(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ガス中の微粒子を捕集するためのパティキュレートフィルタを具備し、該パティキュレートフィルタが通路を画成する隔壁を有し、該隔壁が多孔質の材料から形成され、該隔壁の端部分が寄せ集められて該隔壁の先端同士が接合され、これにより通路の端部領域の流路断面積が通路の残りの領域の流路断面積よりも小さくされている排気浄化装置において、パティキュレートフィルタが上記互いに接合された隔壁の先端を越えて該パティキュレートフィルタの端面から延びる延在部分を有し、該延在部分が上記互いに接合された隔壁の先端を越えて延在するパティキュレートフィルタの外周壁の部分であることを特徴とする排気浄化装置。
【請求項２】
上記互いに接合された隔壁の先端を越えて延在する外周壁の部分が上記互いに接合された隔壁の先端を包囲するように延びることを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
【請求項３】
上記互いに接合された隔壁の先端を越えて延在する外周壁の部分の厚みが隔壁の厚みよりも厚いことを特徴とする請求項２に記載の排気浄化装置。
【請求項４】
上記隔壁に微粒子を酸化することができる酸化物質が担持されていることを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関から排出される排気ガス中の微粒子を捕集するためのパティキュレートフィルタが特表平８−５０８１９９号公報に開示されている。このパティキュレートフィルタでは多孔質の材料からハニカム構造体を形成し、このハニカム構造体の複数の通路（以下、フィルタ通路と称す）のうち幾つかのフィルタ通路をその上流端にて栓で塞ぐと共に残りのフィルタ通路をその下流端にて栓で塞ぎ、パティキュレートフィルタに流入した排気ガスがフィルタ通路を形成している壁（以下、フィルタ隔壁と称す）を必ず通ってパティキュレートフィルタから流出するようにしている。
【０００３】
このパティキュレートフィルタでは排気ガスは必ずフィルタ隔壁を通り、その後にパティキュレートフィルタから流出するのでその微粒子捕集率は排気ガスがパティキュレートフィルタの隔壁を通過せずに単にフィルタ通路を通過するだけになっているパティキュレートフィルタの微粒子捕集率よりも高い。
【０００４】
ところで上記公報に記載のパティキュレートフィルタではフィルタ通路はフィルタ隔壁の端部を寄せ集めてこれら端部同志を接続することにより塞がれている。そしてこれによりフィルタ通路の排気ガス流入開口の形状が漏斗状となっている。このようにフィルタ通路の排気ガス流入開口の形状が漏斗状とされていると排気ガスが乱流となることなくフィルタ通路に滑らかに流入する。すなわちフィルタ通路に排気ガスが流入するときに排気ガスが乱流となることはない。このため当該公報に記載のパティキュレートフィルタの圧損は低い。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで上述したパティキュレートフィルタにおいては寄せ集められた隔壁の先端は尖っているので例えばパティキュレートフィルタを内燃機関の排気通路に搭載するためにパティキュレートフィルタを扱っているときにこの寄せ集められた隔壁が内燃機関の部品などに接触すると寄せ集められた隔壁の先端が欠けてしまう。そこで本発明の目的は上述したタイプのパティキュレートフィルタにおいて寄せ集められて互いに接合された隔壁の先端がパティキュレートフィルタの取扱中に破損しないようにすることにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための１番目の発明では、排気ガス中の微粒子を捕集するためのパティキュレートフィルタを具備し、該パティキュレートフィルタが通路を画成する隔壁を有し、該隔壁が多孔質の材料から形成され、該隔壁の端部分が寄せ集められて該隔壁の先端同士が接合され、これにより通路の端部領域の流路断面積が通路の残りの領域の流路断面積よりも小さくされている排気浄化装置において、パティキュレートフィルタが上記互いに接合された隔壁の先端を越えて該パティキュレートフィルタの端面から延びる延在部分を有し、該延在部分が上記互いに接合された隔壁の先端を越えて延在するパティキュレートフィルタの外周壁の部分である。
【０００７】
２番目の発明では１番目の発明において、上記互いに接合された隔壁の先端を越えて延在する外周壁の部分が上記互いに接合された隔壁の先端を包囲するように延びる。
【０００８】
３番目の発明では２番目の発明において、上記互いに接合された隔壁の先端を越えて延在する外周壁の部分の厚みが隔壁の厚みよりも厚い。
【０００９】
４番目の発明では１番目の発明において、上記隔壁に微粒子を酸化することができる酸化物質が担持されている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。図１（Ａ）はパティキュレートフィルタの端面図であり、図１（Ｂ）はパティキュレートフィルタの縦断面図である。図１（Ａ）および図１（Ｂ）に示したようにパティキュレートフィルタ２２はハニカム構造をなしており、互いに平行をなして延びる複数個の排気流通路５０，５１を具備する。これら排気流通路はその下流端がテーパ壁（以下、下流側テーパ壁と称す）５２により閉塞された排気ガス流入通路５０と、その上流端がテーパ壁（以下、上流側テーパ壁と称す）５３により閉塞された排気ガス流出通路５１とにより構成される。すなわち排気流通路のうち一部の排気流通路５０はその下流端にて下流側テーパ壁５２により閉塞され、残りの排気通路５１はその上流端にて上流側テーパ壁５３により閉塞されている。
【００１２】
詳しくは後に説明するが下流側テーパ壁５２はパティキュレートフィルタ２２の排気ガス流入通路５０を画成する隔壁の下流端隔壁部分を寄せ集めて互いに接続することにより形成されている。一方、上流側テーパ壁５３はパティキュレートフィルタ２２の排気ガス流出通路５１を画成する隔壁の上流端隔壁部分を寄せ集めて互いに接続することにより形成されている。
【００１３】
本実施例ではこれら排気ガス流入通路５０および排気ガス流出通路５１は薄肉の隔壁５４を介して交互に配置される。云い換えると排気ガス流入通路５０および排気ガス流出通路５１は各排気ガス流入通路５０が４つの排気ガス流出通路５１により包囲され、各排気ガス流出通路５１が４つの排気ガス流入通路５０により包囲されるように配置される。すなわち隣接する２つの排気流通路のうち一方の排気流通路５０はその下流端にて下流側テーパ壁５２により完全に閉塞され、他方の排気流通路５１はその上流端にて上流側テーパ壁５３により完全に閉塞されている。
【００１４】
パティキュレートフィルタ２２は例えばコージライトのような多孔質材料から形成されており、したがって排気ガス流入通路５０内に流入した排気ガスは図１（Ｂ）において矢印で示したように周囲の隔壁５４内を通って隣接する排気ガス流出通路５１内に流入する。もちろんテーパ壁５２，５３も隔壁５４と同じ材料から形成されているので排気ガスは図２（Ａ）の矢印で示したように上流側テーパ壁５３を通って排気ガス流出通路５１内に流入し、また図２（Ｂ）の矢印で示したように下流側テーパ壁５２を通って流出することができる。
【００１５】
ところで上流側テーパ壁５３は排気ガス流出通路５１の流路断面積が徐々に小さくなるように上流へ向かって四角錐状に狭まる形状をしている。したがって４つの上流側テーパ壁５３により囲まれて形成される排気ガス流入通路５０の上流端は上流へ向かって排気ガス流入通路５０の流路断面積が徐々に大きくなるように四角錐状に広がる形状をしている。これによれば図３（Ａ）に示したように排気ガス流入通路の入口開口が構成されている場合に比べて排気ガスはパティキュレートフィルタに流入しやすい。
【００１６】
すなわち図３（Ａ）に示したパティキュレートフィルタでは排気ガス流出通路の上流端が栓７２により閉塞される。この場合、７３で示したように排気ガスの一部が栓７２に衝突するので排気ガスは排気ガス流入通路内に流入しづらい。このためパティキュレートフィルタの圧損が大きくなる。また栓７２近傍から排気ガス流入通路に流入する排気ガスは７４で示したように入口近傍にて乱流となるのでこれによっても排気ガスは排気ガス流入通路内に流入しづらくなる。このためパティキュレートフィルタの圧損がさらに大きくなる。
【００１７】
一方、本発明のパティキュレートフィルタ２２では図２（Ａ）に示したように排気ガスは乱流となることなく排気ガス流入通路５０に流入することができる。このため本発明によれば排気ガスはパティキュレートフィルタ２２に流入しやすい。したがってパティキュレートフィルタ２２の圧損は低い。
【００１８】
さらに図３に示したパティキュレートフィルタでは排気ガス中の微粒子は栓７２の上流端面およびその近傍の隔壁の表面に多く堆積しやすい。これは排気ガスが栓７２に衝突し、しかも栓７２近傍にて排気ガスが乱流となることに起因する。ところが本発明のパティキュレートフィルタ２２では上流側テーパ壁５３が四角錐状であるので排気ガスが強く衝突する上流端面が存在せず、しかも上流端面近傍にて排気ガスは乱流とはならない。したがって本発明によれば微粒子がパティキュレートフィルタ２２の上流端領域に多く堆積することはなく、パティキュレートフィルタ２２の圧損が高くなることが抑制される。
【００１９】
一方、下流側テーパ壁５２は下流へ向かって排気ガス流入通路５０の流路断面積が徐々に小さくなるように四角錐状に狭まる形状をしている。したがって４つの下流側テーパ壁５２により囲まれて形成される排気ガス流出通路５１の下流端は下流へ向かって排気ガス流出通路５１の流路断面積が徐々に大きくなるように四角錐状に広がる形状をしている。これによれば図３（Ｂ）に示したように排気ガス流出通路の出口開口が構成されている場合に比べて排気ガスはパティキュレートフィルタから流出しやすい。
【００２０】
すなわち図３（Ｂ）に示したパティキュレートフィルタでは排気ガス流入通路の下流端が栓７０により閉塞され、排気ガス流出通路はその出口開口まで直線的に延びる。この場合、排気ガス流出通路の出口開口から流出した排気ガスの一部が栓７０の下流端面に沿って流れ、したがって排気ガス流出通路の出口開口近傍に乱流７１が形成される。このように乱流が形成されると排気ガスは排気ガス流出通路から流出しづらくなる。
【００２１】
一方、本発明のパティキュレートフィルタでは図２（Ｂ）に示したように排気ガスは乱流となることなく排気ガス流出通路５１の端部の出口開口から流出することができる。このため本発明によれば排気ガスはパティキュレートフィルタから比較的流出しやすい。したがってこれによってもパティキュレートフィルタ２２の圧損が低い値とされる。
【００２２】
なおテーパ壁５２，５３はパティキュレートフィルタ２２の外側に向かって徐々に狭まる形状であれば四角錐状以外の形状、例えば円錐状であってもよい。
【００２３】
ところで上述したようにテーパ壁５２，５３は四角錐状の形状をしているのでその先端は鋭角に尖っている。このため例えばパティキュレートフィルタ２２を内燃機関に搭載するためにパティキュレートフィルタ２２を取り扱っているときにテーパ壁５２，５３が何らかの物に触れるとその先端は破損しやすい。
【００２４】
そこで本発明のパティキュレートフィルタ２２はその外周壁５６がテーパ壁５２，５３の先端により画成される端面を越えてパティキュレートフィルタ２２の軸線方向に延びるように構成される。すなわち本発明のパティキュレートフィルタ２２はテーパ壁５２，５３の先端により画成される端面、すなわちパティキュレートフィルタ２２の端面を越えて延びる外周壁５６の部分（以下、延在部分と称す）５５を具備する。この外周壁５６の延在部分５５はテーパ壁５２，５３の先端を包囲するように延在している。
【００２５】
これによればパティキュレートフィルタ２２が取り扱われているときに何らかの物に触れるのはこの外周壁５６の延在部分５５であるのでテーパ壁５２，５３の先端が何らかの物に触れることがなく、したがってテーパ壁５２，５３の先端が破損することはない。
【００２６】
さらに本発明のパティキュレートフィルタ２２では少なくとも外周壁５６の延在部分５５の厚み、好ましくは外周壁５６全体の厚みが隔壁５４の厚みよりも厚くされている。これによりパティキュレートフィルタ２２が取り扱われているときにパティキュレートフィルタ２２の端面を越えて延びる外周壁５６の部分５５が何らかの物に触れたとしてもこの外周壁の部分５５が破損することはない。また本発明ではテーパ壁５２，５３の先端の破損を防止するための手段として外周壁の一部を利用しているのでこのような破損防止手段を別途、パティキュレートフィルタに取り付けるようにした場合に比べて該破損防止手段の製造が簡単であり、その構成がシンプルである。
【００２７】
なお本実施例ではパティキュレートフィルタ２２の端面を越えて延びる外周壁５６の部分５５はパティキュレートフィルタ２２の全周に亘って延在するがパティキュレートフィルタ２２の外周壁５６の一部がパティキュレートフィルタ２２の端面を越えて延びるようになっていても本発明の目的は達成される。また本発明の目的を達成するためには少なくともパティキュレートフィルタがその端面を越えて延びる部分を有していればよい。
【００２８】
ところでパティキュレートフィルタ２２においては圧損が潜在的に低くなるように構成し、さらにパティキュレートフィルタ２２の使用中において圧損が潜在的に達成可能な値から大きくずれないようにすることがその性能上は重要である。
【００２９】
すなわち例えば内燃機関がパティキュレートフィルタを備えている場合、その内燃機関の運転制御はパティキュレートフィルタの潜在的な圧損を考慮して設計される。このためたとえパティキュレートフィルタの圧損が低くなるように構成されているとしてもその使用中に圧損が潜在的に達成可能な値からずれると内燃機関全体としてはその性能が低下してしまう。
【００３０】
そこで本発明によれば上述したようにパティキュレートフィルタ２２の排気流通路の上流端領域を画成する隔壁をテーパ状の壁とすることにより排気ガスが排気流通路に流入するときに乱流となることを防止し、これによりパティキュレートフィルタ２２の圧損が潜在的に低くなるようにしている。
【００３１】
また上述したようにパティキュレートフィルタ２２の排気流通路の上流端領域を画成する隔壁がテーパ状の壁とされていることにより当該テーパ状の壁の壁面には微粒子は堆積しづらくなっている。すなわちパティキュレートフィルタ２２の使用中においてテーパ状の壁の壁面上に微粒子が堆積して排気流通路に流入する排気ガスが乱流となってしまうことが抑制されている。これにより本発明によればパティキュレートフィルタ２２の使用中において圧損が潜在的に達成可能な値からずれて高くなることが抑制される。
【００３２】
ところで上述したようにパティキュレートフィルタ２２の使用中において上流側テーパ壁５３には微粒子は堆積しづらい。とはいえ上流側テーパ壁５３に微粒子が堆積することもありうる。この場合、パティキュレートフィルタ２２の使用中においてその圧損が高くなってしまう。
【００３３】
そこで本発明では上流側テーパ壁５３に微粒子を酸化除去することができる酸化物質を担持させ、上流側テーパ壁５３に堆積した微粒子を酸化除去するようにする。これによれば上流側テーパ壁５３に捕集された微粒子は継続的に酸化除去されるので上流側テーパ壁５３上に多量の微粒子が堆積することはない。したがってパティキュレートフィルタ２２の使用中においても圧損は低い値に維持される。
【００３４】
このように本発明によればパティキュレートフィルタ２２の圧損を潜在的に低くするために多孔質材料からなる上流側テーパ壁５３により排気ガス流出通路５１を閉塞するという構成から特有に生じる問題、すなわちパティキュレートフィルタ使用中において圧損が達成可能な値からのずれるという問題が回避される。
【００３５】
なお本実施例では酸化物質はパティキュレートフィルタ２２全体、すなわち上流側テーパ壁５３のみならず隔壁５４および下流側テーパ壁５２にも担持される。また酸化物質は上流側テーパ壁５３、下流側テーパ壁５２、および隔壁５４の壁面のみならずその内部の細孔壁にも担持される。また本実施例では単位体積当たりに上流側テーパ壁５３に担持させる酸化物質の量は単位体積当たりに隔壁５４および下流側テーパ壁５２に担持させる酸化物質の量よりも多くされる。
【００３６】
次にパティキュレートフィルタの製造方法について簡単に説明する。始めにコージライトなどの多孔質材料から図４に示したような円筒形のハニカム構造体８０が押出成形される。ハニカム構造体８０は断面が正方形の複数の排気流通路を有し、これら排気流通路の一部はパティキュレートフィルタ２２の排気ガス流入通路５０となり、残りの排気流通路はパティキュレートフィルタ２２の排気ガス流出通路５１となる。またハニカム構造体８０の外周壁はその両端においてハニカム構造体８０の端面を越えて延び、延在部分５５を提供している。
【００３７】
次に図５に示した型９０がハニカム構造体８０の端面に押し付けられる。図５（Ａ）に示したように型９０は四角錐状の複数の突起９１を有する。図５（Ｂ）には１つの突起９１を示した。型９０は所定の排気流通路それぞれに突起９１が挿入されるようにしてハニカム構造体８０の各端面に押し付けられる。このとき所定の排気流通路を形成する隔壁、すなわち隔壁５４が寄せ集められてテーパ壁が形成され、このテーパ壁により所定の排気流通路が完全に閉塞される。
【００３８】
次いでハニカム構造体が乾燥せしめられる。次いでハニカム構造体が焼成せしめられる。次いでハニカム構造体に酸化物質が担持される。こうしてパティキュレートフィルタが形成される。
【００３９】
上述したようにパティキュレートフィルタ２２はその隔壁５４と同じ多孔質の材料にて構成されたテーパ壁５２，５３にてその端部が閉塞される。したがって上述したようにハニカム構造体の端面に型９０を押し付けるという極めて簡単な方法によりパティキュレートフィルタ２２の排気流通路５０，５１を隔壁５４と同じ材料にて閉塞することができる。
【００４０】
なお型９０をハニカム構造体８０の端面に押し付ける工程はハニカム構造体が乾燥せしめられた後に実行されてもよい。あるいはハニカム構造体８０が焼成された後にハニカム構造体８０の端部分を軟化し、その後、この軟化せしめられた端部分に型９０を押し付けるようにしてもよい。なおこの場合にはその後にハニカム構造体８０の端部分が再び焼成される。
【００４１】
なお上述ではテーパ壁５２，５３の先端が完全に閉じられているパティキュレートフィルタに本発明を適用した実施例について説明したが、例えば図６に示したように一部のテーパ壁５２，５３の先端に小さな孔５７，５８が開いているパティキュレートフィルタに本発明を適用し、上述した実施例と同様の効果を得ることもできる。すなわち排気流通路の流路断面積が端部に向かって徐々に小さくなるように排気流通路の端部にテーパ壁を備えるパティキュレートフィルタであれば本発明を適用し、上述した実施例に関連して説明した効果を得ることができる。なお孔５７，５８の大きさはテーパ壁５２，５３を構成する多孔質材料の細孔径よりも大きい。
【００４２】
次にパティキュレートフィルタ２２に担持された酸化物質について詳細に説明する。本実施例では各排気ガス流入通路５０および各排気ガス流出通路５１の周壁面、すなわち各隔壁５４の両側表面上、テーパ壁５２，５３の両側表面上、に全面に亘って例えばアルミナからなる担体の層が形成されており、この担体上に貴金属触媒と、周囲に過剰酸素が存在すると酸素を取り込んで酸素を保持し且つ周囲の酸素濃度が低下すると保持している酸素を活性酸素の形で放出する活性酸素放出剤とが担持されている。本実施例の酸化物質はこの活性酸素放出剤である。
【００４３】
本実施例では貴金属触媒として白金Ｐｔが用いられており、活性酸素放出剤としてカリウムＫ、ナトリウムＮａ、リチウムＬｉ、セシウムＣｓ、ルビジウムＲｂのようなアルカリ金属、バリウムＢａ、カルシウムＣａ、ストロンチウムＳｒのようなアルカリ土類金属、ランタンＬａ、イットリウムＹ、セリウムＣｅのような希土類、鉄Ｆｅのような遷移金属、およびスズＳｎのような炭素族元素から選ばれた少なくとも一つが用いられている。
【００４４】
なお活性酸素放出剤としてはカルシウムＣａよりもイオン化傾向の高いアルカリ金属またはアルカリ土類金属、すなわちカリウムＫ、リチウムＬｉ、セシウムＣｓ、ルビジウムＲｂ、バリウムＢａ、ストロンチウムＳｒを用いることが好ましい。
【００４５】
次にパティキュレートフィルタ２２による排気ガス中の微粒子除去作用について担体上に白金ＰｔおよびカリウムＫを担持させた場合を例にとって説明するが他の貴金属、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類、遷移金属を用いても同様な微粒子除去作用が行われる。
【００４６】
例えばパティキュレートフィルタ２２に流入する排気ガスが空気過剰のもとで燃焼が行われる圧縮着火式内燃機関から排出されるガスであるとして説明するとパティキュレートフィルタ２２に流入する排気ガスは多量の過剰空気を含んでいる。すなわち吸気通路および燃焼室５内に供給された空気と燃料との比を排気ガスの空燃比と称すると圧縮着火式内燃機関では排気ガスの空燃比はリーンとなっている。また圧縮着火式内燃機関の燃焼室内ではＮＯが発生するので排気ガス中にはＮＯが含まれている。また燃料中には硫黄成分Ｓが含まれており、この硫黄成分Ｓは燃焼室内で酸素と反応してＳＯ2となる。したがって排気ガス中にはＳＯ2が含まれている。このため過剰酸素、ＮＯおよびＳＯ2を含んだ排気ガスがパティキュレートフィルタ２２の排気ガス流入通路５０内に流入することになる。
【００４７】
図７（Ａ）および（Ｂ）は排気ガス流入通路５０の内周面上に形成された担体層の表面の拡大図を模式的に表わしている。なお図７（Ａ）および（Ｂ）において６０は白金Ｐｔの粒子を示しており、６１はカリウムＫを含んでいる活性酸素放出剤を示している。
【００４８】
上述したように排気ガス中には多量の過剰酸素が含まれているので排気ガスがパティキュレートフィルタ２２の排気ガス流入通路５０内に流入すると図７（Ａ）に示したようにこれら酸素Ｏ2がＯ2-またはＯ2-の形で白金Ｐｔの表面に付着する。一方、排気ガス中のＮＯは白金Ｐｔの表面上でＯ2-またはＯ2-と反応し、ＮＯ2となる（２ＮＯ＋Ｏ2→２ＮＯ2）。次いで生成されたＮＯ2の一部は白金Ｐｔ上で酸化されつつ活性酸素放出剤６１内に吸収され、カリウムＫと結合しながら図７（Ａ）に示したように硝酸イオンＮＯ3-の形で活性酸素放出剤６１内に拡散し、硝酸カリウムＫＮＯ3を生成する。
【００４９】
一方、上述したように排気ガス中にはＳＯ2も含まれており、このＳＯ2もＮＯと同様なメカニズムにより活性酸素放出剤６１内に吸収される。すなわち上述したように酸素Ｏ2がＯ2-またはＯ2-の形で白金Ｐｔの表面に付着しており、排気ガス中のＳＯ2は白金Ｐｔの表面でＯ2-またはＯ2-と反応してＳＯ3となる。次いで生成されたＳＯ3の一部は白金Ｐｔ上でさらに酸化されつつ活性酸素放出剤６１内に吸収され、カリウムＫと結合しながら硫酸イオンＳＯ42-の形で活性酸素放出剤６１内に拡散し、硫酸カリウムＫ2ＳＯ4を生成する。このようにして活性酸素放出剤６１内には硝酸カリウムＫＮＯ3および硫酸カリウムＫ2ＳＯ4が生成される。
【００５０】
一方、燃焼室５内においては主にカーボンＣからなる微粒子が生成され、したがって排気ガス中にはこれら微粒子が含まれている。排気ガス中に含まれているこれら微粒子は排気ガスがパティキュレートフィルタ２２の排気ガス流入通路５０内を流れているとき、或いは排気ガス流入通路５０から排気ガス流出通路５１に向かうときに図７（Ｂ）において６２で示したように担体層の表面、例えば活性酸素放出剤６１の表面上に接触し、付着する。
【００５１】
このように微粒子６２が活性酸素放出剤６１の表面上に付着すると微粒子６２と活性酸素放出剤６１との接触面では酸素濃度が低下する。酸素濃度が低下すると酸素濃度の高い活性酸素放出剤６１内との間で濃度差が生じ、斯くして活性酸素放出剤６１内の酸素が微粒子６２と活性酸素放出剤６１との接触面に向けて移動しようとする。その結果、活性酸素放出剤６１内に形成されている硝酸カリウムＫＮＯ3がカリウムＫと酸素ＯとＮＯとに分解され、酸素Ｏが微粒子６２と活性酸素放出剤６１との接触面に向かい、その一方でＮＯが活性酸素放出剤６１から外部に放出される。外部に放出されたＮＯは下流側の白金Ｐｔ上において酸化され、再び活性酸素放出剤６１内に吸収される。
【００５２】
またこのとき活性酸素放出剤６１内に形成されている硫酸カリウムＫ2ＳＯ4もカリウムＫと酸素ＯとＳＯ2とに分解され、酸素Ｏが微粒子６２と活性酸素放出剤６１との接触面に向かい、その一方でＳＯ2が活性酸素放出剤６１から外部に放出される。外部に放出されたＳＯ2は下流側の白金Ｐｔ上において酸化され、再び活性酸素放出剤６１内に吸収される。ただし硫酸カリウムＫ2ＳＯ4は安定で分解しづらいので硫酸カリウムＫ2ＳＯ4は硝酸カリウムＫＮＯ3よりも活性酸素を放出しづらい。
【００５３】
また活性酸素放出剤６１は上述したようにＮＯXを硝酸イオンＮＯ3-の形で吸収するときにも酸素との反応過程において活性な酸素を生成し放出する。同様に活性酸素放出剤６１は上述したようにＳＯ2を硫酸イオンＳＯ42-の形で吸収するときにも酸素との反応過程において活性な酸素を生成し放出する。
【００５４】
ところで微粒子６２と活性酸素放出剤６１との接触面に向かう酸素Ｏは硝酸カリウムＫＮＯ3や硫酸カリウムＫ2ＳＯ4のような化合物から分解された酸素である。化合物から分解された酸素Ｏは高いエネルギを有しており、極めて高い活性を有する。したがって微粒子６２と活性酸素放出剤６１との接触面に向かう酸素は活性酸素Ｏとなっている。同様に活性酸素放出剤６１におけるＮＯXと酸素との反応過程、或いはＳＯ2と酸素との反応過程にて生成される酸素も活性酸素となっている。これら活性酸素Ｏが微粒子６２に接触すると微粒子６２は短時間（数秒〜数十分）のうちに輝炎を発することなく酸化せしめられ、微粒子６２は完全に消滅する。したがって微粒子６２がパティキュレートフィルタ２２上に堆積することはほとんどない。
【００５５】
従来のようにパティキュレートフィルタ２２上に積層状に堆積した微粒子が燃焼せしめられるときにはパティキュレートフィルタ２２が赤熱し、火炎を伴って燃焼する。このような火炎を伴う燃焼は高温でないと持続せず、したがってこのような火炎を伴う燃焼を持続させるためにはパティキュレートフィルタ２２の温度を高温に維持しなければならない。
【００５６】
これに対して本発明では微粒子６２は上述したように輝炎を発することなく酸化せしめられ、このときパティキュレートフィルタ２２の表面が赤熱することもない。すなわち云い換えると本発明では従来に比べてかなり低い温度でもって微粒子６２が酸化除去せしめられている。したがって本発明による輝炎を発しない微粒子６２の酸化による微粒子除去作用は火炎を伴う従来の燃焼による微粒子除去作用と全く異なっている。
【００５７】
ところで白金Ｐｔおよび活性酸素放出剤６１はパティキュレートフィルタ２２の温度が高くなるほど活性化するのでパティキュレートフィルタ２２上において単位時間当りに輝炎を発することなく酸化除去可能な酸化除去可能微粒子量はパティキュレートフィルタ２２の温度が高くなるほど増大する。
【００５８】
図９の実線は単位時間当りに輝炎を発することなく酸化除去可能な酸化除去可能微粒子量Ｇを示している。なお図９において横軸はパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦを示している。単位時間当りにパティキュレートフィルタ２２に流入する微粒子の量を流入微粒子量Ｍと称するとこの流入微粒子量Ｍが酸化除去可能微粒子Ｇよりも少ないとき、すなわち図９の領域Ｉにあるときにはパティキュレートフィルタ２２に流入した全ての微粒子がパティキュレートフィルタ２２に接触すると短時間（数秒から数十分）のうちにパティキュレートフィルタ２２上において輝炎を発することなく酸化除去せしめられる。
【００５９】
これに対して流入微粒子量Ｍが酸化除去可能微粒子量Ｇよりも多いとき、すなわち図９の領域IIにあるときには全ての微粒子を酸化するには活性酸素量が不足している。図８（Ａ）〜（Ｃ）はこのような場合の微粒子の酸化の様子を示している。すなわち全ての微粒子を酸化するには活性酸素量が不足している場合には図８（Ａ）に示したように微粒子６２が活性酸素放出剤６１上に付着すると微粒子６２の一部のみが酸化され、十分に酸化されなかった微粒子部分が担体層上に残留する。次いで活性酸素量が不足している状態が継続すると次から次へと酸化されなかった微粒子部分が担体層上に残留し、その結果、図８（Ｂ）に示したように担体層の表面が残留微粒子部分６３により覆われるようになる。
【００６０】
担体層の表面が残留微粒子部分６３により覆われると白金ＰｔによるＮＯ，ＳＯ2の酸化作用および活性酸素放出剤６１による活性酸素の放出作用が行われなくなるために残留微粒子部分６３は酸化されることなくそのまま残り、斯くして図８（Ｃ）に示したように残留微粒子部分６３の上に別の微粒子６４が次から次へと堆積する。すなわち微粒子が積層状に堆積することになる。
【００６１】
このように微粒子が積層状に堆積すると微粒子６４はもはや活性酸素Ｏにより酸化されることがなく、したがってこの微粒子６４上にさらに別の微粒子が次から次へと堆積する。すなわち流入微粒子量Ｍが酸化除去可能微粒子量Ｇよりも多い状態が継続するとパティキュレートフィルタ２２上には微粒子が積層状に堆積し、斯くして排気ガス温を高温にするか、或いはパティキュレートフィルタ２２の温度を高温にしない限り、堆積した微粒子を着火燃焼させることができなくなる。
【００６２】
このように図９の領域Ｉでは微粒子はパティキュレートフィルタ２２上において輝炎を発することなく短時間のうちに酸化せしめられ、図９の領域IIでは微粒子がパティキュレートフィルタ２２上に積層状に堆積する。したがって微粒子がパティキュレートフィルタ２２上に積層状に堆積しないようにするためには流入微粒子量Ｍが常時、酸化除去可能微粒子量Ｇよりも少ない必要がある。
【００６３】
図９から判るように本発明の実施例で用いられているパティキュレートフィルタ２２ではパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦがかなり低くても微粒子を酸化させることが可能であり、したがって流入微粒子量Ｍおよびパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦは流入微粒子量Ｍが酸化除去可能微粒子量Ｇよりも常時、少なくなるように維持されている。
【００６４】
このように流入微粒子量Ｍが酸化除去可能微粒子量Ｇよりも常時、少ないとパティキュレートフィルタ２２上に微粒子がほとんど堆積せず、斯くして背圧がほとんど上昇しない。
【００６５】
一方、前述したようにいったん微粒子がパティキュレートフィルタ２２上において積層状に堆積するとたとえ流入微粒子量Ｍが酸化除去可能微粒子量Ｇよりも少なくなったとしても活性酸素Ｏにより微粒子を酸化させることは困難である。しかしながら酸化されなかった微粒子部分が残留し始めているとき、すなわち微粒子が一定限度以下しか堆積していないときに流入微粒子量Ｍが酸化除去可能微粒子量Ｇよりも少なくなるとこの残留微粒子部分は活性酸素Ｏにより輝炎を発することなく酸化除去される。
【００６６】
ところでパティキュレートフィルタ２２が内燃機関の排気通路に配置されて利用される場合を考えると燃料や潤滑油はカルシウムＣａを含んでおり、したがって排気ガス中にカルシウムＣａが含まれている。このカルシウムＣａはＳＯ3が存在すると硫酸カルシウムＣａＳＯ4を生成する。この硫酸カルシウムＣａＳＯ4は固体であって高温になっても熱分解しない。したがって硫酸カルシウムＣａＳＯ4が生成されるとこの硫酸カルシウムＣａＳＯ4によってパティキュレートフィルタ２２の細孔が閉塞されてしまい、その結果、排気ガスがパティキュレートフィルタ２２内を流れづらくなる。
【００６７】
この場合、活性酸素放出剤６１としてカルシウムＣａよりもイオン化傾向の高いアルカリ金属またはアルカリ土類金属、例えばカリウムＫを用いると活性酸素放出剤６１内に拡散するＳＯ3はカリウムＫと結合して硫酸カリウムＫ2ＳＯ4を形成し、カルシウムＣａはＳＯ3と結合することなくパティキュレートフィルタ２２の隔壁５４を通過して排気ガス流出通路５１内に流出する。したがってパティキュレートフィルタ２２の細孔が目詰まりすることがなくなる。したがって前述したように活性酸素放出剤６１としてはカルシウムＣａよりもイオン化傾向の高いアルカリ金属またはアルカリ土類金属、すなわちカリウムＫ、リチウムＬｉ、セシウムＣｓ、ルビジウムＲｂ、バリウムＢａ、ストロンチウムＳｒを用いることが好ましいことになる。
【００６８】
また本発明はパティキュレートフィルタ２２の両側面上に形成された担体の層上に白金Ｐｔのような貴金属のみを担持した場合にも適用することができる。ただしこの場合には酸化除去可能微粒子量Ｇを示す実線は図９に示す実線に比べて若干、右側に移動する。この場合には白金Ｐｔの表面上に保持されるＮＯ2またはＳＯ3から活性酸素が放出される。
【００６９】
また活性酸素放出剤としてＮＯ2またはＳＯ3を吸着保持し、これら吸着されたＮＯ2またはＳＯ3から活性酸素を放出しうる触媒を用いることもできる。
【００７０】
【発明の効果】
本発明のパティキュレートフィルタはその通路の端部領域の流路断面積を小さくするために寄せ集められて互いに接合された隔壁の先端を越えて延びる部分を有する。したがって寄せ集められた隔壁の先端がパティキュレートフィルタの取扱中に破損することがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のパティキュレートフィルタを示す図である。
【図２】本発明のパティキュレートフィルタの一部を示す図である。
【図３】従来のパティキュレートフィルタを示す図である。
【図４】ハニカム構造体を示す図である。
【図５】型を示す図である。
【図６】本発明の別の実施例のパティキュレートフィルタを示す図である。
【図７】微粒子の酸化作用を説明するための図である。
【図８】微粒子の堆積作用を説明するための図である。
【図９】酸化除去可能微粒子量とパティキュレートフィルタの温度との関係を示す図である。
【符号の説明】
２２…パティキュレートフィルタ
５０，５１…排気流通路
５２，５３…テーパ壁
５５…外周壁部分
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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