JP2009197619A - エンジンの排気管構造 - Google Patents

Abstract

【課題】排気ガス浄化装置を装着したエンジンにおいても、必要がある場合に応じて、排気ガスの黒煙濃度を確実に計測できるエンジンの排気管構造を提供すること。
【解決手段】排気ガスを清浄化する排気ガス浄化装置４が装着されたエンジンの排気管構造１であって、エンジン２と排気ガス浄化装置４とを連通させる排気管１０を備え、この排気管１０には、排気管１０内を流れる排気ガスを取り出す取出口１１が設けられている構成とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンの排気管構造に係り、特に、排気ガス浄化装置が取り付けられたエンジンの排気管構造に関する。

従来、エンジンから排出される排気ガスは、そのままマフラーを通して排出されており、エンジンに異常が生じた場合において、マフラーから排出される排気ガスの色を目視確認することでエンジンの異常の有無を判断していた。また、白色ろ紙に排気ガスを通したときの着色度（バッカラッカ指数）から、エンジンの異常を判断することもある。ここでのエンジン異常とは、例えばいずれかのエンジン気筒への燃料噴射が良好に制御されず、不完全燃焼が発生する場合であり、このような場合には異常な黒煙が生じることになる。

一方、近年から問題となっている大気汚染を改善するため、エンジンの排気管途中に排気ガス浄化装置を設けることが知られている。このような排気ガス浄化装置としては、スーツフィルタを備えたものが一般的である。排気ガス浄化装置を装着することで、黒煙のもととなる排気ガス中のパーティキュレート・マター(ＰＭ（Particulate Matter）：粒子状物質）をスーツフィルタにて捕集し、ＰＭが大気中に排出されるのを防止している（例えば、特許文献１）。

特開平１１−３３６５２８号公報

しかしながら、エンジンの排気管途中に排気ガス浄化装置を装着した場合には、エンジンの異常により生成される黒煙のＰＭ等もスーツフィルタで捕集されてしまうため、マフラーから排出される排気ガスは略無色となり、排気ガス自身の色や、ろ紙での無着色度でエンジンの異常の有無を判断できないという問題がある

本発明の目的は、排気ガス浄化装置を装着したエンジンにおいても、必要がある場合に応じて、排気ガスの黒煙濃度を確実に計測できるエンジンの排気管構造を提供することにある。

本発明の請求項１に係るエンジンの排気管構造は、排気ガスを清浄化する排気ガス浄化装置が装着されたエンジンの排気管構造であって、前記エンジンと前記排気ガス浄化装置とを連通させる排気管を備え、この排気管には、当該排気管内を流れる排気ガスを取り出す取出口が設けられていることを特徴とする。

本発明の請求項２に係るエンジンの排気管構造は、請求項１に記載のエンジンの排気管構造において、前記取出口は、排気ガスの黒煙濃度を計測する黒煙濃度計測装置の引込管が着脱される着脱構造を有していることを特徴とする。

本発明の請求項３に係るエンジンの排気管構造は、請求項２に記載のエンジンの排気管構造において、前記着脱構造は、前記取出口および前記引込管を連結するカプラのプラグまたはソケットで構成されていることを特徴とする。

本発明の請求項４に係るエンジンの排気管構造は、請求項２または請求項３に記載のエンジンの排気管構造において、前記取出口には、前記引込管が装着された際にのみ、前記排気ガスの取り出しを許容する逆止弁が設けられていることを特徴とする。

本発明の請求項５に係るエンジンの排気管構造は、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のエンジンの排気管構造において、前記排気管の前記取出口よりも下流側の位置には、取り出した排気ガスを戻す戻し口が設けられていることを特徴とする。

本発明の請求項６に係るエンジンの排気管構造は、請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のエンジンの排気管構造において、前記排気ガス浄化装置は、前記排気管内にドージング燃料を供給する燃料供給装置を備えており、前記排気管の前記取出口は、前記燃料供給装置によるドージング燃料の供給位置よりも上流側に設けられていることを特徴とする。

以上において、請求項１の発明によれば、排気ガス浄化装置の上流側の排気管内に排気ガスを取り出す取出口を設けるため、排気ガス浄化装置が装着されたエンジンにおいて、排気ガス浄化装置で清浄化される前の排気ガスを取り出すことができる。従って、このような取出口に、例えば黒煙濃度計測装置を接続することで、排気ガスの黒煙濃度を確実に計測でき、エンジンの異常を良好に検知できる。

請求項２の発明によれば、取出口は黒煙濃度計測装置の引込管が着脱される着脱構造を有しているため、常時黒煙濃度計測装置を排気管に装着しておく必要がなく、エンジンの異常の有無を検知したい場合に黒煙濃度計測装置の引込管を排気管に接続すればよい。

請求項３の発明によれば、着脱構造は、カプラのプラグまたはソケットで構成されているため、引込管は取出口に対して容易に着脱できる。

請求項４の発明によれば、取出口には逆止弁が設けられているため、引込管を取出口に装着した場合にのみ排気ガスを引込管に取り出すことができる。このため引込管を取出口から外した場合には、排気管を流れる排気ガスが大気に排出されることを確実に防止できる。

請求項５の発明によれば、引込管によって引き込まれた排気ガスの黒煙濃度を黒煙濃度計測装置で計測するのであるが、戻し管を設けることにより、計測した排気ガスを戻し管から排気管に戻すことができ、排気ガスが排気ガス浄化装置からそのまま大気に排出されることを確実に防止できる。

請求項６の発明によれば、取出口が燃料供給装置の設置部分よりも上流側に位置していることで、燃料供給装置から噴射されるドージング燃料が引込管内に入ることがないため、ドージング燃料により引込管の内部を汚すことがないうえ、排気ガス以外の物質が存在しない状態にでき、計測結果に影響を及ぼすことがない。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本実施形態でのエンジンの排気管構造１を含んだ全体概略構成を示す模式図である。図１において、本実施形態のエンジンの排気管構造１は、排気ガス浄化装置４を装着したディーゼルエンジン（以下、単にエンジンと称する）２の異常の有無を検知するために、排気ガス浄化装置４の上流側の排気管１０の途中に排気ガスを黒煙濃度計測装置３へ取り出す取出口１１が設けられた構造である。

エンジン２には、排気タービン過給機７が取り付けられている。排気タービン過給機７のタービン７１が、エンジン２からの排気ガスにて駆動され、このタービン７１と共に回転するコンプレッサ７２で過給された吸気が図示しないアフタークーラを通って、エンジン２に供給される。また、水冷式のエンジン２は、冷却水がラジエータ８によって冷却され、ラジエータ８への冷却空気は、ディーゼルエンジン２で駆動される冷却ファン９によって送風される。

黒煙濃度計測装置３は、一般にオパシメータ（光透過式黒煙計測器）と呼ばれるものであり、排気タービン過給機７のタービン７１側出口と排気ガス浄化装置４とを連通させる排気管１０の途中に着脱自在に設置される。黒煙濃度計測装置３は具体的に、屈曲自在な引込管３１と、同じく屈曲自在な戻し管３２と、計測器３３とで構成される。

図２は、排気管１０に引込管３１および戻し管３２が装着される要部を示した図である。図２に示すように、引込管３１は、排気管１０の排気タービン過給機７側（排気ガスの流れ方向の上流側）に設けられた取出口１１にカプラ１３を介して装着され、戻し管３２も、排気管１０の排気ガス浄化装置４側（排気ガスの流れ方向の下流側）に設けられた戻し口１２にカプラ１３を介して装着される。これにより、排気タービン過給機７のタービン７１側出口から排気された排気ガスを、排気ガス浄化装置４の上流側で排気管１０から引込管３１を介して計測器３３に引き入れることが可能である。引き込まれた排気ガスは、計測器３３にて黒煙濃度が計測され、戻し管３２を通して排気管１０へ戻される。そして、計測された黒煙濃度により、エンジン２が異常であるか否かを判定できる。

カプラ１３は、取出口１１および戻し口１２に設けられたプラグ１４と、引込管３１および戻し管３２の先端に設けられたソケット１５とで構成されている。プラグ１４とソケット１５とは、挿抜自在な構造とされ、ソケット１５側に設けられた外輪部材１６をプラグ１４側に螺合させることで、互いを固定することが可能である。そして、取出口１１のプラグ１４に対して引込管３１のソケット１５を接続することで、排気管１０と引込管３１とが連通する。また、戻し口１２のプラグ１４に対して戻し管３２のソケット１５を接続することで、排気管１０と戻し管３２とが連通する。

次に、図３に示すカプラ１３の断面図を参照して、カプラ１３の構造について説明する。カプラ１３のプラグ１４内には、逆止弁１７が設けられている。
逆止弁１７は、プラグ１４内のシート部１４１と、スプリング１４２と、ボール１４３とで構成されている。取出口１１および戻し口１２のプラグ１４に対して、引込管３１および戻し管３２のソケット１５が固定されると、ソケット１５に設けられた断面逆Ｔ字状の押圧部材１５１が、スプリング１４２の付勢力に抗してボール１４３を押圧し、開口部１４４が開口される。

ソケット１５をプラグ１４から取り外すと、押圧部材１５１によって押圧されていたボール１４３がスプリング１４２の付勢力によって付勢され、シート部１４１に当接することで開口部１４４を閉口することになる。従って、逆止弁１７により、ソケット１５からプラグ１４を外しても、排気管１０を流れる排気ガスが取出口１１および戻し口１２から大気に排出されることがない。

黒煙濃度計測装置３の計測器３３は、通過する排気ガスに光を透過させて、その透過率から排気ガスの黒煙濃度等を計測するものである。そのため、計測器３３は、投光部３４および受光部３５を備え、投光部３４から受光部３５へ光を照射している。投光部３４および受光部３５が排気ガスにより汚染されることで光の照射の妨げとならないように、外部からの清浄空気（外気）を一種のエアカーテンとして投光部３４および受光部３５の前面に対して流入させている。流入させた清浄空気は、そのまま外気に流出されるか、または排気ガスと共に戻し管３２から排気管１０に送り込まれる。

排気ガス浄化装置４は、排気管１０の最下流部に取り付けられ、排気ガスの黒煙成分であるＰＭを除去するものであり、黒煙濃度計測装置３に対して排気ガスの流れ方向の下流側に位置している。排気ガス浄化装置４を構成する筒体４０の内部には、排気ガスの流れ方向の上流側に位置する酸化触媒４１と、その下流側に位置してＰＭを捕集するスーツフィルタ４２とが収容されている。このような筒体４０は、マフラーを兼ねている。また、排気ガス浄化装置４は、排気管１０内にドージング燃料（例えば、軽油）を噴射供給する燃料供給装置２０を含んで構成されている。

酸化触媒４１は、燃料供給装置２０によって供給されたドージング燃料を酸化、発熱させるための触媒である。ドージング燃料を酸化、発熱させることにより、排気ガスの温度を上昇させ、この上昇した排気ガスを利用することで、スーツフィルタ４２に堆積したＰＭを自己燃焼させて焼却除去し、スーツフィルタ４２を再生させる。

スーツフィルタ４２は、詳細な図示を省略するが、多数の小孔を配した構造となっている。小孔は、流入側から流出側に向かって連通しており、その断面は多角形状（例えば、六角形状）に形成されている。小孔としては、流入側で開口して流出側で目封じされたものと、流入側で目封じされて流出側で開口したものとが交互に配置されており、前者の小孔から流入した排気ガスが、境界壁を通過して後者の小孔に抜け、下流側に流出する。そして、その境界壁でＰＭが捕集される。スーツフィルタ４２の材質は、コージュライトや炭化珪素等のセラミックス、または、ステンレスやアルミニウム等の金属からなり、用途に応じて適宜決定される。なお、スーツフィルタ４２の流入側には、酸化触媒４１とは材質の異なる酸化触媒がウォッシュコート等によりコーティングされていてもよい。

燃料供給装置２０は、排気管１０内にドージング燃料を噴霧するためのノズル、およびドージング燃料の流量を制御する流量制御弁等で構成され、戻し口１２と排気ガス浄化装置４との間に設けられている。燃料供給装置２０が取出口１１よりも上流側にあると、ドージング燃料が混ざった排気ガスを計測器３３に流入させることになる場合があり、黒煙濃度計測に支障をきたすため、本実施形態では、燃料供給装置２０の上流側に取出口１１を位置させている。また、より好ましくは、本実施形態のように、燃料供給装置２０の上流側に戻し口１２をも位置させるのがよい。燃料供給装置２０が戻し口１２よりも上流に位置していると、黒煙濃度の計測中には、排気ガス中にドージング燃料を良好に噴射できないからである。

以上、説明したように、本実施形態によれば、排気管１０に取出口１１が設けられていることにより、エンジン２の異常の有無を検知する必要性に応じて、排気ガス浄化装置４の上流側で排気管１０の途中に黒煙濃度計測装置３を設置でき、排気ガスが排気ガス浄化装置４を通過する前に排気ガスの黒煙濃度を計測できる。そのため、排気ガス浄化装置４を装着した車両においても、従来と同様にエンジン２の異常の有無を確実に検知できる。

なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる他の構成などを含み、以下に示すような変形なども本発明に含まれるものである。
例えば、前記各実施形態のエンジン異常検知システム１には、燃料供給装置２０や酸化触媒４１が設けられたが、スーツフィルタ４２の再生方法の違いによっては、それらを省略してもよい。
また、前記各実施形態では、排気タービン過給機７を用いたが、電動モータで駆動される電動式や、エンジン２の出力で駆動される機械式の過給機を用いてもよい。これらの過給機がない場合でも、本発明に含まれる。

前記実施形態の黒煙濃度計測装置３では、計測器３３に戻し管３２が接続されており、計測器３３を通った排気ガスを排気管１０に戻す構成としたが、戻し管３２の代わりにフィルタが収容された排出部を装着する構成としてもよい。このような場合は、排出部のフィルタでＰＭが捕集されるため、濃度計測後の排気ガスを排気管１０に戻さずに排出でき、戻し管３２を不要にでき、排気管１０の戻し口１２を省略できる。

前記実施形態では、排気管１０に計測器３３を備えた黒煙濃度計測装置３を装着することで排気ガスの黒煙濃度を計測していたが、計測器３３の代わりに白色ろ紙を取り付ける構成としてもよい。この構成においても、白色ろ紙に排気ガスを通したときの着色度（バッカラッカ指数）によってエンジンの異常を検知できるうえ、白色ろ紙がフィルタとなってＰＭを捕集するので、清浄化された排気ガスをそのまま大気に排出でき、排気管１０に戻す戻し管３２を不要にできる。

前記実施形態では、ソケット１５側に設けられた外輪部材１６をプラグ１４側に螺合させることで、互いを固定する構成であったが、外輪部材１６のスライドによりソケット１５をプラグ１４にワンタッチ式で係脱する構成としてもよい。
また、排気管１０には、取出口１１、戻し口１２の両方にプラグ１４が設けられていたが、一方をソケット１５にしてもよい。このような場合、引込管３１および戻し管３２の一方にプラグ１４を設けることになるので、引込管３１を誤って戻し口１２に接続したり、戻し管３２を誤って取出口１１に接続したりするのを防止できる。

本発明は、排気ガス浄化装置を装着したエンジンが搭載された車両や、そのようなエンジンで駆動される発電機を備えた発電設備等に好適に利用できる。

本発明の一実施形態に係るエンジン異常検出装置の全体概略構成図。 前記実施形態に係る要部を示す概略図。 前記実施形態に係るカプラの断面図。

符号の説明

１…エンジンの排気管構造、２…ディーゼルエンジン（エンジン）、４…排気ガス浄化装置、１０…排気管、１１…取出口、１２…戻し口、１３…カプラ、１４…プラグ、１５…ソケット、１７…逆止弁、２０…燃料供給装置、３１…引込管、３２…戻し管。

Claims (6)

1. 排気ガスを清浄化する排気ガス浄化装置が装着されたエンジンの排気管構造であって、
   前記エンジンと前記排気ガス浄化装置とを連通させる排気管を備え、
   この排気管には、当該排気管内を流れる排気ガスを取り出す取出口が設けられている
   ことを特徴とするエンジンの排気管構造。
2. 請求項１に記載のエンジンの排気管構造において、
   前記取出口は、排気ガスの黒煙濃度を計測する黒煙濃度計測装置の引込管が着脱される着脱構造を有している
   ことを特徴とするエンジンの排気管構造。
3. 請求項２に記載のエンジンの排気管構造において、
   前記着脱構造は、前記取出口および前記引込管を連結するカプラのプラグまたはソケットで構成されている
   ことを特徴とするエンジンの排気管構造。
4. 請求項２または請求項３に記載のエンジンの排気管構造において、前記取出口には、前記引込管が装着された際にのみ、前記排気ガスの取り出しを許容する逆止弁が設けられている
   ことを特徴とするエンジンの排気管構造。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のエンジンの排気管構造において、
   前記排気管の前記取出口よりも下流側の位置には、取り出した排気ガスを戻す戻し口が設けられている
   ことを特徴とするエンジンの排気管構造。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のエンジンの排気管構造において、
   前記排気ガス浄化装置は、前記排気管内にドージング燃料を供給する燃料供給装置を備えており、
   前記排気管の前記取出口は、前記燃料供給装置によるドージング燃料の供給位置よりも上流側に設けられている
   ことを特徴とするエンジンの排気管構造。
   

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