JP2002364335A

JP2002364335A - 排気ガス浄化装置

Info

Publication number: JP2002364335A
Application number: JP2001175561A
Authority: JP
Inventors: Toshihisa Sugiyama; 敏久杉山; Hiromichi Yanagihara; 弘道柳原; Yoshimitsu Henda; 良光辺田; Yoshio Yamashita; 芳雄山下; Zenichiro Kato; 善一郎加藤
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2001-06-11
Filing date: 2001-06-11
Publication date: 2002-12-18

Abstract

(57)【要約】【課題】フィルタ組立体内に捕集される浮遊微粒子の
分布を均一化するための技術を提供する。【解決手段】少なくとも１つの燃焼室を備える内燃機
関に適用され、燃焼室から排出される排気ガスを浄化す
るための排気ガス浄化装置は、燃焼室から排出された排
気ガスが通る通路を形成する導管１６，６０と、導管内
の通路に配置され、排気ガス中に含まれる浮遊微粒子を
捕集するためのフィルタ組立体１００と、を備える。導
管は、フィルタ組立体を通過した排気ガスを、外部に排
出するための排出用通路と、排出用通路に接続され、フ
ィルタ組立体を通過した排気ガスの一部を、燃焼室に環
流させるための環流用通路と、を含んでいる。そして、
導管は、フィルタ組立体を通過する排気ガスの単位面積
あたりの流量を均一化する機能を有する通路構造を有し
ている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、内燃機関の排気
ガスに含まれる浮遊微粒子を浄化するための技術に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】ディーゼル機関の排気ガス中には、通
常、黒煙（スス）などの浮遊微粒子が含まれている。近
年、大気汚染を防ぐために、排出される浮遊微粒子の総
量の低減が、強く要請されている。このため、従来で
は、機関の排気用導管に、排気ガス中に含まれる浮遊微
粒子を捕集するためのフィルタ組立体が設けられてい
る。

【０００３】図１５は、従来のディーゼル機関９１０の
要部を示す説明図である。図示するように、エンジン本
体９１１は、４つの燃焼室＃１〜＃４を有している。各
燃焼室＃１〜＃４には、吸気用導管９１２と排気用導管
９１６とが接続されている。排気用導管９１６内の通路
には、各燃焼室＃１〜＃４毎にフィルタ組立体９００が
設けられている。なお、フィルタ組立体９００内に捕集
された浮遊微粒子は、フィルタ再生処理によって除去さ
れる。また、図１５では、排気ガス中の窒素酸化物（Ｎ
Ｏｘ）を低減させるためのＥＧＲ管９６０が、排気用導
管９１６と吸気用導管９１２との間に接続されている。
フィルタ組立体９００を通過した排気ガスの一部は、Ｅ
ＧＲ管９６０を介して、吸気用導管１２に還流する。

【０００４】なお、上記のようなディーゼル機関は、例
えば、本願出願人によって開示された特開２０００−２
０４９４０号公報に記載されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来では、
ＥＧＲ管は、機関の空いているスペースに配置されるた
め、排気用導管の偏った位置に接続されていた。図１５
では、ＥＧＲ管９６０は、４番目の燃焼室＃４に対応す
るフィルタ組立体９００の付近において、排気用導管９
１６に接続されている。このため、従来では、各フィル
タ組立体９００内に捕集される浮遊微粒子の分布が偏っ
てしまうという問題があった。

【０００６】すなわち、吸気用導管９１２内の圧力は排
気用導管９１６内の圧力よりも低いため、各燃焼室＃１
〜＃４から排気用導管１６に流入した排気ガスは、主に
ＥＧＲ管９６０の通路入口に向かって流れる。この結
果、フィルタ組立体９００内に捕集される浮遊微粒子の
分布は偏ってしまう。より具体的には、フィルタ組立体
９００内に捕集される浮遊微粒子の分布は、ＥＧＲ管９
６０の通路入口側において比較的大きくなる。

【０００７】フィルタ組立体内に捕集された浮遊微粒子
の分布が偏ると、フィルタ再生処理に要する時間が比較
的長くなってしまう。また、フィルタ再生処理を定期的
に一定時間行う場合には、捕集された浮遊微粒子の一部
が除去されずに残ってしまう。これは、浮遊微粒子がよ
り多く捕集された領域の再生処理には、より多くの時間
を要するためである。すなわち、フィルタ組立体内に捕
集される全浮遊微粒子量が同じ場合には、浮遊微粒子の
分布の偏りが大きい程、フィルタ再生処理に要する時間
が長くなる。

【０００８】なお、上記の問題は、ディーゼル機関に限
らず、燃焼室内に直接ガソリンを噴射する方式のいわゆ
る筒内噴射ガソリン機関などの内燃機関と共通する問題
である。

【０００９】この発明は、従来技術における上述の課題
を解決するためになされたものであり、フィルタ組立体
内に捕集される浮遊微粒子の分布を均一化するための技
術を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段およびその作用・効果】上
述の課題の少なくとも一部を解決するため、本発明の装
置は、少なくとも１つの燃焼室を備える内燃機関に適用
され、前記燃焼室から排出される排気ガスを浄化するた
めの排気ガス浄化装置であって、前記燃焼室から排出さ
れた排気ガスが通る通路を形成する導管と、前記導管内
の通路に配置され、排気ガス中に含まれる浮遊微粒子を
捕集するためのフィルタ組立体と、を備え、前記導管
は、前記フィルタ組立体を通過した排気ガスを、外部に
排出するための排出用通路と、前記排出用通路に接続さ
れ、前記フィルタ組立体を通過した排気ガスの一部を、
前記燃焼室に環流させるための環流用通路と、を含み、
前記導管は、前記フィルタ組立体を通過する排気ガスの
単位面積あたりの流量を均一化する機能を有する通路構
造を有していることを特徴とする。

【００１１】ここで、流量とは、単位時間に流れる流体
（排気ガス）の体積を意味している。

【００１２】この排気ガス浄化装置では、導管は、フィ
ルタ組立体を通過する排気ガスの単位面積あたりの流量
を均一化する機能を有する通路構造を有しているので、
フィルタ組立体内に捕集される浮遊微粒子の分布を均一
化することができる。

【００１３】上記の装置において、前記通路構造は、前
記フィルタ組立体の下流側の面に対向するように設けら
れた前記還流用通路の入口を含むことが好ましい。

【００１４】排気ガスは、圧力の比較的低い還流用通路
の入口に向かって流れ易い。したがって、上記のような
通路構造を採用すれば、排気ガスが還流用通路の入口に
向かって流れることにより、フィルタ組立体を通過する
排気ガスの単位面積あたりの流量を均一化することがで
きる。

【００１５】また、上記の装置において、前記通路構造
は、前記フィルタ組立体の下流側の面に対向する位置以
外の位置に設けられた前記還流用通路の入口と、前記排
出用通路と前記還流用通路との接続部分に設けられ、前
記導管の内側壁面から内部に向かって突出し、排気ガス
を前記排出用通路の下流側に向かって導く突出部と、を
含むようにしてもよい。

【００１６】このような通路構造を採用すれば、排気ガ
スは、還流用通路の入口の位置の影響をあまり受けず
に、排出用通路の下流側に向かって流れる。これによ
り、フィルタ組立体を通過する排気ガスの単位面積あた
りの流量を均一化することができる。

【００１７】また、上記の装置において、前記通路構造
は、前記フィルタ組立体が設けられた位置より上流側の
前記導管の内側壁面に、通路に沿って形成された複数の
凹部または凸部を含むようにしてもよい。

【００１８】このような通路構造を採用すれば、排気ガ
スは、フィルタ組立体が設けられた位置より上流側にお
いて、導管の通路に沿って流れ易くなる。これにより、
フィルタ組立体を通過する排気ガスの単位面積あたりの
流量を均一化することができる。

【００１９】上記の装置において、前記内燃機関は、複
数の前記燃焼室を備えており、前記排出用通路は、各段
に含まれる通路数が下流側に向けて次第に減少するよう
な多段構造を有し、前記フィルタ組立体は、前記多段構
造のいずれか１つの段を構成する排出用通路に設けられ
ていることが好ましい。

【００２０】なお、最上流側の段を除く他の段を構成す
る排出用通路にフィルタ組立体を設ければ、フィルタ組
立体の数を比較的小さくすることができるので、排気ガ
ス浄化装置を比較的容易に製造することができる。

【００２１】上記の装置において、前記フィルタ組立体
は、複数設けられており、前記通路構造は、前記複数の
フィルタ組立体が設けられた段よりも下流側のいずれか
１つの段を構成する排出用通路への集合口と略対称な位
置に設けられた前記環流用通路の入口を含むようにして
もよい。

【００２２】このような通路構造を採用すれば、排出用
通路の集合口と還流用通路の入口との双方に向かってほ
ぼ均等に排気ガスを流すことができるので、フィルタ組
立体を通過する排気ガスの単位面積あたりの流量を均一
化することができる。

【００２３】

【発明の他の態様】なお、内燃機関が複数の燃焼室を備
える上記の場合には、本発明は、以下のような態様を含
んでいてもよい。

【００２４】すなわち、上記の装置において、前記フィ
ルタ組立体は、前記複数の燃焼室のそれぞれに対応し
て、複数設けられており、前記環流用通路の入口は、前
記複数のフィルタ組立体のそれぞれに対応して、複数設
けられており、前記通路構造は、前記各フィルタ組立体
の下流側の面に対向するように設けられた前記各還流用
通路の入口を含むようにしてもよい。

【００２５】また、上記の装置において、前記フィルタ
組立体は、前記複数の燃焼室のそれぞれに対応して、複
数設けられており、前記環流用通路の入口は、前記複数
のフィルタ組立体のそれぞれに対応して、複数設けられ
ており、前記通路構造は、前記各フィルタ組立体の下流
側の面に対向する位置以外の位置に設けられた前記各還
流用通路の入口と、前記排出用通路と前記還流用通路と
の各接続部分に設けられ、前記導管の内側壁面から内部
に向かって突出し、排気ガスを前記排出用通路の下流側
に向かって導く突出部と、を含むようにしてもよい。

【００２６】また、上記の装置において、前記フィルタ
組立体は、前記複数の燃焼室のそれぞれに対応して、複
数設けられており、前記通路構造は、前記各フィルタ組
立体が設けられた位置より上流側の前記導管の内側壁面
に、通路に沿って形成された複数の凹部または凸部を含
むようにしてもよい。

【００２７】

【発明の実施の形態】Ａ．第１実施例：次に、本発明の
実施の形態を実施例に基づき説明する。図１は、本発明
の排気ガス浄化装置を適用したディーゼルエンジン１０
の概略構成を示す説明図である。このディーゼルエンジ
ン１０は、いわゆる４気筒エンジンであり、シリンダブ
ロックとシリンダヘッドとを含むエンジン本体１１は、
４つの燃焼室＃１〜＃４を有している。各燃焼室＃１〜
＃４には、吸気用導管１２を介して空気が供給される。
燃料供給ポンプ１３から供給された燃料が燃料噴射弁１
４によって各燃焼室＃１〜＃４内に噴射されると、各燃
焼室内で、空気と燃料との混合ガスが燃焼する。排気ガ
スは、排気用導管１６を介して外部に排出される。

【００２８】排気用導管１６の通路には、４つの燃焼室
＃１〜＃４に対応する４つのフィルタ組立体１００が設
けられている。フィルタ組立体１００は、排気ガス中に
含まれる黒煙（スス）などの浮遊微粒子（以下、含炭素
浮遊微粒子とも呼ぶ）を捕集する機能を有している。

【００２９】フィルタ組立体１００の下流側には、過給
器２０が設けられている。過給器２０は、排気用導管１
６内に設けられたタービン２１と、吸気用導管１２内に
設けられたコンプレッサ２２と、タービン２１とコンプ
レッサ２２とを連結するシャフト２３と、を備えてい
る。各燃焼室＃１〜＃４から排出された排気ガスがター
ビン２１を回すと、シャフト２３を介して、コンプレッ
サ２２が回転する。

【００３０】コンプレッサ２２は、上流側に設けられた
エアクリーナ２６を介して流入した空気を圧縮する。な
お、過給器２０には、タービン２１の入口の開口面積を
調整するためのアクチュエータ７０が設けられており、
開口面積を小さくすると、コンプレッサ２２による空気
の圧縮率が向上する。圧縮により温度が上昇した空気
は、コンプレッサ２２の下流側に設けられたインターク
ーラ２４で冷却された後に、各燃焼室＃１〜＃４内に供
給される。

【００３１】排気用導管１６と吸気用導管１２との間
は、ＥＧＲ管６０によって接続されている。ここで、
「ＥＧＲ」とは、排気ガス再循環（Exhaust Gas Recirc
ulation）の略語である。排気用導管１６内の排気ガス
の一部は、ＥＧＲ管６０を介して、吸気用導管１２内に
還流する。こうすれば、混合ガスが燃焼する際の最高燃
焼温度が低くなり、この結果、排気ガス中の窒素酸化物
（ＮＯｘ）の生成量を減少させることができる。ただ
し、排気ガスの還流量が過大になると、燃焼が不安定に
なる傾向がある。このため、ＥＧＲ管６０には、排気ガ
スの還流量を調整するためのＥＧＲ弁６２が設けられて
いる。

【００３２】なお、燃料噴射弁１４と燃料供給ポンプ１
３とＥＧＲ弁６２とアクチュエータ７０とは、電子制御
ユニット（ＥＣＵ：electrical control unit ）３０に
よって制御される。ＥＣＵ３０は、エンジン回転速度や
アクセル開度などのエンジンの運転条件を検出し、検出
結果に応じて上記の制御を実行する。

【００３３】図２は、図１のフィルタ組立体１００の構
造を示す斜視図である。フィルタ組立体１００は、略円
筒状のケース１０２と、ケース１０２内に収納された略
円柱状のエレメント１０４と、を備えている。そして、
エレメント１０４は、略円柱状の軸部材１１０と略円筒
状のフィルタ１０５とを備えている。

【００３４】図３は、図２のエレメント１０４の製造方
法を模式的に示す説明図である。図示するように、フィ
ルタ１０５としては、金属製の不織布１０６および波板
１０８が交互に２組重ねられたシートが用いられる。な
お、濾材である不織布１０６は、Ｆｅ系合金材料（例え
ば、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ合金）やＮｉ系合金材料（例え
ば、Ｎｉ−Ｃｒ−Ａｌ合金）などの耐熱性を有する金属
繊維で構成されている。

【００３５】フィルタ１０５は、その一端が溶接により
軸部材１１０に接合された後、軸部材１１０を芯にして
螺旋状に巻き付けられる。すなわち、フィルタ１０５
は、軸部材１１０の周囲に略円筒状に巻き付けられたロ
ール構造を有している。隣接する不織布１０６同士の間
隔は、波板１０８によってほぼ一定の間隔に保たれてお
り、不織布１０６と波板１０８との間には、軸部材１１
０の軸方向に沿って多数の波状通路が形成されている。
この後、図２に示すように、エレメント１０４は、ケー
ス１０２内に収納され、フィルタ１０５の周縁は、溶接
によりケース１０２に接合される。

【００３６】さらに、エレメント１０４の両側には、図
２に示すように、封止板１１２が選択的に溶接される。
すなわち、封止板１１２は、不織布１０６と波板１０８
との間に形成された通路を互い違いに閉塞するように設
けられる。図４は、図２のフィルタ組立体１００の断面
構造を模式的に示す説明図である。なお、図４では、波
板１０８の図示は省略されている。図示するように、封
止板１１２は、ほぼ一定の間隔で隣接する不織布１０６
間に形成された通路を、フィルタ組立体１００の半径方
向に沿って、互い違いに閉塞する。排気ガスは、入口が
封止板１１２で塞がれていない通路に流入するが、この
通路の出口は、封止板１１２で塞がれている。このた
め、排気ガスは、通路の側面を形成する不織布１０６を
通って、出口が塞がれていない隣の通路から流出する。
すなわち、排気ガスは、フィルタ組立体１００を通過す
る際に、必ず不織布１０６を通過するので、不織布１０
６は、排気ガス中に含まれる含炭素浮遊微粒子を捕集す
ることができる。

【００３７】なお、本実施例では、エレメント１０４の
両端に封止板１１２が設けられているが、封止板１１２
を省略して、封止板１１２によって接続されるべき不織
布１０６同士を、端部において互いに溶接するようにし
てもよい。

【００３８】フィルタ組立体１００によって捕集された
含炭素浮遊微粒子は、不織布１０６に次第に堆積するの
で、含炭素浮遊微粒子を除去するための「フィルタ再生
処理」が実施される。フィルタ組立体１００によって捕
集された含炭素浮遊微粒子は、排気絞りや、ポスト噴
射、排気ガス再循環などのフィルタ再生処理によって燃
焼する。ここで、排気絞りとは、排気用導管の通路の開
口面積を小さくすることによって、排気ガス温度を上昇
させる手法であり、図１のアクチュエータ７０を制御す
ることによって実現可能である。ポスト噴射とは、燃料
噴射のタイミングを大幅に遅らせ、燃焼熱が機械的仕事
に変換される割合を低下させることによって、排気ガス
温度を上昇させる手法であり、図１の燃料噴射弁１４お
よび燃料供給ポンプ１３を制御することによって実現可
能である。また、排気ガス再循環とは、吸気に排気ガス
を還流させることによって、排気ガス温度を上昇させる
手法であり、図１のＥＧＲ弁６２を制御することによっ
て実現可能である。

【００３９】ところで、前述のように、フィルタ組立体
１００内に捕集された含炭素浮遊微粒子の分布が偏る
と、フィルタ再生処理に要する時間が比較的長くなって
しまう。また、フィルタ再生処理を定期的に一定時間行
う場合には、捕集された浮遊微粒子の一部が除去されず
に残ってしまう。そこで、本実施例では、フィルタ組立
体１００内に略均一な分布で含炭素浮遊微粒子が捕集さ
れるように、排気用導管１６とＥＧＲ管６０との接続位
置を工夫している。

【００４０】図５は、図１のフィルタ組立体１００付近
の排気用導管１６およびＥＧＲ管６０を拡大して示す説
明図である。図５（Ａ）は、エンジン本体１１（図１）
の上部を構成するシリンダヘッド３２を上方から見たと
きの様子を示しており、図５（Ｂ）は、シリンダヘッド
３２を側方から見たときの様子を示している。

【００４１】図示するように、排気用導管１６は、シリ
ンダヘッド３２に接続されており、アダプタ１７と排気
マニホールド１８とを含んでいる。シリンダヘッド３２
には、通常、排気マニホールド１８が直接接続される
が、本実施例では、シリンダヘッド３２と排気マニホー
ルド１８との間に、アダプタ１７が挿入されている。な
お、図５（Ｂ）に示すように、本実施例の排気マニホー
ルド１８は、下方に湾曲している。

【００４２】アダプタ１７は、シリンダヘッド３２内の
４つの排気ポートから排出された排気ガスが通る４つの
通路を有している。なお、各排気ポートは、各燃焼室＃
１〜＃４に連通している。アダプタ１７内の４つの通路
のそれぞれには、通路の一部を塞ぐように、４つの燃焼
室＃１〜＃４（図１）に対応する４つのフィルタ組立体
１００がそれぞれ設けられている。

【００４３】排気マニホールド１８は、図１，図５
（Ａ）に示すように、上流側に４つの通路を有してお
り、下流側に１つの通路を有している。すなわち、排気
マニホールド１８は、４つの燃焼室＃１〜＃４からの排
気ガスを１つの通路に集合させる機能を有している。

【００４４】また、排気マニホールド１８には、ＥＧＲ
管６０が接続されている。ＥＧＲ管６０は、図１に示す
ように、上流側に４つの通路を有しており、下流側に１
つの通路を有している。排気マニホールド１８の湾曲部
分には、４つの通路を含む接続部１９が設けられてお
り、排気マニホールド１８は、接続部１９を介してＥＧ
Ｒ管６０と接続される。前述のように、排気マニホール
ド１８からＥＧＲ管６０に流入した排気ガスは、吸気用
導管１２に還流する。

【００４５】上記の説明から分かるように、本実施例の
排気用導管１６によって形成される通路は、フィルタ組
立体１００を通過した排気ガスを外部に排出するための
排出用通路として機能する。また、排気マニホールド１
８の接続部１９およびＥＧＲ管６０によって形成される
通路は、フィルタ組立体１００を通過した排気ガスの一
部を燃焼室＃１〜＃４に環流させるための環流用通路と
して機能する。

【００４６】図６は、図５（Ａ）に示す排気用導管１６
およびＥＧＲ管６０のＡ−Ａ面における概略断面図であ
る。図示するように、アダプタ１７の下流側のフランジ
には、フィルタ組立体１００のケース１０２のフランジ
が係合する座ぐりが形成されている。そして、アダプタ
１７と排気マニホールド１８とは、アダプタ１７内に各
フィルタ組立体１００が収納された状態（図５（Ａ））
で、ガスケットＧＫを介して互いに接続されている。シ
リンダヘッド３２とアダプタ１７、および、排気マニホ
ールド１８とＥＧＲ管６０も、ガスケットＧＫを介して
互いに接続されている。

【００４７】接続部１９に含まれる４つの還流用通路の
入口は、図５（Ａ）に示すように、４つのフィルタ組立
体１００のそれぞれに対応して設けられている。そし
て、接続部１９の各通路入口は、各フィルタ組立体１０
０の下流側の面に対向するように、各フィルタ組立体１
００の中心軸上に設けられている。このとき、フィルタ
組立体１００を通過した排気ガスは、主に、接続部１９
の通路入口に向かって流れる。これは、前述のように、
吸気用導管１２（図１）内の圧力が排気用導管１６内の
圧力よりも低いためである。

【００４８】このように、フィルタ組立体１００の下流
側の面に対向するように接続部１９の通路入口が設けら
れていれば、排気ガスはフィルタ組立体１００をほぼ直
進して接続部１９の通路入口に引き込まれるので、フィ
ルタ組立体１００を通過する排気ガスの単位面積あたり
の流量は、ほぼ等しくなる。このとき、各フィルタ組立
体１００内に捕集される浮遊微粒子の分布は均一化され
る。したがって、フィルタ再生処理に要する時間を比較
的短くすることが可能となる。また、フィルタ再生処理
を定期的に一定時間行う場合には、捕集された浮遊微粒
子を効率よく除去することが可能となる。

【００４９】図７は、図１に示すディーゼルエンジン１
０の変形例を示す説明図である。図７のディーゼルエン
ジン１０’は、図１とほぼ同じであるが、ＥＧＲ管６
０’が変更されている。すなわち、図１では、１つのＥ
ＧＲ管６０が用いられているが、図７では、各フィルタ
組立体１００毎に４つのＥＧＲ管６０’が用いられてい
る。なお、ＥＧＲ弁６２も各ＥＧＲ管６０’毎に設けら
れている。このように複数のＥＧＲ管６０’を用いる場
合にも、各フィルタ組立体１００内に捕集される浮遊微
粒子の分布を均一化することができる。

【００５０】以上説明したように、本実施例の排気ガス
浄化装置は、燃焼室＃１〜＃４から排出された排気ガス
が通る通路を形成する導管１６，６０と、導管１６内の
通路に配置され、排気ガス中に含まれる浮遊微粒子を捕
集するためのフィルタ組立体１００と、を備えている。
導管１６，６０は、フィルタ組立体１００を通過した排
気ガスを外部に排出するための排出用通路と、排出用通
路に接続され、フィルタ組立体１００を通過した排気ガ
スの一部を、燃焼室＃１〜＃４に還流させるための還流
用通路を備えている。そして、還流用通路の入口は、フ
ィルタ組立体１００の下流側の面に対向するように設け
られている。このような通路構造を有する導管１６，６
０を用いれば、排気ガスが還流用通路の入口に向かって
流れることにより、フィルタ組立体１００を通過する排
気ガスの単位面積あたりの流量を均一化することができ
るので、フィルタ組立体１００内に捕集される浮遊微粒
子の分布を均一化することが可能となる。

【００５１】Ｂ．第２実施例：図８は、第２実施例にお
ける排気用導管１６ＡおよびＥＧＲ管６０Ａを示す説明
図である。図８は、図６とほぼ同じであるが、排気マニ
ホールド１８ＡとＥＧＲ管６０Ａとの接続位置が変更さ
れている。すなわち、図８では、接続部１９Ａの通路入
口は、フィルタ組立体１００の下流側の面に対向する位
置以外の位置に設けられている。具体的には、接続部１
９Ａの通路入口における略円形の開口面は、フィルタ組
立体１００の下流側の面にほぼ直交し、フィルタ組立体
１００の中心軸にほぼ平行に設けられている。そして、
接続部１９Ａの通路入口付近には、排気マニホールド１
８Ａの内側壁面から内部に向かって突出する突出部２０
０が設けられている。これにより、還流用通路の入口が
フィルタ組立体１００の下流側の面に対向するように設
けられていない場合に、排気ガスを排出用通路の下流側
に向かって導くことができる。すなわち、フィルタ組立
体１００を通過する排気ガスは、還流用通路の入口の位
置の影響をあまり受けずに、排出用通路の下流側に向か
って流れる。このとき、フィルタ組立体１００を通過す
る排気ガスの単位面積あたりの流量を均一化することが
できるので、フィルタ組立体１００内に捕集される浮遊
微粒子の分布を均一化することが可能となる。

【００５２】図９は、図８に示す排気用導管１６Ａの変
形例を示す説明図である。図９は、図８とほぼ同じであ
るが、排気用導管１６Ａ’の形状が変更されている。す
なわち、本実施例の排気マニホールド１８Ａ’は、入口
付近に直線状の通路を有している。そして、接続部１９
Ａ’の通路入口付近には、排気マニホールド１８Ａ’の
内側壁面から内部に向かって突出する突出部２００’が
設けられている。図９に示すような突出部２００’を用
いても、図８と同様に、排気ガスを排出用通路の下流側
に向かって導くことができるので、フィルタ組立体１０
０内に捕集される浮遊微粒子の分布を均一化することが
できる。

【００５３】一般に、還流用通路の入口がフィルタ組立
体の下流側の面に対向する位置以外の位置に設けられて
いる場合には、導管は、排出用通路と還流用通路との接
続部分に、導管の内側壁面から内部に向かって突出し、
排気ガスを排出用通路の下流側に向かって導く突出部を
備えていればよい。

【００５４】Ｃ．第３実施例：図１０は、第３実施例に
おける排気用導管１６Ｂを示す説明図である。図１０
は、図６とほぼ同じであるが、アダプタ１７Ｂの形状が
変更されている。すなわち、本実施例では、フィルタ組
立体１００が設けられた位置より上流側のアダプタ１７
Ｂの内側壁面には、アダプタ１７Ｂ内の通路に沿って６
つの凹部２５０が形成されている。

【００５５】図１１は、図１０に示すアダプタ１７Ｂの
Ｂ−Ｂ面における概略断面図である。図示するように、
アダプタ１７Ｂの内側壁面に形成された凹部２５０は、
略半円形の断面を有している。

【００５６】図１１に示すような凹部２５０を設けれ
ば、排気ガスは、フィルタ組立体１００が設けられた位
置の上流側において、アダプタ１７Ｂの通路に沿って流
れ易くなる。これにより、フィルタ組立体１００を通過
する排気ガスの単位面積あたりの流量をより均一化する
ことができ、この結果、フィルタ組立体内に捕集される
浮遊微粒子の分布をより均一化することが可能となる。

【００５７】図１２は、アダプタ１７Ｂ（図１１）の断
面形状の種々の変形例を示す説明図である。図１２
（Ａ），（Ｂ）では、アダプタ１７Ｂの内側壁面に、半
径方向に突出した６つの凸部２５１，２５２が設けられ
ている。ただし、図１２（Ｂ）に示す凸部２５２は、通
路の中心に達しており、スポーク状に形成されている。
なお、これらの凸部２５１，２５２も、アダプタ１７Ｂ
内の通路に沿って形成されている。図１２（Ａ），
（Ｂ）に示すような凸部２５１，２５２を設けるように
しても、図１１の凹部２５０を設ける場合と同様に、フ
ィルタ組立体１００内に捕集される浮遊微粒子の分布を
均一化することができる。

【００５８】一般には、フィルタ組立体が設けられた位
置より上流側の導管の内側壁面には、通路に沿う複数の
凹部または凸部が形成されていればよい。

【００５９】なお、本実施例（図１０）では、第１実施
例（図６）と同様に、接続部１９の通路入口はフィルタ
組立体１００の下流側の面に対向するように設けられて
いる。しかしながら、フィルタ組立体が設けられた位置
より上流側の導管の内側壁面に、通路に沿う複数の凹部
または凸部を設けるようにすれば、接続部１９の通路入
口の位置に関わらず、フィルタ組立体１００内に捕集さ
れる浮遊微粒子の分布を均一化することが可能である。

【００６０】Ｄ．第４実施例：図１３は、第４実施例に
おけるディーゼルエンジン１０Ｃの概略構成を示す説明
図である。第１実施例のＥＧＲ管６０は、上流側に４つ
の通路を有し、下流側に１つの通路を有しているが、本
実施例のＥＧＲ管６０Ｃは、上流側から下流側まで１つ
の通路のみを有している。そして、図１３に示すよう
に、ＥＧＲ管６０Ｃへの通路入口は、排気マニホールド
１８Ｃの４つの通路が集合する集合口と、略対称な位置
に設けられている。

【００６１】このような通路構造を採用すれば、排出用
通路の集合口と還流用通路の入口との双方に向かってほ
ぼ均等に排気ガスを流すことができる。具体的には、第
１および第２の燃焼室＃１，＃２に対応する２つフィル
タ組立体１００を通過した排気ガスは、主に、排気マニ
ホールド１８Ｃの集合口に向かって流れる。一方、第３
および第４の燃焼室＃３，＃４に対応する２つのフィル
タ組立体１００を通過した排気ガスは、主に、ＥＧＲ管
６０Ｃへの通路入口に向かって流れる。これにより、各
フィルタ組立体１００を通過する排気ガスの単位面積あ
たりの流量を均一化することができるので、各フィルタ
組立体１００内に捕集される浮遊微粒子の分布を均一化
することが可能となる。なお、４つのフィルタ組立体を
通過した排気ガスが排出用通路の集合口および還流用通
路の入口に約５０％ずつ流入する場合には、上記の効果
は特に大きい。

【００６２】図１４は、図１３に示すディーゼルエンジ
ン１０Ｃの変形例を示す説明図である。図１４のディー
ゼルエンジン１０Ｃ’は、図１３とほぼ同じであるが、
排気用導管１６Ｃ’の構造が変更されている。すなわ
ち、図１３では、１段目に４つの通路を含み、２段目に
１つの通路を含む排気マニホールド１８Ｃが用いられて
いるが、図１４では、１段目に４つの通路を含み、２段
目に２つの通路を含み、３段目に１つの通路を含む排気
マニホールド１８Ｃ’が用いられている。また、図１３
では、排気マニホールド１８Ｃの通路の入口付近に４つ
のフィルタ組立体１００が設けられているが、図１４で
は、排気マニホールド１８Ｃ’の通路の途中に２つのフ
ィルタ組立体１００が設けられている。なお、排気マニ
ホールド１８Ｃ’の通路の途中にフィルタ組立体１００
が設けられる場合には、排気マニホールド１８Ｃ’は、
２以上の部分マニホールドを組み合わせて構成される。

【００６３】図１４では、ＥＧＲ管６０Ｃ’の通路入口
は、排気マニホールド１８Ｃ’の２段目の２つの通路が
集合する集合口と、略対称な位置に設けられているの
で、図１３と同様に、２つのフィルタ組立体１００内に
捕集される浮遊微粒子の分布を均一化することができ
る。なお、図１４において、排気マニホールド１８Ｃ’
の１段目の４つの通路入口付近に４つのフィルタ組立体
１００を設けるようにしてもよい。

【００６４】一般に、フィルタ組立体が複数設けられて
いる場合には、環流用通路の入口は、複数のフィルタ組
立体が設けられた段よりも下流側のいずれか１つの段を
構成する排出用通路への集合口と、略対称な位置に設け
られていればよい。

【００６５】なお、図１３，図１４に示すように、排出
用通路としては、各段に含まれる通路数が下流側に向け
て次第に減少するような種々の多段構造を採用可能であ
り、フィルタ組立体は、多段構造のいずれか１つの段を
構成する排出用通路に設けられていればよい。

【００６６】また、図１４に示すように、最上流側の段
を除く他の段を構成する排出用通路にフィルタ組立体を
設ければ、フィルタ組立体の数を比較的小さくすること
ができるので、排気ガス浄化装置を比較的容易に製造す
ることができるという利点がある。一方、図１３に示す
ように、最上流側の段を構成する排出用通路にフィルタ
組立体を設ける場合には、各燃焼室毎にフィルタ組立体
を設けることができるので、各フィルタ組立体を各燃焼
室の出口付近に配置することができる。したがって、比
較的高い温度の排気ガスをフィルタ組立体に流入させる
ことができるので、前述のフィルタ再生処理を比較的効
率よく実施することが可能となる。

【００６７】なお、この発明は上記の実施例や実施形態
に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲に
おいて種々の態様において実施することが可能であり、
例えば次のような変形も可能である。

【００６８】（１）上記実施例（図２）では、金属不織
布１０６を備えるフィルタ組立体１００が用いられてい
るが、金属系のフィルタ組立体に代えて、コーディエラ
イト製のハニカムフィルタなどのセラミック系のフィル
タ組立体を用いるようにしてもよい。一般に、フィルタ
組立体は、排気ガス中に含まれる浮遊微粒子を捕集でき
るものであればよい。

【００６９】（２）上記実施例（図６）では、フィルタ
組立体１００はアダプタ１７内に収納されているが、ア
ダプタは省略可能である。この場合には、排気マニホー
ルド１８の入口付近に、フィルタ組立体１００を収納可
能な寸法の通路を設け、排気マニホールド１８内にフィ
ルタ組立体１００を収納すればよい。アダプタ１７を省
略すれば、排気ガス浄化装置を小型化することができる
という利点がある。

【００７０】（３）第１実施例（図６）では、還流用通
路の入口が、フィルタ組立体の下流側の面に対向するよ
うに設けられている。第２実施例（図８，図９）では、
還流用通路の入口はフィルタ組立体の下流側の面に対向
する位置以外の位置に設けられ、排出用通路と還流用通
路との接続部分に、突出部が設けられている。第３実施
例（図１０）では、フィルタ組立体が設けられた位置よ
り上流側の導管の内側壁面には、通路に沿う複数の凹部
または凸部が設けられている。第４実施例（図１３，図
１４）では、環流用通路の入口は、複数のフィルタ組立
体が設けられた段よりも下流側のいずれか１つの段を構
成する排出用通路への集合口と、略対称な位置に設けら
れている。

【００７１】このように、排気ガスが通る導管の通路構
造としては、種々の構造を採用可能であり、上記の４種
類の通路構造のうちの２以上を組み合わせることも可能
である。一般に、導管は、フィルタ組立体を通過する排
気ガスの単位面積あたりの流量を均一化する機能を有す
る通路構造を有していればよい。

【００７２】なお、導管が上記の均一化機能を有してい
るか否かは、以下のように判断できる。すなわち、図１
５に示す従来の導管９１６，９６０を採用する場合と比
較して、フィルタ組立体を通過する排気ガスの単位面積
あたりの流量の最大値が小さくなっていれば、導管が上
記の均一化機能を有していると判断できる。なお、比較
の際には、比較対象の２つのフィルタ組立体を通過する
排気ガスの総流量は等しく設定される。

【００７３】（４）上記実施例では、本発明の排気ガス
浄化装置を、４つの燃焼室＃１〜＃４を備えるディーゼ
ルエンジンに適用した場合について説明したが、これに
代えて、３つ以下または５つ以上の燃焼室を備えるディ
ーゼルエンジンに適用するようにしてもよい。なお、デ
ィーゼルエンジンが燃焼室を１つだけ備える場合には、
排気マニホールドを省略して排気用導管を構成すればよ
い。

【００７４】また、上記実施例では、本発明の排気ガス
浄化装置を、ディーゼルエンジンに適用した場合につい
て説明したが、これに代えて、燃焼室内に直接ガソリン
を噴射する方式のガソリンエンジンなどの他の内燃機関
に適用するようにしてもよい。

【００７５】さらに、本発明の排気ガス浄化装置は、車
両や、船舶搭載用、定置用などの種々の内燃機関に適用
可能である。

【００７６】すなわち、本発明の排気ガス浄化装置は、
少なくとも１つの燃焼室を備える内燃機関に適用可能で
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の排気ガス浄化装置を適用したディーゼ
ルエンジン１０の概略構成を示す説明図である。

【図２】図１のフィルタ組立体１００の構造を示す斜視
図である。

【図３】図２のエレメント１０４の製造方法を模式的に
示す説明図である。

【図４】図２のフィルタ組立体１００の断面構造を模式
的に示す説明図である。

【図５】図１のフィルタ組立体１００付近の排気用導管
１６およびＥＧＲ管６０を拡大して示す説明図である。

【図６】図５（Ａ）に示す排気用導管１６およびＥＧＲ
管６０のＡ−Ａ面における概略断面図である。

【図７】図１に示すディーゼルエンジン１０の変形例を
示す説明図である。

【図８】第２実施例における排気用導管１６ＡおよびＥ
ＧＲ管６０Ａを示す説明図である。

【図９】図８に示す排気用導管１６Ａの変形例を示す説
明図である。

【図１０】第３実施例における排気用導管１６Ｂを示す
説明図である。

【図１１】図１０に示すアダプタ１７ＢのＢ−Ｂ面にお
ける概略断面図である。

【図１２】アダプタ１７Ｂ（図１１）の断面形状の種々
の変形例を示す説明図である。

【図１３】第４実施例におけるディーゼルエンジン１０
Ｃの概略構成を示す説明図である。

【図１４】図１３に示すディーゼルエンジン１０Ｃの変
形例を示す説明図である。

【図１５】従来のディーゼル機関９１０の要部を示す説
明図である。

【符号の説明】

１０，１０’，１０Ｃ…ディーゼルエンジン１１…エンジン本体１２…吸気用導管１３…燃料供給ポンプ１４…燃料噴射弁１６，１６Ａ，１６Ａ’，１６Ｂ，１６Ｃ，１６Ｃ’…
排気用導管１７，１７Ｂ…アダプタ１８，１８Ａ，１８Ａ’，１８Ｃ，１８Ｃ’…排気マニ
ホールド１９，１９Ａ，１９Ａ’…接続部２０…過給器２１…タービン２２…コンプレッサ２３…シャフト２４…インタークーラ２６…エアクリーナ３０…電子制御ユニット（ＥＣＵ）３２…シリンダヘッド６０，６０’，６０Ａ，６０Ｃ，６０Ｃ’…ＥＧＲ管６２…ＥＧＲ弁７０…アクチュエータ１００…フィルタ組立体１０２…ケース１０４…エレメント１０５…フィルタ１０６…不織布１０８…波板１１０…軸部材１１２…封止板２００，２００’…突出部２５０…凹部２５１，２５２…凸部９００…フィルタ組立体９１０…ディーゼル機関９１１…エンジン本体９１２…吸気用導管９１６…排気用導管９６０…ＥＧＲ管ＧＫ…ガスケット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ０２Ｍ 25/07 ５８０Ｆ０２Ｍ 25/07 ５８０Ｄ // Ｂ０１Ｄ 46/00 Ｂ０１Ｄ 46/00 Ｆ 46/42 46/42 Ｂ 46/44 46/44 (72)発明者辺田良光愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者山下芳雄愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者加藤善一郎愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内Ｆターム(参考） 3G004 AA01 AA05 AA06 AA09 BA06 DA00 DA01 DA02 DA21 EA00 FA04 GA00 GA06 3G062 AA01 ED01 ED09 ED12 ED14 ED15 GA02 GA23 3G090 AA01 AA04 BA01 CB00 CB21 EA01 EA04 EA05 EA06 4D058 JA32 JA34 KB02 MA41 QA01 QA03 QA11 QA25 SA08

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも１つの燃焼室を備える内燃機
関に適用され、前記燃焼室から排出される排気ガスを浄
化するための排気ガス浄化装置であって、前記燃焼室から排出された排気ガスが通る通路を形成す
る導管と、前記導管内の通路に配置され、排気ガス中に含まれる浮
遊微粒子を捕集するためのフィルタ組立体と、を備え、前記導管は、前記フィルタ組立体を通過した排気ガスを、外部に排出
するための排出用通路と、前記排出用通路に接続され、前記フィルタ組立体を通過
した排気ガスの一部を、前記燃焼室に環流させるための
環流用通路と、を含み、前記導管は、前記フィルタ組立体を通過する排気ガスの
単位面積あたりの流量を均一化する機能を有する通路構
造を有していることを特徴とする排気ガス浄化装置。
【請求項２】請求項１記載の排気ガス浄化装置であっ
て、前記通路構造は、前記フィルタ組立体の下流側の面に対
向するように設けられた前記還流用通路の入口を含む、
排気ガス浄化装置。
【請求項３】請求項１記載の排気ガス浄化装置であっ
て、前記通路構造は、前記フィルタ組立体の下流側の面に対向する位置以外の
位置に設けられた前記還流用通路の入口と、前記排出用通路と前記還流用通路との接続部分に設けら
れ、前記導管の内側壁面から内部に向かって突出し、排
気ガスを前記排出用通路の下流側に向かって導く突出部
と、を含む、排気ガス浄化装置。
【請求項４】請求項１記載の排気ガス浄化装置であっ
て、前記通路構造は、前記フィルタ組立体が設けられた位置
より上流側の前記導管の内側壁面に、通路に沿って形成
された複数の凹部または凸部を含む、排気ガス浄化装
置。
【請求項５】請求項１記載の排気ガス浄化装置であっ
て、前記内燃機関は、複数の前記燃焼室を備えており、前記排出用通路は、各段に含まれる通路数が下流側に向
けて次第に減少するような多段構造を有し、前記フィルタ組立体は、前記多段構造のいずれか１つの
段を構成する排出用通路に設けられている、排気ガス浄
化装置。
【請求項６】請求項５記載の排気ガス浄化装置であっ
て、前記フィルタ組立体は、複数設けられており、前記通路構造は、前記複数のフィルタ組立体が設けられ
た段よりも下流側のいずれか１つの段を構成する排出用
通路への集合口と略対称な位置に設けられた前記環流用
通路の入口を含む、排気ガス浄化装置。