JP4344565B2

JP4344565B2 - 内燃機関の排気ガス浄化装置

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Publication number: JP4344565B2
Application number: JP2003296780A
Authority: JP
Inventors: 英明牧田
Original assignee: 英明牧田; 牧田浩幸; 牧田富美子; 牧田裕子
Priority date: 2003-08-20
Filing date: 2003-08-20
Publication date: 2009-10-14
Anticipated expiration: 2023-08-20
Also published as: JP2005069041A

Description

本発明は、自動車エンジン等の内燃機関の排気ガス中に含まれる窒素酸化物（ＮＯ_X ）、炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、微小粉塵粒子（ＰＭ）等の有害物質を効果的に低減する排気ガス浄化装置に関する。

大気及び環境汚染の大きな要因である自動車の排気ガス対策として、普通乗用車や軽乗用車では触媒機構や燃焼機構によって有害物質を低減する浄化方式が進展している。しかるに、トラックやバス等のディーゼル機関を利用する大型自動車の排気ガスについては、窒素酸化物、炭化水素、一酸化炭素等の有害化学物質に加え、排気を黒煙状にする大量の微小粉塵粒子を含むにも関わらず、充分に有効な浄化方式が見出されておらず、その対策が急務になっている。

そこで、本発明らは先に、内燃機関等の有害排ガス低減装置として、燃料油供給経路に介在させた筒状ケーシング内に、多数の強磁石を軸方向所定間隔置きに配設した構造（特許文献１，２）、遠赤外線セラミック片を充填した構造（特許文献３）、中央部に強磁石を配設して両端部に遠赤外線セラミックを充填した構造（特許文献４，５）とし、燃料油がこれら強磁石や遠赤外線セラミックあるいは両者に接触して通過するようにしたものをそれぞれ提案している。更に、本発明者らは、内燃機関等の排気ガス浄化装置として、排気ガス通路に介在させた筒状ケーシング内に、パンチングプレートからなる筒の外周に金属製ネットを巻回した構造の筒状金属ネットフィルターを設け、この筒状金属ネットフィルターの内側に遠赤外線セラミック球体を充填した構造（特許文献６）、同様の筒状金属ネットフィルターからなる内外筒間に遠赤外線セラミック球体を充填すると共に、この充填層中にヒーターを挿入した構造（特許文献７）とし、排気ガスが筒状金属ネットフィルター及び遠赤外線セラミック球体充填層を通過するようにしたものもそれぞれ提案している。
登録実用新案第３０２３６９９号公報特開平９−２０９８５０号公開登録実用新案第３０２７７０５号公報登録実用新案第３０１２８５７号公報登録実用新案第３０２５４８６号公報特開２００３−２０９２７公報特開２００３−２０９３４公報

しかして、前記提案の有害排ガス低減装置では、燃料油が強磁石や遠赤外線セラミックと接触することにより、磁気や遠赤外線の作用で燃料油分子が活性化し、内燃機関における燃焼効率が向上し、もって排気ガス中の有害物質が大幅に低減することが確認されている。一方、前記提案の排気ガス浄化装置では、筒状金属ネットフィルターによって排気ガス中の微小粉塵粒子が効率よく除去されると共に、遠赤外線セラミックから放射される遠赤外線によって有害化学物質の分解が進むことが判明している。

本発明の目的は、前記提案の種々の有害排ガス低減装置及び排気ガス浄化装置による浄化方式から発展して、内燃機関の排気ガス中の有害物質をより低減することを可能にすると共に、これら提案の浄化方式と有機的に結合して更に有害物質の除去効率を更に高め得る手段を提供することにある。

上記目的を達成するための手段を図面の参照符号を付して示せば、請求項１の発明は、内燃機関（ディーゼルエンジン１）の排気ガス通路２に排ガス反応室３を介装し、この排ガス反応室３に流入する排気ガス中にアンモニア及び水蒸気を注入する注入手段を設けてなる内燃機関の排気ガス浄化装置において、排ガス反応室３がベローズ構造の周壁３ａを有する筒状に構成され、この排ガス反応室３の外周に熱交換ジャケット４が設けられ、前記注入手段が、該熱交換ジャケット内にアンモニア水を霧状にして注入するアンモニヤ注入装置５と、熱交換を経て当該熱交換ジャケットより導出されるアンモニア及び水蒸気を排ガス反応室３の上流側の排ガス通路２ｂ内に送り込むアンモニア導入管路６とで構成されてなることを特徴としている。

請求項２の発明は、前記請求項１の排気ガス浄化装置において、前記排ガス反応室３の排ガス導入口３１及び排ガス導出口３２が、当該排ガス反応室３内に中心線方向に沿って突入する短筒状に形成され、その周壁３１ａ，３２ａが多孔状をなすと共に、内端３１ｂ，３２ｂが閉塞してなる構成としている。
ガス浄化装置。

請求項３の発明は、前記請求項１又は２の排気ガス浄化装置において、前記排ガス反応室３の上流側で排気ガス中にオゾンを注入するオゾン注入装置８を具備してなる構成としている。

請求項４の発明は、前記請求項３の排気ガス浄化装置において、前記オゾン注入装置８は、筒状ケーシング８１内に、外側電極を構成する金属製筒体８２と、この金属製筒体８２の内側に離間して同心状に配置し、外周に逆極性の内側電極を構成する導体線８３ａが巻回された非導電性材料からなる芯軸８３とを装填したオゾン発生器８０を備え、このオゾン発生器８０内に導入した酸素含有ガスが金属製筒体８２と芯軸８３との間を通過する際の両極間での放電により、オゾンを生成するように構成されてなるものとしている。

請求項５の発明は、前記請求項４の排気ガス浄化装置において、前記オゾン発生器８０に酸素含有ガスとして内燃機関１の排気ガスの一部を導入するように構成されてなるものとしている。

請求項６の発明は、前記請求項１〜５のいずれかの排気ガス浄化装置において、排ガス反応室３の下流側の排ガス通路２ｂに金属製ネットフィルター９１，９２が介装されてなる構成としている。

請求項７の発明は、前記請求項１〜６のいずれかの排気ガス浄化装置において、排ガス反応室３の下流側の排ガス通路２ｂに、遠赤外線セラミック粒体１０ａ…の充填層１０が介装されてなる構成としている。

請求項８の発明は、前記請求項１〜７のいずれかの排気ガス浄化装置において、排ガス反応室３の下流側の排ガス通路２ａにフィルター装置９が介装され、該フィルター装置９は、筒状ケーシング９０内に、共に筒状をなす外側の金属製ネットフィルター９２と内側の金属製ネットフィルター９１とが同心状に配置し、これら内外の金属製ネットフィルター９１，９２間に遠赤外線セラミック粒体の充填層１０が形成され、排気ガスが内外の金属製ネットフィルター９１，９２及び遠赤外線セラミック粒体の充填層１０を通過するように構成されてなるものとしている。

請求項９の発明は、前記請求項８の排気ガス浄化装置において、２基のフィルター装置９，９を備え、排気ガスが切替え弁２２を介していずれか一方のフィルター装置を通過するように構成されてなるものとしている。

請求項１０の発明は、前記請求項９の排気ガス浄化装置において、遠赤外線セラミック粒体の充填層１０中に電気ヒーター１１が挿入されてなる構成としている。

請求項１１の発明は、上記請求項１〜１０のいずれかの内燃機関の排気ガス浄化装置において、燃料タンク１２と内燃機関１とを繋ぐ燃料油供給経路１３に、筒状ケーシング１４ａ内に複数の強磁石１４ｂ…が配置し、燃料油をこれら強磁石１４ｂ…に接触して通過させる燃料油活性化装置１４を介装してなる構成としている。

請求項１２の発明は、上記請求項１〜１１のいずれかの内燃機関の排気ガス浄化装置において、内燃機関１がディーゼルエンジンである構成としている。

請求項１の発明に係る内燃機関の排気ガス浄化装置によれば、熱交換ジャケット内に注入されたアンモニア水が排ガス反応室内の高温の排気ガスと熱交換し、気化したアンモニア及び水蒸気が排ガス反応室の上流側で排気ガス中に注入されるから、排ガス反応室内において、アンモニアの触媒作用によって窒素酸化物（ＮＯ_X ）の窒素と水への分解が進むと共に、水蒸気の作用で排気ガス中の微小粉塵粒子（ＰＭ）が相互に結着して粗大化する。このとき、排ガス反応室内は周壁のベローズ構造による大きな流れ抵抗によって激しい擾乱状態になるため、窒素酸化物の分解と微小粉塵粒子の粗大化が促進される上、排ガス反応室内の排気ガスの温度が前記熱交換に伴って低下するから、特に微小粉塵粒子の粗大化の効率が更に高まることになる。

従って、最終的に放出される排気ガス中の窒素酸化物が著しく低減されると共に、本来はエアクリーナーでも取れにくい微小粉塵粒子もフィルター等で効率よく除去可能となり、排気煙濃度を大幅に低下できる。また、内燃機関の稼働状況による排気ガスの圧力変動に対応して、ベローズ構造の周壁が拡縮変形すると共に、熱変動に伴う膨張・収縮の寸法変化もベローズ構造の周壁で吸収されため、排ガス反応室の器壁や取付部の損傷が回避され、もって排気ガス浄化装置の耐久性が向上する。更に、ベローズ構造の周壁による振動の吸収効果も得られる。

請求項２の発明によれば、排ガス反応室の入口側では排気ガスが中心部の筒状の排ガス導入口から該反応室の周辺に向けて放射状に放出される一方、排ガス反応室の出口側では周辺から中心部の筒状の排ガス導出口へ向かう流れとなるため、排ガス反応室内での排気ガスの擾乱度合が激しくなり、それだけ窒素酸化物の分解と微小粉塵粒子の粗大化がより効率よく進行する。

請求項３の発明によれば、排ガス反応室の上流側で注入されたオゾンにより、窒素酸化物の分解が促進されると共に、排気ガス中に含まれている炭化水素（ＨＣ）の酸化分解、ならびに一酸化炭素の二酸化炭素への転化が進行し、もって排ガス中の有害成分が効果的に低減される上、注入されたアンモニアが酸化分解されることにより、最終的に放出される排気ガスのアンモニア臭が低下する。

請求項４の発明によれば、オゾン発生器におけるオゾン生成効率が高く、それだけオゾン注入装置による排気ガス中へのオゾン注入量が多くなり、排ガス中の有害成分がより効果的に低減される。

請求項５の発明によれば、前記オゾン発生器に酸素含有ガスとして内燃機関の排気ガスの一部を導入するため、該排気ガスの排出圧力を利用してオゾン含有ガスを注入でき、もって注入用のポンプを省略でき、それだけオゾン注入装置の構成が簡素化して設備コストの低減に繋がる。

請求項６の発明によれば、金属製ネットフィルターによって排気ガス中に含まれる固形物が除去されるが、排ガス反応室内で排気ガス中の微小粉塵粒子が相互に結着することから、該微小粉塵粒子を粗大化粒子として金属製ネットフィルターで効率よく捕捉でき、もって排気ガス中の微小粉塵粒子が大幅に低減される。

請求項７の発明によれば、遠赤外線セラミック粒体より放射される遠赤外線によって排気ガス中の炭化水素等の分解がより進むと共に、該セラミック粒体の充填層が濾材として排気ガス中の煤等を捕捉し、それだけ排気ガスの煤塵量が少なくなる。

請求項８の発明によれば、排気ガスがフィルター装置の内外の金属製ネットフィルター及び遠赤外線セラミック粒体の充填層を通過する際、該排気ガス中に含まれる煤等の固形物が効率よく捕捉されると同時に、遠赤外線による炭化水素等の分解が進むことになる。また、金属製ネットフィルターと遠赤外線セラミック粒体の充填層とが一体化しているから、排気ガス通路の下流側の装置構成が簡素になる。

請求項９の発明によれば、２基のフィルター装置の一方を使用して排気ガスの浄化を行いつつ、他方の目詰まりを除去するための清掃や構成部材の交換を行うことが可能になる。

請求項１０の発明によれば、電気ヒーターの稼働により、遠赤外線セラミック粒体の充填層中に蓄積した煤の炭素を燃焼させて炭酸ガスとして放散除去することが可能であり、また該充填層が内外の金属製ネットフィルター間に設けられている場合には、これら金属製ネットフィルターに捕捉された煤も同様に炭酸ガスとして放散除去でき、これによって煤を除去するための清掃作業の省略あるいは頻度低減を図ることが可能となる。

請求項１１の発明によれば、内燃機関へ送る燃料油が磁気によって活性化され、該内燃機関での燃焼効率が向上することから、内燃機関から出た段階での排気ガス中の有害物質が減り、それだけ最終的に排出される排気ガスの有害物質量が少なくなる。

請求項１２の発明によれば、ディーゼルエンジンの排気ガスに含まれる有害物質を効果的に除去できる。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して具体的に説明する。図１〜図８は本発明に係る内燃機関の排気ガス浄化装置の実施形態を示す。

図１及び図２において、１はトラックＴのディーゼルエンジン、２は該エンジン１からの排気ガス通路、２１は排気ガス通路２の上流側に介装された消音器（マフラー）、３は消音器２１の下流側に介装された排ガス反応室、４は排ガス反応室３の外周に設けられた熱交換ジャケット、５は該熱交換ジャケット４内にアンモニア水を霧状にして注入するアンモニヤ注入装置、６は当該熱交換ジャケット４より排ガス反応室３の上流側の排ガス通路２ａに至るアンモニア導入管路、８は排ガス反応室３の上流側で排気ガス中にオゾンを注入するオゾン注入装置、９は排ガス反応室３の下流側の排気ガス通路２ｂに介装された２基のフィルター装置、１２は燃料タンク、１３は燃料タンク１２とディーゼルエンジン１内燃機関１とを繋ぐ燃料油供給経路、１４は燃料油供給経路１３に介装された燃料油活性化装置である。

排ガス反応室３は、ステンレス鋼製であり、図３で詳細に示すように、ベローズ構造の周壁３ａを有している。また、この排ガス反応室３の排気ガス通路２に連通する排ガス導入口３１及び排ガス導出口３２は、当該排ガス反応室３内に中心線方向に沿って突入する短筒状に構成され、周壁３１ａ，３２ａが多孔状をなすと共に、先端３１ｂ，３２ｂが閉塞している。そして、この排ガス反応室３の外周には、ベローズ構造の周壁３ａを包囲するように熱交換ジャケット４が設けてある。

アンモニヤ注入装置５は、タンク５１に収容したアンモニア水を、ポンプＰ１を介してノズル５２（図３参照）より霧状にして熱交換ジャケット４内へ軸方向一端側から注入するようになっている。しかして、熱交換ジャケット４の軸方向他端側にはアンモニア導入管路６の入口６ａが連通接続されており、該アンモニア導入管路６の出口６ｂが排ガス反応室３の上流側の排気ガス通路２ａに連通接続されている。

オゾン注入装置８は、オゾン発生器８０にて生成させたオゾンを含むガスを、ポンプＰ２を介して注入口８ａ（図３参照）より排ガス反応室３の上流側の排気ガス通路２ａ内に注入するようになっている。しかして、オゾン発生器８０は、図４及び図５に示すように、合成樹脂からなる絶縁性の筒状ケーシング８１内に、外側電極（−極）を構成する金属製筒体８２と、外周に逆極性の内側電極（＋極）を構成する銅線やニクロム線の如き導体線８３ａが巻回された合成樹脂からなる絶縁性の芯軸８３とが、互いに離間して同心状に配置しており、導入口８１ａから入った酸素含有ガスが金属製筒体８２と芯軸８３との間を通過する際の＋−極間での放電により、オゾンを生成させる。なお、金属製筒体８２は多数本の金属パイプ８２ａ…を円形に配列して溶接一体化したものであり、これによって内周全体に放電点となる多数の凸部を形成し、内周全体の放電発生を均等化させると共に、導出口８１ｂを導入口８１ａより狭く絞ることにより、金属製筒体８２と芯軸８３との間を通過したガスの一部を金属パイプ８２ａ…内を通して循環させ、もってオゾン生成効率を高めるように設定している。

排ガス反応室３の下流側の排ガス通路２ｂは、二つに分岐して各々フィルター装置７，７に接続すると共に、両フィルター装置７，７の出口側で合流した排気口２３に至っている。しかして、排気ガスは、上記の分岐部に介在する切替え弁２２により、両フィルター装置９，９の一方を通過するようになっている。

各フィルター装置９は、図６及び図７（Ａ）に示すように、筒状ケーシング９０内に径小と径大の２つの円筒状をなす金属製ネットフィルター９１，９２が、ケーシング９０の上下内端面に突設した位置決め用環状突縁９３ａ，９３ｂを介して同心状に配置すると共に、両ネットフィルター９１，９２間が球状の遠赤外線セラミック粒体１０ａの充填層１０となっている。また、外側のネットフィルター９２とケーシング９０の内周面との間に環状の流入側空間１５ａが構成され、ケーシング９０の側面に該流入側空間１５ａに連通する排気ガス導入口９ａが設けられると共に、ケーシング９０の底面には、内側のネットフィルター９１の内側に構成される流出側空間１５ｂに連通する排気ガス導出口９ｂが設けられている。９４は流入側空間１５ａ側で排気ガス導入口９ａと対向配置した邪魔板であり、該導入口９ａからの排気ガスを流入側空間１５ａに均等に行き渡らせる機能を果たす。

しかして、金属製ネットフィルター９１，９２は共に、図７（Ａ）中の仮想線円Ｓ内を拡大した図７（Ｂ）で代表して示すように、パンチングプレートからなる筒体１６の外側に金属ネット１７を多重（図では５重）に巻回したものである。

図６及び図７（Ａ）において、１８はケーシング９０の上端側を構成する把手付き蓋板であり、その外周突縁部１８ａとケーシング９０側の開口突縁部９０ａとを合わせた上に、二分割型クランプリング１９の両半円弧杆１９ａ，１９ｂを被せ、該クランプリング１９のロックレバー１９ｃで緊締することにより、ケーシング９０に気密状態に固定される。しかして、該蓋板１８には、両ネットフィルター９１，９２の中間に沿う円周線に沿って一定間隔置きに筒状のヒ−ター挿入口１８ｂが設けられると共に、径方向に対向して且つ両ネットフィルター９１，９２間に位置する２箇所にセラミック投入口１８ｃ，１８ｃが形成されており、各ヒ−ター挿入口１８ｂより図７（Ａ）の仮想線の如く棒状の電熱ヒーター１１をケーシング９０内の両ネットフィルター９１，９２間に挿入できると共に、この挿入状態でセラミック投入口１８ｃ，１８ｃより遠赤外線セラミック粒体１０ａを投入して充填層１０を形成できるようになっている。なお、各ヒ−ター挿入口１８ｂ及び投入口１８ｃ，１８ｃはキャップ（図示省略）によって封止可能である。

上記実施形態の排気ガス浄化装置によれば、ディーゼルエンジン１から排気ガス通路２に排出される排気ガスが消音器２１を通過したのち、排ガス反応室３に流入する前に、オゾン注入装置８より送られるオゾンを含むガスと、熱交換ジャケット４を出たアンモニア及び水蒸気の混合ガスとが当該排気ガス中に注入される。そして、該排気ガスが排ガス反応室３内を通過する過程で、アンモニアとオゾンの作用によって排気ガス中に含まれる窒素酸化物（ＮＯ_X ）の窒素と水への分解が進むと共に、オゾンによる排気ガス中の炭化水素（ＨＣ）及びアンモニアの分解、ならびに一酸化炭素（ＣＯ）の二酸化炭素（ＣＯ₂ ）への転化も進み、また熱交換ジャケット４内に霧状に注入されたアンモニア水との熱交換によって排気ガスの温度が下がり、この温度低下と水蒸気の作用とで排気ガス中の微小粉塵粒子（ＰＭ）が相互に結着して粗大化する。なお、本来の微小粉塵粒子は３μｍ以下であるため、一般的に８μｍ程度までの固形粒子を除去対象とする通常のエアクーナーでは除去できない。

しかして、この排ガス反応室３にあっては、ベローズ構造の周壁３ａによって大きな流れ抵抗を生じることと、排ガス導入口３１及び排ガス導出口３２の内端が閉塞しているために、入口側では中心から周辺に向けて放射状に排気ガスが放出され、出口側では周辺から中心部に向かう流れになることとから、内部が激しい擾乱状態となり、これによって前記の窒素酸化物及び炭化水素の分解や一酸化炭素の転化といった反応が促進され、また周壁３ａがベローズ構造で大きな接触面積を有することから熱交換効率も高くなり、もって微小粉塵粒子の粗大化も能率よく進展する。また、この熱交換により、熱交換ジャケット４内のアンモニア水は気化し、アンモニアガスと水蒸気として該排ガス反応室３の上流側で排気ガス中に注入される。なお、排気ガス温度は、例えばディーゼルエンジン１を出た段階で４８０℃程度である場合、消音器２１の出口で３５〜４００℃程度、排ガス反応室３の出口で２３０℃程度となる。

排ガス反応室３を出た排気ガスは、切替え弁２２の位置によって選択される一方のフィルター装置９に流入する。しかして、このフィルター装置９では、図７に示すように、排気ガス導入口９ａより流入した排気ガスは、邪魔板９４によって上下に分かれて環状の流入側空間１５ａに行き渡った上で、外側の金属製ネットフィルター９２を全面から通過して遠赤外線セラミック粒体充填層１０中に入り込み、更に内側の金属製ネットフィルター９１を全面から通過して中心の流出側空間１５ｂに入り、排気ガス導出口９ｂから流出して末端の排気口２３より外部へ放出される。

このフィルター装置９では、排気ガスが内外の金属製ネットフィルター９１，９２を通過する際、該排気ガス中に含まれる比較的大きな固形物が除去されるが、上流側の排ガス反応室３において排気ガス中の微小粉塵粒子（ＰＭ）が相互に結着して粗大化していることから、該微小粉塵粒子も粗大化粒子として効率よく捕捉される。また、排気ガスが遠赤外線セラミック粒体充填層１０を通過する際には、遠赤外線セラミック粒体１０ａ…より放射される遠赤外線によって排気ガス中の窒素酸化物や炭化水素等の分解がより進むと共に、該充填層１０も濾材として排気ガス中の煤等を捕捉する。

従って、最終的に排気口２３より外部へ放出される排気ガスは、窒素酸化物、炭化水素、一酸化炭素等の有害ガス成分が非常に少なく、且つ微小粉塵粒子が大幅に低減されて排気煙濃度の薄い状態となる。

なお、ディーゼルエンジン１の稼働状況によって排気ガスの排出量が変化するため、排ガス反応室３内の圧力が大きく変動するが、本実施形態では該圧力変動に対応してベローズ構造の周壁３ａが拡縮変形する。また、エンジン停止時と運転時とで排ガス反応室３内に大きな温度差を生じるが、この温度変動に伴う膨張・収縮の寸法変化もベローズ構造の周壁３ａによって吸収される。従って、本実施形態では、これら圧力や温度の変動による排ガス反応室３の器壁や取付部の損傷が回避され、もって排気ガス浄化装置の耐久性が向上する。更に、エンジンの稼働に伴う振動は排気系にも伝わるが、ベローズ構造の周壁３ａによって該振動が吸収される効果もある。

一方、フィルター装置９では、経時的に金属製ネットフィルター９１，９２の目詰まりや劣化、遠赤外線セラミック粒体１０ａ…の劣化、充填層１０の目詰まり等が進行するため、本実施形態では２基を並設し、その一方を排気ガス浄化に使用している間に、他方の構成材の目詰まり除去や交換を行えるようにしている。しかして、このように２基のフィルター装置９，９を並設する場合に、図７の仮想線で示すように遠赤外線セラミック粒体の充填層１０中に電気ヒーター１１…を挿入した構成とすれば、その一方を排気ガス浄化に使用している間に、使用していない他方のフィルター装置９の電気ヒーター１１…を入電（ＯＮ）して加熱することにより、セラミック粒体１０ａ…からの遠赤外線放射と相俟って内部で高温が発生し、該充填層１０中に蓄積した煤ならびに内外の金属製ネットフィルター９１，９２に捕捉されている煤の炭素が燃焼するから、これら煤を炭酸ガスとして放散除去して目詰まりを解消でき、もって煤を除去するための清掃作業の省略あるいは頻度低減を図ることが可能となる。

燃料油供給経路１３に介装された燃料油活性化装置１４は、図８に示すように、円筒状ケース２４に中心線に沿う固定軸２５が貫設され、この固定軸２５に異方性フェライト等よりなる多数枚の強磁石板２６…が一定間隔置きに止着された構造を有している。そして、これら強磁石板２６…は、各々が略正方形の角部を円弧状に切除した形状を備えており、その周方向の向きが順次少しずつ変わるようにして固定軸２５に止着され、もって正方形の四辺とケース２４の内周面との間に構成される流通間隙の位置がケース軸方向で順次変化するように設定している。２７はケース２４内の要所で固定軸２５を保持する保持板であり、円形の一部が流通間隙として切除された形状を備え、ケース２４に一体化されている。

しかして、この燃料油活性化装置１４では、燃料タンク１２より供給される軽油が、円筒状ケース２４の一端に設けた入口１４ａより流入し、各強磁石板２６とケース２４の内周面との間を順次通過して出口１４ｂに至る過程で、強磁石板２６…による強い磁力作用を受けて活性化する。従って、ディーゼルエンジン１での燃焼効率が向上し、燃費が低減すると共に、該エンジン１から出た段階での排気ガス中の有害物質が減り、それだけ最終的に排出される排気ガスの有害物質量が少なくなる。

なお、図２の仮想線で示すように、排気ガス通路２からの分岐通路２ｃ等により、オゾン発生器８０に供給する酸素含有ガスとしてディーゼルエンジン１の排気ガスの一部を導入する構成とすれば、該排気ガスの排出圧力を利用してオゾンを排気ガス通路内へ注入できるから、前記実施形態で用いた注入用のポンプＰ１を省略でき、それだけオゾン注入装置８の構成が簡素化して設備コストの低減に繋がる。

前記実施形態では内燃機関として燃料に軽油を用いるディーゼルエンジンを例示したが、本発明の排気ガス浄化装置はディーゼルエンジン以外の種々の内燃機関にも同様に適用可能である。

また、本発明の排気ガス浄化装置は、実施形態で用いた燃料油活性化装置１４及びフィルター装置９の一方又は両方を省略した構成を包含する。しかして、後述する実施例にて示すように、フィルター装置９を用いない構成であっても、排気ガス中の微小粉塵粒子（ＰＭ）をかなり低減できることが実証されている。更に、例示したフィルター装置９は金属製ネットフィルター９１，９２と遠赤外線セラミックの充填層１０を一体に組み込んでいるが、これに代えて金属製ネットフィルターと遠赤外線セラミックの充填層とを別にして各々を排気ガス通路に介在させた構成としてもよい。ただし、例示したフィルター装置９のように金属製ネットフィルターと遠赤外線セラミックの充填層とを一体化することにより、排気ガス通路の下流側の装置構成が簡素になるという利点がある。

なお、排ガス反応室については、前記実施形態のような周壁及び排ガス導出入口の構造が推奨されるが、内部で排気ガスの擾乱状態を現出可能であれば、他の構造であっても差し支えない。ただし、ベローズ構造の周壁の採用は、既述のように圧力及び温度の変動に対応できる点で有利である。また、前記第二実施形態では排ガス反応室３の上流側にベローズ構造の周壁７ａを有する筒体７を配し、アンモニア水及びオゾンの注入を該筒体７の入口側と出口側で行うようにしているが、このような筒体７を介さず、排気ガス通路２の単なるパイプ状の管路にアンモニア水及びオゾンを注入することも可能である。ただし、ベローズ構造の周壁７ａは擾乱作用による混合効果と熱伸縮の吸収効果が得られる点で好適である。その他、本発明の排気ガス浄化装置の細部構成については実施形態以外に種々設計変更可能である。

次に、本発明の排気ガス浄化装置による自動車ディーゼルエンジンの排気ガス浄化の実施例について、該排気ガス浄化装置を用いない比較例と対比して説明する。使用した自動車、試験内容、浄化装置構成は次のとおりである。

〔自動車〕
車名・型式：ニッサンディーゼルトラックＫＣ−ＭＫ２１１ＨＨ
走行距離数：１５４０７１ｋｍ
車両総重量：７９９０ｋｇ
エンジン型式：ＦＥ６（６気筒−圧縮比１８．６）
総排気量：６．９２５Ｌ

〔試験内容〕
試験機関：財団法人日本車両検査協会自動車試験所
試験期日；平成１５年６月２４日
試験項目：
（１）シャシダイナモメータによるディーゼル自動車１３モード排出ガス試験
（２）ディーゼル排気煙濃度試験（フリーアクセルモード）
使用燃料：低硫黄軽油

〔浄化装置構成〕
オゾン注入装置：オゾン注入量…７５７．６ｇ／時
アンモニア注入装置：アンモニア水注入量…０．２Ｌ／分
フィルター装置：金属製ネットフィルター（内外共）…３００メッシュ（孔径４２μｍ）のステンレス鋼製ネット（３１６Ｌ）の５重巻き

比較例
排気ガス浄化装置を搭載せずに、表１に示す１３の運転モードで試験を行い、各運転モードでの希釈排出ガス成分濃度（ＣＯ，ＨＣ，ＮＯ_X ，ＣＯ₂ ）、希釈率、希釈排出ガス量、時間当たりのガス排出量を測定した。その結果を表２に示す。

実施例１
図２に示す装置構成においてフィルター装置９のみを外した構造の排気ガス浄化装置を搭載し、表３に示す１３の運転モードで試験を行い、各運転モードでの希釈排出ガス成分濃度（ＣＯ，ＨＣ，ＮＯ_X ，ＣＯ₂ ）、希釈率、希釈排出ガス量、時間当たりのガス排出量を測定した。その結果を表４に示す。

実施例２
図２に示す装置構成の排気ガス浄化装置を搭載し、表５に示す１３の運転モードで試験を行い、各運転モードでの希釈排出ガス成分濃度（ＣＯ，ＨＣ，ＮＯ_X ，ＣＯ₂ ）、希釈率、希釈排出ガス量、時間当たりのガス排出量を測定した。その結果を表６に示す。

次の表７は上記比較例及び実施例１，２の試験による排ガス成分の平均排出量を示す。この表７に示すように、本発明の排気ガス浄化装置を用いることにより、浄化装置のない場合（比較例）に比べ、排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯ_X ）については７０％前後といった極めて高い削減率が得られており、一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）、微小粉塵粒子（ＰＭ）についても大幅に低減しており、特にフィルター装置を用いた場合（実施例２）の微小粉塵粒子の削減率は３５％超に達している。従って、本発明の排気ガス浄化装置によれば、排気ガス中の有害成分を効果的に低減できることが判る。

次の表８に、前記自動車（ニッサンディーゼルトラックＫＣ−ＭＫ２１１ＨＨ）において、排気ガス浄化装置を搭載しない場合（ノーマル）と、本発明の排気ガス浄化装置（図２の装置構成）を搭載してフル稼働させた場合（本発明）と、該排気ガス浄化装置のアンモニア水注入装置及びフィルター装置を省いた場合（参考例）について、各々ディーゼル排気煙濃度試験（フリーアクセルモード）を行った結果を示す。なお、汚染度測定は、測定装置としてスモークメーターＤＳＭ−２０Ａを用い、エンジン最高回転数３０００ｒｐｍ、正規無負荷回転数５５０ｒｐｍとして、各３回の試験を行った。

表８の結果から、本発明の排気ガス浄化装置によって排気ガスに伴う煤を大幅に低減できることが明らかである。しかるに、アンモニア注入装置及びフィルター装置がない場合（参考例）は汚染度の改善が僅かにとどまっている。

本発明の実施形態に係る内燃機関の排気ガス浄化装置を取り付けたトラックの概略側面図である。同排気ガス浄化装置の概略構成図である。同排気ガス浄化装置の排ガス反応室を示す縦断側面図である。同排気ガス浄化装置のオゾン発生器を示す縦断側面図である。同オゾン発生器の縦断正面図である。同排気ガス浄化装置に用いるフィルター装置の平面図である。同フィルター装置を示し、（Ａ）は縦断側面図、（Ｂ）は（Ａ）の仮想線円Ｓ内の拡大図である。同排気ガス浄化装置に用いる燃料油活性化装置の縦断側面図である。

１ディーゼルエンジン（内燃機関）
２排気ガス通路
２ａ上流側の排ガス通路
２ｂ下流側の排ガス通路
２ｃ分岐通路
３排ガス反応室
３ａ周壁部
３１排ガス導入口
３１ａ周壁
３１ｂ内端
３２排ガス導出口
３２ａ周壁
３２ｂ内端
４熱交換ジャケット
５アンモニア注入装置
６アンモニア導入管路
８オゾン注入装置
８０オゾン発生器
８１筒状ケーシング
８２金属製筒体
８３芯軸
８３ａ導体線
９フィルター装置
９１金属製ネットフィルター
９２金属製ネットフィルター
１０遠赤外線セラミック粒体の充填層
１０ａ遠赤外線セラミック粒体
１１電気ヒーター
１２燃料タンク
１３燃料油供給経路
１４燃料油活性化装置
１４ａ筒状ケーシング
１４ｂ強磁石

Claims

内燃機関の排気ガス通路に排ガス反応室を介装し、この排ガス反応室に流入する排気ガス中にアンモニア及び水蒸気を注入する注入手段を設けてなる内燃機関の排気ガス浄化装置において、
前記排ガス反応室がベローズ構造の周壁を有する筒状に構成され、この排ガス反応室の外周に熱交換ジャケットが設けられ、
前記注入手段が、該熱交換ジャケット内にアンモニア水を霧状にして注入するアンモニヤ注入装置と、熱交換を経て当該熱交換ジャケットより導出されるアンモニア及び水蒸気を排ガス反応室の上流側の排ガス通路内に送り込むアンモニア導入管路とで構成されてなることを特徴とする内燃機関の排気ガス浄化装置。
前記排ガス反応室の排ガス導入口及び排ガス導出口が、当該排ガス反応室内に中心線方向に沿って突入する短筒状に形成され、その周壁が多孔状をなすと共に、内端が閉塞してなる請求項１に記載の内燃機関の排気ガス浄化装置。
前記排ガス反応室の上流側で排気ガス中にオゾンを注入するオゾン注入装置を具備してなる請求項１又は２に記載の内燃機関の排気ガス浄化装置。
前記オゾン注入装置は、筒状ケーシング内に、外側電極を構成する金属製筒体と、この金属製筒体の内側に離間して同心状に配置し、外周に逆極性の内側電極を構成する導体線が巻回された非導電性材料からなる芯軸とを装填したオゾン発生器を備え、このオゾン発生器内に導入した酸素含有ガスが金属製筒体と芯軸との間を通過する際の両極間での放電により、オゾンを生成するように構成されてなる請求項３記載の内燃機関の排気ガス浄化装置。
前記オゾン発生器に酸素含有ガスとして内燃機関の排気ガスの一部を導入するように構成されてなる請求項３又は４に記載の内燃機関の排気ガス浄化装置。
排ガス反応室の下流側の排ガス通路に金属製ネットフィルターが介装されてなる請求項１〜５のいずれかに記載の内燃機関の排気ガス浄化装置。
排ガス反応室の下流側の排ガス通路に、遠赤外線セラミック粒体の充填層が介装されてなる請求項１〜６のいずれかに記載の内燃機関の排気ガス浄化装置。
排ガス反応室の下流側の排ガス通路にフィルター装置が介装され、
該フィルター装置は、筒状ケーシング内に、共に筒状をなす外側の金属製ネットフィルターと内側の金属製ネットフィルターとが同心状に配置し、これら内外の金属製ネットフィルター間に遠赤外線セラミック粒体の充填層が形成され、排気ガスが内外の金属製ネットフィルター及び遠赤外線セラミック粒体の充填層を通過するように構成されてなる請求項１〜７のいずれかに記載の内燃機関の排気ガス浄化装置。
２基のフィルター装置を備え、排気ガスが切替え弁を介していずれか一方のフィルター装置を通過するように構成されてなる請求項８記載の内燃機関の排気ガス浄化装置。
遠赤外線セラミック粒体の充填層中に電気ヒーターが挿入されてなる請求項９記載の内燃機関の排気ガス浄化装置。
燃料タンクと内燃機関とを繋ぐ燃料油供給経路に、筒状ケーシング内に複数の強磁石が配置し、燃料油をこれら強磁石に接触して通過させる燃料油活性化装置を介装してなる請求項１〜１０のいずれかに記載の内燃機関の排気ガス浄化装置。
内燃機関がディーゼルエンジンである請求項１〜１１のいずれかに記載の内燃機関の排気ガス浄化装置。