(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気管の途中に介装したフィルタケース内に、排気ガス中のＳＯＦ分を酸化浄化し得る程度の酸化力を有するフロースルー型のＳＯＦ分酸化触媒と、該ＳＯＦ分酸化触媒の直後に配置されて排気ガス中の煤を深層濾過し得るよう目を粗くした多孔質構造の煤捕集フィルタとを備え、該煤捕集フィルタが排気ガスの流れ方向に交互に重ね合わせた金網とパンチングメタルとにより構成されていることを特徴とする排気浄化装置。
【請求項２】
金網を成す鋼線の線径が０．３〜２ｍｍ、金網の網目の大きさが１〜１０ｍｍ、金網の網目の数が２〜２００メッシュ、パンチングメタルの孔径が０．８〜３ｍｍ、パンチングメタルの開口率が３０〜９０％、金網とパンチングメタルとの間の隙間が１〜２ｍｍであ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】
煤捕集フィルタに煤酸化触媒が担持されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の排気浄化装置。
【請求項４】
フィルタケース内におけるＳＯＦ分酸化触媒及び煤捕集フィルタが保温材により抱持されていることを特徴とする請求項１、２又は３に記載の排気浄化装置。
【請求項５】
フィルタケースがマフラの外筒を成していることを特徴とする請求項１、２、３又は４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ものである。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンから排出されるパティキュレート（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｍａｔｔｅｒ：粒子状物質）は、炭素質から成る煤と、高沸点炭化水素成分から成るＳＯＦ分（Ｓｏｌｕｂｌｅ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｆｒａｃｔｉｏｎ：可溶性有機成分）とを主成分とし、更に微量のサルフェート（ミスト状硫酸成分）を含んだ組成を成すものであるが、この種のパティキュレートの低減対策として、図４に示す如く、ディーゼルエンジン１からの排気ガス２が流通する排気管３の途中にパティキュレートフィルタ４を装備することが考えられている。
【０００３】
図５に示すように、パティキュレートフィルタ４は、コージェライトなどのセラミックから成る多孔質のハニカム構造となっており、格子状に区画された各流路５の入口が交互に目封じされ、入口が目封じされていない流路５については、その出口が目封じされるようになっており、各流路５を区画する多孔質薄壁６を透過した排気ガス２のみが下流側へ排出されるようにしてある。
【０００４】
そして、排気ガス２中のパティキュレートは、前記多孔質薄壁６の内側表面に捕集されて堆積するので、目詰まりにより排気抵抗が増加しないうちにパティキュレートを適宜に燃焼除去してパティキュレートフィルタ４の再生を図る必要があるが、通常のディーゼルエンジン１の運転状態においては、パティキュレートが自己燃焼するほどの高い排気温度が得られる機会が少ない為、一般的には、電気ヒータなどを付属させて積極的な加熱を行うことが考えられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような電気ヒータを付属させる従来手段では、該電気ヒータに通電を行うための電気系統を新たに付設しなければならない上に、連続的なパティキュレートの捕集を実現するためにパティキュレートフィルタ４を対で設けて交互に再生するようにしなければならず、これによりパティキュレートフィルタ４の再生に関するシステムが複雑なものとなってコストが高騰するという問題があり、他方、電気ヒータなどによる積極的な加熱を行わない場合には、パティキュレートフィルタ４が短期間に目詰まりしてしまうという問題があった。
【０００６】
本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、従来の如き電気ヒータなどの積極的な加熱手段を付設しなくても煤捕集フィルタの短期間での目詰まりを確実に回避し得るようにした排気浄化装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、排気管の途中に介装したフィルタケース内に、排気ガス中のＳＯＦ分を酸化浄化し得る程度の酸化力を有するフロースルー型のＳＯＦ分酸化触媒と、該ＳＯＦ分酸化触媒の直後に配置されて排気ガス中の煤を深層濾過し得るよう目を粗くした多孔質構造の煤捕集フィルタとを備え、該煤捕集フィルタが排気ガスの流れ方向に交互に重ね合わせた金網とパンチングメタルとにより構成されていることを特徴とする排気浄化装置、に係るものである。
【０００８】
而して、このような排気浄化装置によれば、フィルタケース内に導入された排気ガスがＳＯＦ分酸化触媒を通過する際に、該ＳＯＦ分酸化触媒により排気ガス中のＳＯＦ分が酸化反応を促進されて燃焼され、次いで、ＳＯＦ分を先行除去された排気ガスが直後の煤捕集フィルタを通過する際に、その排気ガス中の煤が煤捕集フィルタ内で細孔を形成している柱部分に繰り返し何度も衝突して何れかの柱部分に捕集されることになり、例えば、前半の煤捕集フィルタを通過し得たとしても、後半の煤捕集フィルタを通過するうちには捕集されることになる。
【０００９】
この時、煤捕集フィルタには、前段のＳＯＦ分酸化触媒により粘液質のＳＯＦ分を先行除去されてドライ状態となった煤が捕集されることになるので、表面にＳＯＦ分を帯びたウェット状態の煤の場合と比較してドライ状態の煤の燃焼性が良くなり、しかも、ＳＯＦ分が一緒に燃えないことで炭化により硬い付着物となって煤が残留する現象が起こり難くなり、更には、煤捕集フィルタの容積を効率良く利用した深層濾過により煤が分散状態で捕集されて高温の排気ガスに良好に晒されつつ燃焼し、簡単に煤捕集フィルタの粗い目から吹き飛ぶような易崩壊性のアッシュとなるので、煤捕集フィルタに短期間での目詰まりが起こらなくなる。
【００１０】
更に、本発明においては、煤捕集フィルタを排気ガスの流れ方向に交互に重ね合わせた金網とパンチングメタルとにより構成するに際し、金網を成す鋼線の線径が０．３〜２ｍｍ、金網の網目の大きさが１〜１０ｍｍ、金網の網目の数が２〜２００メッシュ、パンチングメタルの孔径が０．８〜３ｍｍ、パンチングメタルの開口率が３０〜９０％、金網とパンチングメタルとの間の隙間が１〜２ｍｍであることが良好な深層濾過を実現する上で好ましい。
【００１１】
又、本発明において、煤捕集フィルタには、煤酸化触媒が担持されていることが好ましく、このようにすれば、煤捕集フィルタに捕集された煤の酸化反応が煤酸化触媒により促進され、これにより比較的低い着火温度にて煤が効率良く燃焼除去されることになる。
【００１２】
更に、フィルタケース内におけるＳＯＦ分酸化触媒及び煤捕集フィルタは、保温材により抱持されていることが好ましく、このようにすれば、排気ガスの温度が低下してもＳＯＦ分酸化触媒及び煤捕集フィルタが保温材により比較的長く所定の燃焼温度以上に維持され続けるので、ＳＯＦ分や煤がより一層燃焼除去され易くなる。
【００１３】
又、フィルタケースには、マフラの外筒を成すものを利用することが可能であり、このようにすれば、新たにフィルタケースの搭載場所を確保しなくてもマフラの配置場所を利用してフィルタケースを介装することが可能である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【００１５】
図１〜図３は本発明を実施する形態の一例を示すもので、図１に示す如く、本形態例の排気浄化装置においては、自動車のディーゼルエンジン１（図４参照）から排出された排気ガス２が流通している排気管３のマフラ７の外筒をフィルタケース８とした場合を例示している。
【００１６】
より具体的には、フィルタケース８内の後方部分に、消音器を成すセパレータ９、出口パイプ１０、インナーパイプ１１が夫々装備され、これらの前方部分に所要の大きさの収容空間１２が確保されており、この収容空間１２における前段に、排気ガス２中のＳＯＦ分を酸化浄化し得る程度の酸化力を有するフロースルー型のＳＯＦ分酸化触媒１３が収容され、その後段には、排気ガス２中の煤を深層濾過し得るよう目を粗くした多孔質構造の煤捕集フィルタ１４が収容されるようになっている。
【００１７】
図２に示す如く、前段のＳＯＦ分酸化触媒１３は、排気ガス２の流れ方向に貫通する多数の流路を格子状に備えたハニカム構造として形成されてキャニング外筒１９内に一体的に収容されており、酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）・アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）・セリア（ＣｅＯ２）触媒、或いは、これに０．００５〜０．０５ｇ／Ｌ（リットル）程度の極く少量の白金（Ｐｔ）を加えた触媒などといった比較的酸化力の弱い酸化触媒を採用している。
【００１８】
即ち、このＳＯＦ分酸化触媒１３は、酸化力の強いＮＯ２を積極的に生成して酸化雰囲気を向上したり、煤を燃焼させたりすることまでもを意図したものではなく、比較的燃焼除去し易いＳＯＦ分の酸化浄化だけを目的とした、貴金属成分を殆ど含まない安価なもので良いのである。
【００１９】
又、図３に示す如く、ＳＯＦ分酸化触媒１３の後段に配置される煤捕集フィルタ１４は、ステンレス鋼線を折り込んだ金網１５と、ステンレス鋼板に多数の孔１６ａを打ち抜き加工したパンチングメタル１６とをリング状のスぺーサ１７を介在させつつ排気ガス２の流れ方向に交互に重ね合わせた構造となっており、ステンレス製のキャニング外筒１８内に一体的に収容されるようになっている。
【００２０】
そして、このようにした場合には、金網を成す鋼線の線径が０．３〜２ｍｍ、金網の網目の大きさが１〜１０ｍｍ、金網の網目の数が２〜２００メッシュ、パンチングメタルの孔径が０．８〜３ｍｍ、パンチングメタルの開口率が３０〜９０％、金網とパンチングメタルとの間の隙間が１〜２ｍｍであることが良好な深層濾過を実現する上で好ましい。
【００２１】
即ち、この煤捕集フィルタ１４は、従来におけるセラミック製のパティキュレートフィルタとは目の粗さが著しく異なっており、従来のパティキュレートフィルタが表層濾過を意図してパティキュレートの粒子径より小さな径の細孔となるように目を細かくしていたのに対し、前記煤捕集フィルタ１４では、煤の粒子を煤捕集フィルタ１４の細孔を形成している柱部分に繰り返し何度も衝突させることで何れかの柱部分に捕集させるようにした深層濾過を意図して煤の粒子径より大幅に大きな目の粗さを設定しているのである。
【００２２】
尚、このような煤捕集フィルタ１４を採用した場合においても、従来のセラミック製のパティキュレートフィルタと遜色ないパティキュレート排出量の６０％低減を達成できることが検証実験により確認済みとなっている（ディーゼル１３モード、８気筒ＴＩエンジンにて）。
【００２３】
更に、煤捕集フィルタ１４には、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）・セリア（ＣｅＯ２）・白金（Ｐｔ）などを組成とする煤酸化触媒が担持されており、捕集された煤の酸化反応を促進し得るようにしてある。
【００２４】
又、図１に示してある通り、フィルタケース８内におけるＳＯＦ分酸化触媒１３及び煤捕集フィルタ１４は、夫々のキャニング外筒１９，１８の外周囲をガラスウールなどの保温材２０により抱持されており、この保温材２０は、ＳＯＦ分酸化触媒１３の更に上流側まで延びており、排気ガス２の流れ方向に向けコーン状に拡張しているガス入口部２１の内周面も被覆するようになっている。
【００２５】
而して、このような排気浄化装置によれば、フィルタケース８内に導入された排気ガス２がＳＯＦ分酸化触媒１３を通過する際に、該ＳＯＦ分酸化触媒１３により排気ガス２中のＳＯＦ分が酸化反応を促進されて燃焼され、次いで、ＳＯＦ分を先行除去された排気ガス２が直後の煤捕集フィルタ１４を通過する際に、その排気ガス２中の煤が煤捕集フィルタ１４内で細孔を形成している金網１５の柱部分に繰り返し何度も衝突して何れかの柱部分に捕集されることになり、例えば、前半の金網１５を通過し得たとしても、後半の金網１５を通過するうちには捕集されることになる。
【００２６】
ここで、各金網１５の相互間に介在するパンチングメタル１６は、孔１６ａ以外の部分に排気ガス２を衝突させて該排気ガス２の流れを澱ませることにより次段の金網１５への捕集を促すように作用するが、このパンチングメタル１６の開口率や孔径を適宜に調整することで、金網１５に対する排気ガス２の導入流速を調節することが可能であり、ターゲットとなる煤の粒径に応じて最も金網１５に捕集され易い排気ガス２の導入流速が実現するように考慮すると良い。
【００２７】
そして、この際に、煤捕集フィルタ１４には、前段のＳＯＦ分酸化触媒１３により粘液質のＳＯＦ分を先行除去されてドライ状態となった煤が捕集されることになるので、表面にＳＯＦ分を帯びたウェット状態の煤の場合と比較してドライ状態の煤の燃焼性が良くなり、しかも、ＳＯＦ分が一緒に燃えないことで炭化により硬い付着物となって煤が残留する現象が起こり難くなり、更には、煤捕集フィルタ１４の容積を効率良く利用した深層濾過により煤が分散状態で捕集されて高温の排気ガス２に良好に晒されつつ燃焼し、簡単に煤捕集フィルタ１４の粗い目から吹き飛ぶような易崩壊性のアッシュとなるので、煤捕集フィルタ１４に短期間での目詰まりが起こらなくなる。
【００２８】
従って、上記形態例によれば、従来の如き電気ヒータなどの積極的な加熱手段を付設しなくても煤捕集フィルタ１４の短期間での目詰まりを確実に回避することができるので、排気浄化装置に要するコストの大幅な低減化を図ることができる。
【００２９】
又、特に本形態例においては、煤捕集フィルタ１４に煤酸化触媒が担持されているので、煤捕集フィルタ１４に捕集された煤の酸化反応を煤酸化触媒により促進することができ、これにより比較的低い着火温度にて煤を効率良く燃焼除去することができる。
【００３０】
更に、フィルタケース８内におけるＳＯＦ分酸化触媒１３及び煤捕集フィルタ１４が保温材２０により抱持されているので、排気ガス２の温度が低下してもＳＯＦ分酸化触媒１３及び煤捕集フィルタ１４を保温材２０により比較的長く所定の燃焼温度以上に維持し続けることができ、ＳＯＦ分や煤をより一層燃焼除去し易くできる。
【００３１】
又、本形態例においては、マフラ７の外筒をフィルタケース８としているので、新たにフィルタケース８の搭載場所を確保しなくてもマフラ７の配置場所を利用してフィルタケース８を介装することができる。
【００３２】
尚、本発明の排気浄化装置は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、フィルタケースをマフラとは別に独立して設けても良いこと、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００３３】
【発明の効果】
上記した本発明の排気浄化装置によれば、下記の如き種々の優れた効果を奏し得る。
【００３４】
（Ｉ）煤の燃焼性を従来より向上することができ、しかも、炭化により硬い付着物となって煤が残留する現象を防止し得て簡単に煤捕集フィルタの粗い目から吹き飛ぶような易崩壊性のアッシュとすることができるので、従来の如き電気ヒータなどの積極的な加熱手段を付設しなくても煤捕集フィルタの短期間での目詰まりを確実に回避することができ、排気浄化装置に要するコストの大幅な低減化を図ることができる。
【００３５】
（ＩＩ）煤捕集フィルタに煤酸化触媒を担持させた構成を採用すれば、煤捕集フィルタに捕集された煤の酸化反応を煤酸化触媒により促進することができるので、比較的低い着火温度にて煤を効率良く燃焼除去することができる。
【００３６】
（ＩＩＩ）フィルタケース内におけるＳＯＦ分酸化触媒及び煤捕集フィルタを保温材により抱持させた構成を採用すれば、排気ガスの温度が低下してもＳＯＦ分酸化触媒及び煤捕集フィルタを保温材により比較的長く所定の燃焼温度以上に維持し続けることができるので、ＳＯＦ分や煤をより一層燃焼除去し易くできる。
【００３７】
（ＩＶ）フィルタケースがマフラの外筒を成している構成を採用すれば、新たにフィルタケースの搭載場所を確保しなくてもマフラの配置場所を利用してフィルタケースを介装することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施する形態の一例を示す断面図である。
【図２】図１のＳＯＦ分酸化触媒の斜視図である。
【図３】図１の煤捕集フィルタの斜視図である。
【図４】従来例を示す概略図である。
【図５】図４のパティキュレートフィルタの詳細を示す断面図である。
【符号の説明】
２    排気ガス
３    排気管
７    マフラ
８    フィルタケース
１３    ＳＯＦ分酸化触媒
１４    煤捕集フィルタ
１５    金網
１６    パンチングメタル
１６ａ    孔
２０    保温材
【図１】
0003559235.tif 000002
【図２】
0003559235.tif 000003
【図３】
0003559235.tif 000004
【図４】
0003559235.tif 000005
【図５】
0003559235.tif 000006