JP2006029267A

JP2006029267A - 排気浄化装置

Info

Publication number: JP2006029267A
Application number: JP2004211845A
Authority: JP
Inventors: Miyao Arakawa; 宮男荒川
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2004-07-20
Filing date: 2004-07-20
Publication date: 2006-02-02

Abstract

【課題】アッシュの抜け易さと、ＰＭの捕集性能とを両立できる排気浄化装置を提供することにある。
【解決手段】ディーゼルエンジン２の排気通路３には、コロナ放電を利用して排気ガスに含まれるＰＭを凝集するＰＭ凝集装置４と、このＰＭ凝集装置４の下流側に配設されるＰＭ捕集装置５とを備えている。このＰＭ捕集装置５は、例えば、多孔質セラミックスから成るハニカム構造体であり、隔壁に形成される多数の細孔を排気ガスが通過する際に、排気ガスに含まれる凝集ＰＭが隔壁に付着して捕集される。隔壁に形成される細孔の大きさ（細孔径）は、平均３０〜３００μｍの大きさを有している。このＰＭ捕集装置５は、ＰＭ凝集装置４により凝集されて粒径が大きくなった一塊の凝集ＰＭを捕集するので、細孔径を大きくしてもＰＭの捕集率が大きく低下することはなく、平均３００μｍの細孔径で量産品と同等のＰＭ捕集率を確保できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関（特に、ディーゼルエンジン）の排気ガスに含まれる粒子状物質を捕集するための排気浄化装置に関する。

近年、ディーゼルエンジンの排気ガスに対する規制は年々強化されており、特にカーボンを主成分とする粒子状物質（以下、ＰＭ）の低減が急務となっている。このＰＭを排気ガスから除去する装置として、エンジンの排気通路に配設されるディーゼルパティキュレートフィルタ（以下、ＤＰＦ）が知られている（特許文献１参照）。
このＤＰＦは、例えば、多孔質セラミックスから成るハニカム構造体であり、図１０に示す様に、ハニカム構造体の隔壁１００に形成される多数の細孔１１０を排気ガスが通過する際に、排気ガスに含まれるＰＭが隔壁１００に付着して捕集される。

また、捕集したＰＭが隔壁１００に堆積すると、ＤＰＦの圧力損失（圧損）が上昇してエンジンの出力低下を招く恐れがあるため、隔壁１００に堆積したＰＭを触媒の作用等により定期的に燃焼させて、ＤＰＦを再生させることが一般的に行われている。
特開平９−１２５９３１号公報

ところが、ＰＭを燃焼除去した場合でも、ＰＭの燃え残り成分（以下、アッシュ）が残存する。したがって、車両を長期間使用すると、アッシュの堆積によって圧力損失が上昇すると共に、ＤＰＦの再生に触媒を使用する場合には、触媒性能が低下するという問題が発生する。隔壁１００に堆積するアッシュは、図７に示す様に、隔壁１００に形成される細孔１１０の大きさ（細孔径）が大きくなる程、堆積量が減少するので、アッシュの堆積量を減らすために、細孔径を大きくすることも考えられる。

しかし、隔壁１００の細孔径を大きくすると、アッシュは抜け易くなる反面、図６の破線グラフで示す様に、ＰＭの捕集性能（捕集率）が大きく低下するという問題が生じる。本発明は、上記事情に基づいて成されたもので、その目的は、アッシュの抜け易さと、ＰＭの捕集性能とを両立できる排気浄化装置を提供することにある。

（請求項１の発明）
本発明の排気浄化装置は、エンジンの排気経路に配設され、エンジンの排気ガスに含まれる粒子状物質を凝集して粒径の大きな粒子状物質（凝集ＰＭ）を生成するＰＭ凝集手段と、このＰＭ凝集手段より排気ガスの流れ方向下流に配設され、ＰＭ凝集手段により凝集された凝集ＰＭを捕集するＰＭ捕集手段とを備える。
上記の構成によれば、ＰＭ凝集手段によって凝集された粒径の大きな凝集ＰＭをＰＭ捕集手段により捕集するので、排気ガスに含まれるＰＭ（粒子状物質）の捕集を容易にできる。なお、粒径の大きな粒子状物質とは、一個の粒子状物質ではなく、凝集ＰＭ全体の大きさを表している。

（請求項２の発明）
請求項１に記載した排気浄化装置において、ＰＭ捕集手段は、多数の細孔を有する隔壁と、この隔壁によって区画された流入通路と流出通路とを有し、流入通路に流入した排気ガスが細孔を通過して流出通路より流出するフィルタであり、隔壁に形成された細孔は、平均３０〜３００μｍの大きさであることを特徴とする。

従来のＤＰＦは、平均２５μｍ以下の細孔径が一般的であり、これ以上大きくすると、ＰＭの捕集率が大きく低下する。これに対し、本発明のＰＭ捕集手段では、ＰＭ凝集手段によって凝集された粒径の大きい凝集ＰＭを捕集するので、従来より細孔径を大きくしてもＰＭの捕集率が大きく低下することはなく、シミュレーションの結果では、平均３００μｍの細孔径で従来（平均２５μｍの細孔径）と同等のＰＭ捕集率を確保できる。従って、アッシュの抜け性を考慮すると、細孔径を平均３０〜３００μｍの範囲に設定することで、アッシュの抜け易さとＰＭの捕集性能とを両立できる。

（請求項３の発明）
請求項１または２に記載した排気浄化装置において、ＰＭ凝集手段は、コロナ放電を利用して粒子状物質を凝集することを特徴とする。
極めて周知なコロナ放電を利用することにより、容易に且つ効果的にＰＭを凝集することができる。

本発明を実施するための最良の形態を以下の実施例により詳細に説明する。

図１は排気浄化装置１の構成を示す概略図である。
実施例１に示す排気浄化装置１は、図１に示す様に、ディーゼルエンジン２の排気通路３に配設されるＰＭ凝集装置４と、そのＰＭ凝集装置４の下流側に配設されるＰＭ捕集装置５とを備えている。
ＰＭ凝集装置４は、コロナ放電を利用して排気ガスに含まれるＰＭを凝集する装置であり、図２に示す様に、排気通路３に接続される金属製（例えばＳＵＳ）のハウジング６と、このハウジング６の内部に先端部が配置される放電極７と、この放電極７に高電圧を印加する高電圧電源８と、放電極７より下流側に配置される導電性の金属メッシュ９（例えばＳＵＳ）等を備える。

ＰＭ捕集装置５は、例えば、多孔質セラミックスから成るハニカム構造体であり、図３に示す様に、ハニカム構造体の隔壁１０（多孔質壁面）によって区画形成された多数のセル１１、１２を有している。それぞれのセル１１、１２は、排気ガス通路を形成し、出口側が目封じされた流入側セル１１と、入口側が目封じされた流出側セル１２とが交互に設けられている。隔壁１０には、多数の細孔１３（気泡）が形成され、この細孔１３を通じて流入側セル１１と流出側セル１２とが連通している。但し、細孔１３の大きさ（細孔径）は、公知のＤＰＦ（量産品）と比較して大きく設けられ、平均３０〜３００μｍの大きさを有している。なお、量産品の細孔径は、平均２５μｍ以下の大きさを有している。

次に、排気浄化装置１の作用を説明する。
ＰＭ凝集装置４は、高電圧電源８より放電極７に高電圧が印加されると、アース接続されたハウジング６と放電極７との間（つまりハウジング６の内部空間）にコロナ放電場が形成される。このコロナ放電場を排気ガスが通ると、図４に示す様に、コロナ放電によって発生した空気イオンに排気ガス中のＰＭが結合して電荷を帯びることにより、その帯電したＰＭ同士が凝集して粗大化する。粗大化して粒径が大きくなった一塊のＰＭ（凝集ＰＭ）は、クーロン力の作用で金属メッシュ９に引き付けられ、アース接続された金属メッシュ９を介して電子が放出された後、金属メッシュ９を通り抜けて下流側へ放出される。

ＰＭ捕集装置５では、図３に示す様に、ＰＭ凝集装置４より流れてきた排気ガスが流入側セル１１に流入し、その流入側セル１１より隔壁１０に形成された多数の細孔１３を通り抜けて流出側セル１２へ流れ込む。この時、排気ガスに含まれる凝集ＰＭ（ＰＭ凝集装置４により凝集されて粒径が大きくなった一塊のＰＭ）は、隔壁１０の細孔１３を通る際に、図５に矢印で示す様に、空気粒子との衝突によってブラウン運動（規則性のないランダムな運動）を生じながら、隔壁１０に付着して捕集される。凝集ＰＭが除去された排気ガスは、流出側セル１２を通って下流側へ排出される。

（実施例１の効果）
実施例１に記載した排気浄化装置１によれば、ＰＭ凝集装置４により凝集されて粒径が大きくなった一塊の凝集ＰＭをＰＭ捕集装置５により捕集するので、図６の実線グラフで示す様に、細孔径を大きくしてもＰＭの捕集率が大きく低下することはなく、シミュレーションの結果では、平均３００μｍの細孔径で量産品（平均２５μｍの細孔径）と同等のＰＭ捕集率を確保できる。

また、細孔径が小さくなると、ＰＭ捕集率は向上する反面、アッシュの堆積量が増大して圧損が大きくなる（図７、８参照）。従って、アッシュの抜け性を考慮すると、細孔径を平均３０〜３００μｍの範囲に設定することで、アッシュの抜け易さとＰＭの捕集性能とを両立できる。特に、細孔径の大きさを平均１００μｍにすると、量産品と比較して圧損を大幅に下げることができるだけでなく、ＰＭの捕集率も向上する。

なお、コロナ放電を利用してＰＭを凝集するＰＭ凝集装置４では、凝集ＰＭの大きさ（平均凝集径）と電力量との間に図９に示す相関がある。つまり、電力量が２０Ｗ未満では、電力量の増大に伴って平均凝集径が大きくなるので、より大きな平均凝集径を得るためには、電力量を大きくした方が良い。しかし、電力量が２０Ｗを超えると、平均凝集径が飽和傾向になるため、電力量を大きくしても、それに見合った平均凝集径を得ることはできない。従って、より小さい電力量で効果的に平均凝集径を大きくするためには、２０Ｗ以下（例えば３〜２０Ｗ）の電力が望ましい。

排気浄化装置の構成を示す概略図である。ＰＭ凝集装置の構成を示す概略図である。ＰＭ捕集装置の構成を示す概略図である。ＰＭ凝集装置の動作を示す説明図である。凝集ＰＭの捕集動作を示す説明図である。細孔径とＰＭ捕集率との関係を示す相関図である。細孔径と堆積アッシュ量との関係を示す相関図である。細孔径と圧損との関係を示す相関図である。ＰＭ凝集装置の使用電力と平均凝集径との関係を示す相関図である。ＤＰＦの動作を示す説明図である（公知技術）。

符号の説明

１排気浄化装置
２ディーゼルエンジン
３排気通路（排気系）
４ＰＭ凝集装置（ＰＭ凝集手段）
５ＰＭ捕集装置（ＰＭ捕集手段、フィルタ）
１０隔壁
１１流入側セル（流入通路）
１２流出側セル（流出通路）
１３細孔

Claims

エンジンの排気経路に配設され、前記エンジンの排気ガスに含まれる粒子状物質を凝集して粒径の大きな粒子状物質（凝集ＰＭと呼ぶ）を生成するＰＭ凝集手段と、
このＰＭ凝集手段より排気ガスの流れ方向下流に配設され、前記ＰＭ凝集手段により凝集された前記凝集ＰＭを捕集するＰＭ捕集手段とを備える排気浄化装置。
請求項１に記載した排気浄化装置において、
前記ＰＭ捕集手段は、多数の細孔を有する隔壁と、この隔壁によって区画された流入通路と流出通路とを有し、前記流入通路に流入した排気ガスが前記細孔を通過して前記流出通路より流出するフィルタであり、
前記隔壁に形成された細孔は、平均３０〜３００μｍの大きさであることを特徴とする排気浄化装置。
請求項１または２に記載した排気浄化装置において、
前記ＰＭ凝集手段は、コロナ放電を利用して粒子状物質を凝集することを特徴とする排気浄化装置。