JP6828987B2 - エンジンの排気処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンの排気処理装置に関し、詳しくは、エンジンの排気昇温処理時に、可燃性ガスの生成が促進されるエンジンの排気処理装置に関する。

従来、エンジンの排気昇温処理時に、燃料供給室から触媒室のガス生成触媒に液体燃料と空気が供給され、触媒反応で生成された可燃性ガスが、ガス導出路から排気導出路に供給され、排気中での可燃性ガスの燃焼で、排気が昇温するように構成された、エンジンの排気処理装置がある(例えば、特許文献１参照)。

特開２０１５−１６９１６２号公報(図２，図６参照)

《問題点》 エンジンの排気昇温処理時に、可燃性ガスの生成が停滞するおそれがあった。
特許文献１の装置では、エンジンの排気昇温処理時に、触媒室の高温の可燃性ガスが上方の燃料供給室に浮上し、触媒室への液体燃料や空気の供給が邪魔され、可燃性ガスの生成が停滞するおそれがあった。

本発明の課題は、エンジンの排気昇温処理時に、可燃性ガスの生成が促進されるエンジンの排気処理装置を提供することにある。

(請求項１，１３に係る発明に共通する発明特定事項)
図１(Ａ)(Ｂ)，図６(Ａ)(Ｂ)に例示するように、エンジンの排気昇温処理時に、燃料供給室(１)から触媒室(２)のガス生成触媒(３)に液体燃料(４)と空気(５)が供給され、触媒反応で生成された可燃性ガス(６)が、ガス供給路(７)から排気導出路(８)に供給され、排気(９)中での可燃性ガス(６)の燃焼で、排気(９)が昇温するように構成された、エンジンの排気処理装置において、
図１(Ａ)，図６(Ａ)に例示するように、ガス生成触媒(３)はその下部に燃料入口(３ｂ)を備え、燃料入口(３ｂ)にその下方の燃料供給室(１)から液体燃料(４)と空気(５)が供給されるように構成されている。
(請求項１に係る発明に固有の発明特定事項)
図２(Ａ)，(Ｂ)に例示するように、触媒室(２)の周壁(２ａ)の外周に沿う排気進入室(１０)を備え、この排気進入室(１０)が排気導出路(８)と連通され、排気導出路(８)の排気(９)が排気進入室(１０)に進入するように構成されている、ことを特徴とするエンジンの排気処理装置。
(請求項１３に係る発明に固有の発明特定事項)
ガス生成触媒(３)は、燃料入口(３ｂ)寄りで、白金が担持され、ロジウムが担持されていない入口側触媒部(３ｅ)と、可燃性ガス出口(３ｄ)寄りで、ロジウムが担持された出口側触媒部(３ｆ)を備えている、ことを特徴とする、エンジンの排気処理装置。

(請求項１に係る発明の効果)
《効果１−１》 エンジンの排気昇温処理時に、可燃性ガスの生成が促進される。
エンジンの排気昇温処理時に、触媒室(２)の高温の可燃性ガス(６)が上方に浮上し、触媒室(２)への液体燃料(４)や空気(５)の供給が邪魔されることがなく、可燃性ガス(６)の生成が促進される。
《効果１−２》 排気昇温処理が促進される。
エンジンの排気昇温処理前に、排気進入室(１０)の排気(９)の熱が触媒室(２)の周壁からガス生成触媒(３)に入熱されており、ガス生成触媒(３)の温度が高められる。また、エンジンの排気昇温処理時には、触媒室(２)の周壁(２ａ)からのガス生成触媒(３)の放熱が、排気進入室(１０)の排気(９)の熱で妨げられる。これらの理由により、エンジンの排気昇温処理時に、可燃性ガス(６)を生成するガス生成触媒(３)の昇温時間が短縮される。この場合、可燃性ガス(６)が速やかに生成され、排気昇温処理が促進される。
(請求項１３に係る発明の効果)
請求項１３に係る発明は、請求項１に係る発明の効果１−１に加え、次の効果を奏する。
《効果》 水素や一酸化炭素等の可燃性ガスの生成が促進される。
燃料供給室(１)から液体燃料(４)と空気(５)が導入された入口側触媒部(３ｅ)では、ロジウム触媒下での改質反応(吸熱反応)が起こらず、酸化反応力が高い白金触媒下で、改質反応(吸熱反応)を伴わない酸化反応(発熱反応)が起こり、出口側触媒部(３ｆ)が速やかに昇温され、出口側触媒部(３ｆ)でロジウム触媒下での改質反応(吸熱反応)が促進され、水素や一酸化炭素等の可燃性ガスの生成が促進される。

本発明の第１実施形態に係るエンジンの排気処理装置の模式図であり、図１(Ａ)は可燃性ガス生成器の立断面を含む模式図、図１(Ｂ)は図１(Ａ)のＩＢ−ＩＢ線断面図である。 図２(Ａ)は図１(Ａ)のIIＡ−IIＡ線断面図、図２(Ｂ)は図１(Ａ)のIIＢ矢視図である。 図３は図１の装置の可燃性ガス生成器の触媒室の立断面図で、図３(Ａ)は触媒室周壁の第１変形例、図３(Ｂ)は触媒室周壁の第２変形例を示す。 図４は図１の装置の起動触媒ヒータの説明図で、図４(Ａ)〜(Ｃ)は基本例の正面図と横断面図と傾斜状態の正面図、図４(Ｄ)(Ｅ)は変形例の正面図と横断面図である。 図５は、図１の装置の制御装置によるＤＰＦ再生処理のフローチャートである。 図６は、本発明の第２実施形態に係るエンジンの排気処理装置の模式図であり、図６(Ａ)は可燃性ガス生成器の立断面を含む模式図、図６(Ｂ)は図６(Ａ)のVIＢ−VIＢ線断面図である。 図７(Ａ)は図６(Ａ)のVIIＡ−VIIＡ線断面図、図７(Ｂ)は図６(Ａ)のVIIＢ矢視図である。

図１〜図５は、本発明の第１実施形態に係るエンジンの排気処理装置、図６，７は、本発明の第２実施形態に係るエンジンの排気処理装置を示している。
各実施形態では、ディーゼルエンジンの排気処理装置について説明する。

まず、第１実施形態について説明する。
図１に示すように、このエンジンの排気処理装置は、排気経路(１４)と、排気経路(１４)の途中に設けられたガスミキサ(１５)と、排気処理ケース(１６)を備えている。
排気経路(１４)は、エンジンの排気マニホルド(図外)から導出されている。
ガスミキサ(１５)は、ガス生成器(１７)と、ガス供給路(７)と、排気導出路(８)を備えている。
ガス生成器(１７)は、燃料供給室形成ブロック(１８)と、蓋体(１９)と、触媒室形成ブロック(２０)を備え、これらはいずれも鋳鉄の鋳物で、締結ボルト(２１)で一体に組み付けられている。

燃料供給室形成ブロック(１８)は、液体燃料(４)と空気(５)を混合して供給する燃料供給室(１)が内部に設けられた部品で、周縁部の液体燃料入口(２２)及び空気入口(２３)と、下面部の円環状の液体燃料供給溝(２４)及び空気供給溝(２５)と、中央部の下開口円柱状の窪み(２６)を備えている。
液体燃料入口(２２)には、液体燃料ポンプ(２７)を介して燃料タンク(２８)が接続されている。燃料タンク(２８)内の液体燃料(４)は、ディーゼルエンジンの燃料である軽油である。
空気入口(２３)には、第１空気調量弁(２９)を介してブロワ(３０)が接続されている。

蓋体(１９)は、燃料供給室形成ブロック(１８)の下側を塞ぐ部品で、中央部の上向き円筒状のボス(１９ａ)を備え、このボス(１９ａ)が燃料供給室形成ブロック(１８)の窪み(２６)に嵌入され、このボス(１９ａ)の周囲に円環状の燃料供給室(１)が形成され、このボス(１９ａ)に起動触媒ヒータ(１１)が挿通支持されている。
燃料供給室形成ブロック(１８)と蓋体(１９)の間には、燃料供給室形成ブロック(１８)の下面を覆うガスケット(３１)が挟まれ、このガスケット(３１)に液体燃料入口(２２)及び空気入口(２３)から燃料供給室(１)に液体燃料(４)と空気(５)を供給する供給路(３２)が設けられている。
触媒室形成ブロック(２０)は、内部に上窄まりの円錐台状の触媒室(２)と、触媒室(２)の上面からＬ字形に導出されたガス供給路(７)を備え、触媒室(２)内にガス生成触媒(３)が収容されている。

ガス生成触媒(３)は、メイン触媒(３ａ)と起動触媒(３ｃ)を備えている。
メイン触媒(３ａ)は、下部中央部に下開口円柱状に窪んだ燃料入口(３ｂ)を備え、この燃料入口(３ｂ)に起動触媒(３ｃ)が収容されている。
メイン触媒(３ａ)は、燃料供給室(１)から供給された液体燃料(４)と空気(５)の混合物に触媒反応を起こさせて可燃性ガス(６)を生成するための触媒で、織った鉄クロム線をプレス成形で円錐台型に固め、触媒成分として、白金やロジウムを担持させている。メイン触媒(３ａ)と触媒室(２)の周壁(２ａ)の間、メイン触媒(３ａ)と蓋体(１９)の間には、クッション材(３４)が設けられている。クッション材(３４)にはアルミ繊維のマットが用いられている。

起動触媒(３ｃ)は、ガス生成触媒(３)の触媒反応を開始させるための触媒で、アルミナ繊維のマットで、白金が触媒成分として担持され、メイン触媒(３ａ)に比べ、クッション性を有し、起動触媒ヒータ(１１)に密着し、メイン触媒(３ａ)に比べ、液体燃料(４)の保持性も高い。可燃性ガス生成時には、起動触媒ヒータ(１１)で起動触媒(３ｃ)が活性化温度まで暖機され、燃料供給室(１)から供給された液体燃料(４)と空気(５)の混合物により起動触媒(３ｃ)で触媒反応(酸化による発熱反応)が起こり、その熱でメイン触媒(３ａ)が活性化温度まで暖機され、後続の液体燃料(４)と空気(５)の混合物によりメイン触媒(３ａ)で触媒反応が起こり、酸化反応による発熱と、改質反応によるＨ_２(水素)やＣＯ(一酸化炭素)等の可燃性ガス(６)の生成が行われる。メイン触媒(３ａ)の上部には、ガス生成触媒(３)の温度を検出する触媒温度センサ(３５)が設けられている。触媒温度センサ(３５)にはサーミスタが用いられている。

ガス供給路(７)の導出端には、可燃性ガス(６)と二次空気(３６)を混合して、排気導出路(８)に供給するガス供給室(３７)を備え、ガス供給室(３７)は、ガス供給ノズル(３８)と、二次空気導入路(３９)と、排気導出路(８)に向けて開口されたガス供給出口(４０)と、可燃性ガス(６)を火炎燃焼させる着火装置(４１)と、可燃性ガス(６)の着火を検出する着火検出センサ(４２)を備えている。着火装置(４１)には、電熱式のグロープラグが用いられ、着火検出センサ(４２)にはサーミスタが用いられている。二次空気導入路(３９)は、第２空気調量弁(４３)を介してブロワ(３０)に接続されている。
排気導出路(８)は、燃料供給室形成ブロック(１８)と一体鋳造された排気導出路形成管(４４)内に設けられている。

排気処理ケース(１６)内には、ＤＯＣ(４５)と、排気処理材(４６)が収容されている。
ＤＯＣ(４５)と、排気処理材(４６)は、排気処理ケース(１６)の排気入口管(５３)と排気出口管(５４)の間に配置され、排気処理ケース(１６)内の排気上流側にＤＯＣ(４５)が配置され、排気下流側に排気処理材(４６)が配置されている。
ＤＯＣは、ディーゼル酸化触媒の略称である。ＤＯＣ(４５)は、可燃性ガス(６)を排気(９)中で触媒燃焼させ、排気(９)の温度を昇温させる触媒で、セラミック製のハニカム形担体に、白金等の酸化触媒成分が担持され、セルの両端が開口させたフロースルーモノリスで、セルの内部を排気が通過する。
排気処理材(４６)には、ＤＰＦ(４７)が用いられている。ＤＰＦは、ディーゼル・パティキュレート・フィルタの略称で、排気中のＰＭを捕捉するフィルタで、セラミック製のハニカム形担体に、白金等の酸化触媒成分が担持され、隣り合うセルの端部を交互に目封じしたウォールフローモノリスで、隣り合うセルの間の壁を排気が通過する。ＰＭは、粒子状物質の略称である。

ＤＯＣ(４５)の排気入口にはＤＯＣ入口温度センサ(４８)が設けられ、ＤＰＦ(４７)の排気入口にはＤＰＦ入口温度センサ(４９)が設けられ、ＤＰＦ(４７)の排気出口にはＤＰＦ出口温度センサ(５０)が設けられ、排気導出路(８)には排気圧センサが設けられている。

ＤＯＣ入口温度センサ(４８)と、ＤＰＦ入口温度センサ(４９)と、ＤＰＦ出口温度センサ(５０)と、排気圧センサ(５１)と、着火検出センサ(４２)は、制御装置(５２)を介して、液体燃料ポンプ(２７)と、第１空気調量弁(２９)と、第２空気調量弁(４３)と、着火装置(４１)に連携され、制御装置(５２)の制御で、可燃性ガス(６)の生成によるＤＰＦ(４７)の再生や、ガス生成触媒(３)の燃料パージが行われる。
制御装置(５２)には、エンジンＥＣＵが用いられている。ＥＣＵは、電子制御ユニットの略称であり、マイコンである。

制御装置(５２)による制御の流れは、次の通りである。
図５に示すように、ステップ(Ｓ１)では、ＤＰＦの再生要求があったか否かが判定され、判定が否定された場合には、ステップ(Ｓ１)が繰り返され、判定が肯定された場合には、ステップ(Ｓ２)に移行する。排気圧センサ(５１)で検出された背圧が所定値を超えると、ＤＰＦ(４７)に堆積したＰＭを焼却除去するためにＤＰＦ再生要求が制御装置(５２)によって発動される。排気圧センサ(５１)で検出された排気経路(１４)の背圧に基づいて、制御装置(５２)がＤＰＦ(４７)のＰＭ堆積量を推定し、ＰＭ堆積量が所定値を超える再生必要量に達した場合には、ＤＰＦ再生要求が発動され、ステップ(Ｓ１)が肯定される。

ステップ(Ｓ２)では、起動触媒(３ｃ)の暖機がなされ、ステップ(Ｓ３)に移行する。起動触媒(３ｃ)の暖機は、起動触媒ヒータ(１１)を発熱させて行う。
ステップ(Ｓ３)では、起動触媒(３ｃ)の暖機終了が判定され、判定が肯定された場合には、ステップ(Ｓ４)に移行する。ステップ(Ｓ３)の判定が否定されたされた場合には、ステップ(Ｓ３)が繰り返される。ステップ(Ｓ３)では、起動触媒(３ｃ)の暖機の時間が計測され、暖機の時間が所定時間に至ると、判定が肯定される。

ステップ(Ｓ４)では、可燃性ガス(６)が生成される。可燃性ガス(６)は、液体燃料ポンプ(２７)とブロワ(３０)を駆動させ、燃料供給室(１)に液体燃料(４)と空気(５)を供給し、これらの混合物をガス生成触媒(３)に供給し、起動触媒(３ｃ)での混合物の触媒反応の発熱でメイン触媒(３ａ)が活性化温度まで暖機され、後続の混合物がメイン触媒(３ａ)での触媒反応で可燃性ガス(６)として生成され、可燃性ガス(６)が排気導出路(８)に供給され、排気(９)に混入され、可燃性ガス(６)がＤＯＣ(４５)で触媒燃焼され、排気(９)が昇温され、排気(９)の熱でＰＭが焼却除去され、ＤＰＦ(４７)が再生される。液体燃料ポンプ(２７)やブロワ(３０)の駆動速度、第１空気調量弁(２９)、第２空気調量弁(４３)の開度は、ＤＰＦ入口温度センサ(４８)と、ＤＰＦ出口温度センサ(５０)の排気検出温度に基づいて調節され、反応温度や可燃性ガス(６)の生成量が制御される。ＤＯＣ入口温度センサ(４９)で検出した排気温度がＤＯＣ(４５)の活性化温度未満である場合には、着火装置(４１)で可燃性ガス(６)を火炎燃焼させ、ＤＯＣ(４５)に供給する排気(９)を昇温させ、ＤＯＣ(４５)の活性化を図る。可燃性ガス(６)の着火は、着火検出センサ(４２)で検出し、着火しない場合には、着火するまで着火装置(４１)の発熱を継続する。

ステップ(Ｓ５)では、ＤＰＦ再生が終了したか否かが判定され、判定が肯定された場合には、ステップ(Ｓ６)に移行し、判定が否定された場合には、ステップ(Ｓ４)に戻る。ＤＰＦ入口温度センサ(４９)で検出した排気温度が所定値を超えるＤＰＦ再生温度を維持した時間が所定の再生必要時間に達した場合には、ＤＰＦ再生終了とされ、ステップ(Ｓ５)での判定が肯定される。

ステップ(Ｓ６)では、ガス生成触媒(３)からの燃料パージが行われ、ステップ(Ｓ７)に移行する。燃料パージは、ガス生成触媒(３)に液体燃料(４)を供給することなく、空気(５)のみを供給し、ガス生成触媒(３)に残留する液体燃料(４)をパージする処理である。
ステップ(Ｓ７)では、燃料パージが終了したか否かが判定され、判定が肯定された場合には、ステップ(Ｓ１)に戻り、判定が否定された場合には、ステップ(Ｓ６)に戻る。ガス生成触媒(３)に残留する液体燃料(４)が減少し、触媒温度センサ(３５)で検出した触媒温度が所定値未満のパージ終了温度に至った場合には、燃料パージが終了したものとされ、判定が肯定される。
燃料パージは、ＤＰＦ再生が終了した場合の他、ＤＰＦ再生が中断された後の再生再開時にも行われる。

排気処理ケース(１６)内の排気処理材(４６)には、ＤＰＦ(４７)を用いたが、ＤＰＦに代えて、ＳＣＲ触媒や、ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒を用いてもよい。
ＳＣＲ触媒は、選択触媒還元(Selective Catalytic Reduction)型の触媒の略称で、内部に軸長方向に沿う多数のセルが貫通状に並設されたフロースルーハニカム型のものが用いられ、その排気上流側には尿素水インジェクタが配置され、尿素水を排気中に噴射することにより高温下でアンモニアガスを得、このアンモニアによりＮＯｘ(窒素酸化物)を還元し、Ｎ_２(窒素ガス)とＨ_２Ｏ(水蒸気)を得る。
ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒は、排気中のＮＯ_Ｘを一時的に吸蔵し、後に還元(Ｎ_２化)する触媒である。
排気処理材(４６)にＳＣＲ触媒や、ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒を用いる場合には、排気昇温処理によりこれらを活性化する。

第１実施形態の主要な構成は、次の通りである。
図１(Ａ)(Ｂ)に示すように、このエンジンの排気処理装置は、エンジンの排気昇温処理時に、燃料供給室(１)から触媒室(２)のガス生成触媒(３)に液体燃料(４)と空気(５)が供給され、触媒反応で生成された可燃性ガス(６)が、ガス供給路(７)から排気導出路(８)に供給され、排気(９)中での可燃性ガス(６)の燃焼で、排気(９)が昇温するように構成されている。

図１(Ａ)に示すように、ガス生成触媒(３)はその下部に燃料入口(３ｂ)を備え、燃料入口(３ｂ)にその下方の燃料供給室(１)から液体燃料(４)と空気(５)が供給されるように構成されている。
この装置には、次の利点がある。
エンジンの排気昇温処理時に、触媒室(２)の高温の可燃性ガス(６)が上方に浮上し、触媒室(２)への液体燃料(４)や空気(５)の供給が邪魔されることがなく、可燃性ガス(６)の生成が促進される。

図１(Ａ)，図２(Ａ)(Ｂ)に示すように、触媒室(２)の周壁(２ａ)の外周に沿う排気進入室(１０)を備え、この排気進入室(１０)が排気導出路(８)と連通され、排気導出路(８)の排気(９)が排気進入室(１０)に進入するように構成されている。

この装置には、次の利点がある。
エンジンの排気昇温処理前に、排気進入室(１０)の排気(９)の熱が触媒室(２)の周壁からガス生成触媒(３)に入熱されており、ガス生成触媒(３)の温度が高められる。また、エンジンの排気昇温処理時には、触媒室(２)の周壁(２ａ)からのガス生成触媒(３)の放熱が、排気進入室(１０)の排気(９)の熱で妨げられる。これらの理由により、エンジンの排気昇温処理時に、可燃性ガス(６)を生成するガス生成触媒(３)の昇温時間が短縮される。この場合、可燃性ガス(６)が速やかに生成され、排気昇温処理が促進される。

図２(Ａ)(Ｂ)に示すように、この装置では、排気進入室(１０)が排気導出路(８)からその径方向外側に膨出されている。
この装置では、排気進入室(１０)が排気導出路(８)の通路抵抗にならず、背圧の上昇が抑制される利点がある。
排気進入室(１０)は、排気導出路(８)のバイパス路となっており、円環状で、排気導出路(８)から流入した排気(９)は、排気進入室(１０)を通過して、排気導出路(８)に戻る。

図１(Ａ)に示す触媒室(２)の周壁(２ａ)の基本例では、周壁(２ａ)は鋳鉄の鋳物のみで形成されているが、図３(Ａ)に示す第１変形例のように、触媒室(２)の周壁(２ａ)が板金(２ｂ)を鋳ぐるんだ鋳物(２ｃ)で構成されていてもよい。
この場合には、次の利点がある。
鋳物(２ｃ)よりも高強度の板金(２ｂ)で触媒室(２)の周壁(２ａ)が薄肉化されると、排気進入室(１０)の容積が大きくなり、排気進入室(１０)に進入する排気(９)が増加し、ガス生成触媒(３)への入熱機能が高められる。鋳物(２ｃ)よりも熱伝導性の高い板金(２ｂ)で触媒室(２)の周壁(２ａ)の熱伝導性が高められると、ガス生成触媒(３)への入熱機能が高められる。このように、いずれの場合でも、エンジンの排気昇温処理時のガス生成触媒(３)の昇温時間が短縮される。
鋳鉄の鋳物(２ｃ)を用いた場合、これよりも高強度の板金(２ｂ)には、耐熱鋼(ＳＵＨ)やステンレス鋼(ＳＵＳ)やチタンの板材用いることができ、これよりも熱伝導性の高い板金(２ｂ)には、難燃性マグネシウムや鉄の板材を用いることができる。

触媒室(２)の周壁(２ａ)は、図３(Ｂ)に示す第２変形例のように、触媒室(２)の周壁(２ａ)が板金(２ｂ)で形成されていてもよい。
この場合、鋳物(２ｃ)よりも高強度の板金(２ｂ)で触媒室(２)の周壁(２ａ)が薄肉化されると、排気進入室(１０)の容積が大きくなり、排気進入室(１０)に進入する排気(９)が増加し、ガス生成触媒(３)への入熱機能が高められる。鋳物(２ｃ)よりも熱伝導性の高い板金(２ｂ)で触媒室(２)の周壁(２ａ)の熱伝導性が高められると、ガス生成触媒(３)への入熱機能が高められる。このように、いずれの場合でも、エンジンの排気昇温処理時のガス生成触媒(３)の昇温時間が短縮される。
板金(２ｂ)には、前記のものを用いることができる。

図１(Ａ)に示すように、この装置は、ガス生成触媒(３)として、メイン触媒(３ａ)と、メイン触媒(３ａ)の燃料入口(３ｂ)に配置された起動触媒(３ｃ)を備え、更に起動触媒(３ｃ)に接する起動触媒ヒータ(１１)を備え、図５に示すように、可燃性ガス(６)の生成時には、液体燃料(４)と空気(５)の供給前に、起動触媒ヒータ(１１)で起動触媒(３ｃ)が暖機(Ｓ２)されるように構成されている。
この装置では、暖機された起動触媒(３ｃ)で速やかに触媒反応が開始され、メイン触媒(３ａ)の昇温時間が短縮される利点がある。

図１(Ａ)に示すように、この装置は、メイン触媒(３ａ)の可燃性ガス出口(３ｄ)側に設けられたメイン触媒ヒータ(１２)を備えている。
この装置には、次の利点がある。
液体燃料(４)と空気(５)の供給前に、起動触媒ヒータ(１１)と共にメイン触媒ヒータ(１２)を発熱させると、メイン触媒(３ａ)が燃料入口(３ｂ)側と可燃性ガス出口(３ｄ)側の両側から暖機され、メイン触媒(３ａ)の昇温時間が短縮される。
また、可燃性ガス(６)生成中に、メイン触媒ヒータ(１２)を発熱させると、メイン触媒(３ａ)中での液体燃料(４)や空気(５)の対流が促進され、可燃性ガス(６)の生成が促進される。
起動触媒ヒータ(１１)とメイン触媒ヒータ(１２)には、電熱式のグロープラグを用いられている。

図１(Ａ)に示すように、この装置は、起動触媒(３ｃ)からメイン触媒(３ａ)の中心部に沿って導出された熱伝導体(１３)を備えている。
この装置は、次の利点を備えている。
起動触媒(３ｃ)の発熱が熱伝導体(１３)を介してメイン触媒(３ａ)に伝達され、メイン触媒(３ａ)の昇温時間が短縮される。
熱伝導体(１３)は、金属製のブロック体で、難燃性マグネシウムを好適に用いることができる。

図１(Ａ)に示すように、熱伝導体(１３)は、メイン触媒(３ａ)の下部に配置された起動触媒(３ｃ)の上面からメイン触媒(３ａ)の中心部に沿って上向きに導出され、起動触媒(３ｃ)の上面に接する熱伝導体(１３)の下部は、液体燃料(４)と空気(５)を通過させない中実体で構成されている。
この装置で、次の利点がある。
起動触媒(３ｃ)からメイン触媒(３ａ)に浮上する液体燃料(４)や空気(５)は、伝熱体(１３)の下部の案内で伝熱体(１３)周囲のメイン触媒(３ａ)に広く分散され、メイン触媒(３ａ)の広い領域で触媒反応が起こり、メイン触媒(３ａ)の昇温時間が短縮される。

図４(Ａ)〜(Ｅ)に示すように、このエンジンの起動触媒ヒータ(１１)は、燃料供給室(１)から上向きに伸びる筒部(１１ａ)と、筒部(１１ａ)の上端に設けられた膨径部(１１ｂ)を備えている。
この装置には、次の利点がある。
筒部(１１ａ)の案内で浮上してきた液体燃料(４)や空気(５)が膨径部(１１ｂ)の案内で周囲のメイン触媒(３ａ)に広く分散され、メイン触媒(３ａ)の広い範囲で触媒反応が起こり、メイン触媒(３ａ)の昇温時間が短縮される。
筒部(１１ａ)と膨径部(１１ｂ)は、別体とし、筒部(１１ａ)を蓋体(１９)のボス(１９ａ)に挿通させた後、筒部(１１ａ)に膨径部(１１ｂ)を取り付ける。

図４(Ａ)〜(Ｃ)に示すように、基本例では、燃料供給室(１)から上向きに伸びる筒部(１１ａ)を備えた起動触媒ヒータ(１１)は、筒部(１１ａ)が周方向に沿って内外に交互に折り返された襞(１１ｃ)を備えている。
基本例では、次の利点がある。
図４(Ｃ)に示すように、エンジン搭載機械が傾斜し、垂直な筒部(１１ａ)が傾斜しても、襞(１１ｃ)の溝(１１ｄ)内で案内される液体燃料(４)は、×印に向う矢印のルートで周方向に沿って傾斜上側に浮上することなく、○印に向う矢印のルートで襞(１１ｃ)の溝(１１ｄ)に沿って筒部(１１ａ)の上端まで案内され、起動触媒ヒータ(１１)で液体燃料(４)が十分に加温される。また、液体燃料(４)が起動触媒(３ｃ)やメイン触媒(３ａ)の傾斜上側にのみ偏って浮上することがなく、起動触媒(３ｃ)やメイン触媒(３ａ)の広い範囲で触媒反応が起こる。これらの理由により、起動触媒(３ｃ)やメイン触媒(３ａ)の昇温が促進される。

図４(Ｄ)(Ｅ)に示すヒータの変形例では、燃料供給室(１)から上向きに伸びる筒部(１１ａ)を備えた起動触媒ヒータ(１１)は、筒部(１１ａ)が軸長方向に沿うフィン(１１ｅ)を備えている。
この場合の利点は、次の通りである。
基本例の場合と同様であり、エンジン搭載機械が傾斜し、垂直な筒部(１１ａ)が傾斜しても、フィン(１１ｅ)(１１ｅ)間の溝(１１ｄ)内で案内される液体燃料(４)は、周方向に沿って傾斜上側にのみ偏って浮上することなく、フィン(１１ｅ)(１１ｅ)間の溝(１１ｄ)に沿って筒部(１１ａ)の上端まで案内され、起動触媒ヒータ(１１)で液体燃料(４)が十分に加温される。また、液体燃料(４)が起動触媒(３ｃ)やメイン触媒(３ａ)の傾斜上側にのみ偏ることがなく、起動触媒(３ｃ)やメイン触媒(３ａ)の広い範囲で触媒反応が起こる。これらの理由により、起動触媒(３ｃ)やメイン触媒(３ａ)の昇温が促進される。

この装置では、図１(Ａ)に示すガス生成触媒(３)のメイン触媒(３ａ)は、燃料入口(３ｂ)寄りで、白金が担持され、ロジウムが担持されていない入口側触媒部(３ｅ)と、可燃性ガス出口(３ｄ)寄りで、ロジウムが担持された出口側触媒部(３ｆ)を備えている。
この装置には、次の利点がある。
燃料供給室(１)から液体燃料(４)と空気(５)が導入された入口側触媒部(３ｅ)では、ロジウム触媒下での改質反応(吸熱反応)が起こらず、酸化反応力が高い白金触媒下で、改質反応(吸熱反応)を伴わない酸化反応(発熱反応)が起こり、出口側触媒部(３ｆ)が速やかに昇温され、出口側触媒部(３ｆ)でロジウム触媒下での改質反応(吸熱反応)が促進され、水素や一酸化炭素等の可燃性ガスの生成が促進される。

この装置では、図１(Ａ)に示すガス生成触媒(３)は、メイン触媒(３ａ)の燃料入口(３ｂ)に配置された起動触媒(３ｃ)を備え、起動触媒(３ｃ)には、白金が担持され、ロジウムが担持されていない。
この装置には、次の利点がある。
燃料供給室(１)から液体燃料(４)と空気(５)が導入された起動触媒(３ｃ)では、ロジウム触媒下での改質反応(吸熱反応)が起こらず、酸化反応力が高い白金触媒下で、改質反応(吸熱反応)を伴わない酸化反応(発熱反応)が起こり、起動触媒(３ｃ)が速やかに昇温される。

図６(Ａ)，図７(Ａ)(Ｂ)に示すように、この装置の第２実施形態では、触媒室(２)の周壁(２ａ)に断熱空気層(２ｄ)が設けられている。
この装置には、次の利点がある。
エンジンの排気昇温処理時には、触媒室(２)の周壁(２ａ)からのガス生成触媒(３)の放熱が、断熱空気層(２ｄ)で妨げられる。これにより、排気昇温処理時に、可燃性ガス(６)を生成するガス生成触媒(３)の昇温時間が短縮される。この場合、可燃性ガス(６)が速やかに生成され、排気昇温処理が促進される。
この第２実施形態では、第１実施形態のガス進入室(１０)は設けられていない。周壁(２ａ)は鋳鉄で構成されている。他の構成は、第１実施形態と同一の構成が採用され、図６，７中、図１，２に示す第１実施形態と同一の要素には、図１，２と同一の符号を付しておく。

(１)…燃料供給室、(２)…触媒室、(２ａ)…周壁、(２ｂ)…板金、(２ｃ)…鋳物、(２ｄ)…断熱空気層、(３)…ガス生成触媒、(３ａ)…メイン触媒、(３ｂ)…燃料入口、(３ｃ)…起動触媒、(３ｄ)…可燃性ガス出口、(３ｅ)……入口側触媒部、(３ｆ)…出口側触媒部、(４)…液体燃料、(５)…空気、(６)…可燃性ガス、(７)…ガス供給路、(８)…排気導出路、(９)…排気、(１０)…排気進入室、(１１)…起動触媒ヒータ、(１１ａ)…筒部、(１１ｂ)…膨径部、(１１ｃ)…襞、(１１ｅ)…フィン、(１２)…メイン触媒ヒータ、(１３)…熱伝導体。

Claims (16)

1. エンジンの排気昇温処理時に、燃料供給室(１)から触媒室(２)のガス生成触媒(３)に液体燃料(４)と空気(５)が供給され、触媒反応で生成された可燃性ガス(６)が、ガス供給路(７)から排気導出路(８)に供給され、排気(９)中での可燃性ガス(６)の燃焼で、排気(９)が昇温するように構成された、エンジンの排気処理装置において、
   ガス生成触媒(３)はその下部に燃料入口(３ｂ)を備え、燃料入口(３ｂ)にその下方の燃料供給室(１)から液体燃料(４)と空気(５)が供給されるように構成され、
   触媒室(２)の周壁(２ａ)の外周に沿う排気進入室(１０)を備え、この排気進入室(１０)が排気導出路(８)と連通され、排気導出路(８)の排気(９)が排気進入室(１０)に進入するように構成されている、ことを特徴とするエンジンの排気処理装置。
2. 請求項１に記載されたエンジンの排気処理装置において、
   排気進入室(１０)が排気導出路(８)からその径方向外側に膨出されている、ことを特徴とするエンジンの排気処理装置。
3. 請求項１または請求項２に記載されたエンジンの排気処理装置において、
   触媒室(２)の周壁(２ａ)が板金(２ｂ)を鋳ぐるんだ鋳物(２ｃ)で構成されている、ことを特徴とするエンジンの排気処理装置。
4. 請求項１または請求項２に記載されたエンジンの排気処理装置において、
   触媒室(２)の周壁(２ａ)が板金(２ｂ)で形成されている、ことを特徴とするエンジンの排気処理装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載されたエンジンの排気処理装置において、
   ガス生成触媒(３)として、メイン触媒(３ａ)と、メイン触媒(３ａ)の燃料入口(３ｂ)に配置された起動触媒(３ｃ)を備え、更に起動触媒(３ｃ)に接する起動触媒ヒータ(１１)を備え、可燃性ガス(６)の生成時には、液体燃料(４)と空気(５)の供給前に、起動触媒ヒータ(１１)で起動触媒(３ｃ)が暖機(Ｓ２)されるように構成されている、ことを特徴とするエンジンの排気処理装置。
6. 請求項５に記載されたエンジンの排気処理装置において、
   メイン触媒(３ａ)の可燃性ガス出口(３ｄ)側に設けられたメイン触媒ヒータ(１２)を備えている、ことを特徴とするエンジンの排気処理装置。
7. 請求項５または請求項６に記載されたエンジンの排気処理装置において、
   起動触媒(３ｃ)からメイン触媒(３ａ)の中心部に沿って導出された熱伝導体(１３)を備えている、ことを特徴とするエンジンの排気処理装置。
8. 請求項７に記載されたエンジンの排気処理装置において、
   熱伝導体(１３)は、メイン触媒(３ａ)の下部に配置された起動触媒(３ｃ)の上面からメイン触媒(３ａ)の中心部に沿って上向きに導出され、起動触媒(３ｃ)の上面に接する熱伝導体(１３)の下部は、液体燃料(４)と空気(５)を通過させない中実体で構成されている、ことを特徴とするエンジンの排気処理装置。
9. 請求項５から請求項８のいずれかに記載されたエンジンの排気処理装置において、
   起動触媒ヒータ(１１)は、燃料供給室(１)から上向きに伸びる筒部(１１ａ)と、筒部(１１ａ)の上端に設けられた膨径部(１１ｂ)を備えている、ことを特徴とするエンジンの排気装置。
10. 請求項５から請求項９のいずれかに記載されたエンジンの排気処理装置において、
    燃料供給室(１)から上向きに伸びる筒部(１１ａ)を備えた起動触媒ヒータ(１１)は、筒部(１１ａ)が周方向に沿って内外に交互に折り返された襞(１１ｃ)を備えている、ことを特徴とするエンジンの排気処理装置。
11. 請求項５から請求項９のいずれかに記載されたエンジンの排気処理装置において、
    燃料供給室(１)から上向きに伸びる筒部(１１ａ)を備えた起動触媒ヒータ(１１)は、筒部(１１ａ)が軸長方向に沿うフィン(１１ｅ)を備えている、ことを特徴とするエンジンの排気処理装置。
12. 請求項１から請求項１１のいずれかに記載されたエンジンの排気処理装置において、
    ガス生成触媒(３)は、燃料入口(３ｂ)寄りで、白金が担持され、ロジウムが担持されていない入口側触媒部(３ｅ)と、可燃性ガス出口(３ｄ)寄りで、ロジウムが担持された出口側触媒部(３ｆ)を備えている、ことを特徴とする、エンジンの排気処理装置。
13. エンジンの排気昇温処理時に、燃料供給室(１)から触媒室(２)のガス生成触媒(３)に液体燃料(４)と空気(５)が供給され、触媒反応で生成された可燃性ガス(６)が、ガス供給路(７)から排気導出路(８)に供給され、排気(９)中での可燃性ガス(６)の燃焼で、排気(９)が昇温するように構成された、エンジンの排気処理装置において、
    ガス生成触媒(３)はその下部に燃料入口(３ｂ)を備え、燃料入口(３ｂ)にその下方の燃料供給室(１)から液体燃料(４)と空気(５)が供給されるように構成され、
    ガス生成触媒(３)は、燃料入口(３ｂ)寄りで、白金が担持され、ロジウムが担持されていない入口側触媒部(３ｅ)と、可燃性ガス出口(３ｄ)寄りで、ロジウムが担持された出口側触媒部(３ｆ)を備えている、ことを特徴とする、エンジンの排気処理装置。
14. 請求項１３に記載されたエンジンの排気処理装置において、
    触媒室(２)の周壁(２ａ)に断熱空気層(２ｄ)が設けられている、ことを特徴とするエンジンの排気処理装置。
15. 請求項１３または請求項１４に記載されたエンジンの排気処理装置において、
    ガス生成触媒(３)として、メイン触媒(３ａ)と、メイン触媒(３ａ)の燃料入口(３ｂ)に配置された起動触媒(３ｃ)を備え、更に起動触媒(３ｃ)に接する起動触媒ヒータ(１１)を備え、可燃性ガス(６)の生成時には、液体燃料(４)と空気(５)の供給前に、起動触媒ヒータ(１１)で起動触媒(３ｃ)が暖機(Ｓ２)されるように構成されている、ことを特徴とするエンジンの排気処理装置。
16. 請求項１から請求項１５のいずれかに記載されたエンジンの排気処理装置において、
    ガス生成触媒(３)は、燃料入口(３ｂ)に配置された起動触媒(３ｃ)を備え、起動触媒(３ｃ)には、白金が担持され、ロジウムが担持されていない、ことを特徴とするエンジンの排気処理装置。

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