JP2002089247A

JP2002089247A - 排気ガス浄化システム

Info

Publication number: JP2002089247A
Application number: JP2000279565A
Authority: JP
Inventors: Noriyuki Taoka; 紀之田岡; Yukio Oshimi; 幸雄押見; Teruo Komori; 照夫小森; Kazushige Ono; 一茂大野
Original assignee: Ibiden Co Ltd
Current assignee: Ibiden Co Ltd
Priority date: 2000-09-14
Filing date: 2000-09-14
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】ゼオライトを担持した吸着部と、酸化触
媒を担持したフィルターとが内燃機関の排気通路に設置
されていること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、圧力損失が大きくなる。

【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、１０
５′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、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
ィルターが一つの場合でもあっても、加熱装置等を取り
付ける必要があり、上述の問題を充分に解決することが
できなかった。

【０００９】そこで、単一のフィルターで、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のできる連
続再生式の排気ガス浄化システムが提案されている。こ
の排気ガス浄化システムでは、酸化セリウム（ＣｅＯ
₂ ）等の燃料添加剤を用いて、黒煙等のＰＭの燃焼温度
を低下させることにより、フィルターの再生を図ってい
る。しかしながら、この方式を用いた排気ガス浄化シス
テムでは、酸化セリウム（ＣｅＯ₂ ）等の燃料添加剤自
身は燃焼しないため、この燃料添加剤がフィルターに堆
積することとなり、一定時間作動させる毎に、逆流水洗
等によりフィルターの洗浄を行わなくてはならなかっ
た。

【００１０】また、上記連続再生式排気ガス浄化システ
ムでは、燃料添加剤を供給するための装置を、別途、取
り付ける必要があるため、この場合も、上述した取り付
け場所の制限にかかる問題を解決することができなかっ
た。なお、我国においては、環境保護の観点から、酸化
セリウム（ＣｅＯ₂ ）をディーゼルエンジンの燃料添加
剤として使用することが認められていない。

【００１１】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や燃料添加剤供給装置等
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。

【００１２】

【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、ゼオライトを担持した吸着部と、酸化
触媒を担持したフィルターとが、内燃機関の排気通路に
設置されていることを特徴とする。

【００１３】本発明の排気ガス浄化システムでは、内燃
機関の排気通路にゼオライトを担持した吸着部が設置さ
れおり、該ゼオライトは、炭化水素の吸脱着を行うこと
ができる。従って、上記吸着部に、一定温度（約１００
〜２００℃）以下の排気ガスが流入した際には、この排
気ガス中に含まれる炭化水素がゼオライトに吸着し、一
定温度（約３００〜５００℃）以上の排気ガスが吸着部
に流入した際には、ゼオライトに吸着していた炭化水素
が脱離することとなる。

【００１４】このように、一定温度以上の排気ガスが流
入することよりゼオライトから脱離した炭化水素は、排
気ガスの流れにより、酸化触媒を担持したフィルター内
に流入する。その結果、該フィルター内では、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
水とに分解される。

【００１５】

【化１】

【００１６】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。

【００１７】また、本発明の排気ガス浄化システムで
は、炭化水素の酸化反応を利用してフィルター内の排気
ガス温度を高め、この熱によりＰＭの燃焼除去を行って
いるため、別途、ヒータ等の加熱装置を取り付ける必要
がない。これに加えて、上記排気ガス浄化システムで
は、ＰＭの燃焼除去を促進するための燃料添加剤（酸化
セリウム等）を供給する必要がなく、該燃料添加剤を供
給する装置を取り付ける必要がない。従って、上記排気
ガス浄化システムでは、システム自体をコンパクトに設
計することができる。

【００１８】本発明の排気ガス浄化システムでは、上述
したように、一定温度（３００〜５００℃）以上の排気
ガスが吸着部に流入した場合に、該吸着部が担時するゼ
オライトから炭化水素が脱離し、この炭化水素がフィル
ター内に流入し、ＰＭ等の燃焼除去が行われる。従っ
て、内燃機関が高速作動し始めた際には、排気ガスの温
度が充分に高いため、上記吸着部より炭化水素が脱離
し、フィルター内でＰＭ等の燃焼除去が行われる。

【００１９】しかしながら、内燃機関が低速作動してい
る場合や、内燃機関の作動開始初期には、排気ガスの温
度が低いため、排気ガス中に含まれる炭化水素は、上記
ゼオライトに吸着し、上記ゼオライトからの炭化水素の
脱離はほとんど発生しないため、該フィルター内に炭化
水素は流入せず、黒煙等のＰＭの燃焼除去を行うことが
できない。従って、このような場合（内燃機関の低速作
動時等）に、ＰＭの燃焼除去を行うためには、排気ガス
の温度を高める必要がある。

【００２０】内燃機関からの排気ガスの温度を高める方
法としては、例えば、内燃機関がディーゼルエンジンの
場合には、ポストインジェクション方式を用いることが
できる。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４５
０℃以上に高めることができる。

【００２１】内燃機関が、上記ポストインジェクション
方式を用いたディーゼルエンジンの場合、該ディーゼル
エンジンへの燃料供給装置は、コモンレール式燃料噴射
装置であることが望ましい。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
であり、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、噴射圧力を自由に選択することができるため、ポス
トインジェクション方式を用いたディーゼルエンジンに
適しているからである。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
ール式燃料供給装置を有するディーゼルエンジンが望ま
しい。

【００２２】

【発明の実施の形態】次に、上記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説明する。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、ゼオライトを担持した吸着部１２と、
酸化触媒を担持したフィルター１１とが、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、
吸着部１２は、フィルター１１の排気ガス流れ上流部に
設置されている。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と吸着部１２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。

【００２３】吸着部１２の排気ガスの流れ方向の長さ
は、５０〜１５０ｍｍであることが望ましい。上記吸着
部の長さが５０ｍｍ未満では、吸着部に吸着している炭
化水素の量が少ないため、高温の排気ガスが接触して
も、吸着部から脱離してフイルター内に流入する炭化水
素の量が少なく、そのため、ＰＭの燃焼除去に必要な熱
を発生することができないことがあり、一方、上記吸着
部の長さが１５０ｍｍを超えると、吸着部自身が有する
熱容量が大きくなるため、該吸着部に高温の排気ガスが
流入しても、吸着部自身の昇温に熱エネルギーが奪われ
ることとなり、高温の排気ガスをフィルター内に供給す
ることができないことがある。上記吸着部のより望まし
い長さは、７０〜１００ｍｍである。

【００２４】また、吸着部１２の材質は特に限定され
ず、例えば、コージュライト、炭化珪素等のセラミッ
ク、ステンレス等の金属等が挙げられる。これらのなか
では、コージュライトが望ましい。ゼオライトを担持さ
せるのに適するとともに、熱膨張係数が低く、耐熱衝撃
性に優れるからである。

【００２５】また、吸着部１２は開孔を有する多孔質体
であることが望ましい。この場合、排気ガスの流路が長
くなるとともに、ゼオライトを担持する表面積を増加さ
せることができ、これが、ゼオライトの炭化水素吸着能
の向上に繋がるからである。また、上記吸着部の形状は
特に限定されず、例えば、円柱状、楕円柱状、多角柱
状、ハニカム形状、蛇腹状等が挙げられる。

【００２６】また、吸着部１２のゼオライト担持部位に
は、粗面が形成されていることが望ましい。吸着部のゼ
オライト担持部位に粗面を形成することにより、吸着部
とゼオライトとの密着性を向上させることができるとと
もに、吸着部に担持させるゼオライトの表面積を増加さ
せることができ、これが、ゼオライトの炭化水素吸着能
の向上に繋がるからである。

【００２７】上記ゼオライトとしては、炭化水素を吸着
することができるものであれば特に限定されず、従来公
知のゼオライトを用いることができ、具体例としては、
例えば、モレキュラーシーブ４Ａやモレキュラーシーブ
５Ａ等のＡ型合成ゼオライト、Ｘ型合成ゼオライト、Ｙ
型合成ゼオライト等が挙げられる。また、上記ゼオライ
トの吸着部に対する担持量は、１００〜１６０ｇ／ｌで
あることが望ましい。上記ゼオライトの担持量が１００
ｇ／ｌ未満では、炭化水素を充分に吸着することができ
ない場合があり、一方、ゼオライトの担持量が１６０ｇ
／ｌを超えると、ゼオライトと吸着部との密着性が低
く、使用時にゼオライトの脱落が発生する場合がある。

【００２８】また、吸着部にゼオライトを担持させる方
法としては特に限定されず、例えば、ゼオライトを溶媒
に懸濁させてスラリーを調製した後、該スラリー中にコ
ージュライト等からなる吸着部を浸漬したり、ゼオライ
トのスラリーを吸着部の表面に塗布したり、スプレーし
たりした後、乾燥させることによりゼオライトを担持さ
せることができる。

【００２９】また、ゼオライトと吸着部との密着性をよ
り向上させるために、ゼオライトを担持させる際に、予
め、吸着部の表面にシリカゾルやアルミナゾル等の無機
接着剤を薄く塗布しておき、該無機接着剤の層上に上記
した方法で、ゼオライトのスラリーからなる層を形成
し、その後、乾燥させることにより吸着部にゼオライト
を担持してもよい。

【００３０】また、吸着部１２には、ゼオライトととも
に酸化触媒を担持させてもよい。酸化触媒を担持させる
ことにより、排気ガス中の一酸化炭素（ＣＯ）等を酸化
除去することができ、この一酸化炭素を酸化除去する反
応も発熱反応であるため、上記吸着部に酸化触媒を担持
させることにより、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。なお、ここで用い
る酸化触媒としては、後述するフィルターに担持させる
酸化触媒と同様のもの等が挙げられる。また、上記酸化
触媒の吸着部への担持は、該酸化触媒を含有するゼオラ
イトを担持させることにより行ってもよいし、ゼオライ
トの担持とは、別の工程で行ってもよい。

【００３１】また、フィルター１１は酸化触媒を担持し
ている。そのため、吸着部１２に高温の排気ガスが流入
することにより脱離した炭化水素が、フィルター１１に
流入し、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のＰＭを燃焼除去すること
ができる。また、フィルター１１が担持する酸化触媒に
より、排気ガス中の一酸化炭素（ＣＯ）や炭化水素（Ｈ
Ｃ）を完全に酸化除去することができる。

【００３２】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。

【００３３】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。

【００３４】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。

【００３５】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。

【００３６】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。

【００３７】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。

【００３８】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。

【００３９】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。

【００４０】（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し、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、必要に応じて行えばよい。

【００４１】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。

【００４２】（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製することができる。

【００４３】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、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、キシレン等を用いることができる。

【００４４】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。

【００４５】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。

【００４６】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、触媒の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。

【００４７】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、反応が急激に進行してゲル化に至るため、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。

【００４８】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。

【００４９】（３）次に、１２０〜１７０℃の温度で、
２時間程度加熱し、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。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。

【００５０】（４）次に、３００〜５００℃で加熱する
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。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、５００℃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。

【００５１】（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。

【００５２】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。

【００５３】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。

【００５４】（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。

【００５５】また、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〜
３００ｎｍ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。

【００５６】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、構造的にもろ
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〜
３０であることがより望ましい。

【００５７】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。

【００５８】（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。

【００５９】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。

【００６０】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。

【００６１】このような構成からなる排気ガス浄化シス
テムは、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、少なくとも一つのフィルターを
有していればよく、また，フィルターの再生に際して加
熱装置や燃料添加剤供給装置等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。

【００６２】従って、上記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
ィルター内や吸着部に担持させたり、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。

【００６３】

【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。

【００６４】実施例１Ａ．吸着部（炭化水素吸着体）の製造直径が１６５ｍｍで、長さが１００ｍｍの円柱状の多孔
質コージュライト（気孔率４８％、平均気孔径１２μ
ｍ）を、モレキュラーシーブ５Ａのスラリー中に浸漬し
た後、乾燥させることにより炭化水素吸着体を作製し
た。なお、モレキュラーシーブ５Ａの多孔質コージュラ
イトに対する担持量は、１３０ｇ／ｌであった。

【００６５】Ｂ．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径が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。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２１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。

【００６６】Ｃ．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に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。

【００６７】（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。

【００６８】（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。

【００６９】（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。

【００７０】（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。

【００７１】Ｄ．排気ガス浄化システムのテスト上記Ａで作製した炭化水素吸着体と、上記Ｂ及びＣで作
製したハニカムフィルタとを組み合わせた排気ガス浄化
システムの性能を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１０
ｍｍ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と
炭化水素吸着体とを、炭化水素吸着体が排気ガス流れ上
流部に存在するように筐体に収めるとともに、炭化水素
吸着体とハニカムフィルタとの間に圧力センサを取り付
け、排気ガス浄化システムとした。

【００７２】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、ディーゼルエンジンからの排気ガス
が、排気ガス浄化システムを通って排気される評価装置
を作製した。

【００７３】次に、このディーゼルエンジンをアイドリ
ング状態で、２４時間運転を行い、炭化水素吸着体に排
気ガス中の炭化水素を吸着させるとともに、ハニカムフ
ィルタ内にＰＭを捕集した。また、ディーゼルエンジン
運転開始直後と、２４時間運転後のハニカムフィルタの
背圧を、圧力センサによりそれぞれ測定したところ、運
転開始直後が４ｋＰａであり、２４時間運転後が１５ｋ
Ｐａであった。

【００７４】また、同様の評価装置を別に作製し、上記
と同様の条件でディーゼルエンジンのアイドリング運転
を２４時間行った後、筐体から炭化水素吸着体を取り出
し、該炭化水素吸着体の炭化水素吸着量を測定したとこ
ろ、２０ｇ／ｌであった。なお、炭化水素吸着量は、吸
着前後に重量測定を行い、算出した。

【００７５】次に、ディーゼルエンジンを運転を最高回
転数に切り換えるとともに、ポストインジェクション方
式に切り換え、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、縦軸にハニカ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。

【００７６】また、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換えてから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。また、背圧測定後、筐体から炭化水素吸着体を取り
出し、該炭化水素吸着体の炭化水素吸着量を測定したと
ころ、０ｇ／ｌであった。

【００７７】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、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
換えた後、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。

【００７８】比較例１実施例１において、酸化触媒を担持したフィルターの排
気ガス流れ上流部に、炭化水素吸着体を取り付け無かっ
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と同様のディーゼルエンジンのアイドリ
ング運転を２４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１０ｋＰａ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。

【００７９】

【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や燃料添加剤供給装置を必要としな
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吸着部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 3/02 ３０１Ｆ０１Ｎ 3/08 Ａ３２１ 3/18 Ｂ 3/08 3/28 ３０１Ｐ 3/18 ３０１Ｓ 3/28 ３０１Ｂ０１Ｄ 53/36 ＺＡＢＣ１０３Ｃ (72)発明者小森照夫岐阜県揖斐郡揖斐川町北方１−１イビデン株式会社大垣北工場内 (72)発明者大野一茂岐阜県揖斐郡揖斐川町北方１−１イビデン株式会社大垣北工場内Ｆターム(参考） 3G090 AA03 BA01 DA03 DA13 EA01 EA04 3G091 AA02 AA18 AB02 AB05 AB06 AB10 AB13 BA00 BA03 BA14 BA15 BA19 BA38 BA39 CA26 CB02 CB03 DB10 EA15 EA32 FA02 FA04 FB02 FC04 FC07 GA06 GA20 GA21 GB01W GB01X GB01Y GB04W GB05W GB06W GB07W GB09Y GB10X GB10Y GB13X GB15X GB17X GB17Y HA14 HA20 4D048 AA13 AA14 AA18 AB01 AB05 BA03X BA06X BA07Y BA08Y BA10X BA19Y BA23Y BA30X BA31Y BA33Y BA34Y BA35Y BA36Y BA41X BA45X BB02 BB14 CC33 CC38 CC61 CD01 CD05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ゼオライトを担持した吸着部と、酸化触
媒を担持したフィルターとが、内燃機関の排気通路に設
置されていることを特徴とする排気ガス浄化システム。
【請求項２】前記吸着部の排気ガス流れ方向の長さ
は、５０〜１５０ｍｍ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】前記担体は、コージュライトからなる請
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１〜３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１〜４
のいずれか１に記載の排気ガス浄化システム。