JP5274234B2 - ディーゼルエンジンの排気浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は、ディーゼルエンジンの排気浄化装置に関するものである。

従来より、ディーゼルエンジンから排出される黒煙を主成分とする粒子状物質（PM: Particulate Matter）を除去する手段として、排気通路中に、ディーゼルパティキュレートフィルタ（DPF: Diesel Particulate Filter）を装備する方法が行われている。かかる方法では、排気中のＰＭは、ＤＰＦで捕集された後、ＤＰＦを高温にすることによって燃焼除去されたり、酸化触媒を組み合わせることによってより低温状態で燃焼除去されている。但し、使用期間に応じて、触媒の変換能力が低下したり、焼却し切れずに残るなどしてＰＭの残留が進行するため、定期的な洗浄又は交換が必要となっている。このため、特許文献１に記載されるように、ＤＰＦをカートリッジとしてユニット化することにより、ＤＰＦを容易に交換する技術が提案されている。
特開２００５−１７１９１３号公報

しかしながら、従来提案のディーゼルエンジンの排気浄化装置においては、ＤＰＦを備えるカートリッジを排気通路に装着した状態において、排気通路内面とカートリッジ外面との間に隙間を生じてしまい、エンジンからの排気の一部が、この隙間を通ってＤＰＦを迂回し、浄化されずに排出され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、フィルタカートリッジとしてユニット化したＤＰＦに対する排気の迂回を防止して、排気浄化能力を向上する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。

上記目的を達成するために、本発明によるディーゼルエンジンの排気浄化装置は、排気通路内に、排気中の粒子状物質を捕集するディーゼルパティキュレートフィルタが配設されたディーゼルエンジンの排気浄化装置であって、排気下流端にフランジ部を有する上流側排気管と、排気上流端にフランジ部を有する下流側排気管と、一端にフランジ部を有するカートリッジケース内に前記ディーゼルパティキュレートフィルタが装着されたフィルタカートリッジと、前記上流側排気管に取り付けられた温度センサと、を備え、前記フィルタカートリッジは、前記カートリッジケースのフランジ部が排気上流側に配置され、該カートリッジケースのフランジ部が前記上流側排気管のフランジ部と前記下流側排気管のフランジ部とに挟まれて取り付けられていると共に、前記カートリッジケースのフランジ部の少なくとも一部を前記下流側排気管のフランジ部より径方向外方に延出させた露出部を排気上流側に向けて折り返した折り返し部が、前記上流側排気管のフランジ部の外周面に当接可能である、ことを特徴とする。

本発明によれば、フィルタカートリッジは、カートリッジケースのフランジ部が排気上流側に配置され、該カートリッジケースのフランジ部が上流側排気管のフランジ部と下流側排気管のフランジ部とに挟まれて取り付けられているため、カートリッジケースのフランジ部によって、下流側排気管の内面とフィルタカートリッジの外面との間の隙間への排気の流入口が塞がれることとなり、エンジンからの排気がこの隙間に流入することが防止される。したがって、エンジンからの排気が、この隙間を通ってＤＰＦを迂回し、浄化されずに排出されてしまうことがなく、排気浄化能力を向上することができる。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１はディーゼルエンジンの排気浄化装置の第１実施形態を示す一部断面した概略構成図である。このディーゼルエンジンの排気浄化装置は、排気通路中に備えたＤＰＦによってエンジンから排出されるＰＭを捕集し除去するもので、排気管１と、フィルタカートリッジ２とを備える。

排気管１は、ディーゼルエンジン３の排気マニフォールド４に接続され、所定の部分が拡径されてケーシング状にされたケーシング部５を有している。ケーシング部５は、所定の位置において、排気上流側の上流側ケーシング６と排気下流側の下流側ケーシング７とに分離できるように構成されている。
図２は、図１に示すケーシング部５の分解斜視図である。上流側ケーシング６は、排気下流端にフランジ８を有している。このフランジ８には、周方向均等な複数箇所（ここでは２箇所）に、締結孔９が形成されている。
下流側ケーシング７は、排気上流端にフランジ１０を有し、このフランジ１０には、上流側ケーシング６のフランジ８の締結孔９と対応する締結孔１１が形成されている。なお、上流側ケーシング６は、本発明の上流側排気管に相当し、下流側ケーシング７は、本発明の下流側排気管に相当する。

フィルタカートリッジ２は、カートリッジケース１２とＤＰＦ１３とを有する。
カートリッジケース１２は、下流側ケーシング７の内径より小さな外径の筒状に形成され、一端に下流側ケーシング７のフランジ１０と略同じ外径のフランジ１４が設けられている。また、このフランジ１４には、上流側ケーシング６のフランジ８の締結孔９及び下流側ケーシング７のフランジ１０の締結孔１１と対応する締結孔１５が設けられている。
ＤＰＦ１３は、カートリッジケース１２の内径と略同じ外径の円柱状に形成され、カートリッジケース１２の内部に装着されている。このＤＰＦ１３は、例えばセラミックスなどの多孔性部材からなる隔壁により排気流と略平行に延びるセルが多数形成され、各セルの入口と出口とが目封材により互い違いに千鳥格子状に目封じされて形成されている。このような構成により、出口が塞がれたセル内に流入した排気が、隔壁を介して入口が塞がれている隣接セルに流入するとき、隔壁の多孔性部材によって排気中のＰＭが捕集され浄化されるようになっている。

そして、フィルタカートリッジ２は、カートリッジケース１２のフランジ１４を排気上流側に配置し、カートリッジケース１２のフランジ１４の締結孔１５と下流側ケーシング７のフランジ１０の締結孔１１との位置を合わせて下流側ケーシング７内に挿入される。この状態でカートリッジケース１２のフランジ１４の締結孔１５と上流側ケーシング６のフランジ８の締結孔９との位置を合わせて、カートリッジケース１２のフランジ１４と上流側ケーシング６のフランジ８とが当接され、例えばボルト締結される。

また、フィルタカートリッジ２を洗浄又は交換する際は、上流側ケーシング６と下流側ケーシング７とを分離し、下流側ケーシング７からフィルタカートリッジ２を引き抜くことにより、フィルタカートリッジ２をケーシング部５（排気管１）から取り外すことができる。

かかる排気浄化装置によれば、ディーゼルエンジン３から排出された排気は、排気マニフォールド４及び上流側ケーシング６を経てカートリッジケース１２のフランジ１４を通過する。ここで、下流側ケーシング７の内面とフィルタカートリッジ２の外面との間の隙間１６への排気の流入口１７は、カートリッジケース１２のフランジ１４によって塞がれているため、排気がこの隙間１６に流入することがない。これにより、ディーゼルエンジン３からの排気が、この隙間１６を通ってＤＰＦ１３を迂回し、浄化されずに排出されてしまうことがない。さらに、フィルタカートリッジ２は、フランジ１４を排気上流側に向けた状態で、下流側ケーシング７内に挿入されているため、排気中のＰＭが隙間１６に溜まることがない。したがって、ＤＰＦに対する排気の迂回を防止して、排気浄化能力を向上することができる。

次に、第２実施形態を図３及び図４に基づいて説明する。
図３は、第２実施形態の排気浄化装置におけるケーシング部５の平面図を示し、図４は、図３に示すケーシング部５の分解斜視図を示している。この第２実施形態は、図１及び図２に示す第１実施形態に対して、さらに、カートリッジケース１２のフランジ１４に、露出部１８を設けたものである。
露出部１８は、カートリッジケース１２のフランジ１４の複数箇所（ここでは、上下方向２箇所）を下流側ケーシング７のフランジ１０より径方向外方に鍔状に延出することにより形成されている。このようにしたので、露出部１８は、排気下流側から見て下流側ケーシング７のフランジ１０に対して露出した状態となる。

かかる排気浄化装置によれば、例えばフィルタカートリッジ２の交換時に、露出部１８を手掛かりにして、フィルタカートリッジ２に対して排気上流方向に大きな引き抜き力を与えることができる。これにより、使用期間に応じてＤＰＦ１３に担持させた触媒などが固着した場合でも、この固着力に対して十分な引き抜き力をフィルタカートリッジ２に与えることができ、フィルタカートリッジ２を引き抜くことができる。また、フィルタカートリッジ２に対して、上下方向２箇所に設けられた露出部１８によって上下均等に引き抜き力を与えることができる。これにより、引き抜き時に、下流側ケーシング７に対してフィルタカートリッジ２が傾いてしまうようなことがなく、スムーズに引き抜くことができる。したがって、フィルタカートリッジ２のケーシング部５（排気管１）からの取り外し作業を容易にすることができる。また、露出部１８は、フィルタカートリッジ２を装着する際にも利用できるので、交換作業が容易になる。

なお、露出部１８をカートリッジケース１２のフランジ１４の３箇所以上に設ける場合、周方向均等に設けることが好ましい。また、露出部１８は１箇所にのみ設けられてもよい。この場合、フィルタカートリッジ２を引き抜く際は、下流側ケーシング７に対してフィルタカートリッジ２が傾いてしまわないように、露出部１８が設けられていない側のフィルタカートリッジ２の側面を手で支えるなどする必要がある。また、露出部１８は、カートリッジケース１２のフランジ１４の全周に亘って設けられてもよい。

次に、第３実施形態を図５及び図６に基づいて説明する。
図５は、第３実施形態の排気浄化装置におけるケーシング部５の平面図を示し、図６は、図５に示すケーシング部５の分解斜視図を示している。この第３実施形態は、図２及び図３に示す第２実施形態に対して、さらに、露出部１８を排気上流側に折り返したものである。以下、露出部１８の排気上流側に折り返された部分を折り返し部１９と呼ぶ。
折り返し部１９は、カートリッジケース１２のフランジ１４の複数箇所（ここでは、上下方向２箇所）に設けられ、締結状態において上流側ケーシング６のフランジ８の外周面に当接する。

かかる排気浄化装置によれば、フィルタカートリッジ２を排気管１に装着する際、上下２箇所の折り返し部１９間に上流側ケーシング６のフランジ８を挿入して、フィルタカートリッジ２と上流側ケーシング６とを嵌合することにより、上流側ケーシング６に対してフィルタカートリッジ２を仮保持することができる。これにより、上流側ケーシング６と下流側ケーシング７とフィルタカートリッジ２との締結作業を容易に行うことができる。さらに、折り返し部１９は、装着の際の位置決めガイドとして利用することもできる。したがって、フィルタカートリッジ２のケーシング部５（排気管１）への装着作業を容易にすることができる。
なお、折り返し部１９をカートリッジケース１２のフランジ１４の３箇所以上に設ける場合、フィルタカートリッジ２が上流側ケーシング６に対して仮保持可能となるように、例えば、周方向均等に設けることが好ましい。また、折り返し部１９は、カートリッジケース１２のフランジ１４の全周に亘って設けられてもよい。

図７は、図３及び図４に示す第２実施形態の変形例を示し、図８は、図５及び図６に示す第３実施形態の変形例を示している。ここで、図７及び図８では、第２及び第３実施形態に対して変形箇所を有するカートリッジケース１２のみ示している。この変形例は、露出部１８及び折り返し部１９に、それぞれハンドル取り付け孔２０又は２１を設け、それぞれ、ハンドル２２又は２３を取り付け可能としたものである。
図７において、ハンドル取り付け孔２０は、露出部１８に一箇所以上（ここでは、２箇所）設けられている。ハンドル２２は、例えばコ字状に形成され、ハンドル２２の両端部がおねじとなっている。そして、ハンドル２２は、取り付け孔２０に対して例えばナットを利用して締結される。
図８において、ハンドル取り付け孔２１は、折り返し部１９に一箇所以上（ここでは、１箇所）設けられ、めねじとなっている。ハンドル２３は、例えば角形の持ち手の一辺に固定用の脚が設けられ、固定用の脚の先端部がおねじとなっている。そして、ハンドル２３の固定用の脚を取り付け孔１９に対してねじ込むことにより締結される。

かかる排気浄化装置によれば、フィルタカートリッジ２を引き抜く際に、このハンドル２２又は２３を利用することによって力を入れやすくなり、フィルタカートリッジ２に対して大きな引き抜き力を与えることができる。このため、フィルタカートリッジ２と下流側ケーシング７との固着力が大きい場合でも、この固着力に対して十分な引き抜き力をフィルタカートリッジ２に与えることができ、フィルタカートリッジ２を引き抜くことができる。したがって、フィルタカートリッジ２と下流側ケーシング７との固着力が大きい場合でも、フィルタカートリッジ２を交換することができる。
なお、ハンドル２２及び２３は、ハンドル取り付け孔２０又は２１に挿入する取り付け部を、例えばＬ字フック状にしてもよい。この場合、ハンドルを取り付ける際、Ｌ字状フックの先端部をハンドル取り付け孔２０又は２１に挿入するだけで、露出部１８又は折り返し部１９に対して引き抜き力を与えることが可能となる。したがって、ナットの締め付け作業等が必要なく、ハンドルの取り付け作業を容易にすることができる。

次に、第４実施形態を図９及び図１０に基づいて説明する。
図９は、第４実施形態の排気浄化装置におけるケーシング部５の排気下流側から見た分解斜視図を示し、図１０は、図９に示す分解されたケーシング部が締結された状態を示している。この第４実施形態は、図１及び図２に示す第１実施形態に対して、さらに、下流側ケーシング７のフランジ１０の外周に、凹部２４を設けたものである。
凹部２４は、下流側ケーシング７のフランジ１０の複数箇所（ここでは、上下方向２箇所）に設けられ、下流側ケーシング７のフランジ１０を切り欠いて、この下流側ケーシング７のフランジ１０の外周をカートリッジケース１２のフランジ１４よりも径方向内方に凹ますことにより形成されている。このようにしたので、締結状態において、凹部２４に対応するカートリッジケース１２のフランジ１４の部分が、排気下流側から見て下流側ケーシング７のフランジ１０に対して露出する。以下、この凹部２４によって露出するカートリッジケース１２のフランジ１４の部分を、露出部２５と呼ぶ。

かかる排気浄化装置によれば、例えばフィルタカートリッジ２の交換時に、露出部２５を手掛かりにして、フィルタカートリッジ２に対して排気上流方向に大きな引き抜き力を与えることができる。また、フィルタカートリッジ２に対して上下均等に引き抜き力を与えることができる。したがって、この第４実施形態のようにしても、第２実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、第４実施形態は、下流側ケーシング７のフランジ１０を切り欠くことのみによって露出部２５を構成することができるため、特にカートリッジケース１２のフランジ１４及び下流側ケーシング７のフランジ１０が元々広く形成されており、改良等で後から露出部を設ける場合等に有効である。
なお、露出部２５をカートリッジケース１２のフランジ１４の３箇所以上に設ける場合、周方向均等に設けることが好ましい。また、カートリッジケース１２のフランジ１４の１箇所にのみ設けてもよいし、全周に亘って設けてもよい。

次に、第５実施形態を図１１に基づいて説明する。
図１１は、第５実施形態の排気浄化装置におけるケーシング部５の断面図を示している。この第５実施形態は、図１及び図２に示す第１実施形態に対して、さらに上流側ケーシング６に、温度センサ２６及び酸化触媒（DOC: Diesel Oxidation Catalyst）２７を備えたものである。
温度センサ２６は、上流側ケーシング６の排気下流端近傍において、上流側ケーシング６の側面を外から内に貫通して着脱可能に備えられている。この温度センサ２６は、ＤＰＦ１３に流入する排気温度を検出するもので、この検出された温度信号が、例えば排気温度制御部に送られて、排気の温度がＤＰＦにおけるＰＭの燃焼除去に必要な温度に制御される。
ＤＯＣ２７は、上流側ケーシング６内において、温度センサ２６の排気上流に備えられている。このＤＯＣ２７は、上流側ケーシング６の内径と略同じ外径の円柱状に形成され、例えば、多孔質セラミックのハニカムストレート構造の担持体に白金等を担持して形成されている。そして、排気中の一酸化窒素（ＮＯ）等を酸化して二酸化窒素（ＮＯ_２）等を生成し、生成したＮＯ_２によって、ＤＰＦ１３に捕集されたＰＭの連続的な燃焼除去を可能にしている。

かかる排気浄化装置によれば、ＤＰＦ１３の洗浄や交換時にフィルタカートリッジ２を着脱する際、温度センサ２６を取り外す必要がない。また、ＤＰＦ１３とＤＯＣ２７とがそれぞれ下流側ケーシング７又は上流側ケーシング６に備えられているため、上流側ケーシング６と下流側ケーシング７とを分離することにより、ＤＰＦ１３とＤＯＣ２７とを別々に交換，洗浄等することができる。さらに、ＤＯＣ２７を、上流側ケーシング６の下流端付近に備えることができる。したがって、ＤＰＦ１３及びＤＯＣ２７の洗浄、交換作業を容易にすることができる。

なお、本発明に係る排気浄化装置は、ＤＰＦ１３のさらに排気下流側に、排気中に添加した尿素水によって生成されるアンモニアを利用してＮＯｘを還元する選択触媒還元（SCR: Selective Catalytic Reduction）装置等が備えられたものであってもよい。

ディーゼルエンジンの排気浄化装置の第１実施形態を示す一部断面した概略構成図である。 図１に示すケーシング部の分解斜視図である。 第２実施形態におけるケーシング部の平面図である。 図３の分解斜視図である。 第３実施形態におけるケーシング部の平面図である。 図５の分解斜視図である。 第２実施形態の変形例におけるカートリッジケースの斜視図である。 第３実施形態の変形例におけるカートリッジケースの斜視図である。 第４実施形態におけるケーシング部の分解斜視図である。 図９に示すケーシング部の斜視図である。 第５実施形態におけるケーシング部の断面図である。

符号の説明

１…排気管
２…フィルタカートリッジ
３…ディーゼルエンジン
６…上流側ケーシング（上流側排気管）
７…下流側ケーシング（下流側排気管）
８…上流側ケーシングのフランジ（上流側排気管のフランジ）
１０…下流側ケーシングのフランジ（下流側排気管のフランジ）
１２…カートリッジケース
１３…ＤＰＦ
１４…カートリッジケースのフランジ
１７…折り返し部
１８，２５…露出部
２６…温度センサ
２７…ＤＯＣ

Claims (2)

1. 排気通路中に、排気中の粒子状物質を捕集するディーゼルパティキュレートフィルタが配設されたディーゼルエンジンの排気浄化装置であって、
   排気下流端にフランジ部を有する上流側排気管と、
   排気上流端にフランジ部を有する下流側排気管と、
   一端にフランジ部を有するカートリッジケース内に、前記ディーゼルパティキュレートフィルタが装着されたフィルタカートリッジと、
   前記上流側排気管に取り付けられた温度センサと、
   を備え、
   前記フィルタカートリッジは、前記カートリッジケースのフランジ部が排気上流側に配置され、該カートリッジケースのフランジ部が前記上流側排気管のフランジ部と前記下流側排気管のフランジ部とに挟まれて取り付けられていると共に、
   前記カートリッジケースのフランジ部の少なくとも一部を前記下流側排気管のフランジ部より径方向外方に延出させた露出部を排気上流側に向けて折り返した折り返し部が、前記上流側排気管のフランジ部の外周面に当接可能である、
   ことを特徴とするディーゼルエンジンの排気浄化装置。
2. 前記上流側排気管に、少なくとも一酸化窒素を二酸化窒素に酸化させる酸化触媒が備えられている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。

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