JP2011163314A

JP2011163314A - 排気ガス浄化システムおよび排気ガス浄化フィルター

Info

Publication number: JP2011163314A
Application number: JP2010030318A
Authority: JP
Inventors: Masatoshi Katsuki; 将利勝木; Kazuki Nishizawa; 和樹西澤; Tomotsugu Masuda; 具承増田
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2010-02-15
Filing date: 2010-02-15
Publication date: 2011-08-25

Abstract

【課題】排気ガス浄化フィルターの後段に酸化触媒を設けずに排気ガス浄化装置の小型化を図ることが可能な排気ガス浄化システムを提供する。
【解決手段】本発明は、排気ガスを流す排気ガス管と、排気ガス管内に酸化触媒と排気ガス浄化フィルターとを備え、酸化触媒を通過させて排気ガスを酸化した後、排気ガス浄化フィルターを通過させて排気微粒子を捕集する排気ガス浄化システムであって、排気ガス浄化フィルターが、フィルター基体と、フィルター基体の表面に形成されたＮｉを構成要素として含有するＮｉ含有被覆層と、からなる排気ガス浄化システムである。
【選択図】図１

Description

本発明は、ディーゼルエンジンや燃焼機器の排気ガス浄化システムおよび排気ガス浄化フィルターに関する。

従来より、ディーゼルエンジンの排気ガスに含まれる黒煙対策として、ディーゼルエンジンの排気ガス管に複数の酸化触媒（ＤｉｅｓｅｌＯｘｉｄａｔｉｏｎＣａｔａｌｙｓｔ：以下ＤＯＣと略記する場合もある）や、排気ガス浄化フィルター（ＤｉｅｓｅｌＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅＦｉｌｔｅｒ、以下ＤＰＦと略記する場合もある）を配置して、排気ガス中のパティキュレート（排気微粒子、以下ＰＭと略記する）、ＣＯやＨＣ等の未燃炭化水素を除去する技術が知られている。

ＤＰＦは、ＰＭを捕集する目的で設置され、ＰＭが経時的に堆積して目詰まりする。このため、ＤＰＦのＰＭ捕集量の限界を超えないように、捕集されたＰＭを燃焼させて除去する、強制再生を行う必要がある。

ＤＰＦの強制再生では、ＤＰＦの前段の酸化触媒に未燃成分を供給することでＣＯやＨＣ成分を触媒反応で酸化し、このとき発生する反応熱でＤＰＦの温度を約６００℃まで上昇させて、ＰＭを燃焼除去する。ＤＰＦの前段の酸化触媒に未燃成分を供給するには、エンジンの筒内に燃焼に寄与しないタイミングで燃料をポスト噴射する、もしくは排気管に燃料を噴射する。

しかしながら、触媒の活性温度に到達する前に燃料を噴射したり、排ガス流量や排ガス温度から計算される燃料噴射量を誤ったりすると、未燃成分の一部がＨＣ、ＣＯとして大気に放出される可能性がある。大気に放出される未燃成分の量を低減、抑制するため、ＤＰＦの後段にさらに酸化触媒を設置しているが、これにより後段酸化触媒の設置によるコストアップや排気ガス浄化装置の設置スペース大、排圧上昇に伴う燃費低下が問題となっている。

例えば、特許文献１には、排気ガスを酸化触媒に流通させて未燃炭化水素を酸化し、その際に発生する酸化熱によって排気ガスの温度を上昇させること、酸化触媒の後方にパティキュレートを補足するフィルターや触媒化フィルター、その他複数種類の触媒を組み合わせて配置してもよいことが記載されているが、大気に放出される未燃成分の量の低減、抑制については記載されていない。

ＤＰＦにおけるＰＭの燃焼性能の向上や、ＣＯやＨＣ等の未燃成分の浄化機能の付与を目的として、ＤＰＦをＰｔなどの酸化触媒で被覆する方法が知られている。しかし、燃料中の硫黄分により酸化触媒が劣化しＰＭ燃焼性能が低下しやすい。これにより、ＤＰＦの強制再生の頻度が増加し燃費が低下すること、ＣＯやＨＣ等の未燃成分が大気に放出される可能性があることが、問題となっている。

特開２００６−２８１１２７号公報

本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、ＤＰＦの後段に酸化触媒を設けずに排気ガス浄化装置の小型化を図ることが可能な排気ガス浄化システムを提供することを第一の目的とする。また、ＤＰＦのＰＭ燃焼性能および排ガス浄化性能を向上させうる排気ガス浄化システムを提供することを第二の目的とする。さらに本発明は、未燃分のＨＣ、ＣＯの排出を低減しうる排気ガス浄化フィルターを提供することを第三の目的とする。

かかる目的のもと、本発明者等は、ＤＰＦから排出される排気ガスに含まれるＨＣ、ＣＯの低減について鋭意検討を行った。その結果、ＤＰＦにＮｉ含有被覆層を設けることにより、未燃ＨＣやＣＯのクラッキング反応をＮｉ上で生じさせ、未燃成分であるＨＣ、ＣＯがＤＰＦから排出されるのを低減できること、Ｐｔ触媒付きのＤＰＦにＮｉを組み合わせるとＮｉが排気ガスに含まれる硫黄分と反応しＰｔの触媒性能の低下を抑制することを見出し、ＤＰＦの後段に酸化触媒を設けずに排気ガス浄化装置の小型化を図ることが可能な排気ガス浄化システムを得るという目的を達成した。

したがって、本発明の排気ガス浄化システムは、排気ガスを流す排気ガス管と、排気ガス管内に酸化触媒と排気ガス浄化フィルターとを備え、酸化触媒を通過させて排気ガスを酸化した後、排気ガス浄化フィルターを通過させて排気微粒子を捕集する排気ガス浄化システムであって、排気ガス浄化フィルターが、フィルター基体と、フィルター基体の表面に形成されたＮｉを構成要素として含有するＮｉ含有被覆層と、からなることを特徴とする。

本発明においては、排気ガス浄化フィルターは、ＨＣおよび／またはＣＯを含む排気ガスが通過する際に、Ｎｉ含有被覆層に含まれるＮｉとのクラッキング反応によりＣを析出させることが好ましい。

また本発明においては、ＨＣおよび／またはＣＯを含む排気ガスを、酸化触媒を通過させた際に発生する酸化熱によって排気ガスの温度を上昇させた後、排気ガス浄化フィルターに供給することによって、クラッキング反応によって析出したＣが酸化されることが好ましい。

さらに本発明の排気ガス浄化システムにおいては、Ｎｉ含有被覆層が、ＮｉとＰｔとを担持する触媒担持体としてもよい。この場合、Ｎｉ含有被覆層が、Ｓと反応する、またはＳを析出させることが好ましい。
本発明では、Ｎｉ含有被覆層が、Ｎｉを２０ｗｔ％以下含むことが好ましい。

またさらに本発明の排気ガス浄化システムにおいては、排気ガス浄化フィルターに排気微粒子が堆積した際に、排気ガス浄化フィルターの強制再生処理を行う制御部を備えることが好ましい。
本発明の排気ガス浄化システムは、ディーゼルエンジンの排気ガスを浄化するためのディーゼルエンジン用排気ガス浄化システムとして好適である。

また本発明は、フィルター基体と、前記フィルター基体の表面に形成されたＮｉを構成要素として含有するＮｉ含有被覆層とからなる排気ガス浄化フィルターである。

本発明によれば、排気ガス浄化フィルター通過後に排出される未燃分のＨＣ、ＣＯが低減するので排気ガス浄化フィルターの後段の酸化触媒が不要になり、排気ガス浄化システムを小型化および低コスト化することができる。
また、排気ガス浄化フィルターのＮｉ含有被覆層を、ＮｉとＰｔとを担持する触媒担持体とすることにより、排気ガス浄化フィルターのＰＭ燃焼性能および排ガス浄化性能を向上させることができる。
またさらに、本発明の排気ガス浄化フィルターは、未燃分のＨＣ、ＣＯの排出を低減させることが可能であるので、排気ガス浄化装置の部品として好適である。

本発明の排気ガス浄化システムの概要を説明するための概要図である。ＤＰＦ４の横断面の一部を模式的に示した図である。本発明の一実施形態としてのディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置のブロック構成図である。経時変化に対する排気ガス浄化性能比を表す図である。従来の排気ガス浄化装置の概要図である。

以下、本発明の排気ガス浄化システムについて、添付図面に示す実施の形態に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の排気ガス浄化システムの概要を示す説明図である。図１において、１は排気ガス浄化装置であって、排気ガス管２内には、前段酸化触媒（ＤＯＣ）３、排気ガス浄化フィルター（ＤＰＦ）４が配置されている。矢印のように上流側から排気ガスＧが流入して、前段酸化触媒３、ＤＰＦ４を順次通過して浄化された排気ガスＧｃが大気中に放出される。前段酸化触媒３は、排気ガスＧに含まれる未燃成分を燃焼させて浄化する。本発明において、ＤＰＦ４は、前段酸化触媒３を通過したＰＭを捕集する働きと、未燃成分（ＨＣ、ＣＯ）の排出を低減する働きを有する。強制再生時には、前段酸化触媒３の触媒反応により発生する反応熱（酸化熱）を利用し、捕集したＰＭを燃焼除去する。

前段酸化触媒３は、排気ガスＧに含まれるＨＣやＣＯ等の未燃成分を燃焼させて浄化する働きを有する。強制再生時には、ＤＰＦ４において捕集されるＰＭを酸化（燃焼）させるために、前段酸化触媒３に未燃成分を供給することでＣＯやＨＣ成分を触媒反応で酸化し、このとき発生する反応熱でＤＰＦ４の温度を６００〜７００℃まで上昇させて、ＰＭを燃焼除去する働きを担う。

前段酸化触媒３の構造は、排気ガスＧに含まれる未燃成分を燃焼させて浄化する機能を有するものであれば特に限定されるものではないが、排気ガスが抵抗なく通過可能であるよう複数の平行貫通孔を有する耐熱性基体と、耐熱性基体の平行貫通孔の壁面上に担持された酸化触媒とを有する触媒構造体を用いることが好ましい。

このような耐熱性基体としては、例えば、コージェライト等のセラミック製ハニカム、炭化ケイ素（ＳｉＣ）等の無機材料製ハニカム等、耐熱性に優れる材料を用いて形成された断面形状が三角形、四角形、六角形、波型等のセルの一体構造型集合体が好ましい。
耐熱性基体に担持される酸化触媒としては、Ｐｔ、Ｐｄ等を活性金属として含むものが好ましい。

本発明において、ＤＰＦ４は、フィルター基体と、フィルター基体の表面に形成されたＮｉを構成要素として含有するＮｉ含有被覆層とからなる。Ｎｉ含有被覆層は、Ｎｉのみを触媒として用いることもできるし、ＮｉとＰｔ等の他の触媒を同時に用いてもよい。

本発明において、ＤＰＦ４から排出される未燃成分（ＨＣ、ＣＯ）が低減するのは、Ｎｉが、未燃成分（ＨＣ、ＣＯ）に含まれるＣを析出するためと、未燃成分に含まれるＳと反応もしくはＳを析出させるためである。

Ｎｉの触媒活性点を＊とすると、次式（１）（２）のようなクラッキング反応がＤＰＦ４のＮｉ上で起こり、未燃成分に含まれるＨＣとＣＯからＣが析出する。これにより、ＤＰＦ４を通過したガスに含まれるＨＣとＣＯの量を低減することができる。

２ＨＣ＋＊→２Ｃ＋Ｈ_２・・・（１）
２ＣＯ＋＊→Ｃ＋ＣＯ_２・・・（２）

クラッキング反応によってＤＰＦ４のＮｉ上に析出したＣは、ＤＰＦ４の強制再生時にＰＭとともに燃焼除去される。すなわち、ＨＣおよび／またはＣＯを含む排気ガスが、酸化触媒３を通過する際に酸化熱が発生し、この酸化熱によって排気ガスの温度を上昇させた後、ＤＰＦ４に供給することによって、クラッキング反応によって析出したＣが酸化される。

以上説明したように、本発明においては、ＤＰＦ４によってＨＣ、ＣＯなどの未燃成分を除去するので、ＤＰＦ４の後段に酸化触媒やＨＣ吸収剤などを設置する必要がなく、排気ガス浄化装置を小型化することができる。また、ＤＰＦ４において生成したＣも強制再生時にＰＭと同時に燃焼されるので、Ｃを処理する工程や装置を設ける必要が無く、効率がよい。

Ｓとの反応またはＳの析出は、ＮｉとＰｔ等の他の触媒を同時に用いた場合に、Ｐｔ等の他の触媒の性能低下を抑制する効果に寄与する。排気ガスや未燃成分に含まれるＳは、Ｐｔなどの触媒を劣化させる要因となっている。ＮｉはＳとの親和性がＰｔより高いため、ＳはＮｉと反応もしくはＮｉによって析出する。それにより、Ｓと反応するＰｔの量を低減することが可能となり、Ｐｔが本来有するＰＭ燃焼性能と排気ガス浄化性能などの触媒性能の低下を抑制する効果が得られる。これによりＤＰＦ４の後段に酸化触媒やＨＣ吸収剤などを設置する必要がなく、排気ガス浄化装置を小型化することができる。

本発明では、Ｎｉのみを触媒として用いる場合には、Ｎｉが未燃成分に含まれるＣを析出させる働きと排気ガス中に含まれるＳと反応もしくは析出させる働きを有する。また、ＮｉとＰｔ等の他の触媒を同時に用いる場合には、ＮｉによってＣを析出する働きもあるが、これよりもＰｔがＣを燃焼させる触媒反応が優先するため、Ｎｉによる効果はＳとの反応またはＳの析出によるＰｔの触媒性能低下の抑制である。

Ｎｉとともに用いる触媒としては、ＰＭの燃焼温度や未燃成分の燃焼温度を低下させる効果を有するＰｔが好ましいが、これに限定されるものではない。Ｓとの親和性がＮｉより小さい触媒であれば、Ｎｉによる触媒性能の低下を抑制する効果が得られるので、Ｐｔ以外の触媒、例えばＰｄ、Ａｇ等を用いることもできる。

ＤＰＦ４のフィルター基体は、ＰＭを捕集する機能を有する耐熱性の材料であれば特に限定されるものではないが、多孔体の隔壁によって多数のセルに仕切られ、セル両端のうち一方が閉じた三次元構造体であることが好ましい。

図２は、ＤＰＦ４の横断面の一部を模式的に示した図である。図２に示すように、ＤＰＦ４は、多孔体からなる隔壁５によってセル６が仕切られ、セル６のうち一方が交互に栓５ａによって塞がれた三次元構造体である。ＰＭを含む排気ガスＧの流れを矢印７で示す。セル６両端のうちの一方を閉じることで、排気ガスＧが矢印７に示すように隔壁５に強制的に導かれる。排気ガスＧのガス成分は隔壁５を通過するがＰＭは隔壁５を形成する多孔体の孔で漉しとられ残存するので、浄化された排気ガスＧｃが放出される。ＤＰＦ４は、多孔体の隔壁５をフィルターとして用いるためＰＭの捕集機能に優れる。多孔体の隔壁５としては、コージェライト、炭化ケイ素等の耐熱性に優れる多孔性の材料が好ましい。

Ｎｉ含有被覆層は、構成要素としてＮｉを含有すればよく、金属Ｎｉ、Ｎｉ含有合金、Ｎｉ含有酸化物、Ｎｉ含有複合酸化物、水溶性Ｎｉ化合物などを用いてフィルター基体の表面に定着させることができる。例えば、水溶性Ｎｉ化合物（例えば硝酸ニッケル）の水溶液を調整し、フィルター基体を浸漬する。その後、水溶性Ｎｉ化合物を含浸させたフィルター基体を乾燥、焼成することにより、Ｎｉ含有被覆層を有する排気ガス浄化フィルターを作製することができる。

また、Ｎｉ含有被覆層として、アルミナ、シリカ、チタニア、ジルコニア等の触媒担体に、Ｎｉを担持させた触媒担持体や、ＮｉとＰｔを担持させた触媒担持体を用いることも好ましい。例えば、アルミナ粉体と水溶性Ｎｉ化合物（例えば硝酸ニッケル）および／または水溶性白金化合物（例えば、亜硝酸ジアンミン白金）の水溶液とを混合処理し、その後乾燥させて、Ｎｉ化合物および／または白金化合物を担持したアルミナ粉体を得る。次いで、Ｎｉ化合物および／または白金化合物を担持したアルミナ粉体と水を混合してスラリーを作製し、フィルター基体を浸漬させた後、乾燥および焼成することによりＮｉ含有被覆層を有する排気ガス浄化フィルターを作製することができる。

Ｎｉ含有被覆層として、触媒担体にＮｉを担持させる場合、触媒担体に対してＮｉを２０ｗｔ％以下含むことが好ましい。ＮｉとＰｔの両方を担持させる場合、Ｎｉの量を多くしてもＰｔの触媒性能の低下を抑制する効果が飽和するので、２０ｗｔ％以下とすることが好ましく、１５ｗｔ％以下とすることがより好ましい。また、Ｎｉの量が少なすぎても、Ｃの析出やＳの析出またはＳとの反応の効果が十分に得られないので、Ｎｉは２ｗｔ％以上とすることが好ましく、５ｗｔ％以上とすることがより好ましい。

本発明の排気ガス浄化システムの一実施形態として、ディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置におけるＤＰＦ近傍の温度制御および強制再生について図３を用いて説明する。
図３は、本発明の一実施形態としてのディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置のブロック構成図である。

図３に示すように、エンジン４０には、吸気系１００、排気系として排気ガス浄化装置１、エンジン４０から排出された排気ガスをエンジン４０の吸気側に戻すための排気再循環（ＥＧＲ）装置３００が設けられている。さらに、このエンジン４０には排気ガス浄化装置１の強制再生等を統合的に制御する制御手段（ＥＣＵ）５０が設けられている。

エンジン４０は、一般的なディーゼルエンジンであって、主に、シリンダ４１、吸気弁４４、排気弁４５、ピストン４２、燃料噴射装置（インジェクタ）４３を備えて構成されている。燃料噴射装置４３は、シリンダ４１内に燃料を噴射するための装置であって、その噴射タイミングはＥＣＵ５０によって制御されている。
また、エンジン４０の回転速度を検出するためのエンジン回転速度センサ３１及びアクセルペダルの開度を検出するためのアクセル開度センサ３２が設けられており、これらの各センサにより検出された情報はＥＣＵ５０に伝達されるようになっている。

吸気系１００は、吸気通路６１、吸気通路６１上に設けられた吸気用インタクーラ６２、吸気スロットル６３、及びコンプレッサＣから構成されている。吸気用インタクーラ６２は空気の冷却に用いる。吸気通路６１の吸気口６１ａから吸入された空気はコンプレッサＣで加圧された後、吸気用インタクーラ６２を経由して、吸気スロットル６３によって吸入量が可変的に制限された後にエンジン４０のシリンダ４１内へ供給される。吸気通路６１には吸気用インタクーラ６２をバイパスするバイパス通路６６が設けられており、バイパス通路６６吸気口６１との接続部には、空気流路を切り換えるための流路切換弁６４が設けられている。

排気再循環装置（ＥＧＲ装置）３００はエンジン４０から排出された排気ガスを再循環利用してエンジン４０の吸気として還流させる装置であって、排気再循環通路（ＥＧＲ通路）１６、排気ガスを冷却するＥＧＲクーラ１４、ＥＧＲクーラ１４をバイパスするＥＧＲクーラバイパス通路１５、排気ガスを吸気側に循環させる量を制御する弁として動作するＥＧＲバルブ１３及び、排気ガスの吸気側への供給をＥＧＲクーラ１４経由、ＥＧＲクーラバイパス通路１５経由のいずれかに切り換えるＥＧＲ流路切換弁１２等を備えて構成される。

排気ガス浄化装置１は、排気ガス管２、および排気ガス管２内に設けられたタービンＴ、前段酸化触媒３、ＤＰＦ４、上流側温度センサ２３、上流側圧力センサ２１、下流側圧力センサ２２、排気絞り２６、下流側温度センサ２８から構成されている。

この前段酸化触媒３とＤＰＦ４は、排気ガスの流れの上流側から見て、前段酸化触媒３、ＤＰＦ４の順に配設され、ＤＰＦ４の前に上流側温度センサ２３を、ＤＰＦ４の後に下流側温度センサ２８を、またＤＰＦ４の前に上流側圧力センサ２１を、ＤＰＦ４の後に下流側圧力センサ２２が配設されている。

上流側温度センサ２３と下流側温度センサ２８は、それぞれ排気ガス管２内の温度を測定し、その測定結果をＥＣＵ５０へ出力する。上流側圧力センサ２１と下流側圧力センサ２２は、それぞれ排気ガス管２内の圧力を測定し、その測定結果をＥＣＵ５０へ出力する。

排気絞り２６は排気ガス管２の最下流側に設けられ、排気ガス流量を可変的に制限するものであって、この開度を変化させることによって排気ガス流量が制御され、これにより、エンジン４０へ供給される空気流量（吸気流量）が制御される。

ＥＣＵ（制御手段）５０は、ＤＰＦ４の温度を変化させるべく、エンジン４０から排出される排気ガスの温度を調整することが可能な複数の排気温度調整手段を制御するものである。排気温度調整手段とは、エンジン４０から排出される排気ガスの温度を変化させることができる機器であって、例えば、吸気スロットル６３、排気絞り２６、流路切換弁６４、燃料噴射装置４３、ＥＧＲバルブ１３、ＥＧＲ流路切換弁１２などの機器である。

ＥＣＵ５０は、入出力装置（図示せず）、実温度取得手段５１、記憶手段５２、目標温度設定手段５３、エンジン状態判断手段５４、ＰＭ堆積量判定手段５５を備えて構成されている。また、これらの実温度取得手段５１、目標温度設定手段５３、エンジン状態判断手段５４、ＰＭ堆積量判定手段５５のそれぞれはソフトウェアなどによって構成され、記憶手段５２はＲＡＭ、ＲＯＭ、ハードディスクなどの記憶媒体によって構成される。

実温度取得手段５１は、ＤＰＦ４の前後に設置された上流側温度センサ２３と下流側温度センサ２８により、ＤＰＦ４に供給される直前の排気ガス温度とＤＰＦ４より排出された直後の排気ガス温度を計測し、この結果を取得する。

目標温度設定手段５３は、ＤＰＦ４に供給される排気ガスの目標温度（目標ＤＰＦ上流温度）を設定するものであって、実温度取得手段５１によって取得された上流側の排気ガス温度と下流側の排気ガス温度とに基づいて制御モードを選択し、事前に記憶手段５２に記憶された目標ＤＰＦ温度マップから目標ＤＰＦ上流温度を設定する。この制御モードはＤＰＦ４の上流および下流の排気ガス温度に基づいて事前に設定され、記憶手段５２に記憶されている。

エンジン状態判断手段５４は、アクセル開度センサ３２、エンジン回転速度センサ３１などの情報に基づき、エンジンの運転状態（例えば「定常運転であるか否か」等）を判定するものである。

ＰＭ堆積量判定手段５５は、ＤＰＦ４に堆積したＰＭ量を上流側圧力センサ２１と下流側圧力センサ２２によって検出された情報に基づき推定するものである。つまり、ＤＰＦ４内でＰＭが堆積して目詰まりが生じると、これに起因してＤＰＦ４の上流側と下流側との間に気圧差が生じる。そこで、このそれぞれの気圧を上流側圧力センサ２１と下流側圧力センサ２２とによって検出するとともに、圧力差を算出する。ＤＰＦの上流側と下流側の圧力差が、予め定めた規定値以上となったときに、ＰＭ堆積量が予め決められた基準値を超えたと判定する。

ＰＭ堆積量判定手段５５によって、ＰＭ堆積量が予め決められた基準値を超えたと判定された場合、ＤＰＦ４の強制再生処理が開始される。
ＤＰＦ４の強制再生を実行する場合には、ＰＭが燃焼する温度に目標ＤＰＦ上流温度を設定する。ＤＰＦ４として、Ｐｔ触媒を用いないＮｉ含有被覆層を用いる場合は、６００℃〜７００℃程度に設定し、ＰＭを燃焼させる。Ｐｔを含むＮｉ含有被覆層を用いる場合は、Ｐｔの触媒作用により３００℃〜６００℃でＰＭは燃焼する。

目標ＤＰＦ上流温度までの温度を上昇させる手段としては、例えば、燃料噴射装置４３を制御して主噴射時期を遅角させたり、主噴射後に燃料噴射（ポスト噴射）を実行させたりすればよい。これらの制御はエンジン４０での膨張行程における爆発を任意に発生させるものであるため、爆発が運動エネルギへ十分に変換されずに熱エネルギとして排出される。つまり、排気ガスに多量の熱エネルギが含まれた状態で排出されるので排気ガス温度が上昇し、ＤＰＦ４における温度も上昇する。

目標ＤＰＦ上流温度までの温度を上昇させる他の手段として、燃料の未燃成分（ＨＣ）を前段酸化触媒３に供給してもよい。ＨＣが酸化反応を起こし、この酸化熱によってＤＰＦ４に供給される排気ガスの温度が上昇する。

図３では、ＤＰＦ４の強制再生処理がＥＣＵ５０を用いて制御される手法を説明したが、運転者が任意の時期にＤＰＦ４の強制再生を行えるような手法を採用してもよい。

図１と同様の構成の本発明にかかる排気ガス浄化装置１と、図５に示す従来の排気ガス浄化装置７０を作製した。

本発明の排気ガス浄化装置１で用いた前段酸化触媒３は市販のＰｔ触媒をコートしたコージェライト製ハニカム形状のモノリス基材からなる。排気ガス浄化フィルター４は市販のコージェライト製ＤＰＦをフィルター基体として硝酸Ｎｉ溶液を含浸させた後、焼成し、Ｎｉ触媒を定着させた。Ｎｉ触媒は、金属Ｎｉからなる。

図５は、従来の排気ガス浄化装置７０の概略図である。図５に示すように、ディーゼル排気ガス管７２内には、前段酸化触媒７３、ＤＰＦ７４、後段酸化触媒７５が配置されている。前段酸化触媒７３と後段酸化触媒７５は、市販のＰｔ触媒をコートしたコージェライト製ハニカム形状のモノリス基材からなり、ＤＰＦ７４は触媒のない市販のコージェライト製ＤＰＦからなる。

本発明により、ＤＰＦ４の後方に後段酸化触媒を設けずとも従来と同程度の排ガス浄化性能を有する排気ガス浄化装置１が得られた。これにより、従来の後段酸化触媒が不要になり排気ガス浄化装置の小型化と低コスト化が可能である。

Ｐｔ触媒性能に対するＮｉの効果を調べるため、Ｎｉ量が異なる３種類の排気ガス浄化フィルター用触媒を準備した。３種類の排気ガス浄化フィルター用触媒のＰｔ量はいずれも同一である。

試料１の触媒は、触媒担体に対してＮｉ量が１９ｗｔ％となるようＮｉを担持させた触媒担持体である。試料２の触媒は、触媒担体に対してＮｉ量が９ｗｔ％となるようＮｉを担持させた触媒担持体である。試料３の触媒は、触媒担体に対してＮｉ量が０ｗｔ％、すなわちＰｔのみを担持させた触媒担持体である。

試料１〜３の排気ガス浄化フィルター用触媒を用いて、下記のような条件で試験ガスを通過させた場合の、触媒の排気ガス浄化性能の経時変化を調べた。結果を図４に示す。図４において、横軸は時間、縦軸は排気ガス浄化性能比である。排気ガス浄化性能比は、ある時間経過後の排気ガス浄化性能を初期の排気ガス浄化性能で割った値である。したがって、排気ガス浄化性能比の数値が低くなるほど、排気ガス浄化性能が低下していることを示す。

・試験ガス：ＮＯ＝５００ｐｐｍ、ＣＯ＝３００ｐｐｍ、ＣＯ_２＝６％、Ｏ_２＝１０％、
Ｈ_２Ｏ＝６％、ＳＯ_２＝１０００ｐｐｍ
・温度：３００℃
・ＧＨＳＶ：４００００ｈ^−１

図４から、Ｎｉ０ｗｔ％の試料３と、Ｎｉ１９、９ｗｔ％の試料１、２とを比較すると、Ｎｉによって排気ガス浄化性能比の低下が抑制されていることが確認できる。これはＮｉとＳとの反応により、Ｐｔが本来有する触媒性能の低下が抑制されたためである。また、Ｎｉ９ｗｔ％と１９ｗｔ％とを比較すると、排気ガス浄化性能比の低下を抑制する効果に大きな差が見られない。これは、Ｎｉが９ｗｔ％を超えると効果が飽和していることを示す。
試料１および試料２の触媒をＤＰＦのＮｉ含有被覆層として用いることにより、排気ガス浄化性能に優れた排気ガス浄化フィルターが得られる。

１…排気ガス浄化装置、２…排気ガス管、３…前段酸化触媒、４…排気ガス浄化フィルター

Claims

排気ガスを流す排気ガス管と、前記排気ガス管内に酸化触媒と排気ガス浄化フィルターとを備え、前記酸化触媒を通過させて排気ガスを酸化した後、前記排気ガス浄化フィルターを通過させて排気微粒子を捕集する排気ガス浄化システムであって、
前記排気ガス浄化フィルターが、フィルター基体と、前記フィルター基体の表面に形成されたＮｉを構成要素として含有するＮｉ含有被覆層と、からなることを特徴とする排気ガス浄化システム。
前記排気ガス浄化フィルターは、ＨＣおよび／またはＣＯを含む排気ガスが通過する際に、前記Ｎｉ含有被覆層に含まれるＮｉとのクラッキング反応によりＣを析出させることを特徴とする請求項１に記載の排気ガス浄化システム。
ＨＣおよび／またはＣＯを含む排気ガスを、前記酸化触媒を通過させた際に発生する酸化熱によって前記排気ガスの温度を上昇させた後、前記排気ガス浄化フィルターに供給することによって、前記クラッキング反応によって析出した前記Ｃが酸化されることを特徴とすることを特徴とする請求項１または２に記載の排気ガス浄化システム。
前記Ｎｉ含有被覆層が、ＮｉとＰｔとを担持する触媒担持体からなることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の排気ガス浄化システム。
前記Ｎｉ含有被覆層が、Ｓと反応する、またはＳを析出させることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の排気ガス浄化システム。
前記Ｎｉ含有被覆層が、Ｎｉを２０ｗｔ％以下含むことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載の排気ガス浄化システム。
前記排気ガス浄化フィルターに前記排気微粒子が堆積した際に、前記排気ガス浄化フィルターの強制再生処理を行う制御部を備えることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一項に記載の排気ガス浄化システム。
請求項１ないし７のいずれか一項に記載の排気ガス浄化システムが、ディーゼルエンジンの排気ガスを浄化するための浄化システムであることを特徴とするディーゼルエンジン用排気ガス浄化システム。
フィルター基体と、前記フィルター基体の表面に形成されたＮｉを構成要素として含有するＮｉ含有被覆層とからなることを特徴とする排気ガス浄化フィルター。