JP2014134122A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＤＰＦの外周部におけるＰＭの燃え残りを抑制して圧損の増加を抑制でき、出力の低下や燃費の悪化を抑制できる内燃機関の排気浄化装置を提供すること。
【解決手段】内燃機関２の排気管３に設けられ、排気中のＰＭを捕集するフィルタ２１と、フィルタ２１よりも上流に設けられ、排気中のガス成分を浄化する第１触媒および第２触媒と、を備える排気浄化装置１であって、第１触媒および第２触媒は、排気の流入側端面１１ｃから流出側端面１１ｄまで延びて排気の流路となる複数のセルと、当該セルを区画形成する多孔質の隔壁と、を有するハニカム基材１１に担持され、ハニカム基材１１の径方向の中心部１１ａのセルは、流入側端面１１ｃから流出側端面１１ｄまで貫通しており、ハニカム基材１１の径方向の外周部１１ｂのセルには、当該セルを閉塞して排気中のＰＭを捕集する粒子状物質捕集部１５が形成されていることを特徴とする排気浄化装置１である。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。詳しくは、排気中の粒子状物質を捕集するフィルタと、このフィルタよりも上流に設けられ排気中のガス成分を浄化する排気浄化触媒と、を備える排気浄化装置に関する。

従来、内燃機関の排気通路の上流側にＮＯｘ触媒や酸化触媒を設け、下流側にＤＰＦを設けた内燃機関の排気浄化装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この排気浄化装置では、上流側のＮＯｘ触媒や酸化触媒により排気中のＮＯｘ、ＣＯおよびＨＣのガス成分を浄化し、下流側のＤＰＦにより排気中の粒子状物質を捕集する。

上記ＤＰＦでは、捕集された粒子状物質が次第に堆積すると、ＤＰＦの上流側と下流側との間で差圧が生じ、出力の低下や燃費の悪化を招く。そのため、上記ＤＰＦには、堆積した粒子状物質を燃焼除去し、ＤＰＦを再生させるための酸化触媒が担持されている。

特開２００２−２９５２４４号公報

しかしながら、ＤＰＦの径方向の外周部はガス当りが悪く、再生を行っても粒子状物質の燃え残りが生じ易い。そのため、圧損が増加する結果、出力が低下し、燃費が悪化するという課題があった。

本発明は上記に鑑みてなされたものであり、その目的は、ＤＰＦの径方向の外周部における粒子状物質の燃え残りを抑制して圧損の増加を抑制でき、ひいては出力の低下や燃費の悪化を抑制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ため本発明は、内燃機関（例えば、後述の内燃機関２）の排気通路（例えば、後述の排気管３）に設けられ、排気中の粒子状物質（ＰＭ）を捕集するフィルタ（例えば、後述のフィルタ２１）と、前記フィルタよりも上流に設けられ、排気中のガス成分を浄化する排気浄化触媒（例えば、後述の第１触媒，第２触媒）と、を備える排気浄化装置（例えば、後述の排気浄化装置１）であって、前記排気浄化触媒は、排気の流入側端面（例えば、後述の流入側端面１１ｃ）から流出側端面（例えば、後述の流出側端面１１ｄ）まで延びて排気の流路となる複数のセルと、当該セルを区画形成する多孔質の隔壁と、を有するハニカム基材（例えば、後述のハニカム基材１１）に担持され、前記ハニカム基材の径方向の中心部（例えば、後述の中心部１１ａ）のセルは、前記流入側端面から前記流出側端面まで貫通しており、前記ハニカム基材の径方向の外周部（例えば、後述の外周部１１ｂ）のセルには、当該セルを閉塞して排気中の粒子状物質を捕集する粒子状物質捕集部（例えば、後述の粒子状物質捕集部１５）が形成されていることを特徴とする排気浄化装置を提供する。

本発明では、フィルタの上流に、排気浄化触媒が担持されたハニカム基材を設けた排気浄化装置において、ハニカム基材の径方向の中心部（以下、単に「中心部」という。）のセルを、排気の流入側端面から流出側端面まで貫通させる一方で、ハニカム基材の径方向の外周部（以下、単に「外周部」という。）のセルには、当該セルを閉塞して排気中の粒子状物質を捕集する粒子状物質捕集部を形成する。これにより、上流側のハニカム基材の外周部で粒子状物質を捕集できるため、下流側のＤＰＦの外周部における粒子状物質の流入量を低減できる。従って、ＤＰＦの外周部における粒子状物質の燃え残りを抑制でき、圧損の増加を抑制できる。ひいては、出力の低下や燃費の悪化を抑制できる。

この場合、前記ハニカム基材の径方向の中心部には、排気中のガス成分を浄化する第１触媒（例えば、後述の第１触媒）が担持され、前記ハニカム基材の径方向の外周部には、前記第１触媒よりも粒子状物質に対する酸化能が高い第２触媒（例えば、後述の第２触媒）が担持されていることが好ましい。

近年、貴金属の使用削減が強く求められている一方で、車両の小型化や低燃費化に伴い、従来よりも排気流量が少ないうえ排気温度が低い。そのため、上流側のＮＯｘ触媒や酸化触媒の温度低下を抑制し、これら触媒の早期活性化が求められている。
そこで、この発明によれば、ハニカム基材の中心部には、排気中のガス成分を浄化する第１触媒を担持するとともに、外周部には第１触媒よりも粒子状物質に対する酸化能が高い第２触媒を担持する。これにより、ハニカム基材の外周部で捕集した粒子状物質を第２触媒により燃焼することで、その燃焼熱により中心部の第１触媒の温度低下を抑制でき、早期活性化できる。従って、第１触媒の浄化効率を向上できるため、貴金属量を低減でき、コストを削減できる。

この場合、前記ハニカム基材を収容するケース（例えば、後述のケース３０）と、前記ハニカム基材と前記ケースとの間に設けられ、前記ケース内に前記ハニカム基材を保持する保持部材（例えば、後述の第１保持マット４１）と、をさらに備え、前記保持部材は、前記ハニカム基材の外周面（例えば、後述の外周面１１ｅ）に巻回された本体部（例えば、後述の本体部４１１）と、当該本体部から前記ハニカム基材の流出側端面よりも下流側に延長された延長部（例えば、後述の延長部４１３，４１３）と、を有し、前記粒子状物質捕集部は、前記延長部を前記ハニカム基材の外周部の流出側端面に当接するまで折り曲げて前記ハニカム基材の外周部のセルを閉塞することで形成されていることが好ましい。

この発明では、ハニカム基材とケースとの間に設けられ、ケース内にハニカム基材を保持する保持部材により、ハニカム基材の外周部の粒子状物質捕集部を形成する。より詳しくは、ハニカム基材の外周面に巻回された本体部からハニカム基材の流出側端面よりも下流側に延長された延長部を、ハニカム基材の外周部の流出側端面に当接するまで折り曲げてハニカム基材の外周部のセルを閉塞することで、粒子状物質捕集部を形成する。これにより、上述の効果が確実に得られるとともに、例えばハニカム基材の外周部のセルを目封じ剤で目封じすることで粒子状物質捕集部を形成する場合と比べて、製造コストを削減できる。

この場合、前記延長部は、前記本体部の全周のうちの一部には設けられていないことが好ましい。

上述の各発明において、ハニカム基材の外周面に巻回された本体部の全周に亘って延長部を設けた場合には、延長部を折り曲げたときに、折り曲げ部で保持部材同士が干渉して潰れる等して、ハニカム基材１１が受ける面圧を均一化できず、局所的に面圧が大きくなる結果、ハニカム基材が破損するおそれがある。
そこで、この発明では、本体部の全周に亘って延長部を設けるのではなく、その一部には延長部を設けない。これにより、延長部を折り曲げたときの保持部材の潰れを抑制でき、ハニカム基材の破損を抑制できる。

この場合、前記フィルタは、前記ハニカム基材とともに単一の前記ケース内に収容され、前記ハニカム基材と前記フィルタは、同一軸線（例えば、後述の軸線Ｘ）上に配置されていることが好ましい。

上述の各発明において、ハニカム基材とフィルタが互いに遠く離れて配置されている場合には、フィルタに流入するまでに排気中の粒子状物質が拡散するため、フィルタの外周部への粒子状物質の流入量を十分に低減できないおそれがある。そこで、この発明では、ハニカム基材とフィルタを、単一のケース内に収容する。これにより、ハニカム基材とフィルタを互いに近接して配置できるため、上述の発明の効果がより確実に得られる。
また、上述の各発明において、ハニカム基材の軸線方向とフィルタの軸線方向とが一致していない場合、例えばハニカム基材とフィルタとの間の排気通路が屈曲している場合には、フィルタの外周部への粒子状物質の流入量を十分に低減できないおそれがある。そこで、この発明では、これらハニカム基材とフィルタを、同一軸線上に配置する。これにより、上述の発明の効果がより確実に得られる。

この場合、前記ケースは、前記ハニカム基材の径よりも内径が小さい小径部（例えば、後述の小径部３４）を有し、前記ハニカム基材は、前記流出側端面と前記小径部との間に前記延長部が介在した状態で保持されていることが好ましい。

この発明では、ハニカム基材の径よりも内径が小さい小径部をケースに形成するとともに、流出側端面と小径部との間に延長部を介在させてハニカム基材を保持する。これにより、上述の効果が得られるとともに、ケース内におけるハニカム基材の位置決めが容易となる。

本発明によれば、ＤＰＦの外周部における粒子状物質の燃え残りを抑制して圧損の増加を抑制でき、ひいては出力の低下や燃費の悪化を抑制できる内燃機関の排気浄化装置を提供できる。

本発明の一実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置を示す斜視図である。 上記実施形態に係る排気浄化装置の軸方向断面図である。 上記実施形態に係るハニカム基材および第１保持マットを説明するための図であり、（ａ）が、第１保持マットをハニカム基材の外周面に巻回する前の状態を示す図であり、（ｂ）が、ハニカム基材の外周面に第１保持マットが巻回された状態を示す図である。 第１保持マットの変形例を示す図である。 上記実施形態に係る第１触媒および第２触媒の担持方法を説明するための図であり、（ａ）が、第１触媒の担持方法を示す図であり、（ｂ）が、第２触媒の担持方法を示す図である。 上記実施形態に係る粒子状物質捕集部の形成方法を説明するための図であり、（ａ）が、第１保持マットが外周面に巻回されたハニカム基材をケース内に収容し、下流の小径部側に押し込んでいるときの状態を示す図であり、（ｂ）が、押し込んだ後の状態を示す図である。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る内燃機関２の排気浄化装置１を示す斜視図である。内燃機関２はディーゼルエンジンであり、排気浄化装置１は、排気中のガス成分（ＮＯｘ、ＣＯおよびＨＣ）を浄化するとともに、排気中の粒子状物質（以下、「ＰＭ」という。）を浄化する。この排気浄化装置１は、図１に示すように、内燃機関２の側面に沿って下方に延びる排気管３に設けられている。即ち、排気浄化装置１は、排気の流れ方向を下方に向けた状態で、排気管３に設けられている。

排気浄化装置１は、図１に示すように、上流側から順に配置された、排気浄化触媒部１０と、ＤＰＦ２０と、を含んで構成される。ここで、図２は、排気浄化装置１の軸方向断面図である。図２に示すように、上流側に配置された排気浄化触媒部１０と、その下流側に配置されたＤＰＦ２０は、単一のケース３０内に収容されている。即ち、排気浄化触媒部１０とＤＰＦ２０は、互いに近接して配置されている。また、排気浄化触媒部１０とＤＰＦ２０は、同一軸線Ｘ上に配置されている。

排気浄化触媒部１０は、ハニカム基材１１と、第１触媒と、第２触媒と、第１保持マット４１と、を備える。
ハニカム基材１１は、後述するフィルタ２１よりも小径で、断面が略真円の円柱状に形成されている。ハニカム基材１１は、排気の流入側端面１１ｃから流出側端面１１ｄまで延びて排気の流路となる複数のセルと、当該セルを区画形成する多孔質の隔壁と、を有するフロースルー型のハニカム基材である。

ハニカム基材１１の材質としては、コーディエライト、アルミナチタネート又はムライトが挙げられる。後述するように本実施形態では、ケース３０の小径部３４を利用してハニカム基材１１を位置決めして保持する観点から、上記材質のうち、軟質のコーディエライトが好ましく用いられる。

ハニカム基材１１の径方向の中心部１１ａの各セルは、目封じされずに開放されており、排気の流入側端面１１ｃから流出側端面１１ｄまで貫通している。一方、ハニカム基材１１の径方向の外周部１１ｂの各セルには、当該セルを閉塞して排気中のＰＭを捕集する粒子状物質捕集部１５が形成されている。この粒子状物質捕集部１５については、後段で詳述する。

第１触媒は、ハニカム基材１１の径方向の中心部１１ａに担持されている。第１触媒は、酸化触媒又はＮＯｘ吸蔵触媒（ＬＮＣ）等のＮＯｘ触媒である。具体的には、例えば第１触媒は、Ｐｔ、ＰｄおよびＲｈのうち少なくとも一つの貴金属と、ゼオライトと、Ｂａと、Ｃｅと、を含む。この第１触媒は、外周部１１ｂにも担持されていてよい。

第２触媒は、ハニカム基材１１の径方向の外周部１１ｂに担持されている。第２触媒は、上述の第１触媒よりも、ＰＭに対する酸化能が高いＰＭ燃焼触媒である。具体的には、例えば第２触媒は、Ａｇと、ＰｔおよびＰｄのうち少なくとも一つの貴金属と、を含む。このＡｇ系のＰＭ燃焼触媒は、最も優れたＰＭ酸化能を有するとともに、他のＰＭ燃焼触媒と比べてより低温からＰＭを酸化浄化できる。

第１保持マット４１は、ハニカム基材１１とケース３０との間に設けられ、ケース３０内にハニカム基材１１を保持するための保持部材である。この第１保持マット４１は、ハニカム基材１１の外周面１１ｅに巻回され、ハニカム基材１１の外周面１１ｅを全周に亘って覆うように設けられている。ただし、ハニカム基材１１の外周面１１ｅのうち、上流側の一部には第１保持マット４１は設けられていない。

第１保持マット４１としては、耐熱性、耐振性およびシール性を有する材質が用いられる。具体的には、アルミナ繊維、シリカ繊維、アルミナシリカ繊維、セラミックガラス繊維等のセラミック繊維が用いられる。

ここで、図３は、ハニカム基材１１および第１保持マット４１を説明するための図であり、（ａ）が、第１保持マット４１をハニカム基材１１の外周面１１ｅに巻回する前の状態を示す図であり、（ｂ）が、ハニカム基材１１の外周面１１ｅに第１保持マット４１が巻回された状態を示す図である。図３（ａ）に示すように、第１保持マット４１は、シート状の保持部材であり、本体部４１１と、合わせ部４１２と、延長部４１３，４１３と、を有する。

本体部４１１は、第１保持マット４１を主として構成する略矩形状であり、ハニカム基材１１の外周面１１ｅに巻回される部分である。
合わせ部４１２は、本体部４１１の巻回方向（図３（ａ）の本体部長手方向）の一方の端部（図３では右側の端部）に設けられた凸部４１２ａと、他方の端部（図３（ａ）では左側の端部）に設けられた凹部４１２ｂと、から構成される。図３（ｂ）に示すように、これら凸部４１２ａと凹部４１２ｂは、第１保持マット４１をハニカム基材１１の外周面１１ｅに巻回し、本体部４１１の巻回方向の両端部を突き合わせたときに、互いに嵌合可能となっている。

延長部４１３，４１３は、巻回方向に所定間隔を設けて、本体部４１１の巻回方向に直交する方向の一方の端部（図３（ａ）では下側の端部）から外方にそれぞれ延出された部分である。これら延長部４１３，４１３が、ハニカム基材１１の流出側端面１１ｄよりも下流側に延出するように、第１保持マット４１がハニカム基材１１の外周面１１ｅに巻回される。即ち、これら延長部４１３，４１３は、第１保持マット４１がハニカム基材１１の外周面１１ｅに巻回されたときに、ハニカム基材１１の流出側端面１１ｄよりも下流側に延長される部分である。

また本実施形態では、延長部４１３，４１３は、第１保持マット４１がハニカム基材１１の外周面１１ｅに巻回されたときに、軸線Ｘを介して互いに対向し且つ後述するケース半体３０ａ，３０ｂの各頂部に対応する位置に配置されるように設けられている。またこのとき、ハニカム基材１１の外周面１１ｅに巻回された本体部４１１の全周のうちの一部には延長部４１３，４１３が設けられておらず、その延長部４１３，４１３が設けられていない部分がケース半体３０ａ，３０ｂの突き合わせ部３３に対応する位置に配置される。これにより、突き合わせ部３３における第１保持マット４１（延長部４１３，４１３）の噛み込みが回避される。

ここで、図４は、第１保持マット４１の変形例である第１保持マット４１Ａを示す図である。図４に示すように、第１保持マット４１Ａは、延長部の構成が異なる以外は上述の第１保持マット４１と同様の構成である。
第１保持マット４１Ａの延長部４１３Ａ，４１３Ａは、本体部４１１の巻回方向の長さが上述の延長部４１３，４１３よりも長い。即ち、本変形例では、延長部４１３Ａ，４１３Ａ間に形成された図４に示す切り欠き部４１４を除いて、本体部４１１の巻回方向に直交する方向の一方の端部（図４では下側の端部）から外方にそれぞれ延長部４１３Ａ，４１３Ａが延出されている。これにより、後述するように延長部を折り曲げたときに、第１保持マット４１Ａ（延長部４１３Ａ，４１３Ａ）同士の干渉による潰れに起因したハニカム基材１１の破損を抑制しつつ、ハニカム基材１１の外周部１１ｂのほぼ全てのセルを閉塞でき、より広範囲に亘って粒子状物質捕集部１５を形成することが可能となっている。

図２に戻って、粒子状物質捕集部１５は、ハニカム基材１１の外周部１１ｂのセルに形成されている。この粒子状物質捕集部１５により、ハニカム基材１１の外周部１１ｂのセルに流入した排気中のＰＭが捕集される。
より詳しくは、粒子状物質捕集部１５は、上述の延長部４１３，４１３を、ハニカム基材１１の外周部１１ｂの流出側端面１１ｄに当接するまで折り曲げ、ハニカム基材１１の外周部１１ｂのセルを閉塞することで形成されている。即ち、粒子状物質捕集部１５は、第１保持マット４１の延長部４１３，４１３をハニカム基材１１の流出側端面１１ｄ側に回り込ませ、回り込ませた延長部４１３，４１３により外周部１１ｂのセルを閉塞することで形成されている。

なお、粒子状物質捕集部１５の形成範囲、即ち閉塞するセル数は、１０セル以下とすることが好ましい。ハニカム基材１１は、流入側端面１１ｃから流出側端面１１ｄまで貫通している中心部１１ａのセルに集中的に排気が流入するため、上記範囲内であれば圧損の上昇を無視できる。従って、ハニカム基材１１の流出側端面１１ｄ側に回り込ませる第１保持マット４１の延長部４１３，４１３の面積は、閉塞されるセル数が上記範囲内となるように設定するのが好ましい。

ＤＰＦ２０は、図２に示すように、フィルタ２１と、ＰＭ燃焼触媒と、第２保持マット４２と、を備える。
フィルタ２１は、上述したハニカム基材１１よりも大径で、断面が略真円の円柱状に形成されている。ここで、従来、下流側のフィルタの径が上流側のハニカム基材の径よりも大きい場合には、フィルタの径方向の外周部においてＰＭの燃え残りが生じ易いことが分かっている。この点、本実施形態では、上述したように上流側のハニカム基材１１の外周部１１ｂに形成された粒子状物質捕集部１５によりＰＭが捕集されるため、フィルタ２１の外周部２１ｂに流入するＰＭ量が低減される結果、ＰＭの燃え残りが抑制される。即ち、フィルタ２１をハニカム基材１１より大径とすることで、本実施形態の効果が大きく発揮される。

フィルタ２１は、排気の流入側端面２１ｃから流出側端面２１ｄまで貫通して延びて排気の流路となる複数のセルと、これらセルを区画形成する多孔質の隔壁と、を有する。また、フィルタ２１を構成する複数のセルは、それぞれ、流入側端面および流出側端面における開口のうちの少なくとも一方の開口が目封じ剤で目封じされた目封じ部を有する。目封じ部は、排気の流入側端面および流出側端面のそれぞれにおいて、隣接するセルごとに交互に市松状に設けられている。即ち、フィルタ２１は、目封じされたウォールフロー型のフィルタであり、流入した排気中のＰＭはこのフィルタ２１により捕集される。

フィルタ２１は、その外周面２１ｅの軸線Ｘ方向の略中央部に全周に亘って、外方、即ちケース３０側に向かって突出する環状凸部２１１が形成されている。この環状凸部２１１は、フィルタ２１と一体成形されている。環状凸部２１１は、後述するケース３０に形成された環状凹部３５に嵌合可能となっており、これら環状凸部２１１と環状凹部３５が第２保持マット４２を介して嵌合することで、フィルタ２１はケース３０内に位置決めされて保持される。

フィルタ２１の材質としては、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、コーディエライト、アルミナチタネート又はムライトが挙げられる。上述したように本実施形態では、フィルタ２１の外周面２１ｅに環状凸部２１１を一体成形する観点から、上記材質のうち、環状凸部２１１を外周面２１ｅに形成するのが容易な硬質のＳｉＣが好ましく用いられる。

ＰＭ燃焼触媒は、フィルタ２１の全体に略均一に担持されている。これにより、フィルタ２１で捕集されたＰＭを燃焼除去することが可能となっている。
なお、本実施形態では、フィルタ２１に担持されるＰＭ燃焼触媒は、上述したハニカム基材１１の外周部１１ｂに担持された第２触媒と同一のものが用いられる。

第２保持マット４２は、フィルタ２１とケース３０の間に設けられ、ケース３０内にフィルタ２１を保持するための保持部材である。この第２保持マット４２は、略矩形状であり、フィルタ２１の外周面２１ｅの軸線Ｘ方向略中央部に巻回され、フィルタ２１の外周面２１ｅを全周に亘って覆うように設けられている。即ち、第２保持マット４２は、フィルタ２１の外周面に一体成形された環状凸部２１１を全周に亘って覆うように設けられている。
なお、第２保持マット４２の材質としては、上述した第１保持マット４１と同一のものが用いられる。

ケース３０は、上述したように、ハニカム基材１１とフィルタ２１とを収容する。このケース３０は、軸線Ｘ方向に沿って周上で２分割されたケース半体３０ａ，３０ｂから構成されるクラムシェル方式のケースである。ケース３０は、これら２分割されたケース半体３０ａ，３０ｂを、後述する突き合わせ部３３にて溶接することで形成される（図１参照）。

図１および図２に示すように、ケース３０は、第１収容部３１と、第２収容部３２と、突き合わせ部３３と、小径部３４と、環状凹部３５と、を備える。
第１収容部３１は、上流側において、第１保持マット４１が外周面１１ｅに巻回されたハニカム基材１１を収容する。第１収容部３１の径は後述する第２収容部３２の径よりも小さく、ハニカム基材１１との間に第１保持マット４１を圧縮した状態で、ハニカム基材１１を保持可能な径に形成される。

第２収容部３２は、下流側において、第２保持マット４２が外周面２１ｅに巻回されたフィルタ２１を収容する。第２収容部３２の径は上述した第１収容部３１の径よりも大きく、フィルタ２１との間に第２保持マット４２を圧縮した状態で、フィルタ２１を保持可能な径に形成される。

突き合わせ部３３は、ケース半体３０ａ，３０ｂの端部同士を突き合わせた部分である。より詳しくは、突き合わせ部３３は、ケース半体３０ａ，３０ｂの径方向の端縁を外方に向けたフランジ状に形成されている（図１参照）。

小径部３４は、上述した第１収容部３１と第２収容部３２との間に設けられ、第１収容部３１よりもさらに小さい径で形成される。図２に示すように、小径部３４は、第１収容部３１側の傾斜角度が比較的大きくなるように形成されている。そのため、小径部３４の上流側に面した内壁傾斜面３４ｃにより、ハニカム基材１１の外周部１１ｂの流出側端面１１ｄが第１保持マット４１を介して支持される。これにより、ハニカム基材１１がケース３０内で位置決めされて保持される。

環状凹部３５は、第２収容部３２の軸線方向Ｘの略中央部に、全周に亘って外方に凹んだ凹部により形成されている。上述したように、環状凹部３５は、第２保持マット４２を介して、フィルタ２１の外周面２１ｅに形成された環状凸部２１１に嵌合するように形成される。

次に、本実施形態に係る排気浄化装置１の製造方法について、図５および図６を参照しながら説明する。
ここで、図５は、本実施形態に係る第１触媒および第２触媒の担持方法を説明するための図であり、（ａ）が、第１触媒の担持方法を示す図であり、（ｂ）が、第２触媒の担持方法を示す図である。また、図６は、本実施形態に係る粒子状物質捕集部１５の形成方法を説明するための図であり、（ａ）が、第１保持マット４１が外周面１１ｅに巻回されたハニカム基材１１をケース３０内に収容し、下流の小径部３４側に押し込んでいるときの状態を示す図であり、（ｂ）が、押し込んだ後の状態を示す図である。

先ず、径方向の中心部１１ａに第１触媒が担持され、外周部１１ｂに第２触媒が担持されたハニカム基材１１を作製する。
具体的には、図５（ａ）に示すように、ハニカム基材１１の一方の端面上に、中心部１１ａに対応する部分が開口したマスキング部材３１０を載置し、そこに第１触媒のスラリー１００を流し込む。その後、乾燥させることで、ハニカム基材１１の中心部１１ａに第１触媒を担持させる。
次いで、図５（ｂ）に示すように、ハニカム基材１１の一方の端面上に、中心部１１ａを隠蔽するマスキング部材３２０ａと、ハニカム基材１１の径と同等の径の開口を有するマスキング部材３２０ｂを同心状に載置する。そこに、第２触媒のスラリー２００を流し込む。その後、乾燥させることで、ハニカム基材の外周部１１ｂに第２触媒を担持させる。
以上により、中心部１１ａに第１触媒が担持され、外周部１１ｂに第２触媒が担持されたハニカム基材１１を得る。

次いで、図３（ｂ）に示したように、第１保持マット４１を外周面１１ｅに巻回したハニカム基材１１を作製する。また上述したように、第２保持マット４２を外周面２１ｅに巻回したフィルタ２１を作製する。

次いで、図６（ａ）に示すように、開口側を上方に向けて略水平に載置された一方のケース半体３０ａの第１収容部３１ａ内に、第１保持マット４１を外周面１１ｅに巻回したハニカム基材１１を載置する。このとき、ハニカム基材１１は、所定の位置よりも上流側（図６（ａ）の左側）にずらした位置に載置する。また、下側の延長部４１３がケース半体３０ａの頂部に対応する位置に配置されるとともに、延長部４１３が設けられていない部分が突き合わせ部３３に対応する位置に配置されるように、ハニカム基材１１を載置する。
また、第２収容部３２ａ内に、第２保持マット４２を外周面２１ｅに巻回したフィルタ２１を載置する。このとき、フィルタ２１は、環状凸部２１１が第２保持マット４２を介してケース半体３０ａの環状凹部３５ａに嵌合する位置に載置する。

この状態で、図６（ａ）に示すように、押し込み棒４００により、ハニカム基材１１を小径部３４ａ側（図６（ａ）の右側）に押し込む。すると、第１保持マット４１の下方側の延長部４１３を介して、ハニカム基材１１の外周部１１ｂにおける流出側端面１１ｄが小径部３４ａの内壁傾斜面３４ｃに当接する。このとき、小径部３４ａの内壁傾斜面３４ｃの傾斜角度が比較的大きいため、第１保持マット４１の下側の延長部４１３が流出側端面１１ｄ側に折り曲げられる。これにより、折り曲げられた下側の延長部４１３は、ハニカム基材１１の外周部１１ｂにおける流出側端面１１ｄに当接し、外周部１１ｂのセルを閉塞する。

次いで、図６（ｂ）に示すように、他方のケース半体３０ｂを、環状凹部３５ｂが環状凸部２１１に嵌合するように上方から被せ、ケース半体３０ａと突き合わせて結合させる。このとき、第１保持マット４１の上側の延長部４１３が、流出側端面１１ｄ側に折り曲げられる。これにより、折り曲げられた上側の延長部４１３は、ハニカム基材１１の外周部１１ｂにおける流出側端面１１ｄに当接し、外周部１１ｂのセルを閉塞する。
以上により、本実施形態の粒子状物質捕集部１５が形成される。

最後に、ケース３０の突き合わせ部３３を溶接した後、排気管３の所定の位置に取り付けることで、本実施形態に係る排気浄化装置１が製造される。

本実施形態によれば、以下の効果が奏される。
本実施形態では、フィルタ２１の上流に、第１触媒および第２触媒が担持されたハニカム基材１１を設けた排気浄化装置１において、ハニカム基材１１の径方向の中心部１１ａのセルを、排気の流入側端面１１ｃから流出側端面１１ｄまで貫通させる一方で、ハニカム基材１１の外周部１１ｂのセルには、当該セルを閉塞して排気中のＰＭを捕集する粒子状物質捕集部１５を形成した。これにより、上流側のハニカム基材１１の外周部１１ｂでＰＭを捕集できるため、下流側のフィルタ２１の外周部２１ｂにおけるＰＭの流入量を低減できる。従って、フィルタ２１の外周部２１ｂにおけるＰＭの燃え残りを抑制でき、圧損の増加を抑制できる。ひいては、出力の低下や燃費の悪化を抑制できる。

ところで、近年、貴金属の使用削減が強く求められている一方で、車両の小型化や低燃費化に伴い、従来よりも排気流量が少ないうえ排気温度が低下している。そのため、上流側のＮＯｘ触媒や酸化触媒の温度低下を抑制し、これら触媒の早期活性化が求められている。
そこで、本実施形態によれば、ハニカム基材１１の中心部１１ａには、排気中のガス成分を浄化する第１触媒を担持するとともに、外周部１１ｂには第１触媒よりもＰＭに対する酸化能が高い第２触媒を担持した。これにより、ハニカム基材１１の外周部１１ｂで捕集したＰＭを第２触媒により燃焼することで、その燃焼熱により中心部１１ａの第１触媒の温度低下を抑制でき、早期活性化できる。従って、第１触媒の浄化効率を向上できるため、貴金属量を低減でき、コストを削減できる。

また本実施形態では、ハニカム基材１１とケース３０との間に設けられ、ケース３０内にハニカム基材１１を保持する第１保持マット４１により、ハニカム基材１１の外周部１１ｂの粒子状物質捕集部１５を形成する。より詳しくは、ハニカム基材１１の外周面１１ｅに巻回された本体部４１１からハニカム基材１１の流出側端面１１ｄよりも下流側に延長された延長部４１３，４１３を、ハニカム基材１１の外周部１１ｂにおける流出側端面１１ｄに当接するまで折り曲げてハニカム基材１１の外周部１１ｂのセルを閉塞することで、粒子状物質捕集部１５を形成した。これにより、上述の効果が確実に得られるとともに、例えばハニカム基材１１の外周部１１ｂのセルを目封じ剤で目封じすることで粒子状物質捕集部を形成する場合と比べて、製造コストを削減できる。

ハニカム基材１１の外周面１１ｅに巻回された本体部４１１の全周に亘って延長部を設けた場合には、延長部を折り曲げたときに、折り曲げ部で第１保持マット同士が干渉して潰れる等して、ハニカム基材１１が受ける面圧を均一化できず、局所的に面圧が大きくなる結果、ハニカム基材１１が破損するおそれがある。
そこで本実施形態では、本体部４１１の全周に亘って延長部４１３，４１３を設けるのではなく、その一部には延長部４１３，４１３を設けなかった。これにより、延長部４１３，４１３を折り曲げたときの第１保持マット４１の潰れを抑制でき、ハニカム基材１１の破損を抑制できる。

ハニカム基材１１とフィルタ２１が互いに遠く離れて配置されている場合には、フィルタ２１に流入するまでに排気中のＰＭが拡散するため、フィルタ２１の外周部２１ｂへのＰＭの流入量を十分に低減できないおそれがある。そこで本実施形態では、ハニカム基材１１とフィルタ２１を、単一のケース３０内に収容した。これにより、ハニカム基材１１とフィルタ２１を互いに近接して配置できるため、上述の効果がより確実に得られる。

また、ハニカム基材１１の軸線方向とフィルタ２１の軸線方向とが一致していない場合、例えばハニカム基材１１とフィルタ２１との間の排気管が屈曲している場合には、フィルタ２１の外周部２１ｂへのＰＭの流入量を十分に低減できないおそれがある。そこで本実施形態では、これらハニカム基材１１とフィルタ２１を、同一軸線Ｘ上に配置した。これにより、上述の効果がより確実に得られる。

また本実施形態では、ハニカム基材１１の径よりも内径が小さい小径部３４をケース３０に形成するとともに、流出側端面１１ｄと小径部３４との間に延長部４１３，４１３を介在させてハニカム基材１１を保持した。これにより、上述の効果が得られるとともに、ケース３０内におけるハニカム基材１１の位置決めが容易となる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれる。

上記実施形態では、粒子状物質捕集部１５を、ハニカム基材１１の外周部１１ｂにおける流出側端面１１ｄに当接するまで折り曲げて、ハニカム基材１１の外周部１１ｂのセルを閉塞することで形成したが、これに限定されない。例えば、外周部１１ｂのセルの流出側端面を目封じ剤により目封じすることで、粒子状物質捕集部１５を形成してもよい。

上記実施形態では、ハニカム基材１１を、小径部３４を利用して位置決めし、保持したが、これに限定されない。例えば、ハニカム基材１１の外周に嵌合するリング部材によりリング止めして保持してもよい。これについては、フィルタ２１についても同様である。

上記実施形態では、ハニカム基材１１およびフィルタ２１の形状を、断面が真円の円柱状としたが、これに限定されない。例えば、断面が楕円状や角状の柱状体としてもよい。

上記実施形態では、第１触媒を酸化触媒又はＮＯｘ触媒とし、第２触媒をＰＭ燃焼触媒としたが、これに限定されない。結果として第１触媒よりも第２触媒の方がＰＭ酸化能が高ければよく、例えば複数の触媒の混合により、第１触媒と第２触媒それぞれを形成してもよい。

上記実施形態では、キャニング方式として、クラムシェル方式を採用したが、これに限定されない。例えば、圧入方式を採用してもよい。

１…排気浄化装置
２…内燃機関
３…排気管（排気通路）
１１…ハニカム基材
１１ａ…中心部
１１ｂ…外周部
１１ｃ…流入側端面
１１ｄ…流出側端面
１１ｅ…外周面
１５…粒子状物質捕集部
３０…ケース
３４…小径部
４１…第１保持マット（保持部材）
４１１…本体部
４１３…延長部
Ｘ…軸線

Claims (6)

1. 内燃機関の排気通路に設けられ、排気中の粒子状物質を捕集するフィルタと、
   前記フィルタよりも上流に設けられ、排気中のガス成分を浄化する排気浄化触媒と、を備える排気浄化装置であって、
   前記排気浄化触媒は、排気の流入側端面から流出側端面まで延びて排気の流路となる複数のセルと、当該セルを区画形成する多孔質の隔壁と、を有するハニカム基材に担持され、
   前記ハニカム基材の径方向の中心部のセルは、前記流入側端面から前記流出側端面まで貫通しており、
   前記ハニカム基材の径方向の外周部のセルには、当該セルを閉塞して排気中の粒子状物質を捕集する粒子状物質捕集部が形成されていることを特徴とする排気浄化装置。
2. 前記ハニカム基材の径方向の中心部には、排気中のガス成分を浄化する第１触媒が担持され、
   前記ハニカム基材の径方向の外周部には、前記第１触媒よりも粒子状物質に対する酸化能が高い第２触媒が担持されていることを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
3. 前記ハニカム基材を収容するケースと、
   前記ハニカム基材と前記ケースとの間に設けられ、前記ケース内に前記ハニカム基材を保持する保持部材と、をさらに備え、
   前記保持部材は、前記ハニカム基材の外周面に巻回された本体部と、当該本体部から前記ハニカム基材の流出側端面よりも下流側に延長された延長部と、を有し、
   前記粒子状物質捕集部は、前記延長部を前記ハニカム基材の外周部の流出側端面に当接するまで折り曲げて前記ハニカム基材の外周部のセルを閉塞することで形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の排気浄化装置。
4. 前記延長部は、前記本体部の全周のうちの一部には設けられていないことを特徴とする請求項３に記載の排気浄化装置。
5. 前記フィルタは、前記ハニカム基材とともに単一の前記ケース内に収容され、
   前記ハニカム基材と前記フィルタは、同一軸線上に配置されていることを特徴とする請求項３又は４に記載の排気浄化装置。
6. 前記ケースは、前記ハニカム基材の径よりも内径が小さい小径部を有し、
   前記ハニカム基材は、前記流出側端面と前記小径部との間に前記延長部が介在した状態で保持されていることを特徴とする請求項３から５いずれかに記載の排気浄化装置。

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