(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関から排出される排気ガスを浄化する排気浄化装置において、
排気ガスが流通する排気通路の内面の少なくとも一部に形成され排気ガス中の粒子状物質を付着成長させる粒子成長部と、
この粒子成長部に排気ガスが流通するのを許容するとともに粒子成長部で成長した粒子状物質が流出するのを阻止する粒子流出規制手段と、
前記粒子成長部および粒子流出規制手段よりも上流側の前記排気通路に設けられ酸化能を有する触媒と、
を備え、
前記酸化能を有する触媒を通過した後の前記排気ガスに含まれるＮＯ２および／またはＳＯ３の少なくとも一部を前記粒子成長部において前記粒子状物質に吸着させることによって、前記粒子状物質を酸化させると共に前記ＮＯ２および／またはＳＯ３を還元させることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記酸化能を有する触媒はＮＯｘ触媒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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関から排出される排気ガスを浄化する排気浄化装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関、特にディーゼルエンジンでは、排気ガス中から煤やＳＯＦ（Soluble Organic Fraction）等の粒子状物質（以下、ＰＭと略す）を除去して排気ガスを大気に放出する必要があり、従来は排気通路にＤＰＦ（Diesel Particulate filter）と称されるフィルタを設け、これでＰＭを捕集していた。
【０００３】
実開昭５８−１３２５２０号公報に開示されているように、従来のＤＰＦは、多孔質の薄肉壁によって仕切られた細長い多数のセルを有し、上流側を開口させ下流側を閉塞させたセルと下流側を開口させ上流側を閉塞させたセルとを交互に配置してなり、排気ガスは薄肉壁を通って、上流側を開口させたセルから下流側を開口させたセルに流れ、その際に排気ガス中のＰＭが薄肉壁に捕集される構造になっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のＤＰＦでは、ＰＭの捕集量が増大するにしたがって薄肉壁が目詰まりして圧力損失が増大し、排気抵抗の増大に起因して内燃機関の負荷が増大するという問題がある。
【０００５】
本発明はこのような従来の技術の問題点に鑑みてなされたものであり、本発明が解決しようとする課題は、ＰＭを捕集しても排気抵抗が増大しない内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記課題を解決するために、以下の手段を採用した。
本発明は、内燃機関から排出される排気ガスを浄化する排気浄化装置であり、排気ガスが流通する排気通路の内面の少なくとも一部に、排気ガス中の粒子状物質を付着成長させる粒子成長部と、この粒子成長部に排気ガスが流通するのを許容するとともに粒子成長部で成長した粒子状物質が流出するのを阻止する粒子流出規制手段と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
排気ガス中のＰＭは、排気ガスとともに粒子流出規制手段を通過して粒子成長部に流入し、粒子成長部の壁面に衝突して付着する。さらに別のＰＭが次々に粒子成長部に付着したＰＭに付着することによって、ＰＭはその粒径を徐々に大きくして成長する。このように粒径が大きくなったＰＭは、粒子成長部の壁面から剥離しても、粒子流出規制手段を通過することができないので粒子成長部に留まり、大気に放出されるＰＭの量を激減させることができる。排気ガスは粒子流出規制手段よりも排気通路の軸中心側を流通することができるので、粒子成長部に捕集されたＰＭの量が多くなっても、排気抵抗は増大しない。また、ＰＭにはＮＯxやＳＯxを吸着する能力があるので、排気ガス中のＮＯxやＳＯxは粒子成長部で捕集したＰＭに吸着される。さらに、粒子成長部で捕集されたＰＭは排気ガス温度下においてゆっくりと酸化されＣＯ2になり、これと同時にＰＭに付着しているＮＯxやＳＯxは還元されてＮＯやＳＯ2のガスになりＰＭから離脱し、粒子流出規制手段を通り排気通路を通って大気に放出される。
【０００８】
粒子成長部と粒子流出規制手段は、排気通路の内面の全周に設けるのが好ましく、また、排気ガスの流れ方向にできるだけ長く設けるのが好ましい。
マフラは排気通路の一部とみなすことができ、マフラの内面に粒子成長部と粒子流出規制部材を設けてもよい。
【０００９】
また、本発明の内燃機関の排気浄化装置では、排気通路に酸化能を有する触媒を設け、この触媒より下流の排気通路のほぼ全長に亘って排気通路の内面の全面に、前記粒子成長部と粒子流出規制手段を備えるようにしてもよい。このようにすると、排気ガスが触媒を通過する際に生成されたＮＯxあるいはＳＯxを、粒子成長部で捕集したＰＭで吸着することができる。触媒としては、酸化触媒やＮＯx触媒を例示することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の内燃機関の排気浄化装置の実施の形態を図１から図３の図面に基いて説明する。
【００１１】
図１は、内燃機関としてのディーゼルエンジン１に適用した排気浄化装置の全体構成図である。
ディーゼルエンジン１から排出される排気ガスは、排気マニホールド（排気通路）２から排気管（排気通路）３に流出する。排気管３の途中には、内部にＮＯx触媒を収容した触媒コンバータ４が設けられている。排気ガス中のＮＯxはＮＯx触媒で分解され浄化されるのであるが、一部はＮＯ2の形で触媒コンバータ４の下流に流れる場合がある。また、排気ガス中には、燃料の硫黄分が燃焼することにより生成されたＳＯ2を多量に含んでおり、このＳＯ2は触媒コンバータ４で酸化されてＳＯ3となる場合がある。
【００１２】
触媒コンバータ４よりも下流に位置する排気管３の全域には、図２に示すように、排気管３の内面のほぼ全面に凹部５が形成されている。この凹部５は極めて小さい孔径の網体６で覆われており、網体６と凹部５の内壁面との間に空間部７が形成されている。ここで、網体６は粒子流出規制部材を構成し、凹部５及び空間部７は粒子成長部を構成している。網体６の代わりに、小さな孔（セル）径の多孔体（セラミックや燒結金属）を用いることも可能である。
【００１３】
ところで、排気ガス中のＰＭは、その一部（主にＳＯＦ）は触媒コンバータ４を通過する際に酸化されてＣＯ2となるが、大部分のＰＭ（主に煤）はそのままの形態で触媒コンバータ４を通過する。図２に示すように、触媒コンバータ４を通過したＰＭ１０は排気管３を流下する間に、網体６の孔を通って空間部７に流入し、凹部５の内壁面に衝突して付着し、あるいは既に凹部５の内壁面に付着しているＰＭに衝突して付着する。このようにして凹部５の内壁面に付着したＰＭは粒径を徐々に成長させる。凹部５の内壁面において成長したＰＭ１１は、振動等により内壁面から剥離しても、剥離したＰＭは粒径が大きいので網体６の孔を通って空間部７から脱離することはできない。換言すれば、網体６の孔径は、微細なＰＭは通すが、所定の大きさ以上のＰＭは通過できないように設定する。
【００１４】
一方、ＰＭ（主に煤）にはＮＯ2やＳＯ3を吸着する能力があるので、触媒コンバータ４の下流を流れる排気ガス中のＮＯ2やＳＯ3が空間部７内に存在するＰＭ１１に衝突すると、これらＮＯ2やＳＯ3はＰＭ１１に吸着される。
【００１５】
また、空間部７内のＰＭ１１は排気ガス温度下でゆっくりと酸化反応を起こし、時間をかけてＣＯ2に変化し、これと同時に、ＰＭ１１に吸着されているＮＯ2やＳＯ3は還元されてＮＯあるいはＳＯ2の気体となってＰＭ１１から脱離し、網体６の孔を通過して排気管３を流下し、大気に放出される。
【００１６】
尚、ＰＭは活性炭ほどの活性がないこと、空間部７内に形成されたＰＭ１１の層に排気ガスを通過させる構造になっていないことから、通常の排気ガス温度では空間部７内のＰＭが燃焼することはなく、ゆっくりとした酸化反応を呈す。
【００１７】
以上のように、この排気浄化装置では、排気ガス中のＰＭは排気管３の空間部７内に捕集されると同時にその一部はＣＯ2となって大気に放出される。一方、ＮＯxは触媒コンバータ４において殆どが浄化されるが、浄化されずに触媒コンバータ４から流れ出たＮＯ2と、触媒コンバータ４で酸化されて生成したＳＯ3は、空間７内のＰＭに吸着され、その一部は還元されてＮＯあるいはＳＯ2の気体となって大気に放出されることとなる。いずれにしても、排気ガス中のＰＭを除去し、ＮＯxやＳＯxを改質して大気に放出することができる。
【００１８】
また、前述したように、凹部５の内壁面に付着していたＰＭが、振動等により凹部５の内壁面から剥離しても、剥離したＰＭは粒径が大きいので空間部７から脱離することができず、したがって、ＮＯ2やＳＯ3を吸着したＰＭが空間部７から脱離して大気に放出されることもない。
【００１９】
また、排気管３の内面に形成されたＰＭの層は保温材として機能するので、排気ガスが保温され、ＰＭの酸化反応を促進する。
尚、図３に示すように、排気管３の内面にセラミックやメタルフォーム（燒結金属）からなる多孔体８，９を積層し、排気管３の内面に近い側の第１層の多孔体８を孔（セル）径の比較的に大きな多孔体で構成して、この多孔体８を粒子成長部とし、排気管３の内面から遠い側の第２層の多孔体９を孔（セル）径の小さい多孔体で構成して、この多孔体９を粒子流出規制手段としてもよい。
【００２０】
この場合には、排気ガス中のＰＭは第２層の多孔体９の孔を通過して第１層の多孔体８の孔に至り、この多孔体８の孔の内壁面に衝突し付着して粒径を成長させる。ＰＭの粒径が第２層の多孔体９の孔径よりも大きくなると、このＰＭは第１層の多孔体８から脱離することができなくなる。
【００２１】
また、排気通路の一部をなすマフラの内面に粒子成長部と粒子流出規制部材を設けてもよい。
【００２２】
【発明の効果】
本発明の内燃機関の排気浄化装置によれば、排気ガスが流通する排気通路の内面の少なくとも一部に、排気ガス中の粒子状物質を付着成長させる粒子成長部と、この粒子成長部に排気ガスが流通するのを許容するとともに粒子成長部で成長した粒子状物質が流出するのを阻止する粒子流出規制手段と、を備えることにより、排気抵抗の増大を伴うことなく、排気ガスから粒子状物質を除去することができる。
【００２３】
また、排気通路に酸化能を有する触媒を設け、この触媒より下流の排気通路のほぼ全長に亘って排気通路の内面の全面に、前記粒子成長部と粒子流出規制手段を備えた場合には、排気ガス中の粒子状物質を除去できるだけでなく、排気ガス中のＮＯxやＳＯxを除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明にかかる内燃機関の排気浄化装置の一実施の形態の概略構成図である。
【図２】  前記排気浄化装置の排気通路の断面図である。
【図３】  他の実施の形態における排気通路の断面図である。
【符号の説明】
１  ディーゼルエンジン（内燃機関）
２  エキゾーストマニホールド（排気通路）
３  排気管（排気通路）
４  触媒コンバータ
５  凹部（粒子成長部）
６  網体（粒子流出規制手段）
７  空間部（粒子成長部）
８  第１層の多孔体（粒子成長部）
９  第２層の多孔体（粒子流出規制手段）
１０，１１  粒子状物質
【図１】
0003991408.tif 000002
【図２】
0003991408.tif 000003
【図３】
0003991408.tif 000004