JP4332343B2

JP4332343B2 - Diesel engine exhaust purification system

Info

Publication number: JP4332343B2
Application number: JP2002361732A
Authority: JP
Inventors: 眞一郎櫻井
Original assignee: レンツ・エンバイアメンタル・リソーシーズ株式会社
Priority date: 2002-12-13
Filing date: 2002-12-13
Publication date: 2009-09-16
Anticipated expiration: 2022-12-13
Also published as: JP2004190619A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディーゼル・エンジンから排出された排気中のパーティキュレート・マター（粒子状物質）を捕捉して燃焼するディーゼル・エンジンの排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼル・エンジンは、低燃料消費率といった好ましい特性を有するものの、パーティキュレート・マターを多量に排出する。ディーゼル・エンジンにおけるこのパーテルキュレート・マターの発生は、同じくディーゼル・エンジンから同時に排出される窒素酸化物（ＮＯｘ）とトレードオフの関係にあり、ディーゼル・エンジンでの燃焼過程でこれら両者を同時に低減するのは非常に困難である。
【０００３】
この場合、窒素酸化物の方はアンモニアを用いて後処理することが可能であるが、アンモニアを車両に搭載することは、漏れなどが生じる虞があり好ましくない。そこで、ディーゼル・エンジン内での燃焼にあっては、車両上で後処理が難しい窒素酸化物の発生の抑制を優先するようにしている。そして、パーティキュレート・マターの低減は、ディーゼル・エンジンから排出された排気中に含まれたパーティキュレート・マターを排気系の途中に設けたフィルタ部にて捕捉するとともに、このフィルタ部が目詰まりを起こさないように所定の頻度でパーティキュレート・マターを燃焼させるようにしている。
【０００４】
このパーティキュレート・マターの燃焼にあっては、パーティキュレート・マターが約６００℃以上の高温でなければ燃焼しないこと、また市内走行などの通常の走行時では排気温度が消音器近くでは２００℃以上まで上がることがほとんどないことから、フィルタ部で補足したパーティキュレート・マターの燃焼を促進するには、酸化触媒や電気ヒーターを利用している。
【０００５】
このような従来のディーゼ・エンジンの排気浄化装置としては、筒状の筐体の内部に流入してきた排気が、インナ・パイプの外周壁に設けた流出孔からインナ・パイプの半径方向外側に配置した円筒状のフィルタ部へ流入し、このフィルタ部を通過する際、排気中のパーティキュレート・マターがフィルタ部で捕捉されるように構成されている。フィルタ部で補足されたパーティキュレート・マターは、フィルタ部の目詰まりを防止するため、適宜、電気ヒーターの加熱により燃焼し二酸化炭素や灰になる。さらに、円筒状のフィルタ部を通過した排気は、フィルタ部の下流に設けた円筒状のより細かいメッシュの炭素製フェルトに流入され、フィルタ部で補足し損ねたパーティキュレート・マター等がここで補足されるようしてある（特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−２５６８４３号公報（図１）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来のディーゼル・エンジンの排気浄化装置は、本発明者が何度も実験したところ、フィルタ部で補足したパーティキュレート・マターを電気ヒーターあるいは酸化触媒等で燃焼させても、フィルタ部のところどころに未燃焼部分が発生してしまうといった問題があった。
本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、フィルタ部で補足した排気中のパーティキュレート・マターをフィルタ部のほぼ全域にわたって燃焼させることを可能にしたディーゼル・エンジンの排気浄化装置を提供することを目的とする。
【０００８】
［問題を解決するための手段］
請求項１に記載の本発明のディーゼル・エンジンの排気浄化装置は、ディーゼル・エンジンから排出された排気が流入する排気入口部および上記排気が流出する排気出口部が筒状のアウタ・ドラムの内部に連通させられた筐体と、上記アウタ・ドラム内にこの軸方向に沿って配置された筒状の外周壁を有し、この外周壁にこの内外を連通するように設けた流出孔を介して上記排気入口部から上記外周壁の内部へ導入された排気を上記外周壁の外部へ流出させるインナ・パイプと、このインナ・パイプの外周面と上記アウタ・ドラムの内周面との間に配置され、上記インナ・パイプの上記流出孔から流入してきた排気中のパーティキュレート・マターを捕捉するペレット状のフィルタ材を有するフィルタ部と、フィルタ部の外周を覆うフィルタ・カバー部と、上記アウタ・ドラム内に配置され、上記フィルタ部で捕捉したパーティキュレート・マターの燃焼を促進するように上記フィルタ材に付着させた酸化触媒と、を備えたディーゼル・エンジンの排気浄化装置において、上記フィルタ・カバーが、内外を連通する第１連通孔が形成された第１インナ・リテーナと、この第１インナ・リテーナの外側に配置されて内外を連通する第２連通孔が形成された第２インナ・リテーナと、上記第１インナ・リテーナと上記第２インナ・リテーナの間に介在され、上記フィルタ材同士間に形成された隙間よりも細かいメッシュを有するように繊維が組み合わされたフェルト状の別フィルタ材と、を有し、上記酸化触媒を付着させた上記フィルタ材の一部を上記第１連通孔から突出させて上記別フィルタ部材に接触させ、かつ上記フィルタ部と上記フィルタ・カバーとが、半径方向内側から半径方向外側へ向かうにしたがって幅方向が狭くなるような半径方向へ突出した複数の突起部分を有する星型状の形状に形成され、かつ上記フィルタ・カバーにこの内外を連通して上記排気を流出させる連通孔が略全域にわたって設けられていることを特徴としている。
【００１０】
請求項２に記載の本発明のディーゼル・エンジンの排気浄化装置は、
上記第１インナ・リテーナの前記第１連通孔が、上記第２インナ・リテーナの上記第２連通孔より大きな開口面積を有するようにしたことを特徴としている。
【００１１】
請求項３に記載の本発明のディーゼル・エンジンの排気浄化装置は、上記別フィルタ材が、上記第１インナ・リテーナと上記第２インナ・リテーナとの間に非圧縮状態で介在されており、上記第１連通孔から流入した上記排気が当該第１の連通孔から最短距離となる上記第２連通孔の近辺にある別の第２連通孔へ上記別フィルタ材を介して流入可能となるようにしたことを特徴としている。
【００１３】
請求項４に記載の本発明のディーゼル・エンジンの排気浄化装置は、上記酸化触媒が、貴金属系の酸化触媒と卑金属系の酸化触媒とを有することを特徴としている。
【００１６】
請求項４に記載の本発明のディーゼル・エンジンの排気浄化装置は、上記フィルタ材を、総容量が上記別フィルタ材より大きく設定したことを特徴としている。
【００１７】
【発明の効果】
請求項１に記載の本発明のディーゼル・エンジンの排気浄化装置では、ディーゼル・エンジンから排出された排気は、排気入口部から排気浄化装置内のフィルタ部へ導かれ、排気中に含まれるパーティキュレート・マターがフィルタ材に付着されて補足された後、排気出口部から流出する。そして、燃焼促進部にて適宜、補足したパーティキュレート・マターを着火させて二酸化炭素や灰に変換する。この場合、フィルタ部とフィルタ・カバーとを半径方向内側から半径方向外側へ向かうにしたがって幅方向が狭くなるような半径方向へ突出した複数の突起部分を有する星型の形状に形成し、かつフィルタ・カバーにこの内外を連通して排気を流出させる連通孔が略全域にわたって設けると、はっきりした理由は不明だが、本発明者の実験によると、フィルタ部のほぼ全域にわたってペレット状のフィルタ材に補足されたパーティキュレート・マターが燃焼されることが確認された。
この結果、フィルタ部の目詰まりを防止することができるのみならず、再利用のためのフィルタ部の洗浄が容易になるとともに、フィルタ材に高価な酸化触媒を付着させたような場合、未燃焼部分の酸化触媒が無駄にならずに済む。
【００１８】
また、請求項１に記載の本発明のディーゼル・エンジンの排気浄化装置では、フィルタ・カバーがフィルタ部よりさらに細かいメッシュの別フィルタ材を有するようにしたので、フィルタ部で補足し損ねたより細かいパーティキュレート・マターを補足して燃焼させることが可能となる。したがって、フィルタ部にペレット状のフィルタ材を用いてフィルタ部を通過する排気の流通抵抗を減らすことも可能となる。また、フィルタ部での燃焼により発生した灰の一部もここで補足するようにすることも可能とある。
そして、酸化触媒を表面に付着させたフィルタ材を設けたので、フィルタ部全体にて着火しやすくできるとともに、燃焼促進部に電気ヒーターを用いる場合に比べその容積を小さく設定することが可能となる。
また、別フィルタ材を繊維が組み合わされたフェルト状に形成したので、フィルタ部より細かいメッシュの別フィルタ材を第１インナ・リテーナと第２インナ・リテーナとの間に非圧縮状態で配置することがペレット等に比べて容易かつ安価に行うことが可能となる。しかも、この別フィルタ部材に、酸化触媒を付着させた上記フィルタ材の一部を第１連通孔から突出させて接触させたので、フェルトを早期に高熱に直接加熱することができ、排気浄化を促進することが可能となる。
【００１９】
請求項２に記載の本発明のディーゼル・エンジンの排気浄化装置では、第１インナ・リテーナの第１連通孔を第２連通孔より大きな開口面積の孔としたので、第１連通孔を介してペレット状のフィルタ材の少なくとも一部を別フィルタ材に容易に接触させて別フィルタ材の温度上昇を促進させるようにすることができる。また、第１連通孔より勢いよく流入してきた排気が第２連通孔で流路面積を絞られる結果、別フィルタ材の第１、第２の連通孔間を直線的に結ぶ通路から外れた領域まで排気が入り込み、その分、別フィルタ材で排気中のパーティキュレート・マターを補足し燃焼させることが可能となる。このようにして、別フィルタ材を効率よく利用することができることとなる
【００２０】
請求項３に記載の本発明のディーゼル・エンジンの排気浄化装置では、別フィルタ材を第１インナ・リテーナと第２インナ・リテーナとの間に非圧縮状態で介在されるようにしたので、第１連通孔から流入した排気が当該第１の連通孔から最短距離となる第２連通孔の近辺にある別の第２連通孔へ別フィルタ材を介して流入可能となり、別フィルタ材のパーティキュレート・マターの補足領域を広げることが可能となり、別フィルタ材をより圧縮状態で上記両インナ・リテーナに介在させた場合に比べより有効に利用することが可能となる。
【００２２】
請求項４に記載の本発明のディーゼル・エンジンの排気浄化装置では、酸化触媒が貴金属系の酸化触媒と卑金属系の酸化触媒とを有するようにしたので、パーティキュレータ・マターが通常では燃焼しない温度よりかなり低い低温度域で貴金属系の酸化触媒の触媒作用によりパーティキュレート・マターを燃焼させることが可能となるとともに、この燃焼により温度上昇して貴金属系の酸化触媒の触媒作用が低下するような温度域になっても卑金属系の酸化触媒の触媒作用によりパーティキュレータ・マターを通常の燃焼温度より低い温度域で燃焼させることが可能となる
【００２５】
請求項５に記載の本発明のディーゼル・エンジンの排気浄化装置では、フィルタ材の総容量をよりメッシュの細かい別フィルタ材より大きくしたので、流通抵抗を減らしながらパーティキュレート・マターの補足と燃焼を促進させることが可能となる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。
図１は、本発明の実施の形態としてのディーゼル・エンジンの排気浄化装置１００の断面側面図である。
排気浄化装置１００は、筒状の筐体１１０を有し、この筐体１１０にフィルタ部２００や酸化触媒３００（燃焼促進部）を内蔵している。
【００２７】
筐体１１０は、金属製であって、その両端が開口された円筒状のアウタ・ドラム１１１と、アウタ・ドラム１１１の上流側の開口部１１１ａに取り付けられてこの開口部１１１ａを塞ぐインレット側エンド・プレート１１２と、アウタ・ドラム１１１の下流側の開口部１１１ｂに取り付けられてこの開口部１１１ｂを塞ぐアウトレット側エンド・プレート１１３とを有している。
【００２８】
インレット側エンド・プレート１１２は、この中心部分に形成した貫通孔１１２ａにインレット・パイプ（排気入口部）１１４が貫通させられ、このインレット側エンド・プレート１１２の貫通孔１１２ａの内周部分にインレット・パイプ１１４の中間部分が溶接で固定されている。一方、インレット側エンド・プレート１１２の外周部分は、アウタ・ドラム１１１の上流側の開口部１１１ａに嵌め合わされ、溶接にて互いに固着される。
【００２９】
インレット・パイプ１１４は、この上流側端部分に固着されたフランジ１１５とディーゼル・エンジン側の排気管（図示せず）のフランジ（図示せず）とがガスケットを挟んだ状態で組み合わされ、ボルト（図示せず）により固定される。また、インレット・パイプ１１４の下流側端部分は、円盤状のインレット側セパレート・プレート１１６の中心位置に形成された貫通孔１１６ａを貫通させられ、インレット側セパレート・プレート１１６の貫通孔１１６ａの内周部分に溶接で固着される。インレット側セパレート・プレート１１６の外周部分は、アウタ・ドラム１１１のインレット側エンド・プレート１１２より下流側となる位置に溶接にて固着される。
【００３０】
インレット側エンド・プレート１１２とインレット側セパレート・プレート１１６とには、中心線より図中上方となる位置においてそれらを貫通するカラー１１７が固着される。このカラー１１７の内部には、温度センサ４００が挿入される。なお、この温度センサ４００は、フィルタ部２００内部の温度を検出するためのものであり、検出部分がフィルタ部２００内まで伸ばされている。
【００３１】
インレット・パイプ１１４の下流には、これと同軸で若干径が大きく設定されたインナ・パイプ５００が軸線方向下流側に向かって伸ばされている。インナ・パイプ５００の外周壁には半径方向に孔あけした多数の流出孔５１０（流出孔５１０は、図を見やすくするため、便宜上、図１中には１個のみを描いてある。）が設けられて、インナ・パイプ５００の外周壁の内部と外部とを連通するようにしてある。なお、インナ・パイプ５００の上流側は、開口されたままとされているが、下流側端の内周部分には、円形プレート５２０が取り付けられて排気がその下流端から軸方向に流出しないように閉じられている。
【００３２】
また、インナ・パイプ５００の上流端の外周部分には、上流側セパレータ５３０の内周部分が溶接により固着されており、この上流側セパレータ５３０の外周部分は、インレット側セパレート・プレート１１６より下流側の位置でアウタ・ドラム１１１の内周面に当接されている。なお、この上流側セパレータ５３０は、インレット・パイプ１１４から流入してきた排気がフィルタ部２００に直接流入することがないように形成してあり、この結果、インレット・パイプ１１４から流入してきた排気は、すべてインナ・パイプ５００へ流れ込むようにしてある。
【００３３】
同様に、インナ・パイプ５００の下流端の外周部分には、下流側セパレータ５４０の内周部分が溶接により固着されている。この下流側セパレータ５４０には、複数の連通孔５４５が周上に形成されてフィルタ部２００から流出してきた排気をアウトレット・パイプ１１９へ流すようにしてある。また、下流側セパレータ５４０の外周部分は、上流側セパレータ５３０より下流側の位置でアウタ・ドラム１１１の内周面に当接するようにしてある。
このようにして、下流側セパレータ５４０と上流側セパレータ５３０とでインナ・パイプ５００を筐体１１０のアウタ・ドラム１１１に支持する。
【００３４】
なお、下流側セパレータ５４０は、上流側セパレータ５３０よりわずかに径を小さく設定しておき、インナ・パイプ５００が軸方向に熱膨張したとき、下流側セパレータ５４０側がアウタ・ドラム１１１に対しスライドして熱膨張差を吸収し、また逆に温度が冷えて収縮したら下流側セパレータ５４０側がアウタ・ドラム１１１に対しスライドしそのときの収縮差を吸収するようにしてある。
【００３５】
また、インナ・パイプ５００の下流側セパレータ５４０から上流側へ所定距離だけ離れた位置には、インナ・パイプ５００に対しスライド可能にしてインナ・パイプ５００の外周に支持された下流側保持プレート２２０が設けられる。この結果、下流側保持プレート２２０と下流側セパレータ５４０との間には、上流側膨張室６００が形成されることとなる。
【００３６】
上流側セパレータ５３０の下流側の面に上流側クッションシート付きプレート２１０が当接した状態でインナ・パイプ５００の外周壁の上流側端部分に保持される。これと同様に、下流側保持プレート２２０の上流側面にも下流側クッションシート付きプレート２３０が当接した状態でインナ・パイプ５００の外周壁の下流側端部分に保持される。
なお、上流側セパレータ５３０と上流側クッションシート付きプレート２１０とは、温度センサ４００の検出部が貫通し、この検出部がフィルタ部２００の内部まで入るようにしてある。
【００３７】
上流側クッションシート付きプレート２１０と下流側クッションシート付きプレート２３０との各外周部分は、それぞれパンチ・メタルのように孔を多数設けられた金属プレートを図２に示すような星型状の筒状に形成した第１インナ・リテーナ２５０とこの外側に配置した第２インナ・リテーナ２４０との各端部に連結されている。
【００３８】
第１インナ・リテーナ２５０は、インナ・パイプ５００から半径方向外側に所定距離だけ離されており、この半径方向外側でかつアウタ・ドラム１１１の半径方向内側に第２インナ・リテーナ２４０が配置されている。
第２インナ・リテーナ２４０の外周面とアウタ・ドラム１１１の内周面との間に形成された筒状の空間は、上流側膨張室６００に連通するようにしてある。
【００３９】
第１インナ・リテーナ２５０の内周面とインナ・パイプ５００の外周面との間で、かつ上流側クッションシート付きプレート２１０と下流側クッションシート付きプレート２３０とで挟まれた空間には、微細孔を有するペレット状の発泡石骨粒（フィルタ材）２７０を多数充満させてある。この発泡石骨粒２７０は、排気中のパーティキュレート・マターをその表面や微細孔に付着させることにより捕捉可能に形成してある。
【００４０】
なお、上流側セパレータ５３０、下流側保持プレート２２０、上流側クッションシート付きプレート２１０、下流側クッションシート付きプレート２３０、発泡石骨粒２７０は、本発明のフィルタ部２００を構成する。
【００４１】
そして、発泡石骨粒２７０の表面には、低温域で酸化触媒機能を発揮する白金などの貴金属系の触媒と、高温域で酸化触媒機能を発揮するニッケルなどの卑金属系の触媒とからなる酸化触媒３００とが混ぜ合わせた状態で浸透させ付着させてある。
【００４２】
一方、第１インナ・リテーナ２５０とこの外側の第２インナ・リテーナ２４０との間には、炭素繊維を組み合わせたフェルト（別フィルタ材）２６０が挿入されている。このフェルト２６０のメッシュは、上記発泡石骨粒２７０同士間で形成された隙間より目が細かく設定されている。また、フェルト２６０の総容量は、発泡石骨粒２７０の粒群の総容量より小さくされている。
なお、フェルト２６０と第１インナ・リテーナ２５０と第２インナ・リテーナ２４０は、本発明のフィルタ・カバー２８０を構成する。
【００４３】
図２は、図１の排気浄化装置１００のほぼ中央位置で切断した正面からみた断面を模式的に表した図である。
同図に示すように、第１インナ・リテーナ２５０と第２インナ・リテーナ２４０とこれら間に介在されたフェルト２６０とからなるフィルタ・カバー２８０は、インナ・パイプ５００から半径方向外側へ所定距離離れた谷部２８１とここからアウタ・ドラム１１１の近くまで伸びる突出部２８２（ここでは、１６個）を有する星型状の形状に形成されている。なお、突出部２８２は、半径方向内側から半径方向外側へ向かうにしたがって幅が狭くなるようにしてある。
【００４４】
一方、酸化触媒３００が付着された多数の発泡石骨粒２７０が、フィルタ・カバー２８０の第１インナ・リテーナ２５０とインナ・パイプ５００との間に形成された空間に詰められる。したがって、フィルタ部２００は、インナ・パイプ５００周りの部分が円筒状になり、ここから先がそれぞれ半径方向外側へ伸びる各突出部２８２に沿って分かれた状態、すなわち星型状の形状となる。
【００４５】
図３は、図２のフィルタ・カバー２８０近辺の一部を模式的に拡大して示した断面図である。
同図において、発泡石骨粒２７０の表面には、白金などの貴金属系の酸化触媒３１０と、ニッケルなどの卑金属系の酸化触媒３２０とが付着されている。
また、フィルタ・カバー２８０を構成する内側の第１インナ・リテーナ２５０にはこの内外を連通する第１連通孔２５１が多数全面にわたって形成されており、同様に外側の第２インナ・リテーナ２４０にもその内外を連通する第２連通孔２４１が多数全面にわたって形成されている。
【００４６】
ここで、第１インナ・リテーナ２５０の第１連通孔２５１は、発泡石骨粒２７０の少なくとも一部が入ることができ、その第１連通孔２５１から外側へ突出した部分が炭素繊維製のフェルト２６０に接触することが可能な大きさに開口してある。
一方、第２インナ・リテーナ２４０に形成した第２連通孔２４１は、上記第１連通孔２５１より小さな開口面積を有するように設定してある。
【００４７】
なお、図３ではフェルト２６０を構成する炭素繊維のうちのいくつかが第１インナ・リテーナ２５０の外表面と第２インナ・リテーナ２４０の内表面とに接触しているが、フェルト２６０は非圧縮状態で第１インナ・リテーナ２５０と第２インナ・リテーナ２４０との間に配置されている。
【００４８】
すなわち、フェルト２６０は、炭素繊維同士が立体的に編むようにして組み合わされ、これらの炭素繊維間を排気が図中の前後・横・斜めの方向へ流れることが可能とされるとともに、第１インナ・リテーナ２５０の外表面および炭素繊維の間や第２インナ・リテーナ２４０の内表面および炭素繊維の間に形成された隙間を介しても排気が図中の前後・横・斜めの方向へ流れることが可能なようにしてある。この結果、第１連通孔２５１から流入した排気は、当該第１連通孔２５１から一番近い第２連通孔２４１へ向かうだけでなくその近辺にある別の第２連通孔２４１へも向かうことが可能となるようにしてある。
【００４９】
図１に戻って、アウタ・ドラム１１１の下流側端の開口部１１１ｂには、下流側エンド・プレート１１３の外周部分が嵌め合わされ、この部分で溶接により互いに固着される。下流側エンド・プレート１１３の中心部分に形成した貫通孔１１３ａには、アウトレット・パイプ（排気出口部）１１８の中間部分が貫通させられて、この下流側エンド・プレート１１３の貫通孔１１３ａの内周部分にアウトレット・パイプ１１８の中間部分が溶接により固着される。
【００５０】
アウトレット・パイプ１１８の下流側端には、フランジ１１９が固着されて、このフランジ１１９が、より下流側の排気管（図示せず）のフランジ（図示せず）にガスケット（図示せず）を挟んだ状態でボルト（図示せず）により固定される。
【００５１】
アウトレット・パイプ１１８の上流側端は、円盤状の下流側セパレート・プレート１２０の貫通孔１２０ａの内周部分に溶接により固着される。下流側セパレート・プレート１２０の外周部分は、アウタ・ドラム１１１の内周面に当接させられている。下流側セパレート・プレート１２０は、排気を貫通させないように形成してあり、フィルタ部２００から流出された排気をすべてアウトレット・パイプ１１８へ流し込むように構成してある。
【００５２】
下流側セパレート・プレート１２０と下流側セパレータ５４０との間には、上流側膨張室６００より容積が大きい下流側膨張室７００が形成され、下流側膨張室７００が上流側膨張室６００へ下流側セパレータ５４０の連通孔５４５を介して連通されている。
【００５３】
次に、上記ディーゼル・エンジンの排気浄化装置１００の作用につき説明する。
ディーゼル・エンジンから排出された排気は、図示しない上流側排気管を通ってインレット・パイプ１１４から排気浄化装置１００の内部へ流入する。このインレット・パイプ１１４から流入した排気は、すべてインナ・パイプ５００内へ流れ込む。インナ・パイプ５００内に流れ込んだ排気は、インナ・パイプ５００の下流側端がプレート２２０で塞がれているので、インナ・パイプ５００の外周壁に設けた多数の流出孔５１０から半径方向外側へ流れ出てフィルタ部２００の内部へ流入していく。この場合、排気の速度が速いので、排気は円形プレート５２０に衝突した後、インナ・パイプ５００の下流側の流出孔５１０から半径方向外側へインナ・パイプ５００の上流側より多く流出する。
【００５４】
排気は、フィルタ部２００の中を半径方向外側へ向かって流れるうちに、排気中に含まれたパーティキュレート・マターが、フィルタ部２００内の発泡石骨粒２７０の表面に付着したり、発泡石骨粒２７０の微細孔に入り込んだりして捕捉される。大部分のパーティキュレート・マターを捕捉された残りの排気は、さらに第１インナ・リテーナ２５０の第１連通孔２５１を通って第２フィルタ部の炭素繊維製フェルト２６０にてより細かいパーティキュレート・マターが捕捉された後、外側の第２インナ・リテーナ２４０の第２連通孔２４１から半径方向外側へと流出する。この場合、発泡石骨粒２７０とフェルト２６０とは、インナ・パイプ５００の下流側に相当する部分の方がパーティキュレート・マターの補足量が多くなる。
【００５５】
このようにしてフィルタ部２００から流出した排気は、上流側膨張室６００へ流れ込み、ここで膨張してその勢いを減じることで、排気音が低減される。そして、下流側セパレータ５４０の連通孔５４５を通じて再びより広い下流側の膨張室７００へ流入し、ここで再度膨張してその勢いをさらに減じ、排気音がさらに低減されてアウタ・パイプ１１８から排気管を通して大気中へ排出される。
【００５６】
発泡石骨粒２７０に捕捉されたパーティキュレート・マターは、ディーゼル・エンジンが高速運転や高負荷運転となり排気温度が上昇すると、発泡石骨粒２７０の表面に付着した貴金属系の酸化触媒により、低い温度で燃焼し始める。この燃焼は、発泡石骨粒２７０の群のうちより高熱になりやすい下流側でかつ内側にある部分から始まることが多い。この燃焼によりその外側にある発泡石骨粒２７０も加熱され燃焼して高温となっていくが、外周側にある発泡石骨粒２７０が炭素繊維製フェルト２６０に接触していることからフェルト２６０をも直接加熱していく。
【００５７】
この結果、フェルト２６０も早期に高温度に達することができ、フィルタ部２００およびフィルタ・カバー２８０でそれぞれ補足されたパーティキュレート・マターの燃焼が促進される。また、さらに高温になっていくと、貴金属系の酸化触媒の触媒効果が低下していくが、今度は卑金属系の酸化触媒が効き始め、パーティキュレート・マターをさらに燃焼していく。このようにして、有害なパーティキュレート・マターを燃焼して灰や二酸化炭素に変えるとともに、フィルタ部２００の目詰まりを防ぐことが可能となる。この燃焼結果を本発明者が実験で繰り返し確認したところ、フィルタ部２００およびフィルタ・カバー２８０のほぼ全域にわたってパーティキュレート・マターが燃焼していた。
【００５８】
なお、上記高温にさらされた排気浄化装置１００の各部品は、熱膨張するが、部位や材料にて熱膨張量が異なる。特に、フィルタ部２００とインナ・パイプ５００とは、高温にさらされ熱膨張量が大きく異なる。また燃焼状態に応じて半径方向内外で温度が異なることもある。
このように高温となって、インナ・パイプ５００が熱膨張すれば、インナ・パイプ５００の軸方向（図中右側）への膨張とともに下流側セパレータ５４０も移動するが、この場合、下流側セパレータ５４０の外周部分がアウタ・ドラム１１１の内周面に沿って軸方向へスライドしてこれら間の熱膨張差を吸収する結果、これに起因した歪が小さく抑えられる。
【００５９】
一方、フィルタ部２００も上記インナ・パイプ５００とは異なった熱膨張量で熱膨張し、酸化触媒３００や発泡石骨粒２７０を保持する保持プレート２２０も移動するが、この内周部分がインナ・パイプ５００に対しスライドしてこれら間の熱膨張差を吸収するので、フィルタ部２００にも大きな歪が発生するのを抑えられることになる。
【００６０】
以上のように、本発明の実施の形態のディーゼル・エンジンの排気浄化装置１００は、フィルタ部２００を発泡石骨粒２７０からなるフィルタ部２００とこれを覆うフィルタ・カバー２８０とを星型状の形状とし、この突出部２８２を半径方向外側に向かうにしたがって幅が狭くなるようにしたので、フィルタ部２００で補足したパーティキュレート・マターをほぼ全域にわたって燃焼させることができる。
【００６１】
また、フィルタ部２００の下流に配置したフィルタ・カバー２８０に炭素繊維を組み合わせフィルタ部２００よりさらに細かいメッシュとしたフェルト２６０を用いるようにしたので、フィルタ部２００で補足し損なったより細かいパーティキュレート・マターを補足して燃焼させることができる。
この場合、発泡石骨粒２７０の少なくとも一部を第１インナ・リテーナ２５０の第１連通孔２５１から突出させ炭素繊維製フェルト２６０に接触させるようにしたので、フェルト２６０を早期に高温に加熱することが可能となる。
したがって、フィルタ部２００が排気に過度の流通抵抗を与えなくても済むようにでき、多くのパーティキュレート・マターを補足して燃焼させることができるとともに、フィルタ部２００を安価な発泡石骨粒２７０を用いていることができる。発泡石骨粒２７０を用いれば、第１連通孔２５１から少なくともその一部を突出させてフェルト２６０に接触させることが容易にできる。
【００６２】
また、酸化触媒３００に貴金属系の酸化触媒３１０と卑金属系の酸化触媒３２０とを用いているので、低温度域からより高温度域までの広い温度範囲で酸化触媒３００によるパーティキュレート・マターの燃焼が可能となる。しかも、これらの酸化触媒３００を発泡石骨粒２７０の表面に付着させるようにすれば、酸化触媒３００が発泡石骨粒２７０で補足したパーティキュレート・マターと接触することとなって触媒反応が促進されるとともに、排気浄化装置１００もコンパクトにできる。
【００６３】
なお、上記実施の形態に代え、本発明では下記のような変更や修正を施してもよい。
すなわち、フィルタ材は、発泡石骨粒２７０に限ることなく、これと異なるペレット状のフィルタ材を用いるようにしてもよい。また、同様に別フィルタ材は、炭素繊維製フェルト２６０に限ることなく、これと異なるフィルタ材を用いてもよい。
【００６４】
さらに、本発明では、インレット側エンド・プレート１１２とアウトレット側エンド・プレート１１３をアウタ・ドラム１１１に溶接で固着しているが、少なくとも一方をフランジとボルトによる結合とし、これらを外すことでインナ・パイプ５００とフィルタ部２００とがアウタ・ドラム１１１から取り外し可能としてフィルタ部２０の洗浄や交換ができるようにしても良い。この場合、セパレータがインナ・パイプ５００から取り外せるようにボルト等にて固定にしてフィルタ部２００をインナ・パイプ５００から軸方向に引き抜き可能にしたり、あるいはフィルタ部２００を半開き可能にするなどして半径方向外側へ外せるようにしたりすると良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態のディーゼル・エンジンの排気浄化装置の断面側面図
【図２】図１のディーゼル・エンジンの排気浄化装置の断面正面図
【図３】図２の排気浄化装置の一部を拡大した断面拡大図
【符号の説明】
１００排気浄化装置
１１０筐体
１１１アウタ・ドラム
１１２インレット側エンド・プレート
１１３アウトレット側エンド・プレート
１１４インレット・パイプ
１１６上流側セパレート・プレート
１１８アウトレット・パイプ
１２０下流側セパレート・プレート
２００フィルタ部
２１０上流側クッションシート付きプレート
２２０保持プレート
２３０下流側クッションシート付きプレート
２４０第２インナ・リテーナ
２４１第２連通孔
２５０第１インナ・リテーナ
２５１第１連通孔
２６０フェルト
２８０フィルタ・カバー
３００酸化触媒
３１０貴金属系の酸化触媒
３２０卑金属系の酸化触媒
４００温度センサ
５００インナ・パイプ
５１０流出孔
５３０上流側セパレータ
５４０下流側セパレータ
５４５連通孔
６００上流側膨張室
７００下流側膨張室[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an exhaust emission control device for a diesel engine that captures and burns particulate matter (particulate matter) in exhaust gas discharged from the diesel engine.
[0002]
[Prior art]
Diesel engines have favorable characteristics such as low fuel consumption, but emit large amounts of particulate matter. This generation of permutated matter in diesel engines is also in a trade-off relationship with nitrogen oxide (NOx) emitted from the diesel engine at the same time, and both of them are reduced simultaneously during the combustion process in the diesel engine. It is very difficult to do.
[0003]
In this case, nitrogen oxide can be post-processed using ammonia, but mounting ammonia in a vehicle is not preferable because leakage may occur. Therefore, in the combustion in a diesel engine, priority is given to suppressing the generation of nitrogen oxides that are difficult to post-process on the vehicle. Particulate matter is reduced by capturing particulate matter contained in the exhaust discharged from the diesel engine in a filter section provided in the middle of the exhaust system, and this filter section is clogged. The particulate matter is burned at a predetermined frequency so as not to occur.
[0004]
When burning particulate matter, it should not burn unless the particulate matter is at a high temperature of about 600 ° C or higher. In normal driving such as city driving, the exhaust temperature is 200 ° C near the silencer. Since there is almost no increase to the above, an oxidation catalyst or an electric heater is used to promote combustion of particulate matter supplemented by the filter section.
[0005]
As such a conventional diesel engine exhaust gas purification device, the exhaust gas flowing into the inside of the cylindrical casing is disposed radially outside the inner pipe from the outflow hole provided in the outer peripheral wall of the inner pipe. The particulate matter in the exhaust gas is captured by the filter unit when flowing into the cylindrical filter unit and passing through the filter unit. In order to prevent clogging of the filter part, the particulate matter supplemented by the filter part is appropriately burned by heating of the electric heater to become carbon dioxide or ash. Further, the exhaust gas that has passed through the cylindrical filter portion is introduced into a cylindrical fine mesh carbon felt provided downstream of the filter portion, where particulate matter that has failed to be captured by the filter portion is supplemented here. (See Patent Document 1).
[0006]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laying-Open No. 2002-256843 (FIG. 1)
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
Such a conventional diesel engine exhaust gas purification device has been repeatedly tested by the inventor, and even if the particulate matter supplemented with the filter unit is burned with an electric heater or an oxidation catalyst, the filter unit There was a problem that unburned parts were generated in some places.
The present invention has been made to solve the above problem, and provides an exhaust emission control device for a diesel engine that makes it possible to burn particulate matter contained in exhaust gas supplemented by a filter unit over almost the entire region of the filter unit. The purpose is to provide.
[0008]
[Means for solving problems]
  According to a first aspect of the present invention, there is provided an exhaust purification apparatus for a diesel engine according to the present invention, wherein an exhaust inlet portion into which exhaust gas exhausted from the diesel engine flows in and an exhaust outlet portion through which the exhaust gas flows out are inside a cylindrical outer drum. A casing that is communicated with the outer peripheral wall disposed in the outer drum along the axial direction;thisAn inner pipe that causes the exhaust introduced into the outer peripheral wall from the exhaust inlet portion to flow out to the outside of the outer peripheral wall via an outflow hole provided to communicate the inside and the outside with the outer peripheral wall;thisA pellet-shaped filter material, which is disposed between the outer peripheral surface of the inner pipe and the inner peripheral surface of the outer drum and captures particulate matter in exhaust gas flowing in from the outflow hole of the inner pipe. A filter part having an outer periphery of the filter part, and a filter cover part that covers the outer periphery of the filter part, and disposed in the outer drum to promote combustion of the particulate matter captured by the filter part.Oxidation catalyst adhered to the filter materialIn an exhaust emission control device for a diesel engine equipped withThe filter cover has a first inner retainer in which a first communication hole is formed to communicate between the inside and the outside, and a second communication hole that is disposed outside the first inner retainer to communicate between the inside and the outside. Felt shape in which fibers are combined so as to have a finer mesh than a gap formed between the filter materials, interposed between two inner retainers and the first inner retainer and the second inner retainer. A part of the filter material to which the oxidation catalyst is attached is protruded from the first communication hole and is brought into contact with the separate filter member, andThe filter portion and the filter cover are formed in a star shape having a plurality of projecting portions projecting in the radial direction such that the width direction becomes narrower from the radially inner side toward the radially outer side; and The filter cover is provided with a communication hole extending over the entire area through the inside and outside of the filter cover for allowing the exhaust to flow out.
[0010]
  Claim2An exhaust emission control device for a diesel engine according to the present invention described in
  The first communication hole of the first inner retainer has a larger opening area than the second communication hole of the second inner retainer.
[0011]
  Claim3In the exhaust emission control device for a diesel engine according to the present invention, the separate filter material is interposed between the first inner retainer and the second inner retainer in an uncompressed state. The exhaust gas flowing in from the communication hole can flow into the second communication hole in the vicinity of the second communication hole which is the shortest distance from the first communication hole via the separate filter material. It is characterized by.
[0013]
  Claim4The diesel engine exhaust gas purification apparatus according to the present invention is characterized in that the oxidation catalyst has a noble metal-based oxidation catalyst and a base metal-based oxidation catalyst.
[0016]
  Claim4The exhaust emission control device for a diesel engine according to the present invention described above is configured so that the filter material has a total capacity greater than that of the separate filter material.bigIt is characterized by setting.
[0017]
【The invention's effect】
In the exhaust purification device for a diesel engine according to claim 1, exhaust gas discharged from the diesel engine is led from an exhaust inlet portion to a filter portion in the exhaust purification device, and is included in the exhaust gas. -After the matter is attached to the filter material and captured, it flows out from the exhaust outlet. Then, the supplemented particulate matter is ignited as appropriate in the combustion promoting section and converted to carbon dioxide or ash. In this case, the filter portion and the filter cover are formed in a star shape having a plurality of projecting portions projecting in the radial direction such that the width direction becomes narrower from the radially inner side toward the radially outer side, and the filter・ If the cover has a communication hole that allows the exhaust to flow out through the inside and outside, it is not clear why, but according to the experiments of the inventor, the filter material in the form of pellets is supplemented over the entire area of the filter. It was confirmed that the burned particulate matter was burned.
As a result, it is possible not only to prevent clogging of the filter part, but also to facilitate cleaning of the filter part for reuse, and in the case where an expensive oxidation catalyst is attached to the filter material, unburned Part of the oxidation catalyst is not wasted.
[0018]
Claim 1In the exhaust purification system for a diesel engine according to the present invention described above, since the filter cover has another filter material with a finer mesh than the filter part, it supplements the finer particulate matter that was missed by the filter part. And can be burned. Therefore, it is also possible to reduce the flow resistance of the exhaust gas passing through the filter unit by using a pellet-shaped filter material for the filter unit. In addition, a part of the ash generated by the combustion in the filter unit may be supplemented here.
And since the filter material with the oxidation catalyst attached to the surface is provided, the entire filter part can be easily ignited, and the volume can be set smaller than when an electric heater is used for the combustion promoting part. .
Further, since the separate filter material is formed in a felt shape in which fibers are combined, the separate filter material having a finer mesh than the filter portion is disposed in an uncompressed state between the first inner retainer and the second inner retainer. Can be easily and inexpensively performed as compared with pellets and the like. In addition, since the part of the filter material with the oxidation catalyst attached is protruded from the first communication hole and brought into contact with the separate filter member, the felt can be directly heated to high heat at an early stage, and exhaust purification can be performed. It becomes possible to promote.
[0019]
  Claim2In the exhaust emission control device for a diesel engine according to the present invention, the first communication hole of the first inner retainer is a hole having an opening area larger than that of the second communication hole, so that the pellet-like shape is formed through the first communication hole. At least a part of the filter material can be easily brought into contact with another filter material to promote the temperature rise of the other filter material. Further, as a result of exhaust gas flowing in vigorously from the first communication hole being narrowed in the flow area by the second communication hole, a region deviated from a passage that linearly connects the first and second communication holes of another filter material Exhaust gas enters the exhaust gas, and the particulate matter in the exhaust gas can be captured and combusted by another filter material. In this way, another filter material can be used efficiently.
[0020]
  Claim3In the exhaust emission control device for a diesel engine according to the present invention, the separate filter material is interposed between the first inner retainer and the second inner retainer in an uncompressed state. The exhaust gas flowing in from the first communication hole can flow into another second communication hole in the vicinity of the second communication hole, which is the shortest distance from the first communication hole, via another filter material. It is possible to expand the supplemental area, and it is possible to use the filter material more effectively than when the separate filter material is interposed between the inner and retainers in a more compressed state.
[0022]
  Claim4In the exhaust purification system for diesel engine according to the present invention, the oxidation catalyst has a noble metal-based oxidation catalyst and a base metal-based oxidation catalyst, so that it is considerably lower than the temperature at which the particulate matter / matter does not normally burn. The particulate matter can be burned by the catalytic action of the noble metal-based oxidation catalyst in a low temperature range, and the temperature rises due to this combustion and the catalytic action of the noble metal-based oxidation catalyst falls. Even then, the catalytic action of the base metal oxidation catalyst makes it possible to burn the particulate matter / matter at a temperature range lower than the normal combustion temperature.
[0025]
  Claim5In the exhaust emission control device for diesel engine according to the present invention, the total capacity of the filter material is made larger than that of another filter material with finer mesh, so that the particulate matter can be supplemented and combustion can be promoted while reducing the flow resistance. Is possible.
[0026]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a cross-sectional side view of an exhaust purification device 100 for a diesel engine as an embodiment of the present invention.
The exhaust purification apparatus 100 has a cylindrical casing 110, and the casing 110 incorporates a filter unit 200 and an oxidation catalyst 300 (combustion promoting unit).
[0027]
The casing 110 is made of metal and has a cylindrical outer drum 111 whose both ends are open, and an inlet end that is attached to the upstream opening 111a of the outer drum 111 and closes the opening 111a. -It has the plate 112 and the outlet side end plate 113 attached to the opening part 111b of the downstream of the outer drum 111, and plugging up this opening part 111b.
[0028]
In the inlet side end plate 112, an inlet pipe (exhaust inlet portion) 114 is passed through a through hole 112a formed in the center portion thereof, and an inlet pipe (exhaust inlet portion) 114 is formed in an inner peripheral portion of the through hole 112a of the inlet side end plate 112. An intermediate portion of the pipe 114 is fixed by welding. On the other hand, the outer peripheral portion of the inlet end plate 112 is fitted into the opening 111a on the upstream side of the outer drum 111, and is fixed to each other by welding.
[0029]
The inlet pipe 114 is combined with a flange 115 fixed to the upstream end portion and a flange (not shown) of an exhaust pipe (not shown) on the diesel engine side with a gasket interposed therebetween. (Not shown). The downstream end portion of the inlet pipe 114 is passed through a through hole 116a formed at the center of the disc-shaped inlet side separate plate 116, and the inner periphery of the through hole 116a of the inlet side separate plate 116 is inserted. It is fixed to the part by welding. The outer peripheral portion of the inlet-side separate plate 116 is fixed to the position on the downstream side of the inlet-side end plate 112 of the outer drum 111 by welding.
[0030]
A collar 117 penetrating them is fixed to the inlet end plate 112 and the inlet separate plate 116 at a position above the center line in the drawing. A temperature sensor 400 is inserted into the collar 117. The temperature sensor 400 is for detecting the temperature inside the filter unit 200, and the detection part extends to the inside of the filter unit 200.
[0031]
Downstream of the inlet pipe 114, an inner pipe 500 that is coaxial and has a slightly larger diameter is extended toward the downstream side in the axial direction. A large number of outflow holes 510 are formed in the outer peripheral wall of the inner pipe 500 in the radial direction (for the sake of convenience, only one outflow hole 510 is depicted in FIG. 1 for the sake of clarity). Thus, the inside and the outside of the outer peripheral wall of the inner pipe 500 are communicated with each other. Although the upstream side of the inner pipe 500 is left open, a circular plate 520 is attached to the inner peripheral portion of the downstream end so that the exhaust does not flow out from the downstream end in the axial direction. Is closed.
[0032]
Further, the inner peripheral portion of the upstream separator 530 is fixed to the outer peripheral portion of the upstream end of the inner pipe 500 by welding, and the outer peripheral portion of the upstream separator 530 is downstream of the inlet-side separate plate 116. Is in contact with the inner peripheral surface of the outer drum 111 at the position. The upstream separator 530 is formed so that the exhaust gas flowing from the inlet pipe 114 does not flow directly into the filter unit 200. As a result, the exhaust gas flowing from the inlet pipe 114 is All flow into the inner pipe 500.
[0033]
Similarly, the inner peripheral portion of the downstream separator 540 is fixed to the outer peripheral portion of the downstream end of the inner pipe 500 by welding. In the downstream separator 540, a plurality of communication holes 545 are formed on the circumference so that the exhaust gas flowing out from the filter unit 200 flows to the outlet pipe 119. The outer peripheral portion of the downstream separator 540 is in contact with the inner peripheral surface of the outer drum 111 at a position downstream of the upstream separator 530.
In this way, the inner pipe 500 is supported on the outer drum 111 of the housing 110 by the downstream separator 540 and the upstream separator 530.
[0034]
The downstream separator 540 is set slightly smaller in diameter than the upstream separator 530, and when the inner pipe 500 thermally expands in the axial direction, the downstream separator 540 side slides with respect to the outer drum 111. When the difference in thermal expansion is absorbed and conversely the temperature cools and contracts, the downstream separator 540 slides with respect to the outer drum 111 and absorbs the contraction difference at that time.
[0035]
A downstream holding plate 220 that is slidable with respect to the inner pipe 500 and supported on the outer periphery of the inner pipe 500 is located at a position away from the downstream separator 540 upstream of the inner pipe 500 by a predetermined distance. Provided. As a result, an upstream expansion chamber 600 is formed between the downstream holding plate 220 and the downstream separator 540.
[0036]
The plate with the upstream cushion seat 210 is in contact with the downstream surface of the upstream separator 530 and is held by the upstream end portion of the outer peripheral wall of the inner pipe 500. Similarly, the downstream cushioning plate 230 is held at the downstream end portion of the outer peripheral wall of the inner pipe 500 with the downstream cushioned plate 230 in contact with the upstream side surface of the downstream holding plate 220.
The upstream separator 530 and the upstream cushion sheet-attached plate 210 are configured such that the detection part of the temperature sensor 400 passes through and the detection part enters into the filter part 200.
[0037]
Each of the outer peripheral parts of the plate 210 with the upstream cushion sheet and the plate 230 with the downstream cushion sheet has a star-like cylindrical shape as shown in FIG. The first inner retainer 250 and the second inner retainer 240 disposed outside the first inner retainer 250 are connected to respective end portions.
[0038]
The first inner retainer 250 is spaced a predetermined distance radially outward from the inner pipe 500, and the second inner retainer 240 is disposed on the radially outer side and on the radially inner side of the outer drum 111. Yes.
A cylindrical space formed between the outer peripheral surface of the second inner retainer 240 and the inner peripheral surface of the outer drum 111 communicates with the upstream expansion chamber 600.
[0039]
In the space between the inner peripheral surface of the first inner retainer 250 and the outer peripheral surface of the inner pipe 500 and between the plate 210 with the upstream cushion sheet and the plate 230 with the downstream cushion sheet, there is a fine hole. A large number of pelletized foamed stone particles (filter material) 270 having the above are filled. The foam stone particles 270 are formed so as to be trapped by adhering particulate matter in the exhaust to the surface or fine pores.
[0040]
The upstream separator 530, the downstream holding plate 220, the upstream cushion sheet-attached plate 210, the downstream cushion sheet-attached plate 230, and the foam stone particle 270 form the filter unit 200 of the present invention.
[0041]
The surface of the foam stone 270 is an oxidation comprising a precious metal catalyst such as platinum that exhibits an oxidation catalyst function in a low temperature region and a base metal catalyst such as nickel that exhibits an oxidation catalyst function in a high temperature region. The catalyst 300 is infiltrated and adhered in a mixed state.
[0042]
On the other hand, a felt (separate filter material) 260 combining carbon fibers is inserted between the first inner retainer 250 and the outer second inner retainer 240. The mesh of the felt 260 is set finer than the gap formed between the foam stone particles 270. The total capacity of the felt 260 is set smaller than the total capacity of the group of foam stone bone grains 270.
The felt 260, the first inner retainer 250, and the second inner retainer 240 constitute the filter cover 280 of the present invention.
[0043]
FIG. 2 is a view schematically showing a cross section viewed from the front and cut at substantially the center position of the exhaust gas purification apparatus 100 of FIG.
As shown in the figure, the filter cover 280 including the first inner retainer 250, the second inner retainer 240, and the felt 260 interposed therebetween is separated from the inner pipe 500 by a predetermined distance radially outward. It is formed in a star shape having a valley portion 281 and protrusions 282 (16 in this case) extending from here to the vicinity of the outer drum 111. The protruding portion 282 has a width that decreases from the radially inner side toward the radially outer side.
[0044]
On the other hand, a large number of foam stone particles 270 to which the oxidation catalyst 300 is attached are packed in a space formed between the first inner retainer 250 and the inner pipe 500 of the filter cover 280. Therefore, the filter portion 200 has a cylindrical shape around the inner pipe 500 and is separated along the protruding portions 282 extending outward in the radial direction, that is, in a star shape.
[0045]
FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing a part of the vicinity of the filter cover 280 of FIG.
In the figure, a noble metal-based oxidation catalyst 310 such as platinum and a base metal-based oxidation catalyst 320 such as nickel are attached to the surface of the foam stone particle 270.
The first inner retainer 250 on the inner side of the filter cover 280 is formed with a large number of first communication holes 251 that communicate with the inner and outer sides. Similarly, the outer second inner retainer 240 is also formed on the outer second inner retainer 240. A large number of second communication holes 241 communicating the inside and the outside are formed over the entire surface.
[0046]
Here, the first communication hole 251 of the first inner retainer 250 can receive at least a part of the foam stone particle 270, and a portion protruding outward from the first communication hole 251 is a felt made of carbon fiber. It is opened to a size that can contact 260.
On the other hand, the second communication hole 241 formed in the second inner retainer 240 is set to have an opening area smaller than that of the first communication hole 251.
[0047]
In FIG. 3, some of the carbon fibers constituting the felt 260 are in contact with the outer surface of the first inner retainer 250 and the inner surface of the second inner retainer 240, but the felt 260 is not compressed. In the state, it is disposed between the first inner retainer 250 and the second inner retainer 240.
[0048]
That is, the felt 260 is combined so that the carbon fibers are three-dimensionally knitted, and the exhaust can flow between these carbon fibers in the front, rear, side, and diagonal directions in the figure, and the first inner Exhaust gas may flow in the front / rear / lateral / diagonal directions in the figure also through the gap formed between the outer surface of the retainer 250 and the carbon fiber or through the gap formed between the inner surface of the second inner / retainer 240 and the carbon fiber. It is made possible. As a result, the exhaust gas flowing in from the first communication hole 251 may go not only from the first communication hole 251 to the nearest second communication hole 241 but also to another second communication hole 241 in the vicinity thereof. It is made possible.
[0049]
Returning to FIG. 1, the outer peripheral portion of the downstream end plate 113 is fitted into the opening 111 b at the downstream end of the outer drum 111, and these portions are fixed to each other by welding. An intermediate portion of an outlet pipe (exhaust outlet portion) 118 is passed through a through hole 113a formed in the central portion of the downstream end plate 113, and an inner periphery of the through hole 113a of the downstream end plate 113 is inserted. The middle part of the outlet pipe 118 is fixed to the part by welding.
[0050]
A flange 119 is fixed to the downstream end of the outlet pipe 118, and the flange 119 sandwiches a gasket (not shown) in a flange (not shown) of an exhaust pipe (not shown) on the downstream side. In this state, it is fixed by a bolt (not shown).
[0051]
The upstream end of the outlet pipe 118 is fixed to the inner peripheral portion of the through hole 120a of the disc-shaped downstream separate plate 120 by welding. The outer peripheral portion of the downstream side separate plate 120 is brought into contact with the inner peripheral surface of the outer drum 111. The downstream side separation plate 120 is formed so as not to penetrate the exhaust gas, and is configured to flow all the exhaust gas flowing out from the filter unit 200 into the outlet pipe 118.
[0052]
A downstream expansion chamber 700 having a larger volume than the upstream expansion chamber 600 is formed between the downstream separator plate 120 and the downstream separator 540, and the downstream expansion chamber 700 is connected to the upstream expansion chamber 600 as a downstream separator. The communication is made through the communication hole 545 of 540.
[0053]
Next, the operation of the exhaust purification device 100 for the diesel engine will be described.
Exhaust gas discharged from the diesel engine flows into the exhaust purification device 100 from the inlet pipe 114 through an upstream exhaust pipe (not shown). All the exhaust gas flowing from the inlet pipe 114 flows into the inner pipe 500. Since the downstream end of the inner pipe 500 is blocked by the plate 220, the exhaust gas flowing into the inner pipe 500 is radially outward from a large number of outflow holes 510 provided in the outer peripheral wall of the inner pipe 500. It flows out and flows into the filter unit 200. In this case, since the exhaust speed is high, after the exhaust gas collides with the circular plate 520, the exhaust gas flows out from the outflow hole 510 on the downstream side of the inner pipe 500 radially outward from the upstream side of the inner pipe 500.
[0054]
While the exhaust gas flows radially outward in the filter unit 200, particulate matter contained in the exhaust gas adheres to the surface of the foam stone particles 270 in the filter unit 200, or the foam stone It enters into the micropores of the bone particles 270 and is captured. The remaining exhaust gas that has captured most of the particulate matter further passes through the first communication hole 251 of the first inner retainer 250 and is further refined by the carbon fiber felt 260 of the second filter portion. Is captured and flows out radially outward from the second communication hole 241 of the outer second inner retainer 240. In this case, the amount of supplemental particulate matter increases in the portion corresponding to the downstream side of the inner pipe 500 of the foam stone particles 270 and the felt 260.
[0055]
The exhaust gas flowing out from the filter unit 200 in this way flows into the upstream expansion chamber 600, where it expands and reduces its momentum, thereby reducing the exhaust noise. Then, it flows again into the wider downstream expansion chamber 700 through the communication hole 545 of the downstream separator 540, where it expands again to further reduce its momentum, and the exhaust noise is further reduced so that the exhaust pipe is discharged from the outer pipe 118. Through the atmosphere.
[0056]
The particulate matter captured by the foam stone particles 270 is low due to the noble metal-based oxidation catalyst adhering to the surface of the foam stone particles 270 when the exhaust temperature rises due to high speed operation or high load operation of the diesel engine. Start burning at temperature. This combustion often starts from the downstream and inner portion of the group of foam stone particles 270 that are likely to become hotter. Due to this combustion, the foam stone particles 270 on the outer side are also heated and burned and become high temperature. However, since the foam stone particles 270 on the outer peripheral side are in contact with the felt 260 made of carbon fiber, the felt 260 is removed. Also heat directly.
[0057]
As a result, the felt 260 can also reach a high temperature early, and combustion of the particulate matter supplemented by the filter unit 200 and the filter cover 280 is promoted. As the temperature rises further, the catalytic effect of the noble metal-based oxidation catalyst decreases, but this time the base metal-based oxidation catalyst begins to work and the particulate matter is further burned. In this manner, harmful particulate matter is burned and converted into ash or carbon dioxide, and the filter unit 200 can be prevented from being clogged. When the inventor repeatedly confirmed this combustion result through experiments, the particulate matter was burning over almost the entire area of the filter unit 200 and the filter cover 280.
[0058]
In addition, although each component of the exhaust gas purification apparatus 100 exposed to the said high temperature thermally expands, the amount of thermal expansion differs with a site | part and material. In particular, the filter unit 200 and the inner pipe 500 are exposed to a high temperature and have a large amount of thermal expansion. Further, the temperature may be different inside and outside in the radial direction depending on the combustion state.
When the inner pipe 500 is thermally expanded at such a high temperature, the downstream separator 540 also moves along with the expansion of the inner pipe 500 in the axial direction (right side in the figure). In this case, the downstream separator 540 is moved. As a result of the outer peripheral portion of the shaft slid in the axial direction along the inner peripheral surface of the outer drum 111 to absorb the difference in thermal expansion between them, the distortion caused by this is kept small.
[0059]
On the other hand, the filter unit 200 also thermally expands with a thermal expansion amount different from that of the inner pipe 500, and the holding plate 220 that holds the oxidation catalyst 300 and the foam stone particles 270 also moves. Since it slides with respect to the pipe 500 and absorbs the difference in thermal expansion between them, it is possible to suppress the occurrence of large distortion in the filter unit 200 as well.
[0060]
As described above, in the exhaust purification device 100 for a diesel engine according to the embodiment of the present invention, the filter unit 200 includes the filter unit 200 made of foam stone 270 and the filter cover 280 covering the filter unit 200 in a star shape. Since the projecting portion 282 has a shape and becomes narrower as it goes outward in the radial direction, the particulate matter supplemented by the filter portion 200 can be burned over almost the entire region.
[0061]
Further, since the felt 260 having a finer mesh than that of the filter unit 200 is used for the filter cover 280 disposed downstream of the filter unit 200, a finer particulate matter that has been missed by the filter unit 200 is used. Can be supplemented and burned.
In this case, since at least a part of the foam stone particle 270 protrudes from the first communication hole 251 of the first inner retainer 250 and comes into contact with the carbon fiber felt 260, the felt 260 is heated to a high temperature at an early stage. It becomes possible.
Therefore, the filter unit 200 does not need to give excessive flow resistance to the exhaust gas, and it is possible to supplement and burn a large number of particulate matter, and the filter unit 200 can be made of inexpensive foam stone particles 270. Can be used. If the foam stone 270 is used, at least part of the first communication hole 251 protrudes and can be easily brought into contact with the felt 260.
[0062]
Further, since the noble metal-based oxidation catalyst 310 and the base metal-based oxidation catalyst 320 are used as the oxidation catalyst 300, the combustion of particulate matter by the oxidation catalyst 300 in a wide temperature range from a low temperature range to a higher temperature range. Is possible. In addition, if these oxidation catalysts 300 are attached to the surface of the foam stone particles 270, the oxidation catalyst 300 comes into contact with the particulate matter supplemented with the foam stone particles 270, thereby promoting the catalytic reaction. In addition, the exhaust purification device 100 can be made compact.
[0063]
  Instead of the above embodiment, the following changes and modifications may be made in the present invention.
That is, the filter material is not limited to the foam stone bone particle 270, and a different pellet-shaped filter material may be used. Similarly, another filter material is not limited to the carbon fiber felt 260, and a different filter material may be used.
[0064]
Further, in the present invention, the inlet side end plate 112 and the outlet side end plate 113 are fixed to the outer drum 111 by welding, but at least one of them is connected by a flange and a bolt, and the inner side plate is removed by removing them. The pipe 500 and the filter unit 200 may be removable from the outer drum 111 so that the filter unit 20 can be cleaned or replaced. In this case, the separator is fixed with a bolt or the like so that it can be removed from the inner pipe 500, and the filter part 200 can be pulled out from the inner pipe 500 in the axial direction, or the filter part 200 can be opened halfway. It would be nice to be able to remove it outward.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional side view of an exhaust emission control device for a diesel engine according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional front view of the exhaust gas purification device for the diesel engine of FIG.
3 is an enlarged cross-sectional view of a part of the exhaust purification device of FIG.
[Explanation of symbols]
100 Exhaust purification device
110 housing
111 Outer Drum
112 Inlet side end plate
113 Outlet end plate
114 Inlet pipe
116 Upstream separate plate
118 Outlet pipe
120 Downstream side separate plate
200 Filter section
210 Plate with upstream cushion seat
220 holding plate
230 Plate with cushion seat on the downstream side
240 2nd inner retainer
241 Second communication hole
250 1st inner retainer
251 First communication hole
260 felt
280 Filter cover
300 Oxidation catalyst
310 Noble metal oxidation catalyst
320 Base metal oxidation catalyst
400 temperature sensor
500 Inner pipe
510 Outflow hole
530 Upstream separator
540 Downstream separator
545 communication hole
600 Upstream expansion chamber
700 Downstream expansion chamber

Claims

ディーゼル・エンジンから排出された排気が流入する排気入口部および前記排気が流出する排気出口部が筒状のアウタ・ドラムの内部に連通させられた筐体と、
前記アウタ・ドラム内にこの軸方向に沿って配置された筒状の外周壁を有し、該外周壁にこの内外を連通するように設けた流出孔を介して前記排気入口部から前記外周壁の内部へ導入された排気を前記外周壁の外部へ流出させるインナ・パイプと、
該インナ・パイプの外周面と前記アウタ・ドラムの内周面との間に配置され、前記インナ・パイプの前記流出孔から流入してきた排気中のパーティキュレート・マターを捕捉するペレット状のフィルタ材を有するフィルタ部と、
該フィルタ部の外周を覆うフィルタ・カバー部と、
前記アウタ・ドラム内に配置され、前記フィルタ部で捕捉したパーティキュレート・マターの燃焼を促進するように前記フィルタ材に付着させた酸化触媒と、
を備えたディーゼル・エンジンの排気浄化装置において、
前記フィルタ・カバーが、内外を連通する第１連通孔が形成された第１インナ・リテーナと、該第１インナ・リテーナの外側に配置されて内外を連通する第２連通孔が形成された第２インナ・リテーナと、前記第１インナ・リテーナと前記第２インナ・リテーナの間に介在され、前記フィルタ材同士間に形成された隙間よりも細かいメッシュを有るように繊維が組み合わされたフェルト状の別フィルタ材と、を有し、
前記酸化触媒を付着させた前記フィルタ材の一部を前記第１連通孔から突出させて前記別フィルタ部材に接触させ、かつ
前記フィルタ部と前記フィルタ・カバーとが、半径方向内側から半径方向外側へ向かうにしたがって幅方向が狭くなるような半径方向へ突出した複数の突起部分を有する星型状の形状に形成され、かつ前記フィルタ・カバーにこの内外を連通して前記排気を流出させる連通孔が略全域にわたって設けら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。A casing in which an exhaust inlet part into which exhaust gas discharged from a diesel engine flows in and an exhaust outlet part from which the exhaust gas flows out communicate with the inside of a cylindrical outer drum;
The outer drum has a cylindrical outer peripheral wall disposed along the axial direction in the outer drum, and the outer peripheral wall extends from the exhaust inlet through an outflow hole provided to communicate with the outer peripheral wall. An inner pipe that causes the exhaust introduced into the outside to flow out of the outer peripheral wall;
A pellet-shaped filter material that is disposed between the outer peripheral surface of the inner pipe and the inner peripheral surface of the outer drum and captures particulate matter in the exhaust gas flowing in from the outflow hole of the inner pipe. A filter unit having
A filter cover covering the outer periphery of the filter;
An oxidation catalyst disposed in the outer drum and attached to the filter material so as to promote combustion of particulate matter captured by the filter unit;
In a diesel engine exhaust purification system equipped with
The filter cover has a first inner retainer in which a first communication hole that communicates inside and outside is formed, and a second communication hole that is disposed outside the first inner retainer and communicates inside and outside is formed. A felt-like shape in which fibers are combined so as to have a finer mesh than a gap formed between the filter materials and interposed between the two inner retainers and the first inner retainer and the second inner retainer. Another filter material, and
A part of the filter material to which the oxidation catalyst is attached is protruded from the first communication hole and brought into contact with the other filter member, and the filter part and the filter cover are radially outward from the radially inner side. A communication hole formed in a star shape having a plurality of projecting portions projecting in the radial direction so that the width direction becomes narrower toward the head, and communicating the inside and outside of the filter cover with the inside and outside of the filter cover Is provided over substantially the entire area of an exhaust emission control device for a diesel engine.

第１インナ・リテーナの前記第１連通孔は、前記第２インナ・リテーナの前記第２連通孔より大きな開口面積を有するようにしたことを特徴とする請求項１に記載のディーゼル・エンジンの排気浄化装置。2. The diesel engine exhaust according to claim 1, wherein the first communication hole of the first inner retainer has a larger opening area than the second communication hole of the second inner retainer. Purification equipment.

前記別フィルタ材は、前記第１インナ・リテーナと前記第２インナ・リテーナとの間に非圧縮状態で介在されており、前記第１連通孔から流入した前記排気が当該第１の連通孔から最短距離となる前記第２連通孔の近辺にある別の第２連通孔へ前記別フィルタ材を介して流入可能となるようにしたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のディーゼル・エンジンの排気浄化装置。The separate filter material is interposed between the first inner retainer and the second inner retainer in an uncompressed state, and the exhaust gas flowing in from the first communication hole passes through the first communication hole. The diesel engine according to claim 1 or 2 , wherein the diesel engine can flow into another second communication hole in the vicinity of the second communication hole, which is the shortest distance, through the separate filter material. -Engine exhaust purification system.

前記酸化触媒は、貴金属系の酸化触媒と卑金属系の酸化触媒とを有することを特徴とする請求項１ないし請求項３のうちのいずれか１つに記載のディーゼル・エンジンの排気浄化装置。The exhaust purification device for a diesel engine according to any one of claims 1 to 3, wherein the oxidation catalyst includes a noble metal-based oxidation catalyst and a base metal-based oxidation catalyst.

前記フィルタ材は、総容量が前記別フィルタ材より大きく設定されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１つに記載のディーゼル・エンジンの排気浄化装置。The exhaust purification device for a diesel engine according to any one of claims 1 to 4, wherein the filter material has a total capacity set larger than that of the another filter material.