(57)【要約】【課題】長く使用しても機能が低下せずに、十分な黒鉛減少効果を有する装置を提供する。【解決手段】外箱１０に、マフラー体１００と、黒鉛除去用の触媒２００と、黒鉛除去用のフィルター３００とを、排気ガスの入口側を前方側とし、出口側を後方側とすると、前方側から後方側に向けて、触媒２００、マフラー体１００、フィルター３００の順で備えると共に、触媒２００の前方側に、ベンチュリー型の開口部を有する整流プレート間に蓄熱部材を納めた整流蓄熱具４００を取り付けた。【選択図】　図１
2004052591.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
黒鉛除去用の触媒と、
マフラー体と、
黒鉛除去用のフィルターとを備えると共に、
ベンチュリー型の開口部を有する整流プレート間に、蓄熱部材を納めた整流蓄熱具を、フィルター及び／又は触媒の前方側に備えたことを特徴とする、黒鉛減少装置。
【請求項２】
黒鉛除去用の触媒と、
マフラー体と、
黒鉛除去用のフィルターとを、
排気ガスの入口側を前方側とし、出口側を後方側とすると、
前方側から後方側に向けて、触媒、マフラー体、フィルターの順で備えると共に、
触媒の前方側に、ベンチュリー型の開口部を有する整流プレート間に蓄熱部材を納めた整流蓄熱具を取り付けたことを特徴とする、黒鉛減少装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
【０００２】
本発明は、黒鉛減少装置に関し、詳細には、ディーゼルエンジンの排気ガスに含まれる黒鉛を減少するための黒鉛防止装置に関する。
【０００３】
【従来の技術】
【０００４】
近年、ディーゼルエンジン車の排出ガスに含まれる黒鉛成分である粒子状物質（ＰＭ）は、大気汚染の大きな要因となり社会問題となっているので、触媒やフィルター等を用いた装置により、要因物質を取り除くことが行われている。
このような装置として、車両から排出される熱エネルギーを利用して、表面に付着したカーボン等を焼き落とすことで目詰まりを防ぎ、機能低下を防止する連続再生タイプの装置が知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一般に、ディーゼルエンジンより排出される排気ガス中には、オイル成分を含んでオイルスモークとなる物質が存在し、該物質が、触媒やフィルターの目詰まりを引き起こすことで機能が低下する。
そのため、従来の連続再生タイプの装置は、メンテナンスが簡単でコストも安いが、それでも長く使用すると、排出される熱エネルギーを単に利用しただけでは、オイルを十分に焼き落とすことができず、機能低下を十分に防止することができなかった。
従って、本発明の目的は、長く使用しても機能が低下せずに、十分な黒鉛減少効果を有する装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の課題を解決するための手段は、下記のとおりである。
【０００９】
第１に、黒鉛除去用の触媒と、
マフラー体と、
黒鉛除去用のフィルターとを備えると共に、
ベンチュリー型の開口部を有する整流プレート間に、蓄熱部材を納めた整流蓄熱具を備えたことを特徴とする、黒鉛減少装置。
第２に、黒鉛除去去用の触媒と、
マフラー体と、
黒鉛除去用のフィルターとを、
排気ガスの入口側を前方側とし、出口側を後方側とすると、
前方側から後方側に向けて、触媒、マフラー体、フィルターの順で備えると共に、
触媒の前方側に、ベンチュリー型の開口部を有する整流プレート間に蓄熱部材を納めた整流蓄熱具を取り付けたことを特徴とする、黒鉛減少装置。
【００１０】
ここで、整流蓄熱具の取り付け位置は、フィルターの前方側若しくは触媒の前方側とするが、フィルター及び触媒の前方に各々整流蓄熱具を取り付けることもできる。
また、蓄熱部材は、熱反応性に優れた物質であればよく、例えば、ステンレス、チタン等を採用できる。
さらに、マフラー体としては、第１段階の整流化及び熱膨張を図る第１のベンチュリー手段、第１段階で整流化した排出ガスを不整流とする手段、第２段階の整流化及び熱膨張を図る第２のベンチュリー手段、熱変化を引き起こす第３のベンチュリー手段を備えたものを採用できる。
【００１１】
触媒としては、接触還元法による固定式ハニカム状メタル触媒、固定式ハニカム状セラミック触媒を採用することができる。
フィルターとしては、接触除去法による固定式ハニカム状セラミックフィルター、固定式スティールメッシュロールフィルターを採用することができる。
【００１２】
【実施例】
【００１３】
以下に、図面を参照しながら、本発明の一実施例について説明する。
【００１４】
図１は、本発明に係る装置の概略図である。
【００１５】
本実施例の装置は、マフラー体１００と、黒鉛除去用の触媒２００と、黒鉛除去用のフィルター３００とを、排気ガスの入口側を前方側とし、出口側を後方側とすると、前方側から後方側に向けて、触媒２００、マフラー体１００、フィルター３００の順で備えると共に、触媒２００の前方側に、ベンチュリー型の開口部を有する整流プレート間に蓄熱部材を納めた整流蓄熱具４００を取り付けたものである。
【００１６】
マフラー体１００は、外箱１０に、第１段階の整流化及び熱膨張を図る第１のベンチュリー手段と第１段階で整流化した排出ガスを不整流とする手段である消音効果を有する消音室２０と、第２段階の整流化及び熱膨張を図る第２のベンチュリー手段である整流室３０と、熱変化を引き起こす第３のベンチュリー手段である加熱膨張室４０とを納めたものである。
【００１７】
外箱１０は、円筒状であって、鉄の間にカーボンウールを挟んだものにより構成され、ディーゼルエンジンからの排出ガスが供給される流入パイプ１１の取入口１０ａと、処理済の排出ガスを放出するＬ字状のエンドパイプ１２の取出口１０ｂが設けられている。
また、図中、１３、１４、１５、１６、１７は、各部を仕切る仕切板であり、サンドウールを用いて遮熱効果を有するように構成されている。
【００１８】
消音室２０は、流入パイプ１１に連続して、円筒状でステンレス製のパンチングプレート２１を接続することで設けられ、内部の入口側には、第１円錐ベンチュリー２２が入口側から反対側に向けて通路が狭くなるように設置されている。
【００１９】
パンチングプレート２１の外部には、消音効果を有するステンレスウール２３と、消音効果を有するカーボンマット２４が配置されている。
【００２０】
消音室２０と整流室３０との間は、Ｕ字状に湾曲した第１リターンパイプ２５が設けられている。
【００２１】
整流室３０は、ストレートパイプ３１を第１リターンパイプ２５に接続することで設けられ、内部の出口側には、第１円錐ベンチュリー２２よりも絞り込みが弱い中絞ベンチュリー３２が配置されている。
【００２２】
整流室３０と加熱膨張室４０との間は、Ｕ字状に湾曲した第２リターンパイプ３３が設けられている。
【００２３】
加熱膨張室４０は、外側管４１の内部に、入口側から出口側に向けて、第２円錐ベンチュリー４２、逆円錐ベンチュリー４３、加圧加熱ベンチュリーシェル４４が連続して設けられている。
第２円錐ベンチュリー４２は、第１円錐ベンチュリー２２、中絞ベンチュリー３２よりも絞り込みが強くて角度が大きくベンチュリー比が高くなるように形成されている。
【００２４】
加圧加熱ベンチュリーシェル４４の前部には、後側が狭まった涙型開口４５が４個形成され、中間部から後部に向けての外側に、整流プレート４６が取り付けられている。
ここで、涙型開口４５は、加圧加熱ベンチュリーシェル４４に流入する排出ガス全体を１００として３５％程度を分配するように形成されている。
【００２５】
加圧加熱ベンチュリーシェル４４と外側管４１とによって、低温膨張室４７が形成されている。
【００２６】
図中、４８は、加圧加熱ベンチュリーシェル４４の高圧加熱出口であり、第２円錐ベンチュリー４２の最狭部より小さく形成されている。
また、４９は、外側管４１の排出ガス合流出口を示している。
【００２７】
整流蓄熱具４００は、図２に示すベンチュリー型の開口部５１を有する整流プレート５２間に、排気ガスの熱エネルギーを蓄積するために細いループタイプのステンレスワイヤーを圧縮挿入することで蓄熱部材５３を納めたものであり、例えば直径１５００ｍｍで周囲に１５０ｍｍ程度の折り返し部を有する整流プレートを２枚用意し、向かい合わせることで３００ｍｍの間隔を置いて組み合わせることにより、排気ガスの流れを一定方向から多方向へ変化させることができるものである。
また、整流蓄熱具４０により、排気ガスの熱エネルギーを蓄えることで、触媒２００に導入される排気ガスの温度の安定化を図ることができるので、触媒の熱変化に対応し、触媒の熱反応を早く一定化させることができる。
【００２８】
ここで、整流プレート５２は、金型にてプレス加工されたもので、周囲に８個のベンチュリー型の開口部５１を有し、該開口部５１により、排気ガスの流速に変化を与えることで、後方に位置する触媒の表面の全面に、偏りなく均等に排気ガスを当てるものである。
【００２９】
各開口部５１には、平板を絞り型にしてスクリュー状にし、２つのスクリュー状物をクロスして組み合わせることで強い渦状の流れを作り出す攪拌部品５４が取り付けられている。
【００３０】
また、一方の整流プレート５２の中央部には、分散面５５が形成されている。
分散面５５は、整流プレート５２の直径を１５００ｍｍとした場合に、高さ２５０ｍｍとなるもので、縁にはＲ４０°のアール面５６が形成されている。
【００３１】
該分散面５５に当たった排気ガスは、縁に形成されたアール面５６を介して分散して整流プレート５２の周囲に導かれる。
すると、排気ガスは、整流プレート５２の全ての開口部５１を介して、整流蓄熱具４００の内部に入り込むことになる。
この際、開口部５１はベンチューリ型であり、しかも、強い渦状の流れを作り出す攪拌部品５４が取り付けられているので、開口部５１を通過した排気ガスは加速渦巻流となって蓄熱部材５３に当たることになる。
【００３２】
図中、６１は、整流プレート５２と同様に周囲に８個のベンチュリー型の開口部５１を有する第１変流プレートを示している。
また、図中、６２、６３は、周囲に８個の開口部を有する第２変流プレート、第３変流プレートを示している。
第２変流プレート６２は、第１変流プレート６１より後方であって、整流蓄熱具の前方に、間隔を置いて配置されている。
第３変流プレート６３は、フィルター３００より後方に間隔を置いて配置されている。
【００３３】
図中、７１、７２、７３は、順に、第１パンチプレート、第２パンチプレート、第３パンチプレートを示している。
第１パンチプレート７１は触媒２００の前面側に位置し、第２パンチプレート７２は触媒２００の後面側に位置している。
また、第３パンチプレート７３は、フィルター３００の前方側に位置している。
【００３４】
図中、８１は黒鉛減少装置の入口、８２は黒鉛減少装置の出口を示している。
【００３５】
図中、９１は円錐台状の入口ケース、９２は触媒２００及び整流蓄熱具４００を納めた円筒状の触媒ケース、９３はマフラー体１００を納めた円筒状のマフラーケース、９４はフィルター３００を納めたフィルターケース、９５は逆円錐台状の出口ケースを示している。
【００３６】
次に、上記装置の作用について説明する。
【００３７】
まず、入口８１から入り込んだ排気ガスは、第１変流プレート６１、第２変流プレート６２を通ることで、流速に十分な変化が与えられると共に拡散して、整流蓄熱具４００に入り込む。
【００３８】
整流蓄熱具４００によって温められた排気ガスは、均一に拡散して触媒２００に入り込み、黒鉛の除去が行われる。
ここで、触媒２００に入り込む排気ガスは、整流蓄熱具４００によって排気ガスの温度変化に左右されずに一定の温度に温められるので、黒鉛の除去効果が優れると共に、目詰まり等の機能低下の原因を取り除くことができるようになる。
その結果、触媒は、長期間に渡り、目詰まりを防ぎ、機能を維持することができるようになる。
【００３９】
次に、マフラー体１００によって、ディーゼルエンジンから排出される排出ガスの熱源を基本的に取り入れ、ディーゼルエンジンから排出される燃焼圧力や気体を利用し、排出ガスの加熱膨張による二次燃焼によって、より完全な燃焼を行い、圧力膨張の流速運動を向上させることで、不燃焼ガスの比重を少なくし、圧力をかけた排出ガスルートの流速運動の加速による加熱上昇によって、排気ガスに含まれる黒鉛が、更に、次のような工程を経て除去される。
まず、流入パイプ１１から流れ込む不整流の排出ガスは、消音室２０内において、第１円錐ベンチュリー２２を通過する。
該第１円錐ベンチュリー２２によって、排出圧力に一度加圧付加をかけることでマニホルドから排出パイプ１１を伝わってきた排出ガスの整流化を図る。整流化された排出ガスは、消音室２０内で膨張する。
【００４０】
膨張した排出ガスは、パンチングプレート２１の穴から外側に流れ出すことで不整流となって、流速の緩やかな流れを生じ、ステンレスウール２３、カーボンマット２４などに流れ出て消音され、再び、パンチングプレート２１の穴から内部に入り込む。
【００４１】
整流室３０では、消音室２０より流れ出てくる不整流の排出ガスの流速が低下する。
そして、流速が低下したガスは、整流室３０の出口部分の中絞ベンチュリー３２により、加圧され、熱により２回目の膨張をする。
すなわち、整流室３０に入り込んだ不整流のガスは、整流用のストレートパイプ３１の内部で整流となって、丸中抜き型の中絞ベンチュリー３２に入り込み、加圧され、流速が早められることで、熱により膨張する。
【００４２】
整流室３０から出た排出ガスは、第２ターンパイプ３３に流入した後に、加熱膨張室４０に入り込み、加圧され、熱により３回目の膨張をする。
該膨張は、第２円錐ベンチュリー４２、逆円錐ベンチュリー４３を通過することで始まる整流によって発生し、特に、逆円錐ベンチュリー４３を通過することで、流速が上昇し、最大となる。
【００４３】
ここで、第２円錐ベンチュリー４２は、第１円錐ベンチュリー２２、中絞ベンチュリー３２よりも、最狭部が小さく形成されているので、排出ガスが最大に加圧される。よって、排出ガスは、最大に加熱され、最大に膨張することなる。
この第２円錐ベンチュリー４２を通過した排出ガスは、二次燃焼するほどの高温となり、排出ガス内に含んでいる不燃焼ガスが削減される。
このような高温の排出ガスは、逆円錐ベンチュリー４３を通過することで、より流速が加速される。
そして、流速が加速された排出ガスは、そのまま加圧加熱ベンチュリー４４内を進む１次流とは別に、一部が２次流となって涙型開口４５から流出して冷えた低温膨張室４７に入り込み、流速が大きく変化する。
【００４４】
この様に流速の大きな変化を取り入れることにより、排出ガスは、消音室２０、整流室３０、加熱膨張室４０によって、加圧と熱による膨張が繰り返される。
【００４５】
加熱膨張室４０内において分かれた１次流と２次流は、それぞれの熱変化を伴いつつ、高温高圧排出流である１次流が、押し出されるような速度で、加速排出される。
一方、熱変化の大きい平圧平温排出流である２次流は、膨張により気体の体積が大きくなり、流れが一次流より遅くなる。
また、２次流は、不整流がおきやすく、出口に向かう所に取り付けた整流プレート４６によって、整流されつつ、排出される。
【００４６】
加熱膨張室４０で加熱された排出ガスは、途中で１次流と２次流とに分かれ、出口側で合流し、１次流の流速に合わせて２次流が加速され排出ガス合流出口４９より排出される。
【００４７】
ここで、涙型開口４５より外に流出した排出ガスと、加圧加熱ベンチュリーシェル４４の内部を進む排出ガスとは、圧力、流速が大きく相違する。
そして、１次流の流速に合わせて２次流が加速されることで、吸引作用が働き、その結果、内燃機の燃焼室内部の吸気能力が向上する。
吸気能力が向上すると、不燃焼比が低下して、エンジンの基本的燃焼が向上するので、窒素酸化物（ＮＯＸ、ＮＯ、ＮＯ２）、一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）、粒子状物質（ＰＭ）等の改善が図られる。
【００４８】
マフラー体１００から出た排気ガスは、フィルター３００によっても黒鉛成分が除去された後に、第３変流プレート６３によって拡散されて出口８２から排出される。
【００４９】
【発明の効果】
【００５０】
本発明の装置は、長く使用しても機能が低下せずに、十分な黒鉛減少効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る装置の概略図である。
【図２】本発明に係る整流プレートの平面図である。
【符号の説明】
１０　外箱
１０ａ　取入口
１０ｂ　取出口
１１　流入パイプ
１２　エンドパイプ
１３　仕切板
１４　仕切板
１５　仕切板
１６　仕切板
１７　仕切板
２０　消音室
２１　パンチングプレート
２２　第１円錐ベンチュリー
２３　ステンレスウール
２４　カーボンマット
２５　第１リターンパイプ
３０　整流室
３１　ストレートパイプ
３２　中絞ベンチュリー
３３　第２リターンパイプ
４０　加熱膨張室
４１　外側管
４２　第２円錐ベンチュリー
４３　逆円錐ベンチュリー
４４　加圧加熱ベンチュリーシェル
４５　涙型開口
４６　整流プレート
４７　低温膨張室
４８　高圧加熱出口
４９　排出ガス合流出口
５１　開口部
５２　整流プレート
５３　蓄熱部材
５４　攪拌部品
５５　分散面
５６　アール面
６１　第１変流プレート
６２　第２変流プレート
６３　第３変流プレート
７１　第１パンチプレート
７２　第２パンチプレート
７３　第３パンチプレート
８１　入口
８２　出口
９１　入口ケース
９２　触媒ケース
９３　マフラーケース
９４　フィルターケース
９５　出口ケース
１００　マフラー体
２００　触媒
３００　フィルター
４００　整流蓄熱具
【図１】
2004052591.tif 000003
【図２】
2004052591.tif 000004