WO2005119021A1 - パティキュレートフィルタ - Google Patents

Abstract

　燃料添加による強制再生に対応し且つその余剰燃料による白煙の発生を防止し得るようにしたパティキュレートフィルタをコンパクトに実現する。 　排気ガス２中のパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタ１２に関し、入口側の栓体８をフィルタ本体７の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、その入口側の栓体８の配置位置から入側端面までの間の領域に、添加燃料の酸化反応を助勢する機能を高めた添加燃料酸化触媒１３を担持せしめると共に、出口側の栓体９をフィルタ本体７の出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、その出口側の栓体９の配置位置から出側端面までの間の領域に、未反応のまま残った余剰燃料の酸化反応を助勢する機能を高めた余剰燃料酸化触媒１４を担持せしめる。

Description

明 細 書

パティキュレートフィルタ 技術分野

[0001] 本発明は、パティキュレートフィルタに関するものである。

背景技術

[0002] 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力 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力 この種のパティキュレートの低減対策として 、図 1に示す如ぐディーゼルエンジン 1からの排気ガス 2が流通する排気管 3の途中 にパティキュレートフィルタ 4を装備することが従来より行われている。

[0003] 図 2に詳細に示す如ぐこのパティキュレートフィルタ 4は、コージエライト等のセラミ ックで製作された多孔質ハ-カム構造のフィルタ本体 7を主構成とし、このフィルタ本 体 7における格子状に区画された各流路 5の入口側が栓体 8により交互に目封じされ 、入口側が目封じされていない流路 5については、その出口側が栓体 9により目封じ されるようになっており、各流路 5を区画する多孔質薄壁 6を透過した排気ガス 2のみ が下流側へ排出されて、前記多孔質薄壁 6の内側表面にパティキュレートが捕集さ れるようにしてある。

[0004] そして、排気ガス 2中のパティキュレートは、前記多孔質薄壁 6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燃 焼除去してパティキュレートフィルタ 4の再生を図る必要がある力 通常のディーゼル エンジン 1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、酸ィ匕触媒をフィルタ本体 7に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 4の採用が検討されて 、る。

[0005] 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 4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。 [0006] ただし、斯カる触媒再生型のパティキュレートフィルタ 4を採用した場合であっても、 排気温度の低 、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 4の再生が良好に進まずに該パティキュレートフィルタ 4が過捕集状態に陥る虞れが ある。

[0007] そこで、図 1に示している通り、パティキュレートフィルタ 4の前段にストレートフロー 型の酸化触媒 10を別途配置し、パティキュレートの堆積量が増力！]してきた段階で前 記酸ィ匕触媒 10より上流側の排気ガス 2中に燃料を添加してパティキュレートフィルタ 4の強制再生を行うことが考えられて 、る。

[0008] つまり、パティキュレートフィルタ 4より上流側で添加された燃料が前段の酸ィ匕触媒 1 0上で酸化反応し、その反応熱で昇温した排気ガス 2の流入により直後のパティキュ レートフィルタ 4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 4の再生化が図られることになる。

[0009] 尚、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては下記の特許文献 1等が ある。

特許文献 1：特公平 3— 68210号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0010] しかしながら、車両に搭載されるディーゼルエンジン 1にあっては、その走行状態の 急激な変化に追従しきれずに燃料添加量が過剰となるケースも有り得るため、添カロ 燃料の一部が未反応なままパティキュレートフィルタ 4を通り抜けたり、排気温度の低 V、運転状態のうちにパティキュレートフィルタ 4に溜め込まれた燃料力排気温度の高 い運転状態へ変化した時に一気に脱離したりすることで車両後方に白煙を生じる虞 れがあった。

[0011] そこで、この種の白煙発生を防止するべくパティキュレートフィルタ 4の後段にもスト レートフロー型の酸化触媒 11を別途配置し、パティキュレートフィルタ 4の後方へ未 反応のまま流れ出た余剰燃料を酸化処理して白煙の発生を防止することが検討され ているが、前段の酸ィ匕触媒 10とパティキュレートフィルタ 4と後段の酸ィ匕触媒 11とを 三つ連ねて配置し得る配置スペースはかなり大きなものとなってしまうため、車両へ の搭載性を著しく悪化させてしまうことが懸念された。

[0012] 本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、燃料添カ卩による強制再生に対応し且 つその余剰燃料による白煙の発生を防止し得るようにしたパティキュレートフィルタを コンパクトに実現することを目的としている。

課題を解決するための手段

[0013] 本発明は、排気ガスが流通する多数の流路をノヽ-カム状に形成した多孔質材料か ら成るフィルタ本体と、該フィルタ本体の各流路の入口側と出口側とを交互に目封じ する栓体とを備え、前記各流路を区画している多孔質薄壁を透過させて排気ガス中 のパティキュレートを捕集し得るようにしたパティキュレートフィルタであって、入口側 の栓体をフィルタ本体の入側端面力 所要長さだけ流路奥側へ入り込んだ位置に配 置し、その入口側の栓体の配置位置力も入側端面までの間の領域に、添加燃料の 酸化反応を助勢する機能を高めた添加燃料酸化触媒を担持せしめると共に、出口 側の栓体をフィルタ本体の出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、その出口側の栓体の配置位置から出側端面までの間の領域に、未反応の まま残った余剰燃料の酸化反応を助勢する機能を高めた余剰燃料酸化触媒を担持 せしめたことを特徴とするものである。

[0014] このようにすれば、各流路を流れる排気ガスが栓体に行き当たるごとに多孔質薄壁 を透過して隣の流路に流れ込み、該多孔質薄壁の表面に排気ガス中のパティキユレ 一トが捕集されるため、入口側の栓体の前面付近から出口側の栓体の前面付近に 力けての領域で従来と変わらないフィルタ機能が発揮されることになる。

[0015] そして、パティキュレートの堆積量が増加してきた段階で上流側の排気ガス中に燃 料を添加すると、フィルタ本体の入口側の栓体の配置位置力 入側端面までの間の 領域力 Sストレートフロー型の酸ィ匕触媒として機能し、ここに担持されている添加燃料 酸化触媒上で添加燃料が酸化処理され、その反応熱により直後の領域で床温度が 上げられてパティキュレートが燃やし尽くされ、その強制的な再生化が図られることに なる。

[0016] 更に、添加燃料の一部が未反応なまま出口側の栓体の配置位置以降へ通り抜け ようとしても、フィルタ本体の出口側の栓体の配置位置から出側端面までの間の領域 力 Sストレートフロー型の酸ィ匕触媒として機能し、ここに担持されている余剰燃料酸ィ匕 触媒上で添加燃料が酸化処理され、車両後方に白煙を生じる虞れが回避されること になる。

[0017] また、本発明にお 、ては、入口側の栓体の配置位置と出口側の栓体の配置位置と の間の領域に、捕集済みパティキュレートの炭素分の酸ィ匕反応を助勢する機能を高 めた炭素分酸化触媒を担持せしめると良い。

[0018] このようにすれば、炭素分酸ィ匕触媒により捕集済みパティキュレートの酸ィ匕反応が 促進されて着火温度が低下し、従来より低 、排気温度力 パティキュレートの燃焼除 去が促されること〖こなる。

発明の効果

[0019] 上記した本発明のパティキュレートフィルタによれば、下記の如き種々の優れた効 果を奏し得る。

[0020] (I)排気ガス中からパティキュレートを捕集するフィルタ機能と、添加燃料を酸化処 理して反応熱により捕集済みパティキュレートを強制的に燃焼除去する機能と、未反 応のまま残った余剰燃料を酸ィ匕処理する機能とを併せ持つパティキュレートフィルタ を単一のフィルタ本体を担体として実現することができるので、燃料添カ卩による強制 再生に対応し且つその余剰燃料による白煙の発生を防止し得るようにしたパティキュ レートフィルタをコンパクトに実現することができ、車両への搭載性を大幅に向上する ことができる。

[0021] (Π)入口側の栓体の配置位置と出口側の栓体の配置位置との間の領域に、捕集 済みパティキュレートの炭素分の酸ィヒ反応を助勢する機能を高めた炭素分酸ィヒ触媒 を担持せしめた構成を採用すれば、捕集済みパティキュレートの酸化反応を促進し て着火温度を下げ、従来より低 、排気温度力 パティキュレートの燃焼除去を促すこ とができるので、パティキュレートの自然着火による通常運転時の処理量を増やして 強制再生の頻度を減らすことができ、し力も、その強制再生時にパティキュレートの燃 焼除去をより一層効果的に行うことができる。

図面の簡単な説明 [0022] [図 1]従来例を示す概略図である。

[図 2]図 1のパティキュレートフィルタの詳細を示す断面図である。

[図 3]本発明を実施する形態の一例を示す断面図である。

[図 4]フィルタ本体を炭素分酸化触媒を担持させた状態を示す図である。

[図 5]フィルタ本体を添加燃料酸ィ匕触媒に浸漬させた状態を示す図である。

[図 6]フィルタ本体を余剰燃料酸ィ匕触媒に浸漬させた状態を示す図である。

符号の説明

[0023] 2 排気ガス

3 排気管

5 流路

6 多孔質薄壁

7 フィルタ本体

8 入口側の栓体

9 出口側の栓体

12 パティキュレートフィルタ

13 添加燃料酸化触媒

14 余剰燃料酸化触媒

15 炭素分酸化触媒

発明を実施するための最良の形態

[0024] 以下本発明の一実施例を図面を参照しつつ説明する。

図 3—図 6は本発明の一実施例を示すもので、本実施例のパティキュレートフィルタ 12においては、図 3に示す如ぐ排気ガス 2が流通する多数の流路 5をノヽ-カム状に 形成した多孔質材料力 成るフィルタ本体 7に対し、入口側の栓体 8をフィルタ本体 7 の入側端面から所要長さだけ流路 5奥側へ入り込んだ位置に配置し、その入口側の 栓体 8の配置位置力 入側端面までの間の領域に、添加燃料の酸ィ匕反応を助勢す る機能を高めた添加燃料酸ィ匕触媒 13を担持させており、し力も、出口側の栓体 9を フィルタ本体 7の出側端面力 所要長さだけ流路 5奥側へ入り込んだ位置に配置し、 その出口側の栓体 9の配置位置から出側端面までの間の領域に、未反応のまま残つ た余剰燃料の酸化反応を助勢する機能を高めた余剰燃料酸化触媒 14を担持させ ている。

[0025] また、特に本実施例においては、入口側の栓体 8の配置位置と出口側の栓体 9の 配置位置との間の領域にも、捕集済みパティキュレートの炭素分の酸ィ匕反応を助勢 する機能を高めた炭素分酸化触媒 15を担持させている。

[0026] ここで、これら添加燃料酸化触媒 13、余剰燃料酸化触媒 14、炭素分酸化触媒 15 を単一のフィルタ本体 7に対し担持させる具体的な手法について一例をあげておくと 、先ず、図 4に示す如ぐ炭素分酸化触媒 15を第一液としてフィルタ本体 7の入側端 面から出口側の栓体 9の配置位置までを浸漬させ、この浸漬させた領域全体に炭素 分酸化触媒 15を担持させた後、図 5に示す如ぐ添加燃料酸化触媒 13を第二液とし てフィルタ本体 7の入側端面力 入口側の栓体 8の配置位置までを浸漬させ、この浸 漬させた領域に炭素分酸化触媒 15を重ね塗りして担持させ、次いで、図 6に示す如 ぐ未だ何も触媒が担持されていないフィルタ本体 7の出口側が下になるように天地 を逆転し、残りの余剰燃料酸ィ匕触媒 14を第三液としてフィルタ本体 7の出側端面力も 出口側の栓体 9の配置位置までを浸漬させ、この浸漬させた領域に余剰燃料酸化触 媒 14を担持させるようにすれば良 、。

[0027] 而して、このようにすれば、各流路 5を流れる排気ガス 2が栓体 8, 9に行き当たるご とに多孔質薄壁 6を透過して隣の流路 5に流れ込み、該多孔質薄壁 6の表面に排気 ガス 2中のパティキュレートが捕集されるため、入口側の栓体 8の前面付近から出口 側の栓体 9の前面付近にかけての領域で従来と変わらないフィルタ機能が発揮され ることになる。

[0028] そして、パティキュレートの堆積量が増加してきた段階で上流側の排気ガス 2中に 燃料を添加すると、フィルタ本体 7の入口側の栓体 8の配置位置力 入側端面までの 間の領域力 Sストレートフロー型の酸ィ匕触媒として機能し、ここに担持されて 、る添カロ 燃料酸化触媒 13上で添加燃料が酸化処理され、その反応熱により直後の領域で床 温度が上げられてパティキュレートが燃やし尽くされ、その強制的な再生化が図られ ることになる。

[0029] 更に、添加燃料の一部が未反応なまま出口側の栓体 9の配置位置以降へ通り抜け ようとしても、フィルタ本体 7の出口側の栓体 9の配置位置から出側端面までの間の領 域力 Sストレートフロー型の酸ィ匕触媒として機能し、ここに担持されている余剰燃料酸 化触媒 14上で添加燃料が酸化処理され、車両後方に白煙を生じる虞れが回避され ることになる。

[0030] 従って、上記実施例によれば、、排気ガス 2中からパティキュレートを捕集するフィ ルタ機能と、添加燃料を酸ィ匕処理して反応熱により捕集済みパティキュレートを強制 的に燃焼除去する機能と、未反応のまま残った余剰燃料を酸化処理する機能とを併 せ持つパティキュレートフィルタ 12を単一のフィルタ本体 7を担体として実現すること ができるので、燃料添カ卩による強制再生に対応し且つその余剰燃料による白煙の発 生を防止し得るようにしたパティキュレートフィルタ 12をコンパクトに実現することがで き、車両への搭載性を大幅に向上することができる。

[0031] また、捕集済みパティキュレートの酸化反応を促進して着火温度を下げ、従来より 低 、排気温度力 パティキュレートの燃焼除去を促すことができるので、パティキユレ ートの自然着火による通常運転時の処理量を増やして強制再生の頻度を減らすこと ができ、し力も、その強制再生時にパティキュレートの燃焼除去をより一層効果的に 行うことができる。

[0032] 尚、本発明のパティキュレートフィルタは、上述の実施例にのみ限定されるものでは なぐ入口側の栓体の配置位置と出口側の栓体の配置位置との間の領域には、必要 に応じて炭素分酸化触媒を担持させるようにすれば良いこと、その他、本発明の要旨 を逸脱しな 、範囲内にお!、て種々変更をカ卩ぇ得ることは勿論である。

Claims

請求の範囲

[1] 排気ガスが流通する多数の流路をノヽ-カム状に形成した多孔質材料力 成るフィ ルタ本体と、該フィルタ本体の各流路の入口側と出口側とを交互に目封じする栓体と を備え、前記各流路を区画している多孔質薄壁を透過させて排気ガス中のパティキ ュレートを捕集し得るようにしたパティキュレートフィルタであって、入口側の栓体をフ ィルタ本体の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、その 入口側の栓体の配置位置力も入側端面までの間の領域に、添加燃料の酸化反応を 助勢する機能を高めた添加燃料酸化触媒を担持せしめると共に、出口側の栓体をフ ィルタ本体の出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、その 出口側の栓体の配置位置から出側端面までの間の領域に、未反応のまま残った余 剰燃料の酸化反応を助勢する機能を高めた余剰燃料酸化触媒を担持せしめたパテ ィキュレートフィルタ。

[2] 入口側の栓体の配置位置と出口側の栓体の配置位置との間の領域に、捕集済み パティキュレートの炭素分の酸化反応を助勢する機能を高めた炭素分酸化触媒を担 持せしめた、請求項 1に記載のパティキュレートフィルタ。