(57)【要約】【課題】前方部分に酸化触媒を一体構成した奥栓式のパティキュレートフィルタの強制再生を目詰まりの心配なく実施し得るようにする。【解決手段】各流路１２の入口側を目封じしている栓体１３を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且つその入口側の栓体１３の配置位置から入側端面までの前方部分に酸化触媒１１ａを担持せしめた奥栓式のパティキュレートフィルタ１１を排気管９の途中に介装し、ディーゼルエンジン１（エンジン）の各気筒への燃料噴射を制御して未燃燃料分を多く残すことで排気ガス７中に燃料添加を行い、その添加燃料が酸化触媒１１ａで酸化反応した時の反応熱により捕集済みパティキュレートを燃焼させてパティキュレートフィルタ１１を強制再生する排気浄化装置に関し、排気マニホールド８の出口に近い排気管９の最上流部にプレ酸化触媒１６を配設する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
各流路の入口側を目封じしている栓体を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且つその入口側の栓体の配置位置から入側端面までの前方部分に酸化触媒を担持せしめた奥栓式のパティキュレートフィルタを排気管の途中に介装し、エンジンの各気筒への燃料噴射を制御して未燃燃料分を多く残すことで排気ガス中に燃料添加を行い、その添加燃料が前記酸化触媒で酸化反応した時の反応熱により捕集済みパティキュレートを燃焼させてパティキュレートフィルタを強制再生するようにした排気浄化装置において、排気マニホールドの出口に近い排気管の最上流部にプレ酸化触媒を配設したことを特徴とする排気浄化装置。
【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て、排気ガス中のパティキュレートが多孔質薄壁の内側表面に捕集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為、ＰｔやＰｄ等を活性種とする酸化触媒を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の再生が良好に進まずに該パティキュレートフィルタが過捕集状態に陥る虞れがある。
【０００７】
そこで、パティキュレートフィルタの前段にフロースルー型の酸化触媒を別途装備し、パティキュレートの堆積量が増加してきた段階で、ディーゼルエンジン側の燃料噴射制御により排気ガス中に燃料を添加してパティキュレートフィルタの強制再生を行うことが考えられている。
【０００８】
つまり、この燃料添加で生じたＨＣガスが前段の酸化触媒を通過する間に酸化反応し、その反応熱で昇温した排気ガスの流入により直後のパティキュレートフィルタ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の再生化が図られることになる。
【０００９】
この種の燃料添加を実行するための具体的手段としては、圧縮上死点付近で行われる燃料のメイン噴射に続いて圧縮上死点より遅い非着火のタイミングでポスト噴射を行うことで排気ガス中に燃料を添加するのが一般的であるが、気筒内へのメイン噴射の時期を通常より遅らせることで排気ガス中に燃料を添加するようにしても良い。
【００１０】
尚、斯かるパティキュレートフィルタの強制再生に関連する先行技術文献情報としては本発明と同じ出願人による下記の特許文献１等がある。
【特許文献１】特開２００３−１９３８２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、パティキュレートフィルタの前段に酸化触媒を別途装備することは、配置スペースの拡大やコストの高騰を招いてしまうことになるため、本発明者らは、前方部分に酸化触媒を一体構成した奥栓式のパティキュレートフィルタを採用することを創案するに到り、その実用化に向けた研究開発の中で以下に詳述する目詰まりの問題が実用化を阻む一要因を成していることを見いだした。
【００１２】
即ち、このような奥栓式のパティキュレートフィルタでは、各流路の入口側を目封じしている栓体を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前方部分に、ＨＣガスの酸化反応を助勢する機能を高めた酸化触媒を担持させ、前段に個別に離間配置されるべき酸化触媒をパティキュレートフィルタと一体構成したものとなるが、このようにした場合、本来のフィルタとして機能する後方部分（入口側の栓体より後方の部分）と同じ母材に酸化触媒が担持されることになるため、ＨＣガスを良好に酸化反応させる機能があるだけで良い前方部分でもパティキュレートが積極的に捕集されてしまうことになる。
【００１３】
一方、前方部分の酸化触媒におけるＨＣガスの酸化反応は、下流側へ向かうにつれて触媒表面との接触頻度が増すことにより活発化してくるので、酸化触媒が担持された前方部分における温度分布は、排気温度と略等しい入側端面の温度から下流側へ向かうにつれて反応熱により徐々に上昇するものとなり、酸化触媒が担持された前方部分の入側端面は常に触媒活性が低い状態となってしまう。
【００１４】
このため、渋滞路ばかりを走行する都市部の路線バス等のように排気温度の低い運転状態が長く続く運行形態の車輌にあっては、いくらディーゼルエンジン側の燃料噴射制御により排気ガス中に燃料を添加してパティキュレートフィルタの強制再生を実施しても、パティキュレートフィルタの入側端面を中心としてパティキュレートの燃え残りが生じ易くなり、このパティキュレートの燃え残りが流路を塞ぐようなブリッジに成長して目詰まりを起こす虞れがあった。
【００１５】
本発明は、上述の実情に鑑みてなされたものであり、前方部分に酸化触媒を一体構成した奥栓式のパティキュレートフィルタの強制再生を目詰まりの心配なく実施し得るようにすることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、各流路の入口側を目封じしている栓体を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且つその入口側の栓体の配置位置から入側端面までの前方部分に酸化触媒を担持せしめた奥栓式のパティキュレートフィルタを排気管の途中に介装し、エンジンの各気筒への燃料噴射を制御して未燃燃料分を多く残すことで排気ガス中に燃料添加を行い、その添加燃料が前記酸化触媒で酸化反応した時の反応熱により捕集済みパティキュレートを燃焼させてパティキュレートフィルタを強制再生するようにした排気浄化装置において、排気マニホールドの出口に近い排気管の最上流部にプレ酸化触媒を配設したことを特徴とするものである。
【００１７】
而して、このようにすれば、エンジンから排出されて間もない高温の排気ガスがプレ酸化触媒に導入されることにより、排気温度の低い運転状態でも比較的容易にプレ酸化触媒の触媒床温度が上昇して活性が高まるので、斯かる状態でエンジンの各気筒への燃料噴射を制御して燃料添加を実行した際に、この燃料添加で生じたＨＣガスの一部がプレ酸化触媒を通過する間に酸化反応し、その反応熱により排気ガスの昇温化が図られることになる。
【００１８】
この結果、エンジンからパティキュレートフィルタまで排気ガスを導く間に排気温度が低下してしまってパティキュレートを前方部分の酸化触媒で良好に燃焼除去することができなかった運転領域にあっても、エンジンから排出されて間もない高温の排気ガスを対象としたプレ酸化触媒によりＨＣガスを酸化反応させて排気ガスの昇温化を図り、パティキュレートフィルタの前方部分における酸化触媒の活性を上げて捕集済みパティキュレートの燃焼除去を促進し、パティキュレートフィルタの前方部分におけるパティキュレートの燃え残りを大幅に低減することが可能となる。
【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）前方部分に酸化触媒を一体構成した奥栓式のパティキュレートフィルタを用いて強制再生を実施するに際し、排気温度の低い運転領域においても、パティキュレートフィルタの前方部分における酸化触媒の活性を上げて捕集済みパティキュレートの燃焼除去を促進し、パティキュレートフィルタの前方部分におけるパティキュレートの燃え残りを大幅に低減することができるので、パティキュレートフィルタの前方部分に目詰まりが発生する虞れを未然に回避することができる。
【００２１】
（ＩＩ）前方部分に酸化触媒を一体構成した奥栓式のパティキュレートフィルタの強制再生を目詰まりの心配なく実施できることにより、従来のパティキュレートフィルタの前段に酸化触媒を個別に離間配置していた場合と比較して、配置スペースを排気管の長手方向に縮小して車輌への搭載性を大幅に向上することができ、触媒設置に関連する部品点数を減らしてコストの大幅な削減を図ることができ、更には、パティキュレートフィルタの前方部分で生じた反応熱を後方部分に直接的に伝えることができて再生時間の大幅な短縮を図ることができる。
【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４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から導いた空気４が吸気管５を介し前記ターボチャージャ２のコンプレッサ２ａへと送られ、該コンプレッサ２ａで加圧された空気４が更にインタクーラ６へと送られて冷却され、該インタクーラ６から図示しないインテークマニホールドへと空気４が導かれてディーゼルエンジン１の各シリンダに導入されるようにしてある。
【００２４】
また、このディーゼルエンジン１の各シリンダから排出された排気ガス７が排気マニホールド８を介し前記ターボチャージャ２のタービン２ｂへと送られ、該タービン２ｂを駆動した排気ガス７が排気管９を介し車外へ排出されるようにしてある。
【００２５】
そして、この排気ガス７が流通する排気管９の途中に介装されたフィルタケース１０内には、前方部分に酸化触媒１１ａを一体構成した奥栓式のパティキュレートフィルタ１１が収容されており、その構造を模式的に示した図２により詳述すると、このパティキュレートフィルタ１１は、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１２の入口が栓体１３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１２については、その出口が栓体１４により目封じされるようになっており、各流路１２を区画する多孔質薄壁１５を透過してパティキュレートを捕集された排気ガス７のみが下流側へ排出されるようにしてあるが、入口側の栓体１３が入側端面から所要長さだけ流路１２奥側へ入り込んだ位置に配置され、その入口側の栓体１３の配置位置から入側端面までの前方部分に、ＨＣガスの酸化反応を助勢する機能を高めた酸化触媒１１ａ（図３参照）が担持されており、入口側の栓体１３の配置位置から出側端面までの後方部分には、捕集済みパティキュレートの酸化反応を助勢する機能を高めた酸化触媒１１ｂ（図３参照）が担持されている。
【００２６】
尚、一般的には、前方部分の酸化触媒１１ａの方が後方部分の酸化触媒１１ｂよりもＰｔやＰｄ等の活性種の量を多くしたものとなるのが通常であるが、パティキュレートフィルタ１１全体に一様の酸化触媒を担持させるようにしても良く、また、後方部分の酸化触媒１１ｂをＮＯx吸蔵還元触媒に置き換えることも可能である。
【００２７】
また、ターボチャージャ２のタービン２ｂ直後の排気管９（排気マニホールド８の出口に近い排気管９の最上流部）には、ＰｔやＰｄ等を活性種とする触媒原料をステンレス製のメタル担体に担持させて成るプレ酸化触媒１６が、前記パティキュレートフィルタ１１に対し所要間隔を隔てて離間配置されている。
【００２８】
このプレ酸化触媒１６は、図４に拡大して示す如く、ステンレス製の平板材１６ａと波板材１６ｂとを螺旋状に巻いた円柱状のメタル担体に触媒原料を担持させたものとなっており、排気管９の管径と略同等の径を有する比較的小容量のフロースルー型の酸化触媒として形成されているが、図５に示す如く、セラミックから成るハニカム構造の担体に触媒原料を担持させたものとしても良い。
【００２９】
また、本形態例においては、パティキュレートフィルタ１１の強制再生を行う必要が生じた際に、ディーゼルエンジン１の各気筒に燃料を噴射する燃料噴射装置１７（図１参照）の燃料噴射制御が通常モードから再生モードに切り替わり、圧縮上死点（クランク角０゜）付近で行われる燃料のメイン噴射に続いて圧縮上死点より遅い非着火のタイミング（開始時期がクランク角９０゜〜１２０゜の範囲）でポスト噴射が実行されるようになっている。
【００３０】
つまり、このようにメイン噴射に続いて圧縮上死点より遅い非着火のタイミングでポスト噴射が行われると、このポスト噴射により排気ガス７中に未燃の燃料（主としてＨＣ：炭化水素）が添加されることになり、この未燃の燃料により生じたＨＣガスが排気ガス７がディーゼルエンジン１から排出されることになる。
【００３１】
而して、このようにすれば、ディーゼルエンジン１から排出されて間もない高温の排気ガス７がプレ酸化触媒１６に導入されることにより、排気温度の低い運転状態でも比較的容易にプレ酸化触媒１６の触媒床温度が上昇して活性が高まるので、斯かる状態で燃料噴射装置１７の燃料噴射制御を通常モードから再生モードに切り替えて、メイン噴射に続き圧縮上死点より遅い非着火のタイミングでポスト噴射を実行した際に、該ポスト噴射により排気ガス７中に未燃のまま添加された燃料が高濃度のＨＣガスとなって、該ＨＣガスの一部がプレ酸化触媒１６を通過する間に酸化反応し、その反応熱により排気ガス７の昇温化が図られることになる。
【００３２】
この結果、ディーゼルエンジン１からパティキュレートフィルタ１１まで排気ガス７を導く間に排気温度が低下してしまってパティキュレートを前方部分の酸化触媒１１ａで良好に燃焼除去することができなかった運転領域にあっても、ディーゼルエンジン１から排出されて間もない高温の排気ガス７を対象としたプレ酸化触媒１６によりＨＣガスを酸化反応させて排気ガス７の昇温化を図り、パティキュレートフィルタ１１の前方部分におけるパティキュレートの燃え残りを大幅に低減することが可能となる。
【００３３】
従って、上記形態例によれば、前方部分に酸化触媒１１ａを一体構成した奥栓式のパティキュレートフィルタ１１を用いて強制再生を実施するに際し、排気温度の低い運転領域においても、パティキュレートフィルタ１１の前方部分における酸化触媒１１ａの活性を上げて捕集済みパティキュレートの燃焼除去を促進し、パティキュレートフィルタ１１の前方部分におけるパティキュレートの燃え残りを大幅に低減することができるので、パティキュレートフィルタ１１の前方部分に目詰まりが発生する虞れを未然に回避することができる。
【００３４】
また、前方部分に酸化触媒１１ａを一体構成した奥栓式のパティキュレートフィルタ１１の強制再生を目詰まりの心配なく実施できることにより、従来のパティキュレートフィルタ１１の前段に酸化触媒１１ａを個別に離間配置していた場合と比較して、配置スペースを排気管９の長手方向に縮小して車輌への搭載性を大幅に向上することができ、触媒設置に関連する部品点数を減らしてコストの大幅な削減を図ることができ、更には、パティキュレートフィルタ１１の前方部分で生じた反応熱を後方部分に直接的に伝えることができて再生時間の大幅な短縮を図ることができる。
【００３５】
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、先の形態例においては、圧縮上死点付近で行われる燃料のメイン噴射に続いて圧縮上死点より遅い非着火のタイミングでポスト噴射を行うことで排気ガス中に燃料を添加するようにしているが、気筒内へのメイン噴射の時期を通常より遅らせることで排気ガス中に燃料を添加するようにしても良いこと、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】
【００３６】
【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のパティキュレートフィルタの構造を模式的に示す断面図である。
【図３】図１のパティキュレートフィルタの斜視図である。
【図４】図１のプレ酸化触媒の詳細を示す斜視図である。
【図５】図１のプレ酸化触媒の別の例を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００３７】
１  ディーゼルエンジン（エンジン）
７  排気ガス
８  排気マニホールド
９  排気管
１１  パティキュレートフィルタ
１１ａ  酸化触媒
１２  流路
１３  栓体
１６  プレ酸化触媒
【図１】
2007120346.tif 000003
【図２】
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【図３】
2007120346.tif 000005
【図４】
2007120346.tif 000006
【図５】
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