JP2006077591A - 排気浄化装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】触媒再生型のパティキュレートフィルタの前段に装備される酸化触媒の目詰まりを防止し得るようにする。
【解決手段】フロースルー型の酸化触媒を前段に備えて排気管３途中に設けられた触媒再生型のパティキュレートフィルタ４の上流側で排出ガス２中への燃料添加を行い、その添加燃料が前段の酸化触媒上で酸化反応した時の反応熱により後段のパティキュレートフィルタ４内の捕集済みパティキュレートを燃焼させて該パティキュレートフィルタ４を強制再生する排気浄化装置に関し、触媒再生型のパティキュレートフィルタ４の前段に、ハニカム構造のメタル担体に担持させて成るフロースルー型の酸化触媒１２を配置する。
【選択図】図１
【解決手段】フロースルー型の酸化触媒を前段に備えて排気管３途中に設けられた触媒再生型のパティキュレートフィルタ４の上流側で排出ガス２中への燃料添加を行い、その添加燃料が前段の酸化触媒上で酸化反応した時の反応熱により後段のパティキュレートフィルタ４内の捕集済みパティキュレートを燃焼させて該パティキュレートフィルタ４を強制再生する排気浄化装置に関し、触媒再生型のパティキュレートフィルタ４の前段に、ハニカム構造のメタル担体に担持させて成るフロースルー型の酸化触媒１２を配置する。
【選択図】図１
Description
本発明は、排気浄化装置に関するものである。
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ＳＯＦ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３に示す如く、ディーゼルエンジン１からの排出ガス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を装備することが従来より行われている。
図４に詳細に示す如く、この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で製作された多孔質ハニカム構造のフィルタ本体７を主構成とし、このフィルタ本体７における格子状に区画された各流路５の入口側が栓体８により交互に目封じされ、入口側が目封じされていない流路５については、その出口側が栓体９により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を透過した排出ガス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。
そして、排出ガス２中のパティキュレートは、前記多孔質薄壁６の内側表面に捕集されて堆積するので、目詰まりにより排気抵抗が増加しないうちにパティキュレートを適宜に燃焼除去してパティキュレートフィルタ４の再生を図る必要があるが、通常のディーゼルエンジン１の運転状態においては、パティキュレートが自己燃焼するほどの高い排気温度が得られる機会が少ない為、酸化触媒をフィルタ本体７に一体的に担持させた触媒再生型のパティキュレートフィルタ４の採用が検討されている。
即ち、このような触媒再生型のパティキュレートフィルタ４を採用すれば、捕集されたパティキュレートの酸化反応が促進されて着火温度が低下し、従来より低い排気温度でもパティキュレートを燃焼除去することが可能となるのである。
ただし、斯かる触媒再生型のパティキュレートフィルタ４を採用した場合であっても、排気温度の低い運転領域では、パティキュレートの処理量よりも捕集量が上まわってしまうので、このような低い排気温度での運転状態が続くと、パティキュレートフィルタ４の再生が良好に進まずに該パティキュレートフィルタ４が過捕集状態に陥る虞れがある。
そこで、図３に示している通り、パティキュレートフィルタ４の前段に、フロースルー型のハニカム構造を成すコージェライト等のセラミック担体に担持させた酸化触媒１０を別途配置し、パティキュレートの堆積量が増加してきた段階で前記酸化触媒１０より上流側の排出ガス２中に燃料を添加してパティキュレートフィルタ４の強制再生を行うことが考えられている。
つまり、パティキュレートフィルタ４より上流側で添加された燃料（ＨＣ）が前段の酸化触媒１０の各セル１１（図５参照）内を通過する間に酸化反応し、その反応熱で昇温した排出ガス２の流入により直後のパティキュレートフィルタ４の触媒床温度が上げられてパティキュレートが燃やし尽くされ、パティキュレートフィルタ４の再生化が図られることになる。
この種の燃料添加を実行するための具体的手段としては、圧縮上死点付近で行われる燃料のメイン噴射に続いて圧縮上死点より遅い非着火のタイミングでポスト噴射を行うことで排出ガス中に燃料を添加するのが一般的であるが、気筒内へのメイン噴射の時期を通常より遅らせることで排出ガス２中に燃料を添加するようにしても良く、更には、このように気筒内への燃料噴射を制御して排出ガス２中に未燃燃料分を多く残すことにより燃料添加を行う手段だけでなく、排気管３の適宜位置（排気マニホールドでも可）に燃料添加手段としてインジェクタを貫通装着し、このインジェクタにより排出ガス２中に燃料を直噴して添加することも可能である。
尚、斯かるパティキュレートフィルタの強制再生に関連する先行技術文献情報としては本発明と同じ出願人による下記の特許文献１等がある。
特開２００３−１９３８２４号公報
しかしながら、この種の燃料添加によるパティキュレートフィルタ４の強制再生を行うに際し、都市部の路線バス等のように渋滞路ばかりを走行するような運行形態の車輌にあっては、排気温度が低い軽負荷運転が連続的に継続されることが想定されるが、前段の酸化触媒１０の触媒活性下限温度（約１９０℃程度）ぎりぎりの条件で燃料添加を実行すると、触媒活性があまり高くない酸化触媒の前端面に処理しきれない添加燃料のミスト分が溜り、これにより酸化触媒の前端面がべたべたしたウェット状態となってパティキュレートが付着し易くなり、ここに堆積したパティキュレートと添加燃料のミスト分との混合物が不完全燃焼の末に塊状化して酸化触媒１０の前端面に目詰まりを起こす虞れがあった。
本発明は、上述の実情に鑑みてなされたものであり、触媒再生型のパティキュレートフィルタの前段に装備される酸化触媒の目詰まりを防止し得るようにした排気浄化装置を提供することを目的としている。
本発明は、フロースルー型の酸化触媒を前段に備えて排気管途中に設けられた触媒再生型のパティキュレートフィルタの上流側で排出ガス中への燃料添加を行い、その添加燃料が前段の酸化触媒上で酸化反応した時の反応熱により後段のパティキュレートフィルタ内の捕集済みパティキュレートを燃焼させて該パティキュレートフィルタを強制再生する排気浄化装置において、前段の酸化触媒をメタル担体に担持させたことを特徴とするものである。
而して、このように前段の酸化触媒をメタル担体に担持させると、従来の如きセラミック担体に担持させていた場合と比較して、排出ガスの流路を成す各セルの壁厚が薄くなり且つその壁面が滑らかなものとなるので、酸化触媒の前端面中に占める各セルの壁前端の面積分が少なくなってパティキュレートの付着し易い領域が大幅に減り、しかも、各セル内の壁面に対してもパティキュレートが付着し難くなる。
この結果、排気温度が低い軽負荷運転が連続的に継続される場合であっても、各セルの開口部にパティキュレート（パティキュレートと添加燃料のミスト分との混合物）のブリッジが形成されることがなくなり、このブリッジを起点として塊状化が進行する不具合が回避されて酸化触媒の目詰まりが防止される。
また、本発明は、フロースルー型の酸化触媒を前段に備えて排気管途中に設けられた触媒再生型のパティキュレートフィルタの上流側で排出ガス中への燃料添加を行い、その添加燃料が前段の酸化触媒上で酸化反応した時の反応熱により後段のパティキュレートフィルタ内の捕集済みパティキュレートを燃焼させて該パティキュレートフィルタを強制再生する排気浄化装置において、前段の酸化触媒を前後二段に分割構成し、その分割した前段の酸化触媒をメタル担体に担持させると共に、分割した後段の酸化触媒をセラミック担体に担持させたことを特徴とするものでもある。
而して、このように酸化触媒を前後二段に分割構成し、その分割した前段の酸化触媒をメタル担体に担持させると共に、分割した後段の酸化触媒をセラミック担体に担持させると、先ず前段の酸化触媒において、従来の如きセラミック担体に担持させていた場合と比較して、排出ガスの流路を成す各セルの壁厚が薄くなり且つその壁面が滑らかなものとなるので、酸化触媒の前端面中に占める各セルの壁前端の面積分が少なくなってパティキュレートの付着し易い領域が大幅に減り、しかも、各セル内の壁面に対してもパティキュレートが付着し難くなる。
この結果、排気温度が低い軽負荷運転が連続的に継続される場合であっても、各セルの開口部にパティキュレート（パティキュレートと添加燃料のミスト分との混合物）のブリッジが形成されることがなくなり、このブリッジを起点として塊状化が進行する不具合が回避されて酸化触媒の目詰まりが防止される。
そして、後段の酸化触媒にあっては、前段の酸化触媒で添加燃料のミスト分が受けとめられてガス化したものしか到達しないため、その前端面にパティキュレートの堆積による目詰まりが起こらず、しかも、前段の酸化触媒を通過して昇温した排出ガスにより触媒床温度を高められて効果的に添加燃料（ＨＣ）の酸化反応が進み、その反応熱で排出ガスの温度が効率良く昇温されることになる。
この際、熱伝導性の低いセラミック担体に担持された後段の酸化触媒は、熱伝導性の高いメタル担体よりも熱の逃げが少ないことから、燃料添加の開始から短時間のうちに排出ガスを昇温できるという優位性を持っているので、メタル担体に担持させた酸化触媒だけをパティキュレートフィルタの前段に単独配置する場合よりも早期に排出ガスを昇温することが可能となる。
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。
（Ｉ）本発明の請求項１に記載の発明によれば、排気温度が低い軽負荷運転が連続的に継続される場合であっても、パティキュレートフィルタの前段に装備される酸化触媒の目詰まりを確実に防止することができ、該酸化触媒の触媒活性下限温度（約１９０℃程度）ぎりぎりの条件からパティキュレートフィルタの強制再生を支障なく実現することができる。
（ＩＩ）本発明の請求項２に記載の発明によれば、排気温度が低い軽負荷運転が連続的に継続される場合であっても、パティキュレートフィルタの前段に装備される各酸化触媒の目詰まりを確実に防止することができ、該各酸化触媒の触媒活性下限温度（約１９０℃程度）ぎりぎりの条件からパティキュレートフィルタの強制再生を支障なく実現することができ、しかも、メタル担体に担持させた酸化触媒だけをパティキュレートフィルタの前段に単独配置する場合よりも早期に排出ガスを昇温することができる。
以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
図１は本発明を実施する形態の一例を示すもので、前述した図３の場合と同様に、本形態例の排気浄化装置においては、従来の如きハニカム構造のセラミック担体に担持させて成るフロースルー型の酸化触媒１０に替えて、ハニカム構造のメタル担体に担持させて成るフロースルー型の酸化触媒１２を触媒再生型のパティキュレートフィルタ４の前段に配置したものとなっており、この種のメタル担体としては、ステンレス鋼等の耐熱性、耐食性の高い金属を採用している。
而して、このように前段の酸化触媒１２をメタル担体に担持させると、従来の如きコージェライト等のセラミック担体に担持させていた場合と比較して、排出ガス２の流路を成す各セル１３の壁厚が薄くなり且つその壁面が滑らかなものとなる。
即ち、コージェライト等のセラミック担体に担持させていた場合では、その壁厚が約１５０〜２００μｍ程度で、その壁面も細かな凹凸のある粗い表面であったものが、ステンレス鋼等のメタル担体に担持させていた場合では、その壁厚が約３０〜１００μｍ程度に薄くでき、その壁面も凹凸の極めて少ない滑らかな表面となる。
この結果、酸化触媒１２の前端面中に占める各セル１３の壁前端の面積分が少なくなってパティキュレートの付着し易い領域が大幅に減り、しかも、各セル１３内の壁面に対してもパティキュレートが付着し難くなるので、排気温度が低い軽負荷運転が連続的に継続される場合であっても、各セル１３の開口部にパティキュレート（パティキュレートと添加燃料のミスト分との混合物）のブリッジが形成されることがなくなり、このブリッジを起点として塊状化が進行する不具合が回避されて酸化触媒１２の目詰まりが防止されることになる。
事実、本発明者による検証実験では、パティキュレートフィルタ４の前段に配置される酸化触媒１２をメタル担体に担持させたものとすることで顕著な目詰まり防止効果が得られることが確認されている。
従って、上記形態例によれば、排気温度が低い軽負荷運転が連続的に継続される場合であっても、パティキュレートフィルタ４の前段に装備される酸化触媒１２の目詰まりを確実に防止することができ、該酸化触媒１２の触媒活性下限温度（約１９０℃程度）ぎりぎりの条件からパティキュレートフィルタ４の強制再生を支障なく実現することができる。
また、図２は本発明の別の形態例を示すもので、本形態例の排気浄化装置においては、パティキュレートフィルタ４の前段に配置される酸化触媒を前後二段に分割構成し、その分割した胴長の短い前段の酸化触媒１２をメタル担体に担持させると共に、分割した胴長の長い後段の酸化触媒１４をセラミック担体に担持させたものとしている。尚、図２中の１５は後段の酸化触媒１４における排出ガス２の流路を成す各セルを示す。
而して、このように酸化触媒を前後二段に分割構成し、その分割した前段の酸化触媒１２をメタル担体に担持させると共に、分割した後段の酸化触媒１４をセラミック担体に担持させると、先ず前段の酸化触媒１２において、従来の如きセラミック担体に担持させていた場合と比較して、排出ガス２の流路を成す各セル１３の壁厚が薄くなり且つその壁面が滑らかなものとなるので、酸化触媒１２の前端面中に占める各セル１３の壁前端の面積分が少なくなってパティキュレートの付着し易い領域が大幅に減り、しかも、各セル１３内の壁面に対してもパティキュレートが付着し難くなる。
この結果、排気温度が低い軽負荷運転が連続的に継続される場合であっても、各セル１３の開口部にパティキュレート（パティキュレートと添加燃料のミスト分との混合物）のブリッジが形成されることがなくなり、このブリッジを起点として塊状化が進行する不具合が回避されて酸化触媒１２の目詰まりが防止される。
そして、後段の酸化触媒１４にあっては、前段の酸化触媒１２で添加燃料のミスト分が受けとめられてガス化したものしか到達しないため、その前端面にパティキュレートの堆積による目詰まりが起こらず、しかも、前段の酸化触媒１２を通過して昇温した排出ガス２により触媒床温度を高められて効果的に添加燃料（ＨＣ）の酸化反応が進み、その反応熱で排出ガス２の温度が効率良く昇温されることになる。
この際、熱伝導性の低いセラミック担体に担持された後段の酸化触媒１４は、熱伝導性の高いメタル担体よりも熱の逃げが少ないことから、燃料添加の開始から短時間のうちに排出ガス２を昇温できるという優位性を持っているので、メタル担体に担持させた酸化触媒１２だけをパティキュレートフィルタ４の前段に単独配置する場合よりも早期に排出ガス２を昇温することが可能となる。
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、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。
２ 排出ガス
３ 排気管
４ パティキュレートフィルタ
１２ 酸化触媒
１３ セル
１４ 酸化触媒
１５ セル
３ 排気管
４ パティキュレートフィルタ
１２ 酸化触媒
１３ セル
１４ 酸化触媒
１５ セル
Claims (2)
- フロースルー型の酸化触媒を前段に備えて排気管途中に設けられた触媒再生型のパティキュレートフィルタの上流側で排出ガス中への燃料添加を行い、その添加燃料が前段の酸化触媒上で酸化反応した時の反応熱により後段のパティキュレートフィルタ内の捕集済みパティキュレートを燃焼させて該パティキュレートフィルタを強制再生する排気浄化装置において、前段の酸化触媒をメタル担体に担持させたことを特徴とする排気浄化装置。
- フロースルー型の酸化触媒を前段に備えて排気管途中に設けられた触媒再生型のパティキュレートフィルタの上流側で排出ガス中への燃料添加を行い、その添加燃料が前段の酸化触媒上で酸化反応した時の反応熱により後段のパティキュレートフィルタ内の捕集済みパティキュレートを燃焼させて該パティキュレートフィルタを強制再生する排気浄化装置において、前段の酸化触媒を前後二段に分割構成し、その分割した前段の酸化触媒をメタル担体に担持させると共に、分割した後段の酸化触媒をセラミック担体に担持させたことを特徴とする排気浄化装置。
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