JP2012013059A - Exhaust gas cleaning device - Google Patents
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Abstract
【課題】排ガス浄化装置に関し、粒子状物質の捕集量分布を均一にし、フィルタの再生効率を向上させる。
【解決手段】エンジン8の排気通路5に、排気中に含まれる粒子状物質を捕集する第一フィルタ1を設け、その下流側に第二フィルタ2を設ける。第一フィルタ1の担体の気孔率を第二フィルタ2の担体の気孔率よりも高く設定する。
【選択図】図2The present invention relates to an exhaust gas purifying apparatus, which makes the distribution of collected particulate matter uniform and improves the regeneration efficiency of the filter.
A first filter for collecting particulate matter contained in exhaust gas is provided in an exhaust passage of an engine, and a second filter is provided downstream thereof. The porosity of the carrier of the first filter 1 is set to be higher than the porosity of the carrier of the second filter 2.
[Selection] Figure 2
Description
本発明は、内燃機関の排ガスを浄化するための排ガス浄化装置に関する。 The present invention relates to an exhaust gas purification device for purifying exhaust gas of an internal combustion engine.
従来、内燃機関、特にディーゼルエンジンの排ガスに含まれる粒子状物質(パティキュレートマター、Particulate Matter;以下PMと略す)を除去するための浄化装置として、ディーゼルパティキュレートフィルタ(DPF,Diesel Particulate Filter;以下フィルタと略す)が知られている。PMとは炭素からなる黒煙(すす)の周囲に燃え残った燃料や潤滑油の成分,硫黄化合物等が付着した粒子状の物質であり、フィルタ上にはこれらのPMに見合った大きさの多数の細孔が形成される。 Conventionally, as a purification device for removing particulate matter (Particulate Matter; hereinafter abbreviated as PM) contained in exhaust gas of an internal combustion engine, particularly a diesel engine, a diesel particulate filter (DPF, Diesel Particulate Filter; hereinafter) (Abbreviated as “filter”). PM is a particulate substance with fuel, lubricant components, sulfur compounds, etc. attached to the surroundings of black smoke (soot) made of carbon. A large number of pores are formed.
排ガス中のPMはフィルタにより捕集されるが、PMが捕集され続けるとフィルタが目詰まりし、最終的には排ガスが流れなくなってしまう。このため、捕集されたPMを燃焼(焼却)して除去する必要が生じる。PMの除去方法としては、フィルタの温度をPMの燃焼に必要な温度まで意図的に昇温・維持することでフィルタ上に捕集されたPMを強制的に燃焼除去する方法(強制再生式)や、フィルタの温度を意図的に昇温する事なく、通常運転中に燃焼除去する方法(連続再生式、自然再生式)などがある。 PM in the exhaust gas is collected by the filter, but if PM continues to be collected, the filter will be clogged and eventually the exhaust gas will not flow. For this reason, the collected PM needs to be removed by burning (incineration). As a method for removing PM, a method of forcibly burning and removing PM collected on the filter by intentionally raising and maintaining the temperature of the filter to the temperature required for PM combustion (forced regeneration type) In addition, there is a method of burning and removing during normal operation (continuous regeneration type, natural regeneration type) without intentionally increasing the temperature of the filter.
連続再生式の排気浄化装置としては、例えば、フィルタの上流に配置した酸化触媒で、排ガス中の一酸化窒素(NO)から二酸化窒素(NO2)を生成し、フィルタ上に捕集されたPMと上記方法により生成した二酸化窒素とを反応させて連続的にPMを燃焼除去する手法がある。また、フィルタの表面には触媒が担持されていても良く、この場合、排ガス中の二酸化窒素とフィルタ上に捕集されたPMとの反応を促進する事が可能となる。 As a continuous regeneration type exhaust purification device, for example, an oxidation catalyst disposed upstream of a filter generates nitrogen dioxide (NO 2 ) from nitrogen monoxide (NO) in exhaust gas, and is collected on the filter. There is a technique in which PM is continuously burned and removed by reacting with nitrogen dioxide produced by the above method. Further, a catalyst may be supported on the surface of the filter. In this case, the reaction between nitrogen dioxide in the exhaust gas and PM collected on the filter can be promoted.
一方、強制再生式の排気浄化装置としては、例えば、フィルタの上流に配置した酸化触媒に未燃燃料(HC)を供給し、酸化触媒にて未燃燃料が酸化される際に発生する反応熱を利用してフィルタを昇温する手法がある。このような手法により、フィルタに捕集されたPMが除去され、フィルタが再生浄化される。 On the other hand, as a forced regeneration type exhaust purification device, for example, reaction heat generated when unburned fuel (HC) is supplied to an oxidation catalyst disposed upstream of a filter and the unburned fuel is oxidized by the oxidation catalyst. There is a method of raising the temperature of the filter by using. By such a method, PM collected by the filter is removed, and the filter is regenerated and purified.
このようなフィルタの再生効率は、PMをフィルタの全体で満遍なく捕集し、均一な温度でのPMの酸化反応を促すことで向上する。そこで、排ガスの流通方向についてのPMの分布を均一にするためのフィルタ構造が提案されている。
例えば特許文献1には、セル隔壁の細孔径が異なる複数の触媒付きフィルタを用いた排ガス浄化装置が開示されている。この技術では、複数のフィルタを排ガスの上流側から下流側に向かって平均細孔径が大きなものから小さなものへと順に直列に配置している。このような構成により、各々のフィルタに捕集されるPMの粒径を相違させ、PMの捕集量を排ガスの流通方向に分散させている。
The regeneration efficiency of such a filter is improved by collecting PM uniformly throughout the filter and promoting the oxidation reaction of PM at a uniform temperature. Therefore, a filter structure for making the PM distribution in the exhaust gas distribution direction uniform has been proposed.
For example,
しかしながら、フィルタに導入される排ガス中に含まれるPMの粒径分布は必ずしも均一ではない。そのため、PMの捕集量の分布に偏りが生じ、良好な再生効率が得られない場合がある。流入してきたPMは、フィルタの上流部分から順に捕集されるという特徴があるため、特に、粒径の大きなPMが排ガス中に多く含まれている場合には、フィルタの下流部分が十分に機能しないことになり、再生効率が大きく低下する。さらに、フィルタの上流部分に大量のPMが捕集され、排気通路の圧力損失が著しく増大するため、エンジンの出力低下や燃費の低下が懸念される。 However, the particle size distribution of PM contained in the exhaust gas introduced into the filter is not necessarily uniform. For this reason, the distribution of the collected amount of PM is biased, and good regeneration efficiency may not be obtained. Since the inflow PM is collected in order from the upstream part of the filter, the downstream part of the filter functions sufficiently, especially when a large amount of PM with a large particle size is contained in the exhaust gas. As a result, the reproduction efficiency is greatly reduced. Furthermore, since a large amount of PM is collected in the upstream portion of the filter and the pressure loss in the exhaust passage increases remarkably, there is a concern that the output of the engine and the fuel consumption may be reduced.
また、特許文献1のような技術では、排ガスの流通方向に垂直な方向についてのPMの捕集量を分散させることができない。
例えば、フィルタの中央部に対して排ガスが導入されるストレートタイプのケーシングを備えた排ガス浄化装置では、フィルタ外周部よりもフィルタ中心部での捕集量が増加しやすい反面、排ガスの流れが中央に導入されていることと、PMが燃焼する際に発生する反応熱が高くなることから、相対的にフィルタ中心部の温度が上昇しやすい。そのため、フィルタ中心部に捕集されたPMが優先的に除去される事になり、圧損の関係から、新たに流入してくる排ガスは、捕集されたPMが除去されたフィルタ中央部に偏って流れ込み、結果として、フィルタ外周部にPMの燃え残りが生じやすく、再生効率を向上させにくい。
Further, with the technique such as
For example, in an exhaust gas purification apparatus having a straight type casing into which exhaust gas is introduced into the center of the filter, the amount of collection at the center of the filter is more likely to increase than the outer periphery of the filter, but the exhaust gas flow is in the center. Since it is introduced and the reaction heat generated when PM burns increases, the temperature at the center of the filter is relatively likely to rise. Therefore, PM collected in the filter center is preferentially removed, and due to pressure loss, newly entering exhaust gas is biased toward the filter center where the collected PM is removed. As a result, PM remains unburned easily on the outer periphery of the filter, making it difficult to improve the regeneration efficiency.
あるいは、フィルタの入口近傍で排ガスの流通方向が変化する屈曲タイプのケーシングにおいても、屈曲した排気通路の内側よりも外側へと排ガスが流れやすくなり、フィルタの内側寄りの位置では良好な再生効率が得られにくい。
これらの現象は、連続再生式でも、強制再生式でも同様に発生する。連続再生式の場合には、PMの燃焼に必要な要素として温度のみならず、フィルタ上流の酸化触媒で生成した二酸化窒素も必要となるため、ガス流れによる影響は強制再生式と同レベルである。
Alternatively, even in a bent type casing in which the flow direction of the exhaust gas changes near the inlet of the filter, the exhaust gas easily flows to the outside rather than the inside of the bent exhaust passage, and good regeneration efficiency is obtained at a position closer to the inside of the filter. It is difficult to obtain.
These phenomena occur similarly in the continuous regeneration type and the forced regeneration type. In the case of the continuous regeneration type, not only the temperature but also nitrogen dioxide generated by the oxidation catalyst upstream of the filter is necessary as an element necessary for PM combustion, so the influence of the gas flow is the same level as the forced regeneration type. .
本件の目的の一つは、上記のような課題に鑑み創案されたもので、排ガス浄化装置でのPMの捕集量分布を均一にし、排ガス流通方向及びこれに垂直な方向のそれぞれにおいてフィルタの再生効率を向上させることである。
なお、この目的に限らず、後述する発明を実施するための形態に示す各構成により導かれる作用効果であって、従来の技術によっては得られない作用効果を奏することも本件の他の目的として位置づけることができる。
One of the purposes of this case was created in view of the above-described problems. The PM collection amount distribution in the exhaust gas purification device is made uniform, and the filter is arranged in each of the exhaust gas distribution direction and the direction perpendicular thereto. It is to improve the reproduction efficiency.
The present invention is not limited to this purpose, and is a function and effect derived from each configuration shown in the embodiments for carrying out the invention described later, and other effects of the present invention are to obtain a function and effect that cannot be obtained by conventional techniques. Can be positioned.
(1)ここで開示する排ガス浄化装置は、内燃機関の排気通路に設けられ、排気中に含まれる粒子状物質を捕集する第一多孔体と、前記排気通路の前記第一多孔体よりも下流側に設けられ、前記排気中に含まれる粒子状物質を捕集する第二多孔体とを備え、前記第一多孔体が、前記第二多孔体よりも高い気孔率を有するものである。
(2)また、前記第一多孔体が、上流側の端部及び下流側の端部がともに開放された流路を形成するオープンフロー型の担体として設けられる。
(1) An exhaust gas purifying device disclosed herein is provided in an exhaust passage of an internal combustion engine, a first porous body that collects particulate matter contained in exhaust gas, and the first porous body of the exhaust passage And a second porous body that collects particulate matter contained in the exhaust gas, and the first porous body has a higher porosity than the second porous body. It is what you have.
(2) In addition, the first porous body is provided as an open flow type carrier that forms a channel in which both the upstream end and the downstream end are open.
(3)また、前記第二多孔体が、上流側の端部及び下流側の端部の少なくとも何れか一方が閉鎖された流路を形成するクローズドフロー型の担体として設けられる。
(4)また、排気の流通方向に垂直な断面において、前記第一多孔体の断面積が、前記第二多孔体の断面積以上の大きさである。
(3) Further, the second porous body is provided as a closed flow type carrier that forms a channel in which at least one of the upstream end and the downstream end is closed.
(4) Moreover, in the cross section perpendicular to the flow direction of the exhaust gas, the cross-sectional area of the first porous body is larger than the cross-sectional area of the second porous body.
(5)また、前記第一多孔体が、前記第二多孔体よりも大きな気孔径を有する。
(6)また、前記第一多孔体及び前記第二多孔体が、複数のセル壁で区画されたハニカム構造の担体であって、前記第一多孔体のセル壁厚が、前記第二多孔体のセル壁厚よりも小さい。
(5) Moreover, said 1st porous body has a larger pore diameter than said 2nd porous body.
(6) Further, the first porous body and the second porous body are a carrier having a honeycomb structure partitioned by a plurality of cell walls, and the cell wall thickness of the first porous body is the first porous body. It is smaller than the cell wall thickness of the biporous body.
(7)また、前記第一多孔体及び前記第二多孔体が、単一のケーシング内に配置される。
(8)また、前記第一多孔体が、70%以上の気孔率を有する。
(9)また、前記第二多孔体が、55%以下の気孔率を有する。
(7) Moreover, said 1st porous body and said 2nd porous body are arrange | positioned in a single casing.
(8) Moreover, the first porous body has a porosity of 70% or more.
(9) Further, the second porous body has a porosity of 55% or less.
開示の排ガス浄化装置によれば、第一多孔体の気孔率を第二多孔体の気孔率よりも高くすることで、排気の上流側での圧力損失を下流側での圧力損失よりも小さくすることができ、下流側での粒子状物質(PM)の捕集率を相対的に向上させることができる。これにより、排気の流通方向についての粒子状物質の捕集量を均一にすることができ、装置全体での粒子状物質の捕集効率を向上させることができる。 According to the disclosed exhaust gas purifying apparatus, by making the porosity of the first porous body higher than the porosity of the second porous body, the pressure loss on the upstream side of the exhaust is more than the pressure loss on the downstream side. Therefore, the particulate matter (PM) collection rate on the downstream side can be relatively improved. Thereby, the collection amount of the particulate matter in the flow direction of the exhaust gas can be made uniform, and the collection efficiency of the particulate matter in the entire apparatus can be improved.
図面を参照して排ガス浄化装置について説明する。なお、以下に示す実施形態は、あくまでも例示に過ぎず、以下の実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。 The exhaust gas purification apparatus will be described with reference to the drawings. Note that the embodiment described below is merely an example, and there is no intention to exclude various modifications and technical applications that are not explicitly described in the following embodiment.
[1.全体構成]
本排ガス浄化装置は、図1に示すような内燃機関(エンジン)の排気通路上に適用されている。
図1に示すエンジン8は、軽油を燃料とするディーゼルエンジンであり、このエンジン8には排気通路5及び吸気通路6が接続される。エンジン8の各気筒の燃焼室には吸気通路6を介して吸気が導入され、燃焼後の排ガスは排気通路5を介して外部へ排出される。
[1. overall structure]
The exhaust gas purifying apparatus is applied to an exhaust passage of an internal combustion engine (engine) as shown in FIG.
An engine 8 shown in FIG. 1 is a diesel engine using light oil as a fuel, and an
排気通路5上には、排ガスの流れの上流側から順に、ターボチャージャー7,酸化触媒3及びフィルタ4が介装される。ターボチャージャー7は、排気通路5及び吸気通路6のそれぞれを跨ぐように介装された過給器であり、排気通路5を流通する排ガスの排気圧でタービンを回転させ、その回転力を利用してコンプレッサを駆動することにより、吸気通路6からの吸気を圧縮してエンジン8への過給を行う。
On the
酸化触媒3は例えば三元触媒であり、排ガス中に含まれる一酸化窒素を酸化して二酸化窒素を生成し、これを下流側のフィルタ4に供給するものである。また、酸化触媒3は、流入した排ガス中の未燃燃料(HC)や一酸化炭素(CO)といった有害成分を酸化・浄化する機能を有するとともに、その反応熱により、排ガスの温度を上昇させる機能も有する。
The
フィルタ4は、排ガスに含まれるPMを捕集するとともに、これを燃焼させて除去する強制再生式フィルタであり、その表面には触媒が担持される。なお、酸化触媒3で未燃燃料を酸化する事により発生した反応熱を利用し、フィルタ4を所定の温度まで昇温・維持させ、フィルタ4上に捕集されたPMを所定の温度条件下で燃焼させる。
The
[2.フィルタの詳細]
図2(a)に示すように、フィルタ4はケーシング9とその内部に直列に配置された第一フィルタ1及び第二フィルタ2を備える。第一フィルタ1及び第二フィルタ2は同一径の円筒状であり、互いに円形の端面が平行に向かい合うように配置され、ケーシング9内に固定される。第一フィルタ1と第二フィルタ2との間には所定の間隙11が設けられ、フィルタ同士が互いに物理的に非接触とされる。間隙11では、排ガスの流動が許容されるとともに、排ガスの混合が促進される。
[2. Filter details]
As shown in FIG. 2A, the
ケーシング9は金属製の容器であり、円筒状に形成された本体部9aとその上下両端部を縮径して排気通路5に接続する円錐台状の入口部9b及び出口部9cを有する。ケーシング9は屈曲タイプであり、排気通路5が入口部9bに接続される部位での流路中心軸が本体部9aの筒軸に対してやや傾いている。また、出口部9cに接続される排気通路5の流路中心も同様に、本体部9aの筒軸に対して傾斜している。
The
第一フィルタ1は上流側のフィルタであり、第一フィルタ1の内部には、セル壁1a(第一多孔体)によって排ガスの流通方向に沿って複数の通路に分割されたハニカム構造の複数のセル1bが形成される。これらのセル1bは、図2(b)に示すようにオープンフロー型であり、上流側及び下流側の端部はそれぞれ開放される。これにより、排ガスは第一フィルタ1のセル1bの内部を上流側から下流側へと流通し、あるいは、セル壁1aの内部の空隙を通り抜けて隣接するセル1bへと移動する。
The
一方、第二フィルタ2は第一フィルタ1よりも下流側に配置されるフィルタである。第二フィルタ2の内部にも、セル壁2a(第二多孔体)によって排ガスの流通方向に沿って複数の通路に分割されたハニカム構造の複数のセル2bが形成される。これらのセル2bは、図2(c)に示すようにクローズドフロー型であり、上流側及び下流側の何れか一方の端部がセル壁2aと同種の材質の目止め2cで閉塞される。これにより、全ての排ガスは第二フィルタ2のセル2bを通過して下流側へと流れる。
On the other hand, the
第一フィルタ1のセル壁1a及び第二フィルタ2のセル壁2aは、その表面又は内部にPMを捕集する多孔体である。これらのセル壁1a,2aの表面には、捕集されたPMを酸化するための触媒層が設けられる。触媒層の化学的な構造は任意である。また、セル壁1a,2aの材質は、例えば金属,多孔金属(メタル担体)としてもよいし、コーディエライト,炭化ケイ素,窒化ケイ素等のセラミックス(セラミックス担体)としてもよい。
The
第一フィルタ1のセル壁1aは、第二フィルタ2のセル壁2aよりも高い気孔率を持つ。例えば、セル壁1aの気孔率を70[%]以上とし、セル壁2aの気孔率を55[%]以下とする。つまり、第一フィルタ1でのPMの捕集効率を第二フィルタ2での捕集効率よりも低く設定する。なお、セル壁1a,2a内での気孔の分布は均一としてもよいし、あるいはセル壁1a,2aの内部よりもその表面側に多くの気孔が偏ったもの(セル壁1a,2aの表面に露出する気孔の多いもの)としてもよい。
The
ここでいう気孔率とは、セル1b,2bの空間を除くセル壁1a,2aのみの見かけの体積(セル壁1a,2aの外形によって規定される体積であって、セル壁1a,2aに内包される気孔を含む体積)に対する気孔の体積の割合である。したがって、気孔率はセル壁1a,2aのみによって定まり、セル1b,2bの大きさに依存しない。
The porosity here means the apparent volume of only the
また、第一フィルタ1のセル壁1aの平均気孔径は、第二フィルタ2のセル壁2aの平均気孔径よりも大径とする。例えば、セル壁1aの平均気孔径を50[μm]以上とし、セル壁2aの平均気孔径を25[μm]以下とする。さらに、第一フィルタ1のセル壁1aの厚み(セル壁厚)は、第二フィルタ2のセル壁2aの厚みよりも小さくする。このように、第二フィルタ2よりもPMが捕集されにくく空隙の多い多孔体を第一フィルタ1の担体として用いる。
The average pore diameter of the
[3.作用,効果]
[3−1.整流]
セル壁1aは気孔率が高く、内包される気孔1cが多い。そのため、セル壁1aの表面に多数の開口部が露出することになり、表面近傍における排ガスの運動方向に乱れが生じやすくなる。例えば、図2(d)に示すように、排ガスの流通方向が紙面の上から下への方向であるとき、一部の排ガスはセル壁1aの表面に露出した気孔1cの内面に沿ってセル壁1aの内側に向かって運動しようとし、また他の一部の排ガスは気孔1cからセル1b側(外側)に向かって運動しようとする。これにより、下流側ほど排ガスの拡散,混合が促進される。
[3. Action, effect]
[3-1. Rectification]
The
また、セル壁1aは気孔率が70[%]以上と高く設定されているため、排ガスが一つのセル1bから隣接する他のセル1bへと移動しやすい構造であるといえる。つまり、上述の排ガスの左右方向への拡散作用と相まって、排ガスはその流通方向に垂直な方向に第一フィルタ1内を移動する。これにより、排ガスの拡散,混合が促進される。さらに、第一フィルタ1のセル1bはオープンフロー型となっているため、セル1bの下流端から流れた排ガスは、その直後に間隙11内で左右方向へと拡散する。
Moreover, since the
一方、第二フィルタ2のセル壁2aは気孔率が55[%]以下と低く設定されており、排ガスが一つのセル2bから隣接する他のセル2bへと移動しにくい構造である。また、第二フィルタ2のセル2bはクローズドフロー型となっているため、排ガスはセル壁2aを通過後に下流端から流れ出ることになり、流路抵抗が増大する。これにより、排気の一部が第一フィルタ1と第二フィルタ2との間隙11に滞留しながら拡散する。このような傾向は、セル壁2aの平均気孔径が小さい(25[μm]以下)ことによってさらに助長される。
On the other hand, the
したがって、第一フィルタ1を通過した排ガスの流通方向の偏りを均すことができ、第一フィルタ1よりも下流側の排ガスを整流することができる。
また、セル壁1aは、気孔率だけでなくセル壁2aよりも大きな気孔径(平均気孔径が50[μm]以上)を有するため、排ガスの流通方向の偏りを均しやすい特性を持つ。これにより、第一フィルタ1よりも下流側の排ガスの整流効果をさらに向上させることができる。
Accordingly, it is possible to equalize the distribution direction of the exhaust gas that has passed through the
Further, since the
[3−2.流速分布改善]
排ガスの流通方向だけでなく流速も均一化される。排ガスの流速分布図を図3(a),(b)に示す。フィルタ4のケーシング9は屈曲タイプであるから、第一フィルタ1の入口端面における排ガスの流速は、屈曲した排気通路5の外側ほど大きくなる。
[3-2. Improved flow velocity distribution]
Not only the flow direction of the exhaust gas but also the flow velocity is made uniform. The flow velocity distribution diagrams of the exhaust gas are shown in FIGS. Since the
図3(a)に示す例では、排ガスが高速に流れる領域と緩やかに流れる領域とが、第一フィルタ1のほぼ中央から紙面の左右方向に分離している様子を読み取ることができる。一方、第二フィルタ2の入口端面における排ガスの流速分布は、図3(b)に示すように均質であり、ほぼ全面にわたって等速度である。
In the example shown in FIG. 3A, it can be read that the region where the exhaust gas flows at high speed and the region where the exhaust gas flows slowly are separated from the substantially center of the
このように、空隙の割合が大きいセル壁1aを第一フィルタ1に適用することにより、その内部を通過する排ガスの流速の偏りを均すことができ、第二フィルタ2の入口端面の全面に対してほぼ同じ速度で排ガスを導入することができる。特に、セル壁1aの気孔率が70[%]以上に設定されているため、排ガスの流速の均等化作用を向上させることができる。
さらに、セル壁1aは、気孔率だけでなくセル壁2aよりも大きな気孔径を有するため、排ガスの流速の偏りに関しても均しやすい特性を持つ。特に、平均気孔径が50[μm]以上であるため、排ガスの流速の均等化作用が向上する。したがって、より効果的に排ガスの流速の偏りを均すことができ、排ガスの流通方向に垂直な面内での流速分布を容易に均一にすることができる。
In this way, by applying the
Furthermore, since the
[3−3.温度分布改善]
また、排ガスの温度分布についても均等化される。第一フィルタ1の入口近傍及び第二フィルタ2の出口近傍での排ガスの温度分布図を図4(a),(b)に示す。前述の通り、第一フィルタ1の入口近傍では排ガスの流速分布に偏りがあるため、図4(a)に示すように、温度分布に関しても屈曲した排気通路5の外側ほど高温になり、内側ほど低温になる。
[3-3. Improved temperature distribution]
Further, the temperature distribution of the exhaust gas is also equalized. FIGS. 4A and 4B show temperature distribution diagrams of exhaust gas in the vicinity of the inlet of the
一方、第一フィルタ1のセル壁1aは気孔率が高いため、熱が一つのセル1bから隣接する他のセル1bへと移動しやすい。特に、セル壁1aの気孔率が70[%]以上であるから熱の移動が促進される。そのため、排ガスの熱はその流通方向に垂直な方向に第一フィルタ1内を移動する。これにより、排ガスの熱が第一フィルタ1内で拡散する。
On the other hand, since the
また、第一フィルタ1及び第二フィルタ2間には間隙11が設けられているため、間隙11の中で排ガスがさらに流動,混合する。さらに、気孔率の低い第二フィルタ2では排ガスの流速が低下するため、排ガスは間隙11内に一旦停留し、その後、第二フィルタ2に流入する。特に、セル壁2aの気孔率が55[%]以下であるから、排ガスの流速の低下量が適切となる。これらの過程で排ガスの熱は間隙11内で拡散する。
したがって、図4(b)に示すように、第一フィルタ1を通過した排ガスの熱的な偏りを均すことができ、第二フィルタ2における排ガス温度,触媒温度の分布を均一にすることができる。
Further, since the
Therefore, as shown in FIG. 4B, the thermal deviation of the exhaust gas that has passed through the
さらにセル壁1aは、気孔率だけでなくセル壁2aよりも大きな気孔径を有するため、排ガスの熱の偏りを均しやすい特性を持つ。このような特性は、平均気孔径を50[μm]以上とすることによってさらに助長される。これにより、第一フィルタ1よりも下流側の温度分布をさらに改善することができる。加えて、セル壁1aは、第二フィルタ2のセル壁2aよりも薄いセル壁厚を有するため、熱を移動させやすい特性を持つ。このような点においても、温度分布の均質化に有利である。
Furthermore, since the
[3−4.圧力損失低減]
第一フィルタ1のセル壁1aの気孔率が第二フィルタ2のセル壁2aの気孔率よりも高いため、排気通路5の圧力損失を低減させることができる。特に、セル壁1aは気孔率が70[%]以上と高く設定されているため、圧力損失の低減作用が高い。加えて、セル壁1aの平均気孔径が50[μm]以上であるから、圧力損失がさらに減少する。
また、第一フィルタ1のセル1bはオープンフロー型であるから圧力損失が小さく、エンジン8の負荷を増大させるおそれがない。さらに、上流側のセル壁1aは下流側のセル壁2aよりも薄いセル壁厚を有するため、圧力損失をさらに低減させることができる。
[3-4. Pressure loss reduction]
Since the porosity of the
Further, since the
[3−5.フィルタ断面方向の堆積分布改善]
排ガスの流通方向に垂直な面内でのPMの堆積量分布に関して、前述の通り、第二フィルタ2の入口近傍では排ガスの流通方向の偏りが解消され、流速が均一となる。これにより、第二フィルタ2に捕集されるPMの分布を均一にすることができる。また、第二フィルタ2のセル壁2aは第一フィルタ1のセル壁1aよりも低い気孔率を有しているため、第一フィルタ1よりもたくさんのPMを回収することができる。
[3-5. Improving the distribution of deposition in the filter cross-section direction]
Regarding the PM accumulation amount distribution in a plane perpendicular to the flow direction of the exhaust gas, as described above, the deviation in the flow direction of the exhaust gas is eliminated in the vicinity of the inlet of the
なお、第一フィルタ1に捕集されるPMの堆積量分布は、屈曲の外側に偏る可能性があるが、第一フィルタ1のセル壁1aは気孔率が高いため、PMの堆積量が第二フィルタ2よりも少なく、過堆積や過昇温等のリスクが小さいというメリットがある。
Although the PM accumulation amount distribution collected in the
[3−6.排ガス流通方向の堆積分布改善]
排ガスの流通方向についてのPMの堆積量分布に関して、例えば同一の捕集効率を持つフィルタを排気通路5に直列にタンデム配置した場合には、上流側ほど堆積量が多くなり、下流側の堆積量が少ない不均一な分布となることが考えらえる。
これに対して本排ガス浄化装置では、上流側に配置される第一フィルタ1は第二フィルタ2よりも捕集効率が低い構造であるため、配置に由来するPMの堆積しやすさと第一フィルタ1の構造に由来するPMの堆積しにくさとが相殺され、堆積量が適正化される。
[3-6. Improving sediment distribution in the exhaust gas distribution direction]
Regarding the PM accumulation amount distribution in the exhaust gas flow direction, for example, when filters having the same collection efficiency are arranged in tandem in the
On the other hand, in the present exhaust gas purification apparatus, the
一方、第二フィルタ2はクローズドフロー型のセル2bを有する捕集効率が高い構造であるため、配置に由来するPMの堆積しにくさと第二フィルタ2の構造に由来するPMの堆積しやすさとが相殺され、堆積量が適正化される。これにより、整流された排気が導入される第二フィルタ2の上流側の端面全体にわたって、PMの捕集効率を高めることができる。
また、前述の通り、本排ガス浄化装置では上流側の第一フィルタ1での圧力損失が下流側の第二フィルタ2での圧力損失よりも小さくなるため、下流側でのPMの捕集率が相対的に向上する。したがって、排気の流通方向について、フィルタ4の全体でのPMの堆積量分布を均一にすることができる。
On the other hand, since the
Further, as described above, in this exhaust gas purification apparatus, the pressure loss in the upstream
特に、上述の実施形態では、第一フィルタ1のセル壁1aの気孔率が70[%]以上であるのに対して第二フィルタ2のセル壁2aの気孔率が55[%]以下であるから、PMの堆積量分布の均一化効果が高められる。また、第一フィルタ1のセル壁1aの平均気孔径が50[μm]以上であるのに対して第二フィルタ2のセル壁2aの平均気孔径が25[μm]以下であるから、PMの堆積量分布の均一化効果がさらに高められる。
In particular, in the above-mentioned embodiment, the porosity of the
また、第一フィルタ1のセル壁1aは第二フィルタ2のセル壁2aよりも平均気孔径が大径であるから、第二フィルタ2と比較して粒子径の大きいPMを捕集する。一方、セル壁1aは気孔率も高く大量の空隙を有するため、粒子径の大きいPMを捕集したとしても、空隙が全て閉塞するようなことがない。したがって、たとえフィルタ4に導入される排ガス中に含まれるPMの粒径分布が均一でなかったとしても、これに対応することができる。例えば、粒径の大きなPMが排ガス中に多く含まれている場合であっても、第一フィルタ1に大径のPMを大量に捕集させることができる。
Further, since the
[3−7.そのほかの効果]
上記の作用効果に加えて、本排ガス浄化装置では、PMの堆積分布及び温度分布が均一化されるため、再生効率を向上させることができるとともに、予め想定した制御ロジックに近い制御が可能となる。また、第二フィルタ2上でのPMの捕集状態が想定しやすくなり、再生制御の安定性及び正確性を向上させることができる。
[3-7. Other effects]
In addition to the above-described effects, the exhaust gas purification apparatus makes the PM accumulation distribution and temperature distribution uniform, thereby improving the regeneration efficiency and enabling control close to the control logic assumed in advance. . Moreover, it becomes easy to assume the collection state of PM on the
また、再生制御が正確になると、制御後にフィルタ4上に燃え残るPM量が減少するため、予期しない過昇温を生じにくくすることができる。さらに、再生効率が高くなり、かつ、過昇温に対するマージンが増加するため、再生時間を短縮することができるとともに、再生制御のインターバルを長期化することができる。これにより、燃費の改善が可能であるほかオイルダイリューションを低減させることが可能であり、さらに燃料のポスト噴射量の減少による排ガス性能の向上が期待できる。
In addition, if the regeneration control is accurate, the amount of PM remaining on the
また、本排ガス浄化装置では、第一フィルタ1と第二フィルタ2とが単一のケーシング9内に配置されるため、間隙11の寸法を正確に設定することが可能であり、間隙11での排ガスの流動状態や混合状態の予測,把握が容易となる。したがって、排ガスの流通方向の偏りや温度分布,流速分布をさらに均一にすることができる。
In the exhaust gas purifying apparatus, the
[4.変形例等]
上述した実施形態に関わらず、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。本実施形態の各構成は、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせてもよい。
[4. Modifications etc.]
Regardless of the embodiment described above, various modifications can be made without departing from the spirit of the invention. Each structure of this embodiment can be selected as needed, or may be combined appropriately.
上述の実施形態では、第一フィルタ1と第二フィルタ2とが同一径に形成されたものを例示したが、図5に示すように、第一フィルタ1の担体径D1を第二フィルタ2の担体径D2よりも大径(D1≧D2)としてもよい。この場合、第一フィルタ1を通過した排ガスの流動性,混合性を高めることができ、排ガスの流通方向の偏りや温度分布,流速分布の均一化が容易となる。また、第一フィルタ1の担体径D1を増大させるほど、排気通路5の圧力損失をより低減させることができる。
In the above-described embodiment, the
また、上述の実施形態では、上流側の第一フィルタ1にオープンフロー型の担体を使用し、下流側の第二フィルタ2にクローズドフロー型の担体を使用したものを例示したが、担体のタイプはこのような組み合わせに限定されない。少なくとも上流側に下流側よりも気孔率の高い担体を使用すれば、上述の効果を得ることができる。
なお、上述の実施形態のフィルタ4は、第一フィルタ1及び第二フィルタ2をともに単一のケーシング9内に固定したものであるが、二種類のフィルタを別個のケーシングに固定して排気通路5上に直列に配置してもよい。
In the above-described embodiment, an example in which an open flow type carrier is used for the
The
また、上述の実施形態では、排気通路5に二つのフィルタを直列にタンデム配置したものを例示したが、フィルタの個数はこれに限定されず、三個以上のフィルタを直列に配置してもよい。この場合、最も上流側に最も捕集効率の低いフィルタ〔例えば、高気孔率,高気孔径でセル壁厚の小さい(薄い)フィルタ〕を設け、下流側ほど捕集効率が高くなるように配置する。
In the above-described embodiment, the
また、フィルタの個数については上記以外にも、排気流れ方向に沿って捕集効率を変化させた一個のフィルタを配置することとし、上流側部分のフィルタの捕集効率を低くし、下流側ほど捕集効率が高くなるように形成してもよい。この場合、捕集効率が相違する境界となる部分に所定の間隙11を設けず、セル壁1a,2aを連続的に形成することが考えられる。例えば、一端側及び他端側で捕集効率が相違する単一のフィルタを形成し、捕集効率の低い側(気孔率が高い側や気孔径が大きい側など)が排気の上流側となるように排気通路5上に介装させる。
As for the number of filters, in addition to the above, a single filter whose collection efficiency is changed along the exhaust flow direction is disposed, and the collection efficiency of the filter on the upstream side is lowered, and the downstream side You may form so that collection efficiency may become high. In this case, it is conceivable that the
このような構成でも、上述の排ガス浄化装置と同様に、排気の上流側での圧力損失を下流側での圧力損失よりも小さくすることができる。また、排気の流通方向についてのPMの捕集量を均一にすることができ、装置全体でのPMの捕集効率を向上させることができる。
また、上述の実施形態ではディーゼルエンジンの排気系に本発明を適用したものが例示したが、ガソリンエンジンの排気系への適用も可能である。
Even with such a configuration, the pressure loss on the upstream side of the exhaust gas can be made smaller than the pressure loss on the downstream side, as in the above-described exhaust gas purification apparatus. Further, the amount of PM collected in the exhaust flow direction can be made uniform, and the PM collection efficiency of the entire apparatus can be improved.
Moreover, although what applied this invention to the exhaust system of the diesel engine illustrated in the above-mentioned embodiment, the application to the exhaust system of a gasoline engine is also possible.
1 第一フィルタ
1a セル壁(第一多孔体)
1b セル
1c 気孔
2 第二フィルタ
2a セル壁(第二多孔体)
2b セル
2c 目止め
3 酸化触媒
4 フィルタ
5 排気通路
6 吸気通路
7 ターボチャージャー
8 エンジン
9 ケーシング
9a 本体部
9b 入口部
9c 出口部
11 間隙
1
Claims (9)
前記排気通路の前記第一多孔体よりも下流側に設けられ、前記排気中に含まれる粒子状物質を捕集する第二多孔体とを備え、
前記第一多孔体が、前記第二多孔体よりも高い気孔率を有する
ことを特徴とする、排ガス浄化装置。 A first porous body that is provided in an exhaust passage of the internal combustion engine and collects particulate matter contained in the exhaust;
Provided on the downstream side of the first porous body of the exhaust passage, and comprises a second porous body for collecting particulate matter contained in the exhaust,
The exhaust gas purification apparatus, wherein the first porous body has a higher porosity than the second porous body.
ことを特徴とする、請求項1記載の排ガス浄化装置。 2. The exhaust gas purification according to claim 1, wherein the first porous body is provided as an open flow type carrier that forms a flow path in which both an upstream end and a downstream end are open. apparatus.
ことを特徴とする、請求項1又は2記載の排ガス浄化装置。 The said 2nd porous body is provided as a closed flow type support | carrier which forms the flow path by which at least any one of the upstream edge part and the downstream edge part was closed. Or the exhaust gas purification apparatus of 2.
ことを特徴とする、請求項1〜3の何れか1項に記載の排ガス浄化装置。 The cross-sectional area of the first porous body in a cross section perpendicular to the flow direction of the exhaust gas is greater than or equal to the cross-sectional area of the second porous body. The exhaust gas purifying apparatus according to item 1.
ことを特徴とする、請求項1〜4の何れか1項に記載の排ガス浄化装置。 The exhaust gas purification apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein the first porous body has a larger pore diameter than the second porous body.
前記第一多孔体のセル壁厚が、前記第二多孔体のセル壁厚よりも小さい
ことを特徴とする、請求項1〜5の何れか1項に記載の排ガス浄化装置。 The first porous body and the second porous body are honeycomb structure carriers defined by a plurality of cell walls,
The exhaust gas purification apparatus according to any one of claims 1 to 5, wherein a cell wall thickness of the first porous body is smaller than a cell wall thickness of the second porous body.
ことを特徴とする、請求項1〜6の何れか1項に記載の排ガス浄化装置。 The exhaust gas purification apparatus according to any one of claims 1 to 6, wherein the first porous body and the second porous body are disposed in a single casing.
ことを特徴とする、請求項1〜7の何れか1項に記載の排ガス浄化装置。 The exhaust gas purification apparatus according to any one of claims 1 to 7, wherein the first porous body has a porosity of 70% or more.
ことを特徴とする、請求項1〜8の何れか1項に記載の排ガス浄化装置。 The exhaust gas purifying apparatus according to any one of claims 1 to 8, wherein the second porous body has a porosity of 55% or less.
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