JP2018178882A - 排気後処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】酸化触媒の上流側端面に煤が堆積することを効果的に防止する。
【解決手段】エンジン１０の排気管１３に接続された筒状のケーシング２１と、ケーシング２１内に配置された担体３１のセル表面に酸化触媒成分を担持して形成された酸化触媒３０と、担体３１よりも上流側のケーシング２１内に配置され、複数の通気孔５１が貫通形成されたバッフルプレート５０と、バッフルプレート５０と担体３１との間のケーシング２１内に配置され、排気ガス流により回転する複数のフィン６２を含むミキサー部材６０と、フィン６２に一体回転可能に設けられ、フィン６２の回転に伴い担体３１の上流側端面３２と摺接するブラシ部材７０とを備えた。
【選択図】図２

Description

本発明は、排気後処理装置に関し、特に酸化触媒を備えた排気後処理装置に関する。

従来、エンジンの排気系に排気上流側から順に、ＨＣ・ＣＯ酸化能を有する酸化触媒及び、排気ガス中に含まれる煤等を捕集するパティキュレイト・フィルタ（以下、フィルタ）を備える排気後処理装置が広く実用化されている。

この種の排気後処理装置においては、フィルタ上流の酸化触媒にポスト噴射や排気管噴射によって未燃燃料（以下、ＨＣ）を供給し、フィルタに流れ込む排気ガスの温度を煤燃焼温度まで上昇させることで、フィルタに堆積した煤を燃焼除去する所謂フィルタ再生が定期的に行われるようになっている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１２−０７２６６６号公報

ところで、エンジンと排気後処理装置とを接続する排気管は、スペース上の制約等により湾曲して形成されるのが一般的である。また、排気後処理装置の酸化触媒やフィルタを収容するケーシングは、その外径を上流側の排気管よりも大きく形成されており、該排気管に拡径管を介して接続されるのが一般的である。このため、一般的な排気後処理装置は、排気管から拡径管を介して酸化触媒に流入する排気ガスに、これら排気管や拡径管の形状等の影響により偏流が生じやすい構造になっている。

酸化触媒に流入する排気ガスに偏流が生じると、酸化触媒の上流側端面のうち、特に排気ガス流量が減少する領域の端面には、排気ガス中に含まれる煤が付着しやすくなる。このような煤の堆積により当該端面のセルが閉塞されると、フィルタ再生時に酸化触媒に供給されるＨＣは、閉塞されていないセルに集中的に流れ込むようになる。その結果、酸化触媒のＨＣ反応容積が不足し、供給されるＨＣの一部が酸化触媒よりも下流側にスリップすることで、白煙を生じさせる課題がある。

また、酸化触媒のセルが閉塞されると、該セルの直下流側に位置するフィルタには、フィルタ再生時に高温排気ガスが流れ込み難くなるため、フィルタに堆積した煤を十分に燃焼除去することができない所謂燃え残りを引き起こす課題もある。

また、フィルタ再生時に酸化触媒のＨＣ反応容積が不足すると、排気ガスの昇温効率低下によりフィルタ再生時間が長くなり、燃料の総噴射量が増加することで、燃費性能の悪化を招く課題もある。

本開示の技術は、酸化触媒の上流側端面に煤が堆積することを効果的に防止することを目的とする。

本開示の技術は、エンジンの排気管に接続された筒状のケーシングと、前記ケーシング内に配置された担体のセル表面に酸化触媒成分を担持して形成された酸化触媒と、前記担体よりも上流側の前記ケーシング内に配置され、複数の通気孔が貫通形成されたバッフルプレートと、前記バッフルプレートと前記担体との間の前記ケーシング内に配置され、排気ガス流により回転する複数のフィンを含むミキサー部材と、前記フィンに一体回転可能に設けられ、該フィンの回転に伴い前記担体の上流側端面と摺接するブラシ部材とを備えることを特徴とする。

また、前記ミキサー部材の回転軸が前記バッフルプレートに回転自在に軸支されることが好ましい。

また、前記ブラシ部材は、回転中心側から外側に向かうに従い弾力性を柔らかく設定されることが好ましい。

また、前記ケーシングが、上流側から下流側に向って拡径する拡径部と、当該拡径部の下流端に接続されて、少なくとも前記バッフルプレートを収容する筒部とを含み、前記拡径部内に、その筒面に複数の貫通孔が形成されて排気ガスを前記拡径部内に径方向に拡散させる筒状部材が設けられてもよい。

また、前記担体が上流側端面を断面円弧状に突出させて形成されてもよい。

本開示の技術によれば、酸化触媒の上流側端面に煤が堆積することを効果的に防止することができる。

本発明の一実施形態に係る排気後処理装置を示す模式的な全体構成図である。 本発明の一実施形態に係る排気後処理装置のケーシングの一部を切り欠いて示す模式的な斜視図である。 他の実施形態に係る排気後処理装置を示す模式的な全体構成図である。 他の実施形態に係る排気後処理装置を示す模式的な全体構成図である。

以下、添付図面に基づいて、本発明の一実施形態に係る排気後処理装置について説明する。同一の部品には同一の符号を付してあり、それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。

図１に示すように、ディーゼルエンジン（以下、単にエンジンという）１０の各気筒には、筒内に燃料を直噴する筒内インジェクタ１１がそれぞれ設けられている。筒内インジェクタ１１の燃料噴射量や燃料噴射タイミングは、電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）１００から入力される指示信号に応じて制御される。

エンジン１０の排気マニホールド１２には、排気ガスを導出する上流側排気管１３が接続されている。上流側排気管１３の下流端には、排気後処理装置２０が設けられている。また、上流側排気管１３には、上流側排気管１３内にＨＣを噴射する排気管インジェクタ１４が設けられている。排気管インジェクタ１４の燃料噴射量は、ＥＣＵ１００から入力される指示信号に応じて制御される。

排気後処理装置２０は、ケーシング２１と、ケーシング２１内に配置された酸化触媒３０と、ケーシング２１内の酸化触媒３０よりも下流側に配置されたフィルタ４０と、ケーシング２１内の酸化触媒３０よりも上流側に配置されたバッフルプレート５０と、ケーシング２１内のバッフルプレート５０と酸化触媒３０との間に配置されたミキサー部材６０とを備えている。また、酸化触媒３０の直下流には排気温度センサ８０が設けられ、フィルタ４０の前後には差圧センサ８１が設けられている。これら各センサ８０，８１は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されている。

ケーシング２１は、排気上流側から順に、その入口側を上流側排気管１３の出口部に接続された拡径部２２と、その内部に酸化触媒３０及び、フィルタ４０を収容した略円筒状の筒部２３と、その出口側を下流側排気管１５の入口部に接続された縮径部２４とを備えている。

酸化触媒３０は、例えば、セラミック製のハニカム構造担体３１のセル表面に酸化触媒成分を担持して形成されている。酸化触媒３０は、排気管インジェクタ１４の排気管噴射及び、又は筒内インジェクタ１１のポスト噴射によりＨＣが供給されると、これを酸化して排気ガス温度を上昇させる。

フィルタ４０は、例えば、多孔質性の隔壁で区画された複数のセルを排気ガスの流れ方向に沿って配置し、これらセルの上流側と下流側とを交互に目封止して形成されている。フィルタ４０は、排気ガス中に含まれる煤等を隔壁の細孔や表面に捕集すると共に、煤堆積量が所定量に達すると、これを燃焼除去するフィルタ再生が実施されるようになっている。

ＥＣＵ１００は、エンジン１０等の各種制御を行うもので、公知のＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ、入力ポート、出力ポート等を備え構成されている。また、ＥＣＵ１００は、フィルタ４０から堆積した煤を燃焼除去するフィルタ再生制御を実施する。

より具体的には、ＥＣＵ１００は、差圧センサ８１により取得されるフィルタ４０の前後差圧からフィルタ４０の煤堆積量を推定すると共に、煤堆積量が所定の上限閾値に達すると、酸化触媒３０にＨＣを供給すべく、筒内インジェクタ１１にポスト噴射を実行させる指示信号及び、又は排気管インジェクタ１４に排気管噴射を実行させる指示信号を出力する。フィルタ再生制御時のＨＣ供給量は、例えば、排気温度センサ８０により取得される酸化触媒３０の出口温度が煤燃焼温度（例えば、約６００℃）まで上昇するようにフィードバック制御される。なお、フィルタ再生制御を実施するか否かの判定は、差圧センサ８１のセンサ値に基づいた判定に限定されず、フィルタ再生終了から次のフィルタ再生開始までの再生インターバルが所定の閾値に達したか否かで判定してもよい。

次に、図２に基づいて、本実施形態のバッフルプレート５０及びミキサー部材６０の詳細について説明する。

図２に示すように、バッフルプレート５０は、略平板円形状のプレート部材に複数の通気孔５１を穿設して形成されている。バッフルプレート５０は、その外周フランジ部５２を筒部２３の上流側開口内周（又は、拡径部２２の下流側開口内周）に溶接等で固設されており、下流側平面５３をハニカム構造担体３１の各セルが開口する上流側端面３２に所定の間隔を隔たて対向配置させている。このように、酸化触媒３０の上流側にバッフルプレート５０を配置したことで、上流側排気管１３から拡径部２２内に流入した排気ガスは、各通気孔５１を通過する過程において流速を減速させながら整流され、酸化触媒３０にバランスよく均一に分散されるようになる。

本実施形態において、バッフルプレート５０の中心部には、略円筒状の軸受部５４が設けられている。軸受部５４は、図示しないベアリング等を介してミキサー部材６０の回転軸６３を回転自在に軸支する。

ミキサー部材６０は、中心ボス部６１と、中心ボス部６１から径方向外側に放射状に延びる複数枚（図示例では３枚）のフィン６２と、中心ボス部６１に一体回転可能に結合された回転軸６３とを備えている。ミキサー部材６０は、排気ガスが各フィン６２に衝突することで回転力を生じさせ、各フィン６２が回転軸６３と一体回転するように構成されている。各フィン６２が回転すると、バッフルプレート５０を通過した排気ガスは、酸化触媒３０に向けて効果的に拡散されるようになる。

本実施形態において、各フィン６２の下流側端面６２Ａには、酸化触媒３０の上流側端面３２と摺接可能なブラシ部材７０が設けられている。すなわち、排気ガス流によりフィン６２が回転すると、ブラシ部材７０がフィン６２と一体回転しながら酸化触媒３０の上流側端面３２に摺接することで、上流側端面３２に付着した煤を確実に清掃除去できるようになっている。

ブラシ部材７０は、好ましくは、所定の高温雰囲気（例えば、エンジン高負荷時の排気温度相当の約３００〜４００℃）に耐えうる耐熱材で形成されている。また、ブラシ部材７０は、回転中心側から順に、第１ブラシ７１、第２ブラシ７２及び、第３ブラシ７３を備えている。各ブラシ７１〜７３は、回転中心側の第１ブラシ７１から最も外側の第３ブラシ７３に向かうに従い、その弾力性が柔らかくなるように設定されている。

すなわち、回転時に摺接力が大きくなる外側の第３ブラシ７３ほど柔らかくすることで、排気ガス流量の増加に伴いフィン６２が高速回転しても、酸化触媒３０の上流側端面３２がブラシ部材７０により傷つけられることを効果的に防止できるようになっている。

以上詳述したように、本実施形態の排気後処理装置２０によれば、ミキサー部材６０の各フィン６２にブラシ部材７０を設けたことで、排気ガス流によりフィン６２が回転すると、ブラシ部材７０がフィン６２と一体回転しながら酸化触媒３０の上流側端面３２に摺接するようになっている。これにより、酸化触媒３０の上流側端面３２に付着する煤がブラシ部材７０によって確実に清掃除去されるようになり、上流側端面３２の煤堆積を効果的に防止することができる。

また、ミキサー部材６０の回転軸６３を酸化触媒３０の上流側端面３２ではなく、バッフルプレート５０側に軸支するように構成したことで、酸化触媒３０の上流側端面３２の中心部分が回転軸６３や軸受等により閉塞されることなく開放された状態となり、酸化触媒３０の排気ガス流通が阻害されることを効果的に防止することができる。

また、各ブラシ７１〜７３の弾力性を回転時に摺接力が大きくなる外側ほど柔らかくすることで、酸化触媒３０の上流側端面３２が各ブラシ７１〜７３により傷つけられることを効果的に防止することができる。

なお、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。

例えば、図３に示すように、バッフルプレート５０よりも上流側の拡径部２２内に複数の貫通孔２６が穿設された円筒状のパンチングメタル２５（筒状部材）を設けて構成してもよい。このように、拡径部２２内にパンチングメタル２５を設ければ、上流側排気管１３から流入する排気ガスが、パンチングメタル２５の各貫通孔２６を通過する過程で流速を減速させながら拡径部２２内を径方向に拡散されるようになり、排気ガスの偏流をより効果的に防止することが可能になる。

また、図４に示すように、ハニカム構造担体３１の上流側端面３２を断面略円弧状に突出させて形成してもよい。このように、ハニカム構造担体３１の上流側端面３２を円弧状に突出させれば、排気ガス流量が中心部よりも減少しやすい外側のセル群ほど、その開口面積を大きく確保することが可能になり、当該セル群の煤の堆積進行を効果的に抑止することができる。

また、ブラシ部材７０の個数は、図示例に限定されず、フィン６２の枚数や酸化触媒３０の外径等に応じて適宜最適な個数で設けることができる。

また、エンジン１０はディーゼルエンジンに限定されず、ガソリンエンジン等の他のエンジンにも広く適用することが可能である。

１０ エンジン
１１ 筒内インジェクタ
１３ 排気管
１４ 排気管インジェクタ
２０ 排気後処理装置
２１ ケーシング
２２ 拡径部
２３ 筒部
２４ 縮径部
３０ 酸化触媒
３１ ハニカム構造担体
４０ フィルタ
５０ バッフルプレート
５３ 軸受部
６０ ミキサー部材
６１ 中心ボス部
６２ フィン
６３ 回転軸
７０ ブラシ部材
７１ 第１ブラシ
７２ 第２ブラシ
７３ 第３ブラシ

Claims (5)

1. エンジンの排気管に接続された筒状のケーシングと、
   前記ケーシング内に配置された担体のセル表面に酸化触媒成分を担持して形成された酸化触媒と、
   前記担体よりも上流側の前記ケーシング内に配置され、複数の通気孔が貫通形成されたバッフルプレートと、
   前記バッフルプレートと前記担体との間の前記ケーシング内に配置され、排気ガス流により回転する複数のフィンを含むミキサー部材と、
   前記フィンに一体回転可能に設けられ、該フィンの回転に伴い前記担体の上流側端面と摺接するブラシ部材と、を備える
   ことを特徴とする排気後処理装置。
2. 前記ミキサー部材の回転軸が前記バッフルプレートに回転自在に軸支された
   請求項１に記載の排気後処理装置。
3. 前記ブラシ部材は、回転中心側から外側に向かうに従い弾力性を柔らかく設定された
   請求項１又は２に記載の排気後処理装置。
4. 前記ケーシングが、上流側から下流側に向って拡径する拡径部と、当該拡径部の下流端に接続されて、少なくとも前記バッフルプレートを収容する筒部とを含み、前記拡径部内に、その筒面に複数の貫通孔が形成されて排気ガスを前記拡径部内に径方向に拡散させる筒状部材が設けられた
   請求項１から３の何れか一項に記載の排気後処理装置。
5. 前記担体が上流側端面を断面円弧状に突出させて形成された
   請求項１から４の何れか一項に記載の排気後処理装置。

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