JP2023117666A - 排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】酸化触媒の周縁部へのデポジットの堆積を抑制することが可能な排気浄化装置を提供すること。【解決手段】排気浄化装置２は、内燃機関１から排出される排気を流すための排気管１０と、排気管内に配置されており、排気を浄化する酸化触媒２０と、排気管のうち酸化触媒が配置された部位の上流側の部位と並列となるように排気管に接続されたバイパス管３０と、バイパス管の上流側の端部と排気管との接続部に設けられており、排気管にのみ排気が流れる通常状態と、バイパス管に排気が流れるバイパス状態と、を切り替え可能な切替部材４０と、を備える。バイパス管３０の下流側の端部は、バイパス管３０から排気管１０に流入した排気が排気管１０の内周面に沿って排気管１０内を旋回しながら酸化触媒２０の周縁部に至る旋回流を形成する姿勢で排気管１０に接続されている。【選択図】図１

Description

この発明は、排気浄化装置に関する。

例えば、特開２０１７－７２１１２号公報には、内燃機関に接続された排気通路と、排気通路に設けられた酸化触媒及び微粒子フィルタと、選択還元触媒と、を備える排気浄化装置が開示されている。

特開２０１７－７２１１２号公報

排気浄化装置に用いられる酸化触媒（ＤＯＣ）の端面は、網目状に形成されているため、この端面にデポジット（煤）が堆積する。酸化触媒の端面にデポジットが堆積すると、酸化触媒と排気との接触面積が減少するため、触媒による排気の浄化効率が低下する。

このため、酸化触媒の端面に堆積したデポジットを除去する制御（エンジンの回転数や燃料の噴射量を増大させることによって排気量や排気温度を増大させ、デポジットを除去する操作）が行われることが多い。

しかしながら、排気管の内周面の近傍における排気の流速は、排気管の中心部における排気の流速よりも低いため、上記の制御を行った場合においても、酸化触媒の周縁部に堆積したデポジットが除去されずに残留する場合がある。

本発明の目的は、酸化触媒の周縁部へのデポジットの堆積を抑制することが可能な排気浄化装置を提供することである。

この発明の一局面に従った排気浄化装置は、内燃機関から排出される排気を流すための排気管と、前記排気管内に配置されており、前記排気を浄化する酸化触媒と、前記排気管のうち前記酸化触媒が配置された部位の上流側の部位と並列となるように前記排気管に接続されたバイパス管と、前記バイパス管の上流側の端部と前記排気管との接続部に設けられており、前記排気管にのみ前記排気が流れる通常状態と、前記バイパス管に前記排気が流れるバイパス状態と、を切り替え可能な切替部材と、を備え、前記バイパス管の下流側の端部は、前記バイパス管から前記排気管に流入した前記排気が前記排気管の内周面に沿って前記排気管内を旋回しながら前記酸化触媒の周縁部に至る旋回流を形成する姿勢で前記排気管に接続されている。

この発明によれば、酸化触媒の周縁部へのデポジットの堆積を抑制することが可能な排気浄化装置を提供することができる。

本発明の一実施形態の排気浄化装置を含む内燃機関システムを概略的に示す図である。 酸化触媒の近傍の部位の拡大斜視図である。 図２におけるＩＩＩ－ＩＩＩ線での断面図である。 酸化触媒の近傍の部位の拡大断面図である。

この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下で参照する図面では、同一またはそれに相当する部材には、同じ番号が付されている。

図１は、本発明の一実施形態の排気浄化装置を含む内燃機関システムを概略的に示す図である。図１に示されるように、内燃機関システムは、ディーゼルエンジン等の内燃機関１と、排気浄化装置２と、を備えている。

排気浄化装置２は、内燃機関１に接続されている。排気浄化装置２は、内燃機関２からの排気を浄化する装置である。排気浄化装置２は、排気管１０と、酸化触媒２０と、ＤＰＦ２５と、バイパス管３０と、切替部材４０と、制御部５０と、を備えている。

排気管１０は、内燃機関１に接続されており、内燃機関１から排出された排気が流れる。排気管１０は、主流部１１と、拡径部１２と、ストレート部１３と、触媒配置部１４と、を有している。

主流部１１は、内燃機関１から延びている。内燃機関１からの排気は、主流部１１に流入する。

拡径部１２は、排気の流れ方向における主流部１１の下流側の端部につながっている。拡径部１２は、前記流れ方向における下流に向かうにしたがって次第に排気の流路面積が大きくなる形状を有している。

ストレート部１３は、拡径部１２の下流側の端部につながっている。ストレート部１３は、円筒状に形成されている。ストレート部１３は、一定の径を有している。なお、ストレート部１３の径は、拡径部１２の下流側の端部の径と同じである。

触媒配置部１４は、酸化触媒２０が配置される部位である。触媒配置部１４は、ストレート部１３の下流側の端部につながっている。触媒配置部１４は、円筒状に形成されている。触媒配置部１４は、ストレート部１３の径と同じ径を有している。

酸化触媒（ＤＯＣ）２０は、触媒配置部１４に配置されている。酸化触媒２０は、内燃機関１の排気を浄化する。酸化触媒２０は、貴金属の触媒反応によって排気中のＨＣやＣＯを酸化させる。この酸化触媒２０の下流側にＤＰＦ２５が配置されている。なお、ＤＰＦ２５は、省略されてもよい。

バイパス管３０は、排気管１０に接続されている。具体的には、バイパス管３０は、排気管１０のうち酸化触媒２０が配置された部位の上流側の部位（主流部１１、拡径部１２、ストレート部１３）と並列となるように排気管１０に接続されている。

バイパス管３０の下流側の端部は、バイパス管３０から排気管１０に流入した排気が排気管１０の内周面に沿って排気管１０内を旋回しながら酸化触媒２０の周縁部２０ａに至る旋回流（図３において矢印で示される流れ）を形成する姿勢で排気管１０に接続されている。具体的には、図２～図４に示されるように、バイパス管３０の下流側の端部は、ストレート部１３に接続されている。図３に示されるように、バイパス管３０の下流側の端部は、バイパス管３０からストレート部１３に流入する排気の流れ方向がストレート部１３の接線方向と平行となるようにストレート部１３に接続されている。

本実施形態では、バイパス管３０の下流側の端部は、複数の（本実施形態では４本の）分岐管３２で構成されている。各分岐管３２は、バイパス管３０のうち当該分岐管３２の上流側の部位から分岐している。複数の分岐管３２は、排気管１０におけるストレート部１３の周方向に間隔を置いてストレート部１３に接続されている。図３に示されるように、複数の分岐管３２は、周方向に等間隔で配置されることが好ましい。図４に示されるように、分岐管３２とストレート部１３とのなす角は、鋭角に設定されている。なお、バイパス管３０の下流側の端部は、分岐せずに単一の管で構成されてもよい。

切替部材４０は、バイパス管３０の上流側の端部と排気管１０との接続部に設けられている。切替部材４０は、排気管１０にのみ排気が流れる通常状態と、バイパス管３０に排気が流れるバイパス状態と、を切り替え可能である。切替部材４０が通常状態のときには、内燃機関１から排出された排気は、主流部１１及び拡径部１２を経てストレート部１３に流入する。切替部材４０がバイパス状態のときには、内燃機関１から排出された排気の少なくとも一部は、バイパス管３０を通じてストレート部１３に流入する。切替部材４０は、流量調整弁で構成されてもよいし、切替弁で構成されてもよい。切替部材４０が流量調整弁で構成される場合、バイパス管３０の圧力等に基づいて弁の開度が設定される。

制御部５０は、予め設定された条件に基づいて切替部材４０を通常状態とバイパス状態とに切り替える。例えば、制御部５０は、ＤＰＦ２５による再生操作が所定回数に達するまでは切替部材４０を通常状態に維持し、ＤＰＦ２５による再生操作が所定回数の達した後、次の再生操作の直前に切替部材４０を通常状態からバイパス状態に切り替える。制御部５０は、切替部材４０を通常状態からバイパス状態に切り替えた後、所定時間経過後に切替部材４０をバイパス状態から通常状態に切り替える。すなわち、制御部５０による切替部材４０の通常状態からバイパス状態への切り替えは、いわゆる焼き飛ばし操作の一環として行われる。なお、焼き飛ばし操作は、内燃機関１からの排気量を増大させる操作、あるいは、排気温度を上昇させる操作、もしくは、その両方を併用する操作を意味する。

以上に説明したように、本実施形態の排気浄化装置２では、バイパス管３０から排気管１０に流入した排気によって旋回流が形成され、その旋回流が酸化触媒２０の周縁部２０ａに至るため、酸化触媒２０の周縁部２０ａへのデポジットの堆積が抑制される。

なお、上記実施形態において、ＤＰＦ２５は、省略されてもよい。この場合、制御部５０は、切替部材４０が通常状態に切り替えられてから所定の運転時間が経過するまでは切替部材４０を通常状態に維持し、所定時間経過後、切替部材４０を通常状態からバイパス状態に切り替える。

［態様］
上述した例示的な実施形態は、以下の態様の具体例であることが当業者により理解される。

この開示の一局面に従った排気浄化装置は、内燃機関から排出される排気を流すための排気管と、前記排気管内に配置されており、前記排気を浄化する酸化触媒と、前記排気管のうち前記酸化触媒が配置された部位の上流側の部位と並列となるように前記排気管に接続されたバイパス管と、前記バイパス管の上流側の端部と前記排気管との接続部に設けられており、前記排気管にのみ前記排気が流れる通常状態と、前記バイパス管に前記排気が流れるバイパス状態と、を切り替え可能な切替部材と、を備え、前記バイパス管の下流側の端部は、前記バイパス管から前記排気管に流入した前記排気が前記排気管の内周面に沿って前記排気管内を旋回しながら前記酸化触媒の周縁部に至る旋回流を形成する姿勢で前記排気管に接続されている。

この排気浄化装置では、バイパス管から排気管に流入した排気によって旋回流が形成され、その旋回流が酸化触媒の周縁部に至るため、酸化触媒の周縁部へのデポジットの堆積が抑制される。

また、前記排気管は、前記排気の流れ方向における下流に向かうにしたがって次第に前記排気の流路面積が大きくなる拡径部と、前記拡径部の下流側の端部につながっており、一定の径を有するストレート部と、前記ストレート部の径と同じ径を有するとともに前記ストレート部の下流側の端部につながっており、前記酸化触媒が配置される触媒配置部と、を有していてもよい。この場合において、前記バイパス管の下流側の端部は、前記ストレート部に接続されていることが好ましい。

このようにすれば、触媒配置部に配置される酸化触媒の面積を確保することと、酸化触媒の周縁部に至る旋回流を有効に形成することと、を両立することができる。

また、前記バイパス管の下流側の端部は、前記バイパス管から前記ストレート部に流入する前記排気の流れ方向が前記ストレート部の接線方向と平行となるように前記ストレート部に接続されていることが好ましい。

このようにすれば、より確実に酸化触媒の周縁部に至る旋回流が形成される。

また、前記バイパス管の下流側の端部は、それぞれが前記バイパス管のうち当該下流側の端部の上流側の部位から分岐した複数の分岐管で構成されていてもよい。前記複数の分岐管は、前記排気管の周方向に間隔を置いて前記排気管に接続されていることが好ましい。

このようにすれば、より均一な旋回流が形成される。

また、前記排気浄化装置は、予め設定された条件に基づいて前記切替部材を前記通常状態と前記バイパス状態とに切り替える制御部をさらに備えていてもよい。

この態様では、自動で切替部材が切り替えられる。

なお、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

１ 内燃機関、２ 排気浄化装置、１０ 排気管、１１ 主流部、１２ 拡径部、１３ ストレート部、１４ 触媒配置部、２０ 酸化触媒、２５ ＤＰＦ、３０ バイパス管、３２ 分岐管、４０ 切替部材、５０ 制御部。

Claims (5)

1. 内燃機関から排出される排気を流すための排気管と、
   前記排気管内に配置されており、前記排気を浄化する酸化触媒と、
   前記排気管のうち前記酸化触媒が配置された部位の上流側の部位と並列となるように前記排気管に接続されたバイパス管と、
   前記バイパス管の上流側の端部と前記排気管との接続部に設けられており、前記排気管にのみ前記排気が流れる通常状態と、前記バイパス管に前記排気が流れるバイパス状態と、を切り替え可能な切替部材と、を備え、
   前記バイパス管の下流側の端部は、前記バイパス管から前記排気管に流入した前記排気が前記排気管の内周面に沿って前記排気管内を旋回しながら前記酸化触媒の周縁部に至る旋回流を形成する姿勢で前記排気管に接続されている、排気浄化装置。
2. 前記排気管は、
   前記排気の流れ方向における下流に向かうにしたがって次第に前記排気の流路面積が大きくなる拡径部と、
   前記拡径部の下流側の端部につながっており、一定の径を有するストレート部と、
   前記ストレート部の径と同じ径を有するとともに前記ストレート部の下流側の端部につながっており、前記酸化触媒が配置される触媒配置部と、を有し、
   前記バイパス管の下流側の端部は、前記ストレート部に接続されている、請求項１に記載の排気浄化装置。
3. 前記バイパス管の下流側の端部は、前記バイパス管から前記ストレート部に流入する前記排気の流れ方向が前記ストレート部の接線方向と平行となるように前記ストレート部に接続されている、請求項２に記載の排気浄化装置。
4. 前記バイパス管の下流側の端部は、それぞれが前記バイパス管のうち当該下流側の端部の上流側の部位から分岐した複数の分岐管で構成されており、
   前記複数の分岐管は、前記排気管の周方向に間隔を置いて前記排気管に接続されている、請求項１から３のいずれかに記載の排気浄化装置。
5. 予め設定された条件に基づいて前記切替部材を前記通常状態と前記バイパス状態とに切り替える制御部をさらに備える、請求項１から４のいずれかに記載の排気浄化装置。

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