JP4319816B2

JP4319816B2 - Exhaust gas purification device for internal combustion engine

Info

Publication number: JP4319816B2
Application number: JP2002250265A
Authority: JP
Inventors: 清彦長江; 信也広田
Original assignee: Sango Co Ltd; Toyota Motor Corp
Current assignee: Sango Co Ltd; Toyota Motor Corp
Priority date: 2002-08-29
Filing date: 2002-08-29
Publication date: 2009-08-26
Anticipated expiration: 2022-08-29
Also published as: JP2004084643A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関の排気ガス浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼル機関の排気ガス中に含まれる微粒子を除去するために、排気ガス流路内にパティキュレートフィルタを配置し、このパティキュレートフィルタによって微粒子を一旦捕集し、電気ヒータ、バーナ等により前記微粒子を燃焼し、パティキュレートフィルタを再生することが知られている。
【０００３】
また、近年では、前記のようなヒータやバーナ等を用いずに、捕集された微粒子を酸化除去させることが好ましいことから、例えば図７に示すような内燃機関の排気装置が特開２０００−２１５３３号公報に開示されている。
【０００４】
該図７に示す排気装置は、ディーゼル機関１０１の排気ガス流路１０２に、パティキュレートフィルタ１０３を配置するとともに該パティキュレートフィルタ１０３上に貴金属触媒や活性酸素放出剤を担持させて、これらに微粒子が接触することにより酸化除去されるようになっている。
【０００５】
また、前記のパティキュレートフィルタ１０３の目詰まりを防止するために、図７の排気装置においては、排気ガス流路１０２に切換弁１０４を設け、該切換弁１０４を図７において、先ず、Ｅ位置に切り換えると、排気ガスが実線で示す矢印Ｈ方向に流れて第１の排気ガス連通流路１０５に流入し、その後、パティキュレートフィルタ１０３内を流通して第２の排気ガス連通流路１０６へ流出し、その後、前記の切換弁１０４によって排気ガス流出口１０７から流出室１０８内に流入し、その後、前記パティキュレートフィルタ１０３の外側を通じて消音器１０９内に流出する。
【０００６】
次に、前記切換弁１０４を図７においてＦ位置に切り換えると、排気ガスの流れが破線で示す矢印Ｉ方向に切り換わり、第２の排気ガス連通流路１０６側からパティキュレートフィルタ１０３内に流入し、その後、第１の排気ガス連通流路１０５へ流出して排気ガス流出口１０７へと流れ、このような切換弁１０４の切り換えによりパティキュレートフィルタ１０３内の排気ガスの流れを正逆に切り換え、パティキュレートフィルタ１０３が微粒子によって目詰まりすることを防止するようになっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
前記図７に示す従来の装置においては、前記切換弁１０４によって排気ガスの流れを正逆に切り換える時には、必然的にその切換弁１０４が前記Ｅ位置とＦ位置の中間位置Ｇの姿勢をとるため、この中間位置Ｇの状態時において、排気ガス流路１０２からの排気ガスがパティキュレートフィルタ１０３を通らずに直接排出ガス流出口１０７に流入し、未浄化の排気ガスが消音器１０９内を流通して大気に排出されるおそれがある。
【０００８】
このような未浄化の排気ガスが大気に排出されることを防止するために、図８と図９に示すような排気ガス浄化装置も、例えば特開２０００−１８０２６号公報と特開２００１−３４２８２０号公報に開示されている。
【０００９】
この図８及び図９に示すいずれの排気ガス浄化装置も、切換弁２０１を図の位置に切り換えることにより、第１の排気管２０２からの排気ガスを第４の排気管２０５へ流入させて第１のスイーパー（触媒コンバータ）２０６内を矢印方向へ流通させた後、第３の排気管２０４から第２の排気管２０３へ排出し、また、切換弁２０１を図８及び図９において略９０度回転させることにより、第１の排気管２０２からの排気ガスを第３の排気管２０４へ流入させて第１のスイーパー２０６内を反矢印方向へ流通させた後、第２の排気管２０３へ排出させるようになっている。この排気ガスの正逆流によりスイーパー２０６の目詰まりが防止される。
【００１０】
また、前記切換弁２０１の中間位置にあるときに、第１のスイーパー２０６を通過することなく直接第２の排気管２０３へ流出した排気ガスは、第２のスイーパー２０７によって浄化される。
【００１１】
しかし、前記図８及び図９に示すように、第２のスイーパー２０７を第１のスイーパー（排気ガス浄化装置）２０６と別体で分離して配置するとともにこれらを細径の排気管２０３で連結すると、通常、第２のスイーパー２０７の端面２０７ａの直径が排気管２０３の直径よりもかなり大きいことから、長い排気管２０３を直進してきた排気ガスのスイーパー端面部での流れ速度は、スイーパー２０７の端面２０７ａの中心部が最も速く、中心から離れるにしたがい遅い速度となる。すなわち、図１０に示すような流速特性になる。
【００１２】
したがって、第２のスイーパー２０７の浄化効率が悪くなり、第２のスイーパーの大型化によるコストアップ、排気ガスの圧力損失が増加するなどの問題がある。
【００１３】
更に、前記のように、第１のスイーパー２０６と第２のスイーパー２０７を分離して別体に配置することは、排気ガス浄化装置全体が大型化する問題もある。
【００１４】
そこで本発明は、前記の問題を解決する内燃機関の排気ガス浄化装置を提供することを目的とするものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するために、請求項１記載の第１の発明は、内燃機関の排気ガス流路に開口する第１の排気ガス流出入口と、第２の排気ガス流出入口と、排気ガス排出口とを設け、パティキュレートフィルタの軸方向の一端側に、前記第１の排気ガス流出入口に連通する第１の排気ガス連通流路を設け、他端側に、前記第２の排気ガス流出入口に連通する第２の排気ガス連通流路を設け、パティキュレートフィルタの外壁の外側に、前記排気ガス排出口に連通する排気ガス流路を設け、排気ガスを、前記第１の排気ガス流出入口と第２の排気ガス流出入口と排気ガス排出口の少なくとも１つに選択的に流入させる流路切換弁を設けてなる内燃機関の排気ガス浄化装置において、
前記排気ガス流路をパティキュレートフィルタの外周の両側に設けるとともに該両排気ガス流路をパティキュレートフィルタの直後の合流部において合流させ、スイーパーを、その排気ガス流入面が前記合流部に連設するようにして、パティキュレートフィルタの直後に配置するとともに、スイーパーの中心軸がパティキュレートフィルタの中心軸と直交するように配置し、更に、前記合流部における直径を、スイーパーの排気ガス流入面の直径以上に設定したことを特徴とする内燃機関の排気ガス浄化装置である。
【００１６】
本発明において、流路切換弁を切換操作することにより、パティキュレートフィルタ内での排気ガスの流れを正・逆に切り換えて、パティキュレートフィルタの目詰まりを防止できる。
【００１７】
また、前記流路切換弁の切換操作時において、パティキュレートフィルタ内を流通することなく直接排気ガス流路に排出された排気ガスは、排気ガス流路の下流に配置されたスイーパーによって浄化される。
【００１８】
このとき、パティキュレートフィルタの両側を流通した排気ガスは下流部で合流してスイーパーの排気ガス流入面に分散し、排気ガスの流速が排気ガス流入面の全体にわたって略均一になる。
したがって、スイーパーの浄化性能が向上する。
【００２０】
また、パティキュレートフィルタの両側を流通した排気ガスが、スイーパーの排気ガス流入面と略同等かそれ以上に大きく形成された合流部で合流してスイーパーの排気ガス流入面に分散し、排気ガスの流速が排気ガス流入面の全体にわたって略均一になる。
【００２１】
請求項２記載の第２の発明は、前記第１の発明において、前記排気ガス浄化装置を、その少なくともパティキュレートフィルタが配置されている部分の前記排気ガス連通路部とスイーパー部を、消音器の外壁との間に間隔を設けて消音器に内蔵した内燃機関の排気ガス浄化装置である。
【００２２】
本発明においては、パティキュレートフィルタが消音器内に配置されているため、パティキュレートフィルタが高温に維持され、広い運転領域にわたって微粒子の除去が良好に行われる。
【００２３】
請求項３記載の第３の発明は、前記第１又は第２の発明において、前記排気ガス連通流路を形成するケースにおけるパティキュレートフィルタが配置されている部分に開閉口とこれを開閉する閉塞板を設け、パティキュレートフィルタを排気ガス浄化装置に着脱可能に備えた内燃機関の排気ガス浄化装置である。
【００２４】
本発明においては、パティキュレートフィルタが目詰まりや破損した場合に、閉塞板を外して開閉口からパティキュレートフィルタを取り外し、その後、清掃済或いは新品のパティキュレートフィルタを、開閉口から挿着し、開閉口を閉塞板で塞ぐことにより、パティキュレートフィルタの交換ができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
本発明の好ましい実施の形態を図１乃至図６に示す実施例に基づいて説明する。
【００２６】
図１乃至図４は第１実施例を示す。
排気ガス浄化装置１の上流側には排気ガス流入路２が設けられており、該排気ガス流入路２の上流側（図１の左側）は図示しない排気ガス流路によりディーゼル機関等の内燃機関の排気系に連通している。したがって、排気ガス流入路２も内燃機関からの排気ガス流路を構成している。
【００２７】
前記排気ガス流入路２の下流側には、排気ガス流入路２の軸芯と直交する方向において対向するように第１の排気ガス流出入口３と第２の排気ガス流出入口４が開口されている。また、排気ガス流入路２と略同軸芯で、かつ、前記両排気ガス流出入口３，４の下流に位置して、排気ガス排出口５が開口されている。
【００２８】
前記第１の排気ガス流出入口３側には第１の排気ガス流出入室６が設けられ、前記第２の排気ガス流出入口４側には第２の排気ガス流出入室７が設けられている。これらの両流出入口３，４及び両室６，７は、板金モナカ合せ構造等の金属製の第１ケース８により包囲するように形成されている。
【００２９】
更に、前記第１の排気ガス流出入口３と第２の排気ガス流出入口４と排気ガス排出口５の近傍には、第１の排気ガス流出入口３と第２の排気ガス流出入口４と排気ガス排出口５の少なくとも１つに選択的に排気ガスを流入させるように流路を切り換える流路切換弁１０が設けられている。この流路切換弁１０を、図１のＡ位置に切り換えることにより、排気ガス流入路２と第１の排気ガス流出入口３とを連通するとともに第２の排気ガス流出入口４と排気ガス排出口５とを連通するようになっている。また、図１のＢ位置に切り換えることにより、排気ガス流入路２と第２の排気ガス流出入口４とを連通するとともに第１の排気ガス流出入口３と排気ガス排出口５とを連通するようになっている。また、中間位置Ｃにあるときには、排気ガス流入路２からの排出ガスが直接排気ガス排出口５へ流入するようになっている。
【００３０】
前記流路切換弁１０は、後述するパティキュレートフィルタ１４の温度、目詰まり状態に応じてアクチュエータ１１等によって前記のように切り換えられるようになっている。
【００３１】
前記第１のケース８の後流側には、第２のケース１２が板金モナカ合せ構造等により形成されて連結固着されている。更に、前記第２のケース１２内には、周囲を外壁１３により包囲把持されたパティキュレートフィルタ１４，１４が並列に配置されている。前記パティキュレートフィルタ１４は、その排気ガス流通方向、すなわち該パティキュレートフィルタ１４の中心軸Ｘを、前記両排気ガス流出入室６，７の配置方向と略同方向に向けて（排気ガス流入路２の軸線と略直交する方向に）配置されている。また、前記パティキュレートフィルタ１４の排気ガス流出入面１４ａ，１４ｂは、前記の外壁１３はなく、開口されている。なお、該パティキュレートフィルタ１４としては、例えば、フィルタ上に貴金属触媒、活性酸素放出剤を担持したもの（ＤＰＮＲ）、またはこれらを担持しない通常のフィルタ（ＤＰＦ）などを使用する。
【００３２】
前記パティキュレートフィルタ１４の外部は第１のケース８及び第２のケース１２で包囲されており、該第２のケース１２は、パティキュレートフィルタ１４の両排気ガス流出入面１４ａ，１４ｂの外側に設けられた第１のケース壁１２ａとパティキュレートフィルタ１４の外周側、詳しくは外壁１３の外周側に設けられた第２のケース壁１２ｂとで構成されている。
【００３３】
そして、パティキュレートフィルタ１４の排気ガス流出入面１４ａ，１４ｂと前記第１のケース壁１２ａによってパティキュレートフィルタ１４の軸方向の両側に位置して第１の排気ガス連通流路１５と第２の排気ガス連通流路１６が形成されている。また、パティキュレートフィルタ１４の外周と前記第２のケース壁１２ｂによって、パティキュレートフィルタ１４の外周の両側に位置して排気ガス流路１７，１７が形成されている。すなわち、該排気ガス流路１７，１７によってパティキュレートフィルタ１４の外壁１３が包囲されている。
【００３４】
前記両排気ガス連通流路１５，１６と前記排気ガス流路１７，１７とは相互に非連通状態に形成されている。
【００３５】
前記第１の排気ガス連通流路１５は前記第１の排気ガス流出入室６に連通し、前記第２の排気ガス連通流路１６は前記第２の排気ガス流出入室７に連通し、前記排気ガス流路１７，１７は前記排気ガス排出口５に連通している。
【００３６】
前記パティキュレートフィルタ１４は図の実施例では２個並列的に設けたが、１個または３個以上配置してもよい。
【００３７】
前記パティキュレートフィルタ１４の外壁１３の両外側を包囲する排気ガス流路１７，１７の下流側は、パティキュレートフィルタ１４の直後で合流しており、この合流部１７ａにおいて触媒コンバータ等からなるスイーパー１８が配置されている。該スイーパー１８としての触媒コンバータは、例えば酸化触媒、リーンＮＯｘ触媒、三元触媒を担持させたものである。
【００３８】
前記スイーパー１８は、排気ガス浄化装置１を構成する前記第２のケース１２の後流側、具体的には第１のケース壁１２ａの後流側に一体的に連設したスイーパーケース１９内に配置されており、かつ、そのスイーパー１８の配置向きは、スイーパー１８内の排気ガスの流れ方向、すなわち、スイーパー１８の中心軸Ｙが前記パティキュレートフィルタ１４の中心軸Ｘと略直交するように設定されている。これにより、スイーパー１８の排気ガス流入面（端面）１８ａがパティキュレートフィルタ１４の外壁１３の外面に向かって配置されている。更に、スイーパー１８を連設する排気ガス流路１７の合流部１７ａの直径Ｒ１は、スイーパー１８の排気ガス流入面１８ａの直径Ｒ２と略同一径か或いはそれ以上に設定され、スイーパー１８の排気ガス流入面１８ａの全面或いは略全面が排気ガス流路１７の合流部１７ａに開口するようになっている。図の実施例では、合流部１７ａの直径Ｒ１がスイーパー１８の排気ガス流入面１８ａの直径Ｒ２よりも大きく形成されている。
【００３９】
スイーパー１８の排気ガス流入面１８ａの前側部を前記のように構成することにより、図３において両側の排気ガス流路１７，１７を矢印のように流れてきた排気ガスは合流部１７ａで当たってスイーパー１８の排気ガス流入面１８ａに分散し、スイーパー１８における排気ガス流入面（端面）１８ａ部での流速は、その排気ガス流入面１８ａの全面において略均一になる。すなわち、図４に示すような流速特性になる。
【００４０】
前記スイーパー１８の後流側には排気ガス流出路２０が設けられている。
次に前記実施例の作用について説明する。
【００４１】
アクチュエータ１１によって流路切換弁１０が図１のＡ位置に切り換えられると、排気ガス流入路２からの排気ガスは、図１の実線矢印のように、第１の排気ガス流出入口３、第１の排気ガス流出入室６、第１の排気ガス連通流路１５、パティキュレートフィルタ１４、第２の排気ガス連通流路１６、第２の排気ガス流出入室７、排気ガス排出口５、両排気ガス流路１７、合流部１７ａを通ってスイーパー１８に流入し、排気ガス流出路２０から排出される。
【００４２】
また、流路切換弁１０が図１のＢ位置に切り換えられると、排気ガス流入路２からの排気ガスは、図１の破線矢印のように、第２の排気ガス流出入口４から第２の排気ガス流出入室７側へ流れ、その後、第２の排気ガス連通流路１６、パティキュレートフィルタ１４、第１の排気ガス連通流路１５、第１の排気ガス流出入室６、排気ガス排出口５、両排気ガス流路１７、合流部１７ａを通ってスイーパー１８へ流出される。
【００４３】
このように、流路切換弁１０の切り換えにより、パティキュレートフィルタ１４によって排気ガスの浄化が図られるとともに、パティキュレートフィルタ１４内での排気ガスの流れが正・逆に切り換えられてパティキュレートフィルタ１４の目詰まりなどの防止が図られる。
【００４４】
また、前記のような正・逆の切換操作において、流路切換弁１０が切換途中、すなわち、図１のＣの位置にあるときには、排気ガス流入路２からの排気ガスは、そのまま直進して排気ガス排出口５へ流入するが、この流入した排気ガスは、両排気ガス流路１７を通ってスイーパー１８内に流入し、このスイーパー１８で浄化される。したがって、前記パティキュレートフィルタ１４を通らない未浄化排気ガスの浄化を図ることができる。
【００４５】
また、前記のように両排気ガス流路１７から流れてきた排気ガスの、スイーパー１８における排気ガス流入面１８ａ部での流速が、排気ガス流入面１８ａの全面において略均一になるため、前記図８及び図９のスイーパーに比べて、スイーパーの浄化性能（効率）が向上し、これによってスイーパーの全長を短くして小型化、コストの低減化が可能になり、更には排気ガスの圧力損失も低減できる。
【００４６】
また、前記のように、パティキュレートフィルタ部とスイーパー部とを一体化したことにより、排気ガス浄化装置がコンパクトになり、車両搭載性が向上する。
【００４７】
図５は第２実施例を示す。
本第２実施例は、前記第１実施例における排気ガス浄化装置１における少なくともパティキュレートフィルタ１４部と前記スイーパー１８部を消音器３０内に配置したものである。
【００４８】
すなわち、前記パティキュレートフィルタ１４部の外周を包囲する第２ケース１２部と消音器３０のアウタシェル３１間に間隔４０を有し、かつ、前記スイーパーケース１９と消音器３０のアウタシェル３１間にも間隔４０を有し、第２ケース１２とスイーパーケース１９を、消音器３０のエンドプレート３２とセパレータ３３とで固定保持したものである。更により詳しくは、一方のエンドプレート３２に、前記排気ガス浄化装置１の外周形状分の穴３４を形成し、該穴３４から前記排気ガス浄化装置１を消音器３０内に挿入し、排気ガス浄化装置１の外壁、例えば前記第１ケース８とエンドプレート３２とを溶接等により固定したものである。
【００４９】
なお、前記消音器３０は、セパレータ３３等により形成された拡張室や共鳴室によって消音するものであり、この消音器３０は図５に示した構造のものに限定するものではなく、周知の消音器を採用することができる。
【００５０】
本第２実施例における排気ガス浄化装置１は前記第１実施例と同様であるため、前記と同一部分には前記の符号を付してその説明は省略する。
【００５１】
本第２実施例においては、排気ガス浄化装置１を、その主体部を消音器３０に内蔵した状態で消音器３０と一体化させたので、これらの車両搭載性が向上する。また、排気ガス浄化装置１におけるパティキュレートフィルタ１４を有する外壁が消音器３０の外壁と間隔４０を隔てて配置されているため、パティキュレートフィルタ１４は高温に維持され、広い運転領域にわたって微粒子が除去される。
【００５２】
図６は第３実施例を示す。
本第３実施例は、前記第１実施例の排気ガス浄化装置１において、その排気ガス連通流路１５，１６を形成する第２ケース１２における第１のケース壁１２ａに、前記パティキュレートフィルタ１４を出し入れすることができる径の開閉口５０ａ，５０ｂを形成し、更に、第１のケース壁１２ａには、前記開閉口５０ａ，５０ｂを開閉するための閉塞板５１を、ボルト５２等の着脱手段により着脱可能に備えたものである。
【００５３】
また、パティキュレートフィルタ１４を包囲する外壁１３の端部１３ａ，１３ｂは、パティキュレートフィルタ１４を出し入れしやすいように、ラッパ状に形成されている。
【００５４】
その他の構造は前記第１実施例と同様であるため、前記と同一部分には同一符号を付してその説明は省略する。
【００５５】
本第３実施例においては、パティキュレートフィルタ１４が詰まったり破損した場合には、閉塞板５１を外して開閉口５０ａ，５０ｂを開口し、パティキュレートフィルタ１４を開閉口５０ａ又は５０ｂから取り出す。そして、清掃済或いは新品のパティキュレートフィルタ１４を開閉口５０ａ，５０ｂを通じて装着し、閉塞板５１で閉塞する。
【００５６】
本第３実施例においては、パティキュレートフィルタ１４が詰まったり破損した場合に、装置全体を交換することなく、パティキュレートフィルタ１４のみが交換可能となり、コストの低減が可能になる。
なお、本第３実施例の排気ガス浄化装置１を、前記第２実施例のように消音器３０に内蔵するようにしてもよい。
【００５７】
【発明の効果】
以上のようであるから、請求項１に記載の発明によれば、スイーパーにおける排気ガス流入面での排気ガスの流速が全面にわたって略均一になり、スイーパーの浄化性能が向上する。この浄化性能の向上に伴い、スイーパーの全長を短くでき、排気ガスの圧力損失を低減できる。更には、スイーパーの体積を小さくでき、小型化、コスト低減化を図ることができる。更に、パティキュレートフィルタ部とスイーパー部との一体化により装置がコンパクトになり、車両搭載性が向上する。
【００５８】
請求項２記載の発明によれば、排気浄化装置の一部を消音器内に装着して一体化できるため、車両搭載性が向上する。更に、排気浄化装置のパティキュレートフィルタ部が、消音器の外壁と間隔を隔てて配置されるため、パティキュレートフィルタが高温に維持され、広い運転領域にわたって微粒子の除去が良好に行われる。
【００５９】
請求項３記載の発明によれば、パティキュレートフィルタが目詰まりしたり破損した場合に、装置全体を交換することなく、パティキュレートフィルタのみを交換することができるため、コストの低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の排気ガス浄化装置の第１実施例を示す平断面図。
【図２】図１におけるＭ−Ｍ線断面図。
【図３】図１におけるＮ−Ｎ線断面図。
【図４】本発明におけるスイーパーの端面での排気ガスの流速を示す特性図。
【図５】本発明の排気ガス浄化装置を消音器に付設した第２実施例を示す平断面図。
【図６】本発明の排気ガス浄化装置の第３実施例を示す平断面図。
【図７】第１の従来の技術を示す平断面図。
【図８】第２の従来の技術を示す排気系統図。
【図９】第３の従来の技術を示す排気系統図。
【図１０】第２及び第３の従来の技術におけるスイーパー部での排気ガスの流速を示す特性図。
【符号の説明】
１排気ガス浄化装置
２排気ガス流入路
３第１の排気ガス流出入口
４第２の排気ガス流出入口
５排気ガス排出口
１０流路切換弁
１２ケース
１３外壁
１４パティキュレートフィルタ
１４ａ，１４ｂパティキュレートフィルタの端面
１５第１の排気ガス連通流路
１６第２の排気ガス連通流路
１７排気ガス流路
１７ａ合流部
１８スイーパー
１８ａスイーパーの排気ガス流入面
３０消音器
５０ａ，５０ｂ開閉口
５１閉塞板[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an exhaust gas purification device for an internal combustion engine.
[0002]
[Prior art]
In order to remove the particulates contained in the exhaust gas of the diesel engine, a particulate filter is disposed in the exhaust gas flow path, and the particulates are once collected by the particulate filter, and the particulates are collected by an electric heater, a burner or the like. It is known to burn and regenerate the particulate filter.
[0003]
Further, in recent years, it is preferable to oxidize and remove the collected fine particles without using the heater and the burner as described above. Therefore, for example, an exhaust system for an internal combustion engine as shown in FIG. This is disclosed in Japanese Patent No. 21533.
[0004]
In the exhaust system shown in FIG. 7, a particulate filter 103 is disposed in the exhaust gas flow path 102 of the diesel engine 101, and a noble metal catalyst and an active oxygen release agent are supported on the particulate filter 103, and particulates are carried on them. Is removed by oxidation by contact.
[0005]
Further, in order to prevent the particulate filter 103 from being clogged, in the exhaust apparatus of FIG. 7, a switching valve 104 is provided in the exhaust gas flow path 102. The exhaust gas flows in the direction of the arrow H indicated by the solid line and flows into the first exhaust gas communication channel 105, and then flows through the particulate filter 103 to the second exhaust gas communication channel 106. Then, it flows into the outflow chamber 108 from the exhaust gas outlet 107 by the switching valve 104, and then flows out into the silencer 109 through the outside of the particulate filter 103.
[0006]
Next, when the switching valve 104 is switched to the F position in FIG. 7, the flow of the exhaust gas is switched in the direction of arrow I indicated by a broken line, and flows into the particulate filter 103 from the second exhaust gas communication channel 106 side. After that, it flows out to the first exhaust gas communication channel 105 and flows to the exhaust gas outlet 107, and by switching the switching valve 104, the flow of the exhaust gas in the particulate filter 103 is switched between forward and reverse. The particulate filter 103 is prevented from being clogged with fine particles.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional apparatus shown in FIG. 7, when the flow of exhaust gas is switched between forward and reverse by the switching valve 104, the switching valve 104 inevitably takes an intermediate position G between the E position and the F position. In the state of the intermediate position G, the exhaust gas from the exhaust gas passage 102 flows directly into the exhaust gas outlet 107 without passing through the particulate filter 103, and the unpurified exhaust gas flows through the silencer 109. May be discharged to the atmosphere.
[0008]
In order to prevent such unpurified exhaust gas from being discharged into the atmosphere, exhaust gas purification apparatuses as shown in FIGS. 8 and 9 are also disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open Nos. 2000-18026 and 2001-342820. It is disclosed in the gazette.
[0009]
In any of the exhaust gas purifying devices shown in FIGS. 8 and 9, the exhaust gas from the first exhaust pipe 202 is caused to flow into the fourth exhaust pipe 205 by switching the switching valve 201 to the position shown in the figure. After the first sweeper (catalytic converter) 206 is circulated in the direction of the arrow, it is discharged from the third exhaust pipe 204 to the second exhaust pipe 203, and the switching valve 201 is approximately 90 degrees in FIGS. By rotating, the exhaust gas from the first exhaust pipe 202 flows into the third exhaust pipe 204 and flows through the first sweeper 206 in the direction of the opposite arrow, and then discharged to the second exhaust pipe 203. It is supposed to let you. The forward and backward flow of the exhaust gas prevents the sweeper 206 from being clogged.
[0010]
Further, the exhaust gas that has flowed directly into the second exhaust pipe 203 without passing through the first sweeper 206 when it is at the intermediate position of the switching valve 201 is purified by the second sweeper 207.
[0011]
However, as shown in FIGS. 8 and 9, the second sweeper 207 is disposed separately from the first sweeper (exhaust gas purification device) 206 and is connected by a small-diameter exhaust pipe 203. Then, since the diameter of the end surface 207a of the second sweeper 207 is usually considerably larger than the diameter of the exhaust pipe 203, the flow velocity of the exhaust gas that has traveled straight through the long exhaust pipe 203 at the end of the sweeper is The center portion of the end face 207a is the fastest, and the speed decreases as the distance from the center increases. That is, the flow velocity characteristic as shown in FIG. 10 is obtained.
[0012]
Therefore, there is a problem that the purification efficiency of the second sweeper 207 is deteriorated, the cost is increased by increasing the size of the second sweeper, and the pressure loss of the exhaust gas is increased.
[0013]
Furthermore, as described above, separating the first sweeper 206 and the second sweeper 207 and disposing them separately causes a problem that the entire exhaust gas purifying apparatus becomes large.
[0014]
Accordingly, an object of the present invention is to provide an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine that solves the above-described problems.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problem, the first invention according to claim 1 is the first exhaust gas outflow inlet, the second exhaust gas outflow inlet, and the exhaust gas that open to the exhaust gas flow path of the internal combustion engine. A first exhaust gas communication channel communicating with the first exhaust gas inflow / outlet port at one end side in the axial direction of the particulate filter, and the second exhaust gas at the other end side. A second exhaust gas communication channel that communicates with the outflow inlet is provided, an exhaust gas channel that communicates with the exhaust gas exhaust port is provided outside the outer wall of the particulate filter, and the exhaust gas is supplied to the first exhaust gas. In an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine, comprising a flow path switching valve for selectively flowing into at least one of an outflow inlet, a second exhaust gas outflow inlet, and an exhaust gas discharge port,
The exhaust gas passages are provided on both sides of the outer periphery of the particulate filter, and both the exhaust gas passages are joined at the joining portion immediately after the particulate filter, and the sweeper is connected to the joining portion at the exhaust gas inflow surface. In this way, it is arranged immediately after the particulate filter, and is arranged so that the central axis of the sweeper is orthogonal to the central axis of the particulate filter, and further, the diameter at the merging portion is set to the exhaust gas inflow surface of the sweeper. An exhaust gas purifying device for an internal combustion engine characterized by being set to a diameter or larger .
[0016]
In the present invention, by switching the flow path switching valve, the flow of the exhaust gas in the particulate filter can be switched between forward and reverse to prevent the particulate filter from being clogged.
[0017]
Further, during the switching operation of the flow path switching valve, the exhaust gas discharged directly into the exhaust gas flow path without flowing through the particulate filter is purified by a sweeper disposed downstream of the exhaust gas flow path. .
[0018]
At this time, the exhaust gas flowing through both sides of the particulate filter merges at the downstream portion and is dispersed on the exhaust gas inflow surface of the sweeper, and the exhaust gas flow velocity becomes substantially uniform over the entire exhaust gas inflow surface.
Accordingly, the purification performance of the sweeper is improved.
[0020]
In addition, the exhaust gas flowing on both sides of the particulate filter merges at a junction formed substantially equal to or larger than the exhaust gas inflow surface of the sweeper and is dispersed on the exhaust gas inflow surface of the sweeper. The flow velocity becomes substantially uniform over the entire exhaust gas inflow surface.
[0021]
The second invention of claim 2, wherein, in the first aspect of the present invention, the exhaust gas purifying device, the exhaust gas communication passage and the sweeper of the portion at least of the particulate filter is arranged, silencer An exhaust gas purifying device for an internal combustion engine built in a silencer with a space between the outer wall of the internal combustion engine.
[0022]
In the present invention, since the particulate filter is disposed in the silencer, the particulate filter is maintained at a high temperature, and fine particles can be satisfactorily removed over a wide operation region.
[0023]
A third invention of claim 3, wherein, in the first or second aspect of the invention, the opening and closing off opening in a portion particulate filter in the case of forming the exhaust gas communication passage is arranged and this occlusion An exhaust gas purifying device for an internal combustion engine provided with a plate and having a particulate filter detachably attached to the exhaust gas purifying device.
[0024]
In the present invention, when the particulate filter is clogged or damaged, remove the blocking plate and remove the particulate filter from the opening / closing port, and then insert a cleaned or new particulate filter from the opening / closing port, The particulate filter can be replaced by closing the opening / closing port with a closing plate.
[0025]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A preferred embodiment of the present invention will be described based on the examples shown in FIGS.
[0026]
1 to 4 show a first embodiment.
An exhaust gas inflow passage 2 is provided on the upstream side of the exhaust gas purification device 1, and an upstream side (left side in FIG. 1) of the exhaust gas inflow passage 2 is connected to an internal combustion engine such as a diesel engine by an exhaust gas passage (not shown). It communicates with the exhaust system. Therefore, the exhaust gas inflow passage 2 also constitutes an exhaust gas passage from the internal combustion engine.
[0027]
A first exhaust gas outflow inlet 3 and a second exhaust gas outflow inlet 4 are opened on the downstream side of the exhaust gas inflow path 2 so as to face each other in a direction orthogonal to the axis of the exhaust gas inflow path 2. Yes. Further, an exhaust gas discharge port 5 is opened at a position substantially coaxial with the exhaust gas inflow passage 2 and downstream of the exhaust gas outflow inlets 3 and 4.
[0028]
A first exhaust gas inflow / outflow chamber 6 is provided on the first exhaust gas outflow inlet 3 side, and a second exhaust gas inflow / outlet chamber 7 is provided on the second exhaust gas outflow inlet 4 side. Both the outflow inlets 3 and 4 and the two chambers 6 and 7 are formed so as to be surrounded by a first case 8 made of metal such as a sheet metal monaca matching structure.
[0029]
Further, in the vicinity of the first exhaust gas outlet 3, the second exhaust gas outlet 4, and the exhaust gas outlet 5, the first exhaust gas outlet 3, the second exhaust gas outlet 4, and the exhaust are disposed. A flow path switching valve 10 is provided for switching the flow path so that the exhaust gas selectively flows into at least one of the gas discharge ports 5. By switching the flow path switching valve 10 to the position A in FIG. 1, the exhaust gas inflow path 2 and the first exhaust gas outflow inlet 3 are communicated with each other, and the second exhaust gas outflow inlet 4 and the exhaust gas exhaust port are connected. 5 is communicated. Further, by switching to the position B in FIG. 1, the exhaust gas inflow path 2 and the second exhaust gas outflow inlet 4 are communicated with each other, and the first exhaust gas outflow inlet 3 and the exhaust gas exhaust outlet 5 are in communication with each other. It has become. Further, when the vehicle is at the intermediate position C, the exhaust gas from the exhaust gas inflow passage 2 directly flows into the exhaust gas discharge port 5.
[0030]
The flow path switching valve 10 is switched as described above by the actuator 11 or the like in accordance with the temperature of a particulate filter 14 described later and the clogged state.
[0031]
On the downstream side of the first case 8, the second case 12 is formed and connected and fixed by a sheet metal monaca alignment structure or the like. Furthermore, in the second case 12, particulate filters 14 and 14 that are surrounded and held by the outer wall 13 are arranged in parallel. The particulate filter 14 has its exhaust gas flow direction, that is, the central axis X of the particulate filter 14 oriented in substantially the same direction as the arrangement direction of the exhaust gas inflow / outflow chambers 6 and 7 (exhaust gas inflow passage 2 Are arranged in a direction substantially orthogonal to the axis. Further, the exhaust gas inflow / outflow surfaces 14a and 14b of the particulate filter 14 are opened without the outer wall 13. As the particulate filter 14, for example, a noble metal catalyst, an active oxygen release agent supported on a filter (DPNR), or a normal filter (DPF) not supporting these is used.
[0032]
The outside of the particulate filter 14 is surrounded by a first case 8 and a second case 12, and the second case 12 is outside the exhaust gas inflow / outflow surfaces 14 a and 14 b of the particulate filter 14. The first case wall 12 a is provided and the second case wall 12 b provided on the outer peripheral side of the particulate filter 14, specifically, the outer peripheral side of the outer wall 13.
[0033]
The exhaust gas inflow / outflow surfaces 14a and 14b of the particulate filter 14 and the first case wall 12a are located on both sides in the axial direction of the particulate filter 14 and the first exhaust gas communication channel 15 and the second An exhaust gas communication channel 16 is formed. Further, exhaust gas passages 17 and 17 are formed on both sides of the outer periphery of the particulate filter 14 by the outer periphery of the particulate filter 14 and the second case wall 12b. That is, the outer wall 13 of the particulate filter 14 is surrounded by the exhaust gas passages 17 and 17.
[0034]
The exhaust gas communication channels 15 and 16 and the exhaust gas channels 17 and 17 are formed in a non-communication state.
[0035]
The first exhaust gas communication channel 15 communicates with the first exhaust gas inflow / outflow chamber 6, the second exhaust gas communication channel 16 communicates with the second exhaust gas inflow / outflow chamber 7, and the exhaust gas The gas flow paths 17 and 17 communicate with the exhaust gas discharge port 5.
[0036]
In the embodiment shown in the figure, two particulate filters 14 are provided in parallel, but one or three or more may be arranged.
[0037]
The downstream sides of the exhaust gas passages 17 and 17 surrounding both outer sides of the outer wall 13 of the particulate filter 14 are joined immediately after the particulate filter 14, and a sweeper 18 comprising a catalytic converter or the like is joined at this joining portion 17a. Is arranged. The catalytic converter as the sweeper 18 carries, for example, an oxidation catalyst, a lean NOx catalyst, and a three-way catalyst.
[0038]
The sweeper 18 is disposed in a sweeper case 19 that is integrally connected to the downstream side of the second case 12 constituting the exhaust gas purification device 1, specifically, the downstream side of the first case wall 12a. Further, the arrangement direction of the sweeper 18 is set so that the flow direction of the exhaust gas in the sweeper 18, that is, the central axis Y of the sweeper 18 is substantially orthogonal to the central axis X of the particulate filter 14. Has been. Thereby, the exhaust gas inflow surface (end surface) 18 a of the sweeper 18 is arranged toward the outer surface of the outer wall 13 of the particulate filter 14. Further, the diameter R1 of the merging portion 17a of the exhaust gas passage 17 connecting the sweeper 18 is set to be substantially the same as or larger than the diameter R2 of the exhaust gas inflow surface 18a of the sweeper 18, and the exhaust gas of the sweeper 18 is set. The entire or substantially entire surface of the inflow surface 18 a opens to the merging portion 17 a of the exhaust gas passage 17. In the illustrated embodiment, the diameter R1 of the merging portion 17a is formed larger than the diameter R2 of the exhaust gas inflow surface 18a of the sweeper 18.
[0039]
By configuring the front side portion of the exhaust gas inflow surface 18a of the sweeper 18 as described above, the exhaust gas flowing in the exhaust gas flow paths 17 and 17 on both sides in FIG. 3 as shown by arrows hits the merge portion 17a. Dispersed in the exhaust gas inflow surface 18a of the sweeper 18, the flow velocity at the exhaust gas inflow surface (end surface) 18a of the sweeper 18 becomes substantially uniform over the entire exhaust gas inflow surface 18a. That is, the flow velocity characteristic as shown in FIG. 4 is obtained.
[0040]
An exhaust gas outflow passage 20 is provided on the downstream side of the sweeper 18.
Next, the operation of the embodiment will be described.
[0041]
When the flow path switching valve 10 is switched to the position A in FIG. 1 by the actuator 11, the exhaust gas from the exhaust gas inflow path 2 flows through the first exhaust gas outflow inlet 3, the first exhaust gas as indicated by the solid line arrow in FIG. 1. Exhaust gas inflow / outflow chamber 6, first exhaust gas communication channel 15, particulate filter 14, second exhaust gas communication channel 16, second exhaust gas inflow / outflow chamber 7, exhaust gas exhaust port 5, both exhaust gases It flows into the sweeper 18 through the flow path 17 and the merge portion 17a, and is discharged from the exhaust gas outflow path 20.
[0042]
Further, when the flow path switching valve 10 is switched to the position B in FIG. 1, the exhaust gas from the exhaust gas inflow passage 2 flows from the second exhaust gas outflow inlet 4 to the second as shown by the broken line arrow in FIG. The exhaust gas flows into the exhaust gas inflow / outflow chamber 7, and then the second exhaust gas communication channel 16, the particulate filter 14, the first exhaust gas communication channel 15, the first exhaust gas inflow / inflow chamber 6, and the exhaust gas discharge port 5. Then, the gas flows out to the sweeper 18 through both the exhaust gas passages 17 and the junction portion 17a.
[0043]
Thus, by switching the flow path switching valve 10, the exhaust gas is purified by the particulate filter 14, and the flow of the exhaust gas in the particulate filter 14 is switched between forward and reverse, and the particulate filter 14. It is possible to prevent clogging.
[0044]
Further, in the forward / reverse switching operation as described above, when the flow path switching valve 10 is in the middle of switching, that is, at the position C in FIG. 1, the exhaust gas from the exhaust gas inflow path 2 goes straight on as it is. The exhaust gas flowing into the exhaust gas discharge port 5 flows into the sweeper 18 through both the exhaust gas passages 17 and is purified by the sweeper 18. Therefore, it is possible to purify the unpurified exhaust gas that does not pass through the particulate filter 14.
[0045]
In addition, since the flow velocity of the exhaust gas flowing from both the exhaust gas passages 17 at the exhaust gas inflow surface 18a portion of the sweeper 18 becomes substantially uniform over the entire surface of the exhaust gas inflow surface 18a as described above, Compared with the sweeper of Fig. 8 and Fig. 9, the sweeper's purification performance (efficiency) is improved, which makes it possible to reduce the overall length of the sweeper, to reduce the size and cost, and to reduce the pressure loss of the exhaust gas. Can be reduced.
[0046]
Further, as described above, by integrating the particulate filter portion and the sweeper portion, the exhaust gas purification device becomes compact, and the vehicle mountability is improved.
[0047]
FIG. 5 shows a second embodiment.
In the second embodiment, at least the particulate filter 14 part and the sweeper 18 part in the exhaust gas purifying apparatus 1 in the first embodiment are arranged in a silencer 30.
[0048]
That is, there is a gap 40 between the second case 12 part surrounding the outer periphery of the particulate filter 14 part and the outer shell 31 of the silencer 30, and there is also a gap between the sweeper case 19 and the outer shell 31 of the silencer 30. The second case 12 and the sweeper case 19 are fixedly held by the end plate 32 and the separator 33 of the silencer 30. More specifically, a hole 34 corresponding to the outer peripheral shape of the exhaust gas purifying device 1 is formed in one end plate 32, and the exhaust gas purifying device 1 is inserted into the silencer 30 through the hole 34, and the exhaust gas is exhausted. The outer wall of the purification apparatus 1, for example, the first case 8 and the end plate 32 are fixed by welding or the like.
[0049]
The silencer 30 is silenced by an expansion chamber or a resonance chamber formed by the separator 33 or the like. The silencer 30 is not limited to the structure shown in FIG. Can be used.
[0050]
Since the exhaust gas purification apparatus 1 in the second embodiment is the same as that in the first embodiment, the same parts as those described above are denoted by the same reference numerals and the description thereof is omitted.
[0051]
In the second embodiment, the exhaust gas purifying device 1 is integrated with the silencer 30 in a state in which the main part thereof is built in the silencer 30, so that these vehicle mountability is improved. In addition, since the outer wall having the particulate filter 14 in the exhaust gas purification apparatus 1 is disposed at a distance 40 from the outer wall of the silencer 30, the particulate filter 14 is maintained at a high temperature, and particulates are removed over a wide operation region. Is done.
[0052]
FIG. 6 shows a third embodiment.
In the third embodiment, in the exhaust gas purifying apparatus 1 of the first embodiment, the particulate filter 14 is formed on the first case wall 12a in the second case 12 that forms the exhaust gas communication passages 15 and 16. The opening / closing ports 50a and 50b having a diameter capable of being inserted and removed are formed, and a closing plate 51 for opening and closing the opening / closing ports 50a and 50b is provided on the first case wall 12a. Is detachably provided.
[0053]
Further, the end portions 13 a and 13 b of the outer wall 13 surrounding the particulate filter 14 are formed in a trumpet shape so that the particulate filter 14 can be easily taken in and out.
[0054]
Since the other structure is the same as that of the first embodiment, the same parts as those described above are denoted by the same reference numerals and the description thereof is omitted.
[0055]
In the third embodiment, when the particulate filter 14 is clogged or damaged, the closing plate 51 is removed, the opening / closing ports 50a, 50b are opened, and the particulate filter 14 is taken out from the opening / closing port 50a or 50b. Then, the cleaned or new particulate filter 14 is mounted through the opening / closing ports 50 a and 50 b and closed by the closing plate 51.
[0056]
In the third embodiment, when the particulate filter 14 is clogged or damaged, only the particulate filter 14 can be replaced without replacing the entire apparatus, and the cost can be reduced.
Note that the exhaust gas purifying apparatus 1 of the third embodiment may be built in the silencer 30 as in the second embodiment.
[0057]
【The invention's effect】
As described above, according to the first aspect of the present invention, the exhaust gas flow velocity at the exhaust gas inflow surface of the sweeper becomes substantially uniform over the entire surface, and the purification performance of the sweeper is improved. As the purification performance is improved, the overall length of the sweeper can be shortened and the pressure loss of the exhaust gas can be reduced. Furthermore, the volume of the sweeper can be reduced, and downsizing and cost reduction can be achieved. Furthermore, the integration of the particulate filter part and the sweeper part makes the device compact and improves the vehicle mountability.
[0058]
According to the second aspect of the present invention, since a part of the exhaust purification device can be mounted and integrated in the silencer, vehicle mountability is improved. Furthermore, since the particulate filter part of the exhaust emission control device is disposed at a distance from the outer wall of the silencer, the particulate filter is maintained at a high temperature, and fine particles can be satisfactorily removed over a wide operation region.
[0059]
According to the third aspect of the present invention, when the particulate filter is clogged or broken, it is possible to replace only the particulate filter without replacing the entire apparatus, thereby reducing the cost. it can.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan sectional view showing a first embodiment of an exhaust gas purification apparatus of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line MM in FIG.
3 is a cross-sectional view taken along line NN in FIG.
FIG. 4 is a characteristic diagram showing the flow rate of exhaust gas at the end face of the sweeper in the present invention.
FIG. 5 is a plan sectional view showing a second embodiment in which the exhaust gas purifying apparatus of the present invention is attached to a silencer.
FIG. 6 is a plan sectional view showing a third embodiment of the exhaust gas purifying apparatus of the present invention.
FIG. 7 is a plan sectional view showing a first conventional technique.
FIG. 8 is an exhaust system diagram showing a second conventional technique.
FIG. 9 is an exhaust system diagram showing a third conventional technique.
FIG. 10 is a characteristic diagram showing a flow rate of exhaust gas in a sweeper section in the second and third conventional techniques.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Exhaust gas purification apparatus 2 Exhaust gas inflow path 3 1st exhaust gas outflow inlet 4 2nd exhaust gas outflow inlet 5 Exhaust gas exhaust 10 Flow path switching valve 12 Case 13 Outer wall 14 Particulate filter 14a, 14b Particulate filter End surface 15 First exhaust gas communication channel 16 Second exhaust gas communication channel 17 Exhaust gas channel 17a Merging portion 18 Sweeper 18a Exhaust gas inflow surface 30 of the sweeper Silencers 50a, 50b Opening and closing port 51 Blocking plate

Claims

A first exhaust gas outflow inlet, a second exhaust gas outflow inlet, and an exhaust gas discharge opening that open to an exhaust gas flow path of the internal combustion engine are provided, and the first exhaust gas outlet is provided on one end side in the axial direction of the particulate filter. A first exhaust gas communication channel that communicates with the exhaust gas outflow inlet of the particulate filter, and a second exhaust gas communication channel that communicates with the second exhaust gas outflow inlet at the other end. An exhaust gas passage communicating with the exhaust gas discharge port is provided outside the outer wall, and the exhaust gas is supplied to at least one of the first exhaust gas outflow inlet, the second exhaust gas outflow inlet, and the exhaust gas discharge port. In an exhaust gas purifying device for an internal combustion engine provided with a flow path switching valve for selectively inflowing,
The exhaust gas passages are provided on both sides of the outer periphery of the particulate filter, and both the exhaust gas passages are joined at the joining portion immediately after the particulate filter, and the sweeper is connected to the joining portion at the exhaust gas inflow surface. so as to, as well as arranged immediately after the particulate filter, the center axis of the sweeper is arranged on the central axis and a straight intersect each of the particulate filter, further, the diameter of the confluent part, the exhaust gas inflow side of the sweeper exhaust gas purification system of an internal combustion engine, characterized in that set on the diameter than the.

The exhaust gas purifying device, the at least the exhaust gas communication passage portion particulate filter is disposed and the sweeper unit, according to claim incorporated in muffler spaced between the outer wall of the muffler 1 An exhaust gas purification device for an internal combustion engine as described.

2. An opening and an opening and a closing plate for opening and closing the particulate filter are provided in a portion where the particulate filter is disposed in the case forming the exhaust gas communication channel, and the particulate filter is detachably attached to the exhaust gas purification device. Or the exhaust-gas purification apparatus of the internal combustion engine of 2 .