JPH02221621A - 排気ガス浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明はディーゼルエンジン等の内燃機関における排
気ガスを浄化処理する排気ガス浄化装置に関する。

［従来の技術］ 従来、例えばディーゼルエンジンの排気ガスを浄化する
場合には、コージェライトによってハニカム状に形成し
た触媒担体と、その触媒担体に担持された触媒成分とを
有するフィルターをディーゼルエンジンの排気側に接続
し、このフィルターによって前記排気ガス中のカーボン
、ＮＯｘ及びＨＣ等を酸化分解するようになっている。

［発明が解決しようとする課題］ ところが、上記のフィルターにおける触媒担体は融点（
１２００〜１３００℃）の低し、１コージエライトによ
って形成されているため、触媒担体内に滞留したカーボ
ンを除去するための再生処理に際して、触媒担体の一端
にてカーボンに着火した後、その触媒担体に着火位置側
からエアを供給すると、排気ガスの不均一な燃焼が生じ
て、局部的な温度上昇が生じ、再生処理を繰り返し行う
と、触媒担体が溶損して再利用が不可能になるという問
題があった。

上記の問題を解決するため、触媒担体として耐熱性及び
熱伝導性に優れた炭化珪素焼結体を使用することがすで
に提案されている。ところが、この場合には、材料の熱
伝導性が高すぎるため、従来から利用されている熱源と
して、例えば、エンジンからの排ガスの熱風又は、電気
ヒーターがあるが、これらの熱源を使用した場合、前記
炭化珪素焼結体製担体を十分に高温に加熱することがで
きず、再生処理が不可能となったり、不完全になったり
した。従って、再生を完全に行うためには、より大容量
の熱源が必要となり、電気ヒーターの場合には大形のヒ
ーターを利用するか、あるいは、長時間の通電が必要と
なる。この場合、ヒーター用バッテリの寿命が短くなっ
たり、コストアップを招くという問題があった。

又、大容量の熱源を用いて再生処理を行うと、触媒担体
が炭化珪素焼結体製であっても、温度分布が生じ易く、
そのため再生処理を繰り返し行う内に、触媒担体にクラ
ックが発生し、そのクラックから触媒担体全体が破損し
て、上記の問題を解決するには至らなかった。

そこで、本発明者らは、再生処理における炭化珪素焼結
体製触媒担体の熱収支を検討したところ、前記触媒担体
の場合には担体自体を加熱するのに必要な熱量と、担体
を通過する排気ガスに失う熱量とが比較的少なく、相当
の熱量が触媒担体の径方向、すなわち、担体の外周にあ
るケーシングに伝わっていることが解明された。

こめ発明は上記の事情を考慮してなされたものであって
、その目的は再生処理中における触媒担体からの熱伝導
に伴う熱損失を防止し、安定した完全な再生を行い、か
つ、担体の所定部分間の温度差を少なくして、クシツク
の発生に起因する触媒担体の破損を確実に防止すること
ができ、耐久性を向上させることが可能な排気ガス浄化
装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 上記の目的を達成するため、この発明では、内燃機関の
排気側に連通ずる通路を備えたケーシングと、多孔質炭
化珪素焼結体によってハニカム状に形成されると共に前
記通路内に配設された触媒担体と、前記触媒担体の外周
に配設されたヒーターとを設けている。

し作用］ 触媒担体の再生処理に際してヒーターを動作させれば、
触媒担体が外周側から中心へ向って加熱され、触媒担体
が迅速かつ均一に加熱される。そのため、再生処理を極
めて短時間に行うことができ、触媒担体の両端部分間の
温度差を少なくして、クラックの発生を防止できる。

［実施例］ 以下、この発明を具体化した一実施例を図面に従って詳
細に説明する。第１図に示すように、排気ガス浄化装置
１は金属パイプ製のケーシング２を備え、そのケーシン
グ２の通路２ａが内燃機関Ｅの排気管路Ｅａに接続され
ている。このゲージング２内には排気ガスを浄化するた
めの触媒担体３が配設されている。

触媒担体３は、第２図及び第３図に示すように、高い融
点（〜３０００℃）を有する多孔質炭化珪素焼結体によ
ってハニカム状に形成されると共に、全体として円柱状
をなしている。そして、この触媒担体３には軸線方向に
平行に延びる多数のガス通過孔４が形成され、各ガス通
過孔４の供給側及び排出側のいずれか一端が炭化珪素質
の小片５によって交互に封止されている。更に、触媒担
体３の各ガス通過孔４の内壁面にはシリカ膜が形成され
、そのシリカ膜に白金族元素やその他の金属元素及びそ
の酸化物等からなる酸化触媒が担持されている。

前記触媒担体３の外周にはセラミックヒータ−よりなる
−本の再生用ヒーター６が複数回にわたって巻回され、
排気ガス供給側から排出側に近づくに従って、各巻回部
分の間隔が密にされている。

又、ケーシング２の通路２ａ内壁には前記ヒーター６を
被覆する断熱材７が装着されている。

尚、前記断熱材の種類としては、アルミナ−シリケート
セラミックファイバー、アルミナファイバー、ジルコニ
アファイバー、シリカファイバーロックウール、石綿等
の無機質ファイバー、ナイロン、ケブラー等の有機質フ
ァイバー、ウレタン等の発泡体の成形体、又は、これら
の組合せを利用することができる。好ましくは、無機質
ファイバーを一部、又は、全体に利用する。

又、断熱材７の使用に代えて、触媒担体３とケーシング
２との間に触媒担体３のほぼ全周に及ぶ空間を形成し、
その空間内の空気によって両者３゜２間の断熱を行うよ
うにしてもよい。

さて、第１図及び第２図に矢印で示すように、内燃機関
Ｅの排気ガスがケーシング２の供給側から触媒担体３に
導入されると、ガス通過孔４の壁部によって、排気ガス
中のカーボン（すす）やＨＣ等が濾過されると共に、酸
化触媒により酸化される。そして、浄化された排気ガス
が触媒担体３から排出される。

上記のように使用された触媒担体３の再生処理を行う場
合には、触媒担体３に所定量のカーボンを滞留させた状
態で、ヒーター６による触媒担体３の加熱を開始する。

そして、触媒担体３の排気ガス排出側端部の温度が所定
温度（３００〜８００℃）に達した時、ケーシング２に
燃焼促進用の二次エアの供給を開始する。上記の処理を
継続することにより、触媒担体３内のカーボンが燃焼さ
れ、触媒担体３が再生される。

そして、この発明では、触媒担体３の外周にヒーター６
を装着すると共に、触媒担体３とケーシング２の内壁と
の間にヒーター６を覆う断熱材７を装着したため、触媒
担体３の周縁部からの放熱が抑制され、触媒担体３を再
生温度まで加熱するのに要する時間を極めて短くできる
。従って、再生温度に昇温するための熱エネルギーもｉ
ｌ＋することができる。又、触媒担体３全体が均一に加
熱されるため、触媒担体３の両端部分間の温度差が少な
く保持される。従って、部分的な温度差に起因して触媒
担体３にクラックが発生ずる割合を少なくでき、再生処
理回数を増加させて、耐久性を向上させることができる
。

［実施例］ 触媒担体３として、直径１４４ｔａ、長さ１５２ｎ、熱
伝導率４０〜７０にｃａｌ／ｍ、ｈｒ、　’Ｃ、比熱０
゜２３　Ｋｃａｌ／ｋｇ、　”Ｃのものを使用した。又
、この触媒担体３における各ガス通過孔４間の隔壁の厚
みは０．４３ｎ＋で、各ガス通過孔４は１平方ｉｎ当た
り、１７０個形成されている。断熱材７として、０゜２
　Ｋｃａｌ／ｍ、ｈｒ、　”ｃの熱伝導率を有し、厚さ
が６Ｏｎのセラミックファイバーを使用した。再生処理
用セラミックスヒーターは１２Ｖ−２，５に−のもので
あって、第１図及び第２図に示すように、排気ガス取入
れ側よりも排気ガス排出側の方が密になるように触媒担
体３の外周に巻回した。

第１図に示すように、上記の排気ガス浄化装置１を内燃
機関Ｅに接続して、内燃機関Ｅを作動させ、排気ガス中
のカーボンを捕集した。この捕集動作中には、排気管路
Ｅａ内の圧力を圧力センサＰｓ及び圧電変換素子Ｐｅを
介して制御装置Ｃによって監視し、その圧力が一定値（
０，１７Ｋｇ／−）に到達するまで、捕集動作を継続し
た。この時、排気ガスの流量は５　Ｑ　１７ｓｅｃであ
り、前記−定圧力までの到達時間は約４０分となった。

この間に捕集されたカーボン量の算出に際し、触媒担体
３の容積をガス通過孔部分の総量とし、カーボン捕集量
は捕集処理の前後における重量変化に基づいて求めた。

その結果、カーボン捕集量は１５ｇ／ｌとなった。

次に、前記制御装置ＣによってスイッチＳを閉成させ、
ヒーター６への通電を開始した。それから１０分後には
コンプレッサＣＯを動作させ、エア供給管Ｃａから触媒
担体３に二次エアを５０ｆ／ｍｉｎの割合で供給した。

そして、熱電対を使用することにより、触媒担体３の中
心軸線上においてヒーター６からガス排出側（第１図の
右側）へ１．４間した位置Ｐ１及びガス取入れ側端部Ｐ
２の温度Ｔｌ、Ｔ２をそれぞれ監視した。

二次エアの供給開始時において、位置Ｐ１の温度Ｔ１は
約７５０℃であった。又、ガス取入れ側端部Ｐ２の温度
Ｔ２はカーボンの燃焼終了時に急激に降下するため、ヒ
ーター６への通電開始時から温度降下時点までの時間を
再生時間とした。その結果、再生時間は７分であった。

更に、触媒担体３が破損するまで、上記の再生処理を繰
り返した。それらの結果を表１に示す。

又、触媒担体３両端の各位置ＰＬ、Ｐ２における最大温
度差を併せて示す。

［実施例２］ 第４図に示すように、実施例１と同一サイズの多孔質炭
化珪素製触媒担体の外周に、再生処理用セラミックスヒ
ーター（１２Ｖ−２，５ＫＷ）を、等間隔に巻回した排
気ガス処理装置において、実施例１と同様の再生処理を
行った。その結果を表１に示す。

［比較例］ 再生処理用セラミックスヒーターを触媒担体のガス排出
側端面に装着した状態で、上記各実施例と同様の再生処
理を行った。その結果を表１に示す。

鼾 実施例１　実施例２　比較例 ヒーター 通電時間（分）　　　　　１０　　　　１０　　　　１
０カーボン 捕集量（ｇ／　ｌ　）　　　　　１５　　　　１５　　
　　１５再生処理時間（分）　　　　７　　　　７　　
　　１０再生処理回数（回）２０以上　　２０以上　　
８最大塩度差（’Ｃ）　　　　２００　　　２５０　　
　３２０表１の結果から明らかなように、比較例の触媒
担体では、各実施例１，２の触媒担体よりも再生処理に
多くの時間を要している。従って、各実施例１，２では
カーボンが効率的に燃焼していることがわかる。又、各
実施例１，２の触媒担体では、最大温度差が比較例のも
のに比べて低い値を示し、その温度差に起因するクラン
クの発生頻度が少なくなって耐久性が向上していること
がわかる。

［発明の効果］ 以上詳述したように、この発明は再生処理中における触
媒担体からの熱伝導に伴う熱損失を防止して安定した゛
完全な再生を行い、かつ、触媒担体の所定部分間の温度
差を少なくして、クラックの発生に起因する触媒担体の
破損を確実に防止することができ、よって耐久性を向上
させることができるという優れた効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

第１図は排気ガス浄化装置を内燃機関に、接続した状態
を示す断面図、第２図は実施例１における触媒担体の断
面図、第３図は同じく正面図である。 第４図は実施例２における触媒担体の断面図である。 ２・・・ケーシング、２ａ・・・通路、３・・・触媒担
体、６・・・ヒーター、７・・・断熱材、Ｅ・・・内燃
機関。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　内燃機関（Ｅ）の排気側に連通する通路（２ａ）を
   備えたケーシング（２）と、 多孔質炭化珪素焼結体によってハニカム状に形成される
   と共に前記通路（２ａ）内に配設された触媒担体（３）
   と、 前記触媒担体（３）の外周に配設されたヒーター（６）
   と を設けたことを特徴とする排気ガス浄化装置。