JPH0994434A - 排ガス浄化用フィルター - Google Patents

排ガス浄化用フィルター

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JPH0994434A
JPH0994434A JP7255216A JP25521695A JPH0994434A JP H0994434 A JPH0994434 A JP H0994434A JP 7255216 A JP7255216 A JP 7255216A JP 25521695 A JP25521695 A JP 25521695A JP H0994434 A JPH0994434 A JP H0994434A
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 隔壁内部の気孔内部でパーティキュレートを
燃焼除去できるウォールフロー型排ガス浄化用フィルタ
ーを提供する。 【解決手段】 排気流方向に形成された多数のセルを有
し、排ガス入口端においてセルが１個おきに栓詰めされ
ておりかつこの入口端で栓詰めされているセルは排ガス
出口端では開放されており、入口端が開放されているセ
ルは出口端では栓詰めされているウォールフロー型排ガ
ス浄化用フィルターにおいて、前記セルの間の隔壁５内
部に形成された気孔内に触媒１６及び、又はＨＣ吸着材
１７が担持されていることを特徴とするウォールフロー
型排ガス浄化用フィルター。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、排ガス浄化用フィ
ルターに関する。さらに詳しく述べるならば、本発明
は、ディーゼルエンジン等の排ガス中に含まれるパーテ
ィキュレートを捕集して処理するウォールフロー型排ガ
ス浄化用フィルターにおいて、その隔壁内部の気孔表面
に触媒を担持させ、気孔内部でパーティキュレートを燃
焼、除去するウォールフロー型排ガス浄化用フィルター
に関する。
【０００２】
【従来の技術】ディーゼル排ガスによる環境汚染におい
て問題となっているのはＮＯx とパーティキュレートで
ある。このパーティキュレートとは、微粒子状物質の意
であり、主として固体状炭素微粒子（ＳＯＯＴ）と有機
溶媒可溶分（ＳＯＦ）からなっている。このパーティキ
ュレートの処理手段としては、現在、図１に示すような
ウォールフロー型フィルター１が一般に用いられてい
る。このフィルターは、多数のセル（貫通孔）の両端の
うちの一方において交互にプラグ２で栓詰めが施されて
おり、排ガスの入口端において栓詰めされているセル３
は出口端では開放され、逆に入口端で開放されているセ
ル４は出口端で栓詰めされている構造を有している。そ
してこの互いに隣り会うセルの隔壁５には、排ガスは通
過できるがパーティキュレートは通過できない程度の細
孔が存在している。
【０００３】このような構造のフィルターに排ガスが流
入すると、図１Ｂに示すように、入口端が開放されてい
る排ガス入口側のセル４に流入した排ガス６は必ず隔壁
５を通過するため、この排ガス入口側のセルの隔壁上で
パーティキュレートは捕集される。捕集されたパーティ
キュレートはヒータ加熱等により着火燃焼するか、又は
フィルターに担持させた触媒の作用によって自己燃焼さ
せることによって除去される。
【０００４】パーティキュレートをフィルターに担持さ
せた触媒の作用によって自己燃焼させる排ガス浄化用フ
ィルターは、図２に示すように、従来はフィルター本体
７のセルの内面上にコート層８を形成し、そのコート層
８上に触媒９を担持させた構造であった。また、特開昭
59−211708号公報に記載のように、排ガス入口側のセル
の隔壁表面のみに触媒を担持させ、排ガス出口側のセル
の隔壁表面には触媒を担持させないようにしたものもあ
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この提
案されたフィルターでは、セルの隔壁表面においてパー
ティキュレートを触媒作用により燃焼させ処理している
が、この表面ではパーティキュレートの燃焼熱が放出し
やすく、燃焼の継続性が悪い。そのため燃焼により除去
されるパーティキュレートよりもセルに流入するパーテ
ィキュレートの方が多く、結局、隔壁表面上に堆積して
しまう。この堆積したパーティキュレートは触媒と接触
することができず、触媒作用による除去は不可能であ
る。このように徐々にパーティキュレートが堆積するこ
とにより、排ガスの隔壁の通過をも阻害し、フィルター
の圧損が増大して使用不能になってしまう。また、隔壁
の表面にのみ触媒を担持させただけでは触媒量は十分で
はなく、従って触媒作用も満足なものではなかった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに１番目の発明によれば、排気流方向に形成された多
数のセルを有し、排ガス入口端においてセルが１個おき
に栓詰めされておりかつこの入口端で栓詰めされている
セルは排ガス出口端では開放されており、入口端が開放
されているセルは出口端では栓詰めされているウォール
フロー型排ガス浄化用フィルターにおいて、前記セルの
間の隔壁内部に形成された気孔内に触媒が担持されてい
る。
【０００７】また、２番目の発明では、上記問題点を解
決するために１番目の発明において、前記気孔の径が、
前記隔壁の厚み方向の排ガス入口側から排ガス出口側に
向かって小さくなっている。
【０００８】また、３番目の発明では、上記問題点を解
決するために１番目又は２番目の発明において、前記触
媒の担持量が、前記隔壁の厚み方向の排ガス入口側から
排ガス出口側に向かって多くなっている。
【０００９】また、４番目の発明では、上記問題点を解
決するために１番目〜３番目のいずれかの発明におい
て、ＮＯ2 の形で吸収したＮＯx 成分を所定温度以上に
おいて放出するＮＯx 吸収材を前記気孔内に担持させて
いる。
【００１０】また、５番目の発明では、上記問題点を解
決するために１番目〜４番目のいずれかの発明におい
て、吸着したＨＣを所定温度以上において放出するＨＣ
吸着材を、前記隔壁の厚み方向の排ガス入口側付近の気
孔内もしくは排ガス入口側のセルの隔壁表面に被覆させ
ている。
【００１１】また、６番目の発明では、上記問題点を解
決するために１番目〜５番目のいずれかの発明におい
て、酸化触媒を、排ガス出口側のセルの隔壁表面に担持
させている。
【００１２】１番目の発明では、フィルターの隔壁内の
気孔内表面に触媒が担持されており、気孔内に流入した
パーティキュレートが気孔内において排ガス中のＮＯ2
と触媒上で反応し燃焼する。フィルター材料は伝熱性が
低く、かつパーティキュレートの燃焼場を、気孔内とい
うほぼ閉塞された空間内に設けているため、燃焼熱はこ
の気孔内にこもり、この気孔内にこもった熱はさらなる
パーティキュレートの燃焼を促進する。このようにパー
ティキュレートの燃焼効率が高いため、セルの排ガス流
入側の隔壁表面にパーティキュレートが堆積する前にパ
ーティキュレートは気孔内に流入し、次々に燃焼除去さ
れるため、パーティキュレートの堆積による圧損上昇と
いう問題もない。
【００１３】２番目の発明では、隔壁内における気孔の
隔壁の厚み方向の排ガス出口側の径を入口側の気孔の径
より小さくすることにより、気孔内へのパーティキュレ
ートの流入を容易にし、かつ隔壁内の排ガス出口側の気
孔までパーティキュレートを流入させることができ、よ
り確実にパーティキュレートの燃焼場を気孔内に設ける
ことができる。さらに、隔壁内の排ガス出口側の気孔ま
でパーティキュレートを流入させることができるため、
気孔の空間に余裕ができ、セルの排ガス入口側のセルの
隔壁表面にパーティキュレートが堆積することを防ぐこ
とができる。
【００１４】３番目の発明では、隔壁内における気孔の
排ガス出口側の触媒担持量を入口側より多くすることに
より、出口側に溜まったパーティキュレートをより速
く、かつ確実に燃焼させることができる。特に、２番目
の発明では出口側にパーティキュレートが溜まりやすい
ので、出口側の触媒担持量を多くすることは効果的であ
る。
【００１５】４番目の発明では、ＮＯx 吸収材を担持さ
せておくことにより、低温時においてはパーティキュレ
ートの燃焼に寄与しないＮＯやＮＯ2 はこのＮＯx 吸収
材に吸収される。気孔内においてパーティキュレートの
燃焼に伴い温度が上昇すると、この吸収されたＮＯやＮ
Ｏ2 はＮＯ2 として放出され、パーティキュレートと反
応する確率が高くなり、パーティキュレートの燃焼性を
より向上することができる。また、ＮＯx 吸収材をパー
ティキュレートの燃焼場である気孔内に担持させること
により、パーティキュレートの燃焼による昇温がＮＯ2
を促し、それが更にパーティキュレートの燃焼を加速さ
せることになる。さらに、ＮＯx 吸収材の存在により、
燃焼によって生成したＮＯのＮＯ2 への変化を促進する
こともできる。
【００１６】５番目の発明では、ＨＣは低温時において
ＨＣ吸着材に吸着され、パーティキュレートの燃焼によ
る温度上昇により放出される。この放出されたＨＣは気
孔内の触媒の作用によって燃焼し、気孔内の温度を上昇
させるため、パーティキュレートの燃焼を促進する。フ
ィルター上にＨＣ吸着材を直接配置することにより、パ
ーティキュレートの燃焼による温度変化に従ったＨＣの
吸着放出作用を行わせることができる。
【００１７】パーティキュレートを気孔内に流入させる
ために、触媒担持用のコート層を薄くせざるをえず、そ
の結果、総触媒担持量が少なくなり、ＨＣの酸化能が不
足することがある。６番目の発明では、隔壁の排ガス出
口側のセルの隔壁表面に酸化触媒を担持させておくこと
により、この問題が解決される。さらに、パーティキュ
レートは排ガス出口側の気孔内に堆積するが、酸化触媒
を排ガスの出口側のセルの隔壁表面に担持させるため、
パーティキュレートの堆積によるＨＣと酸化触媒の接触
確率の低下がなく、パーティキュレートの燃焼熱の伝熱
によって触媒の活性を維持することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、本発明を、その一実施例を
示す添付図面を参照して説明する。本発明のウォールフ
ロー型排ガスフィルターは、以下のようにして製造され
る。まず、図３に示すようなコーティング装置を用い
て、フィルターに触媒担持用のコート層を形成する。図
３において、１はウォールフロー型フィルターであり、
細孔容積0.58〜0.65cc/g、気孔平均径25〜35μm のコー
ジェライトを用いた。本発明においては、このウォール
フロー型フィルターとしては、例えば自動車等における
ような高温の排ガスを濾過するものであり、このフィル
ターを形成する材料としてはこの高温の排ガスに耐える
耐熱性を有する従来より使用されているものを使用する
ことができる。その例として、上記のコージェライトの
他に、アルミナ、シリカ、チタニア、ジルコニア、シリ
カ−アルミナ、アルミナ−ジルコニア、アルミナ−チタ
ニア、シリカ−チタニア、シリカ−ジルコニア、チタニ
ア−ジルコニア、ムライト等のセラミックスが挙げられ
る。
【００１９】このフィルターの形状と大きさはその用途
・目的等に応じて種々のものを調製し用いることができ
る。ウォールフロー型フィルターは排ガスの流通方向に
多数のセルを有し、このセルとセルの間の隔壁には図４
に示すような排ガスが通過できる程度の微小な気孔が多
数存在している。従来使用されているウォールフロー型
フィルターでは、排ガス入口側のセルの隔壁上１４にお
いてパーティキュレートを濾過していたため、気孔はパ
ーティキュレートが通過できない程度の大きさにされて
いた。本発明においては、この気孔内にパーティキュレ
ートを導入し、この気孔内でパーティキュレートの燃焼
場を提供するものである。従って、気孔の大きさは、パ
ーティキュレートが流入できる程度の大きさにする。具
体的には、パーティキュレートの平均粒径は10〜30nmで
あり、またパーティキュレートは通常直鎖状につながっ
ているため、気孔の大きさはこれより大きくすることが
好ましく、望ましくは25〜40μm 程度である。また、気
孔は互いに細い通路を介してつながっているため、気孔
の大きさはかなり大きくてもこの通路においてトラップ
され、隔壁を通過することはほとんどない。さらに、パ
ーティキュレートをより多く気孔内に入れるため、排ガ
スの入口側の気孔の大きさを大きく、そして排ガスの出
口側の気孔の大きさを小さくすることがより好ましい。
【００２０】上記のような十分な大きさの気孔を確保す
るため、コート層は薄く形成することが必要とされる。
そのため、コート層の形成は以下のようにして行う。ま
ず、ウォールフロー型フィルター１の排ガス出口端１０
のみにおいてプラグ２によりセルに交互に栓詰めを施
す。そして図３に示すように、この栓詰めを施した排ガ
ス出口端１０が鉛直方向の上側となるようにしてフィル
ターを設置し、排ガス出口端１０のうち栓詰めの施され
ていないセルからコーティング液１１を流し込む。コー
ティング液１１としては、粘度100cps以下のアルミナを
用いた。このコーティング液としては、このアルミナ以
外に、触媒担持用に一般的に用いられている、多孔質で
かつ表面積の大きなもの、例えばシリカ、チタニア、チ
タニア−アルミナ、チタニア−シリカ等のセラミックス
の溶液を使用することができる。
【００２１】セルの排ガス入口端１２には栓詰めが施さ
れていないため、多くのコーティング液はセルの下方端
から流れ出る。しかしながら、図５に示すように、セル
の隔壁に沿って流れ落ちるコーティング液は毛細管現象
によって隔壁の厚み方向の排ガス出口側１５から排ガス
入口側に向かって隔壁７に浸透し、隔壁内の気孔表面を
覆いコート層８を形成する。このようなコート層８の形
成においては、フィルターの気孔の大きさ、コーティン
グ液の比重、固体含量、粘度等により実施条件は異なる
が、いずれにしてもこれらの条件を適宜調節することに
より、毛細管現象により気孔内にコーティング液が浸透
するようにすればよい。ただし、コート層が排ガスの通
過を妨げかつパーティキュレートの侵入を妨げるほどに
気孔を詰まらせないようにすることが必要である。ま
た、図３に示すように、コーティング液の浸透を促進す
るため、ポンプ（図示せず）を用いて１３よりコーティ
ング液を吸引してもよい。
【００２２】このコート方法を用いることにより、排ガ
スの出口側からコーティング液を隔壁に浸透させてコー
ト層を形成するため、隔壁内の排ガス出口側の気孔のコ
ート層の厚さを排ガス入口側の気孔のコート層の厚さよ
りも厚くすることが容易であり、結果として隔壁内の排
ガス出口側の気孔の大きさを排ガス入口側の気孔の大き
さよりも小さくすることが容易にできる。すなわち、パ
ーティキュレートの気孔への流入を容易にし、かつパー
ティキュレートの通過を防ぐことができる。また、気孔
全体を均一にコート層で覆うこともできる。さらに、隔
壁の排ガス出口側からコーティング液を浸透させてコー
ト層を形成するため、隔壁内の排ガス入口側の気孔をコ
ート層で詰まらせてしまうことを容易に防ぐことができ
る。
【００２３】こうしてコート層を形成した後、フィルタ
ー１を装置から取り外し、排ガス入口端において、排ガ
ス出口端が栓詰めの施されていないセルに栓詰めを施
す。次いで常法により乾燥、焼成を行う。
【００２４】こうしてウォールフロー型フィルターの隔
壁内の気孔の表面上に均一にコート層を形成した後、触
媒を担持させると、気孔の表面上に触媒を担持させるこ
とができる。触媒としては、通常使用されている貴金
属、例えば、白金、パラジウム、ロジウム等を用いるこ
とができる。触媒の担持は、常法により行うことがで
き、例えば、触媒を含むスラリーに含浸し、乾燥・焼成
することよってによって行われる。この触媒の担持にお
いて、上記のコート層を形成したフィルターの排ガス入
口端から触媒を含むスラリーを流し込んで行うことが好
ましい。図５に示すように、フィルターの排ガス入口側
１４にはコート層８はほとんど形成されておらず、従っ
てこの排ガス入口側１４から触媒を含むスラリーを浸透
させると、排ガス入口側付近にはほとんど触媒は担持さ
れず、その多くは気孔内に担持されることになるからで
ある。
【００２５】触媒担持用のコート層を気孔内において均
一にすれば、触媒も気孔内に均一に担持させることがで
きる。また、このコート層を隔壁内の排ガス入口側より
も排ガス出口側を多くすることにより、図６に示すよう
に、結果として触媒１６の担持量も排ガス入口側よりも
排ガス出口側において多くすることができる。このよう
なフィルターでは、コート量の差により出口側の平均気
孔径が入口側のそれより小さくなっており、気孔径の小
さくなっている部分でパーティキュレートの閉塞を開始
するが、この部分は触媒の比率が高くなっており、パー
ティキュレートの部分閉塞と燃焼を繰り返すことによ
り、閉塞にいたる前の低圧損状態を維持しながらフィル
ターの使用が可能となる。
【００２６】こうして触媒を担持させた後、ＮＯX 吸収
材を気孔内のコート層上に担持させてもよい。ＮＯX 吸
収材とは、250 ℃程度の低温では、ＮＯ及びＮＯ2 を吸
収すが、高温になれば、350 ℃をピークとしてＮＯ2 を
放出するものをいい、例えば、アルカリ金属、アルカリ
土類金属を使用することができ、これらのうち、Ｎａ、
Ｌｉ等が好ましいものである。ＮＯ及びＮＯ2 は低温に
おいてはパーティキュレートの燃焼には関与しないが、
高温、例えば 400℃以上になると下記式に示されるよう
な、フィルター上のパーティキュレートの燃焼がさかん
になる。 ＮＯ ＋ １／２Ｏ2 → ＮＯ2 ＮＯ2 ＋ Ｃ → ＮＯ ＋ ＣＯ 又は Ｎ ＋ ＣＯ2 従って、気孔内にＮＯX 吸収材を配置することにより、
ＮＯ2 がパーティキュレートの燃焼に関与する高温時に
おいて、気孔内の局所的なパーティキュレートの燃焼に
よる燃焼熱によって必要なタイミングでＮＯ2 が放出さ
れ、パーティキュレートの燃焼がさらに促進される。
【００２７】排ガス中にはＨＣが含まれるが、触媒作用
により下式 ＨＣ ＋ Ｏ2 → ＣＯ2 ＋ Ｈ2 Ｏ で表されるようにＨＣも燃焼し、このＨＣ燃焼時に発生
する熱がパーティキュレートの燃焼に利用することが知
られている。そこで、図７に示すように、パーティキュ
レートが燃焼しない低温においてはＨＣを吸着し、高温
になった際にＨＣを放出するＨＣ吸着材１７を隔壁の排
ガス入口付近にコートすると、パーティキュレートの燃
焼による昇温によって吸着されていたＨＣの脱離が促進
され、この脱離したＨＣが気孔内に入り、パーティキュ
レート近傍において燃焼し、さらにパーティキュレート
の燃焼を促進することになる。このＨＣ吸着材として
は、ゼオライト、モルデナイト、セピライト等が例示さ
れる。また、このＨＣ吸着材を気孔内ではなく、気孔の
排ガス入口付近に配置させるのは放出したＨＣが燃焼せ
ずに下流に流出するのを抑え、気孔内での燃焼をより確
実なものとするためである。
【００２８】本発明の排ガス浄化用フィルターは、気孔
内にパーティキュレートを導入し、この気孔内でパーテ
ィキュレートを燃焼させるものである。従って、触媒担
持用のコート層が気孔を閉塞させないことが必要であ
る。このため、隔壁の表面上にコート層を形成して触媒
を担持させる従来のフィルターと比較して、コート層を
厚さを薄くせざるをえない。例えば、従来のフィルター
では、コート量は65g/l程度であるが、本願発明では、
コート量は33g/l 程度である。このようにコート量が少
ない場合には、担持させる触媒の総量が少なくなり、そ
の結果、排ガス中のＨＣを十分酸化できず、ＨＣ浄化能
が低下することがある。このような問題を解決するた
め、パーティキュレートの燃焼場とは別に酸化触媒を担
持させることが好ましい。
【００２９】しかしながら、酸化触媒を担持させるとサ
ルフェートが発生するという問題が新たに生ずる。しか
しながら、このＨＣの酸化は、ＳＯ2 の酸化に比べて比
較的速いため、フィルターを通過する排ガスのＳＶ（空
間速度）を適切に選択することにより、サルフェートの
生成を抑制し、かつＨＣの浄化を可能にすることができ
る。我々の実験によればこの空間速度は15万／hr以上で
あり、従ってこの空間速度を実現する長さＬだけフィル
ターの下流から酸化触媒を担持させれば上記目的、すな
わちサルフェートの生成を抑制し、かつＨＣの浄化を可
能にすることができる。
【００３０】
【発明の効果】本発明の排ガス浄化用フィルターでは、
フィルターの隔壁内の気孔の表面上に均一に触媒が担持
されており、この気孔内においてパーティキュレートを
燃焼させ除去することにより、効率的にパーティキュレ
ートを処理することができ、パーティキュレートの堆積
によるフィルターの圧損上昇もほとんどない。
【図面の簡単な説明】
【図１】ウォールフロー型フィルターの構造を示す模式
図であり、Ａはフィルターの正面図であり、Ｂはガス流
入方向の断面図である。
【図２】図１におけるＩ部の拡大図である。
【図３】ウォールフロー型フィルターの気孔内に触媒担
持用のコート層を形成するための装置を示す断面図であ
る。
【図４】ウォールフロー型フィルターの隔壁の断面を示
す模式図である。
【図５】触媒担持用のコート層を形成したウォールフロ
ー型フィルターの隔壁の断面を示す模式図である。
【図６】気孔内に触媒を担持させたウォールフロー型フ
ィルターの隔壁の断面を示す模式図である。
【図７】ＨＣ吸着材を配置した、気孔内に触媒を有する
ウォールフロー型フィルターの隔壁の断面を示す模式図
である。
【符号の説明】
１…ウォールフロー型フィルター ２…プラグ ３…排ガス出口側セル ４…排ガス入口側セル ５…隔壁 ６…排ガス流れ ７…フィルター本体 ８…コート層 ９…触媒層 １１…コーティング液 １４…排ガス入口側 １５…排ガス出口側 １６…触媒 １７…ＨＣ吸着材
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ０１Ｎ 3/02 ３０１ Ｆ０１Ｎ 3/02 ３２１Ａ ３２１ Ｂ０１Ｄ 53/36 １０２Ｄ １０４Ｂ

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 排気流方向に形成された多数のセルを有
    し、排ガス入口端においてセルが１個おきに栓詰めされ
    ておりかつこの入口端で栓詰めされているセルは排ガス
    出口端では開放されており、入口端が開放されているセ
    ルは出口端では栓詰めされているウォールフロー型排ガ
    ス浄化用フィルターにおいて、前記セルの間の隔壁内部
    に形成された気孔内に触媒が担持されていることを特徴
    とするウォールフロー型排ガス浄化用フィルター。
  2. 【請求項２】 前記気孔の径が、前記隔壁の厚み方向の
    排ガス入口側から排ガス出口側に向かって小さくなって
    いることを特徴とする、請求項１記載のウォールフロー
    型排ガス浄化用フィルター。
  3. 【請求項３】 前記触媒の担持量が、前記隔壁の厚み方
    向の排ガス入口側から排ガス出口側に向かって多くなっ
    ていることを特徴とする、請求項１又は２記載のウォー
    ルフロー型排ガス浄化用フィルター。
  4. 【請求項４】 ＮＯ2 の形で吸収したＮＯx 成分を所定
    温度以上において放出するＮＯx 吸収材を前記気孔内に
    担持させたことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか
    記載のウォールフロー型排ガス浄化用フィルター。
  5. 【請求項５】 吸着したＨＣを所定温度以上において放
    出するＨＣ吸着材を、前記隔壁の厚み方向の排ガス入口
    側付近の気孔内もしくは排ガス入口側のセルの隔壁表面
    に被覆させたことを特徴とする、請求項１〜４のいずれ
    か記載のウォールフロー型排ガス浄化用フィルター。
  6. 【請求項６】 酸化触媒を、排ガス出口側のセルの隔壁
    表面に担持させたことを特徴とする、請求項１〜５のい
    ずれか記載のウォールフロー型排ガス浄化用フィルタ
    ー。
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