JP3951678B2 - 排気ガス浄化装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディーゼルエンジン等の排気ガス中の粒子状物質を捕集して排気ガスを浄化するディーゼルパティキュレートフィルタを有する排気ガス浄化装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンから排出される粒子状物質（ＰＭ：パティキュレート・マター：以下ＰＭとする）の排出量は、ＮＯｘ，ＣＯそしてＨＣ等と共に年々規制が強化されてきており、このＰＭをディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ：Diesel Particulate Filter ：以下ＤＰＦとする）と呼ばれるフィルタで捕集して、外部へ排出されるＰＭの量を低減する技術が開発されている。
【０００３】
このＰＭを直接捕集するＤＰＦには、セラミック製のモノリスハニカム型ウォールフロータイプのフィルタや、セラミックや金属を繊維状にした繊維型タイプのフィルタ等があり、これらのＤＰＦを用いた排気ガス浄化装置は、エンジンの排気管の途中に設置され、エンジンで発生する排気ガスを浄化している。
【０００４】
しかし、このＤＰＦは、ＰＭの捕集に伴って目詰まりが進行し、排気ガス圧力（排圧）が上昇するので、このＤＰＦから捕集されたＰＭを除去する必要があり、幾つかの方法及びシステムが開発されている。
【０００５】
そのうちの一つに、電気ヒータやバーナーでフィルタを加熱して、ＰＭを燃焼除去したり、エアを逆方向に流して逆洗したりするシステムがあるが、これらのシステムの場合には、外部から加熱用のエネルギーを供給してＰＭ燃焼を行うので、燃費の悪化を招くという問題や再生制御が難しいという問題がある。
【０００６】
また、これらのシステムを採用した場合には、ＤＰＦを備えた２系統の排気通路を設け、交互に、ＰＭの捕集とＤＰＦの再生を繰り返す場合が多く、そのため、システムが大きくなり、コストも高くなり易い。
【０００７】
これらの問題に対処するために、図７〜図９に示すような連続再生型ＤＰＦシステムが提案されている。
【０００８】
図７は、二酸化窒素（ＮＯ2 ）による連続再生型ＤＰＦシステム（ＮＯ2 再生型ＤＰＦシステム）１Ａの例であり、上流側の酸化触媒３Ａａと下流側のウォールフロータイプのフィルタ３Ａｂとから構成され、この上流側の白金等の酸化触媒３Ａａで排気ガス中の一酸化窒素を酸化し、発生した二酸化窒素で、下流側のフィルタ３Ａｂに捕集されたＰＭを酸化して二酸化炭素とし、ＰＭを除去している。
【０００９】
この二酸化窒素によるＰＭの酸化は、酸素によるＰＭの酸化より、エネルギー障壁が低く低温で行われるため、外部からのエネルギーの供給が低減されるので、排気ガス中の熱エネルギーを利用することで連続的にＰＭを捕集しながらＰＭを酸化除去してフィルタ３Ａｂの再生を行うことができる。
【００１０】
また、図８に示す連続再生型ＤＰＦシステム（一体型ＮＯ2 再生ＤＰＦシステム）１Ｂは、図７のシステム１Ａを改良したものであり、酸化触媒３２Ａをウォールフロータイプの触媒付フィルタ３Ｂの壁表面に塗布し、この壁表面で、排気ガス中の一酸化窒素の酸化と二酸化窒素によるＰＭの酸化を行うようにしており、システムを簡素化している。
【００１１】
そして、図９に示す連続再生型ＤＰＦシステム（ＰＭ酸化触媒付ＤＰＦシステム）１Ｃは、白金（Ｐｔ）等の貴金属酸化触媒３２Ａと、ＰＭ酸化触媒３２ＢをウォールフロータイプのＰＭ酸化触媒付フィルタ３Ｃの壁表面に塗布し、この壁表面でより低い温度からＰＭの酸化を行うようにしている。このＰＭ酸化触媒３２Ｂは排気ガス中の酸素を活性化し直接ＰＭを酸化する触媒であり、二酸化セリウム等で形成される。
【００１２】
そして、この連続再生型ＤＰＦシステム１Ｃは、低温酸化域（３５０℃〜４５０℃程度）では酸化触媒３２Ａの一酸化窒素を二酸化窒素に酸化する反応を利用してＰＭを二酸化窒素で酸化し、中温酸化域（４００℃〜６００℃程度）では、ＰＭ酸化触媒３２Ｂで排気ガス中の酸素を活性化しＰＭを直接酸化する反応によりＰＭを酸化し、ＰＭが排気ガス中の酸素で燃焼する温度以上の高温酸化域（６００℃程度以上）では、排気ガス中の酸素によりＰＭを酸化している。
【００１３】
これらの連続再生型ＤＰＦシステムにおいては、触媒や、二酸化窒素によるＰＭの酸化を利用することによって、ＰＭを酸化できる温度を下げて、捕集しながら酸化除去している。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの連続再生型ＤＰＦシステムにおいても、まだ、排気ガス温度を３５０℃程度に昇温させる必要があるため、排気温度が低いエンジンの運転状態や一酸化窒素の排出が少ないエンジンの運転状態においては、触媒の温度が低下して触媒活性が低下したり、一酸化窒素が不足するので、上記の反応が生ぜず、ＰＭを酸化してフィルタを再生できないため、フィルタへの堆積が継続されて、フィルタが目詰まりするという問題がある。
【００１５】
例えば、アイドル運転時や下り坂におけるエンジンブレーキ作動運転時等の低速や極低負荷運転においては、燃料が殆ど燃焼しない状態となり、低温の排気ガスが連続再生型ＤＰＦ装置に流れ込むため、触媒の温度が下がり触媒活性が低下してしまう。
【００１６】
特に、連続再生型ＤＰＦシステムを搭載した自動車が、市街地走行が多い宅配便等に使用されている場合には、排気ガスの温度が低いエンジンの運転状態が多いため、フィルタの目詰まりが進展してしまうことになる。
【００１７】
このフィルタの目詰まり、即ち、ＰＭの堆積はフィルタ全体に均等に行われず、ガス流量が多く、また、フィルタの局部的な温度が低くなっている部分に先にＰＭが堆積される。
【００１８】
具体的には、図１０に示すような円筒形状のウォールフロータイプの千鳥状目封止フィルタ１０Ｘは、図１１に示すように、フィルタ保持マット３２に支持されて円筒のケース３１に固定され、フィルタ１０Ｘの上流側全面から排気ガスＧを全セル１１ａ，１１ｂに導入している。これらの排気ガス浄化装置２０Ｘでは排気ガスＧを拡散してフィルタ１０Ｘの全セル１１ａ，１１ｂに均等に流入させるための工夫がなされているが、フィルタ１０Ｘの中央部分の排気ガス流量が多くなり易く、また、フィルタ１０Ｘの外周側が放熱により冷却され、下流側に向かって低温になり易いために、フィルタ１０Ｘの排気ガス流入横断面の中央部分の下流側部分への堆積量が多くなる。
【００１９】
そして、再生モード運転における再生操作時やエンジンの運転状態の変化時等の排気ガスが高温になった時に、捕集されたＰＭが酸化されるが、このＰＭの酸化によって発生する熱量が場所によって異なるため、均等な温度分布とはならず、図１２に示すように中央部分の下流側が特に高温となり、外周側になる程また上流側になる程低温となる。
【００２０】
そのため、この高温発生部分において、フィルタ温度が、このフィルタを形成するコーディエライト等の耐熱温度（約１４５０℃）を超えて、溶損が発生するという問題がある。この溶損が生じるとＰＭ捕集能力が低下するばかりでなく、ＰＭの堆積し易い部分が周辺部に移動し、この周辺部の温度が順次高温になって溶損部分の拡大につながることにもなる。
【００２１】
一方、フィルタの温度を少しでも上昇できると、排気ガス中のＰＭを燃焼できる、再生モード以外の通常のエンジン運転状態の範囲を拡大することができるので、フィルタの目詰まりの進行を遅らせることができること、及び、フィルタの温度分布を均等化できると、局所的にＰＭの堆積が集中するのを回避できるので、捕集されたＰＭの燃焼時に発生する熱も均等化でき、局部的に高温が発生するのを防止して、フィルタの溶損を防止できることが知られている。
【００２２】
本発明は、これらの知見を得て、上述の従来技術における問題を解決するためになされたものであり、その目的は、排気ガスの全量をフィルタの外周側と中央部分に流すことにより、フィルタの外周側と中央部分を排気ガスで加熱又は保温でき、この保温効果により、フィルタを高温に維持して、ＰＭの燃焼を促進でき、しかも、フィルタの中央部分におけるＰＭの燃焼による局所的な高温の発生を防止して、フィルタの溶損を防止することができる耐久性に優れた排気ガス浄化装置を提供することにある。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
以上のような目的を達成するための排気ガス浄化装置は、次のように構成される。
【００２４】
１）エンジンの排気ガス中の粒子状物質を浄化するためのフィルタを、周囲を多孔質壁面で形成した複数のセルの入口側と出口側を千鳥状に目封止したウォールフロータイプのフィルタで形成した排気ガス浄化装置において、前記フィルタの外周部分に外周通路を、中央部分に中央通路をそれぞれ設け、排気ガスが、ガス入口通路、前記外周通路、前記セル、前記中央通路、ガス出口通路の順に通過するように構成する。
【００２５】
このフィルタは、通常のＤＰＦのフィルタであってもよく、酸化触媒等の触媒付きフィルタ即ち触媒化フィルタであってもよい。
【００２６】
また、この外周通路は、筒状体の外周に沿った領域のセルの前後の目封止を取り除いた構成とすることで簡単に形成できるが、フィルタの外周とフィルタ装置のケースとの間に通路を設ける構成、即ちフィルタの外部に通路を設ける構成にしてもよい。
【００２７】
この外周通路をフィルタの外部に設ける構成にすると、浄化に重要で他の部分と比較して破損し易い部分を保護でき、排気ガス浄化装置の搬送時や取り付け時に排気ガス浄化装置の外部を損傷しても、浄化能力を損なうことが無くなる。
【００２８】
そして、この中央通路に関しても、フィルタの中心軸に沿った領域のセルの前後の目封止を取り除いた構成とすることで簡単に形成できるが、フィルタを中空に形成して、この中空部分を中央通路としてもよい。
【００２９】
この構成により、排気ガスの全量がフィルタの外周側を流れてからフィルタのセルを通過し、更に中央通路を通過するので、フィルタの外周側と内周側を排気ガスで加熱又は保温でき、フィルタ全体の温度を均一化できる。
【００３０】
この保温効果により、フィルタ及びフィルタのセル内を通過する排気ガスの温度を高温に維持して、ＰＭの燃焼を促進できるので、通常運転においてＰＭの堆積量が減少し、また、再生モード運転において捕集したＰＭを酸化除去するための時間が短縮される。
【００３１】
更に、従来技術のフィルタにおいて、異常高温が発生していた中央部分に、この構成では中央通路を設けてＰＭを捕集することなく排気ガスを排出するので、この部分が高温になって発生していたフィルタの溶損を回避できる。
【００３２】
また、上記の排気ガス浄化装置において、前記外周通路に、酸化触媒を配設することにより、酸化触媒による酸化反応熱でフィルタの外周側を加熱でき、また、酸化触媒の配置のためのスペースを節約できる。
【００３３】
この場合に、フィルタの外周に沿った領域のセルの前後の目封止を取り除いて形成した外周通路の場合には、このセルの壁面に酸化触媒を担持させるが、フィルタの外部の通路を設けた場合には、外周通路への酸化触媒の配設を、フィルタとは別体に形成されたセラミック製又はメタル製のハニカム構造体に酸化触媒を担持させて、このハニカム構造体を前記外周通路内に配置する。この場合には、酸化触媒の担持工程をフィルタの成形工程と切り離せるため、比較的簡単に外周側通路に酸化触媒を配設することができる。
【００３４】
また、上記の排気ガス浄化装置において、前記フィルタの目詰まりが進行して圧力が高まったときに、排気ガスが前記フィルタをバイパスするように、前記外周通路と前記セルを連通する外部室と、前記ガス出口通路との間の通路壁、又は、前記セルと前記中央通路を連通する内部室と、前記ガス入口通路との間の通路壁の少なくとも一方に、リリーフ弁を設ける。
【００３５】
このリリーフ弁（リリーフバルブ）の配設により、フィルタが粒子状物質の異常堆積で過度な目詰まり状態になった時に、エンジン排圧の過度の上昇を回避できる。また、リリーフ弁の位置を、上記の通路壁の位置に配置するとこの弁を配設するための配管が不要になり、装置がコンパクトになる。
【００３６】
そして、上記の排気ガス浄化装置の外表面に断熱層を設けることにより、保温効果を高めると共に、排気ガス浄化装置の外側に配置されている周辺の車両部品への排気ガスの熱による熱害を防止する。また、この断熱層は通常騒音低減効果も有しているので、騒音防止にも役立つ。
【００３７】
２）あるいは、エンジンの排気ガス中の粒子状物質を浄化するためのフィルタを、周囲を多孔質壁面で形成した複数のセルの入口側と出口側を千鳥状に目封止したウォールフロータイプのフィルタで形成した排気ガス浄化装置において、
前記フィルタの外周部分に外周通路を、中央部分に中央通路をそれぞれ設け、排気ガスが、ガス入口通路、前記中央通路、前記セル、前記外周通路、ガス出口通路の順に通過するように構成すると共に、前記中央通路に酸化触媒を配設する。
【００３８】
また、この排気ガス浄化装置において、この中央通路への酸化触媒の配設を、前記フィルタとは別体に形成されたセラミック製又はメタル製のハニカム構造体に酸化触媒を担持させて、該ハニカム構造体を前記中央通路内に配置することにより行う。
【００３９】
更に、上記の排気ガス浄化装置において、前記フィルタの目詰まりが進行して圧力が高まったときに、排気ガスが前記フィルタをバイパスするように、前記セルと前記外周通路を連通する外部室と、前記ガス入口通路との間の通路壁、又は、前記中央通路と前記セルを連通する内部室と、前記ガス出口通路との間の通路壁の少なくとも一方に、リリーフ弁を設ける。
【００４０】
これらの構成における外周通路や中央通路は、前記の排気ガス浄化装置と同様にして形成でき、この構成では、排気ガスは中央通路を先に通ってから、セル内を通過し、外周側通路を通過する点、及び、酸化触媒が配設される部分が中央通路である点が、前記の排気ガス浄化装置と異なる。
【００４１】
これらの構成では、中央通路が上流側で、また、酸化触媒も中央通路に配設されるので、中央部分側が排気ガスの熱及び排気ガス中の物質の酸化反応で発生する熱で加熱されることになり、その後、セルを通過した後の排気ガスが、外周通路を流れので、この排気ガスでフィルタの外周部を保温及び加熱できる。
【００４２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る実施の形態の排気ガス浄化装置について、図面を参照しながら説明する。
【００４３】
図１〜図６に示すように、本発明に係る排気ガス浄化装置２０，２０Ａ〜２０Ｅに使用するフィルタ１０，１０Ａ〜１０Ｅは、周囲を多孔質壁面１２で形成した多数の排気ガス通路１１ａ、１１ｂを有すると共に、この排気ガス通路であるセル１１ａ，１１ｂの入口側１５ｂと出口側１６ｂを千鳥状に目封止１３して形成されたウォールフロータイプのフィルタであり、図７〜図９に示すような排気ガス浄化システム１Ａ、１Ｂ、１Ｃ等に組み込まれて使用される。そのため、このフィルタ１０，１０Ａ〜１０Ｅは、通常のＤＰＦフィルタであってもよく、酸化触媒等の触媒付きフィルタ即ち触媒化フィルタであってもよい。
【００４４】
〔第１の実施の形態〕
図１に示す第１の実施の形態の排気ガス浄化装置２０では、ウォールフロータイプのフィルタ１０を円筒形状等の筒状体に形成し、この筒状体の外周部に外周通路２４を、中心軸に沿った中央部分に中央通路２７をそれぞれ設ける。
【００４５】
また、外周通路２４と上流側セル１１ａを連通させる外部室２５を設け、更に、下流側セル１１ｂと中央通路２７を連通させる内部室２６を設ける。この内部室２６の外側にガス入口通路２３を設け、ガス入口２１と外周通路２４に連通させる。このガス入口２１にガス拡散部材２２を配設し、流入してきた排気ガスＧが外周通路２４に均等に分散するように構成する。なお、外部室２５に溜まったアッシュを排出できるように、外部室２５の下側部分にアッシュ排出口３４を設ける。
【００４６】
そして、排気ガスＧがガス入口２１、ガス拡散部材２２、ガス入口通路２３、外周通路２４、外部室２５、セル１１ａ，１１ｂ、内部室２６、中央通路２７、ガス出口通路２８の順に通過するように排気ガス通路を構成する。
【００４７】
つまり、排気ガスＧを外周側通路２４を通過させてから上流側セル１１ａ、下流側セル１１ｂ内に流入させ、この上流側セル１１ａと下流側セル１１ｂとの間の多孔質壁面１２で浄化された排気ガスＧｃを中央通路２７を経由して排気ガス浄化装置２０の外へ排出するように構成する。
【００４８】
この構成により、排気ガスＧの全量がフィルタ１０の外周通路２４を流れてからフィルタ１０のセル１１ａ，１１ｂを通過するので、フィルタ１０の外周側を排気ガスＧで加熱及び保温でき、エンジンの通常モード運転時及びフィルタ再生モード運転時の両方においてフィルタ１０の温度分布をより均一化できる。
【００４９】
次に、外周通路２４は、図１の構成では、フィルタ１０の外周と排気ガス浄化装置２０のケース３１との間の通路として、フィルタ１０の外部に設けた通路として形成される。この場合には、フィルタ１０の外周側はフィルタ保持マット３２を介して内部室２６に連続している内部壁２６ａに固定支持される。
【００５０】
このように、フィルタ１０の外部にフィルタ１０とは別体で外周通路２４を設ける構成にすると、他の部分と比較して破損し易いフィルタ部分を保護でき、排気ガス浄化装置２０の搬送時や取り付け作業時に排気ガス浄化装置２０の外部を損傷しても、この高価なフィルタ部分を破損することが無くなる。
【００５１】
また、図２に示すように、外周通路２４Ａを、フィルタ１０Ａの筒状体の外周に沿った内側領域にある数層のセル１１ａ’，１１ｂ’の前後の目封止を取り除いて形成することもできる。この目封止１３を外す構成は、フィルタ１０Ａの成形時に目封止１３を外した形状に成形できるので、比較的簡単に形成できる。この場合にはフィルタ１０Ａの外周側はケース３１に、フィルタ保持マット３２を介して保持されることになる。
【００５２】
次に、この外周通路２４Ａに、酸化触媒を配設する。この構成によれば、酸化触媒による酸化反応熱でフィルタ１０Ｂの外周側を加熱できる。また、酸化触媒の配置のためのスペースを節約できる。
【００５３】
この外周通路２４Ａへの酸化触媒の配設は、図２のような目封止１３を外したセル１１ａ’，１１ｂ’の周囲の多孔質壁面１２に担持させたり、または、多孔質壁面１２に酸化触媒を担持した多孔質担持層を積層したりして行う。
【００５４】
あるいは、図３に示すように、この外周通路２４Ｂを、フィルタ１０Ｂの外周と排気ガス浄化装置２０Ｂのケース３１との間の通路として形成し、この通路２４Ｂに、フィルタ１０Ｂとは別体に形成された、セラミック製又はメタル製のハニカム構造体４１に酸化触媒を担持させて、このハニカム構造体４１を外周通路２４Ｂに挿入して配置する。この場合には、酸化触媒の担持工程をフィルタ１０Ｂの成形工程と切り離せ、しかも、比較的簡単に外周通路２４Ｂに酸化触媒を配設することができる。
【００５５】
また、中央通路２７（２７Ａ，２７Ｂ）は、図１及び図２に示すように、筒状体の中心軸に沿った領域を中空に形成して、この中空部分を中央通路２７，２７Ａとしたり、あるいは、図３に示すように、中央通路２７Ｂを筒状体の中心軸に沿った領域のセル１１ａ”，１１ｂ”の前後の目封止を取り除いて形成する。
【００５６】
この中央通路２７（２７Ａ，２７Ｂ）は、図１０の従来技術のフィルタ１０Ｘでは、非常に高い温度が発生してフィルタの溶損が生じていた中央部分の下流側を含む部分に設けられているため、従来技術のフィルタ１０Ｘにおいて発生していた溶損を回避できる。
【００５７】
なお、この外周通路２４，２４Ａ，２４Ｂの構成と、中空通路２７（２７Ａ），２７Ｂの構成との組合せは適宜なされるものであり、図１〜図３における構成は例示に過ぎず、本発明はこれらの図に示す組合せだけに限定されるものではない。
【００５８】
そして、上記の排気ガス浄化装置２０，２０Ａ，２０Ｂにおいて、フィルタ１０，１０Ａ，１０Ｂの目詰まりが進行して圧力が高まったときに、フィルタ１０，１０Ａ，１０Ｂをバイパスして排気ガスＧを流すためのリリーフ弁３３，３３Ａ，３３Ｂを設ける。
【００５９】
このリリーフ弁３３，３３Ａ，３３Ｂは、図１に示すように、排気ガス装置２０において、外周通路２４と上流側セル１１ａを連通する外部室２５と、ガス出口通路２８との間の通路壁２８ｗに設けたり、又は、図２に示すように、下流側セル１１ｂと中央通路２７Ａを連通する内部室２６Ａとガス入口通路２３Ａの間の通路壁２６ｗに設ける。または、図３に示すように、下流側セル１１ｂと中央通路２７Ｂを連通する内部室２６Ｂと、ガス入口通路２３Ｂの間の通路壁２６ｗのガス拡散部材２２Ｂ内部の部分に設けてもよい。
【００６０】
このリリーフ弁３３，３３Ａ，３３Ｂの配設により、フィルタ１０，１０Ａ，１０Ｂが粒子状物質の異常堆積で過度な目詰まり状態になった時に濾過部分をバイパスさせて、エンジン排圧の過度の上昇を回避できる。
【００６１】
また、リリーフバルブ３３，３３Ａ，３３Ｂを、図１〜図３の位置に配置するとこのリリーフバルブ３３，３３Ａ，３３Ｂを配設するための配管が不要になり、排気ガス浄化装置をコンパクトにすることができる。
【００６２】
〔第２の実施の形態〕
次に第２の実施の形態の排気ガス浄化装置について説明する。
【００６３】
図４に示す第２の実施の形態の排気ガス浄化装置２０Ｃでは、第１の実施の形態と同様に、ウォールフロータイプのフィルタ１０Ｃを円筒形状等の筒状体に形成し、この筒状体の外周部に外周通路２４Ｃを、中心軸に沿った中央部分に中央通路２７Ｃをそれぞれ設ける。
【００６４】
また、中央通路２７Ｃと上流側セル１１ａを連通させる内部室２６Ｃを設け、更に、下流側セル１１ｂと外周通路２４Ｃを連通させる外部室２５Ｃを設ける。この内部室２６Ｃの外側にガス出口通路２３Ｃを設け、ガス出口２８Ｃと外周通路２４Ｃに連通させる。
【００６５】
そして、この第２の実施の形態では、図４に示すように、排気ガスＧをガス入口２１Ｃ、中央通路２７Ｃ、内部室２６Ｃ、セル１１ａ，１１ｂ、外部室２５Ｃ、外周通路２４Ｃ、ガス出口通路２３Ｃ、ガス出口２８Ｃの順に通過させるように構成する。
【００６６】
この第２の実施の形態の構成では、排気ガスＧは中央通路２７Ｃを先に通ってから、セル１１ａ，１１ｂ内を通過し、それから外周側通路２４Ｃを通過する点、及び、酸化触媒が配設される部分が中央通路２７Ｃである点が第１の実施の形態の構成と異なる。
【００６７】
そして、この外周通路２４Ｃは、図４〜図６の構成では、フィルタ１０Ｃの外周とフィルタ装置のケース３１との間の通路として、フィルタ１０の外部に設けられる構成としているが、図２の構成と同様に、この外周通路を、フィルタの筒状体の外周に沿った領域にあるセルの前後の目封止を取り除いて形成してもよい。
【００６８】
また、中央通路２７Ｃの構成は、図４に示すように、筒状体の中心軸に沿った領域を中空に形成して、この中空部分を中央通路２７Ｃとすることもできるが、あるいは、図示しないが、筒状体の中心軸に沿った領域のセルの前後の目封止を取り除いて形成することができる。
【００６９】
次に、図５に示すように、中央通路２７Ｄに酸化触媒を配設する。この図５では、フィルタ１０Ｄとは別体に形成された、セラミック製又はメタル製のハニカム４２に酸化触媒を担持させて、このハニカム４２をフィルタ１０Ｄの中央通路２７Ｄに挿入して配置している。なお、図６では、ハニカム４３をガス入口２１Ｅを構成する部材側に接続して設け、排気ガス浄化装置２０Ｅの組立時にフィルタ１０Ｅの中央通路２７Ｅに挿入されるように構成されている。
【００７０】
この他にも、図示しないが、中央通路を筒状体の中心軸に沿った領域のセルの前後の目封止を取り除いて形成し、この筒状体の中心軸に沿ったセルの周囲の多孔質壁面に担持させたり、または、多孔質壁面に酸化触媒を担持した多孔質担持層を積層して設けることで、酸化触媒を中央通路に配設できる。
【００７１】
更に、図６に示すように、ＤＰＦ装置２Ｅのケース３１の外表面に断熱層５１を設けて、保温効果を高めると共に、外側に配置されている周辺の車両部品への熱害を防止する。また、この断熱層５１は通常騒音低減効果も有しているので、騒音防止にも役立つ。
【００７２】
これらの第２の実施の形態の構成では、中央通路２７Ｃ，２７Ｄ，２７Ｅが上流側となるため、外周通路２４Ｃ，２４Ｄ，２４Ｅを流れる排気ガスＧはセル１１ａ，１１ｂを通過した後の浄化された排気ガスＧｃとなるが、これらの排気ガスＧ，Ｇｃでフィルタ１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅの中央部及び外周部を保温及び加熱できる。
【００７３】
また、酸化触媒を中央通路２７Ｄに配設すると、排気ガスＧの熱及び排気ガスＧ中の物質の酸化反応で発生する熱でフィルタ１０Ｄの中央部分を加熱することができる。
【００７４】
そして、上記の排気ガス浄化装置２０Ｃ，２０Ｄ，２０Ｅにおいて、フィルタ１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅの目詰まりが進行して圧力が高まったときに、フィルタ１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅをバイパスして排気ガスＧを流すためのリリーフ弁３３Ｃ，３３Ｄ，３３Ｅを設ける。
【００７５】
このリリーフ弁３３Ｃ，３３Ｄ，３３Ｅは、図４に示すように、排気ガス装置２０Ｃにおいて、外周通路２４Ｃと下流側セル１１ｂを連通する外部室２５Ｃと、ガス入口通路２１Ｃとの間の通路壁２１ｗに設けたり、又は、図５に示すように、上流側セル１１ａと中央通路２７Ｄを連通する内部室２６Ｄとガス出口通路２３Ｄの間の通路壁２６ｗに設ける。または、図６に示すように、上流側セル１１ａと中央通路２７Ｅを連通する内部室２６Ｅと、ガス出口通路２３Ｅの間の通路壁２６ｗの中央部分に設けてもよい。
【００７６】
このリリーフ弁３３Ｃ，３３Ｄ，３３Ｅの配設により、フィルタ１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅが粒子状物質の異常堆積で過度な目詰まり状態になった時に濾過部分をバイパスさせて、エンジン排圧の過度の上昇を回避できる。
【００７７】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明に係わる排気ガス浄化装置によれば、排気ガスの全量がフィルタの外周通路を流れてからフィルタのセルを通過し中央通路から排出されるか、フィルタの中央通路からフィルタのセルを通過し外周通路を流れてから排出される。そのため、フィルタの外周通路を通過する排気ガスでフィルタを外周側から加熱又は保温でき、また、フィルタの中央通路を通過する排気ガスでフィルタを中央部側から加熱又は保温できるので、フィルタ全体の温度を均一化できる。
【００７８】
この保温効果により、フィルタの温度及びフィルタのセル内を通過する排気ガスの温度を高温に維持できるので、排気ガス中又は捕集された粒子状物質（ＰＭ）の燃焼を促進することができる。そのため、ＰＭの堆積量を減少でき、また、捕集したＰＭを酸化除去するための再生モード運転の時間も短縮できる。そして、排気ガスの全量がフィルタのセルを通過するので、浄化効率の低下も回避できる。
【００７９】
更に、従来技術のＤＰＦ装置に対して、排気ガス通路が変更され、また、高温になり易いフィルタの中央部分に中央通路を設けてＰＭを捕集することなく排気ガスを通過させるので、この部分が高温になって発生していた従来技術におけるフィルタの溶損を回避できる。
【００８０】
また、外周通路又は中央通路に、酸化触媒を配設することにより、酸化触媒の配置のためのスペースを節約でき、また、酸化触媒による酸化反応熱でフィルタの外周側又は内周側を加熱できる。
【００８１】
そして、フィルタバイパス用のリリーフ弁を設けることにより、フィルタが粒子状物質の異常堆積で過度な目詰まり状態になっても、エンジン排圧が過度に上昇することを防止できる。
【００８２】
また、リリーフ弁の位置を、排気ガス浄化装置内の通路と通路を区画する隔壁部分に設けることにより、このリリーフ弁を配設するための配管が不要になるので、排気ガス浄化装置をコンパクトにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１の実施の形態の排気ガス浄化装置の模式的な構成図で、外周通路をフィルタの外部に設けた図である。
【図２】本発明に係る第１の実施の形態の排気ガス浄化装置の模式的な構成図で、外周通路をフィルタの外周部の目封止を外して形成した図である。
【図３】本発明に係る第１の実施の形態の排気ガス浄化装置の模式的な構成図で、フィルタと別体で設けた外周通路に、ハニカム構造体を挿入した図である。
【図４】本発明に係る第２の実施の形態の排気ガス浄化装置の模式的な構成図で、中央通路をフィルタの中空部で形成した図である。
【図５】本発明に係る第２の実施の形態の排気ガス浄化装置の模式的な構成図で、フィルタの中空部に別体で設けたハニカム構造体を挿入した図である。
【図６】本発明に係る第２の実施の形態の排気ガス浄化装置の模式的な構成図で、入口部材にハニカム構造体を取り付けて、組み付け時にフィルタの中空部に挿入した図である。
【図７】酸化触媒を配設した連続再生型ＤＰＦシステムの一例を示す構成図である。
【図８】酸化触媒付フィルタを備えた連続再生型ＤＰＦシステムの一例を示す構成図である。
【図９】ＰＭ酸化触媒付フィルタを備えた連続再生型ＤＰＦシステムの一例を示す構成図である。
【図１０】従来技術のディーゼルパティキュレートフィルタ装置用フィルタの模式的な構成図であり、（ａ）は一部断面を含む斜視図で、（ｂ）は側断面である。
【図１１】図１０のフィルタを取り付けた従来技術の排気ガス浄化装置の模式的な側断面図である。
【図１２】図１１のフィルタの側断面図における温度分布の状態を示す模式的な等温図である。
【符号の説明】
１０，１０Ａ〜１０Ｅ フィルタ（ＤＰＦ）
１１ａ，１１ｂ セル
１１ａ’，１１ｂ’ 外周側セル
１２ 多孔質壁面
１３ 目封止
１５ｂ 入口側（目封止部分）
１６ｂ 出口側（目封止部分）
２０，２０Ａ〜２０Ｅ 排気ガス浄化装置
２１，２１Ａ〜２１Ｅ ガス入口
２３，２３Ａ〜２３Ｅ ガス入口通路
２４，２４Ａ〜２４Ｅ 外周通路
２５，２５Ａ〜２５Ｅ 外部室
２６，２６Ａ〜２６Ｅ 内部室
２７，２７Ａ〜２７Ｅ 中央通路
２８，２８Ａ〜２８Ｅ ガス出口通路
３３，３３Ａ〜３３Ｅ リリーフ弁
４１，４２ ハニカム構造体
５１ 断熱層
Ｇ 排気ガス
Ｇｃ 浄化された排気ガス
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディーゼルエンジン等の排気ガス中の粒子状物質を捕集して排気ガスを浄化するディーゼルパティキュレートフィルタを有する排気ガス浄化装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンから排出される粒子状物質（ＰＭ：パティキュレート・マター：以下ＰＭとする）の排出量は、ＮＯｘ，ＣＯそしてＨＣ等と共に年々規制が強化されてきており、このＰＭをディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ：Diesel Particulate Filter ：以下ＤＰＦとする）と呼ばれるフィルタで捕集して、外部へ排出されるＰＭの量を低減する技術が開発されている。
【０００３】
このＰＭを直接捕集するＤＰＦには、セラミック製のモノリスハニカム型ウォールフロータイプのフィルタや、セラミックや金属を繊維状にした繊維型タイプのフィルタ等があり、これらのＤＰＦを用いた排気ガス浄化装置は、エンジンの排気管の途中に設置され、エンジンで発生する排気ガスを浄化している。
【０００４】
しかし、このＤＰＦは、ＰＭの捕集に伴って目詰まりが進行し、排気ガス圧力（排圧）が上昇するので、このＤＰＦから捕集されたＰＭを除去する必要があり、幾つかの方法及びシステムが開発されている。
【０００５】
そのうちの一つに、電気ヒータやバーナーでフィルタを加熱して、ＰＭを燃焼除去したり、エアを逆方向に流して逆洗したりするシステムがあるが、これらのシステムの場合には、外部から加熱用のエネルギーを供給してＰＭ燃焼を行うので、燃費の悪化を招くという問題や再生制御が難しいという問題がある。
【０００６】
また、これらのシステムを採用した場合には、ＤＰＦを備えた２系統の排気通路を設け、交互に、ＰＭの捕集とＤＰＦの再生を繰り返す場合が多く、そのため、システムが大きくなり、コストも高くなり易い。
【０００７】
これらの問題に対処するために、図７〜図９に示すような連続再生型ＤＰＦシステムが提案されている。
【０００８】
図７は、二酸化窒素（ＮＯ2 ）による連続再生型ＤＰＦシステム（ＮＯ2 再生型ＤＰＦシステム）１Ａの例であり、上流側の酸化触媒３Ａａと下流側のウォールフロータイプのフィルタ３Ａｂとから構成され、この上流側の白金等の酸化触媒３Ａａで排気ガス中の一酸化窒素を酸化し、発生した二酸化窒素で、下流側のフィルタ３Ａｂに捕集されたＰＭを酸化して二酸化炭素とし、ＰＭを除去している。
【０００９】
この二酸化窒素によるＰＭの酸化は、酸素によるＰＭの酸化より、エネルギー障壁が低く低温で行われるため、外部からのエネルギーの供給が低減されるので、排気ガス中の熱エネルギーを利用することで連続的にＰＭを捕集しながらＰＭを酸化除去してフィルタ３Ａｂの再生を行うことができる。
【００１０】
また、図８に示す連続再生型ＤＰＦシステム（一体型ＮＯ2 再生ＤＰＦシステム）１Ｂは、図７のシステム１Ａを改良したものであり、酸化触媒３２Ａをウォールフロータイプの触媒付フィルタ３Ｂの壁表面に塗布し、この壁表面で、排気ガス中の一酸化窒素の酸化と二酸化窒素によるＰＭの酸化を行うようにしており、システムを簡素化している。
【００１１】
そして、図９に示す連続再生型ＤＰＦシステム（ＰＭ酸化触媒付ＤＰＦシステム）１Ｃは、白金（Ｐｔ）等の貴金属酸化触媒３２Ａと、ＰＭ酸化触媒３２ＢをウォールフロータイプのＰＭ酸化触媒付フィルタ３Ｃの壁表面に塗布し、この壁表面でより低い温度からＰＭの酸化を行うようにしている。このＰＭ酸化触媒３２Ｂは排気ガス中の酸素を活性化し直接ＰＭを酸化する触媒であり、二酸化セリウム等で形成される。
【００１２】
そして、この連続再生型ＤＰＦシステム１Ｃは、低温酸化域（３５０℃〜４５０℃程度）では酸化触媒３２Ａの一酸化窒素を二酸化窒素に酸化する反応を利用してＰＭを二酸化窒素で酸化し、中温酸化域（４００℃〜６００℃程度）では、ＰＭ酸化触媒３２Ｂで排気ガス中の酸素を活性化しＰＭを直接酸化する反応によりＰＭを酸化し、ＰＭが排気ガス中の酸素で燃焼する温度以上の高温酸化域（６００℃程度以上）では、排気ガス中の酸素によりＰＭを酸化している。
【００１３】
これらの連続再生型ＤＰＦシステムにおいては、触媒や、二酸化窒素によるＰＭの酸化を利用することによって、ＰＭを酸化できる温度を下げて、捕集しながら酸化除去している。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの連続再生型ＤＰＦシステムにおいても、まだ、排気ガス温度を３５０℃程度に昇温させる必要があるため、排気温度が低いエンジンの運転状態や一酸化窒素の排出が少ないエンジンの運転状態においては、触媒の温度が低下して触媒活性が低下したり、一酸化窒素が不足するので、上記の反応が生ぜず、ＰＭを酸化してフィルタを再生できないため、フィルタへの堆積が継続されて、フィルタが目詰まりするという問題がある。
【００１５】
例えば、アイドル運転時や下り坂におけるエンジンブレーキ作動運転時等の低速や極低負荷運転においては、燃料が殆ど燃焼しない状態となり、低温の排気ガスが連続再生型ＤＰＦ装置に流れ込むため、触媒の温度が下がり触媒活性が低下してしまう。
【００１６】
特に、連続再生型ＤＰＦシステムを搭載した自動車が、市街地走行が多い宅配便等に使用されている場合には、排気ガスの温度が低いエンジンの運転状態が多いため、フィルタの目詰まりが進展してしまうことになる。
【００１７】
このフィルタの目詰まり、即ち、ＰＭの堆積はフィルタ全体に均等に行われず、ガス流量が多く、また、フィルタの局部的な温度が低くなっている部分に先にＰＭが堆積される。
【００１８】
具体的には、図１０に示すような円筒形状のウォールフロータイプの千鳥状目封止フィルタ１０Ｘは、図１１に示すように、フィルタ保持マット３２に支持されて円筒のケース３１に固定され、フィルタ１０Ｘの上流側全面から排気ガスＧを全セル１１ａ，１１ｂに導入している。これらの排気ガス浄化装置２０Ｘでは排気ガスＧを拡散してフィルタ１０Ｘの全セル１１ａ，１１ｂに均等に流入させるための工夫がなされているが、フィルタ１０Ｘの中央部分の排気ガス流量が多くなり易く、また、フィルタ１０Ｘの外周側が放熱により冷却され、下流側に向かって低温になり易いために、フィルタ１０Ｘの排気ガス流入横断面の中央部分の下流側部分への堆積量が多くなる。
【００１９】
そして、再生モード運転における再生操作時やエンジンの運転状態の変化時等の排気ガスが高温になった時に、捕集されたＰＭが酸化されるが、このＰＭの酸化によって発生する熱量が場所によって異なるため、均等な温度分布とはならず、図１２に示すように中央部分の下流側が特に高温となり、外周側になる程また上流側になる程低温となる。
【００２０】
そのため、この高温発生部分において、フィルタ温度が、このフィルタを形成するコーディエライト等の耐熱温度（約１４５０℃）を超えて、溶損が発生するという問題がある。この溶損が生じるとＰＭ捕集能力が低下するばかりでなく、ＰＭの堆積し易い部分が周辺部に移動し、この周辺部の温度が順次高温になって溶損部分の拡大につながることにもなる。
【００２１】
一方、フィルタの温度を少しでも上昇できると、排気ガス中のＰＭを燃焼できる、再生モード以外の通常のエンジン運転状態の範囲を拡大することができるので、フィルタの目詰まりの進行を遅らせることができること、及び、フィルタの温度分布を均等化できると、局所的にＰＭの堆積が集中するのを回避できるので、捕集されたＰＭの燃焼時に発生する熱も均等化でき、局部的に高温が発生するのを防止して、フィルタの溶損を防止できることが知られている。
【００２２】
本発明は、これらの知見を得て、上述の従来技術における問題を解決するためになされたものであり、その目的は、排気ガスの全量をフィルタの外周側と中央部分に流すことにより、フィルタの外周側と中央部分を排気ガスで加熱又は保温でき、この保温効果により、フィルタを高温に維持して、ＰＭの燃焼を促進でき、しかも、フィルタの中央部分におけるＰＭの燃焼による局所的な高温の発生を防止して、フィルタの溶損を防止することができる耐久性に優れた排気ガス浄化装置を提供することにある。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
以上のような目的を達成するための排気ガス浄化装置は、次のように構成される。
【００２４】
１）エンジンの排気ガス中の粒子状物質を浄化するためのフィルタを、周囲を多孔質壁面で形成した複数のセルの入口側と出口側を千鳥状に目封止したウォールフロータイプのフィルタで形成した排気ガス浄化装置において、前記フィルタの外周部分に外周通路を、中央部分に中央通路をそれぞれ設け、排気ガスが、ガス入口通路、前記外周通路、前記セル、前記中央通路、ガス出口通路の順に通過するように構成する。
【００２５】
このフィルタは、通常のＤＰＦのフィルタであってもよく、酸化触媒等の触媒付きフィルタ即ち触媒化フィルタであってもよい。
【００２６】
また、この外周通路は、筒状体の外周に沿った領域のセルの前後の目封止を取り除いた構成とすることで簡単に形成できるが、フィルタの外周とフィルタ装置のケースとの間に通路を設ける構成、即ちフィルタの外部に通路を設ける構成にしてもよい。
【００２７】
この外周通路をフィルタの外部に設ける構成にすると、浄化に重要で他の部分と比較して破損し易い部分を保護でき、排気ガス浄化装置の搬送時や取り付け時に排気ガス浄化装置の外部を損傷しても、浄化能力を損なうことが無くなる。
【００２８】
そして、この中央通路に関しても、フィルタの中心軸に沿った領域のセルの前後の目封止を取り除いた構成とすることで簡単に形成できるが、フィルタを中空に形成して、この中空部分を中央通路としてもよい。
【００２９】
この構成により、排気ガスの全量がフィルタの外周側を流れてからフィルタのセルを通過し、更に中央通路を通過するので、フィルタの外周側と内周側を排気ガスで加熱又は保温でき、フィルタ全体の温度を均一化できる。
【００３０】
この保温効果により、フィルタ及びフィルタのセル内を通過する排気ガスの温度を高温に維持して、ＰＭの燃焼を促進できるので、通常運転においてＰＭの堆積量が減少し、また、再生モード運転において捕集したＰＭを酸化除去するための時間が短縮される。
【００３１】
更に、従来技術のフィルタにおいて、異常高温が発生していた中央部分に、この構成では中央通路を設けてＰＭを捕集することなく排気ガスを排出するので、この部分が高温になって発生していたフィルタの溶損を回避できる。
【００３２】
また、上記の排気ガス浄化装置において、前記外周通路に、酸化触媒を配設することにより、酸化触媒による酸化反応熱でフィルタの外周側を加熱でき、また、酸化触媒の配置のためのスペースを節約できる。
【００３３】
この場合に、フィルタの外周に沿った領域のセルの前後の目封止を取り除いて形成した外周通路の場合には、このセルの壁面に酸化触媒を担持させるが、フィルタの外部の通路を設けた場合には、外周通路への酸化触媒の配設を、フィルタとは別体に形成されたセラミック製又はメタル製のハニカム構造体に酸化触媒を担持させて、このハニカム構造体を前記外周通路内に配置する。この場合には、酸化触媒の担持工程をフィルタの成形工程と切り離せるため、比較的簡単に外周側通路に酸化触媒を配設することができる。
【００３４】
また、上記の排気ガス浄化装置において、前記フィルタの目詰まりが進行して圧力が高まったときに、排気ガスが前記フィルタをバイパスするように、前記外周通路と前記セルを連通する外部室と、前記ガス出口通路との間の通路壁、又は、前記セルと前記中央通路を連通する内部室と、前記ガス入口通路との間の通路壁の少なくとも一方に、リリーフ弁を設ける。
【００３５】
このリリーフ弁（リリーフバルブ）の配設により、フィルタが粒子状物質の異常堆積で過度な目詰まり状態になった時に、エンジン排圧の過度の上昇を回避できる。また、リリーフ弁の位置を、上記の通路壁の位置に配置するとこの弁を配設するための配管が不要になり、装置がコンパクトになる。
【００３６】
そして、上記の排気ガス浄化装置の外表面に断熱層を設けることにより、保温効果を高めると共に、排気ガス浄化装置の外側に配置されている周辺の車両部品への排気ガスの熱による熱害を防止する。また、この断熱層は通常騒音低減効果も有しているので、騒音防止にも役立つ。
【００３７】
２）あるいは、エンジンの排気ガス中の粒子状物質を浄化するためのフィルタを、周囲を多孔質壁面で形成した複数のセルの入口側と出口側を千鳥状に目封止したウォールフロータイプのフィルタで形成した排気ガス浄化装置において、
前記フィルタの外周部分に外周通路を、中央部分に中央通路をそれぞれ設け、排気ガスが、ガス入口通路、前記中央通路、前記セル、前記外周通路、ガス出口通路の順に通過するように構成すると共に、前記中央通路に酸化触媒を配設する。
【００３８】
また、この排気ガス浄化装置において、この中央通路への酸化触媒の配設を、前記フィルタとは別体に形成されたセラミック製又はメタル製のハニカム構造体に酸化触媒を担持させて、該ハニカム構造体を前記中央通路内に配置することにより行う。
【００３９】
更に、上記の排気ガス浄化装置において、前記フィルタの目詰まりが進行して圧力が高まったときに、排気ガスが前記フィルタをバイパスするように、前記セルと前記外周通路を連通する外部室と、前記ガス入口通路との間の通路壁、又は、前記中央通路と前記セルを連通する内部室と、前記ガス出口通路との間の通路壁の少なくとも一方に、リリーフ弁を設ける。
【００４０】
これらの構成における外周通路や中央通路は、前記の排気ガス浄化装置と同様にして形成でき、この構成では、排気ガスは中央通路を先に通ってから、セル内を通過し、外周側通路を通過する点、及び、酸化触媒が配設される部分が中央通路である点が、前記の排気ガス浄化装置と異なる。
【００４１】
これらの構成では、中央通路が上流側で、また、酸化触媒も中央通路に配設されるので、中央部分側が排気ガスの熱及び排気ガス中の物質の酸化反応で発生する熱で加熱されることになり、その後、セルを通過した後の排気ガスが、外周通路を流れので、この排気ガスでフィルタの外周部を保温及び加熱できる。
【００４２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る実施の形態の排気ガス浄化装置について、図面を参照しながら説明する。
【００４３】
図１〜図６に示すように、本発明に係る排気ガス浄化装置２０，２０Ａ〜２０Ｅに使用するフィルタ１０，１０Ａ〜１０Ｅは、周囲を多孔質壁面１２で形成した多数の排気ガス通路１１ａ、１１ｂを有すると共に、この排気ガス通路であるセル１１ａ，１１ｂの入口側１５ｂと出口側１６ｂを千鳥状に目封止１３して形成されたウォールフロータイプのフィルタであり、図７〜図９に示すような排気ガス浄化システム１Ａ、１Ｂ、１Ｃ等に組み込まれて使用される。そのため、このフィルタ１０，１０Ａ〜１０Ｅは、通常のＤＰＦフィルタであってもよく、酸化触媒等の触媒付きフィルタ即ち触媒化フィルタであってもよい。
【００４４】
〔第１の実施の形態〕
図１に示す第１の実施の形態の排気ガス浄化装置２０では、ウォールフロータイプのフィルタ１０を円筒形状等の筒状体に形成し、この筒状体の外周部に外周通路２４を、中心軸に沿った中央部分に中央通路２７をそれぞれ設ける。
【００４５】
また、外周通路２４と上流側セル１１ａを連通させる外部室２５を設け、更に、下流側セル１１ｂと中央通路２７を連通させる内部室２６を設ける。この内部室２６の外側にガス入口通路２３を設け、ガス入口２１と外周通路２４に連通させる。このガス入口２１にガス拡散部材２２を配設し、流入してきた排気ガスＧが外周通路２４に均等に分散するように構成する。なお、外部室２５に溜まったアッシュを排出できるように、外部室２５の下側部分にアッシュ排出口３４を設ける。
【００４６】
そして、排気ガスＧがガス入口２１、ガス拡散部材２２、ガス入口通路２３、外周通路２４、外部室２５、セル１１ａ，１１ｂ、内部室２６、中央通路２７、ガス出口通路２８の順に通過するように排気ガス通路を構成する。
【００４７】
つまり、排気ガスＧを外周側通路２４を通過させてから上流側セル１１ａ、下流側セル１１ｂ内に流入させ、この上流側セル１１ａと下流側セル１１ｂとの間の多孔質壁面１２で浄化された排気ガスＧｃを中央通路２７を経由して排気ガス浄化装置２０の外へ排出するように構成する。
【００４８】
この構成により、排気ガスＧの全量がフィルタ１０の外周通路２４を流れてからフィルタ１０のセル１１ａ，１１ｂを通過するので、フィルタ１０の外周側を排気ガスＧで加熱及び保温でき、エンジンの通常モード運転時及びフィルタ再生モード運転時の両方においてフィルタ１０の温度分布をより均一化できる。
【００４９】
次に、外周通路２４は、図１の構成では、フィルタ１０の外周と排気ガス浄化装置２０のケース３１との間の通路として、フィルタ１０の外部に設けた通路として形成される。この場合には、フィルタ１０の外周側はフィルタ保持マット３２を介して内部室２６に連続している内部壁２６ａに固定支持される。
【００５０】
このように、フィルタ１０の外部にフィルタ１０とは別体で外周通路２４を設ける構成にすると、他の部分と比較して破損し易いフィルタ部分を保護でき、排気ガス浄化装置２０の搬送時や取り付け作業時に排気ガス浄化装置２０の外部を損傷しても、この高価なフィルタ部分を破損することが無くなる。
【００５１】
また、図２に示すように、外周通路２４Ａを、フィルタ１０Ａの筒状体の外周に沿った内側領域にある数層のセル１１ａ’，１１ｂ’の前後の目封止を取り除いて形成することもできる。この目封止１３を外す構成は、フィルタ１０Ａの成形時に目封止１３を外した形状に成形できるので、比較的簡単に形成できる。この場合にはフィルタ１０Ａの外周側はケース３１に、フィルタ保持マット３２を介して保持されることになる。
【００５２】
次に、この外周通路２４Ａに、酸化触媒を配設する。この構成によれば、酸化触媒による酸化反応熱でフィルタ１０Ｂの外周側を加熱できる。また、酸化触媒の配置のためのスペースを節約できる。
【００５３】
この外周通路２４Ａへの酸化触媒の配設は、図２のような目封止１３を外したセル１１ａ’，１１ｂ’の周囲の多孔質壁面１２に担持させたり、または、多孔質壁面１２に酸化触媒を担持した多孔質担持層を積層したりして行う。
【００５４】
あるいは、図３に示すように、この外周通路２４Ｂを、フィルタ１０Ｂの外周と排気ガス浄化装置２０Ｂのケース３１との間の通路として形成し、この通路２４Ｂに、フィルタ１０Ｂとは別体に形成された、セラミック製又はメタル製のハニカム構造体４１に酸化触媒を担持させて、このハニカム構造体４１を外周通路２４Ｂに挿入して配置する。この場合には、酸化触媒の担持工程をフィルタ１０Ｂの成形工程と切り離せ、しかも、比較的簡単に外周通路２４Ｂに酸化触媒を配設することができる。
【００５５】
また、中央通路２７（２７Ａ，２７Ｂ）は、図１及び図２に示すように、筒状体の中心軸に沿った領域を中空に形成して、この中空部分を中央通路２７，２７Ａとしたり、あるいは、図３に示すように、中央通路２７Ｂを筒状体の中心軸に沿った領域のセル１１ａ”，１１ｂ”の前後の目封止を取り除いて形成する。
【００５６】
この中央通路２７（２７Ａ，２７Ｂ）は、図１０の従来技術のフィルタ１０Ｘでは、非常に高い温度が発生してフィルタの溶損が生じていた中央部分の下流側を含む部分に設けられているため、従来技術のフィルタ１０Ｘにおいて発生していた溶損を回避できる。
【００５７】
なお、この外周通路２４，２４Ａ，２４Ｂの構成と、中空通路２７（２７Ａ），２７Ｂの構成との組合せは適宜なされるものであり、図１〜図３における構成は例示に過ぎず、本発明はこれらの図に示す組合せだけに限定されるものではない。
【００５８】
そして、上記の排気ガス浄化装置２０，２０Ａ，２０Ｂにおいて、フィルタ１０，１０Ａ，１０Ｂの目詰まりが進行して圧力が高まったときに、フィルタ１０，１０Ａ，１０Ｂをバイパスして排気ガスＧを流すためのリリーフ弁３３，３３Ａ，３３Ｂを設ける。
【００５９】
このリリーフ弁３３，３３Ａ，３３Ｂは、図１に示すように、排気ガス装置２０において、外周通路２４と上流側セル１１ａを連通する外部室２５と、ガス出口通路２８との間の通路壁２８ｗに設けたり、又は、図２に示すように、下流側セル１１ｂと中央通路２７Ａを連通する内部室２６Ａとガス入口通路２３Ａの間の通路壁２６ｗに設ける。または、図３に示すように、下流側セル１１ｂと中央通路２７Ｂを連通する内部室２６Ｂと、ガス入口通路２３Ｂの間の通路壁２６ｗのガス拡散部材２２Ｂ内部の部分に設けてもよい。
【００６０】
このリリーフ弁３３，３３Ａ，３３Ｂの配設により、フィルタ１０，１０Ａ，１０Ｂが粒子状物質の異常堆積で過度な目詰まり状態になった時に濾過部分をバイパスさせて、エンジン排圧の過度の上昇を回避できる。
【００６１】
また、リリーフバルブ３３，３３Ａ，３３Ｂを、図１〜図３の位置に配置するとこのリリーフバルブ３３，３３Ａ，３３Ｂを配設するための配管が不要になり、排気ガス浄化装置をコンパクトにすることができる。
【００６２】
〔第２の実施の形態〕
次に第２の実施の形態の排気ガス浄化装置について説明する。
【００６３】
図４に示す第２の実施の形態の排気ガス浄化装置２０Ｃでは、第１の実施の形態と同様に、ウォールフロータイプのフィルタ１０Ｃを円筒形状等の筒状体に形成し、この筒状体の外周部に外周通路２４Ｃを、中心軸に沿った中央部分に中央通路２７Ｃをそれぞれ設ける。
【００６４】
また、中央通路２７Ｃと上流側セル１１ａを連通させる内部室２６Ｃを設け、更に、下流側セル１１ｂと外周通路２４Ｃを連通させる外部室２５Ｃを設ける。この内部室２６Ｃの外側にガス出口通路２３Ｃを設け、ガス出口２８Ｃと外周通路２４Ｃに連通させる。
【００６５】
そして、この第２の実施の形態では、図４に示すように、排気ガスＧをガス入口２１Ｃ、中央通路２７Ｃ、内部室２６Ｃ、セル１１ａ，１１ｂ、外部室２５Ｃ、外周通路２４Ｃ、ガス出口通路２３Ｃ、ガス出口２８Ｃの順に通過させるように構成する。
【００６６】
この第２の実施の形態の構成では、排気ガスＧは中央通路２７Ｃを先に通ってから、セル１１ａ，１１ｂ内を通過し、それから外周側通路２４Ｃを通過する点、及び、酸化触媒が配設される部分が中央通路２７Ｃである点が第１の実施の形態の構成と異なる。
【００６７】
そして、この外周通路２４Ｃは、図４〜図６の構成では、フィルタ１０Ｃの外周とフィルタ装置のケース３１との間の通路として、フィルタ１０の外部に設けられる構成としているが、図２の構成と同様に、この外周通路を、フィルタの筒状体の外周に沿った領域にあるセルの前後の目封止を取り除いて形成してもよい。
【００６８】
また、中央通路２７Ｃの構成は、図４に示すように、筒状体の中心軸に沿った領域を中空に形成して、この中空部分を中央通路２７Ｃとすることもできるが、あるいは、図示しないが、筒状体の中心軸に沿った領域のセルの前後の目封止を取り除いて形成することができる。
【００６９】
次に、図５に示すように、中央通路２７Ｄに酸化触媒を配設する。この図５では、フィルタ１０Ｄとは別体に形成された、セラミック製又はメタル製のハニカム４２に酸化触媒を担持させて、このハニカム４２をフィルタ１０Ｄの中央通路２７Ｄに挿入して配置している。なお、図６では、ハニカム４３をガス入口２１Ｅを構成する部材側に接続して設け、排気ガス浄化装置２０Ｅの組立時にフィルタ１０Ｅの中央通路２７Ｅに挿入されるように構成されている。
【００７０】
この他にも、図示しないが、中央通路を筒状体の中心軸に沿った領域のセルの前後の目封止を取り除いて形成し、この筒状体の中心軸に沿ったセルの周囲の多孔質壁面に担持させたり、または、多孔質壁面に酸化触媒を担持した多孔質担持層を積層して設けることで、酸化触媒を中央通路に配設できる。
【００７１】
更に、図６に示すように、ＤＰＦ装置２Ｅのケース３１の外表面に断熱層５１を設けて、保温効果を高めると共に、外側に配置されている周辺の車両部品への熱害を防止する。また、この断熱層５１は通常騒音低減効果も有しているので、騒音防止にも役立つ。
【００７２】
これらの第２の実施の形態の構成では、中央通路２７Ｃ，２７Ｄ，２７Ｅが上流側となるため、外周通路２４Ｃ，２４Ｄ，２４Ｅを流れる排気ガスＧはセル１１ａ，１１ｂを通過した後の浄化された排気ガスＧｃとなるが、これらの排気ガスＧ，Ｇｃでフィルタ１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅの中央部及び外周部を保温及び加熱できる。
【００７３】
また、酸化触媒を中央通路２７Ｄに配設すると、排気ガスＧの熱及び排気ガスＧ中の物質の酸化反応で発生する熱でフィルタ１０Ｄの中央部分を加熱することができる。
【００７４】
そして、上記の排気ガス浄化装置２０Ｃ，２０Ｄ，２０Ｅにおいて、フィルタ１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅの目詰まりが進行して圧力が高まったときに、フィルタ１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅをバイパスして排気ガスＧを流すためのリリーフ弁３３Ｃ，３３Ｄ，３３Ｅを設ける。
【００７５】
このリリーフ弁３３Ｃ，３３Ｄ，３３Ｅは、図４に示すように、排気ガス装置２０Ｃにおいて、外周通路２４Ｃと下流側セル１１ｂを連通する外部室２５Ｃと、ガス入口通路２１Ｃとの間の通路壁２１ｗに設けたり、又は、図５に示すように、上流側セル１１ａと中央通路２７Ｄを連通する内部室２６Ｄとガス出口通路２３Ｄの間の通路壁２６ｗに設ける。または、図６に示すように、上流側セル１１ａと中央通路２７Ｅを連通する内部室２６Ｅと、ガス出口通路２３Ｅの間の通路壁２６ｗの中央部分に設けてもよい。
【００７６】
このリリーフ弁３３Ｃ，３３Ｄ，３３Ｅの配設により、フィルタ１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅが粒子状物質の異常堆積で過度な目詰まり状態になった時に濾過部分をバイパスさせて、エンジン排圧の過度の上昇を回避できる。
【００７７】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明に係わる排気ガス浄化装置によれば、排気ガスの全量がフィルタの外周通路を流れてからフィルタのセルを通過し中央通路から排出されるか、フィルタの中央通路からフィルタのセルを通過し外周通路を流れてから排出される。そのため、フィルタの外周通路を通過する排気ガスでフィルタを外周側から加熱又は保温でき、また、フィルタの中央通路を通過する排気ガスでフィルタを中央部側から加熱又は保温できるので、フィルタ全体の温度を均一化できる。
【００７８】
この保温効果により、フィルタの温度及びフィルタのセル内を通過する排気ガスの温度を高温に維持できるので、排気ガス中又は捕集された粒子状物質（ＰＭ）の燃焼を促進することができる。そのため、ＰＭの堆積量を減少でき、また、捕集したＰＭを酸化除去するための再生モード運転の時間も短縮できる。そして、排気ガスの全量がフィルタのセルを通過するので、浄化効率の低下も回避できる。
【００７９】
更に、従来技術のＤＰＦ装置に対して、排気ガス通路が変更され、また、高温になり易いフィルタの中央部分に中央通路を設けてＰＭを捕集することなく排気ガスを通過させるので、この部分が高温になって発生していた従来技術におけるフィルタの溶損を回避できる。
【００８０】
また、外周通路又は中央通路に、酸化触媒を配設することにより、酸化触媒の配置のためのスペースを節約でき、また、酸化触媒による酸化反応熱でフィルタの外周側又は内周側を加熱できる。
【００８１】
そして、フィルタバイパス用のリリーフ弁を設けることにより、フィルタが粒子状物質の異常堆積で過度な目詰まり状態になっても、エンジン排圧が過度に上昇することを防止できる。
【００８２】
また、リリーフ弁の位置を、排気ガス浄化装置内の通路と通路を区画する隔壁部分に設けることにより、このリリーフ弁を配設するための配管が不要になるので、排気ガス浄化装置をコンパクトにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１の実施の形態の排気ガス浄化装置の模式的な構成図で、外周通路をフィルタの外部に設けた図である。
【図２】本発明に係る第１の実施の形態の排気ガス浄化装置の模式的な構成図で、外周通路をフィルタの外周部の目封止を外して形成した図である。
【図３】本発明に係る第１の実施の形態の排気ガス浄化装置の模式的な構成図で、フィルタと別体で設けた外周通路に、ハニカム構造体を挿入した図である。
【図４】本発明に係る第２の実施の形態の排気ガス浄化装置の模式的な構成図で、中央通路をフィルタの中空部で形成した図である。
【図５】本発明に係る第２の実施の形態の排気ガス浄化装置の模式的な構成図で、フィルタの中空部に別体で設けたハニカム構造体を挿入した図である。
【図６】本発明に係る第２の実施の形態の排気ガス浄化装置の模式的な構成図で、入口部材にハニカム構造体を取り付けて、組み付け時にフィルタの中空部に挿入した図である。
【図７】酸化触媒を配設した連続再生型ＤＰＦシステムの一例を示す構成図である。
【図８】酸化触媒付フィルタを備えた連続再生型ＤＰＦシステムの一例を示す構成図である。
【図９】ＰＭ酸化触媒付フィルタを備えた連続再生型ＤＰＦシステムの一例を示す構成図である。
【図１０】従来技術のディーゼルパティキュレートフィルタ装置用フィルタの模式的な構成図であり、（ａ）は一部断面を含む斜視図で、（ｂ）は側断面である。
【図１１】図１０のフィルタを取り付けた従来技術の排気ガス浄化装置の模式的な側断面図である。
【図１２】図１１のフィルタの側断面図における温度分布の状態を示す模式的な等温図である。
【符号の説明】
１０，１０Ａ〜１０Ｅ フィルタ（ＤＰＦ）
１１ａ，１１ｂ セル
１１ａ’，１１ｂ’ 外周側セル
１２ 多孔質壁面
１３ 目封止
１５ｂ 入口側（目封止部分）
１６ｂ 出口側（目封止部分）
２０，２０Ａ〜２０Ｅ 排気ガス浄化装置
２１，２１Ａ〜２１Ｅ ガス入口
２３，２３Ａ〜２３Ｅ ガス入口通路
２４，２４Ａ〜２４Ｅ 外周通路
２５，２５Ａ〜２５Ｅ 外部室
２６，２６Ａ〜２６Ｅ 内部室
２７，２７Ａ〜２７Ｅ 中央通路
２８，２８Ａ〜２８Ｅ ガス出口通路
３３，３３Ａ〜３３Ｅ リリーフ弁
４１，４２ ハニカム構造体
５１ 断熱層
Ｇ 排気ガス
Ｇｃ 浄化された排気ガス
Claims (8)
- エンジンの排気ガス中の粒子状物質を浄化するためのフィルタを、周囲を多孔質壁面で形成した複数のセルの入口側と出口側を千鳥状に目封止したウォールフロータイプのフィルタで形成した排気ガス浄化装置において、
前記フィルタの外周部分に外周通路を、中央部分に中央通路をそれぞれ設け、排気ガスが、ガス入口通路、前記外周通路、前記セル、前記中央通路、ガス出口通路の順に通過するように構成することを特徴とする排気ガス浄化装置。 - 前記外周通路に酸化触媒を配設することを特徴とする請求項１記載の排気ガス浄化装置。
- 前記外周通路への酸化触媒の配設を、前記フィルタとは別体に形成されたセラミックス製又はメタル製のハニカム構造体に酸化触媒を担持させて、該ハニカム構造体を前記外周通路内に配置することにより行うことを特徴とする請求項２記載の排気ガス浄化装置。
- 前記フィルタの目詰まりが進行して圧力が高まったときに、排気ガスが前記フィルタをバイパスするように、前記外周通路と前記セルを連通する外部室と、前記ガス出口通路との間の通路壁、又は、前記セルと前記中央通路を連通する内部室と、前記ガス入口通路との間の通路壁の少なくとも一方に、リリーフ弁を設けることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の排気ガス浄化装置。
- エンジンの排気ガス中の粒子状物質を浄化するためのフィルタを、周囲を多孔質壁面で形成した複数のセルの入口側と出口側を千鳥状に目封止したウォールフロータイプのフィルタで形成した排気ガス浄化装置において、
前記フィルタの外周部分に外周通路を、中央部分に中央通路をそれぞれ設け、排気ガスが、ガス入口通路、前記中央通路、前記セル、前記外周通路、ガス出口通路の順に通過するように構成すると共に、前記中央通路に酸化触媒を配設することを特徴とする排気ガス浄化装置。 - 前記中央通路への酸化触媒の配設を、前記フィルタとは別体に形成されたセラミック製又はメタル製のハニカム構造体に酸化触媒を担持させて、該ハニカム構造体を前記中央通路内に配置することにより行うことを特徴とする請求項５記載の排気ガス浄化装置。
- 前記フィルタの目詰まりが進行して圧力が高まったときに、排気ガスが前記フィルタをバイパスするように、前記セルと前記外周通路を連通する外部室と、前記ガス出口通路との間の通路壁、又は、前記中央通路と前記セルを連通する内部室と、前記ガス出口通路との間の通路壁の少なくとも一方に、リリーフ弁を設けることを特徴とする請求項５又は６に記載の排気ガス浄化装置。
- 前記排気ガス浄化装置の外表面に断熱層を設けたことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の排気ガス浄化装置。
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