JP2016186234A

JP2016186234A - 排気浄化装置及び酸化触媒の再生方法

Info

Publication number: JP2016186234A
Application number: JP2015066052A
Authority: JP
Inventors: 遊大景山; Yudai Kageyama; 嘉久植田; Yoshihisa Ueda; 勝士長田; Katsushi Osada
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2015-03-27
Filing date: 2015-03-27
Publication date: 2016-10-27

Abstract

【課題】酸化触媒に堆積した煤の除去を容易に実施できるようにする。【解決手段】排気浄化装置１００は、排気通路に配され、排気ガスに含まれる粒子状物質を捕集するフィルタ１３０と、フィルタ１３０の上流側に配された酸化触媒１２０と、フィルタ１３０と酸化触媒１２０とを収容するケース１１０とを備える。この排気浄化装置１００では、酸化触媒１２０の排気上流側に燃料が添加されることにより、フィルタ１３０に捕集されているＰＭが焼失されるフィルタ強制再生処理が実行される。酸化触媒１２０が、上流側の面と下流側の面とを反転可能にケース１１０に装着されている。【選択図】図５

Description

本発明は、排気浄化装置及び酸化触媒の再生方法に関する。

エンジンからの排気ガスを浄化する排気浄化装置として、酸化触媒を備えるものが知られている。この酸化触媒は、排気ガス中の酸素を使って微粒子物質（ＰＭ）に含まれる炭化水素（ＨＣ）を主とした未燃焼物質（ＳＯＦ）を酸化し、水と二酸化炭素に変える。

酸化触媒の後段にＰＭを捕集するフィルタ（例えば、ディーゼル・パティキュレート・フィルタ（ＤＰＦ）やキャタライズド・スート・フィルタ（ＣＳＦ）等が配された排気浄化装置（例えば、特許文献１、２参照）では、フィルタに捕集されたＰＭを燃焼処理してフィルタからＰＭを取除く再生処理が実施される。この再生処理としては、排気浄化装置内に燃料を添加する方式が知られている。

特許文献１に記載の排気浄化装置では、再生処理時にフィルタがＰＭのうちの煤（Ｓｏｏｔ）の燃焼温度まで昇温されることにより、酸化触媒の後面側も煤の燃焼温度まで昇温されることから、酸化触媒の後面側には煤が堆積し難い。しかしながら、酸化触媒の前面側は、触媒温度が煤の燃焼温度まで昇温し難く、煤が堆積し易くなっていることから、酸化触媒の清掃を要している。

特許文献２に記載の排気浄化装置では、フィルタが前後反転可能に構成されており、燃料やエンジンオイル等のアッシュの堆積が前面側に比して少ない後面側と前面側とを整備時に入れ替えることができる。

特開２００５−１９４９４９号公報特開２００９−２２８５１６号公報

酸化触媒を清掃する際には、煤が大気中に飛散することを防止する必要があることから、大掛かりな作業と設備とを要している。

開示の装置及び方法は、酸化触媒に堆積した煤の除去を容易に実施できるようにすることを目的とする。

開示の装置は、排気通路に配され、排気ガスに含まれる粒子状物質を捕集するフィルタと、前記フィルタの上流側に配された酸化触媒と、前記フィルタと前記酸化触媒とを収容するケースとを備え、前記酸化触媒の上流側に燃料が添加されることにより、前記フィルタに捕集されている前記粒子状物質が焼失される再生処理が実行される排気浄化装置において、前記酸化触媒は、上流側の面と下流側の面とを反転させた状態で前記ケースに装着できるように構成されているものである。

また、開示の方法は、排気通路に配され、排気ガスに含まれる粒子状物質を捕集するフィルタと、前記フィルタの上流側に配された酸化触媒と、前記フィルタと前記酸化触媒とを収容するケースとを備える排気浄化装置における前記酸化触媒の再生方法であって、前記酸化触媒を、上流側の面と下流側の面とを反転させた状態で前記ケースに装着できるように構成しておき、前記酸化触媒の前記上流側の面に煤が堆積した場合に、前記酸化触媒の前記上流側の面と前記下流側の面とを反転させ、前記酸化触媒の排気上流側に燃料を添加して前記フィルタに捕集されている前記粒子状物質を焼失させる再生処理を実行するものである。

開示の装置及び方法によれば、酸化触媒に堆積した煤の除去を容易に実施できる。

一実施形態に係る排気浄化装置を備える排気浄化システムの概略構成を示す図である。一実施形態に係る排気浄化装置を示す断面図である。一実施形態に係る排気浄化装置を示す分解断面図である。酸化触媒の再生方法を説明するための断面図である。酸化触媒の再生方法を説明するための断面図である。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照しながら説明する。図１は、一実施形態に係る排気浄化装置１００を備える排気浄化システムの概略構成を示す図である。この図に示すように、排気浄化装置１００は、ディーゼルエンジン１０の排気通路に設けられている。

ディーゼルエンジン１０の各気筒には、図示しないコモンレールに畜圧された高圧燃料を各気筒内に直接噴射するインジェクタ１１がそれぞれ設けられている。これら各インジェクタ１１の燃料噴射量や燃料噴射タイミングは、電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）５０から入力される指示信号に応じてコントロールされる。

エンジン１０の吸気マニホールド１０Ａには新気を導入する吸気通路１２が接続され、排気マニホールド１０Ｂには排気を外部に導出する排気通路１３が接続されている。吸気通路１２には、吸気上流側から順にエアクリーナ１４、吸入空気量センサ４０、可変容量型過給機２０のコンプレッサ２０Ａ、インタークーラ１５、吸気スロットルバルブ１６等が設けられている。排気通路１３には、排気上流側から順に可変容量型過給機２０のタービン２０Ｂ、排気浄化装置１００等が設けられている。

ＥＧＲ装置２１は、排気マニホールド１０Ｂと吸気マニホールド１０Ａとを接続するＥＧＲ通路２２と、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ２３と、ＥＧＲ量を調整するＥＧＲバルブ２４とを備えている。

排気浄化装置１００は、ケース１１０内に排気上流側から順に酸化触媒１２０、フィルタ１３０を配置して構成されている。また、酸化触媒１２０よりも排気上流側の排気通路１３には、ＥＣＵ５０から入力される指示信号に応じて、排気通路１３内に未燃燃料（主にＨＣ）を噴射する排気管噴射装置３４が設けられている。

酸化触媒１２０は、例えば、ハニカム構造体等のセラミック製担体表面に酸化触媒成分を担持して形成されており、排気ガス中の酸素を使って微粒子物質（ＰＭ）に含まれる炭化水素（ＨＣ）を主とした未燃焼物質（ＳＯＦ）を酸化し、水と二酸化炭素に変える。また、酸化触媒１２０は、排気管噴射装置３４又はインジェクタ１１のポスト噴射によって未燃燃料が供給されると、これを酸化して排気温度を上昇させる。

フィルタ１３０は、ＤＰＦやＣＳＦ等であり、例えば、多孔質性の隔壁で区画された多数のセルを排気の流れ方向に沿って配置し、これらセルの上流側と下流側とを交互に目封止して形成されている。フィルタ１３０は、排気中のＰＭを隔壁の細孔や表面に捕集する。

ここで、フィルタ１３０のＰＭ堆積量がＥＣＵ５０において推定演算され、推定値が所定量に達すると、ＥＣＵ５０は、ＰＭを燃焼除去するいわゆるフィルタ強制再生を実行する。このフィルタ強制再生は、排気管噴射装置３４による排気管噴射又はインジェクタ１１によるポスト噴射によって前段の酸化触媒１２０に未燃燃料を供給し、フィルタ１３０に流入する排気温度をＰＭ燃焼温度まで昇温することで行われる。

なお、本実施形態の排気浄化システムは、選択還元型触媒（ＳＣＲ触媒）やＮＯｘ吸蔵還元型触媒等のＮＯｘを浄化する触媒を別途備えているが、説明は省略する。

図２は、排気浄化装置１００を示す断面図であり、図３は、排気浄化装置１００を示す分解断面図である。これらの図に示すように、排気浄化装置１００のケース１１０は、前段ケース１１１と中段ケース１１２と後段ケース１１３との前後三段のケースがボルト・ナットで結合された構成となっている。また、酸化触媒１２０及びフィルタ１３０は、それぞれケース１１０に対して着脱可能な酸化触媒カートリッジ１２１、フィルタカートリッジ１３１に設けられている。

前段ケース１１１の後端側（排気下流側）は円筒状に形成され、前段ケース１１１の前端側（排気上流側）は、前端側へかけて次第に縮径する円錐台形状に形成されている。この前段ケース１１１の後端には、円環状のフランジ１１１Ａが形成されている。また、前段ケース１１１の前端には、排気上流側の排気管（図示省略）に接続するためのフランジ１１１Ｂが形成されている。

また、中段ケース１１２は円筒状に形成され、この中段ケース１１２の前端及び後端には、円環状のフランジ１１２Ａ、１１２Ｂが形成されている。さらに、後段ケース１１３の前端側は円筒状に形成され、後段ケース１１３の後端側は、後端側へかけて次第に縮径する円錐台形状に形成されている。この後段ケース１１３の前端には円環状のフランジ１１３Ａが形成されている。また、後段ケース１１３の後端には、排気下流側の排気管に接続するためのフランジ１１３Ｂが形成されている。

酸化触媒カートリッジ１２１は、円筒状のシェル１２２と、シェル１２２の内側に配されたクッション材１２３と、シェル１２２の該周面に設けられた円環状のフランジ１２４とを備えている。酸化触媒１２０は、円筒状に形成されており、クッション材１２３の内側に嵌め込まれることで、酸化触媒カートリッジ１２１に保持されている。

フランジ１２４は、前段ケース１１１のフランジ１１１Ａと中段ケース１１２のフランジ１１２Ａとの間に挟み込まれており、この三者がボルト・ナットで締結されている。これにより、酸化触媒１２０は、前段ケース１１１と中段ケース１１２とに跨るように両者の内側に収容されている。また、フランジ１１１Ａ、１１２Ａ、１２４及びクッション材１２３により、シール構造が形成されている。

ここで、フランジ１２４は、シェル１２２の軸方向中央部に配されており、シェル１２２の軸方向一端側と他端側との何れを排気上流側に向けた場合でも、シェル１２２と前段ケース１１１と中段ケース１１２とを結合することができる。即ち、酸化触媒１２０は、前面側と後面側とを反転させた状態でケース１１０に装着できる。

フィルタカートリッジ１３１は、円筒状のシェル１３２と、シェル１３２の内側に配されたクッション材１３３と、シェル１３２の該周面に設けられた円環状のフランジ１３４とを備えている。フィルタ１３０は、円筒状に形成されており、クッション材１３３の内側に嵌め込まれることで、カートリッジ１３１に保持されている。

フランジ１３４は、中段ケース１１２のフランジ１１２Ｂと後段ケース１１３のフランジ１１３Ａとの間に挟み込まれており、この三者がボルト・ナットで締結されている。これにより、フィルタ１３０は、中段ケース１１２と後段ケース１１３とに跨るように両者の内側に収容されている。また、フランジ１１２Ｂ、１１３Ａ、１３４及びクッション材１３３により、シール構造が形成されている。

ここで、フランジ１３４は、シェル１３２の軸方向中央部に配されており、シェル１３２の軸方向一端側と他端側との何れを排気上流側に向けた場合でも、シェル１３２と中段ケース１１２と後段ケース１１３とを結合することができる。即ち、フィルタ１３０は、前面側と後面側とを反転させた状態でケース１１０に装着できる。

図４及び図５は、酸化触媒１２０の再生方法を説明するための断面図である。図４に示すように、酸化触媒１２０の前面側における煤Ｓの堆積量が所定量を超えた場合には、堆積した煤Ｓを除去する触媒再生処理を実施する。

酸化触媒１２０における煤Ｓの堆積量はＥＣＵ５０により推定演算され、推定値が所定値を超えると、車内の警告表示部に警告表示がされる。この警告表示がなされると、酸化触媒１２０のメンテナンス作業が発生する。

図５に示すように、酸化触媒１２０のメンテナンス作業では、一旦、酸化触媒１２０を、ケース１１０から取り外し、煤Ｓの堆積量の多い前面側が後面側に、煤Ｓの堆積量が少ない後面側が前面側に位置するように、前後反転させてから、再び、ケース１１０に装着する。このとき、酸化触媒１２０の清掃作業は実施しない。

その後、フィルタ１３０におけるＰＭの堆積量がＥＣＵ５０により推定演算され、推定値が所定値を超えると、上記フィルタ強制再生処理が実行されるが、この際、フィルタ１３０は、煤Ｓの燃焼温度まで昇温され、酸化触媒１２０の後面側も煤Ｓの燃焼温度まで昇温されることにより、酸化触媒１２０の後面側に堆積した煤Ｓが燃焼除去される。

以上説明したように、本実施形態に係る排気浄化装置１００は、排気通路に配され、排気ガスに含まれる粒子状物質を捕集するフィルタ１３０と、フィルタ１３０の上流側に配された酸化触媒１２０と、フィルタ１３０と酸化触媒１２０とを収容するケース１１０とを備える。この排気浄化装置１００では、酸化触媒１２０の排気上流側に燃料が添加されることにより、フィルタ１３０に捕集されているＰＭが焼失されるフィルタ強制再生処理が実行される。

ここで、酸化触媒１２０が、上流側の面と下流側の面とを反転させた状態でケース１１０に装着できるように構成されている。これにより、酸化触媒１２０の前面側に煤Ｓが堆積した場合に、酸化触媒１２０の前面側と後面側とを反転させ、上記フィルタ強制再生処理を実行することで、酸化触媒１２０の背面側を煤Ｓの燃焼温度まで昇温させて酸化触媒１２０に堆積した煤Ｓを燃焼除去することができる。従って、酸化触媒１２０に堆積した煤Ｓの清掃作業が不要になり、清掃作業に要していた設備や工数が不要になる。

なお、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。例えば、上述の実施形態では、フィルタ１３０を前後反転可能に構成したがこれは必須ではない。

１０エンジン、１０Ａ吸気マニホールド、１０Ｂ排気マニホールド、１１インジェクタ、１２吸気通路、１３排気通路、１４エアクリーナ、１５インタークーラ、１６吸気スロットルバルブ、２０可変容量型過給機、２０Ａコンプレッサ、２０Ｂタービン、２１ＥＧＲ装置、２２ＥＧＲ通路、２３ＥＧＲクーラ、２４ＥＧＲバルブ、３４排気管噴射装置、４０吸入空気量センサ、５０ＥＣＵ、１００排気浄化装置、１１０ケース、１１１前段ケース、１１１Ａフランジ、１１１Ｂフランジ、１１２中段ケース、１１２Ａフランジ、１１２Ｂフランジ、１１３後段ケース、１１３Ａフランジ、１１３Ｂフランジ、１２０酸化触媒、１２１酸化触媒カートリッジ、１２２シェル、１２３クッション材、１２４フランジ、１３０フィルタ、１３１フィルタカートリッジ、１３２シェル、１３３クッション材、１３４フランジ

Claims

排気通路に配され、排気ガスに含まれる粒子状物質を捕集するフィルタと、前記フィルタの上流側に配された酸化触媒と、前記フィルタと前記酸化触媒とを収容するケースとを備え、前記酸化触媒の上流側に燃料が添加されることにより、前記フィルタに捕集されている前記粒子状物質が焼失される再生処理が実行される排気浄化装置において、
前記酸化触媒は、上流側の面と下流側の面とを反転させた状態で前記ケースに装着できるように構成されている
排気浄化装置。
排気通路に配され、排気ガスに含まれる粒子状物質を捕集するフィルタと、前記フィルタの上流側に配された酸化触媒と、前記フィルタと前記酸化触媒とを収容するケースとを備える排気浄化装置における前記酸化触媒の再生方法であって、
前記酸化触媒を、上流側の面と下流側の面とを反転させた状態で前記ケースに装着できるように構成しておき、前記酸化触媒の前記上流側の面に煤が堆積した場合に、前記酸化触媒の前記上流側の面と前記下流側の面とを反転させ、前記酸化触媒の排気上流側に燃料を添加して前記フィルタに捕集されている前記粒子状物質を焼失させる再生処理を実行する
酸化触媒の再生方法。