JP3108510U - エンジン排気ガス浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンから排出される排気ガス中のＰＭやＮＯｘを除去し、法定の基準値以下にするコンパクトな排気ガス浄化装置であり、その再生も容易にできるエンジン排気ガス浄化装置を提供する。
【解決手段】ケース本体７内において同一円周上に配置された複数個の浄化用筒体１の１つを閉止し、この内部に排気ガスを導入する。浄化用筒体１はフィルタ状筒体１ａとＮＯｘ還元触媒筒体１ｂからなり、ここでＰＭ及びＮＯｘは除去され排出路１１から排出される。一方、閉止状態にある浄化用筒体１を加熱手段２で加熱することにより、ＰＭの捕捉によりつまり状態にある浄化用筒体１が再生される。
【選択図】図１

Description

本考案は、自動車や発電機等の動力源として使用されているエンジンからの排気ガスのＰＭやＮＯｘの値を法定の基準値以下に浄化して排出し、環境浄化に貢献し、地球の環境悪化を低減するに効果的なエンジン排気ガス浄化装置に関する。

ディーゼルエンジン等に使用されている化石燃料は焼却によって有害な排気ガスを発生させる。このため空気が汚染され自然破壊が進み、人間の健康生活を脅かしている。特にエンジンからの排気ガスには多量の黒煙微粒子（ＰＭ）及び窒素酸化物（ＮＯｘ）が含まれ環境破壊の大きな原因となっている。このため国（国土交通省）としては「自動車ＮＯｘ・ＰＭ法」を定め、排気ガス中ＰＭやＮＯｘの含有率の大幅な低減を義務づけている。このためには、エンジンそのものの改良や開発が必要であるが、既存の自動車等が大量にあり、かつ改良，開発が効果を発揮するまでは排気系に排気ガス浄化装置を付設することが必要となる。この排気ガス浄化装置としては各種のものがあり、例えば、「特許文献１」等が挙げられるが、一長一短があり、比較的コンパクトに、かつ安価にまとめられ、ＰＭやＮＯｘの基準値を十分に満足できるものは少ない。また、従来技術では排気ガス浄化用フィルタ（ＤＰＦ）が５０℃以下の時にヒータでＤＰＦを加熱してＰＭを燃焼除去するものが大部分であり、ＰＭの燃焼除去に大きな電力を必要としていた。
特開平１１−１８２２３２号（図１）

「特許文献１」の特開平１１−１８２２３２号の「排気ガス浄化装置及び操作方法」は、例えば、４個のフィルタユニットを並列に配置し、少なくとも再生中の１個のフィルターユニットが故障しても排気ガス浄化装置全体が機能不全に陥らないように循環代償すると共に故障しているフィルターユニットを加熱手段等を用いて再生し得るようにした排気ガス浄化装置を開示するものである。この公知技術により、排気ガスの浄化は実施されるが、フィルターユニットはＰＭを吸着するフィルタのみが設けられているものであり、ＮＯｘを除去する手段がなく、この装置に連設してＮＯｘ除去装置を設ける必要があり高価のものとなり、かつ大型のものとなる。また、故障したフィルターユニットを一時作動停止させるために開閉バルブを夫々のフィルターユニットに設ける構造からなり、開閉機構が複雑で高価のものとなり、このコントロールも複雑のものとなる問題点がある。

本考案は、以上の事情に鑑みて考案されたものであり、エンジンからの排気ガス中のＰＭ及びＮＯｘ等の有害物質を効率的に低減し、法定の基準値以下にするコンパクトで安価なエンジン排気ガス浄化装置を提供することを目的とする。なお、１つの目標値としてＰＭの削減率を８０％以上とし、ＮＯｘは、例えば、１７０ｋｗ以下の発電機に付設されるディーゼルエンジンの排気ガス中の濃度を２５０ｐｐｍ以下にするようにしている。

ＰＭの燃焼除去には一般に約６００℃の高温が必要であるが排気ガスの温度はエンジン負荷が定格出力の約５０％の時でも約３５０℃である。そのためその差温の６００℃−３５０℃＝２５０℃だけ浄化エレメントを加熱することが必要になる。このため従来より加熱のための電力が大幅に低減できるが、更に温度上昇を短時間に行うために浄化エレメントを複数台に分散して加温体積を小さくすることが望ましい。浄化エレメントを複数台にしてその内の少なくとも１台を排気ガスの未通過のものとしてその間に捕捉してＰＭを燃焼除去して再生化することができる。また、ＮＯｘ還元触媒を浄化エレメントの周りに設けることにより触媒の作用効率を向上することが可能になる。本考案は以上の内容を基本にして開発されたもので具体的手段としては以下に示す。

本考案は、以上の目的を達成するために、請求項１の考案は、エンジンの排気系に配置され排気ガスの黒煙微粒子（ＰＭ）と窒素酸化物（ＮＯｘ）等の有害物質を規定されている基準値以下にするためのエンジン排気ガス浄化装置であって、該装置は、排気ガスが分散導入されると共にその排出側が閉止されＰＭ及びＮＯｘを浄化処理する複数個の浄化用筒体と、この筒体内に配置される加熱手段と、夫々の前記浄化用筒体の浄化排気ガスの排出側に形成される浄化排気ガス通路と、該通路と浄化排気ガスの排出路との間に介設され両者を部分的に連通又は非連通にする単一の開閉手段と、前記浄化用筒体の劣化具合を検出する検出手段と、該検出手段の検出信号に基づき前記加熱手段の出力コントロール及び前記開閉手段の開閉コントロールを行う制御部とを設けることを特徴とする。

また、請求項２の考案は、前記浄化用筒体が、ＰＭ捕捉用のフィルタ状筒体と、この外周に挿着されるＮＯｘ還元触媒筒体とからなることを特徴とする。

また、請求項３の考案は、前記検出手段が、前記装置内の排気圧を検出する圧力ゲージと、前記浄化用筒体の温度を検出する温度センサとからなることを特徴とする。

また、請求項４の考案は、前記開閉手段が、回転駆動される円形プレート又は腕状プレートからなり、複数個の前記浄化用筒体と対応する前記浄化排気ガス通路の少なくとも１つと前記排出路との連通を閉止すると共に残りの前記浄化排気ガス通路と前記排出路とを連通させるものからなることを特徴とする。

また、請求項５の考案は、前記浄化排気ガス通路と前記排出路との間には連通路が形成され、該連通路内には流量コントロール手段が設けられることを特徴とする。

本考案の請求項１のエンジン排気ガス浄化装置によれば、エンジンよりの排気ガスは複数個の浄化用筒体によって、まず、ＰＭとＮＯｘを捕捉され浄化排気ガスとなって浄化排気ガス通路から排出路に送られる。この場合単一の開閉手段によって浄化排気ガス通路と排出路との連通が部分的に行われ、非連通の状態にある浄化用筒体は排気ガスを内部に保留した状態に加熱手段により加熱される。この加熱によりこの浄化用筒体に捕捉されたＰＭが燃焼しその再生化が図れる。また、すべての浄化用筒体は排気ガスにより加熱されているため、ＮＯｘを除去する作用が効果的に行われる。

また、本考案の請求項２のエンジン排気ガス浄化装置によれば、浄化用筒体がＰＭ捕捉用のフィルタ筒体とＮＯｘを除くＮＯｘ還元触媒筒体とからなり、これ等は筒体として二重に重なり合っているため浄化用筒体を通過するだけでＰＭ及びＮＯｘを除去することができる。即ち、本考案の浄化用筒体は一体的にまとめられたコンパクトの構造のものからなる。

また、本考案の請求項３のエンジン排気ガス浄化装置によれば、検出手段が排気圧の圧力ゲージと浄化用筒体の温度とセンサからなり排気系の各構成要素の異常の発生は圧力及び温度検出によりほぼ正確に把握される。これにより、浄化用筒体の再生時期をほぼ正確に知ることができる。

また、本考案の請求項４のエンジン排気ガス浄化装置によれば、開閉手段が、単一の円形プレート又は腕状プレートからなり、この円形プレート又は腕状プレートの回動により浄化用筒体の少なくとも１つを閉止できるようになっているため、１つの開閉手段の動作のみで浄化用筒体の開閉が効率的に行われる。また、単一のものからなり、省スペース他やコンパクトが図れ、かつ低コスト化が可能になる。特に腕状プレートは円形プレートに較べて小片のものからなり、より低コスト化が図れる。

また、本考案の請求項５のエンジン排気ガス浄化装置によれば、連通路を形成することにより、閉止されている浄化用筒体内の排気ガスが流量コントロールされた状態で排出路側に流れるため、閉止されている浄化用筒体の内部環境を均一のものにすることができ、再生品質の向上が図れる。

以下、本考案のエンジン排気ガス浄化装置の実施の形態を回路を参加して詳述する。図１及び図２はエンジン排気ガス浄化装置の構造を説明するための図であり、図３及び図４はエンジン排気ガス浄化装置の使用方法を説明するための図及びフローチャートである。

この実施例は浄化用筒体を４個配置したものからなり、加熱手段と電気ヒータを作用したものからなるが、勿論、本考案はそれに限定するものではない。本考案のエンジン排気ガス浄化装置１００は、大別して浄化用筒体１と、加熱手段２と、浄化排気ガス通路１２と排出路１１との間の連通又は非連通を行うための開閉手段３と、排気系圧力及び温度を検出するための検出手段４と、加熱手段２や開閉手段をコントロールする図略制御部等とからなる。以下、前記主構成要素からなるエンジン排気ガス浄化装置１００の詳細構造を説明する。

図略のエンジンの排気系と連結される導入管５は排気ガス導入ケース６に連結される。排気ガス導入ケース６は複数個（図示では４個）浄化用筒体１が収納されるケース本体７の前面に連結される。なお、排気ガス導入ケース６のケース本体７と連結する端板８には浄化用筒体１の内部に連通する貫通孔９が４個形成されている。また、ケース本体７の後面には浄化排気ガスの排出される浄化排気ガス排出ケース１０が連結され、この浄化排気ガス排出ケース１０には排出路１１が連結される。また、浄化排気ガス排出ケース１０のケース本体７と連結する端板１３には、後記する浄化排気ガス通路１２と浄化排気ガス排出ケース１０とを連通させるための貫通孔１４が４個形成されている。

浄化用筒体１は、フィルタ状筒体１ａと、この外周に挿着されるＮＯｘ還元触媒筒体１ｂからなり、その前端側は貫通路９に連通し、後端側は遮蔽板１５により閉止される。フィルタ状筒体１ａの詳細構造やＮＯｘ還元触媒筒体の内容についてはノウハウ的のものであり、ここでは開示しないが、ＰＭやＮＯｘを捕捉除去し得る容量と構造，機能を有するものからなる。浄化用筒体１のＮＯｘ還元触媒筒体１ｂとケース本体７との間には隙間１６があり、この隙間は浄化用筒体１の遮蔽板１５と端板１３との間の隙間１７と連通する。この隙間１６，１７が浄化排気ガス通路１２に相当する。

検出手段４の１つである圧力ゲージ１８は導入管５に設けられ、エンジン排気ガス浄化装置１００の正常化または非正常化を検出すべく機能するものからなる。また、浄化用筒体１のＮＯｘ還元触媒筒体１ｂには温度センサ１９が連結される。なお、これ等は図略の制御部に連結され、排気系の圧力や温度が制御部により正確に、かつタイムリーに検知される。

開閉手段３は比較的薄板の円形プレートからなり、端板１３の後面に接触して配置される。また、割出し機構付駆動用モータ２４が前記円形プレートの中心に連結され、その駆動により前記円形プレートは回動する。また、前記円形プレートには本実施例では３個の貫通孔２０が貫通形成される。この貫通孔２０は端板１３の貫通孔１４と相対向する位置に形成される。

連通路２１はケース本体７の浄化排気ガス通路１２と排出路１１とを連結するものからなり、前側には圧力ゲージ２２が設けられ、後側には流量コントロール用の流量弁２３が介設される。この流量弁２３のコントロールにより、浄化排気ガス通路１２から排出路１１側に排出される浄化排気ガスの流量コントロールが行われる。

以上の構造により、エンジンからの排気ガスは、まず、導入管５から排気ガス導入ケース６内に導入され、その貫通孔９から夫々の浄化用筒体１内に導入される。この導入される排気ガスは通常約４００℃の高温のものからなる。浄化用筒体１の後端が遮蔽板１５により遮蔽されているため、導入された排気ガスはフィルタ状筒体１ａを通り、続いてＮＯｘ還元触媒筒体１ｂに接し、浄化排気ガス通路１２側に抜ける。なお、ＮＯｘ還元触媒筒体１ｂの触媒は約３５０℃で所望の機能を発揮できるため、加熱手段２により加熱しなくても排気ガスのＮＯｘを低減することができる。

前記のように、開閉手段３は、３個の貫通孔２０を有し、この貫通孔２０は貫通孔１４と連通しているため、浄化された排気ガスは貫通孔１４，２０を通り浄化排気ガス排出ケース１０内に送られて排出路１１から排出される。一方、一箇所の貫通孔１４は開閉手段３により閉止されているため、その浄化用筒体１の浄化排気ガス通路１２は浄化排気ガス排出ケース１０と連通しない。このため、この浄化用筒体１内には排気ガスが保留される。なお、前記のように連通路２１を通って、この浄化用筒体１内の浄化された排気ガスはその一部が排出路１１側に排出される。

次に、浄化用筒体の再生について説明する。前記のように開閉手段３により排気ガスの流れを閉止された浄化用筒体１は排気ガスの温度約４００℃位にはなり、連通路２１の存在により、内部の均等化が図れるが、排気ガスの温度以上には温度上昇しない。一方、フィルタ状筒体１ａに捕捉されたＰＭは６００℃位に加熱されないと燃焼除去されないため、排気ガスのみの温度ではフィルタ状筒体１ａに捕捉されているＰＭは除去されない。そのため、加熱手段の出力の調整により、フィルタ状筒体１ａの温度も約６００℃にすることができる。これによりＰＭの燃焼除去が行われる。

次に、本考案のエンジン排気ガス浄化装置１００の作用を図４のフローチャートにより説明する。

まず、開閉手段３を回動し、浄化用筒体１の１つを閉止する（ステップ１００）。エンジンの排気ガスを浄化用筒体１内に導入する（ステップ１０１）。浄化用筒体１により排気ガスのＰＭやＮＯｘを除去し排気ガスを浄化し排出路１１側から排出する（ステップ１０２）。次に、検出手段４により排気系の異常の有無を検出する（具体的には圧力の劣化や温度変化を検出して異常の有無を検出する）（ステップ１０３）。異常が無ければステップ１０２に戻り、異常の場合は加熱手段を作動し、閉止されている浄化用筒体（１）を高熱で加熱する（ステップ１０４）。なお、異常は浄化用筒体１のＰＭ吸着によるつまりが原因の場合が多く、高熱加熱によって再生される。検出手段４の異常検出を続行し異常の状態がなくなったか否かを検出する（ステップ１０５）。異常が続行している場合はステップ１０４に戻り、異常が解消されたら開閉手段４を作動し、閉止されている浄化用筒体１を開放し、別の浄化用筒体１の１つを閉止状態とする（ステップ）。引続き浄化を続行（ステップ１０７）し、ステップ１０３からの工程を繰返し行う。

図５及び図６は本考案のエンジン排気ガス浄化装置の別の実施例を示すものである。このエンジン排気ガス浄化装置１００ａは、実施例１のエンジン排気ガス浄化装置１００とほとんど同一の構造からなるが、開閉手段３ａが円形プレートの替りに腕状プレートを用いた点が異なるこの腕状プレートはその基端部を割出し機構付駆動モータの回転軸に固定されるアーム状片からなり、図６に示すように回動することにより貫通孔１４の内の１つが閉止される構造からなる。これにより円形プレートとほぼ同様な効果を上げることができるが円形プレートに較べて小片のものからなり、低コスト化が図れる。

以上の説明によって明らかなように、本考案のエンジン排気ガス浄化装置１００は、ケース本体７内で円周上に沿って並べられた複数個の浄化用筒体１内にエンジンからの排気ガスを導入し、浄化用筒体１のフィルタ状筒体１ａによりＰＭを除去し、ＮＯｘ還元触媒筒体１ｂによってＮＯｘを除去し、浄化された浄化排気ガスを浄化排気ガス通路１２を介して排出路１１から外部に排出するものである。なお、浄化用筒体１の１つを閉止状態にし、この浄化用筒体１の再生を同時に行うようにしている。なお、浄化用筒体１の閉止は開閉手段３を割出し回転することにより貫通孔２０を閉止することにより、容易に行われる。即ち、単一の円板状のプレートからなる開閉手段３の回動運動により浄化用筒体１の閉止や解放が簡単に行われる。一般にエンジンからの排気ガスの温度は４００℃位であり、この温度でＮＯｘ還元触媒筒体１ｂは作動するためＮＯｘ除去が効率的に行われる。また、フィルタ状筒体１ａによりＰＭは除去されるが、フィルタ状筒体１ａがつまるとＰＭ除去が不十分になる。このため、フィルタ状筒体１ａを加熱してフィルタに捕捉されているＰＭを加熱除去することが必要になる。捕捉されているＰＭを加熱除去するには約６００℃の温度が必要である。この温度は排気ガス自体では不十分のため加熱手段２を作動し浄化用筒体１内の温度を６００℃位にする。なお、この場合、連通路２１を作動し、少量の浄化排気ガスを流通させることにより浄化用筒体１内の温度の均一化が図れ、浄化用筒体１の再生が効率的に行われる。なお、この浄化用筒体１を再生するかについては検出手段４とそれに連結されている制御部の作動機能を工夫することにより比較的容易に行われるが、ここではその詳しい説明は省略する。

以上のように、本考案のエンジン排気ガス浄化装置１００はコンパクトの構造からなり、ＰＭ及びＮＯｘを除去して基準値を満足させることができることは勿論であるが、再生が効率的に行われ、従来のものと較べて極めて高度の、かつ効率的の浄化及び再生を行うことができる。なお、以上の実施例は本考案の一例を示したものであり、同一の技術的範疇のものが適用されることは勿論である。

本考案は、主に自動車や発電機に使用されているディーゼルエンジンの排気ガスの浄化に効果的であるが、勿論自動車や発電機以外のものでエンジンを必要とするものにすべて適用される。また、エンジンはディーゼルエンジンに限定するものでなく、すべての型式エンジンに適用される。よって、その利用範囲は極めて広い。

本考案のエンジン排気ガス浄化装置の全体構造を示す軸断面図。 図１のＡ−Ａ線断面図。 本考案のエンジン排気ガス浄化装置の開閉手段による浄化用筒体の閉止開放状態を説明するための平面図。 本考案のエンジン排気ガス浄化装置の作用を説明するためのフローチャート。 本考案の図１のものと異なるエンジン排気ガス浄化装置の全体構造を示す軸断面図。 図５のエンジン排気ガス浄化装置の開閉手段による浄化円筒体の閉止開放状態を説明するための平面図。

符号の説明

１ 浄化用筒体
１ａ フィルタ状筒体
１ｂ ＮＯｘ還元触媒筒体
２ 加熱手段
３ 開閉手段
４ 検出手段
５ 導入管
６ 排気ガス導入ケース
７ ケース本体
８ 端板
９ 貫通孔
１０ 浄化排気ガス排出ケース
１１ 排出路
１２ 浄化排気ガス通路
１３ 端板
１４ 貫通孔
１５ 遮蔽板
１６ 隙間
１７ 隙間
１８ 圧力ゲージ
１９ 温度センサ
２０ 貫通孔
２１ 連通路
２２ 圧力ゲージ
２３ 流量弁
２４ 割出し機構付駆動モータ
１００ エンジン排気ガス浄化装置
１００ａ エンジン排気ガス浄化装置

Claims (5)

1. エンジンの排気系に配置され排気ガスの黒煙微粒子（ＰＭ）と窒素酸化物（ＮＯｘ）等の有害物質を規定されている基準値以下にするためのエンジン排気ガス浄化装置であって、該装置は、排気ガスが分散導入されると共にその排出側が閉止されＰＭ及びＮＯｘを浄化処理する複数個の浄化用筒体と、この筒体内に配置される加熱手段と、夫々の前記浄化用筒体の浄化排気ガスの排出側に形成される浄化排気ガス通路と、該通路と浄化排気ガスの排出路との間に介設され両者を部分的に連通又は非連通にする単一の開閉手段と、前記浄化用筒体の劣化具合を検出する検出手段と、該検出手段の検出信号に基づき前記加熱手段の出力コントロール及び前記開閉手段の開閉コントロールを行う制御部とを設けることを特徴とするエンジン排気ガス浄化装置。
2. 前記浄化用筒体が、ＰＭ補足用のフィルタ状筒体と、この外周に挿着されるＮＯｘ還元触媒筒体とからなることを特徴とする請求項１に記載のエンジン排気ガス浄化装置。
3. 前記検出手段が、前記装置内の排気圧を検出する圧力ゲージと、前記浄化用筒体の温度を検出する温度センサとからなることを特徴とする請求項１に記載のエンジン排気ガス浄化装置。
4. 前記開閉手段が、回転駆動される円形プレート又は腕状プレートからなり、複数個の前記浄化用筒体と対応する前記浄化排気ガス通路の少なくとも１つと前記排出路との連通を閉止すると共に残りの前記浄化排気ガス通路と前記排出路とを連通させるものからなることを特徴とする請求項１に記載のエンジン排気ガス浄化装置。
5. 前記浄化排気ガス通路と前記排出路との間には連通路が形成され、該連通路内には流量コントロール手段が設けられることを特徴とする請求項１に記載のエンジン排気ガス浄化装置。

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