JPS61129415A - 内燃機関における排ガス浄化装置 - Google Patents

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】 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萬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（例えばディーゼルエンジンやガスエ
ンジン）にあっては、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ｎ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。

そこで従来では、内燃機関の排気管に取り付けられてい
る消音器内に、触媒コーティングを施した織布製等のフ
ィルタを設置して、前述した排ガス中の有害成分を取り
除くことが実施されている。

しかしながら、このような従来の技術にあっては、次の
ような解決すべき問題点を有している。

すなわち、従来において使用されているフィルタは耐熱
強度が低いために、例えば約６００℃近くの温度を有す
る排ガス中での使用が困難で、前記排ガスを約３００　
”Ｑ以下に冷却する必要がある。

そして、このような冷却温度下で前述した有害成分の除
去を行なうと、有害成分の自然燃焼が大幅、に減少する
ことに起因して、有害成分がフィルタに付着し、特にカ
ーボンにあっては成長してフィルり１こ目詰まりを生じ
させてしまう。また、このようなフィルタの目詰まりに
よりて、排気管内における圧力損失が増大し、内燃機関
の運転性能に大きな影響を与える。さらに、排気管に排
気タービン過給機や廃熱回収装置等が設置されている場
合には、これらの過給機や廃熱回収装置における圧力損
失が加わり、かつ、この圧力損失の発生が不可避である
ことから、前述したフィルタの目詰まりによる圧力損失
が一層大きな問題となる。

一方、前述した問題点を回避するためには、フィルタを
定期的にあるいは必要に応じて（例えばフィルタの上流
側と下流側との圧力差により目詰まりを検出し、該目詰
まりが許容限界に至ったときに）交換する方法、あるい
は、一時的にフィルタを加熱して、付着した有害成分を
強制的に燃焼させる方法等が考えられる。

しかしながら、前者の場合には、消音器とともに交換し
なければならないから、作業が煩雑でかつ高価なものと
なり、また、後者の場合には、フィルタに損傷を与えず
に有害成分のみを燃焼させる必要があるが、その操作が
きわめて難しく実用的ではない等の問題点を有している
。

本発明は前述したような従来の技術に２ける諸問題点を
有効に解決し得る内燃機関における排ガス浄化装置を提
供せんとするものである。本発明の該排ガス浄化装置は
、内燃機関の排気流路に、セラミックス等の耐火性を有
する材料により形成された浄化エレメントを、保持部材
に高温膨張材を介在させて装着した状態で排気流路を横
切って配設し、かつ、前記保持部材に、保持部材ととも
に前記浄化エレメントを回転させる回転手段を付設する
とともに、浄化エレメントの近傍に、浄化エレメントを
加熱しで再生する加熱手段を設けたことを特徴とする６ そして、本発明は前記構成とすることにより、浄化エレ
メントを内燃機関の排気口の至近距離で高温高圧の排ガ
ス中に設置することによって、浄化エレメントに有害成
分を付着させるとともに該有害成分に高温の排ガスを接
触させて燃焼させることにより、内燃機関が運転状態に
あるとき、有害成分の排ガスからの分離および燃焼除去
を連続的に行なうものである。また、保持部材と浄化エ
レメントの間に介在させた高温膨張材によって、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防
止する一方、回転手段により浄化エレメントを回転させ
ながら加熱手段によって加熱し、浄化エレメントを均一
に再生するとともに。

局部加熱によるその損傷を防ぐものである。

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を備えたディーゼルエンジン等の内燃機関３に適用し
たものである。

該浄化袋＃、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
ンジ結合によっ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って取り付けら
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１司−の内径
を有する内部材７が外部材８にボルト９によって固定さ
れた一組の略円筒状のハウジング部材１０ａ　、１０ａ
を、排気管４の軸線方向に間隙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
成される環状凹部すに、各内部材７との間に間隙をあけ
て嵌め込んだ円筒状の金ｌＩ４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１
３．１４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、耐
熱性に潰れ、連続気孔を有するセラミックス製フオーム
材によって形成されて２つ、自浄化エレメント１５．１
６の内、排気流路４ａの上流側に配役さｎた浄化エレメ
ント１５は、下流側の浄化エレメント１６に比しで高い
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
ｉｓ　、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の間隙を密封するも
ので、例えばバーミキエライト、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
に前配両浄化エレメント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、１０８間の間隙ａ内に突出せ
しめられて周方向に沿って形成され、該従動輪１８は、
両ハウジング部材１０ａ、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によっ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ｎ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
になっている。

なお、前記ハウジング１０の内部材７の環状凹部すには
ラビリンス２３が形成されている。また、自白部材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ｅｌｅ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ッ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０４整
ねじ２４に当接せしめられて連通孔ｆに挿入さｎた複数
のｌＥ縮ばね２６により、前記間隙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
との間が密封され、排ガスＧの外部への漏洩が防止され
るようになっている。

一方、前記短管５には前記両津化エレメント１５．１６
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ｗ５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３０は、熱伝導率が大きくさらに熱輻射率の高いセ
ラミックス、例えばＳｉＣ，または、遠赤外線放射セラ
ミックス、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１１１！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りが穿設されている（第２図
において噴孔り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３２に接続され、他方の管路２９は該一方の管路２
８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ｙ画って加熱筒３０に入り、
該加熱筒３０が加熱さｎて、その熱が周囲番こ輻射され
るとともに、火炎の一部は前記噴孔りを通って加熱ＷＵ
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に領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ｇ５より上流側には第１
圧力検出器３３が、前記装置に本体６より下流側には第
２出力検出器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が蝕けられて
あり、これら検出器３３．３４，３′８）オ、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［３６に接続され
ている。

次に、このように構成された不実１Ｍ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、燃垢諷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に至った時点で、
両津化エレメント１５．１６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って高温度の排ガス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を通過する閣に、浄
化ニレメン）１５　、１６に付着した有害成分−こ接触
する。このとき、前記浄化装＊ｉ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壜け
る排気ガスＧの温度が５００℃〜６００℃に達し、かつ
、残留酸素製置が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の逼続擲生作用が行われて
その目詰まり、すなわち排気流路４ａにおける圧力損失
が＠減され、内燃機関３および浄化装＃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構出されるが、燃料の異常な燃焼等
により浄化エレメント１５゜１６に目詰まりが生じて、
その圧力損失が許容値（例えば本與麿例に示すような排
気タービン過給機２付のディーゼルエンジンにあっては
４００Ｂ、Ａ（１〜６００＋ｇＡｑであり、さらに廃熱
回収装置が設置される場合には２００ｆｌＡｑ〜４００
關ＡＱである）以上になっ赴場合には、？１ｌｌＪ＃装
置Ｉｔ３６が回転駆動装置２２を作動させるとともに、
加熱バーす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に入って循環し、加熱
筒３０を加熱すると同時に、排ガスＧの流れによって筒
壁の下流側近傍には負圧部分が形成されることから、微
量の火炎が噴孔りから流れ出て排ガスＧとともに下流ｊ
（流れる。そして、各浄化ニレメン）１５．１６は、該
加熱筒３０の筒壁からの輻射熱と噴孔りから流出する微
量の火炎によって加熱され、／？！ｒ＃・化エレメント
１５．１６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
棒 このようＪｃ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、浄化ニレメンｈ１５，１６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番ζ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ｒｔ
ｔ３６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請整される。

さらに、浄化エレメント１５．１６と金属夷の保持部材
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、浄化ニレメン）１５．１６と保持部材１２間に
間隙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の損揚を防止する。また、保持部
材工２と内部材７，７、および従動糊１８と内部材７，
７との間隙は、ラビリンス２３およびシール部材２５．
２５により、確実に署封されるので、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
により形成さ几ているので従動輪１８の回転時の密封も
完全となり、しかも、シール部材２５．２５の押付は力
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ニレメン）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、もって、
下流側に設置された諸機器の動作を円滑にする。

なお、＊記実施例においては、浄化装ｒ！ｔ１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
とはゾ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詩形状、寸法等は一例で
あって、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
化触媒コーティングを施すか、あるいはセラミックスと
してチタニアを採用することによって、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、本発明に係わる内燃機関における
排気ガス浄化装置によれば、次のような優れた効果を萎
する。

■　浄化エレメントを耐火材で形成して浄化装置を、排
気管の内燃機関の排気口の至近距離に設置することによ
り、排気ガス中の有害成分を浄化エレメントにて一組分
離して排気流路中に止めた状態とし、該分離した有害成
分に内燃機関から排出された直後の高温の排気ガスを接
触させるようにして、有害成分を完全に燃焼させて除去
することができる。

しかも、前述した有害成分の除去作用は、内燃機関の運
転中に連続的にかつ自動的に行なわれるものであるから
、浄化エレメントにおける目ｄ吉まりの発生を抑え、も
って、浄化装置に２ける圧力損失を軽減し、内燃機関の
運転動量の低下を抑制する。

■　浄化装置を内燃機関の排気口の至近距離に設置する
ことにより、過給機や廃熱回収装置等の排気流路の下流
側へ設置された機器への有害成分の付着を防止すること
になり、これらの機器の性能低下を抑制することができ
るとともに、それらの保守・点検等が容易となる。

■　回転手段により浄化エレメントを回転させながらこ
れを加熱手段によって加熱するようにしたから、浄化エ
レメントを均一に再生することができる上、局剛加熱に
よるその損傷を確実に防止することができる。

■　保持部材と浄化エレメントの間に高温膨張材を介在
させたから、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
溝成を示す概略図、第２図は要部の断面図、第３図は第
２図のト１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。 出願人　株式会社ｆｒｆ４鉄工所 第１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 内燃機関の排気流路に、セラミックス等の耐火性を有す
   る材料によって形成された浄化エレメントが、保持部材
   に高温膨張材を介在させて装着された状態で排気流路を
   横切って配設され、かつ、前記保持部材には、保持部材
   とともに前記浄化エレメントを回転させる回転手段が付
   設されるとともに、浄化エレメントの近傍には、浄化エ
   レメントを加熱して再生する加熱手段が設けられて成る
   ことを特徴とする内燃機関における排ガス浄化装置。