JP2004324630A - ディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】クリンーンな排気ガスをＥＧＲガスとしてエンジンに供給し、エンジンを傷めることなしにＨＣやＣＯ、ＮＯｘ、ＰＭを減らすことのでき、しかも燃費も改善できるというディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置を提供する。
【解決手段】排気マフラの後方にディーゼルパティキュレートフィルタを有する本体装置ＡとＥＧＲ装置４０を取り付けたディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置であって、ＥＧＲ装置４０は、本体装置Ａの下流側よりエンジン本体Ｅの吸気通路４２に合流するＥＧＲ通路４１が設けられるとともにＥＧＲ通路４１の途中にＥＧＲバルブ４３が設けられ、本体装置Ａは、本体ケース１の排気ガスの入り口側にアンモニア水を充填した内部タンク１０を配設するとともに排気ガスの出口側にフィルタユニット２０を配設し、排気ガスにより内部タンク１０を加熱してアンモニア水よりアンモニアガスを発生させ、排気ガス中の窒素酸化物と前記アンモニアガスを反応させて窒素と水に分解し、フィルタユニット２０により排気ガス中の粒子状物資質を吸着する構成とした。
【選択図】 図１
【解決手段】排気マフラの後方にディーゼルパティキュレートフィルタを有する本体装置ＡとＥＧＲ装置４０を取り付けたディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置であって、ＥＧＲ装置４０は、本体装置Ａの下流側よりエンジン本体Ｅの吸気通路４２に合流するＥＧＲ通路４１が設けられるとともにＥＧＲ通路４１の途中にＥＧＲバルブ４３が設けられ、本体装置Ａは、本体ケース１の排気ガスの入り口側にアンモニア水を充填した内部タンク１０を配設するとともに排気ガスの出口側にフィルタユニット２０を配設し、排気ガスにより内部タンク１０を加熱してアンモニア水よりアンモニアガスを発生させ、排気ガス中の窒素酸化物と前記アンモニアガスを反応させて窒素と水に分解し、フィルタユニット２０により排気ガス中の粒子状物資質を吸着する構成とした。
【選択図】 図１
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車の排気ガス浄化装置に係り、特に窒素酸化物（ＮＯｘ）と粒子状物質（パテキュレートマター）の除去効果に優れたＥＧＲ装置（排気ガス再循環装置）を使用したディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
トラックやバスに搭載されるディーゼルエンジンにおいて、排気ガスにはＨＣやＣＯ、ＮＯｘなどのほか、パティキュレートマター（以下ＰＭと言う）が多く含まれている。そこで、ディーゼルエンジン車の排気ガス浄化装置としては、ＰＭを除去するために、排気マフラーの後方にＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ＝ディーゼル微粒子除去装置）を取り付け、ＨＣやＣＯを処理するため酸化触媒を取り付け、さらに、ＮＯｘを低減するためにＥＧＲ装置が取り付けられている。このＥＧＲ装置は、排気ガスの一部を排気マニホールドより吸気マニホールドに戻してやり、不活性ガスの増加で燃焼温度を低下させ、ＮＯｘを低減させるものである。この種のＥＧＲ装置を用いたディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置の従来例として、特開２００３−２７９２１号公報に示すものがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来のディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置においては、ＥＧＲガスを排気マニホルドから直接吸気側へ導入するので、吸入空気と一緒に燃焼室へ送られ、ディーゼルエンジンの排気ガスに多量に含まれる黒煙分やＰＭ成分或いは硫黄分により、ピストンやシリンダの耐久性や耐磨耗性の低下や潤滑油の劣化を引き起こすという問題が発生していた。
また、このような汚れたＥＧＲガスをエンジン本体に吸入することにより、従来のこの種のディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置を取り付けると例外なく燃費が悪化するという問題も発生していた。
【０００４】
本発明は上述した従来の問題点に鑑みなされたもので、クリンーンな排気ガスをＥＧＲガスとしてエンジンに供給し、エンジンを傷めることなしにＨＣやＣＯ、ＮＯｘ、ＰＭを減らすことができ、しかも燃費も改善できるというディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明に係るディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置は、排気マフラの後方にディーゼルパティキュレートフィルタを有する本体装置とＥＧＲ装置を取り付けたディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置であって、前記ＥＧＲ装置は、前記本体装置の下流側よりエンジン本体の吸気通路に合流するＥＧＲ通路を設けたことを特徴とするものである。
【０００６】
また、本発明は、排気マフラの後方にディーゼルパティキュレートフィルタを有する本体装置と、排気ガスの一部をエンジン本体に戻すＥＧＲ装置とからなるディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置であって、前記ＥＧＲ装置は、前記本体装置の下流側よりエンジン本体の吸気通路に合流するＥＧＲ通路が設けられるとともにＥＧＲ通路の途中にＥＧＲバルブが設けられ、前記本体装置は、本体ケースの排気ガスの入り口側にアンモニア水を充填した内部タンクを配設するとともに排気ガスの出口側にフィルタユニットを配設し、前記排気ガスにより前記内部タンクを加熱してアンモニア水よりアンモニアガスを発生させ、前記排気ガス中の窒素酸化物と前記アンモニアガスを反応させて窒素と水に分解し、前記フィルタユニットにより前記排気ガス中の粒子状物資質を吸着することを特徴としている。
【０００７】
さらに、本発明のディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置における本体装置には、前記内部タンクにアンモニア水を供給する供給タンクが連結され、前記本体装置の状態を表示するインジケータが接続されたものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明に係るディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置の実施の形態を図に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明のディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置の構成を示す模式図、図２は図１のディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置のシステムを示すブロック図、図３は図１のディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置のフィルタユニットを示す断面図、図４は図１のディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置を車両に取り付けた状態を示すブロック図、図５は、図１のディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置の測定結果を示す一覧表である。
【０００９】
本発明に係るディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置は、図１に示すように、排気マフラＭの後方にディーゼルパティキュレートフィルタを有する本体装置Ａと、排気ガスの一部をエンジン本体に戻すＥＧＲ装置４０とからなるディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置であって、前記ＥＧＲ装置４０は、前記本体装置Ａの下流側よりエンジン本体Ｅの吸気通路に合流するＥＧＲ通路４１が設けられるとともにＥＧＲ通路４１の途中にＥＧＲバルブ４３が設けられたものである。
【００１０】
このディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置に使用されるＥＧＲ装置４０は、排気ガス浄化装置Ａの排気ガスの出口よりエンジン本体の吸気通路４２に連通されたＥＧＲ通路４１が設けられ、このＥＧＲ通路４１の途中にＥＧＲバルブ４３が取り付けられている。このＥＧＲバルブ４３には、ＥＧＲ制御バルブ４４が取り付けられており、このＥＧＲ制御バルブ４４は図示しないＥＣＵに接続され、排気系統に取り付けられた図示しない酸素濃度センサ、排気温度センサなどで検出した結果に応じて、適切なＥＧＲガス量になるようにＥＧＲバルブ４３の開度を制御するものである。
【００１１】
このように構成されたＥＧＲ装置４０は、ＥＧＲ用の排気ガスを排気ガス浄化装置Ａの排気ガス出口側より取り入れているので、排気ガス浄化装置Ａを通過したクリーンで冷却された排気ガスがエンジン本体Ｅの吸気通路４２に導入されるので、ＥＧＲ効果を高めてＮＯｘを低減するとともに、黒煙分やＰＭ成分が少なくなり、ピストンやシリンダの耐久性や耐磨耗性の低下、潤滑油の劣化を引き起こすという問題を解消するものである。
【００１２】
また、このＥＧＲ装置４０は、後述するように、排気ガス浄化装置Ａで処理されたクリーンな排気ガスがエンジン本体Ｅの吸気通路４２に導入されるものであるが、排気ガス中に含まれるアンモニアガス（ＮＨ３）と水（Ｈ２Ｏ）と水がエンジン本体Ｅの燃焼室の中に吸入されるので、このアンモニアと水が燃料ガスと一緒に燃焼室の中で急激に燃焼することより、アンモニアと水に含まれる水素成分（Ｈ）が燃焼を助けるので、燃焼効率が向上し、出力の向上と燃費の向上が図れるものである。
【００１３】
この排気ガス浄化装置Ａは、図２に示すように、本体ケース１の排気ガスの入り口側にアンモニア水を充填した内部タンク１０が配置され、本体ケース１の排気ガスの出口側に金属製のフィルタユニット２０が配置されている。内部タンク１０は、排気ガスにより加熱されて内部のアンモニア水よりアンモニアガスを発生させるので、このアンモニアガスが排気ガス中の窒素酸化物と反応して窒素と水に分解する。そして、フィルタユニット２０は、前記排気ガス中の粒子状物資質を吸着するように構成されたものである。
【００１４】
また、本体ケース１は、図２に示すように、ステンレスなどの金属から形成された箱体であり、内部に３枚の仕切り板２，３，４が設けられており、マフラＭ側の前方には排気ガスの入口５が設けられている。仕切り板２は、入口５から流入した排気ガスが内部タンク１０の上面に流れるように整流するものである。また、仕切り板３は、内部タンク１０の上面に流れた排気ガスがストレートに流れてしまわずに、内部タンク１０の上面に留まり、排気ガスのＮＯｘと内部タンク１０から蒸発したアンモニアガスが反応し易くするものである。仕切り板４は、排気ガスをフィルタユニット２１へ導くための整流板である。
【００１５】
また、本体ケース１の後方には、排気ガスを排出するための出口が設けられており、この出口には排出管７が取り付けられ、浄化された排気ガスを車外へ排出するようになっている。さらに、本体ケース１の上面には、強制ファン８が取り付けられており、後述する温度センサにより、本体ケース１の温度が所定温度をオーバーすると、自動的に作動し、本体ケース１の温度を適正に保つようになっている。
【００１６】
また、内部タンク１０は、本体ケース１の入口５側に設置されており、この入口５から入った排気ガスはこの内部タンク１０に当たるように構成されている。この内部タンク１０にはアンモニア（ＮＨ３）水溶液が充填されている。このアンモニア水溶液は水にアンモニア（ＮＨ３）を溶かしたもので、アンモニアの濃度は５％〜２０％前後である。このアンモニア水は、排気ガスが内部タンク１０に当たることにより、排気ガスの熱で加熱されるので、加水分解されアンモニアが発生する。そして、アンモニアガスとなって、内部タンク１０の上面に形成された蒸発孔１１より本体ケース１内に充満するように構成されている。このアンモニアガスに排気ガスのＮＯｘが反応して、排気ガスのＮＯｘを窒素（Ｎ２）と水（Ｈ２Ｏ）に分解するものである。
【００１７】
また、この内部タンク１０の内部には、アンモニア水のレベルを検出するための公知のレベルゲージ１２が配設されており、アンモニア水の液面を管理している。すなわち、このレベルゲージ１２で検知した液面は、後述するインジケータＣに表示され、所定の液面レベル（内部タンク１０の半分）以下になると、本体装置Ａに供給パイプ１３で連結されている供給タンクＣのポンプＰが作動し、自動的に内部タンク１０にアンモニア水が供給されるようになっている。
【００１８】
また、この本体ケース１の出口側に取り付けられているフィルタユニット２０は、図３に示すように、第１フィルタ２１、第２フィルタ２２及び第３フィルタ２３とを備えている。第１フィルタ２１は、金属製の不織布を蛇腹状に織り込んだもので、取付支柱２４によりフィルタユニット２０と一緒に後側板１ａに取り付けられる。後側板１ａへの固定は取付ナットで行われる。
【００１９】
第２フィルタ２２は、内部にガラス繊維などの耐熱シートを挟み込み外側をパンチングメタルなどのステンレスなどから形成された孔穿きの金属板で覆い、内側をステンレスなどの不織布で覆い円筒または楕円形状に加工したものである。さらに、第３フィルタ２３は、第２フィルタの内部に銅合金などからカール状に加工された金属材料を収蔵したものである。そして、第２フィルタ２２の内側の前部に固定された孔あきの固定板２５に固定シャフト２６を取り付けられ、前側板２７に蝶ネジ２８で固定される。
【００２０】
このように形成されたフィルタユニット２０は、取付支柱２４により後側板１ａへ固定され、後側板１ａとともにワンタッチで取付具１ｂにより簡単に本体ケース１に取り付けられるものである。従って、取り外す場合も取付具１ｂを外すことにより、簡単に取り外すこどでき、メンテナンスも極めて簡単にできるものである。
【００２１】
また、この本体装置Ａの作動状態を示すインジケータＣは、図１に示すように、運転席のダッシュボードなど見え易い場所に取り付けられており、配線で本体装置Ａと接続されている。このインジケータＣは、メインスイッチ３０と、パワーランプ３１、ポンプランプ３２、ウォーターランプ３３、テンプランプ３４が備えられている。パワーランプ３１は、強制ファン８に接続されており、強制ファン８の作動状態を示すものである。ポンプランプ３２は、ポンプＰに接続されており、ポンプＰの作動状態を示すものである。ウォーターランプ３３は、レベルセンサ１２に接続されており、内部タンク１０のアンモニア水のレベル状態を示すものである。テンプランプ３４は、温度センサ１４に接続されており、フィルタユニット２０近傍の温度を表示するものである。
【００２２】
このように構成されたインジケータＣにより、本体装置Ａの作動状態やメンテナンス時期を知ることができる。例えば、ウォーターランプ３３は内部タンク１０のアンモニア水のレベル状態を示し、所定のレベル（内部タンクの半分）以下になると点灯するようになっている。そのため、運転者または使用者はアンモニア水を内部タンク１０および供給タンクＢにアンモニア水を補充するものである。また、フィルタユニット２０に粒子状物質が溜まると、排気ガスの流れが悪くなるのでフィルタユニット２０前の温度が高くなり、この状態が温度センサ１４で検知され、テンプランプ３４を点灯させる。運転者はテンプランプ３４の点灯を確認してフィルタユニット２０のメンテナンス時期であることを知り、フィルタユニット２０を外して清掃することができるものである。
【００２３】
上述のように構成された本体装置Ａによる排気ガスの浄化作用を図１を参照して説明する。まず、排気マフラＭより排出された排気ガスは、本体装置Ａに本体ケースに形成された入口５から流入して内部タンク１０に当たり、内部タンク１０を加熱する。そした内部タンク１０のアンモニア水を加熱し、アンモニアガスを発生させる。また、内部タンク１０に当たった排気ガスは、内部タンク１０に沿って矢印に示すように上方へ流れ、仕切板２により内部タンク１０の上面に流れる。この内部タンク１０の上面には内部タンク１０より発生したアンモニアガスが充満しているので、排気ガスのＮＯｘと反応して、排気ガスのＮＯｘを窒素と水に分解し、排気ガスのＮＯｘ成分を低減するものである。
【００２４】
次に、ＮＯｘが低減された排気ガスは、仕切板３と仕切板４により、矢印に示すように、下方に流れフィルタユニット２０へ流入する。フィルタユニット２０へ流入した排気ガスは、フィルタユニット２０内の金属製の不織布２２を通過する間に粒子状物質が９０％以上補足集され、排気ガスが浄化されて外部へ排出されるものである。このようにして、本発明のディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置により排気ガス中のＮＯｘと粒子状物質が浄化されるものである。
【００２５】
以上の説明のように、本発明のディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置は、ＥＧＲ装置４０と本体装置Ａにより、１個の装置で効果的にディーゼルエンジンの排気ガスを浄化することができるとともに、浄化した排気ガスをＥＧＲ通路により、エンジン本体の吸気側に供給することができるので、ディーゼルエンジンを傷めることなくディーゼルエンジンの排気ガスを浄化することが可能となる。
【００２６】
本発明のディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置を、図４に示すように、実際に市販されているディーゼルエンジン搭載の中古トラック（排気量４３３４ｃｃ、車両総重量４４３５Ｋｇ、走行キロ数２００４１２Ｋｍ）である車両Ｄに取り付けて、公的試験所で排気ガスの測定を行ったところ、図５の測定結果に示すように、平成１４年度ＮＯｘ、ＰＭ規制を十分クリアーする優れた結果を得たものである。この値は、ＮＯｘにおいて装置の取り付け前に比べ３０％改善され、ＰＭにおいては実に４８％も改善された値である。さらに、この車両Ｄで実際の走行テストを行った結果、燃費において装置の取り付け前に比べ５％の改善ができたものである。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、排気マフラの後方にディーゼルパティキュレートフィルタを有する本体装置とＥＧＲ装置を取り付けたディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置であって、前記ＥＧＲ装置は、前記本体装置の下流側よりエンジン本体の吸気通路に合流するＥＧＲ通路が設けられるとともにＥＧＲ通路の途中にＥＧＲバルブが設けられ、前記本体装置は、本体ケースの排気ガスの入り口側にアンモニア水を充填した内部タンクを配設するとともに排気ガスの出口側にフィルタユニットを配設し、前記排気ガスにより前記内部タンクを加熱してアンモニア水よりアンモニアガスを発生させ、前記排気ガス中の窒素酸化物と前記アンモニアガスを反応させて窒素と水に分解し、前記フィルタユニットにより前記排気ガス中の粒子状物資質を吸着する本体装置と、前記本体装置に接続したアンモニア水の供給タンクと、前記本体装置の状態を表示するインジケータとからなることにより、排気ガス中の窒素酸化を低減し粒子状物資質を吸着するので、１個の装置で効果的にディーゼルエンジンの排気ガスを浄化することができるとともに、浄化した排気ガスをＥＧＲ通路により、エンジン本体の吸気側に供給することができるので、ディーゼルエンジンを傷めることなくディーゼルエンジンの排気ガスを浄化することができるという、極めて優れた効果を奏するものである。
【００２８】
さらに、前記ＥＧＲ装置は、前記本体装置の下流側よりエンジン本体の吸気通路に合流するＥＧＲ通路が設けられているので、クリーンな排気ガスの中に含まれているアンモニアと水がエンジン本体Ｅの燃焼室の中に吸入され、燃料ガスと一緒に燃焼室の中で急激に燃焼することより、アンモニアと水に含まれる水素成分が燃焼を助けるので、燃焼効率が向上し、出力の向上と燃費の向上が図れるという効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置の構成を示す模式図である。
【図２】図１のディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置の本体装置を示すブロック図である。
【図３】図１のディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置のフィルタユニットを示す断面図である。
【図４】図１のディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置を車両に取り付けた状態を示すブロック図である。
【図５】図１のディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置の測定結果を示す一覧表である。
【符号の説明】
Ａ 本体装置
Ｂ 供給タンク
Ｃ インジケータ
Ｅ エンジン本体
Ｄ 車両
Ｍ 排気マフラ
Ｐ ポンプ
１ 本体ケース
２ 仕切板
３ 仕切板
４ 仕切板
５ 入口ダ
７ 排出管
８ ファン
１０ 内部タンク
１１ 蒸発孔
１２ レベルゲージ
１３ 供給パイプ
１４ 温度センサ
２０ フィルタユニット
２１ 第１フィルタ
２２ 第２フィルタ
２２ 第３フィルタ
２４ 取付支柱
２５ 固定板
２６ 固定シャフト
２７ 前側板
２８ 蝶ねじ
３０ メインスイッチ
３１ パワーランプ
３２ ポンプランプ
３３ ウォーターランプ
３４ テンプランプ３４
４０ ＥＧＲ装置
４１ ＥＧＲ通路
４２ 吸入通路
４３ ＥＧＲバルブ
４４ ＥＧＲ制御バルブ
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディーゼルエンジン車の排気ガス浄化装置に係り、特に窒素酸化物（ＮＯｘ）と粒子状物質（パテキュレートマター）の除去効果に優れたＥＧＲ装置（排気ガス再循環装置）を使用したディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
トラックやバスに搭載されるディーゼルエンジンにおいて、排気ガスにはＨＣやＣＯ、ＮＯｘなどのほか、パティキュレートマター（以下ＰＭと言う）が多く含まれている。そこで、ディーゼルエンジン車の排気ガス浄化装置としては、ＰＭを除去するために、排気マフラーの後方にＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ＝ディーゼル微粒子除去装置）を取り付け、ＨＣやＣＯを処理するため酸化触媒を取り付け、さらに、ＮＯｘを低減するためにＥＧＲ装置が取り付けられている。このＥＧＲ装置は、排気ガスの一部を排気マニホールドより吸気マニホールドに戻してやり、不活性ガスの増加で燃焼温度を低下させ、ＮＯｘを低減させるものである。この種のＥＧＲ装置を用いたディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置の従来例として、特開２００３−２７９２１号公報に示すものがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来のディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置においては、ＥＧＲガスを排気マニホルドから直接吸気側へ導入するので、吸入空気と一緒に燃焼室へ送られ、ディーゼルエンジンの排気ガスに多量に含まれる黒煙分やＰＭ成分或いは硫黄分により、ピストンやシリンダの耐久性や耐磨耗性の低下や潤滑油の劣化を引き起こすという問題が発生していた。
また、このような汚れたＥＧＲガスをエンジン本体に吸入することにより、従来のこの種のディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置を取り付けると例外なく燃費が悪化するという問題も発生していた。
【０００４】
本発明は上述した従来の問題点に鑑みなされたもので、クリンーンな排気ガスをＥＧＲガスとしてエンジンに供給し、エンジンを傷めることなしにＨＣやＣＯ、ＮＯｘ、ＰＭを減らすことができ、しかも燃費も改善できるというディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明に係るディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置は、排気マフラの後方にディーゼルパティキュレートフィルタを有する本体装置とＥＧＲ装置を取り付けたディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置であって、前記ＥＧＲ装置は、前記本体装置の下流側よりエンジン本体の吸気通路に合流するＥＧＲ通路を設けたことを特徴とするものである。
【０００６】
また、本発明は、排気マフラの後方にディーゼルパティキュレートフィルタを有する本体装置と、排気ガスの一部をエンジン本体に戻すＥＧＲ装置とからなるディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置であって、前記ＥＧＲ装置は、前記本体装置の下流側よりエンジン本体の吸気通路に合流するＥＧＲ通路が設けられるとともにＥＧＲ通路の途中にＥＧＲバルブが設けられ、前記本体装置は、本体ケースの排気ガスの入り口側にアンモニア水を充填した内部タンクを配設するとともに排気ガスの出口側にフィルタユニットを配設し、前記排気ガスにより前記内部タンクを加熱してアンモニア水よりアンモニアガスを発生させ、前記排気ガス中の窒素酸化物と前記アンモニアガスを反応させて窒素と水に分解し、前記フィルタユニットにより前記排気ガス中の粒子状物資質を吸着することを特徴としている。
【０００７】
さらに、本発明のディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置における本体装置には、前記内部タンクにアンモニア水を供給する供給タンクが連結され、前記本体装置の状態を表示するインジケータが接続されたものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明に係るディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置の実施の形態を図に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明のディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置の構成を示す模式図、図２は図１のディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置のシステムを示すブロック図、図３は図１のディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置のフィルタユニットを示す断面図、図４は図１のディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置を車両に取り付けた状態を示すブロック図、図５は、図１のディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置の測定結果を示す一覧表である。
【０００９】
本発明に係るディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置は、図１に示すように、排気マフラＭの後方にディーゼルパティキュレートフィルタを有する本体装置Ａと、排気ガスの一部をエンジン本体に戻すＥＧＲ装置４０とからなるディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置であって、前記ＥＧＲ装置４０は、前記本体装置Ａの下流側よりエンジン本体Ｅの吸気通路に合流するＥＧＲ通路４１が設けられるとともにＥＧＲ通路４１の途中にＥＧＲバルブ４３が設けられたものである。
【００１０】
このディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置に使用されるＥＧＲ装置４０は、排気ガス浄化装置Ａの排気ガスの出口よりエンジン本体の吸気通路４２に連通されたＥＧＲ通路４１が設けられ、このＥＧＲ通路４１の途中にＥＧＲバルブ４３が取り付けられている。このＥＧＲバルブ４３には、ＥＧＲ制御バルブ４４が取り付けられており、このＥＧＲ制御バルブ４４は図示しないＥＣＵに接続され、排気系統に取り付けられた図示しない酸素濃度センサ、排気温度センサなどで検出した結果に応じて、適切なＥＧＲガス量になるようにＥＧＲバルブ４３の開度を制御するものである。
【００１１】
このように構成されたＥＧＲ装置４０は、ＥＧＲ用の排気ガスを排気ガス浄化装置Ａの排気ガス出口側より取り入れているので、排気ガス浄化装置Ａを通過したクリーンで冷却された排気ガスがエンジン本体Ｅの吸気通路４２に導入されるので、ＥＧＲ効果を高めてＮＯｘを低減するとともに、黒煙分やＰＭ成分が少なくなり、ピストンやシリンダの耐久性や耐磨耗性の低下、潤滑油の劣化を引き起こすという問題を解消するものである。
【００１２】
また、このＥＧＲ装置４０は、後述するように、排気ガス浄化装置Ａで処理されたクリーンな排気ガスがエンジン本体Ｅの吸気通路４２に導入されるものであるが、排気ガス中に含まれるアンモニアガス（ＮＨ３）と水（Ｈ２Ｏ）と水がエンジン本体Ｅの燃焼室の中に吸入されるので、このアンモニアと水が燃料ガスと一緒に燃焼室の中で急激に燃焼することより、アンモニアと水に含まれる水素成分（Ｈ）が燃焼を助けるので、燃焼効率が向上し、出力の向上と燃費の向上が図れるものである。
【００１３】
この排気ガス浄化装置Ａは、図２に示すように、本体ケース１の排気ガスの入り口側にアンモニア水を充填した内部タンク１０が配置され、本体ケース１の排気ガスの出口側に金属製のフィルタユニット２０が配置されている。内部タンク１０は、排気ガスにより加熱されて内部のアンモニア水よりアンモニアガスを発生させるので、このアンモニアガスが排気ガス中の窒素酸化物と反応して窒素と水に分解する。そして、フィルタユニット２０は、前記排気ガス中の粒子状物資質を吸着するように構成されたものである。
【００１４】
また、本体ケース１は、図２に示すように、ステンレスなどの金属から形成された箱体であり、内部に３枚の仕切り板２，３，４が設けられており、マフラＭ側の前方には排気ガスの入口５が設けられている。仕切り板２は、入口５から流入した排気ガスが内部タンク１０の上面に流れるように整流するものである。また、仕切り板３は、内部タンク１０の上面に流れた排気ガスがストレートに流れてしまわずに、内部タンク１０の上面に留まり、排気ガスのＮＯｘと内部タンク１０から蒸発したアンモニアガスが反応し易くするものである。仕切り板４は、排気ガスをフィルタユニット２１へ導くための整流板である。
【００１５】
また、本体ケース１の後方には、排気ガスを排出するための出口が設けられており、この出口には排出管７が取り付けられ、浄化された排気ガスを車外へ排出するようになっている。さらに、本体ケース１の上面には、強制ファン８が取り付けられており、後述する温度センサにより、本体ケース１の温度が所定温度をオーバーすると、自動的に作動し、本体ケース１の温度を適正に保つようになっている。
【００１６】
また、内部タンク１０は、本体ケース１の入口５側に設置されており、この入口５から入った排気ガスはこの内部タンク１０に当たるように構成されている。この内部タンク１０にはアンモニア（ＮＨ３）水溶液が充填されている。このアンモニア水溶液は水にアンモニア（ＮＨ３）を溶かしたもので、アンモニアの濃度は５％〜２０％前後である。このアンモニア水は、排気ガスが内部タンク１０に当たることにより、排気ガスの熱で加熱されるので、加水分解されアンモニアが発生する。そして、アンモニアガスとなって、内部タンク１０の上面に形成された蒸発孔１１より本体ケース１内に充満するように構成されている。このアンモニアガスに排気ガスのＮＯｘが反応して、排気ガスのＮＯｘを窒素（Ｎ２）と水（Ｈ２Ｏ）に分解するものである。
【００１７】
また、この内部タンク１０の内部には、アンモニア水のレベルを検出するための公知のレベルゲージ１２が配設されており、アンモニア水の液面を管理している。すなわち、このレベルゲージ１２で検知した液面は、後述するインジケータＣに表示され、所定の液面レベル（内部タンク１０の半分）以下になると、本体装置Ａに供給パイプ１３で連結されている供給タンクＣのポンプＰが作動し、自動的に内部タンク１０にアンモニア水が供給されるようになっている。
【００１８】
また、この本体ケース１の出口側に取り付けられているフィルタユニット２０は、図３に示すように、第１フィルタ２１、第２フィルタ２２及び第３フィルタ２３とを備えている。第１フィルタ２１は、金属製の不織布を蛇腹状に織り込んだもので、取付支柱２４によりフィルタユニット２０と一緒に後側板１ａに取り付けられる。後側板１ａへの固定は取付ナットで行われる。
【００１９】
第２フィルタ２２は、内部にガラス繊維などの耐熱シートを挟み込み外側をパンチングメタルなどのステンレスなどから形成された孔穿きの金属板で覆い、内側をステンレスなどの不織布で覆い円筒または楕円形状に加工したものである。さらに、第３フィルタ２３は、第２フィルタの内部に銅合金などからカール状に加工された金属材料を収蔵したものである。そして、第２フィルタ２２の内側の前部に固定された孔あきの固定板２５に固定シャフト２６を取り付けられ、前側板２７に蝶ネジ２８で固定される。
【００２０】
このように形成されたフィルタユニット２０は、取付支柱２４により後側板１ａへ固定され、後側板１ａとともにワンタッチで取付具１ｂにより簡単に本体ケース１に取り付けられるものである。従って、取り外す場合も取付具１ｂを外すことにより、簡単に取り外すこどでき、メンテナンスも極めて簡単にできるものである。
【００２１】
また、この本体装置Ａの作動状態を示すインジケータＣは、図１に示すように、運転席のダッシュボードなど見え易い場所に取り付けられており、配線で本体装置Ａと接続されている。このインジケータＣは、メインスイッチ３０と、パワーランプ３１、ポンプランプ３２、ウォーターランプ３３、テンプランプ３４が備えられている。パワーランプ３１は、強制ファン８に接続されており、強制ファン８の作動状態を示すものである。ポンプランプ３２は、ポンプＰに接続されており、ポンプＰの作動状態を示すものである。ウォーターランプ３３は、レベルセンサ１２に接続されており、内部タンク１０のアンモニア水のレベル状態を示すものである。テンプランプ３４は、温度センサ１４に接続されており、フィルタユニット２０近傍の温度を表示するものである。
【００２２】
このように構成されたインジケータＣにより、本体装置Ａの作動状態やメンテナンス時期を知ることができる。例えば、ウォーターランプ３３は内部タンク１０のアンモニア水のレベル状態を示し、所定のレベル（内部タンクの半分）以下になると点灯するようになっている。そのため、運転者または使用者はアンモニア水を内部タンク１０および供給タンクＢにアンモニア水を補充するものである。また、フィルタユニット２０に粒子状物質が溜まると、排気ガスの流れが悪くなるのでフィルタユニット２０前の温度が高くなり、この状態が温度センサ１４で検知され、テンプランプ３４を点灯させる。運転者はテンプランプ３４の点灯を確認してフィルタユニット２０のメンテナンス時期であることを知り、フィルタユニット２０を外して清掃することができるものである。
【００２３】
上述のように構成された本体装置Ａによる排気ガスの浄化作用を図１を参照して説明する。まず、排気マフラＭより排出された排気ガスは、本体装置Ａに本体ケースに形成された入口５から流入して内部タンク１０に当たり、内部タンク１０を加熱する。そした内部タンク１０のアンモニア水を加熱し、アンモニアガスを発生させる。また、内部タンク１０に当たった排気ガスは、内部タンク１０に沿って矢印に示すように上方へ流れ、仕切板２により内部タンク１０の上面に流れる。この内部タンク１０の上面には内部タンク１０より発生したアンモニアガスが充満しているので、排気ガスのＮＯｘと反応して、排気ガスのＮＯｘを窒素と水に分解し、排気ガスのＮＯｘ成分を低減するものである。
【００２４】
次に、ＮＯｘが低減された排気ガスは、仕切板３と仕切板４により、矢印に示すように、下方に流れフィルタユニット２０へ流入する。フィルタユニット２０へ流入した排気ガスは、フィルタユニット２０内の金属製の不織布２２を通過する間に粒子状物質が９０％以上補足集され、排気ガスが浄化されて外部へ排出されるものである。このようにして、本発明のディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置により排気ガス中のＮＯｘと粒子状物質が浄化されるものである。
【００２５】
以上の説明のように、本発明のディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置は、ＥＧＲ装置４０と本体装置Ａにより、１個の装置で効果的にディーゼルエンジンの排気ガスを浄化することができるとともに、浄化した排気ガスをＥＧＲ通路により、エンジン本体の吸気側に供給することができるので、ディーゼルエンジンを傷めることなくディーゼルエンジンの排気ガスを浄化することが可能となる。
【００２６】
本発明のディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置を、図４に示すように、実際に市販されているディーゼルエンジン搭載の中古トラック（排気量４３３４ｃｃ、車両総重量４４３５Ｋｇ、走行キロ数２００４１２Ｋｍ）である車両Ｄに取り付けて、公的試験所で排気ガスの測定を行ったところ、図５の測定結果に示すように、平成１４年度ＮＯｘ、ＰＭ規制を十分クリアーする優れた結果を得たものである。この値は、ＮＯｘにおいて装置の取り付け前に比べ３０％改善され、ＰＭにおいては実に４８％も改善された値である。さらに、この車両Ｄで実際の走行テストを行った結果、燃費において装置の取り付け前に比べ５％の改善ができたものである。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、排気マフラの後方にディーゼルパティキュレートフィルタを有する本体装置とＥＧＲ装置を取り付けたディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置であって、前記ＥＧＲ装置は、前記本体装置の下流側よりエンジン本体の吸気通路に合流するＥＧＲ通路が設けられるとともにＥＧＲ通路の途中にＥＧＲバルブが設けられ、前記本体装置は、本体ケースの排気ガスの入り口側にアンモニア水を充填した内部タンクを配設するとともに排気ガスの出口側にフィルタユニットを配設し、前記排気ガスにより前記内部タンクを加熱してアンモニア水よりアンモニアガスを発生させ、前記排気ガス中の窒素酸化物と前記アンモニアガスを反応させて窒素と水に分解し、前記フィルタユニットにより前記排気ガス中の粒子状物資質を吸着する本体装置と、前記本体装置に接続したアンモニア水の供給タンクと、前記本体装置の状態を表示するインジケータとからなることにより、排気ガス中の窒素酸化を低減し粒子状物資質を吸着するので、１個の装置で効果的にディーゼルエンジンの排気ガスを浄化することができるとともに、浄化した排気ガスをＥＧＲ通路により、エンジン本体の吸気側に供給することができるので、ディーゼルエンジンを傷めることなくディーゼルエンジンの排気ガスを浄化することができるという、極めて優れた効果を奏するものである。
【００２８】
さらに、前記ＥＧＲ装置は、前記本体装置の下流側よりエンジン本体の吸気通路に合流するＥＧＲ通路が設けられているので、クリーンな排気ガスの中に含まれているアンモニアと水がエンジン本体Ｅの燃焼室の中に吸入され、燃料ガスと一緒に燃焼室の中で急激に燃焼することより、アンモニアと水に含まれる水素成分が燃焼を助けるので、燃焼効率が向上し、出力の向上と燃費の向上が図れるという効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置の構成を示す模式図である。
【図２】図１のディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置の本体装置を示すブロック図である。
【図３】図１のディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置のフィルタユニットを示す断面図である。
【図４】図１のディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置を車両に取り付けた状態を示すブロック図である。
【図５】図１のディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置の測定結果を示す一覧表である。
【符号の説明】
Ａ 本体装置
Ｂ 供給タンク
Ｃ インジケータ
Ｅ エンジン本体
Ｄ 車両
Ｍ 排気マフラ
Ｐ ポンプ
１ 本体ケース
２ 仕切板
３ 仕切板
４ 仕切板
５ 入口ダ
７ 排出管
８ ファン
１０ 内部タンク
１１ 蒸発孔
１２ レベルゲージ
１３ 供給パイプ
１４ 温度センサ
２０ フィルタユニット
２１ 第１フィルタ
２２ 第２フィルタ
２２ 第３フィルタ
２４ 取付支柱
２５ 固定板
２６ 固定シャフト
２７ 前側板
２８ 蝶ねじ
３０ メインスイッチ
３１ パワーランプ
３２ ポンプランプ
３３ ウォーターランプ
３４ テンプランプ３４
４０ ＥＧＲ装置
４１ ＥＧＲ通路
４２ 吸入通路
４３ ＥＧＲバルブ
４４ ＥＧＲ制御バルブ
Claims (3)
- 排気マフラの後方にディーゼルパティキュレートフィルタを有する本体装置と、ＥＧＲ装置とからなるディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置であって、
前記ＥＧＲ装置は、前記本体装置の下流側よりエンジン本体の吸気通路に合流するＥＧＲ通路を設けたことを特徴とするディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置。 - 排気マフラの後方にディーゼルパティキュレートフィルタを有する本体装置と、排気ガスの一部をエンジン本体に戻すＥＧＲ装置とからなるディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置であって、
前記ＥＧＲ装置は、前記本体装置の下流側よりエンジン本体の吸気通路に合流するＥＧＲ通路が設けられるとともにＥＧＲ通路の途中にＥＧＲバルブが設けられ、
前記本体装置は、本体ケースの排気ガスの入り口側にアンモニア水を充填した内部タンクを配設するとともに排気ガスの出口側にフィルタユニットを配設し、前記排気ガスにより前記内部タンクを加熱してアンモニア水よりアンモニアガスを発生させ、前記排気ガス中の窒素酸化物と前記アンモニアガスを反応させて窒素と水に分解し、前記フィルタユニットにより前記排気ガス中の粒子状物資質を吸着することを特徴とするディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置。 - 前記本体装置には、前記内部タンクにアンモニア水を供給する供給タンクが連結され、前記本体装置の状態を表示するインジケータが接続されていることを特徴とする請求項２に記載のディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003158683A JP2004324630A (ja) | 2003-04-28 | 2003-04-28 | ディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2003158683A JP2004324630A (ja) | 2003-04-28 | 2003-04-28 | ディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004324630A true JP2004324630A (ja) | 2004-11-18 |
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ID=33508459
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP2003158683A Pending JP2004324630A (ja) | 2003-04-28 | 2003-04-28 | ディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2004324630A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006161728A (ja) * | 2004-12-08 | 2006-06-22 | Hideaki Makita | 内燃機関の排気ガス浄化装置 |
| WO2011030433A1 (ja) * | 2009-09-10 | 2011-03-17 | トヨタ自動車株式会社 | 内燃機関の制御システム |
| JP2013256912A (ja) * | 2012-06-13 | 2013-12-26 | Fuji Heavy Ind Ltd | 排気ガス還流装置のフィルタ装置 |
-
2003
- 2003-04-28 JP JP2003158683A patent/JP2004324630A/ja active Pending
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| JP2006161728A (ja) * | 2004-12-08 | 2006-06-22 | Hideaki Makita | 内燃機関の排気ガス浄化装置 |
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| US8783014B2 (en) | 2009-09-10 | 2014-07-22 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Control system for internal combustion engine |
| JP2013256912A (ja) * | 2012-06-13 | 2013-12-26 | Fuji Heavy Ind Ltd | 排気ガス還流装置のフィルタ装置 |
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