JP3925282B2

JP3925282B2 - Exhaust gas purification device for internal combustion engine

Info

Publication number: JP3925282B2
Application number: JP2002113454A
Authority: JP
Inventors: 光壱木村; 信也広田; 和浩伊藤; 孝充浅沼; 俊祐利岡; 好一郎中谷; 晃見上
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2002-04-16
Filing date: 2002-04-16
Publication date: 2007-06-06
Anticipated expiration: 2022-04-16
Also published as: JP2003307114A

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ＮＯ_Ｘ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ＮＯ_Ｘを還元して蓄えているＮＯ_Ｘの量を減少させるＮＯ_Ｘ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ＮＯ_Ｘ触媒が担持されている。このＮＯ_Ｘ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ＮＯ_Ｘ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ＮＯ_Ｘ触媒が担持されている。このＮＯ_Ｘ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ＮＯ_Ｘ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ＮＯ_Ｘを還元して蓄えているＮＯ_Ｘ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】
ＮＯ_Ｘ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、ＮＯ_Ｘ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Ｏ_２がＯ_２ ⁻又はＯ^２−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Ｏ_２ ⁻又はＯ^２−と反応し、ＮＯ_２となる（２ＮＯ＋Ｏ_２→２ＮＯ_２）。次いで生成されたＮＯ_２の一部は白金Ｐｔ上でさらに酸化されつつＮＯ_Ｘ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ＮＯ_３ ⁻の形でＮＯ_Ｘ触媒内に拡散する。このようにしてＮＯ_ＸがＮＯ_Ｘ触媒内に蓄えられる。
【００３６】
これに対し、ＮＯ_Ｘ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ＮＯ_２の生成量が低下し、反応が逆方向（ＮＯ_３ ⁻→ＮＯ_２）に進み、斯くしてＮＯ_Ｘ触媒内の硝酸イオンＮＯ_３ ⁻がＮＯ_２の形でＮＯ_Ｘ触媒から放出される。この放出されたＮＯ_Ｘ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ＮＯ_２が存在しなくなるとＮＯ_Ｘ触媒から次から次へとＮＯ_２が放出されて還元され、ＮＯ_Ｘ触媒内に蓄えられているＮＯ_Ｘ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ＮＯ_Ｘを蓄え、ＮＯ_Ｘを放出することなくＮＯ_Ｘ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ＮＯ_Ｘ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ＮＯ_Ｘ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ＮＯ_Ｘ触媒内の蓄積ＮＯ_Ｘ量が許容最大量を越えたときにはＮＯ_Ｘ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ＮＯ_Ｘ触媒内に蓄えられているＮＯ_Ｘが還元され、蓄積ＮＯ_Ｘ量が減少する。
【００４０】
ＮＯ_Ｘ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、ＮＯ_Ｘ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ＮＯ_Ｘ触媒が担持されているけれども、当然、ＮＯ_Ｘ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ＮＯ_Ｘ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ＮＯ_Ｘ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[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an exhaust emission control device for an internal combustion engine.
[0002]
[Prior art]
An exhaust emission control device for a diesel engine in which a particulate filter for collecting particulates in exhaust gas is disposed in an exhaust passage of the diesel engine is known (see Japanese Patent No. 2727906). In this exhaust purification apparatus, particulates are collected by a single particulate filter.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
In order to collect fine particles satisfactorily with a single particulate filter, a particulate filter having a relatively large capacity or size is required. However, for example, the space available on the vehicle underfloor is limited, and thus there is a problem that such a large capacity particulate filter may not be arranged on the vehicle underfloor. The same applies to the exhaust manifold or the exhaust passage immediately downstream of the exhaust manifold.
[0004]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine that can reliably collect fine particles without requiring a large space for arrangement.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, according to the first invention, a particulate filter for collecting particulates in the exhaust gas is disposed in the exhaust passage of the internal combustion engine in which combustion is performed under a lean air-fuel ratio. In the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine, the particulate filter is formed of at least a pair of low collection efficiency type filters, and these low collection efficiency type filters are arranged in series in the exhaust passage so that the pair of low collection efficiency type filters are arranged. One of the collection efficiency filters is placed in the exhaust manifold or in the exhaust passage immediately downstream of the exhaust manifold, and the other low collection efficiency filter is placed in the exhaust passage located on the vehicle under floor. It is arranged .
[0008]
Further, in the first aspect according to the second aspect, as the particulate collection efficiency is approximately 60% or less, an average pore diameter of the porous material forming the particulate filter, respectively are set.
[0009]
Also, in the first aspect according to the third invention, the particulate filter, respectively, are provided with a plurality of exhaust flow passages extending parallel to one another, these exhaust flow passages are exhaust gas downstream ends sealed The exhaust gas outflow passage and the exhaust gas outflow passage closed at the upstream end are arranged, and the exhaust gas inflow passage and the exhaust gas outflow passage are alternately arranged via a partition wall formed of a porous material. The partition wall that defines the downstream end of the exhaust gas inflow passage and the partition wall that defines the upstream end of the exhaust gas outflow passage are bent inward so that the particulate collection efficiency of the particulate filter is approximately 60% or less. These downstream and upstream ends are at least partially blocked.
According to the fourth aspect of the invention, the exhaust gas purification of the internal combustion engine in which the particulate filter for collecting the particulates in the exhaust gas is disposed in the exhaust passage of the internal combustion engine in which combustion is performed at a lean air-fuel ratio. In the apparatus, the particulate filter is formed of a plurality of low collection efficiency filters, and the low collection efficiency filters are arranged in series in the exhaust passage, and the particulate filters extend in parallel to each other. A plurality of exhaust gas flow passages, each of which is composed of an exhaust gas inflow passage closed at the downstream end and an exhaust gas outflow passage closed at the upstream end. The exhaust gas outflow passages are arranged alternately via partition walls made of porous material, and the particulate collection efficiency of these particulate filters The partition wall defining the periphery of the downstream end of the exhaust gas inflow passage and the partition wall defining the periphery of the upstream end of the exhaust gas outflow passage are bent inward so that the downstream end and the upstream end are at least partially so as to be approximately 60% or less. Obstructed.
According to a fifth aspect, in the first aspect, the plurality of particulate filters are composed of at least a pair of low collection efficiency type filters, and one of the low collection efficiency type filters is one of the low collection efficiency type filters. The collection efficiency type filter is disposed in the exhaust manifold or in the exhaust passage immediately downstream of the exhaust manifold, and the other low collection efficiency type filter is disposed in the exhaust passage located on the vehicle under floor.
Further, according to the sixth invention, in the first or fourth invention, the low collection efficiency type so that the amount of fine particles deposited on each low collection efficiency type filter does not exceed a predetermined allowable amount. The particulate collection efficiency of the filter is set.
[0010]
Further, in the seventh of the first according to the invention or the fourth invention, the particulate filter, respectively, are provided with a plurality of exhaust flow passages extending parallel to one another, these exhaust flow passages downstream end is closed The exhaust gas inflow passage and the exhaust gas outflow passage with the upstream end blocked are arranged, and the exhaust gas inflow passage and the exhaust gas outflow passage are arranged side by side through a partition wall made of a porous material. In addition, at least a part of the downstream end of the exhaust gas inflow passage and the upstream end of the exhaust gas outflow passage are open so that the particulate collection efficiency of these particulate filters is approximately 60% or less.
[0011]
Further, in the eighth of the first according to the invention or the fourth invention, the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas stored the NO _X in the exhaust gas when the lean, the oxygen concentration in the exhaust gas flowing to decrease stored and NO _X catalyst to reduce the amount of the NO _X are stored by reducing NO _X and is supported on at least the most upstream low collecting efficiency type on the filter of the low collecting efficiency type filter.
[0012]
Further, the ninth in the first or fourth aspect according to the invention, it is the particle collection efficiency of the low collecting efficiency type filter than the low trapping efficiency filter located downstream located upstream These low collection efficiency filters are formed so as to be low.
[0013]
Further, in the first or fourth invention according to the tenth invention, high it is the heat resistance of the low collecting efficiency type filter than the low trapping efficiency filter located downstream located upstream Thus, these low collection efficiency type filters are formed.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 shows a case where the present invention is applied to a compression ignition type internal combustion engine. The present invention can also be applied to a spark ignition type internal combustion engine.
[0015]
Referring to FIG. 1, 1 is an engine body, 2 is a cylinder block, 3 is a cylinder head, 4 is a piston, 5 is a combustion chamber, 6 is an electrically controlled fuel injection valve, 7 is an intake valve, 8 is an intake port, 9 Is an exhaust valve, and 10 is an exhaust port. The intake port 8 is connected to an intake duct 13 via a corresponding intake branch pipe 11 and a surge tank 12. A throttle valve 15 driven by a step motor 14 is disposed in the intake duct 13.
[0016]
On the other hand, the exhaust port 10 is connected to a casing 18 located on the vehicle under floor via an exhaust manifold 16 and an exhaust pipe 17, and the casing 18 is connected to an exhaust pipe 19. An upstream side particulate filter PFU is accommodated in a branching portion or a gathering portion of the exhaust manifold 16, and a downstream side particulate filter PFL is accommodated in the casing 18.
[0017]
These particulate filters PFU and PFL are formed of a low collection efficiency type filter having a particulate collection efficiency of approximately 60% or less. Therefore, generally speaking, a plurality of low collection efficiency filters are arranged in series in the exhaust passage.
[0018]
The upstream particulate filter PFU on NO _X catalyst. This NO _X catalyst has, for example, alumina as a carrier, and on this carrier, for example, alkali metal such as potassium K, sodium Na, lithium Li, cesium Cs, alkaline earth such as barium Ba, calcium Ca, lanthanum La, yttrium Y, etc. And at least one selected from rare earths such as platinum Pt, palladium Pd, rhodium Rh, and iridium Ir. On the other hand, an oxidation catalyst is supported on the downstream particulate filter PFL. The oxidation catalyst is formed of a noble metal catalyst such as platinum Pt supported on a support made of alumina or a rare earth catalyst such as cerium Ce.
[0019]
Each fuel injection valve 6 is connected to a fuel reservoir, so-called common rail 20. Fuel is supplied into the common rail 20 from an electrically controlled fuel pump 21 with variable discharge amount, and the fuel supplied into the common rail 21 is supplied to the fuel injection valve 6. A fuel pressure sensor 22 for detecting the fuel pressure in the common rail 20 is attached to the common rail 20, and a fuel pump 21 is set so that the fuel pressure in the common rail 20 becomes a target fuel pressure based on an output signal of the fuel pressure sensor 22. The discharge amount is controlled.
[0020]
The electronic control unit 40 is composed of a digital computer, and is connected to each other by a bidirectional bus 41. A ROM (read only memory) 42, a RAM (random access memory) 43, a CPU (microprocessor) 44, an input port 45 and an output port 46 are connected. It comprises. The output signal of the fuel pressure sensor 22 is input to the input port 45 via the corresponding AD converter 47.
[0021]
On the other hand, a load sensor 31 that generates an output voltage proportional to the depression amount of the accelerator pedal 30 is connected to the accelerator pedal 30, and the output voltage of the load sensor 31 is input to the input port 45 via the corresponding AD converter 47. The Further, the input port 45 is connected to a crank angle sensor 32 that generates an output pulse every time the crankshaft rotates, for example, 30 °. On the other hand, the output port 46 is connected to the fuel injection valve 6, the throttle valve driving step motor 14, and the fuel pump 21 via corresponding drive circuits 48.
[0022]
FIG. 2 shows the structure of the particulate filters PFU and PFL. 2A is a front view of the particulate filters PFU and PFL, and FIG. 2B is a side sectional view of the particulate filters PFU and PFL. As shown in FIGS. 2A and 2B, the particulate filters PFU and PFL have a honeycomb structure and include a plurality of exhaust flow passages 50 and 51 extending in parallel with each other. These exhaust flow passages are composed of an exhaust gas inflow passage 50 whose downstream end is closed by a non-breathable sealing material 52 and an exhaust gas outflow passage 51 whose upstream end is closed by a non-breathable sealing material 53. . Note that the hatched portion in FIG. Therefore, the exhaust gas inflow passages 50 and the exhaust gas outflow passages 51 are alternately arranged via the thin partition walls 54. In other words, the exhaust gas inflow passage 50 and the exhaust gas outflow passage 51 are each surrounded by the four exhaust gas outflow passages 51, and each exhaust gas outflow passage 51 is surrounded by the four exhaust gas inflow passages 50. Arranged so that.
[0023]
The particulate filters PFU and PFL are formed of a porous material such as cordierite, for example. Therefore, the exhaust gas flowing into the exhaust gas inflow passage 50 is surrounded by the surrounding partition walls as shown by arrows in FIG. It flows out into the adjacent exhaust gas outflow passage 51 through the inside 54.
[0024]
The capacity or size of the particulate filters PFU, PFL shown in FIG. 2 is relatively small, and even if only the particulate filter PFU or only the particulate filter PFL is disposed in the exhaust passage, fine particles cannot be collected well. . In other words, the capacity or size of the particulate filters PFU, PFL is made smaller than the capacity or size of the particulate filter required when a single particulate filter is arranged in the exhaust passage.
[0025]
Further, as described above, the particulate filters PFU and PFL are formed of low collection efficiency type filters. In the embodiment shown in FIG. 2, the average pore diameter of the porous material forming the particulate filters PFU, PFL is set so that the particulate collection efficiency is approximately 60% or less.
[0026]
On the other hand, in the embodiment shown in FIG. 2, the upstream side particulate filter PFU and the downstream side particulate filter PFL are formed in the same shape including the number of exhaust flow passages 50 and 51 and the thickness of the partition wall 54. However, the average pore diameters of the upstream and downstream particulate filters PFU and PFL are set so that the particulate collection efficiency of the upstream particulate filter PFU is lower than the particulate collection efficiency of the downstream particulate filter PFL. The porous material of the upstream and downstream particulate filters PFU and PFL is selected so that the heat resistance of the upstream particulate filter PFU is higher than the heat resistance of the downstream particulate filter PFL. The configuration is different from each other.
[0027]
Here, considering that the pressure loss increases as the particulate collection efficiency of the particulate filter increases, it can be considered that the pressure loss of the upstream particulate filter PFU is smaller than the pressure loss of the downstream particulate filter PFL. .
[0028]
The exhaust gas discharged from the internal combustion engine sequentially flows in the upstream side particulate filter PFU and the downstream side particulate filter PFL, and the fine particles mainly composed of carbon solids contained in the exhaust gas are upstream particulates. It is collected on the filter PFU or on the downstream side particulate filter PFL. The internal combustion engine shown in FIG. 1 is continuously combusted under a lean air-fuel ratio, and on the upstream particulate filter PFU as well as the oxidation catalyst supported on the downstream particulate filter PFL. Since the NO _X catalyst supported on the catalyst also has an oxidizing action, if the temperature of the upstream and downstream particulate filters PFU, PFL is maintained at a temperature at which fine particles can be oxidized, for example, 250 ° C. or higher, Fine particles are oxidized and removed on the upstream and downstream particulate filters PFU, PFL.
[0029]
In this case, in the embodiment according to the present invention, the capacity of the particulate filters PFU, PFL is relatively small. Therefore, the particulate filters PFU, PFL may be arranged in a limited space such as the exhaust manifold 16 or the vehicle under floor. It becomes possible. Further, since the particulate filters PFU and PFL are formed of low collection efficiency type filters, the engine back pressure does not increase excessively even if a plurality of particulate filters are arranged in the exhaust passage. In addition, since the pressure loss of the upstream side particulate filter PFU closer to the internal combustion engine is relatively small, the increase in the engine back pressure is further suppressed.
[0030]
Furthermore, even if the particulates pass through the upstream particulate filter PFU, they are collected by the downstream particulate filter PFL having a relatively high particulate collection efficiency, so that the overall particulate collection efficiency is maintained high.
[0031]
By the way, generally, the amount of fine particles sent to the particulate filter per unit time exceeds the amount of fine particles oxidized per unit time on the particulate filter, or the temperature at which the temperature of the particulate filter can oxidize the fine particles. For example, when the temperature is lower than 250 ° C., fine particles are deposited on the particulate filter. If this state continues, the amount of the deposited fine particles on the particulate filter continuously increases.
[0032]
However, in the embodiment according to the present invention, the particulate collection efficiency of the particulate filters PFU and PFL is low, and the particulate filters PFU and PFL are relatively close to the internal combustion engine, so the exhaust gas flowing into the particulate filters PFU and PFL The temperature is relatively high. Therefore, even if the amount of deposited fine particles on the particulate filters PFU and PFL temporarily increases, the allowable maximum value is not exceeded. This means that it is not necessary to perform a temperature raising process for raising the temperature of the particulate filters PFU, PFL in order to oxidize and remove the particulates on the particulate filters PFU, PFL. In other words, in the embodiment according to the present invention, the particulate collection efficiency of the particulate filters PFU and PFL is set so that the amount of particulates deposited on the particulate filters PFU and PFL does not exceed a predetermined allowable maximum amount. It will be that.
[0033]
Incidentally, as described above, the NO _X catalyst is supported on the upstream side particulate filter PFU. The amount of NO _X catalyst stored the NO _X when the average air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas lean, the oxygen concentration in the exhaust gas flowing is stored by reducing NO _X are stored with reduced NO _X Performs accumulating and reducing action. In the present specification, the ratio of the air supplied to the exhaust passage upstream of a certain position of the exhaust passage, the combustion chamber 5, and the intake passage to the hydrocarbon HC and carbon monoxide CO is determined as the exhaust gas at that position. It is called the air-fuel ratio.
[0034]
It not fully elucidated detailed mechanism of accumulation reducing action of the NO _X catalyst. However, the mechanism currently considered can be briefly described as follows, taking as an example the case where platinum Pt and barium Ba are supported on a support.
[0035]
That is, the oxygen concentration in the exhaust gas air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NO _X catalyst flows become considerably leaner than the stoichiometric air-fuel ratio is increased by a large margin, the oxygen O ₂ is O ₂ ^- or O ^2- of It adheres to the surface of platinum Pt in the form. On the other hand, NO in the inflowing exhaust gas reacts with O ₂ ⁻ or O ²⁻ on the surface of platinum Pt to become NO ₂ (2NO + O ₂ → 2NO ₂ ). Next, a part of the generated NO ₂ is further oxidized on the platinum Pt and absorbed into the NO _X catalyst and combined with barium oxide BaO, and diffuses in the NO _X catalyst in the form of nitrate ions NO ₃ ⁻ . In this way, NO _X is stored in the NO _X catalyst.
[0036]
On the other hand, when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NO _X catalyst becomes rich or stoichiometric, the oxygen concentration in the exhaust gas decreases, the amount of NO ₂ generated decreases, and the reaction proceeds in the reverse direction (NO ₃ ^- → proceeds to NO _2), NO _X catalyst in the nitrate ions NO ₃ and thus ^- are released from the NO _X catalyst in the form of NO _2. The released NO _X reacts with HC and CO in the exhaust gas and is reduced. When NO ₂ no longer exists on the surface of platinum Pt in this way, NO ₂ is released from the NO _X catalyst to the next and reduced, and the amount of NO _X stored in the NO _X catalyst gradually increases. Decrease.
[0037]
Incidentally, stored without any NO _X to form a nitrate, it can be reduced without any NO _X to release NO _X.
[0038]
In the internal combustion engine shown in FIG. 1, combustion is continuously performed under a lean air-fuel ratio. Therefore, NO _X in the exhaust gas is contained in the NO _X catalyst carried on the upstream side particulate filter PFU. Stored.
[0039]
When the accumulated amount of NO _X in the NO _X catalyst upstream particulate filter PFU exceeds the allowable maximum amount of rich processing the air-fuel ratio is temporarily made rich of the exhaust gas flowing to the NO _X catalyst is performed. NO _X is reduced to the rich processing is stored in the the NO _X catalyst performed, the amount of accumulated NO _X is reduced.
[0040]
In order to temporarily make the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NO _X catalyst temporarily rich, for example, the average air-fuel ratio in the combustion chamber 5 can be made rich, or the combustion chamber 5 during the latter half of the expansion stroke or during the exhaust stroke Additional fuel can be injected into the interior. Alternatively, it is also possible to supply additional fuel into the exhaust passage of the NO _X catalyst upstream.
[0041]
In the embodiment according to the present invention, the NO _X catalyst is supported only on the upstream side particulate filter PFU, but naturally, the NO _X catalyst can also be supported on the downstream side particulate filter PFL. However, the downstream side when the particulate filter of the exhaust gas flowing into the supported NO _X catalyst on PFL injects additional fuel, for example, in the combustion chamber 5 to the rich, the fuel of this additional upstream particulate filter There is a risk of being consumed on the PFU. Therefore, the need for a means for supplying additional fuel to the downstream particulate filter PFL upstream particulate in the exhaust passage between the filter PFU in case of carrying NO _X catalyst downstream particulate filter PFL on .
[0042]
FIG. 3 shows the structure of another embodiment of the particulate filters PFU, PFL. 3A is a partially enlarged front view of the particulate filters PFU and PFL, and FIG. 3B is a side sectional view of the particulate filters PFU and PFL.
[0043]
The particulate filters PFU and PFL shown in FIGS. 3A and 3B are formed in substantially the same manner as the downstream particulate filter PFL shown in FIG. 2, for example, including the average pore diameter of the porous material. 2 is different from the particulate filter shown in FIG. 2 in that the downstream end of the gas inflow passage 50 and the upstream end of the exhaust gas outflow passage 51 are not closed by the sealing material. That is, in the example shown in FIGS. 3A and 3B, the partition wall 54 that defines the periphery of the downstream end of the exhaust gas inflow passage 50 and the partition wall 54 that defines the periphery of the upstream end of the exhaust gas outflow passage 51 are shown in FIG. As shown by arrows in (A), each of the downstream end and the upstream end is closed by bending inwardly.
[0044]
In the example shown in FIGS. 3A and 3B, the partition wall 54 is bent so that openings 56 and 57 are formed at the downstream end of the exhaust gas inflow passage 50 and the upstream end of the exhaust gas outflow passage 51, respectively. Therefore, the downstream end and the upstream end are partially closed. As a result, the downstream end and the upstream end are tapered, and the disturbance of the exhaust gas flow at the downstream end and the upstream end is suppressed. For this reason, the pressure loss of the particulate filters PFU and PFL is reduced.
[0045]
Further, as shown by an arrow in FIG. 3B, a small part of the exhaust gas discharged from the internal combustion engine flows into the exhaust gas outflow passage 51 through the opening 57, and the exhaust gas inflow A small portion of the exhaust gas in the passage 50 flows out from the exhaust gas inflow passage 50 through the opening 56, so that a small portion of the exhaust gas does not pass through the partition wall 54. 50 or the exhaust gas outflow passage 51. This further reduces the pressure loss of the particulate filters PFU and PFL. The downstream end of the exhaust gas inflow passage 50 and the upstream end of the exhaust gas outflow passage 51 may be completely closed by the partition wall 54.
[0046]
In the particulate filters PFU and PFL shown in FIG. 3, the particulate collection efficiency depends on the area of the opening 57. Therefore, in the example shown in FIG. 3, the area of the opening 57 is set so that the particulate collection efficiency of the particulate filters PFU and PFL is approximately 60% or less.
[0047]
Moreover, the area of each opening 57 in the particulate filters PFU and PFL can be made equal to each other so that the particulate collection efficiency of these particulate filters PFU and PFL can be made equal to each other. Each opening in these particulate filters PFU and PFL By making the areas 57 different from each other, the particulate collection efficiency of the particulate filters PFU and PFL can be made different from each other.
[0048]
FIG. 4 shows the structure of yet another embodiment of the particulate filters PFU, PFL. 4A is a front view of the particulate filters PFU and PFL, and FIG. 4B is a side sectional view of the particulate filters PFU and PFL.
[0049]
The particulate filters PFU and PFL shown in FIGS. 4A and 4B are, for example, the downstream side particulate filter PFL shown in FIG. 2 and the sealing material 52 and the exhaust gas outflow passage at the downstream end of the exhaust gas inflow passage 50. It is formed by removing a part of the sealing material 53 at the upstream end of 51. As a result, the exhaust flow passage of the particulate filter has an exhaust gas inflow passage 50 whose upstream end is open and whose downstream end is closed, an exhaust gas outflow passage 51 whose upstream end is closed and whose downstream end is open, and upstream An exhaust gas passage 58 having an open end and a downstream end is formed.
[0050]
As a result, as indicated by an arrow in FIG. 4B, the exhaust gas flowing into the exhaust gas passage 58 passes through the exhaust gas passage 58 without passing through the partition wall 54, and another adjacent exhaust gas. The exhaust gas flows into the exhaust gas passage 58 from the gas passage 58, the exhaust gas inflow passage 50, and the exhaust gas outflow passage 51.
[0051]
In the particulate filters PFU and PFL shown in FIG. 4, the particulate collection efficiency depends on the number of exhaust gas passages 58 or the flow passage area. Therefore, in the example shown in FIG. 4, the number of exhaust gas passages 58 or the flow passage area is set so that the particulate collection efficiency of the particulate filters PFU and PFL is approximately 60% or less.
[0052]
Further, the number of exhaust gas passages 58 or the flow passage areas in the particulate filters PFU and PFL can be made equal to each other so that the particulate collection efficiency of the particulate filters PFU and PFL can be made equal to each other. , The particulate collection efficiency of the particulate filters PFU and PFL can be made different from each other by making the number or flow area of the exhaust gas passages 58 in the PFL different from each other.
[0053]
In the embodiments described so far, the upstream particulate filter PFU is disposed in the exhaust manifold 16. However, the upstream particulate filter PFU can also be arranged in the exhaust passage immediately downstream of the exhaust manifold 16. Further, in the embodiments described so far, the sealing materials 52 and 53 do not have air permeability. However, these sealing materials 52 and 53 can also be formed from what has air permeability.
[0054]
【The invention's effect】
Fine particles can be reliably collected without requiring a large space for arrangement.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall view of an internal combustion engine.
FIG. 2 is a diagram showing a particulate filter.
FIG. 3 is a diagram showing another example of the particulate filter.
FIG. 4 is a diagram showing still another embodiment of the particulate filter.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Engine main body 16 ... Exhaust manifold 18 ... Casing PFU ... Upstream particulate filter PFL ... Downstream particulate filter

Claims

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。In an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine in which a particulate filter for collecting particulates in the exhaust gas is disposed in an exhaust passage of the internal combustion engine where combustion is performed under a lean air-fuel ratio, at least a pair of the particulate filters is provided. together with forming a low trapping efficiency filter, these low trapping efficiency filter is arranged in series with each other in the exhaust passage, one of the low collecting efficiency type filter of the pair of low collection efficiency filter An exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine , which is disposed in an exhaust manifold or in an exhaust passage immediately downstream of the exhaust manifold, and the other low collection efficiency type filter is disposed in an exhaust passage located on a vehicle under floor .

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。 The exhaust purification device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein an average pore diameter of the porous material forming each of the particulate filters is set so that the particulate collection efficiency is approximately 60% or less.

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。 Each of the particulate filters has a plurality of exhaust flow passages extending in parallel to each other, and these exhaust flow passages are composed of an exhaust gas inflow passage closed at the downstream end and an exhaust gas outflow passage closed at the upstream end. These exhaust gas inflow passages and exhaust gas outflow passages are arranged alternately via partition walls made of a porous material, and the particulate collection efficiency of these particulate filters is approximately 60% or less. As described above, the partition wall defining the downstream end of the exhaust gas inflow passage and the partition wall surrounding the upstream end of the exhaust gas outflow passage are bent inward, respectively, so that the downstream end and the upstream end are at least partially blocked. The exhaust emission control device for an internal combustion engine according to claim 1.

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。In an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine in which a particulate filter for collecting particulates in exhaust gas is disposed in an exhaust passage of the internal combustion engine that performs combustion under a lean air-fuel ratio, the particulate filter includes a plurality of particulate filters. These low collection efficiency filters are formed in series with each other in the exhaust passage, and each of the particulate filters has a plurality of exhaust flow passages extending in parallel with each other. These exhaust flow passages are composed of an exhaust gas inflow passage whose downstream end is closed and an exhaust gas outflow passage whose upstream end is closed. These exhaust gas inflow passage and exhaust gas outflow passage are formed of a porous material. So that the particulate collection efficiency of these particulate filters is approximately 60% or less. For an internal combustion engine such downstream end and the upstream end by bending the partition wall to the respective inwardly defining around the upstream end of the partition walls and the exhaust gas outflow passages defining around the downstream end of the exhaust gas inflow passages are at least partially closed Exhaust purification device.

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。 The plurality of particulate filters are composed of at least a pair of low collection efficiency filters, and one of the pair of low collection efficiency filters is used as an exhaust in the exhaust manifold or immediately downstream of the exhaust manifold. The exhaust emission control device for an internal combustion engine according to claim 4, wherein the exhaust gas purification device for an internal combustion engine according to claim 4, wherein the exhaust gas purification device is disposed in the passage and the other low collection efficiency filter is disposed in the exhaust passage located on the vehicle under floor.

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。According to claim 1 or 4 particle collection efficiency of these low trapping efficiency filter so as not to exceed the allowable amount of the amount of particulate matter deposited on the low collecting efficiency type filter is predetermined is set Exhaust gas purification device for internal combustion engine.

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。Each of the particulate filters has a plurality of exhaust flow passages extending in parallel with each other, and these exhaust flow passages have an exhaust gas inflow passage closed at the downstream end and an exhaust gas outflow passage closed at the upstream end. These exhaust gas inflow passages and exhaust gas outflow passages are arranged through a partition wall made of a porous material, and the particulate collection efficiency of these particulate filters is approximately 60% or less. as described above, the exhaust purification system of an internal combustion engine according to claim 1 or 4, at least a portion of the upstream end of the downstream end and the exhaust gas outflow passages of the exhaust gas inlet passage is open.

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ＮＯ_Ｘ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ＮＯ_Ｘを還元して蓄えているＮＯ_Ｘの量を減少させるＮＯ_Ｘ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。Air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the accumulator the NO _X in the exhaust gas when the lean, reduce the amount of the NO _X which the oxygen concentration in the exhaust gas flowing is stored by reducing NO _X are stored to be reduced The exhaust purification device for an internal combustion engine according to claim 1 or 4 , wherein the NO _X catalyst to be carried is carried on at least the most upstream low collection efficiency type filter of the low collection efficiency type filter.

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。These low collection efficiency type filters are formed so that the low collection efficiency type filter located on the upstream side has a lower particulate collection efficiency than the low collection efficiency type filter located on the downstream side. Item 6. The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to Item 1 or 4 .

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。The low collection efficiency type filter is formed such that the heat resistance of the low collection efficiency type filter located on the upstream side is higher than that of the low collection efficiency type filter located on the downstream side. Or the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to 4 .