JP2005002994A

JP2005002994A - 内燃機関の排気浄化装置及びそれに用いる熱保持体

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Publication number: JP2005002994A
Application number: JP2004148451A
Authority: JP
Inventors: Tomohiro Asakawa; 智洋淺川; Hisataka Numao; 久孝沼尾
Original assignee: KOMOTETSUKU KK
Current assignee: KOMOTETSUKU KK
Priority date: 2003-05-19
Filing date: 2004-05-18
Publication date: 2005-01-06

Abstract

【課題】内燃機関の排気ガスの浄化を進める。排気に含まれる粒子状物質を捕集するフィルタの目詰まりを緩和させる。
【解決手段】内燃機関の燃焼室１０３からの排気ガスが流入する排気通路の入口付近に、排気ガスの熱を受けて保持する熱保持体３００を設けた内燃機関の排気浄化装置。例えば、熱保持体を内燃機関の排気マニフォールド２１０に設ける。例えば、熱保持体を面状体として排気ガスがほぼ面に沿って流れるように配置する。例えば、熱保持体に多数の貫通孔を設けて網状に形成する。例えば、熱保持体よりも排気下流側の排気通路に、排気に含まれる粒子状物質を捕集するフィルタ４００を設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化の技術分野に属し、内燃機関の排気ガスに含まれる粒子状物質の燃焼を促進して排気ガス浄化を進める排気浄化装置に関する。

この種の排気浄化を行う装置として、内燃機関の排気通路に、排気ガスに含まれる粒子状物質を捕集するフィルタを設けたものが知られている（例えば、特許文献１、特許文献２を参照）。このような内燃機関では、フィルタが目詰まりすると、バーナや電気ヒータにより捕集された粒子状物質を燃焼させてフィルタを再生することが行われる。また、フィルタを内燃機関の排気通路に脱着可能に設けた脱着方式の排気浄化装置が知られている（例えば特許文献３を参照）。このような内燃機関では、フィルタが目詰まりすると、フィルタを交換することが行われる。

フィルタを再生する場合、前者の装置ではバーナや電気ヒータを用いてフィルタを再生するので、エネルギ消費量がかさむ。後者の装置ではフィルタの交換や再生に時間がかかるし、その間は内燃機関を停止しなければならないので、内燃機関が使用できない。このため、同じ使用条件で内燃機関を運転する場合、フィルタが目詰まりするまでの運転時間を出来るだけ長くして再生の頻度を少なくすることが切望されていた。
特開平２−１８５６１１号公報特開平１０−１３１７４０号公報特開平８−３５４１７号公報

本発明者は、フィルタに捕集される前に粒子状物質の燃焼を促進するという発想のもとで種々の実験を試みた結果、内燃機関の燃焼室からの排気ガスが流入する排気通路の入口付近に、排気ガスの熱を受けて保持する熱保持体を設けたところ、フィルタの目詰まりが緩和されることを知見し、フィルタ装着の有無を問わず内燃機関の排気ガスの浄化を進めることができる発明として本発明を完成したものである。

上記目的を達成するため、請求項１の内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の燃焼室からの排気ガスが流入する排気通路の入口付近に、排気ガスの熱を受けて保持する熱保持体を設けたことを特徴としている。

内燃機関の燃焼室から排出される排気ガスが熱保持体の周辺を通過すると、排気ガスの熱を受けて高温になった熱保持体の熱を受けて、排気ガスの粒子状物質の燃焼が促進されるものと推定される。これによって排気ガスの浄化が進む。

請求項２の内燃機関の排気浄化装置は、請求項１の内燃機関の排気浄化装置において、熱保持体が、内燃機関の排気マニフォールドに設けられている。

このようにすれば、排気マニフォールドは排気通路のなかでは比較的分解しやすく、端部から熱保持体を挿入しやすいので、熱保持体の組み付け勝手に優れている。

請求項３の内燃機関の排気浄化装置は、請求項１又は請求項２の内燃機関の排気浄化装置において、熱保持体が面状体であり、この熱保持体が、排気ガスがほぼ面に沿って流れるように配置されている。

このようにすれば、排気ガスは面状体である熱保持体の表面に沿って流れ、この間に熱保持体の熱を受けて排気ガスの粒子状物質の燃焼が促進されるものと推定される。

請求項４の内燃機関の排気浄化装置は、請求項３の内燃機関の排気浄化装置において、熱保持体に、多数の貫通孔が設けられて網状に形成されている。

このようにすれば、貫通孔が設けられることで熱容量が減り、高温度に維持されるため、排気ガスの粒子状物質の燃焼が促進されると推定される。また、貫通孔により排気ガスの流れが受ける抵抗が減るものと推定される。

請求項５の内燃機関の排気浄化装置は、請求項３又は請求項４の内燃機関の排気浄化装置において、熱保持体が、排気ガスの流れを囲うように排気通路を構成する壁面に沿って配置されている。

このようにすれば、排気ガスの流れが熱保持体から受ける抵抗が少なくなる。

請求項６の内燃機関の排気浄化装置は、請求項３ないし請求項５のうちいずれか１項の内燃機関の排気浄化装置において、熱保持体が、排気ガスの流れにほぼ沿うように延びる折り目で折り曲げられている。

このようにすれば、熱保持体の表面積が大きくとれ、排気ガスの粒子状物質の燃焼が促進される。

請求項７の内燃機関の排気浄化装置は、請求項１ないし請求項６のうちいずれか１項の内燃機関の排気浄化装置において、内燃機関が、シリンダ内噴射エンジンである。

一般的にシリンダ内噴射エンジンは、他のエンジンに較べて排気ガスに含まれる粒子状物質が多いとされるが、請求項１ないし請求項６の対策を講じることで、排気ガスの浄化が進み、実用性が高められる。

請求項８の内燃機関の排気浄化装置は、請求項１ないし請求項７のうちいずれか１項の内燃機関の排気浄化装置において、熱保持体よりも排気下流側の排気通路に、排気ガスに含まれる粒子状物質を捕集するフィルタが設けられている。

このようにすれば、請求項１ないし請求項７の対策を講じることで、排気ガスの浄化が進むので、同じ使用条件で内燃機関を運転する場合、フィルタが目詰まりするまでの運転時間が長くなり、再生の頻度が少なくなる。そのため、フィルタ再生によるエネルギ消費量を減少させ、又はフィルター交換・再生の手間を間引くと共に内燃機関の稼働時間を向上させることができる。

請求項９の内燃機関の排気浄化装置は、請求項８の内燃機関の排気浄化装置において、熱保持体とフィルタとの間の排気通路に酸化触媒装置が設けられている。

このようにすれば、酸化触媒装置によって黒煙の酸化、燃焼が促進されるので、同じ使用条件で内燃機関を運転する場合、フィルタが目詰まりするまでの運転時間が長くなり、再生の頻度が少なくなる。そのため、フィルタ再生によるエネルギ消費量を減少させ、又はフィルター交換・再生の手間を間引くと共に内燃機関の稼働時間を向上させることができる。

請求項１０は、請求項１ないし請求項９のうちいずれか１項の内燃機関の排気浄化装置に用いる熱保持体である。

請求項１の内燃機関の排気浄化装置を用いれば、内燃機関の排気ガスの浄化が進む。

請求項２のようにすれば、熱保持体を排気通路に容易に組み付けることができる。

請求項３のようにすれば、熱保持体を面状体にすることで、内燃機関の排気ガスの浄化が更に進む。

請求項４のようにすれば、熱保持体に、多数の貫通孔が設けられて網状に形成することで、内燃機関の排気ガスの浄化が更に進む。また、貫通孔により排気ガスの流れが受ける抵抗が減ることが期待できる。

請求項５のようにすれば、排気ガスの流れが熱保持体から受ける抵抗を少なくすることができる。

請求項６のようにすれば、熱保持体の表面積が大きくとれ、排気ガスの粒子状物質の燃焼を更に促進することができる。

請求項７のようにすれば、他のエンジンに較べて排気ガスに含まれる粒子状物質が多いとされるシリンダ内噴射エンジンで、排気ガスの浄化が進み、実用性が高められる。

請求項８のようにすれば、排気ガスの浄化が進むので、同じ使用条件で内燃機関を運転する場合、フィルタが目詰まりするまでの運転時間が長くなり、再生の頻度が少なくなる。そのため、フィルタ再生によるエネルギ消費量を減少させ、又はフィルター交換・再生の手間を間引くと共に内燃機関の稼働時間を向上させることができる。

請求項９のようにすれば、黒煙の酸化、燃焼が促進されるので、同じ使用条件で内燃機関を運転する場合、フィルタが目詰まりするまでの運転時間が長くなり、再生の頻度が少なくなる。そのため、フィルタ再生によるエネルギ消費量を減少させ、又はフィルター交換・再生の手間を間引くと共に内燃機関の稼働時間を向上させることができる。

請求項１０により、以上の内燃機関の排気浄化装置に用いる熱保持体を提供することができた。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。これらの内燃機関の排気浄化装置は、例えば自動車のような輸送用機器や船舶等に搭載した内燃機関に設けてもよいし、例えば発電装置駆動用の内燃機関のように敷地に定着した内燃機関に設けてもよい。

図１は本発明の第１実施形態に係る排気浄化装置を備えた内燃機関を示す。この内燃機関はシリンダ内噴射エンジンであり、４気筒のディーゼルエンジンである。同図において、１０１はシリンダブロック、１０２はシリンダヘッドであって、シリンダブロック１０１の内部にはシリンダが形成され、このシリンダにはピストンが摺動可能に嵌挿され、シリンダ、ピストン及びシリンダヘッド１０２により、燃焼室１０３が形成されている。シリンダヘッド１０２には一端が燃焼室１０３に連通し、他端が外壁に開口する排気ポート１０４が設けられている。シリンダヘッド１０２には排気マニフォールド２１０が接続されている。排気マニフォールド２１０は、一端が分岐側の端部２１１として各気筒の排気ポート１０４に連通するようにシリンダヘッド１０２に接続され、他端が集合されて集合側の端部２１２となっている。この排気マニフォールド２１０の集合側の端部２１２には排気管２２０が一端で接続され、この排気管２２０の他端は大気に開放されている。この排気ポート１０４、排気マニフォールド２１０及び排気管２２０の内部通路により排気通路が構成されている。

図２ないし図４に示すように、内燃機関の燃焼室１０３からの排気ガスが流入する排気通路の入口付近には、排気ガスの熱を受けて熱を保持する熱保持体３００を設けている。この実施形態の場合、熱保持体３００は、内燃機関の排気マニフォールド２１０の分岐側の端部２１１の内部にそれぞれ設けられている。

熱保持体３００の材質は、例えば耐熱性の金属である。一例としてクロム−モリブデン鋼が挙げられるが、これに限定されるものではない。熱保持体３００は面状体であり、この熱保持体３００が、排気ガスがほぼ面に沿って流れるように配置されている。すなわち、熱保持体３００を、排気ガスの流れに対向するように配置するのではなく、排気ガスの流れにほぼ平行になるように配置する。熱保持体３００には、多数の貫通孔３１０が設けられており、これによって網状に形成されている。この場合、板状の素材に貫通孔３１０をあけることで網状の熱保持体３００を形成してもよいし、線状の素材を編むことで網状の熱保持体３００を形成してもよい。熱保持体３００は、排気ガスの流れを囲うように排気通路を構成する排気マニフォールド２１０の壁面に沿って配置されている。すなわち、熱保持体３００は、筒形に形成されて排気マニフォールド２１０の内壁に沿うように配置されている。２１５は熱保持体３００を保持して位置ずれを防止するリテーナであり、必要に応じて設けられる。図示するように、このリテーナ２１５は、例えば棒状の幹と、この幹から分岐した枝とを備え、幹が排気マニフォールド２１０を貫通し、幹及び枝が熱保持体３００の端部に接触しており、振動や排気ガスの流れなどによって熱保持体３００が動かないようにしている。リテーナの形状はこの実施形態によって限定されるものではない。

図１に示すように、熱保持体３００よりも排気下流側の排気通路には、排気ガスに含まれる粒子状物質を捕集するフィルタ４００が設けられている。２２１は排気管２２０の一部を構成する筒形のケーシングであり、このケーシング２２１の内部にフィルタ４００が設けられ、上流から流れてきた排気ガスはフィルタ４００を通過してから下流へ流れるようになっている。フィルタ４００は、一方の端面から入った排気ガスを他方の端面から出し、この間に排気ガスから粒子状物質を捕集する機能を発揮する。このフィルタ４００としては、例えば目封じタイプ、多孔体タイプ、繊維タイプがある。目封じタイプは、例えばセラミック等の材料で構成され、隔壁で区画された複数のセルを有する、いわゆるハニカム体であって、ハニカムを１セルずつ交互にその端を塞いだものであり、排気ガスが壁を通過するときに粒子状物質を捕集する。例えば、一方の端面で各セルの端面がシール材によって交互に市松模様状に塞がれており、他方の端面では、上記一方の端面で塞がれたセルは開口し、上記一方の端面で開口していたセルはシール材によって塞がれた構造をしている。多孔体タイプ、繊維タイプは、例えば金属等の材料で構成され、排気ガスが多孔体又は繊維の構成体に衝突することで粒子状物質を捕集する。しかし、本発明はフィルタの構造をこれらに限定するものではない。ここでいう粒子状物質はパティキュレートともいう。この粒子状物質は、希釈排気ガスサンプルをフィルタで捕集することによって採取して得られる物質で、凝縮水を除いたものである。粒子状物質は、黒煙、可溶性有機成分、サルフェート及びその結合水、その他よりなる。黒煙は主に燃料の一部が不完全燃焼することによって生成され、排気管内で成長し排出されたものであり、可溶性有機成分は、主に未燃燃料やオイルに起因する成分で、有機溶剤に溶解する成分である。サルフェートは、主に燃料中の硫黄成分が酸化され、硫酸となるかまたは金属と結合して硫酸塩となったものであり、結合水を伴うことがわかっている。その他は、内燃機関及び排気系の腐食や摩耗等により生じる物質である。

従って、上記第１実施形態においては、内燃機関の燃焼室１０３から排出される排気ガスが熱保持体３００の周辺を通過すると、排気ガスの熱を受けて赤熱するほど高温になった熱保持体３００の熱を受けて、排気ガスの粒子状物質の燃焼が促進されるものと推定される。これによって排気ガスの浄化が進む。

本発明は、熱保持体を内燃機関の燃焼室からの排気ガスが流入する排気通路の入口付近に設けた排気浄化装置の実施形態をすべて含んでいる。従って、熱保持体を排気ポートに設けた実施形態、熱保持体を排気管に設けた実施形態も含む。そのなかで、この第１実施形態の排気浄化装置の場合、熱保持体３００が、内燃機関の排気マニフォールド２１０に設けられている。このようにすれば、排気マニフォールド２１０は排気通路のなかでは比較的分解しやすく、分岐側の端部２１１又は集合側の端部２１２から熱保持体３００を挿入しやすいので、熱保持体３００の組み付け勝手に優れている。

第１実施形態の熱保持体３００により本発明の熱保持体の形状が限定されるものではない。そのなかで、第１実施形態の排気浄化装置の場合、熱保持体３００が面状体であり、この熱保持体３００が、排気ガスがほぼ面に沿って流れるように配置されている。このようにすれば、排気ガスは面状体である熱保持体３００の表面に沿って流れ、この間に熱保持体３００の熱を受けて排気ガスの粒子状物質の燃焼が促進されるものと推定される。

また、第１実施形態の排気浄化装置の場合、熱保持体３００に、多数の貫通孔３１０が設けられて網状に形成されている。このようにすれば、貫通孔３１０が設けられることで熱容量が減り、高温度に維持されるため、排気ガスの粒子状物質の燃焼が促進されると推定される。貫通孔が設けられることで熱保持体の付近の排気ガスの流れが受ける抵抗が減るものと推定される。

さらに、第１実施形態の排気浄化装置の場合、熱保持体３００が、排気ガスの流れを囲うように排気通路を構成する排気マニフォールド２１０の壁面に沿って配置されている。このようにすれば、排気ガスの流れが熱保持体３００から受ける抵抗が少なくなる。

第１実施形態の内燃機関の燃焼方式、気筒数その他の形態により本発明が対象とする内燃機関の形態が限定されるものではない。そのなかで、第１実施形態の内燃機関はシリンダ内噴射エンジンであり、ディーゼルエンジンである。一般的にシリンダ内噴射エンジンは、他のエンジンに較べて排気ガスに含まれる粒子状物質が多いとされるが、本発明の排気浄化装置を用いることで、排気ガスの浄化が進み、実用性が高められる。

本発明の排気浄化装置は、排気ガスに含まれる粒子状物質を捕集するフィルタを持たない内燃機関にも適用することができる。そのなかで、第１実施形態の内燃機関の場合、熱保持体３００よりも排気下流側の排気通路に、排気ガスに含まれる粒子状物質を捕集するフィルタ４００が設けられている。このようにすれば、本発明の排気浄化装置を用いることで、排気ガスの浄化が進み、同じ使用条件で内燃機関を運転する場合、フィルタ４００が目詰まりするまでの運転時間が長くなり、再生の頻度が少なくなる。そのため、フィルタ再生によるエネルギ消費量を減少させ、又はフィルター交換・再生の手間を間引くと共に内燃機関の稼働時間を向上させることができる。

次に、実施例を説明する。実施例で用いたエンジンはトヨタ自動車株式会社製２Ｃ型ディーゼルエンジン（平成元年排気ガス規制適合、排気量１９７４ｃｃ、分配型燃料噴射式、自然吸気、ＮＥＴ７３ＰＳ／４７００ｒｐｍ、１３．５Ｋｇ−ｍ／３０００ｒｐｍ）で、トヨタ自動車株式会社製Ｓ−ＣＸＣ１０Ｋ、デリボーイ（７５０Ｋｇ積ワゴン、平成３年６月登録）に搭載されている。車両重量は２１８０ｋｇである。排気通路に設けられたフィルタは、イビデン株式会社製の目封じタイプで、材料はＳｉＣセラミックである。そして、エンジンの排気マニフォールド２１０の分岐側の端部２１１には熱保持体３００がそれぞれ挿入されている。この熱保持体３００は、素線を編んで形成された縦辺２００ｍｍ、横辺約２００ｍｍの短冊形の織金網を丸めて筒形にし、排気マニフォールド２１０の分岐側の端部２１１から内方にかけて排気マニフォールド２１０の内壁に沿うように配置した。素線は、耐熱温度が摂氏１２５０度の鉄クロムの線であり、直径が０．３４ｍｍである。隣り合う素線の間に形成される隙間寸法である開き目は０．５６７ｍｍである。１インチ平方のなかに存在するメッシュ数は２８である。走行条件は一般路走行である。この車両では、フィルタ４００の背圧が高くなると目詰まりを知らせるためにランプが点灯するようになっている。ランプは、まず第１段階から第２段階までの背圧上昇を示す２個の緑色のランプと、これよりも背圧が高くなったときに点灯して第３段階から第４段階までの背圧上昇を示す２個の黄色のランプと、さらに背圧が高くなったときに点灯して第５段階から第６段階までの背圧上昇を示す２個の赤色のランプとを備えており、これによって背圧の上昇を６段階で表示することができる。まず、熱保持体３００を装着せずに軽油１００％の燃料で走行したところ、走行距離約１５０ｋｍで第６段階の赤色ランプが点灯した。このときフィルタ４００に溜まった粒子状物質の重さを測定したところ約６０ｇであった。次に本発明の熱保持体３００を排気マニフォールド２１０に装着して軽油１００％の燃料で走行したところ、約５５０ｋｍでも未だ第５段階の赤色ランプが点灯するに過ぎなかった。このときにフィルタ４００に溜まった粒子状物質の重さを測定したところ約１３０ｇであった。このことから熱保持体３００を使用した場合は、熱保持体３００を使用しない場合に較べて、フィルタ４００に溜まった粒子状物質の重さに対する排気圧力の増分が少なくなることが判明した。

以下、他の実施形態を説明するが、第１実施形態と同様の構成、作用及び効果については説明を省略し、異なる構成、作用及び効果のみを説明する。図５及び図６は第２実施形態の排気浄化装置を示す。第１実施形態と異なるのは熱保持体３００の形状である。第１実施形態では熱保持体３００を筒形に形成したが、第２実施形態の場合、熱保持体３００が、排気ガスの流れにほぼ沿うように延びる折り目３２０で折り曲げられている。すなわち、ほぼ矩形の面状体をＶ字形、Ｗ字形又はこれらが連続した形状に折り畳むことで熱保持体３００を形成している。熱保持体３００は、内燃機関の排気マニフォールド２１０の分岐側の端部２１１にそれぞれ設けられている。熱保持体３００は面状体であり、この熱保持体３００が、排気ガスがほぼ面に沿って流れるように配置されている。熱保持体３００には、多数の貫通孔３１０が設けられており、これによって網状に形成されている。熱保持体３００は、幅方向が排気マニフォールド２１０の分岐側の端部２１１の直径方向に沿うように配置されており、幅方向の両端が排気通路を構成する排気マニフォールド２１０の壁面に接触することで保持されている。必要に応じて設けられるリテーナ２１５は、枝を有していないものの第１実施形態のものと類似した構造である。

図７は第３実施形態の排気浄化装置を示す。第２実施形態と異なるのは熱保持体３００の形状である。第２実施形態の場合、熱保持体３００は、幅方向が排気マニフォールド２１０の分岐側の端部２１１の直径方向に沿うように配置され、幅方向の両端が排気通路を構成する排気マニフォールド２１０の壁面に接触していた。これに対して第３実施形態の場合、熱保持体３００は、幅方向が排気マニフォールド２１０の分岐側の端部２１１の内周方向に沿って周回するように配置され、排気ガスの流れる方向にみてほぼ星形になるように形成されている。そして、折り目の外周側の稜線が排気通路を構成する排気マニフォールド２１０の壁面に接触している。熱保持体３００は、内燃機関の排気マニフォールド２１０の分岐側の端部２１１にそれぞれ設けられている。熱保持体３００は面状体であり、この熱保持体３００が、排気ガスがほぼ面に沿って流れるように配置されている。熱保持体３００には、多数の貫通孔３１０が設けられており、これによって網状に形成されている。熱保持体３００は、排気ガスの流れにほぼ沿うように延びる折り目３２０で折り曲げられており、ほぼ矩形の面状体をＷ字形に折り畳むことで熱保持体３００を形成している。必要に応じて設けられるリテーナ２１５は、熱保持体３００の折り曲げ部を互いに連結するものである。

図８は第４実施形態の排気浄化装置を示す。第１実施形態と異なるのは熱保持体３００の形状である。第４実施形態の場合、ほぼ矩形の面状体を丸めて排気ガスの流れる方向にみてほぼ渦巻き状に形成することで熱保持体３００を形成している。熱保持体３００は、内燃機関の排気マニフォールド２１０の分岐側の端部２１１にそれぞれ設けられている。熱保持体３００は面状体であり、この熱保持体３００が、排気ガスがほぼ面に沿って流れるように配置されている。熱保持体３００には、多数の貫通孔３１０が設けられており、これによって網状に形成されている。熱保持体３００は、最も外周側の面で排気マニフォールド２１０の壁面に接触することで保持されている。必要に応じて設けられるリテーナ２１５は、枝を有しておらず、幹が二本交差して設けられているものの第１実施形態のものと類似した構造である。

第２実施形態ないし第４実施形態のようにすれば、熱保持体３００の表面積が大きくとれ、排気ガスの粒子状物質の燃焼が促進される。

図９は第５実施形態の排気浄化装置を示す。第１実施形態ないし第４実施形態の場合、熱保持体３００を、内燃機関の排気マニフォールド２１０の分岐側の端部２１１にそれぞれ設けた。これに対し、第５実施形態の排気浄化装置の場合、既存の排気マニフォールド２１０の分岐側の端部２１１とシリンダヘッド１０２との間に延長管２３０を設け、この延長管２３０のなかに熱保持体３００を設けている。延長管２３０は、排気ポート１０４と排気マニフォールド２１０の分岐側の端部２１１とを連通する管であり、これを貫通する通路が排気通路の一部を構成し、この排気通路が内燃機関の燃焼室からの排気ガスが流入する排気通路の入口付近を構成している。熱保持体３００としては実施形態１ないし実施形態４で例示したものを用いることができる。

このようにすれば、既存の内燃機関を排気マニフォールドを改造することなくそのまま利用して本発明の内燃機関の排気浄化装置を具現化することができる。

図１０及び図１１は第６実施形態の排気浄化装置を示す。この第６実施形態の場合、排気マニフォールド２１０にサージタンク２１３を設けている。このサージタンク２１３は、気筒の並ぶ方向に沿って延びた中空の容器であり、この方向に沿って延びる筒形の側壁２１３ａと、側壁２１３ａの両端を閉塞する第１及び第２の端壁２１３ｂ、２１３ｃとを有している。分岐側の端部２１１はサージタンク２１３の側壁２１３ａにそれぞれ接続し、サージタンク２１３の内部空間に連通している。接続口はほぼ等間隔である。集合側の端部２１２はサージタンク２１３の第２の端壁２１３ｃに接続している。熱保持体３００は面状体である。熱保持体３００には、多数の貫通孔３１０が設けられており、これによって網状に形成されている。熱保持体３００は筒形に形成されている。熱保持体３００は、気筒数に応じて設けられた筒形の分岐筒３３０と、筒形の集合筒３４０とを備えている。筒形の集合筒３４０はサージタンク２１３の側壁２１３ａの内部において気筒の並ぶ方向に沿って延びており、サージタンク２１３の第１の端壁２１３ｂの側が開口し、第２の端壁２１３ｃの側が閉じている。分岐筒３３０は排気マニフォールド２１０の各分岐側の端部２１１に挿入され、一端がほぼ分岐側の端部２１１の入口付近まで延び、他端がサージタンク２１３の内方へ延びて集合筒３４０の側壁に接続している。集合筒３４０の内部には適宜邪魔板が設けられ、排気ガスの流れを拡散させるようにしている。熱保持体３００の各分岐筒３３０は、排気ガスの流れを囲うように排気通路を構成する排気マニフォールド２１０の壁面に沿って配置されている。すなわち、各分岐筒３３０は、排気マニフォールド２１０の分岐側の端部２１１の内壁に沿うように配置されている。

燃焼室１０３からの排気ガスの流れは、排気マニフォールド２１０の分岐側の端部２１１からサージタンク２１３へ流入し、集合側の端部２１２へ流れる。その間、排気ガスの一部は熱保持体３００の分岐筒３３０から集合筒３４０のなかに流れ、集合筒３４０のなかに入って開口からサージタンク２１３のなかへ入り、サージタンク２１３のなかを第１の端壁２１３ｂの側から第２の端壁２１３ｃの側へ巡り、集合側の端部２１２へ出る。また、排気ガスの一部は熱保持体３００の分岐筒３３０、集合筒３４０の網の目からサージタンク２１３のなかへ流出する。

第６実施形態のようにすれば、熱保持体３００の表面積が大きくとれる上、排気ガスがサージタンク２１３のなかで滞留するので保温・断熱効果が期待できることになり、これらによって排気ガスの粒子状物質の燃焼が促進される。

図１２は第７実施形態の排気浄化装置を示す。この第７実施形態の場合、第１の実施形態の内燃機関の排気浄化装置において、熱保持体３００とフィルタ４００との間の排気通路に酸化触媒装置５００が設けられている。ここでは排気管２２０に酸化触媒装置５００が設けられている。他の構成は第１実施形態と同一である。酸化触媒装置５００は、これを通過する排気ガスに含まれるＣＯ、ＨＣなどの物質を酸化して無害化する触媒を備えた装置である。酸化触媒装置５００としては、例えば、ハニカム状のセラミックまたはメタル担体にコート材と触媒活性成分が担持され、コート材の吸着能と活性成分での触媒作用及びそれらの相互作用によって反応を進行させる構成したものがある。酸化触媒装置５００は、例えば、筒形のケーシングを備え、このケーシングの内部に排気ガスが通過する通路が形成され、この通路を構成する壁に担持された触媒によって排気ガスに含まれるＣＯ、ＨＣなどの物質を酸化する機能を発揮する。酸化触媒装置５００は、例えば、通路が入口から出口まで連通し、排気ガスが通路を通過するときに壁に担持された触媒により酸化する連通形である。連通形の酸化触媒装置の場合、排気ガス中の粒子状物質が壁面を転がりながら触媒反応を進行させるので反応時間が長くなり、これによって酸化反応が促進されることが推定される。しかし、本発明は酸化触媒装置の構造をこれらに限定するものではない。

このようにすれば、酸化触媒装置５００によって黒煙の酸化、燃焼が促進されるので、同じ使用条件で内燃機関を運転する場合、フィルタ４００が目詰まりするまでの運転時間が長くなり、再生の頻度が少なくなる。そのため、フィルタ再生によるエネルギ消費量を減少させ、又はフィルター交換・再生の手間を間引くと共に内燃機関の稼働時間を向上させることができる。

先に実施例の欄で説明したデリボーイ搭載の２Ｃ型ディーゼルエンジンに熱保持体３００を装着した実施例と、この実施例に対して熱保持体３００を装着していない基本例と、熱保持体３００を装着した実施例において熱保持体３００とフィルタ４００との間の排気通路にさらに酸化触媒装置５００を設けた改造例とを用いて実験を行った。この酸化触媒装置５００はガソリンエンジン用のもので、コージェライトを材料とする担体にコート材と触媒活性成分を塗布して担持したものであり、連通形である。エンジンのアイドリング運転時での実験結果は、熱保持体３００も酸化触媒装置５００も設けない基本例のＣＯ排出量が約１７０体積ｐｐｍ、ＣＯ₂排出量が約２．３５体積％であり、熱保持体３００を装着した上記実施例のＣＯ排出量が約１２５体積ｐｐｍ、ＣＯ₂排出量が約２．７０体積％であり、熱保持体３００と酸化触媒装置５００の両方を設けた上記改造例のＣＯ排出量が約２体積ｐｐｍ、ＣＯ₂排出量が約２．５８体積％であった。このように改造例では基本例、実施例よりもＣＯ排出量が大幅に減少していることから、黒煙の酸化、燃焼も促進されていることが間接的にわかる。酸化触媒装置は通常、酸化触媒の温度が摂氏２００度を超えるときに活性化するが、この改造例では酸化触媒の温度が摂氏１００度以下であるアイドリング運転時であっても効果が確認されたことになる。

また、同じ使用条件で内燃機関を運転した場合、熱保持体３００と酸化触媒装置５００の両方を備えた上記改造例ではフィルタ４００が目詰まりするまでの運転時間が長くなり、車両の走行距離が熱保持体３００を装着し且つ酸化触媒装置５００を装着しない実施例に較べて約３０％ほど延長した。

以上の実施形態の説明により、各実施形態の内燃機関の排気浄化装置に用いる熱保持体も充分に開示された。本発明は、以上の実施形態の特徴を適宜組み合わせてなる実施形態を含むものである。

第１実施形態の排気浄化装置を備えた内燃機関を示す全体斜視図である。排気ガスの流れを矢印で示している。上記内燃機関の排気マニフォールドの分岐側の端部を縦に断面して隣接する分岐部の側からみた拡大図である。排気ガスの流れを矢印で示している。上記排気浄化装置の熱保持体の斜視図である。図２におけるＡ−Ａ線断面図である。第２実施形態の排気浄化装置を備えた内燃機関の排気マニフォールドの分岐側の端部を縦に断面して隣接する分岐部の側からみた拡大図である。排気ガスの流れを矢印で示している。図５におけるＢ−Ｂ線断面図である。第３実施形態の排気浄化装置を備えた内燃機関における図６に相当する図である。第４実施形態の排気浄化装置を備えた内燃機関における図６に相当する図である。第５実施形態の排気浄化装置を備えた内燃機関の排気マニフォールドの付近を一部を断面してみせた平面図である。排気ガスの流れを矢印で示している。第６実施形態の排気浄化装置を備えた内燃機関の排気マニフォールドを縦に断面して気筒列方向からみた図である。排気ガスの流れを矢印で示している。第６実施形態の排気浄化装置を備えた内燃機関の排気マニフォールドを横に断面してみせた平面図である。排気ガスの流れを矢印で示している。第７実施形態の排気浄化装置を備えた内燃機関を示す全体斜視図である。排気ガスの流れを矢印で示している。

符号の説明

１０３燃焼室
１０４排気ポート
２１０排気マニフォールド
２２０排気管
３００熱保持体
３１０貫通孔
４００フィルタ
５００酸化触媒装置

Claims

内燃機関の燃焼室からの排気ガスが流入する排気通路の入口付近に、排気ガスの熱を受けて保持する熱保持体を設けたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
熱保持体が、内燃機関の排気マニフォールドに設けられている請求項１の内燃機関の排気浄化装置。
熱保持体が面状体であり、この熱保持体が、排気ガスがほぼ面に沿って流れるように配置されている請求項１又は請求項２の内燃機関の排気浄化装置。
熱保持体に、多数の貫通孔が設けられて網状に形成されている請求項３の内燃機関の排気浄化装置。
熱保持体が、排気ガスの流れを囲うように排気通路を構成する壁面に沿って配置されている請求項３又は請求項４の内燃機関の排気浄化装置。
熱保持体が、排気ガスの流れにほぼ沿うように延びる折り目で折り曲げられている請求項３ないし請求項５のうちいずれか１項の内燃機関の排気浄化装置。
内燃機関が、シリンダ内噴射エンジンである請求項１ないし請求項６のうちいずれか１項の内燃機関の排気浄化装置。
熱保持体よりも排気下流側の排気通路に、排気ガスに含まれる粒子状物質を捕集するフィルタが設けられている請求項１ないし請求項７のうちいずれか１項の内燃機関の排気浄化装置。
熱保持体とフィルタとの間の排気通路に酸化触媒装置が設けられている請求項８の内燃機関の排気浄化装置。
請求項１ないし請求項９のうちいずれか１項の内燃機関の排気浄化装置に用いる熱保持体。