JP5052828B2

JP5052828B2 - 粒子状物質燃焼用触媒を担持したフィルタを用いた排気ガス中の粒子状物質除去方法

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Publication number: JP5052828B2
Application number: JP2006168310A
Authority: JP
Inventors: 寛松岡
Original assignee: 寛松岡
Priority date: 2006-06-19
Filing date: 2006-06-19
Publication date: 2012-10-17
Anticipated expiration: 2026-06-19
Also published as: JP2007330934A

Description

この発明は，ディーゼルエンジンから排気される排気ガスに含まれる粒子状物質を酸化燃焼させるための粒子状物質燃焼用触媒を担持した粒子状物質を捕集するフィルタを用いた排気ガス中の粒子状物質除去方法に関する。

近年，ディーゼルエンジンは，その熱効率の高さからトラック，船等の移動体のエンジンとして多く使用されている。また，ディーゼルエンジンは，ＣＯ₂の排出量が最も少ない原動機として見直され，乗用車についてもディーゼルエンジンの採用が増え続けている。しかしながら，ディーゼルエンジンは，圧縮着火式エンジンであるため，ＮＯ_Xはもとよりガソリンエンジンではほとんど排出されない粒子状物質（ＰＭ＝Particulate Matter）が排気ガス中に含まれている。粒子状物質は，概して，煤，有機溶剤に溶ける成分であるＳＯＦ(solvent organic fraction)，硫黄酸化物等から成る。ディーゼルエンジンから排気される排気ガス中に含まれるＮＯ_XとＰＭは，トレードオフの関係にあり，ＮＯ_Xの発生を低減させるとＰＭの生成が増加し，また，ＰＭの生成を低減しようとするとＮＯ_Xの発生が増加するため，両者を同時に低減することは難しい問題である。また，ディーゼルエンジンは，燃料を空気過剰率で燃焼させるため，ディーゼルエンジンから排気される排気ガス中では酸素濃度が高くなっており，ガソリンエンジンの排気ガス浄化で有効に用いられている三元触媒による排気ガス処理によるＮＯ_Xの低減は酸素濃度が高く困難になる。更に，ＰＭは，その酸化温度が高いので，ＰＭの酸化燃焼温度を低下させるため，触媒等を担持したフィルタを用いる特殊な装置が必要になる。

最近では，排気ガス中のＮＯ_Xを低減する排ガス浄化装置として，尿素を還元剤として用い，ＮＯ_XをＮ₂に選択的に還元するＮＯ_X還元触媒が使用されており，又は，エンジンに対して大量のＥＧＲを行って排気ガスの燃焼温度を下げ，ＮＯ_Xの発生を抑える等のＮＯ_X排出量を抑える技術が大きく進歩してきている。また，ＰＭに関しては，その組成のほとんどが未燃焼のカーボン又は重質油の炭化水素であるので，燃料を完全に燃焼さえできれば，微粒子として排出されるようなことがないことが期待される。そのため，排気管中に設けたフィルタで，排気ガス中のＰＭを捕集して濾過し，そのフィルタに堆積したＰＭをフィルタに坦持した触媒の助けにより低温で燃焼させるディーゼルパティキュレートフイルタ（ＤＰＦ）が有効であり，ＤＰＦが多くの車両に搭載されるようになってきた。通常，ＤＰＦに用いられている触媒は，３００℃前後から煤を燃焼させるものが多い。また，３００℃以下の温度でＰＭを燃焼させる方式として，フィルタの上流で排気ガス中のＮＯをＮＯ₂に酸化させる触媒を設置し，そのＮＯ₂を活用する排ガス浄化装置が提案されている。このような排ガス浄化装置では，ＮＯ₂と未燃焼カーボン（Ｃ）との反応は，ＮＯ₂＋Ｃ＝ＮＯ＋ＣＯである（例えば，特許文献１参照）。

特開平１０―１５９５５２号公報

しかしながら，ＮＯをＮＯ₂に酸化させることを活用する上記排ガス浄化装置は，ＮＯ_Xの排出量の絶対値が減少してきている状況においては，生成するＮＯ₂量が減少することになり，その効果も制限されてきた。また，フィルタに触媒を担持してＰＭを浄化するＤＰＦは存在するが，触媒の劣化に関しては，予め白金等の触媒をフィルタに多めに担持しておき，触媒が劣化した後も，余分な触媒を担持していることで性能を確保できることを狙っているが，触媒を余分に担持させる対応でも，極めて長距離を走行するトラック等の車両では十分ではなく，粒子状物質を排気ガス中から除去する本来の性能を発揮できない可能性が高くなっている。また，上記のことを考慮して，ＤＰＦに白金等の貴金属の触媒を大量に担持するには，貴金属の価格が極めて高価であるので，例えば，４トン積みトラックでは触媒に担持する白金の価格だけでも数万円を超える金額になってしまい高価なＤＰＦになってしまうという問題がある。

一方，ＰＭの主成分である煤は，フィルタにより濾過されて燃焼させられるが，ディーゼル車が渋滞路等で連続的に走行する場合に，エンジンの排気ガス温度が低下し，触媒によるＰＭ燃焼温度に達する頻度が極めて少なくなり，結果的に煤によってフィルタが閉塞し，エンジンが停止して車両が走行できなくなる可能性がある。更に，フィルタに堆積した煤が走行条件により煤の燃焼温度を上回った時に，ＰＭが急激に爆発的に燃焼し，ＤＰＦを破損するか，最悪の場合に，フィルタの溶損や火災に発展する恐れがある。従って，最近では，ＤＰＦは，煤の堆積量を圧力センサ等により検知し，煤の堆積量が一定値を超えた場合に，排気温度を高める装置を付加して煤を積極的に燃焼させようとする工夫がなされてきた。このような排気温度を高める装置を設けたエンジンでは，膨張行程後半，又は排気行程にコモンレール式等の燃料噴射装置を用いて燃料を排気ガス中に噴射し，それを燃焼させて排気温度を上昇させるもの，又は上記噴射した燃料を下流に設けた酸化触媒により酸化発熱させ，又はＰＭ除去装置の上流に別途も設けられた燃料供給装置からの燃料を下流に設けられた酸化触媒により酸化発熱させ，排気ガス温度を上昇させるものである。このようなシステムを用いたＰＭ浄化システムは，煤によりフィルタが閉塞する危険性は低いが，低速走行等で排気ガスが高温になる頻度が少ない場合は，上記のような燃料を用いた排気ガス昇温システムが稼働し，燃料を消費するため走行燃費が悪化することになる。特に，ＰＭ触媒の活性温度が低い場合は，排気ガス昇温システムの稼働が益々増え，燃費が悪化する。一方，煤を燃焼させる触媒は，白金が主に用いられているが，前述のように１g 当たりの単価は４０００円を超えて極めて高価であり，ＤＰＦそのものが高価になるという問題がある。

この発明の目的は，上記の問題を解決するため，従来の触媒に比較して安価で低温で粒子状物質中の煤を酸化燃焼させる粒子状物質燃焼用触媒をＤＰＦのフィルタに担持させ，触媒の劣化に伴ってＰＭの酸化燃焼効率が低下するので，排気ガスの圧力を圧力センサ及び／又は温度を温度センサを通じて触媒の劣化を検知し，触媒の劣化を検知することに応じて燃料噴射装置を作動して燃料をガス中のＰＭに噴射してＰＭを酸化燃焼させ，燃料噴射装置の作動頻度が予め決められた所定頻度以上，言い換えれば，触媒の劣化を燃料消費率で検知し，触媒の劣化に応答して新しい触媒即ち触媒を担持したフィルタ材を新しいフィルタ材に交換又はメンテナンスを行わせる表示又は警報を発することを特徴とする排気ガス中の粒子状物質除去方法を提供することである。

この発明は，ディーゼルエンジンから排出される粒子状物質を捕集し且つ前記粒子状物質を燃焼させるため，触媒としてアルカリ金属のアルミン酸塩，アルカリ金属の炭酸塩，アルカリ金属，アルカリ金属酸化物，アルカリ金属酸化物と酸化鉄の複合酸化物，アルカリ金属酸化物と希土類金属酸化物の複合酸化物の少なくとも１種の成分からなる第１触媒をフィルタに担持させ，前記フィルタを前記ディーゼルエンジンの燃焼室からの排気ガスを排気する排気管に設置し，前記フィルタに前記デイーゼルエンジンから排気される前記排気ガス中に含まれる粒子状物質を捕集させ，前記フィルタに担持された前記触媒の燃焼性能の劣化に伴う前記粒子状物質の燃焼悪化状態に応答して粒子状物質燃焼手段を作動して前記粒子状物質に対して燃料を噴射して前記粒子状物質を燃焼させ，前記粒子状物質燃焼手段の作動頻度が予め決められた既定値以上の値になることに応答して表示装置によって前記触媒を担持した前記フィルタの交換時期又はメンテナンス時期であるシグナルを発することを特徴とする排気ガス中の粒子状物質除去方法に関する。

また，この排気ガス中の粒子状物質除去方法において，前記フィルタを構成するフィルタ基材には，シリカ，アルミナ，チタニア，ジルコニアのいずれか一種又はそれらの少なくとも１種を含む複合酸化物粉末が予め被覆されている。

また，この排気ガス中の粒子状物質除去方法において，前記フィルタには，希土類金属酸化物とコバルト酸化物の複合酸化物，白金，パラジウム，イリジウム，ルテニウム，ロジウム，銀のいずれか少なくとも１種から成る第２触媒が担持されている。

また，前記フィルタに担持された前記第１触媒は，前記フィルタのフィルタ容積１リットルあたり１０グラム以上含まれていることが好ましい。更に，前記フィルタに担持された前記第２触媒は，前記フィルタ容積１リットル当たり０．６グラム以下含まれているこ

また，前記粒子状物質燃焼手段は，前記ディーゼルエンジンの前記燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射装置及び／又は前記ディーゼルエンジンの排気ガス温度を上昇させるため前記排気管に設けられた燃料噴射装置である。

また，前記触媒の燃焼性能の劣化は，前記粒子状物質の燃焼悪化状態を圧力センサ及び／又は温度センサで予め決められた所定値以上を検出することによって感知されるものである。

また，この排気ガス中の粒子状物質除去方法は，前記粒子状物質燃焼手段の前記作動頻度が増加するに従って，前記ディーゼルエンジンの燃料消費率が悪化するものである。

また，前記粒子状物質燃焼手段は，少なくとも作動していない前記ディーゼルエンジンの排気温度の任意期間の履歴と前記ディーゼルエンジンの排気圧力又は前記フィルタの前記粒子状物質による詰まり状態を判断して作動されるものである。

この排気ガス中の粒子状物質除去方法は，前記ディーゼルエンジンには，エンジンキーのオフ後に，前記ディーゼルエンジンをアイドリングでわずかな時間自動運転させる装置が設けられている。

この発明による排気ガス中の粒子状物質除去方法は，上記のように，アルカリ金属等を主体とする粒子状物質燃焼用触媒をフィルタに担持させることにより粒子状物質の燃焼温度を大幅に低下させると共に, 安価にフィルタを製造して装置そのものを安価に製造でき，経済的負担を最小限に抑えることができる。また，この排気ガス中の粒子状物質除去方法は，予め触媒を担持したフィルタの使用状況，特に，触媒の劣化状態に応じて交換時期又はメンテナンス時期を表示することによって，使用済みフィルタを新しいフィルタに交換又はメンテナンスを強制させ，常に活性化した触媒を担持したフィルタを用いることによって，継続的に高い粒子状物質の浄化率を確保することができ，大気汚染防止に大きく貢献でき，触媒の活性化による粒子状物質の燃焼温度を大幅に下げることにより，粒子状物質を燃焼させる燃料の噴射する燃料噴射装置の作動頻度を下げることができ，大幅に燃費の改善が可能になり，フィルタの交換時期を適正化することができる。

この発明による排気ガス中の粒子状物質除去方法は，例えば，自動車のエンジン，特にディーゼルエンジンから排気される排気ガスに含まれる有害物質を反応除去して浄化するのに適用される。この排気ガス中の粒子状物質除去方法は，エンジンから排気管等の排気通路を通じて排出される排気ガスに含まれるＰＭ（粒子状物質）を酸化反応させて燃焼させて排気ガスを浄化するものである。この排気ガス中の粒子状物質除去方法は，特に，（１）触媒の劣化を燃料消費率で感知し，必要に応じて触媒を担持したフィルタを交換，場合によっては，メンテナンスを行うこと，及び（２）安価な触媒を担持したフィルタを用いて粒子状物質を捕集して低温で煤の粒子状物質を酸化燃焼させるディーゼルパティキュレートフイルタ（ＤＰＦ）によることを特徴としている。

以下，図面を参照して，この発明による排気ガス中の粒子状物質除去方法について説明する。この排気ガス中の粒子状物質除去方法に適用される粒子状物質燃焼用触媒は，概して，次のとおりである。この粒子状物質燃焼用触媒は，アルカリ金属のアルミン酸塩，アルカリ金属の炭酸塩，アルカリ金属，アルカリ金属酸化物，アルカリ金属酸化物と酸化鉄の複合酸化物，アルカリ金属酸化物と希土類金属酸化物の複合酸化物の少なくとも１種の成分からなる第１触媒がデイーゼルエンジン１５から排気される排気ガス中に含まれる粒子状物質を捕集するフィルタ１，２に担持されていることを特徴とするものである。フィルタ１を構成するフィルタ基材には，シリカ（ＳｉＯ₂），アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃），チタニア（ＴｉＯ₂），ジルコニア（ＺｒＯ₂）のいずれか一種又はそれらの少なくとも１種類を含む複合酸化物粉末が予め被覆されている。また，この粒子状物質燃焼用触媒は，フィルタ１，２には，希土類金属酸化物とコバルト酸化物の複合酸化物，白金（Ｐｔ），パラジウム（Ｐｄ），イリジウム（Ｉｒ），ルテニウム（Ｒｕ），ロジウム（Ｒｈ），銀（Ａｇ）のいずれか少なくとも１種から成る第２触媒が担持されている。また，上記の第１触媒は，フィルタ１のフィルタ容積１リットルあたり１０グラム以上含まれていることが好ましい。また，上記の第２触媒は，フィルタ１のフィルタ容積１リットル当たり０．６グラム以下含まれていることが好ましい。

また，この排気ガス中の粒子状物質除去方法は，ディーゼルエンジン１５から排出される粒子状物質を捕集し且つ粒子状物質を燃焼させるための粒子状物質燃焼用の触媒を担持したフィルタ１，２を収容したケース１８を排気管２５に設置し，フィルタ１，２に担持された触媒の燃焼性能の劣化に伴う粒子状物質の燃焼悪化状態に応答して，粒子状物質を燃焼させる手段が粒子状物質に対して燃料を噴射して粒子状物質を燃焼させることを特徴とするものである。ケース１８には，入口側の排気管１３と出口側の排気管１９が設けられ，排気管１３と排気管１９との間に，フィルタ１，２が収容されている。燃料を噴射して粒子状物質を燃焼させる手段は，具体的には，ディーゼルエンジン１５の燃焼室１４に燃料を噴射する燃料噴射装置即ち燃料噴射ノズル１６（図１），又はエンジン１５の排気ガス温度を上昇させるための排気管１３に設けた燃料噴射装置即ち燃料噴射ノズル３（図２）である。

図１には，この排気ガス中の粒子状物質除去方法を達成できる粒子状物質除去装置の一実施例が示されている。ディーゼルエンジン１５は，シリンダブロック２７とシリンダブロック２７にガスケットを介して固定されたシリンダヘッド２２，及びシリンダ内を往復運動するピストン２６を有する。シリンダヘッド２２には，それに形成された排気ポート２３に連通するように排気マニホールド２４が取り付けられている。排気マニホールド２４には，排気管２５が連結され，排気管２５にはＤＰＦのケース１８が取り付けられている。また，排気弁２１は，動弁機構２８で作動してシリンダヘッド２２の排気ポート２３を開閉する。また，シリンダヘッド２２には，燃料噴射ノズル１６が配設されている。燃料噴射ノズル１６は，コモンレール２０から供給される燃料をコントローラ８の指令によって燃焼室１４に燃料を噴射するように構成されている。ディーゼルエンジン１５の後流の排気管２５に連通するケース１８には，入口６側に排気管１３が形成されている。ディーゼルエンジン１５には，コモンレール式の燃料噴射装置の燃料噴射ノズル１６が設置されている。コントローラ８は，吸気弁（図示せず）と排気弁２１のバルブタイミング，及びコモンレール式燃料噴射ノズル１６の作動タイミングに加えて，フィルタ１，２に堆積したＰＭを酸化燃焼させるため，燃料噴射ノズル１６を膨張行程後半から排気行程にかけて燃焼室１４に燃料を噴射するタイミングが予め設定されている。

図１には，ディーゼルエンジン１５の後流の排気管１３に装着されたＤＰＦが示されている。ＤＰＦは，ケース１８に酸化触媒を担持したフィルタ１と粒子状物質を捕集して燃焼させるフィルタ２とが収容されており，ケース１８の上流側には排気ガスの入口６を形成する排気管１３が接続され，ケース１８の下流側には排気ガスの出口７を形成する排気管１９が接続されている。勿論，フィルタ２にも酸化触媒を担持させてもよいことは勿論である。入口６側の排気管１３には，圧力センサ４及び温度センサ５が設置されている。コントローラ８は，圧力センサ４，温度センサ５及びイグニッションスイッチ１２からの信号を受信し，それらの信号に応じてエンジン作動状態を判断し，フィルタ１，２に粒子状物質が堆積している場合には，燃料噴射ノズル１６を作動する指令を発するように構成されている。また，コントローラ８は，バッテリー１７を通じて通電されるように構成されている。

図２には，この排気ガス中の粒子状物質除去方法を達成できる粒子状物質除去装置の別の実施例が示されている。この粒子状物質除去装置は，特に，燃料噴射装置を構成する燃料噴射ノズル３がケース１８の入口側の排気管１３に装着されたものであり，概して，図１に示すディーゼルエンジン１５の排気管２５にケース１８が接続して設けられている。燃料噴射ノズル３には，燃料ポンプ１０の作動によって，燃料ホース１１から燃料パイプ９を通じて燃料が供給され，ＤＰＦの入口側の排気管１３内に噴射されるように構成されている。図１の実施例と同様に，排気管１３には，圧力センサ４及び温度センサ５が設置されており，コントローラ８の指令によって燃料噴射ノズル３が作動するものである。

次に，この排気ガス中の粒子状物質除去方法について，図１の実施例及び図２の実施例に共通の事項について説明する。フィルタ１，２に担持された触媒の燃焼性能の劣化は，粒子状物質の燃焼悪化状態を圧力センサ４及び／又は温度センサ５で予め決められた所定値を以上を検出することによって感知されるものである。また，この排気ガス中の粒子状物質除去方法は，粒子状物質燃焼手段を構成する燃料噴射ノズル３，１６の作動頻度が予め決められた既定値より以上になることに応答して，触媒を担持したフィルタ２の交換時期，場合によっては，メンテナンス時期であることを表示する装置が設けられている。また，この排気ガス中の粒子状物質除去方法では，粒子状物質燃焼手段は，その作動頻度が増加するに従ってディーゼルエンジン１５の燃料消費率が悪化するものである。粒子状物質燃焼手段は，少なくとも手段が作動していないディーゼルエンジン１５の排気温度の任意期間の履歴とディーゼルエンジン１５の排気圧力又はフィルタ１，２の粒子状物質による詰まり状態を判断して作動させるものである。

この排気ガス中の粒子状物質除去方法は，特に，上記（１）について，触媒の劣化を燃料消費率で感知し，必要に応じて触媒を担持したフィルタ１，２を交換，場合によっては，メンテナンスを行うものであって，フィルタ１，２に担持された酸化触媒の劣化を燃料消費率で感知するために，次のような処理を行うことを特徴としている。即ち，車両が市街地等で走行している場合には，排気ガス温度が低い状態であって触媒の燃焼開始温度に達しない場合が多くなっている。そこで，フィルタ１，２には，捕集されたＰＭが堆積し，そのため排気圧力が上昇する状態になる。排気ガスの排気圧力を圧力センサ４で検知し，燃料噴射ノズル３又は１６から燃料をガス中に噴射して燃焼させ，排気温度を強制的に高温にし，フィルタ１，２に堆積したＰＭを酸化燃焼させる。フィルタ１，２に担持された触媒が劣化するにつれて，ＰＭが燃焼する温度は高温側にずれて高温燃焼が必要になるため，排気温度を強制的に上げるため燃料噴射ノズル３又は１６で燃料を噴射する作動頻度が増えることになり，その結果，車両の燃費率が悪化することになる。この排気ガス中の粒子状物質除去方法は，燃料噴射ノズル３又は１６の作動頻度を基にして触媒の劣化状態を判断し，交換時期又はメンテナンス時期を表示，警報等のシグナルを発することによって，新しいフィルタに交換又はメンテナンスを行って継続的に高いＰＭ浄化率を確保するものである。また，排気温度を上昇させる手段は，ディーゼルエンジン１５に設けた燃料を燃焼室１４に供給するコモンレール式燃料噴射装置等の燃料噴射ノズル１６を用いる場合には，燃料噴射ノズル１６からエンジン１５の膨張行程後期又は排気行程に燃焼室１４に燃料を噴射するものであり，又は，エンジン１５の後流の排気管１３に設けた燃料噴射ノズル３を用いる場合には，燃料噴射ノズル３を作動して燃料を排気ガス中に噴射してフィルタ１，２に担持された酸化触媒によって，噴射された燃料が燃焼し，排気温度を上昇させ，フィルタ１，２に捕集されているＰＭを燃焼させるものである。また，コモンレール式の燃料噴射ノズル１６の場合は，フィルタ２の上流のケース１８内に酸化触媒を担持したフィルタ１を配設すること，即ち，フィルタ１，２を多段に設けることが有効である。

上記（２）について，安価な触媒を担持したフィルタ１，２を用いて粒子状物質を捕集して低温で煤（ＰＭ）の粒子状物質を酸化燃焼させるＤＰＦについては，低温で粒子状物質の煤を燃焼させる触媒を担持したフィルタ１，２において，煤を燃焼させる触媒としては，アルカリ金属，アルカリ金属酸化物，アルカリ金属のアルミン酸塩，アルカリ金属の炭酸塩，アルカリ金属酸化物と酸化鉄の複合酸化物，アルカリ金属酸化物と希土類金属酸化物の複合酸化物の少なくとも１種を含む第１触媒とする。これらの触媒使用量は，フィルタ１，２のフィルタ容積１リットルあたり１０グラム以上含まれることが効果的である。また，第１触媒は，貴金属に比較して圧倒的に安価であるため，多量を用いたとしても価格上は全く問題にならない。また，粒子状物質の煤の燃焼温度を下げるために，低温で煤を燃焼させる触媒には，上記アルカリ金属，その酸化物等の第１触媒に加えて，ＳＯＦ分（粒子状物質中の有機溶剤に溶ける成分）の燃焼温度を低下させるのみ効果的な白金（Ｐｔ），パラジウム（Ｐｄ），イリジウム（Ｉｒ），ルテニウム（Ｒｕ），ロジウム（Ｒｈ），銀（Ａｇ），希土類金属酸化物とコバルト酸化物の複合酸化物の中の少なくとも１種を含む第２触媒が用いることが効果的である。ＰＭには，主成分が煤とＳＯＦが存在し，ＳＯＦ分は煤に比較して元々かなり低温で酸化され易い性質を有している。また，以前には，ＰＭには，硫黄酸化物が主成分として存在していたが，近年は超低硫黄軽油の普及により硫黄酸化物は大幅に減少している。一般に，ＰＭは，煤の外周にＳＯＦ分が付着している。ＳＯＦを低温で燃焼させることで発熱させ，煤の温度を上げることで，煤を更に低温で燃焼させることができる。また，上記の第１触媒と第２触媒をフィルタ触媒に用いる上で，予めＤＰＦとして用いるフィルタ材料即ちフィルタ基材に，シリカ，アルミナ，チタニア，ジルコニアのいずれか，又はそれらの少なくとも１種類を含む複合酸化物粉末を被覆することによって更に触媒の効果を高めることができる。また，触媒のうち，白金，パラジウム，イリジウム，ルテニウム，ロジウム等の貴金属を含む第２触媒は，第１触媒と同様に，酸化触媒としても使用できることは勿論である。

また，この排気ガス中の粒子状物質除去方法は，エンジンキーのオフ後に，ディーゼルエンジン１５をアイドリングでわずかな時間，自動運転する装置を備えているものである。一般に，アルカリ金属の化合物は，水に溶解し易いため，触媒に水が浸入して凝縮すると，その水にアルカリ金属が溶出し，水滴となって滴下することにより，アルカリ金属が触媒から抜け出す可能性がある。エンジン排気ガス中には，通常の負荷運転時には，５〜１５質量％の水分を含むので，エンジン１５が停止して，排気管１３の温度が低下すると，排気ガス中の水が凝縮することになる。この排気ガス中の粒子状物質除去方法は，運転者によるエンジンキーオフ後，エンジン１５をアイドリングでわずかな時間自動運転することにより，水が蒸発して排気され，フィルタ２での水凝縮を防止することができ，その際に，アイドル運転では排ガス中の水分は１〜２質量％にできるので，エンジン停止時にアイドル状態でわずかな時間運転することにより，高い水分のガス（１０〜１５質量％）を低い水分（１〜２質量％）のガスに置換して水分の量を低減し，温度が低下しても水が凝縮しないようにすることができる。その目的でのエンジン１５のアイドル運転の時間は，２〜５秒程度で充分である。この排気ガス中の粒子状物質除去方法は，低温燃焼活性に優れた触媒付ＤＰＦを用いるので，車両の低速走行での排気温度の低い状態においても，排ガスを上昇させる装置の稼動頻度を少なくすることができ，車両の走行燃費の悪化を抑制できる。

また，従来からアルカリ金属類は，煤の燃焼に極めて有効な触媒であるが，上記のように水分に弱いので，敬遠されてきた。触媒の有効成分であるアルカリ金属等を消失させないように，エンジン停止後２，３秒運転する等の対応策，又は触媒自体が溶け出し難いように工夫をしても長期間使用すると，わずかずつであるが，その性能は劣化する可能性がある。触媒が劣化してくると，煤の燃焼が悪くなるため，排気温度を上昇させる手段が作動する頻度が高くなり，その結果，車両の走行燃費が悪化することになる。この排気ガス中の粒子状物質除去方法では，初期の煤燃焼温度は，従来の触媒に比べて大幅に低温化させることで，排気温度上昇手段の作動頻度を大幅に減らし，走行燃費を大幅に改善することが最大の狙いであるが，長期間使用によって触媒が劣化したことを，粒子状物質燃焼手段，即ち，排気温度上昇装置である燃料噴射ノズル３又は１６の作動頻度により検知して，触媒交換時期を検出して触媒を担持したフィルタ１，２を新しいものと交換することにより，再び燃費の優れた車両に復元させることができる。勿論，触媒劣化のポイントを従来の触媒より高い性能を有する状態に設定することで，従来より常に高い燃費を保持することが可能になる。

以下，この発明の具体的な実施例を挙げ，この発明が有する作用効果を明らかにする。 −実施例１−
ＰＭ燃焼触媒付ＤＰＦの調製１について
直径２１ｍｍ，高さ２０ｍｍの小型のフィルタ材料の基材に，γ―Ａｌ₂Ｏ₃粉末２０ｗｔ％とアルミナゾル１ｗｔ％（Ａ１₂Ｏ₃）の水スラリー溶液を用い，コート量が０．７〜０．８ｇになるようにコートした。これを１００℃で乾燥した後に，アルミン酸カリウム溶液に浸漬して，電気炉で５００℃で３ｈｒの間焼成した。フィルタ２の１個あたり触媒としてＫ₂Ａｌ₂Ｏ₄の０．５ｇを担持させたフィルタ２に調製した。
−実施例２−
ＰＭ燃焼触媒付ＤＰＦの調製２について
実施例１において、アルミン酸カリウム溶液の代わりに炭酸カリウム溶液を用いてフィルタ２の１個あたりＫ₂ＣＯ₃として０．８ｇの触媒を担持させたフィルタ２を調製した。

−実施例３−
ＰＭ燃焼試験について
実施例１及び実施例２で得たフィルタ２に，ＰＭを模擬して黒鉛粉末を用い，以下の手順で試験した。
エタノール１００ｍｌに黒鉛粉末２ｇを懸濁させた溶液を作製し，該溶液をフィルタサンプルの上部から少しずつ滴下して乾燥させる操作によって，フィルタ２に黒鉛を０．０５ｇ付着させた。黒鉛を付着させたサンプル即ちフィルタ２を小型反応試験装置にセットして，下記条件のガスを流通させ，温度を昇温させながら反応器出口のＣＯ₂を連続的に記録した。
テスト条件として
Ｏ₂：１０（％）
Ｈ₂Ｏ：１０（％）
Ｎ₂ ：８０（％）
ＳＶ：２００００（１／Ｈｒ）
昇温速度：１０℃／ｍｉｎ, ６０℃から６００℃までの範囲で昇温した。

実施例１及び実施例２のＰＭ燃焼試験の結果を，図３のグラフに示した。
図３から分かるように，触媒入口温度が２００℃あたりからＣＯ₂の発生，即ち，燃焼ガス中のＣＯ₂濃度（ｐｐｍ）の上昇によって認識され，即ち，２００℃程度の低温で，粒子状物質の煤，即ち，カーボンが燃焼していることが認識でき，実施例１では，３５０℃〜４３０℃でカーボンの酸化燃焼が盛んになり，また，実施例２では，３９０℃〜４６０℃でカーボンの酸化燃焼が盛んになっていることが分かる。
上記のことより，この粒子状物質燃焼用触媒は，ディーゼルエンジン１５の排気ガスから排出される粒子状物質を，排気ガスの低温状態から酸化燃焼させる能力（効果）があり，燃費悪化を抑制しながら，粒子状物質を効率良く除去できることが確認できた。

実施例１と実施例２に対して比較のため，比較例１としてＰＭ燃焼触媒付ＤＰＦを調製した。
−比較例１−
比較のため市販のフィルタから試験品を切り出し，実施例２と同じ試験を実施した。
結果を図５に示す。図５から分かるように，比較例１は，触媒入口温度が５５０℃〜６６０℃において粒子状物質の酸化燃焼が生じており，本発明品に比較して煤燃焼開始温度が遅く高いことが分かった。

実エンジン試験について
本発明の粒子状物質燃焼用触媒を担持したフィルタ２を，実際のディーゼルエンジン１５に装着し，テストベンチにてモード運転を行った。横軸は車両の運転時間から走行距離（ｋｍ）に換算したものであり，縦軸は燃焼開始温度（℃）であり，定期的に測定を行った。その結果を図４に示す。
本発明の粒子状物質燃焼用触媒を用いた場合には，図４の符号Ａで示すように，初期値において，２３０℃から煤の燃焼が開始したが，従来の触媒を用いた場合には，図４の符号Ｃで示すように，本発明より７０℃高温の温度即ち３００℃から煤の燃焼が起きていることが分かる。また，従来の触媒の劣化は，図４の符号Ｃで示すように，比較的緩やかである。一方，本発明品は，初期の煤燃焼温度が低いが，劣化速度は従来品より多少悪くなり，その優位さは走行するに従い少なくなる。しかし，図４の符号Ｂで示すように，４０万ｋｍで触媒を担持したフィルタ１，２を新しいフィルタ１，２と交換することによって，新品の性能を得ることができた。また，従来の触媒を担持したフィルタの場合には，煤燃焼温度が高く，しかも走行距離に従って徐々に煤燃焼温度が上昇していることが分かる。また，エンジンの初期における燃費の悪化は，排気ガス温度上昇システムを用いていないエンジンに比較して，従来品は５％悪化し，本発明品は２％悪化であった。４０万ｋｍ相当では従来品の燃費悪化は６．８％になった。一方，本発明品は４０万ｋｍ相当で触媒交換前の燃費の悪化率は３．７％，交換後は２．３％の悪化であった。また，試算によると，本発明品の４０万ｋｍでフィルタ２を新品に交換した上でのコストは交換しない従来品より安価であった。上記のことより，本発明の排気ガス中の粒子状物質除去方法は，極めて有効であることが確認された。

この発明による排気ガス中の粒子状物質除去方法は，新車又は既存車の自動車用エンジン，特に，ディーゼルエンジンからの排気ガスを排出する排気通路に組み込むＤＰＦのフィルタに適用して好ましく，ＤＰＦに適用して好ましいものである。

この発明による排気ガス中の粒子状物質除去方法を達成する粒子状物質除去装置の一実施例を示す説明図である。この発明による排気ガス中の粒子状物質除去方法を達成する粒子状物質除去装置の別の実施例を示す説明図である。この発明による粒子状物質燃焼用触媒を担持したフィルタを装着したエンジンから排出された煤（ＰＭ）の燃焼試験結果を示すグラフである。この発明による粒子状物質燃焼用触媒を担持したフィルタを装着したエンジンと，従来の触媒を担持したフィルタを装着したエンジンとの実エンジン試験を示す走行距離に対する煤燃焼温度を示すグラフである。従来の粒子状物質燃焼用触媒を担持したフィルタを装着したエンジンから排出された煤（ＰＭ）の燃焼試験結果を示すグラフである。

１，２フイルタ
３，１６燃料噴射ノズル
４圧力センサ
５温度センサ
８コントローラ
１３，１９，２５排気管
１４燃焼室
１５ディーゼルエンジン

Claims

ディーゼルエンジンから排出される粒子状物質を捕集し且つ前記粒子状物質を燃焼させるための触媒としてアルカリ金属のアルミン酸塩，アルカリ金属の炭酸塩，アルカリ金属，アルカリ金属酸化物，アルカリ金属酸化物と酸化鉄の複合酸化物，アルカリ金属酸化物と希土類金属酸化物の複合酸化物の少なくとも１種の成分からなる第１触媒をフィルタに担持させ，前記フィルタを前記ディーゼルエンジンの燃焼室からの排気ガスを排気する排気管に設置し，前記フィルタに前記デイーゼルエンジンから排気される前記排気ガス中に含まれる粒子状物質を捕集させ，前記フィルタに担持された前記触媒の燃焼性能の劣化に伴う前記粒子状物質の燃焼悪化状態に応答して粒子状物質燃焼手段を作動して前記粒子状物質に対して燃料を噴射して前記粒子状物質を燃焼させ，前記粒子状物質燃焼手段の作動頻度が予め決められた既定値以上の値になることに応答して表示装置によって前記触媒を担持した前記フィルタの交換時期又はメンテナンス時期であるシグナルを発することを特徴とする排気ガス中の粒子状物質除去方法。
前記フィルタを構成するフィルタ基材には，シリカ，アルミナ，チタニア，ジルコニアのいずれか一種又はそれらの少なくとも１種を含む複合酸化物粉末が予め被覆されていることを特徴とする請求項１に記載の排気ガス中の粒子状物質除去方法。
前記フィルタには，希土類金属酸化物とコバルト酸化物の複合酸化物，白金，パラジウム，イリジウム，ルテニウム，ロジウム，銀のいずれか少なくとも１種から成る第２触媒が担持されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の排気ガス中の粒子状物質除去方法。
前記フィルタに担持された前記第１触媒は，前記フィルタのフィルタ容積１リットルあたり１０グラム以上含まれていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の排気ガス中の粒子状物質除去方法。
前記フィルタに担持された前記第２触媒は，前記フィルタ容積１リットル当たり０．６グラム以下含まれていることを特徴とする請求項３又は４に記載の排気ガス中の粒子状物質除去方法。
前記粒子状物質燃焼手段は，前記ディーゼルエンジンの前記燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射装置及び／又は前記ディーゼルエンジンの排気ガス温度を上昇させるため前記排気管に設けられた燃料噴射装置であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の排気ガス中の粒子状物質除去方法。
前記触媒の燃焼性能の劣化は，前記粒子状物質の燃焼悪化状態を圧力センサ及び／又は温度センサで予め決められた所定値以上を検出することによって感知されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の排気ガス中の粒子状物質除去方法。
前記粒子状物質燃焼手段の前記作動頻度が増加するに従って，前記ディーゼルエンジンの燃料消費率が悪化することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の排気ガス中の粒子状物質除去方法。
前記粒子状物質燃焼手段は，少なくとも作動していない前記ディーゼルエンジンの排気温度の任意期間の履歴と前記ディーゼルエンジンの排気圧力又は前記フィルタの前記粒子状物質による詰まり状態を判断して作動されることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の排気ガス中の粒子状物質除去方法。
前記ディーゼルエンジンには，エンジンキーのオフ後に，前記ディーゼルエンジンをアイドリングでわずかな時間自動運転させる装置が設けられていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に排気ガス中の粒子状物質除去方法。