JP2009097407A - 黒煙浄化装置 - Google Patents

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

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。

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

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

本発明に係る黒煙浄化装置の実施の一形態を示す図。 （Ａ）は酸化触媒コンバータの側面図、（Ｂ）は同じく正面断面図、（Ｃ）は同じく一部分解斜視図。

符号の説明

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

Claims (1)

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。