(57)【要約】【課題】パティキュレートフィルタの過熱を効率的に抑制可能な内燃機関の排気浄化装置を提供する。【解決手段】エンジン１の排気通路４に排気ガス中の粒子状物質を捕集するフィルタ１０を備えた排気浄化装置１５において、第１の温度領域ではＣＯ２を吸収し、第１の温度領域より高温の第２の温度領域ではＣＯ２を放出するＣＯ２吸収放出材を、フィルタ１０の径方向の中心ほど担持量が多くなるようにフィルタ１０に担持させる。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に排気ガス中の粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタを備えた内燃機関の排気浄化装置において、
第１の温度領域ではＣＯ２を吸収し、前記第１の温度領域より高温の第２の温度領域ではＣＯ２を放出するＣＯ２吸収放出材を、前記パティキュレートフィルタの径方向の中心ほど担持量が多くなるように前記パティキュレートフィルタに担持させたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
内燃機関の排気通路に排気ガス中の粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタを備えた内燃機関の排気浄化装置において、
第１の温度領域ではＣＯ２を吸収し、前記第１の温度領域より高温の第２の温度領域ではＣＯ２を放出するＣＯ２吸収放出材を、前記パティキュレートフィルタの軸方向の下流側ほど担持量が多くなるように前記パティキュレートフィルタに担持させたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
内燃機関の排気通路に排気ガス中の粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタを備えた内燃機関の排気浄化装置において、
第１の温度領域ではＣＯ２を吸収し、前記第１の温度領域より高温の第２の温度領域ではＣＯ２を放出するＣＯ２吸収放出材を、前記パティキュレートフィルタの径方向の中心ほど担持量が多くなるように、かつ、前記パティキュレートフィルタの軸方向の下流側ほど担持量が多くなるように前記パティキュレートフィルタに担持させたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
排気ガスからＣＯ２を吸収する技術として、特定の温度領域（例えば室温から６００°Ｃ）ではＣＯ２を吸収し、特定の温度領域より高温の温度領域（例えば６８０°Ｃ以上）ではＣＯ２を放出するＣＯ２吸収放出材を、ハニカム形状の基材表面に層状に形成したものが知られている（特許文献１）。その他に本発明に関連する技術として、特許文献２、３がある。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−２６２６３２号公報
【特許文献２】
特開２００１−２０７８３６号公報
【特許文献３】
特開２００１−１７８８４２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ＣＯ２吸収放出材は、ＣＯ２の吸収、放出に伴って、発熱、吸熱作用を示す。また、放出されるＣＯ２は燃焼を抑える作用を有している。しかしながら、上述した特許文献１では、これらの作用を利用したＣＯ２吸収放出材の用途については何ら開示していない。
【０００５】
一方、パティキュレートフィルタでは、ＰＭ（粒子状物質）再生時等において燃焼が過度に進行して温度が過上昇することがある。
【０００６】
そこで、本発明は、ＣＯ２吸収放出材を利用して、パティキュレートフィルタの過熱を抑制することが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。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の排気通路に排気ガス中の粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタを備えた内燃機関の排気浄化装置において、第１の温度領域ではＣＯ２を吸収し、前記第１の温度領域より高温の第２の温度領域ではＣＯ２を放出するＣＯ２吸収放出材を、前記パティキュレートフィルタの径方向の中心ほど担持量が多くなるように前記パティキュレートフィルタに担持させることにより、上述した課題を解決する（請求項１）。
【０００８】
この排気浄化装置では、パティキュレートフィルタの温度が第２の温度領域まで上昇すると、パティキュレートフィルタに担持されたＣＯ２吸収放出材からＣＯ２が放出される。その放出に伴うＣＯ２吸収放出材の吸熱作用と、放出されたＣＯ２による燃焼の抑制作用とが相まって冷却作用が得られ、パティキュレートフィルタの過熱が抑制される。さらに、パティキュレートフィルタからの放熱による冷却作用がその径方向外周から中心に向かって次第に弱くなるのに対して、上記のＣＯ２吸収放出材による冷却作用は径方向外周から中心に向かって次第に強くなるから、径方向の全域で均一な冷却作用を得ることができる。従って、パティキュレートフィルタの全体に亘ってＣＯ２吸収放出材の担持量を均一にする場合に比較して、少ない担持量で必要十分な冷却作用が得られる。なお、パティキュレートフィルタは円柱状のものに限られない。径方向は排気通路を横断する方向であればよい。
【０００９】
本発明の第２の内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の排気通路に排気ガス中の粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタを備えた内燃機関の排気浄化装置において、第１の温度領域ではＣＯ２を吸収し、前記第１の温度領域より高温の第２の温度領域ではＣＯ２を放出するＣＯ２吸収放出材を、前記パティキュレートフィルタの軸方向の下流側ほど担持量が多くなるように前記パティキュレートフィルタに担持させることにより上述した課題を解決する（請求項２）。
【００１０】
この排気浄化装置においても、第１の排気浄化装置と同様に、パティキュレートフィルタにＣＯ２吸収放出材を担持させているから、ＣＯ２吸収放出材による冷却作用が得られ、パティキュレートフィルタの過熱が抑制される。さらに、パティキュレートフィルタの再生処理後にパティキュレートフィルタを通過する排気ガスによる冷却作用がその軸方向上流側から下流側に向かって次第に弱くなるのに対して、ＣＯ２吸収放出材による冷却作用は軸方向上流側から下流側に向かって次第に強くなるから、軸方向の全域で均一な冷却作用を得ることができる。従って、パティキュレートフィルタの全体に亘ってＣＯ２吸収放出材の担持量を均一にする場合に比較して、少ない担持量で必要十分な冷却作用が得られる。
【００１１】
本発明の第３の内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の排気通路に排気ガス中の粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタを備えた内燃機関の排気浄化装置において、第１の温度領域ではＣＯ２を吸収し、前記第１の温度領域より高温の第２の温度領域ではＣＯ２を放出するＣＯ２吸収放出材を、前記パティキュレートフィルタの径方向の中心ほど担持量が多くなるように、かつ、前記パティキュレートフィルタの軸方向の下流側ほど担持量が多くなるように前記パティキュレートフィルタに担持させることにより、上述した課題を解決する。
【００１２】
第３の排気浄化装置によれば、第１及び第２の排気浄化装置と同様にＣＯ２吸収放出材による冷却作用を得られ、パティキュレートフィルタの過熱が抑制される。また、第１及び第２の排気浄化装置と同様に径方向及び軸方向の双方において均一な冷却作用が得られるから、パティキュレートフィルタの全域で均一な冷却作用を得ることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係る排気浄化装置を内燃機関としてのディーゼルエンジン１に適用した一実施形態を示している。エンジン１のシリンダ２には吸気通路３及び排気通路４が接続され、吸気通路３には吸気濾過用のエアフィルタ５、吸気量調節用のスロットルバルブ６、スロットルバルブ６を駆動するアクチュエータ７がそれぞれ設けられている。排気通路４には排気浄化装置１５が設けられている。
【００１４】
排気浄化装置１５は、還元剤（例えば軽油）を供給して排気ガスの空燃比をリッチにするための還元剤供給装置８と、排気ガスの空燃比に対応した信号を出力する空燃比センサ９と、排気ガス中の粒子状物質（ＰＭ）を捕集するパティキュレートフィルタ１０とを備えている。
【００１５】
エンジン１の運転状態はエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）１１により制御される。ＥＣＵ１１はマイクロプロセッサ及びその主記憶装置として機能するＲＯＭ、ＲＡＭ等の周辺装置を組み合わせたコンピュータとして構成される。ＥＣＵ１１は、空燃比センサ９等からの出力信号を参照して、インジェクタ（不図示）からの燃料噴射量や還元剤供給装置８からの還元剤の供給量等を調整することにより、エンジン１の運転状態を制御するとともにフィルタ１０の再生制御を行なう。
【００１６】
図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、フィルタ１０は、全体が円柱状に形成されるとともに、多数のセル（貫通孔）２１…２１を有するハニカム状に形成されている。セル２１…２１はそれぞれ、両端のうち一方においてプラグ２２で栓詰めがされている。プラグ２２は、入口端２１ａにおいて栓詰めされているセル２１と、出口端２１ｂにおいて栓詰されているセル２１が交互に配列されるように設けられている。互いに隣り合うセル２１、２１間の隔壁２３には、排気ガスは通過できるがＰＭは通過できない程度の微細な孔（不図示）が多数形成されている。また、隔壁２３には酸化触媒として白金（Ｐｔ）が担持されている。
【００１７】
なお、フィルタ１０の外壁２０及び隔壁２３には適宜な材料を利用することができる。例えば、セラミックを利用してよい。その他、アルミナ、シリカ−アルミナ、ゼオライト、コーディエライト、層状酸化物を利用してもよい。
【００１８】
フィルタ１０は更に、第１の温度領域ではＣＯ２を吸収し、第１の温度領域より高温の第２の温度領域ではＣＯ２を放出するＣＯ２吸収放出材を隔壁２３に担持している。ＣＯ２吸収放出材としては、例えば、リチウムと無機酸化物の化合物を利用することができる。無機化合物としては、例えばＺｒＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＣａＯ、Ｆｅ２Ｏ３、ＣｅＯ２を利用してよい。第１の温度領域及び第２の温度領域はＣＯ２吸収放出材の材質により異なるが、例えば第１の温度領域が４００〜５８０°Ｃ、第２の温度領域が６００〜７００°Ｃである。
【００１９】
ＣＯ２吸収放出材は、図３（ｂ）に示すように、フィルタ１０における単位体積あたりのＣＯ２吸収放出材の質量（担持密度）が軸方向ｌ（図３（ａ）参照）の下流側ほど比例的に大きくなるように担持されている。また、図３（ｃ）に示すように、単位体積あたりのＣＯ２吸収放出材の質量が径方向ｒ（図３（ａ）参照）の中心ほど比例的に大きくなるように担持されている。すなわち、図３（ａ）においてハッチングして示す円錐状の領域１０ａではＣＯ２吸収放出材が比較的多く担持されている。
【００２０】
以上の構成を有する排気浄化装置１５の動作状態及び排気浄化装置１５による浄化作用を説明する。エンジン１の運転中、排気ガス中のＰＭは、フィルタ１０の隔壁２３に設けられた微細な孔を通過できず、フィルタ１０に捕集される。
【００２１】
ＥＣＵ１１は、適宜なタイミングで還元剤供給装置８から排気通路４に還元剤を供給する。これにより、フィルタ１０に捕集されたＰＭの燃焼が開始される。ＰＭの燃焼開始後、ＥＣＵ１１は還元剤供給装置８からの還元剤の供給を停止する。還元剤の供給停止後もフィルタ１０ではＰＭの燃焼が進行し、フィルタ１０はエンジン１から排出される排気ガスよりも高温になる。フィルタ１０が第２の温度領域まで上昇すると、フィルタ１０に担持されているＣＯ２吸収放出材からはＣＯ２が放出され、フィルタ１０の過熱が抑制される。
【００２２】
本発明は以上の実施形態に限定されず、本発明の技術的思想の範囲内において種々の形態で実施してよい。
【００２３】
ＣＯ２吸収放出材の担持密度の変化は、図３（ｂ）及び図３（ｃ）に示したように比例的なものに限られない。軸方向及び径方向において担持密度の変化率を変化させてもよい。
【００２４】
Ｐｔをフィルタ１０の径方向の外周側ほど又は軸方向の上流側ほどその担持量が多くなるようにフィルタ１０に担持させてもよい。この場合、フィルタ１０の再生時（昇温が必要な時）においては、外壁２０からの放熱による冷却作用及び排気ガスによる冷却作用が強い径方向の外周側及び軸方向の上流側ほどＰｔの酸化作用による昇温作用が強くなる。その一方で、フィルタ１０の再生後（冷却が必要な時）においては、外壁２０からの放熱による冷却作用や排気ガスによる冷却作用が弱い径方向の中心及び軸方向の下流側ほどＣＯ２吸収放出材による冷却作用が強くなる。
【００２５】
フィルタ１０にＮＯｘ吸収材を担持させ、フィルタ１０をＮＯｘ吸蔵還元触媒として機能させてもよい。なお、ＮＯｘの吸蔵は、ＮＯｘを保持できればよく、その形態は問わない。ＮＯｘ吸収剤としては、カリウム（Ｋ）、ナトリウム（Ｎａ）等のアルカリ金属、バリウム（Ｂａ）、カルシウム（Ｃａ）等のアルカリ土類、ランタン（Ｌａ）、イットリウム（Ｙ）等の希土類を利用してよい。
【００２６】
本発明の排気浄化装置は、触媒を利用して連続的にフィルタを再生する連続再生式の排気浄化装置に適用してもよいし、二つのフィルタで交互にＰＭを捕集し、電熱線等によりＰＭを焼却してフィルタを再生する交互再生式の排気浄化装置に適用してもよいし、自動車が稼動していないときに外部電源等を使用してフィルタを再生する間欠再生式の排気浄化装置に適用してもよい。
【００２７】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば、パティキュレートフィルタの温度が第２の温度領域まで上昇すると、パティキュレートフィルタに担持されたＣＯ２吸収放出材からＣＯ２が放出される。その放出に伴うＣＯ２吸収放出材の吸熱作用と、放出されたＣＯ２による燃焼の抑制作用とが相まって冷却作用が得られ、パティキュレートフィルタの過熱が抑制される。さらに、パティキュレートフィルタからの放熱による冷却作用がその径方向外周から中心に向かって次第に弱くなるのに対して、上記のＣＯ２吸収放出材による冷却作用は径方向外周から中心に向かって次第に強くなるから、径方向の全域で均一な冷却作用を得ることができる。従って、パティキュレートフィルタの全体に亘ってＣＯ２吸収放出材の担持量を均一にする場合に比較して、少ない担持量で必要十分な冷却作用が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の排気浄化装置を備えたエンジンの構成を示す図。
【図２】図１の排気浄化装置のパティキュレートフィルタを示す図。
【図３】図２のパティキュレートフィルタにおけるＣＯ２吸収放出材の担持量を示す図。
【符号の説明】
１  エンジン
４  排気通路
１０  フィルタ
１５  排気浄化装置
【図１】
2004324604.tif 000003
【図２】
2004324604.tif 000004
【図３】
2004324604.tif 000005