JP2009052494A - 内燃機関における排気ガス浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】パティキュレートフィルタの上流側の圧力の測定精度を低下させることなく、圧力導入管内でのデポジットの堆積を防止できる排気ガス浄化装置を提供する。
【解決手段】差圧検出器２７は、上流側圧力導入管２８を介して排気管２４Ａから導入される圧力と、下流側圧力導入管２９を介して排気管２４Ｂから導入される圧力との差圧、つまり、パティキュレートフィルタ２５における上流側と下流側との圧力差を検出する。上流側圧力導入管２８の入口２８２側の直線部２８３は、金属製の断熱管３１によって被覆されており、断熱管３１の始端３１１と終端３１２とは、かしめ、あるいはロウ付けによって直線部２８３の外周面に結合して固定されている。断熱管３１は、断熱管３１と上流側圧力導入管２８の直線部２８３との間に空隙３２を生じるように、上流側圧力導入管２８に止着されている。空隙３２内には空気が閉じ込められている。
【選択図】図１

Description

本発明は、排気ガス中に含まれるパティキュレートを捕集するように排気経路上に設けられたパティキュレートフィルタを備えた内燃機関における排気ガス浄化装置に関するものである。

内燃機関で発生する排気ガス中のパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタを排気経路上に設ける構成は、例えば特許文献１，２，３に開示されている。パティキュレートを捕集するフィルタの捕集機能を再生させるために、捕集したパティキュレートを加熱して焼き切る対策（パティキュレートフィルタの再生）が図られている。パティキュレートフィルタの再生時期を決定するため、特許文献１，２，３では、パティキュレートフィルタの前後の差圧を検出し、この差圧が基準値を超えた時点を再生時期としている。

再生時期を精度良く把握するためには、差圧を精度良く検出する必要があるが、圧力導入管内に排気ガス中のデポジットが溜まって圧力導入管が詰まり、差圧を精度良く検出できないおそれがある。

圧力導入管内にデポジットが溜まらないようにするため、特許文献１では、パティキュレートフィルタよりも上流の排気経路を構成する排気管内に挿し入れられた圧力導入管の入口を下流側に向けて上流側の圧力を検出している。

特許文献２では、圧力導入管を開口部側配管とセンサ側配管とに分離し、排気ガス中の未燃焼燃料が冷却されて生じたタール状物質を貯留する貯留室を介して開口部側配管とセンサ側配管とを接続している。

特許文献３では、圧力導入管の入口側に拡管部を設け、排気ガスの侵入を拡管部内に止めるようにしている。
特開平７−２２４６３６号公報 特開２００５−２５６８０５号公報 特開２００６−１６１５７２号公報

しかし、特許文献１の対策では、排気管内に挿入される圧力導入管の高温強度の確保が難しい。
特許文献２，３の対策では、特許文献１における問題は生じないが、圧力導入通路の通路断面積を部分的に拡大することになるため、検出される圧力値や圧力変動の測定精度が低下する。

本発明は、パティキュレートフィルタの上流側の圧力の測定精度を低下させることなく、圧力導入管内でのデポジットの堆積を防止できる排気ガス浄化装置を提供することを目的とする。

本発明は、排気ガス中に含まれるパティキュレートを捕集するように排気経路上に設けられたパティキュレートフィルタと、前記パティキュレートフィルタの上流側の圧力と下流側の圧力との差圧を検出する差圧検出手段とを備えた内燃機関における排気ガス浄化装置を対象とし、請求項１の発明では、前記差圧検出手段は、前記上流側の圧力を導入する上流側圧力導入管と、デポジット堆積範囲と見なした前記上流側圧力導入管の部分の外周面を断熱することを特徴とする。

堆積したデポジットによる上流側圧力導入管内の詰まりは、上流側圧力導入管の入口側付近で生じる。デポジット堆積範囲と見なした前記上流側圧力導入管の部分の外周面を断熱する構造では、デポジット堆積範囲と見なした前記上流側圧力導入管の部分が高温状態に保持される。堆積したデポジットのバインダである未燃焼燃料は、高温下で気化するため、上流側圧力導入管内がデポジットによって詰まってしまうことはない。

好適な例では、前記断熱手段は、前記上流側圧力導入管の周囲を被覆する断熱管である。
上流側圧力導入管の周囲を被覆する断熱管は、断熱手段として簡便である。

好適な例では、前記断熱管は、前記断熱管と前記上流側圧力導入管との間に空隙を生じるように、前記上流側圧力導入管に止着されている。
前記空隙は、断熱に適しており、断熱管自体に断熱機能（熱伝導率が悪い材質を用いて断熱管を作ること）を持たせる必要はない。

好適な例では、前記上流側圧力導入管は、フレア継ぎ手によって前記排気経路に接続されており、前記フレア継ぎ手を構成するネジは、前記上流側圧力導入管に対してスライドしながら前記フレア継ぎ手を構成するナットに螺合可能であり、前記断熱管の始端は、前記ナットの着脱用のスライド範囲よりも下流側に位置する。

排気経路に接続されたフレア継ぎ手及びその近くの上流側圧力導入管は、温度低下し難いため、ナットの着脱用のスライド範囲よりも下流側に断熱管の始端を位置させても、上流側圧力導入管の入口側は、高温に保持される。そのため、上流側圧力導入管内がデポジットによって詰まってしまうことはない。

本発明は、パティキュレートフィルタの上流側の圧力の測定精度を低下させることなく、上流側圧力導入管内でのデポジットの堆積を防止できるという優れた効果を奏する。

以下、本発明を具体化した第１の実施形態を図１（ａ），（ｂ）に基づいて説明する。
図１（ａ）に示すように、ディーゼルエンジン１０（内燃機関）は、複数の気筒１１を備えており、シリンダヘッド１２には気筒１１毎に燃料噴射ノズル１３が取り付けられている。燃料は、燃料ポンプ１４及びコモンレール１５を経由して燃料噴射ノズル１３へ供給され、燃料噴射ノズル１３は、各気筒１１内に燃料を噴射する。

シリンダヘッド１２にはインテークマニホールド１６が接続されている。インテークマニホールド１６には吸気管１７が接続されており、吸気管１７にはエアクリーナ１８が接続されている。吸気管１７の途中には過給機１９のコンプレッサ部１９１が介在されている。過給機１９は、排気ガス流によって作動される公知の可変ノズル式ターボチャージャーである。

吸気管１７の途中にはスロットル弁２０が設けられている。スロットル弁２０は、エアクリーナ１８を経由して吸気管１７に吸入される空気流量を調整するためのものである。スロットル弁２０は、図示しないアクセルペダルの操作に伴って開度調整される。

アクセルペダルの踏み込み角は、アクセル開度検出器２１によって検出される。図示しないクランクシャフトの回転角度（クランク角度）は、クランク角度検出器２２によって検出される。アクセル開度検出器２１によって得られた踏み込み角検出情報、及びクランク角度検出器２２によって得られたクランク角度検出情報は、制御コンピュータＣに送られる。制御コンピュータＣは、クランク角度検出器２２によって検出されるクランク角度の時間変化からエンジン回転数を算出する。又、制御コンピュータＣは、踏み込み角検出情報及びクランク角度検出情報に基づいて、燃料噴射ノズル１３における燃料噴射期間（噴射開始時期及び噴射終了時期）を算出して制御する。

シリンダヘッド１２にはエキゾーストマニホールド２３が接続されている。エキゾーストマニホールド２３には排気管２４が接続されている。排気管２４上にはパティキュレートフィルタ２５が介在されている。気筒１１から排出される排気ガスは、エキゾーストマニホールド２３、排気管２４及びパティキュレートフィルタ２５を経由して大気に放出される。エキゾーストマニホールド２３、排気管２４及びパティキュレートフィルタ２５は、排気経路を構成する。

インテークマニホールド１６には圧力検出器２６が配設されている。圧力検出器２６は、インテークマニホールド１６内の圧力（過給圧）を検出する。圧力検出器２６によって検出された過給圧の情報は、制御コンピュータＣに送られる。制御コンピュータＣは、エンジン回転数や燃料噴射量等に基づいて、予め設定されたマップから目標過給圧を決定する。又、制御コンピュータＣは、前記した燃料噴射期間から燃料噴射量を算出する。そして、制御コンピュータＣは、圧力検出器２６によって検出される過給圧が目標過給圧になるように、過給機１９のタービン部１９２におけるベーン開度を制御する。

パティキュレートフィルタ２５よりも上流の排気管２４Ａには金属製の上流側圧力導入管２８が接続されており、パティキュレートフィルタ２５よりも下流の排気管２４Ｂには金属製の下流側圧力導入管２９が接続されている。上流側圧力導入管２８及び下流側圧力導入管２９は、例えばステンレス製である。上流側圧力導入管２８は、排気管２４Ａに貫設された導入口２４１を介して排気管２４Ａ内に連通されており、下流側圧力導入管２９は、排気管２４Ｂに貫設された導入口２４２を介して排気管２４Ｂ内に連通されている。上流側圧力導入管２８と下流側圧力導入管２９とには差圧検出器２７が接続されている。差圧検出手段としての差圧検出器２７は、上流側圧力導入管２８を介して排気管２４Ａから導入される圧力と、下流側圧力導入管２９を介して排気管２４Ｂから導入される圧力との差圧、つまり、パティキュレートフィルタ２５における上流側と下流側との圧力差を検出する。差圧検出器２７によって検出された差圧の情報は、制御コンピュータＣに送られる。差圧検出器２７によって検出された差圧が予め設定された基準値を超えると、制御コンピュータＣは、パティキュレートフィルタ２５に捕集されたパティキュレートを焼き切るのに必要な温度（例えば６００°Ｃ）に対応する排気ガスエネルギーとなるように、燃料噴射を制御する。この制御は、所定時間遂行される。

図１（ｂ）に示すように、上流側圧力導入管２８は、フレア継ぎ手３０Ａによって排気管２４Ａに接続されており、下流側圧力導入管２９は、フレア継ぎ手３０Ｂによって排気管２４Ａに接続されている。フレア継ぎ手３０Ａ，３０Ｂは、排気管２４Ａ，２４Ｂに止着されたナット３０１と、ナット３０１に螺合される筒状のネジ３０２とから構成されている。上流側圧力導入管２８の始端にはフレア２８１が形成されており、下流側圧力導入管２９の始端にはフレア２９１が形成されている。フレア２８１，２９１は、いずれもネジ３０２の締め付けによってナット３０１とネジ３０２との間に挟み込み固定される。

上流側圧力導入管２８の入口２８２側の直線部２８３は、金属製の断熱管３１によって被覆されており、断熱管３１の始端３１１と終端３１２とは、かしめ、あるいはロウ付けによって直線部２８３の外周面２８０に結合して固定されている。断熱手段としての断熱管３１は、断熱管３１と上流側圧力導入管２８の直線部２８３との間に空隙３２を生じるように、上流側圧力導入管２８に止着されている。空隙３２内には空気が閉じ込められている。ネジ３０２は、範囲Ｌで直線部２８３の外周面２８０をスライドしながらナット３０１に螺合され、断熱管３１の始端３１１は、スライド範囲Ｌよりも下流の位置に配置されている。

第１の実施形態では以下の効果が得られる。
（１）排気管２４Ａに接続されたフレア継ぎ手３０Ａ及びその近く（図示の例ではスライド範囲Ｌ）の上流側圧力導入管２８は、排気管２４Ａ内の排気ガスの熱のために温度低下し難い。そのため、ナット３０１の着脱用のスライド範囲Ｌよりも下流側に断熱管３１の始端３１１を位置させても、上流側圧力導入管２８の入口２８２側は、高温に保持される。

断熱管３１によって被覆されている直線部２８３（スライド範囲Ｌ外かつ上流側圧力導入管２８の曲がり部２８４より上流の直線部２８３の部分）は、空隙３２によって包囲されているため、直線部２８３内も高温状態に保持される。

なお、上流側圧力導入管２８の入口２８２から適度に離れた上流側圧力導入管２８の内部（例えば曲がり部２８４の内部付近）では、デポジットによる詰まりが生じないことが確かめられている。

断熱管３１は、上流側圧力導入管２８のデポジット堆積範囲Ｄ〔図１（ｂ）に図示〕と見なした部分の上流側圧力導入管２８の外周面２８０を被覆して断熱する。
堆積したデポジットのバインダである未燃焼燃料は、高温下で気化するため、上流側圧力導入管２８の直線部２８３内がデポジットによって詰まってしまうことはない。その結果、パティキュレートフィルタ２５の上流側の圧力の測定精度を低下させることなく、上流側圧力導入管２８内でのデポジットの堆積を防止できる。

（２）上流側圧力導入管２８の周囲を被覆する断熱管３１は、上流側圧力導入管２８内のデポジット堆積し易い部分を高温に保持する断熱手段として簡便である。
（３）空気を閉じ込めた空隙３２は、断熱に適しており、断熱管３１自体に断熱機能（熱伝導率が悪い材質を用いて断熱管を作ること）を持たせる必要はない。そのため、強度的に優れたステンレスを用いて形成した断熱管３１を断熱手段として使用することができる。

次に、第２の実施形態を図２（ａ），（ｂ）に基づいて説明する。第１の実施形態と同じ構成部には同じ符合が用いてある。
図２（ａ）に示すように、直線部２８３と曲がり部２８４とが断熱手段としての断熱管３３によって被覆されている。断熱管３３は、上流側圧力導入管２８と断熱管３３との間に空隙３２を生じるように、上流側圧力導入管２８に止着されている。図２（ｂ）に示すように、断熱管３３は、開き断面形状（図示の例では、断面が半円弧形状）の一対の半割片３３１，３３２を合わせて構成されている。

第２の実施形態では、曲がり部２８４が入口２８２からあまり離れていなくてデポジット堆積が曲がり部２８４内に生じやすいような場合にも、曲がり部２８４を被覆できるように一対の半割片３３１，３３２を合わせて断熱管３３を構成することができる。

本発明では、以下のような実施形態も可能である。
○図３に示すように、第１の実施形態における断熱管３１の代わりに、断熱性に優れた合成樹脂製の断熱材３４によって上流側圧力導入管２８の直線部２８３を被覆するようにしてもよい。

○図３の実施形態において、断熱材３４と直線部２８３との間に密閉された空隙を形成してもよい。
○上流側圧力導入管２８の全体を断熱手段で断熱するようにしてもよい。

前記した実施形態から把握できる技術的思想について以下に記載する。
〔１〕前記圧力導入管は、開き断面形状の一対の半割片を合わせて構成されている請求項２乃至請求項４のいずれか１項に記載の内燃機関における排気ガス浄化装置。

〔２〕前記断熱手段は、前記上流側圧力導入管の少なくとも入口側の外周面を断熱する請求項１乃至請求項４、及び前記〔１〕項のいずれか１項に記載の内燃機関における排気ガス浄化装置。

第１の実施形態を示し、（ａ）は、排気ガス浄化装置の全体構成図。（ｂ）は、部分拡大断面図。 第２の実施形態を示し、（ａ）は、部分断面図。（ｂ）は、図２（ａ）のＡ−Ａ線断面図。 別の実施形態を示す部分断面図。

符号の説明

２４…排気経路を構成する排気管。２５…パティキュレートフィルタ。２７…差圧検出手段としての差圧検出器。２８…上流側圧力導入管。２８０…外周面。３０Ａ…フレア継ぎ手。３０１…ナット。３０２…ネジ。３１，３３…断熱手段としての断熱管。３１１…始端。３２…空隙。３４…断熱材。Ｄ…デポジット堆積範囲。Ｌ…スライド範囲。

Claims (4)

1. 排気ガス中に含まれるパティキュレートを捕集するように排気経路上に設けられたパティキュレートフィルタと、前記パティキュレートフィルタの上流側の圧力と下流側の圧力との差圧を検出する差圧検出手段とを備えた内燃機関における排気ガス浄化装置において、
   前記差圧検出手段は、前記上流側の圧力を導入する上流側圧力導入管と、デポジット堆積範囲と見なした前記上流側圧力導入管の部分の外周面を断熱する断熱手段とを備えた内燃機関における排気ガス浄化装置。
2. 前記断熱手段は、前記上流側圧力導入管の周囲を被覆する断熱管である請求項１に記載の内燃機関における排気ガス浄化装置。
3. 前記断熱管は、前記断熱管と前記上流側圧力導入管との間に空隙を生じるように、前記上流側圧力導入管に止着されている請求項２に記載の内燃機関における排気ガス浄化装置。
4. 前記上流側圧力導入管は、フレア継ぎ手によって前記排気経路に接続されており、前記フレア継ぎ手を構成するネジは、前記上流側圧力導入管に対してスライドしながら前記フレア継ぎ手を構成するナットに螺合可能であり、前記断熱管の始端は、前記ナットの着脱用のスライド範囲よりも下流側に位置する請求項３に記載の内燃機関における排気ガス浄化装置。

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