JP2005030212A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ハニカム構造の触媒とフィルタとを近接して配置した排気浄化装置において、触媒の実質的容量低下を抑制するようにした排気浄化装置を提供する。
【解決手段】細孔が設けられた隔壁１１によって画成される複数のフィルタ内通路１２、１３を有し、同複数のフィルタ内通路１２、１３のうちの少なくとも一部のフィルタ内通路１３はその上流側端部開口が閉塞されているフィルタ３と、同フィルタ３の上流側に配置される酸化機能を有する触媒２であって、隔壁によって画成される複数の触媒内通路２１を有している触媒２と、を同一のケーシング内に収納して成る排気浄化装置において、上記フィルタ３における単位横断面面積当たりの上記フィルタ内通路１２、１３の数が、上記触媒２における単位横断面面積当たりの上記触媒内通路２１の数よりも多くされている、排気浄化装置を提供する。
【選択図】 図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関の排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車等に搭載される内燃機関の排気ガス中にはＣＯ、ＨＣ等の有害物質が含まれている。このため触媒を含む排気浄化装置を排気ガス通路に設置して上記有害成分を一定のレベルまで低減するようにしている。このような排気浄化装置としては、複数の触媒内通路を有するハニカム構造の触媒をマット材で覆ってケーシング内に圧入したものが広く知られており、近年では複数の触媒を一つのマット材で保持してケーシング内に圧入したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
このように複数の触媒を一つのマット材で保持してケーシング内に圧入するようにすると、触媒毎に別々のマット材を使用する場合に比べ、触媒を安定的に保持することができ、また製造効率も向上することが可能となる。
【０００３】
ところで、内燃機関の排気ガス中には上記のような有害物質の他に煤等の排気微粒子（ＰＭ：パティキュレートマター）も含まれている。このため、上記排気浄化装置は、排気微粒子を捕集するためのフィルタを具備していることが好ましい。このようなフィルタとしては、複数のフィルタ内通路を有するハニカム構造体を多孔質材料で形成し、各通路の上流側端部開口と下流側端部開口の一方を栓詰して上流側端部開口が栓詰されたフィルタ内通路と下流側端部開口が栓詰されたフィルタ内通路とが交互に配置されるように構成したもの（いわゆるウォールフロー型のフィルタ）が知られている。すなわち、このフィルタが排気ガス通路内に配置されると、排気ガスは下流側端部開口が栓詰され上流側端部開口が栓詰されていないフィルタ内通路の上流側端部開口から入り、各フィルタ内通路を隔てる隔壁を通って上流側端部開口が栓詰され下流側端部開口が栓詰されていないフィルタ内通路へ抜け下流へ流れていくことになる。そしてこの間に排気ガス中の排気微粒子が捕集され、排気微粒子の大気への放出が抑制される。
【０００４】
【特許文献１】
特開平９−２７３４１７号公報
【特許文献２】
特開２００２−２７６３３２号公報
【特許文献３】
実開平６−４７６１９号公報
【特許文献４】
特開２００１−９８９３６号公報
【特許文献５】
実開昭６１−１５２７１６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような触媒とフィルタとを備える排気浄化装置を構成する場合、触媒の活性化温度への昇温を容易にすると共にフィルタの詰りを抑制する効果を期待できることから、上記触媒を上記フィルタの上流側に配置することが好ましい。また、上述したような触媒の安定保持や製造効率の向上の観点からは、上記触媒と上記フィルタとを一つのマット材で保持して同一ケーシング内に圧入することが好ましい。
【０００６】
しかしながら、この場合、以下のような問題が生じる可能性がある。すなわち、触媒とフィルタとを触媒を上流側にして同一のケーシング内に収納して排気浄化装置を構成すると、上記触媒と上記フィルタとが近接した状態で使用されることになるが、この場合、上記触媒内に形成される上記触媒内通路と上記フィルタ内に形成される上記フィルタ内通路との関係によっては、上記触媒内通路の一部に排気ガスが流れ難くなって、実質的な触媒の容量低下を生じてしまう恐れがある。つまり、上記フィルタ内通路の上流側端部開口の栓詰が近接する上記触媒内通路を塞ぐように作用し、その触媒内通路に排気ガスが流れ難くなって、実質的な触媒の容量低下を生じてしまう可能性がある。
【０００７】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、その目的は、上記触媒と上記フィルタとを上記触媒を上流側にして同一のケーシング内に収納して構成した内燃機関の排気浄化装置において、上記触媒と上記フィルタとが近接して配置されていることに起因して上記触媒の容量が実質的に低下するのを抑制するようにした内燃機関の排気浄化装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項に記載された内燃機関の排気浄化装置を提供する。
請求項１に記載の発明は、表面及び内部に細孔が設けられた隔壁によって画成される複数のフィルタ内通路を有し、上記複数のフィルタ内通路のうちの少なくとも一部のフィルタ内通路はその上流側端部開口が閉塞されているフィルタと、該フィルタの上流側に配置される酸化機能を有する触媒であって、隔壁によって画成される複数の触媒内通路を有している触媒と、を同一のケーシング内に収納して成る内燃機関の排気浄化装置において、上記フィルタ内通路の配置と、横断面形状と、横断面面積とのうちの少なくとも一つを上記触媒内通路と異ならせることによって、各触媒内通路の下流側端部の少なくとも一部が開口するようにされている、内燃機関の排気浄化装置を提供する。
【０００９】
上記のような触媒とフィルタとを触媒を上流側にして同一のケーシング内に収納して構成した排気浄化装置においては、上記触媒と上記フィルタとが近接した状態で使用されることになるが、この場合、上記触媒内通路と上記フィルタ内通路との関係によっては、上記触媒内通路の一部に排気ガスが流れ難くなって、実質的な触媒の容量低下を生じてしまう恐れがある。つまり、上記フィルタ内通路の閉塞された上流側端部が、近接する上記触媒内通路の下流側端部開口を完全に覆って位置するような場合には、その触媒内通路に排気ガスが流れ難くなって、実質的な触媒の容量低下が生じてしまう可能性がある。
【００１０】
これに対し、請求項１に記載の発明では、上記フィルタ内通路の配置と、横断面形状と、横断面面積とのうちの少なくとも一つを上記触媒内通路と異ならせることによって、各触媒内通路の下流側端部の少なくとも一部が開口するようにされているので、上記のような実質的な触媒容量の低下を抑制することができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、表面及び内部に細孔が設けられた隔壁によって画成される複数のフィルタ内通路を有し、上記複数のフィルタ内通路のうちの少なくとも一部のフィルタ内通路はその上流側端部開口が閉塞されているフィルタと、該フィルタの上流側に配置される酸化機能を有する触媒であって、隔壁によって画成される複数の触媒内通路を有している触媒と、を同一のケーシング内に収納して成る内燃機関の排気浄化装置において、上記フィルタにおける単位横断面面積当たりの上記フィルタ内通路の数が、上記触媒における単位横断面面積当たりの上記触媒内通路の数よりも多くされている、内燃機関の排気浄化装置を提供する。
【００１２】
請求項２に記載の発明のようにすれば、上記フィルタ内通路の閉塞された上流側端部が、近接する上記触媒内通路の下流側端部開口を完全に覆って位置しないようにできるので、排気ガスの流れ難い触媒内通路が生ずるのを抑制できる。この結果、請求項１に記載の発明と同様、上記触媒と上記フィルタとが近接して配置されていることに起因して上記触媒の容量が実質的に低下するのを抑制することができる。
【００１３】
請求項３に記載の発明では請求項１または２に記載の発明において、上記触媒は上記フィルタの上流側にほぼ密着して配置される。
フィルタと触媒とが同一のケーシング内に収納される上記のような排気浄化装置を製造する場合、上記触媒と上記フィルタとを密着させてケーシング内に圧入することで、圧入時における触媒等の破損の可能性を低減することができる。したがって、請求項３に記載の発明のようにすれば、製造時における触媒等の破損の可能性を低減することができる。
【００１４】
また、上記触媒が上記フィルタの上流側にほぼ密着して配置された場合には、上記触媒内通路と上記フィルタ内通路との関係によっては、上記フィルタ内通路の閉塞された上流側端部が、近接する上記触媒内通路の下流側端部開口をほぼ完全に塞いでしまうので、上述したような実質的な触媒容量の低下がより顕著になることが考えられる。しかしながら、請求項３に記載の発明は、上記フィルタ内通路と上記触媒内通路に関し、請求項１または２に記載したような構成を有しているので、上記のような実質的な触媒容量の低下を抑制することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、図面において、同一又は類似の構成要素には共通の参照番号を付す。
図１は、本発明の第一実施形態の排気浄化装置の略示断面図であり、図中の矢印は排気ガスの流通方向を示している。図１に示したように、本実施形態の排気浄化装置は、内燃機関の排気ガス管路の一部を形成するケーシング１と、同ケーシング１の内部に配置される触媒２と、上記ケーシング１の内部で上記触媒２の下流に配置されるフィルタ３と、ケーシング１内に触媒２とフィルタ３とを固定するマット材４とを有している。
【００１６】
本実施形態において触媒２は、隔壁によって画成される複数の触媒内通路を具備するハニカム構造を有している。この触媒内通路は排気流方向に形成され、その内部を排気ガスが流通する。そしてこの触媒内通路の内面に実際の触媒作用を担うＮＯｘ吸蔵剤が担持されている。このＮＯｘ吸蔵剤は、流通する排気ガスの空燃比がリーンの時にＮＯｘを吸蔵し流通する排気ガスの空燃比が小さくなり、且つ還元剤が存在していれば吸蔵したＮＯｘを還元浄化する作用を有する。更にこのＮＯｘ吸蔵剤は、排気ガス中のＣＯ、ＨＣ等の有害物質を酸化して浄化する機能も有している。
なお、本実施形態においては、排気ガスは上記触媒内通路を画成する隔壁を通過することはできない。
【００１７】
図２は、上記フィルタ３の排気ガス流入側（すなわち上流側）端面図であり、図３は同フィルタ３の縦断面図である。図２及び図３に示したように、フィルタ３もハニカム構造をなしており、隔壁１１によって画成される複数のフィルタ内通路１２、１３を有している。このフィルタ内通路１２、１３は排気流方向に形成され、その内部を排気ガスが流通する。
【００１８】
これらのフィルタ内通路１２、１３は下流側端部開口が排気ガスを通さない閉塞部材である栓１４により閉塞された排気流入通路１２と、上流側端部開口が同様の閉塞部材である栓１５により閉塞された排気流出通路１３とにより構成される。なお、図２においてハッチングを付した部分は栓１５を示している。したがってフィルタ３においては、排気流入通路１２及び排気流出通路１３は隔壁１１を介して交互に配置される。言い換えると排気流入通路１２及び排気流出通路１３は各排気流入通路１２が４つの排気流出通路１３によって包囲され、各排気流出通路１３が４つの排気流入通路１２によって包囲されるように配置される。
【００１９】
フィルタ３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、排気ガスは排気流入通路１２内に流入し、図３において矢印で示されるように周囲の隔壁１１を通って隣接する排気流出通路１３内へ抜けて下流へ流れていくことになる。そしてこの間に排気ガス中の排気微粒子が捕集され、排気微粒子の大気への放出が抑制される。
【００２０】
図１に示されているように本実施形態では、上記触媒２と上記フィルタ３とが同一のマット材４によってケーシング１内に固定されている。こうすることによって、上記触媒２と上記フィルタ３とについて別々のマット材を使用する場合に比べ、大きなマット材を用いることができるので触媒２等をより安定的に保持することができる。また、この場合、排気浄化装置の製造の際に上記触媒２と上記フィルタ３とを一つのマット材４で保持してケーシング１内に圧入することになり、上記触媒２と上記フィルタ３とについて別々のマット材を使用する場合に比べて圧入の回数が減って製造効率も向上することができる。
【００２１】
更に本実施形態では、上記触媒２と上記フィルタ３とがほぼ密着して配置されている。すなわち、排気浄化装置の製造の際に上記触媒２と上記フィルタ３とが密着せしめられた状態でケーシング１内に圧入される。このようにすると、上記触媒２と上記フィルタ３との間にスペーサを介設する必要がないので圧入時における触媒等の破損の可能性を低減することができる。すなわち、上記触媒２と上記フィルタ３との間に空間を設けるべくスペーサを介設する場合、スペーサの厚さが薄いと上記圧入時に触媒２等に極めて大きな力が作用し、これらが破損してしまう場合があるのである。なお、逆にスペーサの厚さが厚い場合には、スペーサが、対応する位置にある上記触媒内通路と上記フィルタ内通路を塞いでしまい、触媒及びフィルタの実質的容量の低下が生じてしまう恐れがある。
【００２２】
ところで、本実施形態の排気浄化装置と同タイプの排気浄化装置、すなわち、上記のような構成の触媒とフィルタとが触媒を上流側にして同一のケーシング内に収納されて構成される排気浄化装置においては、上記触媒と上記フィルタとが近接した状態で使用されることになる。このため、上記触媒内通路と上記フィルタ内通路との関係によっては、上記触媒内通路の一部に排気ガスが流れ難くなって、実質的に触媒の容量が低下してしまう恐れがある。つまり、上記フィルタ内通路１３の閉塞された上流側端部（すなわち、栓１５）が、近接する上記触媒内通路の下流側端部開口を完全に覆って位置するような場合には、その触媒内通路に排気ガスが流れ難くなって、実質的な触媒の容量低下が生じてしまう可能性がある。
【００２３】
特に、本実施形態の排気浄化装置のように上記触媒２が上記フィルタ３の上流側にほぼ密着して配置されている場合には、上記フィルタ内通路１３の閉塞された上流側端部（すなわち、栓１５）が、近接する上記触媒内通路の下流側端部開口をほぼ完全に塞いでしまう可能性があり、上述したような実質的な触媒容量の低下が生じる可能性は一層高くなる。
【００２４】
そこで、本実施形態の排気浄化装置では、以下で述べるような特別な構成をとることにより、上述したような実質的な触媒容量の低下の発生を抑制するようにしている。すなわち、本実施形態の排気浄化装置では、上記触媒２と上記フィルタ３とにおいて上記触媒内通路２１と上記フィルタ内通路１２、１３とが図４に示すような関係になるように構成される。ここで、図４は図１における部分Ａ、すなわち上記触媒２の下流側端部と上記フィルタ３の上流側端部とが隣接する部分の拡大略示図である。
【００２５】
すなわち、本実施形態の排気浄化装置においては、上記フィルタ３における単位横断面面積当たりの上記フィルタ内通路１２、１３の数が、上記触媒２における単位横断面面積当たりの上記触媒内通路２１の数よりも多くなるように構成されている。図４に示した例では、上記フィルタ３における単位横断面面積当たりの上記フィルタ内通路１２、１３の数が、上記触媒２における単位横断面面積当たりの上記触媒内通路２１の数の４倍になっている。
【００２６】
そして、このようにすることによって、図４に示したように上記フィルタ内通路１３の閉塞された上流側端部（すなわち、栓１５）が、近接する上記触媒内通路２１の下流側端部開口を完全に覆って位置することが回避される。これにより図４に矢印で示されるように、ほぼ総ての上記触媒内通路２１に排気ガスが流れるようになるので、上述したような実質的な触媒容量の低下を抑制することができる。
【００２７】
次に、本発明の第二実施形態の排気浄化装置について説明する。但し、上述した第一実施形態の排気浄化装置と共通する部分については原則として説明を省略する。
この第二実施形態の排気浄化装置の構成は、基本的には上述した第一実施形態の排気浄化装置と同様であり、その略示断面図は図１で表される。しかし、第二実施形態の排気浄化装置では、上記触媒２と上記フィルタ３とにおいて上記触媒内通路２１と上記フィルタ内通路１２、１３とが図５に示すような関係になるように構成される。ここで、図５は、第二実施形態の排気浄化装置に関する図４と同様の図（つまり、図１における部分Ａ、すなわち上記触媒２の下流側端部と上記フィルタ３の上流側端部とが隣接する部分の拡大略示図）である。
【００２８】
すなわち、第二実施形態の排気浄化装置においては、上記フィルタ３における単位横断面面積当たりの上記フィルタ内通路１２、１３の数が、上記触媒２における単位横断面面積当たりの上記触媒内通路２１の数と同じになるように構成されると共に、上記フィルタ内通路１２、１３の位置と上記触媒内通路２１の位置とがずれるように構成されている。
【００２９】
そして、このようにすることによって、図５に示したように上記フィルタ内通路１３の閉塞された上流側端部（すなわち、栓１５）が、近接する上記触媒内通路２１の下流側端部開口を完全に覆って位置することが回避される。これにより図５に矢印で示されるように、ほぼ総ての上記触媒内通路２１に排気ガスが流れるようになるので、上述したような実質的な触媒容量の低下を抑制することができる。
【００３０】
なお、上述した第一実施形態の排気浄化装置（図４参照）は、言い換えれば、上記フィルタ内通路１２、１３の横断面面積を上記触媒内通路２１と異ならせることによって、各触媒内通路２１の下流側端部の少なくとも一部が開口するようにした例であると言える。また、上記第二実施形態の排気浄化装置（図５参照）は、上記フィルタ内通路１２、１３の配置を上記触媒内通路２１と異ならせることによって、各触媒内通路２１の下流側端部の少なくとも一部が開口するようにした例であると言える。
【００３１】
そしてこれらに加え、本発明の他の実施形態においては、上記フィルタ内通路１２、１３の横断面形状を上記触媒内通路２１と異ならせることによって、各触媒内通路２１の下流側端部の少なくとも一部が開口するようにしてもよい。すなわち、例えば上記触媒内通路２１の横断面形状を四角形とするのに対して上記フィルタ内通路１２、１３の横断面形状を六角形や三角形とする。このようにすることによっても、上述した他の実施形態の場合と同様、上記フィルタ内通路１３の閉塞された上流側端部が、近接する上記触媒内通路２１の下流側端部開口を完全に覆って位置することを回避することができる。そしてこれにより、ほぼ総ての上記触媒内通路２１に排気ガスが流れるようになって、上述したような実質的な触媒容量の低下を抑制することができる。
【００３２】
また、以上では、上記触媒２が上記フィルタ３の上流側にほぼ密着して配置されている場合を例にとって説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち例えば、上記触媒２と上記フィルタ３との間の距離が、上記フィルタ内通路１３の閉塞された上流側端部（すなわち、栓１５）が近接する上記触媒内通路の下流側端部開口を完全に覆って位置した場合にその触媒内通路に排気ガスが流れ難くなる程度に離れている場合も含まれる。つまり、このような場合にも、本発明による効果が発揮され、実質的な触媒の容量低下を抑制することができる。
【００３３】
【発明の効果】
各請求項に記載の発明によれば、ハニカム構造を有する触媒とフィルタとを触媒を上流側にして同一のケーシング内に収納して成る内燃機関の排気浄化装置において、上記触媒と上記フィルタとが近接して配置されていることに起因して上記触媒の容量が実質的に低下するのを抑制するという共通の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の第一実施形態の排気浄化装置の略示断面図である。
【図２】図２は、フィルタの排気ガス流入側（すなわち上流側）端面図である。
【図３】図３はフィルタの縦断面図である。
【図４】図４は図１における部分Ａ、すなわち触媒の下流側端部とフィルタの上流側端部とが隣接する部分の拡大略示図である。
【図５】図５は、第二実施形態の排気浄化装置に関する図４と同様の図である。
【符号の説明】
１…ケーシング
２…触媒
３…フィルタ
４…マット材
１２…フィルタ内通路（排気流入通路）
１３…フィルタ内通路（排気流出通路）
２１…触媒内通路

Claims (3)

1. 表面及び内部に細孔が設けられた隔壁によって画成される複数のフィルタ内通路を有し、上記複数のフィルタ内通路のうちの少なくとも一部のフィルタ内通路はその上流側端部開口が閉塞されているフィルタと、
   該フィルタの上流側に配置される酸化機能を有する触媒であって、隔壁によって画成される複数の触媒内通路を有している触媒と、を同一のケーシング内に収納して成る内燃機関の排気浄化装置において、
   上記フィルタ内通路の配置と、横断面形状と、横断面面積とのうちの少なくとも一つを上記触媒内通路と異ならせることによって、各触媒内通路の下流側端部の少なくとも一部が開口するようにされている、内燃機関の排気浄化装置。
2. 表面及び内部に細孔が設けられた隔壁によって画成される複数のフィルタ内通路を有し、上記複数のフィルタ内通路のうちの少なくとも一部のフィルタ内通路はその上流側端部開口が閉塞されているフィルタと、
   該フィルタの上流側に配置される酸化機能を有する触媒であって、隔壁によって画成される複数の触媒内通路を有している触媒と、を同一のケーシング内に収納して成る内燃機関の排気浄化装置において、
   上記フィルタにおける単位横断面面積当たりの上記フィルタ内通路の数が、上記触媒における単位横断面面積当たりの上記触媒内通路の数よりも多くされている、内燃機関の排気浄化装置。
3. 上記触媒は上記フィルタの上流側にほぼ密着して配置される、請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化装置。

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