(57)【要約】【課題】排気浄化性能を良好に維持しつつ触媒性能を必要十分な適正グレードに抑えてコストの削減化（貴金属量の削減）を図り得る排気浄化装置を提供する。【解決手段】前段の酸化触媒２（排気ガスを通過させて浄化する排気浄化触媒）とパティキュレートフィルタ１とをシェル４により抱持して排気管３の途中に装備し、このシェル４の入側に排気管３の内径ｄｐをシェル４の内径ｄｓまで漸増するよう排気ガス５の流れ方向に拡径するコーン６を介装した排気浄化装置に関し、コーン６の入口から前段の酸化触媒２の入側端面までの距離Ｌをシェル４の内径ｄｓと排気管３の内径ｄｐとの差分で除算して無次元化した値ζが２．２〜４．０の範囲となるように設定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ガスを通過させて浄化する排気浄化触媒をシェルにより抱持して排気管途中に装備し、このシェルの入側に排気管内径をシェル内径まで漸増するよう排気ガスの流れ方向に拡径するコーンを介装した排気浄化装置において、コーンの入口から排気浄化触媒の入側端面までの距離をシェル内径と排気管内径との差分で除算して無次元化した値が２．２〜４．０の範囲となるように設定したことを特徴とする排気浄化装置。
【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、炭素質から成る煤分と、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】
前記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、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採用が検討されている。
【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。
【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前段に、フロースルー型の酸化触媒を別途配置し、パティキュレートの堆積量が増加してきた段階で前記酸化触媒より上流側の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、パティキュレートフィルタより上流側で添加された燃料（ＨＣ）が前段の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追加することで排気ガス中に燃料を添加すれば良い。
【００１０】
図３に示す如く、このようなパティキュレートフィルタ１を前段の酸化触媒２と一緒に排気管３の途中に装備するにあたっては、パティキュレートフィルタ１及び酸化触媒２をシェル４により抱持して排気管３の途中に装備し、このシェル４の入側に排気管３の内径ｄｐをシェル４の内径ｄｓまで漸増するよう排気ガス５の流れ方向に拡径するコーン６を介装するようにしている。
【００１１】
尚、このような前段の酸化触媒２とパティキュレートフィルタ１との配置状態について技術開示した先行技術文献情報としては、例えば、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２００６−７７５９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、従来においては、生産性や搭載性等の事情を考慮してコーン６の入口から酸化触媒２の入側端面までの距離Ｌを決定し、前段の酸化触媒２の触媒性能（貴金属量等）を調整することで排気浄化性能を満足させるようにしていた為、本来発揮されるべき触媒性能が十分に引き出されないまま高コストの貴金属等が過剰に使用されている虞れがあった。
【００１３】
本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、排気浄化性能を良好に維持しつつ触媒性能を必要十分な適正グレードに抑えてコストの削減化（貴金属量の削減）を図り得る排気浄化装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、排気ガスを通過させて浄化する排気浄化触媒をシェルにより抱持して排気管途中に装備し、このシェルの入側に排気管内径をシェル内径まで漸増するよう排気ガスの流れ方向に拡径するコーンを介装した排気浄化装置において、コーンの入口から排気浄化触媒の入側端面までの距離をシェル内径と排気管内径との差分で除算して無次元化した値が２．２〜４．０の範囲となるように設定したことを特徴とするものである。
【００１５】
而して、このように無次元化した値が２．２〜４．０の範囲となるように設定すれば、前記の無次元化した値を２．２より小さくした場合に生じる排気ガスの分散性の極端な悪化を未然に回避することが可能であり、本来発揮されるべき触媒性能が十分に引き出されて良好な排気浄化性能が得られることになる。
【００１６】
事実、本発明者による検証実験によれば、前記の無次元化した値を２．２より小さくした場合に、排気ガスの分散性が極端に悪化してしまうことが判明しており、また、前記の無次元化した値を２．２〜４．０の範囲とした場合には、排気ガスの分散性が十分に高いレベルで値の増加に伴い徐々に良化しつつほぼ横這いに推移することが判明している。
【００１７】
他方、この無次元化した値を４．０より大きくしても、コーンの入口から排気浄化触媒の入側端面までの距離が増えるばかりで、排気ガスの分散性の良化には殆ど寄与しないことが判明しており、車両への搭載性を悪化させてしまうことにしかならない。
【発明の効果】
【００１８】
上記した本発明の排気浄化装置によれば、コーンの入口から排気浄化触媒の入側端面までの距離をシェル内径と排気管内径との差分で除算して無次元化した値を２．２〜４．０の範囲となるように設定したことによって、排気ガスの分散性の極端な悪化を未然に回避しつつ該排気ガスの分散性を十分に高いレベルに確保することができ、本来発揮されるべき触媒性能を十分に引き出して良好な排気浄化性能を得ることができるので、その排気浄化性能を良好に維持しながらも触媒性能を必要十分な適正グレードに抑えることができてコストの削減化（貴金属量の削減）を図る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】
【００１９】
以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【００２０】
図１は本発明を実施する形態の一例を示すもので、先に説明した図３のものと略同様に、前段の酸化触媒２（排気ガスを通過させて浄化する排気浄化触媒）とパティキュレートフィルタ１とをシェル４により抱持して排気管３の途中に装備し、このシェル４の入側に排気管３の内径ｄｐをシェル４の内径ｄｓまで漸増するよう排気ガス５の流れ方向に拡径するコーン６を介装した排気浄化装置に関し、コーン６の入口から前段の酸化触媒２の入側端面までの距離Ｌをシェル４の内径ｄｓと排気管３の内径ｄｐとの差分で除算して無次元化した値ζが２．２〜４．０の範囲となるように設定している。
【００２１】
即ち、このように無次元化した値ζが２．２〜４．０の範囲となるように設定すれば、この値ζを２．２より小さくした場合に生じる排気ガス５の分散性の極端な悪化を未然に回避することが可能であり、本来発揮されるべき触媒性能が十分に引き出されて良好な排気浄化性能が得られることになる。
【００２２】
事実、本発明者による検証実験によれば、例えば、図２にグラフ（一様度［Uniformity Index］と値ζとの関係を示したもの）で示す如き実験結果が得られており、このグラフから明らかであるように、シェル４の内径ｄｓを大、中、小の三種類の何れとした場合でも、また、排気管３の内径ｄｐを現状のものより大きくした場合でも、前記の無次元化した値ζが２．２より小さくなると、排気ガス５の一様度が著しく低下して分散性が極端に悪化してしまうことが判明している。
【００２３】
ここで、シェル４の内径ｄｓが中のデータは、シェル４の内径ｄｓが１９９ｍｍで排気管３の内径ｄｐが５７．５ｍｍとした現状のものであり、シェル４の内径ｄｓが大のデータは、排気管３の内径ｄｐを現状の５７．５ｍｍとしたままシェル４の内径ｄｓを２５９ｍｍに拡大したものであり、シェル４の内径ｄｓが小のデータは、排気管３の内径ｄｐを現状の５７．５ｍｍとしたままシェル４の内径ｄｓを１５４ｍｍに縮小したものであり、排気管３の内径ｄｐが大のデータは、シェル４の内径ｄｓを現状の１９９ｍｍとしたまま排気管３の内径ｄｐを７７．０ｍｍに拡大したものである。
【００２４】
尚、一様度とは、排気ガス５の分散性を偏差的手法により評価したもので、下記の数１で示されるものである［γ：一様度、Ｗｉ:ローカル流速、Ｗｍｅａｎ:平均流速］。
【数１】
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【００２５】
この一様度における値は０〜１の範囲となり、一様度が１の時は、理想的な流れとなって担体内の軸方向流速が何処でも同じ流速となる状態を表し、一様度が０の時は、全流量が一つのセルに流れて他のセルの流速が０となる状態を表しており、通常の場合は０．７〜０．９８程度となる。
【００２６】
また、図２のグラフから判る通り、前記の無次元化した値ζを２．２〜４．０の範囲とした場合には、排気ガス５の分散性が十分に高いレベルで値ζの増加に伴い徐々に良化しつつほぼ横這いに推移することが判明している。
【００２７】
他方、この無次元化した値ζを４．０より大きくしても、コーン６の入口から酸化触媒２の入側端面までの距離Ｌが増えるばかりで、排気ガス５の分散性の良化には殆ど寄与しないことが判明しており、車両への搭載性を悪化させてしまうことにしかならない。
【００２８】
以上に述べた通り、上記形態例によれば、コーン６の入口から酸化触媒２の入側端面までの距離Ｌをシェル４の内径ｄｓと排気管３の内径ｄｐとの差分で除算して無次元化した値ζが２．２〜４．０の範囲となるように設定したことによって、排気ガス５の分散性の極端な悪化を未然に回避しつつ該排気ガス５の分散性を十分に高いレベルに確保することができ、本来発揮されるべき触媒性能を十分に引き出して良好な排気浄化性能を得ることができるので、その排気浄化性能を良好に維持しながらも触媒性能を必要十分な適正グレードに抑えることができてコストの削減化（貴金属量の削減）を図ることができる。
【００２９】
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、排気管途中に装備される排気浄化触媒は、必ずしもパティキュレートフィルタの前段に付帯装備される酸化触媒に限定されるものではなく、パティキュレートフィルタ自体を担体とした酸化触媒であっても良いし、ＮＯx吸蔵還元触媒、選択還元型触媒、三元触媒等といった様々な触媒であっても良いこと、その他、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】
【００３０】
【図１】本発明を実施する形態の一例を示す断面図である。
【図２】一様度と無次元化した値ζとの関係を示すグラフである。
【図３】前段の酸化触媒とパティキュレートフィルタの配置状態を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１  パティキュレートフィルタ
２  酸化触媒（排気ガスを通過させて浄化する排気浄化触媒）
３  排気管
４  シェル
５  排気ガス
６  コーン
Ｌ  コーンの入口から前段の酸化触媒の入側端面までの距離
ｄｐ  排気管の内径
ｄｓ  シェルの内径
【図１】
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【図２】
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【図３】
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