JP5541074B2 - 排気浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は、排気浄化装置に関し、特にディーゼルエンジンなどから排気される排ガスの処理に用いて好適な排気浄化装置に関する。

ディーゼルエンジンなどからの排ガスを排気する排気管には、酸化触媒（Diesel Oxidation Catalyst）およびパティキュレートフィルタ（Diesel particulate filter）が設けられている。酸化触媒は、パティキュレートフィルタの排ガス流通方向上流側に配置されている。パティキュレートフィルタにより排ガス中のパティキュレートマター（微粒子状物質、以下、ＰＭと称す）を捕集している。一方、酸化触媒に未燃燃料（ＨＣ）を間欠的に供給し、酸化触媒で発生した酸化熱によってパティキュレートフィルタを昇温することで、パティキュレートフィルタに捕集したＰＭを強制的に燃焼除去している。すなわち、パティキュレートフィルタの再生処理は間欠的に行われている。

上述した通り、酸化触媒で発生させた酸化熱によってパティキュレートフィルタを昇温しているため、酸化触媒とパティキュレートフィルタとを近接配置することが望ましい。ところで、酸化触媒およびパティキュレートフィルタを排気管内へ圧入により挿入しており、酸化触媒およびパティキュレートフィルタを近接配置させるべく挿入しすぎるとこれらが接触して破損しまう可能性がある。

このようなことから、排気管内にて酸化触媒とパティキュレートフィルタを所定の位置に容易に配置するための技術が種々開発されている。例えば、特許文献１には、第１の触媒担体と第２の触媒担体との間に段ボールからなり、触媒担体よりも小径の円筒状である可燃性スペーサを配置したタンデム型触媒コンバータが開示されている。

特許第３６７４６９４号（例えば、明細書の段落［００２２］−［００２４］、［図３］など参照）

上述したタンデム型触媒コンバータでは、第１，第２の触媒担体と可燃性スペーサとマット状担体保持部材を一体化し、これを圧入により触媒ケース内に挿入しているため、可燃性スペーサを第１，第２の触媒担体の軸心に対して平行に配置しないと、圧入により可燃性スペーサがずれたり外れたりし、触媒担体同士が接触して破損してしまう可能性があった。圧入による荷重を触媒担体よりも小径な可燃性スペーサにより第１，第２の触媒担体間で伝達しており、可燃性スペーサの強度の観点から、可燃性スペーサを短くして触媒担体同士を近接配置するには限界があった。

以上のことから、本発明は上述したような問題を解決するために為されたものであって、排ガスが流通する排気管内に複数の触媒を収納する際に、触媒同士を効率よく近接配置することができる排気浄化装置を提供することを目的としている。

上述した課題を解決する本発明に係る排気浄化装置は、
内燃機関からの排ガスが流通する排気管に設けられ、
前記排ガス中の被酸化成分を酸化する酸化触媒と、
前記酸化触媒の排ガス流通方向下流側に配置され、当該酸化触媒と比べて大径であり、前記排ガス中の微粒子状物質を捕集するフィルタとを備えた排気浄化装置であって、
前記酸化触媒と前記フィルタの間に内環状部材と外環状部材とで構成されるスペーサが設けられ、
前記内環状部材は、可燃性材料が前記酸化触媒の外径と同じ外径を有する円環状にされて形成され、
前記外環状部材は、前記排ガスの熱への耐性を有する金属板が前記酸化触媒の外径と同じ内径を有する円環状にされて形成され、
前記内環状部材と前記外環状部材は、該外環状部材の内周面部に該内環状部材の外周面部が密着して配置され、排ガス流通方向下流側の端面部を揃えた状態で互いが固定され、
前記スペーサは、前記内環状部材の排ガス流通方向上流側の端面部と前記外環状部材の内周面部によって構成され前記酸化触媒の径方向外縁部に嵌まり込む嵌込部と、前記内環状部材の排ガス流通方向下流側の端面部と前記外環状部材の排ガス流通方向下流側の端面部によって構成され前記フィルタと面接触する平面部とを有する
ことを特徴とする。

本発明に係る排気浄化装置によれば、スペーサの嵌込部が酸化触媒の縁部に嵌まり込むため、スペーサを酸化触媒に取り付けるだけでスペーサを位置決めできる。スペーサの平面部がフィルタと面接触するため、スペーサとフィルタの接触不良や位置ずれを抑制することができる。よって、排気管内に酸化触媒およびフィルタを収納する際に、これらを効率よく近接配置することができる。

本発明の一実施形態に係る排気浄化装置の一部切欠き断面図である。 図１におけるＩＩ−ＩＩ矢視断面図である。

以下に、本発明の一実施形態に係る排気浄化装置について、図１および図２に基づいて具体的に説明する。

本実施形態に係る排気浄化装置は、図１に示すように、ディーゼルエンジンなど内燃機関からの排ガスが流通する排気管２０内に設けられる、酸化触媒（以下、酸化触媒と称す）３１とパティキュレートフィルタ（フィルタ）３２とを具備する。パティキュレートフィルタ３２は、酸化触媒３１の排ガス流通方向下流側に配置される。排気管（外筒）２０は、小径をなす小径部２１と、小径部２１と比べて大径をなす大径部２２と、小径部２１と大径部２２とを接続し、拡径する拡径部２３とを有する。排気管２０の小径部２１には酸化触媒３１が配置される。排気管２０の大径部２２にはパティキュレートフィルタ３２が配置される。

酸化触媒３１は、筒内ポスト噴射や排気管噴射によって未燃燃料（ＨＣ）が供給されると、排ガス中の被酸化成分、例えば、未燃炭化水素類、一酸化炭素、窒素酸化物や黒鉛炭素成分を酸化し、酸化反応により発熱する触媒である。この熱がパティキュレートフィルタ３２に伝わりパティキュレートフィルタ３２が昇温することにより、パティキュレートフィルタ３２に捕集したパティキュレートマター（微粒子状物質、以下、ＰＭと称す）を燃焼除去している。

パティキュレートフィルタ３２は、ハニカム形状に形成されたフィルタであって、排ガスに含まれるＰＭを捕集するフィルタである。パティキュレートフィルタ３２は酸化触媒３１と比べて大径をなす形状に形成されている。パティキュレートフィルタ３２の担体材料としては、従来のパティキュレートフィルタの担体材料と同じもの、例えば、炭化ケイ素、コージェライト、アルミニウムチタネートなどが挙げられる。

酸化触媒３１の外周部３１ｂには、マット状担体保持部材４１が巻き掛けられている。パティキュレートフィルタ３２の外周部３２ｂには、マット状担体保持部材４２が巻き掛けられている。マット状担体保持部材４１，４２としては、ガラスウールなどが挙げられる。

酸化触媒３１の直径は、パティキュレートフィルタ３２の直径より１０ｍｍ以下、好ましくは６ｍｍ以下である。これは、酸化触媒３１の直径がパティキュレートフィルタ３２の直径に対し１０ｍｍよりも小さいと、酸化触媒３１での酸化反応による熱をパティキュレートフィルタ３２の径方向全体に亘って均一に伝えることができなくなるためである。酸化触媒３１及びパティキュレートフィルタ３２は、互いの軸心が一致するよう配置することが好ましい。これにより、酸化触媒３１を通過した排ガスをパティキュレートフィルタ３２に効率よく流通させることができる。

酸化触媒３１とパティキュレートフィルタ３２の間にはスペーサ１０が設けられる。スペーサ１０は、内環状部材１１と外環状部材１２とで構成される。内環状部材１１は、酸化触媒３１の径断面内を構成するものであって、酸化触媒３１の外径と同じ外径であり、中央に穴部１１ｄを有し円環状に形成されている。外環状部材１２は、酸化触媒３１の径断面外を構成するものであって、酸化触媒３１および内環状部材１１の外径と同じ内径であり、中央に穴を有する円環状に形成されている。外環状部材１２の内周面部１２ｄは、内環状部材１１の外周面部１１ｃに密着している。外環状部材１２の端面部１２ｂと内環状部材１１の端面部１１ｂとで平面部１０ｂを構成している。外環状部材１２の外径は、パティキュレートフィルタ３２の外径と略同等に形成されている。スペーサ１０の内環状部材１１の端面部１１ａと外環状部材１２の内周面部１２ｄとで、酸化触媒３１の縁部３１ｃが嵌まり込む嵌込部１０ａを構成している。

スペーサ１０の内環状部材１１の材料としては、酸化触媒３１およびパティキュレートフィルタ３２を排気管２０内に圧入により挿入して接触したときに酸化触媒３１の端面部３１ａおよびパティキュレートフィルタ３２の端面部３２ａが傷まず、排ガスの熱で完全に熱分解する可燃性材料であって、例えば、高密度ポリエチレンなどの樹脂が挙げられる。これにより、スペーサ１０の内環状部材１１が排ガスの熱により燃焼してなくなるため酸化触媒３１を通過した排ガスの圧損の上昇を回避できる。さらに、運転当初におけるスペーサ１０の残存期間中に熱分解によって発生した炭化水素類がＰＭと結びつき、そのまま燃焼するので、パティキュレートフィルタ３２の再生処理時間を減らすことにつながり、延いては燃費が向上する。樹脂の厚さ（排ガス流通方向の大きさ）は、２ｍｍ以下、好ましくは１ｍｍ以下である。これは、樹脂が２ｍｍより厚くなると、酸化触媒３１とパティキュレートフィルタ３２との近接配置に対する寄与が低下するためである。

スペーサ１０の外環状部材１２としては、排ガスの熱への耐性を有する材料であって、例えば鉄や鋼などの金属板により構成される。これにより、酸化触媒３１を通過した排ガスおよびこれに同伴するＰＭが、パティキュレートフィルタ３２の外周部分へ拡散することなく、パティキュレートフィルタ３２の中央部分へ案内されることになり、パティキュレートフィルタ３２で捕集したＰＭを効率よく燃焼除去することができる。このようにスペーサ１０の外環状部材１２が排ガスの案内部材として機能する。また、パティキュレートフィルタ３２の外周部分に排ガスの流れない空気層（断熱領域）が形成され、保温性が向上する。

ここで、上述した構成の排気浄化装置の組み立て手順について説明する。
まず、酸化触媒３１の外周部３１ｂにマット状担体保持部材４１を巻き掛ける。パティキュレートフィルタ３２の外周部３２ｂにマット状担体保持部材４２を巻き掛ける。

続いて、外環状部材１２の内周面部１２ｄに内環状部材１１を配置し、外環状部材１２の端面部１２ｂと内環状部材１１の端面部１１ｂを揃えこの状態にて外環状部材１２と内環状部材１１とを固定し、スペーサ１０を作製する。

続いて、酸化触媒３１の一方の端面部３１ａにスペーサ１０を嵌め込んで酸化触媒３１にスペーサ１０を取り付ける。スペーサ１０または酸化触媒３１に両面テープを貼り付けておくことも可能である。これにより、スペーサ１０と酸化触媒３１と容易に取り付けることができる。

続いて、排気管２０の一方の端部からスペーサ１０を取り付けた酸化触媒３１を圧入し、排気管２０の所定の位置にスペーサ１０を取り付けた酸化触媒３１を配置する。

続いて、排気管２０の一方の端部からパティキュレートフィルタ３２を圧入し、パティキュレートフィルタ３２の一方の端面部３２ａをスペーサ１０の平面部１０ｂと接触する位置に配置する。これにより、酸化触媒３１およびパティキュレートフィルタ３２は、それぞれ排気管２０の所定の位置に配置される。さらに、酸化触媒３１とパティキュレートフィルタ３２を近接配置することができる。また、スペーサ１０とパティキュレートフィルタ３２とが面接触することになり、パティキュレートフィルタ３２を圧入したときの荷重の集中が抑制され、パティキュレートフィルタ３２の端面部３２ａの損傷を回避できる。

したがって、本実施形態に係る排気浄化装置によれば、スペーサ１０の嵌込部１０ａが酸化触媒３１の縁部３１ｃに嵌まり込むため、スペーサ１０が酸化触媒３１から外れることを防止できる。スペーサ１０を酸化触媒３１に取り付けるだけでスペーサ１０を位置決めできる。スペーサ１０の平面部１０ｂがパティキュレートフィルタ３２と面接触するため、スペーサ１０の強度を確保しつつ、スペーサ１０を小型化できる。よって、排気管２０内に酸化触媒３１およびパティキュレートフィルタ２３を収納する際に、これらを効率よく近接配置することができる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、スペーサの形状や排気管の形状を変更することは可能である。小径をなす第１の外筒と大径をなす第２の外筒とを溶接した排気管や、第１の外筒と第２の外筒の一方または両方にフランジを設けこの箇所を溶接した排気管を用いることも可能である。
また、上記実施形態では、外環状部材１２の外径をパティキュレートフィルタ３２の外径と略同等に形成したがこれに限定されない。即ち、外環状部材１２の外径を酸化触媒３１の直径より大きくパティキュレートフィルタ３２の外径より小さい範囲で適宜形成してもよい。

本発明に係る排気浄化装置によれば、排ガスが流通する排気管内に複数の触媒を収納する際に、触媒同士を効率よく近接配置することができるので、自動車産業などにおいて、極めて有益に利用することができる。

１０ スペーサ
１０ａ 嵌込部
１０ｂ 平面部
１１ 内環状部材（内スペーサ）
１２ 外環状部材（外スペーサ）
２０ 排気管
３１ 酸化触媒
３１ｃ 縁部
３２ パティキュレートフィルタ
４１，４２ マット状担体保持部材

Claims (1)

1. 内燃機関からの排ガスが流通する排気管に設けられ、
   前記排ガス中の被酸化成分を酸化する酸化触媒と、
   前記酸化触媒の排ガス流通方向下流側に配置され、当該酸化触媒と比べて大径であり、前記排ガス中の微粒子状物質を捕集するフィルタとを備えた排気浄化装置であって、
   前記酸化触媒と前記フィルタの間に内環状部材と外環状部材とで構成されるスペーサが設けられ、
   前記内環状部材は、可燃性材料が前記酸化触媒の外径と同じ外径を有する円環状にされて形成され、
   前記外環状部材は、前記排ガスの熱への耐性を有する金属板が前記酸化触媒の外径と同じ内径を有する円環状にされて形成され、
   前記内環状部材と前記外環状部材は、該外環状部材の内周面部に該内環状部材の外周面部が密着して配置され、排ガス流通方向下流側の端面部を揃えた状態で互いが固定され、
   前記スペーサは、前記内環状部材の排ガス流通方向上流側の端面部と前記外環状部材の内周面部によって構成され前記酸化触媒の径方向外縁部に嵌まり込む嵌込部と、前記内環状部材の排ガス流通方向下流側の端面部と前記外環状部材の排ガス流通方向下流側の端面部によって構成され前記フィルタと面接触する平面部とを有する
   ことを特徴とする排気浄化装置。

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