(57)【要約】【課題】オゾンなどの酸化剤を用いてPMを効率よく酸化除去する。【解決手段】フィルタで排ガス中のPMを捕集し、加圧ガスを吹き付けることでフィルタに捕集されたPMを強制排出してPM含有ガスを形成し、PM含有ガスに酸化剤を接触させ含まれるPMを酸化除去する。  酸化剤の熱分解が防止されるとともに、PM以外の成分との反応による酸化剤の消費が抑制されるので、酸化剤を有効利用することができPMを効率よく酸化除去することができる。【選択図】  図３
2006307681.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フィルタで排ガス中のPMを捕集する捕集工程と、
加圧ガスを吹き付けることでフィルタに捕集されたPMを強制排出しPM含有ガスを形成する強制排出工程と、
該PM含有ガスに酸化剤を接触させ含まれるPMを酸化除去する浄化工程と、を行うことを特徴とする排ガス浄化方法。
【請求項２】
前記加圧ガスは前記排ガスより低温であり、前記酸化剤はオゾンである請求項１に記載の排ガス浄化方法。
【請求項３】
前記強制排出工程は前記フィルタの下流側から上流側に向けて加圧空気を供給し、生成した前記PM含有ガスをサブフィルタに供給することでPMを捕集し、前記酸化剤は該サブフィルタに向けて供給される請求項１又は請求項２に記載の排ガス浄化方法。
【請求項４】
PMを捕集するフィルタを備えた主流路と、
該フィルタの下流側から該フィルタへ向かって加圧気体を供給し該フィルタに捕集されたPMを該フィルタの上流側へPM含有ガスとして吹き出す逆流装置と、
該フィルタの上流側で該主流路から分岐して延び、PMを濾過するサブフィルタを備え、該逆流装置が駆動された時に該PM含有ガスが流通可能な副流路と、
該サブフィルタの上流側に配置され該副流路に酸化剤を供給する酸化剤供給手段と、
該フィルタの上流側で該主流路から分岐して延び、該逆流装置が駆動された時に排ガスが流通するバイパス流路と、
排ガス流れを該主流路と該バイパス流路とにそれぞれ切り換える切換弁と、を備え、
該逆流装置が駆動された際には該切換弁が排ガスを該バイパス流路へ導き、該フィルタの上流側へ吹き出された該PM含有ガス中のPMは該副流路を流れて該サブフィルタに捕集され、該サブフィルタに捕集されたPMは該酸化剤供給手段から供給された酸化剤によって酸化除去されることを特徴とする排ガス浄化装置。
【請求項５】
前記バイパス流路にも前記フィルタと前記逆流装置とが設けられている請求項４に記載の排ガス浄化装置。
【請求項６】
前記副流路の下流側には前記副流路を開閉する開閉弁が設けられ、該開閉弁によって前記副流路が閉じられた時は、排ガスが前記主流路及び前記バイパス流路の両方を流れる請求項５に記載の排ガス浄化装置。
【請求項７】
前記フィルタは、触媒コート層を有する請求項４〜６のいずれかに記載の排ガス浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粒子状物質（PM)を含む排ガスを浄化する排ガス浄化方法と、その排ガス浄化方法を利用した排ガス浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガソリンエンジンについては、排ガスの厳しい規制とそれに対処できる技術の進歩とにより、排ガス中の有害成分は確実に減少している。一方、ディーゼルエンジンについては、パティキュレート（PM：炭素微粒子、サルフェート等の硫黄系微粒子、高分子量炭化水素微粒子（ SOF）等）が排出されるという特異な事情から、ガソリンエンジンの場合より排ガスの浄化が難しい。
【０００３】
現在までに開発されているディーゼルエンジン用排ガス浄化装置としては、大きく分けてトラップ型の排ガス浄化装置（ウォールフロー）と、オープン型の排ガス浄化装置（ストレートフロー）とが知られている。このうちトラップ型の排ガス浄化装置としては、セラミック製の目封じタイプのハニカム体（ディーゼルPMフィルタ（以下 DPFという））が知られている。この DPFは、セラミックハニカム構造体のセルの開口部の両端を例えば交互に市松状に目封じしてなるものであり、排ガス下流側で目詰めされた流入側セルと、流入側セルに隣接し排ガス上流側で目詰めされた流出側セルと、流入側セルと流出側セルを区画するセル隔壁とよりなり、セル隔壁の空孔で排ガスを濾過してPMを捕集することで排出を抑制するものである。
【０００４】
しかし DPFでは、PMの堆積によって圧力損失（以下、圧損という）が上昇するため、何らかの手段で堆積したPMを定期的に除去して再生する必要がある。そこで従来は、排気圧損が上昇した場合に高温の排ガスを流してPMを燃焼させることで DPFを再生することが行われている。しかしながらこの場合には、PMの堆積量が多いほど燃焼時の温度が上昇し、 DPFが溶損したり、熱応力で DPFが破損する場合もある。
【０００５】
そこで特開2002−129936号公報には、ディーゼルエンジンの排気マニホールドにオゾンを添加し、オゾンによってPMを酸化除去する方法が提案されている。オゾンは反応性が高く優れた酸化剤であるが、 300℃以上になると熱分解してしまうので、高温の排ガス中では効果が大きく低下する。また低温の排ガスで用いる場合でも、排ガス中に含まれるNO、HC、COなどの酸化に消費され、PMの酸化に利用されるオゾンは僅かとなってしまう。
【０００６】
また近年では、例えば特公平07−106290号公報に記載されているように、 DPFのセル隔壁の表面にアルミナなどからコート層を形成し、そのコート層に白金（Pt）などの触媒金属を担持した排ガス浄化フィルタ触媒が開発されている。この排ガス浄化フィルタ触媒によれば、捕集されたPMが触媒金属の触媒反応によって酸化燃焼するため、捕集と同時にあるいは捕集に連続して燃焼させることで DPFを連続的に再生することができる。そして触媒反応は比較的低温で生じること、及び捕集量が少ないうちに燃焼できることから、 DPFに作用する熱応力が小さく破損が防止されるという利点がある。
【０００７】
さらに特開平09−094434号公報には、セル隔壁のみならず、セル隔壁の空孔内にも触媒金属を担持したコート層を形成した排ガス浄化フィルタ触媒が記載されている。空孔内にも触媒金属を担持することで、PMと触媒金属との接触確率が高まり、空孔内に捕集されたPMも酸化燃焼させることができる。また同公報には、コート層にさらにアルカリ金属及びアルカリ土類金属から選ばれるNOx 吸収材を担持することも記載されている。このようにすればNOx 浄化性能が向上するとともに、NOx 吸収材に吸収されたNOx によってPMの酸化をさらに促進することができる。またNOx はNOx 吸収材が硝酸塩あるいは亜硝酸塩となることで吸収されるが、NOx 吸収材の硝酸塩及び亜硝酸塩は比較的融点が低く、排ガス温度で溶融してPMを捕捉できるという特徴がある。したがってNOx 吸収材の硝酸塩あるいは亜硝酸塩に捕捉されたPMは、極く近くに存在するNO2 と接触する確率が高いため、PMが効率よく酸化浄化されるという利点がある。
【０００８】
しかしこれらのフィルタ触媒でも、低温の排ガスが流入した場合などにはPMが堆積し、排気圧損が上昇する場合がある。そこでフィルタ触媒に対しても、オゾンなどの酸化剤を供給してPMの堆積による圧損の上昇を抑制することが考えられる。しかし、触媒金属あるいは担体として用いられている金属酸化物がオゾンを分解することもあり、オゾンによるPMの酸化除去は困難であった。
【特許文献１】特開2002−129936号
【特許文献２】特公平07−106290号
【特許文献３】特開平09−094434号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、オゾンなどの酸化剤を用いてPMを効率よく酸化除去することを解決すべき課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決する本発明の排ガス浄化方法の特徴は、フィルタで排ガス中のPMを捕集する捕集工程と、加圧ガスを吹き付けることでフィルタに捕集されたPMを強制排出しPM含有ガスを形成する強制排出工程と、PM含有ガスに酸化剤を接触させ含まれるPMを酸化除去する浄化工程と、を行うことにある。
【００１１】
加圧ガスは排ガスより低温であり、酸化剤はオゾンであることが好ましい。また強制排出工程はフィルタの下流側から上流側に向けて加圧空気を供給し、生成したPM含有ガスをサブフィルタに供給することでPMを捕集し、酸化剤はサブフィルタに向けて供給されることが好ましい。
【００１２】
また本発明の排ガス浄化装置の特徴は、PMを捕集するフィルタを備えた主流路と、フィルタの下流側からフィルタへ向かって加圧気体を供給しフィルタに捕集されたPMをフィルタの上流側へPM含有ガスとして吹き出す逆流装置と、フィルタの上流側で主流路から分岐して延びPMを濾過するサブフィルタを備え逆流装置が駆動された時にPM含有ガスが流通可能な副流路と、サブフィルタの上流側に配置され副流路に酸化剤を供給する酸化剤供給手段と、フィルタの上流側で主流路から分岐して延び、逆流装置が駆動された時に排ガスが流通するバイパス流路と、排ガス流れを主流路とバイパス流路とにそれぞれ切り換える切換弁と、を備え、
逆流装置が駆動された際には切換弁が排ガスをバイパス流路へ導き、フィルタの上流側へ吹き出されたPM含有ガス中のPMは副流路を流れてサブフィルタに捕集され、サブフィルタに捕集されたPMは酸化剤供給手段から供給された酸化剤によって酸化除去されることにある。
【００１３】
バイパス流路にもフィルタと逆流装置とが設けられていることが望ましい。この場合、副流路の下流側には副流路を開閉する開閉弁が設けられ、開閉弁によって副流路が閉じられた時は、排ガスが主流路及びバイパス流路の両方を流れることが好ましい。
【００１４】
またフィルタは、触媒コート層を有することが望ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の排ガス浄化方法及び排ガス浄化装置によれば、PM含有ガスを排ガスより低温とするのが容易である。したがって、酸化剤の熱分解が抑制される。さらにPM含有ガスには、PM以外の被酸化成分がほとんど含まれない。したがって、酸化剤によってPMを効率よく酸化除去することができ、これにより熱応力による破損などの不具合もなくフィルタを容易に再生することができるとともに、排気圧損の上昇を抑制することができる。
【００１６】
そしてフィルタに触媒コート層を形成しておけば、排ガス中のHC、CO、NOx を浄化することができるとともに、酸化剤は触媒コート層とは接触しないので触媒金属などによって分解するような不具合がなく、酸化剤をPMの酸化除去に効率よく消費することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の排ガス浄化方法では、先ず捕集工程にて、フィルタで排ガス中のPMを捕集する。排ガスとしては、ディーゼルエンジンからの排ガスなど、PMを含む排ガスが用いられる。
【００１８】
フィルタは、排ガス中のガス成分のみが通過して濾過作用によってPMを捕集するものであり、金属フォームや耐熱性不織布などから形成することもできるし、コーディエライト、炭化ケイ素などの耐熱性セラミックスから製造することもできる。排ガス下流側で目詰めされた流入側セルと、流入側セルに隣接し排ガス上流側で目詰めされた流出側セルと、流入側セルと流出側セルを区画し多数の細孔を有する多孔質のセル隔壁とをもつウォールフロー構造の DPFがよく知られている。この DPFをフィルタとして用いた場合は、流入側セルに流入した排ガスはセル隔壁を通過して流出側セルから排出され、その際にPMはセル隔壁の細孔に捕集される。
【００１９】
強制排出工程では、加圧ガスを吹き付けることでフィルタに捕集されたPMを強制排出してフィルタを再生するとともに、PM含有ガスを形成する。加圧ガスとしては、窒素ガスなどを用いることもできるが、加圧空気を用いるのが安価で簡便である。加圧ガスは、フィルタの流入側端面から供給してもよいし、流出側端面から供給してもよい。 DPFの場合には、流入側端面から加圧ガスを供給すると、セル隔壁の細孔内にPMをさらに押し込む場合がある。したがって捕集されているPMの排出率を向上させるためには、流出側端面から入り流入側端面から出るように加圧ガスを供給するのが望ましい。
【００２０】
浄化工程では、PM含有ガスに酸化剤を接触させ含まれるPMを酸化除去する。酸化剤としては、NO2 あるいは活性酸素種が例示される。活性酸素種とは、O*ラジカル、OH* ラジカル、O*イオン、オゾンなど酸化活性を有する化学種をいう。低温域でPMを酸化する性能に優れたオゾンが特に好ましい。PM含有ガスは排ガスに比べて低温とすることが容易にできるので、オゾンの熱分解を防止することができる。
【００２１】
PM含有ガスに酸化剤を接触させるには、PM含有ガスが流れている中へ酸化剤を供給すればよいが、酸化剤とPMとの接触性を高めるには、PM含有ガスの流路にPMを捕集可能なサブフィルタを配置することが好ましい。このサブフィルタは、上記したフィルタと同様のものを用いることができる。なお酸化剤を供給するには、酸化剤を圧縮収容したボンベから供給してもよいし、オゾンの場合は放電により発生させることもできる。
【００２２】
この排ガス浄化方法を実施できる本発明の排ガス浄化装置は、上記したフィルタを備えた主流路と、フィルタの下流側からフィルタへ向かって加圧気体を供給しフィルタに捕集されたPMをフィルタの上流側へPM含有ガスとして吹き出す逆流装置と、フィルタの上流側で主流路から分岐して延びPMを濾過するサブフィルタを備え逆流装置が駆動された時にPM含有ガスが流通可能な副流路と、サブフィルタの上流側に配置され副流路に酸化剤を供給する酸化剤供給手段と、フィルタの上流側で主流路から分岐して延び、逆流装置が駆動された時に排ガスが流通するバイパス流路と、排ガス流れを主流路とバイパス流路とにそれぞれ切り換える切換弁と、を備えている。
【００２３】
この排ガス浄化装置では、先ず主流路に排ガスを流してフィルタにPMを捕集する。フィルタにおけるPM堆積量が増大して排気圧損が上昇した場合には、フィルタを再生する必要が生じる。その場合には、切換弁によって排ガス流路は主流路からバイパス流路に切り換えられる。したがって排気圧損の上昇が防止される。
【００２４】
そして排ガスがバイパス流路を流れている間に、逆流装置が駆動され、フィルタの下流側からフィルタへ向かって加圧気体が供給される。これによりフィルタに捕集されたPMはフィルタの上流側へPM含有ガスとして吹き出される。PM含有ガスは副流路を流れ、PMはサブフィルタに捕集されるが、この時サブフィルタの上流側に配置された酸化剤供給手段が駆動され、副流路のPM含有ガスに酸化剤を供給する。酸化剤はPM含有ガス中のPMを酸化除去するとともにサブフィルタを通過し、サブフィルタに捕集されているPMが酸化除去される。
【００２５】
酸化剤供給手段は、酸化剤をサブフィルタの上流側で副流路に供給する。例えば、活性酸素種を封入したボンベからバルブを通じて排ガス中へ供給することができる。また放電を利用したオゾン発生器を用いることも好ましい。大気中あるいは排ガス中で放電させることで発生したオゾンを、ポンプなどの手段を用いてPM含有ガス中に供給すればよい。
【００２６】
排ガスがバイパス流路を流れている場合も、PMが除去されることが望ましい。したがってバイパス流路にもフィルタを配置することが望ましい。またバイパス流路のフィルタも、PMが堆積した場合は再生処理を行う必要があるので、フィルタへ向かって加圧気体を供給しフィルタに捕集されたPMをフィルタの上流側へPM含有ガスとして吹き出す逆流装置を設け、主流路と同様の構成とすることが望ましい。なおバイパス流路のフィルタに逆流装置から加圧気体を供給している間は、排ガスは主流路を流れるようにする。
【００２７】
バイパス流路は、一つでもよいし複数設けてもよい。複数のバイパス流路を設ける場合には、それぞれにフィルタ及び逆流装置を配置し、PMを捕集可能とするとともに、主流路と同様にしてフィルタの再生を可能とすることが望ましい。
【００２８】
フィルタは、触媒コート層を有するフィルタ触媒であることが望ましい。このようにすることで、PM以外のガス状の有害成分を浄化することができる。そして排ガス中のNOが酸化されることで酸化活性の高いNO2 、亜硝酸イオンあるいは硝酸イオンが生成し、これによってPMの浄化性能がさらに向上する。また酸化剤はフィルタを通過しないので、触媒金属などによって酸化剤が分解するような不具合もない。この意味から、サブフィルタには触媒コート層を形成しないことが望ましい。
【００２９】
触媒コート層は、担体と、担体に担持された触媒金属とから構成される。担体となる多孔質酸化物としては、アルミナ、チタニア、ジルコニア、セリア、シリカ、あるいはこれらから選ばれる複数種からなる複合酸化物などを用いることができる。また触媒金属としては酸化活性をもつものであればよく、Pt、Rh、Pd、Irなどの貴金属あるいはFe、Co、Ni、Ｗなどの卑金属を用いることができる。アルカリ金属あるいはアルカリ土類金属などのNOx 吸収材をさらに担持することが望ましい。NOx 吸収材を担持することで、排ガスがフィルタ触媒を通過する際にNOx が硝酸イオンあるいは亜硝酸イオンの形でNOx 吸収材に吸収される。これが強い酸化剤として機能するため、PMの浄化性能がさらに向上する。
【００３０】
触媒金属の担持量は、フィルタの体積１Ｌあたり 0.1〜20ｇとするのが好ましい。担持量がこれより少ないと活性が低すぎて実用的でなく、この範囲より多く担持しても活性が飽和するとともにコストアップとなってしまう。またNOx 吸収材の担持量は、フィルタの体積１リットルあたり0.05〜 1.5モルの範囲とすることが好ましい。担持量がこれより少ないと活性が低すぎて担持した意味がなく、この範囲より多く担持すると触媒金属を覆って活性が低下するようになる。
【実施例】
【００３１】
以下、実施例及び比較例により本発明を具体的に説明する。
【００３２】
（実施例１）
図１に本実施例の排ガス浄化装置を示す。この排ガス浄化装置は、例えば、ディーゼルエンジンの排気マニホールドと排気マフラーとの間に配置されて用いられる。
【００３３】
排気管１には、入口側分岐部10からそれぞれ分岐する主流路11、副流路12、バイパス流路13が互いに並列に設けられている。主流路11、副流路12、バイパス流路13は、出口側分岐部14でそれぞれ排気管１に合流している。主流路11及びバイパス流路13には、それぞれフィルタ触媒２、２’が配置されている。また副流路12には、 DPF３が配置されている。
【００３４】
フィルタ触媒２、２’は、図２に示すように、排ガス下流側で目詰めされた流入側セル21と、流入側セル21に隣接し排ガス上流側で目詰めされた流出側セル22と、流入側セル21と流出側セル22を区画し多数の細孔を有する多孔質のセル隔壁23とをもつウォールフロー構造の DPF基材20から形成され、そのセル隔壁23の表面及び内部の細孔表面に触媒コート層24を備えている。以下、このフィルタ触媒２、２’の製造方法を説明し、構成の詳細な説明に代える。
【００３５】
先ず細孔容積0.58〜0.65ml／ｇ、細孔平均径25〜35μｍ、体積 1.5Ｌのコージェライト製 DPFを用意した。一方、γ−アルミナ粉末（比表面積 220m2／ｇ）70重量部と、チタニア−ジルコニア固溶体粉末（比表面積 100m2／ｇ）70重量部と、セリア粉末（比表面積 120m2／ｇ）12重量部とを含み粘度が100cps以下に調整されたスラリーを調製し、上記 DPFにウォッシュコート後、 500℃で３時間焼成してコート層を形成した。コート層は DPFの１Ｌあたり 152ｇ形成され、セル隔壁23内部の細孔の細孔平均径は25μｍ以上が確保されている。次いで吸水担持法により、 1.5ｇ／ＬのPtと、 0.3モル／ＬのLiと、0.05モル／ＬのBaと、 0.025モル／ＬのＫと、をそれぞれコート層に担持し 300℃で３時間焼成して、触媒コート層24を形成した。
【００３６】
DPF３は、細孔容積0.58〜0.65ml／ｇ、細孔平均径25〜35μｍ、体積 1.0Ｌのコージェライト製 DPFをそのまま用い、コート層及び触媒コート層は形成していない。
【００３７】
入口側分岐部10には、排ガス流路を主流路11又はバイパス流路13に択一的に切り換える切換弁４が設けられている。図１に示すように、切換弁４がバイパス流路13を閉じた場合は排ガスは主流路11のみを流通し、副流路12は入口側分岐部10でバイパス流路13と連通する。また図３に示すように、切換弁４が主流路11を閉じた場合は排ガスはバイパス流路13のみを流通し、副流路12は入口側分岐部10で主流路11と連通する。
【００３８】
主流路11には、フィルタ触媒２の下流側に空気供給バルブ５が設けられ、コンプレッサ50で形成された加圧空気が、空気供給バルブ５からフィルタ触媒２の出口側端面に向かって吹き出されるように構成されている。
【００３９】
副流路12には、 DPF３の上流側にオゾン供給バルブ６が設けられ、オゾン発生器60で生成したオゾンが DPF３の上流側端面に向かって吹き出されるように構成されている。
【００４０】
上記のように構成された排ガス浄化装置は、先ず図１に示すように切換弁４がバイパス流路13及び副流路12を閉じた状態で用いられ、排ガスは主流路11のみを流通する。したがって排ガス中のPMはフィルタ触媒２に捕集され、触媒コート層24に担持されているPtによって捕集に連続して酸化浄化される。またリーン雰囲気においては、排ガス中のHC及びCOはPtによって酸化浄化され、NOx はNOx 吸収材に吸収される。そして間欠的に燃料を排ガス中に噴射するなどの方法でリッチ雰囲気とされると、NOx 吸収材に吸収されていたNOx が放出され、雰囲気中に多量に存在するHC、COなどによって還元浄化される。
【００４１】
ここで、低温雰囲気の排ガスが長時間流入した場合、あるいは還元雰囲気が長く続いた場合などには、触媒によるPMの酸化浄化が追いつかず、フィルタ触媒２のセル隔壁23にPMが堆積し、排気圧損が上昇する不具合が生じる。そのような場合には切換弁４が駆動され、図３に示すように排ガスがバイパス流路13のみを流れるように制御される。これにより排気圧損の上昇が回避される。
【００４２】
さらに、空気供給バルブ５が駆動され、加圧空気がフィルタ触媒２の下流側端面に向かって吹き付けられる。加圧空気は流出側セル22、セル隔壁23、流入側セル21をこの順で通過して、フィルタ触媒２の上流側端面から吹き出す。この際に、セル隔壁23に堆積していたPMが加圧空気と共にPM含有ガスとして吹き出し、フィルタ触媒２のPM捕集能が再生される。
【００４３】
フィルタ触媒２の入口側端面から吹き出したPM含有ガスは、図３の点線矢印に示すように副流路12に流入し、 DPF３を通過して排出される。このとき、PM含有ガス中のPMは DPF３に捕集される。またこのとき、オゾン供給バルブ６も駆動される。したがって DPF３に捕集されたPMは、捕集に先立って、捕集と同時に、あるいは捕集後にオゾンによって速やかに酸化除去される。またPM含有ガス中にはNO、HC、COなどオゾンと反応する他の成分が含まれていないので、オゾンがこれらの成分によって消費されるような不具合もない。さらにPM含有ガスは、排気管１を流通する排ガスに比べて低温であるので、オゾンが熱分解するような不具合も抑制される。
【００４４】
そしてオゾンによるPM酸化活性はきわめて高く、低温でも容易にPMを酸化できるので、オゾンを供給する時間は短時間でよい。したがってバイパス流路13を排ガスが流通する時間も短時間でよく、バイパス流路13に配置されたフィルタ触媒２’にPMが堆積するまでには、上記した再生処理を多くの回数行うことができる。
【００４５】
（実施例２）
しかしながら、いずれはバイパス流路13に配置されたフィルタ触媒２’にPMが堆積し、再生処理時に排気圧損が上昇するという問題がある。
【００４６】
そこで本実施例では、図４に示すように、バイパス流路13に配置されたフィルタ触媒２’の下流側にも空気供給バルブ５’が設けられ、コンプレッサ50’で形成された加圧空気が、空気供給バルブ５’からフィルタ触媒２’の出口側端面に向かって吹き出されるように構成されている。
【００４７】
また切換弁４は、主流路11とバイパス流路13の両方を開く中立位置ともなるように構成され、出口側分岐部14には、主流路11、副流路12、バイパス流路13の各出口側開口の一つを選択的に閉じる三方弁40が設けられている。
【００４８】
このように構成された本実施例の排ガス浄化装置では、図４に示すPM捕集状態、図５に示す主流路11のフィルタ触媒２再生状態、図６に示すバイパス流路13のフィルタ触媒２’再生状態の三とおりの状態となるように制御が行われる。
【００４９】
図４に示すPM捕集状態では、切換弁４は主流路11とバイパス流路13の両方を開く中立位置とされ、三方弁40は副流路12の出口側開口を閉じている。したがって排ガスは主流路11及びバイパス流路13の両方を流通し、PMはフィルタ触媒２、２’に捕集され浄化される。
【００５０】
図５に示すフィルタ触媒２再生状態では、切換弁４が駆動され、排ガスはバイパス流路13を流れる。三方弁40は、主流路11の出口側開口を閉じている。そして空気供給バルブ５及びオゾン供給バルブ６が駆動され、フィルタ触媒２のPM捕集能が再生されるとともに、副流路12の DPF３に捕集されたPMがオゾンによって酸化除去される。
【００５１】
さらに図６に示すフィルタ触媒２’再生状態では、切換弁４が駆動され、排ガスは主流路11を流れる。三方弁40は、バイパス流路13の出口側開口を閉じている。そして空気供給バルブ５’及びオゾン供給バルブ６が駆動され、フィルタ触媒２’のPM捕集能が再生されるとともに、副流路12の DPF３に捕集されたPMがオゾンによって酸化除去される。
【００５２】
上記のように三とおりに制御する場合、フィルタ触媒２、２’の前後に圧力センサを配置し、排気圧損が所定値を超えた時に、フィルタ触媒２又はフィルタ触媒２’の再生状態とすることができる。またエンジントルクと回転数から発生するPM量を予測し、その値が所定のしきい値を超えた時に、フィルタ触媒２又はフィルタ触媒２’の再生状態としてもよい。あるいは、単に走行距離が所定のしきい値を超えた時に、フィルタ触媒２又はフィルタ触媒２’の再生状態とすることもできる。
【００５３】
本実施例の排ガス浄化装置による効果を調査するため、以下のような実験を行った。
【００５４】
先ず排気量２Ｌの直噴ディーゼルエンジンの排気マニホールドを、実施例２の排ガス浄化装置の排気管１の上流側端部と連結し、エンジン回転数と出力トルクを調整して、入口側分岐部10の排ガス温度が 250℃又は 350℃となる二つの運転条件で評価した。このときのエンジンからのPM発生量は、時間平均で 1.0ｇ／hr及び 4.0ｇ／hrである。
【００５５】
先ず図４に示すPM捕集状態で 100km走行相当の運転を行い、次いで図５に示すフィルタ触媒２再生状態で５分間運転した。このとき、空気供給バルブ５から約５m3の空気を供給し、オゾン供給バルブ６から約６ｇのオゾンを供給した。その後、図４に示すPM捕集状態で 100km走行相当の運転を行い、次いで図６に示すフィルタ触媒２’再生状態で５分間運転した。このときも、空気供給バルブ５’から約５m3の空気を供給し、オゾン供給バルブ６から約６ｇのオゾンを供給した。
【００５６】
上記運転を繰り返し、3000km走行相当の運転を実施したときのPM浄化率と排気圧損とを測定し、結果を表１に示す。PM浄化率は、フィルタ触媒２、２’及び DPF３の重量増加から残存PM堆積量を算出し、PM発生量との比から算出した。また排気圧損は装置全体の排気圧損を常時監視し、運転中の最大排気圧損を測定した。
【００５７】
（比較例１）
図７に、比較例１の排ガス浄化装置を示す。この排ガス浄化装置は、排気管１に体積が３Ｌであること以外は実施例１と同様のフィルタ触媒２を配置し、その上流側にオゾン発生器60に連結されたオゾン供給バルブ６が配置されている。
【００５８】
この排ガス浄化装置を用い、実施例２と同様に直噴ディーゼルエンジンの排気系に配設した。そして 100km走行相当の運転後に約５分間オゾンを供給（オゾン供給量約６ｇ）する運転を繰り返し、3000km走行相当の運転を実施したときのPM浄化率と排気圧損を測定した。結果を表１に示す。
【００５９】
（比較例２）
図７において、オゾン発生器60に連結されたオゾン供給バルブ６に代えて燃料圧縮添加装置に連結された燃料添加バルブを用いたこと以外は、比較例１と同様である。
【００６０】
この排ガス浄化装置を用い、実施例２と同様に直噴ディーゼルエンジンの排気系に配設した。そして 100km走行相当の運転後に約５分間燃料（軽油）を供給（燃費悪化率で約５％相当の量≒約６ｇのオゾンを発生させるのに必要なエネルギー量）する運転を繰り返し、3000km走行相当の運転を実施したときのPM浄化率と排気圧損を測定した。燃料添加によって触媒床温度が上昇し、PMの酸化が促進される。結果を表１に示す。
【００６１】
＜評価＞
【００６２】
【表１】
2006307681.tif 000003
【００６３】
表１から、実施例２の排ガス浄化装置は入りガス温度が 250℃及び 350℃のいずれの場合も比較例に比べて高いPM浄化率を示し、圧力損失も低いことがわかる。
【００６４】
一方、比較例１の排ガス浄化装置は、入りガス温度が 250℃では比較的高いPM浄化率を示したが、 350℃ではPM浄化率が低下した。これは、入りガス温度が 350℃では、オゾンを添加しても熱分解によって消費されたため、あるいは排ガス中の成分とオゾンとが反応したためと考えられる。また入りガス温度が 250℃において実施例２よりPM浄化率が低いのは、フィルタ触媒２に含まれるセリアなどによりオゾンが分解したため、あるいは排ガス中の成分とオゾンとが反応したためと考えられる。
【００６５】
また比較例２の排ガス浄化装置は、燃料添加によって触媒床温度を上昇させ、PMの酸化を促進させるものである。しかし入りガス温度が 350℃の場合はある程度のPM浄化率が得られるものの、入りガス温度が 250℃ではPM浄化率が著しく低下する。入りガス温度が 250℃では、燃料が着火しづらく触媒床温度の上昇に貢献しなかったものと考えられる。またその結果、フィルタ触媒のPM堆積量が多くなるため、フィルタ触媒の触媒金属の有効利用が阻害されたことも考えられる。
【００６６】
すなわち実施例２の排ガス浄化装置によれば、排気圧損の上昇を抑制でき、PMの堆積によるフィルタ触媒の活性の低下が抑制され、さらにはオゾンによるPM酸化効果を最大限に引き出すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の一実施例の排ガス浄化装置において、濾過工程を示す説明図である。
【図２】本発明の一実施例に用いたフィルタ触媒の断面図である。
【図３】本発明の一実施例の排ガス浄化装置において、PM強制排出工程及び浄化工程を示す説明図である。
【図４】本発明の第２実施例の排ガス浄化装置において、濾過工程を示す説明図である。
【図５】本発明の第２実施例の排ガス浄化装置において、PM強制排出工程及び浄化工程を示す説明図である。
【図６】本発明の第２実施例の排ガス浄化装置において、PM強制排出工程及び浄化工程を示す説明図である。
【図７】比較例１の排ガス浄化装置を示す説明図である。
【符号の説明】
【００６８】
１：排気管            ２：フィルタ触媒                ３： DPF（サブフィルタ）
４：切換弁            ５：空気供給バルブ（逆流装置）  ６：オゾン供給バルブ
11：主流路            12：副流路                      13：バイパス流路
【図１】
2006307681.tif 000004
【図２】
2006307681.tif 000005
【図３】
2006307681.tif 000006
【図４】
2006307681.tif 000007
【図５】
2006307681.tif 000008
【図６】
2006307681.tif 000009
【図７】
2006307681.tif 000010