JP2002276332A

JP2002276332A - 排気ガス浄化方法とその装置

Info

Publication number: JP2002276332A
Application number: JP2001073341A
Authority: JP
Inventors: Masashi Gabe; 我部　　正志; Takao Kodaira; 隆雄小平
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2001-03-15
Filing date: 2001-03-15
Publication date: 2002-09-25

Abstract

(57)【要約】【課題】比較的低温の排気ガスで連続的にＰＭを酸化除
去できて、装置のサイズを小さくでき、また、フィルタ
再生のためのエンジンの複雑な制御も不要にして、単純
な制御システムで低コストでかつ信頼性を高くすること
ができる排気ガス浄化方法及びその装置を提供する。【解決手段】セル１２の密度が順次大きくなるハニカム
構造体２２のセル１２内を通過させることにより、排気
ガスＧ中の微粒子状物質ＰＭの拡散作用を利用して、微
粒子状物質ＰＭを酸化触媒１３に接触させて、微粒子状
物質ＰＭの可溶性有機成分２３を上流側のセル１２
ａ．．．内で酸化して、スート３１を分離して微細化
し、前記微細化したスート３１を下流側のセル１２
ｅ．．．内で酸化して、微粒子状物質ＰＭを酸化し浄化
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ディーゼルエンジ
ン等の排気ガス中に含まれる微粒子物質（ＰＭ）を連続
的に酸化除去する排気ガス浄化方法及びその装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】ディーゼルエンジンから排気ガス中に排
出される微粒子状物質（ＰＭ：パティキュレート）は、
ＮＯｘ，ＣＯ，ＨＣ等と共に、年々規制が強化されてき
ており、エンジンの改良だけでは対応しきれなくなって
きている。そのため、排気ガス中のＰＭをディーゼルパ
ティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）と呼ばれるフィルタ
で捕集して、ＰＭの排出量を低減することが行われてい
る。

【０００３】このＰＭのような微粒子の捕集には、図５
に示すような、「慣性作用（慣性衝突）」、「さえぎり
作用（直接さえぎり）」、「拡散作用（ブラウン拡
散）」の３つの原理の利用が考えられるが、現在のＤＰ
Ｆ装置では主に「慣性作用」と「さえぎり作用」を利用
した方式が用いられている。

【０００４】この「慣性作用」を利用した方式のＤＰＦ
は、図６、図７に示すような繊維状に形成したセラミッ
ク製や金属製の繊維型フィルタを用いて、この細かく高
密度で形成された繊維間に排気ガスを通過させることに
より、ＰＭを慣性力によって繊維に衝突させて付着さ
せ、この慣性衝突によりＰＭを捕集している。

【０００５】この繊維型フィルタは、熱歪みによる破損
等に強く、耐久性は高いが、細い繊維の離脱飛散や低捕
集効率、捕集ＰＭのブローオフ等の問題がある。

【０００６】また、「さえぎり作用」を利用した方式の
ＤＰＦでは、図８に示すような多孔質薄壁を持つフィル
タのセルの出入口を千鳥状に目封じしたセラミック製の
モノリスハニカム型フィルタを用いて、排気ガスをセル
の壁面となる多孔質薄壁に設けられた狭い流路に導入し
て多孔質薄壁を通過させることにより、ＰＭをこの狭い
流路の入口で引っかけて、さえぎり作用により捕集して
いる。

【０００７】この多孔質薄壁のフィルタは、捕集効率が
高く、ブローオフ等の問題は無いが、熱歪みによる破損
等の耐久性の問題がある。

【０００８】そして、これらのフィルタに捕集されたＰ
Ｍは蓄積して、フィルタが目詰まりするため、定期的に
捕集されたＰＭを除去してフィルタを再生する必要があ
る。

【０００９】次に、このフィルタの再生方法について説
明するが、この再生方法には間欠型と連続型とがある。

【００１０】間欠型の再生方法では、殆どが図９に示す
排気ガス浄化装置のように、二系統の浄化経路を持ち、
経路を切り替えてＰＭ捕集とフィルタ再生を交互に行い
ながら、排気ガスを浄化している。このフィルタの再生
は、フィルタを電気ヒータやバーナー等で強制的に加熱
したり、空気で逆洗したりすることで行っている。

【００１１】この間欠型の再生方式では、フィルタ再生
作業が、エンジンの運転に影響され難く、再生効率も高
くなるという利点があるが、一方、再燃焼時の消費エネ
ルギーが大きいので燃費の悪化をもたらすと共に、シス
テムが大型化し、二系統の浄化経路を切り替えるため、
複雑な制御が必要となるので、コストが高くなり、乗用
車には向かないという問題がある。

【００１２】また、連続型の再生方法では、ＰＭの酸化
において、ＮＯ₂はＯ₂よりエネルギー障壁が低いた
め、ＮＯ₂による酸化は排気ガス中のＯ₂により酸化よ
りも低い温度で行うことができるのて、これを利用して
ＰＭ酸化による再生温度を低下させる。そのため、外部
からエネルギーの供給なしに、排気ガス中の熱エネルギ
ーで連続的にＰＭを酸化してフィルタの再生を行うこと
ができる。

【００１３】この連続型の再生方法の排気ガス浄化装置
の例を、図１０〜図１２に示す。

【００１４】図１０の排気ガス浄化装置では、通常のウ
ォールフローフィルタの上流に酸化触媒を置き、排気ガ
ス中のＮＯをＮＯ₂に酸化し、後流側の排気ガス中のＮ
Ｏｘを殆どＮＯ₂にする。また、図１１に示すこのシス
テムの改良タイプでは、酸化触媒をウォールフローフィ
ルタの壁面に塗布し、システムを簡略化している。ま
た、図１２のシステムはウォールフローフィルタの壁表
面に酸化物等のＰＭ直接酸化触媒を塗布し、直接触媒で
低温でフィルタに蓄積したＰＭを燃焼し連続再生させて
いる。

【００１５】これらの排気ガス浄化装置では、酸化触媒
を利用し、ＰＭ再生温度を下げ、外部からエネルギーの
供給を受けることなく、エンジンからの排気熱でＰＭを
酸化しフィルタの再生を行う。この場合には、基本的に
はフィルタの再生を連続的に行うことができるため、よ
り簡素化された一系統のシステムになり、再生制御も簡
素化されるという利点がある。

【００１６】しかし、図１１のシステムの場合には、触
媒をウォールフローフィルタの壁表面に塗るため初期の
フィルタ圧損が増大するという問題があり、図１２のシ
ステムの場合には、接触表面積から固体の煤を触媒で燃
焼させるのが難しいという問題がある。

【００１７】そして、これらの現在提案されているフィ
ルタや再生方式の問題点を解決するものとして、触媒作
用を利用したＮＯ₂によるＰＭの酸化によって、通常の
フィルタよりＰＭの酸化開始温度を低下させて、ＰＭ燃
焼によってフィルタの連続再生の実現を図る、連続型再
生方式の排気ガス浄化装置が考えられている。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この連
続型再生方式の排気ガス浄化装置においても、まだ、３
５０℃程度の排気温度が必要であるため、アイドル運転
や低負荷運転におけるエンジン運転状態では排気ガス温
度が低いので、ＰＭを酸化できず、フィルタの再生を行
うことができないという問題がある。

【００１９】そのため，アイドル運転や低負荷運転が継
続すると捕集されたＰＭが堆積して溜まり、排圧が上昇
し燃費の悪化やエンジンの停止を招き、更に、ＰＭの堆
積量が多いために一旦燃焼が生じると、フィルタ内の温
度が急上昇し高温になるため、フィルタに熔損やクラッ
クが生じ、フィルタが破損するという問題がある。

【００２０】一方、「さえぎり作用」を利用したセラミ
ック製のモノリスハニカム型フィルタにおける多孔質セ
ル壁の捕集されたＰＭの様子を断面走査型電子顕微鏡
（ＳＥＭ像）写真で調べると、多孔質薄壁表面にＰＭ
が、積み重ねられた大きな固まりとして蓄積されている
ことが分かった。また、「慣性作用」を利用した、細い
繊維にＰＭを随時衝突、吸着させるフィルタでも、ＰＭ
は大きな固まりとして蓄積されていることが分かった。

【００２１】この大きな固まりのＰＭの構造の模式図を
図４に示す。このＰＭの固まり３０Ｂでは、０．０１〜
０．０８μｍの超微粒子状の炭素を主成分とするＳＯＯ
Ｔ（スート、煤）粒子３１とＳＯＦ（Soluble Organic
Fraction: 可溶性有機成分）３２等から構成される。

【００２２】このＳＯＦ３２は、ＰＭ３０Ｂに含まれる
各種成分の内の、ベンゼン、トルエン等の有機溶剤に溶
ける成分で、燃料やオイルの燃え残りであり、高温では
蒸気となっているが、温度が下がると液化してＳＯＯＴ
３１に付着してＳＯＯＴ同士を接着して、大きなＰＭの
固まり３０Ｂを形成し、このＰＭの固まり３０Ｂを更に
接着ＳＯＦ３２が接着し、図３（ａ）に示すような、更
に大きなＰＭの固まり３０Ａを形成し、巨大化してい
る。

【００２３】上記のように、エンジンから排出されるＰ
Ｍは、殆どが大きなサイズのＰＭの固まり群となって排
出されており、これらのＰＭの固まりをフィルタで捕集
すると、更に大きなサイズに成長する。

【００２４】そして、ＰＭが大きな固まりとなってしま
うと、ガスや触媒との接触面となる表面積が著しく低下
するため、ＮＯ₂で酸化することにより酸化開始温度を
下げようとしても、ＮＯ₂等との酸化反応が促進され
ず、また、ＰＭの反応面積が小さいため、直接ＰＭ触媒
を作用してＰＭ粒子を酸化させようとしても、触媒とＰ
Ｍ粒子の接触が著しく少なくなるため、ＰＭの酸化温度
即ちフィルタの再生温度が低下しないという問題が生じ
る。

【００２５】このＰＭの表面積の減少が反応温度の低下
を阻害する要因であることは、電気炉で、時間を掛けて
フィルタに蓄積したＰＭを燃焼させると、大気中の触媒
なしの条件下でも、３００℃程度の温度で十分燃焼しフ
ィルタが再生することにより、裏付けられている。

【００２６】本発明は、これらの知見を得て、上述の問
題を解決するためになされたものであり、その目的は、
連続型再生方式の排気ガス浄化装置において、比較的低
温の排気ガスで連続的にＰＭを酸化除去できて、排気ガ
ス浄化装置のサイズを小さくでき、また、フィルタ再生
のためのエンジンの複雑な制御も不要にして、単純な制
御システムで、低コストで信頼性の高い装置とすること
ができる排気ガス浄化方法及びその装置を提供すること
にある。

【００２７】

【課題を解決するための手段】〔排気ガス浄化方法〕以
上のような目的を達成するための排気ガス浄化方法は、
エンジンの排気ガスを、ハニカム構造体の酸化触媒を壁
面に担持したセル内を通過させて、排気ガス中の微粒子
状物質を酸化して浄化する排気ガス浄化方法であって、
排気ガス通路の断面に対するセルの密度が段階的又は断
続的に大きくなる前記ハニカム構造体のセル内を通過さ
せることにより、排気ガス中の微粒子状物質の拡散作用
を利用して、微粒子状物質を前記酸化触媒に接触させ
て、上流側のセル内では微粒子状物質の可溶性有機成分
を酸化して、該可溶性有機成分の酸化によりスートを分
離して微細化し、下流側のセル内では、前記微細化した
スートを酸化して、微粒子状物質を浄化する方法であ
る。

【００２８】そして、上記の排気ガス浄化方法におい
て、排気ガス中の一酸化窒素を二酸化窒素に触媒作用を
利用して酸化し、更に、この二酸化窒素で微粒子状物質
を触媒作用を利用して酸化する。

【００２９】あるいは、前記の排気ガス浄化方法におい
て、排気ガス中の酸素で微粒子状物質を触媒作用を利用
して酸化する。

【００３０】ここで、段階的にセル密度が大きくなると
は、排気ガスの入口との距離に関して、同じセル密度の
部分もあるが、階段状に入口側より出口側の方のセル密
度が大きくなることを意味する。また、断続的にセル密
度が大きくなるとは、入口から出口の途中において、部
分的に、セル密度が小さくなるところが設けられていて
も、セル密度の高い通路だけを抜き出して見た時に、入
口側のセル密度の高い通路よりも、出口側のセル密度の
高い通路の方のセル密度が高くなっていることを意味す
る。

【００３１】本発明の排気ガス浄化方法は、微粒子状物
質（ＰＭ）を、微粒子状物質のブラウン運動による拡散
作用（ブラウン拡散）を利用して、酸化触媒に接触させ
て、比較的燃焼し易い可溶性有機成分（ＳＯＦ）を初め
に燃焼させて、スート（ＳＯＯＴ）の接合を解いて、微
粒子状物質を微細化（微粒子化）して表面積を飛躍的に
増大させることにより、酸化触媒と二酸化窒素（Ｎ
Ｏ₂）や酸素（Ｏ₂）と接触の機会を増大させて、低い
排気ガス温度で、微粒子状物質を酸化する方法である。

【００３２】この場合に、ＰＭをセラミック（金属も含
む）ハニカムフィルタ内に担持した酸化触媒で酸化して
浄化するが、ＰＭ表面のＳＯＦの酸化によりＰＭが微細
化していくため、この微細化の進展に従って、ハニカム
のセル密度を挙げてセルの通路を狭くしてブラウン拡散
によるＰＭと酸化触媒との接触効率を上げると共に、微
細化していくＰＭとセルのサイズを合理的に対応させて
セラミックハニカムフィルタの目詰まりを防ぐ。

【００３３】この排気ガス浄化方法によれば、従来技術
のＤＰＦ装置のフィルタのように、ＰＭを大きな固まり
として捕集しないので、酸化触媒が低温域から有効に作
用し、低温域からＰＭの酸化が生じる。そのため、アイ
ドル運転等の排気ガス温度が低い低負荷運転から、ＰＭ
の排出量の多い高負荷運転までＰＭの連続再生を行うこ
とができ、高効率でＰＭを浄化することになる。

【００３４】〔排気ガス浄化装置〕以上のような排気ガ
ス浄化方法を実施するための排気ガス浄化装置は、排気
ガスが通過するセルに酸化触媒を担持させたハニカム構
造体を有し、前記ハニカム構造体の排気ガス通路の断面
積におけるセル密度を上流側から下流側に順次、段階的
又は断続的に大きくなるように形成して構成される。

【００３５】また、上記の排気ガス浄化装置において、
前記ハニカム構造体を、排気ガス通路の断面におけるセ
ル密度が異なる複数のハニカム構造部材で形成し、該ハ
ニカム構造部材を、上流側から下流側に向かってセル密
度が大きくなるように、上流側から下流側に順次、直列
に並べて形成する。

【００３６】更に、上記の排気ガス浄化装置において、
前記ハニカム構造体のセルの断面の壁面の間の距離を、
入口側では、０．５ｍｍ〜１．５ｍｍで、出口側では、
０．１ｍｍ〜０．４ｍｍになるように形成する。あるい
は、断面積では、入口側では、０．２５ｍｍ²〜２．２
５ｍｍ²で、出口側では、０．０１ｍｍ²〜０．１６ｍ
ｍ²になるように形成する。

【００３７】そして、上記の排気ガス浄化装置におい
て、前記酸化触媒を、排気ガス中の一酸化窒素（ＮＯ）
を二酸化窒素（ＮＯ₂）に触媒作用を利用して酸化し、
更に、この二酸化窒素（ＮＯ₂）で微粒子状物質を触媒
作用を利用して酸化する触媒で形成する。

【００３８】あるいは、上記の排気ガス浄化装置におい
て、前記酸化触媒を、排気ガス中の酸素で微粒子状物質
を触媒作用を利用して酸化する触媒で形成する。

【００３９】このハニカム構造体における、セルの密
度、即ち、排気ガスの通路断面に対するセルの個数で表
される値（セルの個数／排気ガスの通路断面積）は、セ
ルを構成する壁面の間の距離を小さくしたり、セルのガ
ス通過の断面積を小さくすることにより、大きくするこ
とができる。

【００４０】また、一酸化窒素（ＮＯ）を二酸化窒素
（ＮＯ₂）に酸化する触媒は、Ｐｔ等／アルミナ等で形
成することができ、微粒子状物質（ＰＭ）を酸素
（Ｏ₂）で直接酸化する触媒は、Ｐｔ等／アルミナ、セ
リウム等で形成することができる。

【００４１】〔ＰＭ浄化のメカニズム〕次に、本発明の
排気ガス浄化方法及びその装置による排気ガス中の微粒
子状物質（ＰＭ）の浄化のメカニズムについて、図２〜
図４を参照して説明する。

【００４２】図３、図４に示したように、エンジン出口
状態では殆どのＰＭがＳＯＦによって微粒子のＳＯＯＴ
を接着して巨大化しているので、排気ガス浄化装置（ブ
ラウン拡散型ＤＰＦ）の上流側の触媒１３を備えたハニ
カム構造体１２ａ．．を、セル数を少なくしてセル密度
を低くし、セル通路における詰まりを防止する。

【００４３】そして、このセル１２ａ．．内に排気ガス
Ｇを通過させると、大きなＰＭ粒子３０Ａが広いハニカ
ムセル１２ａ．．の中にブラウン拡散していき、酸化触
媒１３が塗布された壁面１２Ｗに接触すると同時に、Ｐ
Ｍ３０Ｓ表面の接着ＳＯＦ３２を酸化し、また、ＰＭ表
面に位置するＳＯＯＴ３１も同時に酸化燃焼する。

【００４４】この接着ＳＯＦ３２の酸化により、残りの
ＰＭは接着が解かれて微細化（微粒子化）する。この微
細化したＰＭは、セル数を増加しセル密度が増加したハ
ニカム構造部材１２ｅ．のより狭いセル１２ｅ．．に導
入する。

【００４５】このより狭いセル１２ｅ．．内で、ブラウ
ン拡散によりＰＭ３０Ｂは酸化触媒１３に接触し、ＰＭ
３０Ｂの表面のＳＯＦ３２とＳＯＯＴ３１を酸化燃焼
し、更に微細化する。

【００４６】この繰り返しにより、ＰＭ３０Ｃは、超微
粒子化し表面積が著しく大きくなったＳＯＯＴ３１のみ
となるので、容易に酸化触媒１３の触媒作用により低温
域においても酸化燃焼することができ、二酸化炭素と水
になり消滅する。

【００４７】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る排気ガス浄化
方法及びその装置の実施の形態について、図面を参照し
ながら説明する。

【００４８】〔排気ガス浄化装置〕最初に、本発明に係
る排気ガス浄化方法を実施するための排気ガス浄化装置
について説明する。

【００４９】図１に示すように、この排気ガス浄化装置
１０は、ディーゼルエンジン１の排気通路２に配置する
が、排気温度の低下を防ぐためにエンジン１に近い位置
に配置する。このエンジン１は、燃料タンク３から燃料
の供給を受けて、電子制御装置５により制御される噴射
ポンプシステム６により燃料噴射されるように構成され
ている。そして、排気ガス浄化装置１０の下流側の排気
通路２には消音器７が設けられ、電子制御装置５の電源
としてバッテリー４が配置されている。

【００５０】この排気ガス浄化装置１０は、図２に示す
ように、排気ガスＧの入口２１と浄化された排気ガスＧ
ｃの出口２２を有するケース２０と、このケース２０に
収容された、多数のセル１２ａ〜１２ｈを有するハニカ
ム構造体１１から形成し、このセル１２ａ〜１２ｈの壁
面１２Ｗには酸化触媒１３を担持させる。

【００５１】このハニカム構造体１１は、直列に配置さ
れた複数（図１では８個）のハニカム構造部材１１ａ〜
１１ｈで構成し、これらのハニカム構造部材１１ａ〜１
１ｈはコーディエライトやアルミナ等のセラミックや、
ステンレス等の金属で形成する。

【００５２】そして、このハニカム構造部材１１ａ〜１
１ｈに設けたセル１２ａ〜１２ｈのセル密度（セル数／
ハニカム構造部材のガス通路断面積）を、排気ガスＧの
上流側から下流側に数段階に分けて下流に行くほど増加
させる。この構成により、ハニカム構造体１１の排気ガ
ス通路の断面積におけるセル密度は上流側から下流側に
順次、段階的に大きくなる。

【００５３】このセル密度の増加に関しては、図２に示
すように、セル１２ａ〜１２ｈを構成する壁面１２Ｗの
間の距離δを小さくしたり、セル１２ａ〜１２ｈのガス
通過の断面積を小さくすることにより、セル密度を大き
くすることができる。

【００５４】この各セル１２ａ〜１２ｈは、入口側から
出口側に一方的に連通して形成される。この構成によ
り、排気ガスＧＨ、入口２１から壁面１２Ｗに沿ってセ
ル１２ａ〜１２ｈの内部を通過し、浄化されて出口２２
から排出される。この場合、通常は排気ガスＧは壁面１
２Ｗを貫通することはない。

【００５５】このハニカム構造体１１のセル１２ａ〜１
２ｈの壁面１２Ｗ，１２Ｗの間の距離δを、入口側で
は、０．５ｍｍ〜１．５ｍｍで、出口側では、０．１ｍ
ｍ〜０．４ｍｍになるように形成する。あるいは、セル
１２ａ〜１２ｈの断面積では、入口側では、０．２５ｍ
ｍ²〜２．２５ｍｍ²で、出口側では、０．０１ｍｍ ²
〜０．１６ｍｍ²になるように形成する。

【００５６】そして、酸化触媒１３は、白金やロジウム
等の触媒金属等で形成し、上流側においては、可溶性有
機成分（ＳＯＦ）を酸化すると共に、排気ガスＧ中の一
酸化窒素（ＮＯ）を二酸化窒素（ＮＯ₂）に酸化し、ま
た、下流側においては、ＮＯ ₂で微粒子状物質（ＰＭ）
を酸化する触媒作用を持つものである。

【００５７】なお、ＮＯ₂でＰＭを酸化する代わりに、
直接、排気ガス中の酸素（Ｏ₂）で、ＰＭを酸化する場
合には、この触媒は、Ｏ₂でＰＭを酸化する触媒作用を
持つ酸化触媒１３とする必要があり、この酸化触媒１３
は、白金及びセリウム等で形成することになる。

【００５８】〔排気ガス浄化方法〕そして、上記の排気
ガス浄化装置１０を使用した排気ガス浄化方法は、次の
ようになる。

【００５９】図１及び図２に示すように、ディーゼルエ
ンジン１の排気ガスＧが、排気ガス浄化装置１０に流入
すると、排気ガスＧはハニカム構造体１１のセル１２ａ
〜１２ｈ内を順次通過する。このセル１２ａ〜１２ｈ内
の通過に際して、排気ガスＧ中のＰＭ３０Ａ（図３
（ａ））は、ブラウン運動による拡散作用により、セル
１２ａ〜１２ｈの壁面１２Ｗに担持された酸化触媒１３
に接触する。

【００６０】そして、上流側では、この酸化触媒１３の
触媒作用により、図３（ａ）に示すようなＰＭ３０Ａの
スート（ＳＯＯＴ）３１の接着の役割を果たしている可
溶性有機成分（ＳＯＦ）３２を酸化・燃焼して、このＳ
ＯＦ３２の燃焼により、ＳＯＯＴ３１を分離してＰＭ３
０Ａを微細化し、図３（ｂ）に示すようなＰＭ３０Ｂの
状態を経て、更に図３（ｃ）に示すようなＳＯＯＴ３１
が個々に分離しているＰＭ３０Ｃの状態にする。

【００６１】また、これと共に、この上流側では、この
酸化触媒１３の触媒作用により、排ガスＧ中のＮＯを酸
化してＮＯ₂とする。

【００６２】そして、下流側では、セル密度が大きくな
り、通路が狭くなったセル１２ｄ〜１２ｈ内を通過させ
ることにより、排ガスＧ中の微細化したＰＭ３０Ｃを、
ブラウン運動による拡散作用により、セル１２ｄ〜１２
ｈの壁面１２Ｗに担持された酸化触媒１３に接触させ
る。

【００６３】この微細化したＰＭ３０Ｃと酸化触媒１３
との接触により、ＰＭ３０Ｃを排ガス中のＮＯ₂と反応
させて酸化し、図３（ｄ）に示すようなＰＭ３０Ｄの状
態を経由して、二酸化炭素（ＣＯ₂）や水（Ｈ₂Ｏ）に
して完全に浄化する。

【００６４】なお、排気ガス中のＯ₂で直接、ＰＭ３０
Ａ〜３０Ｄを触媒作用により酸化する場合には、上流側
では、ＳＯＦ３２を燃焼するが、排ガス中のＯ₂が残る
ようにして、下流側で、直接、排気ガスＧ中のＯ₂でＰ
Ｍ３０Ｃ，３０Ｄを酸化して、ＣＯ₂やＨ₂Ｏとし浄化
する。

【００６５】上記の排気ガス浄化方法により、エンジン
１から排出された排気ガスＧ中のＰＭ３０Ａは、セル１
２ａ〜１２ｈ内を通過する際にブラウン拡散により酸化
触媒１３に接触して、この触媒作用により酸化され微細
化されながら、最終的には全部が酸化されてＣＯ₂やＨ
₂Ｏとなり浄化される。

【００６６】つまり、「慣性作用」、「さえぎり作用」
よりも「拡散作用」を主に利用して、微粒子状物質（Ｐ
Ｍ）３０Ａを捕集し、低温活性の高い酸化触媒１３で、
上流側で、ＰＭ３０ＡのＳＯＯＴ３１を接着して巨大化
させている、比較的燃焼し易いＳＯＦ３２を酸化し、こ
のＳＯＦ３２の酸化除去により、ＰＭ３０Ａ，３０Ｂを
随時微細化して、最終的にＰＭ３０Ａを超微粒子のＳＯ
ＯＴ３１からなるＰＭ３０Ｃ，３０Ｄにすることによ
り、ＰＭの表面積を飛躍的に増加させて、低い温度で触
媒作用により酸化して浄化する。

【００６７】そして、この微細化していくＰＭ３０Ａ〜
３０Ｄを効率よく酸化触媒１３に接触させるために、酸
化触媒１３を担持したハニカム構造体１１のセル１２ａ
〜１２ｈのセル密度を下流側に行くに従って大きくす
る。

【００６８】そのため、排気ガスＧ中のＰＭは連続的に
しかも低い排ガス温度で浄化されることになる。

【００６９】〔効果〕従って、上記の構成の排気ガス浄
化方法及び排気ガス浄化装置１０によれば、次のような
効果を得ることができる。

【００７０】上流側では、酸化開始温度の低いＳＯＦ３
２を酸化し、下流側では、このＳＯＦ３２の酸化により
微細化し、ＰＭの表面積が飛躍的に増大して、低温でも
酸化し易くなったＰＭ３０Ｃ，３０Ｄを酸化することに
より、排ガス中のＰＭ３０Ａを浄化するので、比較的低
い排ガス温度（例えば１５０℃〜２００℃程度）で、排
ガスＧを浄化できる。

【００７１】このＰＭ表面積の飛躍的な増大により、酸
化触媒１３の効果を増加させることができるので、ＰＭ
３０Ａを形成する各成分の中でも特に燃焼が難しいと言
われている成分であるスート（ＳＯＯＴ）３１も低温域
で酸化して浄化できるようになる。

【００７２】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明に係る排
気ガス浄化装置及び排気ガス浄化方法によれば、次のよ
うな効果を得ることができる。

【００７３】「慣性作用」、「さえぎり作用」よりも
「拡散作用」を主に利用して、微粒子状物質（ＰＭ）を
捕集し、低温活性の高い酸化触媒で、上流側で、ＰＭを
接着して巨大化させている、比較的燃焼し易い可溶性有
機成分（ＳＯＦ）を酸化し、この可溶性有機成分を酸化
除去することにより、微粒子状物質を随時微細化して、
最終的にＰＭを超微粒子のスート（ＳＯＯＴ）にしてＰ
Ｍの表面積を飛躍的に増加させることができる。

【００７４】その上、酸化触媒を担持したハニカム構造
体のセルのセル密度が下流側に行くに従って大きく形成
しているので、ガス通路が下流側に行くに従って狭くな
り、この微細化していくＰＭを効率よく酸化触媒に接触
させることができる。

【００７５】そのため、比較的低い排気ガス温度でＰＭ
を酸化して連続して浄化できるので、アイドル運転域
や、低負荷運転域でも連続してＰＭの酸化除去を行うこ
とができる。

【００７６】しかも、ＰＭのサイズを大きくする事無く
浄化することができるため、排気ガス浄化装置の目詰ま
りによる排圧上昇を抑制でき、この排圧上昇に起因する
燃費悪化やエンジンストール等の不具合の発生を回避で
きる。

【００７７】また、比較的低温で連続的にＰＭを酸化除
去しているため、フィルタの目詰まりが発生しないの
で、従来のディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰ
Ｆ）装置のように蓄積されたＰＭを短時間で燃焼させる
再生操作を行う必要が無くなるので、このフィルタ再生
操作の際に発生し易い高温によるセラミックハニカムや
繊維フィルタ等の熔損や破損を回避できる。

【００７８】従って、比較的低温の排気ガスで連続的に
ＰＭを酸化除去できるため、排気ガス浄化装置のサイズ
を小さくでき、また、フィルタ再生のためのエンジンの
複雑な制御も不要になるので、単純な制御システムとな
り、低コストで信頼性の高い装置となるので、乗用車等
の搭載に適した装置となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る実施の形態の排気ガス浄化装置の
配置を示す、自動車の模式的な構造図である。

【図２】本発明に係る実施の形態の排気ガス浄化装置の
構造を模式的に示す図である。

【図３】本発明に係る排気ガス浄化方法における微粒子
状物質の変遷を示す図であり、（ａ）は、エンジンから
排出された状態の微粒子状物質を示す図で、（ｂ）は排
気ガス浄化装置の上流側における状態の微粒子状物質を
示す図で、（ｃ）は、可溶性有機成分（ＳＯＦ）が酸化
除去された状態の微粒子状物質を示す図で、（ｄ）は、
分離されたスート（ＳＯＯＴ）が酸化されて小さくなっ
ている状態を示す図である。

【図４】排気ガス中の微粒子状物質を模式的に示す図で
ある。

【図５】微粒子の捕集に使用される３つの原理を示す図
で、（ａ）は「慣性作用（慣性衝突）」を示す図で、
（ｂ）は「さえぎり作用（直接さえぎり）」を示す図
で、（ｃ）は「拡散作用（ブラウン拡散）」を示す図で
ある。

【図６】「慣性作用」を利用した方式の繊維型フィルタ
を示す図で、（ａ）はフィルタの構成を、（ｂ）はフィ
ルタユニットの構成を示す図である。

【図７】「慣性作用」を利用した方式の別の繊維型フィ
ルタのフィルタユニットの構成を示す図である。

【図８】「さえぎり作用」を利用した多孔質薄壁を持つ
セラミック製のモノリスハニカム型フィルタユニットの
構成を示す図である。

【図９】二系統の浄化経路を持つ間欠型の再生方法の排
気ガス浄化装置の構成を示す図である。

【図１０】ＤＰＦの上流に酸化触媒を配置した連続型の
再生方法の排気ガス浄化装置の構成を示す図である。

【図１１】ＤＰＦのフィルタの壁面に酸化触媒を配置し
た連続型の再生方法の排気ガス浄化装置の構成を示す図
である。

【図１２】ＤＰＦのフィルタの壁面にＰＭ酸化触媒を配
置した連続型の再生方法の排気ガス浄化装置の構成を示
す図である。

【符号の説明】

１０排気ガス浄化装置１１ハニカム構造体１１ａ〜１１ｈハニカム構造部材１２ａ〜１２ｈセル１３酸化触媒Ｇ排気ガスＰＭ微粒子状物質 δ セルの壁面の間の距離

フロントページの続きＦターム(参考） 3G090 AA02 AA06 3G091 AA18 AB02 AB13 BA13 GA17 GB05W GB06W GB11X HA08 HA21 HA39 4D048 AA14 AB01 BA03X BA10X BA39X BA41X BA42X BB01 BB02 BB05 4G069 AA03 AA11 BA01B BA13B BA17 BC71B BC75B CA03 CA07 CA18 DA06 EA01Y EA06 EE05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】エンジンの排気ガスを、ハニカム構造体
の酸化触媒を壁面に担持したセル内を通過させて、排気
ガス中の微粒子状物質を酸化して浄化する排気ガス浄化
方法であって、排気ガス通路の断面に対するセルの密度
が段階的又は断続的に大きくなる前記ハニカム構造体の
セル内を通過させることにより、排気ガス中の微粒子状
物質の拡散作用を利用して、微粒子状物質を前記酸化触
媒に接触させて、上流側のセル内では微粒子状物質の可
溶性有機成分を酸化して、該可溶性有機成分の酸化によ
りスートを分離して微細化し、下流側のセル内では、前
記微細化したスートを酸化して、微粒子状物質を浄化す
ることを特徴とする排気ガス浄化方法。
【請求項２】前記排気ガス浄化方法において、排気ガ
ス中の一酸化窒素を二酸化窒素に触媒作用を利用して酸
化し、更に、この二酸化窒素で微粒子状物質を触媒作用
を利用して酸化することを特徴とする請求項１記載の排
気ガス浄化方法。
【請求項３】前記排気ガス浄化方法において、排気ガ
ス中の酸素で微粒子状物質を触媒作用を利用して酸化す
ることを特徴とする請求項１記載の排気ガス浄化方法。
【請求項４】排気ガスが通過するセルに酸化触媒を担
持させたハニカム構造体を有し、前記ハニカム構造体の
排気ガス通路の断面積におけるセル密度を上流側から下
流側に順次、段階的又は断続的に大きくなるように形成
したことを特徴とする排気ガス浄化装置。
【請求項５】前記ハニカム構造体を、排気ガス通路の
断面におけるセル密度が異なる複数のハニカム構造部材
で形成し、該ハニカム構造部材を、上流側から下流側に
向かってセル密度が大きくなるように、上流側から下流
側に順次、直列に並べて形成したことを特徴とする請求
項４記載の排気ガス浄化装置。
【請求項６】前記ハニカム構造体のセルの壁面の間の
距離を、入口側では、０．５ｍｍ〜１．５ｍｍで、出口
側では、０．１ｍｍ〜０．４ｍｍになるように形成した
ことを特徴とする請求項４又は５に記載の排気ガス浄化
装置。
【請求項７】前記酸化触媒を、排気ガス中の一酸化窒
素を二酸化窒素に触媒作用を利用して酸化し、更に、こ
の二酸化窒素で微粒子状物質を触媒作用を利用して酸化
する触媒で形成したことを特徴とする請求項４〜６のい
ずれか１項に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項８】前記酸化触媒を、排気ガス中の酸素で微
粒子状物質を触媒作用を利用して酸化する触媒で形成し
たことを特徴とする請求項４〜６のいずれか１項に記載
の排気ガス浄化装置。