JP5013994B2

JP5013994B2 - 排気浄化装置

Info

Publication number: JP5013994B2
Application number: JP2007174012A
Authority: JP
Inventors: 俊克村松; 英史国島; 仁一南川; 敏樹大矢; 意知松波
Original assignee: Hino Motors Ltd
Current assignee: Hino Motors Ltd
Priority date: 2007-07-02
Filing date: 2007-07-02
Publication date: 2012-08-29
Anticipated expiration: 2027-07-02
Also published as: JP2009013808A

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、炭素質から成る煤分と、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、図７に示す如く、ディーゼルエンジン１からの排気ガス３が流通する排気管４の途中にパティキュレートフィルタ６を装備することが考えられている。

ここに図示している例においては、自動車のディーゼルエンジン１（内燃機関）から排気マニホールド２を介して排出された排気ガス３が流通している排気管４のマフラ５内に、酸化触媒を一体的に担持して成る触媒再生型のパティキュレートフィルタ６を収容させた場合を例示しており、該パティキュレートフィルタ６を抱持するフィルタケース７がマフラ５の外筒を成すようになっている。

図８に模式的に断面構造を示している通り、このパティキュレートフィルタ６は、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６ａ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６ａ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６ａを区画する多孔質薄壁６ｂを透過した排気ガス３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３中のパティキュレートは、前記多孔質薄壁６ｂ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為、例えばアルミナに白金を担持させたものに適宜な量のセリウム等の希土類元素を添加して成る酸化触媒を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の採用が検討されている。

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。

また、図９に示している例においては、特に捕集済みパティキュレートの酸化反応を支援する目的でフィルタケース８内のパティキュレートフィルタ６の前段にフロースルー型の酸化触媒９（図１０参照）を備えるものがあり、このような排気浄化装置では、パティキュレートフィルタ６の前段の酸化触媒９にて添加燃料が酸化反応して反応熱を生じ、その反応熱で昇温した排気ガス３がパティキュレートフィルタ６へと導入されることになるので、より低い排気温度からパティキュレートフィルタ６の強制再生を実現することが可能となる。

更に、このような例においては、前記酸化触媒９より上流側の排気ガス３中に燃料を添加してパティキュレートフィルタ６の強制再生を行うものがあり、添加された燃料（ＨＣ）が前段の酸化触媒９の各セル内を通過する間に酸化反応し、その反応熱で昇温した排気ガス３の流入により直後のパティキュレートフィルタ６の触媒床温度が上げられてパティキュレートが燃やし尽くされ、パティキュレートフィルタ６の再生化が図られるものがある。

また、この種の燃料添加を実行するための具体的手段としては、圧縮上死点付近で行われる燃料のメイン噴射に続いて圧縮上死点より遅い非着火のタイミングでポスト噴射を行うことで排出ガス中に燃料を添加するのが一般的であるが、気筒内へのメイン噴射の時期を通常より遅らせることで排気ガス３中に燃料を添加するようにしても良く、更には、このように気筒内への燃料噴射を制御して排気ガス３中に未燃燃料分を多く残すことにより燃料添加を行う手段だけでなく、排気管の適宜位置（排気マニホールドでも可）に燃料添加手段としてインジェクタを貫通装着し、このインジェクタにより排気ガス３中に燃料を直噴して添加することも可能である。

ここで、フィルタケース８の前側には、図１１に示す如く、分散板１０を備えたフロントサイレンサ１１が装備されると共に、後側にはリアサイレンサ１２が装備されており、フロントサイレンサ１１内の分散板１０には、図１２に示す如く、中央面１３に複数の小径の孔１４を配置すると共に、その周囲面１５に複数列（図１２では３列）で周方向に沿う中径の孔１６を配置し、排気ガス３が流下した際には、排気ガス３を分散して酸化触媒９へ排気ガス３を均一化して流すようにしている。

尚、斯かる分散板を備えた排気浄化装置に関連する先行技術文献情報としては本発明と同じ出願人による下記の特許文献がある。
特開２００３−１０６１３９号公報特開２００３−２１４１３６号公報特開２００４−２２５６５７号公報

しかしながら、渋滞路を走行する場合や、進行停止（Ｇｏ−Ｓｔｏｐ）の頻度が高い走行の場合には、排気ガス３の温度が低く、排気ガス３の流量も少ないため、図１３に示す如く排気ガス３の流下が不均一になり、酸化触媒９の前端面９ａに煤が付着してブリッジ状に堆積し、目詰まりを生じるという問題があった。又、ポスト噴射を行った場合には、図１４に示す如く、ミスト状の燃料１７が拡散せず、主に分散板１０の中央から流下し、酸化触媒９の前端面９ａの煤に更に付着して成長し、目詰まりを生じるという問題があった。なお、図１５はブリッジ状の煤の上にミスト状の燃料１７が付着する状態を示すものである。

本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、排気ガスの温度が低く且つ流量が少ない場合やポスト噴射を行った場合に酸化触媒の目詰まりを防止し得る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、フィルタケース内の前段に酸化触媒を配置すると共に後段にパティキュレートフィルタを配置し、前記酸化触媒の上流側に分散板を備える排気浄化装置であって、
前記分散板は、中央面を無孔にすると共に周囲面に複数の連通孔を形成し、
前記連通孔は、中央面の無孔を中心として周方向に沿って所定の間隔で配置される大径の孔と、周方向で隣接する大径の孔の間に複数配置され且つ周方向に沿って規則的に配置される小径の孔とを備え、ミスト状の燃料を分散して下流へ流し得るよう構成したものである。

而して、このようにすれば、分散板の中央面は排気ガスの流れを外周方向へ拡散させると共に、分散板の周囲面は連通孔により排気ガスを更に拡散して下流へ流すので、煤やミスト状の燃料が酸化触媒の中央に集中することを抑制し、排気ガスの温度が低い場合やポスト噴射を行った場合であっても、煤やミスト状の燃料による酸化触媒の目詰まりを防止することができる。

また、分散板の連通孔は、中央面の無孔を中心として周方向に沿って所定の間隔で配置される大径の孔と、周方向で隣接する大径の孔の間に複数配置され且つ周方向に沿って規則的に配置される小径の孔とを備えると、排気ガスの温度が低く且つ流量が少ない場合や、ミスト状の燃料を含んだ排気ガスが流れる場合であっても、大径の孔と小径の孔に構成により、夫々の排気ガスを適切に分散させるので、煤やミスト状の燃料による酸化触媒の目詰まりを好適に防止することができる。

更に、本発明において、フィルタケースの上流側に配置されるフロントサイレンサに分散板を配置することが好ましく、また、フィルタケースの下流側に配置されるリアサイレンサに分散板を配置することが好ましい。このようにすれば、排気ガスを適切に分散させると同時に、騒音を好適に抑制することができる。

上記した本発明の排気浄化装置によれば、分散板の中央面、及び周囲面の連通孔により煤やミスト状の燃料を分散するので、煤やミスト状の燃料が酸化触媒の中央に集中することを抑制し、排気ガスの温度が低い場合やポスト噴射を行った場合であっても、煤やミスト状の燃料による酸化触媒の目詰まりを防止することができるという優れた効果を奏し得る。

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６は本発明を実施する形態の一例を示すもので、図７〜図１５と同一の符号を付した部分は同一物を表わしている。

本発明の実施の形態例において、排気ガス３が流通する排気管４のフィルタケース８内には、前段に酸化触媒９を配置すると共に後段にパティキュレートフィルタ６を配置しており、フィルタケース８の上流側の端部にはフロントサイレンサ１１を配置すると共に、フィルタケース８の下流側の端部にはリアサイレンサ１２を配置している。

フロントサイレンサ１１のフィルタケース側開口面１１ａには、酸化触媒９の上流側に位置するように分散板１８を備えると共に、リアサイレンサ１２のフィルタケース側開口面１２ａには、パティキュレートフィルタ６の下流側に位置するように分散板１９を備えており、フロントサイレンサ１１側の分散板１８は、フィルタケース８とフロントサイレンサ１１の間に挟み込まれるよう、外周縁２０のボルト孔２１を介してボルト締結により固定されており、リアサイレンサ１２側の分散板１９は、同様にフィルタケース８とリアサイレンサ１２の間に挟み込まれるよう、外周縁２２のボルト孔２３を介してボルト締結により固定されている。

ここで、フロントサイレンサ１１及びリアサイレンサ１２に配置される分散板１８，１９は、中央面２４，２５に孔を形成することなく、周囲面２６，２７に複数の連通孔２８，２９を形成しており、周囲面２６，２７の連通孔２８，２９は、周方向に沿って所定の間隔で配置された複数の大径の孔（図２では６個）３０，３１と、大径の孔３０，３１の間で夫々複数個で配置された小径の孔（図２では大径の孔の間で夫々３個）３２，３３とを備えており、全体の孔３０，３１，３２，３３の面積は、従来の連通孔の総面積と略同じ面積になるようになっている。

以下、上記図示例の作用を説明する。

フロントサイレンサ１１に流入した排気ガス３が分散板１８を介して酸化触媒９へ流下する際には、最初に、排気ガス３が分散板１８の無孔の中央面２４に当たって周方向へ拡散し、次いで周囲面２６の連通孔２８により更に拡散して下流へ流下する。

この時、本発明者らにより各種の実験を経て得られた知見によれば、排気ガス３の温度が低く且つ排気ガスの３流量も少ない状態であっても、連通孔２８の大径の孔３０と小径の孔３２との規則的な構成により均等に排気ガス３を分散し、同時に、連通孔２８が従来と略同じ総面積を備えて圧力変化による騒音の発生を同様に抑制する。又、ポスト噴射によりミスト状の燃料１７を含む排気ガス３が流下する場合であっても、連通孔２８に大径の孔３０を備えることにより、ミスト状の燃料１７を分散して下流へ流す。ここで、小径の孔３２が多い構成では、ミスト状の燃料１７を適切に分散させることができない。又、大径の孔３０を６個配置し、且つ小径の孔３２を大径の孔３０間に夫々３個ずつ配置することが最適にミスト状の燃料１７を分散させる。

一方、パティキュレートフィルタ６から流下した排気ガス３がリアサイレンサ１２の分散板１９を通過する際には、同様に、排気ガス３が分散板１９の中央面２５及び周囲面２７の連通孔２９により分散し、更に、圧力変化による騒音の発生を抑制する。

而して、このように排気浄化装置を構成すれば、分散板１８の中央面２４は排気ガス３の流れを外周方向へ拡散させると共に、分散板１８の周囲面２６は連通孔２８により排気ガス３を更に拡散して下流へ流すので、煤やミスト状の燃料１７が酸化触媒９の中央に集中することを抑制し、排気ガス３の温度が低く且つ排気ガス３の流量が少ない場合や、ポスト噴射を行った場合であっても、煤やミスト状の燃料１７による酸化触媒９の目詰まりを防止することができる。

また、分散板１８の連通孔２８は、中央面２４の無孔を中心として周方向に沿って所定の間隔で配置される大径の孔３０と、周方向で隣接する大径の孔３０の間に複数配置され且つ周方向に沿って規則的に配置される小径の孔３２とを備えると、煤を含んだ排気ガス３が流れる場合や、ミスト状の燃料１７を含んだ排気ガス３が流れる場合であっても、大径の孔３０と小径の孔３２に構成により、夫々の排気ガス３を適切に分散させるので、煤やミスト状の燃料１７による酸化触媒９の目詰まりを好適に防止することができる。

更に、本実施の形態例において、フィルタケース８の上流側に配置されるフロントサイレンサ１１に分散板１８を配置すると、酸化触媒９へ流入する排気ガス３を適切に分散させると同時に、フィルタケース８の前方で騒音を好適に抑制することができる。

更にまた、フィルタケース８の下流側に配置されるリアサイレンサ１２に分散板１９を配置すると、パティキュレートフィルタ６から流下した排気ガス３を適切に分散させると同時に、フィルタケース８の後方で騒音を好適に抑制することができる。

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、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。

本発明のフロントサイレンサを示す側面図である。図１の分散板を示す正面図である。本発明のリアサイレンサを示す側面図である。図３の分散板を示す正面図である。煤を含んだ排気ガスを流す状態を示す概念図である。ミスト状の燃料を含んだ排気ガスを流す状態を示す概念図である。従来の排気浄化装置の全体構造を示す概略図である。図７のパティキュレートフィルタの構造を模式的に示す断面図である。パティキュレートフィルタの前段に酸化触媒を配置した例を示す概念図である。図９の酸化触媒の構造を模式的に示す斜視図である。図９のフロントサイレンサを示す側面図である。図１１の分散板を示す正面図である。煤を含んだ排気ガスを流す状態を示す概念図である。ミスト状の燃料を含んだ排気ガスを流す状態を示す概念図である。煤の上にミスト状の燃料が付着する状態を示す概念図である。

符号の説明

３排気ガス
６パティキュレートフィルタ
８フィルタケース
９酸化触媒
１１フロントサイレンサ
１２リアサイレンサ
１８分散板
１９分散板
２４中央面
２５中央面
２６周囲面
２７周囲面
２８連通孔
２９連通孔
３０大径の孔
３１大径の孔
３２小径の孔
３３小径の孔

Claims

フィルタケース内の前段に酸化触媒を配置すると共に後段にパティキュレートフィルタを配置し、前記酸化触媒の上流側に分散板を備える排気浄化装置であって、
前記分散板は、中央面を無孔にすると共に周囲面に複数の連通孔を形成し、
前記連通孔は、中央面の無孔を中心として周方向に沿って所定の間隔で配置される大径の孔と、周方向で隣接する大径の孔の間に複数配置され且つ周方向に沿って規則的に配置される小径の孔とを備え、ミスト状の燃料を分散して下流へ流し得るよう構成したことを特徴とする排気浄化装置。
フィルタケースの上流側に配置されるフロントサイレンサに分散板を配置したことを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
フィルタケースの下流側に配置されるリアサイレンサに分散板を配置したことを特徴とする請求項１又は２に記載の排気浄化装置。