JP6718137B2 - Exhaust purification device - Google Patents
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Description
本発明は、排気浄化装置、特にパティキュレートフィルタに係り、詳しくはディーゼルエンジンの排ガスに含まれるパティキュレートを処理するためのパティキュレートフィルタに関する。 The present invention relates to an exhaust gas purification device, particularly a particulate filter, and more particularly to a particulate filter for treating particulates contained in exhaust gas of a diesel engine.
ディーゼルエンジンから排出される排ガスには、HC,CO,NOx等の他にパティキュレートが多く含まれており、このパティキュレートを処理するために、エンジンの排気系にはディーゼルパティキュレートフィルタ(以下、単にフィルタという)が備えられている。この種のフィルタはウォールフロー式として構成されており、多孔質の隔壁により多数のセルを区画し、隣り合うセルの入口側と出口側とを交互に目封じすることにより、隔壁の細孔を経て排ガスを流通させる際にパティキュレートを捕集している。 Exhaust gas emitted from a diesel engine contains a large amount of particulates in addition to HC, CO, NOx, etc. In order to process the particulates, an exhaust system of the engine has a diesel particulate filter (hereinafter, Simply called a filter) is provided. This kind of filter is configured as a wall flow type, and a large number of cells are divided by porous partition walls, and the inlet side and the outlet side of adjacent cells are alternately plugged, so that the pores of the partition walls are Particulates are collected when the exhaust gas is distributed.
このようなパティキュレートの捕集効率を向上するために、例えば特許文献1に記載されたフィルタが知られている。この特許文献1のフィルタでは、多孔質の隔壁により区画された多数のセルを介して排ガスの入口側と出口側とを連通させる担体を構成し、第1のセル群の入口側及び出口側をそれぞれ入口プラグ及び出口プラグにより目封じする共に、第1のセル群と隣接する第2のセル群の担体の長手方向の中間箇所を中間プラグにより目封じしている。 In order to improve the collection efficiency of such particulates, for example, the filter described in Patent Document 1 is known. In the filter of Patent Document 1, a carrier that connects the inlet side and the outlet side of the exhaust gas to each other via a large number of cells partitioned by porous partition walls is provided, and the inlet side and the outlet side of the first cell group are formed. Each is plugged with an inlet plug and an outlet plug, and the intermediate portion in the longitudinal direction of the carrier of the second cell group adjacent to the first cell group is also plugged with an intermediate plug.
これにより排ガスはフィルタの第2のセル群の各セルに流入し、セル内の中間プラグにせき止められながら隔壁の細孔を経て第1のセル群の各セルへと流通する。第1のセル群の各セル内で排ガスは出口プラグにせき止められながら隔壁の細孔を経て再び第2のセル群の各セルへと流通し、その後に第2のセル群の各セルから流出する。即ち、従来のフィルタでは1回のみであった隔壁に対する排ガスの流通回数を倍増させることにより、パティキュレートの捕集効率の向上を図っている。 As a result, the exhaust gas flows into each cell of the second cell group of the filter and flows to each cell of the first cell group through the pores of the partition wall while being stopped by the intermediate plug in the cell. Exhaust gas in each cell of the first cell group passes through the pores of the partition wall again while being restrained by the outlet plug, and then flows back to each cell of the second cell group, and then flows out of each cell of the second cell group. To do. That is, the collection efficiency of particulates is improved by doubling the number of times exhaust gas flows through the partition wall, which was only once in the conventional filter.
ところで、パティキュレートの捕集に従ってフィルタの隔壁には次第にパティキュレートが堆積し、この現象によるフィルタの圧損増大はエンジン性能を低下させる要因になることから、フィルタが捕集限界を超える以前に、フィルタに堆積したパティキュレートを処理する所謂フィルタの強制再生が実施される。例えば強制再生は、エンジンのメイン噴射後の膨張行程でポスト噴射を行うことにより排ガス中のHCを増加させ、そのHCをフィルタの上流側に設けた前段酸化触媒上で酸化反応させて、このときの反応熱により下流側のフィルタ上のパティキュレートを焼却除去するものである。 By the way, as particulate matter is gradually accumulated on the partition walls of the filter as the particulate matter is collected, the increase in pressure loss of the filter due to this phenomenon causes a decrease in engine performance. A so-called forced regeneration of a filter for processing the particulates deposited on the surface is carried out. For example, in forced regeneration, post-injection is performed in the expansion stroke after main injection of the engine to increase HC in the exhaust gas, and the HC is oxidized by a pre-stage oxidation catalyst provided on the upstream side of the filter. The particulate heat on the filter on the downstream side is incinerated and removed by the reaction heat of.
このようなフィルタの強制再生時において、前段酸化触媒上でのHCの酸化反応及びフィルタ上でのパティキュレートの燃焼は共に完全には行われず、一部のHCが反応することなく前段酸化触媒を素通りすると共に、フィルタ上での一部のパティキュレートの不完全燃焼によりCOが生成される場合もある。これらのHCやCOの大気中への排出を防止する対策として、フィルタの下流側にHCやCOを浄化する後段酸化触媒が設けられるが、これに代えてフィルタに触媒機能が付与される場合もある。 During such forced regeneration of the filter, neither the oxidation reaction of HC on the pre-stage oxidation catalyst nor the combustion of particulates on the filter is completely performed, and some of the HC does not react and the pre-stage oxidation catalyst is removed. In addition to passing through, CO may be generated by incomplete combustion of some of the particulates on the filter. As a measure to prevent the emission of these HC and CO into the atmosphere, a post-stage oxidation catalyst for purifying HC and CO is provided on the downstream side of the filter, but in place of this, a catalytic function may be added to the filter. is there.
特許文献1に記載されたフィルタにも触媒機能が付与されており、そのためにフィルタの担体に貴金属が担持されると共に、強制再生時のパティキュレートの燃焼促進のために燃焼促進剤も担持されている。特許文献1のフィルタでは、パティキュレートの捕集効率の向上のためにフィルタの内部構造を変更しているものの、依然としてパティキュレートの捕集・燃焼とHCやCOの浄化とを共通する領域で行うという一般的なフィルタと同様の発想に基づくため、担体全体に貴金属及び燃焼促進剤がそれぞれ担持されている。 The filter described in Patent Document 1 is also provided with a catalytic function, so that the carrier of the filter is loaded with a noble metal and also a combustion promoter is loaded to accelerate the combustion of particulates during forced regeneration. There is. In the filter of Patent Document 1, although the internal structure of the filter is changed in order to improve the collection efficiency of particulates, the collection/combustion of particulates and the purification of HC and CO are still performed in the common region. Since it is based on the same idea as that of a general filter, a noble metal and a combustion promoter are respectively supported on the entire carrier.
しかしながら、パティキュレートの捕集・燃焼とHCやCOの浄化とが実際に行われるのは、主として隔壁の下流側の部位に限られる。このため、下流側の部位を除く部位に担持された貴金属及び燃焼促進剤は、パティキュレートの燃焼促進にもHCやCOの浄化にも有効利用されるとは言い難い。結果として、浄化性能にそれ程貢献しない無駄な貴金属及び燃焼促進剤の担持により、フィルタの製造コストが高騰するという問題を抱えている。 However, the actual collection and combustion of particulates and the purification of HC and CO are mainly limited to the downstream side of the partition wall. Therefore, it is hard to say that the noble metal and the combustion accelerator carried on the portion other than the downstream portion are effectively used for promoting the combustion of particulates and for purifying HC and CO. As a result, there is a problem in that the manufacturing cost of the filter rises due to the useless use of precious metals and combustion promoters that do not contribute to the purification performance.
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、フィルタの限られた容量を有効に利用して貴金属及び燃焼促進剤を適切に担持することにより、高い浄化性能を保った上で製造コストを低減することができる排気浄化装置を提供することにある。 The present invention has been made in order to solve such a problem, and the purpose thereof is to effectively utilize the limited capacity of the filter to appropriately carry the precious metal and the combustion accelerator, An object of the present invention is to provide an exhaust gas purification device that can reduce manufacturing costs while maintaining high purification performance.
上記の目的を達成するため、本発明の排気浄化装置は、多孔質の隔壁により区画された複数のセルを介して排ガスの入口側と出口側とを連通させる担体を構成し、第1のセル群の入口側及び出口側をそれぞれ入口目封じ及び出口目封じにより目封じする共に、該第1のセル群と隣接する第2のセル群の前記担体の長手方向の途中箇所を中間目封じにより目封じし、前記中間目封じより上流側の第1の隔壁、及び該中間目封じより下流側の第2の隔壁を経て排ガスを流通させてパティキュレートを捕集する排気浄化装置において、前記担体に堆積した前記パティキュレートを処理する強制再生時に前記パティキュレートの燃焼を促進する燃焼促進剤を前記第1の隔壁に担持させ、HC及びCOを浄化する貴金属を前記第2の隔壁に担持させ、前記第1の隔壁の気孔率を前記第2の隔壁の気孔率よりも低下させたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, the exhaust gas purifying apparatus of the present invention comprises a carrier that connects the exhaust gas inlet side and the exhaust gas side through a plurality of cells partitioned by porous partition walls, and the first cell The inlet side and the outlet side of the group are plugged by inlet plugging and outlet plugging, respectively, and an intermediate portion in the longitudinal direction of the carrier of the second cell group adjacent to the first cell group is sealed by an intermediate plugging. plugged, the intermediate plugging upstream side of the first partition wall, and the exhaust gas purification device you collecting particulates by circulating exhaust gas through the downstream side of the second partition wall from the intermediate plugging, the the combustion promoter to promote combustion of the particulates in the forced regeneration processing the particulates deposited on the carrier is supported on the first partition, it is supported noble metal for purifying HC and CO in the second partition The porosity of the first partition wall is lower than the porosity of the second partition wall .
このように構成した排気浄化装置によれば、排ガス中のパティキュレートは気孔率を低下させた第1の隔壁により確実に捕集され、第1の隔壁に堆積したパティキュレートは、強制再生時に上流側の前段酸化触媒上でのHCの酸化反応熱により燃焼される。これにより第1の隔壁にはHCを酸化反応させるための貴金属の担持がほとんど不要となり、第1の隔壁に担持された燃焼促進剤の効力が最大限に発揮されて効率的にパティキュレートが焼却除去される。また、第2の隔壁にはパティキュレートの燃焼の機能が要求されないため、燃焼促進剤に妨げられることなく貴金属によりHC及びCOが効率的に浄化されると共に、第2の隔壁ではパティキュレートの捕集する必要がなくなるため、気孔率を増加させることにより圧損を低減可能となる。 According to the exhaust purification apparatus configured, particulates in the exhaust gas are more reliably collected in the first partition wall having reduced porosity, particulates deposited on the first partition wall, at the time of forced regeneration The HC is burned by the heat of the oxidation reaction of HC on the upstream oxidation catalyst on the upstream side. As a result, it becomes almost unnecessary to support the precious metal for oxidizing the HC on the first partition wall, and the effect of the combustion promoter supported on the first partition wall is maximized to efficiently incinerate the particulates. To be removed. Further, since the second partition wall is not required to have the function of burning particulates, HC and CO are efficiently purified by the noble metal without being hindered by the combustion accelerator , and the second partition wall captures particulates. Since it is not necessary to collect, pressure loss can be reduced by increasing the porosity .
そして、このように高い浄化性能を保った上で、第1の隔壁には燃焼促進剤を、第2の隔壁には貴金属を担持させているため、それぞれの担持量が半減してフィルタの製造コストを低減可能となる。
その他の態様として、前記第2の隔壁に対する前記貴金属の担持量を、前記担体の内外方向において該担体を収容するケーシングの入口と出口とを結んだ範囲内に存在する排ガス流量が大の部位を増加させると共に、該排ガス流量が大の部位から外側の部位に向けて低下させることが好ましい。
Then, while maintaining such high purification performance, since the combustion promoting agent is carried on the first partition wall and the noble metal is carried on the second partition wall, the carrying amount of each is halved and the filter is manufactured. The cost can be reduced.
As another aspect, the amount of the noble metal carried on the second partition is set such that a portion having a large exhaust gas flow rate existing in a range connecting an inlet and an outlet of a casing accommodating the carrier in the inward and outward directions of the carrier is large It is preferable to increase the exhaust gas flow rate and decrease the exhaust gas flow rate from the large area toward the outer area.
この態様によれば、ケーシングの入口または出口がフィルタの中心部から偏芯した位置にある場合には、担体の内外方向においてケーシングの入口と出口を結んだ範囲内に排ガス流量が最も大の部位が存在する。そして、排ガス流量が大の部位では多量のHC及びCOが移送され、より高い浄化能力が求められるが、このような部位の担持量を増加させることにより確実に浄化可能となり、また排ガス流量が小であるフィルタの外側の部位ではそれほどの浄化能力は求められず、それに応じて担持量を低下させてコスト低減に寄与可能となる。 According to this aspect, when the inlet or outlet of the casing is eccentrically located from the center of the filter, the portion where the exhaust gas flow rate is the largest within the range connecting the inlet and outlet of the casing in the inner and outer directions of the carrier. Exists. Further, a large amount of HC and CO are transferred to a portion where the exhaust gas flow rate is large, and higher purification capacity is required. However, by increasing the amount of such a portion carried, it is possible to reliably perform purification, and the exhaust gas flow rate is small. A portion outside the filter that does not require so much purification ability can reduce the supported amount accordingly and contribute to cost reduction.
その他の態様として、前記担体の内外方向の中心部に前記ケーシングの入口及び出口がそれぞれ配置され、該中心部で前記貴金属の担持量を最も増加させることが好ましい。
この態様によれば、担体の内外方向の中心部の排ガス流量が最も大となることから、中心部で貴金属の担持量を最も増加させることにより、排ガス中のHC及びCOを浄化可能となる。
As another aspect, it is preferable that the inlet and the outlet of the casing are respectively arranged at the center portions in the inner and outer directions of the carrier, and the amount of the precious metal carried at the center portion is increased most.
According to this aspect, since the exhaust gas flow rate in the center portion of the carrier in the inward and outward directions is the largest, it is possible to purify HC and CO in the exhaust gas by increasing the supported amount of the noble metal in the center portion.
その他の態様として、前記第1の隔壁の気孔率を、前記担体の入口側に向けて増加させることが好ましい。
この態様によれば、排ガスは中間プラグにせき止められながら第1の隔壁を流通するため、その流通量は第1の隔壁の下流側ほど増加傾向となり、パティキュレートの堆積量も増加傾向となる。本発明では、第1の隔壁の気孔率が担体の入口側に向けて増加して排ガスが流通し易くなっているため、堆積量の傾向が緩和される。よって、第1の隔壁の全ての部位に略均等に排ガスが流通し、第1の隔壁全体の細孔がパティキュレートの捕集のために有効に活用される。
As another aspect, it is preferable to increase the porosity of the first partition wall toward the inlet side of the carrier.
According to this aspect, since the exhaust gas flows through the first partition while being blocked by the intermediate plug, the amount of distribution tends to increase toward the downstream side of the first partition and the amount of particulate accumulation also tends to increase. In the present invention, since the porosity of the first partition wall increases toward the inlet side of the carrier and the exhaust gas easily flows, the tendency of the deposition amount is alleviated. Therefore, the exhaust gas is substantially evenly distributed to all parts of the first partition wall, and the pores of the entire first partition wall are effectively utilized for collecting particulates.
本発明の排気浄化装置によれば、フィルタの限られた容量を有効に利用して貴金属及び燃焼促進剤を適切に担持することにより、高い浄化性能を保った上で製造コストを低減することができる。 According to the exhaust gas purification apparatus of the present invention, by effectively utilizing the limited capacity of the filter to properly carry the precious metal and the combustion accelerator, it is possible to reduce the manufacturing cost while maintaining high purification performance. it can.
以下、本発明を車両用のパティキュレートフィルタに具体化した一実施形態を説明する。
図1は本実施形態の排気浄化装置(パティキュレートフィルタ)を示す断面図、図2はパティキュレートフィルタへの貴金属の担持量と気孔率の設定とを示す模式図であり、その説明に先立って、まず本実施形態の趣旨について述べる。
An embodiment in which the present invention is embodied in a particulate filter for a vehicle will be described below.
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an exhaust gas purification device (particulate filter) of the present embodiment, and FIG. 2 is a schematic diagram showing the amount of precious metal carried on the particulate filter and the porosity setting. First, the purpose of this embodiment will be described.
[発明が解決しようとする課題]で述べたように、特許文献1に記載されたフィルタでは、パティキュレートの捕集とHCやCOの浄化とを共通する箇所で行うという発想の下に、担体全体に貴金属及び燃焼促進剤をそれぞれ担持したため、それぞれの目的にそれ程貢献しない無駄な貴金属及び燃焼促進剤が生じて製造コストを高騰させる要因になっていた。 As described in [Problems to be Solved by the Invention], the filter described in Patent Document 1 is a carrier based on the idea that the collection of particulates and the purification of HC and CO are performed at a common location. Since the noble metal and the combustion accelerator are carried on the whole, wasteful noble metal and combustion accelerator that do not contribute to the respective purposes are generated, which is a factor of increasing the manufacturing cost.
以上の不具合を鑑みて本発明者は、特許文献1のフィルタでは、隔壁の長手方向の異なる領域で排ガスを2回流通させるため、その一方の領域をパティキュレートの捕集・燃焼に特化し、他方の領域をHC及びCOの浄化に特化し、それぞれの機能に要求される成分のみを選択的に担持する対策を見出した。
図1に示すように、全体としてフィルタ1の担体2は円筒状をなし、多孔質の隔壁3により長手方向に延びる多数のセル4a,4bを互いに隣接するように区画している。担体2の入口側と出口側とは各セル4a,4bを介して連通し、それらのセルを第1のセル群4aと第2のセル群4bとに分別している。第1のセル群4aのセル同士は隣接せず、第2のセル群4bのセル同士も隣接せず、且つ第1のセル群4aのセルと第2のセル群4bのセルとは互いに隣接する配置となっている。
In view of the above problems, in the filter of Patent Document 1, since the exhaust gas is circulated twice in different regions in the longitudinal direction of the partition wall, one of the regions is specialized for collecting and burning particulates, The inventors have found a measure to specialize the other region for purification of HC and CO and selectively carry only components required for their respective functions.
As shown in FIG. 1, the
そして、第1のセル群4aの各セルの入口側及び出口側をそれぞれ入口プラグ(入口目封じ)5及び出口プラグ(出口目封じ)6により目封じする共に、第2のセル群4bの各セルの担体の長手方向おける途中箇所を中間プラグ7により目封じしている。
なお、このような担体2は以下の手順により製作される。
まず、カオリン、タルク、シリカ、水酸化アルミ、アルミナ等の粉末をコージライト組成に調整し、成形助剤、造孔剤、規定量の水を添加した後に十分に混合して坏土を製作する。そして、この坏土を押出成形することにより、上記のような隔壁3により第1及び第2のセル群4a,4bからなる多数のセルを区画したハニカム構造体を製作し、乾燥及び焼成を行う。
Then, the inlet side and the outlet side of each cell of the
The
First, powders such as kaolin, talc, silica, aluminum hydroxide, and alumina are adjusted to a cordierite composition, and a molding aid, a pore-forming agent, and a specified amount of water are added and then sufficiently mixed to produce a kneaded clay. .. Then, by extruding this kneaded material, a honeycomb structure in which a large number of cells composed of the first and
その後、セル4a,4bの断面に対応する形状の各プラグ5〜7を坏土で製作した上で、第1のセル群4aの各セルの入口側に入口プラグ5を、第1のセル群4aの各セルの出口側に出口プラグ6をそれぞれ挿入配置すると共に、第2のセル群4bの各セルの途中箇所に中間プラグ7を挿入配置する。この状態で再び乾燥及び焼成を行えば、担体2が完成する。但し、本発明の担体2の製作方法は上記に限るものではなく、任意に変更可能である。
After that, the
このようにして製作された担体2に、強制再生時のパティキュレートの燃焼を促進する燃焼促進剤、及びHCやCOを浄化する貴金属(助触媒も含む)を担持するのであるが、本実施形態ではフィルタ1の限られた容量を有効に利用すべく、中間プラグ7を境界として担体2を上流側の領域と下流側の領域とに区分し、互いに担持成分を相違させており、その詳細を述べる。
The
以下、説明の便宜上、中間プラグ7より上流側の隔壁3を第1の隔壁3a、中間プラグ7より下流側の隔壁3を第2の隔壁3bと称する。中間プラグ7が担体2の長手方向の中間に位置することにより、第1の隔壁3aと第2の隔壁3bとの長さは均等になっている。
そして、第1の隔壁3aにはパティキュレートの燃焼を促進する燃焼促進剤のみを担持し、貴金属は担持していない。但し、ごく少量であれば、燃焼促進剤に加えて貴金属を第1の隔壁3aに担持してもよい。また、第2の隔壁3bには貴金属のみを担持し、燃焼促進剤は担持していない。
Hereinafter, for convenience of description, the partition 3 upstream of the
Then, the
貴金属の担持量は、フィルタ1が収容されるケーシング10の入口及び出口の位置と関連付けて設定されている。即ち、担体2の各セル4a,4bを流通する排ガス流量には格差があり、図1に示すように、排ガスはケーシング10の入口10aからフィルタ1内に流入し、フィルタ1内からケーシング10の出口10bへと流出する。そして本実施形態では、ケーシング10の入口10a及び出口10bが共にフィルタ1の内外方向の中心部に配置されているため、フィルタ1の中心部(図1中に仮想線Cで示す)の排ガス流量が最も大となり、外周側の部位ほど排ガス流量が減少する。
The carrying amount of the noble metal is set in association with the positions of the inlet and the outlet of the
このような排ガス流量の分布に対応して、第2の隔壁3bに対する貴金属の担持量は、図2に示すように排ガス流量が大であるフィルタ1の中心部で最も増加させると共に、フィルタ1の外周側の部位に向けて所定の勾配で低下するように設定されている。トータルとしての担持量は、図2中に仮想線で示す特許文献1のフィルタに比較して少なくなっている。
Corresponding to such a distribution of the exhaust gas flow rate, the amount of the precious metal carried on the
一方、第1の隔壁3aと第2の隔壁3bとは、担体2の気孔率に関しても格差が設けられており、第1の隔壁3aの気孔率を第2の隔壁3bの気孔率よりも低下させている。さらに、第2の隔壁3bの気孔率がフィルタ1の長手方向に均等であるのに対し、第1の隔壁3aの気孔率は、フィルタ1の入口側に向けて所定の勾配で増加している。パティキュレートの捕集機能に関して、第1の隔壁3aの気孔率は、最も値が高い入口側でも確実にパティキュレートを捕集できるように設定されており、これに対して第2の隔壁3bの気孔率はパティキュレートの捕集を考慮しない大きな値に設定されている。
On the other hand, the
以上をまとめると、第1及び第2の隔壁3a,3bはそれぞれ以下の特徴を有している。
フィルタ1の上流側に相当する第1の隔壁3aは、貴金属を担持してないため、HCやCOを浄化できない。その反面、気孔率が低いことによりパティキュレートの捕集機能に優れ、また燃焼促進剤の担持により強制再生時にパティキュレートを燃焼させる機能も兼ね備えている。よって第1の隔壁3aは、パティキュレートの捕集・燃焼に特化した領域と見なせる。
In summary, the first and
The
フィルタ1の下流側に相当する第2の隔壁3bは、大きな気孔率である故にパティキュレートの捕集には適さないと共に、仮にパティキュレートを捕集したとしても、燃焼促進剤を担持してないため強制再生時にパティキュレートの効率的な燃焼が期待できない。その反面、第2の隔壁3bは貴金属の担持によりHCやCOを浄化できることから、HC及びCOの浄化に特化した領域と見なせる。
次に、以上のように構成した本実施形態のパティキュレートフィルタ1による作用効果を説明する。
まず、フィルタ1内での排ガスの流通状況について述べると、排ガスはケーシング10の入口10aからフィルタ1の第2のセル群4bの各セルに流入し、セル内の中間プラグ7にせき止められながら第1の隔壁3aの細孔を経て第1のセル群4aの各セルへと流通する。第1のセル群4aの各セル内で排ガスは出口プラグ6にせき止められながら第2の隔壁3bの細孔を経て再び第2のセル群4bの各セルへと流通し、その後に第2のセル群4bの各セルからケーシング10の出口10bへと流出する。
Next, the function and effect of the particulate filter 1 of the present embodiment configured as described above will be described.
First, the flow state of the exhaust gas in the filter 1 will be described. The exhaust gas flows from the
以下に詳述するが、第1の隔壁3aでは排ガス中のパティキュレートが捕集されると共に、フィルタ1の強制再生時にはパティキュレートの焼却除去が行われ、第2の隔壁3bでは、強制再生時にHC及びCOが浄化される。本実施形態では、フィルタ1の長手方向の半分に相当する第1の隔壁3aに燃焼促進剤を担持し、同じくフィルタ1の長手方向の半分に相当する第2の隔壁3bに貴金属を担持しているため、それぞれの担持量が半減してフィルタ1の製造コストを低減することができる。
As will be described in detail below, while the particulate matter in the exhaust gas is collected in the
そして、担体全体に燃焼促進剤、貴金属を担持した特許文献1のフィルタに比較し、本実施形態のフィルタ1は見かけ上はフィルタ容量が半減することになるが、以下に述べる要因により、パティキュレートの捕集に関しても、強制再生時のパティキュレートの焼却除去やHC及びCOの浄化に関しても、特許文献1のフィルタと同等以上の性能が得られる。 Then, the filter capacity of the filter 1 of the present embodiment is apparently halved as compared with the filter of Patent Document 1 in which the combustion promoter and the noble metal are carried on the entire carrier, but due to the factors described below, the particulates are Regarding the collection of the above, the incineration and removal of particulates during the forced regeneration, and the purification of HC and CO, the same or higher performance as the filter of Patent Document 1 can be obtained.
まず、第1の隔壁3aでは、その細孔を排ガスが流通する際に排ガス中のパティキュレートが捕集される。上記のように第1の隔壁3aは、最も気孔率が高い入口側でもパティキュレートを捕集可能であるため、排ガス中のパティキュレートは第1の隔壁3aに確実に捕集される。このため第2の隔壁3bの細孔にはパティキュレートを含まない排ガスが流通し、第2の隔壁3bの気孔率が大であってもパティキュレートの捕集に関して何ら問題は生じない。
First, in the
さらに排ガスは中間プラグ7にせき止められながら第1の隔壁3aを流通することから、その流通量は第1の隔壁3aの下流側ほど増加傾向となり、パティキュレートの堆積量も増加傾向となる。しかし本実施形態では、第1の隔壁3aの気孔率が担体2の入口側に向けて増加しているため、第1の隔壁3aの上流側ほど排ガスが流通し易くなって上記堆積量の傾向が緩和される。よって、第1の隔壁3aの全ての部位に略均等に排ガスが流通し、第1の隔壁3a全体の細孔がパティキュレートの捕集のために有効に活用される。結果としてフィルタ容量が半減しているにも拘わらず、特許文献1のフィルタと同等以上のパティキュレート捕集量を達成でき、その捕集性能を大幅に向上させることができる。
Further, since the exhaust gas flows through the
このようにして排ガス中のパティキュレートは第1の隔壁3aに捕集され、その堆積量が増加して捕集限界を超える以前にフィルタ1の強制再生が実施される。例えばエンジンのポスト噴射等により、HCを多量に含む排ガスがフィルタ1の上流側に設けられた前段酸化触媒に供給され、HCの酸化反応熱により下流側のフィルタ1上のパティキュレートが焼却除去される。
In this way, the particulates in the exhaust gas are collected by the
パティキュレートは第1の隔壁3aに堆積しているため、強制再生時のパティキュレートの燃焼も第1の隔壁3a上で行われるが、第1の隔壁3aには燃焼促進剤が担持されているためパティキュレートが効率的に焼却除去される。基本的にフィルタ1上ではHCを酸化反応させる必要がないことから、第1の隔壁3aへの貴金属や助触媒の担持はほとんど不要である。よって、第1の隔壁には燃焼促進剤のみが担持(或いは、貴金属が担持されたとしてもごく少量)されるため、燃焼促進剤の効力が最大限に発揮され、フィルタ容量が半減しているにも拘わらず、強制再生時には特許文献1のフィルタと同等以上のパティキュレートの燃焼性能を達成することができる。
Since the particulates are deposited on the
加えて、上記した気孔率の設定により第1の隔壁3a上には略均等にパティキュレートが堆積している。このため、パティキュレートの燃焼についても第1の隔壁3a全体を利用して効率的に行われ、この点もパティキュレートの燃焼性能の向上に寄与する。
そして、フィルタ1の燃焼性能の向上は、強制再生時に要求されるエンジンのポスト噴射量の節減につながり、ひいては車両の燃費を向上できるという利点が得られる。
In addition, since the porosity is set as described above, the particulates are substantially evenly deposited on the
The improvement in the combustion performance of the filter 1 leads to a reduction in the amount of post-injection of the engine required during forced regeneration, which in turn has the advantage of improving the fuel efficiency of the vehicle.
一方、強制再生時において、前段酸化触媒では、一部のHCが反応することなく前段酸化触媒を素通りし、フィルタ1の第1の隔壁3a上では一部のパティキュレートの不完全燃焼によりCOが生成される。これらのHC及びCOは排ガスと共に第1のセル群4aの各セルを経て第2の隔壁3bに到達するが、第2の隔壁3bには貴金属が担持されているため、HC及びCOが浄化される。
On the other hand, during forced regeneration, in the pre-stage oxidation catalyst, some HC passes through the pre-stage oxidation catalyst without reaction, and CO is generated on the
このときのHC及びCOの浄化は、以下の要因により効率的且つ確実に行われる。
まず、第2の隔壁3bに対する貴金属の担持量を、フィルタ1の内外方向の排ガス流量の分布に対応して変化させている。排ガス流量が大であるフィルタ1の中心部ほど多量のHC及びCOが移送され、より高い浄化能力が求められるが、このような部位の担持量を増加させているため確実に浄化できる。また、排ガス流量が小であるフィルタ1の外周側ではそれほどの浄化能力は求められず、それに応じて担持量を低下させることによりフィルタ1のコスト低減に寄与できる。
Purification of HC and CO at this time is efficiently and reliably performed by the following factors.
First, the amount of noble metal carried on the
また、上記のように第1の隔壁3aでパティキュレートが捕集されるため、第2の隔壁3bにはパティキュレートの燃焼機能は要求されず、必然的に燃焼促進剤を担持する必要がない。仮に貴金属と共に燃焼促進剤を第2の隔壁3bに担持した場合には、HCやCOと貴金属や助触媒との接触が燃焼促進剤により妨げられて浄化効率を低下させる要因になり得る。第2の隔壁3bに燃焼促進剤を担持しないことにより、このような事態が防止されてHC及びCOの浄化効率が向上する。
Further, since the particulates are collected by the
結果として、フィルタ容量が半減しているにも拘わらず、強制再生時には特許文献1のフィルタと同等以上のHC及びCOの浄化性能を達成することができる。
加えて、第2の隔壁3bはパティキュレートを捕集する必要がないため大きな気孔率が設定されており、貴金属によるHCやCOの浄化に関しては、このように気孔率を増加させても何ら問題はない。そして、第2の隔壁3bの気孔率が増加することにより、フィルタ1を流通する際の排ガスの圧損が大幅に低減され、結果としてエンジン性能の向上に大きく寄与する。また、気孔率が増加すると表面積が縮小されるため、その分だけ貴金属を節減でき、この点はフィルタ1のコスト低減に寄与する。
As a result, despite the filter capacity being halved, it is possible to achieve HC and CO purification performance equivalent to or higher than that of the filter of Patent Document 1 during forced regeneration.
In addition, since the
ところで本実施形態では、ケーシング10の入口10a及び出口10bが共にフィルタ1の内外方向の中心部に配置されていることを受けて、第2の隔壁3bに対する貴金属の担持量を排ガス流量が最も大のフィルタ1の中心部で最も増加させたが、この担持量の設定はケーシング10の形状に応じて変更することが望ましい。
図3はケーシング10の形状が異なる別例のパティキュレートフィルタを示す断面図であり、ケーシング10の入口10aがフィルタ1の中心部から偏芯した位置にある。この場合の排ガス流量が最も大となる部位は、フィルタ1の内外方向においてケーシング10の入口10aと出口10bとを結んだ範囲E内に存在し(図中に仮想線Cで示す)、その部位を中心としてフィルタ1の外周側に向けて排ガス流量が減少する。そこで、このような排ガス流量の分布と対応するように、第2の隔壁3bに対する貴金属及び助触媒の担持量を設定すればよい。
By the way, in the present embodiment, since the
FIG. 3 is a cross-sectional view showing another example of the particulate filter in which the shape of the
また本実施形態では、フィルタ1の長手方向の中間に中間プラグ7を配置して第1の隔壁3aと第2の隔壁3bとの長さを均等としたが、本発明はこれに限るものではない。例えばパティキュレートの排出量が多いエンジンでは、図4に示すようにパティキュレートの捕集性能を高めるべく第1の隔壁3aを延長し、その分だけ第2の隔壁3bを短縮してもよい。これによりエンジンから排出される多量のパティキュレートを第1の隔壁3aで確実に捕集・燃焼できると共に、第2の隔壁3bについては、上記のようにHC及びCOの浄化性能に余裕があるため、問題なくHC及びCOを浄化できる。また、第2の隔壁3bの短縮により貴金属の担持量が減少するため、フィルタ1のコスト低減に寄与する。
Further, in the present embodiment, the
以上で実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態に限定されるものではない。例えば上記実施形態では、車両用のパティキュレートフィルタ1に具体化したが、その用途は車両用に限定されるものではない。例えば、発電施設の定置型エンジン用のパティキュレートフィルタに具体化してもよい。 Although the description of the embodiment has been completed, the aspects of the present invention are not limited to this embodiment. For example, in the above-described embodiment, the particulate filter 1 for a vehicle is embodied, but the application is not limited to the vehicle. For example, it may be embodied as a particulate filter for a stationary engine of a power generation facility.
1 フィルタ
2 担体
3a 第1の隔壁
3b 第2の隔壁
4a 第1のセル群
4b 第2のセル群
5 入口プラグ(入口目封じ)
6 出口プラグ(出口目封じ)
7 中間プラグ
10 ケーシング
10a 入口
10b 出口
1
6 Outlet plug (outlet plugging)
7 Intermediate plug 10
Claims (4)
前記担体に堆積した前記パティキュレートを処理する強制再生時に前記パティキュレートの燃焼を促進する燃焼促進剤を前記第1の隔壁に担持させ、HC及びCOを浄化する貴金属を前記第2の隔壁に担持させ、
前記第1の隔壁の気孔率を前記第2の隔壁の気孔率よりも低下させたことを特徴とする排気浄化装置。 A carrier for communicating the inlet side and the outlet side of the exhaust gas through a plurality of cells partitioned by a porous partition wall is constituted, and the inlet side and the outlet side of the first cell group are respectively sealed with an inlet and an outlet. And the second cell group adjacent to the first cell group is sealed at an intermediate position in the longitudinal direction of the carrier by intermediate sealing, and the first partition wall on the upstream side of the intermediate sealing. , and in the exhaust purification apparatus by circulating the exhaust gas you collecting particulates through the downstream side of the second partition wall from the intermediate plugging,
Carrying combustion promoter to promote combustion of the particulates in the forced regeneration processing the particulates deposited on the carrier is supported on the first partition wall, a precious metal to purify HC and CO in the second partition then,
An exhaust emission control device , wherein the porosity of the first partition wall is lower than the porosity of the second partition wall .
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