(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気管の途中に装備されて排気ガス中のパティキュレートを除去する排気浄化装置であって、前記排気管途中のフィルタケース内に、触媒を担持し且つ孔径０．７ｍｍから２．０ｍｍまでの荒目を柱により形成するフィルタを配し、
前記フィルタを発泡金属フィルタ又は発泡セラミックフィルタのいずれかにし、
パティキュレートの可燃粒子を、前記柱に衝突させることにより砕いて小さな粒子にすると同時に、前記触媒により燃焼させ、
難燃粒子を、前記柱に衝突させつつ前記フィルタを通過させて排気ガスと共に下流に流すよう構成したことを特徴とする排気浄化装置。
【請求項２】
排気管の途中に装備されて排気ガス中のパティキュレートを除去する排気浄化装置であって、前記排気管途中のフィルタケース内に、触媒を担持し且つ孔径０．７ｍｍから２．０ｍｍまでの荒目を柱により形成するフィルタを配し、
前記フィルタを金属線フィルタにし、
パティキュレートの可燃粒子を、前記柱に衝突させることにより砕いて小さな粒子にすると同時に、前記触媒により燃焼させ、
難燃粒子を、前記柱に衝突させつつ前記フィルタを通過させて排気ガスと共に下流に流すよう構成したことを特徴とする排気浄化装置。
【請求項３】
排気管の途中に装備されて排気ガス中のパティキュレートを除去する排気浄化装置であって、前記排気管途中のフィルタケース内に、触媒を担持し且つ孔径０．７ｍｍから２．０ｍｍまでの荒目を柱により形成するフィルタを配し、
前記フィルタを金属繊維フィルタ又は無機繊維フィルタのいずれかにし、
パティキュレートの可燃粒子を、前記柱に衝突させることにより砕いて小さな粒子にすると同時に、前記触媒により燃焼させ、
難燃粒子を、前記柱に衝突させつつ前記フィルタを通過させて排気ガスと共に下流に流すよう構成したことを特徴とする排気浄化装置。
【請求項４】
フィルタの触媒を酸化触媒とした請求項１、２又は３記載の排気浄化装置。
【請求項５】
フィルタの触媒をＮＯｘ触媒とした請求項１、２又は３記載の排気浄化装置。
【請求項６】
フィルタの触媒をＮＯ２生成触媒とした請求項１、２又は３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、ディーゼルエンジン等の内燃機関に適用される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）とを主成分とした可燃粒子であるが、この種のパティキュレートの低減対策として、図８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の途中に外筒体４を設け、外筒体４の内部にフィルタ５を備えることが考えられる。
【０００３】
フィルタ５は、図９に示す如く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６の入口７が交互に目封じされ、入口７が目封じされていない流路６については、その出口８が目封じされるようになっており、各流路６を区画する多孔質の薄壁９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なっている。
【０００４】
そして、排気ガス２中のパティキュレートは、前記多孔質の薄壁９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フィルタ５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、電気ヒータ等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、排気ガス２中には、ディーゼルエンジン１の摩耗物質のアッシュ、オイル中のカルシウム及びリン、錆等の難燃粒子が含まれているため、これらの難燃粒子がフィルタ５に付着し、更に煤等のパティキュレートも付着してケーキ層を形成し、フィルタ５を目詰まりさせるという問題があった。又、同時にフィルタ５を目詰まりさせたケーキ層は電気ヒータ、触媒等により燃焼させることができないという問題もあった。
【０００６】
本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、排気ガス中の難燃粒子によりフィルタが目詰まりすることを防止する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】
本発明の請求項１は、排気管の途中に装備されて排気ガス中のパティキュレートを除去する排気浄化装置であって、前記排気管途中のフィルタケース内に、触媒を担持し且つ孔径０．７ｍｍから２．０ｍｍまでの荒目を柱により形成するフィルタを配し、
前記フィルタを発泡金属フィルタ又は発泡セラミックフィルタのいずれかにし、
パティキュレートの可燃粒子を、前記柱に衝突させることにより砕いて小さな粒子にすると同時に、前記触媒により燃焼させ、
難燃粒子を、前記柱に衝突させつつ前記フィルタを通過させて排気ガスと共に下流に流すよう構成したことを特徴とする排気浄化装置、に係るものである。
【０００８】
本発明の請求項２は、排気管の途中に装備されて排気ガス中のパティキュレートを除去する排気浄化装置であって、前記排気管途中のフィルタケース内に、触媒を担持し且つ孔径０．７ｍｍから２．０ｍｍまでの荒目を柱により形成するフィルタを配し、
前記フィルタを金属線フィルタにし、
パティキュレートの可燃粒子を、前記柱に衝突させることにより砕いて小さな粒子にすると同時に、前記触媒により燃焼させ、
難燃粒子を、前記柱に衝突させつつ前記フィルタを通過させて排気ガスと共に下流に流すよう構成したことを特徴とする排気浄化装置、に係るものである。
【０００９】
本発明の請求項３は、排気管の途中に装備されて排気ガス中のパティキュレートを除去する排気浄化装置であって、前記排気管途中のフィルタケース内に、触媒を担持し且つ孔径０．７ｍｍから２．０ｍｍまでの荒目を柱により形成するフィルタを配し、
前記フィルタを金属繊維フィルタ又は無機繊維フィルタのいずれかにし、
パティキュレートの可燃粒子を、前記柱に衝突させることにより砕いて小さな粒子にすると同時に、前記触媒により燃焼させ、
難燃粒子を、前記柱に衝突させつつ前記フィルタを通過させて排気ガスと共に下流に流すよう構成したことを特徴とする排気浄化装置、に係るものである。
【００１０】
本発明の請求項４は、フィルタの触媒を酸化触媒とした請求項１、２又は３記載の排気浄化装置、に係るものである。
【００１１】
本発明の請求項５は、フィルタの触媒をＮＯｘ触媒とした請求項１、２又は３記載の排気浄化装置、に係るものである。
【００１２】
本発明の請求項６は、フィルタの触媒をＮＯ２生成触媒とした請求項１、２又は３記載の排気浄化装置、に係るものである。
【００１３】
【００１４】
排気ガスがフィルタケースに流れ込む際には、パティキュレートの可燃粒子はフィルタの０．７ｍｍから２．０ｍｍの荒目を形成する柱に衝突することにより砕けて小さな粒子になり、同時に触媒により燃焼される。一方、難燃粒子は、フィルタの荒目を構成する柱に衝突しつつフィルタを通過して下流に流れる。
【００１５】
このように、フィルタの孔径を０．７ｍｍから２．０ｍｍまでにするので、排気ガス中のパティキュレートがフィルタを通過する際に、パティキュレートの可燃粒子及び難燃粒子がフィルタへ堆積することを防止でき、又、フィルタの荒目を形成する柱によりパティキュレートの可燃粒子を砕いて燃焼させると共に、難燃粒子を通過させるので、フィルタの目詰まりを確実に防止することができる。
【００１６】
本発明の請求項１に示す如く、フィルタを発泡金属フィルタ又は発泡セラミックフィルタのいずれかにすると、耐久性が向上するので、交換することなく長期間、排気ガスをフィルタリングすることができる。
【００１７】
本発明の請求項２に示す如く、フィルタを金属線フィルタとすると、所望の金属線を集めてフィルタを構成し得るので、適切な金属によりフィルタリングすると共に安価に製造することができる。
【００１８】
本発明の請求項３に示す如く、フィルタを金属繊維フィルタ又は無機繊維フィルタのいずれかにすると、フィルタにおけるパティキュレートとの衝突回数を増大させるので、パティキュレートの可燃粒子を充分に燃焼させることができる。
【００１９】
本発明の請求項４に示す如く、フィルタの触媒を酸化触媒とすると、パティキュレートの可燃粒子を効率的に燃やすことができる。
【００２０】
本発明の請求項５に示す如く、フィルタの触媒をＮＯｘ触媒とすると、ＮＯｘを還元して無害にすると共にパティキュレートを酸化するのでパティキュレートの可燃粒子を効率的に燃やすことができる。
【００２１】
本発明の請求項６に示す如く、フィルタの触媒をＮＯ2生成触媒とすると、排気ガス中の窒素酸化物を、酸化力のあるＮＯ2にするので、該ＮＯ2によりパティキュレートの可燃粒子を効率的に燃やすことができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図示例と共に説明する。
【００２３】
図１、図２は本発明を実施する形態の第一の例を示す排気浄化装置のフィルタである。図中、図８、図９と同一の符号を付した部分は同一物を表している。
【００２４】
第一の例の排気浄化装置は、排気管の途中の外筒状のフィルタケースにフィルタ１０として発泡金属フィルタを装備しており、発泡金属フィルタは、荒目の多孔質を備えた構造で製造されており、荒目の孔径Ｗ１は、内部に多くの泡を連続して封じ込めることにより０．７ｍｍから２．０ｍｍまでのサイズで形成されている。
【００２５】
又、発泡金属フィルタには白金、アルミナ等の酸化触媒を担持している。
【００２６】
以下、本発明を実施する形態の第一の例の作用を説明する。
【００２７】
排気ガス２が第一の例の排気浄化装置のフィルタケースに流れ込んだ際には、排気ガス２中に含まれるパティキュレートの可燃粒子は、発泡金属フィルタの０．７ｍｍから２．０ｍｍの荒目を構成する柱１１に衝突することにより砕けて小さな粒子になり、同時に酸化触媒により燃焼し、最終的に二酸化炭素と水になる。尚、酸化触媒による燃焼は、酸素を放出する触媒、燃料添加材等を適宜利用してもよい。
【００２８】
一方、排気ガス２中に含まれるエンジンの摩耗物質のアッシュ、オイル中のカルシウム及びリン、錆等の難燃粒子は、発泡金属フィルタの０．７ｍｍから２．０ｍｍの孔径Ｗ１を構成する柱１１に衝突しつつ発泡金属フィルタを通過して排気ガス２と共に下流に流れる。
【００２９】
ここで、図３に示す表は、フィルタの目のサイズに対して可燃煤のフィルタリング効率（可燃粒子のフィルタリング効率）及び難燃煤の通過効率（難燃粒子の通過効率）を示し、表中の実線は可燃煤のフィルタリング効率（可燃粒子のフィルタリング効率）を示し、破線は難燃煤の通過効率（難燃粒子の通過効率）を示している。又、実験に使用したフィルタは長さ約１００ｍｍ、径約２００ｍｍの円柱形のものである。
【００３０】
この表から、可燃煤のフィルタリング効率は、フィルタの目が大きくなればなるほど低下しており、難燃煤の通過効率は、所定の数値までフィルタの目が大きくなればなるほど増加し、所定の数値からはフィルタの目の大きさにかかわらず略一定であることを示している。
【００３１】
従って、表から発泡金属フィルタの孔径Ｗ１が０．７ｍｍ〜２．０ｍｍである場合に、可燃煤のフィルタリング効率及び難燃煤の通過効率が適切であり、発泡金属フィルタの孔径Ｗ１が０．７ｍｍ未満である場合には、難燃煤の通過効率が低下して発泡金属フィルタが目詰まりする可能性が高くなり、発泡金属フィルタの孔径Ｗ１が２．０ｍｍより大きくなる場合には、可燃煤のフィルタリング効率が低下してフィルタの役目を果たさなくなる。
【００３２】
このように、発泡金属フィルタの孔径Ｗ１を０．７ｍｍから２．０ｍｍまでにするので、排気ガス２中のパティキュレートが発泡金属フィルタを通過する際に、パティキュレートの可燃粒子及び難燃粒子が発泡金属フィルタへ堆積することを防止でき、又、発泡金属フィルタの荒目を形成する柱１１により排気ガス２中のパティキュレートの可燃粒子を砕いて燃焼させると共に、難燃粒子を通過させるので、発泡金属フィルタの目詰まりを確実に防止することができる。
【００３３】
ここで、第一の例の排気浄化装置のフィルタ１０は発泡金属フィルタであるが、発泡セラミックフィルタでも同様な効果が得られる。
【００３４】
又、フィルタ１０を発泡金属フィルタ又は発泡セラミックフィルタのいずれかにすると、耐久性が向上するので、交換することなく長期間、排気ガス２をフィルタリングすることができる。
【００３５】
更に、フィルタ１０の触媒を酸化触媒とすると、パティキュレートの可燃粒子を効率的に燃やすことができる。
【００３６】
図４、図５は本発明を実施する形態の第二の例を示す排気浄化装置であって、第二の例の排気浄化装置は、第一の例のフィルタを変更したものである。
【００３７】
第二の例の排気浄化装置に装備されるフィルタ１２は、微小径の繊維に加工された金属をまとめて製造した金属線フィルタであり、金属線フィルタは、金属線の柱１３により０．７ｍｍから２．０ｍｍまでの荒目のサイズＷ２で形成されている。
【００３８】
又、金属線フィルタには、銅、ゼオライト等のＮＯｘ触媒を担持しており、ＮＯｘ触媒は、排気ガス２中に存在するＮＯｘを窒素に還元し、且つ排気ガス２中のパティキュレートの燃焼粒子、一酸化炭素、炭化水素を酸化する活性を備えている。
【００３９】
以下、本発明を実施する形態の第二の例の作用を説明する。
【００４０】
排気ガス２が第二の例の排気浄化装置のフィルタケースに流れ込んだ際には、排気ガス２中に含まれるパティキュレートの可燃粒子は、金属線フィルタの０．７ｍｍから２．０ｍｍの荒目のサイズＷ２を構成する金属線の柱１３に衝突することにより砕けて小さな粒子になり、同時にＮＯｘ触媒により酸化されて燃焼し、最終的に二酸化炭素と水になる。
【００４１】
一方、排気ガス２中に含まれるエンジンの摩耗物質のアッシュ、オイル中のカルシウム及びリン、錆等の難燃粒子は、金属線フィルタの０．７ｍｍから２．０ｍｍの荒目のサイズＷ２を構成する金属線の柱１３に衝突しつつ金属線フィルタを通過して排気ガス２と共に下流に流れる。
【００４２】
ここで、金属線フィルタは、図３に示す表と略同様な効果を示すので、金属線フィルタの孔径（目のサイズ）Ｗ２が０．７ｍｍ〜２．０ｍｍである場合に、可燃粒子のフィルタリング効率及び難燃粒子の通過効率が適切であり、金属線フィルタの孔径（目のサイズ）Ｗ２が０．７ｍｍ未満である場合には、難燃粒子の通過効率が低下して金属線フィルタが目詰まりする可能性が高くなり、金属線フィルタの孔径（目のサイズ）Ｗ２が２．０ｍｍより大きくなる場合には、可燃粒子のフィルタリング効率が低下してフィルタの役目を果たさなくなる。
【００４３】
このように、金属線フィルタの孔径（目のサイズ）Ｗ２を０．７ｍｍから２．０ｍｍまでにするので、排気ガス２中のパティキュレートが金属線フィルタを通過する際に、パティキュレートの可燃粒子及び難燃粒子が金属線フィルタへ堆積することを防止でき、又、金属線フィルタの荒目を形成する柱１３によりパティキュレートの可燃粒子を砕いて燃焼させると共に、難燃粒子を通過させるので、金属線フィルタの目詰まりを確実に防止することができる。
【００４４】
又、フィルタ１２を金属繊維フィルタとすると、所望の金属線を集めてフィルタ１２を構成し得るので、適切な金属によりフィルタリングすると共に安価に製造することができる。
【００４５】
更に、フィルタ１２の触媒をＮＯｘ触媒とすると、ＮＯｘを還元して無害にすると共にパティキュレートを酸化するのでパティキュレートの可燃粒子を効率的に燃やすことができる。
【００４６】
図６、図７は本発明を実施する形態の第三の例を示す排気浄化装置であって、第三の例の排気浄化装置は、第一の例のフィルタを変更したものである。
【００４７】
第三の例の排気浄化装置に装備されるフィルタ１４は、微小径の繊維に加工された金属をニット状に編みこんで製造した金属繊維フィルタであり、金属繊維フィルタは、金属線の柱１５により０．７ｍｍから２．０ｍｍまでの荒目のサイズＷ３で形成されている。
【００４８】
又、金属繊維フィルタには、白金、アルミナ等のＮＯ2生成触媒を担持しており、ＮＯ2生成触媒は、排気ガス２中に存在する窒素酸化物をＮＯ2まで酸化する高い活性を備えている。
【００４９】
以下、本発明を実施する形態の第三の例の作用を説明する。
【００５０】
排気ガス２が第三の例の排気浄化装置のフィルタケースに流れ込んだ際には、排気ガス２中に含まれるパティキュレートの可燃粒子は、金属繊維フィルタの０．７ｍｍから２．０ｍｍの荒目のサイズを構成する金属線の柱１５に衝突することにより砕けて小さな粒子になり、同時にＮＯ2生成触媒により排気ガス２中の窒素酸化物から生じるＮＯ2によって酸化されて燃焼し、最終的に二酸化炭素と水になる。
【００５１】
一方、排気ガス２中に含まれるエンジンの摩耗物質のアッシュ、オイル中のカルシウム及びリン、錆等の難燃粒子は、金属繊維フィルタの０．７ｍｍから２．０ｍｍの荒目のサイズを構成する金属線の柱１５に衝突しつつ金属繊維フィルタを通過して排気ガス２と共に下流に流れる。
【００５２】
ここで、金属繊維フィルタは、第二の例の排気浄化装置のフィルタと同様に、図３に示す表と略同様な効果を示すので、金属繊維フィルタの孔径（目のサイズ）Ｗ３が０．７ｍｍ〜２．０ｍｍである場合に、可燃粒子のフィルタリング効率及び難燃粒子の通過効率が適切であり、金属繊維フィルタの孔径（目のサイズ）Ｗ３が０．７ｍｍ未満である場合には、難燃粒子の通過効率が低下して金属繊維フィルタが目詰まりする可能性が高くなり、金属繊維フィルタの孔径（目のサイズ）Ｗ３が２．０ｍｍより大きくなる場合には、可燃粒子のフィルタリング効率が低下してフィルタの役目を果たさなくなる。
【００５３】
このように、金属繊維フィルタの孔径（目のサイズ）Ｗ３を０．７ｍｍから２．０ｍｍまでにするので、排気ガス２中のパティキュレートが金属繊維フィルタを通過する際に、パティキュレートの可燃粒子及び難燃粒子が金属繊維フィルタへ堆積することを防止でき、又、金属繊維フィルタの荒目を形成する柱１５によりパティキュレートの可燃粒子を砕いて燃焼させると共に、難燃粒子を通過させるので、金属繊維フィルタの目詰まりを確実に防止することができる。
【００５４】
ここで、第三の例の排気浄化装置のフィルタ１４は金属繊維フィルタであるが、無機繊維フィルタでも同様な効果が得られる。
【００５５】
又、フィルタ１４を金属繊維フィルタ又は無機繊維フィルタのいずれかにすると、フィルタ１４におけるパティキュレートとの衝突回数を増大させるので、可燃粒子を充分に燃焼させることができる。
【００５６】
更に、フィルタ１４の触媒をＮＯ2生成触媒とすると、排気ガス２中の窒素酸化物を、酸化力のあるＮＯ2にするので、該ＮＯ2によりパティキュレートの可燃粒子を効率的に燃やすことができる。
【００５７】
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、発泡金属フィルタ又は発泡セラミックフィルタに、ＮＯｘ触媒、ＮＯ2生成触媒のいずれかを担持してもよいこと、金属線フィルタに、酸化触媒、ＮＯ2低減触媒のいずれかを担持してもよいこと、金属繊維フィルタ又は無機繊維フィルタに、酸化触媒、ＮＯｘ触媒のいずれかを担持してもよいこと、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。
【００５８】
【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。
【００５９】
（Ｉ）本発明によれば、フィルタの孔径を０．７ｍｍから２．０ｍｍまでにするので、排気ガス中のパティキュレートがフィルタを通過する際に、パティキュレートの可燃粒子及び難燃粒子がフィルタへ堆積することを防止でき、又、フィルタの荒目を形成する柱によりパティキュレートの可燃粒子を砕いて燃焼させると共に、難燃粒子を通過させるので、フィルタの目詰まりを確実に防止することができる。
【００６０】
（ＩＩ）本発明の請求項１の如く、フィルタを発泡金属フィルタ又は発泡セラミックフィルタのいずれかにすると、耐久性が向上するので、交換することなく長期間、排気ガスをフィルタリングすることができる。
【００６１】
（ＩＩＩ）本発明の請求項２の如く、フィルタを金属線フィルタとすると、所望の金属線を集めてフィルタを構成し得るので、適切な金属によりフィルタリングすると共に安価に製造することができる。
【００６２】
（ＩＶ）本発明の請求項３の如く、フィルタを金属繊維フィルタ又は無機繊維フィルタのいずれかにすると、フィルタにおけるパティキュレートとの衝突回数を増大させるので、可燃粒子を充分に燃焼させることができる。
【００６３】
（Ｖ）本発明の請求項４の如く、フィルタの触媒を酸化触媒とすると、パティキュレートの可燃粒子を効率的に燃やすことができる。
【００６４】
（ＶＩ）本発明の請求項５の如く、フィルタの触媒をＮＯｘ触媒とすると、ＮＯｘを還元して無害にすると共にパティキュレートを酸化するのでパティキュレートの可燃粒子を効率的に燃やすことができる。
【００６５】
（ＶＩＩ）本発明の請求項６の如く、フィルタの触媒をＮＯ2生成触媒とすると、排気ガス中の窒素酸化物を、酸化力のあるＮＯ2にするので、該ＮＯ2によりパティキュレートの可燃粒子を効率的に燃やすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施する形態の第一の例のフィルタを示す概略図である。
【図２】第一の例のフィルタの一部を示す拡大断面図である。
【図３】フィルタの孔径に対する可燃煤のフィルタリング効率及び難燃煤の通過効率を示した表である。
【図４】本発明を実施する形態の第二の例のフィルタを示す概略図である。
【図５】第二の例のフィルタの一部を示す拡大断面図である。
【図６】本発明を実施する形態の第三の例のフィルタを示す概略図である。
【図７】第三の例のフィルタの一部を示す拡大断面図である。
【図８】エンジンから外筒体に排気ガスが流れる状態を示す概略図である。
【図９】従来例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
１０  フィルタ（発泡金属フィルタ、発泡セラミックフィルタ）
１１  柱
１２  フィルタ（金属線フィルタ）
１３  柱
１４  フィルタ（金属繊維フィルタ、無機繊維フィルタ）
１５  柱
Ｗ１  孔径
Ｗ２  孔径（目のサイズ）
Ｗ３  孔径（目のサイズ）
【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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