(57)【要約】【課題】捕集した排気微粒子を容易に除去することが可能なフィルタ及びそのようなフィルタを用いた排気浄化装置を提供する。【解決手段】表面及び内部に細孔を有する隔壁１１によって排気流方向に形成された複数の通路１２、１３を有し、上記通路のうちの少なくとも一部の通路は上下流側の端部開口のうちの何れか一方のみが閉塞されている触媒付きフィルタにおいて、フィルタ１０の上流側端部近傍Ａにおける上記隔壁１１の気孔率を残部Ｂよりも低下させたことを特徴とするフィルタ１０を提供する。これによれば、上流側端部近傍Ａにおいて隔壁１１を通過する排気ガスの量が低減されるので、そこでの排気微粒子捕集量が減り、燃焼除去が困難な上流側端部近傍Ａにおける排気微粒子の堆積が抑制される。その結果、フィルタ全体として捕集した排気微粒子を容易に除去することが可能となる。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面及び内部に細孔を有する隔壁によって排気流方向に形成された複数の通路を有し、上記複数の通路のうちの少なくとも一部の通路は排気流の上流側端部開口と下流側端部開口とのうちの何れか一方のみが閉塞されている触媒付きフィルタにおいて、
フィルタの上流側端部近傍における上記隔壁の気孔率を残部よりも低下させたことを特徴とする、触媒付きフィルタ。
【請求項２】
上記隔壁が、表面及び内部に細孔が設けられた基材と、該基材上に形成されるコート層と、該コート層に担持される触媒とを含んで構成されていて、フィルタの上流側端部近傍において上記コート層の厚さを残部よりも厚くすることによって上記気孔率を低下させたことを特徴とする、請求項１に記載の触媒付きフィルタ。
【請求項３】
上記隔壁が、表面及び内部に細孔が設けられた基材と、該基材上に形成されるコート層と、該コート層に担持される触媒とを含んで構成されていて、上記基材に設けられている細孔の平均細孔径をフィルタの上流側端部近傍において残部よりも小さくすることによって上記気孔率を低下させたことを特徴とする、請求項１に記載の触媒付きフィルタ。
【請求項４】
表面及び内部に細孔を有する隔壁によって排気流方向に形成された複数の通路を有し、上記複数の通路のうちの少なくとも一部の通路は排気流の上流側端部開口と下流側端部開口とのうちの何れか一方のみが閉塞されている触媒付きフィルタにおいて、
閉塞されている端部開口においては閉塞部材が上記通路に詰められており、上記閉塞部材の長さは上記上流側端部開口を閉塞する場合の方が上記下流側端部開口を閉塞する場合よりも長いことを特徴とする、触媒付きフィルタ。
【請求項５】
閉塞されている端部開口においては、上記隔壁の端部分が寄せ集められて上記隔壁の先端同志が接触せしめられ、該接触せしめられた先端が接合されて端部開口が閉塞されている、請求項１から４の何れか一項に記載の触媒付きフィルタ。
【請求項６】
表面及び内部に細孔を有する隔壁によって排気流方向に形成された複数の通路を有し、上記複数の通路のうちの少なくとも一部の通路は排気流の上流側端部開口と下流側端部開口とのうちの何れか一方のみが閉塞され、該閉塞されている端部開口においては、上記隔壁の端部分が寄せ集められて上記隔壁の先端同志が接触せしめられ、該接触せしめられた先端が接合されて端部開口が閉塞されている触媒付きフィルタにおいて、
上流側端部開口が閉塞されている上記通路においては、その上流側端部近傍の部分に亙って閉塞部材が詰められている、触媒付きフィルタ。
【請求項７】
請求項１から６の何れかに記載の触媒付きフィルタを排気ガス通路に配置した内燃機関の排気浄化装置であって、
上記フィルタよりも上流に燃料供給手段を有し、上記フィルタを昇温する必要がある時には上記燃料供給手段から上記フィルタに燃料が供給される、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、触媒付きフィルタ及びそのフィルタを用いた排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、自動車等に搭載される内燃機関、例えばディーゼル機関では、排気ガス中に含まれる煤等の排気微粒子（ＰＭ：パティキュレートマター）を除去することが要求されている。そしてこのような要求に対し、従来より、排気微粒子を捕集するためのフィルタを排気ガス通路に配置する方法が採られている。このようなフィルタにおいては、捕集した排気微粒子を着火燃焼させて除去する必要があり、そのためにフィルタの上流に酸化触媒を含む触媒コンバータを設置し、そこに燃料を供給してその反応によってフィルタに流入する排気ガスの温度を上昇させるようにした構成が公知である（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
ところが、一般に上記フィルタは活性向上のために出来るだけ上流側に設置することが好ましいため、その上流側の触媒コンバータの設置可能スペースは極めて小さく、必要なスペースの確保が困難な場合がある。また、上記触媒コンバータは、高活性が要求されることから貴金属使用量が多く、製造コストが高い。更に、小容量であって長さが短い場合にはシール性を確保することが困難である。
【０００４】
このような問題があることから、上記のような上流側触媒コンバータを有していない構成も提案されている。例えば、特許文献２には、フィルタ内に構成される通路間の隔壁表面及び上記隔壁内に形成される細孔内に触媒を担持したウォールフロー型の触媒付きフィルタが開示されている。この場合、燃料添加等によって排気ガス中に供給された燃料等が触媒作用によりフィルタ上で反応するため、フィルタ温度を上昇させることができ、それによって捕集した排気微粒子を燃焼除去することが可能となる。
【０００５】
しかしながら、実際には上記反応はフィルタの上流側端部の近傍ではあまり起こらないため、この部分の温度を排気微粒子の着火燃焼に十分なほど上昇させるのは極めて困難である。このため、フィルタの上流側端部近傍の部分では捕集された排気微粒子が十分に除去されず、フィルタの詰りの原因となる場合がある。
【０００６】
【特許文献１】
特開昭６０−４３１１３号公報
【特許文献２】
特開平９−９４４３４号公報
【特許文献３】
特開平１０−２７２３２４号公報
【特許文献４】
特開平１１−２８０４４９号公報
【特許文献５】
特開２００２−８０６５号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたもので、その目的は、捕集した排気微粒子を容易に除去することが可能なフィルタ及びそのようなフィルタを用いた排気浄化装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項に記載された触媒付きフィルタまたは排気浄化装置を提供する。
１番目の発明は、表面及び内部に細孔を有する隔壁によって排気流方向に形成された複数の通路を有し、上記複数の通路のうちの少なくとも一部の通路は排気流の上流側端部開口と下流側端部開口とのうちの何れか一方のみが閉塞されている触媒付きフィルタにおいて、フィルタの上流側端部近傍における上記隔壁の気孔率を残部よりも低下させたことを特徴とする、触媒付きフィルタを提供する。
【０００９】
触媒付きフィルタに捕集された排気微粒子は、フィルタに燃料を供給してフィルタを昇温させる等して燃焼除去する必要がある。ところが、供給された燃料は主にフィルタ内部で反応するため、フィルタの上流側端部近傍の温度が上がらず、そこで捕集された排気微粒子を燃焼除去することが困難であった。
本発明によれば、フィルタの上流側端部近傍における上記隔壁の気孔率（すなわち、隔壁中に占める細孔部分の体積の割合）を残部よりも低下させているので、フィルタの上流側端部近傍においては隔壁を通過する排気ガスの量が減り、排気微粒子の捕集量が低下することになる。これにより、排気微粒子の燃焼除去が困難な上流側端部近傍において排気微粒子の堆積が抑制されるので、フィルタ全体として捕集した排気微粒子を容易に除去することが可能となる。
【００１０】
２番目の発明は１番目の発明において、上記隔壁が、表面及び内部に細孔が設けられた基材と、該基材上に形成されるコート層と、該コート層に担持される触媒とを含んで構成されていて、フィルタの上流側端部近傍において上記コート層の厚さを残部よりも厚くすることによって上記気孔率を低下させたことを特徴とする。
上記コート層の厚さが厚くなると、上記基材に設けられている上記細孔が塞がれることになり、上記フィルタの隔壁の気孔率が低下する。したがって、本発明によれば、比較的簡単な方法によって１番目の発明とほぼ同様の作用及び効果を得ることが出来る。
【００１１】
３番目の発明は１番目の発明において、上記隔壁が、表面及び内部に細孔が設けられた基材と、該基材上に形成されるコート層と、該コート層に担持される触媒とを含んで構成されていて、上記基材に設けられている細孔の平均細孔径をフィルタの上流側端部近傍において残部よりも小さくすることによって上記気孔率を低下させたことを特徴とする。
上記基材に設けられている細孔の平均細孔径が小さくされると、コート層によって上記細孔が塞がれ易くなり、上記フィルタの隔壁の気孔率が低下する。したがって、本発明によっても、１番目及び２番目の発明とほぼ同様の作用及び効果を得ることが出来る。
【００１２】
４番目の発明は、表面及び内部に細孔を有する隔壁によって排気流方向に形成された複数の通路を有し、上記複数の通路のうちの少なくとも一部の通路は排気流の上流側端部開口と下流側端部開口とのうちの何れか一方のみが閉塞されている触媒付きフィルタにおいて、閉塞されている端部開口においては閉塞部材が上記通路に詰められており、上記閉塞部材の長さは上記上流側端部開口を閉塞する場合の方が上記下流側端部開口を閉塞する場合よりも長いことを特徴とする、触媒付きフィルタが提供される。
【００１３】
本発明によれば、閉塞される端部開口において上記通路に詰められる閉塞部材の長さが、上記下流側端部開口を閉塞する場合よりも上記上流側端部開口を閉塞する場合に長くされている。排気ガスは上記閉塞部材が詰められている部分の隔壁を通過することが出来ないので、本発明のようにすることによって、フィルタの上流側端部近傍、すなわち上記の長い閉塞部材が詰められている部分において排気微粒子の捕集量が低下することになる。これにより、排気微粒子の燃焼除去が困難な上流側端部近傍において排気微粒子の堆積が抑制されるので、フィルタ全体として捕集した排気微粒子を容易に除去することが可能となる。
【００１４】
５番目の発明は１番目から４番目の何れかの発明において、閉塞されている端部開口においては、上記隔壁の端部分が寄せ集められて上記隔壁の先端同志が接触せしめられ、該接触せしめられた先端が接合されて端部開口が閉塞されている。
本発明によれば、１番目から４番目の発明で得られる作用及び効果に加え、閉塞されている端部開口における流体抵抗が減少してフィルタにて生じる圧力損失が低減されると共に、閉塞された上流側端部開口部分に排気微粒子が堆積することが抑制される。
【００１５】
６番目の発明は、表面及び内部に細孔を有する隔壁によって排気流方向に形成された複数の通路を有し、上記複数の通路のうちの少なくとも一部の通路は排気流の上流側端部開口と下流側端部開口とのうちの何れか一方のみが閉塞され、該閉塞されている端部開口においては、上記隔壁の端部分が寄せ集められて上記隔壁の先端同志が接触せしめられ、該接触せしめられた先端が接合されて端部開口が閉塞されている触媒付きフィルタにおいて、上流側端部開口が閉塞されている上記通路においては、その上流側端部近傍の部分に亙って閉塞部材が詰められている、触媒付きフィルタを提供する。
本発明によっても、５番目の発明とほぼ同様の作用及び効果が得られる。
【００１６】
７番目の発明は、１番目から６番目の発明の何れかのフィルタを排気ガス通路に配置した内燃機関の排気浄化装置であって、上記フィルタよりも上流に燃料供給手段を有し、上記フィルタを昇温する必要がある時には上記燃料供給手段から上記フィルタに燃料が供給される、排気浄化装置を提供する。
【００１７】
本発明では、捕集した排気微粒子を燃焼除去する場合等、上記フィルタを昇温する必要がある時には上記燃料供給手段から上記フィルタに燃料が供給される。そうすると、フィルタの上流側端部近傍以外の部分では温度が上昇し、捕集されていた排気微粒子が燃焼除去される。この時、フィルタの上流側端部近傍では温度が上昇しないが、本発明では上述の１番目から６番目の発明の何れかのフィルタを用いているので、フィルタの上流側端部近傍には殆ど排気微粒子が捕集されていない。したがって、本発明によれば、上記燃料供給手段から燃料を供給することによって排気微粒子を容易に除去することが可能な排気浄化装置が得られる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、図面において、同一または類似の構成要素には共通の参照番号を付す。
図１は本発明の一実施形態の触媒付きフィルタ１０の排気ガス流入側（すなわち上流側）端面図であり、図２は同触媒付きフィルタ１０の縦断面図である。図１及び図２に示したように、触媒付きフィルタ１０はハニカム構造をなしており、隔壁１１によって排気流方向に形成された複数の通路１２、１３を有している。これらの通路１２、１３は下流側端部開口が排気ガスを通さない閉塞部材である栓１４により閉塞された排気流入通路１２と、上流側端部開口が同様の閉塞部材である栓１５により閉塞された排気流出通路１３とにより構成される。なお、図１においてハッチングを付した部分は栓１５を示している。したがって本実施形態の触媒付きフィルタ１０においては、排気流入通路１２及び排気流出通路１３は隔壁１１を介して交互に配置される。言い換えると排気流入通路１２及び排気流出通路１３は各排気流入通路１２が４つの排気流出通路１３によって包囲され、各排気流出通路１３が４つの排気流入通路１２によって包囲されるように配置される。
【００１９】
上記隔壁１１は、表面及び内部に細孔を有する基材１６と、同基材１６上に形成されるコート層１７と、同コート層１７に担持される酸化触媒１８とを含んで構成されている（図３、図４参照）。本実施形態においては、上記基材１６の部分には多孔質材料であるコージェライト、上記コート層１７にはアルミナ、上記触媒１８には白金が用いられている。これらは他の材料であってもよく、例えば基材としてはシリカ−アルミナやアルミナ−ジルコニア等のセラミックスを用いることができ、コート層としては触媒担持用に一般に用いられているチタニアやジルコニア等を用いることが出来る。また、触媒としては通常使用されている貴金属、例えばパラジウム、ロジウム等を用いることが出来る。
【００２０】
そして、本実施形態の触媒付きフィルタ１０においては、上記隔壁１１の詳細な構成が、図２においてＡで示されている上流側端部近傍（以下、「隔壁１１Ａ」という）と、Ｂで示されているそれ以外の部分（以下、「隔壁１１Ｂ」という）とで異なっている。
【００２１】
まず、隔壁１１Ｂについて説明する。図３は隔壁１１Ｂの部分拡大断面図であり、図の上方側が上記通路１２または１３に相当する。図３に示されているように、隔壁１１Ｂにおいては、基材１６の周りに薄くコート層１７が形成され、その上に触媒１８が担持されている。隔壁１１Ｂの表面及び内部には細孔が存在し、したがって排気ガスは栓１４が詰められている部分を除き、この細孔を通って図２において矢印で示されるように排気流入通路１２から排気流出通路１３へ流れることが可能である。そして排気ガスがこの細孔を通って隔壁１１Ｂを通過する際に排気ガス中の排気微粒子が捕集される。
【００２２】
次に上流側端部近傍の隔壁１１Ａについて説明する。図４は隔壁１１Ａの部分拡大断面図であり、図の上方側が上記通路１２または１３に相当する。図４に示されているように、隔壁１１Ａにおいては、基材１６の周りにコート層１７が隔壁１１Ｂの場合よりも厚く形成されており細孔が殆どまたは完全に塞がれるような状態になっている。そして触媒１８は上記通路１２、１３に面する部分にのみ担持されている。このように隔壁１１Ａにおいては細孔が殆どまたは完全に塞がれているため、排気ガスはそこを殆どもしくは全く通過することが出来ない。
【００２３】
以上のような構成の触媒付きフィルタ１０を内燃機関の排気ガス通路内に配置すると、排気ガスが上記フィルタ１０を通過する際に排気微粒子の捕集がなされる。この時、上述の説明からも明らかなように、排気ガスはその殆どもしくは全てが上記隔壁１１Ｂを通過することになるので、排気微粒子の捕集は主に上記隔壁１１Ｂにおいてなされることになる。
【００２４】
そして、捕集した排気微粒子を燃焼除去する必要が生じると、上記フィルタ１０に燃料が供給されて、上記フィルタ１０が昇温される。すなわち、例えば上記フィルタ１０の上流側において排気ガス通路内へ燃料が添加される。そうすると、添加された燃料が上記フィルタ１０に到達しそこで触媒１８の作用によって燃焼せしめられて上記フィルタ１０の昇温が図られる。上記フィルタ１０が十分に昇温されると捕集されている排気微粒子が着火燃焼し除去される。
【００２５】
ところで、上述のような添加燃料の燃焼反応は、通常、フィルタの上流側端部近傍では起こり難く、この部分を昇温することが困難であることがわかっている。このため、実際にはフィルタの上流側端部近傍にある排気微粒子を除去することは困難であり、このことが排気微粒子をフィルタ全体から除去することを困難にしていた。
【００２６】
しかしながら、本実施形態の触媒付きフィルタ１０においては、上述したように排気微粒子の捕集は主に上記隔壁１１Ｂにおいてなされるので、上記フィルタ１０の上流側端部近傍には殆ど排気微粒子が捕集されていない。したがって、上述したような燃料添加を行うことにより、上記フィルタ１０の上流側端部近傍以外の部分に捕集されている排気微粒子の燃焼除去が図られれば、フィルタ全体として捕集した排気微粒子の除去がなされたことになる。つまり、本実施形態の触媒付きフィルタ１０においては、上述したような燃料添加を行うことにより、捕集した排気微粒子を容易に除去することが可能である。
【００２７】
次に本発明の他の実施形態の触媒付きフィルタ２０について説明する。本実施形態の触媒付きフィルタ２０は、上述した触媒付きフィルタ１０と比較して、フィルタの上流側端部近傍の隔壁の構成のみが異なるので、これについて説明する。図５は、本実施形態の触媒付きフィルタ２０の縦断面図であり、図６は、同フィルタ２０の上流側端部近傍の隔壁１１Ａ´の部分拡大断面図である。なお、図６において図の上方側が上記通路１２または１３に相当する。
【００２８】
図６に示されているように、隔壁１１Ａ´においては、基材１６の周りにコート層１７が隔壁１１Ｂの場合と同様に薄く形成されている。しかしながら、隔壁１１Ａ´においては、基材１６に設けられている細孔の平均細孔径が隔壁１１Ｂの場合と比較して小さくされているため、コート層１７を薄く形成しても細孔が殆どまたは完全に塞がれるような状態になっている。そして触媒１８は上記通路１２、１３に面する部分にのみ担持されている。このように隔壁１１Ａ´においては、上述の隔壁１１Ａの場合と同様、細孔が殆どまたは完全に塞がれているため、排気ガスはそこを殆どもしくは全く通過することが出来ない。
【００２９】
このため、本実施形態の触媒付きフィルタ２０においても、上述の触媒付きフィルタ１０の場合と同様、排気微粒子の捕集は主に上記隔壁１１Ｂにおいてなされ、上記フィルタ２０の上流側端部近傍では殆ど排気微粒子が捕集されない。フィルタ２０の上流側端部近傍以外の部分に捕集されている排気微粒子は、上述したような燃料添加を行うことにより比較的容易に燃焼除去することができるので、本実施形態の触媒付きフィルタ２０においても、上述の触媒付きフィルタ１０と同様、捕集した排気微粒子を容易に除去することが可能である。
【００３０】
以上で説明した触媒付きフィルタ１０及び２０は、上記コート層１７の厚さを厚くすることにより、もしくは上記基材１６に設けられている細孔の平均細孔径を小さくすることにより、フィルタの上流側端部近傍におけるフィルタ隔壁の気孔率（すなわち、隔壁中に占める細孔部分の体積の割合）を残部よりも低下させることによって、排気微粒子の燃焼除去が困難な上流側端部近傍における排気微粒子の捕集量を低下させ、その堆積を抑制してフィルタからの排気微粒子の除去を容易にしている。
なお、上記気孔率を低下させる上流側端部近傍部分の範囲については、燃料添加等によるその部分の昇温の困難さ、すなわちその部分で捕集された排気微粒子の燃焼除去の困難さに基づいて実験等によって決定される。
【００３１】
次に本発明の更に他の実施形態について説明する。図７は本実施形態の触媒付きフィルタ３０の排気ガス流入側（すなわち上流側）端面図であり、図８は同触媒付きフィルタ３０の縦断面図である。図７及び図８に示したように、本実施形態の触媒付きフィルタ３０の基本構成は上述の他の触媒付きフィルタ１０、２０と同様である。すなわち、触媒付きフィルタ３０はハニカム構造をなしており、隔壁１１によって排気流方向に形成された複数の通路１２、１３を有している。
【００３２】
これらの通路１２、１３は下流側端部開口が閉塞部材である栓１４により閉塞された排気流入通路１２と、上流側端部開口が上記栓１４よりも長い閉塞部材である栓１５´により閉塞された排気流出通路１３とにより構成される。なお、図７においてハッチングを付した部分は栓１５´を示している。したがって本実施形態の触媒付きフィルタ３０においても、排気流入通路１２及び排気流出通路１３は隔壁１１を介して交互に配置される。言い換えると排気流入通路１２及び排気流出通路１３は各排気流入通路１２が４つの排気流出通路１３によって包囲され、各排気流出通路１３が４つの排気流入通路１２によって包囲されるように配置される。
【００３３】
上記隔壁１１は、表面及び内部に細孔を有する基材１６と、同基材１６上に形成されるコート層１７と、同コート層１７に担持される触媒１８とを含んで構成されており、その詳細構成はフィルタ３０の全体に亙って先に図３を参照して説明した隔壁１１Ｂと同様である。したがって、排気ガスは、上記栓１４及び１５´が詰められている部分を除き、図８において矢印で示されるように隔壁１１を通過して排気流入通路１２から排気流出通路１３へ流れることが可能である。
【００３４】
以上のような構成の触媒付きフィルタ３０を内燃機関の排気ガス通路内に配置すると、排気ガスが上記フィルタ３０を通過する際に排気微粒子の捕集がなされる。この時、図８においてＡで示されている上流側端部近傍においては、上記栓１５´が排気流出通路１３に詰められているために排気ガスは隔壁１１を通過できない。このため、排気ガスは図８においてＢで示されている上流側端部近傍以外の部分（詳細には栓１４が詰められている部分を除く）において上記隔壁１１を通過することになり、結果として排気微粒子の捕集は主にこの部分においてなされることになる。
【００３５】
つまり、本実施形態においても排気微粒子の燃焼除去が困難な上流側端部近傍における排気微粒子の捕集量を低下させ、その堆積を抑制することができる。そしてこのことにより、本実施形態の触媒付きフィルタ３０においても、上述の触媒付きフィルタ１０、２０と同様、上述したような燃料添加を行うことによって捕集した排気微粒子を容易に除去することが可能となる。
なお、上記栓１５´の長さについては、上述の触媒付きフィルタ１０、２０における気孔率を低下させる上流側端部近傍部分の範囲と同様、燃料添加等によるその部分の昇温の困難さ、すなわちその部分で捕集された排気微粒子の燃焼除去の困難さに基づいて実験等によって決定される。
【００３６】
次に本発明の更に他の実施形態について説明する。図９は本実施形態の触媒付きフィルタ４０の排気ガス流入側（すなわち上流側）端面図であり、図１０は同触媒付きフィルタ４０の縦断面図である。図９及び図１０に示したように、本実施形態の触媒付きフィルタ４０の基本構成は上述の触媒付きフィルタ１０、２０と同様である。すなわち、触媒付きフィルタ４０はハニカム構造をなしており、隔壁４１によって排気流方向に形成された複数の通路１２、１３を有している。
【００３７】
また、隔壁４１の詳細な構成が図１０においてＡで示されている上流側端部近傍（以下、「隔壁４１Ａ」という）と、Ｂで示されているそれ以外の部分（以下、「隔壁４１Ｂ」という）とで異なっている点も上述の触媒付きフィルタ１０、２０と同様である。より詳細には、上記隔壁４１Ａは、図４を参照して先に説明した隔壁１１Ａもしくは図６を参照して先に説明した隔壁１１Ａ´と同じ構成であり、上記隔壁４１Ｂは図３を参照して先に説明した隔壁１１Ｂと同じ構成である。
【００３８】
そして、本実施形態の触媒付きフィルタ４０は、上記複数の通路１２、１３が、下流側端部開口が閉塞された排気流入通路１２と、上流側端部開口が閉塞された排気流出通路１３とにより構成され、これらが隔壁１１を介して交互に配置されている点においては上述の他の触媒付きフィルタ１０、２０等と同様であるが、上記通路１２、１３の各端部開口の閉塞方法の点では異なっている。
【００３９】
すなわち、上述の他の触媒付きフィルタ１０、２０等においては、上記各端部開口は栓１４、１５等を用いることによって閉塞されていたが、本実施形態の触媒付きフィルタ４０においては、上記各端部開口が上記隔壁４１によって構成されるテーパ壁４２、４３によって閉塞されている。つまり、上記排気流入通路１２はその下流側端部開口が下流側テーパ壁４２により閉塞され、上記排気流出通路１３その上流側端部開口が上流側テーパ壁４３により閉塞されている。
【００４０】
図１０に示されているように、下流側テーパ壁４２は上記排気流入通路１２を形成する隔壁４１の下流端部分を寄せ集めてその先端同士を接触せしめ、その接触せしめられた先端を接合することによって形成され、上記排気流入通路１２の下流側端部開口を閉塞している。一方、上流側テーパ壁４３は、図９及び図１０に示されているように、上記排気流出通路１３を形成する隔壁４１の上流端部分を寄せ集めてその先端同士を接触せしめ、その接触せしめられた先端を接合することによって形成され、上記排気流出通路１３の上流側端部開口を閉塞している。
【００４１】
以上のような構成を有する本実施形態の触媒付きフィルタ４０は、上述の触媒付きフィルタ１０、２０と同様に、フィルタの上流側端部近傍におけるフィルタ隔壁の気孔率を残部よりも低下させているので、排気微粒子の燃焼除去が困難な上流側端部近傍における排気微粒子の捕集量は低下し、その堆積が抑制される。したがって、上述の触媒付きフィルタ１０、２０と同様、本実施形態の触媒付きフィルタ４０においても、捕集した排気微粒子を容易に除去することが可能である。
更に、本実施形態の触媒付きフィルタ４０においては、上述の触媒付きフィルタ１０、２０等に比べて、閉塞されている端部開口における流体抵抗が減少してフィルタにて生じる圧力損失が低減されると共に、閉塞された上流側端部開口部分への排気微粒子の堆積が抑制される。
【００４２】
すなわち、上流側テーパ壁４３は排気流出通路１３の流路断面積が徐々に小さくなるように上流へ向かって四角錐状に狭まる形状をしている。したがって４つの上流側テーパ壁４３により囲まれて形成される排気流入通路１２の上流端は上流へ向かって流路断面積が徐々に大きくなるように四角錐状に広がる形状をしている。これによれば上述の触媒付きフィルタ１０、２０等のように排気流入通路１２の上流側端部開口が構成されている場合に比べて排気ガスはフィルタに流入しやすい。
【００４３】
つまり、上述の触媒付きフィルタ１０、２０等では排気流出通路１３の上流側端部開口が栓１５等により閉塞される。この場合、排気ガスの一部が栓１５等に衝突するので排気ガスは排気流入通路１２内に流入しづらい。このためフィルタの圧力損失が大きくなる。また栓１５等の近傍から排気流入通路１２に流入する排気ガスは入口近傍にて乱流となるのでこれによっても排気ガスは排気流入通路１２内に流入しづらくなる。このためフィルタの圧力損失がさらに大きくなる。
【００４４】
一方、本実施形態の触媒付きフィルタ４０では排気ガスは乱流となることなく排気流入通路１２に流入することができる。このため本実施形態の触媒付きフィルタ４０では排気ガスはフィルタ４０に流入しやすい。したがって触媒付きフィルタ４０の圧力損失は低い。
更に、上述の触媒付きフィルタ１０、２０等では排気微粒子が栓１５等の上流端面及びその周囲の隔壁端面に堆積しやすい。これは排気ガスが栓１５等に衝突し、しかも栓１５等の近傍にて排気ガスが乱流となることに起因する。ところが本実施形態の触媒付きフィルタ４０では上流側テーパ壁４３が四角錐状であるので排気ガスが強く衝突する上流端面が存在せず、しかも上流端面近傍にて排気ガスが乱流とはならない。したがって本実施形態の触媒付きフィルタ４０によれば排気微粒子が閉塞された上流側端部開口部分に堆積することが抑制される。
【００４５】
一方、下流側テーパ壁４２は排気流入通路１２の流路断面積が徐々に小さくなるように下流へ向かって四角錐状に狭まる形状をしている。したがって４つの下流側テーパ壁４２により囲まれて形成される排気流出通路１３の下流端は下流へ向かって流路断面が徐々に小さくなるように四角錐状に広がる形状をしている。これによれば上述の触媒付きフィルタ１０、２０等のように排気流出通路１３の下流側端部開口が構成されている場合に比べて排気ガスはフィルタから流出しやすい。
【００４６】
すなわち、上述の触媒付きフィルタ１０、２０等では排気流入通路１２の下流側端部開口が栓１４により閉塞され、排気流出通路１３はその出口（下流側端部開口）まで直線的に延びる。この場合、排気流出通路１３の下流側端部開口から流出した排気ガスの一部が栓１４の下流側端面に沿って流れ、したがって排気流出通路１３の下流側端部開口近傍に乱流が形成される。このように乱流が形成されると排気ガスは排気流出通路１３から流出しづらくなる。
【００４７】
一方、本実施形態の触媒付きフィルタ４０では排気ガスは乱流となることなく排気流出通路１３の下流側端部開口から流出することができる。このため本実施形態の触媒付きフィルタ４０では排気ガスはフィルタ４０から比較的流出しやすい。したがってこれによっても本実施形態の触媒付きフィルタ４０による圧力損失は低い値となる。
【００４８】
次に本発明の更に他の実施形態について説明する。図１１は本実施形態の触媒付きフィルタ５０の排気ガス流入側（すなわち上流側）端面図であり、図１２は同触媒付きフィルタ５０の縦断面図である。本実施形態の触媒付きフィルタ５０の構成は、隔壁５１の詳細構成がフィルタ５０の全体に亙って先に図３を参照して説明した隔壁１１Ｂと同様である点と、排気流出通路１３の上流側端部部分に比較的長い栓５４が詰められている点を除いて、上述の触媒付きフィルタ４０と同様である。上記栓５４は、図７及び図８を参照して説明したフィルタ３０の栓１５´と同様にフィルタの上流側端部近傍（図１２においてＡで示されている）において排気ガスが隔壁５１を通過しないようにする作用を有する。したがって、排気ガスは図１２においてＢで示されている上流側端部近傍以外の部分において上記隔壁５１を通過することになる。
【００４９】
これまでの各実施形態の説明から明らかであると思われるので、詳細な説明は省略するが、本実施形態の触媒付きフィルタ５０においても、フィルタの上流側端部近傍において排気ガスが隔壁を通過することできないため、燃焼除去が困難な上流側端部近傍における排気微粒子の堆積は抑制される。その結果、上述の他の触媒付きフィルタ１０、２０等と同様、本実施形態の触媒付きフィルタ５０においても上述したような燃料添加を行うことによって捕集した排気微粒子を容易に除去することが可能である。
【００５０】
また、上述のフィルタ４０と同様の排気流出入通路１２、１３の端部開口形状及び閉塞された端部開口部分の形状を有しているので、本実施形態の触媒付きフィルタ５０によっても、上述の触媒付きフィルタ１０、２０等に比べてフィルタにて生じる圧力損失が低減されると共に、閉塞された上流側端部開口部分への排気微粒子の堆積が抑制される。
なお、本実施形態の触媒付きフィルタ５０においては、排気流入通路１２の下流側端部部分に栓が詰められていないため、この部分からも排気ガスが流出し得るが、この部分に栓（例えば、上記栓５４よりも短い栓）を詰めて排気流入通路１２の下流側端部部分からは排気ガスが流出しないようにしてもよい。
【００５１】
図１３は、以上で説明した触媒付きフィルタ１０、２０、３０、４０、５０を用いた排気浄化装置６０を適用した内燃機関の全体構成図である。図１３において、６１は機関（エンジン）本体、６２は吸気通路、６３は排気ガス通路をそれぞれ示す。排気ガス通路６３には排気浄化装置６０が設けられる。
排気浄化装置６０は、以上で説明した触媒付きフィルタ１０、２０、３０、４０、５０のうちの何れかのフィルタ１００を内蔵しており、排気ガス中の排気微粒子を捕集して排気ガスを浄化する。フィルタ１００の上流側には、必要に応じて燃料を排気ガス通路６３に添加する燃料添加装置６５が設けられている。なお、この燃料添加装置６５はフィルタ１００と排気ポートとの間であればどこに配置してもよい。
【００５２】
電子制御ユニット（ＥＣＵ）６４は、ＣＰＵ（中央演算装置）、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）、入出力ポートを双方向バスで接続した公知の形式のディジタルコンピュータからなり、機関本体６１と信号をやり取りして燃料噴射量制御等のエンジンの基本制御を行う他、排気浄化装置６０の燃料添加装置６５等へも制御信号を発信し、以下で述べるようなフィルタ１００に対する排気微粒子除去制御（ＰＭ除去制御）も行う。
【００５３】
次に排気浄化装置６０で行われるＰＭ除去制御について図１４を参照しつつ説明する。図１４は、排気浄化装置６０においてフィルタ１００に対してＰＭ除去制御を行う場合の制御ルーチンを示している。なお、本ルーチンはＥＣＵ６４によって一定時間毎の割り込みによって実行される。
この制御ルーチンが実行されると、まず、ステップ１０１でフィルタ１００についてのＰＭ除去制御の実施条件が成立したか否かが判定される。ＰＭ除去制御の実施条件としては、例えば車両走行距離等があり、前回ＰＭ除去制御を実施した時点からの走行距離が予め定められた設定値よりも大きくなった時にＰＭ除去制御の実施条件が成立したと判定する。あるいは、フィルタ１００の上下流側に圧力センサを設け、その差圧が予め定められた設定値よりも大きくなった時にＰＭ除去制御の実施条件が成立したと判定するようにしてもよい。
【００５４】
ステップ１０１においてＰＭ除去制御実施条件が成立していないと判定された場合には本制御ルーチンは終了し、ＰＭ除去制御実施条件が成立していると判定された場合にはステップ１０３に進む。
ステップ１０３においては、ＥＣＵ６４からの信号に基づいて燃料添加装置６５により燃料添加が実施される。これによりフィルタ１００に燃料が供給される。フィルタ１００に供給された燃料は触媒１８の作用により燃焼し、フィルタ１００が昇温される。これによりフィルタ１００に捕集されていた排気微粒子が着火燃焼されて除去される。
【００５５】
ここで、このような燃料添加によって昇温が図れるのは、上述したように実際にはフィルタ１００の上流側端部近傍以外の部分である。すなわち、フィルタ１００の上流側端部近傍においてはフィルタ１００の温度が上がらないので、排気微粒子を燃焼除去することができない。しかしながら、フィルタ１００においては、これまでの説明からも明らかなように、その上流側端部近傍には殆ど排気微粒子が捕集されていない。したがって、フィルタ１００においては、上述のような燃料添加を行うことによってフィルタ全体として排気微粒子を除去することができる。
【００５６】
次いで、制御はステップ１０５に進み、ＰＭ除去制御の完了条件が成立したか否かが判定される。ＰＭ除去制御の完了条件としては、例えば燃料添加の実施時間等がある。すなわち、ステップ１０３における燃料添加制御を開始した時点からの経過時間が予め定められた設定値よりも大きくなった時にＰＭ除去制御の完了条件が成立したと判定する。あるいは、フィルタ１００の上下流側に圧力センサを設け、その差圧が予め定められた設定値よりも小さくなった時にＰＭ除去制御の完了条件が成立したと判定するようにしてもよい。
ステップ１０５においてＰＭ除去制御完了条件が成立していないと判定された場合にはステップ１０３に戻って燃料添加が継続される。一方、ＰＭ除去制御完了条件が成立していると判定された場合にはステップ１０７に進んで燃料添加が停止され、本制御ルーチンは終了する。
【００５７】
以上のように、本排気浄化装置６０においては、上述のような燃料添加によるＰＭ除去制御を実施することによって容易に排気微粒子を除去することができる。なお、ここでは、最も簡単な例として、排気ガス通路内に配置される一つのフィルタ１００とその上流側の燃料添加装置６５とから構成される排気浄化装置を示したが、当然のことながら本発明はこの構成に限定されるものではない。すなわち、フィルタ１００の上流側から燃料を供給することでフィルタ１００を昇温して排気微粒子を燃焼除去するものであれば、例えば、フィルタ１００を二つ有していてもよいし、バイパス通路や流量制御弁等の他の構成要素を有していてもよい。
【００５８】
なお、上述の各実施形態のフィルタにおいては、フィルタの隔壁によって形成される複数の通路の全てについて、その上流側端部開口または下流側端部開口の何れか一方を閉塞している構成となっているが、本発明はこれに限定されるものではなく、上記複数の通路のうち少なくとも一部の通路について、その上流側端部開口と下流側端部開口の何れか一方のみが閉塞されていればよい。また、排気流入通路と排気流出通路の配置についても、必ずしも上述の各実施形態のフィルタのように、各排気流入通路が４つの排気流出通路によって包囲され、各排気流出通路が４つの排気流入通路によって包囲されるように配置しなくてもよい。更に、上記複数の通路の断面形状についても矩形でなく、他の形状、例えば六角形等であってもよい。
【００５９】
また、上述の説明においてはフィルタのコート層１７には酸化触媒１８のみが担持されたが、更に窒素酸化物（ＮＯｘ）吸収材としてアルカリ金属やアルカリ土類金属（例えば、ＮａやＬｉ等）を担持させてもよい。
【００６０】
【発明の効果】
１番目の発明によれば、捕集した排気微粒子を容易に除去することが可能となる。２番目、３番目及び４番目の発明によっても１番目の発明と同様の効果が得られる。
５番目の発明によれば、１番目から４番目の発明で得られる効果に加え、フィルタにて生じる圧力損失が低減されると共に、閉塞された上流側端部開口部分に排気微粒子が堆積することが抑制される。６番目の発明によっても５番目の発明と同様の効果を得ることができる。
７番目の発明によれば、捕集した排気微粒子を容易に除去することが可能な排気浄化装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の一実施形態の触媒付きフィルタの排気ガス流入側（すなわち上流側）端面図である。
【図２】図２は、図１の触媒付きフィルタの縦断面図である。
【図３】図３は、図１及び図２の触媒付きフィルタの上流側端部近傍以外の部分のフィルタ隔壁の部分拡大断面図である。
【図４】図４は、図１及び図２の触媒付きフィルタの上流側端部近傍におけるフィルタ隔壁の部分拡大断面図である。
【図５】図５は、本発明の他の実施形態の触媒付きフィルタの縦断面図である。
【図６】図６は、図５の触媒付きフィルタの上流側端部近傍におけるフィルタ隔壁の部分拡大断面図である。
【図７】図７は、本発明の更に他の実施形態の触媒付きフィルタの排気ガス流入側（すなわち上流側）端面図である。
【図８】図８は、図７の触媒付きフィルタの縦断面図である。
【図９】図９は、本発明の更に他の実施形態の触媒付きフィルタの排気ガス流入側（すなわち上流側）端面図である。
【図１０】図１０は、図９の触媒付きフィルタの縦断面図である。
【図１１】図１１は、本発明の更に他の実施形態の触媒付きフィルタの排気ガス流入側（すなわち上流側）端面図である。
【図１２】図１２は、図１１の触媒付きフィルタの縦断面図である。
【図１３】図１３は、本発明の触媒付きフィルタを用いた排気浄化装置を適用した内燃機関の全体構成図である。
【図１４】図１４は、図１３の排気浄化装置において内蔵しているフィルタに対して排気微粒子除去制御を行う場合の制御ルーチンを示している。
【符号の説明】
１０、２０、３０、４０、５０、１００…触媒付きフィルタ
１１、４１、５１…隔壁
１２…排気流入通路
１３…排気流出通路
１４、１５、１５´、５４…栓
１６…基材
１７…コート層
１８…酸化触媒
６０…排気浄化装置
６１…機関（エンジン）本体
６２…吸気通路
６３…排気ガス通路
６４…電子制御ユニット（ＥＣＵ）
６５…燃料添加装置
【図１】
2004251245.tif 000003
【図２】
2004251245.tif 000004
【図３】
2004251245.tif 000005
【図４】
2004251245.tif 000006
【図５】
2004251245.tif 000007
【図６】
2004251245.tif 000008
【図７】
2004251245.tif 000009
【図８】
2004251245.tif 000010
【図９】
2004251245.tif 000011
【図１０】
2004251245.tif 000012
【図１１】
2004251245.tif 000013
【図１２】
2004251245.tif 000014
【図１３】
2004251245.tif 000015
【図１４】
2004251245.tif 000016