JP2005307842A - Exhaust emission control device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、排気ガス中に含まれるディーゼル微粒子(PM)を処理するための排気浄化装置に関する。 The present invention relates to an exhaust emission control device for treating diesel particulate (PM) contained in exhaust gas.
ディーゼル機関の排気ガス中に含まれるPMをディーゼルパティキュレートフィルタ(DPF)によって捕集し、捕集されたPMを適宜の手段により無害化するようにした各種の排気ガス後処理装置が開発されている。このような構成の排気ガス後処理装置にあっては、PMの捕集が進むにつれてDPFに堆積するPMの量が増え、これによりディーゼル機関の背圧が上昇し、ディーゼル機関の運転効率が低下することになる。 Various exhaust gas aftertreatment devices have been developed in which PM contained in diesel engine exhaust gas is collected by a diesel particulate filter (DPF) and the collected PM is rendered harmless by appropriate means. Yes. In the exhaust gas aftertreatment device having such a configuration, the amount of PM accumulated in the DPF increases as the collection of PM proceeds, thereby increasing the back pressure of the diesel engine and lowering the operation efficiency of the diesel engine. Will do.
これを防ぐためDPFに堆積されたPMを定期的に除去する必要があるが、ディーゼル機関の排気ガスはDPFに堆積したPMを除去するに必要な高い温度にまで上昇する機会が少ないため、DPF再生時に排気ガスを加熱するシステムや触媒を組み合わせて再生温度を低減させるシステム及びこれらを組み合わせたシステムが提案されている。 In order to prevent this, it is necessary to periodically remove the PM accumulated in the DPF. However, since the exhaust gas of the diesel engine has few opportunities to rise to the high temperature necessary to remove the PM accumulated in the DPF, the DPF A system for heating the exhaust gas during regeneration, a system for reducing the regeneration temperature by combining a catalyst, and a system combining these have been proposed.
例えば、特許文献1には、DPFを再生するために高温ガスを作る再生用バーナを備えたフィルタ再生装置が開示されており、バーナ排ガスとエンジン排ガスとをミキサによって混合し、これにより得られた高温の混合ガスをDPFへ送り込むようにした構成が提案されている。
For example,
一方、特許文献2には、内部にフィルタ部材を収容したフィルタケーシングの前側に、中央部に小径の絞り通路を備えその前後に外方に広がるバーナ燃焼室とガス誘導室を形成した入口管を連設し、バーナ燃焼室の前方中心部に排気導入管をフィルタケーシングに沿って配設すると共にこの導入管を囲んで複数のバーナをその先端が上記軸線に近づくように傾けて配設した構成が開示されている。
しかし、特許文献1に開示されている従来技術によると、フィルタ収納器の入口側に別途ミキサを設け、これによりバーナ排ガスとエンジン排ガスとを混合して500〜600℃の全排ガスを得、この全排ガスを微粒子フィルタに供給する構成であるが、構成が複雑となり、コストも高くなる上に、必ずしも微粒子フィルタの外壁部近傍の温度をフィルタ再生に必要な温度まで高くすることができないという問題点を有している。
However, according to the prior art disclosed in
一方、特許文献2に開示されている従来技術によると、バーナの火炎と排気ガスとを一緒に絞り通路に通すことにより両者を混合してフィルタケーシングに送り込む構成であるから、やはり、特許文献1の技術の場合と同様の問題点を有している。
On the other hand, according to the prior art disclosed in
本発明の目的は、従来技術における上述の問題点を解決することができる排気浄化装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an exhaust emission control device capable of solving the above-described problems in the prior art.
上記課題を解決するための本発明の特徴は、内燃機関からの排気ガス中の微粒子をパティキュレートフィルタにより捕集するように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入口側にシリンダ状のチャンバを形成するための中空部材と、燃焼ガスを供給するための供給装置と、前記燃焼ガスを前記チャンバ内に供給するため前記中空部材に設けられた燃焼ガス導入ポートと、前記パティキュレートフィルタの軸線の周りを旋回する旋回流が前記チャンバ内で形成されるよう前記チャンバに前記排気ガスを導入するため前記中空部材に設けられた排気ガス導入ポートとを備えた点にある。 A feature of the present invention for solving the above-described problems is that, in an exhaust gas purification apparatus in which particulates in exhaust gas from an internal combustion engine are collected by a particulate filter, a cylindrical chamber is provided on the inlet side of the particulate filter. , A supply device for supplying combustion gas, a combustion gas introduction port provided in the hollow member for supplying the combustion gas into the chamber, and an axis of the particulate filter And an exhaust gas introduction port provided in the hollow member for introducing the exhaust gas into the chamber so that a swirling flow swirling around is formed in the chamber.
本発明によれば、チャンバ内で排気ガスと燃焼ガスとが混合される上、混合ガスはチャンバ内で旋回流の状態となってパティキュレートフィルタに与えられるので、パティキュレートフィルタ全体をむらなく高温化するのに役立ち、パティキュレートフィルタの再生を効果的に行うことができる。 According to the present invention, the exhaust gas and the combustion gas are mixed in the chamber, and the mixed gas is swirled in the chamber and given to the particulate filter. The particulate filter can be effectively regenerated.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態の一例につき詳細に説明する。 Hereinafter, an example of an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明による排気浄化装置の実施の形態の一例を示す概略構成図である。排気浄化装置1は、ディーゼルエンジン101の排気マニホールド(図示せず)に連結されている排気管102に取り付けられており、排気管102からの排気ガスG2中に含まれているPMを触媒再生型のパティキュレートフィルタで捕集し、処理するようにした連続再生方式の装置として構成されている。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an example of an embodiment of an exhaust emission control device according to the present invention. The
パティキュレートフィルタ2はウォールフローの形態であり、PM捕集用のフィルタ21の排気ガス上流側に酸化触媒22を設けた構成となっている。フィルタ21は触媒がコートされたものでも良い。また、そのようなものを用いる場合には前段の酸化触媒22がない構造でも良い。
The
パティキュレートフィルタ2には、入口側圧力を検出するための第1圧力センサ23、出口側圧力を検出するための第2圧力センサ24、入口側の温度を検出するための第1温度センサ25、フィルタ21と酸化触媒22との間の温度を検出するための第2温度センサ26、出口側の温度を検出するための第3温度センサ27及び出口側における排気ガス中の酸素温度を検出するための酸素センサ28が設けられている。
The
これらのセンサ23〜28の各出力信号はコントローラ4に入力されている。なお、ディーゼルエンジン101の運転状態を示す信号Lがディーゼルエンジン101を電子的に制御するためのエンジン制御ユニット103からコントローラ4に入力されている。コントローラ4はこれらの信号に基づき供給装置3の動作を制御する構成となっている。
The output signals of these sensors 23 to 28 are input to the controller 4. A signal L indicating the operation state of the
供給装置3は、燃料タンク6内の燃料が燃料ポンプ7及びレギュレータ8によって略一定の圧力をもって供給されている燃料インジェクタ31を備え、燃料インジェクタ31から噴射された燃料は蒸発装置32によってガス化されて蒸発燃料とされる。
The
蒸発装置32は、燃料インジェクタ31からの噴射燃料を加熱することによって蒸発させこれにより燃料をガス化させて蒸発燃料を得るためのもので、送込装置33は、エアポンプ34からの圧縮空気を用いて蒸発装置32からの蒸発燃料を混合気としてパティキュレートフィルタ2内に送り込む構成となっている。符号35で示されるのは、蒸発燃料を送込装置33内で着火させるための点火装置である。
The
燃料ポンプ7、燃料インジェクタ31、蒸発装置32、送込装置33、エアポンプ34、点火装置35の各動作は、コントローラ4からの各制御信号C7、C31、C32、C34、C35によって制御され、パティキュレートフィルタ2の再生が常に最適な条件で行われるように構成されている。
The operations of the
供給装置3は以上のように構成されているので、点火装置35による着火動作を行わせない場合には蒸発燃料はそのまま生燃料としてパティキュレートフィルタ2に送られる。一方、点火装置35によって蒸発燃料に点火すれば、これにより生じた燃焼ガスG1がパティキュレートフィルタ2に送られることになる。すなわち、供給装置3は、パティキュレートフィルタ2に生燃料又は燃焼ガスのいずれかをパティキュレートフィルタ2の上流側に供給することができる構成となっている。
Since the
パティキュレートフィルタ2の再生のため、排気管102からの排気ガスG2と供給装置3からの燃焼ガスG1とを効率よくパティキュレートフィルタ2に供給することができるようにするため、パティキュレートフィルタ2の入口側にはシリンダ状のチャンバ9を形成するための中空部材10が設けられている。本実施の形態では、パティキュレートフィルタ2の入口端2Aに、一端が閉じられた円筒状の筒体が中空部材10として設けられており、その他端の開口部がパティキュレートフィルタ2の入口端2Aに取り付けられており、これによりチャンバ9が形成されている。そして、中空部材10には燃焼ガス導入ポート91と排気ガス導入ポート92とが設けられている。
In order to regenerate the
図2は、図1の要部を一部断面して示す要部一部断面図である。燃焼ガス導入ポート91はシリンダ状のチャンバ9の軸線と略同軸になるように中空部材10の閉塞端10Aに設けられた円筒状の部材として形成されている。燃焼ガス導入ポート91には供給装置3の送込装置33が取り付けられており、したがって、送込装置33はパティキュレートフィルタ2の入口端2Aに対向しており、送込装置33から出力される燃焼ガスG1が燃焼ガス導入ポート91を通ってパティキュレートフィルタ2の入口端2Aに向けて供給される。ここでは、燃焼ガス導入ポート91からチャンバ9内に供給される燃焼ガスG1の供給方向は、酸化触媒22の入口側端面に対して略垂直となっている。
FIG. 2 is a partial cross-sectional view showing a main part of FIG. The combustion
一方、排気ガス導入ポート92は、中空部材10の周壁に筒状の部材を取り付けて形成されており、ここでは、排気ガス導入ポート92の軸線が中空部材10、すなわちチャンバ9の軸線と略直交するように排気ガス導入ポート92が中空部材10に取り付けられている。ここで、排気ガス導入ポート92の内径R92は、中空部材10の内径R10よりも小さく設定されている。したがって、排気管102から送られてきた排気ガスG2は、排気ガス導入ポート92を通ってチャンバ9内に導入されたとき、この内径差のために排気ガスG2はチャンバ9内に噴流状に導入される。この結果、排気ガスG2は排気ガス導入ポート92からチャンバ9内に勢いよく噴射される。
On the other hand, the exhaust
図3は、排気ガスG2のチャンバ9への導入状態を説明するための図である。図3に示すように、排気ガスG2は、中空部材10の周壁からチャンバ9の径方向に勢いよく噴射されるようにしてチャンバ9内に導入されるので、排気ガスG2は一旦中空部材10の対向内周面にあたった後、中空部材10の内周面に沿ってその周方向に流れることとなり、旋回流となる。この排気ガス旋回流は、チャンバ9内で、パティキュレートフィルタ2と同軸に配置された中空部材10の軸線、すなわちパティキュレートフィルタ2の軸線の周りを旋回する旋回流となる。
FIG. 3 is a view for explaining the state of introduction of the exhaust gas G2 into the
そして、供給装置3からの燃焼ガスG1が燃焼ガス導入ポート91からチャンバ9内に供給されると、旋回流となっている排気ガスG2に対して直交する方向に燃焼ガスG1が吹き付けられるので、排気ガスG2は燃焼ガスG1により加熱され、排気ガスG2と燃焼ガスG1とはチャンバ9内で衝突混合により良好に混合されると共に、混合されたガスはやはり旋回流となってパティキュレートフィルタ2内に流れ込む。このとき、混合されたガスはパティキュレートフィルタ2内をスパイラル状に通過する。ここで、燃焼に必要な酸素量の一部は排気ガスG2中の酸素から得られる。燃焼ガスG1はチャンバ9の中心部を流れ、フィルタを加熱する。
Then, when the combustion gas G1 from the
加熱された排気ガスG20は、中空部材10の壁面に衝突してチャンバ9の内周部を沿って流れるため、受熱しにくく熱損失の大きなパティキュレートフィルタ2の外周部に熱が伝わり、排気ガスG2の温度は径方向に均一になる。また、破線領域では大きな速度勾配による混合、拡散の促進がなされる。
Since the heated exhaust gas G20 collides with the wall surface of the
この結果、混合された高温のガスはパティキュレートフィルタ2の外周壁近くにおいても充分に混合ガス流を作ることができ、パティキュレートフィルタ2の外周部の加熱が重点的に促進され、パティキュレートフィルタ2全体を略均一に加熱することができるので、パティキュレートフィルタ2の中央部付近だけが加熱され、過熱による溶損が生じたり、外周部が加熱できないという不具合を生じることがない。
As a result, the mixed high-temperature gas can sufficiently generate a mixed gas flow near the outer peripheral wall of the
また、パティキュレートフィルタ2のフィルタ21に堆積されるPMは、排気ガスが外周部を流れる傾向を有するため径方向のPM堆積分布は一様でなく外周部に偏る。したがって、従来のようにバーナによって中央部を加熱してもPMが多く堆積している外周部に熱が伝わりにくく、PMの再生率が悪化する可能性があり、フィルタ全域を再生温度または活性温度以上に昇温しようとした場合、バーナの投入エネルギー量が大きくなる上に過熱される部分が出てくるため、フィルタの劣化を早めたり破損を引き起こすことが考えられるが、排気浄化装置1においてはこのような不具合の発生を有効に押さえることができ、エネルギー消費量の低減をはかることができる。
Further, since PM deposited on the
このように、排気浄化装置1によれば、チャンバ9内部で排気ガスG2の流れを乱すことによってディーゼルエンジン101の排気ガスG2を効果的に加熱でき、また熱損失の大きなパティキュレートフィルタ2の外周部を供給装置3によって供給される燃焼ガスG1から得た熱によって積極的に加熱できるので、パティキュレートフィルタ2の径方向温度分布を均一にすることが可能である。
As described above, according to the
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこの一実施形態に限定されるものではない。本発明は、燃焼ガスG1と排気ガスG2とをチャンバ9内で略直角又はそれに近い角度で衝突させることが望ましいが、両ガスの衝突角度はこれに限定されない。
Although one embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to this embodiment. In the present invention, it is desirable to cause the combustion gas G1 and the exhaust gas G2 to collide with each other within the
図4は、本発明の他の実施形態を説明するための図で、ここでは、排気ガスG2が中空部材10の内周面に沿うようにしてその内部に導入される構成となっている。したがって、排気ガス導入ポート92’は図3に示す場合に比べて中空部材10内を覗く方向がチャンバ9の軸線からそれた方向となっている。
FIG. 4 is a diagram for explaining another embodiment of the present invention. Here, the exhaust gas G2 is introduced into the
図4の構成によれば、チャンバ9内に導入された排気ガスG2をより効果的に旋回流とすることができる。この場合にも、燃焼ガスG1は排気ガスG2に対して略直角の角度で衝突するので、両者を良好に混合することができる。
According to the configuration of FIG. 4, the exhaust gas G2 introduced into the
図5は、本発明のさらに別の実施の形態を説明するための図で、ここでは、図4の構成において、燃焼ガスG1のチャンバ9への導入位置をチャンバ9の軸線より中空部材10の外周壁方向へずらしたもので、燃焼ガス導入ポート91’が中空部材10の外周壁近くであって、排気ガス導入位置近くに設けられている。この結果、排気ガス導入ポート92’よりチャンバ9内に導入される排気ガスG2に対して、燃焼ガス導入ポート91’よりの燃焼ガスG1が、チャンバ9内に導入された直後の排気ガス流に略直角に衝突し、これにより両ガスが衝突混合され、混合されたガスがチャンバ9内で旋回流となる。
FIG. 5 is a view for explaining still another embodiment of the present invention. Here, in the configuration of FIG. 4, the introduction position of the combustion gas G1 into the
図6は、本発明のさらに他の実施の形態の要部を示す図である。図6の各部のうち、図2の各部に対応する部分には同一の符号が付されている。ここでは、燃焼ガス導入ポート93を排気管102に設け、供給装置3の送込装置33からの燃焼ガスG1を排気管102の途中において排気ガスG2の流れ方向に対して直角となるように排気管102内に導入するようにした点に特徴を有する。
FIG. 6 is a diagram showing a main part of still another embodiment of the present invention. 6, the same reference numerals are given to the portions corresponding to the respective portions in FIG. 2. Here, the combustion
この構成によれば、燃焼ガスG1と排気ガスG2とは排気管102内で衝突混合され、これにより作られた高温の混合ガスがチャンバ9内に排気ガス導入ポート92を介して導入され、これにより図2の場合と同様にしてチャンバ9内で旋回流となる(図7参照)。
According to this configuration, the combustion gas G1 and the exhaust gas G2 are collided and mixed in the
なおこの場合も、図8に示すように、排気ガス導入ポート92の取付状態を図4に示した場合と同様にすることにより、より一層良好な旋回流をチャンバ9内に生じさせることができる。
In this case as well, as shown in FIG. 8, by making the mounting state of the exhaust
1 排気浄化装置
2 パティキュレートフィルタ
2A 入口端
3 供給装置
21 フィルタ
22 酸化触媒
31 燃料インジェクタ
32 蒸発装置
33 送込装置
35 点火装置
91、91’、93 燃焼ガス導入ポート
92、92’ 排気ガス導入ポート
101 ディーゼルエンジン
102 排気管
G1 燃焼ガス
G2 排気ガス
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記パティキュレートフィルタの入口側にシリンダ状のチャンバを形成するための中空部材と、
燃焼ガスを供給するための供給装置と、
前記燃焼ガスを前記チャンバ内に供給するため前記中空部材に設けられた燃焼ガス導入ポートと、
前記パティキュレートフィルタの軸線の周りを旋回する旋回流が前記チャンバ内で形成されるよう前記チャンバに前記排気ガスを導入するため前記中空部材に設けられた排気ガス導入ポートと
を備えた排気浄化装置。 In an exhaust emission control device configured to collect particulates in exhaust gas from an internal combustion engine by a particulate filter,
A hollow member for forming a cylindrical chamber on the inlet side of the particulate filter;
A supply device for supplying combustion gas;
A combustion gas introduction port provided in the hollow member for supplying the combustion gas into the chamber;
An exhaust gas purification apparatus comprising: an exhaust gas introduction port provided in the hollow member for introducing the exhaust gas into the chamber so that a swirling flow swirling around an axis of the particulate filter is formed in the chamber .
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