JPH02230915A - デイーゼル機関の排気ガスの浄化装置 - Google Patents

デイーゼル機関の排気ガスの浄化装置

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JPH02230915A
JPH02230915A JP2016306A JP1630690A JPH02230915A JP H02230915 A JPH02230915 A JP H02230915A JP 2016306 A JP2016306 A JP 2016306A JP 1630690 A JP1630690 A JP 1630690A JP H02230915 A JPH02230915 A JP H02230915A
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exhaust gas
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アンドレアス・マイヤー
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ABB Asea Brown Boveri Ltd
Asea Brown Boveri AB
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産東上の利用分野〕 不発明は、排気ガスが貫流するケーシングの横゜析面内
に配置され、そｎぞれ典な・る作用の触媒で被覆された
フィルタ部材で、ディーゼル機関の排気ガスを沖化する
装置に関する。
〔従来の技術〕
ディーゼル機関の排気ガスは、オットー機関からも耕出
される有害・吻質、たとえば炭化水紫、窒素酸化物およ
びＣＯとならんで、その燃焼状態に基づきカーボン粒子
も含んでいる。一威゛化炭素および炭化水素に関して、
ディーゼル愼関における併出は、オットー機関の場合と
比較して十分に良好であり、このことはそこに存在する
燃焼に応じた空気過刺ｔに基づいている。これに対して
ＮｏＸ排出は、オツ｝　一ｄ関の排出と比べて高い値で
ある。しかし、このＮＯｘ　Ｗ出量は依然として許容限
界値をはるかに下廻っているため、これに関して法的規
制は期待されない。
環境汚染の点で大きな課題は、ディーゼル機関の場合、
疑いもなくカーボン粒子の排出であり、これは依然とし
て機関内部の措置だけで阻止することができない。
オットー機関に関しては、三元触媒による理想的な解決
手段がるり、後酸化および還元に関して８０チより高い
効率が可能である。こＣと共に、ディーゼル機関にとっ
て、達成すべき排気ガス改善規準が定められている。デ
ィーゼル機関の場合の排気ガス改嵜法に関して、次の視
点が目己慮さ扛ている。
デーゼル機関における触媒作用は、デーゼル油中の多す
ぎる硫黄に関する事態が解決ざれて以来、もなχや欠く
ことができないことは碓かでるる。ディーゼル油中の硫
黄含被全０．０５チに夙少させる努力が着実に来施され
たため、接触工程での訛ぼおよび亜硫酸の生成は実際に
阻止することができる。しかしこの措置でもカーボン粒
子の生成を阻正することができない。刊行物”　ＳＡＭ
　Ｔｅａ，ｈｎｉｃａｌ　Ｐａｐｅｒ”シリース８６０
０１３、１９　８６、ＳＡＥ　ＵＳＡ−Ｗａｒｒｅｎｄ
ａｌｅ．　Ｐ　Ａ　１５Ｑ９６には排気ガスの即化装置
中で触媒の前に（ｌ（過工程金設けるという所決手段を
提案している。しかしこｎでも根本的問題は、カーボン
粒子を１００％暉過することができないために、解決さ
れていない。短期間の実験が良い結果を持たらすことが
できても、カーボン粒子は、長期間にわたりフィルタを
通過して流ｎ１後接する触媒をしだいにつまらせ、突き
固めてしまうことを見のがしてはならない。従って、触
媒が作用を失うのは時間の問題であるにすぎない。
これと共に排気がス程子フィルタの褥生が中心的な役割
冫占めるのは公知でりる。殴州峙許出願公開第００７２
０５９号明細曹から、ダ←気ガス系の高圧部で、そこに
配置された圧刀阪過給器の前に、υＦ気ガス粒子フィル
タが配置するという提案は公知である。触媒と同様に圧
刀反過給機もカーボン粒子から保護さｎねばべらない。
ここで規定された再生は次のように進行する： 部分負荷で排気ガス粒子フィルターの閉塞が生じた場合
、そこから生じる圧力損失はまず機関のガス交換を妨害
し、このことは有効出力の減少を起こすことになる。こ
の出力損失は運鴨手がより多くの燃料を供給することに
より補償さｔる。運転手が自動車に十分な出力を求めれ
ば、排気ガス温度は著しく上昇し、かつ自動的にフィル
タ中に堆槓したカーボン収子は焼却される。このような
散発的な書生では、排ガス粒子フィルタに著しい閉塞が
生じ、機関の悪い熱力学的挙動を生じさせること金忘れ
てほならない。さらに、カーボン粒子の焼却は筒い温度
が必安でφジ偶発的な制御不能な燃焼工程が生じること
を度外視してはならない。ここに存在する高い温匿勾配
と熱応力は排気ガス粒子フィルタ自体の急速な破ｍｔ引
き起こす。最長的に、多量の謙過さ扛ないカーボン粒子
は排気ガス粒子フィルタの後に配置された凝集器に対し
て前記したような有害な作用を示すことが確認される。
欧州特許弟０１　５４１　４５号明細誉には、有利にカ
スケード状に配ｔ１ｔ．チれた多数のフィルタ部材から
なる、ディーゼル機関の排気ガスの浄化装置が記載され
ている。このケーシング中には、円板状のフィルタ部材
が相互に前後して配置さｎておシ、その際第１のフィル
タ部材に第２のフィルタ部材が絖き、第１のフィルタ部
材はカーボンの発火温度を低下させ、かつ、力一ボンの
焼却を促進する触媒を担持し、弟２のフィルタ部材はガ
ス状のＭ害？／Ｉ貿の焼却を促進丁る触媒を担持する。
カーボン粒子の発火温度で触媒により低下させることに
よる弟１のフィルタ部材の丹生は、通常の運転状態の間
でも可能でめるが、こｎと共にオツ｝一ｍ関における６
元触媒と同様の作用を示す弟２のフィルタ部材は、カー
ボン粒子により急速に践百まってしま９ことは明ら刀１
である。この明細書において設けら７ｔた個々のフィル
タ部材間の転換至はカーボン粒子全良好に分離すること
ができるが、個々の部材の間の間隔を最少にした場合で
さえ一貫した再生に関して有利な作用金示さない。この
ことは、オットー機関の６元触媒の材料と類似の材料で
被覆さ扛ているフィルタ部材はカーボン粒子によυ詰ま
り、このフィルタ部材を連続気泡曲にした場合で必って
も、断続的焼却のため再生されず、このことは本来のフ
ィルタ部材の機能が迅速に失なわれることになる。一方
の部材から他方の部材への移行部は、こｎらの部材が＠
接する場合でさえも、焼却インパルスの中断を斌味する
著しい断熱作用ｔ示丁。
さらに、部材が互いに接触丁る限り熱膨脹および振動に
より連続した相互の４擦が生じ、こｎが闘接丁る面を時
間とともに詰まらせ、力一ボン粒子どおしを突き固めて
しまう。
〔発明が解決しーうとする課題〕
従って不発明の課題は、前記の裡類のディーゼル機関の
排気ガスの浄化装置において、排気ガス値に関して６元
触媒を備えたオットー機関において定められたと同程反
の品質ｔ達成し、同時にカーボン粒子の排出を、前記し
た限界値より下廻るように最少にすることでめった。
〔課題金解決するための手段〕
このため、連続気泡構造金有する唯一の一体のフィルタ
部材からなる装置を設げた。流動方向に向って前方のフ
ィルタ部材の領域はカーボン粒子の発火温度を低下させ
る触媒で被覆さｎておク、フィルタ部材の残りの部分は
ガス状有害物質の後酸化を促進する触媒金担持する。
本発明の主な利点は、カーボンの分離、力一ボンの焼却
ならびに排気ガス中に残笛する有害物質の後酸化を実厠
することができる点にある。
堆積したカーボン粒子のフィルタ部材の前方の領域中で
の起爆作用による再生は、ｖＰｆｒｋｆｃ的でない関連
のめる連続気泡のため全フィルタ部材にわたυ妨害され
ずに伝播し、フィルタ部材の弟２の部分にある残留堆狽
物も同様に焼却ざｎる。
カーボン粒子の発火温度ヲ、フィルタ部材の前方部にあ
る触媒により約６６０℃に低下させることにより、貴生
はすでに通常の運転状態で行なわれる。つ゛まシ、フィ
ルタ部材の不当の閉塞は全く生じない。このことは、ガ
ス状有簀物質の後酸化を促進するための触媒で仮覆さｔ
たフィルタ領域が、カーボン粒子によるほんのわずかな
被覆によシその作用を阻害されないことに限っても有利
であることが明らかである。前記したような焼却が全フ
ィルタ部材にわたり妨筈なく広ろがることができるため
、フィルタ部材の後方部においても嫌取されたカーボン
粒子を確実に現却させるだめに必貴な高い温夏が提供さ
ｎることが可能となる。
本発明による課題を解決するために有利な実施悪様は請
求項２以下に記載してるる。
〔実施例〕
次に本発明を図面の実施例につき詳説した。
本晃明を直接理解するために必要でない部材は省略した
。流ｎ方向は矢印で示した。
第１図は、ディーゼル機関申に便用゜するだめの、発泡
フィルタ７Ｊ）らなるフィルタ部材１ｔ示丁。このフィ
ルタ部材１は貫流丁るケーシング３中に配置されている
。流れ方向２に向って第１のフィルタ慣域１ａは、そこ
に堆槓したカーボン粒子の発火温度を低下させる脣性を
有する・触媒で一定の深さまで被覆でれている。通常、
カーボン祝子は、酸素凝度が６〜６％である場合、約５
５０℃の温匿で発火する。発泡フィルタ中に使用された
公知の触媒はカーボン粒子の発火温度を約３６０℃に臥
少させることかできるが、これに比べて気泡フィルタ中
では、この発火温度は約４２０℃に減少させることがで
きるにすぎない。従って、発泡フィルタにおいては、フ
ィルタ領域１ａの再生がすでに通常の運転状態で生じる
ことを期待できる。このことは乗用車において荷重のな
い楊合の走行が優位を占めるという点でも亘要でメク、
そのため焼却は、専らまれな高出力期間だけでなく行な
ゎｎねばならない。フィルタ領域１ａにおける触媒によ
りカーボン粒子の発火温度ｔ最小限にすることは、自動
車に者しく小さい出力゛を便ポ丁る運転手にも利益とな
る。
フィルタの多孔度に関しては、いわゆる微細に分布した
多孔度を目標にしている。たとえば５　０　ｐｐｉの多
孔度において、分離さｎだカーボンの濃度は、フィルタ
ーの厚さに応じてｅ関故に似た曲線に涜って減少丁る。
つまり１工のフフルタの厚さの場合、分離されたカーボ
ンの一度が約２　５　ｒｌＱ　／　ｃ−ｙｎ３でめると
、４ｃｒＩＬの厚さのフィルタ板は単に約５　ｍ９　／
’　ｎ’の濃反を有丁る。
４ｃＩｒＬ以上では、この曲線は者しく漸近的でるる。
これと比べて、１Ｃ７ＩＬのフィルタ厚で３　５　ｐｐ
ｉの多孔度ｔ有するフィルタは単に約’　５　”／　／
　ｃｍ３の分離されたカーボンの！１度を示す。こｌし
に反して、３５ｐｐｉの多孔度の場合、一反はフィルタ
厚を増加させると共に独脣の牟ｇＩＩＪを示す。つまり
この濃反は４ｃｍの厚さの板の一合になお約１　２　Ｉ
ｎ９　／　ｃｍ３でめり、つ筐り５　０　ｐｐｉの多孔
度から出たカーボン濃度の約２５０％でるる。フィルタ
が著しく被覆されて、迅速な丹生が行なわれない場合に
は圧力低下が考えらｎる。これに対してフィルタ城面槓
τエシ大きくすることが考えらｎるが、これは単にフィ
ルタ買量を増大さ斗てしまい、かつ倣細な多孔匿の場合
ｔミぼ完全な熱交換が予想さγＬるため時定数全増大さ
せてしまう。これに比べてこのフィルタ執域１ａは、倣
細な多孔度が通常のものとして規定されるように設酎さ
れている。そ扛とい９のもここで進行する丹生は必安と
キ扛る発火温度が低いため連枕的に行なわれるためでめ
る。このようなＲＵ提条件では、前方フィルタ領域１ａ
中での痣過が艮好である場曾でめっても、仮にも最少童
のカーボン粒子がなお、後枕丁るフィルタ領域１ｂに達
してしまいかつヤこではたぶん取小賊の深さにわたり進
入しでいるに遅いないことが予想される。しかし、フィ
ルタ幀域１ａ中で分離さ扛ナい小童のカーボン粒子がフ
ィルタ饋域１ｂの全体にわたり分散した一合で１え、不
利な紹呆にはならない。つまり、全フィルタ郡材は中断
していない関連のめる連枕気泡をＭしているため、１反
フィルタ領域１ａで焼却が進行すると妨害ナくフィルタ
憤域１ｂの全体にわたシ伝播し、残留堆積物を問題なく
焼却することができる。従ってＨＣ−およびＣＯ有杏物
質を良好に後酸化する，触媒で被覆さｉＬた全フィルタ
領域１ｂは、散発的にも、連続的にもその機能の妨害ｔ
受けない。妨害されずに全フィルタ部材にわたり広ろが
る燃焼は、発焼温夏金低下ぢせる触媒に関して有利でな
いフィルタ領域でのカーボン粒子の焼却に必要な温度を
保証することもできる。このように、低温度で行なわれ
る再生と組み曾せたカーボン粒子の統合的ぱ過ほ、ディ
ーゼル愼関が過給慎、有利に圧刀波過給機を備えている
場合に有利でるる。フィルタの下流に配置された圧力波
過給機は、一方で生じうるカーボン収子から保護石ｎて
いなけｎばならず、他方ではフィルタの熱低下時注が最
小限にさａｆｃ＝合、できる限り迅速に応答すべきでる
る。双方の前提粂件はここで渦たさｒる。
つまりカーボン粒子の想過は完全であり、連続的丹生が
保証さ扛る。この連関において、フィルタ領域１ａがσ
１ｄれ方向２に回って中心に、図面で示した工うな流れ
をガイドずる凹設部４を有しておジ、これが殴州神許出
願公開 第０１　８５０６６号明細晋に記載さｎているように、
フィルタの中心部へ排気ガス流を適切に誘導することが
できる場合に七〇だけでＦｊｌ記の点を改善することが
できる。もちろん、この訪導嘔れた排気ガス丸は、構造
が連続気泡でるるか、しかし多孔度に関して、周辺部お
よび後続部と比べて異なる値を有するフィルタ唄域１ａ
のフィルタ部分に当たる工９にしてもよい。つまり、フ
ィルタ領域１ａ中に設げられた触媒がカーボン粒子の発
火温度全具体的に減少させた場合では単位長さに対する
孔の奴（ｐｐｉ）をさらに増すことは無も問題ない。そ
ｆというのもこのような場合に考えらｎるカーボン被覆
の増加にエリ増大するフィルタの烈低下軸江は連続的に
進行丁る丹生のために起こらない。従ってフィルタ部材
１に佼接された圧力波過給慎は直後に応答する、つまり
過給圧金発丁ることができる。フィルタの楊類に関する
ことは、発泡フイルタの場合、再生は、他の種類のフィ
ルタと比べて著しく良好に進行する。それというのもこ
の種のフィルタの場合、１度起こった燃焼が全フィルタ
部材にわたり広がることができるためである。このこと
はたとえば気泡から気泡への者しい新熱効来がりシ、従
って島状に弧立した焼却争動が期待ざ扛るに丁ぎない気
泡フィルタとは反対である。似たよ９な挙動が、個々の
瞬接する板からなる発泡フィルタの場合にも確認される
。
【図面の簡単な説明】
第１図は２つの領域からなシそれぞれ固有の触媒で被覆
さｔているフイ・ルタ部材の断面図でるる。 １・・・フィルタ部材　２・・・流れ万向　３・・・ケ
ーシング　４・・・凹設部　１ａ・・・前方のフィルタ
領域　１ｂ・・・後方のフィルタ領域

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. １．　排気ガスが貫流するケーシングの横断面内に配置
    され、それぞれ異なる作用の触媒で被覆されたフイルタ
    部材で、デイーゼル機関の排気ガスを浄化する装置にお
    いて、排気ガスが貫流するケーシング（３）の横断面内
    に連続気泡構造のフイルタ部材（１）が配置されており
    、その際、流動方向（２）に向つて前方のフイルタ領域
    （１ａ）はカーボン粒子の発火温度を低下させる触媒を
    担持し、この前方のフイルタ領域（１ａ）の後に配置さ
    れた他方のフイルタ領域（１ｂ）はガス状有害物質の後
    酸化する触媒を担持することを特徴とするデイーゼル機
    関の排気ガスの浄化装置。
  2. ２．　フイルタ部材（１）が発泡フイルタである請求項
    １記載の装置。
  3. ３．　フイルタ部材（１）に過給機が後接されている請
    求項１記載の装置。
  4. ４．　過給機が圧力波過給機である請求項３記載の装置
    。
JP2016306A 1989-01-27 1990-01-29 デイーゼル機関の排気ガスの浄化装置 Pending JPH02230915A (ja)

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