排気装置内の後処理装置の面詰まり防止
配置される通路の面詰まりを防止及び／又は除去する、後処理装置用の吸気口面である。前記吸気口面は、基材の端部で外面に配置された特定の端面を備える。前記端面は、前記基材の前記端部に配置された三次元トポグラフィカル構造、前記基材の前記端部に塗布されたケミカルコーティング、又は前記基材の前記端部に配置された三次元トポグラフィカル構造と前記三次元トポグラフィカル構造に塗布されたケミカルコーティングの両方のうちの少なくとも１つを備える。一例として、前記吸気口面は、炭素煤や他のエンジン排気副産物などといったエンジン排気物質に起因し得る炭素質の汚れを防止するのに役立つ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、カミンズ・フィルトレイション・アイピー・インク．の名で出願されたＰＣＴ国際出願であって、２００７年７月２日に出願された「排気装置内の後処理装置の面詰まり防止」と題する米国特許出願第１１／７７２６１９号の優先権を主張する。
【０００２】
流体通路内の面詰まり（face-plugging）を防止及び／又は除去する吸気口面を開示する。一例として、内燃機関の排気などからの排気物質が元で、そのような後処理装置の吸気口面に堆積し得る炭素質の汚れ及び／又は未燃炭化水素の蓄積物を防止及び／又は除去するために、様々な後処理装置にとってとりわけ有用な吸気口面を提供する。ここで開示する吸気口面は、それによりエンジンの排気システム内での排圧の増加を防止することができる。
【背景技術】
【０００３】
触媒及び無触媒後処理装置は周知であり、様々な内部燃焼エンジン用途でエンジンの排気ガスの後処理に幅広く用いられている。例えば、後処理装置は、エンジンの排気流内の一酸化炭素、一酸化窒素、未燃炭化水素や煤などの排気物質を処理及び／又は取り除くのに有用である。
【０００４】
粒子フィルタは、その内面が触媒加工されていない場合もあるが、多くの後処理装置では、ハニカム構造の内側に多くの場合似たセル構造の流体通路内の内面に塗布された触媒ウォッシュコートが一般的に用いられる。不要な排気物質が、触媒ウォッシュコートの触媒物質と反応し、それによって不要な排気物質が減少する。
【０００５】
しかしながら、これらの後処理装置の吸気口面での流体通路の面詰まりは、特定の動作状態で引き続き問題となっている。具体的な一例として、そのような問題のある動作状態は、限定されないが例えば、長時間に渡るアイドリング動作などあまり激しくない動作周期時にディーゼルエンジンを動作させた場合に起こり得る。頻繁な開始／停止動作や他の過渡動作状態も問題となり得る。さらに、低い動作周辺温度時、又は２２０℃から４００℃などの比較的低い排気温度の範囲内では、ディーゼルエンジン後処理用途に用いられる後処理装置の吸気口面で面詰まりが起こることが知られている。吸気口面でのそのような面詰まり又は汚れは、後処理装置の吸気口面におけるセル構造の外面に蓄積する排気物質及び／又は煤粒子などといった残滓と定義されており、後処理装置の開口前端領域を実質上減少させる。面詰まりは問題である。何故ならそれが後処理又は排気システム内の排圧の急激な上昇を招き、その結果としてエンジンの動作に影響を与え、システム効率を低下させ得るからである。そのような問題のある動作状態で煤／コークス堆積物の形成を防止するのは有益であろう。よって、後処理装置の吸気口面で面詰まり又は汚れを防止及び／又は除去することができる改善された吸気口面を提供する必要がある。
【発明の概要】
【０００６】
以下の技術的開示は、後処理装置の吸気口用などの改善された吸気口面を提供する。一つの利点は、その改善された吸気口面は、排気物質が元で後処理装置の吸気口に堆積し得る炭素質の汚れ及び／又は未燃炭化水素の蓄積物を、防止及び／又は除去することなどにより、後処理装置の吸気口での面詰まりを防止及び／又は除去することができるという点である。
【０００７】
一実施形態において、吸気口面は、流体が流通できるように構成されたセル構造を持つ端部を有する基材を備える。端面は、前記基材の前記端部に配置され、前記基材の前記端部及び前記基材の前記端部に位置するセル構造の表面での面詰まりを防止及び／又は除去するように構成されている。
【０００８】
一実施形態において、前記吸気口面は、前記基材の前記外面が非平面となるような三次元トポグラフィカル構造（three-dimensional topographical configuration）を備える。
【０００９】
別の実施形態において、前記吸気口面は、前記基材の前記セル構造の前記外面に塗布されたケミカルコーティングを備える。一実施形態において、前記ケミカルコーティングは触媒コーティングである。
【００１０】
別の実施形態において、前記吸気口面は、三次元トポグラフィカル構造及びその三次元トポグラフィカル構造に塗布されたケミカルコーティングの両方を備える。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図1は、後処理装置用の吸気口面の一実施形態の斜視図である。
【図２】図２は、図1の吸気口面の側面断面図である。
【図３】図３は、後処理装置用の吸気口面の別の実施形態の斜視図である。
【図４】図４は、図３の吸気口面の側面断面図である。
【図５】図５は、後処理装置の基材の端部用の端面の一実施形態の部分概略図であり、同端面の単一セルの側面を特に示す。
【図６】図６は、後処理装置用の吸気口面の別の実施形態の斜視図である。
【図７】図７は、図６の吸気口面の側面断面図である。
【図８】図８は、後処理装置用の吸気口面の別の実施形態の斜視図である。
【図９】図９は、図８の吸気口面の側面断面図である。
【図１０】図１０は、後処理装置用の吸気口面の別の実施形態の斜視図である。
【図１１】図１１は、図１０の吸気口面の側面断面図である。
【図１２】図１２は、後処理装置用の吸気口面の更に別の実施形態の斜視図である。
【図１３】図１３は、図１２の吸気口面の側面断面図である。
【図１４】図１４は、後処理装置用の吸気口面の更に別の実施形態の斜視図である。
【図１５】図１５は、図１４の吸気口面の側面断面図である。
【図１６】図１６は、後処理装置用の吸気口面の更に別の実施形態の斜視図である。
【図１７】図１７は、図１６の吸気口面の側面断面図である。
【図１８】図１８は、吸気口面用のセル構造の一実施形態の部分立面図である。
【図１９】図１９は、吸気口面用のセル構造の別の実施形態の部分立面図である。
【図２０】図２０は、吸気口面上のケミカルコーティングの配置の一実施形態の概略側面断面図である。
【図２１】図２１は、吸気口面上のケミカルコーティングの配置の一実施形態の概略斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
吸気口面が配置される流体通路の面詰まりを防止及び／又は除去することができる吸気口面を概して説明する。その吸気口面は、基材の端部に配置された特定の外端面を備える。前記基材に設けられた前記端面は、前記吸気口面での面詰まりを防止及び／又は除去することができる。一例として、エンジン排気物質、例えば内燃機関からの排気が元で堆積する前記吸気口面での炭素質の汚れ及び／又は未燃炭化水素の蓄積物を防止及び／又は除去する上で、前記吸気口面は有用である。
【００１３】
一実施形態において、流体通路用の吸気口面は、流体が基材を流通できるように構成されたセル構造を持つ基材を備える。外端面構造が前記基材の前記セル構造及び前記基材の前記端部に配置される。前記端面は、前記基材の前記端部及びセル構造での面詰まりを防止及び／又は除去するように構成されている。特に、前記端面は、前記基材及び特に前記基材の前記端部に位置する前記セル構造の壁及び縁面で残滓が堆積するのを防止、又は少なくとも極力抑えることが可能な構造を提供する。前記端面は、前記基材の前記端部に配置された三次元トポグラフィカル構造、前記基材の前記端部に配置されたケミカルコーティング、又は前記基材の前記端部に配置された三次元トポグラフィカル構造と前記三次元トポグラフィカル構造に配置されたケミカルコーティングの両方のうちの少なくとも一つである。
【００１４】
吸気口面の三次元トポグラフィカル構造
一実施形態において、前記端面は、前記基材の前記端部が全体的に非平面の面を有するように、前記基材の前記端部に配置された三次元トポグラフィカル構造である。即ち、その三次元トポグラフィカル構造は、前記基材の前記端部が全体的に単一平面に含まれない側面を持つように構成されている。
【００１５】
図１〜図４及び図６〜図１７は、吸気口面の三次元トポグラフィカル面構造の例示的実施形態を示す。図示するように、吸気口面は、例えば、後処理装置の吸気口側に用いられた場合にとりわけ有用である。
【００１６】
図１及び図２は、後処理装置の吸気口面１０を示す。吸気口面１０は、三次元トポグラフィカル構造の一実施形態を備える外端面１４を有する。図示するように、吸気口面１０は、ディーゼル用酸化触媒（ＤＯＣ）の吸気口側に実装されている。しかしながら、他の後処理装置で用いられるようにするために、必要に応じて、図示する吸気口面１０に変更が適切に加えられ得ることが分かるだろう。そのような他の後処理装置としては、限定されないが例えば、クローズカップルド触媒（close-coupled catalyst）（ＣＣＣ）など、ＤＯＣの様な他の流通型触媒素子が挙げられる。説明する吸気口面１０を用いることができる後処理装置の他の非限定例としては、ＮＯX吸着触媒（ＮＡＣ）、選択触媒還元（ＳＣＲ）触媒、キャタライズドスートフィルタ（ＣＳＦ）、又はディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）、あるいは煤煙集合機が挙げられる。
【００１７】
ここで説明する吸気口面の発明概念は、そのような他の後処理装置として言及したもの並びに言及していないもの双方の吸気口に適合するように、必要に応じて大きさ及び寸法が調整され得ることが分かるだろう。また、言及したいずれかの後処理装置の排気口側など、様々な後処理装置の排気口側で排気口面として用いられるように、吸気口面１０に変更が適切に加えられ得ることが分かるだろう。
【００１８】
図１に示すように、外端面１４は、基材１２の外端部に配置されている。基材１４は、ハニカム状構造に似たセル構造１５を備える。セル構造１５は、流体が基材１２を流通できるように構成され、複数のセルを備える（詳細は図５で後述）。「流体」という言葉には、流すことができるあらゆる媒体が含まれると広く解釈されなければならない。例に過ぎないが、流体物質には、限定されないが、あらゆる排気物質、又は加工物質に由来する煤を含むあらゆる物質が含まれ得る。他の例として、流体物質には、残滓を生成及び／又は残し得るあらゆる物質が含まれる。残滓とは、乾燥して基材のセル構造に残り得るあらゆる物質、又は完全に燃焼せずに基材のセル構造に残る「湿」物質を意味する。残滓の一例としては、後処理装置の吸気口に堆積し得る排気物質が元の炭素質の汚れ及び／又は未燃炭化水素の蓄積物が挙げられる。
【００１９】
端面１４は、基材１２の外面の端部に配置されている。図示するように、端面１４は、非平面又は破砕した配列（fractured arrangement）を有する三次元トポグラフィカル構造である。即ち、端面１４は、例えばその側面から見た場合、同一の全体的平面に完全に含まれない（図２参照）。端面１４は、基材１２に配置された複数の隣接した平行列１６を備える。一例に過ぎないが、図２は、平行列１６がＶ字状列に似ており、９０°の角度（included angle）を有し得ることを示す。端面１４の全体配列が、完全に同一平面に含まれない限り、Ｖ字状列が９０°未満又はそれより大きい角度で配列され得ることが分かるだろう。
【００２０】
図３〜図４は、後処理装置の吸気口面３０の他の例示的実施形態を示す。吸気口面３０は、三次元トポグラフィカル構造を持つ別の例示的な端面３４を提供する。吸気口面１０と同様に、吸気口面３０はディーゼル用酸化触媒（ＤＯＣ）用である。しかしながら、他の後処理装置で用いられるようにするために、必要に応じて、図示する吸気口面３０に変更が適切に加えられ得ることが分かるだろう。そのような他の後処理装置としては、限定されないが例えば、クローズカップルド触媒（ＣＣＣ）など、ＤＯＣの様な他の流通型後処理装置が挙げられる。説明する吸気口面３０を用いることができる後処理装置の他の非限定例としては、ＮＯX吸着触媒（ＮＡＣ）、選択触媒還元（ＳＣＲ）触媒、キャタライズドスートフィルタ（ＣＳＦ）、又はディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）、あるいは煤煙集合機が挙げられる。
【００２１】
ここで説明する吸気口面の発明概念は、そのような他の後処理装置の吸気口に適合するように、必要に応じて大きさ及び寸法が調整され得ることが分かるだろう。また、例えば言及したいずれかの後処理装置の排気口内など、様々な後処理装置の排気口側で排気口面として用いられるように、吸気口面３０に変更が適切に加えられ得ることが分かるだろう。
【００２２】
吸気口面３０は、セル構造３５を有する基材３２の外端面に配置された端面３４を備える。セル構造３５は、流体が基材１２を流通できるように構成され、複数のセルを備える（詳細は図５で後述）。吸気口１０と同様に、「流体」という言葉には、流すことができるあらゆる媒体が含まれると広く解釈されなければならない。例に過ぎないが、流体物質には、限定されないが、あらゆる排気物質、又は加工物質に由来する煤を含むあらゆる物質が含まれ得る。他の例として、流体物質には、基材のセル構造に残る残滓を生成し得るあらゆる物質が含まれ得る。
【００２３】
端面３４は、基材３２の外面及び端部に配置されている。端面３４も、非平面又は破砕した配列を有する三次元トポグラフィカル構造である。面１４と同様に、端面３４は、例えばその側面から見た場合、同一の全体的平面に完全に含まれない。
【００２４】
端面１４とは異なり、端面３４は平行なＶ字状列の交差に起因するピラミッド状構造を備える。図示するように、端面３４は、基材３２に配置された第１の組の複数列３６を備える。第１の列３６は互いに隣接し、かつ平行であり、Ｖ字状列に似ている。一例に過ぎないが、図４は、第１の列３６が９０°の角度を有し得ることを示す（図４参照）。面３４の全体配列が、同一の全体的平面に含まれない限り、Ｖ字状列が９０°未満又はそれより大きい角度で配列され得ることが分かるだろう。
【００２５】
端面３４は、基材３２に配置され、互いに隣接し、かつ平行な第２の組の複数列３８をさらに備える。第１の列３６と同様に、第２の列３８はＶ字状列に似ており、９０°の角度を有し得る。面３４の全体配列が、同一の全体的平面に含まれない限り、Ｖ字状列が９０°未満又はそれより大きい角度で配列され得ることが分かるだろう。
【００２６】
図示するように、第２の列３８は第１の列３６に直交している。従って、第１及び第２の平行列３６、３８が９０°で交差することによって、四角錐状構造３９が形成される。第１の列３６及び第２の列３８の配列は、図示した特定の直交関係に限らず、第１及び第２の列３６、３８が９０°以外の角度で交差し得ることが分かるだろう。
【００２７】
また、吸気口面は、図１〜図４に示す特定の配列に限定されないことが分かるだろう。図１〜図４は、吸気口が、限定されないが、平行なＶ字状列、又は２組の交差するＶ字状列であり得る三次元トポグラフィカル構造を有する端面を備える例示的実施形態を示しているに過ぎない。煤及び／又は排気物質の付着を極力抑えるために、端面が排気の乱気流やせん断力を生成でき、面詰まりを防止及び／又は除去できる限り、吸気口面用の説明した端面（即ち、１４、３４）に変更が適切に加えられ、また他の構造を有し得ることが分かるだろう。
【００２８】
図示するように、セル構造（即ち、１５、３５）は外面を通って、また基材（即ち、１２、３２）の端部で伸長している。流通型ＤＯＣなどの後処理装置の一例において、セル構造は、（吸気口面１０、３０が配置される）吸気口側から排気口側にかけて基材全体に伸びた流路につながる。流通流路を備えないものの、吸気口側に単一流路の吸気口面を備え、開口部または孔の網の目が、排気口側に向かう複数の排気流路につながるＤＰＦなどの他の後処理装置でセル構造を用い得ることが分かるだろう。
【００２９】
セル構造は、内側壁及び壁縁部を有する分離したセルを規定する（図１及び図３参照）。セルは互いに隣接し、かつ実質的に吸気口面の廻りに配置されるように構成されている。例に過ぎないが、吸気口面は、１平方インチ毎に約１００から約９００個のセルを備え得る。
【００３０】
一実施形態において、各セルの内側壁は、第１の対の平行壁と、第１の対の平行壁に直交する第２の対の平行壁を含み得る。第１及び第２の対の平行壁の関係は、それらが互いに直交又は垂直ではないように配列され得ることから、第１の対の平行壁と第２の対の平行壁との直交構造は例示に過ぎないことが分かるだろう。
【００３１】
図５は、吸気口面用の例示的なセル構造をさらに示す。図５は、セル構造の一部を示し、三次元トポグラフィカル面が存在する場合などの単一のセル５０を特に示す。図５に示す原理は、ここで説明する、セル構造内に複数のセルを有する吸気口面のいずれにも適用し得ることが分かるだろう。各セル５０は、第１の対の平行壁５３と第２の対の平行壁５４とを備える。例えば、吸気口面（即ち、１０、３０）のＶ字状列、又はピラミッド状の形状は、大幅に増大したセル寸法を有する端面を基材の端部にもたらすことができ、それは、吸気口面の各セル５０に対して、平行壁５２、５４の２つの対の少なくとも一方の間の距離を実質的に増やす。そのため、汚れ（即ち、炭素質の汚れ）が隔たりを埋めるのに要する距離が増える。何故なら、２対の平行壁の少なくとも一方の外端部間の距離が増えるからである。
【００３２】
図示するように、セル５０は、側壁５６に直交する一対の側壁５２、５４を有する。平面寸法「ａ」を持つ均一な側壁を有する吸気口基材の従来のセル構造（破線で示す）に対して、増大したセル寸法「ｃ」を形成するために、側壁５４は、例えば４５°の角度で側壁５２より大きな寸法を有する。一例として、ピタゴラスの定理により、寸法「ｃ」は４５°の角度で寸法「ａ」よりも約４１％長くなる。一対の平行壁の壁の一方に増大したセル寸法がもたらされる限り、増大したセル寸法は図示する４５°の角度に限らず、それよりも程度の大きい又は小さい角度を有し得る。
【００３３】
よって、図５に示す原理を適用することで、第１又は第２の対の平行壁の少なくとも一方は、第１の壁と第２の壁（即ち、５２、５４）とを含み、第１又は第２の壁の一方は、第１又は第２の壁の他方よりも大きな寸法を有し、かつ基材の端部からさらに外側に伸びる。この構成において、一方の対の平行壁の第１及び第２の壁の外端部間の距離は、他方の対の平行壁の第１及び第２の壁の間の距離よりも長い。
【００３４】
図６〜図１７は、吸気口面用の三次元トポグラフィカル構造の他の例を示す。図６〜図７は、ＤＯＣなどの後処理装置の吸気口側で基材６２に配置された端面６４を有する吸気口面６０を示す。端面６４は外側に突起し、凸状「カップ形」タイプ６６の流通後処理装置に似ている。吸気口面１０、３０と同様に、吸気口面６０は同一平面に含まれない。むしろ、端面６４は非平面であるか、あるいはやや破砕した配列を有する。即ち、端面６４は、例えばその側面から見た場合、同一の全体的平面に完全に含まれない（例えば図７参照）。吸気口面６０も、複数のセルを有するセル構造６５を備える。吸気口面１０、３０のセル構造１５、３５と同様に、吸気口面６０のセル構造６５にも、図５で前に説明した増大したセル寸法の原理が採用され得ることが分かるだろう。また、吸気口面６０は、ＤＯＣ以外の様々な後処理装置で用いられ得ることが分かるだろう。
【００３５】
図８〜図９は、ＤＯＣなどの後処理装置の吸気口側で基材７２に配置された端面７４を有する吸気口面７０を示す。端面７４は外側に伸び、凸放物線状タイプの流通７６後処理装置に似ている。説明した他の吸気口面と同様に、吸気口面７０は同一平面に含まれない。むしろ、端面７４は非平面であり、やや破砕した配列を有する。即ち、端面７４は、例えばその側面から見た場合、同一の全体的平面に完全に含まれない（例えば図９参照）。吸気口面７０も、複数のセルを有するセル構造７５を備える。説明した他のセル構造と同様に、吸気口面７０のセル構造７５にも、図５で前に説明した増大したセル寸法の原理が採用され得ることが分かるだろう。また、吸気口面７０は、ＤＯＣ以外の様々な後処理装置で用いられ得ることが分かるだろう。
【００３６】
図１０〜図１１は、ＤＯＣなどの後処理装置の吸気口側で基材８２に配置された端面８４を有する吸気口面８０を示す。端面８４は外側に伸び、凸円状タイプの流通８６後処理装置に似ている。説明した他の吸気口面と同様に、吸気口面８０は同一平面に含まれない。むしろ、端面８４は非平面であり、やや破砕した配列を有する。即ち、端面８４は、例えばその側面から見た場合、同一の全体的平面に完全に含まれない（例えば図１１参照）。吸気口面８０も、複数のセルを有するセル構造８５を備える。説明した他のセル構造と同様に、吸気口面８０のセル構造８５にも、説明した増大したセル寸法の原理が採用され得ることが分かるだろう。また、吸気口面８０は、ＤＯＣ以外の様々な後処理装置で用いられ得ることが分かるだろう。
【００３７】
図１２〜図１３は、ＤＯＣなどの後処理装置の吸気口側で基材９２に配置された端面９４を有する吸気口面９０を示す。端面９４は内側に伸び、凹形に窪んだ、又は「カップ型」タイプの流通９６後処理装置に似ている。説明した他の吸気口面と同様に、吸気口面９０は同一平面に含まれない。むしろ、端面９４は非平面であり、やや破砕した配列を有する。即ち、端面９４は、例えばその側面から見た場合、同一の全体的平面に完全に含まれない（例えば図１３参照）。吸気口面９０も、複数のセルを有するセル構造９５を備える。説明した他のセル構造と同様に、吸気口面９０のセル構造９５にも、説明した増大したセル寸法の原理が採用され得ることが分かるだろう。また、吸気口面９０は、ＤＯＣ以外の様々な後処理装置で用いられ得ることが分かるだろう。
【００３８】
図１４〜図１５は、ＤＯＣなどの後処理装置の吸気口側で基材１０２に配置された端面１０４を有する吸気口面１００を示す。端面１０４は内側に伸び、凹放物線状タイプの流通１０６後処理装置に似ている。説明した他の吸気口面と同様に、吸気口面１００は同一平面に含まれない。むしろ、端面１０４は非平面であり、やや破砕した配列を有する。即ち、端面１０４は、例えばその側面から見た場合、同一の全体的平面に完全に含まれない（例えば図１５参照）。吸気口面１００も、複数のセルを有するセル構造１０５を備える。説明した他のセル構造と同様に、吸気口面１００のセル構造１０５にも、説明した増大したセル寸法の原理が採用され得ることが分かるだろう。また、吸気口面１００は、ＤＯＣ以外の様々な後処理装置で用いられ得ることが分かるだろう。
【００３９】
図１６〜図１７は、ＤＯＣなどの後処理装置の吸気口側で基材１１２に配置された端面１１４を有する吸気口面１１０を示す。端面１１４は内側に伸び、凹円状タイプの流通１１６後処理装置に似ている。説明した他の吸気口面と同様に、吸気口面１１０は同一平面に含まれない。むしろ、端面１１４は非平面であり、やや破砕した配列を有する。即ち、端面１１４は、例えばその側面から見た場合、同一の全体的平面に完全に含まれない（例えば図１７参照）。吸気口面１１０も、複数のセルを有するセル構造１１５を備える。説明した他のセル構造と同様に、吸気口面１１０のセル構造１１５にも、説明した増大したセル寸法の原理が採用され得ることが分かるだろう。また、吸気口面１１０は、ＤＯＣ以外の様々な後処理装置で用いられ得ることが分かるだろう。
【００４０】
例に過ぎないが、いずれの三次元トポグラフィカル構造も、以下の一つによって、基材の吸気口側、又は端部に配置され得る。（１）吸気口の基材に所望の三次元トポグラフィカル構造を有する面を適用すること、（２）吸気口の基材に所望の三次元トポグラフィカル構造を機械加工すること、又は（３）三次元トポグラフィカル構造を任意の適切な手段を用いて形成し、それを基材に配置すること。基材の吸気口側に三次元トポグラフィカル面を配置する方法は、同面を基材の吸気口側及び端部に置くことができる限り限定されない。
【００４１】
ここで説明した吸気口の三次元トポグラフィカル面構造は、多くの利点をもたらすことができる。動作中に、そのような面は吸気口面で一定の乱気流を、また煤の堆積物の除去又は防止を助ける役割を果たし得るせん断力を生成することができる。例えば、図１〜図４及び図６〜図１１に示す面も、破砕した面構造内の熱質量の効果的な削減により、吸気口面の局部領域（即ち、Ｖ字状列の鋭利な尾根の上部、ピラミッドの頂上の先端、又は凸状構造における隆起面部分）でより迅速な加熱をもたらすことができ、後処理装置の吸気口面に塗布され得るあらゆる触媒コーティング（後述）や同様に後処理装置の内側に塗布されるあらゆる触媒コーティングの着火を助ける。
【００４２】
他の特定の利点として、図６〜図１１に示す凸状構成は、より迅速な加熱能力を備えた吸気口面をさらに提供することができる。そのような構成は、排気菅の内面から放出されるなどで、より大きな炭素質の汚れの堆積物が吸気口面に詰まる（即ち煤堆積物）のを防止及び／又は除去しやすくすることができる。例えば、ターボ排気用途において、これらのより大きな煤堆積物、又は「薄片」は、限界厚みに蓄積された後（即ち、約1ミリの厚み）、排気菅の内面を壊す、又はそれに亀裂を生じさせ得る。これらの薄片は、吸気口面に堆積することができるため、セル構造内のセルを煤で埋めてしまう。しかしながら、図６〜図１１のような凸状構造は、この埋まりをさらに防止することができる。
【００４３】
吸気口面のコーティング
さらに別の実施形態において、吸気口面は、基材の面詰まりを防止及び／又は除去するように構成された端面を備える。その端面は、基材の端部で外面に塗布されたケミカルコーティングを備え、基材のセル構造の外端部を備える。一例に過ぎないが、ケミカルコーティングは、基材の吸気口面で炭素質の汚れ、又はより一般的には汚れを削減する上で後処理装置の吸気口面にとって有用である。説明した三次元トポグラフィカル構造と同様に、塗布されたケミカルコーティングは、限定されないが例えば、クローズカップルド触媒（ＣＣＣ）、ディーゼル用酸化触媒（ＤＯＣ）、ＮＯX吸着触媒（ＮＡＣ）、選択触媒還元（ＳＣＲ）触媒、キャタライズドスートフィルタ（ＣＳＦ）、又はディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）などの様々な後処理装置で適切に用いられ得ることが分かるだろう。
【００４４】
ケミカルコーティングは、セラミックウォッシュコート、ガラス系コーティング、又は化学溶液、あるいはケミカルコーティングを塗布するのに適した他の担体のうちの少なくとも１つであり得る。一実施形態において、そのようなケミカルコーティングは、触媒貴金属、触媒酸化貴金属、非触媒貴金属、触媒卑金属、及び触媒酸化卑金属からなる群から選択される少なくとも１つである物質を含む。一実施形態において、ケミカルコーティングは、基材、例えば後処理装置の吸気口側及び端部で隆起した装てん（elevated loading）である。即ち、隆起した装てんとは、基材（即ち、後処理装置）の吸気口面（又は端部）において、後処理装置内部の流体通路（流路）内で用いられ得る量のケミカルコーティングよりも増大した量のケミカルコーティングが基材の端部に設けられていることを意味する。
【００４５】
例えば、ケミカルコーティングの塗布には、触媒貴金属（白金（Ｐｔ）又はパラジウム（Ｐｄ）等）、卑金属（バナジウム（Ｖ）等）、又は酸化卑金属（五酸化バナジウム又は酸化セリウム等）、あるいは他の化合物（炭酸バリウムＢａＣＯ3等）の隆起した装てんが含まれる。
【００４６】
一例に過ぎないが、隆起した装てんは約８０〜１２０ｇ/ｆｔ^３の範囲内にあり得る。隆起した装てんの量は非限定的な意味で用いられており、面詰まりを防止及び／又は除去するという望ましい効果を得るのに適した及び／又は必要な様々な量が含まれ得ることが分かるだろう。
【００４７】
さらなる例として、ガラス系コーティングが吸気口面に塗布され、それにも触媒貴金属（白金（Ｐｔ）又はパラジウム（Ｐｄ）等）、卑金属（バナジウム（Ｖ）等）、又は酸化卑金属（五酸化バナジウム又は酸化セリウム等）、あるいは他の化合物（炭酸バリウムＢａＣＯ3等）の隆起した装てんが含まれ得る。一実施形態において、ガラス系コーティングはカリウム（Ｋ）も含む。そのような構成において、コーティングの触媒活性が、後処理装置の吸気口面で煤堆積物を防止及び／又は除去するに役立つ。それに加え、ガラスコーティングは吸気口面に容易に塗布でき、セルの壁縁部の露出した外側部分の微細孔や他の凹凸をより良好に埋める、又は塞ぐという利点が生じ得る。
【００４８】
述べたように、隆起した装てんとは、コーティングが直接的かつ意図的に吸気口の表面に塗布されていることを意味する。隆起した装てんとは、吸気口面の内側及びそれ以降で用いられ得る量と比べて量が増大した、基材の吸気口面又は端部に配置されたケミカルコーティングのことである。即ち、ケミカルコーティングは、吸気口面の内側及びそれ以降に存在するあらゆるコーティングの延長部として塗布され得る。後処理装置の例において、隆起した装てんには、触媒後処理装置全体に渡って流路内で通常用いられる量以上の、吸気口面で増大した量のケミカルコーティングが含まれる。
【００４９】
ケミカルコーティングの塗布には、例えば、吸気口の外面及び基材の端部でセル構造の自由壁（free wall）及び縁部が含まれ得る。一実施形態において、ケミカルコーティングが、基材のセル構造の外端面上の吸気口面に直接的かつ意図的に塗布される。即ち、ケミカルコーティングは、基材の流体通路内や、基材の吸気口面及び端部以降に塗布され得るあらゆるコーティングの延長部としての役割を果たすことができる。ケミカルコーティングが吸気口面に塗布される限り、ケミカルコーティングの配置は限定されないことが分かるだろう。
【００５０】
場合によっては、基材の吸気口面又は端部に意図的に塗布されたケミカルコーティングが、無意識に、また事故的に流体通路内を覆い得ることが分かるだろう。しかしながら、吸気口面を被覆する場合、ケミカルコーティングは、セル構造の外端面上の基材の端部に意図的に塗布されるのであり、基材の流体通路内に塗布することを意図したものではないことが分かるだろう。
【００５１】
他の代替案として、コーティングが、セルの壁縁部のあらゆる粗面又は凹凸を埋めるために塗布され、コーティングは基材の流体通路には拡大しない。そのような構成において、被覆された壁縁部の表面領域は、塗布されたコーティングにより粗さがより小さくなった（又はより滑らかな）表面を提供することによって、煤／コークスの機械的付着などの炭素質の汚れをさらに防止することができる。一例に過ぎないが、そのようなセル表面の凹凸を極力抑えるために、コーティングが約数千分の一インチ以下の厚みで塗布され得る。
【００５２】
図２０は、吸気口面４００上のケミカルコーティング４０４の配置の一実施形態を示す概略側面断面図である。図示するように、ケミカルコーティング４０４は、吸気口面上のセル構造４０２の外面に塗布されている。即ち、コーティング４０４は、基材の端部で外面を覆い、基材のセル又は流路の内側に拡大しない様に塗布される。コーティング４０４は、外側を向く吸気口面４００の壁及び縁部の表面４０２にのみ塗布され得る。図示するように、コーティング４０４は、基材の端部の平面構造に塗布されている。コーティングが、用いられるいずれかの三次元トポグラフィカル構造上で覆いとして外面に配置される限り、そのようなコーティング構成を、図１〜図１７で説明した三次元トポグラフィカル構造のいずれかと組み合わせることができることが分かるだろう。
【００５３】
図２１は、吸気口面５００上のケミカルコーティング５０４の配置を示す概略斜視平面図である。図示するように、ケミカルコーティング５０４は、セル構造５０２の外面、及び吸気口面に塗布されている。図２０と同様に、コーティング５０４は、基材の端部で外面を覆い、基材のセル又は流路５０６の内側には拡大しない様に塗布される。コーティング５０４は、基材の端部から外側を向くセル構造５０２の壁及び縁部の表面にのみ塗布され得る。図示するように、コーティング５０４は、基材の端部の平面構造に塗布される。コーティングが、用いられるいずれかの三次元トポグラフィカル構造上で覆いとして外面に配置される限り、そのようなコーティング構成を、図１〜図１７で説明した三次元トポグラフィカル構造のいずれかと組み合わせることができることが分かるだろう。図２１において、コーティング５０４は、基材の端部上のコーティングの配置を示す目的から、セル構造５０２の端部表面全体を覆っていないように示されている。しかしながら、コーティング５０４は基材の端部を実質的に覆い得ることが分かるだろう。
【００５４】
吸気口面で、セル構造の露出した縁部での炭素質の汚れを防止するようにコーティングが調合される限り、コーティングは特定の調合に限定されないことが分かるだろう。即ち、ケミカルコーティングは、吸気口の面詰まりを防止、除去及び／又は削減する機能を促進させるために、選択触媒反応が促進されるように調合され得る。
【００５５】
三次元表面構造と同様に、説明したコーティングは、面詰まりの検出用と浄化用という別々の機構を排気後処理システムの調整装置に構築する必要性を解消することができる。
【００５６】
別の例に過ぎないが、吸気口面での多重ＮＯ〜ＮＯ2変化（ＮＯx変化）が、ケミカルコーティングの隆起した装てんにより有利に起こり、前に説明した三次元トポグラフィー構造のいずれかを用いることにより、さらに高められることができる。即ち、結果として生じるコーティング及び乱気流は、吸気口面に生じる又は堆積される炭化水素及び／又は煤のＮＯ2に推進された酸化を高めることができる。以下は、貴金属触媒である白金（Ｐｔ）存在下の反応メカニズムの一例証である。
【００５７】
一実施形態において、後処理装置の吸気口に説明した吸気口面コーティングを用いたディーゼルエンジンの排気流内で、多重ＮＯx変化反応が起こり得る。ＮＯ2を生成するための、過剰酸素を用いたＮＯの触媒（例えばＰｔ）に対する反応は次のようになる。
【００５８】
１）ＮＯ＋１／２Ｏ2−−−−＞ＮＯ2
このＮＯ2は、後処理装置の吸気口面に蓄積した炭素煤を酸化するために、以下反応を介して引き続き用いられる。
【００５９】
炭素煤に対して：
２）２ＮＯ2＋Ｃ−−−−＞ＣＯ2＋２ＮＯ
３）ＮＯ2＋Ｃ−−−−＞ＣＯ＋ＮＯ
反応（２）及び／又は（３）により生成されたＮＯを、反応（１）を介してＮＯ2を形成するために、後処理装置の吸気口面で再度酸化させることができ、その後、炭素煤が消費されるまで、反応２及び３を介して繰り返し行われる。これを「ＮＯX変化」と呼ぶ。
【００６０】
煤に吸収された未燃炭化水素（ＨＣ）については、以下の触媒反応（４）及び（５）も起こり得ることが考えられ、後処理装置の吸気口面に容易に付着しないより乾燥した煤堆積物が実質的に生成される。さらに、吸気口面で付加的な触媒（又は触媒の隆起した装てん）上でＨＣを燃やすことによって生成される熱エネルギーは、蓄積した煤を酸化（即ち、燃焼）するのに役立つ。
【００６１】
４）ＣyＨn＋（１＋ｎ／４）Ｏ2−−−−＞ｙＣＯ2＋ｎ／２Ｈ2Ｏ
５）ＣＯ＋１／２Ｏ2−−−−＞ＣＯ2
上記例において、反応（１）、（４）、及び（５）は、Ｐｔなどの触媒により触媒作用が及ぼされる。しかしながら、反応や結果として生じる生成物は、Ｐｔ以外の触媒ではやや異なり得るが、排気物質と反応するように適切に調合されたコーティングを用いた場合に同じ原則が当てはまり、それにより吸気口面での煤のコークス化／付着が防止されることが分かるだろう。
【００６２】
前に説明した三次元トポグラフィカル面構造と同様に、説明したいずれかのコーティングの実施形態が、既に説明したセル構造、及び基材の吸気口面に適用され得る。図１８〜図１９は、吸気口面用のセル構造の別々の実施形態を示す。一実施形態において、セル構造２００は、セル２０２が互いに隣接し、吸気口面の廻りに実質的に配置されるように構成されている。セル構造２００は、図１〜図４及び図６〜図１７に示す構造といくつかの類似点を持つ。説明したように、吸気口面２００は、１平方インチ毎に約１００から約９００個のセルを吸気口面上に備え得る。各セル２０２の側壁２０４は、第１の対の平行壁と、第１の対の平行壁に直交する第２の対の平行壁とを含み得る。
【００６３】
図１９は、セル構造３００を示し、セル構造３００の一部は塞がっている。図示するように、セル構造３００は、セル３０２と、「チェッカー盤状」の形に配列された閉塞部３０４とを備え、セル構造の側壁（即ち、セル構造２００の側壁２０４）以外の部分が閉塞したようになっている。セル構造２００、３００は例示に過ぎず、前記三次元トポグラフィカル面構造のいずれか及び／又は説明したケミカルコーティングの実施形態のいずれかをセル構造に実装できる限り、図示した特定の構成に限定されないことが分かるだろう。
【００６４】
実験結果
上記のいくつかを、エンジンに搭載された改造されたＤＯＣで試験にかけ、吸気口面に付加的なＰｔ触媒が塗布された状態で望ましい結果を示した。エンジンの数回のテスト周期の後、吸気口面が触媒加工されたＤＯＣには煤が詰まらなかった。吸気口面に加えた説明したトポグラフィカルな変更も、乱気流を生成し吸気口上の熱を局所化することによって、あるエンジン動作状態では良い効果があるようであった。
【００６５】
しかしながら、吸気口面に付加的な触媒がない、又は変更されたトポグラフィカル構造を有さない標準的なＤＯＣでは、煤による面詰まりが相当あった。
【００６６】
しかしながら、Ｐｔ以外の触媒の場合、反応及びその結果として生じる生成物がやや異なり得ることが分かるだろう。
【００６７】
カミンズ技術センターで他の実験が行われ、その中で超低硫黄ディーゼル（ＵＬＳＤ）燃料を約２２０℃で、バナジウム金属で被覆された４２０Ｆステンレス製の円板からなる吸気口に滴り落とした。実験は、結果として生じる炭素堆積物が、バナジウム面に付着しないことを示した。
【００６８】
バナジウム金属面ではなく白金金属を用いた別の実験でも、同一の結果が得られた。酸化Ｐｔ及び／又はＰｄなどの貴金属が多く添加されたセラミックウォッシュコートは、同様の結果を示し得ることが予想される。さらに別の例において、酸化セリウムを含むセラミックウォッシュコートも、特定の温度状態で用いられ得る。さらに別の例において、五酸化バナジウム、鉄ゼオライト、又は銅ゼオライトを含むＳＣＲの様な触媒ウォッシュコートも用いられ、同様の効果をもたらすことができることが分かるだろう。
【００６９】
説明した吸気口構造は、多くの利点をもたらすことができる。非平面の三次元トポグラフィカル構造、及び／又は化学的な変更が加えられた吸気口面を用いることによって、面詰まりを防止及び／又は除去することができる。好適な一例において、そのような構造は、典型的なエンジン／後処理システム動作状態で排気ガスが流通する通常開口した流路が煤で埋まらず、それにより詰まらなくするように、後処理装置の吸気口面の煤の堆積を防ぐのに有用である。
【００７０】
そのような有益な吸気口面構造は、様々な用途に有用であろう。非限定例に過ぎないが、吸気口面構造は、乗り物又は自動車のエンジン、ディーゼルエンジン、船用エンジン及び機器、工業用発電機、工業プロセスに用いられる機器、又は後処理装置を用いる、若しくは粘結物質を生成する燃料を用いる他の機器の排気流に用いられ得る。
【００７１】
本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で、上記以外の形態としても実施が可能である。本出願に開示された実施形態は一例であって、これらに限定はされない。本発明の範囲は、上述の明細書よりも、添付されている請求の範囲の記載を優先して解釈され、請求の範囲と均等の範囲内での全ての変更は、請求の範囲に含まれるものである。
【技術分野】
【０００１】
本願は、カミンズ・フィルトレイション・アイピー・インク．の名で出願されたＰＣＴ国際出願であって、２００７年７月２日に出願された「排気装置内の後処理装置の面詰まり防止」と題する米国特許出願第１１／７７２６１９号の優先権を主張する。
【０００２】
流体通路内の面詰まり（face-plugging）を防止及び／又は除去する吸気口面を開示する。一例として、内燃機関の排気などからの排気物質が元で、そのような後処理装置の吸気口面に堆積し得る炭素質の汚れ及び／又は未燃炭化水素の蓄積物を防止及び／又は除去するために、様々な後処理装置にとってとりわけ有用な吸気口面を提供する。ここで開示する吸気口面は、それによりエンジンの排気システム内での排圧の増加を防止することができる。
【背景技術】
【０００３】
触媒及び無触媒後処理装置は周知であり、様々な内部燃焼エンジン用途でエンジンの排気ガスの後処理に幅広く用いられている。例えば、後処理装置は、エンジンの排気流内の一酸化炭素、一酸化窒素、未燃炭化水素や煤などの排気物質を処理及び／又は取り除くのに有用である。
【０００４】
粒子フィルタは、その内面が触媒加工されていない場合もあるが、多くの後処理装置では、ハニカム構造の内側に多くの場合似たセル構造の流体通路内の内面に塗布された触媒ウォッシュコートが一般的に用いられる。不要な排気物質が、触媒ウォッシュコートの触媒物質と反応し、それによって不要な排気物質が減少する。
【０００５】
しかしながら、これらの後処理装置の吸気口面での流体通路の面詰まりは、特定の動作状態で引き続き問題となっている。具体的な一例として、そのような問題のある動作状態は、限定されないが例えば、長時間に渡るアイドリング動作などあまり激しくない動作周期時にディーゼルエンジンを動作させた場合に起こり得る。頻繁な開始／停止動作や他の過渡動作状態も問題となり得る。さらに、低い動作周辺温度時、又は２２０℃から４００℃などの比較的低い排気温度の範囲内では、ディーゼルエンジン後処理用途に用いられる後処理装置の吸気口面で面詰まりが起こることが知られている。吸気口面でのそのような面詰まり又は汚れは、後処理装置の吸気口面におけるセル構造の外面に蓄積する排気物質及び／又は煤粒子などといった残滓と定義されており、後処理装置の開口前端領域を実質上減少させる。面詰まりは問題である。何故ならそれが後処理又は排気システム内の排圧の急激な上昇を招き、その結果としてエンジンの動作に影響を与え、システム効率を低下させ得るからである。そのような問題のある動作状態で煤／コークス堆積物の形成を防止するのは有益であろう。よって、後処理装置の吸気口面で面詰まり又は汚れを防止及び／又は除去することができる改善された吸気口面を提供する必要がある。
【発明の概要】
【０００６】
以下の技術的開示は、後処理装置の吸気口用などの改善された吸気口面を提供する。一つの利点は、その改善された吸気口面は、排気物質が元で後処理装置の吸気口に堆積し得る炭素質の汚れ及び／又は未燃炭化水素の蓄積物を、防止及び／又は除去することなどにより、後処理装置の吸気口での面詰まりを防止及び／又は除去することができるという点である。
【０００７】
一実施形態において、吸気口面は、流体が流通できるように構成されたセル構造を持つ端部を有する基材を備える。端面は、前記基材の前記端部に配置され、前記基材の前記端部及び前記基材の前記端部に位置するセル構造の表面での面詰まりを防止及び／又は除去するように構成されている。
【０００８】
一実施形態において、前記吸気口面は、前記基材の前記外面が非平面となるような三次元トポグラフィカル構造（three-dimensional topographical configuration）を備える。
【０００９】
別の実施形態において、前記吸気口面は、前記基材の前記セル構造の前記外面に塗布されたケミカルコーティングを備える。一実施形態において、前記ケミカルコーティングは触媒コーティングである。
【００１０】
別の実施形態において、前記吸気口面は、三次元トポグラフィカル構造及びその三次元トポグラフィカル構造に塗布されたケミカルコーティングの両方を備える。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図1は、後処理装置用の吸気口面の一実施形態の斜視図である。
【図２】図２は、図1の吸気口面の側面断面図である。
【図３】図３は、後処理装置用の吸気口面の別の実施形態の斜視図である。
【図４】図４は、図３の吸気口面の側面断面図である。
【図５】図５は、後処理装置の基材の端部用の端面の一実施形態の部分概略図であり、同端面の単一セルの側面を特に示す。
【図６】図６は、後処理装置用の吸気口面の別の実施形態の斜視図である。
【図７】図７は、図６の吸気口面の側面断面図である。
【図８】図８は、後処理装置用の吸気口面の別の実施形態の斜視図である。
【図９】図９は、図８の吸気口面の側面断面図である。
【図１０】図１０は、後処理装置用の吸気口面の別の実施形態の斜視図である。
【図１１】図１１は、図１０の吸気口面の側面断面図である。
【図１２】図１２は、後処理装置用の吸気口面の更に別の実施形態の斜視図である。
【図１３】図１３は、図１２の吸気口面の側面断面図である。
【図１４】図１４は、後処理装置用の吸気口面の更に別の実施形態の斜視図である。
【図１５】図１５は、図１４の吸気口面の側面断面図である。
【図１６】図１６は、後処理装置用の吸気口面の更に別の実施形態の斜視図である。
【図１７】図１７は、図１６の吸気口面の側面断面図である。
【図１８】図１８は、吸気口面用のセル構造の一実施形態の部分立面図である。
【図１９】図１９は、吸気口面用のセル構造の別の実施形態の部分立面図である。
【図２０】図２０は、吸気口面上のケミカルコーティングの配置の一実施形態の概略側面断面図である。
【図２１】図２１は、吸気口面上のケミカルコーティングの配置の一実施形態の概略斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
吸気口面が配置される流体通路の面詰まりを防止及び／又は除去することができる吸気口面を概して説明する。その吸気口面は、基材の端部に配置された特定の外端面を備える。前記基材に設けられた前記端面は、前記吸気口面での面詰まりを防止及び／又は除去することができる。一例として、エンジン排気物質、例えば内燃機関からの排気が元で堆積する前記吸気口面での炭素質の汚れ及び／又は未燃炭化水素の蓄積物を防止及び／又は除去する上で、前記吸気口面は有用である。
【００１３】
一実施形態において、流体通路用の吸気口面は、流体が基材を流通できるように構成されたセル構造を持つ基材を備える。外端面構造が前記基材の前記セル構造及び前記基材の前記端部に配置される。前記端面は、前記基材の前記端部及びセル構造での面詰まりを防止及び／又は除去するように構成されている。特に、前記端面は、前記基材及び特に前記基材の前記端部に位置する前記セル構造の壁及び縁面で残滓が堆積するのを防止、又は少なくとも極力抑えることが可能な構造を提供する。前記端面は、前記基材の前記端部に配置された三次元トポグラフィカル構造、前記基材の前記端部に配置されたケミカルコーティング、又は前記基材の前記端部に配置された三次元トポグラフィカル構造と前記三次元トポグラフィカル構造に配置されたケミカルコーティングの両方のうちの少なくとも一つである。
【００１４】
吸気口面の三次元トポグラフィカル構造
一実施形態において、前記端面は、前記基材の前記端部が全体的に非平面の面を有するように、前記基材の前記端部に配置された三次元トポグラフィカル構造である。即ち、その三次元トポグラフィカル構造は、前記基材の前記端部が全体的に単一平面に含まれない側面を持つように構成されている。
【００１５】
図１〜図４及び図６〜図１７は、吸気口面の三次元トポグラフィカル面構造の例示的実施形態を示す。図示するように、吸気口面は、例えば、後処理装置の吸気口側に用いられた場合にとりわけ有用である。
【００１６】
図１及び図２は、後処理装置の吸気口面１０を示す。吸気口面１０は、三次元トポグラフィカル構造の一実施形態を備える外端面１４を有する。図示するように、吸気口面１０は、ディーゼル用酸化触媒（ＤＯＣ）の吸気口側に実装されている。しかしながら、他の後処理装置で用いられるようにするために、必要に応じて、図示する吸気口面１０に変更が適切に加えられ得ることが分かるだろう。そのような他の後処理装置としては、限定されないが例えば、クローズカップルド触媒（close-coupled catalyst）（ＣＣＣ）など、ＤＯＣの様な他の流通型触媒素子が挙げられる。説明する吸気口面１０を用いることができる後処理装置の他の非限定例としては、ＮＯX吸着触媒（ＮＡＣ）、選択触媒還元（ＳＣＲ）触媒、キャタライズドスートフィルタ（ＣＳＦ）、又はディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）、あるいは煤煙集合機が挙げられる。
【００１７】
ここで説明する吸気口面の発明概念は、そのような他の後処理装置として言及したもの並びに言及していないもの双方の吸気口に適合するように、必要に応じて大きさ及び寸法が調整され得ることが分かるだろう。また、言及したいずれかの後処理装置の排気口側など、様々な後処理装置の排気口側で排気口面として用いられるように、吸気口面１０に変更が適切に加えられ得ることが分かるだろう。
【００１８】
図１に示すように、外端面１４は、基材１２の外端部に配置されている。基材１４は、ハニカム状構造に似たセル構造１５を備える。セル構造１５は、流体が基材１２を流通できるように構成され、複数のセルを備える（詳細は図５で後述）。「流体」という言葉には、流すことができるあらゆる媒体が含まれると広く解釈されなければならない。例に過ぎないが、流体物質には、限定されないが、あらゆる排気物質、又は加工物質に由来する煤を含むあらゆる物質が含まれ得る。他の例として、流体物質には、残滓を生成及び／又は残し得るあらゆる物質が含まれる。残滓とは、乾燥して基材のセル構造に残り得るあらゆる物質、又は完全に燃焼せずに基材のセル構造に残る「湿」物質を意味する。残滓の一例としては、後処理装置の吸気口に堆積し得る排気物質が元の炭素質の汚れ及び／又は未燃炭化水素の蓄積物が挙げられる。
【００１９】
端面１４は、基材１２の外面の端部に配置されている。図示するように、端面１４は、非平面又は破砕した配列（fractured arrangement）を有する三次元トポグラフィカル構造である。即ち、端面１４は、例えばその側面から見た場合、同一の全体的平面に完全に含まれない（図２参照）。端面１４は、基材１２に配置された複数の隣接した平行列１６を備える。一例に過ぎないが、図２は、平行列１６がＶ字状列に似ており、９０°の角度（included angle）を有し得ることを示す。端面１４の全体配列が、完全に同一平面に含まれない限り、Ｖ字状列が９０°未満又はそれより大きい角度で配列され得ることが分かるだろう。
【００２０】
図３〜図４は、後処理装置の吸気口面３０の他の例示的実施形態を示す。吸気口面３０は、三次元トポグラフィカル構造を持つ別の例示的な端面３４を提供する。吸気口面１０と同様に、吸気口面３０はディーゼル用酸化触媒（ＤＯＣ）用である。しかしながら、他の後処理装置で用いられるようにするために、必要に応じて、図示する吸気口面３０に変更が適切に加えられ得ることが分かるだろう。そのような他の後処理装置としては、限定されないが例えば、クローズカップルド触媒（ＣＣＣ）など、ＤＯＣの様な他の流通型後処理装置が挙げられる。説明する吸気口面３０を用いることができる後処理装置の他の非限定例としては、ＮＯX吸着触媒（ＮＡＣ）、選択触媒還元（ＳＣＲ）触媒、キャタライズドスートフィルタ（ＣＳＦ）、又はディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）、あるいは煤煙集合機が挙げられる。
【００２１】
ここで説明する吸気口面の発明概念は、そのような他の後処理装置の吸気口に適合するように、必要に応じて大きさ及び寸法が調整され得ることが分かるだろう。また、例えば言及したいずれかの後処理装置の排気口内など、様々な後処理装置の排気口側で排気口面として用いられるように、吸気口面３０に変更が適切に加えられ得ることが分かるだろう。
【００２２】
吸気口面３０は、セル構造３５を有する基材３２の外端面に配置された端面３４を備える。セル構造３５は、流体が基材１２を流通できるように構成され、複数のセルを備える（詳細は図５で後述）。吸気口１０と同様に、「流体」という言葉には、流すことができるあらゆる媒体が含まれると広く解釈されなければならない。例に過ぎないが、流体物質には、限定されないが、あらゆる排気物質、又は加工物質に由来する煤を含むあらゆる物質が含まれ得る。他の例として、流体物質には、基材のセル構造に残る残滓を生成し得るあらゆる物質が含まれ得る。
【００２３】
端面３４は、基材３２の外面及び端部に配置されている。端面３４も、非平面又は破砕した配列を有する三次元トポグラフィカル構造である。面１４と同様に、端面３４は、例えばその側面から見た場合、同一の全体的平面に完全に含まれない。
【００２４】
端面１４とは異なり、端面３４は平行なＶ字状列の交差に起因するピラミッド状構造を備える。図示するように、端面３４は、基材３２に配置された第１の組の複数列３６を備える。第１の列３６は互いに隣接し、かつ平行であり、Ｖ字状列に似ている。一例に過ぎないが、図４は、第１の列３６が９０°の角度を有し得ることを示す（図４参照）。面３４の全体配列が、同一の全体的平面に含まれない限り、Ｖ字状列が９０°未満又はそれより大きい角度で配列され得ることが分かるだろう。
【００２５】
端面３４は、基材３２に配置され、互いに隣接し、かつ平行な第２の組の複数列３８をさらに備える。第１の列３６と同様に、第２の列３８はＶ字状列に似ており、９０°の角度を有し得る。面３４の全体配列が、同一の全体的平面に含まれない限り、Ｖ字状列が９０°未満又はそれより大きい角度で配列され得ることが分かるだろう。
【００２６】
図示するように、第２の列３８は第１の列３６に直交している。従って、第１及び第２の平行列３６、３８が９０°で交差することによって、四角錐状構造３９が形成される。第１の列３６及び第２の列３８の配列は、図示した特定の直交関係に限らず、第１及び第２の列３６、３８が９０°以外の角度で交差し得ることが分かるだろう。
【００２７】
また、吸気口面は、図１〜図４に示す特定の配列に限定されないことが分かるだろう。図１〜図４は、吸気口が、限定されないが、平行なＶ字状列、又は２組の交差するＶ字状列であり得る三次元トポグラフィカル構造を有する端面を備える例示的実施形態を示しているに過ぎない。煤及び／又は排気物質の付着を極力抑えるために、端面が排気の乱気流やせん断力を生成でき、面詰まりを防止及び／又は除去できる限り、吸気口面用の説明した端面（即ち、１４、３４）に変更が適切に加えられ、また他の構造を有し得ることが分かるだろう。
【００２８】
図示するように、セル構造（即ち、１５、３５）は外面を通って、また基材（即ち、１２、３２）の端部で伸長している。流通型ＤＯＣなどの後処理装置の一例において、セル構造は、（吸気口面１０、３０が配置される）吸気口側から排気口側にかけて基材全体に伸びた流路につながる。流通流路を備えないものの、吸気口側に単一流路の吸気口面を備え、開口部または孔の網の目が、排気口側に向かう複数の排気流路につながるＤＰＦなどの他の後処理装置でセル構造を用い得ることが分かるだろう。
【００２９】
セル構造は、内側壁及び壁縁部を有する分離したセルを規定する（図１及び図３参照）。セルは互いに隣接し、かつ実質的に吸気口面の廻りに配置されるように構成されている。例に過ぎないが、吸気口面は、１平方インチ毎に約１００から約９００個のセルを備え得る。
【００３０】
一実施形態において、各セルの内側壁は、第１の対の平行壁と、第１の対の平行壁に直交する第２の対の平行壁を含み得る。第１及び第２の対の平行壁の関係は、それらが互いに直交又は垂直ではないように配列され得ることから、第１の対の平行壁と第２の対の平行壁との直交構造は例示に過ぎないことが分かるだろう。
【００３１】
図５は、吸気口面用の例示的なセル構造をさらに示す。図５は、セル構造の一部を示し、三次元トポグラフィカル面が存在する場合などの単一のセル５０を特に示す。図５に示す原理は、ここで説明する、セル構造内に複数のセルを有する吸気口面のいずれにも適用し得ることが分かるだろう。各セル５０は、第１の対の平行壁５３と第２の対の平行壁５４とを備える。例えば、吸気口面（即ち、１０、３０）のＶ字状列、又はピラミッド状の形状は、大幅に増大したセル寸法を有する端面を基材の端部にもたらすことができ、それは、吸気口面の各セル５０に対して、平行壁５２、５４の２つの対の少なくとも一方の間の距離を実質的に増やす。そのため、汚れ（即ち、炭素質の汚れ）が隔たりを埋めるのに要する距離が増える。何故なら、２対の平行壁の少なくとも一方の外端部間の距離が増えるからである。
【００３２】
図示するように、セル５０は、側壁５６に直交する一対の側壁５２、５４を有する。平面寸法「ａ」を持つ均一な側壁を有する吸気口基材の従来のセル構造（破線で示す）に対して、増大したセル寸法「ｃ」を形成するために、側壁５４は、例えば４５°の角度で側壁５２より大きな寸法を有する。一例として、ピタゴラスの定理により、寸法「ｃ」は４５°の角度で寸法「ａ」よりも約４１％長くなる。一対の平行壁の壁の一方に増大したセル寸法がもたらされる限り、増大したセル寸法は図示する４５°の角度に限らず、それよりも程度の大きい又は小さい角度を有し得る。
【００３３】
よって、図５に示す原理を適用することで、第１又は第２の対の平行壁の少なくとも一方は、第１の壁と第２の壁（即ち、５２、５４）とを含み、第１又は第２の壁の一方は、第１又は第２の壁の他方よりも大きな寸法を有し、かつ基材の端部からさらに外側に伸びる。この構成において、一方の対の平行壁の第１及び第２の壁の外端部間の距離は、他方の対の平行壁の第１及び第２の壁の間の距離よりも長い。
【００３４】
図６〜図１７は、吸気口面用の三次元トポグラフィカル構造の他の例を示す。図６〜図７は、ＤＯＣなどの後処理装置の吸気口側で基材６２に配置された端面６４を有する吸気口面６０を示す。端面６４は外側に突起し、凸状「カップ形」タイプ６６の流通後処理装置に似ている。吸気口面１０、３０と同様に、吸気口面６０は同一平面に含まれない。むしろ、端面６４は非平面であるか、あるいはやや破砕した配列を有する。即ち、端面６４は、例えばその側面から見た場合、同一の全体的平面に完全に含まれない（例えば図７参照）。吸気口面６０も、複数のセルを有するセル構造６５を備える。吸気口面１０、３０のセル構造１５、３５と同様に、吸気口面６０のセル構造６５にも、図５で前に説明した増大したセル寸法の原理が採用され得ることが分かるだろう。また、吸気口面６０は、ＤＯＣ以外の様々な後処理装置で用いられ得ることが分かるだろう。
【００３５】
図８〜図９は、ＤＯＣなどの後処理装置の吸気口側で基材７２に配置された端面７４を有する吸気口面７０を示す。端面７４は外側に伸び、凸放物線状タイプの流通７６後処理装置に似ている。説明した他の吸気口面と同様に、吸気口面７０は同一平面に含まれない。むしろ、端面７４は非平面であり、やや破砕した配列を有する。即ち、端面７４は、例えばその側面から見た場合、同一の全体的平面に完全に含まれない（例えば図９参照）。吸気口面７０も、複数のセルを有するセル構造７５を備える。説明した他のセル構造と同様に、吸気口面７０のセル構造７５にも、図５で前に説明した増大したセル寸法の原理が採用され得ることが分かるだろう。また、吸気口面７０は、ＤＯＣ以外の様々な後処理装置で用いられ得ることが分かるだろう。
【００３６】
図１０〜図１１は、ＤＯＣなどの後処理装置の吸気口側で基材８２に配置された端面８４を有する吸気口面８０を示す。端面８４は外側に伸び、凸円状タイプの流通８６後処理装置に似ている。説明した他の吸気口面と同様に、吸気口面８０は同一平面に含まれない。むしろ、端面８４は非平面であり、やや破砕した配列を有する。即ち、端面８４は、例えばその側面から見た場合、同一の全体的平面に完全に含まれない（例えば図１１参照）。吸気口面８０も、複数のセルを有するセル構造８５を備える。説明した他のセル構造と同様に、吸気口面８０のセル構造８５にも、説明した増大したセル寸法の原理が採用され得ることが分かるだろう。また、吸気口面８０は、ＤＯＣ以外の様々な後処理装置で用いられ得ることが分かるだろう。
【００３７】
図１２〜図１３は、ＤＯＣなどの後処理装置の吸気口側で基材９２に配置された端面９４を有する吸気口面９０を示す。端面９４は内側に伸び、凹形に窪んだ、又は「カップ型」タイプの流通９６後処理装置に似ている。説明した他の吸気口面と同様に、吸気口面９０は同一平面に含まれない。むしろ、端面９４は非平面であり、やや破砕した配列を有する。即ち、端面９４は、例えばその側面から見た場合、同一の全体的平面に完全に含まれない（例えば図１３参照）。吸気口面９０も、複数のセルを有するセル構造９５を備える。説明した他のセル構造と同様に、吸気口面９０のセル構造９５にも、説明した増大したセル寸法の原理が採用され得ることが分かるだろう。また、吸気口面９０は、ＤＯＣ以外の様々な後処理装置で用いられ得ることが分かるだろう。
【００３８】
図１４〜図１５は、ＤＯＣなどの後処理装置の吸気口側で基材１０２に配置された端面１０４を有する吸気口面１００を示す。端面１０４は内側に伸び、凹放物線状タイプの流通１０６後処理装置に似ている。説明した他の吸気口面と同様に、吸気口面１００は同一平面に含まれない。むしろ、端面１０４は非平面であり、やや破砕した配列を有する。即ち、端面１０４は、例えばその側面から見た場合、同一の全体的平面に完全に含まれない（例えば図１５参照）。吸気口面１００も、複数のセルを有するセル構造１０５を備える。説明した他のセル構造と同様に、吸気口面１００のセル構造１０５にも、説明した増大したセル寸法の原理が採用され得ることが分かるだろう。また、吸気口面１００は、ＤＯＣ以外の様々な後処理装置で用いられ得ることが分かるだろう。
【００３９】
図１６〜図１７は、ＤＯＣなどの後処理装置の吸気口側で基材１１２に配置された端面１１４を有する吸気口面１１０を示す。端面１１４は内側に伸び、凹円状タイプの流通１１６後処理装置に似ている。説明した他の吸気口面と同様に、吸気口面１１０は同一平面に含まれない。むしろ、端面１１４は非平面であり、やや破砕した配列を有する。即ち、端面１１４は、例えばその側面から見た場合、同一の全体的平面に完全に含まれない（例えば図１７参照）。吸気口面１１０も、複数のセルを有するセル構造１１５を備える。説明した他のセル構造と同様に、吸気口面１１０のセル構造１１５にも、説明した増大したセル寸法の原理が採用され得ることが分かるだろう。また、吸気口面１１０は、ＤＯＣ以外の様々な後処理装置で用いられ得ることが分かるだろう。
【００４０】
例に過ぎないが、いずれの三次元トポグラフィカル構造も、以下の一つによって、基材の吸気口側、又は端部に配置され得る。（１）吸気口の基材に所望の三次元トポグラフィカル構造を有する面を適用すること、（２）吸気口の基材に所望の三次元トポグラフィカル構造を機械加工すること、又は（３）三次元トポグラフィカル構造を任意の適切な手段を用いて形成し、それを基材に配置すること。基材の吸気口側に三次元トポグラフィカル面を配置する方法は、同面を基材の吸気口側及び端部に置くことができる限り限定されない。
【００４１】
ここで説明した吸気口の三次元トポグラフィカル面構造は、多くの利点をもたらすことができる。動作中に、そのような面は吸気口面で一定の乱気流を、また煤の堆積物の除去又は防止を助ける役割を果たし得るせん断力を生成することができる。例えば、図１〜図４及び図６〜図１１に示す面も、破砕した面構造内の熱質量の効果的な削減により、吸気口面の局部領域（即ち、Ｖ字状列の鋭利な尾根の上部、ピラミッドの頂上の先端、又は凸状構造における隆起面部分）でより迅速な加熱をもたらすことができ、後処理装置の吸気口面に塗布され得るあらゆる触媒コーティング（後述）や同様に後処理装置の内側に塗布されるあらゆる触媒コーティングの着火を助ける。
【００４２】
他の特定の利点として、図６〜図１１に示す凸状構成は、より迅速な加熱能力を備えた吸気口面をさらに提供することができる。そのような構成は、排気菅の内面から放出されるなどで、より大きな炭素質の汚れの堆積物が吸気口面に詰まる（即ち煤堆積物）のを防止及び／又は除去しやすくすることができる。例えば、ターボ排気用途において、これらのより大きな煤堆積物、又は「薄片」は、限界厚みに蓄積された後（即ち、約1ミリの厚み）、排気菅の内面を壊す、又はそれに亀裂を生じさせ得る。これらの薄片は、吸気口面に堆積することができるため、セル構造内のセルを煤で埋めてしまう。しかしながら、図６〜図１１のような凸状構造は、この埋まりをさらに防止することができる。
【００４３】
吸気口面のコーティング
さらに別の実施形態において、吸気口面は、基材の面詰まりを防止及び／又は除去するように構成された端面を備える。その端面は、基材の端部で外面に塗布されたケミカルコーティングを備え、基材のセル構造の外端部を備える。一例に過ぎないが、ケミカルコーティングは、基材の吸気口面で炭素質の汚れ、又はより一般的には汚れを削減する上で後処理装置の吸気口面にとって有用である。説明した三次元トポグラフィカル構造と同様に、塗布されたケミカルコーティングは、限定されないが例えば、クローズカップルド触媒（ＣＣＣ）、ディーゼル用酸化触媒（ＤＯＣ）、ＮＯX吸着触媒（ＮＡＣ）、選択触媒還元（ＳＣＲ）触媒、キャタライズドスートフィルタ（ＣＳＦ）、又はディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）などの様々な後処理装置で適切に用いられ得ることが分かるだろう。
【００４４】
ケミカルコーティングは、セラミックウォッシュコート、ガラス系コーティング、又は化学溶液、あるいはケミカルコーティングを塗布するのに適した他の担体のうちの少なくとも１つであり得る。一実施形態において、そのようなケミカルコーティングは、触媒貴金属、触媒酸化貴金属、非触媒貴金属、触媒卑金属、及び触媒酸化卑金属からなる群から選択される少なくとも１つである物質を含む。一実施形態において、ケミカルコーティングは、基材、例えば後処理装置の吸気口側及び端部で隆起した装てん（elevated loading）である。即ち、隆起した装てんとは、基材（即ち、後処理装置）の吸気口面（又は端部）において、後処理装置内部の流体通路（流路）内で用いられ得る量のケミカルコーティングよりも増大した量のケミカルコーティングが基材の端部に設けられていることを意味する。
【００４５】
例えば、ケミカルコーティングの塗布には、触媒貴金属（白金（Ｐｔ）又はパラジウム（Ｐｄ）等）、卑金属（バナジウム（Ｖ）等）、又は酸化卑金属（五酸化バナジウム又は酸化セリウム等）、あるいは他の化合物（炭酸バリウムＢａＣＯ3等）の隆起した装てんが含まれる。
【００４６】
一例に過ぎないが、隆起した装てんは約８０〜１２０ｇ/ｆｔ^３の範囲内にあり得る。隆起した装てんの量は非限定的な意味で用いられており、面詰まりを防止及び／又は除去するという望ましい効果を得るのに適した及び／又は必要な様々な量が含まれ得ることが分かるだろう。
【００４７】
さらなる例として、ガラス系コーティングが吸気口面に塗布され、それにも触媒貴金属（白金（Ｐｔ）又はパラジウム（Ｐｄ）等）、卑金属（バナジウム（Ｖ）等）、又は酸化卑金属（五酸化バナジウム又は酸化セリウム等）、あるいは他の化合物（炭酸バリウムＢａＣＯ3等）の隆起した装てんが含まれ得る。一実施形態において、ガラス系コーティングはカリウム（Ｋ）も含む。そのような構成において、コーティングの触媒活性が、後処理装置の吸気口面で煤堆積物を防止及び／又は除去するに役立つ。それに加え、ガラスコーティングは吸気口面に容易に塗布でき、セルの壁縁部の露出した外側部分の微細孔や他の凹凸をより良好に埋める、又は塞ぐという利点が生じ得る。
【００４８】
述べたように、隆起した装てんとは、コーティングが直接的かつ意図的に吸気口の表面に塗布されていることを意味する。隆起した装てんとは、吸気口面の内側及びそれ以降で用いられ得る量と比べて量が増大した、基材の吸気口面又は端部に配置されたケミカルコーティングのことである。即ち、ケミカルコーティングは、吸気口面の内側及びそれ以降に存在するあらゆるコーティングの延長部として塗布され得る。後処理装置の例において、隆起した装てんには、触媒後処理装置全体に渡って流路内で通常用いられる量以上の、吸気口面で増大した量のケミカルコーティングが含まれる。
【００４９】
ケミカルコーティングの塗布には、例えば、吸気口の外面及び基材の端部でセル構造の自由壁（free wall）及び縁部が含まれ得る。一実施形態において、ケミカルコーティングが、基材のセル構造の外端面上の吸気口面に直接的かつ意図的に塗布される。即ち、ケミカルコーティングは、基材の流体通路内や、基材の吸気口面及び端部以降に塗布され得るあらゆるコーティングの延長部としての役割を果たすことができる。ケミカルコーティングが吸気口面に塗布される限り、ケミカルコーティングの配置は限定されないことが分かるだろう。
【００５０】
場合によっては、基材の吸気口面又は端部に意図的に塗布されたケミカルコーティングが、無意識に、また事故的に流体通路内を覆い得ることが分かるだろう。しかしながら、吸気口面を被覆する場合、ケミカルコーティングは、セル構造の外端面上の基材の端部に意図的に塗布されるのであり、基材の流体通路内に塗布することを意図したものではないことが分かるだろう。
【００５１】
他の代替案として、コーティングが、セルの壁縁部のあらゆる粗面又は凹凸を埋めるために塗布され、コーティングは基材の流体通路には拡大しない。そのような構成において、被覆された壁縁部の表面領域は、塗布されたコーティングにより粗さがより小さくなった（又はより滑らかな）表面を提供することによって、煤／コークスの機械的付着などの炭素質の汚れをさらに防止することができる。一例に過ぎないが、そのようなセル表面の凹凸を極力抑えるために、コーティングが約数千分の一インチ以下の厚みで塗布され得る。
【００５２】
図２０は、吸気口面４００上のケミカルコーティング４０４の配置の一実施形態を示す概略側面断面図である。図示するように、ケミカルコーティング４０４は、吸気口面上のセル構造４０２の外面に塗布されている。即ち、コーティング４０４は、基材の端部で外面を覆い、基材のセル又は流路の内側に拡大しない様に塗布される。コーティング４０４は、外側を向く吸気口面４００の壁及び縁部の表面４０２にのみ塗布され得る。図示するように、コーティング４０４は、基材の端部の平面構造に塗布されている。コーティングが、用いられるいずれかの三次元トポグラフィカル構造上で覆いとして外面に配置される限り、そのようなコーティング構成を、図１〜図１７で説明した三次元トポグラフィカル構造のいずれかと組み合わせることができることが分かるだろう。
【００５３】
図２１は、吸気口面５００上のケミカルコーティング５０４の配置を示す概略斜視平面図である。図示するように、ケミカルコーティング５０４は、セル構造５０２の外面、及び吸気口面に塗布されている。図２０と同様に、コーティング５０４は、基材の端部で外面を覆い、基材のセル又は流路５０６の内側には拡大しない様に塗布される。コーティング５０４は、基材の端部から外側を向くセル構造５０２の壁及び縁部の表面にのみ塗布され得る。図示するように、コーティング５０４は、基材の端部の平面構造に塗布される。コーティングが、用いられるいずれかの三次元トポグラフィカル構造上で覆いとして外面に配置される限り、そのようなコーティング構成を、図１〜図１７で説明した三次元トポグラフィカル構造のいずれかと組み合わせることができることが分かるだろう。図２１において、コーティング５０４は、基材の端部上のコーティングの配置を示す目的から、セル構造５０２の端部表面全体を覆っていないように示されている。しかしながら、コーティング５０４は基材の端部を実質的に覆い得ることが分かるだろう。
【００５４】
吸気口面で、セル構造の露出した縁部での炭素質の汚れを防止するようにコーティングが調合される限り、コーティングは特定の調合に限定されないことが分かるだろう。即ち、ケミカルコーティングは、吸気口の面詰まりを防止、除去及び／又は削減する機能を促進させるために、選択触媒反応が促進されるように調合され得る。
【００５５】
三次元表面構造と同様に、説明したコーティングは、面詰まりの検出用と浄化用という別々の機構を排気後処理システムの調整装置に構築する必要性を解消することができる。
【００５６】
別の例に過ぎないが、吸気口面での多重ＮＯ〜ＮＯ2変化（ＮＯx変化）が、ケミカルコーティングの隆起した装てんにより有利に起こり、前に説明した三次元トポグラフィー構造のいずれかを用いることにより、さらに高められることができる。即ち、結果として生じるコーティング及び乱気流は、吸気口面に生じる又は堆積される炭化水素及び／又は煤のＮＯ2に推進された酸化を高めることができる。以下は、貴金属触媒である白金（Ｐｔ）存在下の反応メカニズムの一例証である。
【００５７】
一実施形態において、後処理装置の吸気口に説明した吸気口面コーティングを用いたディーゼルエンジンの排気流内で、多重ＮＯx変化反応が起こり得る。ＮＯ2を生成するための、過剰酸素を用いたＮＯの触媒（例えばＰｔ）に対する反応は次のようになる。
【００５８】
１）ＮＯ＋１／２Ｏ2−−−−＞ＮＯ2
このＮＯ2は、後処理装置の吸気口面に蓄積した炭素煤を酸化するために、以下反応を介して引き続き用いられる。
【００５９】
炭素煤に対して：
２）２ＮＯ2＋Ｃ−−−−＞ＣＯ2＋２ＮＯ
３）ＮＯ2＋Ｃ−−−−＞ＣＯ＋ＮＯ
反応（２）及び／又は（３）により生成されたＮＯを、反応（１）を介してＮＯ2を形成するために、後処理装置の吸気口面で再度酸化させることができ、その後、炭素煤が消費されるまで、反応２及び３を介して繰り返し行われる。これを「ＮＯX変化」と呼ぶ。
【００６０】
煤に吸収された未燃炭化水素（ＨＣ）については、以下の触媒反応（４）及び（５）も起こり得ることが考えられ、後処理装置の吸気口面に容易に付着しないより乾燥した煤堆積物が実質的に生成される。さらに、吸気口面で付加的な触媒（又は触媒の隆起した装てん）上でＨＣを燃やすことによって生成される熱エネルギーは、蓄積した煤を酸化（即ち、燃焼）するのに役立つ。
【００６１】
４）ＣyＨn＋（１＋ｎ／４）Ｏ2−−−−＞ｙＣＯ2＋ｎ／２Ｈ2Ｏ
５）ＣＯ＋１／２Ｏ2−−−−＞ＣＯ2
上記例において、反応（１）、（４）、及び（５）は、Ｐｔなどの触媒により触媒作用が及ぼされる。しかしながら、反応や結果として生じる生成物は、Ｐｔ以外の触媒ではやや異なり得るが、排気物質と反応するように適切に調合されたコーティングを用いた場合に同じ原則が当てはまり、それにより吸気口面での煤のコークス化／付着が防止されることが分かるだろう。
【００６２】
前に説明した三次元トポグラフィカル面構造と同様に、説明したいずれかのコーティングの実施形態が、既に説明したセル構造、及び基材の吸気口面に適用され得る。図１８〜図１９は、吸気口面用のセル構造の別々の実施形態を示す。一実施形態において、セル構造２００は、セル２０２が互いに隣接し、吸気口面の廻りに実質的に配置されるように構成されている。セル構造２００は、図１〜図４及び図６〜図１７に示す構造といくつかの類似点を持つ。説明したように、吸気口面２００は、１平方インチ毎に約１００から約９００個のセルを吸気口面上に備え得る。各セル２０２の側壁２０４は、第１の対の平行壁と、第１の対の平行壁に直交する第２の対の平行壁とを含み得る。
【００６３】
図１９は、セル構造３００を示し、セル構造３００の一部は塞がっている。図示するように、セル構造３００は、セル３０２と、「チェッカー盤状」の形に配列された閉塞部３０４とを備え、セル構造の側壁（即ち、セル構造２００の側壁２０４）以外の部分が閉塞したようになっている。セル構造２００、３００は例示に過ぎず、前記三次元トポグラフィカル面構造のいずれか及び／又は説明したケミカルコーティングの実施形態のいずれかをセル構造に実装できる限り、図示した特定の構成に限定されないことが分かるだろう。
【００６４】
実験結果
上記のいくつかを、エンジンに搭載された改造されたＤＯＣで試験にかけ、吸気口面に付加的なＰｔ触媒が塗布された状態で望ましい結果を示した。エンジンの数回のテスト周期の後、吸気口面が触媒加工されたＤＯＣには煤が詰まらなかった。吸気口面に加えた説明したトポグラフィカルな変更も、乱気流を生成し吸気口上の熱を局所化することによって、あるエンジン動作状態では良い効果があるようであった。
【００６５】
しかしながら、吸気口面に付加的な触媒がない、又は変更されたトポグラフィカル構造を有さない標準的なＤＯＣでは、煤による面詰まりが相当あった。
【００６６】
しかしながら、Ｐｔ以外の触媒の場合、反応及びその結果として生じる生成物がやや異なり得ることが分かるだろう。
【００６７】
カミンズ技術センターで他の実験が行われ、その中で超低硫黄ディーゼル（ＵＬＳＤ）燃料を約２２０℃で、バナジウム金属で被覆された４２０Ｆステンレス製の円板からなる吸気口に滴り落とした。実験は、結果として生じる炭素堆積物が、バナジウム面に付着しないことを示した。
【００６８】
バナジウム金属面ではなく白金金属を用いた別の実験でも、同一の結果が得られた。酸化Ｐｔ及び／又はＰｄなどの貴金属が多く添加されたセラミックウォッシュコートは、同様の結果を示し得ることが予想される。さらに別の例において、酸化セリウムを含むセラミックウォッシュコートも、特定の温度状態で用いられ得る。さらに別の例において、五酸化バナジウム、鉄ゼオライト、又は銅ゼオライトを含むＳＣＲの様な触媒ウォッシュコートも用いられ、同様の効果をもたらすことができることが分かるだろう。
【００６９】
説明した吸気口構造は、多くの利点をもたらすことができる。非平面の三次元トポグラフィカル構造、及び／又は化学的な変更が加えられた吸気口面を用いることによって、面詰まりを防止及び／又は除去することができる。好適な一例において、そのような構造は、典型的なエンジン／後処理システム動作状態で排気ガスが流通する通常開口した流路が煤で埋まらず、それにより詰まらなくするように、後処理装置の吸気口面の煤の堆積を防ぐのに有用である。
【００７０】
そのような有益な吸気口面構造は、様々な用途に有用であろう。非限定例に過ぎないが、吸気口面構造は、乗り物又は自動車のエンジン、ディーゼルエンジン、船用エンジン及び機器、工業用発電機、工業プロセスに用いられる機器、又は後処理装置を用いる、若しくは粘結物質を生成する燃料を用いる他の機器の排気流に用いられ得る。
【００７１】
本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で、上記以外の形態としても実施が可能である。本出願に開示された実施形態は一例であって、これらに限定はされない。本発明の範囲は、上述の明細書よりも、添付されている請求の範囲の記載を優先して解釈され、請求の範囲と均等の範囲内での全ての変更は、請求の範囲に含まれるものである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体が基材を流通できるように構成されたセル構造を有する端部を備えた基材、及び
前記基材の前記端部と、前記基材の前記端部に位置する前記セル構造の外面とに配置され、前記基材の面詰まりを防止及び／又は除去するように構成された端面
を備えた流体通路用の吸気口面。
【請求項２】
前記基材の前記端部に配置された前記端面は、前記基材が前記端部で非平面となる三次元トポグラフィカル構造、前記基材の前記端部に配置されたケミカルコーティング、又は前記基材の前記端部に配置された三次元トポグラフィカル構造と前記三次元トポグラフィカル構造に配置されたケミカルコーティングの両方のうちの少なくとも１つを備えたことを特徴とする請求項１に記載の吸気口面。
【請求項３】
前記三次元トポグラフィカル構造は、複数の隣接したＶ字状平行列を備えたことを特徴とする請求項２に記載の吸気口面。
【請求項４】
前記三次元トポグラフィカル構造は、第１の複数の隣接したＶ字状平行列、及び前記第１の複数の隣接したＶ字状列に直交する第２の複数の隣接したＶ字状平行列を備え、前記第１及び前記第２の複数の隣接するＶ字状列は、複数の四角錘状の配列として構成されていることを特徴とする請求項２に記載の吸気口面。
【請求項５】
前記三次元トポグラフィカル構造が、前記基材の前記端部に適用されているか、又は前記基材の前記端部に機械加工されていることを特徴とする請求項２に記載の吸気口面。
【請求項６】
前記ケミカルコーテングは、セラミックウォッシュコート、ガラス系コーティング、又は化学溶液の少なくとも１つであり、前記ケミカルコーティングは、触媒貴金属、触媒酸化貴金属、非触媒貴金属、触媒卑金属、及び触媒酸化卑金属からなる群から選択される少なくとも１つであることを特徴とする請求項２に記載の吸気口面。
【請求項７】
前記ケミカルコーティングは、前記基材上の他のいずれのコーティングに対して隆起した装てんであり、前記隆起した装てんは、前記基材の前記端部にのみ存在することを特徴とする請求項６に記載の吸気口面。
【請求項８】
前記セル構造は、前記基材の前記端部内に伸び、かつ前記基材を通って伸びた複数の分離したセルを備え、前記セルはそれぞれ、側壁、及び壁縁部を有することを特徴とする請求項１に記載の吸気口面。
【請求項９】
前記セルは互いに隣接するように構成され、前記端面の全体領域の廻りに実質的に配置されることを特徴とする請求項８に記載の吸気口面。
【請求項１０】
前記セル構造は、前記複数のセルと共に配列された複数の閉塞部を備えたことを特徴とする請求項８に記載の吸気口面。
【請求項１１】
前記セルのそれぞれの前記側壁は、第１の対の平行壁、及び前記第１の対の平行壁に直交する第２の対の平行壁を備え、前記第１又は前記第２の対の平行壁の一方は、第１の壁と第２の壁とを備え、前記第１又は前記第２の壁の一方は、前記第１又は前記第２の壁の他方よりも、前記基材の前記端部から外側に伸びた大きな寸法を有し、前記第１及び前記第２の壁の外端部の間の距離は、前記第１又は前記第２の対の平行壁の前記他方の外端部の間の距離よりも大きいことを特徴とする請求項８に記載の吸気口面。
【請求項１２】
前記基材、及び前記端面は、後処理装置用の吸気口構成部として構成され、前記後処理装置は、クローズカップルド触媒、ディーゼル用酸化触媒、ＮＯX吸着触媒、選択触媒還元触媒、キャタライズドスートフィルタ、又はディーゼルパティキュレートフィルタからなる群から選択される少なくとも１つであることを特徴とする請求項１に記載の吸気口面。
【請求項１３】
流体が基材を流通できるように構成されたセル構造を有する端部を備え、前記セル構造は前記基材の前記端部に配置された吸気口面である基材、及び
前記基材の前記端部と、前記基材の前記端部に位置する前記セル構造の外面とに配置され、前記基材の面詰まりを防止及び／又は除去するように構成された端面
を備えた後処理装置。
【請求項１４】
前記基材に配置された前記端面は、前記基材が前記端部で非平面となる三次元トポグラフィカル構造、前記基材の前記端部に配置されたケミカルコーティング、又は前記基材の前記端部に配置された三次元トポグラフィカル構造と前記三次元トポグラフィカル構造に配置されたケミカルコーティングの両方のうちの少なくとも１つを備えたことを特徴とする請求項１３に記載の後処理装置。
【請求項１５】
前記三次元トポグラフィカル構造は、複数の隣接したＶ字状平行列を備えたことを特徴とする請求項１４に記載の後処理装置。
【請求項１６】
前記三次元トポグラフィカル構造は、第１の複数の隣接したＶ字状平行列、及び前記第１の複数の隣接したＶ字状列に直交する第２の複数の隣接したＶ字状平行列を備え、前記第１及び前記第２の複数の隣接するＶ字状列は、複数の四角錘状の配列として構成されていることを特徴とする請求項１４に記載の後処理装置。
【請求項１７】
前記三次元トポグラフィカル構造が、前記基材の前記端部に適用されているか、又は前記基材の前記端部に機械加工されていることを特徴とする請求項１４に記載の後処理装置。
【請求項１８】
後処理装置の吸気口での面詰まりを防止及び／又は除去する方法であって、前記方法は、
流体が基材を流通できるように構成されたセル構造を持つ端部を有する基材を形成する工程、及び
前記基材の前記端部と、前記基材の前記端部に位置する前記セル構造の外面とに、前記基材及び前記セル構造での面詰まりを防止及び／又は除去するように構成された端面を配置する工程を備えた方法。
【請求項１９】
前記基材に前記面を配置する前記工程は、
前記基材が、前記端部で非平面となるように、三次元トポグラフィカル構造を前記基材の前記端部に配置すること、
前記基材の前記端部と、前記基材の前記端部に存在する前記セル構造の外面とにケミカルコーティングを塗布すること、又は
前記基材の前記端部に前記三次元トポグラフィカル構造を配置すること、及びケミカルコーティングが前記基材の前記端部から外側を向くように、前記三次元トポグラフィカル構造に前記ケミカルコーティングを塗布すること
の少なくとも１つを備えたことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項１】
流体が基材を流通できるように構成されたセル構造を有する端部を備えた基材、及び
前記基材の前記端部と、前記基材の前記端部に位置する前記セル構造の外面とに配置され、前記基材の面詰まりを防止及び／又は除去するように構成された端面
を備えた流体通路用の吸気口面。
【請求項２】
前記基材の前記端部に配置された前記端面は、前記基材が前記端部で非平面となる三次元トポグラフィカル構造、前記基材の前記端部に配置されたケミカルコーティング、又は前記基材の前記端部に配置された三次元トポグラフィカル構造と前記三次元トポグラフィカル構造に配置されたケミカルコーティングの両方のうちの少なくとも１つを備えたことを特徴とする請求項１に記載の吸気口面。
【請求項３】
前記三次元トポグラフィカル構造は、複数の隣接したＶ字状平行列を備えたことを特徴とする請求項２に記載の吸気口面。
【請求項４】
前記三次元トポグラフィカル構造は、第１の複数の隣接したＶ字状平行列、及び前記第１の複数の隣接したＶ字状列に直交する第２の複数の隣接したＶ字状平行列を備え、前記第１及び前記第２の複数の隣接するＶ字状列は、複数の四角錘状の配列として構成されていることを特徴とする請求項２に記載の吸気口面。
【請求項５】
前記三次元トポグラフィカル構造が、前記基材の前記端部に適用されているか、又は前記基材の前記端部に機械加工されていることを特徴とする請求項２に記載の吸気口面。
【請求項６】
前記ケミカルコーテングは、セラミックウォッシュコート、ガラス系コーティング、又は化学溶液の少なくとも１つであり、前記ケミカルコーティングは、触媒貴金属、触媒酸化貴金属、非触媒貴金属、触媒卑金属、及び触媒酸化卑金属からなる群から選択される少なくとも１つであることを特徴とする請求項２に記載の吸気口面。
【請求項７】
前記ケミカルコーティングは、前記基材上の他のいずれのコーティングに対して隆起した装てんであり、前記隆起した装てんは、前記基材の前記端部にのみ存在することを特徴とする請求項６に記載の吸気口面。
【請求項８】
前記セル構造は、前記基材の前記端部内に伸び、かつ前記基材を通って伸びた複数の分離したセルを備え、前記セルはそれぞれ、側壁、及び壁縁部を有することを特徴とする請求項１に記載の吸気口面。
【請求項９】
前記セルは互いに隣接するように構成され、前記端面の全体領域の廻りに実質的に配置されることを特徴とする請求項８に記載の吸気口面。
【請求項１０】
前記セル構造は、前記複数のセルと共に配列された複数の閉塞部を備えたことを特徴とする請求項８に記載の吸気口面。
【請求項１１】
前記セルのそれぞれの前記側壁は、第１の対の平行壁、及び前記第１の対の平行壁に直交する第２の対の平行壁を備え、前記第１又は前記第２の対の平行壁の一方は、第１の壁と第２の壁とを備え、前記第１又は前記第２の壁の一方は、前記第１又は前記第２の壁の他方よりも、前記基材の前記端部から外側に伸びた大きな寸法を有し、前記第１及び前記第２の壁の外端部の間の距離は、前記第１又は前記第２の対の平行壁の前記他方の外端部の間の距離よりも大きいことを特徴とする請求項８に記載の吸気口面。
【請求項１２】
前記基材、及び前記端面は、後処理装置用の吸気口構成部として構成され、前記後処理装置は、クローズカップルド触媒、ディーゼル用酸化触媒、ＮＯX吸着触媒、選択触媒還元触媒、キャタライズドスートフィルタ、又はディーゼルパティキュレートフィルタからなる群から選択される少なくとも１つであることを特徴とする請求項１に記載の吸気口面。
【請求項１３】
流体が基材を流通できるように構成されたセル構造を有する端部を備え、前記セル構造は前記基材の前記端部に配置された吸気口面である基材、及び
前記基材の前記端部と、前記基材の前記端部に位置する前記セル構造の外面とに配置され、前記基材の面詰まりを防止及び／又は除去するように構成された端面
を備えた後処理装置。
【請求項１４】
前記基材に配置された前記端面は、前記基材が前記端部で非平面となる三次元トポグラフィカル構造、前記基材の前記端部に配置されたケミカルコーティング、又は前記基材の前記端部に配置された三次元トポグラフィカル構造と前記三次元トポグラフィカル構造に配置されたケミカルコーティングの両方のうちの少なくとも１つを備えたことを特徴とする請求項１３に記載の後処理装置。
【請求項１５】
前記三次元トポグラフィカル構造は、複数の隣接したＶ字状平行列を備えたことを特徴とする請求項１４に記載の後処理装置。
【請求項１６】
前記三次元トポグラフィカル構造は、第１の複数の隣接したＶ字状平行列、及び前記第１の複数の隣接したＶ字状列に直交する第２の複数の隣接したＶ字状平行列を備え、前記第１及び前記第２の複数の隣接するＶ字状列は、複数の四角錘状の配列として構成されていることを特徴とする請求項１４に記載の後処理装置。
【請求項１７】
前記三次元トポグラフィカル構造が、前記基材の前記端部に適用されているか、又は前記基材の前記端部に機械加工されていることを特徴とする請求項１４に記載の後処理装置。
【請求項１８】
後処理装置の吸気口での面詰まりを防止及び／又は除去する方法であって、前記方法は、
流体が基材を流通できるように構成されたセル構造を持つ端部を有する基材を形成する工程、及び
前記基材の前記端部と、前記基材の前記端部に位置する前記セル構造の外面とに、前記基材及び前記セル構造での面詰まりを防止及び／又は除去するように構成された端面を配置する工程を備えた方法。
【請求項１９】
前記基材に前記面を配置する前記工程は、
前記基材が、前記端部で非平面となるように、三次元トポグラフィカル構造を前記基材の前記端部に配置すること、
前記基材の前記端部と、前記基材の前記端部に存在する前記セル構造の外面とにケミカルコーティングを塗布すること、又は
前記基材の前記端部に前記三次元トポグラフィカル構造を配置すること、及びケミカルコーティングが前記基材の前記端部から外側を向くように、前記三次元トポグラフィカル構造に前記ケミカルコーティングを塗布すること
の少なくとも１つを備えたことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【公表番号】特表２０１０−５３２８３６（Ｐ２０１０−５３２８３６Ａ）
【公表日】平成２２年１０月１４日（２０１０．１０．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５１４９１３（Ｐ２０１０−５１４９１３）
【出願日】平成２０年５月２３日（２００８．５．２３）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００８／０６４６８７
【国際公開番号】ＷＯ２００９／００５９１０
【国際公開日】平成２１年１月８日（２００９．１．８）
【出願人】（５０８２１０３１０）カミンズ フィルトレイション アイピー インク． (5)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２２年１０月１４日（２０１０．１０．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年５月２３日（２００８．５．２３）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００８／０６４６８７
【国際公開番号】ＷＯ２００９／００５９１０
【国際公開日】平成２１年１月８日（２００９．１．８）
【出願人】（５０８２１０３１０）カミンズ フィルトレイション アイピー インク． (5)
【Ｆターム（参考）】
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