(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いにほぼ平行に延びる複数の排気流通路を具備し、これら排気流通路の断面形状はほぼ同一にされており、これら排気流通路は下流端が閉塞されかつ上流端が開放された排気ガス流入通路と、上流端が閉塞されかつ下流端が開放された排気ガス流出通路とから構成されており、これら排気ガス流入通路及び排気ガス流出通路は多孔質材からなる通路間隔壁を介して交互に並べられており、通路間隔壁上に触媒が担持されているパティキュレートフィルタにおいて、排気ガス流入通路内に多孔質材からなる通路内隔壁を挿入して該通路内隔壁により排気ガス流入通路をその長手軸線方向に沿いつつ、通路間隔壁と通路内隔壁間に形成される周囲通路と、該周囲通路により包囲される中央通路とに分割すると共に、該通路内隔壁上に触媒を担持したパティキュレートフィルタ。
【請求項２】
通路内隔壁の肉厚を通路間隔壁の肉厚よりも薄く設定した請求項１に記載のパティキュレートフィルタ。
【請求項３】
互いに対向する通路間隔壁と通路内隔壁間の距離を、互いに対向する二つの通路内隔壁間の距離よりも小さく設定した請求項１に記載のパティキュレートフィルタ。
【請求項４】
中央通路の流入端における開口面積を周囲通路の流入端における開口面積よりも大きく設定した請求項１に記載のパティキュレートフィルタ。
【請求項５】
中央通路の流入端周りを画定する通路内隔壁を外向きに折り曲げることにより中央通路の流入端における開口面積が周囲通路の流入端における開口面積よりも大きくなるようにした請求項４に記載のパティキュレートフィルタ。
【請求項６】
排気ガス流入通路を通路内隔壁により断面形状がほぼ同一の複数の排気ガス通路に分割した請求項１に記載のパティキュレートフィルタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はパティキュレートフィルタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、互いにほぼ平行に延びる複数の排気流通路を具備し、これら排気流通路の流路面積はほぼ一定にされており、これら排気流通路は下流端が閉塞されかつ上流端が開放された排気ガス流入通路と、上流端が閉塞されかつ下流端が開放された排気ガス流出通路とから構成されており、これら排気ガス流入通路及び排気ガス流出通路は多孔質材からなる通路間隔壁を介して交互に並べられており、通路間隔壁上に触媒が担持されているパティキュレートフィルタが知られている。
【０００３】
このパティキュレートフィルタはリーン空燃比のもとで燃焼が継続して行われる内燃機関の排気通路内に配置されるようになっており、このとき排気ガス中に含まれる微粒子は通路間隔壁上に捕集され堆積する。次いで、パティキュレートフィルタの温度が微粒子を酸化しうる温度以上になると堆積した微粒子は酸化され除去される。
【０００４】
この微粒子の酸化作用が触媒によって促進されることを考えると、堆積した微粒子を速やかに除去するためには通路間隔壁にできるだけ多くの触媒を担持させる必要がある。そこで、通路間隔壁の側面上だけでなく細孔内壁面上にも触媒を担持させたパティキュレートフィルタが公知である（特開平９−９４４３４号公報参照）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、細孔内壁面上に触媒を担持させると細孔の流路面積が小さくなってパティキュレートフィルタの圧損が増大するので、細孔内壁面上には必ずしも十分な量の触媒を担持させることができないという問題点がある。
【０００６】
そこで本発明の目的は、パティキュレートフィルタの圧損を小さく維持しながらパティキュレートフィルタ上に担持される触媒の量を多くすることができるパティキュレートフィルタを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために１番目の発明によれば、互いにほぼ平行に延びる複数の排気流通路を具備し、これら排気流通路の断面形状はほぼ同一にされており、これら排気流通路は下流端が閉塞されかつ上流端が開放された排気ガス流入通路と、上流端が閉塞されかつ下流端が開放された排気ガス流出通路とから構成されており、これら排気ガス流入通路及び排気ガス流出通路は多孔質材からなる通路間隔壁を介して交互に並べられており、通路間隔壁上に触媒が担持されているパティキュレートフィルタにおいて、排気ガス流入通路内に多孔質材からなる通路内隔壁を挿入して該通路内隔壁により排気ガス流入通路をその長手軸線方向に沿いつつ、通路間隔壁と通路内隔壁間に形成される周囲通路と、該周囲通路により包囲される中央通路とに分割すると共に、該通路内隔壁上に触媒を担持している。
【０００８】
また、２番目の発明によれば１番目の発明において、通路内隔壁の肉厚を通路間隔壁の肉厚よりも薄く設定している。
【００１０】
また、３番目の発明によれば１番目の発明において、互いに対向する通路間隔壁と通路内隔壁間の距離を、互いに対向する二つの通路内隔壁間の距離よりも小さく設定している。
【００１１】
また、４番目の発明によれば１番目の発明において、中央通路の流入端における開口面積を周囲通路の流入端における開口面積よりも大きく設定している。
【００１２】
また、５番目の発明によれば４番目の発明において、中央通路の流入端周りを画定する通路内隔壁を外向きに折り曲げることにより中央通路の流入端における開口面積が周囲通路の流入端における開口面積よりも大きくなるようにしている。
【００１３】
また、６番目の発明によれば１番目の発明において、排気ガス流入通路を通路内隔壁により断面形状がほぼ同一の複数の排気ガス通路に分割している。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１はリーン空燃比のもとで燃焼が行われる内燃機関の排気通路内に配置されるようになっているパティキュレートフィルタに本発明を適用した場合を示している。
【００１５】
図１はパティキュレートフィルタ１の構造を示しており、（Ａ）はパティキュレートフィルタ１の正面図を、（Ｂ）はパティキュレートフィルタ１の側面断面図をそれぞれ示している。
【００１６】
パティキュレートフィルタ１は図１（Ａ）及び（Ｂ）に示されるようにハニカム構造をなしており、互いに平行をなして延びる複数個の排気流通路２，３を具備する。各排気流通路２，３の断面形状はどのような形状でもよいが、図１に示される例では互いにほぼ同一の正方形状をなしている。これら排気流通路は上流端が開放されかつ下流端が通気性のないシール材４により閉塞された排気ガス流入通路２と、下流端が開放されかつ上流端が通気性のないシール材５により閉塞された排気ガス流出通路３とにより構成される。なお、図１（Ａ）においてハッチングを付した部分はシール材５を示している。
【００１７】
図１に示される例では、排気ガス流入通路２及び排気ガス流出通路３が薄肉の通路間隔壁６を介して交互に配置される。云い換えると、排気ガス流入通路２が四つの排気ガス流出通路３によって包囲されかつ排気ガス流出通路３が四つの排気ガス流入通路２によって包囲されるようにパティキュレートフィルタ１が形成される。なお、図１に示される例では排気ガス流入通路２及び排気ガス流出通路３がほぼ同数ずつ形成されている。
【００１８】
図２は図１に示されるパティキュレートフィルタ１の部分拡大図を示しており、（Ａ）はパティキュレートフィルタ１の部分拡大正面図を、（Ｂ）はパティキュレートフィルタ１の部分拡大側面断面図をそれぞれ示している。
【００１９】
図１及び図２に示されるように、排気ガス流入通路２内には排気ガス流入通路２の上流端からシール材４まで通路間隔壁６に対しほぼ平行に延びる通路内隔壁７が形成される。ここで、通路内隔壁７の肉厚は通路間隔壁６の肉厚よりも薄く設定されており、従って通路内隔壁７による圧損の増大が抑制されている。なお、排気ガス流出通路３内には通路内隔壁が形成されていない。
【００２０】
通路内隔壁７は通路間隔壁６に支持されながら排気ガス流入通路２をその長手軸線方向に沿って分割し、図１及び図２に示される例では排気ガス流入通路２を、通路間隔壁６と通路内隔壁７間に形成される四つの長方形状周囲通路８と、これら周囲通路８により包囲される正方形状中央通路９とに分割する。言い換えると、周囲通路８同士が通路内隔壁７を介して互いに隣接配置され、周囲通路８と中央通路９とが通路内隔壁７を介して互いに隣接配置される。
【００２１】
この場合、図２（Ａ）に示されるように、周囲通路８の幅即ち互いに対向する通路間隔壁６と通路内隔壁７間の距離ｄが中央通路９の幅互いに対向する二つの通路内隔壁７間の距離Ｄよりも小さく設定されており、更に、中央通路９の流入端における開口面積が周囲通路８の流入端における開口面積の合計よりも大きく設定されている。
【００２２】
例えばコージェライトのような多孔質材から形成される隔壁６、７上、例えば、隔壁６、７の両側面上及び細孔内壁面上には触媒、図１に示される例ではＮＯＸ触媒がそれぞれ担持されている。各隔壁６、７の一方又は両方の側面上のみに触媒を担持させることもできる。このＮＯＸ触媒は例えばアルミナを担体とし、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のような希土類から選ばれた少なくとも一つと、白金Ｐｔ、パラジウムＰｄ、ロジウムＲｈ、イリジウムＩｒのような貴金属とが担持されている。
【００２３】
このＮＯＸ触媒は流入する排気ガスの平均空燃比がリーンのときにはＮＯＸを蓄え、流入する排気ガス中の酸素濃度が低下すると蓄えているＮＯＸを還元して蓄えているＮＯＸの量を減少させる蓄積還元作用を行う。なお、本明細書では排気通路の或る位置よりも上流の排気通路、燃焼室、及び吸気通路内に供給された空気と炭化水素ＨＣ及び一酸化炭素ＣＯとの比をその位置における排気ガスの空燃比と称している。触媒をアルミナからなる担体上に担持された白金Ｐｔのような貴金属触媒又はセリウムＣｅのような希土類触媒から形成することもできる。
【００２４】
さて、パティキュレートフィルタ１が内燃機関の排気通路内に配置されると、排気ガスは概略的には排気ガス流入通路２内に流入し、隔壁６，７内を通って隣接する排気ガス流出通路３内に流出する。このとき排気ガス中に含まれる主に炭素の固体からなる微粒子は隔壁６，７上に捕集される。
【００２５】
詳しく説明すると、上述したように中央通路９の流入端における開口面積が周囲通路８の流入端における開口面積の合計よりも大きく設定されているので、中央通路９内に大部分の排気ガスが流入し、この排気ガスは図２（Ｂ）において矢印で示されるように通路内隔壁７内を通って隣接する周囲通路８内に流出し、次いで通路間隔壁６内を通って排気ガス流出通路３内に流出する。このとき排気ガス中の微粒子は通路内隔壁７上か又は通路間隔壁６上に捕集され、従ってパティキュレートフィルタ１の微粒子捕集効率を高めることができる。この場合、粒径が比較的大きい微粒子が通路内隔壁７上に捕集され、粒径が比較的小さい微粒子が通路間隔壁６上に捕集される。
【００２６】
一方、残りの比較的少量の排気ガスは周囲通路８内に流入し、次いで図２（Ｂ）において矢印で示されるように通路間隔壁６内を通って排気ガス流出通路３内に流出する。このとき排気ガス中の微粒子は通路間隔壁６上に捕集される。
【００２７】
上述したようにパティキュレートフィルタ１はリーン空燃比のもとでの燃焼が継続して行われる内燃機関の排気通路内に配置されるようになっており、また、ＮＯＸ触媒は酸化作用を有しているので、パティキュレートフィルタ１の温度が微粒子を酸化しうる温度、例えば２５０℃以上に維持されると、パティキュレートフィルタ１上で微粒子が酸化せしめられ除去される。
【００２８】
ここで、図１及び図２に示される例では通路内隔壁７を設け、通路間隔壁６上だけでなく通路内隔壁７上にもＮＯＸ触媒が担持されており、従ってパティキュレートフィルタ１上に多量のＮＯＸ触媒を担持させることができる。しかも、堆積微粒子とＮＯＸ触媒との距離を小さくすることができる。その結果、パティキュレートフィルタ１上に堆積した微粒子を確実に酸化させることができる。更に、通路内隔壁７によってパティキュレートフィルタ１の構造強度を高めることができる。
【００２９】
更に、図１及び図２に示される例では、堆積した微粒子が架橋体を形成するのが阻止されている。詳しく説明すると、パティキュレートフィルタの温度が比較的低いときにパティキュレートフィルタ上に捕集され堆積した微粒子はパティキュレートフィルタの温度が比較的高くなると酸化される。この酸化作用は触媒によって促進されるので、図３に示されるように隔壁Ｗ’上に担持される触媒の量が比較的少ない場合即ち触媒粒子Ｃ’間の距離が大きい場合には、堆積微粒子が完全に酸化せず、隔壁Ｗ’上に残存した堆積微粒子が架橋体Ｂ’を形成するようになる。この架橋体Ｂ’は新たに堆積する微粒子が触媒粒子Ｃ’に接触するのを阻止するばかりでなく、架橋体Ｂ’が一旦酸化し始めると局所的に極めて高温となるので隔壁Ｗ’が溶損したり隔壁Ｗ’に亀裂が生ずる恐れすらある。
【００３０】
これに対して図１及び図２に示される例では、パティキュレートフィルタ１上に多量のＮＯＸ触媒が担持されているので触媒粒子間の距離が短くなっており、従って堆積微粒子が残存しにくくなっている。
【００３１】
仮に通路間隔壁６上に堆積微粒子が残存したとしても、通路間隔壁６と通路内隔壁７間の距離ｄ（図２（Ａ）参照）が小さくされているので堆積微粒子が架橋体を形成することがない。このような観点からすると、堆積微粒子が架橋体を形成しないように通路間隔壁６と通路内隔壁７間の距離ｄを設定しているという見方もできる。なお、通路内隔壁７上に堆積する粒径の比較的大きな微粒子の量は架橋体を形成しうるほど多くない。
【００３２】
ところで、上流端が開放されかつ下流端が閉塞されている周囲通路８及び中央通路９を排気ガス流入通路と考えることもでき、そうすると図１及び図２に示される例では、排気ガス流入通路の数を排気ガス流出通路の数よりも多くしているということになる。
【００３３】
図４から図７はパティキュレートフィルタ１の別の実施例の部分拡大正面図をそれぞれ示している。
【００３４】
図４に示される例では、排気ガス流入通路２が通路内隔壁７によって八つの周囲通路８と中央通路９とに分割されている。
【００３５】
また、図５及び図６に示される例では排気ガス流入通路２が通路内隔壁７により断面形状がほぼ同一の複数の排気ガス通路に分割されており、図５では八つの周囲通路８と中央通路９とに、図６では四つの排気ガス通路１０にそれぞれ分割されている。これら排気ガス通路１０は通路間隔壁６と通路内隔壁７間に形成されるものであり、通路内隔壁７を介して互いに隣接配置される。
【００３６】
更に、図７（Ａ）及び（Ｂ）に示される例でも図５に示される例と同様に、排気ガス流入通路２が通路内隔壁７により断面形状がほぼ同一の周囲通路８及び中央通路９に分割されており、しかしながら中央通路９の上流端周りを画定する通路内隔壁７が外向きに折り曲げられ、それにより図２または図４に示される例と同様に中央通路９の流入端における開口面積が周囲通路８の流入端における開口面積の合計よりも大きく設定されている。
【００３７】
これまで述べてきた実施例ではシール材４，５は通気性を有していない。しかしながら、これらシール材４，５を通気性を有するものから形成することもできる。
【００３８】
【発明の効果】
パティキュレートフィルタの圧損を小さく維持しながらパティキュレートフィルタ上に担持される触媒の量を多くすることができることができ、従ってパティキュレートフィルタ上に堆積した微粒子を速やかに酸化除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】パティキュレートフィルタを示す図である。
【図２】図１に示すパティキュレートフィルタの部分拡大図である。
【図３】好ましくない例を示す図である。
【図４】パティキュレートフィルタの別の実施例を示す図である。
【図５】パティキュレートフィルタの更に別の実施例を示す図である。
【図６】パティキュレートフィルタの更に別の実施例を示す図である。
【図７】パティキュレートフィルタの更に別の実施例を示す図である。
【符号の説明】
１…パティキュレートフィルタ
２…排気ガス流入通路
３…排気ガス流出通路
６…通路間隔壁
７…通路内隔壁
８…周囲通路
９…中央通路
【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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