JP2010071155A - 排気ガス浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】比較的コンパクトな構成でフィルタの保温性能を確保してチャンバの表面温度の上昇を抑制しつつ、フィルタ再生用の未燃燃料の添加量を抑えて燃費を向上できる排気ガス浄化装置を提供する。
【解決手段】排気ガス流入配管１１からチャンバ２０内に流入された排気ガスを、流入通路２１、外周通路２２、リターン通路２３、浄化フィルタ３０、流出通路２４の順に通過させて、排気ガス流出配管１２から流出させるようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、排気ガス浄化装置に関するものである。

従来より、ディーゼルエンジンから排出されるパティキュレート（粒子状物質）をパティキュレートフィルタで捕集し、パティキュレートフィルタに流入する排気ガスに未燃の燃料を多く含んだ状態にして触媒反応により発熱させることで、パティキュレートを燃焼除去してパティキュレートフィルタを再生する技術が知られている（例えば、特許文献１，２参照）。

ここで、パティキュレートフィルタの外周部は昇温性が悪く、フィルタの中心部に比べて低い温度となってしまうため、パティキュレートが燃焼しにくくなる。このため、燃え残ったパティキュレートが堆積して、パティキュレートの急速燃焼によるフィルタ破損を引き起こすおそれがあった。

このような問題を解消するため、特許文献１には、パティキュレートフィルタの外周部と中央部とに排気ガスの流路を形成し、排気ガスを外周通路から中央通路に流通させることで、フィルタの外周部と中央部とを排気ガスで加熱及び保温するようにした技術が開示されている。この保温効果により、フィルタを高温に維持して、パティキュレートの燃焼を促進できるようにしている。

また、特許文献２には、パティキュレートフィルタの外周部に保温層を設けて蓄熱効果を持たせることで昇温性能を改善するようにした技術が開示されている。これにより、再生時にパティキュレートフィルタを均一に昇温できるようにしている。
特許３９５１６７８号公報 特開２００５−４８７５４号公報

しかしながら、特許文献１に記載の排気ガス浄化装置では、フィルタの外周部分と中央部分とに排気ガスの通路をそれぞれ形成しているため、フィルタ部分の有効面積を確保して必要な浄化性能を得るためにはフィルタ径を大きくしなければならず、装置が大型化してしまうという問題があった。

また、特許文献２に記載の排気ガス浄化装置では、排気ガス中に未燃燃料を添加して、触媒反応により発熱させてフィルタ全体を再生温度まで均一に昇温させるようにしているため、フィルタを収納しているチャンバ（金属ケース）の表面温度が上昇して、チャンバの周辺部品が熱で劣化するおそれがあるとともに、フィルタ再生用の燃料が多量に必要となって燃費が悪化するという問題があった。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、比較的コンパクトな構成でフィルタの保温性能を確保してチャンバの表面温度の上昇を抑制しつつ、フィルタ再生用の未燃燃料の添加量を抑えて燃費を向上できる排気ガス浄化装置を提供することにある。

上述した目的を達成するため、本発明は、浄化フィルタの外周部に沿って排気ガスを通過させることで浄化フィルタを保温するとともに、リターン通路を介して排気ガスを浄化フィルタに通過させて排気ガスを浄化した後で流出通路から排気するようにした。

具体的に、本発明は、排気ガス流入配管及び排気ガス流出配管が接続されたチャンバと、該チャンバ内に配置され且つ排気ガス中に含まれるパティキュレートを捕集して排気ガスを浄化する浄化フィルタとを備えた排気ガス浄化装置を対象とし、次のような解決手段を講じた。

すなわち、請求項１の発明は、前記チャンバ内には、
前記排気ガス流入配管が連通する流入通路と、
前記流入通路内の排気ガスを前記浄化フィルタの外周部に沿って流通させる外周通路と、
前記外周通路を流通した排気ガスを前記浄化フィルタに通過させるリターン通路と、
前記排気ガス流出配管が連通し、前記浄化フィルタを通過した排気ガスを該排気ガス流出配管から前記チャンバ外に流出させる流出通路とが設けられ、
前記流入通路と前記流出通路とは、該流入通路内の排気ガスを前記外周通路に導く導風板により仕切られ、
前記排気ガス流入配管から前記チャンバ内に流入された排気ガスは、前記流入通路、前記外周通路、前記リターン通路、前記浄化フィルタ、前記流出通路の順に通過して、前記排気ガス流出配管から流出されることを特徴とするものである。

請求項１の発明では、チャンバ内に、排気ガス流入配管が連通された流入通路と、排気ガスを浄化フィルタの外周部に沿って流通させる外周通路と、排気ガスを浄化フィルタに通過させるリターン通路と、浄化された排気ガスをチャンバ外に流出させる流出通路とが設けられる。また、流入通路と流出通路とが導風板で仕切られる。そして、排気ガス流入配管からチャンバ内に流入された排気ガスは、流入通路、外周通路、リターン通路、浄化フィルタ、流出通路の順に通過して、排気ガス流出配管から流出される。

このような構成とすれば、チャンバ内に流入した排気ガスが外周通路を流通してから浄化フィルタ内を通過するので、浄化フィルタの外周部を排気ガスで加熱及び保温でき、浄化フィルタ全体の温度を均一化できる。また、この保温効果により、浄化フィルタが排気ガス温度と同等の２００℃〜４５０℃の雰囲気下に配置されることとなるから、パティキュレートが燃焼する２５０℃以上の再生温度に容易に到達することができる。このため、フィルタ再生用の未燃燃料の添加量を低減することができ、燃費を向上させることができる。

さらに、浄化フィルタとチャンバとの間に外周通路を設けた構成とすることで、フィルタ再生時に発生した熱が浄化フィルタからチャンバ側に伝熱されにくくなり、チャンバの表面温度の上昇を抑制することができる。このため、チャンバの周辺部品が熱で劣化しないように遮熱対策用の部品等を設ける必要がなく、部品点数を削減する上で有利となる。

また、従来の排気ガス浄化装置のように、浄化フィルタの中央部分に中央通路を設ける必要がないため、浄化フィルタのフィルタ径を小さくしても浄化性能を十分に確保することができ、装置を小型化する上で有利となる。

請求項２の発明は、請求項１において、
前記流出通路と前記排気ガス流出配管とを接続し、且つ前記流入通路内で前記排気ガス流入配管の近傍を通過するように配置された循環用配管を備えたことを特徴とするものである。

請求項２の発明では、流出通路と排気ガス流出配管とは、循環用配管で接続される。この循環用配管は、流入通路内で排気ガス流入配管の近傍を通過するように配置される。このような構成とすれば、浄化フィルタで捕集したパティキュレートを燃焼除去した後の高温の排気ガスを、流出通路から循環用配管を介して流入通路や排気ガス流入配管の近傍に循環させることができ、流入通路内の排気ガス温度を上昇させて浄化フィルタの再生温度に到達するまでの時間や未燃燃料の添加量をさらに低減することができる。

請求項３の発明は、請求項１又は２において、
前記導風板は、前記流入通路側が凸状となる湾曲形状に形成されていることを特徴とするものである。

請求項３の発明では、導風板は、流入通路側が凸状となる湾曲形状に形成される。これにより、流入通路から導風板の湾曲形状に沿って外周通路に向かって排気ガスがスムーズに流れるため、チャンバ内における排気ガスの流通を促進することができる。

請求項４の発明は、請求項１乃至３のうち何れか１項において、
前記浄化フィルタの外周面は、前記チャンバの内周面に当接しており、
前記外周通路は、前記浄化フィルタの外周部分を貫通する貫通孔で形成されていることを特徴とするものである。

請求項４の発明では、浄化フィルタの外周面がチャンバの内周面に当接している。浄化フィルタの外周部分には貫通孔が貫通しており、この貫通孔が外周通路を構成している。このような構成とすれば、浄化フィルタの外周面とチャンバの内周面との間に外周通路を形成するために、浄化フィルタをチャンバ内で保持するための部材等を別途設けなくても良くなり、部品点数を削減することができる。

本発明によれば、チャンバ内に流入した排気ガスが外周通路を流通してから浄化フィルタ内を通過するので、浄化フィルタの外周部を排気ガスで加熱及び保温でき、浄化フィルタ全体の温度を均一化できる。また、この保温効果により、再生モード運転において必要となる再生温度に容易に到達することができる。このため、フィルタ再生用の未燃燃料の添加量を低減することができ、燃費を向上させることができる。

さらに、フィルタ再生時に発生した熱が浄化フィルタからチャンバ側に伝熱されにくいため、チャンバの表面温度の上昇を抑制することができる。このため、チャンバの周辺部品が熱で劣化しないように遮熱対策用の部品等を設ける必要がなく、部品点数を削減する上で有利となる。

また、従来の排気ガス浄化装置のように、浄化フィルタの中央部分に中央通路を設ける必要がないため、浄化フィルタのフィルタ径を小さくしても浄化性能を十分に確保することができ、装置を小型化する上で有利となる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

＜実施形態１＞
図１は、本発明の実施形態１に係る排気ガス浄化装置の構成を示す概略図である。図１に示すように、この排気ガス浄化装置１０は、排気ガス流入配管１１及び排気ガス流出配管１２が接続されたチャンバ２０と、チャンバ２０内に配置され且つ排気ガス中に含まれるパティキュレートを捕集して排気ガスを浄化する浄化フィルタ３０とを備えている。

前記チャンバ２０は、図１で左右方向に延びて右端部が開口した有底筒状の胴部であるチャンバ本体２０ａと、その右端開口部に気密状に接合され、右方に突出した凸面を有する椀状の閉塞部２０ｂとで構成され、その内部は空洞とされている。

また、前記チャンバ本体２０ａ内には、左右方向に延びる筒状の内筒部材２８が、図示しない保持部材によりチャンバ本体２０ａの内周壁と隙間を存するように配置されている。内筒部材２８の左端部には、左方に突出した凸面を有する椀状の導風板２５が接合されている。また、内筒部材２８の右端部には、浄化フィルタ３０が嵌め込まれている。

前記チャンバ２０内における導風板２５よりも左側の空間は、排気ガス流入配管１１が連通する流入通路２１とされている。また、導風板２５、内筒部材２８、及び浄化フィルタ３０で囲まれた空間は、排気ガス流出配管１２が連通する流出通路２４とされている。すなわち、導風板２５は、流入通路２１と流出通路２４とを仕切る仕切り板として機能している。また、流入通路２１に流入した排気ガスは、導風板２５の湾曲形状に沿って後述する外周通路２２に向かってスムーズに流通するようになっている。

図２は、浄化フィルタの構成を示す断面図である。図２に示すように、この浄化フィルタ３０は、例えば円柱状のハニカム構造体で構成され、互いに平行に延びる多数の排気ガス流入通路３１及び排気ガス流出通路３２を備えている。すなわち、浄化フィルタ３０は、下流端が栓３３により閉塞された排気ガス流入通路３１と、上流端が栓３３により閉塞された排気ガス流出通路３２とが交互に設けられ、排気ガス流入通路３１と排気ガス流出通路３２とは、薄肉の隔壁３４を介して隔てられている。

前記浄化フィルタ３０は、隔壁３４を含むフィルタ本体が無機多孔質材料から形成されており、排気ガス流入通路３１内に流入した排気ガスは、図２において矢印で示したように周囲の隔壁３４を通過して隣接する排気ガス流出通路３２内に流出する。すなわち、隔壁３４は、排気ガス流入通路３１と排気ガス流出通路３２とを連通する微細な細孔（図示せず）を有し、この細孔を排気ガスが通過するようになっている。そして、排気ガス中に含まれるパティキュレートは、主に排気ガス流入通路３１と細孔の内周壁部分に捕捉されて堆積する。

図１に示すように、前記チャンバ本体２０ａには、エンジン５から排気された排気ガスをチャンバ２０内に流入させるための排気ガス流入配管１１が接続され、その接続側端部が流入通路２１に連通している。排気ガス流入配管１１の接続側端部には、複数の排気孔１１ａが形成されており、エンジン５から排気された排気ガスは、排気ガス流入配管１１内部を通って排気孔１１ａから吹き出されるようになっている。

さらに、前記チャンバ本体２０ａには、浄化フィルタ３０で浄化された排気ガスをチャンバ２０外に排気するための排気ガス流出配管１２が接続され、その接続側端部が流出通路２４に連通している。排気ガス流出配管１２の接続側端部には、複数の吸入孔１２ａが形成されており、浄化フィルタ３０で浄化された排気ガスは、吸入孔１２ａから吸入されて排気ガス流出配管１２内部を通ってチャンバ２０外に排気されるようになっている。

前記チャンバ２０内には、エンジン５から排気された排気ガスを流通させるために、流入通路２１及び流出通路２４の他にも、外周通路２２、リターン通路２３が設けられている。

前記外周通路２２は、流入通路２１内の排気ガスを浄化フィルタ３０の外周部（より正確には、内筒部材２８の外周壁）に沿って流通させるためのものである。ここで、排気ガスが外周通路２２を通過すると、浄化フィルタ３０の外周側が排気ガスで加熱及び保温されることとなり、エンジン５の通常モード運転時及びフィルタ再生モード運転時の両方において浄化フィルタ３０の温度分布をより均一化することができる。

また、前記チャンバ２０内に外周通路２２を設けることで、フィルタ再生時に発生した熱が浄化フィルタ３０からチャンバ２０側に伝熱されにくくなり、チャンバ２０の表面温度の上昇を抑制することができる。このため、チャンバ２０の周辺部品が熱で劣化しないように遮熱対策用の部品等を設ける必要がなく、部品点数を削減する上で有利となる。

前記リターン通路２３は、外周通路２２を流通した排気ガスを浄化フィルタ３０に通過させるものである。具体的には、椀状の閉塞部２０ｂの内側湾曲面に沿って排気ガスが流れることにより、外周通路２２を通過した排気ガスが浄化フィルタ３０に向かって流通するようになっている。

すなわち、本実施形態１に係る排気ガス浄化装置１０では、排気ガス流入配管１１からチャンバ２０内に流入された排気ガスは、流入通路２１、外周通路２２、リターン通路２３、浄化フィルタ３０、流出通路２４の順に通過して、排気ガス流出配管１２から流出されるようになっている。

このような構成とすれば、チャンバ２０内に流入した排気ガスが外周通路２２を流通してから浄化フィルタ３０内を通過するので、浄化フィルタ３０の外周部を排気ガスで加熱及び保温でき、浄化フィルタ３０全体の温度を均一化できる。また、この保温効果により、再生モード運転において必要となる再生温度に容易に到達することができる。このため、フィルタ再生用の未燃燃料の添加量を低減することができ、燃費を向上させることができる。

＜実施形態２＞
図３は、本発明の実施形態２に係る排気ガス浄化装置の構成を示す概略図である。前記実施形態１との違いは、流出通路２４と排気ガス流出配管１２とを接続する循環用配管２７を設けた点であるため、以下、実施形態１と同じ部分については同じ符号を付し、相違点についてのみ説明する。

図３に示すように、前記循環用配管２７の上流端は、流出通路２４に連通するように導風板２５に接続され、下流端は、流入通路２１内を通る排気ガス流出配管１２の外周部に接続されている。また、循環用配管２７の配管部分は、流入通路２１内で排気ガス流入配管１１の近傍を通過するように配置されている。具体的に、循環用配管２７は、排気ガス流入配管１１の外周に沿って巻き付けられており、排気ガス流入配管１１内部を通って排気孔１１ａから吹き出された排気ガスが、循環用配管２７内を流通する高温の排気ガスと熱交換するようになっている。

このような構成とすれば、浄化フィルタ３０で捕集したパティキュレートを燃焼除去した後の高温の排気ガスを、流出通路２４から循環用配管２７を介して流入通路２１や排気ガス流入配管１１の近傍に循環させることができ、流入通路２１内の排気ガス温度を上昇させて浄化フィルタ３０の再生温度に到達するまでの時間や未燃燃料の添加量をさらに低減することができる。

なお、本実施形態２では、流出通路２４内の排気ガスを循環用配管２７に向かって常に流通させる構成としているが、この形態に限定するものではなく、例えば、循環用配管２７の上流側端部に開閉弁を設け、所定のタイミングで開閉弁を開くことで、流出通路２４内の排気ガスを循環用配管２７に向かって間欠的に流通させる構成としても良い。

＜実施形態３＞
図４は、本発明の実施形態３に係る排気ガス浄化装置の構成を示す概略図、図５は、浄化フィルタの構成を示す断面図である。前記実施形態１との違いは、外周通路２２を、浄化フィルタ３５の外周部分を貫通する貫通孔３６で構成した点であるため、以下、実施形態１と同じ部分については同じ符号を付し、相違点についてのみ説明する。

図４及び図５に示すように、前記浄化フィルタ３５は、例えば円柱状のハニカム構造体で構成されており、その外周面がチャンバ２０の内周面に当接してチャンバ２０内に配置されている。この浄化フィルタ３５は、互いに平行に延びる多数の排気ガス流入通路３１、排気ガス流出通路３２、及び貫通孔３６を備えている。

具体的に、前記浄化フィルタ３５の中央部分には、下流端が栓３３により閉塞された排気ガス流入通路３１と、上流端が栓３３により閉塞された排気ガス流出通路３２とが交互に設けられている。また、浄化フィルタ３５の外周部分には、栓３３を取り除いた状態とすることにより外周部分を貫通する貫通孔３６が設けられている。この貫通孔３６は、流入通路２１内の排気ガスを浄化フィルタ３５の外周部分に沿って流通させる外周通路２２を構成している。排気ガス流入通路３１、排気ガス流出通路３２、及び貫通孔３６は、薄肉の隔壁３４を介して隔てられている。

ここで、前記内筒部材２８の右端部は、浄化フィルタ３５の左端部に当接している。そして、内筒部材２８の筒壁部は、浄化フィルタ３５の中央部分と外周部分との境界位置に配置されている。これにより、流入通路２１から導風板２５に沿って流通した排気ガスは、浄化フィルタ３５の貫通孔３６で構成された外周通路２２を通過するようになっている。

そして、前記外周通路２２を通過した排気ガスは、リターン通路２３を流通して浄化フィルタ３５の排気ガス流入通路３１内に流入する。この排気ガスは、図５において矢印で示したように周囲の隔壁３４を通過して隣接する排気ガス流出通路３２内に流出する。このとき、排気ガス中に含まれるパティキュレートは、主に排気ガス流入通路３１に捕捉されて堆積する。

このように、浄化フィルタ３５の外周面をチャンバ２０の内周面に当接させて浄化フィルタ３５をチャンバ２０内で保持し、浄化フィルタ３５の外周部分に貫通孔３６を設けて外周通路２２を構成するようにすれば、浄化フィルタ３５の外周面とチャンバ２０の内周面との間に隙間を存した状態で浄化フィルタ３５を保持するための部材等を別途設けなくても良くなり、部品点数を削減することができる。

＜実施形態４＞
図６は、本発明の実施形態４に係る排気ガス浄化装置の構成を示す概略図である。前記実施形態１との違いは、浄化フィルタ３０をチャンバ２０内から着脱自在な構成とした点であるため、以下、実施形態１と同じ部分については同じ符号を付し、相違点についてのみ説明する。

図６に示すように、前記浄化フィルタ３０は、左右方向に延びる筒状のフィルタ保持部材２９内に嵌め込まれている。このフィルタ保持部材２９の両端部には、プレート４１，４１がそれぞれ配置されており、フィルタ保持部材２９は、プレート４１に対して図示しない締結ボルトにより着脱自在に締結されている。プレート４１は、チャンバ本体２０ａの外周壁に設けられたフランジ４２，４２に狭持されて図示しない締結ボルトにより締結されている。

また、前記フィルタ保持部材２９の左端部のプレート４１には、内筒部材２８が取り付けられている。さらに、プレート４１には、外周通路２２に対応する位置に通路孔４１ａがそれぞれ形成されており、流入通路２１内の排気ガスが、通路孔４１ａを通って外周通路２２に流通できるようにしている。

このように、前記浄化フィルタ３０をフィルタ保持部材２９に取り付けておき、フィルタ保持部材２９をプレート４１に着脱自在に締結した構成とすれば、経年使用等により浄化フィルタ３０の交換が必要となった場合に、フィルタ保持部材２９とプレート４１とを締結している締結ボルトを取り外し、フィルタ保持部材２９とともに浄化フィルタ３０を取り外すことで、浄化フィルタ３０の交換作業を容易に行うことができる。

以上説明したように、本発明は、比較的コンパクトな構成でフィルタの保温性能を確保してチャンバの表面温度の上昇を抑制しつつ、フィルタ再生用の未燃燃料の添加量を抑えて燃費を向上できる排気ガス浄化装置を提供することができるという実用性の高い効果が得られることから、きわめて有用で産業上の利用可能性は高い。

本発明の実施形態１に係る排気ガス浄化装置の構成を示す概略図である。 浄化フィルタの構成を示す断面図である。 本実施形態２に係る排気ガス浄化装置の構成を示す概略図である。 本実施形態３に係る排気ガス浄化装置の構成を示す概略図である。 浄化フィルタの構成を示す断面図である。 本実施形態４に係る排気ガス浄化装置の構成を示す概略図である。

符号の説明

１０ 排気ガス浄化装置
１１ 排気ガス流入配管
１２ 排気ガス流出配管
２０ チャンバ
２１ 流入通路
２２ 外周通路
２３ リターン通路
２４ 流出通路
２５ 導風板
２７ 循環用配管
３０ チャンバ
３０ 浄化フィルタ
３５ 浄化フィルタ
３６ 貫通孔

Claims (4)

1. 排気ガス流入配管及び排気ガス流出配管が接続されたチャンバと、該チャンバ内に配置され且つ排気ガス中に含まれるパティキュレートを捕集して排気ガスを浄化する浄化フィルタとを備えた排気ガス浄化装置であって、
   前記チャンバ内には、
   前記排気ガス流入配管が連通する流入通路と、
   前記流入通路内の排気ガスを前記浄化フィルタの外周部に沿って流通させる外周通路と、
   前記外周通路を流通した排気ガスを前記浄化フィルタに通過させるリターン通路と、
   前記排気ガス流出配管が連通し、前記浄化フィルタを通過した排気ガスを該排気ガス流出配管から前記チャンバ外に流出させる流出通路とが設けられ、
   前記流入通路と前記流出通路とは、該流入通路内の排気ガスを前記外周通路に導く導風板により仕切られ、
   前記排気ガス流入配管から前記チャンバ内に流入された排気ガスは、前記流入通路、前記外周通路、前記リターン通路、前記浄化フィルタ、前記流出通路の順に通過して、前記排気ガス流出配管から流出されることを特徴とする排気ガス浄化装置。
2. 請求項１において、
   前記流出通路と前記排気ガス流出配管とを接続し、且つ前記流入通路内で前記排気ガス流入配管の近傍を通過するように配置された循環用配管を備えたことを特徴とする排気ガス浄化装置。
3. 請求項１又は２において、
   前記導風板は、前記流入通路側が凸状となる湾曲形状に形成されていることを特徴とする排気ガス浄化装置。
4. 請求項１乃至３のうち何れか１項において、
   前記浄化フィルタの外周面は、前記チャンバの内周面に当接しており、
   前記外周通路は、前記浄化フィルタの外周部分を貫通する貫通孔で形成されていることを特徴とする排気ガス浄化装置。

Images