(57)【要約】【課題】  フィルタ等の粒子状物質捕集手段に堆積した粒子状物質を低減できる内燃機関の排気浄化装置を提供する。【解決手段】  本発明の内燃機関の排気浄化装置は、入口２１ａ側から出口２１ｂ側へ延びる多孔質壁部２１ｃにて仕切られ、かつ、入口２１側又は出口２１ｂ側の一方が交互に閉塞された複数の貫通空間Ｓ，．．，Ｓを有し、内燃機関１の排気通路４に配置されたフィルタ２１と、出口２１ｂ側が閉塞された貫通空間Ｓ内を移動可能な状態で排気通路４に設けられた複数の粒状触媒２４，．．，２４と、を具備する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入口側から出口側へ延びる多孔質壁部にて仕切られ、かつ、前記入口側及び前記出口側の少なくとも一方が閉塞された複数の貫通空間を有し、内燃機関の排気通路に配置された粒子状物質捕集手段と、前記複数の貫通空間のうち前記出口側が閉塞された貫通空間内を移動可能な状態で前記排気通路に設けられた複数の粒状体と、を具備することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記粒子状物質捕集手段は、前記入口側が前記出口側に対して鉛直下方に位置するように傾けられて前記排気通路に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記複数の粒状体には、前記多孔質壁部の最大細孔径よりも大きな粒状体が含まれることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記複数の粒状体には、酸化能を有する触媒物質が担持されている粒状体が含まれることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記複数の粒状体には、前記多孔質壁部の硬度以下の表面の硬度を有する粒状体が含まれることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気通路に配置され、排気ガスの粒子状物質を捕集する内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気浄化装置として、いわゆるウォールフロータイプのフィルタを備え、このフィルタの上流側に酸化触媒を担持するとともに、下流側にＮＯｘ触媒を担持するものが知られている（特許文献１参照）。その他、本発明に関連する先行技術文献として、特許文献２及び３が存在する。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１０６７号公報
【特許文献２】特開２００３−２４５５６０号公報
【特許文献３】特開２００４−１５４６４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の装置において、排気ガスの温度が低い条件では、例えばディーゼルエンジンから排出される粒子状物質が酸化されずにフィルタの基材上に堆積する場合がある。
【０００５】
そこで、本発明は、堆積した粒子状物質を低減できる内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の排気浄化装置は、入口側から出口側へ延びる多孔質壁部にて仕切られ、かつ、前記入口側及び前記出口側の少なくとも一方が閉塞された複数の貫通空間を有し、内燃機関の排気通路に配置された粒子状物質捕集手段と、前記複数の貫通空間のうち前記出口側が閉塞された貫通空間内を移動可能な状態で前記排気通路に設けられた複数の粒状体と、を具備することにより上述した課題を解決する（請求項１）。
【０００７】
この発明によれば、内燃機関の排気通路を流れる排気ガスの運動エネルギを利用して、粒状体を粒子状物質捕集手段の貫通空間内で移動させることができる。このため、貫通空間内に堆積した粒子状物質（以下、ＰＭという。）に粒状体を衝突させて粉砕できるので、貫通空間内に堆積したＰＭを低減できる。
【０００８】
本発明の排気浄化装置において、前記粒子状物質捕集手段は、前記入口側が前記出口側に対して鉛直下方に位置するように傾けられて前記排気通路に設けられてもよい（請求項２）。この場合、内燃機関が停止した場合には、貫通空間内の粒状体が重力によって粒子状物質捕集手段の上流側の排気通路に集められ、その後、内燃機関が運転されたときには、再び粒状体を貫通空間内へ移動させることができるので、粒子状物質捕集手段の出口側に粒状体が停留することを防止できる。
【０００９】
本発明の排気浄化装置において、前記複数の粒状体には、前記多孔質壁部の最大細孔径よりも大きな粒状体が含まれていてもよい（請求項３）。この場合は、最大細孔径よりも大きな粒状体が多孔質壁部を通過できないか、又は通過しにくくなるので、各粒状体が粒子状物質捕集手段の下流側に流失することを抑制できる。なお、多孔質壁部の最大細孔径よりも大きな粒状体とは、公知の方法、例えばＪＩＳ  Ｋ３８３２で規定されるバブルポイント法により得られたバブルポイントに基づいて算出された多孔質壁部の最大細孔径と同一直径の円形孔を通過できない粒状体を意味する。例えば、粒状体の形状が球体であれば、その直径が最大細孔径よりも大きい場合がこれに該当し、また、粒状体の形状が長軸を回転軸とした楕円回転体であれば、その短軸の長さが最大細孔径よりも大きい場合がこれに該当する。
【００１０】
本発明の排気浄化装置において、前記複数の粒状体には、酸化能を有する触媒物質が担持されている粒状体が含まれていてもよい（請求項４）。この場合は、酸化能を有する触媒物質が担持された粒状体が堆積したＰＭに接触して、ＰＭの酸化を促進できるので堆積したＰＭを効果的に低減できる。
【００１１】
本発明の排気浄化装置において、前記複数の粒状体には、前記多孔質壁部の硬度以下の表面の硬度を有する粒状体が含まれていてもよい（請求項５）。この場合は、粒状体と多孔質壁部との干渉による多孔質壁部の摩滅を抑制できる。
【発明の効果】
【００１２】
以上説明したように、本発明によれば、貫通空間内を移動可能な状態で内燃機関の排気通路に複数の粒状体が設けられているので、貫通空間内に堆積したＰＭに粒状体を衝突させて粉砕でき、貫通空間内に堆積したＰＭを低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１は、本発明の排気浄化装置を内燃機関に適用した実施形態を示している。内燃機関１は、４つの気筒２，．．，２が一列に並べられた直列４気筒型のディーゼルエンジンで、吸気通路３、排気通路４、及び内燃機関１に対して過給を行うターボ過給機５をそれぞれ備えている。吸気通路３には、吸気流量を調整可能なスロットルバルブ６と、ターボ過給機５のコンプレッサ５ａと、コンプレッサ５ａにて圧縮された吸気を冷却するインタークーラ７と、が設けられている。排気通路４には、ターボ過給機５のタービン５ｂと、排気ガス中の有害物質を削減するための排気浄化装置２０と、が設けられている。吸気通路３と排気通路４とはＥＧＲ通路６にて接続されて排気ガスの一部が排気通路４から吸気通路３へ還流される。ＥＧＲ通路６には、吸気通路３に還流させるべき排気ガスを冷却するＥＧＲクーラ７と、排気ガスの還流量を調整するためのＥＧＲバルブ８と、がそれぞれ設けられている。内燃機関１には、各気筒２に対応させて４つのインジェクタ９，．．，９が設けられている。各インジェクタ９はコモンレール１０に接続される。コモンレール１０は、燃料タンク（不図示）から燃料を汲み上げてコモンレール１０に圧送するサプライポンプ１１に接続される。
【００１４】
排気浄化装置２０は、内燃機関１の排気ガス中のＰＭを捕集するともに、ＮＯｘを吸蔵及び還元する機能を有するフィルタ２１と、フィルタ２１の上流側に設けられたＮＯｘ吸蔵還元触媒２２と、フィルタ２１の下流側に設けられた酸化触媒２３と、ＰＭの酸化を促進させる機能を有する複数の粒状触媒（粒状体）２４，．．，２４とを備えている。フィルタ２１とＮＯｘ触媒２２との間には温度センサ２５が、フィルタ２１と酸化触媒２３との間には排気ガスの空燃比を検出するＡ／Ｆセンサ２６が、それぞれ設けられ、これらのセンサの出力信号は図示しないエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）に入力される。また、排気浄化装置２０は、フィルタ２１及びＮＯｘ触媒２２によって吸蔵されたＮＯｘを還元させるために、還元剤（燃料）を排気通路４に添加する燃料添加インジェクタ２８を備えている。燃料添加インジェクタ２８はサプライポンプ１１と接続される。添加用インジェクタ２８による燃料の添加は、フィルタ２１及びＮＯｘ触媒２２のそれぞれに吸蔵されたＮＯｘを還元させる必要に応じ、温度センサ２５及びＡ／Ｆセンサ２６からの入力信号に基づいてＥＣＵにて制御される。
【００１５】
フィルタ２１は、入口２１ａ側が出口２１ｂ側に対して鉛直下方に位置するように傾けられて排気通路４に設けられている。フィルタ２１は、図２（ａ）及び（ｂ）に詳しく示したように、入口２１ａ側から出口２１ｂ側に延びる多孔質壁部２１ｃによって仕切られた複数の貫通空間Ｓ，．．，Ｓを有している。多孔質壁部２１ｃは、０．３ｍｍの厚さを有し、例えばセラミック等の多孔質材料で構成される。その他、多孔質壁部２１ｃをアルミナ、シリカ−アルミナ、ゼオライト、コーディエライト、層状酸化物等の多孔質材料で構成してよい。各貫通空間Ｓは、入口２１ａ側及び出口２１ｂ側の少なくとも一方がプラグ２１ｄにて閉塞される。本実施形態では、入口２１ａ側が閉塞された貫通空間Ｓと、出口２１ｂ側が閉塞された貫通空間Ｓと、が互い違いに並べらている。多孔質壁部２１ｃの細孔径は、ＰＭを十分に捕集可能な値に設定される。本実施形態では、多孔質壁部２１ｃの最大細孔径は、ＪＩＳ  Ｋ３８３２で規定されるバブルポイント法により得られたバブルポイントに基づいて算出された値として、１２０μｍに調整されている。平均細孔径は３０μｍである。フィルタ２１の入口２１ａに導かれた排気ガスは、図２（ｂ）の矢印で示した経路を通り、出口２１ｂに導かれる。
【００１６】
多孔質壁部２１ｃには、白金（Ｐｔ）や酸化セリウム（ＣｅＯ２）等の酸化触媒物質が担持されるとともに、ＮＯｘを吸蔵する機能を持つカリウム（Ｋ）、バリウム（Ｂａ）等のアルカリ金属や、カルシウム（Ｃａ）等のアルカリ土類、ランタン（Ｌａ）等の希土類等の一つ又はこれらの組合せからなるＮｏｘ吸蔵物質が担持されている。これにより、フィルタ２１は、ＮＯｘ触媒２２と同様の機能を有し、更に、酸化触媒物質の作用により捕集したＰＭの酸化を促進する機能を有する。
【００１７】
複数の粒状触媒２４，．．，２４は、図３にも示したように、出口２１ｂ側が閉塞された貫通空間Ｓ内を移動可能な状態で排気通路４に設けられている。図３の矢印は排気ガスの流れ方向を示している。複数の粒状触媒２４，．．，２４には、多孔質壁部２１ｃに対する通り抜けを抑制するため、多孔質壁部２１ｃの最大細孔径よりも大きいものが含まれる。本実施形態では、篩等の選別手段を利用して１５０μｍ〜２５０μｍの範囲で各粒状触媒２４の大きさが揃えられている。各粒状触媒２４は、図４に示したように、セラミックや金属等の材料で構成されたコア２４ａと、コア２４ａを覆いセラミック等の材料で構成されたコート層２４ｂと、を備えている。コート層２４ｂには、ＰＭの酸化を促進させる機能を持つ白金（Ｐｔ）や酸化セリウム（ＣｅＯ２）等の酸化触媒物質が担持されている。各粒状触媒２４は、微視的な凹凸を無視すると概略球形状をなしている。各粒状触媒２４の形状は、転がり抵抗が小さい形状ほど好ましいが、貫通空間Ｓ内を移動可能なものであればどのような形状でもよい。例えば、図５に示したように長軸を回転軸とした楕円回転体であってもよい。また、複数の粒状触媒２４，．．，２４には、多孔質壁部２１ｃとの干渉による摩滅を防止するため、多孔質壁部２１ｃの硬度以下の表面の硬度を有するものが含まれる。
【００１８】
以上の排気浄化装置２０によれば、内燃機関１の排気ガスの運動エネルギーを利用して各粒状触媒２４を貫通空間Ｓ内で移動させることができる。例えば、図６に示したように、多孔質壁部２１ｃの表面にＰＭが堆積し、その後排気ガスの温度が上昇することにより、多孔質壁部２１ｃの表面と接しているＰＭについては酸化除去されるが、一部のＰＭが燃え残るため、多孔質壁部２１ｃの表面との間に１００μｍ程度の間隙Ｐを有した状態でＰＭ堆積層Ｑが形成される場合がある。フィルタ２１がこのような状態になると、多孔質壁部２１ｃに担持された酸化触媒物質の作用が間隙Ｐによって妨げられてＰＭ堆積層Ｑが固化し、ＰＭ堆積層Ｑが壊れにくい構造で保持される事態を招く。以上の排気浄化装置２０によれば、ＰＭ堆積層Ｑに粒状触媒２４が衝突し、ＰＭ堆積層Ｑを細かく粉砕できる。或いは、粒状触媒２４がＰＭ堆積層Ｑの表面に接触してＰＭ堆積層Ｑの酸化を促進できるため、ＰＭ堆積層Ｑを低減できる。
【００１９】
フィルタ２１は、入口２１ａ側が出口２１ｂ側に対して鉛直下方に位置するように傾けられて排気通路４に設けられているため、各粒状触媒２４がフィルタ２１の出口２１ｂ側に停留することを防止できる。即ち、内燃機関１が停止したときには各粒状触媒２４が重力によってフィルタ２１の入口側の排気通路４に集められ、再度内燃機関１が運転したときには各粒状触媒２４を貫通空間Ｓに向けて移動させることができる。
【００２０】
本発明は、以上の実施形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内で種々の形態にて実施してよい。例えば、粒子状物質捕集手段としては、粒子状物質を捕集できるものであればよく、酸化触媒物質のみ担持されているものや、いずれの触媒物質も担持されていない捕集手段でもよい。また、フィルタ２１の構造は、図２示した形態に限定されず、入口２１ａ側が閉塞された貫通空間Ｓと出口２１ｂ側が閉塞された貫通空間Ｓとが交互に並んでいなくてもよいし、入口２１ａ側と出口２１ｂ側の両方が閉塞された貫通空間Ｓを含んでいてもよい。
【００２１】
また、粒状触媒２４，．．，２４の代わりに触媒を担持していない粒状体を排気通路４に設けてもよい。この場合でも、排気ガスの運動エネルギーを利用してその粒状体を堆積したＰＭに衝突させることができるので、堆積したＰＭを低減可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の排気浄化装置を内燃機関に適用した実施形態を示した図。
【図２】フィルタの構造の詳細を示した図であり、（ａ）は縦断面模式図、（ｂ）はフィルタの入口側から見た側面図である。
【図３】図１のＡ部を拡大して示した模式図。
【図４】粒状触媒の構造の詳細を示した図。
【図５】粒状触媒の他の形態の詳細を示した図。
【図６】ＰＭ堆積層の状態を示した図。
【符号の説明】
【００２３】
１  内燃機関
４  排気通路
２１  フィルタ（粒子状物質捕集手段）
２１ａ  入口
２１ｂ  出口
２１ｃ  多孔質壁部
２４  粒状触媒（粒状体）
Ｓ  貫通空間
【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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