(57)【要約】【課題】従来より圧力損失を低減することができ且つ目詰まりの発生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。【解決手段】前後二段のフィルタ本体１３，１４を直列配置して構成したパティキュレートフィルタ１２に関し、各流路５の入口を全て目封じせずに開放し且つ各流路５の出口を１セルおきに目封じしたフィルタ本体１３を一段目に配置し、各流路５の入口を全て目封じせずに開放し且つ各流路５の出口を前記一段目のフィルタ本体１３の目封じ箇所と互い違いとなるように１セルおきに目封じしたフィルタ本体１４を二段目に近接配置し、これら一段目と二段目のフィルタ本体１３，１４に酸化触媒を担持せしめる。【選択図】　　　　図１
2004108331.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気管の途中に介装したフィルタケース内に、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複数のフィルタ本体を直列配置し、該各フィルタ本体の流路間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、各流路の入口を全て目封じせずに開放し且つ各流路の出口を１セルおきに目封じしたフィルタ本体を一段目に配置し、各流路の入口を全て目封じせずに開放し且つ各流路の出口を前記一段目のフィルタ本体の目封じ箇所と互い違いとなるように１セルおきに目封じしたフィルタ本体を二段目に近接配置し、これら一段目と二段目のフィルタ本体に酸化触媒を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】
一段目と二段目のフィルタ本体間の隙間が５ｍｍ以下であ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】
排気管の途中に介装したフィルタケース内に、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複数のフィルタ本体を直列配置し、該各フィルタ本体の流路間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、各流路の入口を全て目封じせずに開放し且つ各流路の出口を１セルおきに目封じしたフィルタ本体を一段目に配置し、各流路の入口と出口の何れか一方を１セルおきに目封じし且つその入口側の目封じ箇所が前記一段目のフィルタ本体の目封じ箇所と合致するように１セルおきに目封じしたフィルタ本体を二段目に配置し、これら一段目と二段目のフィルタ本体に酸化触媒を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４】
排気管の途中に介装したフィルタケース内に、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複数のフィルタ本体を直列配置し、該各フィルタ本体の流路間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、各流路を全て目封じせずに開放したフロースルー型のフィルタ本体を一段目に配置し、各流路の入口と出口の何れか一方を１セルおきに目封じしたフィルタ本体を二段目に配置し、これら一段目と二段目のフィルタ本体に酸化触媒を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。
【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５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６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】
尚、ここに図示している例では、パティキュレートフィルタ４が、クッション材９により外周部分を保持されて排気管３途中のフィルタケース１０内に収容されており、前記クッション材９の軸心方向中間位置には、シール材１１が介装されて排気ガス２の迂回を阻止し得るようにしてある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、斯かる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おり、図７に拡大して示すように、その目封じされた閉塞面を迂回するように排気ガス２が隣の流路５に流れ込み、しかも、この流路５における流路断面積Ａに対し実際に排気ガス２が流通し得る有効断面積ａは更に小さなものとなるので、パティキュレートフィルタ４の入口部分における排気ガス２の流れが大きく絞り込まれて圧力損失が大きくなるという問題があった。
【０００８】
他方、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、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難しかった。
【０００９】
更に、各流路５の入口が栓体８により交互に目封じされていると、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なり、図８に示す如く、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を起こす虞れがあった。
【００１０】
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ためにパティキュレートの堆積が大きく成長してしまうのである。
【００１１】
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。
【００１２】
【特許文献１】
特願２００１−３２２２８６号
【００１３】
本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、従来より圧力損失を低減することができ且つ目詰まりの発生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。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、排気管の途中に介装したフィルタケース内に、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複数のフィルタ本体を直列配置し、該各フィルタ本体の流路間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、各流路の入口を全て目封じせずに開放し且つ各流路の出口を１セルおきに目封じしたフィルタ本体を一段目に配置し、各流路の入口を全て目封じせずに開放し且つ各流路の出口を前記一段目のフィルタ本体の目封じ箇所と互い違いとなるように１セルおきに目封じしたフィルタ本体を二段目に近接配置し、これら一段目と二段目のフィルタ本体に酸化触媒を担持せしめたことを特徴とするものである。
【００１５】
ここで、一段目と二段目のフィルタ本体間の隙間は５ｍｍ以下とすることが好ましい。
【００１６】
また、本発明は、排気管の途中に介装したフィルタケース内に、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複数のフィルタ本体を直列配置し、該各フィルタ本体の流路間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、各流路の入口を全て目封じせずに開放し且つ各流路の出口を１セルおきに目封じしたフィルタ本体を一段目に配置し、各流路の入口と出口の何れか一方を１セルおきに目封じし且つその入口側の目封じ箇所が前記一段目のフィルタ本体の目封じ箇所と合致するように１セルおきに目封じしたフィルタ本体を二段目に配置し、これら一段目と二段目のフィルタ本体に酸化触媒を担持せしめたことを特徴とするものでもある。
【００１７】
更に、本発明は、排気管の途中に介装したフィルタケース内に、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複数のフィルタ本体を直列配置し、該各フィルタ本体の流路間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、各流路を全て目封じせずに開放したフロースルー型のフィルタ本体を一段目に配置し、各流路の入口と出口の何れか一方を１セルおきに目封じしたフィルタ本体を二段目に配置し、これら一段目と二段目のフィルタ本体に酸化触媒を担持せしめたことを特徴とするものでもある。
【００１８】
而して、前述した何れのパティキュレートフィルタの場合においても、一段目の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、従来の如き目封じされた閉塞面を迂回するような排気ガスの流れが形成されなくなり、上流側からの排気ガスがそのままストレートに各流路に流入して流れの絞り込みが殆ど起こらないことから圧力損失が大幅に低減される。
【００１９】
また、一段目のフィルタ本体の入側端面に閉塞面が形成されないため、ここ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、一段目のフィルタ本体から二段目のフィルタ本体にかけての間で最初に排気ガスの流れを堰き止めることになる目封じ箇所が、一段目の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、最初の目封じ箇所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。
【００２０】
尚、一段目のフィルタ本体で排気ガスの半分の量が多孔質薄壁を透過し、二段目のフィルタ本体では排気ガスの全量が多孔質薄壁を透過するので、パティキュレートの捕集率が既に二段目の段階で従来の約１．５倍に向上されることになる。
【００２１】
【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。
【００２２】
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５〜図８と同一の符号を付した部分は同一物を表わしている。
【００２３】
図１に示す如く、本形態例のパティキュレートフィルタ１２は、排気管３の途中に介装したフィルタケース１０内に、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前後二段のフィルタ本体１３，１４を互いに近接させて直列配置することにより構成されている。
【００２４】
そして、一段目のフィルタ本体１３は、各流路５の入口を全て目封じせずに開放し且つ各流路５の出口を１セルおきに栓体８により目封じしたものとなっており、二段目のフィルタ本体１４は、各流路５の入口を全て目封じせずに開放し且つ各流路５の出口を前記一段目のフィルタ本体１３の目封じ箇所（栓体８により塞がれた流路５）と互い違いとなるように１セルおきに栓体８で目封じしたものとなっており、これら一段目と二段目のフィルタ本体１３，１４には酸化触媒が一体的に担持されている。
【００２５】
ここで、前後のフィルタ本体１３，１４は、夫々の長さ寸法が互いに相違していてもかまわないが、一段目のフィルタ本体１３については、その出口に配置される栓体８が、一段目のフィルタ本体１３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な長さ寸法を設定しておくと良い。
【００２６】
即ち、フィルタ本体１３，１４を直列配置して成るパティキュレートフィルタ１２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一段目のフィルタ本体１３の前方部分で徐々に上昇し、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、一段目のフィルタ本体１３の入側端面から距離Ｌを超えたあたりから平衡状態へと移行するので、一段目のフィルタ本体１３の出口における栓体８の配置位置Ｘを入側端面から距離Ｌだけ離間した位置とすれば、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。
【００２７】
このようにパティキュレートフィルタ１２を構成すれば、一段目のフィルタ本体１３の入側端面における全ての流路５が開放されることになるので、従来の如き目封じされた閉塞面を迂回するような排気ガス２の流れが形成されなくなり、上流側からの排気ガス２がそのままストレートに各流路５に流入して流れの絞り込みが殆ど起こらないことから圧力損失が大幅に低減される。
【００２８】
また、一段目のフィルタ本体１３の入側端面に閉塞面が形成されないため、ここ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、一段目のフィルタ本体１３の出口にある栓体８が、一段目のフィルタ本体１３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、一段目のフィルタ本体１３の出口にある栓体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。
【００２９】
そして、一段目のフィルタ本体１３における約半数の流路５は、その出口が栓体８により目封じされているので、ここを流れた排気ガス２が栓体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、これらの目封じされていない流路５から排出された排気ガス２が、二段目のフィルタ本体１４における出口を栓体８で目封じされた流路５へと導かれる。
【００３０】
この結果、二段目のフィルタ本体１４は、実質的に図６の従来のパティキュレートフィルタ４と同様に機能することになり、一段目のフィルタ本体１３から導入された排気ガス２の全量が必ず栓体８に行き当たって多孔質薄壁６を介し隣の流路５へ流れ込むことになる。
【００３１】
この時、一段目と二段目のフィルタ本体１３，１４の間の隙間が大きいと、一段目のフィルタ本体１３の目封じされていない流路５から二段目のフィルタ本体１４の目封じされていない流路５へ排気ガス２が回り込む虞れがあるので、一段目と二段目のフィルタ本体１３，１４間の隙間は５ｍｍ以下としておくことが好ましく、このようにしておけば、前述の如き排気ガス２の回り込みが殆ど起こらなくなる。
【００３２】
従って、上記形態例によれば、一段目のフィルタ本体１３の入側端面における全ての流路５を開放できたことにより、パティキュレートフィルタ１２の入口部分での排気ガス２の流れの絞り込みを回避し得て圧力損失を従来より大幅に低減することができ、しかも、一段目のフィルタ本体１３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し且つ一段目のフィルタ本体１３の出口における栓体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。
【００３３】
更に、一段目のフィルタ本体１３で排気ガス２の半分の量が多孔質薄壁６を透過し、二段目のフィルタ本体１４では排気ガス２の全量が多孔質薄壁６を透過することになるので、少なくとも排気ガス２の半分の量についてフィルタリング回数を二回に増やすことができ、パティキュレートの捕集率を従来の約１．５倍に向上することができる。
【００３４】
図３は本発明の別の形態例を示すもので、本形態例のパティキュレートフィルタ１５においては、二番目のフィルタ本体１４が、各流路５の入口と出口の何れか一方を１セルおきに目封じし且つその入口側の目封じ箇所が一段目のフィルタ本体１３の目封じ箇所と合致するように１セルおきに目封じして酸化触媒を担持させたものとなっている。
【００３５】
即ち、本形態例の場合は、一段目のフィルタ本体１３として図１のものと同じものを採用し、二番目のフィルタ本体１４を従来の一般的なパティキュレートフィルタ４（図６参照）と同じ構造のものとしてパティキュレートフィルタ１５を形成するようにしているが、その全体的な流路構成や目封じ箇所のレイアウトは図１のパティキュレートフィルタ１２と略同様に構成されることになり、この図１のパティキュレートフィルタ１２と同じ作用効果を得ることができる。
【００３６】
また、図４は本発明の更に別の形態例を示すもので、本形態例のパティキュレートフィルタ１６においては、各流路５を全て目封じせずに開放したフロースルー型のフィルタ本体１３を一段目に配置し、各流路５の入口と出口の何れか一方を１セルおきに目封じしたフィルタ本体１４を二段目に配置し、これら一段目と二段目のフィルタ本体１３，１４に酸化触媒を担持せしめたものとなっている。
【００３７】
即ち、本形態例の場合は、図３のパティキュレートフィルタ１５における一段目のフィルタ本体１３の出口の栓体８を全て省略したものとなっており、このようにしても、その全体的な流路構成や目封じ箇所のレイアウトは図１のパティキュレートフィルタ１２や図３のパティキュレートフィルタ１５と略同様に構成されることになり、これらのパティキュレートフィルタ１２，１５と同じ作用効果を得ることができる。
【００３８】
ここで、図３のパティキュレートフィルタ１５及び図４のパティキュレートフィルタ１６の何れにおいても、一段目のフィルタ本体１３から二段目のフィルタ本体１４にかけての間で最初に排気ガス２の流れを堰き止めることになる栓体８が、一段目のフィルタ本体１３の入側端面から距離Ｌ（図２参照）より長く離間した位置に配置されていることが好ましいことは図１の場合と同様である。
【００３９】
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、図示では前後二段でフィルタ本体を直列配置した場合を例示しているが、同じ配列パターンを繰り返すことで三段以上の直列配置を実現することも可能であること、また、一段目と二段目のフィルタ本体に担持される酸化触媒は、排気ガス中の物質の酸化反応を促進する性質を備えたものであれば良く、本発明で言及している酸化触媒には、いわゆるＮＯｘ還元触媒やＮＯｘ吸蔵還元触媒等も含まれること、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。
【００４０】
【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。
【００４１】
（Ｉ）一段目のフィルタ本体の入側端面における全ての流路を開放できたことにより、パティキュレートフィルタの入口部分での排気ガスの流れの絞り込みを回避し得て圧力損失を従来より大幅に低減することができ、しかも、一段目の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し且つ最初の目封じ箇所で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。
【００４２】
（ＩＩ）一段目のフィルタ本体で排気ガスの半分の量が多孔質薄壁を透過し、二段目のフィルタ本体では排気ガスの全量が多孔質薄壁を透過するので、少なくとも二段目の段階でパティキュレートの捕集率を従来の約１．５倍に向上することができる。
【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】本発明の別の形態例を示す断面図である。
【図４】本発明の更に別の形態例を示す断面図である。
【図５】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６】図５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。
【図７】図６のパティキュレートフィルタの入側端面の排気ガス流れを示す拡大図である。
【図８】図６のパティキュレートフィルタの入側端面にパティキュレートが堆積した状態を示す拡大図である。
【符号の説明】
２　　排気ガス
３　　排気管
５　　流路
６　　多孔質薄壁
８　　栓体
１０　　フィルタケース
１２　　パティキュレートフィルタ
１３　　フィルタ本体
１４　　フィルタ本体
１５　　パティキュレートフィルタ
１６　　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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【図５】
2004108331.tif 000007
【図６】
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【図７】
2004108331.tif 000009
【図８】
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