(57)【要約】【課題】パティキュレートの捕集率を高く維持したまま圧力損失を低減し得るパティキュレートフィルタを提供する。【解決手段】多孔質材料から成り且つ排気ガス２が流通する多数の流路５をハニカム状に形成したフィルタ本体７を備え、各流路５を区画している多孔質薄壁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９に関し、少なくとも一部の流路５内の長手方向複数箇所を栓体８により目封じすると共に、これらの流路５と隣接する流路５内をその目封じ位置が隣の流路５と互い違いになるように栓体８で目封じし、フィルタ本体７全体に酸化触媒を一体的に担持せしめる。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多孔質材料から成り且つ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フィルタ本体を備え、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、少なくとも一部の流路内の長手方向複数箇所を栓体により目封じすると共に、これらの流路と隣接する流路内をその目封じ位置が隣の流路と互い違いになるように栓体で目封じし、フィルタ本体全体に酸化触媒を一体的に担持せしめ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】
各流路の最上流側の栓体がフィルタ本体の入側端面から離間した位置に配置されている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】
アッシュを透過し得る程度に目を粗くした多孔質材料によりフィルタ本体を構成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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
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。
【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、図３に示す如く、ディーゼルエンジン１からの排気ガス２が流通する排気管３の途中にパティキュレートフィルタ４を装備することが考えられている。
【０００３】
図４に詳細に示す如く、このパティキュレートフィルタ４は、コージェライト等のセラミックで製作された多孔質ハニカム構造のフィルタ本体７を主構成とし、このフィルタ本体７における格子状に区画された各流路５の入口が栓体８により交互に目封じされ、入口が目封じされていない流路５については、その出口が栓体８により目封じされるようになっており、各流路５を区画する多孔質薄壁６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６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６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４の再生を図る必要があるが、通常のディーゼルエンジン１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フィルタ本体７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４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４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】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この種のパティキュレートフィルタ４では、フィルタ本体７を成す多孔質材料の目が細かすぎて煤溜まりができ易くなり、これにより圧力損失が大きくなることがあったが、例えば、圧力損失を小さくするためにフィルタ本体７を成す多孔質材料の目を粗くしてしまうと、煤溜まりができ難くなるものの、パティキュレートの捕集率が低下して浄化性能の悪化を招くことになるため、パティキュレートの捕集率を高く維持したまま圧力損失を低減することが二律背反の課題となっていた。
【０００７】
また、従来のパティキュレートフィルタ４においては、格子状に形成された流路５の入口が栓体８により交互に目封じされているので、入側の栓体８の前面で排気ガス２の流れが澱んでパティキュレートが付着し易く、その付着したパティキュレートを核としてパティキュレートが徐々に堆積して最終的にフィルタ本体７の入側端面に目詰まり起こす虞れがあった。
【０００８】
即ち、フィルタ本体７内では、排気ガス２中に未燃のまま残ったＨＣやＣＯ等も酸化触媒上で酸化処理されることになるが、これらはフィルタ本体７の後方部分に向かうにつれて酸化触媒との接触機会が増えて酸化反応が活発化するので、フィルタ本体７の前方部分は後方部分より温度が上がり難いという条件下にあり、入側の栓体８の前面に堆積したパティキュレートの酸化反応が容易に進まないという事情がある。
【０００９】
尚、このようなフィルタ本体７の入側端面における目詰まりの問題については、未公開の先行出願である下記の特許文献１にもとりあげられている。
【００１０】
【特許文献１】
特願２００１−３２２２８６号
【００１１】
本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、パティキュレートの捕集率を高く維持したまま圧力損失を低減し得るパティキュレートフィルタ、更には、フィルタ本体の各流路の目詰まりについても確実に回避し得るようにしたパティキュレートフィルタを提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、多孔質材料から成り且つ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フィルタ本体を備え、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、少なくとも一部の流路内の長手方向複数箇所を栓体により目封じすると共に、これらの流路と隣接する流路内をその目封じ位置が隣の流路と互い違いになるように栓体で目封じし、フィルタ本体全体に酸化触媒を一体的に担持せしめ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、どの流路に流入した排気ガスも栓体に行き当たって多孔質薄壁を介し隣の流路へ流れ込み、然る後に、次の栓体に再び行き当たって多孔質薄壁を介し隣の流路へ流れ込むことになるので、排気ガスが多孔質薄壁を必ず二回以上透過することになり、排気ガスのフィルタリング回数が従来の一回から大幅に増加される。
【００１４】
この結果、圧力損失を低減させるべくフィルタ本体を成す多孔質材料の目を粗くしたとしても、排気ガスが多孔質薄壁を繰り返し透過する間に該多孔質薄壁の内側表面にパティキュレートが捕集され、その捕集されたパティキュレートが酸化触媒による燃焼支援を受けて効率良く燃焼除去されるので、パティキュレートの捕集率が高く維持されることになる。
【００１５】
また、本発明においては、各流路の最上流側の栓体がフィルタ本体の入側端面から離間した位置に配置されていることが好ましく、このようにすれば、フィルタ本体の入側端面における全ての流路が開放されることになるので、フィルタ本体の入側端面にパティキュレートの付着堆積が起こらなくなり、しかも、各流路の最上流側の栓体がフィルタ本体の入側端面から奥へ入り込んだ高温領域に配置されるので、最上流側の栓体の前面で排気ガスの流れが澱むことによりパティキュレートが堆積しても、そのパティキュレートの堆積は大きく成長することなく高温条件下で早期に燃焼除去されるので、フィルタ本体の各流路に目詰まりが起こらなくなる。
【００１６】
更に、本発明においては、アッシュを透過し得る程度に目を粗くした多孔質材料によりフィルタ本体を構成することが好ましく、このようにすれば、潤滑油や燃料中の硫黄分を起源として気筒内燃焼で発生したアッシュ（主成分ＣａＯ：外径が数十ｎｍ程度）を無理なく通過させ、パティキュレートのみを捕集することが可能となり、燃焼除去できないアッシュの堆積が防止されることになる。
【００１７】
【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。
【００１８】
図１及び図２は本発明を実施する形態の一例を示すもので、図３及び図４と同一の符号を付した部分は同一物を表わしている。
【００１９】
図１に示す如く、本形態例のパティキュレートフィルタ９においては、各流路５を１セルおきに二種類に組み分けし、一方の組の各流路５内の長手方向の二箇所を栓体８により目封じすると共に、これらの流路５と隣接する他方の組の各流路５内をその目封じ位置が前記一方の組の流路５と互い違いになるように栓体８で目封じし、フィルタ本体７全体に酸化触媒を一体的に担持せしめるようにしている。
【００２０】
ここで、本形態例においては、一方の組の各流路５における上流側の栓体８がフィルタ本体７の入側端面から距離Ｌだけ離間した位置に配置されるようにしてあり、結果的にフィルタ本体７の入側端面における全ての流路５が開放された状態となるようにしてある。
【００２１】
即ち、パティキュレートフィルタ９内の温度分布は、図２にグラフで示すようなものとなり、排気ガス２中のＨＣやＣＯ等の酸化触媒上での酸化反応があまり進まない前方部分において、排気ガス２の温度に相当するフィルタ本体７の入側端面の温度から徐々に上昇し、やがてパティキュレートが直ぐに酸化することが可能な程度の温度まで上昇するようになっているが、フィルタ本体７の入側端面から距離Ｌを超えたあたりから排気ガス２中の反応物質が無くなることにより平衡状態へと移行するので、一方の組の各流路５における上流側の栓体８をフィルタ本体７の入側端面から距離Ｌだけ離間した位置に配置すれば、パティキュレートの燃焼除去に支障のない高温領域に栓体８を配置することが可能となるのである。
【００２２】
而して、このようにすれば、何れの組の流路５に流入した排気ガス２も栓体８に行き当たって多孔質薄壁６を介し隣の流路５へ流れ込み、然る後に、次の栓体８に再び行き当たって多孔質薄壁６を介し隣の流路５へ流れ込むことになるので、排気ガス２が多孔質薄壁６を必ず二回以上透過することになり、排気ガス２のフィルタリング回数が従来の一回から大幅に増加される。
【００２３】
この結果、圧力損失を低減させるべくフィルタ本体７を成す多孔質材料の目を粗くしたとしても、排気ガス２が多孔質薄壁６を繰り返し透過する間に該多孔質薄壁６の内側表面にパティキュレートが捕集され、その捕集されたパティキュレートが酸化触媒による燃焼支援を受けて効率良く燃焼除去されるので、パティキュレートの捕集率が高く維持されることになる。
【００２４】
より具体的には、例えば、一回のフィルタリングにより５０％しかパティキュレートを捕集できない程度の目の粗さであったとしても、二回のフィルタリングによれば、７５％までパティキュレートを排気ガス２中から捕集することができ、三回のフィルタリングによれば、８８．５％までパティキュレートを排気ガス２中から捕集することができるのである。
【００２５】
また、本形態例においては、一方の組の各流路５における上流側の栓体８がフィルタ本体７の入側端面から距離Ｌだけ離間した位置に配置されてフィルタ本体７の入側端面における全ての流路５が開放されているので、フィルタ本体７の入側端面にパティキュレートの付着堆積が起こらなくなる。
【００２６】
しかも、一方の組の各流路５における上流側の栓体８がフィルタ本体７の入側端面から奥へ入り込んだ高温領域に配置されているので、前記上流側の栓体８の前面で排気ガス２の流れが澱むことによりパティキュレートが堆積しても、そのパティキュレートの堆積は大きく成長することなく高温条件下で早期に燃焼除去されることになる。
【００２７】
更に、本形態例では、アッシュを透過し得る程度に目を粗くした多孔質材料によりフィルタ本体７を構成しているので、アッシュを無理なく通過させてパティキュレートのみを捕集することが可能となり、燃焼除去できないアッシュの堆積が防止されることになる。
【００２８】
従って、上記形態例によれば、排気ガス２のフィルタリング回数を従来の一回から大幅に増加させることができるので、フィルタ本体７を成す多孔質材料の目を粗くしてもパティキュレートの捕集率の低下を回避することができ、パティキュレートの捕集率を高く維持したまま圧力損失を低減することができる。
【００２９】
また、フィルタ本体７の入側端面におけるパティキュレートの付着堆積を防止することができ、しかも、一方の組の流路５における上流側の栓体８の前面に堆積したパティキュレートを大きく成長させることなく高温条件下で早期に燃焼除去することができるので、目詰まりの発生を確実に回避することができる。
【００３０】
更に、潤滑油や燃料中の硫黄分を起源として発生したアッシュを無理なく通過させ、パティキュレートのみを捕集することができるので、燃焼除去できないアッシュの堆積により目詰まりが生じることを未然に回避でき、アッシュの除去のためにパティキュレートフィルタ９を取り外してエア洗浄や水洗浄を施す手間を省くことができる。
【００３１】
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、各流路の最上流側の栓体を従来と同様にフィルタ本体の入側端面に配置することも可能であること、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。
【００３２】
【発明の効果】
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。
【００３３】
（Ｉ）本発明の請求項１に記載の発明によれば、排気ガスのフィルタリング回数を従来の一回から大幅に増加させることができるので、フィルタ本体を成す多孔質材料の目を粗くしてもパティキュレートの捕集率の低下を回避することができ、パティキュレートの捕集率を高く維持したまま圧力損失を低減することができる。
【００３４】
（ＩＩ）本発明の請求項２に記載の発明によれば、フィルタ本体の入側端面におけるパティキュレートの付着堆積を防止することができ、しかも、各流路の最上流側の栓体の前面に堆積したパティキュレートを大きく成長させることなく高温条件下で早期に燃焼除去することができるので、目詰まりの発生を確実に回避することができる。
【００３５】
（ＩＩＩ）本発明の請求項３に記載の発明によれば、潤滑油や燃料中の硫黄分を起源として発生したアッシュを無理なく通過させ、パティキュレートのみを捕集することができるので、燃焼除去できないアッシュの堆積により目詰まりが生じることを未然に回避でき、アッシュの除去のためにパティキュレートフィルタを取り外してエア洗浄や水洗浄を施す手間を省くことができる。
【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断面図である。
【図２】パティキュレートフィルタ内の温度分布を示すグラフである。
【図３】従来のパティキュレートフィルタの配置状態を説明する概略図である。
【図４】図３のパティキュレートフィルタの詳細を示す断面図である。
【符号の説明】
２　　排気ガス
５　　流路
６　　多孔質薄壁
７　　フィルタ本体
８　　栓体
９　　パティキュレートフィルタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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