(57)【要約】【課題】排気ガスの圧力損失を増加させることなく、粒子状物質の捕集率を向上させることができる排気ガス浄化装置を提供する。【解決手段】フィルタ収納容器５と、その内部に配置されるウォールフロー式のパティキュレートフィルタ２，３と、を備える排気ガス浄化装置１であって、排気ガスの流れる方向に多段に設けられる複数のパティキュレートフィルタ２，３を備え、排気ガスの流れの下流側のパティキュレートフィルタ３の通気孔３ｈの平均孔径が、上流側のパティキュレートフィルタ２の通気孔２ｈの平均孔径よりも小さい排気ガス浄化装置１。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フィルタ収納容器と、その内部に配置されるウォールフロー式のパティキュレートフィルタと、を備える排気ガス浄化装置であって、
排気ガスの流れる方向に多段に設けられる複数の前記パティキュレートフィルタを備え、
前記排気ガスの流れの下流側の前記パティキュレートフィルタの通気孔の平均孔径が、上流側の前記パティキュレートフィルタの通気孔の平均孔径よりも小さい排気ガス浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パティキュレートフィルタを有する排気ガス浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
環境に対する負荷軽減の観点から、排気ガス浄化装置の性能の向上が求められている。例えば、特許文献１には、ディーゼルエンジンを搭載する車両において、排気ガスの流路内にハニカム状の酸化触媒とＤＰＦ（ｄｉｅｓｅｌ  ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  ｆｉｌｔｅｒ）とを近接して配置した排気ガス浄化装置が開示されている。ＤＰＦは、排気ガス中の煤などの粒子状物質を捕集し、熱で焼き切る装置である。
【０００３】
また、ガソリンエンジンにおいても、燃費の向上などを目的として燃料を燃焼室に直接噴射するガソリン直噴エンジンも増加している。このガソリン直噴エンジンでは、吸気ポートに燃料を噴射するポート噴射式ガソリンエンジンに比べて、粒子状物質の量が非常に多くなる傾向にある。そのため、ガソリン直噴エンジンを搭載する車両においても、排気ガス浄化装置にＧＰＦ（ｇａｓｏｌｉｎｅ  ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  ｆｉｌｔｅｒ）を設けることが行なわれている。ＧＰＦもＤＰＦと同様の機能を持つ。
【０００４】
上述したＤＰＦもＧＰＦも、その基本構造はウォールフロー式のパティキュレートフィルタ（ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  ｆｉｌｔｅｒ：ＰＦ）である。具体的には、図３に示すように、ＰＦ４は、点線で示す排気ガスの流れる方向に延びる複数の通路４０を備える。通路４０における排気ガスの入口側（紙面左側）では、通路４０の端部が交互にフロントプラグ４Ｆで閉じられている。一方、通路４０における排気ガスの出口側（紙面右側）では、フロントプラグ４Ｆが設けられていない通路４０の端部がリアプラグ４Ｂで閉じられている。通路４０の壁部とプラグ４Ｆ，４Ｂは、多数の通気孔を有する多孔質体で構成されており、ガス成分が透過できる。このようなＰＦ４に排気ガスを流すと、排気ガス中の粒子状物質は、フロントプラグ４Ｆやリアプラグ４Ｂを備える通路４０に捕集される。一方、排気ガスのガス成分は、点線矢印に示すように、リアプラグ４Ｂを備える通路４０から多孔質の壁面を通過してフロントプラグ４Ｆを備える通路４０に抜けるなどして、ＰＦ４の下流に排出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２８９２０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
世界的に排気ガスの規制が年々厳しくなっている。そのため、より粒径の小さい粒子状物質をＰＦで捕集することが求められている。粒径の小さい粒子状物質を捕集するには、通気孔の平均孔径（通路の径ではない）を小さくすれば良いが、通気孔の平均孔径を小さくすると排気ガスの圧力損失が大きくなる。排気ガスの圧力損失が大きくなると、燃焼室から排気ガスを排出するために燃焼エネルギーが使われるので、内燃機関のトルクが低下する。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的の一つは、排気ガスの圧力損失を増加させることなく、粒子状物質の捕集率を向上させることができる排気ガス浄化装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一形態に係る排気ガス浄化装置は、
フィルタ収納容器と、その内部に配置されるウォールフロー式のパティキュレートフィルタと、を備える排気ガス浄化装置であって、
排気ガスの流れる方向に多段に設けられる複数の前記パティキュレートフィルタを備え、
前記排気ガスの流れの下流側の前記パティキュレートフィルタの通気孔の平均孔径が、上流側の前記パティキュレートフィルタの通気孔の平均孔径よりも小さい。
【発明の効果】
【０００９】
上記構成によれば、通気孔の平均孔径が大きい上流側のパティキュレートフィルタによって大粒径の粒子状物質を捕集し、上流側のパティキュレートフィルタで捕集しきれない小粒径の粒子状物質を下流側のパティキュレートフィルタで捕集するので、排気ガスに含まれる粒子状物質の捕集率を向上させることができる。
【００１０】
また、上記構成に示すように、フィルタ収納容器の中で、排気ガスの流れの上流側に排気ガスを透過させ易い通気孔の平均孔径の大きなパティキュレートフィルタを配置することで、フィルタ収納容器の全長にわたって通気孔の平均孔径の小さいパティキュレートフィルタを用いるよりも、排気ガスの圧力損失を小さくできる。その結果、粒子状物質の捕集率の向上に伴うトルクの低下を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】車両における排気ガス浄化装置の配置状態を示す概略図である。
【図２】実施形態１に示す排気ガス浄化装置の概略構成図である。
【図３】排気ガス浄化装置に備わるパティキュレートフィルタの概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の排気ガス浄化装置の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、本発明は、これらの例示に限定されず、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００１３】
＜実施形態１＞
図１に示すように、本例の排気ガス浄化装置１は、内燃機関８から延びる排気経路の途中であって、触媒装置９の下流に設けられている。内燃機関８はガソリンエンジンでも良いしディーゼルエンジンでも良い。ガソリンエンジンの場合、触媒装置９として三元触媒を挙げることができる。ディーゼルエンジンの場合、触媒装置９として酸化触媒を挙げることができる。
【００１４】
≪排気ガス浄化装置≫
排気ガス浄化装置１は、図２に示すように、フィルタ収納容器５と、その内部に配置されるウォールフロー式のパティキュレートフィルタ（以下、ＰＦと表記する）２，３と、を備える。矢印で示す排気ガスの流通方向の上流側のＰＦ２と下流側のＰＦ３とは独立している。
【００１５】
ＰＦ２，３は、排気ガス中の粒子状物質（主に煤）を捕集し、ガス成分を透過させる部材である。ＰＦ２，３で捕集された粒子状物質は、排気ガスの熱（例えば４５０℃以上）によって燃焼・分解される。このＰＦ２，３の機能に鑑み、ＰＦ２，３は、耐熱性の多孔質体、例えばセラミックスなどで構成される。
【００１６】
ＰＦ２（３）は、図３で説明した従来のＰＦ４と同様に、フロントプラグ２Ｆ（３Ｆ）を有する複数の通路２０（３０）と、リアプラグ２Ｂ（３Ｂ）を有する複数の通路２０（３０）と、を備える。両ＰＦ２，３の主な相違点は、丸囲み拡大図に示すように、上流側のＰＦ２の通気孔２ｈの平均孔径よりも、下流側のＰＦ３の通気孔３ｈの平均孔径が小さいことである。なお、図面上、通気孔２ｈ，３ｈを誇張して示しているが、通気孔２ｈ，３ｈは目視で確認できる大きさではない。また、実際の通気孔２ｈ，３ｈは、図示するように一定の孔径を有する直線状の孔ではなく、入り組んだ迷路状の孔になっている。
【００１７】
通気孔２ｈの平均孔径よりも通気孔３ｈ平均孔径が小さいことは、顕微鏡画像で確認することができる。例えば、顕微鏡画像の所定範囲にある各通気孔２ｈ（３ｈ）の面積から円相当直径を求めて、各通気孔２ｈ（３ｈ）の円相当直径の平均を通気孔２ｈ（３ｈ）の平均孔径とし、その大小を比較すれば良い。ＰＦ２の平均孔径は、１５μｍ以上２０μｍ以下とすることが好ましく、そうすることで、大粒径（例えば、８０ｎｍ以上）の粒子状物質を捕集し易くできる。一方、ＰＦ３の平均孔径は、１３μｍ以上１５μｍ以下とすることが好ましく、小粒径（例えば、８０ｎｍ以下）の粒子状物質を捕集し易くできる。既に述べたように、通気孔２ｈ，３ｈは迷路状になっているので、平均孔径よりも小さい粒子状物質であっても、ある程度捕集できる。
【００１８】
また、ＰＦ２とＰＦ３との相違点として、ＰＦ２の気体透過性は、ＰＦ３の気体透過性よりも高くすることが挙げられる。ＰＦ２の気体透過性をＰＦ３の気体透過性よりも高くする構成として、ＰＦ２のセル密度をＰＦ３のセル密度よりも小さくすることが挙げられる。例えば、通路２０のセル密度を３００ｃｐｓｉ以上３３０ｃｐｓｉ以下、通路３０のセル密度を３３０ｃｐｓｉ以上３６０ｃｐｓｉ以下とすることが挙げられる。
【００１９】
ＰＦ２の気体透過性をＰＦ３の気体透過性よりも高くする別の構成として、ＰＦ２の通路２０を除く実体部分（壁部やプラグ２Ｆ，２Ｂ）の空隙率を、ＰＦ３の通路３０を除く実体部分の空隙率よりも高くすることが挙げられる。ＰＦ２，３の空隙率は、ＰＦ２，３の実体部分の嵩密度から求めることができる。
【００２０】
上記ＰＦ２，３を納めるフィルタ収納容器５のサイズは、排気ガスの流れる方向にＰＦ２，３を並べるからといって、従来よりも大きくする必要はなく、従来と同じサイズで良い。つまり、フィルタ収納容器５には既存の物を使用することができる。
【００２１】
上記フィルタ収納容器５に納める各ＰＦ２，３の長さ（排気ガスの流通方向の長さ）は、特に限定されない。ＰＦ２を長くすれば、排気ガスが流れ易くなり、ＰＦ３を長くすれば、粒子状物質の捕集率を高めることができる。例えば、ＰＦ２とＰＦ３の長さの比は、４：６〜６：４とすることができる。
【００２２】
≪効果≫
上流側のＰＦ２によって大粒径の粒子状物質を捕集し、上流側のＰＦ２で捕集しきれない小粒径の粒子状物質を下流側のＰＦ３で捕集する。また、ＰＦ２で燃焼しきれずに粒径が小さくなった粒子状物質は、ＰＦ２の下流にあるＰＦ３で再度捕集される。そのため、排気ガスに含まれる粒子状物質の捕集率を従来よりも向上させることができる。
【００２３】
フィルタ収納容器５の中で、排気ガスの流れの上流側に、通気孔２ｈの平均孔径の大きく排気ガスを透過させ易いＰＦ２を配置することで、フィルタ収納容器５の全長にわたって通気孔の平均孔径の小さいＰＦを用いるよりも、排気ガスの圧力損失を小さくできる。また、ＰＦ２で大粒径の粒子状物質が除かれている上、ＰＦ２を通過してＰＦ３で捕集される小粒径の粒子状物質はその単位質量あたりの表面積が大きく、早期に燃焼し易いため、ＰＦ３が粒子状物質によって目詰まりし難く、圧力損失の回復が早い。その結果、粒子状物質の捕集率の向上に伴うトルクの低下を抑制できる。
【００２４】
フィルタ収納容器５内でＰＦ２とＰＦ３とを近接配置することで、ＰＦ２で粒子状物質を燃焼させた熱がＰＦ２の下流にあるＰＦ３に伝播し、ＰＦ３を高温にし易い。そのため、ＰＦ３での粒子状物質の燃焼が促進されるし、ＰＦ３の平均孔径よりも小粒径の粒子状物質であっても、ＰＦ３を通過する過程で燃焼され易い。
【００２５】
その他、ＰＦ２とＰＦ３の対面位置に関し、ＰＦ２の下流側開口部（リアプラグ２Ｂが無い通路２０の開口端）に、ＰＦ３の上流側開口部（フロントプラグ３Ｆが無い通路３０の開口端）の一部が重複していることが好ましい。このような配置であれば、ＰＦ２からＰＦ３への排気ガスの流れがスムースになり、圧力損失を低減できる。
【００２６】
≪変形例≫
実施形態１では、排気ガスの流通方向に二つのＰＦ２，３を設けたが、三つ以上のＰＦを設けても構わない。その場合も、流通方向に隣接する二つのＰＦのうち、上流側のＰＦの通気孔の平均孔径よりも、下流側のＰＦの通気孔の平均孔径を小さくする。
【符号の説明】
【００２７】
１  排気ガス浄化装置
２，３，４  パティキュレートフィルタ（ＰＦ）
２０，３０，４０  通路
２Ｆ，３Ｆ，４Ｆ  フロントプラグ  ２Ｂ，３Ｂ，４Ｂ  リアプラグ
５  フィルタ収納容器
８  内燃機関
９  触媒装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
2018141447.tif 000005