(57)【要約】【課題】気体の酸化剤を用いてＰＭを酸化除去する場合にも、気体酸化剤の利用効率を低下させることがないと共に、破損に至るおそれを低減することのできる内燃機関の排気浄化装置を提供する。【解決手段】多孔質セラミックの隔壁３３より形成される多数の貫通路を有する丸柱状のハニカム構造体３２に、その前端において、第１の詰栓３５を貫通路に一個置きに設けて後端開放セル３４Ｆを形成し、且つ、その後端において、第２の詰栓３６を第１の詰栓３５が設けられていない貫通路に設けて前端開放セル３４Ｆを形成したウォールフロー型のパティキュレートフィルタであって、ハニカム構造体の中心線を含む断面において、第２の詰栓３６の前端を結ぶ包絡線が、ハニカム構造体内を流れるガスの速度分布曲線にほぼ一致するように、第２の詰栓３６が設けられている。【選択図】図２
2007132241.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多孔質セラミックの隔壁より形成される多数の貫通路を有する丸柱状のハニカム構造体に、その前端において、第１の詰栓を貫通路に一個置きに設けて後端開放セルを形成し、且つ、その後端において、第２の詰栓を前記第１の詰栓が設けられていない貫通路に設けて前端開放セルを形成したウォールフロー型のパティキュレートフィルタであって、
前記ハニカム構造体の中心線を含む断面において、前記第２の詰栓の前端を結ぶ包絡線が、前記ハニカム構造体内を流れるガスの速度分布曲線にほぼ一致するように、前記第２の詰栓が設けられていることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記第２の詰栓は、その前記前端から前記ハニカム構造体の後端まで連続していることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記第２の詰栓は、その前記前端から前記ハニカム構造体の後端に向かい所定の長さであることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記パティキュレートフィルタの上流側に気体の酸化剤を供給可能な気体酸化剤供給手段が配置されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関の排気浄化装置に関し、特に、ディーゼルエンジンやリーンバーンガソリンエンジンから排出される排気ガス中の粒子状物質を捕集するウォールフロー型のパティキュレートフィルタにより粒子状物質を浄化する排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ディーゼルエンジンやリーンバーンガソリンエンジンの排気ガスには、炭素を主成分とする粒子状物質（以下、ＰＭ（Particulate Matter）と称す）が含まれ、大気汚染の原因となることが知られている。そこで、これらの粒子状物質を排気ガスから捕捉して除去するための装置または方法が種々提案されている。
【０００３】
このうち、ＰＭを低減する技術として、排気通路にディーゼルパティキュレートフィルタ（以下、ＤＰＦと称す）を設け、このＤＰＦでＰＭを捕集することが一般的に知られている。かかるＤＰＦとして、最も多く用いられているのは、多孔質セラミックの隔壁より形成される多数の貫通路を有する柱状のハニカム構造体に、その前端において、前側詰栓を貫通路に一個置きに設けて後端開放セルを形成し、且つ、その後端において、後側詰栓を前記前側詰栓が設けられていない貫通路に設けて前端開放セルを形成した、いわゆるウォールフロー型のＤＰＦである。
【０００４】
なお、特許文献１には、パティキュレートの捕集及びマイクロ波方式等の加熱手段を用いての再生能力を継続的に維持し得るのに好適なウォールフロー型のＤＰＦとして、外枠に囲まれた、多孔質セラミックの隔壁より形成される多数の貫通孔を有するハニカム構造体の一端に、中心部分が流体通路方向に対して垂直な面と中心部分以外は流体通路方向に傾斜した面とを形成し、この一端には１個置きの間隔で存在する貫通孔にセラミックセメント材の第１の封止栓を設け、他端には第１の封止栓が設けられていない貫通孔に同じくセラミックセメント材の第２の封止栓を設けた内燃機関の排気ガス浄化用フィルタが開示されている。
【０００５】
また、最近、ＮＯ２等に比較して酸化力の強いオゾンO3を用いて、ＰＭを酸化処理する技術が開示されている（例えば、特許文献２）。この特許文献２に記載されたディーゼルエンジンの排出ガスを後処理する方法および装置では、パティキュレートフィルタの上流に、プラズマによる、排出ガスから酸化剤としてのオゾンＯ3または二酸化窒素ＮＯ２を生成する装置を設け、排出ガスの温度に応じて、低温時にはオゾン及び二酸化窒素を、高温時には二酸化窒素を選択的に用いることにより、パティキュレートフィルタに捕集された煤を酸化除去するとしている。
【０００６】
【特許文献１】特開平４−３０１１３０号公報
【特許文献２】特開２００５−５０２８２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
一般に、上述のウォールフロー型のＤＰＦでは、ＰＭを含む排気ガスが前端開放セルに流入した後、隔壁を通過して後端開放セルに流出する過程で隔壁により濾過されることにより、排気ガス中に含まれていたＰＭが前端開放セル側の隔壁上に捕集される。すなわち、全ての前端開放セル側の隔壁上にＰＭが堆積することになる。
【０００８】
ところで、このように堆積したＰＭを酸化除去するために、特許文献２に記載のように、二酸化窒素ＮＯ２やより酸化力の強いオゾンＯ3等の気体の酸化剤を用いることにより、ＰＭの酸化除去能力を向上させることが考えられている。
【０００９】
しかしながら、このような気体の酸化剤を用いてＰＭの酸化除去を図ろうとすると、ＤＰＦの前端開放セルの各々に流入する排気ガスおよび気体の酸化剤の量は、それらの流入速度分布に従うため、ＤＰＦの中心部程多く、半径方向外方すなわち外周部に向かう程少なくなる。その結果、ＤＰＦの中心部においては上記前端開放セルに堆積したＰＭが早く酸化除去され、この部分の排気抵抗が小さくなることから、この中心部分にはさらに気体酸化剤を含む排気ガスが多く流れやすくなる。従って、ＤＰＦの上流において供給された気体酸化剤のＰＭ酸化除去に利用される割合が低下し非効率的であると同時に、排気ガスおよび気体酸化剤の流入量の少ない上記外周部、特にＤＰＦの後端側の外周部においては、気体酸化剤で酸化処理されないＰＭが残存するおそれがある。このＰＭが残存するおそれは、特許文献１に開示されている、フィルタの一端が中心部分の流体通路方向に対して垂直な面と中心部分以外の流体通路方向に傾斜した面とにより形成されている排気ガス浄化用フィルタにおいても、その程度は緩和されるものの依然として存在する。
【００１０】
また、気体酸化剤を用いたＰＭの酸化処理はさほどの発熱反応を伴わずに行なわれることが判明しているが、上記の酸化処理されずに残存したＰＭが一気に燃焼に至った場合には相当な発熱を伴い、多孔質セラミックのハニカム構造体からなるＤＰＦにクラック等が生じ、破損に至るおそれがある。
【００１１】
そこで、本発明は、上述の問題に着目し、気体酸化剤を用いてＰＭを酸化除去する場合にも、気体酸化剤の利用効率を低下させることがないと共に、破損に至るおそれを低減することのできる内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成する本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の一形態は、多孔質セラミックの隔壁より形成される多数の貫通路を有する丸柱状のハニカム構造体に、その前端において、第１の詰栓を貫通路に一個置きに設けて後端開放セルを形成し、且つ、その後端において、第２の詰栓を前記第１の詰栓が設けられていない貫通路に設けて前端開放セルを形成したウォールフロー型のパティキュレートフィルタであって、前記ハニカム構造体の中心線を含む断面において、前記第２の詰栓の前端を結ぶ包絡線が、前記ハニカム構造体内を流れるガスの速度分布曲線にほぼ一致するように、前記第２の詰栓が設けられていることを特徴とする。
【００１３】
ここで、前記第２の詰栓は、その前記前端から前記ハニカム構造体の後端まで連続していてもよい。
【００１４】
また、前記第２の詰栓は、その前記前端から前記ハニカム構造体の後端に向かい所定の長さであってもよい。
【００１５】
なお、前記パティキュレートフィルタの上流側に気体の酸化剤を供給可能な気体酸化剤供給手段が配置されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の一形態によれば、ウォールフロー型のパティキュレートフィルタであって、ハニカム構造体の中心線を含む断面において、前端開放セルを形成する第２の詰栓の前端を結ぶ包絡線が、前記ハニカム構造体内を流れるガスの速度分布曲線にほぼ一致するように、第２の詰栓が設けられているので、ある速度分布曲線を有してＰＭを含む排気ガスがハニカム構造体の前端開放セルに流入すると、前端開放セルを画成している隔壁の単位面積当たりを通過する排気ガスの量は前端開放セルの半径方向の位置にかかわらず等しくなる。この結果、前端開放セルを画成している隔壁の上流側の面にＰＭが均一な厚さで堆積した形態で捕集される。この状態で、気体酸化剤が供給されると、該気体の酸化剤はＰＭが捕集されている隔壁の上流側の前端開放セルに上述のように排気ガスと共に導入されるが、この気体酸化剤の量も速度分布に対応して中心部に位置する前端開放セル程多く、外周部に位置する前端開放セル程少ないので、前端開放セルの各々に堆積しているＰＭの酸化除去が過不足なく均一に行なわれる。よって、気体酸化剤の利用割合が低下することなく効率的に使用可能であり、気体酸化剤によるＰＭの浄化効率を向上させることが可能となる。
【００１７】
ここで、第２の詰栓が、その前端からハニカム構造体の後端まで連続している形態によれば、ウォールフロー型のパティキュレートフィルタの製造過程における詰工程において、第２の詰栓材料の充填量のみを異ならせるように制御することによって、後端から所定の長さとなるように製造することが可能であり、その製造が容易である。
【００１８】
また、第２の詰栓が、その前端からハニカム構造体の後端に向かい所定の長さである形態によれば、第２の詰栓材料の充填量を所定量に維持しつつその位置を制御する必要があり、若干その製造が複雑となるが、ハニカム構造体による流通抵抗が減少され排気系の圧力損失を少なくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
【００２０】
図１は、本発明の実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置を概略的に示すシステム図である。図中、１０は、圧縮着火式内燃機関すなわちディーゼルエンジンであり、１１は吸気ポートに連通されている吸気マニフォルド、１２は排気ポートに連通されている排気マニフォルド、１３は燃焼室である。本実施形態では、不図示の燃料タンクから高圧ポンプ１７に供給された燃料が、高圧ポンプ１７によりコモンレール１８に圧送されて高圧状態で蓄圧され、このコモンレール１８内の高圧燃料が燃料噴射弁１４から燃焼室１３内に直接噴射供給される。ディーゼルエンジン１０からの排気ガスは、排気マニフォルド１２からターボチャージャ１９を経た後にその下流の排気通路１５に流され、後述のように浄化処理された後、大気に排出される。なお、ディーゼルエンジンの形態としてはこのようなコモンレール式燃料噴射装置を備えたものに限らない。またＥＧＲ装置などの他の排気浄化デバイスを含むことも任意である。
【００２１】
排気通路１５には、排気ガス中の粒子状物質（ＰＭ）を捕集するパティキュレートフィルタとしてのディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）３０が配置されている。そしてＤＰＦ３０の上流側に、ＤＰＦ３０に気体酸化剤のオゾン（Ｏ３）を供給可能なオゾン供給手段としてのオゾン供給ノズル４０が配置されている。オゾン供給ノズル４０にはオゾン発生手段としてのオゾン発生器４１が接続され、オゾン発生器４１で発生したオゾンがオゾン供給通路４２を介してオゾン供給ノズル４０に供給されると共に、このオゾン供給ノズル４０から下流側のＤＰＦ３０に向かって噴射供給される。
【００２２】
このＤＰＦ３０は、図１に示すように、両側に截頭円錐状の連結部を有するほぼ円筒形の金属製外筒部からなるケーシング３１を備え、この外筒部に対し、絶縁性、耐熱性、緩衝性等を備える不図示の支持部材、例えば、アルミナマットにより支持された後述する円柱状のハニカム構造体３２を有している。
【００２３】
このハニカム構造体３２は、図２（Ａ）、（Ｂ）および（Ｃ）に詳しく示すように、コーディエライト、シリカ、アルミナ等の多孔質セラミックス材料で形成されたいわゆるウォールフロー型の多孔質ハニカム構造体であり、多孔質セラミックスの隔壁３３により仕切られた多数の貫通路、すなわちセル３４を備えている。これらのセル３４はいずれも排気ガスの流入方向に平行である。そして、本実施の形態のハニカム構造体３２では、その上流側の前端において、第１の詰栓３５がセル３４に一個置きに設けられ前端が閉塞されることにより後端開放セル３４Ｒが形成されると共に、その後端側において、第２の詰栓３６が前記第１の詰栓３５が設けられていないセル３４に設けられて後端側が閉塞されることにより前端開放セル３４Ｆが形成されている。前端開放のセル３４Ｆに流入した排気ガスは隔壁３３を通過して後端開放のセル３４Ｒに流入し、下流側に流れる。このとき、排気ガス中のＰＭは多孔質セラミックの隔壁３３によって捕集され、ＰＭの大気への放出が防止される。このように排気ガスが隔壁３３を通過し、その際にＰＭを濾過捕集するフィルタ形式がウォールフロー型と称される。
【００２４】
そして、この実施形態では、図２（Ｂ）に詳しく示すように、第２の詰栓３６のハニカム構造体３２の後端からの長さが、ハニカム構造体３２の半径位置に対応して異ならせられている。すなわち、第２の詰栓３６のハニカム構造体３２の後端からの長さは、この第２の詰栓３６に閉塞されて形成される前端開放セル３４Ｆの長さがハニカム構造体３２の中心部においては長く、半径が大きくなる外周部においては短くなるように設定されている。換言すると、前端開放セル３４Ｆの長さを規定する第２の詰栓３６の前端位置がハニカム構造体３２の半径位置に対応して異なるように、第２の詰栓３６の長さないしは前端位置が設定されている。
【００２５】
これは、ＤＰＦ３０のハニカム構造体３２における前端開放セル３４Ｆの各々に流入する排気ガスおよび気体酸化剤、例えばオゾン（Ｏ３）の量が、それらの流入速度分布に従うことを考慮して決められる。すなわち、円柱状のハニカム構造体３２の中心線を含む断面において、ハニカム構造体３２内を流れるガスの速度分布曲線は、例えば、図３に示すような放物線Ｂになるので、この放物線Ｂに沿うように前端開放セル３４Ｆの長さを規定する第２の詰栓３６の前端位置が決められるのである。換言すると、第２の詰栓３６の前端３６Ｆを結ぶ包絡線が、ハニカム構造体３２内を流れるガスの速度分布曲線である放物線Ｂにほぼ一致するように、第２の詰栓３６が設けられている。なお、この第２の詰栓３６の前端３６Ｆの位置は、図３において放物線（ないしは包絡線）Ｂ上にドットで示されている。
【００２６】
図１に戻って、オゾン発生器４１としては、高電圧を印加可能な放電管内に原料となる乾燥した空気または酸素を流しつつオゾンを発生させる形態や他の任意の形式のものを用いることができる。ここで原料となる乾燥した空気または酸素は、特許文献２の場合と異なり、排気通路１５外から取り込まれる気体、例えば外気に含まれる気体であり、特許文献２のように排気通路１５内の排気ガスに含まれる気体ではない。オゾン発生器４１においては、高温の原料気体を用いるよりも低温の原料気体を用いた方がオゾンの生成効率が高い。従ってこのように排気通路１５外の気体を用いてオゾンを生成することにより、特許文献２の場合に比べ、オゾン生成効率を向上することが可能である。なお、ここで使用される空気または酸素は乾燥していることが好ましいが、乾燥状態にあるもののみに限定されるものではない。
【００２７】
オゾン供給ノズル４０は、詳しくは後述するが、これから噴射供給されたオゾンが排気ガス中のＮＯｘや未燃成分（ＣＯ，ＨＣ等）と反応して徒に消費されないように、ＤＰＦ３０のハニカム構造体３２の直上流位置に配置され、そこからハニカム構造体３２に向かってオゾンを供給する。また、ハニカム構造体３２の上流端面全体にまんべんなくオゾンを供給できるよう、ハニカム構造体３２の上流端面の全直径に及ぶような複数のオゾン供給口４３を有している。オゾン供給ノズル４０は、ケーシング３１の直径方向に延在してケーシング３１に固定されている。なお、オゾン供給手段の形態はこのようなオゾン供給ノズル４０以外にも種々の形態が可能であり、例えば一つのオゾン供給口しか有しないような場合は、このオゾン供給口をＤＰＦ３０の中心軸線上に開口させると共に、オゾン供給口とハニカム構造体３２の上流端面との距離を、その上流端面全体にまんべんなくオゾンが行き渡るような距離だけ離間させるのがよい。
【００２８】
さらに、本実施形態においては、ＤＰＦ３０におけるＰＭの捕集量ないしは詰まり具合を検出する手段が設けられている。すなわち、ＤＰＦ３０の上流側及び下流側の排気通路１５にそれぞれ排気圧力を検出する排気圧センサ５１、５２が設けられ、これら排気圧センサ５１、５２は制御手段としてのＥＣＵ１００に接続されている。ＥＣＵ１００は、上流側排気圧センサ５１によって検出された上流側排気圧と、下流側排気圧センサ５２によって検出された下流側排気圧との偏差に基づいて、ＤＰＦ３０におけるＰＭの捕集量ないし詰まり具合を判断する。
【００２９】
なお、上流側排気圧センサ５１は、本実施形態ではオゾン供給ノズル４０の上流側に配置されているが、オゾン供給ノズル４０の下流側に配置されてもよい。また、本実施形態ではＤＰＦ３０の上下流側の差圧によってＰＭの捕集量ないし詰まり具合を検出するが、ＤＰＦ３０の上流側に配置された一つの排気圧センサのみによって捕集量ないし詰まり具合を検出してもよい。さらに、ＤＰＦ上流側に配置された煤センサの煤信号の時間的な積分を求めることにより詰まり具合を検出することもできる。同じく、煤生成に関する、ＥＣＵ内に保存されたエンジン特性マップデータを評価し、時間的に積分することにより捕集量ないし詰まり具合を求めることもできる。
【００３０】
また、本実施形態においては、ＤＰＦ３０に流入する排気ガスの温度又はＤＰＦ床温を検出する手段が設けられている。すなわち、ハニカム構造体３２の直上流位置に温度センサ５３が設けられ、この温度センサ５３の検出信号に基づいてＥＣＵ１００はハニカム構造体３２の直上流位置における排気温度を算出する。この温度センサ５３はオゾン供給ノズル４０とハニカム構造体３２との間の位置の排気温度を検出する。なお、温度センサ５３の温度検出部（熱電対の場合、その先端）はハニカム構造体３２の上流端面の中心付近に位置されるのが好ましい。温度センサ５３は、ＤＰＦ３０内部の床温を検出するため、その温度検出部がハニカム構造体３２の内部に埋め込まれていてもよい。
【００３１】
また、本実施形態においては、ＤＰＦ３０に流入する排気ガスの空燃比を検出する手段が設けられている。すなわち、ＤＰＦ３０の上流側に空燃比センサ５４が設けられ、この空燃比センサ５４の検出信号に基づいてＥＣＵ１００は排気空燃比を算出する。本実施形態において、空燃比センサ５４はオゾン供給ノズル４０の上流側の排気空燃比を検出する。これらセンサ５１，５２，５３，５４は全てケーシング３１に取り付けられている。
【００３２】
さて、本実施形態に係る排気浄化装置においては、排気通路１５に、上流側から順にオゾン供給ノズル４０およびＤＰＦ３０のハニカム構造体３２を配置した形態となるので、次のような作用効果が発揮される。すなわち、ＰＭを含む排気ガスが排気通路１５を通りＤＰＦ３０に至ると、この排気ガスはハニカム構造体３２の前端開放セル３４Ｆにまず流入する。そして、この排気ガスの速度分布曲線は、前述の図３に示すような放物線Ｂになるので、前端開放セル３４Ｆの各々に流入する排気ガスの量は中心部に位置する前端開放セル３４Ｆ程多く、外周部に位置する前端開放セル３４Ｆ程少なくなる。ところが、上述のように各々の前端開放セル３４Ｆの長さは、第２の詰栓３６の前端位置により放物線Ｂに沿うように決められているので、前端開放セル３４Ｆを画成している隔壁３３の単位面積当たりを通過する排気ガスの量は、前端開放セル３４Ｆの半径方向の位置にかかわらず等しくなる。この結果、通常ＰＭは排気ガス中に均一に分布して含まれているので、前端開放セル３４Ｆを画成している隔壁３３の上流側の面にＰＭが均一な厚さで堆積した形態で捕集される（なお、堆積する量は、前端開放セル３４Ｆの長さが異なるので、中心部程多く、外周部程少ない）。
【００３３】
この状態で、オゾン供給ノズル４０からオゾンが供給されると、該オゾンはＰＭが捕集されている隔壁３３の上流側の前端開放セル３４Ｆに、上述のように排気ガスと共にまず導入される。このオゾンの量も中心部に位置する前端開放セル３４Ｆ程多く、外周部に位置する前端開放セル３４Ｆ程少ないので、前端開放セル３４Ｆの各々に堆積しているＰＭの酸化除去がその堆積量に応じて過不足なく均一に行なわれる。よって、オゾンの利用割合が低下することなく効率的に使用可能であり、オゾンによるＰＭの浄化効率を向上させることが可能となる。なお、ＤＰＦ３０に捕集、堆積されたＰＭを酸化除去することを再生といい、このＤＰＦ３０の再生によってＤＰＦ３０は本来の性能を再び発揮するようになる。
【００３４】
ここで、オゾンの供給タイミングとしては、第一に、ＤＰＦ３０におけるＰＭの捕集量（堆積量）が所定値以上となったときが好ましい。このため、ＥＣＵ１００は、上流側排気圧センサ５１によって検出された上流側排気圧Ｐｕと、下流側排気圧センサ５２によって検出された下流側排気圧Ｐｌとの偏差（Ｐｕ−Ｐｌ）が所定値以上になったとき、オゾン発生器４１をオンにして、オゾンの供給を実行する。他方、ＥＣＵ１００は、その偏差（Ｐｕ−Ｐｌ）が所定値未満のときには、オゾン発生器４１をオフにして、オゾンの供給を停止する。
【００３５】
第二に、ＤＰＦ３０に流入する排気ガスの温度又はＤＰＦ３０の床温が適切な温度範囲、すなわちオゾンを効率的に利用できる温度範囲にあるときであるのが好ましい。この温度範囲とは、ディーゼルエンジンの場合例えば１００〜２５０℃である。このため、ＥＣＵ１００は、温度センサ５３によって検出された温度がそのような温度範囲にあるとき、オゾン発生器４１をオンにして、オゾンの供給を実行する。他方、ＥＣＵ１００は、検出温度がそのような温度範囲にないとき、オゾン発生器４１をオフにして、オゾンの供給を停止する。
【００３６】
第三に、ＤＰＦ３０に流入する排気ガスに、オゾンとの反応を生じさせるような不要な成分が含まれていないときであるのが好ましい。この不要な成分とは例えば前述したようなＮＯｘであり、未燃ＨＣもオゾンと反応してオゾンの無駄な消費を生じさせる。このような不要な成分が含まれているか否かは、空燃比センサ５４によって検出される排気空燃比によって推定可能である。従ってＥＣＵ１００は、検出された排気空燃比に基づき、不要な成分が含まれていると判断した場合はオゾン発生器４１をオフにして、オゾンの供給を停止する。他方、ＥＣＵ１００は、不要な成分が含まれていないと判断した場合、オゾン発生器４１をオンにして、オゾンの供給を実行する。
【００３７】
これら第一乃至第三の条件は任意の組み合わせで且つＡＮＤ／ＯＲ条件によって適宜結びつけて利用することができる。本実施形態では、オゾン供給時にオゾン発生器４１をオンにして生成されたオゾンを直ちに供給するが、オゾンを予め生成、貯留しておいて、バルブを切り替えることでオゾンを供給するようにしてもよい。またポンプやコンプレッサ等でオゾンを加圧して供給することも可能である。
【００３８】
ここで、本発明の実施の他の形態について図４を用いて説明する。この他の実施形態が前実施形態と異なる点は、上述の第２の詰栓３６との長さが異なることである。その他の構成は前実施形態と同じであるから、同一機能部位には同一符合を付して重複説明を避ける。
【００３９】
より詳しく説明すると、前実施形態においては、第２の詰栓３６の後端がハニカム構造体３２の後端と一致しているのに対し、本実施形態による第２の詰栓３８は、その前端３８Ｆの位置は前実施形態と同じであるが、後端３８Ｒの位置がその前端３８Ｆからほぼ等しい距離にある。換言すると、本実施形態による第２の詰栓３８は、その長さが全てほぼ等しいのである（但し、前端３８Ｆの位置さえ前実施形態と同じであれば、第２の詰栓３８は等長である必然性はないが、等長にするとその分製造が容易となる）。本実施形態においては、該等長の第２の詰栓３８の後端３８Ｒの後側に後端が開放したセルが残存することになる。この残存したセルを説明の便宜上、以下、第２の後端開放セル３９Ｒと称す。
【００４０】
前実施の形態になるハニカム構造体３２は、その第２の詰栓３６がハニカム構造体３２の後端まで連続しているので、その製造過程における栓詰工程において、詰栓材料のスラリーの充填量のみを異ならせるように制御することによって、後端から所定の長さとなるように詰込み製造することが可能であり、その製造が容易である。
【００４１】
一方、他の実施の形態になるハニカム構造体３２は、その第２の詰栓３８がその前端３８Ｆからハニカム構造体３２の後端に向かい所定の等しい長さであるので、詰栓材料のスラリーの充填量を所定量に維持しつつその位置を制御する必要があり、若干その製造が複雑となる。しかし、上述のように第２の後端開放セル３９Ｒが形成されるので、ハニカム構造体３２を排気ガス（ＰＭやオゾンを含む場合も同様）が通過する際に、前端開放セル３４Ｆにまず導入された排気ガスは隔壁３３を経て後端開放セル３４Ｒに流入した後、その一部がさらに隔壁３３を経て第２の後端開放セル３９Ｒを介しても排出され得るので、ハニカム構造体３２による流通抵抗が減少され、排気系の圧力損失を少なくすることができる。
【００４２】
次に、上述の実施形態に関して行った模擬ガス（モデルガス）による実験の結果を以下に示す。
（１）実験装置
図６には実験装置の全体を示し、図７には図６のVII部詳細を示す。６１は複数のガスボンベで、各ガスボンベには、ディーゼルエンジンの排気ガス組成を模した模擬ガスを作るための原料ガスがそれぞれ充填されている。ここでいう原料ガスとはＮ２、Ｏ２、ＣＯ等のガスである。６２は模擬ガス発生器であり、マスフローコントローラを備え、各原料ガスを所定量ずつ混合して模擬ガスＭＧを生成する。模擬ガスＭＧは、図７に詳細に示すように、石英管６５内に配置されたＤＰＦ６６を通過して、図示しない排気ダクトから外部に排出される。
【００４３】
図６に示すように、酸素ボンベ６７から供給された気体酸素Ｏ２は二分岐され、その一方において、流量制御ユニット６８により流量が制御された後、オゾン発生器６９に供給される。そしてオゾン発生器６９では酸素が選択的に、且つ部分的にオゾンＯ３とされ、これら酸素及びオゾン（又は酸素のみ）がオゾン分析計７０に至る。また、分岐の他方において、酸素は別の流量制御ユニット７１により流量が制御された後、オゾン発生器６９から供給されたガスと混合して、オゾン分析計７０に至る。オゾン分析計７０では、これに流入してきたガス、すなわちＤＰＦ６６に供給する供給ガスのオゾン濃度が計測され、この後、供給ガスは、流量制御ユニット７１にて流量が制御される。余剰の供給ガスは図示しない排気ダクトから外部に排出され、流量が制御された供給ガスは、図７に示すように、石英管６５の上流にされた三方エルボ７２にて模擬ガスＭＧと混合され、その後模擬ガスＭＧと共にＤＰＦ６６に供給される。
【００４４】
石英管６５の外周部には電気ヒータ７４が設けられ、ＤＰＦ６６の温度が制御されるようになっている。また、ＤＰＦ６６の直上流位置における温度を計測するための温度センサ７６が設けられている。
【００４５】
ＤＰＦ６６の下流側には、ＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘ濃度計測用の排ガス分析器７７と、ＣＯ２濃度計測用の排ガス分析器７８と、オゾン濃度計測用のオゾン分析計７９とが、それぞれ上流側から直列に配置されている。
【００４６】
（２）実験条件
温度センサ７６によって検出される温度が２５０℃となるように電気ヒータ７４を制御した。模擬ガスＭＧの組成は、それぞれ体積濃度でＮＯが２１０ｐｐｍ、Ｏ２が５％、Ｈ２Ｏが３％、残部がＮ２である。模擬ガスの流量は９．５Ｌ（リットル）／ｍｉｎ、模擬ガスの圧力は０．４ＭＰａである。供給ガスの組成はオゾンＯ３が２００００ｐｐｍ、残部がＯ２である。但し、これはオゾン発生器６９をオンにしてオゾン供給を行う場合の組成である。オゾン発生器６９をオフにし、オゾン供給を行わない場合、供給ガスはＯ２のみとなる。供給ガスの流量は０．５Ｌ（リットル）／ｍｉｎである。
【００４７】
（３）実験方法
以下に示す仕様のＤＰＦ６６を配置し、オゾン発生器６９をオンにした状態で、ＰＭの酸化速度を測定した。
【００４８】
温度センサ７６によって検出される温度が一定（２５０℃）となるまで、模擬ガスＭＧとしてＮ２を流しておき、その温度が一定となった後、模擬ガスにＮＯとＯ２とを添加し、これと同時にオゾン発生器６９に酸素を導入する。オゾンを発生させる場合は酸素を導入するのと同時にオゾン発生器６９をオンにする。ＤＰＦ６６におけるＰＭの酸化量（酸化速度）は、排ガス分析器７７、７８で検出したＣＯ及びＣＯ２濃度から算出した。すなわち、模擬ガス流量と、検出された体積濃度と、計測時間との積を１ｍｏｌ分の体積（例えば２２．４Ｌ）で除することで、その計測時間中のｍｏｌ数が得られ、このｍｏｌ数に基づいてＰＭの酸化量（酸化速度）が算出される。
【００４９】
（４）実施例及び比較例
（比較例）
図５に示す形態、すなわち、多孔質セラミックの隔壁３３より形成される多数の貫通路を有する柱状のハニカム構造体３２の前端に前側詰栓３５を貫通路に一個置きに設けて後端開放セル３４Ｒを形成し、且つ、その後端に後側詰栓３７を前記前側詰栓が設けられていない貫通路に設けて前端開放セル３４Ｆを形成したいわゆる通常のウォールフロー型のＤＰＦであって、直径３０ｍｍ、長さ５０ｍｍ、セル壁厚１２ｍｉｌ（０．３ｍｍ）、セル数３００ｃｐｓｉ（cells per square inch）（１平方センチメートル当たり約５０個）のコージェライト製ＤＰＦを用いた。
【００５０】
このＤＰＦをガス流れに配置してＰＭを堆積させた。なお、ＰＭの堆積は、２Ｌのディーゼルエンジンの排気管に、直径３０ｍｍ、長さ５０ｍｍのコージェライト製ハニカム構造体を１２個並列に設置できる容器を配置し、ここに２０００ｒｐｍ、３０Ｎｍの運転条件の排気ガスを１ｈｒ流通させてＰＭを捕集することにより行なった。このＰＭを堆積させたＤＰＦのハニカム構造体を、ＰＭが堆積している面をガス流れに対して上流側になるように石英管内に配置し、実験を行った。
【実施例１】
【００５１】
上記比較例に用いた、直径３０ｍｍ、長さ５０ｍｍ、セル壁厚１２ｍｉｌ（０．３ｍｍ）、セル数３００ｃｐｓｉ（１平方センチメートル当たり約５０個）のコージェライト製ＤＰＦの片方の端部を５ｍｍ切断し、既存の詰栓３７を除去した。そして、その端部からセラミックボンドを用いて、図２に示す形態となるように、詰栓３６を設けた。
【００５２】
このＤＰＦをガス流れに配置して、比較例と同じ運転条件の下にＰＭを捕集し堆積させた。そして、このＰＭを堆積させたＤＰＦのハニカム構造体を、ＰＭが堆積している面をガス流れに対して上流側になるように石英管内に配置し、実験を行った。
【実施例２】
【００５３】
上記比較例に用いたＤＰＦと同じ寸法仕様のコージェライト製ＤＰＦの片方の端部を５ｍｍ切断し、既存の詰栓３７を除去した。そして、その端部からセラミックボンドを用いて、図４に示す形態となるように、詰栓３８を設けた。
【００５４】
このＤＰＦをガス流れに配置して、比較例と同じ運転条件の下にＰＭを捕集し堆積させた。そして、このＰＭを堆積させたハニカム構造体を、ＰＭが堆積している面をガス流れに対して上流側になるように石英管内に配置し、実験を行った。
【００５５】
（５）実験結果
模擬ガス組成をＮ２から切り替えてから（オゾン発生器にＯ２を導入してから）、０〜１０分間、１０〜２０分間および２０〜３０分間のＰＭ酸化速度の比較を図８に示す。図８中、縦軸のＰＭ酸化速度の単位ｇ／ｈＬは、ＤＰＦ１リットル当たり、且つ１時間当たりに酸化されたＰＭのグラム数を表す。図８から分かるように、実施例１および実施例２も共に時間の経過によってＰＭ酸化速度の低下は認められなかった。しかし、比較例においては、２０分経過後にはＰＭ酸化速度の低下が見られ、オゾンＯ３が有効に活用されていないと言える。
【００５６】
以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明は他の実施形態を採ることも可能である。例えば、圧縮着火式内燃機関としてのディーゼルエンジン以外にも、ＰＭ発生の可能性のある全ての内燃機関に適用できる。例えば、直噴の火花点火式内燃機関、より具体的には直噴リーンバーンガソリンエンジンである。このエンジンでは筒内燃焼室に燃料が直接噴射されるが、燃料噴射量が多い高負荷域では燃料が燃焼しきらず、ＰＭが発生する可能性がある。このようなエンジンに本発明を適用しても、前記同様の作用効果が十分期待できる。
【００５７】
また、ＤＰＦのハニカム構造体として円柱状のものに付き述べたが、これは楕円柱状等の丸柱状であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置を概略的に示すシステム図である。
【図２】ウォールフロー型ＤＰＦのハニカム構造体の一実施形態を示し、（Ａ）は前端面図、（Ｂ）は断面図および（Ｃ）は後端面図である。
【図３】ハニカム構造体内を流れるガスの速度分布曲線を説明するための概略図である。
【図４】ウォールフロー型ＤＰＦのハニカム構造体の他の実施形態を示し、（Ａ）は前端面図、（Ｂ）は断面図および（Ｃ）は後端面図である。
【図５】ウォールフロー型ＤＰＦのハニカム構造体の比較例を示し、（Ａ）は前端面図、（Ｂ）は断面図および（Ｃ）は後端面図である。
【図６】実施形態に関連して行われた実験の実験装置全体を示す図である。
【図７】図６のVII部詳細を示す断面図である。
【図８】ＰＭ酸化速度に関する実験結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５９】
１０    エンジン
１５    排気通路
３０    ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）
３２    ハニカム構造体
３３    隔壁
３４Ｆ    前端開放セル
３４Ｒ    後端開放セル
３５    第１の詰栓
３６、３８    第２の詰栓
４０    オゾン供給ノズル
４１    オゾン発生器
５１，５２  排気圧センサ
５３    温度センサ
５４    空燃比センサ
１００  電子制御ユニット（ＥＣＵ）
【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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