JP6168304B2

JP6168304B2 - Engine exhaust gas purification device

Info

Publication number: JP6168304B2
Application number: JP2014031309A
Authority: JP
Inventors: 義志佐藤; 山田　啓司; 啓司山田; 原田　浩一郎; 浩一郎原田; 岡本　謙治; 謙治岡本; 誉士馬場; 知也滝沢
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2014-02-21
Filing date: 2014-02-21
Publication date: 2017-07-26
Anticipated expiration: 2034-02-21
Also published as: JP2015155671A

Description

本発明は、エンジンの排気ガス浄化装置に係わり、特に、エンジンの排気経路に設けられ、排気ガスに含まれる粒子状物質を除去するエンジンの排気ガス浄化装置に関する。 The present invention relates to an engine exhaust gas purification device, and more particularly, to an engine exhaust gas purification device that is provided in an exhaust path of an engine and removes particulate matter contained in the exhaust gas.

ディーゼルエンジンやリーンバーンエンジンから排出される排気ガスに含まれる粒子状物質（ＰＭ）を除去するために、排気ガス浄化装置が用いられている。この排気ガス浄化装置は、例えば特許文献１に示されているように、エンジンの排気ガス中の未燃焼ガス（ＨＣ、ＣＯ、ＮＯ_Xなど）を酸化する酸化触媒と、この酸化触媒の後段に配置されて排気ガスに含まれるＰＭを捕集するウォールフローハニカム型のパティキュレートフィルタとを有している。ＰＭは、炭素からなる煤や、この煤に有機物が付着することにより形成された直径１μｍ以下の微粒子である。 In order to remove particulate matter (PM) contained in exhaust gas discharged from a diesel engine or lean burn engine, an exhaust gas purification device is used. For example, as disclosed in Patent Document 1, this exhaust gas purifying device includes an oxidation catalyst that oxidizes unburned gas (HC, CO, NO _x, etc.) in engine exhaust gas, and a downstream stage of the oxidation catalyst. And a wall flow honeycomb type particulate filter that is disposed and collects PM contained in the exhaust gas. PM is fine particles having a diameter of 1 μm or less formed by carbon soot and organic substances adhering to this soot.

パティキュレートフィルタにＰＭが堆積すると、このパティキュレートフィルタの流通抵抗が増大して排気効率が悪化する。そこで、酸化触媒により酸化されたＮＯ₂の酸化作用によって、パティキュレートフィルタに堆積したＰＭを酸化（燃焼）除去し、このパティキュレートフィルタを再生させる再生処理が行われる。 When PM accumulates on the particulate filter, the flow resistance of the particulate filter increases and exhaust efficiency deteriorates. Therefore, a regeneration process is performed in which the PM deposited on the particulate filter is oxidized (combusted) by the oxidizing action of NO ₂ oxidized by the oxidation catalyst, and the particulate filter is regenerated.

この再生処理は、パティキュレートフィルタの前後の差圧が所定の閾値を超えた場合に、パティキュレートフィルタに捕集されたＰＭの量が所定量を超えたものとして実行される。再生処理においては、燃料がエンジンの燃焼室へポスト噴射されることにより、未燃燃料が排気経路に排出され、この未燃燃料が酸化触媒により酸化される。このときに生じる酸化熱により、パティキュレートフィルタに流入する排気ガスの温度が上昇し、パティキュレートフィルタに堆積したＰＭの酸化に必要な温度を得ることができる。 This regeneration process is executed assuming that the amount of PM collected by the particulate filter exceeds a predetermined amount when the differential pressure before and after the particulate filter exceeds a predetermined threshold. In the regeneration process, the fuel is post-injected into the combustion chamber of the engine, so that the unburned fuel is discharged to the exhaust path, and the unburned fuel is oxidized by the oxidation catalyst. Oxidation heat generated at this time raises the temperature of the exhaust gas flowing into the particulate filter, and a temperature necessary for oxidizing the PM deposited on the particulate filter can be obtained.

特開２０１２−００７５３６号公報JP 2012-007536 A

ところで、近年では、大型車や重機械だけではなく小型車にもディーゼルエンジンの搭載が進められており、エンジンの搭載スペースの制約から、排気ガス浄化装置の小型化が望まれている。そこで、従来のように酸化触媒とパティキュレートフィルタとを同一軸線上に直列に配置するのではなく、例えば特許文献１に示されているように、酸化触媒とパティキュレートフィルタとをＵ字管により連結し、これらの酸化触媒とパティキュレートフィルタとを並列に配置することも考えられている。 By the way, in recent years, diesel engines are being installed not only in large vehicles and heavy machinery but also in small vehicles, and downsizing of an exhaust gas purifying device is desired due to restrictions on the installation space of the engine. Therefore, instead of arranging the oxidation catalyst and the particulate filter in series on the same axis as in the prior art, for example, as shown in Patent Document 1, the oxidation catalyst and the particulate filter are connected by a U-shaped tube. It is also considered to connect these oxidation catalysts and the particulate filter in parallel.

このように、酸化触媒とパティキュレートフィルタとを、Ｕ字管のように曲がり部を有するパイプにより連結した場合、このパイプの曲がり部を通過してパティキュレートフィルタに流入するときの排気ガスの流速は、曲がり部の曲がりの外側部分が速く、曲がりの内側部分が遅い分布となる。
したがって、再生処理が実行される場合、パイプの曲がり部における曲がりの外側部分の下流では十分な量の高温の排気ガスがパティキュレートフィルタに流入するので、パティキュレートフィルタに堆積したＰＭの酸化に必要な温度を得ることができるが、パイプの曲がり部における曲がりの内側部分の下流では、パティキュレートフィルタに流入する高温の排気ガスの量が不足し、パティキュレートフィルタに堆積したＰＭの酸化に必要な温度を得ることができない場合がある。この場合、その部分ではＰＭが燃焼除去されず、パティキュレートフィルタにＰＭが残存するので、パティキュレートフィルタの流通抵抗が十分に減少せず、次に再生処理が必要となるまでの時間が短縮され、再生処理の頻度が増大してしまう。上述したように、再生処理においては燃料がエンジンの燃焼室へポスト噴射されるので、再生処理の頻度の増大に伴ってポスト噴射による燃料消費量も増大し、エンジンの燃費が悪化するという問題が生じる。 Thus, when the oxidation catalyst and the particulate filter are connected by a pipe having a bent portion such as a U-shaped tube, the flow rate of the exhaust gas when flowing through the bent portion of the pipe and flowing into the particulate filter. Is a distribution in which the outer portion of the bend is fast and the inner portion of the bend is slow.
Therefore, when the regeneration process is executed, a sufficient amount of high-temperature exhaust gas flows into the particulate filter downstream of the outer portion of the bent portion of the pipe, so that it is necessary for the oxidation of PM accumulated on the particulate filter. However, the amount of hot exhaust gas flowing into the particulate filter is insufficient at the downstream of the inner part of the bend at the bent portion of the pipe, which is necessary for the oxidation of the PM deposited on the particulate filter. The temperature may not be obtained. In this case, PM is not burned and removed in that portion, and PM remains in the particulate filter. Therefore, the flow resistance of the particulate filter is not sufficiently reduced, and the time until the next regeneration process is required is shortened. This increases the frequency of the reproduction process. As described above, in the regeneration process, the fuel is post-injected into the combustion chamber of the engine. Therefore, the fuel consumption by the post-injection increases with the frequency of the regeneration process, and the fuel consumption of the engine deteriorates. Arise.

本発明は、上述した従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、酸化触媒とパティキュレートフィルタとが、曲がり部を有するパイプにより連結されている場合においても、再生処理の際にパティキュレートフィルタの全体にわたってＰＭの酸化に必要な温度を得ることができ、パティキュレートフィルタに堆積したＰＭを確実に燃焼除去することができるエンジンの排気ガス浄化装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems of the prior art, and even when the oxidation catalyst and the particulate filter are connected by a pipe having a bent portion, the regeneration process is performed. An object of the present invention is to provide an exhaust gas purifying apparatus for an engine that can obtain the temperature necessary for the oxidation of PM throughout the particulate filter and that can reliably burn and remove the PM deposited on the particulate filter.

上記の目的を達成するために、本発明のエンジンの排気ガス浄化装置は、エンジンの排気経路に設けられ、排気ガスに含まれる粒子状物質を除去するエンジンの排気ガス浄化装置であって、排気ガス中の未燃焼ガスを酸化する酸化触媒と、酸化触媒の後段に配置されて排気ガス中の粒子状物質を捕集する、ウォールフローハニカム型の担体を備えたパティキュレートフィルタと、酸化触媒とパティキュレートフィルタとを連結する連結管と、を有し、連結管は、曲がり部を有し、この曲がり部の出口においてパティキュレートフィルタに連結され、パティキュレートフィルタの担体は、その軸線方向に沿って、連結管の曲がり部における曲がりの内側部分に連結される第１のセグメントと、連結管の曲がり部における曲がりの外側部分に連結される第２のセグメントとに分割されており、パティキュレートフィルタの第１のセグメントの体積は、パティキュレートフィルタの第２のセグメントの体積よりも小さく、パティキュレートフィルタの第１のセグメントの単位体積当たりのろ過面積は、パティキュレートフィルタの第２のセグメントの単位面積当たりのろ過面積よりも大きいことを特徴とする。
このように構成された本発明においては、パティキュレートフィルタの担体は、その軸線方向に沿って、連結管の曲がり部における曲がりの内側部分に連結される第１のセグメントと、連結管の曲がり部における曲がりの外側部分に連結される第２のセグメントとに分割されており、第１のセグメントの体積は第２のセグメントの体積よりも小さいので、連結管の曲がりの内側部分の下流に位置する第１のセグメントの熱容量を小さくすることができ、これにより、再生処理時における高温の排気ガスの流入量が少ない第１のセグメントにおいても粒子状物質の酸化に必要な温度を得ることができ、パティキュレートフィルタの担体に堆積した粒子状物質を確実に燃焼除去することができる。
また、パティキュレートフィルタＦの担体の第１のセグメントの単位体積当たりのろ過面積は、第２のセグメントの単位面積当たりのろ過面積よりも大きいので、上述したように第１のセグメントの体積が第２のセグメントの体積よりも小さくても、この第１のセグメントによる粒子状物質の捕集可能量を第２のセグメントと同等以上に確保することができる。 In order to achieve the above object, an exhaust gas purification apparatus for an engine according to the present invention is an exhaust gas purification apparatus for an engine that is provided in an exhaust path of an engine and removes particulate matter contained in the exhaust gas. An oxidation catalyst that oxidizes unburned gas in the gas, a particulate filter that is disposed downstream of the oxidation catalyst and collects particulate matter in the exhaust gas, and includes a wall-flow honeycomb-type carrier, an oxidation catalyst, A connecting pipe that connects the particulate filter, and the connecting pipe has a bent portion, and is connected to the particulate filter at an outlet of the bent portion, and the carrier of the particulate filter extends along the axial direction thereof. The first segment connected to the inner part of the bend in the bent part of the connecting pipe and the outer part of the bend in the bent part of the connecting pipe The volume of the first segment of the particulate filter is smaller than the volume of the second segment of the particulate filter, and the volume per unit volume of the first segment of the particulate filter The filtration area is larger than the filtration area per unit area of the second segment of the particulate filter.
In the present invention configured as described above, the particulate filter carrier includes, along the axial direction, the first segment connected to the inner portion of the bent portion of the connecting pipe, and the bent portion of the connecting pipe. And the second segment connected to the outer part of the bend in the tube, and the first segment has a volume smaller than the volume of the second segment, and therefore is located downstream of the inner part of the bend of the connecting pipe The heat capacity of the first segment can be reduced, whereby the temperature required for the oxidation of the particulate matter can be obtained even in the first segment where the inflow amount of high-temperature exhaust gas is small during the regeneration process, The particulate matter deposited on the carrier of the particulate filter can be surely burned and removed.
Further, since the filtration area per unit volume of the first segment of the carrier of the particulate filter F is larger than the filtration area per unit area of the second segment, the volume of the first segment is the first as described above. Even if it is smaller than the volume of the second segment, the amount of particulate matter that can be collected by the first segment can be ensured to be equal to or greater than that of the second segment.

また、本発明において、好ましくは、パティキュレートフィルタの第１のセグメントのセル密度は、パティキュレートフィルタの第２のセグメントのセル密度よりも高く、パティキュレートフィルタの第１のセグメントのセル壁厚は、パティキュレートフィルタの第２のセグメントのセル壁厚より薄い。
このように構成された本発明においては、パティキュレートフィルタの担体の第１のセグメントのセル密度は、第２のセグメントのセル密度よりも高いので、単位体積当たりのろ過面積を第２のセグメントの単位面積当たりのろ過面積よりも大きくすることができ、これにより、上述したように第１のセグメントの体積が第２のセグメントの体積よりも小さくても、この第１のセグメントによる粒子状物質の捕集可能量を第２のセグメントと同等以上に確保することができる。
また、第１のセグメントのセル壁厚は、第２のセグメントのセル壁厚より薄いので、第１のセグメントにおけるセル間の熱伝導性を向上させることができ、これにより、第１のセグメントに堆積した粒子状物質の燃焼反応の効率を向上させることができる。さらに、第１のセグメントにおける排気ガスの流通抵抗が低下するので、再生処理の頻度を増大を抑制することができる。 In the present invention, preferably, the cell density of the first segment of the particulate filter is higher than the cell density of the second segment of the particulate filter, and the cell wall thickness of the first segment of the particulate filter is , Thinner than the cell wall thickness of the second segment of the particulate filter.
In the present invention configured as described above, the cell density of the first segment of the particulate filter carrier is higher than the cell density of the second segment. The filtration area per unit area can be larger, so that, as described above, even if the volume of the first segment is smaller than the volume of the second segment, The amount that can be collected can be ensured to be equal to or greater than that of the second segment.
In addition, since the cell wall thickness of the first segment is thinner than the cell wall thickness of the second segment, the thermal conductivity between the cells in the first segment can be improved. The efficiency of the combustion reaction of the deposited particulate matter can be improved. Furthermore, since the flow resistance of the exhaust gas in the first segment is reduced, it is possible to suppress an increase in the frequency of the regeneration process.

また、本発明において、好ましくは、パティキュレートフィルタの第１のセグメントは、セル密度が２００ｃｐｓｉ以上４００ｃｐｓｉ以下であり、セル壁厚が５ｍｉｌ以上１５ｍｉｌ以下であり、パティキュレートフィルタの第２のセグメントは、セル密度が２００ｃｐｓｉ以下である。
このように構成された本発明においては、パティキュレートフィルタの担体における粒子状物質の捕集可能量と流通抵抗とのバランスをとりつつ、再生処理の際に担体の全体にわたって粒子状物質の酸化に必要な温度を得ることができ、担体に堆積した粒子状物質を確実に燃焼除去することができる。 In the present invention, preferably, the first segment of the particulate filter has a cell density of 200 cpsi or more and 400 cpsi or less, a cell wall thickness of 5 mil or more and 15 mil or less, and the second segment of the particulate filter is The cell density is 200 cpsi or less.
In the present invention configured as described above, the particulate matter can be oxidized over the entire carrier during the regeneration process while balancing the amount of particulate matter that can be collected in the carrier of the particulate filter and the flow resistance. The required temperature can be obtained, and the particulate matter deposited on the carrier can be surely burned and removed.

また、本発明において、好ましくは、連結管はＵ字管であり、酸化触媒とパティキュレートフィルタとは、互いの軸線方向が平行となるように並列配置されている。
このように構成された本発明においては、酸化触媒及びパティキュレートフィルタをコンパクトに配置することができ、エンジンの搭載スペースに制約がある場合でも、排気ガス浄化装置を適切に配置することができる。 In the present invention, preferably, the connecting pipe is a U-shaped pipe, and the oxidation catalyst and the particulate filter are arranged in parallel so that their axial directions are parallel to each other.
In the present invention configured as described above, the oxidation catalyst and the particulate filter can be arranged in a compact manner, and the exhaust gas purification device can be appropriately arranged even when the mounting space of the engine is limited.

また、本発明において、好ましくは、パティキュレートフィルタの第１のセグメントと第２のセグメントとの接合面に垂直な方向における第１のセグメントの寸法は、この方向における第２のセグメントの寸法よりも小さい。
このように構成された本発明においては、第１のセグメントの体積は第２のセグメントの体積よりも小さくなる。ここで、互いの軸線方向が平行となるように並列配置された酸化触媒及びパティキュレートフィルタがＵ字形状の連結管により連結されている場合、第１のセグメントと第２のセグメントとの接合面に垂直な方向は、酸化触媒の中心軸線とパティキュレートフィルタの中心軸線とを結ぶ方向とほぼ一致している。即ち、酸化触媒の中心軸線とパティキュレートフィルタの中心軸線とを結ぶ方向における第１のセグメントの寸法は、この方向における第２のセグメントの寸法よりも小さいので、第１のセグメントの体積が第２のセグメントの体積よりも小さくなることに加えて、酸化触媒の中心軸線とパティキュレートフィルタの中心軸線との距離を短縮することができ、これにより、排気ガス浄化装置をコンパクトに構成することができる。 In the present invention, preferably, the dimension of the first segment in the direction perpendicular to the joint surface between the first segment and the second segment of the particulate filter is larger than the dimension of the second segment in this direction. small.
In the present invention configured as described above, the volume of the first segment is smaller than the volume of the second segment. Here, when the oxidation catalyst and the particulate filter arranged in parallel so that their axial directions are parallel to each other are connected by a U-shaped connecting pipe, the joint surface between the first segment and the second segment The direction perpendicular to the direction substantially coincides with the direction connecting the central axis of the oxidation catalyst and the central axis of the particulate filter. That is, since the dimension of the first segment in the direction connecting the central axis of the oxidation catalyst and the central axis of the particulate filter is smaller than the dimension of the second segment in this direction, the volume of the first segment is second. In addition to being smaller than the volume of the segment, the distance between the central axis of the oxidation catalyst and the central axis of the particulate filter can be shortened, whereby the exhaust gas purification device can be made compact. .

本発明によるエンジンの排気ガス浄化装置によれば、酸化触媒とパティキュレートフィルタとが、曲がり部を有するパイプにより連結されている場合においても、再生処理の際にパティキュレートフィルタの全体にわたってＰＭの酸化に必要な温度を得ることができ、パティキュレートフィルタに堆積したＰＭを確実に燃焼除去することができる。 According to the exhaust gas purification apparatus for an engine of the present invention, even when the oxidation catalyst and the particulate filter are connected by a pipe having a bent portion, the oxidation of PM is performed over the entire particulate filter during the regeneration process. Therefore, it is possible to obtain the necessary temperature, and it is possible to reliably burn and remove the PM deposited on the particulate filter.

本発明の実施形態によるエンジンの排気ガス浄化装置のシステム構成図である。1 is a system configuration diagram of an exhaust gas purification device for an engine according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態によるエンジンの排気ガス浄化装置を示す図であり、（ａ）は排気ガス浄化装置の正面図、（ｂ）は排気ガス浄化装置の側面図である。It is a figure which shows the exhaust-gas purification apparatus of the engine by embodiment of this invention, (a) is a front view of an exhaust-gas purification apparatus, (b) is a side view of an exhaust-gas purification apparatus. 本発明の実施形態によるパティキュレートフィルタの担体を軸線方向から見た側面図である。It is the side view which looked at the support | carrier of the particulate filter by embodiment of this invention from the axial direction. 本発明の実施形態の変形例によるパティキュレートフィルタの担体を軸線方向から見た側面図である。It is the side view which looked at the support | carrier of the particulate filter by the modification of embodiment of this invention from the axial direction.

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態によるエンジンの排気ガス浄化装置を説明する。
まず、図１により、本発明の実施形態によるエンジンの排気ガス浄化装置の全体構成を説明する。図１は、本発明の実施形態によるエンジンの排気ガス浄化装置のシステム構成図である。 Hereinafter, an exhaust gas purification apparatus for an engine according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
First, an overall configuration of an engine exhaust gas purification apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a system configuration diagram of an engine exhaust gas purification apparatus according to an embodiment of the present invention.

まず、図１において符号１は、本発明の実施形態によるエンジンの排気ガス浄化装置を示す。本実施形態においては、排気ガス浄化装置１は、ディーゼルエンジン２の排気経路に設けられているものとする。エンジン２には、このエンジン２に空気を供給する吸気経路４と、エンジン２から排気ガスが排出される排気経路６とが接続されている。 First, reference numeral 1 in FIG. 1 denotes an engine exhaust gas purification apparatus according to an embodiment of the present invention. In the present embodiment, the exhaust gas purification device 1 is provided in the exhaust path of the diesel engine 2. The engine 2 is connected to an intake path 4 that supplies air to the engine 2 and an exhaust path 6 from which exhaust gas is discharged from the engine 2.

エンジン２の排気経路６には、酸化触媒装置８（ＤＯＣ）が接続されている。ＤＯＣ８は、例えば排気ガスの流れに沿って延びる多数のセルを有したコーディエライト製ハニカム構造体の担体の表面に酸化触媒を担持させたものであり、排気ガス中の未燃焼ガス（ＨＣ、ＣＯ、ＮＯ_Xなど）を酸化する。 An oxidation catalyst device 8 (DOC) is connected to the exhaust path 6 of the engine 2. The DOC 8 is, for example, an oxide catalyst supported on the surface of a support of a cordierite honeycomb structure having a number of cells extending along the flow of exhaust gas, and unburned gas (HC, CO, etc. NO _X) oxidizes.

さらに、酸化触媒の後段に、排気ガス中の粒子状物質（ＰＭ）を捕集するウォールフローハニカム型の担体を備えたパティキュレートフィルタ１０（ＤＰＦ）が配置されている。このＤＰＦ１０の担体は、多孔質性のセル壁によって区画された多数のセルが排気ガスの流れに沿って延びるように形成された炭化珪素製ハニカム構造体であり、この担体のセル壁には、ＰＭ酸化触媒が担持されている。また、多数のセルは、封止部材によって入口及び出口が互い違いに目封じされている。ＤＰＦ１０の各セル内に流入した排気ガスは、セル壁の細孔を通ることによって複数のセルの間を流通する。そして、このような排気ガスの流通により、排気ガス中に含まれるＰＭが、セル壁の細孔の内部やセル壁の表面上に捕集される。 Further, a particulate filter 10 (DPF) provided with a wall flow honeycomb type carrier that collects particulate matter (PM) in the exhaust gas is disposed after the oxidation catalyst. The carrier of the DPF 10 is a silicon carbide honeycomb structure formed such that a large number of cells partitioned by a porous cell wall extend along the flow of exhaust gas. A PM oxidation catalyst is supported. In addition, in many cells, the inlet and the outlet are alternately sealed by the sealing member. The exhaust gas flowing into each cell of the DPF 10 circulates between a plurality of cells by passing through the pores of the cell wall. And by such a distribution | circulation of exhaust gas, PM contained in exhaust gas is collected inside the pore of a cell wall, or on the surface of a cell wall.

また、エンジン２の排気経路６において、ＤＰＦ１０の上流側には、ＤＰＦ１０に流入する排気ガスの圧力を検出する上流側圧力センサ１２が設けられ、ＤＰＦ１０の下流側には、ＤＰＦ１０を通過した排気ガスの圧力を検出する下流側圧力センサ１４が設けられている。これらの上流側圧力センサ１２及び下流側圧力センサ１４の検出値は、ＥＣＵ１６に出力される。 In the exhaust path 6 of the engine 2, an upstream pressure sensor 12 that detects the pressure of the exhaust gas flowing into the DPF 10 is provided upstream of the DPF 10, and the exhaust gas that has passed through the DPF 10 is disposed downstream of the DPF 10. A downstream pressure sensor 14 is provided for detecting the pressure. The detected values of the upstream pressure sensor 12 and the downstream pressure sensor 14 are output to the ECU 16.

ＥＣＵ１６は、上流側圧力センサ１２及び下流側圧力センサ１４から入力された検出値に基づきＤＰＦ１０の上流側と下流側との圧力差（前後差圧）を検出する差圧検出部１８と、エンジン２のインジェクタによる燃料噴射を制御するインジェクタ制御部２０と、インジェクタの制御に用いられる各種データを記憶する記憶部２２とを有している。 The ECU 16 includes a differential pressure detector 18 that detects a pressure difference (front-rear differential pressure) between the upstream side and the downstream side of the DPF 10 based on detection values input from the upstream pressure sensor 12 and the downstream pressure sensor 14, and the engine 2. An injector control unit 20 that controls fuel injection by the injector, and a storage unit 22 that stores various data used to control the injector.

インジェクタ制御部２０は、差圧検出部１８によって検出されたＤＰＦ１０の前後差圧が、記憶部２２に記憶されている所定の閾値に達すると、再生処理を実行する。具体的には、エンジン２の圧縮上死点付近でインジェクタから燃料を噴射させる通常の燃料噴射制御に加えて、エンジン２の膨張行程で燃料を噴射するいわゆるポスト噴射をインジェクタに実行させる。ポスト噴射が実行されると、排気ガス中に燃料の未燃成分が多く含まれるようになり、この未燃成分が、ＤＯＣ８内で酸化反応することにより、排気ガスの温度が上昇する。そして、このように高温化した排気ガスと、ＤＰＦ１０のＰＭ酸化触媒との作用により、ＤＰＦ１０に堆積していたＰＭが酸化（燃焼）除去され、ＤＰＦ１０が再生される。 When the differential pressure across the DPF 10 detected by the differential pressure detection unit 18 reaches a predetermined threshold value stored in the storage unit 22, the injector control unit 20 executes a regeneration process. Specifically, in addition to the normal fuel injection control in which fuel is injected from the injector near the compression top dead center of the engine 2, the injector is caused to perform so-called post-injection in which fuel is injected during the expansion stroke of the engine 2. When the post-injection is executed, a lot of unburned components of the fuel are contained in the exhaust gas, and this unburned component undergoes an oxidation reaction in the DOC 8 to increase the temperature of the exhaust gas. The PM accumulated in the DPF 10 is oxidized (burned) and removed by the action of the exhaust gas thus heated and the PM oxidation catalyst of the DPF 10, and the DPF 10 is regenerated.

次に、図２及び図３により、本発明の実施形態によるエンジンの排気ガス浄化装置１の構造を説明する。図２（ａ）は、本発明の実施形態による排気ガス浄化装置１の正面図であり、図２（ｂ）、は本発明の実施形態による排気ガス浄化装置１の側面図であり、図３は、本発明の実施形態によるＤＰＦ１０の担体を軸線方向から見た側面図である。 Next, the structure of the engine exhaust gas purification apparatus 1 according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 2 (a) is a front view of the exhaust gas purification apparatus 1 according to the embodiment of the present invention, and FIG. 2 (b) is a side view of the exhaust gas purification apparatus 1 according to the embodiment of the present invention. These are the side views which looked at the support | carrier of DPF10 by embodiment of this invention from the axial direction.

まず、図２に示すように、ＤＯＣ８及びＤＰＦ１０は、それぞれ、円柱状に形成されており、互いの軸線方向が平行となるように並列配置されている。そして、これらのＤＯＣ８とＤＰＦ１０とは、Ｕ字形の連結管２４によって連結されている。即ち、連結管２４は、Ｕ字形の曲がり部２６を有し、この曲がり部２６の出口においてＤＰＦ１０に連結されている。 First, as shown in FIG. 2, the DOC 8 and the DPF 10 are each formed in a columnar shape, and are arranged in parallel so that their axial directions are parallel to each other. The DOC 8 and the DPF 10 are connected by a U-shaped connecting pipe 24. That is, the connecting pipe 24 has a U-shaped bent portion 26, and is connected to the DPF 10 at the outlet of the bent portion 26.

次に、図２及び図３に示すように、ＤＰＦ１０の担体２８は、その軸線方向に沿って、連結管２４の曲がり部２６における曲がりの内側部分に連結される第１のセグメント３０と、連結管２４の曲がり部２６における曲がりの外側部分に連結される第２のセグメント３２とに分割されている。並列配置されたＤＯＣ８とＤＰＦ１０とがＵ字形の連結管２４によって連結されている本実施形態では、第１のセグメント３０はＤＯＣ８に近い側に位置し、第２のセグメント３２はＤＯＣ８から遠い側に位置している。 Next, as shown in FIGS. 2 and 3, the carrier 28 of the DPF 10 is connected to the first segment 30 connected to the inner portion of the bent portion 26 of the connecting pipe 24 along the axial direction thereof. It is divided into a second segment 32 connected to the outer part of the bend at the bend 26 of the tube 24. In the present embodiment in which the DOC 8 and the DPF 10 arranged in parallel are connected by the U-shaped connecting pipe 24, the first segment 30 is located on the side close to the DOC 8, and the second segment 32 is on the side far from the DOC 8. positioned.

図３に示すように、ＤＰＦ１０の担体２８の第１のセグメント３０は楕円を長軸で切断した半楕円形状の断面を有し、第２のセグメント３２は半円形状の断面を有している。これらの第１のセグメント３０及び第２のセグメント３２は、それぞれ、正方形の断面形状を有し担体２８の中央側に位置する２つの中央セクション（図３ではＤ、Ｅ、Ｈ、Ｉにより示す）と、これらの中央セクションの外周側に位置する４つの外周セクション（図３ではＡ、Ｂ、Ｃ、Ｆ、Ｇ、Ｊ、Ｋ、Ｌにより示す）に分割されており、これらの各セクションが接合されることで担体２８が形成されている。 As shown in FIG. 3, the first segment 30 of the carrier 28 of the DPF 10 has a semi-elliptical cross section obtained by cutting an ellipse along the long axis, and the second segment 32 has a semicircular cross section. . Each of the first segment 30 and the second segment 32 has two central sections (indicated by D, E, H, and I in FIG. 3) each having a square cross-sectional shape and located on the central side of the carrier 28. Are divided into four outer peripheral sections (indicated by A, B, C, F, G, J, K, and L in FIG. 3) located on the outer peripheral side of these central sections. As a result, the carrier 28 is formed.

第１のセグメント３０と第２のセグメント３２との接合面に垂直な方向（図３では上下方向）における第１のセグメント３０の寸法ｈ１は、この方向における第２のセグメント３２の寸法ｈ２よりも小さい。即ち、担体２８の軸線方向から見た第１のセグメント３０の断面積は、第２のセグメント３２の断面積よりも小さく、従って、第１のセグメント３０の体積は第２のセグメント３２の体積よりも小さくなっている。
なお、第１のセグメント３０の体積を第２のセグメント３２の体積と同一にした場合における第１のセグメント３０の外周を、図３に破線で示す。 The dimension h1 of the first segment 30 in the direction perpendicular to the joint surface between the first segment 30 and the second segment 32 (vertical direction in FIG. 3) is larger than the dimension h2 of the second segment 32 in this direction. small. That is, the cross-sectional area of the first segment 30 viewed from the axial direction of the carrier 28 is smaller than the cross-sectional area of the second segment 32, and therefore the volume of the first segment 30 is larger than the volume of the second segment 32. Is also getting smaller.
In addition, the outer periphery of the 1st segment 30 when the volume of the 1st segment 30 is made the same as the volume of the 2nd segment 32 is shown with a broken line in FIG.

上述したように形成された第１のセグメント３０のセル密度ｄ１は、第２のセグメント３２のセル密度ｄ２よりも高く、且つ、第１のセグメント３０のセル壁厚ｔ１は、第２のセグメント３２のセル壁厚ｔ２より薄い。ウォールフローハニカム型の担体２８における単位体積当たりのろ過面積はセル密度に比例するので、第１のセグメント３０の単位体積当たりのろ過面積Ｓ１は、第２のセグメント３２の単位面積当たりのろ過面積Ｓ２よりも大きくなっている。
より具体的には、第１のセグメント３０は、セル密度ｄ１が２００ｃｐｓｉ以上４００ｃｐｓｉ以下、セル壁厚ｔ１が５ｍｉｌ以上１５ｍｉｌ以下であることが望ましく、例えば、セル密度ｄ１は３００ｃｐｓｉ、セル壁厚ｔ１は１０ｍｉｌである。一方、第２のセグメント３２は、セル密度ｄ２が２００ｃｐｓｉ以下であることが望ましく、例えば、セル密度ｄ２は１６０ｃｐｓｉ、セル壁厚ｔ２は１５ｍｉｌである。 The cell density d1 of the first segment 30 formed as described above is higher than the cell density d2 of the second segment 32, and the cell wall thickness t1 of the first segment 30 is equal to the second segment 32. Less than the cell wall thickness t2. Since the filtration area per unit volume in the wall flow honeycomb type carrier 28 is proportional to the cell density, the filtration area S1 per unit volume of the first segment 30 is the filtration area S2 per unit area of the second segment 32. Is bigger than.
More specifically, the first segment 30 preferably has a cell density d1 of 200 cpsi to 400 cpsi and a cell wall thickness t1 of 5 mil to 15 mil. For example, the cell density d1 is 300 cpsi and the cell wall thickness t1 is 10 mil. On the other hand, the second segment 32 preferably has a cell density d2 of 200 cpsi or less. For example, the cell density d2 is 160 cpsi and the cell wall thickness t2 is 15 mil.

次に、本発明の実施形態のさらなる変形例を説明する。図４は、本発明の実施形態の変形例によるＤＰＦ１０の担体２８を軸線方向から見た側面図である。
上述した実施形態においては、ＤＰＦ１０の担体２８の第１のセグメント３０は楕円を長軸で切断した半楕円形状の断面を有していると説明したが、図４に示すように、第１のセグメント３０を、半円の円弧をこの半円の弦に平行な直線で切断した断面形状を有するように形成してもよい。この場合においても、上述した実施形態と同様に、第１のセグメント３０と第２のセグメント３２との接合面に垂直な方向（図４では上下方向）における第１のセグメント３０の寸法ｈ１は、この方向における第２のセグメント３２の寸法ｈ２よりも小さい。即ち、担体２８の軸線方向から見た第１のセグメント３０の断面積は、第２のセグメント３２の断面積よりも小さく、従って、第１のセグメント３０の体積は第２のセグメント３２の体積よりも小さくなっている。
なお、第１のセグメント３０の体積を第２のセグメント３２の体積と同一にした場合における第１のセグメント３０の外周を、図４に破線で示す。 Next, further modifications of the embodiment of the present invention will be described. FIG. 4 is a side view of the carrier 28 of the DPF 10 according to a modification of the embodiment of the present invention as viewed from the axial direction.
In the above-described embodiment, it has been described that the first segment 30 of the carrier 28 of the DPF 10 has a semi-elliptical cross section obtained by cutting an ellipse along the long axis. However, as shown in FIG. The segment 30 may be formed to have a cross-sectional shape obtained by cutting a semicircular arc by a straight line parallel to the chord of the semicircle. Also in this case, as in the above-described embodiment, the dimension h1 of the first segment 30 in the direction perpendicular to the joint surface between the first segment 30 and the second segment 32 (the vertical direction in FIG. 4) is It is smaller than the dimension h2 of the second segment 32 in this direction. That is, the cross-sectional area of the first segment 30 viewed from the axial direction of the carrier 28 is smaller than the cross-sectional area of the second segment 32, and therefore the volume of the first segment 30 is larger than the volume of the second segment 32. Is also getting smaller.
In addition, the outer periphery of the 1st segment 30 when the volume of the 1st segment 30 is made the same as the volume of the 2nd segment 32 is shown with a broken line in FIG.

次に、上述した本発明の実施形態及び本発明の実施形態の変形例によるエンジンの排気ガス浄化装置１の作用効果を説明する。 Next, the effect of the exhaust gas purification apparatus 1 for an engine according to the above-described embodiment of the present invention and the modification of the embodiment of the present invention will be described.

まず、ＤＰＦ１０の担体２８は、その軸線方向に沿って、連結管２４の曲がり部２６における曲がりの内側部分に連結される第１のセグメント３０と、連結管２４の曲がり部２６における曲がりの外側部分に連結される第２のセグメント３２とに分割されており、第１のセグメント３０の体積は第２のセグメント３２の体積よりも小さいので、連結管２４の曲がりの内側部分の下流に位置する第１のセグメント３０の熱容量を小さくすることができ、これにより、再生処理時における高温の排気ガスの流入量が少ない第１のセグメント３０においてもＰＭの酸化に必要な温度を得ることができ、ＤＰＦ１０の担体２８に堆積したＰＭを確実に燃焼除去することができる。
具体的には、図３及び図４に示した例では、Ｕ字形の連結管２４からＤＰＦ１０に流入した排気ガスの流速は、曲がり部２６の曲がりの外側部分（図３及び図４では、Ｇ、Ｈ、Ｉ、Ｊ、Ｋ、Ｌ）が速く、曲がりの内側部分（図３及び図４では、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ）が遅い分布となる。特に、曲がり部２６の曲がりの最も内側に位置する第１のセグメント３０の外周セクションＡ及びＢの領域で排気ガスの流速が最も遅くなるが、第１のセグメント３０の体積が第２のセグメント３２の体積と同じ場合と比較して、これらの外周セクションＡ及びＢの体積が特に縮小されている。従って、再生処理時における高温の排気ガスの流入量が特に少ない第１のセグメント３０の外周セクションＡ及びＢにおいてもＰＭの酸化に必要な温度を得ることができ、ＤＰＦ１０の担体２８に堆積したＰＭを確実に燃焼除去することができる。
また、ＤＰＦ１０の担体２８の第１のセグメント３０の単位体積当たりのろ過面積Ｓ１は、第２のセグメント３２の単位面積当たりのろ過面積Ｓ２よりも大きいので、上述したように第１のセグメント３０の体積が第２のセグメント３２の体積よりも小さくても、この第１のセグメント３０によるＰＭの捕集可能量を第２のセグメント３２と同等以上に確保することができる。 First, the carrier 28 of the DPF 10 includes a first segment 30 connected to an inner portion of the bent portion 26 of the connecting tube 24 along the axial direction thereof, and an outer portion of the bent portion 26 of the connecting tube 24. Since the volume of the first segment 30 is smaller than the volume of the second segment 32, the first segment 30 is located downstream of the inner portion of the bending of the connecting pipe 24. The heat capacity of the first segment 30 can be reduced, whereby the temperature required for the oxidation of PM can be obtained even in the first segment 30 where the inflow amount of the high-temperature exhaust gas during the regeneration process is small. The PM deposited on the carrier 28 can be reliably removed by combustion.
Specifically, in the example shown in FIGS. 3 and 4, the flow rate of the exhaust gas flowing into the DPF 10 from the U-shaped connecting pipe 24 is the outer portion of the bend of the bend portion 26 (in FIGS. 3 and 4, G , H, I, J, K, and L) are fast, and the inner portion of the curve (A, B, C, D, E, and F in FIGS. 3 and 4) has a slow distribution. In particular, the flow rate of the exhaust gas is the slowest in the region of the outer peripheral sections A and B of the first segment 30 located on the innermost side of the bend of the bent portion 26, but the volume of the first segment 30 is the second segment 32. Compared to the case of the same volume, the volume of these peripheral sections A and B is particularly reduced. Therefore, the temperature required for the oxidation of PM can be obtained also in the outer peripheral sections A and B of the first segment 30 where the inflow amount of the high-temperature exhaust gas during the regeneration process is particularly small, and the PM deposited on the carrier 28 of the DPF 10 Can be reliably burned and removed.
Further, since the filtration area S1 per unit volume of the first segment 30 of the carrier 28 of the DPF 10 is larger than the filtration area S2 per unit area of the second segment 32, the first segment 30 of the first segment 30 as described above. Even if the volume is smaller than the volume of the second segment 32, the amount of PM that can be collected by the first segment 30 can be ensured to be equal to or greater than that of the second segment 32.

また、ＤＰＦ１０の担体２８の第１のセグメント３０のセル密度ｄ１は、第２のセグメント３２のセル密度ｄ２よりも高いので、単位体積当たりのろ過面積Ｓ１を第２のセグメント３２の単位面積当たりのろ過面積Ｓ２よりも大きくすることができ、これにより、上述したように第１のセグメント３０の体積が第２のセグメント３２の体積よりも小さくても、この第１のセグメント３０によるＰＭの捕集可能量を第２のセグメント３２と同等以上に確保することができる。
また、第１のセグメント３０のセル壁厚ｔ１は、第２のセグメント３２のセル壁厚ｔ２より薄いので、第１のセグメント３０におけるセル間の熱伝導性を向上させることができ、これにより、第１のセグメント３０に堆積したＰMの燃焼反応の効率を向上させることができる。さらに、第１のセグメント３０における排気ガスの流通抵抗が低下するので、再生処理の頻度を増大を抑制することができる。 Further, since the cell density d1 of the first segment 30 of the carrier 28 of the DPF 10 is higher than the cell density d2 of the second segment 32, the filtration area S1 per unit volume is set to be per unit area of the second segment 32. The filtration area S2 can be made larger. As a result, even if the volume of the first segment 30 is smaller than the volume of the second segment 32 as described above, the collection of PM by the first segment 30 is possible. The possible amount can be ensured to be equal to or greater than that of the second segment 32.
Further, since the cell wall thickness t1 of the first segment 30 is thinner than the cell wall thickness t2 of the second segment 32, the thermal conductivity between the cells in the first segment 30 can be improved. The efficiency of the combustion reaction of PM deposited on the first segment 30 can be improved. Furthermore, since the flow resistance of the exhaust gas in the first segment 30 is reduced, it is possible to suppress an increase in the frequency of the regeneration process.

特に、ＤＰＦ１０の担体２８の第１のセグメント３０は、セル密度ｄ１が２００ｃｐｓｉ以上４００ｃｐｓｉ以下であり、セル壁厚ｔ１が５ｍｉｌ以上１５ｍｉｌ以下であり、第２のセグメント３２は、セル密度ｄ２が２００ｃｐｓｉ以下であるので、ＤＰＦ１０の担体２８におけるＰＭの捕集可能量と流通抵抗とのバランスをとりつつ、再生処理の際に担体２８の全体にわたってＰＭの酸化に必要な温度を得ることができ、担体２８に堆積したＰＭを確実に燃焼除去することができる。 In particular, the first segment 30 of the carrier 28 of the DPF 10 has a cell density d1 of 200 cpsi or more and 400 cpsi or less, a cell wall thickness t1 of 5 mil or more and 15 mil or less, and the second segment 32 has a cell density d2 of 200 cpsi or less. Therefore, the temperature required for the oxidation of PM can be obtained throughout the carrier 28 during the regeneration process while balancing the amount of PM that can be collected in the carrier 28 of the DPF 10 and the flow resistance. It is possible to surely burn and remove the PM deposited on the catalyst.

また、連結管２４はＵ字管であり、ＤＯＣ８及びＤＰＦ１０は、互いの軸線方向が平行となるように並列配置されているので、ＤＯＣ８及びＤＰＦ１０をコンパクトに配置することができ、エンジン２の搭載スペースに制約がある場合でも、排気ガス浄化装置１を適切に配置することができる。 Further, the connecting pipe 24 is a U-shaped pipe, and the DOC 8 and the DPF 10 are arranged in parallel so that their axial directions are parallel to each other, so that the DOC 8 and the DPF 10 can be arranged in a compact manner, and the engine 2 is mounted. Even when the space is limited, the exhaust gas purification device 1 can be appropriately arranged.

また、ＤＰＦ１０の担体２８の第１のセグメント３０と第２のセグメント３２との接合面に垂直な方向における第１のセグメント３０の寸法ｈ１は、この方向における第２のセグメント３２の寸法ｈ２よりも小さく、これにより、第１のセグメント３０の体積は第２のセグメント３２の体積よりも小さくなっている。
ここで、互いの軸線方向が平行となるように並列配置されたＤＯＣ８及びＤＰＦ１０がＵ字形状の連結管２４により連結されている場合、第１のセグメント３０と第２のセグメント３２との接合面に垂直な方向は、ＤＯＣ８の中心軸線とＤＰＦ１０の中心軸線とを結ぶ方向とほぼ一致している。即ち、ＤＯＣ８の中心軸線とＤＰＦ１０の中心軸線とを結ぶ方向における第１のセグメント３０の寸法は、この方向における第２のセグメント３２の寸法よりも小さいので、第１のセグメント３０の体積は第２のセグメント３２の体積よりも小さくすることに加えて、ＤＯＣ８の中心軸線とＤＰＦ１０の中心軸線との距離を短縮することができ、これにより、排気ガス浄化装置１をコンパクトに構成することができる。 In addition, the dimension h1 of the first segment 30 in the direction perpendicular to the joint surface between the first segment 30 and the second segment 32 of the carrier 28 of the DPF 10 is larger than the dimension h2 of the second segment 32 in this direction. As a result, the volume of the first segment 30 is smaller than the volume of the second segment 32.
Here, when the DOC 8 and the DPF 10 that are arranged in parallel so that their axial directions are parallel to each other are connected by the U-shaped connecting pipe 24, the joint surface between the first segment 30 and the second segment 32. The direction perpendicular to the direction substantially coincides with the direction connecting the central axis of the DOC 8 and the central axis of the DPF 10. That is, since the dimension of the first segment 30 in the direction connecting the central axis of the DOC 8 and the central axis of the DPF 10 is smaller than the dimension of the second segment 32 in this direction, the volume of the first segment 30 is the second volume. In addition to making the volume of the segment 32 smaller than this, the distance between the central axis of the DOC 8 and the central axis of the DPF 10 can be shortened, whereby the exhaust gas purification device 1 can be made compact.

１排気ガス浄化装置
２エンジン
４吸気経路
６排気経路
８酸化触媒装置（ＤＯＣ）
１０パティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）
２４連結管
２６曲がり部
２８担体
３０第１のセグメント
３２第２のセグメント DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Exhaust gas purification apparatus 2 Engine 4 Intake path 6 Exhaust path 8 Oxidation catalyst apparatus (DOC)
10 Particulate filter (DPF)
24 connecting pipe 26 bent portion 28 carrier 30 first segment 32 second segment

Claims

An exhaust gas purification device for an engine that is provided in an exhaust path of an engine and removes particulate matter contained in exhaust gas,
An oxidation catalyst for oxidizing unburned gas in the exhaust gas,
A particulate filter provided with a wall-flow honeycomb-type carrier that is disposed downstream of the oxidation catalyst and collects particulate matter in the exhaust gas;
A connecting pipe connecting the oxidation catalyst and the particulate filter;
The connecting pipe has a bent portion, and is connected to the particulate filter at an outlet of the bent portion,
The particulate filter carrier is connected along the axial direction to a first segment connected to an inner portion of the bent portion of the connecting tube and an outer portion of the bent portion of the connecting tube. And a second segment,
The volume of the first segment of the particulate filter is smaller than the volume of the second segment of the particulate filter;
An exhaust gas purifying apparatus for an engine, wherein a filtration area per unit volume of the first segment of the particulate filter is larger than a filtration area per unit area of the second segment of the particulate filter.

The cell density of the first segment of the particulate filter is higher than the cell density of the second segment of the particulate filter, and the cell wall thickness of the first segment of the particulate filter is equal to that of the particulate filter. The exhaust gas purification device for an engine according to claim 1, wherein the cell wall thickness of the second segment is thinner.

The first segment of the particulate filter has a cell density of 200 cpsi to 400 cpsi, a cell wall thickness of 5 mil to 15 mil,
The exhaust gas purifying device for an engine according to claim 2, wherein the second segment of the particulate filter has a cell density of 200 cpsi or less.

The engine according to any one of claims 1 to 3, wherein the connecting pipe is a U-shaped pipe, and the oxidation catalyst and the particulate filter are arranged in parallel so that their axial directions are parallel to each other. Exhaust gas purification device.

The dimension of the first segment in a direction perpendicular to the joint surface between the first segment and the second segment of the particulate filter is smaller than the dimension of the second segment in this direction. 4. An exhaust gas purifying device for an engine according to 4.