(57)【要約】【課題】パティキュレートフィルタの入口側に装備される前段酸化触媒を高気孔率担体に酸化触媒原料を担持させて構成しても、その入側端面にパティキュレートの付着堆積による目詰まりを起こさせないようにする。【解決手段】排気管９途中のパティキュレートフィルタ１１の入口側に前段酸化触媒１６を装備し、ディーゼルエンジン１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、その添加燃料が前段酸化触媒１６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を強制再生するようにした排気浄化装置に関し、前段酸化触媒１６を高気孔率担体に酸化触媒原料１６ａを担持させて構成すると共に、この高気孔率担体の少なくとも入側端面付近の細孔を酸化触媒原料１６ａで埋めてパティキュレートが侵入しないように閉塞する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気管途中のパティキュレートフィルタの入口側に前段酸化触媒を装備し、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前段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、前記前段酸化触媒を高気孔率担体に酸化触媒原料を担持させて構成すると共に、この高気孔率担体の少なくとも入側端面付近の細孔を前記酸化触媒原料で埋めてパティキュレートが侵入しないように閉塞したことを特徴とする排気浄化装置。
【請求項２】
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て成る奥栓式のパティキュレートフィルタを採用し、その入口側の栓体の配置位置から入側端面までのフィルタ母材を高気孔率担体として酸化触媒原料を担持せしめることでパティキュレートフィルタ自体の前方部分に前段酸化触媒を一体的に構成したことを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
【請求項３】
前段酸化触媒をパティキュレートフィルタと別体で構成したことを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
【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入口側にフロースルー型の前段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入口側に前段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、自身の前方部分に前段酸化触媒を一体的に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フィルタ母材を高気孔率担体（５０〜８０％程度の気孔率、より好ましくは６０〜７０％の気孔率を持つ担体）として、ＨＣガスの酸化反応を助勢する機能を高めた酸化触媒原料を担持せしめ、その入口側に別体で離間配置されるべき前段酸化触媒をパティキュレートフィルタ自体の前方部分に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）と同じフィルタ母材に酸化触媒原料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、前段酸化触媒における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、酸化触媒原料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、酸化触媒原料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、前段酸化触媒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】
また、パティキュレートフィルタの入口側に前段酸化触媒を別体で構成する場合であっても、この前段酸化触媒を高気孔率担体に酸化触媒原料を担持させて構成することにより、燃料添加により早期に触媒床温度が上昇し得るよう担体熱容量を減らすことが提案されているので、このような高気孔率担体を採用した場合には、前述と同様の理由によりパティキュレートが捕集されることになり、そ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って目詰まりを起こす虞れがあった。
【００１６】
本発明は、上述の実情に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入口側に装備される前段酸化触媒を高気孔率担体に酸化触媒原料を担持させて構成しても、その入側端面にパティキュレートの付着堆積による目詰まりを起こさせない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】
【００１７】
本発明は、排気管途中のパティキュレートフィルタの入口側に前段酸化触媒を装備し、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前段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、前記前段酸化触媒を高気孔率担体に酸化触媒原料を担持させて構成すると共に、この高気孔率担体の少なくとも入側端面付近の細孔を前記酸化触媒原料で埋めてパティキュレートが侵入しないように閉塞したことを特徴とするものである。
【００１８】
而して、このような前段酸化触媒を採用した排気浄化装置とすれば、前段酸化触媒の高気孔率担体における入側端面付近の細孔が酸化触媒原料により埋められて閉塞される結果、高気孔率担体の入側端面付近の流路壁を排気ガスが透過しなくなってパティキュレートの捕集が成されなくなり、入側端面付近の細孔にパティキュレートが侵入することもなくなるので、高気孔率担体の入側端面付近に付着堆積して燃え残ったパティキュレートが流路を塞ぐようなブリッジに成長する虞れがなくなり、前段酸化触媒の流路の目詰まりが未然に回避されることになる。
【００１９】
また、本発明を具体的に実施するに際しては、搭載スペースの大幅なコンパクト化を図ることを目的として、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て成る奥栓式のパティキュレートフィルタを採用し、その入口側の栓体の配置位置から入側端面までのフィルタ母材を高気孔率担体として酸化触媒原料を担持せしめることでパティキュレートフィルタ自体の前方部分に前段酸化触媒を一体的に構成するようにしても良く、また、燃料添加により早期に触媒床温度が上昇し得るよう担体熱容量を減らすことを目的として、高気孔率担体に酸化触媒原料を担持させて構成した前段酸化触媒をパティキュレートフィルタと別体で構成するようにしても良い。
【発明の効果】
【００２０】
上記した本発明の排気浄化装置によれば、パティキュレートフィルタの入口側に装備される前段酸化触媒を高気孔率担体に酸化触媒原料を担持させて構成しても、その入側端面にパティキュレートの付着堆積による目詰まりを起こさないようにすることができるので、奥栓式のパティキュレートフィルタを採用し且つその前方部分に前段酸化触媒を一体的に構成することで搭載スペースの大幅なコンパクト化を図ることができ、また、パティキュレートフィルタの入口側に前段酸化触媒を別体で構成する場合であっても、この前段酸化触媒を高気孔率担体に酸化触媒原料を担持させて構成することで燃料添加により早期に触媒床温度が上昇し得るよう担体熱容量を減らすことができるという優れた効果を奏し得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【００２２】
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の各気筒に導入されるようにしてある。
【００２３】
また、このディーゼルエンジン１の各気筒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。
【００２４】
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、前方部分に前段酸化触媒１６を一体的に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には、セラミックから成る多孔質のハニカム構造としたフィルタ母材が採用されており、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。
【００２５】
ただし、ここに図示している奥栓式のパティキュレートフィルタ１１では、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フィルタ母材を高気孔率担体として、ＨＣガスの酸化反応を助勢する機能を高めた酸化触媒原料１６ａ（図３参照）が担持されており、これによって、パティキュレートフィルタ１１自体の前方部分に前段酸化触媒１６が一体的に構成されるようになっている。
【００２６】
しかも、前段酸化触媒１６の高気孔率担体を成すフィルタ母材に酸化触媒原料１６ａを担持させるにあたり、該酸化触媒原料１６ａのウォッシュコートの濃度が入側端面付近の領域Ａに対し高められてコーティングが施されるようになっており、該入側端面付近の領域Ａにおける細孔が前記酸化触媒原料１６ａで埋められてパティキュレートが侵入しないように閉塞されている。
【００２７】
尚、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原料１１ａ（図３参照）が担持されており、一般的には、前方部分の酸化触媒原料１６ａの方が後方部分の酸化触媒原料１１ａよりもＰｔやＰｄ等の活性種の量を多くしたものとなる。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
而して、このような前段酸化触媒１６を採用した排気浄化装置とすれば、前段酸化触媒１６の高気孔率担体を成すフィルタ母材における入側端面付近（領域Ａ）の細孔が酸化触媒原料１６ａにより埋められて閉塞される結果、その入側端面付近の流路壁を排気ガス７が透過しなくなってパティキュレートの捕集が成されなくなり、入側端面付近の細孔にパティキュレートが侵入することもなくなるので、前記入側端面付近に付着堆積して燃え残ったパティキュレートが流路を塞ぐようなブリッジに成長する虞れがなくなり、前段酸化触媒１６の流路の目詰まりが未然に回避されることになる。
【００３１】
尚、このように奥栓式のパティキュレートフィルタ１１の前方部分に前段酸化触媒１６を一体的に構成した場合であっても、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すれば、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ガスの一部が前段酸化触媒１６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７の流入により後方部分のパティキュレートフィルタ１１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１１の再生化が図られる。
【００３２】
従って、上記形態例によれば、パティキュレートフィルタ１１の入口側に装備される前段酸化触媒１６を高気孔率担体に酸化触媒原料１６ａを担持させて構成しても、その入側端面にパティキュレートの付着堆積による目詰まりを起こさせないようにすることができるので、奥栓式のパティキュレートフィルタ１１を採用し且つその前方部分に前段酸化触媒１６を一体的に構成することで搭載スペースの大幅なコンパクト化を図ることができる。
【００３３】
また、以上は奥栓式のパティキュレートフィルタ１１の前方部分に前段酸化触媒１６を一体的に構成した場合について説明したが、図４及び図５に示す如く、パティキュレートフィルタ１１と別体で構成した前段酸化触媒１６であっても、高気孔率担体に酸化触媒原料１６ａを担持させて構成したものについては、該酸化触媒原料１６ａのウォッシュコートの濃度を入側端面付近の領域Ａに対し高めてコーティングを施し、該入側端面付近の領域Ａにおける細孔を前記酸化触媒原料１６ａで埋めてパティキュレートが侵入しないように閉塞しておくことが好ましい。
【００３４】
このようにすれば、前段酸化触媒１６の高気孔率担体における入側端面付近（領域Ａ）の細孔が酸化触媒原料１６ａにより埋められて閉塞される結果、その入側端面付近の流路壁を排気ガス７が透過しなくなってパティキュレートの捕集が成されなくなり、入側端面付近の細孔にパティキュレートが侵入することもなくなるので、前記入側端面付近に付着堆積して燃え残ったパティキュレートが流路を塞ぐようなブリッジに成長する虞れがなくなり、前段酸化触媒１６の流路の目詰まりが未然に回避されることになる。
【００３５】
従って、本形態例においては、前述の図１〜図３の形態例の場合と同様に、前段酸化触媒１６の入側端面にパティキュレートの付着堆積による目詰まりを起こさせないようにすることができるので、前段酸化触媒１６を高気孔率担体に酸化触媒原料１６ａを担持させて構成することで燃料添加により早期に触媒床温度が上昇し得るよう担体熱容量を減らすことができる。
【００３６】
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、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】
【００３７】
【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】本発明の別の形態例を示す断面図である。
【図５】図４の前段酸化触媒及びパティキュレートフィルタの斜視図である。
【符号の説明】
【００３８】
１  ディーゼルエンジン（エンジン）
７  排気ガス
９  排気管
１１  パティキュレートフィルタ
１２  流路
１３  栓体
１６  前段酸化触媒
１６ａ  酸化触媒原料
【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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