(57)【要約】【課題】排気ガス中に含まれるパティキュレートをナノ粒子レベルまで良好に低減し得るようにした排気浄化装置を提供する。【解決手段】排気管９の途中に触媒再生型のパティキュレートフィルタ１０を装備した排気浄化装置に関し、パティキュレートフィルタ１０の後段に、金属不織布又はワイヤメッシュフィルタに貴金属触媒を担持させて成るナノ粒子処理フィルタ１２を設ける。【選択図】図１
2005120964.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気管の途中に触媒再生型のパティキュレートフィルタを装備した排気浄化装置であって、前記パティキュレートフィルタの後段に、金属不織布又はワイヤメッシュフィルタに貴金属触媒を担持させて成るナノ粒子処理フィルタを設けたことを特徴とする排気浄化装置。
【請求項２】
排気管の途中に触媒再生型のパティキュレートフィルタを装備した排気浄化装置であって、前記パティキュレートフィルタの後段に、フロースルー型のハニカム担体にゼオライト触媒を担持させて成るナノ粒子処理フィルタを設けたことを特徴とする排気浄化装置。
【請求項３】
排気管の途中に触媒再生型のパティキュレートフィルタを装備した排気浄化装置であって、前記パティキュレートフィルタの後段に、一対の通気板の相互間にゼオライトペレットを充填して成るナノ粒子処理フィルタを設けたことを特徴とする排気浄化装置。
【請求項４】
パティキュレートフィルタの前段に、フロースルー型のハニカム担体に排気ガス中のＳＯＦ分を酸化浄化し得る程度の酸化力を有する酸化触媒を担持させて成るＳＯＦ分酸化触媒を設けたことを特徴とする請求項１、２又は３に記載の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気浄化装置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は、排気ガスが流通する排気管の途中に、パティキュレートフィルタを装備することが従来より行われている。
【０００３】
この種のパティキュレートフィルタは、コージェライト等のセラミックから成る多孔質のハニカム構造となっており、格子状に区画された各流路の入口が交互に目封じされ、入口が目封じされていない流路については、その出口が目封じされるようになっており、各流路を区画する多孔質薄壁を透過した排気ガスのみが下流側へ排出されるようにしてある。
【０００４】
そして、排気ガス中のパティキュレートは、前記多孔質薄壁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の再生を図る必要があるが、通常のディーゼルエンジン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ため、例えば白金等の貴金属系の酸化触媒をパティキュレートフィルタ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を採用することが検討されている。
【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（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００１−７３７４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そして、斯かる触媒再生型のパティキュレートフィルタの採用により約９５％もの高い低減率が既に達成されている状況にあり、特にパティキュレート中の煤の除去に関し非常に優れた成果が得られているわけであるが、パティキュレート中の５０ｎｍ（０．０５μｍ）以下のナノ粒子については、前述した如きパティキュレートフィルタを擦り抜けてしまうので、この種の極めて微小なナノ粒子の低減化が今後の大きな課題となっている。
【０００７】
本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、排気ガス中に含まれるパティキュレートをナノ粒子レベルまで良好に低減し得るようにした排気浄化装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、排気管の途中に触媒再生型のパティキュレートフィルタを装備した排気浄化装置であって、前記パティキュレートフィルタの後段に、金属不織布又はワイヤメッシュフィルタに貴金属触媒を担持させて成るナノ粒子処理フィルタを設けたことを特徴とするものである。
【０００９】
而して、このようにすれば、排気ガス中の煤が触媒再生型のパティキュレートフィルタを通過する際に殆ど除去され、ほぼナノ粒子のみを残留した排気ガスが後段のナノ粒子処理フィルタに導入されるので、排気ガス中のナノ粒子がナノ粒子処理フィルタ内で細孔を形成している柱部分に繰り返し何度も衝突して何れかの柱部分に捕集され、例えば、前半のナノ粒子処理フィルタを通過し得たとしても、後半のナノ粒子処理フィルタを通過するうちには捕集されることになる。
【００１０】
この時、ナノ粒子処理フィルタに捕集されるナノ粒子は、煤から遊離した比較的燃え易い状態となっていて、煤を燃焼除去する場合のような保持時間が不要であるので、ナノ粒子処理フィルタ内で捕集された直後に貴金属触媒の助勢により直ちに燃焼除去されることになる。
【００１１】
また、パティキュレートフィルタの後段に配置されるナノ粒子処理フィルタは、前段のパティキュレートフィルタの触媒表面で捕集済みパティキュレート（煤）やＳＯＦ分が燃焼（酸化反応）する際に生じる熱で昇温した排気ガスを導入されることになるので、前段のパティキュレートフィルタよりも温度の高い排気ガスに晒される機会が多くなり、比較的有利な温度条件下でナノ粒子を効率良く燃焼除去することが可能となる。
【００１２】
更に、本発明においては、前述した如き金属不織布又はワイヤメッシュフィルタに貴金属触媒を担持させて成るナノ粒子処理フィルタに替えて、フロースルー型のハニカム担体にゼオライト触媒を担持させて成るナノ粒子処理フィルタを採用したり、或いは、一対の通気板の相互間にゼオライトペレットを充填して成るナノ粒子処理フィルタを採用したりすることが可能である。
【００１３】
即ち、前者のフロースルー型のハニカム担体にゼオライト触媒を担持させて成るナノ粒子処理フィルタを採用した場合には、排気ガスがハニカム担体の各流路毎に分かれて流れる間に、排気ガス中のナノ粒子が多孔質のゼオライト触媒の表面に吸着して捕集され、その直後に触媒作用により酸化反応を促進されて直ちに燃焼除去されることになる。
【００１４】
一方、後者の一対の通気板の相互間にゼオライトペレットを充填して成るナノ粒子処理フィルタを採用した場合には、排気ガスが各ゼオライトペレットの間の隙間を縫うように紆余曲折して流れる間に、排気ガス中のナノ粒子が多孔質のゼオライトペレットの表面に吸着して捕集され、その直後に触媒作用により酸化反応を促進されて直ちに燃焼除去されることになる。
【００１５】
更に、本発明においては、パティキュレートフィルタの前段に、フロースルー型のハニカム担体に排気ガス中のＳＯＦ分を酸化浄化し得る程度の酸化力を有する酸化触媒を担持させて成るＳＯＦ分酸化触媒を設けることが好ましい。
【００１６】
このようにすれば、パティキュレートフィルタの前段のＳＯＦ分酸化触媒を排気ガスが通過する際に、排気ガスがハニカム担体の各流路毎に分かれて流れ、このハニカム担体に担持された酸化触媒により比較的燃焼除去し易いＳＯＦ分が酸化反応を促進されて燃焼されることになる。
【００１７】
即ち、ＳＯＦ分酸化触媒の後段に位置するパティキュレートフィルタには、前段のＳＯＦ分酸化触媒により粘液質のＳＯＦ分を先行除去されてドライ状態となった煤が捕集されることになるので、表面にＳＯＦ分を帯びたウェット状態の煤の場合と比較して煤の燃焼性が大幅に向上され、捕集済みの煤の燃焼除去が比較的簡単に行われることになる。
【００１８】
尚、パティキュレートフィルタの前段のＳＯＦ分酸化触媒においては、排気ガス中のＣＯやＨＣ等も無害なＣＯ2やＨ2Ｏに酸化処理されることになる。
【発明の効果】
【００１９】
上記した本発明の排気浄化装置によれば、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、２、３に記載の発明によれば、触媒再生型のパティキュレートフィルタにより煤を殆ど先行除去された排気ガスをナノ粒子処理フィルタに導くことで、煤から遊離した比較的燃え易い状態となっているナノ粒子を確実に捕集し、しかも、前段のパティキュレートフィルタでのパティキュレートの酸化反応熱を利用して効率良くナノ粒子を燃焼除去することができるので、排気ガス中に含まれるパティキュレートをナノ粒子レベルまで良好に低減することができる。
【００２１】
（ＩＩ）本発明の請求項４に記載の発明によれば、ＳＯＦ分酸化触媒により粘液質のＳＯＦ分を先行除去することができるので、ドライ状態の燃焼性の良い煤を後段のパティキュレートフィルタに捕集させて良好に燃焼させることができ、しかも、ＳＯＦ分酸化触媒により排気ガス中のＣＯやＨＣ等も無害なＣＯ2やＨ2Ｏに酸化処理することができる。
【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３は本発明を実施する形態の一例を示すもので、図１中における符号の１はターボチャージャ２を搭載したディーゼルエンジンを示しており、エアクリーナ３から導いた吸気４を吸気管５を通し前記ターボチャージャ２のコンプレッサ２ａへ導いて加圧し、その加圧された吸気４をインタークーラ６を介しディーゼルエンジン１の各気筒に分配して導入するようにしてある。
【００２４】
また、このディーゼルエンジン１の各気筒から排気マニホールド７を介し排出された排気ガス８を前記ターボチャージャ２のタービン２ｂへ送り、該タービン２ｂを駆動した排気ガス８を触媒再生型のパティキュレートフィルタ１０を通してパティキュレートを捕集した上で排出するようにしてある。
【００２５】
ここで、前記パティキュレートフィルタ１０は、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）・セリア（ＣｅＯ2）・白金（Ｐｔ）等を組成とする煤酸化触媒を一体的に担持して排気管９途中のフィルタケース１１内に収容されており、このフィルタケース１１内における前記パティキュレートフィルタ１０の後段には、ステンレス製のスチールウール等から成る金属不織布又はワイヤメッシュフィルタ又はワイヤメッシュフィルタに白金やパラジウム等の貴金属触媒を担持させて成るナノ粒子処理フィルタ１２が収容されている。
【００２６】
また、特に本形態例においては、前記フィルタケース１１内におけるパティキュレートフィルタ１０の前段に、フロースルー型のハニカム担体（排気ガス８の流れ方向に貫通する多数の流路を格子状に備えたもの）に排気ガス８中のＳＯＦ分を酸化浄化し得る程度の酸化力を有する酸化触媒を担持させて成るＳＯＦ分酸化触媒１３が収容した場合を例示している。
【００２７】
尚、このＳＯＦ分酸化触媒１３には、酸化鉄（Ｆｅ2Ｏ3）・アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）・セリア（ＣｅＯ2）触媒、或いは、これに０．００５〜０．５ｇ／Ｌ（リットル）程度の極く少量の白金（Ｐｔ）を加えた触媒等といった比較的酸化力の弱い酸化触媒を採用している。
【００２８】
即ち、このＳＯＦ分酸化触媒１３は、酸化力の強いＮＯ2を積極的に生成して酸化雰囲気を向上したり、煤を燃焼させたりすることまでもを意図したものではなく、比較的燃焼除去し易いＳＯＦ分の酸化浄化だけを目的とした、貴金属成分を殆ど含まない安価なもので良いのである。
【００２９】
而して、このようにすれば、フィルタケース１１内に導入された排気ガス８が、先ずＳＯＦ分酸化触媒１３に導入されてハニカム担体の各流路毎に分かれて流れ、このハニカム担体に担持された酸化触媒により比較的燃焼除去し易いＳＯＦ分が酸化反応を促進されて燃焼されることになる。
【００３０】
尚、パティキュレートフィルタ１０の前段のＳＯＦ分酸化触媒１３においては、排気ガス８中のＣＯやＨＣ等も無害なＣＯ2やＨ2Ｏに酸化処理される。
【００３１】
次いで、ＳＯＦ分を先行除去された排気ガス８が直後のパティキュレートフィルタ１０に導入されると、排気ガス８中の煤が前記パティキュレートフィルタ１０を通過する際に殆ど除去される。
【００３２】
ここで、このパティキュレートフィルタ１０には、前段のＳＯＦ分酸化触媒１３により粘液質のＳＯＦ分を先行除去されてドライ状態となった煤が捕集されることになるので、表面にＳＯＦ分を帯びたウェット状態の煤の場合と比較して煤の燃焼性が大幅に向上され、捕集済みの煤の燃焼除去が比較的簡単に行われることになる。
【００３３】
そして、前記パティキュレートフィルタ１０にて排気ガス８中の煤が殆ど除去される結果、ほぼナノ粒子のみを残留した排気ガス８が後段のナノ粒子処理フィルタ１２へと導かれることになるが、このナノ粒子処理フィルタ１２においては、排気ガス８中のナノ粒子がナノ粒子処理フィルタ１２内で細孔を形成している柱部分に繰り返し何度も衝突して何れかの柱部分に捕集される。例えば、前半のナノ粒子処理フィルタ１２を通過し得たとしても、後半のナノ粒子処理フィルタ１２を通過するうちには捕集されることになる。
【００３４】
この時、ナノ粒子処理フィルタ１２に捕集されるナノ粒子は、煤から遊離した比較的燃え易い状態となっていて、煤をパティキュレートフィルタ１０で燃焼除去する場合のような保持時間が不要であるので、ナノ粒子処理フィルタ１２内で捕集された直後に貴金属触媒の助勢により直ちに燃焼除去されることになる。
【００３５】
また、ナノ粒子処理フィルタ１２は、前段のパティキュレートフィルタ１０の触媒表面で捕集済みパティキュレート（煤）やＳＯＦ分が燃焼（酸化反応）する際に生じる熱で昇温した排気ガス８を導入されることになるので、前段のパティキュレートフィルタ１０よりも温度の高い排気ガス８に晒される機会が多くなり、比較的有利な温度条件下でナノ粒子を効率良く燃焼除去することが可能となる。
【００３６】
従って、上記形態例によれば、触媒再生型のパティキュレートフィルタ１０により煤を殆ど先行除去された排気ガス８をナノ粒子処理フィルタ１２に導くことで、煤から遊離した比較的燃え易い状態となっているナノ粒子を確実に捕集し、しかも、前段のパティキュレートフィルタ１０でのパティキュレートの酸化反応熱を利用して効率良くナノ粒子を燃焼除去することができるので、排気ガス８中に含まれるパティキュレートをナノ粒子レベルまで良好に低減することができる。
【００３７】
事実、本発明者らによる検証実験によれば、図３中にグラフ（横軸：パティキュレートの粒径［ｎｍ］、縦軸：１ｃｃ当たりの排気ガス中に含まれる粒子数）で示す通り、本形態例で最終的に排出される排気ガス８中に残る粒子の粒径別の分布曲線Ａは、５０ｎｍ（０．０５μｍ）以下のナノ粒子についても良好な低減効果を得られるものとなり、従来のパティキュレートフィルタ単独使用の場合の分布曲線Ｂと比較して、図３中にクロスハッチングで示す如きナノ粒子の低減化に関する顕著な改善が確認された。尚、図３中のグラフにおける分布曲線Ｃは、パティキュレートフィルタ等の後処理装置を一切通さずに排出した場合の比較例を示している。
【００３８】
また、ＳＯＦ分酸化触媒１３により粘液質のＳＯＦ分を先行除去することができるので、ドライ状態の燃焼性の良い煤を後段のパティキュレートフィルタ１０に捕集させて良好に燃焼させることができ、しかも、ＳＯＦ分酸化触媒１３により排気ガス８中のＣＯやＨＣ等も無害なＣＯ2やＨ2Ｏに酸化処理することができる。
【００３９】
更に、以上に述べた形態例においては、金属不織布に貴金属触媒を担持させて成るナノ粒子処理フィルタ１２を使用した場合を説明したが、このナノ粒子処理フィルタ１２に替えて、図４に示す如く、フロースルー型のハニカム担体にゼオライト触媒を担持させて成るナノ粒子処理フィルタ１４を採用しても良い。
【００４０】
即ち、このようにした場合には、排気ガス８がハニカム担体の各流路毎に分かれて流れる間に、排気ガス８中のナノ粒子が多孔質のゼオライト触媒の表面に吸着して捕集され、その直後に触媒作用により酸化反応を促進されて直ちに燃焼除去されることになる。尚、前記ゼオライト触媒には適宜に白金等の貴金属触媒を加えることも可能である。
【００４１】
また、図１のナノ粒子処理フィルタ１２に替えて、図５に示す如く、一対の通気板１５，１５の相互間にゼオライトペレット１６を充填して成るナノ粒子処理フィルタ１７を採用することも可能である。
【００４２】
即ち、このようにした場合には、排気ガス８が各ゼオライトペレット１６の間の隙間を縫うように紆余曲折して流れる間に、排気ガス８中のナノ粒子が多孔質のゼオライトペレット１６の表面に吸着して捕集され、その直後に触媒作用により酸化反応を促進されて直ちに燃焼除去されることになる。
【００４３】
ここで、このゼオライトペレット１６は、ゼオライト自体をペレット状に成形したものでも、ペレット状の担体にゼオライトを担持させたものでも良く、更には、適宜に白金等の貴金属触媒を添加したものであっても良い。
【００４４】
尚、本発明の排気浄化装置は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、パティキュレートフィルタの前段には必ずしもＳＯＦ分酸化触媒を配置しなくても良いこと、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】
【００４５】
【図１】本発明を実施する形態の一例を示す概略図である。
【図２】図１のナノ粒子処理フィルタを拡大して示す斜視図である。
【図３】パティキュレートの粒径と排気ガス中に残る粒子数との関係を示すグラフである。
【図４】本発明の別の形態例を示す斜視図である。
【図５】本発明の更に別の形態例を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００４６】
８  排気ガス
９  排気管
１０  パティキュレートフィルタ
１２  ナノ粒子処理フィルタ
１３  ＳＯＦ分酸化触媒
１４  ナノ粒子処理フィルタ
１５  通気板
１６  ゼオライトペレット
１７  ナノ粒子処理フィルタ
【図１】
2005120964.tif 000003
【図２】
2005120964.tif 000004
【図３】
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【図４】
2005120964.tif 000006
【図５】
2005120964.tif 000007