(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ガス中の微粒子を捕集するために多孔質材料からなる隔壁により画成される複数の排気流通路を有し、これら排気流通路のうち一部においては該排気流通路を画成する隔壁の下流端部分が寄せ集められて互いに接合され、これにより該排気流通路の下流端開口が閉塞せしめられて該排気流通路がその上流端開口から排気ガスを流入させる排気ガス流入通路とされ、一方、残りの排気流通路においては該排気流通路を画成する隔壁の上流側部分が寄せ集められて互いに接合され、これにより該排気流通路の上流端開口が閉塞せしめられて該排気流通路がその下流端開口から排気ガスを流出させる排気ガス流出通路とされた排気浄化パティキュレートフィルタにおいて、上記排気ガス流入通路を画成する隔壁の下流側部分が寄せ集められて互いに接合されている長さよりも長い長さに亘って上記排気ガス流出通路を画成する隔壁の上流側部分が寄せ集められて互いに接合され、これにより各排気ガス流入通路がその下流側領域においては隔壁を介して排気ガス流出通路と隣り合い、その上流側領域においては隔壁を介して排気ガス流入通路とのみ隣り合い、排気ガス流入通路の上流側領域を画成する隔壁に微粒子を酸化することができる酸化物質が担持されていることを特徴とする排気浄化パティキュレートフィルタ。
【請求項２】
上記隔壁の部分が通路の流路断面が排気浄化パティキュレートフィルタの端面側ほど狭くなるように寄せ集められていることを特徴とする請求項１に記載の排気浄化パティキュレートフィルタ。
【請求項３】
上記隔壁に微粒子を酸化することができる酸化物質が担持された請求項１に記載の排気浄化パティキュレートフィルタにおいて、排気ガス流入通路の上流側領域を画成する隔壁に担持された酸化物質の量が残りの隔壁に担持された酸化物質の量よりも多いことを特徴とする排気浄化パティキュレートフィルタ。
【請求項４】
請求項３記載の排気浄化パティキュレートフィルタを製造する方法において、排気浄化パティキュレートフィルタ全体に酸化物質を担持させる工程と、排気ガス流入通路の上流端から予め定められた長さに亘って互いに接合されている隔壁にのみ酸化物質を担持させる工程とを具備する製造方法。
【請求項５】
排気ガス中の微粒子を捕集するために多孔質材料からなる隔壁により画成される複数の排気流通路を有し、これら排気流通路のうちの一部においては該排気流通路を画成する隔壁の下流側部分が寄せ集められて互いに接合され、これにより該排気流通路の下流端開口が閉塞せしめられて該排気流通路がその上流端開口から排気ガスを流入させる排気ガス流入通路とされ、残りの排気流通路においては該排気流通路を画成する隔壁の上流側部分が寄せ集められて互いに接合され、これにより該排気流通路の上流端開口が閉塞せしめられて該排気流通路がその下流端開口から排気ガスを流出させる排気ガス流出通路とされた排気浄化パティキュレートフィルタ基材において、上記排気ガス流入通路を画成する隔壁の下流側部分が寄せ集められて互いに接合されている長さよりも長い長さに亘って上記排気ガス流出通路を画成する隔壁の上流側部分が寄せ集められて互いに接合され、これにより各排気ガス流入通路がその下流側領域においては隔壁を介して排気ガス流出通路と隣り合い、その上流側領域においては隔壁を介して他の排気ガス流入通路とのみ隣り合うことを特徴とする排気浄化パティキュレートフィルタ基材。
【請求項６】
上記隔壁の部分が通路の流路断面が排気浄化パティキュレートフィルタの端面側ほど狭くなるように寄せ集められていることを特徴とする請求項５に記載の排気浄化パティキュレートフィルタ基材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は排気浄化パティキュレートフィルタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関から排出される排気ガス中の微粒子を捕集するためのパティキュレートフィルタが公知である。こうしたパティキュレートフィルタとしては多孔質の材料からハニカム構造体を形成し、このハニカム構造体の平行に延びる複数の通路（以下、フィルタ通路と称す）のうち幾つかのフィルタ通路をその上流端にて栓で塞ぐと共に残りのフィルタ通路をその下流端にて栓で塞ぎ、パティキュレートフィルタに流入した排気ガスがフィルタ通路を画成している壁（以下、フィルタ通路壁と称す）を必ず通ってからパティキュレートフィルタから流出するようにしたものが知られている。
【０００３】
このタイプのパティキュレートフィルタによれば排気ガスは必ずフィルタ通路壁を通り、その後にパティキュレートフィルタから流出するのでパティキュレートフィルタの微粒子捕集率は比較的高い。しかしながら微粒子を捕集するためにフィルタ通路壁の平均細孔径は非常に小さくされており、排気ガスはこのフィルタ通路壁を必ず通らなければならないのでパティキュレートフィルタによる圧損は高い。
【０００４】
そこで微粒子捕集率を高めつつも圧損上昇を抑制することを意図したパティキュレートフィルタが特表平８−５０８１９９号に開示されている。このパティキュレートフィルタではフィルタ通路は栓で塞がれるのではなくフィルタ通路壁の端部を寄せ集めてこれら端部同志を接続することにより塞がれている。すなわちフィルタ通路はフィルタ通路壁を構成する材料と同じ多孔質の材料により塞がれることとなる。このためこのパティキュレートフィルタにおいてはフィルタ通路を塞ぐ壁も排気ガスを通すことができるのでその分だけ圧損上昇が抑制される。
【０００５】
ところでこうしたパティキュレートフィルタでは捕集した微粒子がフィルタ通路壁上に徐々に堆積し、やがては微粒子がフィルタ通路壁の細孔を塞いでしまう。この場合、パティキュレートフィルタによる圧損は非常に高くなる。そこでパティキュレートフィルタに捕集された微粒子を燃焼除去するためにフィルタ通路壁の細孔内に微粒子を燃焼させるための触媒を担持したフィルタが特開平９−９４４３３号公報に開示されている。これによればパティキュレートフィルタに捕集された微粒子は触媒により燃焼除去されるのでフィルタ通路壁上に大量の微粒子が堆積してしまうことはない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで上述したタイプのパティキュレートフィルタでは、上流側が開口しているフィルタ通路の上流側領域の通路壁面に微粒子が多く捕集される傾向にある。この場合、上流側領域のフィルタ通路壁の細孔が微粒子により塞がれ、パティキュレートフィルタによる圧損が大きくなってしまう。
【０００７】
このことを回避するためには微粒子を燃焼除去するための触媒を上流側領域のフィルタ通路壁に多く担持させるということが考えられる。しかしながら、担持させる触媒の量を多くすると微粒子が堆積することによる圧損の上昇は抑えられるが、逆にパティキュレートフィルタによる潜在的な圧損は高くなってしまう。パティキュレートフィルタにおいては圧損を或る一定の値以下に抑えなければならないという要請があることからフィルタ通路壁に担持させることができる触媒の量には上限がある。すなわち、従来の技術では、パティキュレートフィルタによる圧損をその使用中においても常に低い値に維持することは困難である。そこで本発明の目的はパティキュレートフィルタによる圧損を常に低い値に維持することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための１番目の発明では、排気ガス中の微粒子を捕集するために多孔質材料からなる隔壁により画成される複数の排気流通路を有し、これら排気流通路のうち一部においては該排気流通路を画成する隔壁の下流端部分が寄せ集められて互いに接合され、これにより該排気流通路の下流端開口が閉塞せしめられて該排気流通路がその上流端開口から排気ガスを流入させる排気ガス流入通路とされ、一方、残りの排気流通路においては該排気流通路を画成する隔壁の上流側部分が寄せ集められて互いに接合され、これにより該排気流通路の上流端開口が閉塞せしめられて該排気流通路がその下流端開口から排気ガスを流出させる排気ガス流出通路とされた排気浄化パティキュレートフィルタにおいて、上記排気ガス流入通路を画成する隔壁の下流側部分が寄せ集められて互いに接合されている長さよりも長い長さに亘って上記排気ガス流出通路を画成する隔壁の上流側部分が寄せ集められて互いに接合され、これにより各排気ガス流入通路がその下流側領域においては隔壁を介して排気ガス流出通路と隣り合い、その上流側領域においては隔壁を介して排気ガス流入通路とのみ隣り合い、排気ガス流入通路の上流側領域を画成する隔壁に微粒子を酸化することができる酸化物質が担持されている。
【００１１】
２番目の発明では１番目の発明において、上記隔壁の部分が通路の流路断面が排気浄化パティキュレートフィルタの端面側ほど狭くなるように寄せ集められている。
【００１２】
３番目の発明では１番目の発明において、上記隔壁に微粒子を酸化することができる酸化物質が担持されており、排気ガス流入通路の上流側領域を画成する隔壁に担持された酸化物質の量が残りの隔壁に担持された酸化物質の量よりも多い。
【００１３】
４番目の発明では３番目の発明の排気浄化パティキュレートフィルタを製造する方法において、排気浄化パティキュレートフィルタ全体に酸化物質を担持させる工程と、排気ガス流入通路の上流端から予め定められた長さに亘って互いに接合されている隔壁にのみ酸化物質を担持させる工程とを具備する。
【００１４】
５番目の発明では、排気ガス中の微粒子を捕集するために多孔質材料からなる隔壁により画成される複数の排気流通路を有し、これら排気流通路のうちの一部においては該排気流通路を画成する隔壁の下流側部分が寄せ集められて互いに接合され、これにより該排気流通路の下流端開口が閉塞せしめられて該排気流通路がその上流端開口から排気ガスを流入させる排気ガス流入通路とされ、残りの排気流通路においては該排気流通路を画成する隔壁の上流側部分が寄せ集められて互いに接合され、これにより該排気流通路の上流端開口が閉塞せしめられて該排気流通路がその下流端開口から排気ガスを流出させる排気ガス流出通路とされた排気浄化パティキュレートフィルタ基材において、上記排気ガス流入通路を画成する隔壁の下流側部分が寄せ集められて互いに接合されている長さよりも長い長さに亘って上記排気ガス流出通路を画成する隔壁の上流側部分が寄せ集められて互いに接合され、これにより各排気ガス流入通路がその下流側領域においては隔壁を介して排気ガス流出通路と隣り合い、その上流側領域においては隔壁を介して他の排気ガス流入通路とのみ隣り合う。
【００１５】
６番目の発明では５番目の発明において、上記隔壁の部分が通路の流路断面が排気浄化パティキュレートフィルタの端面側ほど狭くなるように寄せ集められている。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。図１（Ａ）はパティキュレートフィルタの端面図であり、図１（Ｂ）はパティキュレートフィルタの縦断面図である。図１（Ａ）および図１（Ｂ）に示したようにパティキュレートフィルタ２２は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の排気流通路５０，５１を具備する。これら排気流通路はその下流端開口がテーパ壁５２により完全に閉塞された排気ガス流入通路５０と、その上流端開口がテーパ壁５３により完全に閉塞された排気ガス流出通路５１とにより構成される。すなわち排気流通路のうち一部の排気流通路５０、本実施例では隣接する２つの排気流通路のうちの一方はその下流端にてテーパ壁５２により閉塞され、残りの排気通路５１、本実施例では隣接する２つの排気流通路のうちの他方はその上流端にてテーパ壁５３により閉塞されている。
【００１７】
ところで、本実施例のパティキュレートフィルタ２２では、上流側のテーパ壁５３よりも下流側の領域においては、排気ガス流入通路５０および排気ガス流出通路５１は薄肉の隔壁５４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５０および排気ガス流出通路５１は各排気ガス流入通路５０が４つの排気ガス流出通路５１により包囲され、各排気ガス流出通路５１が４つの排気ガス流入通路５０により包囲されるように配置される。
【００１８】
一方、上流側のテーパ壁５３よりも上流側の領域においては、排気ガス流入通路５０は隔壁５４ａを介して別の排気ガス流入通路５０にのみ隣接する。云い換えると、排気ガス流入通路５０は４つの排気ガス流入通路５０により包囲されている。
【００１９】
パティキュレートフィルタ２２は、例えば、コージライトのような多孔質材料から形成されている。したがって、排気ガス流入通路５０内に流入した排気ガスは、パティキュレートフィルタ２２の下流側領域において、図１（Ｂ）において矢印で示したように、周囲の隔壁５４内を通って隣接する排気ガス流出通路５１内に流入する。
【００２０】
もちろん、テーパ壁５２，５３も隔壁５４の一部であるのでこれらテーパ壁５２，５３も隔壁５４と同じ多孔質の材料から形成されており、したがって排気ガスは図２（Ｂ）において矢印で示したようにテーパ壁５３を通って排気ガス流出通路５１内に流入し、また図２（Ａ）において矢印で示したようにテーパ壁５２を通って排気ガス流入通路５０から流出する。
【００２１】
このようにパティキュレートフィルタ２２の排気流通路５０，５１を閉塞する部分５２，５３が排気ガスを通過させることができるので、その分だけ、パティキュレートフィルタ２２による圧損が低くなる。
【００２２】
一方、上流側のテーパ壁５３よりも上流側の領域の隔壁５４ａも下流側の領域の隔壁５４と同様に多孔質材料から形成されている。したがって、上流側のテーパ壁５３よりも上流側の領域においても、理論的には排気ガス流入通路５０内に流入した排気ガスは周囲の隔壁５４ａを通って隣接する排気ガス流入通路５０に流入することはできるはずである。しかしながら、隣接する排気ガス流入通路５０内の圧力は略等しいので、実際には、上流側のテーパ壁５３よりも上流側の領域においては、排気ガスは隔壁５４ａを介して排気ガス流入通路５０間を行き交うことは極めて少ない。
【００２３】
ところで、排気ガス流入通路５０をその下流端にて閉塞しているテーパ壁５２は、下流へ向かって流路断面積が徐々に小さくなるように四角錐状に狭まる形状をしている。したがって、４つのテーパ壁５２により囲まれて形成される排気ガス流出通路５１の出口は、下流へ向かって流路断面積が徐々に大きくなるように四角錐状に広がる形状をしている。これによれば、図３（Ａ）に示したように排気ガス流出通路の出口が構成されている場合に比べて、排気ガスはパティキュレートフィルタから流出しやすい。
【００２４】
すなわち、図３（Ａ）に示したパティキュレートフィルタでは排気ガス流入通路の下流端開口が栓７０により閉塞され、排気ガス流出通路はその出口まで直線的に延びる。この場合、排気ガス流出通路の出口から流出した排気ガスの一部が栓７０の下流端面に沿って流れ、したがって、排気ガス流出通路の出口近傍に乱流７１が形成される。このように乱流が形成されると、排気ガスは排気ガス流出通路から流出しづらくなる。
【００２５】
一方、本発明のパティキュレートフィルタでは、図２（Ａ）に示したように排気ガスは乱流となることなく排気ガス流出通路５１から流出することができる。
【００２６】
こうした理由から、本発明によれば、排気ガスはパティキュレートフィルタから比較的流出しやすい。したがってこれによってもパティキュレートフィルタ２２による圧損が低い値とされる。
【００２７】
一方、排気ガス流出通路５１をその上流端にて閉塞しているテーパ壁５３は、上流へ向かって流路断面積が徐々に小さくなるように四角錐状に狭まる形状をしている。したがって、４つのテーパ壁５３により囲まれて形成される排気ガス流入通路５０の領域は、上流へ向かって流路断面積が徐々に大きくなるように四角錐状に広がる形状をしている。これによれば、図３（Ｂ）に示したように排気ガス流入通路の入口が構成されている場合に比べて、排気ガスは滑らかに下流側の排気ガス流入通路５０に流入しやすい。
【００２８】
すなわち、図３（Ｂ）に示したパティキュレートフィルタでは、排気ガス流出通路の上流端開口が栓７２により閉塞される。この場合、７３で示したように排気ガスの一部が栓７２に衝突するので、パティキュレートフィルタによる圧損が大きくなる。また、栓７２近傍から排気ガス流入通路に流入する排気ガスは７４で示したように入口近傍にて乱流となり、このため、排気ガスは排気ガス流入通路に流入しづらくなる。
【００２９】
一方、本発明のパティキュレートフィルタ２２では、図２（Ｂ）に示したように排気ガスは乱流となることなく上流側の排気ガス流入通路５０から下流側の排気ガス流入通路５０に流入することができる。
【００３０】
こうした理由から、本発明によれば排気ガスは滑らかに下流側の排気ガス流入通路５０に流入しやすい。したがってこれによってもパティキュレートフィルタ２２による圧損が低い値とされる。
【００３１】
さらに、図３に示したパティキュレートフィルタでは、排気ガス中の微粒子は栓７２の上流端面およびその近傍の隔壁の表面に多く堆積しやすい。これは排気ガスが栓７２に衝突し、しかも栓７２近傍にて排気ガスが乱流となることに起因する。ところが、本発明のパティキュレートフィルタ２２では、テーパ壁５３が四角錐状であるので、排気ガスが強く衝突する上流端面が存在せず、しかも上流端面近傍にて排気ガスは乱流とはならない。したがって、本発明によれば、微粒子がパティキュレートフィルタ２２の上流側領域に多く堆積することはない。
【００３２】
もちろん、排気ガス流入通路５０の入口領域には上流側の隔壁５４ａの端部が排気ガスが強く衝突する上流端面となる。しかしながら、この上流端面の面積は図３に示したパティキュレートフィルタにおける上流端面の面積よりも非常に小さい。このため、本実施例において上流端面近傍にて排気ガスが乱流となることは少ない。したがって、本発明によれば、微粒子がパティキュレートフィルタ２２の上流側領域に多く堆積することはない。
【００３３】
なお、テーパ壁５２，５３はパティキュレートフィルタ２２の外側に向かって徐々に狭まる形状であれば四角錐状以外の形状、例えば円錐状や六角錐状であってもよい。
【００３４】
次に、本発明のパティキュレートフィルタの作用と効果について説明する。パティキュレートフィルタ２２においては、圧損が潜在的に低くなるように構成し、さらにパティキュレートフィルタ２２の使用中において圧損が潜在的に達成可能な値から大きくずれないようにすることがその性能上は重要である。
【００３５】
すなわち、例えば内燃機関がパティキュレートフィルタを備えている場合、その内燃機関の運転制御はパティキュレートフィルタの潜在的な圧損とを考慮して設定される。このため、たとえパティキュレートフィルタが圧損が低くなるように構成されているとしても、その使用中に圧損が潜在的に達成可能な値からずれると内燃機関全体としてはその性能が低下してしまう。
【００３６】
そこで上記目的を達成するために、パティキュレートフィルタ２２の排気流通路の端部を画成する壁をテーパ状の壁とすることにより排気ガスが乱流となることを防止し、これによりパティキュレートフィルタ２２による圧損が潜在的に低くなるようにしている。
【００３７】
このように本発明によれば、パティキュレートフィルタ２２の圧損を潜在的に低くするために、多孔質材料からなるテーパ壁５２，５３により排気流通路５０，５１を閉塞するという構成から特有に生じるパティキュレートフィルタ使用中における圧損の達成可能な値からのずれが良好に回避される。
【００３８】
さらに、本実施例では、上流側の隔壁５４ａには下流側の隔壁５４およびテーパ壁５２，５３に担持される酸化物質の量よりも多い量の酸化物質が担持される。上述したように、パティキュレートフィルタ２２の上流側の領域においては、排気ガス流入通路５０同志が隔壁５４ａを介して隣り合っており、これら隣り合う排気ガス流入通路５０内の圧力が略等しいので排気ガスは隔壁５４ａを通過することは極めて少ない。
【００３９】
したがって、上流側の隔壁５４ａに酸化物質を多量に担持させ、これにより、隔壁５４ａの平均細孔径が非常に小さくなってしまったとしてもパティキュレートフィルタ２２による圧損の上昇はほとんどない。云い換えれば、本発明のように、パティキュレートフィルタを構成した場合、パティキュレートフィルタによる圧損を上昇させることなく微粒子の酸化除去能力を上昇させることができる。
【００４０】
これによれば、特に、排気ガス中に含まれている可溶性有機物質（ＳＯＦ）が排気ガス流入通路５０の上流側領域において速やかに酸化除去される。可溶性有機物質は、微粒子同士を付着させる性質がある。したがって、パティキュレートフィルタ２２の隔壁の上流側領域に付着した可溶性有機物質が除去されていないと、微粒子同士がこの可溶性有機物質によって付着し、斯くして付着した微粒子によって、パティキュレートフィルタ２２の排気ガス流入通路５０がその上流側領域において閉塞されてしまう可能性がある。ところが本実施例によれば、可溶性有機物質が排気ガス流入通路５０の上流側領域において速やかに酸化除去されるので、排気ガス流入通路５０が微粒子によってその上流側領域において閉塞されることが抑制される。
【００４１】
なお、上述した実施例では、パティキュレートフィルタの上流端の開口と下流端の開口とが完全に閉塞されているが、本発明の考え方は上流端の開口および下流端の開口のいずれか一方のみが完全に閉塞されるパティキュレートフィルタにも適用可能である。
【００４２】
次に、本実施例のパティキュレートフィルタの製造方法について簡単に説明する。始めに、コージライトなどの多孔質材料から予備成形体として図４に示したような円筒形のハニカム構造体８０が押出成形される。ハニカム構造体８０は断面が正方形の複数の排気流通路を有し、これら排気流通路の一部はパティキュレートフィルタ２２の排気ガス流入通路５０となり、残りの排気流通路はパティキュレートフィルタ２２の排気ガス流出通路５１となる。
【００４３】
次に、図５（Ａ）に示した型９０を用いてハニカム構造体８０にテーパ壁５２，５３が形成される。図５に示したように型９０は四角錐状の複数の突起９１と、各突起９１と一体的な直方体部分９４とを有する。直方体部分９４間には溝９３が形成されている。図５（Ｂ）に１つの突起９１とこれに一体的な直方体部分９４とを示した。
【００４４】
始めに、型９０は図４に示したようにハニカム構造体８０の上流端面に押し付けられる。なおこのとき型９０は所定の排気流通路、ここでは排気ガス流入通路５０に突起９１が挿入されるようにハニカム構造体８０の上流端面に押し付けられる。
【００４５】
型９０がハニカム構造体８０の上流端面に押し付けられると排気ガス流出通路５１を画成する隔壁５４が寄せ集められて上流側のテーパ壁５３が形成され、このテーパ壁５３により排気ガス流出通路５１の上流端が完全に閉塞される。
【００４６】
さらに型９０がハニカム構造体８０の上流端面に押し付けられると排気ガス流出通路５１を画成していた隔壁５４が型９０の溝９３内に入り込み、一体をなす上流側の隔壁５４ａとなる。ここで隔壁５４ａの長さが所定の長さとなったところで型９０の押し付けが終了される。このように本実施例によれば、比較的長い所定の長さの隔壁５４ａによって排気ガス流出通路５１が閉塞されるので、仮に、上流側領域における隔壁５４同士の一体化が一部において達成されていなくても、排気ガス流出通路５１は確実に閉塞されることなる。
【００４７】
次に、型９０はハニカム構造体８０の下流端面に押し付けられる。なお、このとき型９０は所定の排気流通路、ここでは、排気ガス流出通路５１に突起９１が挿入されるようにハニカム構造体８０の下流端面に押し付けられる。
【００４８】
型９０がハニカム構造体８０の下流端面に押し付けられると排気ガス流入通路５０を画成する隔壁５４が寄せ集められて下流側のテーパ壁５２が形成され、このテーパ壁５２により排気ガス流入通路５０の下流端が完全に閉塞される。ここで型９０の押し付けは終了される。
【００４９】
次に斯くして形成されたハニカム構造体８０が乾燥せしめられる。さらに乾燥せしめられたハニカム構造体８０が焼成せしめられる。
【００５０】
次いで焼成せしめられたハニカム構造体８０をパティキュレートフィルタ基材としてその全体に酸化物質が担持される。次いでハニカム構造体８０の上流側の隔壁５４ａにのみ酸化物質が担持される。すなわちハニカム構造体８０の上流側の隔壁５４ａには二度に亘って酸化物質が担持される。
【００５１】
こうしてパティキュレートフィルタ２２の端部開口は隔壁５４と同じ多孔質の材料にて構成されたテーパ壁５２，５３により端部が閉塞される。したがって上述したようにハニカム構造体８０の端面に型９０を押し付けるという極めて簡単な方法によりパティキュレートフィルタ２２の排気流通路５０，５１を隔壁５４と同じ材料にて閉塞することができる。
【００５２】
なお２つの型９０を用意し、これら型９０をハニカム構造体８０の各端面に同時に押し付けることによりパティキュレートフィルタ２２を製造するようにしてもよい。
【００５３】
最後にパティキュレートフィルタ２２に担持された酸化物質について詳細に説明する。本実施例では各排気ガス流入通路５０および各排気ガス流出通路５１の周壁面、すなわち各隔壁５４の両側表面およびその内部に形成された細孔内、テーパ壁５２，５３の両側表面およびその内部に形成された細孔内に全面に亘って例えばアルミナからなる担体の層が形成されており、この担体上に貴金属触媒と、周囲に過剰酸素が存在すると酸素を取り込んで酸素を保持し且つ周囲の酸素濃度が低下すると保持している酸素を活性酸素の形で放出する活性酸素放出剤とが担持されている。本実施例の酸化物質はこの活性酸素放出剤である。
【００５４】
本実施例では貴金属触媒として白金Ｐｔが用いられており、活性酸素放出剤としてカリウムＫ、ナトリウムＮａ、リチウムＬｉ、セシウムＣｓ、ルビジウムＲｂのようなアルカリ金属、バリウムＢａ、カルシウムＣａ、ストロンチウムＳｒのようなアルカリ土類金属、ランタンＬａ、イットリウムＹ、セリウムＣｅのような希土類、鉄Ｆｅのような遷移金属、およびスズＳｎのような炭素族元素から選ばれた少なくとも一つが用いられている。
【００５５】
なお活性酸素放出剤としてはカルシウムＣａよりもイオン化傾向の高いアルカリ金属またはアルカリ土類金属、すなわちカリウムＫ、リチウムＬｉ、セシウムＣｓ、ルビジウムＲｂ、バリウムＢａ、ストロンチウムＳｒを用いることが好ましい。
【００５６】
次にパティキュレートフィルタ２２による排気ガス中の微粒子除去作用について担体上に白金ＰｔおよびカリウムＫを担持させた場合を例にとって説明するが他の貴金属、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類、遷移金属を用いても同様な微粒子除去作用が行われる。
【００５７】
例えばパティキュレートフィルタ２２に流入する排気ガスが空気過剰のもとで燃焼が行われる圧縮着火式内燃機関から排出されるガスであるとして説明すると、パティキュレートフィルタ２２に流入する排気ガスは多量の過剰空気を含んでいる。すなわち吸気通路および燃焼室５内に供給された空気と燃料との比を排気ガスの空燃比と称すると圧縮着火式内燃機関では排気ガスの空燃比はリーンとなっている。また圧縮着火式内燃機関の燃焼室内ではＮＯが発生するので排気ガス中にはＮＯが含まれている。また燃料中には硫黄成分Ｓが含まれており、この硫黄成分Ｓは燃焼室内で酸素と反応してＳＯ2となる。したがって排気ガス中にはＳＯ2が含まれている。このため過剰酸素、ＮＯおよびＳＯ2を含んだ排気ガスがパティキュレートフィルタ２２の排気ガス流入通路５０内に流入することになる。
【００５８】
図６（Ａ）および（Ｂ）は排気ガス流入通路５０の内周面上に形成された担体層の表面の拡大図を模式的に表わしている。なお図６（Ａ）および（Ｂ）において６０は白金Ｐｔの粒子を示しており、６１はカリウムＫを含んでいる活性酸素放出剤を示している。
【００５９】
上述したように排気ガス中には多量の過剰酸素が含まれているので排気ガスがパティキュレートフィルタ２２の排気ガス流入通路５０内に流入すると図６（Ａ）に示したようにこれら酸素Ｏ2がＯ2-またはＯ2-の形で白金Ｐｔの表面に付着する。一方、排気ガス中のＮＯは白金Ｐｔの表面上でＯ2-またはＯ2-と反応し、ＮＯ2となる（２ＮＯ＋Ｏ2→２ＮＯ2）。次いで生成されたＮＯ2の一部は白金Ｐｔ上で酸化されつつ活性酸素放出剤６１内に吸収され、カリウムＫと結合しながら図６（Ａ）に示したように硝酸イオンＮＯ3-の形で活性酸素放出剤６１内に拡散し、硝酸カリウムＫＮＯ3を生成する。
【００６０】
一方、上述したように排気ガス中にはＳＯ2も含まれており、このＳＯ2もＮＯと同様なメカニズムにより活性酸素放出剤６１内に吸収される。すなわち上述したように酸素Ｏ2がＯ2-またはＯ2-の形で白金Ｐｔの表面に付着しており、排気ガス中のＳＯ2は白金Ｐｔの表面でＯ2-またはＯ2-と反応してＳＯ3となる。次いで生成されたＳＯ3の一部は白金Ｐｔ上でさらに酸化されつつ活性酸素放出剤６１内に吸収され、カリウムＫと結合しながら硫酸イオンＳＯ42-の形で活性酸素放出剤６１内に拡散し、硫酸カリウムＫ2ＳＯ4を生成する。このようにして活性酸素放出剤６１内には硝酸カリウムＫＮＯ3および硫酸カリウムＫ2ＳＯ4が生成される。
【００６１】
一方、燃焼室５内においては主にカーボンＣからなる微粒子が生成され、したがって排気ガス中にはこれら微粒子が含まれている。排気ガス中に含まれているこれら微粒子は排気ガスがパティキュレートフィルタ２２の排気ガス流入通路５０内を流れているとき、或いは排気ガス流入通路５０から排気ガス流出通路５１に向かうときに図６（Ｂ）において６２で示したように担体層の表面、例えば活性酸素放出剤６１の表面上に接触し、付着する。
【００６２】
このように微粒子６２が活性酸素放出剤６１の表面上に付着すると微粒子６２と活性酸素放出剤６１との接触面では酸素濃度が低下する。酸素濃度が低下すると酸素濃度の高い活性酸素放出剤６１内との間で濃度差が生じ、斯くして活性酸素放出剤６１内の酸素が微粒子６２と活性酸素放出剤６１との接触面に向けて移動しようとする。その結果、活性酸素放出剤６１内に形成されている硝酸カリウムＫＮＯ3がカリウムＫと酸素ＯとＮＯとに分解され、酸素Ｏが微粒子６２と活性酸素放出剤６１との接触面に向かい、その一方でＮＯが活性酸素放出剤６１から外部に放出される。外部に放出されたＮＯは下流側の白金Ｐｔ上において酸化され、再び活性酸素放出剤６１内に吸収される。
【００６３】
またこのとき活性酸素放出剤６１内に形成されている硫酸カリウムＫ2ＳＯ4もカリウムＫと酸素ＯとＳＯ2とに分解され、酸素Ｏが微粒子６２と活性酸素放出剤６１との接触面に向かい、その一方でＳＯ2が活性酸素放出剤６１から外部に放出される。外部に放出されたＳＯ2は下流側の白金Ｐｔ上において酸化され、再び活性酸素放出剤６１内に吸収される。ただし硫酸カリウムＫ2ＳＯ4は安定で分解しづらいので硫酸カリウムＫ2ＳＯ4は硝酸カリウムＫＮＯ3よりも活性酸素を放出しづらい。
【００６４】
また活性酸素放出剤６１は上述したようにＮＯXを硝酸イオンＮＯ3-の形で吸収するときにも酸素との反応過程において活性な酸素を生成し放出する。同様に活性酸素放出剤６１は上述したようにＳＯ2を硫酸イオンＳＯ42-の形で吸収するときにも酸素との反応過程において活性な酸素を生成し放出する。
【００６５】
ところで微粒子６２と活性酸素放出剤６１との接触面に向かう酸素Ｏは硝酸カリウムＫＮＯ3や硫酸カリウムＫ2ＳＯ4のような化合物から分解された酸素である。化合物から分解された酸素Ｏは高いエネルギを有しており、極めて高い活性を有する。したがって微粒子６２と活性酸素放出剤６１との接触面に向かう酸素は活性酸素Ｏとなっている。同様に活性酸素放出剤６１におけるＮＯXと酸素との反応過程、或いはＳＯ2と酸素との反応過程にて生成される酸素も活性酸素となっている。これら活性酸素Ｏが微粒子６２に接触すると微粒子６２は短時間（数秒〜数十分）のうちに輝炎を発することなく酸化せしめられ、微粒子６２は完全に消滅する。したがって微粒子６２がパティキュレートフィルタ２２上に堆積することはほとんどない。
【００６６】
従来のようにパティキュレートフィルタ２２上に積層状に堆積した微粒子が燃焼せしめられるときにはパティキュレートフィルタ２２が赤熱し、火炎を伴って燃焼する。このような火炎を伴う燃焼は高温でないと持続せず、したがってこのような火炎を伴なう燃焼を持続させるためにはパティキュレートフィルタ２２の温度を高温に維持しなければならない。
【００６７】
これに対して本発明では微粒子６２は上述したように輝炎を発することなく酸化せしめられ、このときパティキュレートフィルタ２２の表面が赤熱することもない。すなわち云い換えると本発明では従来に比べてかなり低い温度でもって微粒子６２が酸化除去せしめられている。したがって本発明による輝炎を発しない微粒子６２の酸化による微粒子除去作用は火炎を伴う従来の燃焼による微粒子除去作用と全く異なっている。
【００６８】
ところで白金Ｐｔおよび活性酸素放出剤６１はパティキュレートフィルタ２２の温度が高くなるほど活性化するのでパティキュレートフィルタ２２上において単位時間当りに輝炎を発することなく酸化除去可能な酸化除去可能微粒子量はパティキュレートフィルタ２２の温度が高くなるほど増大する。
【００６９】
図８の実線は単位時間当りに輝炎を発することなく酸化除去可能な酸化除去可能微粒子量Ｇを示している。なお図８において横軸はパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦを示している。単位時間当りにパティキュレートフィルタ２２に流入する微粒子の量を流入微粒子量Ｍと称するとこの流入微粒子量Ｍが酸化除去可能微粒子Ｇよりも少ないとき、すなわち図８の領域Ｉにあるときにはパティキュレートフィルタ２２に流入した全ての微粒子がパティキュレートフィルタ２２に接触すると短時間（数秒から数十分）のうちにパティキュレートフィルタ２２上において輝炎を発することなく酸化除去せしめられる。
【００７０】
これに対して流入微粒子量Ｍが酸化除去可能微粒子量Ｇよりも多いとき、すなわち図８の領域IIにあるときには全ての微粒子を酸化するには活性酸素量が不足している。図７（Ａ）〜（Ｃ）はこのような場合の微粒子の酸化の様子を示している。すなわち全ての微粒子を酸化するには活性酸素量が不足している場合には図７（Ａ）に示したように微粒子６２が活性酸素放出剤６１上に付着すると微粒子６２の一部のみが酸化され、十分に酸化されなかった微粒子部分が担体層上に残留する。次いで活性酸素量が不足している状態が継続すると次から次へと酸化されなかった微粒子部分が担体層上に残留し、その結果、図７（Ｂ）に示したように担体層の表面が残留微粒子部分６３により覆われるようになる。
【００７１】
担体層の表面が残留微粒子部分６３によって覆われてしまうと、白金ＰｔによるＮＯ，ＳＯ２の酸化作用、および活性酸素放出剤６１による活性酸素の放出作用が行われづらくなり、しかも、これら酸化作用および放出作用が行われたとしても、残留微粒子部分６３の大部分は白金Ｐｔから離れており、したがって、白金Ｐｔの酸化作用を受けづらくなっている。このため、残留微粒子部分６３は酸化されることなくそのまま残り、次にこの残留微粒子６３上に堆積した微粒子６４も、同様な理由から、酸化されることなくそのまま残る。斯くして、図７（Ｃ）に示したように、残留微粒子部分６３の上に別の微粒子６４が次から次へと堆積する。すなわち、微粒子が積層状に堆積することとなる。
【００７２】
このように微粒子が積層状に堆積すると微粒子６４はもはや活性酸素Ｏにより酸化されることがなく、したがってこの微粒子６４上にさらに別の微粒子が次から次へと堆積する。すなわち流入微粒子量Ｍが酸化除去可能微粒子量Ｇよりも多い状態が継続するとパティキュレートフィルタ２２上には微粒子が積層状に堆積し、斯くして排気ガス温を高温にするか、或いはパティキュレートフィルタ２２の温度を高温にしない限り、堆積した微粒子を着火燃焼させることができなくなる。
【００７３】
このように図８の領域Ｉでは微粒子はパティキュレートフィルタ２２上において輝炎を発することなく短時間のうちに酸化せしめられ、図８の領域IIでは微粒子がパティキュレートフィルタ２２上に積層状に堆積する。したがって微粒子がパティキュレートフィルタ２２上に積層状に堆積しないようにするためには流入微粒子量Ｍが常時、酸化除去可能微粒子量Ｇよりも少ない必要がある。
【００７４】
図８から判るように本発明の実施例で用いられているパティキュレートフィルタ２２ではパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦがかなり低くても微粒子を酸化させることが可能であり、したがって流入微粒子量Ｍおよびパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦは流入微粒子量Ｍが酸化除去可能微粒子量Ｇよりも常時、少なくなるように維持されている。
【００７５】
このように流入微粒子量Ｍが酸化除去可能微粒子量Ｇよりも常時、少ないとパティキュレートフィルタ２２上に微粒子がほとんど堆積せず、斯くして背圧がほとんど上昇しない。
【００７６】
一方、前述したようにいったん微粒子がパティキュレートフィルタ２２上において積層状に堆積するとたとえ流入微粒子量Ｍが酸化除去可能微粒子量Ｇよりも少なくなったとしても活性酸素Ｏにより微粒子を酸化させることは困難である。しかしながら酸化されなかった微粒子部分が残留し始めているとき、すなわち微粒子が一定限度以下しか堆積していないときに流入微粒子量Ｍが酸化除去可能微粒子量Ｇよりも少なくなるとこの残留微粒子部分は活性酸素Ｏにより輝炎を発することなく酸化除去される。
【００７７】
ところでパティキュレートフィルタ２２が内燃機関の排気通路に配置されて利用される場合を考えると燃料や潤滑油はカルシウムＣａを含んでおり、したがって排気ガス中にカルシウムＣａが含まれている。このカルシウムＣａはＳＯ3が存在すると硫酸カルシウムＣａＳＯ4を生成する。この硫酸カルシウムＣａＳＯ4は固体であって高温になっても熱分解しない。したがって硫酸カルシウムＣａＳＯ4が生成されるとこの硫酸カルシウムＣａＳＯ4によってパティキュレートフィルタ２２の細孔が閉塞されてしまい、その結果、排気ガスがパティキュレートフィルタ２２内を流れづらくなる。
【００７８】
この場合、活性酸素放出剤６１としてカルシウムＣａよりもイオン化傾向の高いアルカリ金属またはアルカリ土類金属、例えばカリウムＫを用いると活性酸素放出剤６１内に拡散するＳＯ3はカリウムＫと結合して硫酸カリウムＫ2ＳＯ4を形成し、カルシウムＣａはＳＯ3と結合することなくパティキュレートフィルタ２２の隔壁５４を通過して排気ガス流出通路５１内に流出する。したがってパティキュレートフィルタ２２の細孔が目詰まりすることがなくなる。したがって前述したように活性酸素放出剤６１としてはカルシウムＣａよりもイオン化傾向の高いアルカリ金属またはアルカリ土類金属、すなわちカリウムＫ、リチウムＬｉ、セシウムＣｓ、ルビジウムＲｂ、バリウムＢａ、ストロンチウムＳｒを用いることが好ましいことになる。
【００７９】
また本発明はパティキュレートフィルタ２２の隔壁およびテーパ壁の両側面ならびにこれらの内部に形成された細孔内に形成された担体の層上に白金Ｐｔのような貴金属のみを担持した場合にも適用することができる。ただしこの場合には酸化除去可能微粒子量Ｇを示す実線は図８に示す実線に比べて若干、右側に移動する。この場合には白金Ｐｔの表面上に保持されるＮＯ2またはＳＯ3から活性酸素が放出される。
【００８０】
また活性酸素放出剤としてＮＯ2またはＳＯ3を吸着保持し、これら吸着されたＮＯ2またはＳＯ3から活性酸素を放出しうる触媒を用いることもできる。
【００８１】
【発明の効果】
本発明では、パティキュレートフィルタの使用中において、隣り合う排気ガス流入通路内の圧力は略等しいので、排気ガスはこれら排気ガス流入通路を隔てる隔壁を通ることは極めて少ない。したがって、本発明のように、排気ガス流入通路を隔てる隔壁に微粒子を酸化除去するための酸化物質を担持させることによって隔壁の平均細孔径が小さくなったとしても、このことによってパティキュレートフィルタによる圧損が増大することはない。すなわち、本発明によれば、隔壁に酸化物質を担持させてはいるが、パティキュレートフィルタによる圧損が常に低い値に維持される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例のパティキュレートフィルタを示す図である。
【図２】第１実施例のパティキュレートフィルタの一部を示す図である。
【図３】従来のパティキュレートフィルタを示す図である。
【図４】ハニカム構造体を示す図である。
【図５】型を示す図である。
【図６】微粒子の酸化作用を説明するための図である。
【図７】微粒子の堆積作用を説明するための図である。
【図８】酸化除去可能微粒子量とパティキュレートフィルタの温度との関係を示す図である。
【符号の説明】
２２…パティキュレートフィルタ
５０…排気ガス流入通路（排気流通路）
５１…排気ガス流出通路（排気流通路）
５２，５３…テーパ壁
５４，５４ａ…隔壁
【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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【図８】
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