JP2008223557A - 導入管接続構造及び排気ガス浄化システム - Google Patents

Abstract

【課題】排気ガスが流れる排気ガス管路と検出機器に導通する排気ガスの導入管との接合部において、排気ガスの導入管の入口が排気ガス中に含まれる粒子状物質等によって閉塞されないように、粒子状物質等が付着及び堆積し難くすることができる導入管接続構造及び排気ガス浄化システムを提供する。
【解決手段】排気ガスが流れる排気ガス管路１１と検出機器３１に導通する排気ガスの導入管３１ａとの接合部において、前記導入管３１ａを前記排気ガス管路１１内に突出させて設けると共に、前記突出部３１ａａの、前記排気ガス管路１１を流れる排気ガスの流れ方向に関して下流側となる壁面に、前記検出機器３１側に切り込み幅が狭くなるスリット３１ａｂを設けて構成する。
【選択図】図３

Description

本発明は、排気ガスが流れる排気ガス管路と検出機器に導通する排気ガスの導入管との接合部における導入管接続構造及びその構造を用いた排気ガス浄化システムに関する。

ディーゼルエンジンから排出される粒子状物質（ＰＭ：パティキュレート・マター：以下ＰＭとする）をディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ：Diesel Particulate Filter ：以下ＤＰＦとする）と呼ばれるフィルタで捕集する排気ガス浄化装置の一つに連続再生型ＤＰＦ装置がある。

この連続再生型ＤＰＦ装置では、排気ガス温度が約３５０℃以上の時には、フィルタに捕集されたＰＭは連続的に燃焼して浄化され、フィルタは自己再生するが、低速低負荷等の排気温度が低い場合には、触媒の温度が低下して活性化しないため、ＰＭを酸化してフィルタを自己再生することが困難となる。そのため、ＰＭのフィルタへの堆積により目詰まりが進行するため、この目詰まりによる排圧上昇の問題が生じる。

そこで、フィルタへのＰＭ堆積量が所定の量（閾値）を超えたときに、シリンダ内（筒内）におけるマルチ噴射（多段遅延噴射）やポスト噴射（後噴射）等により、排気ガスを強制的に昇温させて、捕集ＰＭを強制的に燃焼除去する強制再生を行う。この強制再生では、ポスト噴射等によって排気ガス中に供給されたＨＣ（炭化水素）を、フィルタの上流側に配置された酸化触媒やフィルタに担持した酸化触媒で燃焼させることにより、この酸化反応熱を利用して、フィルタ入口やフィルタ表面の排気ガス温度を上昇させ、フィルタに蓄積されたＰＭが燃焼する温度以上にフィルタを昇温して、ＰＭを燃焼除去する。

この強制再生は、手動再生で行う場合と自動再生で行う場合とがある。手動再生の場合には、フィルタの目詰まりが所定の量を超えたときに、運転者に警告を出して、この警告を受けた運転者が、強制再生の開始用のボタンを押すことで、強制再生を行う。一方、自動再生では、フィルタの目詰まりが所定の量を超えたときに、特に運転者に警告を出すことなく、自動で走行中であっても強制再生を行う。

このような排気ガス浄化システムでは、ＤＰＦの再生制御の開始の判断等のために、差圧センサでＤＰＦの前後差圧を検出し、この差圧からＤＰＦへのＰＭの堆積量を推定する。つまり、ＤＰＦ装置の入口圧と出口圧の圧力差（差圧）によってＤＰＦ装置に捕集された微粒子の量を判定している。しかしながら、この差圧センサへの排気ガスを導入する導入口に、ＰＭが付着・堆積して差圧センサへの導入管が閉塞してしまうために正確な差圧を検出することができなくなるという問題がある。

この入口圧と出口圧を採っている導入管は排気ガスの圧力を計測するためのものであるため、内径６〜８ｍｍφ程度の管で形成してある。この導入管の先端部は通常は丸形断面で切断されている。この導入管の管内は排気ガスが流れないため、特に入口圧側の管の先端部やその近傍に煤が付着し易い。この煤に冷間起動（コールドスタート）時の未燃の燃料やオイル分が付着し、また、更に、煤が付着するので、この悪循環で徐々に導入管の内径が細くなり、最終的には閉塞状態となって、正常な圧力値が差圧となって出力されなくなってしまう。そのため、ＤＰＦの強制再生制御が不正確となり、ＤＰＦに捕集された排気ガス中の微粒子が燃焼除去されずに堆積し続けたり、堆積したＰＭが一気に燃焼する熱暴走を起こしたりして、ＤＰＦ装置機能の再生が不能となってしまう。

このため、ＤＰＦの上流側と差圧センサを接続し、圧力を導入する配管（導入管）のうち、上流側配管について、ＤＰＦの近い側に、差圧センサ側の部分に比べて内径が大きな拡管部を設けることで、上流側配管内部への排気微粒子、ＳＯＯＴ（煤）、ＳＯＦ（可溶性有機成分）の堆積を抑制して上流側配管の詰まりを防止する排気ガス浄化装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

また、排気通路の途中に形成された開口部から排気の一部を分流する排気分流通路（導入管）と、排気通路の内側であって開口部の周囲に立設された壁面とを有して形成し、排気分流通路に凝縮水やパティキュレートが入り込んで詰まりが生じるのを防止する排気分流通路の開口部分構造が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。

また、内燃機関の排気ガス通路にＤＰＦを設け、ＤＰＦの前後差圧を測定する排気ガス浄化システムにおいて、圧力取り出し配管の入口部分を排気ガス通路の内側の排気ガスが通過する部分まで突出して設け、この突出した入口部分を排気ガスにより加熱して、圧力取り出し配管の内側壁面の温度を上昇して、排気ガスの未燃燃料がタール状になるのを防止しつつ、圧力取り出し配管の内側壁面に付着しないドライな煤状態にして、配管閉塞を防止する排気ガス浄化システムが提案されている（例えば、特許文献３参照。）。

しかしながら、このような構成であっても、排気微粒子、ＳＯＯＴ（煤）、ＳＯＦ（可溶性有機成分）等の堆積を完全に防止することは難しいという問題がある。
特開２００６−１６１５７２号公報 特開２００６−６３８６８号公報 特開２００５−２５６６２６号公報

本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、排気ガスが流れる排気ガス管路と検出機器に導通する排気ガスの導入管との接合部において、排気ガスの導入管の入口が排気ガス中に含まれる粒子状物質等によって閉塞されないように、粒子状物質等が付着及び堆積し難くすることができる導入管接続構造及び排気ガス浄化システムを提供することにある。

上記のような目的を達成するための導入管接続構造は、排気ガスが流れる排気ガス管路と検出機器に導通する排気ガスの導入管との接合部において、前記導入管を前記排気ガス管路内に突出させて設けると共に、前記突出部の、前記排気ガス管路を流れる排気ガスの流れ方向に関して下流側となる壁面に、前記検出機器側に切り込み幅が狭くなるスリットを設けて構成する。このスリットの形状は三角形形状又は台形形状等で形成することがができる。

この構成により、入口部分に検出機器側に切り込み幅が狭くなる、言い換えれば、排気ガス管路側に拡大するスリットを設けているので、排気ガスがこのスリット部分を流れる時に排気ガスの下流側が渦巻き状態の負圧となり、導入管の入口部分に排気ガス中に含まれる粒子状物質等が付着及び堆積するのが難しくなるので、この入口部分が粒子状物質等によって閉塞されるのを防止することができる。また、スリットを設けることにより、入口部分の開口面積が増加するので、この面からも入口部分が閉塞し難くなる。

上記の導入管接続構造において、突出部の排気ガス管路を流れる排気ガスの流れ方向に関して上流側となる壁面の、スリットの検出機器側の端部に対向する部位に透孔を設けて構成すると、排気ガスがこのスリット部分を流れる時に排気ガスの下流側が渦巻き状態の負圧となるとともに、この透孔から斜めにカッティングしたスリットの先端部（検出機器側の端部）に向けて排気ガスが流れる。この透孔から流入する排気ガスによって、スリット近傍に一旦付着及び堆積した粒子状物質等を剥離させることができるので、より一層、入口部分が粒子状物質等によって閉塞されるのを防止することができるようになる。この透孔は排気ガスの掃気孔として機能する。

そして、上記の目的を達成するための排気ガス浄化システムは、車両に搭載した内燃機関の排気通路にディーゼルパティキュレートフィルタを有する排気ガス浄化装置と該ディーゼルパティキュレートフィルタの前後差圧を測定する差圧センサと、前記差圧センサと前記ディーゼルパティキュレートフィルタの上流側の前記排気通路とを連通する第１導入管と、前記差圧センサと前記ディーゼルパティキュレートフィルタの下流側の前記排気通路とを連通する第２導入管とを備えた排気ガス浄化システムにおいて、前記第１導入管の前記排気通路との合流部分に、上記の導入管接続構造を設けて構成される。

なお、この排気ガス浄化システムの例としては、内燃機関の排気通路に上流側から順に酸化触媒を担持した酸化触媒装置とＤＰＦを配置した排気ガス浄化装置や、内燃機関の排気通路に酸化触媒を担持したＤＰＦを配置した排気ガス浄化装置等を備えた排気ガス浄化システムがある。

本発明に係る導入管接続構造及び排気ガス浄化システムによれば、排気ガスがスリット部分を流れる時に排気ガスの下流側が渦巻き状態の負圧となり、導入管の入口部分に排気ガス中に含まれる粒子状物質等が付着及び堆積するのが難しくなるので、この入口部分が粒子状物質等によって閉塞されるのを防止することができる。また、スリットを設けることにより、入口部分の開口面積が増加するので、この面からも入口部分が閉塞し難くなる。

更に、突出部の排気ガス管路を流れる排気ガスの流れ方向に関して上流側となる壁面の、スリットの検出機器側の端部に対向する部位に透孔を設けて構成すると、この透孔から斜めにカッティングしたスリットの先端部（検出機器側の端部）に向けて排気ガスが流れるので、この排気ガスによって、スリット近傍に一旦付着及び堆積した粒子状物質等を剥離させることができる。従って、より一層、入口部分の粒子状物質等による閉塞をより抑制できる。

以下、本発明に係る実施の形態の導入管接続構造及び排気ガス浄化システムについて、図面を参照しながら説明する。図１に、この実施の形態の導入管接続構造が用いられる排気ガス浄化システム１の構成を示す。

この排気ガス浄化システム１は、ディーゼルエンジン（内燃機関）１０の排気通路１１に排気ガス浄化装置１２とサイレンサー１３を備えて構成される。この排気ガス浄化装置１２は、連続再生型ＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）装置の一つであり、上流側に酸化触媒装置１２ａを、下流側に触媒付きフィルタ装置（ＤＰＦ）１２ｂを配置して構成される。

この酸化触媒装置１２ａは、多孔質のセラミックのハニカム構造等の担持体に、白金等の酸化触媒を担持させて形成される。触媒付きフィルタ装置１２ｂは、多孔質のセラミックのハニカムのチャンネルの入口と出口を交互に目封じしたモノリスハニカム型ウオールフロータイプのフィルタ等で形成される。このフィルタの部分に白金や酸化セリウム等の触媒を担持する。排気ガスＧ中のＰＭ（粒子状物質）は、多孔質のセラミックの壁で捕集（トラップ）される。

この触媒付きフィルタ装置１２ｂのＰＭの堆積量を推定するために、排気ガス浄化装置１２の前後差圧を測定する差圧センサ（検出機器）３１が設けられる。図１及び図２に示すように、この差圧センサ３１と触媒付きフィルタ装置１２ｂの上流側とを連通する第１導入管（圧管）３１ａと、差圧センサ３１と排気ガス浄化装置１２の下流側の排気通路１１とを連通する第２導入管（圧管）３１ｂとが形成される。また、この排気ガス浄化装置１２の上流側に排気ブレーキ弁１４が、下流側に排気絞り弁１５が設けられる。

また、吸気通路１６には、エアクリーナ１７、ＭＡＦセンサ（吸入空気量センサ）１８、吸気絞り弁（インテークスロットル）１９が設けられる。この吸気絞り弁１９は、吸気マニホールドへ入る吸気Ａの量を調整する。また、ＥＧＲ通路２０にはＥＧＲクーラ２１とＥＧＲ量を調整するＥＧＲ弁２２が設けられる。

更に、触媒付きフィルタ装置１２ｂの強制再生制御用に、酸化触媒装置１２ａの上流側に酸化触媒入口排気温度センサ３２が設けられ、酸化触媒装置１２ａと触媒付きフィルタ装置１２ｂの間にフィルタ入口排気温度センサ３３が設けられる。この酸化触媒入口排気温度センサ３２は、酸化触媒装置１２ａに流入する排気ガスの温度である酸化触媒入口排気温度Ｔｇ１を検出する。また、フィルタ入口排気温度センサ３３は、触媒付きフィルタ装置１２ｂに流入する排気ガスの温度であるフィルタ入口排気温度Ｔｇ２を検出する。

これらのセンサの出力値は、エンジン１０の運転の全般的な制御を行うと共に、排気ガス浄化装置１２の強制再生制御も行う制御装置（ＥＣＵ：エンジンコントロールユニット）４０に入力される。また、この制御装置４０から出力される制御信号により、排気ブレーキ弁１４、排気絞り弁１５、吸気絞り弁１９、ＥＧＲ弁２２、燃料噴射装置（噴射ノズル）２３等が制御される。

この燃料噴射装置２３は燃料ポンプ（図示しない）で昇圧された高圧の燃料を一時的に貯えるコモンレール噴射システム（図示しない）に接続されており、制御装置４０には、エンジン１０の運転のために、アクセルポジションセンサ（ＡＰＳ）３４からのアクセル開度、回転数センサ３５からのエンジン回転数等の情報の他、車両速度、冷却水温度等の情報も入力され、燃料噴射装置２３から所定量の燃料が噴射されるように通電時間信号が出力される。

また、この排気ガス浄化装置１２の強制再生制御において、走行中に自動的に強制再生するだけでなく、触媒付きフィルタ装置１２ｂのＰＭの捕集量が一定量を超えて、触媒付きフィルタ装置１２ｂが目詰まった時に、運転者（ドライバー）に注意を促し、任意に運転者が車両を停止して強制再生ができるように、注意を喚起するための警告手段である点滅灯（ＤＰＦランプ）２４及び異常時点灯ランプ２５と、手動再生ボタン（マニュアル再生スイッチ）２６が設けられる。

この排気ガス浄化システム１では、差圧センサ３１で検出した前後差圧が所定の判定値よりも大きくなっって、触媒付きフィルタ装置１２ｂへのＰＭ堆積量が所定の量（閾値）を超えたと判断されたときに、エンジン１０のシリンダ内（筒内）におけるマルチ噴射（多段遅延噴射）やポスト噴射（後噴射）等により、排気ガスを強制的に昇温させて、捕集された粒子状物質等を強制的に燃焼除去する強制再生を行う。この強制再生では、ポスト噴射等によって排気ガス中に供給されたＨＣ（炭化水素）を、触媒付きフィルタ装置１２ｂの上流側に配置された酸化触媒装置１２ａに担持した酸化触媒で燃焼させることにより、この酸化反応熱を利用して、フィルタ入口やフィルタ表面の排気ガス温度を上昇させ、触媒付きフィルタ装置１２ｂに蓄積されたＰＭが燃焼する温度以上に触媒付きフィルタ装置１２ｂを昇温して、粒子状物質等を燃焼除去する。

この強制再生は、手動再生で行う場合と自動再生で行う場合とがある。手動再生の場合には、触媒付きフィルタ装置１２ｂの目詰まりが所定の量を超えたときに、運転者に警告を出して、この警告を受けた運転者が、強制再生の開始用の手動再生ボタン２６を押すことで、強制再生を行う。一方、自動再生では、触媒付きフィルタ装置１２ｂの目詰まりが所定の量を超えたときに、特に運転者に警告を出すことなく、自動で走行中であっても強制再生を行う。

そして、本発明の第１の実施の形態においては、図３〜図６に示すように、排気ガスＧが流れる排気ガス管路である排気通路１１と、検出機器である差圧センサ３１に導通する排気ガスＧの第１導入管３１ａとの接合部において、第１導入管３１ａを排気通路１１内に突出させて設ける。それと共に、第１導入管３１ａの突出部３１ａａにおいて、排気ガス管路１１を流れる排気ガスＧの流れ方向に関して下流側となる壁面にスリット（切欠き）３１ａｂを設ける。

このスリット３１ａｂは、差圧センサ３１側に切り込み幅が狭くなるように、言い換えれば、排気ガス管路側に切り込み幅が拡大するように形成する。図３及び図４のスリット３１ａｂは三角形形状に形成され、図５及び図６のスリット３１ａｂは台形形状等で形成されている。なお、これらの形状は工作が容易であるが、これらの形状以外でも、差圧センサ３１側に切り込み幅が狭くなればよい。

この構成により、排気ガスＧがこのスリット３１ａｂの部分を流れる時に排気ガスの下流側が渦巻き状態の負圧となり、第１導入管３１ａの入口部分に排気ガス中に含まれる粒子状物質等が付着及び堆積するのが難しくなるので、この入口部分が粒子状物質等によって閉塞されるのを防止することができる。また、スリット３１ａｂを設けることにより、入口部分の開口面積が増加するので、この面からも入口部分が閉塞し難くなる。なお、万一粒子状物質等が付着及び堆積したとしても、突出部３１ａａを斜めにカッティングしたことによって、第１導入管３１ａの先端部の開口面積が増えたことで、先端部に付着する粒子状物質等の成長が先端部の閉塞状態を起こすまでの時間を延ばすことができる。

そして、本発明の第２の実施の形態においては、図７〜図１０に示すように、第１の実施の形態に加えて、突出部３１ａａの排気通路１１を流れる排気ガスＧの流れ方向に関して上流側となる壁面において、スリット３１ａｂの差圧センサ３１側の端部に対向する部位に透孔３１ａｃを設けて構成する。

この構成によれば、排気ガスＧがスリット３１ａｂの部分を流れる時に排気ガスの下流側が渦巻き状態の負圧となると共に、この透孔３１ａｃから斜めにカッティングしたスリット３１ａｂの先端部（差圧センサ３１側の端部）に向けて排気ガスが流れる。この掃気孔の役割を果たす透孔３１ａｃから流入する排気ガスによって、斜めにカッティングした先端部に付着した粒子状物質等を成長させず、スリット３１ａｂの近傍に一旦付着及び堆積した粒子状物質等を剥離させることができる。そのため、第１導入管３１ａを閉塞状態にすることなく、付着及び堆積した粒子状物質等を除去することができる。よって、より一層、入口部分が粒子状物質等によって閉塞されるのを防止することができるようになる。

従って、上記の導入管接続構造及び排気ガス浄化システム１によれば、排気ガスがスリット３１ａｂ部分を流れる時に排気ガスの下流側が渦巻き状態の負圧となり、第１導入管３１ａの入口部分に排気ガス中に含まれる粒子状物質等が付着及び堆積するのが難しくなるので、この入口部分が粒子状物質等によって閉塞されるのを防止することができる。また、スリット３１ａｂを設けることにより、入口部分の開口面積が増加するので、この面からも入口部分が閉塞し難くなる。

更に、透孔３１ａｃを設けて構成すると、この透孔３１ａｃから斜めにカッティングしたスリット３１ａｂの先端部（検出機器側の端部）に向けて排気ガスが流れるので、この排気ガスによって、スリット３１ａｂ近傍に一旦付着及び堆積した粒子状物質等を剥離させることができる。従って、より一層、入口部分の粒子状物質等による閉塞をより抑制できる。

その結果、差圧センサ３１の第１導入管３１ａにおいて粒子状物質等による閉塞が無くなり、排気ガス浄化システム１における差圧センサ３１で検出される触媒付きフィルタ装置１２ｂの前後差圧の値が常に粒子状物質等の堆積量に対応した正しい値を示すようになるので、適切なタイミングで触媒付きフィルタ装置１２ｂの強制再生制御を行うことができ、排気ガス浄化装置１２の適切な機能再生処理を行うことができる。

排気ガス浄化システムの全体構成を示す図である。 差圧センサの周囲の構成の一例を示す図である。 本発明の第１の実施の形態の導入管接続構造を示す側面図である。 図３の導入管接続構造の下流側から見た図である。 本発明の第１の実施の形態の他の導入管接続構造を示す側面図である。 図５の導入管接続構造の下流側から見た図である。 本発明の第２の実施の形態の導入管接続構造を示す側面図である。 図７の導入管接続構造の下流側から見た図である。 本発明の第２の実施の形態の他の導入管接続構造を示す側面図である。 図９の導入管接続構造の下流側から見た図である。

符号の説明

１ 排気ガス浄化システム
１０ ディーゼルエンジン（内燃機関）
１１ 排気通路
１２ 連続再生型ＤＰＦ装置
１２ａ 酸化触媒
１２ｂ 触媒付きフィルタ
３１ 差圧センサ
３１ａ 第１導入管
３１ａａ 突出部
３１ａｂ スリット
３１ａｃ 透孔
３１ｂ 第２導入管

Claims (4)

1. 排気ガスが流れる排気ガス管路と検出機器に導通する排気ガスの導入管との接合部において、前記導入管を前記排気ガス管路内に突出させて設けると共に、前記突出部の、前記排気ガス管路を流れる排気ガスの流れ方向に関して下流側となる壁面に、前記検出機器側に切り込み幅が狭くなるスリットを設けたことを特徴とする導入管接続構造。
2. 前記スリットの形状を三角形形状又は台形形状で形成したことを特徴とする請求項１記載の導入管接続構造。
3. 前記突出部の前記排気ガス管路を流れる排気ガスの流れ方向に関して上流側となる壁面の、前記スリットの前記検出機器側の端部に対向する部位に透孔を設けたことを特徴とする請求項１又は２記載の導入管接続構造。
4. 車両に搭載した内燃機関の排気通路にディーゼルパティキュレートフィルタを有する排気ガス浄化装置と該ディーゼルパティキュレートフィルタの前後差圧を測定する差圧センサと、前記差圧センサと前記ディーゼルパティキュレートフィルタの上流側の前記排気通路とを連通する第１導入管と、前記差圧センサと前記ディーゼルパティキュレートフィルタの下流側の前記排気通路とを連通する第２導入管とを備えた排気ガス浄化システムにおいて、前記第１導入管の前記排気通路との合流部分に、請求項１、２又は３のいずれか１項に記載の導入管接続構造を設けたことを特徴とする排気ガス浄化システム。

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