JP2008163915A - Exhaust emission control device for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関の排気から粒子状物質を捕集し、浄化した排気を排出する内燃機関の排気浄化装置に関する。 The present invention relates to an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine that collects particulate matter from the exhaust gas of the internal combustion engine and discharges the purified exhaust gas.
従来、内燃機関の排気に含まれる黒煙又はその他の粒子状物質を捕集する排気浄化装置として、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)。このような排気浄化装置では、フィルタが目詰まりすると、フィルタの排気下流側からの逆洗エアの吹込みによってフィルタの捕集物質を払い落してフィルタを再生することが行われる。その場合、フィルタを二個並列に設け、片方のフィルタを粒子状物質の捕集に使用し、そのフィルタが目詰まりしたら排気を他方のフィルタに切り換え、その間に目詰まりしたフィルタを再生させるようにしている。 Conventionally, as an exhaust purification device that collects black smoke or other particulate matter contained in the exhaust gas of an internal combustion engine, an exhaust passage provided with a filter that collects particulate matter contained in the exhaust is known. (For example, refer to Patent Document 1 and Patent Document 2). In such an exhaust purification device, when the filter is clogged, the filter collection material is removed by blowing backwash air from the exhaust downstream side of the filter to regenerate the filter. In that case, two filters are provided in parallel, and one filter is used to collect particulate matter. If the filter is clogged, switch the exhaust to the other filter and regenerate the clogged filter in the meantime. ing.
特許文献3は、排ガス浄化設備の一つとして、高温の含塵ガスをバグフィルタ式集塵機に供給してその粉塵を捕集し、さらに上記バグフィルタに付着した粉塵を逆洗エアの吹込みによって払い落とすようにした排気ガス浄化装置を開示している。特許文献4は、プリーツの内外の折り目がそれぞれ周方向にそって並ぶように全体として筒状に形成されているプリーツフィルタを備えたフィルタ装置を開示している。 In Patent Document 3, as one of the exhaust gas purification facilities, a high-temperature dust-containing gas is supplied to a bag filter type dust collector to collect the dust, and further, the dust adhering to the bag filter is blown by backwash air blowing. An exhaust gas purifying device that is made to be removed is disclosed. Patent Document 4 discloses a filter device including a pleat filter that is formed in a tubular shape as a whole so that folds on the inside and outside of the pleat are aligned along the circumferential direction.
特許文献1又は特許文献2の排気浄化装置のように排気通路にフィルタを設け、排気をその圧力によりフィルタに通すようにすると、排気通路の背圧が高くなる。しかし、例えば発電用内燃機関などのように許容背圧が低く設定される内燃機関では、排気通路に排気浄化装置を設けることによって生じる背圧の上昇を抑えたいという要請がある。また、例えばテストベンチに内燃機関を持ち込んで性能試験を行うときには、排気通路に排気浄化装置を接続することによって生じる背圧上昇がエンジン性能に影響を及ぼさないようにしたいという要請がある。 When a filter is provided in the exhaust passage as in the exhaust gas purification device of Patent Document 1 or Patent Document 2 and exhaust gas is allowed to pass through the filter by its pressure, the back pressure of the exhaust passage increases. However, in an internal combustion engine in which the allowable back pressure is set to be low, such as an internal combustion engine for power generation, there is a demand for suppressing an increase in back pressure caused by providing an exhaust purification device in the exhaust passage. Further, for example, when a performance test is performed by bringing an internal combustion engine into a test bench, there is a demand for preventing an increase in back pressure caused by connecting an exhaust purification device to the exhaust passage from affecting the engine performance.
そこで、特許文献3のようにフィルタの排気下流側に送風機を設け、この送風機によりフィルタを介して排気を吸引し、これによって排気をフィルタに通過させることが考えられる。このようにすれば、排気通路の背圧が高くならず、背圧上昇を避けたい内燃機関の排気浄化に好適である。 Therefore, it is conceivable that a blower is provided on the exhaust downstream side of the filter as in Patent Document 3, and the exhaust is sucked through the filter by this blower, thereby allowing the exhaust to pass through the filter. This is suitable for exhaust gas purification of an internal combustion engine in which the back pressure of the exhaust passage does not increase and it is desired to avoid an increase in the back pressure.
しかし、フィルタの排気下流側で送風機を用いて排気を吸引しているときに、同じくフィルタの排気下流側からフィルタに向かって逆洗エアの吹き込みを行うと、送風機により実現された負圧の雰囲気のなかに逆洗エアの吹き込みが行われるので、逆洗の効果が低下し、排気浄化装置が正常に機能しにくい。特に比重の小さい物質がフィルタに捕集されているときには、この傾向が強い。その場合、特許文献1又は特許文献2のようにフィルタを二個並列に設け、これを切り換え使用することが考えられる。すなわち、片方のフィルタを粒子状物質の捕集に使用し、そのフィルタが目詰まりしたら排気を他方のフィルタに切り換え、その間に目詰まりしたフィルタの側で送風機を停め、逆洗エアの吹き込みを行ってフィルタを再生させるというものである。しかし、そのようにすると、フィルタ及び通路が二系統必要になるので、構造が複雑になり、コスト的に高くつくし、占有スペースが大きくなるという問題を招く。 However, when the exhaust air is sucked using the blower on the exhaust downstream side of the filter, if the backwash air is blown from the exhaust downstream side of the filter toward the filter, the negative pressure atmosphere realized by the blower is obtained. Since backwashing air is blown into the inside, the effect of backwashing is reduced, and the exhaust purification device is unlikely to function normally. This tendency is particularly strong when substances having a small specific gravity are collected in the filter. In that case, it is conceivable to provide two filters in parallel as in Patent Document 1 or Patent Document 2 and use them by switching them. That is, one filter is used to collect particulate matter, and when the filter is clogged, the exhaust is switched to the other filter, while the blower is stopped on the clogged filter side and backwash air is blown in. The filter is regenerated. However, if this is done, two systems of filters and passages are required, which complicates the structure, increases costs, and increases the occupied space.
また、フィルタの材質によっては排気による熱負荷でフィルタの耐久性が損なわれるおそれがある。特に特許文献3のようなバグフィルタや特許文献4のようなプリーツフィルタを用いた場合、そのことが大きな問題になる。 Further, depending on the material of the filter, the durability of the filter may be impaired by the heat load caused by the exhaust. In particular, when a bug filter as in Patent Document 3 or a pleated filter as in Patent Document 4 is used, this becomes a big problem.
本発明はこのような点に着目してなされたものであり、その目的とするところは、フィルタの排気下流側に設けた送風機により内燃機関の排気を周辺の外気と共に吸引して排気の粒子状物質をフィルタで捕集し、逆洗エアの吹き込み時には送風機の吸入側を外部に開放して負圧を緩和することにより、単一のフィルタによる排気浄化をスムーズに行って構造の簡単化、コスト低減および占有スペースの削減を実現でき、逆洗エアの吹き込み力を確保して逆洗効果を向上でき、フィルタの熱負荷を低減できる、背圧上昇を避けたい内燃機関に好適な排気浄化装置を提供することにある。 The present invention has been made paying attention to such points, and the object of the present invention is to suck the exhaust of the internal combustion engine together with the surrounding outside air by a blower provided on the exhaust downstream side of the filter, and form particulates of the exhaust. Material is collected with a filter, and when the backwash air is blown in, the suction side of the blower is opened to the outside and the negative pressure is eased. An exhaust purification system suitable for internal combustion engines that can reduce back pressure and increase the back pressure, increase the backwash effect by securing the backwash air blowing force, reduce the thermal load of the filter, and avoid back pressure rise It is to provide.
上記目的を達成するため、本発明の内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の排気通路から出る排気を周辺の外気と共に吸引し、排気に含まれる粒子状物質を捕集し、浄化した排気を排出する内燃機関の排気浄化装置である。この内燃機関の排気浄化装置は、内部に捕集用空間が設けられた本体ケースと、この本体ケースに、上記捕集用空間を汚染側空間と清浄側空間とに仕切るように設けられ、排気に含まれる粒子状物質を捕集するフィルタと、上記本体ケースに、汚染側空間に連通するように設けられ、周辺の外気に連通する開放部が設けられた吸入部と、上記本体ケースに、清浄側空間に連通するように設けられた排出部と、この排出部に連通する清浄側通路と、この清浄側通路に設けられた送風機と、上記本体ケースに、清浄側空間に臨んで設けられ、フィルタに向かって高圧エアを噴射する高圧エア噴射装置と、上記清浄側通路における送風機よりも本体ケースに近い部位に連通するバイパス通路と、このバイパス通路に設けられた常閉のバイパス弁とを備え、粒子状物質の捕集時には高圧エア噴射装置を不作動とし、送風機を作動させて内燃機関の排気通路から出る排気を開放部から入る周辺の外気と共に吸入部から本体ケースの汚染側空間へ吸引し、フィルタで粒子状物質を捕集し、浄化された排気を本体ケースの清浄側空間、清浄側通路を通して外部に排出し、逆洗時には送風機を作動させたままでバイパス弁を開いて清浄側空間の負圧を緩和し、高圧エア噴射装置を作動させてフィルタの逆洗を行うように構成している。 In order to achieve the above object, an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention sucks exhaust gas coming out of an exhaust passage of the internal combustion engine together with ambient outside air, collects particulate matter contained in the exhaust gas, and purifies the purified exhaust gas. An exhaust emission control device for an internal combustion engine that discharges. The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine is provided with a main body case provided with a collection space inside, and provided in the main body case so as to partition the collection space into a contamination side space and a clean side space. A filter that collects particulate matter contained in the main body case, the main body case, provided to communicate with the contaminated space, an inhalation portion provided with an open portion that communicates with surrounding outside air, and the main body case, A discharge part provided to communicate with the clean side space, a clean side passage communicating with the discharge part, a blower provided in the clean side path, and the main body case provided facing the clean side space. A high-pressure air injection device that injects high-pressure air toward the filter, a bypass passage communicating with a portion closer to the main body case than the blower in the clean side passage, and a normally closed bypass valve provided in the bypass passage When the particulate matter is collected, the high-pressure air injection device is deactivated, the blower is activated, and the exhaust gas from the exhaust passage of the internal combustion engine enters the open side of the exhaust air from the inlet to the contamination side space of the main body case. Suction, collect particulate matter with a filter, exhaust the purified exhaust gas through the clean side space and clean side passage of the main body case, and open the bypass valve with the blower open during backwashing. The negative pressure in the space is relaxed, and the high pressure air injection device is operated to perform backwashing of the filter.
浄化運転を行って粒子状物質を捕集するときには、高圧エア噴射装置が不作動となり、送風機が作動して内燃機関の排気通路から出る排気が開放部から入る周辺の外気と共に吸入部から本体ケースの汚染側空間へ吸引され、フィルタで粒子状物質が捕集され、浄化された排気が本体ケースの清浄側空間、清浄側通路を通って外部に排出される。一方、逆洗運転を行ってフィルタを逆洗するときには、送風機が作動したままでバイパス弁が開いて清浄側空間の負圧が緩和されるので、高圧エア噴射装置が作動すると、逆洗エアの吹き込み力が確保され、フィルタの逆洗が強力に行われる。 When the particulate matter is collected by performing the purification operation, the high-pressure air injection device is deactivated, the blower is activated, and the exhaust from the exhaust passage of the internal combustion engine enters from the opening portion together with the surrounding outside air from the suction portion to the main body case. The particulate matter is collected by the filter, and the purified exhaust gas is discharged to the outside through the clean side space and the clean side passage of the main body case. On the other hand, when the filter is backwashed by performing the backwash operation, the bypass valve is opened while the blower is operating and the negative pressure in the clean side space is relieved. The blowing force is secured, and the backwashing of the filter is performed strongly.
その場合、送風機により排気を吸引するので、内燃機関の排気通路の背圧上昇が避けられる。また、単一のフィルタによって排気浄化が行われるので、排気浄化装置の構造の簡単化、コスト低減および占有スペースの削減が実現される。また、送風機の停止、再起動を行うものではないので、応答性に優れており、浄化運転、逆洗運転の切り換えがスムーズに行われる。逆洗運転を行うと清浄側空間の負圧が緩和されることから排気吸入量が減るが、吸入部に周辺の外気に連通する開放部が設けられているので、排気が本体ケースに入りきらないときには排気が開放部から外部へ出る。そのため、排気通路の背圧が高くなったり、本体ケースの内圧が高くなることはない。さらに、排気通路から出る排気を周辺の外気と共に吸引するので、外気の希釈によって排気温度が低くなることから、フィルタの熱負荷が低減される。 In that case, exhaust air is sucked in by the blower, so that an increase in the back pressure in the exhaust passage of the internal combustion engine can be avoided. Further, since exhaust purification is performed by a single filter, the structure of the exhaust purification device can be simplified, the cost can be reduced, and the occupied space can be reduced. In addition, since the blower is not stopped or restarted, the responsiveness is excellent, and the switching between the purification operation and the backwash operation is performed smoothly. When backwashing operation is performed, the negative pressure in the clean side space is relieved, so the amount of exhaust suction is reduced.However, since the suction part is provided with an open part that communicates with the surrounding outside air, exhaust does not enter the body case. When there is no exhaust, the exhaust goes out from the open part. Therefore, the back pressure of the exhaust passage does not increase and the internal pressure of the main body case does not increase. Furthermore, since the exhaust gas discharged from the exhaust passage is sucked together with the surrounding outside air, the exhaust gas temperature is lowered by dilution of the outside air, so that the heat load of the filter is reduced.
本発明の内燃機関の排気浄化装置は、吸入部の入口が外部に向かって漏斗状に広がっており、この入口と内燃機関の排気通路の末端部との間を離間させて配置することにより、排気通路の末端部と吸入部の入口との間に開放部が設けられるようにしてもよい。 In the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine of the present invention, the inlet of the suction portion extends in a funnel shape toward the outside, and by disposing the inlet and the end portion of the exhaust passage of the internal combustion engine apart from each other, An open portion may be provided between the end portion of the exhaust passage and the inlet of the suction portion.
このようにすれば、排気浄化装置の吸入部を排気通路に直接接続しなくてもよいので、浄化対象となる内燃機関を選ばず、排気浄化装置の設置作業が比較的簡単である。 In this way, since it is not necessary to directly connect the suction part of the exhaust purification device to the exhaust passage, it is relatively easy to install the exhaust purification device regardless of the internal combustion engine to be purified.
本発明の内燃機関の排気浄化装置は、吸入部の入口が内燃機関の排気通路に接続できるように構成され、吸入部における入口よりも本体ケースに近い部位に、一端が外気に連通する空気導入通路の他端が接続され、この空気導入通路により開放部が構成されてもよい。 The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention is configured so that an inlet of an intake portion can be connected to an exhaust passage of the internal combustion engine, and an air introduction whose one end communicates with outside air at a portion closer to the main body case than the inlet of the intake portion. The other end of the passage may be connected, and the open portion may be configured by the air introduction passage.
このようにすれば、空気導入通路の一端の位置を適宜にレイアウトできるので、外気の取り入れ先、溢れる排気の排出先を決める自由度が高くなる。 In this way, since the position of one end of the air introduction passage can be appropriately laid out, the degree of freedom in determining the outside air intake destination and the overflow exhaust destination increases.
本発明の内燃機関の排気浄化装置は、所定の容積を有して空気導入通路に連通するバッファタンクが設けられてもよい。 The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine of the present invention may be provided with a buffer tank having a predetermined volume and communicating with the air introduction passage.
このようにすれば、逆洗時に本体ケースに入りきらない排気がバッファタンクに溜まるので、排気が開放部から外部へ溢れることが防止される。 In this way, exhaust that does not enter the main body case during backwashing accumulates in the buffer tank, so that the exhaust is prevented from overflowing from the open portion to the outside.
本発明の内燃機関の排気浄化装置は、フィルタが、襞折りされた濾材をほぼ円筒状に一巻きしてなる濾過部を備えたプリーツフィルタであってよい。 In the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention, the filter may be a pleated filter including a filtering part formed by winding a folded filter material into a substantially cylindrical shape.
このようにすれば、セラミックフィルタなどに較べて安価なプリーツフィルタを用いることで排気浄化装置のコスト低減が実現する。また、プリーツフィルタはセラミックフィルタなどに較べて耐熱性に乏しいので、外気の希釈によるフィルタ熱負荷低減によって導かれるフィルタ耐久性向上という効果が顕著に現れる。 In this way, the cost of the exhaust emission control device can be reduced by using a pleated filter that is less expensive than a ceramic filter or the like. In addition, since the pleated filter has poor heat resistance compared to a ceramic filter or the like, the effect of improving the filter durability, which is derived by reducing the heat load of the filter due to dilution of the outside air, appears significantly.
本発明の内燃機関の排気浄化装置は、フィルタ又はその支持部材に、これに振動を与える加振装置を設けてもよい。 In the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine of the present invention, a vibration device that applies vibration to the filter or its support member may be provided.
このようにすれば、振動によってフィルタに付着した捕集物質がふるい落とされる。 If it does in this way, the collection substance adhering to the filter by vibration will be screened off.
本発明は、フィルタの排気下流側に設けた送風機により内燃機関の排気を周辺の外気と共に吸引して排気の粒子状物質をフィルタで捕集し、逆洗エアの吹き込み時には送風機の吸入側を外部に開放して負圧を緩和するようにしたので、単一のフィルタによる排気浄化をスムーズに行って構造の簡単化、コスト低減および占有スペースの削減を実現でき、逆洗エアの吹き込み力を確保して逆洗効果を向上でき、フィルタの熱負荷を低減でき、背圧上昇を避けたい内燃機関に好適な排気浄化装置を提供することができた。 The present invention sucks the exhaust gas of the internal combustion engine together with the surrounding outside air by a blower provided on the exhaust downstream side of the filter and collects particulate matter of the exhaust by the filter, and externally connects the suction side of the blower when backwashing air is blown Since the negative pressure is relieved by releasing the air, the exhaust purification by a single filter can be performed smoothly to simplify the structure, reduce the cost and reduce the occupied space, and ensure the backwash air blowing force Thus, the backwashing effect can be improved, the heat load of the filter can be reduced, and an exhaust purification device suitable for an internal combustion engine that wants to avoid an increase in back pressure can be provided.
吸入部の入口を外部に向かって漏斗状に広げ、この入口と内燃機関の排気通路の末端部との間を離間させて配置することにより、排気通路の末端部と吸入部の入口との間に開放部が設けられるときには、排気浄化装置の吸入部を排気通路に直接接続しなくてもよいので、浄化対象となる内燃機関を選ばず、排気浄化装置の設置作業が比較的簡単である。 The inlet of the intake section is expanded in a funnel shape toward the outside, and the inlet and the end of the exhaust passage of the internal combustion engine are spaced apart from each other, so that the end of the exhaust passage and the inlet of the intake section are spaced apart. When the open portion is provided in the exhaust pipe, the intake portion of the exhaust purification device does not have to be directly connected to the exhaust passage, so that the installation operation of the exhaust purification device is relatively simple regardless of the internal combustion engine to be purified.
吸入部の入口を内燃機関の排気通路に接続できるように構成し、吸入部における入口よりも本体ケースに近い部位に、一端が外気に連通する空気導入通路の他端を接続し、この空気導入通路により開放部を構成したときには、空気導入通路の一端の位置を適宜にレイアウトできるので、外気の取り入れ先、溢れる排気の排出先を決める自由度が高くなる。 The inlet of the suction portion is configured to be connected to the exhaust passage of the internal combustion engine, and the other end of the air introduction passage whose one end communicates with the outside air is connected to a portion closer to the main body case than the inlet of the suction portion. When the open portion is constituted by the passage, the position of one end of the air introduction passage can be appropriately laid out, so that the degree of freedom in determining the outside air intake destination and the overflow exhaust destination is increased.
空気導入通路に連通するバッファタンクを設けたときには、逆洗時に排気が開放部から外部へ溢れることを防止できる。 When a buffer tank communicating with the air introduction passage is provided, exhaust can be prevented from overflowing from the open portion to the outside during backwashing.
フィルタを、襞折りされた濾材をほぼ円筒状に一巻きしてなる濾過部を備えたプリーツフィルタとしたときには、排気浄化装置のコスト低減を実現でき、また外気の希釈によるフィルタ熱負荷低減によって導かれるフィルタ耐久性向上という効果が顕著に現れる。 When the filter is a pleated filter having a filter part formed by winding a folded filter material into a substantially cylindrical shape, the cost of the exhaust gas purification device can be reduced, and the filter heat load can be reduced by diluting the outside air. The effect of improving the filter durability is noticeable.
フィルタ又はその支持部材に、これに振動を与える加振装置を設けたときには、振動によってフィルタに付着した捕集物質を効果的に除去することができる。 When the filter or its supporting member is provided with a vibration device that applies vibration to the filter, the trapped substance attached to the filter by vibration can be effectively removed.
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。図1は第1実施形態の内燃機関の排気浄化装置100を示す。この排気浄化装置100により排気浄化を行う内燃機関はシリンダ内に燃料が噴射される内燃機関であり、公知のディーゼル機関である。内燃機関は、シリンダと、このシリンダに摺動可能に嵌挿されたピストンと、シリンダに連通してシリンダに吸気を供給する吸気通路と、シリンダに連通してシリンダから排出される排気を通す排気通路200とを備えている(排気通路以外は図示を省略)。吸気通路は、例えばエアクリーナ、吸気管、吸気マニフォールドなどの部材の内部通路により一連に構成されており、エアクリーナから導入された吸気が吸気管を通り、吸気マニフォールドからシリンダに吸気が導入される。排気通路200は、例えば排気マニフォールド、排気管などの部材の内部通路により一連に構成されており、シリンダからの排気が排気マニフォールドへ導出され、排気管を通って大気に放出される。吸気通路及び排気通路の構成はこれに限定されるものではない。この実施形態の内燃機関は、自然吸気の内燃機関であるが、本発明の対象とする内燃機関には、公知の排気ターボ過給器を備えた内燃機関が含まれる。また、本発明の対象とする内燃機関には、ガソリンを燃料としてシリンダ内に燃料が噴射される内燃機関も含まれるし、さらに公知のガソリン機関も含まれる。この実施形態の内燃機関は発電装置駆動用の内燃機関であって敷地に定着されている。しかし、本発明の対象とする内燃機関は、自動車又はその他の輸送用機器に搭載した内燃機関であってもよいし、例えば発電装置駆動用の内燃機関以外であっても敷地に定着した内燃機関であってもよく、用途は限定されない。実施形態の対象となる内燃機関の燃焼方式又は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。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows an exhaust
この排気浄化装置100は、内燃機関の排気通路200から出る排気を周辺の外気と共に吸引し、排気に含まれる粒子状物質を捕集し、浄化した排気を排出するものである。この排気浄化装置100は本体ケース110を備えており、この本体ケース110の内部には捕集用空間111が設けられている。この本体ケース110の内部には、排気に含まれる粒子状物質を捕集するフィルタ120が設けられている。このフィルタ120は、上記捕集用空間111を汚染側空間111aと清浄側空間111bとに仕切るように設けられている。
The exhaust
図4及び図5に示すように、このフィルタ120は、襞折りされた濾材をほぼ円筒状に一巻きしてなる濾過部121を備えたプリーツフィルタである。濾材は、ポリエステル及びPPSによりほぼ薄板状に形成されているが、濾過機能を有すれば、これ以外の材料、形状であってもよい。耐熱性ではセラミックフィルタの方が勝っている。襞折りは、図5に示すように、濾材に山折り、谷折りを連続して行い、W字が連なったように形成することである。濾過部121は、襞折りされた濾材をほぼ円筒状に一巻きすることで、プリーツの内外の折り目がそれぞれ周方向にそって並び、図5に示すように折り目の方向にみるとほぼ星形に形成されており、内側に両端の開口部に連通する連通部121aが形成されている。図4及び図5に示すように、濾過部121の一方の開口部には、中央付近にほぼ連通部121aの開口に対応した形状の開口を有し且つ濾過部121の外径にほぼ等しい直径を有する中抜き円盤124が濾材に接触するように設けられ、他方の開口部には、濾過部121の外径にほぼ等しい直径を有する円盤125が濾材に接触するように設けられてこの開口部を塞いでいる。本体ケース110の内部には、フィルタ120と共に捕集用空間111を汚染側空間111aと清浄側空間111bとに仕切る仕切り板112が設けられ、この仕切り板112にほぼ上記連通部121aの開口に対応した形状の開口が設けられている。そして、フィルタ120は、中抜き円盤124の開口を仕切り板112の開口に合わせるようにして汚染側空間側に配置されている。122は、仕切り板112と共にフィルタ120を挟持して支持する支持部材である。よって、汚染側空間111aにある排気が濾過部121を通過して連通部121aから清浄側空間111bへ流れていくと、この間に濾過部121により排気から粒子状物質を捕集するようになっている。プリーツフィルタは他の公知のものの構成でもよく、この実施形態によって構成が限定されるものではない。この支持部材122には、この支持部材122に振動を与える公知の加振装置123が設けられている。加振装置123は、例えば公知のエアー駆動のピストンバイブレータなどであるが、他の作動原理で振動を発生するものであってもよい。加振装置は、フィルタ120又はそれに接触する部材に設けるようにしてもよい。
As shown in FIGS. 4 and 5, the
上記本体ケース110には、汚染側空間111aに連通するように吸入部130が設けられている。この吸入部130は、本体ケース110における汚染側空間111aに対応する部位に接続され、外部へ延びて内部に排気を通す通路が形成された管又は管状部材により設けているが、これに代えて開口により設けてもよい。そして、吸入部130には、周辺の外気に連通する開放部131が設けられている。この実施形態では、吸入部130の入口132が外部に向かって漏斗状に広がっており、この入口132と内燃機関の排気通路200の末端部との間を離間させて配置することにより、排気通路200の末端部と吸入部130の入口132との間に開放部131が設けられるようにしている。
The
上記本体ケース110には、清浄側空間111bに連通するように排出部140が設けられている。この排出部140は、本体ケース110における清浄側空間111bに対応する部位に開口する開口により設けているが、これに代えて、この部位に接続され、外部へ延びて内部に排気を通す通路が形成された管又は管状部材により設けてもよい。この排出部140には清浄側通路150が連通している。この清浄側通路150は、排出部140に接続されて外部へ延びる管又は管状部材の内部通路により設けられている。この清浄側通路150の中途部には公知の送風機160が設けられている。送風機160の圧力比は、一般の送風機の範疇に入るものであるが、ポンプの範疇に入るものであっても本発明に適用することができる。一つの実施例を挙げると、例えば最大吐出圧力が約6kPaの送風機の回転数を制御して、フィルタ前後の差圧が約2ないし3kPaになる範囲で使用する。この場合、圧力比は約1.03になる。また、本体ケース110には高圧エア噴射装置171が設けられている。この高圧エア噴射装置171は、清浄側空間111bに臨んで設けられ、フィルタ120に向かって高圧エアを噴射する機能を発揮する。この実施形態では高圧エア噴射装置171のノズル部がフィルタ120の連通部121aの開口に向かって配置され、ノズル部からの高圧エアを連通部121aに向かって噴出するようになっている。しかし、ノズル部の配置はこれに限定されない。高圧エア噴射装置171にはコンプレッサ173から一旦エアタンク172に送られた高圧エアが供給されているが、この構成によって本発明の高圧エア噴射装置の解釈が限定されるものではない。
The
そして、上記清浄側通路150における送風機160よりも本体ケース110に近い部位にバイパス通路181が連通している。このバイパス通路181は、清浄側通路150における送風機160よりも本体ケース110に近い部位に一端が接続し且つ他端が外部へ延びて開放された管又は管状部材により設けられている。この部位に開口を設けるだけでバイパス通路を設けてもよい。そして、このバイパス通路181には公知の弁よりなる常閉のバイパス弁182が設けられている。このバイパス弁182は、通常は閉じているが、電気信号を受けると開く。バイパス弁は常閉の弁であればよく、その作動原理、構造を限定するものではない。また、清浄側通路にバイパス通路を複数本連通させ、それぞれにバイパス弁を設けてもよい。
The
そして、粒子状物質の捕集時には高圧エア噴射装置171を不作動とし、送風機160を作動させて内燃機関の排気通路200から出る排気を開放部131から入る周辺の外気と共に吸入部130から本体ケース110の汚染側空間111aへ吸引し、フィルタ120で粒子状物質を捕集し、浄化された排気を本体ケース110の清浄側空間111b、清浄側通路150を通して外部に排出し、逆洗時には送風機160を作動させたままでバイパス弁182を開き、周辺の外気をバイパス通路181を介して清浄側空間111bに導入し、これによって清浄側空間111bの負圧を緩和し、高圧エア噴射装置171を作動させてフィルタ120の逆洗を行うように構成している。この実施形態の場合、これらの作動を制御装置190により制御する。この制御装置190は高圧エア噴射装置171と、バイパス弁182と、加振装置123に電気的に接続されており、これらに電気信号を送り、各装置の作動を制御するようになっている。制御装置190は電気回路を有しており、そのタイマー機能により、排気浄化装置100の作動開始から設定時間が経過するとバイパス弁182に開信号を送ってバイパス弁182を開き、高圧エア噴射装置171に噴射作動信号を送ってそのノズル部から高圧エアを連通部121aに向かって所定時間又は所定量だけ噴出させ、バイパス弁182への開信号の送信をとめて浄化運転に戻るように制御する。また、排気浄化装置100の作動開始から先の設定時間と同じ設定時間か又は別の設定時間が経過すると加振装置123に作動信号を送って振動を発生させる。図5にピッチの密な斜線で示したように、浄化運転によりフィルタ120の外表面に捕集物質Tが付着するが、加振装置123が振動を発生すると、濾過部121が振動することにより、フィルタ120の外表面に付着した捕集物質Tが谷折りされた濾材から剥がれ落ちて円盤125の上に溜まる。図4に斜線で示したものが溜まった捕集物質Tであり、図5ではピッチの粗い斜線により濾過部121の特定の谷折り部から円盤125上に落ちて溜まった捕集物質Tを示している。制御装置はCPU、メモリなどを有するコンピュータを備えたものであってもよい。しかし、逆洗時の制御方法はこれに限定されるものではなく、送風機を作動させたままでバイパス弁を開いて清浄側空間の負圧を緩和し、高圧エア噴射装置を作動させてフィルタの逆洗を行うように制御すればよい。例えば、設定時間に応じて各装置の作動を制御するのではなく、内燃機関の負荷、回転速度、冷却水温度、キースイッチ開閉状態又はその他の状態量を検出する検出手段からの検出信号を受け、制御装置により、それらに基づいて各装置の作動を制御するようにしてもよい。
When the particulate matter is collected, the high-pressure
第1実施形態の作用を説明する。図2に示すように、浄化運転を行って粒子状物質を捕集するときには、高圧エア噴射装置171が不作動となり、送風機160が作動して内燃機関の排気通路200から出る排気が開放部131から入る周辺の外気と共に吸入部130から本体ケース110の汚染側空間111aへ吸引され、フィルタ120で粒子状物質が捕集され、浄化された排気が本体ケース110の清浄側空間111b、清浄側通路150を通って外部に排出される。一方、図3に示すように、制御装置190の制御により、逆洗運転を行ってフィルタ120を逆洗するときには、送風機160が作動したままでバイパス弁182が開いて清浄側空間111bの負圧が緩和されるので、高圧エア噴射装置171が作動すると、逆洗エアの吹き込み力が確保され、フィルタ120の逆洗が強力に行われる。
The operation of the first embodiment will be described. As shown in FIG. 2, when the particulate matter is collected by performing the purification operation, the high-pressure
その場合、送風機160により排気を吸引するので、内燃機関の排気通路200の背圧上昇が避けられる。また、単一のフィルタ120によって排気浄化が行われるので、排気浄化装置100の構造の簡単化、コスト低減および占有スペースの削減が実現される。また、送風機160の停止、再起動を行うものではないので、応答性に優れており、浄化運転、逆洗運転の切り換えがスムーズに行われる。逆洗運転を行うと清浄側空間111bの負圧が緩和されることから排気吸入量が減るが、吸入部130に周辺の外気に連通する開放部131が設けられているので、排気が本体ケース110に入りきらないときには排気が開放部131から外部へ出る。そのため、排気通路200の背圧が高くなったり、本体ケース110の内圧が高くなることはない。さらに、排気通路200から出る排気を周辺の外気と共に吸引するので、外気の希釈によって排気温度が低くなることから、フィルタ120の熱負荷が低減される。
In that case, exhaust air is sucked in by the
本発明の内燃機関の排気浄化装置は、送風機が作動すると内燃機関の排気通路から出る排気を開放部から入る周辺の外気と共に吸入部から本体ケースの汚染側空間へ吸引するように構成されておればよい。しかし、上記実施形態においては、吸入部130の入口132が外部に向かって漏斗状に広がっており、この入口132と内燃機関の排気通路200の末端部との間を離間させて配置することにより、排気通路200の末端部と吸入部130の入口132との間に開放部131が設けられるようにした。このようにすれば、排気浄化装置100の吸入部130を排気通路200に直接接続しなくてもよいので、浄化対象となる内燃機関を選ばず、排気浄化装置100の設置作業が比較的簡単である。
The internal combustion engine exhaust gas purification apparatus according to the present invention is configured so that when the blower is operated, the exhaust gas discharged from the exhaust passage of the internal combustion engine is sucked from the suction portion into the contamination side space of the main body case together with the surrounding outside air entering from the open portion. That's fine. However, in the above-described embodiment, the
本発明の内燃機関の排気浄化装置は、フィルタの種類を限定しない。したがって、目封じタイプ、多孔体タイプ、繊維タイプ又はその他の粒子状物質捕集用の公知のフィルタを用いることができ、また材質面でいえばセラミック、金属又はその他の材料により構成された粒子状物質捕集用の公知のフィルタを用いることができる。しかし、上記実施形態においては、フィルタ120を、襞折りされた濾材をほぼ円筒状に一巻きしてなる濾過部121を備えたプリーツフィルタとした。このようにすれば、セラミックフィルタなどに較べて安価なプリーツフィルタを用いることで排気浄化装置100のコスト低減が実現する。また、プリーツフィルタはセラミックフィルタなどに較べて耐熱性に乏しいので、外気の希釈によるフィルタ120の熱負荷低減によって導かれるフィルタの耐久性向上という効果が顕著に現れる。公知のバグフィルタを用いたときにも、これと類似の作用及び効果が得られる。
The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine of the present invention does not limit the type of filter. Therefore, a known filter for collecting plugging type, porous body type, fiber type or other particulate matter can be used, and in terms of material, it is particulate made of ceramic, metal or other material. A known filter for collecting substances can be used. However, in the above-described embodiment, the
本発明の内燃機関の排気浄化装置は、加振装置を設けずに、フィルタに付着した捕集物質がその自重などによってフィルタから剥がれ落ちるようにしてもよい。しかし、上記実施形態においては、フィルタ120又はその支持部材122に、これに振動を与える加振装置123を設けた。このようにすれば、振動によってフィルタ120に付着した捕集物質が良好にふるい落とされ、フィルタに付着した捕集物質を効果的に除去することができる。
The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention may be configured such that the trapped substance attached to the filter is peeled off from the filter by its own weight or the like without providing a vibration device. However, in the above embodiment, the
図6は、第2実施形態の内燃機関の排気浄化装置100を示す。この実施形態では、吸入部の開放部の構成が第1実施形態の場合と異なっているが、それ以外の構成は第1実施形態の場合と同一である。第1実施形態の排気浄化装置100と同一の機能を発揮する各部には上記第1実施形態で用いた符号と同一の符号を付して、その説明を省略する。この実施形態では、第1実施形態と同様に、吸入部130は、本体ケース110における汚染側空間111aに対応する部位に接続され、外部へ延びて内部に排気を通す通路が形成された管又は管状部材により設けている。そして、吸入部130の入口132が内燃機関の排気通路200に接続できるように構成されている。これは、入口132にフランジを設け、これを排気通路200の末端部に、排気が漏れないように接続することなどで対応するが、他の接続構造としてもよい。そして、吸入部130には、周辺の外気に連通する開放部131が設けられている。この第2実施形態では、吸入部130における入口132よりも本体ケース110に近い部位に、一端が外気に連通する空気導入通路133の他端を接続し、この空気導入通路133により開放部131を構成している。また、空気導入通路133にはバッファタンク134が設けられている。このバッファタンク134は空気導入通路133の中途部にその部位を膨張させたような形態で設けられており、内部に所定の容積を有している。しかし、バッファタンク134は、所定の容積を有して空気導入通路に連通するものであれば形態は問わない。
FIG. 6 shows an exhaust
第2実施形態の内燃機関の排気浄化装置100によれば、開放部の漏斗状形態から得られる作用及び効果を除いて第1実施形態の排気浄化装置100と同様の作用及び効果が得られる。そして、第2実施形態では、吸入部130の入口132を内燃機関の排気通路200に接続できるように構成し、吸入部130における入口132よりも本体ケース110に近い部位に、一端が外気に連通する空気導入通路133の他端を接続し、この空気導入通路133により開放部131を構成した。このようにすれば、空気導入通路133の一端の位置を適宜にレイアウトできるので、外気の取り入れ先、溢れる排気の排出先を決める自由度が高くなる。
According to the exhaust
また、所定の容積を有して空気導入通路133に連通するバッファタンク134を設けたので、逆洗時に本体ケース110に入りきらない排気がバッファタンク134に溜まることから、排気が開放部131から外部へ溢れることが防止される。
In addition, since the
以上説明した実施形態、実施例は本発明の内燃機関の排気浄化装置の一つの例を示したに過ぎない。したがって、この実施形態、実施例の記載、数値によって本発明の内燃機関の排気浄化装置が限定解釈されるものではない。 The embodiments and examples described above are merely examples of the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine of the present invention. Therefore, the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine of the present invention is not limitedly interpreted by the description and numerical values of this embodiment and examples.
100 排気浄化装置
110 本体ケース
111 捕集用空間
111a 汚染側空間
111b 清浄側空間
120 フィルタ
123 加振装置
130 吸入部
131 開放部
132 入口
133 空気導入通路
134 バッファタンク
140 排出部
150 清浄側通路
160 送風機
171 高圧エア噴射装置
181 バイパス通路
182 バイパス弁
200 排気通路
DESCRIPTION OF
Claims (6)
内部に捕集用空間が設けられた本体ケースと、
この本体ケースに、上記捕集用空間を汚染側空間と清浄側空間とに仕切るように設けられ、排気に含まれる粒子状物質を捕集するフィルタと、
上記本体ケースに、汚染側空間に連通するように設けられ、周辺の外気に連通する開放部が設けられた吸入部と、
上記本体ケースに、清浄側空間に連通するように設けられた排出部と、
この排出部に連通する清浄側通路と、
この清浄側通路に設けられた送風機と、
上記本体ケースに、清浄側空間に臨んで設けられ、フィルタに向かって高圧エアを噴射する高圧エア噴射装置と、
上記清浄側通路における送風機よりも本体ケースに近い部位に連通するバイパス通路と、
このバイパス通路に設けられた常閉のバイパス弁とを備え、
粒子状物質の捕集時には高圧エア噴射装置を不作動とし、送風機を作動させて内燃機関の排気通路から出る排気を開放部から入る周辺の外気と共に吸入部から本体ケースの汚染側空間へ吸引し、フィルタで粒子状物質を捕集し、浄化された排気を本体ケースの清浄側空間、清浄側通路を通して外部に排出し、逆洗時には送風機を作動させたままでバイパス弁を開いて清浄側空間の負圧を緩和し、高圧エア噴射装置を作動させてフィルタの逆洗を行うように構成した内燃機関の排気浄化装置。 An exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine that sucks exhaust gas from an exhaust passage of the internal combustion engine together with ambient ambient air, collects particulate matter contained in the exhaust gas, and exhausts the purified exhaust gas,
A body case with a collection space inside,
In the main body case, the filter is provided so as to partition the collection space into a contamination side space and a clean side space, and collects particulate matter contained in the exhaust,
A suction part provided in the main body case so as to communicate with the contaminated space, and provided with an open part communicating with the surrounding outside air;
A discharge portion provided in the main body case so as to communicate with the clean side space;
A clean side passage communicating with the discharge section;
A blower provided in the clean side passage;
A high-pressure air injection device that is provided in the main body case facing the clean side space and injects high-pressure air toward the filter;
A bypass passage communicating with a portion closer to the main body case than the blower in the clean side passage;
A normally closed bypass valve provided in the bypass passage,
When collecting the particulate matter, the high-pressure air injection device is deactivated, and the blower is activated to suck the exhaust from the exhaust passage of the internal combustion engine from the intake part into the contaminated space of the main body case together with the surrounding outside air entering from the open part. The particulate matter is collected with a filter, and the purified exhaust is discharged to the outside through the clean side space and the clean side passage of the main body case. An exhaust purification device for an internal combustion engine configured to relieve negative pressure and operate a high-pressure air injection device to perform backwashing of a filter.
吸入部における入口よりも本体ケースに近い部位に、一端が外気に連通する空気導入通路の他端を接続し、この空気導入通路により開放部を構成した請求項1の内燃機関の排気浄化装置。 The inlet of the suction part is configured to be connected to the exhaust passage of the internal combustion engine,
2. The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the other end of the air introduction passage having one end communicating with the outside air is connected to a portion closer to the main body case than the inlet in the suction portion, and an open portion is constituted by the air introduction passage.
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