JP2008127992A - 排気管構造 - Google Patents

Abstract

【課題】低負荷、低回転の運転状態でも排気ガスを極力温度低下させずに下流側へ導き得るようにした排気管構造を提供する。
【解決手段】排気管２の主要部分を一対の排気細管７に分割して構成し、該各排気細管７のうちの少なくとも何れか一方の流路に該流路を適宜に閉塞し得るよう開閉バルブ８を流路閉塞手段として備える。低負荷、低回転の運転状態となった時に各排気細管７のうちの一方の流路を開閉バルブ８により閉塞すると、排気ガス４が一本の細い排気細管７を流れて下流側へ導かれる結果、該排気細管７の内部表面積が従来の排気管２よりも少なくて済む分だけ外気との熱交換の効率が下がり、しかも、流路断面積が狭まることで流速が高められて外気との熱交換時間が短縮され、排気ガス４を極力温度低下させずに下流側へ導くことが可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンからの排気ガスを導くための排気管構造に関するものである。

ディーゼルエンジンから排出されるパティキュレート（Particulate Matter：粒子状物質）は、炭素質から成る煤と、高沸点炭化水素成分から成るＳＯＦ分（Soluble Organic Fraction：可溶性有機成分）とを主成分とし、更に微量のサルフェート（ミスト状硫酸成分）を含んだ組成を成すものであるが、この種のパティキュレートの低減対策としては、排気ガスが流通する排気管の途中に、パティキュレートフィルタを装備することが従来より行われている。

この種のパティキュレートフィルタは、コージェライト等のセラミックから成る多孔質のハニカム構造を成し、格子状に区画された各流路の入口が交互に目封じされ、入口が目封じされていない流路については、その出口が目封じされるようになっており、各流路を区画する多孔質薄壁を透過した排気ガスのみが下流側へ排出される一方、排気ガス中のパティキュレートが多孔質薄壁の内側表面に捕集されるようになっている。

そして、排気ガス中のパティキュレートは、前記多孔質薄壁の内側表面に捕集されて堆積するので、目詰まりにより排気抵抗が増加しないうちにパティキュレートを適宜に燃焼除去してパティキュレートフィルタの再生を図る必要があるが、通常のディーゼルエンジンの運転状態においては、パティキュレートが自己燃焼するほどの高い排気温度が得られる機会が少ない為、ＰｔやＰｄ等を活性種とする酸化触媒をパティキュレートフィルタに一体的に担持させるようにしている。

即ち、このような酸化触媒を担持させたパティキュレートフィルタを採用すれば、捕集されたパティキュレートの酸化反応が促進されて着火温度が低下し、従来より低い排気温度でもパティキュレートを燃焼除去することが可能となるのである。

ただし、斯かるパティキュレートフィルタを採用した場合であっても、排気温度の低い運転領域では、パティキュレートの処理量よりも捕集量が上まわってしまうので、このような低い排気温度での運転状態が続くと、パティキュレートフィルタの再生が良好に進まずに該パティキュレートフィルタが過捕集状態に陥る虞れがある。

そこで、パティキュレートフィルタの前段にフロースルー型の酸化触媒を配置し、パティキュレートの堆積量が増加してきた段階でパティキュレートフィルタより上流側に燃料を添加してパティキュレートフィルタの強制再生を行うことが考えられている。

つまり、この燃料添加で生じた炭化水素が酸化触媒を通過する間に酸化反応し、その反応熱で昇温した排気ガスの流入により直後のパティキュレートフィルタの床温度が上げられてパティキュレートが燃やし尽くされ、パティキュレートフィルタの再生化が図られることになる（例えば、下記の特許文献１参照）。

尚、この種の燃料添加を実行するための具体的手段としては、圧縮上死点付近で行われる燃料のメイン噴射に続いて圧縮上死点より遅い非着火のタイミングでポスト噴射を行うことで排気ガス中に燃料を添加するのが一般的である。
特開２００３−１９３８２４号公報

しかしながら、図４に示す如く、この種のパティキュレートフィルタ１は、車両への搭載性などを考慮して排気管２の下流側のマフラ３などに装備されることが多いため、低負荷で低回転となるような運転領域で排気ガス４の温度が低下し且つその流量が減ることで流速が低下してしまうと、ディーゼルエンジン５から排気管２を通してパティキュレートフィルタ１まで導かれる間に、図５に断面で示す如き内部表面積の大きな排気管２を介し排気ガス４と外気との熱交換が進んで排気温度が大きく低下し、これによりパティキュレートフィルタ１の床温度も低下して強制再生に支障をきたすことが懸念された。

例えば、渋滞などで低負荷、低回転の運転状態が長時間に亘り継続してしまうと、パティキュレートフィルタ１の床温度が大きく低下してしまい、パティキュレートを良好に燃焼除去するために必要な温度まで床温度を上げるのが難しくなるため、強制再生に要する時間が長くなったり、パティキュレートの燃焼除去が良好に進まなかったりする虞れがあった（尚、図４中の符号の６は制動時に排気ガス４の流れを絞り込んでエンジンブレーキを増強するための排気ブレーキである）。

本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、低負荷、低回転の運転状態でも排気ガスを極力温度低下させずに下流側へ導き得るようにした排気管構造を提供することを目的としている。

本発明は、排気管の主要部分を一対の排気細管に分割して構成し、該各排気細管のうちの少なくとも何れか一方の流路に該流路を適宜に閉塞し得るよう流路閉塞手段を備えたことを特徴とする排気管構造、に係るものである。

而して、低負荷、低回転の運転状態となった時に各排気細管のうちの一方の流路を流路閉塞手段により閉塞すると、排気ガスが一本の細い排気細管を流れて下流側へ導かれる結果、該排気細管の内部表面積が従来の排気管よりも少なくて済む分だけ外気との熱交換の効率が下がり、しかも、流路断面積が狭まることで流速が高められて外気との熱交換時間が短縮されることになる。

また、本発明においては、各排気細管の両方に流路閉塞手段を備えると共に、該各流路閉塞手段を閉時でも僅かな隙間が確保されるように構成すると良く、このようにすれば、制動時に各排気細管の両方の流路閉塞手段を閉塞して排気ブレーキとして使用することが可能となる。

更に、本発明の排気管構造は、一対の排気細管で分割して構成された主要部分より下流側に、所定温度以上の比較的高い温度条件で性能を発揮する後処理装置を備えた場合に好適であり、このようにすれば、後処理装置に対し排気ガスを極力温度低下させずに導くことが可能となる結果、後処理装置が性能を発揮できる運転領域が従来より拡張されることになる。

例えば、後処理装置がパティキュレートフィルタである場合には、低負荷、低回転の運転状態となっても、パティキュレートフィルタの床温度を従来より高い床温度に保つことが可能であり、強制再生に要する時間が長くなったり、パティキュレートの燃焼除去が良好に進まなかったりする虞れが未然に回避され、また、強制再生を行わない運転状態にあっても、パティキュレートが自然着火して燃焼する機会が増えることになる。

上記した本発明の排気管構造によれば、下記の如き種々の優れた効果を奏し得る。

（Ｉ）本発明の請求項１に記載の発明によれば、低負荷、低回転の運転状態であっても、各排気細管のうちの一方の流路を流路閉塞手段により閉塞し、排気ガスを一本の細い排気細管を流して下流側へ導くことによって、該排気細管の内部表面積を少なく抑えて熱交換の効率を下げ且つ流速を高めて熱交換の時間を短縮することができるので、排気ガスを極力温度低下させずに下流側へ導くことができる。

（ＩＩ）本発明の請求項１に記載の発明によれば、一対の排気細管と流路閉塞手段とから成る比較的シンプルな構造とすることができるので、構造の複雑化を招くことなく安価なコストで実施することができる。

（ＩＩＩ）本発明の請求項２に記載の発明によれば、制動時に各排気細管の両方の流路閉塞手段を閉塞して排気ブレーキとして使用することができるので、既存の排気ブレーキを省略して設備コストの大幅な削減を図ることができる。

（ＩＶ）本発明の請求項３に記載の発明によれば、後処理装置に対し排気ガスを極力温度低下させずに導くことができるので、後処理装置が性能を発揮できる運転領域を従来より拡張することができる。

（Ｖ）本発明の請求項４に記載の発明によれば、低負荷、低回転の運転状態となっても、パティキュレートフィルタの床温度を従来より高い床温度に保つことができるので、パティキュレートフィルタの強制再生を支障なく良好に行わせることができ、また、強制再生を行わない運転状態にあっても、パティキュレートが自然着火して燃焼する機会を増やすことができる。

以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。

図１〜図３は本発明を実施する形態の一例を示すもので、図４及び図５と同一の符号を付した部分は同一物を表わしている。

図１及び図２に示す如く、本形態例においては、ディーゼルエンジン５の排気出口付近からマフラ３の入口付近に亘る排気管２の主要部分が、一対の排気細管７に分割されて構成されており、該各排気細管７の最上流部には、夫々の流路を適宜に閉塞する開閉バルブ８が流路閉塞手段として備えられている。

ただし、ここに図示している例では、各開閉バルブ８による流路の閉時でも僅かな隙間が確保されるようにしてあり、例え各開閉バルブ８を同時に閉めても、ディーゼルエンジン５側にエンジン停止などの不具合を招かない程度の必要最小限の排気ガス４の流量が確保されるようにしてある。

また、前記各開閉バルブ８は、アクチュエータ９によりリンク１０を介して個別に開閉操作されるようになっており、これら各アクチュエータ９は、各排気細管７が二股状に分岐する位置にサポート部材１１を介して固定設置されている。

一方、前記各アクチュエータ９は、エンジン制御コンピュータ（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）を成す制御装置１２からの制御信号１２ａにより制御されるようになっており、この制御装置１２には、アクセル開度をディーゼルエンジン５の負荷として検出するアクセルセンサ１３（負荷センサ）からの検出信号１３ａと、ディーゼルエンジン５の回転数を検出する回転センサ１４からの検出信号１４ａと、運転席の排気ブレーキスイッチ１５が手動操作によりオンとされた時に出力されるエキブレ信号１５ａとが入力されるようになっている。

そして、前記制御装置１２においては、アクセルセンサ１３及び回転センサ１４からの検出信号１３ａ，１４ａに基づき、現在の運転状態が所定温度以上の排気温度を得られないような低負荷、低回転の運転領域にあることが確認された際に、一方のアクチュエータ９に対し制御信号１２ａを出力して開閉バルブ８を片方だけ閉めるようにしてある。

ただし、排気ブレーキスイッチ１５からのエキブレ信号１５ａが入力されている条件下で、前記検出信号１３ａ，１４ａに基づき所定の回転数以上でありながらアクセルオフとなったことが確認された場合には、両方のアクチュエータ９に対し制御信号１２ａを出力して開閉バルブ８を両方とも閉めるようにしてある。

而して、低負荷、低回転の運転状態となった時に一方のアクチュエータ９に向け制御装置１２から制御信号１２ａが出力されて各排気細管７のうちの一方の流路が開閉バルブ８により閉塞されると、排気ガス４が一本の細い排気細管７を流れて下流側へ導かれる結果、該排気細管７の内部表面積が従来の排気管２よりも少なくて済む分だけ外気との熱交換の効率が下がり、しかも、流路断面積が狭まることで流速が高められて外気との熱交換時間が短縮されることになるので、下流側のパティキュレートフィルタ１に対し排気ガス４を極力温度低下させずに導くことが可能となる。

従って、上記形態例によれば、低負荷、低回転の運転状態であっても、排気ガス４を極力温度低下させずに下流側へ導くことができるので、低負荷、低回転の運転状態におけるパティキュレートフィルタ１の床温度を従来より高い床温度に保つことができ、これによって、パティキュレートフィルタ１の強制再生を支障なく良好に行わせることができ、しかも、強制再生を行わない運転状態にあっても、パティキュレートが自然着火して燃焼する機会を増やすことができる。

また、本形態例の排気管構造は、一対の排気細管７と開閉バルブ８とから成る比較的シンプルな構造とすることができるので、構造の複雑化を招くことなく安価なコストで実施することができるという利点もある。

更に、本形態例においては、制御装置１２にエキブレ信号１５ａが入力されている条件下で、所定の回転数以上でありながらアクセルオフとなったことが確認された場合に、両方のアクチュエータ９に対し制御信号１２ａを出力して開閉バルブ８を両方とも閉じ、該両開閉バルブ８を排気ブレーキとして使用することができるので、既存の排気ブレーキ６（図４参照）を省略して設備コストの大幅な削減を図ることができる。

尚、本発明の排気管構造は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、後処理装置にはパティキュレートフィルタ以外のものを用いても良く、例えば、排気ガス中のＮＯxの除去を目的としたＮＯx選択還元触媒やＮＯx吸蔵還元触媒等を後処理装置として備えたものであっても良いこと、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

本発明を実施する形態の一例を示す全体図である。 図１のＩＩ−ＩＩ矢視の断面図である。 図１の要部の詳細を示す拡大図である。 従来例を示す全体図である。 図４のＶ−Ｖ矢視の断面図である。

符号の説明

１ パティキュレートフィルタ（後処理装置）
２ 排気管
４ 排気ガス
７ 排気細管
８ 開閉バルブ（流路閉塞手段）

Claims (4)

1. 排気管の主要部分を一対の排気細管に分割して構成し、該各排気細管のうちの少なくとも何れか一方の流路に該流路を適宜に閉塞し得るよう流路閉塞手段を備えたことを特徴とする排気管構造。
2. 各排気細管の両方に流路閉塞手段を備えると共に、該各流路閉塞手段を閉時でも僅かな隙間が確保されるように構成したことを特徴とする請求項１に記載の排気管構造。
3. 一対の排気細管で分割して構成された主要部分より下流側に、所定温度以上の比較的高い温度条件で性能を発揮する後処理装置を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の排気管構造。
4. 後処理装置がパティキュレートフィルタであることを特徴とする請求項３に記載の排気管構造。

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