JP2011127542A - エンジン装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】排気浄化装置2は、ハウジング部11と、ハウジング部11の一端部に配置され、かつ、排気マニホールド6aに接続され、排気マニホールド6aからの排気ガスをハウジング部11内へ導入する排気ガス導入部12と、排気ガス導入部12側からの排気ガスに含まれる未燃成分を酸化除去する酸化触媒コンバータ13と、酸化触媒コンバータ13側からの排気ガスに含まれる粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタ14と、パティキュレートフィルタ14側からの排気ガスの排出音を低減するサイレンサ部15と、ハウジング部11の一端部に配置され、サイレンサ部15側からの排気ガスをハウジング部11外へ排出する排気ガス排出部16と、を備える。
【選択図】図4
Description
エンジン装置100は、排気ガスを排出する排気口部104、及び燃焼用空気を取り入れる吸気口部105、を有するディーゼルエンジン(以下、「エンジン」)101と、エンジン101の排気ガスを浄化する排気浄化装置102と、を備える。
排気ガスがパティキュレートフィルタ109を通る際、排気ガス中のPMがパティキュレートフィルタ109に捕集され、堆積する。このようにして排気ガス中のPMが除去される。
このとき、ハウジング部106内に取り入れられた高温の排気ガスによってパティキュレートフィルタに堆積しているPM(カーボン等)が一気に酸化(再燃焼)することがある。この場合、PMの再燃焼によって大きな発熱が生じるので、排気ガスがパティキュレートフィルタ109→サイレンサ部110と流れる際に十分に温度低下せずに、高温の状態で排気ガス排出部111から排出されることとなる。
また、ハウジング部の長さを短縮でき、これにより、ハウジング部を吸気マニホールドから離間して配置できるので、吸気マニホールドがハウジング部から発せられる輻射熱の影響を受けることが抑制される。従って、吸気マニホールドから取り入れられる燃焼用空気の温度上昇を抑制できる。
なお、図1、図2及び図3に示すように、ディーゼルエンジン1(以下、「エンジン1」)の前後左右上下方向を以下の説明における前後左右上下方向と規定する。
エンジン1は、後述する吸気行程、圧縮行程、膨張行程、及び排気行程を順に繰り返すことによって、駆動力を発生する。
圧縮行程では、前記ピストンが上死点まで上がり、これにより前記燃焼室内の燃焼用空気が圧縮される。この圧縮により空気が高温となりこの圧縮行程の終わり近くで燃焼室内の燃料が噴射される。この燃料は自己着火(自然着火)して燃焼する。
膨張行程では、燃焼により急激に温度と圧力が上昇して前記ピストンが下死点まで下がる。
排気行程では、前記ピストンが上死点まで上がり、前記燃料の燃焼により生じたガス、すなわち排気ガスが前記燃焼室から流出する。
上記排気行程においては、前記排気バルブが開かれる。これにより、排気ガスが前記燃焼室から流出して、排気口部6(排気マニホールド6a)からエンジン1外に排出される。
上記吸気行程においては、前記吸気バルブが開かれる。これにより、燃焼用空気が、吸気口部7(吸気マニホールド7a)に取り入れられて、前記燃焼室に供給される。
フライホイール8aは、クランクシャフト5に接続され、クランクシャフト5の回転に伴って回転可能である。
上記ピストンの上下往復運動に伴ってクランクシャフト5が回転運動するが、フライホイール8aは、このときのクランクシャフト5の回転速度の変動を抑制する慣性マスとして機能する。
排気口部6及び吸気口部7は、互いに左右に所定間隔を開けて配置されている。排気口部6(排気マニホールド6a)はエンジン1の外周における左端に配置されており、吸気口部7(吸気マニホールド7a)はエンジン1の外周における右端に配置されている。
フライホイールハウジング8は、排気口部6及び吸気口部7の下方に配置されており、エンジン1の外周における下端に配置されている。
ハウジング部11内(ハウジング部11の内周面で囲まれる空間)には、酸化触媒コンバータ13、パティキュレートフィルタ14及びサイレンサ部15が排気ガスの流れの上流側から下流側へ向かって順に並べられて収容されている。
排気ガス導入部12からハウジング部11内に取り込まれたエンジン1の排気ガスは、酸化触媒コンバータ13→パティキュレートフィルタ14→サイレンサ部15の順に流れていき、排気ガス排出部16からハウジング部11外へ排出される。
このように、排気ガス導入部12を介してハウジング部11内に導入されたエンジン1の排気ガスは、排気ガス導入部12と同一端側に近接した状態で配置されている排気ガス排出部16から排出される。つまり、排気ガス排出部16から排出される排出ガスは、エンジン1の吸気口部7(吸気マニホールド7a)と離間した位置からハウジング部11外に排出されることとなり、高温の排気ガスが吸気口部7(吸気マニホールド7a)に取り込まれることがない(図1及び図3参照)。
ハウジング部11は、フライホイールハウジング8の上端に取付ステー9を介して固定可能に構成され(図2及び図3参照)、即ちエンジン1に取り付け可能に構成されている。
第一室18は、その長手方向を左右方向として、ハウジング部11内の前側に配置されている(図4参照)。
前記第二室は、その長手方向を左右方向として、他端室19・第一膨張室20・第二膨張室21・一端室22から構成され、ハウジング部11内の後側に配置されている(図4参照)。
第一室18には、排気ガス導入部12が接続され、酸化触媒コンバータ13及びパティキュレートフィルタ14が配置される。
前記第二室には、排気ガス排出部16が接続され、サイレンサ部15が配置される。
排気ガス導入部12は、先端部をエンジン1の排気口部6(排気マニホールド6a)に接続可能に構成されており、排気口部6(排気マニホールド6a)から排出される排気ガスを内部に取り入れる。
排気ガス導入部12は、基端部をハウジング部11の左端部に取り付けて、その内部を第一室18と連通可能に構成されており、排気ガス導入部12に取り入れられた排気ガスを当該基端部から第一室18の左端部に流入させる。
酸化触媒コンバータ13の各セルは、多角形(四角形、六角形等)又は円形の断面形状を有する筒状部材であり、壁面にPt、Pd、Rh、又はIr等の酸化触媒を担持しており、左右方向に延在している。
排気ガス導入部12を通って第一室18に流入した排気ガスは、酸化触媒コンバータ13の各セル内に左方から流入して、各セル内を右方に流れる。このとき、各セル内を流れる排気ガスが、各セルの壁面に担持されている酸化触媒に接触して、排気ガスに含まれる未燃成分が酸化除去される。
パティキュレートフィルタ14は、ハニカムフィルタであり、多孔体の隔壁によって仕切られる多数のセルを有する。
パティキュレートフィルタ14の各セルは、多角形(四角形、六角形、八角形等)又は円形の断面形状を有する筒状部材であり、左右方向に延在している。
パティキュレートフィルタ14は、ウォールフロータイプのパティキュレートフィルタであり、互いに平行に形成された各セルの隣接する左端と右端とが交互に封止されている。
パティキュレートフィルタ14は、第一室18の広さ(左右方向と直交する断面積)に応じた大きさを有する円柱形状に形成されており、その径の大きさが酸化触媒コンバータ13の径の大きさと等しくなるように設定される。
このように、ハウジング部11内において比較的大型の部材として構成される(サイレンサ部15等と比較して大径及び長寸に構成される)酸化触媒コンバータ13及びパティキュレートフィルタ14を含む各部材を効率的に配置しつつ、かつ、ハウジング部11の長手方向(左右方向)と平行にサイレンサ部15を配置することが可能となる。
従って、酸化触媒コンバータ13、パティキュレートフィルタ14及びサイレンサ部15をハウジング部11内に一列に並べて配置する場合に比べて、ハウジング部11の長手方向の延出長を短くすることが可能となり、ハウジング部11が排気ガス導入部12を排気口部6(排気マニホールド6a)に近接させた状態でエンジン1に取り付けられたとき、ハウジング部11とエンジン1の吸気口部7(吸気マニホールド7a)との距離を遠くすることができる。つまり、エンジン1の運転状況に応じて、ハウジング部11内に高温の排気ガスが取り入れられた際にも、高温ガスに起因するハウジング部11の輻射熱が、吸気口部7(吸気マニホールド7a)に与える影響を小さくできる(図1、図2及び図3参照)。
他端室19、第一膨張室20、第二膨張室21及び一端室22は、右方から左方に向けて、他端室19→第一膨張室20→第二膨張室21→一端室22の順に一列に配置されている。
詳細には、サイレンサ部15は、他端室19と第二膨張室21とを第一パイプ26及び第二パイプ27で連通させ、第二膨張室21と第一膨張室20とを遮蔽板24に形成される複数の孔で連通させ、第一膨張室20と一端室22とを第三パイプ28で連通させた構造を有する(図6参照)。
排気ガスが膨張室20・21を流れる際、膨張室20・21が排気ガスの排出音の音エネルギーを膨張拡散させることによって減衰させる。これにより排気ガスの排出音が低減する。
パイプ26・27の右端部は、遮蔽板23を貫通して他端室19に対向した状態で開口している。
パイプ26・27の左端側は、第二膨張室21に位置している。このパイプ26・27の左端側の外周面には、排気ガスの通過可能な孔が複数形成されている。パイプ26・27の左端は、遮蔽板25に当接しており、閉塞している。
第三パイプ28の右端側は、第一膨張室20に位置している。この第三パイプ28の右端側の外周面には、排気ガスの通過可能な孔が複数形成されている。第三パイプ28の右端は、遮蔽板23に当接しており、閉塞している。
第三パイプ28の左端部は、遮蔽板25を貫通して一端室22に位置する状態で開口している。
連絡パイプ29は、遮蔽板17を貫通した状態で、前後方向に延在している。連絡パイプ29は、パティキュレートフィルタ14と第一室18とを連通しており、連絡パイプ29の前端部が第一室18におけるパティキュレートフィルタ14の右方に配置されており、連絡パイプ29の後端部が前記第二室の他端室19に配置されている。連絡パイプ29の両端側の外周面には、排気ガスの通過可能な孔が多数形成されている。
排気ガス排出部16は、先端が開口しており、基端部側の外周面には排気ガスの通過可能な孔が複数形成されている(図6参照)。
排気ガス排出部16は、基端部側がハウジング部11内におけるサイレンサ部15よりも排気ガスの流れの下流側(一端室22内)に配置されており、排気ガス排出部16内が一端室22と連通されており、サイレンサ部15を通過した排気ガス(一端室22に到達した排気ガス)を排気ガス排出部16内に上記基端部側の孔から流入させ、上記先端部の開口からハウジング部11外へ排出する。
排気ガスが流れる際、ハウジング部11内において、排気ガスの経路が、連絡パイプ29で折り返されるようになっている。詳細には、排気ガスは、酸化触媒コンバータ13及びパティキュレートフィルタ14を通るときに右方に流れ、そして連絡パイプ29を通るときに後方に流れ、そしてサイレンサ部15を通るときに左方に流れる(図4参照)ようになっている。
これにより、定格運転時等、排気ガスが、排気浄化装置2の各部位を通過して、高温の状態で排気ガス排出部16から排出されるときでも、エンジン1の吸気口部7(吸気マニホールド7a)近傍で排出されることを防止できる。従って、吸気口部7(吸気マニホールド7a)から取り入れられる燃焼用空気の温度上昇を抑制できる。
これにより、ハウジング部11の長さを短縮した分、ハウジング部11を吸気口部7(吸気マニホールド7a)から離間して配置できるので、吸気口部7(吸気マニホールド7a)がハウジング部11から発せられる輻射熱の影響を受けることが抑制される。従って、吸気口部7(吸気マニホールド7a)から取り入れられる燃焼用空気の温度上昇を抑制できる。
例えば、従前はフライホイールハウジング8上端に排気ガスの排出音を低減する機能のみを有するマフラー(サイレンサ)が固定されており、当該マフラーを排気浄化装置2に付け替える場合、作業機搭載性を悪化しないようにするためには、排気浄化装置2(ハウジング部11)のサイズは当該マフラーのサイズと同等にする必要があり、ハウジング部11の左右方向の寸法が制限される。
上記した従来の排気浄化装置の一例である排気浄化装置102のように、ハウジング部106内において、酸化触媒コンバータ108、パティキュレートフィルタ109、サイレンサ部110が左右方向に一直線上に配置されるものについて、ハウジング部106の左右方向の寸法が制限される場合、酸化触媒コンバータ108、及びパティキュレートフィルタ109の左右方向の配置スペースを確保するためには、サイレンサ部110の左右方向の配置スペースが犠牲になり、サイレンサ部110の配置スペースが小さくなる。これにより、消音効果が悪化する。
これに対し、排気浄化装置2においては、サイレンサ部15が酸化触媒コンバータ13及びパティキュレートフィルタ14の後方に配置される。これにより、サイレンサ部15並びに酸化触媒コンバータ13及びパティキュレートフィルタ14の両者がハウジング部11内の左右方向のスペースを配置スペースとしてそれぞれ利用可能となり、サイレンサ部15の左右方向の配置スペースが酸化触媒コンバータ13及びパティキュレートフィルタ14の左右方向の配置スペースを確保するために犠牲になるようなことはない。従って、酸化触媒コンバータ13及びパティキュレートフィルタ14の配置スペースを確保しつつ、サイレンサ部15の配置スペースを確保でき、これにより消音効果を維持し、騒音悪化を抑制できる。
詳細には、サイレンサ部15aは、他端室19と第二膨張室21とを第一パイプ26a及び第二パイプ27aで連通させ、第二膨張室21と一端室22とを遮蔽板25aに形成される複数の孔で連通させた構造を有する。
また、サイレンサ部15aは、他端室19と第一膨張室20とを遮蔽板23aに形成される複数の孔で連通させ、第一膨張室20と一端室22とを第三パイプ28aで連通させた構造を有する。
また、このとき、排気ガスは、他端室19→遮蔽板23aに形成される孔→第一膨張室20→第三パイプ28a→一端室22の順にも流れる。
排気ガスが膨張室20・21を流れる際、膨張室20・21が排気ガスの排出音の音エネルギーを膨張拡散させることによって減衰させる。これにより排気ガスの排出音が低減する。
パイプ26a・27aの右端部は、遮蔽板23aを貫通して他端室19に対向している。このパイプ26a・27aの右端部の外周面には、排気ガスの通過可能な孔が形成されている。
パイプ26a・27aの左端側は、第二膨張室21に位置している。このパイプ26a・27aの左端側の外周面には、排気ガスの通過可能な孔が形成されている。
第三パイプ28aの右端部は、遮蔽板24aを貫通して第一膨張室20に対向している。この第三パイプ28aの右端部の外周面には、排気ガスの通過可能な孔が形成されている。
第三パイプ28aの左端部は、遮蔽板25aを貫通して一端室22に対向している。この第三パイプ28aの左端部の外周面には、排気ガスの通過可能な孔が複数形成されている。
図9に示すように、排気浄化装置2aは、ハウジング部11a、酸化触媒コンバータ13a、パティキュレートフィルタ14a、及びサイレンサ15b、を備える。
ハウジング部11aがフライホイールハウジング8に固定されているとき、ハウジング部11aの長手方向における左端が排気口部6(排気マニホールド6a)に略対向し、ハウジング部11aの長手方向における右端が吸気口部7(吸気マニホールド7a)に略対向する。
ハウジング部11aは、左右方向と直交する断面の形状が円形状となり、かつ、左端及び右端が閉塞する、円筒形状に形成されている。
ハウジング部11a内における上下中央には、左右方向に延在すると共に板面が前後方向と直交する遮蔽板17aが配置されており、遮蔽板17aによってハウジング部11a内が上下に二分割されている。
ハウジング部11a内にて、遮蔽板17aによって形成される空間のうち、上側に形成される空間を第一空間11bとし、下側に形成される空間を第二空間11cとする。
第一空間11b及び第二空間11cは、左右方向と直交する断面の形状が半月形状に形成されている。
排気ガス導入部12は、先端部をエンジン1の排気口部6(排気マニホールド6a)に接続可能に構成されており、排気口部6(排気マニホールド6a)から排出される排気ガスを内部に取り入れる。
排気ガス導入部12は、基端部をハウジング部11の左端部、かつ、上端部に取り付けて、その内部を第一空間11bと連通可能に構成されており、排気ガス導入部12に取り入れられた排気ガスを当該基端部から第一空間11bの左端部に流入させる。
酸化触媒コンバータ13aは、第一空間11b内に配置され、かつ、左右方向の断面が第一空間11bの断面形状に応じた半月形状に形成され、第一空間11bの断面形状と略同等の大きさの第一酸化触媒コンバータ13b及び第二酸化触媒コンバータ13cを有する。
第一酸化触媒コンバータ13b及び第二酸化触媒コンバータ13cは、左右方向に並んで配置されている。
パティキュレートフィルタ14aは、第一空間11b内に配置され、左右方向の断面が第一空間11bの断面形状に応じた半月形状に形成され、第一空間11bの断面形状と略同等の大きさの第一パティキュレートフィルタ14bを有する。
また、パティキュレートフィルタ14aは、第二空間11c内に配置され、左右方向の断面が第二空間11cの断面形状に応じた半月形状に形成され、第二空間11cの断面形状と略同等の大きさの第二パティキュレートフィルタ14cを有する。
第一パティキュレートフィルタ14b及び第二パティキュレートフィルタ14cは、左右方向の位置が同じになるように配置されており、全体として円筒形状を形成している。
供給パイプ11dは、供給パイプ11dは、遮蔽板17aを貫通した状態で、上下方向に延在している。
供給パイプ11dの上端側は第一空間11b内に配置されており、供給パイプ11dの下端側は第二空間11c内に配置されている。
供給パイプ11dの上端側の外周面、及び供給パイプ11dの下端側の外周面には、排気ガスの通過可能な孔が多数形成されており、第一パティキュレートフィルタ14bを通過した排気ガスが、当該孔を通じて、第一空間11b内から第二空間11c内に流入し、その後、第二パティキュレートフィルタ14cに流入するように構成されている。
また、排気ガスが、供給パイプ11dを通じて第一空間11b内から第二空間11c内に、消音と共に導入される。これにより、後述するサイレンサ15bの容積を小さくしても静粛性を確保でき、サイレンサ15bの左右方向の長さを短くすることができる。
排気ガス排出部16は、基端部側がハウジング部11aの第二空間11c内におけるサイレンサ15bよりも左方(排気ガスの流れの下流側)に配置されており、サイレンサ15bを通過した排気ガスを排気ガス排出部16内に基端部側の孔から流入させ、先端部の開口からハウジング部11a外へ排出する。
また、排気ガス排出部16を、排気ガス導入部12と同じように、ハウジング部11aの左端部に設けることで、エンジン1の吸気側の前記エアクリーナの搭載自由度が向上する。
また、一般にパティキュレートフィルタを一つで構成すると、パティキュレートフィルタの中央にスス及びアッシュが堆積しやすいが、パティキュレートフィルタ14aを第一パティキュレートフィルタ14b及び第二パティキュレートフィルタ14cの二分割にすることで、スス及びアッシュの偏堆積を抑制できる。
1 ディーゼルエンジン
2・2a 排気浄化装置
6 排気口部
6a 排気マニホールド
7 吸気口部
7a 吸気マニホールド
11・11a ハウジング部
11b 第一空間
11c 第二空間
11d 供給パイプ
12 排気ガス導入部
13・13a 酸化触媒コンバータ
13b 第一酸化触媒コンバータ
13c 第二酸化触媒コンバータ
14・14a パティキュレートフィルタ
14b 第一パティキュレートフィルタ
14c 第二パティキュレートフィルタ
15 サイレンサ部
16 排気ガス排出部
Claims (4)
- 排気ガスを排出する排気マニホールド及び燃焼用空気を取り入れる吸気マニホールドを有するエンジンと、前記排気マニホールドから排出される排気ガスを浄化する排気浄化装置と、を備えるエンジン装置であって、
前記排気浄化装置は、
一端部が前記排気マニホールド側に位置し、他端部が前記吸気マニホールド側に位置するように前記エンジンに取り付けられるハウジング部と、
前記ハウジング部の一端部に配置され、かつ、前記排気マニホールドに接続され、前記排気マニホールドからの前記排気ガスを前記ハウジング部内へ導入する排気ガス導入部と、
前記ハウジング部内に配置され、前記排気ガス導入部側からの排気ガスに含まれる未燃成分を酸化除去する酸化触媒コンバータと、
前記ハウジング部内に配置され、前記酸化触媒コンバータ側からの排気ガスに含まれる粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタと、
前記ハウジング部内に配置され、前記パティキュレートフィルタ側からの排気ガスの排出音を低減するサイレンサ部と、
前記ハウジング部の一端部に配置され、前記サイレンサ部側からの排気ガスを前記ハウジング部外へ排出する排気ガス排出部と、
を備え、
前記酸化触媒コンバータ、パティキュレートフィルタ、及びサイレンサ部が、前記ハウジング部の一端側から他端側に向かった後に、他端側から一端側に向かう経路に沿って配置される、
エンジン装置。 - 前記ハウジング部は、一端部から他端部に向かう延在方向と直交する断面の形状が楕円形状に形成され、
前記酸化触媒コンバータ及び前記パティキュレートフィルタは、前記延在方向に並んで配置され、
前記サイレンサ部は、前記酸化触媒コンバータ及び前記パティキュレートフィルタに対して、前記延在方向と直交する方向にずれた位置に配置される、
請求項1に記載のエンジン装置。 - 前記ハウジング部内において、前記酸化触媒コンバータ及び前記パティキュレートフィルタに対して、前記延在方向と直交する方向にずれた位置には、前記パティキュレートフィルタと連通される他端室、前記排気ガスの排気音を減衰させる第一膨張室及び第二膨張室、並びに前記排気ガス排出部と連通される一端室が、前記ハウジング部の他端部から一端部に向かって、前記他端室、前記第一膨張室、前記第二膨張室、前記一端室、の順に配置されており、
前記サイレンサ部は、前記他端室と前記第二膨張室とを第一パイプ及び第二パイプで連通させ、前記第二膨張室と前記第一膨張室とを連通させ、前記第一膨張室と前記一端室とを第三パイプで連通させた構造を有し、
前記パティキュレートフィルタからの排気ガスが、前記他端室、前記第一パイプ及び第二パイプ、前記第二膨張室、前記第一膨張室、前記第三パイプ、前記一端室、の順に流れて、前記排気ガス排出部に到達する、
請求項2に記載のエンジン装置。 - 前記ハウジング部は、一端部から他端部に向かう延在方向と直交する断面の形状が円形状に形成され、
前記ハウジング部内は、前記延在方向と直交する方向に中央で二分割されることによって、前記延在方向と直交する断面の形状がそれぞれ半月形状になる第一空間及び第二空間に分割され、
前記酸化触媒コンバータは、前記第一空間内に配置され、かつ、前記延在方向の断面が前記第一空間の断面形状に応じた半月形状に形成される第一酸化触媒コンバータ及び第二酸化触媒コンバータを有し、
前記第一酸化触媒コンバータ及び第二酸化触媒コンバータは、前記延在方向に並んで配置され、
前記パティキュレートフィルタは、前記第一空間内に配置されると共に前記延在方向の断面が前記第一空間の断面形状に応じた半月形状に形成される第一パティキュレートフィルタ、及び前記第二空間内に配置されると共に前記延在方向の断面が前記第二空間の断面形状に応じた半月形状に形成される第二パティキュレートフィルタを有し、
前記第一パティキュレートフィルタ及び前記第二パティキュレートフィルタは、前記延在方向の位置が同じになるように配置され、
前記ハウジング部内における前記第一パティキュレートフィルタ及び第二パティキュレートフィルタに対して前記延在方向にずれた位置には、前記第一空間と前記第二空間とを連通し、前記第一空間内の前記第一パティキュレートフィルタを通過した排気ガスを、前記第二空間内の前記第二パティキュレートフィルタへと供給する供給パイプが設けられる、
請求項1に記載のエンジン装置。
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