(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ガス流れ方向に関しわずかばかりの間隙を隔てて配置された上流側フィルタと下流側フィルタとを具備し、これら上流側フィルタ及び下流側フィルタはそれぞれ、多孔質材からなる隔壁を介して互いにほぼ平行に延びる複数の排気流通路を具備しており、これら上流側フィルタの隔壁及び下流側フィルタの隔壁は同じ多孔質材から形成されており、上流側フィルタの排気流通路を上流端及び下流端が開放された排気ガス通路と、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形成すると共にこれら排気ガス通路及び排気ガス流出通路を交互に並べて配置し、下流側フィルタの排気流通路を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排気ガス通路とから形成すると共にこれら排気ガス流入通路及び排気ガス通路を交互に並べて配置し、上流側フィルタの排気ガス通路の下流端に下流側フィルタの排気ガス流入通路の上流端を対面配置すると共に、上流側フィルタの排気ガス流出通路の下流端に下流側フィルタの排気ガス通路の上流端を対面配置し、上流側フィルタの排気流通路から流出した排気ガスが、前記間隙を介し、該上流側フィルタの排気流通路に対面する下流側フィルタの排気流通路内と該排気流通路に隣接する下流側フィルタの排気流通路内とに流入できるようにしたパティキュレートフィルタ。
【請求項２】
上流側フィルタの排気ガス流出通路の上流端及び下流側フィルタの排気ガス流入通路の下流端をシール材によりそれぞれ閉塞した請求項１に記載のパティキュレートフィルタ。
【請求項３】
上流側フィルタの排気ガス流出通路の上流端周りを画定する隔壁及び下流側フィルタの排気ガス流入通路の下流端周りを画定する隔壁をそれぞれ内向きに折り曲げることによりこれら上流端及び下流端を少なくとも部分的に閉塞した請求項１に記載のパティキュレートフィルタ。
【請求項４】
上流側フィルタの排気ガス通路の下流端における流路面積を該排気ガス通路の他の部分における流路面積よりも小さく設定し、下流側フィルタの排気ガス流入通路の上流端における流路面積を該排気ガス流入通路の他の部分における流路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】
排気ガス流れ方向に関しわずかばかりの間隙を隔てて配置された上流側フィルタと下流側フィルタとを具備し、これら上流側フィルタ及び下流側フィルタはそれぞれ、多孔質材からなる隔壁を介して互いにほぼ平行に延びる複数の排気流通路を具備しており、上流側フィルタの排気流通路を上流端及び下流端が開放された排気ガス通路と、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形成すると共にこれら排気ガス通路及び排気ガス流出通路を交互に並べて配置し、下流側フィルタの排気流通路を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排気ガス通路とから形成すると共にこれら排気ガス流入通路及び排気ガス通路を交互に並べて配置し、上流側フィルタの排気ガス通路の下流端に下流側フィルタの排気ガス流入通路の上流端を対面配置すると共に、上流側フィルタの排気ガス流出通路の下流端に下流側フィルタの排気ガス通路の上流端を対面配置し、上流側フィルタの排気ガス通路の下流端における流路面積を該排気ガス通路の他の部分における流路面積よりも小さく設定し、下流側フィルタの排気ガス流入通路の上流端における流路面積を該排気ガス流入通路の他の部分における流路面積よりも大きく設定した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、排気ガス中の微粒子を捕集するために排気通路内にパティキュレートフィルタを配置した内燃機関が知られている。このパティキュレートフィルタの一つとして、多孔質材からなる隔壁を介して互いにほぼ平行に延びる複数の排気流通路を具備し、これら排気流通路を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形成し、排気ガス流入通路内に流入した排気ガスが隔壁を通って隣接する排気ガス流出通路内に流出するようにしたパティキュレートフィルタが知られている（特開昭５７−２０１５１８号公報の第２図参照）。
【０００３】
ところが、このパティキュレートフィルタでは排気ガスが必ず隔壁内を通らなければならず、その結果パティキュレートフィルタの圧損が大きくなって機関背圧が高くなる恐れがある。
【０００４】
そこで、排気流通路の一部を、上流端及び下流端が開放された排気ガス通路から形成したパティキュレートフィルタが公知である（特開昭５７−２０１５１８号公報の第５図参照）。このようにすると排気ガスの一部が隔壁内を通ることなく排気ガス通路内を通過し、その結果パティキュレートフィルタの圧損を小さく維持することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この後者のパティキュレートフィルタ（特開昭５７−２０１５１８号公報の第５図）では排気ガス通路内を通過する排気ガス中に含まれる微粒子を捕集することができず、従って微粒子捕集効率が低下するという問題がある。
【０００６】
そこで本発明の目的は、パティキュレートフィルタの微粒子捕集効率を低下させることなくパティキュレートフィルタの圧損を小さく維持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、排気ガス流れ方向に関しわずかばかりの間隙を隔てて配置された上流側フィルタと下流側フィルタとを具備し、これら上流側フィルタ及び下流側フィルタはそれぞれ、多孔質材からなる隔壁を介して互いにほぼ平行に延びる複数の排気流通路を具備しており、これら上流側フィルタの隔壁及び下流側フィルタの隔壁は同じ多孔質材から形成されており、上流側フィルタの排気流通路を上流端及び下流端が開放された排気ガス通路と、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形成すると共にこれら排気ガス通路及び排気ガス流出通路を交互に並べて配置し、下流側フィルタの排気流通路を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排気ガス通路とから形成すると共にこれら排気ガス流入通路及び排気ガス通路を交互に並べて配置し、上流側フィルタの排気ガス通路の下流端に下流側フィルタの排気ガス流入通路の上流端を対面配置すると共に、上流側フィルタの排気ガス流出通路の下流端に下流側フィルタの排気ガス通路の上流端を対面配置し、上流側フィルタの排気流通路から流出した排気ガスが、前記間隙を介し、該上流側フィルタの排気流通路に対面する下流側フィルタの排気流通路内と該排気流通路に隣接する下流側フィルタの排気流通路内とに流入できるようにしている。
【０００９】
また、２番目の発明によれば１番目の発明において、上流側フィルタの排気ガス流出通路の上流端及び下流側フィルタの排気ガス流入通路の下流端をシール材によりそれぞれ閉塞している。
【００１０】
また、３番目の発明によれば１番目の発明において、上流側フィルタの排気ガス流出通路の上流端周りを画定する隔壁及び下流側フィルタの排気ガス流入通路の下流端周りを画定する隔壁をそれぞれ内向きに折り曲げることによりこれら上流端及び下流端を少なくとも部分的に閉塞している。
【００１１】
また、４番目の発明によれば１番目の発明において、上流側フィルタの排気ガス通路の下流端における流路面積を該排気ガス通路の他の部分における流路面積よりも小さく設定し、下流側フィルタの排気ガス流入通路の上流端における流路面積を該排気ガス流入通路の他の部分における流路面積よりも大きく設定している。
また、５番目の発明によれば、排気ガス流れ方向に関しわずかばかりの間隙を隔てて配置された上流側フィルタと下流側フィルタとを具備し、これら上流側フィルタ及び下流側フィルタはそれぞれ、多孔質材からなる隔壁を介して互いにほぼ平行に延びる複数の排気流通路を具備しており、上流側フィルタの排気流通路を上流端及び下流端が開放された排気ガス通路と、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形成すると共にこれら排気ガス通路及び排気ガス流出通路を交互に並べて配置し、下流側フィルタの排気流通路を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排気ガス通路とから形成すると共にこれら排気ガス流入通路及び排気ガス通路を交互に並べて配置し、上流側フィルタの排気ガス通路の下流端に下流側フィルタの排気ガス流入通路の上流端を対面配置すると共に、上流側フィルタの排気ガス流出通路の下流端に下流側フィルタの排気ガス通路の上流端を対面配置し、上流側フィルタの排気ガス通路の下流端における流路面積を該排気ガス通路の他の部分における流路面積よりも小さく設定し、下流側フィルタの排気ガス流入通路の上流端における流路面積を該排気ガス流入通路の他の部分における流路面積よりも大きく設定している。
【００１２】
【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。
【００１３】
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。
【００１４】
パティキュレートフィルタ１は図１（Ｂ）に示されるように排気ガス流れ方向に関しわずかばかりの間隙２を隔てて配置された上流側フィルタ３と下流側フィルタ４とを具備し、これら上流側フィルタ３及び下流側フィルタ４は排気通路内に配置された共通のケーシング内に収容されるようになっている。
【００１５】
上流側フィルタ３及び下流側フィルタ４は図１（Ａ）及び（Ｂ）に示されるようにそれぞれ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５，６，７，８をそれぞれ具備する。各排気流通路５，６，７，８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同一の正方形状をなしている。
【００１６】
上流側フィルタの排気流通路は、上流端及び下流端が開放された排気ガス通路５と、上流端が通気性のないシール材９により閉塞されかつ下流端が開放された排気ガス流出通路６とから形成されている。一方、下流側フィルタの排気流通路は、上流端が開放されかつ下流端が通気性のないシール材１０により閉塞された排気ガス流入通路７と、上流端及び下流端が開放された排気ガス通路８とから形成されている。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９を示している。
【００１７】
上流側フィルタ３では排気ガス通路５と排気ガス流出通路６とが薄肉の隔壁１１を介して交互に配置され、下流側フィルタ４では排気ガス流入通路７と排気ガス通路８とが薄肉の隔壁１２を介して交互に配置される。云い換えると、各排気ガス通路５が四つの排気ガス流出通路６によって包囲されかつ各排気ガス流出通路６が四つの排気ガス通路５によって包囲されるように上流側フィルタ３が形成される。一方、各排気ガス流入通路７が四つの排気ガス通路８によって包囲されかつ各排気ガス通路８が四つの排気ガス流入通路７によって包囲されるように下流側フィルタ４が形成される。なお、図１に示される例では上流側フィルタ３に排気ガス通路５及び排気ガス流出通路６がほぼ同数ずつ形成され、下流側フィルタ４に排気ガス流入通路７及び排気ガス通路８がほぼ同数ずつ形成される。
【００１８】
更に、図１（Ｂ）に示されるように上流側フィルタ３の排気ガス通路５の下流端に下流側フィルタ４の排気ガス流入通路７の上流端が対面配置され、上流側フィルタ３の排気ガス流出通路６の下流端に下流側フィルタ４の排気ガス通路８の上流端が対面配置される。
【００１９】
云い換えると、上流側フィルタ３の排気ガス通路５と下流側フィルタ４の排気ガス流入通路７とが排気ガス流れ方向又は長手軸線方向に互いに整列され、上流側フィルタ３の排気ガス流出通路６と下流側フィルタ４の排気ガス通路８とが排気ガス流れ方向又は長手軸線方向に互いに整列される。ここで、排気ガス通路５の下流端と排気ガス流入通路７の上流端とが完全に対面する必要はなく、若干ずれていてもよい。排気ガス流出通路６の下流端と排気ガス通路８の上流端とについても同様である。
【００２０】
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各隔壁１１，１２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。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。
【００２１】
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５、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。
【００２２】
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、排気ガスは上流側フィルタ３の排気ガス通路５内に流入して下流側フィルタ４の排気ガス通路８から流出し、従って上流側フィルタ３及び下流側フィルタ４を順次通過する。即ち、上流側フィルタ２の排気ガス通路５内に流入した排気ガスは図１（Ｂ）において実線の矢印で示されるように、周囲の隔壁１１を通って隣接する排気ガス流出通路６内に流出し、次いで排気ガス流出通路６の下流端及び間隙２を介して下流側フィルタ４の対面する排気ガス通路８内に流出するか、又は排気ガス通路５の下流端及び間隙２を介して下流側フィルタ４の対面する排気ガス流入通路７内に流入し、次いで周囲の隔壁１２を通って隣接する排気ガス通路８内に流出する。
【００２３】
このように排気ガスは隔壁１１又は隔壁１２を通過する。即ち、排気ガスは隔壁１１を通過し、又は隔壁１１を通過することなく排気ガス通路５から排出されたとしても排気ガス通路５に排気ガス流入通路７が対面配置されているので隔壁１２を通過する。従って、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１１上か又は隔壁１２上に捕集され、斯くし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。なお、粒径が比較的小さく慣性が比較的小さい微粒子は隔壁１１上に捕集され、粒径が比較的大きく慣性が比較的大きい微粒子は隔壁１２上に捕集される。
【００２４】
この場合、上流側フィルタ３の排気ガス通路５の下流端が閉塞されていないので排気ガスが隔壁１１を通過する必要がなく、下流側フィルタ４の排気ガス通路８の上流端が閉塞されていないので排気ガスが隔壁１２を通過する必要がない。従って、パティキュレートフィルタ１の圧損を小さく維持することができる。
【００２５】
また、例えば下流側フィルタ４の隔壁１２上に堆積した微粒子の量が比較的多くなると、図１（Ｂ）において破線の矢印で示されるように排気ガス通路５の下流端から流出した排気ガスの一部が間隙２を介し、対面する排気ガス流入通路７に隣接する排気ガス通路８内に流入するようになる。この排気ガスは隔壁１１，１２を通過せず、従って下流側フィルタ４上に堆積した微粒子の量が多くなったときでもパティキュレートフィルタ１の圧損を小さく維持することができる。
【００２６】
本発明による実施例で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パティキュレートフィルタ１が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。
【００２７】
ところで、上記記載から明らかなように間隙２は上流側フィルタ３の排気ガス通路５と下流側フィルタ４の排気ガス通路８とを互いに連通させる。このような観点からすると本発明による実施例では、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形成されており、これら排気ガス流入通路と排気ガス流出通路とは多孔質材からなる隔壁を介し交互に並べて配置されており、互いに隣接する排気ガス流入通路及び排気ガス流出通路を隔壁の細孔を介することなく連通させる連通孔を隔壁内に形成しているということになる。或いは、このようなパティキュレートフィルタにおいて隔壁の一部分における流路抵抗を他の部分におけるよりも小さくしているという見方もできる。
【００２８】
更に、図１に示される実施例では上流側フィルタ３と下流側フィルタ４とが概ね同一の構造を有していることに注目すれば、排気流れ方向に関しわずかばかりの間隙を隔てて配置された一対のフィルタを具備し、各フィルタは互いにほぼ平行に延びる複数の排気流通路を具備しており、これら排気流通路は長手方向両端が開放された第１の排気流通路と、長手方向一端が閉塞されかつ長手方向他端が開放された第２の排気流通路とから形成されており、これら第１及び第２の排気流通路は多孔質材からなる隔壁を介し交互に並べて配置されており、各フィルタの長手方向端面のうち第２の排気流通路の閉塞端を含まない端面同士が互いに対面するようにこれら一対のフィルタを配置すると共に、一方のフィルタの第１の排気流通路の開放端に他方のフィルタの第２の排気流通路の開放端を対面配置しているという見方もできる。
【００２９】
図２はパティキュレートフィルタ１の別の実施例の構造を示しており、（Ａ）はパティキュレートフィルタ１の部分拡大正面図を、（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。
【００３０】
図２に示されるパティキュレートフィルタ１は図１に示されるパティキュレートフィルタと概ね同様に形成され、しかしながら排気ガス流出通路６の上流端及び排気ガス流入通路７の下流端がシール材によって閉塞されていない点で図１に示されるパティキュレートフィルタと構成を異にしている。即ち、図２に示される例では、図２（Ａ）に矢印で示されるように上流側フィルタ３の排気ガス流出通路６の上流端周りを画定する隔壁１１をそれぞれ内向きに折り曲げてこれら上流端を閉塞するようにし、下流側フィルタ４の排気ガス流入通路７の下流端周りを画定する隔壁１２をそれぞれ内向きに折り曲げてこれら下流端を閉塞するようにしている。
【００３１】
このようにすると排気ガスのわずかな一部が上流側フィルタ３の排気ガス通路５内にそれぞれの上流端に位置する隔壁１１を通って流入するようになり、下流側フィルタ４の排気ガス通路８内からそれぞれの下流端に位置する隔壁１２を通って流出するようになる。しかも、排気ガス流出通路６の上流端及び排気ガス流入通路７の下流端がテーパ状をなすことになり、これら下流端及び上流端における排気ガス流れの乱れが抑制される。このため、パティキュレートフィルタ１の圧損が小さくなる。
【００３２】
なお、パティキュレートフィルタ１のその他の構造及び作用は図１に示される例と同様であるので説明を省略する。
【００３３】
図３はパティキュレートフィルタ１の更に別の実施例の構造を示しており、（Ａ）はパティキュレートフィルタ１の部分拡大背面図を、（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。
【００３４】
図３に示されるパティキュレートフィルタ１は図２に示されるパティキュレートフィルタと概ね同様に形成され、しかしながら上流側フィルタ３の排気ガス通路５の下流端における流路面積が排気ガス通路５の他の部分におけるよりも小さく設定され、下流側フィルタ４の排気ガス通路８の上流端における流路面積が排気ガス通路８の他の部分におけるよりも小さく設定されている点で図２に示されるパティキュレートフィルタと構成を異にしている。言い換えると、上流側フィルタ３の排気ガス流出通路６の下流端における流路面積が排気ガス流出通路６の他の部分における流路面積よりも大きく設定され、下流側フィルタ４の排気ガス流出通路７の上流端における流路面積が排気ガス流出通路７の他の部分におけるよりも大きく設定されている。
【００３５】
即ち、図３に示される例では、上流側フィルタ３の排気ガス通路５の下流端周りを画定する隔壁１１をそれぞれ内向きに折り曲げて排気ガス通路５がそれぞれの下流端に向けて収縮するようにし、或いは上流側フィルタ３の排気ガス流出通路６の下流端周りを画定する隔壁１１をそれぞれ外向きに折り曲げて排気ガス流出通路６がそれぞれの下流端に向けて拡開するようにし、このとき排気ガス通路５の下流端に小さな開口１３が形成される。また、下流側フィルタ４の排気ガス通路８の上流端周りを画定する隔壁１２をそれぞれ内向きに折り曲げて排気ガス通路８がそれぞれの上流端に向けて収縮するようにし、或いは下流側フィルタ４の排気ガス流入通路７の上流端周りを画定する隔壁１２をそれぞれ外向きに折り曲げて排気ガス流入通路７がそれぞれの上流端に向けて拡開するようにし、このとき排気ガス通路８の上流端に小さな開口１４が形成される。
【００３６】
このようにすると、その下流端を介し排気ガス通路５から流出する排気ガスの量、及びその上流端を介し排気ガス通路８内に流入する排気ガスの量が図２に示される例におけるよりも少なくなり、即ち隔壁１１，１２を通過する排気ガスの量が増大する。その結果、パティキュレートフィルタ１の微粒子捕集効率を高くすることができる。この場合、開口１３，１４の開口面積を調節することにより、パティキュレートフィルタ１の微粒子捕集効率ないし圧損を調節することができる。
【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微粒子捕集効率を低下させることなくパティキュレートフィルタの圧損を小さく維持することができる。
【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】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３】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…間隙
３…上流側フィルタ
４…下流側フィルタ
５…上流側フィルタの排気ガス通路
６…上流側フィルタの排気ガス流出通路
７…下流側フィルタの排気ガス流入通路
８…下流側フィルタの排気ガス通路
【図１】
0003975813.tif 000002
【図２】
0003975813.tif 000003
【図３】
0003975813.tif 000004