JP2004251138A

JP2004251138A - エンジンの排気微粒子浄化用フィルタ装置、及びエンジンの排気微粒子浄化装置

Info

Publication number: JP2004251138A
Application number: JP2003039445A
Authority: JP
Inventors: Toshitsugu Kamioka; 敏嗣上岡; Koichiro Harada; 浩一郎原田
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2003-02-18
Filing date: 2003-02-18
Publication date: 2004-09-09

Abstract

【課題】パティキュレートフィルタの高温化による微粒子の再生性能を向上させつつ、再生時における溶損などを防止する。
【解決手段】エンジンの排気ガス中に含まれる微粒子を捕集するために、隔壁４８ａ、４８ｂによって多数のセル４７ａ、４７ｂに区画されたフィルタ部材４４は、排気ガスの流れ方向に対して垂直な断面からみて外周部４５と内周部４６とにおいて単位面積当たりのセル密度が変更されるよう構成されている。つまり、外周部４５のセル密度は、内周部４６のセル密度よりも大きくなるよう構成される。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの排気微粒子浄化用フィルタ装置、及びエンジンの排気微粒子浄化装置に関するものである。特に、パティキュレートフィルタをエンジンの排気通路に配置されて微粒子の大気放出を抑制する技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンの排気通路に煤などの微粒子（パティキュレート・マター）を捕集するためのパティキュレートフィルタを配置する技術は知られている。例えば、図９、図１０に示すように、下記の特許文献１には、エンジンの排気管ｍ１の下流側のケーシングｍ２内にパティキュレートフィルタｍ３を、保護断熱材ｍ４を介して配置したものを開示している。パティキュレートフィルタｍ３は、排気ガスの流れ方向に沿って平行な隔壁ｍ５を多数有しており、これにより排気ガスが流通するためのセルｍ６が形成されている。また、各セルｍ６は、パティキュレートフィルタｍ３の上流端側か下流端側で封止部ｍ７により目詰めされており、パティキュレートフィルタｍ６を排気ガスの流れ方向の上流側から見ると、格子状で且つハニカム状のセルｍ６に対し、封止部ｍ７は市松模様となるよう位置している。
このようなパティキュレートフィルタに、微粒子を含む排気ガスが流入すると、排気ガスは多孔質の隔壁を通過してパティキュレートフィルタ下流に流出する一方、微粒子は隔壁の表面やその内部で捕集されることとなり、微粒子がパティキュレートフィルタ下流に排気されて大気放出されるのを防止できる。このようにして堆積された微粒子を除去することで、パティキュレートフィルタを再生して再度利用することが可能であり、このような再生方法として主に次にような方法がある。一つは、高温維持された該パティキュレートフィルタに微粒子を堆積させながら同時に除去させる方法（連続再生処理方法）で、もう一つは、ある程度パティキュレートフィルタ内に堆積された時にパティキュレートフィルタを一時的に高温化することにより除去する（一時的再生処理方法）である。こうした連続再生処理方法や一時的再生処理方法によりパティキュレートフィルタは再度、効率的な微粒子の低減が可能となる。
【０００３】
また、このようなパティキュレートフィルタの隔壁表面に貴金属等を含む触媒層をコートして触媒反応を利用することにより、エンジンの排気ガス温度程度の比較的低い温度でもパティキュレートフィルタに堆積された微粒子を触媒作用で焼却除去し、再生処理する技術も知られている。
更に、下記特許文献２には、パティキュレートフィルタの外周側の隔壁表面における触媒材料の担持形態と内周部の隔壁表面における触媒材料の担持形態とを変える技術が提案されている。これによれば、熱が逃げ易い外周側において再生時には触媒作用により外周部の温度が高温となるよう触媒材料の担持形態を工夫することで、再生時に低温となる外周部と高温となる中心部との温度格差を小さくして、再生時の熱応力によるパティキュレートフィルタのクラック発生を防止することが開示されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−９６１１５号公報
【特許文献２】
特開平９−１６８７２３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、パティキュレートフィルタに堆積される微粒子は、一般に排気ガス流れ方向に対して垂直な断面から見てパティキュレートフィルタの内周部には多く堆積するものの、外周部への堆積は少ない傾向にある。これは内周部の方が排気ガス流速が早いためである。しかしながら、上述のようにパティキュレートフィルタを高温化してパティキュレートフィルタを再生処理する際には、このように内周部への微粒子の堆積が多く外周部への微粒子の堆積が少ない場合には、次のような問題が発生する。
【０００６】
まず、内周部では熱逃げが発生し難いため、内周部に集中的に堆積した微粒子は、パティキュレートフィルタを高温化する再生処理により微粒子の焼却除去が局部的に集中して行われることになる。一方、外周部は走行風を受けるなどの影響により比較的温度が低いために、微粒子の焼成除去が抑制される。
そこで、この対策として、パティキュレートフィルタを高温化して行う再生処理を、更に強化して、パティキュレートフィルタ全体の温度をより昇温させることが考えられるが、これにより余分な再生処理を実行しなければならないといった問題が発生する。また、このようにパティキュレートフィルタ全体の温度が昇温されることで、内周部は既に高温状態にあるにも拘わらず更に昇温され、最悪の場合溶損する虞もある。
【０００７】
本発明は、以上のような課題に勘案してなされたもので、その目的は、エンジンの排気微粒子浄化用フィルタにおいて、パティキュレートフィルタを排気ガスの流れ方向に対して垂直な断面から見て、その外周部の単位面積当たりのセル密度を、内周部の単位面積当たりのセル密度よりも大きくすることで、上述のような問題を解消することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明の請求項１記載の発明においては、エンジンの排気通路に配置され、多孔質の隔壁により内部を区画して形成された多数のセルの内部に排気ガス中の微粒子を堆積させるパティキュレートフィルタを備え、該パティキュレートフィルタは高温化されることにより堆積した該微粒子が焼却除去されて、該パティキュレートフィルタの再生処理が可能とされるエンジンの排気微粒子浄化用フィルタ装置において、
該パティキュレートフィルタは、該パティキュレートフィルタを排気ガスの流れ方向に対して垂直な断面から見て、少なくとも外周部に触媒金属を担持するとともに、該外周部の単位面積当りのセル密度を、外周部より中心側の内周部における単位面積当たりのセル密度よりも大きくすることを特徴としている。
請求項１記載の発明のように、パティキュレートフィルタにおいて、外周部の単位面積当たりのセル密度を内周部のセル密度より大きくすることで、外周部において微粒子が堆積する隔壁の表面積の増大が図られることになる。これにより、微粒子は隔壁に高分散して堆積されるため触媒金属との接触頻度が高まり、外周部において堆積された微粒子は触媒作用を積極的に利用して焼却除去される。
一方、内周部においては、単位面積当たりのセル密度は外周部よりも小さくなるので、以下のように内周部が異常高温となるのを防止できる。
つまり、内周部においては、隔壁の表面積は小さいので微粒子は高分散では堆積されず、これにより内周部の触媒金属の接触頻度は抑えられて、触媒作用を積極的に利用した微粒子の焼却除去が抑制される。こうして内周部の異常高温が防止されることになる。
このように、再生処理の際には、内周部における異常高温を防止しながら、外周部における微粒子の焼却除去性能を向上でき、しかもこの時の再生処理を余分に行うことなく適度に実行できるので、パティキュレートフィルタの溶損等を防止しつつ、適切な微粒子の焼却除去の促進を図ることが可能な排気微粒子浄化用フィルタ装置を提供できる。
【０００９】
尚、請求項１記載に係る本発明の再生処理は、パティキュレートフィルタに微粒子を堆積させながらパティキュレートフィルタを高温化して連続的に再生処理するものであってもよいし、あるいはパティキュレートフィルタに堆積した微粒子が多くなった時に一時的にパティキュレートフィルタを高温化して一時的に再生処理するものであってもよい。
【００１０】
請求項２記載の発明は、請求項１において、上記パティキュレートフィルタには、上記内周部にも触媒金属が担持されるとともに、上記外周部に担持された触媒金属の担持量を、上記内周部に担持された触媒金属担持量よりも多くすることを特徴としている。
このような構成により、比較的低温となる外周部における触媒金属担持量を内周部よりも多くするので、外周部における触媒金属による微粒子の焼却除去促進を図りつつ、内周部における触媒金属による微粒子の焼却除去も行われることとなり、パティキュレートフィルタ全体として、溶損などの防止と、堆積した微粒子の焼却除去の促進とが可能な排気微粒子浄化用フィルタ装置を提供できる。
【００１１】
請求項３記載の発明は、請求項２の発明において、上記触媒金属は貴金属であり、上記パティキュレートフィルタには、該触媒金属の他に、上記外周部及び内周部にアルカリ金属が担持されるとともに、上記外周部に担持されたアルカリ金属の担持量を、上記内周部に担持されたアルカリ金属担持量よりも多くすることを特徴としている。
請求項３の発明においてアルカリ金属は、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｃｓなどの少なくとも１つが好ましい。
こうしたアルカリ金属による具体的な作用は不明であるが、パティキュレートフィルタに堆積した微粒子を焼却除去する際に、触媒金属あるいはパティキュレートフィルタ自体にアルカリ金属が作用して、特に低温側での微粒子の焼却除去性能を高めていると考えられる。そこで、特に比較的温度の低い外周部においてアルカリ金属を多く担持したので、これにより微粒子の焼却除去性能を向上した排気微粒子浄化用フィルタ装置を提供できる。
【００１２】
請求項４の発明は、エンジンの排気通路に配置され、多孔質の隔壁により内部を区画して形成された多数のセルの内部に排気ガス中の微粒子を堆積させるパティキュレートフィルタと、上記パティキュレートフィルタの排気上流の圧力を検出する上流圧力検出手段と、該パティキュレートフィルタの排気下流の圧力を検出する下流圧力検出手段と、検出された上流圧力と排気下流の圧力との差圧により該パティキュレートフィルタ内に堆積した該微粒子の堆積量を判定する微粒子堆積量判定手段と、判定された堆積量に基づいて、上記パティキュレートフィルタは高温化されることにより、堆積した該微粒子が焼却除去されて該パティキュレートフィルタの再生が実行させるよう再生指示を行う再生指示手段とを備えたエンジンの排気微粒子浄化装置において、
上記パティキュレートフィルタは、排気ガスの流れ方向に垂直な断面から見て、少なくとも外周部に触媒金属を担持するとともに、該外周部の単位面積当りのセル密度を、外周部より中心側の内周部における単位面積当たりのセル密度よりも大きくすることを特徴としている。
一般にパティキュレートフィルタにおいては、微粒子が内周部に多く偏在して堆積した状態でも外周部の微粒子の堆積は少ないため、この状態では排気ガスは流通抵抗の小さい外周部を積極的に通過する。一方、再生処理は、パティキュレートフィルタの上流圧力と下流圧力との差圧が大きいときにパティキュレートフィルタに堆積した微粒子が多いと判断して行われるので、微粒子が内周部に多く堆積した状態であっても、外周部への堆積が少ない時には、再生が必要と判断され難いことになる。そして、その後外周部での微粒子の堆積量が増え始め、ようやく再生処理が必要であると判断した時には、内周部に堆積した微粒子は、過剰状態となってしまっている。こうして内周部に堆積した過剰の微粒子を焼成除去するためには、余分に再生処理を強化しなければならなかったり、こうした再生処理の強化によりパティキュレートフィルタが溶損してしまう虞がある。
ところで、パティキュレートフィルタでは排気ガスの流れ方向からパティキュレートフィルタ断面を見た場合、セル密度を大きくすることにより、セルを形成している隔壁の単位面積当たりの表面積を大きくできるが、パティキュレートフィルタでは隣合うセル間の隔壁を介してパティキュレートフィルタに流入した排気ガスを下流側に通過させる構造であるため、このように表面積を大きくする程、通過する面が増え排気ガスの流通抵抗を低減できることになる。
そこで、請求項４記載に係る本発明によれば、外周部の単位面積当たりのセル密度を内周部のセル密度より大きくすることで、外周部への微粒子の堆積を促進することができ、内周部に堆積される微粒子量と外周部に堆積される微粒子量との差を抑制できる。これにより、パティキュレートフィルタの内周側にかなり多い微粒子が偏在して堆積する前にパティキュレートフィルタへの微粒子の堆積を全体的に検出して再生処理できるので、過度な再生処理を行うことなく微粒子の焼却除去が図れ、よって再生性能の向上が図れる。
【００１３】
尚、請求項１から請求項４に係る本発明においては、パティキュレートフィルタに堆積した微粒子が多くなった時を判断して、パティキュレートフィルタを排気通路に取り付けた状態で高温化処理し堆積した微粒子を除去するものに適用してもよいし、堆積した微粒子が多くなった時を判断してパティキュレートフィルタを排気通路から外して再生処理した後、再度同じものを排気通路に取付けて使用する場合にも適用可能である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
（全体構成）
図１は本発明の実施形態に係るエンジンの排気微粒子浄化装置Ａの一例を示し、１は車両に搭載されたディーゼルエンジンである。このエンジン１は複数の気筒（シリンダ）２，２，…（１つのみ図示する）を有し、その各気筒２内に往復動可能にピストン３が嵌挿されていて、このピストン３により気筒２内に燃焼室４が区画されている。また、燃焼室４の天井部にはインジェクタ５（燃料噴射弁）が配設されていて、その先端部の噴口から高圧の燃料を燃焼室４に直接、噴射するようになっている。一方、各気筒２毎のインジェクタ５の基端部は、それぞれ分岐管６ａ，６ａ，…（１つのみ図示する）により共通の燃料分配管６（コモンレール）に接続されている。このコモンレール６は、燃料供給管８により高圧供給ポンプ９に接続されていて、該高圧供給ポンプ９から供給される燃料を前記インジェクタ５，５，…に任意のタイミングで供給できるように高圧の状態で蓄えるものであり、その内部の燃圧（コモンレール圧力）を検出するための燃圧センサ７が配設されている。
【００１６】
前記高圧供給ポンプ９は、図示しない燃料供給系に接続されるとともに、歯付ベルト等によりクランク軸１０に駆動連結されていて、燃料をコモンレール６に圧送するとともに、その燃料の一部を電磁弁を介して燃料供給系に戻すことにより、コモンレール６への燃料の供給量を調節するようになっている。この電磁弁の開度が前記燃圧センサ７による検出値に応じてＥＣＵ４０（後述）により制御されることによって、燃圧がエンジン１の運転状態に対応する所定値に制御される。
また、エンジン１の上部には、図示しないが、吸気弁及び排気弁をそれぞれ開閉させる動弁機構が配設されており、一方、エンジン１の下部には、クランク軸１０の回転角度を検出するクランク角センサ１１と、冷却水の温度を検出するエンジン水温センサ１３とが設けられている。前記クランク角センサ１１は、詳細は図示しないが、クランク軸端に設けた被検出用プレートとその外周に相対向するように配置した電磁ピックアップとからなり、前記被検出用プレートの外周部全周に亘って等間隔に形成された突起部が通過する度に、パルス信号を出力するものである。
【００１７】
エンジン１の一側（図の右側）の側面には、各気筒２の燃焼室４に対しエアクリーナ１５で濾過した空気（新気）を供給するための吸気通路１６が接続されている。この吸気通路１６の下流端部にはサージタンク１７が設けられ、このサージタンク１７から分岐した各通路がそれぞれ吸気ポートにより各気筒２の燃焼室４に連通しているとともに、サージタンク１７には吸気の圧力状態を検出する吸気圧センサ１８が設けられている。
【００１８】
また、前記吸気通路１６には、上流側から下流側に向かって順に、外部からエンジン１に吸入される空気の流量を検出するホットフィルム式エアフローセンサ１９と、後述のタービン２７により駆動されて吸気を圧縮するコンプレッサ２０と、このコンプレッサ２０により圧縮した吸気を冷却するインタークーラ２１と、バタフライバルブからなる吸気絞り弁２２とが設けられている。この吸気絞り弁２２は、弁軸がステッピングモータ２３により回動されて、全閉から全開までの間の任意の状態とされるものであり、全閉状態でも吸気絞り弁２２と吸気通路１６の周壁との間には空気が流入するだけの間隙が残るように構成されている。
【００１９】
一方、エンジン１の反対側（図の左側）の側面には、各気筒２の燃焼室４からそれぞれ燃焼ガス（排気）を排出するように、排気通路２６が接続されている。この排気通路２６の上流端部は各気筒２毎に分岐して、それぞれ排気ポートにより燃焼室４に連通する排気マニホルドであり、該排気マニホルドよりも下流の排気通路２６には上流側から下流側に向かって順に、排気中の酸素濃度を検出するリニアＯ２センサ２９と、排気流を受けて回転されるタービン２７と、排気中の有害成分（ＨＣ、ＣＯ等）を酸化可能な酸化触媒２８ａと、その下流には燃焼室から排出されるカーボンなどの微粒子を捕集可能なフィルタ装置２８ｂが配設されている。
【００２０】
酸化触媒２８ａは、多孔質のセラミック製ハニカム担体のセル表面にＰｔなどの貴金属を担持する触媒層をコートした一般的なものであるが、特に酸化性能が優れるよう触媒成分が調整されている。その下流には、フィルタ装置（パティキュレートフィルタ装置）２８ｂが配置されており、フィルタ装置２８ｂの詳細については後述する。
また、これらの酸化触媒２８ａとフィルタ装置２８ｂとは離間してそれぞれ上流下流に配置されるが、その距離は酸化触媒２８ａ内で主に酸化反応により発生する温度が流通する排気ガスを介してフィルタ装置２８ｂに伝達することが可能な程度に維持される。
【００２１】
前記タービン２７と吸気通路１６のコンプレッサ２０とからなるターボ過給機３０は、可動式のフラップ３１，３１，…によりタービン２７への排気の通路断面積を変化させるようにした可変ターボ（以下ＶＧＴという）であり、前記フラップ３１，３１，…は各々、図示しないリンク機構を介してダイヤフラム３２に駆動連結されていて、そのダイヤフラム３２に作用する負圧の大きさが負圧制御用の電磁弁３３により調節されることで、該フラップ３１，３１，…の回動位置が調節されるようになっている。
【００２２】
前記排気通路２６には、タービン２７よりも排気上流側の部位に臨んで開口するように、排気の一部を吸気側に還流させるための排気還流通路（以下ＥＧＲ通路という）３４の上流端が接続されている。このＥＧＲ通路３４の下流端は吸気絞り弁２２及びサージタンク１７の間の吸気通路１６に接続されていて、排気通路２６から取り出された排気の一部を吸気通路１６に還流させるようになっている。また、ＥＧＲ通路３４の途中には、その内部を流通する排気を冷却するためのＥＧＲクーラ３７と、開度調節可能な排気還流量調節弁（以下ＥＧＲ弁という）３５とが配置されている。このＥＧＲ弁３５は負圧応動式のものであり、前記ＶＧＴ３０のフラップ３１，３１，…と同様に、ダイヤフラムへの負圧の大きさが電磁弁３６によって調節されることにより、ＥＧＲ通路３４の断面積をリニアに調節して、吸気通路１６に還流される排気の流量を調節するものである。尚、前記ＥＧＲクーラ３７はなくてもよい。
【００２３】
そして、前記各インジェクタ５、高圧供給ポンプ９、吸気絞り弁２２、ＶＧＴ３０、ＥＧＲ弁３５等は、いずれもコントロールユニット（ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ：以下ＥＣＵという）４０からの制御信号を受けて作動する。一方、このＥＣＵ４０には、前記燃圧センサ７、クランク角センサ１１、エンジン水温センサ１３、吸気圧センサ１８、エアフローセンサ１９、リニアＯ２センサ２９等からの出力信号がそれぞれ入力され、さらに、図示しないアクセルペダルの踏み操作量（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサ３９からの出力信号が入力される。
【００２４】
なお、酸化触媒２８ａの上流には、酸化触媒２８ａの温度や、あるいはフィルタ装置２８ｂ内のフィルタ部材（パティキュレートフィルタ）４４の温度を推定するための排気ガス温度センサ４１が配置されている。一方フィルタ装置２８ｂの上流側の排気通路２６内、好ましくはフィルタ装置２８ｂと酸化触媒２８ａとの間には、フィルタ装置２８ｂの上流側排気圧力を検出するためのフィルタ上流圧力センサ４２が配置され、フィルタ装置２８ｂの下流側の排気通路２６にはフィルタ下流圧力センサ４３が配置されている。そして、ＥＣＵ４０には、更にこれら排気ガス温度センサ４１の出力信号、フィルタ上流圧力センサ４２の出力信号、及びフィルタ下流圧力センサ４３の出力信号が入力される。
【００２５】
（フィルタの構造）
次に、本実施形態に係るフィルタ装置２８ｂについて詳細に説明する。
フィルタ装置２８ｂは、車両のフロアパネル（図示せず）の下にブラケット（図示せず）を介して懸架するよう位置しており、ケーシング（図９のｍ２に相当。以下同じ）内にフィルタ部材４４（ディーゼルパティキュレートフィルタ。以下同じ）が、断熱材（図９のｍ４に相当。以下同じ）を介して保持されている。フィルタ部材４４は、コージライトやシリカからなる多孔質材料から成るもので、排気ガスが流通できるよう気孔率は４０％から７０％でに設定されている。フィルタ部材４４は、このように断熱材があるものの車両のフロアパネルの下に配置されているので走行風の影響を受け易く、図２に示すようにその外周部４５は、内周部４６よりも温度は比較的低温となる。
【００２６】
本実施形態では、外周部４５と内周部４６とのフィルタ部材４４の構造を変えており、これを図３（ａ）（ｂ）を参照して説明する。
図３は、フィルタ部材４４において排気ガスの流れ方向に垂直な面で切った時の断面図を拡大して示したものであり、同図（ａ）は外周部４５の一部の拡大図、（ｂ）は内周部４６の一部の拡大図で、同図（ａ）（ｂ）の拡大率は同じものを示している。
いずれもセル４７ａ、４７ｂは、それぞれ隔壁４８ａ、４８ｂにより格子状に区画されている。そして、隣合うセル４７ａ、４７ｂはそれぞれ一方のセル４７ａ、４７ｂがフィルタ部材４４の上流端において封止材（図９のｍ７に相当。以下同じ）により排気ガスが直接流入しないよう封止されており、他方がフィルタ部材４４の下流端において、封止材により直接流入した排気ガスがそのまま直接的に通過することがない様封止されている。また封止材は、格子状のセル４７ａ、４７ｂに対して図１０と同様にフィルタ部材４４を排気ガスの流れ方向の上流側、下流側から見て、それぞれ市松模様となるように配置される。これにより他方のセル４７ａ、４７ｂから直接フィルタ部材４４に流入した排気ガスは、隔壁４８ａ、４８ｂを通過して一方のセル４７ａ、４７ｂに流入し、その後フィルタ部材４４から排出されることになる。この時排気ガスに煤やカーボンなどの微粒子が存在している場合には、微粒子が隔壁４８ａ、４８ｂの排気ガス流入側の表面に堆積することとなり、微粒子の大気放出が抑制される。
なお、隔壁４８ａ、４８ｂの厚さは、排気抵抗が増大しないように、略０．１５ｍｍから０．５ｍｍの間（６ミリインチから２０ミリインチ）の所定の厚さに設定している。
【００２７】
本実施形態においては、フィルタ部材４４を排気ガスの流れ方向に対して垂直な断面から見たときの、セル４７ａ、４７ｂの外周部４５の単位面積当たりの密度を、内周部４６の単位面積当たりの密度よりも大きくしている。尚、内周部４６と外周部４５との境界となる円の直径は、２０ｍｍから８０ｍｍを使用する。
【００２８】
また、隔壁４８ａ、４８ｂには、その両面に対してそれぞれ触媒層４９ａ、４９ｂがコートされている。この触媒層４９ａ、４９ｂは、アルミナに触媒金属を担持したものであり、いずれも触媒金属としてＰｔが担持されるとともに、他にアルカリ金属であるＫが担持されている。尚、触媒金属としては、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈの少なくとも一方であれば良く、アルカリ金属としては、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｃｓなどの少なくとも一方であれば良い。
【００２９】
また、本実施形態では、フィルタ部材４４にコートされる触媒層４９ａ、４９ｂの触媒金属とアルカリ金属との担持量を、内周部４６と外周部４５とにおいて変えている。具体的には、外周部４５の触媒金属担持量を、内周部４６の触媒金属担持量より多くするとともに、外周部４５のアルカリ金属担持量を、内周部４６のアルカリ金属担持量より多くしている。
なお、触媒金属やアルカリ金属の担持方法としては、上述のように触媒層４９ａ、４９ｂを形成せず、フィルタ部材４４に直接これらの金属の溶液を含浸させて、担持させる方法であってもよい。
【００３０】
このようなフィルタ部材４４によれば、フィルタ部材４４を排気ガス流れ方向に対して垂直な断面から見て外周部４５の単位面積当たりのセル密度を内周部４６の単位面積当たりのセル密度よりも大きくしているので、外周部４５の隔壁４８ａの表面積の方が内周部４６の隔壁４８ｂよりも大きくなる。また、触媒層４９ａ、４９ｂは、隔壁４８ａ、４８ｂの表面にコートされており、多くの微粒子はこの触媒層４９ａ、４９ｂの表面に堆積することになる。この場合、外周部４５の隔壁４８ｂの方が表面積が広く、外周部４５の触媒層４９ａに堆積する微粒子の方が高分散して堆積されることになるため、触媒層４９ａ中の触媒金属との接触頻度が高くなり、以下に示す再生処理による触媒作用を利用した微粒子の焼却除去が促進される。これに比べ、内周部４６の隔壁４８ｂの方の表面積は小さく、内周部４６の触媒層４９ｂに堆積する微粒子は比較的集中して堆積されるため、触媒層４９ｂ中の触媒金属との接触頻度は低く、再生処理による触媒作用を利用した微粒子の焼却は外周部ほど促進されない。
【００３１】
また、外周部４５のセル４７ａの隔壁４８ａの単位面積当たりの表面積を大きくできるということは、単位面積当たりの排気ガスが通過する隔壁４８ａの面積を増大できるということであり、これにより外周部４５排気抵抗を減少させることがきる。一方、排気ガス中に含まれる微粒子は、排気流れ方向の垂直な断面から見て排気管の中心部において排気ガス流速が早く、これにより一般に内周部４６に外周部４５よりも堆積し易いが、このような構成により外周部４５にも排気ガスが流通し易くなり、微粒子が内周部４６に集中的に堆積するのを防止できる。
【００３２】
（エンジン制御）
次に、エンジン１の微粒子低減に関連する制御について説明する。
ＥＣＵ４０は、入力されたアクセル開度センサ３９から入力された信号からアクセル開度量（エンジン負荷）を算出し、クランク角センサ１１から入力された信号からエンジン回転数を算出し、これらを噴射制御部（図示せず）に出力して、基本的にこれらエンジン負荷及びエンジン回転数に基づいて主噴射Ｍおよびフィルタ装置２８ｂ再生用の追加噴射としての膨張行程初期噴射Ｆ１、膨張行程中期噴射Ｆ２、排気行程後期噴射Ｆ３が制御される。
なお、フィルタ装置２８ｂの再生時には、ＥＧＲ弁３５はＥＣＵ４０により閉成され、追加噴射による排気浄化制御が的確に実行できるようにしている。
【００３３】
図４のＳ１、Ｓ２に示すように主噴射Ｍとは、圧縮行程上死点付近でインジェクタ５により行われる燃料噴射で、この噴射により噴射された燃料は、ピストン位置が上昇して燃焼室内の圧力が極めて高圧の状態で噴射されるので、自己着火して主燃焼が行われることとなる。また、この主噴射Ｍによる噴射量は、乗員等による要求出力が得られるように、この出力に相当するトルク（要求トルク）に基づいて予め設定されている。なお、図４のＳ１、Ｓ２は、インジェクタ５の針弁（図示せず）の作動状態を示すタイミングチャート図である。
具体的には、ＥＣＵ４０には、エンジン回転数が高回転である程、且つアクセル開度量が大きい程、主噴射量が増量されるよう設定された主噴射量マップ（図示せず）、及びエンジン回転数とアクセル開度量に基づいて主噴射Ｍの実行時期を設定した主噴射時期マップ（図示せず）が記憶されており、エンジン回転数及びアクセル開度量に基づいて、主噴射量、及び噴射時期が設定される。
この主噴射Ｍにより起因して、噴射開始から微少な着火遅れ時間の後に主燃焼が発生し、主燃焼期間中に追加に燃料が供給されない場合には、主燃焼は膨張初期の所定時期Ａｔまで継続して行われる。（図４のＳ１の期間Ａ）なお、主燃焼中に追加噴射されるとその期間Ａは膨張行程後期側に向けて遅角され、燃焼が継続する期間が延長されることになる。
【００３４】
なお、主噴射Ｍの形態は、このような１回の噴射に限らず、圧縮行程上死点より少し前に一時的に行う所謂パイロット噴射と圧縮行程上死点付近での主噴射との組み合わせや、圧縮行程上死点付近で実行される主噴射Ｍ自体を微少な休止間隔（略１ｍｓ以下）を挟んで多段に分割噴射するものであってもよい。
【００３５】
通常のディーゼル燃焼では、フィルタ部材４４に供給される排気ガスの温度は、１５０℃から３００℃までの比較的低温であり、このような低温ではフィルタ部材４４に堆積された微粒子の焼却除去を促進することは困難である。そこで、本実施形態では、フィルタ部材４４に堆積した微粒子を除去するために、フィルタ部材４４の上流に酸化触媒２８ａを配置して、酸化触媒２８ａより上流側の排気ガス中に多く存在するＮＯ（一酸化窒素）を酸化触媒２８ａの触媒機能によりＮＯ_２に酸化してフィルタ部材４４に供給することで、３００℃前後の低温で微粒子をＮＯ_２と反応させて焼却除去している。（連続再生処理）
しかしこのような場合であっても、エンジン１の運転状態において排気ガス温度が３００℃となるような運転状態は多くは存在せず、排気ガス温度が略３００℃以下の低温となる状態では、フィルタ部材４４に堆積されることになる。
そこで、フィルタ部材４４への微粒子の堆積状態を検出して、フィルタ部材４４に微粒子が所定値以上堆積したと判断した時は、主噴射とは別に以下のような追加噴射を実行し、フィルタ部材４４への燃料供給による数分間の高温維持を図り、微粒子を酸素と反応させて焼却除去している。（一時的再生処理）
【００３６】
追加噴射としては、図４のＳ１に示すように、膨張行程期間中で主噴射Ｍの噴射完了後に実行される膨張行程初期噴射Ｆ１、膨張行程中期噴射Ｆ２と、排気行程後期で実行される排気行程後期噴射Ｆ３とがある。
【００３７】
尚、本実施形態においては、追加噴射は、このような３回の噴射を実行するものである必要はなく、膨張行程から排気行程に掛けて複数回の追加噴射を行うものでもよい。
【００３８】
膨張行程初期噴射Ｆ１は、主燃焼期間Ａ中であって、主燃焼の熱発生率の０への収束度合が高い時期から主燃焼が終了し熱発生率が０となる時期Ａｔ直前までに噴射される。具体的には、膨張行程初期噴射Ｆ１の噴射開始時期は、圧縮行程上死点後（ＡＴＤＣ）２０°から３５°の間、より好ましくはＡＴＤＣ２２°から３０°ぐらいで、運転状態により影響を受けるために運転状態に応じた所定の許容範囲時期ＴＦ１（図示せず）の特定時期に設定される。例えば、所定の許容範囲時期ＴＦ１とは、エンジン回転数が低回転でエンジン負荷が低負荷の場合、ＡＴＤＣ２０°から２５°の間、より好ましくはＡＴＤＣ２２°から２４°の間で設定されるものである。
【００３９】
このような膨張行程初期噴射Ｆ１により噴射された燃料は主燃焼中に供給されることとなるため、その殆どが燃焼されて熱発生を生じ燃焼室４内のガス温度を高め、結果的に燃焼室４から排気されるガスの温度を高温化させ、更にこうした高温の排気ガスとの接触により排気通路２６に配置された酸化触媒２８ａやフィルタ装置２８ｂの温度も高温化することとなる。
【００４０】
ところで、膨張行程初期噴射Ｆ１の噴射時期を上記の所定許容範囲時期ＴＦ１より進角側に設定すると、主燃焼期間中に発生トルクに大きく影響を及ぼすこととなり、不必要なエンジン出力増大を招くのため望ましくない。また噴射時期を所定許容範囲時期ＴＦ１より遅角側に設定すると、主燃焼中に噴射された燃料が主燃焼により燃焼されないので、積極的に燃焼されず、排気ガス温度を高温化することはできない。
【００４１】
なお、膨張行程初期噴射Ｆ１の噴射開始時期を熱発生率が０となる時期Ａｔよりも若干早めに設定するのは、噴射された燃料が燃焼室４内の主燃焼が行われている領域に到達し該燃料が着火するために若干の遅れ時間があるためである。
【００４２】
膨張行程初期噴射Ｆ１の噴射時期、及び噴射量は、それぞれＥＣＵ４０に記憶されたマップ（図示せず）により制御される。具体的には、噴射時期マップは、膨張行程初期噴射が設定される領域内において、エンジン回転数が高回転及びエンジン負荷が高負荷程、主燃焼の収束度合が増し始める時期、及び主燃焼期間Ａの完了時期（つまりＡｔ）が遅くなるので、これに対応して、高回転及び高負荷程、噴射開始時期を遅角するよう設定している。また、噴射量マップは、定常運転状態において排気ガス温度が低い、低回転及び低負荷ほど噴射量を増量するよう設定しており、一方、高回転及び高負荷領域では、膨張行程初期噴射Ｆ１を実行しなくても主燃焼による排気ガス温度の高温化を十分図ることができるので、膨張行程初期噴射の噴射量を０に設定している。
【００４３】
膨張行程中期噴射Ｆ２は、膨張行程初期噴射の実行後の主燃焼期間Ａ以降で噴射されるものであり、膨張行程中期噴射Ｆ２の噴射開始時期は、圧縮行程上死点後（ＡＴＤＣ）５０°から１２０°の間、より好ましくはＡＴＤＣ６０°から１１０°ぐらいで、運転状態により影響を受けるために運転状態に応じた所定の許容範囲時期ＴＦ２内の特定時期に設定される。このような膨張行程中期噴射Ｆ２により噴射された燃料は、膨張行程初期噴射Ｆ１による主燃焼の影響を大きく受けることがないよう、好ましくは膨張行程初期噴射Ｆ１による燃焼の熱発生率が略０となった後に、膨張行程中期噴射Ｆ２により噴射された燃料が燃焼室内４に拡散するよう噴射開始されるので、その殆どが未燃燃料となり排気通路２６に排出される。こうして排出された未燃燃料の多くは酸化触媒２８ａのセル内に付着することとなるが、この時酸化触媒２８ａが不活性状態であれば、付着した未燃燃料が堆積することこととなる。その後主噴射Ｍや膨張行程初期噴射Ｆ１により酸化触媒温度が昇温し活性状態に移行すると、堆積した未燃燃料が急激に燃焼し、この反応熱によって酸化触媒２８ａ下流のフィルタ装置２８ｂの温度上昇が図られることとなる。フィルタ装置２８ｂでは、この温度上昇によりフィルタ装置２８ｂ前の排気ガス温度が５００°Ｃ以上となると、それまでに堆積された微粒子つまり煤が排気ガス中の酸素と反応して燃焼して焼却され、例えばこのような高温状態を数分間継続させることによりフィルタ装置２８ｂが再生することとなる。
【００４４】
ところで、膨張行程中期噴射Ｆ２の噴射時期を上述の所定許容範囲時期ＴＦ２よりも早くすると、噴射された燃料の内、膨張行程初期噴射Ｆ１の燃焼の影響を受けて燃焼される燃料量が増量し、酸化触媒２８ａに供給すべき未燃燃料が減少することとなる。また、噴射時期を所定許容範囲時期ＴＦ２より遅角側に設定すると、この状態ではピストン位置がかなり低下し且つ燃焼室内圧力も温度も低下した状態であるので、噴射された燃料がシリンダ壁面に付着することとなり、次回にこの気筒で燃焼が行われる際のエミッションが悪化してしまう。
【００４５】
膨張行程中期噴射Ｆ２の噴射時期、及び噴射量は、それぞれＥＣＵ４０に記憶されたマップ（図示せず）により制御される。具体的には、噴射時期マップは、膨張行程中期噴射Ｆ２が設定される領域内において、エンジン回転数が高回転及びエンジン負荷が高負荷程、膨張行程初期噴射Ｆ１による燃焼燃焼期間の終了が遅くなるので、これに対応して、高回転及び高負荷程、噴射開始時期を遅角するよう設定している。また、噴射量マップは、定常運転状態において排気ガス温度が低いことに起因して酸化触媒２８ａ温度も低い、低回転及び低負荷ほど噴射量を増量するよう設定しており、一方、高回転及び高負荷領域では、膨張行程中期噴射Ｆ２を実行しなくても主燃焼による排気ガス温度の高温化及びこれに伴うフィルタの高温維持が十分図れるので、膨張行程中期噴射の噴射量を０に設定している。なお、膨張行程中期噴射Ｆ２の噴射時期マップ、噴射量マップは、後述するように酸化触媒２８ａの活性時用と、不活性時用との２つが準備されている。
【００４６】
ところで、フィルタの高温化には、膨大な量の未燃燃料の供給が必要であり（例えば主噴射による噴射量の２倍以上）、そのためエンジン回転数が低くエンジン負荷も低い状態では、フィルタ装置２８ｂ昇温のため噴射実行期間（インジェクタ５の針弁の開弁期間）を長期間に設定する必要がある。一方、上述のように膨張行程中期噴射は上記所定許容範囲時期ＴＦ２内で実行しなければならず、仮に噴射開始時期を所定許容範囲時期ＴＦ２よりも進角側に設定すると上述のように酸化触媒２８ａに供給すべき未燃燃料が減少してフィルタ装置２８ｂの高温化が不十分となり、噴射時期を所定許容範囲時期ＴＦ２よりも遅角側に設定するとシリンダ壁面への燃料付着が発生する。
一方、膨張行程初期噴射Ｆ１を増量すると主燃焼中に噴射されるために未燃燃料を増量することはできず、反って不要なトルク増量が発生する。
【００４７】
そこで、本実施形態では、排気行程後期噴射Ｆ３を実行する。
排気行程後期噴射Ｆ３は、排気行程の後期において実行されるもので、排気行程後期噴射Ｆ３の噴射開始時期は、圧縮行程上死点後（ＡＴＤＣ）３００°から３５０°の間（つまり排気行程上死点前６０°から０°の間）、より好ましくはＡＴＤＣ３１０°から３２０°（つまり排気行程上死点前５０°から４０°の間）ぐらいで、運転状態により影響を受けるために運転状態に応じた所定の許容範囲時期ＴＦ３内の特定時期に設定される。この状態ではピストンは上昇した位置にあるため、このような排気行程後期噴射Ｆ３により噴射された燃料は、シリンダ壁面に付着することがなく、この時開弁している排気弁から排気通路に排出されて酸化触媒２８ａに到達し、フィルタ装置２８ｂの再生に寄与されることとなる。
【００４８】
ところで、排気行程後期噴射Ｆ３の噴射時期を上記の所定許容範囲時期ＴＦ３より進角側に設定すると、ピストン位置が下がった状態で噴射されることになるのでシリンダ壁面への付着燃料の増大を招き、また噴射時期を所定許容範囲時期ＴＦ３より遅角側に設定すると、排気弁が低開度状態となるため、排気通路に供給される未燃燃料量が減少する。そればかりか、排気されなかった燃料はこの気筒内に残留し、次回のサイクルの燃焼に寄与することとなり、不必要なトルク増大を招くこととなる。
【００４９】
排気行程後期噴射Ｆ３の噴射時期、及び噴射量は、それぞれＥＣＵ４０に記憶されたマップ（図示せず）により制御される。噴射時期マップは、排気行程噴射Ｆ３が設定されている領域内において、エンジン回転数が高回転及びエンジン負荷が高負荷程、噴射開始時期を遅角するよう設定している。なお、排気行程後期噴射Ｆ３は、噴射された燃料が燃焼されることがないので、運転状態に依らず一定に設定してもよい。また、噴射量マップは、定常運転状態において排気ガス温度が低いことに起因して酸化触媒２８ａ温度も低い、低回転及び低負荷ほど噴射量を増量するよう設定しており、一方、高回転及び高負荷領域では、膨張行程中期噴射Ｆ２を実行しなくても主燃焼による排気ガス温度の高温化及びこれに伴うフィルタの高温維持が十分図れるので、膨張行程中期噴射の噴射量を０に設定している。なお、排気行程後期噴射Ｆ３の噴射時期マップ、噴射量マップは、後述するように酸化触媒２８ａの活性時用と、不活性時用との２つが準備されている。
【００５０】
次に、酸化触媒２８ａの活性状態と噴射制御との関係について説明する。
図４のＳ１は、酸化触媒２８ａが活性状態にある時のインジェクタ５の針弁の動作状態を示したものである。これに対し、酸化触媒２８ａが不活性状態の時は、同図のＳ２で実線にて示すように、膨張行程中期噴射Ｆ２の噴射量と排気行程後期噴射Ｆ３との噴射量とは減量される。なお、同図の破線は、Ｓ１の膨張行程中期噴射、排気行程後期噴射の作動形態を開示している。
【００５１】
酸化触媒２８ａが不活性の時は、酸化触媒２８ａに未燃燃料を供給しても、酸化触媒における反応熱の急激な上昇が起らないので、燃費向上のために未燃燃料供給を抑制させるためである。この時、膨張行程初期噴射Ｆ１の噴射量は実質的に減量しないため、酸化触媒２８ａの昇温が図られて酸化触媒２８ａの早期活性が行われる。また、このように膨張行程初期噴射Ｆ１による酸化触媒２８ａの早期活性が図られることで、その後の触媒活性による急激な反応熱の発生促進のために、膨張行程中期噴射Ｆ２と排気行程後期噴射Ｆ３とによる少量の燃料供給が行われる。
なお、この時は、膨張行程中期噴射Ｆ２と排気行程後期噴射Ｆ３は中止しても構わない。
【００５２】
酸化触媒２８ａが不活性の時における膨張行程中期噴射Ｆ２と排気行程後期噴射Ｆ３との噴射時期、及び噴射量は、それぞれＥＣＵ４０に記憶されたマップ（図示せず）により制御される。噴射時期マップは、膨張行程中期噴射Ｆ２、排気行程後期噴射Ｆ３とがそれぞれ設定されている領域内で、それぞれエンジン回転数が高回転及びエンジン負荷が高負荷程、噴射開始時期を遅角するよう設定している。また噴射量マップは、それぞれ活性時と同一運転状態における噴射量が活性時の噴射量よりも減量されて設定されている。
【００５３】
次に、上述の追加噴射制御の制御フローチャートについて図５を参照しながら説明する。
図５の追加噴射制御の制御フローチャートにおいて、例えばクランク角の所定角度毎にスタートした後、ステップＳＡ１にてエンジン回転数ｎｅ、エンジン負荷を検出してステップＳＡ２に進み、ステップＳＡ２では温度センサ４１により酸化触媒２８ａ上流の排気ガス温度を検出する。その後進んだステップＳＡ３にて、上流圧力センサ４２と下流圧力センサ４３とにより検出された圧力の差圧からフィルタ装置２８ｂに堆積した煤の量を推定する。これは、差圧が大きい程煤の堆積量が大と推定するもので、次のステップＳＡ４では、推定した煤の堆積量が所定値以上の時は、堆積した煤を焼却してフィルタ装置２８ｂを再生する必要があると判断しステップＳＡ５に進む。一方ステップＳＡ４で堆積量が所定値以下の時は、フィルタ装置２８ｂを再生するほど煤が溜まっていないとしてステップＳＡ１に戻る。ステップＳＡ５では、酸化触媒２８ａ上流の排気ガス温度などに基づいて判断した酸化触媒２８ａの活性状態に応じて、酸化触媒２８ａが活性化していれば（例えば酸化触媒２８ａの排気入口側のＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘなど所定排気ガス成分の量に対する排気下流側の所定排気ガス成分の量の比が、５０％以上の時）ステップＳＡ６に進み、酸化触媒２８ａが不活性であれば（上述の比が５０％未満の時）ステップＳＡ７に進む。ステップＳＡ６では、上述の膨張行程初期噴射Ｆ１の噴射時期マップ、噴射量マップと、上述の膨張行程中期噴射Ｆ２、排気行程後期噴射Ｆ３との酸化触媒２８ａの活性時に対応したそれぞれ噴射時期マップ、噴射量マップとにより、それぞれの噴射Ｆ１Ａ、Ｆ２Ａ、Ｆ３Ａを設定し、ステップＳＡ８に進む。またステップＳＡ７では、上述の膨張行程初期噴射Ｆ１の噴射時期マップ、噴射量マップと、上述の膨張行程中期噴射Ｆ２、排気行程後期噴射Ｆ３との酸化触媒２８ａの不活性時に対応したそれぞれ噴射時期マップ、噴射量マップとにより、それぞれの噴射Ｆ１Ｂ（＝Ｆ１Ａ）、Ｆ２Ｂ、Ｆ３Ｂを設定し、ステップＳＡ８に進む。ステップＳＡ８では、ステップＳＡ６またはステップＳＡ７とにおいて設定された噴射Ｆ１Ａ、Ｆ２Ａ、Ｆ３Ａ、Ｆ１Ｂ、Ｆ２Ｂ、Ｆ３Ｂを、検出されたクランク角が夫々設定された噴射時期となった時に実行して、ステップＳＡ１に戻る。
【００５４】
（実験結果）
次に、本実施形態におけるフィルタ部材４４を用いた実験結果を、図６、図７、図８を参照して説明する。
実験は、エンジン（４気筒。２０００ｃｃ）の排気通路に、酸化触媒を配置するとともに、その下流にサンプルとなるフィルタ部材（直径略１２ｃｍで長さ略１８ｃｍ）を位置させたフィルタ装置を配置させ、エンジンの運転状態を、低回転低負荷状態と高回転高負荷状態との間で周期的に切換えるように数百時間連続運転させて行った。エンジンの運転状態が高回転高負荷の時はフィルタ温度が３００℃以上となり、これにより上述のような連続再生の現象による微粒子の焼却除去が行われる。尚、この実験では、上述のような一時的再生処理のための追加噴射は実行しなかった。こうした連続運転後、それぞれのフィルタに対しその中心部分を含む複数箇所の部分に対し局部的に微粒子（本実験ではｓｏｏｔ：カーボン）の堆積量を測定し、この結果を概略的に示したものが図６、図７、図８である。
【００５５】
先ず、図６は比較例であり、セル密度が内周部も外周部とも６．４５ｃｍ^２当たり（１平方インチ当たり）２００セルとなるフィルタを用いて実験した時の堆積量を示したものである。
具体的には、このような構造のフィルタに対し、同図（ａ）は、触媒金属としてＰｔのみをフィルタ部材の触媒層全体に亘って均一に２ｇ／Ｌ（Ｌはフィルタの構造体として１Ｌ当たりを示す）となるよう担持した場合、同図（ｂ）は、Ｐｔをフィルタ部材の外周部の触媒層に３ｇ／Ｌ、内周部の触媒層に１ｇ／Ｌを担持した場合、同図（ｃ）は、Ｐｔはフィルタ部材の触媒層全体に亘って均一に２ｇ／Ｌとなるように担持し、更にカリウム（Ｋ）を担持させるとともに、その担持量を外周部に２０ｇ／Ｌ、内周部に５ｇ／Ｌとした場合の、それぞれの微粒子の堆積状態を示している。また、この時の内周部と外周部との境界の直径は、略６ｃｍとした。
【００５６】
図７は、実施例１であり、外周部のセル密度が、６．４５ｃｍ^２当たり、３００セル、内周部のセル密度が、６．４５ｃｍ^２当たり１００セルとなるフィルタを用いて実験した時の堆積量を示したものである。また、この時の内周部と外周部との境界の直径は、略６ｃｍとした。同図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、は、図６の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）にそれぞれ対応させて、ＰｔやＫの担持形態を同様にした時の実験結果を示す。
図８は、実施例２であり、外周部のセル密度が、６．４５ｃｍ^２当たり３００セル、内周部のセル密度が、６．４５ｃｍ^２当たり２００セルとなるフィルタを用いて実験した時の堆積量を示したものである。また、時内周部と外周部との境界の直径は、略６ｃｍとした。同図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、は、図６の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）にそれぞれ対応させて、ＰｔやＫの担持形態を同様にした時の実験結果を示す。
【００５７】
このような実験結果から、比較例に対し、実施例１、２のフィルタにおいては、フィルタ全体において微粒子の堆積量が減少しており、このことから、フィルタの外周部のセル密度を内周部のセル密度より大きくした方が、微粒子の焼却除去が促進されることが分かる。特に比較的低温となり易い外周部下流側での焼却除去の性能が高い。
また、フィルタの外周部においてＰｔやＫの担持量を増大させた方が、堆積した微粒子の焼却除去の性能が極めて高いことが分かる。
また、この実験結果によれば、内周部の単位面積当たりのセル密度に対する外周部の単位面積当たりのセル密度の比は、１．５から３の範囲とするのが好ましい。セル密度比が１．５以下では、要求通りに、フィルタ内周部での異常高温を抑えつつ、外周部での微粒子の焼却除去性能を向上させることはできず、また該比が３以上の場合は、セル外周部のセル密度が小さくなりすぎてこれにより隔壁も薄くなるので構造的な強度が著しく悪化する。
【００５８】
以下に上記の本実施形態における効果を説明する。
本実施形態においては、フィルタ部材４４の外周部４５の単位面積当たりのセル密度を、内周部４６の単位面積当たりのセル密度よりも大きくして、外周部４５の隔壁４８ａの表面積を増大させた。これにより外周部４５に堆積される微粒子は、隔壁４８ａに高分散して堆積されるため、隔壁４８ａにコートされた触媒層４９ａの触媒金属との接触頻度を高めることができ、再生時に触媒作用を利用して積極的に焼却除去されることとなる。一方、内周部４６の隔壁４８ｂの表面積を小さくして微粒子が高分散担持されるを抑制した。したがって、内周部４６の触媒層４９ｂにおいては、微粒子と触媒金属との接触頻度が抑えられ、これにより微粒子の積極的な焼却除去も抑制され熱発生も小さいが、内周部４６は比較的高温状態となるため、反ってこのような熱発生の抑制により内周部４６の異常高温を防止でき、これにより、フィルタ部材４４の溶損も防止できる。
また、触媒金属の他に、低温側で微粒子の焼却除去に優れるアルカリ金属を、内周部４６よりも外周部４５に多く担持したので、外周部４５は内周部４６に比べて温度が低く、したがってより効果的に外周部４５に堆積した微粒子の焼却除去を行うことができる。
【００５９】
また、フィルタ部材４４は、セル密度を大きくして隔壁４８ａ、４８ｂの表面積を増大するほど、排気ガスの流通抵抗低減が可能であることを利用して、フィルタ部材４４の外周部４５の単位面積当たりのセル密度を、内周部４６の単位面積当たりのセル密度よりも大きくすることで、外周部４５の流通抵抗が低減できる。これにより、従来のフィルタであれば内周部において焼却除去が必要となる微粒子量はかなり多いが、本実施形態のフィルタ部材４４では低減するとともに、その代わり外周部４５に堆積する微粒子を増やすことができる。したがって、フィルタ部材４４の上流と下流との差圧によりフィルタ部材４４の微粒子の詰まりを判断する場合においては、外周部４５にも微粒子が積極的に堆積されるため、フィルタ部材４４の内周部４６において微粒子が過度に堆積する前に、フィルタ部材４４の詰まりを検出して再生処理でき、再生処理ため過度に追加燃料を供給したり追加燃料の供給時間を延長させるなどして燃費の悪化を招くことなく、再生性能を向上できる。
【００６０】
（他の実施形態）
尚、本発明の実施形態においては、フィルタ部材４４の内周部４６に触媒金属とアルカリ金属とを含有する触媒層４９ａをコートさせたが、外周部４５のみに触媒層４９ｂをコートさせてもよいし、また、内周部４６の触媒層４９ａはコートするものとして、貴金属を含有させなかったり、アルカリ金属を含有させなくてもよく、これによりコスト低減が図れる。
【００６１】
また、本発明の実施形態においては、フィルタ部材４４の再生処理を排気通路２６に取り付けた状態で、エンジン１の制御状態を変更することで行ったが、再生手法はこれに限らず、エンジン１の排気通路２６にセリア含有燃料などの微粒子焼却剤の供給装置を設け、該装置からフィルタ部材４４に微粒子焼却剤を供給することで、再生処理するものであっても良い。
また、フィルタ部材４４への微粒子の堆積が所定値以上となった時に、サービス工場でフィルタ装置２８ｂを排気通路２６から取外して、サービス工場内の設備を利用して高温再生し、再生終了後再度フィルタ装置２８ｂを排気通路２６に取り付けるものであってもよい。
【００６２】
また、本発明の実施形態においては、上流圧力センサ４２によりフィルタ部材４４の上流圧力を直接検出したが、ＥＣＵ４０によりエンジンの運転状態からフィルタ部材４４の上流圧力を推定するものであってもよい。
【００６３】
また、本発明の実施形態のフィルタ部材４４の内周部４６の微少な一部の単位面積当たりのセル密度を、外周部４５のセル密度より大きくしてもよい。
【００６４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るエンジンの排気微粒子浄化用フィルタ装置及び、エンジンの排気微粒子浄化装置においては、パティキュレートフィルタを排気ガスの流れ方向に垂直な断面から見て、その外周部の単位面積当たりのセル密度を、内周部の単位面積当たりのセル密度よりも大きくした。これにより、パティキュレートフィルタの再生処理において、比較的低温の外周部でも、余分な再生処理を施すことなく微粒子を焼却除去でき、しかもこの時内周部における異常な高温化を防止できる。したがって、パティキュレートフィルタの溶損等を防止しつつ、堆積した微粒子の焼却除去の促進を図ることが可能な排気微粒子浄化用フィルタ装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るエンジンの排気浄化装置を示す全体構成図。
【図２】本実施例の実施形態に係るフィルタ部材４４の概略図。
【図３】フィルタ部材４４における、（ａ）外周部の断面拡大図と、（ｂ）内周部の断面拡大図。
【図４】インジェクタ５による噴射作動の様子を模式的に示す説明図。
【図５】本実施形態におけるエンジン制御の制御手順を示すフローチャート図。
【図６】比較例の実験データを示すグラフ。
【図７】実施例１の実験データを示すグラフ。
【図８】実施例２の実験データを示すグラフ。
【図９】従来例のパティキュレートフィルタにおける側面断面図。
【図１０】従来例のパティキュレートフィルタにおける正面図。
【符号の説明】
２８ｂ：フィルタ装置
４４：フィルタ部材
４５：外周部
４６：内周部
４７ａ、４７ｂ：セル
４８ａ、４８ｂ：隔壁

Claims

エンジンの排気通路に配置され、多孔質の隔壁により内部を区画して形成された多数のセルの内部に排気ガス中の微粒子を堆積させるパティキュレートフィルタを備え、該パティキュレートフィルタは高温化されることにより堆積した該微粒子が焼却除去されて、該パティキュレートフィルタの再生処理が可能とされるエンジンの排気微粒子浄化用フィルタ装置において、
該パティキュレートフィルタは、該パティキュレートフィルタを排気ガスの流れ方向に対して垂直な断面から見て、少なくとも外周部に触媒金属を担持するとともに、該外周部の単位面積当りのセル密度を、外周部より中心側の内周部における単位面積当たりのセル密度よりも大きくすることを特徴とするエンジンの排気微粒子浄化用フィルタ装置。
上記パティキュレートフィルタは、上記内周部にも触媒金属が担持されるとともに、上記外周部に担持された触媒金属の担持量を、上記内周部に担持された触媒金属担持量よりも多くすることを特徴とする請求項１記載のエンジンの排気微粒子浄化用フィルタ装置。
上記触媒金属は貴金属であり、上記パティキュレートフィルタには、該触媒金属の他に、上記外周部及び内周部にアルカリ金属が担持されるとともに、上記外周部に担持されたアルカリ金属の担持量を、上記内周部に担持されたアルカリ金属担持量よりも多くすることを特徴とする請求項２記載のエンジンの排気微粒子浄化用フィルタ装置。
エンジンの排気通路に配置され、多孔質の隔壁により内部を区画して形成された多数のセルの内部に排気ガス中の微粒子を堆積させるパティキュレートフィルタと、
上記パティキュレートフィルタの排気上流の圧力を検出する上流圧力検出手段と、
該パティキュレートフィルタの排気下流の圧力を検出する下流圧力検出手段と、
検出された上流圧力と排気下流の圧力との差圧により該パティキュレートフィルタ内に堆積した該微粒子の堆積量を判定する微粒子堆積量判定手段と
判定された堆積量に基づいて、上記パティキュレートフィルタが高温化されることにより、堆積した該微粒子が焼却除去されて該パティキュレートフィルタの再生が実行させるよう再生指示を行う再生指示手段とを備えたエンジンの排気微粒子浄化装置において、
上記パティキュレートフィルタは、排気ガスの流れ方向に垂直な断面から見て、少なくとも外周部に触媒金属を担持するとともに、該外周部の単位面積当りのセル密度を、外周部より中心側の内周部における単位面積当たりのセル密度よりも大きくすることを特徴とするエンジンの排気微粒子浄化装置。