(57)【要約】【課題】燃料添加による強制再生に対応し且つその余剰燃料による白煙の発生を防止し得るようにしたパティキュレートフィルタをコンパクトに実現する。【解決手段】排気ガス２中のパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタ１２に関し、入口側の栓体８をフィルタ本体７の入側端面から所要長さだけ流路奥側へ入り込んだ位置に配置し、その入口側の栓体８の配置位置から入側端面までの間の領域に、添加燃料の酸化反応を助勢する機能を高めた添加燃料酸化触媒１３を担持せしめると共に、出口側の栓体９をフィルタ本体７の出側端面から所要長さだけ流路奥側へ入り込んだ位置に配置し、その出口側の栓体９の配置位置から出側端面までの間の領域に、未反応のまま残った余剰燃料の酸化反応を助勢する機能を高めた余剰燃料酸化触媒１４を担持せしめる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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多孔質材料から成るフィルタ本体と、該フィルタ本体の各流路の入口側と出口側とを交互に目封じする栓体とを備え、前記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、入口側の栓体をフィルタ本体の入側端面から所要長さだけ流路奥側へ入り込んだ位置に配置し、その入口側の栓体の配置位置から入側端面までの間の領域に、添加燃料の酸化反応を助勢する機能を高めた添加燃料酸化触媒を担持せしめると共に、出口側の栓体をフィルタ本体の出側端面から所要長さだけ流路奥側へ入り込んだ位置に配置し、その出口側の栓体の配置位置から出側端面までの間の領域に、未反応のまま残った余剰燃料の酸化反応を助勢する機能を高めた余剰燃料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】
入口側の栓体の配置位置と出口側の栓体の配置位置との間の領域に、捕集済みパティキュレートの炭素分の酸化反応を助勢する機能を高めた炭素分酸化触媒を担持せしめた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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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を装備することが従来より行われている。
【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の入口側が栓体８により交互に目封じされ、入口側が目封じされていない流路５については、その出口側が栓体９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、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の採用が検討されている。
【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】
ただし、斯かる触媒再生型のパティキュレートフィルタ４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４の再生が良好に進まずに該パティキュレートフィルタ４が過捕集状態に陥る虞れがある。
【０００７】
そこで、図５に示している通り、パティキュレートフィルタ４の前段にストレートフロー型の酸化触媒１０を別途配置し、パティキュレートの堆積量が増加してきた段階で前記酸化触媒１０より上流側の排気ガス２中に燃料を添加してパティキュレートフィルタ４の強制再生を行うことが考えられている。
【０００８】
つまり、パティキュレートフィルタ４より上流側で添加された燃料が前段の酸化触媒１０上で酸化反応し、その反応熱で昇温した排気ガス２の流入により直後のパティキュレートフィルタ４の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４の再生化が図られることになる。
【０００９】
尚、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては下記の特許文献１等がある。
【特許文献１】特公平３−６８２１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、車両に搭載されるディーゼルエンジン１にあっては、その走行状態の急激な変化に追従しきれずに燃料添加量が過剰となるケースも有り得るため、添加燃料の一部が未反応なままパティキュレートフィルタ４を通り抜けたり、排気温度の低い運転状態のうちにパティキュレートフィルタ４に溜め込まれた燃料が排気温度の高い運転状態へ変化した時に一気に脱離したりすることで車両後方に白煙を生じる虞れがあった。
【００１１】
そこで、この種の白煙発生を防止するべくパティキュレートフィルタ４の後段にもストレートフロー型の酸化触媒１１を別途配置し、パティキュレートフィルタ４の後方へ未反応のまま流れ出た余剰燃料を酸化処理して白煙の発生を防止することが検討されているが、前段の酸化触媒１０とパティキュレートフィルタ４と後段の酸化触媒１１とを三つ連ねて配置し得る配置スペースはかなり大きなものとなってしまうため、車両への搭載性を著しく悪化させてしまうことが懸念された。
【００１２】
本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、燃料添加による強制再生に対応し且つその余剰燃料による白煙の発生を防止し得るようにしたパティキュレートフィルタをコンパクトに実現することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、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多孔質材料から成るフィルタ本体と、該フィルタ本体の各流路の入口側と出口側とを交互に目封じする栓体とを備え、前記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、入口側の栓体をフィルタ本体の入側端面から所要長さだけ流路奥側へ入り込んだ位置に配置し、その入口側の栓体の配置位置から入側端面までの間の領域に、添加燃料の酸化反応を助勢する機能を高めた添加燃料酸化触媒を担持せしめると共に、出口側の栓体をフィルタ本体の出側端面から所要長さだけ流路奥側へ入り込んだ位置に配置し、その出口側の栓体の配置位置から出側端面までの間の領域に、未反応のまま残った余剰燃料の酸化反応を助勢する機能を高めた余剰燃料酸化触媒を担持せしめたことを特徴とするものである。
【００１４】
このようにすれば、各流路を流れる排気ガスが栓体に行き当たるごとに多孔質薄壁を透過して隣の流路に流れ込み、該多孔質薄壁の表面に排気ガス中のパティキュレートが捕集されるため、入口側の栓体の前面付近から出口側の栓体の前面付近にかけての領域で従来と変わらないフィルタ機能が発揮されることになる。
【００１５】
そして、パティキュレートの堆積量が増加してきた段階で上流側の排気ガス中に燃料を添加すると、フィルタ本体の入口側の栓体の配置位置から入側端面までの間の領域がストレートフロー型の酸化触媒として機能し、ここに担持されている添加燃料酸化触媒上で添加燃料が酸化処理され、その反応熱により直後の領域で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、その強制的な再生化が図られることになる。
【００１６】
更に、添加燃料の一部が未反応なまま出口側の栓体の配置位置以降へ通り抜けようとしても、フィルタ本体の出口側の栓体の配置位置から出側端面までの間の領域がストレートフロー型の酸化触媒として機能し、ここに担持されている余剰燃料酸化触媒上で添加燃料が酸化処理され、車両後方に白煙を生じる虞れが回避されることになる。
【００１７】
また、本発明においては、入口側の栓体の配置位置と出口側の栓体の配置位置との間の領域に、捕集済みパティキュレートの炭素分の酸化反応を助勢する機能を高めた炭素分酸化触媒を担持せしめると良い。
【００１８】
このようにすれば、炭素分酸化触媒により捕集済み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からパティキュレートの燃焼除去が促されることになる。
【発明の効果】
【００１９】
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。
【００２０】
（Ｉ）本発明の請求項１に記載の発明によれば、排気ガス中からパティキュレートを捕集するフィルタ機能と、添加燃料を酸化処理して反応熱により捕集済みパティキュレートを強制的に燃焼除去する機能と、未反応のまま残った余剰燃料を酸化処理する機能とを併せ持つパティキュレートフィルタを単一のフィルタ本体を担体として実現することができるので、燃料添加による強制再生に対応し且つその余剰燃料による白煙の発生を防止し得るようにしたパティキュレートフィルタをコンパクトに実現することができ、車両への搭載性を大幅に向上することができる。
【００２１】
（ＩＩ）本発明の請求項２に記載の発明によれば、捕集済みパティキュレートの酸化反応を促進して着火温度を下げ、従来より低い排気温度からパティキュレートの燃焼除去を促すことができるので、パティキュレートの自然着火による通常運転時の処理量を増やして強制再生の頻度を減らすことができ、しかも、その強制再生時にパティキュレートの燃焼除去をより一層効果的に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【００２３】
図１〜図４は本発明を実施する形態の一例を示すもので、本形態例のパティキュレートフィルタ１２においては、図１に示す如く、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多孔質材料から成るフィルタ本体７に対し、入口側の栓体８をフィルタ本体７の入側端面から所要長さだけ流路５奥側へ入り込んだ位置に配置し、その入口側の栓体８の配置位置から入側端面までの間の領域に、添加燃料の酸化反応を助勢する機能を高めた添加燃料酸化触媒１３を担持させており、しかも、出口側の栓体９をフィルタ本体７の出側端面から所要長さだけ流路５奥側へ入り込んだ位置に配置し、その出口側の栓体９の配置位置から出側端面までの間の領域に、未反応のまま残った余剰燃料の酸化反応を助勢する機能を高めた余剰燃料酸化触媒１４を担持させている。
【００２４】
また、特に本形態例においては、入口側の栓体８の配置位置と出口側の栓体９の配置位置との間の領域にも、捕集済みパティキュレートの炭素分の酸化反応を助勢する機能を高めた炭素分酸化触媒１５を担持させている。
【００２５】
ここで、これら添加燃料酸化触媒１３、余剰燃料酸化触媒１４、炭素分酸化触媒１５を単一のフィルタ本体７に対し担持させる具体的な手法について一例をあげておくと、先ず、図２に示す如く、炭素分酸化触媒１５を第一液としてフィルタ本体７の入側端面から出口側の栓体９の配置位置までを浸漬させ、この浸漬させた領域全体に炭素分酸化触媒１５を担持させた後、図３に示す如く、添加燃料酸化触媒１３を第二液としてフィルタ本体７の入側端面から入口側の栓体８の配置位置までを浸漬させ、この浸漬させた領域に炭素分酸化触媒１５を重ね塗りして担持させ、次いで、図４に示す如く、未だ何も触媒が担持されていないフィルタ本体７の出口側が下になるように天地を逆転し、残りの余剰燃料酸化触媒１４を第三液としてフィルタ本体７の出側端面から出口側の栓体９の配置位置までを浸漬させ、この浸漬させた領域に余剰燃料酸化触媒１４を担持させるようにすれば良い。
【００２６】
而して、このようにすれば、各流路５を流れる排気ガス２が栓体８，９に行き当たるごとに多孔質薄壁６を透過して隣の流路５に流れ込み、該多孔質薄壁６の表面に排気ガス２中のパティキュレートが捕集されるため、入口側の栓体８の前面付近から出口側の栓体９の前面付近にかけての領域で従来と変わらないフィルタ機能が発揮されることになる。
【００２７】
そして、パティキュレートの堆積量が増加してきた段階で上流側の排気ガス２中に燃料を添加すると、フィルタ本体７の入口側の栓体８の配置位置から入側端面までの間の領域がストレートフロー型の酸化触媒として機能し、ここに担持されている添加燃料酸化触媒１３上で添加燃料が酸化処理され、その反応熱により直後の領域で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、その強制的な再生化が図られることになる。
【００２８】
更に、添加燃料の一部が未反応なまま出口側の栓体９の配置位置以降へ通り抜けようとしても、フィルタ本体７の出口側の栓体９の配置位置から出側端面までの間の領域がストレートフロー型の酸化触媒として機能し、ここに担持されている余剰燃料酸化触媒１４上で添加燃料が酸化処理され、車両後方に白煙を生じる虞れが回避されることになる。
【００２９】
従って、上記形態例によれば、、排気ガス２中からパティキュレートを捕集するフィルタ機能と、添加燃料を酸化処理して反応熱により捕集済みパティキュレートを強制的に燃焼除去する機能と、未反応のまま残った余剰燃料を酸化処理する機能とを併せ持つパティキュレートフィルタ１２を単一のフィルタ本体７を担体として実現することができるので、燃料添加による強制再生に対応し且つその余剰燃料による白煙の発生を防止し得るようにしたパティキュレートフィルタ１２をコンパクトに実現することができ、車両への搭載性を大幅に向上することができる。
【００３０】
また、捕集済みパティキュレートの酸化反応を促進して着火温度を下げ、従来より低い排気温度からパティキュレートの燃焼除去を促すことができるので、パティキュレートの自然着火による通常運転時の処理量を増やして強制再生の頻度を減らすことができ、しかも、その強制再生時にパティキュレートの燃焼除去をより一層効果的に行うことができる。
【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、入口側の栓体の配置位置と出口側の栓体の配置位置との間の領域には、必要に応じて炭素分酸化触媒を担持させるようにすれば良いこと、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。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【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】フィルタ本体を炭素分酸化触媒を担持させた状態を示す図である。
【図３】フィルタ本体を添加燃料酸化触媒に浸漬させた状態を示す図である。
【図４】フィルタ本体を余剰燃料酸化触媒に浸漬させた状態を示す図である。
【図５】従来例を示す概略図である。
【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。
【符号の説明】
【００３３】
２  排気ガス
３  排気管
５  流路
６  多孔質薄壁
７  フィルタ本体
８  入口側の栓体
９  出口側の栓体
１２  パティキュレートフィルタ
１３  添加燃料酸化触媒
１４  余剰燃料酸化触媒
１５  炭素分酸化触媒
【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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