JP2014126029A

JP2014126029A - エンジンの排気凝縮水処理装置

Info

Publication number: JP2014126029A
Application number: JP2012285632A
Authority: JP
Inventors: Yuta Shimizu; 悠太清水; Osamu Yoshioka; 修吉岡; Kenji Hirose; 健次廣瀬; Hiroaki Okayama; 洋明岡山; Eiji Takeda; 栄二武田; Hiroshi Watanabe; 浩渡辺
Original assignee: Fuji Heavy Industries Ltd
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2012-12-27
Filing date: 2012-12-27
Publication date: 2014-07-07

Abstract

【課題】簡素な構成で確実に排気ガス中の凝縮水を除去する。
【解決手段】エンジン１から排出される排気ガスが排気管５ａ〜５ｃを経て旋回流発生部２０に達すると、排気ガスの流れに下流側に向けて螺旋状をなす旋回流が生起され、凝縮水トラップ部３０に流入する。凝縮水トラップ部３０に排気ガスの旋回流が流入すると、凝縮水トラップ部３０の内部では、径方向に旋回する旋回流の遠心力によって排気ガスに含まれている水分（凝縮水）が分離され捕集される。このとき、凝縮水トラップ部３０には、高温の排気ガスによって加熱された排気マニホルド４からの熱が伝熱部４０を介して伝熱され、この熱により凝縮水トラップ部３０に捕集された凝縮水が蒸発する。これにより、簡素な構成で排気ガス中の凝縮水を確実に除去することができ、凝縮水に含まれる成分によって排気管が腐食する等の不具合を未然に防止することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンの排気ガス中に含まれる凝縮水を分離して蒸発させるエンジンの排気凝縮水処理装置に関する。

従来、エンジンの排気ガス中の水分が凝縮した凝縮水は、この凝縮水に含まれる成分にによって排気管の腐食や孔食等を生じさせ、また、排気浄化用触媒の性能低下や寿命低下を引き起こす原因となることが知られている。

このため、特許文献１には、排気通路に設けられた遠心分離機で排気中の凝縮水を除去し、除去した凝縮水を排気通路とは別に設けた水タンクに貯留することで、排気温度の上昇に伴って凝縮水が蒸発し、再度水蒸気となって排気浄化触媒に流入するのを抑制する技術が開示されている。

特開２００７−２３１８６２号公報

しかしながら、特許文献１の技術では、凝縮水を貯留するタンクが別途必要となるばかいでなく、貯留した凝縮水を処理するための装置が別途必要となる。このため、排気系の構成が複雑となり、設置スペースの増大、重量増加、コスト増加を招いてしまう。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、簡素な構成で確実に排気ガス中の凝縮水を除去することでのできるエンジンの排気凝縮水処理装置を提供することを目的としている。

本発明によるエンジンの排気凝縮水処理装置は、エンジンの排気ガス中に含まれる凝縮水を分離して蒸発させるエンジンの排気凝縮水処理装置であって、排気管の途上に設けられ、前記排気管内を流れる排気ガスに、前記凝縮水を遠心分離するための旋回流を発生させる旋回流発生部と、前記旋回流発生部の下流側の排気管に設けられ、前記旋回流によって遠心分離された前記凝縮水を捕集する凝縮水トラップ部と、排気マニホルドと前記凝縮水トラップ部とを連結して前記排気マニホルドからの熱を前記凝縮水トラップ部に伝熱する伝熱部とを備えたものである。

本発明によれば、簡素な構成で確実に排気ガス中の凝縮水を除去することができ、コスト増加を抑制することができる。

エンジンの吸排気系を示す概略構成図凝縮水トラップ部の構成例を示す説明図

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１において、符号１はエンジンであり、本実施の形態においては４気筒ディーゼルエンジンを示す。エンジン１の吸気ポートには吸気マニホルド２を介して吸気管３ａが接続され、排気ポートには排気マニホルド４を介して排気管５ａが接続されている。

吸気管３ａには、スロットル弁６が介装されており、更に、スロットル弁６の上流側の吸気管３ｂに、インタークーラ７を介してターボ過給機８のコンプレッサ８ａが介装されている。コンプレッサ８ａの上流側は、エアクリーナ９に連通されており、エアインテーク１０から取り入れられた外気がエアクリーナ９で浄化されてコンプレッサ８ａに供給され、所定の過給圧に過給された空気がエンジン１の筒内に導入される。

一方、排気管５ａには、ターボ過給機８のタービン８ｂが介装され、タービン８ｂの下流側の排気管５ｂに、排気ガスを浄化する排気ガス処理装置としての触媒コンバータ１１が介装されている。また、ターボ過給機８のタービン８ｂ上流側には、タービン８ｂ上流側の排気管５ａからスロットル弁６下流側の吸気管３ａに排気ガスの一部を環流させるＥＧＲ通路１２が配設されている。ＥＧＲ通路１２には、ＥＧＲクーラ１３が介装されている。

触媒コンバータ１１は、例えば、ディーゼル用酸化触媒（Diesel Oxidation Catalyst;DOC）１１ａと、ＤＯＣ１１ａに下流側に配設されるディーゼルパティキュレートフィルタ（Diesel Particulate Filter;DPF）１１ｂとを備えて構成されている。ＤＯＣ１１ａは、主として排気ガス中の炭化水素（ＨＣ）と一酸化炭素（ＣＯ）を触媒反応により酸化させる。また、ＤＰＦ１１ｂは、排気ガス中の煤やカーボンスート（Ｓｏｏｔ），可溶性有機成分（Soluble Organic Fraction;SOF），サルフェート（sulfate;SO4）等の粒子状物質（Particulate Matter;PM）を捕集する。

更に、触媒コンバータ１１下流側の排気管５ｃには、排気ガス中の水分が凝縮した凝縮水を遠心分離するための旋回流を発生させる旋回流発生部２０が設けられている。旋回流発生部２０は、例えば図１中に示すように、排気管５ｃに立設された回転軸に排気ガスの流れ方向に対して所定の角度で傾斜するように配置された複数の旋回翼を取り付けたロータ２０ａによって構成され、このロータ２０ａにより排ガスに旋回流れが付与される。

尚、旋回流発生部２０は、図１に示すロータ２０ａに限定されるものではなく、その他、フィン等で構成するようにしても良い。例えば、フィンを用いた旋回流発生部２０としては、排気管５ｃの内壁側に複数のフィンを周方向に配列して構成する。各フィンのフィン角度やフィン形状は、各フィンの間を流れる排気ガスの流路を変更して螺旋状をなす旋回流を発生させるように設定される。

また、旋回流発生部２０の下流側には、旋回流によって遠心分離された凝縮水を捕集する凝縮水トラップ部３０が設けられ、触媒コンバータ１１で浄化された排気ガスが凝縮水トラップ部３０から図示しないマフラを経て大気に放出される。凝縮水トラップ部３０は、例えば、図２に示すように、略円筒状の内壁面３０ａに、凝縮水を捕集する複数の段差部３０ｂを設けて構成されている。

また、凝縮水トラップ部３０は、伝熱部４０を介して排気マニホルドに連結されている。伝熱部４０は、排気マニホルド４と凝縮水トラップ部３０とを連結して双方に機械的に接触し、排気マニホルド４からの熱を凝縮水トラップ部３０に伝熱するものであり、熱伝導率の高い部材で形成されている。

例えば、伝熱部４０を熱伝導性に優れた金属板を用いて構成し、この金属板を排気マニホルド４と凝縮水トラップ部３０とに所定の接触面積を確保するように懸架し、端部側を凝縮水トラップ部３０の外周に巻回する。これにより、簡素で安価な構成でありながら、排気マニホルド３からの熱を確実に凝縮水トラップ部３０に伝熱することができる。

尚、伝熱部４０は、ヒートパイプ等を用いて構成しても良い。また、凝縮水トラップ部３０は、触媒コンバータ１１の下流側の位置に限定されるものではなく、触媒コンバータ１１の上流側に配置しても良い。凝縮水トラップ部３０の位置は、排気管路の形状や排気マニホルドとの位置関係から適宜設定される。

以上の吸排気系を有するエンジン１においては、エンジン停止時に排気系に残留する排気ガスが冷える発生する凝縮水を効果的に除去することができる。以下、この凝縮水の除去機能について説明する。

エンジン１が始動すると、排気ポートから排気マニホルド４に高温の排気ガスが排出される。この排気ガスは、エンジン停止時に発生した凝縮水を含んで、図１中に破線の矢印で示すように排気管５ａ〜５ｃを経て旋回流発生部２０に達する。そして、この旋回流発生部２０により、排気ガスの流れに、下流側に向けて螺旋状をなす旋回流が生起され、凝縮水トラップ部３０に流入する。

凝縮水トラップ部３０に排気ガスの旋回流が流入すると、凝縮水トラップ部３０の内部では、径方向に旋回する旋回流の遠心力によって排気ガスに含まれている水分（凝縮水）が分離され、図２に示すように、階段状の段差部３０ｂの各平面部に凝縮水ｗが水滴状に捕集されて貯留される。このとき、凝縮水トラップ部３０には、高温の排気ガスによって加熱された排気マニホルド４からの熱が伝熱部４０を介して伝熱され、この熱により段差部３０ｂに捕集された凝縮水ｗが蒸発し、浄化及び乾燥した排気ガスが大気に放出される。

また、通常のエンジン運転中の排気ガス中に含まれる水分についても、旋回流発生部２０で生起された排気ガスの旋回流によって凝縮水トラップ部３０に捕集することが可能である。凝縮水トラップ部３０で捕集された水分は、伝熱部４０を介して伝熱された排気マニホルド４の熱によって蒸発させることができる。

このように本実施の形態においては、排気管途上に旋回流発生部２０を設けて凝縮水を含んだ排気ガスから凝縮水を遠心分離し、遠心分離した凝縮水を、排気管に設けた凝縮水トラップ部３０にて捕集し、高温の排気ガスの熱を伝熱部４０を介して凝縮水トラップ部３０に導き、捕集した凝縮水を蒸発させる。これにより、簡素な構成で、設置スペースの増加、重量増、コスト増加を抑制しつつ、排気ガス中の凝縮水を確実に除去することができ、凝縮水に含まれる成分によって排気管が腐食する等の不具合を未然に防止することができる。

１エンジン
４排気マニホルド
５ａ，５ｂ，５ｃ排気管
２０旋回流発生部
２０ａロータ
３０凝縮水トラップ部
３０ａ内壁面
３０ｂ段差部
４０伝熱部
ｗ凝縮水

Claims

エンジンの排気ガス中に含まれる凝縮水を分離して蒸発させるエンジンの排気凝縮水処理装置であって、
排気管の途上に設けられ、前記排気管内を流れる排気ガスに、前記凝縮水を遠心分離するための旋回流を発生させる旋回流発生部と、
前記旋回流発生部の下流側の排気管に設けられ、前記旋回流によって遠心分離された前記凝縮水を捕集する凝縮水トラップ部と、
排気マニホルドと前記凝縮水トラップ部とを連結して前記排気マニホルドからの熱を前記凝縮水トラップ部に伝熱する伝熱部と
を備えたことを特徴とするエンジンの排気凝縮水処理装置。
前記凝縮水トラップ部は、前記凝縮水を捕集する複数の段差部を内壁面に設けて構成されていることを特徴とする請求項１記載のエンジンの排気凝縮水処理装置。