JP2008106664A - 内燃機関における排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】パティキュレートフィルタ触媒７及び酸化触媒６のうちいずれか一方又は両方を内蔵した浄化ケース１に，前記触媒への排気ガス入口３と，前記触媒からの排気ガス出口１１を設けて成る排気ガス浄化装置において，排気ガスの温度が低いときにおける浄化率の確保と，触媒の保護とを図る。
【解決手段】前記浄化ケース１内に，前記排気ガス入口からの排気ガスを受け入れて前記触媒に分散するように構成した排気ガス導入管１４を設け，この排気ガス導入管に，前記排気ガス入口からの排気ガスに対する加熱手段１７を設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は，ディーゼル機関等の内燃機関において，その排気ガスを浄化処理するための装置に関するものである。

一般に，ディーゼル機関等の内燃機関における排気ガスの浄化には，パティキュレートフィルタ触媒及び酸化触媒のうちいずれか一方を使用するか，或いは，両方を併用していることは周知のとおりであるが，これらパティキュレートフィルタ触媒及び／又は酸化触媒においては，これらの活性化，ひいては，その浄化率の向上を図るために，低負荷・低回転域等のように排気ガスの温度が低いときにおいても，高い温度に保持することが必要である。

そこで，先行技術としての特許文献１及び特許文献２は，前記パティキュレートフィルタ触媒及び／又は酸化触媒を内蔵した浄化ケース内のうち前記触媒の上流側の部位に，電熱式のヒータを設けて，前記触媒に導く排気ガスにおける温度を，このヒータによる加熱で高くすることを提案している。
特開平７−２９３２２６号公報 特開２００１−２８０１２１号公報

しかし，この先行技術の排気ガス浄化装置においては，電熱式のヒータを，浄化ケース内のうちこれに内蔵されている触媒の上流側の部分に，前記触媒における入口側の面に近接するようにして設けるという構成にしていることにより，
（ａ）．前記ヒータによる排気ガスの加熱が局部的で，排気ガスを一様に加熱することがてきないから，この排気ガスを均一に浄化することができないばかりか，前記触媒における温度も不均一になって，触媒に割れ等の損傷が発生するおそれが増大する。
（ｂ）．前記触媒は，前記ヒータで発生する熱を熱輻射等により直接に受けるので，触媒に割れが発生するおそれが増大するばかりか，触媒における性能劣化が早められる。
という問題があった。

本発明は，これらの問題を解消した排気ガス浄化装置を提供することを技術的課題とするものである。

この技術的課題を達成するため本発明の請求項１は，
「パティキュレートフィルタ触媒及び酸化触媒のうちいずれか一方又は両方を内蔵した浄化ケースに，前記触媒への排気ガス入口と，前記触媒からの排気ガス出口を設けて成る排気ガス浄化装置において，
前記浄化ケース内に，前記排気ガス入口からの排気ガスを受け入れて前記触媒に分散するように構成した排気ガス導入管が設けられ，この排気ガス導入管に，前記排気ガス入口からの排気ガスに対する加熱手段が設けられている。」
ことを特徴としている。

また，本発明の請求項２は，
「前記請求項１の記載において，前記浄化ケースの内部に，前記触媒の周囲を囲うようにした断熱材が設けられている。」
ことを特徴としている。

本発明の請求項３は，
「前記請求項１又は２の記載において，前記加熱手段が，前記排気ガス導入管に対して着脱可能に取付けられている。」
ことを特徴としている。

本発明の請求項４は，
「前記請求項１〜３の記載において，前記加熱手段が，電熱式のヒータである。」
ことを特徴としている。

本発明の請求項５は，
「前記請求項１〜３のいずれかの記載において，前記加熱手段が，可燃性燃料を燃焼するバーナーである。」
ことを特徴としている。

請求項１に記載した構成によると，排気ガス入口からの排気ガスは，排気ガス導入管によって，触媒に対して広く分散されるとともに，前記排気ガス導入管内において，当該排気ガス導入管に設けた加熱手段にて加熱されることにより，全体にわたって温度が上昇し，全体の温度が高くなった状態で触媒に対して広く分散されることになる。

従って，本発明によると，触媒に導かれる排気ガスを，排気ガス導入管の部分で各所均一に加熱して，触媒に対して広い範囲に分散することができ，ひいては，触媒を各所均一に温度上昇することができるから，排気ガスの浄化率を向上できるとともに，触媒の割れ等の損傷が発生するおそれを低減できるのであり，しかも，加熱手段における熱が触媒に対して直接に及ぶことを，前記排気ガス導入管にて阻止できるから，触媒に割れが発生すること，及び触媒における性能劣化が早められることを確実に低減できるという効果を有する。

この場合において，前記加熱手段としては，請求項４に記載した電熱式のヒータ，又は請求項５に記載した可燃性燃料を燃焼するバーナーを使用することができる。

また，請求項２に記載したように，前記触媒の周囲を断熱材に囲うことにより，この触媒における温度をより高い状態に維持することができるから，排気ガスの浄化率をより向上できる。

更にまた，請求項３に記載したように，前記加熱手段を，着脱可能に構成することにより，この加熱手段の交換又は修理等のメンテナンスを容易に行うことができる。

以下，本発明の実施の形態を，図面について説明する。

図１は，第１の実施の形態を示す。

この図１において，符号１は，耐熱金属材料による浄化ケースを示し，この浄化ケース１は，軸線を水平にするか，又は水平に近い横向きの円筒形等の筒型に構成され，その内部には，同じく筒型に構成したフィルタケース２を内蔵している。

前記浄化ケース１における一端の側面には，図示しないディーゼル機関からの排気ガス入口３が設けられているとともに，この一端の内部は第１の底板４にて塞がれており，前記フィルタケース２における一端の内部も，第２の底板５にて塞がれている。また，前記フィルタケース２には，酸化触媒６とパティキュレートフィルタ触媒７とを直列に並べて内蔵している。

前記浄化ケース１と前記フィルタケース２との間の環状隙間，及び，前記両底板４，５間の隙間には，ガラスウール等の断熱材８が，前記酸化触媒６及びパティキュレートフィルタ触媒７の周囲を囲うように充填されている。

一方，前記浄化ケース１の他端における内部は，二枚の蓋板９，１０にて塞がれ，この両蓋板９，１０には，排気ガス出口１１が当該両蓋板９，１０を貫通するようにして設けられ，また，両蓋板９，１０の間は，前記フィルタケース２内に連通管１２を介して連通する共鳴室１３に形成されている。

そして，前記浄化ケース１における一端部には，前記排気ガス入口３内から挿入した排気ガス導入管１４が，当該浄化ケース１を横断して前記排気ガス入口３とは反対側の側面に突出するように設けられ，この排気ガス導入管１４には，前記フィルタケース２内に開口する連通孔１５の複数個が穿設されており，また，前記排気ガス導入管１４のうち前記排気ガス入口３とは反対側の側面に突出する部分は，これに着脱可能に螺着した蓋体１６にて塞がれている。

この蓋体１６には，排気ガスに対する加熱手段としての一つの実施形態であるところの電熱式ヒータ１７が取付けられている。このヒータ１７は，前記排気ガス導入管１４の内部においてＵ字状に曲げて成る構成で，車両に搭載したバッテリー１８，又は前記ディーゼル機関にて駆動される発電機（図示せず）等を電源とするものであり，例えば，前記ディーゼル機関における負荷センサー１９及び回転センサー２０からの信号を入力とするコントローラ２１及びリレー２２等により，前記ディーゼル機関における始動時，低負荷運転時，及び低回転運転時等のように排気ガスの温度が低いときに，前記ヒータ１７に通電するように構成している。

この構成において，ディーゼル機関からの排気ガスは，排気ガス入口３を介して排気ガス導入管１４内に入り，この排気ガス導入管１４に設けられている各連通孔１５からフィルタケース２内に噴出することにより，フィルタケース２内の広い領域に分散される。

このとき，前記排気ガス導入管１４内に設けられている電熱式ヒータ１７に通電されているときには，前記排気ガスは，このヒータ１７の加熱によって温度が各所一様に上昇したのち，フィルタケース２内の広い領域に分散され，このフィルタケース２内における酸化触媒６及びパティキュレートフィルタ触媒７を通過したのち排気ガス出口１１より排出されるのであり，前記排気ガスは，前記酸化触媒６及びパティキュレートフィルタ触媒７をこの順序で通過するときにおいて浄化処理される。

前記第１の実施の形態は，ディーゼル機関における排気ガスに対応するために，前記フィルタケース２内に，酸化触媒６及びパティキュレートフィルタ触媒７を直列に並べて設ける場合であったが，内燃機関における燃料とか，或いは，浄化する排気ガスの性状とか，排気ガス中における浄化物等に応じて，適宜，前記酸化触媒６及びパティキュレートフィルタ触媒７のうちいずれか一方のみを内蔵するという構成にできることはいうまでもない。

また，これらの触媒は，その周囲がガラスウール等の断熱材８にて囲われていることにより，その温度をより高い状態に維持することができる。

更にまた，前記ヒータ１７は，蓋体１６を介して前記排気ガス導入管１４に対して着脱可能に取付けられているので，このヒータ１７の交換又は修理等のメンテナンスが容易にできる。

なお，前記した第１の実施の形態においては，前記排気ガス導入管１４を，前記浄化ケース１の内部にこれを横断するように設けることにより，前記浄化ケース１の長さを短くして小型・軽量化を図るように構成しているほか，前記排気ガス導入管１４と，前記酸化触媒６との間に，孔あき板２３を設けることにより，排気ガスの前記触媒の広い領域に対する分配性を向上するように構成している。

更に，前記第１の実施の形態においては，前記フィルタケース２内に，温度センサー２９が設けられており，この温度センサーが検出する温度に応じて，排気ガスの温度が所定値より低いときにおいて，排気ガスの加熱を行うように構成することもできる。

次に，図２は，第２の実施の形態を示す。

この第２の実施の形態は，排気ガスに対する加熱手段として，前記電熱式ヒータに代えて，例えば，前記ディーゼル機関における燃料等の可燃性燃料を燃焼するバーナーにした場合であり，その他の構成は，前記第１の実施の形態と同じである。

すなわち，前記排気ガス導入管１４の入口部に，排気ガス入口３を有するヘッド部材２４を着脱可能に取付け，このヘッド部材２４に，燃焼バーナー２５を，当該燃焼バーナー２５におけるバーナーノズル２５ａが前記排気ガス導入管１４内に向かうように装着したものであり，この燃焼バーナー２５には，例えば，前記ディーゼル機関の燃料タンクにおける燃料とか，或いは，ガソリン又は天然ガス等の可燃性燃料を，燃料供給ポンプ２６を備えた燃料管路２７を介して供給し，この燃料を，前記第１の実施の形態と同様に，ディーゼル機関に対する負荷センサー及び回転センサーからの信号を入力とするコントローラ２８にて，前記ディーゼル機関における始動時，低負荷運転時，及び低回転運転時等のように排気ガスの温度が低いときに，前記バーナーノズル２５ａから噴出して燃焼するように構成している。

この燃料の燃焼により，排気ガス入口３からの排気ガスを，前記排気ガス導入管１４の内部において加熱することができる。

この第２の実施の形態においては，前記排気ガス導入管１４の他端における蓋体１６に対して，前記燃焼バーナー２５を設けるという構成にすることができる。

第１の実施の形態による浄化装置を示す縦断正面図である。 第２の実施の形態による浄化装置を示す縦断正面図である。

符号の説明

１ 浄化ケース
２ フィルタケース
３ 排気ガス入口
６ 酸化触媒
７ パティキュレートフィルタ触媒
８ 断熱材
１１ 排気ガス出口
１４ 排気ガス導入管
１６ 蓋体
１７ 電熱式ヒータ
２５ 燃焼バーナー

Claims (5)

1. パティキュレートフィルタ触媒及び酸化触媒のうちいずれか一方又は両方を内蔵した浄化ケースに，前記触媒への排気ガス入口と，前記触媒からの排気ガス出口を設けて成る排気ガス浄化装置において，
   前記浄化ケース内に，前記排気ガス入口からの排気ガスを受け入れて前記触媒に分散するように構成した排気ガス導入管が設けられ，この排気ガス導入管に，前記排気ガス入口からの排気ガスに対する加熱手段が設けられていることを特徴とする内燃機関における排気浄化装置。
2. 前記請求項１の記載において，前記浄化ケースの内部に，前記触媒の周囲を囲うようにした断熱材が設けられていることを特徴とする内燃機関における排気浄化装置。
3. 前記請求項１又は２の記載において，前記加熱手段が，前記排気ガス導入管に対して着脱可能に取付けられていることを特徴とする内燃機関における排気浄化装置。
4. 前記請求項１〜３の記載において，前記加熱手段が，電熱式のヒータであることを特徴とする内燃機関における排気浄化装置。
5. 前記請求項１〜３のいずれかの記載において，前記加熱手段が，可燃性燃料を燃焼するバーナーであることを特徴とする内燃機関における排気浄化装置。

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