WO2020255687A1 - パティキュレートフィルタ - Google Patents
パティキュレートフィルタ Download PDFInfo
- Publication number
- WO2020255687A1 WO2020255687A1 PCT/JP2020/021608 JP2020021608W WO2020255687A1 WO 2020255687 A1 WO2020255687 A1 WO 2020255687A1 JP 2020021608 W JP2020021608 W JP 2020021608W WO 2020255687 A1 WO2020255687 A1 WO 2020255687A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- layer
- partition wall
- particulate filter
- entry
- exhaust gas
- Prior art date
Links
- 239000013618 particulate matter Substances 0.000 claims abstract description 114
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims abstract description 93
- 238000005192 partition Methods 0.000 claims description 108
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 77
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 claims description 67
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims description 46
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims description 32
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 23
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 20
- 239000003502 gasoline Substances 0.000 claims description 12
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical group [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052703 rhodium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 230000001629 suppression Effects 0.000 abstract description 20
- 239000010970 precious metal Substances 0.000 abstract description 10
- 239000000758 substrate Substances 0.000 abstract description 3
- 238000000926 separation method Methods 0.000 abstract 2
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 abstract 1
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 abstract 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 167
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 115
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 53
- 239000002585 base Substances 0.000 description 44
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N nitrogen oxide Inorganic materials O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 39
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N palladium Substances [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 22
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 17
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 14
- 238000000034 method Methods 0.000 description 12
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 11
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 10
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 10
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 9
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 9
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 7
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 7
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 7
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 6
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 6
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 6
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 description 6
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- QVQLCTNNEUAWMS-UHFFFAOYSA-N barium oxide Chemical compound [Ba]=O QVQLCTNNEUAWMS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000002612 dispersion medium Substances 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 5
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 5
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 5
- 239000011819 refractory material Substances 0.000 description 5
- 239000010948 rhodium Substances 0.000 description 5
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 4
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 4
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 4
- 239000003779 heat-resistant material Substances 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 4
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010944 silver (metal) Substances 0.000 description 4
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 description 3
- 229910000287 alkaline earth metal oxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 3
- 229910052741 iridium Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 3
- 229910001404 rare earth metal oxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 3
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 3
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 2
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920001479 Hydroxyethyl methyl cellulose Polymers 0.000 description 2
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N Magnesium oxide Chemical compound [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910021536 Zeolite Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910000272 alkali metal oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- TZCXTZWJZNENPQ-UHFFFAOYSA-L barium sulfate Chemical compound [Ba+2].[O-]S([O-])(=O)=O TZCXTZWJZNENPQ-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 2
- CETPSERCERDGAM-UHFFFAOYSA-N ceric oxide Chemical compound O=[Ce]=O CETPSERCERDGAM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000422 cerium(IV) oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001866 hydroxypropyl methyl cellulose Substances 0.000 description 2
- 229920003088 hydroxypropyl methyl cellulose Polymers 0.000 description 2
- 235000010979 hydroxypropyl methyl cellulose Nutrition 0.000 description 2
- UFVKGYZPFZQRLF-UHFFFAOYSA-N hydroxypropyl methyl cellulose Chemical compound OC1C(O)C(OC)OC(CO)C1OC1C(O)C(O)C(OC2C(C(O)C(OC3C(C(O)C(O)C(CO)O3)O)C(CO)O2)O)C(CO)O1 UFVKGYZPFZQRLF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N iridium atom Chemical compound [Ir] GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 2
- QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N mercury Chemical compound [Hg] QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052753 mercury Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 229920000609 methyl cellulose Polymers 0.000 description 2
- 239000001923 methylcellulose Substances 0.000 description 2
- 235000010981 methylcellulose Nutrition 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- 229910052762 osmium Inorganic materials 0.000 description 2
- GPNDARIEYHPYAY-UHFFFAOYSA-N palladium(ii) nitrate Chemical compound [Pd+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O GPNDARIEYHPYAY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 2
- -1 potassium (K) Chemical class 0.000 description 2
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 description 2
- VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N yttrium atom Chemical compound [Y] VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000010457 zeolite Substances 0.000 description 2
- ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N Calcium oxide Chemical compound [Ca]=O ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920002134 Carboxymethyl cellulose Polymers 0.000 description 1
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 description 1
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052779 Neodymium Inorganic materials 0.000 description 1
- KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N Ruthenium Chemical compound [Ru] KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011358 absorbing material Substances 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 239000011820 acidic refractory Substances 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001340 alkali metals Chemical class 0.000 description 1
- 229910052784 alkaline earth metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001342 alkaline earth metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 1
- 229910052788 barium Inorganic materials 0.000 description 1
- DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N barium atom Chemical compound [Ba] DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000001553 barium compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 229910052792 caesium Inorganic materials 0.000 description 1
- TVFDJXOCXUVLDH-UHFFFAOYSA-N caesium atom Chemical compound [Cs] TVFDJXOCXUVLDH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010531 catalytic reduction reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N cerium Chemical compound [Ce] GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000420 cerium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 description 1
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 1
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052878 cordierite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 239000002283 diesel fuel Substances 0.000 description 1
- JSKIRARMQDRGJZ-UHFFFAOYSA-N dimagnesium dioxido-bis[(1-oxido-3-oxo-2,4,6,8,9-pentaoxa-1,3-disila-5,7-dialuminabicyclo[3.3.1]nonan-7-yl)oxy]silane Chemical compound [Mg++].[Mg++].[O-][Si]([O-])(O[Al]1O[Al]2O[Si](=O)O[Si]([O-])(O1)O2)O[Al]1O[Al]2O[Si](=O)O[Si]([O-])(O1)O2 JSKIRARMQDRGJZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002737 fuel gas Substances 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001771 impaired effect Effects 0.000 description 1
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 1
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052809 inorganic oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052747 lanthanoid Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002602 lanthanoids Chemical class 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002609 medium Substances 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- QEFYFXOXNSNQGX-UHFFFAOYSA-N neodymium atom Chemical compound [Nd] QEFYFXOXNSNQGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011821 neutral refractory Substances 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012454 non-polar solvent Substances 0.000 description 1
- SYQBFIAQOQZEGI-UHFFFAOYSA-N osmium atom Chemical compound [Os] SYQBFIAQOQZEGI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- BMMGVYCKOGBVEV-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoceriooxy)cerium Chemical compound [Ce]=O.O=[Ce]=O BMMGVYCKOGBVEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012466 permeate Substances 0.000 description 1
- 239000002798 polar solvent Substances 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N rhodium atom Chemical compound [Rh] MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 238000000638 solvent extraction Methods 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- JBQYATWDVHIOAR-UHFFFAOYSA-N tellanylidenegermanium Chemical compound [Te]=[Ge] JBQYATWDVHIOAR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 1
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
- WTHDKMILWLGDKL-UHFFFAOYSA-N urea;hydrate Chemical compound O.NC(N)=O WTHDKMILWLGDKL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium atom Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RUDFQVOCFDJEEF-UHFFFAOYSA-N yttrium(III) oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Y+3].[Y+3] RUDFQVOCFDJEEF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/50—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their shape or configuration
- B01J35/56—Foraminous structures having flow-through passages or channels, e.g. grids or three-dimensional monoliths
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D39/00—Filtering material for liquid or gaseous fluids
- B01D39/14—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material
- B01D39/20—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material of inorganic material, e.g. asbestos paper, metallic filtering material of non-woven wires
- B01D39/2068—Other inorganic materials, e.g. ceramics
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D46/00—Filters or filtering processes specially modified for separating dispersed particles from gases or vapours
- B01D46/24—Particle separators, e.g. dust precipitators, using rigid hollow filter bodies
- B01D46/2403—Particle separators, e.g. dust precipitators, using rigid hollow filter bodies characterised by the physical shape or structure of the filtering element
- B01D46/2418—Honeycomb filters
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D46/00—Filters or filtering processes specially modified for separating dispersed particles from gases or vapours
- B01D46/66—Regeneration of the filtering material or filter elements inside the filter
- B01D46/80—Chemical processes for the removal of the retained particles, e.g. by burning
- B01D46/82—Chemical processes for the removal of the retained particles, e.g. by burning with catalysts
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
- B01D53/92—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
- B01D53/94—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
- B01D53/944—Simultaneously removing carbon monoxide, hydrocarbons or carbon making use of oxidation catalysts
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
- B01D53/92—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
- B01D53/94—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
- B01D53/9459—Removing one or more of nitrogen oxides, carbon monoxide, or hydrocarbons by multiple successive catalytic functions; systems with more than one different function, e.g. zone coated catalysts
- B01D53/9463—Removing one or more of nitrogen oxides, carbon monoxide, or hydrocarbons by multiple successive catalytic functions; systems with more than one different function, e.g. zone coated catalysts with catalysts positioned on one brick
- B01D53/9472—Removing one or more of nitrogen oxides, carbon monoxide, or hydrocarbons by multiple successive catalytic functions; systems with more than one different function, e.g. zone coated catalysts with catalysts positioned on one brick in different zones
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/38—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals
- B01J23/54—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals combined with metals, oxides or hydroxides provided for in groups B01J23/02 - B01J23/36
- B01J23/56—Platinum group metals
- B01J23/58—Platinum group metals with alkali- or alkaline earth metals
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
- F01N3/02—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
- F01N3/021—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters
- F01N3/022—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters characterised by specially adapted filtering structure, e.g. honeycomb, mesh or fibrous
- F01N3/0222—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters characterised by specially adapted filtering structure, e.g. honeycomb, mesh or fibrous the structure being monolithic, e.g. honeycombs
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
- F01N3/02—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
- F01N3/021—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters
- F01N3/033—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters in combination with other devices
- F01N3/035—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters in combination with other devices with catalytic reactors, e.g. catalysed diesel particulate filters
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2239/00—Aspects relating to filtering material for liquid or gaseous fluids
- B01D2239/04—Additives and treatments of the filtering material
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2239/00—Aspects relating to filtering material for liquid or gaseous fluids
- B01D2239/04—Additives and treatments of the filtering material
- B01D2239/0471—Surface coating material
- B01D2239/0478—Surface coating material on a layer of the filter
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2255/00—Catalysts
- B01D2255/10—Noble metals or compounds thereof
- B01D2255/102—Platinum group metals
- B01D2255/1021—Platinum
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2255/00—Catalysts
- B01D2255/10—Noble metals or compounds thereof
- B01D2255/102—Platinum group metals
- B01D2255/1023—Palladium
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2255/00—Catalysts
- B01D2255/10—Noble metals or compounds thereof
- B01D2255/102—Platinum group metals
- B01D2255/1025—Rhodium
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2255/00—Catalysts
- B01D2255/65—Catalysts not containing noble metals
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2255/00—Catalysts
- B01D2255/90—Physical characteristics of catalysts
- B01D2255/903—Multi-zoned catalysts
- B01D2255/9032—Two zones
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2255/00—Catalysts
- B01D2255/90—Physical characteristics of catalysts
- B01D2255/903—Multi-zoned catalysts
- B01D2255/9035—Three zones
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2255/00—Catalysts
- B01D2255/90—Physical characteristics of catalysts
- B01D2255/908—O2-storage component incorporated in the catalyst
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2255/00—Catalysts
- B01D2255/90—Physical characteristics of catalysts
- B01D2255/91—NOx-storage component incorporated in the catalyst
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2255/00—Catalysts
- B01D2255/90—Physical characteristics of catalysts
- B01D2255/92—Dimensions
- B01D2255/9205—Porosity
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2279/00—Filters adapted for separating dispersed particles from gases or vapours specially modified for specific uses
- B01D2279/30—Filters adapted for separating dispersed particles from gases or vapours specially modified for specific uses for treatment of exhaust gases from IC Engines
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
- B01D53/92—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
- B01D53/94—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
- B01D53/9404—Removing only nitrogen compounds
- B01D53/9409—Nitrogen oxides
- B01D53/9413—Processes characterised by a specific catalyst
- B01D53/9418—Processes characterised by a specific catalyst for removing nitrogen oxides by selective catalytic reduction [SCR] using a reducing agent in a lean exhaust gas
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
- B01D53/92—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
- B01D53/94—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
- B01D53/9404—Removing only nitrogen compounds
- B01D53/9409—Nitrogen oxides
- B01D53/9413—Processes characterised by a specific catalyst
- B01D53/9422—Processes characterised by a specific catalyst for removing nitrogen oxides by NOx storage or reduction by cyclic switching between lean and rich exhaust gases (LNT, NSC, NSR)
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N2330/00—Structure of catalyst support or particle filter
- F01N2330/06—Ceramic, e.g. monoliths
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N2510/00—Surface coverings
- F01N2510/06—Surface coverings for exhaust purification, e.g. catalytic reaction
- F01N2510/068—Surface coverings for exhaust purification, e.g. catalytic reaction characterised by the distribution of the catalytic coatings
- F01N2510/0682—Surface coverings for exhaust purification, e.g. catalytic reaction characterised by the distribution of the catalytic coatings having a discontinuous, uneven or partially overlapping coating of catalytic material, e.g. higher amount of material upstream than downstream or vice versa
Definitions
- the present invention relates to a particulate filter. More specifically, the present invention relates to a particulate filter that collects particulate matter (PM: Particulate Matter) contained in exhaust gas discharged from an internal combustion engine.
- PM particulate Matter
- Exhaust gas from internal combustion engines that use gasoline or diesel oil as fuel contains carbon as the main component in addition to gaseous components such as hydrocarbons (HC), carbon monoxide (CO), and nitrogen oxides (NOx). It contains particulate matter (hereinafter, also referred to as "PM"). Similar to the gas components such as HC, CO, and NOx, the amount of this PM is determined in consideration of the effect on the human body.
- a particulate filter for collecting PM in the exhaust passage of the internal combustion engine.
- An example of such a particulate filter is a wall flow type filter.
- This wall flow type filter is based on a honeycomb-structured base material having a plurality of hollow portions (cells), and alternately forms an inlet cell with a closed outlet and an outlet cell with a closed inlet. It is built by doing.
- the exhaust gas supplied to the wall flow type filter flows into the inlet side cell, passes through the porous partition wall, and then is discharged to the outside of the filter through the outlet side cell. At this time, PM in the exhaust gas is collected in the pores of the partition wall.
- a wash coat layer may be formed inside the partition wall (wall surface of the pores) in order to improve high temperature stability and PM collection performance.
- Patent Documents 1 and 2 disclose an example of a particulate filter carrying such a noble metal catalyst.
- the present invention has been made in view of such circumstances, and a main object thereof is to provide a particulate filter capable of achieving both PM collection performance and pressure loss suppression performance at a high level.
- the present inventors focused on the following points.
- the early stage of operation which is immediately after the start of operation of the internal combustion engine
- high-temperature exhaust gas with a low PM content is discharged.
- the exhaust gas discharged at the initial stage of operation tends to pass through the partition wall on the upstream side in the gas flow direction because the flow rate is small.
- the exhaust gas discharged in the middle of operation tends to pass through the partition wall on the downstream side because the flow rate is relatively large.
- the present inventors did not allow the noble metal catalyst to exist in the region on the upstream side of the partition wall and the noble metal in the region on the downstream side. I came up with the idea of having a catalyst.
- the PM collection performance is likely to be improved as the amount of PM deposited increases in the region on the upstream side.
- PM can be suitably removed from the exhaust gas at the initial stage of operation, which has a high PM content and passes through the region on the upstream side.
- the particulate filter disclosed here was made based on the above findings.
- a particulate filter is arranged in an exhaust passage of an internal combustion engine and is used to collect particulate matter in the exhaust gas discharged from the internal combustion engine.
- This particulate filter includes an entry-side cell in which only the end on the exhaust gas inflow side is open, an exit-side cell in which only the end on the exhaust gas outflow side is open adjacent to the entry-side cell, and an entry-side cell and an exit-side cell. It is provided with a base material having a wall flow structure having a porous partition wall for partitioning the partition wall, and a wash coat layer formed inside the partition wall.
- the wash coat layer is formed with a predetermined thickness from the surface of the partition wall in contact with the entry side cell to the inside of the partition wall, and has a predetermined length from the vicinity of the end portion on the exhaust gas inflow side along the extension direction of the partition wall. It is formed with a predetermined thickness from the surface of the partition wall in contact with the formed entry-side layer and the exit-side cell to the inside of the partition wall, and has a predetermined length from the vicinity of the end on the exhaust gas outflow side along the extension direction of the partition wall.
- the thickness and length of each of the entry-side layer and the exit-side layer are set so that the entry-side layer and the exit-side layer partially overlap with each other.
- the PM collection performance in the entry side region where the noble metal catalyst is substantially not present is likely to be improved, so that PM can be suitably removed from the exhaust gas at the initial stage of operation. Further, since the gas flowability in the output side region where the noble metal catalyst is present is maintained in a high state, it is possible to appropriately suppress a rapid increase in pressure loss even if exhaust gas in the middle stage of operation having a large flow rate is supplied. As described above, according to the particulate filter disclosed herein, both PM collection performance and pressure loss suppression performance can be achieved at a high level.
- an entry side region a region in which only the entry side layer is formed and the noble metal catalyst is substantially not present is referred to as an “entry side region”. Further, the region where the exit side layer is formed and the noble metal catalyst is present is referred to as a “exit side region”. That is, in the catalyst filter disclosed herein, the entry side layer and the exit side layer partially overlap in order to avoid the occurrence of a region in which the wash coat layer is not formed. The region that overlaps with the exit side layer is regarded as the “outside region” due to the presence of the precious metal catalyst.
- the content of the noble metal catalyst in the exit layer is 0.1 g / L or more. As a result, the gas flowability in the exit side region can be maintained in a higher state.
- the region of the wash coat layer that does not substantially contain the noble metal catalyst (that is, the entry side region) is formed. , It is formed in a region of 30% or more and 60% or less from the vicinity of the end on the exhaust gas outflow side. As a result, both PM collection performance and pressure loss suppression performance can be achieved at a higher level.
- the entry side layer when the bulkhead thickness is 100%, has a thickness of 75% or more and 100% or less from the surface in contact with the entry side cell to the inside of the partition wall. It is formed. Thereby, the PM collection performance in the entry side region can be more preferably improved.
- the exit layer when the bulkhead thickness is 100%, has a thickness of 75% or more and 100% or less from the surface in contact with the exit cell to the inside of the partition. It is formed. As a result, both PM collection performance and pressure loss suppression performance in the output side region can be achieved at a higher level.
- the ratio (W / V) of the total weight W of the washcoat layer to the effective volume V of the pores of the partition wall in the entire substrate is 200 g / L or more and 400 g / L or less. Is. According to the experiments conducted by the present inventors, by controlling the W / V within a predetermined range, both PM collection performance and pressure loss suppression performance can be achieved at a higher level.
- the noble metal catalyst comprises at least one or more platinum group elements selected from the group Pt, Pd, Rh. Since these platinum group elements are excellent in PM combustion promoting action, the gas flowability in the exit side region can be maintained in a higher state.
- the internal combustion engine is a gasoline engine. Since the exhaust gas from a gasoline engine has a relatively high temperature and PM is easily burned, it tends to be difficult to improve the PM collection performance due to PM accumulation.
- the particulate filter disclosed herein can appropriately deposit PM in the entry side region even when it is arranged in the exhaust passage of such a gasoline engine, so that the particulate filter (GPF: Gasoline) for a gasoline engine can be appropriately deposited. It can be particularly preferably used as a Particulate Filter).
- FIG. 1 is a diagram schematically showing an exhaust system in which a particulate filter according to an embodiment is arranged.
- FIG. 2 is a perspective view schematically showing a particulate filter according to an embodiment.
- FIG. 3 is a diagram schematically showing a cross section when the particulate filter according to the embodiment is cut along the stretching direction.
- FIG. 4 is a diagram schematically showing a cross section when the particulate filter according to the embodiment is cut along the radial direction.
- FIG. 5 is an enlarged cross-sectional schematic view of the V region of FIG.
- FIG. 6 is a graph showing the results of pressure loss measurement of Samples 1 to 4.
- FIG. 7 is a graph showing the results of PM deposition weights of Samples 1 to 4.
- FIG. 8 is a graph showing the results of PM collection rate measurement of samples 5 to 16.
- FIG. 9 is a graph showing the results of pressure loss measurement of samples 5 to 16.
- FIG. 1 is a diagram schematically showing an exhaust system in which a particulate filter according to the present embodiment is arranged.
- an exhaust gas purification device 1 is provided in the exhaust passage of the internal combustion engine 2.
- An air-fuel mixture containing oxygen and fuel gas is supplied to the internal combustion engine 2.
- the internal combustion engine 2 converts the thermal energy when the air-fuel mixture burns into kinetic energy.
- the exhaust gas generated by the combustion of the air-fuel mixture is discharged to the exhaust passage composed of the exhaust manifold 3 and the exhaust pipe 4.
- the side close to the internal combustion engine 2 in the flow direction of the exhaust gas is referred to as an upstream side, and the side far from the internal combustion engine 2 is referred to as a downstream side.
- the exhaust gas purification device 1 purifies the exhaust gas discharged to the exhaust passage.
- the exhaust gas purification device 1 includes an engine control unit (ECU: Engine Control Unit) 7 and a sensor 8.
- the sensor 8 detects information on the components and temperature of the exhaust gas.
- the ECU 7 receives the detection result of the sensor 8 as one of the information for controlling the operation of the internal combustion engine 2.
- the exhaust gas purification device 1 shown in FIG. 1 includes a catalyst unit 5 and a filter unit 6.
- the catalyst unit 5 is provided inside the exhaust pipe 4.
- An exhaust gas purification catalyst that purifies ternary components (NOx, HC, CO) in the exhaust gas can be used in the catalyst unit 5. Since the specific configuration of the exhaust gas purification catalyst used in the catalyst unit 5 does not characterize the present invention, detailed description thereof will be omitted.
- the catalyst unit 5 is arranged on the upstream side of the filter unit 6, but the arrangement position of the catalyst unit is not particularly limited.
- the catalyst unit may be arranged on the downstream side of the filter unit, or may be arranged in pairs on both the upstream side and the downstream side of the filter unit.
- the filter unit 6 purifies the exhaust gas by collecting particulate matter (PM) in the exhaust gas.
- the particulate filter according to the present embodiment can be used in the filter unit 6 of the exhaust gas purification device 1.
- the particulate filter according to the present embodiment is arranged in the exhaust passage (exhaust pipe 4) of the internal combustion engine 2 as a component of the exhaust gas purification device 1.
- FIGS. 2 and 3 indicate an “exhaust gas distribution direction”.
- the reference numeral X1 indicates an "exhaust gas inflow side (upstream side)”
- the reference numeral X2 indicates an "exhaust gas outflow side (downstream side)”.
- FIG. 2 is a perspective view schematically showing the particulate filter according to the present embodiment.
- FIG. 3 is a diagram schematically showing a cross section when the particulate filter shown in FIG. 2 is cut along the stretching direction (exhaust gas flow direction X), and FIG.
- FIG. 4 is a diagram schematically showing a cross section of the particulate filter in the radial direction (((). It is a figure which shows typically the cross section at the time of cutting along the direction (the direction perpendicular to the flow direction X) of the exhaust gas
- FIG. 5 is the schematic cross-sectional view which enlarged the region V in FIG.
- the particulate filter 100 includes a base material 10 having a wall flow structure and a wash coat layer 20 formed in a partition wall 16 of the base material 10. There is. Each will be described below.
- a cylindrical base material 10 extending along the flow direction X of the exhaust gas is used.
- the base material 10 has a wall flow structure.
- the base material 10 has a honeycomb structure having a plurality of hollow portions (cells 12 and 14). These cells 12 and 14 extend along the flow direction X of the exhaust gas.
- the cells 12 and 14 of the base material 10 in the present embodiment are composed of the entry side cell 12 and the exit side cell 14 adjacent to the entry side cell 12. ..
- the inlet cell 12 and the outlet cell 14 are separated by a porous partition wall 16.
- the material of the base material 10 various materials that can be used for this kind of conventional use can be used without particular limitation.
- the material of the base material 10 include ceramics such as cordierite and silicon carbide (SiC) or alloys (stainless steel and the like).
- the cylindrical base material 10 is used, but the outer shape of the base material is not particularly limited, and may be an elliptical pillar shape, a polygonal pillar shape, or the like.
- the entry-side cell 12 refers to a cell in which only the end of the exhaust gas inflow side X1 is opened among the cells 12 and 14 formed inside the base material 10 (see FIG. 3). That is, in the entry-side cell 12, the end of the exhaust gas inflow side X1 is opened to the outside of the filter as the gas inflow port 12a, and the end of the exhaust gas outflow side X2 is sealed by the sealing portion 12b.
- the exit side cell 14 refers to a cell in which only the end portion of the exhaust gas outflow side X2 is open.
- the end portion of the exhaust gas inflow side X1 is sealed by the sealing portion 14a, and the end portion of the exhaust gas outflow side X2 is opened to the outside of the filter as the gas outlet 14b.
- the shapes and sizes of the inlet cell 12 and the outlet cell 14 can be appropriately changed in consideration of the flow rate and components of the exhaust gas supplied to the particulate filter 100.
- the cross-sectional shapes of the cells 12 and 14 in the cross section orthogonal to the stretching direction X of the base material 10 are square.
- the cross-sectional areas of the entry-side cell 12 and the exit-side cell 14 may be about the same, or may be different in consideration of the flow rate of the exhaust gas.
- the cross-sectional shapes of the cells 12 and 14 are not limited to the square as in the present embodiment, and general shapes such as a parallelogram, a rectangle, a trapezoid, a triangle, a pentagon, and a circle can be adopted without particular limitation. it can.
- the base material 10 is formed so that the entry side cell 12 and the exit side cell 14 are adjacent to each other.
- the base material 10 of the present embodiment is formed so that the entrance cell 12 and the exit cell 14 having a square cross section are arranged in a checkered pattern.
- each of the partition walls 16 formed in a grid pattern extends along the flow direction X of the exhaust gas, and the spaces surrounded by the partition walls 16 are cells 12 and 14 (see FIGS. 3 and 4). ).
- the partition wall 16 has a porous structure having a plurality of pores. Specifically, a plurality of pores 18 as shown in FIG. 5 are formed in the wall body 17 of the partition wall 16, and the entry side cell and the exit side cell communicate with each other through a part of the pores 18. There is. As a result, as shown by the arrow in FIG.
- the exhaust gas that has flowed into the entry-side cell 12 can be passed through the partition wall 16 and flow out to the exit-side cell 14.
- the thickness T and the total length L of the partition wall 16 are preferably adjusted from the viewpoint of achieving both PM collection performance and pressure loss suppression performance.
- the thickness T of the partition wall 16 is preferably about 0.2 mm to 1.6 mm.
- the total length L of the partition wall 16 is preferably about 50 mm to 500 mm (preferably 100 mm to 200 mm).
- the porosity of the partition wall 16 is preferably 40% or more, more preferably 45% or more, further preferably 50% or more, and particularly preferably 55% or more from the viewpoint of suppressing an increase in pressure loss.
- the upper limit of the porosity of the partition wall 16 is preferably 80% or less, more preferably 75% or less, further preferably 70% or less, and particularly preferably 65% or less, from the viewpoint of maintaining the mechanical strength of the base material 10. ..
- the "porosity of the partition wall" in the present specification refers to the ratio of the volume of the pore 18 to the total volume of the partition wall 16 of the base material 10 (the total volume of the wall body 17 and the pore 18), and is based on the mercury intrusion method. It is a measured value.
- the average pore diameter of the pores 18 is preferably 1 ⁇ m or more, more preferably 5 ⁇ m or more, further preferably 7 ⁇ m or more, and particularly preferably 10 ⁇ m or more, from the viewpoint of improving the pressure loss suppressing performance.
- the upper limit of the average pore diameter of the pores 18 is preferably 50 ⁇ m or less, more preferably 40 ⁇ m or less, further preferably 30 ⁇ m or less, and particularly preferably 25 ⁇ m or less.
- the "average pore diameter of the pores 18" in the present specification refers to the average value of the pore distribution obtained by the mercury intrusion method.
- the wash coat layer 20 is a coating layer formed inside the partition wall 16 of the base material 10. Specifically, as shown in FIG. 5, the wash coat layer 20 is a porous heat-resistant layer formed on the wall surface of the pores 18 (the surface of the wall body 17 in contact with the pores 18).
- the wash coat layer 20 may have a function of improving high temperature stability, water absorption, and the like. Further, the wash coat layer 20 can also contribute to the improvement of PM collection performance by increasing the surface area and reducing the diameter of the pores 18.
- Conventionally known materials can be used for the wash coat layer 20 in the present embodiment without particular limitation.
- the wash coat layer 20 is mainly composed of a heat resistant material.
- the wash coat layer 20 preferably contains 50% by mass or more of the heat-resistant material, and more preferably 85% by mass or more.
- a heat-resistant material a refractory material specified in JIS R2001 can be used.
- refractories include neutral refractories such as alumina (Al 2 O 3 ), acidic refractories such as silica (SiO 2 ) and zirconia (ZrO 2 ), and bases such as magnesia (MgO) and calcia (CaO).
- alumina preferably activated alumina is preferable.
- the heat-resistant material of the wash coat layer 20 may be composed of only one of the above-mentioned refractory materials, or may be composed of a mixture (or composite) of two or more types. Examples of the complex include ceria-zirconia composite oxides and the like. Further, the wash coat layer 20 may contain another material (typically an inorganic oxide) as an auxiliary component. Such an example of a sub-component, yttria (Y 2 O 3) rare earth metal oxides such as, and the like alkaline earth metal oxides such as barium oxide (BaO).
- Y 2 O 3 yttria
- rare earth metal oxides such as, and the like alkaline earth metal oxides such as barium oxide (BaO).
- the wash coat layer 20 in the present embodiment includes an entry side layer 22 and an exit side layer 24.
- the thickness and length of the entry-side layer 22 and the exit-side layer 24 are set so that the entry-side layer 22 and the exit-side layer 24 partially overlap each other.
- each layer will be described.
- the entering side layer 22 is a wash coat layer formed in a region including a partition wall 16 near the gas inflow port 12a.
- the inlet side layer 22 is formed at a predetermined thickness T A inwardly of the partition wall 16 from the surface of the partition wall 16 in contact with the inlet side cell 12, and the partition wall 16 from the vicinity of the end portion of the exhaust gas inlet side X1 It is formed with a predetermined length along the stretching direction (exhaust gas flow direction X).
- the thickness T A of the inlet side layer 22, from the viewpoint of improvement of the PM-trapping performance preferably at least 50% of the thickness T of the partition 16, and more preferably 60% or more, more preferably 70% or more, 75% or more Is particularly preferable.
- the upper limit of the thickness T A of the inlet-side layer 22 is not particularly limited, may be less than 100% of the thickness T of the partition 16, it may be 95% or less, 90% or less There may be. As described above, in the present specification, the region in which only the entry side layer 22 is formed is referred to as an “entrance side region”.
- the noble metal catalyst is substantially not contained in the inlet layer 22.
- the precious metal catalyst is a catalyst material having a function of promoting the combustion of PM, and is gold (Au), silver (Ag), palladium (Pd), rhodium (Rh), platinum (Pt), and ruthenium. It contains precious metals such as (Ru), iridium (Ir), and osmium (Os).
- substantially containing no precious metal catalyst means that a component that can be interpreted as a noble metal catalyst is not intentionally added. Therefore, when a component that can be interpreted as a noble metal catalyst is contained in a trace amount due to the raw material, manufacturing process, etc., or when a trace amount of the precious metal catalyst moves from another catalyst layer to the entry side layer (for example, the exit side). (When the noble metal catalyst moves from the layer to the entry side layer) is included in the concept of "substantially containing no noble metal catalyst" in the present specification.
- the ratio (g / L) of the content of the noble metal catalyst to the volume of the entry side layer 22 is 0.05 g / L or less (preferably 0.03 g / L or less, more preferably 0.01 g / L or less, still more preferable. Is 0.005 g / L or less, particularly preferably 0.001 g / L or less), it can be said that "substantially contains no precious metal catalyst".
- the out-side layer 24 is a wash coat layer formed in a region including a partition wall 16 near the gas outlet 14b. Specifically, the exit-side layer 24 is formed from the surface of the partition wall 16 in contact with the exit side cell 14 at a predetermined thickness T B inward of the partition wall 16 and the partition wall from the end portion of the exhaust gas outlet side X2 16 It is formed in a predetermined length L B along the extending direction of the (flow direction X of the exhaust gas). From the viewpoint of improvement of the PM-trapping performance, the thickness T B of the exit-side layer 24 is preferably more than 50% of the thickness T of the partition 16, and more preferably 60% or more, more preferably 70% or more, 75% or more Especially preferable.
- the upper limit of the thickness T B of the exit-side layer 24 is not particularly limited, it may be less than 100% of the thickness T of the partition 16 may be 95% or less, a 90% or less It may be 85% or less.
- a region in which the exit side layer 24 is formed is referred to as a "exit side region”. This "outside region" is assumed to include a region where the entry side layer 22 and the exit side layer 24 overlap.
- the exit side layer 24 contains a noble metal catalyst.
- the noble metal catalyst is a catalyst material having a function of promoting the combustion of PM, and contains at least one kind of noble metal elements such as Au, Ag, Pd, Rh, Pt, Ru, Ir, and Os.
- platinum group elements such as Pt, Pd, and Rh are particularly excellent in the action of promoting PM combustion, and are therefore particularly suitable as precious metals to be contained in the output side layer 24.
- the noble metal catalyst may contain a carrier supporting the noble metal in addition to the above-mentioned noble metal.
- Examples of the material of such a carrier include alumina (Al 2 O 3 ), rare earth metal oxide, alkali metal oxide, alkaline earth metal oxide, zirconia (ZrO 2 ), ceria (CeO 2 ), silica (SiO 2 ), and the like. Examples thereof include magnesia (MgO) and titania (TiO 2 ).
- the content of the noble metal catalyst in the output side layer 24 (ratio of the content g of the noble metal catalyst to the volume of 1 L of the output side layer 24) is preferably 0.1 g / L or more. As a result, the gas flowability in the exit side region can be maintained in a higher state. Further, from the viewpoint of maintaining the gas flowability in the output side region in a higher state, the content of the noble metal catalyst in the output side layer 24 is more preferably 0.5 g / L or more, and further preferably 0.7 g / L or more. Preferably, 1 g / L or more is particularly preferable.
- the upper limit of the content of the noble metal catalyst in the output layer 24 is not particularly limited and may be 20 g / L or less.
- 10 g / L or less is preferable, 7 g / L or less is more preferable, 5 g / L or less is further preferable, and 2 g / L or less is particularly preferable.
- the inlet side region of initial operation of the exhaust gas G1 By ensuring in this manner over a certain length L A of the inlet-side region, it is possible to properly pass the inlet side region of initial operation of the exhaust gas G1.
- the upper limit of the length L A of the inlet-side region is 70% or less, more preferable to be 65% or less, further preferably 60% or less.
- the exit side securing sufficient length L B of the region it is possible to pass the exhaust gas G2 driving medium term to properly exit side region.
- a suitable example of such an entry layer length LA is 55%.
- the inlet side layer 22 does not substantially contain the noble metal catalyst, and the outlet side layer 24 contains the noble metal catalyst.
- both PM collection performance and pressure loss suppression performance can be achieved at a high level.
- the exhaust gas G1 at the initial stage of operation tends to pass through the entry side region of the partition wall 16 because the flow rate is small.
- the exhaust gas G1 at the initial stage of operation contains a relatively large amount of PM, but in the particulate filter 100 according to the present embodiment, PM collection in the entry side region where the noble metal catalyst is substantially not present. Since the performance is likely to be improved, PM can be appropriately removed from the exhaust gas G1 at the initial stage of the operation.
- the flow rate of the exhaust gas G1 at the initial stage of operation is small as described above, a sudden increase in pressure loss is unlikely to occur even when the exhaust gas G1 passes through the entry side region where the pores 18 are maintained in a relatively small state.
- the exhaust gas G2 in the middle stage of operation passes through the exit region of the partition wall 16 due to the large flow rate.
- the gas flowability in the output side region where the precious metal catalyst exists is maintained in a high state, so that even if the exhaust gas in the middle stage of operation with a large flow rate is supplied, a sudden pressure loss occurs. The increase can be suppressed appropriately.
- the exhaust gas G2 in the middle stage of operation has a low PM content, PM can be sufficiently removed even in the exit region where the pores 18 are maintained in a relatively large state.
- the total coat amount of the wash coat layer 20 can affect both the pressure loss suppressing effect and the PM collection performance, and therefore, if necessary. It is preferable that the adjustment is made as appropriate.
- the “total coating amount of the wash coat layer” means the total weight of the wash coat layer 20 including the entry side layer 22 and the exit side layer 24. As the total coating amount increases, the thickness of the wash coat layer 20 adhering to the wall surface of the pores 18 increases, so that the pores 18 have a smaller diameter and the PM collection performance is improved (see FIG. 5).
- the above-mentioned "effective volume V of the pores of the partition wall in the entire base material” is obtained by multiplying the "porosity of the partition wall” and the "volume of the effective partition wall".
- the "porosity of the partition wall” refers to the ratio of the volume of the pore 18 to the total volume of the partition wall 16 of the base material 10 (the total volume of the wall body 17 and the pore 18).
- the "volume of the effective partition wall” refers to the volume of the partition wall through which the exhaust gas can pass.
- the "volume of the effective partition wall” refers to the volume of the partition wall 16 excluding the region through which these exhaust gases do not pass.
- the "volume of the effective partition wall” is obtained by subtracting the volumes of the cells 12 and 14 from the volume of the base material 10. At this time, the "volume of the cells 12 and 14" can be calculated by multiplying the total opening area of the cells 12 and 14 in the front view as shown in FIG. 4 by the total length L of the base material 10.
- the wash coat layer 20 is substantially not present on the surface of the partition wall 16.
- the OSC material is a material that occludes oxygen when the oxygen concentration in the exhaust gas is high (that is, the air-fuel ratio is lean) and releases oxygen when the oxygen concentration in the exhaust gas is low (that is, the air-fuel ratio is rich).
- An example of such an OSC material is a material based on cerium oxide (Ceria: CeO 2 ).
- CeO 2 cerium oxide
- Examples of the material based on CeO 2 include a CZ-based composite material (CeO 2- ZrO 2 composite oxide).
- This CZ-based composite material is a polycrystal or a single crystal containing CeO 2 and ZrO 2 as main components.
- various additional components may be added to the CZ-based composite material. Examples of such additional components include rare earth oxides, alkali metal oxides, alkaline earth metal oxides, transition metals, alumina, silica and the like.
- the OSC material Since the OSC material has the function of maintaining the exhaust gas passing through the partition wall 16 in an oxidizing atmosphere, it can exert a function of promoting the combustion of PM. Therefore, even when the OSC material is used, it is preferable that the entry side layer 22 does not substantially contain the OSC material. As a result, the pressure loss suppression performance and the PM collection performance can be compatible at a higher level.
- the phrase "the inlet layer does not substantially contain the OSC material" means that, like the noble metal catalyst described above, a component that can be interpreted as the OSC material is not intentionally added.
- the ratio (g / L) of the content g of the OSC material to the volume 1 L of the entry side layer 22 is 5 g / L or less (preferably 3 g / L or less, more preferably 2 g / L or less, still more preferably 1 g / L).
- the entry side layer does not substantially contain the OSC material.
- the NOx absorber is a material that absorbs NOx in the exhaust gas when the air-fuel ratio of the exhaust gas is in a lean state of excess oxygen, and releases NOx when the air-fuel ratio becomes rich.
- a basic material containing one or more metals capable of donating electrons to NOx can be preferably used.
- alkali metals such as potassium (K), sodium (Na), cesium (Cs), alkaline earth metals such as barium (Ba), calcium (Ca), rare earths such as lanthanoids and silver (Ag)
- alkali metals such as potassium (K), sodium (Na), cesium (Cs), alkaline earth metals such as barium (Ba), calcium (Ca), rare earths such as lanthanoids and silver (Ag)
- metals such as copper (Cu), iron (Fe), and iridium (Ir).
- a barium compound for example, barium sulfate
- it has a high NOx storage capacity.
- the SCR catalyst may be any one that purifies nitrogen oxides (NOx) in the exhaust gas.
- the SCR catalyst is not particularly limited, and examples thereof include ⁇ -type zeolite and SAPO (silicoaluminophosphate) zeolite.
- SAPO siliconcoaluminophosphate
- Examples of SAPO include SAPO-5, SAPO-11, SAPO-14, SAPO-17, SAPO-18, SAPO-34, SAPO-39, SAPO-42, SAPO-47 and the like.
- SAPO silicon oxides
- the reducing agent supply means for supplying the reducing agent (for example, urea water) for generating ammonia is located upstream of the particulate filter (for example, in FIG. 1). It is preferable to arrange it on the upstream side of the filter unit 5).
- the particulate filter 100 can be arranged in the exhaust passage of the internal combustion engine 2 as a filter unit 5 for removing PM in the exhaust gas (see FIG. 1).
- the particulate filter disclosed herein is not limited to this, and can be used for various purposes.
- the particulate filter disclosed herein contains a noble metal catalyst in the output layer, so that it is a three-way catalyst that purifies hydrocarbons (HC), carbon monoxide (CO), and nitrogen oxides (NOx). Can also function as. Therefore, the particulate filter disclosed herein can also be used as an exhaust gas purification catalyst having both the functions of the catalyst unit 5 and the filter unit 6 in FIG.
- the particulate filter disclosed here is used as a three-way catalyst, it is preferable that the OSC material, NOx absorber, and the like described above are added to the wash coat layer.
- the particulate filter disclosed herein is particularly preferably used when the internal combustion engine 2 is an automobile gasoline engine. Since the exhaust gas discharged from the gasoline engine has a relatively high temperature, PM tends to be difficult to be deposited in the pores of the partition wall. On the other hand, in the particulate filter disclosed here, since the noble metal catalyst is substantially not present in the entry side region, PM can be suitably deposited in the entry side region. Therefore, the particulate filter disclosed herein can suitably improve the PM collection performance even when used in a gasoline engine.
- the particulate filter disclosed here can be used not only for gasoline engines but also for purifying exhaust gas from other engines (for example, diesel engines).
- the SCR device purifies NOx contained in the exhaust gas from the diesel engine.
- particulate filter 100 D. Manufacture of Particulate Filter
- the particulate filter disclosed herein is not limited to the particulate filter manufactured by the following manufacturing method.
- the particulate filter 100 according to the present embodiment can be manufactured, for example, by preparing a slurry containing the material of the wash coat layer 20 and introducing the slurry into the pores 18 of the partition wall 16 of the base material 10.
- each step will be described.
- a slurry is prepared by dispersing the material of the wash coat layer 20 described above in a predetermined dispersion medium.
- a dispersion medium a dispersion medium that can be used for preparing this type of slurry can be used without particular limitation.
- the dispersion medium may be a polar solvent (eg, water) or a non-polar solvent (eg, methanol, etc.).
- the slurry may contain an organic component for adjusting the viscosity in addition to the above-mentioned material and dispersion medium of the wash coat layer 20.
- Examples of the organic component for adjusting the viscosity include cellulosic polymers such as carboxymethyl cellulose (CMC), methyl cellulose (MC), hydroxypropyl methyl cellulose (HPMC), and hydroxyethyl methyl cellulose (HEMC).
- CMC carboxymethyl cellulose
- MC methyl cellulose
- HPMC hydroxypropyl methyl cellulose
- HEMC hydroxyethyl methyl cellulose
- the particulate filter 100 when producing the particulate filter 100 according to the present embodiment, there are two types of slurry, one for the inlet layer which does not substantially contain the noble metal catalyst and the other for the outer layer which contains the noble metal catalyst.
- Prepare the slurry The detailed description of the noble metal catalyst will be omitted because it overlaps with the above description.
- the material other than the noble metal catalyst may be different between the slurry for the inlet side layer and the slurry for the outlet side layer. For example, by making the amount and type of the organic component added for adjusting the viscosity different, the viscosity is made different between the slurry for the inlet layer and the slurry for the outlet layer, and each of the inlet layer and the outlet layer is formed. The area to be subjected to can be easily adjusted.
- the wash coat layer 20 is formed by introducing the above-mentioned slurry into the pores 18 of the partition wall 16.
- the means for introducing the slurry into the pores 18 is not particularly limited, and conventionally known means can be used without particular limitation. Examples of such a slurry introducing means include an air blow method and a suction coating method.
- the air blow method the end portion of the base material 10 is immersed in the slurry to allow the slurry to permeate into the cells 12 and 14, and then the base material 10 is taken out and air blown to introduce the slurry into the pores 18.
- the suction coating method the slurry is introduced into the pores 18 by sucking from the opposite end in a state where the end portion of the base material 10 is immersed in the slurry.
- a wash coat layer 20 having an entry side layer 22 and an exit side layer 24 is formed.
- suction is performed from the gas outlet 14b in a state where the gas inlet 12a of the base material 10 is immersed in the slurry for the inlet layer.
- the slurry for the entry side layer is applied from the vicinity of the end portion of the exhaust gas inflow side X1 to a predetermined length and thickness, and the entry side layer 22 is formed by drying and firing this slurry.
- the gas outlet 14b of the base material 10 is sucked from the gas inlet 12a in a state where the slurry for the outlet layer is immersed.
- the slurry for the output side layer is applied from the vicinity of the end portion of the exhaust gas outflow side X2 to a predetermined length and thickness, and the output side layer 24 is formed by drying and firing this slurry.
- the slurry viscosity and the suction force of the suction coating device to control the area to which each slurry is applied, a part of the inlet side layer 22 and a part of the outlet side layer 24 after firing are formed. Can be duplicated.
- the order in which the entry-side layer 22 and the exit-side layer 24 are formed is not particularly limited, and the entry-side layer 22 may be formed after the exit-side layer 24 is formed. Further, in the above method, the slurry for the inlet side layer is dried and fired to form the inlet side layer 22, and then the slurry for the outlet side layer is introduced into the base material. However, after the slurry for the inlet side layer is dried, the slurry for the outlet side layer may be introduced, and both the slurry for the inlet side layer and the slurry for the outlet side layer may be fired at the same time. Even in these cases, the wash coat layer 20 including the entry side layer 22 and the exit side layer 24 can be formed.
- air blow may be performed after the slurry is introduced and before drying.
- air blow may be performed after the slurry is introduced and before drying.
- the inlet side layer 22 does not substantially contain the noble metal catalyst, and the outlet side layer 24 contains the noble metal catalyst.
- the PM collection performance in the entry side region is likely to be improved, and the pressure drop suppression performance in the exit side region is maintained in a high state. Therefore, the PM collection performance of the filter as a whole is maintained. It is possible to achieve both collection performance and pressure loss suppression performance at a high level.
- test examples relating to the present invention will be described, but the present invention is not intended to be limited to those shown in the following test examples.
- Pd noble metal catalyst
- the Pd-containing slurry was impregnated with the Pd-containing slurry and sucked from the gas inlet to introduce the Pd-containing slurry having a predetermined length and thickness on the downstream side of the partition wall. Then, by drying and firing, a protruding side layer containing a noble metal catalyst (Pd) was formed. Entry side region and out of each side region "length L A, L B", shown in Table 1, "coating amount (introduced slurry weight)" and "content of Pd".
- the sample 4 has a high PM collection performance of 80% or more, and also has a suitable pressure drop suppression performance recovered by the regeneration treatment. It was. For this reason, unlike Sample 4, the particulate filter in which the noble metal catalyst is substantially not contained in the inlet side layer and the noble metal catalyst is contained in the outlet side layer has PM collection performance and pressure drop suppression. It was found that both performance and performance can be achieved at a high level.
- samples 5 to 16 Twelve types of particulate filters (samples 5 to 16) were prepared in which the coating amount of the inlet side layer, the coating amount of the exit side layer, and the type of the base material were different. Details of each sample are shown in Table 2.
- the "base material A” in Table 2 has a wall flow having a partition wall thickness of 0.2 mm to 0.25 mm, a cell number of 300 cpsi, a partition wall porosity of 60% to 65%, and a cell volume of 1.3 L.
- a mold base material manufactured by Cordellite, length 152.4 mm).
- base material B is a wall flow type base material having a partition wall thickness of 0.2 mm to 0.25 mm, a number of cells of 200 cpsi, a partition wall porosity of 55% to 60%, and a cell volume of 1.7 L. (Made by Cordellite, length 152.4 mm).
- the conditions of Samples 5 to 16 other than those shown in Table 1 were set to the same conditions as those of Sample 4 of the first test described above.
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Geometry (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Geology (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Catalysts (AREA)
- Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)
- Processes For Solid Components From Exhaust (AREA)
- Filtering Materials (AREA)
- Filtering Of Dispersed Particles In Gases (AREA)
Abstract
ここに開示されるパティキュレートフィルタは、入側セル12と出側セル14とを仕切る多孔質の隔壁16を有するウォールフロー構造の基材10と、隔壁16内部に保持されたウォッシュコート層20とを備える。このウォッシュコート層20は、排ガス流入側X1の端部近傍から所定の長さおよび厚みで形成された入側層22と、排ガス流出側X2の端部近傍から所定の長さおよび厚みで形成された出側層24とを備え、入側層22と出側層24とが一部重複している。そして、このパティキュレートフィルタの入側層22は貴金属触媒を実質的に含有しておらず、出側層24は貴金属触媒を含有している。これにより、入側領域のPM捕集性能が向上しやすくなり、かつ、出側領域のガス流通性(圧損抑制性能)を高い状態に維持できる。これにより、PM捕集性能と圧損抑制性能とを高いレベルで両立することができるパティキュレートフィルタを提供できる。
Description
本発明は、パティキュレートフィルタに関する。詳しくは、内燃機関から排出される排ガスに含まれる粒子状物質(PM:Particulate Matter)を捕集するパティキュレートフィルタに関する。
なお、本国際出願は2019年6月18日に出願された日本国特許出願第2019-112755号に基づく優先権を主張しており、その出願の全内容は本明細書中に参照として組み入れられている。
なお、本国際出願は2019年6月18日に出願された日本国特許出願第2019-112755号に基づく優先権を主張しており、その出願の全内容は本明細書中に参照として組み入れられている。
ガソリンやディーゼル油等を燃料とする内燃機関からの排ガスには、炭化水素(HC)、一酸化炭素(CO)、窒素酸化物(NOx)等の気体成分の他に、炭素を主成分とする粒子状物質(以下、「PM」ともいう。)が含まれている。HC、CO、NOx等の気体成分と同様に、このPMは、人体への影響を考慮した排出量が定められている。
このPMを排ガスから除去する技術の一例として、PMを捕集するパティキュレートフィルタ(以下、単に「フィルタ」ともいう。)を内燃機関の排気通路に配置する技術が挙げられる。かかるパティキュレートフィルタの一例として、ウォールフロー型のフィルタが挙げられる。このウォールフロー型のフィルタは、複数の中空部(セル)を有したハニカム構造の基材をベースにし、出口を閉塞させた入側セルと、入口を閉塞させた出側セルとを交互に形成することによって構築される。かかるウォールフロー型のフィルタに供給された排ガスは、入側セルに流入して多孔質の隔壁を通過した後に、出側セルを通ってフィルタ外部へ排出される。このとき、排ガス中のPMが隔壁の細孔内に捕集される。また、このようなウォールフロー型のフィルタでは、高温安定性やPM捕集性能などの向上のために、隔壁の内部(細孔の壁面)にウォッシュコート層を形成することがある。
この種のウォールフロー型のフィルタでは、隔壁の細孔内へのPM堆積量が増加すると、細孔の目詰まりによってガス流通性が低下し、圧力損失(以下、「圧損」ともいう。)が増大する可能性がある。このため、近年のパティキュレートフィルタでは、細孔内に堆積したPMの酸化(燃焼)を促進する貴金属触媒がウォッシュコート層に担持されている。このような貴金属触媒を担持させたパティキュレートフィルタの一例が特許文献1、2に開示されている。
ところで、近年では、PM排出量に対する規制が強化されているため、従来よりもPM捕集性能に優れたパティキュレートフィルタが求められている。かかる要求を受けて検討を行った結果、本発明者らは、ウォールフロー型のフィルタでは、細孔径の小さな細孔にPMが優先的に捕集されることと、PM堆積量の増加によって隔壁の細孔が小径化することを見出した。これらの知見より、本発明者らは、ウォールフロー型のフィルタでは、継続した使用によるPM堆積量の増加に伴ってPM捕集性能が向上すると考えた。
しかしながら、上述したように、細孔内へのPM堆積量が増加すると、ガス流通性の低下による圧損増大が生じる可能性があるため、近年のパティキュレートフィルタでは、PMの燃焼を促進する貴金属触媒がウォッシュコート層に担持されている。このような構造のパティキュレートフィルタでは、PM堆積量の増加に伴うPM捕集性能の向上の恩恵を得ることが難しい。このように、ウォールフロー構造のフィルタでは、PM捕集性能と圧損抑制性能とを高いレベルで両立させることが困難であることが分かった。
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、PM捕集性能と圧損抑制性能とを高いレベルで両立することができるパティキュレートフィルタを提供することである。
上述の課題を解決するための検討を行う際に、本発明者らは次の点に着目した。
内燃機関の運転を開始した直後である運転初期では、PM含有量の多い低温の排ガスが排出される一方で、運転が安定した運転中期では、PM含有量が少ない高温の排ガスが排出されるという傾向がある。さらに、運転初期に排出される排ガスは、流量が少ないため、ガス流れ方向における上流側の隔壁を通過する傾向がある。一方、運転中期に排出される排ガスは、比較的に流量が多いため、下流側の隔壁を通過する傾向がある。
内燃機関の運転を開始した直後である運転初期では、PM含有量の多い低温の排ガスが排出される一方で、運転が安定した運転中期では、PM含有量が少ない高温の排ガスが排出されるという傾向がある。さらに、運転初期に排出される排ガスは、流量が少ないため、ガス流れ方向における上流側の隔壁を通過する傾向がある。一方、運転中期に排出される排ガスは、比較的に流量が多いため、下流側の隔壁を通過する傾向がある。
本発明者らは、この運転時期によるPM含有量と排ガス流量の違いに着目して検討を重ねた結果、隔壁の上流側の領域に貴金属触媒を存在させず、かつ、下流側の領域に貴金属触媒を存在させることに思い至った。
先ず、隔壁の上流側の領域に貴金属触媒を存在させないことによって、当該上流側の領域において、PM堆積量の増加に伴うPM捕集性能の向上が生じやすくなる。これによって、PM含有量が多く、かつ、上流側の領域を通過する運転初期の排ガスから好適にPMを除去できる。また、運転初期の排ガスは、流量が少ないため、細孔径が比較的に小さな状態に維持される上流側の領域を通過した場合でも、急激な圧損上昇が生じにくい。
一方、隔壁の下流側の領域に貴金属触媒を存在させることによって、当該下流側の領域において、PMの燃焼によるガス流通性の回復が生じやすくなる。これにより、流量が多い排ガスが供給される運転中期における圧損の増大を好適に抑制できる。また、運転中期の排ガスは、PM含有量が少ないため、細孔径が比較的に大きな状態に維持される下流側の領域でもPMを十分に除去することができる。
先ず、隔壁の上流側の領域に貴金属触媒を存在させないことによって、当該上流側の領域において、PM堆積量の増加に伴うPM捕集性能の向上が生じやすくなる。これによって、PM含有量が多く、かつ、上流側の領域を通過する運転初期の排ガスから好適にPMを除去できる。また、運転初期の排ガスは、流量が少ないため、細孔径が比較的に小さな状態に維持される上流側の領域を通過した場合でも、急激な圧損上昇が生じにくい。
一方、隔壁の下流側の領域に貴金属触媒を存在させることによって、当該下流側の領域において、PMの燃焼によるガス流通性の回復が生じやすくなる。これにより、流量が多い排ガスが供給される運転中期における圧損の増大を好適に抑制できる。また、運転中期の排ガスは、PM含有量が少ないため、細孔径が比較的に大きな状態に維持される下流側の領域でもPMを十分に除去することができる。
ここに開示されるパティキュレートフィルタは、上述の知見に基づいてなされたものである。かかるパティキュレートフィルタは、内燃機関の排気通路に配置されて該内燃機関から排出される排ガス中の粒子状物質を捕集するために用いられる。このパティキュレートフィルタは、排ガス流入側の端部のみが開口した入側セル、該入側セルと隣り合い排ガス流出側の端部のみが開口した出側セル、並びに入側セルと出側セルとを仕切る多孔質の隔壁を有するウォールフロー構造の基材と、隔壁の内部に形成されたウォッシュコート層とを備えている。そして、ウォッシュコート層は、入側セルに接する隔壁の表面から隔壁の内方に所定の厚みで形成され、かつ、排ガス流入側の端部近傍から隔壁の延伸方向に沿って所定の長さで形成された入側層と、出側セルに接する隔壁の表面から隔壁の内方に所定の厚みで形成され、かつ、排ガス流出側の端部近傍から隔壁の延伸方向に沿って所定の長さで形成されている出側層とを備え、入側層と出側層とが一部重複するように、入側層および出側層の各々の厚みと長さが設定されている。そして、ここに開示されるパティキュレートフィルタにおいて、入側層は、粒子状物質の燃焼を促進する貴金属触媒を実質的に含有しておらず、かつ、出側層は、貴金属触媒を含有している。
ここに開示されるパティキュレートフィルタでは、貴金属触媒が実質的に存在していない入側領域のPM捕集性能が向上しやすいため、運転初期の排ガスからPMを好適に除去できる。そして、貴金属触媒が存在している出側領域のガス流通性が高い状態に維持されているため、流量が多い運転中期の排ガスが供給されても、急激な圧損の増大を適切に抑制できる。このように、ここに開示されるパティキュレートフィルタによれば、PM捕集性能と圧損抑制性能とを高いレベルで両立することができる。
なお、本明細書では、説明の便宜上、入側層のみが形成されており、貴金属触媒が実質的に存在しない領域を「入側領域」と称する。また、出側層が形成されており、貴金属触媒が存在する領域を「出側領域」と称する。すなわち、ここに開示されるパティキュレートフィルタでは、ウォッシュコート層が形成されていない領域が生じることを避けるために、入側層と出側層とが一部重複しているが、この入側層と出側層と重複した領域は、貴金属触媒が存在しているため「出側領域」とみなされる。
ここに開示されるパティキュレートフィルタの好ましい一態様では、出側層における貴金属触媒の含有量は0.1g/L以上である。これにより、出側領域のガス流通性をより高い状態に維持することができる。
ここに開示されるパティキュレートフィルタの好ましい一態様では、延伸方向における隔壁の全長を100%としたとき、ウォッシュコート層の貴金属触媒を実質的に含有していない領域(すなわち、入側領域)は、排ガス流出側の端部近傍から30%以上60%以下の領域に形成されている。これにより、PM捕集性能と圧損抑制性能をより高いレベルで両立することができる。
ここに開示されるパティキュレートフィルタの好ましい一態様では、隔壁の厚みを100%としたとき、入側層は、入側セルと接する表面から隔壁の内方に75%以上100%以下の厚みで形成されている。これにより、入側領域におけるPM捕集性能をより好適に向上させることができる。
ここに開示されるパティキュレートフィルタの好ましい一態様では、隔壁の厚みを100%としたとき、出側層は、出側セルと接する表面から隔壁の内方に75%以上100%以下の厚みで形成されている。これにより、出側領域におけるPM捕集性能と圧損抑制性能をより高いレベルで両立することができる。
ここに開示されるパティキュレートフィルタの好ましい一態様では、基材全体における隔壁の細孔の有効容積Vに対するウォッシュコート層の全重量Wの割合(W/V)が200g/L以上400g/L以下である。本発明者らが行った実験によると、上記W/Vを所定の範囲内に制御することによって、PM捕集性能と圧損抑制性能をより高いレベルで両立することができる。
また、上記したW/Vを制御する態様においては、隔壁の表面にウォッシュコート層が実質的に存在しないようにW/Vを制御するとより好ましい。これにより、急激な圧損増大をより適切に抑制できる。
ここに開示されるパティキュレートフィルタの好ましい一態様では、貴金属触媒が、Pt、Pd、Rhの群より選択される少なくとも一種類以上の白金族元素を含む。これらの白金族元素は、PM燃焼促進作用に優れているため、出側領域のガス流通性をより高い状態に維持することができる。
ここに開示されるパティキュレートフィルタの好ましい一態様では、内燃機関は、ガソリンエンジンである。ガソリンエンジンからの排ガスは、比較的に高温であり、PMが燃焼しやすいため、PM堆積に伴うPM捕集性能の向上が生じにくい傾向がある。ここに開示されるパティキュレートフィルタは、このようなガソリンエンジンの排気通路に配置した場合でも、入側領域にPMを適切に堆積させることができるため、ガソリンエンジン用のパティキュレートフィルタ(GPF:Gasoline Particulate Filter)として特に好適に使用できる。
以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄(例えば、排気経路におけるパティキュレートフィルタの配置に関する一般的事項等)は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。また、本明細書において数値範囲を示す「A~B」との表記は、「A以上B以下」を意味する。
A.全体構成
先ず、本実施形態に係るパティキュレートフィルタが使用された排ガス浄化装置の全体構成を説明する。図1は本実施形態に係るパティキュレートフィルタが配置された排気系を模式的に示す図である。図1に示される排気系では、内燃機関2の排気通路に排ガス浄化装置1が設けられている。
先ず、本実施形態に係るパティキュレートフィルタが使用された排ガス浄化装置の全体構成を説明する。図1は本実施形態に係るパティキュレートフィルタが配置された排気系を模式的に示す図である。図1に示される排気系では、内燃機関2の排気通路に排ガス浄化装置1が設けられている。
内燃機関2には、酸素と燃料ガスを含む混合気が供給される。内燃機関2は、この混合気が燃焼した際の熱エネルギーを運動エネルギーに変換する。そして、混合気の燃焼によって生じた排ガスは、図1中の矢印に示すように、エキゾーストマニホールド3と排気管4とから構成された排気通路に排出される。なお、本明細書では、説明の便宜上、排ガスの流れ方向における内燃機関2に近い側を上流側といい、内燃機関2から遠い側を下流側という。
排ガス浄化装置1は、排気通路に排出された排ガスを浄化する。この排ガス浄化装置1は、エンジンコントロールユニット(ECU:Engine Control Unit)7と、センサ8とを備えている。センサ8は、排ガスの成分や温度に関する情報を検知する。ECU7は、内燃機関2の運転を制御するための情報の一つとしてセンサ8における検知結果を受信する。さらに、図1に示される排ガス浄化装置1は、触媒部5とフィルタ部6とを備えている。
触媒部5は、排気管4の内部に設けられている。触媒部5には、排ガス中の三元成分(NOx、HC、CO)を浄化する排ガス浄化触媒が用いられ得る。触媒部5に使用される排ガス浄化触媒の具体的な構成は、本発明を特徴付けるものではないため詳細な説明を省略する。なお、図1に示される排ガス浄化装置1では、フィルタ部6よりも上流側に触媒部5が配置されているが、触媒部の配置位置は特に制限されない。例えば、触媒部は、フィルタ部よりも下流側に配置されていてもよいし、フィルタ部の上流側と下流側の両方に一対配置されていてもよい。
フィルタ部6は、排ガス中の粒子状物質(PM)を捕集することによって排ガスを浄化する。本実施形態に係るパティキュレートフィルタは、この排ガス浄化装置1のフィルタ部6に用いられ得る。換言すると、本実施形態に係るパティキュレートフィルタは、排ガス浄化装置1の一構成要素として内燃機関2の排気通路(排気管4)に配置されている。
B.パティキュレートフィルタ
以下、図2~図5を参照しながら本実施形態に係るパティキュレートフィルタを説明する。図2および図3中の符号Xは「排ガスの流通方向」を示す。そして、符号X1は「排ガス流入側(上流側)」を示し、符号X2は「排ガス流出側(下流側)」を示す。なお、図2は本実施形態に係るパティキュレートフィルタを模式的に示す斜視図である。また、図3は図2に示すパティキュレートフィルタを延伸方向(排ガスの流通方向X)に沿って切断した際の断面を模式的に示す図であり、図4はパティキュレートフィルタの径方向((排ガスの流通方向Xに対して垂直な方向)に沿って切断した際の断面を模式的に示す図である。そして、図5は図3中の領域Vを拡大した断面模式図である。
以下、図2~図5を参照しながら本実施形態に係るパティキュレートフィルタを説明する。図2および図3中の符号Xは「排ガスの流通方向」を示す。そして、符号X1は「排ガス流入側(上流側)」を示し、符号X2は「排ガス流出側(下流側)」を示す。なお、図2は本実施形態に係るパティキュレートフィルタを模式的に示す斜視図である。また、図3は図2に示すパティキュレートフィルタを延伸方向(排ガスの流通方向X)に沿って切断した際の断面を模式的に示す図であり、図4はパティキュレートフィルタの径方向((排ガスの流通方向Xに対して垂直な方向)に沿って切断した際の断面を模式的に示す図である。そして、図5は図3中の領域Vを拡大した断面模式図である。
図2~図5に示すように、本実施形態に係るパティキュレートフィルタ100は、ウォールフロー構造の基材10と、当該基材10の隔壁16内に形成されたウォッシュコート層20とを備えている。以下、各々について説明する。
1.基材
図2に示すように、本実施形態に係るパティキュレートフィルタ100では、排ガスの流通方向Xに沿って伸びた円柱形の基材10が用いられている。上述したように、この基材10はウォールフロー構造を有している。具体的には、基材10は、複数の中空部(セル12、14)を有したハニカム構造を備えている。これらのセル12、14は、排ガスの流通方向Xに沿って延びている。そして、図3および図4に示すように、本実施形態における基材10のセル12、14は、入側セル12と、該入側セル12に隣り合う出側セル14とによって構成されている。そして、入側セル12と出側セル14との間は、多孔質の隔壁16によって仕切られている。なお、基材10の材料は、従来のこの種の用途に用いられ得る種々の材料を特に制限なく使用できる。この基材10の材料の一例として、コージェライト、炭化ケイ素(SiC)等のセラミックスまたは合金(ステンレス等)等が挙げられる。また、本実施形態では、円柱形の基材10が用いられているが、基材の外形は特に制限されず、楕円柱形や多角柱形等であってもよい。
図2に示すように、本実施形態に係るパティキュレートフィルタ100では、排ガスの流通方向Xに沿って伸びた円柱形の基材10が用いられている。上述したように、この基材10はウォールフロー構造を有している。具体的には、基材10は、複数の中空部(セル12、14)を有したハニカム構造を備えている。これらのセル12、14は、排ガスの流通方向Xに沿って延びている。そして、図3および図4に示すように、本実施形態における基材10のセル12、14は、入側セル12と、該入側セル12に隣り合う出側セル14とによって構成されている。そして、入側セル12と出側セル14との間は、多孔質の隔壁16によって仕切られている。なお、基材10の材料は、従来のこの種の用途に用いられ得る種々の材料を特に制限なく使用できる。この基材10の材料の一例として、コージェライト、炭化ケイ素(SiC)等のセラミックスまたは合金(ステンレス等)等が挙げられる。また、本実施形態では、円柱形の基材10が用いられているが、基材の外形は特に制限されず、楕円柱形や多角柱形等であってもよい。
入側セル12は、基材10内部に形成されたセル12、14のうち、排ガス流入側X1の端部のみが開口したセルを指す(図3参照)。すなわち、入側セル12は、排ガス流入側X1の端部がガス流入口12aとしてフィルタ外部に開放されていると共に、排ガス流出側X2の端部が封止部12bによって封止されている。一方、出側セル14は、排ガス流出側X2の端部のみが開口したセルを指す。すなわち、出側セル14は、排ガス流入側X1の端部が封止部14aによって封止されていると共に、排ガス流出側X2の端部がガス流出口14bとしてフィルタ外部に開放されている。
これらの入側セル12、出側セル14の形状や大きさは、パティキュレートフィルタ100に供給される排ガスの流量や成分を考慮して適宜変更できる。例えば、図4に示すように、本実施形態では、基材10の延伸方向Xと直交する断面(基材10の径方向に沿った断面)におけるセル12、14の断面形状が正方形である。この入側セル12と出側セル14の各々の断面積は、同程度であってもよいし、排ガスの流量を考慮して異ならせてもよい。また、セル12、14の断面形状は、本実施形態のような正方形に限定されず、平行四辺形、長方形、台形、三角形、五角形、円形などの一般的な形状を特に制限なく採用することができる。
また、図2および図4に示すように、基材10は、入側セル12と出側セル14の各々が相互に隣り合うように形成される。本実施形態の基材10は、断面正方形の入側セル12と出側セル14とが市松模様状に配置されるように形成されている。
これらの入側セル12、出側セル14の形状や大きさは、パティキュレートフィルタ100に供給される排ガスの流量や成分を考慮して適宜変更できる。例えば、図4に示すように、本実施形態では、基材10の延伸方向Xと直交する断面(基材10の径方向に沿った断面)におけるセル12、14の断面形状が正方形である。この入側セル12と出側セル14の各々の断面積は、同程度であってもよいし、排ガスの流量を考慮して異ならせてもよい。また、セル12、14の断面形状は、本実施形態のような正方形に限定されず、平行四辺形、長方形、台形、三角形、五角形、円形などの一般的な形状を特に制限なく採用することができる。
また、図2および図4に示すように、基材10は、入側セル12と出側セル14の各々が相互に隣り合うように形成される。本実施形態の基材10は、断面正方形の入側セル12と出側セル14とが市松模様状に配置されるように形成されている。
上述したように、入側セル12と出側セル14は、隔壁16によって仕切られている。本実施形態では、格子状に形成された隔壁16の各々が排ガスの流通方向Xに沿って延びており、当該隔壁16に囲まれた空間がセル12、14となる(図3および図4参照)。この隔壁16は、複数の細孔を有する多孔質構造を有している。具体的には、隔壁16の壁体17には、図5に示すような細孔18が複数形成されており、かかる細孔18の一部を通じて入側セルと出側セルとが連通している。これによって、図3中の矢印のように、入側セル12に流入した排ガスを隔壁16に通過させて出側セル14へ流出させることができる。なお、隔壁16の厚みTおよび全長Lは、PM捕集性能と圧損抑制性能とを両立するという観点で調節すると好ましい。例えば、隔壁16の厚みTは、概ね0.2mm~1.6mm程度であると好ましい。また、隔壁16の全長Lは、概ね50mm~500mm(好ましくは100mm~200mm)程度であると好ましい。
隔壁16の気孔率は、圧損増大の抑制という観点から、40%以上が好ましく、45%以上がより好ましく、50%以上がさらに好ましく、55%以上が特に好ましい。一方、隔壁16の気孔率の上限は、基材10の機械的強度の維持という観点から、80%以下が好ましく、75%以下がより好ましく、70%以下がさらに好ましく、65%以下が特に好ましい。なお、本明細書における「隔壁の気孔率」は、基材10の隔壁16の全体積(壁体17と細孔18の合計体積)に対する細孔18の体積の割合を指し、水銀圧入法によって測定された値である。
また、細孔18の平均細孔径は、圧損抑制性能の向上という観点から、1μm以上が好ましく、5μm以上がより好ましく、7μm以上がさらに好ましく、10μm以上が特に好ましい。一方、PM捕集性能の向上という観点から、細孔18の平均細孔径の上限は、50μm以下が好ましく、40μm以下がより好ましく、30μm以下がさらに好ましく、25μm以下が特に好ましい。なお、本明細書における「細孔18の平均細孔径」は、水銀圧入法によって求められた細孔分布の平均値を指す。
2.ウォッシュコート層
図3に示すように、ウォッシュコート層20は、基材10の隔壁16の内部に形成された被覆層である。具体的には、図5に示すように、ウォッシュコート層20は、細孔18の壁面(細孔18と接する壁体17の表面)に形成された多孔質の耐熱層である。かかるウォッシュコート層20は、高温安定性や吸水性等を向上させる機能を備え得る。また、ウォッシュコート層20は、表面積の拡大や細孔18の小径化によるPM捕集性能の向上にも寄与し得る。本実施形態におけるウォッシュコート層20には、従来公知の材料を特に制限なく使用できる。典型的には、ウォッシュコート層20は、耐熱性材料を主体として構成されている。典型的には、ウォッシュコート層20は、耐熱性材料を50質量%以上含むと好ましく、85質量%以上含むとより好ましい。かかる耐熱性材料には、JIS R2001に規定される耐火物が使用され得る。かかる耐火物の一例として、アルミナ(Al2O3)等の中性耐火物、シリカ(SiO2)、ジルコニア(ZrO2)等の酸性耐火物、マグネシア(MgO)、カルシア(CaO)等の塩基性耐火物が挙げられる。これらの耐火物の中でもアルミナ(好ましくは、活性アルミナ)が好ましい。また、ウォッシュコート層20の耐熱性材料は、上述した耐火物のいずれか1種のみから構成されていてもよいし、2種以上の混合物(または複合体)によって構成されていてもよい。複合体としては、例えば、セリア-ジルコニア複合酸化物等が挙げられる。また、ウォッシュコート層20は、副成分として他の材料(典型的には無機酸化物)を含んでいてもよい。かかる副成分の一例として、イットリア(Y2O3)等の希土類金属酸化物、酸化バリウム(BaO)等のアルカリ土類金属酸化物などが挙げられる。
図3に示すように、ウォッシュコート層20は、基材10の隔壁16の内部に形成された被覆層である。具体的には、図5に示すように、ウォッシュコート層20は、細孔18の壁面(細孔18と接する壁体17の表面)に形成された多孔質の耐熱層である。かかるウォッシュコート層20は、高温安定性や吸水性等を向上させる機能を備え得る。また、ウォッシュコート層20は、表面積の拡大や細孔18の小径化によるPM捕集性能の向上にも寄与し得る。本実施形態におけるウォッシュコート層20には、従来公知の材料を特に制限なく使用できる。典型的には、ウォッシュコート層20は、耐熱性材料を主体として構成されている。典型的には、ウォッシュコート層20は、耐熱性材料を50質量%以上含むと好ましく、85質量%以上含むとより好ましい。かかる耐熱性材料には、JIS R2001に規定される耐火物が使用され得る。かかる耐火物の一例として、アルミナ(Al2O3)等の中性耐火物、シリカ(SiO2)、ジルコニア(ZrO2)等の酸性耐火物、マグネシア(MgO)、カルシア(CaO)等の塩基性耐火物が挙げられる。これらの耐火物の中でもアルミナ(好ましくは、活性アルミナ)が好ましい。また、ウォッシュコート層20の耐熱性材料は、上述した耐火物のいずれか1種のみから構成されていてもよいし、2種以上の混合物(または複合体)によって構成されていてもよい。複合体としては、例えば、セリア-ジルコニア複合酸化物等が挙げられる。また、ウォッシュコート層20は、副成分として他の材料(典型的には無機酸化物)を含んでいてもよい。かかる副成分の一例として、イットリア(Y2O3)等の希土類金属酸化物、酸化バリウム(BaO)等のアルカリ土類金属酸化物などが挙げられる。
そして、図3に示すように、本実施形態におけるウォッシュコート層20は、入側層22と出側層24とを備えている。そして、これらの入側層22と出側層24の厚みと長さは、入側層22と出側層24とが一部重複するように設定されている。以下、各々の層について説明する。
(1)入側層
入側層22は、ガス流入口12a近傍の隔壁16を含む領域に形成されたウォッシュコート層である。具体的には、入側層22は、入側セル12に接する隔壁16の表面から隔壁16の内方に所定の厚みTAで形成され、かつ、排ガス流入側X1の端部近傍から隔壁16の延伸方向(排ガスの流通方向X)に沿って所定の長さで形成されている。この入側層22の厚みTAは、PM捕集性能の向上という観点から、隔壁16の厚みTの50%以上が好ましく、60%以上がより好ましく、70%以上がさらに好ましく、75%以上が特に好ましい。また、入側層22の厚みTAの上限は、特に制限されず、上記隔壁16の厚みTの100%以下であってもよいし、95%以下であってもよいし、90%以下であってもよい。なお、上記したように、本明細書では、この入側層22のみが形成された領域を「入側領域」と称する。
入側層22は、ガス流入口12a近傍の隔壁16を含む領域に形成されたウォッシュコート層である。具体的には、入側層22は、入側セル12に接する隔壁16の表面から隔壁16の内方に所定の厚みTAで形成され、かつ、排ガス流入側X1の端部近傍から隔壁16の延伸方向(排ガスの流通方向X)に沿って所定の長さで形成されている。この入側層22の厚みTAは、PM捕集性能の向上という観点から、隔壁16の厚みTの50%以上が好ましく、60%以上がより好ましく、70%以上がさらに好ましく、75%以上が特に好ましい。また、入側層22の厚みTAの上限は、特に制限されず、上記隔壁16の厚みTの100%以下であってもよいし、95%以下であってもよいし、90%以下であってもよい。なお、上記したように、本明細書では、この入側層22のみが形成された領域を「入側領域」と称する。
そして、本実施形態に係るパティキュレートフィルタ100では、入側層22に貴金属触媒が実質的に含有されていない。詳しくは後述するが、貴金属触媒は、PMの燃焼を促進する機能を有する触媒材料であり、金(Au)、銀(Ag)、パラジウム(Pd)、ロジウム(Rh)、白金(Pt)、ルテニウム(Ru)、イリジウム(Ir)、オスミウム(Os)等の貴金属を含有する。この貴金属触媒を実質的に含有しない入側層22を形成することにより、入側領域に堆積したPMが燃焼することを抑制できる。このため、本実施形態に係るパティキュレートフィルタ100では、入側領域において、PM堆積量の増加に伴うPM捕集性能の向上が生じやすくなっている。
なお、本明細書において「貴金属触媒を実質的に含有しない」とは、貴金属触媒と解釈され得る成分が意図的に添加されていないことを指す。したがって、貴金属触媒と解釈され得る成分が原料や製造工程等に由来して微量に含まれるような場合や、他の触媒層から入側層に微量の貴金属触媒が移動した場合(例えば、出側層から入側層に貴金属触媒が移動した場合)などは、本明細書における「貴金属触媒を実質的に含有しない」の概念に包含される。例えば、入側層22の体積に対する貴金属触媒の含有量の割合(g/L)が0.05g/L以下(好ましくは0.03g/L以下、より好ましくは0.01g/L以下、さらに好ましくは0.005g/L以下、特に好ましくは0.001g/L以下)である場合、「貴金属触媒を実質的に含有しない」ということができる。
(2)出側層
出側層24は、ガス流出口14b近傍の隔壁16を含む領域に形成されたウォッシュコート層である。具体的には、出側層24は、出側セル14に接する隔壁16の表面から隔壁16の内方に所定の厚みTBで形成され、かつ、排ガス流出側X2の端部近傍から隔壁16の延伸方向(排ガスの流通方向X)に沿って所定の長さLBで形成されている。PM捕集性能の向上という観点から、出側層24の厚みTBは、隔壁16の厚みTの50%以上が好ましく、60%以上がより好ましく、70%以上がさらに好ましく、75%以上が特に好ましい。また、出側層24の厚みTBの上限は、特に制限されず、上記隔壁16の厚みTの100%以下であってもよく、95%以下であってもよく、90%以下であってもよく、85%以下であってもよい。なお、本明細書では、出側層24が形成された領域を「出側領域」と称する。この「出側領域」は、入側層22と出側層24とが重複する領域を含むものとする。
出側層24は、ガス流出口14b近傍の隔壁16を含む領域に形成されたウォッシュコート層である。具体的には、出側層24は、出側セル14に接する隔壁16の表面から隔壁16の内方に所定の厚みTBで形成され、かつ、排ガス流出側X2の端部近傍から隔壁16の延伸方向(排ガスの流通方向X)に沿って所定の長さLBで形成されている。PM捕集性能の向上という観点から、出側層24の厚みTBは、隔壁16の厚みTの50%以上が好ましく、60%以上がより好ましく、70%以上がさらに好ましく、75%以上が特に好ましい。また、出側層24の厚みTBの上限は、特に制限されず、上記隔壁16の厚みTの100%以下であってもよく、95%以下であってもよく、90%以下であってもよく、85%以下であってもよい。なお、本明細書では、出側層24が形成された領域を「出側領域」と称する。この「出側領域」は、入側層22と出側層24とが重複する領域を含むものとする。
そして、本実施形態に係るパティキュレートフィルタ100では、上述した入側層22と異なり、出側層24に貴金属触媒が含まれている。上記したように、貴金属触媒は、PMの燃焼を促進する機能を有する触媒材料であり、Au、Ag、Pd、Rh、Pt、Ru、Ir、Os等の貴金属元素の少なくとも一種を含有する。これらの中でもPt、Pd、Rh等の白金族元素は、PM燃焼を促進する作用に特に優れているため、出側層24に含有させる貴金属として特に好適である。また、貴金属触媒は、上述した貴金属の他に、当該貴金属を担持する担体を含んでいてもよい。かかる担体の材料としては、アルミナ(Al2O3)、希土類金属酸化物、アルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物、ジルコニア(ZrO2)、セリア(CeO2)、シリカ(SiO2)、マグネシア(MgO)、チタニア(TiO2)等が挙げられる。
上述した貴金属触媒を出側層24に含有させることによって、出側領域に堆積したPMの燃焼を促進することができる。このため、本実施形態に係るパティキュレートフィルタ100では、出側領域の隔壁16の細孔18がPMによって目詰まりすることが防止され、当該出側領域におけるガス流通性が高い状態に維持される。
上述した貴金属触媒を出側層24に含有させることによって、出側領域に堆積したPMの燃焼を促進することができる。このため、本実施形態に係るパティキュレートフィルタ100では、出側領域の隔壁16の細孔18がPMによって目詰まりすることが防止され、当該出側領域におけるガス流通性が高い状態に維持される。
なお、出側層24における貴金属触媒の含有量(出側層24の体積1Lに対する貴金属触媒の含有量gの割合)は、0.1g/L以上であることが好ましい。これにより、出側領域におけるガス流通性をより高い状態に維持することができる。また、出側領域におけるガス流通性を更に高い状態に維持するという観点から、出側層24における貴金属触媒の含有量は、0.5g/L以上がより好ましく、0.7g/L以上がさらに好ましく、1g/L以上が特に好ましい。また、出側層24における貴金属触媒の含有量の上限は、特に限定されず、20g/L以下であってもよい。但し、出側層24を容易に形成するという観点からは、10g/L以下が好ましく、7g/L以下がより好ましく、5g/L以下がさらに好ましく、2g/L以下が特に好ましい。
(3)入側層と出側層との関係
上記したように、本実施形態に係るパティキュレートフィルタ100では、図3に示すように、隔壁16の延伸方向(排ガスの流通方向X)において、入側層22と出側層24とが一部重複している。これによって、ウォッシュコート層が形成されていない領域が隔壁16に生じることを確実に防止できる。このとき、入側層22のみが形成された領域(すなわち、貴金属触媒を含まない入側領域)の長さLAは、隔壁16の全長L(100%)の30%以上であると好ましく、35%以上であるとより好ましく、40%以上であると更に好ましい。このように入側領域の長さLAを一定以上確保することによって、運転初期の排ガスG1を適切に入側領域に通過させることができる。一方、入側領域の長さLAの上限は70%以下であると好ましく、65%以下であるとより好ましく、60%以下であると更に好ましい。これにより、出側領域の長さLBを十分に確保し、運転中期の排ガスG2を適切に出側領域に通過させることができる。かかる入側層の長さLAの好適な一例は、55%である。
上記したように、本実施形態に係るパティキュレートフィルタ100では、図3に示すように、隔壁16の延伸方向(排ガスの流通方向X)において、入側層22と出側層24とが一部重複している。これによって、ウォッシュコート層が形成されていない領域が隔壁16に生じることを確実に防止できる。このとき、入側層22のみが形成された領域(すなわち、貴金属触媒を含まない入側領域)の長さLAは、隔壁16の全長L(100%)の30%以上であると好ましく、35%以上であるとより好ましく、40%以上であると更に好ましい。このように入側領域の長さLAを一定以上確保することによって、運転初期の排ガスG1を適切に入側領域に通過させることができる。一方、入側領域の長さLAの上限は70%以下であると好ましく、65%以下であるとより好ましく、60%以下であると更に好ましい。これにより、出側領域の長さLBを十分に確保し、運転中期の排ガスG2を適切に出側領域に通過させることができる。かかる入側層の長さLAの好適な一例は、55%である。
そして、本実施形態に係るパティキュレートフィルタ100では、入側層22に貴金属触媒を実質的に含有させず、出側層24に貴金属触媒を含有させている。これによって、PM捕集性能と圧損抑制性能とを高いレベルで両立することができる。
具体的には、図3に示すように、運転初期の排ガスG1は、流量が少ないため隔壁16の入側領域を通過しやすい。この運転初期の排ガスG1には、比較的に多くのPMが含まれているが、本実施形態に係るパティキュレートフィルタ100では、貴金属触媒が実質的に存在していない入側領域のPM捕集性能が向上しやすいため、当該運転初期の排ガスG1からPMを適切に除去することができる。また、運転初期の排ガスG1は、上記のように流量が少ないため、細孔18が比較的に小さな状態に維持される入側領域を通過した場合でも、急激な圧損上昇が生じにくい。
一方、運転中期の排ガスG2は、流量が多いため隔壁16の出側領域を通過する。本実施形態に係るパティキュレートフィルタ100では、貴金属触媒が存在する出側領域におけるガス流通性が高い状態に維持されているため、流量が多い運転中期の排ガスが供給されても、急激な圧損の増大を適切に抑制できる。また、運転中期の排ガスG2は、PM含有量が少ないため、細孔18が比較的に大きな状態に維持される出側領域でもPMを十分に除去することができる。
具体的には、図3に示すように、運転初期の排ガスG1は、流量が少ないため隔壁16の入側領域を通過しやすい。この運転初期の排ガスG1には、比較的に多くのPMが含まれているが、本実施形態に係るパティキュレートフィルタ100では、貴金属触媒が実質的に存在していない入側領域のPM捕集性能が向上しやすいため、当該運転初期の排ガスG1からPMを適切に除去することができる。また、運転初期の排ガスG1は、上記のように流量が少ないため、細孔18が比較的に小さな状態に維持される入側領域を通過した場合でも、急激な圧損上昇が生じにくい。
一方、運転中期の排ガスG2は、流量が多いため隔壁16の出側領域を通過する。本実施形態に係るパティキュレートフィルタ100では、貴金属触媒が存在する出側領域におけるガス流通性が高い状態に維持されているため、流量が多い運転中期の排ガスが供給されても、急激な圧損の増大を適切に抑制できる。また、運転中期の排ガスG2は、PM含有量が少ないため、細孔18が比較的に大きな状態に維持される出側領域でもPMを十分に除去することができる。
(4)ウォッシュコート層の総コート量
本実施形態に係るパティキュレートフィルタ100において、ウォッシュコート層20の総コート量は、圧損抑制効果とPM捕集性能の両方に影響し得るため、必要に応じて適宜調整されていることが好ましい。ここで、「ウォッシュコート層の総コート量」とは、入側層22と出側層24とを含むウォッシュコート層20の総重量を意味する。この総コート量が増加するに従って、細孔18の壁面に付着したウォッシュコート層20の厚みが増加するため、細孔18が小径化してPM捕集性能が向上する(図5参照)。一方で、総コート量を増加させ過ぎると、細孔18の外側(セル12、14に隣接した隔壁16の表面16a)にウォッシュコート層が形成される。この場合、セル12、14がウォッシュコート層によって塞がれて圧損が急激に増大するおそれがある。これらの点を考慮して本発明者らが実験を行った結果、基材10全体における隔壁16の細孔18の有効容積Vに対するウォッシュコート層20の総コート量Wの割合(W/V)を200g/L以上(好ましくは250g/L以上)とすることによって、好適なPM捕集性能が得られることが分かった。また、当該W/Vの上限を400g/L以下(好ましくは350g/L以下)とすることによって、急激な圧損の増大を防止できることが分かった。
なお、上述した「基材全体における隔壁の細孔の有効容積V」は、「隔壁の気孔率」と「有効隔壁の体積」とを掛けることによって求められる。上述したように「隔壁の気孔率」は、基材10の隔壁16の全体積(壁体17と細孔18の合計体積)に対する細孔18の体積の割合を指す。一方、「有効隔壁の体積」とは、排ガスが通過し得る隔壁の体積を指す。具体的には、図4中の隔壁16同士が交差する領域16bや、図3中の封止部12b、14aと接する領域16cには排ガスが通過しない。「有効隔壁の体積」とは、これらの排ガスが通過しない領域を除いた隔壁16の体積を指す。この「有効隔壁の体積」は、基材10の容積からセル12、14の容積を減算することによって求められる。このとき、「セル12、14の容積」は、図4に示すような正面視におけるセル12、14の開口面積の合計と基材10の全長Lとを掛けることによって算出できる。
本実施形態に係るパティキュレートフィルタ100において、ウォッシュコート層20の総コート量は、圧損抑制効果とPM捕集性能の両方に影響し得るため、必要に応じて適宜調整されていることが好ましい。ここで、「ウォッシュコート層の総コート量」とは、入側層22と出側層24とを含むウォッシュコート層20の総重量を意味する。この総コート量が増加するに従って、細孔18の壁面に付着したウォッシュコート層20の厚みが増加するため、細孔18が小径化してPM捕集性能が向上する(図5参照)。一方で、総コート量を増加させ過ぎると、細孔18の外側(セル12、14に隣接した隔壁16の表面16a)にウォッシュコート層が形成される。この場合、セル12、14がウォッシュコート層によって塞がれて圧損が急激に増大するおそれがある。これらの点を考慮して本発明者らが実験を行った結果、基材10全体における隔壁16の細孔18の有効容積Vに対するウォッシュコート層20の総コート量Wの割合(W/V)を200g/L以上(好ましくは250g/L以上)とすることによって、好適なPM捕集性能が得られることが分かった。また、当該W/Vの上限を400g/L以下(好ましくは350g/L以下)とすることによって、急激な圧損の増大を防止できることが分かった。
なお、上述した「基材全体における隔壁の細孔の有効容積V」は、「隔壁の気孔率」と「有効隔壁の体積」とを掛けることによって求められる。上述したように「隔壁の気孔率」は、基材10の隔壁16の全体積(壁体17と細孔18の合計体積)に対する細孔18の体積の割合を指す。一方、「有効隔壁の体積」とは、排ガスが通過し得る隔壁の体積を指す。具体的には、図4中の隔壁16同士が交差する領域16bや、図3中の封止部12b、14aと接する領域16cには排ガスが通過しない。「有効隔壁の体積」とは、これらの排ガスが通過しない領域を除いた隔壁16の体積を指す。この「有効隔壁の体積」は、基材10の容積からセル12、14の容積を減算することによって求められる。このとき、「セル12、14の容積」は、図4に示すような正面視におけるセル12、14の開口面積の合計と基材10の全長Lとを掛けることによって算出できる。
また、急激な圧損の増大を確実に防止するという観点からは、隔壁16の表面にウォッシュコート層20が実質的に存在しないように、上記W/Vを調節することが好ましい。なお、「隔壁の表面にウォッシュコート層が実質的に存在しない」とは、上記総コート量Wを100%とした場合に、隔壁16の細孔18の内部に存在するコート量が90%以上(好ましくは95%以上)であることをいう。
(5)他の材料
ここに開示されるパティキュレートフィルタのウォッシュコート層には、本願発明の本質を損なわない範囲で、他の材料を添加することができる。かかるウォッシュコート層に添加され得る材料としては、OSC材(酸素吸放出材)、NOx吸収材、SCR(Selective Catalytic Reduction:選択的接触還元)触媒等が挙げられる。
ここに開示されるパティキュレートフィルタのウォッシュコート層には、本願発明の本質を損なわない範囲で、他の材料を添加することができる。かかるウォッシュコート層に添加され得る材料としては、OSC材(酸素吸放出材)、NOx吸収材、SCR(Selective Catalytic Reduction:選択的接触還元)触媒等が挙げられる。
OSC材は、排ガス中の酸素濃度が高い(即ち空燃比がリーンである)ときに酸素を吸蔵し、排ガス中の酸素濃度が低い(即ち空燃比がリッチである)ときに酸素を放出する材料である。かかるOSC材の一例として、酸化セリウム(セリア:CeO2)をベースとした材料が挙げられる。かかるCeO2をベースとした材料としては、CZ系複合材料(CeO2-ZrO2複合酸化物)が挙げられる。このCZ系複合材料は、CeO2とZrO2とを主成分とした多結晶体または単結晶である。また、CZ系複合材料には、種々の付加成分が添加されていてもよい。かかる付加成分の一例として、希土類酸化物、アルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物、遷移金属、アルミナ、シリカ等が挙げられる。
なお、OSC材は、隔壁16を通過する排ガスを酸化雰囲気に維持するという作用を有しているため、PMの燃焼を促進する機能を発揮し得る。このため、OSC材を使用する場合であっても、入側層22にはOSC材を実質的に含有させない方が好ましい。これによって、圧損抑制性能とPM捕集性能とをさらに高いレベルで両立させることができる。なお、「入側層がOSC材を実質的に含有しない」とは、上述した貴金属触媒と同様に、OSC材と解釈され得る成分が意図的に添加されていないことを指す。すなわち、入側層22の体積1Lに対するOSC材の含有量gの割合(g/L)が5g/L以下(好ましくは3g/L以下、より好ましくは2g/L以下、さらに好ましくは1g/L以下、特に好ましくは0.5g/L以下)である場合、「入側層がOSC材を実質的に含有しない」ということができる。
NOx吸収材は、排ガスの空燃比が酸素過剰のリーン状態にあると排ガス中のNOxを吸収し、空燃比がリッチ状態になるとNOxを放出する材料である。かかるNOx吸収材としては、NOxに電子を供与し得る金属の一種または二種以上を含む塩基性材料を好ましく用いることができる。例えば、カリウム(K)、ナトリウム(Na)、セシウム(Cs)のようなアルカリ金属、バリウム(Ba)、カルシウム(Ca)のようなアルカリ土類金属、ランタノイドのような希土類および銀(Ag)、銅(Cu)、鉄(Fe)、イリジウム(Ir)等の金属が挙げられる。これらの中でもバリウム化合物(例えば硫酸バリウム)は、高いNOx吸蔵能を有しているため好適である。
SCR触媒は、排ガス中の窒素酸化物(NOx)を浄化するものであればよい。SCR触媒としては特に限定されないが、例えば、β型ゼオライト、SAPO(シリコアルミノホスフェート)系ゼオライトが挙げられる。SAPOとしては、SAPO-5、SAPO-11、SAPO-14、SAPO-17、SAPO-18、SAPO-34、SAPO-39、SAPO-42、SAPO-47等が例示される。SCR触媒は、任意の金属成分を含んでいてもよい。そのような金属成分として、銅(Cu)、鉄(Fe)、ナトリウム(Na)、カリウム(K)、マグネシウム(Mg)、カルシウム(Ca)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、亜鉛(Zn)、銀(Ag)、鉛(Pb)、バナジウム(V)、クロム(Cr)、モリブデン(Mo)、イットリウム(Y)、セリウム(Ce)、ネオジム(Nd)、タングステン(W)、インジウム(In)、イリジウム(Ir)等が例示される。SAPOに上記金属を含有させることで、NOxをより効率良く浄化できるようになる。なお、ウォッシュコート層20にSCR触媒を含有させる場合には、アンモニアを生成するための還元剤(例えば尿素水)を供給する還元剤供給手段をパティキュレートフィルタよりも上流側(例えば、図1中のフィルタ部5よりも上流側)に配置すると好ましい。
C.用途
上述したように、本実施形態に係るパティキュレートフィルタ100は、排ガス中のPMを除去するフィルタ部5として内燃機関2の排気通路に配置され得る(図1参照)。しかし、ここに開示されるパティキュレートフィルタは、これに限定されず、種々の用途に使用することができる。例えば、ここに開示されるパティキュレートフィルタは、出側層に貴金属触媒が含まれているため、炭化水素(HC)、一酸化炭素(CO)、窒素酸化物(NOx)を浄化する三元触媒としても機能し得る。このため、ここに開示されるパティキュレートフィルタは、図1中の触媒部5とフィルタ部6の両方の機能を兼ねた排ガス浄化触媒として使用することもできる。なお、ここに開示されるパティキュレートフィルタを三元触媒として使用する場合には、上述したOSC材やNOx吸収材などがウォッシュコート層に添加されていると好ましい。
上述したように、本実施形態に係るパティキュレートフィルタ100は、排ガス中のPMを除去するフィルタ部5として内燃機関2の排気通路に配置され得る(図1参照)。しかし、ここに開示されるパティキュレートフィルタは、これに限定されず、種々の用途に使用することができる。例えば、ここに開示されるパティキュレートフィルタは、出側層に貴金属触媒が含まれているため、炭化水素(HC)、一酸化炭素(CO)、窒素酸化物(NOx)を浄化する三元触媒としても機能し得る。このため、ここに開示されるパティキュレートフィルタは、図1中の触媒部5とフィルタ部6の両方の機能を兼ねた排ガス浄化触媒として使用することもできる。なお、ここに開示されるパティキュレートフィルタを三元触媒として使用する場合には、上述したOSC材やNOx吸収材などがウォッシュコート層に添加されていると好ましい。
また、本発明を限定する意図はないが、ここに開示されるパティキュレートフィルタは、内燃機関2が自動車のガソリンエンジンである場合に特に好ましく使用される。ガソリンエンジンから排出される排ガスは、比較的に高温であるため、隔壁の細孔内にPMが堆積しにくい傾向がある。これに対して、ここに開示されるパティキュレートフィルタでは、入側領域に貴金属触媒が実質的に存在していないため、当該入側領域にPMを好適に堆積させることができる。このため、ここに開示されるパティキュレートフィルタは、ガソリンエンジンに使用した場合でもPM捕集性能を好適に向上させることができる。
なお、ここに開示されるパティキュレートフィルタは、ガソリンエンジンに限らず、他のエンジン(例えばディーゼルエンジン)からの排ガスを浄化するために使用することもできる。特に、上述したように、ウォッシュコート層にSCR触媒を添加し、パティキュレートフィルタの上流側に還元剤供給手段を配置した場合には、ディーゼルエンジンからの排ガスに含まれるNOxを浄化するSCR装置と、PMを除去するフィルタ部とを兼ねることができる。
D.パティキュレートフィルタの製造
以下、本実施形態に係るパティキュレートフィルタ100を製造する方法の一例を説明する。なお、ここに開示されるパティキュレートフィルタは、以下の製造方法によって製造されたパティキュレートフィルタに限定されない。
以下、本実施形態に係るパティキュレートフィルタ100を製造する方法の一例を説明する。なお、ここに開示されるパティキュレートフィルタは、以下の製造方法によって製造されたパティキュレートフィルタに限定されない。
本実施形態に係るパティキュレートフィルタ100は、例えば、ウォッシュコート層20の材料を含むスラリーを調製し、当該スラリーを基材10の隔壁16の細孔18内に導入することによって製造できる。以下、各工程について説明する。
(1)スラリーの調製
本工程では、上述したウォッシュコート層20の材料を所定の分散媒に分散させることによってスラリーを調製する。分散媒には、この種のスラリーの調製に用いられ得る分散媒を特に制限なく使用できる。例えば、分散媒は、極性溶媒(例えば、水)であってもよいし、非極性溶媒(例えば、メタノール等)であってもよい。また、スラリーには、上述したウォッシュコート層20の材料と分散媒の他に、粘度調整用の有機成分が含まれていてもよい。かかる粘度調整用の有機成分としては、カルボキシメチルセルロース(CMC)、メチルセルロース(MC)、ヒドロキシプロピルメチルセルロース(HPMC)、ヒドロキシエチルメチルセルロース(HEMC)等のセルロース系ポリマーが挙げられる。
本工程では、上述したウォッシュコート層20の材料を所定の分散媒に分散させることによってスラリーを調製する。分散媒には、この種のスラリーの調製に用いられ得る分散媒を特に制限なく使用できる。例えば、分散媒は、極性溶媒(例えば、水)であってもよいし、非極性溶媒(例えば、メタノール等)であってもよい。また、スラリーには、上述したウォッシュコート層20の材料と分散媒の他に、粘度調整用の有機成分が含まれていてもよい。かかる粘度調整用の有機成分としては、カルボキシメチルセルロース(CMC)、メチルセルロース(MC)、ヒドロキシプロピルメチルセルロース(HPMC)、ヒドロキシエチルメチルセルロース(HEMC)等のセルロース系ポリマーが挙げられる。
そして、本実施形態に係るパティキュレートフィルタ100を作製する際には、貴金属触媒を実質的に含有させない入側層用のスラリーと、貴金属触媒を含有させた出側層用のスラリーの2種類のスラリーを調製する。貴金属触媒に関する詳細な説明は、上述の説明と重複するため省略する。なお、入側層用スラリーと出側層用スラリーは、貴金属触媒以外の材料が異なっていてもよい。例えば、粘度調整用の有機成分の添加量や種類を異ならせることによって、入側層用スラリーと出側層用スラリーとの間で粘度を異ならせ、入側層と出側層の各々が形成される領域の調節を容易に行うことができる。
(2)スラリーの導入
本工程では、上述のスラリーを隔壁16の細孔18内に導入することによってウォッシュコート層20を形成する。なお、スラリーを細孔18内に導入する手段は、特に限定されず、従来から公知の手段を特に制限なく使用することができる。かかるスラリー導入手段の一例として、エアブロー法や吸引コート法などが挙げられる。エアブロー法では、基材10の端部をスラリーに浸漬させてセル12、14内部にスラリーを浸透させた後に、基材10を取り出してエアブローを実施することによって、スラリーを細孔18内に導入する。一方、吸引コート法では、基材10の端部をスラリーに浸漬させた状態で、反対側の端部から吸引することによってスラリーを細孔18内に導入する。
本工程では、上述のスラリーを隔壁16の細孔18内に導入することによってウォッシュコート層20を形成する。なお、スラリーを細孔18内に導入する手段は、特に限定されず、従来から公知の手段を特に制限なく使用することができる。かかるスラリー導入手段の一例として、エアブロー法や吸引コート法などが挙げられる。エアブロー法では、基材10の端部をスラリーに浸漬させてセル12、14内部にスラリーを浸透させた後に、基材10を取り出してエアブローを実施することによって、スラリーを細孔18内に導入する。一方、吸引コート法では、基材10の端部をスラリーに浸漬させた状態で、反対側の端部から吸引することによってスラリーを細孔18内に導入する。
そして、本実施形態に係るパティキュレートフィルタ100では、入側層22と出側層24とを備えたウォッシュコート層20が形成されている。吸引コート法を使用して、このようなウォッシュコート層20を形成するには、先ず、基材10のガス流入口12aを入側層用のスラリーに浸漬させた状態でガス流出口14bから吸引する。これによって、排ガス流入側X1の端部近傍から所定の長さと厚みで入側層用のスラリーが塗布されるため、このスラリーを乾燥・焼成することによって入側層22が形成される。次に、基材10のガス流出口14bを出側層用のスラリーを浸漬させた状態でガス流入口12aから吸引する。これによって、排ガス流出側X2の端部近傍から所定の長さと厚みで出側層用のスラリーが塗布されるため、このスラリーを乾燥・焼成することによって出側層24が形成される。このとき、スラリー粘度や吸引コート装置の吸引力を調節し、各々のスラリーが塗布される領域を制御することによって、焼成後の入側層22の一部と出側層24の一部とを重複させることができる。
なお、入側層22と出側層24を形成する順序は特に限定されず、出側層24を形成した後に入側層22を形成してもよい。また、上述した方法では、入側層用のスラリーの乾燥と焼成を行って入側層22を形成した後に、出側層用のスラリーを基材内部へ導入している。しかし、入側層用のスラリーを乾燥した後に、出側層用のスラリーを導入し、入側層用のスラリーと出側層用のスラリーの両方を同時に焼成してもよい。これらの場合でも、入側層22と出側層24とを備えたウォッシュコート層20を形成できる。
また、スラリー導入後かつ乾燥前にエアブローを実施してもよい。これによって、セル12、14内にスラリーが残留することを防止できるため、セル12、14に接した隔壁16の表面16a(図5参照)に、ウォッシュコート層が形成されることを抑制できる。
このようにして製造されたパティキュレートフィルタ100は、入側層22に貴金属触媒が実質的に含有されておらず、かつ、出側層24に貴金属触媒が含有されている。上述したように、かかる構成のパティキュレートフィルタ100では、入側領域のPM捕集性能が向上しやすく、かつ、出側領域の圧損抑制性能が高い状態に維持されるため、フィルタ全体としてPM捕集性能と圧損抑制性能とを高いレベルで両立することができる。
[試験例]
以下、本発明に関する試験例を説明するが、本発明を以下の試験例に示すものに限定することを意図したものではない。
以下、本発明に関する試験例を説明するが、本発明を以下の試験例に示すものに限定することを意図したものではない。
A.第1の試験
本試験例では、隔壁内部における貴金属触媒が存在する領域が異なるパティキュレートフィルタを複数作製し、各々のパティキュレートフィルタのPM捕集性能と圧損抑制性能を評価した。
本試験例では、隔壁内部における貴金属触媒が存在する領域が異なるパティキュレートフィルタを複数作製し、各々のパティキュレートフィルタのPM捕集性能と圧損抑制性能を評価した。
1.サンプルの準備
(1)サンプル1
硝酸パラジウム溶液と、アルミナ粉末と、酸化バリウム粉末と、イオン交換水とを混合してPd含有スラリーを調製した。そして、ウォールフロー型のフィルタ基材(コージェライト製、長さ152.4mm、セルの総容積1.7L)のガス流入口をPd含有スラリーに含浸させた状態で、吸引コート装置を用いてガス流出口から吸引することによって、基材の隔壁の上流側に所定の長さ・厚みでPd含有スラリーを導入した。そして、乾燥・焼成することによって貴金属触媒(Pd)を含有する入側層を形成した。次に、ガス流出口をPd含有スラリーに含浸させてガス流入口から吸引することによって、隔壁の下流側に所定の長さ・厚みでPd含有スラリーを導入した。そして、乾燥・焼成することによって貴金属触媒(Pd)を含有する出側層を形成した。入側領域と出側領域の各々の「長さLA、LB」、「コート量(導入したスラリー量)」および「Pdの含有量」を表1に示す。
(1)サンプル1
硝酸パラジウム溶液と、アルミナ粉末と、酸化バリウム粉末と、イオン交換水とを混合してPd含有スラリーを調製した。そして、ウォールフロー型のフィルタ基材(コージェライト製、長さ152.4mm、セルの総容積1.7L)のガス流入口をPd含有スラリーに含浸させた状態で、吸引コート装置を用いてガス流出口から吸引することによって、基材の隔壁の上流側に所定の長さ・厚みでPd含有スラリーを導入した。そして、乾燥・焼成することによって貴金属触媒(Pd)を含有する入側層を形成した。次に、ガス流出口をPd含有スラリーに含浸させてガス流入口から吸引することによって、隔壁の下流側に所定の長さ・厚みでPd含有スラリーを導入した。そして、乾燥・焼成することによって貴金属触媒(Pd)を含有する出側層を形成した。入側領域と出側領域の各々の「長さLA、LB」、「コート量(導入したスラリー量)」および「Pdの含有量」を表1に示す。
(2)サンプル2
本サンプルでは、硝酸パラジウム溶液(貴金属触媒の前駆体)を含有していないことを除いて、上記サンプル1のPd含有スラリーと同じ成分のPd未含有スラリーを調製した。すなわち、アルミナ粉末と、酸化バリウム粉末と、イオン交換水とを混合することによって、Pd未含有スラリーを調製した。そして、隔壁の上流側と下流側の両方にPd未含有スラリーを導入し、各々のスラリーの乾燥・焼成を行うことによって、入側層と出側層のいずれにも貴金属触媒(Pd)が含まれていないパティキュレートフィルタを作製した。なお、他の条件は、サンプル1と同様に設定した。
本サンプルでは、硝酸パラジウム溶液(貴金属触媒の前駆体)を含有していないことを除いて、上記サンプル1のPd含有スラリーと同じ成分のPd未含有スラリーを調製した。すなわち、アルミナ粉末と、酸化バリウム粉末と、イオン交換水とを混合することによって、Pd未含有スラリーを調製した。そして、隔壁の上流側と下流側の両方にPd未含有スラリーを導入し、各々のスラリーの乾燥・焼成を行うことによって、入側層と出側層のいずれにも貴金属触媒(Pd)が含まれていないパティキュレートフィルタを作製した。なお、他の条件は、サンプル1と同様に設定した。
(3)サンプル3
本サンプルでは、上述したPd含有スラリーを隔壁の上流側に導入することによって貴金属触媒(Pd)を含有する入側層を形成すると共に、Pd未含有スラリーを隔壁の下流側に導入することによって貴金属触媒を含有しない出側層を形成した。なお、他の条件は、サンプル1と同様に設定した。
本サンプルでは、上述したPd含有スラリーを隔壁の上流側に導入することによって貴金属触媒(Pd)を含有する入側層を形成すると共に、Pd未含有スラリーを隔壁の下流側に導入することによって貴金属触媒を含有しない出側層を形成した。なお、他の条件は、サンプル1と同様に設定した。
(4)サンプル4
本サンプルでは、Pd未含有スラリーを隔壁の上流側に導入することによって貴金属触媒を含有しない入側層を形成すると共に、Pd含有スラリーを隔壁の下流側領域に導入することによって貴金属触媒を含有する出側層を形成した。なお、他の条件は、サンプル1と同様に設定した。
本サンプルでは、Pd未含有スラリーを隔壁の上流側に導入することによって貴金属触媒を含有しない入側層を形成すると共に、Pd含有スラリーを隔壁の下流側領域に導入することによって貴金属触媒を含有する出側層を形成した。なお、他の条件は、サンプル1と同様に設定した。
2.評価試験
(1)PM捕集性能
本評価では、各サンプルのPM捕集率を測定してPM捕集性能を評価した。具体的には、サンプル1~4の各々のパティキュレートフィルタを車両(2Lガソリンエンジン)の排気経路に設置して、当該車両をWLTP(Worldwide harmonized Light duty driving Test Procedure)によるPhase4のモードで運転した。そして、パティキュレートフィルタを設置した状態のPM排出量Xと、パティキュレートフィルタを取り外した状態のPM排出量Yを測定し、下記の式に基づいてPM捕集率を算出した。結果を表1に示す。
PM捕集率(%)=[(Y-X)/Y]×100
(1)PM捕集性能
本評価では、各サンプルのPM捕集率を測定してPM捕集性能を評価した。具体的には、サンプル1~4の各々のパティキュレートフィルタを車両(2Lガソリンエンジン)の排気経路に設置して、当該車両をWLTP(Worldwide harmonized Light duty driving Test Procedure)によるPhase4のモードで運転した。そして、パティキュレートフィルタを設置した状態のPM排出量Xと、パティキュレートフィルタを取り外した状態のPM排出量Yを測定し、下記の式に基づいてPM捕集率を算出した。結果を表1に示す。
PM捕集率(%)=[(Y-X)/Y]×100
(2)圧損抑制性能
各サンプルのパティキュレートフィルタに対して再生処理を実施し、当該再生処理における圧損の変化を測定した。具体的には、上記PM捕集率測定によってPMが堆積したパティキュレートフィルタをエンジンベンチに取り付け、高温の排ガス(温度:500℃、空燃比:14.7)を60分間供給する再生処理を実施した。そして、再生処理開始から0分後(開始直後)と30分後と60分後における圧損(kPa)を測定し、再生処理における圧損抑制性能の変化を調べた。また、本試験では、圧損(kPa)を測定する際に、フィルタ内のPM堆積重量(g)も測定した。圧損の測定結果を図6に示し、PM堆積重量の測定結果を図7に示す。
各サンプルのパティキュレートフィルタに対して再生処理を実施し、当該再生処理における圧損の変化を測定した。具体的には、上記PM捕集率測定によってPMが堆積したパティキュレートフィルタをエンジンベンチに取り付け、高温の排ガス(温度:500℃、空燃比:14.7)を60分間供給する再生処理を実施した。そして、再生処理開始から0分後(開始直後)と30分後と60分後における圧損(kPa)を測定し、再生処理における圧損抑制性能の変化を調べた。また、本試験では、圧損(kPa)を測定する際に、フィルタ内のPM堆積重量(g)も測定した。圧損の測定結果を図6に示し、PM堆積重量の測定結果を図7に示す。
3.評価結果
表1に示すように、PM捕集性能の評価では、サンプル2、4において80%以上という高いPM捕集率が確認された。このことから、少なくとも入側層に貴金属触媒(Pd)を含有させないことによって、フィルタ全体のPM捕集性能を向上させやすくなることが分かった。
次に、図6および図7に示すように、サンプル2では、再生処理を行ったにも関わらず、ガス流通性が回復せず、圧損が高い状態のまま(PMが堆積したまま)であった。一方、サンプル1、3、4では、再生処理によってガス流通性が回復して圧損が低下していた。このことから、圧損の増大を抑制するには、入側層と出側層の少なくとも一方に貴金属触媒(Pd)を含有させる必要があることが分かった。
そして、これらの試験結果から、サンプル4は、PM捕集率80%以上という高いPM捕集性能を有し、かつ、再生処理によって回復する好適な圧損抑制性能を有していることが確認された。このことから、サンプル4のように、入側層に貴金属触媒が実質的に含有されておらず、かつ、出側層に貴金属触媒が含有されたパティキュレートフィルタは、PM捕集性能と圧損抑制性能とを高いレベルで両立できることが分かった。
表1に示すように、PM捕集性能の評価では、サンプル2、4において80%以上という高いPM捕集率が確認された。このことから、少なくとも入側層に貴金属触媒(Pd)を含有させないことによって、フィルタ全体のPM捕集性能を向上させやすくなることが分かった。
次に、図6および図7に示すように、サンプル2では、再生処理を行ったにも関わらず、ガス流通性が回復せず、圧損が高い状態のまま(PMが堆積したまま)であった。一方、サンプル1、3、4では、再生処理によってガス流通性が回復して圧損が低下していた。このことから、圧損の増大を抑制するには、入側層と出側層の少なくとも一方に貴金属触媒(Pd)を含有させる必要があることが分かった。
そして、これらの試験結果から、サンプル4は、PM捕集率80%以上という高いPM捕集性能を有し、かつ、再生処理によって回復する好適な圧損抑制性能を有していることが確認された。このことから、サンプル4のように、入側層に貴金属触媒が実質的に含有されておらず、かつ、出側層に貴金属触媒が含有されたパティキュレートフィルタは、PM捕集性能と圧損抑制性能とを高いレベルで両立できることが分かった。
B.第2の試験
本試験例では、入側層に貴金属触媒が実質的に含有されておらず、かつ、出側層に貴金属触媒が含有されているパティキュレートフィルタにおいて、PM捕集性能と圧損抑制効果とをより高いレベルで両立させる条件について調べた。
本試験例では、入側層に貴金属触媒が実質的に含有されておらず、かつ、出側層に貴金属触媒が含有されているパティキュレートフィルタにおいて、PM捕集性能と圧損抑制効果とをより高いレベルで両立させる条件について調べた。
1.サンプルの作製
入側層のコート量と、出側層のコート量と、基材の種類とを異ならせた12種類のパティキュレートフィルタ(サンプル5~16)を作製した。各サンプルの詳細を表2に示す。なお、表2中の「基材A」は、隔壁の厚みが0.2mm~0.25mm、セル数が300cpsi、隔壁の気孔率が60%~65%、セル容積が1.3Lのウォールフロー型の基材(コージェライト製、長さ152.4mm)である。一方、「基材B」は、隔壁の厚みが0.2mm~0.25mm、セル数が200cpsi、隔壁の気孔率が55%~60%、セル容積が1.7Lのウォールフロー型の基材(コージェライト製、長さ152.4mm)である。なお、サンプル5~16について、表1に示される以外の条件は、上述した第1の試験のサンプル4と同じ条件に設定した。
入側層のコート量と、出側層のコート量と、基材の種類とを異ならせた12種類のパティキュレートフィルタ(サンプル5~16)を作製した。各サンプルの詳細を表2に示す。なお、表2中の「基材A」は、隔壁の厚みが0.2mm~0.25mm、セル数が300cpsi、隔壁の気孔率が60%~65%、セル容積が1.3Lのウォールフロー型の基材(コージェライト製、長さ152.4mm)である。一方、「基材B」は、隔壁の厚みが0.2mm~0.25mm、セル数が200cpsi、隔壁の気孔率が55%~60%、セル容積が1.7Lのウォールフロー型の基材(コージェライト製、長さ152.4mm)である。なお、サンプル5~16について、表1に示される以外の条件は、上述した第1の試験のサンプル4と同じ条件に設定した。
2.評価試験
第1の試験と同じ条件でPM捕集性能評価と再生試験を実施し、PM捕集率と再生処理開始後60分の圧損を測定した。PM捕集率の測定結果を図8に示し、圧損の測定結果を図9に示す。なお、図8中の縦軸は「PM捕集率(%)」を示し、横軸は「コート量/有効容積(g/L)」を示す。また、図9中の縦軸は「圧損(kPa)」を示し、横軸は「コート量/有効容積(g/L)」を示す。また、図8および図9では、基材Aを使用したサンプル5~10の測定結果を点線で繋いだ折れ線グラフを記載し、基材Bを使用したサンプル11~16を実線で繋いだ折れ線グラフを記載している。
第1の試験と同じ条件でPM捕集性能評価と再生試験を実施し、PM捕集率と再生処理開始後60分の圧損を測定した。PM捕集率の測定結果を図8に示し、圧損の測定結果を図9に示す。なお、図8中の縦軸は「PM捕集率(%)」を示し、横軸は「コート量/有効容積(g/L)」を示す。また、図9中の縦軸は「圧損(kPa)」を示し、横軸は「コート量/有効容積(g/L)」を示す。また、図8および図9では、基材Aを使用したサンプル5~10の測定結果を点線で繋いだ折れ線グラフを記載し、基材Bを使用したサンプル11~16を実線で繋いだ折れ線グラフを記載している。
3.評価結果
図8に示すように、基材A、Bのいずれを使用した場合でも、「コート量/有効容積」が増加するにつれてPM捕集率(%)が向上する傾向が確認された。そして、コート量/有効容積が200g/L以上になると、十分に高いPM捕集率が得られることがわかった。一方で、コート量/有効容積が400g/Lを超えるとPM捕集率が向上する程度が鈍化することが確認された。これは、隔壁の細孔内に十分な厚さのウォッシュコート層が形成されたためと推測される。
一方、図9に示すように、基材A、Bのいずれを使用した場合でも、「コート量/有効容積」が増加するにつれて圧損が増大する傾向が確認された。そして、コート量/有効容積が400g/Lを超えたあたりから圧損が急激に増大することが確認された。これは、セルと接する隔壁の表面にウォッシュコート層が形成され、セルに目詰まりが生じたためと推測される。
そして、これらの結果より、PM捕集性能と圧損抑制効果とをより高いレベルで両立させるには、コート量/有効容積を200g/L以上400g/L以下にすると好ましいことが分かった。
図8に示すように、基材A、Bのいずれを使用した場合でも、「コート量/有効容積」が増加するにつれてPM捕集率(%)が向上する傾向が確認された。そして、コート量/有効容積が200g/L以上になると、十分に高いPM捕集率が得られることがわかった。一方で、コート量/有効容積が400g/Lを超えるとPM捕集率が向上する程度が鈍化することが確認された。これは、隔壁の細孔内に十分な厚さのウォッシュコート層が形成されたためと推測される。
一方、図9に示すように、基材A、Bのいずれを使用した場合でも、「コート量/有効容積」が増加するにつれて圧損が増大する傾向が確認された。そして、コート量/有効容積が400g/Lを超えたあたりから圧損が急激に増大することが確認された。これは、セルと接する隔壁の表面にウォッシュコート層が形成され、セルに目詰まりが生じたためと推測される。
そして、これらの結果より、PM捕集性能と圧損抑制効果とをより高いレベルで両立させるには、コート量/有効容積を200g/L以上400g/L以下にすると好ましいことが分かった。
本発明によれば、PM捕集性能と圧損抑制性能とを高いレベルで両立することができるパティキュレートフィルタを提供することができる。
Claims (9)
- 内燃機関の排気通路に配置されて該内燃機関から排出される排ガス中の粒子状物質を捕集するために用いられるパティキュレートフィルタであって、
排ガス流入側の端部のみが開口した入側セル、該入側セルと隣り合い排ガス流出側の端部のみが開口した出側セル、並びに前記入側セルと前記出側セルとを仕切る多孔質の隔壁を有するウォールフロー構造の基材と、
前記隔壁の内部に形成されたウォッシュコート層と
を備え、
前記ウォッシュコート層は、
前記入側セルに接する前記隔壁の表面から前記隔壁の内方に所定の厚みで形成され、かつ、前記排ガス流入側の端部近傍から前記隔壁の延伸方向に沿って所定の長さで形成された入側層と、
前記出側セルに接する前記隔壁の表面から前記隔壁の内方に所定の厚みで形成され、かつ、前記排ガス流出側の端部近傍から前記隔壁の延伸方向に沿って所定の長さで形成されている出側層と
を備え、
前記入側層と前記出側層とが一部重複するように、前記入側層および前記出側層の各々の厚みと長さが設定されており、
前記入側層は、前記粒子状物質の燃焼を促進する貴金属触媒を実質的に含有しておらず、かつ、前記出側層は、前記貴金属触媒を含有している、パティキュレートフィルタ。 - 前記出側層における貴金属触媒の含有量は0.1g/L以上である、請求項1に記載のパティキュレートフィルタ。
- 前記延伸方向における前記隔壁の全長を100%としたとき、前記ウォッシュコート層の前記貴金属触媒を実質的に含有していない領域は、前記排ガス流出側の端部近傍から30%以上60%以下の領域に形成されている、請求項1または2に記載のパティキュレートフィルタ。
- 前記隔壁の厚みを100%としたとき、前記入側層は、前記入側セルと接する表面から前記隔壁の内方に75%以上100%以下の厚みで形成されている、請求項1~3のいずれか一項に記載のパティキュレートフィルタ。
- 前記隔壁の厚みを100%としたとき、前記出側層は、前記出側セルと接する表面から前記隔壁の内方に75%以上100%以下の厚みで形成されている、請求項1~4のいずれか一項に記載のパティキュレートフィルタ。
- 前記基材全体における前記隔壁の細孔の有効容積Vに対する前記ウォッシュコート層の総コート量Wの割合(W/V)が200g/L以上400g/L以下である、請求項1~5のいずれか一項に記載のパティキュレートフィルタ。
- 前記隔壁の表面に前記ウォッシュコート層が実質的に存在しない、請求項6に記載のパティキュレートフィルタ。
- 前記貴金属触媒が、Pt、Pd、Rhの群より選択される少なくとも一種類以上の白金族元素を含むことを特徴とする、請求項1~7のいずれか一項に記載のパティキュレートフィルタ。
- 前記内燃機関はガソリンエンジンである、請求項1~8のいずれか1項に記載のパティキュレートフィルタ。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US17/440,817 US20220184591A1 (en) | 2019-06-18 | 2020-06-01 | Particulate filter |
EP20827752.5A EP3925681A4 (en) | 2019-06-18 | 2020-06-01 | PARTICLE FILTER |
CN202080029678.6A CN113840643A (zh) | 2019-06-18 | 2020-06-01 | 微粒过滤器 |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019112755A JP7386626B2 (ja) | 2019-06-18 | 2019-06-18 | パティキュレートフィルタ |
JP2019-112755 | 2019-06-18 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
WO2020255687A1 true WO2020255687A1 (ja) | 2020-12-24 |
Family
ID=73838127
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
PCT/JP2020/021608 WO2020255687A1 (ja) | 2019-06-18 | 2020-06-01 | パティキュレートフィルタ |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20220184591A1 (ja) |
EP (1) | EP3925681A4 (ja) |
JP (1) | JP7386626B2 (ja) |
CN (1) | CN113840643A (ja) |
WO (1) | WO2020255687A1 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2023047933A1 (ja) * | 2021-09-22 | 2023-03-30 | 三井金属鉱業株式会社 | 排ガス浄化用触媒 |
JP7254143B1 (ja) | 2021-10-20 | 2023-04-07 | 株式会社キャタラー | パティキュレートフィルタ |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20240115998A1 (en) * | 2021-02-01 | 2024-04-11 | Honda Motor Co., Ltd. | Gasoline engine exhaust gas purifying catalyst filter |
Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007132240A (ja) * | 2005-11-09 | 2007-05-31 | Toyota Motor Corp | 内燃機関の排気浄化装置 |
JP2008510605A (ja) * | 2004-08-21 | 2008-04-10 | ユミコア・アクチエンゲゼルシャフト・ウント・コムパニー・コマンディットゲゼルシャフト | 触媒被覆された粒子フィルタ及びその製造方法並びにその使用 |
JP2009220029A (ja) | 2008-03-17 | 2009-10-01 | Ngk Insulators Ltd | 触媒担持フィルタ |
JP2009243273A (ja) * | 2008-03-28 | 2009-10-22 | Mazda Motor Corp | パティキュレートフィルタ |
JP2013015087A (ja) * | 2011-07-05 | 2013-01-24 | Hino Motors Ltd | 排ガス浄化装置 |
JP2016182536A (ja) | 2015-03-25 | 2016-10-20 | 日本碍子株式会社 | 排ガス浄化フィルタ、排ガス浄化装置、及び排ガス浄化装置の使用方法 |
JP2017510439A (ja) * | 2014-03-12 | 2017-04-13 | ビーエーエスエフ ソシエタス・ヨーロピアBasf Se | 改良された触媒化スートフィルター |
JP2018515328A (ja) * | 2015-03-30 | 2018-06-14 | ビーエーエスエフ コーポレーション | ディーゼル排出物制御のための多機能フィルタ |
JP2019112755A (ja) | 2017-12-25 | 2019-07-11 | 株式会社身体機能研究所 | 衣類 |
Family Cites Families (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE602004005107T2 (de) * | 2003-07-02 | 2007-06-28 | Haldor Topsoe A/S | Verfahren und Filter zur katalytischen Behandlung von Dieselabgasen |
AT501463B8 (de) * | 2005-05-04 | 2007-02-15 | Pankl Emission Control Systems | Hybridvorrichtung zum entfernen von russpartikeln aus dieselabgasen |
CN101042064A (zh) * | 2006-03-22 | 2007-09-26 | 日本碍子株式会社 | 封堵的蜂窝结构体的制造方法 |
CN101600858A (zh) * | 2006-12-01 | 2009-12-09 | 巴斯福催化剂公司 | 排放物处理***和方法 |
US8293182B2 (en) * | 2010-05-05 | 2012-10-23 | Basf Corporation | Integrated SCR and AMOx catalyst systems |
WO2014189115A1 (ja) * | 2013-05-22 | 2014-11-27 | 三井金属鉱業株式会社 | ディーゼルパティキュレートフィルタ及び排気ガス浄化装置 |
EP3207987B1 (en) * | 2014-10-16 | 2020-08-26 | Cataler Corporation | Exhaust gas purification catalyst |
JP6527935B2 (ja) * | 2015-02-17 | 2019-06-12 | 株式会社キャタラー | 排ガス浄化用触媒 |
JP6472677B2 (ja) * | 2015-02-17 | 2019-02-20 | 株式会社キャタラー | 排ガス浄化用触媒 |
JP6594163B2 (ja) * | 2015-10-30 | 2019-10-23 | 株式会社キャタラー | 排ガス浄化装置 |
CN108698037B (zh) * | 2016-03-24 | 2019-10-18 | 株式会社科特拉 | 排气净化装置 |
JP6546366B1 (ja) * | 2017-09-21 | 2019-07-17 | 株式会社キャタラー | 排ガス浄化用触媒体 |
JP6487982B1 (ja) * | 2017-09-28 | 2019-03-20 | 株式会社キャタラー | 排ガス浄化用触媒 |
-
2019
- 2019-06-18 JP JP2019112755A patent/JP7386626B2/ja active Active
-
2020
- 2020-06-01 US US17/440,817 patent/US20220184591A1/en active Pending
- 2020-06-01 EP EP20827752.5A patent/EP3925681A4/en active Pending
- 2020-06-01 WO PCT/JP2020/021608 patent/WO2020255687A1/ja unknown
- 2020-06-01 CN CN202080029678.6A patent/CN113840643A/zh active Pending
Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008510605A (ja) * | 2004-08-21 | 2008-04-10 | ユミコア・アクチエンゲゼルシャフト・ウント・コムパニー・コマンディットゲゼルシャフト | 触媒被覆された粒子フィルタ及びその製造方法並びにその使用 |
JP2007132240A (ja) * | 2005-11-09 | 2007-05-31 | Toyota Motor Corp | 内燃機関の排気浄化装置 |
JP2009220029A (ja) | 2008-03-17 | 2009-10-01 | Ngk Insulators Ltd | 触媒担持フィルタ |
JP2009243273A (ja) * | 2008-03-28 | 2009-10-22 | Mazda Motor Corp | パティキュレートフィルタ |
JP2013015087A (ja) * | 2011-07-05 | 2013-01-24 | Hino Motors Ltd | 排ガス浄化装置 |
JP2017510439A (ja) * | 2014-03-12 | 2017-04-13 | ビーエーエスエフ ソシエタス・ヨーロピアBasf Se | 改良された触媒化スートフィルター |
JP2016182536A (ja) | 2015-03-25 | 2016-10-20 | 日本碍子株式会社 | 排ガス浄化フィルタ、排ガス浄化装置、及び排ガス浄化装置の使用方法 |
JP2018515328A (ja) * | 2015-03-30 | 2018-06-14 | ビーエーエスエフ コーポレーション | ディーゼル排出物制御のための多機能フィルタ |
JP2019112755A (ja) | 2017-12-25 | 2019-07-11 | 株式会社身体機能研究所 | 衣類 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
See also references of EP3925681A4 |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2023047933A1 (ja) * | 2021-09-22 | 2023-03-30 | 三井金属鉱業株式会社 | 排ガス浄化用触媒 |
JP7254143B1 (ja) | 2021-10-20 | 2023-04-07 | 株式会社キャタラー | パティキュレートフィルタ |
WO2023068269A1 (ja) * | 2021-10-20 | 2023-04-27 | 株式会社キャタラー | パティキュレートフィルタ |
JP2023061613A (ja) * | 2021-10-20 | 2023-05-02 | 株式会社キャタラー | パティキュレートフィルタ |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP7386626B2 (ja) | 2023-11-27 |
EP3925681A4 (en) | 2022-05-25 |
EP3925681A1 (en) | 2021-12-22 |
JP2020203255A (ja) | 2020-12-24 |
US20220184591A1 (en) | 2022-06-16 |
CN113840643A (zh) | 2021-12-24 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10018095B2 (en) | Exhaust gas purification device | |
JP6293638B2 (ja) | 排ガス浄化装置 | |
EP3207977B1 (en) | Exhaust gas purification apparatus | |
US10022671B2 (en) | Exhaust gas purification device | |
US10086363B2 (en) | Exhaust gas purification device | |
WO2020255687A1 (ja) | パティキュレートフィルタ | |
JP2007260618A (ja) | 排ガス浄化触媒及び排ガス浄化装置 | |
JP7013361B2 (ja) | パティキュレートフィルタ | |
WO2019065206A1 (ja) | 排ガス浄化用触媒 | |
US10981113B2 (en) | Exhaust gas purification catalyst body | |
WO2020262623A1 (ja) | パティキュレートフィルタ | |
JP2008151100A (ja) | 排ガス浄化装置 | |
JP7130622B2 (ja) | 排ガス浄化用触媒 | |
JP7178432B2 (ja) | 排気浄化フィルタ | |
JP2024021552A (ja) | Scr触媒塗工パティキュレートフィルター、及びこれを用いた排ガス浄化システム |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 20827752 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
ENP | Entry into the national phase |
Ref document number: 2020827752 Country of ref document: EP Effective date: 20210915 |
|
NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |