JP2841772B2 - ディーゼルエンジン排気用微粒子トラップメディア - Google Patents
ディーゼルエンジン排気用微粒子トラップメディアInfo
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- JP2841772B2 JP2841772B2 JP20049490A JP20049490A JP2841772B2 JP 2841772 B2 JP2841772 B2 JP 2841772B2 JP 20049490 A JP20049490 A JP 20049490A JP 20049490 A JP20049490 A JP 20049490A JP 2841772 B2 JP2841772 B2 JP 2841772B2
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- Japan
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- diesel engine
- engine exhaust
- trap
- regeneration
- exhaust
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
- F01N3/02—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
- F01N3/021—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters
- F01N3/022—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters characterised by specially adapted filtering structure, e.g. honeycomb, mesh or fibrous
- F01N3/0222—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters characterised by specially adapted filtering structure, e.g. honeycomb, mesh or fibrous the structure being monolithic, e.g. honeycombs
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B3/00—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
- F02B3/06—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Processes For Solid Components From Exhaust (AREA)
- Filtering Materials (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、ディーゼルエンジン排気に含まれる微粒
子を捕捉除去するために用いられるトラップメディア、
即ち、捕集材に関するものである。
子を捕捉除去するために用いられるトラップメディア、
即ち、捕集材に関するものである。
自動車の排気ガスは大気汚染の大きな原因の一つで、
排気ガスに含まれる有害成分を除去する技術は極めて重
要である。
排気ガスに含まれる有害成分を除去する技術は極めて重
要である。
特に、ディーゼルエンジン車においては、主にNOx
と、カーボンを主体とするすす状微粒子の除去が重要で
ある。
と、カーボンを主体とするすす状微粒子の除去が重要で
ある。
これらの有害成分の除去は、一つにはエンジン側での
改善に期待がかけられているが、後処理による除去との
併用が不可欠である。
改善に期待がかけられているが、後処理による除去との
併用が不可欠である。
後処理方法として特に、すす状微粒子は大半が固体カ
ーボンからなり、ガスの場合のように触媒を用いて燃焼
除去することが難しく、フィルタートラップによって捕
捉除去する方法が最も実用的であると考えられている。
ーボンからなり、ガスの場合のように触媒を用いて燃焼
除去することが難しく、フィルタートラップによって捕
捉除去する方法が最も実用的であると考えられている。
ところで、ディーゼルエンジン排気に含まれる微粒子
を捕捉するためのトラップメディアとしては、使用され
る条件から次のような性能を満足する必要がある。第１
にはエンジン排気は、このトラップを通して排出される
わけだから、エンジンに余分な負担をかけないために
は、排気ガス流動時の通気抵抗が小さい必要がある。第
２には、排気ガスの浄化性能がよいこと、すなわち、捕
集効率が高いことが当然必要である。第３には、トラッ
プメディアにある程度以上微粒子が捕集堆積されると排
気ガス通過時の圧力損失が大きくなり、エンジンに背圧
がかかるようになるため、トラップされた微粒子を除去
して再生してやる必要があるが、この再生処理に耐える
必要がある。
を捕捉するためのトラップメディアとしては、使用され
る条件から次のような性能を満足する必要がある。第１
にはエンジン排気は、このトラップを通して排出される
わけだから、エンジンに余分な負担をかけないために
は、排気ガス流動時の通気抵抗が小さい必要がある。第
２には、排気ガスの浄化性能がよいこと、すなわち、捕
集効率が高いことが当然必要である。第３には、トラッ
プメディアにある程度以上微粒子が捕集堆積されると排
気ガス通過時の圧力損失が大きくなり、エンジンに背圧
がかかるようになるため、トラップされた微粒子を除去
して再生してやる必要があるが、この再生処理に耐える
必要がある。
従来、トラップメディアとしては、排気ガスに対する
耐触性、耐熱性、捕集性能の面からセラミックスのハニ
カム状多孔体や、繊維状多孔体が優れているとされてい
る。また、再生方法としては加熱によって微粒子を燃焼
除去する方法が最も有力な方法だと考えられている。
耐触性、耐熱性、捕集性能の面からセラミックスのハニ
カム状多孔体や、繊維状多孔体が優れているとされてい
る。また、再生方法としては加熱によって微粒子を燃焼
除去する方法が最も有力な方法だと考えられている。
しかしながら、再生時には微粒子の燃焼によってトラ
ップメディアに局所的な温度分布が生じやすく、上述の
セラミックストラップメディアを用いた場合、たとえコ
ーディエライトのような低熱膨張係数の材料を用いて
も、熱応力によって亀裂を生じるのも防ぐためには、再
生条件のコントロールが極めて難しく、未だ実用になっ
ていないのが現状である。
ップメディアに局所的な温度分布が生じやすく、上述の
セラミックストラップメディアを用いた場合、たとえコ
ーディエライトのような低熱膨張係数の材料を用いて
も、熱応力によって亀裂を生じるのも防ぐためには、再
生条件のコントロールが極めて難しく、未だ実用になっ
ていないのが現状である。
そこで、この発明は、排気ガス流動時の通気抵抗が小
さく、しかも排気ガスに含まれる微粒子の捕集効率が高
くて、再生時における高温にも耐え得るディーゼルエン
ジン排気用微粒子トラップメディアを提供しようとする
ものである。
さく、しかも排気ガスに含まれる微粒子の捕集効率が高
くて、再生時における高温にも耐え得るディーゼルエン
ジン排気用微粒子トラップメディアを提供しようとする
ものである。
上記の課題を解決するために、この発明は、ニッケル
40〜60wt％、クロム15〜30wt％、残部が鉄からなる合金
組成の三次元網状構造多孔体の孔部を微粒子捕集部とし
たのである。
40〜60wt％、クロム15〜30wt％、残部が鉄からなる合金
組成の三次元網状構造多孔体の孔部を微粒子捕集部とし
たのである。
三次元網状構造多孔体は、第１図に示す様に、連結す
る骨格の間に、ポケット状の孔部を有する多孔質体であ
り、多孔率が高い。
る骨格の間に、ポケット状の孔部を有する多孔質体であ
り、多孔率が高い。
したがって、三次元網状構造多孔体は、ポケット状の
孔部が排気ガス中に含まれる微粒子を捕集する微粒子捕
集部となり、しかもガス流動抵抗が極めて小さい割に、
一旦ポケット状の孔部に捕捉された微粒子は孔部から離
脱しにくいので、微粒子の捕集性能がよい。
孔部が排気ガス中に含まれる微粒子を捕集する微粒子捕
集部となり、しかもガス流動抵抗が極めて小さい割に、
一旦ポケット状の孔部に捕捉された微粒子は孔部から離
脱しにくいので、微粒子の捕集性能がよい。
ディーゼルエンジンの排気には、燃焼ガス以外に、硫
化物等の腐食性の強い成分が含まれているが、ニッケル
−クロム−鉄合金からなる三次元網状構造多孔体は、40
0〜500℃の高温下で常時この雰囲気にさらされても損耗
しない高温耐食性を満足する。
化物等の腐食性の強い成分が含まれているが、ニッケル
−クロム−鉄合金からなる三次元網状構造多孔体は、40
0〜500℃の高温下で常時この雰囲気にさらされても損耗
しない高温耐食性を満足する。
さらに、再生時には、微粒子の燃焼によって、ニッケ
ル−クロム−鉄合金からなる三次元網状構造多孔体のト
ラップメディアは一時的に、1000℃近い高温にさらされ
ることになるが、この温度、雰囲気条件において、溶解
もしくは、著しい腐食を受けず、十分実用になる耐性を
持っている。また、再生時においても、熱応力によって
亀裂を生じるようなことはない。
ル−クロム−鉄合金からなる三次元網状構造多孔体のト
ラップメディアは一時的に、1000℃近い高温にさらされ
ることになるが、この温度、雰囲気条件において、溶解
もしくは、著しい腐食を受けず、十分実用になる耐性を
持っている。また、再生時においても、熱応力によって
亀裂を生じるようなことはない。
上述の腐食条件に対して、最も優れた耐性を示すニッ
ケル−クロム−鉄合金の組成は、実験の結果、ニッケル
40〜60wt％、クロム15〜30wt％、残部が鉄から成る場合
であることが判った。
ケル−クロム−鉄合金の組成は、実験の結果、ニッケル
40〜60wt％、クロム15〜30wt％、残部が鉄から成る場合
であることが判った。
また、用いる三次元網状構造多孔体の孔部径について
も、捕集効率の面から、米国および日本で提唱されてい
る排気ガス規制値を満足させるためには、平均孔径0.1
〜0.5mmである必要がある。平均孔径が0.1mm以下の場合
には、捕集効率としては優れているが、通気抵抗が過大
となる。平均孔径0.5mm以上では、初期もしくは、再生
処理直後の捕集効率が不十分で上述の規制値を満足する
ことが難しい。
も、捕集効率の面から、米国および日本で提唱されてい
る排気ガス規制値を満足させるためには、平均孔径0.1
〜0.5mmである必要がある。平均孔径が0.1mm以下の場合
には、捕集効率としては優れているが、通気抵抗が過大
となる。平均孔径0.5mm以上では、初期もしくは、再生
処理直後の捕集効率が不十分で上述の規制値を満足する
ことが難しい。
トラップに排気ガスを流した時の通気抵抗は、三次元
網状構造多孔体の平均孔径だけでなく、その厚さも影響
する。一般に、ディーゼルエンジンに対しては、トラッ
プ部で0.04kg/cm2以上の圧力損失が生じると、エンジン
に過大な背圧がかかり、エンジンの作動に悪影響を与え
るため、トラップメディアは、孔径に応じて厚さを調整
し、通気抵抗が0.04kg/cm2以下となるようにする必要が
ある。
網状構造多孔体の平均孔径だけでなく、その厚さも影響
する。一般に、ディーゼルエンジンに対しては、トラッ
プ部で0.04kg/cm2以上の圧力損失が生じると、エンジン
に過大な背圧がかかり、エンジンの作動に悪影響を与え
るため、トラップメディアは、孔径に応じて厚さを調整
し、通気抵抗が0.04kg/cm2以下となるようにする必要が
ある。
6.4、６気筒の直噴式ディーゼルエンジンの排気系
に、第２図に示すように、トラップ装置および再生ガス
供給装置をとりつけた。トラップ装置は第３図に示すよ
うに、トラップメディアとして、平均孔径0.2mmのニッ
ケル−クロム−鉄合金の、三次元網状構造多孔体（住友
電工製、商品名セルメット、組成ニッケル45％、クロム
28％、鉄27％）を用い、円筒状に成形し、図示したよう
に排気ガスがＡ部から導入され、三次元網状構造多孔体
を通った後Ｂ部から排出されるよう流路を形成した物を
用いた。
に、第２図に示すように、トラップ装置および再生ガス
供給装置をとりつけた。トラップ装置は第３図に示すよ
うに、トラップメディアとして、平均孔径0.2mmのニッ
ケル−クロム−鉄合金の、三次元網状構造多孔体（住友
電工製、商品名セルメット、組成ニッケル45％、クロム
28％、鉄27％）を用い、円筒状に成形し、図示したよう
に排気ガスがＡ部から導入され、三次元網状構造多孔体
を通った後Ｂ部から排出されるよう流路を形成した物を
用いた。
再生用ホットガス供給装置は軽油バーナーにより600
〜900℃のガスが発生でき、排気ガスがトラップ装置か
らバイパスされると、再生用ホットガスがトラップに供
給できるようになっている。
〜900℃のガスが発生でき、排気ガスがトラップ装置か
らバイパスされると、再生用ホットガスがトラップに供
給できるようになっている。
第２図乃至第４図において、符号１はエンジン、２は
トラップ装置、３はトラップメディア、４は再生ガス供
給装置、５は排気管、６は排気バイパス、７はケーシン
グ、８はトラップメディアを構成する三次元網状構造多
孔体、９は流路形成用シール部材をそれぞれ示してい
る。
トラップ装置、３はトラップメディア、４は再生ガス供
給装置、５は排気管、６は排気バイパス、７はケーシン
グ、８はトラップメディアを構成する三次元網状構造多
孔体、９は流路形成用シール部材をそれぞれ示してい
る。
この装置を用いて、米国のヘビーデューティディーゼ
ルエンジン用トランジェントモードにてくり返し排気テ
ストを行い、微粒子低減効果を測定した結果を第１表に
示す。捕集効率は、初期値でも83％以上と十分米国EPA
の1994年規制値を満足することがわかった。また、圧損
値もくり返しサイクル数20回まで0.04kg/cm2以下の値を
保っていることが判った。
ルエンジン用トランジェントモードにてくり返し排気テ
ストを行い、微粒子低減効果を測定した結果を第１表に
示す。捕集効率は、初期値でも83％以上と十分米国EPA
の1994年規制値を満足することがわかった。また、圧損
値もくり返しサイクル数20回まで0.04kg/cm2以下の値を
保っていることが判った。
くり返しサイクル数20回終了後、エンジン排気をトラ
ップ装置からバイパスさせ、トラップ装置には、再生用
ホットガス供給装置から平均温度700℃の加熱空気を2m3
/minの流量で約15分間送り込みトラップされた微粒子を
燃焼させることによって再生を行った。再生後のトラッ
プメディアは、溶解、亀裂や極端な酸化や腐食は観察さ
れなかった。この後再度、排気回路を切り替えて、排気
テストを行った。くり返しサイクル数20回行った後上述
の再生を実施した。以上のテストをくり返し、100回行
った結果の概要をまとめて第２表に示す。これからもわ
かるように、本発明のトラップメディアは、100回の排
気トラップ再生のくり返しに対して、捕集効率の劣化も
なく、また厳密なコントロールをしない再生方法でもダ
メージを受けることもなく極めて優れていることが判っ
た。
ップ装置からバイパスさせ、トラップ装置には、再生用
ホットガス供給装置から平均温度700℃の加熱空気を2m3
/minの流量で約15分間送り込みトラップされた微粒子を
燃焼させることによって再生を行った。再生後のトラッ
プメディアは、溶解、亀裂や極端な酸化や腐食は観察さ
れなかった。この後再度、排気回路を切り替えて、排気
テストを行った。くり返しサイクル数20回行った後上述
の再生を実施した。以上のテストをくり返し、100回行
った結果の概要をまとめて第２表に示す。これからもわ
かるように、本発明のトラップメディアは、100回の排
気トラップ再生のくり返しに対して、捕集効率の劣化も
なく、また厳密なコントロールをしない再生方法でもダ
メージを受けることもなく極めて優れていることが判っ
た。
〔発明の効果〕 この発明に係るディーゼルエンジン排気用微粒子トラ
ップメディアは、排気ガスに対する耐触性、耐熱性、捕
集性能に優れ、しかも通気抵抗が小さく、また再生時に
おける高温にも十分に耐えるという優れた特徴を有す
る。
ップメディアは、排気ガスに対する耐触性、耐熱性、捕
集性能に優れ、しかも通気抵抗が小さく、また再生時に
おける高温にも十分に耐えるという優れた特徴を有す
る。
第１図は三次元網状構造多孔体の拡大図、第２図はディ
ーゼルエンジンの排気系にトラップ装置と再生ガス供給
装置を設けた一例を示す概略図、第３図は第２図のトラ
ップ装置の詳細図、第４図は第３図のIV−IV線の断面図
である。 １……エンジン、２……トラップ装置、 ３……トラップメディア、 ４……再生ガス供給装置、 ５……排気管、６……排気バイパス、 ７……ケーシング、 ８……三次元網状構造多孔体、 ９……流路形成用シール部材。
ーゼルエンジンの排気系にトラップ装置と再生ガス供給
装置を設けた一例を示す概略図、第３図は第２図のトラ
ップ装置の詳細図、第４図は第３図のIV−IV線の断面図
である。 １……エンジン、２……トラップ装置、 ３……トラップメディア、 ４……再生ガス供給装置、 ５……排気管、６……排気バイパス、 ７……ケーシング、 ８……三次元網状構造多孔体、 ９……流路形成用シール部材。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 杉野 雄一 兵庫県伊丹市昆陽北１丁目１番１号 住 友電気工業株式会社伊丹製作所内 (56)参考文献 特開 昭58−137424（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−186623（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−34022（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) F01N 3/02 B01D 39/20
Claims (3)
- 【請求項１】ニッケル40〜60wt％、クロム15〜30wt％、
残部が鉄からなる合金組成の三次元網状構造多孔体の孔
部を微粒子捕集部とするディーゼルエンジン排気用微粒
子トラップメディア。 - 【請求項２】孔部の平均孔径が0.1〜0.5mmである請求項
１に記載のディーゼルエンジン排気用微粒子トラップメ
ディア。 - 【請求項３】三次元網状構造多孔体の厚さと孔部の孔径
を、排気ガスを流したときの通気抵抗が0.04kg/cm2とな
るように調節してあることを特徴とする請求項１又は２
に記載のディーゼルエンジン排気用微粒子トラップメデ
ィア。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20049490A JP2841772B2 (ja) | 1990-07-25 | 1990-07-25 | ディーゼルエンジン排気用微粒子トラップメディア |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20049490A JP2841772B2 (ja) | 1990-07-25 | 1990-07-25 | ディーゼルエンジン排気用微粒子トラップメディア |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0486313A JPH0486313A (ja) | 1992-03-18 |
| JP2841772B2 true JP2841772B2 (ja) | 1998-12-24 |
Family
ID=16425257
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20049490A Expired - Lifetime JP2841772B2 (ja) | 1990-07-25 | 1990-07-25 | ディーゼルエンジン排気用微粒子トラップメディア |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2841772B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2870369B2 (ja) * | 1993-06-18 | 1999-03-17 | 住友電気工業株式会社 | 排気ガス浄化用フィルター |
| CN102089059A (zh) * | 2008-07-14 | 2011-06-08 | N.V.贝卡特股份有限公司 | 过滤器滤芯 |
-
1990
- 1990-07-25 JP JP20049490A patent/JP2841772B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0486313A (ja) | 1992-03-18 |
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