JP2009013793A

JP2009013793A - 排気浄化装置

Info

Publication number: JP2009013793A
Application number: JP2007173126A
Authority: JP
Inventors: Kuniharu Tobe; 邦治戸部; Masahiro Kimura; 昌裕木村
Original assignee: Hino Motors Ltd
Current assignee: Hino Motors Ltd
Priority date: 2007-06-29
Filing date: 2007-06-29
Publication date: 2009-01-22

Abstract

【課題】排気浄化性能を良好に維持しつつ触媒性能を必要十分な適正グレードに抑えてコストの削減化（貴金属量の削減）を図り得る排気浄化装置を提供する。
【解決手段】排気管３の途中に介装したケーシング４内に、前段の酸化触媒２（排気ガスを通過させて浄化する排気浄化触媒）と、該酸化触媒２の入側で排気ガス７の流れを拡散せしめる分散板５とを収容せしめた排気浄化装置に関し、分散板５と酸化触媒２との間の離間距離Ｌを触媒径Ｄに対し０．１３〜０．３０の比率で設定する。
【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、炭素質から成る煤分と、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。

前記パティキュレートフィルタは、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のみが下流側へ排出されるようにしてある。

そして、排気ガス中のパティキュレートは、前記多孔質薄壁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の再生を図る必要があるが、通常のディーゼルエンジン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。

ただし、斯かる触媒再生型のパティキュレートフィルタ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の再生が良好に進まずに該パティキュレートフィルタが過捕集状態に陥る虞れがある。

そこで、パティキュレートフィルタの前段に、フロースルー型の酸化触媒を別途配置し、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より上流側の排気ガス中に燃料を添加してパティキュレートフィルタ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より上流側で添加された燃料（ＨＣ）が前段の酸化触媒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の流入により直後のパティキュレートフィルタ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追加することで排気ガス中に燃料を添加すれば良い。

図３に示す如く、このようなパティキュレートフィルタ１を前段の酸化触媒２と一緒に排気管３の途中に装備するにあたっては、該排気管３の途中に介装したケーシング４内に、多数の散気孔５ａ，６ａを有する一対の分散板５，６（図４参照）を排気ガス７の流れ方向に対向配置し、これら各分散板５，６の相互間に画定される収容空間８に、前段の酸化触媒２とパティキュレートフィルタ１とを直列に配置して収容せしめるようにしている。

そして、前記ケーシング４の入口に、入側の分散板５まで突き当たる入口パイプ９が嵌挿設置され、該入口パイプ９のケーシング４内に入り込んだ部位には、多数の散気孔９ａが開口されており、上流側の排気管３から導かれた排気ガス７が入口パイプ９の各散気孔９ａ及び分散板５の各散気孔５ａを介し拡散されて酸化触媒２の入側端面に導かれるようになっている。

他方、前記ケーシング４の出口には、出側の分散板５，６まで突き当たる出口パイプ１０がテールパイプとして嵌挿設置されており、該出口パイプ１０のケーシング４内に入り込んだ部位には、多数の散気孔１０ａが開口されていて、パティキュレートフィルタ１の出側端面から排出された排気ガス７が分散板６の各散気孔６ａ及び出口パイプ１０の各散気孔１０ａを介し導かれて車外へ排出されるようにしてある。

尚、このような前段の酸化触媒２とパティキュレートフィルタ１との配置状態について技術開示した先行技術文献情報としては、例えば、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２００４−２２５６５７号公報

しかしながら、従来においては、生産性や搭載性等の事情を考慮して入側の分散板５と酸化触媒２との間の離間距離Ｌを決定し、前段の酸化触媒２の触媒性能（貴金属量等）を調整することで排気浄化性能を満足させるようにしていた為、本来発揮されるべき触媒性能が十分に引き出されないまま高コストの貴金属等が過剰に使用されている虞れがあった。

本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、排気浄化性能を良好に維持しつつ触媒性能を必要十分な適正グレードに抑えてコストの削減化（貴金属量の削減）を図り得る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、排気管の途中に介装したケーシング内に、排気ガスを通過させて浄化する排気浄化触媒と、該排気浄化触媒の入側で排気ガスの流れを拡散せしめる分散板とを収容せしめた排気浄化装置において、分散板と排気浄化触媒との間の離間距離を触媒径に対し０．１３〜０．３０の比率で設定したことを特徴とするものである。

而して、このような比率で分散板と排気浄化触媒との間の離間距離を設定すれば、この比率を０．１３より小さくした場合に生じる排気ガスの分散性の極端な悪化を未然に回避することが可能であり、本来発揮されるべき触媒性能が十分に引き出されて良好な排気浄化性能が得られることになる。

事実、本発明者による検証実験によれば、前記比率を０．１３より小さくした場合に、排気ガスの分散性が極端に悪化してしまうことが判明しており、また、前記比率を０．１３〜０．３０の範囲とした場合には、排気ガスの分散性が十分に高いレベルで比率の増加に伴い僅かに良化しつつほぼ横這いに推移することが判明している。

他方、この比率を０．３０より大きくしても、分散板と排気浄化触媒との間の離間距離が増えるばかりで、排気ガスの分散性の良化には殆ど寄与しないことが判明しており、車両への搭載性を悪化させてしまうことにしかならない。

また、より好ましくは、分散板と排気浄化触媒との間の離間距離を触媒径に対し０．１３〜０．２３の比率で設定すると良く、このように前記比率の上限を０．２３まで下げても、排気ガスの分散性への影響は比較的軽微である為、排気ガスの分散性を大幅に悪化させない範囲内で前記離間距離を必要最小限に短縮してケーシングのコンパクト化を図り、車両への搭載性の更なる向上を図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、分散板と排気浄化触媒との間の離間距離を触媒径に対し０．１３〜０．３０の比率で設定したことによって、排気ガスの分散性の極端な悪化を未然に回避しつつ該排気ガスの分散性を十分に高いレベルに確保することができ、本来発揮されるべき触媒性能を十分に引き出して良好な排気浄化性能を得ることができるので、その排気浄化性能を良好に維持しながらも触媒性能を必要十分な適正グレードに抑えることができてコストの削減化（貴金属量の削減）を図ることができるという優れた効果を奏し得る。

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、先に説明した図３及び図４のものと略同様に、排気管３の途中に介装したケーシング４内に、前段の酸化触媒２（排気ガスを通過させて浄化する排気浄化触媒）とパティキュレートフィルタ１とを直列に配置すると共に、前記酸化触媒２の入側で排気ガス７の流れを拡散せしめる分散板５を備えた排気浄化装置に関し、前記分散板５と前段の酸化触媒２との間の離間距離Ｌを触媒径Ｄに対し０．１３〜０．３０の比率で設定するようにしている。

即ち、このような比率で分散板５と前段の酸化触媒２との間の離間距離Ｌを設定すれば、この比率を０．１３より小さくした場合に生じる排気ガス７の分散性の極端な悪化を未然に回避することが可能であり、本来発揮されるべき触媒性能が十分に引き出されて良好な排気浄化性能が得られることになる。

事実、本発明者による検証実験によれば、例えば、図２にグラフ（一様度［Uniformity Index］と離間距離／触媒径［触媒径Ｄに対する離間距離Ｌの比率］との関係を示したもの）で示す如き実験結果が得られており、このグラフから明らかであるように、入側の分散板５の開口率を大、中、小の三種類の何れとした場合でも、また、触媒径Ｄを現状のものより大きくした場合でも、前記比率が０．１３より小さくなると、排気ガス７の一様度が著しく低下して分散性が極端に悪化してしまうことが判明している。

ここで、開口率が中のデータは、開口率３８．４％で触媒径Ｄ１９０ｍｍとした現状のものであり、開口率が大のデータは、触媒径Ｄを現状の１９０ｍｍとしたまま開口率を５４．２％に上げたものであり、開口率が小のデータは、触媒径Ｄを現状の１９０ｍｍとしたまま開口率を２１．７％に下げたものであり、触媒径Ｄが大のデータは、開口率を現状の３８．４％としたまま触媒径Ｄを２５０ｍｍに上げたものである。

尚、一様度とは、排気ガス７の分散性を偏差的手法により評価したもので、下記の数１で示されるものである。

この一様度における値は０〜１の範囲となり、一様度が１の時は、理想的な流れとなって担体内の軸方向流速が何処でも同じ流速となる状態を表し、一様度が０の時は、全流量が一つのセルに流れて他のセルの流速が０となる状態を表しており、通常の場合は０．７０〜０．９８程度となる。

また、図２のグラフから判る通り、前記比率を０．１３〜０．３０の範囲とした場合には、排気ガス７の分散性が十分に高いレベルで比率の増加に伴い僅かに良化しつつほぼ横這いに推移することが判明している。

他方、この比率を０．３０より大きくしても、分散板５と前段の酸化触媒２との間の離間距離Ｌが増えるばかりで、排気ガス７の分散性の良化には殆ど寄与しないことが判明しており、車両への搭載性を悪化させてしまうことにしかならない。

ただし、前記比率の上限を０．２３まで下げても、排気ガス７の分散性への影響は比較的軽微である為、より好ましくは、分散板５と前段の酸化触媒２との間の離間距離Ｌを触媒径Ｄに対し０．１３〜０．２３の比率で設定すると良く、このようにすれば、排気ガス７の分散性を大幅に悪化させない範囲内で前記離間距離Ｌを必要最小限に短縮してケーシング４のコンパクト化を図り、車両への搭載性の更なる向上を図ることが可能となる。

以上に述べた通り、上記形態例によれば、分散板５と前段の酸化触媒２との間の離間距離Ｌを触媒径Ｄに対し０．１３〜０．３０の比率で設定したことによって、排気ガス７の分散性の極端な悪化を未然に回避しつつ該排気ガス７の分散性を十分に高いレベルに確保することができ、本来発揮されるべき触媒性能を十分に引き出して良好な排気浄化性能を得ることができるので、その排気浄化性能を良好に維持しながらも触媒性能を必要十分な適正グレードに抑えることができてコストの削減化（貴金属量の削減）を図ることができる。

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、排気管途中のケーシング内に収容される排気浄化触媒は、必ずしもパティキュレートフィルタの前段に付帯装備される酸化触媒に限定されるものではなく、パティキュレートフィルタ自体を担体とした酸化触媒であっても良いし、ＮＯx吸蔵還元触媒、選択還元型触媒、三元触媒等といった様々な触媒であっても良いこと、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。

本発明を実施する形態の一例を示す断面図である。一様度と触媒径に対する離間距離の比率との関係を示すグラフである。前段の酸化触媒とパティキュレートフィルタの配置状態を示す断面図である。図３のＩＶ−ＩＶ矢視の断面図である。

符号の説明

２酸化触媒（排気浄化触媒）
３排気管
４ケーシング
５分散板
７排気ガス
Ｌ離間距離
Ｄ触媒径

Claims

排気管の途中に介装したケーシング内に、排気ガスを通過させて浄化する排気浄化触媒と、該排気浄化触媒の入側で排気ガスの流れを拡散せしめる分散板とを収容せしめた排気浄化装置において、分散板と排気浄化触媒との間の離間距離を触媒径に対し０．１３〜０．３０の比率で設定したことを特徴とする排気浄化装置。
分散板と排気浄化触媒との間の離間距離を触媒径に対し０．１３〜０．２３の比率で設定したことを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。