ディーゼル機関の排気ガス浄化フィルタ
【課題】触媒材料に安価な酸化鉄系触媒粉末粒子を使用しながら、排気ガスに含まれるパティキュレートを有効に酸化し、さらに、酸化触媒材料を含有する多孔質なセラミック焼結体の目詰まりを防止して寿命を長くする。
【解決手段】ディーゼル機関の排気ガス浄化フィルタは、排気ガス中においてプラズマ放電でＮＯ２を生成するプラズマ放電部１と、このプラズマ放電部１で生成されるＮＯ２を含む排気ガスを通過させて排気ガスに含まれるパティキュレートを酸化する酸化触媒フィルタ２とを備える。酸化触媒フィルタ２は、セラミック粉末粒子を多孔質な状態に焼結してなる多孔質セラミック焼結体８と、排気ガスに含まれるパティキュレートを酸化する酸化触媒材料を含む。さらに、酸化触媒フィルタ２は、酸化触媒材料を酸化鉄系触媒粉末粒子とし、しかも酸化鉄系触媒粉末粒子とセラミック粉末粒子とを混合状態で多孔質な状態に焼結している。
【解決手段】ディーゼル機関の排気ガス浄化フィルタは、排気ガス中においてプラズマ放電でＮＯ２を生成するプラズマ放電部１と、このプラズマ放電部１で生成されるＮＯ２を含む排気ガスを通過させて排気ガスに含まれるパティキュレートを酸化する酸化触媒フィルタ２とを備える。酸化触媒フィルタ２は、セラミック粉末粒子を多孔質な状態に焼結してなる多孔質セラミック焼結体８と、排気ガスに含まれるパティキュレートを酸化する酸化触媒材料を含む。さらに、酸化触媒フィルタ２は、酸化触媒材料を酸化鉄系触媒粉末粒子とし、しかも酸化鉄系触媒粉末粒子とセラミック粉末粒子とを混合状態で多孔質な状態に焼結している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディーゼル機関から排出されるパティキュレートをＮＯ２で酸化する排気ガス浄化フィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
多孔質なセラミック焼結体にディーゼル機関の排気ガスを通過させてパティキュレートを酸化する排気ガス浄化フィルタは開発されている。（特許文献１及び２参照）
【０００３】
特許文献１の排気ガス浄化フィルタは、ディーゼル機関から排出される排ガス中のパティキュレートを捕集するためのセラミック製フィルタであって、フィルタの表面に耐熱性セラミック粉末粒子からなるセラミック粉末粒子層をコーティングしている。さらに、セラミック粉末粒子層の表面に、Ｐｄ、γ−Ａｌ２Ｏ及びＣｅＯ２で構成される触媒層をコートしている。
【０００４】
特許文献２の排気ガス浄化フィルタは、多孔質材料からなる隔壁によって画成された排気流通路を具備し、これら排気流通路のうちの一部の排気流通路はその下流端開口部が閉塞されて排気流入通路とされ、残りの排気流通路のうち少なくとも一部の排気流通路はその上流端開口部が閉塞されて排気流出通路とされ、排気流入通路に流入した排気ガスが隔壁の細孔を通って排気流出通路に流出するようになっている排気ガス浄化用フィルタであって、隔壁内の細孔の細孔径を５〜７０μｍとし、この隔壁の排気流入通路側の壁面上に、細孔径が５０〜２００μｍである追加多孔質層を配置し、隔壁内及び追加多孔質層内の細孔表面上に酸化触媒を担持させている。
【０００５】
特許文献１の排気ガス浄化フィルタは、多孔質なセラミックの表面に触媒層をコートするので、排気ガスが触媒に接触する面積を大きくすることが難しい欠点がある。また、特許文献２のフィルタは、細孔表面に触媒を担持させるので製造に手間がかかる欠点がある。また、特許文献２のフィルター構造において、担持される触媒には貴金属触媒が使用されるが、貴金属触媒を細孔の表面に担持させるフィルタは、寿命が短くなる欠点がある。それは、燃料に含まれるイオウによって貴金属触媒が膨張して、細孔を閉塞して目詰まりさせるからである。
【特許文献１】特開２００２−５４４２２号公報
【特許文献２】特開２００６−１９２３４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、従来のディーゼル機関の排気ガス浄化フィルタが有する以上の欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、触媒材料に安価な酸化鉄系触媒粉末粒子を使用しながら、排気ガスに含まれるパティキュレートを有効に酸化し、さらに、酸化触媒材料を含有する多孔質なセラミック焼結体の目詰まりを防止して寿命を長くできるディーゼル機関の排気ガス浄化フィルタを提供することにある。
【課題を解決するための手段及び効果】
【０００７】
本発明のディーゼル機関の排気ガス浄化フィルタは、前述の目的を達成するために以下の構成を備える。
ディーゼル機関の排気ガス浄化フィルタは、排気ガス中においてプラズマ放電でＮＯ２を生成するプラズマ放電部１と、このプラズマ放電部１で生成されるＮＯ２を含む排気ガスを通過させて排気ガスに含まれるパティキュレートを酸化する酸化触媒フィルタ２とを備える。酸化触媒フィルタ２は、セラミック粉末粒子を多孔質な状態に焼結してなる多孔質セラミック焼結体８と、排気ガスに含まれるパティキュレートを酸化する酸化触媒材料を含む。さらに、酸化触媒フィルタ２は、酸化触媒材料を酸化鉄系触媒粉末粒子とし、しかも酸化鉄系触媒粉末粒子とセラミック粉末粒子とを混合状態で多孔質な状態に焼結している。
【０００８】
本発明の請求項２の排気ガス浄化フィルタは、酸化触媒フィルタ２のセラミック粉末粒子がχアルミナを含んでいる。
【０００９】
本発明の請求項３の排気ガス浄化フィルタは、酸化触媒フィルタ２の酸化鉄系触媒粉末粒子をヘマタイトとしている。
【００１０】
本発明の請求項４の排気ガス浄化フィルタは、プラズマ放電部１が、格子状平面電極３と、この格子状平面電極３の表面に絶縁材７を介して対向して配設してなる高圧側電極４と、格子状平面電極３と高圧側電極４とにプラズマ放電させる電圧を印加する交流電源５と、ディーゼル機関１０の排気ガスを格子状平面電極３の中央部に供給して外周部から排出し、あるいは格子状平面電極３の外周部から供給して中央部から排出する排気ガスダクト６とを備えている。この排気ガス浄化フィルタは、排気ガスを排気ガスダクト６に供給して格子状平面電極３と高圧側電極４との間のプラズマ放電によってＮＯ２を生成し、ＮＯ２の生成された排気ガスを酸化触媒フィルタ２の多孔質セラミック焼結体８に通過させている。
【００１１】
本発明の請求項５の排気ガス浄化フィルタは、高圧側電極４を、芯線４Ａの表面を絶縁材７で被覆しているケーブルとして、このケーブルを渦巻き状に格子状平面電極３の表面に配設している。
【００１２】
さらに、本発明の請求項６の排気ガス浄化フィルタは、格子状平面電極３を金網としている。
【００１３】
本発明のディーゼル機関の酸化触媒フィルタは、触媒材料に安価な酸化鉄系触媒粉末粒子を使用しながら、排気ガスに含まれるパティキュレートを有効に酸化して炭酸ガスとし、さらに、酸化触媒材料を含有する多孔質なセラミック焼結体の目詰まりを防止して寿命を長くできる特徴がある。それは、本発明の酸化触媒フィルタが、排気ガス中においてＮＯ２を生成するプラズマ放電部と、ＮＯ２を含む排気ガスに含まれるパティキュレートを酸化する酸化触媒フィルタとを備え、この酸化触媒フィルタが、セラミック粉末粒子を多孔質な状態に焼結してなる多孔質セラミック焼結体に、パティキュレートを酸化する酸化触媒材料を添加してなる構造であって、この酸化触媒フィルタの酸化触媒材料が酸化鉄系触媒粉末粒子を含み、酸化触媒材料である酸化鉄系触媒粉末粒子とセラミック粉末粒子とを混合状態で多孔質な状態に焼結しているからである。
【００１４】
とくに、本発明の排気ガス浄化フィルタは、セラミック粉末粒子と酸化触媒材料とを混合して多孔質な状態のセラミックに焼結している。この多孔質セラミック焼結体は、従来のフィルタのように細孔の表面に酸化鉄系触媒粉末粒子を担持させるのでなく、セラミック粉末粒子と酸化鉄系触媒粉末粒子の微粒子とが接点で結合されて多孔質な状態に焼結されている。微細な粒子の酸化鉄系触媒粉末粒子を接点で結合して多孔質な状態にある焼結体は、酸化鉄系触媒粉末粒子が広い面積で排気ガスの通路に表出して、効果的な触媒作用をする。さらに、本発明の排気ガス浄化フィルタは、パティキュレートを酸化する触媒として、従来の貴金属元素でなくてＮＯ２の作用で優れた酸化作用のある酸化鉄系触媒粉末粒子を使用することから、燃料に含まれるイオウによって酸化触媒材料が膨張することがなく、長時間にわたって多孔質な状態を保持して、効率よくパティキュレートを酸化する。さらに、本発明の排気ガス浄化フィルタは、排気ガスに含まれるパティキュレートを酸化できることから、排気ガスに含まれる未燃炭化水素も酸化して浄化できる。
【００１５】
本発明の請求項２の排気ガス浄化フィルタは、酸化触媒フィルタのセラミック粉末粒子がχアルミナを含んでいるので、多孔質セラミック焼結体の気孔率を大きくして、排気ガスが通過する実質的な表面積を大きくできる。
【００１６】
本発明の請求項３の排気ガス浄化フィルタは、酸化触媒フィルタの酸化鉄系触媒粉末粒子をヘマタイトとしているので、低温で効果的にパティキュレートを酸化できる。
【００１７】
本発明の請求項４の排気ガス浄化フィルタは、プラズマ放電部が、格子状平面電極と、この格子状平面電極に対向して配設してなる高圧側電極と、格子状平面電極と高圧側電極とに電圧を印加する交流電源と、ディーゼル機関の排気ガスを格子状平面電極と高圧側電極とに通過させる排気ガスダクトとを備えており、排気ガスを排気ガスダクトに供給して、格子状平面電極と高圧側電極との間のプラズマ放電によってＮＯ２を生成し、ＮＯ２の生成された排気ガスを多孔質セラミック焼結体に通過させるので、全体をコンパクトにしながら通過する排気ガス中のＮＯ２濃度を高くして、次の酸化触媒フィルタで効率よくパティキュレートを酸化できる。
【００１８】
本発明の請求項５の排気ガス浄化フィルタは、高圧側電極を、芯線の表面を絶縁材で被覆してなるケーブルとして、このケーブルを渦巻き状に格子状平面電極の表面に配設しているので、簡単な構造で高圧側電極と格子状平面電極を所定の間隔に保持できる。
【００１９】
さらに、本発明の請求項６排気ガス浄化フィルタは、格子状平面電極を金網としているので、金網の隙間に排気ガスを通過できる、通過する排気ガスを効率よく高濃度のＮＯ２に酸化できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するためのディーゼル機関の排気ガス浄化フィルタを例示するものであって、本発明は排気ガス浄化フィルタを以下のものに特定しない。
【００２１】
さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲」および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。
【００２２】
図１ないし図４に示すディーゼル機関の排気ガス浄化フィルタは、ディーゼル機関１０の排気管１１に連結されて、排気ガスに含まれるパティキュレートを酸化して排気する。これ等の図に示す排気ガス浄化フィルタは、ディーゼル機関１０の排気管１１に連結されるプラズマ放電部１と、このプラズマ放電部１に連結される酸化触媒フィルタ２とからなる。プラズマ放電部１は、排気ガスをプラズマ放電している領域に通過させて、排気ガスに含まれるＮＯを酸化してＮＯ２とし、高濃度のＮＯ２を含む排気ガスを次段の酸化触媒フィルタ２に供給して、酸化触媒フィルタ２の酸化鉄系触媒粉末粒子でもって、パティキュレートを酸化して排気する。
【００２３】
プラズマ放電部１は、排気ガス中においてプラズマ放電させて、言い換えるとプラズマ放電している領域に排気ガスを通過させて、排気ガスに含まれるＮＯを酸化してＮＯ２とする。プラズマ放電部１は、格子状平面電極３と、この格子状平面電極３の表面に絶縁材７を介して対向して配設している高圧側電極４と、格子状平面電極３と高圧側電極４とにプラズマ放電させる電圧を印加する交流電源５と、格子状平面電極３と高圧側電極４との間でプラズマ放電される領域に排気ガスを通過させる排気ガスダクト６とを備える。
【００２４】
図１と図４のプラズマ放電部１は、排気ガスを格子状平面電極３の中央部に供給して外周部から排出し、図３のプラズマ放電部１は、排気ガスを格子状平面電極３の外周部から供給して中央部から排出する円盤状の排気ガスダクト６を備えている。これ等の図に示すように、排気ガスダクト６は、格子状平面電極３と高圧側電極４との間のプラズマ放電している領域に排気ガスを通過して、排気ガスのＮＯ２濃度を高くする。格子状平面電極３と高圧側電極４とを対向して配設する円盤状の排気ガスダクト６は、中心部から外周部に、あるいは外周部から中心部に排気ガスを流して、排気ガスのＮＯ２濃度を高濃度にできる。それは、広い面積にプラズマ放電させて、この放電領域に排気ガスを流動させるからである。さらに、図５に示すように、格子状平面電極３と高圧側電極４を積層している平面状の排気ガスダクト６を多層に積層する構造として、外形を小さくしながら、排気ガスのＮＯ２濃度を高くできる。それは、多層に積層する構造によって、さらにプラズマ放電面積を広くできるからである。
【００２５】
図２に示す格子状平面電極３は、排気ガスを通過できる金網で、網目に排気ガスを通過させて、排気ガス中のＮＯを酸化してＮＯ２とする。金網は、ステンレスなどの耐腐食性の金属を使用する。ただ、格子状平面電極には、排気ガスを通過できる無数の貫通孔を設けている金属板も使用できる。
【００２６】
図１ないし図３及び図５の高圧側電極４は、導電性の金属線である芯線４Ａの表面を、誘電率の高い絶縁材７で被覆しているケーブルである。絶縁材７は、誘電率の高いチタン酸バリウム、酸化アルミナ、高誘電率のプラスチックである。図のプラズマ放電部１は、このケーブルを渦巻き状に格子状平面電極３の表面に配設して、金属線である芯線４Ａと格子状平面電極３との間でプラズマ放電させる。
【００２７】
図４の高圧側電極４は、表面を絶縁材７で被覆している金属板４Ｂである。この高圧側電極４の絶縁材７も、チタン酸バリウム、酸化アルミナ、高誘電率のプラスチックである。この構造の高圧側電極４は、金属板４Ｂと格子状平面電極３との間にプラズマ放電して、格子状平面電極３に通過させる排気ガスのＮＯを酸化する。
【００２８】
交流電源５は、高圧側電極４と格子状平面電極３との間にプラズマ放電させる交流の高圧電源である。交流電源５の周波数と出力は、プラズマ放電部１を通過する排気ガスのＮＯ２濃度に影響を与える。交流電源５の周波数は、好ましくは１ｋＨｚないし１０ｋＨｚに設定される。プラズマ放電は、排気ガスに含まれる酸素をオゾンとし、このオゾンでＮＯを酸化してＮＯ２とする。したがって、排気ガスのオゾン濃度を高くするように、周波数と出力が設定される。図６は、出力と周波数を変化させて通過する空気のオゾン濃度が変化する特性を示している。この図は、１ｋＨｚと７ｋＨｚの周波数で出力を変化させて、オゾン濃度が変化する特性を示している。この図に示すように、周波数を高くすると、出力を高くしてオゾン濃度を高くできる。周波数が低い１ｋＨｚの高周波電源は、出力を低くしてオゾン濃度を高くできる。したがって、高周波電源の周波数と出力は、排気ガスのオゾン濃度が高くなるように、言い換えるとオゾンがＮＯを酸化してＮＯ２とする効果が高くなるように設定される。
【００２９】
酸化触媒フィルタ２は、セラミック粉末粒子を多孔質な状態に焼結してなる多孔質セラミック焼結体８からなる。この多孔質セラミック焼結体８は、排気ガスに含まれるパティキュレートを、ＮＯ２を含む雰囲気において酸化する酸化触媒材料を有する。酸化触媒材料は、酸化鉄系触媒粉末粒子を含み、酸化触媒材料である酸化鉄系触媒粉末粒子とセラミック粉末粒子とを混合状態で多孔質な状態に焼結している。この酸化触媒フィルタ２は、多孔質セラミック焼結体８の微細な空隙にＮＯ２を含む排気ガスを透過させて、酸化鉄系触媒粉末粒子でもって、パティキュレートを酸化する。
【００３０】
多孔質セラミック焼結体８は、ハニカム状に成形して焼結される。ハニカム状の多孔質セラミック焼結体８は、図７と図８の断面図に示すように、ハニカム状の一方の端面を閉塞して、ハニカム状の壁面９を透過するように排気ガスを透過させる。すなわち、ウォールフロー構造で排気ガスを浄化する。ウォールフロー構造の多孔質セラミック焼結体８は、セラミック粉末粒子と酸化鉄系触媒粉末粒子とを多孔質な状態に焼結して無数の微細な空隙を設けており、この微細な空隙に排気ガスを透過させて、ＮＯ２を含む雰囲気において、パティキュレートを酸化して浄化する。セラミック粉末粒子と酸化鉄系触媒粉末粒子とが焼結された多孔質セラミック焼結体８は、セラミック粉末粒子と酸化鉄系触媒粉末粒子とを接点で結合して、酸化鉄系触媒粉末粒子を微細な空隙に表出するように結合している。
【００３１】
この酸化触媒フィルタ２は、セラミック粉末粒子に、酸化鉄系触媒粉末粒子を混合し、これをハニカム状に成形して、焼結して製造される。酸化鉄系触媒粉末粒子には、本発明者が先に開発して特許出願している（特開２００４−２６７８０７号公報）ヘマタイトの酸化鉄が適している。この酸化鉄系触媒粉末粒子は、リン（Ｐ）含有量が０．００５重量％以下であって、ＣｕＫαでＸ線回折測定した際の結晶面（１０４）の結晶子サイズが１５０Å以下のヘマタイト（α−Ｆｅ２Ｏ３）粒子を使用する。ヘマタイト（α−Ｆｅ２Ｏ３）粒子中に不純物としてのリン（Ｐ）含有量が０．００５重量％を超えて存在している場合、触媒活性が不十分なためディーゼルエンジン排ガス中のＰＭ除去触媒として本発明の目的が達成できないので好ましくない。また、ヘマタイト（α−Ｆｅ２Ｏ３）粒子のＣｕＫαでＸ線回折測定した際の結晶面（１０４）の結晶子サイズが１５０Åを超えると同様にＰＭの燃焼に十分な触媒活性がないので好ましくない。
【００３２】
酸化鉄系触媒粉末粒子の平均粒径は、焼結された多孔質セラミック焼結体８の単位重量に対する表面積と排気ガスの圧力損失に影響を与える。これ等の粉末の平均粒径は、たとえば０．１μｍないし１０μｍ、好ましくは０．１μｍないし３μｍ、さらに好ましくは０．２μｍないし１μｍのものが使用される。酸化鉄系触媒粉末粒子の平均粒径が大きすぎると、単位重量の表面積が小さくなって、通過させる排気ガスに含まれるパティキュレートを酸化する効果が低下し、反対に平均粒径が小さすぎると圧力損失が大きくなる。したがって、平均粒径は通過されるパティキュレートを酸化する効果と、要求される圧力損失を考慮して前述の範囲で最適値に設定される。
【００３３】
多孔質セラミック焼結体８に添加される酸化鉄系触媒粉末粒子の比率は、たとえば２０重量％とする。ただし、酸化鉄系触媒粉末粒子の混合比は、全体の５重量％ないし３０重量％とすることができる。酸化鉄系触媒粉末粒子の混合比率を高くして、パティキュレートを効果的に酸化できる。ただ、酸化鉄系触媒粉末粒子の混合比率が高すぎると強度が低下する。したがって、酸化鉄系触媒粉末粒子の混合比率は、強度と酸化能力とを考慮して最適値に設定される。
【００３４】
セラミック粉末粒子は、アルミナ粉末と、アルミナセメント粉末と、シリカ粉末と、酸化チタン粉末を使用する。アルミナ粉末には、χ−アルミナが適している。焼結する状態で単位重量に対する実質的な表面積を大きくして、排気ガスに含まれるパティキュレートの酸化能力を高くできるからである。このセラミック粉末粒子は、アルミナ粉末に加えて、アルミナセメント粉末、シリカ粉末、酸化チタン粉末等を混合することができる。アルミナセメント粉末を添加するセラミック粉末粒子は、アルミナセメント粉末の添加量を、１００重量部のアルミナ粉末に対して、５０重量部ないし２００重量部とすることができる。このセラミック粉末粒子は、ハニカム状に成形しやすく、能率よくハニカム状に成形して焼結できる。さらに、セラミック粉末粒子は、アルミナ粉末に加えて、シリカ粉末や酸化チタン粉末を添加することもできる。
【００３５】
セラミック粉末粒子の平均粒径は、０．１μｍないし１０μｍとする。セラミック粉末粒子の平均粒径は、多孔質に焼結された状態での単位重量に対する表面積に影響を与える。セラミック粉末粒子の平均粒径を小さくして、単位重量に対する表面積を大きくできる。ただ、平均粒径が小さすぎると排気ガスの圧力損失が大きくなるので、セラミック粉末粒子の平均粒径は、要求される圧力損失と単位重量に対する表面積から、前述の範囲で最適値に設定されいる。
【００３６】
セラミック粉末粒子と酸化鉄系触媒粉末粒子は混合されてハニカム状に成形される。セラミック粉末粒子と酸化鉄系触媒粉末粒子は、水や溶媒を添加して成形できる粘度に混練してハニカム状に押し出して成形し、これを乾燥した後、３００〜７００℃で１〜５時間焼成して焼結される。セラミック粉末粒子と酸化鉄系触媒粉末粒子は、水や溶媒を添加することなく混合され、加圧成形した後に焼結することもできる。
【実施例１】
【００３７】
χ−アルミナ粉末を含むセラミック粉末粒子に、ヘマタイト（α−Ｆｅ２Ｏ３）粒子からなる酸化鉄系触媒粉末粒子を混合して、外径を９０ｍｍ、長さ８０ｍｍとする円柱状のハニカム状に成形し、これを乾燥した後、５００℃で３時間焼成してウォールフロー構造の多孔質セラミック焼結体８とする。この多孔質セラミック焼結体８をセラミック筒に入れて、酸素濃度を１０ｖｏｌ％、ＮＯ２濃度を２５０ｐｐｍ、パティキュレートの含有量を０．１ｇとするガスを２リットル／分の割合で通過させて、温度に対する二酸化炭素濃度を測定すると図９に示す状態となる。
【００３８】
この図から、本発明の排気ガス浄化フィルタは、酸化触媒フィルタ２に通過させるガスの温度が３００℃を超える低温領域から、パティキュレートを酸化して炭酸ガスを生成し、さらに温度が５００℃まで上昇するにしたがって、パティキュレートの酸化は、より活発になって、高濃度の炭酸ガスが生成される。このことから、本発明の排気ガス浄化フィルタは、約３００℃と極めて低い温度領域からパティキュレートの酸化が開始されて、温度が上昇するにしたがって、パティキュレートを効率よく酸化して炭酸ガスとして綺麗に浄化して排気できる。このため、本発明の排気ガス浄化フィルタは、ディーゼル機関の低負荷時において、さらに始動して十分に暖気されない状態においても、パティキュレートを効率よく酸化して、排気ガスを綺麗に浄化できる。この特性は車両に搭載されるディーゼル機関にとって極めて大切である。それは、車両用のディーゼル機関がほとんど最大負荷で運転されないからである。また、車両のディーゼル機関は、十分に暖気するまでに５ｋｍ以上走行する必要があることから、短距離移動に使用される場合は十分に暖気される前に目的地に到着してしまう。このため、車両用のディーゼル機関にあっては、低負荷と十分に暖気されるまでにいかに効率よくパティキュレートを酸化できるかは極めて大切である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の一実施例にかかるディーゼル機関の排気ガス浄化フィルタの概略構成図である。
【図２】図１に示す排気ガス浄化フィルタのプラズマ放電部の分解斜視図である。
【図３】本発明の他の実施例にかかるディーゼル機関の排気ガス浄化フィルタの概略構成図である。
【図４】本発明の他の実施例にかかるディーゼル機関の排気ガス浄化フィルタの概略構成図である。
【図５】本発明の他の実施例にかかるディーゼル機関の排気ガス浄化フィルタの概略構成図である。
【図６】プラズマ放電における出力と周波数に対するオゾン濃度の変化を示すグラフである。
【図７】ウォールフロー構造の多孔質セラミック焼結体の一例を示す概略断面図である。
【図８】図７に示す多孔質セラミック焼結体のＡ−Ａ線断面図である。
【図９】本発明の実施例１の多孔質セラミック焼結体における温度に対する二酸化炭素濃度を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４０】
１…プラズマ放電部
２…酸化触媒フィルタ
３…格子状平面電極
４…高圧側電極 ４Ａ…芯線
４Ｂ…金属板
５…交流電源
６…排気ガスダクト
７…絶縁材
８…多孔質セラミック焼結体
９…壁面
１０…ディーゼル機関
１１…排気管
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディーゼル機関から排出されるパティキュレートをＮＯ２で酸化する排気ガス浄化フィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
多孔質なセラミック焼結体にディーゼル機関の排気ガスを通過させてパティキュレートを酸化する排気ガス浄化フィルタは開発されている。（特許文献１及び２参照）
【０００３】
特許文献１の排気ガス浄化フィルタは、ディーゼル機関から排出される排ガス中のパティキュレートを捕集するためのセラミック製フィルタであって、フィルタの表面に耐熱性セラミック粉末粒子からなるセラミック粉末粒子層をコーティングしている。さらに、セラミック粉末粒子層の表面に、Ｐｄ、γ−Ａｌ２Ｏ及びＣｅＯ２で構成される触媒層をコートしている。
【０００４】
特許文献２の排気ガス浄化フィルタは、多孔質材料からなる隔壁によって画成された排気流通路を具備し、これら排気流通路のうちの一部の排気流通路はその下流端開口部が閉塞されて排気流入通路とされ、残りの排気流通路のうち少なくとも一部の排気流通路はその上流端開口部が閉塞されて排気流出通路とされ、排気流入通路に流入した排気ガスが隔壁の細孔を通って排気流出通路に流出するようになっている排気ガス浄化用フィルタであって、隔壁内の細孔の細孔径を５〜７０μｍとし、この隔壁の排気流入通路側の壁面上に、細孔径が５０〜２００μｍである追加多孔質層を配置し、隔壁内及び追加多孔質層内の細孔表面上に酸化触媒を担持させている。
【０００５】
特許文献１の排気ガス浄化フィルタは、多孔質なセラミックの表面に触媒層をコートするので、排気ガスが触媒に接触する面積を大きくすることが難しい欠点がある。また、特許文献２のフィルタは、細孔表面に触媒を担持させるので製造に手間がかかる欠点がある。また、特許文献２のフィルター構造において、担持される触媒には貴金属触媒が使用されるが、貴金属触媒を細孔の表面に担持させるフィルタは、寿命が短くなる欠点がある。それは、燃料に含まれるイオウによって貴金属触媒が膨張して、細孔を閉塞して目詰まりさせるからである。
【特許文献１】特開２００２−５４４２２号公報
【特許文献２】特開２００６−１９２３４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、従来のディーゼル機関の排気ガス浄化フィルタが有する以上の欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、触媒材料に安価な酸化鉄系触媒粉末粒子を使用しながら、排気ガスに含まれるパティキュレートを有効に酸化し、さらに、酸化触媒材料を含有する多孔質なセラミック焼結体の目詰まりを防止して寿命を長くできるディーゼル機関の排気ガス浄化フィルタを提供することにある。
【課題を解決するための手段及び効果】
【０００７】
本発明のディーゼル機関の排気ガス浄化フィルタは、前述の目的を達成するために以下の構成を備える。
ディーゼル機関の排気ガス浄化フィルタは、排気ガス中においてプラズマ放電でＮＯ２を生成するプラズマ放電部１と、このプラズマ放電部１で生成されるＮＯ２を含む排気ガスを通過させて排気ガスに含まれるパティキュレートを酸化する酸化触媒フィルタ２とを備える。酸化触媒フィルタ２は、セラミック粉末粒子を多孔質な状態に焼結してなる多孔質セラミック焼結体８と、排気ガスに含まれるパティキュレートを酸化する酸化触媒材料を含む。さらに、酸化触媒フィルタ２は、酸化触媒材料を酸化鉄系触媒粉末粒子とし、しかも酸化鉄系触媒粉末粒子とセラミック粉末粒子とを混合状態で多孔質な状態に焼結している。
【０００８】
本発明の請求項２の排気ガス浄化フィルタは、酸化触媒フィルタ２のセラミック粉末粒子がχアルミナを含んでいる。
【０００９】
本発明の請求項３の排気ガス浄化フィルタは、酸化触媒フィルタ２の酸化鉄系触媒粉末粒子をヘマタイトとしている。
【００１０】
本発明の請求項４の排気ガス浄化フィルタは、プラズマ放電部１が、格子状平面電極３と、この格子状平面電極３の表面に絶縁材７を介して対向して配設してなる高圧側電極４と、格子状平面電極３と高圧側電極４とにプラズマ放電させる電圧を印加する交流電源５と、ディーゼル機関１０の排気ガスを格子状平面電極３の中央部に供給して外周部から排出し、あるいは格子状平面電極３の外周部から供給して中央部から排出する排気ガスダクト６とを備えている。この排気ガス浄化フィルタは、排気ガスを排気ガスダクト６に供給して格子状平面電極３と高圧側電極４との間のプラズマ放電によってＮＯ２を生成し、ＮＯ２の生成された排気ガスを酸化触媒フィルタ２の多孔質セラミック焼結体８に通過させている。
【００１１】
本発明の請求項５の排気ガス浄化フィルタは、高圧側電極４を、芯線４Ａの表面を絶縁材７で被覆しているケーブルとして、このケーブルを渦巻き状に格子状平面電極３の表面に配設している。
【００１２】
さらに、本発明の請求項６の排気ガス浄化フィルタは、格子状平面電極３を金網としている。
【００１３】
本発明のディーゼル機関の酸化触媒フィルタは、触媒材料に安価な酸化鉄系触媒粉末粒子を使用しながら、排気ガスに含まれるパティキュレートを有効に酸化して炭酸ガスとし、さらに、酸化触媒材料を含有する多孔質なセラミック焼結体の目詰まりを防止して寿命を長くできる特徴がある。それは、本発明の酸化触媒フィルタが、排気ガス中においてＮＯ２を生成するプラズマ放電部と、ＮＯ２を含む排気ガスに含まれるパティキュレートを酸化する酸化触媒フィルタとを備え、この酸化触媒フィルタが、セラミック粉末粒子を多孔質な状態に焼結してなる多孔質セラミック焼結体に、パティキュレートを酸化する酸化触媒材料を添加してなる構造であって、この酸化触媒フィルタの酸化触媒材料が酸化鉄系触媒粉末粒子を含み、酸化触媒材料である酸化鉄系触媒粉末粒子とセラミック粉末粒子とを混合状態で多孔質な状態に焼結しているからである。
【００１４】
とくに、本発明の排気ガス浄化フィルタは、セラミック粉末粒子と酸化触媒材料とを混合して多孔質な状態のセラミックに焼結している。この多孔質セラミック焼結体は、従来のフィルタのように細孔の表面に酸化鉄系触媒粉末粒子を担持させるのでなく、セラミック粉末粒子と酸化鉄系触媒粉末粒子の微粒子とが接点で結合されて多孔質な状態に焼結されている。微細な粒子の酸化鉄系触媒粉末粒子を接点で結合して多孔質な状態にある焼結体は、酸化鉄系触媒粉末粒子が広い面積で排気ガスの通路に表出して、効果的な触媒作用をする。さらに、本発明の排気ガス浄化フィルタは、パティキュレートを酸化する触媒として、従来の貴金属元素でなくてＮＯ２の作用で優れた酸化作用のある酸化鉄系触媒粉末粒子を使用することから、燃料に含まれるイオウによって酸化触媒材料が膨張することがなく、長時間にわたって多孔質な状態を保持して、効率よくパティキュレートを酸化する。さらに、本発明の排気ガス浄化フィルタは、排気ガスに含まれるパティキュレートを酸化できることから、排気ガスに含まれる未燃炭化水素も酸化して浄化できる。
【００１５】
本発明の請求項２の排気ガス浄化フィルタは、酸化触媒フィルタのセラミック粉末粒子がχアルミナを含んでいるので、多孔質セラミック焼結体の気孔率を大きくして、排気ガスが通過する実質的な表面積を大きくできる。
【００１６】
本発明の請求項３の排気ガス浄化フィルタは、酸化触媒フィルタの酸化鉄系触媒粉末粒子をヘマタイトとしているので、低温で効果的にパティキュレートを酸化できる。
【００１７】
本発明の請求項４の排気ガス浄化フィルタは、プラズマ放電部が、格子状平面電極と、この格子状平面電極に対向して配設してなる高圧側電極と、格子状平面電極と高圧側電極とに電圧を印加する交流電源と、ディーゼル機関の排気ガスを格子状平面電極と高圧側電極とに通過させる排気ガスダクトとを備えており、排気ガスを排気ガスダクトに供給して、格子状平面電極と高圧側電極との間のプラズマ放電によってＮＯ２を生成し、ＮＯ２の生成された排気ガスを多孔質セラミック焼結体に通過させるので、全体をコンパクトにしながら通過する排気ガス中のＮＯ２濃度を高くして、次の酸化触媒フィルタで効率よくパティキュレートを酸化できる。
【００１８】
本発明の請求項５の排気ガス浄化フィルタは、高圧側電極を、芯線の表面を絶縁材で被覆してなるケーブルとして、このケーブルを渦巻き状に格子状平面電極の表面に配設しているので、簡単な構造で高圧側電極と格子状平面電極を所定の間隔に保持できる。
【００１９】
さらに、本発明の請求項６排気ガス浄化フィルタは、格子状平面電極を金網としているので、金網の隙間に排気ガスを通過できる、通過する排気ガスを効率よく高濃度のＮＯ２に酸化できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するためのディーゼル機関の排気ガス浄化フィルタを例示するものであって、本発明は排気ガス浄化フィルタを以下のものに特定しない。
【００２１】
さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲」および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。
【００２２】
図１ないし図４に示すディーゼル機関の排気ガス浄化フィルタは、ディーゼル機関１０の排気管１１に連結されて、排気ガスに含まれるパティキュレートを酸化して排気する。これ等の図に示す排気ガス浄化フィルタは、ディーゼル機関１０の排気管１１に連結されるプラズマ放電部１と、このプラズマ放電部１に連結される酸化触媒フィルタ２とからなる。プラズマ放電部１は、排気ガスをプラズマ放電している領域に通過させて、排気ガスに含まれるＮＯを酸化してＮＯ２とし、高濃度のＮＯ２を含む排気ガスを次段の酸化触媒フィルタ２に供給して、酸化触媒フィルタ２の酸化鉄系触媒粉末粒子でもって、パティキュレートを酸化して排気する。
【００２３】
プラズマ放電部１は、排気ガス中においてプラズマ放電させて、言い換えるとプラズマ放電している領域に排気ガスを通過させて、排気ガスに含まれるＮＯを酸化してＮＯ２とする。プラズマ放電部１は、格子状平面電極３と、この格子状平面電極３の表面に絶縁材７を介して対向して配設している高圧側電極４と、格子状平面電極３と高圧側電極４とにプラズマ放電させる電圧を印加する交流電源５と、格子状平面電極３と高圧側電極４との間でプラズマ放電される領域に排気ガスを通過させる排気ガスダクト６とを備える。
【００２４】
図１と図４のプラズマ放電部１は、排気ガスを格子状平面電極３の中央部に供給して外周部から排出し、図３のプラズマ放電部１は、排気ガスを格子状平面電極３の外周部から供給して中央部から排出する円盤状の排気ガスダクト６を備えている。これ等の図に示すように、排気ガスダクト６は、格子状平面電極３と高圧側電極４との間のプラズマ放電している領域に排気ガスを通過して、排気ガスのＮＯ２濃度を高くする。格子状平面電極３と高圧側電極４とを対向して配設する円盤状の排気ガスダクト６は、中心部から外周部に、あるいは外周部から中心部に排気ガスを流して、排気ガスのＮＯ２濃度を高濃度にできる。それは、広い面積にプラズマ放電させて、この放電領域に排気ガスを流動させるからである。さらに、図５に示すように、格子状平面電極３と高圧側電極４を積層している平面状の排気ガスダクト６を多層に積層する構造として、外形を小さくしながら、排気ガスのＮＯ２濃度を高くできる。それは、多層に積層する構造によって、さらにプラズマ放電面積を広くできるからである。
【００２５】
図２に示す格子状平面電極３は、排気ガスを通過できる金網で、網目に排気ガスを通過させて、排気ガス中のＮＯを酸化してＮＯ２とする。金網は、ステンレスなどの耐腐食性の金属を使用する。ただ、格子状平面電極には、排気ガスを通過できる無数の貫通孔を設けている金属板も使用できる。
【００２６】
図１ないし図３及び図５の高圧側電極４は、導電性の金属線である芯線４Ａの表面を、誘電率の高い絶縁材７で被覆しているケーブルである。絶縁材７は、誘電率の高いチタン酸バリウム、酸化アルミナ、高誘電率のプラスチックである。図のプラズマ放電部１は、このケーブルを渦巻き状に格子状平面電極３の表面に配設して、金属線である芯線４Ａと格子状平面電極３との間でプラズマ放電させる。
【００２７】
図４の高圧側電極４は、表面を絶縁材７で被覆している金属板４Ｂである。この高圧側電極４の絶縁材７も、チタン酸バリウム、酸化アルミナ、高誘電率のプラスチックである。この構造の高圧側電極４は、金属板４Ｂと格子状平面電極３との間にプラズマ放電して、格子状平面電極３に通過させる排気ガスのＮＯを酸化する。
【００２８】
交流電源５は、高圧側電極４と格子状平面電極３との間にプラズマ放電させる交流の高圧電源である。交流電源５の周波数と出力は、プラズマ放電部１を通過する排気ガスのＮＯ２濃度に影響を与える。交流電源５の周波数は、好ましくは１ｋＨｚないし１０ｋＨｚに設定される。プラズマ放電は、排気ガスに含まれる酸素をオゾンとし、このオゾンでＮＯを酸化してＮＯ２とする。したがって、排気ガスのオゾン濃度を高くするように、周波数と出力が設定される。図６は、出力と周波数を変化させて通過する空気のオゾン濃度が変化する特性を示している。この図は、１ｋＨｚと７ｋＨｚの周波数で出力を変化させて、オゾン濃度が変化する特性を示している。この図に示すように、周波数を高くすると、出力を高くしてオゾン濃度を高くできる。周波数が低い１ｋＨｚの高周波電源は、出力を低くしてオゾン濃度を高くできる。したがって、高周波電源の周波数と出力は、排気ガスのオゾン濃度が高くなるように、言い換えるとオゾンがＮＯを酸化してＮＯ２とする効果が高くなるように設定される。
【００２９】
酸化触媒フィルタ２は、セラミック粉末粒子を多孔質な状態に焼結してなる多孔質セラミック焼結体８からなる。この多孔質セラミック焼結体８は、排気ガスに含まれるパティキュレートを、ＮＯ２を含む雰囲気において酸化する酸化触媒材料を有する。酸化触媒材料は、酸化鉄系触媒粉末粒子を含み、酸化触媒材料である酸化鉄系触媒粉末粒子とセラミック粉末粒子とを混合状態で多孔質な状態に焼結している。この酸化触媒フィルタ２は、多孔質セラミック焼結体８の微細な空隙にＮＯ２を含む排気ガスを透過させて、酸化鉄系触媒粉末粒子でもって、パティキュレートを酸化する。
【００３０】
多孔質セラミック焼結体８は、ハニカム状に成形して焼結される。ハニカム状の多孔質セラミック焼結体８は、図７と図８の断面図に示すように、ハニカム状の一方の端面を閉塞して、ハニカム状の壁面９を透過するように排気ガスを透過させる。すなわち、ウォールフロー構造で排気ガスを浄化する。ウォールフロー構造の多孔質セラミック焼結体８は、セラミック粉末粒子と酸化鉄系触媒粉末粒子とを多孔質な状態に焼結して無数の微細な空隙を設けており、この微細な空隙に排気ガスを透過させて、ＮＯ２を含む雰囲気において、パティキュレートを酸化して浄化する。セラミック粉末粒子と酸化鉄系触媒粉末粒子とが焼結された多孔質セラミック焼結体８は、セラミック粉末粒子と酸化鉄系触媒粉末粒子とを接点で結合して、酸化鉄系触媒粉末粒子を微細な空隙に表出するように結合している。
【００３１】
この酸化触媒フィルタ２は、セラミック粉末粒子に、酸化鉄系触媒粉末粒子を混合し、これをハニカム状に成形して、焼結して製造される。酸化鉄系触媒粉末粒子には、本発明者が先に開発して特許出願している（特開２００４−２６７８０７号公報）ヘマタイトの酸化鉄が適している。この酸化鉄系触媒粉末粒子は、リン（Ｐ）含有量が０．００５重量％以下であって、ＣｕＫαでＸ線回折測定した際の結晶面（１０４）の結晶子サイズが１５０Å以下のヘマタイト（α−Ｆｅ２Ｏ３）粒子を使用する。ヘマタイト（α−Ｆｅ２Ｏ３）粒子中に不純物としてのリン（Ｐ）含有量が０．００５重量％を超えて存在している場合、触媒活性が不十分なためディーゼルエンジン排ガス中のＰＭ除去触媒として本発明の目的が達成できないので好ましくない。また、ヘマタイト（α−Ｆｅ２Ｏ３）粒子のＣｕＫαでＸ線回折測定した際の結晶面（１０４）の結晶子サイズが１５０Åを超えると同様にＰＭの燃焼に十分な触媒活性がないので好ましくない。
【００３２】
酸化鉄系触媒粉末粒子の平均粒径は、焼結された多孔質セラミック焼結体８の単位重量に対する表面積と排気ガスの圧力損失に影響を与える。これ等の粉末の平均粒径は、たとえば０．１μｍないし１０μｍ、好ましくは０．１μｍないし３μｍ、さらに好ましくは０．２μｍないし１μｍのものが使用される。酸化鉄系触媒粉末粒子の平均粒径が大きすぎると、単位重量の表面積が小さくなって、通過させる排気ガスに含まれるパティキュレートを酸化する効果が低下し、反対に平均粒径が小さすぎると圧力損失が大きくなる。したがって、平均粒径は通過されるパティキュレートを酸化する効果と、要求される圧力損失を考慮して前述の範囲で最適値に設定される。
【００３３】
多孔質セラミック焼結体８に添加される酸化鉄系触媒粉末粒子の比率は、たとえば２０重量％とする。ただし、酸化鉄系触媒粉末粒子の混合比は、全体の５重量％ないし３０重量％とすることができる。酸化鉄系触媒粉末粒子の混合比率を高くして、パティキュレートを効果的に酸化できる。ただ、酸化鉄系触媒粉末粒子の混合比率が高すぎると強度が低下する。したがって、酸化鉄系触媒粉末粒子の混合比率は、強度と酸化能力とを考慮して最適値に設定される。
【００３４】
セラミック粉末粒子は、アルミナ粉末と、アルミナセメント粉末と、シリカ粉末と、酸化チタン粉末を使用する。アルミナ粉末には、χ−アルミナが適している。焼結する状態で単位重量に対する実質的な表面積を大きくして、排気ガスに含まれるパティキュレートの酸化能力を高くできるからである。このセラミック粉末粒子は、アルミナ粉末に加えて、アルミナセメント粉末、シリカ粉末、酸化チタン粉末等を混合することができる。アルミナセメント粉末を添加するセラミック粉末粒子は、アルミナセメント粉末の添加量を、１００重量部のアルミナ粉末に対して、５０重量部ないし２００重量部とすることができる。このセラミック粉末粒子は、ハニカム状に成形しやすく、能率よくハニカム状に成形して焼結できる。さらに、セラミック粉末粒子は、アルミナ粉末に加えて、シリカ粉末や酸化チタン粉末を添加することもできる。
【００３５】
セラミック粉末粒子の平均粒径は、０．１μｍないし１０μｍとする。セラミック粉末粒子の平均粒径は、多孔質に焼結された状態での単位重量に対する表面積に影響を与える。セラミック粉末粒子の平均粒径を小さくして、単位重量に対する表面積を大きくできる。ただ、平均粒径が小さすぎると排気ガスの圧力損失が大きくなるので、セラミック粉末粒子の平均粒径は、要求される圧力損失と単位重量に対する表面積から、前述の範囲で最適値に設定されいる。
【００３６】
セラミック粉末粒子と酸化鉄系触媒粉末粒子は混合されてハニカム状に成形される。セラミック粉末粒子と酸化鉄系触媒粉末粒子は、水や溶媒を添加して成形できる粘度に混練してハニカム状に押し出して成形し、これを乾燥した後、３００〜７００℃で１〜５時間焼成して焼結される。セラミック粉末粒子と酸化鉄系触媒粉末粒子は、水や溶媒を添加することなく混合され、加圧成形した後に焼結することもできる。
【実施例１】
【００３７】
χ−アルミナ粉末を含むセラミック粉末粒子に、ヘマタイト（α−Ｆｅ２Ｏ３）粒子からなる酸化鉄系触媒粉末粒子を混合して、外径を９０ｍｍ、長さ８０ｍｍとする円柱状のハニカム状に成形し、これを乾燥した後、５００℃で３時間焼成してウォールフロー構造の多孔質セラミック焼結体８とする。この多孔質セラミック焼結体８をセラミック筒に入れて、酸素濃度を１０ｖｏｌ％、ＮＯ２濃度を２５０ｐｐｍ、パティキュレートの含有量を０．１ｇとするガスを２リットル／分の割合で通過させて、温度に対する二酸化炭素濃度を測定すると図９に示す状態となる。
【００３８】
この図から、本発明の排気ガス浄化フィルタは、酸化触媒フィルタ２に通過させるガスの温度が３００℃を超える低温領域から、パティキュレートを酸化して炭酸ガスを生成し、さらに温度が５００℃まで上昇するにしたがって、パティキュレートの酸化は、より活発になって、高濃度の炭酸ガスが生成される。このことから、本発明の排気ガス浄化フィルタは、約３００℃と極めて低い温度領域からパティキュレートの酸化が開始されて、温度が上昇するにしたがって、パティキュレートを効率よく酸化して炭酸ガスとして綺麗に浄化して排気できる。このため、本発明の排気ガス浄化フィルタは、ディーゼル機関の低負荷時において、さらに始動して十分に暖気されない状態においても、パティキュレートを効率よく酸化して、排気ガスを綺麗に浄化できる。この特性は車両に搭載されるディーゼル機関にとって極めて大切である。それは、車両用のディーゼル機関がほとんど最大負荷で運転されないからである。また、車両のディーゼル機関は、十分に暖気するまでに５ｋｍ以上走行する必要があることから、短距離移動に使用される場合は十分に暖気される前に目的地に到着してしまう。このため、車両用のディーゼル機関にあっては、低負荷と十分に暖気されるまでにいかに効率よくパティキュレートを酸化できるかは極めて大切である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の一実施例にかかるディーゼル機関の排気ガス浄化フィルタの概略構成図である。
【図２】図１に示す排気ガス浄化フィルタのプラズマ放電部の分解斜視図である。
【図３】本発明の他の実施例にかかるディーゼル機関の排気ガス浄化フィルタの概略構成図である。
【図４】本発明の他の実施例にかかるディーゼル機関の排気ガス浄化フィルタの概略構成図である。
【図５】本発明の他の実施例にかかるディーゼル機関の排気ガス浄化フィルタの概略構成図である。
【図６】プラズマ放電における出力と周波数に対するオゾン濃度の変化を示すグラフである。
【図７】ウォールフロー構造の多孔質セラミック焼結体の一例を示す概略断面図である。
【図８】図７に示す多孔質セラミック焼結体のＡ−Ａ線断面図である。
【図９】本発明の実施例１の多孔質セラミック焼結体における温度に対する二酸化炭素濃度を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４０】
１…プラズマ放電部
２…酸化触媒フィルタ
３…格子状平面電極
４…高圧側電極 ４Ａ…芯線
４Ｂ…金属板
５…交流電源
６…排気ガスダクト
７…絶縁材
８…多孔質セラミック焼結体
９…壁面
１０…ディーゼル機関
１１…排気管
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ガス中においてプラズマ放電でＮＯ２を生成するプラズマ放電部(1)と、このプラズマ放電部(1)で生成されるＮＯ２を含む排気ガスを通過させて排気ガスに含まれるパティキュレートを酸化する酸化触媒フィルタ(2)とを備えるディーゼル機関の排気ガス浄化フィルタであって、
前記酸化触媒フィルタ(2)が、セラミック粉末粒子が多孔質な状態に焼結されてなる多孔質セラミック焼結体(8)に、排気ガスに含まれるパティキュレートを酸化する酸化触媒材料を添加してなる構造であって、この酸化触媒フィルタ(2)の酸化触媒材料が酸化鉄系触媒粉末粒子を含み、酸化触媒材料である酸化鉄系触媒粉末粒子とセラミック粉末粒子とが混合状態で多孔質な状態に焼結してなるディーゼル機関の排気ガス浄化フィルタ。
【請求項２】
前記酸化触媒フィルタ(2)のセラミック粉末粒子がχアルミナを含む請求項１に記載されるディーゼル機関の排気ガス浄化フィルタ。
【請求項３】
前記酸化触媒フィルタ(2)の酸化鉄系触媒粉末粒子がヘマタイトである請求項１に記載されるディーゼル機関の排気ガス浄化フィルタ。
【請求項４】
前記プラズマ放電部(1)が、格子状平面電極(3)と、この格子状平面電極(3)の表面に絶縁材(7)を介して対向して配設してなる高圧側電極(4)と、格子状平面電極(3)と高圧側電極(4)とにプラズマ放電させる電圧を印加する交流電源(5)と、ディーゼル機関(10)の排気ガスを格子状平面電極(3)の中央部に供給して外周部から排出し、あるいは格子状平面電極(3)の外周部から供給して中央部から排出する排気ガスダクト(6)とを備えており、
排気ガスが前記排気ガスダクト(6)に供給されて格子状平面電極(3)と高圧側電極(4)との間のプラズマ放電によってＮＯ２を生成し、ＮＯ２の生成された排気ガスが酸化触媒フィルタ(2)の多孔質セラミック焼結体(8)に通過されるようにしてなる請求項１に記載されるディーゼル機関の排気ガス浄化フィルタ。
【請求項５】
前記高圧側電極(4)が、芯線(4A)の表面を絶縁材(7)で被覆してなるケーブルで、このケーブルを渦巻き状に格子状平面電極(3)の表面に配設している請求項４に記載されるディーゼル機関の排気ガス浄化フィルタ。
【請求項６】
前記格子状平面電極(3)が金網である請求項４に記載されるディーゼル機関の排気ガス浄化フィルタ。
【請求項１】
排気ガス中においてプラズマ放電でＮＯ２を生成するプラズマ放電部(1)と、このプラズマ放電部(1)で生成されるＮＯ２を含む排気ガスを通過させて排気ガスに含まれるパティキュレートを酸化する酸化触媒フィルタ(2)とを備えるディーゼル機関の排気ガス浄化フィルタであって、
前記酸化触媒フィルタ(2)が、セラミック粉末粒子が多孔質な状態に焼結されてなる多孔質セラミック焼結体(8)に、排気ガスに含まれるパティキュレートを酸化する酸化触媒材料を添加してなる構造であって、この酸化触媒フィルタ(2)の酸化触媒材料が酸化鉄系触媒粉末粒子を含み、酸化触媒材料である酸化鉄系触媒粉末粒子とセラミック粉末粒子とが混合状態で多孔質な状態に焼結してなるディーゼル機関の排気ガス浄化フィルタ。
【請求項２】
前記酸化触媒フィルタ(2)のセラミック粉末粒子がχアルミナを含む請求項１に記載されるディーゼル機関の排気ガス浄化フィルタ。
【請求項３】
前記酸化触媒フィルタ(2)の酸化鉄系触媒粉末粒子がヘマタイトである請求項１に記載されるディーゼル機関の排気ガス浄化フィルタ。
【請求項４】
前記プラズマ放電部(1)が、格子状平面電極(3)と、この格子状平面電極(3)の表面に絶縁材(7)を介して対向して配設してなる高圧側電極(4)と、格子状平面電極(3)と高圧側電極(4)とにプラズマ放電させる電圧を印加する交流電源(5)と、ディーゼル機関(10)の排気ガスを格子状平面電極(3)の中央部に供給して外周部から排出し、あるいは格子状平面電極(3)の外周部から供給して中央部から排出する排気ガスダクト(6)とを備えており、
排気ガスが前記排気ガスダクト(6)に供給されて格子状平面電極(3)と高圧側電極(4)との間のプラズマ放電によってＮＯ２を生成し、ＮＯ２の生成された排気ガスが酸化触媒フィルタ(2)の多孔質セラミック焼結体(8)に通過されるようにしてなる請求項１に記載されるディーゼル機関の排気ガス浄化フィルタ。
【請求項５】
前記高圧側電極(4)が、芯線(4A)の表面を絶縁材(7)で被覆してなるケーブルで、このケーブルを渦巻き状に格子状平面電極(3)の表面に配設している請求項４に記載されるディーゼル機関の排気ガス浄化フィルタ。
【請求項６】
前記格子状平面電極(3)が金網である請求項４に記載されるディーゼル機関の排気ガス浄化フィルタ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００９−２０８０２５（Ｐ２００９−２０８０２５Ａ）
【公開日】平成２１年９月１７日（２００９．９．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−５５５５２（Ｐ２００８−５５５５２）
【出願日】平成２０年３月５日（２００８．３．５）
【出願人】（３０４０２０２９２）国立大学法人徳島大学 (307)
【出願人】（５９２１２９４８６）株式会社長峰製作所 (18)
【出願人】（５０３３６０１１５）独立行政法人科学技術振興機構 (1,734)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年９月１７日（２００９．９．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月５日（２００８．３．５）
【出願人】（３０４０２０２９２）国立大学法人徳島大学 (307)
【出願人】（５９２１２９４８６）株式会社長峰製作所 (18)
【出願人】（５０３３６０１１５）独立行政法人科学技術振興機構 (1,734)
【Ｆターム（参考）】
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