JP2002309932A - デイ−ゼル機関の排気ガス浄化装置 - Google Patents

デイ−ゼル機関の排気ガス浄化装置

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JP2002309932A
JP2002309932A JP2001118549A JP2001118549A JP2002309932A JP 2002309932 A JP2002309932 A JP 2002309932A JP 2001118549 A JP2001118549 A JP 2001118549A JP 2001118549 A JP2001118549 A JP 2001118549A JP 2002309932 A JP2002309932 A JP 2002309932A
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JP
Japan
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honeycomb
exhaust gas
catalyst
diesel engine
oxidation catalyst
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JP2001118549A
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Taiji Uekusa
泰治 植草
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Isuzu Motors Ltd
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Isuzu Motors Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】高温の排ガスGが直接接触するハニカムの部分
は高価な触媒層が劣化して無駄となるので、これを解消
する。 【解決手段】内燃機関2の排気管3に酸化触媒を担持さ
せたハニカム4bを内蔵させた排気ガス浄化装置4にお
いて、前記ハニカム4bの排ガスGの流入側より所定の
距離だけ触媒を担持させないことを特徴とするデイ−ゼ
ル機関の排ガス浄化装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、デイ−ゼル機関の
排ガスの浄化装置に関するものである。
【0002】
【従来技術】デイ−ゼルエンジンの排ガス中のHC,C
Oを浄化するために酸化触媒を使用することが通常行わ
れている。
【0003】図1は排気ガス浄化装置を設けたデイ−ゼ
ル機関を搭載した自動車の概略説明図であって、自動車
1に搭載したデイ−ゼル機関2の排気管3の途中に排気
ガスGの浄化装置4を設け、これにより浄化された排気
ガスGCを消音器5を通じて大気中に放出するようにな
っている。
【0004】なお、前記デイ−ゼル機関2は、燃料タン
ク6、燃料ポンプシステム7、この機関の負荷と回転数
によって各部を電子制御するための電子制御ボックス
8、これらのシステムに電力を供給するバッテリ9等に
よって構成され、運転者の操作に従って自動車1が快適
に制御されて走行するようになっている。
【0005】前記排気ガスGの浄化装置4は、セラミッ
ク製ハニカム等の耐火性担体上にコーティングされたア
ルミナコート層に、白金,パラジウム,ロジウム等の貴
金属を担持させた酸化触媒が全面的にコーティングされ
ており、これによって排気ガスGが酸化処理されるよう
になっている。
【0006】ところで、デイ−ゼル機関2から排出され
る排気ガスGの温度は、浄化装置4の入口部と、その下
流側を熱電対式温度計によって測定した結果、上流側は
高負荷時において700℃前後の高温であり、そして浄
化装置4内を通過する間にその温度は次第に低下し、ケ
ーシング4a内に配置されている酸化触媒を担持させた
フイルター部材4bの出口側で600℃程度に低下して
いることが分かった。
【0007】ここで、排気ガスの浄化装置4において、
特にデイ−ゼル機関2の高温の排気ガスGを長時間流し
て酸化触媒を接触させると、この触媒が次第に劣化し、
そして時間の経過と共にHC、COの浄化率が低下する
という問題があった。
【0008】このようにデイ−ゼル機関2より排出され
る高温の排気ガスGが接触する浄化装置4に内蔵されて
いる酸化触媒は、排気ガスGが高温である上流側、ある
いは入口側が最も劣化し易い。しかし従来は、この劣化
の程度を酸化触媒の上流側と下流側とで差が発生するこ
とを特に問題とせず、安全に稼働する使用期間(耐用期
間)を定めて交換するようにしていた。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記従来の触
媒担体上に、全体的に均一に触媒を担持させた排ガス浄
化装置のもつ欠点を解消するために得られたものであっ
て、次のように構成されている。
【0010】1)内燃機関の排気管に、触媒を担持させ
たハニカムをケーシング内に装填した排気ガス浄化装置
を接続した装置において、前記ハニカムの排気ガスの流
入側より所定の距離だけ触媒を担持させない帯域を設け
たことを特徴としている。
【0011】2)前記ハニカムとして、排気ガスの流入
側に触媒を担持させない第1のハニカムと、排気ガスの
流出側に触媒を担持させた第2のハニカムを直列的に設
けたことを特徴としている。
【0012】3)前記ハニカムの排気ガスの流入側より
触媒を担持させない範囲は、前記ハニカムの全長の約5
〜20%であることを特徴としている。
【0013】4)前記触媒を担持させない第1のハニカ
ムの長さは、この第1のハニカムと触媒を担持させた第
2のハニカムとを合わせた全長の約5%〜20%である
ことを特徴としている。
【0014】本発明は、デイ−ゼル機関の排気ガスの浄
化装置において、HC、COを酸化させるための酸化触
媒が高温の排気ガスと接触して早期に劣化して触媒機能
を失うという問題があることに着目し、早期に劣化する
部分(帯域)と、それ以外の部分とに区分し、早期に劣
化する部分に酸化触媒を設けないようにしたことを特徴
としている。
【0015】前記のように構成することによって、浄化
装置に内蔵されている酸化触媒の寿命を延長できると共
に、その触媒を担持させない分だけ触媒装置の製造コス
トを低下させることを特徴としている。
【0016】担体であるフイルタ部材としてのハニカム
の全長にわたって酸化触媒を担持させた場合、このハニ
カム上の触媒が最初に劣化する箇所は、高温の排気ガス
が最初に接触する部分、即ち、ハニカム状のセルの開口
端部である。
【0017】本発明はこの点に着目して得られたもので
あって、酸化触媒の担体であるハニカム(セラミック
製、ウオールスルー型ハニカム)の全長を〔L〕とする
と、排気ガスの流入する端部から〔L〕の5〜20%程
度の長さ〔D〕(図4)を酸化触媒の無担持層とするも
のである。
【0018】実測値によると、排気ガスが流入する端部
における排気ガスの温度は700℃前後であるが、この
端部から約20%の距離を進むと50〜100℃もの温
度低下があり、このように温度が低下した場合は触媒が
劣化する速度ないし危険性が急速に低下する。
【0019】フイルタ部材であるハニカムの端部から5
%までの距離に形成されている酸化触媒の劣化が激し
く、短時間にその触媒性能が低下するので、少なくとも
この間には酸化触媒を担持させても実質的な効果を期待
できない。
【0020】また、5%から20%の間のフイルタ部材
の端部より距離が少ない部分は排気ガスの熱的な影響を
受け易い。これは触媒の種類や担持方法によっても差が
あるが、なるべくこの帯域には触媒を担持させない方が
良い。
【0021】以上のような理由から、本発明に係るデイ
−ゼル機関の排気ガスの浄化装置は、デイ−ゼル機関よ
り排出される高温の排ガスを処理しても、酸化触媒の劣
化が少なく、従って、高価な貴金属を使用した酸化触媒
の使用量を可及的に節減できることから、安価で信頼性
のあるデイ−ゼル機関の排ガス浄化装置を提供すること
ができるのである。
【0022】
【発明の実施の形態】図1は、デイ−ゼル機関2を搭載
した自動車1の排ガス浄化装置4の概略図であって、デ
イ−ゼル機関2に接続されている排気管3の途中に紡錘
形、あるいは円筒形のケーシング4aが装着されてい
る。そしてこのケーシング4aの内部に酸化触媒4bを
配置している。そして図示しないが、その後段に必要に
応じて尿素を使用するNOx触媒を設置することができ
る。
【0023】図2は本発明の実施例1に係る排気ガス浄
化装置5を示しており、前段に触媒を担持させていない
セラミック製ハニカム16を、また、後段に触媒を担持
させたハニカム17を直列に設けている。
【0024】後段の酸化触媒を担持したハニカム17
は、例えば直径が86mm、長さが120mmのものを
使用した。そして前段の触媒を担持させないハニカム1
6は直径が前記と同様に86mmで、長さが長さが22
mmの使用し、これら2個のハニカム16、17をケー
シング4a内に直列に挿入して組立ている。
【0025】前記のようにハカニム17上に酸化触媒の
コート層が形成されているが、この触媒としてセラミッ
ク製ハニカムからなる耐火担体上にアルミナコート層を
形成し、このアルミナコート層に、白金、パラジウム、
ロジウム等の貴金属を担持させた酸化触媒のコーティン
グ層を、通常のコーティング層の形成方法によって形成
している。
【0026】自動車より排出される高温の排気ガスと接
触してそれに含有されているHC、COを酸化して浄化
する酸化触媒は、高温において触媒作用が顕著であり、
酸化触媒層の最上流、即ちハニカムの上流の端部が反応
が活発であり、この部分が最も劣化し易く、そして下流
側に至るにしたがってその劣化の程度が減少する。
【0027】本発明者等の実験によると、前記直径で、
長さがこの直径の1.3〜2.0倍のハニカムを使用
し、これに前記酸化触媒を担持させたものを前記のよう
に浄化装置に適用した場合は、最も劣化の程度の大きな
部分は高温の排気ガスが接触する端部から全長の約5%
程度から約20%程度までであることが確認されてい
る。
【0028】前記実験結果を考慮すると、デイ−ゼル機
関の出力と排気ガスの温度を考慮してフイルター部材上
に酸化触媒を設けない帯域を設けることが必要であり、
その帯域は端部から5〜20%程度である。この帯域は
酸化触媒の劣化の激しい部分であり、排気ガスの浄化性
能を考慮すると、この範囲はなるべく少ない方が良い。
【0029】前記のように構成した浄化装置15を、図
1に概略構成を示した排気量5リットルのデイ−ゼル機
関2を搭載した自動車1の排気管3に装備し、この自動
車1を約2万kmを走行させた場合の浄化作用の評価は
次の通りであった。
【0030】なお、従来の浄化装置と対比するために、
図2とほぼ同様な寸法を持ち、その内部に直径が86m
m、長さが145mmのハニカムを使用し、図4に示す
ように白金、パラジウム、ロジウムからなる酸化触媒層
をハニカムの全長にわたって形成したものを使用して同
様な走行試験を行ない、その試験結果を比較例として記
載している。
【0031】 耐久試験前の「A」部の浄化率 実施例(図2) 比較例(図4) 担持した触媒量 101g 125g CO 浄化率 83% 83% HC 浄化率 86% 85% 耐久試験後の「A」部の浄化率 CO 浄化率 82% 75% HC 浄化率 80% 66% 注:浄化率の測定方法は、実車耐久試験前後において、
図2と図4の浄化装置(DPF)において図示のA部を
切り出し、模擬ガスで評価したものである。
【0032】前記のように、図2の浄化装置15は、図
4の従来の浄化装置15Aと同様な寸法のものである
が、ハニカムにコーティングする触媒量が、従来のもの
に比較して約80%に低下しており、20%も節約され
ていることが分かる。
【0033】前記図2に示すように触媒量の少ない本発
明に係る浄化装置15と、図4に示す従来の触媒を多量
に使用した浄化装置15Aとを使用し、約2万km走行
した後に、「CO浄化率とHC浄化率」を比較したとこ
ろ、これらは共に本発明の浄化装置の方が、従来のもの
よりも優れていることが分かった。
【0034】図3は、本発明の第2の実施例を示すもの
で、図2に示した2個のハニカムからなる第1のハニカ
ム16aと第2のハニカム17aをケーシング内に装填
した実施例1の浄化装置15の変形である。
【0035】この浄化装置15は、触媒を担持しないハ
ニカム16a(長さが図2に第1のハニカム16に相当
する)と、触媒を担持させた部分を持つ(長さが図2の
第2のハニカム17に相当する。)もので、全長は14
2mmである。
【0036】このようにハニカムの触媒を担持する範囲
を、ハニカムの上流側に所定の範囲で設けないことによ
って触媒層が劣化したり、実質的に機能を失う部分を省
略できながら、排ガスに作用する触媒効果を極力低下さ
せることなく、しかも、効率的にデイ−ゼル機関の排ガ
スの処理を行うことができる。
【0037】本発明の浄化装置に装填する触媒層を形成
したハニカムは、酸化触媒の担体として使用するのが好
適であるが、本発明はこれに限定されるものではなく、
NOx浄化触媒等にも使用することができるものであ
る。
【0038】
【発明の効果】本発明は、デイ−ゼル機関より排出され
る高温の排ガスが直接に接触するハニカムの部分を触媒
層を形成しないハニカムとするか、あるいは触媒層を積
極的に形成しないハニカムを使用して、触媒層の熱劣
化、あるいは活性の低下を防止している。
【0039】それに伴なって酸化触媒の使用量を約20
%も節減することができ、触媒を使用した排ガス浄化装
置の製作コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る排ガス浄化装置を使用したデイ−
ゼル機関の概略図である。
【図2】本発明の第1の実施の形態に係る排ガス浄化装
置の側面図である。
【図3】本発明の第2の実施の形態に係る排ガス浄化装
置の側面図である。
【図4】従来の排ガス浄化装置の側面図である。
【符号の説明】
1 自動車 2 デイ−ゼル機関 3 排気管
4 浄化装置 4a ケーシング 4b 酸化触媒 5 消音器 15,15A 排ガス浄化装置 16 触媒層を設けないハニカム 17,17a 触媒層を設けたハニカム
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) // B01D 46/00 302 B01D 53/36 ZABC Fターム(参考) 3G090 AA01 AA03 BA01 CA04 EA02 3G091 AB02 BA00 BA07 BA08 BA15 BA19 BA39 FC08 GA00 GA06 GA18 GB05 GB06 GB07 GB17 HA10 4D048 AA13 AA18 AB01 BA03X BA10X BA30X BA31X BA33X BA41X BB02 BB16 CA01 CC36 CC38 CC47 4D058 JA32 JB06 KB12 SA08 TA06 4G069 AA03 BA01A BA01B BA13A BA13B BB02A BB02B BC71A BC71B BC72A BC72B BC75A BC75B CA02 CA03 CA07 CA14 CA17 EA19 EB14Y EC19 ED06 EE09

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】内燃機関の排気管に、触媒を担持させたハ
    ニカムをケーシング内に装填した排気ガス浄化装置を接
    続した装置において、前記ハニカムの排気ガスの流入側
    より所定の距離だけ触媒を担持させない帯域を設けたこ
    とを特徴とするデイ−ゼル機関の排ガス浄化装置。
  2. 【請求項2】前記ハニカムとして、排気ガスの流入側に
    触媒を担持させない第1のハニカムと、排気ガスの流出
    側に触媒を担持させた第2のハニカムを直列的に設けた
    ことを特徴とする請求項1記載のデイ−ゼル機関の排ガ
    ス浄化装置。
  3. 【請求項3】前記ハニカムの排気ガスの流入側より触媒
    を担持させない範囲は、前記ハニカムの全長の約5〜2
    0%である請求項1記載のデイ−ゼル機関の排気ガス浄
    化装置。
  4. 【請求項4】前記触媒を担持させない第1のハニカムの
    長さは、この第1のハニカムと第2のハニカムとを合わ
    せた全長の約5%〜20%であることを特徴とする請求
    項2あるいは3項記載のデイ−ゼル機関の排ガス浄化装
    置。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011125228A1 (ja) * 2010-04-09 2011-10-13 イビデン株式会社 ハニカム構造体
WO2011125229A1 (ja) * 2010-04-09 2011-10-13 イビデン株式会社 ハニカム構造体

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011125228A1 (ja) * 2010-04-09 2011-10-13 イビデン株式会社 ハニカム構造体
WO2011125229A1 (ja) * 2010-04-09 2011-10-13 イビデン株式会社 ハニカム構造体
US8715579B2 (en) 2010-04-09 2014-05-06 Ibiden Co., Ltd. Honeycomb structure

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