JP2011208526A - Particulate filter with catalyst - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、エンジンの排気通路に設けられ、排気通路を流通する排気ガス中のパティキュレートを捕集するとともに、内部に担持した触媒の作用により上記パティキュレートを燃焼処理する触媒付きパティキュレートフィルタに関する。 The present invention relates to a particulate filter with a catalyst, which is provided in an exhaust passage of an engine, collects particulates in exhaust gas flowing through the exhaust passage, and burns the particulates by the action of a catalyst carried inside. .
ディーゼルエンジンやリーンバーンガソリンエンジン等の希薄燃焼式エンジンでは、炭素質成分（スート）を主成分とするパティキュレート（Particulate Matter：ＰＭ）が排気ガス中に多く含まれる。このため、上記のような希薄燃焼式エンジンの排気通路には、一般に、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が配設される。 In a lean combustion engine such as a diesel engine or a lean burn gasoline engine, exhaust gas contains a large amount of particulate matter (PM) containing carbonaceous components (soot) as a main component. For this reason, in general, a particulate filter for collecting particulates is disposed in the exhaust passage of the lean combustion engine as described above.
パティキュレートフィルタは、例えばハニカム構造体からなり、その内部には、多孔質性の隔壁（５〜２０μｍ程度の径の多数の細孔が形成された隔壁）により区画された多数のセルが、排気ガスの流れ方向に沿って設けられている。上記セルとしては、排気ガスの入口側が開放されて出口側が封止された入口側セルと、出口側が開放されて入口側が封止された出口側セルとが設けられ、これら入口側および出口側セルが交互に（市松模様状に）配置されている。 The particulate filter is made of, for example, a honeycomb structure, and a large number of cells partitioned by porous partition walls (partition walls having a large number of pores having a diameter of about 5 to 20 μm) are exhausted therein. It is provided along the gas flow direction. As the above-mentioned cells, there are provided an inlet side cell in which the inlet side of the exhaust gas is opened and the outlet side is sealed, and an outlet side cell in which the outlet side is opened and the inlet side is sealed, and these inlet side and outlet side cells are provided. Are arranged alternately (in a checkered pattern).
排気ガス中に含まれるパティキュレートは、各セルを区画する隔壁の表面や、隔壁内の細孔に堆積し、捕集されるため、この捕集されたパティキュレートを燃焼除去するための触媒（ＰＭ燃焼触媒）が、上記隔壁の表面および細孔の内壁面にコーティング（担持）される。 Particulates contained in the exhaust gas accumulate on the surface of the partition walls partitioning each cell and the pores in the partition walls, and are collected. Therefore, a catalyst for burning and removing the collected particulates ( PM combustion catalyst) is coated (supported) on the surfaces of the partition walls and the inner wall surfaces of the pores.
上記捕集されたパティキュレートを燃焼させる際には、一般に、エンジンの膨張行程で燃焼室に燃料を噴射するいわゆるポスト噴射が実行される。ポスト噴射が実行されると、排気ガス中に燃料の未燃成分（ＨＣ成分）が添加されるため、上記パティキュレートフィルタよりも上流側に配設された酸化触媒等で上記未燃成分が酸化されて、排気ガスの高温化が図られる。そして、この高温化した排気ガスがパティキュレートフィルタに流入することで、上記パティキュレートフィルタに担持された触媒によるパティキュレートの酸化反応（燃焼）が促進され、堆積していたＰＭが除去される。 When the collected particulates are burned, generally, so-called post-injection is performed in which fuel is injected into the combustion chamber during the expansion stroke of the engine. When post-injection is executed, unburned components (HC components) of the fuel are added to the exhaust gas, so the unburned components are oxidized by an oxidation catalyst or the like disposed on the upstream side of the particulate filter. Thus, the temperature of the exhaust gas is increased. The exhaust gas having a high temperature flows into the particulate filter, whereby the oxidation reaction (combustion) of the particulates by the catalyst carried on the particulate filter is promoted, and the accumulated PM is removed.
パティキュレートフィルタでは、その内部に堆積するパティキュレートの量が過剰にならないように、上記のようなポスト噴射によるパティキュレートの燃焼処理（フィルタ再生処理）を定期的に行う必要がある。ただし、フィルタ再生処理中は、パティキュレートの酸化反応による熱発生があるため、パティキュレートフィルタはかなりの高温に晒される。このため、パティキュレートフィルタの材質としては、ＳｉＣ、Ｓｉ3Ｎ4等のセラミック材料が使用されることが多い。しかしながら、このような耐熱性材料を用いた場合でも、条件によっては、パティキュレートフィルタの温度が急激に高まって、部分的な溶損や割れが発生する場合もある。 In the particulate filter, it is necessary to periodically perform the particulate combustion process (filter regeneration process) by the post injection as described above so that the amount of the particulates accumulated in the particulate filter does not become excessive. However, during the filter regeneration process, heat is generated by the oxidation reaction of the particulates, so that the particulate filter is exposed to a considerably high temperature. For this reason, ceramic materials such as SiC and Si 3 N 4 are often used as the material for the particulate filter. However, even when such a heat-resistant material is used, depending on conditions, the temperature of the particulate filter may rapidly increase, and partial melting or cracking may occur.
もちろん、フィルタ再生処理の要否を判断するための閾値（パティキュレート堆積量の上限値）を小さく設定すれば、パティキュレートの堆積量が比較的少ない段階でフィルタ再生処理が開始されるため、上記のような溶損等の不具合が起きることはまずないと考えられる。しかしながら、上記堆積量の閾値をあまりに小さくすれば、フィルタ再生処理が頻繁に行われることとなり、ポスト噴射により消費される燃焼が増大するため、燃費が大幅に悪化するという問題が生じる。 Of course, if the threshold value (upper limit value of the particulate accumulation amount) for determining whether or not the filter regeneration process is necessary is set small, the filter regeneration process is started at a stage where the particulate accumulation amount is relatively small. It is unlikely that problems such as melting damage will occur. However, if the accumulation amount threshold value is too small, filter regeneration processing is frequently performed, and combustion consumed by post-injection increases, resulting in a problem that fuel consumption is greatly deteriorated.
パティキュレートをなるべく速く燃焼させることが可能な触媒を用いれば、燃費の悪化は抑制されるが、単にパティキュレートの高速燃焼を狙っただけでは、上述した溶損等の不具合を招くおそれがあるだけでなく、不完全燃焼による未燃ガス（ＣＯ）が大量に発生することが懸念される。 If a catalyst capable of burning particulates as quickly as possible is used, deterioration of fuel consumption is suppressed, but simply aiming at high-speed combustion of particulates may cause problems such as the above-mentioned melting damage. In addition, there is a concern that a large amount of unburned gas (CO) is generated due to incomplete combustion.
このような問題に対し、例えば下記特許文献１に開示されたパティキュレートフィルタが提案されている。同文献のパティキュレートフィルタでは、排気ガスの流入側（上流側）の所定範囲に、パティキュレートを燃焼処理するための触媒層がコートされるとともに、排気ガスの流出側（下流側）の所定範囲に、ＣＯ等の有害成分を浄化するためのガス浄化触媒層がコートされている。 For example, a particulate filter disclosed in Patent Document 1 below has been proposed to solve such a problem. In the particulate filter of the same document, a predetermined range on the exhaust gas inflow side (upstream side) is coated with a catalyst layer for burning the particulates, and a predetermined range on the exhaust gas outflow side (downstream side). Further, a gas purification catalyst layer for purifying harmful components such as CO is coated.
上記特許文献１に開示されたパティキュレートフィルタによれば、パティキュレートの酸化反応（燃焼）のスピードが緩やかになり、未燃ガス（ＣＯ）の排出量が低減されることが期待される。しかしながら、フィルタ再生処理の時間短縮や、フィルタの昇温抑制の点ではまだ十分とは言えず、このような課題をより効果的に解決することが可能な技術が求められていた。 According to the particulate filter disclosed in Patent Document 1, it is expected that the speed of the oxidation reaction (combustion) of the particulates is reduced and the amount of unburned gas (CO) discharged is reduced. However, it is still not sufficient in terms of shortening the time for filter regeneration processing and suppressing the temperature rise of the filter, and a technique capable of more effectively solving such problems has been demanded.
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、ＣＯの排出量を増大させることなく、フィルタ再生時間の短縮とフィルタの昇温抑制とを両立することが可能な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。 The present invention has been made in view of the circumstances as described above, and is a particulate filter capable of both reducing the filter regeneration time and suppressing the temperature rise of the filter without increasing the CO emission amount. The purpose is to provide.
上記課題を解決するためのものとして、本発明は、エンジンの排気通路に設けられ、排気通路を流通する排気ガス中のパティキュレートを捕集するとともに、内部に担持した触媒の作用により上記パティキュレートを燃焼処理する触媒付きパティキュレートフィルタであって、上記排気ガスの流れ方向上流側にあたる入口側が開放されかつ反対側の出口側が封止された複数の入口側セルと、出口側が開放されて入口側が封止された複数の出口側セルとを備え、上記入口側および出口側セルが多孔質性の隔壁により区画されて交互に配置されており、上記入口側セルは、捕集されたパティキュレートを燃焼させてＣＯを生成するＰＭ燃焼触媒が担持された第１入口側セルと、上記ＰＭ燃焼触媒に加えて、ＣＯを酸化するためのＣＯ酸化触媒が担持された第２入口側セルとを含み、上記第２入口側セルに担持されたＰＭ燃焼触媒およびＣＯ酸化触媒の合計の担持量が、上記第１入口側セルに担持された上記ＰＭ燃焼触媒よりも多く設定され、上記出口側セルには、上記第２入口側セルに担持される触媒と同種の触媒が担持されていることを特徴とするものである（請求項１）。 In order to solve the above problems, the present invention is provided in an exhaust passage of an engine to collect particulates in exhaust gas flowing through the exhaust passage and to act as the particulates by the action of a catalyst carried inside. A particulate filter with a catalyst for combustion treatment, wherein a plurality of inlet side cells having an inlet side corresponding to an upstream side in a flow direction of the exhaust gas being opened and an outlet side on the opposite side being sealed; A plurality of sealed outlet-side cells, wherein the inlet-side cells and the outlet-side cells are partitioned by a porous partition wall and are alternately arranged, and the inlet-side cells receive the collected particulates. A first inlet side cell on which a PM combustion catalyst for generating CO by combustion is supported, and a CO oxidation catalyst for oxidizing CO in addition to the PM combustion catalyst. The total amount of the PM combustion catalyst and the CO oxidation catalyst supported by the second inlet side cell is more than the PM combustion catalyst supported by the first inlet side cell. The outlet side cell is loaded with a catalyst of the same type as the catalyst loaded on the second inlet side cell (Claim 1).
本発明によれば、排気ガスが流入する入口側セルを、第１入口側セルおよび第２入口側セルにつくり分け、第１入口側セルにはＰＭ燃焼触媒のみを、第２入口側セルにはＰＭ燃焼触媒およびＣＯ酸化触媒の両方を担持させるとともに、排気ガスが流出する出口側セルには、第２入口側セルと同種の触媒（ＰＭ燃焼触媒およびＣＯ酸化触媒）を担持させたため、ＣＯの排出量を増大させることなく、フィルタ再生時間の短縮とフィルタの昇温抑制とを両立させることができる。 According to the present invention, the inlet side cell into which the exhaust gas flows is divided into a first inlet side cell and a second inlet side cell, and only the PM combustion catalyst is provided in the first inlet side cell and the second inlet side cell is provided. Supports both the PM combustion catalyst and the CO oxidation catalyst, and the outlet side cell from which the exhaust gas flows out supports the same type of catalyst (PM combustion catalyst and CO oxidation catalyst) as the second inlet side cell. Without increasing the amount of discharge, it is possible to achieve both shortening of the filter regeneration time and suppression of the temperature rise of the filter.
すなわち、ＰＭ燃焼触媒およびＣＯ酸化触媒の両方が担持され、合計の担持量も多い第２入口側セルでは、堆積したパティキュレートのほとんどが完全に酸化されてＣＯ2に変化するが、そもそも上記両触媒の合計担持量が多いことに伴って隔壁の細孔が狭くなっている関係からパティキュレートが堆積し難い（パティキュレートの堆積量が少なく済む）ため、トータルとしての熱発生量は低く抑えられる。 That is, in the second inlet side cell in which both the PM combustion catalyst and the CO oxidation catalyst are supported and the total supported amount is large, most of the deposited particulates are completely oxidized and changed to CO 2. Particulates are difficult to deposit due to the narrowing of the pores of the partition walls due to the large amount of catalyst supported, so the total amount of heat generated can be kept low. .
一方、ＰＭ燃焼触媒のみが担持され、合計の担持量も少ない第１入口側セルでは、パティキュレートの堆積量が多く、比較的急速にパティキュレートの酸化反応が進行するものの、ＣＯまでしか変化しない不完全な酸化反応が比較的多く起きることで、やはり熱発生量は低く抑えられる。また、ここで発生したＣＯは、出口側セルに担持された触媒（ＣＯ酸化触媒を含む）によりＣＯ2へと酸化されるため、フィルタ下流に排出されるＣＯの量が増大することもない。 On the other hand, in the first inlet side cell in which only the PM combustion catalyst is supported and the total supported amount is small, the amount of particulate deposition is large and the particulate oxidation reaction proceeds relatively rapidly, but only changes to CO. Since a relatively large number of incomplete oxidation reactions occur, the amount of heat generation is also kept low. Further, since the CO generated here is oxidized to CO 2 by the catalyst (including the CO oxidation catalyst) carried on the outlet side cell, the amount of CO discharged downstream of the filter does not increase.
以上のようなしくみにより、本発明にかかるパティキュレートフィルタでは、堆積したパティキュレートを迅速に燃焼させてフィルタ再生処理の時間短縮を図りながらも、フィルタ温度の上昇を効果的に抑制でき、しかもＣＯの排出量の増大を防止することができる。 With the above-described mechanism, the particulate filter according to the present invention can effectively suppress the increase in the filter temperature while quickly burning the accumulated particulates to shorten the time for the filter regeneration process, and can reduce CO 2 emissions. An increase in the amount of discharge can be prevented.
本発明のパティキュレートフィルタにおいて、上記各セルの対角方向に沿った２つの交差線を第１の対角線および第２の対角線とすると、上記第１入口側セルと第２入口側セルとが、上記第１および第２の対角線の両方に沿って交互に配置されることが好ましい（請求項２）。 In the particulate filter of the present invention, when two intersecting lines along the diagonal direction of each cell are a first diagonal line and a second diagonal line, the first inlet side cell and the second inlet side cell are: It is preferable that they are alternately arranged along both the first and second diagonal lines.
同じく、好ましい形態として、上記第１入口側セルと第２入口側セルとが、上記第１および第２の対角線のうちの一方の対角線に沿って交互に配置されるとともに、他方の対角線に沿って同種の入口側セルが連続して配置されていてもよい（請求項３）。 Similarly, as a preferred embodiment, the first inlet side cell and the second inlet side cell are alternately arranged along one diagonal line of the first and second diagonal lines, and along the other diagonal line. Further, the same type of inlet side cells may be continuously arranged (claim 3).
これらの態様によれば、第１入口側セルおよび第２入口側セルを、偏りなく均一に配置することができ、上述した作用効果を適正に確保することができる。 According to these aspects, the first inlet side cell and the second inlet side cell can be arranged uniformly without deviation, and the above-described operational effects can be appropriately ensured.
以上説明したように、本発明のパティキュレートフィルタによれば、ＣＯの排出量を増大させることなく、フィルタ再生時間の短縮とフィルタの昇温抑制とを両立することができる。 As described above, according to the particulate filter of the present invention, it is possible to achieve both reduction of the filter regeneration time and suppression of the temperature rise of the filter without increasing the CO emission amount.
（１）パティキュレートフィルタの構成
図１は、本発明の一実施形態にかかるパティキュレートフィルタ１の全体構成を示している。本図に示されるパティキュレートフィルタ１は、排気ガスが流通するエンジンの排気通路に配設されるものであり、図例では、外形が円筒状に形成されたハニカム構造体から構成されている。このパティキュレートフィルタ１は、格子状に配置された隔壁２を備え、この隔壁２により区画された断面矩形状の多数のセル４が、排気ガスの流れ方向（図中の白抜き矢印の方向）に沿って平行に配置されている。
(1) Configuration of Particulate Filter FIG. 1 shows the overall configuration of a particulate filter 1 according to an embodiment of the present invention. The particulate filter 1 shown in this figure is disposed in an exhaust passage of an engine through which exhaust gas flows. In the example shown in the figure, the particulate filter 1 is composed of a honeycomb structure having a cylindrical outer shape. The particulate filter 1 includes partition walls 2 arranged in a lattice pattern, and a large number of cells 4 having a rectangular cross section partitioned by the partition walls 2 flow in the exhaust gas (in the direction of the white arrow in the figure). Are arranged parallel to each other.
上記隔壁２は、例えばＳｉＣやＳｉ3Ｎ4等のセラミックス、またはコーディエライト等の、微細な（例えば５〜２０μｍ程度）の径の多数の細孔２ｂ（図５、図６参照）を有する多孔質性の材料により構成されている。 The partition wall 2 has a large number of fine pores 2b (see FIGS. 5 and 6) having a fine diameter (for example, about 5 to 20 μm), such as ceramics such as SiC and Si 3 N 4 , or cordierite. It is made of a porous material.
また、図２および図３に示すように、上記隔壁２により区画形成された多数のセル４は、封止部材６によって入口側および出口側が互い違いに目封じされている。すなわち、多数のセル４のうち、一部のセルについては、入口側（排気ガスの流れ方向上流側）の端部のみが封止部材６によって目封じされ、出口側は開放されている。一方、残余のセルについては、出口側（排気ガスの流れ方向下流側）の端部のみが封止部材６によって目封じされ、入口側は開放されている。 As shown in FIGS. 2 and 3, a large number of cells 4 partitioned by the partition wall 2 are alternately sealed on the inlet side and the outlet side by the sealing member 6. That is, for some of the many cells 4, only the end on the inlet side (upstream side in the exhaust gas flow direction) is sealed by the sealing member 6, and the outlet side is open. On the other hand, with respect to the remaining cells, only the end portion on the outlet side (downstream side in the exhaust gas flow direction) is sealed by the sealing member 6 and the inlet side is open.
出口側が封止されて入口側が開放されたセルを入口側セル４Ａ、入口側が封止されて出口側が開放されたセルを出口側セル４Ｂとすると、入口側セル４Ａおよび出口側セル４Ｂは、同種のセルが平面視で縦横いずれの方向にも隣接しないように交互に（市松模様状に）配置されている。 Assuming that the cell with the outlet side sealed and the inlet side opened is the inlet side cell 4A, and the cell with the inlet side sealed and the outlet side opened is the outlet side cell 4B, the inlet side cell 4A and the outlet side cell 4B are of the same type. The cells are arranged alternately (in a checkered pattern) so as not to be adjacent in either the vertical or horizontal direction in plan view.
以上の構成によると、パティキュレートフィルタ１に流れ込む排気ガスは、図３の矢印に示すように、まず入口側セル４Ａに流入した後、入口側セル４Ａと出口側セル４Ｂとを区画する多孔質性の隔壁２を通って、出口側セル４Ｂに流出する。このような過程を経ることで、排気ガス中に含まれるパティキュレート（炭素質成分を主成分とする粒子）が、各セルを囲む隔壁２の表面２ａや、その内部の細孔２ｂ（図５、図６）の内壁面に付着、堆積し、それによってパティキュレートが捕集されるようになっている。 According to the above configuration, the exhaust gas flowing into the particulate filter 1 first flows into the inlet side cell 4A as shown by the arrow in FIG. 3, and then the porous cell that partitions the inlet side cell 4A and the outlet side cell 4B. It flows out to the outlet side cell 4B through the porous partition 2. Through such a process, the particulates (particles mainly composed of carbonaceous components) contained in the exhaust gas are allowed to enter the surface 2a of the partition wall 2 surrounding each cell, and the pores 2b (FIG. 5). , FIG. 6) adheres and accumulates on the inner wall surface, whereby particulates are collected.
図５および図６に示すように、上記隔壁２の表面２ａおよび細孔２ｂの内壁面には、捕集されたパティキュレートを燃焼（酸化）させるためのＰＭ燃焼触媒１０と、パティキュレートの燃焼により生じるＣＯを酸化するためのＣＯ酸化触媒１１とが層状に担持（コーティング）されている。 As shown in FIGS. 5 and 6, on the surface 2a of the partition wall 2 and the inner wall surfaces of the pores 2b, a PM combustion catalyst 10 for burning (oxidizing) the collected particulates, and combustion of the particulates. And a CO oxidation catalyst 11 for oxidizing CO generated by the above is supported (coated) in a layered manner.
ＰＭ燃焼触媒１０としては、酸素イオン伝導性を有する複合酸化物として、例えばジルコニウム酸化物（ＺｒＯ2）を主成分とする複合酸化物や、セリウム酸化物（ＣｅＯ2）を主成分とする複合酸化物等が好適に用いられる。この複合酸化物には、三価の希土類金属、例えば、ネオジム（Ｎｄ）、プラセオジム（Ｐｒ）、イットリウム（Ｙ）、ランタン（Ｌａ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、スカンジウム（Ｓｃ）等が含有されるのが好ましい。ジルコニウム酸化物（ＺｒＯ2）を主成分とし、上記三価の希土類金属を含む複合酸化物の場合、ＺｒＯ2を６０ｍｏｌ％以上８０ｍｏｌ％以下とし、上記三価の希土類金属より選ばれる少なくとも１種の酸化物を２０ｍｏｌ％以上４０ｍｏｌ％以下で含ませるのが好ましい。 As the PM combustion catalyst 10, as a complex oxide having oxygen ion conductivity, for example, a complex oxide mainly composed of zirconium oxide (ZrO 2 ) or a complex oxide mainly composed of cerium oxide (CeO 2 ). A thing etc. are used suitably. This composite oxide contains trivalent rare earth metals such as neodymium (Nd), praseodymium (Pr), yttrium (Y), lanthanum (La), ytterbium (Yb), scandium (Sc), and the like. Is preferred. In the case of a composite oxide containing zirconium oxide (ZrO 2 ) as a main component and containing the trivalent rare earth metal, ZrO 2 is set to 60 mol% or more and 80 mol% or less, and at least one selected from the trivalent rare earth metal. It is preferable to contain an oxide in an amount of 20 mol% to 40 mol%.
ＣＯ酸化触媒１１としては、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）等の触媒貴金属をγ−アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）などの比較的安定で比表面積の大きな酸化物に担持させたものが好適に用いられる。 As the CO oxidation catalyst 11, a catalytic noble metal such as platinum (Pt), palladium (Pd), rhodium (Rh) is supported on a relatively stable oxide having a large specific surface area such as γ-alumina (Al 2 O 3 ). Are preferably used.
上記ＰＭ酸化触媒１０は、パティキュレートフィルタ１における略全ての隔壁２の表面２ａと、細孔２ｂの内壁面に担持される。一方、上記ＣＯ酸化触媒１１は、一部の入口側セル４Ａに対応する隔壁２には担持されておらず、残余の入口側セル４Ａと、出口側セル４Ｂとに対応する隔壁２に担持される。以下では、入口側セル４Ａのうち、隔壁２の表面２ａにＰＭ酸化触媒１０のみが担持される（ＣＯ酸化触媒１１が担持されない）一部の入口側セル４Ａを第１入口側セル４Ａ１、隔壁２の表面２ａにＰＭ酸化触媒１０およびＣＯ酸化触媒１１の両方が担持される残余の入口側セル４Ａを第２入口側セル４Ａ２と称する。出口側セル４Ｂについては、第２入口側セル４Ａ２と同じく、ＰＭ酸化触媒１０およびＣＯ酸化触媒１１の両方が担持される。 The PM oxidation catalyst 10 is carried on the surface 2a of almost all the partitions 2 in the particulate filter 1 and the inner wall surface of the pores 2b. On the other hand, the CO oxidation catalyst 11 is not carried on the partition walls 2 corresponding to some of the inlet side cells 4A, but is supported on the partition walls 2 corresponding to the remaining inlet side cells 4A and the outlet side cells 4B. The Hereinafter, among the inlet side cells 4A, a part of the inlet side cells 4A in which only the PM oxidation catalyst 10 is supported on the surface 2a of the partition wall 2 (the CO oxidation catalyst 11 is not supported) are referred to as the first inlet side cell 4A1, the partition wall. The remaining inlet side cell 4A in which both the PM oxidation catalyst 10 and the CO oxidation catalyst 11 are supported on the surface 2a of No. 2 is referred to as a second inlet side cell 4A2. As for the outlet side cell 4B, both the PM oxidation catalyst 10 and the CO oxidation catalyst 11 are supported as in the second inlet side cell 4A2.
図４は、パティキュレートフィルタ１の上流側端部（入口部）を拡大して示す模式図である。本図では、第１入口側セル４Ａ１と第２入口側セル４Ａ２とを区別するために、第１入口側セル４Ａ１の外周を１本の実線で、第２入口側セル４Ａ２の外周を２重線で示している。また、両セルに担持される触媒の相違を表すため、第２入口側セル４Ａ２の回りの隔壁２のみをグレーで着色して表示している。 FIG. 4 is an enlarged schematic view showing the upstream end portion (inlet portion) of the particulate filter 1. In this figure, in order to distinguish the first inlet side cell 4A1 and the second inlet side cell 4A2, the outer periphery of the first inlet side cell 4A1 is represented by a single solid line, and the outer periphery of the second inlet side cell 4A2 is doubled. Shown with lines. Further, in order to represent the difference between the catalysts supported in both cells, only the partition walls 2 around the second inlet side cell 4A2 are colored in gray and displayed.
図４において、断面矩形状をなす各セルの対角方向に沿った２つの交差線をそれぞれ第１の対角線Ｌ１および第２の対角線Ｌ２とすると、上記第１入口側セル４Ａ１と第２入口側セル４Ａ２とは、上記第１対角線Ｌ１に沿って交互に配置されるとともに、第２対角線Ｌ２に沿っても交互に配置されている。 In FIG. 4, when the two crossing lines along the diagonal direction of each cell having a rectangular cross section are a first diagonal line L1 and a second diagonal line L2, respectively, the first inlet side cell 4A1 and the second inlet side The cells 4A2 are alternately arranged along the first diagonal line L1, and are also arranged alternately along the second diagonal line L2.
上記のような構造のパティキュレートフィルタ１は、例えば次のようにして作製される。すなわち、まず第１入口側セル４Ａ１の上流側端部をマスキングし（このとき、第２入口側セル４Ａ２の上流側端部は開放されており、出口側セル４Ｂの上流側端部は封止部材６で封止されている）、その状態でＣＯ酸化触媒１１のスラリー（触媒の粉末やバインダーとイオン交換水との混合液）にパティキュレートフィルタ１を上流側から浸漬する。これにより、第２入口側セル４Ａ２のみからＣＯ酸化触媒１１のスラリーが流入する。 The particulate filter 1 having the above structure is produced, for example, as follows. That is, first, the upstream end of the first inlet side cell 4A1 is masked (at this time, the upstream end of the second inlet side cell 4A2 is open and the upstream end of the outlet side cell 4B is sealed). In this state, the particulate filter 1 is immersed in the slurry of the CO oxidation catalyst 11 (a mixture of catalyst powder or a binder and ion-exchanged water) from the upstream side. Thereby, the slurry of the CO oxidation catalyst 11 flows only from the second inlet side cell 4A2.
その後、下流側からアスピレータにより吸引しスラリーを下流端まで引き上げ、さらに上流側からエアブローをかけるが、このとき、第１入口側セル４Ａ１および第２入口側セル４Ａ２の下流側端部は封止部材６により封止されており、出口側セル４Ｂの下流側端部のみが開放されているので、余分なＣＯ酸化触媒１１のスラリーは、吸引およびエアブローによる圧力により、隔壁２内の細孔２ｂを通って出口側セル４Ｂへと導出され、出口側セル４Ｂの下流側端部から排出される。このように、ＣＯ酸化触媒１１のスラリーが第２入口側セル４Ａ２から流入して出口側セル４Ｂへと流出することにより、第２入口側セル４Ａ２および出口側セル４Ｂをそれぞれ囲む隔壁２の表面２ａと、これら両セル４Ａ２，４Ｂの間の隔壁２における細孔２ｂの内壁面とに、それぞれＣＯ酸化触媒１１の層がコーティングされる。 Thereafter, the slurry is sucked from the downstream side by an aspirator, the slurry is pulled up to the downstream end, and further air blow is applied from the upstream side. At this time, the downstream end portions of the first inlet side cell 4A1 and the second inlet side cell 4A2 are sealing members. 6, and only the downstream end of the outlet side cell 4B is opened. Therefore, the excess slurry of the CO oxidation catalyst 11 is removed from the pores 2b in the partition wall 2 by the pressure of suction and air blow. It is led out to the outlet side cell 4B and discharged from the downstream end of the outlet side cell 4B. As described above, the slurry of the CO oxidation catalyst 11 flows from the second inlet side cell 4A2 and flows out to the outlet side cell 4B, whereby the surface of the partition wall 2 surrounding each of the second inlet side cell 4A2 and the outlet side cell 4B. A layer of the CO oxidation catalyst 11 is coated on 2a and the inner wall surface of the pore 2b in the partition wall 2 between the two cells 4A2 and 4B.
次に、上記第１入口側セル４Ａ１のマスキングを取り除き、全ての入口側セル（第１および第２入口側セル４Ａ１，４Ａ２）の上流側から、ＰＭ燃焼触媒１０のスラリーを流入させた後、吸引およびエアブローを行う。これにより、ＰＭ燃焼触媒１０のスラリーが、第１および第２入口側セル４Ａ１，４Ａ２から出口側セル４Ｂへと導出され、全ての隔壁２の表面２ａおよび細孔２ｂの内壁面に、ＰＭ燃焼触媒１０の層がコーティングされる。 Next, after removing the masking of the first inlet side cell 4A1 and flowing the slurry of the PM combustion catalyst 10 from the upstream side of all the inlet side cells (first and second inlet side cells 4A1, 4A2), Perform suction and air blow. Thereby, the slurry of the PM combustion catalyst 10 is led out from the first and second inlet side cells 4A1 and 4A2 to the outlet side cell 4B, and PM combustion is performed on the surface 2a of all the partition walls 2 and the inner wall surfaces of the pores 2b. A layer of catalyst 10 is coated.
以上のような処理を経ることで、第２入口側セル４Ａ２を囲む隔壁２の表面２ａと、そこから所定の深さ範囲における細孔２ｂの内壁面には、図６に示すように、ＣＯ酸化触媒１１の層と、ＰＭ燃焼触媒１０の層とが、この順に下から重ねてコーティングされることになる。また、図５および図６に示すように、出口側セル４Ｂについては、ＣＯ酸化触媒１１およびＰＭ燃焼触媒１０の層が、主に隔壁２の表面２ａに（一部は比較的浅い範囲の細孔２ｂの内壁面に）コーティングされる。 Through the above-described treatment, the surface 2a of the partition wall 2 surrounding the second inlet side cell 4A2 and the inner wall surfaces of the pores 2b in a predetermined depth range from the surface 2a, as shown in FIG. The layer of the oxidation catalyst 11 and the layer of the PM combustion catalyst 10 are coated in this order from the bottom. Further, as shown in FIGS. 5 and 6, in the outlet side cell 4B, the layers of the CO oxidation catalyst 11 and the PM combustion catalyst 10 are mainly formed on the surface 2a of the partition wall 2 (partially in a relatively shallow range). The inner wall surface of the hole 2b is coated.
一方、図５に示すように、第１入口側セル４Ａ１を囲む隔壁２の表面２ａと、そこから所定の深さ範囲における細孔２ｂの内壁面には、ＰＭ燃焼触媒１０の層のみがコーティングされ、ＣＯ酸化触媒１１の層はコーティングされない。 On the other hand, as shown in FIG. 5, only the layer of the PM combustion catalyst 10 is coated on the surface 2a of the partition wall 2 surrounding the first inlet side cell 4A1 and the inner wall surface of the pore 2b in a predetermined depth range therefrom. The layer of the CO oxidation catalyst 11 is not coated.
以上説明したように、当実施形態のパティキュレートフィルタ１は、排気ガスの入口側が開放されて出口側が封止された複数の入口側セル４Ａと、出口側が開放されて入口側が封止された複数の出口側セル４Ｂとからなる多数のセル４を備える。このうち、入口側セル４Ａは、第１入口側セル４Ａ１と第２入口側セル４Ａ２とに分類され、第１入口側セル４Ａ１にはＰＭ燃焼触媒１０のみが担持される一方、第２入口側セル４Ａ２には、ＰＭ燃焼触媒１０に加えてＣＯ酸化触媒１１が担持されている。また、出口側セル４Ｂについては、第２入口側セル４Ａ２と同様に、ＰＭ燃焼触媒１０およびＣＯ酸化触媒１１が担持されている。 As described above, the particulate filter 1 of the present embodiment includes a plurality of inlet-side cells 4A in which the exhaust gas inlet side is opened and the outlet side is sealed, and the outlet side is opened and the inlet side is sealed. A plurality of cells 4 including the outlet side cells 4B. Among these, the inlet side cell 4A is classified into a first inlet side cell 4A1 and a second inlet side cell 4A2, and only the PM combustion catalyst 10 is supported on the first inlet side cell 4A1, while the second inlet side cell 4A1 is supported. In addition to the PM combustion catalyst 10, a CO oxidation catalyst 11 is supported in the cell 4A2. Further, the outlet side cell 4B carries the PM combustion catalyst 10 and the CO oxidation catalyst 11 in the same manner as the second inlet side cell 4A2.
本願発明者による研究によれば、このような構成のパティキュレートフィルタ１を用いることで、ＣＯの排出量を増大させることなく、フィルタ再生時間の短縮とフィルタの昇温抑制とを両立させることが可能である。次に、このような作用効果を発見するに至った確認実験の内容について説明する。 According to the research by the inventor of the present application, by using the particulate filter 1 having such a configuration, it is possible to achieve both reduction of the filter regeneration time and suppression of the temperature rise of the filter without increasing the CO emission amount. Is possible. Next, the contents of the confirmation experiment that led to the discovery of such effects will be described.
（２）確認実験
（２−１）実施例
まず、上記実施形態の構成を実現した実験用のサンプル品を実施例として説明する。
(2) Confirmation Experiment (2-1) Example First, an experimental sample product that realizes the configuration of the above embodiment will be described as an example.
・製造方法
パティキュレートフィルタ１の実施例としては、セル密度が１２mil／３００cpsiで、大きさがφ１７ｍｍ×５０ｍｍＬのＳｉＣ製のフィルタを用い、上記（１）の実施形態の説明で例示したのと同様の製造方法に基づいて、ＰＭ燃焼触媒１０およびＣＯ酸化触媒１１の層を内部にコーティングした。これにより、図１〜図６に示したのと同様の構造の触媒付きパティキュレートフィルタ１を実施例として作製し、実験に使用した。
Manufacturing Method As an example of the particulate filter 1, a SiC filter having a cell density of 12 mil / 300 cpsi and a size of φ17 mm × 50 mmL is used, and is the same as that exemplified in the description of the above embodiment (1). Based on this manufacturing method, the layers of the PM combustion catalyst 10 and the CO oxidation catalyst 11 were coated inside. Thus, a particulate filter 1 with a catalyst having the same structure as that shown in FIGS. 1 to 6 was produced as an example and used in an experiment.
・触媒の成分
ＣＯ酸化触媒１１としては、Ｐｔを担持したＰｔ−Ａｌ2Ｏ3を使用し、該Ａｌ2Ｏ3には酸化Ｌａを４ｗｔ％添加した。この触媒の粉末を１０ｇ／Ｌ含有したスラリーを、第２入口側セル４Ａ２のみから流し込み、吸引およびエアブローを行うことにより、第２入口側セル４Ａ２および出口側セル４ＢにＣＯ酸化触媒１１の層をコーティングし、１５０℃下での乾燥を２時間、５００℃下での焼成処理を２時間行った。なお、アルミナへのＰｔの担持量は０．５ｇ／Ｌとし、Ｐｔを担持させる処理は、Ａｌ2Ｏ3（酸化Ｌａ４ｗｔ％添加品）の粉末に対し、ジニトロジアンミンＰｔ硝酸溶液およびイオン交換水を混合後、蒸発乾固させ、電気炉で５００℃に加熱して２時間焼成処理することで行った。
· The component CO oxidation catalyst 11 of the catalyst, using a Pt-Al 2 O 3 carrying Pt, and the said Al 2 O 3 oxide is added La 4 wt%. A slurry containing 10 g / L of the catalyst powder is poured only from the second inlet side cell 4A2, and suction and air blowing are performed, so that the layer of the CO oxidation catalyst 11 is formed on the second inlet side cell 4A2 and the outlet side cell 4B. Coating was performed, and drying at 150 ° C. was performed for 2 hours, and baking treatment at 500 ° C. was performed for 2 hours. The amount of Pt supported on alumina was 0.5 g / L, and the treatment for supporting Pt was carried out using a dinitrodiammine Pt nitric acid solution and ion-exchanged water for Al 2 O 3 (oxidized La 4 wt% added product) powder. After mixing, the mixture was evaporated to dryness, heated to 500 ° C. in an electric furnace, and fired for 2 hours.
ＰＭ燃焼触媒１０としては、ジルコニウム系の複合酸化物であるＺｒＯ2−１２ｍｏｌ％Ｎｄ2Ｏ3−１８ｍｏｌ％Ｐｒ2Ｏ3を使用した。この触媒の粉末を１０ｇ／Ｌ含有したスラリーを、全ての入口側セル４Ａ（第１入口側セル４Ａ１および第２入口側セル４Ａ２）から流し込み、吸引およびエアブローを行うことにより、全ての入口側セル４Ａおよび出口側セル４ＢにＰＭ燃焼触媒１０の層をコーティングし、１５０℃下での乾燥を２時間、５００℃下での焼成処理を２時間行った。なお、上記ＺｒＯ2系複合酸化物にはＰｔは担持させなかった。 As the PM combustion catalyst 10, ZrO 2 -12 mol% Nd 2 O 3 -18 mol% Pr 2 O 3 which is a zirconium-based complex oxide was used. The slurry containing 10 g / L of the catalyst powder is poured from all the inlet side cells 4A (the first inlet side cell 4A1 and the second inlet side cell 4A2), and all the inlet side cells are sucked and air blown. 4A and outlet side cell 4B were coated with a layer of PM combustion catalyst 10, and dried at 150 ° C. for 2 hours and calcined at 500 ° C. for 2 hours. Note that Pt was not supported on the ZrO 2 composite oxide.
（２−２）比較例
上記実施例と比較するための比較例としては、以下の比較例１，２を使用した。
(2-2) Comparative Example The following comparative examples 1 and 2 were used as comparative examples for comparison with the above examples.
・比較例１
比較例１としては、パティキュレートフィルタ１の全ての入口側セル４Ａ（第１および第２入口側セル４Ａ１，４Ａ２）および出口側セル４Ｂに、ＰＭ燃焼触媒１０とＣＯ酸化触媒１１とを均一に混合した触媒の層をコーティングしたものを使用した。
Comparative example 1
As Comparative Example 1, the PM combustion catalyst 10 and the CO oxidation catalyst 11 are uniformly distributed in all the inlet side cells 4A (first and second inlet side cells 4A1, 4A2) and outlet side cells 4B of the particulate filter 1. A mixed catalyst layer coating was used.
比較例１の作製にあたっては、上記実施例と同じ成分のＰＭ燃焼触媒１０およびＣＯ酸化触媒１１の粉末を均一に混合したスラリー、つまり、ＰＭ燃焼触媒１０を１０ｇ／Ｌ、ＣＯ酸化触媒１１を１０ｇ／Ｌそれぞれ含有したスラリーを、全ての入口側セル４Ａから流し込み、吸引およびエアブローを行った後、さらに１５０℃下での乾燥を２時間、５００℃下での焼成処理を２時間行った。これにより、全ての入口側セル４Ａおよび出口側セル４Ｂに、上記両触媒１０，１１を均一に含んだ触媒の層がコーティングされる。 In the production of Comparative Example 1, a slurry in which the powders of the PM combustion catalyst 10 and the CO oxidation catalyst 11 having the same components as in the above example were uniformly mixed, that is, the PM combustion catalyst 10 was 10 g / L and the CO oxidation catalyst 11 was 10 g After each slurry containing / L was poured from all the inlet side cells 4A, suction and air blowing were performed, drying at 150 ° C. was further performed for 2 hours, and baking processing at 500 ° C. was performed for 2 hours. As a result, all of the inlet side cells 4A and the outlet side cells 4B are coated with a catalyst layer containing both the catalysts 10 and 11 uniformly.
・比較例２
比較例２としては、パティキュレートフィルタ１の全ての入口側セル４Ａ（第１および第２入口側セル４Ａ１，４Ａ２）および出口側セル４Ｂに、ＣＯ酸化触媒１１の層とＰＭ燃焼触媒１０の層とをこの順に下から２層にコーティングしたものを使用した。
Comparative example 2
As Comparative Example 2, the layer of the CO oxidation catalyst 11 and the layer of the PM combustion catalyst 10 are formed in all the inlet side cells 4A (first and second inlet side cells 4A1, 4A2) and outlet side cell 4B of the particulate filter 1. Were coated in two layers from the bottom in this order.
比較例２の作製にあたっては、まず、上記実施例と同じ成分のＣＯ酸化触媒１１の粉末を１０ｇ／Ｌ含有したスラリーを、全ての入口側セル４Ａから流し込み、吸引およびエアブローを行った後、さらに乾燥、焼成処理した。その後、上記実施例と同じ成分のＰＭ酸化触媒１０の粉末を１０ｇ／Ｌ含有したスラリーを、全ての入口側セル４Ａから流し込んで吸引およびエアブローし、乾燥、焼成処理した。これにより、全ての入口側セル４Ａおよび出口側セル４Ｂに、ＣＯ酸化触媒１１（下層）およびＰＭ燃焼触媒１０（上層）からなる２層の触媒がコーティングされる。 In the production of Comparative Example 2, first, a slurry containing 10 g / L of the powder of the CO oxidation catalyst 11 having the same components as in the above example was poured from all the inlet side cells 4A, and after suction and air blowing, It dried and baked. Thereafter, a slurry containing 10 g / L of the powder of the PM oxidation catalyst 10 having the same components as in the above example was poured from all the inlet side cells 4A, sucked and air blown, dried and fired. As a result, all of the inlet side cells 4A and the outlet side cells 4B are coated with a two-layer catalyst comprising the CO oxidation catalyst 11 (lower layer) and the PM combustion catalyst 10 (upper layer).
（２−３）評価
上記実施例、および比較例１，２を用いて、下記の条件で、カーボン燃焼性能、過昇温特性、およびＣＯ浄化性能を評価する実験を行った。
(2-3) Evaluation Using the above examples and comparative examples 1 and 2, experiments were performed to evaluate carbon combustion performance, overheating characteristics, and CO purification performance under the following conditions.
・カーボン燃焼性能
まず、パティキュレートフィルタ１にパティキュレート（ＰＭ）が堆積した状態を擬似的につくり出すため、パティキュレートの代替としてのカーボンブラックの粉末を分散させたイオン交換水に、パティキュレートフィルタ１を入口側セル４Ａ側から浸漬させた後、下流側から水分をアスピレータにより吸引して、その後十分に乾燥させることで、カーボンをフィルタ内に５ｇ/Ｌ堆積させる。そして、このようにカーボンが堆積したパティキュレートフィルタ１に、高温の模擬排気ガスを流通させることにより、堆積したカーボンを燃焼させ、そのときの燃焼速度を測定した。
-Carbon combustion performance First, in order to create a pseudo state where particulates (PM) are deposited on the particulate filter 1, the particulate filter 1 is added to ion-exchanged water in which carbon black powder as a substitute for the particulate is dispersed. Is immersed from the inlet side cell 4A side, moisture is sucked from the downstream side by an aspirator, and then sufficiently dried, so that 5 g / L of carbon is deposited in the filter. And the deposited carbon was burned by circulating high temperature simulated exhaust gas through the particulate filter 1 in which the carbon was deposited in this way, and the burning rate at that time was measured.
具体的には、パティキュレートフィルタの入口部の温度が６４０℃で安定するまで、高温の窒素ガス（Ｎ2）を流通させた後、Ｎ2に７．５％のＯ2と３００ｐｐｍのＮＯ2を加えた同じ温度の模擬排気ガスを流通させ、その時点からのカーボン残存量の変化を調べた。なお、窒素ガスを流通させるときの空間速度（ＳＶ値）は４２０００／ｈ、模擬ガスを流通させるときの空間速度は４４０００／ｈとした。 Specifically, until the temperature of the inlet portion of the particulate filter is stabilized at 640 ° C., after circulating the hot nitrogen gas (N 2), O of the N 2 7.5% 2 and 300ppm of NO 2 A simulated exhaust gas with the same temperature was circulated, and the change in the amount of carbon remaining from that point was investigated. In addition, the space velocity (SV value) when circulating nitrogen gas was 42000 / h, and the space velocity when circulating simulated gas was 44000 / h.
また、堆積したカーボンがどの程度燃焼したかは、カーボン燃焼中のＣＯ及びＣＯ2の濃度をリアルタイムで測定し、得られる濃度を用いて下記の計算式から算出されるカーボンの燃焼速度から、１秒ごとの燃焼カーボン重量の積算値を算出することで、どの程度の割合のカーボンが残存しているかを推定し、その変化を調べた。図７に、このカーボン残存割合（％）の変化を示す。 Further, how much the deposited carbon burns is determined by measuring the concentration of CO and CO 2 during carbon combustion in real time, and using the obtained concentration, the burning rate of carbon calculated from the following formula is 1 By calculating the integrated value of the weight of carbon burned per second, it was estimated how much carbon remained, and the change was examined. FIG. 7 shows the change in the carbon remaining ratio (%).
カーボン燃焼速度(g/h)
＝{ガス流速(L/h)×[(CO＋CO２)濃度(ppm)/(1×10６)]}×12(g/mol)/22.4(L/mol)
Carbon burning rate (g / h)
= {Gas flow rate (L / h) x [(CO + CO 2 ) concentration (ppm) / (1 x 10 6 )]} x 12 (g / mol) /22.4 (L / mol)
図７によれば、実施例のパティキュレータフィルタ１を用いたときのカーボン残存割合の低下速度が、比較例１，２のいずれよりも速いことが分かる。特に、カーボン残存割合が約７０％未満１０％以上になる時期については、実施例のものが明らかに早く、比較例１，２と比べてより早い段階で多くのカーボンが燃焼している。このことから、実施例のカーボン燃焼性能が最も優れているといえる。 According to FIG. 7, it can be seen that the rate of decrease in the carbon remaining ratio when using the particulate filter 1 of the example is faster than both of Comparative Examples 1 and 2. In particular, when the carbon remaining ratio is less than about 70% and 10% or more, the example is clearly early, and a lot of carbon is combusted at an earlier stage than Comparative Examples 1 and 2. From this, it can be said that the carbon combustion performance of the examples is the most excellent.
・過昇温特性
過昇温特性としては、模擬排気ガスを流通させてカーボンを燃焼させている間、パティキュレートフィルタ１の出口側端部の中心の温度を熱電対で測定し、そのピーク値（フィルタ出口ピーク温度）を調べた。その結果を図８に示す。
・ Over temperature rise characteristics Over temperature rise characteristics are measured by measuring the temperature at the center of the outlet end of the particulate filter 1 with a thermocouple while carbon is burned by circulating simulated exhaust gas, and the peak value is obtained. (Filter outlet peak temperature) was examined. The result is shown in FIG.
図８によれば、実施例のパティキュレートフィルタ１を用いたときのピーク温度が最も低いことが分かる。すなわち、比較例２のピーク温度が７４３℃、比較例１のピーク温度が７１６℃であるのに対し、実施例のピーク温度は７１４℃であるから、実施例のピーク温度は、比較例２のピーク温度よりも大幅に低下しており、実施例よりも大幅にカーボンの燃焼が遅くピーク温度が上がりにくい特性を示す比較例１と比べても若干の低下が見られる。このことから、実施例のパティキュレートフィルタ１は、カーボンの燃焼時において最も高温になり難く、過昇温特性を抑制する機能が改善されているといえる。 FIG. 8 shows that the peak temperature is lowest when the particulate filter 1 of the example is used. That is, since the peak temperature of Comparative Example 2 is 743 ° C. and the peak temperature of Comparative Example 1 is 716 ° C., the peak temperature of the Example is 714 ° C., the peak temperature of the Example is that of Comparative Example 2. The temperature is significantly lower than the peak temperature, and is slightly lower than that of Comparative Example 1 which shows characteristics that carbon combustion is much slower than that of the example and the peak temperature is difficult to increase. From this, it can be said that the particulate filter 1 of the example has an improved function of suppressing the excessive temperature rise characteristic because it is difficult to reach the highest temperature during carbon combustion.
・ＣＯ浄化性能
ＣＯ浄化性能としては、カーボンの燃焼期間中、パティキュレートフィルタ１の出口側でＣＯの濃度を測定し、そのピーク値（ピーク濃度）を調べた。その結果を図９に示す。
-CO purification performance As the CO purification performance, the concentration of CO was measured on the outlet side of the particulate filter 1 during the combustion period of carbon, and the peak value (peak concentration) was examined. The result is shown in FIG.
図９によれば、比較例１，２におけるＣＯのピーク濃度が、それぞれ２６ｐｐｍ、３０ｐｐｍであるのに対し、実施例におけるＣＯのピーク濃度は２６ｐｐｍであるから、実施例のパティキュレートフィルタ１は、ＣＯの浄化性能の点で比較例１，２に比べて同等かまたは優れており、十分なレベルの浄化性能を有していることが分かる。 According to FIG. 9, the peak concentrations of CO in Comparative Examples 1 and 2 are 26 ppm and 30 ppm, respectively, whereas the peak concentration of CO in the Examples is 26 ppm. It can be seen that the CO purification performance is equivalent or superior to those of Comparative Examples 1 and 2 and has a sufficient level of purification performance.
（２−４）考察
以上の結果から、実施例のパティキュレートフィルタ１によれば、パティキュレートをどれだけ速く燃焼させられるかを表すカーボン燃焼性能が、比較例１，２よりも優れており、しかも、燃焼によって上昇するフィルタの温度をより低く抑えることが可能である。また、ＣＯの浄化性能についても、比較例１，２と比べて遜色ない結果が得られることが分かった。以下に、このような作用効果を得ることができた理由について考察する。
(2-4) Consideration From the above results, according to the particulate filter 1 of the example, the carbon combustion performance indicating how fast the particulate can be burned is superior to the comparative examples 1 and 2, In addition, the temperature of the filter that rises due to combustion can be kept lower. It was also found that the CO purification performance was inferior to that of Comparative Examples 1 and 2. The reason why such an effect can be obtained will be discussed below.
実施例のパティキュレートフィルタ１では、入口側セル４Ａにおける第１入口側セル４Ａ１に、ＰＭ燃焼触媒１０の層のみが担持（コーティング）される一方、第２入口側セル４Ａ２には、ＰＭ燃焼触媒１０およびＣＯ酸化触媒１１からなる２重の触媒層が担持されている。このような構成のパティキュレートフィルタ１に、その入口側（上流側）から排気ガスが流入した場合、入口側セル４Ａの内部圧力は、より多量の触媒が担持されている第２入口側セル４Ａ２で高くなり易く、触媒の担持量が少ない第１入口側セル４Ａ１では高くなり難い。 In the particulate filter 1 of the embodiment, only the layer of the PM combustion catalyst 10 is supported (coated) on the first inlet side cell 4A1 in the inlet side cell 4A, while the PM combustion catalyst is loaded on the second inlet side cell 4A2. A double catalyst layer comprising 10 and the CO oxidation catalyst 11 is supported. When exhaust gas flows into the particulate filter 1 having such a configuration from the inlet side (upstream side), the internal pressure of the inlet side cell 4A is the second inlet side cell 4A2 in which a larger amount of catalyst is supported. In the first inlet side cell 4A1 with a small amount of catalyst supported, it is difficult to increase.
すなわち、第２入口側セル４Ａ２を囲む隔壁２では、その内部の細孔２ｂが、多量の触媒の存在により狭小化しており、第２入口側セル４Ａ２から出口側セル４Ｂへの排気ガスの流通が阻害されるため、第２入口側セル４Ａ２は、相対的に触媒担持量の少ない第１入口側セル４Ａ１よりも内部圧力が高くなり易い。このため、パティキュレートフィルタ１に流入する排気ガスは、その多くが第１入口側セル４Ａ１に流入し、その結果、第１入口側セル４Ａ１により多くのパティキュレートが堆積することになる。 That is, in the partition wall 2 surrounding the second inlet side cell 4A2, the internal pores 2b are narrowed due to the presence of a large amount of catalyst, and the exhaust gas flows from the second inlet side cell 4A2 to the outlet side cell 4B. Therefore, the internal pressure of the second inlet side cell 4A2 is likely to be higher than that of the first inlet side cell 4A1 having a relatively small amount of catalyst. For this reason, most of the exhaust gas flowing into the particulate filter 1 flows into the first inlet side cell 4A1, and as a result, many particulates accumulate in the first inlet side cell 4A1.
上記第１入口側セル４Ａ１および第２入口側セル４Ａ２にそれぞれパティキュートが堆積した状態を、図１０を用いて模式的に示す。図１０において、符号Ｐはパティキュレートの堆積物を表している。本図に示すように、実施例のパティキュレートフィルタ１では、第１入口側セル４Ａ１に、第２入口側セル４Ａ２よりも多量のパティキュレートが堆積することになる。 A state in which the patty cut is deposited on each of the first inlet side cell 4A1 and the second inlet side cell 4A2 is schematically shown using FIG. In FIG. 10, the symbol P represents a particulate deposit. As shown in the figure, in the particulate filter 1 of the embodiment, a larger amount of particulates is accumulated in the first inlet side cell 4A1 than in the second inlet side cell 4A2.
このような状態で、燃料のポスト噴射等により排気ガスの温度を高めて、堆積したパティキュレートの燃焼処理（フィルタ再生処理）を開始すると、第１入口側セル４Ａ１および第２入口側セル４Ａ２のそれぞれでパティキュレートの酸化反応（燃焼）が始まるが、このうち、第２入口側セル４Ａ２では、パティキュレートの堆積量が少ないため、燃焼により生じる熱量が小さく、パティキュレートフィルタ１の温度を大幅に上昇させる要因にはならない。 In such a state, when the temperature of the exhaust gas is increased by fuel post-injection or the like and the combustion process (filter regeneration process) of the accumulated particulates is started, the first inlet side cell 4A1 and the second inlet side cell 4A2 Particulate oxidation reaction (combustion) starts, but in the second inlet side cell 4A2, the amount of particulate accumulation is small, so the amount of heat generated by combustion is small, and the temperature of the particulate filter 1 is greatly increased. It is not a factor to raise.
すなわち、第２入口側セル４Ａ２では、ＰＭ燃焼触媒１０およびＣＯ酸化触媒１１の両方が担持されているため、堆積していたパティキュレートは、そのほとんどがＣＯ2まで完全に酸化されるものの、そもそも堆積しているパティキュレートの量が少ないことから、トータルとして発生する熱量が低く抑えられ、燃焼速度もあまり速くならない。これにより、第２入口側セル４Ａ２でのパティキュレート燃焼の影響でパティキュレートフィルタ１の温度が大幅に上昇することが防止される。 That is, since both the PM combustion catalyst 10 and the CO oxidation catalyst 11 are supported in the second inlet side cell 4A2, most of the deposited particulates are completely oxidized to CO 2, but in the first place. Since the amount of accumulated particulates is small, the amount of heat generated as a whole is kept low, and the combustion speed is not so fast. Thereby, the temperature of the particulate filter 1 is prevented from significantly increasing due to the influence of particulate combustion in the second inlet side cell 4A2.
一方、パティキュレートの堆積量が多い第１入口側セル４Ａ１では、ヒートマスが大きいことによる効果で、第２入口側セル４Ａ２よりも急速にパティキュレートが燃焼する。しかしながら、第１入口側セル４Ａ１には、ＰＭ燃焼触媒１０のみが担持されており、ＣＯ酸化触媒１１は存在しないため、比較的多くのパティキュレートが不完全な酸化反応を起こし、ＣＯまでしか反応が進行しない（ＣＯ2には変化しない）。 On the other hand, in the first inlet side cell 4A1 where the amount of accumulated particulates is large, the particulates burn more rapidly than in the second inlet side cell 4A2 due to the effect of the large heat mass. However, since only the PM combustion catalyst 10 is supported on the first inlet side cell 4A1 and the CO oxidation catalyst 11 does not exist, a relatively large number of particulates cause an incomplete oxidation reaction and react only to CO. Does not proceed (does not change to CO 2 ).
ここで、パティキュレートが酸化されてＣＯに変化する反応（Ｃ＋Ｏ→ＣＯ）は、ＣＯが酸化されてＣＯ2に変化する反応（ＣＯ＋Ｏ2→ＣＯ2）に比べて、熱発生量が小さい。したがって、上記第１入口側セル４Ａ１では、比較的多くのパティキュレートがＣＯまでしか酸化されないことで、多量のパティキュレートが急速に燃焼しても、その燃焼により生じる熱量が比較的低く抑えられる。 Here, the reaction in which particulates are oxidized to change to CO (C + O → CO) has a smaller amount of heat generation than the reaction in which CO is oxidized to change to CO 2 (CO + O 2 → CO 2 ). Accordingly, in the first inlet side cell 4A1, a relatively large amount of particulate matter is oxidized only to CO, so that even if a large amount of particulate matter burns rapidly, the amount of heat generated by the combustion can be kept relatively low.
また、上記第１入口側セル４Ａ１でのパティキュレート燃焼により生じたＣＯは、出口側セル４Ｂへと導出されるが、出口側セル４ＢにはＣＯ酸化触媒１１が担持されているため、そこでＣＯ2へと酸化される。ただし、このＣＯからＣＯ2への酸化反応は、主に出口側セル４Ｂの表面（出口側セル４Ｂを囲む隔壁２の表面２ａ）での反応であるため、そこで発生した反応熱は、多くが外部へと排出され、パティキュレートフィルタ１にはあまり吸収されない。 The CO generated by the particulate combustion in the first inlet side cell 4A1 is led out to the outlet side cell 4B. Since the CO oxidation catalyst 11 is supported on the outlet side cell 4B, the CO is discharged there. Oxidized to 2 . However, since the oxidation reaction from CO to CO 2 is mainly the reaction on the surface of the outlet side cell 4B (the surface 2a of the partition wall 2 surrounding the outlet side cell 4B), the reaction heat generated there is much. It is discharged outside and is not so much absorbed by the particulate filter 1.
以上のようなしくみによって、実施例のパティキュレートフィルタ１では、堆積したパティキュレートを迅速に燃焼させてフィルタ再生処理の時間短縮を図りながらも、フィルタ温度の上昇を効果的に抑制でき、しかもＣＯの排出量の増大を防止できたものと考えられる。 With the above-described mechanism, the particulate filter 1 according to the embodiment can effectively suppress the increase in the filter temperature while quickly burning the accumulated particulates and shortening the time for the filter regeneration process. It is thought that the increase in the amount of emissions was prevented.
（３）変形例
なお、上記実施形態では、図４に示したように、第１入口側セル４Ａ１と第２入口側セル４Ａ２とを、第１の対角線Ｌ１および第２の対角線Ｌ２の両方に沿って交互に配置したが、第１・第２入口側セル４Ａ１，４Ａ２を偏りなく均一に分布させることができる配置であればこれに限らず、例えば図１０に示すような配置を採用してもよい。この図１１の例では、第１入口側セル４Ａ１と第２入口側セル４Ａ２とが、第１の対角線Ｌ１に沿って交互に配置される一方、これと直交する第２の対角線Ｌ２に沿っては、同種の入口側セル（第１入口側セル４Ａ１または第２入口側セル４Ａ２）が連続して配置されている。
(3) Modification In addition, in the said embodiment, as shown in FIG. 4, 1st entrance-side cell 4A1 and 2nd entrance-side cell 4A2 are made into both 1st diagonal L1 and 2nd diagonal L2. However, the arrangement is not limited to this as long as the first and second inlet side cells 4A1 and 4A2 can be uniformly distributed without any deviation. For example, the arrangement shown in FIG. 10 is adopted. Also good. In the example of FIG. 11, the first inlet side cells 4A1 and the second inlet side cells 4A2 are alternately arranged along the first diagonal line L1, while along the second diagonal line L2 orthogonal thereto. Are continuously arranged with the same type of inlet side cells (first inlet side cell 4A1 or second inlet side cell 4A2).
また、上記実施形態では、第２入口側セル４Ａ２および出口側セル４Ｂに、まずＣＯ酸化触媒１１を担持させ、その上にＰＭ燃焼触媒１０を重ねて担持させることにより、ＣＯ酸化触媒１１の層（下層）とＰＭ燃焼触媒１０の層（上層）とからなる２重の触媒層を形成したが、これとは逆に、ＰＭ燃焼触媒１０が下層でＣＯ酸化触媒１１が上層であってもよい。また、両触媒１０，１１を必ずしも２層に分ける必要はなく、ＰＭ燃焼触媒１０とＣＯ酸化触媒１１とが混合された触媒層が少なくとも一部に存在してもよい。 In the above-described embodiment, the CO oxidation catalyst 11 is first supported on the second inlet side cell 4A2 and the outlet side cell 4B, and the PM combustion catalyst 10 is stacked thereon to support the layer of the CO oxidation catalyst 11. A double catalyst layer comprising a (lower layer) and a PM combustion catalyst 10 layer (upper layer) is formed. Conversely, the PM combustion catalyst 10 may be a lower layer and the CO oxidation catalyst 11 may be an upper layer. . Moreover, it is not always necessary to divide both the catalysts 10 and 11 into two layers, and a catalyst layer in which the PM combustion catalyst 10 and the CO oxidation catalyst 11 are mixed may exist in at least a part.
１ パティキュレートフィルタ
４Ａ 入口側セル
４Ａ１ 第１入口側セル
４Ａ２ 第２入口側セル
４Ｂ 出口側セル
１０ ＰＭ燃焼触媒
１１ ＣＯ酸化触媒
Ｌ１ 第１の対角線
Ｌ２ 第２の対角線
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Particulate filter 4A Inlet side cell 4A1 1st inlet side cell 4A2 2nd inlet side cell 4B Outlet side cell 10 PM combustion catalyst 11 CO oxidation catalyst L1 1st diagonal L2 2nd diagonal
Claims (3)
上記排気ガスの流れ方向上流側にあたる入口側が開放されかつ反対側の出口側が封止された複数の入口側セルと、出口側が開放されて入口側が封止された複数の出口側セルとを備え、上記入口側および出口側セルが多孔質性の隔壁により区画されて交互に配置されており、
上記入口側セルは、捕集されたパティキュレートを燃焼させてＣＯを生成するＰＭ燃焼触媒が担持された第１入口側セルと、上記ＰＭ燃焼触媒に加えて、ＣＯを酸化するためのＣＯ酸化触媒が担持された第２入口側セルとを含み、上記第２入口側セルに担持されたＰＭ燃焼触媒およびＣＯ酸化触媒の合計の担持量が、上記第１入口側セルに担持された上記ＰＭ燃焼触媒よりも多く設定され、
上記出口側セルには、上記第２入口側セルに担持される触媒と同種の触媒が担持されていることを特徴とする触媒付きパティキュレートフィルタ。 A particulate filter with a catalyst that is provided in an exhaust passage of an engine, collects particulates in exhaust gas flowing through the exhaust passage, and burns the particulates by the action of a catalyst carried inside,
A plurality of inlet-side cells in which the inlet side corresponding to the upstream side in the flow direction of the exhaust gas is opened and the outlet side on the opposite side is sealed; and a plurality of outlet-side cells in which the outlet side is opened and the inlet side is sealed, The inlet side and outlet side cells are partitioned and arranged alternately by porous partition walls,
The inlet side cell includes a first inlet side cell on which a PM combustion catalyst that generates CO by burning the collected particulates is supported, and CO oxidation for oxidizing CO in addition to the PM combustion catalyst. And a second inlet side cell on which the catalyst is supported, and the total supported amount of the PM combustion catalyst and the CO oxidation catalyst supported on the second inlet side cell is the PM supported on the first inlet side cell. Set more than the combustion catalyst,
A particulate filter with a catalyst, wherein the outlet side cell carries a catalyst of the same type as the catalyst carried by the second inlet side cell.
上記各セルの対角方向に沿った２つの交差線をそれぞれ第１の対角線および第２の対角線としたときに、上記第１入口側セルと第２入口側セルとが、上記第１および第２の対角線の両方に沿って交互に配置されたことを特徴とする触媒付きパティキュレートフィルタ。 In the particulate filter with a catalyst of Claim 1,
When the two intersecting lines along the diagonal direction of each cell are a first diagonal line and a second diagonal line, respectively, the first inlet side cell and the second inlet side cell are the first and second diagonal lines, respectively. A particulate filter with catalyst, wherein the particulate filter is alternately arranged along both of the diagonal lines.
上記各セルの対角方向に沿った２つの交差線をそれぞれ第１の対角線および第２の対角線としたときに、上記第１入口側セルと第２入口側セルとが、上記第１および第２の対角線のうちの一方の対角線に沿って交互に配置されるとともに、他方の対角線に沿って同種の入口側セルが連続して配置されたことを特徴とする触媒付きパティキュレートフィルタ。 In the particulate filter with a catalyst of Claim 1,
When the two intersecting lines along the diagonal direction of each cell are a first diagonal line and a second diagonal line, respectively, the first inlet side cell and the second inlet side cell are the first and second diagonal lines, respectively. A particulate filter with catalyst, wherein the inlet side cells of the same kind are continuously arranged along one diagonal line of the two diagonal lines, and the same type of inlet side cells are continuously arranged along the other diagonal line.
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