JP2007132239A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】オゾンを用いてＰＭを酸化除去する際に、効率的にオゾンを用いることにより燃費を悪化させることなくＰＭを確実に浄化できる内燃機関の排気浄化装置を提供する。
【解決手段】エンジン１０の排気経路内の排気ガス中に含まれる粒子状物質を捕集する粒子状物質捕集装置２０と、該粒子状物質捕集装置の端面への排気ガスの流入方向を第１の方向とその逆の第２の方向のいずれか一方にすべく排気経路を切替え可能な排気経路切替え手段１６，１７，１８と、排気ガスの流入方向が第１の方向のときの前記粒子状物質捕集装置の上流にオゾンを供給可能なオゾン供給手段３０と、を備える内燃機関の排気浄化装置であって、前記粒子状物質捕集装置は、排気ガスの流入方向が第２の方向のときに上流となる側に触媒を有し、排気ガス温度に応じて、前記排気経路切替え手段と前記オゾン供給手段との作動を制御する制御手段５０を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関し、特に、ディーゼルエンジンやリーンバーンガソリンエンジンから排出される排気ガス中の粒子状物質を捕集・酸化することにより浄化する排気浄化装置に関する。

一般に、ディーゼルエンジンやリーンバーンガソリンエンジンの排気ガスには、炭素を主成分とする粒子状物質（以下、ＰＭと称す）が含まれ、大気汚染の原因となることが知られている。排気ガスから、これらの粒子状物質を捕捉して、除去するための装置または方法が種々提案されている。

例えば、燃料を強制的に噴射供給することによりディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）の温度を上昇させて捕集したＰＭを酸化させるもの、排気ガス中のNOからNO_２を生成させ、NO_２によりＰＭを酸化させるもの（例えば、特許文献１）、あるいは、触媒化ＰＤＦを用いてＰＭの酸化を図るもの（例えば、特許文献２、特許文献３）等が提案されている。しかし、燃料を強制的に噴射供給するものでは、燃費の悪化を招くと共に、ＰＭの急激な燃焼の結果の温度上昇によるＤＰＦの破損の問題、特許文献１に記載のものでは、低温時におけるNO_２によるＰＭの酸化速度が十分でないために、エンジンから排出されるＰＭを完全に酸化除去するのが困難であるという問題、そして、特許文献２、特許文献３に記載の触媒化ＰＤＦを用いるものでは、触媒およびＰＭが共に固体であるために、両者が十分に接触せずＰＭの酸化反応が不十分であるという問題等を有している。

そこで、最近、NO_２に比較して酸化力の強いオゾンO₃を用いて、ＰＭを酸化して処理する技術が開示されている（例えば、特許文献４）。この特許文献４に記載された焼却方法においてディーゼルエンジンの排出ガスを後処理する方法および装置では、パティキュレートフィルタの上流に、プラズマにより、排出ガスから酸化剤としてのオゾンO₃または二酸化窒素NO_２を生成する装置を設け、排出ガスの温度に応じて、低温時にはオゾンを高温時には二酸化窒素を選択的に用いることにより、パティキュレートフィルタに捕集された煤を酸化除去するとしている。

また、特許文献５に記載の排気浄化装置では、プラズマ発生装置の両側に排気中の微粒子を捕集する、酸化触媒が担持されたフィルタを２個設けて排気浄化装置を構成し、排気ガス温度および一方のフィルタの捕集量に応じて、プラズマ発生装置により生成されるラジカルを制御すると共に、排気浄化装置への排気ガス流動方向を制御することにより、プラズマ発生装置への微粒子の付着を防止しつつ、捕集量の多いフィルタを低温時にも確実に再生し、常時連続して安定した排気ガス浄化性能を維持することができるとしている。

特表２００２−５３１７６２号公報 特開平６−２７２５４１号公報 特開平９−１２５９３１公報 特開２００５−５０２８２３号公報 特開２００４−１７６６７９号公報

ところで、特許文献４に記載のものでは、二酸化窒素に比べ酸化力の強いオゾンを用いているので、ＰＭの酸化除去能力の向上については評価し得る。しかしながら、低温時に排出ガス構成分からオゾンを生成するようにしているので、ＰＭの酸化除去に足るオゾン量を得ることが困難な場合があり浄化効率が十分とは云えないおそれがある。

また、特許文献５に記載の排気浄化装置では、プラズマ発生装置の両側に酸化触媒が担持されたフィルタを２個設けて、それらへの排気ガスの流動方向を切替え制御するようにしているが、これはオゾンに比べ酸化力が弱い二酸化窒素（ＮＯ_２）の場合にはよいが、酸化力の強いオゾンを用いる場合にはオゾンは酸化触媒で容易に分解されてしまうので、そのまま採用するのは困難である。

本発明の目的は、オゾンを用いてＰＭを酸化除去する際に、効率的にオゾンを用いることにより燃費を悪化させることなくＰＭを確実に浄化できる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。

上記目的を達成する本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の一形態は、エンジンの排気経路内の排気ガス中に含まれる粒子状物質を捕集する粒子状物質捕集装置と、該粒子状物質捕集装置の端面への排気ガスの流入方向を第１の方向とその逆の第２の方向のいずれか一方にすべく排気経路を切替え可能な排気経路切替え手段と、排気ガスの流入方向が第１の方向のときの前記粒子状物質捕集装置の上流にオゾンを供給可能なオゾン供給手段と、を備える内燃機関の排気浄化装置であって、前記粒子状物質捕集装置は、排気ガスの流入方向が第２の方向のときに上流となる側に触媒を有し、排気ガス温度に応じて、前記排気経路切替え手段と前記オゾン供給手段との作動を制御する制御手段を備えることを特徴とする。

ここで、前記粒子状物質捕集装置はウォールフロー型パティキュレートフィルタであり、セルを画成する隔壁において排気ガスの流入方向が第２の方向のときに上流となる側に触媒がコートされていることが好ましい。

また、前記粒子状物質捕集装置は静電気を利用して捕集する静電捕集器であり、排気ガスの流入方向が第２の方向のときの上流側に触媒が担持されていることが好ましい。

さらに、前記排気経路切替え手段の上流側に設けられ排気ガス温度を検出する温度検出手段を備え、前記制御手段は該温度検出手段により検出された排気ガス温度が所定値以下のときに、排気ガスの流入方向が第１の方向となるように前記排気経路切替え手段を切替え作動させると共に、前記オゾン供給手段からオゾンを供給し、排気ガス温度が所定値を超えるときは、排気ガスの流入方向が第２の方向となるように前記排気経路切替え手段を切替え作動させると共に、前記オゾン供給手段からのオゾンの供給を停止するように制御するのが好ましい。

上記本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の一形態によれば、制御手段により、排気ガス温度に応じて、粒子状物質捕集装置の端面への排気ガスの流入方向が第１の方向かその逆の第２の方向のいずれか一方となるように排気経路切替え手段により排気経路が切替えられると共に、オゾン供給手段の作動が制御される。従って、排気ガス温度が触媒の活性温度よりも低いときには、排気ガスの流入方向が第１の方向に切替えられ得、このときに粒子状物質捕集装置の上流にオゾン供給手段によりオゾンが供給され得るので、排気ガス中のＰＭがこの酸化力の強いオゾンにより酸化除去される。一方、排気ガス温度が触媒の活性温度よりも高いときには、排気ガスの流入方向が第２の方向に切替えられると共にオゾンの供給が停止され得、このときに上流となる側に触媒を有する粒子状物質捕集装置の触媒によって排気ガス中のＰＭが酸化除去される。よって、オゾンの使用量の抑制が可能であり、燃費を悪化させることなくＰＭを確実に浄化できる。

ここで、前記粒子状物質捕集装置はウォールフロー型パティキュレートフィルタであり、セルを画成する隔壁において排気ガスの流入方向が第２の方向のときに上流となる側に触媒がコートされている形態によれば、排気ガスの流入方向が第１の方向のときに上流となる側にオゾンが供給されても触媒との接触が回避され、オゾンの分解を抑制することができる。

また、前記粒子状物質捕集装置は静電気を利用して捕集する静電捕集器であり、排気ガスの流入方向が第２の方向のときの上流側に触媒が担持されている形態によれば、同じく、排気ガスの流入方向が第１の方向のときに上流となる側にオゾンが供給されても供給直後の触媒との接触が回避され、オゾンの分解を抑制することができる。

さらに、前記排気経路切替え手段の上流側に設けられ排気ガス温度を検出する温度検出手段を備え、前記制御手段は該温度検出手段により検出された排気ガス温度が所定値以下のときに、排気ガスの流入方向が第１の方向となるように前記排気経路切替え手段を切替え作動させると共に、前記オゾン供給手段からオゾンを供給し、排気ガス温度が所定値を超えるときは、排気ガスの流入方向が第２の方向となるように前記排気経路切替え手段を切替え作動させると共に、前記オゾン供給手段からのオゾンの供給を停止するように制御する形態によれば、排気ガス温度を検出することにより、オゾンの酸化能力が発揮し得る温度に正確に対応させてオゾンを供給するように制御し得るので、オゾンを効果的に使用でき、燃費を悪化させることなく、併せて、ＰＭの焼却を効率よく安定して行い、圧力損失を伴うことなくＰＭを確実に浄化できる。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。

図１は、本発明の第一の実施の形態を概略的に示す配置図である。図１において、１０はディーゼルエンジンであり、１１は吸気ポートに連通されている吸気マニフォルド、１２は排気ポートに連通されている排気マニフォルド、１３は燃焼室である。本実施の形態では、エンジン１０の燃焼室１３に不図示の燃料タンクから燃料配管を介して供給された燃料が燃料噴射弁１４により噴射されて供給される。ディーゼルエンジン１０からの排気ガスは、排気マニフォルド１２の下流の排気経路にターボチャージャを介して配置されている粒子状物質捕集装置２０に導入され、後述のように浄化処理されて大気に排出される。

本第一の実施形態においては、排気マニフォルド１２下流の排気経路１５が第１分岐経路１５Ａおよび第２分岐経路１５Ｂに分岐され、その分岐部に第１経路切替え弁１６が配置されている。さらに、第１分岐経路１５Ａからは第２経路切替え弁１７を介して第１連結経路１５Ｃが分岐され、また、第２分岐経路１５Ｂからは第３経路切替え弁１８を介して第２連結経路１５Ｄが分岐されている。そして、これらの第１連結経路１５Ｃおよび第２連結経路１５Ｄに上述の粒子状物質捕集装置２０の端部がそれぞれ連結されている。

また、３０はオゾン供給手段としてのオゾン発生器であり、４０は、排気経路切替え手段としての第１経路切替え弁１６の上流の排気経路１５に設けられ、排気ガス温度を検出するための温度センサである。なお、オゾン発生器３０としては、高電圧を印加可能な放電管内に原料となる乾燥した空気または酸素を流しつつオゾンを発生させる形態や他の任意の形式のものを用いることができる。但し、ここで使用される空気または酸素は乾燥していることが好ましいが、乾燥状態にあるもののみに限定されるものではない。温度センサ４０からの検出信号は制御手段としてのマイクロコンピュータ等で構成される電子制御ユニット（以下、ＥＣＵと称す）５０に送られ、予め定められたプログラムに従って排気経路切替え手段を構成する上述の第１経路切替え弁１６ないし第３経路切替え弁１８とオゾン発生器３０の作動が後述するように制御される。

ここで、本発明の第１実施の形態において使用される粒子状物質捕集装置２０としてのウォールフロー型のパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）２００について、図２を参照して説明する。

このＤＰＦ２００は、図２（Ａ）に示すように、両側に截頭円錐状の連結部２０２を有するほぼ円筒形の金属製外筒部２０４を備え、この外筒部２０４に対し、絶縁性、耐熱性、緩衝性等を備える不図示の支持部材、例えば、アルミナマットにより支持されたハニカム構造体２０８を有している。

このハニカム構造体２０８は、図２（Ｂ）および図２（Ｃ）に詳しく示すように、コーディエライト、シリカ、アルミナ、炭化ケイ素等のセラミックス材料や金属で形成されたいわゆるウォールフロー型の多孔質ハニカム構造体であり、多孔質の隔壁２１０により仕切られた多数のセル２１２すなわち排気ガス通路を備えている。これらのセル２１２はいずれも排気ガスの流入方向に平行である。各セル２１２は詰栓２１４によって交互に閉塞され、そして、前端開放のセル２１２Ｆと後端開放のセル２１２Ｒとが交互に隣り合うように配置されている（なお、この前端および後端の表現は便宜上であり、ＤＰＦ２００の実際の配置方向とは必ずしも一致しない。図２（Ｂ）では前端が上側に表示されている）。前端開放のセル２１２Ｆに流入した排気ガスは隔壁２１０を通過して、後端開放のセル２１２Ｒから排出され、その際に隔壁２１０によってＰＭが濾過され捕集される。逆に、後端開放のセル２１２Ｒに流入した排気ガスは隔壁２１０を通過して、前端開放のセル２１２Ｆから排出され、その際に同様に隔壁２１０によってＰＭが濾過され捕集される。

そして、この第１の実施形態では、図２（Ｃ）に詳しく示すように、後述する排気ガスの流入方向が第２の方向のときに上流となるセル、すなわち、後端開放のセル２１２Ｒを画成する隔壁２１０において排気ガスの流入方向が第２の方向のときに上流となる片側のみに触媒２２０がコートないしは担持されている。換言すると、隔壁２１０の前端開放セル２１２Ｆを画成する側には触媒が設けられておらず、後端開放セル２１２Ｒを画成する側のみに触媒２２０がコートないしは担持されているのである。

触媒２２０としては、Ｃｅ−Ｚｒ複合酸化物に加え、ＰＭを酸化処理する触媒物質として、例えば、白金Ｐｔ、パラジウムＰｄ、ロジウムＲｈ等の貴金属、および、カリウムK、ナトリウムＮａ、リチウムＬｉ、セシウムＣｓ等のアルカリ金属、バリウムＢａ、カルシウムＣａ、ストロンチウムＳｒ等のアルカリ土類金属、ランタンＬａ、イットリウムＹ、セリウムＣｅ等の希土類、鉄Ｆｅ等の遷移金属から選ばれた少なくとも一つが活性酸素生成剤としてコートないしは担持されている。

さらに、図２（Ａ）に戻って、この第１の実施形態では、截頭円錐状の連結部２０２が前述の第１連結経路１５Ｃおよび第２連結経路１５Ｄにそれぞれ連結されると共に、後述する排気ガスの流入方向が第１の方向のときのＤＰＦ２００、より詳しくはハニカム構造体２０８の直ぐ上流にオゾンを供給するために、オゾン発生器３０に連結され、複数の供給孔を有する供給パイプ３２が金属製外筒部２０４を貫通して配置されている。

ここで、上述の第１の実施形態に係る排気微粒子浄化装置の制御の一形態につき、図３のフローチャートを参照して説明する。なお、この制御ルーチンは所定周期で実行される。

そこで、本実施の形態におけるディーゼルエンジン１０の運転中に制御がスタートされると、ステップＳ３１において、エンジン負荷およびエンジン回転速度等のパラメータの計測に基づき、エンジン運転状態情報が取得される。そして、次のステップＳ３２において、ディーゼルエンジン１０の排気マニフォルド１２下流の排気経路１５に排出された排気ガスの温度Ｔが温度センサ４０により計測される。そして、この温度センサ４０からの温度検出信号がＥＣＵ５０に送られ、その温度ＴがＤＰＦ２００に担持された触媒２２０の活性温度に対応する所定値Ｔｉ以下か否かが判定される。排気ガス温度Ｔが所定値Ｔｉ以下のときは、ステップＳ３３に進み、ＤＰＦ２００の端面への排気ガスの流入方向が第１の方向となるように第１経路切替え弁１６ないし第３経路切替え弁１８が切替えられる。このＤＰＦ２００の端面への排気ガスの流入方向が第１の方向となるように第１経路切替え弁１６ないし第３経路切替え弁１８が切替えられているときには、図１に示すように、排気経路１５に排出された排気ガスは第１経路切替え弁１６を介して第１分岐経路１５Ａに導かれ、さらに、第２経路切替え弁１７を介して第１連結経路１５Ｃに導かれる。そして、本実施の形態では、排気ガスの流入方向が第１の方向となるように第１経路切替え弁１６ないし第３経路切替え弁１８が切替えられるのと同時に、次のステップＳ３４に進み、オゾン発生器３０が作動され、供給パイプ３２の複数の供給孔を介してハニカム構造体２０８の直ぐ上流に供給量が制御されて所定量の活性種または酸化促進剤であるオゾンＯ_３が供給される。

より詳しくは、オゾン発生器３０の高電圧電源がオンされて放電管内に高電圧が印加されると共に、不図示のポンプが作動され放電管内に空気が供給されることにより生成された所定量のオゾンＯ_３が供給されるのである。オゾンＯ_３の生成は、空気中の酸素分子Ｏ_２に電子が衝突して酸素原子が生じ（Ｏ_２⇒Ｏ＋Ｏ＋ｅ⁻）、この酸素原子が酸素分子と結合（Ｏ＋Ｏ_２＋Ｏ_２⇒Ｏ_３＋Ｏ_２）することによる。なお、供給されるオゾンＯ_３の所定量は、ステップＳ３１において情報が取得されたエンジン運転状態に対応させて、その最適値が予め実験等により求められＥＣＵ５０のメモリに保存されているマップから求められる。本実施の形態では、このオゾンＯ_３の所定量への供給量の制御は、上述のポンプによる空気の供給量を制御することにより行なわせているが、他の方法でもよい。

排気ガスの流入方向が第１の方向のときのＤＰＦ２００におけるハニカム構造体２０８の直ぐ上流に供給されたオゾンＯ_３は、排気経路で消費されることなくＤＰＦ２００のハニカム構造体２０８の直前においてのみ、排気ガス中の炭素Ｃを主成分とするＰＭや一酸化窒素ＮＯに作用する。その結果、３Ｃ＋２Ｏ_３→３ＣＯ_２、および３ＮＯ＋Ｏ_３→３ＮＯ_２等の反応が生じて、ＤＰＦ２００のハニカム構造体２０８には、上述の反応で直ちに消費されたオゾンＯ_３以外の残存オゾンＯ_３と共に二酸化窒素ＮＯ_２が供給される。さらに、ＤＰＦ２００のハニカム構造体２０８における前端開放のセルでは、オゾンＯ_３は触媒２２０と接触することなく、上述のＰＭとオゾンＯ_３との反応に加え、Ｃ＋２ＮＯ_２→ＣＯ_２＋２ＮＯの反応も生じ、ハニカム構造体２０８に流入ないしは捕集されたＰＭの酸化ないし燃焼が促進される。これらオゾンＯ_３がＰＭに接触すると、ＰＭは極めて短時間（数秒）のうちに輝炎を発することなく酸化せしめられ、ＰＭは完全に消滅する。すなわち、排気ガスが所定値Ｔｉ以下の低温（例えば、２５０〜３００°Ｃ以下）においても、酸化活性の高いオゾンＯ_３により効果的にＰＭを燃焼ないし酸化させることが可能になる。かくて、ＰＭの燃焼が連続して行われるので、ＰＭのＤＰＦ２００への堆積による圧力損失を伴うことなくＰＭの焼却を効率よく安定して行い、ＰＭを確実に浄化できるのである。

そして、ＰＭが燃焼ないし酸化されて除去された排気ガスは、図２（Ｂ）に実線の矢印で示すようにしてＤＰＦ２００のハニカム構造体２０８を通過した後、後端開放のセル２１２Ｒを通り、第３経路切替え弁１８を介して第２分岐経路１５Ｂの後段に抜けていく。

一方、ステップＳ３２の判定において、排気ガス温度Ｔが所定値Ｔｉを超えるときにはステップＳ３５に進み、ＤＰＦ２００の端面への排気ガスの流入方向が逆の第２の方向となるように第１経路切替え弁１６ないし第３経路切替え弁１８が切替えられると共に、ステップＳ３６においてオゾン発生器３０の作動が停止され、その供給が停止される。このＤＰＦ２００の端面への排気ガスの流入方向が第２の方向となるように第１経路切替え弁１６ないし第３経路切替え弁１８が切替えられているときには、排気経路１５に排出された排気ガスは第１経路切替え弁１６を介して第２分岐経路１５Ｂに導かれ、さらに、第３経路切替え弁１８を介して第２連結経路１５Ｄに導かれる。そして、図２（Ｂ）に破線の矢印で示すようにして排気ガスはＤＰＦ２００のハニカム構造体２０８を通過した後、第２経路切替え弁１７を介して第１連結経路１５Ｃの後段に抜けていく。

このとき、排気ガス中に含まれているＰＭは、排気ガス温度Ｔが触媒２２０の活性温度に対応する所定値Ｔｉを超えていることから、ＤＰＦ２００の排気ガスの流入方向が第２の方向のときに上流となる片側にコートされている触媒２２０でもってＰＭが酸化処理される。

ここで、ＰＭの酸化処理のメカニズムについてさらに詳しく説明する。エンジン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、本実施形態におけるディーゼルエンジン１０から排出される排気ガスの空燃比は、通常、リーンである。すなわち、排気ガスは多量の過剰空気を含んでいる。また、ディーゼルエンジン１０の燃焼室内では主に炭素ＣからなるＰＭやＮＯが発生する。したがって、排気ガス中にはＰＭやＮＯが含まれていること前述の通りである。このため、過剰酸素およびＰＭやＮＯを含んだ排気ガスが流入方向が第２の方向でＤＰＦ２００に流入することになる。

上述したように、排気ガス中には多量の過剰酸素が含まれているので、排気ガスがＤＰＦ２００に第２の方向で流入すると、これら酸素（Ｏ₂）がＯ₂ ^-またはＯ^2-の形で触媒２２０の白金Ｐｔの表面に付着する。排気ガス中のＮＯはこれらＯ₂ ^-またはＯ^2-と反応し、ＮＯ₂となる。次いで、生成されたＮＯ₂の一部は白金Ｐｔ上で酸化されつつ、例えばカリウムＫ等の活性酸素生成剤内に吸収（場合によっては吸着）によって保持され、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内に拡散し、硝酸カリウム（ＫＮＯ₃）を生成する。すなわち、結果的には、排気ガス中の酸素が硝酸カリウム（ＫＮＯ₃）の形で活性酸素生成剤内に保持される。

一方、ＰＭは排気ガスがＤＰＦ２００を流れているときに、その隔壁２１０の表面、例えば、活性酸素生成剤の表面上に接触して付着ないしは捕集される。このようにＰＭが活性酸素生成剤の表面上に付着すると、ＰＭと活性酸素生成剤との接触面では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内との間で濃度差が生じ、斯くして、活性酸素生成剤内の酸素がＰＭと活性酸素生成剤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ＰＭと活性酸素生成剤との接触面に向かい、その一方で、ＮＯが活性酸素生成剤から外部に放出される。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内に保持される。

ここで、ＰＭと活性酸素生成剤との接触面に向かう酸素（Ｏ）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。このように化合物から分解された酸素（Ｏ）は不対電子を有し、極めて高い反応性を有する活性酸素となっている。このため、これら活性酸素（Ｏ）がＰＭに接触すると、ＰＭは短時間（数秒〜数十分）のうちに輝炎を発することなく酸化せしめられ、ＰＭは完全に消滅する。

なお、活性酸素生成剤は周囲に過剰な酸素が存在するとＮＯ_X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、活性酸素生成剤は周囲に過剰な酸素が存在するとＮＯ_Xを吸収または吸着によって保持する。一方、活性酸素生成剤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ＮＯ_Xを解放することによって活性酸素を生成する。すなわち、活性酸素生成剤は周囲の酸素濃度が低下するとＮＯ_Xを解放する。したがって、本実施形態の活性酸素生成剤はＮＯ_X保持剤としても機能する。

ここで、活性酸素生成剤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にＰＭが付着した場合の他に、ＤＰＦ２００に第２の方向で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。

周囲の雰囲気はリッチ雰囲気であるが活性酸素生成剤にＰＭが付着することで活性酸素生成剤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に吸収または吸着によって保持される。一方、ＤＰＦ２００に第２の方向で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ＮＯ_Xは、白金Ｐｔの作用によって排気ガス中の炭化水素ＨＣで還元浄化される。云い方を換えれば、例えば、リーンバーンガソリンエンジンの場合等、リッチ空燃比の排気ガスが排出されるようにエンジンの運転を制御すれば、活性酸素生成剤に保持されているＮＯ_Xを還元浄化することができる。したがって、本実施形態のＤＰＦ２００は、活性酸素生成剤と白金とからなるＮＯ_X触媒を具備するとも言える。

このように本実施の形態では、排気ガス温度ＴがＰＭの酸化処理に利用可能な場合には、その生成に電力の消費を伴うオゾンＯ_３を用いることなくＰＭの酸化処理ができるので、全体としてオゾンＯ_３の供給量を抑制することができ、燃費を悪化させることなく、併せて、ＰＭの焼却を効率よく安定して行い、圧力損失を伴うことなくＰＭを確実に浄化できるのである。

次に、本発明の第２の実施形態につき図４を参照して説明する。この第２の実施形態では、第１の実施形態が粒子状物質捕集装置としてはウォールフロー型パティキュレートフィルタを用いたのに対し、静電気を利用して捕集する静電捕集器を用い、そして、排気ガスの流入方向が第２の方向のときの上流側に触媒が担持されている形態としたことで異なるのみであるから、その相違点につき以下説明する。

図４は、この静電捕集器３００の構造を示す断面図であり、ＤＰＦ２００と同様に不図示の金属容器内に絶縁性、耐熱性、緩衝性等を備える支持部材により支持されたハニカム構造体３０８を有している。このハニカム構造体３０８は、コーディエライト、シリカ、アルミナ等のセラミックスで形成されたいわゆるストレートフロー型多孔質ハニカム構造体である。ここで、ハニカム構造体３０８は、多孔質の隔壁３１０により仕切られた多数のセル３１２すなわち排気ガス通路を備えている。これらのセル３１２はいずれも排気ガスの流入方向に平行であり両端が開放されている。そして、このハニカム構造体３０８はその中心部に挿入孔３０８Ａが形成され、この挿入孔３０８Ａ内に棒状の放電電極３１４が配置されている。さらに、ハニカム構造体３０８の外周部には外周電極３１６が配置されている。放電電極３１４は、耐腐食性に優れたクロム鋼（例えば、１０Ｃｒ５Ａｌ）で形成できるが、それにのみ限定されるものではなく、他の耐腐食性を有する金属を用いることができる。

また、ハニカム構造体３０８の外周部に配置された外周電極３１６は、メッシュ状電極としてもよいが、導電性の金属ペーストを外周部に塗布することにより形成してもよい。なお、外周電極３１６は、ハニカム構造体３０８の少なくとも一部の外周部に存在すれば足りる。但し、ＰＭの捕集率を最大限に上げたい場合には、ハニカム構造体３０８の外周部全域を覆うように形成するのが好ましい。

放電電極３１４および外周電極３１６は、それぞれ、直流電源３３０に接続されている。なお、この直流電源３３の電圧は５ｋＶ以上である。

そして、本実施の形態では、ストレートフロー型多孔質ハニカム構造体３０８の隔壁３１０において、前述した排気ガスの流入方向が第２の方向のときの上流側（図４において、右側）に第１の実施形態における触媒２２０と同様の触媒３２０が担持されている。

この第２の実施形態においても、前述の第１の実施形態と同様に、図３に示したフローチャートに従い制御される。但し、本第２の実施形態においては、エンジンの運転中は放電電極３１４および外周電極３１６に電圧が常時印加され、ハニカム構造体３０８内に電界が形成されて、帯電されたＰＭが捕集されるようにされていることが異なる。

この第２の実施形態においても、排気ガス温度ＴがＰＭの酸化処理に利用可能な場合には、その生成に電力の消費を伴うオゾンＯ_３を用いることなくＰＭの酸化処理ができるので、全体としてオゾンＯ_３の供給量を抑制することができ、燃費を悪化させることなく、併せて、ＰＭの焼却を効率よく安定して行い、圧力損失を伴うことなくＰＭを確実に浄化できるのである。

本発明の実施の形態の概要を示す概略模式図である。 本発明に用いる粒子状物質捕集装置の一実施形態を示す断面図であり、（Ａ）は全体構造、（Ｂ）はハニカム構造体、（Ｃ）はハニカム構造体の拡大した一部である。 本発明の実施形態の制御手順の一例を示すフローチャートである。 本発明に用いる粒子状物質捕集装置の他の実施形態の静電捕集器を示す断面図である。

符号の説明

１０ エンジン
１５ 排気経路
１５Ａ 第１分岐経路
１５Ｂ 第２分岐経路
１５Ｃ 第１連結経路
１５Ｄ 第２連結経路
１６ 第１排気経路切替え弁
１７ 第２排気経路切替え弁
１８ 第３排気経路切替え弁
２０ 粒子状物質捕集装置
３０ オゾン発生器
３２ 供給パイプ
４０ 温度センサ
５０ 電子制御ユニット（ＥＣＵ）
２００ パティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）
２０８ ハニカム構造体
２１０ 隔壁
２１２ セル
２１２Ｆ 前端開放セル
２１２Ｒ 後端開放セル
２２０ 触媒
３００ 静電捕集器
３０８ ハニカム構造体
３１４ 放電電極
３１６ 外周電極
３２０ 触媒
３３０ 電源

Claims (4)

1. エンジンの排気経路内の排気ガス中に含まれる粒子状物質を捕集する粒子状物質捕集装置と、
   該粒子状物質捕集装置の端面への排気ガスの流入方向を第１の方向とその逆の第２の方向のいずれか一方にすべく排気経路を切替え可能な排気経路切替え手段と、
   排気ガスの流入方向が第１の方向のときの前記粒子状物質捕集装置の上流にオゾンを供給可能なオゾン供給手段と、を備える内燃機関の排気浄化装置であって、
   前記粒子状物質捕集装置は、排気ガスの流入方向が第２の方向のときに上流となる側に触媒を有し、
   排気ガス温度に応じて、前記排気経路切替え手段と前記オゾン供給手段との作動を制御する制御手段を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
2. 前記粒子状物質捕集装置はウォールフロー型パティキュレートフィルタであり、セルを画成する隔壁において排気ガスの流入方向が第２の方向のときに上流となる側に触媒がコートされていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
3. 前記粒子状物質捕集装置は静電気を利用して捕集する静電捕集器であり、排気ガスの流入方向が第２の方向のときの上流側に触媒が担持されていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
4. 前記排気経路切替え手段の上流側に設けられ排気ガス温度を検出する温度検出手段を備え、前記制御手段は該温度検出手段により検出された排気ガス温度が所定値以下のときに、排気ガスの流入方向が第１の方向となるように前記排気経路切替え手段を切替え作動させると共に、前記オゾン供給手段からオゾンを供給し、排気ガス温度が所定値を超えるときは、排気ガスの流入方向が第２の方向となるように前記排気経路切替え手段を切替え作動させると共に、前記オゾン供給手段からのオゾンの供給を停止するように制御することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
   

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