JP2009092015A - 排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】排気温度の低い運転状態でも前段酸化触媒を酸化反応させてパティキュレートフィルタの再生化を図る。
【解決手段】前段酸化触媒１７を装備し、パティキュレートフィルタを強制再生するようにした排気浄化装置において、
前段酸化触媒１７の上流側に配置され且つ上流側から下流側に向かって径が順に大きくなるように構成された複数段の酸化触媒２８と、上流側の酸化触媒に向かって補助燃料を添加する補助燃料添加手段３２と、上流側の酸化触媒に向かってエアを供給するエア供給手段３８と、補助燃料及びエアに対して火炎を生じる点火手段４３とを備え、
点火手段４３による火炎から複数段の酸化触媒２８によって広範囲の高温ガスを作り、前段酸化触媒１７の少なくとも一部を加熱して酸化反応可能な状態にする。
【選択図】図１

Description

本発明は、排気浄化装置に関するものである。

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。

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て、排気ガス中のパティキュレートが多孔質薄壁の内側表面に捕集されるようにしてある。

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、ＰｔやＰｄ等を活性種とす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。

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。

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。

そこで、パティキュレートフィルタの入口側にフロースルー型の前段酸化触媒を別途装備し、パティキュレートの堆積量が増加してきた段階で、ディーゼルエンジン側の燃料噴射制御により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。

つまり、この燃料添加で生じたＨＣガスが前段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。

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行うことで排気ガス中に燃料を添加するのが一般的であるが、気筒内へのメイン噴射の時期を通常より遅らせることで排気ガス中に燃料を添加するようにしても良い。

更に、他の具体的手段としては、ディーゼルエンジンの始動時にパティキュレートフィルタの上流側に燃料を噴射してバーナ等により該燃料に点火し、その燃焼によりパティキュレートフィルタの内部温度をフィルタ再生用酸化触媒の活性下限温度まで昇温するものがある（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−１２２０１５号公報

しかしながら、前述の如き前段酸化触媒とパティキュレートフィルタを単純に備える構成であっても、渋滞路ばかりを走行する都市部の路線バス等のように排気温度の低い運転状態が長く続く運行形態の車輌にあっては、ポスト噴射等による燃料添加が低減して前段酸化触媒が酸化反応しないため、パティキュレートフィルタの再生が難しいという問題があった。また、特に減速時の燃料カットによるソーク等によりパティキュレートフィルタが冷却され、再生が止まるという問題があった。

一方、バーナ等を装備して排気温度の低い運転状態で強制的に排気温度を上昇させる手段の場合には、バーナ等による排気温度の強制的な上昇措置を連続的に実施しなければならず、バーナ等での燃料消費分が著しく増加して大幅な燃費悪化を招いてしまうという問題があった。また、バーナ等により前段酸化触媒を加熱する際には、バーナ等の火炎により多量の添加燃料が一気に燃焼する虞があり、この場合には前段酸化触媒及びパティキュレートフィルタの温度が急激に上昇してパティキュレートの燃焼をコントロールできず、パティキュレートフィルタに局所的な溶損が生じることが懸念された。

本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、排気温度の低い運転状態でも前段酸化触媒を酸化反応させてパティキュレートフィルタの再生化を図る排気浄化装置を提供することを目的としている。

本発明は、排気管途中のパティキュレートフィルタの入口側に前段酸化触媒を装備し、排気ガス中に燃料添加を行い、その添加燃料が前記前段酸化触媒で酸化反応した時の反応熱により捕集済みパティキュレートを燃焼させてパティキュレートフィルタを強制再生するようにした排気浄化装置において、
前記前段酸化触媒の上流側に配置され且つ上流側から下流側に向かって径が順に大きくなるように構成された複数段の酸化触媒と、上流側の酸化触媒に向かって補助燃料を添加する補助燃料添加手段と、上流側の酸化触媒に向かってエアを供給するエア供給手段と、補助燃料及びエアに対して火炎を生じる点火手段とを備え、
前記点火手段による火炎から複数段の酸化触媒によって広範囲の高温ガスを作り、前記前段酸化触媒の少なくとも一部を加熱して酸化反応可能な状態にするように構成したことを特徴とするものである。

而して、このようにすれば、排気温度の低い運転状態であっても、点火手段による火炎から複数段の酸化触媒によって広範囲の高温ガスを作り、前段酸化触媒の少なくとも一部を加熱して酸化反応可能な状態にし、パティキュレートフィルタの再生化を図ることができる。また、減速時の燃料カット等を生じる場合やアイドルストップ時の場合であっても、複数段の酸化触媒を介して加熱し得るので、前段酸化触媒、パティキュレートフィルタを冷却することがなく、パティキュレートフィルタの再生化の停止を防止することができる。更に、複数段の酸化触媒が熱源となるので、バーナ等による排気温度の連続的な上昇措置を不要にし、大幅な燃費悪化を防止することができる。更にまた、複数段の酸化触媒を介して前段酸化触媒を徐々に加熱するので、前段酸化触媒及びパティキュレートフィルタの急激な温度上昇を抑制し、パティキュレートの燃焼をコントロールしてパティキュレートフィルタの局所的な溶損を防止することができる。

また、本発明において、複数段の酸化触媒は、点火手段の火炎に対応する端面を備えて構成される第一段の酸化触媒と、第一段の酸化触媒の下流で第一段の酸化触媒からの高温ガス及び／または火炎に対応する端面を備え且つ第一段の酸化触媒より大径で構成される第二段の酸化触媒とを備えることが好ましく、このようにすれば、第一段の酸化触媒及び第二段の酸化触媒よって広範囲の高温ガスを適切に作るので、前段酸化触媒の少なくとも一部を容易に加熱して酸化反応可能な状態にし、パティキュレートフィルタの再生化を好適に図ることができる。

また、本発明において、補助燃料添加手段、エア供給手段及び点火手段は、共通のパルス信号に基づいて制御されると共に、補助燃料添加手段により補助燃料を添加した際に、エア供給手段によりエアを供給し且つ点火手段により補助燃料を着火するように構成されることが好ましく、このようにすれば、エア供給手段のエアに対して火炎を生じるための酸素不足を防止すると共に、エアによりパティキュレートをパージして燃焼の阻害を防止し、複数段の酸化触媒を確実に加熱して酸化反応可能な状態にし、パティキュレートフィルタの再生化を好適に図ることができる。また、補助燃料添加手段、エア供給手段及び点火手段を共通のパルス信号に基づいて制御するので、バーナ等による排気温度の連続的な上昇措置を不要にし、大幅な燃費悪化を防止することができる。

また、本発明において、補助燃料添加手段は、パルス信号に基づいて補助燃料を添加するパルス弁を備え、エア供給手段は、前記パルス信号に基づいてエアを供給する電磁弁を備え、点火手段は、前記パルス信号に基づいて点火する点火プラグを備えることが好ましく、このようにすれば、補助燃料添加手段、エア供給手段及び点火手段を、共通のパルス信号に基づいて好適に制御し得るので、エア供給手段のエアに対して火炎を生じるための酸素不足を防止すると共に、エアによりパティキュレートをパージして燃焼の阻害を防止し、複数段の酸化触媒を確実に加熱して酸化反応可能な状態にし、パティキュレートフィルタの再生化を最適に図ることができる。

また、本発明において、各流路の入口側を目封じしている栓体を入側端面から所要長さだけ流路奥側へ入り込んだ位置に配置して成る奥栓式のパティキュレートフィルタを採用し、その入口側の栓体の配置位置から入側端面までの前方部分に酸化触媒原料を担持せしめることでパティキュレートフィルタ自体の前方部分に前段酸化触媒を一体的に構成するようにしても良く、このようにすれば、前段酸化触媒の少なくとも一部が加熱されて酸化反応可能になり、パティキュレートフィルタの再生化を図ることができる。

上記した本発明の排気浄化装置によれば、排気温度の低い運転状態であっても、点火手段による火炎から複数段の酸化触媒によって広範囲の高温ガスを作り、前段酸化触媒の少なくとも一部を加熱して酸化反応可能な状態にし、パティキュレートフィルタの再生化を図ることができる。また、複数段の酸化触媒を備えることにより、バーナ等による排気温度の連続的な上昇措置を不要にし、大幅な燃費悪化を防止することができる。更に、複数段の酸化触媒を介して前段酸化触媒を徐々に加熱するので、パティキュレートの燃焼をコントロールしてパティキュレートフィルタの局所的な溶損を防止することができる等の種々の優れた効果を奏し得る。

以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。

図１〜図６は本発明を実施する形態の一例を示すもので、図１中における１はターボチャージャ２を搭載したディーゼルエンジンを示しており、エアクリーナ３から導いた空気４が吸気管５を介し前記ターボチャージャ２のコンプレッサ２ａへと送られ、該コンプレッサ２ａで加圧された空気４が更にインタクーラ６へと送られて冷却され、該インタクーラ６からインテークマニホールド７へと空気４が導かれてディーゼルエンジン１の各気筒に導入されるようにしてある。

また、このディーゼルエンジン１の各気筒から排出された排気ガス８が排気マニホールド９を介し前記ターボチャージャ２のタービン２ｂへと送られ、該タービン２ｂを駆動した排気ガス８が排気管１０を介し車外へ排出されるようにしてある。

そして、この排気ガス８が流通する排気管１０の途中に介装されたフィルタケース１１内には、図３に示す如く、捕集済みパティキュレートの酸化反応を助勢する機能を高めた酸化触媒を担持したパティキュレートフィルタ１２が収容されている。

このパティキュレートフィルタ１２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１３の入口が栓体１４により交互に目封じされ、入口が目封じされていない流路１３については、その出口が栓体１５により目封じされるようになっていて、各流路１３を区画する多孔質薄壁１６を透過してパティキュレートを捕集された排気ガス８のみが下流側へ排出されるようになっている。

更に、前記フィルタケース１１内におけるパティキュレートフィルタ１２の前段には、図４に一部を切り欠いて概略的に示す如きハニカム構造を有するフロースルー型の前段酸化触媒１７が装備されており、この前段酸化触媒１７は、排気ガス８中の炭化水素の酸化反応を助勢する機能を高めたものとなっている。また、前段酸化触媒１７の手前で上流側には、図２に示す如く、複数の孔１８ａを備えた排気ガス８の分散板１８が配置されている。

ここで、前記フィルタケース１１内には、パティキュレートフィルタ１２及び前段酸化触媒１７が収容される代わりに、図５に示す如く、前方部分に前段酸化触媒１７を一体的に構成した奥栓式のパティキュレートフィルタ１２が収容されても良い。奥栓式のパティキュレートフィルタ１２の構造を詳述すると、この奥栓式のパティキュレートフィルタ１２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１９の入口が栓体２０により交互に目封じされ、入口が目封じされていない流路１９については、その出口が栓体２１により目封じされるようになっており、各流路１９を区画する多孔質薄壁２２を透過してパティキュレートを捕集された排気ガス８のみが下流側へ排出されるようにしてあるが、入口側の栓体２０の配置位置から出側端面までの後方部分には、捕集済みパティキュレートの酸化反応を助勢する機能を高めた酸化触媒１２ａが担持されるようになっている。尚、一般的には、前方部分の酸化触媒１７ａの方が後方部分の酸化触媒１２ａよりもＰｔやＰｄ等の活性種の量を多くしたものとなるのが通常であるが、パティキュレートフィルタ１２全体に一様の酸化触媒を担持させるようにしても良い。

図１、図２に示す如く、前段酸化触媒１７の上流側には、排気管１０がフィルタケース１１内に接続されるよう、フィルタケース１１の外部から内部へ向かう筒状の連絡部材２３が配置され、連絡部材２３は、外周面の長手方向略中央でフィルタケース１１により支持されると共に、フィルタケース１１側（前段酸化触媒１７側）の先端部で分散板１８により支持されている。また、連絡部材２３は、フィルタケース１１内（前段酸化触媒１７側）の外周面に複数の流通孔２４を形成して排気ガス８をタービン２ｂ側の排気管１０からフィルタケース１１内へ流すようにしている。

更に、前段酸化触媒１７の上流側には、連絡部材２３と略平行にフィルタケース１１の外部から内部へ向かう筒状部材２５が配置されており、筒状部材２５は、外周面の長手方向略中央でフィルタケース１１により支持されると共に、外周面のフィルタケース１１側（前段酸化触媒１７側）位置で分散板１８により支持されている。また、筒状部材２５は、外方端側に閉端面２６を備えて一方を閉止状態にすると共に、フィルタケース１１内（前段酸化触媒１７側）の外周面に複数の流通孔２７を形成して排気ガス８を流通可能にしている。

また、筒状部材２５の内部には、前段酸化触媒１７の上流側に複数段の酸化触媒２８が配置されており、複数段の酸化触媒２８は、上流側から下流側に向かって径が順に大きくなるように、小径の円柱体で構成される第一段の酸化触媒２９と、第一段の酸化触媒２９の下流で第一段の酸化触媒２９より大径の円柱体で構成される第二段の酸化触媒３０とを備えている。

第一段の酸化触媒２９は、筒状部材２５の内周面に配置された取付部材３１を介して筒状部材２５の内部で延在方向の略中央位置に支持されている。また、第一段の酸化触媒２９は、排気ガス８の上流側の端面２９ａを筒状部材２５の閉端面２６に向けると共に、排気ガス８の下流側の端面２９ｂを第二段の酸化触媒３０に向けて配置されている。

第二段の酸化触媒３０は、筒状部材２５の流通孔２７より下流側に位置するよう、筒状部材２５の内周面によって筒状部材２５の内部で開放側位置に支持されている。また、第二段の酸化触媒３０は、排気ガス８の上流側の端面３０ａを第一段の酸化触媒２９に向けると共に、排気ガス８の下流側の端面３０ｂを前段酸化触媒１７に向けて配置されている。ここで、第一段の酸化触媒２９及び第二段の酸化触媒３０の構造は、炭化水素の酸化反応等により下流側の端面から高温ガス及び／または火炎を生じるよう、メタル素材等で構成されているが、下流側の端面から高温ガス及び／または火炎を生じるものならば、どのような構成でも良いし、どのような種類の触媒でも良い。

一方、筒状部材２５の内部には、上流側の第一段の酸化触媒２９に向かって炭化水素（ＨＣ）等の補助燃料を添加する補助燃料添加手段３２が備えられており、補助燃料添加手段３２は、筒状部材２５の閉端面２６に配置されて噴射口３３を構成するパルス式の添加弁３４（パルス弁）と、添加弁３４へ燃料ポンプ３５を介して補助燃料を供給し得る燃料タンク３６とを備えている。尚、添加弁３４には、筒状部材２５からの熱を遮断する断熱ガスケット３７を配置している。

また、筒状部材２５の内部には、上流側の第一段の酸化触媒２９に向かってエアを供給するエア供給手段３８が備えられており、エア供給手段３８は、筒状部材２５の閉端面２６側近傍の周囲面側から湾曲して第一段の酸化触媒２９の端面へ向かう噴射ノズル３９と、噴射ノズル３９へのエア供給を制御する電磁弁４０と、電磁弁４０へエアを供給し得るエアタンク４１とを備えている。尚、電磁弁４０には、筒状部材２５からの熱を遮断する断熱ガスケット４２を配置している。

更に、筒状部材２５の内部には、補助燃料添加手段３２からの補助燃料、及びエア供給手段３８からのエアに対して火炎を生じる点火手段４３が備えられており、点火手段４３は、第一段の酸化触媒２９の上流側手前で火炎を発生させる点火プラグ４４と、点火プラグ４４を作動させるようコイル４５及びコンデンサ４６を配する点火ユニット４７と、点火ユニット４７のコンデンサ４６に接続されるリレー４８とを備えている。

また、図１に示してある通り、燃料添加手段の添加弁３４、エア供給手段３８の電磁弁４０、点火手段４３のリレー４８は、エンジン制御コンピュータ（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）を成す制御装置４９に夫々接続されており、夫々、制御装置４９からの共通のパルス信号に基づいて制御されるようになっている。更に具体的に説明すると、補助燃料添加手段３２は、制御装置４９からのパルス信号に基づいて添加弁３４が制御されると共に、図６に示す如くパルス信号のカウント時間（カウント数）に基づいて補助燃料の添加量が設定されるようになっている。また、エア供給手段３８は、制御装置４９からのパルス信号に基づいて電磁弁４０が制御され、点火手段４３は、制御装置４９からのパルス信号に基づいて点火プラグ４４が制御されるようになっている。ここで、制御装置４９には、アクセル開度をディーゼルエンジン１の負荷として検出するアクセルセンサ（図示せず）や、ディーゼルエンジン１の回転数を検出する回転センサ（図示せず）からのアクセル開度信号及び回転数信号が入力され、所定のマップ処理（関数処理）等により発振周波数、電圧等のパルス信号の条件が設定されるようになっている。

以下、本発明を実施する形態例の作用を説明する。

渋滞路ばかりを走行する都市部の路線バス等のように排気温度の低い運転状態が長く続く運行形態の際には、制御装置４９は、アクセル開度信号、回転数信号等に基づいて所定のパルス信号を発し、補助燃料添加手段３２、エア供給手段３８、点火手段４３を制御する。具体的には、補助燃料添加手段３２は、制御装置４９からのパルス信号に基づいて添加弁３４の噴射口３３から補助燃料を一定の間隔（間欠）で添加すると同時に、エア供給手段３８は、制御装置４９からのパルス信号に基づいて電磁弁４０の噴射ノズル３９からエアを供給し、酸素不足を解消すると共に、パティキュレート自体による未点火を防止するようパティキュレートをパージする。更に、点火手段４３は、共通のパルス信号に基づいて、補助燃料の添加タイミングとエアの供給タイミングに合わせて点火プラグ４４で点火する。

次に、点火手段４３の点火プラグ４４により火炎を生じると、第一段の酸化触媒２９は、上流側の端面２９ａから加熱されて補助燃料により酸化反応し、下流側の端面２９ｂから高温ガス・火炎の加熱流を下流へ向かって放出する。続いて、第二段の酸化触媒３０は、高温ガス・火炎の加熱流により上流側の端面３０ａから加熱されて酸化反応し、下流側の端面３０ｂから高温ガスの加熱流を広範囲で前段酸化触媒１７へ放出する。ここで、第二段の酸化触媒３０は、第一段の酸化触媒２９よりも大径に構成されるので、上流側の端面３０ａに補助燃料を受けて第一段の酸化触媒２９と同様に酸化反応すると共に、大径の面積により広範囲の高温ガスを作り出すことができる。

次に、前段酸化触媒１７は、ポスト噴射等からの添加燃料（ＨＣミスト）を受けると共に、第二段の酸化触媒３０からの高温ガスによって一部が高温で加熱され、熱伝導を介して全体が酸化反応して所定の温度まで加熱される。また、前段酸化触媒１７にパティキュレートが付着している場合には、パティキュレート及び添加燃料（ＨＣミスト）が燃焼し、同様に全体が所定の温度まで加熱される。これにより、パティキュレートフィルタ１２では、堆積のパティキュレートが燃え、パティキュレートフィルタ１２の再生化を為し得る。

従って、上記形態例によれば、排気温度の低い運転状態であっても、点火手段４３による火炎から複数段の酸化触媒２８によって広範囲の高温ガスを作り、前段酸化触媒１７の少なくとも一部を加熱して酸化反応可能な状態にし、パティキュレートフィルタ１２の再生化を図ることができる。また、減速時の燃料カット等を生じる場合やアイドルストップ時の場合であっても、複数段の酸化触媒２８を介して加熱するので、前段酸化触媒１７、パティキュレートフィルタ１２を冷却することがなく、パティキュレートフィルタ１２の再生化の停止を防止することができる。更に、複数段の酸化触媒２８が熱源となるので、バーナ等による排気温度の連続的な上昇措置を不要にし、大幅な燃費悪化を防止することができる。更にまた、複数段の酸化触媒２８を介して前段酸化触媒１７を徐々に加熱するので、前段酸化触媒１７及びパティキュレートフィルタ１２の急激な温度上昇を抑制し、パティキュレートの燃焼をコントロールしてパティキュレートフィルタ１２の局所的な溶損を防止することができる。ここで、特に、複数段の酸化触媒２８によって前段酸化触媒１７の一部を加熱する場合には、パティキュレートが一度に着火燃焼することを適切に防止し、パティキュレートフィルタ１２の局所的な溶損を確実に防ぐことができる。

また、本発明の実施例において、複数段の酸化触媒２８は、点火手段４３の火炎に対応する端面を備えて構成される第一段の酸化触媒２９と、第一段の酸化触媒２９の下流で第一段の酸化触媒２９からの高温ガス及び／または火炎に対応する端面を備え且つ第一段の酸化触媒２９より大径で構成される第二段の酸化触媒３０とを備えると、第一段の酸化触媒２９及び第二段の酸化触媒３０によって広範囲の高温ガスを適切に作るので、前段酸化触媒１７の少なくとも一部を容易に加熱して酸化反応可能な状態にし、パティキュレートフィルタ１２の再生化を好適に図ることができる。また、第一段の酸化触媒２９及び第二段の酸化触媒３０を備えるので、前段酸化触媒１７が酸化反応可能な状態よりも低温になることを防止できる。

また、本発明の実施例において、補助燃料添加手段３２、エア供給手段３８及び点火手段４３は、共通のパルス信号に基づいて制御されると共に、補助燃料添加手段３２により補助燃料を添加した際に、エア供給手段３８によりエアを供給し且つ点火手段４３により補助燃料を着火するように構成されると、エア供給手段３８のエアに対して火炎を生じるための酸素不足を防止すると共に、エアによりパティキュレートをパージして燃焼の阻害を防止し、複数段の酸化触媒２８を確実に加熱して酸化反応可能な状態にし、パティキュレートフィルタ１２の再生化を好適に図ることができる。また、補助燃料添加手段３２、エア供給手段３８及び点火手段４３を共通のパルス信号に基づいて制御するので、バーナ等による排気温度の連続的な上昇措置を不要にし、大幅な燃費悪化を防止することができる。更に、パルス信号に基づいて補助燃料の添加、エアの添加を制御するので、前段酸化触媒１７及びパティキュレートフィルタ１２の急激な温度上昇を抑制し、パティキュレートの燃焼をコントロールしてパティキュレートフィルタ１２の局所的な溶損を防止することができる。更にまた、補助燃料添加手段３２、エア供給手段３８及び点火手段４３を共通のパルス信号に基づいて制御するので、前段酸化触媒１７が酸化反応可能な状態よりも低温になることを好適に防止できる。

また、本発明の実施例において、補助燃料添加手段３２は、パルス信号に基づいて補助燃料を添加する添加弁３４（パルス弁）を備え、エア供給手段３８は、パルス信号に基づいてエアを供給する電磁弁４０を備え、点火手段４３は、パルス信号に基づいて点火する点火プラグ４４を備えると、補助燃料添加手段３２、エア供給手段３８及び点火手段４３を、共通のパルス信号に基づいて適切に制御し、エア供給手段３８のエアに対して火炎を生じるための酸素不足を防止すると共に、エアによりパティキュレートをパージして燃焼の阻害を防止し、複数段の酸化触媒２８を確実に加熱して酸化反応可能な状態にし、パティキュレートフィルタ１２の再生化を好適に図ることができる。また、補助燃料添加手段３２、エア供給手段３８及び点火手段４３を共通のパルス信号に基づいて制御するので、バーナ等による排気温度の連続的な上昇措置を不要にし、大幅な燃費悪化を防止することができる。更に、補助燃料添加手段３２、エア供給手段３８及び点火手段４３を共通のパルス信号に基づいて制御するので、前段酸化触媒１７が酸化反応可能な状態よりも低温になることを好適に防止できる。

また、本発明の実施例において、各流路の入口側を目封じしている栓体を入側端面から所要長さだけ流路奥側へ入り込んだ位置に配置して成る奥栓式のパティキュレートフィルタ１２を採用し、その入口側の栓体の配置位置から入側端面までの前方部分に酸化触媒原料を担持せしめることでパティキュレートフィルタ１２自体の前方部分に前段酸化触媒１７を一体的に構成すると、同様に、前段酸化触媒１７の少なくとも一部が加熱されて酸化反応可能になり、パティキュレートフィルタ１２の再生化を図ることができる。

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、形態例における説明では、複数段の酸化触媒は、２段に限定されるものでなく、３段以上の構成でも良いこと、また、複数段の酸化触媒は、分岐して前段酸化触媒を複数個所で加熱しても良いこと、更に、複数段の酸化触媒は、第二段の酸化触媒の高温ガスにより前段酸化触媒を酸化反応可能な状態に加熱するならば、前段酸化触媒の一部を加熱しても良いし、前段酸化触媒の大部分を加熱しても良いこと、添加燃料は、ポスト噴射に限定されるものでなく、前段酸化触媒を介してパティキュレートフィルタを再生し得るならば特に制限されるものではないこと、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。

本発明を実施する形態の一例を示す概念図である。 本発明を実施する形態の一例を詳細に示す構成図である。 パティキュレートフィルタの構造を模式的に示す断面図である。 前段酸化触媒の詳細を一部を切り欠いて示す斜視図である。 奥栓式のパティキュレートフィルタの構造を模式的に示す断面図である。 補助燃料添加手段等を制御するパルス信号を示す概念図である。

符号の説明

８ 排気ガス
１０ 排気管
１２ パティキュレートフィルタ
１７ 前段酸化触媒
１９ 流路
２０ 栓体
２８ 複数段の酸化触媒
２９ 第一段の酸化触媒
２９ａ 端面
３０ 第二段の酸化触媒
３０ａ 端面
３２ 補助燃料添加手段
３４ 添加弁（パルス弁）
３８ エア供給手段
４０ 電磁弁
４３ 点火手段
４４ 点火プラグ

Claims (5)

1. 排気管途中のパティキュレートフィルタの入口側に前段酸化触媒を装備し、排気ガス中に燃料添加を行い、その添加燃料が前記前段酸化触媒で酸化反応した時の反応熱により捕集済みパティキュレートを燃焼させてパティキュレートフィルタを強制再生するようにした排気浄化装置において、
   前記前段酸化触媒の上流側に配置され且つ上流側から下流側に向かって径が順に大きくなるように構成された複数段の酸化触媒と、上流側の酸化触媒に向かって補助燃料を添加する補助燃料添加手段と、上流側の酸化触媒に向かってエアを供給するエア供給手段と、補助燃料及びエアに対して火炎を生じる点火手段とを備え、
   前記点火手段による火炎から複数段の酸化触媒によって広範囲の高温ガスを作り、前記前段酸化触媒の少なくとも一部を加熱して酸化反応可能な状態にするように構成したことを特徴とする排気浄化装置。
2. 複数段の酸化触媒は、点火手段の火炎に対応する端面を備えて構成される第一段の酸化触媒と、第一段の酸化触媒の下流で第一段の酸化触媒からの高温ガス及び／または火炎に対応する端面を備え且つ第一段の酸化触媒より大径で構成される第二段の酸化触媒とを備えたことを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
3. 補助燃料添加手段、エア供給手段及び点火手段は、共通のパルス信号に基づいて制御されると共に、補助燃料添加手段により補助燃料を添加した際に、エア供給手段によりエアを供給し且つ点火手段により補助燃料を着火するように構成されたことを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
4. 補助燃料添加手段は、パルス信号に基づいて補助燃料を添加するパルス弁を備え、エア供給手段は、前記パルス信号に基づいてエアを供給する電磁弁を備え、点火手段は、前記パルス信号に基づいて点火する点火プラグを備えたことを特徴とする請求項３に記載の排気浄化装置。
5. 各流路の入口側を目封じしている栓体を入側端面から所要長さだけ流路奥側へ入り込んだ位置に配置して成る奥栓式のパティキュレートフィルタを採用し、その入口側の栓体の配置位置から入側端面までの前方部分に酸化触媒原料を担持せしめることでパティキュレートフィルタ自体の前方部分に前段酸化触媒を一体的に構成したことを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。

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