JP2001082127A - 排気浄化装置 - Google Patents
排気浄化装置Info
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Abstract
ュレートフィルタで捕集した排気微粒子を燃焼できると
ともに、構造の簡素化や車両への搭載性の向上を促進す
ることができるようにする。 【解決手段】 内燃機関の排気通路2に介装されたパテ
ィキュレートフィルタ8と、パティキュレートフィルタ
8の該排気流れ上流側に該排気流れに沿って配置される
とともに、それぞれ酸化触媒成分が担持された複数の触
媒担持フィルタ7a,7b,7cとをそなえて構成さ
れ、複数の触媒担持フィルタ7a,7b,7cにおける
パティキュレート堆積密度がいずれも略等しくなるよう
に、各触媒担持フィルタ7a,7b,7cの目の粗さが
設定されている。
Description
路に介装されて排気中の有害成分を除去して排気を浄化
する排気浄化装置に関し、特にディーゼルエンジンに用
いて好適の、排気浄化装置に関する。
エンジンともいう)の排気通路に酸化触媒とディーゼル
パティキュレートフィルタ(DPF:Diesel Particula
te Filter )とを排気上流側からこの順に介装して、排
気中のパティキュレート(排気微粒子,PM:Particul
ate Matter)を除去する技術が知られている。この技術
では、エンジンから排出された排気中のNOを酸化触媒
によりNO2 に転換して下流側のDPFに供給し、この
NO2 と、DPFにより捕集された煤(カーボン)を主
成分とするPMとを反応させることにより、PMを比較
的低温で燃焼させることができる。
浄化装置として、例えば特開平9−79024号公報に
開示された排気浄化装置がある。この排気浄化装置は、
ディーゼルエンジンの排気通路に排気上流側から酸化触
媒とDPFとを交互に且つ直列に複数組配置して構成さ
れ、排気中のNOを酸化触媒によってNO2 に転換し、
このNO2 により、同酸化触媒の直後に配置されたDP
F上の堆積したPM(C:カーボン)を酸化反応させて
燃焼させている。この時、DPFにおけるNO 2 とPM
との反応は、主としてNO2 +C→NO+CO,2NO
2 +C→2NO+CO2 の形で行なわれ、この反応の結
果、DPFの下流(即ち、酸化触媒の上流)にはNOが
排出される。そして、このNOを同DPFの下流側に配
置された酸化触媒により再度NO2 に転換して、この酸
化触媒の直後に配置されたDPFに供給する。
生成されたNOを再度NO2 に転換して後段(下流側)
のDPFでのPMの燃焼に再利用することによって(エ
ンジンから排出されるNOを繰り返し使用することによ
って)、エンジン自体から排出されるNOX を増大させ
ることなくNO2 の生産量を増加させて、PMの燃焼量
を増大できるようにしている(DPF上のPMを燃焼/
除去できるようにしている)。
従来技術では、酸化触媒とDPFとを排気通路に複数個
直列に配置していることから、装置の構造が複雑とな
り、且つ、長手方向の寸法が長大になって車両への搭載
性が悪化してしまうという課題がある。本発明は、この
ような課題に鑑み創案されたもので、ディーゼルパティ
キュレートフィルタで捕集した排気微粒子を燃焼できる
とともに、構造の簡素化や車両への搭載性の向上を促進
することができるようにした、排気浄化装置を提供する
ことを目的とする。
の本発明の排気浄化装置では、内燃機関から排気通路に
排出された排気は、複数の触媒担持フィルタに上流側か
ら流入する。この時、排気中の微粒子は、これらの触媒
担持フィルタにより捕集されるが、同時に、排気中のN
Oは触媒担持フィルタに担持された酸化触媒成分により
酸化機能の高いNO2 に転換され、触媒担持フィルタに
捕集された微粒子は、このNO2 により、NO2 +C→
NO+COの反応により燃焼/除去される。そして、こ
の微粒子の燃焼にともない発生するNOは、後段の触媒
担持フィルタの酸化触媒成分によりNO2 に転換され、
フィルタに堆積した微粒子の除去に再び使用される。こ
のようなNOのNO2 への転換と微粒子の燃焼によるN
Oの発生とが、触媒担持フィルタを通過中の排気におい
て連続的に繰り返される。
は、比較的多くのNO2 を含んだ状態でパティキュレー
トフィルタに流入し、パティキュレートフィルタに堆積
した微粒子を燃焼/除去する。また、複数の触媒担持フ
ィルタにおけるパティキュレート堆積密度がいずれも略
等しくなるように、各触媒担持フィルタの目の粗さが設
定されるので、複数の触媒担持フィルタのうちのいずれ
かの触媒担持フィルタにおけるパティキュレート堆積密
度が偏って大きくなってしまうことも防止される。
は、内燃機関から排出された排気は、円筒形状に形成さ
れるとともに、いずれも同心上に配置された複数の触媒
担持フィルタに流入し、この時、請求項1記載の排気浄
化装置と同様に、触媒担持フィルタを通過中の排気にお
いて、このようなNOのNO2 への転換と微粒子の燃焼
によるNOの発生とが連続的に繰り返される。
明の実施の形態について説明する。まず、本発明の第1
実施形態としての排気浄化装置について説明すると、図
1はその全体構成を示す模式図である。本実施形態の排
気浄化装置は、図1に示すように、ディーゼルエンジン
(内燃機関,以下、エンジンともいう)の排気管(排気
通路)2に介装されており、ケーシング6a内には、複
数(ここでは3つ)のプレフィルタ(触媒担持フィル
タ)7a,7b,7cと、パティキュレートフィルタ
(DPF:Diesel Particulate Filter )8とが、排気
流れ上流側からこの順に並んで配設されている。
れに沿って所定の間隔をあけて配置され、DPF8より
も目の粗いフィルタ(例えば、セラミックフォーム,金
属多孔体,金属メッシュ,セラミック繊維等)により構
成されている。これにより、排気中のPMは、その一部
がプレフィルタ7a,7b,7cに捕集され、プレフィ
ルタ7a,7b,7cに捕集されなかったPMは、下流
側に流出し、比較的目が細かく捕集効率の高いDPF8
に略全量が捕集されるようになっている。
目の粗さ(フィルタの気孔径の大きさ)は、プレフィル
タ7a,7b,7cにおけるPMの堆積密度がいずれも
略等しくなるように、下流側のプレフィルタほど細かく
設定されている。つまり、排気中に含まれるPMは、プ
レフィルタ7a,7b,7cにより順次捕集されるの
で、排気中のPMの濃度は、当然ながら、プレフィルタ
7aの通過時が最も高く、次いでプレフィルタ7b通過
時が高く、プレフィルタ7c通過時が最も低くなる。フ
ィルタの目の粗さが同一ならば、排気中のPMの濃度が
高いほどフィルタのPM堆積密度は高くなる傾向にある
が、排気中のPMの濃度が高いほど(つまり排気流れ上
流側に位置するほど)フィルタの目の粗さを粗くして捕
集効率を低下させることにより、各プレフィルタ7a,
7b,7cに堆積するPMの密度(堆積密度)が均等と
なるようにしている。即ち、プレフィルタ7a,7b,
7cのうちいずれかのプレフィルタにおけるPM堆積密
度が偏ってしまうこと(各プレフィルタ7a,7b,7
cのPM捕集量に差が生じてしまうこと)を防止してい
るのである。
Pt(白金)を主体とする酸化触媒成分が全体にわたっ
て均一に担持(コーティング)されており、プレフィル
タ7a,7b,7cは、PMを捕集するフィルタとして
の機能を有する他、酸化触媒としての機能を有してい
る。つまり、ディーゼルエンジンの排気中には、比較的
多量のNO(一酸化窒素)が含まれており、このNOを
プレフィルタ7a,7b,7cに担持された酸化触媒成
分により、酸化機能の高いNO2 (二酸化窒素)に転換
し(2NO+O2 →2NO2 )、このNO2 により、比
較的低い排気温度下で、プレフィルタ7a,7b,7c
及びDPF8に捕集されたPMを燃焼/除去するように
しているのである(NO2 +C→NO+CO,2NO2
+C→2NO+CO2 )。
温度により定まるNOとNO2 との平衡状態における比
率に近づくにつれて、2NO2 →2NO+O2 の方向に
反応が進むようになり、このため、ケーシング6aの上
流側に酸化触媒を設けても、排気中のNOX に占めるN
O2 の比率は、一定の比率(排気温度により定まる平衡
状態での比率)よりも増大させることはできない。そこ
で、本排気浄化装置では、プレフィルタ7a,7b,7
cの全体に(例えば全表面にわたって)酸化触媒成分を
担持させることにより、従来技術のようにプレフィルタ
とは別個に酸化触媒を設けることなく、排気中のNO
を、この酸化触媒成分により繰り返しNO 2 に転換し
て、PMの燃焼に寄与するNO2 の合計量を増大させて
いるのである。
は、排気中のPMが捕集されると同時に排気中のNOが
酸化触媒成分によりNO2 に転換され、捕集されたPM
が、NO2 により、NO2 +C→NO+COと反応して
燃焼/除去される。そして、このPMの燃焼/除去にと
もない発生したNOは、プレフィルタ7a,7b,7c
の酸化触媒成分によりNO2 に転換され、プレフィルタ
7a,7b,7cに堆積したPMの除去に再び使用され
る。排気中のNOX に占めるNO2 の比率は排気温度に
より定まる平衡状態での比率よりも大きくすることはで
きないものの、このように、NOのNO2 への転換とP
Mの燃焼によるNOの発生とが、プレフィルタ7a,7
b,7c通過中の排気において連続的に繰り返されるの
で、PMの燃焼に寄与するNO2 の合計量が増大するの
である。
置は、上述のように構成されており、エンジンから排出
された排気はプレフィルタ7a,7b,7c及びDPF
8に順次流入し、排気中のPMがプレフィルタ7a,7
b,7c及びDPF8により捕集される。この時、排気
は、先ずプレフィルタ7aに流入するが、排気には比較
的多量のNOが含まれており、このNOは、プレフィル
タ7aに担持された酸化触媒成分によりNO2 に転換さ
れる。
は、酸化機能の高いNO2 と反応するとともに、酸化触
媒成分により直接酸化反応が促進されて、比較的低い排
気温度下で燃焼し除去される。このPMの燃焼/除去に
際には、NOが発生するが(NO2 +C→NO+C
O)、このNOは、再び、酸化触媒成分によりNO2 に
転換されPMの燃焼に寄与する。排気では、プレフィル
タ7a,7b,7cを通過中、このようなNOのNO2
への転換とPMの燃焼によるNOの発生とが、連続的に
行なわれるので、排気中に含まれるNOが少ない運転状
況下においても、PMの燃焼に寄与するNO2 の合計量
を増大させることができる。
流入する排気には、プレフィルタ7cの酸化触媒成分の
作用により比較的多くのNO2 が含まれており、このN
O2の作用により、DPF8に堆積したPMが燃焼/除
去される。したがって、本排気浄化装置によれば、DP
F8の上流側に、酸化触媒成分が担持されたプレフィル
タ7a,7b,7cを設けるという簡素な構成により、
PMの燃焼に寄与するNO2 の合計量を増大させて、エ
ンジンの運転状況にかかわらずプレフィルタ7a,7
b,7c及びDPF8に堆積したPMを燃焼/除去でき
るという利点がある。
全体にわたって酸化触媒成分が担持されており、フィル
タと触媒とを一体に構成したものなので、従来装置のよ
うに酸化触媒とプレフィルタとを別個に配設した物に比
べ、構造が容易で、且つ、長手方向(排気流れ方向)の
寸法が小さくなって車両への搭載性が向上するという利
点もある。
おけるPMの堆積密度がいずれも略等しくなるように、
各プレフィルタ7a,7b,7cの目の粗さは、下流側
のプレフィルタほど細かく設定されているので、いずれ
かのプレフィルタにおいてPMの堆積密度が偏って大き
くなって目詰まりを起こしてしまうことを防止できると
いう利点もある。また、これにより、排気の圧力損失を
抑制できるという利点もある。
間隔は、排気管2の径や長さ等の諸条件に応じて適宜変
更すればよく、何ら規定されるものではない。次に、本
発明の第2実施形態としての排気浄化装置について説明
すると、図2はその全体構成を示す模式図である。本実
施形態の排気浄化装置は、図2に示すように、ディーゼ
ルエンジンの排気管(排気通路)2に介装されており、
ケーシング6a内に、Pt(白金)を主体とする酸化触
媒成分が担持された複数(ここでは3つ)のプレフィル
タ(触媒担持フィルタ)17a,17b,17cと、D
PF8とが排気流れ上流側からこの順に並んで配設され
ている。また、第1実施形態と同様に、この酸化触媒成
分は、例えば各プレフィルタ17a,17b,17cの
表面全体にわたって均一に担持(コーティング)されて
いる。
DPF8よりも目の粗いフィルタ(例えば、セラミック
フォーム,金属多孔体,金属メッシュ,セラミック繊維
等)により構成されている。また、プレフィルタ17
a,17b,17cは、それぞれ円筒形状に形成される
とともに、内側(プレフィルタ17a,17b,17c
の軸心線側)からこの順に並べられ、且つ、いずれも排
気浄化装置と同心上に所定の間隔をあけて配置されてい
る。
cの上流側には仕切り板18が、下流側には仕切り板1
9が設けられている。上流側の仕切り板18は、プレフ
ィルタ17a,17b,17c及びケーシング6aの各
相互間を塞ぐように設けられ、又、下流側の仕切り板1
9はプレフィルタ17a,17b,17cの開口部を塞
ぐように設けられている。これにより、排気管2からケ
ーシング6aに流入してきた排気は、先ず、プレフィル
タ17aの内側(プレフィルタ17aの軸心線側)に流
入してから、外側(ケーシング6a側)に向かって流
れ、プレフィルタ17b,17cを順次通過した後、D
PF8に流入するようになっている。
7cの目の粗さは、プレフィルタ17a,17b,17
cにおけるPM堆積密度がいずれも略等しくなるよう
に、第1実施形態と同様に、下流側のプレフィルタほど
細かく設定されている(つまり、プレフィルタ17a,
17b,17cの順に目が細かくなるように設定されて
いる)。
置は、上述のように構成されており、エンジンからの排
気はプレフィルタ17a,17b,17c及びDPF8
に順次流入し、排気中のPMがプレフィルタ17a,1
7b,17c及びDPF8により捕集される。この時、
排気は、先ずプレフィルタ17aに流入し、排気中のN
Oが、プレフィルタ17aの酸化触媒成分によりNO2
に転換される。
Mは、NO2 と酸化反応する等して燃焼/除去される。
このPMの燃焼/除去に際には、NOが発生するが、こ
のNOは、再び、酸化触媒成分によりNO2 に転換され
PMの燃焼に寄与する。プレフィルタ17a,17b,
17cを通過中、排気では、このようなNOのNO2へ
の転換とPMの燃焼によるNOの発生とが連続的に繰り
返されるので、排気中に含まれるNOが少ない運転状況
下においても、PMの燃焼に寄与するNO2 の合計量を
増大させることができる。
に流入する排気には、プレフィルタ17cの酸化触媒成
分の作用により比較的多くのNO2 が含まれており、こ
のNO2 の作用により、DPF8に堆積したPMが燃焼
/除去される。したがって、本実施形態の排気浄化装置
によれば、第一実施形態と略同様の効果を得ることがで
きる。
寄与するNO2 の合計量を増大させて、エンジンの運転
状況にかかわらずDPF8等に堆積したPMを燃焼/除
去することができるという利点がある。また、プレフィ
ルタ17a,17b,17cは、フィルタと触媒とを一
体に構成したものなので、小サイズ化されて車両への搭
載性が向上するという利点もある。
7cの目の粗さは、各PM堆積密度がいずれも略等しく
なるように下流側ほど細かく設定されているので、いず
れかのプレフィルタにおけるPM堆積密度が偏って大き
くなってしまうことによるフィルタの目詰まりが防止さ
れるという利点もある。これにより、排気の圧力損失を
抑制できるという利点もある。
は、プレフィルタ7a,7b,7cが平面的な形状で形
成されているのに対し、本第2実施形態の排気浄化装置
では、プレフィルタ17a,17b,17cが立体的な
円筒形状で形成されているので、第1実施形態よりも、
プレフィルタと排気との接触面積を大きくして排気中の
PMの捕集性能を向上させることも可能である。また、
プレフィルタ17a,17b,17cはいずれも同心上
に設置されているので各プレフィルタ17a,17b,
17cの周面を通過する排気の分布が均等となって、こ
れにより排気中のPMを効率良く補集できるという利点
もある。
ング6aの内側から外側に流れるように構成されている
が、排気がケーシング6aの外側から内側に流れるよう
に、即ち、排気がプレフィルタ17c,17b,17a
をこの順で通過するように構成してもよい。上流側のプ
レフィルタほど、PMが多く堆積して(PM堆積密度が
大きくなって)排気に対する通過抵抗が大きくなる傾向
にあるが、この場合、上流側のプレフィルタほど径が大
きいので、上流側のプレフィルタほど単位面積当たりの
PM通過量及び排気通過流速が小さくなって、PM堆積
密度及び排気の圧力損失が小さくなる傾向にあるため、
これらの要因が相殺される。したがって、上述の実施形
態のように各プレフィルタ毎に目の粗さを変化させず、
即ち、各プレフィルタの目の粗さを略同一の設定として
も、各プレフィルタにおけるPM堆積密度及び圧力損失
を均等にすることができる。このような各プレフィルタ
の目の粗さは、各プレフィルタにおけるPM堆積密度が
略均等となるように適宜設定すればよい。
7cの間隔は、排気管2の径や長さ等の諸条件に応じて
適宜変更すればよく、何ら規定されるものではない。ま
た、本発明の排気浄化装置は、上述の各実施形態のもの
に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の
変形が可能である。例えば、各実施形態では、3つのプ
レフィルタ(触媒担持フィルタ)を設けているが、プレ
フィルタの数量は、これに限定されず、PMの捕集及び
NOのNO2 への転換が十分に行なわれるようにその設
計条件に応じて適宜決定される。
発明の排気浄化装置では、触媒担持フィルタに捕集され
た排気微粒子(パティキュレート)の燃焼/除去により
生成したNOを、触媒担持フィルタに担持された酸化触
媒成分により再度NO2 に転換して、触媒担持フィルタ
及びパティキュレートフィルタでの排気微粒子の燃焼/
除去に再利用することにより、排気中に含まれるNOが
少ない内燃機関の運転状況下においても、排気微粒子の
燃焼に寄与するNO2 の合計量を増大させることができ
る。
が担持されているので、触媒担持フィルタ内で、排気微
粒子の捕集と、捕集された排気微粒子の燃焼/除去とを
同時に行なうことができる。したがって、触媒担持フィ
ルタの上流側に酸化触媒を別置きする必要がないので、
装置の大幅な小型化を図ることができる。また、触媒担
持フィルタは、排気微粒子を捕集するプレフィルタの機
能とNOを酸化する酸化触媒の機能とを併せ持っている
ので、プレフィルタと酸化触媒とを別々に設ける構成に
比べ、さらに装置の小型化を図ることができる。また、
パティキュレートフィルタの排気流れ上流側に複数の触
媒担持フィルタを設けるという簡易な構造によりパティ
キュレートを燃焼/除去できる。
フィルタで捕集した排気微粒子を燃焼できるとともに、
構造の簡素化や車両への搭載性の向上を促進することが
できるという利点がある。また、複数の触媒担持フィル
タにおける各パティキュレート堆積密度がいずれも略等
しくなるように、各触媒担持フィルタの目の粗さが設定
されているので、複数の触媒担持フィルタのうちのいず
れかの触媒担持フィルタにおけるパティキュレート堆積
密度が偏って大きくなってしまうことがなく、これによ
り、いずれかの触媒担持フィルタに目詰まりが発生して
しまうことを防止できるとともに、排気の圧力損失を抑
制できるという利点がある。
は、請求項1記載の排気浄化装置と略同様の効果が得ら
れるとともに、各触媒担持フィルタが、立体的な円筒形
状に形成されているので、排気との接触面積を大きくし
て各触媒担持フィルタによる排気微粒子の捕集性能を向
上させることができるという利点がある。また、各触媒
担持フィルタがいずれも同心上に設置されているので、
各触媒担持フィルタの周面を通過する排気の分布が均等
となって、これにより、排気中のパティキュレートを効
率良く補集できるという利点もある。
全体構成を示す模式図である。
全体構成を示す模式図である。
フィルタ) 8 パティキュレートフィルタ,DPF
Claims (2)
- 【請求項1】 内燃機関の排気通路に介装されたパティ
キュレートフィルタと、 該パティキュレートフィルタの該排気流れ上流側に該排
気流れに沿って配置されるとともに、それぞれ酸化触媒
成分が担持された複数の触媒担持フィルタとをそなえて
構成され、 該複数の触媒担持フィルタにおけるパティキュレート堆
積密度がいずれも略等しくなるように、該各触媒担持フ
ィルタの目の粗さが設定されていることを特徴とする、
排気浄化装置。 - 【請求項2】 該複数の触媒担持フィルタが、それぞれ
円筒形状に形成されるとともに、いずれも同心上に配置
されていることを特徴とする、請求項1記載の排気浄化
装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP26197299A JP2001082127A (ja) | 1999-09-16 | 1999-09-16 | 排気浄化装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP26197299A JP2001082127A (ja) | 1999-09-16 | 1999-09-16 | 排気浄化装置 |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
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ID=17369229
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP26197299A Pending JP2001082127A (ja) | 1999-09-16 | 1999-09-16 | 排気浄化装置 |
Country Status (1)
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JP (1) | JP2001082127A (ja) |
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-
1999
- 1999-09-16 JP JP26197299A patent/JP2001082127A/ja active Pending
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