JP2003214141A - Particulate filter for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は内燃機関のパティキ
ュレートフィルタに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a particulate filter for an internal combustion engine.
【０００２】[0002]
【従来の技術】内燃機関から排出される微粒子を捕集す
るためのパティキュレートフィルタ（以下、単にフィル
タと称す）が実公昭６２−１０４２２号公報に開示され
ている。フィルタとしては、主に、モノリスタイプフィ
ルタとウォールフロータイプフィルタとが知られてい
る。これらフィルタは、ハニカム構造体をベースとして
作製される点では共通しているが、以下で説明するよう
に、その中での排気ガスの流れ方の点で異なる。2. Description of the Related Art A particulate filter (hereinafter, simply referred to as a filter) for collecting fine particles discharged from an internal combustion engine is disclosed in Japanese Utility Model Publication No. 62-10422. As the filter, a monolith type filter and a wall flow type filter are mainly known. These filters are common in that they are manufactured based on a honeycomb structure, but differ in the way exhaust gas flows therein, as will be described below.
【０００３】モノリスタイプフィルタは、それが有する
複数の排気流通路の両端の開口が全く塞がれていないタ
イプのフィルタである。すなわち、このタイプのフィル
タでは、各排気流通路に流入した排気ガスは、これら排
気流通路を画成する隔壁を通って他の排気流通路に流入
せずに、流入した排気流通路からそのまま流出する。こ
のタイプのフィルタには、フィルタに起因する排気ガス
の圧力損失（以下、単にフィルタの圧損と称す）が低い
という利点がある。しかしながら、その一方で、その微
粒子捕集率が比較的低いという不具合もある。A monolith type filter is a type of filter in which openings at both ends of a plurality of exhaust flow passages included therein are not completely closed. That is, in this type of filter, the exhaust gas that has flowed into each exhaust flow passage does not flow into the other exhaust flow passages through the partition walls that define these exhaust flow passages, but directly flows out from the inflowing exhaust flow passages. To do. This type of filter has an advantage that the pressure loss of exhaust gas due to the filter (hereinafter, simply referred to as the pressure loss of the filter) is low. However, on the other hand, there is also a problem that the particulate collection rate is relatively low.
【０００４】一方、ウォールフロータイプフィルタは、
それが有する複数の排気流通路のうち半数の排気流通路
では、その下流端の開口が栓によって塞がれており、且
つ、残りの半数の排気流通路では、その上流端の開口が
栓によって塞がれているタイプのフィルタである。そし
て、このタイプのフィルタでは、各排気流通路に流入し
た排気ガスは、必ず、これら排気流通路を画成する多孔
質の隔壁を通って隣接する排気流通路に流れ込み、その
後、フィルタから流出する。このタイプのフィルタに
は、微粒子捕集率が高いという利点がある。しかしなが
ら、その一方で、その圧損が比較的高いという不具合も
ある。On the other hand, the wall flow type filter is
In half of the exhaust flow passages it has, the opening at the downstream end is blocked by a plug, and in the remaining half of the exhaust flow passage, the opening at the upstream end is closed by a plug. It is a blocked type filter. In this type of filter, the exhaust gas that has flowed into each exhaust flow passage always flows through the porous partition wall that defines these exhaust flow passages into the adjacent exhaust flow passage, and then flows out from the filter. . This type of filter has the advantage of having a high particulate collection rate. However, on the other hand, there is also a problem that the pressure loss is relatively high.
【０００５】このように、モノリスタイプのフィルタで
は、圧損は低いが微粒子捕集率が低く、ウォールフロー
タイプのフィルタでは、微粒子捕集率は高いが圧損が高
い。一般的に、フィルタに要求される性能としては、圧
損が低くて微粒子捕集率が高いという性能である。こう
した要求に応えるために、上記公報に記載のフィルタで
は、その排気流通路を塞いでいる栓に貫通孔を設けてい
る。すなわち、このように貫通孔を設けることによっ
て、一部の排気ガスが隔壁を通らずにこの貫通孔を介し
てフィルタから流出することができるので、フィルタの
圧損が低くなる。一方、全ての排気ガスが貫通孔を介し
てフィルタから流出してしまうわけではないので、残り
の排気ガスは隔壁を通った後にフィルタから流出するの
で、フィルタの微粒子捕集率は比較的高い。As described above, the monolith type filter has a low pressure loss but a low particulate collection rate, and the wall flow type filter has a high particulate collection rate but a high pressure loss. Generally, the performance required for a filter is that the pressure loss is low and the particulate collection rate is high. In order to meet such a demand, in the filter described in the above publication, a through hole is provided in the plug that blocks the exhaust flow passage. That is, by providing the through hole in this way, a part of the exhaust gas can flow out of the filter through the through hole without passing through the partition wall, so that the pressure loss of the filter is reduced. On the other hand, not all the exhaust gas flows out of the filter through the through hole, and the remaining exhaust gas flows out of the filter after passing through the partition wall, so that the particulate collection rate of the filter is relatively high.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】上記公報に記載のフィ
ルタでは、栓に設けられた貫通孔に微粒子が詰まりやす
い。貫通孔に微粒子が詰まってしまうと、フィルタの圧
損が一気に高くなってしまう。そこで、本発明の目的
は、微粒子捕集率が高く且つ圧損が常に低く維持される
パティキュレートフィルタを提供することにある。In the filter described in the above publication, fine particles are easily clogged in the through holes provided in the stopper. If the through holes are clogged with fine particles, the pressure loss of the filter will suddenly increase. Therefore, an object of the present invention is to provide a particulate filter having a high particulate collection rate and a low pressure loss.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、１番目の発明では、内燃機関から排出される微粒子
を捕集するためのパティキュレートフィルタにおいて、
多孔質材料からなる隔壁によって排気ガスを流すための
排気流通路が画成されており、該排気流通路の端部の開
口が貫通孔を有する酸化触媒によって塞がれており、該
酸化触媒が微粒子を酸化除去することができる。これに
よれば、酸化触媒周囲に捕集された微粒子は酸化触媒に
よって酸化除去される。In order to solve the above-mentioned problems, in the first invention, in a particulate filter for collecting fine particles discharged from an internal combustion engine,
An exhaust flow passage for flowing exhaust gas is defined by a partition wall made of a porous material, and an opening at an end portion of the exhaust flow passage is closed by an oxidation catalyst having a through hole. The fine particles can be removed by oxidation. According to this, the fine particles collected around the oxidation catalyst are oxidized and removed by the oxidation catalyst.
【０００８】２番目の発明では、１番目の発明のパティ
キュレートフィルタを具備する排気浄化装置において、
パティキュレートフィルタに起因する排気ガスの圧力損
失が予め定められた値よりも大きくなったときに、パテ
ィキュレートフィルタの温度を上昇させる昇温処理を実
行するようにした。According to a second aspect of the invention, in an exhaust gas purification device equipped with the particulate filter of the first aspect,
When the pressure loss of the exhaust gas due to the particulate filter becomes larger than a predetermined value, the temperature raising process for raising the temperature of the particulate filter is executed.
【０００９】[0009]
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明を説
明する。図１は、本発明のパティキュレートフィルタを
備えた排気浄化装置が取り付けられている内燃機関を示
している。図１において、１は機関本体、２は吸気管、
３は排気管を示している。パティキュレートフィルタ
（以下、単にフィルタと称す）４は排気管３内に配置さ
れる。なお、以下の説明では、圧縮着火式の内燃機関に
ついて説明するが、本発明は、火花点火式の内燃機関に
も適用可能である。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows an internal combustion engine to which an exhaust gas purification device having a particulate filter of the present invention is attached. In FIG. 1, 1 is an engine body, 2 is an intake pipe,
Reference numeral 3 indicates an exhaust pipe. A particulate filter (hereinafter, simply referred to as a filter) 4 is arranged in the exhaust pipe 3. In the following description, a compression ignition type internal combustion engine will be described, but the present invention is also applicable to a spark ignition type internal combustion engine.
【００１０】図２は第１実施形態のフィルタ４を示して
おり、図２（Ａ）はフィルタ４の端面図であり、図２
（Ｂ）はフィルタ４の縦断面図である。図２を参照する
と、フィルタ４はハニカム構造をなす隔壁５によって構
成される。隔壁５は、例えば、コージェライトのような
多孔質材料から形成される。隔壁５によって複数の排気
流通路６，７が画成される。FIG. 2 shows the filter 4 of the first embodiment, and FIG. 2A is an end view of the filter 4.
FIG. 3B is a vertical sectional view of the filter 4. Referring to FIG. 2, the filter 4 is composed of partition walls 5 having a honeycomb structure. The partition wall 5 is formed of, for example, a porous material such as cordierite. The partition wall 5 defines a plurality of exhaust flow passages 6, 7.
【００１１】これら排気流通路６，７のうちの半数の排
気流通路６においては、その下流端の開口８が貫通孔１
０を有する環状の酸化触媒９によって部分的に塞がれて
いる。以下、これら排気流通路６を排気ガス流入通路と
称す。一方、残りの半数の排気流通路７においては、そ
の上流端の開口１１が栓１２によって完全に塞がれてい
る。以下、これら排気流通路７を排気ガス流出通路と称
す。第１実施形態のフィルタ４では、排気ガス流入通路
６と排気ガス流出通路７とは交互に配置されている。In half of the exhaust flow passages 6 and 7, the openings 8 at the downstream ends of the exhaust flow passages 6 have through holes 1.
It is partially blocked by an annular oxidation catalyst 9 having zero. Hereinafter, these exhaust flow passages 6 will be referred to as exhaust gas inflow passages. On the other hand, in the remaining half of the exhaust flow passages 7, the opening 11 at the upstream end thereof is completely closed by the plug 12. Hereinafter, these exhaust flow passages 7 are referred to as exhaust gas outflow passages. In the filter 4 of the first embodiment, the exhaust gas inflow passages 6 and the exhaust gas outflow passages 7 are arranged alternately.
【００１２】排気ガスは、上流端の開口１１から排気ガ
ス流入通路６内に流入する。ここで排気ガス流入通路６
内の圧力は排気ガス流出通路７内の圧力よりも高い。し
たがって、排気ガス流入通路６内の排気ガスの一部は、
図２（Ｂ）において矢印で示したように、隔壁５の細孔
を通って排気ガス流出通路７へと流れ込む。また、排気
ガス流入通路６内の残りの排気ガスは、酸化触媒９の貫
通孔１０を介してフィルタ４から流出する。The exhaust gas flows into the exhaust gas inflow passage 6 through the opening 11 at the upstream end. Exhaust gas inflow passage 6
The pressure inside is higher than the pressure inside the exhaust gas outflow passage 7. Therefore, a part of the exhaust gas in the exhaust gas inflow passage 6 is
As shown by the arrow in FIG. 2B, the gas flows into the exhaust gas outflow passage 7 through the pores of the partition wall 5. The remaining exhaust gas in the exhaust gas inflow passage 6 flows out of the filter 4 through the through hole 10 of the oxidation catalyst 9.
【００１３】本実施形態では、排気ガス流入通路６の下
流端の開口８は完全には塞がれておらず、そこには貫通
孔１０が存在するので、フィルタ４に起因する排気ガス
の圧力損失（以下、単にフィルタの圧損と称す）は小さ
い。しかも、排気ガス流入通路６の下流端の開口８は完
全には開放されてはおらず、排気ガス流入通路６内と排
気ガス流出通路７内の間には圧力差があることから多く
の排気ガスは隔壁５を通ることとなる。このためフィル
タ４の微粒子捕集率は高い。なお、フィルタ４の圧損値
および微粒子捕集率は、酸化触媒９の厚み（隔壁５の壁
面から貫通孔１０を画成する酸化触媒９の壁面までの長
さ）を変えること、すなわち、貫通孔１０の径を変える
ことによって調整可能である。云い換えれば、酸化触媒
９の厚みは、所望とする圧損値および微粒子捕集率に応
じて変わる。In this embodiment, since the opening 8 at the downstream end of the exhaust gas inflow passage 6 is not completely closed and the through hole 10 exists therein, the pressure of the exhaust gas caused by the filter 4 is reduced. The loss (hereinafter simply referred to as the pressure loss of the filter) is small. Moreover, since the opening 8 at the downstream end of the exhaust gas inflow passage 6 is not completely opened, and there is a pressure difference between the inside of the exhaust gas inflow passage 6 and the inside of the exhaust gas outflow passage 7, a large amount of exhaust gas is discharged. Will pass through the partition wall 5. Therefore, the particulate collection rate of the filter 4 is high. The pressure loss value and the particulate collection rate of the filter 4 are changed by changing the thickness of the oxidation catalyst 9 (the length from the wall surface of the partition wall 5 to the wall surface of the oxidation catalyst 9 defining the through hole 10), that is, the through hole. It can be adjusted by changing the diameter of 10. In other words, the thickness of the oxidation catalyst 9 changes depending on the desired pressure loss value and the desired particulate collection rate.
【００１４】ところで、排気ガス中の微粒子は、排気ガ
スがフィルタ４内を通過するときに、隔壁５の壁面上、
および、隔壁５の細孔内に捕集される。したがって、酸
化触媒９周りに微粒子が堆積することとなる。ここで酸
化触媒９周りに堆積している微粒子の量が多くなると、
貫通孔１０が微粒子によって詰まってしまい、フィルタ
４の圧損が大きくなってしまう。By the way, when the exhaust gas passes through the inside of the filter 4, the fine particles in the exhaust gas, on the wall surface of the partition wall 5,
And, they are collected in the pores of the partition wall 5. Therefore, fine particles are deposited around the oxidation catalyst 9. Here, if the amount of fine particles accumulated around the oxidation catalyst 9 increases,
The through holes 10 are clogged with fine particles, and the pressure loss of the filter 4 becomes large.
【００１５】しかしながら、本実施形態では、酸化触媒
９には微粒子を酸化除去する能力があるので、酸化触媒
９周りに微粒子が堆積したとしても、これら微粒子は酸
化触媒９によって酸化除去されてしまうので、貫通孔１
０が微粒子によって詰まることはない。したがって、貫
通孔１０を比較的小さい孔として形成したとしても、貫
通孔１０が微粒子によって詰まることはなく、フィルタ
４の圧損は常に低いレベルに維持される。However, in this embodiment, since the oxidation catalyst 9 has the ability to oxidize and remove the fine particles, even if the fine particles are deposited around the oxidation catalyst 9, the fine particles are oxidized and removed by the oxidation catalyst 9. , Through hole 1
0 is not blocked by fine particles. Therefore, even if the through hole 10 is formed as a relatively small hole, the through hole 10 is not clogged with the fine particles, and the pressure loss of the filter 4 is always maintained at a low level.
【００１６】なお、本実施形態では、図１に示したよう
に、フィルタ４の圧損値を算出するためにフィルタ４の
上流側と下流側とに圧力センサ１３，１４が配置されて
いる。これら圧力センサ１３，１４によってフィルタ４
の圧損値が許容値よりも大きくなったことが検出された
ときには、内燃機関の運転を制御して排出される排気ガ
スの温度を上昇させ、斯くして、フィルタ４の温度を上
昇させる昇温処理を実行し、フィルタ４内に捕集されて
いる微粒子を燃焼除去する。In this embodiment, as shown in FIG. 1, pressure sensors 13 and 14 are arranged on the upstream side and the downstream side of the filter 4 in order to calculate the pressure loss value of the filter 4. The filter 4 is constructed by these pressure sensors 13 and 14.
When it is detected that the pressure loss value of the exhaust gas becomes larger than the allowable value, the operation of the internal combustion engine is controlled to increase the temperature of the exhaust gas discharged, and thus the temperature increase of the temperature of the filter 4 is increased. The processing is executed to burn and remove the particulates collected in the filter 4.
【００１７】本実施形態では、内燃機関から排出される
排気ガスの温度を上昇させるためには、例えば、１回の
機関サイクルにおいて内燃機関の駆動用に燃料が噴射さ
れた後にそれとは別個に膨張行程において排気ガス温度
の上昇用に少量の燃料を噴射する方法や、１回の機関サ
イクルにおいて内燃機関の駆動用に燃料を噴射するタイ
ミングを通常の噴射タイミングよりも遅らせる方法など
が採用される。In the present embodiment, in order to raise the temperature of the exhaust gas discharged from the internal combustion engine, for example, after fuel is injected to drive the internal combustion engine in one engine cycle, it is expanded separately from it. A method of injecting a small amount of fuel to raise the exhaust gas temperature in a stroke, a method of delaying the timing of injecting fuel to drive an internal combustion engine in one engine cycle from a normal injection timing, or the like is adopted.
【００１８】図３に第２実施形態のフィルタ４を示し
た。本実施形態では、排気ガス流入通路６においては、
その下流端の開口８が栓１２によって完全に塞がれてい
る。一方、排気ガス流出通路７においては、その上流端
の開口１１が貫通孔１０を有する環状の酸化触媒９によ
って部分的に塞がれている。FIG. 3 shows the filter 4 of the second embodiment. In the present embodiment, in the exhaust gas inflow passage 6,
The opening 8 at the downstream end is completely closed by the plug 12. On the other hand, in the exhaust gas outflow passage 7, the opening 11 at the upstream end thereof is partially blocked by the annular oxidation catalyst 9 having the through hole 10.
【００１９】本実施形態によれば、フィルタ４に到来す
る排気ガスの一部は貫通孔１０を介して排気ガス流出通
路７に流入することができる。したがって、フィルタ４
の圧損は低い。一方、残りの排気ガスは、排気ガス流入
通路６の上流端の開口１１に流入し、隔壁５を通って排
気ガス流出通路７に流れ込む。このように排気ガス流入
通路６に流入した排気ガスが、必ず隔壁５を通るので、
フィルタ４の微粒子捕集率は高い。According to this embodiment, part of the exhaust gas that reaches the filter 4 can flow into the exhaust gas outflow passage 7 through the through hole 10. Therefore, filter 4
Has low pressure loss. On the other hand, the remaining exhaust gas flows into the opening 11 at the upstream end of the exhaust gas inflow passage 6, passes through the partition wall 5, and flows into the exhaust gas outflow passage 7. In this way, the exhaust gas flowing into the exhaust gas inflow passage 6 always passes through the partition wall 5,
The particulate collection rate of the filter 4 is high.
【００２０】ところで、酸化触媒９周りには微粒子が堆
積しやすく、このように堆積した微粒子によって貫通孔
１０が詰まってしまうと、フィルタ４の圧損が高くなっ
てしまう。しかしながら、本実施形態では、酸化触媒９
周りに堆積した微粒子は、酸化触媒９によって酸化除去
されてしまうので、フィルタ４の圧損が常に低いレベル
に維持される。By the way, fine particles tend to be deposited around the oxidation catalyst 9, and if the through holes 10 are clogged by the fine particles thus deposited, the pressure loss of the filter 4 becomes high. However, in the present embodiment, the oxidation catalyst 9
Since the fine particles accumulated around are oxidized and removed by the oxidation catalyst 9, the pressure loss of the filter 4 is always maintained at a low level.
【００２１】図４に第３実施形態のフィルタ４を示し
た。本実施形態では、排気ガス流入通路６の下流端の開
口８が貫通孔１０を有する環状の酸化触媒９によって部
分的に塞がれ、排気ガス流出通路７の上流端の開口１１
も貫通孔１０を有する酸化触媒９によって部分的に塞が
れている。このフィルタ４においても、第１実施形態に
関連して説明した理由から、圧損が低く且つ微粒子捕集
率が高く、さらに、圧損が常に低いレベルに維持され
る。FIG. 4 shows the filter 4 of the third embodiment. In the present embodiment, the opening 8 at the downstream end of the exhaust gas inflow passage 6 is partially blocked by the annular oxidation catalyst 9 having the through hole 10, and the opening 11 at the upstream end of the exhaust gas outflow passage 7 is formed.
Is also partially blocked by the oxidation catalyst 9 having the through holes 10. Also in the filter 4, the pressure loss is low, the particulate collection rate is high, and the pressure loss is always maintained at a low level for the reason described in connection with the first embodiment.
【００２２】なお、図示していないが、排気ガス流入通
路６の下流端の開口８が貫通孔１０を有する環状の酸化
触媒９によって部分的に塞がれているが、排気ガス流出
通路７の上流端の開口１１が全く塞がれておらずに完全
に開放されている構成、或いは、逆に、排気ガス流入通
路６の下流端の開口８が全く塞がれておらずに完全に開
放されているが、排気ガス流出通路７の上流端の開口１
１が貫通孔１０を有する酸化触媒９によって部分的に塞
がれている構成も本発明の範囲内にある。Although not shown, the opening 8 at the downstream end of the exhaust gas inflow passage 6 is partially closed by an annular oxidation catalyst 9 having a through hole 10. A structure in which the opening 11 at the upstream end is not completely closed and is completely opened, or conversely, the opening 8 at the downstream end of the exhaust gas inflow passage 6 is not completely closed and is completely opened. However, the opening 1 at the upstream end of the exhaust gas outflow passage 7
A configuration in which 1 is partially blocked by an oxidation catalyst 9 having a through hole 10 is also within the scope of the present invention.
【００２３】図５に第４実施形態のフィルタ４を示し
た。本実施形態では、排気ガス流入通路６の下流端の開
口８が貫通孔１０を有する環状の酸化触媒９によって部
分的に塞がれている。一方、排気ガス流出通路７の上流
端の開口１１はテーパ壁１５によって完全に塞がれてい
る。テーパ壁１５は隔壁５を曲げ加工によって変形する
ことによって形成される。すなわち、排気ガス流出通路
７の上流端の開口１１近傍を画成する隔壁５を互いに近
づくように寄せ集め、隔壁５の上流端同士を互いに接続
することによって、テーパ壁１５が形成される。FIG. 5 shows the filter 4 of the fourth embodiment. In the present embodiment, the opening 8 at the downstream end of the exhaust gas inflow passage 6 is partially blocked by the annular oxidation catalyst 9 having the through hole 10. On the other hand, the opening 11 at the upstream end of the exhaust gas outflow passage 7 is completely closed by the tapered wall 15. The tapered wall 15 is formed by deforming the partition wall 5 by bending. That is, the tapered walls 15 are formed by gathering the partition walls 5 that define the vicinity of the opening 11 at the upstream end of the exhaust gas outflow passage 7 so as to approach each other and connecting the upstream ends of the partition walls 5 to each other.
【００２４】このように排気ガス流出通路７の上流端の
開口１１をテーパ壁１５によって塞ぐと、結果的には、
排気ガス流入通路６の上流端の開口１１の流路面積が大
きくなるだけでなく、この上流端の開口１１は傾斜した
テーパ壁１５の壁面によって画成されているので、排気
ガス流入通路６はその上流端の開口１１近傍において徐
々にその流路面積が小さくなる。上流端の開口１１がこ
のような形状となっていると、排気ガスが排気ガス流入
通路６にスムーズに流入するので、フィルタ４の圧損は
低くなる。When the opening 11 at the upstream end of the exhaust gas outflow passage 7 is closed by the tapered wall 15 in this way, as a result,
Not only is the flow passage area of the opening 11 at the upstream end of the exhaust gas inflow passage 6 increased, but since the opening 11 at the upstream end is defined by the wall surface of the inclined tapered wall 15, the exhaust gas inflow passage 6 is The flow passage area gradually decreases in the vicinity of the opening 11 at the upstream end. When the opening 11 at the upstream end has such a shape, the exhaust gas smoothly flows into the exhaust gas inflow passage 6, so that the pressure loss of the filter 4 becomes low.
【００２５】もちろん、上述した実施形態に関連して説
明した理由から、本実施形態においても、フィルタ４の
圧損は低く且つ微粒子捕集率が高く、さらに、フィルタ
４の圧損は常に低いレベルに維持される。Of course, for the reason explained in connection with the above-mentioned embodiment, also in this embodiment, the pressure loss of the filter 4 is low and the particulate collection rate is high, and the pressure loss of the filter 4 is always maintained at a low level. To be done.
【００２６】なお、上述した実施形態のフィルタ４で
は、隔壁５の両壁面上、および、隔壁５の細孔を画成す
る壁面上に全面に亘って、例えば、アルミナからなる担
体層が形成され、この担体層上に、貴金属触媒と、活性
酸素生成剤とが担持されている。In the filter 4 of the above-described embodiment, a carrier layer made of, for example, alumina is formed on both wall surfaces of the partition wall 5 and on the wall surface defining the pores of the partition wall 5 over the entire surface. A noble metal catalyst and an active oxygen generator are supported on this carrier layer.
【００２７】貴金属触媒としては、白金Ｐｔが用いられ
る。一方、活性酸素生成剤としては、カリウムＫ、ナト
リウムＮａ、リチウムＬｉ、セシウムＣｓ、ルビジウム
Ｒｂのようなアルカリ金属、バリウムＢａ、カルシウム
Ｃａ、ストロンチウムＳｒのようなアルカリ土類金属、
ランタンＬａ、イットリウムＹ、セリウムＣｅのような
希土類、鉄Ｆｅのような遷移金属、およびスズＳｎのよ
うな炭素族元素から選ばれた少なくとも一つが用いられ
る。Platinum Pt is used as the noble metal catalyst. On the other hand, as the active oxygen generator, alkali metals such as potassium K, sodium Na, lithium Li, cesium Cs and rubidium Rb, alkaline earth metals such as barium Ba, calcium Ca and strontium Sr,
At least one selected from lanthanum La, rare earths such as yttrium Y and cerium Ce, transition metals such as iron Fe, and carbon group elements such as tin Sn is used.
【００２８】活性酸素生成剤は、周囲に過剰な酸素が存
在すると酸素を吸収によって保持し且つ周囲の酸素濃度
が低下すると保持している酸素を活性酸素の形で解放す
ることによって活性酸素を生成する。次に、活性酸素生
成剤の活性酸素生成作用について、担体上に白金Ｐｔお
よびカリウムＫを担持させた場合を例にとって説明する
が、他の貴金属、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希
土類、遷移金属を用いても同様な活性酸素生成作用が行
われる。The active oxygen generator generates active oxygen by retaining oxygen by absorption when excess oxygen exists in the surroundings and by releasing the retained oxygen in the form of active oxygen when the ambient oxygen concentration decreases. To do. Next, the active oxygen generating action of the active oxygen generating agent will be described by taking as an example the case where platinum Pt and potassium K are supported on a carrier, but other noble metals, alkali metals, alkaline earth metals, rare earths, transition metals The same action of generating active oxygen can be achieved by using.
【００２９】吸気通路２および内燃機関の燃焼室内に供
給された空気と燃料との比を排気ガスの空燃比と称する
と、圧縮着火式内燃機関から排出される排気ガスの空燃
比はリーンである。したがって、フィルタ４に流入する
排気ガスは多量の過剰空気を含んでいる。また、圧縮着
火式内燃機関の燃焼室内ではＮＯが発生する。したがっ
て、排気ガス中にはＮＯが含まれている。このため過剰
酸素、および、ＮＯを含んだ排気ガスがフィルタ４の排
気ガス流入通路６内に流入することになる。When the ratio of air to fuel supplied into the intake passage 2 and the combustion chamber of the internal combustion engine is called the air-fuel ratio of exhaust gas, the air-fuel ratio of exhaust gas discharged from the compression ignition type internal combustion engine is lean. . Therefore, the exhaust gas flowing into the filter 4 contains a large amount of excess air. Further, NO is generated in the combustion chamber of the compression ignition type internal combustion engine. Therefore, NO is contained in the exhaust gas. Therefore, the exhaust gas containing excess oxygen and NO flows into the exhaust gas inflow passage 6 of the filter 4.
【００３０】図６（Ａ）および（Ｂ）は、隔壁５上に形
成された担体層の表面の拡大図を模式的に表わしてい
る。なお、図６（Ａ）および（Ｂ）において、６０は白
金Ｐｔの粒子を示し、６１はカリウムＫを含んでいる活
性酸素生成剤を示している。6A and 6B schematically show enlarged views of the surface of the carrier layer formed on the partition walls 5. In FIGS. 6A and 6B, 60 indicates particles of platinum Pt, and 61 indicates an active oxygen generating agent containing potassium K.
【００３１】排気ガスがフィルタ４の排気ガス流入通路
６内に流入すると、図６（Ａ）に示したように、排気ガ
ス中の酸素Ｏ2がＯ2 -またはＯ2-の形で白金Ｐｔの表面
に付着する。排気ガス中のＮＯはこれらＯ2 -またはＯ2-
と反応し、ＮＯ2となる。斯くして生成されたＮＯ2の一
部は、白金Ｐｔ上で酸化されつつ活性酸素生成剤６１内
に吸収によって保持され、図６（Ａ）に示したように、
カリウムＫと結合しながら硝酸イオンＮＯ3 -の形で活性
酸素生成剤６１内に拡散し、硝酸カリウムＫＮＯ3を生
成する。すなわち、排気ガス中の酸素が硝酸カリウムＫ
ＮＯ3の形で活性酸素生成剤６１内に吸収によって保持
される。When the exhaust gas flows into the exhaust gas inflow passage 6 of the filter 4, oxygen O 2 in the exhaust gas is platinum Pt in the form of O 2 − or O 2 − as shown in FIG. 6 (A). Adhere to the surface of. NO in the exhaust gas is O 2 − or O 2−
Reacts with and becomes NO 2 . Part of the NO 2 thus generated is retained by absorption in the active oxygen generator 61 while being oxidized on the platinum Pt, and as shown in FIG.
While bound to potassium K, it diffuses into the active oxygen generator 61 in the form of nitrate ion NO 3 − to generate potassium nitrate KNO 3 . That is, the oxygen in the exhaust gas is potassium nitrate K
It is retained by absorption in the active oxygen generator 61 in the form of NO 3 .
【００３２】ここで、燃焼室内においては主にカーボン
Ｃからなる微粒子が生成される。したがって、排気ガス
中にはこれら微粒子が含まれている。排気ガス中に含ま
れているこれら微粒子は排気ガスが排気ガス流入通路６
内を流れているとき、或いは、隔壁５の細孔内を通過す
るときに、図６（Ｂ）において６２で示したように、活
性酸素生成剤６１の表面上に接触して付着する。Here, fine particles mainly composed of carbon C are produced in the combustion chamber. Therefore, the exhaust gas contains these fine particles. As for these fine particles contained in the exhaust gas, the exhaust gas is exhaust gas inflow passage 6
When flowing inside or when passing through the pores of the partition wall 5, as shown by 62 in FIG. 6B, the active oxygen generating agent 61 comes into contact with and adheres to the surface thereof.
【００３３】このように微粒子６２が活性酸素生成剤６
１の表面上に付着すると、微粒子６２と活性酸素生成剤
６１との接触面では酸素濃度が低下する。すなわち、活
性酸素生成剤６１の周囲の酸素濃度が低下する。酸素濃
度が低下すると酸素濃度の高い活性酸素生成剤６１内と
の間で濃度差が生じ、斯くして、活性酸素生成剤６１内
の酸素が微粒子６２と活性酸素生成剤６１との接触面に
向けて移動しようとする。その結果、活性酸素生成剤６
１内に形成されている硝酸カリウムＫＮＯ3がカリウム
Ｋと酸素ＯとＮＯとに分解され、酸素Ｏが微粒子６２と
活性酸素生成剤６１との接触面に向かい、その一方で、
ＮＯが活性酸素生成剤６１から外部に放出される。In this way, the fine particles 62 are the active oxygen generator 6
When it adheres to the surface of No. 1, the oxygen concentration decreases at the contact surface between the fine particles 62 and the active oxygen generator 61. That is, the oxygen concentration around the active oxygen generator 61 decreases. When the oxygen concentration decreases, a difference in concentration occurs between the active oxygen generating agent 61 and the active oxygen generating agent 61 having a high oxygen concentration. Try to move towards. As a result, the active oxygen generator 6
The potassium nitrate KNO 3 formed in 1 is decomposed into potassium K, oxygen O and NO, and the oxygen O moves toward the contact surface between the fine particles 62 and the active oxygen generator 61, while
NO is released from the active oxygen generator 61 to the outside.
【００３４】ここで、微粒子６２と活性酸素生成剤６１
との接触面に向かう酸素は、硝酸カリウムＫＮＯ3とい
った化合物から分解された酸素であるので、不対電子を
有し、したがって、極めて高い反応性を有する活性酸素
となっている。こうして活性酸素生成剤６１は活性酸素
を生成する。なお、外部に放出されたＮＯは下流側の白
金Ｐｔ上において酸化され、再び活性酸素生成剤６１内
に保持される。Here, the fine particles 62 and the active oxygen generator 61
The oxygen directed to the contact surface with is oxygen decomposed from a compound such as potassium nitrate KNO 3 and therefore has unpaired electrons, and therefore is active oxygen having extremely high reactivity. In this way, the active oxygen generator 61 generates active oxygen. The NO released to the outside is oxidized on the platinum Pt on the downstream side, and is retained in the active oxygen generator 61 again.
【００３５】活性酸素生成剤６１によって生成される活
性酸素はそこに付着した微粒子を酸化除去するために消
費される。すなわち、フィルタ４に捕集された微粒子は
活性酸素生成剤６１によって生成される活性酸素によっ
て酸化除去される。The active oxygen generated by the active oxygen generator 61 is consumed to oxidize and remove the fine particles attached thereto. That is, the fine particles collected by the filter 4 are oxidized and removed by the active oxygen generated by the active oxygen generator 61.
【００３６】このように本発明では、フィルタ４に捕集
されている微粒子は、反応性の高い活性酸素によって、
輝炎を発することなく酸化除去される。このように輝炎
を発することのない酸化によって微粒子を除去すれば、
フィルタ４の温度が過剰に高くなることがなく、したが
って、フィルタ４が熱劣化することがない。As described above, in the present invention, the fine particles collected in the filter 4 are generated by active oxygen having high reactivity.
It is oxidized and removed without emitting bright flame. In this way, if the fine particles are removed by oxidation that does not emit a luminous flame,
The temperature of the filter 4 does not become excessively high, so that the filter 4 is not thermally deteriorated.
【００３７】さらに、微粒子を酸化除去するために利用
される活性酸素は反応性が高いので、フィルタ４の温度
が比較的低くても、微粒子は酸化除去される。すなわ
ち、圧縮点火式内燃機関から排出される排気ガスの温度
が比較的低く、このため、フィルタ４の温度も比較的低
いことが多いが、本発明によれば、フィルタ４の温度を
上昇させるための特別な処理を実行しなくても、フィル
タ４に捕集された微粒子は酸化除去され続ける。Further, since the active oxygen used to oxidize and remove the fine particles is highly reactive, the fine particles are oxidatively removed even if the temperature of the filter 4 is relatively low. That is, the temperature of the exhaust gas discharged from the compression ignition type internal combustion engine is relatively low, and therefore the temperature of the filter 4 is often relatively low. However, according to the present invention, the temperature of the filter 4 is increased. Even if the special treatment of (1) is not performed, the particulates collected by the filter 4 continue to be oxidized and removed.
【００３８】なお、活性酸素生成剤６１は周囲に過剰な
酸素が存在するとＮＯXを硝酸イオンの形で保持するこ
とによって結果的に酸素を保持する。すなわち、活性酸
素生成剤６１は周囲に過剰な酸素が存在するとＮＯXを
吸収によって保持する。一方、活性酸素生成剤６１は周
囲の酸素濃度が低下すると硝酸イオンの形で保持されて
いるＮＯXを解放することによって活性酸素を生成す
る。すなわち、活性酸素生成剤６１は周囲の酸素濃度が
低下するとＮＯXを解放する。したがって、本発明の活
性酸素生成剤６１はＮＯX保持剤としても機能する。The active oxygen generator 61 retains NO x in the form of nitrate ions when excess oxygen is present in the surroundings, and consequently retains oxygen. That is, the active oxygen generator 61 retains NO X by absorbing it when excess oxygen exists in the surroundings. On the other hand, the active oxygen generating agent 61 generates active oxygen by releasing NO X retained in the form of nitrate ions when the ambient oxygen concentration decreases. That is, the active oxygen generator 61 releases NO X when the surrounding oxygen concentration decreases. Therefore, the active oxygen generator 61 of the present invention also functions as a NO X holding agent.
【００３９】ここで、活性酸素生成剤６１周りの酸素濃
度が低下する場合とは、上述したように、周囲の雰囲気
はリーン雰囲気であるが活性酸素生成剤６１に微粒子が
付着した場合の他に、フィルタ４に流入する排気ガスの
空燃比がリッチとなって周囲の雰囲気がリッチ雰囲気と
なった場合がある。Here, the case where the oxygen concentration around the active oxygen generator 61 decreases is as described above, in addition to the case where the surrounding atmosphere is a lean atmosphere but fine particles adhere to the active oxygen generator 61. In some cases, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the filter 4 becomes rich and the surrounding atmosphere becomes rich.
【００４０】周囲の雰囲気はリッチ雰囲気であるが活性
酸素生成剤６１に微粒子が付着することで活性酸素生成
剤６１周りの酸素濃度が低下した場合に解放されたＮＯ
Xは、上述したように、再び活性酸素生成剤６１に吸収
によって保持される。一方、フィルタ４に流入する排気
ガスの空燃比がリッチとなって周囲の雰囲気がリッチ雰
囲気となった場合に解放されたＮＯXは、白金Ｐｔの作
用によって排気ガス中の炭化水素で還元浄化される。云
い方を換えれば、内燃機関からリッチ空燃比の排気ガス
が排出されるように内燃機関の運転を制御すれば、活性
酸素生成剤６１に保持されているＮＯXを還元浄化する
ことができる。したがって、本発明のフィルタ４は、活
性酸素生成剤６１と白金ＰｔとからなるＮＯX触媒を具
備するとも言える。Although the surrounding atmosphere is a rich atmosphere, the NO released when the oxygen concentration around the active oxygen generator 61 decreases due to the adhesion of fine particles to the active oxygen generator 61.
As described above, X is again held by the active oxygen generator 61 by absorption. On the other hand, NO X released when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the filter 4 becomes rich and the surrounding atmosphere becomes a rich atmosphere is reduced and purified by the hydrocarbon in the exhaust gas by the action of platinum Pt. It In other words, if the operation of the internal combustion engine is controlled so that exhaust gas with a rich air-fuel ratio is discharged from the internal combustion engine, NO X retained in the active oxygen generator 61 can be reduced and purified. Therefore, it can be said that the filter 4 of the present invention includes the NO x catalyst including the active oxygen generator 61 and platinum Pt.
【００４１】なお、上述した貴金属触媒と活性酸素生成
剤とによって酸化触媒が構成されるので、排気ガス流入
通路６または排気ガス流出通路７を部分的に塞ぐための
酸化触媒９として、貴金属触媒と活性酸素生成剤とから
構成される酸化触媒を利用してもよい。この場合、排気
ガス流入通路６または排気ガス流出通路７の開口を画成
する領域の隔壁５へのこれら貴金属触媒と活性酸素生成
剤との担持量を他の領域の隔壁５への担持量よりも多く
することによって、これら開口を部分的に塞ぐための酸
化触媒９を形成することが好ましい。Since the oxidation catalyst is composed of the above-mentioned noble metal catalyst and active oxygen generator, the noble metal catalyst is used as the oxidation catalyst 9 for partially blocking the exhaust gas inflow passage 6 or the exhaust gas outflow passage 7. You may utilize the oxidation catalyst comprised with an active oxygen generator. In this case, the amount of the noble metal catalyst and the active oxygen generating agent loaded on the partition wall 5 in the region that defines the opening of the exhaust gas inflow passage 6 or the exhaust gas outflow passage 7 is greater than the amount loaded on the partition wall 5 in other regions. It is preferable to form the oxidation catalyst 9 for partially closing these openings by increasing the amount.
【００４２】[0042]
【発明の効果】本発明では、排気流通路の端部の開口を
塞いでいる酸化触媒に貫通孔が存在するので、パティキ
ュレートフィルタに到来した排気ガスの一部は、この貫
通孔を通過することができ、したがって、本発明のパテ
ィキュレートフィルタに起因する排気ガスの圧力損失は
低い。また、排気流通路の端部の開口が少なくとも部分
的には酸化触媒によって塞がれているので、排気ガスの
一部が多孔質材料からなる隔壁を通過することとなり、
したがって、本発明のパティキュレートフィルタの微粒
子捕集率は高い。さらに、酸化触媒周囲に堆積した微粒
子は酸化触媒によって酸化除去されるので、酸化触媒の
貫通孔が微粒子によって詰まることはなく、したがっ
て、本発明のパティキュレートフィルタに起因する排気
ガスの圧力損失は、常に低いレベルに維持される。斯く
して、本発明によれば、微粒子捕集率が高く且つ圧損が
低いパティキュレートフィルタが提供される。According to the present invention, since the through hole is present in the oxidation catalyst which closes the opening at the end of the exhaust flow passage, a part of the exhaust gas which has reached the particulate filter passes through this through hole. Therefore, the pressure loss of the exhaust gas caused by the particulate filter of the present invention is low. Further, since the opening at the end of the exhaust flow passage is at least partially blocked by the oxidation catalyst, a part of the exhaust gas will pass through the partition wall made of a porous material,
Therefore, the particulate collection rate of the particulate filter of the present invention is high. Further, since the fine particles deposited around the oxidation catalyst are oxidized and removed by the oxidation catalyst, the through holes of the oxidation catalyst are not clogged with the fine particles, and therefore the pressure loss of exhaust gas caused by the particulate filter of the present invention is Always maintained at a low level. Thus, according to the present invention, a particulate filter having a high particulate collection rate and a low pressure loss is provided.
【図１】本発明のパティキュレートフィルタを備えた排
気浄化装置が取り付けられた内燃機関を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing an internal combustion engine to which an exhaust gas purification apparatus equipped with a particulate filter of the present invention is attached.
【図２】第１実施形態のパティキュレートフィルタを示
す図である。FIG. 2 is a diagram showing a particulate filter of the first embodiment.
【図３】第２実施形態のパティキュレートフィルタを示
す図である。FIG. 3 is a diagram showing a particulate filter according to a second embodiment.
【図４】第３実施形態のパティキュレートフィルタを示
す図である。FIG. 4 is a diagram showing a particulate filter according to a third embodiment.
【図５】第４実施形態のパティキュレートフィルタを示
す図である。FIG. 5 is a diagram showing a particulate filter of a fourth embodiment.
【図６】本発明のパティキュレートフィルタにおける活
性酸素生成作用を説明するための図である。FIG. 6 is a diagram for explaining an active oxygen generating action in the particulate filter of the present invention.
１…機関本体 ２…吸気通路 ３…排気通路 ４…パティキュレートフィルタ ５…隔壁 ６、７…排気流通路 ９…酸化触媒 １０…貫通孔 １２…栓 1 ... Engine body 2 ... Intake passage 3 ... Exhaust passage 4 ... Particulate filter 5 ... Partition 6, 7 ... Exhaust flow passage 9 ... Oxidation catalyst 10 ... Through hole 12 ... Stopper
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｂ０１Ｄ 53/94 Ｆ０１Ｎ 3/24 Ｅ ４Ｇ０６９ Ｂ０１Ｊ 35/04 ３０１ Ｂ０１Ｄ 46/00 ３０２ Ｆ０１Ｎ 3/24 46/42 Ｂ // Ｂ０１Ｄ 46/00 ３０２ 53/36 １０３Ｃ 46/42 ＺＡＢ (72)発明者 中谷 好一郎 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 Ｆターム(参考） 3G090 AA02 BA01 DA04 EA02 EA04 3G091 AA18 AB02 AB13 BA13 GB06W GB17X HA15 HA16 4D019 AA01 BA05 BB06 BC07 CA01 CB04 CB09 4D048 AA14 AB01 BA03X BA14X BA15Y BA18Y BA19Y BA21Y BA30X BA36Y BA41X BB02 BB14 DA01 DA02 DA03 DA07 DA13 4D058 JA37 MA44 MA52 PA04 SA08 4G069 AA03 BB02A BB02B BC01A BC02A BC03A BC03B BC04A BC05A BC06A BC08A BC09A BC12A BC13A BC22A BC29A BC38A BC40A BC42A BC43A BC66A BC75A BC75B CA02 CA03 CA07 CA18 EA18 EA27─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued Front Page (51) Int.Cl. 7 Identification Code FI Theme Coat (Reference) B01D 53/94 F01N 3/24 E 4G069 B01J 35/04 301 B01D 46/00 302 F01N 3/24 46/42 B // B01D 46/00 302 53/36 103C 46/42 ZAB (72) Inventor Koichiro Nakatani 1 Toyota Town, Toyota City, Aichi Prefecture Toyota Motor Corporation F Term (reference) 3G090 AA02 BA01 DA04 EA02 EA04 3G091 AA18 AB02 AB13 BA13 GB06W GB17X HA15 HA16 4D019 AA01 BA05 BB06 BC07 CA01 CB04 CB09 4D048 AA14 AB01 BA03X BA14X BA15Y BA18Y BA19Y BA21Y BA30X BA36Y BA41A03B07A04A03 A07A04 SA04A04 MA04A04 MA04A04 MA04A04 MA02 MA04 DA04 DA04 BC05A BC06A BC08A BC09A BC12A BC13A BC22A BC29A BC38A BC40A BC42A BC43A BC66A BC75A BC75B CA02 CA 03 CA07 CA18 EA18 EA27
Claims (2)
るためのパティキュレートフィルタにおいて、多孔質材
料からなる隔壁によって排気ガスを流すための排気流通
路が画成されており、該排気流通路の端部の開口が貫通
孔を有する酸化触媒によって塞がれており、該酸化触媒
が微粒子を酸化除去することができることを特徴とする
パティキュレートフィルタ。1. A particulate filter for collecting fine particles discharged from an internal combustion engine, wherein a partition wall made of a porous material defines an exhaust flow passage for flowing exhaust gas. The particulate filter has an opening at an end thereof closed by an oxidation catalyst having a through hole, and the oxidation catalyst can oxidize and remove fine particles.
ルタを具備する排気浄化装置において、パティキュレー
トフィルタに起因する排気ガスの圧力損失が予め定めら
れた値よりも大きくなったときに、パティキュレートフ
ィルタの温度を上昇させる昇温処理を実行するようにし
たことを特徴とする排気浄化装置。2. The exhaust gas purification apparatus comprising the particulate filter according to claim 1, wherein when the pressure loss of the exhaust gas due to the particulate filter becomes larger than a predetermined value, the particulate filter. An exhaust emission control device, characterized in that a temperature raising process for raising the temperature of the exhaust gas is executed.
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