有するアンダーコート層４６を触媒層４７とフィルタ担体の表面との間に介在させるようにしたから、このアンダーコート層４６の存在により、触媒層４７の剥離の問題が抑制される。

また、触媒層４７に、酸化触媒能を有する白金（Ｐｔ）やロジウム（Ｒｈ）等の触媒金属成分４８を含有させるようにしたから、捕集したＰＭと触媒層４７に含有させた触媒金属成分４８とが接触し、その結果、ＰＭの燃焼速度が向上して、ＰＦ４０の燃焼性能の改良が図られる。

さらに、アンダーコート層４６に、酸素イオン伝導能を有するＺｒ系複合酸化物やペロブスカイト型複合酸化物、あるいは酸素吸蔵放出能を有するＣｅ系複合酸化物等、ＰＭの燃焼に寄与する助触媒成分４９を含有させるようにしたから、触媒層４７に接して堆積しているＰＭだけでなく、アンダーコート層４６に接して堆積しているＰＭにも火種が形成され易くなって、ＰＭの燃焼速度のさらなる向上、及びＰＦ４０の燃焼性能のさらなる改良が図られる。つまり、アンダーコート層４６は、触媒層４７の剥離の問題を抑制するだけでなく、ＰＦ４０の燃焼性能の改良にも寄与するのである。

＜触媒層の単層の作製＞
触媒金属成分として白金（Ｐｔ）を用い、助触媒成分としてＺｒＯ_２−１２ｍｏｌ％Ｎｄ_２Ｏ_３（Ｚｒ−Ｎｄ複合酸化物）を用い、これらとクエン酸とを水及びバインダと混合してスラリーとし、このスラリーをＳｉＣ（炭化ケイ素）材料のセラミックス製担体基材（セルの構造が１２ｍｉｌ／３００ｃｐｓｉのもの）にウォッシュコートした。次に、このスラリーをウォッシュコートしたフィルタ担体を、５００℃で２時間、乾燥及び焼成することにより、前記担体の表面に触媒層を直に作製した。ここで、担体１リットル当たりの白金（Ｐｔ）の量は０．５ｇ（０．５ｇ／Ｌ）、ウォッシュコート量は担体１リットル当たり５０ｇ（５０ｇ／Ｌ）とした。そして、クエン酸添加量（Ｚｒ−Ｎｄ複合酸化物に対するモル量）を１０ｍｏｌ％としたものを触媒層Ａ、５０ｍｏｌ％としたものを触媒層Ｂ、１００ｍｏｌ％としたものを触媒層Ｃとした。また、クエン酸添加量を０（ゼロ）としたものを触媒層Ｘとした。

＜平均空孔径の計測＞
図面に代わる触媒層Ａ，Ｂ，Ｃの走査型電子顕微鏡写真（３００００倍）を図６、図７、図８に示す。触媒層Ａ，Ｂ，Ｃの平均空孔径は、それぞれ走査型電子顕微鏡写真を画像解析することによって計測され、図９に示すように、触媒層Ａの平均空孔径は０．１１μｍ、触媒層Ｂの平均空孔径は０．１２５μｍ、触媒層Ｃの平均空孔径は０．１７μｍであった。また、図面に代わる走査型電子顕微鏡写真は示さないが、触媒層Ｘの平均空孔径は、同様にして０．０９μｍであった。これらの結果から明らかなように、クエン酸添加量が多くなるほど触媒層の平均空孔径が大きくなることが判った。触媒金属成分としてロジウム（Ｒｈ）を用いたり、あるいは白金（Ｐｔ）とロジウム（Ｒｈ）とを組み合わせて用いたり、助触媒成分としてＣｅ系複合酸化物を用いたり、あるいはＺｒ系複合酸化物とＣｅ系複合酸化物とを組み合わせて用いたりしても、結果は同様であった。また、図９に示すように、クエン酸添加量（Ｚｒ−Ｎｄ複合酸化物に対するモル量）をおよそ１３０ｍｏｌ％程度とした場合に、平均空孔径が０．２μｍである触媒層が得られた。

＜アンダーコート層及び触媒層の２層の作製＞
助触媒成分としてＺｒＯ_２−１２ｍｏｌ％Ｎｄ_２Ｏ_３（Ｚｒ−Ｎｄ複合酸化物）を用い、これを水及びバインダと混合してスラリーとし、このスラリーを前述と同じＳｉＣ（炭化ケイ素）材料のセラミックス製担体基材（セルの構造が１２ｍｉｌ／３００ｃｐｓｉのもの）にウォッシュコートした。次に、このスラリーをウォッシュコートしたフィルタ担体を、５００℃で２時間、乾燥及び焼成することにより、前記担体基材の表面にアンダーコート層を作製した。ここで、担体１リットル当たりのアンダーコート層のウォッシュコート量は２０ｇ（２０ｇ／Ｌ）とした。次に、触媒金属成分として白金（Ｐｔ）を用い、助触媒成分としてＺｒＯ_２−１２ｍｏｌ％Ｎｄ_２Ｏ_３（Ｚｒ−Ｎｄ複合酸化物）を用い、これらとクエン酸とを水及びバインダと混合してスラリーとし、このスラリーを前記アンダーコート層が形成された担体基材にウォッシュコートした。次に、このスラリーをウォッシュコートしたフィルタ担体を、５００℃で２時間、乾燥及び焼成することにより、前記アンダーコート層の表面に触媒層を重ねて作製した。ここで、担体１リットル当たりの白金（Ｐｔ）の量は０．３ｇ（０．３ｇ／Ｌ）、ウォッシュコート量は担体１リットル当たり３０ｇ（３０ｇ／Ｌ）とした。そして、クエン酸添加量（アンダーコート層のＺｒ−Ｎｄ複合酸化物及び触媒層のＺｒ−Ｎｄ複合酸化物の総和に対するモル量）を１０ｍｏｌ％としたものを実施例１、５０ｍｏｌ％としたものを実施例２、１００ｍｏｌ％としたものを実施例３とした。また、クエン酸添加量を０（ゼロ）としたものを比較例１とした。

＜ＰＦの燃焼性能試験／ＰＭ燃焼速度の算出＞
前記のようにして担体基材上にアンダーコート層及び触媒層の２層を重ねて作製したフィルタ担体から、容積が２５ｃｍ^３の円柱体を切り出し、それぞれ実施例１，２，３のテストピース及び比較例１のテストピースとした。まず、各テストピースを８００℃で２４時間の条件で熱処理し、次に、各テストピースにＰＭ模擬物質としてのカーボンブラックの分散水を注ぎ入れ、乾燥することによって、各テストピースにカーボンブラックを０．２５ｇ堆積させた。そして、評価ガスとして、酸素（Ｏ_２）が１０ｖｏｌ％、ＮＯが３００ｐｐｍ、Ｈ_２Ｏが１０ｖｏｌ％、残りが窒素（Ｎ_２）の混合ガスを用い、この混合ガスを前記テストピースに対して８００００／ｈのＳＶ（ｓｐａｃｅ ｖｅｌｏｃｉｔｙ）で通過させた。その間、混合ガスを１５℃／分の昇温速度で６００℃まで昇温させ、その際、カーボンブラックが燃焼することによって発生する一酸化炭素（ＣＯ）濃度及び二酸化炭素（ＣＯ_２）濃度を測定し、それらの濃度（［ＣＯ＋ＣＯ_２］ｐｐｍ）から、次式に基き、各テストピースにおけるＰＭ燃焼速度（ｇ／ｈｒ）を算出した。結果を図１０に示す。

図１０の結果から、触媒層４７の空孔４７ａの平均径が０．１μｍ以上（０．１１μｍ、０．１２５μｍ、０．１７μｍ）であり、アンダーコート層４６の空孔４６ａの平均径が触媒層４７の空孔４７ａの平均径よりも小さい（０．０９μｍ）実施例１，２，３においては、混合ガスの温度が５００℃及び５９０℃のいずれのときも、触媒層４７の空孔４７ａの平均径が０．１μｍ未満（０．０９μｍ）であり、アンダーコート層４６の空孔４６ａの平均径が触媒層４７の空孔４７ａの平均径よりも小さくない（０．０９μｍ）比較例１よりも、ＰＭ燃焼速度が向上している（ＰＦの燃焼性能が改良している）ことが判った。ただし、触媒層４７の空孔４７ａの平均径がより小さい（０．１２５μｍ）実施例２と、より大きい（０．１７μｍ）実施例３とを比較すると、実施例２のほうが実施例３よりも結果が良好であった。このことは、触媒層４７の空孔４７ａの平均径が過度に大きくなるのは好ましくないことを示している。そして、図１０において、ガス温度が５００℃のときは、そのＰＭ燃焼速度の変化傾向から推測すると、触媒層４７の空孔４７ａの平均径がおよそ１．０μｍ未満の範囲で、比較例１より大きいＰＭ燃焼速度が得られ、ガス温度が５９０℃のときは、そのＰＭ燃焼速度の変化傾向から推測すると、触媒層４７の空孔４７ａの平均径がおよそ０．２μｍ未満の範囲で、比較例１より大きいＰＭ燃焼速度が得られる。

＜触媒層の剥離試験／剥離率の算出＞
前記のようにしてＰＦの燃焼性能試験を行ったのちの実施例１，２，３のテストピース及び比較例１のテストピースを用いて触媒層の剥離試験を行った。まず、各テストピースに残存するカーボンを燃焼除去した。次に、１５０℃の乾燥炉で１時間加熱して、テストピースから水分を取り除いたのち、乾燥重量を測定した（Ｗｂ：超音波処理前のテストピースの乾燥重量）。このテストピースをビーカーに入れ、ここに精製水をテストピースが完全に沈むまで注いだのち、このビーカーを超音波振動器（６００Ｗ，２６ｋＨｚ）に入れて、超音波処理を３時間行った。次に、テストピースをビーカーから取り出し、精製水で数回リンスした。次に、１５０℃の乾燥炉で１時間加熱して、テストピースから水分を取り除いたのち、乾燥重量を測定した（Ｗａ：超音波処理後のテストピースの乾燥重量）。そして、超音波処理の前後の乾燥重量（Ｗｂ，Ｗａ）の差から、次式に基き、各テストピースにおける触媒層の剥離率（％）を算出した。結果を図１１に示す。また、アンダーコート層と触媒層の２層である実施例１，２，３のテストピース及び比較例１のテストピースに代えて、それぞれアンダーコート層がない触媒層のみの１層である対応するテストピース（比較例２，３，４及び５）を用いてそれぞれ同様に触媒層の剥離試験を行った。結果を併せて図１１に示す。

図１１の結果から、アンダーコート層がない触媒層のみの比較例２，３，４，５においては、触媒層の平均空孔径が大きくなるほど、触媒層の剥離率が大きくなることが判った。これに対し、アンダーコート層がある２層構造の実施例１，２，３及び比較例１においては、それぞれ対応する比較例２，３，４及び５よりも触媒層４７の剥離率が小さくなっていた。特に、触媒層４７の空孔４７ａの平均径が０．１μｍ以上（０．１１μｍ、０．１２５μｍ、０．１７μｍ）であり、アンダーコート層４６の空孔４６ａの平均径が触媒層４７の空孔４７ａの平均径よりも小さい（０．０９μｍ）実施例１，２，３においては、触媒層４７の空孔４７ａの平均径が０．１μｍ未満（０．０９μｍ）であり、アンダーコート層４６の空孔４６ａの平均径が触媒層４７の空孔４７ａの平均径よりも小さくない（０．０９μｍ）比較例１よりも、触媒層４７の剥離率の減少度合い（改善程度）が顕著であった（比較例５から比較例１への剥離率の改善程度よりも、比較例２から実施例１、比較例３から実施例２、比較例４から実施例３への剥離率の改善程度のほうが大きいことが判った）。

以上のように、実施例１〜３においては、触媒層の平均空孔径は０．１μｍ以上で０．２μｍ未満である（０．１１μｍ、０．１２５μｍ、０．１７μｍ：請求項４の構成）。この場合、触媒層の剥離の問題が明確に抑制されたと共に（図１１）、平均径が０．２μｍよりも小さいＰＭの捕集率が高まって、ＰＭ燃焼速度の向上及びＰＦ燃焼性能の改良が明確に見られた（図１０）。

また、実施例１〜３においては、アンダーコート層の平均空孔径は０．１μｍ未満である（０．０９μｍ：請求項５の構成）。この場合、アンダーコート層が緻密化した結果、触媒層の剥離の問題が明確に抑制されたものと考えられる（図１１）。

以上、具体例を挙げて詳しく説明したように、本発明は、エンジンの排気ガス通路に配設されるパティキュレートフィルタにおいて、空孔が形成された多孔質の触媒層をフィルタ担体の表面に設ける場合に、触媒層の剥離の問題を抑制すると共に、パティキュレートの捕集率を向上させ、かつ、捕集したパティキュレートの燃焼速度を向上させる（パティキュレートフィルタの燃焼性能を改良させる）ことができる技術であるから、車両の排気エミッション性能の向上を図る技術分野において広範な産業上の利用可能性が期待される。

本発明の最良の実施の形態に係るパティキュレートフィルタを備えたエンジンの排気系の構成を示す概略図である。 前記パティキュレートフィルタの縦端面図である。 前記パティキュレートフィルタの正面図である。 前記パティキュレートフィルタの隣接するセル通路を隔てるセル壁の部分拡大断面図である。 図４の点線丸で囲まれた部分のさらなる拡大断面図であって、前記パティキュレートフィルタの担体表面にアンダーコート層を介して触媒層が設けられている様子を示すものである。 平均空孔径が０．１１μｍである触媒層Ａの微細構造を示すための図面に代わる走査型電子顕微鏡写真である。 平均空孔径が０．１２５μｍである触媒層Ｂの微細構造を示すための図面に代わる走査型電子顕微鏡写真である。 平均空孔径が０．１７μｍである触媒層Ｃの微細構造を示すための図面に代わる走査型電子顕微鏡写真である。 前記触媒層Ａ，Ｂ，Ｃ及び触媒層Ｘの平均空孔径を比較して示すグラフである。 実施例１，２，３及び比較例１のパティキュレートフィルタのＰＭ燃焼速度を比較して示すグラフである。 実施例１，２，３及び比較例１〜５の触媒層の剥離率を比較して示すグラフである。

符号の説明

１０ ディーゼルエンジン
２０ 排気ガス通路
３０ 酸化触媒（ＤＯＣ）
４０ パティキュレートフィルタ（ＰＦ）
４１ 排気ガス流入セル通路
４２ 排気ガス流出セル通路
４３ セル壁
４４ 細孔
４５ 担体基材（フィルタ担体）
４６ アンダーコート層
４６ａ アンダーコート層の空孔
４７ 触媒層
４７ａ 触媒層の空孔
４８ 触媒金属成分
４９ 助触媒成分

Claims (5)

1. エンジンの排気ガス通路に配設されるパティキュレートフィルタであって、
   フィルタ担体の表面にアンダーコート層を介して触媒層が設けられ、
   前記触媒層の平均空孔径が０．１μｍ以上であり、
   前記アンダーコート層の平均空孔径が前記触媒層の平均空孔径よりも小さいことを特徴とするパティキュレートフィルタ。
2. 請求項１に記載のパティキュレートフィルタであって、
   前記触媒層に触媒金属成分が含有されていることを特徴とするパティキュレートフィルタ。
3. 請求項１又は２に記載のパティキュレートフィルタであって、
   前記アンダーコート層にパティキュレートの燃焼に寄与する助触媒成分が含有されていることを特徴とするパティキュレートフィルタ。
4. 請求項１から３のいずれかに記載のパティキュレートフィルタであって、
   前記触媒層の平均空孔径が０．２μｍ未満であることを特徴とするパティキュレートフィルタ。
5. 請求項１から４のいずれかに記載のパティキュレートフィルタであって、
   前記アンダーコート層の平均空孔径が０．１μｍ未満であることを特徴とするパティキュレートフィルタ。