JP2003161142A - 排気ガス浄化装置及びその浄化剤 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 排気管を殆ど改変することなく取り付けられ
る排気ガス浄化装置を提供する。 【解決手段】 レシプロエンジンである乗用車の原動機
１の排気ポート２に、排気マニホールド２ａを介して、
排気管３の導入口３ａを接続する。本発明に係る排気ガ
ス浄化装置は、排気管３に案内管５を差し込んで設け、
原動機１の燃焼ガス中の有害物質を浄化する浄化剤を、
霧化して案内管５を経て排気管３内へ噴霧するものであ
る。案内管５を排気ポート２に接近させて配置すること
で、排気管３内へ噴霧された浄化剤を加熱し、燃焼ガス
中の有害物質を浄化する化学反応を促進することができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、大気中に放出され
る原動機の排気ガスを浄化する浄化装置及びその浄化剤
に関する。

【０００２】

【発明が解決しようとする課題】熱交換器やエンジン等
の原動機において、主に内燃機関は、熱回収又は熱エネ
ルギー変換が終わった排気ガスを大気中に放出する。近
年、この排気ガスに含まれる物質（排気エミッション）
の環境に及ぼす影響が問題視されるに至った。そこで、
排気ガス中の有害物質を浄化する浄化剤を排気ガスに噴
霧した上で、この浄化された排気ガスを大気に放出する
ことが試みられた。

【０００３】上記の浄化剤としては、ケイ酸のアルカリ
塩から選択される１種又は２種以上の塩、フッ化物イオ
ン、炭酸水素イオン及び水可溶のアルコール類又はその
誘導体を含むものが適用された。例えば、ケイ酸ナトリ
ウム、フッ化ナトリウム、炭酸水素ナトリウム及びエチ
レングリコールを、蒸留水で溶解・希釈して調整される
液剤である（平成１１年特許願第１６６５０６号）。

【０００４】しかしながら、内燃機関では、排気管の構
造がエンジンの特性及び性能を大きく左右し、特に、乗
用車や貨物自動車のように公道走行する車両では、排気
ガスの流れによる圧力損失が少なく、排気管内を流動す
る排気ガスの慣性効果や脈動効果を積極的に利用するこ
とが設計上重視される。

【０００５】このため、上記のように浄化剤を噴霧する
技術は、排気ガスを浄化する点で所望の効果を達成でき
るのであるが、これを、実際に量産される車両に搭載す
るとなれば、排気管の形状を大幅に変更しなければなら
ないといった技術的制約を避けられなかった。更には、
排気管の部品点数が増えて構造が複雑になり、製造コス
トが高騰するという問題も伴った。

【０００６】そこで、本発明の目的は、排気管を殆ど改
変することなく取り付けられる排気ガス浄化装置及びそ
の浄化剤を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の排気ガス浄化装
置は、原動機の排気ポートに接続する排気管に、案内管
を差し込んで設け、原動機の排気ガス中の有害物質を浄
化する浄化剤を、排気管の外部に設けた霧化機により霧
化して、案内管を経て排気管内へ噴霧するものである。

【０００８】更に、本発明の排気ガス浄化装置は、案内
管が、排気管の下流側へ向けて浄化剤を噴霧するもので
ある。

【０００９】更に、本発明の排気ガス浄化装置は、案内
管を、排気管における排気ポートの近傍に配置したもの
である。

【００１０】更に、本発明の排気ガス浄化装置は、案内
管を、排気管の屈曲部に配置したものである。

【００１１】更に、本発明の排気ガス浄化装置は、案内
管を、その噴霧口が排気管の径方向の途中に位置する姿
勢で、排気管に溶接したものである。

【００１２】更に、本発明の排気ガス浄化装置は、噴霧
口が排気管の径方向に間隔を開けて複数形成されたもの
である。

【００１３】更に、本発明の浄化剤は、ケイ酸のアルカ
リ金属塩から選択される１種又は２種以上の塩と、炭酸
水素イオンとを含むものである。

【００１４】更に、本発明の浄化剤は、ケイ酸のアルカ
リ金属塩から選択される１種又は２種以上の塩が、ケイ
酸ナトリウム、ケイ酸カリウム又はケイ酸カルシウムの
郡から選択される１種又は２種以上を含むものである。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の一実施の形態に係る排気
ガス浄化装置を、図面に基づいて以下に説明する。図１
は、レシプロエンジンである乗用車の原動機１と、その
排気ポート２に排気マニホールド２ａを介して導入口３
ａを接続した排気管３の断面図である。図２は、排気管
３、触媒コンバータ３ｂ、後部排気管３ｃ、消音器３ｄ
及びテールパイプ３ｅを、パッキン材３ｆを介して順次
連結してなる排気装置６の分解図であ。

【００１６】本実施の形態に係る排気ガス浄化装置４
（図９）は、排気管３に案内管５を差し込んで設け、原
動機１の排気ガス中の有害物質を浄化する浄化剤を、排
気管３の外部に設けた後述の霧化機７（図７）により霧
化して、案内管５を経て排気管３内へ噴霧するものであ
る。

【００１７】排気ガス浄化装置４により霧化される浄化
剤は、ケイ酸のアルカリ金属塩から選択される１種又は
２種以上の塩と、炭酸水素イオンとを含むものである。
ケイ酸のアルカリ金属塩とは、ケイ酸のナトリウム塩、
カリウム塩、リチウム塩等である。このケイ酸のアルカ
リ塩から選択される１種又は２種以上の塩には、ケイ酸
ナトリウム、ケイ酸カリウム又はケイ酸カルシウムの郡
から選択される１種又は２種以上のものが含まれる。更
に、このような浄化剤に、水可溶のアルコール類又はそ
の誘導体を混合してもよい。

【００１８】浄化剤を実際に調整するには、例えば、ケ
イ酸ナトリウムと炭酸水素ナトリウムとを蒸留水、水道
水又は鉱泉水で溶解・希釈して行う。或いは、ケイ酸ナ
トリウムとケイ酸カルシウムと炭酸水素ナトリウムとを
蒸留水等で溶解・希釈して行う。具体的な調整例とし
て、ケイ酸ナトリウム（荒川科学工業株式会社製）３３
９０ｇと炭酸水素ナトリウム（和光純薬社製）８８３ｇ
とを、４００リットルの蒸留水に加えて攪拌することが
挙げられる。更に、ここに安定剤として、エチレングリ
コール（荒川科学工業株式会社製；比重１．１１５５）
１８リットルを添加してもよい。

【００１９】ここに例示したケイ酸のアルカリ金属塩の
濃度は、特に限定されるものではないが、上述した範囲
の濃度の各成分を有する浄化剤を、排気ガス１００ｍ³
に対して約１００ｍｌ〜４００００ｍｌ、より好ましく
は、１０００ｍｌ〜１００００ｍｌの範囲である。

【００２０】図３に詳細を示すように、案内管５は、そ
の両端が開口した直径２乃至１８ｍｍ程度の真っ直ぐな
管材であり、排気管３に対して約４５°で交差する姿勢
をとる。詳しくは、案内管５の先端の噴霧口８が排気管
３の下流側を向き、且つ、噴霧口８が排気管３の径方向
の途中、好ましくは排気管３の内径中心に位置する姿勢
で、排気管３の外面に隅肉溶接されている。案内管５の
後端は、排気管３の外部に突出し、ここに継手部９が形
成されている。

【００２１】図４は、上記の案内管５を側面視略Ｊ形に
湾曲したものである。この場合、排気管３の外部に突出
した案内管５の後端に継手部９が形成される点は、上述
同様であるが、排気管３とこの外面に隅肉溶接される案
内管５の部位との交差角度は約９０°である。側面視略
Ｊ形に湾曲した案内管５は、その噴霧口８が排気管３の
下流側を向き、且つ、噴霧口８が排気管３の径方向の途
中、好ましくは排気管３の内径中心に位置する姿勢をと
る。尚、噴霧口８の口径を絞るなどして、案内管５の形
状をノズルのようにしてもよい。

【００２２】図３，図４に示したように、案内管５を排
気管３に溶接したことにより、これら２つのパーツであ
る案内管５と排気管３とをユニット化できるので、流通
過程における部品管理や取り扱いが簡素化される。しか
も、例えば自動車の製造工程においては、排気マニホー
ルド２ａに排気管３を連結するといった既成の一作業工
程の中で、案内管５と排気管３の２つのパーツを同時に
原動機１に組み付けられる。

【００２３】従って、案内管５を付加して排気管３の仕
様が少し変わるのであるが、これの製造単価を最小限に
抑えられる。しかも、上記例示の製造工程がオートメー
ションによる一連の流れ作業であっても、その各作業工
程における作業手順を全く変更することなく、排気管３
の仕様変更に対応できるという利点が有る。

【００２４】図５（ａ）は、排気管３に取り付けた変形
例の案内管５０を示す。案内管５０は、その側面に複数
の小孔（図中５箇所）からなる噴霧口８０を、排気管３
の径方向に間隔を開けて１列に形成したものであり、大
型船舶に適用されるような大径（５０乃至１００ｍｍ又
はそれ以上）の排気管３内に噴霧した浄化剤を排気管３
内の各所に均一濃度で分布させることができる。案内管
５０の後端は排気管３の外部に突出し、ここに継手部９
が形成されている。

【００２５】各噴霧口８０は、排気管３の径方向の途中
に位置し、排気管３の下流側を向いて開放している。噴
霧口８０の個数と配置は、特に限定されないが、排気管
３の内径や排気ガスの流量等に基づいて適宜に選択可能
である。例えば、上記５箇所の噴霧口８０を２列にして
１０箇所に増やしてもよい。噴霧口８０の口径は６ｍｍ
程度が適当である。

【００２６】案内管５０を排気管３に取り付けるには、
上述のように溶接により行ってもよいが、分解清掃や案
内管５０の交換の便宜を考慮して、着脱自在なアタッチ
メント構造を適用する。例えば、図５（ｂ）に示すよう
に、案内管５０の後端内方に螺子切り部１０を形成し、
更にこの内方に一対の爪１１を突出して設ける。一方、
排気管３に、案内管５０を挿入させる挿入孔１２を開口
すると共に、この挿入孔１２の周縁の一部を切除する等
して拡径部１２ａを形成する。

【００２７】案内管５０を排気管３内に挿入させるに
は、図５（ｂ）に示すように、案内管５０を、一対の爪
１１が拡径部１２ａを通過可能な姿勢にした上で、挿入
孔１２内へ押し込む。この状態で、案内管５０をその軸
まわりに約９０°回動させると、一対の爪１１が挿入孔
１２の周縁に排気管３の内側から掛止する。そして、螺
子切り部１０にロックナット１３を締結すれば、案内管
５０を排気管３に固定できる。

【００２８】尚、排気管３の外面とロックナット１３の
間に、パッキン座やスプリングワッシャ等を咬ませても
よい。また、排気管３内に案内管５０を挿入した後で噴
霧口８０の向きが排気管３の外部から目視で確認できる
ように、排気管３と案内管５０とに、相互に合致するポ
イントマーク１４（排気管３の方のみ図示）を各々付し
てもよい。以上に述べたアタッチメント構造は、案内管
５０に限らず、案内管５を排気管３に取り付ける構造と
して適用してもよい。

【００２９】継手部９は、霧化機７により霧化された浄
化材を案内管５（５０）に誘導するための浄化剤供給管
１５を容易に接続できればよい。例えば、図４又は図５
（ａ）に示すように、案内管５（５０）の後端の外周面
に、ユニオン継手１６を螺合し締結するための雄螺子を
形成してもよい。この場合、ユニオン継手１６を介して
浄化剤供給管１５を案内管５（５０）に着脱自在に接続
できる。

【００３０】或いは、図６に示すように、案内管５（５
０）の後端の外周面に、浄化剤供給管１５を外嵌させた
際の滑り止めとなる凹凸９ａを形成し、更に案内管５
（５０）に外嵌した状態の浄化剤供給管１５を螺子締め
式クランプ１７を用いて締め付けもよい。

【００３１】以上に述べた案内管５（５０）の断面形状
は円形に限らず、半円形、矩形、楕円形又は多角形でも
よい。案内管５（５０）の材質として、鉄、銅、真鍮、
アルミニウム、ステンレス、チタン、ガラス、セラミッ
ク又は陶磁器などの耐熱性材料が挙げられる。要は、案
内管５（５０）は、その内部を霧化された浄化剤が殆ど
抵抗なく流動できるものであればよい。また、案内管５
（５０）の排気管３内に没入した部分の長さは、排気ガ
スと霧化された浄化剤との間で熱交換を起こさせるのに
十分な距離が確保できればよい。また、浄化剤供給管１
５としては、ゴム管、ビニル管、その他の合成樹脂管、
銅管又は鋼管が適用できる。

【００３２】図７に示すように霧化機７は、タンク２０
に貯留した液状の浄化剤を、送風手段２１の送風ダクト
２１ａ内へ注入手段２２により継続して少量づつ注入
し、送風ダクト２１ａ内を流れる空気中に拡散すること
によって霧化するものである。送風手段２１は、圧縮空
気を噴出するコンプレッサ等でもよいが、比較的軽量で
小型化し易い電動式の送風機であることが好ましく、そ
のファン２１ｂとしては軸流ファンでもよいが、送風量
を大きく設定できる遠心ファンであることが更に好まし
い。

【００３３】図８は、送風手段２１の具体的な構造を示
す。即ち、送風ダクト２１ａの導入側２１ｄを、これを
搭載する車両の前方（進行方向）に向け、送風ダクト２
１ａ内に、ファン２１ｂを回転駆動する回転機４１を空
気が通風可能な間隔４０を開けて収納し、送風ダクト２
１ａの導入側２１ｄに導入口枠４２を着脱自在に取り付
ける。この取付構造は、図示を省略するが、例えば手回
し可能なビス等を用いて、送風ダクト２１ａに導入口枠
４２を簡単に螺着する構造としてもよい。

【００３４】導入口枠４２は、上記車両の前方へ下降傾
斜する複数枚のブレード４３からなるグリルを形成する
ことにより、雨水等が送風ダクト２１ａ内へ浸入するの
を防止している。ブレード４３の内側にはフィルタ４４
が嵌め込まれている。フィルタ４４は、比較的粘性の高
いケイ酸のアルカリ金属塩を含有する浄化剤に粉塵等が
特に結合し易いことを考慮して、送風ダクト２１ａ内へ
導入される空気から粉塵等を除去するために設けられ
る。フィルタ４４が粉塵等を吸着して汚れた場合、送風
ダクト２１ａに着脱自在に取り付けた導入口枠４２を外
せば、導入口枠４２内に嵌め込んだフィルタ４４を新し
いものに容易に交換できる。

【００３５】回転機４１を起動してファン２１ａを回転
させると、上記車両の前方の空気は、複数枚のブレード
４３の隙間とフィルタ４４の目を経て送風ダクト２１ａ
内へ導入される。更に、この空気は、送風ダクト２１ａ
内を通過しつつ回転機４１を冷却し、送風ダクト２１ａ
の下流端２１ｃに至る。上記車両の走行時には、送風ダ
クト２１ａ内に空気が吹き込むので、これが、送風手段
２１による送風を助成することになる。

【００３６】タンク２０は、その上面にキャップ付き補
給口２０ａを設け、底面を液剤供給管２０ｂを経て注入
手段２２の吸引口２２ａに連通している。送風ダクト２
１ａは、その下流端２１ｃを浄化剤供給管１５（図５）
を介して案内管５（５０）に連通している。案内管５
（５０）は排気ガスで加熱されるため、一旦霧化された
浄化剤が案内管５（５０）内で凝結することはない。１
本の排気管３に案内管５（５０）を複数設ける場合、或
いは、複数本の排気管３毎に案内管５（５０）を設ける
場合には、送風ダクト２１ａの下流端２１ｃを複数に分
岐することで、複数の案内管５（５０）へ霧化した浄化
剤を供給できる。

【００３７】注入手段２２としては、送風ダクト２１ａ
内に開放した吐出口２２ｂをピンホールとしたソレノイ
ド制御のプランジャポンプが好ましい。タンク２０を送
風ダクト２１ａより高所に配置する場合は、このプラン
ジャポンプを省略し、タンク２０から液剤供給管２０ｂ
を経て流下する浄化剤を、送風ダクト２１ａ内に直接滴
下させてもよい。この場合、送風ダクト２１ａ内に滴下
する浄化剤の量は、吐出口２２ｂに出没自在なニードル
弁（図示せず）によって調節できる。

【００３８】また、送風手段２１を省略し、案内管５
（５０）の継手部９に噴霧ノズル（図示せず）を接続し
てもよい。そして、この噴霧ノズルに注入手段２２（プ
ランジャポンプ）を用いて液状の浄化剤を直接圧送し、
更に、この噴霧ノズルによって霧化された浄化剤を案内
管５（５０）を経て排気管３内へ放出させてもよい。

【００３９】要は、浄化剤を、排気管３の外部、即ち排
気管３から熱的にある程度隔絶できる場所で予め霧化し
ておき、案内管５（５０）を経て排気管３内へ導入でき
ればよい。これにより、霧状の浄化剤が案内管５（５
０）を通過する過程で熱交換が起こり、浄化剤の蒸発が
促されるので、浄化剤の体積が急速に膨張して排気管３
内に拡散する。このため、浄化剤が排気ガスとよく混ざ
り、排気ガスの浄化作用が増進する。しかも、浄化剤の
成分や水垢が案内管５（５０）の内部に沈殿又は固化し
て堆積するのを防止できる。従って、排気ガス浄化装置
４を長年使用し続けても、案内管５（５０）の清掃等を
頻繁に実施する必要はなく、所望の性能を長年維持でき
る。

【００４０】タンク２０に貯留する浄化剤は、既述した
通りの成分からなり、排気ガスに含まれるダイオキシン
類、ダスト、硫黄酸化物、窒素酸化物又は塩化水素など
の有害物質を、吸着したり分解して無害化する作用を奏
するものである。このような化学反応を促進するには、
案内管５（５０）から噴出される浄化剤を、ある程度の
高温に晒す必要がある。このため、案内管５（５０）
を、排気管３における排気ポート２の近傍に配置するこ
とが望ましい。

【００４１】例えば、排気ガス浄化装置４を乗用車に搭
載する場合、これをボンネット内に収納するようにし、
案内管５（５０）は、図１、図２に示したように、排気
マニホールド２ａに接近させる。これにより、案内管５
（５０）から噴出された浄化剤を、排気直後の高温の排
気ガスに接触させられる。また、排気ガス浄化装置４
を、図９に示すような貨物車３０に搭載する場合、キャ
ビン３１とその真下のエンジンルーム３２との間のスペ
ースに余裕がないため、キャビン３１の直後の車台フレ
ーム３３の内側に霧化機７を取り付けるようにする。

【００４２】上記のような排気管３における案内管５
（５０）の配置は、図２、図９によく表れているよう
に、案内管５（５０）から排気装置６の終端３５までの
距離を比較的長く設定できるため、上記の化学反応に必
要な時間を十分に確保できる。更に、案内管５（５０）
を、排気管３の屈曲部３６又はこの付近に配置すれば、
屈曲部３６を通過する排気ガスの攪流によって排気ガス
中に噴霧された浄化剤が排気ガスとよく混合し、上記の
化学反応を一層促進できる。

【００４３】以上に詳述した排気ガス浄化装置４によれ
ば、表１に示す通り、原動機１から排出される排気ガス
を浄化することができた。即ち、排気ガス浄化装置４を
原動機１の排気装置６に装着し、この排気装置６の終端
３５において、表１上欄の項目について測定した結果
が、同表の実施例の欄に記載のデータである。ここで用
いた浄化剤の成分は上記調整例に示した通りである。一
方、排気ガス浄化装置４を装着していない排気装置６に
ついて同様の測定を行った結果が、同表の比較例の欄に
記載のデータである。これらのデータを比較すれば、排
気ガスに含まれる有害物質が著しく減少していることが
明白である。

【００４４】

【表１】

【００４５】表１において、ダスト濃度及び酸素換算値
の単位は、ｇ／ｍ³ であり、硫黄酸化物濃度は、ｐｐｍ
（Ｋ値は単位無し）であり、窒素酸化物濃度及び酸素換
算値は、ｐｐｍであり、排出ガス量は、排気装置６の終
端３５から排気される排気ガスの量であり、ｍ³／ｈ で
ある。表１に示したような浄化作用は、ガソリンエンジ
ンでは勿論のこと、ディーゼルエンジンにおいて顕著に
認められる。

【００４６】

【発明の効果】本発明の排気ガス浄化装置及びその浄化
剤によれば、排気ガスを浄化する点で所望の効果を達成
し、しかも、量産される車両に搭載する場合に、排気管
の形状を大幅に変更する必要がなく、また、排気管の部
品点数が増えることも殆どないので、製造コストを低く
抑えられる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る排気ガス浄化装置の案内管を装着
した乗用車の原動機の断面図。

【図２】本発明に係る排気ガス浄化装置の案内管を装着
した乗用車の排気装置の分解図。

【図３】本発明に係る排気ガス浄化装置の案内管を溶接
した排気管の断面図。

【図４】本発明に係る排気ガス浄化装置の一変形例の案
内管を溶接した排気管の断面図。

【図５】（ａ）は本発明に係る排気ガス浄化装置の他の
変形例の案内管をロックナットで締結した排気管の断面
図、（ｂ）はその工程を説明する矢印Ａ−Ａにおける断
面図。

【図６】本発明に係る排気ガス浄化装置の案内管の継手
部の変形例を示す側面図。

【図７】本発明に係る排気ガス浄化装置の霧化機の概略
図。

【図８】本発明に係る排気ガス浄化装置の送風手段の概
略図。

【図９】本発明に係る排気ガス浄化装置を搭載した貨物
車の概略図。

【符号の説明】

１：原動機 ２：排気ポート ３：排気管 ４：排気ガス浄化装置 ５，５０：案内管 ６：排気装置 ７：霧化機 ８，８０：噴霧口

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） Ｂ０１Ｊ 27/236 (72)発明者 小嶋 正巳 滋賀県八日市市妙法寺町829−１ Ｆターム(参考） 3G091 AA02 AB15 BA13 BA14 GB02W 4D002 AA02 AA12 AC10 BA04 CA01 DA01 DA02 DA03 DA05 DA16 DA46 DA70 4D048 AA02 AA06 AA14 AB03 BA02Y BA06X BA14X BA42X BA45X BB20 CC31 CC61 DA01 DA12 EA04 4G069 AA02 BA15A BA15B BB16A BB16B BC02A BC02B CA02 CA03 CA10 CA12 CA13 CA18 DA02

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 原動機の排気ポートに接続する排気管
   に、案内管を差し込んで設け、前記原動機の排気ガス中
   の有害物質を浄化する浄化剤を、前記排気管の外部に設
   けた霧化機により霧化して、前記案内管を経て前記排気
   管内へ噴霧する排気ガス浄化装置。
2. 【請求項２】 前記案内管が、前記排気管の下流側へ向
   けて前記浄化剤を噴霧する請求項１記載の排気ガス浄化
   装置。
3. 【請求項３】 前記案内管を、前記排気管における前記
   排気ポートの近傍に配置した請求項１又は２記載の排気
   ガス浄化装置。
4. 【請求項４】 前記案内管を、前記排気管の屈曲部に配
   置した請求項１乃至３記載の排気ガス浄化装置。
5. 【請求項５】 前記案内管を、その噴霧口が前記排気管
   の径方向の途中に位置する姿勢で、前記排気管に溶接し
   た請求項１乃至４記載の排気ガス浄化装置。
6. 【請求項６】 前記噴霧口が前記排気管の径方向に間隔
   を開けて複数形成された請求項１乃至５記載の排気ガス
   浄化装置。
7. 【請求項７】 ケイ酸のアルカリ金属塩から選択される
   １種又は２種以上の塩と、炭酸水素イオンとを含むこと
   を特徴とする浄化剤。
8. 【請求項８】 前記ケイ酸のアルカリ金属塩から選択さ
   れる１種又は２種以上の塩が、ケイ酸ナトリウム、ケイ
   酸カリウム又はケイ酸カルシウムの郡から選択される１
   種又は２種以上を含む請求項７記載の浄化剤。