(57)【要約】【課題】触媒再生型のパティキュレートフィルタの前段に装備された酸化触媒の目詰まりを防止する。【解決手段】ディーゼルエンジン１（内燃機関）からの排気ガス９が流通する排気管１１の途中にフィルタケース１２を介装し、該フィルタケース１２内の前段にフロースルー型の酸化触媒１４を収容し且つその後段に触媒再生型のパティキュレートフィルタ１３を収容した排気浄化装置に関し、前段の酸化触媒１４のセルピッチを後段のパティキュレートフィルタ１３のセルピッチと同等又はそれ以上の大きさで設定する。【選択図】        図１
2004239074.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関からの排気ガスが流通する排気管の途中にフィルタケースを介装し、該フィルタケース内の前段にフロースルー型の酸化触媒を収容し且つその後段に触媒再生型のパティキュレートフィルタを収容した排気浄化装置において、前段の酸化触媒のセルピッチを後段のパティキュレートフィルタのセルピッチと同等又はそれ以上の大きさで設定したことを特徴とする排気浄化装置。
【請求項２】
酸化触媒より上流側で排気ガス中に燃料を添加する燃料添加手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
【請求項３】
内燃機関の各気筒に燃料を噴射する燃料噴射装置を燃料添加手段として採用し、気筒内への燃料噴射を制御して排気ガス中に未燃燃料分を多く残すことで燃料添加を実行するように構成したことを特徴とする請求項１又は２に記載の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気浄化装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
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】
この種のパティキュレートフィルタは、コージェライト等のセラミックから成る多孔質のハニカム構造となっており、格子状に区画された各流路の入口が交互に目封じされ、入口が目封じされていない流路については、その出口が目封じされるようになっており、各流路を区画する多孔質薄壁を透過した排気ガスのみが下流側へ排出されるようにしてある。
【０００４】
そして、排気ガス中のパティキュレートは、前記多孔質薄壁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、例えばアルミナに白金を担持させたものに適宜な量のセリウム等の希土類元素を添加して成る酸化触媒を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の再生が良好に進まずに該パティキュレートフィルタが過捕集状態に陥る虞れがあり、パティキュレートの堆積量が増加してきた段階でパティキュレートフィルタより上流側の排気ガス中に燃料を添加してパティキュレートフィルタの強制再生を行うことが考えられている。
【０００７】
つまり、パティキュレートフィルタより上流側でポスト噴射等により燃料を添加すれば、その添加された燃料により発生したＨＣガスがパティキュレートフィルタの酸化触媒上で酸化反応し、その反応熱により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の再生化が図られることになる。
【０００８】
尚、この種のパティキュレートフィルタの強制再生を図る方法に関しては、未公開の先行出願である下記の特許文献１や特許文献２にもとりあげられている。
【０００９】
【特許文献１】
特願２００１−３５５０６１号
【特許文献２】
特願２００２−２０３７４号
【００１０】
また、特に捕集済みパティキュレートの酸化反応を支援する目的でパティキュレートフィルタの前段にフロースルー型の酸化触媒を備えた排気浄化装置では、パティキュレートフィルタの前段の酸化触媒にてＨＣガスが酸化反応して反応熱を生じ、その反応熱で昇温した排気ガスがパティキュレートフィルタへと導入されることになるので、より低い排気温度からパティキュレートフィルタの強制再生を実現することが可能となる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この種の燃料添加によるパティキュレートフィルタの強制再生を行うに際し、前段の酸化触媒におけるＨＣガスの酸化反応は、下流側へ向かうにつれて触媒表面との接触頻度が増すことにより活発化してくるので、前段の酸化触媒における温度分布は、排気温度と略等しい前端面の温度から下流側へ向かうにつれて反応熱により徐々に上昇するものとなり、酸化触媒の前端面は常に触媒活性が低い状態にある。
【００１２】
このため、排気温度が低い低速走行が続いたり、燃料が過剰に添加されたり、パティキュレート（煤分）が多く発生したりした場合に、触媒活性が低くなっている酸化触媒の前端面に処理しきれないＨＣガス中のミスト分が溜り、これにより酸化触媒の前端面がべたべたしたウェット状態となってパティキュレートが付着し易くなり、ここに堆積したパティキュレートにより酸化触媒の前端面が目詰まりを起こす虞れがあった。
【００１３】
本発明は、上述の実情に鑑みてなされたものであり、触媒再生型のパティキュレートフィルタの前段に装備された酸化触媒の目詰まりを防止し得るようにした排気浄化装置を提供することを目的としている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、内燃機関からの排気ガスが流通する排気管の途中にフィルタケースを介装し、該フィルタケース内の前段にフロースルー型の酸化触媒を収容し且つその後段に触媒再生型のパティキュレートフィルタを収容した排気浄化装置において、前段の酸化触媒のセルピッチを後段のパティキュレートフィルタのセルピッチと同等又はそれ以上の大きさで設定したことを特徴とするものである。
【００１５】
而して、このように前段の酸化触媒のセルピッチを後段のパティキュレートフィルタのセルピッチと同等又はそれ以上の大きさで設定すれば、基本的に触媒再生型のパティキュレートフィルタのセルピッチが、パティキュレートによるブリッジが形成されないよう考慮して設定されているので、酸化触媒の前端面においても各セルの開口部にパティキュレートのブリッジが形成されることが回避されることになり、排気温度が低い低速走行が続いたり、燃料が過剰に添加されたり、パティキュレート（煤分）が多く発生したりした場合でも、酸化触媒の前端面にパティキュレートが溜り続けて目詰まりを起こすといった不具合が起こらなくなる。
【００１６】
即ち、ある程度の大きさに成長したパティキュレートの堆積物は、ブリッジを形成する前に先端部分の塊が崩れて後方へ吹き抜けることになり、また、酸化触媒に残留したパティキュレートも、排気温度の高い運転領域に移行した際に酸化触媒の助勢を受けて燃焼除去されることになる。
【００１７】
尚、酸化触媒の後方へ吹き抜けたパティキュレートの塊は、後段のパティキュレートフィルタに捕集されるが、後段のパティキュレートフィルタは、前段の酸化触媒を通過して昇温した排気ガスにより触媒床温度を高められているので、パティキュレートの塊はパティキュレートフィルタ内で良好に燃焼除去されることになる。
【００１８】
また、本発明においては、酸化触媒より上流側で排気ガス中に燃料を添加する燃料添加手段を備えたものに適用することが好ましく、更には、その燃料添加手段として内燃機関の各気筒に燃料を噴射する燃料噴射装置を採用し、気筒内への燃料噴射を制御して排気ガス中に未燃燃料分を多く残すことで燃料添加を実行するように構成しても良い。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【００２０】
図１〜図７は本発明を実施する形態の一例を示すもので、図１中における１はターボチャージャ２を装備したディーゼルエンジンを示しており、エアクリーナ３から導かれた吸気４が吸気管５を通し前記ターボチャージャ２のコンプレッサ２ａへと送られ、該コンプレッサ２ａで加圧された吸気４がインタークーラ６へと送られて冷却され、該インタークーラ６から更に吸気マニホールド７へと吸気４が導かれてディーゼルエンジン１の各気筒８（図１では直列６気筒の場合を例示している）に分配されるようになっている。
【００２１】
更に、このディーゼルエンジン１の各気筒８から排出された排気ガス９は、排気マニホールド１０を介しターボチャージャ２のタービン２ｂへと送られ、該タービン２ｂを駆動した排気ガス９が排気管１１を介し車外へ排出されるようにしてある。
【００２２】
そして、この排気管１１の途中には、フィルタケース１２が介装されており、該フィルタケース１２内における後段には、酸化触媒を一体的に担持して成る触媒再生型のパティキュレートフィルタ１３が収容されており、その構造を図２により模式的に示す如く、このパティキュレートフィルタ１３は、セラミックから成る多孔質のハニカム構造となっており、格子状に区画された各流路１３ａ（セル）の入口が交互に目封じされ、入口が目封じされていない流路１３ａについては、その出口が目封じされるようになっており、各流路１３ａを区画する多孔質薄壁１３ｂを透過した排気ガス９のみが下流側へ排出されるようにしてある。
【００２３】
また、フィルタケース１２内におけるパティキュレートフィルタ１３の直前位置には、図３に拡大して示す如きハニカム構造を有するフロースルー型の酸化触媒１４が収容されており、この酸化触媒１４には、前後方向に開通する多数の流路１４ａ（セル）がセル壁１４ｂにより画定されている。
【００２４】
そして、図４に酸化触媒１４の正面図を、図５に図４のＶ部分の拡大図を、図６にパティキュレートフィルタ１３の正面図を、図７に図６のＶＩＩ部分の拡大図を夫々示している通り、前段の酸化触媒１４における各流路１４ａの間口寸法であるセルピッチＣＡを、後段のパティキュレートフィルタ１３における各流路１３ａの間口寸法であるセルピッチＣＢと同等の大きさで設定（図示例では同等の場合で例示してあるが、それ以上の大きさで設定しても良い）している。
【００２５】
即ち、従来の酸化触媒は、排気ガス９との接触面積を増やすことばかりを主眼として、パティキュレートフィルタ１３側よりも大幅に細かく流路を設定したものばかりであったので、そのような既成概念を改めて前段の酸化触媒１４のセルピッチＣＡを後段のパティキュレートフィルタ１３のセルピッチＣＢと同等又はそれ以上の大きさで設定する設計思想を採用した。
【００２６】
また、ここに図示している例においては、エンジン制御コンピュータ（ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）を成す制御装置１５に、アクセル開度をディーゼルエンジン１の負荷として検出するアクセルセンサ１６（負荷センサ）からのアクセル開度信号１６ａと、ディーゼルエンジン１の機関回転数を検出する回転センサ１７からの回転数信号１７ａとが入力されるようになっており、これらのアクセル開度信号１６ａ及び回転数信号１７ａに基づき、ディーゼルエンジン１の各気筒８に燃料を噴射する燃料噴射装置１８に向け燃料噴射信号１８ａが出力されるようになっている。
【００２７】
ここで、前記燃料噴射装置１８は、各気筒８毎に装備される複数のインジェクタ１９により構成されており、これら各インジェクタ１９の電磁弁が前記燃料噴射信号１８ａにより適宜に開弁制御されて燃料の噴射タイミング（開弁時期）及び噴射量（開弁時間）が適切に制御されるようになっている。
【００２８】
他方、前記制御装置１５では、アクセル開度信号１６ａ及び回転数信号１７ａに基づき通常モードの燃料噴射信号１８ａが決定されるようになっている一方、パティキュレートフィルタ１３の再生制御を行う必要が生じた際に、通常モードから再生モードに切り替わり、圧縮上死点（クランク角０゜）付近で行われる燃料のメイン噴射に続いて圧縮上死点より遅い非着火のタイミング（開始時期がクランク角９０゜〜１２０゜の範囲）でポスト噴射を行うような燃料噴射信号１８ａが決定されるようになっている。
【００２９】
つまり、このようにメイン噴射に続いて圧縮上死点より遅い非着火のタイミングでポスト噴射が行われると、このポスト噴射により排気ガス９中に未燃の燃料（主としてＨＣ：炭化水素）が添加されることになり、この未燃の燃料により生じたＨＣガスがパティキュレートフィルタ１３表面の酸化触媒上で酸化反応し、その反応熱により触媒床温度が上昇してパティキュレートフィルタ１３内のパティキュレートが燃焼除去されることになる。
【００３０】
而して、パティキュレートフィルタ１３の再生制御を行う必要が生じた際に、制御装置１５にて再生モードが選択されて、制御装置１５により燃料の噴射パターンが通常モードから再生モードに切り替えられ、メイン噴射に続き圧縮上死点より遅い非着火のタイミングでポスト噴射を行う噴射パターンが採用される結果、該ポスト噴射により排気ガス９中に未燃のまま添加された燃料が熱分解により高濃度のＨＣガスとなって酸化触媒１４で酸化反応することにより反応熱を生じ、この反応熱により酸化触媒１４を通過する排気ガス９が大幅に昇温され、この酸化触媒１４を経て昇温した排気ガス９がパティキュレートフィルタ１３に導入されることにより該パティキュレートフィルタ１３の全域が高温化され、これによりパティキュレートが良好に燃焼除去されてパティキュレートフィルタ１３の再生が図られることになる。
【００３１】
ここで、補足して説明しておくと、もし仮にパティキュレートフィルタ１３の前段に酸化触媒１４が配置されていなかった場合には、燃料添加により生成された高濃度のＨＣガスがパティキュレートフィルタ１３の触媒表面で酸化反応することになるが、このような形式での実質的な酸化反応はパティキュレートフィルタ１３の後方部分に偏りがちであり、パティキュレートフィルタ１３の後方部分ばかりが高温化して前方部分にパティキュレートの燃え残りが生じ易くなってしまう。
【００３２】
これに対し、パティキュレートフィルタ１３の前段に酸化触媒１４を配置しておけば、該酸化触媒１４中における酸化反応が後方部分に偏ってしまっても、そこを通過した排気ガス９の温度さえ高くできれば、該排気ガス９の導入によりパティキュレートフィルタ１３を前方部分から後方部分にかけての全域に亘り高温化することが可能となるのである。
【００３３】
ただし、既に述べてある通り、酸化触媒１４の前端面は常に触媒活性が低い状態にあるわけであるが、本形態例においては、前段の酸化触媒１４のセルピッチＣＡを後段のパティキュレートフィルタ１３のセルピッチＣＢと同等の大きさで設定しているので、酸化触媒１４の前端面においても各流路１４ａの開口部にパティキュレート（煤分）のブリッジが形成されることが回避されることになる。
【００３４】
即ち、触媒再生型のパティキュレートフィルタ１３のセルピッチＣＢは、基本的にパティキュレートによるブリッジが形成されないよう考慮して設定されているので、前述した如く、前段の酸化触媒１４のセルピッチＣＡを後段のパティキュレートフィルタ１３のセルピッチＣＢと同等又はそれ以上の大きさで設定すれば、酸化触媒１４の前端面においても各流路１４ａの開口部にパティキュレートのブリッジが形成されることが回避されることになり、排気温度が低い低速走行が続いたり、燃料が過剰に添加されたり、パティキュレート（煤分）が多く発生したりした場合でも、酸化触媒１４の前端面にパティキュレートが溜り続けて目詰まりを起こすといった不具合が起こらなくなる。
【００３５】
尚、ある程度の大きさに成長したパティキュレートの堆積物は、ブリッジを形成する前に先端部分の塊が崩れて後方へ吹き抜けることになり、また、酸化触媒１４に残留したパティキュレートも、排気温度の高い運転領域に移行した際に酸化触媒１４の助勢を受けて燃焼除去されることになる。
【００３６】
また、酸化触媒１４の後方へ吹き抜けたパティキュレートの塊は、後段のパティキュレートフィルタ１３に捕集されるが、後段のパティキュレートフィルタ１３は、前段の酸化触媒１４を通過して昇温した排気ガス９により触媒床温度を高められているので、パティキュレートの塊はパティキュレートフィルタ１３内で良好に燃焼除去されることになる。
【００３７】
従って、上記形態例によれば、触媒再生型のパティキュレートフィルタ１３の前段に酸化触媒１４を装備して燃料添加により前記パティキュレートフィルタ１３の強制再生を行うに際し、排気温度が低い低速走行が続いたり、燃料が過剰に添加されたり、パティキュレート（煤分）が多く発生したりした場合でも、酸化触媒１４の前端面における各流路１４ａの開口部にパティキュレートのブリッジが形成されることを回避でき、前記酸化触媒１４の目詰まりを確実に防止することができる。
【００３８】
尚、本発明の排気浄化装置は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、先の形態例においては、燃料添加手段として燃料噴射装置を採用し、圧縮上死点付近で行われる燃料のメイン噴射に続いて圧縮上死点より遅い非着火のタイミングでポスト噴射を行うことで排気ガス中に燃料を添加するようにしているが、気筒内へのメイン噴射の時期を通常より遅らせることで排気ガス中に燃料を添加するようにしても良く、更には、このように気筒内への燃料噴射を制御して排気ガス中に未燃燃料分を多く残すことにより燃料添加を行う手段だけでなく、排気管の適宜位置（排気マニホールドでも可）に燃料添加手段としてインジェクタを貫通装着し、このインジェクタにより排気ガス中に燃料を直噴して添加するようにしても良いこと、その他、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。
【００３９】
【発明の効果】
上記した本発明の排気浄化装置によれば、排気温度が低い低速走行が続いたり、燃料が過剰に添加されたり、パティキュレート（煤分）が多く発生したりした場合でも、酸化触媒の前端面における各セルの開口部にパティキュレートのブリッジが形成されることを回避でき、前記酸化触媒の目詰まりを確実に防止することができるという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施する形態の一例を示す概略図である。
【図２】図１のパティキュレートフィルタの構造を模式的に示す断面図である。
【図３】図１の酸化触媒の構造を一部を切り欠いて示す斜視図である。
【図４】図１の酸化触媒の正面図である。
【図５】図４のＶ部分の拡大図である。
【図６】図１のパティキュレートフィルタの正面図である。
【図７】図６のＶＩＩ部分の拡大図である。
【符号の説明】
１    ディーゼルエンジン（内燃機関）
８    気筒
９    排気ガス
１２    フィルタケース
１３    パティキュレートフィルタ
１３ａ    流路（セル）
１４    酸化触媒
１４ａ    流路（セル）
１８    燃料噴射装置（燃料添加手段）
【図１】
2004239074.tif 000003
【図２】
2004239074.tif 000004
【図３】
2004239074.tif 000005
【図４】
2004239074.tif 000006
【図５】
2004239074.tif 000007
【図６】
2004239074.tif 000008
【図７】
2004239074.tif 000009