(57)【要約】【課題】パティキュレートフィルタの耐溶損性を従来よりも大幅に向上する。【解決手段】排気ガス２が流通する多数の流路３をハニカム状に形成した多孔質材料から成るフィルタ本体４と、該フィルタ本体４の各流路３の入口側と出口側とを交互に目封じする栓体５，６とを備え、前記各流路３を区画している多孔質薄壁７を透過させて排気ガス２中のパティキュレートを捕集し得るようにしたパティキュレートフィルタ１０に関し、出口側の栓体６をフィルタ本体４の出側端面から所要長さだけ流路３奥側へ入り込んだ位置に配置し、その出口側の栓体６及び該栓体６の前端より後方のフィルタ本体４を、強制再生時の発生熱を受容してピーク温度を均すための蓄熱部１１として構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ガスが流通する多数の流路をハニカム状に形成した多孔質材料から成るフィルタ本体と、該フィルタ本体の各流路の入口側と出口側とを交互に目封じする栓体とを備え、前記各流路を区画している多孔質薄壁を透過させて排気ガス中のパティキュレートを捕集し得るようにしたパティキュレートフィルタであって、出口側の栓体をフィルタ本体の出側端面から所要長さだけ流路奥側へ入り込んだ位置に配置し、その出口側の栓体及び該栓体の前端より後方のフィルタ本体を、強制再生時の発生熱を受容してピーク温度を均すための蓄熱部として構成したことを特徴とするパティキュレートフィルタ。
【請求項２】
出口側の栓体の奥行き寸法を少なくとも入口側の栓体よりも長く構成したことを特徴とする請求項１に記載のパティキュレートフィルタ。
【請求項３】
少なくとも入口側の栓体の配置位置から出口側の栓体の配置位置までの範囲に、酸化触媒を担持しない無担持領域を確保したことを特徴とする請求項１又は２に記載のパティキュレートフィルタ。
【請求項４】
蓄熱部として構成した部位に、未反応のまま残った余剰燃料の酸化反応を助勢する機能を高めた余剰燃料酸化触媒を担持せしめたことを特徴とする請求項１、２又は３に記載のパティキュレートフィルタ。
【請求項５】
入口側の栓体をフィルタ本体の入側端面から所要長さだけ流路奥側へ入り込んだ位置に配置したことを特徴とする請求項１、２、３又は４に記載のパティキュレートフィルタ。
【請求項６】
入口側の栓体の配置位置からフィルタ本体の入側端面までの範囲に、添加燃料の酸化反応を助勢する機能を高めた添加燃料酸化触媒を担持せしめたことを特徴とする請求項５に記載のパティキュレートフィルタ。
【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に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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は、排気ガスが流通する排気管の途中にパティキュレートフィルタを装備することが従来より行われている。
【０００３】
図５に詳細に示す如く、この種のパティキュレートフィルタ１は、排気ガス２が流通する多数の流路３をハニカム状に形成した多孔質材料から成るフィルタ本体４を主構成とし、このフィルタ本体４における格子状に区画された各流路３の入口側が栓体５により交互に目封じされ、入口側が目封じされていない流路３については、その出口側が栓体６により目封じされるようになっており、各流路３を区画する多孔質薄壁７を透過した排気ガス２のみが下流側へ排出されて、前記多孔質薄壁７の内側表面にパティキュレートが捕集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７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１の再生を図る必要があるが、通常のディーゼルエンジン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、酸化触媒をフィルタ本体４に一体的に担持させた触媒再生型のパティキュレートフィルタ１の実用化が進められている。
【０００５】
即ち、このような触媒再生型のパティキュレートフィルタ１を採用すれば、捕集されたパティキュレートの酸化反応が促進されて着火温度が低下し、従来より低い排気温度でもパティキュレートを燃焼除去することが可能となるのである。
【０００６】
ただし、斯かる触媒再生型のパティキュレートフィルタ１を採用した場合であっても、排気温度の低い運転領域では、パティキュレートの処理量よりも捕集量が上まわってしまうので、このような低い排気温度での運転状態が続くと、パティキュレートフィルタ１の再生が良好に進まずに該パティキュレートフィルタ１が過捕集状態に陥る虞れがある。
【０００７】
そこで、パティキュレートフィルタ１の前段にストレートフロー型の酸化触媒８を別途配置し、パティキュレートの堆積量が増加してきた段階で前記酸化触媒８より上流側の排気ガス２中に燃料を添加してパティキュレートフィルタ１の強制再生を行うことが考えられている。
【０００８】
つまり、パティキュレートフィルタ１より上流側で添加された燃料が前段の酸化触媒８上で酸化反応し、その反応熱で昇温した排気ガス２の流入により直後のパティキュレートフィルタ１の触媒床温度が上げられてパティキュレートが燃やし尽くされ、パティキュレートフィルタ１の再生化が図られることになる（例えば、下記の特許文献１を参照）。
【０００９】
尚、図中における符号の９は、前記パティキュレートフィルタ１の後段に配置された酸化触媒を示し、パティキュレートフィルタ１を未反応のまま通過した余剰の燃料（ＨＣガス）を酸化処理し得るようにしてある。
【特許文献１】特開２００３−１９３８２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、斯かる従来のパティキュレートフィルタにおいては、前段の酸化触媒８で昇温された排気ガス２がパティキュレートフィルタ１に導入されて、該パティキュレートフィルタ１内で捕集済みパティキュレートが燃焼し始めると、図６にグラフで示す如く、その燃焼により生じた熱が排気ガス２の流れ方向に連続的に影響を及ぼして触媒活性を尻上がりに高め、この触媒活性の高まりに応じパティキュレートの燃焼も促進されていくので、パティキュレートフィルタ１内の温度分布は後端側に向かうほど高まる傾向にあるが、特にパティキュレートの溜りが生じ易い出口側の栓体の直前部分でパティキュレートの堆積量が多くなりすぎて異常燃焼が起こってしまうと、ここで生じた熱の逃げ場がないためにパティキュレートフィルタ１の後端におけるピーク温度が高くなり、該パティキュレートフィルタ１の後端における溶損の虞れが高まることが懸念されている。
【００１１】
本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、パティキュレートフィルタの耐溶損性を従来よりも大幅に向上することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、排気ガスが流通する多数の流路をハニカム状に形成した多孔質材料から成るフィルタ本体と、該フィルタ本体の各流路の入口側と出口側とを交互に目封じする栓体とを備え、前記各流路を区画している多孔質薄壁を透過させて排気ガス中のパティキュレートを捕集し得るようにしたパティキュレートフィルタであって、出口側の栓体をフィルタ本体の出側端面から所要長さだけ流路奥側へ入り込んだ位置に配置し、その出口側の栓体及び該栓体の前端より後方のフィルタ本体を、強制再生時の発生熱を受容してピーク温度を均すための蓄熱部として構成したことを特徴とするものである。
【００１３】
而して、このようにすれば、出口側の栓体の直前部分でパティキュレートの堆積量が多くなりすぎて異常燃焼が起こってしまったような場合でも、その後方へ延在する蓄熱部に強制再生時の発生熱が受容されてピーク温度が均されるため、パティキュレートフィルタの耐溶損性が従来よりも向上される。この際、出口側の栓体の奥行き寸法を少なくとも入口側の栓体よりも長く構成しておけば、出口側の栓体の容積を増やすことで蓄熱部の熱容量が効果的に増大されることになる。
【００１４】
また、本発明においては、少なくとも入口側の栓体の配置位置から出口側の栓体の配置位置までの範囲に、酸化触媒を担持しない無担持領域を確保することが好ましく、このようにすれば、主たるフィルタ部分を成す入口側の栓体の配置位置から出口側の栓体の配置位置までの範囲で捕集済みパティキュレートの酸化反応が促進されなくなるので、結果的に強制再生時におけるパティキュレートフィルタの内部温度の昇温が抑えられ、異常燃焼の発生そのものが起こり難くなることでパティキュレートフィルタの耐溶損性が更に向上される。
【００１５】
更に、本発明においては、蓄熱部として構成した部位に、未反応のまま残った余剰燃料の酸化反応を助勢する機能を高めた余剰燃料酸化触媒を担持せしめるようにしても良く、このようにすれば、添加燃料の一部が未反応のまま出口側の栓体の配置位置以降へ通り抜けようとしても、フィルタ本体の出口側の栓体の配置位置から出側端面までの間の領域がストレートフロー型の酸化触媒として機能し、ここに担持されている余剰燃料酸化触媒上で添加燃料が酸化処理され、排気ガスに随伴して車外への排出されてしまう炭化水素が大幅に低減される。
【００１６】
この際、余剰燃料酸化触媒が担持されている蓄熱部には、強制再生時の発生熱が排気ガスを介さずに直接的に伝わるので、余剰燃料酸化触媒が強制再生の開始初期から急速に昇温して良好に活性化されることになる。
【００１７】
また、本発明においては、入口側の栓体をフィルタ本体の入側端面から所要長さだけ流路奥側へ入り込んだ位置に配置することが好ましく、このようにすれば、フィルタ本体の入側端面から各流路に入り込んで入口側の栓体に行き当たった排気ガスも多孔質薄壁を透過して隣の流路に流れ込むことになるため、排気ガスの多孔質薄壁に対する透過回数を増やしてパティキュレートの捕集効率を高めることが可能となる。
【００１８】
更に、このように入口側の栓体をフィルタ本体の入側端面から所要長さだけ流路奥側へ入り込んだ位置に配置した場合には、入口側の栓体の配置位置からフィルタ本体の入側端面までの範囲に、添加燃料の酸化反応を助勢する機能を高めた添加燃料酸化触媒を担持せしめておくと良い。
【００１９】
即ち、このようにすれば、フィルタ本体の入口側の栓体の配置位置から入側端面までの間の領域がストレートフロー型の酸化触媒として機能し、パティキュレートフィルタの前段に酸化触媒を別個に離間配置する必要がなくなり、少なくとも従来のように前段の酸化触媒を個別に離間配置していた時の間隔分の配置スペースを排気管の長手方向に縮小することが可能となる。
【発明の効果】
【００２０】
上記した本発明のパティキュレートフィルタによれば、下記の如き種々の優れた効果を奏し得る。
【００２１】
（Ｉ）本発明の請求項１、２に記載の発明によれば、出口側の栓体の直前部分でパティキュレートの堆積量が多くなりすぎて異常燃焼が起こってしまったような場合でも、その後方へ延在する蓄熱部に強制再生時の発生熱を受容させてピーク温度を均すことができるので、パティキュレートフィルタの耐溶損性を従来よりも大幅に向上することができ、特に出口側の栓体の奥行き寸法を少なくとも入口側の栓体よりも長く構成しておけば、出口側の栓体の容積を増やすことで蓄熱部の熱容量を効果的に増大させることができ、強制再生時における発生熱のピーク温度を確実に均すことができる。
【００２２】
（ＩＩ）本発明の請求項３に記載の発明によれば、少なくとも入口側の栓体の配置位置から出口側の栓体の配置位置までの範囲を酸化触媒を担持しない無担持領域としたことによって、強制再生時におけるパティキュレートフィルタの内部温度の昇温を抑えることができるので、異常燃焼の発生を起こり難くしてパティキュレートフィルタの耐溶損性を更に向上することができる。
【００２３】
（ＩＩＩ）本発明の請求項４に記載の発明によれば、余剰燃料酸化触媒が担持されている蓄熱部に対し、強制再生時の発生熱を排気ガスを介さずに直接的に伝えることができるので、余剰燃料酸化触媒の触媒床温度を効率良く活性温度域まで上げて強制再生の開始初期から余剰の添加燃料を確実に酸化処理することができ、排気ガスに随伴して車外への排出されてしまう炭化水素を大幅に低減することができる。
【００２４】
（ＩＶ）本発明の請求項５に記載の発明によれば、排気ガスの多孔質薄壁に対する透過回数を増やしてパティキュレートの捕集効率を高めることができる。
【００２５】
（Ｖ）本発明の請求項６に記載の発明によれば、パティキュレートフィルタの前段に配置されるべき酸化触媒をフィルタ本体に一体的に担持させることができるので、少なくとも従来において前段の酸化触媒を個別に離間配置していた時の間隔分の配置スペースを排気管の長手方向に縮小することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【００２７】
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５と同一の符号を付した部分は同一物を表わしている。
【００２８】
図１に示す如く、本形態例のパティキュレートフィルタ１０においては、従来より周知のパティキュレートフィルタと同様に、排気ガス２が流通する多数の流路３をハニカム状に形成した多孔質材料から成るフィルタ本体４と、該フィルタ本体４の各流路３の入口側と出口側とを交互に目封じする栓体５，６とを備え、前記各流路３を区画している多孔質薄壁７を透過させて排気ガス２中のパティキュレートを捕集し得るようになっているが、出口側の栓体６をフィルタ本体の出側端面から所要長さだけ流路３奥側へ入り込んだ位置に配置し、その出口側の栓体６及び該栓体６の前端より後方のフィルタ本体４を、強制再生時の発生熱を受容してピーク温度を均すための蓄熱部１１として構成している。
【００２９】
また、ここに図示している例においては、出口側の栓体６の奥行き寸法を少なくとも入口側の栓体５よりも２倍以上長くしており、蓄熱部１１の一部を成す出口側の栓体６の容積を増やすして蓄熱部１１の熱容量をできるだけ多く確保し得るようにしてある。
【００３０】
尚、ここで付言しておくと、出口側の栓体６の奥行き寸法を長くした場合には、該出口側の栓体６に対し温度センサを挿入設置するための孔を加工することが可能となるので、パティキュレートフィルタ１０に対し直接的に温度センサを差し込んで担体床温度を測定することができるという付帯的なメリットもある（多孔質材料から成るフィルタ本体４に孔を開けてしまうことは、排気ガス２の漏出を招いてしまうので避けられており、パティキュレートフィルタ１０の出側などで排気ガス２の温度を測定することで間接的にパティキュレートフィルタ１０の担体床温度を推定するようにしていた）。
【００３１】
更に、入口側の栓体５の配置位置から出口側の栓体６の配置位置までの範囲に、酸化触媒を担持しない無担持領域１２を確保する一方、蓄熱部１１を成す出口側の栓体６及び該栓体６の前端より後方のフィルタ本体４には、未反応のまま残った余剰燃料の酸化反応を助勢する機能を高めた余剰燃料酸化触媒１３を担持させている。
【００３２】
また、前記パティキュレートフィルタ１０の前段には、添加燃料の酸化反応を助勢する機能を高めたフロースルー型の酸化触媒８を従来と同様に個別に離間配置しており、図２に示す如く、これら前段の酸化触媒８とパティキュレートフィルタ１０とを、排気管１４途中に介装したフィルタケース１５（図示ではマフラを兼用した例）内に収容するようにしている。
【００３３】
而して、このようにパティキュレートフィルタ１０を構成すれば、図３にグラフで示す如く、出口側の栓体６の直前部分でパティキュレートの堆積量が多くなりすぎて異常燃焼が起こってしまったような場合でも、その後方へ延在する蓄熱部１１に強制再生時の発生熱が受容されてピーク温度が均されるため、パティキュレートフィルタ１０の耐溶損性が従来よりも向上されることになる。
【００３４】
また、特に本形態例では、入口側の栓体５の配置位置から出口側の栓体６の配置位置までの範囲に、酸化触媒を担持しない無担持領域１２を確保しているので、この無担持領域１２にて捕集済みパティキュレートの酸化反応が促進されなくなり、結果的に強制再生時におけるパティキュレートフィルタ１０の内部温度の昇温が抑えられ、異常燃焼の発生そのものが起こり難くなることでパティキュレートフィルタ１０の耐溶損性が更に向上されることになる。
【００３５】
しかも、蓄熱部１１として構成した部位に、未反応のまま残った余剰燃料の酸化反応を助勢する機能を高めた余剰燃料酸化触媒１３を担持させているので、添加燃料の一部が未反応のまま出口側の栓体６の配置位置以降へ通り抜けようとしても、フィルタ本体４の出口側の栓体６の配置位置から出側端面までの間の領域がストレートフロー型の酸化触媒として機能し、ここに担持されている余剰燃料酸化触媒１３上で添加燃料が酸化処理され、排気ガス２に随伴して車外への排出されてしまう炭化水素が大幅に低減される。
【００３６】
この際、余剰燃料酸化触媒１３が担持されている蓄熱部１１には、強制再生時の発生熱が排気ガス２を介さずに直接的に伝わるので、余剰燃料酸化触媒１３の触媒床温度を効率良く活性温度域まで上げて強制再生の開始初期から余剰の添加燃料を確実に酸化処理することが可能となる。
【００３７】
図４は本発明の別の形態例を示すものであり、前述した図１〜図３の形態例におけるパティキュレートフィルタ１０に関し、入口側の栓体５についてもフィルタ本体４の入側端面から所要長さだけ流路３奥側へ入り込んだ位置に配置した例としてあり、特に本形態例にあっては、入口側の栓体５の配置位置からフィルタ本体４の入側端面までの範囲に、添加燃料の酸化反応を助勢する機能を高めた添加燃料酸化触媒１６を担持せしめてある。
【００３８】
このようにした場合には、フィルタ本体４の入側端面から各流路３に入り込んで入口側の栓体５に行き当たった排気ガス２も多孔質薄壁７を透過して隣の流路３に流れ込むことになるため、排気ガス２の多孔質薄壁７に対する透過回数を増やしてパティキュレートの捕集効率を高めることが可能となる。
【００３９】
しかも、フィルタ本体４の入口側の栓体５の配置位置から入側端面までの間の領域がストレートフロー型の酸化触媒として機能することになるので、パティキュレートフィルタ１０の前段に酸化触媒８（図１参照）を個別に離間配置しなくて済む。
【００４０】
即ち、パティキュレートフィルタ１０の前段に配置されるべき酸化触媒８を単一のフィルタ本体４に担持させることができるので、少なくとも従来において前段の酸化触媒８を個別に離間配置していた時の間隔分の配置スペースを排気管１４の長手方向に縮小することができる。
【００４１】
尚、本発明のパティキュレートフィルタは、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、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。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明を実施する形態の一例を概略的に示す断面図である。
【図２】図１のパティキュレートフィルタの配置状態を示す概略図である。
【図３】本形態例での異常燃焼時の温度分布を示すグラフである。
【図４】本発明の別の形態例を示す断面図である。
【図５】従来例を示す断面図である。
【図６】従来例での異常燃焼時の温度分布を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４３】
２  排気ガス
３  流路
４  フィルタ本体
５  入口側の栓体
６  出口側の栓体
７  多孔質薄壁
１０  パティキュレートフィルタ
１１  蓄熱部
１２  無担持領域
１３  余剰燃料酸化触媒
１６  添加燃料酸化触媒
【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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