JP4570554B2

JP4570554B2 - ディーゼルエンジンの排気浄化装置

Info

Publication number: JP4570554B2
Application number: JP2005341717A
Authority: JP
Inventors: 崇岡田
Original assignee: UD Trucks Corp
Current assignee: UD Trucks Corp
Priority date: 2005-11-28
Filing date: 2005-11-28
Publication date: 2010-10-27
Anticipated expiration: 2025-11-28
Also published as: JP2007146743A

Description

本発明は、ディーゼルエンジンの排気浄化装置において、排気中のパティキュレートを捕集するフィルタの耐久性を損なわずに、狭いスペースに設置可能とする技術に関する。

ディーゼルエンジンの排気を浄化するため、実公平７−１８３号公報（特許文献１）に記載されるように、排気通路に配設されたフィルタにより、排気中のパティキュレートを捕集する排気浄化装置が公知である。かかる排気浄化装置では、捕集したパティキュレートがフィルタに過剰に堆積すると、排圧が上昇して燃費低下などの不具合が発生するので、例えば、エンジン運転状態を変化させて排気温度を上昇させ、パティキュレートを着火温度以上まで昇温させて焼却する再生処理が不可欠である。
実公平７−１８３号公報

ところで、十分な排気浄化性能を発揮可能とするためには、フィルタの容積を大きくする必要がある。乗用車や小型トラックなどでは、エンジンと車体との間隔が狭いことから、フィルタの径を大きくして容積を増やすことが困難であるため、フィルタの全長を長くしなければならない。しかし、フィルタのＬＤ比（長さ／径）が大きいと、再生処理中にその下流端の燃焼温度が素材の耐熱温度以上となり、フィルタの溶損，割れなどが発生してしまうおそれがあった。

そこで、本発明は以上のような従来の問題点に鑑み、排気中のパティキュレートを捕集するフィルタを２つに分割した２段構造とすることで、個々のフィルタの全長を短くしてＬＤ比が大きくなることを抑制し、フィルタの耐久性を損なわずに、狭いスペースに設置可能なディーゼルエンジンの排気浄化装置を提供することを目的とする。

このため、請求項１記載の発明では、ディーゼルエンジンの排気通路に配設され、排気中のパティキュレートを捕集するフィルタを、外径が排気通路内径より小に形成された第１のフィルタと、排気が通過する排気通過孔が横断面の略中央に形成されると共に、外径が排気通路内径と略同一寸法に形成された第２のフィルタと、前記第１のフィルタを通過した排気を第２のフィルタの排気通過孔へと導く排気導入板と、を含んで構成したことを特徴とする。

請求項２記載の発明では、前記排気導入板は、熱伝導率が小さな素材から構成されたことを特徴とする。
請求項３記載の発明では、前記第１のフィルタ及び第２のフィルタは、略同心に配設されたことを特徴とする。
請求項４記載の発明では、前記第１のフィルタ及び第２のフィルタは、夫々、前記排気通路の横断面積の略５０％の有効横断面積を有していることを特徴とする。ここで、「有効横断面積」とは、排気浄化に寄与するセルが存在する部分の面積のことをいう。

請求項１記載の発明によれば、排気の一部は、第１のフィルタによりパティキュレートが捕集された後、排気導入板により第２のフィルタの排気通過孔へと導かれ、排気通過孔を通過して大気中に排出される。一方、第１のフィルタの周囲を通過した排気は、第２のフィルタによりパティキュレートが捕集された後、大気中に排出される。このため、第１のフィルタ及び第２のフィルタは、夫々、排気の全量を通過させてパティキュレートを捕集する必要がなく、その全長の増加を伴わずに、排気浄化に必要な容量を確保することができる。また、第１のフィルタ及び第２のフィルタは、容量を確保するために全長を長くする必要がないことから、捕集したパティキュレートを焼却する再生処理中に、その下流端の燃焼温度が素材の耐熱温度以上となることがなく、溶損，割れなどの発生を防止することができる。従って、フィルタの耐久性を損なわずに、狭いスペースに排気浄化装置を設置することができる。

請求項２記載の発明によれば、フィルタ再生処理における第１のフィルタの燃焼熱が第２のフィルタに伝達されることが抑制され、熱的に厳しい第２のフィルタの熱影響を極力防止することができる。
請求項３記載の発明によれば、フィルタとしての外形寸法を極力小さくすることが可能となり、乗用車や小型トラックなどの設置スペースが狭い車両に対しても容易に適用することができる。

請求項４記載の発明によれば、排気通路を流通する略半分の排気が第１のフィルタにより浄化される一方、残りの略半分の排気が第２のフィルタにより浄化されることとなる。このため、第１のフィルタ及び第２のフィルタの負荷、具体的には、パティキュレート捕集量，経時劣化などの均衡をとることが可能となり、信頼性及び耐久性を向上させることができる。

以下、添付された図面を参照して本発明を詳述する。
図１及び図２は、本発明に係るディーゼルエンジンの排気浄化装置（以下「排気浄化装置」という）を具現化した実施形態を示す。
ディーゼルエンジンの排気通路１０には、排気中のパティキュレートを捕集するフィルタ２０が配設される。ここで、捕集したパティキュレートがフィルタ２０に過剰に堆積すると、排圧が上昇して燃費低下などの不具合が発生するので、エンジン運転状態を変化させて排気温度を上昇させ、パティキュレートを着火温度以上まで昇温させて焼却する再生処理を実現すべく、フィルタ２０はディーゼルエンジンの近傍に配設される。

また、フィルタ２０は、外径が排気通路１０の内径より小に形成された第１のフィルタ２２と、排気が通過する排気通過孔２４Ａが横断面の略中央に形成されると共に、外径が排気通路１０の内径と略同一寸法に形成された第２のフィルタ２４と、第１のフィルタ２２を通過した排気を第２のフィルタ２４の排気通過孔２４Ａへと導く排気導入板２６と、を含んで構成される。ここで、第１のフィルタ２２及び第２のフィルタ２４は、略同心に配設される。

第１のフィルタ２２及び第２のフィルタ２４は、夫々、セラミックなどの多孔性部材からなる隔壁２２Ａ及び２４Ｂにより排気流と略平行なセルが多数形成され、各セルの入口と出口とが目封材２２Ｂ及び２４Ｃにより千鳥格子状に目封じされたものである。そして、出口が塞がれたセルに導入された排気が、隔壁２２Ａ又は２４Ｂを通って入口が塞がれている隣接セルに流入するとき、排気中のパティキュレートが隔壁２２Ａ又は２４Ｂを構成する多孔性部材により捕集されることで、排気が浄化される。排気導入板２６は、略筒形状をなし、熱伝導率が小さな素材、例えば、セラミックなどの非金属素材から構成される。

かかる排気浄化装置によれば、排気の一部は、第１のフィルタ２２によりパティキュレートが捕集された後、排気導入板２６により第２のフィルタ２４の排気通過孔２４Ａへと導かれ、排気通過孔２４Ａを通過して大気中に排出される。一方、第１のフィルタ２２の周囲を通過した排気は、第２のフィルタ２４によりパティキュレートが捕集された後、大気中に排出される。このため、第１のフィルタ２２及び第２のフィルタ２４は、夫々、排気の全量を通過させてパティキュレートを捕集する必要がなく、その全長の増加を伴わずに、排気浄化に必要な容量を確保することができる。ここで、第１のフィルタ２２及び第２のフィルタ２４は、略同心に配設されているので、フィルタ２０としての外形寸法を極力小さくすることが可能となり、乗用車や小型トラックなどの設置スペースが狭い車両に対しても容易に適用することができる。

また、第１のフィルタ２２及び第２のフィルタ２４は、容量を確保するために全長を長くする必要がないことから、ＬＤ比の増加が抑制される。このため、捕集したパティキュレートを焼却する再生処理中に、その下流端の燃焼温度が素材の耐熱温度以上となることがなく、溶損，割れなどの発生を防止することができる。このとき、排気導入板２６が熱伝導率の小さな素材から構成されているので、第１のフィルタ２２の燃焼熱が第２のフィルタ２４に伝達されることが抑制され、熱的に厳しい第２のフィルタ２４における熱影響を極力防止することができる。

なお、第１のフィルタ２２及び第２のフィルタ２４は、夫々、その配設部位における排気通路１０の横断面積の略５０％の有効断面積（排気浄化に寄与するセルが存在する部分の面積）を有するように構成することが望ましい。このようにすれば、排気通路１０を流通する略半分の排気が第１のフィルタ２２により浄化される一方、残りの略半分の排気が第２のフィルタ２４により浄化されることとなる。このため、第１のフィルタ２２及び第２のフィルタ２４の負荷、具体的には、パティキュレート捕集量，経時劣化などの均衡をとることが可能となり、信頼性及び耐久性を向上させることができる。

本発明に係る排気浄化装置の要部断面図本発明に係る排気浄化装置のフィルタ構成図

符号の説明

１０排気通路
２０フィルタ
２２第１のフィルタ
２４第２のフィルタ
２４Ａ排気通過孔
２６排気導入板

Claims

ディーゼルエンジンの排気通路に配設され、排気中のパティキュレートを捕集するフィルタを、外径が排気通路内径より小に形成された第１のフィルタと、排気が通過する排気通過孔が横断面の略中央に形成されると共に、外径が排気通路内径と略同一寸法に形成された第２のフィルタと、前記第１のフィルタを通過した排気を第２のフィルタの排気通過孔へと導く排気導入板と、を含んで構成したことを特徴とするディーゼルエンジンの排気浄化装置。
前記排気導入板は、熱伝導率が小さな素材から構成されたことを特徴とする請求項１記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。
前記第１のフィルタ及び第２のフィルタは、略同心に配設されたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。
前記第１のフィルタ及び第２のフィルタは、夫々、前記排気通路の横断面積の略５０％の有効横断面積を有していることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。