(57)【要約】【課題】  パティキュレートフィルタにおいて、ＨＣを浄化することにある。【解決手段】  内燃機関から排出される排気ガス中のパティキュレートを捕集する。多孔質材料からなる隔壁３ｍによって画成され且つ通路断面積が互いに略等しい複数のセル２１，２２を具備する。所定のセル２１を一方の端部の側で塞ぐと共に、残りのセル２２を他方の端部の側で塞ぐ。隔壁に酸化能を有する触媒が担持される。隔壁を通過した排気ガスが流入するほうのセル２２内に該セルを分割する隔壁３ｓを追加し、該追加された隔壁にも酸化能を有する触媒が担持される。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関から排出される排気ガス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であって、多孔質材料からなる隔壁によって画成され且つ通路断面積が互いに略等しい複数のセルを具備し、所定のセルを一方の端部の側で塞ぐと共に、残りのセルを他方の端部の側で塞ぎ、上記隔壁に酸化能を有する触媒を担持させたパティキュレートフィルタにおいて、隔壁を通過した排気ガスが流入するほうのセル内に該セルを分割する隔壁を追加し、該追加された隔壁にも酸化能を有する触媒を担持させ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】
上記追加された隔壁の厚みが上記セルを画成する隔壁の厚みよりも薄い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】
上記追加された隔壁に担持された触媒が、当該パティキュレートフィルタに流入する排気ガスの空燃比がリーンであるときには排気ガス中のＮＯｘを保持し且つ当該パティキュレートフィルタに流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比またはリッチであるときには保持しているＮＯｘを還元浄化するＮＯｘ触媒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４】
上記セルを画成する隔壁に担持される触媒が活性酸素生成能の高い触媒であり、上記追加された隔壁に担持される触媒がＮＯｘ還元能の高い触媒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。
【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。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関から排出される排気ガス中にパティキュレートが含まれていることがあり、この場合、排気ガスが大気に排出される前に、排気ガス中からパティキュレートを除去することが要求される。特許文献１には、こうした排気ガス中のパティキュレートを捕集するためのいわゆるウォールフロー型の排ガス浄化用フィルタが開示されている。このフィルタは、多孔質の隔壁によって画成された多数のセル（排気ガスを通すための通路）を具備し、これらセルの両端の開口は、フィルタに流入した排気ガスがセルを画成する隔壁を通った後にフィルタから流出するように、プラグによって交互に塞がれている（特許文献１の図１参照）。
【０００３】
また、フィルタが捕集可能なパティキュレートの量には限界があることから、フィルタに捕集されたパティキュレートの量がフィルタの捕集限界値を超える前に、捕集されているパティキュレートをフィルタから除去する必要がある。このために、特許文献１記載のフィルタでは、セルを画成する隔壁に酸化能を有する触媒を担持させ、この触媒を利用してパティキュレートをフィルタ内にて燃焼させ、フィルタから除去するようにしている（段落００１２参照）。
【０００４】
【特許文献１】特許３３８７２９０号
【特許文献２】特開平９−１６８７２３号公報
【特許文献３】特開平１１−２１０４４０号公報
【特許文献４】特許３１４７３７２号
【特許文献５】特表平８−５０８１９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、様々な理由から、排気ガス中に炭化水素（ＨＣ）が含まれていることがある。このＨＣは大気に排出されるべきではないことから、上述したようなパティキュレートフィルタにおいて、ＨＣを浄化できれば好ましい。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、パティキュレートフィルタにおいて、ＨＣを浄化することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、１番目の発明では、内燃機関から排出される排気ガス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であって、多孔質材料からなる隔壁によって画成され且つ通路断面積が互いに略等しい複数のセルを具備し、所定のセルを一方の端部の側で塞ぐと共に、残りのセルを他方の端部の側で塞ぎ、上記隔壁に酸化能を有する触媒を担持させたパティキュレートフィルタにおいて、隔壁を通過した排気ガスが流入するほうのセル内に該セルを分割する隔壁を追加し、該追加された隔壁にも酸化能を有する触媒を担持させた。
【０００８】
２番目の発明では、１番目の発明において、上記追加された隔壁の厚みが上記セルを画成する隔壁の厚みよりも薄い。
【０００９】
３番目の発明では、１番目の発明において、上記追加された隔壁に担持された触媒が、当該パティキュレートフィルタに流入する排気ガスの空燃比がリーンであるときには排気ガス中のＮＯｘを保持し且つ当該パティキュレートフィルタに流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比またはリッチであるときには保持しているＮＯｘを還元浄化するＮＯｘ触媒である。
【００１０】
４番目の発明では、１番目の発明において、上記セルを画成する隔壁に担持される触媒が活性酸素生成能の高い触媒であり、上記追加された隔壁に担持される触媒がＮＯｘ還元能の高い触媒である。
【発明の効果】
【００１１】
１番目の発明では、セルを画成する隔壁を排気ガスが通過するときに、排気ガス中のＨＣが該隔壁に担持されている触媒によって浄化されやすい形に改質される。そして、１番目の発明では、隔壁を通過した排気ガスが流入するほうのセル内に該セルを分割する隔壁が追加されており、そして、該追加された隔壁にも酸化能を有する触媒が担持されているので、浄化されやすい形に改質されたＨＣは、追加された隔壁に担持されている触媒によって確実に浄化されることになる。
【００１２】
２番目の発明では、追加された隔壁の厚みがセルを画成する隔壁の厚みよりも薄いので、隔壁を追加したことによるセル内の流抵抗の上昇が抑えられる。
【００１３】
３番目の発明では、セルを画成する隔壁を通過して改質されたＨＣと、追加された隔壁に担持されたＮＯｘ触媒とによって、排気ガス中のＮＯｘが確実に還元浄化される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。図１（Ａ）は、本発明の第１の実施形態のパティキュレートフィルタ（以下単に「フィルタ」という）の端面図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿ったフィルタの断面図である。フィルタは、例えば、内燃機関の燃焼室に接続されている排気通路内に配置され、燃焼室から排出される排気ガス中のパティキュレート（微粒子）を捕集するものである。
【００１５】
本実施形態では、フィルタ１は、略円筒形をしており、フィルタ１の中心軸線Ｃに沿って互いに平行に延びる複数のセル２１，２２を具備する。セルは、多孔質材料からなる隔壁３ｍによって画成されており、フィルタ１の中心軸線Ｃに対して垂直なセル２１，２２の断面（以下単に「セルの断面」または「セル断面」という）は、略正方形である。また、各セル２１，２２の断面は、互いに略等しい。
【００１６】
以下では、セル断面が略正方形であるフィルタを例に本発明を説明するが、本発明は、断面が正方形を含む四角形であるセルを具備するフィルタ、あるいは、セル断面が正三角形を含む三角形であるフィルタ、セル断面が正六角形を含む六角形であるフィルタ、あるいは、セル断面がその他の形状であるフィルタにも適用可能である。
【００１７】
図１（Ｂ）において左側からフィルタ１に排気ガスが流入し、図１（Ｂ）において右側から排気ガスが流出し、図１（Ｂ）において左側を「上流側」と称し、図１（Ｂ）において右側を「下流側」と称すると、略半数のセル２１は、下流側の端部開口をプラグ４１によって塞がれており、残りの略半数のセル２２は、上流側の端部開口をプラグ４２によって塞がれている。プラグ４１によって下流側の端部開口を塞がれているセル２１を「第１セル」と称し、プラグ４２によって上流側の端部開口を塞がれているセル２２を「第２セル」と称したときに、第１セル２１と第２セル２２とは、図１（Ａ）を参照すると判るように、交互に位置する。
【００１８】
したがって、フィルタ１に到来する排気ガスは、図１（Ｂ）に矢印で示されているように、始めに、第１セル２１に流入する。次いで、排気ガスは、第１セル２１を画成している隔壁３ｍ内部の細孔を通り、隣接する第２セル２２に流入する。そして、排気ガスは、第２セル２２から流出する。このように排気ガスがフィルタ１内を流れる間に、排気ガス中のパティキュレート（微粒子）が、第１セル２１を画成している隔壁３ｍの壁面上および該隔壁３ｍ内部の細孔を画成している壁面上に捕集される。もちろん、これに比べて少ない量ではあるが、第２セル２２を画成している隔壁３ｍの壁面上にもパティキュレートは捕集される。
【００１９】
ところで、図２および図３に示されているように、隔壁３ｍの壁面上および隔壁３ｍ内部の細孔５を画成している壁面上には、酸化能を有する触媒（例えば、白金等の貴金属）がアルミナ等からなるコート層６に保持された形で担持されている。また、排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を吸収する或いは吸着する等して保持することができるＮＯｘ保持剤が、上記コート層６に担持されていてもよい。このＮＯｘ保持剤は、例えば、アルカリ金属（例えば、カリウム（Ｋ）、ナトリウム（Ｎａ）、リチウム（Ｌｉ）、セシウム（Ｃｓ））、アルカリ土類（例えば、バリウム（Ｂａ）、カルシウム（Ｃａ））、希土類（例えば、ランタン（Ｌａ）、イットリウム（Ｙ））から選ばれた少なくとも１つと、白金（Ｐｔ）のような貴金属とからなる。ＮＯｘ保持剤は、フィルタに流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンであるときには、排気ガス中のＮＯｘを保持し、フィルタに流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比またはそれよりもリッチとなると、保持しているＮＯｘを排気ガス中の還元剤（例えば、炭化水素や一酸化炭素）によって還元浄化する。
【００２０】
なお、排気ガスの空燃比とは、内燃機関の燃焼室に接続されている排気通路内にフィルタが配置されている場合において、燃焼室に供給された燃料の量に対する燃焼室に吸入された空気の量の比を意味する。
【００２１】
ところで、図１（Ｂ）に示されているように、第２セル２２内には、隔壁３ｓが追加されており、この追加された隔壁（以下「サブ隔壁」という）によって第２セル２２は分割されている。フィルタ１の下流側の端面を示している図４に示されているように、サブ隔壁３ｓは、略正方形断面の第２セル２２内を対角線に沿って延びる。もちろん、こうしたサブ隔壁３ｓの構成は、単なる一例であって、例えば、図５に示されているように、対角線に沿って延び且つ互いに垂直に交わる２つのサブ隔壁３ｓが第２セル２２内に追加されてもよい。また、図６に示されているように、第２セル２２の対向する隔壁（以下「メイン隔壁」という）３ｍ間で延び且つ互いに垂直に交わる２つのサブ隔壁３ｍが第２セル内に追加されてもよい。また、図５に示されているサブ隔壁の構成と図６に示されているサブ隔壁の構成とを組み合わせ、第２セル２２内に配置されるサブ隔壁３ｓの構成を図７に示されている構成としてもよい。
【００２２】
また、サブ隔壁３ｓの厚みはメイン隔壁３ｍの厚みよりも薄い。このように厚みの薄いサブ隔壁３ｓを採用することによって、第２セル２２内にサブ隔壁３ｓを追加したことによる第２セル２２における排気ガスに対する流抵抗の上昇を小さく抑えることができる。
【００２３】
次に、フィルタの作用について説明する。上述したように、排気ガスがフィルタ１内を流れる間に、排気ガス中のパティキュレートがフィルタ１に捕集される。こうして捕集されたパティキュレートは、隔壁３ｍ、３ｓに担持されている触媒によって酸化除去される。
【００２４】
また、隔壁３ｍ、３ｓにＮＯｘ保持剤が担持されている場合には、フィルタに流入する排気ガスの空燃比がリーンである間は、ＮＯｘ保持剤は排気ガス中のＮＯｘを保持し続ける。そして、排気ガスの空燃比が理論空燃比またはリッチとなりと、あるいは、排気ガスの空燃比を強制的に理論空燃比またはリッチとすると、ＮＯｘ保持剤に保持されているＮＯｘは、排気ガス中の還元剤（例えば、炭化水素や一酸化炭素）によって還元浄化される。
【００２５】
ところで、排気ガス中の炭化水素（ＨＣ）は、概して、メイン隔壁３ｍに担持されている触媒によって酸化除去されるが、酸化除去されずにメイン隔壁３ｍを通過して第２セル２２に流入するものもある。ここで、第２セル２２内にサブ隔壁３ｓが追加されていない場合、ＨＣが触媒に接触する機会が少ないことから、第２セル２２に流入したＨＣは酸化除去されないまま第２セル２２から流出してしまう可能性が高い。しかしながら、本実施形態では、第２セル２２内にサブ隔壁３ｓが追加されているので、第２セル２２に流入したＨＣが触媒に接触する機会が増えることから、フィルタ１においてＨＣが確実に酸化除去されることになる。
【００２６】
また、ＨＣはメイン隔壁３ｍを通過する間に、少なくとも、触媒によって反応性の高いＨＣに改質される。したがって、酸化除去されずにメイン隔壁３ｍを通過して第２セル２２に流入するＨＣの量が多くなったとしても、第２セル２２に流入するＨＣは反応性の高いＨＣであるので、サブ隔壁３ｓに担持されている触媒によって十分に酸化除去されることになる。
【００２７】
さらに、サブ隔壁３ｓにＮＯｘ保持剤が担持されている場合には、メイン隔壁３ｍに担持されているＮＯｘ保持剤に保持されずに、メイン隔壁３ｍを通過して第２セル２２に流入するＮＯｘは、サブ隔壁３ｓに担持されているＮＯｘ保持剤に保持されることになる。そして、サブ隔壁３ｓのＮＯｘ保持剤に保持されているＮＯｘは、メイン隔壁３ｍを通過して第２セル２２に流入するＨＣによって還元除去される。そして、メイン隔壁３ｍを通過して第２セル２２に流入するＨＣは反応性の高いものに改質されているので、サブ隔壁３ｓのＮＯｘ保持剤に保持されているＮＯｘは、ＨＣによって確実に還元除去される。
【００２８】
もちろん、パティキュレートがメイン隔壁３ｍに担持されている触媒によって酸化除去されずにメイン隔壁３ｍを通過してしまったとしても、これらパティキュレートはサブ隔壁３ｓに担持されている触媒によって酸化除去される。
【００２９】
なお、上述した実施形態では、メイン隔壁３ｍに担持される触媒やＮＯｘ保持剤とサブ隔壁３ｓに担持される触媒やＮＯｘ保持剤とは同じであることを前提にしているが、例えば、第１セル２１を画成する側のメイン隔壁３ｍの壁面上および該壁面に近い側の細孔５を画成する壁面上に、酸化能の高い触媒（特に、活性酸素生成能の高い触媒）を担持し、第２セル２２を画成する側のメイン隔壁３ｍの壁面上および該壁面に近い側の細孔５を画成する壁面上、ならびに、サブ隔壁３ｓの壁面上に、還元能の高い触媒を担持してもよい。すなわち、メイン隔壁３ｍおよびサブ隔壁３ｓに担持される触媒やその他の物質をこれら隔壁３ｍ、３ｓの所定の領域毎に変えてもよい。この場合、排気ガス中に含まれている様々な物質に対応した触媒や物質を隔壁３ｍ、３ｓに担持させるようにすれば、排気ガス中の様々な物質を浄化し或いは除去することができる。
【００３０】
また、本発明は、図８（Ａ）および図８（Ｂ）に示されているようなフィルタにも適用可能である。このフィルタ１では、第１セル２１を画成する４つのメイン隔壁３ｍの下流側の端部３ｍｄ同士が接続され、これにより、第１セル２１の下流側の端部開口が塞がれている。一方、第２セル２２に関しては、第２セル２２を画成する４つのメイン隔壁３ｍの上流側の端部３ｍｕ同士が接続され、これにより、第２セル２２の上流側の端部開口が塞がれている。こうして各セル２１，２２の端部開口を塞いでいる隔壁部分３ｍｄ、３ｍｅは、フィルタ１の中心軸線Ｃに対して斜めになっている。そして、各セル２１，２２の端部開口を塞いでいる隔壁部分３ｍｄ、３ｍｅによってフィルタ１の外側に向かって凸となった四角錐の部分が形成される。
【００３１】
さらに、第１実施形態と同様に、第２セル２２内には、サブ隔壁３ｓが追加されている。もちろん、第１実施形態と同様に、メイン隔壁３ｍおよびサブ隔壁３ｓには、酸化能を有する触媒やＮＯｘ保持剤が担持される。
【００３２】
また、図９（Ａ）および図９（Ｂ）に示されているようなフィルタにも適用可能である。このフィルタ１では、第１セル２１内にもサブ隔壁３ｓが追加されている。
【００３３】
また、サブ隔壁３ｓに担持させる触媒の量をメイン隔壁３ｍに担持させる触媒の量よりも多くしてもよい。これによれば、メイン隔壁３ｍを通過してくるＨＣの酸化除去やＮＯｘの還元浄化がより確実に行われることになる。また、メイン隔壁３ｍは排気ガスを通過させることができなければならないが、サブ隔壁３ｓは必ずしも排気ガスを通過させることができなくてもよいので、サブ隔壁３ｓに担持させる触媒の量を多くすることによってサブ隔壁３ｓ内部の細孔の平均径が小さくなったとしても、これによる第２セルの排気ガスに対する流抵抗はさほど大きくならない。
【００３４】
もちろん、メイン隔壁３ｍの第２セル２２側の領域に担持させる触媒の量を、メイン隔壁３ｍの第１セル２１側の領域に担持させる触媒の量よりも多くしてもよい。このように、メイン隔壁３ｍに担持させる触媒の量を領域毎に異ならせたり、メイン隔壁３ｍに担持させる触媒の量とサブ隔壁３ｓに担持させる触媒の量とを異ならせたりすることにより、各隔壁内部の細孔５の平均径が各領域毎に異なることになる。これによれば、様々な粒径のパティキュレートをいずれかの領域で確実に捕集することができ、全体として、フィルタのパティキュレート捕集能力およびパティキュレート酸化除去能力が向上する。
【００３５】
また、ＮＯｘ保持剤が保持可能なＮＯｘの量には限界があることから、ＮＯｘ保持剤が保持しているＮＯｘの量がその限界値を超える前に、フィルタに理論空燃比またはリッチの排気ガスを供給し、ＮＯｘ保持剤が保持しているＮＯｘを還元浄化する必要がある。そこで、上述したように隔壁３ｍ、３ｓにＮＯｘ保持剤が担持されている場合、所定のタイミング毎に、フィルタに理論空燃比またはリッチの排気ガスを供給する。このとき、フィルタには通常よりも多量のＨＣが供給されることになる。このようにフィルタに供給されるＨＣの量が多くなると、ＮＯｘの還元浄化に利用されずにメイン隔壁３ｍを通過してしまうＨＣの量も多くなる。ここで、上述した実施形態によれば、第２セル２２内にサブ隔壁３ｓが追加されていることから、メイン隔壁３ｍを通過してしまったＨＣもＮＯｘの還元浄化に利用される。したがって、フィルタに供給されるＨＣが無駄にならずに十分に利用される。
【００３６】
また、排気ガス中に硫黄酸化物（ＳＯｘ）が含まれている場合、ＮＯｘ保持剤はこのＳＯｘをも保持してしまう。この場合、ＮＯｘ保持剤が保持可能なＮＯｘの量が少なくなってしまう。ここで、フィルタの温度が比較的高温となり且つフィルタに流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比またはリッチとなると、ＳＯｘはＮＯｘ保持剤から排除される。したがって、上述したように隔壁３ｍ、３ｓにＮＯｘ保持剤が担持されている場合、定期的に、フィルタの温度を比較的高温とすると共にフィルタに理論空燃比またはリッチの排気ガスを供給する。この場合にも、フィルタには通常よりも多量のＨＣが供給されることになるが、ここでも、第２セル２２内にサブ隔壁３ｓが追加されていることから、メイン隔壁３ｍを通過してしまったＨＣもＳＯｘの排除に利用される。したがって、フィルタに供給されるＨＣが無駄にならずに十分に利用される。
【００３７】
さらに、上述した実施形態によれば、フィルタにおけるパティキュレート酸化除去能力、ＨＣ酸化除去能力、および、ＮＯｘ還元浄化能力が高まるので、フィルタ自体を小型化することもできる。また、従来、フィルタから流出するパティキュレート、ＨＣ、または、ＮＯｘを捕らえるためのいわゆるスイーパをフィルタ下流の排気通路に配置していることもあるが、上述した実施形態によれば、こうしたスイーパをフィルタ下流の排気通路に配置する必要がなく、その分だけ、コストが低減される。
【００３８】
また、第２セル２２内に配置されたサブ隔壁３ｓは補強材としての働きもするので、フィルタ全体の剛性が高くなる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】（Ａ）は本発明の第１実施形態のフィルタの上流側の端面を示した端面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿ったフィルタの断面図である。
【図２】第１実施形態のフィルタの一部の拡大断面図である。
【図３】第１実施形態のフィルタの隔壁の一部の拡大断面図である。
【図４】第１実施形態のフィルタの下流側の端面を示した端面図である。
【図５】本発明の別の実施形態のフィルタの下流側の端面を示した端面図である。
【図６】本発明のさらに別の実施形態のフィルタの下流側の端面を示した端面図である。
【図７】本発明のさらに別の実施形態のフィルタの下流側の端面を示した端面図である。
【図８】（Ａ）は本発明のさらに別の実施形態のフィルタの上流側の端面を示した端面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿ったフィルタの断面図である。
【図９】（Ａ）は本発明のさらに別の実施形態のフィルタの上流側の端面を示した端面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿ったフィルタの断面図である。
【符号の説明】
【００４０】
１…フィルタ
２１，２２…セル
３ｍ、３ｓ…隔壁
４１，４２…プラグ
５…細孔
６…コート層
【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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