JP2008208749A - Soot purifying device for diesel engine - Google Patents
Soot purifying device for diesel engine Download PDFInfo
- Publication number
- JP2008208749A JP2008208749A JP2007044732A JP2007044732A JP2008208749A JP 2008208749 A JP2008208749 A JP 2008208749A JP 2007044732 A JP2007044732 A JP 2007044732A JP 2007044732 A JP2007044732 A JP 2007044732A JP 2008208749 A JP2008208749 A JP 2008208749A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- particulate filter
- catalyst
- oxidation catalyst
- exhaust gas
- black smoke
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000004071 soot Substances 0.000 title abstract description 19
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims abstract description 112
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims abstract description 57
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims abstract description 56
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims abstract description 17
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 claims description 44
- 239000000779 smoke Substances 0.000 claims description 33
- 238000000746 purification Methods 0.000 claims description 27
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 68
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 12
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 12
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 11
- 239000011358 absorbing material Substances 0.000 description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 description 6
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 5
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000013618 particulate matter Substances 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 4
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 4
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 4
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Substances [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 3
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 3
- 229910052878 cordierite Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- JSKIRARMQDRGJZ-UHFFFAOYSA-N dimagnesium dioxido-bis[(1-oxido-3-oxo-2,4,6,8,9-pentaoxa-1,3-disila-5,7-dialuminabicyclo[3.3.1]nonan-7-yl)oxy]silane Chemical compound [Mg++].[Mg++].[O-][Si]([O-])(O[Al]1O[Al]2O[Si](=O)O[Si]([O-])(O1)O2)O[Al]1O[Al]2O[Si](=O)O[Si]([O-])(O1)O2 JSKIRARMQDRGJZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 3
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N palladium Substances [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- 239000000567 combustion gas Substances 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 2
- 229910052703 rhodium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010948 rhodium Substances 0.000 description 2
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 description 2
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 235000012489 doughnuts Nutrition 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 description 1
- 230000008821 health effect Effects 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 229910052741 iridium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 description 1
- MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N rhodium atom Chemical compound [Rh] MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Processes For Solid Components From Exhaust (AREA)
- Filtering Of Dispersed Particles In Gases (AREA)
- Exhaust Gas After Treatment (AREA)
Abstract
Description
本発明は、黒煙の排出を低減するディーゼルエンジン用黒煙浄化装置の技術に関する。 The present invention relates to a technology for a black smoke purification device for a diesel engine that reduces emission of black smoke.
近年、環境問題の高まりや健康に対する影響が懸念されていることから自動車・船舶・発電機等のディーゼルエンジンから排出される排気ガス中の黒煙(すす)やPM(Particulate Matter:粒子状物質)を除去する装置の開発が進められている。また一部地域においては具体的に規制強化が実施されていることもあり、それらへの対応が急務となっている。これらに対応するための技術的な方法としては、エンジン側にて燃料の噴射時期や混合比等の対策により黒煙排出防止を行う方法と排気系の後処理で対応する方法がある。排気系の後処理で対応する方法としては、例えばディーゼルエンジン等の排気装置に黒煙除去装置(DPF:Diesel Particulate Filter)を取り付ける技術がすでに公知となっており、市販されている後付けタイプの黒煙除去装置としてはセラミックをハニカム状にしたセラミックフィルター方式が主流である。これらの装置は黒煙の目詰まりを再生する方式が多種検討されているが、まだ技術的に十分とはいえない。 In recent years, environmental concerns and health effects are concerned, so black smoke (PM) and PM (Particulate Matter) in exhaust gas discharged from diesel engines such as automobiles, ships, and generators. Development of a device that removes water is in progress. In some areas, regulations are being reinforced more specifically, and it is urgently necessary to deal with them. As technical methods for dealing with these, there are a method for preventing black smoke emission by measures such as fuel injection timing and mixing ratio on the engine side, and a method for dealing with exhaust system post-treatment. As a method for dealing with exhaust system after-treatment, for example, a technology for attaching a black smoke removal device (DPF: Diesel Particulate Filter) to an exhaust device such as a diesel engine is already known, and a commercially available retrofit type black As a smoke removing device, a ceramic filter system in which a ceramic is formed into a honeycomb shape is the mainstream. Various methods for regenerating the clogging of black smoke have been studied for these devices, but they are not yet technically sufficient.
従来技術として、特許文献1においては、DPFのフィルタ中心側よりもフィルタ外周側に触媒金属等を多く配分し、フィルタ外周側でのパティキュレートの燃焼を促進してフィルタ中心部と外周部との間の温度勾配をなくすという技術は公知となっている。
産業用機関では用途やオペレータによって、様々な使われ方をする。またディーゼルパティキュレートフィルタには図7に示すように自己再生困難領域がある。ここでいう自己再生領域の定義はパティキュレートフィルタ上に入るスート量がパティキュレートフィルタ上で酸化されるスート量を下回る運転領域をさす。この状態はスートのたまり状態や外気温などの他の要因で変動するがバランス点で溜まっているスート量が差圧やたまりスートの基準値を十分下回る領域とする。 In industrial institutions, they are used in various ways depending on the application and operator. Further, the diesel particulate filter has a self-regeneration difficult region as shown in FIG. The definition of the self-regeneration region here refers to an operation region in which the amount of soot entering the particulate filter is lower than the amount of soot oxidized on the particulate filter. This state is a region where the soot amount accumulated at the balance point is sufficiently lower than the reference value of the differential pressure and pool soot, although it varies depending on other factors such as the pool state of soot and the outside temperature.
一般に450℃以上の排気ガス温度領域においてパティキュレートフィルタ上では酸素による酸化反応が支配的と言われている。この酸化速度は温度に大きく影響され酸素による酸化は600℃以上の温度がないと酸化速度が遅くスートが溜まりやすいとされている。スートが多く溜まった状態で温度が600℃以上である状態から急に酸素量が十分になると、例えばアイドリングを急に落とした場合に酸化が急激に進み1000℃を超える温度になりフィルタが溶損するいわゆる暴走再生を起こすので酸素による酸化は制御が難しい問題がある。排気ガス温度が250℃から350℃の範囲では前段の酸化触媒またはパティキュレートフィルタ上でNO2が生成されパティキュレートフィルタ上の触媒上で、このNO2がNOに戻りスートを酸化する。この酸化は温度以外にNO2の量すなわち酸化触媒の量やパティキュレートフィルタ上の触媒の量に支配され、温度が上がるとNO2生成が抑制されるために酸化速度が温度によるピークを持つ。このために暴走することはない。排気ガス温度が250℃以下では自己再生が困難な領域になる。自己再生が困難な領域では排気ガス温度を強制的に上げるいわゆる強制再生をする必要がある。
また、パティキュレートフィルタの再生補助装置のコスト、大きさを抑える為にできるだけ自己再生領域を大きくする必要がある。また図7に示すように温度の低い領域は一般に負荷、回転の低い領域になりガス温度が下がることもあいまってガス体積流量が定格時より大幅に減る。
本発明は、上記実状に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、パティキュレートフィルタの自己再生領域を拡大することができるディーゼルエンジン用黒煙浄化装置を提供することにある。
In general, it is said that the oxidation reaction by oxygen is dominant on the particulate filter in the exhaust gas temperature range of 450 ° C. or higher. This oxidation rate is greatly influenced by temperature. Oxidation by oxygen is considered to be slow and slow to accumulate soot unless there is a temperature of 600 ° C. or higher. If the amount of oxygen suddenly becomes sufficient from a state where the temperature is 600 ° C. or more with a large amount of soot accumulated, for example, when idling is suddenly dropped, the oxidation rapidly proceeds to a temperature exceeding 1000 ° C. and the filter melts down. Oxygen oxidation is difficult to control because it causes so-called runaway regeneration. When the exhaust gas temperature is in the range of 250 ° C. to 350 ° C., NO 2 is generated on the preceding oxidation catalyst or particulate filter, and this NO 2 returns to NO and oxidizes soot on the catalyst on the particulate filter. This oxidation is governed not only by the temperature but also by the amount of NO 2, that is, the amount of the oxidation catalyst and the amount of catalyst on the particulate filter. There is no runaway for this. When the exhaust gas temperature is 250 ° C. or lower, self-regeneration is difficult. In a region where self-regeneration is difficult, it is necessary to perform so-called forced regeneration in which the exhaust gas temperature is forcibly increased.
In addition, it is necessary to enlarge the self-regeneration area as much as possible in order to reduce the cost and size of the particulate filter regeneration assisting device. In addition, as shown in FIG. 7, the low temperature region is generally a low load and low rotation region, and the gas temperature is lowered, and the gas volume flow rate is greatly reduced from the rated value.
This invention is made | formed in view of the said actual condition, The place made into the objective is providing the black smoke purification apparatus for diesel engines which can expand the self regeneration area | region of a particulate filter.
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。 The problem to be solved by the present invention is as described above. Next, means for solving the problem will be described.
即ち、請求項1においては、酸化触媒またはパティキュレートフィルタの何れか一方または両方を内部に有するディーゼルエンジン用黒煙浄化装置において、パティキュレートフィルタの触媒密度を均一にせずに外周側よりも中心側の触媒密度を上げたものである。
That is, in
請求項2においては、パティキュレートフィルタの外周側よりも中心側の触媒密度を上げた部分と対向して配置した酸化触媒の酸化触媒密度を上げたものである。 According to the second aspect of the present invention, the oxidation catalyst density of the oxidation catalyst arranged to face the portion where the catalyst density is increased on the center side rather than the outer peripheral side of the particulate filter is increased.
請求項3においては、前記酸化触媒またはパティキュレートフィルタの担体形状を略円筒形にし、面積比で設定した自己再生域外での排気ガスの最大ガス流量を最大出力時のガス流量で割った値より大きい範囲で、酸化触媒またはパティキュレートフィルタの中心側の触媒密度を上げたものである。 In claim 3, the carrier shape of the oxidation catalyst or the particulate filter is substantially cylindrical, and the maximum exhaust gas flow rate outside the self-regeneration area set by the area ratio is divided by the gas flow rate at the maximum output. In a large range, the catalyst density on the center side of the oxidation catalyst or the particulate filter is increased.
請求項4においては、前記排気ガスの流量が少ない場合、排気ガス流路を絞り、該排気ガスが前記酸化触媒またはパティキュレートフィルタの中心近傍部に集中的に流れるように構成したものである。 According to a fourth aspect of the present invention, when the flow rate of the exhaust gas is small, the exhaust gas passage is throttled so that the exhaust gas flows intensively in the vicinity of the center of the oxidation catalyst or the particulate filter.
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。 As effects of the present invention, the following effects can be obtained.
請求項1においては、トータルの触媒量は同じで自己再生領域が拡大できる。
In
請求項2においては、トータルの触媒量は同じで自己再生領域が拡大できる。また、パティキュレートフィルタ担体及び酸化触媒担体に担持させる触媒密度を適宜設定可能であり、自己再生領域の拡大をさらに行いやすい。 In claim 2, the total amount of catalyst is the same, and the self-regeneration area can be expanded. In addition, the density of the catalyst supported on the particulate filter carrier and the oxidation catalyst carrier can be set as appropriate, and the self-regeneration region can be further easily expanded.
請求項3においては、自己再生可能ぎりぎりの場合、温度の一番高い中心近傍では再生が促進されるとともに、外周では再生が十分に行われない状態でバランスしており、このバランス状態を維持する排気ガス温度を低温側にシフトすることができるため、自己再生領域が拡大できる。また、このバランス状態において全体の排気抵抗を上げずに、自己再生領域の拡大ができる。 In the third aspect, in the case of self-reproducible margin, the regeneration is promoted near the center of the highest temperature, and the balance is maintained in a state where the regeneration is not sufficiently performed on the outer periphery, and this balanced state is maintained. Since the exhaust gas temperature can be shifted to the low temperature side, the self-regeneration area can be expanded. In this balanced state, the self-regeneration region can be expanded without increasing the overall exhaust resistance.
請求項4においては、排気ガス入口を絞って排気ガスをフィルタの中心近傍部に導くことで低速域でのガス流を中心付近にさらに集中し、中心部分の温度を比較的高温に保つことで自己再生域を拡大することができる。 In claim 4, by restricting the exhaust gas inlet and guiding the exhaust gas to the vicinity of the center of the filter, the gas flow in the low speed region is further concentrated near the center, and the temperature of the center is kept relatively high. The self-reproducing area can be expanded.
次に、発明の実施の形態を説明する。
図1は本発明に係るディーゼルエンジン用黒煙浄化装置を示す概略図、図2は図1のA−A断面矢視図、図3は実施例2におけるディーゼルエンジン用黒煙浄化装置を示す概略図、図4は図3のB−B断面矢視図、図5は実施例3におけるディーゼルエンジン用黒煙浄化装置を示す概略図、図6は本発明に係る自己再生領域を示す図、図7は従来の自己再生領域を示す図である。
Next, embodiments of the invention will be described.
1 is a schematic view showing a black smoke purification device for a diesel engine according to the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 1, and FIG. 3 is a schematic view showing the black smoke purification device for a diesel engine in Example 2. FIG. 4, FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line BB of FIG. 3, FIG. 5 is a schematic diagram showing a black smoke purification device for a diesel engine in Example 3, and FIG. 6 is a diagram showing a self-regeneration region according to the present invention. 7 is a diagram showing a conventional self-reproducing area.
図1を用いて本発明に係るディーゼルエンジン用黒煙浄化装置の全体構成について説明する。
ディーゼルエンジン用黒煙浄化装置20(以下、黒煙浄化装置という)は、図1に示すように入口部2、パティキュレートフィルタ1、及び出口部3で構成されている。入口部2と出口部3は、それぞれハウジング7a、7bの中に形成されている。該ハウジング7a、7bの間の設置部1aにパティキュレートフィルタ1が配置されており、パティキュレートフィルタ1は、ハウジング7a、7bの両者とガスケット15で気密を保ち、かつ、V字バンド12で一体に固着されている。入口部2には断熱吸音材8が配置されており、この断熱吸音材8は、断熱吸音材押え板13及び16で入口部2の内壁に押し付けられている。
また、前記パティキュレートフィルタ1は、前記設置部1aに着脱可能となっている。
The whole structure of the black smoke purification apparatus for diesel engines which concerns on this invention using FIG. 1 is demonstrated.
As shown in FIG. 1, the diesel engine black smoke purification device 20 (hereinafter referred to as a black smoke purification device) includes an inlet portion 2, a
The
入口部2には、図示しないエンジンから排気ガス10を導く入口管6が配置されている。該入口管6は、入口部2を略鉛直方向に挿通しており、一端には図示しない排気管を介してエンジンと接続するための開口部を設けており、他端は封止している。該入口管6の円筒側壁には多数の小孔6aが設けてある。排気ガス10は、この小孔6aを介して入口管6から入口部2内へ入るようになっている。また、出口部3には排気ガス10を排出する出口管14と、該出口管14と平行して排気ガス排出時の騒音を低減させる共鳴管25が設けてある。
An inlet pipe 6 that guides
こうして、排気ガス10は、入口管6の小孔6aを介して入口部2へと導入され、続いてパティキュレートフィルタ1を通過(浄化)してから出口管14に入り、該出口管14から排出される。
なお、本実施例ではパティキュレートフィルタ1のみを黒煙浄化装置20の内部に配置する構成としているが、後述する実施例2のように酸化触媒とパティキュレートフィルタとの併用、または酸化触媒のみを黒煙浄化装置内に配置する構成としてもかまわない。
Thus, the
In this embodiment, only the
次に、黒煙浄化装置20内に配置されるパティキュレートフィルタ1について図1及び図2を用いて説明する。
Next, the
パティキュレートフィルタ1は、略円筒形のハニカムフィルタであって、コージェライトのようなセラミックスからなる多孔質の隔壁で仕切られた多角形断面を有するものである(図2参照)。図示しないが、このパティキュレートフィルタ1はこれらの隔壁により多数の互いに平行に形成された貫通孔の相隣接する入口部と出口部を交互に実質的に封止することにより構成される。そして、その隔壁にPt等の触媒金属がコーティングされ、触媒機能が担持される。このパティキュレートフィルタ1では、該フィルタ1の入口側から導入されたエンジンの排気ガス10が多孔質の隔壁を通過する際に、この排気ガス10に含まれる微粒子からなるPMがろ過されて、PMが除去された排気ガス10が出口管14から排出されるように構成される。
なお、前記触媒金属としては、本実施例ではPt等を用いているが、特に限定するものではなくPd、Rh、Ir等を用いてもかまわない。
The
In this embodiment, Pt or the like is used as the catalyst metal, but it is not particularly limited, and Pd, Rh, Ir, or the like may be used.
また、図2に示すように、本実施例におけるパティキュレートフィルタ1は、触媒分布密度を均一にせずに外周側よりも中心側の触媒密度を上げている。つまり、前記触媒金属のコーティングの際に、中心部の触媒金属の密度が高くなるようにフィルタ担体に処理を施している。具体的には、フィルタ1内の触媒分布として図2に示すようにパティキュレートフィルタ1断面視において境界L1内側には担持する触媒量を多くし、境界L1外側は担持する触媒量を少なくしている。そして、パティキュレートフィルタ1全体としては触媒量が中心部に多く集中し、外側は触媒量が少なくなるように構成している。
なお、本実施例では、パティキュレートフィルタ1にコーティングされる触媒の全体量は従来とは変更せずに中心部に多くの触媒が配分されるように構成しているが、特にこれに限定するものではなく、フィルタの自己再生能力等を考慮して使用する触媒総量を適宜設定することができる。
Further, as shown in FIG. 2, the
In the present embodiment, the total amount of the catalyst coated on the
このような構成において、排気ガス10は入口管6の小孔6aを介して入口部2へと導入され、続いてパティキュレートフィルタ1を通過して出口管14に入り、該出口管14から排出される。図2に示すようにパティキュレートフィルタ1断面視の構成において触媒密度を外周側よりも中心側を高密度とすることによりパティキュレートフィルタ1の非再生領域に運転状態が近づいたときに触媒の量が少ないところ(外周側)ではスートの堆積が酸化を超えスートが溜まり出す。こうなるとスートの溜まりだした部分(外周側)の通気抵抗が増え、その外周部分に流れる排気ガス量が減り触媒量の多い部分であるフィルタ1の中心側に集中する。このフィルタ1中心部は触媒量が多いのでスートの酸化スピードが速いのと排気ガス10の持つ熱量が集中されるので温度も高くなり、この部分のバランスだけを考えると自己再生が継続される。つまり、この自己再生が継続されることにより、図7で示す従来の自己再生領域に比べ、図6に示すように自己再生領域が拡大する。またこのときのガス流量は少ないのでトータルの排気抵抗も基準以下にできる。
In such a configuration, the
このように、酸化触媒またはパティキュレートフィルタ1の何れか一方または両方を内部に有するディーゼルエンジン用黒煙浄化装置20において、パティキュレートフィルタ1の触媒密度を均一にせずに外周側よりも中心側の触媒密度を上げたことにより、トータルの触媒量は同じで再生領域が拡大できる。
Thus, in the black
次に、酸化触媒及びパティキュレートフィルタを備えた黒煙浄化装置の別実施例について図3を用いて説明する。
図3に示すように、本実施例の黒煙浄化装置40は、実施例1で示した黒煙浄化装置20において、前記入口部2の後段に酸化触媒4を配置した以外は、実施例1と同様に構成したものである。
Next, another embodiment of the black smoke purification apparatus provided with an oxidation catalyst and a particulate filter will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 3, the black
前記酸化触媒4は、略円筒形であり、排気ガス10の流れる方向に格子状(ハニカム状)の通路が形成された図示しないモノリス担体(材質:コージェライト)を有し、このモノリス担体上に白金やロジウムやパラジウム等の触媒金属を担持して形成される。このような触媒金属の担持により、酸化触媒4にCOや炭化水素(HCなど)の酸化力が付与される。
なお、前記モノリス担体の材質は、コージェライトに限定するものではなく、炭化ケイ素、又はステンレス等を用いてもかまわない。
The oxidation catalyst 4 has a substantially cylindrical shape, and has a monolith support (material: cordierite) (not shown) in which grid-like (honeycomb-shaped) passages are formed in the direction in which the
The material of the monolith carrier is not limited to cordierite, and silicon carbide, stainless steel or the like may be used.
また、図4に示すように、本実施例における酸化触媒4は、断面視において触媒分布密度(酸化触媒密度)を均一にせずに、実施例1で示した中心側の触媒分布密度が高いパティキュレートフィルタ1(図2)と対向して、略同様の領域となる部分の触媒分布密度を上げている。つまりパティキュレートフィルタ1と略同じく外周側よりも中心側の触媒分布密度が高くなるようにしている。このような酸化触媒4は、前記触媒金属のコーティングの際に、中心部の触媒金属の密度が高くなるようにフィルタ担体に処理を施すことにより形成される。具体的には、酸化触媒4内の触媒分布として図4に示すように酸化触媒4断面視において境界L2内側には担持する触媒量を多くし、境界L2外側は担持する触媒量を少なくしている。そうして、酸化触媒4全体としては触媒量が中心部に多く集中し、外側は触媒量が少なくなるように構成している。
なお、本実施例では、酸化触媒4にコーティングされる触媒の全体量は変更せずに外周側よりも中心側に多くの触媒が配分されるように構成しているが、特にこれに限定するものではなく、使用する触媒金属の酸化能力等を考慮して担持させる触媒総量を適宜設定することができる。
Further, as shown in FIG. 4, the oxidation catalyst 4 in this example has a high catalyst distribution density on the center side shown in Example 1 without making the catalyst distribution density (oxidation catalyst density) uniform in a cross-sectional view. Opposite to the curate filter 1 (FIG. 2), the catalyst distribution density is increased in a portion that is substantially the same region. That is, the catalyst distribution density on the center side is higher than that on the outer periphery side, as is the case with the
In the present embodiment, the total amount of the catalyst coated on the oxidation catalyst 4 is not changed, and more catalyst is distributed to the center side than the outer peripheral side. However, the present invention is particularly limited to this. The total amount of the catalyst to be supported can be appropriately set in consideration of the oxidation ability of the catalyst metal to be used.
このような構成において、排気ガス10が入口管6から小孔6aを介して入口部2へと導入され、該入口部2から酸化触媒4内を通過して、続いて酸化触媒4の後段のパティキュレートフィルタ1を通過して出口管14に入り、該出口管14から排出される。
図4に示すように酸化触媒4の断面視において触媒分布密度を外周側よりも中心側を高密度とするとともに、前記酸化触媒4の後段にあるパティキュレートフィルタ1を実施例1と同様にすること、すなわち、触媒金属を中心部において高密度にした酸化触媒4及びパティキュレートフィルタ1を、対向して配置することによりパティキュレートフィルタ1単独で配置した実施例1と同様に、パティキュレートフィルタ1の非再生領域に運転状態が近づいたときに触媒の量が少ないところ(外周側)ではスートの堆積が酸化を超えスートが溜まり出す。こうなるとスートの溜まりだした部分(外周側)の通気抵抗が増え、その外周部分に流れる排気ガス量が減り触媒量の多い部分である酸化触媒4及びパティキュレートフィルタ1の中心側に集中する。酸化触媒4及びパティキュレートフィルタ1の中心部は触媒量が多いのでスートの酸化スピードが速いのと排気ガス10の持つ熱量が集中されるので温度も高くなり、この部分のバランスだけを考えると自己再生が継続される。つまり、この自己再生が継続されることにより、図7で示す従来の自己再生領域に比べ、図6に示すように自己再生領域が拡大する。またこのときのガス流量は少ないのでトータルの排気抵抗も基準以下にできる。
In such a configuration, the
As shown in FIG. 4, in the cross-sectional view of the oxidation catalyst 4, the catalyst distribution density is made higher in the center side than in the outer peripheral side, and the
このように、前記パティキュレートフィルタ1の外周側よりも中心側の触媒密度を上げた部分と対向して配置した酸化触媒4の酸化触媒密度を上げたことにより、トータルの触媒量は同じで自己再生領域が拡大できる。また、パティキュレートフィルタ担体及び酸化触媒担体に担持させる触媒密度を適宜設定可能であり、自己再生領域の拡大をさらに行いやすい。
In this way, by increasing the oxidation catalyst density of the oxidation catalyst 4 arranged opposite to the part where the catalyst density is increased on the center side rather than the outer peripheral side of the
次に、図4を用いて触媒の高密度領域の範囲設定について詳しく説明する。
一般にパティキュレートフィルタや酸化触媒の温度は中心付近が一番高くドーナッツ状に外周に行くに従い下がっている。自己再生可能ぎりぎりの場合、温度の一番高い中心近傍では再生されて、外周では十分に再生されない状態でバランスしている。そこで本発明のように中心部近傍に触媒金属を集中的に坦持することにより、このバランス状態を低温側にすれば図6に示す矢印方向に自己再生領域が拡大できる。
また酸化触媒4及びパティキュレートフィルタ1の中心から面積比(dhc2/dtc2;図4)で設定した自己再生域外での最大ガス流量を(Gvo;図6)最大出力時のガス流量(Gvmax;図6)で割った値より大きい範囲で触媒密度の高い領域(図4に示す中心側の高密度領域)を広げることにより、バランス点での排気抵抗を上げずに自己再生領域を広げることができる。各回転負荷でのガス流量は燃費、吸入空気量、排気ガス温度から精度よく計算できる。ガス流量の計算式を下記に示す。
<ガス流量の計算式>
Gv=(f・Pe・Vo+Va)・Tg/300
Gv(m^3/h):その点でのガス体積流量
f(kg/(kw・h)):その点での燃量消費量
Pe(kw):その点での出力
Vo(m^3/kg):300°K、100kPaにおける1kgの燃料の燃焼ガス量、
Va(m^3/kg):その点での吸入空気量の300°K、100kPa状態への換算値
Tg(K):その点での排気ガス温度
このように計算または実測したガス流量に基づき
(dhc2/dtc2)≧Gvo/Gvmax
を満足させればガス流れの抵抗はガス流速によるために、ガス流速がある一定値以下にできるので背圧も一定値以下にできる。ガス流量はその排気ガス温度での単位時間当たりの吸入空気量と燃焼ガス量から消費酸素量を引いたものである。図6に示すように最大ガス流量(Gvmax)は一般に最大回転負荷時に最大となる。ぎりぎりに自己再生しているときの最大ガス流量(Gvo)は自己再生域外での最大ガス流量にほぼ等しく、一般に自己再生域内の右下の隅の地点でのガス流量になる。
Next, the range setting of the high-density region of the catalyst will be described in detail with reference to FIG.
In general, the temperature of the particulate filter and the oxidation catalyst is highest near the center and decreases as it goes to the outer periphery in a donut shape. In the case of self-regenerative margin, the balance is achieved in a state where it is regenerated in the vicinity of the center where the temperature is highest and is not sufficiently regenerated on the outer periphery. Therefore, by carrying the catalyst metal intensively in the vicinity of the central portion as in the present invention, the self-regeneration region can be expanded in the direction of the arrow shown in FIG.
Further, the maximum gas flow rate outside the self-regeneration range set by the area ratio (dhc 2 / dtc 2 ; FIG. 4) from the center of the oxidation catalyst 4 and the particulate filter 1 (Gvo; FIG. 6) gas flow rate at the maximum output (Gvmax Expanding the self-regeneration area without increasing the exhaust resistance at the balance point by widening the high catalyst density area (the high density area on the center side shown in FIG. 4) in a range larger than the value divided by FIG. Can do. The gas flow rate at each rotational load can be accurately calculated from fuel consumption, intake air amount, and exhaust gas temperature. The calculation formula of the gas flow rate is shown below.
<Calculation formula of gas flow rate>
Gv = (f · Pe · Vo + Va) · Tg / 300
Gv (m ^ 3 / h): Gas volume flow rate at that point f (kg / (kw · h)): Fuel consumption at that point Pe (kw): Output Vo at that point Vo (m ^ 3 / kg): combustion gas amount of 1 kg of fuel at 300 ° K, 100 kPa,
Va (m ^ 3 / kg): Value of intake air at that point converted to 300 ° K and 100 kPa Tg (K): Exhaust gas temperature at that point Based on the gas flow rate thus calculated or measured (Dhc 2 / dtc 2 ) ≧ Gvo / Gvmax
Since the gas flow resistance depends on the gas flow velocity, the gas flow velocity can be made lower than a certain value, so that the back pressure can also be made lower than a certain value. The gas flow rate is obtained by subtracting the consumed oxygen amount from the intake air amount and the combustion gas amount per unit time at the exhaust gas temperature. As shown in FIG. 6, the maximum gas flow rate (Gvmax) is generally maximum at the maximum rotational load. The maximum gas flow rate (Gvo) at the time of self-regeneration is almost equal to the maximum gas flow rate outside the self-regeneration region, and is generally the gas flow rate at the lower right corner in the self-regeneration region.
このように、前記酸化触媒4またはパティキュレートフィルタ1の担体形状を略円筒形にし、面積比で設定した自己再生域外での排気ガスの最大ガス流量を最大出力時のガス流量で割った値より大きい範囲で、酸化触媒4またはパティキュレートフィルタ1の中心側の触媒密度を上げたことにより、自己再生可能ぎりぎりのバランス状態を維持する排気ガス温度を低温側にシフトすることができるため、自己再生領域が拡大できる。また、バランス状態において全体の排気抵抗を上げずに、自己再生領域の拡大ができる。
As described above, the carrier shape of the oxidation catalyst 4 or the
次に、分流弁を備えた黒煙浄化装置の別実施例について図5を用いて説明する。
図5の(a)は入口管26を示す正面図、(b)は実施例3におけるディーゼルエンジン用黒煙浄化装置を示す概略図である。
本実施例で示す黒煙浄化装置60は、図5(b)に示すように入口部22、パティキュレートフィルタ1、及び出口部3で構成されている。入口部2と出口部3は、それぞれハウジング27a、27bの中に形成されている。該ハウジング27a、27bの間の設置部1aにパティキュレートフィルタ1が配置されており、パティキュレートフィルタ1は、ハウジング27a、27bの両者とガスケット15で気密を保ち、かつ、V字バンド12で一体に固着されている。入口部22には断熱吸音材8が配置されており、この断熱吸音材8は、断熱吸音材押え板13及び16で入口部22の内壁に押し付けられている。
また、前記パティキュレートフィルタ1は、前記設置部1aに着脱可能となっている。
なお、前記パティキュレートフィルタ1、出口部3及びパティキュレートフィルタ1内の触媒分布密度は実施例1と同様に構成しており、詳細な説明は省略する。
Next, another embodiment of the black smoke purification apparatus provided with a flow dividing valve will be described with reference to FIG.
5A is a front view showing the
The black
The
In addition, the catalyst distribution density in the
入口部22には、図示しないエンジンから排気ガス10を導く入口管26が配置されている。該入口管26は前記ハウジング27a内にある入口部22に連通している。また、該入口管26の前端には筒状の誘導管30の前端部が配置されており、該誘導管30は後方に延出されて、入口部22を挿通し、該入口部22内で誘導管30の中途部を屈曲させてパティキュレートフィルタ1中心近傍に誘導管30後端部を導くように配置している。また、入口管26内には、分流弁32が設けてある。該分流弁32は、バタフライバルブ32aを備えており、該バタフライバルブ32aの一端は図5(a)に示すように略U字形の切り欠きを有しており、前記筒状の誘導管30前端部を当接するようにして、入口部22内へと至る入口管26を開閉可能に構成されている。
また、前記分流弁32は図示しないアクチュエータを介して制御手段と接続されて開閉制御を行うように構成されている。該制御手段には回転数検知手段または排ガスの流量検知手段が接続されている。
An
The
そして、前記分流弁32が開いている場合、排気ガス10は、入口管26から入口部22を介してパティキュレートフィルタ1内に導入されるとともに、誘導管30からも排気ガス10がパティキュレートフィルタ1中心近傍へと入るようになっている。一方、前記分流弁32が閉じている場合、誘導管30のみからパティキュレートフィルタ1中心近傍へと排気ガス10が導入されるようになっている。
When the
このような構成において、エンジンの運転状態が低速域にあるとき、すなわち、排気ガス10の流量が少ない場合、制御手段は前記分流弁32を閉じるように制御して、排気ガス10の入口となる入口管26を絞って、誘導管30のみを介して排気ガス10をパティキュレートフィルタ1中心部へと導くことで、排気ガス流をフィルタ1の中心付近にさらに集中し、中心部分の温度を比較的高温に保つことで自己再生域を拡大する。本実施例では前述したようにパティキュレートフィルタ1は実施例1と同じくパティキュレートフィルタ1断面視において触媒密度を外周側よりも中心側を高密度としており、このようなフィルタを使用することによる効果と合わせて自己再生域をさらに拡大する効果が得られる。
In such a configuration, when the operating state of the engine is in the low speed range, that is, when the flow rate of the
このように、前記排気ガス10の流量が少ない場合、排気ガス流路を絞り、排気ガス10がフィルタ1の中心近傍部に集中的に流れるように構成したことにより、排ガス入口を絞って排気ガスをフィルタの中心近傍部に導くことで低速域でのガス流を中心付近にさらに集中し、中心部分の温度を比較的高温に保つことで自己再生域を拡大することができる。
As described above, when the flow rate of the
1 パティキュレートフィルタ
4 酸化触媒
10 排気ガス
20 黒煙浄化装置
1 Particulate Filter 4
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007044732A JP2008208749A (en) | 2007-02-23 | 2007-02-23 | Soot purifying device for diesel engine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007044732A JP2008208749A (en) | 2007-02-23 | 2007-02-23 | Soot purifying device for diesel engine |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2008208749A true JP2008208749A (en) | 2008-09-11 |
Family
ID=39785260
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2007044732A Pending JP2008208749A (en) | 2007-02-23 | 2007-02-23 | Soot purifying device for diesel engine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2008208749A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013244438A (en) * | 2012-05-24 | 2013-12-09 | Toyota Motor Corp | Catalytic converter |
CN110159406A (en) * | 2019-07-09 | 2019-08-23 | 苏州怀德自控科技有限公司 | Diesel motor exhaust processor |
-
2007
- 2007-02-23 JP JP2007044732A patent/JP2008208749A/en active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013244438A (en) * | 2012-05-24 | 2013-12-09 | Toyota Motor Corp | Catalytic converter |
CN110159406A (en) * | 2019-07-09 | 2019-08-23 | 苏州怀德自控科技有限公司 | Diesel motor exhaust processor |
CN110159406B (en) * | 2019-07-09 | 2024-01-23 | 苏州怀德自控科技有限公司 | Diesel engine tail gas processor |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5292534B2 (en) | Exhaust purification device | |
JP2008540933A (en) | Occlusion-free filter device with high efficiency | |
JP2004084666A (en) | Removal of soot fine particles from exhaust gas of diesel engine | |
JP2006502842A (en) | Exhaust gas aftertreatment device | |
JP4971328B2 (en) | Method and apparatus for treating exhaust gas from an internal combustion engine | |
JP6733352B2 (en) | Oxidation catalyst and exhaust gas purification system | |
JP2008208749A (en) | Soot purifying device for diesel engine | |
JP4969865B2 (en) | Exhaust gas purification device | |
JP5112815B2 (en) | Exhaust purification device | |
JP2005344581A (en) | Particulate filter | |
JP5553562B2 (en) | Exhaust purification device | |
JP2009013862A (en) | Exhaust emission control device of internal combustion engine | |
JP5553519B2 (en) | Exhaust purification device | |
JP2001098926A (en) | Exhaust emission control device for diesel engine | |
JP3780268B2 (en) | Diesel engine exhaust gas purification system | |
JP2006257920A (en) | Exhaust emission control device | |
JP2006336496A (en) | Exhaust emission control muffler for diesel engine | |
JP2012013059A (en) | Exhaust gas cleaning device | |
JP2005083220A (en) | Exhaust emission control device | |
JP2009062875A (en) | Exhaust emission control device | |
JP2015098796A (en) | Exhaust gas emission control system for internal combustion engine | |
JP2009115022A (en) | Exhaust emission control device | |
JP4319816B2 (en) | Exhaust gas purification device for internal combustion engine | |
JP2005315141A (en) | Exhaust emission control device | |
JP2007092627A (en) | Exhaust gas control device |