(57)【要約】【課題】車輌への搭載性を向上し且つコストの削減を図り得るパティキュレートフィルタを提供する。【解決手段】排気ガス２が流通する多数の流路３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４と、該フィルタ本体４の各流路３の入口側と出口側とを交互に目封じする栓体５，６とを備え、前記各流路３を区画している多孔質薄壁７を透過させて排気ガス２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１に関し、入口側の栓体５をフィルタ本体４の入側端面から所要長さだけ流路３奥側へ入り込んだ位置に配置し、その入口側の栓体５の配置位置から入側端面までの間の第一領域に、ＨＣガスの酸化反応を助勢する機能を高めた酸化触媒８を担持せしめ、入口側の栓体５の配置位置から出側端面までの間の第二領域にＮＯx吸蔵還元触媒９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第一領域と、入口側の栓体の配置位置から出側端面までの間の第二領域の何れか一方に酸化触媒を担持せしめ且つ他方にはＮＯx吸蔵還元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】
第一領域に酸化触媒を担持せしめ且つ第二領域にＮＯx吸蔵還元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。
【請求項３】
第二領域における出側端面付近の所要範囲に限り、ＮＯx吸蔵還元触媒に置き換えて酸化触媒を担持せしめたことを特徴とする請求項２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を成し、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一方、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なっている。
【０００４】
ただし、ディーゼルエンジンの排気浄化を図る場合、前述のように排気ガス中のパティキュレートを除去するだけでは十分ではなく、排気ガス中に含まれるＮＯx（窒素酸化物）についても除去する必要があるので、パティキュレートフィルタにＮＯx吸蔵還元触媒を担持させてパティキュレートとＮＯxの同時低減化を図ることが提案されている。
【０００５】
ここで、ＮＯx吸蔵還元触媒とは、排気空燃比がリーンの時に排気ガス中のＮＯxを酸化して硝酸塩の状態で一時的に吸蔵し、排気ガス中のＯ2濃度が低下した時に未燃ＨＣやＣＯ等の介在によりＮＯxを分解放出して還元浄化する性質を備えたものであり、一般的には、Ｌｉ，Ｎａ，Ｋ等のアルカリ金属や、Ｂａ等のアルカリ土類金属をＮＯx吸蔵材としてＰｔ等の貴金属原料と共にアルミナ等の多孔質担体に担持せしめたものが知られている。
【０００６】
斯かるＮＯx吸蔵還元触媒においては、ＮＯxの吸蔵量が増大して飽和量に達してしまうと、それ以上のＮＯxを吸蔵できなくなるため、定期的にＮＯx吸蔵還元触媒に流入する排気ガスのＯ2濃度を低下させてＮＯxを分解放出させる必要があり、例えば、ガソリン機関に使用した場合であれば、機関の運転空燃比を低下（機関をリッチ空燃比で運転）することにより、排気ガス中のＯ2濃度を低下し且つ排気ガス中の未燃ＨＣやＣＯ等の還元成分を増加してＮＯxの分解放出を促すことができるが、ＮＯx吸蔵還元触媒をディーゼルエンジンに適用する場合には、機関をリッチ空燃比で運転することが困難であるため、ＮＯx吸蔵還元触媒の上流側の排気管内にインジェクタ等を介し燃料（炭化水素）を還元剤として直接添加する必要がある。
【０００７】
他方、パティキュレートフィルタに捕集されたパティキュレートは、ＮＯxがＮＯx吸蔵還元触媒に吸蔵される際や吸蔵ＮＯxが還元される際に生ずる活性酸素により酸化浄化されることになるが、排気管内に燃料を直接添加してＮＯx吸蔵還元触媒を再生するにあたっては、その還元反応時における十分な触媒活性を得るのに約２００℃以上の排気温度が必要となるので、排気温度が低い運転状態（一般的に低負荷運転領域に排気温度が低い領域が拡がっている）が続くと、ＮＯx吸蔵還元触媒の再生機会がなかなか得られないという問題がある。
【０００８】
例えば都市部の路線バス等のように渋滞路ばかりを走行するような運行形態の車両では、必要な所定温度以上での運転が長く継続しないため、ＮＯx吸蔵還元触媒を効率良く再生することができない虞れがあり、延いては、捕集済みパティキュレートの酸化処理も良好に進まずにパティキュレートフィルタの過捕集状態を招く虞れがあった。
【０００９】
そこで、ＮＯx吸蔵還元触媒を担持した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、排気温度が低い運転状態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、この燃料添加で生じたＨＣガスを前段の酸化触媒を通過させる間に酸化反応せしめ、その反応熱で昇温した排気ガスの流入により直後のＮＯx吸蔵還元触媒の触媒床温度を積極的に昇温することが提案されている。
【００１０】
尚、ディーゼルエンジン側の燃料噴射制御により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出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。
【００１１】
また、このようにパティキュレートフィルタの前段に酸化触媒が装備されていれば、排気ガス中のＮＯxの大半を占めるＮＯが前段の酸化触媒でＯ2と反応してＮＯ2となり、この反応性の高いＮＯ2が後段のパティキュレートフィルタに流れ込んで効率良くＮＯx吸蔵還元触媒に吸蔵される一方、パティキュレートフィルタ内に捕集されたパティキュレートの燃焼もＮＯ2により助勢されることになる。
【００１２】
更に、将来的な触媒性能の向上や燃料添加制御精度の向上により解決できる余地があるものの、現状の技術水準にあっては、ＮＯx吸蔵還元触媒の再生に使用されて余剰したＨＣガスのリーク対策として、パティキュレートフィルタの後段にもフロースルー型の酸化触媒を装備しておく必要があり、このようにパティキュレートフィルタの後段にも酸化触媒を装備しておけば、パティキュレートフィルタを未反応のまま通過した余剰のＨＣガスが後段の酸化触媒で酸化処理され、最終的に排気ガス中に残留して車外へ排出されてしまうＨＣガスが著しく低減されることになる。
【００１３】
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、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２００２−３４９２４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、前述した如き従来構造においては、前段の酸化触媒と、ＮＯx吸蔵還元触媒を担持したパティキュレートフィルタと、後段の酸化触媒とを三つ連ねた配置構成となってしまうため、排気管の長手方向に比較的長く配置スペースが必要となって車輌への搭載性が悪くなるという問題があり、また、触媒配置数が増えることで触媒設置に関連する部品点数が増えてコストの大幅な高騰を招くという問題もあった。
【００１５】
本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、車輌への搭載性を向上し且つコストの削減を図り得るパティキュレートフィルタ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】
【００１６】
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第一領域と、入口側の栓体の配置位置から出側端面までの間の第二領域の何れか一方に酸化触媒を担持せしめ且つ他方にはＮＯx吸蔵還元触媒を担持せしめたことを特徴とするものである。
【００１７】
而して、第一領域に酸化触媒を担持せしめ且つ第二領域にＮＯx吸蔵還元触媒を担持せしめれば、パティキュレートフィルタの前段に酸化触媒を配置する必要がなくなり、また、第一領域にＮＯx吸蔵還元触媒を担持せしめ且つ第二領域に酸化触媒を担持せしめれば、パティキュレートフィルタの後段に酸化触媒を配置する必要がなくなるので、何れの場合も触媒配置数が従来よりも一つ分減ることになり、少なくとも従来において両者を個別に離間配置していた時の間隔分の配置スペースを排気管の長手方向に縮小し且つ触媒設置に関連する部品点数を減らすことが可能となる。
【００１８】
しかも、従来におけるパティキュレートフィルタの前後に配置されていたフロースルー型の酸化触媒にあっては、排気ガスが流路内の触媒面に沿いストレートに流れて該触媒面と接触したＨＣガスだけが酸化反応するだけであったが、酸化触媒が通気性の高いフィルタ素材から成るフィルタ本体に担持されている場合には、該フィルタ本体の多孔質薄壁を排気ガスが自由に出入りしながら流れるので、該排気ガス中のＨＣガスと酸化触媒との接触頻度が高められて反応効率が大幅に向上されることになる。
【００１９】
また、特に第一領域に酸化触媒を担持せしめ且つ第二領域にＮＯx吸蔵還元触媒を担持せしめた場合に、排気温度が低い運転状態で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すると、その添加燃料から生じたＨＣガスが第一領域の酸化触媒で酸化反応し、その反応熱が後方の第二領域のＮＯx吸蔵還元触媒に対し排気ガスを介さずに直接的に伝わるので、ＮＯx吸蔵還元触媒の触媒床温度が昇温され易くなって、従来より排気温度が低い運転領域から良好なＮＯxの吸蔵還元反応が開始されることになる。
【００２０】
また、第一領域に酸化触媒を担持せしめ且つ第二領域にＮＯx吸蔵還元触媒を担持せしめた場合においては、第二領域における出側端面付近の所要範囲に限り、ＮＯx吸蔵還元触媒に置き換えて酸化触媒を担持せしめるようにしても良い。
【００２１】
このようにすれば、パティキュレートフィルタの前後に配置されるべき酸化触媒を両方とも単一のフィルタ本体に担持させて触媒配置数を従来より二つ分減らすことが可能となるので、配置スペースの更なる縮小化と部品点数の更なる低減化を実現することが可能となる。
【発明の効果】
【００２２】
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。
【００２３】
（Ｉ）本発明の請求項１に記載の発明によれば、従来においてパティキュレートフィルタの前後に個別に離間配置されていた酸化触媒の何れかとＮＯx吸蔵還元触媒とを単一のフィルタ本体に担持させて一体構成することにより、触媒配置数を従来よりも一つ分減らすことができるので、少なくとも従来において両者を個別に離間配置していた時の間隔分の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、しかも、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る。
【００２４】
（ＩＩ）本発明の請求項１に記載の発明によれば、従来においてパティキュレートフィルタの前後に個別に離間配置されていた酸化触媒の何れかを、通気性の高いフィルタ素材から成るフィルタ本体に担持させたことによって、該フィルタ本体の多孔質薄壁を自由に出入りしながら流れる排気ガス中のＨＣガスと前記酸化触媒との接触頻度を高めて反応効率を大幅に向上することができるので、従来と同等の機能を維持しつつ酸化触媒中の貴金属量の低減化を図ることができて更なるコストの削減を図ることができる。
【００２５】
（ＩＩＩ）本発明の請求項２に記載の発明によれば、排気温度が低い運転状態でエンジン側での燃料噴射制御により燃料を添加した際に、その添加燃料から生じたＨＣガスが第一領域の酸化触媒で酸化反応した時の反応熱をＮＯx吸蔵還元触媒に対して直接的に伝えることができるので、ＮＯx吸蔵還元触媒の触媒床温度を効率良く活性温度域まで上げて従来より排気温度が低い運転領域から良好なＮＯxの吸蔵還元反応を開始させることができる。
【００２６】
（ＩＶ）本発明の請求項３に記載の発明によれば、パティキュレートフィルタの前後に配置されるべき酸化触媒を両方とも単一のフィルタ本体に担持させて触媒配置数を従来より二つ分減らすことができるので、配置スペースの更なる縮小化と部品点数の更なる低減化を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【００２８】
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に示す如く、本形態例のパティキュレートフィルタ１においては、従来より周知のパティキュレートフィルタと同様に、排気ガス２が流通する多数の流路３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４と、該フィルタ本体４の各流路３の入口側と出口側とを交互に目封じする栓体５，６とを備え、前記各流路３を区画している多孔質薄壁７を透過させて排気ガス２中のパティキュレートを捕集し得るようになっているが、入口側の栓体５をフィルタ本体４の入側端面から所要長さだけ流路３奥側へ入り込んだ位置に配置し、その入口側の栓体５の配置位置から入側端面までの間の第一領域に、ＨＣガスの酸化反応を助勢する機能を高めた酸化触媒８を担持させており、入口側の栓体５の配置位置から出側端面までの間の第二領域にＮＯx吸蔵還元触媒９を担持させている（図２参照）。
【００２９】
また、図３に示す如く、前記パティキュレートフィルタ１の後段に、該パティキュレートフィルタ１を未反応のまま通過した余剰のＨＣガスの酸化反応を助勢する機能を高めたフロースルー型の酸化触媒１０を従来と同様に個別に離間配置しており、これらパティキュレートフィルタ１と後段の酸化触媒１０とを、排気管１１途中に介装したフィルタケース１２（図示ではマフラを兼用した例）内に収容するようにしている。
【００３０】
而して、このようにパティキュレートフィルタ１の第一領域に酸化触媒８を担持せしめ且つ第二領域にＮＯx吸蔵還元触媒９を担持せしめれば、パティキュレートフィルタ１の前段に酸化触媒を配置する必要がなくなるので、触媒配置数が従来よりも一つ分減ることになり、少なくとも従来において両者を個別に離間配置していた時の間隔分の配置スペースを排気管１１の長手方向に縮小し且つ触媒設置に関連する部品点数を減らすことが可能となる。
【００３１】
しかも、従来におけるパティキュレートフィルタ１の前段に配置されていたフロースルー型の酸化触媒にあっては、排気ガス２が流路内の触媒面に沿いストレートに流れて該触媒面と接触したＨＣガスだけが酸化反応するだけであったが、本形態例のように、酸化触媒８が通気性の高いフィルタ素材から成るフィルタ本体４に担持されている場合には、該フィルタ本体４の多孔質薄壁７を排気ガス２が自由に出入りしながら流れるので、該排気ガス２中のＨＣガスと酸化触媒８との接触頻度が高められて反応効率が大幅に向上されることになる。
【００３２】
このため、排気温度が低い運転状態でエンジン側の燃料噴射制御により排気ガス２中に燃料を添加すると、その添加燃料から生じたＨＣガスが第一領域の酸化触媒８で効率良く酸化反応し、その反応熱が後方の第二領域のＮＯx吸蔵還元触媒９に対し排気ガス２を介さずに直接的に伝わるので、ＮＯx吸蔵還元触媒９の触媒床温度が著しく昇温され易くなって、従来より排気温度が低い運転領域から良好なＮＯxの吸蔵還元反応が開始されることになる。
【００３３】
従って、上記形態例によれば、酸化触媒８とＮＯx吸蔵還元触媒９とを単一のフィルタ本体４に担持させて一体構成することにより、触媒配置数を従来よりも一つ分減らすことができるので、少なくとも従来において両者を個別に離間配置していた時の間隔分の配置スペースを排気管１１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、しかも、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る。
【００３４】
また、通気性の高いフィルタ素材から成るフィルタ本体４に酸化触媒８を担持させたことによって、排気温度が低い運転状態でエンジン側での燃料噴射制御により燃料を添加した際に、フィルタ本体４の多孔質薄壁７を自由に出入りしながら流れる排気ガス２中のＨＣガスと前記酸化触媒８との接触頻度を高めて反応効率を大幅に向上することができ、従来と同等の機能を維持しつつ酸化触媒８中の貴金属量の低減化を図ることができて更なるコストの削減を図ることができる。
【００３５】
しかも、その添加燃料から生じたＨＣガスが第一領域の酸化触媒８で酸化反応した時の反応熱をＮＯx吸蔵還元触媒９に対して直接的に伝えることができるので、ＮＯx吸蔵還元触媒９の触媒床温度を効率良く活性温度域まで上げて従来より排気温度が低い運転領域から良好なＮＯxの吸蔵還元反応を開始させることができる。
【００３６】
更に、図４は本発明の別の形態例を示すものであり、前述した図１〜図３の形態例と同様に、第一領域に酸化触媒８を担持せしめ且つ第二領域にＮＯx吸蔵還元触媒９を担持せしめた場合において、第二領域における出側端面付近の所要範囲に限り、未反応のまま残存した余剰のＨＣガスの酸化反応を助勢する機能を高めた酸化触媒１０’をＮＯx吸蔵還元触媒９に置き換えて担持せしめた例としてある。
【００３７】
ただし、ここに図示している例では、ＮＯx吸蔵還元触媒９の容量が目減りしないようにするため、図２のものと同じＮＯx吸蔵還元触媒９の容量を確保した上で酸化触媒１０’の分だけ第二領域を長く構成した例で示してある。
【００３８】
このようにした場合には、パティキュレートフィルタ１の前後に配置されるべき酸化触媒を両方とも単一のフィルタ本体４に担持させて触媒配置数を従来より二つ分減らすことが可能となるので、配置スペースの更なる縮小化と部品点数の更なる低減化を実現することができる。
【００３９】
また、図５は本発明の更に別の形態例を示すものであり、前述した図１〜図３の形態例とは逆に、第一領域にＮＯx吸蔵還元触媒９を担持せしめ且つ第二領域に未反応のまま残存した余剰のＨＣガスの酸化反応を助勢する機能を高めた酸化触媒１０’を担持せしめたものとなっており、パティキュレートフィルタ１の前段には、ＨＣガスの酸化反応を助勢する機能を高めたフロースルー型の酸化触媒８’を従来と同様に個別に離間配置してある。
【００４０】
ただし、ここに図示している例では、ＮＯx吸蔵還元触媒９の吸蔵サイトを極力多く確保し得るようにするため、先の図１の場合よりも入口側の栓体５を流路３の更に奥側へ入り込ませて第一領域を長く確保した例で示してある。
【００４１】
而して、このようにした場合においても、パティキュレートフィルタ１の後段に酸化触媒を配置する必要がなくなるので、触媒配置数が従来よりも一つ分減ることになり、少なくとも従来において両者を個別に離間配置していた時の間隔分の配置スペースを排気管１１の長手方向に縮小し且つ触媒設置に関連する部品点数を減らすことが可能となると共に、通気性の高いフィルタ素材から成るフィルタ本体４に酸化触媒１０’を担持させたことによって、フィルタ本体４の多孔質薄壁７を自由に出入りしながら流れる排気ガス２中のＨＣガスと前記酸化触媒１０’との接触頻度を高めて反応効率を大幅に向上することが可能となる。
【００４２】
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、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】
【００４３】
【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】図１のパティキュレートフィルタの斜視図である。
【図３】図１のパティキュレートフィルタの配置状態を示す概略図である。
【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概略図である。
【符号の説明】
【００４４】
１  パティキュレートフィルタ
２  排気ガス
３  流路
４  フィルタ本体
５  栓体
６  栓体
７  多孔質薄壁
８  酸化触媒
９  ＮＯx吸蔵還元触媒
１０’ 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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