JP4272083B2

JP4272083B2 - 排気浄化装置

Info

Publication number: JP4272083B2
Application number: JP2004033375A
Authority: JP
Inventors: 満細谷
Original assignee: Hino Motors Ltd
Current assignee: Hino Motors Ltd
Priority date: 2004-02-10
Filing date: 2004-02-10
Publication date: 2009-06-03
Anticipated expiration: 2024-02-10
Also published as: JP2005226473A

Description

本発明は、排気浄化装置に関するものである。

ディーゼルエンジンから排出されるパティキュレート（Particulate Matter：粒子状物質）は、炭素質から成る煤と、高沸点炭化水素成分から成るＳＯＦ分（Soluble Organic Fraction：可溶性有機成分）とを主成分とし、更に微量のサルフェート（ミスト状硫酸成分）を含んだ組成を成すものであるが、この種のパティキュレートの低減対策としては、排気ガスが流通する排気管の途中に、パティキュレートフィルタを装備することが従来より行われている。

この種のパティキュレートフィルタは、コージェライト等のセラミックから成る多孔質のハニカム構造となっており、格子状に区画された各流路の入口が交互に目封じされ、入口が目封じされていない流路については、その出口が目封じされるようになっており、各流路を区画する多孔質薄壁を透過した排気ガスのみが下流側へ排出されるようにしてある。

そして、排気ガス中のパティキュレートは、前記多孔質薄壁の内側表面に捕集されて堆積するので、目詰まりにより排気抵抗が増加しないうちにパティキュレートを適宜に燃焼除去してパティキュレートフィルタの再生を図る必要があるが、通常のディーゼルエンジンの運転状態においては、パティキュレートが自己燃焼するほどの高い排気温度が得られる機会が少ないため、例えば白金等の貴金属系の酸化触媒をパティキュレートフィルタに一体的に担持させた触媒再生型のパティキュレートフィルタを採用することが検討されている。

即ち、このような触媒再生型のパティキュレートフィルタを採用すれば、捕集されたパティキュレートの酸化反応が促進されて着火温度が低下し、従来より低い排気温度でもパティキュレートを燃焼除去することが可能となるのである（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−７３７４８号公報

そして、斯かる触媒再生型のパティキュレートフィルタの採用により約９５％もの高い低減率が既に達成されている状況にあり、特にパティキュレート中の煤の除去に関し非常に優れた成果が得られているわけであるが、パティキュレート中の５０ｎｍ（０．０５μｍ）以下のナノ粒子については、前述した如きパティキュレートフィルタを擦り抜けてしまうので、この種の極めて微小なナノ粒子の低減化が今後の大きな課題となっている。

本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、排気ガス中に含まれるパティキュレートをナノ粒子レベルまで良好に低減し得るようにした排気浄化装置を提供することを目的としている。

本発明は、排気管の途中に触媒再生型のパティキュレートフィルタを装備した排気浄化装置であって、前記パティキュレートフィルタの後段に該パティキュレートフィルタを経た排気ガス中に含まれるナノ粒子を酸化処理するための酸化触媒を設けると共に、該酸化触媒と前記パティキュレートフィルタとの間にオゾンを供給し得るようオゾン発生器を備えたことを特徴とするものである。

而して、このようにすれば、排気ガス中の煤が触媒再生型のパティキュレートフィルタを通過する際に殆ど除去され、ほぼナノ粒子のみを残留した排気ガスが後段の酸化触媒に導入されることになるが、この際にオゾン発生器から酸化触媒とパティキュレートフィルタとの間にオゾンを供給すると、極めて強い酸化力を持つオゾンの共存下で酸化触媒により酸化反応が助勢され、炭化水素等から成るナノ粒子が効率良く燃焼除去される。

即ち、パティキュレートフィルタを経て酸化触媒に導入されるナノ粒子は、煤から遊離した比較的燃え易い状態となっていて、煤を燃焼除去する場合のような保持時間が不要であるので、酸化触媒を通過する際に流路壁面等に触れるだけでナノ粒子が直ちに酸化力の強いオゾンと反応して二酸化炭素と水とに酸化処理されることになる。

尚、オゾンの持つ強力な脱臭作用により排気ガスの臭いも大幅に低減されることになるので、酸化触媒を経て最終的に車外へ排出される排気ガスが臭いの少ないものとなる。

また、本発明においては、オゾン発生器からのオゾンを拡散し得るよう酸化触媒とパティキュレートフィルタとの間にオゾン拡散室が設けられていることが好ましく、このようにすれば、酸化触媒とパティキュレートフィルタとの間に供給されたオゾンが排気ガス中に偏りなく拡散混合され、オゾン共存下でのナノ粒子の酸化反応の効率がより一層高められることになる。

上記した本発明の排気浄化装置によれば、下記の如き種々の優れた効果を奏し得る。

（Ｉ）本発明の請求項１に記載の発明によれば、触媒再生型のパティキュレートフィルタにより煤を殆ど先行除去された排気ガスを酸化触媒に導き、煤から遊離した比較的燃え易い状態となっているナノ粒子をオゾンの強力な酸化力と酸化触媒の触媒作用とにより効率良く燃焼除去することができるので、排気ガス中に含まれるパティキュレートをナノ粒子レベルまで良好に低減することができ、しかも、オゾンの持つ強力な脱臭作用により排気ガスの臭いも大幅に低減することができる。

（ＩＩ）本発明の請求項２に記載の発明によれば、オゾン発生器から導いたオゾンを排気ガス中に偏りなく拡散混合させることができ、オゾン共存下でのナノ粒子の酸化反応の効率をより一層向上することができる。

以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。

図１〜図４は本発明を実施する形態の一例を示すもので、図１中における符号の１はターボチャージャ２を搭載したディーゼルエンジンを示しており、エアクリーナ３から導いた吸気４を吸気管５を通し前記ターボチャージャ２のコンプレッサ２ａへ導いて加圧し、その加圧された吸気４をインタークーラ６を介しディーゼルエンジン１の各気筒に分配して導入するようにしてある。

また、このディーゼルエンジン１の各気筒から排気マニホールド７を介し排出された排気ガス８を前記ターボチャージャ２のタービン２ｂへ送り、該タービン２ｂを駆動した排気ガス８を触媒再生型のパティキュレートフィルタ１０を通してパティキュレートを捕集した上で排出するようにしてある。

ここで、前記パティキュレートフィルタ１０は、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）・セリア（ＣｅＯ₂）・白金（Ｐｔ）等を組成とする煤酸化触媒を一体的に担持して排気管９途中のフィルタケース１１内に収容されており、このフィルタケース１１内における前記パティキュレートフィルタ１０の後段には、図２に示す如きフロースルー型のハニカム担体（排気ガス８の流れ方向に貫通する多数の流路を格子状に備えたもの）にアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）、白金（Ｐｔ）を担持させた酸化触媒１２が収容されている。

そして、排気管９外部の所要場所には、放電により酸素からオゾンを生成し得るようにしたオゾン発生器１３が装備されており、該オゾン発生器１３で生成されたオゾンが、前記フィルタケース１１における酸化触媒１２とパティキュレートフィルタ１０との間へオゾン供給管１４を介して導入されるようになっている。

特に本形態例においては、オゾン供給管１４の供給口１４ａと後段の酸化触媒１２との間に、複数枚（図示する例では３枚）のパンチングメタル１５を所要間隔で配置したオゾン拡散室１６が設けられており、前記オゾン発生器１３からのオゾンが前記各パンチングメタル１５を通過するうちに良好に排気ガス８中に拡散混合されるようになっている。

また、最も下流側のパンチングメタル１５と酸化触媒１２との間には、該酸化触媒１２の入口排気温度を検出する温度センサ１７の検温部が挿入されており、該温度センサ１７からの検出信号１７ａがエンジン制御コンピュータ（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）を成す制御装置１８に対し入力されるようになっている。

他方、この制御装置１８においては、前記温度センサ１７からの検出信号１７ａに基づき、排気温度と共に変化する触媒活性に応じて過不足のない量のオゾンを前記オゾン発生器１３に生成させるべく該オゾン発生器１３に向け指令信号１８ａが出力されるようになっている。尚、図１中における１９はオゾン発生器１３への給電を担うバッテリ等の電源を示している。

而して、このように排気浄化装置を構成すれば、フィルタケース１１内に導入された排気ガス８がパティキュレートフィルタ１０に先に導入され、排気ガス８中の煤が前記パティキュレートフィルタ１０を通過する際に殆ど除去される結果、ほぼナノ粒子のみを残留した排気ガス８が後段の酸化触媒１２に導入されることになる。

この際、オゾン発生器１３から酸化触媒１２とパティキュレートフィルタ１０との間にオゾンを供給すると、該オゾンがオゾン拡散室１６の各パンチングメタル１５を通過することで良好に排気ガス８中に拡散混合され、後段の酸化触媒１２へ均等に供給されることになり、該酸化触媒１２において、極めて強い酸化力を持つオゾンの共存下で酸化反応が助勢され、炭化水素等から成るナノ粒子が効率良く燃焼除去される。

即ち、パティキュレートフィルタ１０を経て酸化触媒１２に導入されるナノ粒子は、煤から遊離した比較的燃え易い状態となっていて、煤を燃焼除去する場合のような保持時間が不要であるので、酸化触媒１２を通過する際に流路壁面等に触れるだけでナノ粒子が直ちに酸化力の強いオゾンと反応して二酸化炭素と水とに酸化処理されることになる。

尚、オゾンの持つ強力な脱臭作用により排気ガス８の臭いも大幅に低減されることになるので、酸化触媒１２を経て最終的に車外へ排出される排気ガス８が臭いの少ないものとなる。

従って、上記形態例によれば、触媒再生型のパティキュレートフィルタ１０により煤を殆ど先行除去された排気ガス８を酸化触媒１２に導き、煤から遊離した比較的燃え易い状態となっているナノ粒子をオゾンの強力な酸化力と酸化触媒１２の触媒作用とにより効率良く燃焼除去することができるので、排気ガス８中に含まれるパティキュレートをナノ粒子レベルまで良好に低減することができ、しかも、オゾンの持つ強力な脱臭作用により排気ガス８の臭いも大幅に低減することができる。

事実、本発明者らによる検証実験によれば、図３中にグラフ（横軸：パティキュレートの粒径［ｎｍ］、縦軸：１ｃｃ当たりの排気ガス８中に含まれる粒子数）で示す通り、本形態例で最終的に排出される排気ガス８中に残る粒子の粒径別の分布曲線Ａは、５０ｎｍ（０．０５μｍ）以下のナノ粒子についても良好な低減効果を得られるものとなり、従来のパティキュレートフィルタ１０単独使用の場合の分布曲線Ｂと比較して、図３中にクロスハッチングで示す如きナノ粒子の低減化に関する顕著な改善が確認された。尚、図３中のグラフにおける分布曲線Ｃは、パティキュレートフィルタ１０等の後処理装置を一切通さずに排出した場合の比較例を示している。

また、図４中にグラフで示す通り、排気ガス８を何倍に希釈したら臭いがなくなるかを判定する臭気濃度を調査したところ、後処理装置を一切通さない場合に約５００００倍の臭気濃度であったものが、本形態例では約５０００倍の臭気濃度まで低減できることが確認された。

更に、特に本形態例で例示した如く、酸化触媒１２とパティキュレートフィルタ１０との間にオゾン拡散室１６を設けておけば、オゾン発生器１３から導いたオゾンを排気ガス８中に偏りなく拡散混合させることができ、オゾン共存下でのナノ粒子の酸化反応の効率をより一層向上することができる。

尚、本発明の排気浄化装置は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、酸化触媒とパティキュレートフィルタとの間のオゾン拡散室は必要に応じて設ければ良いこと、また、後段の酸化触媒が前段のパティキュレートフィルタとは別のパティキュレートフィルタに担持されていても良いこと、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

本発明を実施する形態の一例を示す概略図である。図１の酸化触媒を拡大して示す斜視図である。パティキュレートの粒径と排気ガス中に残る粒子数との関係を示すグラフである。オゾンによる脱臭作用について検証したグラフである。

符号の説明

８排気ガス
９排気管
１０パティキュレートフィルタ
１２酸化触媒
１３オゾン発生器
１６オゾン拡散室

Claims

排気管の途中に触媒再生型のパティキュレートフィルタを装備した排気浄化装置であって、前記パティキュレートフィルタの後段に該パティキュレートフィルタを経た排気ガス中に含まれるナノ粒子を酸化処理するための酸化触媒を設けると共に、該酸化触媒と前記パティキュレートフィルタとの間にオゾンを供給し得るようオゾン発生器を備えたことを特徴とする排気浄化装置。
オゾン発生器からのオゾンを拡散し得るよう酸化触媒とパティキュレートフィルタとの間にオゾン拡散室が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。