JP2002089237A

JP2002089237A - 排気ガス浄化システム

Info

Publication number: JP2002089237A
Application number: JP2000278774A
Authority: JP
Inventors: Noriyuki Taoka; 紀之田岡; Yutaka Yoshida; 豊吉田
Original assignee: Ibiden Co Ltd
Current assignee: Ibiden Co Ltd
Priority date: 2000-09-13
Filing date: 2000-09-13
Publication date: 2002-03-27

Abstract

(57)【要約】【課題】排気ガスの浄化とフィルターの再生とを同時
に行うことができるため、少なくとも１つのフィルター
を有していればよく、また、フィルターの再生に際して
加熱装置を必要としないため、製造コストおよびランニ
ングコストが低コストである排気ガス浄化システムを提
供すること。【解決手段】酸化触媒を担持したフィルターが、内燃
機関の排気通路に設置された排気ガス浄化システムであ
って、前記フィルターの排気ガス流入側に炭化水素系液
体を供給する滴下ノズル又は噴射インジェクターを備え
てなることを特徴とする排気ガス浄化システム。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、排気ガス浄化シス
テムに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ディーゼルエンジン等の内燃機関から排
出されるＣＯ（一酸化炭素）、ＨＣ（炭化水素）等を除
去するために、排気ガス浄化用フィルターが用いられて
いる。また、このフィルターでは、ＣＯ、ＨＣ等を除去
すると同時に、排気ガス中に含まれる黒煙やＳＯＦ等の
ＰＭ（粒子状物質）を捕集するため、使用に伴いフィル
ター内にＰＭが堆積して、通過抵抗が増加する。

【０００３】そこで、通常、ＰＭの堆積に対応するた
め、フィルターにヒータ等の加熱装置を配設し、加熱に
よりＰＭを燃焼・除去させてフィルターの再生を行って
いた。具体的には、図５に示すような排気ガス浄化シス
テムにより、ＰＭ等の捕集と、フィルターの再生とを行
っていた。図５は、従来の排気ガス浄化システムの一例
を示す模式図である。

【０００４】図５に示したように、従来の排気ガス浄化
システム１００では、それぞれにヒータ１０５を備えた
フィルター１０１、１０１′が、内燃機関１０３の排気
通路１０４、１０４′に設置されている。また、排気通
路１０４、１０４′には、排気ガスの流路を切り換える
ためのバルブ１０６、１０６′が配設されている。

【０００５】このような排気ガス浄化システム１００で
は、内燃機関１０３から排出された排気ガスが、排気通
路１０４およびバルブ１０６を通って、フィルター１０
１またはフィルター１０１′に導入された後、浄化さ
れ、その後、排気通路１０４′およびバルブ１０６′を
通って大気中に排出される。

【０００６】また、排気ガスは、バルブ１０６によっ
て、フィルター１０１またはフィルター１０１′の何れ
か一方にのみ流入するように制御されており、この時
に、排気ガスの流入のない他方のフィルターには再生処
理が行われるように制御されている。上記再生処理は、
フィルター内に堆積したＰＭを燃焼・除去するための処
理であり、ヒータ１０１を再生する場合には、ヒータ１
０５を用いてフィルター１０１内を加熱することによ
り、黒煙等のＰＭを燃焼・除去することができる。

【０００７】このように、従来の排気ガス浄化装置で
は、一定量のＰＭがフィルター内に堆積する毎に、少な
くとも２つのフィルターの間で排気ガス流入の切り替え
を行い、捕集と再生とを繰り返す必要があった。また、
フィルターを再生する際には、ＰＭの燃焼温度までフィ
ルター内を加熱する必要があり、そのため、ヒータ等の
加熱装置を備え付けておく必要があった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】このような構成の排気
ガス浄化装置では、通常、少なくとも２つのフィルター
が必要であり、また、それぞれのフィルターに電気ヒー
タ等の加熱装置を備えつける必要があるため、製造コス
トが高くなるとともに、フィルターの再生に外部からの
加熱を必要とするため、ランニングコストが高くなると
いう問題があった。さらに、このような構成の排気ガス
浄化装置では、装置自体が大きくなり、車両に取り付け
る際に、取り付け場所が制限されるという問題があっ
た。また、フィルターが１つの場合でも、加熱装置等は
必要であり、上述の問題を充分に解決することができな
かった。

【０００９】本発明は、このような問題を解決するため
になされたものであり、その目的は、排気ガスの浄化と
フィルターの再生とを同時に行うことができるため、通
常、１つのフィルターを有していればよく、また、フィ
ルターの再生に際して加熱装置を必要としないため、製
造コストおよびランニングコストが低コストである排気
ガス浄化システムを提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明の排気ガス
浄化システムは、酸化触媒を担持したフィルターが、内
燃機関の排気通路に設置された排気ガス浄化システムで
あって、上記フィルターの排気ガス流入側に炭化水素系
液体を供給する滴下ノズル又は噴射インジェクターを備
えてなることを特徴とする。

【００１１】本発明の排気ガス浄化システムでは、フィ
ルターの排気ガス流入側に炭化水素系液体を供給する滴
下ノズル又は噴射インジェクターを備えているため、排
気ガスとともに、炭化水素系液体をフィルター内に供給
することができる。上記炭化水素系液体が流入したフィ
ルター内では、該フィルターが酸化触媒を担持している
ため、下記反応式（１）に示す反応が進行し、炭化水素
が二酸化炭素と水に分解される。

【００１２】

【化１】

【００１３】ここで、上記反応式（１）に示す反応は、
発熱反応であり、反応時に多量の熱を発生する。そのた
め、この反応で発生した熱により、フィルター内に堆積
した黒煙等のＰＭが、燃焼・除去され、排気ガスの浄化
と並行して、フィルターの再生が行われることとなる。

【００１４】また、本発明の排気ガス浄化システムで
は、炭化水素系液体を供給することによりフィルター内
に導入される排気ガスの温度を高めているため、内燃機
関が低速作動している際にも、排気ガスの温度を高温に
維持することができる。なお、上記内燃機関の作動時に
おいて、炭化水素系液体の供給は、連続して行ってもよ
いし、フィルターの背圧等を考慮して選択的に行っても
よい。

【００１５】また、本発明の排気ガス浄化システムにお
いて、滴下ノゾル等により供給する炭化水素系液体は、
内燃機関としてディーゼルエンジンを用いる場合には、
軽油であることが望ましい。ディーゼルエンジンの燃料
は軽油であり、ディーゼルエンジンに付帯した燃料供給
装置を、上記炭化水素系液体の供給元とすることができ
るからである。

【００１６】上記燃料供給装置の具体例としては、例え
ば、コモンレール式燃料噴射装置が挙げられる。上記コ
モンレール式燃料噴射装置とは、燃料輸送ポンプにより
高圧にした燃料をコモンレールに高い圧力でためてお
き、電子制御により、電磁弁でノズルの針弁を開閉させ
て燃料噴射を行う装置である。この燃料噴射装置では、
電気信号により、それぞれのシリンダに対して個別に、
燃料噴射量、噴射時期を自由に選択することができる。

【００１７】従って、このコモンレール式燃料噴射装置
の噴射ノゾルの少なくとも一つを、上記フィルターの排
気ガス流入側に炭化水素系液体を供給する滴下ノズル又
は噴射インジェクターとして用いることにより、ディー
ゼルエンジンに付帯した燃料供給装置を、上記炭化水素
系液体の供給元とすることができる。このような理由に
より、本発明の排気ガス浄化システムを用いる内燃機関
は、コモンレール式燃料噴射装置を有するディーゼルエ
ンジンが望ましい。

【００１８】また、内燃機関としてディーゼルエンジン
を用いる場合、該ディーゼルエンジンは、ポストインジ
ェクション方式であることが望ましい。上記ポストイン
ジェクション方式とは、燃料のメインインジェクション
により、シリンダーの膨張ストロークが開始した後、シ
リンダーが圧縮ストロークに転換する前に、少量の燃料
を注入する方式であり、この方式を用いたディーゼルエ
ンジンでは、排気ガスの温度を４５０℃以上に高めるこ
とができる。

【００１９】従って、ポストインジェクション方式のデ
ィーゼルエンジンから排出される排気ガスは、フィルタ
ー内に流入する際の温度が高く、より短時間で、確実に
黒煙の燃焼開始温度（約６００℃）に達することとな
る。

【００２０】また、上記排気ガス浄化システムは、上記
排気通路における上記フィルターの上流部に酸化触媒が
配置され、上記炭化水素系液体は該フィルターと該酸化
触媒との間、及び／又は、上記酸化触媒の排気ガス流入
側に供給される構成であることが望ましい。このよう
に、フィルターの上流部に酸化触媒を配置することによ
り、排ガス中の一酸化炭素（ＣＯ）や炭化水素（ＨＣ）
を酸化除去することができる。また、一酸化炭素や炭化
水素を酸化除去する反応も発熱反応であるため、酸化触
媒を配置することにより、ＰＭとともにフィルター内に
流入する排気ガスの温度をより高温にすることができ
る。特に、上記酸化触媒の排気ガス流入側に、上記滴下
ノズル等から炭化水素系液体が供給された場合には、排
気ガス温度をより高温にすることができる。

【００２１】上記酸化触媒としては、例えば、Ｐｔ、Ｐ
ｄ、Ｒｈ、Ｃｅ、Ｃｕ、Ｖ、Ｆｅ、Ｔｕ、Ａｇ等の金
属、これらの合金やこれらの化合物等が挙げられる。こ
れらは、単独で用いてもよいし、２種以上併用してもよ
い。これらのなかでは、Ｐｔ／Ｐｄ系の二元系合金や、
Ｐｔ／Ｐｄ／Ｒｈ系の三元系合金が望ましい。さらに、
これらの合金からなる酸化触媒に加えて、助触媒とし
て、酸化セリウム（ＣｅＯ₂ ）等の希土類酸化物を担持
させてもよい。このような構成からなる触媒は、鉛、
燐、硫黄等の触媒毒による劣化が少なく、また、熱劣化
が小さいため耐熱性に優れるからである。

【００２２】このような本発明の排気ガス浄化システム
においては、排気ガスの浄化とフィルターの再生とを同
時に行うことができるため、少なくとも１つのフィルタ
ーを有していればよく、また、フィルターの再生に際し
て加熱装置を必要としないため、製造コストおよびラン
ニングコストが低コストであり、さらに、排気ガス浄化
システム自体の大きさがコンパクトであるため、車両に
搭載する際に、搭載場所に殆ど制限を受けない。以下
に、本発明の排気ガス浄化システムの実施形態につい
て、図面を参照しながら詳細に説明する。

【００２３】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の排気ガス浄化シ
ステムの一実施形態を示した模式図である。図１に示す
ように、排気ガス浄化システム１０では、フィルター１
１が、ディーゼルエンジン１３の排気通路１４、１４′
に設置されており、フィルター１１の排気ガス流入側１
１ａには、軽油を供給するための滴下ノズル１２が備え
られている。フィルター１１の上流部には、酸化触媒１
７が配置されている。従って、ディーゼルエンジン１３
から排出された排気ガスは、排気通路１４と酸化触媒１
７とを通って、フィルター１１に導入され、浄化された
後、排気通路１４′に排出されることとなる。なお、排
気ガス浄化システム１０では、軽油を供給するために滴
下ノズル１２を備えているが、滴下ノズル１２に代えて
噴射インジェクターを備えていてもよい。また、滴下ノ
ズルは、フィルター１１の排気ガス流入側に代えて、酸
化触媒１７の排気ガス流入側に備えられていてもよく、
両者に備えられていてもよい。

【００２４】また、軽油を供給するために滴下ノズル１
２は、ディーゼルエンジン１３に燃料を供給するコモン
レール１８と繋がっており、コモンレール１８から軽油
が供給されるように構成されている。

【００２５】フィルター１１は酸化触媒を担持してい
る。そのため、滴下ノズル１２から供給された炭化水素
系液体が、フィルター１１内で上記反応式（１）で示し
た反応により、二酸化炭素と水になるとともに多量の熱
を発生し、この熱により黒煙等を燃焼除去することかで
きる。また、フィルター１１が担持する酸化触媒によ
り、フィルター１１の上流部に配置した酸化触媒１７に
よって酸化除去することができなかった一酸化炭素（Ｃ
Ｏ）や炭化水素（ＨＣ）を完全に酸化除去することがで
きる。

【００２６】このようなフィルター１１としては、以下
のような構成の多孔質セラミック部材よりなるものが望
ましい。図２は、多孔質セラミック部材よりなるハニカ
ムフィルタを模式的に示した斜視図であり、図３（ａ）
は、ハニカムフィルタを構成する多孔質セラミック部材
を模式的に示した斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）のＡ
−Ａ線断面図である。

【００２７】図３に示したように、ハニカムフィルタ２
１を構成する多孔質セラミック部材２５には、多数の貫
通孔２６が長手方向に平行に形成されており、これら貫
通孔２６を有する多孔質セラミック部材２５の一端部
は、市松模様に充填材２７が充填されている。また、図
示しない他の端部においては、一端部に充填材が充填さ
れていない貫通孔２６に充填材が充填されている。

【００２８】図２に示したハニカムフィルタ２１では、
このような構造の多孔質セラミック部材２５が耐熱性の
接着層２２を介して多数結束され、円柱形状に加工され
ており、外周部にはシール材２３がコーティングされて
いる。

【００２９】従って、このハニカムフィルタ２１では、
図３（ｂ）に示したように、開口している一の貫通孔２
６の一端部より流入した排気ガスは、隣接する貫通孔２
６との間を隔てる多孔質の隔壁２８を必ず通過し、他の
貫通孔２６を通って流出するため、排気ガスが隔壁２８
部分を通過する際に、排気ガス中のＰＭが捕捉され、フ
ィルタとしての機能を果たすことになる。

【００３０】多孔質セラミック部材２５を形成するセラ
ミックとしては特に限定されず、例えば、炭化珪素、窒
化珪素、窒化アルミニウム、窒化硼素、窒化チタン、炭
化チタン等の非酸化物セラミック、アルミナ、コージェ
ライト、ムライト、シリカ、ジルコニア、チタニア等の
酸化物系セラミック等を挙げることができる。これらの
なかでは、耐熱性に優れる炭化珪素、窒化珪素、窒化ア
ルミニウム等が好ましい。

【００３１】また、フィルター１１に担持させる酸化触
媒としては、例えば、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｃｅ、Ｃｕ、
Ｖ、Ｆｅ、Ｔｕ、Ａｇ等の金属、これらの合金やこれら
の化合物等が挙げられる。これらは、単独で用いてもよ
いし、２種以上併用してもよい。さらに、これらの合金
からなる酸化触媒に加えて、助触媒として、酸化セリウ
ム（ＣｅＯ₂ ）等の希土類酸化物を担持させてもよい。
このような構成からなる触媒は、鉛、燐、硫黄等の触媒
毒による劣化が少なく、また、熱劣化が小さいため耐熱
性に優れるからである。

【００３２】また、上記酸化触媒をフィルターに担持さ
せる方法としては、例えば、ウオッシュコート法や、ゾ
ル−ゲル法等によりアルミナからなる触媒担持層をフィ
ルターの内壁面に形成した後、該触媒担持層に上記酸化
触媒を担持させる方法等が挙げられる。これらのなかで
は、ゾル−ゲル法等によりアルミナからなる触媒担持層
を形成した後、該触媒担持層に酸化触媒を担持させる方
法が望ましい。このような方法で酸化触媒を担持させた
フィルターは、圧力損失が小さく、耐熱性に優れるとも
に、黒煙等の燃焼特性に優れるからである。

【００３３】そこで、以下に、炭化ケイ素からなるハニ
カムフィルタを用い、該ハニカムフィルタの貫通孔隔壁
にゾル−ゲル法等によりアルミナからなる触媒担持層を
形成した後、該触媒担持層に酸化触媒を担持させる方法
について詳細に説明する。勿論、本発明の排気ガス浄化
システムに用いられる酸化触媒を担持したフィルター
は、このような製造方法により得られるものに限定され
るわけではなく、ハニカムフィルタに限定されるわけで
もない。

【００３４】（１）まず、炭化ケイ素焼結体からなるハ
ニカムフィルタに予備処理を施す。この予備処理では、
ハニカムフィルタの貫通孔壁面に、アルミナとの化学的
な結合を助成するためのＳｉを付与するための酸化処理
を行う。なお、この処理は、ハニカムフィルタを構成す
るセラミック粒子の表面に充分な酸化膜が形成されてい
る場合には不要である。また、この予備処理でＳｉＯ₂
量を増加させることにより、ハニカムフィルタの耐熱性
を向上させることができる。

【００３５】上記予備処理は、ハニカムフィルタを８０
０〜１６００℃の温度で５〜１００時間加熱することに
より行うことが望ましい。上記温度が８００℃未満で
は、酸化反応が起こりにくく、一方、１６００℃を超え
ると、酸化反応が進行しすぎてフィルタの強度低下を招
くことがあるからである。より望ましい予備処理条件
は、１０００〜１５００℃の温度で５〜２０時間の加熱
である。この範囲であれば、Ｓｉを供給するに充分なＳ
ｉＯ₂ 膜をセラミック粒子表面に形成することができる
とともに、ハニカムフィルタの気孔率、気孔径を殆ど変
化させることがなく、かつ、圧力損失特性を損なうこと
がないからである。

【００３６】（２）次に、ハニカムフィルタを構成する
各セラミック粒子の表面にそれぞれ、アルミニウム含有
金属化合物の溶液をゾル−ゲル法により含浸させること
によりアルミナの薄膜を被覆する。上記アルミニウム含
有金属化合物の溶液は、金属無機化合物又は金属有機化
合物を出発材料として調整することができる。

【００３７】上記金属無機化合物としては、例えば、Ａ
ｌ（ＮＯ₃ ）₃ 、ＡｌＣｌ₃ 、ＡｌＯＣｌ、ＡｌＰＯ
₄ 、Ａｌ₂ （ＳＯ₄ ）₃ 、Ａｌ₂ Ｏ₃ 、Ａｌ（ＯＨ）
₃ 、Ａｌ等が挙げられる。これらのなかでは、アルコー
ルや水等の溶媒に溶解しやすく、取り扱いが容易である
点から、Ａｌ（ＮＯ₃ ）₃ やＡｌＣｌ₃ が望ましい。

【００３８】上記金属有機化合物としては、例えば、金
属アルコキシド、金属アセチルアセトネート、金属カル
ボキシレート等が挙げられ、具体的には、例えば、Ａｌ
（ＯＣＨ₃ ）₃ 、Ａｌ（ＯＣ₂ Ｈ₅ ）₃ 、Ａｌ（ｉｓｏ
−ＯＣ₃ Ｈ₇ ）₃ 等が挙げられる。また、これらの金属
化合物を溶解させる溶媒としては、例えば、水、アルコ
ール、ジオール、多価アルコール、エチレングリコー
ル、エチレンオキシド、トリエタノールアミン、キシレ
ン等が挙げられる。これらは、各金属化合物の溶解性等
を考慮して適宜使い分ければよく、単独で用いてもよい
し、２種以上併用してもよい。

【００３９】上記アルミニウム含有金属化合物の溶液を
調製する際には、触媒として、塩酸、硫酸、硝酸、酢
酸、フッ酸等を加えてもよい。また、アルミナの耐熱性
を向上させるために、Ｌｉ、Ｋ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｌ
ａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｉ、Ｚｒの単体や化合物を出発材料
に添加してもよい。

【００４０】アルミニウム含有金属化合物の溶液の調製
においては、金属化合物としてＡｌ（ＮＯ₃ ）₃ を用い
ることが望ましい。比較的低温で溶媒に溶解するからで
ある。また、溶媒としては、１，３−ブタンジオールを
用いることが望ましい。その第一の理由は、粘度が適当
であり、ゲル状態でＳｉＣ粒子上に適当な厚さのゲル膜
を形成することが可能だからであり、その第二の理由
は、１，３−ブタンジオールは、溶液中で金属アルコキ
シドを形成するため、酸素・金属・酸素の結合からなる
金属酸化物重合体、即ち、金属酸化物ゲルの前駆体を形
成することができるからである。

【００４１】この場合、Ａｌ（ＮＯ₃ ）₃ の量は、１０
〜５０体積％であることが望ましい。１０体積％未満で
は、触媒を活性を長時間維持するだけの表面積を有する
アルミナ量を担持することができず、一方、５０体積％
を超えると、溶解時に発熱量が多くゲル化しやすくなる
からである。

【００４２】また、アルミニウム含有金属化合物の溶液
を調製する際の温度は、５０〜１３０℃が望ましい。５
０℃未満では、溶質の溶解度が低く、一方、１３０℃を
超えると、反応が急激に進行するためゲル化に至るた
め、塗布溶液として使用することができないことがある
からである。また、この場合の攪拌時間は、１〜９時間
が望ましい。この範囲では、溶液の粘度が安定している
からである。

【００４３】このようにして調製した金属化合物の溶液
を、貫通孔隔壁を構成する各セラミック粒子の間隙であ
る全ての気孔内に行き渡らせる方法としては、例えば、
容器内にハニカムフィルタを入れた後、上記金属化合物
の溶液を満たして脱気する方法や、ハニカムフィルタの
一端から上記金属化合物溶液を流し込み、ハニカムフィ
ルタの他端から脱気する方法等を用いることができる。
この場合、脱気装置としては、アスピレータや真空ポン
プ等を用いることができる。このように、貫通孔隔壁の
気孔中の空気を抜くことにより、各セラミック粒子の表
面に上記金属化合物の溶液をまんべんなく行き渡らせる
ことができる。

【００４４】（３）次に、ＮＯ₂ 等の揮発成分を蒸発除
去させることにより、上記金属化合物の溶液をゲル化し
てセラミック粒子の表面に固定するとともに、余分な金
属化合物の溶液を除去する。この処理は、１２０〜１７
０℃の温度で、２時間程度加熱することにより行うこと
が望ましい。加熱温度が１２０℃未満では、揮発成分が
蒸発しにくいことがあり、一方、１７０℃を超えると、
ゲル化した膜の厚さが不均一になることがある。

【００４５】（４）次に、仮焼成処理を行うことによ
り、残留成分を除去し、アモルファスアルミナの膜を形
成する。この処理は、３００〜５００で加熱することに
より行うことが望ましい。加熱温度が３００℃未満で
は、残留有機物を除去することが困難であり、一方、５
００℃を超えると、Ａｌ₂ Ｏ₃ が結晶化し、この後の熱
水処理により小繊維突起状のベーマイトが形成できない
ことがあるからである。

【００４６】（５）次に、仮焼成処理を施したハニカム
フィルタを熱水中に浸漬する。この処理により、アモル
ファスアルミナ薄膜表面の粒子が解膠作用を受けてゾル
状態で溶液中に放出され、また、水和によって生じたベ
ーマイト粒子が小繊維状突起となって凝縮し、解膠に対
して安定な状態となる。

【００４７】即ち、この熱水処理により、各セラミック
粒子の表面に個別に付着し薄膜状を呈するアルミナ薄膜
は、小繊維状（針状粒子）となって林立し、いわゆる植
毛構造を呈して粗い表面の薄膜となる。それ故に高い比
表面積の薄膜となる。一般に、アルミナの焼結は、表面
拡散が主で進行し、α−アルミナに相転移する際に急激
に比表面積が減少する。しかし、アルミナ粒子にシリカ
が取り込まれると、このシリカが熱処理過程においてア
ルミナの空孔サイトを埋め、または、針状粒子表面に移
動して表面拡散や粒子間の焼結を抑制すると考えられ
る。従って、担持層の焼結初期には、針状粒子間の接触
点からの焼結による粘性流動機構が支配的であるが、後
期ではシリカの針状粒子間の物質移動経路を遮断するた
めに、α−アルミナへの転移が阻害され、それ以上の焼
結が進行せずに高い比表面積を維持するものと考えられ
る。

【００４８】この処理において、熱水の温度は、５０〜
１００℃が望ましい。５０℃未満では、アモルファスア
ルミナ薄膜の水和が進行せず、小繊維突起状のベーマイ
トを形成しないことがあり、一方、１００℃を超えると
水が蒸発し、この処理工程を長時間維持することが難し
くなる。また、この処理における処理時間は、１時間以
上であることが望ましい。１時間より短い場合には、ア
モルファスアルミナの水和が不充分になることがあるか
らである。

【００４９】（６）次に、水和によって生じたベーマイ
トを膜水させてアルミナ結晶とする本焼成処理を行う。
この本焼成処理は、５００〜１０００℃の温度で、５〜
２０時間加熱することにより行うことが望ましい。上記
加熱温度が５００℃未満では、結晶化が進行しないこと
があり、一方、１０００℃を超えると、焼結が進行しす
ぎて、表面積が低下し易い傾向にある。

【００５０】ここで形成するアルミナ結晶の形状は、そ
の直径が２〜５０ｎｍであり、その長さが２０〜３００
ｎｍであり、全長／直径の比が５〜５０であることが望
ましい。上記直径が２ｎｍ未満では、Ｐｔ等の触媒の大
きさと同じか、小さいため触媒担持層としての機能を果
たすことが難しくなり、一方、５０ｎｍを超えると、触
媒担持層に必要とされる充分な比表面積を確保すること
が難しくなる。上記直径は、５〜２０ｎｍであることが
より望ましい。

【００５１】また、上記長さが２０ｎｍ未満では、触媒
担持層に必要とされる充分な表面積を確保することが難
しくなり、一方、３００ｎｍを超えると、構造的に脆く
なることがある。また、上記全長／直径の比が５未満で
は、触媒担持層に必要とされる充分な表面積を確保する
ことが難しくなり、一方、５０を超えると、構造的にも
ろくなることがある。上記全長／直径の比は、１０〜３
０であることがより望ましい。

【００５２】また、アルミナ結晶は、その厚さが０．５
μｍ以下で、その比表面積が５０〜３００ｍ² ／ｇであ
ることが望ましい。なお、上記アルミナ結晶の厚さと
は、ＳｉＣ粒子表面から小繊維突起状のアルミナのＳｉ
Ｃ粒子表面からの最遠部までの距離の平均である。上記
比表面積が５０ｍ² ／ｇ未満では、小繊維突起状アルミ
ナのシンタリングが過剰に進行するため耐久性に劣るこ
とがあり、一方、比表面積が３００ｍ² ／ｇを超える
と、小繊維突起状アルミナ微細になりすぎるため、いわ
ゆる触媒担持層として機能しなくなるとともに、構造的
にもろくなることがある。このような（１）〜（６）の
処理を経ることにより、ハニカムフィルタの貫通孔の隔
壁表面に、アルミナ薄膜（触媒担持層）を形成すること
ができる。

【００５３】（７）次に、上記触媒担持層の表面にＰｔ
等の酸化触媒を担持させる。具体的には、蒸発乾固法、
平衡吸着法、インシピアント・ウエットネス法等の含浸
法やスプレー法等を用いて酸化触媒を担持させる。これ
らのなかでは、インシピアント・ウエットネス法が望ま
しい。

【００５４】上記インシピアント・ウエットネス法と
は、所定量の触媒成分を含む水溶液を触媒担持層に対し
て少しづつ滴下し、触媒担持層の表面が均一にわずかに
ぬれはじめた状態（インシピアント：Incipient ）とな
った時点で、触媒成分を含む水溶液の触媒担持層細孔中
への含浸を停止させ、その後、乾燥、焼成を行うことに
より触媒を担持させる方法である。ここで、触媒成分を
含む水溶液の滴下は、通常、ビュレットや注射器を用い
て行い、担持させる触媒量の調整は、触媒成分を含む水
溶液の濃度を調整することにより行う。

【００５５】また、水溶液滴下後の乾燥は、例えば、１
１０℃程度の温度で約２時間処理することにより水分を
除去し、さらに、デシケータ中に１時間程度放置するこ
とにより行う。また、乾燥終了後には、窒素雰囲気下、
５００℃程度の温度で約１時間加熱することにより焼成
を行い、Ｐｔ等の金属化を行う。このような（１）〜
（７）の工程を経ることにより、アルミナからなる触媒
担持層に酸化触媒を担持したハニカムフィルタを製造す
ることができ、このハニカムフィルタは、本発明の排気
ガス浄化システムにおける酸化触媒を担持したフィルタ
ーとして好適に用いることができる。

【００５６】このような構成からなる排気ガス浄化シス
テムは、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンからの
排気ガスに対する排気ガス浄化システムとして好適に用
いることができ、特に、ディーゼルエンジンの排気ガス
浄化システムとして最適である。また、上記排気ガス浄
化システムでは、酸性雰囲気下においてもＮＯ_X を還元
することができるＮＯ_X 選択還元型触媒や吸臓型触媒
を、さらにフィルター内に担持させるたり、上記フィル
ターの上流部に載置したりすることにより、排気ガス中
のＮＯ_X を還元することもできる。

【００５７】

【実施例】以下に実施例を掲げて本発明を更に詳しく説
明するが、本発明はこれら実施例のみに限定されるもの
ではない。

【００５８】実施例１Ａ．ハニカムフィルタの製造炭化珪素粉末に有機バインダー、水等を加えて混練した
後、押し出し成形を行い、ハニカム形状の生成形体を作
製し、続いて、乾燥、脱脂、焼成を行うことにより、図
３に示すような平均気孔系が５〜２０μｍで、１ｃｍ²
当たりのセル数が３１個で、隔壁の厚さが０．３ｍｍの
多孔質炭化珪素焼結体２５を作製した。

【００５９】次に、この多孔質炭化珪素焼結体２５を、
セラミックファイバー等の無機繊維や炭化珪素等の無機
粒子等を含む耐熱性の接着剤を用いて多数結束させ、続
いて、ダイヤモンドカッターを用いて切断することによ
り、図２に示したような直径が１６５ｍｍでその長さが
１５０ｍｍのハニカムフィルタ１１を作製し、外周部
に、耐熱性の接着剤と同様の組成のシール材２３の層を
形成した。

【００６０】Ｂ．ハニカムフィルタへの酸化触媒の担持（１）まず、１１００℃、２０時間の条件で予備処理を
行い、ＳｉＣからなるハニカムフィルタのＳｉＯ₂ の酸
化膜を形成した。予備処理後のハニカムフィルタにおけ
るＳｉＯ₂ 量は、３．０％であった。

【００６１】（２）次に、ハニカムフィルタの隔壁にア
ルミナからなる触媒担持層を形成する処理を行った。具
体的には、まず、Ａｌ（ＮＯ₃ ）₃ を、その濃度が３０
体積％になるように、１００℃の１，３−ブタンジオー
ルに５時間攪拌しながら溶解し、Ａｌ（ＮＯ₃）₃ 溶液
を調製した。次に、このＡｌ（ＮＯ₃ ）₃ 溶液を満たし
た容器内に、予備処理を施したハニカムフィルタを浸漬
した後、真空ポンプで脱気することにより、ハニカムフ
ィルタ内の空気を抜くとともに、各セラミック粒子の表
面にＡｌ（ＮＯ₃ ）₃ 溶液をまんべんなく行き渡らせ
た。

【００６２】（３）次に、ハニカムフィルタを容器から
取り出し、１５０℃で２時間乾燥させ、Ａｌ（ＮＯ₃ ）
₃ 溶液を、ゲル化するとともにハニカムフィルタの隔壁
表面に固定した。（４）その後、このハニカムフィルタ
を４００℃で仮焼成することにより、残留成分を除去す
るともに、アモルファスアルミナを形成した。

【００６３】（５）次に、仮焼成したハニカムフィルタ
を７０℃の熱水中に３時間浸漬し、ハニカムフィルタの
隔壁表面に小繊維突起状のベーマイトを形成した。（６）さらに、ベーマイトを形成したハニカムフィルタ
を８００℃で１０時間本焼成することにより、ハニカム
フィルタの隔壁表面にアルミナ結晶を形成した。ここ
で、ハニカムフィルタ中のアルミナの量は８ｇ／ｌであ
り、その形状は、平均直径６ｎｍ、平均長さ１２０ｎ
ｍ、全長／直径が２０であった。

【００６４】（７）次に、上記（１）〜（６）の工程を
経て、アルミナからなる触媒担持層を形成したハニカム
フィルタに、触媒としてＰｔを担持させた。具体的に
は、まず、ジニトロアミン白金硝酸溶液（〔Ｐｔ（ＮＨ
₃ ）₂ （ＮＯ₂）₂ 〕ＨＮＯ）を調製した後、この溶液
をハニカムフィルタの両端面にピペットにて、一定間隔
で滴下し、アルミナからなる触媒担持層表面にＰｔを均
一に分散固定化させる。次に、このジニトロアミン白金
硝酸溶液を滴下したハニカムフィルタに、１１０℃、２
時間の乾燥処理を施して水分を除去し、さらに、このハ
ニカムフィルタをデシケータに移して１時間放置し、次
いで、Ｎ₂ 雰囲気中にて、５００℃で１時間の焼成を行
い、Ｐｔを金属化することにより、Ｐｔ触媒が担持され
たハニカムフィルタを得た。

【００６５】Ｃ．排気ガス浄化システムのテスト上記Ｂで作製したハニカムフィルタの再生能を下記の方
法により評価した。即ち、まず、ハニカムフィルタの排
気ガス流入側端面より１０ｍｍの部位に、ハニカムフィ
ルタ内の温度を測定するための熱電対を取り付た。次
に、このハニカムフィルタを筐体に収め、ハニカムフィ
ルタの排気ガス流入側に滴下ノズルを取り付け排気ガス
浄化システムを作製した。

【００６６】次に、コモンレール式燃料噴射装置を有す
るディーゼルエンジンと、上記排気ガス浄化システムと
に配管等を配設し、さらに、コモンレール式燃料噴射装
置の１つの噴射ノゾルと排気ガス浄化システムに取り付
けた滴下ノゾルとの間に配管を配設することにより評価
装置を作製した。また、ディーゼルエンジンから排気ガ
ス浄化システムへ排気ガスを導く配管中に圧力センサを
取り付けた。

【００６７】次に、このディーゼルエンジンを５０Ｎ・
ｍの負荷状態で、エンジンの回転数を３０００ｍｉｎ^-1
（ｒｐｍ）に設定した運転を８時間行い、ハニカムフィ
ルタ内にＰＭを捕集した。ここで、圧力センサにより背
圧を測定したところ、１５ｋＰａであった。次に、ディ
ーゼルエンジンを運転をポストインジェクション方式に
切り替え、その３０秒後に滴下ノズルからの軽油の供給
を開始し、このときのハニカムフィルタ内の温度変化を
熱電対により測定した。結果を図４のグラフの示した。
図４は、フィルタ内温度の経時変化を示すグラフであ
り、縦軸にハニウムフィルタ内の温度、横軸に時間を示
す。なお、ディーゼルエンジンの運転をポストインジェ
クション方式に切り替えた時間を０ｍｉｎとする。

【００６８】また、軽油の供給開始から１０分後の背圧
を圧力センサにより測定したところ、背圧は４ｋＰａで
あり、ＰＭの捕集を開始する前の初期の値に戻ってい
た。これらことから、本実施例の排気ガス浄化システム
では、ハニカムフィルタ内の温度が、軽油の供給開始
後、黒煙の燃焼開始温度である６００℃にまで速やかに
上昇しており、セラミックフィルタの再生が充分に行わ
れていることが明らかとなった。

【００６９】比較例１実施例１のＡ及びＢと同様にして、酸化触媒を担持した
フィルターを製造した後、ハニカムフィルタの排気ガス
流入側に滴下ノズルを取り付け無かった以外は、実施例
１と同様にして評価装置を作製した。次に、実施例１と
同様の条件でディーゼルエンジンの運転を８時間行い、
ハニカムフィルタ内にＰＭを捕集した。次に、ディーゼ
ルエンジンを運転をポストインジェクション方式に切り
替え、このときのハニカムフィルタ内の温度変化を測定
した。結果を図４のグラフに示した。また、ポストイン
ジェクション方式への切り替えから、１０分後の背圧を
圧力センサにより測定したところ、背圧は１２ｋＰａで
あった。これらことから、本比較例の排気ガス浄化シス
テムでは、ハニカムフィルタ内の温度を充分に上昇させ
ることができず、セラミックフィルタの再生が充分に行
われていないことが明らかとなった。

【００７０】

【発明の効果】本発明の排気ガス浄化システムは、上述
の構成からなるので、排気ガスの浄化とフィルターの再
生とを同時に行うことができるため、少なくとも１つの
フィルターを有していればよく、また、フィルターの再
生に際して加熱装置を必要としないため、製造コストお
よびランニングコストが低コストであり、さらに、排気
ガス浄化システム自体の大きさがコンパクトであるた
め、車両に搭載する際に、搭載場所に殆ど制限を受けな
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の排気ガス浄化システムの一実施形態を
示した模式図である。

【図２】多孔質セラミック部材よりなるハニカムフィル
タを模式的に示した斜視図である。

【図３】（ａ）は、ハニカムフィルタを構成する多孔質
セラミック部材を模式的に示した斜視図であり、（ｂ）
は、（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。

【図４】実施例１及び比較例１におけるハニカムフィル
タ内温度の経時変化を示すグラフである。

【図５】従来の排気ガス浄化システムの一例を示す模式
図である。

【符号の説明】

１０排気ガス浄化システム１１フィルター１２滴下ノズル１３ディーゼルエンジン１４、１４′ 排気通路２１ハニカムフィルタ２２接着層２３シール材２５多孔質セラミック部材２６貫通孔２７充填材２８隔壁

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ０１Ｎ 3/24 Ｂ０１Ｄ 53/36 １０３ＣＦターム(参考） 3G090 AA03 BA01 EA01 EA02 3G091 AA18 AB02 AB13 BA07 BA13 BA15 BA19 CA18 FC01 GB01W GB04W GB05W GB06W GB07W HA15 4D048 AA13 AA14 AA18 AB01 AB05 AC02 BA03X BA06X BA10X BA19Y BA23Y BA30X BA31Y BA33Y BA34Y BA35Y BA36Y BA41X BB02 BB14 BB17 CC33 CC38 CC61 CD05 DA01 DA02 DA07 DA10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】酸化触媒を担持したフィルターが、内燃
機関の排気通路に設置された排気ガス浄化システムであ
って、前記フィルターの排気ガス流入側に炭化水素系液
体を供給する滴下ノズル又は噴射インジェクターを備え
てなることを特徴とする排気ガス浄化システム。
【請求項２】前記炭化水素系液体は、軽油である請求
項１に記載の排気ガス浄化システム。
【請求項３】前記排気通路における前記フィルターの
上流部には、酸化触媒が配置され、前記滴下ノズル又は
前記噴射インジェクターは、前記フィルターと前記酸化
触媒との間、及び／又は、前記酸化触媒の排気ガス流入
側に、炭化水素系液体を供給する請求項１又は２に記載
の排気ガス浄化システム。
【請求項４】前記内燃機関は、コモンレール式燃料噴
射装置を有するディーゼルエンジンである請求項１〜３
のいずれか１に記載の排気ガス浄化システム。
【請求項５】前記炭化水素系液体は、内燃機関に付帯
したコモンレール式燃料噴射装置から供給されることを
特徴とする請求項１〜４のいずれか１に記載の排気ガス
浄化システム。
【請求項６】前記酸化触媒を担持したフィルターは、
多数の貫通孔が隔壁を隔てて長手方向に併設された角柱
形状の多孔質セラミック部材が接着層を介して複数個結
束されてセラミックブロックを構成し、前記貫通孔を隔
てる隔壁が粒子捕集用フィルタとして機能するように構
成されたセラミック構造体である請求項１〜５のいずれ
か１に記載の排気ガス浄化システム。