JP2008069727A - 排ガス浄化装置、排ガス浄化触媒用担体基材及び排ガス浄化触媒 - Google Patents

Abstract

【課題】フィルタに付着したパティキュレート燃焼の際に、触媒の排ガスとの反応性能の熱劣化を抑制することができる排ガス浄化装置、排ガス浄化触媒用担体基材及び排ガス浄化用触媒を提供。
【解決手段】ディーゼルエンジンの排気通路９に設けられ排ガス中のパティキュレートを捕集するフィルタ７と、フィルタ７よりも上流の排気通路９に設けられ排ガス中の排ガス成分と反応する触媒６と、フィルタ７に捕集されたパティキュレートを燃焼させる燃焼過程のときに排気通路９に燃料を供給する燃料供給手段８とをもつ。触媒６は、燃焼過程において、噴射ノズル２より排気通路に供給された燃料との反応熱により高温に上昇する高温部５と、高温部５よりも低温を維持する低温部４が形成されるよう構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関から排出されたパティキュレート及び排ガス成分を浄化する排ガス浄化装置、並びにこれに用いられる排ガス浄化触媒用担体基材及び排ガス浄化触媒に関し、特にパティキュレート燃焼熱による浄化性能の低下を抑制し得るものに関する。

内燃機関特にディーゼルエンジンの排気通路には、パティキュレートを捕集するフィルタと、その上流側の排気通路に配置された排ガス成分と反応する触媒とをもつ排ガス浄化装置が搭載されている。パティキュレートは、フィルタに捕集された後、燃焼されフィルタより除去される。通常の排ガスの酸化反応は、３００℃程度で行われるが、パティキュレート燃焼には、６００℃程度の高温環境が必要である。このため、パティキュレート燃焼時には、燃料を供給して酸化触媒と燃料を酸化反応させその反応熱で排ガス温度を上昇させている。従来、このようなパティキュレート燃焼時に酸化触媒に燃料を供給して温度上昇させる技術が、下記の特許文献１〜５に記載されている。

特許文献１，２には、排ガス中に存在するＮＯをＮＯ_２に酸化する第一触媒と、ＮＯ_２によりＨＣ（未燃燃料）を酸化する第二触媒とを備える排ガス浄化装置が開示されている。この技術では、パティキュレートの燃焼にＮＯ_２が寄与することに着目し、第一触媒にてＮＯ_２を生成し、第二触媒にてＮＯ_２をパティキュレートと反応させてＣＯ_２を生成している。

また、特許文献３には、フィルタの上流の排気通路の２カ所に酸化触媒を配置して、酸化触媒再生時には２つの酸化触媒に排ガスを流して酸化触媒を急速に昇温させて酸化触媒に付着したパティキュレートを燃焼させる。フィルタ再生時には、一方の酸化触媒をバイパスさせて、燃料を他方の酸化触媒で燃焼させる。これにより、フィルタに付着したパティキュレートを効率よく燃焼させることができる。

特許文献４には、フィルタの上流側に触媒金属担持量の異なる酸化触媒を配置して、フィルタに流入する排ガス温度を高くすることが開示されている。特許文献５には、高温活性型触媒と低温活性型触媒とフィルタとを直列配置し、フィルタ再生時に、触媒の特性の異なる活性段階を判定しながら、各触媒浄化効率が最大になるように、後噴射の量とタイミングを制御することが開示されている。

また、パティキュレート燃焼時に、フィルタの中心部は熱がこもりやすく、外周部では熱が逃げやすい。このため、中心部は熱害を受けやすく、外周部は温度が低くてパティキュレートの燃え残りが生じやすい。そこで、従来、フィルタの中心部と外周部との熱の不均一を緩和させる技術が、下記の特許文献６，７に開示されている。特許文献６には、フィルタの外周部に高断熱性担体基材を、中心部に高熱伝導性担体基材を配置することにより、中心部の局部的な温度上昇を抑制することが開示されている。特許文献７には、フィルタの外周部の触媒層の活性を、中心部の触媒層よりも高くして、フィルタ内の温度勾配を緩和することが開示されている。
特開平１０−１５９５５２号公報 特表２００２−５３１７６２号公報 特開２００４−１７６５７１号公報 特開２００６−０９０１８５号公報 特許３５７２４３９号公報 実開平０６−０４９７１４号公報 特開平０９−１６８７２３号公報

しかしながら、上記特許文献１〜５に示される従来の技術では、フィルタ再生時に、燃料を含んだ排ガスが触媒にも流入する。このため、燃料成分が触媒と反応し、フィルタだけでなく触媒も高温に晒される。このため、触媒が熱害を受け、排ガス成分との反応性能が低下するおそれがある。また、特許文献６，７は、フィルタの熱害を抑制することを目的としているが、フィルタの他に、触媒の熱害を抑制する必要がある。

そこで本発明は、フィルタに付着したパティキュレート燃焼の際に、触媒の排ガスとの反応性能の熱劣化を抑制することができる排ガス浄化装置、排ガス浄化触媒用担体基材及び排ガス浄化用触媒を提供することを課題とする。

課題を解決するための手段及び効果

上記課題を解決する第一の発明は、内燃機関の排気通路に設けられ排ガス中のパティキュレートを捕集するフィルタと、フィルタよりも上流の排気通路に設けられ排ガス中の排ガス成分と反応する触媒と、フィルタに捕集されたパティキュレートを燃焼させる燃焼過程において、燃料を排気通路に供給する燃料供給手段と、をもつ排ガス浄化装置において、触媒は、燃焼過程において、燃料供給手段より排気通路に供給された燃料との反応熱により高温に上昇する高温部と、高温部よりも低温を維持する低温部とが形成されるよう構成されていることを特徴とする。

上記構成により、フィルタに付着したパティキュレートを燃焼させる燃焼過程において、触媒における高温部では、燃料供給手段より供給された未燃燃料が触媒と反応して反応熱を発生させる。この反応熱は、排気通路の下流に配置されているフィルタに伝達され、フィルタを昇温させる。このため、フィルタは、パティキュレート燃焼可能温度に到達する。これにより、パティキュレートが燃焼して、フィルタを再生させることができる。

また、触媒における低温部は、上記燃焼過程において、高温部よりも燃料と触媒との反応熱が低く、高温部よりも低温に保持される。それゆえ、低温部は、燃焼過程のときでも、高温部のように高温に晒されることはなく、熱害を抑制することができる。したがって、この低温部では、触媒と排ガス成分との反応性能を長期間にわたって持続させることができる。

以上のように、触媒の高温部をパティキュレート燃焼のための昇温用とし、低温部を排ガス成分反応用とする。これにより、フィルタの急速な昇温を可能にするとともに、燃焼過程による排ガス成分との反応性能の熱劣化を抑制することができる。

上記課題を解決する第二の発明は、内燃機関の排気通路に搭載された際に、ある一部分が他の部分よりも高温に晒されることがある排ガス浄化触媒用の担体基材において、高温に晒される高温部と、高温部よりも低温を保持する低温部との間に、断熱部を設けてなることを特徴とする。

上記構成により、高温部と低温部との間に断熱部を設けている。このため、高温部の熱が低温部に伝達することを抑制でき、低温部の担体基材に担持された触媒が熱害を受けることが抑制される。ゆえに、低温部の触媒の反応性能が熱劣化することを抑制できる。

第一の発明において、触媒は、燃焼過程において、燃料供給手段より排気通路に供給された燃料との反応熱により高温に上昇する高温部と、高温部よりも低温を維持する低温部とが形成されるよう構成されている。高温部は、フィルタに捕集されたパティキュレートの燃焼可能温度に近い温度であることが好ましく、例えば、４５０〜６５０℃であり、望ましくは５００〜６００℃である。低温部は、排ガス成分との反応性能に熱劣化を与えない温度であることが好ましく、たとえば、２００〜５００℃であり、望ましくは２００〜４００℃である。

燃焼過程の際に触媒に高温部と低温部とが形成されるようにするにあたっては、例えば、触媒の高温部は、燃料供給手段より排気通路に供給された燃料の流通量が多く、前記触媒の低温部は、燃料の流通量が少なくする。燃料の流通量が多い部分では、触媒と燃料との反応が活発に行われ、高い反応熱が発生して高温部が形成される。一方、燃料の流通量が少ない部分では、触媒と燃料との反応が高温部に比べて活発には行われず、比較的低い反応熱を維持して低温部が形成される。ここで、「燃料の流通量が少ない」とは、燃料の流通量が高温部に比べて少ないという意味であり、流通量がゼロの場合も含む。

燃焼過程における高温部及び低温部での燃料の流通量は、例えば、触媒の入りガス温度に応じて調整する。入りガス温度が所望の触媒温度よりも低い場合には、燃料の流通量を多くし、入りガス温度が所望の触媒温度よりも高い場合には流通量を少なくする。

触媒は、フィルタの上流側の排気通路に配置されている。ここで、触媒の高温部は、高温部を通過する排ガスがフィルタに流入する構造であればよい。高温部で昇温した排ガスがフィルタに到達してフィルタを昇温させることができるからである。好ましくは、高温部は、フィルタの昇温可能な程度にフィルタに近接していることが好ましい。これにより、フィルタの温度を上昇させやすくなる。

例えば、触媒の低温部、触媒の高温部及びフィルタは、その順に排気通路の上流から下流に配置されていることが好ましい。これにより、高温部がフィルタに近接して配置されることになり、フィルタを効率よく上昇温度させることができる。この場合、低温部と高温部との間に、燃料供給手段を配置することが好ましい。燃料供給手段より供給された燃料がその下流側に配置されている高温部に流通し、その上流側に配置されている低温部には流通しにくい。このため、高温部の燃料濃度が高くなり活発に反応が行われ、高温に上昇させることができる。低温部は燃料濃度が低いため、低温を保持でき、熱劣化を抑制できる。この場合、燃料供給手段は、たとえば、排気通路内にＨＣ（未燃燃料）を噴射する燃料噴射ノズルである。

また、低温部は触媒の径方向の中心部に位置し、高温部は触媒の径方向の外周部に位置していることが好ましい。この場合、触媒の外周部に形成された高温部は燃料との反応熱により高温に上昇し、フィルタの外周部を昇温させる。フィルタの外周部はとかく低温になる傾向にあるため、本構成のように触媒の外周部を集中的に昇温させることにより、フィルタの外周部を高温に昇温させてパティキュレートの燃え残りを抑制できる。

燃焼過程の際に、触媒の外周部には高温部を、中心部には低温部を形成するにあたっては、例えば、触媒よりも上流の排気通路には、触媒の外周部に排ガスを導入する外周導入部と、触媒の中心部に排ガスを導入する中心導入部とをもち、中心導入部は、燃焼過程のときには閉弁し燃焼過程以外のときには開弁する弁体を有する。この場合、燃焼過程の際に、中心導入部の弁体が閉止して、触媒の外周部に、燃料を含んだ排ガスが多量に流通する。このため、触媒の外周部が燃料との反応熱により昇温し、高温部となる。中心部導入部の弁体が閉止すると、触媒の中心部に、燃料を含んだ排ガスが供給されにくくなる。このため、触媒の中心部が燃料の反応熱が少なく、外周部よりも低温に保持され、低温部となる。そして、燃焼過程以外のときには、弁体が開弁する。これにより、排ガスが触媒の外周部だけでなく中心部にも流入し、触媒全体で排ガス成分との反応が行われる。この燃焼過程以外のときには燃料は供給されないので、触媒全体は高温にはならず、低温のまま排ガス成分との反応が行われる。

この場合、燃料供給手段は、触媒の上流側の排気通路であればどこに設けてもよい。燃料供給手段は、例えば、ポスト噴射システム、燃料噴射ノズルのいずれを用いても良い。ポスト噴射システムとは、メイン噴射とは別のタイミングでエンジンのシリンダ内に燃料噴射を行うものでる。噴射タイミングをメイン噴射から大幅に遅らせた場合に、噴射された燃料は酸化（燃焼）されず、多量のＨＣ（未燃燃料）となり排気通路に排出される。

高温部における触媒成分の量は、低温部における触媒成分の量と同じでもよいが、前者を後者よりも多くしてもよい。この場合、高温部で発生する反応熱が更に多くなり、フィルタを更に高温に昇温させることができる。

高温部と低温部との間には、断熱部が設けられていることが好ましい。これにより、高温の外周部から低温の中心部へ熱が伝わりにくくなる。このため、中心部を低温に保持でき、中心部の触媒の熱害を抑制できる。

第二の発明の担体基材は、内燃機関の排気通路に搭載されたときに、その一部分が高温になり、他の部分が比較的低温を保持する温度分布をもつ。一部分の高温部と、他の部分の低温部との間には、断熱部が設けられている。断熱部は、高温部と低温部との間の熱の伝達を抑制する部分である。たとえば、断熱部は、空気層である。または、断熱部は、担体基材よりも熱伝導性の低い低熱伝導部材である。低熱伝導部材としては、例えば、Ａｌ_２Ｏ_３，ＳｉＯ_２，ＣａＯ、ＴｉＯ_２などの非金属系酸化物を用いることができる。また、低熱伝導部材の形状は、例えば、細い繊維を絡めてマット状にしたファイバーマットを用いることができる。

担体基材を用いた排ガス浄化触媒としては、排ガス浄化触媒用の担体基材と、該担体基材の内部表面に形成した触媒層とを有する。「触媒の内部表面」とは、複数の細孔をもつ担体基材の細孔表面をいい、担体基材が後述のモノリス担体の場合、セル壁表面も含む。

かかる断熱部を有する排ガス浄化触媒は、排ガス成分と反応する触媒として用いることができる。また、パティキュレートを捕集するフィルタとしても用いることができる。

第一、第二の発明において、触媒は、排ガス中の排ガス成分と反応する。ここで、排ガス成分とは、パティキュレートを除く、ＨＣ、ＣＯ、ＮＯ、ＮＯｘなどの、内燃機関から排出されるガスをいう。高温部では、排ガス中の排ガス成分（ＨＣ、ＣＯ、ＮＯなど）を酸化する酸化触媒、三元触媒、ＮＯｘ吸蔵還元触媒のいずれも用いることができる。低温部では、酸化雰囲気にあることから、酸化触媒を用いることが好ましい。

触媒は、複数の細孔を持つ担体基材と、細孔表面に形成された触媒層とをもつ。触媒層は、担体成分と、触媒成分とを有する。担体成分としては、たとえば、従来のアルミナ、ジルコニア、セリア、チタニアなどの酸化物あるいはこれらの複数種からなる複合酸化物を用いることができる。触媒成分としては、例えば、従来の酸化触媒、三元触媒またはＮＯｘ吸蔵還元触媒などに用いられているＰｔ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒなどの貴金属、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｕ、Ｃｏなどの遷移金属などを用いることができる。

担体基材の材質は特に限定されず、たとえば、セラミックス、メタルを例示できる。セラミックスとしては、酸化物または非酸化物のものを用いることができ、具体的には、コージェライト、ムライト、アルミナ、スピネル、炭化珪素、窒化珪素、窒化アルミニウム、ジルコニア、リチウムアルミニウムシリケート、チタン酸アルミニウムなどを例示できる。担体基材の形態は、セル壁で区画され一定方向に延びるセル通路を有するハニカムモノリス担体、粒状のペレット担体などがある。

以下に、本発明の排ガス浄化装置、排ガス浄化触媒用の担体基材及び排ガス浄化触媒の実施例を、比較例と共に、図面を用いて説明する。

（実施例１）
本例の排ガス浄化装置は、図１に示すように、ディーゼルエンジンの排気通路９に設けられ排ガス中のパティキュレートを捕集するフィルタ７と、フィルタ７よりも上流の排気通路９に設けられ排ガス中の排ガス成分と反応する触媒６と、フィルタ７に捕集されたパティキュレートを燃焼させる燃焼過程のときに排気通路９に燃料を供給する燃料供給手段としての噴射ノズル２とをもつ。

触媒６は、燃焼過程において、噴射ノズル２より排気通路に供給された燃料との反応熱により高温に上昇する高温部５と、高温部５よりも低温を維持する低温部４が形成されるよう構成されている。触媒６の低温部４、触媒６の高温部５及びフィルタ７は、その順に排気通路９の上流から下流に配置されている。噴射ノズル２は、低温部４と高温部５との間に配設されている。触媒６の高温部５は、噴射ノズル２より下流側に配置されていることから、排気通路９に供給された燃料の流通量が多い。触媒６の低温部４は、噴射ノズル２より上流側に配置されていることから、燃料の流通量がほぼゼロに近い。

高温部５と低温部４との間には、空気層からなる断熱部３１を設けている。

フィルタ７及び触媒６は、ケース９０の中に配置されている。

本例の排ガス浄化装置の製造方法について説明する。

まず、コーディエライト製で、４００cell／inch^２、直径１３０ｍｍ、容積０．５リットルのハニカム構造体に酸化触媒を１５０ｇ／Ｌウォッシュコートし、乾燥、焼成した。酸化触媒は、担体成分であるアルミナ粉末を含むスラリーに、触媒成分であるＰｔが含まれている。これにより、Ｐｔを２ｇ／Ｌ担持した触媒を得た。この触媒は、同じものを２個準備した。得られた触媒のそれぞれを第一触媒、第二触媒とした。

次に、コーディエライト製で、２００cell／inch^２、直径１３０ｍｍ、容積２リットルのハニカムフィルタ構造体に、酸化触媒を１５０ｇ／Ｌウォッシュコートし、乾燥、焼成した。この酸化触媒は、担体成分であるアルミナ粉末及びチタニア粉末を含むスラリーに、触媒成分であるＰｔが含まれている。これにより、Ｐｔを２ｇ／Ｌ担持したフィルタ７を得た。

円筒状のケース９０の中に、その中に形成される排気通路の上流側から下流側へ、第一触媒４０、第二触媒５０、フィルタ７を直列に配置した。ケース９０と、第一触媒４０，第二触媒５０及びフィルタ７の間には、クッション材８を充填した。第一触媒４０と第二触媒５０との間、第二触媒５０とフィルタ７との間には、それぞれ隙間を設けて空気層からなる断熱部３１，３２を形成した。第一触媒４０と第二触媒５０との間の断熱部３１には、軽油を噴射する噴射ノズル２を配置した。以上により、本例の排ガス浄化装置を得た。

フィルタに捕集されたパティキュレートを燃焼する燃焼過程の際に、噴射ノズル２より軽油が噴射されると、排気通路９の下流に軽油が流通する。これにより、下流側の第二触媒５０では、軽油の濃度が高くなり、触媒と燃料との反応が活発に行われ、反応熱が高く、高温部５となる。一方、上流側の第一触媒４０は、噴射ノズル２よりも上流側にあるため、軽油の濃度は第二触媒５０よりも低く、低温部４となる。そして、高温部５と近接するフィルタ７にその熱が伝わり、フィルタの温度が上昇し高温となる。これにより、フィルタに堆積したパティキュレートは、高温下で燃焼される。一方、低温部４では、燃料との反応が少なく低温を維持している。このため、低温部４は、熱害を受けずに、排ガス成分との反応を持続して行う。

（比較例１）
本例の排ガス浄化装置では、図２に示すように、フィルタ７の上流側の排気通路９に１つの触媒６を配置している点が、第一触媒と第二触媒との２つの触媒を配置している実施例１と相違する。本比較例の触媒は、実施例１と同様のもので容積が１リットルのものを用いた。触媒の上流側の排気通路には、燃焼過程の際に排気通路の中に軽油を添加する軽油添加装置（噴射ノズル）が配置されている。燃焼過程の際に排気通路に軽油を添加すると、軽油が触媒の全体に行き渡り、触媒全体で燃料との反応が行われ、その反応熱でフィルタの温度が上昇し、そこに堆積したパティキュレートが燃焼される。

（実施例２）
本例の排ガス浄化装置は、図３，図４（ａ）に示すように、ディーゼルエンジンの排気通路９に設けられ排ガス中のパティキュレートを捕集するフィルタ７と、フィルタ７よりも上流の排気通路９に設けられ排ガス中の排ガス成分と反応する触媒６と、フィルタ７に捕集されたパティキュレートを燃焼させる燃焼過程のときに排気通路９に燃料を供給する燃料供給手段とをもつ。

本例において実施例１と相違する点は、触媒６における低温部４は触媒６の径方向の中心部４１に位置し、高温部５は触媒６の径方向の外周部５１に位置していることである。触媒６よりも上流の排気通路９には、円筒状の仕切パイプ９３が設けられている。仕切パイプ９３の内側は、触媒６の中心部４１に排ガスを導入する中心導入部９４が形成され、その外側は、触媒６の外周部５１に排ガスを導入する外周導入部９５が形成される。仕切パイプ９３の上流側の端部は、開閉により排ガスの流量を調整する電磁弁９４１を有する。電磁弁９４１は、仕切パイプ９３の径方向に回動可能に軸支された弁軸９４２と、弁軸９４２より仕切パイプ９３の径方向に広がる円板状の弁本体部９４３とを持つ。電磁弁９４１は、燃焼過程のときには閉弁して、円板状の弁本体部９４３が中心導入部９４を塞ぎ触媒６の中心部４１への燃料の供給を遮断する。一方、燃焼過程以外のときには電磁弁９４１は開弁して、中心導入部９４を開口させ中心部４１へ排ガスを流通させる。

触媒６の中心部４１と外周部５１との間には、空気層からなる断熱部３３を有している。図５に示すように、断熱部３３の両端には、目封止材３３１が充填されている。

本例における燃料供給手段は、ポスト噴射システムである。

触媒６の下流側の排気通路９には、実施例１と同様のパティキュレート捕集用のフィルタ７が設けられている。

本例の排ガス浄化装置の製造方法について説明する。

まず、４００cell／inch^２、直径１４０mm、容積１リットルのメタルハニカム構造体を準備した。このメタルハニカム構造体は、図４（ｂ）に示すように、メタル製の波板６１と平板６２とを重ね合わせて巻回したものであり、直径９０ｍｍの中心部４１とその外周部５１との間に厚さ３ｍｍの空気層からなる断熱部３３を有している。本例においては、図６（ａ）に示すように、中心部材４１０と外周部材５１０とは別々に作製しておき、図６（ｂ）に示すように、後で両者を一体に組み付けて中心部４１と外周部５１とからなる触媒６を作製した。図５に示すように、中心部４１と外周部５１との間の空間部の長手方向両端には目封止材３３１を充填して、両者の間に断熱層３３を形成した。なお、図７に示すように、波板と平板との重ね合わせ部材６０を巻回する際に、断熱部を形成する部分の両端に目封止材３３１を配置してもよい。この場合には、目封止材３３１を配置した部分に断熱部３３が形成され、その中心側には中心部４１が、その外側には外周部５１が一体的に形成される。

次に、メタルハニカム構造体に、酸化触媒を１５０ｇ／Ｌウォッシュコートし、乾燥、焼成した。酸化触媒は、担体成分であるアルミナ粉末を含むスラリーに、触媒成分であるＰｔが含まれている。これにより、Ｐｔを２ｇ／Ｌ担持した触媒を得た。

次に、実施例１と同様に、パティキュレート捕集用のフィルタを作製した。即ち、コーディエライト製で、２００cell／inch^２、直径１３０ｍｍ、容積２リットルのハニカムフィルタ構造体に、酸化触媒を１５０ｇ／Ｌウォッシュコートし、乾燥、焼成した。この酸化触媒は、担体成分であるアルミナ粉末及びチタニア粉末を含むスラリーに、触媒成分であるＰｔが含まれている。これにより、Ｐｔを２ｇ／Ｌ担持したフィルタ７を得た。

円筒状のケース９０の中に、その中に形成される排気通路の上流側から下流側へ、触媒６、フィルタ７を直列に配置した。ケース９０と、触媒６及びフィルタ７の間には、クッション材８を充填した。触媒６とフィルタ７との間には、それぞれ隙間を設けて空気層からなる断熱部３２を形成した。触媒６の上流側の排気通路９の中に、電磁弁９４１を有する仕切パイプ９３を設置した。以上により、本例の排ガス浄化装置を得た。

パティキュレートを燃焼させる燃焼過程の際に、ディーゼルエンジンのシリンダにポスト噴射にて軽油を供給する。また、電磁弁９４１を閉弁する。すると、未燃の軽油が排ガス浄化装置の排気通路９に流通してきて、外周導入部９５に軽油が流入し、中心導入部９４には流入しない。このため、触媒６の外周部５１の軽油の濃度が高くなり、反応が活発に行われ、高温部５となる。高温部５に近接するフィルタ７の外周部は、高温になり、パティキュレートを燃焼させる。一方、触媒６の中心部４１の上流側は電磁弁９４１により軽油の流通が遮断されているため、軽油が流入してこない。このため、中心部４１は、外周部５１に比べて軽油の濃度が低く、低温部となる。ここでは、熱害がおこりにくく、排ガス成分との反応が持続する。

（比較例２）
本例の排ガス浄化装置では、図８に示すように、電磁弁及び仕切パイプを設けておらず外周導入部と中心導入部とを区画していない点が実施例２と相違する。触媒６の中心部４１と外周部５１との間には、実施例２と同様に断熱部３３が設けられている。燃焼過程の際には、ディーゼルデエンジンのシリンダにポスト噴射された軽油が排気通路９を通り、触媒６の全体に行き渡る。そして、触媒全体で軽油との反応が行われ、その反応熱でフィルタの温度が上昇し、そこに堆積したパティキュレートが燃焼される。

（実施例３）
本例の排ガス浄化装置では、触媒の中心部と外周部との間に設けた断熱部が低熱伝導部材からなる。低熱伝導部材は、厚さ３ｍｍのアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）からなるファイバーマットである。その他の点は実施例２と同様である。

（比較例３）
本例の排ガス浄化装置では、図９に示すように、触媒６の中心部４１と外周部５１との間に断熱部を設けていない点が、実施例２と相違する。

（実験例）
上記実施例１〜３及び比較例１〜３の排ガス浄化装置について、フィルタにパティキュレートを捕集させ燃焼する試験を行った。すなわち、排ガス浄化装置をディーゼルエンジンの排気管に装着し、定常運転で１０ｇのパティキュレートをフィルタに捕集させた。このパティキュレートを燃焼させるため、触媒の入りガス温度を３００℃になる条件で、５分間運転した後、燃料噴射装置にて軽油２ｇ／minを排気通路に添加しながら５分間運転を行った。軽油を添加するに当たっては、実施例１，比較例１では、噴射ノズル２から排気通路９に添加した。実施例２、３及び比較例２、３では、電磁弁９４１により触媒へのガス流通を停止し、エンジン制御によるポスト噴射システムにて排気通路に軽油を添加した。

上記のパティキュレートの捕集・燃焼試験を１００サイクル行った。

試験後の排ガス浄化装置を実車の排気管に装着し、走行時のＨＣ及びＣＯ（排ガス成分）の浄化率を測定した。測定時には、実施例２，３及び比較例２、３の電磁弁は開弁させて、触媒の外周部だけでなく中心部にも排ガスを流通させた。その結果を表１に示した。

また、実施例２，３及び比較例２、３の排ガス浄化装置では、上記パティキュレート燃焼の際に触媒の内部及び外部の温度を測定した。触媒の測温は、熱電対を用いた。測温の位置は、各触媒の径方向及び長さ方向の中心位置（触媒内部）と、触媒の長手方向の中心において径方向外側から１０ｍｍ内側に入った位置（触媒外部）である。その結果を表１に示した。

同表より、実施例１〜３の排ガス浄化装置は、比較例１〜３に比べて、触媒によるＨＣ及びＣＯの浄化率が高かった。これは、実施例１〜３では、触媒を高温部と低温部に分けているため、高温部で高い反応熱を発生させてフィルタ昇温に貢献させるとともに、低温部においては低温を維持して触媒の熱劣化を抑制し触媒作用を有効に発揮させているためであると考えられる。一方、比較例１、２では、触媒全体に燃料が行き渡り触媒全体が高温に晒されてしまい、触媒全体が熱害を受け、触媒性能が劣化したためであると考えられる。

また、実施例２，３と比較例３とを比較すると、前者の方が後者よりも浄化率が高く、また触媒温度も低かった。これは、実施例２，３では、触媒の高温になる高温部と低温を維持する低温部との間に断熱部を設けているため、低温の低温部に高温部の熱が伝わりにくく、低温部の温度上昇が抑制され、低温部での触媒の熱害を抑制でき、触媒作用の劣化を抑制できたためであると考えられる。一方、比較例３では、触媒の外周部の高温部の熱が中心部にも伝達したため、外周部と中心部とで同じ温度になった。このため、中心部が熱害を受け、触媒作用が有効に発揮できないと考えられる。

また、フィルタの温度に関しては、高温部の５００℃という温度に、フィルタ自体に形成されている触媒層の排ガス成分との反応熱も加わり、フィルタの温度は６００℃以上に上昇した。このため、フィルタはパティキュレートが燃焼可能な温度になり、パティキュレートが十分に燃焼した。触媒の外周部に高温部を配置した実施例２，３では、特にフィルタの外周部の昇温速度が速く、フィルタ外周部に堆積したパティキュレートを十分に燃焼除去させることができた。

実施例１の排ガス浄化装置の断面図である。 比較例１の排ガス浄化装置の断面図である。 実施例２の排ガス浄化装置の断面図である。 実施例２における、触媒の径方向断面図（ａ）及びその部分拡大図（ｂ）である。 実施例２における、触媒の長手方向断面図である。 実施例２における、中心部材を外周部材に組み入れる方法を示す説明図（ａ）、及び中心部材と外周部材との間に断熱部を形成する方法を示す説明図（ｂ）である。 触媒の他の製造方法を示す説明図である。 比較例２の排ガス浄化装置の断面図である。 比較例３における、触媒の径方向断面図である。

符号の説明

２：噴射ノズル、３１，３２，３３：断熱部、４：低温部、４０：第一触媒、４１：中心部、５：高温部、５０：第二触媒、５１：外周部、６：触媒、７：フィルタ、８：クッション材、９：排気通路、９０：ケース、９４１：電磁弁

Claims (10)

1. 内燃機関の排気通路に設けられ排ガス中のパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタ（以下、「フィルタ」という。）と、
   該フィルタよりも上流の前記排気通路に設けられ前記排ガス中の排ガス成分と反応する触媒と、
   前記フィルタに捕集されたパティキュレートを燃焼させる燃焼過程において、燃料を排気通路に供給する燃料供給手段と、をもつ排ガス浄化装置において、
   前記触媒は、前記燃焼過程において、前記燃料供給手段より前記排気通路に供給された燃料との反応熱により高温に上昇する高温部と、該高温部よりも低温を維持する低温部とが形成されるよう構成されていることを特徴とする排ガス浄化装置。
2. 前記触媒の高温部は、前記燃料供給手段より前記排気通路に供給された燃料の流通量が多く、前記触媒の低温部は、該燃料の流通量が少ないことを特徴とする請求項１記載の排ガス浄化装置。
3. 前記触媒の前記低温部、前記触媒の前記高温部及び前記フィルタは、その順に前記排気通路の上流から下流に配置されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の排ガス浄化装置。
4. 前記低温部は前記触媒の径方向の中心部に位置し、前記高温部は前記触媒の径方向の外周部に位置していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の排ガス浄化装置。
5. 前記触媒よりも上流の排気通路には、前記触媒の前記外周部に排ガスを導入する外周導入部と、前記触媒の前記中心部に排ガスを導入する中心導入部とをもち、該中心導入部は、前記燃焼過程のときには閉弁し前記燃焼過程以外のときには開弁する弁体を有することを特徴とする請求項４記載の排ガス浄化装置。
6. 前記高温部と前記低温部との間には、断熱部が設けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の排ガス浄化装置。
7. 内燃機関の排気通路に搭載された際に、ある一部分が他の部分よりも高温に晒されることがある排ガス浄化触媒用の担体基材において、
   前記高温に晒される高温部と、該高温部よりも低温を保持する低温部との間に、断熱部を設けてなることを特徴とする排ガス浄化触媒用の担体基材。
8. 前記断熱部は、空気層であることを特徴とする請求項７記載の排ガス浄化触媒用の担体基材。
9. 前記断熱部は、前記担体基材よりも熱伝導性の低い低熱伝導部材であることを特徴とする請求項７記載の排ガス浄化触媒用の担体基材。
10. 請求項７ないし請求項９のいずれか１項に記載の排ガス浄化触媒用の担体基材と、該担体基材の内部表面に形成した触媒層とを有することを特徴とする排ガス浄化触媒。

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