JP2001355431A - Exhaust emission control device for diesel engine - Google Patents
Exhaust emission control device for diesel engineInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明はディーゼルエンジン
の排気浄化装置、 特に排気ガス中のパティキュレート除
去するためのディーゼルエンジンの排気浄化装置に関す
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an exhaust gas purifying apparatus for a diesel engine, and more particularly to an exhaust gas purifying apparatus for a diesel engine for removing particulates in exhaust gas.
【０００２】[0002]
【従来の技術】ディーゼルエンジン車の排気ガスに対す
る規制は年々強化されており、 特にカーボンを主成分と
するパティキュレート（以下、ＰＭ）の低減が急務とな
っている。このＰＭを除去する装置としてディーゼルパ
ティキュレートフィルター（以下、ＤＰＦ）が知られて
おり、ディーゼルエンジン車にＤＰＦを装着させること
を義務づける動きも本格化している。ＤＰＦの材料や構
造は種々検討されており、例えばフェルト化したセラミ
ック繊維の両面に金網を重ね合わせてなる積層体を、多
孔管に蛇腹状に巻き付けた繊維型のフィルターや、多孔
質のコーディエライトによって複数のセルが平行に形成
され、セルの入口と出口が交互に閉鎖されたハニカム構
造によって構成されたウォールフロー型のハニカムフィ
ルターなどが知られている。一般に、繊維型のＤＰＦ
は、繊維密度を高くすることにより粒径の小さなＰＭを
捕集することが可能であるが、繊維密度を所定値以上に
高く構成すると圧力損失が大きくなるため、背圧が高く
なりエンジン性能に影響を及ぼす。従って、エンジンの
性能に影響を及ぼさない範囲で繊維密度を設定した繊維
型のＤＰＦにおいては、極めて小さい粒径のＰＭを捕集
するには限度がある。一方、ウォールフロー型のＤＰＦ
は、圧力損失が低いためエンジンの性能に影響を及ぼさ
ない範囲で繊維型では捕集できない粒径の小さなＰＭの
捕集も可能である。なお、繊維型のＤＰＦに関しては特
開平９−１３７７１２号等に、ウォールフロー型のＤＰ
Ｆに関しては特開平９−９４４３４号等に開示されてい
る。2. Description of the Related Art Restrictions on exhaust gas from diesel engine vehicles are being strengthened year by year, and there is an urgent need to reduce particulate matter (hereinafter, PM) containing carbon as a main component. As a device for removing PM, a diesel particulate filter (hereinafter, DPF) is known, and a movement to require a DPF to be mounted on a diesel engine vehicle is in full swing. Various DPF materials and structures have been studied. For example, a fibrous filter formed by laminating a wire mesh on both sides of a felted ceramic fiber in a bellows shape around a perforated tube, a porous cordier filter, and the like. 2. Description of the Related Art A wall flow type honeycomb filter or the like is known which has a honeycomb structure in which a plurality of cells are formed in parallel by a light and an inlet and an outlet of the cells are alternately closed. Generally, fiber type DPF
By increasing the fiber density, it is possible to trap PM with a small particle size.However, if the fiber density is set to be higher than a predetermined value, the pressure loss increases, so the back pressure increases and the engine performance decreases. affect. Therefore, in a fiber type DPF in which the fiber density is set within a range that does not affect the performance of the engine, there is a limit in collecting PM having an extremely small particle size. On the other hand, wall flow type DPF
Can collect PM having a small particle size that cannot be collected by the fiber type within a range that does not affect the performance of the engine because the pressure loss is low. As for the fiber type DPF, Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-137712 discloses a wall flow type DPF.
F is disclosed in JP-A-9-94434 and the like.
【０００３】また、ＤＰＦに捕集されたＰＭを燃焼して
ＤＰＦを再生させる方法も種々検討されており、例えば
電気ヒータやバーナ等で加熱してＰＭを燃焼させる方法
や、排気ガス中のＮＯを酸化触媒によってＮＯ２に酸化
させ、ＮＯ２でＰＭを燃焼させる方法（以下、連続再生
式）などが知られている。その中でも連続再生式ＤＰＦ
は、４００℃以下の低い温度でＰＭが燃焼するため、電
気ヒータやバーナ等の特別な加熱手段を設ける必要がな
く、装置全体を簡易に且つコンパクトにできるという利
点を有している。なお、連続再生式ＤＰＦに関しては、
特許第３０１２２４９号等に開示されている。[0003] Also, various methods for regenerating the DPF by burning PM collected by the DPF have been studied. For example, a method of burning the PM by heating it with an electric heater or a burner, or a method of burning NO in exhaust gas. Is oxidized to NO 2 by an oxidation catalyst, and PM is burned with NO 2 (hereinafter referred to as a continuous regeneration method). Among them, continuous regeneration type DPF
Since PM burns at a low temperature of 400 ° C. or lower, there is no need to provide a special heating means such as an electric heater or a burner, and has an advantage that the entire apparatus can be made simple and compact. In addition, regarding the continuous regeneration type DPF,
It is disclosed in Japanese Patent No. 3012249 and the like.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】上述した連続再生方式
によってＰＭを燃焼させるＤＰＦでは、排気ガス温度が
２５０℃〜４００℃の範囲でＰＭの燃焼が活発になる。
従って、排気ガス温度が上記範囲外になる運転領域で
は、捕集したＰＭの燃焼が進まず、ＤＰＦにＰＭが堆積
する。一方で、ＰＭは６００℃程度以上の温度で適量の
酸素が存在すれば自己着火する性質をもつことから、６
００℃以上の排気ガスが流通されればＰＭは自然に燃焼
する。従って、ＤＰＦに多量のＰＭが堆積された状態で
ＰＭが自己着火すると、ＰＭが急激に燃焼するためＤＰ
Ｆ自体の温度は２０００℃以上に上昇する。繊維型のＤ
ＰＦでこのような自己着火現象が生じても、耐熱性の高
いセラミック繊維を使用すれば繊維自体が焼損すること
はなく、また、セラミック繊維が熱で膨張しても、繊維
自体は柔軟なために膨張分は繊維間の空間である程度吸
収され、フィルターを構成している金網や多孔管が膨張
したセラミック繊維から応力を受けて破損することはな
い。しかし、ウォールフロー型のＤＰＦで同じような現
象が生じると、多孔質材料がコーディエライトの場合で
は、耐熱温度が１０００℃以下のため、フィルターが焼
損してしまう問題が生じる。また、多孔質材料が炭化珪
素の場合では、２０００℃以上の高い耐熱性を有してい
るものの、熱膨張率が大きく、ハニカム構造では膨張分
を吸収することができないため、フィルターに亀裂が発
生して破損してしまう問題が生じる。In the DPF that burns PM by the above-mentioned continuous regeneration method, the burning of PM becomes active when the exhaust gas temperature is in the range of 250 ° C. to 400 ° C.
Therefore, in the operation region where the exhaust gas temperature is out of the above range, the combustion of the collected PM does not proceed, and the PM accumulates in the DPF. On the other hand, PM has the property of self-ignition when an appropriate amount of oxygen is present at a temperature of about 600 ° C. or higher.
If the exhaust gas of 00 ° C. or more is circulated, the PM burns spontaneously. Therefore, if the PM self-ignites in a state where a large amount of PM is deposited on the DPF, the PM burns rapidly, so that the DP
The temperature of F itself rises to 2000 ° C. or higher. Fiber type D
Even if such a self-ignition phenomenon occurs in the PF, if the heat-resistant ceramic fiber is used, the fiber itself does not burn out, and even if the ceramic fiber expands due to heat, the fiber itself is flexible. The expanded component is absorbed to some extent in the space between the fibers, and the wire mesh or the porous tube constituting the filter is not damaged by the stress from the expanded ceramic fiber. However, if a similar phenomenon occurs in the wall flow type DPF, when the porous material is cordierite, there is a problem that the filter is burned because the heat resistant temperature is 1000 ° C. or less. When the porous material is silicon carbide, the filter has high heat resistance of 2000 ° C. or higher, but has a large coefficient of thermal expansion, and the honeycomb structure cannot absorb the expanded portion, so that the filter is cracked. The problem that it is damaged is caused.
【０００５】本発明は以上の点に鑑みなされたもので、
その主たる技術的課題は、高温に耐えうる繊維型のＤＰ
Ｆと粒径の小さなＰＭを捕集できるウォールフロー型の
ＤＰＦを組み合わせて、ＰＭを分担して捕集することに
より、ウォールフロー型のＤＰＦにおけるＰＭの捕集負
担を低減してＰＭの堆積を抑え、自己着火による急激燃
焼の発生を防止してフィルターの焼損、または破損を未
然に防止することができるディーゼルエンジンの排気浄
化装置を提供するものである。[0005] The present invention has been made in view of the above points,
The main technical issue is the fiber type DP that can withstand high temperatures.
By combining F with a wall flow type DPF capable of collecting small particle size PM, the PM is shared and collected, thereby reducing the PM collection load on the wall flow type DPF and reducing the PM accumulation. An object of the present invention is to provide an exhaust gas purification device for a diesel engine capable of suppressing rapid combustion due to self-ignition and preventing burnout or breakage of a filter.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】本発明によれば、上記主
たる技術的課題を解決するために、ディーゼルエンジン
の排気通路に、酸化触媒と、繊維質材料によって構成さ
れ、排気ガス中のＰＭを捕集する第１ＤＰＦとを備えた
第１排気浄化ユニットと、第１排気浄化ユニットの下流
側であって、酸化触媒と、多孔質材料によって複数のセ
ルが平行に形成されるとともに、該セルの入口と出口は
交互に閉塞されたハニカム構造によって構成され、排気
ガス中のＰＭを捕集する第２ＤＰＦとを備えた第２排気
浄化ユニットとが配設されている、ことを特徴とするデ
ィーゼルエンジンの排気浄化装置が提供される。According to the present invention, in order to solve the above-mentioned main technical problems, an exhaust passage of a diesel engine is constituted by an oxidation catalyst and a fibrous material, and PM in exhaust gas is removed. A plurality of cells are formed in parallel with a first exhaust gas purification unit having a first DPF to be collected and an oxidation catalyst and a porous material on the downstream side of the first exhaust gas purification unit. A second exhaust purification unit including a honeycomb structure in which an inlet and an outlet are alternately closed, and a second exhaust purification unit including a second DPF for collecting PM in exhaust gas is provided. Is provided.
【０００７】[0007]
【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の一つ
の実施形態を説明する。図１は本発明に従って構成され
たディーゼルエンジンの排気浄化装置の一実施形態を示
す概略構成図、図２は図１に示す排気浄化装置を構成す
る第１ディーゼルパティキュレートフィルター（第１Ｄ
ＰＦ）の径方向の断面図、図３は図２に示す第１ＤＰＦ
の排気ガス流通方向の断面図、図４は図１に示す排気浄
化装置を構成する第２ディーゼルパティキュレートフィ
ルター（第２ＤＰＦ）の径方向の断面図、図５は図４に
示す第２ＤＰＦの排気ガス流通方向の断面図である。図
１のディーゼルエンジン１０は、シリンダブロックやシ
リンダヘッド等で構成されているエンジン本体１１、エ
ンジン本体１１に形成されたシリンダ内に空気を導入す
る吸気通路１２、およびエンジン本体１１のシリンダか
ら排気ガスを排出する排気通路１３を備えている。排気
通路１３は排気管１４と排気マニホールド１５とから構
成されており、排気マニホールド１５がエンジン本体１
１と連結されている。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing one embodiment of an exhaust gas purification device for a diesel engine configured according to the present invention, and FIG. 2 is a first diesel particulate filter (first D) constituting the exhaust gas purification device shown in FIG.
FIG. 3 is a sectional view of the first DPF shown in FIG.
FIG. 4 is a radial sectional view of a second diesel particulate filter (second DPF) constituting the exhaust gas purification device shown in FIG. 1, and FIG. 5 is an exhaust gas of the second DPF shown in FIG. It is sectional drawing of a gas flow direction. A diesel engine 10 shown in FIG. 1 includes an engine body 11 including a cylinder block and a cylinder head, an intake passage 12 for introducing air into a cylinder formed in the engine body 11, and exhaust gas from a cylinder of the engine body 11. Exhaust passage 13 for exhausting air. The exhaust passage 13 includes an exhaust pipe 14 and an exhaust manifold 15, and the exhaust manifold 15 is
It is connected to 1.
【０００８】排気管１４には、その上流側から第１排気
浄化ユニット２１、および第２排気浄化ユニット２２が
配設されている。先に、第１排気浄化ユニット２１につ
いて説明する。第１排気浄化ユニット２１は、酸化触媒
５１と第１ＤＰＦ３０から構成されている。酸化触媒５
１と第１ＤＰＦ３０は、酸化触媒５１を上流側にして直
列に配置されている。酸化触媒５１は、例えばハニカム
状のコーディエライト、あるいは耐熱鋼からなる担体の
表面に、活性アルミナ等をコートしてウォッシュコート
層を形成し、このコート層に白金、パラジウム、あるい
はロジウム等の貴金属からなる触媒活性成分を担持させ
たものが使用される。この酸化触媒５１は、排気ガス中
のＮＯを酸化してＮＯ２を生成させるとともに、排気ガ
ス中のＨＣとＣＯを酸化してＨ２ＯとＣＯ２を生成させ
る。A first exhaust purification unit 21 and a second exhaust purification unit 22 are disposed in the exhaust pipe 14 from the upstream side. First, the first exhaust gas purification unit 21 will be described. The first exhaust gas purification unit 21 includes an oxidation catalyst 51 and a first DPF 30. Oxidation catalyst 5
The first and first DPFs 30 are arranged in series with the oxidation catalyst 51 on the upstream side. The oxidation catalyst 51 forms a wash coat layer by coating activated alumina or the like on the surface of a carrier made of, for example, honeycomb cordierite or heat-resistant steel, and forms a noble metal such as platinum, palladium, or rhodium on the coat layer. What carried the catalytically active component which consists of is used. The oxidation catalyst 51 oxidizes NO in the exhaust gas to generate NO 2 and oxidizes HC and CO in the exhaust gas to generate H 2 O and CO 2 .
【０００９】次に、第１ＤＰＦ３０について、図２、及
び図３を参照して説明する。第１ＤＰＦ３０は円筒形の
ケース３１を備えており、ケース３１の内部には、中空
円柱状のフィルター３２がケース３１と同軸に配置され
ている。フィルター３２は、フェルト化したセラミック
繊維３２ａの両面に耐熱性の金網３２ｂを重ね合わせて
なる積層体が、波形に屈曲され円筒形の多孔管３３を包
囲して構成されている。セラミック繊維３２ａは、例え
ば炭化珪素繊維等が使用でき、第１ＤＰＦ３０によって
捕集するＰＭの最小粒径が２〜４μｍになるよう、フェ
ルト化するセラミック繊維３２ａの繊維径等が設定され
ている。なお、フェルト化したセラミック繊維３２ａの
繊維径は、上記した粒径のＰＭを捕集するために１４〜
１５μｍが好ましい。また、多孔管３３は、入口側（図
３において左側）は閉塞され、出口側（図３において右
側）は開放されており、その周壁には多数の小孔３３ａ
が形成されている。フィルター３２の両端部にはバンド
３４が巻き付けられており、バンド３４によってフィル
ター３２は軸心方向に締め付けられている。フィルター
３２の両端には環状のプレート３５ａ、３５ｂが取り付
けられている。プレート３５ａ、３５ｂの内径は多孔管
３３の外径とほぼ同一に形成されており、プレート３５
ａ、３５ｂに多孔管３３が挿通され溶着されている。こ
のように、第１ＤＰＦ３０は繊維型のフィルターを構成
している。第１ＤＰＦ３０に排気ガスが流入すると、図
３の矢印で示すように、排気ガスはプレート３５ａの外
周を通ってフィルター３２を通過する。排気ガスがフィ
ルター３２を通過すると、セラミック繊維３２ａに排気
ガス中のＰＭが捕集される。その後、排気ガスは小孔３
３ａを通って多孔管３３内に流入されて多孔管３３の出
口から流出される。Next, the first DPF 30 will be described with reference to FIGS. The first DPF 30 includes a cylindrical case 31, and a hollow columnar filter 32 is arranged inside the case 31 coaxially with the case 31. The filter 32 is formed by laminating a heat-resistant wire mesh 32b on both sides of a felted ceramic fiber 32a and surrounding a cylindrical porous tube 33 bent in a waveform. As the ceramic fiber 32a, for example, silicon carbide fiber or the like can be used, and the fiber diameter of the ceramic fiber 32a to be felt is set such that the minimum particle diameter of PM collected by the first DPF 30 is 2 to 4 μm. In addition, the fiber diameter of the felted ceramic fiber 32a is 14 to 14 in order to collect PM having the above particle diameter.
15 μm is preferred. The perforated pipe 33 is closed on the inlet side (left side in FIG. 3) and is open on the outlet side (right side in FIG. 3).
Are formed. Bands 34 are wound around both ends of the filter 32, and the filter 32 is fastened in the axial direction by the bands 34. At both ends of the filter 32, annular plates 35a and 35b are attached. The inner diameters of the plates 35a and 35b are substantially the same as the outer diameter of the perforated tube 33.
The perforated pipe 33 is inserted through and welded to a and 35b. Thus, the first DPF 30 constitutes a fiber type filter. When the exhaust gas flows into the first DPF 30, the exhaust gas passes through the outer periphery of the plate 35a and passes through the filter 32 as shown by the arrow in FIG. When the exhaust gas passes through the filter 32, PM in the exhaust gas is collected by the ceramic fibers 32a. After that, the exhaust gas is
The gas flows into the perforated tube 33 through 3a and flows out from the outlet of the perforated tube 33.
【００１０】次に、第２排気浄化ユニット２２について
説明する。第２排気浄化ユニット２２は、酸化触媒５２
と第２ＤＰＦ４０とから構成されている。酸化触媒５２
と第２ＤＰＦ４０は、酸化触媒５２を上流側にして直列
に配置されている。酸化触媒５２は、その構成や成分は
上記第１排気浄化ユニット２１を構成する酸化触媒５１
と同じものが使用でき、排気ガス中のＮＯを酸化してＮ
Ｏ２を生成させる。Next, the second exhaust gas purification unit 22 will be described. The second exhaust gas purification unit 22 includes an oxidation catalyst 52
And the second DPF 40. Oxidation catalyst 52
And the second DPF 40 are arranged in series with the oxidation catalyst 52 on the upstream side. The configuration and components of the oxidation catalyst 52 constitute the oxidation catalyst 51 that constitutes the first exhaust gas purification unit 21.
Can oxidize NO in the exhaust gas to produce N
The O 2 to produce.
【００１１】次に、第２ＤＰＦ４０について、図４、及
び図５を参照して説明する。第２ＤＰＦ４０は、多孔質
材料によって複数のセル４１が排気ガスの流通方向と平
行に形成された円柱状のハニカム構造によって構成され
ている。多孔質材料は、例えばコーディエライト、ある
いは炭化珪素等が使用できる。セル４１は径方向断面が
略正方形に形成され、各セル４１を区画している隔壁４
５には、排気ガス中のＰＭの通過を阻止する程度の細孔
が形成されている。ここで、細孔の孔径は、第１ＤＰＦ
３０では捕集できない粒径の小さなＰＭも第２ＤＰＦ４
０で捕集できるように、具体的には捕集するＰＭの最小
粒径が０．５μｍになるよう設定されている。なお、細
孔の孔径は、上記した粒径のＰＭを捕集できるよう０．
５〜１．０μｍが好ましい。また、セル４１の両端はセ
ラミック等からなる目封じ材４４で交互に栓詰めされて
おり、セル４１の入口部４２（図５において左側）と出
口部４３は交互に閉塞された状態になっている。このよ
うに、第２ＤＰＦ４０はウォールフロー型のハニカムフ
ィルターを構成している。第２ＤＰＦ４０に排気ガスが
流入すると、図５の矢印で示すように、排気ガスは目封
じ材４４のない開放された入口部４２からセル４１に流
入して隔壁４５を通過する。排気ガスが隔壁４５を通過
すると、隔壁４５に排気ガス中のＰＭが捕集され、排気
ガスは目封じ材４４のない開放された出口部４３から流
出される。Next, the second DPF 40 will be described with reference to FIGS. The second DPF 40 has a columnar honeycomb structure in which a plurality of cells 41 are formed of a porous material in parallel with the flow direction of the exhaust gas. As the porous material, for example, cordierite or silicon carbide can be used. The cells 41 have a substantially square cross section in the radial direction, and the partition walls 4 partitioning the cells 41.
5 is formed with pores to such an extent that the passage of PM in the exhaust gas is prevented. Here, the pore diameter of the fine pore is the first DPF.
Even small particle size PM that cannot be collected by 30
Specifically, the minimum particle size of the PM to be collected is set to 0.5 μm so that it can be collected at zero. In addition, the pore diameter of the pores is adjusted so that PM having the above particle diameter can be collected.
5 to 1.0 μm is preferred. Further, both ends of the cell 41 are alternately plugged with a plugging material 44 made of ceramic or the like, and the inlet 42 (the left side in FIG. 5) and the outlet 43 of the cell 41 are alternately closed. I have. Thus, the second DPF 40 constitutes a wall flow type honeycomb filter. When the exhaust gas flows into the second DPF 40, the exhaust gas flows into the cell 41 from the open inlet portion 42 without the plugging material 44 and passes through the partition wall 45, as indicated by the arrow in FIG. 5. When the exhaust gas passes through the partition wall 45, PM in the exhaust gas is collected by the partition wall 45, and the exhaust gas flows out from the open outlet 43 without the plugging material 44.
【００１２】図１に示す実施形態におけるディーゼルエ
ンジン１０の排気浄化装置は以上のような構成とされて
おり、エンジン本体１１のシリンダから排出される排気
ガスは、排気通路１３に配設された第１排気浄化ユニッ
ト２１、及び第２排気浄化ユニット２２によって浄化さ
れる。次に、第１排気浄化ユニット２１、及び第２排気
浄化ユニット２２によって排気ガス中のＰＭを浄化する
一連のプロセスを説明する。まず、排気ガスが第１排気
浄化ユニット２１に流入され、排気ガスが酸化触媒５１
を通過すると、排気ガス中のＮＯが酸化されてＮＯ２を
生成する。次に、排気ガスが第１ＤＰＦ３０を通過する
と、粒径が２〜４μｍ以上のＰＭが第１ＤＰＦ３０に捕
集される。ここで、第１ＤＰＦ３０に捕集されたＰＭと
酸化触媒５１で生成されたＮＯ２によって、ＮＯ２+ Ｃ
→ＮＯ+ ＣＯ、２ＮＯ２+ ２Ｃ→Ｎ２+ ２ＣＯ２による
化学反応が起こる。すなわち、第１ＤＰＦ３０に捕集さ
れたＰＭはＮＯ２によってＣＯ、あるいはＣＯ２に酸化
（燃焼）される。このようにして、排気ガスが第１排気
浄化ユニット２１で浄化されると、排気ガスは第２排気
浄化ユニット２２に流入される。第２排気浄化ユニット
２２では、第１排気浄化ユニット２１と同じようなプロ
セスを経てＰＭの捕集と燃焼が行われるが、第２ＤＰＦ
４０では第１ＤＰＦ３０で捕集されなかった粒径の小さ
なＰＭ、すなわち粒径が０．５μｍ以上のＰＭを捕集す
る。以上のようなプロセスによって、排気ガス中のＰＭ
が浄化される。The exhaust gas purifying apparatus of the diesel engine 10 in the embodiment shown in FIG. 1 is configured as described above. The exhaust gas discharged from the cylinder of the engine body 11 is supplied to the exhaust passage 13 disposed in the exhaust passage 13. The exhaust gas is purified by the first exhaust gas purification unit 21 and the second exhaust gas purification unit 22. Next, a series of processes for purifying PM in exhaust gas by the first exhaust purification unit 21 and the second exhaust purification unit 22 will be described. First, the exhaust gas flows into the first exhaust gas purification unit 21, and the exhaust gas is supplied to the oxidation catalyst 51.
, NO in the exhaust gas is oxidized to generate NO 2 . Next, when the exhaust gas passes through the first DPF 30, PM having a particle size of 2 to 4 μm or more is collected in the first DPF 30. Here, NO 2 + C is generated by PM trapped in the first DPF 30 and NO 2 generated by the oxidation catalyst 51.
→ NO + CO, 2NO 2 + 2C → N 2 + chemical reaction occurs according 2CO 2. That is, the PM collected by the first DPF 30 is oxidized (burned) to CO or CO 2 by NO 2 . When the exhaust gas is purified in the first exhaust purification unit 21 in this manner, the exhaust gas flows into the second exhaust purification unit 22. In the second exhaust gas purification unit 22, PM is collected and burned through a process similar to that of the first exhaust gas purification unit 21, but the second DPF
At 40, PM having a small particle size that has not been collected by the first DPF 30, that is, PM having a particle size of 0.5 μm or more, is collected. By the above process, PM in exhaust gas
Is purified.
【００１３】ここで、各ＤＰＦが捕集するＰＭと捕集効
率との関係について、図６を参照して説明する。図６
（ａ）は回転速度が１０００ｒｐｍ、排気ガス温度が２
５０℃の場合のＰＭの粒径分布、図６（ｂ）は回転速度
が３２００ｒｐｍ、排気ガス温度が７００℃の場合のＰ
Ｍの粒径分布を示している。ディーゼルエンジン１０が
図６（ａ）に示す条件、すなわち回転速度が１０００ｒ
ｐｍ、排気ガス温度が２５０℃で排気通路１３に排気ガ
スが流通されると、第１ＤＰＦ３０では粒径が２〜４μ
ｍ以上のＰＭを捕集するため、ＰＭの全量に対して６０
〜７０％を捕集する。そして、第２ＤＰＦ４０では、第
１ＤＰＦ３０で捕集できなかった残りのＰＭのほぼ全量
を捕集する。また、ディーゼルエンジン１０が図６
（ｂ）に示す条件、すなわち回転速度が３２００ｒｐ
ｍ、排気ガス温度が７００℃で排気通路１３に排気ガス
が流通されると、第１ＤＰＦ３０ではＰＭの全量に対し
て９０％以上を捕集する。そして、第２ＤＰＦ４０で
は、第１ＤＰＦ３０で捕集できなかった残りのＰＭのほ
ぼ全量を捕集する。Here, the relationship between the PM collected by each DPF and the collection efficiency will be described with reference to FIG. FIG.
(A) shows that the rotation speed is 1000 rpm and the exhaust gas temperature is 2
The particle size distribution of PM at 50 ° C., FIG. 6B shows P at a rotational speed of 3200 rpm and an exhaust gas temperature of 700 ° C.
3 shows the particle size distribution of M. When the diesel engine 10 is operated under the conditions shown in FIG.
pm, the exhaust gas temperature is 250 ° C., and the exhaust gas flows through the exhaust passage 13, the first DPF 30 has a particle size of 2 to 4 μm.
m to collect PM over 60% of the total amount of PM
Collect ~ 70%. Then, the second DPF 40 collects substantially all the remaining PM that could not be collected by the first DPF 30. Also, the diesel engine 10 shown in FIG.
The condition shown in (b), that is, the rotation speed is 3200 rpm
m, when the exhaust gas temperature is 700 ° C. and the exhaust gas flows through the exhaust passage 13, the first DPF 30 collects 90% or more of the total amount of PM. Then, the second DPF 40 collects substantially all the remaining PM that could not be collected by the first DPF 30.
【００１４】以上のように、図示の実施形態におけるデ
ィーゼルエンジン１０の排気浄化装置は、第１ＤＰＦ３
０によってＰＭの大半を捕集しており、第２ＤＰＦ４０
では粒径の小さなＰＭしか捕集されないためにＰＭの堆
積は少しずつしか進まない。従って、排気通路１３に６
００℃以上の高温の排気ガスが流通されても、ＰＭが比
較的多く堆積している第１ＤＰＦ３０は繊維型のフィル
ターで構成されているので、ＰＭが急激に燃焼しても焼
損することはない。一方、第２ＤＰＦ４０は、上述した
ように少量のＰＭしか堆積しないため、ＰＭが急激に燃
焼するようなことはなく、焼損や破損することはない。As described above, the exhaust purification device of the diesel engine 10 in the illustrated embodiment is the first DPF 3
0 collects most of the PM, and the second DPF 40
In this case, only the PM having a small particle size is collected, so that the deposition of the PM progresses little by little. Therefore, 6
Even if high-temperature exhaust gas of 00 ° C. or more is circulated, the first DPF 30 in which a relatively large amount of PM is deposited is constituted by a fiber-type filter, so that even if PM burns rapidly, it does not burn out. . On the other hand, since the second DPF 40 accumulates only a small amount of PM as described above, the PM does not burn rapidly and there is no burning or damage.
【００１５】また、図示の実施形態では、第１ＤＰＦ３
０は捕集するＰＭの最小粒径が２〜４μｍに設定され、
第２ＤＰＦ４０は捕集するＰＭの最小粒径が０．５μｍ
に設定されているので、ディーゼルエンジン１０が図６
（ｂ）に示すような高回転領域では、第２ＤＰＦ４０は
ＰＭの全量に対して１０％以下の少量を捕集するのに対
し、図６（ａ）に示すような低中回転領域では、第２Ｄ
ＰＦ４０はＰＭの全量に対して３０〜４０％捕集する。
つまり、第２ＤＰＦ４０は、低中回転領域では高回転領
域と比較してやや多目のＰＭを捕集するが、このときの
排気ガス温度は２５０℃〜４００℃のため、ＰＭはＮＯ
２によって燃焼されるので、第２ＤＰＦ４０に多量のＰ
Ｍが堆積することはなく、自己着火による急激燃焼が発
生することはない。In the illustrated embodiment, the first DPF 3
0 indicates that the minimum particle size of PM to be collected is set to 2 to 4 μm,
The second DPF 40 has a minimum particle size of 0.5 μm of PM to be collected.
As shown in FIG.
In the high rotation region shown in FIG. 6B, the second DPF 40 captures a small amount of 10% or less of the total amount of PM, whereas in the low rotation region shown in FIG. 2D
The PF 40 collects 30 to 40% of the total amount of PM.
In other words, the second DPF 40 captures a slightly larger amount of PM in the low and medium rotation regions than in the high rotation region, but since the exhaust gas temperature at this time is 250 ° C to 400 ° C, the PM is NO.
2 and a large amount of P is added to the second DPF 40
M does not accumulate and rapid combustion due to self-ignition does not occur.
【００１６】なお、図示の実施形態では、各排気浄化ユ
ニットを構成している酸化触媒とＤＰＦはそれぞれ別個
に設けているが、触媒活性成分をＤＰＦに担持させて、
酸化触媒とＤＰＦを一つにした装置によって排気浄化ユ
ニットを構成してもよい。すなわち、第１排気浄化ユニ
ットでは、第１ＤＰＦを構成する繊維質材料に白金等の
貴金属からなる触媒活性成分を担持させ、また、第２排
気浄化ユニットでは、第２ＤＰＦを構成する多孔質材料
の表面に触媒活性成分を担持させる。このような構成に
よれば、ＤＰＦ上でＮＯ２の生成、ＰＭの捕集、および
ＰＭの燃焼ができるので、酸化触媒を別個に設ける必要
がなく、装置全体をコンパクトにできる。In the illustrated embodiment, the oxidation catalyst and the DPF constituting each exhaust gas purifying unit are separately provided. However, the catalyst active component is carried on the DPF,
The exhaust gas purification unit may be constituted by a device in which the oxidation catalyst and the DPF are integrated into one. That is, in the first exhaust gas purification unit, a fibrous material constituting the first DPF carries a catalytically active component made of a noble metal such as platinum, and in the second exhaust gas purification unit, the surface of the porous material constituting the second DPF is formed. Support a catalytically active component. According to such a configuration, generation of NO 2 , collection of PM, and combustion of PM can be performed on the DPF, so that there is no need to separately provide an oxidation catalyst, and the entire apparatus can be made compact.
【００１７】以上、本発明を図示の実施形態に基づいて
説明したが、本発明は実施形態のみに限定されるもので
はない。例えば、第１ＤＰＦは多孔管に直接セラミック
長繊維やセラミック編物を巻き付けた構成としてもよ
い。また、第２排気浄化ユニットの下流側の排気通路に
ＮＯｘ触媒を配置して、排気ガス中のＮＯ等の窒素酸化
物を無害のＮ２やＨ２Ｏに還元してもよい。つまり、本
発明を構成する各要件を備え、同様な作用を奏するもの
であればどのような実施の形態でもよい。As described above, the present invention has been described based on the illustrated embodiments, but the present invention is not limited to only the embodiments. For example, the first DPF may have a configuration in which a ceramic long fiber or a ceramic knit is directly wound around a porous tube. Further, the NOx catalyst disposed in an exhaust passage downstream of the second exhaust gas purification unit may reduce nitrogen oxides NO and the like in the exhaust gas into harmless N 2 and H 2 O. In other words, any embodiment may be used as long as it has the requirements of the present invention and performs the same function.
【００１８】[0018]
【発明の効果】本発明のディーゼルエンジンの排気浄化
装置によれば、排気通路に、酸化触媒と繊維質材料によ
って構成された第１ＤＰＦとを備えた第１排気浄化ユニ
ットと、第１排気浄化ユニットの下流側であって、酸化
触媒と、多孔質材料によって複数のセルが平行に形成さ
れるとともに、セルの入口と出口は交互に閉塞されたハ
ニカム構造によって構成された第２ＤＰＦとを備えた第
２排気浄化ユニットとが配設されているので、ウォール
フロー型のＤＰＦにおけるＰＭの捕集負担を低減するこ
とができる。従って、ウォールフロー型のＤＰＦにおけ
るＰＭの堆積が抑えられ、自己着火による急激な燃焼が
発生することはなく、フィルターの焼損、または破損を
未然に防止することができる。According to the exhaust gas purifying apparatus for a diesel engine of the present invention, a first exhaust gas purifying unit including an oxidation catalyst and a first DPF made of a fibrous material in an exhaust passage, and a first exhaust gas purifying unit. And a second DPF comprising an oxidation catalyst and a plurality of cells formed of a porous material in parallel with each other, and a second DPF constituted by a honeycomb structure in which inlets and outlets of the cells are alternately closed. Since the two exhaust gas purification units are provided, it is possible to reduce the PM collection load in the wall flow type DPF. Therefore, the accumulation of PM in the wall flow type DPF is suppressed, rapid combustion due to self-ignition does not occur, and burning or breakage of the filter can be prevented.
【図１】本発明に従って構成されたディーゼルエンジン
の排気浄化装置の一実施形態を示す概略構成図。FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing one embodiment of an exhaust gas purification device for a diesel engine configured according to the present invention.
【図２】図１に示す排気浄化装置を構成する第１ディー
ゼルパティキュレートフィルターの径方向の断面図。FIG. 2 is a radial cross-sectional view of a first diesel particulate filter constituting the exhaust gas purification device shown in FIG.
【図３】図２に示す第１ディーゼルパティキュレートフ
ィルターの排気ガス流通方向の断面図。FIG. 3 is a cross-sectional view of the first diesel particulate filter shown in FIG. 2 in an exhaust gas flow direction.
【図４】図１に示す排気浄化装置を構成する第２ディー
ゼルパティキュレートフィルターの径方向の断面図。FIG. 4 is a radial cross-sectional view of a second diesel particulate filter constituting the exhaust gas purification device shown in FIG. 1;
【図５】図４に示す第２ディーゼルパティキュレートフ
ィルターの排気ガス流通方向の断面図。FIG. 5 is a cross-sectional view of the second diesel particulate filter shown in FIG. 4 in the exhaust gas flow direction.
【図６】（ａ）は回転速度が１０００ｒｐｍ、排気ガス
温度が２５０℃の場合のＰＭの粒径分布、（ｂ）は回転
速度が３２００ｒｐｍ、排気ガス温度が７００℃の場合
のＰＭの粒径分布を示すグラフ。6 (a) is a particle size distribution of PM when the rotation speed is 1000 rpm and the exhaust gas temperature is 250 ° C., and FIG. 6 (b) is a particle size distribution of PM when the rotation speed is 3200 rpm and the exhaust gas temperature is 700 ° C. Graph showing distribution.
１０：ディーゼルエンジン １１：エンジン本体 １３：排気通路 ２１：第１排気浄化ユニット ２２：第２排気浄化ユニット ３０：第１ＤＰＦ ３２：フィルター ３２ａ: セラミック繊維 ３３：多孔管 ４０：第２ＤＰＦ ４１：セル ４５：隔壁 ５１、５２：酸化触媒 10: Diesel engine 11: Engine body 13: Exhaust passage 21: First exhaust purification unit 22: Second exhaust purification unit 30: First DPF 32: Filter 32a: Ceramic fiber 33: Perforated tube 40: Second DPF 41: Cell 45: Partition walls 51, 52: oxidation catalyst
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０１Ｎ 3/24 Ｆ０１Ｎ 3/28 Ｊ 3/28 Ｂ０１Ｄ 53/36 １０３Ｃ Ｆターム(参考） 3G090 AA01 AA02 AA03 AA04 BA01 CA04 EA02 3G091 AA18 AA28 AB02 AB05 AB13 BA00 BA08 BA10 BA14 BA15 BA19 GA06 GA19 GA20 GA24 GB01X GB05W GB06W GB07W GB10X GB17X HA08 HA15 HA16 HA47 4D048 AA13 AA14 AA18 AB01 AB05 BA03Y BA30Y BA31Y BA33Y BA41Y BB02 BB08 CA01 CC32 CC38 CC45 CD05 4D058 JA10 JB06 JB22 JB41 KB12 QA11 SA08 TA06 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI theme coat ゛ (reference) F01N 3/24 F01N 3/28 J 3/28 B01D 53/36 103C F-term (reference) 3G090 AA01 AA02 AA03 AA04 BA01 CA04 EA02 3G091 AA18 AA28 AB02 AB05 AB13 BA00 BA08 BA10 BA14 BA15 BA19 GA06 GA19 GA20 GA24 GB01X GB05W GB06W GB07W GB10X GB17X HA08 HA15 HA16 HA47 4D048 AA13 AA14 AA18 AB01 AB05 BA03Y BA30YBA31B38 CCB BABY CC33 JB22 JB41 KB12 QA11 SA08 TA06
Claims (2)
のパティキュレートを捕集する第１ディーゼルパティキ
ュレートフィルターとを備えた第１排気浄化ユニット
と、 該第１排気浄化ユニットの下流側であって、酸化触媒
と、多孔質材料によって複数のセルが平行に形成される
とともに、該セルの入口と出口は交互に閉塞されたハニ
カム構造によって構成され、排気ガス中のパティキュレ
ートを捕集する第２ディーゼルパティキュレートフィル
ターとを備えた第２排気浄化ユニットとが配設されてい
る、 ことを特徴とするディーゼルエンジンの排気浄化装置。1. A first exhaust gas purification unit, comprising: an oxidation catalyst; and a first diesel particulate filter formed of a fibrous material and trapping particulates in exhaust gas, in an exhaust passage of a diesel engine. On the downstream side of the first exhaust gas purification unit, a plurality of cells are formed in parallel by an oxidation catalyst and a porous material, and an inlet and an outlet of the cells are constituted by a honeycomb structure alternately closed, A second exhaust gas purification unit comprising: a second diesel particulate filter that collects particulates in exhaust gas; and a second exhaust gas purification unit, the exhaust gas purification device for a diesel engine being provided.
ルターは捕集するパティキュレートの最小粒径が２〜４
μｍに設定され、該第２ディーゼルパティキュレートフ
ィルターは捕集するパティキュレートの最小粒径が０．
５μｍに設定されている、請求項１記載のディーゼルエ
ンジンの排気浄化装置。2. The first diesel particulate filter has a minimum particle size of collected particulates of 2 to 4.
μm, and the second diesel particulate filter has a minimum particle size of the collected particulates of 0.1 μm.
The exhaust gas purifying apparatus for a diesel engine according to claim 1, wherein the diameter is set to 5 µm.
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