JP2007016706A - Exhaust emission control device and pm continuous regeneration system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ディーゼルエンジン(以下、DEという)搭載車両において、排気ガス中のパティキュレート・マター(以下、PMという)を捕集するために装着した排気浄化装置およびPM連続再生システムに関する。 The present invention relates to an exhaust emission control device and a PM continuous regeneration system that are mounted to collect particulate matter (hereinafter referred to as PM) in exhaust gas in a vehicle equipped with a diesel engine (hereinafter referred to as DE).
年を追って厳しくなるDEの排出物規制値は2005年以降ではガソリンエンジンと同様に触媒によってPM、炭化水素(HC)及び一酸化炭素(CO)を酸化して二酸化炭素(CO2)および水(H2O)とし、NOxを解離して窒素(N2)と酸素(O2)とし無害化してから排出せざるを得ない。 The emission regulation value of DE that becomes stricter year by year is that carbon dioxide (CO 2 ) and water (CO 2 ) are oxidized by oxidizing PM, hydrocarbon (HC) and carbon monoxide (CO) with a catalyst in the same way as a gasoline engine after 2005. H 2 O), NO x must be dissociated to make nitrogen (N 2 ) and oxygen (O 2 ) harmless, and then discharged.
従来自動車用DEは、主にエンジン自体の燃焼改善によって排気中に含まれる有害物質の低減に努められてきたが、2005年以降の排気規制値に適合させることは非常に困難であると考えられている。 Conventionally, DE for automobiles has tried to reduce harmful substances contained in exhaust gas mainly by improving combustion of the engine itself, but it is considered to be very difficult to conform to exhaust emission regulation values after 2005. ing.
そこで最近は、前段のディーゼル用酸化触媒(DOC)と後段のディーゼル・パティキュレート・フィルター(DPF)とによって構成される連続再生式DPF(Continuously Regenerative Diesel Particulate Filter)に関する研究開発が進められている。前段のDOCでHCはCO2及びH2Oに変化し、COはCO2に変化する。さらにNOx中の一酸化窒素(NO)を二酸化窒素(NO2)に変化させる。後段のDPFでは前段で生成されたNO2でPM中のすす成分を燃焼させ、CO2として排出する。この連続再生式DPFはJohnson Mathey社によって発明されたCRTとして知られている。また、フィルター機能のみを有する構造体DPF上に各種の酸化触媒を担持させた一体型のDPF(触媒担持型DPF)の研究開発も進められている。本発明ではフィルター機能のみを有するDPFを単にDPFとし、触媒を担持したDPFを触媒担持型DPFとする。また、本発明において連続再生式DPFとは、触媒担持型DPF、DOCとDPFとの組合せ、DOCと触媒担持型DPFとの組合せを含むものとする。 Therefore, recently, research and development on a continuously regenerative DPF (Continuously Regenerative Diesel Particulate Filter) composed of a front-stage diesel oxidation catalyst (DOC) and a rear-stage diesel particulate filter (DPF) has been underway. In the preceding DOC, HC changes to CO 2 and H 2 O, and CO changes to CO 2 . Further, nitrogen monoxide (NO) in NO x is changed to nitrogen dioxide (NO 2 ). In the latter-stage DPF, the soot component in the PM is burned with NO 2 generated in the former stage and discharged as CO 2 . This continuous regenerative DPF is known as a CRT invented by Johnson Mathey. Research and development of an integrated DPF (catalyst-supported DPF) in which various oxidation catalysts are supported on a structure DPF having only a filter function is also underway. In the present invention, a DPF having only a filter function is simply a DPF, and a DPF carrying a catalyst is a catalyst-carrying DPF. In the present invention, the continuous regeneration type DPF includes a catalyst-supporting DPF, a combination of DOC and DPF, and a combination of DOC and catalyst-supporting DPF.
連続再生式DPFの後段にDeNOx触媒を設け、最後に残ったNOxについても解離する選択触媒還元方法(SCR)に関しても研究開発が進められている。このSCRと上記CRTとを組合せた装置はJohnson Mathey社のSCRTとして知られている。 Research and development is also underway for a selective catalyst reduction method (SCR) in which a DeNO x catalyst is provided in the subsequent stage of the continuous regeneration type DPF and the last remaining NO x is also dissociated. A device combining this SCR and the above CRT is known as SCRT from Johnson Mathey.
上記の連続再生式DPFにおけるPMの燃焼は、触媒担持型DPFでは350℃以上、DOCでは250〜450℃といわれている。通常のDEのアイドル時における排気温度は70〜100℃であり、DEによって駆動される車両の80km/hr以下の走行速度においては、発生する走行抵抗に対応するDEの負荷が低く、排気温度は260℃(250℃+α)に達せず、連続再生式DPFに捕集されたPMは再生(酸化)されることなくフィルター内に蓄積し、目詰まりしてしまい、やがて運転不可能になるという問題があった。
このため、特許文献1では、主触媒の他に熱容量の小さな補助触媒をエンジンに近接して設置し、エンジンの高出力時には主触媒を用い、低出力時には補触媒を用いるようにすることで、長い配管による冷却を避けるとともに触媒をエンジンに近接して設置したことによるエンジンの比出力の低下を避け、さらにエンジン始動時に熱容量の小さな補助触媒を用いることで短時間に高温化して触媒を活性化することを可能としたものである。 For this reason, in Patent Document 1, in addition to the main catalyst, an auxiliary catalyst having a small heat capacity is installed in the vicinity of the engine, and the main catalyst is used at the time of high output of the engine, and the auxiliary catalyst is used at the time of low output. Avoid cooling by long pipes and avoid lowering the specific output of the engine due to the catalyst being installed close to the engine, and using an auxiliary catalyst with a small heat capacity at the start of the engine will increase the temperature in a short time and activate the catalyst It is possible to do.
さらに特許文献2は、主触媒の他に熱容量の小さな補助触媒を設けるとともに吸気絞り、ESC、減筒、排気絞りを行なうことができるようにしたものである。 Further, in Patent Document 2, an auxiliary catalyst having a small heat capacity is provided in addition to the main catalyst, and an intake throttle, ESC, reduced cylinder, and exhaust throttle can be performed.
特許文献1、2および特許文献3に記載のDEの低負荷時高排気温度維持装置においては、長時間低負荷状態等の不利な条件だと、触媒のPM再生能力よりも触媒内部に蓄積されるPMの量が上回る状態が続き、最終的にエンジンが失火するという問題があった。 In the DE low load high exhaust temperature maintenance device described in Patent Documents 1 and 2 and Patent Document 3, if it is a disadvantageous condition such as a low load state for a long time, it accumulates inside the catalyst rather than the PM regeneration capability of the catalyst. There was a problem that the state of exceeding the amount of PM continued and the engine eventually misfired.
特に3.0リッター過給エンジンでは、特許文献3に記載のDEの低負荷時高排気温度維持装置等は、有効な排気ガス上昇とPMの連続再生に成功したが、不利な条件を持つエンジンではPMの連続再生は行なえなかった。 In particular, in a 3.0 liter supercharged engine, the DE high exhaust temperature maintenance device at low load described in Patent Document 3 has succeeded in effective exhaust gas rise and continuous PM regeneration, but has an unfavorable condition. Then PM couldn't be played continuously.
DPFでは、セラミックス、コージェライト、炭化珪素および窒化珪素等を使用しているが、これらセラミックス等は熱伝導性が悪い。したがって、PMが堆積し、部分的に再生燃焼が開始されたときに熱が分散せずに部分的に発熱が起こり、温度が急激に高まった部分が焼損してしまい、排気ガスがそこから流出してしまうといった問題があった。 In DPF, ceramics, cordierite, silicon carbide, silicon nitride and the like are used, but these ceramics and the like have poor thermal conductivity. Therefore, when PM accumulates and regenerative combustion is partially started, heat is not dispersed and heat is partially generated, and the part where the temperature has increased rapidly burns out, and the exhaust gas flows out from there. There was a problem such as.
また、DPFにメタル担体を使用すると、キャニング管が直接外気と接しているので、走行時の走行風によってキャニング管が冷却されることによりDPFも温度が低下してPMを連続再生することが困難になるといった問題点があった。 In addition, when a metal carrier is used for the DPF, the canning pipe is in direct contact with the outside air, so that the temperature of the canning pipe is cooled by the traveling wind during traveling, so that the temperature of the DPF also decreases and it is difficult to continuously regenerate PM. There was a problem of becoming.
本発明は上述した事情によりなされたものであり、本発明の目的は、PM再生に不利な条件が長時間続いてもPMを連続再生(酸化)することができる排気浄化装置およびPM連続再生システムを提供することにある。 The present invention has been made under the circumstances described above, and an object of the present invention is to provide an exhaust purification device and a PM continuous regeneration system capable of continuously regenerating (oxidizing) PM even if conditions unfavorable for PM regeneration continue for a long time. Is to provide.
本発明は、PM再生に不利な条件が長時間続いてもPMを連続再生することができる排気浄化装置であって、本発明の目的は、メタル構造体からなるマトリックス部と、該マトリックス部の外周に溶接されているマントル部とからなる複数のメタル担体と、該各メタル担体を覆う前記メタル担体と同数の外筒と、ディーゼルエンジンから排出される排気ガスを前記メタル担体へ導入するディフューザとを備え、前記各メタル担体は、前記マントル部と前記外筒との間に断熱層を有するように前記外筒に覆われ、前記マントル部と前記外筒とをフランジで固定し、前記複数のメタル担体と前記外筒とを直線状に接続したことによって達成される。 The present invention is an exhaust emission control device capable of continuously regenerating PM even under unfavorable conditions for PM regeneration for a long time, and an object of the present invention is to provide a matrix portion made of a metal structure, A plurality of metal carriers comprising a mantle portion welded to the outer periphery, the same number of outer cylinders as the metal carriers covering the metal carriers, and a diffuser for introducing exhaust gas discharged from a diesel engine into the metal carriers Each of the metal carriers is covered with the outer cylinder so as to have a heat insulating layer between the mantle part and the outer cylinder, the mantle part and the outer cylinder are fixed with a flange, This is achieved by connecting the metal carrier and the outer cylinder in a straight line.
また、本発明の上記目的は、ディフューザは、二重管構造となっていることによって、或はディーゼルエンジンから排出される排気ガスを前記ディフューザに送る排気管は、前記ディフューザ内に突き出すように構成されていることによって、或はマントル部と前記外筒との間に形成される前記断熱層の厚さは、6〜12mmであることによって、或は外筒の外側において、前記複数個のフランジを通じてボルトを2本対角に接続することによって、或は複数個の前記メタル担体において、前記ディフューザ側に設置した前記メタル担体は、DOCであって、前記ディフューザ側に設置した前記メタル担体以外の前記メタル担体は、DPFであることによって、または全てをDPFとすることによってより効果的に達成される。 The above object of the present invention is such that the diffuser has a double-pipe structure, or the exhaust pipe for sending exhaust gas discharged from a diesel engine to the diffuser protrudes into the diffuser. The thickness of the heat insulating layer formed between the mantle portion and the outer cylinder is 6 to 12 mm, or on the outside of the outer cylinder, the plurality of flanges In the plurality of metal carriers, the metal carrier installed on the diffuser side is a DOC other than the metal carrier installed on the diffuser side. The metal carrier is more effectively achieved by being a DPF or by making all DPF.
さらに、本発明の上記目的は、マントル部は、マントル突き出し部を有しており、前記マントル突き出し部にて前記フランジと固定したことによって、或はマントル突き出し部と前記フランジとの間に高温シール剤を塗布して固定したことによって、或はフランジは、前記マントル突き出し部がはまるように溝が形成されており、前記溝にワイヤを置いた後に前記マントル突き出し部と固定したことによって、或は外筒と前記フランジとの間に前記高温シール剤を塗布して固定したことによって、或はフランジは、前記外筒が突き当たるように溝が形成されており、前記溝にシール用シートを置き前記外筒と前記フランジとを固定したことによって、より効果的に達成される。 Further, the object of the present invention is that the mantle portion has a mantle protrusion, and is fixed to the flange by the mantle protrusion, or a high temperature seal is provided between the mantle protrusion and the flange. By applying and fixing the agent, or the flange is formed with a groove so that the mantle protrusion fits, and after placing a wire in the groove, the flange is fixed to the mantle protrusion, or By applying and fixing the high temperature sealant between the outer cylinder and the flange, or the flange has a groove formed so that the outer cylinder abuts, and a sealing sheet is placed in the groove. This is achieved more effectively by fixing the outer cylinder and the flange.
本発明の上記目的は、排気管の張り出した部分に複数の流出穴を形成し、前記排気管の排気口の断面積を小さくすることによって、或は流出穴の総面積と前記排気口の断面積との総和が、前記排気管の内径の断面積の1.7〜2.3倍となるように前記流出穴および前記排気口の断面積の穴径と穴数を調整することによって、より効果的に達成される。 The object of the present invention is to form a plurality of outflow holes in the projecting portion of the exhaust pipe and reduce the cross-sectional area of the exhaust port of the exhaust pipe, or to reduce the total area of the outflow hole and the disconnection of the exhaust port. By adjusting the hole diameter and the number of holes in the cross-sectional area of the outflow hole and the exhaust port so that the sum total with the area is 1.7 to 2.3 times the cross-sectional area of the inner diameter of the exhaust pipe, Effectively achieved.
また、本発明の上記目的は、ディフューザ内において、前記排気管と前記メタル担体との間に、全面に亘って直径が同一である穴を複数有している第1バッフルプレートを設置することによって、或は上半分にのみ複数の穴を有し、前記穴の直径が前記穴の集合の中心部に向かって次第に小さくなっている第2バッフルプレートを前記第1バッフルプレートに置き換えたことを特徴とすることによって、或はディフューザ内において、前記排気管と前記メタル担体との間に前記第1バッフルプレートと前記第2バッフルプレートとを設置することによって、より効果的に達成される。 Further, the above object of the present invention is to install a first baffle plate having a plurality of holes having the same diameter over the entire surface between the exhaust pipe and the metal carrier in the diffuser. Alternatively, the second baffle plate having a plurality of holes only in the upper half and the diameter of the holes gradually decreasing toward the center of the set of holes is replaced with the first baffle plate. Or in the diffuser by placing the first baffle plate and the second baffle plate between the exhaust pipe and the metal carrier.
本発明は、上述した排気浄化装置を使用したPM連続再生方法に関するものであり、本発明の目的は、上述した排気浄化装置の後流に排気絞り弁を設け、排気浄化装置の前流に排気ブレーキを設けたことによって、或は排気ブレーキのみ排気浄化装置の上流に設け、多段階アクチュエータで作動し、途中段階で止めることができ、前記排気絞り弁と兼用するように構成されたことによって効果的に達成される。 The present invention relates to a PM continuous regeneration method using the above-described exhaust purification device, and an object of the present invention is to provide an exhaust throttle valve in the downstream of the exhaust purification device described above, and to exhaust the exhaust in the upstream of the exhaust purification device. By providing a brake, or by providing only an exhaust brake upstream of the exhaust gas purification device, operating with a multi-stage actuator, and stopping at an intermediate stage, it is also configured to serve as the exhaust throttle valve. Is achieved.
本発明の排気浄化装置によれば、外筒を設けて二重構造にし、断熱層をも有しているので、メタル担体から外気側へ熱が奪われることがなくなった。これにより、DPF内に堆積したPMの再生を効率よく行なうことができるようになった。 According to the exhaust emission control device of the present invention, since the outer cylinder is provided to have a double structure and also has a heat insulating layer, heat is not taken away from the metal carrier to the outside air side. As a result, the PM accumulated in the DPF can be efficiently regenerated.
本発明のPM連続再生システムによれば、排気浄化装置の前方に多段階アクチュエータ作動の排気ブレーキを設けた場合、排気絞り弁も兼用できるので、排気絞り弁が開いた状態から閉じた状態になったときに発生した放散音を解消することもできるようになった。 According to the PM continuous regeneration system of the present invention, when an exhaust brake operated by a multi-stage actuator is provided in front of the exhaust purification device, the exhaust throttle valve can also be used, so that the exhaust throttle valve is closed from the open state. It was also possible to eliminate the diffused sound that occurred when
また、本発明の排気浄化装置およびPM連続再生システムにおいては、独立した配管等がないため、製造コストを削減することができるようになり、現在使用(市販)されているDEと排気浄化装置との間隔が短い車種に対しても、DEに後付けで接続することができるようになった。 Further, in the exhaust purification device and the PM continuous regeneration system of the present invention, since there is no independent piping or the like, the manufacturing cost can be reduced, and the currently used (commercially available) DE and exhaust purification device Even cars with short distances can be retrofitted to DE.
排気浄化装置でPMを再生(酸化)するには、排気ガス温度が260℃以上必要といわれている。したがって、本発明では、熱伝導性が優れるメタル担体を使用し、かつ、走行時にメタル担体が冷却することを防ぐ外筒と断熱層を設けることにより、排気浄化装置内のフィルターの目詰まりを防止することを特徴とする。以下、本発明について図面を参照にしながら詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 It is said that the exhaust gas temperature needs to be 260 ° C. or higher in order to regenerate (oxidize) PM with the exhaust purification device. Therefore, in the present invention, the clogging of the filter in the exhaust emission control device is prevented by using a metal carrier having excellent thermal conductivity and providing an outer cylinder and a heat insulating layer that prevent the metal carrier from cooling during traveling. It is characterized by doing. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings, but the present invention is not limited thereto.
図1は、本発明の排気浄化装置を用いたPM連続再生システムの一例を示す構成図である。 FIG. 1 is a configuration diagram showing an example of a PM continuous regeneration system using the exhaust purification device of the present invention.
エアークリーナー1を通過した空気は、吸気絞り弁2を通過し、DE3のシリンダ(シリンダは図示せず)内に送られ、DE3のシリンダ内で噴射された燃料と混合して燃焼する。DE3には、EGRシステムが接続されており、EGRシステム中のEGRバルブ4の開閉により、排気ガスをDE3内に戻す役割を果たしている。燃焼した排気ガスは排気マニホールド5を通り、排気ブレーキ6および排気管7を通って排気浄化装置8によって浄化される。排気浄化装置8によって浄化された排気ガスは、排気絞り弁9を通って、排出口へ排出される。吸気絞り弁2、EGRバルブ4、排気ブレーキ6および排気絞り弁9の弁の閉開は、ECU10によって制御されている。 The air that has passed through the air cleaner 1 passes through the intake throttle valve 2, is sent into the DE3 cylinder (the cylinder is not shown), and is mixed with the fuel injected in the DE3 cylinder and burned. An DEGR system is connected to DE3 and plays a role of returning exhaust gas into DE3 by opening and closing the EGR valve 4 in the EGR system. The combusted exhaust gas passes through the exhaust manifold 5, passes through the exhaust brake 6 and the exhaust pipe 7, and is purified by the exhaust purification device 8. The exhaust gas purified by the exhaust purification device 8 passes through the exhaust throttle valve 9 and is discharged to the discharge port. The closing of the intake throttle valve 2, EGR valve 4, exhaust brake 6 and exhaust throttle valve 9 is controlled by the ECU 10.
排気ブレーキ6を閉弁すると、排気ガスが流れ難くなり、DE3の筒内の排気時の圧力が増大する。DE3は、この圧力に抗して排気ガスを筒内から出そうとするため、ピストンにかかる力は大きくなる。排気ブレーキ6が作動しているときは、燃料噴射を行わないため、ピストンにかかる力はDE3を止めようとする力、すなわちブレーキとなって現れる。 When the exhaust brake 6 is closed, it becomes difficult for the exhaust gas to flow, and the pressure during exhaust in the cylinder of the DE 3 increases. Since DE3 tries to exhaust the exhaust gas from the cylinder against this pressure, the force applied to the piston increases. Since the fuel injection is not performed when the exhaust brake 6 is operating, the force applied to the piston appears as a force to stop DE3, that is, a brake.
排気絞り弁9と排気ブレーキ6の間に排気浄化装置8を設置することにより、排気浄化装置8をマフラーとして利用することができる。これにより、排気ブレーキ6が開弁状態から閉弁状態になったときに発生する放散音を防止することができる。なお、排気ブレーキ6を多段階のアクチュエータで作動できるようにすることにより、途中段階で止まるようにして、排気絞り弁9と同様の作用を持たせることもできる。この場合には、排気絞り弁9が開弁状態から閉弁状態になったときに発生する若干の放散音を排気浄化装置8をマフラーとして使用できることにより、さらに放散音を低減することができる。 By installing the exhaust purification device 8 between the exhaust throttle valve 9 and the exhaust brake 6, the exhaust purification device 8 can be used as a muffler. Thereby, the diffused sound generated when the exhaust brake 6 changes from the open state to the closed state can be prevented. In addition, by enabling the exhaust brake 6 to be operated by a multi-stage actuator, it is possible to have the same action as the exhaust throttle valve 9 by stopping at an intermediate stage. In this case, the diffused sound can be further reduced by using the exhaust purification device 8 as a muffler for the slight diffused sound generated when the exhaust throttle valve 9 changes from the open state to the closed state.
排気絞り弁9は、排気ブレーキ6と同一の構造とすること、すなわち、排気ブレーキ6と同一物を使用することが好ましい。これにより、コストを抑えることができるようになる。 It is preferable that the exhaust throttle valve 9 has the same structure as the exhaust brake 6, that is, uses the same thing as the exhaust brake 6. Thereby, cost can be held down.
図2は、本発明の排気浄化装置8の第1実施形態の構造を示した図である(図中の矢印は排気ガスの流れを示す)。 FIG. 2 is a view showing the structure of the first embodiment of the exhaust emission control device 8 of the present invention (the arrow in the figure indicates the flow of exhaust gas).
DE3から排出された排気ガスは、排気管7を経由して排気浄化装置8内のディフューザ11へ排出される。ディフューザ11内へ拡散された排気ガスは、外筒13に覆われた複数のメタル担体12によって排気ガス中に含まれるPMを連続再生される。メタル担体12と外筒13は、フランジ14を介して接続されており、メタル担体12と外筒13は複数個(図2では3つ)直線状に一体化となって設置されている。複数個のメタル担体12によってPMを連続再生された排気ガスは、レデューサ19を通って、排気絞り弁9を経由して外部ヘ排出される。
The exhaust gas discharged from the DE 3 is discharged to the diffuser 11 in the exhaust purification device 8 through the exhaust pipe 7. The exhaust gas diffused into the diffuser 11 is continuously regenerated with PM contained in the exhaust gas by the plurality of
また、メタル担体12とフランジ14とを締結する吊り下げステイ(図示せず)の破損により排気浄化装置8が車体から脱落すること、およびメタル担体12および外筒13とフランジ14とを固定するナットが緩むことを防止するために、各フランジ14に2本の組み付けボルト17をフランジ14に対して対角に設置しダブルナット18で固定している。なお、図示していないが、脱落防止用のワイヤを組み付けボルトに巻きつけ、車体に固定して排気浄化装置8の脱落を防止するようにしてもよい。
Further, the exhaust purification device 8 falls off the vehicle body due to breakage of a suspension stay (not shown) that fastens the
排気管7は、排気管7がディフューザ11内に突き出した状態で接続されている。排気管7をディフューザ11内に突き出した状態で接続することにより、排気口71から流れてくる排気ガスがディフューザ11内に拡散しやすくなり、メタル担体12全体で排気ガス中のPMを連続再生することができる。なお、詳細については第2実施形態で説明するが、排気管7に流出穴を設け、ディフューザ11内に排気ガスが拡散しやすくするようにしてもよい。
The exhaust pipe 7 is connected in a state where the exhaust pipe 7 protrudes into the diffuser 11. By connecting the exhaust pipe 7 so as to protrude into the diffuser 11, the exhaust gas flowing from the
ディフューザ11は、DE3から排出された排気ガスをメタル担体12へ導入する役割を果たし、排気管7と接続している。ディフューザ11は、二重管構造をとっており、走行時の走行風によりディフューザ11が冷却し、排気ガス温度が低下することを防止している。ディフューザ11の材質は、排気ガスの温度等に耐えうるものであれば特に限定されない。また、ディフューザ11の形状は、使用目的、方法等に応じて適宜変更することができるが、メタル担体12で効率よくPMを連続再生させ、かつ、排気浄化装置8内に排気ガスが拡散しやすくするために円錐型であることが好ましい。ディフューザ11は、ガスケット15を介してメタル担体12と接続されておりディフューザ11内に拡散した排気ガスは、メタル担体12へ移動する。
The diffuser 11 plays a role of introducing the exhaust gas discharged from the DE 3 into the
メタル担体12は、外筒13で覆われており、メタル担体12と外筒13との間には断熱層16(エアギャップ)を有する構造をとっている。断熱層16を有することで、走行時において、メタル担体12が冷却することを防止することができる。断熱層16は、主として空気が充填されている。
The
メタル担体12は、複数設置することが可能であり(図1では、紙面の都合上3つ設置してある場合を図示している)、各メタル担体12は一つの外筒13で覆われている。すなわち、メタル担体12と外筒13は同数である。メタル担体12と外筒13は、フランジ14で固定されており、複数個のメタル担体12および外筒13は、フランジ14を介して一体化し、直線状に接続されている。複数のメタル担体12は、DPFおよびDOCのいずれかを使用してもよく、たとえば、複数のメタル担体12全てをDPFとしてもよく、ディフューザ11側(前流)のメタル担体12をDOCとし、その他のメタル担体12をDPFとしてもよい。
A plurality of
断熱層16の厚さは、排気浄化装置8の使用目的、使用方法等に応じて適宜変更されるが、6〜12mmであることが好ましい。断熱層16の厚さが6mm未満であると、走行時の走行風によって、メタル担体12が冷却し、排気ガス中のPMを連続再生させることができなくなる。一方、断熱層16の厚さが12mmを超えると、走行風によってメタル担体12は冷却しないが、排気浄化装置8が大型化し車体に取付けることが困難になる。
Although the thickness of the
図3は、メタル担体12の構造を示した図である。メタル担体12は、排気ガス中のPMを捕集するマトリクッス部121と、マトリックス部121の外周を覆っているマントル部(外套部)122とからなる。
FIG. 3 is a view showing the structure of the
マントル部122は、マトリックス部121を保護する役割を果たし、マトリックス部121と溶接により一体化している。マントル部122は、1〜5mm程度の金属円筒で、剛性を有している。マントル部122は、マントル突き出し部123を有しており、このマントル突き出し部123でフランジ14にて固定する。
The
図4は、フランジ14の構造を示した図である。フランジ14には、メタル担体12および外筒13を固定する連結ボルト穴141を複数有している。メタル担体12と外筒13は、一つおきに連結ボルト穴141を介して固定する。また、残りの連結ボルト穴141を利用して、反対側に一方のメタル担体12および外筒13を固定する。このようにフランジ14を利用して複数個のメタル担体12を固定することにより、直線状にメタル担体12を接続することができ、より効率的に排気ガス中のPMを連続再生することができる。なお、図4では、連結ボルト穴141の数が8個(メタル担体12と外筒13は4つの連結ボルト穴141を利用して固定することとなる)であるが、使用目的、方法等に応じて適宜連結ボルト穴141の数を変更することができる。例えば、図4において黒塗りした穴141、または白抜きで示した穴141同士とすることができる。
FIG. 4 is a view showing the structure of the
図5は、各メタル担体12をフランジ14を介して接続する部分を示した模式図である。マントル突き出し部123の両端面は、加工されているのである程度の面精度は確保されているが、平面度が十分ではないのでマントル突き出し部123から排気ガスが断熱層16に漏れてしまう可能性がある。したがって、本発明では、マントル突き出し部123の円周上およびフランジ14に高温シール剤を塗布してから、メタル担体12のマントル突き出し部123と外筒13をフランジ14で固定する。また、詳細は後述するが、外筒13を固定する場合についても、高温シール剤を外筒13に塗布してから固定する。
FIG. 5 is a schematic view showing a portion where each
本発明で使用する高温シール剤は、排気ガスの熱に耐えることができれば種類等は特に限定されず、例えば、エポキシ樹脂、エラストマー等公知の種々の成分を含んだ高温シール剤を使用することができ、これらは単独で使用してもよいが複数の高温シール剤を組み合わせて使用してもよい。 The type of the high-temperature sealant used in the present invention is not particularly limited as long as it can withstand the heat of the exhaust gas. For example, a high-temperature sealant containing various known components such as an epoxy resin and an elastomer may be used. These may be used alone or in combination with a plurality of high temperature sealants.
図6において、図6(A)は、フランジの断面図、図6(B)は、各メタル担体12をフランジ14を介して接続する部分の別形態を示した模式図である。図5に記載の方法では、マントル突き出し部123の端面に高温シール剤を塗布することによって排気ガスが断熱層16に漏れることを防止しているのに対し、図6に記載の方法では、フランジ14に、マントル部122のみを突き当てるための溝142を構成し、溝142にワイヤ20を置き、マントル部122でワイヤ20を押しつぶすことにより、排気ガスが断熱層16に漏れることを防止する。
In FIG. 6, FIG. 6A is a cross-sectional view of the flange, and FIG. 6B is a schematic view showing another form of a portion where each
ワイヤ20は、線状にした焼き鈍した銅等、柔らかい材質を使用することが好ましい。このような材質を使用することにより、マントル部122で均一に押しつぶすことができ、効果的に排気ガスが断熱層16に漏れることを防止することができる。
The
図7は、各外筒13をフランジ14を介して接続する部分を示した模式図である。マントル突き出し部123と同様に、外筒13を固定する際にも高温シール剤を塗布してから固定することにより、排気ガスが外部ヘ漏れることを防止できるとともに断熱領域を形成し、熱が外部ヘ移動することを防止することができる。
FIG. 7 is a schematic view showing a portion where each
図8は、各外筒13をフランジ14を介して接続する部分の別形態を示した模式図である。図7に記載の方法では、外筒13に高温シール剤を塗布することによって排気ガスが外部へ漏れることを防止しているのに対し、図8に記載の方法では、フランジ14に、外筒13のみを突き当てるための溝142を構成し、溝142にシール用シート21を置き、外筒13でシール用シート21を押しつぶすことにより、排気ガスが外部ヘ漏れることを防止する。
FIG. 8 is a schematic view showing another form of a portion where each
シール用シート21は、例えば、焼き鈍した銅材等柔らかい材質を使用することが好ましい。このような材質を使用することにより、外筒13で均一にシール用シート21を押しつぶすことができ、効果的に排気ガスが外部ヘ漏れることを防止することができる。なお、シール用シート21は、使用目的等に応じてワイヤ20に置き換えてもよい。
The sealing
図9(A)は、本発明の排気浄化装置8の第2実施形態の構造を示した概略図である。なお、上述した内容と重複する箇所については、説明を省略する。第2実施形態では、ディフューザ11内にバッフルプレート22を設け、排気管7には、ディフューザ11内に排気ガスが拡散しやすくするために排気ガスを流出させる流出穴72を複数設けている以外は第1実施形態と同様の構造をとっている。排気ガスは、流出穴72および排気口71からディフューザ11内に拡散し、バッフルプレート22を通過する。バッフルプレート22に排気ガスを通過させることによって、ディフューザ11内の中心部に排気ガスが集まることを避け、ディフューザ11内の温度拡散を行なってメタル担体12の全面に均一な温度の排気ガスを導入することができる。
FIG. 9A is a schematic view showing the structure of the second embodiment of the exhaust emission control device 8 of the present invention. In addition, description is abbreviate | omitted about the location which overlaps with the content mentioned above. In the second embodiment, a baffle plate 22 is provided in the diffuser 11, and the exhaust pipe 7 is provided with a plurality of outflow holes 72 through which the exhaust gas flows out in order to facilitate the diffusion of the exhaust gas in the diffuser 11. The structure is the same as in the first embodiment. The exhaust gas diffuses into the diffuser 11 from the
図9(B)は、図9(A)中の排気管7をA−A矢視した(ディフューザ11側から排気管7を見た)図である。排気管7の排気口71は、図11に示すように断面積が小さくなっている。
FIG. 9 (B) is a view of the exhaust pipe 7 in FIG. 9 (A) taken along the line AA (see the exhaust pipe 7 from the diffuser 11 side). As shown in FIG. 11, the
排気管7の流出穴72の総面積と排気口71の断面積の総和は、排気管7の内径の断面積の1.7〜2.3倍であることが好ましい。排気管7の内径の断面積の1.7倍未満であると、流出穴72からの流出係数(穴を流体が流出する際に、縮流となって実際の穴の断面積よりも小さな断面積しか有効利用されないという流体力学的な事情によるもので、実際に利用されている断面積を幾何学的な断面積で除した値をいう)が小さくなり、圧損抵抗が増大する。一方、排気管7の内径の断面積の2.3倍を超えると、ディフューザ11内の排気管7の突き出した部分の体積が大きくなり、排気ガスの流れの分布をスムーズに形成することができなくなる。
The total area of the outflow holes 72 of the exhaust pipe 7 and the sum of the cross-sectional areas of the
図10は、バッフルプレートの断面図である。第2実施形態で使用するバッフルプレート22は、図10(A)にある第1バッフルプレート23または図10(B)にある第2バッフルプレート24のいずれか一方を使用し、使用目的等に応じて適宜変更することができる。
FIG. 10 is a cross-sectional view of the baffle plate. The baffle plate 22 used in the second embodiment uses either the
図10(B)の第2バッフルプレート24は、第2バッフルプレート24の中心部に直径の小さな穴241が複数開いており、第2バッフルプレート24の外側に向かって穴241の直径が大きくなっている。穴241の直径を外側に向かって大きくすることにより、排気ガスがメタル担体12の中心部に集まることを防止し、メタル担体12の全面にわたって均一に排気ガスを導入することができるようになる。また、第2バッフルプレート24の穴241は上側のみにあり、下部には穴241がない。このようにすることにより、排気ガス中の大きな煤成分をディフューザ11の下部に落として捕集することができ、メタル担体12が大きな煤成分により目詰まりを起こすことを防止することができる。なお、ディフューザ11の下面に堆積した煤成分は、高温排気ガスが導入されたときに再生燃焼される。
The
図10(A)に示した第1バッフルプレート23は、第1バッフルプレート23の全面に渡って直径が同一である穴231を複数有しており、第2バッフルプレート24と同等の効果をもたらす。
The
図11は、本発明の排気浄化装置の第3実施形態の構造を示した概略図である。なお、上述した内容と重複する箇所については、説明を省略する。第3実施形態では、ディフューザ11内に第1バッフルプレート23と第2バッフルプレート24を設けている以外は第2実施形態と同様の構成をとっている。第1バッフルプレート23は、図10(A)と、第2バッフルプレート24は、図10(B)と同様の形状である。排気ガスは、流出穴72および排気口71からディフューザ11内に拡散し、第2バッフルプレート24を通過し、第1バッフルプレート23に排気ガスを通過させることによって、ディフューザ11内の中心部に排気ガスが集まることを避け、メタル担体12の全面に均一な温度の排気ガスを導入することができる。
FIG. 11 is a schematic view showing the structure of the third embodiment of the exhaust emission control device of the present invention. In addition, description is abbreviate | omitted about the location which overlaps with the content mentioned above. In the third embodiment, the same configuration as that of the second embodiment is adopted except that the
排気ガスが、第2バッフルプレート24を通過することにより、排気ガス温度が均一化し、第1バッフルプレート23を通過することにより、排気ガス温度の均一化がさらに促進される。なお、図11には、排気管7から排出された排気ガスは、まず、第2バッフルプレート24を通過し、その後第1バッフルプレート23を通過するようになっているが、第1バッフルプレート23を通過し、その後第2バッフルプレート24を通過させ、メタル担体12に排気ガスを導入させるようにしてもよい。なお、図11では、ディフューザ11の形状が円筒型となっているが、第1実施形態および第2実施形態のように円錐型にしてもよい。
The exhaust gas passes through the
1 エアークリーナー
2 吸気絞り弁
3 ディーゼルエンジン(DE)
4 EGRバルブ
5 排気マニホールド
6 排気ブレーキ
7 排気管
71 排気口
72 流出穴
8 排気浄化装置
9 排気絞り弁
10 ECU
11 ディフューザ
12 メタル担体
121 マトリックス部
122 マントル部
123 マントル突き出し部
13 外筒
14 フランジ
141 連結ボルト穴
142 溝
15 ガスケット
16 断熱層(エアギャップ)
17 組み付けボルト
18 ダブルナット
19 レデューサ
20 ワイヤ
21 シール用シート
22 バッフルプレート
23 第1バッフルプレート
231 穴
24 第2バッフルプレート
241 穴
1 Air cleaner 2 Inlet throttle valve 3 Diesel engine (DE)
4 EGR valve 5 Exhaust manifold 6 Exhaust brake 7
11
17
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