KR100518112B1 - 배기가스 정화장치 - Google Patents

Abstract

엔진에서 배출되는 배기가스내에 함유된 성분들을 정화하기 위해 사용되는 기재를 구비한 배기가스 정화장치(22)가 제공된다. 상기 기재는 격벽(54)을 가지며, 이 격벽은 통로(55,56)를 한정하고, 소정의 평균 크기를 각각 갖는 미세기공을 구비한 다공재로 형성된다. 기재의 통로(55,56)의 각각의 파트를 한정하는 인접한 격벽(54)의 단부부분들은 서로 부분적으로 연결되어 있어서 단부(52,53)가 기재 외측을 향해 테이퍼진다. 테이퍼진 단부부분들은 대응하는 통로의 단부 개구를 부분적으로 폐쇄하고, 그 팁에 의해 한정된 작은 구멍(55,56)을 형성한다. 각각의 작은 구멍(55,56)의 사이즈는 대응하는 통로(50)의 단면적 보다 작고, 격벽(54)의 미세기공의 사이즈 보다 크다.

Description

배기가스 정화장치{An exhaust gas purification device}

본 발명은 배기가스 정화장치에 관한 것이다.

엔진으로부터 배출된 배기가스에 함유된 미립자를 수집하기 위한 미립자 필터는 공지되어 있다. 또한, 이 필터는 다수의 통로를 가지는데, 일부 통로는 상류측 단부에서 플러그에 의해 폐쇄되고, 나머지 통로는 하류측 단부에서 플러그에 의해 폐쇄된다. 이 필터에서, 배기가스는 통로를 형성하는 격벽(partition)을 통과한 후 필터에서 배출된다.

이런 형식의 필터에서, 배기가스가 격벽을 통과한 후 필터에서 배출될 때, 필터는 높은 미립자 수집비(high particulate collection ratio)를 가진다. 그러나, 필터의 통로는 플러그에 의해 폐쇄되므로 필터의 생산성이 낮고, 필터 제조원가가 높다.

또한, 도 3a에 도시한 바와 같이, 배기가스가 플러그에 충돌할 때에는 배기가스가 필터의 통로 속으로 원활하게 흐르지 않는다. 덧붙여, 배기가스가 상류측 플러그 부근으로 흐를 때에는, 배기가스가 난류를 일으키며, 따라서 필터의 통로 속으로 원활하게 흐르지 않는다. 또한, 도 3b에 도시한 바와 같이, 배기가스가 하류측 플러그 부근으로 흐를 때에는, 배기가스가 난류를 일으키며 필터 밖으로 원활하게 유출되지 않는다. 이런 이유 때문에 필터는 압력 손실이 크다.

도 1a 및 1b는 본 발명의 미립자 필터의 도면.

도 2a 및 2b는 본 발명의 필터의 일부분의 도면.

도 3a 및 3b는 종래 기술의 필터의 일부분의 도면.

도 4a 및 4b는 벌집 구조의 도면.

도 5a 및 5b는 다이의 도면.

도 6a 및 6b는 미립자 산화작용의 도면.

도 7a, 7b, 7c는 미립자 퇴적작용의 도면.

도 8은 산화에 의해 정화되는 미립자의 양과 필터 온도 사이의 관계를 나타내는 도면.

도 9는 제2 실시예의 필터의 도면.

도 10은 제3 실시예의 필터의 도면.

도 11은 본 발명의 필터를 갖춘 엔진의 도면.

도 12는 엔진 작동을 제어하기 위한 플로챠트.

도 13은 제4 실시예의 배기가스 정화장치를 갖춘 엔진의 도면.

도 14는 제4 실시예의 산화촉매의 도면.

도 15는 제5 실시예의 필터의 도면.

도 16은 제6 실시예의 필터의 도면.

도 17은 제7 실시예의 배기가스 정화장치를 갖춘 엔진의 도면.

도 18은 제7 실시예의 메인 미립자 필터의 도면.

도 19는 메인 필터에 의한 미립자 산화작용의 도면.

도 20은 변경된 제7 실시예의 배기가스 정화장치를 갖춘 엔진의 도면.

도 21은 제8 실시예의 배기가스 정화장치를 갖춘 엔진의 도면.

도 22a는 배출된 NOx 및 SOx의 비를 나타내는 도면.

도 22b는 배출된 NOx 및 SOx의 총량을 나타내는 도면.

도 23은 제9 실시예의 배기가스 정화장치의 도면.

도 24는 제2 필터 제조방법에 의해 제조된 필터의 도면.

도 25a 및 25b는 제2 필터 제조방법에 사용된 폐쇄장치의 도면.

도 26a 및 26b는 제2 필터 제조방법의 도면.

도 27a 및 27b는 제3 필터 제조방법에 사용된 폐쇄장치의 도면.

도 28a 및 28b는 제3 필터 제조방법에 사용된 폐쇄장치의 도면.

도 29a 및 29b는 제3 필터 제조방법의 도면.

도 30은 제4 필터 제조방법에 사용된 폐쇄장치의 도면.

도 31은 제5 필터 제조방법에 사용된 폐쇄장치의 도면.

도 32a 및 32b는 도 31에 도시된 폐쇄장치의 세부도면.

도 33a 및 33b는 제6 필터 제조장치에 사용된 폐쇄장치의 도면.

도 34a 및 34b는 제7 필터 제조방법의 도면.

본 발명의 목적은 압력 손실이 작은 미립자 필터를 구비한 배기가스 정화장치를 제공하는데 있다.

제1 발명에서, 엔진에서 배출되는 배기가스에 함유된 성분들을 정화하기 위해 사용되는 필터용 기재(基材)를 포함하는 배기가스 정화장치가 제공되며, 상기 기재는 통로들을 형성하며 소정의 평균 크기를 갖는 미세기공(fine pore)을 갖는 다공재로 형성된 격벽을 가지며, 기재의 통로 일부를 각각 한정하는 인접한 격벽의 단부부분(end portion)들은 서로 부분적으로 연결되어 기재의 외측을 향해 테이퍼지며(taper), 상기 테이퍼진 단부부분들은 대응하는 통로의 단부개구(end opening)를 부분적으로 폐쇄하며 그 팁에 의해 한정된 작은 구멍(small hole)을 형성하고, 작은 구멍 각각의 크기는 대응하는 통로의 단면적 보다 작고 격벽의 미세기공의 크기 보다 크다.

제2 발명에서, 제1 발명에 따라, 기재의 통로 일부를 각각 한정하는 인접한 격벽의 단부들은 그 상류측 단부에서 서로 부분적으로 연결되어 기재의 외측을 향해 테이퍼지며, 기재의 나머지 통로 각각을 한정하는 인접한 격벽의 단부부분들은 그 하류측 단부에서 서로 부분적으로 연결되어 기재의 외측을 향해 테이퍼진다.

제3 발명에서, 제2 발명에 따라, 상기 테이퍼진 단부부분 및 나머지 격벽은 미립자를 산화하기 위한 산화제를 운반하고, 각각의 상류측 테이퍼진 단부부분에 의해 운반되는 단위체적당 산화제의 양은 각각의 하류측 테이퍼진 단부부분에 의해 운반되는 단위체적당 산화제의 양보다 많다.

제4 발명에서, 제1 발명에 따라, 기재의 통로 일부를 각각 한정하는 인접한 격벽의 단부들은 그 상류측 단부에서 서로 부분적으로 연결되어 기재의 외측을 향해 테이퍼지며, 기재의 나머지 통로 각각을 한정하는 인접한 격벽의 단부는 그 하류측 단부에서 서로 연결되어 기재의 외측을 향해 테이퍼지며, 통로의 하류측 단부개구가 완전히 폐쇄된다.

제5 발명에서, 제1 발명에 따라, 기재의 통로 일부를 각각 한정하는 인접한 격벽의 단부들은 그 하류측 단부에서 서로 부분적으로 연결되어 기재의 외측을 향해 테이퍼지며, 기재의 나머지 통로 각각을 한정하는 인접한 격벽의 단부들은 그 상류측 단부에서 서로 연결되어 기재의 외측을 향해 테이퍼지며, 통로의 상류측 단부개구가 완전히 폐쇄된다.

제6 발명에서, 제1 발명에 따라, 기재는 엔진에서 배출되는 배기가스에 함유된 미립자를 수집하기 위해 엔진의 배기가스 통로에 배치되는 미립자 필터로서 사용된다.

제7 발명에서, 제6 발명에 따라, 상기 테이퍼진 단부부분은 미립자를 산화하기 위해 산화제를 운반한다.

제8 발명에서, 제7 발명에 따라, 각각의 테이퍼진 단부부분에 의해 그 상류측 표면에서 단위면적당 운반되는 산화제의 양은 그 하류측 표면에서 단위면적당 운반되는 산화제의 양보다 많다.

제9 발명에서, 제7 발명에 따라, 필터승온수단에 의해 필터의 온도를 상승시키기 위한 과정이 수행된다.

제10 발명에서, 제7 발명에 따라, 필터는 과다 산소가 필터 주위에 존재할 때 질소산화물을 흡수하여 운반하며 산소 농도가 감소될 때 소유한 질소산화물을 배출하는 NOx 운반제(carrying agent)를 구비한다.

제11 발명에서, 제7 발명에 따라, 필터는 귀금속 촉매를 구비한다.

제12 발명에서, 제11 발명에 따라, 산화제는 과다 산소가 산화제 주위에 존재할 때 산소를 흡수하여 운반하며 산소 농도가 감소될 때 활성산소의 형태로 소유한 산소를 배출하는 활성산소 생성제이고, 상기 활성산소 생성제는 미립자가 필터에 부착될 때 활성산소로써 필터에 부착된 미립자를 산화하기 위해 활성산소를 배출한다.

제13 발명에서, 제12 발명에 따라, 상기 활성산소 생성제는 알칼리 금속, 알칼리 토류금속, 희토류 금속 및 천이금속 중 하나를 포함한다.

제14 발명에서, 제12 발명에 따라, 상기 활성산소 생성제는 알칼리 금속, 및 칼슘 보다 이온화 경향이 높은 알칼리 토류 금속 중 하나를 포함한다.

제15 발명에서, 제12 발명에 따라, 필터내로 흐르는 배기가스의 적어도 일부의 공연비는 필터에 부착되는 미립자를 산화하기 위해 일시적으로 리치로 만들어진다.

제16 발명에서, 제6 발명에 따라, 배기가스내에 함유된 성분들을 산화하기 위한 산화수단이 엔진의 배기가스 통로에서 필터의 상류측에 배치된다.

제17 발명에서, 제16 발명에 따라, 상기 산화수단은 산화촉매이다.

제18 발명에서, 제16 발명에 따라, 상기 산화수단은 린 배기가스가 산화수단내로 흐를 때 질소산화물(N0x)을 운반하며 리치 배기가스가 흐를 때 소유한 질소산화물을 환원하는 NOx 촉매이다.

제19 발명에서, 제6 발명에 따라, 필터의 저온영역에 있는 필터의 작은 구멍 각각의 사이즈는 필터의 고온영역에 있는 작은 구멍의 사이즈 보다 크다.

제20 발명에서, 제19 발명에 따라, 상기 저온영역은 필터의 주변영역이고, 상기 고온영역은 필터의 중앙영역이다.

제21 발명에서, 제19 발명에 따라, 필터의 저온영역에 있는 필터의 각각의 통로의 단면적은 필터의 고온영역에 있는 각각의 통로의 단면적 보다 크다.

제22 발명에서, 제6 발명에 따라, 필터의 저온영역에 있는 필터의 각각의 통로의 단면적은 필터의 고온영역에 있는 각각의 통로의 단면적 보다 크다.

제23 발명에서, 제22 발명에 따라, 상기 저온영역은 필터의 주변영역이고, 상기 고온영역은 필터의 중앙영역이다.

제24 발명에서, 제22 발명에 따라, 필터의 저온영역에 있는 필터의 작은 구멍 각각의 사이즈는 필터의 고온영역에 있는 작은 구멍의 사이즈 보다 크다.

제25 발명에서, 제6 발명에 따라, 배기가스내에 함유된 성분들을 정화하기 위한 배기가스 정화수단은 엔진의 배기가스 통로에서 필터의 하류측에 배치된다.

제26 발명에서, 제25 발명에 따라, 상기 배기가스 정화수단은 린 배기가스가 유입할 때 질소산화물을 운반하며 적어도 대체로 화학량론 배기가스가 유입할 때 소유한 질소산화물을 환원하는 NOx 촉매이다.

제27 발명에서, 제25 발명에 따라, 상기 배기가스 정화수단은 배기가스에 함유된 미립자를 산화시킬 수 있는 보조 미립자 필터이다.

제28 발명에서, 제25 발명에 따라, 상기 필터가 적어도 배기 매니폴드 부근에 배치된다.

제29 발명에서, 제25 발명에 따라, 상기 정화장치는 배기가스 정화수단을 우회하기 위해 필터와 배기가스 정화수단 사이의 엔진 배기가스 통로로부터 배기가스 정화수단 하류측의 엔진 배기가스 통로까지 연장하는 바이패스 통로와, 배기가스의 흐름을 배기가스 정화수단과 바이패스 통로로 전환하기 위한 전환 밸브를 추가로 포함하고, 상기 필터는 린 배기가스가 유입할 때 황산화물(SOx)을 운반하며 적어도 대체로 화학량론(stoichiometric) 배기가스가 유입할 때 소유한 황산화물을 방출하는 SOx 운반제를 구비하고, 상기 SOx 운반제의 온도는 SOx 방출온도 보다 높은 온도를 가지며, 상기 전환 밸브는 황산화물이 SOx 운반제에서 방출되지 않을 때 배기가스가 배기가스 정화수단으로 유입하도록 하며 황산화물이 SOx 운반제에서 방출될 때 배기가스가 바이패스 통로로 유입하도록 배치된다.

제30 발명에서, 제29 발명에 따라, 배기가스에 함유된 성분들을 산화하기 위한 촉매가 바이패스 통로에 배치된다.

제31 발명에서, 제1 발명에 따라, 상기 기재가 엔진의 배기가스 통로에 배치되고, 상기 기재가 엔진에서 배출된 배기가스에 함유된 미연소 탄화수소를 수집하기 위한 탄화수소 수집제(hydrocarbon collection agent)와, 미연소 탄화수소를 정화하기 위한 탄화수소 정화촉매를 구비하고, 상기 탄화수소 수집제는 이 수집제의 온도가 탄화수소 방출 온도 보다 낮을 때 미연소 탄화수소를 수집하며, 이 수집제의 온도가 탄화수소 방출 온도 보다 높을 때 수집된 미연소 탄화수소를 방출하고, 상기 탄화수소 정화 촉매는 이 촉매의 온도가 탄화수소 정화 온도 보다 높을 때 미연소 탄화수소를 정화하고, 상기 탄화수소 방출 온도는 탄화수소 정화 촉매의 온도가 탄화수소 정화 온도 보다 낮을 때 탄화수소 수집제로부터 미연소 탄화수소가 방출되도록 설정된다.

제32 발명에서, 엔진에서 배출된 배기가스에 함유된 성분들을 정화하는데 사용되는 기재를 제조하는 방법이 제공되며, 상기 기재는 다공재로 형성된 격벽에 의해 한정된 다수의 배기가스 통로를 가지며, 배기가스 통로의 각각의 부분을 한정하는 격벽의 단부부분(end portion)은 배기가스 통로의 한 단부에서 서로 부분적으로 연결되어 그 단부가 기재 외측을 향해 테이퍼지며 팁에 의해 작은 구멍을 한정하게 되고, 나머지 배기가스 통로 각각을 한정하는 격벽의 단부는 배기가스 통로의 다른 단부에서 부분적으로 연결되어 그 단부가 기재 외측을 향해 테이퍼지며 팁에 의해 작은 구멍을 한정하게 되고, 상기 방법은 각각의 배기가스 통로를 한정하는 격벽의 단부를 끌어모아(gathering) 그 단부개구가 폐쇄되도록 연결하는 단계와, 그 단부개구에서 페쇄되도록 각각의 배기가스 통로를 한정하는 단부부분의 팁에 의해 한정된 작은 구멍을 형성하는 단계를 포함하고, 각각의 작은 구멍은 대응하는 배기가스 통로의 단부개구의 면적 보다 작고 격벽의 미세구멍의 평균 사이즈 보다 큰 사이즈를 가진다.

제33 발명에서, 제32 발명에 따라, 상기 끌어모아 연결하는(gathering and connecting) 단계와 작은 구멍 형성 단계는 동시에 실행된다.

제34 발명에서, 제33 발명에 따라, 상기 끌어모아 연결하는 단계와 작은 구멍 형성 단계는 다수의 돌출부와 이 돌출부 사이에 배치된 다수의 핀을 갖는 디바이스를 기재의 단부면에 가압함으로써 동시에 실행된다.

제35 발명에서, 제32 발명에 따라, 먼저 상기 끌어모아 연결하는 단계가 실행되고 다음에 상기 작은 구멍 형성단계가 실행된다.

제36 발명에서, 제35 발명에 따라, 상기 작은 구멍 형성단계에서 서로 연결된 단부의 팁을 세단(shave)하여 작은 구멍을 형성한다.

본 발명은 도면을 참고하여 설명할 것이다. 도 1a는 필터의 단부 도면이고, 도 1b는 필터의 종단면도이다. 도 1a 및 1b에 도시한 바와 같이, 필터(22)는 벌집 구조를 가지며, 서로 평행하게 연장하는 다수의 배기가스 통로(50,51)를 가진다.

필터(22)의 배기가스 통로는 배기가스 유입로(50)를 구비한다. 하류측 단부 영역에서, 각각의 유입로(50)는 대응하는 테이퍼진 벽부(52)에 의해 나머지 영역의 단면적 보다 작은 단면적을 가진다. 또한, 필터(22)의 배기가스 통로는 배기가스 유출로(51)를 구비한다. 상류측 단부 영역에서, 각각의 유출로(51)는 대응하는 테이퍼진 벽부(53)에 의해 나머지 영역의 단면적 보다 큰 단면적을 가진다.

각각의 하류측 테이퍼진 벽부(52)는 대응하는 배기가스 유입로(50)를 한정하는 격벽(54)의 하류측 단부를 서로 끌어모아 연결함으로써 형성된다. 한편, 각각의 상류측 테이퍼진 벽부(53)는 대응하는 배기가스 유출로(51)를 한정하는 격벽(54)의 상류측 단부를 서로 끌어모아 연결함으로써 형성된다.

각각의 유입로(50)는 대응하는 하류측 테이퍼진 벽부(52)의 팁에서 작은 구멍(55)을 가진다. 각각의 작은 구멍(55)은 대응하는 유입로(50)의 단면적 보다 작은 단면적을 가진다. 한편, 각각의 유출로(51)는 대응하는 상류측 테이퍼진 벽부(53)의 팁에서 작은 구멍(56)을 가진다. 각각의 작은 구멍(56)은 대응하는 유입로(51)의 단면적 보다 작은 단면적을 가진다. 환언하면, 배기가스 통로(50) 일부의 하류측 단부개구는 하류측 테이퍼진 벽부(52)에 의해 부분적으로 폐쇄되어 작은 구멍(55)을 형성한다. 한편, 나머지 배기가스 통로(51)의 상류측 단부개구는 상류측 테이퍼진 벽부(53)에 의해 부분적으로 폐쇄되어 작은 구멍(56)을 형성한다.

본 발명에 따라, 필터(22)의 배기가스 통로(50,51)는 교대로 배치되고, 얇은 격벽(54)은 통로(50,51) 사이에 배치된다. 다시 말하면, 유입로(50)는 4개의 유출로(51)에 의해 둘러싸이고, 유출로(51)는 4개의 유입로(50)에 의해 둘러싸인다. 따라서, 필터(22)의 인접한 두 배기가스 통로 중 하나는 대응하는 하류측 테이퍼진 벽부(52)에 의해 그 하류측 단부영역에서 감소되고, 다른 배기가스 통로의 단면적은 대응하는 상류측 테이퍼진 벽부(53)에 의해 그 상류측 단부영역에서 감소된다.

필터(22)는 코디어라이트(cordierite)와 같은 다공재로 형성된다. 코디어라이트는 소정의 평균 크기를 각각 가지는 미세기공을 구비한다. 따라서, 도 1b에 화살표로 도시한 바와 같이, 유입로(50)로 유입하는 배기가스가 주변의 격벽(54)의 미세기공을 통해 인접한 유출로(51)로 흐른다. 테이퍼진 벽부(52,53)가 역시 격벽(54)과 동일한 재료로 형성되므로, 배기가스는 도 2a에 도시한 바와 같이, 상류측 테이퍼진 벽부(53)의 미세기공을 통해 유출로(51)로 흘러 들어가고, 도 2b에 도시한 바와 같이 하류측 테이퍼진 벽부(52)의 미세기공을 통해 유입로(50)에서 흘러나간다.

또한, 배기가스는 상류측 작은 구멍(56)을 통해 유출로(51)로 흘러들어가고, 하류측 작은 구멍(55)을 통해 유입로(50)에서 흘러나간다.

각각의 구멍(55,56)은 테이퍼진 벽부(52,53)의 미세기공의 평균크기 보다 큰 사이즈를 가진다. 더구나, 하류측 작은 구멍(55)은 대체로 서로 동일한 크기를 가지며, 상류측 작은 구멍(56)은 대체로 서로 동일한 크기를 가진다. 또한, 하류측 작은 구멍(55)은 상류측 작은 구멍(56)과 동일하거나 또는 다른 크기를 가질 수 있다.

작은 구멍(55,56)이 큰 사이즈를 가지면, 필터(22)는 작은 압력 손실 및 낮은 미립자 수집비를 가진다. 이와 반대로, 작은 구멍(55,56)이 작은 사이즈를 가지면, 필터(22)는 큰 압력 손실 및 높은 미립자 수집비를 가진다. 본 발명에 따라, 구멍(55,56)의 사이즈는 필터(22)의 압력 손실 및 미립자 수집비가 적절한 균형을 이루도록 결정된다. 또한, 본 발명에 따라, 구멍(55,56)의 사이즈는 필터(22)의 미립자 유출량이 허용된 양 보다 작은 상태를 유지하도록 결정된다. 필터(22)의 미립자 유출량은 필터(22)내로 유입하는 단위시간당 미립자 유입량과 필터(22)의 미립자 수집비에 기초하여 산출될 수 있다.

본 발명에서, 필터(22)의 미립자 수집비 및 압력 손실은 구멍(55,56)의 사이즈를 필터(22)의 목표 미립자 수집비에 따라 변경시킴으로써 용이하게 변경될 수 있다.

각각의 상류측 테이퍼진 벽부(53)는 그 상류측 단부를 향해 원추형으로 수렴하므로 대응하는 유출로(51)의 단면적이 연속적으로 감소하게 된다. 따라서, 대응하는 상류측 테이퍼진 벽부(53)에 의해 한정된 각각의 유입로(50)는 그 상류측 단부를 향하여 원추형으로 발산하므로 대응하는 유입로(50)의 단면적이 연속적으로 증가한다. 이러한 구성에 따라, 유입로의 입구가 도 3a에 도시한 바와 같이 구성된 것과는 반대로 배기가스가 필터(22)내로 원활하게 유입한다.

도 3a에 도시된 필터에서, 각각의 유입로는 플러그(72)에 의해 그 상류측 단부에서 폐쇄된다. 이 경우, 참고부호 (73)으로 도시한 바와 같이, 배기가스가 플러그(72)에 충돌하여, 필터가 큰 압력 손실을 겪게 된다. 덧붙여, 참고부호 (74)로 도시한 바와 같이, 배기가스가 플러그(72) 부근으로 흐를 때, 배기가스는 유입로의 입구 주위에서 난류를 일으키며 흐르며, 따라서 배기가스가 유입로내로 원활하게 유입하지 못한다. 따라서, 필터가 큰 압력 손실을 겪게 된다.

한편, 본 발명의 필터(22)에서는, 도 2a에 도시한 바와 같이, 배기가스가 난류없이 유입로(50)내로 유입한다. 따라서, 본 발명에 따라, 배기가스가 필터(22)내로 원활하게 유입하며, 필터(22)가 작은 압력 손실을 가진다.

도 3a 및 3b에 도시된 필터에서, 배기가스가 플러그(72)에 충돌하며 플러그(72) 주위에서 난류를 일으키며 흐를 때, 미립자는 플러그(72)의 상류측 단부 표면과 이에 인접한 격벽의 벽면에 용이하게 퇴적된다. 그러나, 본 발명의 필터(22)에서, 각각의 상류측 테이퍼진 벽부(53)가 원추형 모양을 가짐에 따라, 테이퍼진 벽부(53)는 배기가스가 충돌하는 상류측 단부면을 가지지 않으며, 배기가스가 테이퍼진 벽부(53)의 상류측 단부면 주위에서 난류없이 흐른다. 따라서, 본 발명에 따라, 필터(22)의 상류측 영역에 미립자가 거의 퇴적되지 않으며, 필터(22)의 압력 손실이 거의 증가하지 않는다.

한편, 각각의 테이퍼진 벽부(53)는 그 하류측 단부를 향해 원추형으로 수렴하므로 대응하는 유입로(50)의 단면적이 연속으로 감소된다. 따라서, 대응하는 하류측 테이퍼진 벽부(53)에 의해 형성된 각각의 유출로(51)는 그 하류측 단부를 향해 원추형으로 발산하므로 대응하는 유출로(51)의 단면적이 연속으로 증가한다. 이 구조에 따라, 유출로의 출구가 도 3a에 도시한 바와 같이 구성되어 있는 경우와는 반대로 배기가스가 필터(22)에서 원활하게 유출한다.

도 3b에 도시된 필터에서, 각각의 유출로는 플러그(70)에 의해 하류측 단부에서 폐쇄되며, 그 출구를 향해 직선형으로 연장한다. 따라서, 난류(71)가 유출로의 출구 부근에서 발생한다. 이 경우 배기가스는 유출로에서 원활하게 유출되지 않는다.

다른 한편, 본 발명의 필터(22)에서, 도 2b에 도시된 바와 같이, 배기가스는 난류없이 유출로(51)에서 유출된다. 따라서, 본 발명에 의해, 배기가스는 필터(22)에서 원활하게 유출하므로, 필터(22)가 작은 압력 손실을 가진다.

각각의 테이퍼진 벽부가 필터(22) 외측을 향해 연속으로 수렴하는 한, 테이퍼진 벽부는 원추형이 아닌 형태, 즉 사각뿔 또는 육면 피라미드와 같은 형태가 될 수 있다.

필터는 잠재적으로 작은 압력 손실을 가지는 것이 바람직하다. 또한, 엔진 작동 제어는 필터의 잠재적 압력 손실을 고려하여 설계되어 있다. 따라서, 필터의 압력 손실이 엔진 작동중에 잠재적 압력 손실보다 증가하면, 엔진 성능이 감소된다. 필터에 관하여, 필터는 작은 잠재적 압력 손실을 가지고 또 필터의 압력 손실이 필터 사용시 증가할지라도 잠재적 압력 손실 부근에서 유지되는 것이 중요하다.

본 발명에 따라, 필터(22)의 배기가스 통로(50,51)의 상류측 단부 영역을 한정하는 격벽(54)이 테이퍼져 있으므로, 배기가스가 배기가스 통로(50,51)내로 유입할 때 배기가스가 난류없이 흐르며 따라서 필터(22)의 압력 손실이 잠재적으로 작다.

또한, 본 발명에 따라, 필터(22)의 배기가스 통로(50,51)의 상류측 단부 영역을 한정하는 격벽(54)이 테이퍼져 있으므로, 미립자가 테이퍼진 벽부(52,53)의 표면에 거의 퇴적되지 않는다. 다시 말하면, 필터(22) 사용시, 미립자는 테이퍼진 벽부(52,53)의 표면에 거의 퇴적되지 않으며, 따라서 배기가스 통로내로 유입하는 배기가스가 퇴적된 미립자에 의해 난류를 일으키며 흐르는 일이 거의 없다. 따라서, 필터의 압력 손실이 사용시 증가할지라도, 필터의 압력 손실이 잠재적 압력 손실 보다 상당히 큰 값으로 증가되는 일이 거의 없다.

미립자 이외에, 배기가스는 연료의 연소에 의해 생성되는 불연성 유기 잔류물(재)을 포함한다. 따라서, 재가 필터(22)로 유입하여 퇴적된다.

유입로(50)에 퇴적되는 재의 양이 증가할 때, 필터(22)의 압력 손실이 증가한다. 상술한 바와 같이, 필터(22)의 사용시, 필터(22)의 압력 손실이 증가하더라도 잠재적 압력 손실 부근에서 유지되는 것이 중요하다. 이를 위해, 퇴적되는 재의 양이 작아야 한다. 또한, 유입로(50)에 퇴적되는 재를 제거하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따라, 작은 구멍(55)은 하류측 테이퍼진 벽부(52)에 형성되며, 따라서 유입로(50)로 들어가는 재가 하류측 작은 구멍(55)을 통해 배출될 수 있다. 그러므로, 재는 유입로(50)에 거의 퇴적되지 않고, 따라서 필터(22)의 압력 손실은 증가한다고 하더라도 잠재적 압력 손실 보다 상당히 큰 값으로 거의 증가하지 않는다.

또한, 유입로(50)에 퇴적되는 양이 증가할 때, 작은 구멍(55,56)을 통과하는 배기가스량이 증가한다. 따라서, 유입로(50)에 새로 퇴적되는 재의 양이 감소되므로, 필터(22)의 압력 손실은 증가한다고 하더라도 잠재적 압력 손실 보다 상당히 큰 값으로 거의 증가하지 않는다.

더구나, 각각의 유입로(50)에 퇴적되는 재와 미립자의 양이 증가한 후 유입로(50)의 압력이 증가할 때, 증가한 압력이 유입로(50)에 퇴적되는 재를 그 하류측 영역으로 이동시키고, 최종적으로 대응하는 하류측 작은 구멍(55)을 통해 재를 배출시킨다. 따라서, 필터(22)의 압력 손실은 증가한다고 하더라도 잠재적 압력 손실 보다 상당히 큰 값으로 거의 증가하지 않는다. 덧붙여, 유입로(50)에 퇴적되는 재가 유입로(50)내의 압력에 의해 필터(22)에서 배출됨에 따라, 필터(22)에서 재를 배출시키기 위한 배출작동의 수가 감소된다.

또한, 유입로(50)에 퇴적되는 재 및 미립자의 양이 증가할 때, 배기가스는 격벽(54)을 쉽게 통과하지 못하며, 따라서 유입로(50)내의 압력이 증가한다. 이 때, 작은 구멍(55,56)을 통과하는 배기가스량이 증가한다. 따라서, 필터(22)의 압력손실은 증가한다고 하더라도 잠재적 압력 손실 보다 상당히 큰 값으로 거의 증가하지 않는다.

더구나, 다량의 미립자가 필터(22)에 퇴적되어 단번에 연소될 때, 필터(22)는 미립자의 연소로 인하여 발생되는 열에 의해 용융될 수 있다. 그러나, 본 발명에 따라, 많은 미립자가 필터(22)에 거의 퇴적되지 않는다. 따라서, 필터는 미립자의 연소로 인하여 발생되는 열에 의해 거의 용융되지 않는다.

본 발명은 배기가스에 함유된 특정 성분들을 수집하기 위해 엔진의 배기가스 통로내에 배치된 배기가스 미립자 필터에 적용되거나, 또는 배기가스에 함유된 특정 성분들을 정화하기 위해 엔진의 배기가스 통로내에 배치된 배기가스 정화촉매에 적용될 수 있다.

본 발명의 필터를 제조하는 제1 방법을 설명한다. 먼저, 도 4에 도시된 원통형 벌집형 구조체(80)가 코디어라이트와 같은 다공재로부터 압출성형된다. 다음에, 도 5에 도시된 다이(90)는 상기 구조체(80)의 하나의 단부면에 가압된다.

도 5a에 도시한 바와 같이, 다이(90)는 다수의 원추형 돌출부(91)를 가진다. 도 5b는 하나의 돌출부(91)를 도시하고 있다. 다이(90)는 각각의 돌출부(91)가 대응하는 배기가스 통로(50)내에 삽입되도록 구조체(80)의 한 단부면에 가압된다. 그 결과, 각각의 배기가스 통로(51)를 한정하는 4개의 인접한 격벽의 4개의 단부가 서로를 향해 모이고, 다음에 테이퍼진 벽부(53) 및 작은 구멍(56)을 형성하도록 서로 부분적으로 연결된다.

구조체(80)의 다른 단부면에 관하여 유사한 과정이 실시된다.

다음에, 구조체(80)가 건조되고, 구워진다. 그 결과, 본 발명의 필터(22)가 달성된다. 이러한 방법으로, 본 발명에 따라, 통로(50,51)의 단부들이 다이(90)를 구조체(80)의 단부면에 가압하는 단계를 포함하는 간단한 방법에 의해 협소해진다.

다이(90)를 구조체(80)의 단부면에 가압하는 단계는 구조체(80)의 건조후에 실행될 수 있다. 다른 방법으로, 구워진 구조체(80)가 그 단부 영역에서 연화된 후, 다이(90)가 구조체(80)의 연화된 단부부분에 가압될 수 있다. 이 경우, 그 후에 구조체(80)의 단부부분이 다시 구워진다.

본 발명에서, 필터(22)의 사용시, 미립자는 상류측 테이퍼진 벽부(53)에 쉽게 퇴적되지 않는다. 하지만, 어떤 경우에, 미립자는 상기 벽부(53)에 퇴적될 수 있다. 이 경우 필터(22)의 사용시 필터(22)의 압력 손실이 증가한다. 상술한 바와 같이, 필터(22)의 사용시, 필터의 압력 손실이 잠재적 압력 손실 보다 큰 값으로 증가하는 것을 방지하는 것이 중요하다. 이를 위해, 필터(22)로부터 미립자를 제거할 필요가 있다.

본 발명에 따라, 미립자를 산화에 의해 제거하기 위한 산화재료가 상류측 테이퍼진 벽부(53)에 도포된다. 이에 따라, 테이퍼진 벽부(53)에 의해 수집된 미립자는 산화에 의해 연속으로 제거될 수 있어서, 다량의 미립자가 상류측 테이퍼진 벽부(53)에 거의 퇴적되지 않는다. 따라서, 필터(22)의 사용시, 필터(22)의 압력 손실이 증가하더라도 잠재적 압력 손실 보다 큰 값으로 증가하지는 않는다.

이러한 방법으로, 본 발명에 따라, 유출로(51)의 상류측 단부의 다공 테이퍼진 벽부의 구조로부터 특별히 초래되는 문제, 즉 필터의 압력 손실이 필터의 사용시 잠재적 압력 손실 보다 큰 값으로 증가하는 문제가 해결된다.

본 발명에서, 산화재료가 필터(22) 전체에 도포되며, 즉 상류측 테이퍼진 벽부(53) 이외의 격벽(54)과 하류측 테이퍼진 벽부(52)에 도포된다. 또한, 본 발명에서, 산화재료가 전체 벽면 이외에 상류측 및 하류측 테이퍼진 벽부(53,52) 및 격벽(54)의 미세기공을 형성하는 내부벽면에 도포된다. 더구나, 본 발명에서, 상류측 테이퍼진 벽부(53)에 도포된 단위체적당 산화재료의 양은 격벽(54) 또는 하류측 테이퍼진 벽부(52)에 도포된 양보다 많다.

배기가스는 격벽(54) 보다 테이퍼진 벽부(52,53)를 보다 용이하게 통과한다. 즉, 테이퍼진 벽부(52,53)를 통과하는 단위면적당 배기가스의 양은 격벽(54)을 통과하는 단위면적당 배기가스의 양보다 많다. 따라서, 공통적으로 테이퍼진 벽부(52,53)에 퇴적되는 미립자의 양은 격벽(54)에 퇴적되는 미립자의 양보다 많고, 따라서 테이퍼진 벽부(52,53)는 격벽(54) 보다 더 용이하게 미립자에 의해 폐쇄된다.

이와 반대로, 본 발명에 따라, 테이퍼진 벽부(52,53)에 도포된 단위체적당 산화재료의 양은 격벽(54)에 도포된 단위체적당 산화재료의 양보다 많다. 이에 따라, 각각의 테이퍼진 벽부(52,53)에서 단위시간당 산화에 의해 제거되는 미립자의 양은 각각의 격벽(54)에서 단위시간당 산화에 의해 제거되는 미립자의 양보다 많다. 따라서, 테이퍼진 벽부(52,53)에는 많은 미립자가 거의 퇴적되지 않는다.

배기가스는 많은 산화재료가 테이퍼진 벽부(52,53)에 도포되면 테이퍼진 벽부(52,53)를 통과하기가 어렵다. 따라서, 배기가스는 테이퍼진 벽부(52,53) 및 격벽(54)을 대체로 균일하게 통과한다. 그래서, 많은 미립자가 테이퍼진 벽부(52,53)에 거의 퇴적되지 않는다. 또한, 테이퍼진 벽부(52,53) 및 격벽(54)은 미립자를 수집하는데 효율적으로 사용된다.

각각의 테이퍼진 벽부(52,53)의 상류측 벽면에 퇴적되는 미립자의 양은 그 하류측 벽면에 퇴적되는 미립자의 양보다 많다. 즉, 테이퍼진 벽부(52,53)는 그 상류측 벽면에서 그 하류측 벽면보다 더 용이하게 미립자에 의해 폐쇄된다. 본 발명에 따라, 각각의 테이퍼진 벽부(52,53)의 상류측 벽면에 도포되는 단위체적당 산화재료의 양은 하류측 벽면에 비해 많다. 이에 따라, 테이퍼진 벽부(52,53)의 미세기공은 미립자에 의해 거의 폐쇄되지 않는다.

필터에 도포되는 산화재료를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명에서, 캐리어층이 배기가스 통로(50,51)의 주변 벽면 즉, 격벽(54)과 테이퍼진 벽부(52,53)의 양측면에 알루미나와 같은 재료로 형성된다. 귀금속 촉매 및 활성산소 생성제가 캐리어층에 담겨져 있다. 상기 생성제는 과다산소가 생성제 주위에 존재할 때 산소를 취하여 담고 있으며, 생성제 주위의 산소 농도가 감소될 때 활성산소의 형태로 담겨진 산소를 방출한다. 제1 실시예에서, 산화재료는 활성산소 생성제로서 구성된다.

제1 실시예에서, 백금(Pt)은 귀금속 촉매로서 사용되고, 칼륨(K), 나트륨(Na), 리튬(Li), 세슘(Cs), 또는 루비듐(Rb)과 같은 알칼리 금속, 바륨(Ba), 칼슘(Ca) 또는 스트론튬(Sr)과 같은 알칼리 토류 금속, 또는 란타늄(La), 이트륨(Y) 또는 세륨(Ce)과 같은 희토류, 철(Fe)과 같은 천이금속, 또는 주석(Sn)과 같은 산소족 원소로부터 선택된 재료중 적어도 하나가 활성산소 생성제로서 사용된다.

칼슘 보다 큰 이온화 경향을 갖는 알칼리 금속 또는 알칼리 토류 금속 즉, 칼륨, 리튬, 세슘, 루비듐, 바륨 또는 스트론튬이 활성산소 생성제로서 사용되는 것이 바람직하다.

필터에 의한 미립자의 제거작용은 백금 및 칼륨이 캐리어층에 담겨지는 경우에 따라 설명될 것이다. 다른 귀금속 및 다른 알칼리 금속이나, 알칼리 토류 금속, 또는 희토류 또는 천이금속을 소유하는 필터에 의한 미립자의 제거작용은 대체로 위에서 설명한 것과 동일하다.

예를 들어, 엔진이 연소실내의 산소의 과다하에서 연료가 연소되는 압축점화 엔진의 방식에 속하는 경우에, 필터(22)내로 흐르는 배기가스는 과다 산소를 포함한다. 즉, 연소실(5)내의 혼합물의 공연비가 배기가스의 공연비로서 언급되는 경우에, 압축점화 엔진에서 배기가스의 공연비는 린(lean)이다. 더구나, 일산화질소(NO)가 압축점화 엔진의 연소실(5)에서 생성되며, 따라서 배기가스는 일산화질소를 포함한다. 또한, 연료는 황 구성물(S)을 포함한다. 황 구성물은 연소실(5)내의 산소와 반응하여 이산화황(SO₂)으로 된다. 따라서, 배기가스는 이산화황을 포함한다. 그러므로, 과다 산소, 일산화질소 및 이산화황을 포함하는 배기가스가 필터(22)의 유입로(50)로 흘러간다.

상술한 바와 같이, 배기가스는 과다 산소를 포함하므로 배기가스가 필터(22)의 유입로(50)로 흘러가면, 도 6a에 도시한 바와 같이 산소(O₂)가 O₂ ^- 또는 O^2-의 형태로 백금의 표면에 부착된다. 한편, 배기가스내의 일산화질소는 백금의 표면에 있는 O₂ ^- 또는 O^2-와 반응하여 이산화질소(NO₂)로 된다(2NO+O ₂→2NO₂). 다음에, 생성된 이산화질소의 일부는 백금에서 산화되어 활성산소 생성제(61)로 흡수되며, 따라서 질산이온 NO₃ ^- 의 형태로 생성제(61)에 담겨져 있다. 그외에, 생성된 이산화질소의 일부는 백금에서 산화되어 생성제(61)에 흡수되고 확산되며, 따라서 질산이온 (NO₃ ^-) 의 형태로 생성제(61)에 담겨져 있다. 도 6a에 도시한 바와 같이, 질산이온 NO₃ ^- 은 칼륨과 결합하여 질산칼륨(KNO₃)을 생성한다.

다른 한편, 상술한 바와 같이, 배기가스는 역시 이산화황(SO₂)을 포함한다. 이산화황은 일산화질소와 유사한 메카니즘에 의해 활성산소 생성제(61)에 담겨진다. 즉, 산소(O2)는 O₂ ^- 또는 O^2-의 형태로 백금의 표면에 부착된다. 배기가스내의 이산화황은 백금 표면에 있는 O₂ ^- 또는 O^2-와 반응하여 SO₃로 된다. 다음에, 생성된 SO₃ 의 일부는 백금에서 산화되어 생성제(61)내에 흡수되고, 따라서 황산이온 (SO₄ ^2-)의 형태로 생성제(61)에 담겨진다. 그외에, 생성된 SO3의 일부는 생성제(61)내에 흡수 및 확산되고, 따라서 황산이온 (SO₄ ^2-)의 형태로 생성제(61)에 보유된다. 황산이온 (SO₄ ^2-)은 칼륨과 결합하여 황산칼륨 (K₂SO₄)을 생성한다.

한편, 주로 탄소(C), 즉 매연(soot)으로 구성된 미립자는 연소실(5)에서 발생된다. 따라서, 배기가스는 미립자를 포함한다. 미립자는 캐리어층의 표면, 예를 들어 배기가스가 필터의 유입로(50)로 흐르거나 또는 격벽(54)을 통과할 때 도 6b에 도시한 바와 같이 활성산소 생성제(61)의 표면에 접촉하여 부착된다.

미립자(62)가 이러한 방법으로 활성산소 생성제(61)의 표면에 부착되면, 미립자(62)와 생성제(61) 사이의 접촉면에서의 산소 농도가 저하한다. 산소 농도가 저하하면, 높은 산소 농도를 갖는 활성산소 생성제(61)의 내측에서 농도차이가 발생하며, 따라서 생성제(61)내의 산소가 미립자(62)와 생성제(61) 사이의 접촉면을 향해 이동한다. 그 결과, 생성제(61)내에 형성된 질산칼륨(KNO₃)이 칼륨, 산소 및 일산화질소로 분해된다. 산소가 미립자(62)와 생성제(61) 사이의 접촉면을 향해 이동하고, 반면에 일산화질소는 생성제(61)의 표면 또는 내측에서부터 외측으로 방출된다. 외측으로 방출된 일산화질소는 하류측 백금에서 산화되며, 다시 생성제(61)에 흡수되어 담겨진다.

다른 한편, 이때 활성산소 생성제(61)에 형성된 황산칼륨(K₂SO₄)도 역시 칼륨, 산소 및 이산화황으로 분해된다. 산소는 미립자(62)와 생성제(61) 사이의 접촉면을 향해 이동하며, 반면에 이산화황은 생성제(61)의 표면 또는 내측에서부터 외측으로 방출된다. 외측으로 방출된 이산화황은 하류측 백금에서 산화되고, 다시 생성제(61)에 흡수되어 담겨진다. 황산칼륨이 안정되어 쉽게 분해되지 않기 때문에, 황산칼륨은 질산칼륨에 비해 활성산소를 쉽게 방출하지 않는다는 점에 주목하라.

상술한 바와 같이, 활성산소 생성제(61)는 질산이온(NO₃ ^-)의 형태로 NOx를 흡수할 때 산소와 반응함으로써 활성산소를 생성하여 방출한다. 유사하게, 상술한 바와 같이, 생성제(61)는 황산이온(SO₄ ^2-)의 형태로 이산화황을 흡수할 때 산소와 반응함으로써 활성산소를 생성하여 방출한다.

미립자(62)와 활성산소 생성제(61) 사이의 접촉면을 향해 이동하는 산소는 질산칼륨(KNO₃) 또는 황산칼륨(K₂SO₄)과 같은 합성물로부터 분해된 산소이다. 이들 합성물로부터 분해된 산소는 홀전자를 가지므로 대단히 높은 반응성을 갖는 활성산소이다. 따라서, 미립자(62)와 활성산소 생성제(61) 사이의 접촉면을 향해 이동하는 산소는 활성산소로 된다. 유사하게, 생성제(61)내의 질소산화물 및 산소의 반응 또는 이산화황과 산소의 반응에 의해 생성된 산소가 활성산소로 된다. 만일 활성산소가 미립자(62)에 접촉하면, 미립자(62)가 단기간(수 초 내지 수 분)내에 발광 화염(luminous flame)을 방사하지 않고 산화되어, 완전히 제거된다. 따라서, 미립자는 필터(22)에 거의 퇴적되지 않는다.

종래 기술에서, 필터상의 층들에 퇴적된 미립자가 연소될 때, 필터는 새빨갛게 달구어지며(red-hot) 화염과 함께 연소된다. 이와 같이 화염과 함께 연소하는 일은 온도가 상승되지 않는 한 계속되지 않는다. 따라서, 화염과 함께 연소하는 일을 계속 진행시키기 위해서 필터 온도는 높게 유지되어야 한다.

이에 대하여, 본 발명에서는, 미립자(62)가 상술한 바와 같이 발광 화염을 방사하지 않고 산화된다. 이 때, 필터(22)의 표면은 새빨갛게 달구어지지 않는다. 즉, 본 발명에서 미립자(62)는 종래 기술에 비해 낮은 온도에서 산화에 의해 제거된다. 따라서, 본 발명에 따라 발광 화염을 방사하지 않고 산화에 의한 미립자(62)의 제거 작용은 화염과 함께 연소됨으로써 미립자를 제거하는 작용과는 완전히 상이하다.

필터(22)의 온도가 높을수록, 백금과 활성산소 생성제(61)가 더욱 활성화 된다. 따라서, 필터(22)의 온도가 높을수록, 필터(22)에서 단위시간당 발광 화염을 방사하지 않고 산화에 의해 제거가능한 미립자의 양이 증가한다.

도 8의 실선은 단위시간당 발광 화염을 방사하지 않고 산화에 의해 제거가능한 미립자의 양 G를 도시한다. 도 8의 횡좌표는 필터(22)의 온도 TF를 도시한다. 단위시간당 필터로 유입되는 미립자의 양을 유입 미립자량 M이라고 하면, 유입 미립자량 M이 산화에 의해 제거가능한 양 G보다 작은 상태에서, 즉, 도 8의 영역 Ⅰ에서 미립자가 필터(22)에 접촉할 때 필터(22)내로 유입하는 모든 미립자는 필터(22)에서 발광 화염을 방사하지 않고 단시간(수 초 내지 수 분)에 연속으로 산화에 의해 제거된다.

이와 대조적으로, 유입 미립자량 M이 산화에 의해 제거가능한 미립자량 G 보다 클때, 즉, 도 21의 영역 Ⅱ에서 활성산소량이 모든 미립자를 연속으로 산화하기에는 부족하다. 도 7a 내지 7c는 이 경우 미립자의 산화 상태를 도시한다.

즉, 활성산소량이 모든 미립자를 연속으로 산화하기에는 부족한 상태에서, 미립자(62)가 도 7a에 도시한 바와 같이 활성산소 생성제(61)에 부착하면, 미립자(62)의 일부만이 산화된다. 충분히 산화되지 않은 미립자 부분은 활성산소 생성제(61)의 캐리어층에 남아 있게 된다. 다음에, 활성산소의 불충분한 양이 계속되면, 산화되지 않은 미립자 부분이 캐리어층에 계속 남아 있게 된다. 그 결과, 도 7b에 도시한 바와 같이, 캐리어층의 표면이 잔류 미립자 부분(63)에 의해 덮인다.

캐리어층의 표면이 잔류 미립자 부분(63)에 의해 덮일 때, 백금이 일산화질소 및 이산화황을 용이하게 산화시키지 못하고, 활성산소 생성제(61)가 활성산소를 용이하게 방출하지 못하고, 따라서 잔류 미립자 부분(63)이 산화되지 않은 채로 남아 있게 된다. 그 결과, 도 7c에 도시한 바와 같이, 다른 미립자(64)가 잔류 미립자 부분(63)에 연속해서 퇴적한다. 즉, 미립자들이 층들내에 퇴적한다.

이러한 방법으로 미립자들이 층들내에 퇴적하면, 미립자들은 활성산소에 의해 산화되지 않을 것이다. 따라서, 다른 미립자가 계속해서 미립자(64)에 퇴적하게 된다. 즉, 유입 미립자량 M이 산화에 의해 제거가능한 미립자량 G 보다 계속 더 많아지게 되면, 미립자들이 필터(22)상의 층들내에 퇴적하며, 따라서 배기가스 온도가 더 높아지거나 필터(22)의 온도가 더 높아지지 않는 한, 더이상 퇴적된 미립자를 점화시켜 연소시킬 수 없다.

상술한 바와 같이, 도 8의 영역 Ⅰ에서, 미립자는 필터(22)에서 발광 화염을 방사하지 않고 단기간에 산화된다. 도 8의 영역 Ⅱ에서, 미립자들이 필터(22)의 층들내에 퇴적한다. 따라서, 미립자들이 필터(22)의 층들내에 퇴적되는 것을 방지하기 위해서, 유입 미립자량 M은 항상 산화에 의해 제거가능한 미립자량 G 보다 작게 유지되어야 한다.

도 8에서 이해할 수 있듯이, 본 발명의 필터(22)에서, 미립자들은 필터(22)의 온도 TF가 상당히 낮을지라도 산화될 수 있다. 따라서, 유입 미립자량 M이 산화에 의해 제거가능한 미립자량 G 보다 정상적으로 낮게 유지되도록 유입 미립자량 M 및 필터 온도 TF를 유지할 수 있다. 유입 미립자량 M이 항상 산화에 의해 제거가능한 미립자량 G 보다 낮게 유지되면, 미립자들이 필터(22)에 거의 퇴적되지 않으며, 필터(22)의 압력 손실도 거의 증가하지 않는다.

한편, 상술한 바와 같이, 미립자들이 필터(22)의 층들내에 퇴적되는 상태에서, 활성산소는 유입 미립자량 M이 산화에 의해 제거가능한 미립자량 G 보다 작을지라도 미립자를 용이하게 산화시키지 않는다. 하지만, 산화되지 않은 미립자 부분이 남아있기 시작할 때, 즉, 퇴적되는 미립자량이 허용한계 보다 작을 때, 유입 미립자량 M이 산화에 의해 제거가능한 미립자량 G 보다 작으면, 남아있는 미립자 부분이 발광 화염을 방사하지 않고 활성산소에 의해 산화되어 제거된다.

제2 실시예의 필터가 설명될 것이다. 도 9a, 9b는 제2 실시예의 필터를 도시한다. 도 9a, 9b는 각각 필터의 단부도면 및 종단면도이다. 제2 실시예의 필터의 구조는 제1 실시예의 구조와 기본적으로 동일하다.

제2 실시예에서, 제1 실시예와 유사하게, 작은 구멍(55)이 각각의 하류측 테이퍼진 벽부(52)의 팁에 형성된다. 그러나, 상류측 테이퍼진 벽부(53)의 팁에는 작은 구멍이 형성되지 않는다. 즉, 유입로(50)는 상류측 테이퍼진 벽부(53)에 의해 완전히 폐쇄된다. 따라서, 제2 실시예의 필터의 미립자 수집비는 제1 실시예 보다 크다.

제2 실시예에서, 재와 미립자가 유입로(50)에 퇴적되어 배기가스가 격벽(54)을 용이하게 통과하지 못할지라도, 유입로(50)로 새로 유입하는 배기가스는 하류측 작은 구멍(55)을 통해 필터(22)에서 배출될 수 있다. 그러나, 제2 실시예에 따라, 필터(22)의 압력 손실은 잠재적 압력 손실 보다 상당히 큰 값으로 거의 증가하지 않는다.

또한, 제2 실시예에서, 유입로(50)에 퇴적되는 재 및 미립자의 양이 증가하며 다음에 유입로(50)의 압력이 증가하는 상태에서, 재는 유입로(50)내의 압력에 의해 하류측 작은 구멍(55)을 통해 필터(22)에서 배출된다. 따라서, 제2 실시예에 따라, 필터(22)에 퇴적되는 재의 양은 항상 작게 유지되며, 따라서 필터(22)에서 재를 여러 번 제거하는 어떤 특별한 공정을 수행할 필요가 없다.

더구나, 제2 실시예에서, 많은 미립자들이 유입로(50)에 퇴적하여 배기가스가 격벽(54)을 용이하게 통과하지 못하는 상태에서, 유입로(50)내에 새로 유입되는 미립자는 하류측 작은 구멍(55)을 통해 필터(22)에서 배출된다. 따라서, 필터(22)에 퇴적되는 미립자량이 일정량보다 작은 양으로 유지된다. 따라서, 많은 미립자가 필터(22)에서 거의 연소되지 않으므로 필터(22)가 미립자 연소로부터 유도되는 열에 의해 거의 용융되지 않는다.

또한, 제2 실시예의 필터(22)는 산화재료를 담고 있으므로, 퇴적되는 미립자가 연속적으로 산화된다. 따라서, 많은 미립자가 필터(22)에 퇴적된 다음에 일부 미립자가 필터(22)에 의해 수집되지 않고 배출되는 상태에서 즉, 필터의 미립자 수집비가 낮은 상태에서, 퇴적되는 미립자는 연속으로 산화재료에 의해 산화되고, 따라서 필터(22)로 새로 유입되는 일부 미립자가 필터(22)에서 수집된다. 따라서, 필터(22)에서 수집되지 않고 배출되는 미립자량이 크게 증가하지 않는다.

유입로(50)에 퇴적되는 재가 유입로(50)의 압력에 의해 필터(22)로부터 배출되기 직전에, 유입로(50)내의 압력이 일시적으로 크게 증가할 수 있다. 제1 실시예에서, 필터(22)로 새로 유입하는 배기가스는 상류측 작은 구멍(56)을 통해 유출로(51)로 흘러들어가고, 다음에 필터(22)에서 배출된다. 따라서, 유입로(50)내의 압력이 거의 더이상 증가하지 않는다.

하지만, 제2 실시예에서, 재가 필터(22)에서 배출될 때까지, 유입로(50)내의 압력 즉, 필터(22)의 압력 손실이 계속 증가될 수 있다. 따라서, 필터의 압력 손실이 일시적으로 상당히 높은 레벨로 증가하거나, 또는 높은 미립자 수집비가 필터에서 요구되는 경우에, 제2 실시예의 필터를 사용하는 것이 바람직하다.

제2 실시예에서, 유출로(51)는 다이(90)를, 필터 제조를 위한 제1 방법의 압력 보다 큰 정도로 벌집 구조(80)의 상류측 단부면에 가압함으로써 상류측 테이퍼진 벽부(53)에 의해 완전히 폐쇄될 수 있다.

제3 실시예의 필터가 설명될 것이다. 도 10a, 10b는 제3 실시예의 필터를 도시한다. 도 10a, 10b는 필터의 단부도면 및 종단면도를 도시한다. 제3 실시예의 필터 구조는 제2 실시예의 것과 기본적으로 동일하다.

제3 실시예에서는, 제1 실시예와 유사하게, 작은 구멍(56)이 각각의 상류측 테이퍼진 벽부(53)의 팁에 형성된다. 그러나, 각각의 하류측 테이퍼진 벽부(52)의 팁에는 작은 구멍이 형성되지 않는다. 즉, 유입로(50)는 하류측 테이퍼진 벽부(52)에 의해 완전히 폐쇄된다. 따라서, 제3 실시예의 필터의 미립자 수집비는 제1 실시예의 것보다 크다.

제3 실시예에서, 재 및 미립자가 유입로(50)에 퇴적되어서 배기가스가 격벽(54)을 용이하게 통과하지 못하는 상태에서, 필터(22)내에 새로 유입되는 배기가스는 상류측 작은 구멍(56)을 통해 필터(22)에서 유출될 수 있다. 따라서, 제3 실시예에 따라, 필터의 압력 손실이 증가하더라도, 필터의 압력 손실은 잠재적 압력 손실 보다 상당히 큰 값으로 거의 증가하지 않는다.

더구나, 제3 실시예에서, 상술한 바와 같이, 재 및 미립자가 유입로(50)에 퇴적되어서 배기가스가 격벽(54)을 통과하지 않는 경우, 많은 배기가스가 상류측 작은 구멍(56) 및 유출로(51)를 통해 필터(22)에서 유출된다. 즉, 필터내에 새로 유입되는 재의 일부는 상류측 작은 구멍(56) 및 유출로(51)를 통해 필터에서 배출된다. 따라서, 유입로(50)에 퇴적되는 재의 양이 허용량 보다 크게 될 때까지에는 시간이 많이 걸린다. 따라서, 필터(22)에 퇴적되는 재를 제거하기 위한 특수 공정을 여러번 실행할 필요가 없다.

더구나, 제3 실시예에서, 상술한 바와 같이, 재 및 미립자가 유입로(50)에 퇴적되어서 배기가스가 격벽(54)을 용이하게 통과하지 못하는 경우, 많은 배기가스가 상류측 작은 구멍(56) 및 유출로(51)를 통해 필터(22)에서 유출된다. 즉, 필터에 새로 도달하는 미립자의 일부는 상류측 작은 구멍(56)을 통해 유출로(51)로 유입되며, 이 유출로(51)에서 배출된다. 따라서, 유입로(50)에 퇴적되는 미립자의 양이 허용량 보다 크게 될 때까지에는 시간이 많이 걸린다. 따라서, 필터(22)는 미립자의 연소로부터 초래된 열에 의해 거의 용융되지 않는다.

제3 실시예의 필터(22)는 내부에 산화재료를 담고 있다. 따라서, 유입로(50)에 퇴적되는 미립자량이 허용량보다 크게 될 때까지, 퇴적되는 미립자는 산화재료에 의해 산화되어 제거된다. 따라서, 퇴적되는 미립자량이 허용량보다 거의 크게 되지 않는다.

배기가스가 소량의 재를 담고 있고 또 필터의 큰 압력 손실이 허용되거나, 또는 높은 미립자 수집비가 필터에 요구되는 경우에 제3 실시예의 필터를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 제3 실시예에서, 유입로(50)는 다이(90)를, 필터를 제조하기 위한 제1 방법의 압력 보다 큰 정도로 벌집 구조(80)의 하류측 단부면에 가압함으로써 완전 폐쇄된다.

본 발명의 필터를 갖춘 엔진의 제어에 대해 설명한다. 도 11은 본 발명의 필터를 갖춘 압축 점화형 엔진을 도시한다. 본 발명의 필터는 플러그 점화형 엔진에도 적용될 수 있음에 주목하기 바란다.

도 11에서, 부호 1은 엔진 본체, 2는 실린더 블록, 3은 실린더 헤드, 4는 피스톤, 5는 연소실, 6은 전기제어식 연료분사기, 7은 흡기밸브, 8은 흡기구, 9는 배기밸브, 10은 배기구를 가리킨다. 흡기구(8)는 대응하는 흡기 브랜치 파이프(11)를 통해 서지탱크(12)에 연결된다. 서지탱크(12)는 흡기관(13)을 통해 배기 터보챠저(14)의 압축기(15)에 연결된다.

스테핑 모터(16)에 의해 구동되는 스로틀 밸브(17)는 흡기관(13)내에 배치된다. 흡기관(13)을 통과하는 흡기를 냉각하기 위한 인터쿨러(18)는 흡기관(13) 주위에 배치된다. 도 11에 도시된 엔진에서, 엔진 냉각수는 인터쿨러(18)에 공급되며 흡기를 냉각한다.

배기구(10)는 배기 매니폴드(19) 및 배기 파이프(20)를 통해 배기 터보챠저(14)의 배기 터빈(21)에 연결된다. 배기 터빈(21)의 출구는 배기 파이프(20a)를 통해 미립자 필터(22)를 둘러싸는 케이싱(23)에 연결된다.

배기 매니폴드(19)는 EGR 통로(24)를 통해 서지탱크(12)에 연결된다. 전기제어식 EGR 제어밸브(25)는 EGR 통로(24)내에 배치된다. 또한, EGR 통로를 통과하는 EGR 가스를 냉각하기 위한 EGR 쿨러(26)는 EGR 통로(24) 주위에 배치된다. 도 11에 도시한 엔진에서, 엔진 냉각수는 EGR 쿨러(26)에 공급되며 EGR 가스를 냉각한다.

한편, 각각의 연료분사기(6)는 연료공급관(6a)을 통해 연료저장소 즉, 커먼레일(common rail:27)에 연결된다. 연료는 전기제어식 가변용량 연료펌프(28)로부터 커먼레일(27)에 공급된다. 커먼레일(27)에 공급된 연료는 연료공급관(6a)을 통해 연료분사기(6)에 공급된다. 커먼레일(27)내의 연료압을 검출하기 위한 연료압 센서(29)는 커먼레일(27)에 부착된다. 연료 펌프(28)로부터의 연료 배출량은 커먼레일(27)내의 연료압이 연료압 센서(29)의 출력 신호에 기초하여 목표 연료압에 유지되도록 제어된다.

전자제어유닛(30)은 디지털 컴퓨터로 구성되고, 판독전용 메모리(ROM:32), 임의접근 메모리(RAM:33), 마이크로프로세서(CPU:34), 입력포트(35), 및 출력포트(36)를 구비한다. 연료압 센서(29)의 출력 신호는 대응하는 AD 컨버터(37)를 통해 입력포트(35)에 입력된다. 배기가스 온도를 검출하기 위한 온도센서(39)는 필터(22)에 부착된다. 온도센서(39)의 출력 신호는 대응하는 AD 컨버터(37)를 통해 입력포트(35)에 입력된다.

부하센서(41)는 액셀페달(40)에 연결된다. 이 센서(41)는 액셀페달(40)의 밟기량 L에 비례하여 출력 전압을 발생한다. 센서(41)의 출력 전압은 대응하는 AD 컨버터(37)를 통해 입력포트(35)에 입력된다. 또한, 크랭크샤프트가 예를 들어 30°만큼 회전할 때마다 출력 펄스를 발생하기 위한 크랭크각 센서(42)는 입력포트(35)에 연결된다. 한편, 출력포트(36)는 대응하는 구동회로(38)를 통해 연료분사기(6), 스테핑모터(16), EGR 제어밸브(25) 및 연료펌프(28)에 연결된다.

상술한 바와 같이, 미립자가 필터(22)내의 층들에 퇴적되는 상태에서, 유입 미립자량 M이 산화에 의해 제거가능한 미립자량 G 보다 작게 될지라도, 활성산소는 미립자를 용이하게 산화시키지 않는다. 특히, 엔진 시동직후에 필터온도 TF는 낮다. 이 때, 유입 미립자량 M은 산화에 의해 제거가능한 미립자량 G 보다 크다. 산화되지 않은 미립자 부분들이 남기 시작하는 상태, 다시 말하면, 퇴적되는 미립자량이 허용 상한치보다 작은 상태에서, 유입 미립자량 M이 산화에 의해 제거가능한 미립자량 G 보다 작다면, 미립자의 잔류 부분은 발광 화염을 방사하지 않고 활성산소에 의해 산화되어 제거된다.

따라서, 본 발명에서, 유입 미립자량 M과 필터온도 TF는, 유입 미립자량 M이 산화에 의해 제거가능한 미립자량 G 보다 작게 되도록 유지된다. 덧붙여, 본 발명에서, 유입 미립자량 M이 산화에 의해 제거가능한 미립자량 G 보다 일시적으로 커지게 되더라도, 미립자의 잔류 부분(63)이 도 7b에 도시된 바와 같이 캐리어층의 표면을 거의 덮지 않도록, 다시 말하면 층들에 퇴적되는 미립자량이 허용 한계치 보다 작게 유지되도록 유입 미립자량 M과 필터온도 TF가 유지되므로, 유입 미립자량 M이 산화에 의해 제거가능한 미립자량 G 보다 작을 때 미립자는 산화되어 제거될 수 있다.

그러나, 유입 미립자량 M과 필터온도 TF가 상술한 바와 같이 제어되더라도, 미립자는 필터(22)내의 층들에 퇴적될 수 있다. 이 경우, 필터(22)에 퇴적되는 미립자는 배기가스 전체 또는 일부의 공연비를 일시적으로 리치로 함으로써 발광 화염을 방사하지 않고 산화되어 제거될 수 있다.

즉, 배기가스의 공연비가 얼마동안 린으로 유지될 때, 많은 산소가 백금에 부착된다. 따라서, 백금의 촉매 작용이 감소된다. 그러나, 배기가스의 공연비가 배기가스내의 산소 농도를 감소시키기 위해 리치로 만들어지면, 산소는 백금에서 제거되고, 백금의 촉매 작용이 증가한다. 따라서, 배기가스의 공연비가 리치로 만들어질 때, 많은 활성산소가 활성산소 생성제(61)로부터 한번 외부로 용이하게 배출된다. 따라서, 퇴적되는 미립자가 한번 활성산소에 의해 용이 산화 상태(easily oxidation state)로 변형된 다음에 연소된다. 따라서, 배기가스의 공연비가 리치로 만들어질 때, 산화에 의해 제거가능한 미립자량 G가 증가한다.

이 경우, 미립자가 필터(22)내의 층들에 퇴적될 때, 배기가스의 공연비가 리치로 될 수 있다. 다른 방법으로, 배기가스의 공연비는 미립자가 층들에 퇴적되는지 여부에 관계없이 주기적으로 리치로 만들어질 수 있다.

예를 들어, 배기가스의 공연비는 연소실(5)내의 혼합물의 평균 공연비가 리치로 되도록 분사기(6)로부터 분사된 연료량을 제어함으로써 리치로 되고, 반면에 스로틀 밸브(17) 및 EGR 제어밸브(25)의 밸브 리프트들은 EGR률(EGR 가스량/(흡입 공기량 + EGR 가스량))이 엔진 부하가 작을 때 65% 보다 크게 유지되도록 제어된다.

상술한 바와 같이, 미립자가 필터(22)에 퇴적되어 용이하게 산화되지 않을 때 배기가스의 공연비를 리치로 함으로써 미립자가 산화되는 경우, 본 발명의 필터(22)는 탄화수소(HC)가 필터(22)의 상류측 영역에 거의 부착되지 않는다는 장점을 가진다.

즉, 배기가스의 공연비가 리치로 되면, 탄화수소는 필터(22)내로 유입한다. 이 때, 탄화수소는 필터(22)의 상류측 영역에 용이하게 부착한다. 필터(22)의 상류측 영역의 온도가 그 하류측 영역의 온도 보다 낮을 때, 탄화수소가 필터(22)의 상류측 영역에 부착되며 용이하게 소비되지 않는다. 따라서, 탄화수소가 필터(22)의 상류측 영역에 퇴적된다. 그러나, 본 발명에서, 필터(22)는 그 상류측 영역에서 많은 산화재료를 소유하기 때문에, 탄화수소는 소비되어 필터에 거의 퇴적되지 않는다. 따라서, 탄화수소는 필터(22)의 상류측 영역을 거의 폐쇄하지 않는다.

도 12는 상술한 엔진 작동 제어의 루틴의 실예를 도시한다. 도 12에서, 먼저 단계 100에서, 연소실(5)내의 혼합물의 평균 공연비가 리치로 되어야 하는지 판정한다. 연소실(5)내의 혼합물의 평균 공연비가 리치로 제조될 필요가 없을 때, 스로틀 밸브(17)의 밸브 리프트는 단계 102에서 제어되고, 분사기(6)에서 분사된 연료량이 단계 103에서 제어되어 유입 미립자량 M이 산화에 의해 제거가능한 미립자량 G 보다 작아지게 된다.

다른 한편, 연소실(5)내의 혼합물의 평균 공연비가 리치로 되어야 하는지 단계 100에서 판정될 때, 스로틀 밸브(17)의 밸브 리프트는 단계 104에서 제어되고, EGR 제어밸브(25)의 밸브 리프트는 EGR률이 65% 보다 커지도록 단계 105에서 제어되고, 분사기(6)에서 분사된 연료량은 연소실(5)내의 혼합물의 평균 공연비가 리치로 되도록 단계 106에서 제어된다.

연료 또는 윤활유는 칼슘(Ca)을 함유한다. 따라서, 배기가스도 칼슘을 함유한다. 칼슘은 SO3의 존재하에서 황산칼슘(CaSO₄)을 생성한다. 황산칼슘은 고체이고, 고온에서도 열에 의해 분해되지 않을 것이다. 따라서, 황산칼슘이 생성되면, 황산칼슘이 필터(22)의 미세기공을 막아버린다. 이 경우 배기가스는 필터(22)를 용이하게 통과하지 못한다.

이 경우, 칼슘 보다 이온화 경향이 높은 알칼리 금속 또는 알칼리 토류 금속, 예를 들어 칼륨(K)이 활성산소 생성제(61)로서 사용되면, 생성제(61)에서 확산되는 SO3가 칼륨과 결합하여 황산칼륨(K₂SO₄)으로 된다. 한편, 칼슘은 SO3와 결합하지 않고, 필터(22)의 격벽(54)을 통과하여 유출로(50)로 흐른다. 따라서, 격벽(54)의 미세기공을 더이상 막지 않는다. 따라서, 상술한 바와 같이, 칼슘 보다 이온화 경향이 높은 알칼리 금속 또는 알칼리 토류 금속 즉, 칼륨, 리튬, 세슘, 루비듐, 바륨 및 스트론튬을 활성산소 생성제(61)로서 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명은 필터에 형성된 캐리어층에 담겨진 백금과 같은 귀금속만을 구비하는 필터에 적용될 수 있다. 이 경우, 산화에 의해 제거가능한 미립자량 G를 나타내는 실선은 도 8에서 약간 우측으로 이동한다. 또한, 이 경우, 백금 표면에서 운반되는 NO₂ 또는 SO₃가 활성산소를 생성한다. 더구나, 활성산소 생성제로서, NO₂ 또는 SO₃를 흡수하여 소유하며 소유한 NO₂ 또는 SO₃로부터 활성산소를 생성하는 촉매가 사용될 수 있다.

제4 실시예를 설명한다. 도 13에 도시한 바와 같이, 제4 실시예에서, 산화촉매(22a)가 배기터빈(21)의 출구부분의 배기통로 하류와 필터(22)의 상류에 배치된다. 촉매(22a)는 케이싱(23a)에 수용된다. 촉매(22a)의 온도를 검출하기 위한 온도센서(39a)가 촉매(22a)에 부착된다. 센서(39a)의 출력 신호는 대응하는 AD 컨버터(37a)를 통해 입력포트(35)에 입력된다.

산화촉매(22a)는 예를 들어, 코디어라이트 또는 단열강과 같은 세라믹으로 형성된 캐리어에 알루미나의 박층을 코팅한 다음 귀금속 촉매를 알루미나층에 도포함으로써 형성된다. 귀금속 촉매는 산화능력을 가지며, 따라서 촉매(22a)는 특정 성분 특히, 탄화수소 및 이산화탄소를 강하게 산화시킬 수 있다(2CO + O →CO₂, HC + O₂ →CO₂ + H₂O).

산화촉매(22a)는 단위면적당 귀금속 촉매의 양을 필터(22)가 소유한 것보다 많은 양을 소유한다. 제4 실시예의 촉매(22a)에서, 백금, 팔라듐 및 로듐 중 하나 이상 귀금속 촉매로서 사용된다. 또한, 제4 실시예에서, 귀금속 촉매에 부가하여, 산소를 흡수하여 방출하기 위해 세륨 또는 니켈과 같은 산소저장제가 알루미나 캐리어에 담겨질 수 있다. 더구나, 제4 실시예에서, 귀금속 촉매에 부가하여, 알루미나 및 귀금속 촉매가 열로 인하여 변하는 것을 방지하기 위해 바륨, 란타늄 또는 지르코늄과 같은 안정제를 소유할 수 있다.

도 14에 도시한 바와 같이, 산화촉매(22a)는 벌집 캐리어를 구비한다. 따라서, 촉매(22a)는 그 내부에 다수의 배기가스 통로(22b)를 가지며, 이 통로들은 격벽(22c)에 의해 한정되며 서로 평행하게 연장한다. 또한, 촉매(22a)의 배기가스 통로(22b)의 입구 및 출구는 완전히 개방된다. 즉, 촉매(22a)는 모놀리스식 촉매이다. 촉매(22a)에서, 배기가스는 격벽(22c)을 강제로 통과하지 않으므로, 작은 압력 손실을 가진다. 따라서, 필터(22)의 상류에 배치된 촉매(22a)는 배기가스 정화장치의 압력 손실을 소량만을 증가시킨다.

배기가스는 매연(soot)과 용해성 유기화합물(SOF)과 같은 미립자를 포함한다. 연료는 산소가 연소실에서 충분하지 않은 상태에서는 연소되지 않는다. 매연이 불연소된 연료로부터 생성되며 주로 탄소(C)로 구성되어 있다. 한편, 연료와 엔진오일에 함유된 탄화수소는 연소실내의 고온에 의해 증발된 다음 연소실내의 온도가 저하함에 따라 미립자 물질로 되어 퇴적된다. 상기 SOF는 퇴적되는 미립자 물질이며 주로 탄화수소로 구성되어 있다.

필터(22)에 담겨진 귀금속 촉매를 둘러싸는 분위기가 산화력이 있으면, 이 촉매는 배기가스에 함유된 물질을 강하게 산화시킨다. 따라서, 엔진이 압축점화식 엔진이면, 린 배기가스가 배출되므로 귀금속 촉매가 강한 산화능력이 있음을 증명한다. 따라서, 배기가스에 함유된 SOF는 촉매의 산화능력에 의해 산화되어 버린다(CmHn + O₂ →CO₂ + H₂O). 당연히, 배기가스내에 함유된 SOF는 활성산소 생성제(61)로부터 방출된 활성산소에 의해 산화된다(CmHn + O* →CO₂ + H₂O).

그러나, 엔진작동상태에 의존하여, 연소실(5)로부터 배출되는 배기가스내의 SOF의 농도는 일시적으로 증가된다. 이 경우, 필터(22)에 도달하는 배기가스내의 SOF의 농도는 증가하고, 따라서 단위시간당 많은 SOF가 상류측 테이퍼진 벽부(53)에 부착한다. 상류측 테이퍼진 벽부(53)에 단위시간당 산화에 의해 제거가능한 SOF량은 제한되어 있다. 따라서, 필터(22)에 도달하는 배기가스내의 SOF의 농도가 증가하면, 상류측 테이퍼진 벽부(53)에 부착하는 SOF가 완전히 산화되지 않아서 그 벽부에 퇴적된다. 따라서, SOF가 상류측 작은 구멍(56)을 폐쇄하게 된다.

필터(22)에서, 상류측 작은 구멍(56)은 상류측 테이퍼진 벽부(53) 또는 격벽(54)의 미세기공 보다 큰 사이즈를 가지며, 격벽(54)은 배기가스의 유동방향에 대체로 평행하게 연장한다. 하지만, 상류측 작은 구멍(56)은 배기가스의 유동방향에 수직인 방향으로 개방되어 있다. 따라서, 상류측 작은 구멍(56)을 통과하는 단위면적당 배기가스량은 상류측 테이퍼진 벽부(53) 또는 격벽(54)을 통과하는 단위면적당 배기가스량 보다 많다. 또한, 상류측 작은 구멍(56)이 필터(22)의 최상류 영역에 배치되기 때문에, 상류측 작은 구멍(56)을 통과하는 배기가스내에 함유된 미립자는 산화되지 않는다. 따라서, 상류측 작은 구멍(56)을 통과하는 SOF량은 상류측 테이퍼진 벽부(53) 또는 격벽(54)을 통과하는 SOF량 보다 많다. 따라서, SOF는 용이하게 상류측 작은 구멍(56)을 막아버린다

더구나, 매연이 점성을 갖지 않으므로 정상적으로는 상류측 작은 구멍(56)을 폐쇄하지 않고 그 작은 구멍(56)을 통과한다. 한편, SOF는 점성을 가지므로, SOF가 상류측 테이퍼진 벽부(53)에 부착하면, 매연이 SOF에 부착하고, 상류측 작은 구멍(56)을 폐쇄한다.

또한, 배기가스내의 SOF는 상류측 작은 구멍(56)에 도달하기 전에 필터(22)에 의해 산화된다. 따라서, SOF는 작은 구멍(56)을 거의 폐쇄하지 않는다. 하지만, 미립자가 필터(22)에 퇴적하거나 또는 엔진에서 배출된 배기가스내의 SOF의 농도가 증가하거나 또는 필터가 그 산화능력을 증명할 정도로 필터온도가 엔진시동시에 상승하지 않으면, 필터(22)에 의한 미립자의 산화율이 감소한다. 이 경우, 필터(22)는 미립자를 완전히 산화시키지 못한다. 따라서, 많은 SOF가 하류측 작은 구멍(55)에 도달한다. 이 경우, 상류측 작은 구멍(56)과 관련된 상기와 동일한 이유 때문에, SOF는 하류측 작은 구멍(55)을 폐쇄한다.

이에 대하여, 제4 실시예에서, 산화촉매(22a)가 필터(22)의 상류에 배치된다. 촉매(22a)는 배기가스내에 함유된 SOF를 강하게 산화시켜 제거한다(CmHn + O₂ →C₂O + H₂O). 따라서, 배기가스내에 함유된 SOF량은 배기가스가 필터(22)내로 흐르기 전에 감소된다. 필터(22)내로 흐르는 배기가스가 거의 SOF를 포함하지 않으면, SOF는 작은 구멍(55,56) 주위에 거의 퇴적되지 않으므로 이들 구멍을 폐쇄하지 않는다.

생성제(61)에 의해 운반되는 질소산화물을 감소시키기 위해 엔진이 필터(22)의 활성산소 생성제(61)에 의해 운반되는 총 질소산화물에 기초하여 연료를 배기가스로 분사하도록 설계된 경우, 배기가스내의 SOF의 농도는 연료가 배기가스로 분사될 때 상술한 바와 같이 증가한다는점에 주목하기 바란다.

또한, 배기가스를 EGR 통로를 통해 매연 발생량이 피크인 경우보다 많은 양으로 순환시킴으로써 연소실내의 연료 연소온도를 매연 발생온도보다 낮아지도록 엔진이 설계된 경우에, 배기가스내의 SOF의 농도는 매연 발생량이 피크일 때 보다 많은 양으로 배기가스가 흡기통로내로 순환될 때 상술한 바와 같이 증가한다는점에 주목하기 바란다. 이 경우, 흡기량 즉 산소가 감소하고, 따라서 연료가 연소실에서 용이하게 연소되지 않는다. 그러므로, 배기가스내의 SOF의 농도가 증가한다.

제5 실시예를 설명한다. 상술한 제4 실시예에서, 작은 구멍(55,56)의 사이즈는 서로 동일하다. 이와 대조적으로, 제5 실시예에서는, 도 15a, 15b에 도시한 바와 같이, 구멍(55,56)의 사이즈가 서로 상이하다. 상세히 설명하면, 제5 실시예에서, 상류측 구멍(56)의 사이즈는 필터(22)의 중앙영역에서부터 주변영역을 향해 점차 증가한다. 상기 중앙영역은 터빈의 하우징 즉, 배기파이프의 축선에 일치하는 필터(22)의 축선 주위의 영역이다. 한편, 상기 주변영역은 필터(22)의 중앙영역 주위에서 필터(22) 주변에 인접한 영역이다. 또한, 하류측 구멍(55)의 사이즈는 필터(22)의 중앙영역에서부터 주변영역을 향하여 점차 증가한다.

제5 실시예에서, 필터(22)의 압력 손실을 작게 유지하기 위하여, 필터(22)를 둘러싸는 케이싱(23)은 이에 연결된 배기파이프의 직경보다 큰 직경을 가진다. 또한, 케이싱(23)은 그 중앙축선이 배기파이프의 축선과 정렬되도록 배기파이프에 연결된다. 더구나, 케이싱(23)은 그 원추형 부분에 의해 배기파이프에 원활하게 연결된다. 이러한 구조에서, 배기파이프로부터 케이싱(23)으로 유입하는 배기가스는 필터(22)의 중앙영역으로 용이하게 흐르고, 주변영역으로는 용이하게 흐르지 않는다. 따라서, 필터(22)의 중앙영역으로 흐르는 배기가스량은 주변영역으로 흐르는 배기가스량보다 많다. 그래서, 필터(22)로 흐르는 배기가스의 분포가 균일하지 않다.

이에 대하여, 제5 실시예에서, 필터(22)의 중앙영역에서의 작은 구멍(55,56)은 그 주변영역에서의 구멍보다 큰 사이즈를 가진다. 작은 구멍이 큰 사이즈를 가지면, 배기가스는 작은 구멍을 용이하게 통과한다. 따라서, 제5 실시예에서, 필터(22)의 중앙영역과 주변영역으로 각각 흐르는 배기가스량의 차이가 감소한다. 즉, 상술한 바와 같이, 필터(22)에 도달하는 배기가스는 필터(22)의 중앙영역으로 용이하게 흐른다. 하지만, 제5 실시예에서, 필터(22)의 주변영역에서의 작은 구멍(55,56)이 확장되어 있다. 그러므로, 필터(22)의 주변영역에서의 배기 배압이 작아서 배기가스는 용이하게 흐른다. 따라서, 배기가스의 분포가 더욱 균일하게 된다. 이에 따라 배기가스가 필터(22)를 균일하게 통과하므로 필터(22)가 효율적으로 사용된다.

필터(22)는 주로 배기가스에서 유도된 열과 배기가스에 함유된 특정 성분들간의 필터(22)내에서의 화학반응에 의해 가열된다. 필터(22)를 가열하는 열량은 필터(22)내로 흐르는 배기가스량에 비례한다. 따라서, 필터(22)의 각각의 부분의 온도는 필터내로 흐르는 배기가스량에 의존한다.

필터(22)의 작은 구멍(55,56)의 사이즈가 서로 동일하고 또 필터(22)의 배기가스 통로(50,51)의 단면적이 서로 동일한 경우, 배기가스는 필터(22)의 주변영역 보다는 중앙영역으로 더욱 용이하게 흐른다. 따라서, 필터(22)는 그 중앙영역 보다 주변영역에서 더 낮은 온도를 가진다. 또한, 필터(22)의 주변 벽면은 낮은 온도를 갖는 대기에 노출되어 있다. 따라서, 열이 필터(22)이 주변영역에서 대기로 방출된다. 따라서, 필터(22)는 그 중앙영역 보다 주변영역에서 더 낮은 온도를 가진다. 필터(22)의 각각의 영역에서 미립자를 산화시키는 능력이 온도에 비례하기 때문에, 미립자 산화능력은 필터(22)의 중앙영역에 있는 작은 구멍(55,56) 주위에서 크고, 따라서 미립자가 이 영역에 있는 작은 구멍(55,56)을 용이하게 폐쇄하지 않는다. 한편, 필터(22)의 주변영역에서, 미립자 산화능력은 작은 구멍(55,56) 주위에서 작으므로 미립자가 이 영역에서 작은 구멍(55,56)을 용이하게 폐쇄한다.

이에 대하여, 제5 실시예에서, 작은 구멍(55,56)의 사이즈는 필터(22)의 중앙영역에서부터 그 주변영역으로 점차 증가한다. 따라서, 배기가스는 필터(22)에서 균일하게 흐르며, 따라서 필터(22)의 온도 분포는 균일하다. 이에 따라, 필터(22)의 중앙영역에서 작은 구멍(55,56)은 작은 사이즈를 가지지만 작은 구멍(55,56) 주위의 테이퍼진 벽부(52,53)는 높은 온도를 가진다. 따라서, 필터(22)의 중앙영역에서의 미립자 산화능력이 크고, 따라서 미립자가 이 영역에서 작은 구멍(55,56)을 용이하게 폐쇄하지 않는다. 한편, 필터(22)의 주변영역에서 작은 구멍(55,56) 주위의 테이퍼진 벽부(52,53)는 낮은 온도를 가지지만 작은 구멍(55,56)은 큰 사이즈를 가진다. 따라서, 미립자는 필터(22)의 주변영역에서 작은 구멍(55,56)을 용이하게 폐쇄하지 않는다.

상술한 바와 같이, 필터(22)에 퇴적되는 미립자량이 클 때, 퇴적되는 미립자를 필터(22)로부터 산화시키기 위해 필터(22)의 온도를 일정한 온도로 상승시키기 위한 제어를 수행할 필요가 있다. 또한, 필터(22)에 의해 운반된 SO₂의 양이 많을 때, 운반된 SO₂를 필터(22)로부터 배출하기 위해 필터(22)의 온도를 일정 온도로 상승시키기 위한 제어를 실행할 필요가 있다. 하지만, 상기 제어를 실행할 때, 필터(22)가 온도 차이를 가지면, 본래부터 낮은 온도를 갖는 부분의 온도는 목표 온도에 도달하지 않거나, 또는 본래부터 높은 온도룰 갖는 부분의 온도는 목표 온도를 초과하여 증가할 수 있다. 특히, 본래부터 높은 온도를 갖는 부분의 온도가 목표 온도를 초과하여 증가하는 경우, 에너지가 낭비되고, 어떤 경우에는 필터(22)가 고온에 의해 용융된다.

이에 대하여, 제5 실시예에서, 필터(22)에서의 온도 차이는 작다. 그러므로, 필터(22)의 온도가 목표 온도로 상승되었을 때, 필터(22)의 부분들의 온도는 과다하게 높은 온도로 상승되지 않는다. 따라서, 에너지 낭비 및 필터(22)의 용융이 회피된다.

제5 실시예에서, 작은 구멍(55,56)의 사이즈는 단계적으로 예를 들어, 필터(22)의 중앙영역에서부터 주변영역으로 2단계 또는 3단계로 증가할 수 있다는 점에 주목하기 바란다.

촉매(22a)의 배기가스 통로의 입구 및 출구는 필터(22)의 작은 구멍(55,56) 보다 큰 사이즈를 가지기 때문에, 배기가스내에 함유된 SOF가 촉매(22a)의 배기가스 통로의 개구들을 거의 폐쇄하지 않는다는 점에 주목하기 바란다.

또한, 모놀리스형 촉매가 아닌 촉매가 산화촉매로서 사용되어도 좋다. 또한, 산화촉매 대신에, 린 배기가스가 유입할 때 배기가스내에 함유된 질소산화물을 흡수하여 운반하며 또 촉매가 SOF를 제거할 수 있을지라도 리치 배기가스가 유입할 때 운반된 질소산화물을 방출하여 감소시키기 위한 촉매를 사용하여도 좋다.

제6 실시예를 설명한다. 도 16a, 16b는 각각 제6 실시예의 필터의 종단면도 및 단부도면을 도시한다. 제6 실시예에서, 필터(22)의 구멍(55,56)의 사이즈는 서로 대체로 동일하다. 하지만, 도 16a, 16b에 도시한 바와 같이, 배기가스 통로(50,51)의 단면적은 필터(22)의 중앙영역에서부터 주변영역으로 점자 증가한다. 따라서, 필터(22)의 중앙영역 및 주변영역을 통과하는 배기가스량의 차이는 작으며, 따라서 배기가스가 필터(22)에서 균일하게 흐른다.

그러므로, 제5 실시예에 관하여 설명한 바와 같은 이유로서, 필터(22)는 작은 온도 차이를 가지므로 미립자가 필터(22)의 주변영역에서 작은 구멍(55,56)을 거의 폐쇄하지 않는다. 또한, 필터(22)가 작은 온도 차이를 가지므로, 필터(22)의 온도가 목표 온도로 상승될 때 에너지 낭비 및 필터(22)의 용융이 회피된다.

제5 실시예 및 제 6 실시예가 조합될 수 있다는 점에 주목하라. 즉, 필터(22)의 작은 구멍(55,56)의 크기와 배기가스 통로(50,51)의 단면적은 필터(22)의 중앙영역에서부터 그 주변영역으로 점차 증가될 수 있다.

제7 실시예를 설명한다. 도 17에 도시한 바와 같이, 제7 실시예에서, 흡기통로(13)는 스로틀 밸브(17)의 상류측에서 공기청정기(43)에 연결된다. 또한, 제7 실시예에서, 미립자필터(이하, '메인필터'라고 함:44)는 필터(22)의 하류측에서 배기통로에 배치된다. 상기 메인필터(44)는 케이싱(45)내에 수용된다. 메인필터(44)의 온도를 검출하기 위한 온도센서(46)는 필터(22) 상류측 단부에 부착된다. 온도센서(46)의 출력신호는 대응하는 AD 컨버터(37)를 거쳐 입력포트(35)로 입력된다. 제7 실시예에서, 필터(22)의 구조는 제1 실시예의 필터와 동일하다. 이하에서 필터(22)는 서브필터(22)라고 한다.

도 18a 및 18b를 참고하여 메인필터(44)를 설명한다. 도 18a 및 18b는 각각 메인필터의 단부도 및 종단면도를 도시한다. 도 18a, 18b에 도시한 바와 같이, 필터(44)는 벌집 구조이고, 서로 평행하게 연장하는 다수의 배기가스 통로(44a,44b)를 구비한다. 상기 통로들은 배기가스 유입로 및 유출로(44a,44b)로서 구성된다. 상기 유입로(44a)는 플러그(44c)에 의해 그 하류측 단부에서 폐쇄된다. 한편, 유출로(44b)는 플러그(44d)에 의해 그 상류측 단부에서 폐쇄된다.

유입로 및 유출로(44a,44b)는 교대로 배치된다. 얇은 격벽(44e)이 유입로 및 유출로(44a,44b)를 차단한다. 4개의 유입로(44a)가 각각의 유출로(44b) 주위에 배치된다.

환언하면, 인접한 통로들(44a,44b)의 하나(44a)는 플러그(44c)에 의해 그 하류측 단부에서 폐쇄되고, 다른 통로(44b)는 플러그(44d)에 의해 그 상류측 단부에서 폐쇄된다.

메인필터(44)는 소정 평균크기를 각각 가지는 미세기공들을 포함하는 코디어라이트(cordierite)와 같은 세라믹 등의 다공성재료로서 형성된다. 따라서, 도 18b에 도시한 바와 같이, 배기가스는 유입로(44a)로 흘러들어간 다음에 주위 격벽(44e)의 미세기공을 통해 인접한 유출로(44b)로 흘러들어간다. 배기가스가 통로들(44a,44b)로 흘러들어갈 때, 배기가스내에 포함된 미립자들은 통로(44a,44b)를 한정하는 격벽(44e)의 벽면에 수집된다. 또한, 배기가스가 격벽(44e)의 미세기공을 통과할 때, 배기가스내에 함유된 미립자들은 미세기공을 한정하는 벽면에 의해 수집된다.

서브필터(22)와 유사하게, 메인필터(44)도 역시 귀금속 촉매 및 활성산소 생성제를 소유한다. 또한, 서브필터(22)와 유사하게, 메인필터(44)의 배기가스 통로들(44a,44b)의 단부 개구들은 테이퍼진 벽부에 의해 부분적으로 폐쇄될 수 있어서, 테이퍼진 벽부의 팁에서 작은 구멍들을 가진다. 더구나, 메인필터(44)의 배기가스 통로들(44a,44b)의 단부 개구들은 테이퍼진 벽부에 의해 완전히 폐쇄될 수 있어서, 테이퍼진 벽부의 팁에서 작은 구멍들을 가지지 않는다. 또한, 메인필터(44)는 배기가스 통로들(44a,44b)의 단부 개구들이 폐쇄되지 않아서 완전히 개방되도록 모놀리스 방식에 속할 수 있다.

제1 실시예와 관련하여 설명한 바와 같이, 서브필터(22)는 메인필터(44) 보다 작은 압력 손실을 가진다. 따라서, 서브필터(22)가 메인필터(44)의 상류측에 배치되더라도, 배기가스 정화장치의 총 압력 손실이 크게 증가하지 않는다. 당연히, 배기가스 정화장치의 총 미립자 수집비가 크게 감소되지 않는다.

상술한 바와 같이, 메인필터(44)의 활성산소 생성제는 이 생성제를 둘러싸는 분위기가 산화성일 때 질산 이온의 형태로 산소를 소유한다. 즉, 메인필터(44)의 생성제는, 이 생성제를 둘러싸는 분위기가 산화성일 때 질소산화물(NOx)을 운반하기 위한 질소산화물 캐리어 작용제로서 작용한다. 이 작용제가 내부에 운반할 수 있는 질소산화물의 양은 상한계를 가진다. 질소산화물의 양이 상한계에 도달하면, 메인필터(44)의 작용제는 새로운 질소산화물을 운반하지 않고, 질소산화물이 메인필터(44)에서 유출된다. 따라서, 운반되는 질소산화물의 양이 상한계에 도달하기 전에 질소산화물을 환원시킴으로써 작용제에 포함된 질소산화물을 정화할 필요가 있다.

활성산소 생성제는 이 생성제를 둘러싸는 분위기가 환원성일 때 질산이온의 형태로 운반되는 산소를 방출한다. 다시 말하면, 생성제는 이 생성제를 둘러싸는 분위기가 환원성일 때 질산이온의 형태로 운반되는 질소산화물을 방출한다. 이 때, 도 19c에 도시한 바와 같이, 생성제에서 방출된 질소산화물은 배기가스에 함유된 탄화수소 및 일산화탄소에 의해 환원된다.

제7 실시예에서, 운반된 질소산화물의 양이 허용된 상한계에 도달하기 전에, 메인필터(44)의 생성제에 운반된 질소산화물이 환원되어, 리치 또는 대체로 화학량론 배기가스를 필터(44)로 공급함으로써 정화된다. 필터(44)의 이러한 기능을 고려하여, 필터(44)가 질소산화물 캐리어 작용제를 구비하는 질소산화물 촉매 및 귀금속 촉매를 가진다는 점에 주목하기 바란다.

낮은 산소 농도를 갖는 리치 배기가스가 메인필터(44)로 공급되면, 메인필터(44)에서 산화되는 탄화수소 및 일산화탄소의 비가 작다. 한편, 린 또는 대체로 화학량론 배기가스가 메인필터(44)로 공급되면, 메인필터(44)에서 산화되는 탄화수소 및 일산화탄소의 비가 크다. 또한, 도 19a, 19b는 각각 도 6a, 6b에 해당한다.

상술한 바와 같이, 필터(22,44)는 유입되는 배기가스의 특성에 의존하여 미립자, 질소산화물, 일산화탄소, 탄화수소와 같은 4종류의 성분들을 정화한다. 필터(22,44)에 의해 운반되는 백금 및 활성산소 생성제는 필터 온도가 높을 때 더욱 활성화 된다. 따라서, 필터(22,44)에 의한 상기 4종류의 성분의 정화비는 유입되는 배기가스의 온도에 의존하며, 고온의 배기가스가 유입될 때 커지게 된다.

제7 실시예에서, 서브필터(22)는 배기매니폴드(17)의 바로 하류측에 배치된다. 따라서, 연소실(5)에서 배출된 직후의 과열된 배기가스는 서브필터(22)로 유입하므로, 서브필터(22)의 온도가 높게 유지된다. 당연히, 엔진 시동시에, 연소실(5)에서 배출된 배기가스는 저온을 가지지만, 제7 실시예에 따라 서브필터(22)의 온도가 배기가스로 인하여 신속하게 상승되어 높게 유지된다. 이에 따라서, 제7 실시예에서는 상술한 4종류의 성분의 정화비가 높다.

또한, 서브필터(22)는 미립자를 산화시키는 능력을 가지며, 따라서 미립자의 감소된 양이 메인필터(44)로 유입된다. 따라서, 배기가스에 포함된 거의 모든 미립자들이 메인필터(44)에 의해 산화되어 버린다. 다른 방법으로, 메인필터(44)가 소량의 미립자를 산화시킬 필요가 있을 때, 필터(44)의 크기를 축소해도 된다. 서브필터(22)의 온도를 일정 온도 보다 높게 유지하기 위해서, 서브필터(22)는 배기구(10) 부근에 배치되어야 한다는 점에 주목하기 바란다. 따라서, 도 20에 도시한 바와 같이, 서브필터(22)는 매니폴드(17)의 분기관에 배치될 수 있다.

제8 실시예를 설명한다. 제8 실시예에서, 도 21에 도시한 바와 같이, 메인필터(44)를 우회하는 바이패스 통로(48)는 서브필터(22)와 메인필터(44) 사이의 배기파이프(47)로부터 연장한다. 상기 통로(48)는 그 상류측 단부에서 메인필터(44) 상류에 있는 배기 파이프(47)에 연결되고, 그 하류측 단부에서 메인필터(44) 하류에 있는 배기파이프(47)에 연결된다. 바이패스 통로(48)와 메인필터(44)는 서로 평행하다. 제8 실시예에서, 전환밸브(49)는 메인필터(44) 상류측의 배기파이프(47)와 바이패스 통로(48)와의 접속부에 배치된다. 상기 밸브(49)는 배기가스의 흐름을 메인필터(44)와 바이패스 통로(48)로 전환시키는 역할을 한다.

활성산소 생성제는 린 배기가스가 유입될 때 배기가스내에 포함된 SOx를 운반한다. 이 생성제의 의해 운반된 SOx의 양이 증가하면, 생성제가 운반할 수 있는 NOx의 양이 감소된다. 따라서, 상기 생성제가 운반할 수 있는 NOx의 양이 허용 하한계 이하로 감소되기 전에, 상기 생성제로부터 SOx를 방출할 필요가 있다.

제8 실시예에서, 서브필터(22)는 메인필터(44) 상류에 배치된다. 서브필터(22)의 활성산소 생성제는 린 배기가스가 유입될 때 배기가스내에 포함된 SOx를 운반하므로, 메인필터(44)로 유입되는 배기가스가 미량의 SOx를 함유한다. 따라서, 제8 실시예에서, 메인필터(44)의 활성산소 생성제로부터 SOx를 방출할 필요가 거의 없다.

서브필터(22)의 활성산소 생성제는 SOx를 운반하기 위한 허용상한계를 가진다. 따라서, 서브필터(22)의 생성제에 의해 운반되는 SOx의 양이 허용상한계에 도달하기 전에, 서브필터(22)의 생성제로부터 SOx를 방출할 필요가 있다. 다음에, 도 22a, 22b를 참고하여 서브필터(22)의 생성제로부터 SOx의 방출에 대해 설명한다.

도 22a는 활성산소 생성제를 둘러싸는 분위기가 리치 또는 대체로 화학량론 상태일 때 이 생성제의 온도와, 이 생성제로부터의 NOx 방출비 f(T) 및 SOx 방출비 g(T) 사이의 관계를 도시한다. 도 22b는 생성제를 둘러싸는 분위기가 리치 또는 대체로 화학량론 상태로 유지될 때의 주기와, 생성제가 도 22a에 도시된 온도 To 보다 낮은 온도를 가질 때 생성제로부터의 총 NOx 방출량 및 총 SOx 방출량을 도시한다.

도 22a로부터 알 수 있듯이, 생성제 온도 T가 온도 To 보다 낮고 생성제를 둘러싸는 분위기가 리치 또는 대체로 화학량론상태일 때, 상기 생성제는 NOx를 방출하지만 SOx를 거의 방출하지 않는다. 따라서, 생성제 온도 T가 온도 To 보다 낮은 상태에서, 생성제를 둘러싸는 분위기가 리치 또는 화학량론상태로 장시간 유지될지라도 생성제가 미량의 SOx를 방출한다.

엔진이 압축점화식 엔진인 경우, 메인필터(44)는 가끔씩 온도 To 보다 낮은 온도를 가진다. 따라서, 리치 또는 대체로 화학량론적인 배기가스가 메인필터(44)로 유입할지라도, 메인필터(44)의 활성산소 생성제는 거의 SOx를 방출하지 않는다.

제8 실시예에서, 서브필터(22)의 활성산소 생성제로부터 SOx를 방출할 필요가 있을 때, 서브필터(22)의 온도는 온도 To 보다 높게 상승되고, 리치 배기가스는 서브필터(22)로 공급되거나, 또는 서브필터(22)로 유입되는 배기가스 온도가, 서브필터(22)의 활성산소 생성제가 SOx를 방출하고 리치 배기가스가 공급되는 온도 보다 높게 상승된다.

이에 따라, 서브필터(22)는 SOx를 방출한다. 서브필터(22)의 이러한 기능을 고려하여, 서브필터(22)는 린 배기가스가 서브필터(22)로 유입될 때, 배기가스내에 함유된 SOx를 운반하기 위한 SOx 운반제로서의 역할을 한다. 또한, 서브필터(22)가 엔진본체 부근에 배치되기 때문에, 서브필터(22) 온도가 쉽게 상승된다.

제8 실시예에서, 서브필터(22)가 SOx를 방출할 때, 전환밸브(47)가 도 21의 쇄선으로 도시한 바와 같이 배치되므로 배기가스가 바이패스 통로(48)로 유입된다. 이에 따라, 서브필터(22)로부터 방출된 SOx는 메인필터(44)로 거의 유입되지 않는다. 다른 한편, 서브필터(22)가 SOx를 방출하지 않을 때, 전환밸브(47)는 도 21의 실선으로 도시한 바와 같이 배치된다.

서브필터(22)가 린 배기가스가 유입될 때 배기가스내에 함유된 NOx를 운반하며, 리치 또는 대체로 화학량론상태의 배기가스가 유입될 때 소유한 NOx를 방출하며, 이 방출된 NOx를 배기가스내에 함유된 탄화수소 및 일산화탄소로서 환원시켜 제거한다는 점에 주목하기 바란다. 따라서, 리치 또는 대체로 화학량론상태의 배기가스가 서브필터(22)로 공급되어 이 서브필터(22)로부터 SOx를 방출할 때, 서브필터(22)는 NOx를 방출하고, 방출된 NOx가 배기가스내에 함유된 탄화수소 및 일산화탄소에 의해 환원되어 제거된다. 따라서, 배기가스가 메인필터(44)를 우회하더라도, NOx, 탄화수소 및 일산화탄소가 배기가스 정화장치에서 거의 유출되지 않는다.

주목해야 할 것은, 서브필터(22)로부터 SOx의 방출을 방지하기 위해서는 배기가스의 공연비가 리치 또는 대체로 화학량론 공연비에서 린 공연비로 변경되고, 전환밸브(47)의 위치가 도 21의 실선으로 도시된 위치로 변경된다는 것이다.

활성산소 생성제가 황산이온 또는 불안정한 황산의 형태로 SOx르 운반하면 이 생성제는 용이하게 SOx를 방출한다. 제8 실시예에서, 서브필터(22)의 작용제로서, 구리, 철, 망간 및 니켈과 같은 천이금속과, 나트륨, 티타늄 및 리튬 중 적어도 하나를 알루미나 캐리어에서 운반하는 활성산소 생성제가 사용된다. 따라서, 제8 실시예에서 서브필터(22)의 작용제는 SOx를 용이하게 방출한다.

제8 실시예에서, 메인필터(44)로부터 NOx를 방출하기 위해, 배기가스의 공연비가 린 공연비에서 리치 또는 일반적인 화학량론 공연비로 변경된다. 하지만, 배기가스의 공연비를 린 또는 일반적인 화학량론상태로 유지하는 기간이 짧다. 따라서, 서브필터(22)의 온도가 온도 To 보다 높게 상승되지 않는다. 당연히, 메인필터(44)가 온도 To 보다 낮은 온도를 갖는 상태에서, 메인필터(44)로 유입되는 배기가스가 리치 공연비를 가지면, 메인필터(44)가 NOx를 방출하고, 상기 NOx는 환원되어 제거된다.

제9 실시예를 설명한다. 배기가스의 공연비가 리치 또는 일반적인 화학량론상태로 제조되어 서브필터(22)에서 SOx를 방출할 때, 약간의 탄화수소 또는 일산화탄소가 서브필터(22)에서 유출된다. 상기 탄화수소 및 일산화탄소는 정화되어야 한다. 제9 실시예에 따라, 도 23에 도시한 바와 같이, 제9 실시예의 배기가스 정화장치에서, 3방향 촉매(44a)가 바이패스 통로(48)에 배치된다. 3방향 촉매(44a)는 리치 또는 일반적인 화학량론상태의 배기가스가 유입될 때 탄화수소 및 일산화탄소를 산화시킨다.

제9 실시예에 따라, 서브필터(22)가 SOx를 방출할 때, 전환밸브(47)는 도 23의 새선으로 도시된 위치에 배치되고, 따라서 탄화수소 및 일산화탄소가 서브필터(22)에서 바이패스 통로(48)로 흘러간다. 그러므로, 탄화수소 및 일산화탄소는 3방향 촉매에 의해 산화되어 정화된다. 바이패스 통로(48)내에 배치된 촉매가 탄화수소 및 일산화탄소와 같은 성분들을 산화시켜 버리는 능력을 가지는 것으로 충분하다는 점에 주목하기 바란다. 따라서, 산화촉매는 3방향 촉매 대신에 사용될 수 있다.

제10 실시예를 설명한다. 제10 실시예에서, 제1 실시예의 필터 대신에, 탄화수소 수집제를 운반하는 배기가스 정화촉매(22)가 엔진의 배기통로에 배치된다. 상기 촉매(22)는 제1 실시예의 필터와 동일한 구조를 구비한다. 배기가스에 포함된 미연소 탄화수소는 촉매(22)의 탄화수소 수집제에 부착된다. 다시 말하면, 탄화수소 수집제는 배기가스에 포함된 미연소 탄화수소를 수집한다. 제10 실시예에서, 탄화수소 수집제로서, 예를 들어 알루미나로 형성된 층들이 격벽(54)의 양 측벽 표면들과, 격벽(54)의 미세기공을 한정하는 벽 표면들과, 테이퍼진 벽부(52,53)의 양 측벽 표면들에 전체적으로 형성된다.

탄화수소 수집제는 탄화수소가 수집제에서 떠나는 온도 보다 낮은 온도를 가질 때 탄화수소가 수집제에 부착됨으로써 배기가스에 포함된 미연소 탄화수소를 수집한다. 한편, 탄화수소 수집제는 탄화수소가 수집제에서 떠나는 온도 보다 높은 온도를 가질 때 수집된 탄화수소를 방출한다. 탄화수소가 탄화수소 수집제에서 떠나는 온도는, 후술하는 탄화수소 정화촉매가 미연소 탄화수소를 산화로 정화하지 않는 온도 보다 낮은 온도를 가질 때 상기 수집제가 탄화수소를 방출하지 않도록 설정되어 있다.

배기가스 정화촉매(22)는 미연소 탄화수소를 산화하여 정화하기 위한 탄화수소 정화촉매를 가진다. 제10 실시예에서, 탄화수소 정화촉매로서, 백금과 같은 귀금속 촉매가 촉매(22)의 알루미나 운반층에서 운반된다. 탄화수소 정화촉매는 그 온도가 탄화수소 정화온도 보다 높을 때 미연소 탄화수소를 산화하여 정화한다.

제10 실시예에서, 배기가스 정화촉매(22)의 압력 손실과, 촉매(22)의 미연소 탄화수소 및 미립자 수집비는 촉매(22)의 작은 구멍(55,56)의 크기를 조절함으로써 조절될 수 있다.

제10 실시예의 배기가스 정화 촉매의 작용을 설명한다. 탄화수소 수집제가 낮은 온도를 가지는 상태에서 조차도, 촉매(22)로 유입되는 단위시간당 배기가스량이 급격히 증가하면, 수집제에 의해 수집된 탄화수소가 배기가스에 의해 격벽(54)의 미세기공의 벽면에서 방출될 수 있다. 이 때, 탄화수소 정화촉매도 역시 낮은 온도를 가지므로 탄화수소를 정화하지 않는다. 이 경우, 촉매(22)의 배기가스 통로들이 그 출구에서 완전 개방되면, 탄화수소가 촉매(22)에서 유출된다.

촉매(22)가 예를 들어 엔진 시동시에 낮은 온도를 가질 때, 탄화수소 정화촉매도 탄화수소 정화온도 보다 낮은 온도를 가지므로 배기가스내에 포함된 미연소 탄화수소가 탄화수소 정화촉매에 의해 산화되어 정화되지 않는다. 하지만, 이 때, 탄화수소 수집제는 탄화수소 방출온도 보다 낮은 온도를 가지므로, 배기가스에 포함된 미연소 탄화수소가 탄화수소 수집제에 의해 수집된다. 따라서, 미연소 탄화수소가 촉매(22)에서 유출된다.

한편, 엔진에서 배출된 배기가스의 온도가 연속적으로 상승하여 탄화수소 수집제의 온도가 탄화수소 방출온도를 초과할 때, 미연소 탄화수소가 탄화수소 수집제에서 떠난다. 이 때, 탄화수소 정화촉매가 탄화수소 정화온도 보다 높은 온도를 가진다. 따라서, 탄화수소 수집제를 떠나는 미연소 탄화수소가 탄화수소 정화촉매에 의해 산화되어 정화된다. 따라서, 미연소 탄화수소가 촉매(22)에서 거의 유출되지 않는다.

탄화수소 수집제가 탄화수소 방출온도 보다 낮은 온도를 가지는 상태에서, 촉매(22)의 격벽(54)의 미세기공을 통과하는 배기가스량이 급격히 증가하면, 미연소 탄화수소가 격벽(54)의 미세기공을 지나갈 수 있다. 이 때, 탄화수소 정화촉매는 탄화수소 정화온도 보다 낮은 온도를 가지므로 지나가는 탄화수소가 탄화수소 정화촉매에 의해 거의 정화되지 않는다.

제10 실시예에서, 촉매(22)의 유출로(51)의 상류측 개구는 상류측 테이퍼진 벽부(53)에 의해 부분적으로 폐쇄되므로, 거의 모든 배기가스가 촉매(22)의 유입로(50)로 유입된다. 또한, 촉매(22)의 유입로(50)의 하류측 개구가 하류측 테이퍼진 벽부(52)에 의해 부분적으로 폐쇄되므로, 거의 모든 배기가스가 격벽(54)의 미세기공을 통과한다. 따라서, 미립자가 격벽(54)의 미세기공에 수집된다. 당연히, 미립자는 유입로(50)를 한정하는 격벽(54)의 벽면에 수집된다.

미립자가 격벽(54)의 미세기공과 벽면에 수집되어 퇴적되어 있는 상태에서는, 배기가스는 격벽(54)의 미세기공을 용이하게 통과하지 못한다. 그 결과, 촉매(22)로 유입되는 단위시간당 배기가스량이 급격히 증가하면, 격벽(54)의 미세기공을 통과하는 단위시간당 배기가스량이 크게 증가하지 않는다. 따라서, 미연소 탄화수소가 격벽(54)의 미세기공을 거의 지나가지 못한다. 따라서, 미연소 탄화수소가 촉매(22)에서 거의 유출되지 않는다.

주목해야 할 것은, 제1 실시예의 필터와 유사하게, 제10 실시예의 촉매(22)는 활성산소 생성제를 가지므로 단시간에 미립자를 연속적으로 산화시킨다는 점이다. 따라서, 격벽(54)의 미세기공과 유입로(50)를 한정하는 격벽(54)의 벽면에 수집되는 미립자량은 작게 유지된다.

상술한 바와 같이, 활성산소 생성제 주위의 산소 농도는, 생성제(61)를 둘러싸는 분위기가 린일 때에도 미립자가 생성제에 부착할 때 감소된다. 또한, 이 경우외에, 활성산소 생성제 주위의 산소 농도는, 리치 배기가스가 배기가스 정화촉매(22)내로 유입될 때 감소되므로, 생성제를 둘러싸는 분위기가 리치로 된다.

상술한 바와 같이, 활성산소 생성제를 둘러싸는 분위기가 린인 상태에서, 미립자가 생성제에 부착하여 주위의 산소 농도를 감소시킬 때, NOx가 생성제에서 방출된다. 이 경우, 방출되는 NOx는 다시 활성산소 생성제에 의해 운반된다. 한편, 상술한 바와 같이, 리치 배기가스가 촉(22)로 유입되어 활성산소 생성제르 둘러싸는 분위기를 리치로 만들 때, NOx는 생성제에서 방출된다. 이 경우, 방출되는 NOx는 배기가스에 포함된 미연소 탄화수소에 의해 백금의 작용에 따라 환원되어 정화된다. 즉, 엔진 작동이 제어되어 리치 배기가스를 배출하면, 활성산소 생성제에 의해 운반된 NOx는 환원되어 정화된다. 따라서, 제10 실시예의 촉매(22)가 활성산소 생성제 및 백금을 구비하는 NOx 촉매를 가진다.

주목해야 할 것은, 상술한 바와 같이, 촉매(22)가 활성산소 생성제를 가지는 경우, 촉매(22)는 저온일지라도 내부에 수집된 미립자를 산화시킨다. 하지만, 촉매(22)가 더 낮은 온도를 가지면, 미립자가 연속해서 촉매(22)에 퇴적된다. 상술한 바와 같이, 촉매(22)의 유입로(50)의 입구들과 유출로(51)의 출구들은 테이퍼진 벽부(52,53)의 벽면에 의해 한정되므로 배기가스가 유입로(50)의 입구들과 유출로(51)의 출구들에서 난류를 일으키며 흐르지 않는다. 따라서, 촉매(22)는 잠재적으로 저압 손실을 가진다. 따라서, 미립자가 촉매(22)에 퇴적되더라도, 촉매(22)의 저압 손실이 낮게 유지된다.

당연히, 탄화수소 수집제에 의해 수집된 미연소 탄화수소의 양 또는 촉매(22)에 퇴적되는 미립자의 양이 증가하면, 탄화수소 수집제에 의한 미연소 탄화수소의 수집 능력이 감소된다. 그러나, 예를 들어, 엔진 시동후에, 촉매(22)의 온도가 상승하므로 촉매(22)에 수집된 미연소 탄화수소 및 미립자가 산화된다. 따라서, 다음의 엔진 시동시에, 미량의 미연소 탄화수소 및 미립자가 촉매(22)에 퇴적된다. 따라서, 엔진 시동 직후에 촉매(22)에서 방출되는 미연소 탄화수소는 촉매(22)의 탄화수소 수집제에 의해 확실하게 수집된다.

제10 실시예에서, 거의 모든 배기가스가 촉매(22)의 유입로(50)로 유입되고, 격벽(54)의 미세기공을 통과하여 유출로(51)로 흐른다. 배기가스가 격벽(54)의 미세기공을 통과할 때, 약간의 미립자가 격벽(54)의 미세기공에 수집된다. 미립자가 격벽(54)의 미세기공에 수집되면, 배기가스가 격벽(54)을 용이하게 통과하지 못한다. 따라서, 촉매(22)로 유입되는 배기가스량이 급격히 증가할지라도, 격벽(54)의 미세기공을 통과하는 배기가스량이 크게 증가하지 않는다. 따라서, 미연소 탄화수소가 격벽(54)의 미세기공에서 용이하게 배출되지 않는다.

따라서, 탄화수소 수집제가 탄화수소 방출온도 보다 낮은 온도를 가지며 또 탄화수소 정화촉매가 탄화수소 정화온도 보다 낮은 온도를 갖는 상태에서, 미연소 탄화수소는 촉매(22)로 유입되는 배기가스량이 급격히 증가하더라도 격벽(54)의 미세기공에서 거의 배출되지 않는다. 즉, 제10 실시예에서, 탄화수소 정화촉매가 미연소 탄화수소를 정화하지 않는 상태에서, 촉매(22)로 유입되는 단위시간당 배기가스량이 급격히 증가하더라도, 거의 모든 미연소 탄화수소가 탄화수소 수집제에 유지된다.

본 발명의 미립자 필터를 제조하는 제2 방법을 설명한다. 아래에 설명하는 방법은 도 24a, 24b에 도시된 미립자 필터(22)를 제조하는 방법이다. 도 24a, 24b에 도시된 필터(22)는 도 1a, 1b에 도시된 필터와 거의 동일하며, 다만, 도 24a, 24b에 도시된 필터의 각각의 테이퍼진 벽부가 사각뿔(quadrangular pyramid) 형상을 갖는 반면 도 1a, 1b에 도시된 필터의 각각의 테이퍼진 벽부는 원추형을 갖는다는 점에서 다르다.

제2 방법에 따라, 먼저 도 25a, 25b에 도시된 바와 같이, 코디어라이트와 같은 다공재로 형성되어 벌집 구조를 갖는 기재(100)이 준비되어 있다. 기재(100)은 격벽(54)에 의해 한정된 배기가스 통로(50,51)를 가진다. 격벽(54)은 석쇠 모양을 형성한다.

다음에 도 25b에 도시한 바와 같이, 배기가스 통로(50,51)의 단부 개구를 부분 폐쇄하기 위한 폐쇄장치(101)가 기재(100)의 단부면들 중 하나에 가압된다. 도 26a, 26b는 폐쇄장치(101)를 상세히 도시한다. 폐쇄장치(101)의 평면도를 도시하는 도 26a를 참고하면, 상기 폐쇄장치(101)는 소정 개수의 돌출부(102)를 가진다. 하나의 돌출부(102)를 도시하는 도 26b에서 알 수 있듯이, 각각의 돌출부(102)는 실제로 정사각뿔 형상을 가진다. 돌출부(102)는 인접한 4개의 돌출부(102)의 인접한 4개의 리지(103)가 수렴하는 패턴으로 배치된다. 또한, 핀(104)이 인접한 4개의 돌출부(102)의 인접한 4개의 리지(103)가 수렴하는 각각의 영역에 배치된다.

폐쇄장치(101)는 기재(100)의 하나의 단부면에 가압되므로 각각의 돌출부(102)가 대응하는 배기가스 통로(50)내에 삽입된다. 폐쇄장치(101)가 기재(100)의 하나의 단부면에 가압될 때, 각각의 배기가스 통로(51)를 한정하는 인접한 4개의 격벽(54)의 4 단부는 대응하는 4개의 인접한 돌출부(102)에 의해 서로를 향해 모이게 된다. 폐쇄장치(101)의 각각의 핀(104)은 4개의 인접한 격벽(54)의 4개의 모인 단부에 의해 폐쇄된 각각의 영역에 존재한다. 그 결과, 각각의 배기가스 통로(51)를 한정하는 4개의 인접한 격벽(54)의 4 단부는 서로 부분적으로 연결되며, 한편 작은 구멍(56)이 그 단부에 핀(104)에 의해 형성된다. 따라서, 작은 구멍(56)을 갖는 상류측 테이퍼진 벽부(53)가 형성된다.

다음에, 폐쇄장치(101)는 기재(100)의 다른 단부면에 가압되므로 각각의 돌출부(102)가 각각의 배기가스 통로(51)내에 삽입된다. 따라서, 작은 구멍(55)을 갖는 하류측 테이퍼진 벽부(52)가 형성된다.

상술한 바와 같이, 제2 방법에 따라, 배기가스 통로의 단부 개구들의 폐쇄 즉, 배기가스 통로의 단부 개구들을 페쇄하기 위한 테이퍼진 벽부의 형성, 및 테이퍼진 벽부에 작은 구멍의 형성이 한번에 수행된다.

필터를 제조하기 위한 제3 방법을 설명한다. 제3 방법에 사용된 폐쇄장치(101)는 도 27a에 도시된 개구 폐쇄장치(105) 및 도 28a에 도시된 구멍 형성장치(106)를 구비한다.

개구 폐쇄장치(105)의 평면도를 도시하는 도 27a를 참고하면, 이 장치(105)는 소정 개수의 돌출부(102)를 가진다. 도 27b는 하나의 돌출부(102)를 도시한다. 도27b로부터 알 수 있듯이, 각각의 돌출부(102)는 실제로 정사각뿔 형상을 가진다. 각각의 돌출부(102)는 인접한 4개의 돌출부(102)의 인접한 4개의 리지(103)가 수렴하는 패턴으로 배치된다.

다른 한편, 구멍 형성장치(106)의 평면도를 도시하는 도 28a를 참고하면, 이 장치(106)는 소정 개수의 핀(104)을 가진다. 도 28b는 4개의 핀(104)을 도시한다. 각각의 핀(104)은 인접한 4개의 돌출부(102)의 인접한 4개의 리지(103)가 수렴하는 각각의 영역에 배치된다.

제3 방법에 따라서, 도 29a에 도시한 바와 같이, 먼저 개구 폐쇄장치(105)가 기재(100)의 한 단부면에 가압되므로 각각의 돌출부(102)가 각각의 배기가스 통로(50)에 삽입된다. 상기 장치(105)가 기재(100)의 한 단부면에 가압될 때, 각각의 배기가스 통로(51)를 한정하는 4개의 인접한 격벽(54)의 4 단부는 대응하는 4개의 인접한 돌출부(102)에 의해 서로를 향해 모인다. 따라서 각각의 배기가스 통로(51)를 한정하는 4개의 인접한 격벽(54)의 4단부는 서로 연결되어 대응하는 테이퍼진 벽부에 의해 각각의 배기가스 통로(51)의 단부 개구를 완전히 폐쇄시킨다.

다음에, 도 29b에 도시한 바와 같이, 구멍 형성장치(106)가 기재(100)의 한 단부면에 기압되므로 각각의 핀(104)이 대응하는 배기가스 통로(51)의 단부 개구를 완전히 폐쇄하는 대응하는 테이퍼진 벽부의 팁을 관통한다. 그 결과, 작은 구멍(56)이 각각의 테이퍼진 벽부의 팁에 형성된다.

기재(100)의 다른 단부면에 관하여, 유사한 방법들이 수행된다. 즉, 개구 폐쇄장치(105)가 기재(100)의 다른 단부면에 가압되므로 각각의 돌출부(102)가 대응하는 배기가스 통로(51)내에 삽입된다. 그 결과, 각각의 배기가스 통로(50)의 단부 개구가 대응하는 테이퍼진 벽부에 의해 완전히 폐쇄된다. 다음에, 구멍 형성장치(106)가 기재(100)의 다른 단부면에 가압되므로 각각의 핀(104)이 대응하는 배기가스 통로(50)의 단부 개구를 완전히 폐쇄하는 대응하는 테이퍼진 벽부의 팁을 관통한다. 그 결과, 작은 구멍(55)이 각각의 테이퍼진 벽부의 팁에 형성된다.

제3 방법에 따라, 먼저 배기가스 통로의 단부 개구의 폐쇄, 즉 배기가스 통로의 단부 개구를 폐쇄하기 위한 테이퍼진 벽부의 형성이 수행되고, 그 후 테이퍼진 벽부에 작은 구멍의 형성이 수행된다. 당연히, 제3 방법에서 아래 방법이 사용될 수 있다. 즉, 먼저 배기가스 통로(50)의 단부 개구들은 테이퍼진 벽부에 의해 완전 폐쇄되고, 다음에 배기가스 통로(51)의 단부 개구들이 테이퍼진 벽부에 의해 완전 폐쇄되고, 다음에 작은 구멍이 테이퍼진 벽부에 형성된다.

필터를 제조하는 제4 방법을 설명한다. 도 30에 도시한 바와 같이, 제4 방법에 사용되는 폐쇄장치(101)는 개구 폐쇄장치(107) 및 구멍 형성장치(108)를 구비한다.

도 29a에 도시된 개구 폐쇄장치(105)와 유사하게, 개구 폐쇄장치(107)는 소정 개수의 돌출부(102)를 가진다 상기 장치(105)와 유사하게, 개구 폐쇄장치(107)의 각각의 돌출부(102)는 실질적으로 정사각뿔 형상을 가지며, 돌출부(102)는 인접한 4개의 돌출부(102)의 인접한 4개의 리지(103)가 수렴하는 패턴으로 배치된다. 상기 장치(105)와는 다르게, 개구 폐쇄장치(107)는 스루홀(through hole:109)을 가진다. 각각의 스루홀(109)은 인접한 4개의 돌출부(102)의 인접한 4개의 리지(103)가 수렴하는 각각의 영역에 배치된다.

한편, 도 28a, 28b에 도시된 구멍 형성장치(106)와 유사하게, 구멍 형성장치(108)는 소정 개수의 핀(104)를 가진다. 상기 핀(104)은 각각의 핀(104)이 대응하는 스루홀(109)내에 삽입되는 패턴으로 배치된다.

제4 방법에 따라, 제3 방법과 유사하게 먼저, 개구 폐쇄장치(107)가 기재(100)의 한 단부면에 가압되므로 각각의 돌출부(102)가 대응하는 배기가스 통로(50)내에 삽입된다. 그 결과, 각각의 배기가스 통로(51)의 단부 개구는 대응하는 테이퍼진 벽부에 의해 완전 폐쇄된다.

다음에, 개구 폐쇄장치(107)가 기재(100)의 한 단부면에 가압되므로 각각의 핀(104)이 대응하는 스루홀(109)내에 삽입된다. 그 결과, 각각의 핀(104)이 대응하는 배기가스 통로(51)의 단부 개구를 완전 폐쇄하는 대응하는 테이퍼진 벽부의 팁을 관통한다. 그 결과, 작은 구멍(56)이 각각의 테이퍼진 벽부의 팁에 형성된다.

기재(100)의 다른 단부면에 관하여 유사한 방법들이 수행된다. 즉, 제3 방법과 유사하게, 개구 폐쇄장치(107)가 기재(100)의 다른 단부면에 가압되어서 각각의 돌출부(102)가 대응하는 배기가스 통로(51)내에 삽입되게 된다. 그 결과, 각각의 배기가스 통로(50)의 단부 개구가 대응하는 테이퍼진 벽부에 의해 완전 폐쇄된다. 다음에, 개구 폐쇄장치(107)가 기재(100)의 다른 단부면에 가압되고, 구멍 형성장치(108)가 상기 장치(107)에 가압되어서 각각의 핀(104)이 대응하는 스루홀(109)내에 삽입되게 된다. 그 결과, 각각의 핀(104)이 대응하는 배기가스 통로(50)의 단부 개구를 완전 폐쇄하는 대응하는 테이퍼진 벽부의 팁을 관통한다. 따라서, 작은 구멍(55)이 각각의 테이퍼진 벽부의 팁에 형성된다.

제4 방법에 따라, 제3 방법과 유사하게, 먼저 배기가스 통로의 단부 개구들의 폐쇄, 즉 배기가스 통로의 단부 개구들을 폐쇄하기 위한 테이퍼진 벽부의 형성이 실시되고, 다음에 상기 테이퍼진 벽부에 작은 구멍들의 형성이 실시된다.

제4 방법에 따라, 기재(100)의 테이퍼진 벽부가 장치(107)에 의해 가압되는 상태에서, 각각의 작은 구멍이 장치(108)에 의해 대응하는 테이퍼진 벽부에 형성된다. 따라서, 장치(108)의 각각의 핀(104)이 대응하는 테이퍼진 벽부에 가압될 때, 테이퍼진 벽부가 거의 손상을 받지 않는다.

또한, 상술한 제3 방법에서, 테이퍼진 벽부가 형성된 후에, 작은 구멍들이 기재(100)의 단부면에 구멍 형성장치(106)가 가압됨으로써 형성된다. 따라서, 장치(106)가 기재의 단부면에 가압되기 전에, 장치(106)의 각각의 핀(104)이 대응하는 테이퍼진 벽부의 팁에 일치하도록 장치(106)를 정확하게 배치할 필요가 있다. 이것은 번거로운 일이다. 이와 반대로, 제4 실시예에 따라, 각각의 작은 구멍이 장치(108)의 각각의 핀(104)을 장치(107)의 대응하는 스루홀(109)에 간단하게 삽입함으로써 대응하는 테이퍼진 벽부에 형성된다. 따라서, 장치(108)에 의해 작은 구멍을 형성하기 위해 장치(108)의 각각의 핀(104)이 대응하는 테이퍼진 벽부에 일치하도록 장치(108)를 배치하는 공정을 실시할 필요가 없다.

필터를 제조하는 제5 방법을 설명한다. 제5 방법에 사용되는 폐쇄장치(101)는 도 27a, 27b에 도시된 개구 폐쇄장치(105)와, 도 31의 평면도로 도시된 구멍 형성장치(110)를 구비한다. 도 32a, 32b는 장치(110)를 상세히 도시한다.

도 32a는 단부벽(113)이 생략되어 있는 구멍 형성장치(110)의 평면도를 도시한다. 도 32a에서 알 수 있듯이, 장치(110)는 소정 개수의 드릴부재(112)를 가진다. 하나의 드릴부재(112)를 도시하고 있는 32b에서 알 수 있듯이, 각각의 부재(112)는 기어(113) 및, 상기 기어(113)의 중심부에서 기어(113)의 단부벽면에 수직 방향으로 연장하는 드릴(114)를 가진다.

도 32a에 도시한 바와 같이, 각각의 드릴부재(112)는 대응하는 중간기어(115)와 맞물린다. 인접한 2개의 드릴부재(112)는 하나의 중간기어(115)를 거쳐 연결된다. 일정한 드릴부재(112)가 구동기어(116)와 맞물린다. 기어(116)는 전기모터와 같은 적절한 구동수단에 의해 회전된다. 구동기어(116)가 회전될 때, 이 구동기어(116)와 맞물려 있는 드릴부재(112)가 회전되고, 다음에 이 부재(112)의 회전이 중간기어(116)를 거쳐 나머지 모든 드릴부재(112)에 전달된다. 그 결과, 각각의 드릴부재(112)는 그 종축선에 대해 회전된다.

드릴부재(112)의 드릴(114)이 구멍 형성장치(110)의 단부벽(113)에서 돌출된다는 점에 주목하기 바란다. 드릴(114)은 도 28a, 28b에 도시된 장치(106)의 핀(104)에 관한 패턴과 동일한 패턴으로 배치된다.

제5 방법에 따라, 제3 방법과 유사하게, 도 27a에 도시된 개구 폐쇄장치(105)가 기재(100)의 한 단부면에 가압되어 테이퍼진 벽부에 의해 각각의 배기가스 통로(50)의 단부 개구를 완전 폐쇄시킨다. 다음에, 구멍 형성장치(110)의 구동기어(116)가 회전되고, 장치(110)가 기재(100)의 한 단부면에 가압되어서 각각의 드릴부재(112)의 드릴(114)이 대응하는 배기가스 통로(51)의 단부 개구를 완전 폐쇄하는 대응하는 테이퍼진 벽부의 팁을 관통하게 된다. 그 결과, 작은 구멍(56)이 대응하는 회전 드릴(114)에 의해 각각의 테이퍼진 벽부의 팁에 형성된다.

기재(100)의 다른 단부면에 관하여 유사한 방법들이 실시된다. 즉, 제3 방법과 유사하게, 개구 폐쇄장치(105)가 기재(100)의 다른 단부면에 가압되어 대응하는 테이퍼진 벽부에 의해 각각의 배기가스 통로(51)를 완전 폐쇄시킨다. 다음에, 구멍 형성장치(110)의 구동기어(116)가 회전되고, 장치(110)가 기재(100)의 다른 단부면에 가압되어서 각각의 드릴부재(112)의 드릴(114)이 대응하는 배기가스 통로(50)의 단부 개구를 완전 폐쇄하는 대응하는 테이퍼진 벽부의 팁을 관통한다. 그 결과, 작은 구멍(55)이 대응하는 회전 드릴(114)에 의해 각각의 테이퍼진 벽부의 팁에 형성된다.

제5 방법에 따라, 작은 구멍들이 회전 드릴(114)에 의해 테이퍼진 벽부의 팁에 형성된다. 따라서, 이 테이퍼진 벽부들에 작은 구멍들이 형성될 때에는, 이 구멍들이 간단히 핀에 의해 테이퍼진 벽부의 팁에 형성되는 경우에 비하여, 테이퍼진 벽부들은 거의 손상되지 않는다.

필터를 제조하는 제6 방법을 설명한다. 제6 방법에 사용되는 폐쇄장치(101)는 도 27a에 도시된 개구 폐쇄장치(105)와, 도 33a에 도시된 구멍 형성장치(117)를 구비한다. 도 33a에서, 도 33b에 도시된 장치(117)의 단부벽(118)은 생략되어 있다.

도 33a에 도시된 바와 같이, 장치(117)는 소정 개수의 드릴부재(119)를 가진다. 도 33b에 도시한 바와 같이, 각각의 드릴부재(119)는 볼(120) 및, 이 볼(120)에서 연장하는 드릴(121)을 가진다.

도 33b에 도시한 바와 같이, 다수의 환상홈(123)이 장치(117)의 디스크 몸체(122)에 형성된다. 각각의 홈(123)의 중심은 몸체(122)의 중심과 일치한다. 몸체(122)는 전기모터와 같은 적절한 수단에 의해 도 33b에 도시된 축선 A에 대해 회전된다.

각각의 드릴부재(119)의 볼(120)이 대응하는 홈(123)내에 수용되어서 볼(120)이 홈(123)을 한정하는 측벽 표면과 접촉하게 된다. 드릴부재(119)의 드릴(121)은 장치(117)의 단부벽(118)에서 돌출한다. 드릴(121)은 도 28a에 도시된 장치(106)의 핀(104)의 패턴과 동일한 패턴으로 배치된다.

몸체(122)가 회전될 때, 각각의 드릴부재(119)의 볼(120)이 몸체(122)의 대응하는 홈(123)의 측벽 표면에 의해 회전된다. 그 결과, 각각의 드릴부재(112)의 드릴(121)이 그 종축선에 대해 회전된다.

각각의 드릴부재(119)가 볼(120) 대신에 베벨기어를 가질 수 있다는 점에 주목하기 바란다. 이 경우, 베벨기어는 각각의 홈(123)의 측벽 표면에 제공된다. 각각의 드릴부재(119)의 베벨기어는 대응하는 홈(123)의 측벽 표면의 베벨기어와 맞물린다. 몸체(122)가 회전될 때, 각각의 드릴부재(119)의 베벨기어가 몸체(122)에 의해 회전된다.

제6 방법에 따라, 제3 방법과 유사하게, 도 27a에 도시된 개구 폐쇄장치(105)가 기재(100)의 한 단부면에 가압되어 테이퍼진 벽부에 의해 배기가스 통로(51)의 단부 개구를 완전 폐쇄시킨다. 다음에, 장치(117)의 몸체(122)가 회전되고, 장치(117)가 기재(100)의 한 단부면에 가압되어서 각각의 드릴부재(119)의 드릴(121)이 대응하는 배기가스 통로(51)의 단부 개구를 완전 폐쇄하는 대응하는 테이퍼진 벽부의 팁을 관통하게 된다. 그 결과, 작은 구멍(56)이 대응하는 회전 드릴(121)에 의해 각각의 테이퍼진 벽부의 팁에 형성된다.

기재(100)의 다른 단부면에 관하여 유사한 방법들이 실시된다. 즉, 제3 방법과 유사하게, 개구 폐쇄장치(105)가 기재(100)의 다른 단부면에 가압되어 테이퍼진 벽부에 의해 배기가스 통로(50)의 단부 개구를 완전 폐쇄시킨다. 다음에, 장치(117)의 몸체(122)가 회전되고, 장치(117)가 기재(100)의 다른 단부면에 가압되어서 각각의 드릴부재(119)의 드릴(121)이 대응하는 배기가스 통로(50)의 단부 개구를 완전 폐쇄하는 대응하는 테이퍼진 벽부의 팁을 관통하게 된다. 그 결과, 작은 구멍(55)이 대응하는 회전 드릴(121)에 의해 각각의 테이퍼진 벽부의 팁에 형성된다.

필터를 제조하는 제7 방법을 설명한다. 제7 방법에 사용된 폐쇄장치(101)는 도 27a에 도시된 개구 폐쇄장치(105)와 도 34b에 도시된 구멍 형성장치(124)를 구비한다.

상기 장치(124)는 개구 폐쇄장치(105)와 대체로 동일한 직경을 갖는 디스크 형상이다. 또한, 상기 장치(124)는 몸체(125)와, 이 몸체(125)에 부착된 세단층(shaving layer:126)을 가진다. 상기 층(126)은 기재(100)의 테이퍼진 벽부의 팁들을 세단하기 위해 마모재로 형성된다. 더구나, 상기 장치(124)는 전기모터와 같은 적절한 수단에 의해 축선 B에 대해 회전된다.

제7 방법에 따라, 제3 방법과 유사하게, 도 34a에 도시한 바와 같이, 도27a에 도시된 장치(105)가 기재(100)의 한 단부면에 가압되어 테이퍼진 벽부에 의해 배기가스 통로(51)의 단부 개구를 완전 폐쇄시킨다. 다음에, 장치(124)는 축선 B에 대해 회전되고, 기재(100)의 한 단부면에 가압된다. 그 결과, 장치(124)의 세단층(126)이 기재(100)의 테이퍼진 벽부의 팁에 가압된다. 테이퍼진 벽부의 팁은 세단층(126)에 의해 세단된다. 그 결과, 작은 구멍(56)이 각각의 테이퍼진 벽부의 팁에 형성된다.

기재(100)의 다른 단부면에 관하여 유사한 방법들이 실시된다. 즉, 제3 방법과 유사하게, 장치(105)가 기재(100)의 다른 단부면에 가압되어 테이퍼진 벽부에 의해 배기가스 통로(50)의 단부 개구를 완전 폐쇄시킨다. 다음에, 장치(124)가 축선 B에 대해 회전되고, 기재(100)의 다른 단부면에 가압된다. 그 결과, 작은 구멍(55)이 각각의 테이퍼진 벽부의 팁에 형성된다.

상술한 방법들은, 필요한 개구면적 즉 대체로 동일한 개구면적을 각각 가지는 작은 구멍(55,56)이 얻어질 수 있다는 장점을 가진다. 각각의 작은 구멍(55,56)의 개구면적은 필터(22)의 압력 손실 및 미립자 수집비에 영향을 끼친다. 즉, 필터(22)의 압력 손실 및 미립자 수집비는 구멍(55,56)의 개구면적을 변경함으로써 변경된다. 상술한 방법에 따라, 필요한 개구면적을 각각 가지는 구멍(55,56)이 달성될 수 있고, 따라서 필요한 압력 손실 및 필요한 미립자 수집비를 갖는 필터(22)가 얻어진다.

본 발명은 예증을 위해 선택된 특별한 실시예들을 참고하여 설명하였지만, 기술에 숙련된 자는 본 발명의 기본 개념 및 범위를 벗어남이 없이 여러가지 변경이 가능하다.

Claims (36)

1. 엔진에서 배출되는 배기가스에 함유된 성분들을 정화하기 위해 사용되는 필터용 기재를 포함하는 배기가스 정화장치에 있어서,

   상기 필터용 기재는 통로들을 형성하며 소정의 평균 크기를 갖는 미세기공(fine pore)을 갖는 다공재로 형성된 격벽을 가지며, 기재의 통로 각각의 부분을 한정하는 인접한 격벽의 단부부분(end portion)들은 서로 부분적으로 연결되어 기재의 외측을 향해 테이퍼지며, 상기 테이퍼진 단부부분들은 대응하는 통로의 단부개구(end opening)를 부분적으로 폐쇄하며 그 팁에 의해 한정된 작은 구멍(small hole)을 형성하고, 작은 구멍 각각의 크기는 대응하는 통로의 단면적 보다 작고 격벽의 미세기공의 크기 보다 큰 배기가스 정화장치.
2. 제1항에 있어서, 기재의 통로 일부를 각각 한정하는 인접한 격벽의 단부부분들은 그 상류측 단부에서 서로 부분적으로 연결되어 기재의 외측을 향해 테이퍼지며, 기재의 나머지 통로 각각을 한정하는 인접한 격벽의 단부부분은 그 하류측 단부에서 서로 부분적으로 연결되어 기재의 외측을 향해 테이퍼지는 배기가스 정화장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 테이퍼진 단부부분 및 나머지 격벽은 미립자를 산화하기 위한 산화제를 운반하고, 각각의 상류측 테이퍼진 단부부분에 의해 운반되는 단위체적당 산화제의 양은 각각의 하류측 테이퍼진 단부부분에 의해 운반되는 단위체적당 산화제의 양보다 많은 배기가스 정화장치.
4. 제1항에 있어서, 기재의 통로 일부를 각각 한정하는 인접한 격벽의 단부부분들은 그 상류측 단부에서 서로 부분적으로 연결되어 기재의 외측을 향해 테이퍼지며, 기재의 나머지 통로 각각을 한정하는 인접한 격벽의 단부부분은 그 하류측 단부에서 서로 연결되어 기재의 외측을 향해 테이퍼지며, 통로의 하류측 단부개구가 완전히 폐쇄되는 배기가스 정화장치.
5. 제1항에 있어서, 기재의 통로 일부를 각각 한정하는 인접한 격벽의 단부부분들은 그 하류측 단부에서 서로 부분적으로 연결되어 기재의 외측을 향해 테이퍼지며, 기재의 나머지 통로 각각을 한정하는 인접한 격벽의 단부부분들은 그 상류측 단부에서 서로 연결되어 기재의 외측을 향해 테이퍼지며, 통로의 상류측 단부개구가 완전히 폐쇄되는 배기가스 정화장치.
6. 제1항에 있어서, 필터용 기재는 엔진에서 배출되는 배기가스에 함유된 미립자를 수집하기 위해 엔진의 배기가스 통로에 배치되는 미립자 필터로서 사용되는 배기가스 정화장치.
7. 제6항에 있어서, 상기 테이퍼진 단부부분들은 미립자를 산화하기 위해 산화제를 운반하는 배기가스 정화장치.
8. 제7항에 있어서, 각각의 테이퍼진 단부부분에 의해 그 상류측 표면에서 단위면적당 운반되는 산화제의 양은 그 하류측 표면에서 단위면적당 운반되는 산화제의 양보다 많은 배기가스 정화장치.
9. 제7항에 있어서, 필터승온수단에 의해 필터의 온도를 상승시키기 위한 과정이 수행되는 배기가스 정화장치.
10. 제7항에 있어서, 필터는 과다 산소가 필터 주위에 존재할 때 질소산화물을 흡수하여 운반하며 산소 농도가 감소될 때 소유한 질소산화물을 배출하는 NOx 운반제(carrying agent)를 구비하는 배기가스 정화장치.
11. 제7항에 있어서, 필터는 귀금속 촉매를 구비하는 배기가스 정화장치.
12. 제11항에 있어서, 상기 산화제는 과다 산소가 산화제 주위에 존재할 때 산소를 흡수하여 운반하며 산소 농도가 감소될 때 활성산소의 형태로 소유한 산소를 배출하는 활성산소 생성제이고, 상기 활성산소 생성제는 미립자가 필터에 부착될 때 활성산소로써 필터에 부착된 미립자를 산화하기 위해 활성산소를 배출하는 배기가스 정화장치.
13. 제12항에 있어서, 상기 활성산소 생성제는 알칼리 금속, 알칼리 토류금속, 희토류 금속 및 천이금속 중 하나를 포함하는 배기가스 정화장치.
14. 제12항에 있어서, 상기 활성산소 생성제는 알칼리 금속, 및 칼슘 보다 이온화 경향이 높은 알칼리 토류 금속 중 하나를 포함하는 배기가스 정화장치.
15. 제12항에 있어서, 필터내로 흐르는 배기가스의 적어도 일부의 공연비는 필터에 부착되는 미립자를 산화하기 위해 일시적으로 리치로 만들어지는 배기가스 정화장치.
16. 제6항에 있어서, 배기가스내에 함유된 성분들을 산화하기 위한 산화수단이 엔진의 배기가스 통로에서 필터의 상류측에 배치되는 배기가스 정화장치.
17. 제16항에 있어서, 상기 산화수단은 산화촉매인 배기가스 정화장치.
18. 제16항에 있어서, 상기 산화수단은 린 배기가스가 산화수단내로 흐를 때 질소산화물(N0x)을 운반하며 리치 배기가스가 흐를 때 소유한 질소산화물을 환원시키는 NOx 촉매인 배기가스 정화장치.
19. 제6항에 있어서, 필터의 저온영역에 있는 필터의 작은 구멍 각각의 사이즈는 필터의 고온영역에 있는 작은 구멍의 사이즈 보다 큰 배기가스 정화장치.
20. 제19항에 있어서, 상기 저온영역은 필터의 주변영역이고, 상기 고온영역은 필터의 중앙영역인 배기가스 정화장치.
21. 제19항에 있어서, 필터의 저온영역에 있는 필터의 각각의 통로의 단면적은 필터의 고온영역에 있는 각각의 통로의 단면적 보다 큰 배기가스 정화장치.
22. 제6항에 있어서, 필터의 저온영역에 있는 필터의 각각의 통로의 단면적은 필터의 고온영역에 있는 각각의 통로의 단면적 보다 큰 배기가스 정화장치.
23. 제22항에 있어서, 상기 저온영역은 필터의 주변영역이고, 상기 고온영역은 필터의 중앙영역인 배기가스 정화장치.
24. 제22항에 있어서, 필터의 저온영역에 있는 필터의 작은 구멍 각각의 사이즈는 필터의 고온영역에 있는 작은 구멍의 사이즈 보다 큰 배기가스 정화장치.
25. 제6항에 있어서, 배기가스내에 함유된 성분들을 정화하기 위한 배기가스 정화수단은 엔진의 배기가스 통로에서 필터의 하류측에 배치되는 배기가스 정화장치.
26. 제25항에 있어서, 상기 배기가스 정화수단은 린 배기가스가 유입할 때 질소산화물을 운반하며 적어도 대체로 화학량론 배기가스가 유입할 때 소유한 질소산화물을 감소시키는 NOx 촉매인 배기가스 정화장치.
27. 제25항에 있어서, 상기 배기가스 정화수단은 배기가스에 함유된 미립자를 산화시킬 수 있는 보조 미립자 필터인 배기가스 정화장치.
28. 제25항에 있어서, 상기 필터가 적어도 배기 매니폴드 부근에 배치되는 배기가스 정화장치.
29. 제25항에 있어서, 상기 정화장치는 배기가스 정화수단을 우회하기 위해 필터와 배기가스 정화수단 사이의 엔진 배기가스 통로로부터 배기가스 정화수단 하류측의 엔진 배기가스 통로까지 연장하는 바이패스 통로와, 배기가스의 흐름을 배기가스 정화수단과 바이패스 통로로 전환하기 위한 전환 밸브를 추가로 포함하고, 상기 필터는 린 배기가스가 유입할 때 황산화물(SOx)을 운반하며 적어도 대체로 화학량론 배기가스가 유입할 때 소유한 황산화물을 방출하는 SOx 운반제를 구비하고, 상기 SOx 운반제의 온도는 SOx 방출온도 보다 높은 온도를 가지며, 상기 전환 밸브는 황산화물이 SOx 운반제에서 방출되지 않을 때 배기가스가 배기가스 정화수단으로 유입하며 황산화물이 SOx 운반제에서 방출될 때 배기가스가 바이패스 통로로 유입하도록 배치되는 배기가스 정화장치.
30. 제29항에 있어서, 배기가스에 함유된 성분들을 산화하기 위한 촉매가 바이패스 통로에 배치되는 배기가스 정화장치.
31. 제1항에 있어서, 상기 필터용 기재가 엔진의 배기가스 통로에 배치되고, 상기 기재가 엔진에서 배출된 배기가스에 함유된 미연소 탄화수소를 수집하기 위한 탄화수소 수집제(hydrocarbon collection agent)와, 미연소 탄화수소를 정화하기 위한 탄화수소 정화촉매를 구비하고, 상기 탄화수소 수집제는 이 수집제의 온도가 탄화수소 방출 온도 보다 낮을 때 미연소 탄화수소를 수집하며 이 수집제의 온도가 탄화수소 방출 온도 보다 높을 때 수집된 미연소 탄화수소를 방출하고, 상기 탄화수소 정화 촉매는 이 촉매의 온도가 탄화수소 정화 온도 보다 높을 때 미연소 탄화수소를 정화하고, 상기 탄화수소 방출 온도는 탄화수소 정화 촉매의 온도가 탄화수소 정화 온도 보다 낮을 때 탄화수소 수집제로부터 미연소 탄화수소가 방출되도록 설정되는 배기가스 정화장치.
32. 엔진에서 배출된 배기가스에 함유된 성분들을 정화하는데 사용되는 필터용 기재를 제조하는 방법으로서, 상기 필터용 기재는 다공재로 형성된 격벽에 의해 한정된 다수의 배기가스 통로를 가지며, 배기가스 통로 일부를 각각 한정하는 격벽의 단부부분(end portion)들은 배기가스 통로의 한 단부에서 서로 부분적으로 연결되어 그 단부가 기재 외측을 향해 테이퍼지며 팁에 의해 작은 구멍을 한정하게 되고, 나머지 배기가스 통로 각각을 한정하는 격벽의 단부부분들은 배기가스 통로의 다른 단부에서 부분적으로 연결되어 그 단부가 기재 외측을 향해 테이퍼지며 팁에 의해 작은 구멍을 한정하게 되는 기재 제조방법에 있어서,

    상기 방법은 각각의 배기가스 통로를 한정하는 격벽의 단부부분들을 끌어모아서 그 단부개구가 폐쇄되도록 연결하는 단계와, 그 단부개구에서 폐쇄되도록 각각의 배기가스 통로를 한정하는 격벽의 단부의 팁에 의해 한정된 작은 구멍을 형성하는 단계를 포함하고, 각각의 작은 구멍은 대응하는 배기가스 통로의 단부개구의 면적 보다 작고 격벽의 미세구멍의 평균 사이즈 보다 큰 사이즈를 갖는 제조방법.
33. 제32항에 있어서, 상기 격벽의 단부부분들을 끌어모아 연결하는 단계와 작은 구멍 형성 단계는 동시에 실행되는 제조방법.
34. 제33항에 있어서, 상기 격벽의 단부부분들을 끌어모아 연결하는 단계와 작은 구멍 형성 단계는 다수의 돌출부와 이 돌출부 사이에 배치된 다수의 핀을 갖는 디바이스를 기재의 단부면에 가압함으로써 동시에 실행되는 제조방법.
35. 제32항에 있어서, 먼저 상기 격벽의 단부부분들을 끌어모아 연결하는 단계가 실행되고 다음에 작은 구멍 형성단계가 실행되는 제조방법.
36. 제35항에 있어서, 상기 작은 구멍 형성단계에서 서로 연결된 단부의 팁을 세단하여 작은 구멍을 형성하는 제조방법.