(57)【要約】【課題】パティキュレートフィルタの小型化を図りつつ、フィルタ再生処理の頻度を低くする。【解決手段】排気浄化装置５は、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が排気通路３の上流側と下流側に直列に配置されて構成されている。排気通路３の上流側の上流側パティキュレートフィルタ１０では、下流端１３ｂが絞られた下流端絞り型排気ガス流路１３と、上流端１４ａが絞られた上流端絞り型排気ガス流路１４とが多孔質隔壁１９を介して交互に配置されている。排気通路３の下流側の下流側パティキュレートフィルタ２０では、下流端２３ｂが閉鎖された下流端閉鎖型排気ガス流路２３と、上流端２４ａが閉鎖された上流端閉鎖型排気ガス流路２４とが多孔質隔壁２７を介して交互に配置されている。【選択図】図２
2007278188.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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が内燃機関の排気通路の上流側と下流側とに直列に配置された内燃機関の排気浄化装置であって、
前記排気通路の上流側に設けられる上流側パティキュレートフィルタは、互いに平行に延びる複数の排気ガス流路を備え、
前記複数の排気ガス流路は、下流端が絞られた下流端絞り型排気ガス流路と、上流端が絞られた上流端絞り型排気ガス流路とにより構成され、
前記下流端絞り型排気ガス流路と上流端絞り型排気ガス流路とが多孔質材からなる隔壁を介して交互に配置され、
前記排気通路の下流側に設けられる下流側パティキュレートフィルタは、互いに平行に延びる複数の排気ガス流路を備え、
前記複数の排気ガス流路は、下流端が閉鎖された下流端閉鎖型排気ガス流路と、上流端が閉鎖された上流端閉鎖型排気ガス流路とにより構成され、
前記下流端閉鎖型排気ガス流路と上流端閉鎖型排気ガス流路とが多孔質材からなる隔壁を介して交互に配置さ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】
前記上流側パティキュレートフィルタの下流端絞り型排気ガス流路の下流端の絞りの開口面積および上流端絞り型排気ガス流路の上流端の絞りの開口面積の少なくとも一方が、前記上流側パティキュレートフィルタによって排気通路を流れるパティキュレート全体のうち半分が捕集されるように設定され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】
前記上流側パティキュレートフィルタと下流側パティキュレートフィルタとが別々のケースに収容されていることを特徴とする請求項１または請求項２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、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を備えた内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、自動車等に搭載される内燃機関（以下、エンジンともいう）、特に、ディーゼルエンジンの排気ガス中には、カーボンを主成分とするパティキュレート（以下、ＰＭ（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｍａｔｔｅｒ）という）が比較的多く含まれている。ＰＭは、環境汚染を引き起こす原因になるので、排気ガスを大気に放出する前に取り除かなければならない。そのため、エンジンの排気通路に、排気ガス中に含まれるＰＭを捕集するパティキュレートフィルタを配置した排気浄化装置が知られている。なお、パティキュレートフィルタとしては、例えば、ＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ  Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｆｉｌｔｅｒ）や、ＤＰＮＲ（Ｄｉｅｓｅｌ  Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ−ＮＯｘ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ  ｓｙｓｔｅｍ）触媒等が用いられる。
【０００３】
排気浄化装置において、ＰＭの捕集が進行し、かなりの量のＰＭがパティキュレートフィルタに捕集されると、排気抵抗（圧損）が増大して機関性能が低下する。このため、排気浄化装置では、捕集されたＰＭを定期的に燃焼させてパティキュレートフィルタを再生するフィルタ再生処理を行うようにしている。フィルタ再生処理は、燃料の添加や加熱装置による加熱等の手法によって、排気ガス温を上昇させることによって行われる。なお、排気浄化装置が排気通路の排気ガス温が高い箇所に配置されていれば、燃料添加等によらなくても、排気ガス温によって捕集されたＰＭを燃焼させることができる場合もある。
【０００４】
従来では、パティキュレートフィルタを排気通路の上流側と下流側の２つに分割して配置した排気浄化装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。具体的には、多孔質材料からなりかつ排気ガスが流通する多数の流路がハニカム状に形成された複数のパティキュレートフィルタを排気通路に直列配置し、各パティキュレートフィルタの流路間を区画している多孔質隔壁を通過させて排気ガス中のＰＭを捕集するようにした排気浄化装置が開示されている。そして、各流路の入口を全て目封じせずに開放しかつ各流路の出口を交互に目封じした上流側パティキュレートフィルタが排気通路の上流側に配置され、各流路の入口と出口のいずれか一方を１セルおきに目封じしかつその入口側の目封じ箇所が上記上流側パティキュレートフィルタの目封じ箇所と合致するように交互に目封じした下流側パティキュレートフィルタが排気通路の下流側に配置されたことが示されている。
【特許文献１】特開２００４−１０８３３１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、上述のような排気浄化装置によって、ＰＭを効率的に捕集し、しかも、フィルタ再生処理を効率的に行うには、排気ガス温の高い排気通路のできる限り上流側、つまり、エンジンにできる限り近い箇所に、多量のＰＭを捕集可能なできる限り大型のパティキュレートフィルタを設置することが望ましい。しかし、エンジン近傍には、ターボチャージャのような他の装置等が設置される場合もあり、大型のパティキュレートフィルタを設置することは困難である。一方、パティキュレートフィルタを小型化すると、フィルタ再生処理の頻度が高くなり、燃費が悪くなる。
【０００６】
また、上記特許文献１記載の排気浄化装置では、排気通路の上流側に配置される上流側パティキュレートフィルタに、入口および出口が目封じせずに開放された流路（両端開放型流路）と、入口が開放されかつ出口が目封じされた流路（上流端開放型流路）とが交互に設けられている。そして、上流側パティキュレートフィルタでは、上流端開放型流路の入口から流入した排気ガスが多孔質隔壁を通過して、隣り合う両端開放型流路に流れ込むことで排気ガス中のＰＭを捕集するようにしている。
【０００７】
しかし、上流端開放型流路は、入口が開放されているため、その入口から排気ガスが流入しやすいような構造となっているものの、出口が完全に閉鎖されているために、実際には、その入口から排気ガスが流入することはほとんどない。つまり、上流端開放型流路の入口から流入して多孔質隔壁を通過して、隣り合う両端開放型流路内に流れ込む排気ガスはほとんどなく、排気ガスのほとんどは両端開放型流路の入口から両端開放型流路内に流れ込むような構造となっている。詳しく言えば、排気ガスが上流端開放型流路の入口から流入して多孔質隔壁を通過することにともなう圧損が、排気ガスが上流端開放型流路の入口から流入せず、両端開放型流路の入口から流入することにともなう圧損（排気ガスが流入可能な有効断面積が小さくなったことにともなう圧損）よりも大きいために、ほとんどの排気ガスが両端開放型流路の入口から両端開放型流路内に流れ込みやすくなっている。
【０００８】
そして、両端開放型流路の入口から流入した排気ガスは、両端開放型流路内を流れて、そのまま両端開放型流路の出口から流出する。このため、上流側パティキュレートフィルタでは、排気ガス中のＰＭがほとんど捕集されない。したがって、下流側の下流側パティキュレートフィルタにＰＭの堆積が集中することになる。その結果、下流側パティキュレートフィルタを小型化しようとすれば、フィルタ再生処理の頻度が高くなり、燃料添加等により燃費が悪くなるという問題点があり、その一方で、フィルタ再生処理の頻度を低くしようとすれば、下流側パティキュレートフィルタの大型化は避けられないという問題点がある。
【０００９】
本発明は、上述した従来技術の問題点を鑑みてなされたものであり、パティキュレートフィルタの小型化を図りつつ、フィルタ再生処理の頻度を低くできるような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】
【００１０】
本発明は、上述の課題を解決するための手段を以下のように構成している。すなわち、本発明は、排気ガス中のパティキュレート（ＰＭ）を捕集するパティキュレートフィルタが内燃機関の排気通路の上流側と下流側とに直列に配置された内燃機関の排気浄化装置であって、前記排気通路の上流側に設けられる上流側パティキュレートフィルタは、互いに平行に延びる複数の排気ガス流路を備え、前記複数の排気ガス流路は、下流端が絞られた下流端絞り型排気ガス流路と、上流端が絞られた上流端絞り型排気ガス流路とにより構成され、前記下流端絞り型排気ガス流路と上流端絞り型排気ガス流路とが多孔質材からなる隔壁を介して交互に配置され、前記排気通路の下流側に設けられる下流側パティキュレートフィルタは、互いに平行に延びる複数の排気ガス流路を備え、前記複数の排気ガス流路は、下流端が閉鎖された下流端閉鎖型排気ガス流路と、上流端が閉鎖された上流端閉鎖型排気ガス流路とにより構成され、前記下流端閉鎖型排気ガス流路と上流端閉鎖型排気ガス流路とが多孔質材からなる隔壁を介して交互に配置されていることを特徴としている。
【００１１】
上記構成によれば、上流側パティキュレートフィルタでは、流入した排気ガスが上流側パティキュレートフィルタの多孔質の隔壁を通過する際、排気ガス中のＰＭが捕集される。ここで、上流側パティキュレートフィルタでは、上流端絞り型排気ガス流路の上流端は絞られ開口面積が小さくなっているため、流入した排気ガスは、下流端絞り型排気ガス流路に流れ込みやすくなっている。また、下流端絞り型排気ガス流路の下流端は絞られ開口面積が小さくなっているため、絞られていない場合と比べると、排気ガスが下流端から流出しにくくなっている。このように、下流端絞り型排気ガス流路の上流端から排気ガスをできるだけ多く流入させつつ、その下流端から排気ガスをできるだけ少なく流出させるようにしている。これにより、できるだけ多くの排気ガスが多孔質の隔壁を通過することになり、上流側パティキュレートフィルタによるＰＭ捕集効率を向上させるようにしている。
【００１２】
一方、下流側パティキュレートフィルタでは、流入した排気ガスが下流側パティキュレートフィルタの多孔質の隔壁を通過する際、排気ガス中のＰＭが捕集される。下流側パティキュレートフィルタに流れ込む排気ガスは、多孔質の隔壁を全て通過するため、下流側パティキュレートフィルタによって、上流側の上流側パティキュレートフィルタで捕集されなかった残りのＰＭが全て捕集される。このように、下流側パティキュレートフィルタによって、排気ガス中の残りのＰＭを確実に捕集するようにしている。
【００１３】
上述のように、上流側パティキュレートフィルタによるＰＭ捕集効率を向上させているので、ＰＭが下流側パティキュレートフィルタに偏って堆積することが抑制される。これにともない、上流側パティキュレートフィルタおよび下流側パティキュレートフィルタを小型化することができる。また、ＰＭが下流側パティキュレートフィルタに偏って堆積することが抑制されると、下流側パティキュレートフィルタにおいて、ＰＭがフィルタ再生処理を要する程度に堆積するまでの時間が長くなる。これにより、上流側パティキュレートフィルタおよび下流側パティキュレートフィルタを小型化しても、フィルタ再生処理の頻度が高くなることがなくなり、燃費の悪化を防ぐことができる。このように、上流側パティキュレートフィルタおよび下流側パティキュレートフィルタの小型化を図りつつ、フィルタ再生処理の頻度を低くすることができ、燃料添加等による燃費の悪化を防ぐことができる。
【００１４】
ここで、前記上流側パティキュレートフィルタの下流端絞り型排気ガス流路の下流端の絞りの開口面積および上流端絞り型排気ガス流路の上流端の絞りの開口面積の少なくとも一方を、前記上流側パティキュレートフィルタによって排気通路を流れるパティキュレート全体のうち半分が捕集されるように設定することが好ましい。
【００１５】
こうすると、上流側パティキュレートフィルタと下流側パティキュレートフィルタとによってほぼ半分ずつＰＭが捕集されるため、ＰＭを効率的に捕集することができ、ＰＭが上流側パティキュレートフィルタか下流側パティキュレートフィルタのいずれかに偏って堆積することがなくなる。これにより、上流側パティキュレートフィルタおよび下流側パティキュレートフィルタを小型化することができる。一方、ＰＭが上流側パティキュレートフィルタか下流側パティキュレートフィルタのいずれかに偏って堆積することがなくなると、上流側パティキュレートフィルタか下流側パティキュレートフィルタのいずれかにおいて、ＰＭがフィルタ再生処理を要する程度に堆積するまでの時間が長くなる。これにより、フィルタ再生処理の頻度が高くなることがなくなり、燃費の悪化を防ぐことができる。このように、上流側パティキュレートフィルタおよび下流側パティキュレートフィルタの小型化を図りつつ、フィルタ再生処理の頻度を低くすることができ、燃料添加等による燃費の悪化を防ぐことができる。
【００１６】
またここで、前記上流側パティキュレートフィルタと下流側パティキュレートフィルタとを別々のケースに収容することが好ましい。
【００１７】
これによれば、上記のとおり上流側パティキュレートフィルタを小型化することができるので、内燃機関に近い箇所、つまり、排気通路の排気ガス温の高い箇所に上流側パティキュレートフィルタを配置することが可能となる。そうすると、排気ガス温によって、上流側パティキュレートフィルタの多孔質の隔壁上のＰＭを燃焼させることができ、さらに、その燃焼熱によって、下流側パティキュレートフィルタの多孔質の隔壁上のＰＭを燃焼させることができる。これにより、フィルタ再生処理が不要となり、燃費を向上させることが可能となる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、内燃機関の排気通路に直列に配置される上流側パティキュレートフィルタおよび下流側パティキュレートフィルタの小型化を図りつつ、フィルタ再生処理の頻度を低くすることができ、燃費の悪化を防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明を実施するための最良の形態について添付図面を参照しながら説明する。
【００２０】
図１は、本発明の排気浄化装置を適用する内燃機関の排気系の概略構成図である。
【００２１】
内燃機関としてのエンジン１は、例えば、筒内直噴４気筒ディーゼルエンジンであって、エンジン１には排気マニホールド２が設けられている。この排気マニホールド２に排気ガスを排出するための排気通路３が接続されている。排気通路３には、上流側から順に、ターボチャージャ４、排気浄化装置５、マフラ６が配設されている。ターボチャージャ４と排気浄化装置５とマフラ６とはそれぞれ排気管７を介して接続されている。排気浄化装置５は、ほぼ同じ大きさの上流側パティキュレートフィルタ１０と下流側パティキュレートフィルタ２０とを備えている。そして、上流側パティキュレートフィルタ１０を収容するフィルタケース１１と、下流側パティキュレートフィルタ２０を収容するフィルタケース２１とが排気管７を介して直列に接続されている。このようなエンジン１の排気系では、ターボチャージャ４によって、エンジン１への吸入空気が過給され、排気浄化装置５によってエンジン１からの排気ガスが浄化され、マフラ６によって排気音が減衰される。
【００２２】
次に、排気浄化装置５について、図２〜図４を用いて詳しく説明する。図２は、排気浄化装置５の上流側パティキュレートフィルタ１０および下流側パティキュレートフィルタ２０を示す側面断面図、図３（ａ）は上流側パティキュレートフィルタ１０の部分拡大上流側端面図、（ｂ）は上流側パティキュレートフィルタ１０の側面断面図であり、図４（ａ）は下流側パティキュレートフィルタ２０の上流側端面図、（ｂ）は下流側パティキュレートフィルタ２０の側面断面図である。
【００２３】
上述したように、排気浄化装置５は、排気通路３の上流側に設けられる上流側パティキュレートフィルタ１０と、下流側に設けられる下流側パティキュレートフィルタ２０を備えている。
【００２４】
図２、図３に示すように、上流側パティキュレートフィルタ１０は、円筒形状であり、ほぼ円筒形状のフィルタケース１１に収容されている。上流側パティキュレートフィルタ１０の外周面とフィルタケース１１の内周面との間には、断熱材層１２が配設されている。断熱材層１２は、例えば、セラミックファイバを含んで形成されたマット状のものである。
【００２５】
上流側パティキュレートフィルタ１０は、例えば、コージェライトのような多孔質材料により形成されたハニカム形状を呈しており、互いに平行に延びる複数の排気ガス流路を備えている。複数の排気ガス流路は、上流端（入口）１３ａが拡開されかつ下流端（出口）１３ｂが絞られた下流端絞り型排気ガス流路１３と、下流端（出口）１４ｂが拡開されかつ上流端（入口）１４ａが絞られた上流端絞り型排気ガス流路１４とによって構成されている。下流端絞り型排気ガス流路１３および上流端絞り型排気ガス流路１４は、多孔質材からなる薄肉の隔壁（多孔質隔壁）１９を介して交互に配置されている。言い換えれば、下流端絞り型排気ガス流路１３および上流端絞り型排気ガス流路１４は、各下流端絞り型排気ガス流路１３が４つの上流端絞り型排気ガス流路１４によって包囲され、各上流端絞り型排気ガス流路１４が４つの下流端絞り型排気ガス流路１３によって包囲されるように配置されている。
【００２６】
ここで、下流端絞り型排気ガス流路１３の下流端１３ｂおよび上流端絞り型排気ガス流路１４の上流端１４ａは、端に向かうほど流路断面積が小さくなる絞り形状に形成されており、それぞれの開口１５，１６の流路断面積（開口面積）が、絞られていない箇所よりも小さくなっている。このように、下流端絞り型排気ガス流路１３の下流端１３ｂおよび上流端絞り型排気ガス流路１４の上流端１４ａは、完全に閉鎖されているわけではない。これに対し、下流端絞り型排気ガス流路１３の上流端１３ａおよび上流端絞り型排気ガス流路１４の下流端１４ｂは、端に向かうほど流路断面積が大きくなる拡開形状に形成されており、それぞれの開口１７，１８の流路断面積（開口面積）が、拡開されていない箇所よりも大きくなっている。
【００２７】
下流端絞り型排気ガス流路１３の下流端１３ｂおよび上流端絞り型排気ガス流路１４の上流端１４ａの開口１５，１６は、この例では、次のようにして形成されている。上流端絞り型排気ガス流路１４の上流端１４ａでは、その上流端１４ａ周りを画定する４つの多孔質隔壁１９が、図３（ａ）の矢印で示すように内向きに折り曲げられることによって開口面積の小さい開口１６が形成されている。このとき、下流端絞り型排気ガス流路１３の上流端１３ａでは、多孔質隔壁１９が外向きに折り曲げられることになり、これにより、開口面積の大きい開口１７が形成される。同様に、下流端絞り型排気ガス流路１３の下流端１３ｂでは、その下流端１３ｂ周りを画定する４つの多孔質隔壁１９が内向きに折り曲げられることによって開口面積の小さい開口１５が形成されている。このとき、上流端絞り型排気ガス流路１４の下流端１４ｂでは、多孔質隔壁１９が外向きに折り曲げられることになり、これにより、開口面積の大きい開口１８が形成される。
【００２８】
図２、図４に示すように、下流側パティキュレートフィルタ２０は、円筒形状であり、ほぼ円筒形状のフィルタケース２１に収容されている。下流側パティキュレートフィルタ２０の外周面とフィルタケース２１の内周面との間には、上述した断熱材層１２と同様の断熱材層２２が配設されている。下流側パティキュレートフィルタ２０およびフィルタケース２１は、上述した上流側パティキュレートフィルタ１０およびフィルタケース１１と、それぞれほぼ同じ大きさとなっている。
【００２９】
下流側パティキュレートフィルタ２０は、例えば、コージェライトのような多孔質材料により形成されたハニカム形状を呈しており、互いに平行に延びる複数の排気ガス流路を備えている。複数の排気ガス流路は、上流端（入口）２３ａが開放されかつ下流端（出口）２３ｂが通気性のない栓２５により閉鎖された下流端閉鎖型排気ガス流路２３と、下流端（出口）２４ｂが開放されかつ上流端（入口）２４ａが通気性のない栓２６により閉鎖された上流端閉鎖型排気ガス流路２４とによって構成されている。下流端閉鎖型排気ガス流路２３および上流端閉鎖型排気ガス流路２４は、多孔質材からなる薄肉の隔壁（多孔質隔壁）２７を介して交互に配置されている。言い換えれば、下流端閉鎖型排気ガス流路２３および上流端閉鎖型排気ガス流路２４は、各下流端閉鎖型排気ガス流路２３が４つの上流端閉鎖型排気ガス流路２４によって包囲され、各上流端閉鎖型排気ガス流路２４が４つの下流端閉鎖型排気ガス流路２３によって包囲されるように配置されている。
【００３０】
下流側パティキュレートフィルタ２０では、上述の上流側パティキュレートフィルタ１０とは異なり、下流端閉鎖型排気ガス流路２３の下流端２３ｂおよび上流端閉鎖型排気ガス流路２４の上流端２４ａは、それぞれ栓２５，２６によって完全に閉鎖されている。
【００３１】
この例の排気浄化装置５によれば、上述のような構造の上流側パティキュレートフィルタ１０および下流側パティキュレートフィルタ２０が直列に配置されているので、次のような作用効果が得られる。
【００３２】
まず、上流側パティキュレートフィルタ１０では、フィルタケース１１に流入した排気ガスが上流側パティキュレートフィルタ１０の多孔質隔壁１９を通過する際、排気ガス中のＰＭが捕集される。具体的には、下流端絞り型排気ガス流路１３の上流端１３ａ（開口１７）から流入した排気ガスが、下流端絞り型排気ガス流路１３内を流れる間に、多孔質隔壁１９を通過して、隣り合う上流端絞り型排気ガス流路１４内に流れ込むとき、ＰＭが捕集され、多孔質隔壁１９上に堆積する。ところが、下流端絞り型排気ガス流路１３の上流端１３ａから流入した排気ガスのうち、下流端絞り型排気ガス流路１３内を流れ、そのまま下流端１３ｂ（開口１５）から流出する排気ガスは、多孔質隔壁１９を通過しないため、その排気ガス中のＰＭは捕集されない。また、上流端絞り型排気ガス流路１４の上流端１４ａ（開口１６）から流入した排気ガスは、上流端絞り型排気ガス流路１４内を流れ、そのまま下流端１４ｂ（開口１８）から流出するので、多孔質隔壁１９を通過せず、その排気ガス中のＰＭは捕集されない。
【００３３】
そのように、上流側パティキュレートフィルタ１０に流れ込む排気ガスのうち、多孔質隔壁１９を通過するものは、一部だけである。したがって、上流側パティキュレートフィルタ１０によって、排気ガス中の全てのＰＭが捕集されるわけではなく、排気ガス中の一部のＰＭが捕集される。このように、上流側パティキュレートフィルタ１０は、低捕集効率型のパティキュレートフィルタとなっている。
【００３４】
ここで、下流端絞り型排気ガス流路１３の上流端１３ａは拡開され開口面積が大きくなっており、上流端絞り型排気ガス流路１４の上流端１４ａは絞られ開口面積が小さくなっているため、フィルタケース１１に流入した排気ガスは、下流端絞り型排気ガス流路１３に流れ込みやすくなっている。また、下流端絞り型排気ガス流路１３の下流端１３ｂは絞られ開口面積が小さくなっているため、絞られていない場合と比べると、排気ガスが下流端１３ｂから流出しにくくなっている。このように、下流端絞り型排気ガス流路１３の上流端１３ａから排気ガスをできるだけ多く流入させつつ、下流端１３ｂから排気ガスをできるだけ少なく流出させるようにしている。これにより、できるだけ多くの排気ガスが多孔質隔壁１９を通過することになり、上流側パティキュレートフィルタ１０によるＰＭ捕集効率を向上させている。
【００３５】
そして、この例では、上流側パティキュレートフィルタ１０によって、排気ガス中のほぼ半分のＰＭを捕集するようにしている。具体的には、上流側パティキュレートフィルタ１０の下流端絞り型排気ガス流路１３の上流端１３ａ（開口１７）の開口面積、上流端絞り型排気ガス流路１４の上流端１４ａ（開口１６）の開口面積、下流端絞り型排気ガス流路１３の下流端１３ｂ（開口１５）の開口面積、多孔質隔壁１９の平均細孔径のうち、１または複数のパラメータを設定することによって、上流側パティキュレートフィルタ１０によって捕集されるＰＭの割合がほぼ半分になるようにしている。つまり、上流側パティキュレートフィルタ１０によるＰＭ捕集効率がほぼ５０パーセントになるようにしている。例えば、上流側パティキュレートフィルタ１０の下流端絞り型排気ガス流路１３の上流端１３ａの開口面積を設定して、上流側パティキュレートフィルタ１０の下流端絞り型排気ガス流路１３の上流端１３ａの開口面積と、上流端絞り型排気ガス流路１４の上流端１４ａの開口面積との比を調整することによって、フィルタケース１１に流入した排気ガスのうち、下流端絞り型排気ガス流路１３に流れ込む排気ガスの割合を調整することができ、これにより、上流側パティキュレートフィルタ１０によって捕集されるＰＭの割合をほぼ半分にすることが可能である。また、下流端絞り型排気ガス流路１３の下流端１３ｂの開口面積を設定して、排気ガスの下流端絞り型排気ガス流路１３の下流端１３ｂの通過にともなう圧損と、排気ガスの多孔質隔壁１９の通過にともなう圧損との比を調整することによって、下流端絞り型排気ガス流路１３に流入した排気ガスのうち、多孔質隔壁１９を通過する排気ガスの割合を調整することができ、これにより、上流側パティキュレートフィルタ１０によって捕集されるＰＭの割合をほぼ半分にすることが可能である。
【００３６】
次に、下流側パティキュレートフィルタ２０では、フィルタケース２１に流入した排気ガスが下流側パティキュレートフィルタ２０の多孔質隔壁２７を通過する際、排気ガス中のＰＭが捕集される。下流端閉鎖型排気ガス流路２３の上流端２３ａから流入した排気ガスが、下流端閉鎖型排気ガス流路２３内を流れる間に、多孔質隔壁２７を通過して、隣り合う上流端閉鎖型排気ガス流路２４内に流れ込むとき、ＰＭが捕集され、多孔質隔壁２７上に堆積する。下流側パティキュレートフィルタ２０では、上流端閉鎖型排気ガス流路２４の上流端２４ａおよび下流端閉鎖型排気ガス流路２３の下流端２３ｂが閉鎖されているため、下流側パティキュレートフィルタ２０に流れ込む排気ガスは、多孔質隔壁２７を全て通過する。したがって、下流側パティキュレートフィルタ２０によって、上流側パティキュレートフィルタ１０で捕集されなかった残りのＰＭが全て捕集される。このように、下流側パティキュレートフィルタ２０によって、排気ガス中の残りのＰＭを確実に捕集するようにしている。この例では、上流側パティキュレートフィルタ１０で排気ガス中のほぼ半分のＰＭが捕集されるため、下流側パティキュレートフィルタ２０によって、排気ガス中の残りほぼ半分のＰＭが捕集される。このように、下流側パティキュレートフィルタ２０は、上流側パティキュレートフィルタ１０よりもＰＭ捕集効率が高い高捕集効率型のパティキュレートフィルタとなっている。
【００３７】
以上のように、排気通路３の上流側の低捕集効率型の上流側パティキュレートフィルタ１０と下流側の高捕集効率型の下流側パティキュレートフィルタ２０とによって、排気ガス中のＰＭが捕集され、エンジン１からの排気ガスが浄化される。そして、ほぼ同じ大きさの上流側パティキュレートフィルタ１０と下流側パティキュレートフィルタ２０とによってほぼ半分ずつＰＭが捕集されるため、ＰＭを効率的に捕集することができ、ＰＭが上流側パティキュレートフィルタ１０か下流側パティキュレートフィルタ２０のいずれかに偏って堆積することがない。これにより、上流側パティキュレートフィルタ１０および下流側パティキュレートフィルタ２０を小型化することができる。
【００３８】
一方、上流側パティキュレートフィルタ１０および下流側パティキュレートフィルタ２０を小型化しても、フィルタ再生処理の頻度が高くなることはなく、燃費の悪化を防ぐことができる。詳しく言えば、排気浄化装置５では、多孔質隔壁１９，２７上に堆積したＰＭによる圧損の増大を防ぐために、堆積したＰＭを定期的に燃焼させて上流側および下流側パティキュレートフィルタ１０，２０を再生するフィルタ再生処理を行う必要がある。このフィルタ再生処理は、例えば、燃料添加や加熱装置による加熱等の手法によって、排気ガス温を上昇させることによって行われるが、その頻度が高くなれば、燃費が悪化する。この例では、上述したように、ＰＭが上流側パティキュレートフィルタ１０か下流側パティキュレートフィルタ２０のいずれかに偏って堆積することがない。これにより、上流側パティキュレートフィルタ１０か下流側パティキュレートフィルタ２０のいずれかにおいて、ＰＭがフィルタ再生処理を要する程度に堆積するまでの時間が長くなるので、上流側パティキュレートフィルタ１０および下流側パティキュレートフィルタ２０を小型化しても、フィルタ再生処理の頻度が高くなることがなくなり、燃費の悪化を防ぐことができる。
【００３９】
ところで、排気ガス温の高いエンジン１に近い箇所に上流側パティキュレートフィルタ１０を配置すれば、上述のようなフィルタ再生処理によらなくても、多孔質隔壁１９上のＰＭを燃焼させることができる。この例では、上流側パティキュレートフィルタ１０と下流側パティキュレートフィルタ２０とが別々のフィルタケース１１，１２に収容されているので、上述したように、上流側パティキュレートフィルタ１０を小型化することができるので、エンジン１に近い箇所に上流側パティキュレートフィルタ１０を配置することが可能となる。そうすると、排気ガス温によって、上流側パティキュレートフィルタ１０の多孔質隔壁１９上のＰＭを燃焼させることができ、さらに、その燃焼熱によって、下流側パティキュレートフィルタ２０の多孔質隔壁２７上のＰＭを燃焼させることができる。これにより、フィルタ再生処理が不要となり、燃費を向上させることが可能となる。
【００４０】
また、上流側パティキュレートフィルタ１０および下流側パティキュレートフィルタ２０の小型化により、上流側パティキュレートフィルタ１０および下流側パティキュレートフィルタ２０の小径化されるため、上流側パティキュレートフィルタ１０および下流側パティキュレートフィルタ２０の径が排気管７の内径に近づく。これにともない、上流側パティキュレートフィルタ１０および下流側パティキュレートフィルタ２０のフィルタ中心から外周までのＰＭ捕集分布のばらつきを少なくすることができ、浄化性能を向上させることができる。さらに、上流側パティキュレートフィルタ１０および下流側パティキュレートフィルタ２０の小径化によるＰＭ捕集分布の均一化にともない、上流側パティキュレートフィルタ１０および下流側パティキュレートフィルタ２０のフィルタ中心から外周までの燃焼温度分布のばらつきを少なくすることができ、上流側パティキュレートフィルタ１０および下流側パティキュレートフィルタ２０の熱強度を向上させることができる。
【００４１】
なお、上流側パティキュレートフィルタ１０の多孔質隔壁１９および下流側パティキュレートフィルタ２０の多孔質隔壁２７のそれぞれの両側表面上および細孔内壁面上に、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を担持させておいてもよい。このＮＯｘ吸蔵還元型触媒は、例えば、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）を担体とし、この担体上に、例えば、カリウム（Ｋ）、ナトリウム（Ｎａ）、リチウム（Ｌｉ）、セシウム（Ｃｓ）のようなアルカリ金属、バリウム（Ｂａ）、カルシウム（Ｃａ）のようなアルカリ土類、ランタン（Ｌａ）、イットリウム（Ｙ）のような希土類と、白金（Ｐｔ）のような貴金属とが担持された構成となっている。ＮＯｘ吸蔵還元型触媒は、排気ガス中に多量の酸素が存在している状態においてはＮＯｘを吸蔵し、排気ガスの酸素濃度が低くかつ還元成分（例えば、燃料の未燃成分（ＨＣ））が多量に存在している状態においてはＮＯｘをＮＯ2もしくはＮＯに還元して放出する。ＮＯ2やＮＯとして放出されたＮＯｘは、排気ガス中のＨＣやＣＯと速やかに反応することによってさらに還元されてＮ2となる。また、ＨＣやＣＯは、ＮＯ2やＮＯを還元することで、自身は酸化されてＨ2ＯやＣＯ2となる。
【００４２】
次に、排気浄化装置の変形例１〜３について説明する。
【００４３】
変形例１について、図５を用いて説明する。
【００４４】
上述した例では、上流側パティキュレートフィルタ１０として、図３に示すような構造のものを用いたが、変形例１では、上流側パティキュレートフィルタ３０として、図５に示すような構造のものを用いている。なお、上流側パティキュレートフィルタの構造以外の内燃機関の排気系の構成および下流側パティキュレートフィルタの構造については、上述した例と同様である（図１、図４参照）。
【００４５】
この変形例１では、上流側パティキュレートフィルタ３０の構造は次のようになっている。上流側パティキュレートフィルタ３０は、上述した例の下流側パティキュレートフィルタ２０において、栓２５，２６の代わりに、貫通孔３５ａ，３６ａを有する栓３５，３６が取り付けられた構造となっている。
【００４６】
具体的には、図５に示すように、上流側パティキュレートフィルタ３０は、例えば、コージェライトのような多孔質材料により形成されたハニカム形状を呈しており、互いに平行に延びる複数の排気ガス流路を備えている。複数の排気ガス流路は、上流端（入口）３３ａが開放されかつ下流端（出口）３３ｂが貫通孔３５ａを有する栓３５により絞られた下流端絞り型排気ガス流路３３と、下流端（出口）３４ｂが開放されかつ上流端（入口）３４ａが貫通孔３６ａを有する栓３６により絞られた上流端絞り型排気ガス流路３４とによって構成されている。下流端絞り型排気ガス流路３３および上流端絞り型排気ガス流路３４は、多孔質材からなる薄肉の隔壁（多孔質隔壁）３７を介して交互に配置されている。言い換えれば、下流端絞り型排気ガス流路３３および上流端絞り型排気ガス流路３４は、各下流端絞り型排気ガス流路３３が４つの上流端絞り型排気ガス流路３４によって包囲され、各上流端絞り型排気ガス流路３４が４つの下流端絞り型排気ガス流路３３によって包囲されるように配置されている。
【００４７】
上流側パティキュレートフィルタ３０では、下流端絞り型排気ガス流路３３の下流端３３ｂおよび上流端絞り型排気ガス流路３４の上流端３４ａの流路断面積（開口面積）は、それぞれ栓３５，３６の貫通孔３５ａ，３６ａの断面積となるため、栓３５，３６が取り付けられていない箇所よりも小さくなっている。このように、下流端絞り型排気ガス流路３３の下流端３３ｂおよび上流端絞り型排気ガス流路３４の上流端３４ａは、完全に閉鎖されているわけではない。これに対し、下流端絞り型排気ガス流路１３の上流端１３ａおよび上流端絞り型排気ガス流路１４の下流端１４ｂは、開放されている。なお、上流側パティキュレートフィルタ３０の多孔質隔壁３７の両側表面上および細孔内壁面上に、上述した例の上流側パティキュレートフィルタ１０と同様のＮＯｘ吸蔵還元型触媒を担持させておいてもよい。
【００４８】
そのような構造の上流側パティキュレートフィルタ３０では、排気ガスが上流側パティキュレートフィルタ３０の多孔質隔壁３７を通過する際、排気ガス中のＰＭが捕集される。具体的には、下流端絞り型排気ガス流路３３の上流端３３ａから流入した排気ガスが、下流端絞り型排気ガス流路３３内を流れる間に、多孔質隔壁３７を通過して、隣り合う上流端絞り型排気ガス流路３４内に流れ込むとき、ＰＭが捕集され、多孔質隔壁３７上に堆積する。ところが、下流端絞り型排気ガス流路３３の上流端３３ａから流入した排気ガスのうち、下流端絞り型排気ガス流路３３内を流れ、そのまま下流端３３ｂ（貫通孔３５ａ）から流出する排気ガスは、多孔質隔壁３７を通過しないため、その排気ガス中のＰＭは捕集されない。また、上流端絞り型排気ガス流路３４の上流端３４ａ（貫通孔３６ａ）から流入した排気ガスは、上流端絞り型排気ガス流路３４内を流れ、そのまま下流端３４ｂから流出するので、多孔質隔壁３７を通過せず、その排気ガス中のＰＭは捕集されない。
【００４９】
そのように、上流側パティキュレートフィルタ３０に流れ込む排気ガスのうち、多孔質隔壁３７を通過するものは、一部だけである。したがって、上流側パティキュレートフィルタ３０によって、排気ガス中の全てのＰＭが捕集されるわけではなく、排気ガス中の一部のＰＭが捕集される。このように、上流側パティキュレートフィルタ３０は、低捕集効率型のパティキュレートフィルタとなっている。
【００５０】
ここで、下流端絞り型排気ガス流路３３の上流端３３ａは開放されており、上流端絞り型排気ガス流路３４の上流端３４ａは絞られ開口面積が小さくなっているため、フィルタケースに流入した排気ガスは、下流端絞り型排気ガス流路３３に流れ込みやすくなっている。また、下流端絞り型排気ガス流路３３の下流端３３ｂは絞られ開口面積が小さくなっているため、絞られていない場合と比べると、排気ガスが下流端３３ｂから流出しにくくなっている。このように、下流端絞り型排気ガス流路３３の上流端３３ａから排気ガスをできるだけ多く流入させつつ、下流端３３ｂから排気ガスをできるだけ少なく流出させるようにしている。これにより、できるだけ多くの排気ガスが多孔質隔壁３７を通過することになり、上流側パティキュレートフィルタ３０によるＰＭ捕集効率が向上する。
【００５１】
そして、この変形例１でも、上述した例と同様に、上流側パティキュレートフィルタ３０によって、排気ガス中のほぼ半分のＰＭを捕集するようにしている。具体的には、上流側パティキュレートフィルタ３０の上流端絞り型排気ガス流路３４の上流端３４ａ（貫通孔３６ａ）の開口面積、下流端絞り型排気ガス流路３３の下流端３３ｂ（貫通孔３５ａ）の開口面積、多孔質隔壁３７の平均細孔径のうち、１または複数のパラメータを設定することによって、上流側パティキュレートフィルタ３０によって捕集されるＰＭの割合がほぼ半分になるようにしている。つまり、上流側パティキュレートフィルタ３０によるＰＭ捕集効率がほぼ５０パーセントになるようにしている。
【００５２】
これにより、変形例１においては、ほぼ同じ大きさの上流側パティキュレートフィルタ３０と下流側パティキュレートフィルタ２０とによってほぼ半分ずつＰＭが捕集されるため、ＰＭを効率的に捕集することができ、ＰＭが上流側パティキュレートフィルタ３０か下流側パティキュレートフィルタ２０のいずれかに偏って堆積することがない。したがって、変形例１においても、上述した例と同様の効果が得られる。
【００５３】
変形例２について、図６を用いて説明する。
【００５４】
上述した例では、上流側パティキュレートフィルタ１０と下流側パティキュレートフィルタ２０とが、別々のフィルタケース１１，２１に収容されていたが、変形例２では、上流側パティキュレートフィルタ１０と下流側パティキュレートフィルタ２０とが、同一のフィルタケース４１に収容されている。そして、フィルタケース４１内で、上流側パティキュレートフィルタ１０と下流側パティキュレートフィルタ２０とが所定の間隔で直列に配置されている。変形例２の上流側パティキュレートフィルタ１０は、上述した例の図３に示す上流側パティキュレートフィルタ１０と同様の構造である。また、変形例２の下流側パティキュレートフィルタ２０は、上述した例の図４に示す下流側パティキュレートフィルタ２０と同様の構造である。上流側パティキュレートフィルタ１０の外周面とフィルタケース４１の内周面との間、および、下流側パティキュレートフィルタ２０の外周面とフィルタケース４１の内周面との間には、上述した例と同様の断熱材層１２，２２がそれぞれ配設されている。
【００５５】
また、上流側パティキュレートフィルタ１０と下流側パティキュレートフィルタ２０とは、上流側パティキュレートフィルタ１０の下流端絞り型排気ガス流路１３の下流端１３ｂと、下流側パティキュレートフィルタ２０の下流端閉鎖型排気ガス流路２３の上流端２３ａとが互いに対向するとともに、上流側パティキュレートフィルタ１０の上流端絞り型排気ガス流路１４の下流端１４ｂと、下流側パティキュレートフィルタ２０の上流端閉鎖型排気ガス流路２４の上流端２４ａとが互いに対向するように配置されている。なお、それ以外の内燃機関の排気系の構成については、上述した例と同様である（図１参照）。
【００５６】
この変形例２においても、ほぼ同じ大きさの上流側パティキュレートフィルタ１０と下流側パティキュレートフィルタ２０とによってほぼ半分ずつＰＭが捕集されるため、ＰＭを効率的に捕集することができ、ＰＭが上流側パティキュレートフィルタ１０か下流側パティキュレートフィルタ２０のいずれかに偏って堆積することがない。したがって、変形例２においても、上述した例と同様の効果が得られる。
【００５７】
変形例３について、図７を用いて説明する。
【００５８】
変形例３は、上記変形例１と上記変形例２を組み合わせた形態となっている。具体的には、上記変形例２では、上流側パティキュレートフィルタ１０として、図３に示すような構造のものを用いたが、変形例３では、上流側パティキュレートフィルタ３０として、図５に示すような構造のものを用いている。そして、上流側パティキュレートフィルタ３０と下流側パティキュレートフィルタ２０とが、同一のフィルタケース５１に収容されており、フィルタケース５１内で、上流側パティキュレートフィルタ３０と下流側パティキュレートフィルタ２０とが所定の間隔で直列に配置されている。上流側パティキュレートフィルタ３０の外周面とフィルタケース５１の内周面との間、および、下流側パティキュレートフィルタ２０の外周面とフィルタケース５１の内周面との間には、上述した例と同様の断熱材層３２，２２がそれぞれ配設されている。
【００５９】
また、上流側パティキュレートフィルタ３０と下流側パティキュレートフィルタ２０とは、上流側パティキュレートフィルタ３０の下流端絞り型排気ガス流路３３の下流端３３ｂと、下流側パティキュレートフィルタ２０の下流端閉鎖型排気ガス流路２３の上流端２３ａとが互いに対向するとともに、上流側パティキュレートフィルタ３０の上流端絞り型排気ガス流路３４の下流端３４ｂと、下流側パティキュレートフィルタ２０の上流端閉鎖型排気ガス流路２４の上流端２４ａとが互いに対向するように配置されている。なお、それ以外の内燃機関の排気系の構成については、上述した例と同様である（図１参照）。
【００６０】
この変形例３においても、ほぼ同じ大きさの上流側パティキュレートフィルタ３０と下流側パティキュレートフィルタ２０とによってほぼ半分ずつＰＭが捕集されるため、ＰＭを効率的に捕集することができ、ＰＭが上流側パティキュレートフィルタ３０か下流側パティキュレートフィルタ２０のいずれかに偏って堆積することがない。したがって、変形例３においても、上述した例と同様の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明を適用する内燃機関の排気浄化装置の一実施形態を示す内燃機関の排気系の概略構成図である。
【図２】排気浄化装置の上流側パティキュレートフィルタおよび下流側パティキュレートフィルタを示す側面断面図である。
【図３】排気浄化装置の上流側パティキュレートフィルタを示す部分端面図および側面断面図である。
【図４】排気浄化装置の下流側パティキュレートフィルタを示す端面図および側面断面図である。
【図５】排気浄化装置の変形例１を示す側面断面図である。
【図６】排気浄化装置の変形例２を示す側面断面図である。
【図７】排気浄化装置の変形例３を示す側面断面図である。
【符号の説明】
【００６２】
５      排気浄化装置
１０    上流側パティキュレートフィルタ
１１    フィルタケース
１３    下流端絞り型排気ガス流路
１４    上流端絞り型排気ガス流路
１９    多孔質隔壁
２０    下流側パティキュレートフィルタ
２１    フィルタケース
２３    下流端閉鎖型排気ガス流路
２４    上流端閉鎖型排気ガス流路
２７    多孔質隔壁
【図１】
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【図２】
2007278188.tif 000004
【図３】
2007278188.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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