JP5894104B2 - エンジンの排気処理装置 - Google Patents

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Description

本発明は、エンジンの排気処理装置に関し、詳しくは、電熱着火装置の熱損傷が抑制される、エンジンの排気処理装置に関する。
従来、エンジンの排気処理装置として、次のものがある(例えば、特許文献１参照)。
排気通路に配置された酸化触媒と、可燃性ガス生成器と、可燃性ガス供給通路とが設けられ、酸化触媒よりも排気通路の上流側で、可燃性ガス供給通路の下流側に、放熱口が開口され、この放熱口で排気通路と可燃性ガス供給通路とが連通され、可燃性ガス供給通路に電熱着火装置が配置され、電熱着火装置で着火された可燃性ガスの火炎燃焼の熱が排気通路に供給され、排気通路の排気が昇温されるように構成されている、エンジンの排気処理装置。
この種の排気処理装置によれば、排気の温度が比較的低い場合でも、可燃性ガスの火炎燃焼の熱で排気が昇温され、酸化触媒の活性化を図ることかできる利点がある。
しかし、この従来技術では、電熱着火装置を冷却する手段がないため、問題がある。
特開２０１２−１８８９７２号公報(図１(Ａ)、図２参照)
《問題点》 電熱着火装置が熱損傷を起こすおそれがあった。
電熱着火装置を冷却する手段がないため、排気の熱や可燃性ガスの燃焼熱が電熱着火装置に蓄熱され、電熱着火装置が熱損傷を起こすおそれがあった。
本発明の課題は、電熱着火装置の熱損傷が抑制される、エンジンの排気処理装置を提供することにある。
請求項１に係る発明の発明特定事項は、次の通りである。
図３に例示するように、排気通路(１)に配置された酸化触媒(２)と、可燃性ガス生成器(３)と、可燃性ガス供給通路(４)とが設けられ、酸化触媒(２)よりも排気通路(１)の上流側で、可燃性ガス供給通路(４)の下流側に、放熱口(５)が開口され、この放熱口(５)で排気通路(１)と可燃性ガス供給通路(４)とが連通され、可燃性ガス供給通路(４)に電熱着火装置(６)が配置され、電熱着火装置(６)で着火された可燃性ガス(７)の火炎燃焼の熱が排気通路(１)に供給され、排気通路(１)の排気(８)が昇温されるように構成された、エンジンの排気処理装置において、
図２(Ａ)〜(Ｄ)に例示するように、排気処理装置の壁(９)の外側に突出された電熱着火装置(６)の外側突出部(１０)に放熱板(１１)が取り付けられ、
図２(Ｃ)に例示するように、放熱板(１１)はＵ字状またはコの字状に折り曲げられ、電熱着火装置(６)の外側突出部(１０)が放熱板(１１)に囲まれ、放熱板(１１)の通風入口(１５)が冷却風路(１２)の上流寄りに設けられ、放熱板(１１)の遮風壁(１６)が冷却風路(１２)の下流寄りに設けられている、ことを特徴とするエンジンの排気処理装置。
(請求項１に係る発明)
請求項１に係る発明は、次の効果を奏する。
《効果》 電熱着火装置の熱損傷が抑制される。
図２(Ａ)〜(Ｄ)に例示するように、排気処理装置の壁(９)の外側に突出された電熱着火装置(６)の外側突出部(１０)に放熱板(１１)が取り付けられているので、電熱着火装置(６)に伝導された排気(８)の熱や可燃性ガス(７)の燃焼熱が、放熱板(１１)を介して放熱され、電熱着火装置(６)の熱損傷が抑制される。
《効果》 電熱着火装置の熱損傷が抑制される。
図２(Ｃ)に例示するように、放熱板(１１)はＵ字状またはコの字状に折り曲げられ、電熱着火装置(６)の外側突出部(１０)が放熱板(１１)に囲まれ、放熱板(１１)の通風入口(１５)が冷却風路(１２)の上流寄りに設けられ、放熱板(１１)の遮風壁(１６)が冷却風路(１２)の下流寄りに設けられているので、冷却風(１３)が放熱板(１１)の通風入口(１５)から放熱板(１１)内に流入し、冷却風(１３)の一部は、電熱着火装置(６)の外側突出部(１０)の上流側面に衝突して、上流側面(１０ａ)を冷却し、外側突出部(１０)の両側を通過した冷却風(１３)は、外側突出部(１０)の両側面(１０ｂ)(１０ｂ)を冷却し、放熱板(１１)の遮風壁(１６)に衝突し、反転して外側突出部(１０)の下流側面(１０ｃ)に衝突し、下流側面(１０ｃ)を冷却する。このため、電熱着火装置(６)の外側突出部(１０)が強力に冷却され、電熱着火装置(６)の熱損傷が抑制される。
(請求項２に係る発明)
請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明の効果に加え、次の効果を奏する。
《効果》 電熱着火装置の熱損傷が抑制される。
図２(Ａ)(Ｃ)に例示するように、遮風壁(１６)から冷却風路(１２)の上流側に延びる放熱板(１１)の両側壁(１７)(１７)に排風口(１８)(１８)が設けられているので、電熱着火装置(６)の外側突出部(１０)を冷却した冷却風(１３)は、排熱風(１３ａ)となって排風口(１８)(１８)から流出する。このため、排熱風(１３ａ)が放熱板(１１)内で滞留せず、電熱着火装置(６)の外側突出部(１０)が強力に冷却され、電熱着火装置(６)の熱損傷が抑制される。
(請求項３に係る発明)
請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に係る発明の効果に加え、次の効果を奏する。
《効果》 給電コードの熱損傷も抑制
図２(Ａ)(Ｄ)に例示するように、電熱着火装置(６)の外側突出部(１０)に設けられた電力入力端子(１９)に給電コード(２０)の接続端子(２１)が接続され、この給電コード(２０)の接続端子(２１)も電熱着火装置(６)の外側突出部(１０)とともに放熱板(１１)に囲まれているので、放熱板(１１)内に流入した冷却風(１３)で給電コード(２０)の接続端子(２１)も冷却され、給電コード(２０)の熱損傷も抑制される。
(請求項４に係る発明)
請求項４に係る発明は、請求項１から請求項３のいずれかに係る発明の効果に加え、次の効果を奏する。
《効果》 電熱着火装置の熱損傷が抑制される。
図２(Ａ)に例示するように、冷却風路(１２)を通過する冷却風(１３)が通風隙間(１４)に流入し、電熱着火装置(６)の差し込み部(２２)の一部に吹き当たるように構成されているので、電熱着火装置(６)に伝導された排気(８)の熱や可燃性ガス(７)の燃焼熱が、通風隙間(１４)を通過する冷却風(１３)に放熱され、電熱着火装置(６)の熱損傷が抑制される。
(請求項５に係る発明)
請求項５に係る発明は、請求項１から請求項４のいずれかに係る発明の効果に加え、次の効果を奏する。
《効果》 電熱着火装置の熱損傷が抑制される。
図２(Ａ)(Ｃ)に例示するように、放熱板(１１)が冷却風路(１２)に配置され、冷却風路(１２)を通過する冷却風(１３)が放熱板(１１)に吹き当たるように構成されているので、電熱着火装置(６)に伝導された排気(８)の熱や可燃性ガス(７)の燃焼熱が、放熱板(１１)を介して冷却風(１３)に放熱され、電熱着火装置(６)の熱損傷が抑制される。
本発明の実施形態に係るエンジンの排気処理装置を説明する図で、図１(Ａ)は排気処理装置の立断面側面図、図１(Ｂ)は図１(Ａ)のＢ−Ｂ線断面図である。 図２(Ａ)は図１の電熱着火装置とその周辺部分の立断面側面図、図２(Ｂ)は図２(Ａ)のＢ−Ｂ線断面図、図２(Ｃ)は図２(Ａ)のＣ−Ｃ線断面図、図２(Ｄ)は図２(Ａ)のＤ−Ｄ線断面図である。 図１の排気処理装置の模式図である。 図１のエンジンでの排気処理装置と電熱着火装置の配置例を示す模式平面図である。 図４のＶ−Ｖ線断面図である。
図１〜図５は本発明の実施形態に係るエンジンの排気処理装置を説明する図であり、この実施形態では、ディーゼルエンジンの排気処理装置について説明する。
図３に示すように、排気通路(１)に配置された酸化触媒(２)と、可燃性ガス生成器(３)と、可燃性ガス供給通路(４)とが設けられ、酸化触媒(２)よりも排気通路(１)の上流側で、可燃性ガス供給通路(４)の下流側に、放熱口(５)が開口され、この放熱口(５)で排気通路(１)と可燃性ガス供給通路(４)とが連通され、可燃性ガス供給通路(４)に電熱着火装置(６)が配置され、電熱着火装置(６)で着火された可燃性ガス(７)の火炎燃焼の熱が排気通路(１)に供給され、排気通路(１)の排気(８)が昇温されるように構成されている。
図中の符号(１ａ)は排気通路(１)の中心軸線である。
図３に示すように、酸化触媒(２)はＤＯＣであり、ＤＰＦ(２５)の上流に配置されている。ＤＯＣはディーゼル酸化触媒の略称、ＤＰＦはディーゼル・パティキュレート・フィルタの略称である。この実施形態では、ＤＰＦ(２５)にＰＭが溜まると、ＤＰＦ再生処理がなされる。すなわち、可燃性ガス生成器(３)で可燃性ガス(７)が生成され、この可燃性ガス(７)が可燃性ガス供給通路(４)を介して可燃性ガス放出口(２６)から排気通路(１)に放出され、この可燃性ガス(７)が酸化触媒(２)で触媒燃焼され、その触媒燃焼熱で排気(８)が昇温され、ＤＰＦ(２５)に溜まったＰＭが焼却除去され、ＤＰＦ(２５)が再生される。酸化触媒(２)の入口排気温度が酸化触媒(２)の活性化温度に達していない場合には、上記の通り、電熱着火装置(６)で可燃性ガス(７)に着火され、酸化触媒(２)の入口排気温度が酸化触媒(２)の活性化温度まで高められた後、未着火の可燃性ガス(７)が可燃性ガス放出口(２６)から排気通路(１)に放出される。
ＰＭは排気に含まれる粒子状物質の略称である。
図３に示すように、ＰＭの堆積量は、エンジンＥＣＵ(２８)のＰＭ堆積量推定装置(２９)で推定される。エンジンＥＣＵ(２８)は、エンジン電子制御ユニットの略称であり、ＰＭ堆積量推定装置(２９)はエンジンＥＣＵ(２８)の演算部である。
ＰＭ堆積量推定装置(２９)は、差圧センサ(３０)で検出されたＤＰＦ(２５)の入口と出口の差圧に基づき、実験的に求められたデータのマップにより、ＰＭの堆積量を推定し、ＰＭの堆積量の推定値が所定のＤＰＦ再生値に至ると、エンジンＥＣＵ(２８)のＤＰＦ再生制御装置(５０)がＤＰＦ再生処理の指令を行なう。ＰＭの堆積量は、燃料の消費量の積算値等に基づいて推定することもできる。
図３中の符号(４５)は燃料タンク、(４６)は燃料ポンプ、(４７)はブロワ、(４８)はバッテリ、(４９)はＤＯＣ入口排気温度センサ、(５１)はＤＰＦ入口排気温度センサ、(５２)はＤＰＦ入口排気圧センサ、(５３)はＤＰＦ出口排気温度センサである。
図１、図３に示すように、ＤＰＦ再生時に、可燃性ガス生成器(３)では、空燃混合室(３１)で空気(３２)と液体燃料(３３)の空燃混合気(３４)が形成され、この空燃混合気(３４)が可燃性ガス生成触媒(３５)で可燃性ガス(７)とされる。液体燃料(３３)は軽油、可燃性ガス生成触媒(３５)は酸化触媒であり、液体燃料(３３)の一部が触媒燃焼し、触媒燃焼熱で液体燃料(３３)の残部が気化して可燃性ガス(７)となる。
図１(Ａ)(Ｂ)に示すように、可燃性ガス(７)は可燃性ガス供給通路(４)で、二次空気(３６)と混合され、必要に応じ、電熱着火装置(６)で着火される。可燃性ガス(７)は可燃性ガス供給通路(４)の中心部にある可燃性ガスノズル(３８)から可燃性ガス供給通路(４)の内周面に向けて放射状に放出され、二次空気(３６)は可燃性ガス供給通路(４)の内周面寄りの二次空気ノズル(３９)から可燃性ガス供給通路(４)の内周面の接線方向に向けて放出され、可燃性ガス供給通路(４)の内周面に沿って旋回する二次空気(３６)と可燃性ガス供給通路(４)の径方向に放出される可燃性ガス(７)とが混合される。
電熱着火装置(６)には、グロープラグが用いられている。電熱着火装置(６)には、シーズヒータや他のヒータを用いてもよい。可燃性ガス供給通路(４)の電熱着火装置(６)の下流側には保炎板(３７)が設けられ、電熱着火装置(６)で着火された可燃性ガス(７)の燃焼火炎が排気(８)で吹き消されたり、小さくなったりするのを防止している。保炎板(３７)の上端部は排気通路(１)に突出され、排気通路(１)の下流側に向けて上り傾斜し、背圧の上昇が抑制されている。保炎板(３７)は電熱着火装置(６)と過給機(４０)のウェイストゲート弁(４１)との間に配置されている。
可燃性ガス放出口(２６)は、放熱口(５)と同じものである。
図２(Ａ)〜(Ｄ)に示すように、排気処理装置の壁(９)の外側に突出された電熱着火装置(６)の外側突出部(１０)に放熱板(１１)が取り付けられている。
このため、電熱着火装置(６)に伝導された排気(８)の熱や可燃性ガス(７)の燃焼熱が、放熱板(１１)を介して冷却風(１３)に放熱され、電熱着火装置(６)の熱損傷が抑制される。特に、熱影響を受けやすい電熱着火装置(６)内のＯリング(２４)等シール材の熱損傷が抑制され、シール性の低下による外部からの水や塵埃の侵入を防止することができる。
図２(Ａ)(Ｄ)に示すように、電熱着火装置(６)が差し込まれた排気処理装置の壁(９)に通風隙間(１４)が形成され、排気処理装置の壁(９)に差し込まれた電熱着火装置(６)の差し込み部(２２)の一部が通風隙間(１４)内に露出され、通風隙間(１４)が冷却風路(１２)に配置されている。
図２(Ａ)に示すように、冷却風路(１２)を通過する冷却風(１３)が通風隙間(１４)に流入し、電熱着火装置(６)の差し込み部(２２)の一部に吹き当たるように構成されている。
冷却風路(１２)は、図４に示すエンジン冷却ファン(４４)で起風された冷却風(１３)の風路である。冷却風路(１２)は、電動ファンで起風された冷却風の風路であってもよい。
図２(Ａ)(Ｃ)に示すように、放熱板(１１)が冷却風路(１２)に配置され、冷却風路(１２)を通過する冷却風(１３)が放熱板(１１)に吹き当たるように構成されている。
図２(Ａ)(Ｃ)に示すように、放熱板(１１)はＵ字状に折り曲げられ、電熱着火装置(６)の外側突出部(１０)が放熱板(１１)に囲まれ、放熱板(１１)の通風入口(１５)が冷却風路(１２)の上流寄りに設けられ、放熱板(１１)の遮風壁(１６)が冷却風路(１２)の下流寄りに設けられている。放熱板(１１)はコの字状に折り曲げられたものでもよい。
図２(Ａ)(Ｃ)に示すように、遮風壁(１６)から冷却風路(１２)の上流側に延びる放熱板(１１)の両側壁(１７)(１７)に排風口(１８)(１８)が設けられている。
放熱板(１１)は板金製である。
図２(Ａ)(Ｂ)(Ｄ)に示すように、放熱板(１１)はクランプ部(４２)を備え、クランプ部(４２)が電熱着火装置(６)の外側突出部(１０)に外嵌され、締結具(４３)で締め付けられることにより、放熱板(１１)が電熱着火装置(６)に取り付けられている。
排風口(１８)(１８)は、電熱着火装置(６)の外側突出部(１０)の長手方向に沿う２個１列のものが、両側壁(１７)(１７)にそれぞれ２列配置されている。
図２(Ａ)(Ｄ)に示すように、電熱着火装置(６)の外側突出部(１０)に設けられた電力入力端子(１９)に給電コード(２０)の接続端子(２１)が接続され、この給電コード(２０)の接続端子(２１)も電熱着火装置(６)の外側突出部(１０)とともに放熱板(１１)に囲まれている。
この接続端子(２１)の把持部(２１ａ)は通風入口(１５)に挿通されており、電力入力端子(１９)に対する接続端子(２１)の着脱作業が放熱板(１１)に邪魔されず、容易になる。
図４は、エンジンでの排気処理装置と電熱着火装置の配置例を示している。
このエンジンは、シリンダブロック(５４)の上部にシリンダヘッド(５５)が組み付けられ、シリンダブロック(５４)の前部に伝動ケース(５６)が組み付けられ、シリンダヘッド(５５)の上部にシリンダヘッドカバー(５７)が組み付けられ、シリンダヘッド(５５)の横一側に吸気マニホルド(５８)が組み付けられ、横他側に排気マニホルド(５９)が組み付けられている。
排気マニホルド(５９)の上部に過給機(４０)が組み付けられ、過給機(４０)のエアコンプレッサ(６１)に過給パイプ(６２)を介して吸気マニホルド(５８)が接続されている。
伝動ケース(５６)の前部にはエンジン冷却ファン(４４)が配置され、シリンダヘッドカバー(５７)の両側に冷却風路(１２)(１２)が形成されている。
図４に示すように、過給機(４０)の排気タービン(６０)の排気出口に排気処理装置(２３)が組み付けられ、シリンダヘッド(５５)の後部に酸化触媒(２)とＤＰＦ(２５)が収容された排気浄化ケース(６３)が配置されている。
図１〜図３に示すように、電熱着火装置(６)は、排気処理装置(２３)の下側の壁(９)から上向きに差し込み、電熱着火装置(６)の外側突出部(１０)と放熱板(１１)を図４に示す冷却風路(１２)に配置すればよい。
図４、図５には、電熱着火装置(６)が排気処理装置(２３)の横側の壁(９)から斜め下向きに差し込まれ、電熱着火装置(６)の外側突出部(１０)と放熱板(１１)が、冷却風路(１２)に配置された例を示している。
この実施形態では、次のようにしてもよい。
ＤＰＦ(２５)の再生処理時に、排気(８)の温度が所定の基準温度未満の場合には、制御装置が低温時ガス着火処理を実行し、この低温時ガス着火処理では、電熱着火装置(６)で可燃性ガス(７)に着火して、可燃性ガス(７)の火炎燃焼の熱を排気通路(１)に供給する。制御装置はエンジンＥＣＵ(２８)である。
酸化触媒(２)に所定量のＰＭが堆積すると、制御手段が酸化触媒(２)の再生処理を実施し、この酸化触媒(２)の再生処理では、可燃性ガス生成器(３)で可燃性ガス(７)を生成させ、電熱着火装置(６)で可燃性ガス(７)に着火して、可燃性ガス(７)の火炎燃焼の熱を排気通路(１)に供給し、酸化触媒(２)の入口排気温度が低温時ガス着火処理の場合よりも高くなるようにして、酸化触媒(２)に堆積したＰＭを焼却除去する。
低温時ガス着火処理では、排気(８)の温度が低いほど、また、エンジン回転速度が高いほど、制御装置が電熱着火装置(６)に印加する電圧を高く設定するとともに、電熱着火装置(６)の周辺温度が高いほど、制御装置が前記設定の電圧を大きく引き下げるようにする。これにより、電熱着火装置(６)の熱損傷が抑制される。
また、酸化触媒(２)の再生時にも、同様の電熱着火装置(６)の電圧管理を行う。制御装置には、エンジン回転速度センサ(図外)と電熱着火装置(６)の周辺温度の検出センサ(図外)と酸化触媒(２)の上流側排気圧センサ(図外)を連携させておく。これにより、エンジン回転速度と電熱着火装置(６)の周辺温度と酸化触媒(２)のＰＭ堆積量を検出することができる。
(１) 排気通路
(２) 酸化触媒
(３) 可燃性ガス生成器
(４) 可燃性ガス供給通路
(５) 放熱口
(６) 電熱着火装置
(７) 可燃性ガス
(８) 排気
(９) 排気処理装置の壁
(１０) 外側突出部
(１１) 放熱板
(１２) 冷却風路
(１３) 冷却風
(１４) 通風隙間
(１５) 通風入口
(１６) 遮風壁
(１７) 両側壁
(１８) 排風口
(１９) 電力入力端子
(２０) 給電コード
(２１) 接続端子
(２２) 差込部
(２３) 排気処理装置

Claims (5)

  1. 排気通路(１)に配置された酸化触媒(２)と、可燃性ガス生成器(３)と、可燃性ガス供給通路(４)とが設けられ、酸化触媒(２)よりも排気通路(１)の上流側で、可燃性ガス供給通路(４)の下流側に、放熱口(５)が開口され、この放熱口(５)で排気通路(１)と可燃性ガス供給通路(４)とが連通され、可燃性ガス供給通路(４)に電熱着火装置(６)が配置され、電熱着火装置(６)で着火された可燃性ガス(７)の火炎燃焼の熱が排気通路(１)に供給され、排気通路(１)の排気(８)が昇温されるように構成されている、エンジンの排気処理装置において、
    排気処理装置の壁(９)の外側に突出された電熱着火装置(６)の外側突出部(１０)に放熱板(１１)が取り付けられ、
    放熱板(１１)はＵ字状またはコの字状に折り曲げられ、電熱着火装置(６)の外側突出部(１０)が放熱板(１１)に囲まれ、放熱板(１１)の通風入口(１５)が冷却風路(１２)の上流寄りに設けられ、放熱板(１１)の遮風壁(１６)が冷却風路(１２)の下流寄りに設けられている、ことを特徴とするエンジンの排気処理装置。
  2. 請求項１に記載されたエンジンの排気処理装置において、
    遮風壁(１６)から冷却風路(１２)の上流側に延びる放熱板(１１)の両側壁(１７)(１７)に排風口(１８)(１８)が設けられている、ことを特徴とするエンジンの排気処理装置。
  3. 請求項１または請求項２に記載されたエンジンの排気処理装置において、
    電熱着火装置(６)の外側突出部(１０)に設けられた電力入力端子(１９)に給電コード(２０)の接続端子(２１)が接続され、この給電コード(２０)の接続端子(２１)も電熱着火装置(６)の外側突出部(１０)とともに放熱板(１１)に囲まれている、ことを特徴とするエンジンの排気処理装置。
  4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載されたエンジンの排気処理装置において、
    電熱着火装置(６)が差し込まれた排気処理装置(２３)の壁(９)に通風隙間(１４)が形成され、排気処理装置(２３)の壁(９)に差し込まれた電熱着火装置(６)の差し込み部(２２)の一部が通風隙間(１４)内に露出され、通風隙間(１４)が冷却風路(１２)に配置され、
    冷却風路(１２)を通過する冷却風(１３)が通風隙間(１４)に流入し、電熱着火装置(６)の差し込み部(２２)の一部に吹き当たるように構成されている、ことを特徴とするエンジンの排気処理装置。
  5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載されたエンジンの排気処理装置において、
    放熱板(１１)が冷却風路(１２)に配置され、冷却風路(１２)を通過する冷却風(１３)が放熱板(１１)に吹き当たるように構成されている、ことを特徴とするエンジンの排気処理装置。
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