JP2009097409A - 黒煙浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】煤剥離片を粉砕することによりエンジン性能を良好に維持できる黒煙浄化装置を提供する。
【解決手段】排気ガス３０を通過させるように、多数の筒状のセル１２の壁面１３に酸化触媒を担持した酸化触媒コンバータ１０を具備する黒煙浄化装置１であって、酸化触媒コンバータ１０は主体部分１０ａと主体部分１０ａの上流側に設けられた前段部分１０ｂとからなり、前段部分１０ｂのセル１２ｂの排気ガス通路１４は上流側から下流側に向けてテーパ状に狭くなるよう形成されており、前段部分１０ｂのセル１２ｂの上流側の開口面積は主体部分１０ａのセル１２ａの開口面積に比べて大きいものである。
【選択図】図２

Description

本発明は、ディーゼルエンジンの性能を良好に維持できる黒煙浄化装置に関する。

ディーゼルエンジンから排出されるＰＭは、炭素を主成分とする煤（スート）と、燃え残った燃料や潤滑油の成分であるＳＯＦ（Ｓｏｌｕｂｌｅ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｆｒａｃｔｉｏｎ：可溶性有機成分）等から構成される。
ＳＯＦは、高温では蒸気となっているが、温度が下がると液化して煤同士を接着させる。これによって、煤同士が接着されて巨大化していく。
エンジンから排出される煤は、ほとんどがＳＯＦにより巨大化して排出される。

巨大化した煤を酸化除去する黒煙浄化装置の技術は公知となっている。例えば、特許文献１に記載の技術の如くである。

特許文献１に開示された技術は、エンジンの排気ガスを、酸化触媒コンバータの酸化触媒を壁面に担持したセル内を通過させて、排気ガス中の微粒子状物質を酸化して浄化する排気ガス浄化方法であって、排気ガス通路の断面に対するセルの密度が段階的又は断続的に大きくなる前記酸化触媒コンバータのセル内を通過させることにより、排気ガス中の微粒子状物質の拡散作用を利用して、微粒子状物質を前記酸化触媒に接触させて、上流側のセル内では微粒子状物質の可溶性有機成分を酸化して、前記可溶性有機成分の酸化によりスートを分離して微細化し、下流側のセル内では、前記微細化したスートを酸化して、微粒子状物質を浄化するものである。

上述した特許文献１に開示された構成では、「慣性作用」、「さえぎり作用」よりも「拡散作用」を主に利用して、微粒子状物質（ＰＭ）を捕集し、低温活性の高い酸化触媒で、上流側で、ＰＭを接着して巨大化させている、比較的燃焼し易い可溶性有機成分（ＳＯＦ）を酸化し、この可溶性有機成分を酸化除去することにより、微粒子状物質を随時微細化して、最終的にＰＭを超微粒子のスート（ＳＯＯＴ）にしてＰＭの表面積を飛躍的に増加させることができる。

その上、酸化触媒を担持した酸化触媒コンバータのセルのセル密度が下流側に行くに従って大きく形成しているので、ガス通路が下流側に行くに従って狭くなり、この微細化していくＰＭを効率よく酸化触媒に接触させることができる。

しかし、以下の点で不利であった。
黒煙浄化装置とエンジンとの間の排気管には、エンジンから排出される煤が付着する。この煤は前記ＳＯＦにより接着されて堆積していき、エンジンの排ガス中にふくまれているものよりも大きくなる。そして、振動等によりこの堆積した煤が剥離する（煤剥離片）。
前記煤剥離片は、排気ガス中の煤よりも巨大化しているため、前記セル内に流入できず、前記セルの入口を閉塞してしまう。これによって、前記煤剥離片は前記セルの壁面に担持された酸化触媒と接触できないため、燃焼して微細化するのには時間がかかる。
また、前記煤剥離片により入口を閉塞されたセル内の酸化触媒は、排ガス中の煤と接触しないため、有効に作用しない。
また、前記煤剥離片によりセルの入口が閉塞されることにより前記酸化触媒コンバータのセル全体の入口面積が小さくなるため、排気圧上昇の原因となる。これによって、エンジン性能の悪化を招く。
特開２００２−２７６３３２号公報

本発明は係る課題を鑑みてなされたものであり、煤剥離片を粉砕することによりエンジン性能を良好に維持できる黒煙浄化装置の提供を目的とする。

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。

第１発明の黒煙浄化装置は、排気ガスを通過させるように、多数の筒状のセルの壁面に酸化触媒を担持した酸化触媒コンバータを具備する黒煙浄化装置であって、前記酸化触媒コンバータは、主体部分と、前記主体部分の上流側に設けられた前段部分と、からなり、前記前段部分のセルの排気ガス通路は上流側から下流側に向けてテーパ状に狭くなるよう形成されており、前記前段部分のセルの上流側の開口面積は前記主体部分のセルの開口面積に比べて大きい。

第２発明の黒煙浄化装置は、請求項１に記載の発明において、前記排気ガス通路の断面形状は、排気ガスが流れる方向に略垂直な断面が四角形状である。

第３発明の黒煙浄化装置は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記前段部分に一のセルの排気ガス通路と他のセルの排気ガス通路とを連通する連通孔を設けた。

第４発明の黒煙浄化装置は、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の発明において、前記酸化触媒コンバータの前記前段部分と前記主体部分との間に、空間部分を設けた。

第１発明によれば、前段部分のセルの排気ガス通路は上流から下流に向けてテーパ状に狭くなるよう形成したことにより、煤剥離片が触媒と接触する面積が増加して、酸化されることで、煤剥離片を容易に微細化することが可能となり、排気圧上昇を防止して、エンジン性能を良好に維持できるという効果を奏する。

第２発明によれば、前記排気ガス通路の断面形状を四角形状としたことにより、セルを容易に形成できるとともに、テーパ部分も容易に構成することができる。

第３発明によれば、連通孔を設けたので、煤剥離片がセルの入口を塞ぐようなことがあっても、他のセルから塞いだセル内に排ガスが流入して、均一に主体部分に入ることが可能となり、酸化触媒による酸化作用を低下させることがない。

第４発明によれば、空間部分を設けることで、一部のセルの入口や連通孔が詰まった場合でも、分散させることができて、酸化触媒による酸化作用を低下させることがない。

次に、発明の実施の形態を説明する。

図１に示すように、ディーゼルエンジン用黒煙浄化装置１（以下、黒煙浄化装置という）は入口部２、設置部５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４ａ、４ｂの中に形成されている。ハウジング４ａ、４ｂの間の設置部５の、上流側に酸化触媒コンバータ１０が、下流側にディーゼルパティキュレートフィルタ２０（以下、パティキュレートフィルタという）が、所定間隔を開けてそれぞれ配置されている。酸化触媒コンバータ１０と、パティキュレートフィルタ２０とは、ハウジング４ａ、４ｂとガスケット６・６とで気密を保ち、かつ、着脱可能に取り付けられている。入口部２には断熱吸音材７が配置されており、この断熱吸音材７は、断熱吸音材押え板８及び９で入口部２の内壁に押し付けられている。

入口部２には、図示しないエンジンから排気ガス３０を導く入口管３１が配置されている。前記入口管３１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。前記入口管３１の円筒側壁には多数の小孔３１ａが設けてある。排気ガス３０は、この小孔３１ａを介して入口管３１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３０を排出する出口管３２と、前記出口管３２と平行して排気ガス３０排出時の騒音を低減させる共鳴管３３が設けてある。

図２に示すように、酸化触媒コンバータ１０は、隔壁１１によって多数のセル１２に仕切られたハニカム構造体である。なお、排気ガス３０が流れる方向に略垂直な断面におけるセル１２の形状は、本実施例の四角形状に限定されず、例えば、三角形や六角形状等の多角形状や円形状等であってもよい。
酸化触媒コンバータ１０は、コージェライト等のセラミックスや、ステンレス等の金属で形成される。
セル１２は、壁面１３にＰｔ等の酸化触媒を担持する。なお、酸化触媒としては、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等を用いることもできる。

図１に示すように、パティキュレートフィルタ２０は、多孔体の隔壁２１よって多数のセル２２に仕切られたハニカムフィルタである。なお、排気ガス３０が流れる方向に略垂直な断面におけるセル２２の形状は、本実施例の四角形状に限定されず、例えば、六角形状等の多角形状や円形状等であってもよい。
パティキュレートフィルタ２０は、隔壁２１により多数の互いに平行に形成されたセル２２の相隣接する入口部２３と出口部２４とに交互に封止部２５を設けて、いわゆるウォールフロータイプにより構成される。
パティキュレートフィルタ２０は、コージェライト等のセラミックスで形成される。
なお、パティキュレートフィルタ２０のセル壁面にもＰｔ等、酸化触媒コンバータ１０に用いたものと同様の酸化触媒を担持する構成としてもよい。

ディーゼルエンジンの排気ガス３０は、煤（ＳＯＯＴ）と煤を接着するＳＯＦとを有する。排気ガス３０は、酸化触媒コンバータ１０のセル１２内に流入すると、セル１２に担持された酸化触媒と接触する。これによって、ＳＯＦが酸化・燃焼して、ＳＯＦの接着力が弱まっていく。そして、煤は粉砕（前記酸化触媒によりＳＯＦの接着力が弱まり煤が分離すること）されて微細化していく。
そして、煤は、酸化触媒コンバータ１０からパティキュレートフィルタ２０に流入して、多孔体の隔壁２１表面に捕集される。そして、捕集された煤を酸化触媒コンバータ１０によって生成された二酸化窒素の酸化力を利用して酸化燃焼させたり、パティキュレートフィルタ２０のセル２２の壁面に酸化触媒を担持させた場合はその酸化力を利用して酸化燃焼させたりしている。

図２に示すように、酸化触媒コンバータ１０は、主体部分１０ａと、前段部分１０ｂと、からなる。

前段部分１０ｂは、主体部分１０ａの上流側に設けられている。
前段部分１０ｂのセル１２ｂの排気ガス通路１４は、上流側から下流側に向けてテーパ状に狭くなるように形成されている。なお、このテーパ形状は限定するものではなく、円錐状等であってもよい。また、テーパ面とテーパ面との間の内部は空洞であっても埋められていてもよい。
また、前記前段部分１０ｂのセル１２ｂは排気ガス３０が流れる方向から見ると（側面視で）主体部分１０ａのセル１２ａを前後左右４つを合わせた位置と一致させている。つまり、セル１２ｂの中心はセル１２ａの隔壁１１の交点と一致させて配置している。
前段部分１０ｂのセル１２ｂの上流側の開口面積は、主体部分１０ａのセル１２ａの開口面積に比べて大きいものとなっている。本実施例では、前段部分１０ｂの上流側のセル１２ｂの開口面積の大きさは、主体部分１０ａのセル１２ａの開口面積の４倍程度としている。

排気ガス通路１４の断面形状は、排気ガス３０が流れる方向に略垂直な断面が側面視で四角形状である。

前段部分１０ｂには、一のセル１２ｂの排気ガス通路１４と他のセル１２ｂの排気ガス通路１４とを連通する複数の連通孔１５が設けられている。
連通孔１５は、上流側の第一連通孔１５ａと、第一連通孔１５ａより下流側に設けられた第二連通孔１５ｂと、で構成される。第一連通孔１５ａと第二連通孔１５ｂは排気ガス３０が流れる方向に対して直角方向に配置され、それぞれの連通孔１５ａ、１５ｂの延長軸線は格子状に配設される。該第二連通孔１５ｂは、第一連通孔１５ａと同一の形状で、かつ排気ガス通路１４に排気ガス３０が流れる方向から見ると第一連通孔１５ａと重なるように形成されている。連通孔１５ａ、１５ｂの断面形状は四角形状としているが、その形状は円形等限定するものではない。

酸化触媒コンバータ１０の前段部分１０ｂと主体部分１０ａとの間には、セル１２を有しない空間部分１６が設けられて、連通できる。

ディーゼルエンジンと黒煙浄化装置１とを連結する排気管に排気ガス３０中の煤が付着して堆積していくことにより排気ガス３０中に含まれる煤よりも巨大化した煤が、振動等により剥離（煤剥離片）して酸化触媒コンバータ１０に流入してくる場合について、セル１２ｂの開口面積を主体部分１０ａのセル１２ａよりも大きくしているため、前記煤剥離片は、前段部分１０ｂのセル１２ｂ内（排気ガス通路１４内）に流入しやすくなる。セル１２ｂ内に流入した前記煤剥離片はセル１２ｂの壁面に担持された酸化触媒と接触することにより酸化されて微細化していく。
前段部分１０ｂのセル１２ｂ内に入りきらない大きさの煤剥離片については、セル１２ｂの入口（上流側の開口部）に一部が接触して、エンジンの排気圧により押し付けられ、酸化触媒に接触することにより酸化されて微細化していく。

また、煤剥離片が一つのセル１２ｂの入口を塞いでしまった場合であっても、他の排気ガス通路１４から第一連通孔１５ａ及び／又は第二連通孔１５ｂを介して塞いだセル１２ｂの下流側に流入するようにしている。そして、第一連通孔１５ａ及び／又は第二連通孔１５ｂにより適宜排気ガス３０が分散されて、前段部分１０ｂから主体部分１０ａの各セル１２ａに均一に供給される。これによって、主体部分１０ａの酸化触媒が排気ガス３０と接触することによる排気ガス３０中の煤剥離片の酸化が各セル１２ａ内で行われて、主体部分１０ａの酸化触媒が有効に機能するエリアを効率的に確保することができる。

前段部分１０ｂと主体部分１０ａとの間に空間部分１６を設けることにより、前段部分１０ｂから排出される排気ガス３０を、一旦空間部分１６で拡散させ、主体部分１０ａの各セル１２ａに均一に供給することができる。これによって、主体部分１０ａの酸化触媒が排気ガス３０と接触することによる排気ガス３０中の煤剥離片の粉砕が各セル１２ａ内で行われて、主体部分１０ａの酸化触媒が有効に機能するエリアを効率的に確保することができる。

このように酸化触媒コンバータ１０の入口に到達した煤剥離片を早期に粉砕できるので、セル１２ａ・１２ｂの入口やセル１２ａ・１２ｂ内が煤剥離片により閉塞されて排気圧が上昇することによりエンジンの排気効率が悪化して、燃費が悪化することがなく、エンジン性能を良好に維持できる。
また、セル１２ａ・１２ｂの入口やセル１２ａ・１２ｂ内が煤剥離片により閉塞されることがなく、煤剥離片による酸化触媒コンバータ１０の閉塞状況を、パティキュレートフィルタ２０の閉塞状況とする誤判断を回避できる。

なお、本実施例においては、酸化触媒コンバータ１０とパティキュレートフィルタ２０との二段構成からなる黒煙浄化装置１を用いたが、これに限定されず、酸化触媒コンバータ１０自体をパティキュレートフィルタとして用いた単段構成からなる黒煙浄化装置を用いてもよい。

また、前段部分１０ｂの上流側のセル１２ｂの開口面積の大きさについて、本実施例においては、主体部分１０ａのセル１２ａの開口面積の４倍程度の大きさとしたが、これに限定されず、煤剥離片の大きさ等を考慮して適宜決定すればよい。

また、排気ガス通路１４の（通路１４内を排気ガス３０が流れる方向に対する）深さや、セル１２ｂの上流側の開口面積と下流側の開口面積との比率についても、煤剥離片の大きさ等を考慮して適宜決定すればよい。
また、連通孔１５の排気ガス３０が流れる方向に略垂直な断面の面積についても、排気ガス３０の量や、煤剥離片の大きさ等を考慮して適宜決定すればよい。
また、本実施例においては、連通孔１５を第一連通孔１５ａと第二連通孔１５ｂとを用いて、それぞれの連通孔１５ａ、１５ｂの延長軸線が格子状に配設されるよう形成したが、これに限定されず、例えば、排気ガス３０が偏って送られてくる排気ガス通路１４に集中して、連通孔１５を設けるように構成してもよい。また、連通孔１５を上流側の第一連通孔１５ａと下流側の第二連通孔１５ｂとからなる２段構成にしたが、これに限定されず、単段構成や３段構成等であってもよい。
また、第一連通孔１５ａと第二連通孔１５ｂの大きさや位置を変更することで、分散が十分行える構成とすることで、空間部分１６をなくす構成とすることも可能である。

以上のように、本発明に係る黒煙浄化装置１の実施の一形態は、排気ガス３０を通過させるように、多数の筒状のセル１２の壁面１３に酸化触媒を担持した酸化触媒コンバータ１０を具備する黒煙浄化装置１であって、酸化触媒コンバータ１０は主体部分１０ａと主体部分１０ａの上流側に設けられた前段部分１０ｂとからなり、前段部分１０ｂのセル１２ｂの排気ガス通路１４は上流側から下流側に向けてテーパ状に狭くなるよう形成されており、前段部分１０ｂのセル１２ｂの上流側の開口面積は主体部分１０ａのセル１２ａの開口面積に比べて大きいものである。
また、排気ガス通路１４の断面形状は、排気ガス３０が流れる方向に略垂直な断面が四角形状である。
このように構成することにより、酸化触媒コンバータ１０の入口に到達した煤剥離片を早期に粉砕できるので、セル１２ａ・１２ｂの入口やセル１２ａ・１２ｂ内が煤剥離片により閉塞されて排気圧が上昇することによりエンジンの排気効率が悪化して、燃費が悪化することがなく、エンジン性能を良好に維持できる。
また、セル１２ａ・１２ｂの入口やセル１２ａ・１２ｂ内が煤剥離片により閉塞されることがなく、煤剥離片による酸化触媒コンバータ１０の閉塞状況を、パティキュレートフィルタ２０の閉塞状況とする誤判断を回避できる。

また、本発明に係る黒煙浄化装置１の実施の一形態は、前段部分１０ｂに一のセル１２ｂの排気ガス通路１４と他のセル１２ｂの排気ガス通路１４とを連通する連通孔１５を設けたものである。
また、本発明に係る黒煙浄化装置１の実施の一形態は、酸化触媒コンバータ１０の前段部分１０ｂと主体部分１０ａとの間に、空間部分１６を設けたものである。
このように構成することにより、前段部分１０ｂから排出される排気ガス３０を、一旦空間部分１６で拡散させ、主体部分１０ａの各セル１２ａに均一に供給することができる。これによって、主体部分１０ａの酸化触媒が排気ガス３０と接触することによる排気ガス３０中の煤剥離片の粉砕が各セル１２ａ内で行われて、主体部分１０ａの酸化触媒が有効に機能するエリアを効率的に確保することができる。

本発明に係る黒煙浄化装置の実施の一形態を示す図。 （Ａ）は酸化触媒コンバータの側面図、（Ｂ）は同じく正面断面図、（Ｃ）は同じく前段部分の一部を示す斜視図。

符号の説明

１ 黒煙浄化装置
１０ 酸化触媒コンバータ
１０ａ 主体部分
１０ｂ 前段部分
１２・１２ａ・１２ｂ セル
１３ 壁面
１４ 排気ガス通路
１５ 連通孔
１６ 空間部分
２０ パティキュレートフィルタ
３０ 排気ガス

Claims (4)

1. 排気ガスを通過させるように、多数の筒状のセルの壁面に酸化触媒を担持した酸化触媒コンバータを具備する黒煙浄化装置であって、
   前記酸化触媒コンバータは、主体部分と、前記主体部分の上流側に設けられた前段部分と、からなり、
   前記前段部分のセルの排気ガス通路は上流側から下流側に向けてテーパ状に狭くなるよう形成されており、前記前段部分のセルの上流側の開口面積は前記主体部分のセルの開口面積に比べて大きい黒煙浄化装置。
2. 前記排気ガス通路の断面形状は、排気ガスが流れる方向に略垂直な断面が四角形状である請求項１に記載の黒煙浄化装置。
3. 前記前段部分に一のセルの排気ガス通路と他のセルの排気ガス通路とを連通する連通孔を設けた請求項１又は請求項２に記載の黒煙浄化装置。
4. 前記酸化触媒コンバータの前記前段部分と前記主体部分との間に、空間部分を設けた請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の黒煙浄化装置。