JP2003239720A

JP2003239720A - 排気浄化装置

Info

Publication number: JP2003239720A
Application number: JP2002035582A
Authority: JP
Inventors: Mitsuru Hosoya; 満細谷
Original assignee: Hino Motors Ltd
Current assignee: Hino Motors Ltd
Priority date: 2002-02-13
Filing date: 2002-02-13
Publication date: 2003-08-27

Abstract

(57)【要約】【課題】従来より製作コストが安価で且つ耐久性が高
く、しかも、アッシュの堆積による目詰まりも確実に防
止することが可能な排気浄化装置を提供する。【解決手段】ディーゼルエンジン（内燃機関）の排気
管３の途中に介装されたケース８内に、多数の連通孔１
２ａ，１３ａを有するパンチングメタル１２，１３（通
気板）により前後を画定された収容空間１４を形成し、
該収容空間１４内に多数のペレット型酸化触媒１５を充
填する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、排気浄化装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】ディーゼルエンジンから排出されるパテ
ィキュレート（Particulate Matter：粒子状物質）は、
炭素質から成る煤と、高沸点炭化水素成分から成るＳＯ
Ｆ分（Soluble Organic Fraction：可溶性有機成分）と
を主成分とし、更に微量のサルフェート（ミスト状硫酸
成分）を含んだ組成を成すものであるが、この種のパテ
ィキュレートの低減対策として、図５に示す如く、ディ
ーゼルエンジン１からの排気ガス２が流通する排気管３
の途中にパティキュレートフィルタ４を装備することが
考えられている。

【０００３】図６に示すように、パティキュレートフィ
ルタ４は、コージェライト等のセラミックから成る多孔
質のハニカム構造となっており、格子状に区画された各
流路５の入口が交互に目封じされ、入口が目封じされて
いない流路５については、その出口が目封じされるよう
になっており、各流路５を区画する多孔質薄壁６を透過
した排気ガス２のみが下流側へ排出されて、前記多孔質
薄壁６の内側表面にパティキュレートが捕集されるよう
にしてある。

【０００４】そして、パティキュレートフィルタ４にお
ける多孔質薄壁６の内側表面に捕集されたパティキュレ
ートは、排気温度の高い運転領域にて自己燃焼して除去
されるか、或いは、必要に応じて装備された何らかの加
熱手段による助勢を受けて燃焼除去されることになる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、斯かる
従来のパティキュレートフィルタ４においては、ハニカ
ム構造の一体成型品として製作しなければならないため
に製作コストが高くつくという不具合がある上、多孔質
薄壁６の内側表面にパティキュレートを捕集して排気ガ
ス２を濾過するようにした表層濾過にしかならず、この
ような表層濾過により表層部分でパティキュレートが凝
集し、この凝集したパティキュレートが燃焼することで
局所的な高温化が起こり、これにより溶損や割れが生じ
易くなってパティキュレートフィルタ４の耐久性が低下
するという問題があった。

【０００６】しかも、パティキュレートフィルタ４内に
は、潤滑油や燃焼中の硫黄分を起源として気筒内燃焼で
発生するアッシュが徐々に溜まってくるため、この燃焼
除去できないアッシュの堆積により目詰まりが生じてし
まうことが避けられないという問題もあった。

【０００７】本発明は上述の実情に鑑みてなしたもの
で、従来より製作コストが安価で且つ耐久性が高く、し
かも、アッシュの堆積による目詰まりも確実に防止する
ことが可能な排気浄化装置を提供することを目的として
いる。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、内燃機関の排
気管の途中に介装されたケース内に、多数の連通孔を有
する通気板により前後を画定された収容空間を形成し、
該収容空間内に多数のペレット型酸化触媒を充填したこ
とを特徴とする排気浄化装置、に係るものである。

【０００９】このようにすれば、上流側の排気管からケ
ース内に導入された排気ガスが収容空間を通過する際
に、排気ガスが各ペレット型酸化触媒間の隙間を縫うよ
うにして流れ、排気ガス中に含まれているパティキュレ
ートがペレット型酸化触媒に繰り返し何度も衝突して何
れかのペレット型酸化触媒の表面に捕集されることにな
る。

【００１０】即ち、パティキュレートは、多数のペレッ
ト型酸化触媒が充填された収容空間の深層部分にまで入
り込んで捕集されるので、このような深層濾過によれ
ば、パティキュレートが分散した状態で捕集されて入側
の表層部分に凝集することがなくなる。

【００１１】そして、各ペレット型酸化触媒の表面に捕
集されたパティキュレートは、触媒作用により酸化反応
を促進されて比較的低い着火温度にて効率良く燃焼除去
されることになるが、その燃焼は収容空間内に分散した
状態で行われるので、パティキュレートが燃焼しても局
所的な高温化が回避される。

【００１２】一方、各ペレット型酸化触媒の表面に捕集
されて燃焼せずに残るアッシュは、車両の走行振動によ
り各ペレット型酸化触媒の相互が擦れ合うことでケース
の底部に掻き落とされ、各ペレット型酸化触媒間の隙間
がアッシュの堆積により目詰まりすることが防止され
る。

【００１３】また、本発明においては、ケース内におけ
る収容空間の前段に、フロースルー型酸化触媒を配置す
ることが好ましく、このようにすれば、フロースルー型
酸化触媒により排気ガス中に活性の高いＮＯ₂が生じ、
このＮＯ₂が各ペレット型酸化触媒の表面に分散状態で
捕集されているパティキュレートに対し効率良く接触し
て燃焼を支援するので、より一層低い着火温度にてパテ
ィキュレートが良好に燃焼されることになる。

【００１４】しかも、前段のフロースルー型酸化触媒に
より排気ガス中のＨＣ，ＣＯが先行して酸化処理される
ことになるので、後段のペレット型酸化触媒に到る排気
ガス中のＨＣ，ＣＯの量が少なくなり、ペレット型酸化
触媒の表面でのＮＯ等に対する酸化反応の選択性が高ま
る結果、各ペレット型酸化触媒によっても活性の高いＮ
Ｏ₂が効率良く生成されてパティキュレートの燃焼が助
勢されることになる。

【００１５】また、煤のような酸化浄化にある程度の保
持時間を要するものと比較して、パティキュレート中の
ＳＯＦ分はフロースルー型酸化触媒を通過するだけでも
比較的容易に燃焼除去されるので、後段の各ペレット型
酸化触媒の表面には、粘液質のＳＯＦ分を先行除去され
てドライ状態となった煤を主体とするパティキュレート
が捕集されることになり、表面にＳＯＦ分を帯びたウェ
ット状態の煤を主体とするパティキュレートの場合と比
較してパティキュレートの燃焼性が良くなり、しかも、
ＳＯＦ分が炭化することで硬い付着物となる不具合も起
こり難くなる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面を
参照しつつ説明する。

【００１７】図１及び図２は本発明の形態例を示すもの
で、図５及び図６と同一の符号を付した部分は同一物を
表わしている。

【００１８】図１に示す如く、本形態例の排気浄化装置
においては、自動車のディーゼルエンジン１（図５参
照）から排出された排気ガス２が流通している排気管３
のマフラ７の外筒をケース８とした場合を例示してい
る。

【００１９】より具体的には、ケース８内の後方部分
に、消音器を成すセパレータ９、出口パイプ１０、イン
ナーパイプ１１が夫々装備され、これらの前方部分に、
パンチングメタル１２，１３（通気板）により前後を画
定された収容空間１４を形成し、該収容空間１４内に多
数のペレット型酸化触媒１５を充填している。

【００２０】このペレット型酸化触媒１５は、球形状や
円筒形状として形成された担体に酸化触媒をコーティン
グしたものであり、担体の材質としては、アルミナ、ジ
ルコニア、チタニア、シリカ、炭化珪素、コージェライ
ト等のうちの何れか一つ、若しくは二つ以上の複合の酸
化物を用いれば良いが、その強度を増すためにリン酸等
をバインダとして使用することも可能であり、また、こ
の種の担体にコーティングされる酸化触媒としては、白
金、パラジウム等の貴金属に希土類元素を添加したもの
を用いると良い。

【００２１】ここで、パンチングメタル１２，１３に形
成される多数の連通孔１２ａ，１３ａは、収容空間１４
内に充填したペレット型酸化触媒１５を保持し得るよう
該ペレット型酸化触媒１５の外径より小さな径で開口さ
れることになる。

【００２２】ただし、図１における図示では、説明の便
宜上からペレット型酸化触媒１５やパンチングメタル１
２，１３の連通孔１２ａ，１３ａを模式的に大きく示し
ており、現実的なペレット型酸化触媒１５のサイズとし
ては、約３〜６ｍｍ程度が好ましいものと考えられるの
で、パンチングメタル１２，１３の連通孔１２ａ，１３
ａも実際には図示よりはるかに微細で且つ開口率の高い
ものとなる。

【００２３】尚、図１中における符号の１６は収容空間
１４へペレット型酸化触媒１５を充填するための投入
口、１７はその閉止キャップを示している。

【００２４】而して、このように排気浄化装置を構成す
れば、上流側の排気管３からケース８内に導入された排
気ガス２が収容空間１４を通過する際に、排気ガス２が
各ペレット型酸化触媒１５間の隙間を縫うようにして流
れ、排気ガス２中に含まれているパティキュレートがペ
レット型酸化触媒１５に繰り返し何度も衝突して何れか
のペレット型酸化触媒１５の表面に捕集されることにな
る。

【００２５】即ち、パティキュレートは、多数のペレッ
ト型酸化触媒１５が充填された収容空間１４の深層部分
にまで入り込んで捕集されるので、このような深層濾過
によれば、パティキュレートが分散した状態で捕集され
て入側の表層部分に凝集することがなくなる。

【００２６】尚、本発明者による検証実験によれば、ペ
レット型酸化触媒１５のサイズを適切に選定することに
より排気ガス２中のパティキュレートを約６０％以上低
減でき、粒子数としても主要な粒径０．１μｍ付近の粒
子を約７０％程度低減できることが確認されている。図
２に８Ｌのターボインタークーラ付ディーゼルエンジン
におけるディーゼル１３モードでのパティキュレート低
減効果を示す。このグラフでは６３％のパティキュレー
トを低減できることを示している。

【００２７】そして、各ペレット型酸化触媒１５の表面
に捕集されたパティキュレートは、触媒作用により酸化
反応を促進されて比較的低い着火温度にて効率良く燃焼
除去されることになるが、その燃焼は収容空間１４内に
分散した状態で行われるので、パティキュレートが燃焼
しても局所的な高温化が回避される。

【００２８】一方、各ペレット型酸化触媒１５の表面に
捕集されて燃焼せずに残るアッシュは、車両の走行振動
により各ペレット型酸化触媒１５の相互が擦れ合うこと
でケース８の底部に掻き落とされ、各ペレット型酸化触
媒１５間の隙間がアッシュの堆積により目詰まりするこ
とが防止される。尚、ケース８の底部に掻き落とされた
アッシュについては、ケース８の底部に開閉自在な取出
口等を設けておくことにより適宜に回収すると良い。

【００２９】従って、上記形態例によれば、前後をパン
チングメタル１２，１３により画定された収容空間１４
内に多数のペレット型酸化触媒１５を充填するだけで製
作することができるので、従来の如きハニカム構造の一
体成型品として製作しなければならなかったセラミック
製のパティキュレートフィルタと比較して製作コストを
安価なものとすることができ、試算ではセラミック製の
パティキュレートフィルタの製作コストの約１０分の１
以下に低減することができる。

【００３０】また、パティキュレートの燃焼による局所
的な高温化が回避される上に、従来のパティキュレート
フィルタの如きセラミック製の一体成型品でもなくなる
ので、その使用時の温度条件や構造的見地からして溶損
や割れを生じ難くすることができ、これにより耐久性の
高い排気浄化装置を実現することができる。

【００３１】更に、各ペレット型酸化触媒１５の表面に
捕集されて燃焼せずに残るアッシュを各ペレット型酸化
触媒１５の相互が振動して擦れ合うことでケース８の底
部に掻き落とすことができるので、アッシュの堆積によ
る目詰まりも確実に防止することができる。

【００３２】図３は本発明の別の形態例を示すもので、
本形態例においては、ケース８内における収容空間１４
の前段に、図４に示す如きフロースルー型酸化触媒１８
を配置するようにしており、該フロースルー型酸化触媒
１８は、排気ガス２の流れ方向に貫通する多数の流路を
格子状に備えたハニカム構造として形成され且つキャニ
ング外筒１９により外周部を一体的に抱持されている。

【００３３】而して、このようにフロースルー型酸化触
媒１８を収容空間１４の前段に配置した場合には、フロ
ースルー型酸化触媒１８により排気ガス２中に活性の高
いＮＯ₂が生じ、このＮＯ₂が各ペレット型酸化触媒１５
の表面に分散状態で捕集されているパティキュレートに
対し効率良く接触して燃焼を支援するので、より一層低
い着火温度にてパティキュレートが良好に燃焼されるこ
とになる。

【００３４】しかも、前段のフロースルー型酸化触媒１
８により排気ガス２中のＨＣ，ＣＯが先行して酸化処理
されることになるので、後段のペレット型酸化触媒１５
に到る排気ガス２中のＨＣ，ＣＯの量が少なくなり、ペ
レット型酸化触媒１５の表面でのＮＯ等に対する酸化反
応の選択性が高まる結果、各ペレット型酸化触媒１５に
よっても活性の高いＮＯ₂が効率良く生成されてパティ
キュレートの燃焼が助勢されることになる。

【００３５】また、煤のような酸化浄化にある程度の保
持時間を要するものと比較して、パティキュレート中の
ＳＯＦ分はフロースルー型酸化触媒１８を通過するだけ
でも比較的容易に燃焼除去されるので、後段の各ペレッ
ト型酸化触媒１５の表面には、粘液質のＳＯＦ分を先行
除去されてドライ状態となった煤を主体とするパティキ
ュレートが捕集されることになり、表面にＳＯＦ分を帯
びたウェット状態の煤を主体とするパティキュレートの
場合と比較してパティキュレートの燃焼性が良くなり、
しかも、ＳＯＦ分が炭化することで硬い付着物となる不
具合も起こり難くなる。

【００３６】従って、本形態例によれば、前段のフロー
スルー型酸化触媒１８及び後段の各ペレット型酸化触媒
１５による活性の高いＮＯ₂の効果的な生成と、前段の
フロースルー型酸化触媒１８によるＳＯＦ分の先行除去
という二つの相乗的な作用によって、各ペレット型酸化
触媒１５の表面に捕集されたパティキュレートをより一
層低い着火温度にて良好に燃焼除去することが可能とな
る。

【００３７】尚、本発明の排気浄化装置は、上述の形態
例にのみ限定されるものではなく、多数の連通孔を有す
る通気板には、パンチングメタル以外に金属線材を編み
込んだネット状のものを採用しても良く、このようにし
た場合には、網目が連通孔を成すことになること、その
他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更
を加え得ることは勿論である。

【００３８】

【発明の効果】上記した本発明の排気浄化装置によれ
ば、下記の如き種々の優れた効果を奏し得る。

【００３９】（Ｉ）本発明の請求項１に記載の発明によ
れば、前後を通気板により画定された収容空間内に多数
のペレット型酸化触媒を充填するだけで製作することが
できるので、従来の如きハニカム構造の一体成型品とし
て製作しなければならなかったセラミック製のパティキ
ュレートフィルタと比較して製作コストを安価なものと
することができる。

【００４０】（ＩＩ）本発明の請求項１に記載の発明に
よれば、パティキュレートの燃焼による局所的な高温化
が回避される上に、従来のパティキュレートフィルタの
如きセラミック製の一体成型品でもなくなるので、その
使用時の温度条件や構造的見地からして溶損や割れを生
じ難くすることができ、これにより耐久性の高い排気浄
化装置を実現することができる。

【００４１】（ＩＩＩ）本発明の請求項１に記載の発明
によれば、各ペレット型酸化触媒の表面に捕集されて燃
焼せずに残るアッシュを各ペレット型酸化触媒の相互が
振動して擦れ合うことでケースの底部に掻き落とすこと
ができるので、アッシュの堆積による目詰まりを確実に
防止することができる。

【００４２】（ＩＶ）本発明の請求項２に記載の発明に
よれば、前段のフロースルー型酸化触媒及び後段の各ペ
レット型酸化触媒による活性の高いＮＯ₂の効果的な生
成と、前段のフロースルー型酸化触媒によるＳＯＦ分の
先行除去という二つの相乗的な作用によって、各ペレッ
ト型酸化触媒の表面に捕集されたパティキュレートをよ
り一層低い着火温度にて良好に燃焼除去することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の形態例を模式的に示す断面図である。

【図２】本形態例の検証事件の結果を示すグラフであ
る。

【図３】本発明の別の形態例を模式的に示す断面図であ
る。

【図４】図１のフロースルー型酸化触媒の詳細を一部を
切り欠いて示す斜視図である。

【図５】従来例を示す概略図である。

【図６】図５のパティキュレートフィルタの詳細を示す
断面図である。

【符号の説明】

１ディーゼルエンジン（内燃機関）２排気ガス３排気管８ケース１２パンチングメタル（通気板）１２ａ連通孔１３パンチングメタル（通気板）１３ａ連通孔１４収容空間１５ペレット型酸化触媒１８フロースルー型酸化触媒

───────────────────────────────────────────────────── 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）Ｆ０１Ｎ 3/24 Ｆ０１Ｎ 3/24 Ｊ 3/28 3/28 ＡＪＬＮ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関の排気管の途中に介装されたケ
ース内に、多数の連通孔を有する通気板により前後を画
定された収容空間を形成し、該収容空間内に多数のペレ
ット型酸化触媒を充填したことを特徴とする排気浄化装
置。
【請求項２】ケース内における収容空間の前段に、フ
ロースルー型酸化触媒を配置したことを特徴とする請求
項１に記載の排気浄化装置。