JP6532826B2 - 排ガス浄化材 - Google Patents

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Description

本発明は、排ガス浄化材に関する。詳しくは、ディーゼルエンジン等の内燃機関から排出される排ガスを浄化する排ガス浄化材に関する。
なお、本国際出願は２０１３年１２月１１日に出願された日本国特許出願第２０１３−２５５８１８号に基づく優先権を主張しており、その出願の全内容は本明細書中に参照として組み入れられている。
一般に、内燃機関から排出される排ガスには、炭素を主成分とする粒子状物質（ＰＭ：Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ）、不燃成分からなるアッシュなどが含まれ、大気汚染の原因となることが知られている。そのため、粒子状物質の排出量については、排ガスに含まれる炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）などの有害成分とともに年々規制が強化されている。そこで、これらの粒子状物質を排ガスから捕集して除去するための技術が提案されている。
例えば、上記粒子状物質を捕集するためのパティキュレートフィルタが内燃機関の排気通路内に設けられている。例えばディーゼルエンジンは、一定量の粒子状物質を排ガスとともに排出するため、ディーゼルパティキュレートフィルタ（Diesel Particulate Filter：ＤＰＦ）が排気通路内に装着されている。かかるパティキュレートフィルタとしては、基材が多孔質からなる多数のセルから構成され、多数のセルの入口と出口を交互に閉塞した、ウォールフロー型と呼ばれる構造のものが知られている（特許文献１、２）。ウォールフロー型パティキュレートフィルタでは、セル入口から流入した排ガスは、仕切られた多孔質のセル隔壁を通過し、セル出口へと排出される。そして、排ガスが多孔質のセル隔壁を通過する間に、粒子状物質が隔壁内部の細孔内にトラップされる。
また、近年ではさらなる浄化性能向上のために、上記フィルタにＮＯｘ浄化能を持たせることが検討されている。例えば、アンモニア等の還元作用により排ガス中のＮＯｘを選択的に還元するＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）触媒を上記フィルタに設けたものが提案されている（特許文献３）。例えば、尿素添加式の排ガス浄化装置では、ＳＣＲ触媒が担持されたフィルタの上流に尿素水を供給し、該尿素水が加水分解することでアンモニアが生成する。このアンモニアがＳＣＲ触媒に吸着し、吸着したアンモニアの還元作用により排ガス中のＮＯｘが浄化される。
日本国特許出願公開２００７−１８５５７１号公報 日本国特許出願公開２００９−８２９１５号公報 日本国特許出願公開２００４−６０４９４号公報
上記ＳＣＲ触媒を備えたフィルタにおいては、ＳＣＲ触媒が吸着可能なアンモニアの許容最大吸着量によってＮＯｘ浄化挙動に性能差が生じる。本発明者の知見によれば、アンモニアの許容最大吸着量が比較的小さいＳＣＲ触媒は、より少ない尿素水の添加でもＮＯｘを効率よく浄化できるが、その背反として、多量の尿素水を添加したときはＮＯｘ浄化で余ったアンモニアが外部に排出されてしまう。つまり、より多くの尿素水を供給すると、アンモニアのスリップ量が増大してしまうおそれがある。一方、アンモニアの許容最大吸着量が比較的大きいＳＣＲ触媒は、多量の尿素水を添加してもアンモニアの外部排出は少ないものの、尿素水の添加量に応じてＮＯｘ浄化性能が向上するため、高いＮＯｘ浄化性能を発現させるには、ある程度の尿素水の添加が必要となる。つまり、フィルタに対し、より少ない尿素水を供給すると、ＮＯｘ浄化性能が低下してしまうおそれがある。このように、従来のＳＣＲ触媒を備えたフィルタでは、高いＮＯｘ浄化とアンモニアの排出抑制とを両立させることが難しかった。
本発明は、かかる事案に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、ＳＣＲ触媒を含むパティキュレートフィルタを備えた排ガス浄化材において、ＮＯｘ浄化とアンモニア排出抑制とを高いレベルで両立させた高性能な排ガス浄化材を提供することである。
本発明に係る排ガス浄化材は、内燃機関の排気通路に配置され、該内燃機関から排出される排ガスを浄化する排ガス浄化材である。この排ガス浄化材は、排ガス中の粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタであって、アンモニアを吸着して排ガス中のＮＯｘを還元するＳＣＲ触媒（例えばゼオライト）を含むフィルタを備え、前記フィルタが吸着可能なアンモニアの許容最大吸着量が、該フィルタの排ガス入口側の端部を含む上流側部分と排ガス出口側の端部を含む下流側部分とで異なる。そして、前記上流側部分におけるアンモニアの許容最大吸着量Ａが、前記下流側部分におけるアンモニアの許容最大吸着量Ｂよりも小さい（Ａ＜Ｂ）。ここでアンモニアの許容最大吸着量とは、フィルタ（典型的にはＳＣＲ触媒）の吸着サイトがすべてアンモニアで覆われたときのアンモニア吸着量の最大値のことをいい、例えば、フィルタに含まれるＳＣＲ触媒の基本特性（例えば飽和吸着量）と使用量とから計算により求めることができる。
上記排ガス浄化材によれば、フィルタの上流側部分におけるアンモニアの許容最大吸着量が下流側部分よりも小さいので、より少ない還元剤溶液を添加しても上流側部分において高いＮＯｘ浄化性能が発揮され得る。また、フィルタの下流側部分におけるアンモニアの許容最大吸着量が上流側部分よりも大きいので、より多い還元剤溶液を添加しても下流側部分においてアンモニアの外部排出（スリップ）が抑制され得る。したがって、上記排ガス浄化材を用いれば、ＮＯｘの浄化とアンモニアのスリップ抑制とを高いレベルで両立させた、高性能な排ガス浄化装置を提供することができる。
上流側部分のアンモニア許容最大吸着量Ａと、下流側部分のアンモニア許容最大吸着量Ｂとの比の値（Ｂ／Ａ）としては特に限定されないが、上記比の値（Ｂ／Ａ）が小さすぎると、上流側部分と下流側部分とでアンモニア許容最大吸着量を異ならせたことによる触媒性能向上効果が不十分になる場合がある。したがって、上記比の値（Ｂ／Ａ）は、概ね１．１以上３以下にすることが適当であり、好ましくは１．１以上２以下であり、特に好ましくは１．５以上１．８以下である。
ここに開示される排ガス浄化材の好ましい一態様では、前記上流側部分は、前記フィルタの排ガス入口側の端部から排ガス出口側に向かって前記フィルタの長さの少なくとも２０％に当たる部分を含む。フィルタの排ガス入口側の端部から排ガス出口側に向かってフィルタの長さの２０％に当たる部分を上流側部分とすることにより、上流側部分において高いＮＯｘ浄化性能をより確実に発揮できる。また好ましい一態様では、前記下流側部分は、前記フィルタの排ガス出口側の端部から排ガス入口側に向かって前記フィルタの長さの少なくとも２０％に当たる部分を含む。フィルタの排ガス出口側の端部から排ガス入口側に向かってフィルタの長さの２０％に当たる部分を下流側部分とすることにより、下流側部分においてアンモニアの排出を効果的に抑制できる。したがって、上記構成によれば、アンモニアの外部排出を抑えつつ高いＮＯｘ浄化率を確実に達成することができる。
ここに開示される排ガス浄化材の好ましい一態様では、前記上流側部分に含まれるＳＣＲ触媒と、前記下流側部分に含まれるＳＣＲ触媒とが質的に異なる。このように上流側部分と下流側部分とでＳＣＲ触媒の材質（種類）を異ならせることで、上記比の値（Ｂ／Ａ）を実現し得る排ガス浄化材を確実に得ることができる。
ここに開示される排ガス浄化材の好ましい一態様では、前記上流側部分に含まれるＳＣＲ触媒と、前記下流側部分に含まれるＳＣＲ触媒とが質的に同一であり、かつ、前記上流側部分における基材１Ｌ当たりのＳＣＲ触媒の含有量が、前記下流側部分における基材１Ｌ当たりのＳＣＲ触媒の含有量よりも大きい。かかる構成によると、材質の異なる複数のＳＣＲ触媒を使用することなく同一材質のＳＣＲ触媒のみを用いて（即ち該材質のＳＣＲ触媒を用いることの利点をより良く活かしつつ）上流側部分と下流側部分とでアンモニアの許容最大吸着量を異ならせることができ、技術的価値が高い。
ここに開示される排ガス浄化材の好ましい一態様では、前記フィルタは、排ガス流入側の端部のみが開口した入側セルと、該入側セルに隣接し排ガス流出側の端部のみが開口した出側セルと、前記入側セルと前記出側セルとを仕切る多孔質の隔壁とを有するウォールフロー構造の基材と、前記上流側部分における隔壁内に設けられ、ＳＣＲ触媒を含む上流側触媒層と、前記下流側部分における隔壁内に設けられ、ＳＣＲ触媒を含む下流側触媒層とを備える。前記上流側触媒層は、前記入側セルに接する前記隔壁の表面から出側セル側に向かって前記隔壁の厚さの８０％以内に当たる部分に前記ＳＣＲ触媒の全量の８０質量％以上が存在するように形成されている。前記下流側触媒層は、前記出側セルに接する前記隔壁の表面から入側セル側に向かって前記隔壁の厚さの８０％以内に当たる部分に前記ＳＣＲ触媒の全量の８０質量％以上が存在するように形成されている。
このように入側セルに接する隔壁の表面から出側セル側に向かって隔壁の厚さの８０％以内に当たる部分に前記ＳＣＲ触媒の全量の８０質量％以上（８０質量％〜１００質量％、例えば８０質量％〜９５質量％）が存在するように上流側触媒層を設けることによって、少量の還元剤溶液を添加しても高いＮＯｘ浄化性能をより確実に発揮することができる。また、出側セルに接する隔壁の表面から入側セル側に向かって隔壁の厚さの８０％以内に当たる部分に前記ＳＣＲ触媒の全量の８０％以上（８０質量％〜１００質量％、例えば８０質量％〜９５質量％）が存在するように下流側触媒層を設けることによって、多量の還元剤溶液を添加してもアンモニアの外部排出を効果的に抑制することができる。したがって、上記構成によれば、アンモニアのスリップを抑えつつ高いＮＯｘ浄化率を達成することができる。
また、本発明によると、上述した排ガス浄化材を備えた排ガス浄化装置が提供される。この排ガス浄化装置は、ここで開示される何れかの排ガス浄化材と、前記ガス浄化材よりも前記排気通路の上流からアンモニアを生成するための還元剤溶液（例えば尿素水）を供給する還元剤溶液供給手段と、を備える。かかる構成によれば、幅広い還元剤溶液の添加量に対応した高性能な排ガス浄化装置を実現できる。
図１は、一実施形態に係る排ガス浄化装置を模式的に示す図である。 図２は、一実施形態に係るフィルタを模式的に示す斜視図である。 図３は、一実施形態に係るフィルタを説明するための図である。 図４は、一実施形態に係るフィルタを模式的に示す断面図である。 図５Ａは、一実施形態に係るフィルタを説明するための図である。 図５Ｂは、他の一実施形態に係るフィルタを説明するための図である。 図５Ｃは、他の一実施形態に係るフィルタを説明するための図である。 図５Ｄは、他の一実施形態に係るフィルタを説明するための図である。
以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄（例えばパティキュレートフィルタの自動車における配置に関するような一般的事項）は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。
図１に示すように、本実施形態に係る排気浄化装置１００は、内燃機関としてのディーゼルエンジン１に適用されたものである。まず、ディーゼルエンジン１の構成を簡単に説明する。なお、以下に説明するディーゼルエンジン１は、本発明に係る内燃機関の一例に過ぎない。本発明に係る排気浄化装置は、以下に説明するディーゼルエンジン１以外の内燃機関（例えばガソリンエンジン等）にも適用することができる。
ディーゼルエンジン１は、典型的には複数ある燃焼室２と、各燃焼室２に燃料を噴射する燃料噴射弁（図示せず）とを備えている。各燃焼室２は、吸気マニホルド４および排気マニホルド５と連通している。吸気マニホルド４は吸気ダクト６を介して、排気ターボチャージャ７のコンプレッサ７ａの出口に接続されている。コンプレッサ７ａの入口は、エアクリーナ９に接続されている。吸気ダクト６の周りには、吸気ダクト６内を流れる空気を冷却するための冷却装置（インタークーラー）６ａが配置されている。排気マニホルド５は、排気ターボチャージャ７の排気タービン７ｂの入口に接続されている。排気タービン７ｂの出口は、排ガスが流通する排気通路（排気管）３に接続されている。排気マニホルド５と吸気マニホルド４とは、排ガス再循環通路（ＥＧＲ通路）８を介して互いに連結されている。ＥＧＲ通路８の周りには、ＥＧＲ通路８内を流れるＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲ冷却装置８ａが配置されている。
排気通路（排気管）３内には、上流側（図１の左側）から下流側（図１の右側）に向かって順に、酸化触媒２０、還元剤溶液供給手段５０、排ガス浄化材３０が配置されている。排ガス浄化材３０はパティキュレートフィルタ（以下、単にフィルタともいう。）１０を備えている。
酸化触媒（Diesel Oxidation Catalyst：ＤＯＣ）２０は、排ガス中の成分（例えばＣＯやＨＣ）に対する酸化機能を有する触媒であり、例えばＰｔ（白金）、ロジウム（Ｒｈ）のような貴金属触媒を担持したモノリス触媒から形成されている。ただし、酸化触媒２０の種類は特に限定される訳ではない。かかる酸化触媒２０の具体的な構成は本発明を特徴付けるものではないため、ここでは詳細な説明は省略する。
フィルタ１０は、酸化触媒２０よりも排気管３の下流側に配置されている。図２は、フィルタ１０の斜視図である。フィルタ１０は、排ガスに含まれる粒子状物質（ＰＭ）を捕集可能な多孔質フィルタであり、ＰＭの通過不能な多数の細孔が設けられている。また、フィルタ１０は、ＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction：選択的接触還元）触媒を担持することで、排ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化するものとして構成されている。ＳＣＲ触媒としては、ゼオライト触媒やバナジウム触媒が挙げられる。ゼオライト触媒としては特に限定されないが、金属元素を担持したβ型ゼオライト、シリコンアルミノリン酸塩（ＳＡＰＯ）系ゼオライト、ＺＳＭ−５型ゼオライト、Ｃｕ−Ｙ型ゼオライト等が例示される。例えば、好適なゼオライトの構造を国際ゼオライト学会（ＩＺＡ：International Zeolite Association）が定めるコードで示すと、ＡＥＩ、ＡＦＴ、ＡＦＸ、ＡＳＴ、ＢＥＡ、ＢＥＣ、ＣＨＡ、ＥＡＢ、ＥＴＲ、ＧＭＥ、ＩＴＥ、ＫＦＩ、ＬＥＶ、ＴＨＯ、ＰＡＵ、ＵＦＩが、ＳＡＳ、ＳＡＴ、ＳＡＶ挙げられる。これらの１種または２種以上を併用してもよい。上記ゼオライトに担持される金属元素としては、銅および／または鉄が例示される。例えば、銅を担持したＳＡＰＯ系ゼオライトや、鉄を担持したβ型ゼオライトの使用が特に好ましい。
還元剤溶液供給手段５０は、図１に示すように、フィルタ１０よりも排気管３の上流側に配置されている。還元剤溶液供給手段５０は、フィルタ１０の排ガス流通方向における上流からアンモニアを生成するための還元剤溶液（ここでは尿素水）を供給する。この実施形態では、還元剤溶液供給手段５０は、噴霧ノズル５２とポンプ５４とタンク５６とを備えている。噴霧ノズル５２は、ポンプ５４を介してタンク５６に接続されている。ポンプ５４は、タンク５６内の尿素水を噴霧ノズル５２へ供給する。噴霧ノズル５２へ供給された尿素水は、排気管３内に噴霧され、該排気管３内で上流から流れてくる排ガスとともに下流へと流されるとともに、加水分解してアンモニアを発生させる。このアンモニアがフィルタ１０（典型的にはＳＣＲ触媒）に吸着し、吸着したアンモニアの還元作用により排ガス中のＮＯｘが浄化される。
ここで、上記ＳＣＲ触媒を備えたフィルタ１０においては、ＳＣＲ触媒の吸着可能なアンモニアの許容最大吸着量によってＮＯｘ浄化挙動に性能差が生じる。つまり、アンモニアの許容最大吸着量が比較的小さいＳＣＲ触媒は、より少ない尿素水の添加でもＮＯｘを効率よく浄化できるが、その背反として、多量の尿素水を添加したときはＮＯｘ浄化で余ったアンモニアが外部に排出されてしまう。つまり、より多くの尿素水を供給すると、アンモニアのスリップ量が増大してしまうおそれがある。一方、アンモニアの許容最大吸着量が比較的大きいＳＣＲ触媒は、多量の尿素水を添加してもアンモニアのスリップ量は少ないものの、尿素水の添加量に応じてＮＯｘ浄化性能が向上するため、高いＮＯｘ浄化性能を発現させるには、ある程度の尿素水の添加が必要となる。つまり、フィルタに対し、より少ない尿素水を供給すると、ＮＯｘ浄化性能が低下してしまうおそれがある。
ところで、本発明者の知見によれば、尿素添加後、上流側部分において直ちにＮＯｘ浄化機能を発現させるためには、アンモニアの許容最大吸着量が比較的小さいＳＣＲ触媒を用いることが効果的である。その一方、上記ＮＯｘを効率よく浄化するために、アンモニアの許容最大吸着量が比較的小さいＳＣＲ触媒をフィルタ１０全体に用いると、その背反として、多量の尿素水を添加したときはＮＯｘ浄化で余ったアンモニアが外部に排出されてしまう。そのため、多量の尿素水を供給してもアンモニアが外部に排出されないためには、下流側部分でなるべく多くのアンモニアを保持できるように、下流側部分においてアンモニアの許容最大吸着量が比較的大きいＳＣＲ触媒を用いることが効果的である。
かかる知見に基づき、本発明者は、フィルタ１０の上流側部分と下流側部分とでアンモニアの許容最大吸着量を相違させることにより、下流側部分ではより多い尿素水を供給してもアンモニアの外部排出が起こりにくい性質を有し、上流側部分ではより少ない尿素水を供給しても高いＮＯｘ浄化性能を発揮しやすい性質を有するようにすることとした。
すなわち、図３に模式的に示すように、本実施形態に係るフィルタ１０は、上流側部分１０ａと下流側部分１０ｂとから構成されている。ここで上流側部分１０ａは、フィルタ１０の排ガス入口側の端部（上流端）１０ｃから排ガス出口側（下流側）に向かって、上記フィルタ１０の全長Ｌの少なくとも２０％（多くとも８０％）に当たる部分であるとよい（０．２Ｌ≦Ｌａ≦０．８Ｌ）。また、下流側部分１０ｂは、フィルタ１０の排ガス出口側の端部（下流端）１０ｄから排ガス入口側（上流側）に向かって、上記フィルタ１０の全長Ｌの少なくとも２０％（多くとも８０％）に当たる部分であるとよい（０．２Ｌ≦Ｌｂ≦０．８Ｌ）。図示した例では、上流側部分１０ａは、フィルタ１０の排ガス入口側の端部１０ｃから排ガス出口側に向かって、フィルタ１０の全長Ｌの５０％に当たる部分である（Ｌａ＝０．５Ｌ）。また、下流側部分１０ｂは、上流側部分１０ａ以外の部分である（Ｌｂ＝０．５Ｌ）。
フィルタ１０の上流側部分１０ａおよび下流側部分１０ｂは、それぞれＳＣＲ触媒を含んでいる。フィルタ１０の上流側部分１０ａは、アンモニアのスリップを抑制すべく、該下流側部分１０ｂにおけるアンモニアの許容最大吸着量Ｂが上流側部分１０ａよりも大きくなるように構成されている。一方、フィルタ１０の上流側部分１０ａは、ＮＯｘ浄化性能を向上すべく、該上流側部分１０ａにおけるアンモニアの許容最大吸着量Ａが下流側部分１０ｂよりも小さくなるように構成されている（Ａ＜Ｂ）。
ここでアンモニアの「許容最大吸着量」は、フィルタ１０に担持したＳＣＲ触媒の飽和吸着量と使用量とから計算で求めるものとする。すなわち、フィルタ１０の上流側部分１０ａに含まれるＳＣＲ触媒材料の飽和吸着量をＶａ（ｍｏｌ／ｇ）、基材１Ｌ当たりのＳＣＲ触媒材料の含有量をＸａ（ｇ）とした場合、上流側部分１０ａにおける基材１Ｌ当たりのアンモニアの許容最大吸着量Ａ（Ｌ）は、Ａ＝Ｖａ×Ｘａにより求められる。一方、下流側部分１０ｂに含まれるＳＣＲ触媒材料の飽和吸着量をＶｂ、基材１Ｌ当たりのＳＣＲ触媒材料の含有量をＸｂとした場合、下流側部分１０ｂにおける基材１Ｌ当たりのアンモニアの許容最大吸着量Ｂ（Ｌ）は、Ｂ＝Ｖｂ×Ｘｂにより求められる。
上記得られた下流側部分１０ｂにおけるアンモニアの許容最大吸着量Ｂが、上流側部分１０ａにおけるアンモニアの許容最大吸着量Ａよりも大きいとよい（Ａ＜Ｂ）。例えば、上流側部分１０ａのアンモニアの許容最大吸着量Ａと、下流側部分１０ｂのアンモニアの許容最大吸着量Ｂとの比の値（Ｂ／Ａ）が、概ね１．１以上であるとよい。より好ましくは１．１以上２以下であり、特に好ましくは１．５以上１．８以下である。このようなアンモニアの許容最大吸着量の差の範囲内であると、下流側部分１０ｂにおけるアンモニアのスリップ抑制と、上流側部分１０ａにおけるＮＯｘ浄化性能の向上とを、効果的に達成することができる。したがって、ＮＯｘの浄化とアンモニアのスリップ抑制とを高いレベルで両立させた、最適な排ガス浄化装置を実現できる。
特に限定されるものではないが、ＮＯｘの浄化とアンモニアのスリップ抑制とを高いレベルで両立させる観点から、上流側部分１０ａにおけるアンモニアの許容最大吸着量Ａは、凡そ２３０ｍｍｏｌ／Ｌ以下（例えば３０ｍｍｏｌ／Ｌ〜２３０ｍｍｏｌ／Ｌ）、好ましくは１８０ｍｍｏｌ／Ｌ以下（例えば５０ｍｍｏｌ／Ｌ〜１８０ｍｍｏｌ／Ｌ）、より好ましくは１１０ｍｍｏｌ／Ｌ以下、さらに好ましくは８０ｍｍｏｌ／Ｌ以下である。また、下流側部分１０ｂにおけるアンモニアの許容最大吸着量Ｂは、凡そ２５５ｍｍｏｌ／Ｌ以下（例えば５０ｍｍｏｌ／Ｌ〜２５５ｍｍｏｌ／Ｌ）、好ましくは１９０ｍｍｏｌ／Ｌ以下（例えば８０ｍｍｏｌ／Ｌ〜１９０ｍｍｏｌ／Ｌ）、より好ましくは１５０ｍｍｏｌ／Ｌ以下（例えば９５ｍｍｏｌ／Ｌ〜１５０ｍｍｏｌ／Ｌ）、さらに好ましくは１２０ｍｍｏｌ／Ｌ以下（例えば１１０ｍｍｏｌ／Ｌ〜１２０ｍｍｏｌ／Ｌ）である。
上流側部分１０ａと下流側部分１０ｂとでアンモニアの許容最大吸着量を変えることによる効果をよりよく発揮させる観点から、上流側部分１０ａにおけるアンモニアの許容最大吸着量Ａは、下流側部分１０ｂにおけるアンモニアの許容最大吸着量Ｂよりも５ｍｍｏｌ／Ｌ以上小さいことが好ましく、１０ｍｍｏｌ／Ｌ以上小さいことがより好ましい。ここで開示される排ガス浄化装置は、例えば、上流側部分１０ａにおけるアンモニアの許容最大吸着量Ａが下流側部分１０ｂにおけるアンモニアの許容最大吸着量Ｂよりも２０ｍｍｏｌ／Ｌ以上（より好ましくは２５ｍｍｏｌ／Ｌ以上、例えば３０ｍｍｏｌ／Ｌ以上）小さい態様で好ましく実施され得る。このことによって、ＮＯｘの浄化とアンモニアのスリップ抑制とをより高いレベルで両立させ得る。
この実施形態では、フィルタ１０に、複数の種類のＳＣＲ触媒が用いられている。具体的には、フィルタ１０には、相対的にアンモニアの許容最大吸着量が高くなるのに寄与するＳＣＲ触媒と、相対的にアンモニアの許容最大吸着量が低くなるのに寄与するＳＣＲ触媒とが用いられている。そして、フィルタ１０の上流側部分１０ａでは、アンモニアの許容最大吸着量が低くなるのに寄与するＳＣＲ触媒が用いられ、反対に、下流側部分１０ｂでは、アンモニアの許容最大吸着量が高くなるのに寄与するＳＣＲ触媒が用いられている。すなわち、上流側部分１０ａに含まれるＳＣＲ触媒と、下流側部分１０ｂに含まれるＳＣＲ触媒とが質的に異なる。これにより、フィルタ１０のうち上流側部分１０ａのアンモニアの許容最大吸着量Ａと、下流側部分１０ｂのアンモニアの許容最大吸着量Ｂとで、許容最大吸着量に差を付けている。かかる構成によると、上記比の値（Ｂ／Ａ）を実現し得る排ガス浄化材を容易かつ確実に得ることができる。
アンモニアの許容最大吸着量を異ならせるのに寄与するＳＣＲ触媒として、例えば、鉄担持β型ゼオライト、銅担持ＳＡＰＯ系ゼオライト等がある。かかるゼオライト触媒は、種類によってフィルタ１０のアンモニアの許容最大吸着量が異なる。ここで、フィルタ１０に使われたＳＣＲ触媒でフィルタ１０のアンモニアの許容最大吸着量を評価すると、フィルタ１０のアンモニアの許容最大吸着量は、銅担持ＳＡＰＯ系ゼオライト＞鉄担持β型ゼオライトの順になる。このため、例えば、フィルタ１０の上流側部分１０ａのＳＣＲ触媒に鉄担持β型ゼオライトが用いられる場合は、下流側部分１０ｂではＳＣＲ触媒に、銅担持ＳＡＰＯ系ゼオライトなどが用いられるとよい。
また、フィルタ１０の上流側部分１０ａと下流側部分１０ｂとで、同一の複数の種類のＳＣＲ触媒（例えば銅担持ＳＡＰＯ系ゼオライトと鉄担持β型ゼオライト）が用いられている場合もあり得る。この場合、フィルタ１０の上流側部分１０ａでは、アンモニアの許容最大吸着量が低くなるのに寄与するＳＣＲ触媒（例えば鉄担持β型ゼオライト）の割合が、下流側部分１０ｂよりも高いとよい。反対に、フィルタ１０の下流側部分１０ｂでは、アンモニアの許容最大吸着量が高くなるのに寄与するＳＣＲ触媒（例えば銅担持ＳＡＰＯ系ゼオライト）の割合が、上流側部分１０ａよりも高いとよい。この場合、例えば、フィルタ１０の上流側部分１０ａでは、アンモニアの許容最大吸着量が低くなるのに寄与するＳＣＲ触媒（例えば鉄担持β型ゼオライト）の質量割合が、７０ｗｔ％以上（より好ましくは８０ｗｔ％以上、さらに好ましくは９０ｗｔ％以上）であるとよい。これに対して、フィルタ１０の下流側部分１０ｂでは、アンモニアの許容最大吸着量が高くなるのに寄与するＳＣＲ触媒（例えば銅担持ＳＡＰＯ系ゼオライト）の質量割合が、７０ｗｔ％以上（より好ましくは８０ｗｔ％以上、さらに好ましくは９０ｗｔ％以上）であるとよい。
以下、本実施形態に係るフィルタ１０をさらに詳細に説明する。
図４は、フィルタ１０を軸方向に切断した断面の一部を拡大した模式図である。図４に示すように、フィルタ１０は、ウォールフロー構造の基材と、上流側触媒層１８ａと、下流側触媒層１８ｂとを備えている。基材は、排ガス流入側の端部のみが開口した入側セル１２と、該入側セル１２に隣接し排ガス流出側の端部のみが開口した出側セル１４と、入側セル１２と出側セル１４とを仕切る多孔質の隔壁１６とを有している。基材には、例えば、コージェライト等のセラミックスまたは耐熱合金等からなるハニカム体などを用いることができる。
＜入側セル１２および出側セル１４＞
入側セル１２は、排ガス流入側の端部のみが開口しており、出側セル１４は、入側セル１２に隣接し排ガス流出側の端部のみが開口している。この実施形態では、入側セル１２は、排ガス流出側の端部が封止部１５ａで目封じされており、出側セル１４は、排ガス流入側の端部が封止部１５ｂで目封じされている。
＜隔壁１６＞
隣接する入側セル１２と出側セル１４との間には、隔壁１６が形成されている。この隔壁１６によって入側セル１２と出側セル１４とが仕切られている。隔壁１６は、排ガスが通過可能な多孔質構造である。隔壁１６の気孔率としては特に限定されないが、概ね５０％〜７０％にすることが適当であり、好ましくは５５％〜６５％である。隔壁１６の気孔率が小さすぎると、ＰＭがすすり抜けてしまうことがあり、一方、隔壁１６の気孔率が大きすぎると、フィルタ１０の機械的強度が低下傾向になるため、好ましくない。隔壁１６の厚みとしては特に限定されないが、概ね２００μｍ〜８００μｍ程度であるとよい。このような隔壁の厚みの範囲内であると、ＰＭの捕集効率を損なうことなく圧損の上昇を抑制する効果が得られる。
＜上流側触媒層１８ａ＞
上流側触媒層１８ａは、前述したフィルタ１０の上流側部分１０ａにおいてＳＣＲ触媒を含む層であり、隔壁１６の内部に設けられている。この実施形態では、上流側触媒層１８ａは、フィルタ１０の排ガス流入側の端部１０ｃから下流側に向かってフィルタ１０の全長Ｌの５０％に当たる部分（１／２Ｌ）に形成されている（図３参照）。また、上流側触媒層１８ａは、隔壁１６の厚み方向において、入側セル１２に接し、かつ、出側セル１４に接しないように、隔壁１６の内部で偏在している。この実施形態では、上流側触媒層１８ａは、入側セル１２に接する隔壁１６の表面から出側セル１４側に向かって隔壁１６の厚さＤの５０％に当たる部分（Ｄａ＝１／２Ｄ）に形成されている。
＜下流側触媒層１８ｂ＞
下流側触媒層１８ｂは、前述したフィルタ１０の下流側部分１０ｂにおいてＳＣＲ触媒を含む層であり、隔壁１６の内部に設けられている。この実施形態では、下流側触媒層１８ｂは、フィルタ１０の排ガス流出側の端部１０ｄから上流側に向かってフィルタ１０の全長Ｌの５０％に当たる部分（１／２Ｌ）に形成されている（図３参照）。また、下流側触媒層１８ｂは、隔壁１６の厚み方向において、出側セル１４に接し、かつ、入側セル１２に接しないように、隔壁１６の内部で偏在している。この実施形態では、下流側触媒層１８ｂは、出側セル１４に接する隔壁１６の表面から入側セル１２側に向かって隔壁１６の厚さＤの５０％に当たる部分（Ｄｂ＝１／２Ｄ）に形成されている。
上流側触媒層１８ａおよび下流側触媒層１８ｂは、ＳＣＲ触媒を含むスラリーを隔壁１６の内部にコート（例えばスラリーを減圧して吸引コートもしくはエアーブローにより吹き付けコート）することにより形成することができる。上流側触媒層１８ａおよび下流側触媒層１８ｂをコートにより形成するプロセスにおいて、隔壁１６の内部にスラリーを適当に密着させるため、スラリーにはバインダーを含有させてもよい。バインダーとしては、例えばシリカゾル、アルミナゾル等の使用が好ましい。スラリーの粘度は、該スラリーが基材の隔壁１６内へ容易に流入し得るように、有機系高分子（例えばポリビニルアルコール）等を用いて適宜調整するとよい。
ここで、下流側部分１０ｂにおけるアンモニアの許容最大吸着量Ｂは、上流側部分１０ａにおけるアンモニアの許容最大吸着量Ａよりも大きい（Ａ＜Ｂ）。この場合、例えば、上流側触媒層１８ａに含まれるＳＣＲ触媒には、相対的にアンモニアの許容最大吸着量を低くするのに寄与するＳＣＲ触媒（例えば鉄を担持したβ型ゼオライト）が用いられているとよい。また、下流側触媒層１８ｂに含まれるＳＣＲ触媒には、相対的に飽和吸着量が高いＳＣＲ触媒（例えば銅を担持したＳＡＰＯ）が用いられているとよい。
このフィルタ１０は、図４に示すように、基材の入側セル１２から排ガスが流入する。入側セル１２から流入した排ガスは、多孔質の隔壁１６を通過して出側セル１４に到達する。図４においては、入側セル１２から流入した排ガスが隔壁１６を通過して出側セル１４に到達するルートを矢印で示している。このとき、隔壁１６は多孔質構造を有しているので、排ガスがこの隔壁１６を通過する間に、ＰＭが隔壁１６の表面や隔壁１６の内部の細孔内に捕集される。また、隔壁１６の内部には、アンモニアを吸着したＳＣＲ触媒を含む上流側触媒層１８ａおよび下流側触媒層１８ｂが設けられているので、排ガスが隔壁１６の内部および表面を通過する間に、排ガス中のＮＯｘが浄化される。隔壁１６を通過して出側セル１４に到達した排ガスは、排ガス流出側の開口からフィルタ１０の外部へと排出される。
かかるフィルタ１０によると、上流側部分１０ａにおけるアンモニアの許容最大吸着量が下流側部分１０ｂよりも小さいので、少量の尿素水を添加しても上流側部分１０ａにおいて高いＮＯｘ浄化性能が発揮され得る。また、下流側部分１０ｂにおけるアンモニアの許容最大吸着量が上流側部分１０ａよりも大きいので、多量の還元剤溶液を添加しても下流側部分１０ｂにおいてアンモニアのスリップが抑制される。したがって、上記フィルタ１０を用いれば、ＮＯｘの浄化とアンモニアのスリップ抑制とを高いレベルで両立させた最適な排ガス浄化装置１００を実現することができる。
以上、本発明の一実施形態に係るフィルタ１０について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されない。
例えば、上述した実施形態では、上流側部分１０ａに含まれるＳＣＲ触媒と、下流側部分１０ｂに含まれるＳＣＲ触媒とが質的に異なる場合を例示したが、アンモニアの許容最大吸着量を異ならせる方法はこれに限定されない。例えば、フィルタ１０は、上流側部分１０ａに含まれるＳＣＲ触媒と、下流側部分１０ｂに含まれるＳＣＲ触媒とが質的に同じであり、かつ、上流側部分１０ａにおける基材１Ｌ当たりのＳＣＲ触媒の含有量が、下流側部分１０ｂにおける基材１Ｌ当たりのＳＣＲ触媒の含有量よりも大きくなるように構成されていてもよい。これにより、上流側部分１０ａのアンモニアの許容最大吸着量Ａと、下流側部分１０ｂのアンモニアの許容最大吸着量Ｂとで、許容最大吸着量に差を付けることができる。この場合、例えば、下流側部分１０ｂにおける基材１Ｌ当たりのＳＣＲ触媒の含有量は、上流側部分１０ａにおける基材１Ｌ当たりのＳＣＲ触媒の含有量の凡そ１．１倍〜２倍程度であるとよい。かかる構成によると、材質の異なる複数のＳＣＲ触媒を使用することなく同一材質のＳＣＲ触媒（例えば銅担持ＳＡＰＯ）のみを用いて（即ち同一材質のＳＣＲ触媒（例えば銅担持ＳＡＰＯ）を用いることの利点をより良く活かしつつ）上流側部分と下流側部分とでアンモニアの許容最大吸着量を異ならせることができ、技術的価値が高い。
また、上述した実施形態では、図５Ａに示すように、上流側触媒層１８ａの厚みＤａは隔壁１６の厚さＤの１／２とし、下流側触媒層１８ｂの厚みＤｂは隔壁１６の厚さＤの１／２とした。上流側触媒層１８ａおよび下流側触媒層１８ｂの厚みＤａ、Ｄｂは、これに限定されない。例えば、上流側触媒層１８ａは、入側セル１２に接する隔壁１６の表面から出側セル１４側に向かって隔壁１６の厚さＤの５０％〜１００％（好ましくは５０％〜８０％すなわち隔壁の厚みの１／２〜４／５）に当たる部分に形成されているとよい。また、下流側触媒層１８ｂは、出側セル１４に接する隔壁１６の表面から入側セル１２側に向かって隔壁１６の厚さＤの５０％〜１００％（好ましくは５０％〜８０％すなわち隔壁の厚みの１／２〜４／５）に当たる部分に形成されているとよい。この場合、下流側触媒層１８ｂは、隔壁１６の厚み方向において上流側触媒層１８ａと重ならないように形成されていてもよい。例えば、図５Ｂに示すように、上流側触媒層１８ａおよび下流側触媒層１８ｂは、隔壁１６の厚さＤの全域に形成されていてもよい（Ｄａ＝Ｄ、Ｄｂ＝Ｄ）。例えば、上流側触媒層１８ａは、入側セル１２に接する隔壁１６の表面から出側セル１４側に向かって隔壁１６の厚さＤの８０％以内に当たる部分にＳＣＲ触媒（上流側触媒層１８ａに含まれるＳＣＲ触媒）の全量の８０質量％以上が存在するように形成されているとよい。また、下流側触媒層１８ｂは、出側セル１４に接する隔壁１６の表面から入側セル１２側に向かって隔壁１６の厚さＤの８０％以内に当たる部分にＳＣＲ触媒（下流側触媒層１８ｂに含まれるＳＣＲ触媒）の全量の８０質量％以上が存在するように形成されているとよい。このような上流側触媒層１８ａおよび下流側触媒層１８ｂの厚みおよびＳＣＲ触媒の分布の範囲内であると、ＮＯｘ浄化性能の向上とアンモニアのスリップ抑制とをより高いレベルで達成することができる。
また、図５Ａに示す形態では、上流側触媒層１８ａの長さＬａはフィルタ１０の全長Ｌの１／２とし、下流側触媒層１８ｂの長さＬｂはフィルタ１０の全長Ｌの１／２とした。上流側触媒層１８ａおよび下流側触媒層１８ｂの長さＬａ、Ｌｂは、これに限定されない。例えば、上流側触媒層１８ａは、フィルタ１０の排ガス入口側の端部（上流端）１０ｃから排ガス出口側（下流側）に向かって、上記フィルタ１０の全長Ｌの少なくとも２０％（多くとも８０％以内、すなわち基材全体の１／５〜４／５）に当たる部分に形成されているとよい。また、下流側触媒層１８ｂは、フィルタ１０の排ガス出口側（下流端）から排ガス入口側（上流側）に向かって、上記フィルタ１０の全長Ｌの少なくとも２０％（多くとも８０％以内、すなわち基材全体の１／５〜４／５）に当たる部分に形成されているとよい。例えば、図５Ｃに示すように、上流側触媒層１８ａは、フィルタ１０の全長Ｌの８０％に当たる部分に形成されていてよい（Ｌａ＝４／５Ｌ）。また、下流側触媒層１８ｂは、フィルタ１０の全長Ｌの８０％に当たる部分に形成されていてよい（Ｌｂ＝４／５Ｌ）。この場合、下流側触媒層１８ｂは、フィルタ１０の長さ方向において上流側触媒層１８ａと重ならないように形成されていてもよい。このような上流側触媒層１８ａおよび下流側触媒層１８ｂの長さの範囲内であると、ＮＯｘ浄化性能の向上とアンモニアのスリップ抑制とをより高いレベルで達成することができる。
また、図５Ａの例では、上流側触媒層１８ａと下流側触媒層１８ｂとが重ならないように形成されている。上流側触媒層１８ａおよび下流側触媒層１８ｂの形成パターンはこれに限定されるものではない。例えば、図５Ｄに示すように、上流側触媒層１８ａと下流側触媒層１８ｂとが重なるように（すなわち上流側触媒層１８ａに含まれるＳＣＲ触媒と、下流側触媒層１８ｂに含まれるＳＣＲ触媒とが一部共存するように）形成してもよい。この場合、フィルタ１０の全長をＬ、上流側触媒層１８ａの長さをＬａ、下流側部分１０ｂの長さをＬｂとすると、Ｌａ＝０．２Ｌ〜０．８Ｌ、Ｌｂ＝０．２Ｌ〜０．８Ｌ、Ｌ≦Ｌａ＋Ｌｂ≦１．６Ｌであることが好ましい。このような上流側触媒層１８ａおよび下流側触媒層１８ｂの長さＬａ、Ｌｂの範囲内であると、ＮＯｘ浄化性能の向上とアンモニアのスリップ抑制とをより高いレベルで達成することができる。
以下、本発明に関する試験例を説明するが、本発明を以下の試験例に示すものに限定することを意図したものではない。
＜実施例１＞
ＳＣＲ触媒としてＣｕを担持したＳＡＰＯを用意した。このＣｕ担持ＳＡＰＯ２００ｇを、純水３５０ｇとＡｌ２Ｏ３ゾル（日産化学工業株式会社製ＡＳ２００）２００ｇとを混合した溶液に投入し、攪拌、粉砕してスラリーＡを得た。また、ＳＣＲ触媒としてＦｅを担持したβ型ゼオライトを用意した。このＦｅ担持β型ゼオライト２００ｇを、純水３５０ｇとＡｌ２Ｏ３ゾル（日産化学工業株式会社製ＡＳ２００）２００ｇとを混合した溶液に投入し、攪拌、粉砕してスラリーＢを得た。スラリーＡおよびスラリーＢに有機系高分子（ここでは分子量５０００程度のポリビニルアルコールを使用した。）を添加してそれぞれのスラリーの粘度を調整した。
まず、スラリーＢ２５５ｇを用いて、コージェライト基材（図２〜図４に示すウォールフロー型基材：直径１２９ｍｍ、全長１５０ｍｍ、容積２０００ｃｍ３、平均細孔径２５μｍ、気孔率６０％）の排ガス流入側の端部にウォッシュコートを施し、次いで、エアーブローによりスラリーＢを隔壁１６の内部（ここではコージェライト基材の排ガス流入側の端部から下流側に向かって基材の長さＬの５０％に当たる部分であって、かつ、入側セル１２に接する隔壁１６の表面から出側セル１４側に向かって隔壁１６の厚さの５０％に当たる部分（図５Ａ参照））に浸透させ、乾燥および焼成することにより、隔壁１６の内部に上流側触媒層１８ａを形成した。また、スラリーＡ２５５ｇを用いて、上記コージェライト基材の排ガス流出側の端部にウォッシュコートを施し、次いで、エアーブローによりスラリーＡを隔壁１６の内部（ここではコージェライト基材の排ガス流出側の端部から上流側に向かって基材の長さＬの５０％に当たる部分であって、かつ、出側セル１４に接する隔壁１６の表面から入側セル１２側に向かって隔壁１６の厚さの５０％に当たる部分（図５Ａ参照））に浸透させ、乾燥および焼成することにより、隔壁１６の内部に下流側触媒層１８ｂを形成した。このようにして、実施例１に係るフィルタ触媒を得た。
上記得られたフィルタ触媒の断面を元素分析したところ、Ｆｅ担持β型ゼオライトは、コージェライト基材の排ガス流入側の端部から下流側に向かって基材の長さＬの５０％に当たる部分（以下、前段という。）であって、かつ、入側セル１２に接する隔壁１６の表面から出側セル１４側に向かって隔壁１６の厚さの５０％に当たる部分に全量が存在することが確認された（図５Ａ参照）。また、Ｃｕ担持ＳＡＰＯは、コージェライト基材の排ガス流出側の端部から上流側に向かって基材の長さＬの５０％に当たる部分（以下、後段という。）であって、かつ、出側セル１４に接する隔壁１６の表面から入側セル１２側に向かって隔壁１６の厚さの５０％に当たる部分に全量が存在することが確認された（図５Ａ参照）。該フィルタ触媒の前段および後段のコート量は、基材１Ｌあたり７５ｇである。
＜実施例２＞
本例では、スラリーに添加する有機系高分子の添加量を変えることで、実施例１とは、スラリーＡおよびスラリーＢの粘度が異なる状態とした。また、エアーブローの条件を変えることにより、実施例１とは、隔壁１６の厚み方向へのウォッシュコート層の浸透具合を異ならせた。具体的には、コージェライト基材の排ガス流入側の端部から下流側に向かって基材の長さＬの５０％に当たる部分であって、かつ、入側セル１２に接する隔壁１６の表面から出側セル１４側に向かって隔壁１６の厚さの８０％に当たる部分にスラリーＢを浸透させた（図５Ｂ参照）。また、コージェライト基材の排ガス流出側の端部から上流側に向かって基材の長さＬの５０％に当たる部分であって、かつ、出側セル１４に接する隔壁１６の表面から入側セル１２側に向かって隔壁１６の厚さの８０％に当たる部分にスラリーＡを浸透させた（図５Ｂ参照）。それ以外の条件は、実施例１と同様の手順にてフィルタ触媒を作製した。
上記フィルタ触媒の断面を元素分析したところ、Ｆｅ担持β型ゼオライトは、コージェライト基材の排ガス流入側の端部から下流側に向かって基材の長さＬの５０％に当たる部分であって、かつ、入側セル１２に接する隔壁１６の表面から出側セル１４側に向かって隔壁１６の厚さの８０％に当たる部分に全量の８０％が存在することが確認された。また、Ｃｕ担持ＳＡＰＯは、コージェライト基材の排ガス流出側の端部から上流側に向かって基材の長さＬの５０％に当たる部分であって、かつ、出側セル１４に接する隔壁１６の表面から入側セル１２側に向かって隔壁１６の厚さの８０％に当たる部分に全量の８０％が存在することが確認された。
＜実施例３＞
本例では、スラリーに添加する有機系高分子の添加量を変えることで、実施例１とは、スラリーＡおよびスラリーＢの粘度が異なる状態とした。また、エアーブローの条件を変えることにより、実施例１とは、隔壁１６の厚み方向へのウォッシュコート層の浸透具合を異ならせた。具体的には、コージェライト基材の排ガス流入側の端部から下流側に向かって基材の長さＬの８０％に当たる部分であって、かつ、入側セル１２に接する隔壁１６の表面から出側セル１４側に向かって隔壁１６の厚さの５０％に当たる部分にスラリーＢを浸透させた（図５Ｃ参照）。また、コージェライト基材の排ガス流出側の端部から上流側に向かって基材の長さＬの８０％に当たる部分であって、かつ、出側セル１４に接する隔壁１６の表面から入側セル１２側に向かって隔壁１６の厚さの５０％に当たる部分にスラリーＡを浸透させた（図５Ｃ参照）。それ以外の条件は、実施例１と同様の手順にてフィルタ触媒を作製した。
上記フィルタ触媒の断面を元素分析したところ、Ｆｅ担持β型ゼオライトは、コージェライト基材の排ガス流入側の端部から下流側に向かって基材の長さＬの８０％に当たる部分であって、かつ、入側セル１２に接する隔壁１６の表面から出側セル１４側に向かって隔壁１６の厚さの５０％に当たる部分に全量が存在することが確認された。また、Ｃｕ担持ＳＡＰＯは、コージェライト基材の排ガス流出側の端部から上流側に向かって基材の長さＬの８０％に当たる部分であって、かつ、出側セル１４に接する隔壁１６の表面から入側セル１２側に向かって隔壁１６の厚さの５０％に当たる部分に全量が存在することが確認された。
＜実施例４＞
本例では、スラリーに添加する有機系高分子の添加量を変えることで、実施例１とは、スラリーＡおよびスラリーＢの粘度が異なる状態とした。また、エアーブローの条件を変えることにより、実施例１とは、隔壁１６の厚み方向へのウォッシュコート層の浸透具合を異ならせた。具体的には、コージェライト基材の排ガス流入側の端部から下流側に向かって基材の長さＬの８０％に当たる部分であって、かつ、入側セル１２に接する隔壁１６の表面から出側セル１４側に向かって隔壁１６の厚さの８０％に当たる部分にスラリーＢを浸透させた（図５Ｄ参照）。また、コージェライト基材の排ガス流出側の端部から上流側に向かって基材の長さＬの８０％に当たる部分であって、かつ、出側セル１４に接する隔壁１６の表面から入側セル１２側に向かって隔壁１６の厚さの８０％に当たる部分にスラリーＡを浸透させた（図５Ｄ参照）。それ以外の条件は、実施例１と同様の手順にてフィルタ触媒を作製した。
上記フィルタ触媒の断面を元素分析したところ、Ｆｅ担持β型ゼオライトは、コージェライト基材の排ガス流入側の端部から下流側に向かって基材の長さＬの８０％に当たる部分であって、かつ、入側セル１２に接する隔壁１６の表面から出側セル１４側に向かって隔壁１６の厚さの８０％に当たる部分に全量の８０％が存在することが確認された。また、Ｃｕ担持ＳＡＰＯは、コージェライト基材の排ガス流出側の端部から上流側に向かって基材の長さＬの８０％に当たる部分であって、かつ、出側セル１４に接する隔壁１６の表面から入側セル１２側に向かって隔壁１６の厚さの８０％に当たる部分に全量の８０％が存在することが確認された。
＜実施例５＞
本例では、上流側触媒層１８ａと下流側触媒層１８ｂとで同一の材料（スラリーＡ）のみを使用するが、ウォッシュコート量を異ならせることでアンモニアの許容最大吸着量を変化させた。具体的には、スラリーＡ２４０ｇを用いて、コージェライト基材の排ガス流入側の端部にウォッシュコートを施し、次いで、エアーブローによりスラリーＡを隔壁１６の内部（ここではコージェライト基材の排ガス流入側の端部から下流側に向かって基材の長さＬの５０％に当たる部分であって、かつ、入側セル１２に接する隔壁１６の表面から出側セル１４側に向かって隔壁１６の厚さの５０％に当たる部分（図５Ａ参照））に浸透させ、乾燥および焼成することにより、隔壁１６の内部に上流側触媒層１８ａを形成した。また、スラリーＡ２７０ｇを用いて、上記コージェライト基材の排ガス流出側の端部にウォッシュコートを施し、次いで、エアーブローによりスラリーＡを隔壁１６の内部（ここではコージェライト基材の排ガス流出側の端部から上流側に向かって基材の長さＬの５０％に当たる部分であって、かつ、出側セル１４に接する隔壁１６の表面から入側セル１２側に向かって隔壁１６の厚さの５０％に当たる部分（図５Ａ参照））に浸透させ、乾燥および焼成することにより、隔壁１６の内部に下流側触媒層１８ｂを形成した。このようにして、実施例５に係るフィルタ触媒を得た。
上記得られたフィルタ触媒の断面を元素分析したところ、前段のＣｕ担持ＳＡＰＯは、コージェライト基材の排ガス流入側の端部から下流側に向かって基材の長さＬの５０％に当たる部分であって、かつ、入側セル１２に接する隔壁１６の表面から出側セル１４側に向かって隔壁１６の厚さの５０％に当たる部分に全量が存在することが確認された（図５Ａ参照）。また、後段のＣｕ担持ＳＡＰＯは、コージェライト基材の排ガス流出側の端部から上流側に向かって基材の長さＬの５０％に当たる部分であって、かつ、出側セル１４に接する隔壁１６の表面から入側セル１２側に向かって隔壁１６の厚さの５０％に当たる部分に全量が存在することが確認された（図５Ａ参照）。該フィルタの前段のコート量は、基材１Ｌあたり７０ｇであり、後段のコート量は基材１Ｌあたり８０ｇである。
＜実施例６＞
本例では、ウォッシュコートを施す際のエアーブロー条件を変更したこと以外は実施例５と同様の手順でフィルタ触媒を作製した。得られたフィルタ触媒の断面を元素分析したところ、前段のＣｕ担持ＳＡＰＯは、コージェライト基材の排ガス流入側の端部から下流側に向かって基材の長さＬの５０％に当たる部分であって、かつ、入側セル１２に接する隔壁１６の表面から出側セル１４側に向かって隔壁１６の厚さの８０％に当たる部分に全量の８０％が存在することが確認された（図５Ｂ参照）。また、後段のＣｕ担持ＳＡＰＯは、コージェライト基材の排ガス流出側の端部から上流側に向かって基材の長さＬの５０％に当たる部分であって、かつ、出側セル１４に接する隔壁１６の表面から入側セル１２側に向かって隔壁１６の厚さの８０％に当たる部分に全量の８０％が存在することが確認された（図５Ｂ参照）。
＜実施例７＞
本例では、スラリーＡ２４２ｇを用いてコージェライト基材の排ガス流入側の端部にウォッシュコートを施すとともに、スラリーＡ２６８ｇを用いて基材の排ガス流出側の端部にウォッシュコートを施したこと以外は実施例３と同じ条件でフィルタ触媒を作製した。得られたフィルタ触媒の断面を元素分析したところ、基材の排ガス流入側の端部にウォッシュコートしたスラリーＡに含まれるＣｕ担持ＳＡＰＯは、基材の排ガス流入側の端部から下流側に向かって基材の長さＬの８０％に当たる部分であって、かつ、入側セル１２に接する隔壁１６の表面から出側セル１４側に向かって隔壁１６の厚さの５０％に当たる部分に全量が存在することが確認された（図５Ｃ参照）。また、基材の排ガス流出側の端部にウォッシュコートしたスラリーＡに含まれるＣｕ担持ＳＡＰＯは、コージェライト基材の排ガス流出側の端部から上流側に向かって基材の長さＬの８０％に当たる部分であって、かつ、出側セル１４に接する隔壁１６の表面から入側セル１２側に向かって隔壁１６の厚さの５０％に当たる部分に全量が存在することが確認された（図５Ｃ参照）。
＜実施例８＞
本例では、ウォッシュコートを施す際のエアーブロー条件を変更したこと以外は実施例７と同様の手順でフィルタ触媒を作製した。得られたフィルタ触媒の断面を元素分析したところ、最初に投入したスラリーＡに含まれるＣｕ担持ＳＡＰＯは、コージェライト基材の排ガス流入側の端部から下流側に向かって基材の長さＬの８０％に当たる部分であって、かつ、入側セル１２に接する隔壁１６の表面から出側セル１４側に向かって隔壁１６の厚さの８０％に当たる部分に全量の８０％が存在することが確認された（図５Ｄ参照）。また、２回目に投入したスラリーＡに含まれるＣｕ担持ＳＡＰＯは、コージェライト基材の排ガス流出側の端部から上流側に向かって基材の長さＬの８０％に当たる部分であって、かつ、出側セル１４に接する隔壁１６の表面から入側セル１２側に向かって隔壁１６の厚さの８０％に当たる部分に全量の８０％が存在することが確認された（図５Ｄ参照）。
＜比較例１＞
本例では、スラリーＡにコージェライト基材を浸漬してエアーブローにて余分なスラリーを除去した後、乾燥、焼成してフィルタ触媒を作製した。
＜比較例２＞
本例では、スラリーＢにコージェライト基材を浸漬してエアーブローにて余分なスラリーを除去した後、乾燥、焼成してフィルタ触媒を作製した。
＜比較例３＞
本例では、Ｃｕ担持ＳＡＰＯ１００ｇ，Ｆｅ担持β型ゼオライト１００ｇを、純水３５０ｇとＳｉＯ２ゾル（日産化学工業株式会社製スノーテックスＳ）２００ｇとを混合した溶液に投入し、攪拌、粉砕してスラリーＣを得た。このスラリーＣにコージェライト基材を浸漬してエアーブローにて余分なスラリーを除去した後、乾燥、焼成してフィルタ触媒を作製した。
各例に係るフィルタ触媒の前段（フィルタの排ガス流入側の端部から下流側に向かって基材の長さＬの５０％に当たる部分）と後段（フィルタの排ガス流出側の端部から上流側に向かって基材の長さＬの５０％に当たる部分）のアンモニアの許容最大吸着量を、使用した材料の基本特性（飽和吸着量）と使用量とから算出した。結果を表１に示す。
Figure 0006532826
各例に係るフィルタ触媒のＮＯｘ浄化能を評価した。具体的には、予め６５０℃で５０時間の水熱エージングを施した各例のフィルタ触媒を２．２Ｌのコモンレール式ディーゼルエンジンの排気管に取り付け、フィルタ触媒に対し排ガスを流通させ、ＮＯｘ浄化率を測定した。フィルタ触媒よりも排気管の上流にはエンジンから排出される未燃軽油を除去するために酸化触媒を設置した。また、フィルタ触媒よりも排気管の上流側にはインジェクタを設置し、該インジェクタからアンモニアを生成するための還元剤溶液としての尿素水を添加した。尿素水は、ＮＯｘに対するＮＨ３の当量比が０．５もしくは１となるように調整した。ここでＮＯｘ浄化率（％）は、「（触媒入りガスのＮＯｘ濃度（ｐｐｍ）−触媒出ガスのＮＯｘ濃度（ｐｐｍ））／触媒入りガスのＮＯｘ濃度（ｐｐｍ）」×１００により算出した。また、フィルタ触媒よりも下流側にてＮＨ３濃度を計測し、ＮＯｘ浄化率と併せて各条件でのアンモニアのスリップを評価した。評価温度は４５０℃とした。結果を表１に示す。
表１に示すように、ＮＨ３／ＮＯｘ当量比が０．５の場合（尿素水の添加が比較的少ない場合）、前段と後段とでアンモニアの許容最大吸着量に差を設けなかった比較例１、３に係るフィルタ触媒は、ＮＯｘ浄化率が低く、ＮＯｘ浄化性能に欠けるものとなった。一方、比較例２に係るフィルタ触媒は、比較例１、３に比べてＮＯｘ浄化率は高かったものの、ＮＨ３／ＮＯｘ当量比が１になる（尿素水の添加が比較的多くなる）と、他のサンプルに比べてＮＯｘ浄化率が低下するとともに、多量のアンモニアのスリップが認められた。これに対し、後段のアンモニアの許容最大吸着量を前段よりも大きくした実施例１〜８に係るフィルタ触媒は、比較例１、３に比べて、ＮＨ３／ＮＯｘ当量比が０．５の場合におけるＮＯｘ浄化率がより高く、ＮＯｘ浄化性能に優れるものとなった。また、ＮＨ３／ＮＯｘ当量比が１の場合も、比較例２に比べてＮＯｘ浄化率が高く、かつ、アンモニアのスリップ量も比較的低く維持されていた。この結果から、フィルタの下流側部分のアンモニアの許容最大吸着量を上流側部分よりも大きくすることによって、アンモニアのスリップを抑えつつ高いＮＯｘ浄化率を達成できることが確認された。
以上、フィルタ１０ならびに該フィルタ１０を備えた排ガス浄化装置１００について種々の改変例を例示したが、フィルタ１０ならびに排ガス浄化装置１００の構造は、上述した何れの実施形態にも限定されない。
この排ガス浄化装置１００は、例えば、ディーゼルエンジンなど、排気温度が比較的低い排ガス中の有害成分を浄化する装置として特に好適である。ただし、本発明に係る排ガス浄化装置１００は、ディーゼルエンジンの排ガス中の有害成分を浄化する用途に限らず、他のエンジン（例えばガソリンエンジン）から排出された排ガス中の有害成分を浄化する種々の用途にて用いることができる。
本発明によれば、ＳＣＲ触媒を含むパティキュレートフィルタを備えた排ガス浄化材において、ＮＯｘ浄化とアンモニア排出抑制とを高いレベルで両立させた高性能な排ガス浄化材を提供することができる。

Claims (6)

  1. 内燃機関の排気通路に配置され、該内燃機関から排出される排ガスを浄化する排ガス浄化材であって、
    排ガス中の粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタであって、アンモニアを吸着して排ガス中のＮＯｘを還元するＳＣＲ触媒を含むフィルタを備え、
    前記フィルタの排ガス入口側の端部を含む上流側部分と排ガス出口側の端部を含む下流側部分とは、それぞれＳＣＲ触媒を含んでおり、
    前記上流側部分に含まれるＳＣＲ触媒と、前記下流側部分に含まれるＳＣＲ触媒とが質的に異なり、かつ、前記上流側部分に含まれるＳＣＲ触媒および前記下流側部分に含まれるＳＣＲ触媒がゼオライト触媒を含み、
    前記上流側部分に含まれるゼオライト触媒がβ型ゼオライトであり、前記下流側部分に含まれるゼオライト触媒がシリコンアルミノリン酸塩系ゼオライトであり、
    前記フィルタが吸着可能なアンモニアの許容最大吸着量が、前記上流側部分と前記下流側部分とで異なっており、
    前記上流側部分におけるアンモニアの許容最大吸着量Ａが、前記下流側部分におけるアンモニアの許容最大吸着量Ｂよりも小さい（Ａ＜Ｂ）、排ガス浄化材。
  2. 前記上流側部分のアンモニアの許容最大吸着量Ａと、前記下流側部分のアンモニアの許容最大吸着量Ｂとの比の値（Ｂ／Ａ）が、１．１≦（Ｂ／Ａ）である、請求項１に記載の排ガス浄化材。
  3. 前記上流側部分のアンモニアの許容最大吸着量Ａと、前記下流側部分のアンモニアの許容最大吸着量Ｂとの比の値（Ｂ／Ａ）が、１．５≦（Ｂ／Ａ）である、請求項１または２に記載の排ガス浄化材。
  4. 前記上流側部分は、前記フィルタの排ガス入口側の端部から排ガス出口側に向かって前記フィルタの長さの少なくとも２０％に当たる部分を含み、
    前記下流側部分は、前記フィルタの排ガス出口側の端部から排ガス入口側に向かって前記フィルタの長さの少なくとも２０％に当たる部分を含む、請求項１〜３の何れか一つに記載の排ガス浄化材。
  5. 前記フィルタは、
    排ガス流入側の端部のみが開口した入側セルと、該入側セルに隣接し排ガス流出側の端部のみが開口した出側セルと、
    前記入側セルと前記出側セルとを仕切る多孔質の隔壁とを有するウォールフロー構造の基材と、
    前記上流側部分における隔壁内に設けられ、ＳＣＲ触媒を含む上流側触媒層と、
    前記下流側部分における隔壁内に設けられ、ＳＣＲ触媒を含む下流側触媒層と
    を備え、
    前記上流側触媒層は、前記入側セルに接する前記隔壁の表面から出側セル側に向かって前記隔壁の厚さの８０％以内に当たる部分に前記ＳＣＲ触媒の全量の８０質量％以上が存在するように形成されており、
    前記下流側触媒層は、前記出側セルに接する前記隔壁の表面から入側セル側に向かって前記隔壁の厚さの８０％以内に当たる部分に前記ＳＣＲ触媒の全量の８０質量％以上が存在するように形成されている、請求項１〜４の何れか一つに記載の排ガス浄化材。
  6. 請求項１〜５の何れか一つに記載の排ガス浄化材と、前記排ガス浄化材よりも前記排気通路の上流からアンモニアを生成するための還元剤溶液を供給する還元剤溶液供給手段とを備えた、排ガス浄化装置。
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