排ガス浄化装置
【課題】ディーゼルエンジン等の内燃機関から排出される排ガス中に含まれるＰＭを効率的に浄化できる排ガス浄化装置を提供する。
【解決手段】内燃機関２０の排気通路２１に設けられ、前記内燃機関２０から排出される排ガス中に含まれる粒子状物質を捕集して堆積するフィルタ１１を備える排ガス浄化装置１０であって、前記フィルタ１１に流入する排ガス、前記フィルタ１１内を流通している排ガス、又は前記フィルタ１１に、発火点及び引火点を有さない陰イオン界面活性剤を含む浄化液を供給する浄化液供給手段１２を備えることを特徴とする排ガス浄化装置１０によれば、排ガス中に含まれるＰＭを効率的に浄化できる。
【解決手段】内燃機関２０の排気通路２１に設けられ、前記内燃機関２０から排出される排ガス中に含まれる粒子状物質を捕集して堆積するフィルタ１１を備える排ガス浄化装置１０であって、前記フィルタ１１に流入する排ガス、前記フィルタ１１内を流通している排ガス、又は前記フィルタ１１に、発火点及び引火点を有さない陰イオン界面活性剤を含む浄化液を供給する浄化液供給手段１２を備えることを特徴とする排ガス浄化装置１０によれば、排ガス中に含まれるＰＭを効率的に浄化できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排ガス浄化装置に関し、特に、内燃機関から排出される排ガス中の粒子状物質を浄化するために用いられる排ガス浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関、特にディーゼル機関より排出される排ガス中の粒子状物質（以下、ＰＭともいう）は、ディーゼルパティキュレートフィルター（以下、ＤＰＦともいう）を用いて捕集されるのが一般的である。捕集されて堆積したＰＭは圧損上昇の原因となるため、排ガス温度を上昇させ、堆積したＰＭを燃焼させる必要がある。堆積したＰＭの燃焼温度は６００℃程度と高温であることから、その燃焼の際にはＤＰＦを昇温させる必要があり、燃費のロスや触媒の熱劣化といった問題が生じる。
【０００３】
また、ＤＰＦ昇温時に、排気工程で燃料を吹く手法を採用する場合がある。しかしながら、この手法を採用した場合には、オイルダイリューションによるエンジン焼き付きの懸念が生じる。従って、ＰＭ燃焼制御を行う時間を短く、望ましくは無くすべく、ＰＭ燃焼温度の低温化について検討が進められている。例えば、触媒をＤＰＦ上に担持（ＣＳＦ）させる方法、燃料に燃料添加剤（ＦＢＣ）を添加する方法、排ガス中に含まれるＮＯをＮＯ２に酸化させてＮＯ２とＰＭを反応させる方法、可燃性液体をＰＭに塗布して可燃性液体の燃焼を利用する方法等が挙げられる。
【０００４】
これに対して、捕捉された煤に可燃液体を浸透させ、煤の燃焼特性を大幅に改善する試みがなされている（例えば、特許文献１参照）。具体的には、軽油、灯油、及び重油からなる群より選ばれる少なくとも１種を含む液体燃料を、ＤＰＦに捕捉された煤や可溶有機物（ＳＯＦ）に未燃のまま直接供給することにより、ＤＰＦを再生することができるとされている。
【０００５】
また、ノニオン系界面活性剤を添加した水中に排ガスを通過させ、ＰＭを水中に沈降させる試みがなされている（例えば、特許文献２参照）。具体的には、ディーゼルエンジンの排気管を接続したボックス内に水とノニオン系界面活性剤を充填し、ディーゼルエンジンの排ガスをそのボックス内に導入することにより、排ガス中の煤を主成分とする微粒子を効率的に除去できるとされている。
【特許文献１】特開２００５−６９０１７号公報
【特許文献２】特開平６−２４８９３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、燃料添加触媒では、フィルタに灰分（Ａｓｈ）が堆積して圧損が上昇するという欠点がある。また、ＣＳＦにおいては、ＰＭと触媒の接触性が良くないためか、十分な性能が得られないことが多い。オイル上がりに伴うＡｓｈが堆積した場合にあっては、触媒表面をＡｓｈが覆うことで性能が低下するという問題が生じる。
【０００７】
これに対して、ＮＯ２による酸化はＡｓｈ等の影響を受けないものの、温度域が制限される。また、排ガス循環装置（ＥＧＲ）を用いたエンジンの場合にあっては、ＰＭを燃やしきるだけの十分なＮＯｘが発生しないという問題がある。
【０００８】
また、特許文献１で提案されている技術は、可燃性物質の着火を利用したものであり、燃料を用いた場合には燃費の悪化を招く。特許文献２で提案されている技術では、水中に沈降したＰＭを除去する必要がある。コジェネレーション等の定置内燃機関においては有効であるものの、自動車等の移動型の内燃機関においては排圧が著しく上昇する等の問題が生じ、実用的ではない。
【０００９】
本発明は、以上のような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ディーゼルエンジン等の内燃機関から排出される排ガス中に含まれるＰＭを効率的に浄化できる排ガス浄化装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた。その結果、ＰＭを含む排ガスに対して、発火点及び引火点を有さない陰イオン界面活性剤を含む浄化液を供給することにより、凝集していたＰＭが分散され、低温且つ短時間でフィルタの再生が可能となる結果、ＰＭを効率的に浄化できることを見出し、本発明を完成するに至った。より具体的には、本発明は以下のようなものを提供する。
【００１１】
（１） 内燃機関の排気通路に設けられ、前記内燃機関から排出される排ガス中に含まれる粒子状物質を捕集して堆積するフィルタを備える排ガス浄化装置であって、前記フィルタに流入する排ガス、前記フィルタ内を流通している排ガス、又は前記フィルタに、発火点及び引火点を有さない陰イオン界面活性剤を含む浄化液を供給する浄化液供給手段を備えることを特徴とする排ガス浄化装置。
【００１２】
（２） 前記浄化液が、スルホン酸基を有する陰イオン界面活性剤を含む（１）記載の排ガス浄化装置。
【００１３】
（３） 前記浄化液が、硫酸基を有する陰イオン界面活性剤を含む（１）又は（２）記載の排ガス浄化装置。
【００１４】
（４） 前記浄化液が、アルキル硫酸ナトリウム及びアルキルエーテル硫酸エステルナトリウムのうち少なくとも一方を含む（１）から（３）いずれか記載の排ガス浄化装置。
【００１５】
（５） 前記浄化液が、ラウリル硫酸ナトリウムを含む（１）から（４）いずれか記載の排ガス浄化装置。
【００１６】
（６） 前記浄化液に対する前記陰イオン界面活性剤の総含有量が、１０ｐｐｍ以上飽和溶解度以下である（１）から（５）いずれか記載の排ガス浄化装置。
【００１７】
（７） 前記陰イオン界面活性剤を含むウォッシャー液が貯蔵されたウォッシャー液タンクと、前記陰イオン界面活性剤を含む尿素水が貯蔵された尿素水タンクと、をさらに備え、前記浄化液供給手段は、前記ウォッシャー液及び前記尿素水のうち少なくとも一方を前記浄化液として導入する導入手段を備える（１）から（６）いずれか記載の排ガス浄化装置。
【００１８】
（８） 前記フィルタに流入する排ガス又は前記フィルタ内を流通している排ガスの温度を検知する排ガス温度検知手段と、前記排ガス温度検知手段により検知された排ガス温度が前記浄化液の沸点以下であるときに、前記浄化液供給手段を駆動させる第一制御手段と、をさらに備える（１）から（７）いずれか記載の排ガス浄化装置。
【００１９】
（９） 前記フィルタの温度を検知するフィルタ温度検知手段と、前記浄化液の供給により粒子状物質が燃焼を開始する燃焼開始温度が予め記憶された記憶手段と、前記フィルタ温度検知手段により検知されたフィルタ温度が、前記記憶手段により記憶された燃焼開始温度を超えたときに、前記浄化液供給手段を駆動させる第二制御手段と、をさらに備える（１）から（８）いずれか記載の排ガス浄化装置。
【００２０】
（１０） 前記フィルタに堆積した粒子状物質を燃焼除去するフィルタ除去手段と、前記フィルタの粒子状物質堆積量を推定する推定手段と、前記推定手段により推定された粒子状物質堆積量が所定値を超えたときに、前記浄化液供給手段を駆動させてから前記フィルタ除去手段を駆動させる第三制御手段と、をさらに備える（１）から（９）いずれか記載の排ガス浄化装置。
【００２１】
（１１） 前記フィルタの流入口壁面に形成され、前記フィルタの気孔率よりも高い気孔率を有する多孔質層をさらに備える（１）から（１０）いずれか記載の排ガス浄化装置。
【００２２】
（１２） 前記多孔質層は、粒径１μｍ以下の酸化物微粒子が堆積して形成されたものである（１１）記載の排ガス浄化装置。
【００２３】
（１３） 前記多孔質層の厚みが、５μｍ〜１００μｍである（１１）又は（１２）記載の排ガス浄化装置。
【発明の効果】
【００２４】
本発明に係る排ガス浄化装置によれば、内燃機関から排出された排ガス中に含まれる煤（ＰＭ）に陰イオン界面活性剤を含む浄化液を供給することにより、凝集していたＰＭが分散され、低温且つ短時間でフィルタの再生が可能となる結果、ＰＭを効率的に浄化できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。なお、第１実施形態以外の実施形態の説明において、第１実施形態と共通する構成、作用、及び効果の説明については省略する。
【００２６】
＜第１実施形態＞
第１実施形態に係る排ガス浄化装置１０の概略構成図を図１に示す。第１実施形態に係る排ガス浄化装置１０は、内燃機関２０、好ましくはディーゼルエンジンの排気通路２１に設けられ、内燃機関２０から排出される排ガス中に含まれる粒子状物質を浄化するために用いられる。排ガス浄化装置１０は、内燃機関２０から排出される排ガス中に含まれる粒子状物質を捕集して堆積するフィルタ１１を備え、フィルタ１１に流入する排ガス、フィルタ１１内を流通している排ガス、又はフィルタ１１に、発火点及び引火点を有さない陰イオン界面活性剤を含む浄化液を供給する浄化液供給手段１２を備えることを特徴とする。
【００２７】
［フィルタ１１］
フィルタ１１としては、三次元網目構造を有し、十分なＰＭ捕集機能を有するものであれば特に限定されず、従来公知のフィルタが用いられる。具体的には、発泡金属や発泡セラミックス、金属やセラミックス繊維を重ね合わせた不織布、ウォールフロータイプのフィルタ等が挙げられる。これらのうち、捕集効率、及びＰＭと触媒との接触性の観点から、ウォールフロータイプのフィルタが好ましく用いられる。
【００２８】
フィルタ１１は、ＰＭ燃焼触媒を備えたものであることが好ましい。ＰＭ燃焼触媒としては特に限定されず、従来公知の触媒が用いられる。具体的には、アルカリ金属元素のうち少なくとも一種の元素と、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｐｔ、及び、Ｉｒよりなる群から選ばれる少なくとも一種の元素が用いられる。アルカリ金属元素は炭酸塩、硫酸塩として用い、アルカリ金属元素以外は、Ｆｅ２Ｏ３、Ｃｏ３Ｏ４のようにこれら元素の酸化物をそのまま用いたり、Ｋ２ＮｉＯ４、Ｋ２Ｍｎ４ＯＸのように複合酸化物として用いるのが好ましい。また、アルミナ、シリカ等の高比表面積担体上に高分散担持して用いることもできる。
【００２９】
［浄化液供給手段１２］
浄化液供給手段１２は、後述する浄化液を、フィルタ１１に流入する排ガス、フィルタ１１内を流通している排ガス、又はフィルタ１１に供給できるものであればよく、その構成は特に限定されない。例えば、浄化液が貯蔵された浄化液タンクと、この浄化液タンク内に貯蔵された浄化液を、フィルタ１１に流入する排ガス、フィルタ１１内を流通している排ガス、又はフィルタ１１に供給する供給ポートと、を有するものであってよい。また、本実施形態の変形例として、浄化液供給手段が、フィルタ１１を浄化液中に浸漬させることが可能な浄化液槽を有するものであってもよい。
【００３０】
〔浄化液〕
本実施形態で用いられる浄化液は、発火点及び引火点を有さない陰イオン界面活性剤を含むことを特徴とする。陰イオン界面活性剤が発火点及び引火点を有さないことから、排気系中に供給した場合であっても燃焼することがなく、有効に作用する。ここで、「発火点」とは、炎の存在無しに大気中に置かれた物体が継続的に燃焼し始める最低温度を意味し、「引火点」とは、炎の存在下で大気中に置かれた物体が着火する最低温度を意味する。
【００３１】
フィルタ上に堆積したＰＭの一部はフィルタ内部に堆積するものの、その大部分はフィルタ表面上にケーキ層状に堆積する。これらフィルタ表面上に堆積したＰＭ間の凝集力はあまり強くないことから、陰イオン界面活性剤を含む浄化液が供給された場合には、ＰＭと陰イオン界面活性剤とが接触することにより、凝集していたＰＭが分散すると推察される。このため、排ガス中の酸素とＰＭとの接触確率が向上し、ＰＭの燃焼速度が向上すると考えられる。
【００３２】
陰イオン界面活性剤としては特に限定されず、発火点及び引火点を有さないものであれば、従来公知の陰イオン界面活性剤が用いられる。好ましくは、スルホン酸基を有する陰イオン界面活性剤であり、より好ましくは、硫酸基を有する陰イオン界面活性剤である。硫酸基を有する陰イオン界面活性剤のうち、アルキル硫酸ナトリウム、アルキルエーテル硫酸エステルナトリウムが好ましく用いられ、特にラウリル硫酸ナトリウムが好ましく用いられる。
【００３３】
ラウリル硫酸ナトリウム等のナトリウム塩を用いた場合にあっては、陰イオン界面活性剤によるＰＭ分散後に、Ｎａ等がＰＭと直接接触できる状態にある。Ｎａ等はＰＭを低温から燃焼できる触媒としての効果を有することから、これらの相乗効果により、優れたＰＭ燃焼効果を得ることができると推察される。
【００３４】
陰イオン界面活性剤の含有量は、本発明の効果が奏される限り特に限定されない。好ましくは、浄化液に対する陰イオン界面活性剤の総含有量が、１０ｐｐｍ以上飽和溶解度以下である。陰イオン界面活性剤の総含有量が１０ｐｐｍ未満である場合には、凝集したＰＭを分散させることができず、効率的にＰＭを燃焼除去することができない。
【００３５】
＜第２実施形態＞
第２実施形態に係る排ガス浄化装置は、基本構成は第１実施形態と同様である。第１実施形態と異なる点として、陰イオン界面活性剤を含むウォッシャー液が貯蔵されたウォッシャー液タンクと、陰イオン界面活性剤を含む尿素水が貯蔵された尿素水タンクと、をさらに備える。また、浄化液供給手段が、ウォッシャー液及び尿素水のうち少なくとも一方を浄化液として導入する導入手段を備えることを特徴とする。
【００３６】
本実施形態によれば、陰イオン界面活性剤を含むウォッシャー液が貯蔵されたウォッシャー液タンクから浄化液を供給することにより、浄化液を貯蔵するためのタンクが不要となるため、レイアウト上有利である。また、ＵＲＥＡ−ＳＣＲシステムを採用している場合にあっては、陰イオン界面活性剤を含む尿素水が貯蔵された尿素水タンクから浄化液を供給することができるため、やはりレイアウト上有利である。
【００３７】
＜第３実施形態＞
第３実施形態に係る排ガス浄化装置も、基本構成は第１実施形態と同様である。第１実施形態と異なる点として、フィルタに流入する排ガス又はフィルタ内を流通している排ガスの温度を検知する排ガス温度検知手段と、排ガス温度検知手段により検知された排ガス温度が浄化液の沸点以下であるときに、浄化液供給手段を駆動させる第一制御手段と、をさらに備えることを特徴とする。
【００３８】
排ガス温度検知手段としては、フィルタに流入する排ガス又はフィルタ内を流通している排ガスの温度を検知できるものであれば特に限定されず、熱電対等の従来公知のものを用いることができる。本実施形態では、排ガス温度検知手段で検知された排ガス温度が浄化液の沸点以下であるときに、第一制御手段により、浄化液供給手段の駆動が開始される。排ガス温度が浄化液の沸点以上の温度である場合には、フィルタに到達する前に水分が揮発してしまう結果、ＰＭと陰イオン界面活性剤との接触性が悪化する。即ち、期待する高いＰＭ燃焼性能が得られないところ、本実施形態によればこれを回避できる。
【００３９】
＜第４実施形態＞
第４実施形態に係る排ガス浄化装置も、基本構成は第１実施形態と同様である。第１実施形態と異なる点として、フィルタの温度を検知するフィルタ温度検知手段と、浄化液の供給により粒子状物質が燃焼を開始する燃焼開始温度が予め記憶された記憶手段と、フィルタ温度検知手段により検知されたフィルタ温度が、記憶手段により記憶された燃焼開始温度を超えたときに、浄化液供給手段を駆動させる第二制御手段と、をさらに備えることを特徴とする。
【００４０】
フィルタ温度検知手段としては、フィルタの温度を検知できるものであれば特に限定されず、熱電対等の従来公知のものを用いることができる。また、記憶手段により、浄化液の供給により粒子状物質が燃焼を開始する燃焼開始温度が予め記憶されており、検知されたフィルタ温度が燃焼開始温度を超えたときに、第二制御手段により、浄化液供給手段の駆動が開始される。
【００４１】
従来のＤＰＦでは、先に燃焼開始温度に達するのはＤＰＦ中心部であり、中心部からＰＭ燃焼が開始される。このため、燃焼開始時には、温度の低い周辺部は燃焼開始温度に達していない。排ガスは圧力の低い方に流れ易いため、周辺部に排ガスが流れ難くなる結果、周辺部の温度が上昇し難いという問題が生じる。この点、本実施形態では、ＰＭ燃焼開始温度が予め設定されているため、実際のＤＰＦ温度が燃焼開始温度に達したときに浄化液が供給されることから、上記のような問題は生じない。
【００４２】
＜第５実施形態＞
第５実施形態に係る排ガス浄化装置も、基本構成は第１実施形態と同様である。第１実施形態と異なる点として、フィルタに堆積した粒子状物質を燃焼除去するフィルタ除去手段と、フィルタの粒子状物質堆積量を推定する推定手段と、推定手段により推定された粒子状物質堆積量が所定値を超えたときに、浄化液供給手段を駆動させてからフィルタ除去手段を駆動させる第三制御手段と、をさらに備えることを特徴とする。
【００４３】
フィルタ除去手段は、フィルタに堆積した粒子状物質を燃焼除去できるものであれば特に限定されず、加熱装置等の従来公知のものを用いることができる。推定手段も、フィルタの粒子状物質堆積量を推定できるものであれば特に限定されず、内燃機関の運転履歴、フィルタ前後の差圧、温度センサ等を利用したものを用いることができる。本実施形態では、推定手段により推定された粒子状物質堆積量が所定値を超えたときに、第三制御手段により、浄化液供給手段を駆動させてからフィルタ除去手段の駆動が開始される。このため、フィルタの再生が必要でないときに浄化液を供給する無駄を回避でき、フィルタの再生が必要とされるときのみ浄化液を供給することができる。
【００４４】
＜第６実施形態＞
第６実施形態に係る排ガス浄化装置も、基本構成は第１実施形態と同様である。第１実施形態と異なる点として、フィルタの流入口壁面に多孔質層をさらに備えることを特徴とする。多孔質層は、フィルタの気孔率よりも高い気孔率を有するものであればよく、特に限定されない。フィルタの流入口壁面にこの多孔質層が存在することにより、フィルタ内に流入する排ガスの拡散性が良好となり、排ガス中の酸素がＰＭに効率的に供給される。その結果、ＰＭの燃焼が促進され、上記陰イオン界面活性剤との相乗効果により、ＰＭ燃焼性能が著しく向上する。このため、フィルタの流入口壁面に触媒を塗布するまでもなく、優れたＰＭ燃焼性能が得られる。
【００４５】
上記多孔質層は、粒径１μｍ以下の酸化物微粒子が堆積して形成されたものであることが好ましい。上記多孔質層の形成方法としては、スプレードライ、噴霧熱分解法等で作成した酸化物微粒子を、フィルタに導入して堆積させる手法が挙げられる。なお、必要に応じて、堆積した酸化物微粒子を仮焼してもよい。仮焼温度は、堆積した酸化物微粒子の焼結が進行しない温度であればよく、雰囲気は問われない。
【００４６】
上記多孔質層の厚みは、本発明の効果が奏される範囲内で適宜設定される。好ましくは、５μｍ〜１００μｍである。５μｍ未満であると、排ガスの拡散性が十分でないため、上記相乗効果を十分に得ることができない。また、１００μｍを超えると、圧損が急激に上昇するため、出力低下を招く。より好ましくは、１０μｍ〜５０μｍである。
【００４７】
なお、本発明は、上述した説明に限定されることなく、上記各実施形態の組み合わせ等、種々の態様で実施することができる。また、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することができる。
【実施例】
【００４８】
本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００４９】
［ＰＭ堆積テスト］
０７ＭＹＣＲ−Ｖ２．２Ｌディーゼルエンジンを用い、定常状態（２５００ｒｐｍ １１０Ｎ．ｍ）にて排出されたＰＭを、図２に示すような単体評価装置（堀場製作所製）を用いて、気孔率４２．３％、平均気孔径１０．７μｍのイビデン社製ＳｉＣ ＤＰＦ ４４ｃｃに２ｇ／Ｌ堆積させた。
【００５０】
［ＰＭ燃焼テスト］
その後、窒素雰囲気（２１．３１／ｍｉｎ）まで昇温させた後、酸素１５％、及び窒素８５％の混合ガス（２５．１１／ｍｉｎ）を流通させた。発生したＣＯ及びＣＯ２濃度を、堀場製作所製「ＭＥＸＡ−７５００Ｄ」により計測し、下記の式（１）によりＰＭ残存率（％）を算出した。なお、式（１）中、ＰＭ堆積量とは、ＰＭ堆積テストにて堆積したＰＭ量を表し、単位はいずれもｇである。
【数１】
・・・数式（１）
【００５１】
＜実施例１＞
上記ＰＭ堆積テストに従って、ＤＰＦにＰＭを堆積させた。次いで、堆積したＰＭに、関東化学株式会社製鹿１級ｎ−ドデシル硫酸ナトリウム１０００ｐｐｍを溶解させた水溶液６ｇを滴下した後、上記ＰＭ燃焼テストに供した。
【００５２】
＜実施例２＞
ｎ−ドデシル硫酸ナトリウムの濃度を１００ｐｐｍとした以外は、実施例１と同様の処理を行い、上記ＰＭ燃焼テストに供した。
【００５３】
＜実施例３＞
ｎ−ドデシル硫酸ナトリウムの濃度を１０ｐｐｍとした以外は、実施例１と同様の処理を行い、上記ＰＭ燃焼テストに供した。
【００５４】
＜実施例４＞
ｎ−ドデシル硫酸ナトリウム１０００ｐｐｍの代わりに、アルキル（Ｃ１２−１５）エーテル硫酸エステルナトリウム１０００ｐｐｍを用いた以外は、実施例１と同様の処理を行い、上記ＰＭ燃焼テストに供した。
【００５５】
＜実施例５＞
ｎ−ドデシル硫酸ナトリウム１０００ｐｐｍの代わりに、関東化学株式会社製鹿１級ラウリルベンゼンスルホン硫酸ナトリウム１０００ｐｐｍを用いた以外は、実施例１と同様の処理を行い、上記ＰＭ燃焼テストに供した。
【００５６】
＜比較例１＞
比表面積１３０ｍ２／ｇを有するアルミナ４０ｇを秤量し、水と湿式粉砕してスラリー化し、上記イビデン社製ＳｉＣ ＤＰＦ（径：３４ｍｍ、長さ：４０ｍｍ）をスラリーに浸漬し、余分なスラリーを取除き、２００℃で３時間乾燥後、８００℃で４時間焼成して、アルミナを担持した構造体を得た。
【００５７】
次いで、純度９９．９％のジニトロジアミン白金酸０．２ｇと硝酸セリウム２ｇを純水３０ｇに溶解させ、この溶液にアルミナを担持した三次元構造体を浸漬させた後、余分な溶液を取除き、２００℃で３時間乾燥し、次いで５００℃で２時間焼成して、完成ＣＳＦを得た。このＣＳＦに対して、上記ＰＭ堆積テスト及びＰＭ燃焼テストを行った。
【００５８】
＜比較例２＞
ＤＰＦにＰＭを堆積させた後、軽油６ｇを滴下させた後、上記ＰＭ燃焼テストに供した。
【００５９】
＜比較例３＞
ＤＰＦにＰＭを堆積させた後、蒸留水６ｇを滴下させた後、上記ＰＭ燃焼テストに供した。
【００６０】
＜比較例４＞
ＤＰＦにＰＭを堆積させた後、日本エマルジョン株式会社製ポリオキシエチレン硬化ヒマシ油「ＥＭＡＬＥＸ ＨＣ−４０」１０００ｐｐｍを溶解させた水溶液６ｇを滴下させた後、上記ＰＭ燃焼テストに供した。
【００６１】
＜比較例５＞
ＤＰＦにＰＭを堆積させた後、関東化学株式会社製（純度９０％以上）Ｎ，Ｎ−ジメチル−ｎ−ドデシルアミン１０００ｐｐｍを溶解させた水溶液６ｇを滴下させた後、上記ＰＭ燃焼テストに供した。
【００６２】
［考察］
界面活性剤による効果の確認結果を図３に示す。縦軸はＰＭ残存率（％）を表し、横軸は窒素及び酸素混合ガスを流通させた時間（秒）を表す。図３に示されるように、ラウリル硫酸ナトリム１０００ｐｐｍを添加した場合（実施例１）のＰＭ残存率は、ＣＳＦ（比較例１）、蒸留水を添加した場合（比較例３）、及び軽油を添加した場合（比較例２）に比して、格段に低く、ＰＭ燃焼性が優れていることが確認された。
【００６３】
陰イオン界面活性剤による効果の確認結果を図４に示す。図４に示されるように、陰イオン界面活性剤であるラウリル硫酸ナトリム１０００ｐｐｍを添加した場合（実施例１）のＰＭ残存率は、両性界面活性剤であるポリオキシエチレン硬化ヒマシ油１０００ｐｐｍを添加した場合（比較例４）、及びノニオン界面活性剤であるＮ，Ｎ−ジメチル−ｎ−ドデシルアミン１０００ｐｐｍを添加した場合（比較例５）に比して、格段に低く、ＰＭ燃焼性が優れていることが確認された。
【００６４】
陰イオン界面活性剤の種類による効果の確認結果を図５に示す。図５に示されるように、ラウリルベンゼンスルホン酸ナトリウム１０００ｐｐｍを添加した場合（実施例５）、アルキル（Ｃ１２−１５）エーテル硫酸エステルナトリウム１０００ｐｐｍを添加した場合（実施例４）、及びラウリル硫酸ナトリウム１０００ｐｐｍを添加した場合（実施例１）いずれも、比較例に比して優れたフィルタ再生率を有することが確認された。また、スルホン酸基を有する陰イオン界面活性剤よりも、硫酸基を有する陰イオン界面活性剤の方がより優れたフィルタ再生率を有することも確認された。
【００６５】
陰イオン界面活性剤の濃度変化による効果の確認結果を図６に示す。図６に示されるように、ラウリル硫酸ナトリウム１０ｐｐｍ添加した場合（実施例３）であっても、比較例より良好なフィルタ再生率を有しており、１０ｐｐｍ以上であれば本発明の効果が奏されることが確認された。また、ラウリル硫酸ナトリウム１０ｐｐｍ添加した場合（実施例３）、１００ｐｐｍ添加した場合（実施例２）、１０００ｐｐｍ添加した場合（実施例１）の順に、添加濃度が高くなるにつれてフィルタ再生率が向上することも確認された。陰イオン界面活性剤の濃度が高いほど、界面活性剤の塗布量が増える結果、高い効果が得られると考えられ、界面活性剤の溶解限界を超えない範囲（即ち、飽和溶解度以下）の浄化液を用いることができる。
【００６６】
ここで、図６のデータに基づいて、陰イオン界面活性剤（ラウリル硫酸ナトリウム）の濃度を変化させた場合における、ＰＭ５０％再生時のＰＭ燃焼速度を比較した結果を図７に示す。図７に示されるように、ラウリル硫酸ナトリウム無添加のときの燃焼速度を１とすると、ラウリル硫酸ナトリウム１０ｐｐｍ添加（実施例３）では１．７倍、１００ｐｐｍ添加（実施例２）では４．０倍、１０００ｐｐｍ添加（実施例１）では７．４倍の燃焼速度を有することが確認された。
【００６７】
＜実施例６＞
硝酸セリウム２ｇを１Ｌの純水に溶解した後、噴霧熱分解装置を用いて酸化セリウムを調製した。調製した酸化セリウムをキャリアーガスと共にＤＰＦに導入し、酸化セリウムのみを、ＤＰＦの流入口壁面に堆積させた。噴霧熱分解装置の炉内の温度は８００℃であり、キャリアーガスは１Ｌ／ｍｉｎ、溶液は０．０２Ｌ／ｍｉｎにて炉内に滴下させた。これにより、ＤＰＦの流入口壁面に、酸化セリウムが堆積することにより多孔質層が形成された。
【００６８】
形成された多孔質層を分析した結果、平均粒径６００ｎｍで気孔率が約７０％の酸化セリウム多孔質体であることが確認された。なお、ＤＰＦの平均気孔率、気孔径は、上記の通り４２．３％、１０．７μｍであった。また、形成された多孔質層の重量を測定した結果、酸化セリウムが０．８ｇ担持されていることも分かった。このように、ＤＰＦ流入口壁面上に高い気孔率を有する多孔質層を形成してＰＭ堆積テストを行った後、関東化学株式会社製鹿１級ｎ−ドデシル硫酸ナトリウム１０００ｐｐｍを溶解させた水溶液６ｇを滴下させ、その後ＰＭ燃焼テストに供した。
【００６９】
＜比較例６＞
実施例６のように、ＤＰＦ流入口壁面に多孔質層が形成されたものについて、界面活性剤を添加することなく、上記ＰＭ堆積テスト及びＰＭ燃焼テストに供した。
【００７０】
ＤＰＦ流入口壁面に形成された多孔質層による効果の確認結果を図８に示した。図８に示されるように、何も担持されていないＤＰＦにラウリル硫酸ナトリウム１０００ｐｐｍを添加した場合（実施例１）、及びＤＰＦ流入口壁面に多孔質層を形成したが界面活性剤を添加しなかった場合（比較例６）に比して、ＤＰＦ流入口壁面に多孔質層を形成したものにラウリル硫酸ナトリウム１０００ｐｐｍを添加した場合（実施例６）には、著しく再生率が向上することが分かった。この結果から、陰イオン界面活性剤の添加による効果と多孔質層の形成による効果との相乗効果により、ＰＭ燃焼速度が著しく向上することが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】排ガス浄化装置１０の概略構成図である。
【図２】単体評価装置の概略構成図である。
【図３】界面活性剤による効果の確認結果を示す図である。
【図４】陰イオン界面活性剤による効果の確認結果を示す図である。
【図５】陰イオン界面活性剤の種類による効果の確認結果を示す図である。
【図６】陰イオン界面活性剤の濃度変化による効果の確認結果を示す図である。
【図７】ＰＭ５０％再生時のＰＭ燃焼速度を比較した結果を示す図である。
【図８】多孔質層による効果の確認結果を示す図である。
【符号の説明】
【００７２】
１０ 排ガス浄化装置
１１ フィルタ
１２ 浄化液供給手段
２０ 内燃機関
２１ 排ガス通路
３０ 単体評価装置
３１ 加熱炉
３２ ＤＰＦ
３３ Ｎ２ボンベ
３４ Ｏ２ボンベ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排ガス浄化装置に関し、特に、内燃機関から排出される排ガス中の粒子状物質を浄化するために用いられる排ガス浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関、特にディーゼル機関より排出される排ガス中の粒子状物質（以下、ＰＭともいう）は、ディーゼルパティキュレートフィルター（以下、ＤＰＦともいう）を用いて捕集されるのが一般的である。捕集されて堆積したＰＭは圧損上昇の原因となるため、排ガス温度を上昇させ、堆積したＰＭを燃焼させる必要がある。堆積したＰＭの燃焼温度は６００℃程度と高温であることから、その燃焼の際にはＤＰＦを昇温させる必要があり、燃費のロスや触媒の熱劣化といった問題が生じる。
【０００３】
また、ＤＰＦ昇温時に、排気工程で燃料を吹く手法を採用する場合がある。しかしながら、この手法を採用した場合には、オイルダイリューションによるエンジン焼き付きの懸念が生じる。従って、ＰＭ燃焼制御を行う時間を短く、望ましくは無くすべく、ＰＭ燃焼温度の低温化について検討が進められている。例えば、触媒をＤＰＦ上に担持（ＣＳＦ）させる方法、燃料に燃料添加剤（ＦＢＣ）を添加する方法、排ガス中に含まれるＮＯをＮＯ２に酸化させてＮＯ２とＰＭを反応させる方法、可燃性液体をＰＭに塗布して可燃性液体の燃焼を利用する方法等が挙げられる。
【０００４】
これに対して、捕捉された煤に可燃液体を浸透させ、煤の燃焼特性を大幅に改善する試みがなされている（例えば、特許文献１参照）。具体的には、軽油、灯油、及び重油からなる群より選ばれる少なくとも１種を含む液体燃料を、ＤＰＦに捕捉された煤や可溶有機物（ＳＯＦ）に未燃のまま直接供給することにより、ＤＰＦを再生することができるとされている。
【０００５】
また、ノニオン系界面活性剤を添加した水中に排ガスを通過させ、ＰＭを水中に沈降させる試みがなされている（例えば、特許文献２参照）。具体的には、ディーゼルエンジンの排気管を接続したボックス内に水とノニオン系界面活性剤を充填し、ディーゼルエンジンの排ガスをそのボックス内に導入することにより、排ガス中の煤を主成分とする微粒子を効率的に除去できるとされている。
【特許文献１】特開２００５−６９０１７号公報
【特許文献２】特開平６−２４８９３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、燃料添加触媒では、フィルタに灰分（Ａｓｈ）が堆積して圧損が上昇するという欠点がある。また、ＣＳＦにおいては、ＰＭと触媒の接触性が良くないためか、十分な性能が得られないことが多い。オイル上がりに伴うＡｓｈが堆積した場合にあっては、触媒表面をＡｓｈが覆うことで性能が低下するという問題が生じる。
【０００７】
これに対して、ＮＯ２による酸化はＡｓｈ等の影響を受けないものの、温度域が制限される。また、排ガス循環装置（ＥＧＲ）を用いたエンジンの場合にあっては、ＰＭを燃やしきるだけの十分なＮＯｘが発生しないという問題がある。
【０００８】
また、特許文献１で提案されている技術は、可燃性物質の着火を利用したものであり、燃料を用いた場合には燃費の悪化を招く。特許文献２で提案されている技術では、水中に沈降したＰＭを除去する必要がある。コジェネレーション等の定置内燃機関においては有効であるものの、自動車等の移動型の内燃機関においては排圧が著しく上昇する等の問題が生じ、実用的ではない。
【０００９】
本発明は、以上のような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ディーゼルエンジン等の内燃機関から排出される排ガス中に含まれるＰＭを効率的に浄化できる排ガス浄化装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた。その結果、ＰＭを含む排ガスに対して、発火点及び引火点を有さない陰イオン界面活性剤を含む浄化液を供給することにより、凝集していたＰＭが分散され、低温且つ短時間でフィルタの再生が可能となる結果、ＰＭを効率的に浄化できることを見出し、本発明を完成するに至った。より具体的には、本発明は以下のようなものを提供する。
【００１１】
（１） 内燃機関の排気通路に設けられ、前記内燃機関から排出される排ガス中に含まれる粒子状物質を捕集して堆積するフィルタを備える排ガス浄化装置であって、前記フィルタに流入する排ガス、前記フィルタ内を流通している排ガス、又は前記フィルタに、発火点及び引火点を有さない陰イオン界面活性剤を含む浄化液を供給する浄化液供給手段を備えることを特徴とする排ガス浄化装置。
【００１２】
（２） 前記浄化液が、スルホン酸基を有する陰イオン界面活性剤を含む（１）記載の排ガス浄化装置。
【００１３】
（３） 前記浄化液が、硫酸基を有する陰イオン界面活性剤を含む（１）又は（２）記載の排ガス浄化装置。
【００１４】
（４） 前記浄化液が、アルキル硫酸ナトリウム及びアルキルエーテル硫酸エステルナトリウムのうち少なくとも一方を含む（１）から（３）いずれか記載の排ガス浄化装置。
【００１５】
（５） 前記浄化液が、ラウリル硫酸ナトリウムを含む（１）から（４）いずれか記載の排ガス浄化装置。
【００１６】
（６） 前記浄化液に対する前記陰イオン界面活性剤の総含有量が、１０ｐｐｍ以上飽和溶解度以下である（１）から（５）いずれか記載の排ガス浄化装置。
【００１７】
（７） 前記陰イオン界面活性剤を含むウォッシャー液が貯蔵されたウォッシャー液タンクと、前記陰イオン界面活性剤を含む尿素水が貯蔵された尿素水タンクと、をさらに備え、前記浄化液供給手段は、前記ウォッシャー液及び前記尿素水のうち少なくとも一方を前記浄化液として導入する導入手段を備える（１）から（６）いずれか記載の排ガス浄化装置。
【００１８】
（８） 前記フィルタに流入する排ガス又は前記フィルタ内を流通している排ガスの温度を検知する排ガス温度検知手段と、前記排ガス温度検知手段により検知された排ガス温度が前記浄化液の沸点以下であるときに、前記浄化液供給手段を駆動させる第一制御手段と、をさらに備える（１）から（７）いずれか記載の排ガス浄化装置。
【００１９】
（９） 前記フィルタの温度を検知するフィルタ温度検知手段と、前記浄化液の供給により粒子状物質が燃焼を開始する燃焼開始温度が予め記憶された記憶手段と、前記フィルタ温度検知手段により検知されたフィルタ温度が、前記記憶手段により記憶された燃焼開始温度を超えたときに、前記浄化液供給手段を駆動させる第二制御手段と、をさらに備える（１）から（８）いずれか記載の排ガス浄化装置。
【００２０】
（１０） 前記フィルタに堆積した粒子状物質を燃焼除去するフィルタ除去手段と、前記フィルタの粒子状物質堆積量を推定する推定手段と、前記推定手段により推定された粒子状物質堆積量が所定値を超えたときに、前記浄化液供給手段を駆動させてから前記フィルタ除去手段を駆動させる第三制御手段と、をさらに備える（１）から（９）いずれか記載の排ガス浄化装置。
【００２１】
（１１） 前記フィルタの流入口壁面に形成され、前記フィルタの気孔率よりも高い気孔率を有する多孔質層をさらに備える（１）から（１０）いずれか記載の排ガス浄化装置。
【００２２】
（１２） 前記多孔質層は、粒径１μｍ以下の酸化物微粒子が堆積して形成されたものである（１１）記載の排ガス浄化装置。
【００２３】
（１３） 前記多孔質層の厚みが、５μｍ〜１００μｍである（１１）又は（１２）記載の排ガス浄化装置。
【発明の効果】
【００２４】
本発明に係る排ガス浄化装置によれば、内燃機関から排出された排ガス中に含まれる煤（ＰＭ）に陰イオン界面活性剤を含む浄化液を供給することにより、凝集していたＰＭが分散され、低温且つ短時間でフィルタの再生が可能となる結果、ＰＭを効率的に浄化できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。なお、第１実施形態以外の実施形態の説明において、第１実施形態と共通する構成、作用、及び効果の説明については省略する。
【００２６】
＜第１実施形態＞
第１実施形態に係る排ガス浄化装置１０の概略構成図を図１に示す。第１実施形態に係る排ガス浄化装置１０は、内燃機関２０、好ましくはディーゼルエンジンの排気通路２１に設けられ、内燃機関２０から排出される排ガス中に含まれる粒子状物質を浄化するために用いられる。排ガス浄化装置１０は、内燃機関２０から排出される排ガス中に含まれる粒子状物質を捕集して堆積するフィルタ１１を備え、フィルタ１１に流入する排ガス、フィルタ１１内を流通している排ガス、又はフィルタ１１に、発火点及び引火点を有さない陰イオン界面活性剤を含む浄化液を供給する浄化液供給手段１２を備えることを特徴とする。
【００２７】
［フィルタ１１］
フィルタ１１としては、三次元網目構造を有し、十分なＰＭ捕集機能を有するものであれば特に限定されず、従来公知のフィルタが用いられる。具体的には、発泡金属や発泡セラミックス、金属やセラミックス繊維を重ね合わせた不織布、ウォールフロータイプのフィルタ等が挙げられる。これらのうち、捕集効率、及びＰＭと触媒との接触性の観点から、ウォールフロータイプのフィルタが好ましく用いられる。
【００２８】
フィルタ１１は、ＰＭ燃焼触媒を備えたものであることが好ましい。ＰＭ燃焼触媒としては特に限定されず、従来公知の触媒が用いられる。具体的には、アルカリ金属元素のうち少なくとも一種の元素と、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｐｔ、及び、Ｉｒよりなる群から選ばれる少なくとも一種の元素が用いられる。アルカリ金属元素は炭酸塩、硫酸塩として用い、アルカリ金属元素以外は、Ｆｅ２Ｏ３、Ｃｏ３Ｏ４のようにこれら元素の酸化物をそのまま用いたり、Ｋ２ＮｉＯ４、Ｋ２Ｍｎ４ＯＸのように複合酸化物として用いるのが好ましい。また、アルミナ、シリカ等の高比表面積担体上に高分散担持して用いることもできる。
【００２９】
［浄化液供給手段１２］
浄化液供給手段１２は、後述する浄化液を、フィルタ１１に流入する排ガス、フィルタ１１内を流通している排ガス、又はフィルタ１１に供給できるものであればよく、その構成は特に限定されない。例えば、浄化液が貯蔵された浄化液タンクと、この浄化液タンク内に貯蔵された浄化液を、フィルタ１１に流入する排ガス、フィルタ１１内を流通している排ガス、又はフィルタ１１に供給する供給ポートと、を有するものであってよい。また、本実施形態の変形例として、浄化液供給手段が、フィルタ１１を浄化液中に浸漬させることが可能な浄化液槽を有するものであってもよい。
【００３０】
〔浄化液〕
本実施形態で用いられる浄化液は、発火点及び引火点を有さない陰イオン界面活性剤を含むことを特徴とする。陰イオン界面活性剤が発火点及び引火点を有さないことから、排気系中に供給した場合であっても燃焼することがなく、有効に作用する。ここで、「発火点」とは、炎の存在無しに大気中に置かれた物体が継続的に燃焼し始める最低温度を意味し、「引火点」とは、炎の存在下で大気中に置かれた物体が着火する最低温度を意味する。
【００３１】
フィルタ上に堆積したＰＭの一部はフィルタ内部に堆積するものの、その大部分はフィルタ表面上にケーキ層状に堆積する。これらフィルタ表面上に堆積したＰＭ間の凝集力はあまり強くないことから、陰イオン界面活性剤を含む浄化液が供給された場合には、ＰＭと陰イオン界面活性剤とが接触することにより、凝集していたＰＭが分散すると推察される。このため、排ガス中の酸素とＰＭとの接触確率が向上し、ＰＭの燃焼速度が向上すると考えられる。
【００３２】
陰イオン界面活性剤としては特に限定されず、発火点及び引火点を有さないものであれば、従来公知の陰イオン界面活性剤が用いられる。好ましくは、スルホン酸基を有する陰イオン界面活性剤であり、より好ましくは、硫酸基を有する陰イオン界面活性剤である。硫酸基を有する陰イオン界面活性剤のうち、アルキル硫酸ナトリウム、アルキルエーテル硫酸エステルナトリウムが好ましく用いられ、特にラウリル硫酸ナトリウムが好ましく用いられる。
【００３３】
ラウリル硫酸ナトリウム等のナトリウム塩を用いた場合にあっては、陰イオン界面活性剤によるＰＭ分散後に、Ｎａ等がＰＭと直接接触できる状態にある。Ｎａ等はＰＭを低温から燃焼できる触媒としての効果を有することから、これらの相乗効果により、優れたＰＭ燃焼効果を得ることができると推察される。
【００３４】
陰イオン界面活性剤の含有量は、本発明の効果が奏される限り特に限定されない。好ましくは、浄化液に対する陰イオン界面活性剤の総含有量が、１０ｐｐｍ以上飽和溶解度以下である。陰イオン界面活性剤の総含有量が１０ｐｐｍ未満である場合には、凝集したＰＭを分散させることができず、効率的にＰＭを燃焼除去することができない。
【００３５】
＜第２実施形態＞
第２実施形態に係る排ガス浄化装置は、基本構成は第１実施形態と同様である。第１実施形態と異なる点として、陰イオン界面活性剤を含むウォッシャー液が貯蔵されたウォッシャー液タンクと、陰イオン界面活性剤を含む尿素水が貯蔵された尿素水タンクと、をさらに備える。また、浄化液供給手段が、ウォッシャー液及び尿素水のうち少なくとも一方を浄化液として導入する導入手段を備えることを特徴とする。
【００３６】
本実施形態によれば、陰イオン界面活性剤を含むウォッシャー液が貯蔵されたウォッシャー液タンクから浄化液を供給することにより、浄化液を貯蔵するためのタンクが不要となるため、レイアウト上有利である。また、ＵＲＥＡ−ＳＣＲシステムを採用している場合にあっては、陰イオン界面活性剤を含む尿素水が貯蔵された尿素水タンクから浄化液を供給することができるため、やはりレイアウト上有利である。
【００３７】
＜第３実施形態＞
第３実施形態に係る排ガス浄化装置も、基本構成は第１実施形態と同様である。第１実施形態と異なる点として、フィルタに流入する排ガス又はフィルタ内を流通している排ガスの温度を検知する排ガス温度検知手段と、排ガス温度検知手段により検知された排ガス温度が浄化液の沸点以下であるときに、浄化液供給手段を駆動させる第一制御手段と、をさらに備えることを特徴とする。
【００３８】
排ガス温度検知手段としては、フィルタに流入する排ガス又はフィルタ内を流通している排ガスの温度を検知できるものであれば特に限定されず、熱電対等の従来公知のものを用いることができる。本実施形態では、排ガス温度検知手段で検知された排ガス温度が浄化液の沸点以下であるときに、第一制御手段により、浄化液供給手段の駆動が開始される。排ガス温度が浄化液の沸点以上の温度である場合には、フィルタに到達する前に水分が揮発してしまう結果、ＰＭと陰イオン界面活性剤との接触性が悪化する。即ち、期待する高いＰＭ燃焼性能が得られないところ、本実施形態によればこれを回避できる。
【００３９】
＜第４実施形態＞
第４実施形態に係る排ガス浄化装置も、基本構成は第１実施形態と同様である。第１実施形態と異なる点として、フィルタの温度を検知するフィルタ温度検知手段と、浄化液の供給により粒子状物質が燃焼を開始する燃焼開始温度が予め記憶された記憶手段と、フィルタ温度検知手段により検知されたフィルタ温度が、記憶手段により記憶された燃焼開始温度を超えたときに、浄化液供給手段を駆動させる第二制御手段と、をさらに備えることを特徴とする。
【００４０】
フィルタ温度検知手段としては、フィルタの温度を検知できるものであれば特に限定されず、熱電対等の従来公知のものを用いることができる。また、記憶手段により、浄化液の供給により粒子状物質が燃焼を開始する燃焼開始温度が予め記憶されており、検知されたフィルタ温度が燃焼開始温度を超えたときに、第二制御手段により、浄化液供給手段の駆動が開始される。
【００４１】
従来のＤＰＦでは、先に燃焼開始温度に達するのはＤＰＦ中心部であり、中心部からＰＭ燃焼が開始される。このため、燃焼開始時には、温度の低い周辺部は燃焼開始温度に達していない。排ガスは圧力の低い方に流れ易いため、周辺部に排ガスが流れ難くなる結果、周辺部の温度が上昇し難いという問題が生じる。この点、本実施形態では、ＰＭ燃焼開始温度が予め設定されているため、実際のＤＰＦ温度が燃焼開始温度に達したときに浄化液が供給されることから、上記のような問題は生じない。
【００４２】
＜第５実施形態＞
第５実施形態に係る排ガス浄化装置も、基本構成は第１実施形態と同様である。第１実施形態と異なる点として、フィルタに堆積した粒子状物質を燃焼除去するフィルタ除去手段と、フィルタの粒子状物質堆積量を推定する推定手段と、推定手段により推定された粒子状物質堆積量が所定値を超えたときに、浄化液供給手段を駆動させてからフィルタ除去手段を駆動させる第三制御手段と、をさらに備えることを特徴とする。
【００４３】
フィルタ除去手段は、フィルタに堆積した粒子状物質を燃焼除去できるものであれば特に限定されず、加熱装置等の従来公知のものを用いることができる。推定手段も、フィルタの粒子状物質堆積量を推定できるものであれば特に限定されず、内燃機関の運転履歴、フィルタ前後の差圧、温度センサ等を利用したものを用いることができる。本実施形態では、推定手段により推定された粒子状物質堆積量が所定値を超えたときに、第三制御手段により、浄化液供給手段を駆動させてからフィルタ除去手段の駆動が開始される。このため、フィルタの再生が必要でないときに浄化液を供給する無駄を回避でき、フィルタの再生が必要とされるときのみ浄化液を供給することができる。
【００４４】
＜第６実施形態＞
第６実施形態に係る排ガス浄化装置も、基本構成は第１実施形態と同様である。第１実施形態と異なる点として、フィルタの流入口壁面に多孔質層をさらに備えることを特徴とする。多孔質層は、フィルタの気孔率よりも高い気孔率を有するものであればよく、特に限定されない。フィルタの流入口壁面にこの多孔質層が存在することにより、フィルタ内に流入する排ガスの拡散性が良好となり、排ガス中の酸素がＰＭに効率的に供給される。その結果、ＰＭの燃焼が促進され、上記陰イオン界面活性剤との相乗効果により、ＰＭ燃焼性能が著しく向上する。このため、フィルタの流入口壁面に触媒を塗布するまでもなく、優れたＰＭ燃焼性能が得られる。
【００４５】
上記多孔質層は、粒径１μｍ以下の酸化物微粒子が堆積して形成されたものであることが好ましい。上記多孔質層の形成方法としては、スプレードライ、噴霧熱分解法等で作成した酸化物微粒子を、フィルタに導入して堆積させる手法が挙げられる。なお、必要に応じて、堆積した酸化物微粒子を仮焼してもよい。仮焼温度は、堆積した酸化物微粒子の焼結が進行しない温度であればよく、雰囲気は問われない。
【００４６】
上記多孔質層の厚みは、本発明の効果が奏される範囲内で適宜設定される。好ましくは、５μｍ〜１００μｍである。５μｍ未満であると、排ガスの拡散性が十分でないため、上記相乗効果を十分に得ることができない。また、１００μｍを超えると、圧損が急激に上昇するため、出力低下を招く。より好ましくは、１０μｍ〜５０μｍである。
【００４７】
なお、本発明は、上述した説明に限定されることなく、上記各実施形態の組み合わせ等、種々の態様で実施することができる。また、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することができる。
【実施例】
【００４８】
本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００４９】
［ＰＭ堆積テスト］
０７ＭＹＣＲ−Ｖ２．２Ｌディーゼルエンジンを用い、定常状態（２５００ｒｐｍ １１０Ｎ．ｍ）にて排出されたＰＭを、図２に示すような単体評価装置（堀場製作所製）を用いて、気孔率４２．３％、平均気孔径１０．７μｍのイビデン社製ＳｉＣ ＤＰＦ ４４ｃｃに２ｇ／Ｌ堆積させた。
【００５０】
［ＰＭ燃焼テスト］
その後、窒素雰囲気（２１．３１／ｍｉｎ）まで昇温させた後、酸素１５％、及び窒素８５％の混合ガス（２５．１１／ｍｉｎ）を流通させた。発生したＣＯ及びＣＯ２濃度を、堀場製作所製「ＭＥＸＡ−７５００Ｄ」により計測し、下記の式（１）によりＰＭ残存率（％）を算出した。なお、式（１）中、ＰＭ堆積量とは、ＰＭ堆積テストにて堆積したＰＭ量を表し、単位はいずれもｇである。
【数１】
・・・数式（１）
【００５１】
＜実施例１＞
上記ＰＭ堆積テストに従って、ＤＰＦにＰＭを堆積させた。次いで、堆積したＰＭに、関東化学株式会社製鹿１級ｎ−ドデシル硫酸ナトリウム１０００ｐｐｍを溶解させた水溶液６ｇを滴下した後、上記ＰＭ燃焼テストに供した。
【００５２】
＜実施例２＞
ｎ−ドデシル硫酸ナトリウムの濃度を１００ｐｐｍとした以外は、実施例１と同様の処理を行い、上記ＰＭ燃焼テストに供した。
【００５３】
＜実施例３＞
ｎ−ドデシル硫酸ナトリウムの濃度を１０ｐｐｍとした以外は、実施例１と同様の処理を行い、上記ＰＭ燃焼テストに供した。
【００５４】
＜実施例４＞
ｎ−ドデシル硫酸ナトリウム１０００ｐｐｍの代わりに、アルキル（Ｃ１２−１５）エーテル硫酸エステルナトリウム１０００ｐｐｍを用いた以外は、実施例１と同様の処理を行い、上記ＰＭ燃焼テストに供した。
【００５５】
＜実施例５＞
ｎ−ドデシル硫酸ナトリウム１０００ｐｐｍの代わりに、関東化学株式会社製鹿１級ラウリルベンゼンスルホン硫酸ナトリウム１０００ｐｐｍを用いた以外は、実施例１と同様の処理を行い、上記ＰＭ燃焼テストに供した。
【００５６】
＜比較例１＞
比表面積１３０ｍ２／ｇを有するアルミナ４０ｇを秤量し、水と湿式粉砕してスラリー化し、上記イビデン社製ＳｉＣ ＤＰＦ（径：３４ｍｍ、長さ：４０ｍｍ）をスラリーに浸漬し、余分なスラリーを取除き、２００℃で３時間乾燥後、８００℃で４時間焼成して、アルミナを担持した構造体を得た。
【００５７】
次いで、純度９９．９％のジニトロジアミン白金酸０．２ｇと硝酸セリウム２ｇを純水３０ｇに溶解させ、この溶液にアルミナを担持した三次元構造体を浸漬させた後、余分な溶液を取除き、２００℃で３時間乾燥し、次いで５００℃で２時間焼成して、完成ＣＳＦを得た。このＣＳＦに対して、上記ＰＭ堆積テスト及びＰＭ燃焼テストを行った。
【００５８】
＜比較例２＞
ＤＰＦにＰＭを堆積させた後、軽油６ｇを滴下させた後、上記ＰＭ燃焼テストに供した。
【００５９】
＜比較例３＞
ＤＰＦにＰＭを堆積させた後、蒸留水６ｇを滴下させた後、上記ＰＭ燃焼テストに供した。
【００６０】
＜比較例４＞
ＤＰＦにＰＭを堆積させた後、日本エマルジョン株式会社製ポリオキシエチレン硬化ヒマシ油「ＥＭＡＬＥＸ ＨＣ−４０」１０００ｐｐｍを溶解させた水溶液６ｇを滴下させた後、上記ＰＭ燃焼テストに供した。
【００６１】
＜比較例５＞
ＤＰＦにＰＭを堆積させた後、関東化学株式会社製（純度９０％以上）Ｎ，Ｎ−ジメチル−ｎ−ドデシルアミン１０００ｐｐｍを溶解させた水溶液６ｇを滴下させた後、上記ＰＭ燃焼テストに供した。
【００６２】
［考察］
界面活性剤による効果の確認結果を図３に示す。縦軸はＰＭ残存率（％）を表し、横軸は窒素及び酸素混合ガスを流通させた時間（秒）を表す。図３に示されるように、ラウリル硫酸ナトリム１０００ｐｐｍを添加した場合（実施例１）のＰＭ残存率は、ＣＳＦ（比較例１）、蒸留水を添加した場合（比較例３）、及び軽油を添加した場合（比較例２）に比して、格段に低く、ＰＭ燃焼性が優れていることが確認された。
【００６３】
陰イオン界面活性剤による効果の確認結果を図４に示す。図４に示されるように、陰イオン界面活性剤であるラウリル硫酸ナトリム１０００ｐｐｍを添加した場合（実施例１）のＰＭ残存率は、両性界面活性剤であるポリオキシエチレン硬化ヒマシ油１０００ｐｐｍを添加した場合（比較例４）、及びノニオン界面活性剤であるＮ，Ｎ−ジメチル−ｎ−ドデシルアミン１０００ｐｐｍを添加した場合（比較例５）に比して、格段に低く、ＰＭ燃焼性が優れていることが確認された。
【００６４】
陰イオン界面活性剤の種類による効果の確認結果を図５に示す。図５に示されるように、ラウリルベンゼンスルホン酸ナトリウム１０００ｐｐｍを添加した場合（実施例５）、アルキル（Ｃ１２−１５）エーテル硫酸エステルナトリウム１０００ｐｐｍを添加した場合（実施例４）、及びラウリル硫酸ナトリウム１０００ｐｐｍを添加した場合（実施例１）いずれも、比較例に比して優れたフィルタ再生率を有することが確認された。また、スルホン酸基を有する陰イオン界面活性剤よりも、硫酸基を有する陰イオン界面活性剤の方がより優れたフィルタ再生率を有することも確認された。
【００６５】
陰イオン界面活性剤の濃度変化による効果の確認結果を図６に示す。図６に示されるように、ラウリル硫酸ナトリウム１０ｐｐｍ添加した場合（実施例３）であっても、比較例より良好なフィルタ再生率を有しており、１０ｐｐｍ以上であれば本発明の効果が奏されることが確認された。また、ラウリル硫酸ナトリウム１０ｐｐｍ添加した場合（実施例３）、１００ｐｐｍ添加した場合（実施例２）、１０００ｐｐｍ添加した場合（実施例１）の順に、添加濃度が高くなるにつれてフィルタ再生率が向上することも確認された。陰イオン界面活性剤の濃度が高いほど、界面活性剤の塗布量が増える結果、高い効果が得られると考えられ、界面活性剤の溶解限界を超えない範囲（即ち、飽和溶解度以下）の浄化液を用いることができる。
【００６６】
ここで、図６のデータに基づいて、陰イオン界面活性剤（ラウリル硫酸ナトリウム）の濃度を変化させた場合における、ＰＭ５０％再生時のＰＭ燃焼速度を比較した結果を図７に示す。図７に示されるように、ラウリル硫酸ナトリウム無添加のときの燃焼速度を１とすると、ラウリル硫酸ナトリウム１０ｐｐｍ添加（実施例３）では１．７倍、１００ｐｐｍ添加（実施例２）では４．０倍、１０００ｐｐｍ添加（実施例１）では７．４倍の燃焼速度を有することが確認された。
【００６７】
＜実施例６＞
硝酸セリウム２ｇを１Ｌの純水に溶解した後、噴霧熱分解装置を用いて酸化セリウムを調製した。調製した酸化セリウムをキャリアーガスと共にＤＰＦに導入し、酸化セリウムのみを、ＤＰＦの流入口壁面に堆積させた。噴霧熱分解装置の炉内の温度は８００℃であり、キャリアーガスは１Ｌ／ｍｉｎ、溶液は０．０２Ｌ／ｍｉｎにて炉内に滴下させた。これにより、ＤＰＦの流入口壁面に、酸化セリウムが堆積することにより多孔質層が形成された。
【００６８】
形成された多孔質層を分析した結果、平均粒径６００ｎｍで気孔率が約７０％の酸化セリウム多孔質体であることが確認された。なお、ＤＰＦの平均気孔率、気孔径は、上記の通り４２．３％、１０．７μｍであった。また、形成された多孔質層の重量を測定した結果、酸化セリウムが０．８ｇ担持されていることも分かった。このように、ＤＰＦ流入口壁面上に高い気孔率を有する多孔質層を形成してＰＭ堆積テストを行った後、関東化学株式会社製鹿１級ｎ−ドデシル硫酸ナトリウム１０００ｐｐｍを溶解させた水溶液６ｇを滴下させ、その後ＰＭ燃焼テストに供した。
【００６９】
＜比較例６＞
実施例６のように、ＤＰＦ流入口壁面に多孔質層が形成されたものについて、界面活性剤を添加することなく、上記ＰＭ堆積テスト及びＰＭ燃焼テストに供した。
【００７０】
ＤＰＦ流入口壁面に形成された多孔質層による効果の確認結果を図８に示した。図８に示されるように、何も担持されていないＤＰＦにラウリル硫酸ナトリウム１０００ｐｐｍを添加した場合（実施例１）、及びＤＰＦ流入口壁面に多孔質層を形成したが界面活性剤を添加しなかった場合（比較例６）に比して、ＤＰＦ流入口壁面に多孔質層を形成したものにラウリル硫酸ナトリウム１０００ｐｐｍを添加した場合（実施例６）には、著しく再生率が向上することが分かった。この結果から、陰イオン界面活性剤の添加による効果と多孔質層の形成による効果との相乗効果により、ＰＭ燃焼速度が著しく向上することが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】排ガス浄化装置１０の概略構成図である。
【図２】単体評価装置の概略構成図である。
【図３】界面活性剤による効果の確認結果を示す図である。
【図４】陰イオン界面活性剤による効果の確認結果を示す図である。
【図５】陰イオン界面活性剤の種類による効果の確認結果を示す図である。
【図６】陰イオン界面活性剤の濃度変化による効果の確認結果を示す図である。
【図７】ＰＭ５０％再生時のＰＭ燃焼速度を比較した結果を示す図である。
【図８】多孔質層による効果の確認結果を示す図である。
【符号の説明】
【００７２】
１０ 排ガス浄化装置
１１ フィルタ
１２ 浄化液供給手段
２０ 内燃機関
２１ 排ガス通路
３０ 単体評価装置
３１ 加熱炉
３２ ＤＰＦ
３３ Ｎ２ボンベ
３４ Ｏ２ボンベ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設けられ、前記内燃機関から排出される排ガス中に含まれる粒子状物質を捕集して堆積するフィルタを備える排ガス浄化装置であって、
前記フィルタに流入する排ガス、前記フィルタ内を流通している排ガス、又は前記フィルタに、発火点及び引火点を有さない陰イオン界面活性剤を含む浄化液を供給する浄化液供給手段を備えることを特徴とする排ガス浄化装置。
【請求項２】
前記浄化液が、スルホン酸基を有する陰イオン界面活性剤を含む請求項１記載の排ガス浄化装置。
【請求項３】
前記浄化液が、硫酸基を有する陰イオン界面活性剤を含む請求項１又は２記載の排ガス浄化装置。
【請求項４】
前記浄化液が、アルキル硫酸ナトリウム及びアルキルエーテル硫酸エステルナトリウムのうち少なくとも一方を含む請求項１から３いずれか記載の排ガス浄化装置。
【請求項５】
前記浄化液が、ラウリル硫酸ナトリウムを含む請求項１から４いずれか記載の排ガス浄化装置。
【請求項６】
前記浄化液に対する前記陰イオン界面活性剤の総含有量が、１０ｐｐｍ以上飽和溶解度以下である請求項１から５いずれか記載の排ガス浄化装置。
【請求項７】
前記陰イオン界面活性剤を含むウォッシャー液が貯蔵されたウォッシャー液タンクと、前記陰イオン界面活性剤を含む尿素水が貯蔵された尿素水タンクと、をさらに備え、
前記浄化液供給手段は、前記ウォッシャー液及び前記尿素水のうち少なくとも一方を前記浄化液として導入する導入手段を備える請求項１から６いずれか記載の排ガス浄化装置。
【請求項８】
前記フィルタに流入する排ガス又は前記フィルタ内を流通している排ガスの温度を検知する排ガス温度検知手段と、
前記排ガス温度検知手段により検知された排ガス温度が前記浄化液の沸点以下であるときに、前記浄化液供給手段を駆動させる第一制御手段と、をさらに備える請求項１から７いずれか記載の排ガス浄化装置。
【請求項９】
前記フィルタの温度を検知するフィルタ温度検知手段と、
前記浄化液の供給により粒子状物質が燃焼を開始する燃焼開始温度が予め記憶された記憶手段と、
前記フィルタ温度検知手段により検知されたフィルタ温度が、前記記憶手段により記憶された燃焼開始温度を超えたときに、前記浄化液供給手段を駆動させる第二制御手段と、をさらに備える請求項１から８いずれか記載の排ガス浄化装置。
【請求項１０】
前記フィルタに堆積した粒子状物質を燃焼除去するフィルタ除去手段と、
前記フィルタの粒子状物質堆積量を推定する推定手段と、
前記推定手段により推定された粒子状物質堆積量が所定値を超えたときに、前記浄化液供給手段を駆動させてから前記フィルタ除去手段を駆動させる第三制御手段と、をさらに備える請求項１から９いずれか記載の排ガス浄化装置。
【請求項１１】
前記フィルタの流入口壁面に形成され、前記フィルタの気孔率よりも高い気孔率を有する多孔質層をさらに備える請求項１から１０いずれか記載の排ガス浄化装置。
【請求項１２】
前記多孔質層は、粒径１μｍ以下の酸化物微粒子が堆積して形成されたものである請求項１１記載の排ガス浄化装置。
【請求項１３】
前記多孔質層の厚みが、５μｍ〜１００μｍである請求項１１又は１２記載の排ガス浄化装置。
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設けられ、前記内燃機関から排出される排ガス中に含まれる粒子状物質を捕集して堆積するフィルタを備える排ガス浄化装置であって、
前記フィルタに流入する排ガス、前記フィルタ内を流通している排ガス、又は前記フィルタに、発火点及び引火点を有さない陰イオン界面活性剤を含む浄化液を供給する浄化液供給手段を備えることを特徴とする排ガス浄化装置。
【請求項２】
前記浄化液が、スルホン酸基を有する陰イオン界面活性剤を含む請求項１記載の排ガス浄化装置。
【請求項３】
前記浄化液が、硫酸基を有する陰イオン界面活性剤を含む請求項１又は２記載の排ガス浄化装置。
【請求項４】
前記浄化液が、アルキル硫酸ナトリウム及びアルキルエーテル硫酸エステルナトリウムのうち少なくとも一方を含む請求項１から３いずれか記載の排ガス浄化装置。
【請求項５】
前記浄化液が、ラウリル硫酸ナトリウムを含む請求項１から４いずれか記載の排ガス浄化装置。
【請求項６】
前記浄化液に対する前記陰イオン界面活性剤の総含有量が、１０ｐｐｍ以上飽和溶解度以下である請求項１から５いずれか記載の排ガス浄化装置。
【請求項７】
前記陰イオン界面活性剤を含むウォッシャー液が貯蔵されたウォッシャー液タンクと、前記陰イオン界面活性剤を含む尿素水が貯蔵された尿素水タンクと、をさらに備え、
前記浄化液供給手段は、前記ウォッシャー液及び前記尿素水のうち少なくとも一方を前記浄化液として導入する導入手段を備える請求項１から６いずれか記載の排ガス浄化装置。
【請求項８】
前記フィルタに流入する排ガス又は前記フィルタ内を流通している排ガスの温度を検知する排ガス温度検知手段と、
前記排ガス温度検知手段により検知された排ガス温度が前記浄化液の沸点以下であるときに、前記浄化液供給手段を駆動させる第一制御手段と、をさらに備える請求項１から７いずれか記載の排ガス浄化装置。
【請求項９】
前記フィルタの温度を検知するフィルタ温度検知手段と、
前記浄化液の供給により粒子状物質が燃焼を開始する燃焼開始温度が予め記憶された記憶手段と、
前記フィルタ温度検知手段により検知されたフィルタ温度が、前記記憶手段により記憶された燃焼開始温度を超えたときに、前記浄化液供給手段を駆動させる第二制御手段と、をさらに備える請求項１から８いずれか記載の排ガス浄化装置。
【請求項１０】
前記フィルタに堆積した粒子状物質を燃焼除去するフィルタ除去手段と、
前記フィルタの粒子状物質堆積量を推定する推定手段と、
前記推定手段により推定された粒子状物質堆積量が所定値を超えたときに、前記浄化液供給手段を駆動させてから前記フィルタ除去手段を駆動させる第三制御手段と、をさらに備える請求項１から９いずれか記載の排ガス浄化装置。
【請求項１１】
前記フィルタの流入口壁面に形成され、前記フィルタの気孔率よりも高い気孔率を有する多孔質層をさらに備える請求項１から１０いずれか記載の排ガス浄化装置。
【請求項１２】
前記多孔質層は、粒径１μｍ以下の酸化物微粒子が堆積して形成されたものである請求項１１記載の排ガス浄化装置。
【請求項１３】
前記多孔質層の厚みが、５μｍ〜１００μｍである請求項１１又は１２記載の排ガス浄化装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００９−４７０６４（Ｐ２００９−４７０６４Ａ）
【公開日】平成２１年３月５日（２００９．３．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２１３６５９（Ｐ２００７−２１３６５９）
【出願日】平成１９年８月２０日（２００７．８．２０）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年３月５日（２００９．３．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年８月２０日（２００７．８．２０）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
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