JP2016142139A

JP2016142139A - 排出ガス浄化装置

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Publication number: JP2016142139A
Application number: JP2015016205A
Authority: JP
Inventors: 真吾中田; Shingo Nakata
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2015-01-30
Filing date: 2015-01-30
Publication date: 2016-08-08
Also published as: WO2016121386A1; DE112016000519T5; US20180010498A1

Abstract

【課題】車両のガソリンエンジンから排出され排気配管を流れる排出ガスを浄化する排出ガス浄化装置であって、フィルタの再生処理を行いながらも、フィルタを通過した排出ガスに含まれる粒子状物質の量を検出することができる排出ガス浄化装置を提供する。
【解決手段】粒子状物質を付着させる電気絶縁材１４１と、互いに離間して設けられる複数の電極１４２，１４２と、を有し、電極１４２，１４２間の電気伝導性に基づいて粒子状物質ＰＭの付着量を検出するＰＭセンサ１４は、排気配管３００の経路長さで浄化機能部１０の下流端１２２から１ｍ以上離間した部位、又は、ガソリンエンジン１００の暖機運転後に流れる排出ガスの温度が４５０℃以下である部位、に設けられている。
【選択図】図３

Description

本発明は、車両のガソリンエンジンから排出され排気配管を流れる排出ガスを浄化する排出ガス浄化装置に関する。

近年、内燃機関から排出ガスとともに排出される粒子状物質（Particuculate Matter：ＰＭ）の低減が求められており、法規制の強化が進められている。粒子状物質の低減策としては、例えば、内燃機関の気筒における空燃比を制御し、粒子状物質の生成量を抑制することが考えられる。しかしながら、法規制では、粒子状物質の排出重量のみならず排出数の低減も求められている。したがって、従前の生成量の抑制による対策のみでは、今後の法規制に対応できなくなる可能性が高い。

下記特許文献１には、排出ガスの経路にフィルタを設けることで、粒子状物質を除去する装置が開示されている。当該フィルタは、通過する排出ガス中の粒子状物質を捕集することによって除去する。当該フィルタによる粒子状物質の除去は高い効果が認められており、広く普及している。

下記特許文献１に記載された装置では、さらに、フィルタの下流側に検出部を設け、当該検出部によってフィルタの故障判定を行っている。当該検出部は、電気絶縁材と複数の電極とを有しており、電気絶縁材に付着した粒子状物質の量に基づいて電極間の電気抵抗値が変化するように構成されている。電気絶縁材への粒子状物質の付着が進行して電気抵抗値が所定の基準より小さくなった場合に、フィルタが故障し、その結果、粒子状物質の捕集が適切に行われていないと判定することができる。

ところで、下記特許文献１に記載された装置は、ディーゼルエンジンから排出される粒子状物質を除去対象としている。そこで、ガソリンエンジンにおいても、フィルタによる粒子状物質の除去や、検出部によるフィルタの故障判定を行うことが可能であるようにも思われる。

特開２００９−１４４５７７号公報

しかしながら、ディーゼルエンジンとは異なるガソリンエンジンの特性のため、ガソリンエンジンでは、フィルタによる粒子状物質の除去等が容易ではないという課題があった。以下、この課題について詳述する。

まず、フィルタは、捕集した粒子状物質が過度に堆積すると、排出ガスの通過が困難となり、ガソリンエンジンの燃費悪化を招いてしまう。このため、粒子状物質がフィルタに過度に堆積する前に、フィルタに捕集された粒子状物質を燃焼させて除去し、機能回復させる再生処理を行うことが必要となる。

しかしながら、理論空燃比に近い状態で燃料（ガソリン）の燃焼が行われるガソリンエンジンでは、ディーゼルエンジンと比べて、排出ガス中の酸素は少量である。このため、フィルタに堆積した粒子状物質を十分に燃焼させることができず、再生処理を適切に行えなくなるおそれがある。

また、フィルタの上流側に三元触媒が設けられている場合、当該三元触媒における酸化反応によって排出ガス中の酸素が使用されるため、フィルタに供給される排出ガス中の酸素の量はさらに少なくなる。この結果、フィルタに捕集された粒子状物質を燃焼させることが一層困難となる。一方、フィルタの下流側に三元触媒を設けると、ガソリンエンジンの暖機運転の際に、排出ガスの熱を利用した三元触媒の活性化に長時間を要するおそれがあった。

これに対し、ガソリンエンジンに供給する燃料を一時的に減少させる等する空燃比制御を行い、空燃比が理論空燃比よりも大きい状態で燃料を燃焼させることで、ガソリンエンジンからフィルタに供給される排出ガス中の酸素量を増加させる対策が検討されている。

しかしながら、ガソリンエンジンは、ディーゼルエンジンと比べて排出ガスが高温になる傾向がある。したがって、この排出ガスから熱を受けることで前述した検出部が高温となり、さらに、空燃比制御によって検出部に供給される排出ガス中の酸素量が増加すると、検出部に付着している粒子状物質が自然燃焼してしまうおそれがある。これにより、検出部によるフィルタの故障検出等を正確に行えなくなるおそれがあった。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、車両のガソリンエンジンから排出され排気配管を流れる排出ガスを浄化する排出ガス浄化装置であって、フィルタの再生処理を行いながらも、フィルタを通過した排出ガスに含まれる粒子状物質の量を検出することができる排出ガス浄化装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る排出ガス浄化装置は、車両（ＧＣ）のガソリンエンジン（１００）から排出され排気配管（３００）を流れる排出ガスを浄化する排出ガス浄化装置（ＣＡ１，ＣＡ２）であって、前記排気配管に設けられ、金属触媒（１３６）によって排出ガス中の有害物質を酸化又は還元する三元触媒（１１，１３）と、排出ガスを通過させることで粒子状物質を補集するフィルタ（１２，１３）と、を有する浄化機能部（１０）と、前記浄化機能部よりも下流側の前記排気配管に設けられ、粒子状物質を付着させる電気絶縁材（１４１）と、前記電気絶縁材と互いに離間して設けられる複数の電極（１４２）と、を有し、前記複数の電極間の電気伝導性に基づいて粒子状物質の付着量を検出する検出部（１４）と、を備える。前記検出部は、前記排気配管の経路長さで前記機能部の下流端（１２２，１３２）から１ｍ以上離間した部位、又は、前記ガソリンエンジンの暖機運転後に流れる排出ガスの温度が４５０℃以下である部位、に設けられている。

本発明によれば、粒子状物質の付着量を検出する検出部は、排気配管の経路長さで機能部の下流端から１ｍ以上離間した部位、又は、ガソリンエンジンの暖機運転後に流れる排出ガスの温度が４５０℃以下である部位、に設けられる。一般的なガソリンの燃焼によって発生する粒子状物質が自然燃焼を開始する温度は５００℃程度である。また、車両に搭載されるガソリンエンジンでは、排気配管の経路長さで機能部の下流端から１ｍ以上離間した部位では、排出ガスの温度が５００℃を下回るのが一般的である。したがって、本発明によれば、フィルタの再生処理の際の空燃比制御等により、検出部に供給される排出ガス中の酸素量が増加した場合でも、検出部に付着した粒子状物質の自然燃焼を抑制し、フィルタを通過した排出ガスに含まれる粒子状物質の量を検出することが可能となる。

本発明によれば、車両のガソリンエンジンから排出され排気配管を流れる排出ガスを浄化する排出ガス浄化装置であって、フィルタの再生処理を行いながらも、フィルタを通過した排出ガスに含まれる粒子状物質の量を検出することができる排出ガス浄化装置を提供することが可能となる。

本発明の第１実施形態に係る排出ガス浄化装置が搭載された車両を示す模式図である。図１に示すＰＭセンサを示す模式図である。図１に示す車両における排出ガスの温度変化を示す模式図である。図１に示すフィルタの断面を示す模式図である。本発明の第２実施形態に係る排出ガス浄化装置が搭載された車両における排出ガスの温度変化を示す模式図である。図５に示すフィルタの表面を示す断面図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。

本発明の第１実施形態に係る排出ガス浄化装置ＣＡ１について、図１乃至図４を参照しながら説明する。排出ガス浄化装置ＣＡ１は、車両ＧＣに搭載されるガソリンエンジン１００（以下、「エンジン１００」と称する）から排出される排出ガスの浄化を行う装置である。先ず、車両ＧＣの構成について図１を参照しながら説明する。

尚、図１では、車両ＧＣのうちエンジン１００及びその周辺の構成のみが模式的に示されており、その他の構成については図示が省略されている。図１に示されるように、車両ＧＣは、エンジン１００と、吸気配管２００と、排気配管３００と、を備えている。

エンジン１００は、４つの気筒１０１を備えたガソリンエンジンである。本実施形態においては、エンジン１００は、燃料であるガソリンが燃焼室１０２内に直接噴射される直噴式の内燃機関である。各気筒１０１の構成及び実行される制御は互いに同一であるから、以下の説明においては単一の気筒１０１についてのみ図示及び説明を行う。

気筒１０１は、吸気バルブ１５１と、排気バルブ１５２と、開閉調整機構１９０と、点火プラグ１６０と、ピストン１７０と、インジェクタ１８０と、を備えている。また、気筒１０１の内部には、燃料と空気との混合気体が燃焼する空間として燃焼室１０２が形成されている。

吸気バルブ１５１は、吸気配管２００と気筒１０１との接続部分に配置されたバルブである。吸気バルブ１５１が開状態となることにより、燃焼室１０２に対する空気の供給が開始される。また、吸気バルブ１５１が閉状態となることにより、燃焼室１０２への空気の供給が停止される。

排気バルブ１５２は、排気配管３００と気筒１０１との接続部分に配置されたバルブである。排気バルブ１５２が開状態となることにより、燃焼室１０２から排気配管３００への排出ガスの排出が開始される。また、吸気バルブ１５１が閉状態となることにより、燃焼室１０２から排気配管３００への排出ガスの排出が停止される。

開閉調整機構１９０は、吸気バルブ１５１及び排気バルブ１５２をそれぞれ開閉させるための機構である。開閉調整機構１９０により、吸気バルブ１５１及び排気バルブ１５２がそれぞれ適切なタイミングで開閉し、気筒１０１では所謂吸気行程、圧縮行程、燃焼行程及び排気行程がそれぞれ実行されることとなる。

開閉調整機構１９０は、ＶＶＴプーリ（不図示）等を備えた可変バルブタイミング機構として構成されている。これにより、前述した４つの行程が実行される際の吸気バルブ１５１及び排気バルブ１５２の開閉タイミングは、常に固定されているのではなく、開閉調整機構１９０によって変更可能となっている。

具体的には、排気バルブ１５２が閉状態となって排気行程が終了されるタイミングと、吸気バルブ１５１が開状態となって吸気行程が開始されるタイミングとのずれ（オーバーラップ）が、開閉調整機構１９０により調整可能となっている。吸気バルブ１５１及び排気バルブ１５２の開閉動作は、制御装置４００によって制御される。

点火プラグ１６０は、火花点火を行い、燃焼室１０２内に存在する燃料及び空気の混合気体に着火するための点火装置である。点火プラグ１６０によって火花点火が行われるタイミング（点火時期）、すなわち燃焼行程が開始されるタイミングは、制御装置４００によって制御される。

ピストン１７０は、気筒１０１内において上下方向に往復移動する部材である。前述した燃焼室１０２は、気筒１０１内の空間のうち、ピストン１７０よりも上方側の部分となっている。

圧縮行程においては、ピストン１７０が上方に移動することによって、燃焼室１０２の容積が減少する。燃焼行程においては、燃焼室１０２における燃料の燃焼（爆発）によってピストン１７０が下方に押し下げられる。ピストン１７０の下方側には、コンロッド１７１やクランクシャフト１７２が配置されている。ピストン１７０の往復移動は、これらクランクシャフト１７２等によって回転運動に変換される。これにより、燃焼室１０２において生じた爆発力が車両ＧＣの駆動力に変換される。

インジェクタ１８０は、燃焼室１０２内に燃料を直接噴射するための開閉弁である。インジェクタ１８０によって燃焼室１０２内に燃料が供給されるタイミングや供給量は、制御装置４００により制御される。

吸気配管２００は、気筒１０１に空気を供給するための配管である。吸気配管２００にはスロットルバルブ（不図示）が配置されている。運転者のアクセル操作に応じてスロットルバルブが開閉することで、気筒１０１に供給される空気の流量が調整される。

排気配管３００は、各気筒１０１から排出される排出ガスを取り入れて内部に流し、合流させて車両ＧＣの外部へと導くマニホールド状の配管である。排気配管３００には、浄化機能部１０と、ＰＭセンサ１４とが設けられている。浄化機能部１０は、三元触媒１１と、フィルタ１２とからなる。

三元触媒１１は、例えばハニカム状を呈し、排気配管３００を流れる排出ガスを通過させることができるように構成されている。三元触媒１１は、金属触媒であるプラチナ、パラジウム、ロジウムを担持した触媒担体（不図示）を内部に有している。三元触媒１１は、これら金属触媒の触媒作用によって、排出ガス中の有害物質（炭化水素、一酸化炭素、窒素酸化物）を酸化又は還元することで浄化する。

フィルタ１２は、三元触媒１１よりも下流側の排気配管３００に設けられている。フィルタ１２は、例えばハニカム状を呈し、三元触媒１１側から流れてくる排出ガスを通過させることができるように構成されている。フィルタ１２は、ＧＰＦ（Gasoline Particle Filter）とも称される。

フィルタ１２は、図４に示されるように、互いに間隔を空けて配置される複数の隔壁１２３を有している。この隔壁１２３は、平均細孔径が８０μｍ以下の多孔質セラミクスであり、全体としてハニカム構造体を形成している。この複数の隔壁１２３によって、フィルタ１２には、その上流端１２１から下流端１２２まで延びる入口目封止セル１２５及び貫通セル１２６が複数形成されている。入口目封止セル１２５は、フィルタ１２の下流端１２２が開放されている一方で、上流端１２１が目封止部１２４によって塞がれている。貫通セル１２６は、フィルタ１２の上流端１２１から下流端１２２まで貫通するように形成されている。フィルタ１２には、このような入口目封止セル１２５と貫通セル１２６とが互いに隣り合うようにして形成されている。

このように構成されたフィルタ１２では、排出ガスはまず貫通セル１２６内に流入する。排出ガスが貫通セル１２６内を下流端１２２に向けて流れることにより、貫通セル１２６内の圧力が上昇する。一方、入口目封止セル１２５は、目封止部１２４によって塞がれているため、上流端１２１から排出ガスが流入することはない。したがって、入口目封止セル１２５内の圧力は、貫通セル１２６内の圧力と比べて低いものとなる。

入口目封止セル１２５内の圧力が、貫通セル１２６内の圧力と比べて低くなることで、貫通セル１２６内を流れている排出ガスは、隔壁１２３を透過して貫通セル１２６内に流入する。このように排出ガスが隔壁１２３を通過する際に、排出ガス中の粒子状物質ＰＭが隔壁１２３によって捕集され、排出ガスから除去される。粒子状物質ＰＭを除去された排出ガスは、フィルタ１２の下流端１２２から流出する。入口目封止セル１２５及び貫通セル１２６のいずれも、下流端１２２が開放されているため、捕集した粒子状物質ＰＭの量が増大しても、その圧力損失が大きく増加することがない。

ＰＭセンサ１４は、図３に示されるように、フィルタ１２よりも下流側の排気配管３００に設けられている。後述するように、ＰＭセンサ１４は、フィルタ１２を通過した排出ガス中の粒子状物質ＰＭの量を検出する。ＰＭセンサ１４は、制御装置４００と電気的に接続され、粒子状物質ＰＭの検出量に対応する信号を制御装置４００に送信する。

続いて、図２を参照しながら、ＰＭセンサ１４の構成について説明する。ＰＭセンサ１４は、電気絶縁材１４１と、電極１４２，１４２と、測定器１４３とを有している。

電気絶縁材１４１は、アルミナ等によって形成されている。電気絶縁材１４１は、矢印Ｆで示されるように排気配管３００を流れる排出ガスに曝されるように配置されている。

電極１４２，１４２は、いずれも、その一部が電気絶縁材１４１の内部に埋設されるとともに、他部が電気絶縁材１４１の表面から臨出するように設けられた金属製部材である。電極１４２，１４２は、電気絶縁材１４１の表面から臨出した部分において、互いに間隔を空けて配置されている。

測定器１４３は、電極１４２，１４２と電気的に接続され、電極１４２，１４２間の電気抵抗値を測定する。詳細には、測定器１４３は、電極１４２，１４２間に測定電圧を印加し、その際に流れる電流の値に基づいて、当該電気抵抗値の測定を行う。

次に、以上のように構成されたＰＭセンサ１４によるフィルタ１２の故障判定について説明する。フィルタ１２に溶損等の故障が生じると、粒子状物質ＰＭの捕集が適切に行われなくなる。したがって、フィルタ１２を通過する排出ガスは、粒子状物質ＰＭを除去されることなく下流側のＰＭセンサ１４に至る。

排出ガスとともにＰＭセンサ１４に至った粒子状物質ＰＭは、ＰＭセンサ１４の電気絶縁材１４１の表面に付着する。粒子状物質ＰＭは、電気絶縁材１４１と比べて高い電気伝導率を有している。したがって、粒子状物質ＰＭの電気絶縁材１４１への付着に伴って、測定器１４３で測定される電極１４２，１４２間の電気抵抗値が低下する。制御装置４００は、ＰＭセンサ１４が測定する電気抵抗値が所定の閾値以下となった場合に、フィルタ１２が故障したと判定することができる。

ところで、フィルタ１２には、捕集した粒子状物質ＰＭが堆積する。フィルタ１２に粒子状物質ＰＭが過度に堆積すると、排出ガスの通過が困難となり、エンジン１００の燃費悪化を招いてしまう。このため、粒子状物質ＰＭがフィルタ１２に過度に堆積する前に、フィルタ１２に捕集された粒子状物質ＰＭを燃焼させて除去し、機能回復させる再生処理を行うことが必要となる。

一般に、ガソリンエンジンでは、ディーゼルエンジンと比べて、排出ガス中の酸素は少量であり、フィルタ１２において粒子状物質ＰＭを燃焼させるには不十分となるおそれがある。したがって、エンジン１００に供給する燃料を一時的に減少させる等する空燃比制御を行い、空燃比が理論空燃比よりも大きい状態で燃料を燃焼させることで、エンジン１００からフィルタ１２に供給される排出ガス中の酸素量を増加させる対策が考えられる。

しかしながら、ガソリンエンジンは、ディーゼルエンジンと比べて排出ガスが高温になる傾向がある。したがって、この排出ガスから熱を受けることでＰＭセンサ１４が高温となり、さらに、空燃比制御によってＰＭセンサ１４に供給される排出ガス中の酸素量が増加すると、ＰＭセンサ１４の電気絶縁材１４１に付着している粒子状物質が自然燃焼してしまうおそれがある。これにより、ＰＭセンサ１４によるフィルタ１２の故障検出等を正確に行えなくなるおそれがある。

そこで、本発明の第１実施形態に係る排出ガス浄化装置ＣＡ１では、浄化機能部１０及びＰＭセンサ１４の配置を工夫することにより、上記課題を解決している。次に、図３を参照しながら、これらの配置について説明する。

図３の上段には、エンジン１００に接続されたマニホールド状の排気配管３００と、そこに配置された浄化機能部１０及びＰＭセンサ１４が示されている。排気配管３００は、ヘッダ部３０１と、コレクタ部３０２と、収容部３０３と、導出部３０４とを有している。
排気配管３００は、実際にはエンジン１００や車両ＧＣのエンジンルームの形状に対応して屈曲しながら延びているが、ここでは説明の簡便のため、排気配管３００を直線状に延伸させた状態で図示されている。

また、図３の下段には、排気配管３００の各部位を流れる排出ガスの温度が示されている。エンジン１００の各気筒１０１に接続される排気配管３００の上流端を原点とし、当該原点からの距離を横軸にとり、排出ガスの温度を縦軸にとっている。

浄化機能部１０は、排気配管３００のコレクタ部３０２の下流側であって、コレクタ部３０２よりも内径が大きい収容部３０３に収容されている。このうち、三元触媒１１は、原点からの距離がＬ１１からＬ１２の範囲に設けられている。また、フィルタ１２は、三元触媒１１の下流端１１２と所定間隔を空けて、原点からの距離がＬ１３からＬ１４の範囲に設けられている。

ＰＭセンサ１４は、収容部３０３の下流側であって、コレクタ部３０２よりも内径が小さい導出部３０４に設けられている。ＰＭセンサ１４は、原点からの距離がＬ１５の部位に設けられている。

エンジン１００の各気筒１０１では、互いに異なる位相で燃焼行程や排気工程が行われる。したがって、各気筒１０１から、互いに異なるタイミングで、ヘッダ部３０１のそれぞれに高温の排出ガスが流入する。

ヘッダ部３０１を通過した排出ガスは、その下流側のコレクタ部３０２において合流し、さらに下流側へと流れる。排出ガスは、ヘッダ部３０１やコレクタ部３０２部を流れる間に、それらの管壁を介して外部に熱を放出することで、その温度が徐々に低下する。このため、ヘッダ部３０１に流入した際にＴ１７であった排出ガスの温度は、三元触媒１１の上流端１１１に至った際にはＴ１２まで低下している。

ここで、三元触媒１１は、その金属触媒の触媒作用を活性化させるために、高温の排出ガスが流入する部位に設けることが望ましい。一方で、過度に温度が高い排出ガスが三元触媒１１に流入すると、排出ガスの熱による三元触媒１１の損傷を招くおそれがある。このような要求と制約を考慮して、三元触媒１１は、適温（Ｔ１２）の排出ガスが流入する部位（原点からの距離がＬ１１の部位）に設けられる。

三元触媒１１に流入した排出ガスは、三元触媒１１を通過する際に、含んでいる有害物質が金属触媒によって酸化又は還元される。この酸化反応又は還元反応によって熱が発生するため、三元触媒１１を通過中の排出ガスの温度がＴ１６まで上昇する。排出ガスに含まれる有害物質の酸化反応又は還元反応は、三元触媒１１の上流側部分で概ね完了する。したがって、三元触媒１１の下流側部分では排出ガスの温度は若干低下し、下流端１１２（原点からの距離がＬ１２の部位）から流出する際はＴ１５となる。

三元触媒１１を通過した排出ガスは、次に、フィルタ１２に流入する。排出ガスは、三元触媒１１の下流端１１２からフィルタ１２の上流端１２１まで流れる間に、収容部３０３の管壁を介して外部に熱を放出することで、その温度がＴ１５からＴ１４まで低下する。

ここで、フィルタ１２は、捕集した粒子状物質ＰＭを燃焼させる再生処理を確実に行うために、高温の排出ガスが流入する位置に設けられることが望ましい。このため、フィルタ１２は、三元触媒１１の下流端１１２からの０．５ｍ以内の部位に設けられている。すなわち、Ｌ１２とＬ１３との差が０．５ｍ以内となるようにフィルタ１２が設けられている。これにより、フィルタ１２は、三元触媒１１を通過する際の酸化反応又は還元反応によって温度上昇している排出ガスを流入させ、当該排出ガスから熱の供給を受けて粒子状物質を燃焼させ、確実に再生処理を行うことができる。

また、同様の観点から、エンジン１００の暖機運転後であって三元触媒１１の活性化後に、三元触媒１１の下流端１１２からの排出ガスの温度低下が５０℃以下となるような部位に、フィルタ１２を設けてもよい。すなわち、エンジン１００の暖機運転後であって三元触媒１１の活性化後に、Ｔ１５とＴ１４との差が５０℃以下となる部位にフィルタ１２を設けてもよい。

フィルタ１２を通過する排出ガスは、フィルタ１２によって熱を奪われることによってその温度が低下する。したがって、排出ガスの温度は、フィルタ１２の上流端１２１から下流端１２２まで流れる間に、Ｔ１４からＴ１３まで低下する。

フィルタ１２を通過し、排気配管３００の収容部３０３から流出した排出ガスは、導出部３０４によってＰＭセンサ１４が設けられている部位に導かれる。この間も、排出ガスは導出部３０４の管壁を介して外部に熱を放出することで、その温度が徐々に低下する。このため、ＰＭセンサ１４が配置されている部位（原点からの距離がＬ１５の部位）では、排出ガスの温度はＴ１１となる。

ここで、ＰＭセンサ１４は、その電気絶縁材１４１に付着している粒子状物質ＰＭが自然燃焼することがないように、十分温度が低下した排出ガスが流れる部位に設けることが望ましい。一般的なガソリンの燃焼によって発生する粒子状物質ＰＭが自然燃焼を開始する温度は、５００℃程度である。したがって、ＰＭセンサ１４は、Ｔ１１が４５０℃以下となる部位に設けられている。これにより、フィルタ１２の再生処理の際の空燃比制御等により、ＰＭセンサ１４に供給される排出ガス中の酸素量が増加した場合でも、ＰＭセンサ１４に付着した粒子状物質ＰＭの自然燃焼を抑制し、フィルタ１２を通過した排出ガスに含まれる粒子状物質ＰＭの量を検出することが可能となる。

また、同様の観点から、浄化機能部１０の下流端（フィルタ１２の下流端１２２）から１ｍ以上離間した部位に、ＰＭセンサ１４を設けてもよい。すなわち、すなわち、Ｌ１４とＬ１５との差が１ｍ以内となるようにＰＭセンサ１４を設けてもよい。一般的に、車両に搭載されるガソリンエンジンでは、排気配管の経路長さで機能部の下流端から１ｍ以上離間した部位では、排出ガスの温度が５００℃を下回るためである。

さらに、エンジン１００は、その通常使用域における回転速度を４０００ｒｐｍ以下に設定することが好ましい。エンジン１００の全ての回転速度において、浄化機能部１０やＰＭセンサ１４が配置される部位における排出ガスの温度を前述したように管理することは非常に困難である。しかしながら、一般的な車両において、使用頻度が高い通常使用域を、回転速度が４０００ｒｐｍ以下の範囲に設定することにより、排出ガス浄化装置ＣＡ１による高い効果を得ながらも、上記温度管理を容易にすることが可能となる。

また、フィルタ１２は、上流側から下流側に貫通し排出ガスを流す貫通セル１２６と、貫通セル１２６と隣り合うように設けられ、上流側が塞がれる一方で下流側が開放されて排出ガスを流す入口目封止セル１２５と、を有している。このように構成されたフィルタ１２を用いることにより、捕集した粒子状物質ＰＭの量が増大しても、その圧力損失を大きく増加させることなく、排出ガスからＰＭの除去を行うことが可能となる。特に、図３に示されるように、フィルタ１２を三元触媒１１の下流端１１２近傍に配置する場合でも、三元触媒１１よりも上流側の排気配管３００内の圧力上昇を抑制することができる。これにより、エンジン１００の出力低下を抑制しながらも、排出ガスからＰＭの除去を行うことが可能となる。

続いて、本発明の第２実施形態に係る排出ガス浄化装置ＣＡ２について、図５及び図６を参照しながら説明する。排出ガス浄化装置ＣＡ２は、排出ガス浄化装置ＣＡ１と同様に、車両ＧＣに搭載されるエンジン１００から排出される排出ガスの浄化を行う装置である。したがって、排出ガス浄化装置ＣＡ１と同一の構成については適宜同一の符号を付して、説明を省略する。

排出ガス浄化装置ＣＡ２では、その浄化機能部１０がフィルタ１３のみによって構成されている。ただし、図６に示されるように、フィルタ１３の外形を構成する基体１３４の表面には、バインダ１３５によってプラチナ、パラジウム、ロジウム等からなる金属触媒１３６が担持されている。すなわち、フィルタ１３は、通過する排出ガス中の粒子状物質ＰＭを捕集することによって除去するとともに、当該排出ガス中の有害物質を金属触媒１３６の触媒作用によって酸化又は還元する。

このように、フィルタ１３は、前述した三元触媒１１及びフィルタ１２の双方の機能を有している。フィルタ１３は、図５に示されるように、原点からの距離がＬ２１からＬ２２の範囲に設けられている。

ヘッダ部３０１を通過した排出ガスは、その下流側のコレクタ部３０２において合流し、さらに下流側へとながれる。排出ガスは、ヘッダ部３０１やコレクタ部３０２部を流れる間に、それらの管壁を介して外部に熱を放出することで、その温度が徐々に低下する。このため、ヘッダ部３０１に流入した際にＴ２５であった排出ガスの温度は、フィルタ１３の上流端１３１に至った際にはＴ２２まで低下している。

金属触媒１３６の触媒作用の活性化や、捕集した粒子状物質ＰＭを燃焼させる再生処理の観点から、フィルタ１３は、高温の排出ガスが流入する部位に設けることが望ましい。一方で、過度に温度が高い排出ガスがフィルタ１３に流入すると、排出ガスの熱によるフィルタ１３の損傷を招くおそれがある。このような要求と制約を考慮して、フィルタ１３は、適温（Ｔ２２）の排出ガスが流入する部位（原点からの距離がＬ２１の部位）に設けられる。

フィルタ１３に流入した排出ガスは、フィルタ１３を通過する際に、含んでいる有害物質が金属触媒１３６によって酸化又は還元される。この酸化反応又は還元反応によって熱が発生するため、フィルタ１３を通過中の排出ガスの温度がＴ２４まで上昇する。排出ガスに含まれる有害物質の酸化反応又は還元反応は、フィルタ１３の上流側部分で概ね完了する。したがって、三元触媒１１の下流側部分では排出ガスの温度は若干低下し、下流端１３２（原点からの距離がＬ２２の部位）から流出する際はＴ２３となる。

フィルタ１３を通過し、排気配管３００の収容部３０３から流出した排出ガスは、導出部３０４によってＰＭセンサ１４が設けられている部位に導かれる。この間も、排出ガスは導出部３０４の管壁を介して外部に熱を放出することで、その温度が徐々に低下する。このため、ＰＭセンサ１４が配置されている部位（原点からの距離がＬ２３の部位）では、排出ガスの温度はＴ２１となる。

第２実施形態に係る排出ガス浄化装置ＣＡ２においても、ＰＭセンサ１４は、その電気絶縁材１４１に付着している粒子状物質ＰＭが自然燃焼することがないように、十分温度が低下した排出ガスが流れる部位に設けることが望ましい。したがって、ＰＭセンサ１４は、Ｔ２１が４５０℃以下となる部位に設けられている。

また、同様の観点から、浄化機能部１０の下流端（フィルタ１３の下流端１３２）から１ｍ以上離間した部位に、ＰＭセンサ１４を設けてもよい。すなわち、すなわち、Ｌ２２とＬ２３との差が１ｍ以内となるようにＰＭセンサ１４を設けてもよい。

以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明はこれらの具体例に限定されるものではない。すなわち、これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、前述した各具体例が備える各要素およびその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、前述した各実施の形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。

例えば、前述した実施形態では、ＰＭセンサ１４は、電気抵抗値を電極１４２，１４２間の電気伝導性の指標として用いているが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明では、電気抵抗値に代えて、又は、電気抵抗値に加えて、電極１４２，１４２間を流れる電流や、電極１４２，１４２の電位差等に基づいて、粒子状物質ＰＭの付着量を検出するように構成してもよい。

１０：浄化機能部
１１：三元触媒
１２，１３：フィルタ
１４：ＰＭセンサ（検出部）
１００：ガソリンエンジン
１２２，１３２：下流端
１３６：金属触媒
１４１：電気絶縁材
１４２，１４２：電極
３００：排気配管
ＣＡ１，ＣＡ２：排出ガス浄化装置
ＧＣ：車両
ＰＭ：粒子状物質

Claims

車両（ＧＣ）のガソリンエンジン（１００）から排出され排気配管（３００）を流れる排出ガスを浄化する排出ガス浄化装置（ＣＡ１，ＣＡ２）であって、
前記排気配管に設けられ、金属触媒（１３６）によって排出ガス中の有害物質を酸化又は還元する三元触媒（１１，１３）と、排出ガスを通過させることで粒子状物質を補集するフィルタ（１２，１３）と、を有する浄化機能部（１０）と、
前記浄化機能部よりも下流側の前記排気配管に設けられ、粒子状物質を付着させる電気絶縁材（１４１）と、互いに離間して設けられる複数の電極（１４２）と、を有し、前記複数の電極間の電気伝導性に基づいて粒子状物質の付着量を検出する検出部（１４）と、を備え、
前記検出部は、前記排気配管の経路長さで前記浄化機能部の下流端（１２２，１３２）から１ｍ以上離間した部位、又は、前記ガソリンエンジンの暖機運転後に流れる排出ガスの温度が４５０℃以下である部位、に設けられていることを特徴とする排出ガス浄化装置。
前記三元触媒（１１）は、前記フィルタ（１２）と互いに独立して設けられるとともに、前記フィルタよりも上流側の前記排気配管に設けられ、
前記フィルタは、前記排気配管の経路長さで前記三元触媒の下流端から０．５ｍ以内の部位、又は、前記ガソリンエンジンの暖機運転後であって前記三元触媒の活性化後に前記三元触媒の下流端からの排出ガスの温度低下が５０℃以下である部位、に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の排出ガス浄化装置。
前記浄化機能部は、前記フィルタの表面に前記金属触媒を担持させて構成されていることを特徴とする請求項１に記載の排出ガス浄化装置。
前記ガソリンエンジンの通常使用域における回転速度が４０００ｒｐｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の排出ガス浄化装置。
前記フィルタは、
上流側から下流側に貫通して排出ガスを流す貫通セル（１２６）と、
前記貫通セルと隣り合うように設けられ、上流側が塞がれる一方で下流側が開放されて排出ガスを流す入口目封止セル（１２５）と、を有していることを特徴とする請求項１及至４のいずれか１項に記載の排出ガス浄化装置。