(57)【要約】【課題】パティキュレートの燃焼をより効率よくおこなうことのできるディーゼル排ガス浄化用装置を提供する。【解決手段】ディーゼル排ガス浄化用装置を、ガス流通の際のパティキュレートのフィルタとなるフィルタ部と、フィルタ部よりも優先的に排ガスが流入しフィルタ部とガス流通可能に連通している易流部とより構成し、フィルタ部には酸化触媒を設け、易流部にはＮＯＸ吸着材を担持する。【選択図】図８
2004084494.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排ガス流路に設けられるディーゼル排ガス浄化用装置であって、ガス流通の際のパティキュレートのフィルタとなるフィルタ部と、該フィルタ部よりも優先的に排ガスが流入し該フィルタ部とガス流通可能に連通している易流部とを有し、
該フィルタ部には酸化触媒が設けられ、該易流部にはＮＯＸ吸着材が担持されていることを特徴とするディーゼル排ガス浄化用装置。
【請求項２】
前記易流部は前記フィルタ部の周方向の外周側に配置され前記易流部は前記フィルタ部と接する壁面で前記フィルタ部に対してガス流通可能に連通し、前記易流部の排ガス流れ方向の上流側には前記易流部へのガス流入を低温条件下で開放し高温条件下で遮蔽する上流側ガス開閉弁が設けられている請求項１に記載のディーゼル排ガス浄化用装置。
【請求項３】
さらに、前記易流部の排ガス流れ方向の下流側には前記易流部からのガス流出を低温条件下で開放し高温条件下で遮蔽する下流側ガス開閉弁が設けられている請求項２に記載のディーゼル排ガス浄化用装置。
【請求項４】
前記フィルタ部および前記易流部の排ガス流れ方向の下流部には、ＮＯＸ吸蔵還元触媒が設けられたＮＯＸ浄化部が配置されている請求項１〜３のいずれかに記載のディーゼル排ガス浄化用装置。
【請求項５】
前記フィルタ部および前記易流部の排ガス流れ方向の下流部には、ガス流通の際のパティキュレートのフィルタとなり前記酸化触媒が設けられた第２のフィルタ部が配置されている請求項２〜４に記載のディーゼル排ガス浄化用装置。
【請求項６】
前記第２のフィルタ部と並列に、排ガス流通抵抗の小さいバイパス部が配置され、前記第２のフィルタ部と前記バイパス部とはバイパス切換弁によって切換される請求項５に記載のディーゼル排ガス浄化用装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ディーゼルエンジンからの排ガス中に含まれるパティキュレート（粒子状物質）を捕集するとともに、排ガス中の有害成分を浄化するディーゼル排ガス浄化用装置に関し、詳しくはＮＯＸ吸着材を用いてパティキュレートの酸化速度を向上させたディーゼル排ガス浄化用装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガソリンエンジンについては、排ガスの厳しい規制とそれに対処できる技術の進歩とにより、排ガス中の有害成分は確実に減少されてきている。しかし、ディーゼルエンジンについては、有害成分がパティキュレート（粒子状物質：炭素微粒子、サルフェート等の硫黄系微粒子、高分子量炭化水素微粒子）として排出されるという特異な事情から、規制も技術の進歩もガソリンエンジンに比べて遅れている。
【０００３】
現在までに開発されているディーゼルエンジン用排ガス浄化装置としては、大きく分けてトラップ型の排ガス浄化装置（ウォールフロー）と、オープン型の排ガス浄化装置（ストレートフロー）とが知られている。このうちトラップ型の排ガス浄化装置としては、セラミック製の目封じタイプのハニカム体（ディーゼルパティキュレートフィルタ（以下ＤＰＦとする））が知られてる。このＤＰＦは、セラミックハニカム構造体のセル下流端の開口部を目詰めしたガス流入側セルと、セル上流端の開口部を目詰めしたガス流出側セルと、ガス流入側セルとガス流出側セルを区画し、ガス流通の際のフィルタとなるセル隔壁を持つものであり、セル隔壁の細孔で排ガスを濾過してセル隔壁にパティキュレートを捕集することで排出を抑制するものである。
【０００４】
このようなＤＰＦとしては、ＤＰＦのセル隔壁にアルミナなどからコート層を形成し、そのコート層に白金（Ｐｔ）などの酸化触媒を担持した連続再生式ＤＰＦが主に用いられている。この連続再生式ＤＰＦによれば、捕集されたパティキュレートが酸化触媒によって比較的低温で酸化・燃焼されるため、パティキュレートを捕集と同時にあるいは捕集と連続して燃焼させることでＤＰＦを再生することができる。
【０００５】
連続再生式ＤＰＦとしては、様々なものが知られている。例えば特許３０１２２４９号公報には、排ガスからＮＯｘを生成させる触媒モノリス体とＤＰＦとを別々に設け、触媒モノリス体をフィルタ上流に配し、そこで生じたＮＯｘを下流側のＤＰＦで捕集されたパティキュレートに供給するパティキュレート除去装置が開示されている。この場合、ＮＯＸはパティキュレートに対する気体酸化剤として作用し、ＮＯＸとパティキュレートの気体−固体間の反応によってパティキュレートの燃焼はおこなわれる。
【０００６】
また、特公平７−１０６２９０号公報には、アルカリ土類金属酸化物に白金族金属を担持した酸化触媒をＤＰＦにコートし、パティキュレートと触媒金属との間に起こる固体−固体間の反応を利用したパティキュレート連続酸化フィルタが開示されている。
【０００７】
この他にも、パティキュレートの連続酸化が起こり難い低温条件下において排ガス中のＮＯＸを吸着し、高温条件下でこのＮＯＸを放出し供給する様な、ＮＯＸ吸着材を用いたディーゼル排ガス浄化用フィルタ型触媒も開発されている。このディーゼル排ガス浄化用フィルタ型触媒によると、ＮＯＸによってパティキュレートを燃焼させる固体−気体間の反応と触媒金属とパティキュレートとの間に起こる固体−固体間の反応との両方を用いることで、パティキュレートの燃焼をより良好におこなうことができる。さらに、このパティキュレートの燃焼パティキュレートの連続酸化が起こりやすい高温条件下でおこなわれることから、パティキュレートの燃焼はより効率よくおこなわれることとなる。
【０００８】
しかし、近年排ガス浄化への要求は高まる一方であり、更なる排ガス浄化技術の向上が求められている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記事情を考慮してなされたもので、パティキュレートの燃焼をより効率よくおこなうことのできるディーゼル排ガス浄化用装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決する本発明のディーゼル排ガス浄化用装置は、排ガス流路に設けられるディーゼル排ガス浄化用装置であって、ガス流通の際のパティキュレートのフィルタとなるフィルタ部と、該フィルタ部よりも優先的に排ガスが流入し該フィルタ部とガス流通可能に連通している易流部とを有し、該フィルタ部には酸化触媒が設けられ、該易流部にはＮＯＸ吸着材が担持されていることを特徴とする。
【００１１】
一般に、連続再生式ＤＰＦにおいては、フィルタとなるセル隔壁（以下、フィルタ隔壁とする）に堆積したパティキュレートを完全に燃焼させ除去することは非常に困難である。したがって、ＤＰＦを再生した後でもパティキュレートの燃え残りがフィルタ隔壁上に堆積し、この堆積が進行すると、フィルタ隔壁に目詰まりが生じる場合がある。また、ＤＰＦの場合、周方向の外周側は温度の上昇しにくい部分であることから、この部分に位置するフィルタ隔壁は特にパティキュレートの堆積が進行しやすい部分となる。
【００１２】
パティキュレートの堆積が進行し、フィルタ隔壁に目詰まりが生じた場合、フィルタ隔壁上に捕集されたパティキュレートと触媒金属との固体−固体間の反応は起こり難いものとなる。さらに、目詰まりによってパティキュレートへの気体酸化剤の供給もおこなわれ難くなり、パティキュレートと気体酸化剤との固体−気体間の反応もまた起こり難いものとなる。このため、目詰まりを起こしたＤＰＦは排ガスの浄化能が低下する。この場合ＤＰＦを交換する必要があるが、ＤＰＦを頻繁に交換することはコスト面から好ましくない。
【００１３】
本発明のディーゼル排ガス浄化用装置においては、パティキュレートを捕集しパティキュレートのフィルタとなるフィルタ部と、ＮＯＸ吸着材が担持されている易流部とが別々に設けられ、易流部はフィルタ部よりも優先的に排ガスが流入する構成となっている。ここで、ＮＯＸ吸着材とは上述したように低温条件下でＮＯＸを吸着し高温条件下ではＮＯＸを放出する作用を持つものである。
【００１４】
このため、この構成によると低温条件下では排ガス中のＮＯＸは主に易流部に吸着され、パティキュレートはフィルタ部に主に捕集されることとなる。また、易流部とフィルタ部とはガス流通可能に連通していることから、高温条件下では、易流部のＮＯＸ吸着材に吸着されたＮＯＸが放出され、フィルタ部へ流入し、このフィルタ部に捕集されているパティキュレートを酸化・燃焼することとなる。したがって、パティキュレートが堆積するフィルタ部へのＮＯＸ、すなわち気体酸化剤の供給は、フィルタ部のパティキュレートの堆積に関わらず良好におこなわれることとなり、パティキュレートの燃焼は効率よくおこなわれることとなる。
【００１５】
また、上記易流部は上記フィルタ部の周方向の外周側に配置され上記易流部は上記フィルタ部と接する壁面で上記フィルタ部に対してガス流通可能に連通し、上記易流部の排ガス流れ方向の上流側には上記易流部へのガス流入を低温条件下で開放し高温条件下で遮蔽する上流側ガス開閉弁が設けられている構成とすることもできる。さらに、上記易流部の排ガス流れ方向の下流側に、上記易流部からのガス流出を低温条件下で開放し高温条件下で遮蔽する下流側ガス開閉弁を配置することもできる。
【００１６】
上記フィルタ部および前記易流部の排ガス流れ方向の下流部には、ＮＯＸ吸蔵還元触媒が設けられたＮＯＸ浄化部が配置されているものとすることができる。
【００１７】
そして、上記フィルタ部および上記易流部の排ガス流れ方向の下流部には、ガス流通の際のパティキュレートのフィルタとなり上記酸化触媒が設けられた第２のフィルタ部を配置することもできる。
【００１８】
さらに、上記第２のフィルタ部と並列に、排ガス流通抵抗の小さいバイパス部を配置し、上記第２のフィルタ部と上記バイパス部とはバイパス切換弁によって切換されるものとすることもできる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明にかかるディーゼル排ガス浄化用装置は、フィルタ部と易流部とを有する。
【００２０】
フィルタ部は、ガス流通の際のパティキュレートのフィルタとなる部分である。このフィルタ部の基材としては、上述したような通常のウオールフロー型のもの、すなわちＤＰＦを用いることができる。フィルタ部にはパティキュレートのフィルタとなるフィルタ隔壁が設けられ、フィルタ部に流入した排ガスはこのフィルタ隔壁を通過してフィルタ部外部へ流出する。
【００２１】
また、フィルタ部のフィルタ隔壁には、酸化触媒が設けられている。酸化触媒としては、多孔質酸化物と触媒金属とを含みパティキュレートを酸化・燃焼させることができるものであれば、通常のＤＰＦに用いられるものを用いることができる。例えば、多孔質酸化物としては、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＣｅＯ２、Ｆｅ２Ｏ３，ＴｉＯ２，ＳｉＯ２などの酸化物あるいはこれらの複数種からなる複合酸化物を使用することが好ましい。このうち、ＣｅＯ２やＣｅＯ２／ＺｒＯ２は酸素吸蔵放出能を有することから、浄化性能をより向上させるためにはこれらをを用いることがより好ましい。
【００２２】
また、これら多孔質酸化物にＰｒ，Ｌａ，Ｙ等の耐熱性向上剤をさらに加えることもできる。
【００２３】
触媒金属としてはＰｔ，Ｆｅ，Ｍｎ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｐｄ，Ｒｈ，Ａｇなどの既知の触媒金属から選ばれる少なくとも一種を用いることができる。
【００２４】
なお、多孔質酸化物の量は基材の体積１リットルあたり５０ｇ〜３００ｇであることが好ましく、触媒金属の量は基材の体積１リットルあたり０．５ｇ〜１５ｇが好ましい。これより多くなるとフィルタ部の圧損が上昇し、これより少なくなるとパティキュレートの酸化・燃焼が良好に行われない。なお、本明細書において基材の体積とは、基材の嵩の量を表す。
【００２５】
易流部は、フィルタ部よりも優先的に排ガスが流入する部分である。この易流部は、例えばフィルタ部の排ガス流れ方向の上流側に配置することで、この易流部にフィルタ部よりも優先的に排ガスが流入する構成とすることもできる。あるいは、易流部の基材をフィルタ部の基材よりもガス流通抵抗が低くなるように形成し、この易流部を排ガス流れ方向に対してフィルタ部と並列に配置することもできる。さらには、易流部とフィルタ部とを同じ基材で形成し、易流部への触媒等のコート量をフィルタ部よりも少ないものとすることもできる。
【００２６】
易流部の基材をフィルタ部よりもガス流通抵抗の低いものとするためには、易流部をストレートフロー型のものとすることもできるし、フィルタ部と比較してガス流通抵抗の低いウォールフロー型のものとすることもできる。ここで、ウォールフロー型のものとする場合、フィルタ隔壁のパティキュレート捕集能によって、使用前の状態でのガス流通抵抗が同じであっても、使用開始後の状態でのガス流通抵抗は異なる場合がある。このことから、この場合のガス流通抵抗とは、ディーゼル排ガス浄化用装置を使用している状態、すなわち、パティキュレートが堆積した条件下におけるガス流通抵抗を指し、本発明においては、基材１リットルあたりパティキュレートが１ｇ堆積した状態でのガス流通抵抗を指す。
【００２７】
易流部の基材をフィルタ部と比較してガス流通抵抗の低いウォールフロー型のものとする場合には、例えばフィルタ部の基材に対して易流部の基材の細孔径を大きなものにしたり，気孔率を高くしたり，セル径を大きくしたりすることで、所望のガス流通抵抗を有する易流部を形成することができる。
【００２８】
易流部に担持されるＮＯＸ吸着材としては、ＺｒＯ２，ゼオライト，スピネル，ＭｇＡｌ２Ｏ４，Ａｌ２Ｏ３等の塩基性を持つものまたは酸性および塩基性の両性を持つもので、低温条件下でＮＯＸを吸着し高温条件下でＮＯＸを脱離するものが使用できる。ここで本発明でいう低温条件および高温条件とは、通常の酸化触媒の酸化活性が発揮される温度域である３５０℃を基準とし、これより高い温度域を高温条件としこれより低い温度域を低温条件とするものである。例えばＺｒＯ２は、室温〜３５０℃の温度条件下でＮＯＸを吸着し、３５０℃〜４００℃の温度条件下でＮＯＸを脱離する特性をもつ。
【００２９】
また、ＮＯＸ吸着材にＬａ，Ｋ，Ｃａの少なくとも一種を添加することが好ましい。ＮＯＸ吸着材にこれらを添加することで、ＮＯＸ吸着材の耐久性を向上させることができる。このＬａ，Ｋ，Ｃａは、ＺｒＯ２をＮＯＸ吸着材として用いる場合に添加することが特に好ましい。
【００３０】
また本発明において、易流部はＮＯＸ吸着材とともに触媒金属を担持する構成とすることもできる。ＮＯＸ吸着材とともに触媒金属を担持することで、ＮＯＸ吸着材へ吸着されるＮＯＸ量を増大させることができる。
【００３１】
ここで用いる触媒金属としては、Ｐｔ，Ｐｄ，Ａｇなどの酸化触媒能を持つ貴金属を用いることが好ましい。ここで、例えばＰｄは、それ自体にＮＯＸ吸着能を持つことから、ＮＯＸ吸着能をさらに向上させたい場合にはＰｄを用いることが好ましい。さらに酸化触媒は、アンミン系Ｐｔおよび硝酸Ｐｄのどちらか一種あるいは二種の混合物の状態で用いることが好ましく、また、コロイドＰｔ，Ｐｔ−Ｐｄ複合コロイド，もしくはＰｔコロイドと硝酸Ｐｄの混合物の状態で用いることがより好ましい。
【００３２】
コロイド状のＰｔやＰｄはメタルに近い状態で担持される。このような状態で担持されたＰｔやＰｄは、担持された後に焼成などによって高温条件下に曝された場合にも酸化され触媒活性が低下する不具合を回避することができ、より高い触媒活性を保持することができる。
【００３３】
なお、ＮＯＸ吸着材の量は基材の体積１リットルあたり５０ｇ〜３００ｇであることが好ましく、触媒金属の量は基材の体積１リットルあたり０．５ｇ〜１０ｇが好ましい。これより多くなるとフィルタ部の圧損が上昇し、これより少なくなるとＮＯＸの良好な吸着が行われない。
【００３４】
いずれの場合も、易流部とフィルタ部とはガス流通可能に連通した構造を有するものである。ここで、フィルタ部と易流部との連通はガス流通可能なものであればよく、例えばガスのみでなくパティキュレートが流通可能な構成であっても良い。すなわち、排ガスが優先的に流通する易流部よりフィルタ部方向へのパティキュレートの流通をおこなうことも可能である。
【００３５】
また、このＮＯＸ吸着材は易流部のみならずフィルタ部にも担持させることができる。ＮＯＸ吸着材をフィルタ部にも担持させる場合、フィルタ部の基材にまずＮＯＸ吸着材を担持させ、その上層にフィルタ部の酸化触媒を設けることが好ましい。その理由は以下の通りである。
【００３６】
酸化触媒とパティキュレートとの反応は固体−固体間の反応であるため、酸化触媒はパティキュレートと接触し易い位置に配置されることが好ましい。したがって、酸化触媒はパティキュレートが捕集される表層部に設けられていることが好ましい。これに対して、ＮＯＸ吸着材より放出されるＮＯＸとパティキュレートとの反応は気体−固体間の反応である。このため、ＮＯＸ吸着材とパティキュレートとは多少離間して配置されていてもガス流通が可能な状態であれば反応が生じる。一般に酸化触媒は、微細な細孔を有して形成されるものであるため、この酸化触媒はガス流通可能なものである。したがって、ＮＯＸ吸着材を酸化触媒の下層に設けても、このＮＯＸ吸着材から放出されたＮＯＸは酸化触媒を通過してパティキュレートに到達することとなり、ＮＯＸとパティキュレートとの気体−固体間の反応は生じることとなる。
【００３７】
本発明のディーゼル排ガス浄化用装置において、易流部をフィルタ部の周方向の外周側に配置し、この易流部とフィルタ部とが接する壁面で易流部とフィルタ部とのガス流通をおこなうものとした上で、易流部の排ガス流れ方向の上流側に易流部へのガス流入を低温条件下で開放し高温条件下で遮蔽する上流側ガス開閉弁を設ける構成とすることもできる。
【００３８】
本発明において易流部は排ガスが優先的に流入する部位であることから、低温条件下で上流側ガス開閉弁が易流部へのガス流入を開放した状態では、排ガスは易流部に優先的に流入する。このため、パティキュレートの連続酸化が起こり難い低温条件下においてＮＯＸは易流部のＮＯＸ吸着材に吸着される。
【００３９】
上流側ガス開閉弁としては、易流部へのガス流入を低温条件下で開放し高温条件下で遮蔽するものであればよく、その構造や材質を特に限定するものではないが、後述する高温条件下でのパティキュレートの捕集を確実におこなうためには、この高温条件下での易流部への排ガス流れを確実に遮蔽できるものであることが望ましい。この上流側ガス開閉弁の開閉は既知の開閉機構でおこなうことができる。また、高温条件下および低温条件下の判断は、易流部あるいはフィルタ部に既知の温度センサを配置し、ここで検出した温度によっておこなうことができる。また、この上流側ガス開閉弁の開閉は、後述する下流側ガス開閉弁やバイパス切換弁の開閉動作と連動しておこなうものとすることもできる。
【００４０】
ここで、易流部の基材は上述したようにストレートフロー型のものであってもよくウォールフロー型のものであっても良い。易流部の基材をウォールフロー型のものとする場合には、この低温条件下においてパティキュレートの少なくとも一部は易流部のフィルタ隔壁に捕集される。ここで、この易流部とフィルタ部との連通をガスだけでなくパティキュレートも流通可能なものとする場合には、パティキュレートの一部が易流部よりフィルタ部に流入し、フィルタ部のフィルタ隔壁に捕集される場合もある。
【００４１】
また、易流部の基材をストレートフロー型のものとした場合には、この低温条件下においてはパティキュレートは易流部より流出する。易流部より流出したパティキュレートは、易流部とフィルタ部との連通がパティキュレート流通可能なものである場合など、パティキュレートの少なくとも一部がフィルタ部に流入し捕集される場合もあるし、また、パティキュレートの一部が易流部およびフィルタ部によって捕集されることなく流出する場合もある。この場合、後述するような第２のフィルタ部を設けることで、ここで流出するパティキュレートを回収することも可能である。
【００４２】
高温条件下では、上流側ガス開閉弁が易流部へのガス流入を遮断する。易流部へのガス流入が遮断されることで、排ガスはフィルタ部に流入することとなり、この場合、フィルタ部にはパティキュレートとともに排ガス中のＮＯＸも流入する。さらに、高温条件下では易流部に吸着されていたＮＯＸが脱離され、このＮＯＸもまたフィルタ部に流入する。このため、パティキュレートの連続酸化が起こりやすい高温条件下においては、パティキュレートの酸化・燃焼は、酸化触媒，高温条件下で排ガス中に存在するＮＯＸとともに低温条件下でＮＯＸ吸着材によって吸着されていたＮＯＸによってもおこなわれることとなり、効率の良いパティキュレートの酸化が行われこととなる。
【００４３】
また、この構成によるとＮＯＸはフィルタ部の外周部よりフィルタ部内部に流入することとなる。ウォールフロー型フィルタの外周部は、通常パティキュレートの酸化が起こり難くパティキュレートの堆積が進行し易い部位であるが、この構成によると、フィルタ部の外周部に捕集されたパティキュレートはさらにその外周側より流入したＮＯＸによって酸化されることとなる。したがって、パティキュレートの堆積は抑制されることとなり、フィルタ隔壁の目詰まり等のパティキュレート堆積に由来する不具合が抑制されるこことなる。
【００４４】
またさらに、易流部の排ガス流れ方向の下流側に、易流部からのガス流出を低温条件下で開放し高温条件下で遮蔽する下流側ガス開閉弁を設けることもできる。この下流側ガス開閉弁は、易流部からのガス流出を低温条件下で開放し高温条件下で遮蔽するものであるため、低温条件下において易流部のＮＯＸ吸着材に吸着されたＮＯＸが高温条件下でより確実にフィルタ部に流入することとなり、パティキュレートの酸化はより効率よくおこなわれることとなる。この下流側ガス開閉弁は上流側ガス開閉弁と同様の形状に形成することができ、上流側ガス開閉弁と同様の開閉機構で開閉することができる。
【００４５】
フィルタ部および易流部の排ガス流れ方向の下流部に、ＮＯＸ吸蔵還元触媒が形成されたＮＯＸ浄化部を配置することもできる。ＮＯＸはパティキュレートを酸化するとともに自身はＮＯにまで還元されるが、フィルタ部および易流部の排ガス流れ方向の下流部にＮＯＸ浄化部を配置することで、このＮＯＸ浄化部に設けられたＮＯＸ吸蔵還元触媒によってさらにＮ２にまで還元されて浄化される。
【００４６】
このＮＯＸ吸蔵還元触媒としては、既知のものを用いることができる。たとえば、Ｋ、Ｎａ、Ｌｉ、Ｃｓなどのアルカリ金属、Ｂａ、Ｃａなどのアルカリ土類、Ｌａ、Ｙなどの希土類から選ばれる少なくとも一つのＮＯＸ吸蔵材と上述した酸化触媒に用いられる触媒金属等を適宜組み合わせて用いることができる。
【００４７】
また、ＮＯＸ吸蔵材の量は、基材の体積１リットルあたり０．５ｇ〜３５ｇであることが好ましい。また、触媒金属の量は基材の体積１リットルあたり１ｇ〜１０ｇであることが好ましい。これはＮＯＸ浄化が良好に行われる範囲である。
【００４８】
ＮＯＸ吸蔵還元触媒の量は、基材の体積１リットルあたり５０ｇ〜３００ｇであることが好ましい。これはＮＯＸの浄化を良好におこなうことができる範囲である。
【００４９】
また、ＮＯＸ浄化部を配置しない場合は、フィルタ部のガス流出孔側にＮＯＸ吸蔵還元触媒を設けることが好ましい。ガス流入孔よりフィルタ部に流入した排ガスは、フィルタ隔壁を通過してガス流出孔側に移動する。この際、排ガス中のパティキュレートはフィルタ隔壁のガス流入孔側に捕集されることとなるため、ガス流出孔側にはパティキュレートの酸化・燃焼に用いられた後のＮＯＸが流入する。したがって、このフィルタ部のガス流出孔側にＮＯＸ吸蔵還元触媒を設けることで、パティキュレートの酸化・燃焼を良好におこないつつ、ＮＯＸの浄化をおこなうことができる。
【００５０】
また、フィルタ部および易流部の排ガス流れ方向の下流部に、ガス流通の際のパティキュレートのフィルタとなり前記酸化触媒層を有する第２のフィルタ部を設けることもできる。この第２のフィルタ部を設けることで、上述したように、パティキュレートの一部が易流部およびフィルタ部によって捕集されることなく流出する場合にもパティキュレートを回収すること可能となる。この第２のフィルタ部はフィルタ部と同様のものとすることができ、また、この第２のフィルタ部に設けられる酸化触媒はフィルタ部と同様のものである。
【００５１】
ここで、ＮＯＸ浄化部を設ける場合には、この第２のフィルタ部はＮＯＸ浄化部の排ガス流れ方向の上流側に配置することが好ましい。第２のフィルタ部に捕集されたパティキュレートを酸化する場合にもＮＯＸによる気体−固体間の反応を用いる方が、パティキュレートの酸化が良好なものとなるからである。
【００５２】
さらに、第２のフィルタ部と並列に、排ガス流通抵抗の小さいバイパス部を設けることができ、このバイパス部と第２のフィルタ部とはバイパス切換弁によって切換されるものとすることもできる。このバイパス切替弁は、フィルタ部や易流部より流出した排ガスの流路を第２のフィルタ部またはバイパス部方向に切替するものである。このバイパス切替弁は、第２のフィルタ部およびバイパス部の排ガス流れ方向の上流側のみに設けることもできるし、排ガス流れ方向の上流側と下流側の両方に設けることもできる。バイパス切替弁を排ガス流れ方向の下流側にも設ける場合は、第２のフィルタ部より流出した排ガスのバイパス部への逆流や、バイパス部より流出した排ガスの第２のフィルタ方向への逆流を防止することができるため、排ガス流れをより良好に制御することができる。
【００５３】
高温条件下、すなわち易流部への排ガス流入が遮蔽されフィルタ部に排ガスが流入している状態では、パティキュレートはフィルタ部に捕集されるため、第２のフィルタ部でパティキュレートの捕集をおこなう必要はない。また、第２のフィルタ部はウォールフロー型に形成されていることから、第２のフィルタ部でパティキュレートの捕集をおこなう必要がない場合に排ガスを第２のフィルタ部に流通させることで、余計な圧損が発生し、高いエンジンの出力を得ることが難しい場合がある。したがって、エンジンの出力を向上させるためには余計な圧損をなるべく低減させる必要があるが、上述したように、排ガスの浄化のためには第２のフィルタ部を配置してパティキュレートの捕集をより確実におこなう方が好ましいという背反した事象がある。
【００５４】
このため、第２のフィルタ部とは別に、第２のフィルタ部よりも排ガス流通抵抗の低いバイパス部を設けて、第２のフィルタ部が不要となる高温条件下において排ガスの流路をバイパス部方向に切替することで、第２のフィルタ部が不要となる条件下での余計な圧損を低減させて、高いエンジンの出力を得ることが可能となる。
【００５５】
バイパス部は単に管状の形状を有し管内部が排ガス流路となるようなものでも良いし、この管内部にＮＯＸ吸蔵還元触媒等を担持させたものでも良い。あるいはこのバイパス部をストレートフロー型のものや排ガス流通抵抗が非常に低いウォールフロー型のものとし、さらにＮＯＸ吸蔵還元触媒等を担持させることも可能である。
【００５６】
ここで、第２のフィルタ部にパティキュレートが捕集されている場合は、このパティキュレートを酸化・燃焼させる必要がある。この場合、バイパス部に排ガスを流通させると第２のフィルタ部の温度はパティキュレートを酸化・燃焼させるのに十分なものとならない。したがって、第２のフィルタ部にパティキュレートが堆積しているような場合は、バイパス開閉弁を第２のフィルタ部方向に切替することによって、ここに堆積しているパティキュレートを酸化・燃焼させた後にバイパス切替弁をバイパス部方向に切替することが好ましい。
【００５７】
第２のフィルタ部へのパティキュレートの堆積は、第２のフィルタ部の排ガス流れ方向の上流側と下流側とにそれぞれ圧力センサを配置して、この２つの圧力センサから検出される圧力の差（差圧）を測定することで、検出することが可能である。ここで用いられる圧力センサは既知のものを用いることができる。また、このバイパス切替弁の切替と、上述した上流側ガス開閉弁および下流側ガス開閉弁の開閉動作とは連動しておこなうものとすることもできる。
【００５８】
また、上述した構成以外にも、フィルタ部でのパティキュレートの排ガス流れの上流側と排ガス流れの下流側とに各々圧力センサを設けて、フィルタ部の圧損を測定し、この圧損をバイパス切替弁の切替に反映させることもできる。すなわち、フィルタ部の基材を細孔径の比較的大きなもので形成するような場合、このフィルタ部へのパティキュレートの堆積量が少ない条件下では、一部のパティキュレートがこのフィルタ部のフィルタ隔壁を通り抜ける場合がある。この場合、バイパス切替弁を第２のフィルタ部方向に切替して排ガスを第２のフィルタ部に流入させ、この第２のフィルタ部によって、第１のフィルタ部を通り抜けたパティキュレートを捕集することもできる。この場合、一定量のパティキュレートがフィルタ部に堆積すると、フィルタ部からのパティキュレートの通り抜けは低減するため、バイパス切替弁をバイパス部方向に切替することで第２のフィルタ部に由来する圧損を低減させることができる。
【００５９】
本発明のディーゼル排ガス浄化用装置は、空燃比でリーン雰囲気にある一般のディーゼル排ガス中でも用いることができるが、常時はリーン雰囲気にあり、間欠的にリッチ雰囲気となるように制御された排ガス中で用いることが望ましい。リーン雰囲気下では捕集されたパティキュレートが酸化触媒あるいはＮＯＸで酸化・燃焼して除去されるとともに、排ガス中のＨＣおよびＣＯが浄化され、かつＮＯＸ吸蔵還元触媒にＮＯＸが吸蔵される。そして間欠的にリッチ雰囲気とすることでＮＯＸ吸蔵還元触媒からＮＯＸが脱離・還元され、ＮＯＸ吸蔵還元触媒層のＮＯＸ吸蔵能を回復することができ、高いＮＯＸ浄化能を長期間維持することができる。このように間欠的にリッチ雰囲気となるようにするには、空燃比を制御してもよいし、排ガス中に燃料などの還元成分を導入することも好ましい。
【００６０】
上述した空燃比の制御や上流側ガス開閉弁，下流側ガス開閉弁およびバイパス切替弁の制御は別途設けた演算手段によっておこなうことができる。
【００６１】
【実施例】
以下、本発明の実施例を添付図面を基にして説明する。
【００６２】
（実施例１）
本発明の実施例１のディーゼル排ガス浄化用装置は、ストレートフロー型の易流部をフィルタ部の周方向の外周側に配置したものである。また、本実施例１において易流部の排ガス流れ方向の上流側には上流側ガス開閉弁が設けられ、排ガス流れ方向の下流側には下流側ガス開閉弁が設られている。本実施例１のディーゼル排ガス浄化用装置の上流側ガス開閉弁および下流側ガス開閉弁の閉状態における模式断面図を図１に示し、本実施例１の上流側ガス開閉弁の開状態の正面図を図２に，閉状態の正面図を図３に示し、開状態の側面図を図４に示す。
【００６３】
本実施例１のディーゼル排ガス浄化用装置１は、ウォールフロー型のフィルタ部２と、このフィルタ部２の周方向の外周側に配置されたストレートフロー型の易流部３とを有する。本実施例１のディーゼル排ガス浄化用装置１は断面φ１０３ｍｍ、長さ１５５ｍｍに形成されている。このうち易流部３の部分の基材は、容積０．６５リットル，気孔率４０％，セル密度６２ｃｅｌｌｓ／ｃｍ２であり、セル上流端４とセル下流端５とがそれぞれ開口して壁厚０．１ｍｍの隔壁６によって区画されたガス流通孔７が形成されているコージェライト製多孔質セラミックハニカム構造体よりなる。本実施例１において、易流部３の基材の各隔壁６の表面および／または内部には、ＺｒＯ２からなるＮＯＸ吸着材とＰｔコロイドと硝酸Ｐｄの混合物（Ｐｔ−Ｐｄ複合コロイド）からなる触媒金属が担持されている。本実施例１の易流部３において、ＮＯＸ吸着材および触媒金属の担持量は、基材の体積１リットルあたりＺｒＯ２２４０ｇ，Ｐｔコロイド２ｇ，硝酸Ｐｄ２ｇであった。
【００６４】
フィルタ部２の部分の基材は、容積０．６５リットル，気孔率６５％，セル密度４６．５ｃｅｌｌｓ／ｃｍ２のコージェライト製多孔質セラミックハニカム構造体であり、セル上流端８とセル下流端９とがそれぞれ目詰めされてガス流入孔１０およびガス流出孔１１が形成されているものである。また、ガス流入孔１０とガス流出孔１１とは壁厚０．３ｍｍのフィルタ隔壁１２によって区画されている。また、本実施例１において、フィルタ部２のガス流入孔１０を区画するフィルタ隔壁１２のガス流入孔１０側の表面および／または内部には、ＣｅＯ２からなる多孔質酸化物とＦｅからなる触媒金属が担持されている。本実施例１のフィルタ部２において、多孔質酸化物および触媒金属の担持量は、基材の体積１リットルあたりＣｅＯ２１５０ｇ，Ｆｅ７．５ｇであった。
【００６５】
また、易流部３とフィルタ部２とは体積の比率が１：１となるように形成されている。
【００６６】
本実施例１において、易流部３とフィルタ部２とは同心円状に形成されたものであり、このうち易流部３はドーナッツ状に形成されている。本実施例１において、上流側ガス開閉弁（弁１）と下流側ガス開閉弁（弁２）とは同じ形状に形成されている。弁１を例に挙げると、この弁１は同一形状の２枚の弁片１３よりなる。各々の弁片１３は半円平板の円心部分が半円状に切り欠きされた形状に形成され、２枚の弁片１３を合わせると易流部３に対応したドーナッツ状の平板となるように形成されている。各々の弁片１３は、易流部３に対して円直径部分１４を軸として回動するように配置されている。したがって、閉状態において易流部３は各々の弁片１３によって遮蔽され、また、開状態において各々の弁片１３の円直径部分１４を軸とする回動によって開放されることとなる。
【００６７】
易流部３の所定位置には熱電対からなる温度センサ１５が設けられている。この温度センサ１５により測定された温度条件にしたがって上述した弁１および弁２の回動を制御する。すなわち、温度センサ１５によって測定された易流部３内の温度は図示しない演算部に送られる。ここで、易流部３内の温度が３５０℃以上の場合を高温条件とし３５０℃未満の場合を低温条件と判断して、図示しない回動モータの駆動をおこなう。高温条件時には回動モータの駆動により円直径部分１４を中心として各々の弁片１３を易流部３を遮断する方向に回動させる。また、低温条件時には回動モータの駆動により各々の弁片１３を易流部３を開放する方向に回動させる。
【００６８】
以下に本実施例１のディーゼル排ガス浄化用装置１の易流部３およびフィルタ部２の製作方法を示す。
【００６９】
本実施例１のディーゼル排ガス浄化用装置１の易流部３とフィルタ部２とは、別々にコートをおこない焼成した後に一体に組み合わせられるものである。このうちフィルタ部２は以下のように制作された。
（１）Ｆｅ（ＮＯ３）３・９Ｈ２Ｏ（市販品，純度＝９９ｗｔ％）１９２．３ｇを純粋に溶かした水溶液１リットルを調製した。
（２）ＣｅＯ２粉末５００ｇを（１）の水溶液に入れ、１２０℃で攪拌した。
（３）６時間後、１２０℃の乾燥機の中に入れて水分をとばした。
（４）乾燥後、５００℃で２時間焼成し、その後に解砕した。
（５）（４）で得られたＦｅ（５ｗｔ％）／ＣｅＯ２の粉末５２６．３ｇおよびセリアゾル１００ｇを純水に入れコート液を調製した。このとき、固形分量が２０ｗｔ％となるようにした。
（６）フィルタ部２の基材を（５）で調製したコート液に２分間浸漬させた。
（７）フィルタ部２の基材を、浸漬させた方向から５秒間吸引し、その後逆方向から１秒間吸引した。
（８）浸漬・吸引後フィルタ部２の基材を室温で乾燥させた後に１２０℃で乾燥させ、さらに２５０℃で乾燥させ、乾燥終了後秤量した。
（９）基材１リットルあたりのコート量が１５０ｇになるまで（６）〜（８）を繰り返した。
（１０）基材１リットルあたりのコート量が１５０ｇになったら、５００℃で２時間の焼成をおこなった。
【００７０】
（１）〜（１０）の工程によって、フィルタ部２の基体にＦｅおよびＣｅＯ２が担持されて、ディーゼル排ガス浄化用装置１のフィルタ部２が制作された。
【００７１】
本実施例では上述したように、最初にＦｅ／ＣｅＯ２を調製する乾固担持法によってＣｅＯ２へのＦｅの担持をおこなったが、担持法はこれに限定されるものではなく、例えばイオン交換等によっておこなうこともできる。
【００７２】
易流部３の制作は以下のようにおこなった。
（１１）Ｐｔコロイド薬液（Ｐｔ＝４．０ｗｔ％，ＰＶＰ使用）１５０ｇを純水に溶かした水溶液１リットルを調製した。
（１２）（１）のＰｔコロイド水溶液にＺｒＯ２粉末６００ｇを入れて１２０℃で攪拌した。
（１３）６時間後、１２０℃の乾燥機の中に入れて水分をとばした。
（１４）乾燥後、５００℃で２時間焼成し、その後に解砕した。
（１５）（１４）で得られた粉末６０６ｇおよびジルコニアゾル２００ｇを混ぜた水溶液を調製した。このとき、固形分量が４０ｗｔ％となるようにした。
（１６）易流部３の基材に（１５）で調製したコート液を流し込み、逆側から吸引した。
（１７）コート量が２４２ｇ／Ｌとなるまでコートできたら、１２０℃で乾燥しその後５００℃で２時間焼成した。。
（１８）硝酸Ｐｄ薬液（Ｐｄ＝４．５ｗｔ％）４４．４ｇを純水に溶かした水溶液１リットルを調製した。
（１９）（１７）でコートされた易流部３の基材を９０℃に保った（１８）の水溶液中に繰り返し浸漬し取りだした。
（２０）約３時間後、水溶液の色が透明になったら易流部３を取り出し、１２０℃で乾燥させ５００℃で２時間焼成した。
【００７３】
（１１）〜（２０）の工程によって、易流部３の基体にコロイドＰｔ，硝酸ＰｄおよびＺｒＯ２が担持されて、ディーゼル排ガス浄化用装置１の易流部３が制作された。
【００７４】
本実施例では乾固担持法によってＺｒＯ２へのコロイドＰｔの担持をおこなったが、担持法はこれに限定されるものではなく、例えばイオン交換等によっておこなうこともできる。
【００７５】
（１）〜（１０）の工程で制作されたフィルタ部２と（１１）〜（２０）の工程で制作された易流部３とを組み合わせ一体化させて本実施例１のディーゼル排ガス浄化用装置１のフィルタ部２と易流部３とを得た。
【００７６】
本実施例１のディーゼル排ガス浄化用装置１における排ガスの浄化機構を以下に説明する。
【００７７】
本実施例１において、易流部３はフィルタ部２よりもガス流通抵抗が低く形成されている。したがって、易流部３にはフィルタ部２よりも優先的に排ガスが流入する。
【００７８】
低温条件下において、排ガスがガス流通孔７より易流部３に流入すると、易流部３に担持されたＮＯＸ吸着材によって排ガス中のＮＯＸが吸着される。一方、排ガス中のパティキュレートは易流部３より流出して、易流部３の排ガス流れ方向の下流部に配置されているフィルタ部２のガス流入孔１０に流入する。ガス流入孔１０に流入したパティキュレートは、フィルタ隔壁１２に捕集され、フィルタ隔壁１２に担持されている酸化触媒によって一部が酸化・燃焼される。
【００７９】
高温条件下においては、酸化触媒の触媒活性は高くなりフィルタ部２のフィルタ隔壁１２に捕集されているパティキュレートの連続酸化がおこなわれる。
【００８０】
また、高温条件下において、弁１および弁２が易流部３へのガス流入および易流部３からのガス流出を遮蔽するため、排ガスはフィルタ部２に流入することとなる。したがって、排ガス中のパティキュレートがフィルタ隔壁１２に捕集されると同時に、フィルタ部２に捕集されたパティキュレートの酸化・燃焼が排ガス中のＮＯＸによっておこなわれる。
【００８１】
さらに、易流部３のＮＯＸ吸着材に吸着されていたＮＯＸは放出されて易流部３より流出し、ガス流入孔１０よりフィルタ部２に流入するため、このＮＯＸによってもパティキュレートの酸化・燃焼がおこなわれる。したがって、パティキュレートの酸化・燃焼は、酸化触媒とＮＯＸとの両方の作用によっておこなわれることとなり、パティキュレートの燃焼は効率の良いものとなる。
【００８２】
そして、この構成によると、高温条件下において易流部３より流出する排ガスは下流側ガス開閉弁によって誘導されて確実にフィルタ部２に流入する。したがって、低温条件下でＮＯＸ吸着材に吸着されたＮＯＸは高温条件下で確実にフィルタ部２に流入することとなり、排ガス中のＮＯＸを気体酸化剤として無駄なく利用することが可能となる。
【００８３】
また、本実施例１において易流部３はフィルタ部２の周方向の外周側に配置されているため、ＮＯＸ吸着材より放出されたＮＯＸは易流部３と接するフィルタ部２の外周部よりフィルタ部２に流入する。したがって、パティキュレートの酸化はフィルタ部２の外周部より行われることとなり、フィルタ部２の外周部に堆積したパティキュレートはこのＮＯＸによって良好に酸化・燃焼されることとなる。このため、本実施例１のディーゼル排ガス浄化用装置１においては、パティキュレートの堆積が生じやすいフィルタ部２の外周部においてもパティキュレートの堆積は抑制され、上述した効果に加えて、ディーゼル排ガス浄化用装置１のパティキュレート堆積による劣化を抑制することが可能となる。
【００８４】
さらに、本実施例１のディーゼル排ガス浄化用装置１において、フィルタ部２の周方向の外周部に易流部３が配置されていることから、この易流部３がフィルタ部２の断熱材としての作用も有する。このため、比較的低温となり易いフィルタ部２外周部の温度は高温に保たれ易くなり、外周部におけるパティキュレートの酸化・燃焼はより生じ易いものとなり、パティキュレートの堆積はより抑制されることとなる。
【００８５】
（実施例２）
本発明の実施２のディーゼル排ガス浄化用装置は、ウォールフロー型の易流部を実施例１と同じフィルタ部の周方向の外周側に配置したものである。また、本実施例２のディーゼル排ガス浄化用装置は、易流部の構造以外は実施例１と同様に形成されたものである。本実施例２のディーゼル排ガス浄化用装置の模式断面図を図５に示す。
【００８６】
本実施例２のディーゼル排ガス浄化用装置１６において、易流部１７の基材としては、コージェライト製多孔質セラミックハニカム構造体を用いた。この多孔質セラミックハニカム構造体は容積０．６５リットル，気孔率７０％，セル密度４６．５ｃｅｌｌｓ／ｃｍ２であり、セル上流端１８とセル下流端１９とがそれぞれ目詰めされてガス流入孔２０およびガス流出孔２１が形成されているものである。また、ガス流入孔２０とガス流出孔２１とは壁厚０．３ｍｍのフィルタ隔壁２２によって区画されている。また、本実施例２において、易流部１７のガス流入孔２０およびガス流出孔２１を区画するフィルタ隔壁２２の表面および／または内部には、実施例１と同じＮＯＸ吸着材および触媒金属が実施例１と同量担持されている。
【００８７】
本実施例２のディーゼル排ガス浄化用装置１６は、易流部１７がウォールフロー型に形成されていることから、易流部１７によってもパティキュレートの捕集がおこなわれること以外は実施例１のディーゼル排ガス浄化用装置１６と同様の排ガスの浄化機構を有するものである。また、易流部１７に捕集されたパティキュレートの酸化・燃焼は、低温時に流入するＮＯＸおよび高温時に放出されるＮＯＸの一部によっておこなわれる。
【００８８】
（実施例３）
本発明の実施例３のディーゼル排ガス浄化用装置は、実施例１のディーゼル排ガス浄化用装置のフィルタ部のガス流出孔を区画するフィルタ隔壁に、さらにＮＯＸ吸蔵還元触媒を設けたものである。本実施例３のディーゼル排ガス浄化用装置の模式断面図を図６に示す。
【００８９】
本実施例３のディーゼル排ガス浄化用装置２３はＮＯＸ吸蔵還元触媒を有するものであり、このＮＯＸ吸蔵還元触媒はＢａよりなるＮＯＸ吸蔵剤とＰｔよりなる触媒金属とより構成されるものである。このＮＯＸ吸蔵還元触媒はフィルタ部２４のガス流出孔２５を区画するフィルタ隔壁２６の表面および内部に、基材の体積１リットルあたり２７．４ｇのＢａおよび２ｇのＰｔが担持されて形成されている。
【００９０】
また、本実施例３においてＮＯＸ吸蔵還元触媒は、実施例１における酸化触媒と同様の工程で形成されている。
【００９１】
本実施例３のディーゼル排ガス浄化用装置２３は、パティキュレートを酸化・燃焼することでＮＯＸより生成したＮＯが、ＮＯＸ吸蔵還元触媒でＮ２にまで還元されて浄化されること以外は、実施例１のディーゼル排ガス浄化用装置２３と同様の排ガスの浄化機構を有するものである。
【００９２】
（実施例４）
本発明の実施例４のディーゼル排ガス浄化用装置は、実施例１のディーゼル排ガス浄化用装置の排ガス流れ方向の下流側に、さらにＮＯＸ浄化部を配置したものである。本実施例４のディーゼル排ガス浄化用装置の模式断面図を図７に示す。
【００９３】
本実施例４のディーゼル排ガス浄化用装置２７のＮＯＸ浄化部２８は、易流部２９と同じ基材を用い、この基材に実施例３と同じＮＯＸ吸蔵還元触媒を設けたものである。
【００９４】
本実施例４において、ＮＯＸ吸蔵還元触媒は基材の体積１リットルあたり２７．４ｇのＢａおよび２ｇのＰｔが担持されて形成されている。
【００９５】
本実施例４のディーゼル排ガス浄化用装置２７は、パティキュレートを酸化・燃焼することでＮＯＸより生成したＮＯが、ＮＯＸ吸蔵還元触媒でＮ２にまで還元されて浄化されること以外は、実施例１のディーゼル排ガス浄化用装置２７と同様の排ガスの浄化機構を有するものである。
【００９６】
また、本実施例４のディーゼル排ガス浄化用装置２７は実施例３のディーゼル排ガス浄化用装置２７とは同様の作用を有するが、実施例３のディーゼル排ガス浄化用装置２７よりも圧損を低減させたものである。すなわち、本実施例４ではＮＯＸ吸蔵還元触媒がフィルタ部３０とは別に設けたストレートフロー型のＮＯＸ浄化部２８に形成されている。ストレートフロー構造は圧損をほとんど生じないことから、このストレートフロー型のＮＯＸ浄化部２８にＮＯＸ吸蔵還元触媒を設け、フィルタ部３０の触媒コート量を低減させることで、ディーゼル排ガス浄化用装置２７に生じる圧損の総量を低減させることが可能となる。
【００９７】
（実施例５）
本発明の実施例５のディーゼル排ガス浄化用装置は、実施例４のディーゼル排ガス浄化用装置のＮＯＸ浄化部の直前に第２のフィルタ部とバイパス部とを並列に配置し、第２のフィルタ部およびバイパス部の排ガス流れ方向の上流側と、下流側とに各々バイパス切替弁を配置したものである。本実施例５のディーゼル排ガス浄化用装置の模式断面図を図８に示す。
【００９８】
本実施例５において、第２のフィルタ部３１の基材としては、断面φ１０３ｍｍ、長さ１５５ｍｍのコージェライト製多孔質セラミックハニカム構造体を用いた。この多孔質セラミックハニカム構造体は容積１．３リットル，気孔率６５％，セル密度４６．５ｃｅｌｌｓ／ｃｍ２であり、セル上流端３２とセル下流端３３とがそれぞれ目詰めされてガス流入孔３４およびガス流出孔３５が形成されているものである。また、ガス流入孔３４とガス流出孔３５とは壁厚０．３ｍｍのフィルタ隔壁３６によって区画されている。また、本実施例５において、第２のフィルタ部３１のガス流入孔３４を区画するフィルタ隔壁３６の表面および内部には、ＣｅＯ２からなる多孔質酸化物とＦｅからなる触媒金属が担持されている。本実施例５の第２のフィルタ部３１において、多孔質酸化物および触媒金属の担持量は、基材の体積１リットルあたりＣｅＯ２１５０ｇ，Ｆｅ７．５ｇであった。
【００９９】
また、本実施例５においてバイパス部３７としてはサス製の管を用いた。バイパス部３７と第２のフィルタ部３１との分岐部にはバイパス切替弁３８が設けられている。このうちバイパス部３７およびフィルタ部３９の排ガス流れ方向の上流側に配置されるバイパス切替弁３８を弁３とし、下流側に配置されるバイパス切替弁３８を弁４とする。この弁３および弁４の動作は、弁１および弁２の動作と関連して制御される。
【０１００】
本実施例５においては、実施例１と同じ位置に設けられた温度センサ４０以外にもフィルタ部３９の排ガス流れ方向の上流側および下流側に第１の圧力センサ４１が設けられ、第２のフィルタ部３１の排ガス流れ方向の上流側および下流側に第２の圧力センサ４２が設けられている。
【０１０１】
第１の圧力センサ４１はフィルタ部３９の圧損を測定するものであり、第２の圧力センサ４２は第２のフィルタ部３１の圧損を測定するものである。ここで測定した圧力は図示しない演算部に送られ、この演算部で温度条件とも関連して制御される。この制御機構を示すフローチャートを図９に示し、以下に本実施例５のディーゼル排ガス浄化用装置の浄化機構を説明する。
【０１０２】
エンジンの動作がスタートすると、まず、易流部４３の温度センサ４０の値が演算部にて読み込まれ（ステップ１００）、温度が３５０℃以上か否かの判断がおこなわれる（ステップ１０１）。温度が３５０℃以下の低温条件の場合では、ステップ１０２によって弁１および弁２は開状態となり、易流部４３への排ガスの流入は開放される。このとき、弁３および弁４は第２のフィルタ部３１方向に切替される。このため、易流部４３より流出した排ガスは第２のフィルタ部３１方向に誘導され、この第２のフィルタ部３１によって易流部４３より流出したパティキュレートの捕集がおこなわれる。所定時間が経過した後に、再度ステップ１００に戻り、易流部４３の温度センサ４０の値が演算部にて読み込まれ、ステップ１０１によって温度が３５０℃以上か否かの判断がおこなわれる。このステップ１００および１０１は、温度が３５０℃以上となるまで繰り返しおこなわれる。
【０１０３】
温度が３５０℃以上の高温条件の場合では、ステップ１０３に進み、弁１および弁２が閉状態となり、易流部４３が遮蔽されてフィルタ部３９への排ガスの流入がおこなわれ、フィルタ部３９によるパティキュレートの捕集と燃焼とがおこなわれる。このとき同時に易流部４３のＮＯＸ吸着材に吸着されていたＮＯＸがフィルタ部３９方向に流入する。この場合弁３および弁４は第２のフィルタ部３１方向に切替されて、フィルタ部３９より流出した排ガス流れを第２のフィルタ部３１方向に誘導する。この後に、ステップ１０４によってフィルタ部３９前後に配置された圧力センサの値が演算部にて読み込まれ、ステップ１０５によるフィルタ部３９前後での差圧、すなわちフィルタ部３９の圧損が所定の値より大きいか否かの判断がおこなわれる。
【０１０４】
本実施例において、フィルタ部３９はパティキュレートが多少堆積した状態で使用することを想定して形成されており、使用初期段階のパティキュレートの体積が非常に少ない状態においては、フィルタ部３９からのパティキュレートの多少のすり抜けが発生する。したがって、フィルタ部３９前後での差圧が所定の値より小さい場合、すなわち、フィルタ部３９へのパティキュレートの堆積量が少なくフィルタ部３９からのパティキュレートのすり抜けが発生する場合には、ステップ１０６により弁１および弁２の閉状態は維持され、かつ、第２のフィルタ部３１におけるパティキュレートの捕集は継続される。ここでいう差圧の所定の値とは、気孔率や平均細孔径等のフィルタ部３９の構造によって適宜設定されるものである。所定時間が経過した後に、再度ステップ１０４に戻り、フィルタ部３９前後の圧力センサの値が演算部にて読み込まれ、ステップ１０５により差圧が所定の値より大きいか否かの判断がおこなわれる。このステップ１０４および１０５は、差圧が所定の値を超えるまで繰り返しおこなわれる。
【０１０５】
フィルタ部３９前後の差圧が所定の値を超える場合、ステップ１０７に進み、第２のフィルタ部３１前後の圧力センサの値が演算部にて読み込まれ、ステップ１０８によって第２のフィルタ部３１前後での差圧、すなわち第２のフィルタ部３１の圧損が所定の値より大きいか否かの判断がおこなわれる。ここでいう差圧とは、第２のフィルタ部３１へのパティキュレートの堆積が進行しこの第２のフィルタ部３１の再生が必要となるような差圧のことである。差圧が所定の値より大きい場合、ステップ１０９によって第２のフィルタ部３１への排ガスの流入は継続される。したがって、第２のフィルタ部３１は高温条件となり、この第２のフィルタ部３１に捕集されたパティキュレートの酸化が行われる。所定時間が経過した後に、再度ステップ１０７に戻り、第２のフィルタ部３１前後の圧力センサの値が演算部にて読み込まれ、ステップ１０８による差圧が所定の値より大きいか否かの判断がおこなわれる。このステップ１０７および１０８は、差圧が所定の値以下となるまで繰り返しおこなわれる。
【０１０６】
第２のフィルタ部３１前後の差圧が所定の値以下である場合、第２のフィルタ部３１へのパティキュレートの堆積はないため、ステップ１１０に進み、弁２はバイパス部３７方向に切り替えられる。このため、ディーゼル排ガス浄化用装置の圧損はさらに低減される。また、所定時間が経過した後に、再度ステップ１００に戻り、ステップ１００からステップ１１０が繰り返される。
【０１０７】
（比較例）
本比較例のディーゼル排ガス浄化用装置は、ウォールフロー型の基体に酸化触媒を設けたフィルタ部と、実施例５のＮＯＸ浄化部と同じＮＯＸ浄化部を有するものである。本比較例のディーゼル排ガス浄化用装置の模式断面図を図１０に示す。
【０１０８】
本比較例のディーゼル排ガス浄化用装置において、フィルタ部４４の基材としては、断面φ１０３ｍｍ、長さ１５５ｍｍのコージェライト製多孔質セラミックハニカム構造体を用いた。この多孔質セラミックハニカム構造体は容積１．３リットル，気孔率６５％，セル密度４６．５ｃｅｌｌｓ／ｃｍ２であり、セル上流端４５とセル下流端４６とがそれぞれ目詰めされてガス流入孔４７およびガス流出孔４８が形成されているものである。また、ガス流入孔４７とガス流出孔４８とは壁厚０．３ｍｍのフィルタ隔壁４９によって区画されている。また、本比較例において、フィルタ部４４のガス流入孔４７を区画するフィルタ隔壁４９の表面および内部には、ＣｅＯ２からなる多孔質酸化物とＦｅからなる触媒金属が担持されている。本比較例のフィルタ部４４において、多孔質酸化物および触媒金属の担持量は、基材の体積１リットルあたりＣｅＯ２１５０ｇ，Ｆｅ７．５ｇであった。
【０１０９】
本比較例のディーゼル排ガス浄化用装置においてはこのフィルタ部４４でパティキュレートの捕集がおこなわれるとともに、フィルタ部４４に設けられた酸化触媒によってパティキュレートの酸化・燃焼がおこなわれる。そして、フィルタ部４４より流出した排ガスは、このフィルタ部４４の排ガス流れ方向の下流側に配置されているＮＯＸ浄化部５０に流入し、このＮＯＸ浄化部で排ガス中のＮＯＸは還元される。
【０１１０】
（ディーゼル排ガス浄化用装置性能試験）
実施例５および比較例のディーゼル排ガス浄化用装置について、ディーゼル排ガス浄化用装置性能試験を行った。試験は以下の通り行った。
【０１１１】
（Ｉ）まず、実施例および比較例のディーゼル排ガス浄化用装置の排ガス流れ方向の上流側に１．８Ｌコモンレールディーゼルエンジンを接続した。このエンジンをエンジン回転数２０００ｒｐｍで駆動して、ディーゼル排ガス浄化用装置にこのエンジンより排出される排ガスを流通させた。このとき温度条件は１００℃の低温条件としたことにより、実施例６のディーゼル排ガス浄化用装置においては上流側ガス開閉弁および下流側ガス開閉弁を開状態として、易流部への排ガス流入を開放した。この状態で排ガスを３０分間流通させるとともにＮＯＸ浄化部より流出したＮＯＸの総量を測定し、このＮＯＸの総量と別途測定した３０分間に流通する排ガス中のＮＯＸの総量とにより１００℃の温度条件におけるＮＯＸ浄化率を算出した。
【０１１２】
（ＩＩ）次にエンジン回転数はそのままで温度条件を３５０℃の高温条件とした。このとき実施例６のディーゼル排ガス浄化用装置においては上流側ガス開閉弁および下流側ガス開閉弁は閉状態であり、易流部への排ガス流入は遮断されて排ガスはフィルタ部へ流入する。このとき、リーン／リッチ＝５５ｓｅｃ／５ｓｅｃを１サイクルとした雰囲気変動操作をおこない、この１サイクルあたりのＮＯＸ浄化部より流出したＮＯＸの総量を測定し、このＮＯＸの総量と（Ｉ）と同
じ３０分間に流通する排ガス中のＮＯＸの総量とにより１サイクルあたりのＮＯＸ浄化率を求めた。また、この操作を４００℃の温度条件においてもおこなった。
【０１１３】
（ＩＩＩ）（ＩＩ）の操作終了後、実施例６のディーゼル排ガス浄化用装置においてはフィルタ部と易流部との一体型フィルタを、比較例のディーゼル排ガス浄化用装置においてはフィルタ部を取り外し、電気炉で６００℃，３時間の温度条件で焼成をおこなった。この焼成でフィルタ部に堆積したパティキュレートが酸化・燃焼しフィルタの再生がおこなわれた。焼成後各々のディーゼル排ガス浄化用装置を組立した。
【０１１４】
（ＩＶ）（Ｉ）の操作を再度行い、そののちに１００℃の温度条件でフィルタ部に３０分間排ガスを流入させて、パティキュレートを堆積させた。
【０１１５】
（Ｖ）フィルタ部にパティキュレートが堆積したディーゼル排ガス浄化用装置に、３５０℃，入りガスのパティキュレート量０．５ｇ／Ｌ・ｈｒの条件で排ガスの流通を開始した。流通開始後、入りガスのパティキュレート量を増加させ、フィルタ部の圧損上昇率が０となるパティキュレート量を測定してフィルタ部のパティキュレート酸化速度を求めた。ガス流通条件はトルク，燃料噴射量，流入空気量を調整することで設定した。
【０１１６】
（ＩＩ）の操作で得られたＮＯＸ浄化率を図１１に示す。また、（Ｖ）の操作で得られたフィルタ部のパティキュレート酸化速度を図１２に示す。
【０１１７】
図１４に示されるように、実施例のディーゼル排ガス浄化用装置は比較例よりも高いパティキュレート酸化速度を示す。これは、１００℃の低温条件下でＮＯＸ吸着材により吸着されたＮＯＸが３５０℃の高温条件下で放出され、フィルタ部内に侵入したことで、このＮＯＸによってフィルタ部の外周部に堆積したパティキュレートが酸化・燃焼されたためであると考えられる。
【０１１８】
また、図１３に示すように、実施例のディーゼル排ガス浄化用装置は比較例と比べて１００℃の温度条件下におけるＮＯＸ浄化率が向上している。これは、ＮＯＸ吸着材によってＮＯＸが吸着されたためであると考えられる。
【０１１９】
【発明の効果】
以上述べてきたように、本発明のディーゼル排ガス浄化用装置によると、易流部とフィルタ部とを設け、易流部で吸着したＮＯＸをフィルタ部に供給する構成としたことでＮＯＸを無駄なく利用することができ効率の良いパティキュレートの酸化を行うことができる。
【０１２０】
さらに、フィルタ部の周方向の外周側に易流部を配置する場合には、フィルタ部におけるパティキュレートの酸化は周方向の外周部よりおこなわれる。このため、パティキュレートが堆積しやすい外周部においてもパティキュレートの酸化が良好におこなわれるため、フィルタ部の圧損の上昇を抑制することができ、また、パティキュレート堆積によるフィルタの劣化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１のディーゼル排ガス浄化用装置の上流側ガス開閉弁および下流側ガス開閉弁の閉状態における模式断面図である。
【図２】本発明の実施例１の上流側ガス開閉弁の開状態の正面図である。
【図３】本発明の実施例１の上流側ガス開閉弁の閉状態の正面図である。
【図４】本発明の実施例１の上流側ガス開閉弁の開状態の側面図である。
【図５】本発明の実施例２のディーゼル排ガス浄化用装置の模式断面図である。
【図６】本発明の実施例３のディーゼル排ガス浄化用装置の模式断面図である。
【図７】本発明の実施例４のディーゼル排ガス浄化用装置の模式断面図である。
【図８】本発明の実施例５のディーゼル排ガス浄化用装置の模式断面図である。
【図９】本発明の実施例５のディーゼル排ガス浄化用フィルタ型触媒における各弁の制御機構を示すフローチャートである。
【図１０】比較例のディーゼル排ガス浄化用装置の模式断面図である。
【図１１】本発明のディーゼル排ガス浄化用装置と比較例のディーゼル排ガス浄化用装置とのＮＯＸ浄化率を表すグラフである。
【図１２】本発明のディーゼル排ガス浄化用装置と比較例のディーゼル排ガス浄化用装置とのフィルタ部のパティキュレート酸化速度を表すグラフである。
【符号の説明】
１：ディーゼル排ガス浄化用装置　２：フィルタ部　３：易流部　４：セル上流端　５：セル下流端　６：隔壁　７：ガス流通孔　８：セル上流端　９：セル下流端　１０：ガス流入孔　１１：ガス流出孔　１２：フィルタ隔壁　１３：弁片１４：円直径部分　１５：温度センサ
１６：ディーゼル排ガス浄化用装置　１７：易流部　１８：セル上流端　１９：セル下流端　２０：ガス流入孔　２１：ガス流出孔　２２：フィルタ隔壁
２３：ディーゼル排ガス浄化用装置　２４：フィルタ部　２５：ガス流出孔　２６：フィルタ隔壁
２７：ディーゼル排ガス浄化用装置　２８：ＮＯＸ浄化部　２９：易流部　３０：フィルタ部
３１：第２のフィルタ部　３２：セル上流端　３３：セル下流端　３４：ガス流入孔　３５：ガス流出孔　３６：フィルタ隔壁　３７：バイパス部　３８：バイパス切替弁　３９：フィルタ部　４０：温度センサ　４１：第１の圧力センサ
４２：第２の圧力センサ　４３：易流部
４４：フィルタ部　４５：セル上流端　４６：セル下流端　４７：ガス流入孔
４８：ガス流出孔　４９：フィルタ隔壁　５０：ＮＯＸ浄化部
【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】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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