JPH02169007A - パティキュレート捕集用フィルタ - Google Patents

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、内燃機関から排出される排気ガスを浄化する
フィルタ、特にディーゼルエンジンから排出されるカー
ボンスーツ等のパティキュレート（？ｉＡ粒子）を捕集
するフィルタに関する。

〔従来の技術〕

ディーゼルエンジンから排出されるパティキュレートを
捕集するフィルタとしては、コージェライト等のセラミ
ック材料をハニカム状またはフオーム状で多孔質状態に
成形したものが用いられている。これらのフィルタは、
捕集につれて、パティキュレートがフィルタの多孔質部
分に堆積し、排気ガスの背圧が上昇して排気効率が低下
する。

そのため、捕捉したパティキュレートを定期的に焼却し
、フィルタの再生を行う必要がある０通常、ヒータ、バ
ーナ等の加熱手段を用いた外部着火によってその再生を
行っていたが、この方式では、フィルタの上流側でパテ
ィキュレートに着火し、フィルタ下流側へ燃焼を伝播さ
せて再生を行うものであるため、熱伝導性に劣る従来の
セラミック賞のフィルタでは、パティキュレートの燃焼
が途中で停止することがあった。この対策として、フィ
ルタ基体の表面に形成したγ−アルミナ等のセラミック
皮膜に白金族金属（特開昭５５−２４．５９７号公報を
参照）や、銅、マンガン、バナジウム等の年金族元素（
特開昭５８−１０９１３６号公報、特開昭５８−１０９
１３９号公報を参照）の酸化触媒を担持させることによ
って、パティキュレートの燃焼温度を低下させることが
多く行われいたが、これによっても、燃焼伝播性は十分
とは言えなかった。

〔発明が解決しようとする課題〕

これに対して、本出願人は、パティキュレートの捕集面
に銅、銀等の熱伝導性の良好な金属皮膜を形成すること
により燃焼伝播性を改善したフィルタを実現している（
実開昭６２−９８７１８号公報）、これは、比較的低温
で酸化もしくは硫化し易い銅を内層へ配し、触媒性能（
Ｍ化性能）にやや劣るため着火性の劣る銀を外層へ配し
たのもであり、着火性、燃焼伝播性、耐久性を向上させ
たものである。

しかしながら、このフィルタをもってしても、実用性の
高いフィルタを得るためには、さらなる研究が必要であ
った。

すなわち、本発明者の知見によれば、上述の銅−銀皮膜
からなるフィルタにおいて、銅皮膜は、内層側に配置さ
れているものの、新品のときは、良好な触媒を効果を有
するが、再生の繰り返しにより再生性能の維持が十分で
ないことが判った。

これは、銅皮膜が高温雰囲気に曝されると、フィルタ基
体の表面にコーティングされたγ−アルミナ皮膜と反応
し、スピネル化およびシンタリングすることによるもの
と判明した。

したがって、本発明の課題は、基体にセラミック皮膜を
形成するとともに、その上に、内層に銅皮膜、外層に銀
皮膜を設けたパティキュレートフィルタにおいて、再生
性能の長期にわたる安定的維持をさらに向上させること
にある。

（課題を解決するための手段〕 上述の課題を達成するための本発明の構成は、次の通り
である。なお、参考までに、第１図の符号を付して説明
する。

本発明は、多孔質セラミック構造体（１２）のパティキ
ュレート捕集面に、セラミック皮ｆｆ！（１８）、胴と
ニッケルの合金皮膜（２０）、銀皮膜（２２）の順で積
層するように形成したことを特徴とするパティキュレー
ト捕集用フィルタ（１０）である。

〔作用〕

上述の本発明のパティキュレート捕集用フィルタ（工０
）によれば、内層側の銅成分の存在により、触媒性能（
酸化性能）に優れかつ熱伝導性が向上し、着火性および
捕集面上での燃焼伝播性が向上し、良好なフィルタの再
生性を確保できる。

そして、この銅成分は、ニッケル成分との合金として与
えられているので、高温にさられな場合に、ニッケル成
分が銅成分のセラミック成分とのスピネル化やシンタリ
ングを生じるのを防止し、その結果、再生性能が持続す
る。また、外層側の銀成分の存在により、酸化もしくは
硫化雰囲気において銅成分の保護を通じて再生性能をさ
らに、長期に持続させる。また、銀白体のもつ優れた熱
伝導性により高い燃焼伝播性が確保できる。

〔実施例〕

次に、第１図ないし第３図に基づき、本発明にかかるパ
ティキュレート捕集用フィルタの実施例を説明する０本
実施例は、ディーゼルエンジンへの適用例である。

第１図は、第２図におけるＩ矢視部の断面拡大図、第２
図は、ハニカムフィルタの構造の断面図、そして、第３
図は、フィルタの燃焼試験装置の平面図である。

第１図および第２図に基づき、本実施例におけるデーイ
ゼルバティキュレートフィルタの構造を説明する。

フィルタ１０は、コーディエライトからなる隔壁１２に
より多数のセル１４を形成し、そのセル１２の両端開口
部を交互に線Ｉ６で閉塞した構造を有している。また触
媒担持能力を高めるため、隔壁１２の上にγ−アルミナ
皮膜００を設けている。このようなフィルタＩＯは、セ
ル１２の開口部を上・下流に向けるように、ディーゼル
エンジンの排気系に取り付けられて使用される。そして
、排気ガスは、第２図に矢印で示すように、隔壁１２を
通じて隣接するセル１４内へ流動する間に、エンジンか
らのパティキュレートを捕捉する。

このようなフィルタｌＯの構造の特徴部分を第１図に基
づき詳細に説明する。隔壁１２を構成する多孔質セラミ
ックの基体は、パティキュレート捕集面にＴ−アルミナ
皮ＩＩ！Ｊ１８を形成しており、そのγ−アルミナ皮Ｍ
１８の上に銅−ニッケル合金２０を形成し、その上にさ
らに銀皮膜２２を形成している。

次に、このパティキュレートフィルタ１０を、種々の態
様で製造し、試験を行ったので、以下に説明する。

（実施例工） まず、直径３０ｕ＋、長さ５０ｕの市販のコーディエラ
イト製円筒状ハニカムフィルタセル１２を用い、その捕
集面にγ−アルミナコ〜ト層１８を形成した。このコー
ト層１日は、γ−アルミナ粉末、アルミナゾル、硝酸ア
ルミナゾル、蒸留水からなるスラリー中にセル１２を浸
漬後、エアーブローで余剰スラリーの吹き払いを行い、
乾燥し、６０℃で３時間の焼成を行った。なお、このセ
ル１２は、排気ガス流入側と流出側が市松状に交互に栓
詰めされているものである。

次に、このセル１２を０．２ｇ／ｊ！の塩化パラジウム
（ＰｄＣｊ！ア）溶液に３分間浸漬してパラジウムを吸
着させ、引き上げた後、余剰な液滴を吹き払い、その後
水素化ホウ素ナトリウム（Ｎ　ａ　ＢＨ，）水溶液中で
パラジウム還元を行ってセル１２の活性化により無電解
メツキの核を形成した。

次に、水洗後、このセルＩ２を、市販の無電解銅−ニッ
ケル合金（銅：ニッケルー５０重量部；５０重量部）メ
ツキ液に５分間浸漬し、Ｔ−アルミナコート層１８の上
に銅−銀合金メツキ層２０（銅−銀皮膜）を形成した。

なお、銅−銀合金メツキの量は、フィルタ容積１１当た
り５ｇであった。

次に、銅−銀メツキを施したセル１２を、硝酸銀１．５
ｇ／ｌ、２８ｗｔ％のＮ　Ｈ４０Ｈ６，４ｍ　ｌ　／Ｉ
ｔ、Ｎａｇ　Ｓｔ　０２２６ｇ／ｌからなる溶液中に浸
漬し、銀の置換メツキを行った。このときの銀の量は、
フィルタ容積１１当たり２ｇであった。

このようにしてフィルタ１０を得た。これを、テストピ
ースＡとした。

さらに、テストピースＡと同じ手法でフィルタを製造し
、銅−ニッケル合金メッキ液の浸漬時間のみ変化させる
ことにより、メツキ量を１０ｇ、２０ｇ、５０ｇおよび
１００ｇと変えた。そして、これらのフィルタ１０を、
テストピースＢ、Ｃ１ＤおよびＥとした。

（比較例１） 実施例のテストピースＡと同様のセル１２に対して、同
様の方法でＴ−アルミナ層を設け、１０ｇ／ｌの塩化パ
ラジウムの溶液に１時間浸漬し、引き上げて水洗し、水
素化ホウ素ナトリウム溶液で還元をした。

次に、１０ｇ／ｆの塩化ロジウム溶液に１時間浸漬し、
引き上げて水洗し、乾燥、焼成を行った。

その結果得られたフィルタ１０は、フィルタ１１当たり
１ｇのパラジウムとロジウムを担持する。

これを、テストピースＦとする。

（比較例２） 実施例のテストピースＡと同様のセル１２に対して、同
様の方法でＴ−アルミナ層を設け、さらに、同様の方法
で活性化を行った。

次に、市販の無電解銅メツキ溶液に浸漬シ、銅メツキ層
を得た。このときの銅メツキ量は、フィルタ容積１１当
たり２０ｇであった。

次に、このセル１２に実施例と同様に銀メツキをフィル
タ容積ＩＩ！当たり２ｇ施した。

これを、テストピースＧとする。

（比較例３） 実施例のテストピースＡと同様のセル１２に対して、同
様の方法γ−アルミナ層を設け、さらに、同様の方法で
活性化した。

次に、市販の無電解ニッケルーリン合金メツキ液を用い
て、ニッケルーリン合金メツキを行った。

このときのメツキ量は、フルイタ容積ＩＩ！当たり１０
ｇであった。次に、このフィルタに比較例２のテストピ
ースＧと同様に、銅メツキをフィルタ容積１１当たり２
０ｇ施した。

これをテストピースＨとした。

（実験例） フィルタ１０のテストピースＡ　−Ｈに関して、排気量
２４００ｃｃの渦流室式ディーゼルエンジンの排気系に
取り付け（１２本同時に取り付は可能）、回転数２００
０ｒｐｍ、）ルク３　ｋｇ　・ｍの条件で、２．５時間
運転して、フィルタ１個当たり０．６〜０．６５　ｇの
パティキュレートを付着させた。

次に、これらのテストピースを試験装置に組み込み、窒
素４，５ｊ！／ｍｉｎ、酸素Ｑ、５１／ｍｉｎのガス流
量下でパティキュレートを燃焼させ、燃焼量を測定した
。

試験装置は、第３図に示すように、一端にガス流入口２
６を、他端に排気口２Ｂを設けた反応管２４から構成さ
れ、反応管２４内は、そのガス流入口２６を設けた側の
一端が環状電気炉３０で覆われ、またその内部にヒータ
３２を設けている。

新家は、この反応管２４内に、フィルタ１０のテストピ
ースＡ−Ｈと整流用モノリス担体３４とを、ヒータ３２
を挟んで収納し、ガス流入口２６から反応管２４内にガ
スを導入して、これを電気炉３０の熱で予熱し、同時に
ヒータ３２に通電してフィルタ１０の端面を加熱し、パ
ティキュレートを燃焼させるようにした。

なお、燃焼率の測定は、ヒータ３２の通電電流を変化さ
せることにより、ヒータ３２に接近したフィルタ端面の
温度を変化させ、各４の燃料率を測定した。また、新品
時のパティキュレート燃焼率測定した後、電気炉内（大
気）中で８００°Ｃ×３時間の熱処理を施し、前述と同
じ操作でパティキュレートの燃焼率を測定した。

また、同様の操作で、１０００℃×３時間の熱処理を施
し、パティキュレートの燃焼率を測定した。

その結果を、第１表ないし第３表に示す。

第１表は、新品時のデータであり、第２表は、８００℃
×３時間の熱処理時のデータ、そして、第３表は、１０
００℃×３時間の熱処理時のデータである。なお、燃焼
率は、捕集量に対する燃焼量の重量百分率で表す。

表１ 表２ 表３ 上表に示した試験結果によれば、実施例では、テストピ
ースＡ−Ｅで銅−ニッケル合金皮膜の量を変化させてい
るが、１０ｇ以下であると、新品、熱処理後のものにお
いて性能が優れない。

また、２０ｇ、５０ｇ、１００ｇのテストピースＣ，Ｄ
およびＥについては、すべてにわたり高い燃焼率が得ら
れている。ただし、１００ｇの場合には、燃焼率は得ら
れるものの、圧力損失が増加するため、フィルり１１当
たりの銅−ニッケル合金皮膜の量は、２０〜５０ｇが好
ましい、なお、高い燃焼率が得られる理由は、銅−ニッ
ケル合金メッキを用いていることにより、熱による銅の
粒成長が抑制されるとともに、銅よりスピネル化し昌い
ニッケルの存在により銅のスピネル化が阻止され、活性
が失われないためと考えられる。

これに対して、比較例においては、比較例１のテストピ
ースＦが、耐久性が良好である反面、初期性能が大変悪
い。

また、比較例２および３のテストピースＧおよびＨでは
、初期性能が優れている反面、熱処理後の性能が低下し
ている。これは、銅のスピネル化や、粒成長が生じたた
めと考えられる。

なお、銀皮膜は、２ｇ／１前後が望ましい。

以上、本発明の特定の実施例について説明したが、本発
明は、この実施例に限定されるものではなく、特許請求
の範囲に記載の範囲内で種々の実施ＬＱ［が包含される
ものである。

〔発明の効果〕

以上より、本発明のパティキュレート捕集用フィルタに
よれば、内層側の銅成分をニッケル成分との合金で構成
したので、内に銅皮膜、外層に銀皮膜を設けたディーゼ
ルパティキュレートフィルタにおいて、再生性能の長期
にわたる安定的維持をさらに向上させることが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は、本発明にかかるパティキュレー
ト捕集用フィルタの実施例を説明するための図面であり
、 第１図は、第２図における１矢視部の断面拡大図、 第２図は、ハニタムフィルタの構造の断面図、そして、
第３図は、フィルタの燃焼試験装置の平面図である。 １０・・−・−・・パティキュレートフィルタ１２−−
−−−−一隔壁（多孔質セラミック構造体）１８−−−
−−・・Ｔ−アルミナ（セラミック皮膜）２０・・・・
−・・銅−ニッケルメッキ層（銅−ニソケル皮Ｍ） ２２−−−−−・・銀メツキ層 （銀皮膜） 出願人　　トヨタ自動車株式会社 第 図 （銅 二つγ１１／Ｌ膿） 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 多孔質セラミック構造体のパティキュレート捕集面に、
   セラミック皮膜、銅とニッケルの合金皮膜、銀皮膜の順
   で積層するように形成したことを特徴とするパティキュ
   レート捕集用フィルタ。