WO2015083671A1 - 排ガス浄化装置およびパティキュレートフィルタ - Google Patents

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filter
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亮太 尾上
新吾 坂神
伊藤　毅
達也 大橋
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株式会社キャタラー
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Definitions

  • the present invention relates to an exhaust gas purification device disposed in an exhaust passage of an internal combustion engine. Specifically, the present invention relates to an exhaust gas purification apparatus provided with a particulate filter that collects particulate matter in exhaust gas discharged from an internal combustion engine.
  • exhaust gas discharged from an internal combustion engine contains particulate matter (PM) containing carbon as a main component, ash composed of non-combustible components, and is known to cause air pollution.
  • PM particulate matter
  • ash composed of non-combustible components
  • NOx nitrogen oxides
  • a diesel particulate filter for collecting the particulate matter is provided in the exhaust passage of the diesel engine.
  • gasoline particulate filters may be installed in exhaust passages in gasoline engines as well. is there.
  • a particulate filter there is known a wall flow type structure in which a base material is composed of a large number of porous cells, and the inlets and outlets of the large number of cells are alternately closed.
  • the exhaust gas flowing in from the cell inlet passes through the partitioned porous cell partition wall and is discharged to the cell outlet. Then, while the exhaust gas passes through the porous cell partition walls, the particulate matter is collected and removed in the pore surfaces or inside the partition walls.
  • Patent document 1 is mentioned as this kind of prior art.
  • the present invention has been made in view of such a point, and the main object of the present invention is to increase pressure loss even if the filter is clogged in the particulate filter and the exhaust gas purifying apparatus including the particulate filter. It is to provide a novel structure that can avoid the above.
  • the exhaust gas purification apparatus provided by the present invention is an exhaust gas purification apparatus provided with a particulate filter that is disposed in an exhaust passage of an internal combustion engine and collects particulate matter in the exhaust gas discharged from the internal combustion engine.
  • This particulate filter is typically provided downstream of a catalyst portion made of white metal (PGM).
  • PGM white metal
  • the particulate filter includes an inlet cell in which only an end portion on the exhaust gas inflow side is open, an outlet cell in which only an end portion on the exhaust gas outlet side is adjacent to the inlet cell, the inlet cell and the outlet cell.
  • the exhaust gas when the particulate matter (PM) is deposited in the wall flow portion where the exhaust gas is introduced, the exhaust gas preferentially flows to the straight flow portion, so that the increase in pressure loss is suppressed as a whole in the particulate filter. Can do. Further, even when the wall flow part is completely clogged, exhaust gas flows in the straight flow part, so that the maximum value of pressure loss can be reduced. Thereby, adverse effects such as deterioration of fuel consumption and engine failure can be prevented. Therefore, a higher performance exhaust gas purification device can be provided.
  • the amount of exhaust gas passing through the straight flow section is 0.1% to 10%. % (Preferably 1% to 10%, more preferably 3% to 8%). In other words, the amount of exhaust gas passing through the wall flow part is set to be 90% to 99.9% (preferably 90% to 99%, more preferably 92% to 97%). .
  • the filter performance improvement effect by providing the straight flow portion (for example, In addition, an appropriate amount of PM can be collected by the wall flow part while appropriately exhibiting an effect of suppressing an increase in pressure loss due to PM deposition. Therefore, better filter performance can be reliably exhibited.
  • the wall flow unit has a plurality of the inlet cells and a plurality of the outlet cells arranged alternately in a lattice pattern.
  • the penetration cell includes one entrance cell along the diagonal direction of the lattice formed by the entrance cell and the exit cell and one entrance cell adjacent to the entrance cell and one exit cell. It arrange
  • the through cell has a quadrangular cross section perpendicular to the axial direction of the filter, and the inlet side cell and the outlet side cell extend in the axial direction of the filter.
  • An orthogonal cross section is an octagon.
  • a cross sectional area of the through cell included in the outer peripheral region of the cross section is a through cell included in the central region of the cross section. It is larger than the cross-sectional area.
  • a cross section perpendicular to the axial direction of the filter is substantially circular, and when the radius in the cross section is R, the central region is a center point of the cross section. To at least 1 / 2R of the radius R, and the outer peripheral region is defined as an area from the outer edge of the cross section to at least 1 / 5R of the radius R.
  • the amount of exhaust gas passing through the straight flow portion in the central region is set to 10% or less.
  • the ratio of the amount of exhaust gas that passes through the wall flow portion and the amount of exhaust gas that passes through the straight flow portion is in an appropriate balance in the central region of the filter, so that the above-described effects are better exhibited. be able to.
  • the amount of exhaust gas passing through the straight flow portion in the outer peripheral region is set to 1% to 15%. Has been. According to this configuration, since the ratio of the amount of exhaust gas that passes through the wall flow part and the amount of exhaust gas that passes through the straight flow part is in an appropriate balance in the outer peripheral region of the filter, the PM collection efficiency is reduced. Without increasing the pressure loss.
  • the cross-sectional area of each through-cell included in the outer peripheral region is substantially the same, and is more uniform than the cross-sectional area of the through-cell included in the central region. large.
  • the filter has a through-cell with a gradually increasing cross-sectional area from the center point of the cross-section toward the outer edge.
  • the amount of exhaust gas that passes through the through-cell can be set more finely in the filter from the center point of the cross section toward the outer edge. Thereby, the rise in pressure loss can be suppressed more reliably.
  • a particulate filter that is preferably used in the exhaust gas purification apparatus. That is, the particulate filter is disposed in the exhaust passage of the internal combustion engine and collects particulate matter in the exhaust gas discharged from the internal combustion engine.
  • the particulate filter includes an inlet cell that is open only at the end portion on the exhaust gas inflow side, an outlet cell that is adjacent to the inlet cell and that is open only at the end portion on the exhaust gas outlet side, the inlet cell and the outlet cell.
  • a wall flow part provided with a porous partition wall separating the side cells, and an end part on the exhaust gas inflow side and an end part on the exhaust gas outflow side both open, and provided with a through cell penetrating the filter in the axial direction.
  • a straight flow section By using such a particulate filter, it is possible to realize a high-performance exhaust gas purification device that can prevent adverse effects such as deterioration of fuel consumption and engine failure even when the wall flow portion is clogged.
  • FIG. 1 is a diagram schematically illustrating an exhaust gas purification apparatus according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a perspective view schematically showing a filter according to an embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram schematically illustrating a main part of the end face of the filter according to the embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram schematically showing a cross section taken along the line IV-IV in FIG.
  • FIG. 5 is a graph showing the relationship between PM deposition time and pressure loss.
  • FIG. 6 is a perspective view schematically showing a filter of the exhaust gas purifying apparatus according to one embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram schematically illustrating a part of the end face of the filter according to the embodiment.
  • FIG. 8 is a diagram schematically illustrating a part of the end face of the filter according to the embodiment.
  • FIG. 9 is a graph showing the relationship between PM deposition time and pressure loss.
  • FIG. 10 is a perspective view schematically showing a filter according to an embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing an internal combustion engine 2 and an exhaust gas purification device 1 provided in an exhaust system of the internal combustion engine 2.
  • An air-fuel mixture containing oxygen and fuel gas is supplied to the internal combustion engine (engine) according to the present embodiment.
  • the internal combustion engine burns the air-fuel mixture and converts the combustion energy into mechanical energy.
  • the air-fuel mixture combusted at this time becomes exhaust gas and is discharged to the exhaust system.
  • the internal combustion engine 2 having the configuration shown in FIG. 1 is mainly composed of a gasoline engine of an automobile, an engine other than a gasoline engine (for example, a diesel engine) can also be used.
  • An exhaust manifold 3 is connected to an exhaust port (not shown) for communicating the engine 2 with an exhaust system.
  • the exhaust manifold 3 is connected to an exhaust pipe 4 through which exhaust gas flows.
  • the exhaust manifold 3 and the exhaust pipe 4 form the exhaust passage of this embodiment.
  • the exhaust gas purification apparatus 1 disclosed here is provided in the exhaust system of the engine 2.
  • the exhaust gas purification apparatus 1 includes a catalyst unit 5, a filter unit 6, and an ECU 7, and includes harmful components (for example, carbon monoxide (CO), hydrocarbon (HC), nitrogen oxide (NO) contained in the exhaust gas discharged. x )) is purified and particulate matter (PM) contained in the exhaust gas is collected.
  • harmful components for example, carbon monoxide (CO), hydrocarbon (HC), nitrogen oxide (NO) contained in the exhaust gas discharged. x )
  • PM particulate matter
  • the ECU 7 is a unit that performs control between the engine 2 and the exhaust gas purification device 1 and includes a digital computer and other electronic devices as constituent elements in the same manner as a general control device.
  • the ECU 7 is provided with an input port and is electrically connected to a sensor (for example, a pressure sensor 8) installed in each part of the engine 2 and the exhaust gas purification device 1.
  • a sensor for example, a pressure sensor 8
  • the ECU 7 is also provided with an output port.
  • the ECU 7 is connected to each part of the engine 2 and the exhaust gas purification device 1 via the output port, and controls the operation of each member by transmitting a control signal.
  • the catalyst unit 5 is configured to be able to purify ternary components (NOx, HC, CO) contained in the exhaust gas, and is provided in the exhaust pipe 4 communicating with the engine 2. Specifically, as shown in FIG. 1, it is provided on the downstream side of the exhaust pipe 4.
  • the kind of the catalyst part 5 is not specifically limited.
  • the catalyst unit 5 may be a catalyst on which a noble metal such as platinum (Pt), palladium (Pd), rhodium (Rd) is supported, for example.
  • a downstream side catalyst part may be further arranged in the exhaust pipe 4 on the downstream side of the filter part 6. Since the specific configuration of the catalyst unit 5 does not characterize the present invention, a detailed description thereof is omitted here.
  • the filter unit 6 is provided on the downstream side of the catalyst unit 5.
  • the filter unit 6 includes a gasoline particulate filter (GPF) capable of collecting and removing particulate matter (hereinafter simply referred to as “PM”) contained in the exhaust gas.
  • GPF gasoline particulate filter
  • PM particulate matter
  • FIG. 2 is a perspective view of the particulate filter 100.
  • the particulate filter 100 includes a filter base material 10 and regularly arranged cells 22 and 24 provided inside the filter base material 10.
  • the filter substrate 10 constituting the particulate filter disclosed herein various materials and forms used for this kind of conventional applications can be used.
  • a honeycomb substrate having a honeycomb structure formed of a ceramic or an alloy (such as stainless steel) such as cordierite or silicon carbide (SiC) can be suitably used.
  • a honeycomb substrate whose outer shape is cylindrical is illustrated.
  • the outer shape of the entire substrate may be an elliptical cylinder or a polygonal cylinder instead of the cylinder.
  • FIG. 3 is an enlarged schematic view of a part of the end face on the exhaust gas inflow side of the particulate filter 100
  • FIG. 4 is a sectional view taken along the line IV-IV in FIG.
  • the particulate filter 100 includes a wall flow unit 20 and a straight flow unit 30.
  • the wall flow unit 20 is a portion where the adjacent cells 22 and 24 on both end faces of the filter base material 10 are sealed with the opposite end faces. And an exit side cell 24 and a partition wall 26.
  • a plurality of entry-side cells 22 and a plurality of exit-side cells 24 are alternately arranged in a lattice pattern.
  • the inlet side cell 22 is open only at the end portion on the exhaust gas inflow side, and the outlet side cell 24 is adjacent to the inlet side cell 22 and is open only at the end portion on the exhaust gas outflow side.
  • the inlet side cell 22 is sealed at the exhaust gas outflow side end portion with the sealing portion 22a
  • the outlet side cell 24 is sealed at the exhaust gas inflow side end portion with the sealing portion 24a.
  • the inlet cell 22 and the outlet cell 24 may be set to appropriate shapes and sizes in consideration of the flow rate and components of the exhaust gas supplied to the filter 100.
  • the shape of the entrance cell 22 and the exit cell 24 may be various geometric shapes such as a square, a parallelogram, a rectangle such as a rectangle and a trapezoid, a triangle, other polygons (for example, a hexagon, an octagon), and a circle. It may be a shape.
  • the entry-side cell 22 and the exit-side cell 24 are octagonal cells having an octagonal cross section perpendicular to the axial direction of the filter substrate 10.
  • the entrance side cell 22 and the exit side cell 24 are each formed by the cell of the same magnitude
  • a partition wall 26 is formed between the adjacent entrance cell 22 and exit cell 24.
  • the entrance side cell 22 and the exit side cell 24 are partitioned by the partition wall 26.
  • the partition wall 26 has a porous structure through which exhaust gas can pass.
  • the porosity of the partition wall 26 is not particularly limited, but is generally 50% to 70%, preferably 55% to 65%. If the porosity of the partition wall 26 is too small, PM may slip through. On the other hand, if the porosity of the partition wall 26 is too large, the mechanical strength of the filter 100 tends to decrease, such being undesirable.
  • the thickness of the partition wall 26 is not particularly limited, but is preferably about 200 ⁇ m to 800 ⁇ m. Within such a range of the partition wall thickness, an effect of suppressing an increase in pressure loss can be obtained without impairing the PM collection efficiency.
  • the straight flow part 30 is a part where the penetrating cells 32 are not sealed on both end faces of the filter base 10, and includes the penetrating cells 32.
  • a plurality of penetrating cells 32 are arranged between one incoming cell 22 and one adjacent incoming cell 22 along the diagonal direction of the lattice formed by the incoming cell 22 and the outgoing cell 24.
  • it is arranged between one outgoing cell 24 and one outgoing cell 24 adjacent thereto.
  • the penetration cell 32 penetrates the filter 100 along the axial direction.
  • the penetrating cell 32 is different from the inlet cell 22 and the outlet cell 24 described above, and both the end portion on the exhaust gas inflow side and the end portion on the exhaust gas outflow side are open.
  • the through cell 32 may be set to an appropriate shape and size in consideration of the flow rate and components of the exhaust gas supplied to the filter 100.
  • the shape of the penetrating cell 32 may be various geometric shapes such as a square, a parallelogram, a rectangle such as a rectangle and a trapezoid, a triangle, another polygon (for example, a hexagon, an octagon), and a circle.
  • the penetrating cell 32 may be the same shape as or different from the entry cell 22 and the exit cell 24.
  • the penetrating cell 32 is a square cell having a quadrangular cross section perpendicular to the axial direction of the filter 100.
  • one side of the square of the penetrating cell 32 is arranged to be parallel to and opposite to one side of the octagon of the entry side cell 22 and the exit side cell 24.
  • the penetrating cell 32 is formed of a cell having a smaller cross-sectional area than the entry side cell 22 and the exit side cell 24.
  • the ratio (S2 / S1) of the area S1 of the cross section orthogonal to the axial direction of the filter of the entry cell 22 and the outlet cell 24 to the area S2 of the cross section orthogonal to the axial direction of the filter of the penetration cell 32 is although it is suitable that it is about 1/10 or less, 3/100 or less is preferable and 1/50 or less is particularly preferable.
  • the penetration cell 32, the entrance cell 22 and the exit cell 24 disclosed herein those in which the area ratio (S2 / S1) satisfies 1/300 ⁇ (S2 / S1) ⁇ 1/10 are preferable. Further, those satisfying 1/200 ⁇ (S2 / S1) ⁇ 3/100 are more preferable, and those satisfying 1/100 ⁇ (S2 / S1) ⁇ 1/50 are particularly preferable.
  • the entry side cell 22 and the exit side cell 24 each have a cross-sectional area S1 of about 3.2 mm 2 .
  • the penetrating cell 32 has a cross-sectional area S2 of about 0.05 mm 2 .
  • the cross-sectional area of the penetrating cell 32 is made smaller than that of the incoming cell 22 and the outgoing cell 24.
  • the penetrating cell 32, the entry-side cell 22 and the exit-side cell 24 may further include a catalyst coat layer (not shown) on the inner wall surface.
  • the area ratio (S2 / S1) may be satisfied in total with the catalyst coat layer in a state where a predetermined amount is coated.
  • a slurry containing ceramic powder such as cordierite or silicon carbide (SiC) as a main component is prepared, and the slurry is formed by extrusion or the like and fired.
  • the end of the inlet side cell 22 on the exhaust gas outflow side may be sealed with the sealing portion 22a
  • the end of the outlet side cell 24 on the exhaust gas inflow side may be sealed with the sealing portion 24a.
  • the porous partition wall 26 may be formed by mixing a combustible powder such as carbon powder, starch, or resin powder in the slurry, and burning the combustible powder.
  • the porosity of the partition wall 26 can be arbitrarily controlled by changing the particle size and the amount of the combustible powder.
  • exhaust gas flows from an inlet side cell 22 provided in the wall flow part 20 of the filter 100.
  • the exhaust gas flowing in from the inlet cell 22 passes through the porous partition wall 26 and reaches the outlet cell 24.
  • a route through which the exhaust gas flowing in from the entry cell 22 passes through the partition wall 26 and reaches the exit cell 24 is indicated by an arrow.
  • PM is collected on the surface of the partition wall 26 or in the pores inside the partition wall 26 while the exhaust gas passes through the partition wall 26.
  • the exhaust gas that has passed through the partition wall 26 and has reached the outlet cell 24 is discharged from the opening on the exhaust gas outlet side to the outside of the filter.
  • exhaust gas continuously flows from the inlet cell 22 provided in the wall flow section 20 of the filter 100.
  • PM is collected by the partition wall 26 of the wall flow unit 20
  • PM is deposited on the surface of the partition wall 26 or in the pores inside the partition wall 26.
  • PM accumulates in the wall flow part 20
  • the exhaust resistance of the wall flow part 20 will rise, the quantity of the exhaust gas which passes the wall flow part 20 will decrease, and the exhaust gas which overflowed from the wall flow part 20 will be a straight flow part. 30.
  • the amount of exhaust gas passing through the wall flow unit 20 decreases and the exhaust gas flows preferentially through the straight flow unit 30.
  • the pressure loss is increased in the wall flow portion 20 where PM is deposited, but the pressure loss is suppressed small in the straight flow portion 30 which is not sealed. For this reason, the increase in pressure loss can be suppressed as a whole for the filter 100 as a whole. Further, even when the wall flow unit 20 is completely clogged, exhaust gas flows in the straight flow unit 30, so that the maximum value of pressure loss can be reduced. Thereby, adverse effects such as deterioration of fuel consumption and engine failure can be prevented. Therefore, a higher performance exhaust gas purification device can be provided.
  • the amount of exhaust gas passing through the straight flow portion 30 is 0.1%. It is preferably set to be 10% (more preferably 2% to 5%, particularly 3 ⁇ 1%).
  • the straight flow part Appropriate amount of PM can be collected by the wall flow unit 20 while appropriately exhibiting the effect of improving the filter performance (for example, the effect of suppressing the increase in pressure loss due to the accumulation of PM) due to the provision of 30. Therefore, better filter performance can be reliably exhibited.
  • the wall flow unit 20 has a plurality of inlet cells 22 and a plurality of outlet cells 24 arranged alternately in a lattice pattern.
  • the through-cells 32 are formed between the one entry cell 22 along the diagonal direction of the lattice and the one entry cell 22 adjacent thereto and the one exit cell 24 and one exit cell adjacent thereto. 24. If comprised in this way, since the waste gas which overflowed from the wall flow part 20 will flow into the penetration cell 32 rapidly, the raise of a pressure loss can be suppressed more effectively.
  • the wall flow unit 20 and the straight flow unit 30 may further include a catalyst coat layer (not shown).
  • the wall flow unit 20 may include a catalyst coat layer on the surface of the partition wall 26 and / or the pores inside the partition wall 26.
  • the straight flow part 30 may further include a catalyst coat layer formed on the inner wall surface of the through cell 32.
  • the catalyst coat layer may include a porous carrier and a noble metal catalyst supported on the carrier.
  • the carrier used for the catalyst coating layer is an alkali metal element (typically an alkali metal oxide), an alkaline earth metal element (typically an alkaline earth metal oxide), or a rare earth element (typically a rare earth element).
  • Oxide zinc oxide
  • Zr typically zirconia
  • Si typically silica
  • Ti typically titania
  • Al typically alumina
  • a carrier containing these components at least one (preferably all) of increasing mechanical strength, improving durability (thermal stability), suppressing sintering of the catalyst, and preventing poisoning of the catalyst is realized. Can do.
  • alkaline earth metal elements examples include magnesium (Mg), calcium (Ca), strontium (Sr), barium (Ba), and the like.
  • rare earth metal elements include lanthanum (La), scandium (Sc), yttrium (Y), cerium (Ce), praseodymium (Pr), neodymium (Nd), samarium (Sm), ytterbium (Yb), and the like.
  • one or more oxides such as alumina (Al 2 O 3 ), ceria (CeO 2 ), zirconia (ZrO 2 ), titania (TiO 2 ), and silica (SiO 2 ) can be preferably used.
  • the noble metal catalyst used for the catalyst coat layer may contain one or more elements selected from white metal elements.
  • harmful components for example, carbon monoxide (CO), hydrocarbons (HC), NOx, etc.
  • palladium (Pd) or platinum (Pt) and rhodium (Rh) are used in combination.
  • Pd or Pt and Rh harmful components in the exhaust gas can be efficiently purified at a time.
  • the amount of the noble metal catalyst supported is not particularly limited, but is preferably about 0.5 to 20 g (preferably 1 to 10 g) per liter of the filter volume. If the amount of noble metal catalyst supported is too small, sufficient catalytic activity may not be obtained. If the amount of noble metal catalyst supported is too large, the effect of supporting the noble metal catalyst will slow down and the cost will increase. This is not preferable.
  • the molding amount of the catalyst coat layer is not particularly limited, but for example, it is preferably about 5 to 500 g (preferably 10 to 200 g) per liter of the filter volume.
  • the amount of the catalyst coat layer per liter of the filter is too small, the function as the catalyst coat layer is weak, and there is a possibility of causing grain growth of the supported noble metal catalyst.
  • there is too much quantity of a catalyst coat layer there exists a possibility of causing the raise of the pressure loss at the time of waste gas passing through the wall flow part 20 and the straight flow part 30.
  • the filter base material 10 may be immersed in a slurry in which a catalyst component is dispersed. After impregnating the filter base material 10 with the slurry, it is possible to use a method in which the catalyst component is fixed and supported on the inner walls of the partition walls 26 and the through cells 32 by drying and firing.
  • the catalyst coat layer may be formed in a laminated structure having upper and lower layers having a layer closer to the surface of the filter substrate 10 as a lower layer and a relatively far side as an upper layer.
  • Pd or Pt may be separately supported on one layer and Rh may be separately supported on the other layer.
  • Rh may be separately supported on the other layer.
  • a laminated structure of three or more layers having other layers in addition to the two layers may be employed.
  • the present inventor includes a filter (Example 1) in which the straight flow part 30 shown in FIG. 3 is provided and a filter (Comparative Example 1) in which the straight flow part 30 is not provided.
  • the exhaust gas was flowed under the same conditions, and PM deposition time (Hr) and pressure loss (kPa) were measured.
  • the exhaust gas purifying apparatus of each example was attached to the exhaust system of a gasoline engine, the steady operation was performed, and the exhaust gas was circulated.
  • Pressure sensors were attached before and after the filter. And pressure loss was measured, depositing PM on a filter.
  • the difference between the measured values of the two pressure sensors was taken as the pressure loss.
  • the results are shown in FIG. As shown in FIG.
  • the exhaust gas purification apparatus (Example 1) using the filter provided with the straight flow part 30 is the exhaust gas purification apparatus (Comparative Example 1) using the filter not provided with the straight flow part 30. ),
  • the pressure loss after PM deposition was low. From this result, it was confirmed that the increase in pressure loss after PM deposition can be suppressed by providing the straight flow part 30 in the filter 100.
  • the exhaust gas purification apparatus 1 which concerns on one Embodiment of this invention was demonstrated, the exhaust gas purification apparatus which concerns on this invention is not limited to the said embodiment.
  • the cross-sectional area of the through cell 32 provided in the straight flow portion 30 is uniformly the same in the cross section orthogonal to the axial direction of the filter.
  • the cross-sectional area of the penetration cell 32 provided in the straight flow part 30 is not limited to this form.
  • the cross-sectional area of the through cell included in the outer peripheral area B of the filter 200 may be larger than the cross-sectional area of the through cell included in the central area A.
  • the cross section orthogonal to the axial direction of the filter 200 is substantially circular.
  • the central region A is at least 1 / 2R of the radius R from the center point C of the cross section of the filter 200 (preferably 2 / 3R, for example 3 / 4R, at most 4 / 5R).
  • the outer peripheral region B may be defined as a region from the outer edge D of the cross section of the filter 200 to at least 1 / 5R of the radius R (preferably 1 / 4R, for example, 1 / 3R, at most 1 / 2R).
  • the central region A is defined as a region from the center point C of the cross section of the filter 200 to 4 / 5R of the radius R.
  • the outer peripheral region B is defined as a region from the outer edge D of the cross section of the filter 200 to 1 / 5R of the radius R.
  • FIG. 7 shows a part of the end surface on the exhaust gas inflow side in the central region A.
  • FIG. 8 shows a part of the end surface on the exhaust gas inflow side in the outer peripheral region B.
  • the plurality of through cells 32A included in the central region A are each formed of a square cell having the same cross-sectional area.
  • the plurality of through cells 32B included in the outer peripheral region B are each formed of square cells having the same cross-sectional area.
  • the penetrating cell 32B included in the outer peripheral region B has a larger cross-sectional area than the penetrating cell 32A included in the central region A.
  • the ratio (S3 / S4) of the cross-sectional area S3 of the penetrating cell 32A included in the central region A to the cross-sectional area S4 of the penetrating cell 32B included in the outer peripheral region B is approximately 2/3 or less.
  • 1/2 or less is preferable and 1/3 or less is particularly preferable.
  • the through-cells 32A and 32B disclosed herein preferably have an area ratio (S3 / S4) satisfying 1/10 ⁇ (S3 / S4) ⁇ 2/3, and 1/5 ⁇ (S3 / Those satisfying S4) ⁇ 1/2 are more preferable, and those satisfying 1/4 ⁇ (S3 / S4) ⁇ 1/3 are particularly preferable.
  • the cross-sectional area S4 in the through-cells 32B included in the peripheral region B is preferably 0.01 mm 2 or more greater than the cross-sectional area S3 of the through-cells 32A included in the central region A, that 0.03 mm 2 or more large Further preferred.
  • each of the plurality of through cells 32A included in the central region A has a cross-sectional area S3 of about 0.25 mm 2 .
  • each of the plurality of through cells 32B included in the outer peripheral region B has a cross-sectional area S4 of about 0.30 mm 2 .
  • the cross-sectional area of the penetrating cell 32B included in the outer peripheral region B is uniformly increased as compared with the penetrating cell 32A included in the central region A.
  • the through cells 32A and 32B may further include a catalyst coat layer on the inner wall surface.
  • the area ratio (S3 / S4) may be satisfied in total with the catalyst coat layer in a state where a predetermined amount is coated.
  • the cross-sectional areas of the entry-side cell 22B and the exit-side cell 24B included in the outer peripheral region B are the same as the entry-side cell 22A and the exit-side cell 24A included in the central region A. Is smaller than the cross-sectional area.
  • the ratio of the cross-sectional area S5 of the entry-side cell 22A and the exit-side cell 24A included in the central area A to the cross-sectional area S6 of the entry-side cell 22B and the exit-side cell 24B included in the outer peripheral area B (S5 / S6).
  • it is suitably 20/19 or more, preferably 15/14 or more, particularly preferably 10/9 or more (for example, 32/27 or more).
  • the entrance cells 22A and 22B and the exit cells 24A and 24B disclosed herein those in which the area ratio (S5 / S6) satisfies 20/19 ⁇ (S5 / S6) ⁇ 2 are preferable. Those satisfying 14 ⁇ (S5 / S6) ⁇ 3/2 are more preferable, and those satisfying 10/9 ⁇ (S1 / S2) ⁇ 4/3 are particularly preferable. Further, the cross-sectional area S5 of the entry-side cell 22A and the exit-side cell 24A included in the central area A is 0.1 mm 2 or more larger than the cross-sectional area S6 of the entry-side cell 22B and the exit-side cell 24B included in the outer peripheral area B.
  • each of the plurality of entry-side cells 22A and exit-side cells 24A included in the central region A has a cross-sectional area S5 of about 3.2 mm 2 .
  • each of the plurality of entry-side cells 22B and exit-side cells 24B included in the outer peripheral region B has a cross-sectional area S6 of about 2.7 mm 2 .
  • the ratio (S5 / S3) between the cross-sectional area S5 of the entry-side cell 22A and the exit-side cell 24A and the cross-sectional area S3 of the penetration cell 32A is approximately 6 or more. Although it is suitable, 10 or more are preferable and 12 or more are especially preferable.
  • the area ratio (S5 / S3) satisfies 6 ⁇ (S5 / S3) ⁇ 20. Those satisfying S5 / S3) ⁇ 18 are more preferable, and those satisfying 12 ⁇ (S5 / S3) ⁇ 15 are particularly preferable.
  • the cross-sectional area S5 of the entry-side cell 22A and the exit-side cell 24A included in the central area A is preferably 2 mm 2 or more larger than the cross-sectional area S3 of the penetrating cell 32A included in the central area A, and 2.5 mm 2 More preferably, it is larger.
  • the cross-sectional area S5 of the entry-side cell 22A and the exit-side cell 24A included in the central area A is 2.9 mm 2 or more than the cross-sectional area S3 of the penetrating cell 32A included in the central area A. It can be preferably implemented in a large manner.
  • the ratio (S6 / S4) between the cross-sectional area S6 of the entry-side cell 22B and the exit-side cell 24B and the cross-sectional area S4 of the penetration cell 32B is approximately 5 or more. Although it is suitable, 6 or more are preferable and 9 or more are especially preferable.
  • the area ratio (S6 / S4) satisfies 5 ⁇ (S1 / S3) ⁇ 20. Those satisfying S6 / S4) ⁇ 15 are more preferable, and those satisfying 9 ⁇ (S6 / S4) ⁇ 12 are particularly preferable.
  • the cross-sectional area S6 in the inlet side cells 22B and egress cells 24B included in the peripheral region B is preferably 1.5 mm 2 or more greater than the cross-sectional area S4 in the through-cells 32B included in the peripheral region B, 2 mm 2 More preferably, it is larger.
  • the cross-sectional area S6 of the entry-side cell 22B and the exit-side cell 24B included in the outer peripheral area B is 2.4 mm 2 or more than the cross-sectional area S4 of the penetrating cell 32B included in the outer peripheral area B. It can be preferably implemented in a large manner.
  • the exhaust gas tends to flow through the entire filter 200 because the flow rate of the exhaust gas is large.
  • the low load operation region of the engine for example, when the intake air amount is less than 20 g / sec in a 2.0 L engine
  • the exhaust gas tends to concentrate in the central region A of the filter 200 because the flow rate of the exhaust gas is small.
  • the cross-sectional area of the penetrating cell 32B included in the outer peripheral area B is larger than the cross-sectional area of the penetrating cell 32A included in the central area A.
  • the exhaust gas easily flows into the through cell 32B (straight flow portion 30B).
  • the flow rate of the exhaust gas flowing through the straight flow portion 30B in the outer peripheral region B increases in the high load operation region of the engine. Therefore, an increase in pressure loss can be effectively suppressed, particularly in a high load operation region of the engine.
  • the amount of exhaust gas passing through the straight flow section 30A in the central region A is preferably set to be 10% or less (further 2% to 5%, particularly 3 ⁇ 1%).
  • the flow rate ratio is within such a range, the above-described effects can be exhibited at a higher level.
  • the amount of exhaust gas passing through the straight flow portion 30B in the outer peripheral region B is 1% to It is preferably set to 15% (further 3% to 10%, particularly 5 ⁇ 1%). In other words, 85% to 99% (more preferably 90% to 97%, particularly 95 ⁇ 1%) of the total amount of exhaust gas flowing in the outer peripheral region B flows to the wall flow portion 20B before the PM is deposited. It is preferable that they are set as follows. Within such a range of the exhaust gas flow ratio, an increase in pressure loss can be suppressed without lowering the PM collection efficiency.
  • the cross-sectional area S5 of the entrance cell 22A and the exit cell 24A included in the central region A is 3.2 mm 2 .
  • the cross-sectional area S5 of the entrance cell 22A and the exit cell 24A included in the central region A is not limited to this.
  • the cross-sectional area S5 of the entrance side cell 22A and the exit side cell 24A included in the central region A can be set to approximately 9 mm 2 or less (for example, 3 mm 2 or more and 9 mm 2 or less).
  • the cross-sectional area S6 of the entry side cell 22B and the exit side cell 24B included in the outer peripheral region B is 2.7 mm 2 .
  • the cross-sectional area S6 of the entrance cell 22B and the exit cell 24B included in the outer peripheral region B is not limited to this.
  • the cross-sectional area S6 of the entrance cell 22B and the exit cell 24B included in the outer peripheral region B can be set to approximately 8.6 mm 2 or less (for example, 2.8 mm 2 or more and 8.6 mm 2 or less).
  • the cross-sectional area S3 of the penetration cell 32A included in the central region A is 0.25 mm 2 .
  • the cross-sectional area S3 of the penetration cell 32A included in the central region A is not limited to this.
  • the cross-sectional area S3 of the penetration cell 32A included in the central region A can be set to about 1.5 mm 2 or less (for example, 0.1 mm 2 or more and 1.5 mm 2 or less).
  • the cross-sectional area S4 of the penetrating cell 32B included in the outer peripheral region B is 0.3 mm 2 .
  • the cross-sectional area S4 of the penetrating cell 32B included in the outer peripheral region B is not limited to this as long as it is larger than the cross-sectional area S3 of the penetrating cell 32A included in the central region A.
  • the cross-sectional area S4 in the through-cells 32B included in the peripheral region B can be set to approximately 1.8 mm 2 or less (e.g., 0.11 mm 2 or more 1.8 mm 2 or less).
  • the cells 22A, 24A, 22B, 24B, 32A, and 32B are within the range of the cross-sectional areas S3 to S6, the above-described effects can be better exhibited.
  • the inventor of the present invention has a filter (Example 2) in which the cross-sectional area of the penetrating cell 32B in the outer peripheral region B is larger than that of the penetrating cell 32A in the central region A, as shown in FIGS.
  • a filter (Example 3) having through-cells 32A and 32B of the same size in both regions was prepared, exhaust gas was allowed to flow under the same conditions, and PM deposition time (Hr) and pressure loss (kPa) were measured.
  • the exhaust gas purifying apparatus of each example was attached to the exhaust system of a gasoline engine, the steady operation was performed, and the exhaust gas was circulated. Pressure sensors were attached before and after the filter.
  • the cross-sectional area of the penetrating cell 32 ⁇ / b> B included in the outer peripheral region B is uniformly larger than the cross-sectional area of the penetrating cell 32 ⁇ / b> A included in the central region A.
  • the cross-sectional areas of the through-cells 32A and 32B formed in the filter are not limited to such a form.
  • a through cell having a large cross-sectional area may be formed gradually (in a stepwise manner) from the center point C of the cross section toward the outer edge D.
  • the central region A is defined as a region from the center point C of the cross section of the filter 300 to 1 / 2R of the radius R.
  • the outer peripheral region B is defined as a region from the outer edge D of the cross section of the filter 300 to 1 / 5R of the radius R.
  • a region excluding the outer peripheral region B and the central region A is defined as an intermediate region E.
  • a through cell having the smallest cross-sectional area may be formed in the central region A.
  • the intermediate region E it is preferable that a through cell having a larger cross-sectional area than the through cell formed in the central region A is formed.
  • a through cell having the largest cross-sectional area may be formed in the filter 300 illustrated in FIG. 10, a through-cell having a large cross-sectional area in a stepwise manner from the center point C to the outer edge D is formed.
  • the amount of exhaust gas passing through the penetrating cell (straight flow portion) can be set more finely in the filter 300 from the center point C of the cross section of the filter 300 toward the outer edge D. Thereby, the rise in pressure loss can be suppressed more reliably. Even in this case, by appropriately setting the size of the cross-sectional areas of the through-cells in the central region A, the intermediate region E, and the outer peripheral region B, it is possible to suppress an increase in pressure loss without impairing the PM collection efficiency. be able to.
  • the through-cells are divided into three sizes of cross-sectional areas from the center point C of the cross section of the filter 300 toward the outer edge D, but the present invention is not limited to such a form.
  • the cross sectional areas of the plurality of rows of through cells are gradually increased from the center point C to the outer edge D of each column. You may enlarge it.
  • the through cells (straight flow part) in the central area A and the intermediate area E of the filter may be omitted. That is, a through cell (straight flow portion) that is not plugged can be provided only in the outer peripheral region B of the filter. Even in this case, by appropriately setting the size of the cross-sectional area of the penetrating cell in the outer peripheral region B, it is possible to suppress an increase in pressure loss without deteriorating the PM collection efficiency.
  • the exhaust gas purification device 1 is particularly suitable as a device for collecting PM contained in exhaust gas having a relatively high exhaust temperature, such as a gasoline engine.
  • the exhaust gas purifying apparatus 1 according to the present invention is not limited to the use for collecting PM in the exhaust gas of a gasoline engine, but various types of collecting PM in exhaust gas discharged from other engines (for example, diesel engines). It can be used in applications.
  • an exhaust gas purification device that can suppress an increase in pressure loss of a filter.

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Abstract

　本発明に係る排ガス浄化装置は、内燃機関の排気通路に配置され、該内燃機関から排出される排ガス中の粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタが設けられている。パティキュレートフィルタは、排ガス流入側の端部のみが開口した入側セル（２２）と、該入側セル（２２）に隣接し排ガス流出側の端部のみが開口した出側セル（２４）と、入側セル（２２）と出側セル（２４）とを仕切る多孔質の隔壁（２６）とを備えたウォールフロー部（２０）と、排ガス流入側の端部および排ガス流出側の端部の双方が開口し、フィルタを軸方向に沿って貫通する貫通セル（３２）を備えたストレートフロー部（３０）と、を備える。

Description

排ガス浄化装置およびパティキュレートフィルタ
　本発明は、内燃機関の排気通路に配置される排ガス浄化装置に関する。詳しくは、内燃機関から排出される排ガス中の粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタが設けられた排ガス浄化装置に関する。
　なお、本国際出願は２０１３年１２月２日に出願された日本国特許出願第２０１３－２４９１７０号に基づく優先権を主張しており、その出願の全内容は本明細書中に参照として組み入れられている。
　一般に、内燃機関から排出される排ガスには、炭素を主成分とする粒子状物質（ＰＭ：Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ　Ｍａｔｔｅｒ）、不燃成分からなるアッシュなどが含まれ、大気汚染の原因となることが知られている。そのため、粒子状物質の排出量について、排ガスに含まれる炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）などの有害成分と共に年々規制が強化されている。そこで、これらの粒子状物質を排ガスから捕集して除去するための技術が提案されている。
　例えば、上記粒子状物質を捕集するためのディーゼルパティキュレートフィルタ（Diesel Particulate Filter：ＤＰＦ）がディーゼルエンジンの排気通路内に設けられている。また、ガソリンエンジンは、ディーゼルエンジンよりは少ないものの一定量の粒子状物質を排ガスとともに排出するため、ガソリンエンジンにおいてもガソリンパティキュレートフィルタ（Gasoline Particulate Filter：ＧＰＦ）が排気通路内に装着される場合がある。かかるパティキュレートフィルタとしては、基材が多孔質からなる多数のセルから構成され、多数のセルの入口と出口を交互に閉塞した、ウォールフロー型と呼ばれる構造のものが知られている。ウォールフロー型パティキュレートフィルタでは、セル入口から流入した排ガスは、仕切られた多孔質のセル隔壁を通過し、セル出口へと排出される。そして、排ガスが多孔質のセル隔壁を通過する間に、粒子状物質が隔壁表面や隔壁内部の細孔内に捕集されて除去される。この種の従来技術としては特許文献１が挙げられる。
特開２００３－２１０９９２号公報
　ところで、上述したウォールフロー型パティキュレートフィルタにおいては、セル隔壁に捕集できる粒子状物質の量には限界があり、これを超える量の粒子状物質がフィルタに堆積すると、フィルタが目詰まりを起こして圧力損失（以下、圧損）が大きくなる。これによって、燃料消費効率（燃費）の悪化やエンジンの故障などの弊害が生じるおそれがある。このため、例えばＤＰＦでは、所定量の粒子状物質がフィルタに堆積すると、高温の排ガスを流して粒子状物質を燃焼させることで、フィルタを再生することが行われている。また、ＧＰＦでは、例えばフューエルカット時に粒子状物質を燃焼させることで、フィルタを再生することが行われている。
　しかしながら、例えば制御不良により適切な再生処理がなされなかった場合、あるいはエンジン始動時やアイドリングなどの排気温度が比較的低い運転状態が続いた場合などには、ＰＭの異常堆積が起こり、フィルタが目詰まりを起こす結果、圧損が上昇するという問題があった。燃費の悪化やエンジンの故障などの弊害を防止すべく、圧損の上昇は出来るだけ小さく抑えたい。
　本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、かかるパティキュレートフィルタならびに該パティキュレートフィルタを備えた排ガス浄化装置において、フィルタが目詰まりを起こしても圧損が大きくなることを回避し得る新規な構造を提供することである。
　本発明によって提供される排ガス浄化装置は、内燃機関の排気通路に配置され、該内燃機関から排出される排ガス中の粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタが設けられた排ガス浄化装置である。このパティキュレートフィルタは、典型的には白金属（ＰＧＭ）からなる触媒部の下流側に設けられている。前記パティキュレートフィルタは、排ガス流入側の端部のみが開口した入側セルと、該入側セルに隣接し排ガス流出側の端部のみが開口した出側セルと、前記入側セルと前記出側セルとを仕切る多孔質の隔壁とを備えたウォールフロー部と、排ガス流入側の端部および排ガス流出側の端部の双方が開口し、前記フィルタを軸方向に沿って貫通する貫通セルを備えたストレートフロー部とを備えている。
　かかる構成によると、排ガスが導入されたウォールフロー部で粒子状物質（ＰＭ）の堆積が進行すると、ストレートフロー部に排ガスが優先的に流れるので、パティキュレートフィルタ全体として圧損の上昇を小さく抑えることができる。また、ウォールフロー部が完全に目詰まりした場合でも、ストレートフロー部では排ガスが流れるので、圧損の最大値を小さくすることができる。これにより、燃費の悪化やエンジンの故障などの弊害を防止することができる。したがって、より高性能な排ガス浄化装置を提供することができる。
　ここで開示される排ガス浄化装置の好ましい一態様では、前記フィルタを通過する排ガスの総量を１００（体積）％としたときに、前記ストレートフロー部を通過する排ガスの量が０．１％～１０％（好ましくは１％以上１０％以下、より好ましくは３％以上８％以下）となるように設定されている。換言すれば、前記ウォールフロー部を通過する排ガスの量が９０％～９９．９％（好ましくは９０％以上９９％以下、より好ましくは９２％以上９７％以下）となるように設定されている。かかる構成によると、ストレートフロー部を通過する排ガスの量と、ウォールフロー部を通過する排ガスの量との比率が適切なバランスにあるので、ストレートフロー部を設けたことによるフィルタ性能向上効果（例えば、ＰＭの堆積による圧損の上昇を抑える効果）を適切に発揮しつつ、ウォールフロー部で適量のＰＭを捕集することができる。したがって、より良好なフィルタ性能を確実に発揮することができる。
　ここで開示される排ガス浄化装置の好ましい一態様では、前記ウォールフロー部は、複数の前記入側セルと複数の前記出側セルとが格子状に交互に配置されている。そして、前記貫通セルは、前記入側セルおよび前記出側セルが形成する格子の対角線方向に沿った一の入側セルとそれに隣接する一の入側セルとの間および一の出側セルとそれに隣接する一の出側セルとの間に配置されている。かかる構成によると、ウォールフロー部から溢れ出た排ガスが貫通セルに速やかに流入するため、圧損の上昇をより良く抑えることができる。即ち、本発明の効果をより高いレベルで発揮させることができる。
　ここで開示される排ガス浄化装置の好ましい一態様では、前記貫通セルは、前記フィルタの軸方向に直交する断面が四角形であり、前記入側セルおよび前記出側セルは、前記フィルタの軸方向に直交する断面が八角形である。かかる構成によると、フィルタの限られたセル搭載スペースにおいて効率的なセル配置を実現できる。排ガス浄化装置の小型化にも寄与し得る。
　ここで開示される排ガス浄化装置の好ましい一態様では、前記フィルタの軸方向に直交する断面において、該断面の外周領域に含まれる貫通セルの断面積は、該断面の中央領域に含まれる貫通セルの断面積よりも大きい。かかる構成によると、内燃機関の高負荷運転領域において、フィルタ外周領域のストレートフロー部に流れる排ガスの流量が多くなる。そのため、高負荷運転領域での圧損の上昇を効果的に抑えることができる。
　ここで開示される排ガス浄化装置の好ましい一態様では、前記フィルタの軸方向に直交する断面は略円形であり、該断面における半径をＲとしたときに、前記中央領域は、前記断面の中心点から前記半径Ｒの少なくとも１／２Ｒまでの領域として規定され、前記外周領域は、前記断面の外縁から前記半径Ｒの少なくとも１／５Ｒまでの領域として規定される。このように中央領域と外周領域とを規定することで、ＰＭの堆積による圧損の上昇をより良く抑えることができる。
　好ましい一態様では、前記中央領域を通過する排ガスの総量を１００（体積）％としたときに、前記中央領域のストレートフロー部を通過する排ガスの量が１０％以下となるように設定されている。かかる構成によると、フィルタの中央領域において、ウォールフロー部を通過する排ガスの量と、ストレートフロー部を通過する排ガスの量との比率が適切なバランスにあるので、上述した効果をより良く発揮させることができる。
　また好ましい一態様では、前記外周領域を通過する排ガスの総量を１００（体積）％としたときに、前記外周領域のストレートフロー部を通過する排ガスの量が１％～１５％となるように設定されている。かかる構成によると、フィルタの外周領域において、ウォールフロー部を通過する排ガスの量と、ストレートフロー部を通過する排ガスの量との比率が適切なバランスにあるので、ＰＭの捕集効率を低下させることなく、圧損の上昇を抑えることができる。
　ここで開示される排ガス浄化装置の好ましい一態様では、前記外周領域に含まれる各貫通セルの断面積は略同じであり、かつ、前記中央領域に含まれる貫通セルの断面積よりも一様に大きい。このような排ガス浄化装置を用いた場合、圧損の上昇を簡便に抑えることができる。
　ここで開示される排ガス浄化装置の好ましい一態様では、前記フィルタは、前記断面の中心点から外縁に向けて断面積が徐々に大きい貫通セルが形成されている。このような排ガス浄化装置を用いた場合、フィルタ内で、断面の中心点から外縁に向かうにつれて、貫通セル（ストレートフロー部）を通過する排ガスの量をよりきめ細かく設定することができる。これにより、圧損の上昇をより確実に抑えることができる。
　また本発明によると、上記排ガス浄化装置に好ましく用いられるパティキュレートフィルタが提供される。即ち、内燃機関の排気通路に配置され、該内燃機関から排出される排ガス中の粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタである。このパティキュレートフィルタは、排ガス流入側の端部のみが開口した入側セルと、該入側セルに隣接し排ガス流出側の端部のみが開口した出側セルと、前記入側セルと前記出側セルとを仕切る多孔質の隔壁とを備えたウォールフロー部と、排ガス流入側の端部および排ガス流出側の端部の双方が開口し、前記フィルタを軸方向に貫通する貫通セルを備えたストレートフロー部とを備える。かかるパティキュレートフィルタを用いれば、ウォールフロー部が目詰まりした場合でも、燃費の悪化やエンジンの故障などの弊害を防止できる、高性能な排ガス浄化装置を実現することができる。
図１は、一実施形態に係る排ガス浄化装置を模式的に示す図である。 図２は、一実施形態に係るフィルタを模式的に示す斜視図である。 図３は、一実施形態に係るフィルタの端面の要部を模式的に示す図である。 図４は、図３のＩＶ－ＩＶ断面を模式的に示す図である。 図５は、ＰＭ堆積時間と圧損との関係を示すグラフである。 図６は、一実施形態に係る排ガス浄化装置のフィルタを模式的に示す斜視図である。 図７は、一実施形態に係るフィルタの端面の一部を模式的に示す図である。 図８は、一実施形態に係るフィルタの端面の一部を模式的に示す図である。 図９は、ＰＭ堆積時間と圧損との関係を示すグラフである。 図１０は、一実施形態に係るフィルタを模式的に示す斜視図である。
　以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄（例えばパティキュレートフィルタの自動車における配置に関するような一般的事項）は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。
　先ず、本発明の一実施形態に係る排ガス浄化装置の構成について図１を参照しつつ説明する。ここで開示される排ガス浄化装置１は、該内燃機関の排気系に設けられている。図１は、内燃機関２と、該内燃機関２の排気系に設けられた排ガス浄化装置１を模式的に示す図である。
　本実施形態に係る内燃機関（エンジン）には、酸素と燃料ガスとを含む混合気が供給される。内燃機関は、この混合気を燃焼させ、燃焼エネルギーを力学的エネルギーに変換する。このときに燃焼された混合気は排ガスとなって排気系に排出される。図１に示す構成の内燃機関２は、自動車のガソリンエンジンを主体として構成されているが、ガソリンエンジン以外のエンジン（例えばディーゼルエンジン）を用いることもできる。
　上記エンジン２の排気系について説明する。上記エンジン２を排気系に連通させる排気ポート（図示せず）には、エキゾーストマニホールド３が接続されている。エキゾーストマニホールド３は、排ガスが流通する排気管４に接続されている。エキゾーストマニホールド３と排気管４とにより本実施形態の排気通路が形成されている。
　ここで開示される排ガス浄化装置１は、上記エンジン２の排気系に設けられている。この排ガス浄化装置１は、触媒部５とフィルタ部６とＥＣＵ７を備え、上記排出される排ガスに含まれる有害成分（例えば、一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）、窒素酸化物（ＮＯｘ））を浄化するとともに、排ガスに含まれる粒子状物質（ＰＭ）を捕集する。
　ＥＣＵ７は、エンジン２と排ガス浄化装置１との間の制御を行うユニットであり、一般的な制御装置と同様にデジタルコンピュータその他の電子機器を構成要素として含んでいる。典型的には、ＥＣＵ７には入力ポートが設けられており、エンジン２や排ガス浄化装置１の各部位に設置されているセンサ（例えば圧力センサ８）と電気的に接続されている。これによって、各々のセンサで検知した情報が、入力ポートを経て電気信号としてＥＣＵ７に伝達される。また、ＥＣＵ７には出力ポートも設けられている。ＥＣＵ７は、該出力ポートを介して、エンジン２および排ガス浄化装置１の各部位に接続されており、制御信号を送信することによって各部材の稼働を制御している。
　触媒部５は、排気ガス中に含まれる三元成分（ＮＯｘ、ＨＣ、ＣＯ）を浄化可能なものとして構成されており、上記エンジン２に連通する排気管４に設けられている。具体的には図１に示すように、排気管４の下流側に設けられている。触媒部５の種類は特に限定されない。触媒部５は、例えば、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｄ）等の貴金属が担持された触媒であってもよい。なお、フィルタ部６の下流側の排気管４に下流側触媒部をさらに配置してもよい。かかる触媒部５の具体的な構成は本発明を特徴付けるものではないため、ここでは詳細な説明は省略する。
　フィルタ部６は、触媒部５の下流側に設けられている。フィルタ部６は、排ガス中に含まれる粒子状物質（以下、単に「ＰＭ」と称する）を捕集して除去可能なガソリンパティキュレートフィルタ（ＧＰＦ）を備えている。以下、本実施形態に係るパティキュレートフィルタを詳細に説明する。
　図２は、パティキュレートフィルタ１００の斜視図である。図２に示すように、パティキュレートフィルタ１００は、フィルタ基材１０と、該フィルタ基材１０の内部に設けられ、規則的に配列したセル２２、２４とを備えている。ここで開示されるパティキュレートフィルタを構成する上記フィルタ基材１０としては、従来のこの種の用途に用いられる種々の素材及び形態のものが使用可能である。例えば、コージェライト、炭化ケイ素（ＳｉＣ）等のセラミックスまたは合金（ステンレス等）から形成されたハニカム構造を備えるハニカム基材を好適に採用することができる。一例として外形が円筒形状（本実施形態）であるハニカム基材が例示される。ただし、基材全体の外形については、円筒形に代えて、楕円筒形、多角筒形を採用してもよい。
　図３はパティキュレートフィルタ１００の排ガス流入側の端面の一部を拡大した模式図であり、図４は、図３のＩＶ－ＩＶ断面図である。図３に示すように、パティキュレートフィルタ１００は、ウォールフロー部２０とストレートフロー部３０とを有している。
＜ウォールフロー部＞
　ウォールフロー部２０は、図３および図４に示すように、フィルタ基材１０の両端面において隣接するセル２２、２４が互いに反対側の端面を目封じされた部位であり、入側セル２２と、出側セル２４と、隔壁２６とを有している。この実施形態では、複数の入側セル２２と複数の出側セル２４とが格子状に交互に配置されている。
　入側セル２２は、排ガス流入側の端部のみが開口しており、出側セル２４は、入側セル２２に隣接し排ガス流出側の端部のみが開口している。この実施形態では、入側セル２２は、排ガス流出側の端部が封止部２２ａで目封じされており、出側セル２４は、排ガス流入側の端部が封止部２４ａで目封じされている。入側セル２２および出側セル２４は、フィルタ１００に供給される排ガスの流量や成分を考慮して適当な形状および大きさに設定するとよい。例えば、入側セル２２および出側セル２４の形状は、正方形、平行四辺形、長方形、台形などの矩形、三角形、その他の多角形（例えば、六角形、八角形）、円形など種々の幾何学形状であってよい。この実施形態では、入側セル２２および出側セル２４は、フィルタ基材１０の軸方向に直交する断面が八角形の八角セルである。また、上記断面において、入側セル２２および出側セル２４は、それぞれ同じ大きさ（断面積）のセルで形成されている。
　隣接する入側セル２２と出側セル２４との間には、隔壁２６が形成されている。この隔壁２６によって入側セル２２と出側セル２４とが仕切られている。隔壁２６は、排ガスが通過可能な多孔質構造である。隔壁２６の気孔率としては特に限定されないが、概ね５０％～７０％にすることが適当であり、好ましくは５５％～６５％である。隔壁２６の気孔率が小さすぎると、ＰＭがすすり抜けてしまうことがあり、一方、隔壁２６の気孔率が大きすぎると、フィルタ１００の機械的強度が低下傾向になるため、好ましくない。隔壁２６の厚みとしては特に限定されないが、概ね２００μｍ～８００μｍ程度であるとよい。このような隔壁の厚みの範囲内であると、ＰＭの捕集効率を損なうことなく圧損の上昇を抑制する効果が得られうる。
＜ストレートフロー部＞
　ストレートフロー部３０は、図３に示すように、フィルタ基材１０の両端面において貫通セル３２が目封じされていない部位であり、貫通セル３２を備えている。この実施形態では、複数の貫通セル３２が、入側セル２２と出側セル２４が形成する格子の対角線方向に沿った一の入側セル２２とそれに隣接する一の入側セル２２との間および一の出側セル２４とそれに隣接する一の出側セル２４との間に配置されている。
　貫通セル３２は、フィルタ１００を軸方向に沿って貫通している。換言すると、貫通セル３２は、前述した入側セル２２および出側セル２４とは異なり、排ガス流入側の端部および排ガス流出側の端部の双方がいずれも開口している。貫通セル３２は、フィルタ１００に供給される排ガスの流量や成分を考慮して適当な形状および大きさに設定するとよい。例えば、貫通セル３２の形状は、正方形、平行四辺形、長方形、台形などの矩形、三角形、その他の多角形（例えば、六角形、八角形）、円形など種々の幾何学形状であってよい。貫通セル３２は、入側セル２２および出側セル２４と同じ形状であってもよく異なる形状であってもよい。この実施形態では、貫通セル３２は、フィルタ１００の軸方向に直交する断面が四角形の四角セルである。また、この実施形態では、上記断面において、貫通セル３２の四角形の一辺が入側セル２２および出側セル２４の八角形の一辺と平行かつ対向するように配置されている。
　また、この実施形態では、上記断面において、貫通セル３２は、入側セル２２および出側セル２４よりも断面積が小さいセルで形成されている。例えば、入側セル２２および出側セル２４のフィルタの軸方向に直交する断面の面積Ｓ１と、貫通セル３２のフィルタの軸方向に直交する断面の面積Ｓ２との比（Ｓ２／Ｓ１）が、概ね１／１０以下であることが適当であるが、３／１００以下が好ましく、１／５０以下が特に好ましい。ここで開示される貫通セル３２、入側セル２２および出側セル２４としては、上記面積比（Ｓ２／Ｓ１）が、１／３００≦（Ｓ２／Ｓ１）≦１／１０を満足するものが好ましく、１／２００≦（Ｓ２／Ｓ１）≦３／１００を満足するものがより好ましく、１／１００≦（Ｓ２／Ｓ１）≦１／５０を満足するものが特に好ましい。この実施形態では、入側セル２２および出側セル２４は、断面積Ｓ１が何れも３．２ｍｍ２程度である。一方、貫通セル３２は、断面積Ｓ２が０．０５ｍｍ２程度である。このように、この実施形態では、入側セル２２および出側セル２４に比べて、貫通セル３２の断面積を一様に小さくしている。なお、後述するように、貫通セル３２、入側セル２２および出側セル２４は、その内壁表面に触媒コート層（図示せず）をさらに備えていてもよい。各セルが触媒コート層を備える場合、所定量コートされた状態での触媒コート層との合算において、上記面積比（Ｓ２／Ｓ１）を満足すればよい。
　上述したフィルタ１００を製造するには、例えばコージェライト、炭化ケイ素（ＳｉＣ）等のセラミックス粉末を主成分とするスラリーを調製し、それを押出し成形などで成形して焼成するとよい。その際、入側セル２２の排ガス流出側の端部を封止部２２ａで目封じし、出側セル２４の排ガス流入側の端部を封止部２４ａで目封じするとよい。多孔質の隔壁２６は、上記スラリー中にカーボン粉末、澱粉、樹脂粉末などの可燃物粉末を混合しておき、該可燃物粉末を焼失させることにより形成するとよい。その際、可燃物粉末の粒径や添加量を変えることで隔壁２６の気孔率を任意に制御することができる。
　この排ガス浄化装置は、図４に示すように、フィルタ１００のウォールフロー部２０に設けられた入側セル２２から排ガスが流入する。入側セル２２から流入した排ガスは、多孔質の隔壁２６を通過して出側セル２４に到達する。図４においては、入側セル２２から流入した排ガスが隔壁２６を通過して出側セル２４に到達するルートを矢印で示している。このとき、隔壁２６は多孔質構造を有しているので、排ガスがこの隔壁２６を通過する間に、ＰＭが隔壁２６表面や隔壁２６内部の細孔内に捕集される。隔壁２６を通過して出側セル２４に到達した排ガスは、排ガス流出側の開口からフィルタの外部へと排出される。
　この排ガス浄化装置は、フィルタ１００のウォールフロー部２０に設けられた入側セル２２から排ガスが連続して流入する。上記のようにウォールフロー部２０の隔壁２６でＰＭの捕集が進むと、隔壁２６表面や隔壁２６内部の細孔内にＰＭが堆積する。そして、ＰＭがウォールフロー部２０に堆積すると、ウォールフロー部２０の排気抵抗が上昇するので、ウォールフロー部２０を通過する排ガスの量が減り、ウォールフロー部２０から溢れ出た排ガスがストレートフロー部３０に流入する。このように、この排ガス浄化装置では、ウォールフロー部２０でＰＭの堆積が進行すると、ウォールフロー部２０を通過する排ガスの量が減り、ストレートフロー部３０に排ガスが優先的に流れるようになる。
　この場合、ＰＭが堆積したウォールフロー部２０では圧損が大きくなるものの、目封じされていないストレートフロー部３０では圧損が小さく抑えられる。このため、フィルタ１００全体として圧損の上昇を小さく抑えることができる。また、ウォールフロー部２０が完全に目詰まりした場合でも、ストレートフロー部３０では排ガスが流れるので、圧損の最大値を小さくすることができる。これにより、燃費の悪化やエンジンの故障などの弊害を防止することができる。したがって、より高性能な排ガス浄化装置を提供することができる。
　この場合、例えば平均流速３～２０ｍ３／ｍｉｎの条件において、フィルタ１００を通過する排ガスの総量を１００（体積）％としたときに、ストレートフロー部３０を通過する排ガスの量が０．１％～１０％（さらには２％～５％、特には３±１％）となるように設定されていることが好ましい。このような排ガスの流量比の範囲内であると、ストレートフロー部３０を通過する排ガスの量と、ウォールフロー部２０を通過する排ガスの量との比率が適切なバランスにあるので、ストレートフロー部３０を設けたことによるフィルタ性能向上効果（例えば、ＰＭの堆積による圧損の上昇を抑える効果）を適切に発揮しつつ、ウォールフロー部２０で適量のＰＭを捕集することができる。したがって、より良好なフィルタ性能を確実に発揮することができる。
　また、本排ガス浄化装置１では、ウォールフロー部２０は、複数の入側セル２２と複数の出側セル２４とが格子状に交互に配置されている。そして、貫通セル３２は、前記格子の対角線方向に沿った一の入側セル２２とそれに隣接する一の入側セル２２との間および一の出側セル２４とそれに隣接する一の出側セル２４との間に配置されている。このように構成すれば、ウォールフロー部２０から溢れ出た排ガスが貫通セル３２に速やかに流入するため、圧損の上昇をより効果的に抑えることができる。
　なお、ウォールフロー部２０およびストレートフロー部３０は、触媒コート層（図示せず）をさらに備えていてもよい。例えば、ウォールフロー部２０は、隔壁２６表面および／または隔壁２６内部の細孔に触媒コート層を備えることができる。ストレートフロー部３０は、貫通セル３２の内壁表面に形成された触媒コート層をさらに備えることができる。この場合、触媒コート層は、多孔質の担体と、該担体に担持された貴金属触媒とを含んでいるとよい。このような構成であると、ウォールフロー部２０およびストレートフロー部３０を通過する排ガス中の有害成分（例えば、一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）、ＮＯｘ等）を適切に浄化することができる。
　上記触媒コート層に用いられる担体は、アルカリ金属元素（典型的にはアルカリ金属酸化物）、アルカリ土類金属元素（典型的にはアルカリ土類金属酸化物）、希土類元素（典型的には希土類酸化物）、Ｚｒ（典型的にはジルコニア）、Ｓｉ（典型的にはシリカ）、Ｔｉ（典型的にはチタニア）およびＡｌ（典型的にはアルミナ）などから選択される１種または２種以上の元素（典型的には酸化物）を含み得る。これら成分を含む担体を用いることにより、機械強度の増加、耐久性（熱安定性）の向上、触媒のシンタリング抑制、および触媒の被毒防止のうちの少なくとも一つ（好ましくは全部）を実現し得る。アルカリ土類金属元素としては、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、バリウム（Ｂａ）、等が例示される。希土類金属元素としては、ランタン（Ｌａ）、スカンジウム（Ｓｃ）、イットリウム（Ｙ）、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、等が例示される。例えば、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、セリア（ＣｅＯ２）、ジルコニア（ＺｒＯ２）、チタニア（ＴｉＯ２）、シリカ（ＳｉＯ２）等の酸化物の一種または二種以上を好ましく用いることができる。
　上記触媒コート層に用いられる貴金属触媒は、白金属元素の中から選択される１種または２種以上の元素を含み得る。これら成分を含む貴金属触媒を用いることにより、ウォールフロー部２０およびストレートフロー部３０を通過する排ガス中の有害成分（例えば一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）、ＮＯｘ等）をより確実に浄化することができる。好ましくは、パラジウム（Ｐｄ）または白金（Ｐｔ）と、ロジウム（Ｒｈ）とを併用するとよい。ＰｄまたはＰｔと、Ｒｈとを併用することによって、排ガス中の有害成分を一度に効率よく浄化することができる。貴金属触媒の担持量は特に限定されないが、フィルタの体積１Ｌ当たり０．５ｇ～２０ｇ程度（好ましくは１ｇ～１０ｇ）であることが好ましい。貴金属触媒の担持量が少なすぎると、十分な触媒活性が得られない場合があり、貴金属触媒の担持量が多すぎると、貴金属触媒を担持させることによる効果が鈍化することに加えて、コストアップの要因となるため好ましくない。
　触媒コート層の成形量は特に制限されないが、例えば、フィルタの体積１Ｌ当たり５ｇ～５００ｇ程度（好ましくは１０ｇ～２００ｇ）であることが好ましい。フィルタの体積１Ｌ当たりの触媒コート層の量が少なすぎる場合は、触媒コート層としての機能が弱く、担持されている貴金属触媒の粒成長を招く虞がある。また、触媒コート層の量が多すぎると、ウォールフロー部２０およびストレートフロー部３０を排ガスが通過する際の圧損の上昇を招くおそれがある。
　触媒コート層をフィルタに担持する方法としては、例えば、触媒成分を分散させたスラリーに、フィルタ基材１０を浸漬するとよい。スラリーをフィルタ基材１０に含浸させた後、乾燥および焼成して、隔壁２６や貫通セル３２の内壁に触媒成分を固定担持するといった方法を用いることができる。　
　また、触媒コート層は、フィルタ基材１０の表面に近い方を下層とし相対的に遠い方を上層とする上下層を有する積層構造に形成されていてもよい。この場合、例えば、一方の層にＰｄまたはＰｔを、他方の層にＲｈをそれぞれ分離して担持させるとよい。このことにより、ＲｈがＰｄまたはＰｔと合金化することによる触媒活性の低下を抑制するという効果が得られうる。二つの層に加えて他の層を有する三層以上の積層構造であってもよい。
　本発明者は、かかる排ガス浄化装置１について、図３に示すストレートフロー部３０が設けられているフィルタ（実施例１）と、ストレートフロー部３０が設けられていないフィルタ（比較例１）とを用意して、それぞれ同じ条件で排ガスを流し、ＰＭ堆積時間（Ｈｒ）と圧損（ｋＰａ）を測定した。具体的には、各例の排ガス浄化装置をガソリンエンジンの排気系に取り付け、定常運転を行い、排ガスを流通させた。フィルタの前後には圧力センサを取り付けた。そして、フィルタにＰＭを堆積させつつ、圧損を測定した。ここでは二つの圧力センサの測定値の差を圧損とした。結果を図５に示す。図５に示すように、ストレートフロー部３０が設けられているフィルタを用いた排ガス浄化装置（実施例１）は、ストレートフロー部３０が設けられていないフィルタを用いた排ガス浄化装置（比較例１）に比べて、ＰＭ堆積後の圧損が低くなっていた。この結果から、フィルタ１００にストレートフロー部３０を設けることにより、ＰＭ堆積後の圧損の上昇が抑えられることが確認された。
　以上、本発明の一実施形態に係る排ガス浄化装置１を説明したが、本発明に係る排ガス浄化装置は上記実施形態に限定されない。
　例えば、上述した実施形態では、フィルタの軸方向に直交する断面において、ストレートフロー部３０に設けられた貫通セル３２の断面積が一様に同じである。ストレートフロー部３０に設けられた貫通セル３２の断面積は、かかる形態に限定されない。例えば、図６に示すフィルタ２００のように、フィルタ２００の外周領域Ｂに含まれる貫通セルの断面積は、中央領域Ａに含まれる貫通セルの断面積よりも大きくてもよい。
　例えば、図６に示す例では、フィルタ２００の軸方向に直交する断面は略円形である。この場合、フィルタ２００の該断面における半径をＲとしたときに、例えば、中央領域Ａは、フィルタ２００の断面の中心点Ｃから半径Ｒの少なくとも１／２Ｒ（好ましくは２／３Ｒ、例えば３／４Ｒ、多くとも４／５Ｒ）までの領域として規定されるとよい。また、外周領域Ｂは、フィルタ２００の断面の外縁Ｄから半径Ｒの少なくとも１／５Ｒ（好ましくは１／４Ｒ、例えば１／３Ｒ、多くとも１／２Ｒ）までの領域として規定されるとよい。この実施形態では、中央領域Ａは、フィルタ２００の断面の中心点Ｃから半径Ｒの４／５Ｒまでの領域として規定されている。また、外周領域Ｂは、フィルタ２００の断面の外縁Ｄから半径Ｒの１／５Ｒまでの領域として規定されている。
　図７は、中央領域Ａにおける排ガス流入側の端面の一部を示している。図８は、外周領域Ｂにおける排ガス流入側の端面の一部を示している。図７に示すように、中央領域Ａに含まれる複数の貫通セル３２Ａは、それぞれ同じ断面積の四角セルで形成されている。また、図８に示すように、外周領域Ｂに含まれる複数の貫通セル３２Ｂは、それぞれ同じ断面積の四角セルで形成されている。
　図７および図８に示すように、外周領域Ｂに含まれる貫通セル３２Ｂは、中央領域Ａに含まれる貫通セル３２Ａよりも断面積が大きい。例えば、中央領域Ａに含まれる貫通セル３２Ａの断面積Ｓ３と、外周領域Ｂに含まれる貫通セル３２Ｂの断面積Ｓ４との比（Ｓ３／Ｓ４）が、概ね２／３以下であることが適当であるが、１／２以下が好ましく、１／３以下が特に好ましい。ここで開示される貫通セル３２Ａ、３２Ｂとしては、上記面積比（Ｓ３／Ｓ４）が、１／１０≦（Ｓ３／Ｓ４）≦２／３を満足するものが好ましく、１／５≦（Ｓ３／Ｓ４）≦１／２を満足するものがさらに好ましく、１／４≦（Ｓ３／Ｓ４）≦１／３を満足するものが特に好ましい。また、外周領域Ｂに含まれる貫通セル３２Ｂの断面積Ｓ４は、中央領域Ａに含まれる貫通セル３２Ａの断面積Ｓ３よりも０．０１ｍｍ２以上大きいことが好ましく、０．０３ｍｍ２以上大きいことがさらに好ましい。ここに開示される技術は、例えば、外周領域Ｂに含まれる貫通セル３２Ｂの断面積Ｓ４が中央領域Ａに含まれる貫通セル３２Ａの断面積Ｓ３よりも０．０５ｍｍ２ｍｍ２以上大きい態様で好ましく実施され得る。この実施形態では、中央領域Ａに含まれる複数の貫通セル３２Ａは、何れも断面積Ｓ３が０．２５ｍｍ２程度である。一方、外周領域Ｂに含まれる複数の貫通セル３２Ｂは、何れも断面積Ｓ４が０．３０ｍｍ２程度である。このように、この実施形態では、中央領域Ａに含まれる貫通セル３２Ａに比べて、外周領域Ｂに含まれる貫通セル３２Ｂの断面積を一様に大きくしている。なお、前述したように、貫通セル３２Ａ、３２Ｂは、その内壁表面に触媒コート層をさらに備えていてもよい。各セルが触媒コート層を備える場合、所定量コートされた状態での触媒コート層との合算において、上記面積比（Ｓ３／Ｓ４）を満足すればよい。
　この実施形態では、図７および図８に示すように、外周領域Ｂに含まれる入側セル２２Ｂおよび出側セル２４Ｂの断面積は、中央領域Ａに含まれる入側セル２２Ａおよび出側セル２４Ａの断面積よりも小さい。例えば、中央領域Ａに含まれる入側セル２２Ａおよび出側セル２４Ａの断面積Ｓ５と、外周領域Ｂに含まれる入側セル２２Ｂおよび出側セル２４Ｂの断面積Ｓ６との比（Ｓ５／Ｓ６）が、概ね２０／１９以上であることが適当であるが、１５／１４以上が好ましく、１０／９以上（例えば３２／２７以上）が特に好ましい。ここで開示される入側セル２２Ａ、２２Ｂおよび出側セル２４Ａ、２４Ｂとしては、上記面積比（Ｓ５／Ｓ６）が、２０／１９≦（Ｓ５／Ｓ６）≦２を満足するものが好ましく１５／１４≦（Ｓ５／Ｓ６）≦３／２を満足するものがさらに好ましく、１０／９≦（Ｓ１／Ｓ２）≦４／３を満足するものが特に好ましい。また、中央領域Ａに含まれる入側セル２２Ａおよび出側セル２４Ａの断面積Ｓ５は、外周領域Ｂに含まれる入側セル２２Ｂおよび出側セル２４Ｂの断面積Ｓ６よりも０．１ｍｍ２以上大きいことが好ましく、０．３ｍｍ２以上大きいことがさらに好ましい。ここに開示される技術は、例えば、中央領域Ａに含まれる入側セル２２Ａおよび出側セル２４Ａの断面積Ｓ５が外周領域Ｂに含まれる入側セル２２Ｂおよび出側セル２４Ｂの断面積Ｓ６よりも０．５ｍｍ２以上大きい態様で好ましく実施され得る。この実施形態では、中央領域Ａに含まれる複数の入側セル２２Ａおよび出側セル２４Ａは、何れも断面積Ｓ５が３．２ｍｍ２程度である。一方、外周領域Ｂに含まれる複数の入側セル２２Ｂおよび出側セル２４Ｂは、何れも断面積Ｓ６が２．７ｍｍ２程度である。
　ここで開示される好ましい一態様では、中央領域Ａにおいて、入側セル２２Ａおよび出側セル２４Ａの断面積Ｓ５と、貫通セル３２Ａの断面積Ｓ３との比（Ｓ５／Ｓ３）が、概ね６以上であることが適当であるが、１０以上が好ましく、１２以上が特に好ましい。中央領域Ａに含まれる入側セル２２Ａ、出側セル２４Ａおよび貫通セル３２Ａとしては、上記面積比（Ｓ５／Ｓ３）が、６≦（Ｓ５／Ｓ３）≦２０を満足するものが好ましく１０≦（Ｓ５／Ｓ３）≦１８を満足するものがさらに好ましく、１２≦（Ｓ５／Ｓ３）≦１５を満足するものが特に好ましい。また、中央領域Ａに含まれる入側セル２２Ａおよび出側セル２４Ａの断面積Ｓ５は、中央領域Ａに含まれる貫通セル３２Ａの断面積Ｓ３よりも２ｍｍ２以上大きいことが好ましく、２．５ｍｍ２以上大きいことがさらに好ましい。ここに開示される技術は、例えば、中央領域Ａに含まれる入側セル２２Ａおよび出側セル２４Ａの断面積Ｓ５が中央領域Ａに含まれる貫通セル３２Ａの断面積Ｓ３よりも２．９ｍｍ２以上大きい態様で好ましく実施され得る。
　ここで開示される好ましい一態様では、外周領域Ｂにおいて、入側セル２２Ｂおよび出側セル２４Ｂの断面積Ｓ６と、貫通セル３２Ｂの断面積Ｓ４との比（Ｓ６／Ｓ４）が、概ね５以上であることが適当であるが、６以上が好ましく、９以上が特に好ましい。外周領域Ｂに含まれる入側セル２２Ｂ、出側セル２４Ｂおよび貫通セル３２Ｂとしては、上記面積比（Ｓ６／Ｓ４）が、５≦（Ｓ１／Ｓ３）≦２０を満足するものが好ましく６≦（Ｓ６／Ｓ４）≦１５を満足するものがさらに好ましく、９≦（Ｓ６／Ｓ４）≦１２を満足するものが特に好ましい。また、外周領域Ｂに含まれる入側セル２２Ｂおよび出側セル２４Ｂの断面積Ｓ６は、外周領域Ｂに含まれる貫通セル３２Ｂの断面積Ｓ４よりも１．５ｍｍ２以上大きいことが好ましく、２ｍｍ２以上大きいことがさらに好ましい。ここに開示される技術は、例えば、外周領域Ｂに含まれる入側セル２２Ｂおよび出側セル２４Ｂの断面積Ｓ６が外周領域Ｂに含まれる貫通セル３２Ｂの断面積Ｓ４よりも２．４ｍｍ２以上大きい態様で好ましく実施され得る。
　ここで、エンジンの高負荷運転領域（例えば２．０Ｌエンジンで吸入空気量が２０ｇ／ｓｅｃ以上の場合）では、排ガスの流量が多いため、フィルタ２００全体に排ガスが流れる傾向がある。一方、エンジンの低負荷運転領域（例えば２．０Ｌエンジンで吸入空気量が２０ｇ／ｓｅｃ未満の場合）では、排ガスの流量が少ないため、フィルタ２００の中央領域Ａに排ガスが集中する傾向がある。この実施形態では、外周領域Ｂに含まれる貫通セル３２Ｂの断面積は、中央領域Ａに含まれる貫通セル３２Ａの断面積よりも大きい。そのため、フィルタ２００の外周領域Ｂでは、中央領域Ａに比べて、貫通セル３２Ｂ（ストレートフロー部３０Ｂ）に排ガスが流れやすくなる。かかるフィルタ２００を用いた場合、エンジンの高負荷運転領域において、外周領域Ｂのストレートフロー部３０Ｂに流れる排ガスの流量が多くなる。そのため、特にエンジンの高負荷運転領域において、圧損の上昇を効果的に抑えることができる。
　この場合、例えば平均流速１５～３０ｍ３／ｍｉｎの条件において、中央領域Ａを通過する排ガスの総量を１００（体積）％としたときに、中央領域Ａのストレートフロー部３０Ａを通過する排ガスの量が１０％以下（さらには２％～５％、特には３±１％）となるように設定されていることが好ましい。換言すれば、ＰＭが堆積する前の状態において、中央領域Ａを流れる排ガスの総量の９０％以上（さらには９５％～９８％、特には９７±１％）がウォールフロー部２０Ａに流れるように設定されていることが好ましい。このような排ガスの流量比の範囲内であると、上述した効果がより高いレベルで発揮され得る。
　また、例えば平均流速１５～３０ｍ３／ｍｉｎの条件において、外周領域Ｂを通過する排ガスの総量を１００％としたときに、外周領域Ｂのストレートフロー部３０Ｂを通過する排ガスの量が１％～１５％（さらには３％～１０％、特には５±１％）となるように設定されていることが好ましい。換言すれば、ＰＭが堆積する前の状態において、外周領域Ｂを流れる排ガスの総量の８５％～９９％（さらには９０％～９７％、特には９５±１％）がウォールフロー部２０Ｂに流れるように設定されていることが好ましい。このような排ガスの流量比の範囲内であると、ＰＭの捕集効率を低下させることなく、圧損の上昇を抑えることができる。
　図７および図８に示した実施形態では、中央領域Ａに含まれる入側セル２２Ａおよび出側セル２４Ａの断面積Ｓ５は、３．２ｍｍ２とした。中央領域Ａに含まれる入側セル２２Ａおよび出側セル２４Ａの断面積Ｓ５は、これに限定されない。例えば、中央領域Ａに含まれる入側セル２２Ａおよび出側セル２４Ａの断面積Ｓ５は、凡そ９ｍｍ２以下（例えば３ｍｍ２以上９ｍｍ２以下）に設定され得る。
　また、上述した実施形態では、外周領域Ｂに含まれる入側セル２２Ｂおよび出側セル２４Ｂの断面積Ｓ６は、２．７ｍｍ２とした。外周領域Ｂに含まれる入側セル２２Ｂおよび出側セル２４Ｂの断面積Ｓ６は、これに限定されない。例えば、外周領域Ｂに含まれる入側セル２２Ｂおよび出側セル２４Ｂの断面積Ｓ６は、凡そ８．６ｍｍ２以下（例えば２．８ｍｍ２以上８．６ｍｍ２以下）に設定され得る。
　また、上述した実施形態では、中央領域Ａに含まれる貫通セル３２Ａの断面積Ｓ３は、０．２５ｍｍ２とした。中央領域Ａに含まれる貫通セル３２Ａの断面積Ｓ３は、これに限定されない。例えば、中央領域Ａに含まれる貫通セル３２Ａの断面積Ｓ３は、凡そ１．５ｍｍ２以下（例えば０．１ｍｍ２以上１．５ｍｍ２以下）に設定され得る。
　また、上述した実施形態では、外周領域Ｂに含まれる貫通セル３２Ｂの断面積Ｓ４は、０．３ｍｍ２とした。外周領域Ｂに含まれる貫通セル３２Ｂの断面積Ｓ４は、中央領域Ａに含まれる貫通セル３２Ａの断面積Ｓ３よりも大きければよく、これに限定されない。例えば、外周領域Ｂに含まれる貫通セル３２Ｂの断面積Ｓ４は、凡そ１．８ｍｍ２以下（例えば０．１１ｍｍ２以上１．８ｍｍ２以下）に設定され得る。
　このような各セル２２Ａ、２４Ａ、２２Ｂ、２４Ｂ、３２Ａ、３２Ｂの断面積Ｓ３～Ｓ６の範囲内であると、上述した効果がより良く発揮され得る。
　本発明者は、かかる排ガス浄化装置について、図６～図８に示すように中央領域Ａの貫通セル３２Ａに比べて外周領域Ｂの貫通セル３２Ｂの断面積を大きくしたフィルタ（実施例２）と、両領域の貫通セル３２Ａ、３２Ｂを同じ大きさにしたフィルタ（実施例３）とを用意して、それぞれ同じ条件で排ガスを流し、ＰＭ堆積時間（Ｈｒ）と圧損（ｋＰａ）を測定した。具体的には、各例の排ガス浄化装置をガソリンエンジンの排気系に取り付け、定常運転を行い、排ガスを流通させた。フィルタの前後には圧力センサを取り付けた。そして、フィルタにＰＭを堆積させつつ、圧損を測定した。ここでは二つの圧力センサの測定値の差を圧損とした。結果を図９に示す。図９に示すように、中央領域Ａの貫通セル３２Ａに比べて外周領域Ｂの貫通セル３２Ｂの断面積を大きくしたフィルタを用いた排ガス浄化装置（実施例２）は、両領域の貫通セル３２Ａ、３２Ｂを同じ大きさにしたフィルタを用いた排ガス浄化装置（実施例３）に比べて、ＰＭ堆積後の圧損がさらに低くなっていた。この結果から、中央領域Ａの貫通セル３２Ａに比べて外周領域Ｂの貫通セル３２Ｂの断面積を大きくすることにより、ＰＭ堆積後の圧損の上昇がより良く抑えられることが確認された。
　なお、図６、図７および図８に示した例では、外周領域Ｂに含まれる貫通セル３２Ｂの断面積が、中央領域Ａに含まれる貫通セル３２Ａの断面積よりも一様に大きい。フィルタに形成される貫通セル３２Ａ、３２Ｂの断面積は、かかる形態に限定されない。例えば、図１０に示すフィルタ３００のように、断面の中心点Ｃから外縁Ｄに向けて徐々に（段階的に）断面積の大きい貫通セルが形成されていてもよい。
　図１０に示す例では、中央領域Ａは、フィルタ３００の断面の中心点Ｃから半径Ｒの１／２Ｒまでの領域として規定されている。また、外周領域Ｂは、フィルタ３００の断面の外縁Ｄから半径Ｒの１／５Ｒまでの領域として規定されている。そして、外周領域Ｂと中央領域Ａとを除く領域が中間領域Ｅとして規定されている。この場合、中央領域Ａでは最も断面積が小さい貫通セルが形成されているとよい。また、中間領域Ｅでは中央領域Ａに形成された貫通セルよりも断面積が大きい貫通セルが形成されているとよい。さらに、外周領域Ｂでは最も断面積が大きい貫通セルが形成されているとよい。このように、図１０に示すフィルタ３００では、断面の中心点Ｃから外縁Ｄに向けて段階的に断面積が大きい貫通セルが形成されている。
　かかるフィルタ３００を用いた場合、フィルタ３００内で、フィルタ３００の断面の中心点Ｃから外縁Ｄに向かうにつれて、貫通セル（ストレートフロー部）を通過する排ガスの量をよりきめ細かく設定することができる。これにより、圧損の上昇をより確実に抑えることができる。また、この場合でも、中央領域Ａ、中間領域Ｅおよび外周領域Ｂの貫通セルの断面積の大きさを適切に設定することによって、ＰＭの捕集効率を損なくことなく、圧損の上昇を抑えることができる。
　なお、図１０に示すフィルタ３００では、フィルタ３００の断面の中心点Ｃから外縁Ｄに向けて貫通セルを３段階の断面積の大きさに分けているが、かかる形態に限定されない。例えば、フィルタの断面の中心点Ｃから外縁Ｄにかけて複数列の貫通セルが形成されている場合、複数列の貫通セルを断面の中心点Ｃから外縁Ｄに向けて列毎に徐々に断面積を大きくしてもよい。
　また、他の形態として、フィルタの中央領域Ａおよび中間領域Ｅの貫通セル（ストレートフロー部）は省略しても構わない。つまり、フィルタの外周領域Ｂにのみ、目封止されていない貫通セル（ストレートフロー部）を設けることができる。この場合でも、外周領域Ｂの貫通セルの断面積の大きさを適切に設定することによって、ＰＭの捕集効率を損なくことなく、圧損の上昇を抑えることができる。
　以上、排ガス浄化装置１、特にパティキュレートフィルタについて種々の改変例を例示したが、排ガス浄化装置１およびパティキュレートフィルタの構造は、上述した何れの実施形態にも限定されない。また、排ガス浄化装置１の各部材、部位の形状や構造についても変更してもよい。この排ガス浄化装置１は、例えば、ガソリンエンジンなど、排気温度が比較的高い排ガスに含まれるＰＭを捕集する装置として特に好適である。ただし、本発明に係る排ガス浄化装置１は、ガソリンエンジンの排ガス中のＰＭを捕集する用途に限らず、他のエンジン（例えばディーゼルエンジン）から排出された排ガス中のＰＭを捕集する種々の用途にて用いることができる。
　本発明によれば、フィルタの圧損の上昇を抑制し得る排ガス浄化装置を提供することができる。

Claims (11)

  1. 　内燃機関の排気通路に配置され、該内燃機関から排出される排ガス中の粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタが設けられた排ガス浄化装置であって、
    前記パティキュレートフィルタは、
    　排ガス流入側の端部のみが開口した入側セルと、該入側セルに隣接し排ガス流出側の端部のみが開口した出側セルと、前記入側セルと前記出側セルとを仕切る多孔質の隔壁とを備えたウォールフロー部と、
    　排ガス流入側の端部および排ガス流出側の端部の双方が開口し、前記フィルタを軸方向に沿って貫通する貫通セルを備えたストレートフロー部と
    を備え、
    　ここで前記フィルタの軸方向に直交する断面において、該断面の外周領域に含まれる貫通セルの断面積は、該断面の中央領域に含まれる貫通セルの断面積よりも大きい、排ガス浄化装置。
  2. 　前記フィルタを通過する排ガスの総量を１００％としたときに、
    　前記ストレートフロー部を通過する排ガスの量が０．１％～１０％となるように設定されている、請求項１に記載の排ガス浄化装置。
  3. 　前記ウォールフロー部は、複数の前記入側セルと複数の前記出側セルとが格子状に交互に配置されており、
    　前記貫通セルは、前記格子の対角線方向に沿った一の入側セルとそれに隣接する一の入側セルとの間および一の出側セルとそれに隣接する一の出側セルとの間に配置されている、請求項１または２に記載の排ガス浄化装置。
  4. 　前記貫通セルは、前記フィルタの軸方向に直交する断面が四角形であり、
    　前記入側セルおよび前記出側セルは、前記フィルタの軸方向に直交する断面が八角形である、請求項１～３の何れか一つに記載の排ガス浄化装置。
  5. 　前記フィルタの軸方向に直交する断面は略円形であり、該断面における半径をＲとしたときに、
    　前記中央領域は、前記断面の中心点から前記半径Ｒの少なくとも１／２Ｒまでの領域として規定され、
    　前記外周領域は、前記断面の外縁から前記半径Ｒの少なくとも１／５Ｒまでの領域として規定される、請求項１～４に記載の排ガス浄化装置。
  6. 　前記中央領域を通過する排ガスの総量を１００％としたときに、
    　前記中央領域のストレートフロー部を通過する排ガスの量が１０％以下となるように設定されている、請求項１～５に記載の排ガス浄化装置。
  7. 　前記外周領域を通過する排ガスの総量を１００％としたときに、
    　前記外周領域のストレートフロー部を通過する排ガスの量が１％～１５％となるように設定されている、請求項１～６の何れか一つに記載の排ガス浄化装置。
  8. 　前記外周領域に含まれる各貫通セルの断面積は略同じであり、かつ、前記中央領域に含まれる貫通セルの断面積よりも一様に大きい、請求項１～７の何れか一つに記載の排ガス浄化装置。
  9. 　前記フィルタは、前記断面の中心点から外縁に向けて断面積が徐々に大きい貫通セルが形成されている、請求項１～８の何れか一つに記載の排ガス浄化装置。
  10. 　前記内燃機関は、ガソリンエンジンである、請求項１～９の何れか一つに記載の排ガス浄化装置。
  11. 　内燃機関の排気通路に配置され、該内燃機関から排出される排ガス中の粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタであって、
    　排ガス流入側の端部のみが開口した入側セルと、該入側セルに隣接し排ガス流出側の端部のみが開口した出側セルと、前記入側セルと前記出側セルとを仕切る多孔質の隔壁とを備えたウォールフロー部と、
    　排ガス流入側の端部および排ガス流出側の端部の双方が開口し、前記フィルタを軸方向に沿って貫通する貫通セルを備えたストレートフロー部と
    を備え、
    　ここで前記フィルタの軸方向に直交する断面において、該断面の外周領域に含まれる貫通セルの断面積は、該断面の中央領域に含まれる貫通セルの断面積よりも大きい、パティキュレートフィルタ。
     
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