CN1392919A - 废气净化过滤器和废气净化方法 - Google Patents

Abstract

使用耐热性的过滤材料捕集内燃发动机的废气中含有的煤烟等含碳悬浮微粒。在捕集时，废气中含有的烃类化合物和含碳悬浮微粒在过滤材料中以分散的状态捕集。这样的话，即使在比含碳悬浮微粒的可燃温度低的废气中，也可使捕集的烃类化合物和该废气中的氧之间开始前驱的氧化反应。利用这样得到的反应热或反应产生的活性种，使用流入过滤器温度比含碳悬浮微粒的可燃温度低的废气，可使捕集的烃类化合物和含碳悬浮微粒燃烧，可简便且确实地净化废气中的含碳悬浮微粒。

Description

废气净化过滤器和废气净化方法

技术领域

本发明涉及净化内燃发动机废气中含有的含碳悬浮微粒技术。

背景技术

为了防止所谓柴油机废气中含有的黑烟(煤烟)等含碳悬浮微粒对大气的污染，强烈要求降低排出的含碳悬浮微粒的总量。另外，从在燃烧室内直接喷射汽油方式的所谓气缸内喷射汽油发动机，根据运转条件，也有与废气一起排出含碳悬浮微粒的情况，也存在同样的要求。

作为可大幅降低从这些内燃发动机排出的含碳悬浮微粒的技术，有人提出在发动机的排气通路中设置耐热性过滤器，用该过滤器捕集与废气一起排出的含碳悬浮微粒的技术。

该悬浮微粒，尽管以碳为主要成分，在含氧废气中必须在550℃以上的高温才能燃烧。柴油机或气缸内喷射汽油发动机等内燃发动机只要在常规条件下运转，流入过滤器的废气温度很少有超过550℃的。因此，捕集的微粒如果不用任何方法处理的话，会发生网眼堵塞，恐怕引起所谓发动机功率降低等各种弊害。

作为处理用过滤器捕集的含碳悬浮微粒的方法，虽然已经公开了各种方法，但作为简便的可处理方法，例如，有人提出了在过滤器中负载铂等贵金属催化剂，使捕集的悬浮微粒利用催化剂作用在相对低温度的废气中燃烧的技术(特公平7-106290号)。或者，也有人提出，通过有意提高废气的温度，使捕集的含碳悬浮微粒在过滤器上燃烧的技术(特开2000-161044号)。作为提高废气温度的方法，可应用在内燃发动机的吸气通路中设置开闭阀，通过节流该阀使排气温度上升的所谓吸气节流法，或通过将燃料的喷射时期从恰当时期延迟，提高废气温度的方法等各种方法。

但是，这些方法存在下述问题。即，由于催化剂的性能随着使用劣化，如果长时间使用，变得很难完全处理捕集的含碳悬浮微粒，很快过滤器会发生网眼堵塞的问题。当然，如果增加负载的贵金属的量，可抑制催化剂的劣化，但是增加贵重的贵金属的负载量不是优选的。

另外，有意提高废气温度的方法，任一种都不是将燃料的化学能转化为内燃发动机的输出功率，而是作为热排出，存在发动机的输出功率或燃料的消费效率低下的问题。

本发明是为解决现有技术中的上述问题的，其目的是提供不降低发动机性能、简便且在长时间使用中也确实可处理内燃发动机的废气中含有的含碳悬浮微粒的技术。

发明的公开

为解决上述课题的至少一部分，本发明的废气净化过滤器采用如下结构。即，

是净化内燃发动机废气中含有的含碳悬浮微粒的废气净化过滤器，其特征在于，具备将前述废气中含有的烃类化合物和前述含碳悬浮微粒与该废气中的氧以可接触的方式分散捕集、使用流入前述过滤器的温度比该含碳悬浮微粒的可燃温度低的废气、使该捕集的烃类化合物和含碳悬浮微粒燃烧的耐热性过滤材料。

另外，与上述废气净化过滤器对应的本发明的废气净化方法是净化内燃发动机废气中含有的含碳悬浮微粒的废气净化方法，其特征在于，将前述废气中的烃类化合物和前述含碳悬浮微粒使用耐热性过滤材料与该废气中的氧以可接触的方式分散后捕集，使用流入前述过滤器的温度比前述含碳悬浮微粒的可燃温度低的废气，通过使该捕集的烃类化合物和含碳悬浮微粒燃烧，净化该含碳悬浮微粒。

在该废气净化过滤器和废气净化方法中，将从内燃发动机与废气一起排出的含碳悬浮微粒，与废气中的烃类化合物一起使用耐热性过滤材料进行捕集。这里，含碳悬浮微粒是指煤烟等含有碳的微粒，烃类化合物是指燃料或润滑油产生的未燃烧的有机化合物。这些含碳悬浮微粒和烃类化合物在过滤材料中分散捕集，被捕集物质的多数是与废气中含有的氧呈可接触状态。因此，即使在流入过滤器的废气温度比含碳悬浮微粒的可燃温度低时，捕集的烃类化合物和废气中的氧之间也会平稳地进行放热反应，最终可使捕集的烃类化合物和含碳悬浮微粒燃烧。其结果，使长期确实且简便的净化废气中的含碳悬浮微粒成为可能。

本发明是通过发现如下说明的现象而完成的。因此，为了更明确地说明本发明的作用和效果，下面对本发明人发现的现象进行简单说明。

图27是示意性显示本发明人发现的现象的说明图。图27(a)是示意性显示的试验装置，显示的是在内燃发动机A(代表性的是柴油机)的排气管中装备过滤器E的状态。内燃发动机A从吸气管B吸入空气，在燃烧室C的内部燃烧燃料，废气从排气管D排出。废气中含有煤烟等含碳悬浮微粒和烃类化合物等，这些被排气管D中设置的过滤器E捕集。对过滤器E以后再进行详细说明，但过滤器E可将含碳悬浮微粒和烃类化合物等以分散状态捕集。另外，计测流入过滤器E的废气温度Tg和过滤器E的温度Tf、过滤器E的前后压差ΔP。

图27(b)显示的是，在排气管D中装备新的过滤器E，内燃发动机A在一定条件下运转的同时，过滤器前后的压差ΔP和在过滤器上游的废气温度Tg、过滤器温度Tf的变化。内燃发动机A一开始运转，原来显示为室温的废气温度Tg和过滤器温度Tf立即上升达到恒定温度。此时，实际上，过滤器温度Tf达到比废气温度Tg还高的值。废气通过时过滤器温度Tf比废气温度Tg高的现象也是本发明人发现的新现象，对该现象以后进行详细说明，这里从简要说明的观点，将过滤器温度Tf和废气温度Tg之间的显著差视为没有进行说明。在运转开始后，废气温度Tg和过滤器温度Tf达到的恒定温度，虽然受到内燃发动机A的运转条件等各种因素的影响，但代表性的为250℃～350℃前后。

温度到达恒定状态后，过滤器前后的压差逐渐增加，但如图27(b)所示，最终达到一定值稳定。压差稳定的值主要根据过滤器的设计参数变化，但是代表性的很多达到新品时压差的3倍～4倍左右的值。为了说明上的方便，将从内燃发动机的运转开始到过滤器前后压差稳定为止的期间称为“第1期”。

过滤器前后压差稳定后，如果内燃发动机原样运转，尽管流入过滤器的废气温度Tg无变化，但过滤器温度Tf开始一点一点上升。随着发动机的继续运转，过滤器温度Tf和废气温度Tg的差距逐渐变大，最终过滤器温度Tf达到550℃前后。在此期间，伴随着煤烟等含碳悬浮微粒和烃类化合物等被过滤器E捕集，过滤器前后的压差ΔP仅有增加的倾向，但是有时测量不到明显的增加量。

过滤器温度Tf上升达到550℃附近时，被过滤器E捕集的煤烟等开始燃烧。过滤器温度Tf暂时在550℃以上，迅速降低至废气温度Tg附近的温度。因此，可认为煤烟等的燃烧在相对短的时间完成。在可检出由于捕集废气中的煤烟等引起的过滤器前后的压差ΔP的增加的情况中，可检出由于被过滤器E捕集的煤烟等的燃烧导致的压差ΔP的降低。为了说明上的方便，在第1期结束后，将从过滤器温度Tf与废气温度Tg开始迅速拉开距离开始，到再次降低至废气温度Tg的期间称为“第2期”。另外，第1期的期间与第2期的期间相比相当短，但是图27从显示上的原因出发，相对于第2期，表示的第1期的期间比实际的长。

被过滤器E捕集的煤烟等燃烧完成后，即使过滤器温度Tf降低到废气温度Tg附近，很快过滤器的温度Tf再次开始上升，最终达到550℃，被捕集的煤烟等进行燃烧。这样，过滤器E总是保持在第2期的状态，反复进行废气中含有的煤烟等的捕集和燃烧。

图27(c)是相对于图27(b)的条件，示意性显示改变内燃发动机A的运转条件使流入过滤器E的废气温度多少(代表性的是50℃左右)提高时，过滤器温度Tf和过滤器前后压差ΔP变化的说明图。不单单是废气温度，在改变图27(b)的条件使煤烟的浓度或烃类化合物的浓度多少有提高的情况下，也可得到同样的结果。

如图27(c)所示，在流入过滤器E的废气温度多少有些提高的情况下，在第2期中，过滤器温度Tf也与废气温度Tg逐渐拉开距离，最终过滤器温度Tf达到550℃，被捕集的煤烟开始燃烧。由于图27(c)的条件比图27(b)的条件中流入过滤器E的废气温度Tg多少有些提高，过滤器温度Tf很快达到550℃。即使在图27(c)的条件下，被捕集的煤烟的燃烧在相对短的时间完成后，过滤器温度Tf也降低，但是与图27(b)的情况不同，在比废气温度Tg高的温度稳定。这里，第2期完成后，将过滤器温度Tf在比废气温度Tg高的温度稳定的期间称为“第3期”。在第3期中，废气温度Tg和过滤器温度Tf的温度差根据内燃发动机A的运转条件为不同的值。对于第3期中发生的现象，虽然还不一定明确，但是预想为煤烟等的捕集和燃烧在局部反复进行，或者在同一处同时进行捕集和燃烧，在任一种情况下都如图27(c)所示，在第3期中过滤器前后的压差ΔP基本保持在一定值。

如上述说明，本发明人发现，通过将内燃发动机废气中含有的含碳悬浮微粒与废气中的烃类化合物一起，以与废气中的氧可接触的状态在过滤材料中分散捕集，使用流入过滤器的温度比含碳悬浮微粒的可燃温度低的废气，捕集的微粒会燃烧。关于更详细的试验内容，和使用低温废气可使含碳悬浮微粒燃烧的推定机理，在后面进行详细说明。

在本发明的废气净化过滤器和废气净化方法中，利用该现象可使过滤材料中捕集的含碳悬浮微粒燃烧。因此，不发生使用催化剂使捕集的含碳漂浮微粒燃烧的方法或有意提高废气温度使捕集的含碳悬浮微粒燃烧的方法那样的、长时间使用时引起所谓过滤器的网眼堵塞或发动机性能降低的问题，可确实且简便地净化废气中的含碳悬浮微粒。另外，本发明废气净化过滤器具有的功能，即，利用上述现象使捕集的含碳悬浮微粒燃烧的功能，在本说明书中有时称为“自然再生功能”。

在该废气净化过滤器中，可利用通过前述耐热性过滤材料捕集的烃类化合物和前述废气中的氧的反应热，使前述捕集的含碳悬浮微粒燃烧。由于烃类化合物即使在含碳微粒不燃烧的低温废气中也与氧反应，因此通过烃类化合物和氧的反应热使前述耐热性过滤材料的温度上升时，使用流入过滤器的温度比含碳悬浮微粒的可燃温度低的废气，可使捕集的含碳漂浮微粒燃烧。

在这样的废气净化过滤器中，除了利用前述捕集的烃类化合物和前述废气中氧的反应热外，也可利用该反应生成的活性种，使前述捕集的含碳悬浮微粒燃烧。通常，如果存在这样的活性种，氧化反应有被促进的倾向。因此，通过前述捕集的烃类化合物和氧的反应热使前述耐热性过滤材料的温度上升，进一步通过利用该反应生成的活性种，可使捕集的含碳悬浮微粒确实燃烧，因此是优选的。

在上述废气净化过滤器中，可在前述耐热性过滤材料的内部捕集前述含碳悬浮微粒和前述烃类化合物。主要在前述过滤材料的表面捕集前述含碳悬浮微粒和前述烃类化合物时，将其分散后捕集不容易，但是如果在过滤材料内部捕集，可容易地以分散状态捕集，因此是优选的。

在前述过滤材料内部捕集前述含碳悬浮微粒和前述烃类化合物的上述废气净化过滤器中，可以利用从前述内燃发动机排出的前述废气的压力变化，以分散状态捕集前述含碳悬浮微粒和前述烃类化合物。如果对含碳悬浮微粒或前述烃类化合物进行处理使废气压力发生变化，可使前述耐热性过滤材料中捕集的前述含碳悬浮微粒或前述烃类化合物容易地进行分散捕集。

在上述废气净化过滤器中，可以通过将从前述内燃发动机排出的前述废气的流动能量用前述耐热性过滤材料转化为热，使该过滤材料的温度上升。如果这样提高过滤材料的温度，即使流入过滤器的废气温度比前述含碳悬浮微粒的可燃温度低，也可使该捕集的含碳悬浮微粒或前述烃类化合物更容易地燃烧，因此是优选的。

在该废气净化过滤器中，前述废气通过前述耐热性过滤材料时，可以利用该废气通过动压被压缩引起的废气温度上升，使该过滤材料的温度上升。如果这样利用废气的动压，可简便的提高前述耐热性过滤材料的温度，进而，使捕集的含碳悬浮微粒确实燃烧成为可能。

在上述废气净化过滤器中，作为前述耐热性过滤材料，可以使用在该材料的内部是立体连通接合且具有在该过滤材料的表面开口的多个通路的过滤材料。作为前述耐热性过滤材料，如果使用内部具有这样的多个通路的过滤材料，可将废气中的含碳悬浮微粒或烃类化合物在该过滤材料的内部分散后捕集，因此是优选的。

作为这样的耐热性过滤材料，可使用在过滤材料内部形成的多个通路的平均内径在约11μm以上、约13μm以下范围的过滤材料。

如果在过滤材料内部形成的通路的平均内径小于11μm，废气流入侧的过滤材料表面容易网眼堵塞。相反，如果平均内径比13μm大，流出废气侧的过滤材料表面容易网眼堵塞。因此，在过滤材料内部形成的通路的平均内径如果在约11μm～约13μm的范围，过滤材料不发生网眼堵塞，可将废气中的含碳悬浮微粒和烃类化合物在过滤材料内部以分散状态捕集。另外，本说明书中所说的平均内径的值是基于所谓Washburn式计算的细孔径的平均值，将细孔容积的累积值达到50％的细孔径作为平均内径。不用说，使用公知的不同计测方法计算时，平均内径的数值本身可以有变化。

另外，作为耐热性过滤材料，在使用耐热性纤维构成的无纺布时，也可使用平均纤维直径在约15μm以上、约20μm以下的耐热性纤维构成的无纺布。无纺布内部形成的通路的平均内径和构成无纺布的纤维的平均直径中，经验上，虽不那么明确，也确认有相关关系。因此，如果使用平均纤维直径在约15μm至约20μm的纤维，容易得到平均内径为约11μm至13μm的无纺布，所以是优选的。另外，如果在无纺布内部形成的通路的平均内径变大，与之伴随的纤维密度(单位体积无纺布中存在的纤维根数)有变小的倾向。因此，从补偿由此引起的无纺布强度低下的意义出发，如果是平均内径为约11μm至约13μm的无纺布，优选使用平均纤维直径为约15μm至约20μm的耐热性纤维形成。

另外，作为该耐热性过滤材料使用无纺布时，可使用厚度为约0.3mm至约1.0mm，更优选约0.4mm至约0.5mm的无纺布。无纺布的厚度薄时，强度不足，容易破损。如果无纺布过厚，由于无纺布的折曲变难，制作废气净化过滤器变得困难，势必过滤器的大小变大。因此，作为耐热性过滤材料，如果使用厚度为约0.3mm至约1.0mm，更优选约0.4mm至约0.5mm的无纺布，过滤材料的强度可确保实用上具有充分的强度的同时，废气净化过滤器容易制造，因此是优选的。

在使用内部包括内部用立体连通接合的多个通路的过滤材料的废气净化过滤器中，也可使用耐热性过滤材料使得伴随着捕集前述含碳悬浮微粒和前述烃类化合物，流过该多个通路的废气进行流路转换。如果这样在转换废气流路的同时捕集前述含碳悬浮微粒和前述烃类化合物，可将其在耐热性过滤材料内部分散后捕集。另外，伴随着捕集，如果废气的流路转换到新的流路，可抑制废气通过过滤材料时压力损失的增加，因此是优选的。

在这样的废气净化过滤器中，前述耐热性过滤材料中的压力损失如果增加至初期值的3倍至4倍，可使用开始的过滤材料转换流过前述通路的前述废气的流路。废气中的含碳悬浮微粒和烃类化合物被过滤材料捕集，如果压力损失增加达到初期值的3倍至4倍，其后的压力损失增加比例有变大的倾向。因此，在压力损失达到初期值的3倍至4倍时，如果转换通过过滤材料内部的废气通路，可抑制压力损失的增加，因此是优选的。

另外，在上述废气净化方法中，可从前述耐热性过滤材料的上游向废气中供给氧。如果这样向废气中供给氧，可促进过滤材料中捕集的烃类化合物和氧的反应，或者促进被捕集的含碳悬浮微粒和氧的燃烧，因此是优选的。

在该废气净化方法中，可将净化前述废气中氮氧化物的NO_X净化催化剂配置在前述耐热性过滤材料的下游。如果这样，可净化该废气中的含碳悬浮微粒和氮氧化物，因此是优选的。

在该废气净化方法中，作为前述NO_X净化催化剂，可配置在前述废气中在氧过剩存在的条件下吸收前述氮氧化物、在该废气中氧浓度降低时还原吸收的氮氧化物的催化剂。这样，从一度吸收废气中的氮氧化物后还原的NO_X净化催化剂，可更有效的净化废气中的氮氧化物，进而可更有效地净化废气中的含碳悬浮微粒和氮氧化物，因此是优选的。

另外，作为本发明的上述废气净化过滤器的形式没有限制，例如，作为适用上述废气净化过滤器的废气净化装置可以把握。这样的本发明废气净化装置是，

在应用于具备燃烧室和用于排出在该燃烧室产生的废气的排气通路的内燃发动机、净化该废气中含有的含碳悬浮微粒的废气净化装置中，其特征在于，

具备在前述排气通路内安装的捕集前述废气中的含碳悬浮微粒的废气净化过滤器，

在前述废气净化过滤器和前述排气通路之间设置隔热部分，

前述废气净化过滤器具备通过将前述废气中含有的烃类化合物和前述含碳悬浮微粒与该废气中的氧以可接触的方式分散后捕集，使用流入该过滤器的温度比该含碳悬浮微粒的可燃温度低的废气，使捕集的烃类化合物和含碳悬浮微粒燃烧的耐热性过滤材料。

另外，与该废气净化装置对应的本发明的废气净化方法是，

应用于具备燃烧室和排出在该燃烧室产生的废气的排气通路的内燃发动机、净化该废气中的含碳悬浮微粒的废气净化方法，其特征在于，

以在与前述排气通路之间设置隔热部分的状态在该排气通路中设置具备耐热性过滤材料的废气净化过滤器，

使用前述耐热性过滤材料，将前述废气中的烃类化合物和前述含碳悬浮微粒以可与该废气中的氧接触的方式分散捕集，

使用流入前述废气净化过滤器的温度比前述含碳悬浮微粒的可燃温度低的废气，通过使该捕集的烃类化合物和含碳悬浮微粒燃烧，净化该含碳悬浮微粒。

在该本发明的废气净化装置和与该废气净化装置对应的废气净化方法中，将废气中含碳悬浮微粒和烃类化合物分散捕集的过滤器设置在排气通路中，该废气净化过滤器与该排气通路之间形成隔热部分。如后所述，本发明人新发现了在这样的废气净化过滤器中，废气通过时过滤器的温度上升的现象。由此，如果在废气净化过滤器和排气通路之间形成隔热部分遮断排气通路流出的热，可更有效地提高废气净化过滤器的温度。如果可这样高效提高过滤器的温度，可简便且确实地使过滤器上捕集的含碳悬浮微粒和烃类化合物燃烧。

这里，参照图28的同时，对废气通过上述废气净化过滤器时提高过滤器温度的现象进行说明。图28(a)示意性的显示试验装置。与前述图27相同，内燃发动机A(代表性的是柴油机)的排气管中装备过滤器E，可测定流入过滤器E的废气温度Tg和过滤器的温度Tf。

在该装置中，改变内燃发动机A的运转条件的同时，计测流入过滤器的废气温度Tg和过滤器温度Tf时，发现过滤器温度Tf通常显示比废气温度Tg高的值。因此，尽量将废气流量等其他因素保持一定时改变废气温度，计算整理入口废气温度Tg和过滤器温度Tf的上升量dT(＝Tf-Tg)时，得到图28(b)所示结果。

如图28(b)所示，过滤器温度的上升量dT随着入口废气温度Tg的上升显示几乎呈直线增加的倾向。从这样的结果可推测，过滤器温度Tf比入口废气温度Tg高的现象是如下机理引起的。

即，由于在过滤器E中存在通路阻力，具有较大流速的废气想通过过滤器E的话，被过滤器E阻挡的废气速度的一部分转换为压力。这样产生的压力上升为dP。根据热力学的教导，压力P、温度T、比容积v这3个变量在气体常数为R时，通常满足下列关系：

P·v＝R·T…(1)因此，如果废气流动被过滤器E阻挡引起压力P仅上升dP，为满足(1)式，废气温度也仅上升dT。即，作为过滤器温度Tf比废气温度Tg通常显示较高值现象的机理，可认为是废气由于动压被过滤器压缩，与之伴随废气温度上升，由于该废气引起过滤器变暖，过滤器的温度Tf通常比入口气体温度Tg高。

为了确认该机理的合理性，基于图28(b)的计测结果，进行如下讨论。如果在过滤器E的入口部分的废气压力为Pg，在入口部分的废气温度为Tg，根据式(1)，

Pg·v＝R·Tg…(2)成立。另外，废气由于被过滤器E阻挡，压力和温度分别上升dP、dT的话，由式(1)

(Pg+dP)·v＝R·(Tg+dT)…(3)成立。如果整理(2)式、(3)式，可得到

dT＝(Tg·dP)/Pg…(4)根据(4)式，过滤器E的温度上升量dT应该与流入过滤器的废气温度Tg成比例，该结果与图28(b)所示计测结果一致。即，图28(b)的计测结果证明了推测的上述机理的合理性，可认为通常过滤器温度Tf比过滤器入口的废气温度Tg高的现象是由于从内燃发动机排出的废气通过过滤器时，废气被压缩，废气温度上升引起的。

如(4)式表明的，废气温度Tg越高，该温度上升量dT越大。另外，如果流入过滤器的废气流速变大，导致压力上升dP变大，因此过滤器的温度上升量dT也变大。一般从内燃发动机排出的废气，随着通过排气管内，温度降低。另外，对于流速，从内燃发动机排出时废气是一次喷出的，因此形成脉冲状的具有高流速的流体，但是随着通过排气管内，脉冲状流体被平均化，流速也降低。因此，设置过滤器的位置，越靠近内燃发动机，由于废气的温度和流速增加，因此过滤器的温度上升量dT越大，因此是优选的。

基于这样的见解，本发明的废气净化装置和与该废气净化装置对应的废气净化方法，排气通路中设置的废气净化过滤器和该排气通路之间形成隔热部分，遮挡了从过滤器向排气通路的热量流动。这样的话，可使废气净化过滤器的温度更有效的上升，可简便且确实使过滤器上捕集的含碳悬浮微粒和烃类化合物燃烧。

另外，在具备多个前述燃烧室和使从各燃烧室排出的废气集合在至少一个通路的排气集合管的内燃发动机中，在应用这样的废气净化装置的情况下，可将前述废气净化过滤器设置在该排气集合管中。如果这样的话，可将该废气净化过滤器在燃烧室附近搭载，由于仅此就可使高温的废气以高流速流入过滤器中，因此可更有效地提高废气净化过滤器的温度。

在该废气净化装置中，在前述废气净化过滤器和前述排气通路之间设置间隙，可将该间隙作为隔热部分。即，如果设置这样的间隙，在此形成空气层，或流入废气形成废气层，因此，可有效将过滤器和排气通路之间进行隔热，因此是优选的。

在这样的废气净化装置中，也可将前述废气净化过滤器和前述排气通路之间形成的间隙的一端向废气流路开口，同时，在该开口部分，使间隙变窄。这样的话，由于从废气流路的开口部分向间隙中流入废气，内燃发动机开始转动后，过滤器立刻被高温的废气温暖，可迅速提升过滤器的温度。另外，由于废气在变窄的开口部分被一次节流后流入间隙，废气势态良好地流入间隙，间隙内部的废气不流动。因此，过滤器的温度比废气温度高时，不依靠废气流动从过滤器向排气通路流出热量，因此可更有效地将过滤器和排气通路进行隔热，是优选的。

另外，在该废气净化装置中，可将前述废气净化过滤器和前述排气通路之间设置的间隙定在1mm以下厚度的间隙，同时，使该间隙的一端向废气的流路开口，形成前述隔热部分。如果将前述废气净化过滤器和前述排气通路以1mm以下小的值间隔的话，在间隙内部废气不会剧烈流动。因此，如果间隙厚度在1mm以下，前述内燃发动机开始转动时，可从前述开口部分流入废气，迅速提高过滤器温度，另外，在过滤器温度升高时，可抑制该间隙内部的废气流动，抑制从废气净化过滤器向排气通路流出热量，因此是优选的。

另外，在该废气净化装置中，可通过隔热部件将前述废气净化过滤器装配在前述排气通路中。如果在前述废气净化过滤器和前述废气通路之间设置隔热部分的同时，通过隔热部件装配该过滤器，可抑制从该过滤器的装配部分向该排气通路流出热量。因此可更有效地将废气净化过滤器进行隔热，进而可将过滤器温度维持在高温，是优选的。

在这样的废气净化装置中，由捕集废气中悬浮微粒的耐热性过滤材料和容纳该过滤材料的容纳容器构成废气净化过滤器，同时，在该容纳容器中也可设置将从前述燃烧室排出的废气导入该过滤材料的导向装置。如果使用导向装置将废气导入耐热性过滤材料，在该过滤材料上产生很大的动压，可更有效地提高过滤器的温度。另外，由于该导向装置在过滤材料的容纳容器中设置，即使废气与该导向装置冲突，废气具有的热量部分流出，流出的热量最终也用于废气净化过滤器的升温，因此可有效地提高过滤器的温度。

或者，在用耐热性过滤材料和容纳该过滤材料的容纳容器构成前述废气净化过滤器的同时，可将该过滤材料的端部以向前述燃烧室侧突出的状态容纳。如果这样，在前述耐热性过滤材料的端部，由废气的动压产生的热不传导到前述容纳容器中，使端部的温度立刻上升，因此使过滤材料的温度迅速上升成为可能，是优选的。

在具备利用废气流动能通过驱动涡轮机增压吸入空气的增压器的内燃发动机中，在应用该废气净化装置的情况下，可将该前述废气净化过滤器的通路阻力设定为该增压器的涡轮机侧通路阻力的1/2至2/3的通路阻力。如果将前述废气净化过滤器的通路阻力设定为前述增压器的涡轮机侧通路阻力的1/2至2/3的范围，即使过滤器上含碳悬浮微粒等堆积，过滤器通路阻力多少有些增加，为放出废气的通路阻力，由于全部由增压器的涡轮机侧通路阻力决定，作为整体通路阻力也没有增加，因此是优选的。

另外，在内燃发动机具备多个燃烧室，使在各燃烧室产生的废气集合到至少1个通路排出时，可以在来自各燃烧室的排气通路集合的部分设置前述废气净化过滤器。这样，如果在来自多个燃烧室的排气通路集合的部分设置前述废气净化过滤器，由于不需在多个燃烧室的每一个都设置过滤器就足够了，因此可减少废气净化过滤器的个数。另外，在排气通路的集合部分搭载废气净化过滤器的空间相对容易确保，因此与在每个燃烧室设置过滤器的情况相比，过滤器形状的自由度增大，可将过滤器形状制成最合适的形状，因此是优选的。

另外，虽然前述废气净化过滤器可在所有的燃烧室的排气通路集合的部分设置，但是更优选每2个燃烧室或每3个燃烧室一起集合排气通路，在这样形成的各集合部分中设置前述废气净化过滤器。如果使所有的排气通路集合，在该集合部分设置前述废气净化过滤器的话，势必与燃烧室的距离变远，流入废气的温度很容易降低。与此相对，如果是每2个燃烧室或每3个燃烧室，则在燃烧室附近集合是容易的，如果在集合部分设置废气净化过滤器，可避免直到流入过滤器之前的废气温度的降低。其结果，通过废气动压使废气净化过滤器升温的效果更大，因此是优选的。

附图的简要说明

图1是显示在柴油机中应用本实施例的颗粒过滤器的废气净化系统构成的说明图。

图2是显示本实施例的颗粒过滤器外观形状和结构的说明图。

图3是显示在本实施例的颗粒过滤器中使用的元件的制造方法。

图4是示意性显示用颗粒过滤器捕集废气中的微粒的方式的说明图。

图5是例示在本实施例的颗粒过滤器中使用的无纺布的参数的说明图。

图6是示意性显示用变形例的颗粒过滤器捕集废气中的微粒的方式的说明图。

图7是显示将颗粒过滤器装配在柴油机中的结构说明图。

图8是显示颗粒过滤器借助过滤器支架被安装在柴油机中的方式说明图。

图9是显示将本实施例的颗粒过滤器在柴油机中应用时的过滤器温度或过滤器前后压差变化的说明图。

图10是安装了本实施例的颗粒过滤器的柴油机长时间运转时过滤器前后压差变化的说明图。

图11是显示颗粒过滤器前后排气管内压力变动不同的说明图。

图12是显示试验中使用的车辆移动方式的说明图。

图13是显示在柴油机中应用实施例的颗粒过滤器，计测10LAP方式移动中的过滤器温度和过滤器前后压差的结果说明图。

图14是显示在柴油机中应用本实施例的颗粒过滤器，计测11LAP方式移动中的过滤器温度和过滤器前后压差的结果说明图。

图15是显示在柴油机中应用本实施例的颗粒过滤器，计测以极低速度移动方式移动中的过滤器温度和过滤器前后压差的结果说明图。

图16是显示搭载使用细孔径比合适值小的无纺布的颗粒过滤器，在10LAP方式移动时计测的过滤器温度和过滤器前后压差的结果说明图。

图17是显示柴油机废气中含有的含碳悬浮微粒和烃类化合物等组成的说明图。

图18是示意性显示在比煤烟的可燃温度低的温度条件引起烃类化合物和氧的缓慢氧化反应生成活性种的方式说明图。

图19是示意性显示本实施例的颗粒过滤器将废气中的煤烟等分散捕集的机理说明图。

图20是显示平均细孔径不同的颗粒过滤器的耐久结果说明图。

图21是示意性显示由无纺布的平均细孔径引起的网眼堵塞的各种形式的说明图。

图22是显示颗粒过滤器的安装结构的各种变形例说明图。

图23是显示第4变形例的颗粒过滤器形状的说明图。

图24是显示第5变形例的颗粒过滤器形状的说明图。

图25是显示第6变形例的废气净化装置说明图。

图26是显示第7变形例的废气净化装置的说明图。

图27是示意性显示本实施例的颗粒过滤器的自然再生功能的说明图。

图28是显示废气的流动能在过滤器上转化为温度的推定原理说明图。

实施发明的最佳方式

为了更明确地说明本发明的作用·效果，按照如下顺序，说明本发明的实施例。

A.装置构成：

A-1.整体系统的概要：

A-2.颗粒过滤器的结构：

A-3.颗粒过滤器的安装结构：

B.试验结果：

B-1.发动机台上试验结果：

B-2.实车试验结果：

B-3.自然再生功能的推定机理：

B-4.捕集模型：

B-5.无纺布的优选参数范围：

C.变形例：

A.装置结构：

下面对在柴油机中应用了本发明废气净化过滤器(以下称为颗粒过滤器)的实施例进行说明。当然，不限于柴油机，也可应用于在气缸内直接喷射燃料进行燃烧方式的汽油发动机等其它内燃发动机。另外，本发明也可应用于在车辆或船舶搭载用或固定用等所有内燃发动机中。

A-1.整体系统概要：

图1是显示了装备着本实施例的颗粒过滤器的柴油机10的大概结构说明图。柴油机10是所谓4气缸发动机，具有#1～#4四个燃烧室。在各燃烧室中通过吸气管12供给空气，从各燃烧室内设置的燃料喷射嘴14喷射燃料时，在燃烧室内空气和燃料进行燃烧，经由排气集合管16从排气管17排出废气。

在排气管17的中途设置有增压器20。增压器20由在排气管17中设置的涡轮机21和，在吸气管12中设置的压缩机22和，连接涡轮机21和压缩机22的轴23构成。从燃烧室排出的废气在增压器20的涡轮机21中旋转，通过轴23压缩机22旋转，压缩空气后供给到各燃烧室内。在压缩机22的上游侧设置有空气滤清器26，压缩机22将从空气滤清器26吸入的空气压缩然后供到燃烧室内。在压缩机22的下游设置用于冷却空气的中间冷却器24。由于被压缩机22一压缩，空气的温度上升，压缩的空气用中间冷却器24冷却后，可供给燃烧室内。颗粒过滤器100在#1～#4的每个燃烧室中，涡轮机21的上游侧设置。用于控制发动机的控制单元(以下称为控制用ECU)30，一收到关于发动机转速、或加速器开度等要求功率转矩的情报，基于这些情报，通过控制燃料喷射嘴14或燃料供给泵18、其它的图中未示出的各种调节器，适当控制柴油机的运转条件。

A-2.颗粒过滤器的结构：

图2是显示本实施例颗粒过滤器100的外观形状的立体图。为了容易理解，一部分为断面放大内部结构进行表示。颗粒过滤器100由带有凸缘的圆筒状外壳102和，插入外壳102内的外周与外壳熔接的元件104构成。元件104形成耐热金属制无纺布106和同样的耐热金属制波板108重叠，将中心棒110作为芯卷成圆筒状辊的结构。在本实施例颗粒过滤器100使用的元件104是外径为约55mm、长约40mm的元件。当然，这些尺寸可配合柴油机的排气量或排气通路内径等进行适当改变。

图3是示意性显示以中心棒110作为芯，重叠无纺布106和波板108后卷成辊状方式的说明图。这样卷成的无纺布106彼此之间的间隔通过波板108保持一定的间隔，在无纺布106和波板108之间，沿着中心棒110的轴方向形成多个通路。在元件104的两侧中，熔接有密封板112。密封板112将无纺布106和波板108之间形成的通路相互交叉地闭塞，形成废气通过无纺布106的结构。参照图4，对通过密封板112形成废气通过无纺布106的结构的方式进行说明。

图4是示意性显示颗粒过滤器100断面结构的说明图。另外，在图4省略了表示波板108。如图所示，密封板112将保持一定同隔的相邻无纺布106之间形成的通路相互交叉地闭塞。因此，如图4中箭头所示，如果从图左侧流出废气，虽然通过未被密封板112堵塞的通路流入，但在通路的出口侧被密封板112堵塞。因此，废气如图中粗箭头所示，通过构成通路侧面的无纺布106从出口侧未被112堵塞的通路除去。这样废气脱离无纺布106时，废气中含有的煤烟等含碳悬浮微粒，烃类化合物等被无纺布106捕集。

无纺布106是使用铁系耐热合金制的金属无纺布形成的。在该颗粒过滤器100中，作为无纺布106，使用具有给定范围参数的金属制无纺布，因此，可将含碳悬浮微粒或烃类化合物以与废气中的氧可接触的方式在分散状态捕集。对于无纺布参数引起的影响，在后面进行详细说明，在这里作为一个例子，在图5中显示无纺布106的参数。当然，图5所示的无纺布参数只是示例，无纺布的参数并不限于图中所示的值。另外，在本实施例中，虽然使用Fe-Cr-Al合金制的金属无纺布，但也可使用Ni系合金等公知的其它耐热性金属无纺布或碳化硅纤维等陶瓷纤维无纺布。

如图5所示那样，通过使用给定参数的无纺布，对于可将废气中的含碳悬浮微粒或烃类化合物分散捕集的机理并不是明确的解释。但是，如果根据后述推定的机理，并不限于金属制无纺布，例如，即使使用堇青石制的蜂窝状过滤器等陶瓷过滤器等，只要是具有同等参数的过滤器，也可得到与本实施例同等的结果。

另外，上述本实施例的元件104虽然是以元件104的两端熔接密封板112形成的元件进行说明的，但是如下述说明，也可以是不使用密封板112的结构。

图6是具备不使用密封板结构的元件的颗粒过滤器100的断面图。在图6中，为了避开图的繁杂，省略了表示波板108。在前述图4中，无纺布106的两端相互交错地熔接密封板112，代替熔接密封板，如图6所示，可将无纺布彼此在端部113相互熔接。这样的话，由于可省略密封板112，因此可更简便地制造颗粒过滤器100。

A-3.颗粒过滤器的安装结构：

图7是显示将颗粒过滤器100安装在柴油机10中的结构说明图。如图所示，在构成燃烧室上部分的气缸盖32和排气集合管16之间设置过滤器支架40，在过滤器支架40内，在每个燃烧室内插入安装颗粒过滤器100。过滤器支架40与气缸盖32用螺栓连接。如果在过滤器支架40中插入颗粒过滤器100后，用螺栓连接排气集合管16的话，颗粒过滤器100被固定成以凸缘部分在过滤器支架40和排气集合管16之间夹持的状态。

图8是显示颗粒过滤器100通过过滤器支架40被安装在柴油机10中的方式说明图。如图所示，由于过滤器支架40的内径比颗粒过滤器100略微大一点，如果安装颗粒过滤器100的话，在颗粒过滤器100的外周和过滤器支架40的内周部分之间形成间隙124。另外，颗粒过滤器100的凸缘部分两面通过玻璃纤维等形成的隔热部件120、122，由过滤器支架40和排气集合管16夹持。

这样，如果将颗粒过滤器100安装在柴油机10中，废气的流动能量有效地转化为温度，可提高过滤器的温度。即，根据该结构，颗粒过滤器100由于可接近燃烧室安装，在柴油机10的排气阀打开的同时，从燃烧室一气喷出的废气流速不衰减，且不被周围冷却而流入颗粒过滤器100中。像使用图28说明的那样，流入废气的温度越高，相对于废气温度的过滤器温度的上升量越大，另外，流速越大，在过滤器的压力上升越大，因此过滤器温度上升量也越大(参照前述(4)式)。

另外，如图8所示，在颗粒过滤器100的外周面和过滤器支架40内周面之间形成有间隙124，另外，由于凸缘部分通过隔热部件120、122被安装，因此形成颗粒过滤器100产生的热很难转移到过滤器支架40或排气集合管16中的结构。因此，在过滤器内产生的热，可不转移到过滤器支架40或排气集合管16中而保持在颗粒过滤器100内，因此，可将废气的动压有效地转换为过滤器温度。

另外，颗粒过滤器100的外周面和过滤器支架40的内周面之间形成的间隙124的厚度，优选设为1mm以下的值。这是因为如果将间隙厚度设置为充分地小，即1mm以下的值，可抑制在间隙内部的废气流动。如果在间隙124内部废气流动的话，废气会从颗粒过滤器100的侧面夺走热量，转移至过滤器支架40，虽然仅是少量的，但是从过滤器向过滤器支架散逸了热。如果将间隙124的厚度定在1mm以下，可抑制这样的仅仅少量的热量散失。

B.试验结果：

下面，对柴油机10中应用了上述颗粒过滤器100得到的试验结果进行说明。

B-1.发动机台上试验结果：

图9是在4气缸柴油机中安装本实施例的颗粒过滤器100，在发动机试验台恒定运转时，测定过滤器前后压差、和流入过滤器的废气温度、过滤器出口侧的过滤器温度变化的试验结果。图9的横轴是发动机运转时间。排气量4.3L的4气缸柴油机以发动机转速每分钟1630旋转，在产生的转矩为95Nm的条件下恒定运转。另外，在避免来自过滤器辐射的影响的同时，废气温度在过滤器上游约50mm附近测定。

如图9的上段所示，流入颗粒过滤器100的废气温度基本恒定在380℃，但是过滤器温度持续慢慢上升，在从计测开始后约1.5小时达到550℃，之后持续上升达到575℃。另外，过滤器温度在计测刚开始后比流入过滤器的废气温度高约40℃～50℃左右，这是因为如前所述的废气流动能在颗粒过滤器100上转化为热了。

如前所述，废气中含有的煤烟等含碳悬浮微粒被认为必须达到550℃以上的高温才燃烧。因此，在流入过滤器的废气温度在380℃的条件下，过滤器温度逐渐上升被认为是非煤烟等的废气中含有的烃类化合物被颗粒过滤器捕集，与废气中的氧进行着某种放热反应。如果这样过滤器的温度达到550℃，过滤器上捕集的煤烟等含碳悬浮微粒开始燃烧。

在图9的下段，显示的是计测过滤器前后压差的结果。过滤器前后的压差，在计测刚开始时增加，其后，作为整体来讲保持在基本一定的值。另外，如果注意观察，计测开始后以较小的压差增加，在过滤器温度达到最高温度时，可看到压差减少的倾向。

图10显示的是在与图9相同的运转条件下，持续发动机的运转的同时，测定的过滤器前后的压差结果。过滤器前后的压差，虽然可看到多少有些变动，但即使持续运转发动机也没有压差增大的倾向。通常，如果用过滤器捕集与废气一起排出的含碳悬浮微粒的同时持续运转柴油机，捕集的微粒只要不用任何方法处理，过滤器会网眼堵塞必然会增大压差。但是如前所述，装备本实施例的颗粒过滤器时，由于没有看到过滤器前后压差的增大倾向，尽管流入过滤器的废气温度为380℃，也可认为捕集的含碳悬浮微粒等在过滤器上进行燃烧。另外，从计测开始经过18小时后，使发动机的负荷增大时，如图中箭头所示，过滤器前后的压差减少了。这可被认为是因为，通过增大负荷，流入过滤器的废气温度上升，过滤器中捕集的含碳悬浮微粒的燃烧被促进了。

图11是显示在柴油机运转中测定的排气通路内压力变化结果的一例说明图。在柴油机中，在排气阀打开的瞬间，燃烧室内的高压废气从排气阀喷出，在排气管内形成压力波前进。如图11所示，在颗粒过滤器100的上游，虽然在排气阀打开的瞬间产生很大的压力变动，但在颗粒过滤器100的下游，压力波急速衰减。由此可认为，在排气阀打开的同时向排气管内喷出的废气流在通过本实施例的颗粒过滤器100时衰减，被转换为热。

如上述使用图9至图11进行的说明，如果使用本实施例的颗粒过滤器100，可以捕集柴油机的废气中含有的含碳悬浮微粒，捕集的微粒在不进行特别的控制的条件下可使之燃烧。对于可能这样的推定机理在后面叙述。

B-2.实车试验结果：

下面，对在车辆搭载的柴油机中应用本实施例的颗粒过滤器100得到的试验结果进行说明。试验是在反复进行加速和减速，使车辆以指定的移动方式移动的同时，计测流入颗粒过滤器100的废气温度、过滤器温度和过滤器前后的压差。车辆移动方式主要使用如图12所示的被称为“10LAP方式”的移动方式和被称为“11LAP方式”的移动方式的两种移动方式。

10LAP方式是，如图所示，将车辆从停止状态加速到时速60km后，再从时速60km减速停止的方式作为一个峰，反复移动10个峰的方式。11LAP方式是以10LAP方式的最后作为第11个峰，追加从车辆停止状态加速到时速100km为止后，再从时速100km减速停止方式的峰的方式。

(1)在10LAP移动中计测的结果：

图13是显示在反复10LAP方式的同时移动时，测定的流入颗粒过滤器100的废气温度、过滤器温度、和过滤器前后压差结果的说明图。

如图所示，移动中流入过滤器的废气温度在370℃～400℃的范围内变动。与此相对，过滤器温度，在计测刚开始时为400℃，逐渐上升至520℃附近。在计测刚开始后，过滤器温度比流入过滤器的废气温度高约30℃左右，如前所述，这是由于在过滤器上的废气流动能被转换为热了。另外，由于将颗粒过滤器100制成如前所述的隔热结构，因此过滤器温度迅速上升。

计测开始后，在移动了约140km时，过滤器温度急速上升，瞬间达到650℃后，迅速降至470℃附近。这样的过滤器温度的急速上升是由于颗粒过滤器中捕集的废气中的含碳悬浮微粒或烃类化合物等剧烈燃烧，之后，迅速的温度降低被认为是因为燃烧的微粒等变没了。与捕集的微粒等燃烧相对应，过滤器前后的压差急剧下降。

过滤器中捕集的含碳悬浮微粒等燃烧，过滤器温度降低至470℃后，随着继续移动，过滤器温度又逐渐上升。在达到520℃附近后，在移动了390km的时刻，过滤器温度再次以尖峰状上升，瞬间达到600℃，之后，迅速降低至490℃。与移动140km时刻的情况相同，此时也被认为是因为被颗粒过滤器捕集的含碳悬浮微粒等进行激烈燃烧。

另外，如图13所示，在390km移动点，过滤器温度以尖峰状上升再刚降低至490℃时，过滤器前后的压差、流入过滤器的废气温度、过滤器温度的变动是由于为进行车辆检查，将车速的时速降至30km移动5分钟的结果。如果将车速的时速降低至30km，过滤器温度降低至420℃附近。如后所述，即使在车速为时速30km时，也可维持含碳悬浮微粒，烃类化合物的反应。

如上述图13所示，在10LAP方式的移动中，可认为废气中含碳悬浮微粒和烃类化合物等的捕集和燃烧在过滤器上反复进行。与此对应，过滤器前后压差的少量变动是基本稳定的，即使连续移动也看不到过滤器堵塞的兆头。

(2)11LAP移动中的计测结果：

图14是显示反复11LAP方式的同时移动时测定的颗粒过滤器100的过滤器温度、和过滤器前后的压差结果说明图。

如前述使用图12的被称为11LAP的移动方式是在被称为10LAP的方式中，追加了含有从车辆停止状态加速至时速100km的第11个峰的移动方式的方式。在第11峰的加速时，由于过滤器温度一时达到600℃，在过滤器中被捕集的含碳悬浮微粒等被认为在此时燃烧。即，在以11LAP方式移动时，移动中捕集的微粒等通过第11峰的加速，在定期燃烧的同时进行移动。着眼与此，在第11峰的加速前和加速后，测定过滤器温度和过滤器压差如何随车辆移动变化。另外，作为“第11峰加速前”的计测值，具体地说是第10峰加速时的同步计测值，作为“第11峰加速后”的值表示第1峰加速时的同步计测值。

在图14中显示的是，在11LAP的第11峰加速前和加速后，过滤器温度和过滤器前后的压差如何变化。在图中，用黑点“●”表示的是第11峰加速前(具体地说，是第10峰加速时)的计测结果，用白点“○”表示的是第11峰加速后(具体地说是第1峰加速时)的计测结果。另外，流入颗粒过滤器的废气温度在400℃基本恒定。在下面的说明中，为了避免说明繁杂化，将第11峰加速前简称为“100公里加速前”，将第11峰加速后简称为“100公里加速后”。

如图14所示可知，11LAP移动中的过滤器温度和过滤器前后压差可大致如下推移。即，100公里加速后的压差(用○表示)虽然保持在低值，但时速到60km的低速的峰移动10峰后的100公里加速前的压差(用●表示)逐渐变大。这可被认为，100公里加速时过滤器温度达到600℃，由于捕集的煤烟等燃烧，100公里加速后的过滤器温度和过滤器压差降低。

另外，如果着眼于100公里加速前过滤器的温度(用●表示)，移动开始后到2000km为止的期间约为460℃，但是从2000km到3000km的期间逐渐升高，在移动距离3000km以后，基本保持在比500℃略高的温度。由此可认为，根据移动距离，分为到2000km的期间和，2000km到3000km的过渡期间和3000km以后3个期间。在作为过滤器温度低的期间的移动开始后到2000km为止的期间，可认为在低速的10峰移动中，烃类化合物反应，在移动高速的第11峰时，煤烟等含碳悬浮微粒在燃烧。与此相对，移动距离3000km以后，可预想即使在低速的10峰移动中过滤器温度断续地达到550℃，引起捕集的含碳悬浮微粒的燃烧。

另外，如果着眼于100公里加速前后的过滤器温度差，与移动距离3000km以后在低速的10峰移动中煤烟等部分燃烧相对应，移动开始后到2000km为止的期间中约20℃的过滤器温度差在移动距离3000km以后增加至约50℃。

(3)极低速移动中的计测结果：

如前使用图13所述的，在10LAP移动中，如果将车速降低至时速30km，过滤器温度急剧下降。但是，此时，并不意味着在低速移动时捕集的含碳悬浮微粒不燃烧，即使在时速30km移动，也可使捕集的含碳悬浮微粒燃烧。图15是显示从车辆停止状态到时速30km为止反复加速和减速以极低速移动方式移动中测量的过滤器温度的结果说明图。流入过滤器的废气温度约300℃。如图所示，即使在极低速移动时，过滤器温度逐渐上升，移动约160km左右达到500℃。过滤器温度虽然重复其后的变动，但过滤器压差稳定，未见到引起网眼堵塞的迹象。

(4)比较例的计测结果：

为作为参考，图16显示的是装备耐热金属制的无纺布的细孔径分布比规定范围小的颗粒过滤器，计测的车辆移动中的过滤器温度、和过滤器前后压差的变化结果说明图。移动方式是10LAP方式。

如图16所示，耐热金属制的无纺布的细孔径分布不在合适范围内时，在移动80km的点时，过滤器前后的压差超过100kPa，颗粒过滤器破损。另外，由于过滤器网眼堵塞背压上升，虽然提高了流入过滤器的废气温度，但是也不会像使用本实施例的颗粒过滤器的情况那样，发生过滤器温度和流入过滤器的废气温度立刻产生差距的现象。由此可认为，如果耐热金属制无纺布的细孔径分布过小，废气中的含碳悬浮微粒引起过滤器网眼堵塞，不能充分向捕集的烃类化合物中供给废气中的氧，不发生烃类化合物和氧的放热反应。与此相对，如本实施例的颗粒过滤器，如果使用适当参数的无纺布，可充分向捕集的含碳悬浮微粒和烃类化合物中供给废气中的氧，即使在相对低温的废气中也可维持烃类化合物和氧的放热反应。可认为通过维持该反应，蓄积反应热或反应产生的活性种，最终捕集的含碳悬浮微粒燃烧，体现自然再生功能。

B-3.自然再生功能的推定机理：

在本实施例的颗粒过滤器100发生的现象，即过滤器中捕集的含碳悬浮微粒在比可燃温度低的废气中燃烧的现象，不一定可解明全部机理，对于现在推定的自然再生功能的机理进行如下说明。

在柴油机的废气中，已知以如图17的比例含有含碳悬浮微粒、烃类化合物等。即，大体来讲，分别以几乎相同的比例含有含碳悬浮微粒和，燃料产生的烃类化合物和润滑油产生的烃类化合物。煤烟等含碳悬浮微粒，如前所述，可以说，即使是含氧的废气氛围，不达到550℃以上，也不燃烧。与此相对，可预想燃料或润滑油引起的烃类化合物如果供给氧，即使在比550℃低的温度也可发生氧化反应。

另外，在比含碳悬浮微粒的可燃温度低的废气中，耐热金属制的无纺布中捕集的含碳悬浮微粒开始燃烧的现象，在无纺布的细孔径不合适时，或使用通常使用的陶瓷制蜂窝状过滤器等时不表现。如前所述，通过使用具有给定范围参数的无纺布，为使含碳悬浮微粒或烃类化合物与废气中的氧可接触而以分散状态捕集的情况下表现。对于本实施例的无纺布，将含碳悬浮微粒等以分散状态捕集的推定机理在后面叙述。

此外，无纺布的温度如下变化。在比含碳悬浮微粒的可燃温度低的温度，在某程度期间，如果捕集含碳悬浮微粒和烃类化合物，不久无纺布的温度慢慢上升，最终达到含碳悬浮微粒的可燃烧温度550℃。

由此可推定，颗粒过滤器100的自然再生功能体现时，在无纺布上发生如下现象。首先，废气中的含碳悬浮微粒、烃类化合物在无纺布中以分散的状态被捕集。由于流入过滤器的废气温度比含碳悬浮微粒的可燃温度低，被捕集的微粒不立刻开始燃烧，而是开始烃类化合物与废气中氧的某种反应。由于过滤器的温度慢慢上升，该反应被认为是缓慢的放热反应。如果这样的放热反应持续一会儿，反应热蓄积，或者反应产生的活性种蓄积，则使含碳悬浮微粒的燃烧开始。

另一方面，在使用所谓堇青石制的蜂窝状过滤器，或细孔径等参数不合适的无纺布时，使含碳悬浮微粒、烃类化合物与废气中的氧可接触以高分散状态捕集是困难的。因此，氧的供给不足，不能维持烃类化合物和废气中的氧的缓慢放热反应，不能蓄积反应热或反应生成的活性种。其结果，被认为不表现在本实施例的颗粒过滤器中确认的自然再生功能。

另外，如果流入过滤器的废气温度高，由于由此使过滤器温度容易达到含碳悬浮微粒的可燃温度，直觉上认为捕集的含碳悬浮微粒的燃烧变容易，但实际上，如果流入过滤器的废气温度过高，反而不表现自然再生功能，会出现含碳悬浮微粒的燃烧变难的情况。这可被认为是由于废气温度一旦升高，在烃类化合物和氧之间发生的反应的反应路径改变了，不能蓄积反应产生的活性种。

图18是显示在比含碳悬浮微粒的可燃温度低的温度，在无纺布中捕集的烃类化合物和废气中的氧之间的发生的前驱性反应模拟计算结果的说明图。作为被捕集的烃类化合物，选择丁烷(C4H10)，使用被称为计算化学的方法模拟计算丁烷分子和氧的化学反应。在被称为计算化学的方法中已经提出了各种方法，但这里使用半试验的方法，即，通过在计算困难的部分一面使用试验数据，一面通过解记述分子的电子轨道的波动方程式追踪化学反应的方法。

根据计算结果，如图18(a)所示，开始，飞出丁烷分子的1个氢原子开始反应。在飞出氢原子后的丁烷分子中，产生一个孤对电子，在该位置与废气中的氧结合。图中的小黑点表示孤对电子产生的位置。由于氧与丁烷分子结合时从别处拉出氢原子，在拉出氢原子的部位产生新的孤对电子。在该新的产生孤对电子的位置也与废气中的氧结合。这样，丁烷分子与废气中的氧慢慢结合，形成部分被氧化的活性种。该氧化反应是放热反应，随着反应的进行，温度上升的同时，部分被氧化的活性种蓄积。

一旦进行这样的第1阶段的反应，温度上升，或蓄积部分被氧化的活性种，不久就移动到第2阶段的反应。即，如图18(b)所示，从丁烷分子被部分氧化的活性种产生OH自由基。OH自由基是极富反应活性的自由基，可使残留的烃类化合物或含碳悬浮微粒激烈燃烧。

根据上述的计算结果，如果充分蓄积在第1阶段反应的部分氧化状态的活性种，在第2阶段的反应会由此产生大量OH自由基，可激烈燃烧残存的烃类化合物或含碳悬浮微粒。另外，如果不使用丁烷，而使用碳原子数更多的烃类化合物，由于一个分子会与更多的氧结合，被认为由此会产生很多OH自由基，引起激烈的燃烧。在前述图27所示的第2期中，废气中含有的烃类化合物和氧在颗粒过滤器上发生如图18所示的反应，一旦通过这样的反应蓄积热或活性种，可认为可使在过滤器上捕集的含碳悬浮微粒开始燃烧。

B-4.捕集模型：

如上述说明，本实施例的颗粒过滤器100由于使用了规定参数的无纺布，可以分散状态捕集废气中的含碳悬浮微粒、烃类化合物。这些可认为是按照后述的机理，在无纺布内部积极获取煤烟等微粒的同时进行捕集的。下面，对现在推定的捕集机理进行简单说明。

图19是示意性显示耐热金属制的无纺布断面结构的说明图。图中带斜线的圆圈分别表示无纺布纤维的断面。无纺布是由无数的纤维复杂地络合形成的，在内部形成无数复杂的相互连通的立体通路。

图19(a)是示意性表示新的无纺布断面结构的图。废气是从上方流向下方的。由于在纤维的分布中存在疏密，在无纺布表面形成各种大小的开口部分，由于即使是小的开口部分对于废气气体分子也是足够的，可认为废气在无纺布全面几乎均等地通过。图19(a)使用粗箭头表示通过无纺布纤维间的废气。

废气一旦通过无纺布，废气中含有的煤烟等微粒在纤维间被捕捉，逐渐堵塞了无纺布表面的开口部分。因此，如图19(b)所示，无纺布表面小的开口部分被煤烟等微粒闭塞，废气集中到未被闭塞的残留的较大的开口部。结果，通过无纺布的废气流从表面未被闭塞的残留的较大开口部继续流动集中。在图19(b)中，用小黑点表示煤烟等微粒。

如果废气集中流动，由此流速增加，在通路内产生大的压力梯度。可认为由于气流与无纺布的纤维发生冲突产生较大压力导致的该现象。如前所述，在无纺布内部形成的通路由于是复杂相互连通的，如果集中流动的通路的压力升高，立刻分到其他通路。因此，无纺布前后的压差不增加到规定值以上，保持在一定范围。

图19(c)是示意性显示主流向其他通路分流方式的图。这样，在无纺布内部废气流分流的结果，废气中含有的煤烟等含碳悬浮微粒被无纺布内部全体捕集。假设即使在无纺布内部某处被煤烟堵塞，由于通路是立体的复杂地相互连通的，可立刻分到其他通路中。即，在无纺布内部，即使某处被煤烟等堵塞，由于通路会自动切换，废气流向新的通路，可认为煤烟等以分散状态被捕集。

如上述详细说明的那样，如果使用本实施例的颗粒过滤器100捕集废气中含有的煤烟等含碳悬浮微粒，可使捕集的煤烟等自然燃烧。即，由于不需要特别的控制，因此可简便地净化废气中含有的含碳悬浮微粒。

另外，由于捕集的含碳悬浮微粒开始自然地燃烧，不需要所谓推断例如煤烟的捕集状况后使之开始燃烧的困难处理，结果是可确实净化废气中的含碳悬浮微粒。

进一步，由于一旦煤烟等含碳悬浮微粒、烃类化合物等被捕集，就开始自然地燃烧，因此不用担心过滤器网眼堵塞破损。

在以前使用的内燃发动机的排气管中，由于只需安装本实施例的颗粒过滤器就可以，可构成极其简单的可靠性高的废气净化系统。当然，由于仅安装颗粒过滤器就可以，因此可大幅度降低构成系统的成本。

B-5.无纺布的优选参数范围：

如上述说明，在本实施例的颗粒过滤器100中，将废气中的含碳悬浮微粒、烃类化合物以可与废气中的氧接触的状态分散捕集。因此，可在比含碳悬浮微粒的可燃温度低的废气中，使捕集的微粒燃烧。以此相对，在使用前述的细孔径小的金属无纺布或堇青石制的蜂窝状过滤器的情况下，不出现这样的现象。由此可认为，为了表现自然再生功能，无纺布的参数在规定范围内是必要的。为了明确规定范围，有必要进行更系统的确认试验，但是根据到目前为止的试验结果，至少在无纺布内部形成的细孔的平均内径被认为优选在约5μm～约25μm的范围。下面，对该理由进行说明。

如前述使用图19的说明，在本实施例的颗粒过滤器100中，在无纺布内部通过废气通路的自动切换，被认为将含碳悬浮微粒、烃类化合物等分散捕集。为了切换废气的通路，在通过细孔在无纺布表面形成的开口部分中，小的开口部虽然被捕集的含碳悬浮微粒闭塞，但是必须以某种程度的比例存在未被闭塞的大的开口部(参见图19(b)，(c))。由于必须以某种程度的比例存在大的开口部，认为无纺布的平均细孔径必须比规定的值大。实际上，在使用平均细孔径为5μm的无纺布的试验中，由于过滤器瞬间发生网眼堵塞，因此优选无纺布的平均细孔径比约5μm大。如前述图16所示的试验结果，证明了该种情况。

相反，在无纺布的平均细孔径太大的情况下，无纺布表面的开口部几乎不闭塞，因此在无纺布内部没有排气通路的切换。由此认为，无纺布的平均细孔径必须比规定的值小。实际上，在使用平均细孔径为约25μm的过滤器进行的试验中，由于不表现本实施例的颗粒过滤器那样的自然再生功能，因此认为优选平均细孔径比约25μm小。

另外，在本说明书中的平均细孔径是指，使用基于所谓Washburn式计测的细孔径的平均值。Washburn式是指，在过滤器中浸渍液体时，细孔径越小，由于液体的表面张力，细孔越容易被闭塞，因此着眼于过滤器通气阻力增加的现象，记述在过滤器前后施加的压力差和液体表面张力，和过滤器与液体的接触角，和过滤器细孔径之间成立的关系式。基于Washburn式的计测方法，由于作为细孔径分布的计测方法被广泛使用，因此省略详细的计测方法说明。这里，将基于Washburn式计测的细孔容积累积值达到50％的细孔径作为平均细孔径。当然，使用公知的不同计测方法计测时，不用说平均内径的数值本身会变化。

当然，从颗粒过滤器100的耐久性的观点考虑，无纺布的平均细孔径更优选在约11μm以上和约13μm以下。下面，对该理由进行说明。

颗粒过滤器100的劣化被认为是由于在过滤器上堆积被称为灰末的微粒产生的。这里，灰末是指在发动机油添加剂中含有的Ca，Mg，Zn等金属成分与燃料中的硫黄成分化合形成硫酸盐，作为所谓灰分析出的物质。由于金属硫酸盐是对热相当稳定的化合物，过滤器上一旦堆积灰末，与含碳悬浮微粒不同，不能使之燃烧，颗粒过滤器100会发生网眼堵塞。因此，为了评价相对于灰末的耐久性，使用有意增加了灰末产生量的柴油机，进行平均细孔径不同的各种颗粒过滤器的耐久性试验。具体地说，使用发动机油的消耗量是通常的约5倍的发动机，在全负荷条件下进行20小时耐久性试验后，评价有无自然再生功能。

图20是所得结果的汇总。对颗粒过滤器的无纺布平均细孔径分别是10μm、12μm、14μm的3种过滤器进行评价。每种颗粒过滤器在过滤器是新品时都具有自然再生功能。在图20中，“◎”意味着可确认良好的自然再生功能。平均细孔径12μm的颗粒过滤器，在耐久性试验后也具有良好的自然再生功能。与此相对，平均细孔径10μm的过滤器，或平均细孔径14μm的过滤器，由于耐久导致过滤器网眼堵塞，在评价中破损，任何一个都不能确认有无自然再生功能。

耐久后在光学显微镜下观察各过滤器的无纺布时，在平均细孔径10μm的无纺布中，在废气流出侧的表面(出口侧表面)还可确认无纺布的纤维，但在废气流入侧的表面(入口侧表面)由灰末引起网眼堵塞并进一步堆积了含碳悬浮微粒，无纺布纤维的确认是困难的。相反，在平均细孔径14μm的无纺布中，在入口侧表面没有网眼堵塞，但在出口侧表面纤维间形成的开口部分，可观察到被灰末或含碳悬浮微粒闭塞的样子。在平均细孔径12μm的无纺布中，入口侧表面和出口侧表面都可观察到在无纺布纤维处附着灰末的样子，完全看不到纤维间的开口部分被灰末闭塞的样子。

图21是根据无纺布的平均细孔径示意性显示网眼堵塞样态的说明图。图是沿着颗粒过滤器100的无纺布106和波板108之间形成的通路，以颗粒过滤器100的断面，扩大显示一部分通路的。废气面向纸面从左侧流入过滤器，如箭头所示，通过无纺布106，从右侧跑出。图中，将一部分无纺布涂成黑色是表示在无纺布表面堆积了灰末或含碳悬浮微粒。

图21(a)显示的是平均细孔径10μm的颗粒过滤器的情况。在无纺布的平均细孔径10μm的情况下，在无纺布入口侧表面，即在废气流入侧的表面无所不在地堆积着灰末和含碳漂浮微粒，闭塞了无纺布的细孔。图21(b)显示的是无纺布的平均细孔径为12μm的颗粒过滤器的情况。在无纺布的平均细孔径为12μm的情况下，灰末分散到无纺布的所有地方，由于含碳悬浮微粒通过自然再生功能燃烧，并不那么堆积，看不到细孔的闭塞。图21(c)显示的无纺布的平均细孔径为14μm的颗粒过滤器的情况。如果无纺布的平均细孔径达到14μm，灰末或含碳悬浮微粒在入口侧表面几乎不堆积，在出口侧表面，即通过无纺布后废气流出侧的表面无所不在的堆积，出口侧的细孔被闭塞。

一旦无纺布的平均细孔径变大，在出口侧表面灰末或含碳悬浮微粒容易无所不在的堆积的理由，被认为是由于细孔径大，在无纺布内部废气通过的流路很难切换造成的。即，如前述使用图19所述的，本实施例的颗粒过滤器100通过在无纺布内部改变废气的流路，可认为含碳悬浮微粒以分散的状态捕集。如果无纺布的细孔径变大，含碳悬浮微粒或灰末在入口侧表面没有被捕集，由于没有废气流路的改换，结果在出口侧附近无所不在地堆积。

如上述说明，无纺布的平均细孔径在10μm以下时，在颗粒过滤器的长时间使用中，无纺布的入口侧表面堆积灰末和含碳漂浮微粒，恐怕会使过滤器网眼堵塞。另外，无纺布的平均细孔径在14μm以上时，在长时间使用中，在无纺布的出口侧表面堆积灰末和含碳悬浮微粒，恐怕会使过滤器网眼堵塞。因此可认为优选使用平均细孔径在约11μm以上且约13μm以下的无纺布作为颗粒过滤器的无纺布。根据另外进行的试验，使用平均细孔径为12μm±10％的无纺布时可得到最好的结果。

上面是着眼于无纺布的平均细孔径进行说明的，如果无纺布的平均细孔径在该范围内，无纺布纤维直径的优选范围也自然而然地定了。即，如果细孔径变大，与之相关的无纺布内的纤维密度也变小。由于如果纤维密度变小无纺布的强度降低，为了补偿它，1根1根的纤维直径变大。即，为了确保无纺布强度，细孔径变大的话，纤维直径也有变大的倾向。另外，根据无纺布的制法，从无纺布制造上的理由出发，可知细孔径越大纤维直径越容易变粗。从该理由出发，为使无纺布的平均细孔径为约11μm～13μm，优选纤维直径为约15μm以上且在约20μm以下。

C.变形例：

在上述的废气净化装置中存在各种变形例。图22是显示颗粒过滤器100的安装结构的各种变形例的说明图。下面对这些各种变形例进行说明。

(1)第1变形例：

图22(a)是显示第1变形例的安装结构说明图。如图所示，在第1变形例中，在相当于间隙124入口处的过滤器支架40的内周面设置突起126。如果这样在过滤器支架40的内周面设置突起126，由于废气流被突起126阻挡，因此不能直接流入间隙124，可抑制在间隙124内部的废气流动。其结果，由于传导到过滤器支架40的热量减少，可将颗粒过滤器100的温度维持在高温。

(2)第2变形例：

图22(b)是显示第2变形例的安装结构说明图。在第2变形例中，如图所示，在过滤器支架40的内周面设置了台阶状变形，使废气流不能直接流入间隙124。因此可抑制在间隙内部的废气流动。

另外，在第2变形例中，过滤器支架40内周面的台阶状变形接近颗粒过滤器100的端面设置，在过滤器端面和台阶状变形之间如图所示形成节流阀128。通过该节流阀128的工作，可防止废气的流入，可抑制在间隙124内部废气的流动。因此，减少了向过滤器支架40的传热量，可将颗粒过滤器100的温度维持在高温。

(3)第3变形例：

图22(c)是显示第3变形例的安装结构说明图。在第3变形例中，如图所示，在颗粒过滤器100的顶端外周设置隔热部件130，一旦安装颗粒过滤器100，在隔热部件130的背后形成间隙124。在该第3变形例的安装结构中，由于被隔热部件130阻挡，废气流入间隙124变难，因此可将颗粒过滤器100的温度维持在高温。

另外，在第3变形例中，利用隔热部件130导向颗粒过滤器100的结果，使颗粒过滤器100和过滤器支架40之间的间隔可保持一定，因此存在过滤器组装操作容易的优点。

另外，在该第3变形例中，是对只在颗粒过滤器100的外周顶端部分设置隔热部件130的例子进行说明的，不用说也可在外周的整个区域设置隔热部件130。

(4)第4变形例；

在本实施例的废气净化装置中，也可使用如下的颗粒过滤器100。图23是显示在第4变形例中使用的颗粒过滤器100的形状说明图。为了容易理解，图23取颗粒过滤器100的一部分断面来表示。第4变形例的颗粒过滤器100，在外壳102中设置了图示的导向装置103。因此，由于由导向装置103导入的废气流入颗粒过滤器100，可有效地利用废气的动压使过滤器温度有效上升。

另外，在该第4变形例中，导向装置103设置在颗粒过滤器100的外壳102中，与过滤器支架40被间隙124隔开。因此，废气被导向装置103导向流入颗粒过滤器100时，即使废气的热能的一部分传导到导向装置103中，该热能也不能流出到过滤器支架40而用于提高过滤器温度。因此，由此可将过滤器100维持在高温。

(5)第5变形例：

图24是显示第5变形例的颗粒过滤器100的形状说明图。为了容易理解，图24取颗粒过滤器100的一部分断面来表示。第5变形例的颗粒过滤器100，将元件104的顶端部分以伸出外壳102的状态容纳。因此，废气的动压一旦在过滤器的顶端转换成温度，由于在顶端部分没有热量从过滤器到外壳102的散失，可使过滤器的顶端迅速升温。另外，由于在过滤器内部形成温度梯度，可使过滤器顶端部分保持在比过滤器本体更高的温度下。

(6)第6变形例：

在上述各种实施例中，颗粒过滤器100是作为在每个燃烧室中设置的进行说明的，不在每个燃烧室设置也可以。例如，也可以使从多个燃烧室出来的废气集中在一起，在集合部分设置过滤器。另外，如图25所示，可将每2～3个气缸的废气集合，在集合部分设置过滤器。在燃烧室附近确保用于搭载过滤器的空间不一定是容易的，但是如果有集合部分，确保空间相对容易，因此，可将颗粒过滤器100制成更大的，或以更合适的形状搭载，因此是优选的。

(7)第7变形例：

另外，可将上述说明的各种实施例的颗粒过滤器100与例如NO_X净化催化剂等催化剂组合使用。下面，对这样的第7变形例进行说明。

图26是显示将本实施例的颗粒过滤器100和所谓NO_X吸收还原型三元催化剂200组合构成的第7变形例的废气净化装置说明图。NO_X吸收还原型三元催化剂200在废气中氧过剩存在的条件下，吸收废气中的氮氧化物，废气中的氧浓度一降低，将吸收的氮氧化物用废气中的烃或一氧化碳等进行还原。这样，通过反复进行氮氧化物的吸收和还原，可净化废气中的氮氧化物。

在图26所示的废气净化系统中，由于废气中含有的含碳悬浮微粒在NO_X吸收还原型三元催化剂200的上游净化，可避免发生下游的NO_X吸收还原型三元催化剂200被煤烟等覆盖、性能低下的问题。

另外，这样的NO_X吸收还原型三元催化剂200，在废气中的氮氧化物吸收时，或将吸收的氮氧化物还原时放出活性氧。活性氧是反应性特别高的氧，可容易地使含碳悬浮微粒燃烧。因此，如果在颗粒过滤器100的下游侧组合NO_X吸收还原型三元催化剂200，例如，即使含碳悬浮微粒通过颗粒过滤器100，也可用下游侧的NO_X吸收还原型三元催化剂200净化，因此是优选的。

或者，有时将本实施例的颗粒过滤器设置在NO_X吸收还原型三元催化剂200的下游，能够有效净化废气中的氮氧化物或煤烟等。例如，当煤烟等的排出量较少而氮氧化物的排出量较多时，如将NO_X吸收还原型三元催化剂200设置在颗粒过滤器的上游，开始氮氧化物的还原时，能够立即供应烃，更快地净化氮氧化物。

上面对各种实施例进行了说明，但是本发明并不限于上述所有实施例，可在不脱离其要旨的范围内以各种方式实施。

例如，在上述实施例中，在颗粒过滤器100的上游侧，可用片阀或电动泵等供给空气。这样的话，根据需要通过向废气中供给氧，可促进捕集的烃类化合物和氧的反应，因此是优选的。

另外，也可在无纺布中负载Fe、Cu、Co等显示适当氧化活性的金属催化剂。如果这样，即使在低温的废气中，通过促进捕集的烃类化合物和氧的反应，可使捕集的含碳悬浮微粒确实燃烧，因此是优选的。

另外，在上述各种实施例中，颗粒过滤器是利用过滤器支架40安装的，也可不使用过滤器支架40，直接在气缸盖的排气端口中插入颗粒过滤器安装。当然也可从排气集合管16的上游侧插入安装。

产业上的可利用性

如上述说明，按照本发明的废气净化装置，为提高废气温度不需要特别的控制，也不需要使用贵重的贵金属，可简便地且确实长期地净化废气中的含碳悬浮微粒。因此，可作为净化各种内燃发动机的废气的净化过滤器，利用该过滤器的废气净化装置，以及搭载这样的废气净化装置的内燃发动机、各种车辆、船舶中应用。当然，也可应用在固定式内燃发动机中。

Claims (29)

1、废气净化过滤器，用于净化内燃发动机废气中含有的含碳悬浮微粒，其特征在于，具备将前述废气中含有的烃类化合物和前述含碳悬浮微粒与该废气中的氧以可接触的方式分散捕集、使用流入前述过滤器的温度比该含碳悬浮微粒的可燃温度低的废气使捕集的烃类化合物和含碳悬浮微粒燃烧的耐热性过滤材料。

2、权利要求1记载的废气净化过滤器，前述耐热性过滤材料为利用前述捕集的烃类化合物和前述废气中的氧的反应热，使前述捕集的含碳悬浮微粒燃烧的过滤材料。

3、权利要求2记载的废气净化过滤器，除了利用前述捕集的烃类化合物和前述废气中的氧的反应热外，前述耐热性过滤材料还利用该反应产生的活性种使前述捕集的含碳悬浮微粒燃烧。

4、权利要求1记载的废气净化过滤器，前述耐热性过滤材料为在该过滤材料内部捕集前述含碳悬浮微粒和前述烃类化合物的过滤材料。

5、权利要求4记载的废气净化过滤器，前述耐热性过滤材料为利用从前述内燃发动机排出的前述废气的压力变动将前述含碳悬浮微粒和前述烃类化合物分散捕集的过滤材料。

6、权利要求1记载的废气净化过滤器，前述耐热性过滤材料为将从前述内燃发动机排出的前述废气的流动能转换为热而使自身温度升高的过滤材料。

7、权利要求6记载的废气净化过滤器，前述过滤材料为利用前述废气动压压缩时的温度上升而升温的过滤材料。

8、权利要求1记载的废气净化过滤器，前述过滤材料包含在该过滤材料内部立体相互连通且在该过滤材料表面开口的多个通路。

9、权利要求8记载的废气净化过滤器，前述耐热性过滤材料的前述内包通路的平均内径为约11μm至约13μm的任意值。

10、权利要求9记载的废气净化过滤器，前述耐热性过滤材料是平均纤维直径为约15μm至约20μm的耐热性纤维构成的无纺布。

11、权利要求10记载的废气净化过滤器，前述耐热性过滤材料是厚度约0.4mm至约0.5mm的无纺布。

12、权利要求8记载的废气净化过滤器，前述耐热性过滤材料为伴随着捕集前述含碳悬浮微粒和前述烃类化合物、流过前述多个通路的前述废气的流路切换的过滤材料。

13、权利要求12记载的废气净化过滤器，前述耐热性过滤材料为伴随前述捕集的压力损失增加至初期值的3倍至4倍时，流过前述多个通路的前述废气的流路切换的过滤材料。

14、废气净化装置，应用于具备燃烧室和用于排出在该燃烧室产生的废气的排气通路的内燃发动机，净化该废气中的含碳悬浮微粒，其特征在于，

具备在前述排气通路内安装的捕集前述废气中的含碳悬浮微粒的废气净化过滤器，

在前述废气净化过滤器和前述排气通路之间设置隔热部分，

前述废气净化过滤器具备通过将前述废气中含有的烃类化合物和前述含碳悬浮微粒与该废气中的氧以可接触的方式分散捕集、使用流入该过滤器的温度比该含碳悬浮微粒的可燃温度低的废气使该捕集的烃类化合物和含碳悬浮微粒燃烧的耐热性过滤材料。

15、权利要求14记载的废气净化装置，

前述内燃发动机具备多个前述燃烧室和使从各燃烧室排出的废气集合到至少一个通路的排气集合管，同时，

前述废气净化过滤器是设置在前述排气集合管中。

16、权利要求14记载的废气净化装置，前述隔热部分为在前述废气净化过滤器和前述排气通路之间形成的间隙。

17、权利要求16记载的废气净化装置，前述隔热部分的一端在废气流路中开口，同时前述废气净化过滤器与前述排气通路之间的间隔是在该开口部分变窄的间隙。

18、权利要求16记载的废气净化装置，前述隔热部分的一端在废气流路中开口，同时前述废气净化过滤器与前述排气通路的间隔是1mm以下是间隙。

19、权利要求14记载的废气净化装置，前述废气净化过滤器是通过隔热部件安装在前述排气通路中的。

20、权利要求14记载的废气净化装置，前述废气净化过滤器具备容纳前述耐热性过滤材料的容纳容器，前述容纳容器中设置有将从前述燃烧室排出的废气导入前述耐热性过滤材料的导向装置。

21、权利要求14记载的废气净化装置，前述废气净化过滤器具备容纳前述耐热性过滤材料的容纳容器，前述耐热性过滤材料以该材料的顶端部分向前述燃烧室侧突出的状态被容纳在前述容器中。

22、权利要求14记载的废气净化装置，前述内燃发动机具备利用废气流动能驱动涡轮机从而增压该内燃发动机吸入空气的增压器，前述废气净化过滤器具有前述增压器的涡轮机侧的通路阻力的1/2至2/3的通路阻力。

23、废气净化装置，应用于具备多个燃烧室、同时使从各燃烧室排出的废气集合到至少一个通路排出的内燃发动机，用于净化该废气中的含碳悬浮微粒，其特征在于，

捕集前述废气中的含碳悬浮微粒的废气净化过滤器被设置在来自前述各燃烧室的废气集合的部分，

前述废气净化过滤器具备通过将前述废气中含有的烃类化合物和前述含碳悬浮微粒与该废气中的氧以可接触的方式分散捕集、使用流入该过滤器的温度比该含碳悬浮微粒的可燃温度低的废气使该捕集的烃类化合物和含碳悬浮微粒燃烧的耐热性过滤材料。

24、权利要求23记载的废气净化装置，

前述内燃发动机将从前述各燃烧室排出的废气，每2个或3个该燃烧室集合在一个通路排出，

前述废气净化过滤器分别设置在前述每2个或3个燃烧室排出的废气的集合部分。

25、废气的净化方法，用于净化内燃发动机废气中含有的含碳悬浮微粒，其特征在于，

使用耐热性过滤材料将前述废气中的烃类化合物和前述含碳悬浮微粒与该废气中的氧以可接触的方式分散捕集，

使用流入前述过滤器的温度比前述含碳悬浮微粒的可燃温度低的废气，通过使该捕集的烃类化合物和含碳悬浮微粒燃烧，净化该含碳悬浮微粒。

26、权利要求25记载的废气的净化方法，通过向前述废气中供给氧，促进前述捕集的烃类化合物或含碳悬浮微粒中的至少任一种与氧的反应。

27、权利要求25记载的废气净化方法，在前述耐热性过滤材料的下游配置净化前述废气中的氮氧化物的NO_X净化催化剂，净化前述废气。

28、权利要求27记载的废气净化方法，作为前述NO_X净化催化剂，配置在前述废气中的氧过剩存在的条件下吸收前述氮氧化物、在该废气中氧浓度降低时还原吸收的氮氧化物从而净化该废气中的氮氧化物的催化剂。

29、废气净化方法，应用于具备燃烧室和用于排出在该燃烧室产生的废气的排气通路的内燃发动机，净化该废气中的含碳悬浮微粒，其特征在于，

在与前述排气通路之间设置隔热部分的状态下，在该排气通路中设置具备耐热性过滤材料的废气净化过滤器，

使用前述耐热性过滤材料将前述废气中的烃类化合物和前述含碳悬浮微粒以可与该废气中的氧接触的状态分散捕集，

使用流入前述废气净化过滤器的温度比前述含碳悬浮微粒的可燃温度低的废气，通过使该捕集的烃类化合物和含碳悬浮微粒燃烧，净化该含碳悬浮微粒。

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