JP2004190619A - ディーゼル・エンジンの排気浄化装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】ディーゼル排気中のパーティキュレート・マターを補足するフィルタ部のほぼ全域にわたってパーティキュレート・マターを燃焼可能な排気浄化装置を提供する。
【解決手段】排気中のパーティキュレート・マターを捕捉するフィルタ部２００は、酸化触媒を付着した発泡石骨粒２７０で構成する。フィルタ部２００とこの外周側のフィルタ・カバー２８０とは、内外を連通する第１連通孔２５１を形成した第１インナ・リテーナ２５０およびこの外側に配置し内外を連通する第２連通孔２４１を形成した第２インナ・リテーナ２４０の間に介在され、発泡石骨粒２７０同士間の隙間よりも細かいメッシュの炭素繊維製フェルト２６０とから構成し、半径方向外側に向かうに従って幅が狭くなる突出部を結有する星型状に形成する。
【選択図】 図２
【解決手段】排気中のパーティキュレート・マターを捕捉するフィルタ部２００は、酸化触媒を付着した発泡石骨粒２７０で構成する。フィルタ部２００とこの外周側のフィルタ・カバー２８０とは、内外を連通する第１連通孔２５１を形成した第１インナ・リテーナ２５０およびこの外側に配置し内外を連通する第２連通孔２４１を形成した第２インナ・リテーナ２４０の間に介在され、発泡石骨粒２７０同士間の隙間よりも細かいメッシュの炭素繊維製フェルト２６０とから構成し、半径方向外側に向かうに従って幅が狭くなる突出部を結有する星型状に形成する。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディーゼル・エンジンから排出された排気中のパーティキュレート・マター（粒子状物質）を捕捉して燃焼するディーゼル・エンジンの排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼル・エンジンは、低燃料消費率といった好ましい特性を有するものの、パーティキュレート・マターを多量に排出する。ディーゼル・エンジンにおけるこのパーテルキュレート・マターの発生は、同じくディーゼル・エンジンから同時に排出される窒素酸化物（ＮＯｘ）とトレードオフの関係にあり、ディーゼル・エンジンでの燃焼過程でこれら両者を同時に低減するのは非常に困難である。
【０００３】
この場合、窒素酸化物の方はアンモニアを用いて後処理することが可能であるが、アンモニアを車両に搭載することは、漏れなどが生じる虞があり好ましくない。そこで、ディーゼル・エンジン内での燃焼にあっては、車両上で後処理が難しい窒素酸化物の発生の抑制を優先するようにしている。そして、パーティキュレート・マターの低減は、ディーゼル・エンジンから排出された排気中に含まれたパーティキュレート・マターを排気系の途中に設けたフィルタ部にて捕捉するとともに、このフィルタ部が目詰まりを起こさないように所定の頻度でパーティキュレート・マターを燃焼させるようにしている。
【０００４】
このパーティキュレート・マターの燃焼にあっては、パーティキュレート・マターが約６００℃以上の高温でなければ燃焼しないこと、また市内走行などの通常の走行時では排気温度が消音器近くでは２００℃以上まで上がることがほとんどないことから、フィルタ部で補足したパーティキュレート・マターの燃焼を促進するには、酸化触媒や電気ヒーターを利用している。
【０００５】
このような従来のディーゼ・エンジンの排気浄化装置としては、筒状の筐体の内部に流入してきた排気が、インナ・パイプの外周壁に設けた流出孔からインナ・パイプの半径方向外側に配置した円筒状のフィルタ部へ流入し、このフィルタ部を通過する際、排気中のパーティキュレート・マターがフィルタ部で捕捉されるように構成されている。フィルタ部で補足されたパーティキュレート・マターは、フィルタ部の目詰まりを防止するため、適宜、電気ヒーターの加熱により燃焼し二酸化炭素や灰になる。さらに、円筒状のフィルタ部を通過した排気は、フィルタ部の下流に設けた円筒状のより細かいメッシュの炭素製フェルトに流入され、フィルタ部で補足し損ねたパーティキュレート・マター等がここで補足されるようしてある（特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−２５６８４３号公報（図１）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来のディーゼル・エンジンの排気浄化装置は、本発明者が何度も実験したところ、フィルタ部で補足したパーティキュレート・マターを電気ヒーターあるいは酸化触媒等で燃焼させても、フィルタ部のところどころに未燃焼部分が発生してしまうといった問題があった。
本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、フィルタ部で補足した排気中のパーティキュレート・マターをフィルタ部のほぼ全域にわたって燃焼させることを可能にしたディーゼル・エンジンの排気浄化装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の本発明のディーゼル・エンジンの排気浄化装置は、ディーゼル・エンジンから排出された排気が流入する排気入口部および排気が流出する排気出口部が筒状のアウタ・ドラムの内部に連通させられた筐体と、アウタ・ドラム内にこの軸方向に沿って配置された筒状の外周壁を有し、外周壁にこの内外を連通するように設けた流出孔を介して排気入口部から外周壁の内部へ導入された排気を外周壁の外部へ流出させるインナ・パイプと、インナ・パイプの外周面とアウタ・ドラムの内周面との間に配置され、インナ・パイプの流出孔から流入してきた排気中のパーティキュレート・マターを捕捉するペレット状のフィルタ材を有するフィルタ部と、フィルタ部の外周を覆うフィルタ・カバー部と、アウタ・ドラム内に配置され、フィルタ部で捕捉したパーティキュレート・マターの燃焼を促進する燃焼促進部と、を備え、フィルタ部とフィルタ・カバーとが、半径方向内側から半径方向外側へ向かうにしたがって幅方向が狭くなるような半径方向へ突出した複数の突起部分を有する星型状の形状に形成され、かつフィルタ・カバーにこの内外を連通して排気を流出させる連通孔が略全域にわたって設けられていることを特徴としている。
【０００９】
請求項２に記載の本発明のディーゼル・エンジンの排気浄化装置は、上記フィルタ・カバーが、内外を連通する第１連通孔が形成された第１インナ・リテーナと、第１インナ・リテーナの外側に配置されて内外を連通する第２連通孔が形成された第２インナ・リテーナと、フィルタ材同士間に形成された隙間よりも細かいメッシュを有し第１インナ・リテーナと第２インナ・リテーナの間に介在された別フィルタ材と、を備えたことを特徴としている。
【００１０】
請求項３に記載の本発明のディーゼル・エンジンの排気浄化装置は、上記第１インナ・リテーナの第１連通孔が、第２インナ・リテーナの第２連通孔より大きな開口面積を有するようにしたことを特徴としている。
【００１１】
請求項４に記載の本発明のディーゼル・エンジンの排気浄化装置は、上記別フィルタ材が、第１インナ・リテーナと第２インナ・リテーナとの間に非圧縮状態で介在されており、第１連通孔から流入した排気が当該第１の連通孔から最短距離となる第２連通孔の近辺にある別の第２連通孔へ別フィルタ材を介して流入可能となるようにしたことを特徴としている。
【００１２】
請求項５に記載の本発明のディーゼル・エンジンの排気浄化装置は、上記燃焼促進部が、酸化触媒であり、フィルタ材の表面に付着されていることを特徴としている。
【００１３】
請求項６に記載の本発明のディーゼル・エンジンの排気浄化装置は、上記酸化触媒が、貴金属系の酸化触媒と卑金属系の酸化触媒とを有することを特徴としている。
【００１４】
請求項７に記載の本発明のディーゼル・エンジンの排気浄化装置は、上記別フィルタ材が、繊維が組み合わされたフェルト状に形成されていることを特徴としている。
【００１５】
請求項８に記載の本発明のディーゼル・エンジンの排気浄化装置は、上記繊維が、炭素系物質からなることを特徴としている。
【００１６】
請求項９に記載の本発明のディーゼル・エンジンの排気浄化装置は、上記フィルタ材を、総容量が別フィルタ材より大きくなるように設定したことを特徴としている。
【００１７】
【発明の効果】
請求項１に記載の本発明のディーゼル・エンジンの排気浄化装置では、ディーゼル・エンジンから排出された排気は、排気入口部から排気浄化装置内のフィルタ部へ導かれ、排気中に含まれるパーティキュレート・マターがフィルタ材に付着されて補足された後、排気出口部から流出する。そして、燃焼促進部にて適宜、補足したパーティキュレート・マターを着火させて二酸化炭素や灰に変換する。この場合、フィルタ部とフィルタ・カバーとを半径方向内側から半径方向外側へ向かうにしたがって幅方向が狭くなるような半径方向へ突出した複数の突起部分を有する星型の形状に形成し、かつフィルタ・カバーにこの内外を連通して排気を流出させる連通孔が略全域にわたって設けると、はっきりした理由は不明だが、本発明者の実験によると、フィルタ部のほぼ全域にわたってペレット状のフィルタ材に補足されたパーティキュレート・マターが燃焼されることが確認された。
この結果、フィルタ部の目詰まりを防止することができるのみならず、再利用のためのフィルタ部の洗浄が容易になるとともに、フィルタ材に高価な酸化触媒を付着させたような場合、未燃焼部分の酸化触媒が無駄にならずに済む。
【００１８】
請求項２に記載の本発明のディーゼル・エンジンの排気浄化装置では、フィルタ・カバーがフィルタ部よりさらに細かいメッシュの別フィルタ材を有するようにしたので、フィルタ部で補足し損ねたより細かいパーティキュレート・マターを補足して燃焼させることが可能となる。したがって、フィルタ部にペレット状のフィルタ材を用いてフィルタ部を通過する排気の流通抵抗を減らすことも可能となる。また、フィルタ部での燃焼により発生した灰の一部もここで補足するようにすることも可能とある。
【００１９】
請求項３に記載の本発明のディーゼル・エンジンの排気浄化装置では、第１インナ・リテーナの第１連通孔を第２連通孔より大きな開口面積の孔としたので、第１連通孔を介してペレット状のフィルタ材の少なくとも一部を別フィルタ材に容易に接触させて別フィルタ材の温度上昇を促進させるようにすることができる。また、第１連通孔より勢いよく流入してきた排気が第２連通孔で流路面積を絞られる結果、別フィルタ材の第１、第２の連通孔間を直線的に結ぶ通路から外れた領域まで排気が入り込み、その分、別フィルタ材で排気中のパーティキュレート・マターを補足し燃焼させることが可能となる。このようにして、別フィルタ材を効率よく利用することができることとなる。
【００２０】
請求項４に記載の本発明のディーゼル・エンジンの排気浄化装置では、別フィルタ材を第１インナ・リテーナと第２インナ・リテーナとの間に非圧縮状態で介在されるようにしたので、第１連通孔から流入した排気が当該第１の連通孔から最短距離となる第２連通孔の近辺にある別の第２連通孔へ別フィルタ材を介して流入可能となり、別フィルタ材のパーティキュレート・マターの補足領域を広げることが可能となり、別フィルタ材をより圧縮状態で上記両インナ・リテーナに介在させた場合に比べより有効に利用することが可能となる。
【００２１】
請求項５に記載の本発明のディーゼル・エンジンの排気浄化装置では、燃焼促進部を酸化触媒としフィルタ材の表面に付着させたので、フィルタ部全体にて着火しやすくできるとともに、燃焼促進部に電気ヒーターを用いる場合に比べその容積を小さく設定することが可能となる。
【００２２】
請求項６に記載の本発明のディーゼル・エンジンの排気浄化装置では、酸化触媒が貴金属系の酸化触媒と卑金属系の酸化触媒とを有するようにしたので、パーティキュレータ・マターが通常では燃焼しない温度よりかなり低い低温度域で貴金属系の酸化触媒の触媒作用によりパーティキュレート・マターを燃焼させることが可能となるとともに、この燃焼により温度上昇して貴金属系の酸化触媒の触媒作用が低下するような温度域になっても卑金属系の酸化触媒の触媒作用によりパーティキュレータ・マターを通常の燃焼温度より低い温度域で燃焼させることが可能となる。
【００２３】
請求項７に記載の本発明のディーゼル・エンジンの排気浄化装置では、別フィルタ材を繊維が組み合わされたフェルト状に形成したので、フィルタ部より細かいメッシュの別フィルタ材を第１インナ・リテーナと第２インナ・リテーナとの間に非圧縮状態で配置することがペレット等に比べて容易かつ安価に行うことが可能となる。
【００２４】
請求項８に記載の本発明のディーゼル・エンジンの排気浄化装置では、繊維が炭素系物質からなるようにしたので、フィルタ部や排気からの熱により繊維を容易に温度上昇させることができ繊維で補足した細かいパーティキュレータを燃焼することが可能となる。
【００２５】
請求項９に記載の本発明のディーゼル・エンジンの排気浄化装置では、フィルタ材の総容量をよりメッシュの細かい別フィルタ材より大きくしたので、流通抵抗を減らしながらパーティキュレート・マターの補足と燃焼を促進させることが可能となる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。
図１は、本発明の実施の形態としてのディーゼル・エンジンの排気浄化装置１００の断面側面図である。
排気浄化装置１００は、筒状の筐体１１０を有し、この筐体１１０にフィルタ部２００や酸化触媒３００（燃焼促進部）を内蔵している。
【００２７】
筐体１１０は、金属製であって、その両端が開口された円筒状のアウタ・ドラム１１１と、アウタ・ドラム１１１の上流側の開口部１１１ａに取り付けられてこの開口部１１１ａを塞ぐインレット側エンド・プレート１１２と、アウタ・ドラム１１１の下流側の開口部１１１ｂに取り付けられてこの開口部１１１ｂを塞ぐアウトレット側エンド・プレート１１３とを有している。
【００２８】
インレット側エンド・プレート１１２は、この中心部分に形成した貫通孔１１２ａにインレット・パイプ（排気入口部）１１４が貫通させられ、このインレット側エンド・プレート１１２の貫通孔１１２ａの内周部分にインレット・パイプ１１４の中間部分が溶接で固定されている。一方、インレット側エンド・プレート１１２の外周部分は、アウタ・ドラム１１１の上流側の開口部１１１ａに嵌め合わされ、溶接にて互いに固着される。
【００２９】
インレット・パイプ１１４は、この上流側端部分に固着されたフランジ１１５とディーゼル・エンジン側の排気管（図示せず）のフランジ（図示せず）とがガスケットを挟んだ状態で組み合わされ、ボルト（図示せず）により固定される。また、インレット・パイプ１１４の下流側端部分は、円盤状のインレット側セパレート・プレート１１６の中心位置に形成された貫通孔１１６ａを貫通させられ、インレット側セパレート・プレート１１６の貫通孔１１６ａの内周部分に溶接で固着される。インレット側セパレート・プレート１１６の外周部分は、アウタ・ドラム１１１のインレット側エンド・プレート１１２より下流側となる位置に溶接にて固着される。
【００３０】
インレット側エンド・プレート１１２とインレット側セパレート・プレート１１６とには、中心線より図中上方となる位置においてそれらを貫通するカラー１１７が固着される。このカラー１１７の内部には、温度センサ４００が挿入される。なお、この温度センサ４００は、フィルタ部２００内部の温度を検出するためのものであり、検出部分がフィルタ部２００内まで伸ばされている。
【００３１】
インレット・パイプ１１４の下流には、これと同軸で若干径が大きく設定されたインナ・パイプ５００が軸線方向下流側に向かって伸ばされている。インナ・パイプ５００の外周壁には半径方向に孔あけした多数の流出孔５１０（流出孔５１０は、図を見やすくするため、便宜上、図１中には１個のみを描いてある。）が設けられて、インナ・パイプ５００の外周壁の内部と外部とを連通するようにしてある。なお、インナ・パイプ５００の上流側は、開口されたままとされているが、下流側端の内周部分には、円形プレート５２０が取り付けられて排気がその下流端から軸方向に流出しないように閉じられている。
【００３２】
また、インナ・パイプ５００の上流端の外周部分には、上流側セパレータ５３０の内周部分が溶接により固着されており、この上流側セパレータ５３０の外周部分は、インレット側セパレート・プレート１１６より下流側の位置でアウタ・ドラム１１１の内周面に当接されている。なお、この上流側セパレータ５３０は、インレット・パイプ１１４から流入してきた排気がフィルタ部２００に直接流入することがないように形成してあり、この結果、インレット・パイプ１１４から流入してきた排気は、すべてインナ・パイプ５００へ流れ込むようにしてある。
【００３３】
同様に、インナ・パイプ５００の下流端の外周部分には、下流側セパレータ５４０の内周部分が溶接により固着されている。この下流側セパレータ５４０には、複数の連通孔５４５が周上に形成されてフィルタ部２００から流出してきた排気をアウトレット・パイプ１１９へ流すようにしてある。また、下流側セパレータ５４０の外周部分は、上流側セパレータ５３０より下流側の位置でアウタ・ドラム１１１の内周面に当接するようにしてある。
このようにして、下流側セパレータ５４０と上流側セパレータ５３０とでインナ・パイプ５００を筐体１１０のアウタ・ドラム１１１に支持する。
【００３４】
なお、下流側セパレータ５４０は、上流側セパレータ５３０よりわずかに径を小さく設定しておき、インナ・パイプ５００が軸方向に熱膨張したとき、下流側セパレータ５４０側がアウタ・ドラム１１１に対しスライドして熱膨張差を吸収し、また逆に温度が冷えて収縮したら下流側セパレータ５４０側がアウタ・ドラム１１１に対しスライドしそのときの収縮差を吸収するようにしてある。
【００３５】
また、インナ・パイプ５００の下流側セパレータ５４０から上流側へ所定距離だけ離れた位置には、インナ・パイプ５００に対しスライド可能にしてインナ・パイプ５００の外周に支持された下流側保持プレート２２０が設けられる。この結果、下流側保持プレート２２０と下流側セパレータ５４０との間には、上流側膨張室６００が形成されることとなる。
【００３６】
上流側セパレータ５３０の下流側の面に上流側クッションシート付きプレート２１０が当接した状態でインナ・パイプ５００の外周壁の上流側端部分に保持される。これと同様に、下流側保持プレート２２０の上流側面にも下流側クッションシート付きプレート２３０が当接した状態でインナ・パイプ５００の外周壁の下流側端部分に保持される。
なお、上流側セパレータ５３０と上流側クッションシート付きプレート２１０とは、温度センサ４００の検出部が貫通し、この検出部がフィルタ部２００の内部まで入るようにしてある。
【００３７】
上流側クッションシート付きプレート２１０と下流側クッションシート付きプレート２３０との各外周部分は、それぞれパンチ・メタルのように孔を多数設けられた金属プレートを図２に示すような星型状の筒状に形成した第１インナ・リテーナ２５０とこの外側に配置した第２インナ・リテーナ２４０との各端部に連結されている。
【００３８】
第１インナ・リテーナ２５０は、インナ・パイプ５００から半径方向外側に所定距離だけ離されており、この半径方向外側でかつアウタ・ドラム１１１の半径方向内側に第２インナ・リテーナ２４０が配置されている。
第２インナ・リテーナ２４０の外周面とアウタ・ドラム１１１の内周面との間に形成された筒状の空間は、上流側膨張室６００に連通するようにしてある。
【００３９】
第１インナ・リテーナ２５０の内周面とインナ・パイプ５００の外周面との間で、かつ上流側クッションシート付きプレート２１０と下流側クッションシート付きプレート２３０とで挟まれた空間には、微細孔を有するペレット状の発泡石骨粒（フィルタ材）２７０を多数充満させてある。この発泡石骨粒２７０は、排気中のパーティキュレート・マターをその表面や微細孔に付着させることにより捕捉可能に形成してある。
【００４０】
なお、上流側セパレータ５３０、下流側保持プレート２２０、上流側クッションシート付きプレート２１０、下流側クッションシート付きプレート２３０、発泡石骨粒２７０は、本発明のフィルタ部２００を構成する。
【００４１】
そして、発泡石骨粒２７０の表面には、低温域で酸化触媒機能を発揮する白金などの貴金属系の触媒と、高温域で酸化触媒機能を発揮するニッケルなどの卑金属系の触媒とからなる酸化触媒３００とが混ぜ合わせた状態で浸透させ付着させてある。
【００４２】
一方、第１インナ・リテーナ２５０とこの外側の第２インナ・リテーナ２４０との間には、炭素繊維を組み合わせたフェルト（別フィルタ材）２６０が挿入されている。このフェルト２６０のメッシュは、上記発泡石骨粒２７０同士間で形成された隙間より目が細かく設定されている。また、フェルト２６０の総容量は、発泡石骨粒２７０の粒群の総容量より小さくされている。
なお、フェルト２６０と第１インナ・リテーナ２５０と第２インナ・リテーナ２４０は、本発明のフィルタ・カバー２８０を構成する。
【００４３】
図２は、図１の排気浄化装置１００のほぼ中央位置で切断した正面からみた断面を模式的に表した図である。
同図に示すように、第１インナ・リテーナ２５０と第２インナ・リテーナ２４０とこれら間に介在されたフェルト２６０とからなるフィルタ・カバー２８０は、インナ・パイプ５００から半径方向外側へ所定距離離れた谷部２８１とここからアウタ・ドラム１１１の近くまで伸びる突出部２８２（ここでは、１６個）を有する星型状の形状に形成されている。なお、突出部２８２は、半径方向内側から半径方向外側へ向かうにしたがって幅が狭くなるようにしてある。
【００４４】
一方、酸化触媒３００が付着された多数の発泡石骨粒２７０が、フィルタ・カバー２８０の第１インナ・リテーナ２５０とインナ・パイプ５００との間に形成された空間に詰められる。したがって、フィルタ部２００は、インナ・パイプ５００周りの部分が円筒状になり、ここから先がそれぞれ半径方向外側へ伸びる各突出部２８２に沿って分かれた状態、すなわち星型状の形状となる。
【００４５】
図３は、図２のフィルタ・カバー２８０近辺の一部を模式的に拡大して示した断面図である。
同図において、発泡石骨粒２７０の表面には、白金などの貴金属系の酸化触媒３１０と、ニッケルなどの卑金属系の酸化触媒３２０とが付着されている。
また、フィルタ・カバー２８０を構成する内側の第１インナ・リテーナ２５０にはこの内外を連通する第１連通孔２５１が多数全面にわたって形成されており、同様に外側の第２インナ・リテーナ２４０にもその内外を連通する第２連通孔２４１が多数全面にわたって形成されている。
【００４６】
ここで、第１インナ・リテーナ２５０の第１連通孔２５１は、発泡石骨粒２７０の少なくとも一部が入ることができ、その第１連通孔２５１から外側へ突出した部分が炭素繊維製のフェルト２６０に接触することが可能な大きさに開口してある。
一方、第２インナ・リテーナ２４０に形成した第２連通孔２４１は、上記第１連通孔２５１より小さな開口面積を有するように設定してある。
【００４７】
なお、図３ではフェルト２６０を構成する炭素繊維のうちのいくつかが第１インナ・リテーナ２５０の外表面と第２インナ・リテーナ２４０の内表面とに接触しているが、フェルト２６０は非圧縮状態で第１インナ・リテーナ２５０と第２インナ・リテーナ２４０との間に配置されている。
【００４８】
すなわち、フェルト２６０は、炭素繊維同士が立体的に編むようにして組み合わされ、これらの炭素繊維間を排気が図中の前後・横・斜めの方向へ流れることが可能とされるとともに、第１インナ・リテーナ２５０の外表面および炭素繊維の間や第２インナ・リテーナ２４０の内表面および炭素繊維の間に形成された隙間を介しても排気が図中の前後・横・斜めの方向へ流れることが可能なようにしてある。この結果、第１連通孔２５１から流入した排気は、当該第１連通孔２５１から一番近い第２連通孔２４１へ向かうだけでなくその近辺にある別の第２連通孔２４１へも向かうことが可能となるようにしてある。
【００４９】
図１に戻って、アウタ・ドラム１１１の下流側端の開口部１１１ｂには、下流側エンド・プレート１１３の外周部分が嵌め合わされ、この部分で溶接により互いに固着される。下流側エンド・プレート１１３の中心部分に形成した貫通孔１１３ａには、アウトレット・パイプ（排気出口部）１１８の中間部分が貫通させられて、この下流側エンド・プレート１１３の貫通孔１１３ａの内周部分にアウトレット・パイプ１１８の中間部分が溶接により固着される。
【００５０】
アウトレット・パイプ１１８の下流側端には、フランジ１１９が固着されて、このフランジ１１９が、より下流側の排気管（図示せず）のフランジ（図示せず）にガスケット（図示せず）を挟んだ状態でボルト（図示せず）により固定される。
【００５１】
アウトレット・パイプ１１８の上流側端は、円盤状の下流側セパレート・プレート１２０の貫通孔１２０ａの内周部分に溶接により固着される。下流側セパレート・プレート１２０の外周部分は、アウタ・ドラム１１１の内周面に当接させられている。下流側セパレート・プレート１２０は、排気を貫通させないように形成してあり、フィルタ部２００から流出された排気をすべてアウトレット・パイプ１１８へ流し込むように構成してある。
【００５２】
下流側セパレート・プレート１２０と下流側セパレータ５４０との間には、上流側膨張室６００より容積が大きい下流側膨張室７００が形成され、下流側膨張室７００が上流側膨張室６００へ下流側セパレータ５４０の連通孔５４５を介して連通されている。
【００５３】
次に、上記ディーゼル・エンジンの排気浄化装置１００の作用につき説明する。
ディーゼル・エンジンから排出された排気は、図示しない上流側排気管を通ってインレット・パイプ１１４から排気浄化装置１００の内部へ流入する。このインレット・パイプ１１４から流入した排気は、すべてインナ・パイプ５００内へ流れ込む。インナ・パイプ５００内に流れ込んだ排気は、インナ・パイプ５００の下流側端がプレート２２０で塞がれているので、インナ・パイプ５００の外周壁に設けた多数の流出孔５１０から半径方向外側へ流れ出てフィルタ部２００の内部へ流入していく。この場合、排気の速度が速いので、排気は円形プレート５２０に衝突した後、インナ・パイプ５００の下流側の流出孔５１０から半径方向外側へインナ・パイプ５００の上流側より多く流出する。
【００５４】
排気は、フィルタ部２００の中を半径方向外側へ向かって流れるうちに、排気中に含まれたパーティキュレート・マターが、フィルタ部２００内の発泡石骨粒２７０の表面に付着したり、発泡石骨粒２７０の微細孔に入り込んだりして捕捉される。大部分のパーティキュレート・マターを捕捉された残りの排気は、さらに第１インナ・リテーナ２５０の第１連通孔２５１を通って第２フィルタ部の炭素繊維製フェルト２６０にてより細かいパーティキュレート・マターが捕捉された後、外側の第２インナ・リテーナ２４０の第２連通孔２４１から半径方向外側へと流出する。この場合、発泡石骨粒２７０とフェルト２６０とは、インナ・パイプ５００の下流側に相当する部分の方がパーティキュレート・マターの補足量が多くなる。
【００５５】
このようにしてフィルタ部２００から流出した排気は、上流側膨張室６００へ流れ込み、ここで膨張してその勢いを減じることで、排気音が低減される。そして、下流側セパレータ５４０の連通孔５４５を通じて再びより広い下流側の膨張室７００へ流入し、ここで再度膨張してその勢いをさらに減じ、排気音がさらに低減されてアウタ・パイプ１１８から排気管を通して大気中へ排出される。
【００５６】
発泡石骨粒２７０に捕捉されたパーティキュレート・マターは、ディーゼル・エンジンが高速運転や高負荷運転となり排気温度が上昇すると、発泡石骨粒２７０の表面に付着した貴金属系の酸化触媒により、低い温度で燃焼し始める。この燃焼は、発泡石骨粒２７０の群のうちより高熱になりやすい下流側でかつ内側にある部分から始まることが多い。この燃焼によりその外側にある発泡石骨粒２７０も加熱され燃焼して高温となっていくが、外周側にある発泡石骨粒２７０が炭素繊維製フェルト２６０に接触していることからフェルト２６０をも直接加熱していく。
【００５７】
この結果、フェルト２６０も早期に高温度に達することができ、フィルタ部２００およびフィルタ・カバー２８０でそれぞれ補足されたパーティキュレート・マターの燃焼が促進される。また、さらに高温になっていくと、貴金属系の酸化触媒の触媒効果が低下していくが、今度は卑金属系の酸化触媒が効き始め、パーティキュレート・マターをさらに燃焼していく。このようにして、有害なパーティキュレート・マターを燃焼して灰や二酸化炭素に変えるとともに、フィルタ部２００の目詰まりを防ぐことが可能となる。この燃焼結果を本発明者が実験で繰り返し確認したところ、フィルタ部２００およびフィルタ・カバー２８０のほぼ全域にわたってパーティキュレート・マターが燃焼していた。
【００５８】
なお、上記高温にさらされた排気浄化装置１００の各部品は、熱膨張するが、部位や材料にて熱膨張量が異なる。特に、フィルタ部２００とインナ・パイプ５００とは、高温にさらされ熱膨張量が大きく異なる。また燃焼状態に応じて半径方向内外で温度が異なることもある。
このように高温となって、インナ・パイプ５００が熱膨張すれば、インナ・パイプ５００の軸方向（図中右側）への膨張とともに下流側セパレータ５４０も移動するが、この場合、下流側セパレータ５４０の外周部分がアウタ・ドラム１１１の内周面に沿って軸方向へスライドしてこれら間の熱膨張差を吸収する結果、これに起因した歪が小さく抑えられる。
【００５９】
一方、フィルタ部２００も上記インナ・パイプ５００とは異なった熱膨張量で熱膨張し、酸化触媒３００や発泡石骨粒２７０を保持する保持プレート２２０も移動するが、この内周部分がインナ・パイプ５００に対しスライドしてこれら間の熱膨張差を吸収するので、フィルタ部２００にも大きな歪が発生するのを抑えられることになる。
【００６０】
以上のように、本発明の実施の形態のディーゼル・エンジンの排気浄化装置１００は、フィルタ部２００を発泡石骨粒２７０からなるフィルタ部２００とこれを覆うフィルタ・カバー２８０とを星型状の形状とし、この突出部２８２を半径方向外側に向かうにしたがって幅が狭くなるようにしたので、フィルタ部２００で補足したパーティキュレート・マターをほぼ全域にわたって燃焼させることができる。
【００６１】
また、フィルタ部２００の下流に配置したフィルタ・カバー２８０に炭素繊維を組み合わせフィルタ部２００よりさらに細かいメッシュとしたフェルト２６０を用いるようにしたので、フィルタ部２００で補足し損なったより細かいパーティキュレート・マターを補足して燃焼させることができる。
この場合、発泡石骨粒２７０の少なくとも一部を第１インナ・リテーナ２５０の第１連通孔２５１から突出させ炭素繊維製フェルト２６０に接触させるようにしたので、フェルト２６０を早期に高温に加熱することが可能となる。
したがって、フィルタ部２００が排気に過度の流通抵抗を与えなくても済むようにでき、多くのパーティキュレート・マターを補足して燃焼させることができるとともに、フィルタ部２００を安価な発泡石骨粒２７０を用いていることができる。発泡石骨粒２７０を用いれば、第１連通孔２５１から少なくともその一部を突出させてフェルト２６０に接触させることが容易にできる。
【００６２】
また、酸化触媒３００に貴金属系の酸化触媒３１０と卑金属系の酸化触媒３２０とを用いているので、低温度域からより高温度域までの広い温度範囲で酸化触媒３００によるパーティキュレート・マターの燃焼が可能となる。しかも、これらの酸化触媒３００を発泡石骨粒２７０の表面に付着させるようにすれば、酸化触媒３００が発泡石骨粒２７０で補足したパーティキュレート・マターと接触することとなって触媒反応が促進されるとともに、排気浄化装置１００もコンパクトにできる。
【００６３】
なお、上記実施の形態に代え、本発明では下記のような変更や修正を施してもよい。
すなわち、フィルタ材は、発泡石骨粒２７０に限ることなく、これと異なるペレット状のフィルタ材を用いるようにしてもよい。また、同様に別フィルタ材は、炭素繊維製フェルト２６０に限ることなく、これと異なるフィルタ材を用いてもよい。
また、燃焼促進部として酸化触媒３００の代わりに電気ヒーター等を用いるようにしても良い。燃焼促進部は、フィルタ部２００に内蔵するのではなく、フィルタ部２００の上流側に設けるようにしても良い。
【００６４】
さらに、本発明では、インレット側エンド・プレート１１２とアウトレット側エンド・プレート１１３をアウタ・ドラム１１１に溶接で固着しているが、少なくとも一方をフランジとボルトによる結合とし、これらを外すことでインナ・パイプ５００とフィルタ部２００とがアウタ・ドラム１１１から取り外し可能としてフィルタ部２０の洗浄や交換ができるようにしても良い。この場合、セパレータがインナ・パイプ５００から取り外せるようにボルト等にて固定にしてフィルタ部２００をインナ・パイプ５００から軸方向に引き抜き可能にしたり、あるいはフィルタ部２００を半開き可能にするなどして半径方向外側へ外せるようにしたりすると良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態のディーゼル・エンジンの排気浄化装置の断面側面図
【図２】図１のディーゼル・エンジンの排気浄化装置の断面正面図
【図３】図２の排気浄化装置の一部を拡大した断面拡大図
【符号の説明】
１００ 排気浄化装置
１１０ 筐体
１１１ アウタ・ドラム
１１２ インレット側エンド・プレート
１１３ アウトレット側エンド・プレート
１１４ インレット・パイプ
１１６ 上流側セパレート・プレート
１１８ アウトレット・パイプ
１２０ 下流側セパレート・プレート
２００ フィルタ部
２１０ 上流側クッションシート付きプレート
２２０ 保持プレート
２３０ 下流側クッションシート付きプレート
２４０ 第２インナ・リテーナ
２４１ 第２連通孔
２５０ 第１インナ・リテーナ
２５１ 第１連通孔
２６０ フェルト
２８０ フィルタ・カバー
３００ 酸化触媒
３１０ 貴金属系の酸化触媒
３２０ 卑金属系の酸化触媒
４００ 温度センサ
５００ インナ・パイプ
５１０ 流出孔
５３０ 上流側セパレータ
５４０ 下流側セパレータ
５４５ 連通孔
６００ 上流側膨張室
７００ 下流側膨張室
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディーゼル・エンジンから排出された排気中のパーティキュレート・マター（粒子状物質）を捕捉して燃焼するディーゼル・エンジンの排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼル・エンジンは、低燃料消費率といった好ましい特性を有するものの、パーティキュレート・マターを多量に排出する。ディーゼル・エンジンにおけるこのパーテルキュレート・マターの発生は、同じくディーゼル・エンジンから同時に排出される窒素酸化物（ＮＯｘ）とトレードオフの関係にあり、ディーゼル・エンジンでの燃焼過程でこれら両者を同時に低減するのは非常に困難である。
【０００３】
この場合、窒素酸化物の方はアンモニアを用いて後処理することが可能であるが、アンモニアを車両に搭載することは、漏れなどが生じる虞があり好ましくない。そこで、ディーゼル・エンジン内での燃焼にあっては、車両上で後処理が難しい窒素酸化物の発生の抑制を優先するようにしている。そして、パーティキュレート・マターの低減は、ディーゼル・エンジンから排出された排気中に含まれたパーティキュレート・マターを排気系の途中に設けたフィルタ部にて捕捉するとともに、このフィルタ部が目詰まりを起こさないように所定の頻度でパーティキュレート・マターを燃焼させるようにしている。
【０００４】
このパーティキュレート・マターの燃焼にあっては、パーティキュレート・マターが約６００℃以上の高温でなければ燃焼しないこと、また市内走行などの通常の走行時では排気温度が消音器近くでは２００℃以上まで上がることがほとんどないことから、フィルタ部で補足したパーティキュレート・マターの燃焼を促進するには、酸化触媒や電気ヒーターを利用している。
【０００５】
このような従来のディーゼ・エンジンの排気浄化装置としては、筒状の筐体の内部に流入してきた排気が、インナ・パイプの外周壁に設けた流出孔からインナ・パイプの半径方向外側に配置した円筒状のフィルタ部へ流入し、このフィルタ部を通過する際、排気中のパーティキュレート・マターがフィルタ部で捕捉されるように構成されている。フィルタ部で補足されたパーティキュレート・マターは、フィルタ部の目詰まりを防止するため、適宜、電気ヒーターの加熱により燃焼し二酸化炭素や灰になる。さらに、円筒状のフィルタ部を通過した排気は、フィルタ部の下流に設けた円筒状のより細かいメッシュの炭素製フェルトに流入され、フィルタ部で補足し損ねたパーティキュレート・マター等がここで補足されるようしてある（特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−２５６８４３号公報（図１）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来のディーゼル・エンジンの排気浄化装置は、本発明者が何度も実験したところ、フィルタ部で補足したパーティキュレート・マターを電気ヒーターあるいは酸化触媒等で燃焼させても、フィルタ部のところどころに未燃焼部分が発生してしまうといった問題があった。
本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、フィルタ部で補足した排気中のパーティキュレート・マターをフィルタ部のほぼ全域にわたって燃焼させることを可能にしたディーゼル・エンジンの排気浄化装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の本発明のディーゼル・エンジンの排気浄化装置は、ディーゼル・エンジンから排出された排気が流入する排気入口部および排気が流出する排気出口部が筒状のアウタ・ドラムの内部に連通させられた筐体と、アウタ・ドラム内にこの軸方向に沿って配置された筒状の外周壁を有し、外周壁にこの内外を連通するように設けた流出孔を介して排気入口部から外周壁の内部へ導入された排気を外周壁の外部へ流出させるインナ・パイプと、インナ・パイプの外周面とアウタ・ドラムの内周面との間に配置され、インナ・パイプの流出孔から流入してきた排気中のパーティキュレート・マターを捕捉するペレット状のフィルタ材を有するフィルタ部と、フィルタ部の外周を覆うフィルタ・カバー部と、アウタ・ドラム内に配置され、フィルタ部で捕捉したパーティキュレート・マターの燃焼を促進する燃焼促進部と、を備え、フィルタ部とフィルタ・カバーとが、半径方向内側から半径方向外側へ向かうにしたがって幅方向が狭くなるような半径方向へ突出した複数の突起部分を有する星型状の形状に形成され、かつフィルタ・カバーにこの内外を連通して排気を流出させる連通孔が略全域にわたって設けられていることを特徴としている。
【０００９】
請求項２に記載の本発明のディーゼル・エンジンの排気浄化装置は、上記フィルタ・カバーが、内外を連通する第１連通孔が形成された第１インナ・リテーナと、第１インナ・リテーナの外側に配置されて内外を連通する第２連通孔が形成された第２インナ・リテーナと、フィルタ材同士間に形成された隙間よりも細かいメッシュを有し第１インナ・リテーナと第２インナ・リテーナの間に介在された別フィルタ材と、を備えたことを特徴としている。
【００１０】
請求項３に記載の本発明のディーゼル・エンジンの排気浄化装置は、上記第１インナ・リテーナの第１連通孔が、第２インナ・リテーナの第２連通孔より大きな開口面積を有するようにしたことを特徴としている。
【００１１】
請求項４に記載の本発明のディーゼル・エンジンの排気浄化装置は、上記別フィルタ材が、第１インナ・リテーナと第２インナ・リテーナとの間に非圧縮状態で介在されており、第１連通孔から流入した排気が当該第１の連通孔から最短距離となる第２連通孔の近辺にある別の第２連通孔へ別フィルタ材を介して流入可能となるようにしたことを特徴としている。
【００１２】
請求項５に記載の本発明のディーゼル・エンジンの排気浄化装置は、上記燃焼促進部が、酸化触媒であり、フィルタ材の表面に付着されていることを特徴としている。
【００１３】
請求項６に記載の本発明のディーゼル・エンジンの排気浄化装置は、上記酸化触媒が、貴金属系の酸化触媒と卑金属系の酸化触媒とを有することを特徴としている。
【００１４】
請求項７に記載の本発明のディーゼル・エンジンの排気浄化装置は、上記別フィルタ材が、繊維が組み合わされたフェルト状に形成されていることを特徴としている。
【００１５】
請求項８に記載の本発明のディーゼル・エンジンの排気浄化装置は、上記繊維が、炭素系物質からなることを特徴としている。
【００１６】
請求項９に記載の本発明のディーゼル・エンジンの排気浄化装置は、上記フィルタ材を、総容量が別フィルタ材より大きくなるように設定したことを特徴としている。
【００１７】
【発明の効果】
請求項１に記載の本発明のディーゼル・エンジンの排気浄化装置では、ディーゼル・エンジンから排出された排気は、排気入口部から排気浄化装置内のフィルタ部へ導かれ、排気中に含まれるパーティキュレート・マターがフィルタ材に付着されて補足された後、排気出口部から流出する。そして、燃焼促進部にて適宜、補足したパーティキュレート・マターを着火させて二酸化炭素や灰に変換する。この場合、フィルタ部とフィルタ・カバーとを半径方向内側から半径方向外側へ向かうにしたがって幅方向が狭くなるような半径方向へ突出した複数の突起部分を有する星型の形状に形成し、かつフィルタ・カバーにこの内外を連通して排気を流出させる連通孔が略全域にわたって設けると、はっきりした理由は不明だが、本発明者の実験によると、フィルタ部のほぼ全域にわたってペレット状のフィルタ材に補足されたパーティキュレート・マターが燃焼されることが確認された。
この結果、フィルタ部の目詰まりを防止することができるのみならず、再利用のためのフィルタ部の洗浄が容易になるとともに、フィルタ材に高価な酸化触媒を付着させたような場合、未燃焼部分の酸化触媒が無駄にならずに済む。
【００１８】
請求項２に記載の本発明のディーゼル・エンジンの排気浄化装置では、フィルタ・カバーがフィルタ部よりさらに細かいメッシュの別フィルタ材を有するようにしたので、フィルタ部で補足し損ねたより細かいパーティキュレート・マターを補足して燃焼させることが可能となる。したがって、フィルタ部にペレット状のフィルタ材を用いてフィルタ部を通過する排気の流通抵抗を減らすことも可能となる。また、フィルタ部での燃焼により発生した灰の一部もここで補足するようにすることも可能とある。
【００１９】
請求項３に記載の本発明のディーゼル・エンジンの排気浄化装置では、第１インナ・リテーナの第１連通孔を第２連通孔より大きな開口面積の孔としたので、第１連通孔を介してペレット状のフィルタ材の少なくとも一部を別フィルタ材に容易に接触させて別フィルタ材の温度上昇を促進させるようにすることができる。また、第１連通孔より勢いよく流入してきた排気が第２連通孔で流路面積を絞られる結果、別フィルタ材の第１、第２の連通孔間を直線的に結ぶ通路から外れた領域まで排気が入り込み、その分、別フィルタ材で排気中のパーティキュレート・マターを補足し燃焼させることが可能となる。このようにして、別フィルタ材を効率よく利用することができることとなる。
【００２０】
請求項４に記載の本発明のディーゼル・エンジンの排気浄化装置では、別フィルタ材を第１インナ・リテーナと第２インナ・リテーナとの間に非圧縮状態で介在されるようにしたので、第１連通孔から流入した排気が当該第１の連通孔から最短距離となる第２連通孔の近辺にある別の第２連通孔へ別フィルタ材を介して流入可能となり、別フィルタ材のパーティキュレート・マターの補足領域を広げることが可能となり、別フィルタ材をより圧縮状態で上記両インナ・リテーナに介在させた場合に比べより有効に利用することが可能となる。
【００２１】
請求項５に記載の本発明のディーゼル・エンジンの排気浄化装置では、燃焼促進部を酸化触媒としフィルタ材の表面に付着させたので、フィルタ部全体にて着火しやすくできるとともに、燃焼促進部に電気ヒーターを用いる場合に比べその容積を小さく設定することが可能となる。
【００２２】
請求項６に記載の本発明のディーゼル・エンジンの排気浄化装置では、酸化触媒が貴金属系の酸化触媒と卑金属系の酸化触媒とを有するようにしたので、パーティキュレータ・マターが通常では燃焼しない温度よりかなり低い低温度域で貴金属系の酸化触媒の触媒作用によりパーティキュレート・マターを燃焼させることが可能となるとともに、この燃焼により温度上昇して貴金属系の酸化触媒の触媒作用が低下するような温度域になっても卑金属系の酸化触媒の触媒作用によりパーティキュレータ・マターを通常の燃焼温度より低い温度域で燃焼させることが可能となる。
【００２３】
請求項７に記載の本発明のディーゼル・エンジンの排気浄化装置では、別フィルタ材を繊維が組み合わされたフェルト状に形成したので、フィルタ部より細かいメッシュの別フィルタ材を第１インナ・リテーナと第２インナ・リテーナとの間に非圧縮状態で配置することがペレット等に比べて容易かつ安価に行うことが可能となる。
【００２４】
請求項８に記載の本発明のディーゼル・エンジンの排気浄化装置では、繊維が炭素系物質からなるようにしたので、フィルタ部や排気からの熱により繊維を容易に温度上昇させることができ繊維で補足した細かいパーティキュレータを燃焼することが可能となる。
【００２５】
請求項９に記載の本発明のディーゼル・エンジンの排気浄化装置では、フィルタ材の総容量をよりメッシュの細かい別フィルタ材より大きくしたので、流通抵抗を減らしながらパーティキュレート・マターの補足と燃焼を促進させることが可能となる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。
図１は、本発明の実施の形態としてのディーゼル・エンジンの排気浄化装置１００の断面側面図である。
排気浄化装置１００は、筒状の筐体１１０を有し、この筐体１１０にフィルタ部２００や酸化触媒３００（燃焼促進部）を内蔵している。
【００２７】
筐体１１０は、金属製であって、その両端が開口された円筒状のアウタ・ドラム１１１と、アウタ・ドラム１１１の上流側の開口部１１１ａに取り付けられてこの開口部１１１ａを塞ぐインレット側エンド・プレート１１２と、アウタ・ドラム１１１の下流側の開口部１１１ｂに取り付けられてこの開口部１１１ｂを塞ぐアウトレット側エンド・プレート１１３とを有している。
【００２８】
インレット側エンド・プレート１１２は、この中心部分に形成した貫通孔１１２ａにインレット・パイプ（排気入口部）１１４が貫通させられ、このインレット側エンド・プレート１１２の貫通孔１１２ａの内周部分にインレット・パイプ１１４の中間部分が溶接で固定されている。一方、インレット側エンド・プレート１１２の外周部分は、アウタ・ドラム１１１の上流側の開口部１１１ａに嵌め合わされ、溶接にて互いに固着される。
【００２９】
インレット・パイプ１１４は、この上流側端部分に固着されたフランジ１１５とディーゼル・エンジン側の排気管（図示せず）のフランジ（図示せず）とがガスケットを挟んだ状態で組み合わされ、ボルト（図示せず）により固定される。また、インレット・パイプ１１４の下流側端部分は、円盤状のインレット側セパレート・プレート１１６の中心位置に形成された貫通孔１１６ａを貫通させられ、インレット側セパレート・プレート１１６の貫通孔１１６ａの内周部分に溶接で固着される。インレット側セパレート・プレート１１６の外周部分は、アウタ・ドラム１１１のインレット側エンド・プレート１１２より下流側となる位置に溶接にて固着される。
【００３０】
インレット側エンド・プレート１１２とインレット側セパレート・プレート１１６とには、中心線より図中上方となる位置においてそれらを貫通するカラー１１７が固着される。このカラー１１７の内部には、温度センサ４００が挿入される。なお、この温度センサ４００は、フィルタ部２００内部の温度を検出するためのものであり、検出部分がフィルタ部２００内まで伸ばされている。
【００３１】
インレット・パイプ１１４の下流には、これと同軸で若干径が大きく設定されたインナ・パイプ５００が軸線方向下流側に向かって伸ばされている。インナ・パイプ５００の外周壁には半径方向に孔あけした多数の流出孔５１０（流出孔５１０は、図を見やすくするため、便宜上、図１中には１個のみを描いてある。）が設けられて、インナ・パイプ５００の外周壁の内部と外部とを連通するようにしてある。なお、インナ・パイプ５００の上流側は、開口されたままとされているが、下流側端の内周部分には、円形プレート５２０が取り付けられて排気がその下流端から軸方向に流出しないように閉じられている。
【００３２】
また、インナ・パイプ５００の上流端の外周部分には、上流側セパレータ５３０の内周部分が溶接により固着されており、この上流側セパレータ５３０の外周部分は、インレット側セパレート・プレート１１６より下流側の位置でアウタ・ドラム１１１の内周面に当接されている。なお、この上流側セパレータ５３０は、インレット・パイプ１１４から流入してきた排気がフィルタ部２００に直接流入することがないように形成してあり、この結果、インレット・パイプ１１４から流入してきた排気は、すべてインナ・パイプ５００へ流れ込むようにしてある。
【００３３】
同様に、インナ・パイプ５００の下流端の外周部分には、下流側セパレータ５４０の内周部分が溶接により固着されている。この下流側セパレータ５４０には、複数の連通孔５４５が周上に形成されてフィルタ部２００から流出してきた排気をアウトレット・パイプ１１９へ流すようにしてある。また、下流側セパレータ５４０の外周部分は、上流側セパレータ５３０より下流側の位置でアウタ・ドラム１１１の内周面に当接するようにしてある。
このようにして、下流側セパレータ５４０と上流側セパレータ５３０とでインナ・パイプ５００を筐体１１０のアウタ・ドラム１１１に支持する。
【００３４】
なお、下流側セパレータ５４０は、上流側セパレータ５３０よりわずかに径を小さく設定しておき、インナ・パイプ５００が軸方向に熱膨張したとき、下流側セパレータ５４０側がアウタ・ドラム１１１に対しスライドして熱膨張差を吸収し、また逆に温度が冷えて収縮したら下流側セパレータ５４０側がアウタ・ドラム１１１に対しスライドしそのときの収縮差を吸収するようにしてある。
【００３５】
また、インナ・パイプ５００の下流側セパレータ５４０から上流側へ所定距離だけ離れた位置には、インナ・パイプ５００に対しスライド可能にしてインナ・パイプ５００の外周に支持された下流側保持プレート２２０が設けられる。この結果、下流側保持プレート２２０と下流側セパレータ５４０との間には、上流側膨張室６００が形成されることとなる。
【００３６】
上流側セパレータ５３０の下流側の面に上流側クッションシート付きプレート２１０が当接した状態でインナ・パイプ５００の外周壁の上流側端部分に保持される。これと同様に、下流側保持プレート２２０の上流側面にも下流側クッションシート付きプレート２３０が当接した状態でインナ・パイプ５００の外周壁の下流側端部分に保持される。
なお、上流側セパレータ５３０と上流側クッションシート付きプレート２１０とは、温度センサ４００の検出部が貫通し、この検出部がフィルタ部２００の内部まで入るようにしてある。
【００３７】
上流側クッションシート付きプレート２１０と下流側クッションシート付きプレート２３０との各外周部分は、それぞれパンチ・メタルのように孔を多数設けられた金属プレートを図２に示すような星型状の筒状に形成した第１インナ・リテーナ２５０とこの外側に配置した第２インナ・リテーナ２４０との各端部に連結されている。
【００３８】
第１インナ・リテーナ２５０は、インナ・パイプ５００から半径方向外側に所定距離だけ離されており、この半径方向外側でかつアウタ・ドラム１１１の半径方向内側に第２インナ・リテーナ２４０が配置されている。
第２インナ・リテーナ２４０の外周面とアウタ・ドラム１１１の内周面との間に形成された筒状の空間は、上流側膨張室６００に連通するようにしてある。
【００３９】
第１インナ・リテーナ２５０の内周面とインナ・パイプ５００の外周面との間で、かつ上流側クッションシート付きプレート２１０と下流側クッションシート付きプレート２３０とで挟まれた空間には、微細孔を有するペレット状の発泡石骨粒（フィルタ材）２７０を多数充満させてある。この発泡石骨粒２７０は、排気中のパーティキュレート・マターをその表面や微細孔に付着させることにより捕捉可能に形成してある。
【００４０】
なお、上流側セパレータ５３０、下流側保持プレート２２０、上流側クッションシート付きプレート２１０、下流側クッションシート付きプレート２３０、発泡石骨粒２７０は、本発明のフィルタ部２００を構成する。
【００４１】
そして、発泡石骨粒２７０の表面には、低温域で酸化触媒機能を発揮する白金などの貴金属系の触媒と、高温域で酸化触媒機能を発揮するニッケルなどの卑金属系の触媒とからなる酸化触媒３００とが混ぜ合わせた状態で浸透させ付着させてある。
【００４２】
一方、第１インナ・リテーナ２５０とこの外側の第２インナ・リテーナ２４０との間には、炭素繊維を組み合わせたフェルト（別フィルタ材）２６０が挿入されている。このフェルト２６０のメッシュは、上記発泡石骨粒２７０同士間で形成された隙間より目が細かく設定されている。また、フェルト２６０の総容量は、発泡石骨粒２７０の粒群の総容量より小さくされている。
なお、フェルト２６０と第１インナ・リテーナ２５０と第２インナ・リテーナ２４０は、本発明のフィルタ・カバー２８０を構成する。
【００４３】
図２は、図１の排気浄化装置１００のほぼ中央位置で切断した正面からみた断面を模式的に表した図である。
同図に示すように、第１インナ・リテーナ２５０と第２インナ・リテーナ２４０とこれら間に介在されたフェルト２６０とからなるフィルタ・カバー２８０は、インナ・パイプ５００から半径方向外側へ所定距離離れた谷部２８１とここからアウタ・ドラム１１１の近くまで伸びる突出部２８２（ここでは、１６個）を有する星型状の形状に形成されている。なお、突出部２８２は、半径方向内側から半径方向外側へ向かうにしたがって幅が狭くなるようにしてある。
【００４４】
一方、酸化触媒３００が付着された多数の発泡石骨粒２７０が、フィルタ・カバー２８０の第１インナ・リテーナ２５０とインナ・パイプ５００との間に形成された空間に詰められる。したがって、フィルタ部２００は、インナ・パイプ５００周りの部分が円筒状になり、ここから先がそれぞれ半径方向外側へ伸びる各突出部２８２に沿って分かれた状態、すなわち星型状の形状となる。
【００４５】
図３は、図２のフィルタ・カバー２８０近辺の一部を模式的に拡大して示した断面図である。
同図において、発泡石骨粒２７０の表面には、白金などの貴金属系の酸化触媒３１０と、ニッケルなどの卑金属系の酸化触媒３２０とが付着されている。
また、フィルタ・カバー２８０を構成する内側の第１インナ・リテーナ２５０にはこの内外を連通する第１連通孔２５１が多数全面にわたって形成されており、同様に外側の第２インナ・リテーナ２４０にもその内外を連通する第２連通孔２４１が多数全面にわたって形成されている。
【００４６】
ここで、第１インナ・リテーナ２５０の第１連通孔２５１は、発泡石骨粒２７０の少なくとも一部が入ることができ、その第１連通孔２５１から外側へ突出した部分が炭素繊維製のフェルト２６０に接触することが可能な大きさに開口してある。
一方、第２インナ・リテーナ２４０に形成した第２連通孔２４１は、上記第１連通孔２５１より小さな開口面積を有するように設定してある。
【００４７】
なお、図３ではフェルト２６０を構成する炭素繊維のうちのいくつかが第１インナ・リテーナ２５０の外表面と第２インナ・リテーナ２４０の内表面とに接触しているが、フェルト２６０は非圧縮状態で第１インナ・リテーナ２５０と第２インナ・リテーナ２４０との間に配置されている。
【００４８】
すなわち、フェルト２６０は、炭素繊維同士が立体的に編むようにして組み合わされ、これらの炭素繊維間を排気が図中の前後・横・斜めの方向へ流れることが可能とされるとともに、第１インナ・リテーナ２５０の外表面および炭素繊維の間や第２インナ・リテーナ２４０の内表面および炭素繊維の間に形成された隙間を介しても排気が図中の前後・横・斜めの方向へ流れることが可能なようにしてある。この結果、第１連通孔２５１から流入した排気は、当該第１連通孔２５１から一番近い第２連通孔２４１へ向かうだけでなくその近辺にある別の第２連通孔２４１へも向かうことが可能となるようにしてある。
【００４９】
図１に戻って、アウタ・ドラム１１１の下流側端の開口部１１１ｂには、下流側エンド・プレート１１３の外周部分が嵌め合わされ、この部分で溶接により互いに固着される。下流側エンド・プレート１１３の中心部分に形成した貫通孔１１３ａには、アウトレット・パイプ（排気出口部）１１８の中間部分が貫通させられて、この下流側エンド・プレート１１３の貫通孔１１３ａの内周部分にアウトレット・パイプ１１８の中間部分が溶接により固着される。
【００５０】
アウトレット・パイプ１１８の下流側端には、フランジ１１９が固着されて、このフランジ１１９が、より下流側の排気管（図示せず）のフランジ（図示せず）にガスケット（図示せず）を挟んだ状態でボルト（図示せず）により固定される。
【００５１】
アウトレット・パイプ１１８の上流側端は、円盤状の下流側セパレート・プレート１２０の貫通孔１２０ａの内周部分に溶接により固着される。下流側セパレート・プレート１２０の外周部分は、アウタ・ドラム１１１の内周面に当接させられている。下流側セパレート・プレート１２０は、排気を貫通させないように形成してあり、フィルタ部２００から流出された排気をすべてアウトレット・パイプ１１８へ流し込むように構成してある。
【００５２】
下流側セパレート・プレート１２０と下流側セパレータ５４０との間には、上流側膨張室６００より容積が大きい下流側膨張室７００が形成され、下流側膨張室７００が上流側膨張室６００へ下流側セパレータ５４０の連通孔５４５を介して連通されている。
【００５３】
次に、上記ディーゼル・エンジンの排気浄化装置１００の作用につき説明する。
ディーゼル・エンジンから排出された排気は、図示しない上流側排気管を通ってインレット・パイプ１１４から排気浄化装置１００の内部へ流入する。このインレット・パイプ１１４から流入した排気は、すべてインナ・パイプ５００内へ流れ込む。インナ・パイプ５００内に流れ込んだ排気は、インナ・パイプ５００の下流側端がプレート２２０で塞がれているので、インナ・パイプ５００の外周壁に設けた多数の流出孔５１０から半径方向外側へ流れ出てフィルタ部２００の内部へ流入していく。この場合、排気の速度が速いので、排気は円形プレート５２０に衝突した後、インナ・パイプ５００の下流側の流出孔５１０から半径方向外側へインナ・パイプ５００の上流側より多く流出する。
【００５４】
排気は、フィルタ部２００の中を半径方向外側へ向かって流れるうちに、排気中に含まれたパーティキュレート・マターが、フィルタ部２００内の発泡石骨粒２７０の表面に付着したり、発泡石骨粒２７０の微細孔に入り込んだりして捕捉される。大部分のパーティキュレート・マターを捕捉された残りの排気は、さらに第１インナ・リテーナ２５０の第１連通孔２５１を通って第２フィルタ部の炭素繊維製フェルト２６０にてより細かいパーティキュレート・マターが捕捉された後、外側の第２インナ・リテーナ２４０の第２連通孔２４１から半径方向外側へと流出する。この場合、発泡石骨粒２７０とフェルト２６０とは、インナ・パイプ５００の下流側に相当する部分の方がパーティキュレート・マターの補足量が多くなる。
【００５５】
このようにしてフィルタ部２００から流出した排気は、上流側膨張室６００へ流れ込み、ここで膨張してその勢いを減じることで、排気音が低減される。そして、下流側セパレータ５４０の連通孔５４５を通じて再びより広い下流側の膨張室７００へ流入し、ここで再度膨張してその勢いをさらに減じ、排気音がさらに低減されてアウタ・パイプ１１８から排気管を通して大気中へ排出される。
【００５６】
発泡石骨粒２７０に捕捉されたパーティキュレート・マターは、ディーゼル・エンジンが高速運転や高負荷運転となり排気温度が上昇すると、発泡石骨粒２７０の表面に付着した貴金属系の酸化触媒により、低い温度で燃焼し始める。この燃焼は、発泡石骨粒２７０の群のうちより高熱になりやすい下流側でかつ内側にある部分から始まることが多い。この燃焼によりその外側にある発泡石骨粒２７０も加熱され燃焼して高温となっていくが、外周側にある発泡石骨粒２７０が炭素繊維製フェルト２６０に接触していることからフェルト２６０をも直接加熱していく。
【００５７】
この結果、フェルト２６０も早期に高温度に達することができ、フィルタ部２００およびフィルタ・カバー２８０でそれぞれ補足されたパーティキュレート・マターの燃焼が促進される。また、さらに高温になっていくと、貴金属系の酸化触媒の触媒効果が低下していくが、今度は卑金属系の酸化触媒が効き始め、パーティキュレート・マターをさらに燃焼していく。このようにして、有害なパーティキュレート・マターを燃焼して灰や二酸化炭素に変えるとともに、フィルタ部２００の目詰まりを防ぐことが可能となる。この燃焼結果を本発明者が実験で繰り返し確認したところ、フィルタ部２００およびフィルタ・カバー２８０のほぼ全域にわたってパーティキュレート・マターが燃焼していた。
【００５８】
なお、上記高温にさらされた排気浄化装置１００の各部品は、熱膨張するが、部位や材料にて熱膨張量が異なる。特に、フィルタ部２００とインナ・パイプ５００とは、高温にさらされ熱膨張量が大きく異なる。また燃焼状態に応じて半径方向内外で温度が異なることもある。
このように高温となって、インナ・パイプ５００が熱膨張すれば、インナ・パイプ５００の軸方向（図中右側）への膨張とともに下流側セパレータ５４０も移動するが、この場合、下流側セパレータ５４０の外周部分がアウタ・ドラム１１１の内周面に沿って軸方向へスライドしてこれら間の熱膨張差を吸収する結果、これに起因した歪が小さく抑えられる。
【００５９】
一方、フィルタ部２００も上記インナ・パイプ５００とは異なった熱膨張量で熱膨張し、酸化触媒３００や発泡石骨粒２７０を保持する保持プレート２２０も移動するが、この内周部分がインナ・パイプ５００に対しスライドしてこれら間の熱膨張差を吸収するので、フィルタ部２００にも大きな歪が発生するのを抑えられることになる。
【００６０】
以上のように、本発明の実施の形態のディーゼル・エンジンの排気浄化装置１００は、フィルタ部２００を発泡石骨粒２７０からなるフィルタ部２００とこれを覆うフィルタ・カバー２８０とを星型状の形状とし、この突出部２８２を半径方向外側に向かうにしたがって幅が狭くなるようにしたので、フィルタ部２００で補足したパーティキュレート・マターをほぼ全域にわたって燃焼させることができる。
【００６１】
また、フィルタ部２００の下流に配置したフィルタ・カバー２８０に炭素繊維を組み合わせフィルタ部２００よりさらに細かいメッシュとしたフェルト２６０を用いるようにしたので、フィルタ部２００で補足し損なったより細かいパーティキュレート・マターを補足して燃焼させることができる。
この場合、発泡石骨粒２７０の少なくとも一部を第１インナ・リテーナ２５０の第１連通孔２５１から突出させ炭素繊維製フェルト２６０に接触させるようにしたので、フェルト２６０を早期に高温に加熱することが可能となる。
したがって、フィルタ部２００が排気に過度の流通抵抗を与えなくても済むようにでき、多くのパーティキュレート・マターを補足して燃焼させることができるとともに、フィルタ部２００を安価な発泡石骨粒２７０を用いていることができる。発泡石骨粒２７０を用いれば、第１連通孔２５１から少なくともその一部を突出させてフェルト２６０に接触させることが容易にできる。
【００６２】
また、酸化触媒３００に貴金属系の酸化触媒３１０と卑金属系の酸化触媒３２０とを用いているので、低温度域からより高温度域までの広い温度範囲で酸化触媒３００によるパーティキュレート・マターの燃焼が可能となる。しかも、これらの酸化触媒３００を発泡石骨粒２７０の表面に付着させるようにすれば、酸化触媒３００が発泡石骨粒２７０で補足したパーティキュレート・マターと接触することとなって触媒反応が促進されるとともに、排気浄化装置１００もコンパクトにできる。
【００６３】
なお、上記実施の形態に代え、本発明では下記のような変更や修正を施してもよい。
すなわち、フィルタ材は、発泡石骨粒２７０に限ることなく、これと異なるペレット状のフィルタ材を用いるようにしてもよい。また、同様に別フィルタ材は、炭素繊維製フェルト２６０に限ることなく、これと異なるフィルタ材を用いてもよい。
また、燃焼促進部として酸化触媒３００の代わりに電気ヒーター等を用いるようにしても良い。燃焼促進部は、フィルタ部２００に内蔵するのではなく、フィルタ部２００の上流側に設けるようにしても良い。
【００６４】
さらに、本発明では、インレット側エンド・プレート１１２とアウトレット側エンド・プレート１１３をアウタ・ドラム１１１に溶接で固着しているが、少なくとも一方をフランジとボルトによる結合とし、これらを外すことでインナ・パイプ５００とフィルタ部２００とがアウタ・ドラム１１１から取り外し可能としてフィルタ部２０の洗浄や交換ができるようにしても良い。この場合、セパレータがインナ・パイプ５００から取り外せるようにボルト等にて固定にしてフィルタ部２００をインナ・パイプ５００から軸方向に引き抜き可能にしたり、あるいはフィルタ部２００を半開き可能にするなどして半径方向外側へ外せるようにしたりすると良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態のディーゼル・エンジンの排気浄化装置の断面側面図
【図２】図１のディーゼル・エンジンの排気浄化装置の断面正面図
【図３】図２の排気浄化装置の一部を拡大した断面拡大図
【符号の説明】
１００ 排気浄化装置
１１０ 筐体
１１１ アウタ・ドラム
１１２ インレット側エンド・プレート
１１３ アウトレット側エンド・プレート
１１４ インレット・パイプ
１１６ 上流側セパレート・プレート
１１８ アウトレット・パイプ
１２０ 下流側セパレート・プレート
２００ フィルタ部
２１０ 上流側クッションシート付きプレート
２２０ 保持プレート
２３０ 下流側クッションシート付きプレート
２４０ 第２インナ・リテーナ
２４１ 第２連通孔
２５０ 第１インナ・リテーナ
２５１ 第１連通孔
２６０ フェルト
２８０ フィルタ・カバー
３００ 酸化触媒
３１０ 貴金属系の酸化触媒
３２０ 卑金属系の酸化触媒
４００ 温度センサ
５００ インナ・パイプ
５１０ 流出孔
５３０ 上流側セパレータ
５４０ 下流側セパレータ
５４５ 連通孔
６００ 上流側膨張室
７００ 下流側膨張室
Claims (9)
- ディーゼル・エンジンから排出された排気が流入する排気入口部および前記排気が流出する排気出口部が筒状のアウタ・ドラムの内部に連通させられた筐体と、
前記アウタ・ドラム内にこの軸方向に沿って配置された筒状の外周壁を有し、該外周壁にこの内外を連通するように設けた流出孔を介して前記排気入口部から前記外周壁の内部へ導入された排気を前記外周壁の外部へ流出させるインナ・パイプと、
該インナ・パイプの外周面と前記アウタ・ドラムの内周面との間に配置され、前記インナ・パイプの前記流出孔から流入してきた排気中のパーティキュレート・マターを捕捉するペレット状のフィルタ材を有するフィルタ部と、
該フィルタ部の外周を覆うフィルタ・カバー部と、
前記アウタ・ドラム内に配置され、前記フィルタ部で捕捉したパーティキュレート・マターの燃焼を促進する燃焼促進部と、
を備えたディーゼル・エンジンの排気浄化装置において、
前記フィルタ部と前記フィルタ・カバーとが、半径方向内側から半径方向外側へ向かうにしたがって幅方向が狭くなるような半径方向へ突出した複数の突起部分を有する星型状の形状に形成され、かつ前記フィルタ・カバーにこの内外を連通して前記排気を流出させる連通孔が略全域にわたって設けられていることを特徴とするディーゼル・エンジンの排気浄化装置。 - 前記フィルタ・カバーは、内外を連通する第１連通孔が形成された第１インナ・リテーナと、該第１インナ・リテーナの外側に配置されて内外を連通する第２連通孔が形成された第２インナ・リテーナと、前記フィルタ材同士間に形成された隙間よりも細かいメッシュを有し前記第１インナ・リテーナと前記第２インナ・リテーナの間に介在された別フィルタ材と、を備えたことを特徴とする請求項１に記載のディーゼル・エンジンの排気浄化装置。
- 第１インナ・リテーナの前記第１連通孔は、前記第２インナ・リテーナの前記第２連通孔より大きな開口面積を有するようにしたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のディーゼル・エンジンの排気浄化装置。
- 前記別フィルタ材は、前記第１インナ・リテーナと前記第２インナ・リテーナとの間に非圧縮状態で介在されており、前記第１連通孔から流入した前記排気が当該第１の連通孔から最短距離となる前記第２連通孔の近辺にある別の第２連通孔へ前記別フィルタ材を介して流入可能となるようにしたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のディーゼル・エンジンの排気浄化装置。
- 前記燃焼促進部は、酸化触媒であり、前記フィルタ材の表面に付着されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のディーゼル・エンジンの排気浄化装置。
- 前記酸化触媒は、貴金属系の酸化触媒と卑金属系の酸化触媒とを有することを特徴とする請求項５に記載のディーゼル・エンジンの排気浄化装置。
- 前記別フィルタ材は、繊維が組み合わされたフェルト状に形成されていることを特徴とする請求項請求項２から請求項６のいずれかに記載のディーゼル・エンジンの排気浄化装置。
- 前記繊維は、炭素系物質からなることを特徴とする請求項７に記載のディーゼル・エンジンの排気浄化装置。
- 前記フィルタ材は、総容量が前記別フィルタ材より大きいく設定されていることを特徴とする請求項２から請求項８に記載のディーゼル・エンジンの排気浄化装置。
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