JP2009114885A - 排気通路構造 - Google Patents

Abstract

【課題】連続再生型ＤＰＦによる排気浄化の実施により排気ガスが昇温状態にあるとき、エンジン冷却水の過度の加温によるラジエータへの過度の負担を抑制することができる排気通路構造を提供する。
【解決手段】排気通路１の排気熱回収装置２よりも上流側に連続再生型ＤＰＦ３１を設ける。そして、連続再生型ＤＰＦ３１による排気浄化の実施により排気通路１の内部の排気ガスが昇温状態にあるとき、排気熱回収装置２への排気ガスをバイパス通路４１を介してバイパスさせるバイパス手段４を設けている。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の排気通路に配置された排気熱回収装置の上流側に排気浄化装置が設けられた排気通路構造に関する。

従来より、内燃機関の排気通路に排気熱回収装置を設け、この排気熱回収装置においてその内部に流入する内燃機関の冷却水を排気ガスの熱により熱交換して、内燃機関の冷却水を排気ガスの熱を利用して加温するようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

一方、近年より、排気ガス中に含まれる窒素酸化物などの有害物質の排出量を低減させる上で、排気通路に排気浄化装置を設けたものがある（例えば、特許文献２参照）。そして、このような排気浄化装置では、有害物質の浄化を効率よく行う上で、排気浄化装置に流入する排気ガスを昇温させる必要がある。
実開昭６３−１５６４１３号公報 特開２００５−７６６０４号公報

ところで、排気浄化装置を配置した排気通路に排気熱回収装置が設けられることがある。その場合、排気浄化装置は、有害物質の浄化の実施に当たって高い温度の排気ガスが要求されることから、内燃機関の近傍、つまり排気熱回収装置よりも上流側の排気通路に設けられることになる。

しかし、排気熱回収装置は、内燃機関の冷却水などの熱交換対象の温度が低いときに排気ガスとの熱交換により迅速な加温を行えるようにするものであり、熱交換対象の温度が高くなっているときに、排気浄化装置による排気浄化の実施により排気ガスの温度が昇温していると、熱交換対象が過度に加温され、熱交換対象を冷却する冷却装置に過度の負担が強いられることになる。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、排気浄化装置による排気浄化の実施により排気ガスが昇温状態にあるとき、熱交換対象の過度の加温による冷却装置への過度の負担を抑制することができる排気通路構造を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明では、内燃機関の排気通路に排気熱回収装置が配置され、この排気熱回収装置よりも上流側に排気浄化装置が設けられた排気通路構造を前提とする。そして、上記排気浄化装置による排気浄化の実施により上記排気通路の内部の排気ガスが昇温状態にあるとき、上記排気熱回収装置への排気ガスをバイパスするバイパス手段を設けている。

この特定事項により、排気浄化装置による排気浄化の実施により排気通路の内部の排気ガスが昇温状態にあるとき、排気熱回収装置への排気ガスがバイパス手段によりバイパスされるので、排気浄化装置による排気浄化の実施により昇温した排気ガスが排気熱回収装置へ流入することがない。これにより、排気浄化装置による排気浄化の実施により昇温している排気ガスと熱交換対象との熱交換が禁止されて熱交換対象の過度な加温が防止され、熱交換対象を冷却する冷却装置への負担を軽減することが可能となる。

特に、バイパス手段を特定するものとして、以下の構成が掲げられる。つまり、上記バイパス手段に、上記排気熱回収装置をバイパスするバイパス通路を設ける。更に、上記バイパス通路の流路断面積を、上記排気通路の内部を流れる排気ガスの流路断面積を絞るように上記排気通路の流路断面積よりも小さく設定している。

この特定事項により、排気熱回収装置をバイパスするバイパス通路に排気ガスが流入する際に排気通路の内部を流れる排気ガスの流路断面積を絞る絞り効果が得られることになる。この排気ガスの絞り効果によって、これよりも上流側の排気ガスが昇温状態となる。これにより、排気浄化装置により排気浄化を実施する際に排気ガスを昇温状態にする手段を別途設ける必要がなく、排気浄化装置による排気浄化を安価に実施することが可能となる。

更に、上記バイパス手段に、上記バイパス通路を開放しかつ上記排気熱回収装置よりも上流側の排気通路を閉塞する開閉弁を設けている場合には、排気熱回収装置への排気ガスの流入禁止およびバイパス通路への排気ガスの流入を確実に行え、バイパス通路による排気ガスの絞り効果と、熱交換対象を冷却する冷却装置への負担の軽減とを確実に行うことが可能となる。

以上、要するに、排気浄化装置による排気浄化の実施により排気通路の内部の排気ガスが昇温状態にあるとき、排気熱回収装置への排気ガスをバイパスすることで、排気浄化装置による排気浄化の実施により昇温している排気ガスの排気熱回収装置への流入を禁止して熱交換対象の過度な加温を防止し、熱交換対象を冷却する冷却装置への負担を軽減させることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。

図１は本発明の実施形態に係る排気通路構造を示す断面図である。この図１において、１はディーゼルエンジンの排気マニホールドに接続された排気通路１であって、この排気通路１には排気熱回収装置２が設けられている。排気通路１の排気熱回収装置２よりも上流側には、排気浄化装置３が設けられている。

排気熱回収装置２は、図２にも示すように、略円筒形状の筐体２１と、この筐体２１内に排気通路１の軸線を中心に上下方向および左右方向に所定間隔おきに配置され、筐体の上流端（図１では左端）および下流端（図１では右端）において排気通路１を９本に分岐させた分岐排気管２２，２２，…と、この各分岐排気管２２の外周面と筐体２１の内周面との間に設けられ、熱交換対象としてのエンジン冷却水が導入される冷却水空間２３と、この冷却水空間２３にエンジン冷却水を導入する導入管２４と、冷却水空間２３からエンジン冷却水を導出する導出管２５とを備えている。そして、導入管２４から冷却水空間２３に導入されたエンジン冷却水は、各分岐排気管２２内を流れる排気ガスとの熱交換により加温され、導出管２５より導出されるようになっている。また、導出管２５から導出されたエンジン冷却水は、ウォータポンプにより、エンジンのウォータジャケットおよびヒータ用熱交換器などを介してラジエータに送られてから、導入管２４を介して冷却水空間２３に導入されるような循環経路に沿って循環している。

排気浄化装置３は、酸化触媒と触媒付きフィルタとを組み合わせて構成される連続再生型ＤＰＦ（ディーゼル・パティキュレート・フィルタ）３１を備えている。この連続再生型ＤＰＦ３１は、酸化触媒を上流側に、下流側に触媒付きフィルタを配してなる。また、酸化触媒は、多孔質のセラミックのハニカム構造等の担持体に、白金（Ｐｔ）等の酸化触媒を担持させて形成され、触媒付きフィルタは、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。この触媒付きフィルタでは、排気ガス中の粒子状物質（ＰＭ：パティキュレート・マター：以下、ＰＭという）は多孔質のセラミックの壁で捕集（トラップ）される。

また、連続再生型ＤＰＦ３１は、捕集されたＰＭを燃焼させるなどして除去する排気浄化を実施することで再生される。この場合、排気浄化を実施するには、高温の排気ガス温度（例えば、３５０°Ｃ程度）が必要となる。

そして、排気浄化装置３の連続再生型ＤＰＦ３１と排気熱回収装置２との間に位置する排気通路１には、排気浄化装置３の連続再生型ＤＰＦ３１による排気浄化の実施により排気熱回収装置２よりも上流側での排気通路１の内部の排気ガスが昇温状態にあるとき、排気熱回収装置への排気ガスをバイパスするバイパス手段４が設けられている。このバイパス手段４は、排気熱回収装置２をバイパスするバイパス通路４１と、このバイパス通路４１の上流端を開放し、かつ排気熱回収装置２よりも上流側の排気通路１つまりバイパス通路４１の直下流に位置する排気通路１を閉塞する開閉弁４２とを備えている。そして、バイパス通路４１は、排気通路１の内部を流れる排気ガスの流路断面積を絞るように排気通路１の流路断面積より小さな流路断面積に設定されている。また、開閉弁４２は、バイパス通路４１の上流端を開放しかつバイパス通路４１の直下流の排気通路１を閉塞する第１位置（図１に実線で示す位置）と、バイパス通路４１の上流端を閉塞しかつバイパス通路４１の直下流の排気通路１を開放する第２位置（図１に二点鎖線で示す位置）とに切り換えられる。

この場合、開閉弁４２を第１位置に切り換えて排気熱回収装置２をバイパスするバイパス通路４１に排気ガスが流入する際に、排気通路１の内部を流れる排気ガスの流路断面積を絞る絞り効果が得られることになり、この排気ガスの絞り効果によって、連続再生型ＤＰＦ３１による排気浄化の実施が可能な排気ガスの昇温状態が得られるようになっている。また、連続再生型ＤＰＦ３１による排気浄化の実施が可能な排気ガスの昇温状態が得られるときには、排気熱回収装置２の冷却水空間２３内のエンジン冷却水は、排気ガスとの熱交換が不要な温度まで十分に加温されているものとする。

したがって、上記実施形態では、排気浄化装置３の連続再生型ＤＰＦ３１による排気浄化の実施により排気通路１の内部の排気ガスが昇温状態にあるとき、排気熱回収装置２への排気ガスがバイパス手段４によりバイパス通路４１にバイパスされるので、連続再生型ＤＰＦ３１による排気浄化の実施により温度が昇温している排気ガスが排気熱回収装置２へ流入することがない。これにより、連続再生型ＤＰＦ３１による排気浄化の実施により昇温している排気ガスとエンジン冷却水との熱交換が禁止されてエンジン冷却水の過度な加温が防止され、エンジン冷却水を冷却するラジエータへの負担を軽減させることができる。

また、バイパス通路の流路断面積が排気通路１の流路断面積よりも小さく設定されているので、開閉弁４２を第１位置に切り換えてバイパス通路４１に排気ガスを流入させる際に排気通路１の内部を流れる排気ガスの流路断面積を絞る絞り効果が得られることになる。この排気ガスの絞り効果によって、バイパス通路４１よりも上流側の排気通路１の内部の排気ガスが昇温状態となる。これにより、連続再生型ＤＰＦ３１により排気浄化を実施する際に排気ガスを昇温状態にする手段を別途設ける必要がなく、連続再生型ＤＰＦ３１による排気浄化を安価に実施することができる。

更に、バイパス通路４１の上流端を開放しかつバイパス通路４１の直下流に位置する排気通路１を閉塞する開閉弁４２によって、排気熱回収装置２への排気ガスの流入禁止およびバイパス通路４１への排気ガスの流入を確実に行え、バイパス通路４１による排気ガスの絞り効果と、エンジン冷却水を冷却するラジエータへの負担の軽減とを確実に行うことができる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その他種々の変形例を包含している。例えば、上記実施形態では、排気熱回収装置２において排気ガスとの熱交換を行う熱交換対象としてエンジン冷却水を用いたが、エンジンオイルやトランスミッションオイルなどが熱交換対象であってもよいのはいうまでもない。

また、上記実施形態では、連続再生型ＤＰＦ３１を備えた排気浄化装置３について述べたが、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒が担持されたＮＳＲ（ノックス・ストレージ・リダクション）を備えた排気浄化装置や、選択還元型触媒を用いたＳＣＲ（セレクティブ・キャタリティック・リダクション）を備えた排気浄化装置や、三元触媒、酸化触媒、ＨＣ吸着触媒を備えた排気浄化装置が適用されていてもよい。

本発明の実施形態に係る排気通路構造を示す排気熱回収装置および排気浄化装置付近の断面図である。 排気熱回収装置を排気通路方向から見た断面図である。

符号の説明

１ 排気通路
２ 排気熱回収装置
３ 排気浄化装置
４ バイパス手段
４１ バイパス通路
４２ 開閉弁

Claims (3)

1. 内燃機関の排気通路に排気熱回収装置が配置され、この排気熱回収装置よりも上流側に排気浄化装置が設けられた排気通路構造において、
   上記排気浄化装置による排気浄化の実施により上記排気通路の内部の排気ガスが昇温状態にあるとき、上記排気熱回収装置への排気ガスをバイパスするバイパス手段が設けられていることを特徴とする排気通路構造。
2. 請求項１に記載の排気通路構造において、
   上記バイパス手段は、上記排気熱回収装置をバイパスするバイパス通路を備え、
   上記バイパス通路は、上記排気通路の内部を流れる排気ガスの流路断面積を絞るように上記排気通路の流路断面積より小さな流路断面積に設定されていることを特徴とする排気通路構造。
3. 請求項２に記載の排気通路構造において、
   上記バイパス手段は、上記バイパス通路を開放し、かつ上記排気熱回収装置よりも上流側の排気通路を閉塞する開閉弁を備えていることを特徴とする排気通路構造。

Images