JP3861114B2

JP3861114B2 - 排気浄化装置

Info

Publication number: JP3861114B2
Application number: JP2002028305A
Authority: JP
Inventors: 博舟橋; 崇石森
Original assignee: Hino Motors Ltd
Current assignee: Hino Motors Ltd
Priority date: 2002-02-05
Filing date: 2002-02-05
Publication date: 2006-12-20
Anticipated expiration: 2022-02-05
Also published as: JP2003227330A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気浄化装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
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、このようなパティキュレートの低減対策としては、排気ガスが流通する排気管の途中に、パティキュレートフィルタを装備することが従来より行われている。
【０００３】
この種のパティキュレートフィルタは、コージェライト等の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、各流路を区画する多孔質薄壁を透過した排気ガスのみが下流側へ排出されるようにしてある。
【０００４】
そして、排気ガス中のパティキュレートは、前記多孔質薄壁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ため、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実用化が進められている。
【０００５】
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。
【０００６】
ただし、斯かる触媒再生型のパティキュレートフィルタを採用した場合であっても、該パティキュレートフィルタに担持される酸化触媒には活性温度領域があり、この活性下限温度を下まわるような排気温度での運転状態（一般的に軽負荷の運転領域に排気温度が低い領域が拡がっている）が続くと、酸化触媒が活性化しないためにパティキュレートが良好に燃焼除去されないという不具合が起こり得るので、パティキュレートの堆積量が増加してきた段階でパティキュレートフィルタより上流側の排気ガス中にＨＣ（炭化水素）を添加してパティキュレートフィルタの強制再生を行うことが考えられている。
【０００７】
つまり、パティキュレートフィルタより上流側でＨＣを添加すれば、その添加されたＨＣがパティキュレートフィルタの酸化触媒上で酸化反応し、その反応熱により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の再生化が図られることになる。
【０００８】
また、ディーゼルエンジンの排気ガス中には、燃料中の硫黄分に由来するＳＯ₂が存在するため、このＳＯ₂がパティキュレートフィルタの酸化触媒上で空気酸化してサルフェートが生成されてしまうという不具合があるが、前述した如く、パティキュレートフィルタより上流側でＨＣを添加して酸化触媒上で酸化反応させることにより触媒床温度を上げれば、ここに滞留しているサルフェートがガス化して脱離するので、酸化触媒の被毒劣化やフィルタケース等の腐食が未然に防止されることにもなる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この種のＨＣを添加する手段を備えたとしても、ＨＣがパティキュレートフィルタの酸化触媒上で酸化反応することができないほど排気温度が極めて低い運転領域で運転が行われている場合（例えば都内の路線バス等のように渋滞路ばかりを走行する場合）には、このようなＨＣ添加による触媒床温度の上昇が期待できないという問題があった。
【００１０】
本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、排気温度が極めて低い運転領域で運転が行われている場合でも適宜に排気温度を上昇し得る排気浄化装置を提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、内燃機関からの排気ガスが流通する排気管の途中にパティキュレートフィルタを装備した排気浄化装置において、前記パティキュレートフィルタの直後に、排気管の内径より小さな旋回径のバタフライ型の弁体を前記旋回径より小さな厚さ寸法のプレート型ハウジングにより傾動自在に抱持した排気絞り弁を設けると共に、前記弁体の閉時の姿勢を排気管の軸心に対し直立した状態から僅かな角度だけ傾斜させた状態に規制し且つその傾斜角度を任意に調整することが可能なストッパ手段として、前記弁体の旋回軸に一体的に装着されたレバーに対し前記弁体の閉時に当接して更なる傾動を阻止するアジャストネジを前記プレート型ハウジング側のブラケットに螺着してロックナットにより固定したことを特徴とするものである。
【００１２】
従って、本発明では、内燃機関の軽負荷運転時等における排気温度が極めて低い運転状態にあっても、排気絞り弁による排気流量の絞り込みを行うと、該排気絞り弁より上流側で排気ガスが昇圧されることにより排気温度が上昇され、しかも、内燃機関の排気抵抗が高まることにより、該内燃機関の気筒内に比較的温度の低い吸気が流入し難くなって比較的温度の高い排気ガスの残留量が増加し、この比較的温度の高い排気ガスを多く含む気筒内の空気が更に圧縮行程で圧縮されて爆発行程を迎えることでも更なる排気温度の上昇が図られる。
また、弁体の閉時に該弁体のレバーに対しアジャストネジが当接して更なる傾動が阻止され、該アジャストネジのブラケットに対する締め込み位置に応じ、弁体の閉時の姿勢が排気管の軸心に対し直立した状態から任意に調整可能な僅かな角度だけ傾斜した状態に規制されるので、弁体の閉時における最小流路断面積を確保することが可能となり、内燃機関側の運転状態に悪影響を及ぼすような過剰な排気抵抗の上昇が未然に防止されることになる。
【００１３】
また、排気絞り弁が排気管の軸心方向にコンパクトに構成されるので、該排気管の軸心方向にプレート型ハウジングの厚さ寸法に相当するだけの僅かな配置スペースを確保するだけで排気絞り弁の装着が可能となる。
【００１４】
更に、本発明においては、前述した如きストッパ手段としてアジャストネジを装備することに加えて、弁体に閉時における最小流路断面積を確保するための連通孔を形成するようにしても良い。
【００１５】
また、プレート型ハウジングの内径を排気管の内径より小さく形成すると良く、このようにすれば、プレート型ハウジングの前後で排気管が曲がっているような場合であっても、開時における弁体の傾動軌道と排気管の内周面との間のクリアランスを大きく確保することが可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【００１７】
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１中における符号の１はターボチャージャ２を搭載したディーゼルエンジン（内燃機関）を示しており、エアクリーナ３から導いた吸気４を吸気管５を通し前記ターボチャージャ２のコンプレッサ２ａへ導いて加圧し、その加圧された吸気４をインタークーラ６を介しディーゼルエンジン１の各気筒に分配して導入するようにしてある。
【００１８】
また、このディーゼルエンジン１の各気筒から排気マニホールド７を介し排出された排気ガス８を排気管９を通して前記ターボチャージャ２のタービン２ｂへ送り、該タービン２ｂを駆動した排気ガス８を触媒再生型のパティキュレートフィルタ１０を通してパティキュレートを捕集した上で車外へ排出するようにしてある。
【００１９】
ここで、パティキュレートフィルタ１０の具体的な構造は図２に示す通りであり、このパティキュレートフィルタ１０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１１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１１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１１を区画する多孔質薄壁１２を透過した排気ガス８のみが下流側へ排出されるようにしてある。
【００２０】
そして、本形態例においては、図１及び図３、図４に示す如く、排気管９に装備されているパティキュレートフィルタ１０の直後に、排気管９（図示ではテールパイプを成している）の内径Ｄ₁より小さな旋回径Ｄ₂のバタフライ型の弁体１３を前記旋回径Ｄ₂より小さな厚さ寸法Ｌのプレート型ハウジング１４により傾動自在に抱持し且つ該弁体１３が閉時に排気管９の軸心Ｏに対し略直立するようにした排気絞り弁１５が装備されており、より具体的には、プレート型ハウジング１４に対し軸受１６を介して旋回軸１７の両端部が回動自在に軸支され、この旋回軸１７に前記バタフライ型の弁体１３が一体的に装着されるようになっている。
【００２１】
更に、本形態例では、図３に図示されている通り、閉時における所要の最小流路断面積を確保するための適宜な数の連通孔１８が弁体１３に形成されており、また、プレート型ハウジング１４の内径Ｄ₃が排気管９の内径Ｄ₁より小さく形成されている。
【００２２】
一方、図４及び図５に示す如く、排気管９の外部におけるプレート型ハウジング１４の一側には、エアシリンダ１９を装備したサポートフレーム２０が取り付けられ、該サポートフレーム２０側に突き出た旋回軸１７の一端部に一体的に装着されているレバー２１が、前記エアシリンダ１９のピストン２２の先端部とリンク２３を介して傾動自在に連結されていて、前記エアシリンダ１９の伸縮作動によりリンク２３及びレバー２１を介して前記弁体１３が傾動操作されるようになっている。
【００２３】
ただし、図５は図４のＶ−Ｖ方向の矢視図であるが、説明の便宜上から弁体１３の閉時の作動状態を実線で示したものとしてある（図５中の二点鎖線が弁体１３の開時の作動状態を示している）。
【００２４】
また、図５に図示されている通り、サポートフレーム２０の適宜位置にブラケット２４が突設され、該ブラケット２４に螺着されてロックナット２５により固定されたアジャストネジ２６が、弁体１３の閉時に前記レバー２１（図５中の二点鎖線を参照）に当接して更なる傾動を阻止するようになっている。
【００２５】
即ち、アジャストネジ２６のブラケット２４に対する締め込み位置を調整することにより、弁体１３の閉時の姿勢を排気管９の軸心Ｏに対し直立した状態から僅かな角度だけ傾斜させた状態に規制し得るようになっており、図６に概念的に示しているように、弁体１３の閉時の姿勢が排気管９の軸心Ｏに対し直立した状態（図６中に実線で示す状態）に近いほど、閉時における弁体１３とプレート型ハウジング１４との間のクリアランスＣが小さくなるようになっている。
【００２６】
尚、図１中における符号２７は排気ブレーキ、２８は排気管９の屈曲部に対し貫通装着されて燃料（オイルでも可）を噴射するようにしたインジェクタを示す。
【００２７】
而して、渋滞路走行時における排気温度が極めて低い運転状態にあっても、排気絞り弁１５による排気流量の絞り込みを行うと、該排気絞り弁１５より上流側で排気ガス８が昇圧され、この排気ガス８の昇圧により排気温度が上昇することになる。
【００２８】
即ち、排気ガス８の温度Ｔと、排気圧力Ｐと、流量Ｖとには、下記の関係式
Ｐ・Ｖ／Ｔ＝一定
が決まっており、排気管を絞り込んで排気圧力Ｐを大きくして流量Ｖを一定に保てば、所定の運転状態に関して排気ガス８の温度Ｔが大きく上昇することになる。
【００２９】
しかも、ディーゼルエンジン１の排気抵抗が高まることにより、該ディーゼルエンジン１の気筒内に比較的温度の低い吸気が流入し難くなって比較的温度の高い排気ガス８の残留量が増加し、この比較的温度の高い排気ガス８を多く含む気筒内の空気が更に圧縮行程で圧縮されて爆発行程を迎えることでも更なる排気温度の上昇が図られることになる。
【００３０】
そして、このように排気温度が上昇されることにより、パティキュレートフィルタ１０の酸化触媒上でのＨＣの酸化反応が可能となる触媒床温度が得られた時点で、インジェクタ２８から燃料を噴射して排気ガス８中で熱分解させることにより高濃度のＨＣを生成すると、このＨＣがパティキュレートフィルタ１０の酸化触媒上で酸化反応し、その反応熱により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１０の良好な再生化が図られることになる。
【００３１】
また、このようなＨＣの添加によりパティキュレートフィルタ１０の触媒床温度を高めることができれば、ここに滞留しているサルフェートがガス化して脱離するので、酸化触媒の被毒劣化やフィルタケース等の腐食が未然に防止されることにもなる。
【００３２】
従って、上記形態例によれば、渋滞路走行時等における排気温度の極めて低い運転状態にあっても、パティキュレートフィルタ１０の直後で排気絞り弁１５を絞り込むことにより、該排気絞り弁１５より上流側の排気ガス８を昇圧して排気温度を上昇させることができるので、このような排気温度の極めて低い運転状態下でのＨＣ添加によるパティキュレートフィルタ１０の触媒床温度の昇温化を実現することができ、ＨＣ添加によるパティキュレートフィルタ１０の触媒活性の向上及びサルフェートの脱離性の向上を図ることができる。
【００３３】
また、排気絞り弁１５が排気管９の軸心方向にコンパクトに構成されるので、該排気管９の軸心方向にプレート型ハウジング１４の厚さ寸法Ｌに相当するだけの僅かな配置スペースを確保するだけで比較的容易に排気絞り弁１５を装着することができ、ある程度の排気管９の長さを有する車両であれば、排気管９の屈曲部等を利用して配置スペースを無理なく確保することができて、後付けで排気絞り弁１５の装備を実現することができる。
【００３４】
更に、本形態例では、弁体１３に連通孔１８を形成すると共に、弁体１３の閉時の姿勢を排気管９の軸心Ｏに対し直立した状態から僅かな角度だけ傾斜させた状態に規制し且つその傾斜角度を任意に調整することが可能なストッパ手段としてアジャストネジ２６を装備しているので、閉時における最小流路断面積を支障なく確保することができ、ディーゼルエンジン１側の運転状態に悪影響を及ぼすような過剰な排気抵抗の上昇を未然に防ぐことができる。
【００３５】
また、プレート型ハウジング１４の内径Ｄ₃を排気管９の内径Ｄ₁より小さく形成しているので、プレート型ハウジング１４の前後で排気管９が曲がっているような場合であっても、開時における弁体１３の傾動軌道と排気管９の内周面との間のクリアランスを大きく確保することができて、両者の相互干渉を回避することができる。
【００３６】
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、パティキュレートフィルタが酸化触媒を担持していないものであっても良く、また、その上流側にＨＣの添加手段（インジェクタ等）を備えないものであっても良いこと、その他、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。
【００３７】
【発明の効果】
上記した本発明の排気浄化装置によれば、下記の如き種々の優れた効果を奏し得る。
【００３８】
（Ｉ）本発明の請求項１に記載の発明によれば、渋滞路走行時等における排気温度の極めて低い運転状態にあっても、パティキュレートフィルタの直後で排気絞り弁を絞り込むことにより、該排気絞り弁より上流側の排気ガスを昇圧して排気温度を上昇させることができるので、例えば、パティキュレートフィルタの上流側にＨＣを添加する手段を備えるようにすれば、排気温度の極めて低い運転状態下でのＨＣ添加によるパティキュレートフィルタの触媒床温度の昇温化を実現することができ、ＨＣ添加によるパティキュレートフィルタの触媒活性の向上及びサルフェートの脱離性の向上を図ることができる。
【００３９】
（ＩＩ）本発明の請求項１に記載の発明によれば、排気絞り弁が排気管の軸心方向にコンパクトに構成されるので、該排気管の軸心方向にプレート型ハウジングの厚さ寸法に相当するだけの僅かな配置スペースを確保するだけで比較的容易に排気絞り弁を装着することができ、ある程度の排気管の長さを有する車両であれば、排気管の屈曲部等を利用して配置スペースを無理なく確保することができて、後付けで排気絞り弁の装備を実現することができる。
【００４０】
（ＩＩＩ）本発明の請求項１、２に記載の発明によれば、閉時における最小流路断面積を支障なく確保することができ、内燃機関側の運転状態に悪影響を及ぼすような過剰な排気抵抗の上昇を未然に防ぐことができる。
【００４１】
（ＩＶ）本発明の請求項３に記載の発明によれば、プレート型ハウジングの前後で排気管が曲がっているような場合であっても、開時における弁体の傾動軌道と排気管の内周面との間のクリアランスを大きく確保することができて、両者の相互干渉を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施する形態の一例を示す概略図である。
【図２】図１のパティキュレートフィルタの詳細を示す断面図である。
【図３】図１の排気絞り弁の詳細を拡大して示す断面図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ矢視の断面図である。
【図５】図４のＶ−Ｖ方向の矢視図である。
【図６】閉時の弁体の姿勢の違いによるクリアランスの変化を説明する概念図である。
【符号の説明】
１ディーゼルエンジン（内燃機関）
８排気ガス
９排気管
１０パティキュレートフィルタ
１３弁体
１４プレート型ハウジング
１５排気絞り弁
１８連通孔
２６アジャストネジ（ストッパ手段）

Claims

内燃機関からの排気ガスが流通する排気管の途中にパティキュレートフィルタを装備した排気浄化装置において、前記パティキュレートフィルタの直後に、排気管の内径より小さな旋回径のバタフライ型の弁体を前記旋回径より小さな厚さ寸法のプレート型ハウジングにより傾動自在に抱持した排気絞り弁を設けると共に、前記弁体の閉時の姿勢を排気管の軸心に対し直立した状態から僅かな角度だけ傾斜させた状態に規制し且つその傾斜角度を任意に調整することが可能なストッパ手段として、前記弁体の旋回軸に一体的に装着されたレバーに対し前記弁体の閉時に当接して更なる傾動を阻止するアジャストネジを前記プレート型ハウジング側のブラケットに螺着してロックナットにより固定したことを特徴とする排気浄化装置。
弁体に閉時における最小流路断面積を確保するための連通孔を形成したことを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
プレート型ハウジングの内径を排気管の内径より小さく形成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。