JPH0233851B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は排ガス浄化装置に係わり、特に、内燃
機関から排出される排ガス中の有害成分を高温度
下で取り除く排ガス浄化装置に関する。

一般に、内燃機関（例えばデイーゼルエンジン
やガスエンジン）にあつては、その排ガス中に未
燃焼の燃料やカーボン等の有害成分が含まれてお
り、これらが内燃機関の外部へ放出されると大気
汚染の原因となるために、その対策が要望されて
いる。

上記の要望に応えるために、内燃機関の排気管
に円筒状の大径のケーシングを連結し、そのケー
シング内に円筒状の浄化エレメントを周方向に回
転自在に収設するとともに、円筒状浄化エレメン
トの中心部に浄化エレメントを通り抜けた排ガス
をケーシングの外に排出する排出管を設け、また
ケーシング内に、フイードポンプから送られてく
る軽油（燃料油）を燃焼させ、浄化エレメントの
外表面に付着したカーボン等の有害成分を燃焼し
て除去するバーナパイプを設けた排ガス浄化装置
が提案されている（特公昭47−23614号公報）。

ところが、上記の排ガス浄化装置においては、
浄化エレメントの中心軸線を排気管の長手方向に
直交させて浄化エレメントをケーシング内に設け
た場合はもとより、円筒状の浄化エレメントの中
心軸線を排気管の長手方向に一致、あるいは平行
に揃えて浄化エレメントをケーシング内に設けた
場合にも排ガスの流れ経路が屈曲したものとなつ
て排ガスの流通抵抗が増大するという問題点があ
る。

また、全体構造が非常に大形で実施しにくいと
ともに、ケーシングに開口している排気管口部か
らの浄化エレメント各部分の距離が一定でなく、
一番近い部分と遠い部分との距離差が大きいの
で、浄化エレメントが大きいにも拘わらず排ガス
を実際に浄化する部分が狭い範囲に限られ有効浄
化面積が小さいという問題点もある。

更にまた、ケーシング内の排ガスの流れによつ
てバーナパイプの炎を付着有害成分に吹き付ける
ようにすることが構造的に難しいため、有害成分
の燃焼を効率的に行い得ないという欠点もある。

本発明は、小形で実施しやすい上、排ガスの流
れ経路を直線状に保つて流通抵抗を低く抑え、ま
た浄化エレメントに対する排ガスの通過を浄化エ
レメントの全面において均等に行うことができる
とともに、排ガスの流れを有効に利用して浄化エ
レメントの付着有害成分を効率的にかつ均一に燃
焼させることができる、内燃機関における排ガス
浄化装置の提供を目的とする。

上記の目的を達成するために本発明は、内燃機
関の排気管に円筒状の保持部材を、中心を排気管
の中心に一致させ、かつ排気管の長さ方向にほぼ
直交する面内で周方向に回転自在に設け、上記保
持部材に、セラミツクス等の耐火性を有する材料
によつて形成された円板状の浄化エレメントを、
円筒状の高温膨張材を介し、かつ排気管の排気流
路を横切つて装着し、上記保持部材に、保持部材
と一緒に上記浄化エレメントを周方向に回転させ
る回転手段を付設する一方、上記浄化エレメント
の上流側に、噴孔を有する棒状の加熱筒を、上記
噴孔を浄化エレメントに向け、かつ左右両側部に
排ガスの通路を形成して配設し、上記加熱筒の一
端には管路を介して加熱バーナを連絡するととも
に、上記加熱筒の他端と上記管路との間に加熱ガ
スを管路に戻す戻し管を設けた構成としたもので
ある。

以下、本発明の好適な一実施例を図面に基づき
説明する。

図中符号１は本実施例に係わる排ガス浄化装置
（以下単に浄化装置と略す）を示すもので、排気
タービン過給機２を備えたデイーゼルエンジン等
の内燃機関３に適用したものである。

該浄化装置１は、内燃機関３の排気流路４ａを
形成する排気管４に、前記排気タービン過給機２
より上流側において内燃機関３の排気口に接近さ
せて設けたもので、排気管４と同一の管径を有
し、排気管４に同軸的にフランジ結合によつて固
定された上流側の短管５と、該短管５と排気管４
との間にフランジ結合によつて取り付けられた下
流側の装置本体６とから成る。

そして、前記装置本体６は、排気管４と略同一
の内径を有する内部材７が外部材８にボルト９に
よつて固定された一組の略円筒状のハウジング部
材１０ａ，１０ａを、排気管４の軸線方向に間〓
ａをあけてスペーサ１１を介して組み合わせて成
るハウジング１０と、該ハウジング１０の各内部
材７の内周面に形成された各凹部で構成される環
状凹部ｂに、各内部材７との間に間〓をあけて嵌
め込んだ円筒状の金属製の保持部材１２と、該保
持部材１２の内周面に形成された環状溝ｃに、保
持部材１２の軸線方向に相互に離間せしめて密着
嵌合した一組の円筒状の高温膨張材１３，１４
と、該高温膨張材１３，１４の各内周面に形成さ
れた各環状溝ｄに、密着嵌合した一組の円板状の
浄化エレメント１５，１６とから構成されてい
る。

ここで、前記浄化エレメント１５，１６は、耐
火性、断熱性に優れ、連続気孔を有するセラミツ
クス製フオーム材によつて形成されており、両浄
化エレメント１５，１６の内、排気流路４ａの上
流側に配設された浄化エレメント１５は、下流側
の浄化エレメント１６に比して高い気孔率を有す
るように形成されている。また、前記両高温膨張
材１３，１４は、保持部材１２と浄化エレメント
１５，１６の熱変化における膨張収縮率の差によ
る浄化エレメント１５，１６の破損を防ぐととも
に、保持部材１２と浄化エレメント１５，１６の
間〓を密封するもので、例えばバーミキユライ
ト、蛍石から成る。

さらに、前記保持部材１２には、保持部材１２
等とともに前記両浄化エレメント１５，１６を周
方向に回転させる回転手段１７が付設されてい
る。すなわち、保持部材１２の外周面には従動輪
１８が、前記ハウジング部材１０ａ，１０ａ間の
間〓ａ内に突出せしめられて周方向に沿つて形成
され、該従動輪１８は、両ハウジング部材１０
ａ，１０ａの外部材８，８の下部に取付座１９，
１９を介して回転自在に軸支された支持輪２０に
よつて下部から支持されている。また、前記外部
材８の上部には、前記従動輪１８にかみ合わされ
る駆動輪２１を備えた回転駆動装置２２が設けら
れている。そして、該回転駆動装置２２により、
前記保持部材１２がその軸線を中心として周方向
に回転せしめられ、浄化エレメント１５，１６が
周方向に回転せしめられるようになつている。

なお、前記ハウジング１０の内部材７の環状凹
部ｂにはラビリンス２３が形成されている。ま
た、両内部材７，７の互いに対向する内側面に
は、周方向に延びる環状の装着溝ｅ，ｅがそれぞ
れ設けられ、該両装着溝ｅ，ｅには、内部材７，
７をその軸線方向に貫通し、所定位置にめねじ部
が形成された複数の連通孔ｆが、内部材７，７の
周方向に所定のピツチで連設されるとともに、該
各連通孔ｆのめねじ部には調整ねじ２４が螺着さ
れている。さらに、前記両装着溝ｅ，ｅには、耐
熱カーボンから成る環状のシール部材２５，２５
が、一端が前記各調整ねじ２４に当接せしめられ
て連通孔ｆに挿入された複数の圧縮ばね２６によ
り、前記間〓ａ内に突出する方向に付勢されて、
装着されている。そして、前記ラビリンス２３お
よびシール部材２５，２５により、前記保持部材
１２と内部材７，７および従動輪１８と内部材
７，７との間に密封され、排ガスＧの外部への漏
洩が防止されるようになつている。

一方、前記短管５には前記両浄化エレメント１
５，１６を加熱して再生する加熱手段２７が付設
されている。すなわち、前記短管５の内部には、
両端の蓋部に管路２８，２９がそれぞれ接続され
た加熱筒３０が、その軸線を上下方向に向け、そ
の管路２８，２９を短管５に設けられた各取付座
３１に固着されて、配設されている。該加熱筒３
０は、熱伝導率が大きくさらに熱輻射率の高いセ
ラミツクス、例えばSiC、または、遠赤外線放射
セラミツクス、例えばアルミナ、ムライト、窒化
ケイ素の混合物等の高融点材料により形成された
もので、その横断面形状は略菱形をなし、かつ、
下流側を向くその筒壁には多数の小径の噴孔ｈが
穿設されている（第２図において噴孔ｈはその一
部のみが示されている）。また、前記加熱筒３０
に接続された一方の管路２８は加熱バーナー３２
に接続され、他方の管路（戻し管）２９は該一方
の管路２８に接続されている。そして、加熱バー
ナ３２で発生させられる火炎が管路２８を通つて
加熱筒３０に入り、該加熱筒３０が加熱されて、
その熱が周囲に輻射されるとともに、火炎の一部
は前記噴孔ｈを通つて加熱筒３０から流出して下
流に流れ、また、残りは管路２９を経て管路２８
に循環されるように構成されている。

またさらに、排気管４の前記短管５より上流側
には第１圧力検出器３３が、前記装置本体６より
下流側には第２圧力検出器３４がそれぞれ付設さ
れ、かつ、装置本体６にはその上流側の部位に温
度検出器３５が設けられており、これら検出器３
３，３４，３５は、前記回転駆動装置２２の発
停、および前記加熱バーナ３２の点火と火力調整
をそれぞれ制御する制御装置３６に接続されてい
る。

次に、このように構成された本実施例に示す浄
化装置１の作用について説明する。

まず、内燃機関３の始動時あるいは始動直後の
低負荷運転時には、燃焼温度が低いために燃料の
不完全燃焼により未燃焼のカーボン等の有害成分
が排気流路４ａ内に排出されるが、該有害成分は
浄化装置１に至つた時点で、両浄化エレメント１
５，１６に付着して排ガスＧから分離される。

そして内燃機関３の連続運転により、あるい
は、負荷の増加に伴なう燃焼温度の上昇によつて
高温度の排ガスＧが排気流路４ａ内に排出される
とともに、該高温度の排ガスＧが浄化エレメント
１５，１６を通過する間に、浄化エレメント１
５，１６に付着した有害成分に接触する。このと
き、前記浄化装置１が内燃機関３の排気口の近接
位置に設置されていて、排ガスＧがほとんど温度
低下することなく浄化エレメント１５，１６を通
過すること、また、十分な暖機運転後あるいは全
負荷時における排ガスＧの温度が500℃〜600℃に
達し、かつ、残留酸素濃度が12％〜15％と高いこ
と等に起因して、該排ガスＧにより有害成分が自
然焼させられる。

この結果、浄化エレメント１５，１６に付着し
た有害成分が除去されて、その大気中への放出が
防止され、かつ、浄化エレメント１５，１６の連
続再生作用が行われてその目詰まり、すなわち排
気流路４ａにおける圧力損失が軽減され、内燃機
関３および浄化装置１の下流に設置した排気ター
ビン過給機２の効率低下が抑制される。さらに、
上記排気タービン過給機２のタービンブレードの
経時的汚れの発生が可及的に抑えられ、その保守
も容易である。

一方、第１，第２圧力検出器３３，３４により
検出された圧力に基づいて、制御装置３６におい
て、浄化装置１における圧力損失が検出される
が、燃料の異常な燃焼等により浄化エレメント１
５，１６に目詰まりが生じて、その圧力損失が許
容値（例えば本実施例に示すような排気タービン
過給機２付のデイーゼルエンジンにあつては400
mmAq〜600mmAqであり、さらに廃熱回収装置が
設置される場合には200mmAq〜400mmAqである）
以上になつた場合には、制御装置３６が回転駆動
装置２２を作動させるとともに、加熱バーナ３２
を点火する。すると、保持部材１２がその軸線を
中心として回転して浄化エレメント１５，１６が
周方向に回転させられる。また、加熱バーナ３２
からの火炎は管路２８から加熱筒３０に入つて循
環し、加熱筒３０を加熱すると同時に、排ガスＧ
の流れによつて筒壁の下流側近傍には負圧部分が
形成されることから、微量の火炎が噴孔ｈから流
れ出て排ガスＧとともに下流に流れる。そして、
各浄化エレメント１５，１６は、該加熱筒３０の
筒壁からの輻射熱と噴孔ｈから流出する微量の火
炎によつて加熱され、各浄化エレメント１５，１
６に付着した有害成分が強制的に燃焼除去され
て、浄化エレメント１５，１６の目詰まりが解消
される。

このように前記浄化装置１では、浄化エレメン
ト１５，１６を周方向に回転させながら加熱して
これを再生させるものであるから、浄化エレメン
ト１５，１６を均一に再生することができ、しか
も、局部加熱による浄化エレメント１５，１６の
破損が未然に防止できる。

また、前記加熱手段２７による加熱が強すぎる
と浄化エレメント１５，１６を損傷し、逆に弱す
ぎると、再生が充分でなくなるが、前記浄化装置
１では、加熱筒３０からの輻射熱と微量の火炎に
より加熱を行なうものであるから、加熱の度合い
は丁度適当になる。さらに、温度検出器３５によ
り検出された温度に基づき、制御装置３６が加熱
バーナ３２の火力を最適に制御し、これにより加
熱の度合はより確実に最適状態に調整される。

さらに、浄化エレメント１５，１６と金属製の
保持部材１２の熱膨張率は互いに異なるが、それ
らの間には高温膨張材１３，１４が介在させられ
ており、加熱時には該高温膨張材１３，１４が膨
張して、浄化エレメント１５，１６と保持部材１
２間に間〓が生じるのを阻止するとともに、熱変
化による浄化エレメント１５，１６の損傷を防止
する。また、保持部材１２と内部材７，７、およ
び従動輪１８と内部材７，７との間〓は、ラビリ
ンス２３およびシール部材２５，２５により、確
実に密封されるので、排ガスＧの外部への漏洩は
ない上、シール部材２５，２５は耐熱カーボンに
より形成されているので従動輪１８の回転時の密
封も完全となり、しかも、シール部材２５，２５
の押付け力は調整ねじ２４により最適に初期調整
し得る。

またさらに、前記においては一組の浄化エレメ
ント１５，１６を保持部材１２の軸線方向に間隔
をあけて配設してそれらの間に空間を形成したか
ら、それらを通過する排ガスＧを整流するととも
にその脈動を抑え、もつて、下流側に設置された
諸機器の動作を円滑にする。

なお、前記実施例においては、浄化装置１を排
気タービン過給機２より上流側の排気管４に設け
たが、これを排気タービン過給機２の下流側に設
けて、上記実施例とほゞ同様に作用させることが
できる。また、前記実施例において示した各構成
部材の諸形状、寸法等は一例であつて、適用する
内燃機関の種類あるいは設計要求等に基づき種々
変更可能である。また、浄化エレメントに酸化触
媒コーテイングを施すか、あるいはセラミツクス
としてチタニアを採用することによつて、触媒作
用による有害成分の浄化をも期待できる。

以上説明したように、本発明に係る内燃機関に
おける排ガス浄化装置は、内燃機関の排気管に円
筒状の保持部材が中心を排気管の中心に一致さ
せ、かつ排気管の長さ方向にほぼ直交する面内で
周方向に回転自在に設けられ、上記保持部材に、
セラミツクス等の耐火性を有する材料によつて形
成された円板状の浄化エレメントが、排気管の排
気流路を横切つて装着され、上記保持部材には、
保持部材と一緒に上記浄化エレメントを周方向に
回転させる回転手段が付設された構成とされてい
るので、従来のような大形のケーシングを必要と
せず全体を小形にまとめることが容易であるとと
もに、排ガスの流れ経路が直線状に保たれ排ガス
の流通抵抗が低く抑えられるので、内燃機関の運
転効率が低く抑制することができる。また、排ガ
スが浄化エレメントの全面に垂直に当たつて均一
に流れるようになるので、付着有害成分を効率的
に除去することができる。

また、上記浄化エレメントの上流側に、噴孔を
有する棒状の加熱筒が、上記噴孔を浄化エレメン
トに向け、かつ左右両側部に排ガスの通路を形成
して配設され、上記加熱筒の一端には管路を介し
て加熱バーナが連絡された構成とされ、加熱筒の
横を流れる排ガスが加熱ガスの炎を噴孔から吸い
出して浄化エレメントに垂直に導くので、付着有
害成分の燃焼が効果的になされる。

更にまた、上記加熱筒の他端と上記管路との間
に加熱ガスを管路に戻す戻し管が設けられた構成
とされているので、加熱筒の戻し管側が塞さがれ
ている場合と違つて加熱ガスが加熱筒の全長に亙
つて均等に噴孔から噴出するようになり、したが
つて、付着有害成分をムラなく燃焼させることが
できる。その上、浄化エレメントは円筒状の高温
膨張材を介して保持部材に取り付けられているの
で、熱変化に伴う膨張収縮時における浄化エレメ
ントの損傷を確実に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示すもので、第１図
は全体の構成を示す概略図、第２図は要部の断面
図、第３図は第２図の−矢視断面図である。 １…排ガス浄化装置、２…排気タービン過給
機、３…内燃機関、４ａ…排気流路、１２…保持
部材、１３，１４…高温膨張材、１５，１６…浄
化エレメント、１７…回転手段、２７…加熱手
段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 内燃機関３の排気管４に円筒状の保持部材１
   ２が中心を排気管４の中心に一致させ、かつ排気
   管４の長さ方向にほぼ直交する面内で周方向に回
   転自在に設けられ、上記保持部材１２に、セラミ
   ツクス等の耐火性を有する材料によつて形成され
   た円板上の浄化エレメント１５が、円筒状の高温
   膨張材１３を介し、かつ排気管４の排気流路４ａ
   を横切つて装着され、上記保持部材１２には、保
   持部材１２と一緒に上記浄化エレメント１５を周
   方向に回転させる回転手段１７が付設される一
   方、上記浄化エレメント１５の上流側に、噴孔ｈ
   を有する棒状の加熱筒３０が、上記噴孔ｈを浄化
   エレメント１５に向け、かつ左右両側部に排ガス
   の通路を形成して配設され、上記加熱筒３０の一
   端には管路２８を介して加熱バーナ３２が連絡さ
   れるとともに、上記加熱筒３０の他端と上記管路
   ２８との間に加熱ガスを管路２８に戻す戻し管２
   ９が設けられたことを特徴とする内燃機関におけ
   る排ガス浄化装置。