JP3925282B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関の排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼル機関の排気通路内に排気ガス中の微粒子を捕集するためのパティキュレートフィルタを配置したディーゼル機関の排気浄化装置が公知である（特許第２７２７９０６号公報参照）。この排気浄化装置では単一のパティキュレートフィルタでもって微粒子を捕集するようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
単一のパティキュレートフィルタでもって微粒子を良好に捕集するためには、比較的大きな容量ないし寸法のパティキュレートフィルタが必要になる。しかしながら、例えば車両アンダーフロアにある利用可能な空間は限られており、従って車両アンダーフロアにこのような大容量のパティキュレートフィルタを配置できない恐れがあるという問題点がある。排気マニホルド内又は排気マニホルド直下流の排気通路内についても同様である。
【０００４】
そこで本発明の目的は、配置のために大きな空間を必要とすることなく微粒子を確実に捕集することができる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために１番目の発明によれば、リーン空燃比のもとで燃焼が行われる内燃機関の排気通路内に排気ガス中の微粒子を捕集するためのパティキュレートフィルタを配置した内燃機関の排気浄化装置において、前記パティキュレートフィルタを少なくとも一対の低捕集効率型フィルタから形成すると共に、これら低捕集効率型フィルタを排気通路内に互いに直列に配置し、これら一対の低捕集効率型フィルタのうち一方の低捕集効率型フィルタを排気マニホルド内又は排気マニホルド直下流の排気通路内に配置し、他方の低捕集効率型フィルタを車両アンダーフロアに位置する排気通路内に配置している。
【０００８】
また、２番目の発明によれば１番目の発明において、微粒子捕集効率が概ね６０％以下になるように、前記パティキュレートフィルタをそれぞれ形成する多孔質材の平均細孔径が設定されている。
【０００９】
また、３番目の発明によれば１番目の発明において、前記パティキュレートフィルタがそれぞれ、互いに平行に延びる複数の排気流通路を具備しており、これら排気流通路は下流端が閉塞された排気ガス流入通路と上流端が閉塞された排気ガス流出通路とから構成されており、これら排気ガス流入通路及び排気ガス流出通路は多孔質材から形成された隔壁を介して交互に並べられており、これらパティキュレートフィルタの微粒子捕集効率が概ね６０％以下になるように、排気ガス流入通路の下流端周りを画定する隔壁及び排気ガス流出通路の上流端周りを画定する隔壁をそれぞれ内向きに折り曲げてこれら下流端及び上流端が少なくとも部分的に閉塞されている。
また、４番目の発明によれば、リーン空燃比のもとで燃焼が行われる内燃機関の排気通路内に排気ガス中の微粒子を捕集するためのパティキュレートフィルタを配置した内燃機関の排気浄化装置において、前記パティキュレートフィルタを複数の低捕集効率型フィルタから形成すると共に、これら低捕集効率型フィルタを排気通路内に互いに直列に配置し、前記パティキュレートフィルタがそれぞれ、互いに平行に延びる複数の排気流通路を具備しており、これら排気流通路は下流端が閉塞された排気ガス流入通路と上流端が閉塞された排気ガス流出通路とから構成されており、これら排気ガス流入通路及び排気ガス流出通路は多孔質材から形成された隔壁を介して交互に並べられており、これらパティキュレートフィルタの微粒子捕集効率が概ね６０％以下になるように、排気ガス流入通路の下流端周りを画定する隔壁及び排気ガス流出通路の上流端周りを画定する隔壁をそれぞれ内向きに折り曲げてこれら下流端及び上流端が少なくとも部分的に閉塞されている。
また、５番目の発明によれば１番目の発明において、前記複数のパティキュレートフィルタを少なくとも一対の低捕集効率型フィルタから構成し、これら一対の低捕集効率型フィルタのうち一方の低捕集効率型フィルタを排気マニホルド内又は排気マニホルド直下流の排気通路内に配置し、他方の低捕集効率型フィルタを車両アンダーフロアに位置する排気通路内に配置している。
また、６番目の発明によれば１番目又は４番目の発明において、各低捕集効率型フィルタ上に堆積した微粒子の量が予め定められた許容量を越えないようにこれら低捕集効率型フィルタの微粒子捕集効率が設定されている。
【００１０】
また、７番目の発明によれば１番目又は４番目の発明において、前記パティキュレートフィルタがそれぞれ、互いに平行に延びる複数の排気流通路を具備しており、これら排気流通路は下流端が閉塞された排気ガス流入通路と上流端が閉塞された排気ガス流出通路とを含んで構成されており、これら排気ガス流入通路及び排気ガス流出通路は多孔質材から形成された隔壁を介して並べられており、これらパティキュレートフィルタの微粒子捕集効率が概ね６０％以下になるように、排気ガス流入通路の下流端及び排気ガス流出通路の上流端のうち少なくとも一部が開放されている。
【００１１】
また、８番目の発明によれば１番目又は４番目の発明において、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに排気ガス中のＮＯＸを蓄え、流入する排気ガス中の酸素濃度が低下すると蓄えているＮＯＸを還元して蓄えているＮＯＸの量を減少させるＮＯＸ触媒が前記低捕集効率型フィルタのうち少なくとも最も上流側の低捕集効率型フィルタ上に担持されている。
【００１２】
また、９番目の発明によれば１番目又は４番目の発明において、下流側に位置する低捕集効率型フィルタよりも上流側に位置する低捕集効率型フィルタの方がその微粒子捕集効率が低くなるようにこれら低捕集効率型フィルタが形成されている。
【００１３】
また、１０番目の発明によれば１番目又は４番目の発明において、下流側に位置する低捕集効率型フィルタよりも上流側に位置する低捕集効率型フィルタの方がその耐熱性が高くなるようにこれら低捕集効率型フィルタが形成されている。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は本発明を圧縮着火式内燃機関に適用した場合を示している。なお、本発明は火花点火式内燃機関にも適用することもできる。
【００１５】
図１を参照すると、１は機関本体、２はシリンダブロック、３はシリンダヘッド、４はピストン、５は燃焼室、６は電気制御式燃料噴射弁、７は吸気弁、８は吸気ポート、９は排気弁、１０は排気ポートを夫々示す。吸気ポート８は対応する吸気枝管１１及びサージタンク１２を介して吸気ダクト１３に連結される。吸気ダクト１３内にはステップモータ１４により駆動されるスロットル弁１５が配置される。
【００１６】
一方、排気ポート１０は排気マニホルド１６及び排気管１７を介し、車両アンダーフロアに位置するケーシング１８に連結され、ケーシング１８は排気管１９に連結される。排気マニホルド１６の分岐部又は集合部には上流側パティキュレートフィルタＰＦＵが収容されており、ケーシング１８内には下流側パティキュレートフィルタＰＦＬが収容されている。
【００１７】
これらパティキュレートフィルタＰＦＵ，ＰＦＬは微粒子捕集効率が概ね６０％以下である低捕集効率型フィルタから形成される。従って、一般的に言うと、排気通路内に複数の低捕集効率型フィルタを互いに直列に配置しているということになる。
【００１８】
上流側パティキュレートフィルタＰＦＵ上にはＮＯＸ触媒が担持されている。このＮＯＸ触媒は例えばアルミナを担体とし、この担体上に例えばカリウムＫ、ナトリウムＮａ、リチウムＬｉ、セシウムＣｓのようなアルカリ金属、バリウムＢａ、カルシウムＣａのようなアルカリ土類、ランタンＬａ、イットリウムＹのような希土類から選ばれた少なくとも一つと、白金Ｐｔ、パラジウムＰｄ、ロジウムＲｈ、イリジウムＩｒのような貴金属とが担持されている。一方、下流側パティキュレートフィルタＰＦＬ上には酸化触媒が担持されている。この酸化触媒はアルミナからなる担体上に担持された白金Ｐｔのような貴金属触媒又はセリウムＣｅのような希土類触媒から形成されている。
【００１９】
各燃料噴射弁６は燃料リザーバ、いわゆるコモンレール２０に連結される。このコモンレール２０内へは電気制御式の吐出量可変な燃料ポンプ２１から燃料が供給され、コモンレール２１内に供給された燃料は燃料噴射弁６に供給される。コモンレール２０にはコモンレール２０内の燃料圧を検出するための燃料圧センサ２２が取付けられ、燃料圧センサ２２の出力信号に基づいてコモンレール２０内の燃料圧が目標燃料圧となるように燃料ポンプ２１の吐出量が制御される。
【００２０】
電子制御ユニット４０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス４１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）４２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）４３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）４４、入力ポート４５及び出力ポート４６を具備する。燃料圧センサ２２の出力信号は対応するＡＤ変換器４７を介して入力ポート４５に入力される。
【００２１】
一方、アクセルペダル３０にはアクセルペダル３０の踏み込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ３１が接続され、負荷センサ３１の出力電圧は対応するＡＤ変換器４７を介して入力ポート４５に入力される。更に入力ポート４５にはクランクシャフトが例えば３０°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ３２が接続される。一方、出力ポート４６は対応する駆動回路４８を介して燃料噴射弁６、スロットル弁駆動用ステップモータ１４、及び燃料ポンプ２１にそれぞれ接続される。
【００２２】
図２にパティキュレートフィルタＰＦＵ，ＰＦＬの構造を示す。なお、図２において（Ａ）はパティキュレートフィルタＰＦＵ，ＰＦＬの正面図を示しており、（Ｂ）はパティキュレートフィルタＰＦＵ，ＰＦＬの側面断面図を示している。図２（Ａ）及び（Ｂ）に示されるようにパティキュレートフィルタＰＦＵ，ＰＦＬはハニカム構造をなしており、互いに平行をなして延びる複数個の排気流通路５０，５１を具備する。これら排気流通路は下流端が通気性のないシール材５２により閉塞された排気ガス流入通路５０と、上流端が通気性のないシール材５３により閉塞された排気ガス流出通路５１とにより構成される。なお、図２（Ａ）においてハッチングを付した部分はシール材５３を示している。従って排気ガス流入通路５０及び排気ガス流出通路５１は薄肉の隔壁５４を介して交互に配置される。云い換えると排気ガス流入通路５０及び排気ガス流出通路５１は各排気ガス流入通路５０が４つの排気ガス流出通路５１によって包囲され、各排気ガス流出通路５１が４つの排気ガス流入通路５０によって包囲されるように配置される。
【００２３】
パティキュレートフィルタＰＦＵ，ＰＦＬは例えばコージェライトのような多孔質材から形成されており、従って排気ガス流入通路５０内に流入した排気ガスは図２（Ｂ）において矢印で示されるように周囲の隔壁５４内を通って隣接する排気ガス流出通路５１内に流出する。
【００２４】
図２に示されるパティキュレートフィルタＰＦＵ，ＰＦＬの容量ないし寸法は比較的小さく、パティキュレートフィルタＰＦＵのみ又はパティキュレートフィルタＰＦＬのみを排気通路内に配置しても微粒子を良好に捕集することはできない。言い換えると、パティキュレートフィルタＰＦＵ，ＰＦＬの容量ないし寸法は排気通路内に単一のパティキュレートフィルタを配置したときに必要なパティキュレートフィルタの容量ないし寸法よりも小さくされている。
【００２５】
また、上述したようにパティキュレートフィルタＰＦＵ，ＰＦＬは低捕集効率型フィルタから形成される。図２に示される実施例では、微粒子捕集効率が概ね６０％以下になるようにパティキュレートフィルタＰＦＵ，ＰＦＬを形成する多孔質材の平均細孔径が設定されている。
【００２６】
一方、図２に示される実施例では、上流側パティキュレートフィルタＰＦＵと下流側パティキュレートフィルタＰＦＬとは排気流通路５０，５１の数や隔壁５４の厚さなども含めて同一形状に形成されており、しかしながら上流側パティキュレートフィルタＰＦＵの微粒子捕集効率が下流側パティキュレートフィルタＰＦＬの微粒子捕集効率よりも低くなるようにこれら上流側及び下流側パティキュレートフィルタＰＦＵ，ＰＦＬの平均細孔径が設定されている点、及び、上流側パティキュレートフィルタＰＦＵの耐熱性が下流側パティキュレートフィルタＰＦＬの耐熱性よりも高くなるようにこれら上流側及び下流側パティキュレートフィルタＰＦＵ，ＰＦＬの多孔質材が選択されている点で構成を互いに異にしている。
【００２７】
ここで、パティキュレートフィルタの微粒子捕集効率が高くなると圧損が高くなることを考えると、上流側パティキュレートフィルタＰＦＵの圧損を下流側パティキュレートフィルタＰＦＬの圧損よりも小さくしているという見方もできる。
【００２８】
さて、内燃機関から排出された排気ガスは上流側パティキュレートフィルタＰＦＵ内及び下流側パティキュレートフィルタＰＦＬ内を順次流通し、排気ガス中に含まれる主に炭素の固体からなる微粒子は上流側パティキュレートフィルタＰＦＵ上又は下流側パティキュレートフィルタＰＦＬ上に捕集される。図１に示される内燃機関はリーン空燃比のもとでの燃焼が継続して行われ、また、下流側パティキュレートフィルタＰＦＬ上に担持されている酸化触媒はもちろん、上流側パティキュレートフィルタＰＦＵ上に担持されているＮＯＸ触媒も酸化作用を有しているので、上流側及び下流側パティキュレートフィルタＰＦＵ，ＰＦＬの温度が微粒子を酸化しうる温度、例えば２５０℃以上に維持されていれば、上流側及び下流側パティキュレートフィルタＰＦＵ，ＰＦＬ上で微粒子が酸化せしめられ、除去される。
【００２９】
この場合、本発明による実施例ではパティキュレートフィルタＰＦＵ，ＰＦＬの容量が比較的小さいので、排気マニホルド１６や車両アンダーフロアのような限られた空間内にパティキュレートフィルタＰＦＵ，ＰＦＬを配置することが可能になる。また、パティキュレートフィルタＰＦＵ，ＰＦＬが低捕集効率型フィルタから形成されているので、排気通路内に複数のパティキュレートフィルタを配置しても機関背圧が過度に上昇することがない。しかも、内燃機関に近い方の上流側パティキュレートフィルタＰＦＵの圧損が比較的小さいので、機関背圧の上昇が更に抑制されている。
【００３０】
更に、微粒子が上流側パティキュレートフィルタＰＦＵを通過したとしても、微粒子捕集効率が比較的高い下流側パティキュレートフィルタＰＦＬによって捕集されるので、全体としての微粒子捕集効率は高く維持される。
【００３１】
ところで、一般に、パティキュレートフィルタに単位時間当たりに送り込まれる微粒子の量がパティキュレートフィルタ上で単位時間当たりに酸化せしめられる微粒子の量を越えるか、又はパティキュレートフィルタの温度が微粒子を酸化しうる温度、例えば２５０℃よりも低い場合には、パティキュレートフィルタ上に微粒子が堆積することになり、この状態が継続すればパティキュレートフィルタ上の堆積微粒子量が継続的に増大することになる。
【００３２】
しかしながら、本発明による実施例ではパティキュレートフィルタＰＦＵ，ＰＦＬの微粒子捕集効率が低く、また、パティキュレートフィルタＰＦＵ，ＰＦＬが内燃機関に比較的近いのでパティキュレートフィルタＰＦＵ，ＰＦＬに流入する排気ガスの温度が比較的高くなっている。従って、パティキュレートフィルタＰＦＵ，ＰＦＬ上の堆積微粒子量が一時的に増大することはあっても許容最大値を越えることがない。このことはパティキュレートフィルタＰＦＵ，ＰＦＬ上の微粒子を酸化除去するためにパティキュレートフィルタＰＦＵ，ＰＦＬの温度を上昇させる昇温処理を行う必要がないことを意味している。言い換えると、本発明による実施例では、パティキュレートフィルタＰＦＵ，ＰＦＬ上に堆積した微粒子の量が予め定められた許容最大量を越えないようにこれらパティキュレートフィルタＰＦＵ，ＰＦＬの微粒子捕集効率が設定されているということになる。
【００３３】
ところで、上述したように上流側パティキュレートフィルタＰＦＵ上にはＮＯＸ触媒が担持されている。このＮＯＸ触媒は流入する排気ガスの平均空燃比がリーンのときにはＮＯＸを蓄え、流入する排気ガス中の酸素濃度が低下すると蓄えているＮＯＸを還元して蓄えているＮＯＸの量を減少させる蓄積還元作用を行う。なお、本明細書では排気通路の或る位置よりも上流の排気通路、燃焼室５、及び吸気通路内に供給された空気と炭化水素ＨＣ及び一酸化炭素ＣＯとの比をその位置における排気ガスの空燃比と称している。
【００３４】
ＮＯＸ触媒の蓄積還元作用の詳細なメカニズムについては完全には明らかにされていない。しかしながら、現在考えられているメカニズムを、担体上に白金Ｐｔ及びバリウムＢａを担持させた場合を例にとって簡単に説明すると次のようになる。
【００３５】
即ち、ＮＯＸ触媒に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもかなりリーンになると流入する排気ガス中の酸素濃度が大巾に増大し、酸素Ｏ２がＯ２ −又はＯ２−の形で白金Ｐｔの表面に付着する。一方、流入する排気ガス中のＮＯは白金Ｐｔの表面上でＯ２ −又はＯ２−と反応し、ＮＯ２となる（２ＮＯ＋Ｏ２→２ＮＯ２）。次いで生成されたＮＯ２の一部は白金Ｐｔ上でさらに酸化されつつＮＯＸ触媒内に吸収されて酸化バリウムＢａＯと結合しながら、硝酸イオンＮＯ３ −の形でＮＯＸ触媒内に拡散する。このようにしてＮＯＸがＮＯＸ触媒内に蓄えられる。
【００３６】
これに対し、ＮＯＸ触媒に流入する排気ガスの空燃比がリッチ又は理論空燃比になると、排気ガス中の酸素濃度が低下してＮＯ２の生成量が低下し、反応が逆方向（ＮＯ３ −→ＮＯ２）に進み、斯くしてＮＯＸ触媒内の硝酸イオンＮＯ３ −がＮＯ２の形でＮＯＸ触媒から放出される。この放出されたＮＯＸは排気ガス中のＨＣ，ＣＯと反応して還元せしめられる。このようにして白金Ｐｔの表面上にＮＯ２が存在しなくなるとＮＯＸ触媒から次から次へとＮＯ２が放出されて還元され、ＮＯＸ触媒内に蓄えられているＮＯＸの量が次第に減少する。
【００３７】
なお、硝酸塩を形成することなくＮＯＸを蓄え、ＮＯＸを放出することなくＮＯＸを還元することも可能である。
【００３８】
図１に示される内燃機関では燃焼がリーン空燃比のもとで継続して行われており、従って排気ガス中のＮＯＸは上流側パティキュレートフィルタＰＦＵ上に担持されているＮＯＸ触媒内に蓄えられる。
【００３９】
上流側パティキュレートフィルタＰＦＵのＮＯＸ触媒内の蓄積ＮＯＸ量が許容最大量を越えたときにはＮＯＸ触媒に流入する排気ガスの空燃比が一時的にリッチにするリッチ処理が行われる。リッチ処理が行われるとＮＯＸ触媒内に蓄えられているＮＯＸが還元され、蓄積ＮＯＸ量が減少する。
【００４０】
ＮＯＸ触媒に流入する排気ガスの空燃比を一時的にリッチにするために、例えば燃焼室５内における平均空燃比をリッチにすることもできるし、膨張行程後半又は排気行程中に燃焼室５内に追加の燃料を噴射することもできる。或いは、ＮＯＸ触媒上流の排気通路内に追加の燃料を供給することもできる。
【００４１】
本発明による実施例では上流側パティキュレートフィルタＰＦＵ上のみにＮＯＸ触媒が担持されているけれども、当然、ＮＯＸ触媒を下流側パティキュレートフィルタＰＦＬ上にも担持させることは可能である。しかしながら、下流側パティキュレートフィルタＰＦＬ上に担持されたＮＯＸ触媒に流入する排気ガスをリッチにするために例えば燃焼室５内に追加の燃料を噴射すると、この追加の燃料が上流側パティキュレートフィルタＰＦＵ上で消費される恐れがある。従って、下流側パティキュレートフィルタＰＦＬ上にＮＯＸ触媒を担持させた場合には下流側パティキュレートフィルタＰＦＬと上流側パティキュレートフィルタＰＦＵ間の排気通路内に追加の燃料を供給する手段が必要となる。
【００４２】
図３はパティキュレートフィルタＰＦＵ，ＰＦＬの別の実施例の構造を示している。なお、図３において（Ａ）はパティキュレートフィルタＰＦＵ，ＰＦＬの部分拡大正面図を示しており、（Ｂ）はパティキュレートフィルタＰＦＵ，ＰＦＬの側面断面図を示している。
【００４３】
図３（Ａ）及び（Ｂ）に示されるパティキュレートフィルタＰＦＵ，ＰＦＬは多孔質材の平均細孔径を含めて例えば図２に示される下流側パティキュレートフィルタＰＦＬと概ね同様に形成され、しかしながら排気ガス流入通路５０の下流端及び排気ガス流出通路５１の上流端がシール材によって閉鎖されていない点で図２に示されるパティキュレートフィルタと構成を異にしている。即ち、図３（Ａ）及び（Ｂ）に示される例では、排気ガス流入通路５０の下流端周りを画定する隔壁５４及び排気ガス流出通路５１の上流端周りを画定する隔壁５４を、図３（Ａ）に矢印で示されるようにそれぞれ内向きに折り曲げてこれら下流端及び上流端を閉鎖するようにしている。
【００４４】
図３（Ａ）及び（Ｂ）に示される例では、排気ガス流入通路５０の下流端及び排気ガス流出通路５１の上流端にそれぞれ開口５６，５７が形成されるように隔壁５４が折り曲げられ、従ってこれら下流端及び上流端は部分的に閉鎖されることになる。その結果、これら下流端及び上流端がテーパ状をなすことになり、これら下流端及び上流端における排気ガス流れの乱れが抑制される。このため、パティキュレートフィルタＰＦＵ，ＰＦＬの圧損が小さくなる。
【００４５】
また、図３（Ｂ）に矢印で示されるように、内燃機関から排出された排気ガスのわずかな一部が開口５７を介して排気ガス流出通路５１内に流入するようになり、排気ガス流入通路５０内の排気ガスのわずかな一部が開口５６を介して排気ガス流入通路５０から流出するようになり、このため排気ガスのわずかな一部が隔壁５４を通過することなく排気ガス流入通路５０又は排気ガス流出通路５１を通過することになる。このことによって、パティキュレートフィルタＰＦＵ，ＰＦＬの圧損がさらに小さくなる。なお、排気ガス流入通路５０の下流端及び排気ガス流出通路５１の上流端を隔壁５４によって完全に閉鎖するようにしてもよい。
【００４６】
図３に示されるパティキュレートフィルタＰＦＵ，ＰＦＬではその微粒子捕集効率が開口５７の面積に依存する。そこで図３に示される例では、パティキュレートフィルタＰＦＵ，ＰＦＬの微粒子捕集効率が概ね６０％以下になるように開口５７の面積を設定している。
【００４７】
また、パティキュレートフィルタＰＦＵ，ＰＦＬにおける各開口５７の面積を互いに等しくしてこれらパティキュレートフィルタＰＦＵ，ＰＦＬの微粒子捕集効率を互いに等しくさせることもできるし、これらパティキュレートフィルタＰＦＵ，ＰＦＬにおける各開口５７の面積を互いに異ならせることによりこれらパティキュレートフィルタＰＦＵ，ＰＦＬの微粒子捕集効率を互いに異ならせることもできる。
【００４８】
図４はパティキュレートフィルタＰＦＵ，ＰＦＬの更に別の実施例の構造を示している。なお、図４において（Ａ）はパティキュレートフィルタＰＦＵ，ＰＦＬの正面図を示しており、（Ｂ）はパティキュレートフィルタＰＦＵ，ＰＦＬの側面断面図を示している。
【００４９】
図４（Ａ）及び（Ｂ）に示されるパティキュレートフィルタＰＦＵ，ＰＦＬは例えば図２に示される下流側パティキュレートフィルタＰＦＬから、排気ガス流入通路５０の下流端のシール材５２及び排気ガス流出通路５１の上流端のシール材５３のうち一部を除去することにより形成される。その結果、パティキュレートフィルタの排気流通路は上流端が開放されかつ下流端が閉塞された排気ガス流入通路５０と、上流端が閉塞されかつ下流端が開放された排気ガス流出通路５１と、上流端及び下流端が開放された排気ガス通路５８とから構成されることになる。
【００５０】
その結果、図４（Ｂ）に矢印で示されるように、排気ガス通路５８内に流入した排気ガスは隔壁５４を通過することなく排気ガス通路５８を通過するようになり、隣接する別の排気ガス通路５８、排気ガス流入通路５０、及び排気ガス流出通路５１から排気ガス通路５８内に排気ガスが流入するようになる。
【００５１】
図４に示されるパティキュレートフィルタＰＦＵ，ＰＦＬではその微粒子捕集効率が排気ガス通路５８の数ないし流路面積に依存する。そこで図４に示される例では、パティキュレートフィルタＰＦＵ，ＰＦＬの微粒子捕集効率が概ね６０％以下になるように排気ガス通路５８の数ないし流路面積を設定している。
【００５２】
また、パティキュレートフィルタＰＦＵ，ＰＦＬにおける排気ガス通路５８の数ないし流路面積を互いに等しくしてこれらパティキュレートフィルタＰＦＵ，ＰＦＬの微粒子捕集効率を互いに等しくさせることもできるし、これらパティキュレートフィルタＰＦＵ，ＰＦＬにおける排気ガス通路５８の数ないし流路面積を互いに異ならせることによりこれらパティキュレートフィルタＰＦＵ，ＰＦＬの微粒子捕集効率を互いに異ならせることもできる。
【００５３】
これまで述べてきた実施例では、上流側パティキュレートフィルタＰＦＵを排気マニホルド１６内に配置されている。しかしながら、排気マニホルド１６直下流の排気通路内に上流側パティキュレートフィルタＰＦＵを配置することもできる。更に、これまで述べてきた実施例ではシール材５２，５３は通気性を有していない。しかしながら、これらシール材５２，５３を通気性を有するものから形成することもできる。
【００５４】
【発明の効果】
配置のために大きな空間を必要とすることなく微粒子を確実に捕集することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】内燃機関の全体図である。
【図２】パティキュレートフィルタを示す図である。
【図３】パティキュレートフィルタの別の実施例を示す図である。
【図４】パティキュレートフィルタの更に別の実施例を示す図である。
【符号の説明】
１…機関本体
１６…排気マニホルド
１８…ケーシング
ＰＦＵ…上流側パティキュレートフィルタ
ＰＦＬ…下流側パティキュレートフィルタ
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関の排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼル機関の排気通路内に排気ガス中の微粒子を捕集するためのパティキュレートフィルタを配置したディーゼル機関の排気浄化装置が公知である（特許第２７２７９０６号公報参照）。この排気浄化装置では単一のパティキュレートフィルタでもって微粒子を捕集するようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
単一のパティキュレートフィルタでもって微粒子を良好に捕集するためには、比較的大きな容量ないし寸法のパティキュレートフィルタが必要になる。しかしながら、例えば車両アンダーフロアにある利用可能な空間は限られており、従って車両アンダーフロアにこのような大容量のパティキュレートフィルタを配置できない恐れがあるという問題点がある。排気マニホルド内又は排気マニホルド直下流の排気通路内についても同様である。
【０００４】
そこで本発明の目的は、配置のために大きな空間を必要とすることなく微粒子を確実に捕集することができる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために１番目の発明によれば、リーン空燃比のもとで燃焼が行われる内燃機関の排気通路内に排気ガス中の微粒子を捕集するためのパティキュレートフィルタを配置した内燃機関の排気浄化装置において、前記パティキュレートフィルタを少なくとも一対の低捕集効率型フィルタから形成すると共に、これら低捕集効率型フィルタを排気通路内に互いに直列に配置し、これら一対の低捕集効率型フィルタのうち一方の低捕集効率型フィルタを排気マニホルド内又は排気マニホルド直下流の排気通路内に配置し、他方の低捕集効率型フィルタを車両アンダーフロアに位置する排気通路内に配置している。
【０００８】
また、２番目の発明によれば１番目の発明において、微粒子捕集効率が概ね６０％以下になるように、前記パティキュレートフィルタをそれぞれ形成する多孔質材の平均細孔径が設定されている。
【０００９】
また、３番目の発明によれば１番目の発明において、前記パティキュレートフィルタがそれぞれ、互いに平行に延びる複数の排気流通路を具備しており、これら排気流通路は下流端が閉塞された排気ガス流入通路と上流端が閉塞された排気ガス流出通路とから構成されており、これら排気ガス流入通路及び排気ガス流出通路は多孔質材から形成された隔壁を介して交互に並べられており、これらパティキュレートフィルタの微粒子捕集効率が概ね６０％以下になるように、排気ガス流入通路の下流端周りを画定する隔壁及び排気ガス流出通路の上流端周りを画定する隔壁をそれぞれ内向きに折り曲げてこれら下流端及び上流端が少なくとも部分的に閉塞されている。
また、４番目の発明によれば、リーン空燃比のもとで燃焼が行われる内燃機関の排気通路内に排気ガス中の微粒子を捕集するためのパティキュレートフィルタを配置した内燃機関の排気浄化装置において、前記パティキュレートフィルタを複数の低捕集効率型フィルタから形成すると共に、これら低捕集効率型フィルタを排気通路内に互いに直列に配置し、前記パティキュレートフィルタがそれぞれ、互いに平行に延びる複数の排気流通路を具備しており、これら排気流通路は下流端が閉塞された排気ガス流入通路と上流端が閉塞された排気ガス流出通路とから構成されており、これら排気ガス流入通路及び排気ガス流出通路は多孔質材から形成された隔壁を介して交互に並べられており、これらパティキュレートフィルタの微粒子捕集効率が概ね６０％以下になるように、排気ガス流入通路の下流端周りを画定する隔壁及び排気ガス流出通路の上流端周りを画定する隔壁をそれぞれ内向きに折り曲げてこれら下流端及び上流端が少なくとも部分的に閉塞されている。
また、５番目の発明によれば１番目の発明において、前記複数のパティキュレートフィルタを少なくとも一対の低捕集効率型フィルタから構成し、これら一対の低捕集効率型フィルタのうち一方の低捕集効率型フィルタを排気マニホルド内又は排気マニホルド直下流の排気通路内に配置し、他方の低捕集効率型フィルタを車両アンダーフロアに位置する排気通路内に配置している。
また、６番目の発明によれば１番目又は４番目の発明において、各低捕集効率型フィルタ上に堆積した微粒子の量が予め定められた許容量を越えないようにこれら低捕集効率型フィルタの微粒子捕集効率が設定されている。
【００１０】
また、７番目の発明によれば１番目又は４番目の発明において、前記パティキュレートフィルタがそれぞれ、互いに平行に延びる複数の排気流通路を具備しており、これら排気流通路は下流端が閉塞された排気ガス流入通路と上流端が閉塞された排気ガス流出通路とを含んで構成されており、これら排気ガス流入通路及び排気ガス流出通路は多孔質材から形成された隔壁を介して並べられており、これらパティキュレートフィルタの微粒子捕集効率が概ね６０％以下になるように、排気ガス流入通路の下流端及び排気ガス流出通路の上流端のうち少なくとも一部が開放されている。
【００１１】
また、８番目の発明によれば１番目又は４番目の発明において、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに排気ガス中のＮＯＸを蓄え、流入する排気ガス中の酸素濃度が低下すると蓄えているＮＯＸを還元して蓄えているＮＯＸの量を減少させるＮＯＸ触媒が前記低捕集効率型フィルタのうち少なくとも最も上流側の低捕集効率型フィルタ上に担持されている。
【００１２】
また、９番目の発明によれば１番目又は４番目の発明において、下流側に位置する低捕集効率型フィルタよりも上流側に位置する低捕集効率型フィルタの方がその微粒子捕集効率が低くなるようにこれら低捕集効率型フィルタが形成されている。
【００１３】
また、１０番目の発明によれば１番目又は４番目の発明において、下流側に位置する低捕集効率型フィルタよりも上流側に位置する低捕集効率型フィルタの方がその耐熱性が高くなるようにこれら低捕集効率型フィルタが形成されている。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は本発明を圧縮着火式内燃機関に適用した場合を示している。なお、本発明は火花点火式内燃機関にも適用することもできる。
【００１５】
図１を参照すると、１は機関本体、２はシリンダブロック、３はシリンダヘッド、４はピストン、５は燃焼室、６は電気制御式燃料噴射弁、７は吸気弁、８は吸気ポート、９は排気弁、１０は排気ポートを夫々示す。吸気ポート８は対応する吸気枝管１１及びサージタンク１２を介して吸気ダクト１３に連結される。吸気ダクト１３内にはステップモータ１４により駆動されるスロットル弁１５が配置される。
【００１６】
一方、排気ポート１０は排気マニホルド１６及び排気管１７を介し、車両アンダーフロアに位置するケーシング１８に連結され、ケーシング１８は排気管１９に連結される。排気マニホルド１６の分岐部又は集合部には上流側パティキュレートフィルタＰＦＵが収容されており、ケーシング１８内には下流側パティキュレートフィルタＰＦＬが収容されている。
【００１７】
これらパティキュレートフィルタＰＦＵ，ＰＦＬは微粒子捕集効率が概ね６０％以下である低捕集効率型フィルタから形成される。従って、一般的に言うと、排気通路内に複数の低捕集効率型フィルタを互いに直列に配置しているということになる。
【００１８】
上流側パティキュレートフィルタＰＦＵ上にはＮＯＸ触媒が担持されている。このＮＯＸ触媒は例えばアルミナを担体とし、この担体上に例えばカリウムＫ、ナトリウムＮａ、リチウムＬｉ、セシウムＣｓのようなアルカリ金属、バリウムＢａ、カルシウムＣａのようなアルカリ土類、ランタンＬａ、イットリウムＹのような希土類から選ばれた少なくとも一つと、白金Ｐｔ、パラジウムＰｄ、ロジウムＲｈ、イリジウムＩｒのような貴金属とが担持されている。一方、下流側パティキュレートフィルタＰＦＬ上には酸化触媒が担持されている。この酸化触媒はアルミナからなる担体上に担持された白金Ｐｔのような貴金属触媒又はセリウムＣｅのような希土類触媒から形成されている。
【００１９】
各燃料噴射弁６は燃料リザーバ、いわゆるコモンレール２０に連結される。このコモンレール２０内へは電気制御式の吐出量可変な燃料ポンプ２１から燃料が供給され、コモンレール２１内に供給された燃料は燃料噴射弁６に供給される。コモンレール２０にはコモンレール２０内の燃料圧を検出するための燃料圧センサ２２が取付けられ、燃料圧センサ２２の出力信号に基づいてコモンレール２０内の燃料圧が目標燃料圧となるように燃料ポンプ２１の吐出量が制御される。
【００２０】
電子制御ユニット４０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス４１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）４２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）４３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）４４、入力ポート４５及び出力ポート４６を具備する。燃料圧センサ２２の出力信号は対応するＡＤ変換器４７を介して入力ポート４５に入力される。
【００２１】
一方、アクセルペダル３０にはアクセルペダル３０の踏み込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ３１が接続され、負荷センサ３１の出力電圧は対応するＡＤ変換器４７を介して入力ポート４５に入力される。更に入力ポート４５にはクランクシャフトが例えば３０°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ３２が接続される。一方、出力ポート４６は対応する駆動回路４８を介して燃料噴射弁６、スロットル弁駆動用ステップモータ１４、及び燃料ポンプ２１にそれぞれ接続される。
【００２２】
図２にパティキュレートフィルタＰＦＵ，ＰＦＬの構造を示す。なお、図２において（Ａ）はパティキュレートフィルタＰＦＵ，ＰＦＬの正面図を示しており、（Ｂ）はパティキュレートフィルタＰＦＵ，ＰＦＬの側面断面図を示している。図２（Ａ）及び（Ｂ）に示されるようにパティキュレートフィルタＰＦＵ，ＰＦＬはハニカム構造をなしており、互いに平行をなして延びる複数個の排気流通路５０，５１を具備する。これら排気流通路は下流端が通気性のないシール材５２により閉塞された排気ガス流入通路５０と、上流端が通気性のないシール材５３により閉塞された排気ガス流出通路５１とにより構成される。なお、図２（Ａ）においてハッチングを付した部分はシール材５３を示している。従って排気ガス流入通路５０及び排気ガス流出通路５１は薄肉の隔壁５４を介して交互に配置される。云い換えると排気ガス流入通路５０及び排気ガス流出通路５１は各排気ガス流入通路５０が４つの排気ガス流出通路５１によって包囲され、各排気ガス流出通路５１が４つの排気ガス流入通路５０によって包囲されるように配置される。
【００２３】
パティキュレートフィルタＰＦＵ，ＰＦＬは例えばコージェライトのような多孔質材から形成されており、従って排気ガス流入通路５０内に流入した排気ガスは図２（Ｂ）において矢印で示されるように周囲の隔壁５４内を通って隣接する排気ガス流出通路５１内に流出する。
【００２４】
図２に示されるパティキュレートフィルタＰＦＵ，ＰＦＬの容量ないし寸法は比較的小さく、パティキュレートフィルタＰＦＵのみ又はパティキュレートフィルタＰＦＬのみを排気通路内に配置しても微粒子を良好に捕集することはできない。言い換えると、パティキュレートフィルタＰＦＵ，ＰＦＬの容量ないし寸法は排気通路内に単一のパティキュレートフィルタを配置したときに必要なパティキュレートフィルタの容量ないし寸法よりも小さくされている。
【００２５】
また、上述したようにパティキュレートフィルタＰＦＵ，ＰＦＬは低捕集効率型フィルタから形成される。図２に示される実施例では、微粒子捕集効率が概ね６０％以下になるようにパティキュレートフィルタＰＦＵ，ＰＦＬを形成する多孔質材の平均細孔径が設定されている。
【００２６】
一方、図２に示される実施例では、上流側パティキュレートフィルタＰＦＵと下流側パティキュレートフィルタＰＦＬとは排気流通路５０，５１の数や隔壁５４の厚さなども含めて同一形状に形成されており、しかしながら上流側パティキュレートフィルタＰＦＵの微粒子捕集効率が下流側パティキュレートフィルタＰＦＬの微粒子捕集効率よりも低くなるようにこれら上流側及び下流側パティキュレートフィルタＰＦＵ，ＰＦＬの平均細孔径が設定されている点、及び、上流側パティキュレートフィルタＰＦＵの耐熱性が下流側パティキュレートフィルタＰＦＬの耐熱性よりも高くなるようにこれら上流側及び下流側パティキュレートフィルタＰＦＵ，ＰＦＬの多孔質材が選択されている点で構成を互いに異にしている。
【００２７】
ここで、パティキュレートフィルタの微粒子捕集効率が高くなると圧損が高くなることを考えると、上流側パティキュレートフィルタＰＦＵの圧損を下流側パティキュレートフィルタＰＦＬの圧損よりも小さくしているという見方もできる。
【００２８】
さて、内燃機関から排出された排気ガスは上流側パティキュレートフィルタＰＦＵ内及び下流側パティキュレートフィルタＰＦＬ内を順次流通し、排気ガス中に含まれる主に炭素の固体からなる微粒子は上流側パティキュレートフィルタＰＦＵ上又は下流側パティキュレートフィルタＰＦＬ上に捕集される。図１に示される内燃機関はリーン空燃比のもとでの燃焼が継続して行われ、また、下流側パティキュレートフィルタＰＦＬ上に担持されている酸化触媒はもちろん、上流側パティキュレートフィルタＰＦＵ上に担持されているＮＯＸ触媒も酸化作用を有しているので、上流側及び下流側パティキュレートフィルタＰＦＵ，ＰＦＬの温度が微粒子を酸化しうる温度、例えば２５０℃以上に維持されていれば、上流側及び下流側パティキュレートフィルタＰＦＵ，ＰＦＬ上で微粒子が酸化せしめられ、除去される。
【００２９】
この場合、本発明による実施例ではパティキュレートフィルタＰＦＵ，ＰＦＬの容量が比較的小さいので、排気マニホルド１６や車両アンダーフロアのような限られた空間内にパティキュレートフィルタＰＦＵ，ＰＦＬを配置することが可能になる。また、パティキュレートフィルタＰＦＵ，ＰＦＬが低捕集効率型フィルタから形成されているので、排気通路内に複数のパティキュレートフィルタを配置しても機関背圧が過度に上昇することがない。しかも、内燃機関に近い方の上流側パティキュレートフィルタＰＦＵの圧損が比較的小さいので、機関背圧の上昇が更に抑制されている。
【００３０】
更に、微粒子が上流側パティキュレートフィルタＰＦＵを通過したとしても、微粒子捕集効率が比較的高い下流側パティキュレートフィルタＰＦＬによって捕集されるので、全体としての微粒子捕集効率は高く維持される。
【００３１】
ところで、一般に、パティキュレートフィルタに単位時間当たりに送り込まれる微粒子の量がパティキュレートフィルタ上で単位時間当たりに酸化せしめられる微粒子の量を越えるか、又はパティキュレートフィルタの温度が微粒子を酸化しうる温度、例えば２５０℃よりも低い場合には、パティキュレートフィルタ上に微粒子が堆積することになり、この状態が継続すればパティキュレートフィルタ上の堆積微粒子量が継続的に増大することになる。
【００３２】
しかしながら、本発明による実施例ではパティキュレートフィルタＰＦＵ，ＰＦＬの微粒子捕集効率が低く、また、パティキュレートフィルタＰＦＵ，ＰＦＬが内燃機関に比較的近いのでパティキュレートフィルタＰＦＵ，ＰＦＬに流入する排気ガスの温度が比較的高くなっている。従って、パティキュレートフィルタＰＦＵ，ＰＦＬ上の堆積微粒子量が一時的に増大することはあっても許容最大値を越えることがない。このことはパティキュレートフィルタＰＦＵ，ＰＦＬ上の微粒子を酸化除去するためにパティキュレートフィルタＰＦＵ，ＰＦＬの温度を上昇させる昇温処理を行う必要がないことを意味している。言い換えると、本発明による実施例では、パティキュレートフィルタＰＦＵ，ＰＦＬ上に堆積した微粒子の量が予め定められた許容最大量を越えないようにこれらパティキュレートフィルタＰＦＵ，ＰＦＬの微粒子捕集効率が設定されているということになる。
【００３３】
ところで、上述したように上流側パティキュレートフィルタＰＦＵ上にはＮＯＸ触媒が担持されている。このＮＯＸ触媒は流入する排気ガスの平均空燃比がリーンのときにはＮＯＸを蓄え、流入する排気ガス中の酸素濃度が低下すると蓄えているＮＯＸを還元して蓄えているＮＯＸの量を減少させる蓄積還元作用を行う。なお、本明細書では排気通路の或る位置よりも上流の排気通路、燃焼室５、及び吸気通路内に供給された空気と炭化水素ＨＣ及び一酸化炭素ＣＯとの比をその位置における排気ガスの空燃比と称している。
【００３４】
ＮＯＸ触媒の蓄積還元作用の詳細なメカニズムについては完全には明らかにされていない。しかしながら、現在考えられているメカニズムを、担体上に白金Ｐｔ及びバリウムＢａを担持させた場合を例にとって簡単に説明すると次のようになる。
【００３５】
即ち、ＮＯＸ触媒に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもかなりリーンになると流入する排気ガス中の酸素濃度が大巾に増大し、酸素Ｏ２がＯ２ −又はＯ２−の形で白金Ｐｔの表面に付着する。一方、流入する排気ガス中のＮＯは白金Ｐｔの表面上でＯ２ −又はＯ２−と反応し、ＮＯ２となる（２ＮＯ＋Ｏ２→２ＮＯ２）。次いで生成されたＮＯ２の一部は白金Ｐｔ上でさらに酸化されつつＮＯＸ触媒内に吸収されて酸化バリウムＢａＯと結合しながら、硝酸イオンＮＯ３ −の形でＮＯＸ触媒内に拡散する。このようにしてＮＯＸがＮＯＸ触媒内に蓄えられる。
【００３６】
これに対し、ＮＯＸ触媒に流入する排気ガスの空燃比がリッチ又は理論空燃比になると、排気ガス中の酸素濃度が低下してＮＯ２の生成量が低下し、反応が逆方向（ＮＯ３ −→ＮＯ２）に進み、斯くしてＮＯＸ触媒内の硝酸イオンＮＯ３ −がＮＯ２の形でＮＯＸ触媒から放出される。この放出されたＮＯＸは排気ガス中のＨＣ，ＣＯと反応して還元せしめられる。このようにして白金Ｐｔの表面上にＮＯ２が存在しなくなるとＮＯＸ触媒から次から次へとＮＯ２が放出されて還元され、ＮＯＸ触媒内に蓄えられているＮＯＸの量が次第に減少する。
【００３７】
なお、硝酸塩を形成することなくＮＯＸを蓄え、ＮＯＸを放出することなくＮＯＸを還元することも可能である。
【００３８】
図１に示される内燃機関では燃焼がリーン空燃比のもとで継続して行われており、従って排気ガス中のＮＯＸは上流側パティキュレートフィルタＰＦＵ上に担持されているＮＯＸ触媒内に蓄えられる。
【００３９】
上流側パティキュレートフィルタＰＦＵのＮＯＸ触媒内の蓄積ＮＯＸ量が許容最大量を越えたときにはＮＯＸ触媒に流入する排気ガスの空燃比が一時的にリッチにするリッチ処理が行われる。リッチ処理が行われるとＮＯＸ触媒内に蓄えられているＮＯＸが還元され、蓄積ＮＯＸ量が減少する。
【００４０】
ＮＯＸ触媒に流入する排気ガスの空燃比を一時的にリッチにするために、例えば燃焼室５内における平均空燃比をリッチにすることもできるし、膨張行程後半又は排気行程中に燃焼室５内に追加の燃料を噴射することもできる。或いは、ＮＯＸ触媒上流の排気通路内に追加の燃料を供給することもできる。
【００４１】
本発明による実施例では上流側パティキュレートフィルタＰＦＵ上のみにＮＯＸ触媒が担持されているけれども、当然、ＮＯＸ触媒を下流側パティキュレートフィルタＰＦＬ上にも担持させることは可能である。しかしながら、下流側パティキュレートフィルタＰＦＬ上に担持されたＮＯＸ触媒に流入する排気ガスをリッチにするために例えば燃焼室５内に追加の燃料を噴射すると、この追加の燃料が上流側パティキュレートフィルタＰＦＵ上で消費される恐れがある。従って、下流側パティキュレートフィルタＰＦＬ上にＮＯＸ触媒を担持させた場合には下流側パティキュレートフィルタＰＦＬと上流側パティキュレートフィルタＰＦＵ間の排気通路内に追加の燃料を供給する手段が必要となる。
【００４２】
図３はパティキュレートフィルタＰＦＵ，ＰＦＬの別の実施例の構造を示している。なお、図３において（Ａ）はパティキュレートフィルタＰＦＵ，ＰＦＬの部分拡大正面図を示しており、（Ｂ）はパティキュレートフィルタＰＦＵ，ＰＦＬの側面断面図を示している。
【００４３】
図３（Ａ）及び（Ｂ）に示されるパティキュレートフィルタＰＦＵ，ＰＦＬは多孔質材の平均細孔径を含めて例えば図２に示される下流側パティキュレートフィルタＰＦＬと概ね同様に形成され、しかしながら排気ガス流入通路５０の下流端及び排気ガス流出通路５１の上流端がシール材によって閉鎖されていない点で図２に示されるパティキュレートフィルタと構成を異にしている。即ち、図３（Ａ）及び（Ｂ）に示される例では、排気ガス流入通路５０の下流端周りを画定する隔壁５４及び排気ガス流出通路５１の上流端周りを画定する隔壁５４を、図３（Ａ）に矢印で示されるようにそれぞれ内向きに折り曲げてこれら下流端及び上流端を閉鎖するようにしている。
【００４４】
図３（Ａ）及び（Ｂ）に示される例では、排気ガス流入通路５０の下流端及び排気ガス流出通路５１の上流端にそれぞれ開口５６，５７が形成されるように隔壁５４が折り曲げられ、従ってこれら下流端及び上流端は部分的に閉鎖されることになる。その結果、これら下流端及び上流端がテーパ状をなすことになり、これら下流端及び上流端における排気ガス流れの乱れが抑制される。このため、パティキュレートフィルタＰＦＵ，ＰＦＬの圧損が小さくなる。
【００４５】
また、図３（Ｂ）に矢印で示されるように、内燃機関から排出された排気ガスのわずかな一部が開口５７を介して排気ガス流出通路５１内に流入するようになり、排気ガス流入通路５０内の排気ガスのわずかな一部が開口５６を介して排気ガス流入通路５０から流出するようになり、このため排気ガスのわずかな一部が隔壁５４を通過することなく排気ガス流入通路５０又は排気ガス流出通路５１を通過することになる。このことによって、パティキュレートフィルタＰＦＵ，ＰＦＬの圧損がさらに小さくなる。なお、排気ガス流入通路５０の下流端及び排気ガス流出通路５１の上流端を隔壁５４によって完全に閉鎖するようにしてもよい。
【００４６】
図３に示されるパティキュレートフィルタＰＦＵ，ＰＦＬではその微粒子捕集効率が開口５７の面積に依存する。そこで図３に示される例では、パティキュレートフィルタＰＦＵ，ＰＦＬの微粒子捕集効率が概ね６０％以下になるように開口５７の面積を設定している。
【００４７】
また、パティキュレートフィルタＰＦＵ，ＰＦＬにおける各開口５７の面積を互いに等しくしてこれらパティキュレートフィルタＰＦＵ，ＰＦＬの微粒子捕集効率を互いに等しくさせることもできるし、これらパティキュレートフィルタＰＦＵ，ＰＦＬにおける各開口５７の面積を互いに異ならせることによりこれらパティキュレートフィルタＰＦＵ，ＰＦＬの微粒子捕集効率を互いに異ならせることもできる。
【００４８】
図４はパティキュレートフィルタＰＦＵ，ＰＦＬの更に別の実施例の構造を示している。なお、図４において（Ａ）はパティキュレートフィルタＰＦＵ，ＰＦＬの正面図を示しており、（Ｂ）はパティキュレートフィルタＰＦＵ，ＰＦＬの側面断面図を示している。
【００４９】
図４（Ａ）及び（Ｂ）に示されるパティキュレートフィルタＰＦＵ，ＰＦＬは例えば図２に示される下流側パティキュレートフィルタＰＦＬから、排気ガス流入通路５０の下流端のシール材５２及び排気ガス流出通路５１の上流端のシール材５３のうち一部を除去することにより形成される。その結果、パティキュレートフィルタの排気流通路は上流端が開放されかつ下流端が閉塞された排気ガス流入通路５０と、上流端が閉塞されかつ下流端が開放された排気ガス流出通路５１と、上流端及び下流端が開放された排気ガス通路５８とから構成されることになる。
【００５０】
その結果、図４（Ｂ）に矢印で示されるように、排気ガス通路５８内に流入した排気ガスは隔壁５４を通過することなく排気ガス通路５８を通過するようになり、隣接する別の排気ガス通路５８、排気ガス流入通路５０、及び排気ガス流出通路５１から排気ガス通路５８内に排気ガスが流入するようになる。
【００５１】
図４に示されるパティキュレートフィルタＰＦＵ，ＰＦＬではその微粒子捕集効率が排気ガス通路５８の数ないし流路面積に依存する。そこで図４に示される例では、パティキュレートフィルタＰＦＵ，ＰＦＬの微粒子捕集効率が概ね６０％以下になるように排気ガス通路５８の数ないし流路面積を設定している。
【００５２】
また、パティキュレートフィルタＰＦＵ，ＰＦＬにおける排気ガス通路５８の数ないし流路面積を互いに等しくしてこれらパティキュレートフィルタＰＦＵ，ＰＦＬの微粒子捕集効率を互いに等しくさせることもできるし、これらパティキュレートフィルタＰＦＵ，ＰＦＬにおける排気ガス通路５８の数ないし流路面積を互いに異ならせることによりこれらパティキュレートフィルタＰＦＵ，ＰＦＬの微粒子捕集効率を互いに異ならせることもできる。
【００５３】
これまで述べてきた実施例では、上流側パティキュレートフィルタＰＦＵを排気マニホルド１６内に配置されている。しかしながら、排気マニホルド１６直下流の排気通路内に上流側パティキュレートフィルタＰＦＵを配置することもできる。更に、これまで述べてきた実施例ではシール材５２，５３は通気性を有していない。しかしながら、これらシール材５２，５３を通気性を有するものから形成することもできる。
【００５４】
【発明の効果】
配置のために大きな空間を必要とすることなく微粒子を確実に捕集することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】内燃機関の全体図である。
【図２】パティキュレートフィルタを示す図である。
【図３】パティキュレートフィルタの別の実施例を示す図である。
【図４】パティキュレートフィルタの更に別の実施例を示す図である。
【符号の説明】
１…機関本体
１６…排気マニホルド
１８…ケーシング
ＰＦＵ…上流側パティキュレートフィルタ
ＰＦＬ…下流側パティキュレートフィルタ
Claims (10)
- リーン空燃比のもとで燃焼が行われる内燃機関の排気通路内に排気ガス中の微粒子を捕集するためのパティキュレートフィルタを配置した内燃機関の排気浄化装置において、前記パティキュレートフィルタを少なくとも一対の低捕集効率型フィルタから形成すると共に、これら低捕集効率型フィルタを排気通路内に互いに直列に配置し、これら一対の低捕集効率型フィルタのうち一方の低捕集効率型フィルタを排気マニホルド内又は排気マニホルド直下流の排気通路内に配置し、他方の低捕集効率型フィルタを車両アンダーフロアに位置する排気通路内に配置した内燃機関の排気浄化装置。
- 微粒子捕集効率が概ね６０％以下になるように、前記パティキュレートフィルタをそれぞれ形成する多孔質材の平均細孔径が設定されている請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 前記パティキュレートフィルタがそれぞれ、互いに平行に延びる複数の排気流通路を具備しており、これら排気流通路は下流端が閉塞された排気ガス流入通路と上流端が閉塞された排気ガス流出通路とから構成されており、これら排気ガス流入通路及び排気ガス流出通路は多孔質材から形成された隔壁を介して交互に並べられており、これらパティキュレートフィルタの微粒子捕集効率が概ね６０％以下になるように、排気ガス流入通路の下流端周りを画定する隔壁及び排気ガス流出通路の上流端周りを画定する隔壁をそれぞれ内向きに折り曲げてこれら下流端及び上流端が少なくとも部分的に閉塞されている請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- リーン空燃比のもとで燃焼が行われる内燃機関の排気通路内に排気ガス中の微粒子を捕集するためのパティキュレートフィルタを配置した内燃機関の排気浄化装置において、前記パティキュレートフィルタを複数の低捕集効率型フィルタから形成すると共に、これら低捕集効率型フィルタを排気通路内に互いに直列に配置し、前記パティキュレートフィルタがそれぞれ、互いに平行に延びる複数の排気流通路を具備しており、これら排気流通路は下流端が閉塞された排気ガス流入通路と上流端が閉塞された排気ガス流出通路とから構成されており、これら排気ガス流入通路及び排気ガス流出通路は多孔質材から形成された隔壁を介して交互に並べられており、これらパティキュレートフィルタの微粒子捕集効率が概ね６０％以下になるように、排気ガス流入通路の下流端周りを画定する隔壁及び排気ガス流出通路の上流端周りを画定する隔壁をそれぞれ内向きに折り曲げてこれら下流端及び上流端が少なくとも部分的に閉塞されている内燃機関の排気浄化装置。
- 前記複数のパティキュレートフィルタを少なくとも一対の低捕集効率型フィルタから構成し、これら一対の低捕集効率型フィルタのうち一方の低捕集効率型フィルタを排気マニホルド内又は排気マニホルド直下流の排気通路内に配置し、他方の低捕集効率型フィルタを車両アンダーフロアに位置する排気通路内に配置した請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 各低捕集効率型フィルタ上に堆積した微粒子の量が予め定められた許容量を越えないようにこれら低捕集効率型フィルタの微粒子捕集効率が設定されている請求項１又は４に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 前記パティキュレートフィルタがそれぞれ、互いに平行に延びる複数の排気流通路を具備しており、これら排気流通路は下流端が閉塞された排気ガス流入通路と上流端が閉塞された排気ガス流出通路とを含んで構成されており、これら排気ガス流入通路及び排気ガス流出通路は多孔質材から形成された隔壁を介して並べられており、これらパティキュレートフィルタの微粒子捕集効率が概ね６０％以下になるように、排気ガス流入通路の下流端及び排気ガス流出通路の上流端のうち少なくとも一部が開放されている請求項１又は４に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに排気ガス中のＮＯＸを蓄え、流入する排気ガス中の酸素濃度が低下すると蓄えているＮＯＸを還元して蓄えているＮＯＸの量を減少させるＮＯＸ触媒が前記低捕集効率型フィルタのうち少なくとも最も上流側の低捕集効率型フィルタ上に担持されている請求項１又は４に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 下流側に位置する低捕集効率型フィルタよりも上流側に位置する低捕集効率型フィルタの方がその微粒子捕集効率が低くなるようにこれら低捕集効率型フィルタが形成されている請求項１又は４に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 下流側に位置する低捕集効率型フィルタよりも上流側に位置する低捕集効率型フィルタの方がその耐熱性が高くなるようにこれら低捕集効率型フィルタが形成されている請求項１又は４に記載の内燃機関の排気浄化装置。
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