JP2007332849A - 排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ターボチャージャからの排気ガスが旋回流であることによって排気ガス中の粒子状物質がフロースルー型の触媒の微細通路の入口隅部に堆積して微細通路に目詰まりを起こさせる問題を防止する。
【解決手段】ディーゼルエンジン１に備えたターボチャージャ２からの排気ガスＧを導く排気管３にケーシング５を設け、ケーシング５内に触媒を備えてなる排気浄化装置４であって、ケーシング５の入口部にターボチャージャ２からの排気ガスＧをケーシング５内に均一に導くためのガス分散板９を設けると共に、ガス分散板９とガス分散板９に隣接して設けられるフロースルー型の触媒Ａとの間に、ケーシング５の長手方向に延びる整流孔２１を形成して排気ガスＧの旋回を抑制する整流体２０を設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、ディーゼルエンジンに備えられたターボチャージャからの排気ガスを浄化するための触媒を排気管内に備えてなる排気浄化装置に関し、特にターボチャージャからの排気ガスが旋回流であることによって排気ガス中の粒子状物質がフロースルー型の触媒の微細通路の入口隅部に堆積して微細通路に目詰まりを起こさせる問題を防止するようにした排気浄化装置に関する。

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、この種の粒子状物質の低減対策としては、排気ガスが流通する排気管の途中に、パティキュレートフィルタを装備することが従来より行われている。また、排ガス中のＮＯｘ低減を図るために、前記排気管におけるパティキュレートフィルタの下流に、ＮＯｘ低減触媒を装備することが従来より行われており、このような技術を開示するものとしては特許文献１がある。

図６は従来の排気浄化装置の一例を示したものであり、図６に示すディーゼルエンジン１にはターボチャージャ２が備えてあり、ディーゼルエンジン１の排気ガスＧはターボチャージャ２に導かれてタービンホイール２ａを駆動し、タービンホイール２ａと同軸のコンプレッサホイール２ｂを回転させて空気を圧縮し、圧縮した空気を前記ディーゼルエンジン１に供給するようにしている。

前記ターボチャージャ２のタービンホイール２ａから排出される排気ガスＧは、排気管３により排気浄化装置４に導かれて浄化されるようになっている。

図６における排気浄化装置４は、前記排気管３より大きい口径としたケーシング５内の最も後段位置（下流側）にパティキュレートフィルタ６を備えており、このパティキュレートフィルタ６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、各流路を区画する多孔質薄壁を透過した排気ガスＧのみが下流側へ排出されて、排気ガス中の粒子状物質が多孔質薄壁の内側表面に捕集されるようにしてある。前記パティキュレートフィルタ６の前段には酸化触媒７（フロースルー型の触媒Ａ）を備えている。この酸化触媒７は、図７に示す如くケーシング５の長手方向に延びる多数の微細通路８を備えたハニカム構造を有しており、ディーゼルエンジン側の燃料噴射制御等によって排気ガス中に燃料を添加すると、燃料添加で生じたＨＣガスが前段の酸化触媒７を通過する間に酸化反応し、その反応熱で昇温した排気ガスＧの流入により直後のパティキュレートフィルタ６の触媒床温度が上げられて捕集された粒子状物質が燃やし尽くされ、パティキュレートフィルタ６の再生化が図られるようになっている。更に、前記酸化触媒７（フロースルー型の触媒Ａ）の前段であるケーシング５の入口部には、前記排気管３からの排気ガスＧをケーシング５内に均一に導くためのガス分散板９が前記酸化触媒７に対して空間１１を隔てて設けられている。ガス分散板９には図８に示すように円板に多数の開口１０が形成されたパンチングメタル等が用いられる。

又、図９は従来の排気浄化装置４の他の例を示したものであり、図９ではケーシング５内に、排気空燃比がリーンの時に排気ガス中のＮＯｘを酸化して硝酸塩の状態で一時的に吸蔵し且つ排気ガス中のＯ₂濃度が低下した時に未燃ＨＣやＣＯ等の介在によりＮＯｘを分解放出して還元浄化する性質を備えたフロースルー型のＮＯｘ吸蔵還元触媒１２（フロースルー型の触媒Ａ）と、同様のＮＯｘ吸蔵還元触媒を担持させてなるパティキュレートフィルタ１３と、これらＮＯｘ吸蔵還元触媒１２及びパティキュレートフィルタ１３を未反応のまま通過してしまった余剰の未燃ＨＣやＣＯ等を酸化処理するフロースルー型の酸化触媒１４が、排気ガスＧの流れ方向に沿って備えられている。そして、図９の排気浄化装置４においても、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１２（フロースルー型の触媒Ａ）の前段であるケーシング５の入口部には、前記排気管３からの排気ガスＧをケーシング５内に均一に導くためのガス分散板９が前記酸化触媒７に対して空間１１を隔てて設けられている。

又、図１０は従来の排気浄化装置４の更に他の例を示したものであり、図１０ではケーシング５内に、排気ガス中のＮＯを酸化して反応性の高いＮＯ₂を生成するフロースルー型の酸化触媒１５（フロースルー型の触媒Ａ）と、酸素共存下でも選択的にＮＯｘをアンモニアと反応させ得る性質を備えたフロースルー型の選択還元型触媒１６と、該選択還元型触媒１６を未反応のまま通過してしまった余剰のアンモニアを酸化処理するフロースルー型の酸化触媒１７が、排気ガスＧの流れ方向に沿って備えられている。更に、前段の酸化触媒１５と選択還元型触媒１６との間には尿素水を噴霧する尿素水噴霧装置１８を装備している。図１０の排気浄化装置４においても、酸化触媒１５（フロースルー型の触媒Ａ）の前段であるケーシング５の入口部には前記排気管３からの排気ガスＧをケーシング５内に均一に導くためのガス分散板９が前記酸化触媒７に対して空間１１を隔てて設けられている。

図６の排気浄化装置４では、ターボチャージャ２から排気管３に排出された排気ガスＧは、ケーシング５の入口部に設けたガス分散板９により分散されてケーシング５内の空間１１に均一に供給され、酸化触媒７（フロースルー型の触媒Ａ）を経てパティキュレートフィルタ６を通る際に排気ガス中の粒子状物質が多孔質薄壁の内側表面に捕集される。パティキュレートフィルタ６に対する粒子状物質の堆積量が増加した段階では、ディーゼルエンジン側の燃料噴射制御等によって排気ガス中に燃料を添加すると、燃料添加で生じたＨＣガスが前段の酸化触媒７を通過する間に酸化反応し、その反応熱で昇温した排気ガスＧの流入により直後のパティキュレートフィルタ６の触媒床温度が上げられて粒子状物質が燃やし尽くされ、パティキュレートフィルタ６の再生化が図られる。

図９の排気浄化装置４では、ターボチャージャ２から排気管３に排出された排気ガスＧは、ケーシング５の入口部に設けたガス分散板９により分散されてケーシング５内の空間１１に均一に供給され、排気空燃比がリーンの時には排気ガス中のＮＯｘが酸化して硝酸塩の状態で一時的にＮＯｘ吸蔵還元触媒１２（フロースルー型の触媒Ａ）に吸蔵される。更に、ＮＯｘ吸蔵還元触媒を担持したパティキュレートフィルタ１３によってもＮＯｘの吸蔵が行われる。又、排気ガス中のＯ₂濃度が低下した時には未燃ＨＣやＣＯ等の介在によりＮＯｘが分解放出されることにより還元浄化される。これらＮＯｘ吸蔵還元触媒１２及びパティキュレートフィルタ１３を未反応のまま通過してしまった余剰の未燃ＨＣやＣＯ等は酸化触媒１４によって酸化処理される。

図１０の排気浄化装置４では、ターボチャージャ２から排気管３に排出された排気ガスＧは、ケーシング５の入口部に設けたガス分散板９により分散されてケーシング５内の空間１１に均一に供給され、酸化触媒１５（フロースルー型の触媒Ａ）に導かれて排気ガス中のＮＯが酸化され反応性の高いＮＯ₂を生成する。更に、排ガスに尿素水噴霧装置１８により尿素水を噴霧した排気ガスＧを選択還元型触媒１６に供給することにより酸素共存下でも選択的にＮＯｘをアンモニアと反応させてＮＯｘを浄化する。該選択還元型触媒１６を未反応のまま通過してしまった余剰のアンモニアは酸化触媒１７によって酸化処理される。

又、フィルターの前段に一次拡散板と二次拡散板を備えたものが特許文献２に示されている。
特開２００５−２４０５６６号公報 実開平０６−０８７６２２号公報

しかしながら、図６、図９、図１０に示した排気浄化装置４においては、前記ガス分散板９の直後に設けられる酸化触媒７、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１２、酸化触媒１５からなるフロースルー型の触媒Ａは、通常、その微細通路８が１ｍｍ前後或いはそれ以下の非常に小さい口径を有しており、この微細通路８の各々に排気ガスＧに含まれる粒子状物質（パティキュレート）が堆積して微細通路８を目詰まりさせる問題を有していた。

即ち、前記ターボチャージャ２から排気管３に排出される排気ガスＧには、タービンホイール２ａを回転させた際の旋回Ｒが生じており、この排気ガスＧの旋回Ｒはガス分散板９を通過することで若干弱められるけれども、空間１１には依然として旋回Ｒが残るため、排気ガスＧの旋回流がフロースルー型の触媒Ａに導かれることになる。このため、図１１に示すように、排気ガスＧは微細通路８の長手方向と交差する方向から微細通路８に導かれることにより、微細通路８の入口部の各隅部に粒子状物質１９が堆積するようになり、粒子状物質１９の堆積が進行すると微細通路８の目詰まりを生じてフロースルー型の触媒Ａの圧力損失が短期間に急激に増加していまうという問題を有していた。

本発明は、上記実情に鑑みてなしたもので、ターボチャージャからの排気ガスが旋回流であることによって排気ガス中の粒子状物質がフロースルー型の触媒の微細通路の入口隅部に堆積して微細通路に目詰まりを起こさせる問題を防止するようにした排気浄化装置を提供しようとするものである。

本発明の排気浄化装置は、ディーゼルエンジンに備えたターボチャージャからの排気ガスを導く排気管にケーシングを設け、該ケーシング内に触媒を備えてなる排気浄化装置であって、ケーシングの入口部にターボチャージャからの排気ガスをケーシング内に均一に導くためのガス分散板を設けると共に、ガス分散板と該ガス分散板に隣接して設けられるフロースルー型の触媒との間に、ケーシングの長手方向に延びる整流孔を形成して排気ガスの旋回を抑制する整流体を設けたことを特徴とする。

前記整流体の整流孔は、排気ガスの旋回の抑制が可能な長さで且つ少なくともフロースルー型の触媒の微細通路の口径に対して２倍以上の口径を有することが好ましい。

而して、本発明の排気浄化装置では、ガス分散板によってケーシング内に分散された排気ガスに旋回が残っていても、排気ガスは整流体の整流孔を通ることによってケーシングの長手方向に整流される。従って、排気ガスはフロースルー型の触媒の微細通路に対して平行に導かれるようになるため、フロースルー型の触媒の微細通路に排気ガス中の粒子状物質が堆積して目詰まりを起こす問題が解消され、よって排気浄化装置の圧力損失が短期間に急激に増加する問題は防止される。

この時、整流体の整流孔を排気ガスの旋回の抑制が可能な長さで且つ少なくともフロースルー型の触媒の微細通路の口径に対して２倍以上の口径としたことにより、整流体に粒子状物質が堆積することによって排気浄化装置の圧力損失が増加する問題は低減できる。

本発明の排気浄化装置によれば、ガス分散板によってケーシング内部に分散された排気ガスに旋回が残っていても、排気ガスが整流体の整流孔を通ることによってケーシングの長手方向に整流され、フロースルー型の触媒の微細通路に対して平行に導かれるようになるため、フロースルー型の触媒の微細通路に排気ガス中の粒子状物質が堆積して目詰まりを起こす問題が解消され、よって排気浄化装置の圧力損失が短期間に急激に増加するという問題を防止できる効果がある。

この時、整流体の整流孔を排気ガスの旋回の抑制が可能な長さで且つ少なくともフロースルー型の触媒の微細通路の口径に対して２倍以上の口径としたことにより、整流体に粒子状物質が堆積することによって排気浄化装置の圧力損失が増加する問題は低減できる効果がある。

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。

図１は前記図６の従来の排気浄化装置に対応した本発明の第一の形態例を示すもので、図１中図６と同一のものには同じ符号を付して説明の重複を省略し、本発明の特徴部分についてのみ詳述する。

図１に示す排気浄化装置４は、ケーシング５内部の最も後段にパティキュレートフィルタ６が備えられ、該パティキュレートフィルタ６の前段に酸化触媒７（フロースルー型の触媒Ａ）が備えられ、更に、ケーシング５の入口部にターボチャージャ２からの排気ガスＧをケーシング５内に均一に導くためのガス分散板９を設けた構成において、ガス分散板９と該ガス分散板９に隣接したフロースルー型の触媒Ａである酸化触媒７との間に整流体２０を設ける。この整流体２０は、図２に示す如く、ケーシング５の長手方向に延びる整流孔２１を備えたハニカム形状とすることができる。この時、前記整流体２０の整流孔２１の口径は大きいことが好ましい。例えば、整流体２０の整流孔２１は排気ガスＧの旋回Ｒの抑制が可能な長さであり且つ少なくともフロースルー型の触媒Ａの微細通路８の口径に対して２倍以上の口径とすることは好ましい。

図１ではガス分散板９と整流体２０との間に空間２２を形成した場合について示したが、ガス分散板９と整流体２０とは接していてもよく、又、整流体２０をフロースルー型の触媒Ａである酸化触媒７に接して設けた場合について示したが、整流体２０と酸化触媒７との間に空間を形成するようにしてもよい。

図３は前記図９の従来の排気浄化装置に対応した本発明の第二の形態例を示すもので、ガス分散板９とフロースルー型の触媒ＡであるＮＯｘ吸蔵還元触媒１２との間に、前記と同様の整流体２０を設けている。

図４は前記図１０の従来の排気浄化装置に対応した本発明の第三の形態例を示すもので、ガス分散板９とフロースルー型の触媒Ａである酸化触媒１５との間に、前記と同様の整流体２０を設けている。

次に、上記形態例の作動を説明する。

図１、図３、図４に示した形態例において、ターボチャージャ２から排気管３に排出された排気ガスＧは、ガス分散板９を通ることによってケーシング５内における空間２２に均一に供給されるようになる。この時、排気管３内の排気ガスＧにはタービンホイール２ａを回転させた際の旋回Ｒが生じており、この排気ガスＧの旋回Ｒはガス分散板９を通過することで若干弱められるけれども、空間１１において依然として旋回Ｒが残ったままとなっている。

しかし、図１に示すようにガス分散板９と該ガス分散板９に隣接するフロースルー型の触媒Ａである酸化触媒７との間、及び、図３に示すようにガス分散板９と該ガス分散板９に隣接するフロースルー型の触媒ＡであるＮＯｘ吸蔵還元触媒１２との間、及び、図４に示すようにガス分散板９と該ガス分散板９に隣接するフロースルー型の触媒Ａである酸化触媒１５との間の夫々に、ケーシング５の長手方向に延びる整流孔２１を有する整流体２０を設けたので、前記ガス分散板９を通過しても依然として旋回Ｒを有する排気ガスＧは、整流体２０によってフロースルー型の触媒Ａに備えられる微細通路８と平行な方向に整流される。このため、排気ガス中の粒子状物質はフロースルー型の触媒の微細通路８に沿って流れることになり、排気ガス中の粒子状物質が微細通路８に堆積することがなくなってフロースルー型の触媒Ａが目詰まりを起こす問題は解消される。これにより排気浄化装置４の圧力損失が短期間で急激に増加するという問題は防止される。

一方、前記整流体２０には前記空間２２における旋回Ｒした排気ガスＧが整流孔２１と交差する方向から供給されるため、整流孔２１の入口部の各隅部には粒子状物質１９が堆積するようになる。しかし、整流孔２１を排気ガスＧの旋回の抑制が可能な長さで且つ少なくともフロースルー型の触媒Ａの微細通路８の口径に対して２倍以上の大きな口径としたので、整流体２０に堆積する粒子状物質１９の堆積総和量を小さく押えることができる。

即ち、図１１に示したようにフロースルー型の触媒Ａの各微細通路８に堆積する粒子状物質１９の堆積量と、図５に示すように整流体２０の各整流孔２１に堆積する粒子状物質１９の堆積量は略同等であるが、整流体２０の整流孔２１の口径はフロースルー型の触媒Ａの微細通路８の口径に対して２倍以上の大きな口径としてあるので、微細通路８に対して整流孔２１の数が大幅に少なくなり、よって、すべての整流孔２１に堆積する粒子状物質１９の総和は、フロースルー型の触媒Ａのすべての微細通路８に堆積する粒子状物質１９の総和に比して大幅に少なくなる。従って、前記整流体２０を備えても、粒子状物質１９の堆積によって排気浄化装置４の圧力損失が増加する問題は低減できる。

前記整流体２０における各整流孔２１の口径を大きくすると、整流体２０への粒子状物質１９の堆積量は少なくできるが、整流孔２１の口径を大きくした場合旋回Ｒを抑制するために必要な整流体２０の長さは長くなる。このため、整流体２０の整流孔２１は、排気ガスＧの旋回Ｒの抑制が可能な長さで、しかも可能な限り大きい口径とすることが好ましい。

尚、本発明の排気浄化装置は上記形態例にのみ限定されるものではなく、整流体の後段に図示例以外のフロースルー型の触媒を備えた排気浄化装置の場合にも適用できること、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。

本発明の排気浄化装置の第一の形態例を示す概略切断側面図である。 図１の排気浄化装置に備える整流体の斜視図である。 本発明の排気浄化装置の第二の形態例を示す概略切断側面図である。 本発明の排気浄化装置の第三の形態例を示す概略切断側面図である。 本発明の整流体に粒子状物質が堆積する状態を示す斜視図である。 従来の排気浄化装置の一例を示す概略切断側面図である。 図６の排気浄化装置に備えられるフロースルー型の触媒の正面図である。 図６の排気浄化装置に備えられるガス分散板の正面図である。 従来の排気浄化装置の他の例を示す概略切断側面図である。 従来の排気浄化装置の更に他の例を示す概略切断側面図である。 従来のフロースルー型の触媒に粒子状物質が堆積する状態を示す斜視図である。

符号の説明

１ ディーゼルエンジン
２ ターボチャージャ
３ 排気管
４ 排気浄化装置
５ ケーシング
７ 酸化触媒（フロースルー型の触媒）
８ 微細通路
９ ガス分散板
１２ 吸蔵還元触媒（フロースルー型の触媒）
１５ 酸化触媒（フロースルー型の触媒）
１９ 粒子状物質（パティキュレート）
２０ 整流体
２１ 整流孔
Ａ フロースルー型の触媒
Ｇ 排気ガス
Ｒ 旋回

Claims (2)

1. ディーゼルエンジンに備えたターボチャージャからの排気ガスを導く排気管にケーシングを設け、該ケーシング内に触媒を備えてなる排気浄化装置であって、ケーシングの入口部にターボチャージャからの排気ガスをケーシング内に均一に導くためのガス分散板を設けると共に、ガス分散板と該ガス分散板に隣接して設けられるフロースルー型の触媒との間に、ケーシングの長手方向に延びる整流孔を形成して排気ガスの旋回を抑制する整流体を設けたことを特徴とする排気浄化装置。
2. 整流体の整流孔は、排気ガスの旋回の抑制が可能な長さで且つ少なくともフロースルー型の触媒の微細通路の口径に対して２倍以上の口径を有することを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。

Images