JPH01168311A

JPH01168311A - 可燃性微粒子及び窒素酸化物除去用フィルター

Info

Publication number: JPH01168311A
Application number: JP62324824A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Muraki; 村木　秀昭; Shiro Kondo; 近藤　四郎; Shinichi Matsumoto; 伸一松本
Original assignee: Toyota Motor Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Motor Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 1987-12-22
Filing date: 1987-12-22
Publication date: 1989-07-03
Anticipated expiration: 2010-12-13
Also published as: JPH07114902B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は内燃機関、特に自動車の排気ガス中に含まれる
カーボン等の可燃性微粒子並びに窒素酸化物を同時に除
去するためのフィルターに関する。

〔従来技術］ディーゼルエンジンの排気ガス中に含まれるカーボン等
の可燃性微粒子を除去するために、排気系にフィルター
を用いることは公知である。しかし、このフィルターに
は、長時間の使用により可燃性微粒子が堆積し目詰まり
を起こし、圧力損失を生ずる。

そこで、従来はこの欠点を解消するものとして。

フィルターの微粒子補足部位にニクロム線ヒータ或いは
発熱金属層を組み合わせて通電加熱するように構成した
フィルターが提案されている（特開昭５８−７４１２１
）。また、上記補足部位に燃料を噴射して燃料の燃焼熱
により可燃性微粒子を加熱したり、高圧電極を設けて火
花放電により加熱する提案もなされている。これらは、
上記加熱により可燃性微粒子を焼却し、目詰まりを防ぐ
ものである。また、バナジン酸銀触媒を担持したフィル
ター（特開昭５８−８４０４２）、更には酸化リチウム
、塩化銅、アルカリ金属を有する五酸化バナジウム、リ
チウム、ナトリウム、カリウムまたはセリウムのバナジ
ン酸塩、またはカリウムまたは銀の過レニウム酸塩から
選んだ１種または２種以上を担持したフィルター（特開
昭５９−４９８２５）が提案されている。

一方、上記排気ガス中には上記可燃性微粒子の外に窒素
酸化物（ＮＯｘ）も含有されており、該窒素酸化物を除
去するための努力もなされている。

〔解決すべき問題点〕

しかしながら、これら従来技術はいずれも、可燃性微粒
子又は窒素酸化物をそれぞれ単独に除去することについ
ては、その効果を発揮するが２可燃性徴粒子と窒素酸化
物の両者を同時に除去することができない。

また、可燃性微粒子除去用のフィルターと、窒素酸化物
除去用の触媒コンバーターとを用い、これらに排気ガス
を順次送入して可燃性微粒子と窒素酸化物とをそれぞれ
除去することも提案されている（特公昭６２−４１０５
４）。

しかし、かかる手段は、フィルターと触媒コンバータの
２つの装置を必要とし、コンパクト化。

軽量化を進めている自動車技術にとっては好ましいこと
ではない。

本発明は、かかる問題に鑑みてなされたもので。

排気ガス中の可燃性微粒子及び窒素酸化物を同時に除去
することができるフィルターを提供しようとするもので
ある。

〔問題点の解決手段〕

本発明は、排気ガスの流入側から流出側に向かって濾過
壁により区切られた多数の通路を有すると共に、該通路
はその流出側を閉塞した送入通路とその流入側を閉塞し
た排出通路とからなり、送入通路は少なくとも１つの排
出通路上上記濾過壁を共有し、かつ該濾過壁は送入通路
から排出通路に排気ガスが通過する通孔を有してなり、
また上記送入通路側の濾過壁には銅とアルミナからなる
触媒成分を、一方上記排出通路側のアルミナ濾過壁には
銅とゼオライトとからなる触媒成分をそれぞれ担持して
なることを特徴とする可燃性微粒子並びに窒素酸化物を
除去するためのフィルターにある。

本発明にかかるフィルターは、まず送入通路と排出通路
とが排気ガスの流入側から流出側に向がって設けた多数
の濾過壁によって区画されている。

即ち、このフィルターはその軸方向に沿った多数の通路
を有する筒状体である。そして、送入通路は少なくとも
１つの排出通路と上記濾過壁を共有している。つまり、
送入通路に入った排気ガスが必ず濾過壁を通って排出通
路に出る構造となっている。そのため、この濾過壁は、
排気ガスが通過する通孔を有している。なお、該通孔に
は、可燃性微粒子が補足されることもある。

しかして、上記送入通路と排出通路との形成は。

実施例の第１〜第３図に示すごとく、まず多数の通路を
有する筒状体を作り、その通路の一方側を。

例えばいわゆる市松模様となるように１個置きに閉塞す
る。次いで、他側において、上記閉塞をしなかった通路
を閉塞する。これにより、一方何において閉塞しなかっ
た通路が送入通路となり、他方側において閉塞しなかっ
た通路が排出通路となる。

また、上記濾過壁は本発明のフィルターの骨格とも言う
べきもので、コーディエライト、アルミナ、アルミナ・
シリカ等のセラミックス粉末焼結体などにより構成する
。しかして、かかる濾過壁は小さい通孔を有しており、
後述するごとく送入通路側の触媒成分でまだ除去されて
いない可燃性微粒子の多くを補足し、該触媒成分によっ
て若干の時間を要して除去される。上記通孔としては。

０．１〜５０μｍとすることが好ましい。０．１μｍ未
満では、可燃性微粒子による目詰まりが大きく、また５
０μｍを越えると可燃性微粒子を補足し難く、また窒素
酸化物の除去（浄化）効果も低下する。

次に、上記送入通路側の濾過壁には銅とアルミナからな
る触媒成分を担持する。ここにアルミナは、粉末状態の
ものを用い、これを上記濾過壁に付着させる。そして、
該アルミナ粉末の層に上記銅（Ｃｕ）を含浸させること
により、銅とアルミナからなる触媒成分を担持させる。

上記アルミナ粉末の平均粒径は４〜１０μｍとすること
が好ましい。また、このＣｕとアルミナからなる触媒成
分の担持はフィルター１２に対して１〜５０ｇ／ｌとす
ることが好ましい、Ｃｕの含浸は、後述する銅−ゼオラ
イド触媒成分の担持におけるＣｕの含浸と同時に行うこ
とができる。また、上記銅は。

金属銅又は酸化銅（Ｃｕｂ）の状態いずれでも良い。

また、上記濾過壁において、その排出通路側にはＣｕと
ゼオライトとからなる触媒成分を担持する。このＣｕは
９上記と同様である。該触媒成分の構成は、Ｃｕをゼオ
ライトにイオン交換担持すること等により行う、また、
このＣｕとゼオライトとからなる触媒成分の担持は、上
記濾過壁によって構成されるフィルター１ｔに対して５
〜３００ｇ／２とすることが好ましい。

また、Ｃｕと共に用いるゼオライトは、沸石とも呼ばれ
、化学組成は長石類または准長石頻に類似し、一般式Ｗ
ｍ　Ｚｎ　Ｏ２ｎ　Ｈｓ　Ｈｚ　Ｏ（ここに。

ＷはＮａ、Ｃａ、に、Ｂａ又はＳｒ、ＺはＳｉ＋Ａｌ（
Ｓｉ　：Ａｌ＞１）、ｓは一定しない〕で示される含水
珪酸塩である。

しかして、該触媒成分は、ゼオライトとＣｕとを混合す
ること或いはゼオライトにＣｕをイオン交換担持するこ
と等により調製する。このイオン交換担持は、実施例に
も示すごとく、酢酸銅、硝酸銅等の銅水溶液中にゼオラ
イト層を漬浸、乾燥することなどにより行う、これによ
り、ゼオライト中のＮａ或いはアルカリなどの元素がＣ
ｕとイオン交換する。また、このときのイオン交換率は
５０ないし１００％とすることが好ましい。５０％未満
では７本発明の効果が得られ難いからである。ここに、
Ｃｕのイオン交換率とは、−価のＣＵがゼオライト中の
Ｎａ或いはアルカリ等の元素と交換した量をいう。

更に、濾過壁土に該触媒成分を担持する方法としては９
例えばまず濾過壁土にゼオライト粉末の多孔質体層をコ
ーティングし、その後、これらを上記のごとく酢酸銅等
の銅水溶液中に漬浸しＣｕをイオン交換担持することな
どにより行う。

なお２本発明のフィルターは２００〜８００°Ｃにおい
て用いることが好ましい。また、フィルターへ導入する
排気ガスの空間速度としては、ＧＨ５■０〜１０万／時
とすることが好ましい。

また９本発明のフィルターにおいては、可燃性微粒子の
燃焼除去は、主としてＣｕとアルミナとの存在により低
温で行うことができるので、フィルターの周囲などに特
に燃焼加熱用の加熱器を設ける必要はない。しかし、必
要に応じて、かかる加熱器を設けることもできる。

〔作用及び効果〕

本発明においては、触媒成分として送入通路側に銅（Ｃ
ｕ）とアルミナを、排出通路側にＣｕとゼオライトとを
設けているので、排気ガス中の可燃性微粒子を低温にお
いて燃焼除去することができると共に、上記触媒成分に
より排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を高能率で除去
することができる。

即ち、上記可燃性微粒子の除去は、排気ガスの熱と排気
ガス中の酸素とによる自然発火により。

燃焼することにより行う。そして、このときの燃焼温度
は３５０°Ｃ程度の低温においても行うことができる。

これは上記のごとく、主としてＣｕとアルミナとからな
る触媒成分によって促進される。

またＮＯｘの除去は、主として排気ガス中の炭化水素と
ＮＯｘとを反応させて、Ｎ、、Ｃｏ□。

ＨｚＯ等の成分に分解することにより行われる。

しかして、このＮＯｘ除去反応は主としてＣｕとゼオラ
イトとからなる触媒成分によって促進される。

しかして、上記２種類の同時除去は、排気ガスが先ず送
入通路の濾過壁においてＣｕとアルミナとの触媒成分と
接触することにより可燃性微粒子を、そして排気ガスが
濾過壁を通過して排出通路側の濾過壁におけるＣ　ｕと
ゼオライトとの触媒成分と接触することによりＮＯｘを
除去することにより行われる。

したがって２本発明によれば、排気ガス中の可燃性微粒
子及び窒素酸化物を同時に除去することができる。また
、その除去は３５０°Ｃ程度という低温において可能で
ある。また、そのために、従来のごとく可燃性微粒子及
び窒素酸化物をそれぞれ除去するための２個の除去装置
を必要とせず。

装置がコンパクト、軽量となる。

また２可燃性徴粒子の除去は前記のごとく排気ガス中の
酸素と反応（燃焼）させることにより行うものであるた
め、その反応雰囲気は酸素過剰下である。一方、窒素酸
化物の除去は２周知のごとく還元反応であるため、かか
る酸素過剰下では充分に行われないのが普通である。し
かるに２本発明は酸素過剰下における可燃性微粒子と窒
素酸化物の同時除去を達成するものであり、注目すべき
ものである。

〔実施例〕

コーディエライト製フィルター担体の濾過壁に。

その送入通路側にＣｕとアルミナの触媒成分を。

その排出通路側にＣｕとゼオライトの触媒成分を担持し
たフィルターを作製し１次いで該フィルターにディーゼ
ルエンジンの排気ガスを送入して。

可燃性微粒子及び窒素酸化物の除去テストを行った。ま
た１比較フイルターについても同様のテストを行った。

即ち、まず上記フィルターの構造について説明すれば、
第１図ないし第３図に示すごとく、上記フィルター１は
軸方向に沿って多数の送入通路２と排出通路３とを交互
に有するものである。該フィルター１は、軸方向に沿う
多数の濾過壁１０によって多数の通路を設け、その通路
の排気ガス流入側Ａにおいて、第１図に示すごとく、市
松模様にその通路の入口を一個置きに壁３１により閉塞
する。また、フィルターの排気ガス流出側Ｂにおいて、
上記流入側Ａにおいて閉塞しなかった通路の出口を壁２
２により閉塞する。これにより、流出側Ｂを閉塞した通
路が送入通路２を形成し、流入側Ａを閉塞した通路が排
出通路３を形成する。

したがって、送入通路２は流入側Ａに送入口２１を存し
、流出側Ｂには壁２２を有する通路となる。

一方、排出通路３は流入側Ａには壁３１を有し。

流出側Ｂには排出口３２を有する。そして、上記フィル
ター１はその濾過壁１０において、その送入通路２側に
おいてはＣｕとアルミナからなる触媒成分５を、また排
出通路３側においてはＣｕとゼオライトからなる触媒成
分６を担持してなる。

しかして、流入側Ａよりフィルター１に送られる排気ガ
ス４は、送入口２１よりフィルター１の送入通路２内に
入り、濾過壁１０を通過して排出通路３内に送出され、
排出口３２より浄化ガス４１として排出される。排気ガ
ス４０の可燃性微粒子は、送入通路２側の触媒成分５に
より、また窒素酸化物は排出通路３例の触媒成分６によ
り、それぞれ前記のごとく除去される。

また、前記フィルター担体はコーディエライト粉末を成
形、焼結することにより作製した一体型基材（担体）で
、その軸方向に直角方向の断面における断面積ｔｉｎ”
当り、約２００の通路を有する。また、該フィルター担
体の濾過壁の通孔は平均孔径３０μｍである。また、該
フィルター担体は直径１１０ｍｍで、その体積は１．３
１である。

次に、上記フィルター担体上に触媒成分を担持する方法
につき説明する。即ち、まず平均粒径１０μｍのゼオラ
イト粉末１００部とシリカゾル８０部とを水及び硝酸と
共にボールミリングし、ウォッシュコートスラリーを生
成させた。そして。

このスラリーを上記排出通路のみに投入し、投入側から
出口側に遠心力がかかるよう遠心力をかけた。次いで９
乾燥して遊離の水を除去し、その後５００°Ｃで１時間
焼成し、フィルター担体の排出通路側の濾過壁土に厚み
約５０μｍのゼオライト多孔質層をコーティングした。

また、平均粒径５μｍのγアルミナ粉末を用い。

これをスラリー状にして、上記と同様にして送入通路側
のみに投入し、乾燥し、送入通路側の濾過壁土に厚み約
５０μｍのアルミナ多孔質層をコーティングした。

次に、上記フィルター担体を０．０２ｍｏｌ／ｌの酢酸
銅水溶液に２４時間漬浸し、乾燥後、５ｏｏ’ｃで１時
間焼成して、ゼオライトに対してＣＵをイオン交換担持
した。その際のＣｕのイオン交換率は８９％であった。

また、上記浸漬により送入通路側のアルミナ層にもＣｕ
を担持した。ここに、Ｃｕはアルミナに対して５％（重
量比）担持されていた。なお、フィルター担体１１に対
するＣｕの担持量は２０ｇ／ｌ−であった。

この本発明にかかるフィルターを、試料Ｎα１とする。

また、比較のために上記ゼオライトの代わりにγアルミ
ナをコートし、その他は上記と同様の。

つまり送入通路、排出通路の触媒成分が共にＣｕとアル
ミナとからなる比較フィルター（試料ｋＣ１）を作製し
た。また、上記本発明にかかるフィルター（Ｎα１）に
おいて濾過壁の両面にγ−アルミナ粉末のみをコーティ
ングしＣｕは担持していない比較フィルター（試料ｋｃ
２）も作製した。

次に、上記フィルターをディーゼルエンジンの排気ガス
気流中に取り付け、可燃性微粒子と窒素酸化物（ＮＯｘ
）の除去効果につき試験した。なお、可燃性微粒子の燃
焼温度の低下効果は５時間後の圧力損失の増加率で評価
した。すなわち、可燃性微粒子が低温度で燃焼しなけれ
ばフィルターに堆積し、目詰まりを起こし、圧力損失が
太き（なるため、この評価法を用いた。

上記ディーゼルエンジンとしては、４気筒の噴射型エン
ジン、行程室容積１６００ｃｃ、出力４０ｋｗ、回転数
２５０Ｏｒｐｍ、負荷５ｋｇｆ−ｍのものを用いた。な
お、試験時におけるフィルター内の温度は約３００’Ｃ
，また空間速度ＧＨ３Ｖは３万／時であった。

測定の結果を第１表に示す。

（以下余白）第１表第１表より明らかなように、圧力損失増加率に関しては
１本発明にかかるフィルター（Ｎαｌ）は比較フィルタ
ーＮｌｌＣｌよりは若干、またｋｃ２フィルターに比し
ては、極めて低く、低温度において可燃性微粒子を効果
よく燃焼除去していることが分かる。また、ＮＯｘに関
しても１本発明のフィルター（Ｆｌａｔ）は比較フィル
ター（ＮａＣ１，Ｃ２）に比して極めて高い浄化率（除
去率）を示していることが分かる。

上記のごとく本発明は、可燃性微粒子及びＮ。

Ｘの同時除去に優れた効果を発揮することが分かる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は３本発明の実施例にかかるフィル
ターを示し、第１図はその斜視図、第２図は要部断面図
、第３図は一部欠さい側面図である。１１０．フィルター、　　　１０．、、濾過壁。２１０．送入通路、　　　　　　３．、、排出通路。４８８．排気ガス。５・・・Ｃｕとアルミナからなる触媒成分。６・・・Ｃｕとゼオライトからなる触媒成分。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）排気ガスの流入側から流出側に向かって濾過壁に
より区切られた多数の通路を有すると共に、該通路はそ
の流出側を閉塞した送入通路とその流入側を閉塞した排
出通路とからなり、送入通路は少なくとも１つの排出通
路と上記濾過壁を共有し、かつ該濾過壁は送入通路から
排出通路に排気ガスが通過する通孔を有してなり、また
上記送入通路側の濾過壁には銅とアルミナからなる触媒
成分を、一方上記排出通路側のアルミナ濾過壁には銅と
ゼオライトとからなる触媒成分をそれぞれ担持してなる
ことを特徴とする可燃性微粒子並びに窒素酸化物を除去
するためのフィルター。
（２）銅は、ゼオライトにイオン交換担持されているこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のフィルタ
ー。
（３）銅のイオン交換率は５０〜１００％であることを
特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のフィルター。