JP4725177B2 - 排ガス浄化方法及び排ガス浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は、粒子状物質（PM)を含む排ガスを浄化する排ガス浄化方法と、その排ガス浄化方法を利用した排ガス浄化装置に関する。

ガソリンエンジンについては、排ガスの厳しい規制とそれに対処できる技術の進歩とにより、排ガス中の有害成分は確実に減少している。一方、ディーゼルエンジンについては、パティキュレート（PM：炭素微粒子、サルフェート等の硫黄系微粒子、高分子量炭化水素微粒子（ SOF）等）が排出されるという特異な事情から、ガソリンエンジンの場合より排ガスの浄化が難しい。

現在までに開発されているディーゼルエンジン用排ガス浄化装置としては、大きく分けてトラップ型の排ガス浄化装置（ウォールフロー）と、オープン型の排ガス浄化装置（ストレートフロー）とが知られている。このうちトラップ型の排ガス浄化装置としては、セラミック製の目封じタイプのハニカム体（ディーゼルPMフィルタ（以下 DPFという））が知られている。この DPFは、セラミックハニカム構造体のセルの開口部の両端を例えば交互に市松状に目封じしてなるものであり、排ガス下流側で目詰めされた流入側セルと、流入側セルに隣接し排ガス上流側で目詰めされた流出側セルと、流入側セルと流出側セルを区画するセル隔壁とよりなり、セル隔壁の空孔で排ガスを濾過してPMを捕集することで排出を抑制するものである。

しかし DPFでは、PMの堆積によって圧力損失（以下、圧損という）が上昇するため、何らかの手段で堆積したPMを定期的に除去して再生する必要がある。そこで従来は、排気圧損が上昇した場合に高温の排ガスを流してPMを燃焼させることで DPFを再生することが行われている。しかしながらこの場合には、PMの堆積量が多いほど燃焼時の温度が上昇し、 DPFが溶損したり、熱応力で DPFが破損する場合もある。

そこで特開2002−129936号公報には、ディーゼルエンジンの排気マニホールドにオゾンを添加し、オゾンによってPMを酸化除去する方法が提案されている。オゾンは反応性が高く優れた酸化剤であるが、 300℃以上になると熱分解してしまうので、高温の排ガス中では効果が大きく低下する。また低温の排ガスで用いる場合でも、排ガス中に含まれるNO、HC、COなどの酸化に消費され、PMの酸化に利用されるオゾンは僅かとなってしまう。

また近年では、例えば特公平07−106290号公報に記載されているように、 DPFのセル隔壁の表面にアルミナなどからコート層を形成し、そのコート層に白金（Pt）などの触媒金属を担持した排ガス浄化フィルタ触媒が開発されている。この排ガス浄化フィルタ触媒によれば、捕集されたPMが触媒金属の触媒反応によって酸化燃焼するため、捕集と同時にあるいは捕集に連続して燃焼させることで DPFを連続的に再生することができる。そして触媒反応は比較的低温で生じること、及び捕集量が少ないうちに燃焼できることから、 DPFに作用する熱応力が小さく破損が防止されるという利点がある。

さらに特開平09−094434号公報には、セル隔壁のみならず、セル隔壁の空孔内にも触媒金属を担持したコート層を形成した排ガス浄化フィルタ触媒が記載されている。空孔内にも触媒金属を担持することで、PMと触媒金属との接触確率が高まり、空孔内に捕集されたPMも酸化燃焼させることができる。また同公報には、コート層にさらにアルカリ金属及びアルカリ土類金属から選ばれるNO_x 吸収材を担持することも記載されている。このようにすればNO_x 浄化性能が向上するとともに、NO_x 吸収材に吸収されたNO_x によってPMの酸化をさらに促進することができる。またNO_x はNO_x 吸収材が硝酸塩あるいは亜硝酸塩となることで吸収されるが、NO_x 吸収材の硝酸塩及び亜硝酸塩は比較的融点が低く、排ガス温度で溶融してPMを捕捉できるという特徴がある。したがってNO_x 吸収材の硝酸塩あるいは亜硝酸塩に捕捉されたPMは、極く近くに存在するNO₂ と接触する確率が高いため、PMが効率よく酸化浄化されるという利点がある。

しかしこれらのフィルタ触媒でも、低温の排ガスが流入した場合などにはPMが堆積し、排気圧損が上昇する場合がある。そこでフィルタ触媒に対しても、オゾンなどの酸化剤を供給してPMの堆積による圧損の上昇を抑制することが考えられる。しかし、触媒金属あるいは担体として用いられている金属酸化物がオゾンを分解することもあり、オゾンによるPMの酸化除去は困難であった。
特開2002−129936号 特公平07−106290号 特開平09−094434号

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、オゾンを用いてPMを効率よく酸化除去することを解決すべき課題とする。

上記課題を解決する本発明の排ガス浄化方法の特徴は、フィルタで排ガス中のPMを捕集する捕集工程と、排ガスより低温の加圧ガスを吹き付けることでフィルタに捕集されたPMを強制排出しPM含有ガスを形成する強制排出工程と、PM含有ガスにオゾンを接触させ含まれるPMを酸化除去する浄化工程と、を行うことにある。

強制排出工程はフィルタの下流側から上流側に向けて加圧空気を供給し、生成したPM含有ガスをサブフィルタに供給することでPMを捕集し、オゾンはサブフィルタに向けて供給されることが好ましい。

また本発明の排ガス浄化装置の特徴は、PMを捕集するフィルタを備えた主流路と、フィルタの下流側からフィルタへ向かって加圧ガスを供給しフィルタに捕集されたPMをフィルタの上流側へPM含有ガスとして吹き出す逆流装置と、フィルタの上流側で主流路から分岐して延びPMを濾過するサブフィルタを備え逆流装置が駆動された時にPM含有ガスが流通可能な副流路と、サブフィルタの上流側に配置され副流路にオゾンを供給するオゾン供給手段と、フィルタの上流側で主流路から分岐して延び、逆流装置が駆動された時に排ガスが流通するバイパス流路と、排ガス流れを主流路とバイパス流路とにそれぞれ切り換える切換弁と、を備え、
逆流装置が駆動された際には切換弁が排ガスをバイパス流路へ導き、フィルタの上流側へ吹き出されたPM含有ガス中のPMは副流路を流れてサブフィルタに捕集され、サブフィルタに捕集されたPMはPM含有ガス雰囲気中でオゾン供給手段から供給されたオゾンによって酸化除去されることにある。

バイパス流路にもフィルタと逆流装置とが設けられていることが望ましい。この場合、副流路の下流側には副流路を開閉する開閉弁が設けられ、開閉弁によって副流路が閉じられた時は、排ガスが主流路及びバイパス流路の両方を流れることが好ましい。

またフィルタは、触媒コート層を有することが望ましい。

本発明の排ガス浄化方法及び排ガス浄化装置によれば、PM含有ガスを排ガスより低温とするのが容易である。したがって、オゾンの熱分解が抑制される。さらにPM含有ガスには、PM以外の被酸化成分がほとんど含まれない。したがって、オゾンによってPMを効率よく酸化除去することができ、これにより熱応力による破損などの不具合もなくフィルタを容易に再生することができるとともに、排気圧損の上昇を抑制することができる。

そしてフィルタに触媒コート層を形成しておけば、排ガス中のHC、CO、NO_x を浄化することができるとともに、オゾンは触媒コート層とは接触しないので触媒金属などによって分解するような不具合がなく、オゾンをPMの酸化除去に効率よく消費することができる。

本発明の排ガス浄化方法では、先ず捕集工程にて、フィルタで排ガス中のPMを捕集する。排ガスとしては、ディーゼルエンジンからの排ガスなど、PMを含む排ガスが用いられる。

フィルタは、排ガス中のガス成分のみが通過して濾過作用によってPMを捕集するものであり、金属フォームや耐熱性不織布などから形成することもできるし、コーディエライト、炭化ケイ素などの耐熱性セラミックスから製造することもできる。排ガス下流側で目詰めされた流入側セルと、流入側セルに隣接し排ガス上流側で目詰めされた流出側セルと、流入側セルと流出側セルを区画し多数の細孔を有する多孔質のセル隔壁とをもつウォールフロー構造の DPFがよく知られている。この DPFをフィルタとして用いた場合は、流入側セルに流入した排ガスはセル隔壁を通過して流出側セルから排出され、その際にPMはセル隔壁の細孔に捕集される。

強制排出工程では、加圧ガスを吹き付けることでフィルタに捕集されたPMを強制排出してフィルタを再生するとともに、PM含有ガスを形成する。加圧ガスとしては、窒素ガスなどを用いることもできるが、加圧空気を用いるのが安価で簡便である。加圧ガスは、フィルタの流入側端面から供給してもよいし、流出側端面から供給してもよい。 DPFの場合には、流入側端面から加圧ガスを供給すると、セル隔壁の細孔内にPMをさらに押し込む場合がある。したがって捕集されているPMの排出率を向上させるためには、流出側端面から入り流入側端面から出るように加圧ガスを供給するのが望ましい。

浄化工程では、PM含有ガスにオゾンを接触させ含まれるPMを酸化除去する。オゾンは、低温域でPMを酸化する性能に優れる。PM含有ガスは排ガスに比べて低温とすることが容易にできるので、オゾンの熱分解を防止することができる。

PM含有ガスにオゾンを接触させるには、PM含有ガスが流れている中へオゾンを供給すればよいが、オゾンとPMとの接触性を高めるには、PM含有ガスの流路にPMを捕集可能なサブフィルタを配置することが好ましい。このサブフィルタは、上記したフィルタと同様のものを用いることができる。なおオゾンを供給するには、オゾンを圧縮収容したボンベから供給してもよいし、放電により発生させることもできる。

この排ガス浄化方法を実施できる本発明の排ガス浄化装置は、上記したフィルタを備えた主流路と、フィルタの下流側からフィルタへ向かって加圧ガスを供給しフィルタに捕集されたPMをフィルタの上流側へPM含有ガスとして吹き出す逆流装置と、フィルタの上流側で主流路から分岐して延びPMを濾過するサブフィルタを備え逆流装置が駆動された時にPM含有ガスが流通可能な副流路と、サブフィルタの上流側に配置され副流路にオゾンを供給するオゾン供給手段と、フィルタの上流側で主流路から分岐して延び、逆流装置が駆動された時に排ガスが流通するバイパス流路と、排ガス流れを主流路とバイパス流路とにそれぞれ切り換える切換弁と、を備えている。

この排ガス浄化装置では、先ず主流路に排ガスを流してフィルタにPMを捕集する。フィルタにおけるPM堆積量が増大して排気圧損が上昇した場合には、フィルタを再生する必要が生じる。その場合には、切換弁によって排ガス流路は主流路からバイパス流路に切り換えられる。したがって排気圧損の上昇が防止される。

そして排ガスがバイパス流路を流れている間に、逆流装置が駆動され、フィルタの下流側からフィルタへ向かって加圧ガスが供給される。これによりフィルタに捕集されたPMはフィルタの上流側へPM含有ガスとして吹き出される。PM含有ガスは副流路を流れ、PMはサブフィルタに捕集されるが、この時サブフィルタの上流側に配置されたオゾン供給手段が駆動され、副流路のPM含有ガスにオゾンを供給する。オゾンはPM含有ガス中のPMを酸化除去するとともにサブフィルタを通過し、サブフィルタに捕集されているPMが酸化除去される。

オゾン供給手段は、オゾンをサブフィルタの上流側で副流路に供給する。例えば、オゾンを封入したボンベからバルブを通じて排ガス中へ供給することができる。また放電を利用したオゾン発生器を用いることも好ましい。大気中あるいは排ガス中で放電させることで発生したオゾンを、ポンプなどの手段を用いてPM含有ガス中に供給すればよい。

排ガスがバイパス流路を流れている場合も、PMが除去されることが望ましい。したがってバイパス流路にもフィルタを配置することが望ましい。またバイパス流路のフィルタも、PMが堆積した場合は再生処理を行う必要があるので、フィルタへ向かって加圧ガスを供給しフィルタに捕集されたPMをフィルタの上流側へPM含有ガスとして吹き出す逆流装置を設け、主流路と同様の構成とすることが望ましい。なおバイパス流路のフィルタに逆流装置から加圧ガスを供給している間は、排ガスは主流路を流れるようにする。

バイパス流路は、一つでもよいし複数設けてもよい。複数のバイパス流路を設ける場合には、それぞれにフィルタ及び逆流装置を配置し、PMを捕集可能とするとともに、主流路と同様にしてフィルタの再生を可能とすることが望ましい。

フィルタは、触媒コート層を有するフィルタ触媒であることが望ましい。このようにすることで、PM以外のガス状の有害成分を浄化することができる。そして排ガス中のNOが酸化されることで酸化活性の高いNO₂ 、亜硝酸イオンあるいは硝酸イオンが生成し、これによってPMの浄化性能がさらに向上する。またオゾンはフィルタを通過しないので、触媒金属などによってオゾンが分解するような不具合もない。この意味から、サブフィルタには触媒コート層を形成しないことが望ましい。

触媒コート層は、担体と、担体に担持された触媒金属とから構成される。担体となる多孔質酸化物としては、アルミナ、チタニア、ジルコニア、セリア、シリカ、あるいはこれらから選ばれる複数種からなる複合酸化物などを用いることができる。また触媒金属としては酸化活性をもつものであればよく、Pt、Rh、Pd、Irなどの貴金属あるいはFe、Co、Ni、Ｗなどの卑金属を用いることができる。アルカリ金属あるいはアルカリ土類金属などのNO_x 吸収材をさらに担持することが望ましい。NO_x 吸収材を担持することで、排ガスがフィルタ触媒を通過する際にNO_x が硝酸イオンあるいは亜硝酸イオンの形でNO_x 吸収材に吸収される。これが強い酸化剤として機能するため、PMの浄化性能がさらに向上する。

触媒金属の担持量は、フィルタの体積１Ｌあたり 0.1〜20ｇとするのが好ましい。担持量がこれより少ないと活性が低すぎて実用的でなく、この範囲より多く担持しても活性が飽和するとともにコストアップとなってしまう。またNO_x 吸収材の担持量は、フィルタの体積１リットルあたり0.05〜 1.5モルの範囲とすることが好ましい。担持量がこれより少ないと活性が低すぎて担持した意味がなく、この範囲より多く担持すると触媒金属を覆って活性が低下するようになる。

以下、実施例及び比較例により本発明を具体的に説明する。

（実施例１）
図１に本実施例の排ガス浄化装置を示す。この排ガス浄化装置は、例えば、ディーゼルエンジンの排気マニホールドと排気マフラーとの間に配置されて用いられる。

排気管１には、入口側分岐部10からそれぞれ分岐する主流路11、副流路12、バイパス流路13が互いに並列に設けられている。主流路11、副流路12、バイパス流路13は、出口側分岐部14でそれぞれ排気管１に合流している。主流路11及びバイパス流路13には、それぞれフィルタ触媒２、２’が配置されている。また副流路12には、 DPF３が配置されている。

フィルタ触媒２、２’は、図２に示すように、排ガス下流側で目詰めされた流入側セル21と、流入側セル21に隣接し排ガス上流側で目詰めされた流出側セル22と、流入側セル21と流出側セル22を区画し多数の細孔を有する多孔質のセル隔壁23とをもつウォールフロー構造の DPF基材20から形成され、そのセル隔壁23の表面及び内部の細孔表面に触媒コート層24を備えている。以下、このフィルタ触媒２、２’の製造方法を説明し、構成の詳細な説明に代える。

先ず細孔容積0.58〜0.65ml／ｇ、細孔平均径25〜35μｍ、体積 1.5Ｌのコージェライト製 DPFを用意した。一方、γ−アルミナ粉末（比表面積 220m²／ｇ）70重量部と、チタニア−ジルコニア固溶体粉末（比表面積 100m²／ｇ）70重量部と、セリア粉末（比表面積 120m²／ｇ）12重量部とを含み粘度が100cps以下に調整されたスラリーを調製し、上記 DPFにウォッシュコート後、 500℃で３時間焼成してコート層を形成した。コート層は DPFの１Ｌあたり 152ｇ形成され、セル隔壁23内部の細孔の細孔平均径は25μｍ以上が確保されている。次いで吸水担持法により、 1.5ｇ／ＬのPtと、 0.3モル／ＬのLiと、0.05モル／ＬのBaと、 0.025モル／ＬのＫと、をそれぞれコート層に担持し 300℃で３時間焼成して、触媒コート層24を形成した。

DPF３は、細孔容積0.58〜0.65ml／ｇ、細孔平均径25〜35μｍ、体積 1.0Ｌのコージェライト製 DPFをそのまま用い、コート層及び触媒コート層は形成していない。

入口側分岐部10には、排ガス流路を主流路11又はバイパス流路13に択一的に切り換える切換弁４が設けられている。図１に示すように、切換弁４がバイパス流路13を閉じた場合は排ガスは主流路11のみを流通し、副流路12は入口側分岐部10でバイパス流路13と連通する。また図３に示すように、切換弁４が主流路11を閉じた場合は排ガスはバイパス流路13のみを流通し、副流路12は入口側分岐部10で主流路11と連通する。

主流路11には、フィルタ触媒２の下流側に空気供給バルブ５が設けられ、コンプレッサ50で形成された加圧空気が、空気供給バルブ５からフィルタ触媒２の出口側端面に向かって吹き出されるように構成されている。

副流路12には、 DPF３の上流側にオゾン供給バルブ６が設けられ、オゾン発生器60で生成したオゾンが DPF３の上流側端面に向かって吹き出されるように構成されている。

上記のように構成された排ガス浄化装置は、先ず図１に示すように切換弁４がバイパス流路13及び副流路12を閉じた状態で用いられ、排ガスは主流路11のみを流通する。したがって排ガス中のPMはフィルタ触媒２に捕集され、触媒コート層24に担持されているPtによって捕集に連続して酸化浄化される。またリーン雰囲気においては、排ガス中のHC及びCOはPtによって酸化浄化され、NO_x はNO_x 吸収材に吸収される。そして間欠的に燃料を排ガス中に噴射するなどの方法でリッチ雰囲気とされると、NO_x 吸収材に吸収されていたNO_x が放出され、雰囲気中に多量に存在するHC、COなどによって還元浄化される。

ここで、低温雰囲気の排ガスが長時間流入した場合、あるいは還元雰囲気が長く続いた場合などには、触媒によるPMの酸化浄化が追いつかず、フィルタ触媒２のセル隔壁23にPMが堆積し、排気圧損が上昇する不具合が生じる。そのような場合には切換弁４が駆動され、図３に示すように排ガスがバイパス流路13のみを流れるように制御される。これにより排気圧損の上昇が回避される。

さらに、空気供給バルブ５が駆動され、加圧空気がフィルタ触媒２の下流側端面に向かって吹き付けられる。加圧空気は流出側セル22、セル隔壁23、流入側セル21をこの順で通過して、フィルタ触媒２の上流側端面から吹き出す。この際に、セル隔壁23に堆積していたPMが加圧空気と共にPM含有ガスとして吹き出し、フィルタ触媒２のPM捕集能が再生される。

フィルタ触媒２の入口側端面から吹き出したPM含有ガスは、図３の点線矢印に示すように副流路12に流入し、 DPF３を通過して排出される。このとき、PM含有ガス中のPMは DPF３に捕集される。またこのとき、オゾン供給バルブ６も駆動される。したがって DPF３に捕集されたPMは、捕集に先立って、捕集と同時に、あるいは捕集後にオゾンによって速やかに酸化除去される。またPM含有ガス中にはNO、HC、COなどオゾンと反応する他の成分が含まれていないので、オゾンがこれらの成分によって消費されるような不具合もない。さらにPM含有ガスは、排気管１を流通する排ガスに比べて低温であるので、オゾンが熱分解するような不具合も抑制される。

そしてオゾンによるPM酸化活性はきわめて高く、低温でも容易にPMを酸化できるので、オゾンを供給する時間は短時間でよい。したがってバイパス流路13を排ガスが流通する時間も短時間でよく、バイパス流路13に配置されたフィルタ触媒２’にPMが堆積するまでには、上記した再生処理を多くの回数行うことができる。

（実施例２）
しかしながら、いずれはバイパス流路13に配置されたフィルタ触媒２’にPMが堆積し、再生処理時に排気圧損が上昇するという問題がある。

そこで本実施例では、図４に示すように、バイパス流路13に配置されたフィルタ触媒２’の下流側にも空気供給バルブ５’が設けられ、コンプレッサ50’で形成された加圧空気が、空気供給バルブ５’からフィルタ触媒２’の出口側端面に向かって吹き出されるように構成されている。

また切換弁４は、主流路11とバイパス流路13の両方を開く中立位置ともなるように構成され、出口側分岐部14には、主流路11、副流路12、バイパス流路13の各出口側開口の一つを選択的に閉じる三方弁40が設けられている。

このように構成された本実施例の排ガス浄化装置では、図４に示すPM捕集状態、図５に示す主流路11のフィルタ触媒２再生状態、図６に示すバイパス流路13のフィルタ触媒２’再生状態の三とおりの状態となるように制御が行われる。

図４に示すPM捕集状態では、切換弁４は主流路11とバイパス流路13の両方を開く中立位置とされ、三方弁40は副流路12の出口側開口を閉じている。したがって排ガスは主流路11及びバイパス流路13の両方を流通し、PMはフィルタ触媒２、２’に捕集され浄化される。

図５に示すフィルタ触媒２再生状態では、切換弁４が駆動され、排ガスはバイパス流路13を流れる。三方弁40は、主流路11の出口側開口を閉じている。そして空気供給バルブ５及びオゾン供給バルブ６が駆動され、フィルタ触媒２のPM捕集能が再生されるとともに、副流路12の DPF３に捕集されたPMがオゾンによって酸化除去される。

さらに図６に示すフィルタ触媒２’再生状態では、切換弁４が駆動され、排ガスは主流路11を流れる。三方弁40は、バイパス流路13の出口側開口を閉じている。そして空気供給バルブ５’及びオゾン供給バルブ６が駆動され、フィルタ触媒２’のPM捕集能が再生されるとともに、副流路12の DPF３に捕集されたPMがオゾンによって酸化除去される。

上記のように三とおりに制御する場合、フィルタ触媒２、２’の前後に圧力センサを配置し、排気圧損が所定値を超えた時に、フィルタ触媒２又はフィルタ触媒２’の再生状態とすることができる。またエンジントルクと回転数から発生するPM量を予測し、その値が所定のしきい値を超えた時に、フィルタ触媒２又はフィルタ触媒２’の再生状態としてもよい。あるいは、単に走行距離が所定のしきい値を超えた時に、フィルタ触媒２又はフィルタ触媒２’の再生状態とすることもできる。

本実施例の排ガス浄化装置による効果を調査するため、以下のような実験を行った。

先ず排気量２Ｌの直噴ディーゼルエンジンの排気マニホールドを、実施例２の排ガス浄化装置の排気管１の上流側端部と連結し、エンジン回転数と出力トルクを調整して、入口側分岐部10の排ガス温度が 250℃又は 350℃となる二つの運転条件で評価した。このときのエンジンからのPM発生量は、時間平均で 1.0ｇ／hr及び 4.0ｇ／hrである。

先ず図４に示すPM捕集状態で 100km走行相当の運転を行い、次いで図５に示すフィルタ触媒２再生状態で５分間運転した。このとき、空気供給バルブ５から約５m³の空気を供給し、オゾン供給バルブ６から約６ｇのオゾンを供給した。その後、図４に示すPM捕集状態で 100km走行相当の運転を行い、次いで図６に示すフィルタ触媒２’再生状態で５分間運転した。このときも、空気供給バルブ５’から約５m³の空気を供給し、オゾン供給バルブ６から約６ｇのオゾンを供給した。

上記運転を繰り返し、3000km走行相当の運転を実施したときのPM浄化率と排気圧損とを測定し、結果を表１に示す。PM浄化率は、フィルタ触媒２、２’及び DPF３の重量増加から残存PM堆積量を算出し、PM発生量との比から算出した。また排気圧損は装置全体の排気圧損を常時監視し、運転中の最大排気圧損を測定した。

（比較例１）
図７に、比較例１の排ガス浄化装置を示す。この排ガス浄化装置は、排気管１に体積が３Ｌであること以外は実施例１と同様のフィルタ触媒２を配置し、その上流側にオゾン発生器60に連結されたオゾン供給バルブ６が配置されている。

この排ガス浄化装置を用い、実施例２と同様に直噴ディーゼルエンジンの排気系に配設した。そして 100km走行相当の運転後に約５分間オゾンを供給（オゾン供給量約６ｇ）する運転を繰り返し、3000km走行相当の運転を実施したときのPM浄化率と排気圧損を測定した。結果を表１に示す。

（比較例２）
図７において、オゾン発生器60に連結されたオゾン供給バルブ６に代えて燃料圧縮添加装置に連結された燃料添加バルブを用いたこと以外は、比較例１と同様である。

この排ガス浄化装置を用い、実施例２と同様に直噴ディーゼルエンジンの排気系に配設した。そして 100km走行相当の運転後に約５分間燃料（軽油）を供給（燃費悪化率で約５％相当の量≒約６ｇのオゾンを発生させるのに必要なエネルギー量）する運転を繰り返し、3000km走行相当の運転を実施したときのPM浄化率と排気圧損を測定した。燃料添加によって触媒床温度が上昇し、PMの酸化が促進される。結果を表１に示す。

＜評価＞

表１から、実施例２の排ガス浄化装置は入りガス温度が 250℃及び 350℃のいずれの場合も比較例に比べて高いPM浄化率を示し、圧力損失も低いことがわかる。

一方、比較例１の排ガス浄化装置は、入りガス温度が 250℃では比較的高いPM浄化率を示したが、 350℃ではPM浄化率が低下した。これは、入りガス温度が 350℃では、オゾンを添加しても熱分解によって消費されたため、あるいは排ガス中の成分とオゾンとが反応したためと考えられる。また入りガス温度が 250℃において実施例２よりPM浄化率が低いのは、フィルタ触媒２に含まれるセリアなどによりオゾンが分解したため、あるいは排ガス中の成分とオゾンとが反応したためと考えられる。

また比較例２の排ガス浄化装置は、燃料添加によって触媒床温度を上昇させ、PMの酸化を促進させるものである。しかし入りガス温度が 350℃の場合はある程度のPM浄化率が得られるものの、入りガス温度が 250℃ではPM浄化率が著しく低下する。入りガス温度が 250℃では、燃料が着火しづらく触媒床温度の上昇に貢献しなかったものと考えられる。またその結果、フィルタ触媒のPM堆積量が多くなるため、フィルタ触媒の触媒金属の有効利用が阻害されたことも考えられる。

すなわち実施例２の排ガス浄化装置によれば、排気圧損の上昇を抑制でき、PMの堆積によるフィルタ触媒の活性の低下が抑制され、さらにはオゾンによるPM酸化効果を最大限に引き出すことができる。

本発明の一実施例の排ガス浄化装置において、濾過工程を示す説明図である。 本発明の一実施例に用いたフィルタ触媒の断面図である。 本発明の一実施例の排ガス浄化装置において、PM強制排出工程及び浄化工程を示す説明図である。 本発明の第２実施例の排ガス浄化装置において、濾過工程を示す説明図である。 本発明の第２実施例の排ガス浄化装置において、PM強制排出工程及び浄化工程を示す説明図である。 本発明の第２実施例の排ガス浄化装置において、PM強制排出工程及び浄化工程を示す説明図である。 比較例１の排ガス浄化装置を示す説明図である。

符号の説明

１：排気管 ２：フィルタ触媒 ３： DPF（サブフィルタ）
４：切換弁 ５：空気供給バルブ（逆流装置） ６：オゾン供給バルブ
11：主流路 12：副流路 13：バイパス流路

Claims (6)

1. フィルタで排ガス中のPMを捕集する捕集工程と、
   該排ガスより低温の加圧ガスを吹き付けることでフィルタに捕集されたPMを強制排出しPM含有ガスを形成する強制排出工程と、
   該PM含有ガスにオゾンを接触させ含まれるPMを酸化除去する浄化工程と、を行うことを特徴とする排ガス浄化方法。
2. 前記強制排出工程は前記フィルタの下流側から上流側に向けて加圧空気を供給し、生成した前記PM含有ガスをサブフィルタに供給することでPMを捕集し、前記オゾンは該サブフィルタに向けて供給される請求項１に記載の排ガス浄化方法。
3. PMを捕集するフィルタを備えた主流路と、
   該フィルタの下流側から該フィルタへ向かって加圧ガスを供給し該フィルタに捕集されたPMを該フィルタの上流側へPM含有ガスとして吹き出す逆流装置と、
   該フィルタの上流側で該主流路から分岐して延び、PMを濾過するサブフィルタを備え、該逆流装置が駆動された時に該PM含有ガスが流通可能な副流路と、
   該サブフィルタの上流側に配置され該副流路にオゾンを供給するオゾン供給手段と、
   該フィルタの上流側で該主流路から分岐して延び、該逆流装置が駆動された時に排ガスが流通するバイパス流路と、
   排ガス流れを該主流路と該バイパス流路とにそれぞれ切り換える切換弁と、を備え、
   該逆流装置が駆動された際には該切換弁が排ガスを該バイパス流路へ導き、該フィルタの上流側へ吹き出された該PM含有ガス中のPMは該副流路を流れて該サブフィルタに捕集され、該サブフィルタに捕集されたPMは該PM含有ガス雰囲気中で該オゾン供給手段から供給されたオゾンによって酸化除去されることを特徴とする排ガス浄化装置。
4. 前記バイパス流路にも前記フィルタと前記逆流装置とが設けられている請求項３に記載の排ガス浄化装置。
5. 前記副流路の下流側には前記副流路を開閉する開閉弁が設けられ、該開閉弁によって前記副流路が閉じられた時は、排ガスが前記主流路及び前記バイパス流路の両方を流れる請求項４に記載の排ガス浄化装置。
6. 前記フィルタは、触媒コート層を有する請求項３〜５のいずれかに記載の排ガス浄化装置。

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