JP2002371824A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents
内燃機関の排気浄化装置Info
- Publication number
- JP2002371824A JP2002371824A JP2001179326A JP2001179326A JP2002371824A JP 2002371824 A JP2002371824 A JP 2002371824A JP 2001179326 A JP2001179326 A JP 2001179326A JP 2001179326 A JP2001179326 A JP 2001179326A JP 2002371824 A JP2002371824 A JP 2002371824A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- exhaust gas
- exhaust
- internal combustion
- combustion engine
- ash
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
- F01N3/02—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
- F01N3/021—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters
- F01N3/023—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters using means for regenerating the filters, e.g. by burning trapped particles
- F01N3/0233—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters using means for regenerating the filters, e.g. by burning trapped particles periodically cleaning filter by blowing a gas through the filter in a direction opposite to exhaust flow, e.g. exposing filter to engine air intake
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
- F01N3/02—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
- F01N3/021—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters
- F01N3/022—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters characterised by specially adapted filtering structure, e.g. honeycomb, mesh or fibrous
- F01N3/0222—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters characterised by specially adapted filtering structure, e.g. honeycomb, mesh or fibrous the structure being monolithic, e.g. honeycombs
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
- F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
- F01N3/0807—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by using absorbents or adsorbents
- F01N3/0821—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by using absorbents or adsorbents combined with particulate filters
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
- F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
- F01N3/0807—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by using absorbents or adsorbents
- F01N3/0828—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by using absorbents or adsorbents characterised by the absorbed or adsorbed substances
- F01N3/0842—Nitrogen oxides
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N2570/00—Exhaust treating apparatus eliminating, absorbing or adsorbing specific elements or compounds
- F01N2570/08—Phosphorus
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Processes For Solid Components From Exhaust (AREA)
- Exhaust Gas After Treatment (AREA)
- Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
- Treating Waste Gases (AREA)
- Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)
Abstract
物質を捕集する捕集材を備えた排気浄化装置において、
アッシュの生成を抑制して捕集材の目詰まりによる排気
の圧力損失を防止する。 【解決手段】内燃機関から排出される排気に含まれる粒
子状物質を捕集する捕集材を備えた内燃機関の排気浄化
装置において、パティキュレートフィルタ22の上流
に、排ガス中の燐Pを吸着させるアッシュトラップ8
0,81を設けた。アッシュトラップ80,81には塩
基性金属が担持される。燐PがカルシウムCaと結合し
てパティキュレートフィルタ22に凝集されアッシュを
形成すること抑制する。
Description
される排気中の粒子状物質を除去する排気浄化装置に関
する。
気中に含まれる窒素酸化物(NOX)や炭化水素(H
C)等の有害ガス成分を浄化して排気エミッションの向
上を図ることが要求されている。特に、ディーゼルエン
ジンの場合は、窒素酸化物(NO X)や炭化水素(H
C)に加えて、煤やSOF(Soluble Organic Fractio
n)等の所謂粒子状物質(PM:Particulate Matter)
を低減することも重要である。
2722987号公報に記載されたような「内燃機関の
排気浄化装置」が提案されている。この公報に記載され
た内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の排気通路に排
気中の粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタ
を設けるとともに、排気の空燃比がリーンのときは排気
中のNOXを吸収し、排気中の酸素濃度が低く且つ還元
剤が存在するときは吸着していたNOXを放出且つ還元
するNOX吸収剤を前記パティキュレートフィルタと熱
伝達可能な位置に配置して構成され、NOX吸収剤上で
還元剤が燃焼する際に発生する熱を利用してパティキュ
レートフィルタを昇温させ、該パティキュレートフィル
タに捕集された粒子状物質を燃焼及び除去しようとする
ものである。
トフィルタでは、アッシュと呼ばれる化合物の凝集によ
りパティキュレートフィルタ内の排気流路が閉塞され、
排気の圧力損失が大きくなるという問題がある。
かにされていないが、内燃機関の燃料や潤滑油には、種
々の添加剤や不純物が含まれており、これらの成分が内
燃機関の燃焼室あるいはパティキュレートフィルタ上で
結合し、種々の化合物を形成して、これらの化合物がパ
ティキュレートフィルタ上で凝集することで生成される
と考えられる。
黄S成分、燐P成分、カルシウムCa、マグネシウムM
g等の成分が含有されており、燃焼室内においてブロー
バイガス(潤滑油)中に含まれる成分と混合気(燃料)
中に含まれる成分とが結合し、硫酸カルシウムCaSO
4、燐酸カルシウムCa3(SO4)2、あるいは硫酸マグ
ネシウム(MgSO4)等の化合物が生成され、これら
の化合物がパティキュレートフィルタ上に粒子状物質
(PM)とともに捕集され、アッシュとして凝集され
る。
性を有することから、パティキュレートフィルタ上に煤
とともに吸収された硫黄Sが排気中のカルシウムCaや
マグネシウムMgと結合して、硫酸カルシウムCaSO
4や硫酸マグネシウムMgSO4等の化合物を生成し、こ
れらの化合物がアッシュとして凝集される。
この捕集材には内燃機関の燃料およびまたは潤滑油に含
有される所定成分と同等以下の電気陰性度を有する金属
を担持したものが特開2001−12229号公報にお
いて開示されている。
含有される所定成分と同等以下の電気陰性度を有する金
属、好ましくは前記所定成分より電気陰性度が低く、か
つイオン化傾向が強い金属を担持することで、被結合成
分は前記所定成分ではなくて前記金属と結合するので、
前記アッシュの形成が抑制される。
成分としての燐酸カルシウムCa3(SO4)2によるパ
ティキュレートフィルタの目詰まりを防止することは困
難であることが判明した。
結合しにくいが、ここでは上述のように燐Pと最も結合
しやすいカルシウムCaが硫酸カルシウムCaSO4と
なっているため、燐Pと硫黄Sがパティキュレートフィ
ルタにおいて凝集して補足されることになる。するとパ
ティキュレートフィルタでは燐酸カルシウムCa3(P
O4)2による目詰まりが生じることになる。
行した場合、白金Pt等の貴金属を担持した触媒機能を
もつパティキュレートフィルタの表面に、燐酸カルシウ
ムCa3(SO4)2の針状の結晶が形成され、被浄化物
と貴金属との間に距離が生じて触媒機能が半減したり、
また触媒の寿命が短くなる場合がある。
れたものであり、内燃機関から排出される排気に含まれ
る粒子状物質を捕集する捕集材を備えた排気浄化装置に
おいて、アッシュの生成、特に燐酸カルシウムCa
3(SO4)2によるものを抑制することができる技術を
提供することを目的とする。
を解決するために以下のような手段を採用した。
化装置は、内燃機関から排出される排気に含まれる粒子
状物質を捕集する捕集材を備えた内燃機関の排気浄化装
置において、前記捕集材の上流に、排ガス中の燐Pを吸
着させるアッシュトラップを設けたことを特徴とする。
捕集材は、内燃機関から排出された排気に含まれる粒子
状物質を捕集する。ここで捕集材とは、例えば粒状物質
を捕集する通常のDPF(ディーゼルパティキュレート
フィルタ)であっても、または、これにNOx吸収剤等
の触媒物質を担持したものであってもよい。
または潤滑油に元々含まれていた成分が存在し、それら
の成分のうちの所定成分が捕集材上で他の成分(以下、
被結合成分と称する)と結合してアッシュを形成する可
能性がある。しかし前記アッシュトラップを捕集材の上
流に設けると、燐Pはこれに吸着されるので、その下流
の捕集材でアッシュを形成することを抑制できる。
強い塩基性金属を担持させることができる。このように
すれば燐Pを燐酸カルシウムCa3(SO4)2等の形で
安定して吸着することが可能となる。
i、ナトリウムNa、カリウムK 、ルビジウムRb、セ
シウムCs、フランシウムFr、ベリリウムBe、マグ
ネシウムMg、カルシウムCa、ストロンチウムSr、
バリウムBa、ラジウムRa、ランタンLa等の電気陰
性度を有する金属、好ましくは前記所定成分より電気陰
性度が低く、かつイオン化傾向の強い金属である。燐P
はこれらの金属と安定して結合するので、下流の捕集材
での燐酸カルシウムCa3(SO4)2によるアッシュの
形成が抑制される。
は潤滑油に含有される所定成分と同等以下の電気陰性度
を有する金属を担持させることが好ましい。このように
すれば、硫黄Sが排ガス中のカルシウムCaやマグネシ
ウムMgと結合して、硫酸カルシウムCaSO4や硫酸
マグネシウムMgSO4等の化合物からなるアッシュと
して捕集材にて凝集することを抑制できる。
の所定成分との化合物は、前記アッシュと同様に捕集材
上で凝集するおそれがあるので、これらの化合物は粒子
状物質の浄化条件と同様の条件下で分解または除去され
るように、担持する前記金属を選択することが好まし
い。
付与されたものとすることができる。このように酸化性
能を付与すると燐とカルシウムが結合した燐酸カルシウ
ムCa3(SO4)2の凝集が促進されるので、ここで燐
をトラップしやすくなる。
ムと結合してを捕集材に凝集されアッシュを形成するこ
とを回避するため、この捕集材よりも前段に、燐と結合
しやすい電気陰性度を有する塩基性金属を配したアッシ
ュトラップを設け、このアッシュトラップに燐が吸着さ
れるようにした。よって捕集材において燐酸カルシウム
Ca3(SO4)2によるアッシュが形成されることを抑
制できる。
気浄化装置について図面に基づいて説明する。ここで
は、本発明に係る排気浄化装置を車両用ディーゼルエン
ジンに適用した態様について説明する。
リンダブロック、3はシリンダヘッド、4はピストン、
5は燃焼室、6は電気制御式燃料噴射弁、7は吸気弁、
8は吸気ポート、9は排気弁、10は排気ポートを夫々
示す。吸気ポート8は対応する吸気枝管11を介してサ
ージタンク12に連結され、サージタンク12は吸気ダ
クト13を介して排気ターボチャージャ14のコンプレ
ッサ15に連結される。吸気ダクト13内にはステップ
モータ16により駆動されるスロットル弁17が配置さ
れ、更に吸気ダクト13周りには吸気ダクト13内を流
れる吸入空気を冷却するための冷却装置18が配置され
る。図1に示される例では機関冷却水が冷却装置18内
に導かれ、機関冷却水によって吸入空気が冷却される。
9および排気管20を介して排気ターボチャージャ14
の排気タービン21に連結され、排気タービン21の出
口はパティキュレートフィルタ22を内蔵したケーシン
グ23を有する排気浄化装置に連結される。
は排気ガス再循環(以下、EGRと称す)通路24を介
してお互いに連結され、EGR通路24には電気制御式
EGR制御弁25が配置される。また、EGR通路24
周りにはEGR通路24内を流れるEGRガスを冷却す
るための冷却装置26が配置される。図1に示される例
では機関冷却水が冷却装置26内に導かれ、機関冷却水
によってEGRガスが冷却される。
介して燃料リザーバ、いわゆるコモンレール27に連結
される。このコモンレール27内へは電気制御式の吐出
量可変な燃料ポンプ28から燃料が供給され、コモンレ
ール27内に供給された燃料は各燃料供給管6aを介し
て燃料噴射弁6に供給される。コモンレール27にはコ
モンレール27内の燃料圧を検出するための燃料圧セン
サ29が取付けられ、燃料圧センサ29の出力信号に基
づいてコモンレール27内の燃料圧が目標燃料圧となる
ように燃料ポンプ28の吐出量が制御される。
ーターからなり、双方向性バス31によって互いに接続
されたROM(リードオンリメモリ)32、RAM(ラ
ンダムアクセスメモリ)33、CPU(マイクロプロセ
ッサ)34、入力ポート35および出力ポート36を具
備する。燃料圧センサ29の出力信号は対応するAD変
換器37を介して入力ポート35に入力される。また、
パティキュレートフィルタ22には、このパティキュレ
ートフィルタ22の床温を検出するための床温センサ3
9が取付けられ、この床温センサ39の出力信号は対応
するAD変換器37を介して入力ポート35に入力され
る。
量Lに比例した出力電圧を発生する負荷センサ41が接
続され、負荷センサ41の出力電圧は対応する変換器3
7を介して入力ポート35に入力される。更に入力ポー
ト35にはクランクシャフトが例えば30°回転する毎
に出力パルスを発生するクランク角センサ42が接続さ
れる。一方、出力ポート36は対応する駆動回路38を
介して燃料噴射弁6、スロットル弁駆動用ステップモー
タ16、EGR制御弁25、燃料ポンプ28、および後
述するアクチュエータ72に接続される。 <排気浄化装置の構造>排気浄化装置は、図1、図2に
示したように、排気タービン21の出口に排気管70が
接続されている。この排気管70から分岐して、パティ
キュレートフィルタ22を内蔵したケーシング23にお
けるフィルタ22の一方の面と、他方の面とにそれぞれ
接続する第1の排気通路76と、第2の排気通路77と
が設けられている。さらに、第1の排気通路76と第2
の排気通路77の分岐点からパティキュレートフィルタ
22を通過せずに、そのまま排気ガスを排出するバイパ
ス通路73とが設けられている。
通路77の分岐点には、排気切換弁71が設けられてい
る。排気切換弁71は、アクチュエータ72によって駆
動され、第1の排気通路76を選択してフィルタ22の
一方側から排気ガスを流す第1の流れ(順流)と、第2
の排気通路77を選択してフィルタ22の他方側から排
気ガスを流す第2の流れ(逆流)とを、交互に切換え
る。
通路77のそれぞれには、パティキュレートフィルタ2
2の前段にアッシュトラップ80、81が設けられてい
る。このアッシュトラップ80、81には、イオン化傾
向の強い塩基性金属が担持されており、排ガス中の燐P
がこれに吸着する。
i、ナトリウムNa、カリウムK 、ルビジウムRb、セ
シウムCs、フランシウムFr、ベリリウムBe、マグ
ネシウムMg、カルシウムCa、ストロンチウムSr、
バリウムBa、ラジウムRa、ランタンLaのうちの一
つ、または2以上を組み合わせを含む。
ィルタ22に流入する排気ガス中に、燃料を噴射する還
元剤添加手段としての燃料添加ノズル83が設けられて
いる。この燃料添加ノズル83は、電子制御ユニット3
0のCPU34上に実現される制御手段により制御され
る。
グ23は、バイパス通路73を形成する排気管70の真
上に位置するよう配置され、そのケーシング23の両側
に排気管70から分岐した第1の排気通路76と第2の
排気通路77が接続される形となっている。そして、ケ
ーシング23内のフィルタ22は、排気ガスの通過方向
を長さ方向とした場合、長さ方向に直交する幅方向の長
さが、長さ方向の長さより長くなっている。このような
構成とすることで、フィルタ22を内包するケーシング
23からなる排気浄化装置の車両への搭載スペースを省
スペース化することができる。
御ユニット30のCPU34上に実現される制御手段7
5によって駆動制御されるもので、出力ポート36から
の制御信号により駆動される。また、アクチュエータ7
2は、内燃機関の駆動に伴って形成される負圧により駆
動されるもので、負圧が加えられないときに第1の排気
通路76を選択する位置(順流位置)に弁体を制御し、
第1の負圧が加えられたとき弁体を中立位置に制御し、
第1の負圧よりも強い第2の負圧が加えられたとき第2
の排気通路77を選択する位置(逆流位置)に弁体を制
御する。
るとき、排気切換弁71は、排気管70を第1の排気通
路76に接続するとともに、第2の排気通路77をバイ
パス通路73に接続するので、排気ガスは、排気管70
→第1の排気通路76→フィルタ22→第2の排気通路
77→バイパス通路73の順に流れて、大気に放出され
る。
とき、排気切換弁71は、排気管70を第2の排気通路
77に接続するとともに、第1の排気通路76をバイパ
ス通路73に接続するので、排気ガスは、排気管70→
第2の排気通路77→フィルタ22→第1の排気通路7
6→バイパス通路73の順に流れて、大気に放出され
る。
気管70の軸線に平行となった中立位置にあるとき、排
気切換弁71は、排気管70を直接バイパス通路73に
接続するので、排気ガスは、排気管70からフィルタ2
2を通過しないでバイパス通路73に流れて、大気に放
出される。
すことで、煤などの微粒子がフィルタ22の基材内を動
き回るので、微粒子の酸化を促進し、よって、微粒子の
浄化を効率よく行うことができる。
のみ排気ガスを流す場合のイメージ図であり、微粒子は
フィルタの一方の面にのみ蓄積して動かず、排気ガスの
圧損上昇の原因となるだけでなく、微粒子の浄化を妨げ
る。
排気ガスを流す場合のイメージ図であり、微粒子はフィ
ルタの両面で順流方向と逆流方向に撹乱されるので、フ
ィルタ22の両面で、あるいは、基材内部で動き回り、
フィルタ基材全体の活性点を利用して微粒子の酸化を促
進することができ、フィルタ22に微粒子が蓄積するの
をより少なくすることができる。よって、排気ガスの圧
損上昇を避けることができる。 <アッシュトラップの構造>アッシュトラップ80、8
1は、粒状物を捕集可能な構造であれば特に形状、構造
は限定されないが、なるべく表面積が広いものが好まし
い。
を基材とし、上流側の端部が開放し、かつ下流側の端部
が閉塞された第1流路と、上流側の端部が閉塞されかつ
下流側の端部が開放された第2流路とを交互にハニカム
状に配置して構成された、いわゆるウォールフロー型と
することができる。これら第1流路は下流端が栓により
閉塞された排気ガス流入通路となり、第2流路は上流端
が栓により閉塞された排気ガス流出通路となって、これ
らは薄肉の隔壁を介して交互に配置される。
中の燐Pが吸着する。実際には燐PはカルシウムCaと
結合して燐酸カルシウムCa3(SO4)2の形でアッシ
ュトラップ80、81に凝集する。したがって、その下
流のパティキュレートフィルタ22において、燐Pがカ
ルシウムCaと結合して燐酸カルシウムCa3(SO4)
2によるアッシュが形成されることを抑制できる。
替え流路の前段、すなわち排気切替弁71の前段に設け
てもよい。またこのアッシュトラップをターボ装置14
の前段にも設けることにより、排ガス中の燐Pを二重に
トラップできる。すなわち、アッシュトラップは温度の
高い排気マニホールドに近い位置と、第1の排気通路7
6または第2の排気通路77中の位置の双方にあり、き
わめて温度差が大きな領域でそれぞれ排ガス中の燐Pの
吸着ができるために、トラップ効率が向上する。 <フィルタの構造>図4にパティキュレートフィルタ2
2の構造を示す。なお、図4において(A)はパティキ
ュレートフィルタ22の正面図を示しており、(B)は
パティキュレートフィルタ22の側面断面図を示してい
る。図4(A)および(B)に示されるようにパティキ
ュレートフィルタ22はハニカム構造をなしており、互
いに平行をなして延びる複数個の排気流通路50,51
を具備するいわゆるウォールフロー型である。これら排
気流通路は下流端が栓52により閉塞された排気ガス流
入通路50と、上流端が栓53により閉塞された排気ガ
ス流出通路51とにより構成される。なお、図4(A)
においてハッチングを付した部分は栓53を示してい
る。従って、排気ガス流入通路50および排気ガス流出
通路51は薄肉の隔壁54を介して交互に配置される。
云い換えると排気ガス流入通路50および排気ガス流出
通路51は各排気ガス流入通路50が4つの排気ガス流
出通路51によって包囲され、各排気ガス流出通路51
が4つの排気ガス流入通路50によって包囲されるよう
に配置される。
コージライトのような多孔質材料から形成されており、
従って排気ガス流入通路50内に流入した排気ガスは図
4(B)において矢印で示されるように周囲の隔壁54
内を通って隣接する排気ガス流出通路51内に流出す
る。
路50および各排気ガス流出通路51の周壁面、即ち各
隔壁54の両側表面上および隔壁54内の細孔内壁面上
には例えばアルミナからなる担体の層が形成されてお
り、この担体上に貴金属触媒と、周囲に過剰酸素が存在
すると酸素を取込んで酸素を保持しかつ周囲の酸素濃度
が低下すると保持した酸素を活性酸素の形で放出する活
性酸素放出剤が坦持されている。
ことができる。また、前記活性酸素放出剤は、カリウム
K、ナトリウムNa、リチウムLi、 セシムCs、ル
ビジウムRbのようなアルカリ金属、バリウムBa、カ
ルシウムCa、ストロンチウムSrのようなアルカリ土
類金属、ランタンLa、イットリウムYのような希土
類、およびセリアCeなどの遷移金属から選ばれた少く
とも一つから構成することができる。
蔵剤)は、酸素濃度によってその価数が変わる。よって
次のように酸素濃度変化を繰り返すことで活性酸素を多
く放出する。
オン化傾向の高いアルカリ金属又はアルカリ土類金属、
即ちカリウムK、リチウムLi、セシウムCs、ルビジ
ウムRb、バリウムBa、ストロンチウムSrを用いる
ことが好ましい。
上に、貴金属触媒として白金Ptと、活性酸素放出剤と
してカリウムKが坦持された場合を例にとって説明す
る。 <フィルタによる微粒子の連続酸化処理>次に、パティ
キュレートフィルタ22による排気ガス中の微粒子除去
作用について説明する。なお、この機能は、活性酸素放
出剤として他のアルカリ金属、アルカリ土類金属、希土
類、および遷移金属を用いても同様なメカニズムで微粒
子除去作用が行われる。
では空気過剰のもとで燃焼が行われ、従って排気ガスは
多量の過剰空気を含んでいる。即ち、図1に示されるよ
うな圧縮着火式内燃機関では排気ガスの空燃比はリーン
となっている。また、燃焼室5内ではNOが発生するの
で排気ガス中にはNOが含まれている。また、燃料中に
はイオウSが含まれており、このイオウSは燃焼室5内
で酸素と反応してSO 2 となる。従って排気ガス中には
SO2が含まれている。従って過剰酸素、NOおよびS
O2を含んだ排気ガスがパティキュレートフィルタ22の
排気ガス流入通路50内に流入することになる。
路50の内周面および隔壁54内の細孔内壁面上に形成
された担体層の表面の拡大図を模式的に表わしている。
なお、図5(A)および(B)において60は白金Pt
の粒子を示しており、61はカリウムKを含んでいる活
性酸素放出剤を示している。
酸素が含まれているので排気ガスがパティキュレートフ
ィルタ22の排気ガス流入通路50内に流入すると図5
(A)に示されるようにこれら酸素O2 がO2 -又はO2-
の形で白金Ptの表面に付着する。一方、排気ガス中の
NOは白金Ptの表面上でO2 -又はO2-と反応し、NO
2 となる(2NO+O2 →2NO2 )。次いで生成され
たNO2 の一部は白金Pt上で酸化されつつ活性酸素放
出剤61内に吸収され、カリウムKと結合しながら図5
(A)に示されるように硝酸イオンNO3 -の形で活性酸
素放出剤61内に拡散し、一部の硝酸イオンNO3 -は硝
酸カリウムKNO3を生成する。
2 も含まれており、このSO2 もNOと同様なメカニズ
ムによって活性酸素放出剤61内に吸収される。即ち、
上述したように酸素O2 がO2 -又はO2-の形で白金Pt
の表面に付着しており、排気ガス中のSO2 は白金Pt
の表面でO2 -又はO2-と反応してSO3 となる。
上で更に酸化されつつ活性酸素放出剤61内に吸収さ
れ、カリウムKと結合しながら硫酸イオンSO4 2-の形
で活性酸素放出剤61内に拡散し、硫酸カリウムK2S
O4を生成する。このようにして活性酸素放出剤61内
には硝酸カリウムKNO3 および硫酸カリウムK2SO4
が生成される。
Cからなる微粒子が生成され、従って排気ガス中にはこ
れら微粒子が含まれている。排気ガス中に含まれている
これら微粒子は排気ガスがパティキユレートフィルタ2
2の排気ガス流入通路50内を流れているときに、或い
は排気ガス流入通路50から排気ガス流出通路51に向
かうときに図5(B)において62で示されるように担
体層の表面、例えば活性酸素放出剤61の表面上に接触
し、付着する。
1の表面上に付着すると微粒子62と活性酸素放出剤6
1との接触面では酸素濃度が低下する。酸素濃度が低下
すると酸素濃度の高い活性酸素放出剤61内との間で濃
度差が生じ、斯くして活性酸素放出剤61内の酸素が微
粒子62と活性酸素放出剤61との接触面に向けて移動
しようとする。その結果、活性酸素放出剤61内に形成
されている硝酸カリウムKNO3 がカリウムKと酸素O
とNOとに分解され、酸素Oが微粒子62と活性酸素放
出剤61との接触面に向かい、NOが活性酸素放出剤6
1から外部に放出される。外部に放出されたNOは下流
側の白金Pt上において酸化され、再び活性酸素放出剤
61内に吸収される。
のNOxを吸蔵するときにも、酸素との反応過程で活性
酸素が生じて微粒子62を酸化させるものと考えられ
る。この詳細なメカニズムは不明だが、およそ次のよう
なものと推定される。
の表面上でO2 -又はO2-と反応し、NO2 となる(2N
O+O2 →2NO2 )。次いで生成されたNO2 の一部
はNO3となって白金Pt上で酸化されつつ活性酸素放
出剤61内に吸収される。
酸素を放出する。すなわち、 2NO2→NO+O*→NO+O2→NO+O*→ のように、酸化、分解を繰り返しながら、活性酸素を放
出する。
成されている硫酸カリウムK2SO4もカリウムKと酸素
OとSO2 とに分解され、酸素Oが微粒子62と活性酸
素放出剤61との接触面に向かい、SO2 が活性酸素放
出剤61から外部に放出される。外部に放出されたSO
2 は下流側の白金Pt上において酸化され、再び活性酸
素放出剤61内に吸収される。ただし、硫酸カリウムK
2SO4は安定しているため、硝酸カリウムKNO3 に比
べ、活性酸素は放出しづらい。
面に向かう酸素Oは、硝酸カリウムKNO3 や硫酸カリ
ウムK2SO4のような化合物から分解された酸素であ
る。化合物から分解された酸素Oは高いエネルギを有し
ており、極めて高い活性を有する。従って微粒子62と
活性酸素放出剤61との接触面に向かう酸素は活性酸素
Oとなっている。これら活性酸素Oが微粒子62に接触
すると微粒子62は短時間(数分から数十分程度)のう
ちに輝炎を発することなく酸化せしめられ、微粒子62
は完全に消滅する。従って微粒子62はパティキュレー
トフィルタ22上に堆積することがない。
2上に積層状に堆積した微粒子が燃焼せしめられるとき
にはパティキュレートフィルタ22が赤熱し、火炎を伴
って燃焼する。このような火炎を伴う燃焼は高温でない
と持続せず、従ってこのような火炎を伴う燃焼を持続さ
せるためにはパティキュレートフィルタ22の温度をを
高温に維持しなければならない。
したように輝炎を発することなく酸化せしめられ、この
ときパティキュレートフィルタ22の表面が赤熱するこ
ともない。即ち、云い換えると本発明では従来に比べて
かなり低い温度でもって微粒子62が酸化除去せしめら
れている。従って本発明による輝炎を発しない微粒子6
2の酸化による微粒子除去作用は火炎を伴う従来の燃焼
による微粒子除去作用と全く異なっている。
はかなり低温で行われる。従ってパティキュレートフィ
ルタ22の温度はさほど上昇せず、斯くしてパティキュ
レートフィルタ22が劣化する危険性はほとんどない。
微粒子がほとんど堆積しないので微粒子の燃えカスであ
るアッシュが凝集する危険性が少なく、従ってパティキ
ュレートフィルタ22が目詰まりする危険性が少なくな
る。
ムCaSO4によって生ずる。即ち、燃料や潤滑油はカ
ルシウムCaを含んでおり、従って排気ガス中にカルシ
ウムCaが含まれている。このカルシウムCaはSO3
が存在すると硫酸カルシウムCaSO4を生成する。こ
の硫酸カルシウムCaSO4は固体であって高温になっ
ても熱分解しない。従って硫酸カルシウムCaSO4が
生成され、この硫酸カルシウムCaSO4によってパテ
ィキュレートフィルタ22の細孔が閉塞されると目詰ま
りを生ずることになる。
1としてカルシウムCaよりもイオン化傾向の高いアル
カリ金属又はアルカリ土類金属、例えばカリウムKを用
いると活性酸素放出剤61内に拡散するSO3はカリウ
ムKと結合して硫酸カリウムK2SO4を形成し、カルシ
ウムCaはSO3と結合することなくパティキュレート
フィルタ22の隔壁54を通過して排気ガス流出通路5
1内に流出する。従ってパティキュレートフィルタ22
の細孔が目詰まりすることがなくなる。従って前述した
ように活性酸素放出剤61としてはカルシウムCaより
もイオン化傾向の高いアルカリ金属又はアルカリ土類金
属、即ちカリウムK、リチウムLi、セシウムCs、バ
リウムBaを用いることが好ましいことになる。
アッシュの代わりに形成される硫酸カリウム(K2S
O4)は、硫酸カルシウム(CaSO4)に比して凝集度
合が低いため、パティキュレートフィルタ22の雰囲気
温度を高温にするか、あるいはパティキュレートフィル
タ22を還元雰囲気にすることにより容易に分解及び除
去することが可能である。
て排出微粒子量Mを酸化除去可能微粒子量Gよりも少く
することはほとんど不可能である。例えば機関始動時に
は通常パティキュレートフィルタ22の温度は低く、従
ってこのときには通常排出微粒子量Mが酸化除去可能微
粒子量Gよりも多くなる。機関始動直後におけるように
排出微粒子量Mの方が酸化除去可能微粒子量Gよりも多
くなるとパティキュレートフィルタ22上に酸化されな
かった微粒子部分が残留しはじめる。
量Mを酸化除去可能微粒子量Gよりも増大して、パティ
キュレートフィルタ22上に微粒子が積層状に堆積する
場合がある。
に、排気管70に配置された切換弁71を切換える。切
換弁71が切り換えられると、パティキュレートフィル
タ22の排気上流側と排気下流側とが逆転し、切り換え
前にパティキュレートフィルタ22の排気下流側であっ
た部分において、微粒子が活性酸素放出剤61の表面に
付着して活性酸素Oが放出され、この微粒子が酸化除去
される。この放出される活性酸素Oの一部は、排気ガス
と共にパティキュレートフィルタ22の排気下流側へ移
動し、ここに堆積する微粒子を酸化除去する。ここでは
前述したように、微粒子はパティキュレートフィルタ2
2の両面で順流方向と逆流方向に撹乱され、パティキュ
レートフィルタ22の両面で、あるいは基材内部で動き
回り、フィルタ基材全体の活性点に出合い酸化される。
パティキュレートフィルタ22に堆積し始めているとき
に、このパティキュレートフィルタ22の排気上流側と
下流側とを逆転することにより、パティキュレートフィ
ルタ22から微粒子を完全に酸化除去することができ
る。
粒子が堆積した場合は、排気ガスの一部又は全体の空燃
比を一時的にリッチにすることにより、堆積した微粒子
が輝炎を発することなく酸化せしめられる。排気ガスの
空燃比がリッチにされると、即ち排気ガス中の酸素濃度
が低下せしめられると活性酸素放出剤61から外部に活
性酸素Oが一気に放出され、これら一気に放出された活
性酸素Oによって堆積した微粒子が輝炎を発することな
く短時間(数分から数十分)で燃焼除去せしめられる。 (他の実施の形態)上記の実施の形態では、捕集材とし
てNOx浄化と微粒子の酸化が可能なものを示したが、
排気中の煤や未燃燃料成分などの粒子状物質を捕集する
フィルタであれば上記のものに限ることなく、どのよう
なものであってもよい。
ータのようなものを設けることで、排ガスの流れが乱れ
る場所や最初の部材に燐が吸着しやすい性質を利用し
て、燐をトラップするようにしてもよい。
気浄化装置を適用する内燃機関としてディーゼルエンジ
ンを例に挙げて説明したが、ガソリンエンジンでも構わ
ないことは勿論である。
ンジンに比べ、燃料中に含まれる硫黄S成分が少ない
が、逆に燐P成分が多いため、パティキュレートフィル
タ上では、カルシウムCaと燐P成分とが結合して燐酸
カルシウムCa3(SO4)2が生成されやすい。
ムCaと同等以下の電気陰性度を有し且つイオン化傾向
が強い金属(例えば、カリウムK)をパティキュレート
フィルタの上流に設けたアッシュトラップに担持させる
ことにより、カルシウムCaと燐P成分との結合に比し
て、カリウムK等と燐P成分との結合が優先され、アッ
シュたるCa3(SO4)2の生成が抑制されるので、ガ
ソリンエンジンにおいてきわめて有効である。
は、捕集材の上流に、塩基性金属が担持されたアッシュ
トラップを設けたので、前記所定成分と結合した際にア
ッシュを形成する被結合成分は、前記所定成分に比して
前記金属と優先的に結合するため、アッシュの形成が抑
制されることになる。
物質を捕集する捕集材を備えた排気浄化装置において、
アッシュの形成を抑制することが可能となり、アッシュ
による捕集材の目詰まりが防止され、捕集材の機能が損
なわれることを防止できる。
関の概略構成を示す図
化装置を示す図
を示すイメージ図、(B)は排気ガスの順流、逆流によ
る微粒子の撹乱状態を示すイメージ図
Claims (4)
- 【請求項1】内燃機関から排出される排気に含まれる粒
子状物質を捕集する捕集材を備えた内燃機関の排気浄化
装置において、 前記捕集材の上流に、排ガス中の燐(P)を吸着させる
アッシュトラップを設けたことを特徴とする内燃機関の
排気浄化装置。 - 【請求項2】前記アッシュトラップには塩基性金属が担
持されていることを特徴とする請求項1に記載の内燃機
関の排気浄化装置。 - 【請求項3】前記アッシュトラップは、酸化性能を付与
されたものである請求項1または2に記載の内燃機関の
排気浄化装置。 - 【請求項4】前記捕集材は、内燃機関の燃料または潤滑
油に含有される所定成分と同等以下の電気陰性度を有す
る金属を担持してなることを特徴とする請求項1から3
のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001179326A JP3632620B2 (ja) | 2001-06-13 | 2001-06-13 | 内燃機関の排気浄化装置 |
EP20020012935 EP1267047B1 (en) | 2001-06-13 | 2002-06-11 | Exhaust gas purifier for internal combustion engine |
DE2002600979 DE60200979T2 (de) | 2001-06-13 | 2002-06-11 | Abgasreiniger zum Reinigen von Brennkraftmaschinenabgasen |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001179326A JP3632620B2 (ja) | 2001-06-13 | 2001-06-13 | 内燃機関の排気浄化装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2002371824A true JP2002371824A (ja) | 2002-12-26 |
JP3632620B2 JP3632620B2 (ja) | 2005-03-23 |
Family
ID=19019901
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2001179326A Expired - Fee Related JP3632620B2 (ja) | 2001-06-13 | 2001-06-13 | 内燃機関の排気浄化装置 |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP1267047B1 (ja) |
JP (1) | JP3632620B2 (ja) |
DE (1) | DE60200979T2 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2007046526A1 (ja) * | 2005-10-21 | 2007-04-26 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Pm浄化装置およびその製造方法 |
WO2007055033A1 (ja) * | 2005-11-14 | 2007-05-18 | Ibiden Co., Ltd. | フィルタ、内燃機関の排気ガス浄化装置および排気ガス浄化方法 |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8887495B2 (en) | 2009-07-14 | 2014-11-18 | GM Global Technology Operations LLC | Ash filter, exhaust gas treatment system incorporating the same and method of using the same |
FR2950383B1 (fr) | 2009-09-22 | 2011-10-21 | Peugeot Citroen Automobiles Sa | Ligne d'echappement d'un moteur a combustion |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE664371C (de) * | 1934-09-15 | 1938-08-25 | Auergesellschaft Akt Ges | Auspuff-Filter fuer Verbrennungskraftmaschinen |
JPH01159029A (ja) * | 1987-12-16 | 1989-06-22 | Toyota Motor Corp | ディーゼルエンジンの排気浄化装置 |
JP3344371B2 (ja) * | 1999-06-23 | 2002-11-11 | トヨタ自動車株式会社 | 内燃機関の排気浄化装置 |
US6594991B2 (en) * | 2000-03-27 | 2003-07-22 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Exhaust purifying method and apparatus of an internal combustion engine |
-
2001
- 2001-06-13 JP JP2001179326A patent/JP3632620B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
2002
- 2002-06-11 EP EP20020012935 patent/EP1267047B1/en not_active Expired - Lifetime
- 2002-06-11 DE DE2002600979 patent/DE60200979T2/de not_active Expired - Lifetime
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2007046526A1 (ja) * | 2005-10-21 | 2007-04-26 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Pm浄化装置およびその製造方法 |
JP2007111660A (ja) * | 2005-10-21 | 2007-05-10 | Toyota Motor Corp | Pm浄化装置およびその製造方法 |
CN101291719B (zh) * | 2005-10-21 | 2011-12-21 | 丰田自动车株式会社 | 粒状物质净化装置及其制造方法 |
US8252374B2 (en) | 2005-10-21 | 2012-08-28 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Particulate matter purifying device and manufacturing method thereof |
WO2007055033A1 (ja) * | 2005-11-14 | 2007-05-18 | Ibiden Co., Ltd. | フィルタ、内燃機関の排気ガス浄化装置および排気ガス浄化方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE60200979T2 (de) | 2005-08-18 |
DE60200979D1 (de) | 2004-09-23 |
JP3632620B2 (ja) | 2005-03-23 |
EP1267047B1 (en) | 2004-08-18 |
EP1267047A1 (en) | 2002-12-18 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6588203B2 (en) | Exhaust device of internal combustion engine | |
JP4285460B2 (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
KR20020024595A (ko) | 내연 기관의 배기 가스 정화장치 | |
EP1138890B1 (en) | Exhaust purifying method and apparatus for an internal combustion engine | |
JP2001012229A (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
JP3632620B2 (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
JP3945137B2 (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
JP3546950B2 (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
JP3565141B2 (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
JP3525850B2 (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
JP3570392B2 (ja) | 排気ガス浄化方法 | |
JP3546949B2 (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
JP3525871B2 (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
JP3780859B2 (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
JP3525851B2 (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
JP3539347B2 (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
JP3463647B2 (ja) | 排気ガス浄化方法および排気ガス浄化装置 | |
JP3558046B2 (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
JP3525852B2 (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
JP3463649B2 (ja) | 排気ガス浄化方法および排気ガス浄化装置 | |
JP3491601B2 (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
JP2001317335A (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
JP3463648B2 (ja) | 排気ガス浄化方法および排気ガス浄化装置 | |
JP3775299B2 (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
JP2003278536A (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20040810 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20040907 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20041108 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20041130 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20041213 |
|
R150 | Certificate of patent (=grant) or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080107 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090107 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100107 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110107 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110107 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120107 Year of fee payment: 7 |
|
FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130107 Year of fee payment: 8 |
|
FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130107 Year of fee payment: 8 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |