JP2009243272A - 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の再生処理時に、パティキュレートフィルタが過昇温状態になることを抑制することができるパティキュレートフィルタを提供する。
【解決手段】排気ガスの流れ方向下流側端面が目封じされた複数の流入側セルと、排気ガスの流れ方向上流側端面が目封じされた複数の流出側セルと、排気ガスが流れる流通孔を有し前記流入側セルと前記流出側セルとを区画するセル壁とを備え、前記流入側セルの開口面積が前記流出側セルの開口面積よりも大きく形成されたパティキュレートフィルタにおいて、前記セル壁の表面に、触媒金属が担持された酸化物担体と、触媒金属が担持されていないＳｉＣ粒子とを含有する触媒層が形成され、前記ＳｉＣ粒子は、前記触媒層に対して１０体積％以上４０体積％以下の範囲で分散含有されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、排気ガス中に含ま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する。

例えば希薄燃焼ガソリンエンジン又はディーゼルエンジンなどを備えた車両では、エンジンから排出される排気ガス中に炭素成分を含む粒子状物質（ＰＭ：パティキュレート）が含有されているため、ＰＭを捕集するためのパティキュレートフィルタを排気通路内に設けてＰＭの排出を抑制することが行われている。

また、パティキュレートフィルタを備えた車両では、パティキュレートフィルタに捕集したパティキュレート捕集量が増大するとエンジンの出力低下や燃費増大などの問題を引き起こし得るので、パティキュレート捕集量が多くなると捕集したＰＭを燃焼させて除去するパティキュレートフィルタの再生処理が行われている。

パティキュレートフィルタとしては、排気ガスが流通可能な微細な流通孔を有するセル壁によって、排気ガスの流れ方向に沿って延び排気ガスの流れ方向上流側端面が開口し排気ガスの流れ方向下流側端面が目封じされた流入側セルと、排気ガスの流れ方向に沿って延び排気ガスの流れ方向下流側端面が開口し排気ガスの流れ方向上流側端面が目封じされた流出側セルとを区画し、流入側セルと流出側セルとを市松模様状に配置したハニカム状のパティキュレートフィルタが一般に良く知られている。

このようなパティキュレートフィルタとして、排気ガスが流入する流入側セルの開口面積と排気ガスが流出する流出側セルの開口面積とを略等しく形成したものが多用されているが、流入側セルの開口面積を流出側セルの開口面積よりも大きく形成したパティキュレートフィルタもまた知られている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照)。

特許文献１及び特許文献２に開示されるように、流入側セルの開口面積を流出側セルの開口面積よりも大きく形成したパティキュレートフィルタを用いる場合には、流入側セルと流出側セルの開口面積とを略等しく形成したパティキュレートフィルタを用いる場合よりも、同量のＰＭを捕集する際に、ＰＭの堆積厚さを薄くすることができ、背圧の上昇を抑えることが可能である。これにより、パティキュレートフィルタの再生処理間のインターバルを長くすることができるとともにエンジンの出力低下や燃費増大を抑制することができる。

また、エンジンから排出される排気ガス中には、ＰＭに加えてエンジンオイル中の金属成分やリンを含むガラス状化合物からなるアッシュ成分が含まれている。このアッシュ成分もまた、排気通路内に設けたパティキュレートフィルタに堆積されることとなるが、アッシュ成分は、パティキュレートフィルタの再生処理を行っても燃焼除去されずに堆積し続ける。したがって、アッシュ成分についても、流入側セルの開口面積を流出側セルの開口面積よりも大きく形成したパティキュレートフィルタは、アッシュ成分の堆積厚さを薄くすることができ、背圧の上昇を抑えることができるので、有用である。

実開昭５８−９２４０９号公報 特開２００５−１２５２０９号公報

ところで、パティキュレートフィルタを備えた車両では、流入側セルと流出側セルの開口面積を略等しく形成したパティキュレートフィルタ、及び、流入側セルの開口面積を流出側セルの開口面積よりも大きく形成したパティキュレートフィルタの何れを用いる場合においても、前述したようにパティキュレートフィルタの再生処理が行われ、パティキュレートフィルタの再生処理時には、パティキュレートフィルタは、ＰＭの燃焼に伴って最高温度９００℃若しくはそれ以上の温度まで上昇する場合があり、ＰＭ堆積量やアッシュ成分堆積量、パティキュレートフィルタに流入する排気ガス条件によっては、さらに上昇し得る。

本願発明者は、種々の試験研究を重ねた結果、具体的には後述するが、流入側セルの開口面積を流出側セルの開口面積よりも大きく形成したパティキュレートフィルタでは、パティキュレートフィルタの再生処理時に、流入側セルと流出側セルの開口面積を略等しく形成したパティキュレートフィルタと比べて、パティキュレートフィルタの最高温度が高くなるとともにパティキュレートフィルタの温度上昇勾配が大きくなり、パティキュレートフィルタが過昇温状態になり得ることを見出した。

このように、流入側セルの開口面積を流出側セルの開口面積よりも大きく形成したパティキュレートフィルタを用いる場合には、流入側セルと流出側セルの開口面積を略等しく形成したパティキュレートフィルタよりも、パティキュレートフィルタの再生処理時にパティキュレートフィルタが過昇温状態になりやすく、パティキュレートフィルタの溶損や破損を引き起こし得る。

特に、セル壁の表面に触媒層を形成する場合には、パティキュレートフィルタを、例えば炭化珪素（ＳｉＣ）など熱伝導率の比較的高い材料で成形したとしても、パティキュレートフィルタの再生処理時に触媒層によってＰＭの燃焼熱が伝達されにくく、このような傾向がより顕著になり得る。

そこで、この発明は、前記技術的課題に鑑みてなされたものであり、流入側セルの開口面積を流出側セルの開口面積よりも大きく形成したパティキュレートフィルタにおいて、セル壁の表面に触媒層を形成する場合においても、パティキュレートフィルタの再生処理時に、パティキュレートフィルタが過昇温状態になることを抑制することができるパティキュレートフィルタを提供することを目的とする。

このため、本願の請求項１に係るパティキュレートフィルタは、排気ガスの流れ方向下流側端面が目封じされた複数の流入側セルと、排気ガスの流れ方向上流側端面が目封じされた複数の流出側セルと、排気ガスが流れる流通孔を有し前記流入側セルと前記流出側セルとを区画するセル壁とを備え、前記流入側セルの開口面積が前記流出側セルの開口面積よりも大きく形成されたパティキュレートフィルタであって、前記セル壁の表面に、触媒金属が担持された酸化物担体と、触媒金属が担持されていないＳｉＣ粒子とを含有する触媒層が形成されていることを特徴としたものである。

また、本願の請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明において、前記ＳｉＣ粒子は、前記触媒層に対して１０体積％以上４０体積％以下の範囲で分散含有されていることを特徴としたものである。

本願の請求項１に係るパティキュレートフィルタによれば、セル壁の表面に、触媒金属が担持された酸化物担体と、触媒金属が担持されていないＳｉＣ粒子とを含有する触媒層が形成されていることにより、セル壁の表面に触媒層を形成する場合においても、熱伝導率が比較的大きいＳｉＣ粒子によって、パティキュレートフィルタの再生処理時に、パティキュレートフィルタの熱引きを良好に行うことができ、パティキュレートフィルタが過昇温状態になることを抑制することができる。これにより、流入側セルの開口面積を流出側セルの開口面積よりも大きく形成したパティキュレートフィルタを用いる場合においても、パティキュレートフィルタが溶損したり割れたりすることを防止することができる。

また、本願の請求項２に係る発明によれば、ＳｉＣ粒子は、触媒層に対して１０体積％以上４０体積％以下の範囲で分散含有されていることにより、ＳｉＣ粒子を含有させることによる背圧の増加を抑えつつパティキュレートフィルタが過昇温状態になることを抑制することができる。

以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しながら説明する。

本願発明者は、先ず、流入側セルの開口面積を流出側セルの開口面積よりも大きく形成したパティキュレートフィルタを使用するに際し、流入側セルの開口面積を流出側セルの開口面積よりも大きく形成したパティキュレートフィルタと、流入側セルと流出側セルの開口面積を等しく形成したパティキュレートフィルタについて、パティキュレートフィルタの再生処理時におけるパティキュレートフィルタの温度について評価した。

具体的には、パティキュレートフィルタの再生処理時におけるパティキュレートフィルタの温度を模擬し、パティキュレートフィルタにカーボンを堆積させ、パティキュレートフィルタに堆積させたカーボンを燃焼させ、カーボンの燃焼時におけるパティキュレートフィルタの温度を測定する試験を行った。

カーボンの燃焼時におけるパティキュレートフィルタの温度を測定する試験に用いたパティキュレートフィルタ及び試験条件等について説明する。
試験に用いたパティキュレートフィルタの要部を図４及び図５に示している。図４は、流入側セルと流出側セルの開口面積を等しく形成したパティキュレートフィルタの一部を模式的に示す正面説明図、図５は、流入側セルの開口面積を流出側セルの開口面積よりも大きく形成したパティキュレートフィルタの一部を模式的に示す正面説明図である。

流入側セルと流出側セルの開口面積を等しく形成したパティキュレートフィルタとして、図４に示すように、排気ガスの流入側端面が開口し排気ガスの流出側端面が目封じされた流入側セル１１と、排気ガスの流出側端面が開口し排気ガスの流入側端面が目封じされた流出側セル１２とが、排気ガスが流通する流通孔（不図示）を有するセル壁１３によって断面正方形状に区画され、流入側セル１１と流出側セル１２とが市松模様状に配置されたパティキュレートフィルタ１０を用いた。

パティキュレートフィルタ１０では、流入側セル１１と流出側セル１２とがそれぞれ、排気ガスの流れ方向に沿って平行に延び、流入側セル１１のセル間隔Ｐ１１と流出側セル１２のセル間隔Ｐ１２との比が１（Ｐ１１／Ｐ１２＝１）に設定され、流入側セル１１の排気ガスの流入側端面の開口面積Ｓ１１と流出側セル１２の排気ガスの流出側端面の開口面積Ｓ１２とが等しく形成されている。

また、流入側セルの開口面積を流出側セルの開口面積よりも大きく形成したパティキュレートフィルタとして、図５に示すように、排気ガスの流入側端面が開口し排気ガスの流出側端面が目封じされた流入側セル２１と、排気ガスの流出側端面が開口し排気ガスの流入側端面が目封じされた流出側セル２２とが、排気ガスが流通する流通孔（不図示）を有するセル壁２３によって略断面正方形状に区画され、流入側セル２１と流出側セル２２とが略市松模様状に配置されたパティキュレートフィルタ２０を用いた。

パティキュレートフィルタ２０では、流入側セル２１と流出側セル２２とはそれぞれ、排気ガスの流れ方向に沿って平行に延び、流入側セル２１のセル間隔Ｐ２１と流出側セル２２のセル間隔Ｐ２２との比が１．３（Ｐ２１／Ｐ２２＝１．３）に設定され、流入側セル２１の排気ガスの流入側端面の開口面積Ｓ２１が流出側セル２２の排気ガスの流出側端面の開口面積Ｓ２２よりも大きく形成されている。

また、パティキュレートフィルタ１０、２０には、ＣｅＺｒ複合酸化物（Ｚｒ＝３０ｍｏｌ％）、及び、ランタン（Ｌａ）が５ｗｔ％添加された高比表面積アルミナを３：１（質量比）で混合した粉末に触媒金属Ｐｔを担持した触媒を調製し、水及びバインダを混合して生成したスラリーを吸引させ、エアブローによって余分なスラリーを除去してウォッシュコートし、乾燥後に５００℃の温度で２時間焼成することにより触媒層を形成した。

触媒金属Ｐｔは、ＣｅＺｒ複合酸化物と高比表面積アルミナとの総質量に対して１０ｗｔ％担持させ、ＣｅＺｒ複合酸化物は、５ｇ／Ｌ（パティキュレートフィルタの１Ｌ当たり５ｇ）に設定し、高比表面積アルミナは、１５ｇ／Ｌ（パティキュレートフィルタの１Ｌ当たり１５ｇ）に設定した。また、パティキュレートフィルタ１０、２０は、直径が１７ｍｍ、容量が１１ｃｃで、セル密度が１平方インチ（約６．４５ｃｍ^２）当たり３００個であり、セルを隔てる壁厚が１２ミル（約０．３ｍｍ）のものを使用した。

このようにしてセル壁１３、２３の表面に触媒層を形成したパティキュレートフィルタ１０、２０に対し、ＰＭの代わりにカーボンブラックを７．５ｇ／Ｌ（パティキュレートフィルタの１Ｌ当たり７．５ｇ）均一に堆積させ、パティキュレートフィルタの再生処理時におけるパティキュレートフィルタの温度を模擬し、カーボンの燃焼時におけるパティキュレートフィルタの温度を測定した。

カーボンの燃焼時におけるパティキュレートフィルタの温度測定では、電気炉内に設置した円筒状の石英管の内部に、カーボンを堆積させたパティキュレートフィルタ１０、２０を挿入するとともにパティキュレートフィルタ１０、２０の入口端面中央及び出口端面中央にそれぞれ熱電対を配設した。そして、石英管の一方の端部から評価ガスを導入し、カーボンを燃焼させ、カーボンの燃焼時におけるパティキュレートフィルタ１０、２０の温度を測定した。なお、実機での実使用条件を模擬するため、前記フィルタの電気炉内へのセットは、フィルタ出口端面が電気炉端部に近くなるようにして、次に説明する入口端面中央の温度が６４０℃のとき、出口端面中央の温度が５７０℃になるようにした。

この試験では、パティキュレートフィルタ１０、２０の入口端面中央に配設した熱電対によって測定されるパティキュレートフィルタの温度が６４０℃になるまで、Ｎ_２ガスを空間速度３７，０００／ｈで流しながら電気炉によって加熱し、パティキュレートフィルタの入口端面中央に配設した熱電対によって測定されるパティキュレートフィルタの温度が６４０℃になると、Ｎ_２ガスにＯ_２ガスを導入し、Ｎ_２／Ｏ_２混合ガス（Ｎ_２：Ｏ_２＝８０：２０（体積比））によってパティキュレートフィルタに堆積させたカーボンを燃焼させた。カーボンの燃焼に伴ってパティキュレートフィルタの温度が上昇し、パティキュレートフィルタの出口端面中央に配設した熱電対によって測定されるパティキュレートフィルタの温度を、Ｏ_２ガスの導入時からの時系列で測定した。

図６は、カーボンの燃焼時におけるパティキュレートフィルタの出口端面中央の温度の測定結果を示すグラフである。図６では、Ｏ_２ガスの導入時からの時間を横軸にとり、パティキュレートフィルタの出口端面中央の温度を縦軸にとって表示し、流入側セル１１と流出側セル１２の開口面積を等しく形成したパティキュレートフィルタ１０のカーボン燃焼時におけるパティキュレートフィルタ１０の出口端面中央の温度曲線Ｌ１を一点鎖線で示し、流入側セル２１の開口面積を流出側セル２２の開口面積よりも大きく形成したパティキュレートフィルタ２０の出口端面中央の温度曲線Ｌ２を実線で示している。

図６から分かるように、流入側セル１１と流出側セル１２の開口面積を等しく形成したパティキュレートフィルタ１０では、パティキュレートフィルタの出口端面中央の温度Ｔ０が約５７０℃である状態からパティキュレートフィルタに堆積したカーボンの燃焼が開始され、カーボンの燃焼に伴ってパティキュレートフィルタの出口端面中央の温度が上昇し、パティキュレートフィルタの出口端面中央の温度Ｔ１が最高温度約６８５℃である状態を経て、温度が次第に低下する。

一方、流入側セル２１の開口面積を流出側セル２２の開口面積よりも大きく形成したパティキュレートフィルタ２０では、カーボン燃焼時に、流入側セル１１と流出側セル１２の開口面積を等しく形成したパティキュレートフィルタ１０に比べて、パティキュレートフィルタの温度上昇勾配が大きくなっている。また、カーボンの燃焼時におけるパティキュレートフィルタの最高温度Ｔ２が約７４０℃であり、流入側セル１１と流出側セル１２の開口面積を等しく形成したパティキュレートフィルタ１０の最高温度Ｔ１よりも高くなっている。

これらの結果から、本願発明者は、流入側セル２１の開口面積を流出側セル２２の開口面積よりも大きく形成したパティキュレートフィルタ２０では、流入側セル１１と流出側セル１２の開口面積を等しく形成したパティキュレートフィルタ１０に比べて、パティキュレートフィルタが過昇温状態になる、すなわち、パティキュレートフィルタ２０の最高温度が高くなるとともにパティキュレートフィルタ２０の温度上昇勾配が大きくなることを見出した。

このように、流入側セル２１の開口面積を流出側セル２２の開口面積よりも大きく形成したパティキュレートフィルタ２０では、パティキュレートフィルタの再生処理時に、パティキュレートフィルタ２０が過昇温状態になり、パティキュレートフィルタが溶損したり割れたりする畏れがあるが、本実施形態では、セル壁の表面に形成される触媒層に、ＳｉＣ粒子を含有させることで、かかる問題を回避する。

以下、本実施形態に係るパティキュレートフィルタについて説明する。
図１は、本実施形態に係るパティキュレートフィルタを模式的に示す正面説明図、図２は、前記パティキュレートフィルタの要部断面図である。

本実施形態に係るパティキュレートフィルタ１は、所謂ウォールフロータイプのパティキュレートフィルタであって、例えばディーゼルエンジン等のエンジンの排気経路に介設され、該エンジンから排出される排気ガス中のＰＭを捕集するためのものであり、図１に示すように、円柱状に形成され、その外周部が外周塗布材２によって覆われている。

パティキュレートフィルタ１は、排気ガスの流れ方向に沿って平行に延びる複数の流入側セル５と、排気ガスの流れ方向に沿って延びる複数の流出側セル６と、流入側セル５と流出側セル６とを区画するセル壁３とを備え、例えば炭化珪素（ＳｉＣ）などの材料からハニカム状に成形されている。流入側セル５は、排気ガスの流れ方向上流側端面が開口し、排気ガスの流れ方向下流側端面を目封止する目封止部５ａによって排気ガスの流れ方向下流側端面が目封じされている。一方、流出側セル６は、排気ガスの流れ方向下流側端面が開口し、排気ガスの流れ方向上流側端面を目封止する目封止部６ａによって排気ガスの流れ方向上流側端面が目封じされている。また、セル壁３には、多数の流通孔（不図示）が形成され、排気ガスが流通できるようになっている。

パティキュレートフィルタ１は、図５に示すパティキュレートフィルタ２０と同様に、流入側セル５と流出側セル６とが略市松模様状に配置され、流入側セル５のセル間隔と流出側セルのセル間隔との比が１．３に設定され、流入側セル５の排気ガスの流入側端面の開口面積が流出側セル６の排気ガスの流出側端面の開口面積よりも大きく形成されている。パティキュレートフィルタ１では、パティキュレートフィルタ２０と同様に、流入側セル５と流出側セル６とが略断面正方形状に区画され、具体的には、流入側セル５が八角柱状に開口され、流出側セル６が四角柱状に開口され、セル壁３の厚さが略一定となるように形成されている。

図２に示すように、パティキュレートフィルタ１では、排気ガスの流れ方向上流側端面が開口した流入側セル５から流入した排気ガスは、セル壁３に設けられた前記流通孔を通じて、排気ガスの流れ方向下流側端面が開口した流出側セル６へ流れて排出され、その間に排気ガス中のＰＭが捕集されるようになっている。

また、本実施形態に係るパティキュレートフィルタ１では、セル壁３の表面に、例えばＰｔなどの触媒金属が担持されたＣｅＺｒ複合酸化物や高比表面積アルミナなどの酸化物担体を含有する触媒層が形成され、かかる触媒層には、熱伝導率が比較的大きく、耐熱性及び耐酸化性に優れたＳｉＣ粒子がさらに含有されている。すなわち、パティキュレートフィルタ１では、セル壁３の表面に、触媒金属が担持された酸化物担体と、触媒金属が担持されていないＳｉＣ粒子とを分散含有する触媒層が形成されている。

（１）パティキュレートフィルタの熱引き性評価
本実施形態では、流入側セル５の開口面積を流出側セル６の開口面積よりも大きく形成したパティキュレートフィルタ１について、セル壁３の表面に形成される触媒層にＳｉＣ粒子を含有させるに際し、含有させるＳｉＣ粒子量とパティキュレートフィルタの熱引き性との関係についても評価した。
具体的には、触媒層に分散含有させるＳｉＣ粒子量を変えた５つのパティキュレートフィルタ１を用い、パティキュレートフィルタ１にカーボンを堆積させて燃焼させ、カーボンの燃焼時におけるパティキュレートフィルタの温度を測定し、含有させるＳｉＣ粒子量とパティキュレートフィルタの熱引き性との関係について評価する試験を行った。

触媒層に含有させるＳｉＣ粒子量を変えたパティキュレートフィルタ１として、流入側セル５の開口面積を流出側セル６の開口面積よりも大きく形成したパティキュレートフィルタ１のセル壁３に、触媒材として、触媒金属Ｐｔを担持したＣｅＺｒ複合酸化物と触媒金属Ｐｔを担持した高比表面積アルミナとからなる触媒層に、ＳｉＣ粒子を前記触媒層に対して１０体積％、２０体積％、３０体積％、４０体積％、５０体積％混合したものを用いた。

この触媒層は、ＣｅＺｒ複合酸化物（Ｚｒ＝３０ｍｏｌ％）と、ランタン（Ｌａ）が５ｗｔ％添加された高比表面積アルミナ粉末との混合粉末（ＣｅＺｒ複合酸化物粉末：高比表面積アルミナ粉末＝１：３（質量比））に対して、ジニトロジアミン白金硝酸溶液及びイオン交換水を加えて混合し、混合後に蒸発乾固させ、十分に乾燥させた後、大気中において５００℃の温度に２時間保持することにより焼成することで得られた触媒粉末に対し、所定量のＳｉＣ粒子、水及びバインダを混合して生成したスラリーをパティキュレートフィルタ１に吸引させ、エアブローによって余分なスラリーを除去してウォッシュコートし、乾燥後に５００℃の温度で２時間焼成することにより形成した。このようにして、セル壁３の表面に、触媒金属Ｐｔが担持された酸化物担体、すなわちＣｅＺｒ複合酸化物及び高比表面積アルミナと、触媒金属Ｐｔが担持されていないＳｉＣ粒子とを分散含有する触媒層を形成した。

触媒金属Ｐｔは、ＣｅＺｒ複合酸化物と高比表面積アルミナとの総質量に対して１０ｗｔ％担持させ、ＣｅＺｒ複合酸化物は、５ｇ／Ｌ（パティキュレートフィルタの１Ｌ当たり５ｇ）に設定し、高比表面積アルミナは、１５ｇ／Ｌ（パティキュレートフィルタの１Ｌ当たり１５ｇ）に設定し、ＳｉＣ粒子は、平均粒径が０．５μｍのものを用いた。また、パティキュレートフィルタ１は、直径が１７ｍｍ、容量が１１ｃｃで、セル密度が１平方インチ（約６．４５ｃｍ^２）当たり３００個であり、セルを隔てる壁厚が１２ミル（約０．３ｍｍ）のものを使用した。

このようにしてセル壁３の表面にＳｉＣ粒子を分散含有する触媒層を形成したパティキュレートフィルタ１に対し、ＰＭの代わりにカーボンブラックを７．５ｇ／Ｌ均一に堆積させ、パティキュレートフィルタの再生処理時におけるパティキュレートフィルタの温度を模擬し、カーボンの燃焼時におけるパティキュレートフィルタの温度を測定した。

カーボンの燃焼時におけるパティキュレートフィルタの温度測定では、電気炉内に設置した円筒状の石英管の内部に、カーボンを堆積させたパティキュレートフィルタ１を挿入するとともにパティキュレートフィルタ１の入口端面中央及び出口端面中央にそれぞれ熱電対を配設した。そして、石英管の一方の端部から評価ガスを導入し、カーボンを燃焼させ、カーボンの燃焼時におけるパティキュレートフィルタの温度を測定した。

この試験では、パティキュレートフィルタ１の入口端面中央に配設した熱電対によって測定されるパティキュレートフィルタ１の温度が６４０℃になるまで、Ｎ_２ガスを空間速度３７，０００／ｈで流しながら電気炉によって加熱し、パティキュレートフィルタ１の入口端面中央に配設された熱電対によって測定されるパティキュレートフィルタ１の温度が６４０℃になると、Ｎ_２ガスにＯ_２ガスを導入し、Ｎ_２／Ｏ_２混合ガス（Ｎ_２：Ｏ_２＝８０：２０（体積比））によってパティキュレートフィルタ１に堆積させたカーボンを燃焼させた。カーボンの燃焼に伴ってパティキュレートフィルタ１の温度が上昇し、パティキュレートフィルタの出口端面中央に配設された熱電対によって測定されるパティキュレートフィルタ１の温度を、Ｏ_２ガスの導入時からの時系列で測定した。

また、流入側セル１１と流出側セル１２の開口面積を等しく形成したパティキュレートフィルタ１０、及び、流入側セル２１の開口面積を流出側セル２２の開口面積よりも大きく形成したパティキュレートフィルタ２０についてもそれぞれ、セル壁１３、２３の表面に、触媒金属Ｐｔを担持したＣｅＺｒ複合酸化物及び高比表面積アルミナからなる触媒層を形成し、カーボンブラックを７．５ｇ／Ｌ均一に堆積させ、カーボンの燃焼時におけるパティキュレートフィルタの温度を測定した。

なお、以下の説明において、流入側セル１１と流出側セル１２の開口面積を等しく形成したパティキュレートフィルタ１０のセル壁１３に触媒金属Ｐｔを担持したＣｅＺｒ複合酸化物及び高比表面積アルミナからなる触媒層を形成したパティキュレートフィルタ１０をサンプルＡ、流入側セル２１の開口面積を流出側セル２２の開口面積よりも大きく形成したパティキュレートフィルタ２０のセル壁２３に触媒金属Ｐｔを担持したＣｅＺｒ複合酸化物及び高比表面積アルミナからなる触媒層を形成したパティキュレートフィルタ２０をサンプルＢ、流入側セル５の開口面積を流出側セル６の開口面積よりも大きく形成したパティキュレートフィルタ１のセル壁３に、サンプルＢの触媒層に対してＳｉＣ粒子をそれぞれ１０体積％、２０体積％、３０体積％、４０体積％、５０体積％混合した触媒層を形成したパティキュレートフィルタ１をそれぞれサンプルＣ、サンプルＤ、サンプルＥ、サンプルＦ、サンプルＧとする。

図３は、カーボンを堆積させたサンプルＡ〜Ｇについて、カーボンの燃焼時におけるパティキュレートフィルタの温度の測定結果を示すグラフである。図３では、Ｏ_２ガスの導入時からの時間を横軸にとり、パティキュレートフィルタの出口端面中央の温度を縦軸にとって表示し、サンプルＡ、Ｂ、Ｇのパティキュレートフィルタの温度曲線を破線で示し、サンプルＣ、Ｄ、Ｅ、Ｆのパティキュレートフィルタの温度曲線を実線で示している。

図３から分かるように、流入側セル５の開口面積を流出側セル６の開口面積よりも大きく形成したパティキュレートフィルタ１のセル壁３に、触媒金属Ｐｔを担持したＣｅＺｒ複合酸化物及び高比表面積アルミナからなる触媒層にＳｉＣ粒子を１０体積％、２０体積％、３０体積％、４０体積％、５０体積％混合したサンプルＣ、サンプルＤ、サンプルＥ、サンプルＦ、サンプルＧのパティキュレートフィルタでは、パティキュレートフィルタ１のセル壁３に、触媒金属Ｐｔを担持したＣｅＺｒ複合酸化物及び高比表面積アルミナからなる触媒層を形成したサンプルＢのパティキュレートフィルタ１に比べて、前記触媒層に混合するＳｉＣ粒子量に応じて、すなわち、前記触媒層に混合するＳｉＣ粒子量が多くなるにしたがって、カーボンの燃焼時におけるパティキュレートフィルタ１の温度上昇勾配が小さくなるとともに、パティキュレートフィルタ１の最高温度が低くなっている。

なお、触媒金属Ｐｔを担持したＣｅＺｒ複合酸化物及び高比表面積アルミナからなる触媒層に分散含有させるＳｉＣ粒子は、流入側セル１１と流出側セル１２の開口面積を等しく形成したパティキュレートフィルタ１０と同程度のＰＭ燃焼性を確保するためには、前記触媒層に対して１０体積％以上４０体積％以下の範囲であることが好ましい。

このように、流入側セル５の開口面積を流出側セル６の開口面積よりも大きく形成したパティキュレートフィルタ１において、セル壁３の表面に形成される触媒層に、ＳｉＣ粒子を分散含有させることで、パティキュレートフィルタの再生処理時にパティキュレートフィルタの温度を低下させることができる。

（２）パティキュレートフィルタの背圧評価
また、本実施形態では、触媒層に分散含有させるＳｉＣ粒子量とパティキュレートフィルタの背圧との関係についても評価した。
具体的には、触媒層に分散含有させるＳｉＣ粒子量を変えた５つのパティキュレートフィルタ１を用い、パティキュレートフィルタ１にカーボンを堆積させ、カーボンを堆積させたパティキュレートフィルタ１に圧縮空気を導入してパティキュレートフィルタ１の前後の差圧を測定し、触媒層に分散含有させるＳｉＣ粒子量とパティキュレートフィルタの背圧との関係について評価する試験を行った。

触媒層に含有させるＳｉＣ粒子量を変えた５つのパティキュレートフィルタ１として、パティキュレートフィルタの熱引き性評価に用いたパティキュレートフィルタ１と同様に、流入側セル５の開口面積を流出側セル６の開口面積よりも大きく形成したパティキュレートフィルタ１のセル壁３に、触媒材として、触媒金属Ｐｔを担持したＣｅＺｒ複合酸化物と触媒金属Ｐｔを担持した高比表面積アルミナとからなる触媒層に、ＳｉＣ粒子を前記触媒層に対して１０体積％、２０体積％、３０体積％、４０体積％、５０体積％混合したものを用いた。

この触媒層は、触媒金属Ｐｔを担持したＣｅＺｒ複合酸化物に、質量比で３：１の触媒金属Ｐｔを担持した高比表面積アルミナ（高比表面積アルミナ：ＣｅＺｒ複合酸化物＝３：１（質量比））、所定量のＳｉＣ粒子、水及びバインダを混合して生成したスラリーをパティキュレートフィルタ１に吸引させ、エアブローによって余分なスラリーを除去してウォッシュコートし、乾燥後に５００℃の温度で２時間焼成することにより形成した。このようにして、セル壁３の表面に、触媒金属Ｐｔが担持された酸化物担体、すなわちＣｅＺｒ複合酸化物及び高比表面積アルミナと、触媒金属Ｐｔが担持されていないＳｉＣ粒子とを分散含有する触媒層を形成した。

触媒金属Ｐｔは、ＣｅＺｒ複合酸化物と高比表面積アルミナとの総質量に対して１０ｗｔ％担持させ、ＣｅＺｒ複合酸化物は、５ｇ／Ｌ（パティキュレートフィルタの１Ｌ当たり５ｇ）に設定し、高比表面積アルミナは、１５ｇ／Ｌ（パティキュレートフィルタの１Ｌ当たり１５ｇ）に設定し、ＳｉＣ粒子は、平均粒径が０．５μｍのものを用いた。また、パティキュレートフィルタ１は、直径が２５．４ｍｍ、容量が２５ｃｃで、セル密度が１平方インチ（約６．４５ｃｍ^２）当たり３００個であり、セルを隔てる壁厚が１２ミル（約０．３ｍｍ）のものを使用した。

このようにしてセル壁３の表面にＳｉＣ粒子を分散含有する触媒層を形成したパティキュレートフィルタ１に対し、ＰＭの代わりにカーボンブラックを７．５ｇ／Ｌ均一に堆積させた。なお、パティキュレートフィルタの熱引き性評価に用いたパティキュレートフィルタ１と同様に、流入側セル５の開口面積を流出側セル６の開口面積よりも大きく形成したパティキュレートフィルタ１のセル壁３に、触媒金属Ｐｔを担持したＣｅＺｒ複合酸化物及び高比表面積アルミナからなる触媒層にＳｉＣ粒子を１０体積％、２０体積％、３０体積％、４０体積％、５０体積％混合した触媒層を形成したパティキュレートフィルタをそれぞれサンプルＣ、サンプルＤ、サンプルＥ、サンプルＦ、サンプルＧとする。

また、流入側セル１１と流出側セル１２の開口面積を等しく形成したパティキュレートフィルタ１０のセル壁１３に触媒金属Ｐｔを担持したＣｅＺｒ複合酸化物及び高比表面積アルミナからなる触媒層を形成したパティキュレートフィルタ１０（サンプルＡ）と、流入側セル２１の開口面積を流出側セル２２の開口面積よりも大きく形成したパティキュレートフィルタ２０のセル壁２３に触媒金属Ｐｔを担持したＣｅＺｒ複合酸化物及び高比表面積アルミナからなる触媒層を形成したパティキュレートフィルタ２０（サンプルＢ）についても、カーボンブラックを７．５ｇ／Ｌ均一に堆積させ、パティキュレートフィルタの背圧を評価した。

パティキュレートフィルタの背圧測定では、円筒状の石英管の内部に、カーボンを堆積したパティキュレートフィルタ１を挿入し、石英管の一方の端部から圧縮空気を空間速度８０，０００／ｈで流しながらパティキュレートフィルタ１の前後に設けた圧力計によってパティキュレートフィルタ１の背圧、すなわちパティキュレートフィルタ１の前後の圧力差を測定した。

以下の表１に、サンプルＡ〜Ｇのパティキュレートフィルタ１に、カーボンを７．５ｇ／Ｌ堆積させた時のパティキュレートフィルタの背圧の測定結果を示す。

表１から分かるように、流入側セル２１の開口面積を流出側セル２２の開口面積よりも大きく形成したサンプルＢのパティキュレートフィルタ２０では、流入側セル１１と流出側セル１２の開口面積を等しく形成したサンプルＡのパティキュレートフィルタ１０に比べて、パティキュレートフィルタの背圧が低くなっている。このように、流入側セルの開口面積を流出側セルの開口面積よりも大きく形成したパティキュレートフィルタを用いることで、パティキュレートフィルタの背圧を低下させることができる。

また、表１から分かるように、流入側セル５の開口面積を流出側セル６の開口面積よりも大きく形成したパティキュレートフィルタ１のセル壁３に、触媒金属Ｐｔを担持したＣｅＺｒ複合酸化物及び高比表面積アルミナからなる触媒層にＳｉＣ粒子を１０体積％、２０体積％、３０体積％、４０体積％、５０体積％混合して触媒層を形成したサンプルＣ、サンプルＤ、サンプルＥ、サンプルＦ、サンプルＧのパティキュレートフィルタ１では、パティキュレートフィルタ１のセル壁３に、触媒金属Ｐｔを担持したＣｅＺｒ複合酸化物及び高比表面積アルミナからなる触媒層を形成したサンプルＢのパティキュレートフィルタに比べて、触媒層に混合するＳｉＣ粒子量に応じて、すなわち、触媒層に混合するＳｉＣ粒子量が多くなるにしたがって、パティキュレートフィルタの背圧が高くなっている。

なお、パティキュレートフィルタ１のセル壁３に形成され、触媒金属Ｐｔを担持したＣｅＺｒ複合酸化物及び高比表面積アルミナからなる触媒層に分散含有させるＳｉＣ粒子は、流入側セル１１と流出側セル１２の開口面積を等しく形成したパティキュレートフィルタ１０と同程度のパティキュレートフィルタの背圧を確保するためには、前記触媒層に対して１０体積％以上４０体積％以下の範囲であることが好ましい。

このように、本実施形態に係るパティキュレートフィルタ１によれば、セル壁３の表面に、触媒金属が担持された酸化物担体と、触媒金属が担持されていないＳｉＣ粒子とを含有する触媒層が形成されていることにより、セル壁の表面に触媒層を形成する場合においても、熱伝導率が比較的大きいＳｉＣ粒子によって、パティキュレートフィルタの再生処理時に、パティキュレートフィルタの熱引きを良好に行うことができ、パティキュレートフィルタが過昇温状態になることを抑制することができる。これにより、流入側セルの開口面積を流出側セルの開口面積よりも大きく形成したパティキュレートフィルタを用いる場合においても、パティキュレートフィルタが溶損したり割れたりすることを防止することができる。

また、ＳｉＣ粒子は、触媒層に対して１０体積％以上４０体積％以下の範囲で分散含有させることで、ＳｉＣ粒子を含有させることによる背圧の増加を抑えつつパティキュレートフィルタが過昇温状態になることを抑制することができる。

なお、パティキュレートフィルタ１では、流入側セル５が八角柱状に開口され、流出側セル６が四角柱状に開口されているが、流入側セル５の開口面積を流出側セル６の開口面積よりも大きく形成したパティキュレートフィルタであれば、例えば流入側セル５及び流出側セル６を円柱状など他の形状に成形するようにしてもよい。また、触媒金属として、Ｐｔを用いているが、その他の触媒金属を用いることも可能である。

以上のように、本発明は、例示された実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良及び設計上の変更が可能であることは言うまでもない。

本発明は、排気ガス中のパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタに関するものであり、例えば希薄燃焼ガソリンエンジン又はディーゼルエンジンなどを備えた車両の排気系に好適に適用することができる。

本実施形態に係るパティキュレートフィルタを模式的に示す正面説明図である。 前記パティキュレートフィルタの要部断面図である。 カーボンを堆積させたサンプルＡ〜Ｇについて、カーボンの燃焼時におけるパティキュレートフィルタの温度の測定結果を示すグラフである。 流入側セルと流出側セルの開口面積を等しく形成したパティキュレートフィルタの一部を模式的に示す正面説明図である。 流入側セルの開口面積を流出側セルの開口面積よりも大きく形成したパティキュレートフィルタの一部を模式的に示す正面説明図である。 カーボンの燃焼時におけるパティキュレートフィルタの温度の測定結果を示すグラフである。

符号の説明

１、１０、２０ パティキュレートフィルタ
３、１３、２３ セル壁
５、１１、２１ 流入側セル
６、１２、２２ 流出側セル

Claims (2)

1. 排気ガスの流れ方向下流側端面が目封じされた複数の流入側セルと、排気ガスの流れ方向上流側端面が目封じされた複数の流出側セルと、排気ガスが流れる流通孔を有し前記流入側セルと前記流出側セルとを区画するセル壁とを備え、前記流入側セルの開口面積が前記流出側セルの開口面積よりも大きく形成されたパティキュレートフィルタであって、
   前記セル壁の表面に、触媒金属が担持された酸化物担体と、触媒金属が担持されていないＳｉＣ粒子とを含有する触媒層が形成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。
2. 前記ＳｉＣ粒子は、前記触媒層に対して１０体積％以上４０体積％以下の範囲で分散含有されていることを特徴とする請求項１に記載のパティキュレートフィルタ。

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