(57)【要約】【課題】排気ガス中のパティキュレートを捕集するフィルタ部材が過昇温状態になることを抑制し、フィルタ部材の溶損や割れの発生を防止することができる排気ガス浄化装置を提供する。【解決手段】エンジンの排気経路２に、排気ガスＧ中のパティキュレートを捕集するフィルタ部材３が介設されてなる排気ガス浄化装置１は、前記排気経路に、前記排気ガス中のＣＯ２を前記フィルタ部材より下流側の前記排気経路から前記フィルタ部材より上流側の前記排気経路へ還流させる還流経路５が設けられ、該還流経路内に、前記排気ガス中のＣＯ２を貯蔵する貯蔵部６が設けられている。また、前記還流経路は、前記排気ガス中のＣＯ２を還流させる際に、前記フィルタ部材の外周側よりも前記フィルタ部材の中心側に多く導入させるように構成されている。【選択図】図１
2008057495.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気経路に、排気ガス中のパティキュレートを捕集するフィルタ部材が介設されてなる排気ガス浄化装置であって、
前記排気経路に、前記パティキュレートの燃焼を緩慢化させることができる前記排気ガス中の所定の成分を前記フィルタ部材より下流側の前記排気経路から前記フィルタ部材より上流側の前記排気経路へ還流させる還流経路が設けられ、
該還流経路内に、前記排気ガス中の所定の成分を貯蔵する貯蔵部が設けられている、
ことを特徴とする排気ガス浄化装置。
【請求項２】
前記還流経路は、前記排気ガス中の所定の成分を前記フィルタ部材より上流側の前記排気経路へ還流させる際に、前記排気ガス中の所定の成分を前記フィルタ部材の外周側よりも前記フィルタ部材の中心側に多く導入させるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項３】
前記排気ガス中の所定の成分が、不活性ガス成分であることを特徴とする請求項１又は２に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項４】
前記排気ガス中の所定の成分が、ＣＯ２であることを特徴とする請求項１〜３の何れか一に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項５】
前記排気ガス中の所定の成分が、水分であることを特徴とする請求項１又は２に記載の排気ガス浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの排気経路に、排気ガス中のパティキュレートを捕集するフィルタ部材が介設されてなる排気ガス浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば自動車等のエンジンの排気系には、ＨＣ（炭化水素）、ＣＯ（一酸化炭素）、ＮＯｘ（窒素酸化物）等の大気汚染物質を含んだ排気ガスを浄化するための排気ガス浄化装置が配設されている。また、ディーゼルエンジンの場合には、前記物質の他にＰＭ（パティキュレート）が含有されているため、これを捕集するためにディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）が備えられている。またさらに、希薄燃焼ガソリンエンジンにおいても、ディーゼルエンジンほどではないもののＰＭを排出しやすいので、パティキュレートフィルタ（ＰＦ）を備えることが望まれる。
【０００３】
かかる例えばＤＰＦを備えた車両では、走行距離やＤＰＦの背圧に基づいて、ＤＰＦに堆積したパティキュレートを燃焼させ酸化させて除去するＤＰＦの再生処理が一般に行われている。このＤＰＦの再生処理として、例えば、エンジンの排気系にＮＯｘ吸蔵材を配置し、リーン（酸素過剰）雰囲気時にＮＯｘ吸蔵材にＮＯｘ成分を吸蔵させ、リッチ（酸素不足）雰囲気時にＮＯｘ吸蔵材に吸蔵させたＮＯｘ成分を放出してパティキュレートと接触させ、パティキュレートを燃焼させる方法が知られている。
【０００４】
また、ＤＰＦの再生処理としては、エンジンの排気系にディーゼル用酸化触媒（ＤＯＣ）を配置し、燃料噴射量を増加させて排気ガス中のＨＣ成分を過剰状態にすることにより、ＨＣ成分を酸化触媒によって燃焼させ、その燃焼熱によってＤＰＦの温度を上昇させてパティキュレートを燃焼させる方法も知られている。
【０００５】
しかし、ＤＰＦの再生処理においては、一旦パティキュレートの燃焼が開始されると、パティキュレートの燃焼が終了するまで成り行きに任せる場合が多い。これに対し、排気ガス浄化装置の状態を制御することが知られており、例えば特許文献１には、ＣＯ２吸収放出材を利用して排気浄化触媒の状態を適切に制御することを企図し、エンジンの排気経路に、排気浄化触媒と、排気浄化触媒よりも上流側に設けられるＣＯ２吸収放出材と、ＣＯ２吸収放出材を加熱するための発熱装置とを備えた排気ガス浄化装置が開示されている。
【特許文献１】特開２００４ー２７０４７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、前記特許文献１に開示されるように、排気浄化触媒より上流側の排気経路に発熱装置やＣＯ２吸収放出材が設けられた排気ガス浄化装置では、排気ガス中に含まれるパティキュレートが、発熱装置やＣＯ２吸収放出材に堆積する畏れがある。発熱装置にパティキュレートが堆積すると、発熱装置においてパティキュレートが着火し、所望の排気ガス温度を確保することが困難になり、排気浄化触媒が過昇温状態になり得る。一方、ＣＯ２吸収放出材においても、パティキュレートが堆積するとＣＯ２の吸収・放出性能が損なわれ得る。
【０００７】
また、エンジンの排気経路に、排気ガス中のパティキュレートを捕集するフィルタ部材を備えた排気ガス浄化装置において、フィルタ部材を再生する際に、すなわち、フィルタ部材に堆積したパティキュレートを燃焼させて除去する際に、パティキュレートが燃焼し終わるまでパティキュレートの燃焼を成り行きに任せると、パティキュレートの堆積量や堆積分布等によってはパティキュレートが局部的又は暴走的に燃焼し、フィルタ部材が過昇温状態となり、フィルタ部材が溶損したり割れたりする畏れがある。
【０００８】
そこで、この発明は、前記技術的課題に鑑みてなされたものであり、排気経路に、排気ガス中のパティキュレートを捕集するフィルタ部材が介設されてなる排気ガス浄化装置において、フィルタ部材が過昇温状態になることを抑制し、フィルタ部材の溶損や割れの発生を防止することができる排気ガス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】
【０００９】
このため、本願の請求項１に係る排気ガス浄化装置は、エンジンの排気経路に、排気ガス中のパティキュレートを捕集するフィルタ部材が介設されてなる排気ガス浄化装置であって、前記排気経路に、前記パティキュレートの燃焼を緩慢化させることができる前記排気ガス中の所定の成分を前記フィルタ部材より下流側の前記排気経路から前記フィルタ部材より上流側の前記排気経路へ還流させる還流経路が設けられ、該還流経路内に、前記排気ガス中の所定の成分を貯蔵する貯蔵部が設けられていることを特徴としたものである。
【００１０】
また、本願の請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明において、前記還流経路は、前記排気ガス中の所定の成分を前記フィルタ部材より上流側の前記排気経路へ還流させる際に、前記排気ガス中の所定の成分を前記フィルタ部材の外周側よりも前記フィルタ部材の中心側に多く導入させるように構成されていることを特徴としたものである。
【００１１】
更に、本願の請求項３に係る発明は、請求項１又は２に係る発明において、前記排気ガス中の所定の成分が、不活性ガス成分であることを特徴としたものである。
【００１２】
また更に、本願の請求項４に係る発明は、請求項１〜３の何れか一に係る発明において、前記排気ガス中の所定の成分が、ＣＯ２であることを特徴としたものである。
【００１３】
また更に、本願の請求項５に係る発明は、請求項１又は２に係る発明において、前記排気ガス中の所定の成分が、水分であることを特徴としたものである。
【発明の効果】
【００１４】
本願の請求項１に係る排気ガス浄化装置によれば、排気経路に、パティキュレートの燃焼を緩慢化させることができる排気ガス中の所定の成分をフィルタ部材より下流側の排気経路からフィルタ部材より上流側の排気経路へ還流させる還流経路が設けられていることにより、排気ガス中の成分を用いてパティキュレートの燃焼を緩慢化させることができ、パティキュレートの燃焼に伴ってフィルタ部材が過昇温状態になることを抑制し、フィルタ部材の溶損や割れの発生を防止することができる。
前記排気ガス浄化装置では、フィルタ部材が過昇温状態になることを抑制することができ、フィルタ部材の材料として、ＳｉＣ（炭化ケイ素）材料より耐熱性が低く安価であるコージェライト材料を使用することも可能となる。
【００１５】
また、本願の請求項２に係る発明によれば、還流経路は、排気ガス中の所定の成分をフィルタ部材の外周側よりもフィルタ部材の中心側に多く導入させるように構成されていることにより、フィルタ部材の外周側よりもフィルタ部材の中心側により多く堆積したパティキュレートを燃焼させる際に、フィルタ部材の中心側が過昇温状態になることを抑制することができる。
前記排気ガス浄化装置では、フィルタ部材の中心側が過昇温状態になることを抑制することができ、フィルタ部材の中心側においてフィルタ部材の溶損の発生を防止することができるとともに、フィルタ部材の外周側とフィルタ部材の中心側とで熱応力の差を小さくしフィルタ部材の割れの発生も防止することができる。
【００１６】
更に、本願の請求項３に係る発明によれば、排気ガス中の所定の成分が、不活性ガス成分であることにより、燃焼に寄与しない不活性ガス成分を排気ガス中に導入することで、排気ガス中の酸素濃度を低下させてパティキュレートの燃焼を緩慢化させることができ、前記効果を有効に奏することができる。
【００１７】
また更に、本願の請求項４に係る発明によれば、排気ガス中の所定の成分が、ＣＯ２であることにより、排気ガス中に大量に含まれるＣＯ２を利用し、前記効果を有効に奏することができる。
【００１８】
また更に、本願の請求項５に係る発明によれば、排気ガス中の所定の成分が、水分であることにより、排気ガス中に含まれる水分を利用し、前記効果を有効に奏することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る排気ガス浄化装置の構成を概念的に示す説明図である。図１に示すように、例えばディーゼルエンジン等のエンジン（不図示）から排出される排気ガスＧを浄化するための排気ガス浄化装置１が、エンジンの排気経路２に設けられている。
【００２０】
排気ガス浄化装置１は、排気経路２に介設され排気ガスＧ中に含まれるパティキュレートを捕集するためのフィルタ部材３と、フィルタ部材３より上流側の排気経路２に設けられ排気ガスＧ中に含まれるＨＣ、ＣＯを酸化して浄化するための酸化触媒４とを備え、該酸化触媒４には、触媒金属Ｐｔ、酸素吸蔵材、アルミナ等が含有されている。
【００２１】
図２は、前記排気ガス浄化装置の要部を模式的に示す説明図である。前記のように、排気経路２には、矢印の方向（図２において右方向）に流れる排気ガスＧ中のパティキュレートを捕集するフィルタ部材３が配設され、フィルタ部材３は、排気ガスＧの流れ方向に細長い複数の通路１６によって構成されている。
【００２２】
フィルタ部材３は、複数の通路１６の一方の端面がプラグ１７によって交互に目封じされ、図示されていないが、プラグ１７によって目封じされていない複数の通路１６の他方の端部がプラグ（不図示）によって目封じされる一方、プラグ１７によって目封じされている複数の通路１６の他方の端部は塞がれることなく開口して形成されている。
【００２３】
また、フィルタ部材３は、複数の通路１６の壁面１８に複数の細孔（不図示）が設けられ、該細孔を通じて排気ガスＧが隣接する通路１６間を流れる際に、排気ガスＧ中のパティキュレートが通路１６の壁面１８に捕集されるように構成されている。複数の通路１６は、その外周がケース１９で覆われ、該ケース１９を介して排気経路２に保持及び固定されている。なお、フィルタ部材３は、例えばコージェライト又は炭化ケイ素（ＳｉＣ）などから成形され、排気ガスＧを浄化するために触媒金属Ｐｔ、酸素吸蔵材、アルミナ等を含む触媒層（不図示）が形成されている。
【００２４】
本実施形態に係る排気ガス浄化装置１は、排気ガスＧ中のＣＯ２をフィルタ部材３より下流側の排気経路２からフィルタ部材３より上流側の排気経路２へ還流させる構成として、図１に示すように、排気経路２に、フィルタ部材３より下流側の排気経路２から分岐してフィルタ部材３より上流側の排気経路２に繋がる還流経路５を備えている。
【００２５】
排気経路２には、還流経路５によって分岐される分岐点Ｐ１よりも下流側に排気ガスＧの流量を制御する第１の制御弁Ｖ１が介設され、還流経路５には、排気経路２から分岐する分岐点Ｐ１よりも還流経路５側に還流経路５に流入する排気ガスＧの流量を制御する第２の制御弁Ｖ２が介設されている。
【００２６】
また、第２の制御弁Ｖ２より下流側の還流経路５には、フィルタ部材３より下流側の排気経路２からフィルタ部材３より上流側の排気経路２へ向かって、排気ガスＧ中に含まれるＣＯ２を貯蔵する貯蔵部６と、貯蔵部６に貯蔵されたＣＯ２をフィルタ部材３より上流側の排気経路２へ還流させるＣＯ２の流量を制御する第３の制御弁Ｖ３と、還流経路５を通じてフィルタ部材３より上流側の排気経路２へ排気ガスＧ中のＣＯ２を還流させる一方、フィルタ部材３より上流側の排気経路２から還流経路５へ排気ガスＧが流入することを防止する逆止弁７とが順次介設されている。
【００２７】
還流経路５内に設けられた貯蔵部６は、還流経路５内に流入する排気ガスＧからＣＯ２を吸収して貯蔵するためのＣＯ２吸収材を備え、該ＣＯ２吸収材は、例えば４００℃〜６００℃など所定のＣＯ２吸収温度範囲でＣＯ２を吸収し、例えば７００℃〜８００℃など所定のＣＯ２吸収温度範囲より高い所定のＣＯ２放出温度範囲で吸収したＣＯ２を放出する特性を有している。なお、ＣＯ２吸収材としては、例えばＬｉ２ＺｒＯ３、ＬｉＳｉＯ４、Ｂａ２ＴｉＯ４等のＬｉ系化合物を用いることができる。
【００２８】
ＣＯ２吸収材を備えた貯蔵部６の外周には、貯蔵部６を加熱するための、具体的にはＣＯ２吸収材を加熱するための加熱ヒータ８が設けられている。加熱ヒータ８によって所定のＣＯ２吸収温度範囲に貯蔵部６を加熱することにより、貯蔵部６には排気ガスＧからＣＯ２が吸収され貯蔵される一方、所定のＣＯ２放出温度範囲に貯蔵部６を加熱することにより、貯蔵部６では貯蔵していたＣＯ２が放出される。なお、フィルタ部材３に堆積したパティキュレートを燃焼させる際に、パティキュレートの燃焼熱によって、加熱ヒータ等の加熱手段を用いることなく貯蔵部６からＣＯ２を放出させるようにしてもよい。
【００２９】
更に、貯蔵部６と第３の制御弁Ｖ３との間の還流経路５には、第１の制御弁Ｖ１より下流側の排気経路２と繋がる第１のバイバス経路９が設けられ、該第１のバイパス経路９に、第１のバイパス経路９を流れる排気ガスＧの流量を制御する第４の制御弁Ｖ４が介設されている。
【００３０】
また、排気ガス浄化装置１は、フィルタ部材３より上流側の排気経路２の圧力を検出する第１の圧力センサ１２と、フィルタ部材３より下流側の排気経路２の圧力を検出する第２の圧力センサ１３と、フィルタ部材３の温度を検出する熱電対等の温度センサ１４とを備えている。
【００３１】
排気ガス浄化装置１では、第１の圧力センサ１２と第２の圧力センサ１３とを用いてフィルタ部材３の前後の圧力を測定することにより、フィルタ部材３に捕集したパティキュレートの堆積量が推定される。なお、パティキュレートの堆積量をその他の好適な手段を用いて推定するようにしてもよい。
【００３２】
また、酸化触媒４とフィルタ部材３との間の排気経路２には、第５の制御弁Ｖ５を備えた第２のバイパス経路１５が設けられ、第５の制御弁Ｖ５は、フィルタ部材３より上流側の排気経路２の圧力が所定圧力以上にならないように開閉制御される。なお、第２のバイパス経路１５は、図示されていないが、フィルタ部材３より下流側の排気経路２に接続される。また、特に図示しないが、排気ガス浄化装置１に関係するその他の構成としては、例えばエンジンへの燃料噴射量を制御する燃料噴射弁等が挙げられる。
【００３３】
また更に、図１に示すように、排気ガス浄化装置１には、排気ガス浄化装置１に関係する構成を制御するコントロールユニット３０が設けられている。このコントロールユニット３０は、排気ガス浄化装置１を総合的に制御する制御装置であり、第１の圧力センサ１２及び第２の圧力センサ１３によって検出される圧力、温度センサ１４によって検出されるフィルタ部材３の温度等の各種制御情報に基づいて、第１、第２、第３、第４及び第５の制御弁Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４及びＶ５並びに燃料噴射弁の作動を制御するとともに、加熱ヒータ８の作動を制御し、燃料噴射制御及び排気ガス浄化制御等の各種制御を行う。なお、コントロールユニット３０は、マイクロコンピュータを主要部として構成されている。
【００３４】
以上の構成を備えた排気ガス浄化装置１では、通常運転時に、第１、第３及び第５の制御弁Ｖ１、Ｖ３及びＶ５が閉じられ、第２及び第４の制御弁Ｖ２、Ｖ４が開けられる。これにより、エンジンから排出される排気ガスＧが、酸化触媒４とフィルタ部材３とを通じて浄化されるとともに、還流経路５及び第１のバイパス経路９を通じて流れ、加熱ヒータ８によって所定のＣＯ２吸収温度範囲に加熱された貯蔵部６では排気ガスＧ中のＣＯ２が吸収され貯蔵される。なお、貯蔵部６に所定量のＣＯ２が貯蔵されると、第２の制御弁Ｖ２及び第４の制御弁Ｖ４が閉じられ、第１の制御弁Ｖ１が開けられる。
【００３５】
そして、第１の圧力センサ１２及び第２の圧力センサ１３により検出される圧力に基づいてフィルタ部材３の前後の圧力差が所定値以上になると、コントロールユニット３０によってフィルタ部材３０に所定量のパティキュレートが堆積されたと推定し、フィルタ部材３の再生処理が行われる。具体的には、エンジンへの燃料噴射量を増量させるように燃料噴射弁の作動が制御される。
【００３６】
エンジンへの燃料噴射量を増量させることにより、排気ガスＧ中のＨＣ成分を過剰状態にし、かかるＨＣ成分を酸化触媒４によって燃焼させ、この燃焼熱により排気ガス温度を高めてフィルタ部材３に堆積されたパティキュレートの着火を引き起こし、パティキュレートを燃焼させる。
【００３７】
フィルタ部材３の再生処理中には、フィルタ部材３に堆積したパティキュレートが燃焼しフィルタ部材３の温度が上昇するが、本実施形態では、温度センサ１４によって検出されるフィルタ部材３の温度が所定温度以上になると、コントロールユニット３０によって、加熱ヒータ８を作動させて貯蔵部６を所定のＣＯ２放出温度範囲に加熱するとともに、第１の制御弁Ｖ１が絞られ、第２の制御弁Ｖ２と第３の制御弁Ｖ３とが開かれる。
【００３８】
これにより、フィルタ部材３より下流側の排気経路２内の排気ガスＧの一部が還流経路を通じてフィルタ部材３より上流側の排気経路２内に還流させられるとともに、貯蔵部６に貯蔵していたＣＯ２が放出され、還流経路５を通じてフィルタ部材３より上流側の排気経路２へ導入される。このように、還流経路５を通じてＣＯ２をフィルタ部材３より上流側の排気経路２へ導入されることで、排気ガスＧ中の酸素濃度を低下させ、パティキュレートの燃焼を緩慢化させる。
【００３９】
本実施形態では、排気ガスＧ中のＣＯ２をフィルタ部材３より上流側の排気経路２へ還流させるに際し、フィルタ部材３に堆積されるパティキュレートの堆積分布を測定した。具体的には、実車においてディーゼルエンジンの排気経路にＤＰＦを配置し、所定距離走行させ、その間にＤＰＦに堆積したパティキュレートの堆積量を測定した。
【００４０】
図６は、前記実車に配置していたＤＰＦに堆積したパティキュレートの堆積分布を示す説明図である。なお、図６では、排気経路５２に配設されるＤＰＦ５３について、ＤＰＦ５３の内周側と外周側との領域で区画して測定するとともに、排気ガスＧの流れ方向に４つの領域に区画して測定した。すなわち、ＤＰＦ５３の外周側を排気ガスＧの流れ方向に上流側からＡ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４の領域に分け、ＤＰＦ５３の内周側を排気ガスＧの流れ方向に上流側からＡ５、Ａ６、Ａ７、Ａ８の領域に分けてパティキュレートの堆積量を測定した。
【００４１】
図６に示すように、ＤＰＦ５３に堆積するパティキュレートの堆積量は、ＤＰＦ５３の外周側であるＡ１領域では０．２６ｇ／Ｌ、Ａ２領域では０．１８ｇ／Ｌ、Ａ３領域では０．２２ｇ／Ｌ、Ａ４領域では０．３２ｇ／Ｌであるのに対し、ＤＰＦ５３の内周側であるＡ５領域では０．２９ｇ／Ｌ、Ａ６領域では０．２１ｇ／Ｌ、Ａ７領域では０．２６ｇ／Ｌ、Ａ８領域では０．３５ｇ／Ｌであった。
【００４２】
ＤＰＦ５３の内周側であるＡ５領域、Ａ６領域、Ａ７領域及びＡ８領域のパティキュレート堆積量がそれぞれ、ＤＰＦ５３の外周側であるＡ１領域、Ａ２領域、Ａ３領域及びＡ４領域のパティキュレート堆積量に比して多くなっている。このように、エンジンの排気系に配設されるフィルタ部材では、フィルタ部材の外周側よりもフィルタ部材の内周側により多くのフィルタ部材が堆積される。
【００４３】
また、ＤＰＦ５３の外周側であるＡ２領域からＡ４領域に向かってパティキュレートの堆積量が多くなっている。ＤＰＦ５３の内周側においても、Ａ６領域からＡ８領域に向かってパティキュレートの堆積量が多くなっている。このように、エンジンの排気系に配設されるフィルタ部材では、排気ガスの流れ方向に上流側から下流側に向かってパティキュレートの堆積量が多くなる。
【００４４】
なお、ＤＰＦ５３の外周側であるＡ１領域のパティキュレート堆積量は、Ａ２領域のパティキュレート堆積量に比して多く、また、ＤＰＦ５３の内周側であるＡ５領域のパティキュレート堆積量は、Ａ６領域のパティキュレート堆積量に比して多くなっているが、これは、排気ガスＧが流れる方向にＤＰＦ５３の端面を有するＡ１領域及びＡ５領域では、該端面に堆積されるパティキュレート堆積量を含むことよるものである。
【００４５】
前記のように、エンジンの排気系に配設されるフィルタ部材では、フィルタ部材の外周側よりもフィルタ部材の内周側により多くのパティキュレートが堆積する。したがって、そのパティキュレートを燃焼除去させるフィルタ再生時においては内周側の温度が外周側よりも高くなり、過昇温状態になりやすい。そこで、本実施形態では、還流経路５は、排気ガスＧ中のＣＯ２をフィルタ部材３より上流側の排気経路２へ還流させる際に、フィルタ部材３の外周側よりもフィルタ部材３の中心側に多く導入させるように構成されている。
【００４６】
図３は、前記排気ガス浄化装置の還流経路の要部を模式的に示す正面説明図である。また、図２では、フィルタ部材３より上流側の排気経路２に設けられる還流経路５の要部が模式的に示されている。図３に示すように、還流経路５は、略円形状の環状部２０と、該環状部２０の中心に向かって環状部２０から延びるノズル２１、２２とを備え、該環状部２０とノズル２１、２２とを通じて、フィルタ部材３より上流側の排気経路２へ排気ガスＧ中のＣＯ２が導入される。
【００４７】
図３に示すように、長さの長いノズル２１が、９０度の等間隔で環状部２０に取り付けられ、長いノズル２１の間に長さの短いノズル２２が９０度の等間隔で取り付けられている。前記ノズル２１、２２は、図２に示すように、排気ガスＧの流れ方向（図２において右方向）に傾斜して取り付けられ、排気ガス中のＣＯ２をフィルタ部材３の中心側に多く導入させるように形成されている。
【００４８】
また、本実施形態では、フィルタ部材３に堆積したパティキュレートを燃焼させる際に不活性成分であるＣＯ２を導入することによるパティキュレートの燃焼温度を評価した。具体的には、触媒活性分析装置を用い、ＤＰＦにカーボンを堆積し、かかるカーボンの燃焼時にＣＯ２を導入してカーボンの燃焼温度を測定する試験を行った。
【００４９】
図４は、本実施形態に用いた触媒活性分析装置を模式的に示す説明図である。触媒活性分析装置４０では、基台４１上に設置された略円筒状の筒状部材４２の内部に、カーボンを付着させたＤＰＦ担体４３を挿入するとともにＤＰＦ担体４３の両端近傍にそれぞれ熱電対４４、４５を配設させ、筒状部材４２の一方の端部（図２において右方向）から評価ガスＳを流入させて、カーボンの燃焼温度を順次測定することができる。
【００５０】
前記カーボンの燃焼温度を測定する試験に用いたＤＰＦの材質及びカーボン担持量等を以下に示す。なお、ＤＰＦに担持させた触媒金属の担持量も示す。
Ａ）試験に用いたＤＰＦの材質及びカーボン担持量等
・ＤＰＦ担体    ：ＳｉＣ製（日本ガイシ製）
・ＤＰＦ容量    ：１１．３ｃｃ
・ＤＰＦセル密度：１２ｍｉｌ／３００ｃｐｓｉ
・ＤＰＦ担体１リットル当たりのカーボン担持量：カーボンブラック  ２０ｇ／Ｌ
・触媒金属担持量：Ｐｔ  ２．０ｇ／Ｌ
【００５１】
前記試験では、ＤＰＦ４３の下流側に配設された熱電対４５によって測定されるＤＰＦ４３の直下温度が６００℃になるまで、Ｎ２ガスを昇温しながら流量６０Ｌ／分（空間速度ＳＶ３２，０００／時間）で流した。そして、ＤＰＦ４３の直下温度が６００℃になると、約１０分間その状態で保持した。
【００５２】
約１０分間保持した後に、前記Ｎ２ガスにＯ２ガスを１０％導入し、Ｎ２／Ｏ２混合ガスによってＤＰＦ４３に担持させたカーボンを燃焼させた。カーボンの燃焼に伴ってＤＰＦ４３の直下温度が上昇し、ＤＰＦ４３の直下温度が７００℃になると、不活性ガスであるＣＯ２ガスをＮ２／Ｏ２混合ガスに対して０〜２０％導入し、カーボンの最高燃焼温度を測定した。
【００５３】
図５は、ＣＯ２ガスの導入率に対するカーボンの最高燃焼温度を示すグラフである。図５では、Ｎ２／Ｏ２混合ガスに対するＣＯ２ガスの導入率を横軸にとり、ＤＰＦに担持させたカーボンの最高燃焼温度を縦軸にとって表示している。なお、このカーボンの最高燃焼温度は、ＤＰＦ４３の直下温度より測定した。
【００５４】
図５に示すように、ＣＯ２ガスの導入率が０％である場合には、カーボンの最高燃焼温度が約８６０℃であるのに対し、ＣＯ２ガスの導入率が１０％である場合にはカーボンの最高燃焼温度が約８３８℃、ＣＯ２ガスの導入率が２０％である場合にはカーボンの最高燃焼温度が約８１４℃であり、Ｎ２／Ｏ２混合ガスにＣＯ２ガスを導入させることでカーボンの最高燃焼温度が低くなっている。また、ＣＯ２ガスの導入率が大きくなるにつれて、カーボンの最高燃焼温度が低くなっている。
【００５５】
このように、フィルタ部材に堆積したパティキュレートを燃焼させる際に不活性成分であるＣＯ２を導入することで、パティキュレートの燃焼温度を低下させることができ、パティキュレートの燃焼を緩慢化させることができる。また、ＣＯ２の導入率が大きいほど、パティキュレートの燃焼温度を低下させることができる。
【００５６】
なお、排気ガス浄化装置１では、コントロールユニット３０は、圧力センサ１２、１３に基づいてフィルタ部材に堆積したパティキュレート堆積量を推定し、該パティキュレート堆積量が所定量に達すると、フィルタ部材３の再生処理を行うように制御する。また、コントロールユニット３０は、フィルタ部材３の再生処理時には、フィルタ部材３の温度に基づいてフィルタ部材３が所定温度以上になると、貯蔵部６に貯蔵したＣＯ２をフィルタ部材３に導入させるように制御する。
【００５７】
本実施形態では、貯蔵部６に排気ガスＧ中のＣＯ２を貯蔵し、フィルタ部材３の再生処理時に、すなわち、パティキュレートの燃焼時に貯蔵部６に貯蔵されたＣＯ２をフィルタ部材３に導入し、パティキュレートの燃焼を緩慢化させているが、その他の不活性ガスを導入させるようにしてもよい。また、例えば排気ガスＧ中に含まれる水分を貯蔵部６に貯蔵し、フィルタ部材３の再生時に該水分をフィルタ部材３に導入するようにしてもよい。
【００５８】
かかる場合には、貯蔵部６に、排気ガスＧを冷却するための冷却手段と、該冷却手段によって凝集された排気ガスＧ中の水分を貯蔵するタンクとを設け、該タンクに貯蔵された水分を、加熱手段によって蒸気としてフィルタ部材に導入する、あるいはポンプとインジェクタを用いてフィルタ部材に向かって噴射するようにして行うことが可能である。
【００５９】
このように、本実施形態に係る排気ガス浄化装置１によれば、排気経路２に、パティキュレートの燃焼を緩慢化させることができる排気ガスＧ中の所定の成分をフィルタ部材３より下流側の排気経路２からフィルタ部材３より上流側の排気経路２へ還流させる還流経路５が設けられていることにより、排気ガス中の成分を用いてパティキュレートの燃焼を緩慢化させることができ、パティキュレートの燃焼に伴ってフィルタ部材が過昇温状態になることを抑制し、フィルタ部材の溶損や割れの発生を防止することができる。
前記排気ガス浄化装置では、フィルタ部材が過昇温状態になることを抑制することができ、フィルタ部材の材料として、ＳｉＣ（炭化ケイ素）材料より耐熱性が低く安価であるコージェライト材料を使用することも可能となる。
【００６０】
また、還流経路５は、排気ガスＧ中の所定の成分をフィルタ部材３の外周側よりもフィルタ部材３の中心側に多く導入させるように構成されていることにより、フィルタ部材の外周側よりもフィルタ部材の中心側により多く堆積するパティキュレートが燃焼する際に、フィルタ部材の中心側が過昇温状態になることを抑制することができる。
前記排気ガス浄化装置では、フィルタ部材の中心側が過昇温状態になることを抑制することができ、フィルタ部材の中心側においてフィルタ部材の溶損の発生を防止することができるとともに、フィルタ部材の外周側とフィルタ部材の中心側とで熱応力の差を小さくしフィルタ部材の割れの発生も防止することができる。
【００６１】
更に、排気ガスＧ中の所定の成分が、不活性ガス成分であることにより、燃焼に寄与しない不活性ガス成分を排気ガス中に導入することで、排気ガス中の酸素濃度を低下させてパティキュレートの燃焼を緩慢化させることができ、前記効果を有効に奏することができる。
【００６２】
また更に、排気ガスＧ中の所定の成分が、ＣＯ２であることにより、排気ガス中に大量に含まれるＣＯ２を利用し、前記効果を有効に奏することができる。なお、排気ガス中の所定の成分を貯蔵する貯蔵部では、ＣＯ２を貯蔵するＣＯ２吸収材として、例えばＬｉ２ＺｒＯ３、Ｌｉ４ＳｉＯ４、Ｂａ２ＴｉＯ４などのＬｉ系化合物を用いることができる。
【００６３】
また更に、排気ガスＧ中の所定の成分が、水分であることにより、排気ガス中に含まれる水分を利用し、前記効果を有効に奏することができる。例えば、排気ガス中に含まれる水分を還流させる際に該水分を排気経路内に噴射することにより、気化熱によって直接的にパティキュレートの燃焼を緩慢化させることができ、前記効果をより有効に奏することができる。
【００６４】
なお、排気ガス中に含まれるＣＯ２又は水分は、温度センサ１４等のフィルタ部材検出手段によって測定される温度に基づいて排気ガスが比較的高温である場合には、排気ガスからの熱をＣＯ２又は水分の放出に利用することができるので、加熱手段の発熱量を低減させることができ、加熱ヒータ等の電力量を低減させることができる。
【００６５】
また、本実施形態では、ディーゼルエンジンの排気系に配設される排気ガス浄化装置について記述しているが、前記排気ガス浄化装置は、例えばガソリンエンジンなどその他のエンジンの排気系に配設することができ、かかる場合においても、エンジンの排気系に配設されるフィルタ部材が過昇温状態になることを抑制することができる。
【００６６】
以上のように、本発明は、例示された実施の形態に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において、種々の改良及び設計上の変更が可能であることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明は、フィルタ部材が過昇温状態になることを抑制し、フィルタ部材の溶損や割れの発生を防止することができる排気ガス浄化装置であり、特に、ディーゼルエンジンやＰＭを排出する希薄燃焼ガソリンエンジンを備えた車両の排気系に好適に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の実施形態に係る排気ガス浄化装置の構成を概念的に示す説明図である。
【図２】前記排気ガス浄化装置の要部を模式的に示す説明図である。
【図３】前記排気ガス浄化装置の還流経路の要部を模式的に示す正面説明図である。
【図４】本実施形態に用いた触媒活性分析装置を模式的に示す説明図である。
【図５】ＣＯ２ガスの導入率に対するカーボンの最高燃焼温度を示すグラフである。
【図６】ＤＰＦに堆積したパティキュレートの堆積分布を示す説明図である。
【符号の説明】
【００６９】
１  排気ガス浄化装置
２  排気経路
３  フィルタ部材
５  還流経路
６  貯蔵部
【図１】
2008057495.tif 000003
【図２】
2008057495.tif 000004
【図３】
2008057495.tif 000005
【図４】
2008057495.tif 000006
【図５】
2008057495.tif 000007
【図６】
2008057495.tif 000008