(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気管の途中に介装したフィルタケース内に触媒再生型のパティキュレートフィルタを装備した排気浄化装置であって、前記フィルタケース内におけるパティキュレートフィルタの入側端面に対し多数の連通孔を有する分散板を近接させて対向配置し、該分散板の各連通孔のうちの一部を前記パティキュレートフィルタの入側端面に向け口径が漸減するベルマウス形状にして排気ガスの流れを絞り込むノズル部となるように形成したことを特徴とする排気浄化装置。
【請求項２】
ノズル部の先端からパティキュレートフィルタの入側端面までの距離が前記ノズル部の先端口径の二倍以下となるように設定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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気浄化装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
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、例えばアルミナに白金を担持させたものに適宜な量のセリウム等の希土類元素を添加して成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、該パティキュレートフィルタに担持される酸化触媒には活性温度領域があり、この活性下限温度を下まわるような排気温度での運転状態が続くと、酸化触媒が活性化しない為にパティキュレートが良好に燃焼除去されないという不具合が起こり得るので、電気ヒータや燃料添加装置等を付属させて強制的な加熱を行うことが検討されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、電気ヒータや燃料添加装置等を付属させた場合には、電気ヒータに通電を行うための電気系統や、燃料添加装置に燃料を供給するための燃料系統等を新たに敷設しなければならず、これによりパティキュレートフィルタの再生に関するシステムが複雑なものとなってコストが高騰するという問題があり、他方、電気ヒータや燃料添加装置等による強制的な加熱を行わない場合には、パティキュレートフィルタが短期間に目詰まりしてしまうという問題があった。
【０００８】
本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、電気ヒータや燃料添加装置等の強制的な加熱手段を不要としてコストの低減化を図ると共に、短期間での目詰まりを確実に回避し得るようにすることを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、排気管の途中に介装したフィルタケース内に触媒再生型のパティキュレートフィルタを装備した排気浄化装置であって、前記フィルタケース内におけるパティキュレートフィルタの入側端面に対し多数の連通孔を有する分散板を近接させて対向配置し、該分散板の各連通孔のうちの一部を前記パティキュレートフィルタの入側端面に向け口径が漸減するベルマウス形状にして排気ガスの流れを絞り込むノズル部となるように形成したことを特徴とするものである。
【００１０】
而して、このようにすれば、内燃機関の軽負荷運転時等における排気温度の低い運転状態にあっても、フィルタケースに導入された排気ガスが分散板のノズル部を通過する際に、流れを絞り込まれて集中的にパティキュレートフィルタの入側端面に吹き付けられる結果、材質的に熱伝導性が極度に低いパティキュレートフィルタの入側端面に局所的な高温箇所が形成されることになる。
【００１１】
そして、この局所的な高温箇所が酸化触媒の活性下限温度以上となってパティキュレートが酸化すると、これを酸化起点として前記高温箇所が酸化反応の反応起点となり、その周囲が酸化反応熱で高温化することにより酸化反応が周辺部へ伝播してパティキュレートフィルタ全体のパティキュレートに燃え広がる結果、パティキュレートフィルタに捕集されているパティキュレートが良好に燃焼除去されることになる。
【００１２】
更に、本発明においては、ノズル部の先端からパティキュレートフィルタの入側端面までの距離が前記ノズル部の先端口径の二倍以下となるように設定されていることが好ましく、このようにすれば、通常の連通孔を通過した比較的温度の低い周囲の排気ガスが、ノズル部を通過して高温化した排気ガスの流れに混合し難くなり、ノズル部により流れを絞り込まれて高温化した排気ガスのみがパティキュレートフィルタの入側端面に集中的に吹き付けられることになるため、該パティキュレートフィルタの入側端面に局所的な高温箇所が形成され易くなる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【００１４】
図１〜図３は本発明を実施する形態の一例を示すもので、本形態例の排気浄化装置においては、図１に示す如き自動車のディーゼルエンジン１（内燃機関）から排気マニホールド２を介して排出された排気ガス３が流通している排気管４のマフラ５内に、酸化触媒を一体的に担持して成る触媒再生型のパティキュレートフィルタ６を収容させた場合を例示しており、該パティキュレートフィルタ６を抱持するフィルタケース７がマフラ５の外筒を成すようになっている。
【００１５】
即ち、図２に拡大して示す如く、マフラ５の入口パイプ８と出口パイプ９との間に、多数の連通孔１１ａ，１２ａを有する分散板１１，１２により画定された所要の大きさの収容空間１０が確保されており、この収容空間１０に前記パティキュレートフィルタ６が収容されるようになっている。
【００１６】
このパティキュレートフィルタ６は、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６ａ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６ａ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６ａを区画する多孔質薄壁６ｂを透過した排気ガス３のみが下流側へ排出されるようにしてある。
【００１７】
尚、フィルタケース７内において、パティキュレートフィルタ６は、その入側端面と出側端面の外縁をエンドプレート１３により掛止されて軸心方向への移動が拘束されるようになっていると共に、その外周面部分をクッション材１４により保持されるようになっており、このクッション材１４の軸心方向中間位置にはシール材１５が介装されて排気ガス３の迂回を阻止し得るようにしてある。
【００１８】
そして、本形態例においては、図３に拡大して示す如く、フィルタケース７内でパティキュレートフィルタ６の入側端面に対し近接して対向配置されている分散板１１の各連通孔１１ａのうちの一部が、前記パティキュレートフィルタ６の入側端面に向け口径が漸減するベルマウス形状にして排気ガス３の流れを絞り込むノズル部１６となるようにバーリング加工されており、ノズル部１６の先端からパティキュレートフィルタ６の入側端面までの距離Ｌが前記ノズル部１６の先端口径Ｄの二倍以下となるように設定されている。
【００１９】
而して、このようにすれば、ディーゼルエンジン１の軽負荷運転時等における排気温度の低い運転状態にあっても、フィルタケース７に導入された排気ガス３が分散板１１のノズル部１６を通過する際に、流れを絞り込まれて集中的にパティキュレートフィルタ６の入側端面に吹き付けられる結果、材質的に熱伝導性が極度に低いパティキュレートフィルタ６の入側端面に局所的な高温箇所が形成されることになる。
【００２０】
即ち、分散板１１に平面的に開けられた通常の連通孔１１ａが、見掛け上の加工直径Ｄに対し実質的に排気ガス３の流れが通過できる有効直径ｄが縮小されるのに対し、ノズル部１６では直径Ｄ0分の流路断面積に相当する排気ガス３の流れが円滑に先端口径Ｄまで絞り込まれてそのまま通過することになるため、ノズル部１６の先端からは、他の連通孔１１ａよりも数倍の流量の排気ガス３がパティキュレートフィルタ６の入側端面に向けて吹き出されることになる。
【００２１】
ここで、排気ガス３の温度Ｔと、排気圧力Ｐと、流量（体積）Ｖとには、熱力学的な下記の如き関係式
Ｐ・Ｖ／Ｔ＝一定
が決まっており、前述した如く、ノズル部１６の出側における排気ガス３の流量Ｖが大きくなれば、温度Ｔも大きく上昇することになるのである。
【００２２】
そして、パティキュレートフィルタ６の入側端面における局所的な高温箇所が酸化触媒の活性下限温度以上となってパティキュレートが酸化すると、これを酸化起点として前記高温箇所が酸化反応の反応起点となり、その周囲が酸化反応熱で高温化することにより酸化反応が周辺部へ伝播してパティキュレートフィルタ６全体のパティキュレートに燃え広がる結果、パティキュレートフィルタ６に捕集されているパティキュレートが良好に燃焼除去されることになる。
【００２３】
特に本形態例で説明した如く、ノズル部１６の先端からパティキュレートフィルタ６の入側端面までの距離Ｌが前記ノズル部１６の先端口径Ｄの二倍以下となるように設定されていると、通常の連通孔１１ａを通過した比較的温度の低い周囲の排気ガス３が、ノズル部１６を通過して高温化した排気ガス３の流れに混合し難くなり、ノズル部１６により流れを絞り込まれて高温化した排気ガス３のみがパティキュレートフィルタ６の入側端面に集中的に吹き付けられることになるため、該パティキュレートフィルタ６の入側端面に局所的な高温箇所が形成され易くなる。
【００２４】
従って、上記形態例によれば、ディーゼルエンジン１の軽負荷運転時等における排気温度の低い運転状態にあっても、排気ガス３の流れを分散板１１のノズル部１６により絞り込んでパティキュレートフィルタ６の入側端面に集中的に吹き付けることにより局所的な高温箇所を形成し、この局所的な高温箇所を酸化反応の反応起点としてパティキュレートフィルタ６全体に酸化反応を伝播させ、パティキュレートフィルタ６全体の触媒床温度を上昇させて酸化触媒を安定した活性状態に維持することができるので、パティキュレートフィルタ６に捕集されたパティキュレートを良好に燃焼除去することができ、これによって、電気ヒータや燃料添加装置等の強制的な加熱手段を不要としてコストの低減化を図ることができると共に、パティキュレートフィルタ６の短期間での目詰まりも確実に回避することができる。
【００２５】
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、フィルタケースには必ずしもマフラの外筒を利用しなくて良いこと、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。
【００２６】
【発明の効果】
上記した本発明の排気浄化装置によれば、内燃機関の軽負荷運転時等における排気温度の低い運転状態にあっても、排気ガスの流れを分散板のノズル部により絞り込んでパティキュレートフィルタの入側端面に集中的に吹き付けることにより局所的な高温箇所を形成し、この局所的な高温箇所を酸化反応の反応起点としてパティキュレートフィルタ全体に酸化反応を伝播させ、パティキュレートフィルタ全体の触媒床温度を上昇させて酸化触媒を安定した活性状態に維持することができるので、パティキュレートフィルタに捕集されたパティキュレートを良好に燃焼除去することができ、これによって、電気ヒータや燃料添加装置等の強制的な加熱手段を不要としてコストの低減化を図ることができると共に、パティキュレートフィルタの短期間での目詰まりも確実に回避することができるという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【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のフィルタケース内の構造の詳細を示す断面図である。
【図３】図２のノズル部の詳細を示す拡大図である。
【符号の説明】
３  排気ガス
４  排気管
６  パティキュレートフィルタ
７  フィルタケース
１１  分散板
１１ａ  連通孔
１６  ノズル部
【図１】
0003782698.tif 000002
【図２】
0003782698.tif 000003
【図３】
0003782698.tif 000004