排気システム中の粒子フィルターの再生が容易になることを目的としたディーゼルエンジンの運転方法
【課題】粒子フィルターが取り付けられたディーゼルエンジンまたは希薄燃焼エンジンの運転方法を提供する。
【解決手段】粒子フィルターに捕集された煤煙粒子を燃焼させることができる温度を低下させることができ、鉄化合物から実質的になる、または鉄化合物およびセリウム化合物から実質的になる添加剤を含有する燃料をエンジンに供給すること、ならびにエンジン中の燃料の燃焼によって生成した排気ガスを通過させるために使用される粒子フィルターが、触媒フィルターであり、この触媒が、煤煙の粒子の燃焼を促進する。本方法によって、特に低温における煤煙燃焼の動力学の改善が可能となる。
【解決手段】粒子フィルターに捕集された煤煙粒子を燃焼させることができる温度を低下させることができ、鉄化合物から実質的になる、または鉄化合物およびセリウム化合物から実質的になる添加剤を含有する燃料をエンジンに供給すること、ならびにエンジン中の燃料の燃焼によって生成した排気ガスを通過させるために使用される粒子フィルターが、触媒フィルターであり、この触媒が、煤煙の粒子の燃焼を促進する。本方法によって、特に低温における煤煙燃焼の動力学の改善が可能となる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンに取り付けられている排気システム中に搭載された粒子フィルターの再生が容易になることを目的としたディーゼルエンジンまたは希薄燃焼エンジンの運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼル油がディーゼルエンジン中で燃焼すると、炭素含有生成物が、環境および健康の両方に対して有害であると考えられている煤煙を形成しやすくなることが知られている。これらの炭素含有粒子、これは明細書の後段で「煤煙」として知られるようになるものを削減する技術が、長い間探求されている。
【０００３】
これを行うために最も一般的に採用されている技術は、種々の燃料の燃焼によって発生した煤煙のすべてをまたは大部分を停止することができる粒子フィルター（ＰＦ）を排気経路中に取り付けることである。
【０００４】
しかし、フィルター中に煤煙が徐々に蓄積すると、最初に煤煙によって圧力低下が生じ、次にフィルターが詰まり始め、それによってエンジン性能が低下する。従って、これらのフィルターによって集められた煤煙を燃焼させる必要が生じる。「フィルター再生」として知られるこの作業を定期的に行う必要がある。
【０００５】
煤煙が燃焼することができる温度（約６５０℃）は排気ガスの温度よりもはるかに高く、従ってこのことは、この再生を行うためには、この温度に到達する、またはこの温度を下げるための技術の実施が必要であることを意味することに留意されたい。
【０００６】
例えば、特に燃料中の添加剤として、５００℃未満の温度でこの煤煙を自己発火させることができる触媒を煤煙中に導入することができる。
【０００７】
エンジンの膨張行程中にエンジンのシリンダーに燃料を定期的に後噴射することによって再生を行うことも可能である。この後噴射は、排気ガスの温度を上昇させ、排気ガス中に含有される炭化水素量を増加させる効果がある。これらの炭化水素はＰＦの上流に配置された酸化触媒コンバータ上で発熱反応によって変換され、それによって、排気ガスがＰＦ中の煤煙層に到達したときに煤煙が燃焼するのに十分高い温度まで排気ガス温度が上昇する。
【０００８】
これらの再生の頻度および時間を減少させることができ、再生をより低温で行うこともできれば好都合となることは理解できるが、この理由は、一方では、これによって、後噴射行程で消費される燃料が少なくなるため乗り物の燃料消費が減少するからであり、他方では、炭化ケイ素などのように高温抵抗性を有する必要がなく、従ってより安価な材料をＰＦ材料中に使用できるからである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、上記要求を満たすことができるディーゼルエンジンまたは希薄燃焼エンジンの運転方法を開発することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この目的のための、本発明の方法は、粒子フィルターが搭載された排気システムが取り付けられたディーゼルエンジンまたは希薄燃焼エンジンの運転方法であり、この方法は、粒子フィルターによって保持された煤煙の粒子の燃焼温度を低下させることができ、および鉄化合物から実質的になる、または鉄化合物およびセリウム化合物から実質的になる添加剤を含有する燃料をエンジンに供給すること、ならびにエンジン中の燃料の燃焼によって生成した排気ガスが通過する粒子フィルターとして、触媒フィルターが使用され、この触媒が、煤煙の粒子の燃焼を促進する触媒からなることを特徴とする。
【００１１】
本発明の方法によって、特に４５０℃未満の温度などの低温において煤煙の燃焼を加速することができる。排気ガスが少なくとも２４０℃の温度を有する特定の運転条件下で、本発明の方法により、煤煙が連続的に燃焼することが可能となり、それによってＰＦが詰まるのが遅くなり、そのため再生の頻度が減少する。
【００１２】
本発明のその他の特徴、詳細および利点は、以下の説明、および本発明の説明を意図した種々の具体的で非限定的な実施例を読めばより十分明らかとなる。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明は、ディーゼルエンジンまたは希薄燃焼ガソリンエンジン（濃度としても知られる燃料／酸化剤比が理論混合比よりも低い。）に適用される。これらのエンジンには、公知の方法で、ＰＦが組み込まれた排気システムまたはマフラーが取り付けられる。従来、これは、コーディエライトまたは炭化ケイ素などでできた濾過セラミック壁を有する種類のフィルターであり、このフィルターを排気ガスが通過する。しかし、このフィルターはちょうど簡単に、金網の１つ以上のスクリーン、またはセラミックフォームもしくは繊維状材料型のフィルターであってもよい。
【００１４】
本発明の方法の第１の特徴によると、ＰＦ中に保持された煤煙の燃焼温度を低下させることを意図した触媒を含有する燃料がエンジンに供給される。実際このこと自体は、既に前述した公知の技術であり、「燃料媒介触媒反応」またはＦＢＣとして知られており、この技術では、燃料がエンジン内で燃焼した後で、煤煙中に取り込まれ、煤煙が通常燃焼する温度よりも低温で煤煙の燃焼を開始させることができる触媒添加剤を燃料が含んでいる。
【００１５】
本発明の場合、燃料中に存在するこの添加剤は、鉄化合物、または鉄化合物およびセリウム化合物の組み合わせのいずれかから実質的になる。「から実質的になる」は、添加剤が、鉄化合物以外、または鉄化合物およびセリウム化合物以外に触媒作用を有する化合物を含有しないことを意味する。従って、この添加剤は他の化合物を含有することができるが、含有する場合、それらの化合物は触媒機能を有さず、煤煙が燃焼するときの温度の低下に全く寄与しない。
【００１６】
鉄化合物としては、例として、フェロセン型化合物、アセチルアセトン第一鉄および第二鉄、ナフテン酸鉄、オレイン酸鉄、オクタン酸鉄、ステアリン酸鉄、ネオデカン酸鉄、鉄アルケニルおよびアルキルスクシナート、ならびにより一般的にはＣ６−Ｃ２４カルボン酸の鉄塩を挙げることができる。
【００１７】
セリウム化合物としては、同様に例として、アセチルアセトンセリウム、ナフテン酸セリウム、オレイン酸セリウム、オクタン酸セリウム、ステアリン酸セリウム、ネオデカン酸セリウム、セリウムアルケニルおよびアルキルスクシネート、ならびにより一般的にはＣ６−Ｃ２４カルボン酸のセリウム塩を挙げることができる。
【００１８】
この添加剤は、鉄化合物もしくはセリウム化合物の水溶液または有機溶液の形態であってよい。
【００１９】
この添加剤は、鉄化合物またはセリウム化合物の有機コロイド分散体の形態であってもよい。この場合、この鉄化合物またはセリウム化合物は、特に鉄またはセリウムの酸化物および／または水酸化物および／またはオキシ水酸化物であってよい。
【００２０】
本明細書の説明における「コロイド分散体」という表現は、液相中の安定な懸濁液中の鉄化合物またはセリウム化合物を主成分とするコロイド寸法の微小固体粒子からなるあらゆる系を意味し、さらに前記粒子は場合により、例えば硝酸イオン、酢酸イオン、クエン酸イオン、もしくはアンモニウムイオンなどの残量の結合または吸着したイオンを含有することができる。コロイド寸法とは、約１ｎｍから約５００ｎｍの間で構成される寸法を意味する。上記粒子は、特に最大約２５０ｎｍ、特に最大１００ｎｍ、好ましくは最大２０ｎｍ、より好ましくは最大１５ｎｍの平均サイズを有することができる。このような分散体中、鉄化合物またはセリウム化合物は、好ましくは完全にコロイドの形態であってもよく、またはコロイドの形態および部分的にイオンの形態であってもよいことに留意されたい。
【００２１】
本明細書で前述され本明細書の残りの部分でも記載される粒度は、特に明記しない限り、従来方法で、あらかじめ乾燥させ、銅格子上に支持された炭素膜上に配置した検査材料に対する透過型電子顕微鏡法（ＴＥＭ）によって行われる。
【００２２】
ここで、鉄化合物がセリウム化合物と併用される本発明の実施形態の場合、これは第一にこれらの化合物の混合物、例えばセリウム塩と混合された鉄塩であってよく、または鉄化合物のコロイドおよびセリウム化合物のコロイドを含有するコロイド分散体であってもよいことに留意されたい。複合型化合物、即ち鉄およびセリウムが同じ化学種中にともに存在する化合物であってもよい。例えば混合鉄およびセリウム塩、またはコロイドが鉄およびセリウムの混合酸化物であるコロイド分散体であってもよい。
【００２３】
さらに、鉄化合物がセリウム化合物と併用される実施形態の場合において、鉄およびセリウムの比率は、０／１００から８０／２０の範囲の比率で変動することができ、この比率はＣｅ元素のＦｅ元素に対するモル比である。この比率は特に１０／９０から５０／５０の間で構成されてよい。
【００２４】
本発明の特定の一実施形態によると、本発明の方法は鉄化合物のみを実質的に含む添加剤を使用して実施される。
【００２５】
本発明のさらなる特定の一実施形態によると、本発明のコロイド分散体は、有機相；非晶質形態の鉄化合物の粒子、および少なくとも１種類の両親媒性物質を含有する分散体である。
【００２６】
このような分散体は、特許出願ＷＯ０３／０５３５６０Ａ１に記載されており、この文献の教示を参照することができ、この文献の実質的な特徴は以下にまとめられている。
【００２７】
この分散体の粒子は、好ましくは非晶質であってよい鉄化合物を主成分とする。この非晶質の性質はＸ線分析によって示すことができ、この場合に実際に得られるＸ線図は顕著なスパイクが見られない。
【００２８】
鉄化合物は、鉄の酸化物および／または水酸化物および／またはオキシ水酸化物である。この鉄は実質的に酸化状態３で一般に存在する。
【００２９】
別の一形態によると、粒子の少なくとも８５％、特に少なくとも９０％およびさらに特に少なくとも９５％が一次粒子である。一次粒子とは、完全に個別化されており、任意の他の粒子と互いに凝集していない粒子を意味する。この特徴は、ＴＥＭを使用して分散体を検査することによって示すことができる。
【００３０】
さらなる好都合な別の一形態によると、このコロイド分散体中の粒子は、微細な粒度、即ち１ｎｍから５ｎｍの間、特に３ｎｍから４ｎｍの間で構成されるｄ５０を有することができる。
【００３１】
前述したように、コロイド分散体中の粒子は、脂肪族炭化水素、塩素化炭化水素またはそれらの混合物から選択することができる有機層中に懸濁している。
【００３２】
両親媒性化合物は、一般に１０から５０個の炭素原子、好ましくは１５から２５個の炭素原子を含有するカルボン酸であってよく、線状または分岐の酸であってよい。これはアリール酸、脂肪酸またはアリール脂肪酸から選択することができる。
【００３３】
例として、トール油、大豆油、獣脂、亜麻仁油、オレイン酸、リノール酸、ステアリン酸およびこの異性体、ペラルゴン酸、カプリン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、ドデシルベンゼンスルホン酸、２−エチルヘキサン酸、ナフテン酸、ヘキサン酸、トルエンスルホン酸、トルエンホスホン酸、ラウリルスルホン酸、ラウリルホスホン酸、パルミチルスルホン酸およびパルミチルホスホン酸の脂肪酸を挙げることができる。
【００３４】
両親媒性化合物は、ポリオキシエチレンアルキルエーテルホスフェートから、またはその代わりにジポリオキシエチレンアルキルホスフェート、もしくはポリオキシエチレンアルキルエーテルカルボキシレートから選択することもできる。
【００３５】
本発明の状況において使用可能なセリウムのコロイド分散体として、ＥＰ−Ａ−６７１２０５に記載されているものを挙げることができる。この分散体は、酸化セリウムの粒子、両親媒性酸化合物、および本明細書で前述した種類の有機相を含み、粒子が最大２００ナノメートルのｄ９０を有することを特徴とする。この分散体は以下の特徴の少なくとも１つも有する。（ｉ）酸化セリウムの粒子が微結晶の凝集体の形態であり、これらの微結晶の凝集体は、光度計の計数（高解像度透過型電子顕微鏡法）によって測定されるｄ８０、好都合にはｄ９０が最大５ナノメートルであり、凝集体の９０（質量）パーセントが１から５個、好ましくは１から３個の微結晶を含有する、（ｉｉ）両親媒性酸化合物が、少なくとも１種類の酸であって、１１から５０個の炭素原子を含み、酸性水素を有する原子に対してα位、β位、γ位またはδ位において少なくとも１つの分岐を有する少なくとも１種類の酸を含有する。
【００３６】
ＷＯ９７／１９０２２の教示を参照することもでき、この文献には、鉄のコロイド分散体と併用することができるセリウムのコロイド分散体が記載されているが、鉄およびセリウムの混合化合物のコロイド分散体も記載されており、従ってそれ自体を本発明に使用することができる。ＷＯ９７／１９０２２に記載されている分散体は、セリウムおよび／または鉄の化合物の粒子、両親媒性酸化合物、および本明細書で前述した有機相を含有し、ａ）少なくとも１種類の可溶性塩、通常は酢酸セリウムおよび／または塩化セリウムを含有する溶液を調製するステップ；ｂ）この溶液を塩基性媒体と接触させ、それにより形成された反応混合物を塩基性ｐＨで維持するステップ；ｃ）形成された沈殿物を霧化または凍結乾燥の使用により回収するステップを含む方法によって上記粒子が得られることを特徴とする。
【００３７】
鉄のコロイド分散体と併用することができるセリウムのコロイド分散体としてであるが、それ自体を本発明に使用することができる鉄およびセリウムの混合化合物のコロイド分散体として、ＷＯ０１／１０５４５に記載のコロイド分散体を挙げることもできる。これらの有機コロイド分散体は、セリウム化合物の粒子、および場合によっては鉄化合物の粒子を含有し、酸化物として表されるＦｅ＋Ｃｅ元素の全モル数に対するセリウムの比率が好ましくは少なくとも１０ｍｏｌ％、特に少なくとも２０ｍｏｌ％、さらに特に少なくとも５０ｍｏｌ％である。これらの分散体は、少なくとも１種類の酸、好ましくは両親媒性酸、および少なくとも１種類の希釈剤、好ましくは非極性希釈剤を含有し、これらは前述した種類のものである。これらの分散体は、粒子の少なくとも９０％が単結晶である分散体である。これらの粒子は１から５ｎｍの間、好ましくは２から３ｎｍの間で構成されるｄ５０を有することもできる。
【００３８】
添加剤は、予備タンク中に収容し、公知の手段によって必要量を燃料に加えることができる。この量は、燃料の質量に対する金属鉄元素の質量として表され、例えば０．５ｐｐｍから２５ｐｐｍの間、特に２ｐｐｍから１５ｐｐｍの間、およびさらに特に２ｐｐｍから１０ｐｐｍの間で構成されることができる。
【００３９】
本発明の方法の第２の特徴によると、エンジンからの排気ガスは触媒ＰＦに通される。
【００４０】
このフィルター中の触媒は、煤煙の粒子の燃焼を促進する触媒からなる。「からなる」とは、触媒が煤煙の燃焼を促進すること以外の機能を有さず、ＰＦがあらゆる他の触媒を含有しないことを意味する。
【００４１】
この煤煙の燃焼の促進は、触媒が燃焼温度を低下させることによってこの燃焼を促進することができる限りにおいては直接的であってよく、ＰＦ上に堆積した煤煙層全体で煤煙の燃焼が開始する領域からの高温の伝播に触媒が寄与する限りにおいては間接的であってもよい。
【００４２】
このＰＦ触媒は、白金、またはパラジウムなどの白金族の金属から選択される少なくとも１種類の金属を主成分とする触媒であってよい。当然ながら、白金およびこれらの金属を併用することもでき、またはそのかわりにこれらの金属の互いの組み合わせを使用することもできる。
【００４３】
触媒の金属は、公知の方法でフィルター中に組み込む、またはフィルター上に堆積することができる。この金属は、例えばフィルター上にそれ自体が堆積されるコーティング（ウォッシュコート）中に含まれてもよい。このコーティングは、アルミナ、酸化チタン、シリカ、スピネル、ゼオライト、シリケート、結晶リン酸アルミニウムまたはそれらの混合物から選択することができる。特にアルミナを使用することができる。
【００４４】
ＰＦの触媒が煤煙の燃焼を促進する触媒である限り、この触媒はフィルター上に比較的少量で存在し、即ち一般に最大７０ｇ／フィート３（２．５ｇ／ｄｍ３）の量で存在する。この量は、ＰＦの体積に対する金属元素の質量、例えば白金の質量として表される。この量は特に最大６０ｇ／フィート３（２．１ｇ／ｄｍ３）、およびさらに特に最大５０ｇ／フィート３（１．８ｇ／ｄｍ３）であってよい。この量は、例えば２０ｇ／フィート３（０．７ｇ／ｄｍ３）から５０ｇ／フィート３の間、特に２０から４０ｇ／フィート３（１．４ｇ／ｄｍ３）の間で構成されてよい。
【００４５】
本発明の別の一形態によると、ＰＦの上流（ガスが流れる方向に関して）に配置されたディーゼル酸化触媒コンバータの上に排気ガスを通すことが可能である。このような触媒コンバータの機能は、ガス中に含有される炭化水素およびＣＯをＣＯ２および水蒸気に変換することである。この機能を果たすことが可能な触媒コンバータは公知であり、一般に白金、パラジウム、ロジウムおよびそれらの混合物を主成分とし、これらの金属は、純粋またはドープされた形態のアルミナ、酸化チタン、シリカ型の担体上に堆積される。
【００４６】
本発明の方法は低温で行うことができるため、脱ＮＯｘ型の窒素酸化物（ＮＯｘ）還元システムを含む排気システムが取り付けられたモーター上で本発明の方法を実施することが可能である。第１の代替形態によると、このシステムは、例えばアンモニアで処理することなどによって窒素酸化物を選択的に還元する手段を含むことができる。この場合、このシステムは、酸化チタン型の担体上のバナジウムを主成分とする種類、またはゼオライト中の鉄もしくは銅型の金属を主成分とする種類の触媒コンバータを含む。第２の代替形態によると、このシステムは、低濃度媒体中でＮＯｘを貯蔵し高濃度媒体中でＮＯｘを還元するＮＯｘトラップを含むことができる。これらのＮＯｘトラップは、例えばアルミナ担体上のバリウムおよび白金を主成分とする組成物である。このシステムは、脱ＮＯｘ触媒コンバータを通過するガスがおそらくは最高温であるのでＰＦの上流およびエンジン付近に配置することができるし（直動システム）、またはＰＦを離れるガスの温度が、特に再生中に、従来技術のシステムよりも下がるのでＰＦの下流に配置することもできる。
【００４７】
これより実施例を示す。
【実施例１】
【００４８】
この実施例は、２４６０ｃｍ３の排気量、１２８ｋＷの最大出力、および４００ｎｍの最大トルクの直接噴射ターボチャージ付き（ＴＤＩ）５気筒ディーゼルエンジンが搭載されたツーリング車に対して得られた結果に関する。
【００４９】
この自動車の排気システムは、白金（１１０ｇ／フィート３（３．９ｇ／ｄｍ３））およびアルミナ系ウォッシュコートを含有する１．２リットルのコーディエライトモノリスで構成されたディーゼル酸化触媒コンバータを備えている。２．９リットルの体積を有する炭化ケイ素ＰＦ（２００ｃｐｓｉ）が排気システムのディーゼル酸化触媒コンバータの下流に搭載されている。このＰＦは、この濾過壁上に、４０ｇ／フィート３（１．４ｇ／ｄｍ３）の含有率の白金、およびＰｔを分散させてフィルターに付着させるためのアルミナを含有するウォッシュコートを有する。
【００５０】
上記自動車でいわゆる「都市」走行サイクルを行うことによって試験を行い、試験中、エンジン速度は１５００ｒｐｍに制限することで、ＰＦに入る平均ガス温度を２４０℃にした。合計４４分間持続する走行サイクルでは、この時間のちょうど８％で、ＰＦに入る排気ガスの温度が３００℃以上に達した。システムの動作に許容される最大圧力低下のパーセント値として表される、ＰＦを通過する際の特定の圧力低下に到達させるために、この走行サイクルを１５回行い、これは１１時間の運転となった。
【００５１】
煤煙の燃焼を触媒する添加剤（ＦＢＣ添加剤）を含有しないディーゼル油燃料を使用して１つの試験を行い、ＦＢＣ添加剤として、金属鉄が質量基準で７ｐｐｍの量の鉄のコロイド分散体を含有するディーゼル油燃料で別の試験を行った。この分散体は金属鉄１０重量％、Ｉｓｏｐａｒ Ｌ中のイソステアリン酸を含有し、ＷＯ０３／０５３５６０の教示に従って調製した。
【００５２】
以下の表１は、ＰＦ充満のパーセント値を示しており、１００％は、システムの運転に適合する最大圧力低下に対応する。
【００５３】
【表１】
【００５４】
排気ガスの温度が依然として低い間の、望ましくない条件下、即ち都市サイクルにおいては、本発明の方法によって、フィルター中の煤煙の蓄積を約５０％遅くすることができ、そのためフィルター再生作業を遅らせることができることが分かる。本発明の方法による煤煙のより速い燃焼によって、ガスの温度がこの最高温であるサイクルの短期間中に、比較例の方法で燃焼するよりもはるかに多くの煤煙を燃焼させることが実際に可能となる。
【実施例２】
【００５５】
この実施例では、エンジンによって煤煙が発生するのと同じ速度でシステムが煤煙を燃焼させることができる温度として定義される平衡点を測定するために、エンジン上に試験リグを取り付けたことを除けば、実施例１と同じエンジンを使用して行った試験結果を示す。この平衡点は、ＰＦの間の圧力低下を安定化させるためにＰＦへの入口に適用する必要がある温度から求められる。
【００５６】
この場合の排気システムは、実施例１に記載のＰＦのみからなる。この触媒フィルターを使用して、ＦＢＣ添加剤を含有しないディーゼル油燃料を使用する第１の試験、およびＦＢＣ添加剤を含有する、即ち実施例１で使用したものと同じコロイド分散体からの金属鉄を質量基準で５ｐｐｍ含有する燃料を使用する第２の試験の２つの試験を行った。ＦＢＣ添加剤（同じ分散体を使用して金属鉄を質量基準で５ｐｐｍ）を含有する同じ燃料を使用し、触媒材料を含有しない炭化ケイ素ＰＦを使用して、第３の試験を行った。
【００５７】
平衡点を測定するために以下の手順を使用した。煤煙の１６ｇに相当する、９４ｍｂａｒの背圧が３つすべてのシステムで得られるように約８時間フィルターを充満させた。２００℃のフィルター入口温度に相当する３０００回転／分のエンジン速度、４０Ｎｍのトルクを使用して充満を行った。
【００５８】
フィルターが一杯になってから、エンジン速度を２０００回転／分まで低下させ、次に、フィルターの圧力低下が平衡状態になるまで（平衡点に到達するまで）１５分ごとにトルクを４５Ｎｍから段階的に増加させた。
【００５９】
表２は、３つの試験で測定した平衡点温度を示している。
【００６０】
【表２】
【００６１】
本発明による方法によって、より低温の平衡点が得られ、この結果、低温での煤煙の燃焼の優れた有効性が得られることが分かる。
【実施例３】
【００６２】
この実施例では一定のＰＦ入口温度における煤煙の再生速度の測定結果を示す。
【００６３】
ＦＢＣ添加剤を含有しないディーゼル油燃料を使用する第１の試験、およびＦＢＣ添加剤を含有する、即ち実施例１で使用したものと同じコロイド分散体からの金属鉄を質量基準で５ｐｐｍ含有する燃料を使用する第２の試験の２つの試験を触媒フィルターを使用して行った。同じコロイド分散体を使用して金属鉄を重量基準で５ｐｐｍを添加剤として含有する同じ燃料を使用し、触媒材料を含有しない炭化ケイ素フィルターを使用して、第３の試験を行った。
【００６４】
燃焼速度を以下のように測定した。煤煙の１６ｇに相当する、９４ｍｂａｒの背圧が３つすべてのシステムで得られるように約８時間フィルターを充満させた。２００℃のフィルター入口温度に相当する３０００回転／分のエンジン速度、４０Ｎｍのトルクを使用して充満を行った。ＰＦを取り外し、煤煙充満ステップの前後で秤量することで、再生前にフィルター中に存在する煤煙量を測定した。充満の前後のフィルターの質量差から、充満段階中に蓄積された煤煙の質量が求められる。
【００６５】
フィルターが充満されてから、エンジン速度を２０００回転／分まで低下させ、次にＰＦ入口温度を４２５℃に到達させるためにトルクを１７０Ｎｍに設定した。これらの条件を１時間維持した後、ＰＦを取り外し、再び秤量して４２５℃における再生中に燃焼した煤煙量を求めた。再生終了時の煤煙の質量（即ち燃焼しなかった煤煙の質量）は、再生終了時に測定したフィルター質量と、充満前の試験開始時のフィルター質量との間の差に相当する。
【００６６】
再生開始および終了の間で計算される再生中に燃焼した煤煙量は、以下の式を使用して燃焼煤煙のパーセント値として表される。
【００６７】
燃焼煤煙％＝（充満中に蓄積された煤煙の質量−再生終了時の煤煙の質量）／充満中に蓄積された煤煙の質量×１００。
【００６８】
表３は、３つの試験に関するこれらの値を示している。
【００６９】
【表３】
【００７０】
従って、本発明の条件下で燃焼した煤煙量は５０％であり、一方、同じフィルターで燃料中に添加剤を含有しない場合にはわずか８％であり、添加剤を含有する燃料を使用し非触媒フィルターを使用した場合には３０％であることから、本発明の方法によって、比較例の方法よりも煤煙燃焼速度を改善することが可能であることが分かる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンに取り付けられている排気システム中に搭載された粒子フィルターの再生が容易になることを目的としたディーゼルエンジンまたは希薄燃焼エンジンの運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼル油がディーゼルエンジン中で燃焼すると、炭素含有生成物が、環境および健康の両方に対して有害であると考えられている煤煙を形成しやすくなることが知られている。これらの炭素含有粒子、これは明細書の後段で「煤煙」として知られるようになるものを削減する技術が、長い間探求されている。
【０００３】
これを行うために最も一般的に採用されている技術は、種々の燃料の燃焼によって発生した煤煙のすべてをまたは大部分を停止することができる粒子フィルター（ＰＦ）を排気経路中に取り付けることである。
【０００４】
しかし、フィルター中に煤煙が徐々に蓄積すると、最初に煤煙によって圧力低下が生じ、次にフィルターが詰まり始め、それによってエンジン性能が低下する。従って、これらのフィルターによって集められた煤煙を燃焼させる必要が生じる。「フィルター再生」として知られるこの作業を定期的に行う必要がある。
【０００５】
煤煙が燃焼することができる温度（約６５０℃）は排気ガスの温度よりもはるかに高く、従ってこのことは、この再生を行うためには、この温度に到達する、またはこの温度を下げるための技術の実施が必要であることを意味することに留意されたい。
【０００６】
例えば、特に燃料中の添加剤として、５００℃未満の温度でこの煤煙を自己発火させることができる触媒を煤煙中に導入することができる。
【０００７】
エンジンの膨張行程中にエンジンのシリンダーに燃料を定期的に後噴射することによって再生を行うことも可能である。この後噴射は、排気ガスの温度を上昇させ、排気ガス中に含有される炭化水素量を増加させる効果がある。これらの炭化水素はＰＦの上流に配置された酸化触媒コンバータ上で発熱反応によって変換され、それによって、排気ガスがＰＦ中の煤煙層に到達したときに煤煙が燃焼するのに十分高い温度まで排気ガス温度が上昇する。
【０００８】
これらの再生の頻度および時間を減少させることができ、再生をより低温で行うこともできれば好都合となることは理解できるが、この理由は、一方では、これによって、後噴射行程で消費される燃料が少なくなるため乗り物の燃料消費が減少するからであり、他方では、炭化ケイ素などのように高温抵抗性を有する必要がなく、従ってより安価な材料をＰＦ材料中に使用できるからである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、上記要求を満たすことができるディーゼルエンジンまたは希薄燃焼エンジンの運転方法を開発することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この目的のための、本発明の方法は、粒子フィルターが搭載された排気システムが取り付けられたディーゼルエンジンまたは希薄燃焼エンジンの運転方法であり、この方法は、粒子フィルターによって保持された煤煙の粒子の燃焼温度を低下させることができ、および鉄化合物から実質的になる、または鉄化合物およびセリウム化合物から実質的になる添加剤を含有する燃料をエンジンに供給すること、ならびにエンジン中の燃料の燃焼によって生成した排気ガスが通過する粒子フィルターとして、触媒フィルターが使用され、この触媒が、煤煙の粒子の燃焼を促進する触媒からなることを特徴とする。
【００１１】
本発明の方法によって、特に４５０℃未満の温度などの低温において煤煙の燃焼を加速することができる。排気ガスが少なくとも２４０℃の温度を有する特定の運転条件下で、本発明の方法により、煤煙が連続的に燃焼することが可能となり、それによってＰＦが詰まるのが遅くなり、そのため再生の頻度が減少する。
【００１２】
本発明のその他の特徴、詳細および利点は、以下の説明、および本発明の説明を意図した種々の具体的で非限定的な実施例を読めばより十分明らかとなる。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明は、ディーゼルエンジンまたは希薄燃焼ガソリンエンジン（濃度としても知られる燃料／酸化剤比が理論混合比よりも低い。）に適用される。これらのエンジンには、公知の方法で、ＰＦが組み込まれた排気システムまたはマフラーが取り付けられる。従来、これは、コーディエライトまたは炭化ケイ素などでできた濾過セラミック壁を有する種類のフィルターであり、このフィルターを排気ガスが通過する。しかし、このフィルターはちょうど簡単に、金網の１つ以上のスクリーン、またはセラミックフォームもしくは繊維状材料型のフィルターであってもよい。
【００１４】
本発明の方法の第１の特徴によると、ＰＦ中に保持された煤煙の燃焼温度を低下させることを意図した触媒を含有する燃料がエンジンに供給される。実際このこと自体は、既に前述した公知の技術であり、「燃料媒介触媒反応」またはＦＢＣとして知られており、この技術では、燃料がエンジン内で燃焼した後で、煤煙中に取り込まれ、煤煙が通常燃焼する温度よりも低温で煤煙の燃焼を開始させることができる触媒添加剤を燃料が含んでいる。
【００１５】
本発明の場合、燃料中に存在するこの添加剤は、鉄化合物、または鉄化合物およびセリウム化合物の組み合わせのいずれかから実質的になる。「から実質的になる」は、添加剤が、鉄化合物以外、または鉄化合物およびセリウム化合物以外に触媒作用を有する化合物を含有しないことを意味する。従って、この添加剤は他の化合物を含有することができるが、含有する場合、それらの化合物は触媒機能を有さず、煤煙が燃焼するときの温度の低下に全く寄与しない。
【００１６】
鉄化合物としては、例として、フェロセン型化合物、アセチルアセトン第一鉄および第二鉄、ナフテン酸鉄、オレイン酸鉄、オクタン酸鉄、ステアリン酸鉄、ネオデカン酸鉄、鉄アルケニルおよびアルキルスクシナート、ならびにより一般的にはＣ６−Ｃ２４カルボン酸の鉄塩を挙げることができる。
【００１７】
セリウム化合物としては、同様に例として、アセチルアセトンセリウム、ナフテン酸セリウム、オレイン酸セリウム、オクタン酸セリウム、ステアリン酸セリウム、ネオデカン酸セリウム、セリウムアルケニルおよびアルキルスクシネート、ならびにより一般的にはＣ６−Ｃ２４カルボン酸のセリウム塩を挙げることができる。
【００１８】
この添加剤は、鉄化合物もしくはセリウム化合物の水溶液または有機溶液の形態であってよい。
【００１９】
この添加剤は、鉄化合物またはセリウム化合物の有機コロイド分散体の形態であってもよい。この場合、この鉄化合物またはセリウム化合物は、特に鉄またはセリウムの酸化物および／または水酸化物および／またはオキシ水酸化物であってよい。
【００２０】
本明細書の説明における「コロイド分散体」という表現は、液相中の安定な懸濁液中の鉄化合物またはセリウム化合物を主成分とするコロイド寸法の微小固体粒子からなるあらゆる系を意味し、さらに前記粒子は場合により、例えば硝酸イオン、酢酸イオン、クエン酸イオン、もしくはアンモニウムイオンなどの残量の結合または吸着したイオンを含有することができる。コロイド寸法とは、約１ｎｍから約５００ｎｍの間で構成される寸法を意味する。上記粒子は、特に最大約２５０ｎｍ、特に最大１００ｎｍ、好ましくは最大２０ｎｍ、より好ましくは最大１５ｎｍの平均サイズを有することができる。このような分散体中、鉄化合物またはセリウム化合物は、好ましくは完全にコロイドの形態であってもよく、またはコロイドの形態および部分的にイオンの形態であってもよいことに留意されたい。
【００２１】
本明細書で前述され本明細書の残りの部分でも記載される粒度は、特に明記しない限り、従来方法で、あらかじめ乾燥させ、銅格子上に支持された炭素膜上に配置した検査材料に対する透過型電子顕微鏡法（ＴＥＭ）によって行われる。
【００２２】
ここで、鉄化合物がセリウム化合物と併用される本発明の実施形態の場合、これは第一にこれらの化合物の混合物、例えばセリウム塩と混合された鉄塩であってよく、または鉄化合物のコロイドおよびセリウム化合物のコロイドを含有するコロイド分散体であってもよいことに留意されたい。複合型化合物、即ち鉄およびセリウムが同じ化学種中にともに存在する化合物であってもよい。例えば混合鉄およびセリウム塩、またはコロイドが鉄およびセリウムの混合酸化物であるコロイド分散体であってもよい。
【００２３】
さらに、鉄化合物がセリウム化合物と併用される実施形態の場合において、鉄およびセリウムの比率は、０／１００から８０／２０の範囲の比率で変動することができ、この比率はＣｅ元素のＦｅ元素に対するモル比である。この比率は特に１０／９０から５０／５０の間で構成されてよい。
【００２４】
本発明の特定の一実施形態によると、本発明の方法は鉄化合物のみを実質的に含む添加剤を使用して実施される。
【００２５】
本発明のさらなる特定の一実施形態によると、本発明のコロイド分散体は、有機相；非晶質形態の鉄化合物の粒子、および少なくとも１種類の両親媒性物質を含有する分散体である。
【００２６】
このような分散体は、特許出願ＷＯ０３／０５３５６０Ａ１に記載されており、この文献の教示を参照することができ、この文献の実質的な特徴は以下にまとめられている。
【００２７】
この分散体の粒子は、好ましくは非晶質であってよい鉄化合物を主成分とする。この非晶質の性質はＸ線分析によって示すことができ、この場合に実際に得られるＸ線図は顕著なスパイクが見られない。
【００２８】
鉄化合物は、鉄の酸化物および／または水酸化物および／またはオキシ水酸化物である。この鉄は実質的に酸化状態３で一般に存在する。
【００２９】
別の一形態によると、粒子の少なくとも８５％、特に少なくとも９０％およびさらに特に少なくとも９５％が一次粒子である。一次粒子とは、完全に個別化されており、任意の他の粒子と互いに凝集していない粒子を意味する。この特徴は、ＴＥＭを使用して分散体を検査することによって示すことができる。
【００３０】
さらなる好都合な別の一形態によると、このコロイド分散体中の粒子は、微細な粒度、即ち１ｎｍから５ｎｍの間、特に３ｎｍから４ｎｍの間で構成されるｄ５０を有することができる。
【００３１】
前述したように、コロイド分散体中の粒子は、脂肪族炭化水素、塩素化炭化水素またはそれらの混合物から選択することができる有機層中に懸濁している。
【００３２】
両親媒性化合物は、一般に１０から５０個の炭素原子、好ましくは１５から２５個の炭素原子を含有するカルボン酸であってよく、線状または分岐の酸であってよい。これはアリール酸、脂肪酸またはアリール脂肪酸から選択することができる。
【００３３】
例として、トール油、大豆油、獣脂、亜麻仁油、オレイン酸、リノール酸、ステアリン酸およびこの異性体、ペラルゴン酸、カプリン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、ドデシルベンゼンスルホン酸、２−エチルヘキサン酸、ナフテン酸、ヘキサン酸、トルエンスルホン酸、トルエンホスホン酸、ラウリルスルホン酸、ラウリルホスホン酸、パルミチルスルホン酸およびパルミチルホスホン酸の脂肪酸を挙げることができる。
【００３４】
両親媒性化合物は、ポリオキシエチレンアルキルエーテルホスフェートから、またはその代わりにジポリオキシエチレンアルキルホスフェート、もしくはポリオキシエチレンアルキルエーテルカルボキシレートから選択することもできる。
【００３５】
本発明の状況において使用可能なセリウムのコロイド分散体として、ＥＰ−Ａ−６７１２０５に記載されているものを挙げることができる。この分散体は、酸化セリウムの粒子、両親媒性酸化合物、および本明細書で前述した種類の有機相を含み、粒子が最大２００ナノメートルのｄ９０を有することを特徴とする。この分散体は以下の特徴の少なくとも１つも有する。（ｉ）酸化セリウムの粒子が微結晶の凝集体の形態であり、これらの微結晶の凝集体は、光度計の計数（高解像度透過型電子顕微鏡法）によって測定されるｄ８０、好都合にはｄ９０が最大５ナノメートルであり、凝集体の９０（質量）パーセントが１から５個、好ましくは１から３個の微結晶を含有する、（ｉｉ）両親媒性酸化合物が、少なくとも１種類の酸であって、１１から５０個の炭素原子を含み、酸性水素を有する原子に対してα位、β位、γ位またはδ位において少なくとも１つの分岐を有する少なくとも１種類の酸を含有する。
【００３６】
ＷＯ９７／１９０２２の教示を参照することもでき、この文献には、鉄のコロイド分散体と併用することができるセリウムのコロイド分散体が記載されているが、鉄およびセリウムの混合化合物のコロイド分散体も記載されており、従ってそれ自体を本発明に使用することができる。ＷＯ９７／１９０２２に記載されている分散体は、セリウムおよび／または鉄の化合物の粒子、両親媒性酸化合物、および本明細書で前述した有機相を含有し、ａ）少なくとも１種類の可溶性塩、通常は酢酸セリウムおよび／または塩化セリウムを含有する溶液を調製するステップ；ｂ）この溶液を塩基性媒体と接触させ、それにより形成された反応混合物を塩基性ｐＨで維持するステップ；ｃ）形成された沈殿物を霧化または凍結乾燥の使用により回収するステップを含む方法によって上記粒子が得られることを特徴とする。
【００３７】
鉄のコロイド分散体と併用することができるセリウムのコロイド分散体としてであるが、それ自体を本発明に使用することができる鉄およびセリウムの混合化合物のコロイド分散体として、ＷＯ０１／１０５４５に記載のコロイド分散体を挙げることもできる。これらの有機コロイド分散体は、セリウム化合物の粒子、および場合によっては鉄化合物の粒子を含有し、酸化物として表されるＦｅ＋Ｃｅ元素の全モル数に対するセリウムの比率が好ましくは少なくとも１０ｍｏｌ％、特に少なくとも２０ｍｏｌ％、さらに特に少なくとも５０ｍｏｌ％である。これらの分散体は、少なくとも１種類の酸、好ましくは両親媒性酸、および少なくとも１種類の希釈剤、好ましくは非極性希釈剤を含有し、これらは前述した種類のものである。これらの分散体は、粒子の少なくとも９０％が単結晶である分散体である。これらの粒子は１から５ｎｍの間、好ましくは２から３ｎｍの間で構成されるｄ５０を有することもできる。
【００３８】
添加剤は、予備タンク中に収容し、公知の手段によって必要量を燃料に加えることができる。この量は、燃料の質量に対する金属鉄元素の質量として表され、例えば０．５ｐｐｍから２５ｐｐｍの間、特に２ｐｐｍから１５ｐｐｍの間、およびさらに特に２ｐｐｍから１０ｐｐｍの間で構成されることができる。
【００３９】
本発明の方法の第２の特徴によると、エンジンからの排気ガスは触媒ＰＦに通される。
【００４０】
このフィルター中の触媒は、煤煙の粒子の燃焼を促進する触媒からなる。「からなる」とは、触媒が煤煙の燃焼を促進すること以外の機能を有さず、ＰＦがあらゆる他の触媒を含有しないことを意味する。
【００４１】
この煤煙の燃焼の促進は、触媒が燃焼温度を低下させることによってこの燃焼を促進することができる限りにおいては直接的であってよく、ＰＦ上に堆積した煤煙層全体で煤煙の燃焼が開始する領域からの高温の伝播に触媒が寄与する限りにおいては間接的であってもよい。
【００４２】
このＰＦ触媒は、白金、またはパラジウムなどの白金族の金属から選択される少なくとも１種類の金属を主成分とする触媒であってよい。当然ながら、白金およびこれらの金属を併用することもでき、またはそのかわりにこれらの金属の互いの組み合わせを使用することもできる。
【００４３】
触媒の金属は、公知の方法でフィルター中に組み込む、またはフィルター上に堆積することができる。この金属は、例えばフィルター上にそれ自体が堆積されるコーティング（ウォッシュコート）中に含まれてもよい。このコーティングは、アルミナ、酸化チタン、シリカ、スピネル、ゼオライト、シリケート、結晶リン酸アルミニウムまたはそれらの混合物から選択することができる。特にアルミナを使用することができる。
【００４４】
ＰＦの触媒が煤煙の燃焼を促進する触媒である限り、この触媒はフィルター上に比較的少量で存在し、即ち一般に最大７０ｇ／フィート３（２．５ｇ／ｄｍ３）の量で存在する。この量は、ＰＦの体積に対する金属元素の質量、例えば白金の質量として表される。この量は特に最大６０ｇ／フィート３（２．１ｇ／ｄｍ３）、およびさらに特に最大５０ｇ／フィート３（１．８ｇ／ｄｍ３）であってよい。この量は、例えば２０ｇ／フィート３（０．７ｇ／ｄｍ３）から５０ｇ／フィート３の間、特に２０から４０ｇ／フィート３（１．４ｇ／ｄｍ３）の間で構成されてよい。
【００４５】
本発明の別の一形態によると、ＰＦの上流（ガスが流れる方向に関して）に配置されたディーゼル酸化触媒コンバータの上に排気ガスを通すことが可能である。このような触媒コンバータの機能は、ガス中に含有される炭化水素およびＣＯをＣＯ２および水蒸気に変換することである。この機能を果たすことが可能な触媒コンバータは公知であり、一般に白金、パラジウム、ロジウムおよびそれらの混合物を主成分とし、これらの金属は、純粋またはドープされた形態のアルミナ、酸化チタン、シリカ型の担体上に堆積される。
【００４６】
本発明の方法は低温で行うことができるため、脱ＮＯｘ型の窒素酸化物（ＮＯｘ）還元システムを含む排気システムが取り付けられたモーター上で本発明の方法を実施することが可能である。第１の代替形態によると、このシステムは、例えばアンモニアで処理することなどによって窒素酸化物を選択的に還元する手段を含むことができる。この場合、このシステムは、酸化チタン型の担体上のバナジウムを主成分とする種類、またはゼオライト中の鉄もしくは銅型の金属を主成分とする種類の触媒コンバータを含む。第２の代替形態によると、このシステムは、低濃度媒体中でＮＯｘを貯蔵し高濃度媒体中でＮＯｘを還元するＮＯｘトラップを含むことができる。これらのＮＯｘトラップは、例えばアルミナ担体上のバリウムおよび白金を主成分とする組成物である。このシステムは、脱ＮＯｘ触媒コンバータを通過するガスがおそらくは最高温であるのでＰＦの上流およびエンジン付近に配置することができるし（直動システム）、またはＰＦを離れるガスの温度が、特に再生中に、従来技術のシステムよりも下がるのでＰＦの下流に配置することもできる。
【００４７】
これより実施例を示す。
【実施例１】
【００４８】
この実施例は、２４６０ｃｍ３の排気量、１２８ｋＷの最大出力、および４００ｎｍの最大トルクの直接噴射ターボチャージ付き（ＴＤＩ）５気筒ディーゼルエンジンが搭載されたツーリング車に対して得られた結果に関する。
【００４９】
この自動車の排気システムは、白金（１１０ｇ／フィート３（３．９ｇ／ｄｍ３））およびアルミナ系ウォッシュコートを含有する１．２リットルのコーディエライトモノリスで構成されたディーゼル酸化触媒コンバータを備えている。２．９リットルの体積を有する炭化ケイ素ＰＦ（２００ｃｐｓｉ）が排気システムのディーゼル酸化触媒コンバータの下流に搭載されている。このＰＦは、この濾過壁上に、４０ｇ／フィート３（１．４ｇ／ｄｍ３）の含有率の白金、およびＰｔを分散させてフィルターに付着させるためのアルミナを含有するウォッシュコートを有する。
【００５０】
上記自動車でいわゆる「都市」走行サイクルを行うことによって試験を行い、試験中、エンジン速度は１５００ｒｐｍに制限することで、ＰＦに入る平均ガス温度を２４０℃にした。合計４４分間持続する走行サイクルでは、この時間のちょうど８％で、ＰＦに入る排気ガスの温度が３００℃以上に達した。システムの動作に許容される最大圧力低下のパーセント値として表される、ＰＦを通過する際の特定の圧力低下に到達させるために、この走行サイクルを１５回行い、これは１１時間の運転となった。
【００５１】
煤煙の燃焼を触媒する添加剤（ＦＢＣ添加剤）を含有しないディーゼル油燃料を使用して１つの試験を行い、ＦＢＣ添加剤として、金属鉄が質量基準で７ｐｐｍの量の鉄のコロイド分散体を含有するディーゼル油燃料で別の試験を行った。この分散体は金属鉄１０重量％、Ｉｓｏｐａｒ Ｌ中のイソステアリン酸を含有し、ＷＯ０３／０５３５６０の教示に従って調製した。
【００５２】
以下の表１は、ＰＦ充満のパーセント値を示しており、１００％は、システムの運転に適合する最大圧力低下に対応する。
【００５３】
【表１】
【００５４】
排気ガスの温度が依然として低い間の、望ましくない条件下、即ち都市サイクルにおいては、本発明の方法によって、フィルター中の煤煙の蓄積を約５０％遅くすることができ、そのためフィルター再生作業を遅らせることができることが分かる。本発明の方法による煤煙のより速い燃焼によって、ガスの温度がこの最高温であるサイクルの短期間中に、比較例の方法で燃焼するよりもはるかに多くの煤煙を燃焼させることが実際に可能となる。
【実施例２】
【００５５】
この実施例では、エンジンによって煤煙が発生するのと同じ速度でシステムが煤煙を燃焼させることができる温度として定義される平衡点を測定するために、エンジン上に試験リグを取り付けたことを除けば、実施例１と同じエンジンを使用して行った試験結果を示す。この平衡点は、ＰＦの間の圧力低下を安定化させるためにＰＦへの入口に適用する必要がある温度から求められる。
【００５６】
この場合の排気システムは、実施例１に記載のＰＦのみからなる。この触媒フィルターを使用して、ＦＢＣ添加剤を含有しないディーゼル油燃料を使用する第１の試験、およびＦＢＣ添加剤を含有する、即ち実施例１で使用したものと同じコロイド分散体からの金属鉄を質量基準で５ｐｐｍ含有する燃料を使用する第２の試験の２つの試験を行った。ＦＢＣ添加剤（同じ分散体を使用して金属鉄を質量基準で５ｐｐｍ）を含有する同じ燃料を使用し、触媒材料を含有しない炭化ケイ素ＰＦを使用して、第３の試験を行った。
【００５７】
平衡点を測定するために以下の手順を使用した。煤煙の１６ｇに相当する、９４ｍｂａｒの背圧が３つすべてのシステムで得られるように約８時間フィルターを充満させた。２００℃のフィルター入口温度に相当する３０００回転／分のエンジン速度、４０Ｎｍのトルクを使用して充満を行った。
【００５８】
フィルターが一杯になってから、エンジン速度を２０００回転／分まで低下させ、次に、フィルターの圧力低下が平衡状態になるまで（平衡点に到達するまで）１５分ごとにトルクを４５Ｎｍから段階的に増加させた。
【００５９】
表２は、３つの試験で測定した平衡点温度を示している。
【００６０】
【表２】
【００６１】
本発明による方法によって、より低温の平衡点が得られ、この結果、低温での煤煙の燃焼の優れた有効性が得られることが分かる。
【実施例３】
【００６２】
この実施例では一定のＰＦ入口温度における煤煙の再生速度の測定結果を示す。
【００６３】
ＦＢＣ添加剤を含有しないディーゼル油燃料を使用する第１の試験、およびＦＢＣ添加剤を含有する、即ち実施例１で使用したものと同じコロイド分散体からの金属鉄を質量基準で５ｐｐｍ含有する燃料を使用する第２の試験の２つの試験を触媒フィルターを使用して行った。同じコロイド分散体を使用して金属鉄を重量基準で５ｐｐｍを添加剤として含有する同じ燃料を使用し、触媒材料を含有しない炭化ケイ素フィルターを使用して、第３の試験を行った。
【００６４】
燃焼速度を以下のように測定した。煤煙の１６ｇに相当する、９４ｍｂａｒの背圧が３つすべてのシステムで得られるように約８時間フィルターを充満させた。２００℃のフィルター入口温度に相当する３０００回転／分のエンジン速度、４０Ｎｍのトルクを使用して充満を行った。ＰＦを取り外し、煤煙充満ステップの前後で秤量することで、再生前にフィルター中に存在する煤煙量を測定した。充満の前後のフィルターの質量差から、充満段階中に蓄積された煤煙の質量が求められる。
【００６５】
フィルターが充満されてから、エンジン速度を２０００回転／分まで低下させ、次にＰＦ入口温度を４２５℃に到達させるためにトルクを１７０Ｎｍに設定した。これらの条件を１時間維持した後、ＰＦを取り外し、再び秤量して４２５℃における再生中に燃焼した煤煙量を求めた。再生終了時の煤煙の質量（即ち燃焼しなかった煤煙の質量）は、再生終了時に測定したフィルター質量と、充満前の試験開始時のフィルター質量との間の差に相当する。
【００６６】
再生開始および終了の間で計算される再生中に燃焼した煤煙量は、以下の式を使用して燃焼煤煙のパーセント値として表される。
【００６７】
燃焼煤煙％＝（充満中に蓄積された煤煙の質量−再生終了時の煤煙の質量）／充満中に蓄積された煤煙の質量×１００。
【００６８】
表３は、３つの試験に関するこれらの値を示している。
【００６９】
【表３】
【００７０】
従って、本発明の条件下で燃焼した煤煙量は５０％であり、一方、同じフィルターで燃料中に添加剤を含有しない場合にはわずか８％であり、添加剤を含有する燃料を使用し非触媒フィルターを使用した場合には３０％であることから、本発明の方法によって、比較例の方法よりも煤煙燃焼速度を改善することが可能であることが分かる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒子フィルターが搭載された排気システムが取り付けられたディーゼルエンジンまたは希薄燃焼エンジンの運転方法であって、粒子フィルターによって保持された煤煙の粒子の燃焼温度を低下させることができ、鉄化合物から実質的になる、または鉄化合物およびセリウム化合物から実質的になる添加剤を含有する燃料をエンジンに供給すること、ならびにエンジン中の燃料の燃焼によって生成した排気ガスが通過する粒子フィルターとして、触媒フィルターが使用され、この触媒が、煤煙の粒子の燃焼を促進する触媒からなることを特徴とする方法。
【請求項２】
燃料添加剤として、鉄化合物の、または鉄化合物およびセリウム化合物の水溶液もしくは有機溶液が使用されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
燃料添加剤として、鉄化合物の、または鉄化合物およびセリウム化合物の有機コロイド分散体が使用されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
有機相；非晶質形態の鉄化合物の粒子、および少なくとも１種類の両親媒性物質を含有するコロイド分散体が使用されることを特徴とする、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
鉄化合物またはセリウム化合物が、鉄もしくはセリウムの酸化物、水酸化物、またはオキシ水酸化物であるコロイド分散体が使用されることを特徴とする、請求項３に記載の方法。
【請求項６】
燃料添加剤中の鉄およびセリウムの比率が、０／１００から８０／２０の範囲内の比で構成され、この比はＦｅ元素に対するＣｅ元素のモル比であり、特に１０／９０および５０／５０であることを特徴とする、請求項１から５の一項に記載の方法。
【請求項７】
粒子フィルターの触媒が、白金、または白金族の金属から選択される少なくとも１種類の金属を主成分とする触媒であり、前記金属が、フィルター上に堆積されるコーティング（ウォッシュコート）中に最大７０ｇ／フィート３（２．５ｇ／ｄｍ３）の量で含まれることを特徴とする、請求項１から６の一項に記載の方法。
【請求項８】
触媒の量が最大５０ｇ／フィート３（１．８ｇ／ｄｍ３）であることを特徴とする、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
粒子フィルターの上流に配置されたディーゼル酸化触媒コンバータを排気ガスが通過することを特徴とする、請求項１から８の一項に記載の方法。
【請求項１０】
酸化窒素還元システムを含む排気システムがエンジンに取り付けられることを特徴とする、請求項１から９の一項に記載の方法。
【請求項１】
粒子フィルターが搭載された排気システムが取り付けられたディーゼルエンジンまたは希薄燃焼エンジンの運転方法であって、粒子フィルターによって保持された煤煙の粒子の燃焼温度を低下させることができ、鉄化合物から実質的になる、または鉄化合物およびセリウム化合物から実質的になる添加剤を含有する燃料をエンジンに供給すること、ならびにエンジン中の燃料の燃焼によって生成した排気ガスが通過する粒子フィルターとして、触媒フィルターが使用され、この触媒が、煤煙の粒子の燃焼を促進する触媒からなることを特徴とする方法。
【請求項２】
燃料添加剤として、鉄化合物の、または鉄化合物およびセリウム化合物の水溶液もしくは有機溶液が使用されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
燃料添加剤として、鉄化合物の、または鉄化合物およびセリウム化合物の有機コロイド分散体が使用されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
有機相；非晶質形態の鉄化合物の粒子、および少なくとも１種類の両親媒性物質を含有するコロイド分散体が使用されることを特徴とする、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
鉄化合物またはセリウム化合物が、鉄もしくはセリウムの酸化物、水酸化物、またはオキシ水酸化物であるコロイド分散体が使用されることを特徴とする、請求項３に記載の方法。
【請求項６】
燃料添加剤中の鉄およびセリウムの比率が、０／１００から８０／２０の範囲内の比で構成され、この比はＦｅ元素に対するＣｅ元素のモル比であり、特に１０／９０および５０／５０であることを特徴とする、請求項１から５の一項に記載の方法。
【請求項７】
粒子フィルターの触媒が、白金、または白金族の金属から選択される少なくとも１種類の金属を主成分とする触媒であり、前記金属が、フィルター上に堆積されるコーティング（ウォッシュコート）中に最大７０ｇ／フィート３（２．５ｇ／ｄｍ３）の量で含まれることを特徴とする、請求項１から６の一項に記載の方法。
【請求項８】
触媒の量が最大５０ｇ／フィート３（１．８ｇ／ｄｍ３）であることを特徴とする、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
粒子フィルターの上流に配置されたディーゼル酸化触媒コンバータを排気ガスが通過することを特徴とする、請求項１から８の一項に記載の方法。
【請求項１０】
酸化窒素還元システムを含む排気システムがエンジンに取り付けられることを特徴とする、請求項１から９の一項に記載の方法。
【公開番号】特開２０１２−１０７６２５（Ｐ２０１２−１０７６２５Ａ）
【公開日】平成２４年６月７日（２０１２．６．７）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２０１１−２８２７６３（Ｐ２０１１−２８２７６３）
【出願日】平成２３年１２月２６日（２０１１．１２．２６）
【分割の表示】特願２００９−５５２１７３（Ｐ２００９−５５２１７３）の分割
【原出願日】平成２０年２月２８日（２００８．２．２８）
【出願人】（５０８１８３１５１）ロデイア・オペラシヨン (70)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月７日（２０１２．６．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２８２７６３（Ｐ２０１１−２８２７６３）
【出願日】平成２３年１２月２６日（２０１１．１２．２６）
【分割の表示】特願２００９−５５２１７３（Ｐ２００９−５５２１７３）の分割
【原出願日】平成２０年２月２８日（２００８．２．２８）
【出願人】（５０８１８３１５１）ロデイア・オペラシヨン (70)
【Ｆターム（参考）】
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