JP2009293405A - Exhaust gas treating device in internal combustion engine - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関の燃焼室から排出された排気ガス中のパティキュレート・マターを処理する内燃機関における排気ガス処理装置に関する。 The present invention relates to an exhaust gas processing apparatus in an internal combustion engine that processes particulate matter in exhaust gas discharged from a combustion chamber of the internal combustion engine.
排気ガス中のパティキュレート・マターを燃焼させる技術思想が特許文献1に開示されている。排気ガス中のパティキュレート・マターは、フィルタを用いて排気ガス中から分離され、フィルタに堆積したパティキュレート・マターは、エアタンクに貯留されている高圧空気をフィルタに吹き付けることによってフィルタから解離される。フィルタから解離されたパティキュレート・マターは、1箇所に集積される。集積されたパティキュレート・マターには前記エアタンク内の空気が吹き付けられ、電気ヒータの熱がパティキュレート・マターを燃焼するための着火に用いられる。
しかし、エアタンク内の高圧空気がなくならないように適宜エアタンクに空気を補給する必要があり、そのための補給手段が必要になる。エアタンク及び補給手段を備えた排気ガス処理装置の採用は、これらのための占有スペースを内燃機関の周りに必要とすることになり、排気ガス処理装置付きの内燃機関の占有スペースが大きくなってしまう。 However, it is necessary to appropriately supply air to the air tank so that the high-pressure air in the air tank does not disappear, and a replenishing means for that purpose is required. The adoption of the exhaust gas processing device provided with the air tank and the replenishing means requires an occupied space for the surroundings of the internal combustion engine, which increases the occupied space of the internal combustion engine with the exhaust gas processing device. .
本発明は、排気ガス中のパティキュレート・マターを燃焼させるための排気ガス処理装置の占有スペースの低減を図ることを目的とする。 An object of the present invention is to reduce the space occupied by an exhaust gas treatment device for burning particulate matter in exhaust gas.
本発明は、内燃機関の燃焼室から排出された排気ガス中のパティキュレート・マターを処理する内燃機関における排気ガス処理装置を対象とし、請求項1の発明では、前記パティキュレート・マターを含む前記排気ガスの排気経路に空気を送り込む送り込みポンプが設けられている。 The present invention is directed to an exhaust gas processing apparatus in an internal combustion engine that processes particulate matter in exhaust gas discharged from a combustion chamber of the internal combustion engine. In the invention of claim 1, the invention includes the particulate matter. A feed pump that feeds air into an exhaust gas exhaust path is provided.
パティキュレート・マターを含む排気ガスとは、パティキュレート・マターを分離処理する前の排気ガス、又はパティキュレート・マターを燃焼処理する前の排気ガスのことである。排気経路内に送り込まれた空気が前記排気経路内のパティキュレート・マターに触れると、パティキュレート・マターが燃焼する。空気が送り込みポンプから排気経路内に直接送り込まれるため、エアタンク及びエア補給手段が不要であり、排気ガス処理装置の占有スペースが低減する。 The exhaust gas containing particulate matter is exhaust gas before separation of particulate matter or exhaust gas before combustion treatment of particulate matter. When the air sent into the exhaust path touches the particulate matter in the exhaust path, the particulate matter burns. Since air is directly fed into the exhaust path from the feed pump, an air tank and an air replenishing means are unnecessary, and the space occupied by the exhaust gas processing device is reduced.
好適な例では、前記排気経路に接続する空気供給経路が設けられており、前記送り込みポンプは前記空気供給経路中または前記空気供給経路より上流に配置され、前記送り込みポンプから送り出される空気は、前記空気供給経路を介して前記排気経路に送り込まれる。 In a preferred example, an air supply path connected to the exhaust path is provided, the feed pump is arranged in the upstream of the air supply path or the air supply path, and the air fed from the feed pump is It is fed into the exhaust path through an air supply path.
空気が送り込みポンプから空気供給経路に直接送り込まれるため、エアタンク及びエア補給手段が不要であり、排気ガス処理装置の占有スペースが低減する。
好適な例では、前記排気経路中に排気ガス中からパティキュレート・マターを分離する分離手段が備えられており、前記分離手段は、分離されたパティキュレート・マターを集積する集積場所を備え、前記空気供給経路は、前記集積場所に接続されている。
Since air is directly sent from the feed pump to the air supply path, an air tank and an air replenishing unit are unnecessary, and the space occupied by the exhaust gas processing device is reduced.
In a preferred example, separation means for separating the particulate matter from the exhaust gas is provided in the exhaust path, and the separation means includes an accumulation place for collecting the separated particulate matter, The air supply path is connected to the accumulation location.
集積されたパティキュレート・マターは、燃焼させ易い。
好適な例では、前記空気供給経路中に空気を加熱する熱交換器が設けられている。
加熱された空気は、パティキュレート・マターを燃焼させ易い。
The accumulated particulate matter is easy to burn.
In a preferred example, a heat exchanger for heating air is provided in the air supply path.
Heated air tends to burn particulate matter.
好適な例では、前記熱交換器は、前記内燃機関の燃焼熱を受熱する。
内燃機関の燃焼熱は、空気を加熱する熱として好適である。
好適な例では、前記送り込みポンプは、排気ガス流を利用して駆動される。
In a preferred example, the heat exchanger receives the combustion heat of the internal combustion engine.
The combustion heat of the internal combustion engine is suitable as heat for heating air.
In a preferred example, the feed pump is driven using an exhaust gas flow.
排気ガス流によって作動される送り込みポンプは、省エネ効果をもたらす。
好適な例では、前記送り込みポンプは、前記燃焼室へ空気を過給する過給機である。
燃焼室へ空気を過給する過給機は、専用の送り込みポンプを不要にする。又、過給機によって送り出される空気は圧縮されるため、過給機から送り出された空気の温度が高くなる。高温化された空気は、パティキュレート・マターを燃焼させ易い。
A feed pump operated by an exhaust gas flow provides an energy saving effect.
In a preferred example, the feed pump is a supercharger that supercharges air into the combustion chamber.
A turbocharger that supercharges air into the combustion chamber eliminates the need for a dedicated feed pump. Moreover, since the air sent out by the supercharger is compressed, the temperature of the air sent out from the supercharger increases. High-temperature air tends to burn particulate matter.
本発明は、排気ガス中のパティキュレート・マターを燃焼させるための排気ガス処理装置の占有スペースの低減を図ることができるという優れた効果を奏する。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention has an excellent effect that it is possible to reduce the occupied space of an exhaust gas processing device for burning particulate matter in exhaust gas.
以下、本発明をディーゼルエンジンに具体化した第1の実施形態を図1(a),(b)に基づいて説明する。図1(b)は、図1(a)の模式図である。
図1(a)に示すように、ディーゼルエンジン10(内燃機関)は、図示しないシリンダに設けられた複数の燃焼室11〔本実施形態では4つ〕を備えており、前記シリンダに連結されたシリンダヘッド12には燃焼室11毎に電磁式の燃料噴射ノズル13が取り付けられている。燃料噴射ノズル13は、燃料を燃焼室11内へ噴射する。
Hereinafter, a first embodiment in which the present invention is embodied in a diesel engine will be described with reference to FIGS. FIG. 1B is a schematic diagram of FIG.
As shown in FIG. 1A, a diesel engine 10 (internal combustion engine) includes a plurality of combustion chambers 11 (four in this embodiment) provided in a cylinder (not shown), and is connected to the cylinder. An electromagnetic
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、各燃焼室11内に燃料を噴射する。燃料噴射ノズル13は、図示しない制御装置の制御を受ける。
The fuel is supplied to the
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。吸気経路を構成する吸気管17の途中には、上流側より、過給機19のコンプレッサ部191及びスロットル弁20が配設されている。過給機19は、排気ガス流によって作動される公知のターボチャージャーである。スロットル弁20は、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。
An
シリンダヘッド12にはエキゾーストマニホールド21が接続されており、エキゾーストマニホールド21には排気管22が接続されている。排気管22の途中には過給機19のタービン部192及び分離装置23が介在されている。分離装置23は、収納器231と、収納器231内に収納されたパティキュレートフィルタ232とからなる。パティキュレートフィルタ232は、パティキュレート・マターを捕集するためのフィルタである。燃焼室11から排出された排気ガスは、エキゾーストマニホールド21、排気管22、タービン部192及び分離装置23を経由して大気に放出される。
An
吸気経路に関してスロットル弁20より上流の吸気管17には空気供給管24が分岐接続されている。空気供給管24は、分離装置23の収納器231に接続されており、空気供給管24の途中には熱交換器25が介在されている。エアクリーナ18から吸気管17へ流入した空気の一部は、空気供給管24へ流れる。空気供給経路である空気供給管24を流れる空気は、熱交換器25内を通過する。熱交換器25は、ディーゼルエンジン10の前記シリンダあるいはシリンダヘッド12に取り付けられている。熱交換器25は、ディーゼルエンジン10の燃焼熱を受熱して熱交換器25内を流れる空気へ伝達する。
An
排気管22を流れる排気ガス流によって作動している過給機19は、エアクリーナ18から吸気管17へ流入した空気を圧縮して送り出す。過給機19から送り出された空気の一部は、インテークマニホールド16へ流入し、過給機19から送り出された空気の残りは、空気供給管24へ流入する。空気供給管24へ流入した空気は、熱交換器25を介してディーゼルエンジン10の燃焼熱の一部を受け取り、ディーゼルエンジン10の燃焼熱の一部を受け取った空気は、加熱される。熱交換器25において加熱された空気は、分離装置23の収納器231内へ流入する。収納器231内には排気管22から排気ガスが流入しており、収納器231内のパティキュレートフィルタ232は、収納器231内に流入した排気ガス中のパティキュレート・マターを捕集する。収納器231内は、排気ガスの熱によって高温(パティキュレート・マターの燃焼に必要な温度よりも高い温度)になっているため、パティキュレートフィルタ232に捕集されたパティキュレート・マターは、空気供給管24から分離装置23の収納器231へ流入した空気に触れて燃焼する。
The
過給機19は、排気ガス流を利用して空気を空気供給管24へ送り込む送り込みポンプである。分離装置23は、排気ガス中からパティキュレート・マターを分離する分離手段であり、且つ、分離されたパティキュレート・マターを集積する集積場所である。エキゾーストマニホールド21、エキゾーストマニホールド21から分離装置23に至る間の排気管22及び分離装置23は、パティキュレート・マターを含む排気ガスの排気経路を構成する。
The
第1の実施形態では以下の効果が得られる。
(1)空気供給管24から分離装置23へ送られる空気は、過給機19の作動によって空気供給管24へ直接送り込まれる。過給機19は、空気を過給するため、分離装置23内のパティキュレート・マターを燃焼するのに必要な多量の空気が分離装置23内へ送り込まれる。過給機19、空気供給管24及び分離装置23を備えた排気ガス処理装置は、特許文献1に開示のようなエアタンク及びエア補給手段を不要にする。エアタンク及びエア補給手段を備えない本実施形態の排気ガス処理装置の占有スペースは、エアタンク及びエア補給手段を備えた従来の排気ガス処理装置に比べて低減する。
In the first embodiment, the following effects can be obtained.
(1) The air sent from the
(2)パティキュレートフィルタ232に捕集されたパティキュレート・マターは、パティキュレートフィルタ232に集積している。そのため、分離装置23というパティキュレート・マターの集積場所に空気を集中的に供給すれば、集積しているパティキュレート・マターと空気とが接触し易い。つまり、集積されたパティキュレート・マターは、燃焼させ易い。分離装置23というパティキュレート・マターの集積場所に空気供給管24を接続した構成は、集積されたパティキュレート・マターに空気を集中させてパティキュレート・マターを燃焼させ易い。
(2) The particulate matter collected by the
(3)パティキュレートフィルタ232に捕集されているパティキュレート・マターをパティキュレートフィルタ232から解離させることなくパティキュレートフィルタ232上で直接燃焼することができる。
(3) The particulate matter collected by the
(4)分離装置23内の温度が低い場合(パティキュレート・マターの燃焼に必要な温度よりも低い場合)には、分離装置23内のパティキュレート・マターは燃焼しない。そのため、分離装置23内の温度を可及的に下げないようにすることが重要である。
(4) When the temperature in the
分離装置23内へ供給される空気は、熱交換器25を通されるために、加熱される。熱交換器25を通されて加熱された空気は、加熱されていない空気に比べて、分離装置23内の温度低下を少なくする。つまり、熱交換器25を通されて加熱された空気は、分離装置23内のパティキュレート・マターを燃焼させ易い。
The air supplied into the
(5)熱交換器25は、燃焼によって生じる熱を空気供給管24内の空気に伝達する。分離装置23内へ供給される空気を加熱する熱としてディーゼルエンジン10の燃焼熱(排熱)を利用する構成は、パティキュレート・マターを燃焼させる上で、無駄のない構成である。
(5) The
(6)過給機19から送り出される空気は、圧縮されて温度上昇する。温度上昇した空気は、分離装置23内のパティキュレート・マターの燃焼の容易性に寄与する。排気ガスの運動エネルギーを空気の予熱に変換する過給機19は、省エネ効果をもたらす。
(6) The air sent out from the
(7)燃焼室11へ空気を過給する過給機19は、専用の送り込みポンプを不要にする。
次に、図2〜図7の各実施形態を説明する。各実施形態のいずれにおいても、第1の実施形態と同じ構成部には同じ符号を用い、その詳細説明は省略する。
(7) The
Next, each embodiment of FIGS. 2 to 7 will be described. In any of the embodiments, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
図2の第2の実施形態では、第1の実施形態における熱交換器25が無くされているが、過給機19から送り出される空気が予熱されて空気供給管24へ送り込まれる。第2の実施形態では、第1の実施形態における(1),(2),(3),(6),(7)項と同様の効果が得られる。
In the second embodiment of FIG. 2, the
図3の第3の実施形態では、エアクリーナ18から吸気管17へ流入した空気はそのまま、全量がディーゼルエンジン10のインテークマニホールドへ供給される。一方、空気供給管24Aが吸気管17から分離して設けられており、空気供給管24Aの途中には過給機19のコンプレッサ部191及び熱交換器25A介在されている。コンプレッサ部191の下流にある熱交換器25Aは、エンジン冷却用の冷却水から熱を受け取って空気供給管24Aを流通する空気に伝達する。熱交換器25Aに流入する冷却水は、ディーゼルエンジン10から熱を受け取った後の冷却水である。熱交換器25Aは、冷却水を介してディーゼルエンジン10の燃焼熱(排熱)を取り出している。
In the third embodiment of FIG. 3, the entire amount of air flowing from the
第3の実施形態では、第1の実施形態における(1)〜(6)項と同様の効果が得られる。
図4の第4の実施形態では、熱交換器25Aがコンプレッサ部191の上流側にある点のみが第3の実施形態と異なる。第4の実施形態では、第3の実施形態と同様の効果が得られる。
In the third embodiment, the same effects as the items (1) to (6) in the first embodiment can be obtained.
4 differs from the third embodiment only in that the
図5の第5の実施形態では、過給機19に代えて電動ポンプ26が配置されている。電動ポンプ26から空気供給管24Aへ空気が送り込まれる。電動ポンプ26としては、例えばダイヤフラムポンプ、スクリューポンプ、スクロール型圧縮機等が用いられる。電動ポンプ26は、図示しない制御装置の制御を受ける。熱交換器25は、第1の実施形態と同様、ディーゼルエンジン10のシリンダあるいはシリンダヘッド12に取り付けられ、ディーゼルエンジン10の燃焼熱を受熱して熱交換器25内を流れる空気へ伝達する。
In the fifth embodiment of FIG. 5, an
第5の実施形態では、第1の実施形態における(1)〜(5)項と同様の効果が得られる上に、以下の効果が得られる。
電動ポンプ26の採用は、空気供給管24Aへの空気送り込みのタイミング及び送り込み期間の選択を可能にする。例えば、パティキュレートフィルタ232〔図1(a)参照〕におけるパティキュレート・マターの捕集量が多くなってパティキュレートフィルタ232の捕集機能が低下しそうになったときに、電動ポンプ26を所定時間作動させ、分離装置23の捕集機能が低下しない間は、電動ポンプ26の作動を停止しておくことができる。
In the fifth embodiment, the same effects as the items (1) to (5) in the first embodiment are obtained, and the following effects are obtained.
Employment of the
前記所定時間は、パティキュレートフィルタ232に捕集されたパティキュレート・マターを全て焼き切るのに必要な時間以上に設定される。捕集機能の低下は、例えば燃料噴射量の積算量を算出することによって予測できる。
The predetermined time is set to be longer than the time necessary to burn out all the particulate matter collected by the
空気供給管24への間欠的な空気の送り込みは、空気供給管24へ空気を連続的に送り込む場合に比べて、分離装置23内の温度低下を少なくする。
図6の第6の実施形態では、第5の実施形態に対して、熱交換器25に代えて熱交換器25Bが排気管22の途中と空気供給管24Aの途中とに介在されている。熱交換器25Bは、排気管22を流れる排気ガスの熱を空気供給管24Aを流れる空気に伝達する。
The intermittent air supply to the
In the sixth embodiment shown in FIG. 6, a heat exchanger 25B is interposed in the middle of the
第6の実施形態では、第5の実施形態と同様の効果が得られる。
図7の第7の実施形態では、第5の実施形態に対してエキゾーストマニホールド21〔図1(a)参照〕に接続された第1排気管22Aには分離装置23に代えて旋回用筒27が接続されている。又、熱交換器25に代えて熱交換器25Aが配置されている。旋回用筒27は、円筒家状の円筒周壁271と、円筒周壁271の下部に連なる円錐形状の円錐周壁272と、円筒周壁271の上部に連なる蓋273とから構成されている。円錐周壁272の下部には集積筒28が連結されている。第1排気管22Aは、円筒周壁271を貫通して旋回用筒27内に連通されている。
In the sixth embodiment, the same effect as in the fifth embodiment can be obtained.
In the seventh embodiment shown in FIG. 7, the
旋回用筒27には第2排気管22Bが接続されている。第2排気管22Bは、蓋273を貫通して旋回用筒27内に連通されている。第1排気管22A内の排気ガスは、旋回用筒27内へ流入し、旋回用筒27内へ流入した排気ガスは、旋回用筒27内の第2排気管22Bの周囲を旋回する。排気ガスが旋回用筒27内を旋回すると、排気ガス中からパティキュレート・マターが分離される。分離されたパティキュレート・マターは、落下して集積筒28内に集積される。旋回用筒27内を旋回した排気ガスは、第2排気管22B内へ流入する。第1排気管22A、旋回用筒27及び第2排気管22Bは、排気ガスを旋回させて排気ガス中のパティキュレート・マターを分離する旋回手段(分離手段)を構成する。
A
集積筒28には空気供給管24Aが接続されている。空気供給管24A内の空気は、集積筒28内に流入する。集積筒28内という集積場所に集積されたパティキュレート・マターは、空気供給管24Aからの空気の流入によって燃焼する。
An
第7の実施形態では、第1の実施形態における(1),(2),(4),(5)項、及び第5の実施形態と同様の効果が得られる。
本発明では以下のような実施形態も可能である。
In the seventh embodiment, the same effects as in the items (1), (2), (4), (5) and the fifth embodiment in the first embodiment can be obtained.
In the present invention, the following embodiments are also possible.
○第5,6の実施形態において、分離装置23の収納器231に電動ポンプ26を取り付け、電動ポンプ26から直接分離装置23内に空気を送り込むようにしてもよい。
○第7の実施形態において、集積筒28に電動ポンプ26を取り付け、電動ポンプ26から直接集積筒28内に空気を送り込むようにしてもよい。
In the fifth and sixth embodiments, the
In the seventh embodiment, the
○第5〜第7の実施形態において、熱交換器25,25A,25Bを無くしてもよい。
○第1の実施形態において、スロットル弁20より上流の吸気管17の途中に、吸気管17内を流れる空気を冷却するためのインタークーラーを設け、インタークーラーよりも上流の吸気管17に空気供給管24を分岐接続してもよい。インタークーラーで冷却された空気は、空気供給管24へは流れずに燃焼室11内へ流入する。冷却されて密度を増した空気は、エンジン出力を向上する上で好ましい。
In the fifth to seventh embodiments, the
In the first embodiment, an intercooler for cooling the air flowing in the
○熱交換器25Aについて、熱媒体としてエンジン冷却用の冷却水に限らず、エンジンオイルでもよい。
○排気ガスからパティキュレート・マターを分離する分離手段を無くし、送り込みポンプから空気供給管へ送り出された空気を排気経路内に送り込むようにしてもよい。排気経路内のパティキュレート・マターは、排気経路内に送り込まれた空気に触れて燃焼する。
The
O Separation means for separating particulate matter from exhaust gas may be eliminated, and the air sent from the feed pump to the air supply pipe may be sent into the exhaust path. Particulate matter in the exhaust path burns in contact with the air sent into the exhaust path.
○本発明をガソリンエンジンに適用してもよい。
前記した実施形態から把握できる技術思想をその効果と共に記載する。
〔1〕前記分離手段は、パティキュレートフィルタ収納器内にパティキュレートフィルタを収納した分離装置である請求項3に記載の内燃機関における排気ガス処理装置。
The present invention may be applied to a gasoline engine.
The technical idea which can be grasped from the above-described embodiment will be described together with the effect.
[1] The exhaust gas processing apparatus for an internal combustion engine according to claim 3, wherein the separation means is a separation device in which a particulate filter is housed in a particulate filter housing.
パティキュレートフィルタに捕集されているパティキュレート・マターをパティキュレートフィルタ上で直接燃焼することができる。 Particulate matter collected in the particulate filter can be directly burned on the particulate filter.
10…内燃機関としてのディーゼルエンジン。11…燃焼室。19…送り出しポンプとしての過給機。22,22A,22B…排気経路を構成する排気管。23…分離手段及び集積場所である分離装置。24,24A…空気供給経路としての空気供給管。25,25A,25B…熱交換器。28…集積場所としての集積筒。 10: A diesel engine as an internal combustion engine. 11 ... Combustion chamber. 19 ... Supercharger as a delivery pump. 22, 22A, 22B ... Exhaust pipes constituting the exhaust path. 23: Separation means and separation device as a collection place. 24, 24A ... Air supply pipes as air supply paths. 25, 25A, 25B ... heat exchangers. 28: An accumulation cylinder as an accumulation place.
Claims (7)
前記パティキュレート・マターを含む前記排気ガスの排気経路に空気を送り込む送り込みポンプが設けられている内燃機関における排気ガス処理装置。 In an exhaust gas processing apparatus in an internal combustion engine for processing particulate matter in exhaust gas discharged from a combustion chamber of the internal combustion engine,
An exhaust gas processing apparatus in an internal combustion engine, wherein a feed pump for feeding air into an exhaust path of the exhaust gas including the particulate matter is provided.
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