JP6539551B2 - 排ガス処理装置、触媒の昇温方法、ハニカム構造体の再生方法、及びアッシュ除去方法 - Google Patents
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Description
本発明の排ガス処理装置の一実施形態は、図1に示す排ガス処理装置100である。排ガス処理装置100は、ハニカム構造体10と、このハニカム構造体10を収納し、排ガスの通路となる缶体20と、缶体20の第2流出口27に配設され、この第2流出口27を開閉する開閉バルブ51と、を備えている。
本発明の排ガス処理装置のハニカム構造体としては、図4に示すようなハニカム構造体10を挙げることができる。ハニカム構造体10は、図4に示すように、一方の端面の中央から凸状に突出した部分(凸部14a)を有する柱状ということもできる。
(1)図5Aに示すように、目封止部8が、外側ハニカム構造部16の、セル2のうちの所定のセルの外側流入端面18側の端部及び残余のセルの外側流出端面19側の端部に配設され、内側ハニカム構造部14には配設されない。
(2)図5Bに示すように、目封止部8が、外側ハニカム構造部16のセルのうちの所定のセルの外側流入端面18側の端部及び残余のセルの外側流出端面19側の端部に配設され、内側ハニカム構造部14においては、所定のセルの内側流出端面12側の端部にのみ配設されている。内側ハニカム構造部14においては、残余のセルの内側流入端面11側の端部に配設されない。
(3)図5Cに示すように、目封止部8が、内側ハニカム構造部14においては、所定のセルの内側流出端面12側の端部にのみ配設され、外側ハニカム構造部16においては、所定のセルの外側流入端面18側の端部にのみ配設されている。目封止部8が、内側ハニカム構造部14においては、残余のセルの内側流入端面11側の端部に配設されず、外側ハニカム構造部16においては、残余のセルの外側流出端面19側の端部に配設されない。
(4)図5Dに示すように、目封止部8が、内側ハニカム構造部14においては、所定のセルの内側流出端面12側の端部にのみ配設され、外側ハニカム構造部16においては、所定のセルの外側流出端面19側の端部にのみ配設されている。目封止部8が、内側ハニカム構造部14においては、残余のセルの内側流入端面11側の端部に配設されず、外側ハニカム構造部16においては、残余のセルの外側流入端面18側の端部に配設されない。
(5)図5Eに示すように、目封止部8が、外側ハニカム構造部16においては、所定のセルの外側流出端面19側の端部にのみ配設され、内側ハニカム構造部14には配設されない。外側ハニカム構造部16においては、残余のセルの外側流入端面18側の端部に配設されない。
(6)図5Fに示すように、目封止部8が、内側ハニカム構造部14においては、所定のセルの内側流入端面11側の端部にのみ配設され、外側ハニカム構造部16においては、所定のセルの外側流入端面18側の端部にのみ配設されている。目封止部8が、内側ハニカム構造部14においては、残余のセルの内側流出端面12側の端部に配設されず、外側ハニカム構造部16においては、残余のセルの外側流出端面19側の端部に配設されない。
(7)図5Gに示すように、目封止部8が、内側ハニカム構造部14においては、所定のセルの内側流入端面11側の端部にのみ配設され、外側ハニカム構造部16においては、所定のセルの外側流出端面19側の端部にのみ配設されている。目封止部8が、内側ハニカム構造部14においては、残余のセルの内側流出端面12側の端部に配設されず、外側ハニカム構造部16においては、残余のセルの外側流入端面18側の端部に配設されない。
缶体20は、上述したように、内側ハニカム構造部14の内側流入端面11側の端部と嵌り合い且つ流入口21が形成された流入管23と、この流入管23に連なる胴部25と、を有している。そして、胴部25には、内側ハニカム構造部14の内側流入端面11と外側ハニカム構造部16の外側流出端面19との間の位置に排ガスの第1流出口52が形成されている。そして、ハニカム構造体10の第2端面10bと向かい合う位置には、排ガスの第2流出口27が形成されている。このような缶体20を用い、更に、開閉バルブ51を閉じて第2バルブ55を開けることにより、排ガス処理装置100に流入した排ガスは、図2における矢印で示すように流れる。つまり、外側ハニカム構造部16から排出された排ガスは、内側ハニカム構造部14の外周壁5に直接当たる。そのため、上記凸部14aが、その外側から上記排ガスによって加温される。従って、排ガス処理装置100は、昇温し易く且つ急冷し難くなる。そして、上記のような経路で排ガスが缶体20内を流れるため、排ガス処理装置100全体の大きさを小さくすることができる。
開閉バルブ51は、缶体20の第2流出口27に配設され、第2流出口27を開閉する。この開閉バルブ51が閉じると、排ガスは、図2に示すように流れる。即ち、内側ハニカム構造部14を透過した排ガスが、外側ハニカム構造部16に流入することになる。なお、開閉バルブ51は、排出配管57を完全に塞ぐものでなくてもよい。つまり、開閉バルブ51は、排ガスの流れを妨げるように作用するものであればよい。
本発明の排ガス処理装置は、胴部の第1流出口に一方の端部が連結し且つ胴部の第2流出口に連結した排出配管における開閉バルブの後方に他方の端部が連結するバイパス配管を備えることが好ましい。更に、本発明の排ガス処理装置は、バイパス配管に配設された第2バルブを備えることが好ましい。このように、排ガス処理装置100がバイパス配管53及び第2バルブ55を備えることにより、エンジンの始動時等の特定の運転領域とそれ以外の運転領域とで排ガスの流路を簡単に変えることができる。図2は、第2バルブ55が開いた状態で、ハニカム構造体10から排出された排ガスが、バイパス配管53を通り、排出配管57に流れ込んでいる状態を示している。
本発明の排ガス処理装置は、ハニカム構造体の第2端面と缶体の間の隙間に吸音材が備えられていることが好ましい。吸音材は、ガラス繊維等によって構成された耐熱性を有したマットである。このように吸音材を上記のように備えることにより、マフラーと同じ消音効果が得られるという利点がある。
ハニカム構造体の製造方法は、ハニカム成形体を作製するハニカム成形体作製工程と、作製したハニカム成形体に目封止部を形成する目封止配設工程と、作製した目封止ハニカム成形体を焼成してハニカム焼成体を得る焼成工程と、仕切壁の一部を露出させて、ハニカム構造体を得るハニカム構造体作製工程と、を有する。ハニカム成形体作製工程におけるハニカム成形体は、一方の端面である流入端面から他方の端面である流出端面まで延びる複数のセルを区画形成する隔壁と、セルの延びる方向に直交する断面における外側部分と内側部分とを仕切る仕切壁とを備えるものである。ハニカム構造体作製工程においては、焼成工程で得られたハニカム焼成体の外側部分の一部を、一方の端面から研削して仕切壁の一部を露出させる。
本工程では、具体的には、まず、成形原料を混練して坏土とする。成形原料は、セラミック原料に分散媒及び添加剤を加えたものであることが好ましい。添加剤としては、有機バインダ、造孔材、界面活性剤等を挙げることができる。分散媒としては、水等を挙げることができる。
次に、得られたハニカム焼成体のハニカム構造部のセルの開口部を、目封止材によって目封止する。セルの開口部を目封止する方法としては、セルの開口部に目封止材を充填する方法を挙げることができる。目封止材を充填する方法としては、従来公知の目封止ハニカム構造体の製造方法に準じて行うことができる。目封止材を形成するためのセラミック原料は、従来公知のハニカム構造体の製造方法において用いられるセラミック原料を用いることができるが、ハニカム成形体の作製に使用したものと同じセラミック原料を用いることが好ましい。なお、目封止材によって形成される目封止部の気孔率や細孔径などを調節するために、セラミック原料粉末の粒子径及び配合量、並びに添加する造孔材粉末の粒子径及び配合量について適宜変更してもよい。
次に、ハニカム成形体を焼成してハニカム焼成体を得る(焼成工程)。焼成温度は、ハニカム成形体の材質よって適宜決定することができる。例えば、ハニカム成形体の材質がコージェライトの場合、焼成温度は、1380〜1450℃が好ましく、1400〜1440℃が更に好ましい。また、焼成時間は、最高温度での持続時間として、4〜6時間程度とすることが好ましい。
次に、得られたハニカム焼成体の外側部分の一部を、一方の端面から研削して、仕切壁の一部を露出させ、隔壁と仕切壁(外周壁)とを備えるハニカム構造体を作製する。ハニカム焼成体の研削は、ハニカム成形体を乾燥させた後であり、焼成を行う前に行ってもよい。
本実施形態の排ガス処理装置は、製造したハニカム構造体を、上記開閉バルブを配設された缶体に収納して作製することができる。
本発明の触媒の昇温方法は、本発明の排ガス処理装置のハニカム構造体に担持させた触媒の昇温方法である。即ち、本発明の触媒の昇温方法では、排ガス処理装置の開閉バルブ51を閉じて、内側ハニカム構造部14の内側流出端面12から排出された排ガスを外側ハニカム構造部16の外側流入端面18側から外側ハニカム構造部16内に流入させる。そして、外側ハニカム構造部16内に流入させた排ガスを外側流出端面19から流出させる。外側ハニカム構造部16から排出された排ガスは、内側ハニカム構造部14の外周壁5に直接当たることによって、ハニカム構造体に担持された触媒を昇温させる。なお、このとき、第2バルブ55は、図2に示すように開いた状態とする。
本発明のハニカム構造体の再生方法は、本発明の排ガス処理装置のハニカム構造体内にススが堆積した状態における上記ハニカム構造体の再生方法である。即ち、本発明のハニカム構造体の再生方法は、内部にススが堆積したハニカム構造体を有する排ガス処理装置を準備し、その後、排ガス処理装置の開閉バルブ及び第2バルブを閉じて、排ガス処理装置の缶体内の排ガスの圧力を上げる。このようにして缶体内の排ガスの温度を上げて、ススを燃焼させる。ススを燃焼させることにより、ハニカム構造体を再生することができる。なお、開閉バルブを完全に閉じる際には、第2バルブは完全に閉じなくても良い。
本発明のアッシュ除去方法は、本発明の排ガス処理装置のハニカム構造体内に灰であるアッシュが堆積した状態におけるハニカム構造体内のアッシュを除去するアッシュ除去方法である。即ち、本発明のアッシュ除去方法は、図3に示すように、排ガス処理装置100における第2バルブ55を閉じつつ開閉バルブ51を開けて、ハニカム構造体10の外側ハニカム構造部16の外側流出端面19から外側流入端面18に向かう流体の流れを発生させる。このようにすることで、ハニカム構造体10の外側ハニカム構造部16内に堆積したアッシュを除去する。
コージェライト化原料100質量部に、造孔材を13質量部、分散媒を35質量部、有機バインダを6質量部、分散剤を0.5質量部、それぞれ添加し、混合、混練して坏土を調製した。コージェライト化原料としては、アルミナ、水酸化アルミニウム、カオリン、タルク、及びシリカを使用した。分散媒としては水を使用し、造孔材としては平均粒子径1〜10μmのコークスを使用し、有機バインダとしてはヒドロキシプロピルメチルセルロースを使用し、分散剤としてはエチレングリコールを使用した。造孔材の粒子径と量をコントロールすることにより、隔壁の細孔径及び気孔率をコントロールした。
排ガスの流入端面から、ハニカム構造体のセルの延びる方向における最も遠い位置までをシステム全長とする。このとき、システム全長が200mm以下の場合は、排ガス処理装置が大きく「合格」とした。システム全長が200mm超の場合は、排ガス処理装置が大きく「不合格」とした。
開閉バルブ(図1において符号51で示す)を開いた状態において、2000rpm定常運転を行ったとき(排ガスの温度550℃)における圧力損失を測定した。比較例1の排ガス処理装置の上記圧力損失を基準とし、各実施例において圧力損失の低減の程度が4kPa以上である場合を「A」とし、3kPa以上で4kPa未満のときを「B」とした。
欧州EURO6 規制値と比較して、全ての成分(一酸化炭素、炭化水素、窒素酸化物)のエミッションが規制値を下回った場合を合格「B」とし、規制値を下回らなかった場合を不合格「C」とする。更に、B評価のもののうち、一酸化炭素が規制値の30%減の場合を「A」とし、50%減の場合を「AA」とする。
車輌から発生するPM個数を1.0×1012個/kmとしたとき、欧州EURO6 規制値6.0×1011個/kmを基準として、排ガス処理装置で捕集された排ガス中のPM個数が上記基準の40%未満である場合を「D」とした。そして、排ガス処理装置で捕集された排ガス中のPM個数が上記基準の40%以上で60%未満である場合を「C」とした。そして、排ガス処理装置で捕集された排ガス中のPM個数が上記基準の60%以上で80%未満である場合を「B」とした。そして、排ガス処理装置で捕集された排ガス中のPM個数が上記基準の80%以上である場合を「A」とした。
得られた排ガス処理装置について、市内道路8%、田舎道11%、及び高速道路81%の条件で車輌を走行させ、160,000km走行後のハニカム構造体内のアッシュの堆積量を測定した。そして、比較例1の排ガス処理装置の上記アッシュの堆積量を測定し、その測定値を基準とし、堆積されたアッシュの低減量が5g未満であった場合を「D」とした。堆積されたアッシュの低減量が5g以上で10g未満であった場合を「C」とした。堆積されたアッシュの低減量が10g以上で20g未満であった場合を「B」とした。堆積されたアッシュの低減量が20g以上であった場合を「A」とした。
まず、実施例1と同様にしてハニカム構造体(表1参照)を作製した。次に、得られたハニカム構造体10を、缶体20の内部に収容した(図6参照)。
表1に示すように変更したこと以外は、実施例1と同様にして、「システム全長」、「定常運転時の圧力損失」、「浄化率」、「PM捕集」、及び「160,000km走行後のアッシュの堆積量」の評価を行った。結果を表2に示す。
図7に示す排ガス処理装置300のような排ガス処理装置について、実施例1と同様にして、「システム全長」、「定常運転時の圧力損失」、「浄化率」、「PM捕集」、及び「160,000km走行後のアッシュの堆積量」の評価を行った。結果を表2に示す。
Claims (16)
- 一方の端面である第1端面から他方の端面である第2端面まで延びる複数のセルを区画形成する多孔質の隔壁を有するハニカム構造体と、
前記ハニカム構造体を収納し、排ガスの流入口及び流出口を有する缶体と、
前記缶体の前記流出口に配設され、前記流出口を開閉する開閉バルブと、を備え、
前記ハニカム構造体は、前記第1端面側の端面である内側流入端面から前記第2端面側の端面である内側流出端面まで延びる複数のセルを区画形成する多孔質の内側隔壁を有するハニカム基材及び前記ハニカム基材の外周に配設された外周壁を有する内側ハニカム構造部と、前記内側ハニカム構造部の外周の一部を取り囲み且つ前記内側ハニカム構造部の前記内側流入端面から離間した位置に配設された外側ハニカム構造部と、一部の前記セルに配設された目封止部と、を有し、
前記ハニカム構造体の前記外側ハニカム構造部は、前記第2端面側の端面である外側流入端面から前記第1端面側の端面である外側流出端面まで延びる複数のセルを区画形成する多孔質の外側隔壁を有し、
前記缶体は、前記内側ハニカム構造部の前記内側流入端面側の端部と嵌り合い且つ前記流入口が形成された流入管と、前記流入管に連なる胴部と、を有し、
前記胴部には、前記内側ハニカム構造部の前記内側流入端面と前記外側ハニカム構造部の前記外側流出端面との間の位置に前記排ガスの第1流出口が形成されるとともに、前記ハニカム構造体の前記第2端面と向かい合う位置に前記排ガスの第2流出口が形成され、
前記ハニカム構造体は、前記第2端面と前記缶体の間に前記排ガスの流路となる隙間を有するとともに、前記外側ハニカム構造部の前記外側流出端面と前記缶体の間に前記排ガスの流路となる隙間を有する状態で前記缶体に収納される排ガス処理装置。 - 前記胴部の前記第1流出口に一方の端部が連結し且つ前記胴部の前記第2流出口に連結した排出配管における前記開閉バルブの後方に他方の端部が連結するバイパス配管と、前記バイパス配管に配設された第2バルブと、を備える請求項1に記載の排ガス処理装置。
- 前記ハニカム構造体が、前記外側ハニカム構造部の前記外側流出端面を下方に向けて、前記セルの延びる方向が鉛直方向に平行になるように配置されている請求項1または2に記載の排ガス処理装置。
- 前記目封止部は、前記内側ハニカム構造部には配設されないか或いは前記内側ハニカム構造部の一方の端部にのみ配設され、前記外側ハニカム構造部には一方の端部にのみ配設されるか或いは両方の端部に配設される請求項1〜3のいずれか一項に記載の排ガス処理装置。
- 前記目封止部が、前記外側ハニカム構造部の、前記セルの所定のセルの前記外側流入端面側の端部及び前記セルの残余のセルの前記外側流出端面側の端部に配設され、前記内側ハニカム構造部には配設されない請求項4に記載の排ガス処理装置。
- 前記目封止部が、前記内側ハニカム構造部の前記内側流入端面側または前記内側流出端面側の端部のいずれか一方の一部に配設される請求項4に記載の排ガス処理装置。
- 前記外側ハニカム構造部の前記外側隔壁の厚さが、前記内側ハニカム構造部の前記内側隔壁の厚さよりも厚い請求項1〜6のいずれか一項に記載の排ガス処理装置。
- 前記外側ハニカム構造部のセル密度が、前記内側ハニカム構造部のセル密度よりも小さい請求項1〜7のいずれか一項に記載の排ガス処理装置。
- 前記内側ハニカム構造部の外周壁が、前記内側ハニカム構造部の前記内側隔壁と一体的に成形された請求項1〜8のいずれか一項に記載の排ガス処理装置。
- 前記缶体には、前記内側ハニカム構造部の前記内側流入端面と前記外側ハニカム構造部の前記外側流出端面との間の位置に、排ガスを再循環させるための経路に続くEGR用流出口が備えられている請求項1〜9のいずれか一項に記載の排ガス処理装置。
- 前記第2端面と前記缶体の間の隙間に吸音材が備えられた請求項1〜10のいずれか一項に記載の排ガス処理装置。
- 請求項1〜11のいずれか一項に記載の排ガス処理装置の前記ハニカム構造体に担持させた触媒の昇温方法であり、
前記排ガス処理装置の前記開閉バルブを閉じて、前記排ガス処理装置の前記缶体内の排ガスの圧力を上げることによって排ガスの温度を上げ、前記ハニカム構造体に担持された前記触媒を昇温させる触媒の昇温方法。 - 請求項1〜11のいずれか一項に記載の排ガス処理装置の前記ハニカム構造体に担持させた触媒の昇温方法であり、
加給機により、前記排ガス処理装置の前記缶体内の排ガスの圧力を上げることによって排ガスの温度を上げ、前記ハニカム構造体に担持された前記触媒を昇温させる触媒の昇温方法。 - 請求項1〜11のいずれか一項に記載の排ガス処理装置の前記ハニカム構造体内にススが堆積した状態における前記ハニカム構造体の再生方法であり、
内部にススが堆積した前記ハニカム構造体を有する前記排ガス処理装置の前記開閉バルブを閉じて、前記排ガス処理装置の前記缶体内の排ガスの圧力を上げることによって排ガスの温度を上げて、ススを燃焼させ、前記ハニカム構造体を再生するハニカム構造体の再生方法。 - 請求項1〜11のいずれか一項に記載の排ガス処理装置の前記ハニカム構造体内にススが堆積した状態における前記ハニカム構造体の再生方法であり、
加給機により、前記排ガス処理装置の前記缶体内の排ガスの圧力を上げることによって排ガスの温度を上げて、ススを燃焼させ、前記ハニカム構造体を再生するハニカム構造体の再生方法。 - 請求項2〜11のいずれか一項に記載の排ガス処理装置の前記ハニカム構造体内に灰であるアッシュが堆積した状態における前記ハニカム構造体内の前記アッシュを除去するアッシュ除去方法であり、
前記排ガス処理装置における前記第2バルブを閉じつつ前記開閉バルブを開けて、前記ハニカム構造体の前記外側ハニカム構造部の前記外側流出端面から前記外側流入端面に向かう流体の流れを発生させて、前記ハニカム構造体の前記外側ハニカム構造部内に堆積したアッシュを除去するアッシュ除去方法。
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