JP2009097407A - 黒煙浄化装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】煤剥離片を粉砕することによりエンジン性能を良好に維持できる黒煙浄化装置を提供する。
【解決手段】排気ガス30を通過させるように、多数の筒状のセル12a・12b・12cの壁面13に酸化触媒を担持した酸化触媒コンバータ10を具備する黒煙浄化装置1であって、酸化触媒コンバータ10は主体部分10aと主体部分10aの上流側に設けられ主体部分10aのセル12aより開口面積が大きいセル12bを有する第一部分10bと、第一部分10bの上流側に設けられた第二部分10cとからなり、第一部分10bのセル12bと第二部分10cのセル12cとは互い違い部14bを有するように配置された。
【選択図】図2
【解決手段】排気ガス30を通過させるように、多数の筒状のセル12a・12b・12cの壁面13に酸化触媒を担持した酸化触媒コンバータ10を具備する黒煙浄化装置1であって、酸化触媒コンバータ10は主体部分10aと主体部分10aの上流側に設けられ主体部分10aのセル12aより開口面積が大きいセル12bを有する第一部分10bと、第一部分10bの上流側に設けられた第二部分10cとからなり、第一部分10bのセル12bと第二部分10cのセル12cとは互い違い部14bを有するように配置された。
【選択図】図2
Description
本発明は、ディーゼルエンジンの性能を良好に維持できる黒煙浄化装置に関する。
ディーゼルエンジンから排出されるPMは、炭素を主成分とする煤(スート)と、燃え残った燃料や潤滑油の成分であるSOF(Soluble Organic Fraction:可溶性有機成分)等から構成される。
SOFは、高温では蒸気となっているが、温度が下がると液化して煤同士を接着させる。これによって、煤同士が接着されて巨大化していく。
エンジンから排出される煤は、ほとんどがSOFにより巨大化して排出される。
SOFは、高温では蒸気となっているが、温度が下がると液化して煤同士を接着させる。これによって、煤同士が接着されて巨大化していく。
エンジンから排出される煤は、ほとんどがSOFにより巨大化して排出される。
巨大化した煤を酸化除去する黒煙浄化装置の技術は公知となっている。例えば、特許文献1に記載の技術の如くである。
特許文献1に開示された技術は、エンジンの排気ガスを、酸化触媒コンバータの酸化触媒を壁面に担持したセル内を通過させて、排気ガス中の微粒子状物質を酸化して浄化する排気ガス浄化方法であって、排気ガス通路の断面に対するセルの密度が段階的又は断続的に大きくなる前記酸化触媒コンバータのセル内を通過させることにより、排気ガス中の微粒子状物質の拡散作用を利用して、微粒子状物質を前記酸化触媒に接触させて、上流側のセル内では微粒子状物質の可溶性有機成分を酸化して、該可溶性有機成分の酸化によりスートを分離して微細化し、下流側のセル内では、前記微細化したスートを酸化して、微粒子状物質を浄化するものである。
上述した特許文献1に開示された構成では、「慣性作用」、「さえぎり作用」よりも「拡散作用」を主に利用して、微粒子状物質(PM)を捕集し、低温活性の高い酸化触媒で、上流側で、PMを接着して巨大化させている、比較的燃焼し易い可溶性有機成分(SOF)を酸化し、この可溶性有機成分を酸化除去することにより、微粒子状物質を随時微細化して、最終的にPMを超微粒子のスート(SOOT)にしてPMの表面積を飛躍的に増加させることができる。
その上、酸化触媒を担持した酸化触媒コンバータのセルのセル密度が下流側に行くに従って大きく形成しているので、ガス通路が下流側に行くに従って狭くなり、この微細化していくPMを効率よく酸化触媒に接触させることができる。
しかし、以下の点で不利であった。
黒煙浄化装置とエンジンとの間の排気管には、エンジンから排出される煤が付着する。この煤は前記SOFにより接着されて堆積していき、エンジンの排ガス中に含まれているものよりも大きくなる。そして、振動等によりこの堆積した煤が剥離する(煤剥離片)。
前記煤剥離片は、排気ガス中の煤よりも巨大化しているため、前記セル内に流入できず、前記セルの入口を閉塞してしまう。これによって、前記煤剥離片は前記セルの壁面に担持された酸化触媒と接触できないため、燃焼して微細化するのには時間がかかる。
また、前記煤剥離片により入口を閉塞されたセル内の酸化触媒は、排ガス中の煤と接触しないため、有効に作用しない。
また、前記煤剥離片によりセルの入口が閉塞されることにより前記酸化触媒コンバータのセル全体の入口面積が小さくなるため、排気圧上昇の原因となる。これによって、エンジン性能の悪化を招く。
特開2002−276332号公報
黒煙浄化装置とエンジンとの間の排気管には、エンジンから排出される煤が付着する。この煤は前記SOFにより接着されて堆積していき、エンジンの排ガス中に含まれているものよりも大きくなる。そして、振動等によりこの堆積した煤が剥離する(煤剥離片)。
前記煤剥離片は、排気ガス中の煤よりも巨大化しているため、前記セル内に流入できず、前記セルの入口を閉塞してしまう。これによって、前記煤剥離片は前記セルの壁面に担持された酸化触媒と接触できないため、燃焼して微細化するのには時間がかかる。
また、前記煤剥離片により入口を閉塞されたセル内の酸化触媒は、排ガス中の煤と接触しないため、有効に作用しない。
また、前記煤剥離片によりセルの入口が閉塞されることにより前記酸化触媒コンバータのセル全体の入口面積が小さくなるため、排気圧上昇の原因となる。これによって、エンジン性能の悪化を招く。
本発明は係る課題を鑑みてなされたものであり、煤剥離片を粉砕することによりエンジン性能を良好に維持できる黒煙浄化装置の提供を目的とする。
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
第1発明の黒煙浄化装置は、排気ガスを通過させるように、多数の筒状のセルの壁面に酸化触媒を担持した酸化触媒コンバータを具備する黒煙浄化装置であって、前記酸化触媒コンバータは、主体部分と、前記主体部分の上流側に設けられ、前記主体部分のセルより開口面積が大きいセルを有する第一部分と、該第一部分の上流側に設けられた第二部分と、からなり、前記第一部分のセルと前記第二部分のセルとは、互い違いになるように配置されている。
本発明は、第一部分のセルと前記第二部分のセルとが互い違いになるように配置されているので、煤剥離片が酸化触媒コンバータを通過する時に、セルの上流側隔壁端面に当接することで破砕され、セル内面と接触しやすくなり、酸化されて、さらに小さくされて、煤剥離片を粉砕することができ、酸化触媒コンバータ内で詰まることがなくなり、エンジン性能を良好に維持できるという効果を奏する。
次に、発明の実施の形態を説明する。
図1に示すように、ディーゼルエンジン用黒煙浄化装置1(以下、黒煙浄化装置という)は入口部2、設置部5及び出口部3で構成されている。入口部2と出口部3は、それぞれハウジング4a、4bの中に形成されている。ハウジング4a、4bの間の設置部5の、上流側に酸化触媒コンバータ10が、下流側にディーゼルパティキュレートフィルタ20(以下、パティキュレートフィルタという)が、所定間隔を開けてそれぞれ配置されている。酸化触媒コンバータ10と、パティキュレートフィルタ20とは、ハウジング4a、4bとガスケット6・6で気密を保ち、かつ、着脱可能に取り付けられている。入口部2には断熱吸音材7が配置されており、この断熱吸音材7は、断熱吸音材押え板8及び9で入口部2の内壁に押し付けられている。
入口部2には、図示しないエンジンから排気ガス30を導く入口管31が配置されている。前記入口管31は、入口部2を略鉛直方向に挿通しており、一端には図示しない排気管を介してエンジンと接続するための開口部を設けており、他端は封止している。前記入口管31の円筒側壁には多数の小孔31aが設けてある。排気ガス30は、この小孔31aを介して入口管31から入口部2内へ入るようになっている。また、出口部3には排気ガス30を排出する出口管32と、前記出口管32と平行して排気ガス排出時の騒音を低減させる共鳴管33が設けてある。
図2に示すように、酸化触媒コンバータ10は、隔壁11によって多数のセル12に仕切られたハニカム構造体である。なお、排気ガスが流れる方向に略垂直な断面におけるセル12の形状は、本実施例の四角形状に限定されず、例えば、三角形や六角形状等の多角形状や円形状等であってもよい。
酸化触媒コンバータ10は、コージェライト等のセラミックスや、ステンレス等の金属で形成される。
セル12は、壁面13にPt等の酸化触媒を担持する。なお、酸化触媒としては、本実施例ではPt等を用いているが、特に限定するものではなくPd、Rh、Ir等を用いることもできる。
酸化触媒コンバータ10は、コージェライト等のセラミックスや、ステンレス等の金属で形成される。
セル12は、壁面13にPt等の酸化触媒を担持する。なお、酸化触媒としては、本実施例ではPt等を用いているが、特に限定するものではなくPd、Rh、Ir等を用いることもできる。
図1に示すように、パティキュレートフィルタ20は、多孔体の隔壁21よって多数のセル22に仕切られたハニカムフィルタである。なお、排気ガスが流れる方向に略垂直な断面におけるセル22の形状は、本実施例の四角形状に限定されず、例えば、六角形状等の多角形状や円形状等であってもよい。
パティキュレートフィルタ20は、隔壁21により多数の互いに平行に形成されたセル22の相隣接する入口部23と出口部24を交互に実質的に封止25して、いわゆるウォールフロータイプにより構成される。
パティキュレートフィルタ20は、コージェライト等のセラミックスで形成される。
なお、パティキュレートフィルタ20のセル22壁面にもPt等、酸化触媒コンバータ10に用いたものと同様の酸化触媒を担持する構成としてもよい。
パティキュレートフィルタ20は、隔壁21により多数の互いに平行に形成されたセル22の相隣接する入口部23と出口部24を交互に実質的に封止25して、いわゆるウォールフロータイプにより構成される。
パティキュレートフィルタ20は、コージェライト等のセラミックスで形成される。
なお、パティキュレートフィルタ20のセル22壁面にもPt等、酸化触媒コンバータ10に用いたものと同様の酸化触媒を担持する構成としてもよい。
ディーゼルエンジンの排気ガス30は、煤(SOOT)と煤を接着するSOFとを有する。排気ガス30は、酸化触媒コンバータ10のセル12内に流入すると、セル12に担持された酸化触媒と接触する。これによって、SOFが酸化・燃焼して、SOFの接着力が弱まっていく。そして、煤は粉砕(前記酸化触媒によりSOFの接着力が弱まり煤が分離すること)されて微細化していく。
そして、煤は、酸化触媒コンバータ10からパティキュレートフィルタ20に流入して、多孔体の隔壁21表面に捕集される。そして、捕集された煤を酸化触媒コンバータ10によって生成された二酸化窒素の酸化力を利用して酸化燃焼させたり、パティキュレートフィルタ20のセル22の壁面に酸化触媒を担持させた場合はその酸化力を利用して酸化燃焼させたりしている。
そして、煤は、酸化触媒コンバータ10からパティキュレートフィルタ20に流入して、多孔体の隔壁21表面に捕集される。そして、捕集された煤を酸化触媒コンバータ10によって生成された二酸化窒素の酸化力を利用して酸化燃焼させたり、パティキュレートフィルタ20のセル22の壁面に酸化触媒を担持させた場合はその酸化力を利用して酸化燃焼させたりしている。
図2に示すように、酸化触媒コンバータ10は、主体部分10aと、第一部分10bと、第二部分10cと、からなり排気ガスが流れる方向に連続的に配設される。
第一部分10bは、主体部分10aの上流側に設けられている。
第一部分10bは、主体部分10aのセル12aより開口面積が大きいセル12bを有する。本実施例では、第一部分10bのセル12bの開口面積の大きさは、主体部分のセル12aの開口面積の4倍程度に構成して、第一部分10bのセル12bを縦横に接して並べて、4つの第一部分10bのセル12bが一つの主体部分のセル12aに連通して、互い違い部14aを有するように配置されている。言い換えれば、第一部分10bのセル12bの開口中心が4つの主体部分のセル12aを縦横に並べた時の中心、つまり、隔壁11の交点に位置するように配置される。
第一部分10bは、主体部分10aのセル12aより開口面積が大きいセル12bを有する。本実施例では、第一部分10bのセル12bの開口面積の大きさは、主体部分のセル12aの開口面積の4倍程度に構成して、第一部分10bのセル12bを縦横に接して並べて、4つの第一部分10bのセル12bが一つの主体部分のセル12aに連通して、互い違い部14aを有するように配置されている。言い換えれば、第一部分10bのセル12bの開口中心が4つの主体部分のセル12aを縦横に並べた時の中心、つまり、隔壁11の交点に位置するように配置される。
第二部分10cは、第一部分10bの上流側に連続して設けられている。
第二部分10cは、第一部分10bのセル12bと開口面積が同程度のセル12cを有する。
第一部分10bのセル12bと第二部分10cのセル12cとは、それぞれの隔壁11が同一延長面上に位置しないようにずらせて配置され、本実施例では互い違い部14bを有するように配置されている。言い換えれば、第二部分10cのセル12cの開口中心が4つの第一部分10bのセル12bを縦横に並べた時の中心、つまり、隔壁11の交点に位置するように配置される。
第二部分10cは、第一部分10bのセル12bと開口面積が同程度のセル12cを有する。
第一部分10bのセル12bと第二部分10cのセル12cとは、それぞれの隔壁11が同一延長面上に位置しないようにずらせて配置され、本実施例では互い違い部14bを有するように配置されている。言い換えれば、第二部分10cのセル12cの開口中心が4つの第一部分10bのセル12bを縦横に並べた時の中心、つまり、隔壁11の交点に位置するように配置される。
ディーゼルエンジンと黒煙浄化装置1とを連結する排気管に排気ガス中の煤が付着して堆積していくことにより排気ガス30中に含まれる煤よりも巨大化した煤が、振動等により剥離(煤剥離片)して酸化触媒コンバータ10に流入してくる場合について、セル12cの開口面積を主体部分10aのセル12aよりも大きくしているため、前記煤剥離片は、第二部分10cのセル12c内(排気ガス通路内)に流入しやすくなる。セル12c内に流入した前記煤剥離片はセル12cの壁面13に担持された酸化触媒と接触することにより酸化されて微細化していく。
第二部分10cのセル12c内に入りきらない大きさの煤剥離片については、セル12cの入口(上流側の開口部)に接触する際、主体部分10aのセル12aに比べて開口面積の大きい第二部分10cのセル12cの方が、接触面積が小さくなるので、エンジンの排気圧によりセル12c内に流入しやすくなる。セル12c内に流入した前記煤剥離片は酸化触媒に接触することにより酸化されて微細化していく。
また、煤剥離片は、第二部分10cのセル12cから第一部分10bのセル12bに移る際に、セル12cとセル12bとは互い違い部14bを有する(煤剥離片が酸化触媒コンバータ10における上流側の部分から下流側の部分に移る際、下流側のセル12bの入口部分のセル12b壁端面に接触する)ように配置されているため、煤剥離片がセル12b壁(隔壁)端面に衝突することにより破砕され、さらに、酸化触媒と接触することにより酸化されて小さくされる。そしてさらに、第一部分10bのセル12bから主体部分10aのセル12aに移る際は、主体部分10aのセル12aの断面積が小さいため、この断面積よりも大きな煤剥離片は隔壁11端面に衝突して破砕され、酸化触媒と接触することにより酸化されて微細化される。これによって、煤剥離片がセル12a・12b・12c内を閉塞することを回避でき、酸化後の微小な煤は酸化触媒コンバータ10を通過してパティキュレートフィルタ20で捕集することができる。
第二部分10cのセル12c内に入りきらない大きさの煤剥離片については、セル12cの入口(上流側の開口部)に接触する際、主体部分10aのセル12aに比べて開口面積の大きい第二部分10cのセル12cの方が、接触面積が小さくなるので、エンジンの排気圧によりセル12c内に流入しやすくなる。セル12c内に流入した前記煤剥離片は酸化触媒に接触することにより酸化されて微細化していく。
また、煤剥離片は、第二部分10cのセル12cから第一部分10bのセル12bに移る際に、セル12cとセル12bとは互い違い部14bを有する(煤剥離片が酸化触媒コンバータ10における上流側の部分から下流側の部分に移る際、下流側のセル12bの入口部分のセル12b壁端面に接触する)ように配置されているため、煤剥離片がセル12b壁(隔壁)端面に衝突することにより破砕され、さらに、酸化触媒と接触することにより酸化されて小さくされる。そしてさらに、第一部分10bのセル12bから主体部分10aのセル12aに移る際は、主体部分10aのセル12aの断面積が小さいため、この断面積よりも大きな煤剥離片は隔壁11端面に衝突して破砕され、酸化触媒と接触することにより酸化されて微細化される。これによって、煤剥離片がセル12a・12b・12c内を閉塞することを回避でき、酸化後の微小な煤は酸化触媒コンバータ10を通過してパティキュレートフィルタ20で捕集することができる。
このように酸化触媒コンバータ10の入口に到達した煤剥離片を早期に粉砕できるので、セル12a・12b・12cの入口やセル12a・12b・12c内が煤剥離片により閉塞されて排気圧が上昇することによりエンジンの排気効率が悪化して、燃費が悪化することがなく、エンジン性能を良好に維持できる。
また、セル12a・12b・12cの入口やセル12a・12b・12c内が煤剥離片により閉塞されることがなく、煤剥離片による酸化触媒コンバータ10の閉塞状況を、パティキュレートフィルタ20の閉塞状況とする誤判断を回避できる。
また、セル12a・12b・12cの入口やセル12a・12b・12c内が煤剥離片により閉塞されることがなく、煤剥離片による酸化触媒コンバータ10の閉塞状況を、パティキュレートフィルタ20の閉塞状況とする誤判断を回避できる。
なお、本実施例においては、酸化触媒コンバータ10とパティキュレートフィルタ20との二段構成からなる黒煙浄化装置1を用いたが、これに限定されず、酸化触媒コンバータ自体をパティキュレートフィルタとして用いた単段構成からなる黒煙浄化装置を用いてもよい。
また、本実施例においては、酸化触媒コンバータ10を主体部分10aと、主体部分10aのセル12aより開口面積が大きいセル12b・12cを有する第一部分10b及び第二部分10cと、で構成したが、これに限定されず、第二部分10cを省いた構成や、酸化触媒コンバータ10を形成する部分をさらに追加した構成としてもよい。
また、第一部分10b及び第二部分10cのセル12b・12cの開口面積の大きさについて、本実施例においては、主体部分10aのセル12aの開口面積の4倍程度の大きさとしたが、これに限定されず、煤剥離片の大きさ等を考慮して適宜決定すればよい。
また、第一部分10bのセル12bの開口面積の大きさと第二部分10cのセル12cの開口面積との大きさとを、本実施例においては、同程度のものとしたが、これに限定されず、例えば、上流側から下流側に向かうにつれて小さくなる構成としてもよい。
以上のように、本発明に係る黒煙浄化装置1の実施の一形態は、排気ガス30を通過させるように、多数の筒状のセル12a・12b・12cの壁面13に酸化触媒を担持した酸化触媒コンバータ10を具備する黒煙浄化装置1であって、酸化触媒コンバータ10は主体部分10aと主体部分10aの上流側に設けられ主体部分10aのセル12aより開口面積が大きいセル12bを有する第一部分10bと、第一部分10bの上流側に設けられた第二部分10cとからなり、第一部分10bのセル12bと第二部分10cのセル12cとは互い違い部14bを有するように配置されたものである。
このように構成することにより、酸化触媒コンバータ10の入口に到達した煤剥離片を早期に粉砕できるので、セル12a・12b・12cの入口やセル12a・12b・12c内が煤剥離片により閉塞されて排気圧が上昇することによりエンジンの排気効率が悪化して、燃費が悪化することがなく、エンジン性能を良好に維持できる。
また、セル12a・12b・12cの入口やセル12a・12b・12c内が煤剥離片により閉塞されることがなく、煤剥離片による酸化触媒コンバータ10の閉塞状況を、パティキュレートフィルタ20の閉塞状況とする誤判断を回避できる。
このように構成することにより、酸化触媒コンバータ10の入口に到達した煤剥離片を早期に粉砕できるので、セル12a・12b・12cの入口やセル12a・12b・12c内が煤剥離片により閉塞されて排気圧が上昇することによりエンジンの排気効率が悪化して、燃費が悪化することがなく、エンジン性能を良好に維持できる。
また、セル12a・12b・12cの入口やセル12a・12b・12c内が煤剥離片により閉塞されることがなく、煤剥離片による酸化触媒コンバータ10の閉塞状況を、パティキュレートフィルタ20の閉塞状況とする誤判断を回避できる。
1 黒煙浄化装置
10 酸化触媒コンバータ
10a 主体部分
10b 第一部分
10c 第二部分
12a・12b・12c セル
13 壁面
14b 互い違い部
20 パティキュレートフィルタ
30 排気ガス
10 酸化触媒コンバータ
10a 主体部分
10b 第一部分
10c 第二部分
12a・12b・12c セル
13 壁面
14b 互い違い部
20 パティキュレートフィルタ
30 排気ガス
Claims (1)
- 排気ガスを通過させるように、多数の筒状のセルの壁面に酸化触媒を担持した酸化触媒コンバータを具備する黒煙浄化装置であって、
前記酸化触媒コンバータは、
主体部分と、
前記主体部分の上流側に設けられ、前記主体部分のセルより開口面積が大きいセルを有する第一部分と、該第一部分の上流側に設けられた第二部分と、
からなり、
前記第一部分のセルと前記第二部分のセルとは、互い違いになるように配置された黒煙浄化装置。
Priority Applications (6)
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