JP6414488B2 - 排気浄化装置のメンテナンス用具、及びメンテナンス方法 - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関から排出される排気を浄化する排気浄化装置のメンテナンス用具、及びメンテナンス方法に関する。
ディーゼルエンジンやガソリンエンジン等の内燃機関からの排気を浄化する排気浄化装置として、例えば、未燃燃料の酸化によって排気温度を上昇させる酸化触媒、排気中の粒子状物質（以下、ＰＭ）を捕集するフィルタ、排気中の窒素化合物（以下、ＮＯｘ）を浄化する選択的還元触媒（以下、ＳＣＲ触媒）、及び、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒（以下、ＬＮＴ触媒）等を備えるものが知られている。
この排気浄化装置では、排ガスに含まれるＰＭが付着するとフィルタの浄化能力が低下するので、酸化触媒に未燃燃料を供給して高温にした排気をフィルタに供給し、フィルタに付着したＰＭを燃焼除去する強制再生が行われている（例えば特許文献１参照）。
未燃燃料を酸化して発熱する酸化触媒であっても、長期間の使用によって排気上流面には目詰まりが生じてしまう。この目詰まりが進行すると白煙が排出されてしまうため、酸化触媒を取り外して水洗浄することが行われているが、酸化触媒の取り外し、水洗浄、及び取り付けを行う必要があり、作業に手間が掛かるという課題がある。また、水洗浄によって生じた廃水の処理にも手間が掛かるという課題がある。
開示のメンテナンス用具、及びメンテナンス方法は、メンテナンス作業を容易化することを目的とする。
開示のメンテナンス用具は、内燃機関からの排気を浄化する浄化部材と、前記排気を前記内燃機関から前記浄化部材へ案内すると共に、着脱可能に取り付けられる接続管と、前記排気に含まれる未燃燃料の濃度を増加させる燃料濃度増加手段とを備える排気浄化装置のメンテナンス時に用いられ、前記接続管と交換可能に取り付けられる筒状部材と、前記筒状部材に収容され、前記内燃機関からの排気に含まれる未燃燃料の酸化によって発熱し、前記排気を加熱して排気下流側に放出する発熱部材とを備える。
また、開示のメンテナンス方法は、内燃機関からの排気を浄化する浄化部材と、前記排気を前記内燃機関から前記浄化部材へ案内すると共に、着脱可能に取り付けられる接続管と、前記排気に含まれる未燃燃料の濃度を増加させる燃料濃度増加手段とを備える排気浄化装置に適用され、前記接続管を取り外す第１工程と、前記接続管と交換可能に設けられた筒状部材、及び前記筒状部材に収容され、前記内燃機関からの排気に含まれる未燃燃料の酸化によって発熱し、前記排気を加熱して排気下流側に放出する発熱部材を備えるメンテナンス用具を、前記接続管に替えて取り付ける第２工程と、前記燃料濃度増加手段によって前記排気に含まれる前記未燃燃料の濃度を増加させる第３工程とを含む。
開示のメンテナンス用具、及びメンテナンス方法によれば、メンテナンス作業を容易化できる。
以下、添付図面に基づいて、本発明の一実施形態を説明する。同一の部品には同一の符号を付してあり、それらの名称及び機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。
図１に示すように、ディーゼルエンジン１０（以下、単にエンジン１０という）の各気筒には、コモンレール１１に畜圧された高圧燃料を各気筒内に直接噴射するインジェクタ１２がそれぞれ設けられている。これら各インジェクタ１２の燃料噴射量や燃料噴射タイミングは、電子制御ユニット５０（以下、ＥＣＵ５０）から入力される指示信号に応じてコントロールされる。
エンジン１０の吸気マニホールド１３には新気を導入する吸気通路１４が接続され、排気マニホールド１５には排気を外部に導出する排気通路１６が接続されている。吸気通路１４の途中には、可変容量型過給機１７のコンプレッサ１７Ａが設けられている。排気通路１６には、排気上流側から順に可変容量型過給機１７のタービン１７Ｂと排気浄化装置２０が設けられている。
可変容量型過給機１７と排気浄化装置２０とは排気通路１６の一部を形成する接続管１６Ａ，１６Ｂを介して接続されている。図１の例では、上流側接続管１６Ａと下流側接続管１６Ｂを介して接続されている。なお、接続管の本数や形状は、この例に限られず、任意の本数や形状に定めることができる。
排気浄化装置２０は、ケース２１内に排気上流側から順に酸化触媒２２、パティキュレートフィルタ２３（以下、フィルタ２３）を配置して構成されている。また、酸化触媒２２よりも上流側の排気通路１６、詳しくは上流側接続管１６Ａの途中には、ＥＣＵ５０から入力される指示信号に応じて、排気通路１６内に未燃燃料（主にＨＣ）を噴射する排気管噴射装置２４が設けられている。
酸化触媒２２は、本発明の浄化部材の一例であり、例えばハニカム構造体等のセラミック製担体表面に酸化触媒成分を担持して形成されている。酸化触媒２２は、排気管噴射装置２４又はインジェクタ１２のポスト噴射によって未燃燃料が供給されると、これを酸化して排気温度を上昇させる。
フィルタ２３は、本発明の浄化部材の一例であり、例えば多孔質性の隔壁で区画された多数のセルを排気の流れ方向に沿って配置し、これらセルの上流側と下流側とを交互に目封止して形成されている。フィルタ２３は、排気中のＰＭを隔壁の細孔や表面に捕集すると共に、ＰＭ堆積推定量が所定量に達すると、これを燃焼除去するいわゆるフィルタ再生が実行される。フィルタ再生は、排気管噴射又はポスト噴射によって排気中の未燃燃料の濃度を高めて酸化触媒２２に供給し、酸化触媒２２での酸化反応によってフィルタ２３に流入する排気温度をＰＭ燃焼温度まで昇温することで行われる。そして、排気管噴射を行う排気管噴射装置２４やポスト噴射を行うインジェクタ１２は、本発明の燃料濃度増加手段の一例である。
ＥＣＵ５０は、エンジン１０等の各種制御を行うもので、公知のＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ、入力ポート、出力ポート等を備えて構成されている。これら各種制御を行うため、ＥＣＵ５０にはセンサ類（不図示）のセンサ値が入力される。また、ＥＣＵ５０には、メンテナンススイッチ５１からのスイッチ信号が入力されている。メンテナンススイッチ５１は、フィルタ２３の強制再生を行う際に操作されるスイッチである。メンテナンススイッチ５１が操作されると、排気管噴射装置２４から未燃燃料が噴射され、酸化触媒２２で加熱された排気によってフィルタ２３に堆積されたＰＭが燃焼除去される。
図２に示すメンテナンス管３０は、本発明のメンテナンス用具の一例であり、酸化触媒２２の排気上流側に生じた目詰まりを除去するメンテナンス時に用いられる。このメンテナンス管３０は、筒状部材の一例であるフランジ付鋼管３１と、発熱部材の一例であるメンテナンス触媒３２とを備えている。
フランジ付鋼管３１は、下流側接続管１６Ｂと同じ形状、及び同じ材質に設けられている。なお、フランジ付鋼管３１に関し、下流側接続管１６Ｂと交換可能に取り付けられる形状であって排気温度以上の耐熱性を有する材質であれば、異なる形状及び材質であってもよい。
メンテナンス触媒３２は、フランジ付鋼管３１に収容され、内燃機関からの排気に含まれる未燃燃料の酸化によって発熱し、この排気を加熱して排気下流側に放出する。このメンテナンス触媒３２は、酸化触媒２２と同じく排気流路となるハニカム構造をしたセラミック製担体を備え、この担体表面に酸化触媒成分を担持させたものである。
図２の例では、フランジ付鋼管３１は、円筒直管状の管本体の両端にリング状円板のフランジ部を設けた形状とされている。また、メンテナンス触媒３２は、管本体３１Ａの長さと略等しい長さの円柱形状とされている。
次に、前述のメンテナンス管３０を用いた酸化触媒２２のメンテナンス作業（メンテナンス方法）について説明する。このメンテナンス作業は、例えばディーラや整備工場で行われる。
図３に示すように、下流側接続管１６Ｂを取り外す取り外し工程（第１工程）が行われる。この取り外し工程は、エンジン１０の停止状態で行われ、上流側接続管１６Ａと下流側接続管１６Ｂのフランジ同士の締結状態を解くと共に、下流側接続管１６Ｂと排気浄化装置２０（ケース２１）のフランジ同士の締結状態を解く。締結状態を解いたならば、下流側接続管１６Ｂを取り外す。
下流側接続管１６Ｂを取り外したならば、下流側接続管１６Ｂに替えてメンテナンス管３０を取り付ける取り付け工程（第２工程）が行われる。この取り付け工程では、上流側接続管１６Ａとメンテナンス管３０のフランジ同士を、複数組のボルト及びナットによって締結すると共に、下流側接続管１６Ｂと排気浄化装置２０（ケース２１）のフランジ同士を、複数組のボルト及びナットによって締結する。
メンテナンス管３０を取り付けたならば、排気に含まれる未燃燃料の濃度を増加させる燃料濃度増加工程（第３工程）が行われる。図５に示すように、この燃料濃度増加工程は、例えば、エンジン１０のアイドリング状態において、メンテナンススイッチ５１が操作されることで開始される。メンテナンススイッチ５１からの操作信号が入力されると、ＥＣＵ５０は排気管噴射装置２４に対して指示信号を出力する。排気管噴射装置２４は、指示信号が入力されると所定時間（例えば数分〜十数分）に亘って未燃燃料を噴射し続ける。なお、排気管噴射装置２４による未燃燃料の噴射に代えて、または未燃燃料の噴射と共に、インジェクタ１２によるポスト噴射を行ってもよい。
図６に示すように、排気に含まれる未燃燃料の濃度が増加されると、メンテナンス管３０が備えるメンテナンス触媒３２は、未燃燃料を酸化して排気の温度を上昇させる。メンテナンス触媒３２を通過して高温になった排気は、酸化触媒２２に流入する。これにより、酸化触媒２２における目詰まりの原因であるＰＭやタールが燃焼によって除去される。
未燃燃料を所定時間に亘って噴射したならば、或いは、その他の噴射終了条件が成立したならば、排気管噴射装置２４による排気管噴射やインジェクタ１２によるポスト噴射は終了する。その後、メンテナンス管３０が交換作業に適した温度に冷却されたならば、メンテナンス管３０を取り外し、下流側接続管１６Ｂを再度接続することでメンテナンス作業が終了する。
このように、本実施形態のメンテナンス管３０は、下流側接続管１６Ｂと交換可能に取り付けられるフランジ付鋼管３１と、フランジ付鋼管３１に収容され、エンジン１０からの排気に含まれる未燃燃料の酸化によって発熱し、排気を加熱して排気下流側に放出するメンテナンス触媒３２とを備えている。
このメンテナンス管３０を用いたメンテナンス作業では、メンテナンス管３０を下流側接続管１６Ｂに替えて取り付けた後にエンジン１０を始動し、排気管噴射やポスト噴射を行うだけで酸化触媒２２の目詰まりを解消できる。このため、メンテナンス作業を容易化できる。また、洗浄水を使用しないので、廃水処理に手間が掛からない。この点でも作業を容易化できる。加えて、メンテナンス触媒３２の発熱量は、酸化触媒２２の目詰まりを解消可能な発熱量で足りるため、必要とされる酸化触媒成分の量を酸化触媒２２における酸化触媒成分の量の数分の１に抑えることもできる。
なお、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。
例えば、図７（Ａ），（Ｂ）に示す第１変形例のメンテナンス管３０Ａでは、メンテナンス触媒３２Ａの長さをフランジ付鋼管３１Ａの長さよりも短く定め（図７の例では略半分の長さ）、メンテナンス触媒３２Ａを一方のフランジ付鋼管３１Ａに寄せて配置している。第１変形例のメンテナンス管３０では、図７（Ａ）に示すように、メンテナンス触媒３２Ａが酸化触媒２２と近接する向きとなるようにメンテナンス管３０Ａを取り付けることで高温の排気を酸化触媒２２へ流入させることができる。一方、図７（Ｂ）に示すように、メンテナンス触媒３２Ａが酸化触媒２２から遠くなる向きとなるようにメンテナンス管３０Ａを取り付けることで、図７（Ａ）の状態よりも多少低い温度の排気を酸化触媒２２へ流入させることができる。また、メンテナンス触媒３２Ａと酸化触媒２２の間隔が開くので排気温度の均一化が図れ、酸化触媒２２の表面に対する加熱ムラを抑制することもできる。
また、図８（Ａ）〜（Ｃ）に示す第２変形例のメンテナンス管３０Ｂでは、メンテナンス管３０Ｂを複数の短尺管ＳＰ（フランジ付鋼管３１Ｂ，メンテナンス触媒３２Ｂの組）で形成すると共に、フランジ付鋼管のみで構成されたスペーサ３３Ｂも用いている。図８の例では、短尺管ＳＰ及びスペーサ３３Ｂの長さを下流側接続管１６Ｂの１／２の長さに定めている。図８（Ａ）は、短尺管ＳＰを酸化触媒２２と近接する側に配置し、スペーサ３３Ｂを排気管噴射装置２４側に配置した例である。図８（Ｂ）は、図８（Ａ）とは逆に、スペーサ３３Ｂを酸化触媒２２と近接する側に配置し、短尺管ＳＰを排気管噴射装置２４側に配置した例である。図８（Ｃ）は、２つの短尺管ＳＰを用いた例である。
このように、メンテナンス管３０Ｂを、複数の短尺管ＳＰとスペーサ３３Ｂの組み合わせとすることで、メンテナンス管３０Ｂの発熱量や排気の流れを調整できる。これにより、排気の温度や排気の流れについて調整の自由度を高めることができる。なお、第２変形例では、短尺管ＳＰ及びスペーサ３３Ｂの長さを下流側接続管１６Ｂの１／２としたが、この長さに限定されない。下流側接続管１６Ｂの１／３としても良いし、１／４としてもよい。また等分割にする必要もない。短尺管ＳＰやスペーサ３３Ｂの組み合わせが下流側接続管１６Ｂと同じ長さになっていればよい。
また、図９に示す第３変形例のメンテナンス管４０は、上流側接続管１６Ａに替えて用いられている。この第３変形例では、可変容量型過給機１７の排気下流側に接続されたエキゾーストアダプタ１８に排気管噴射装置２４が設けられているので、上流側接続管１６Ａに替えてメンテナンス管４０（フランジ付鋼管４１，メンテナンス触媒４２）を接続することができる。すなわち、燃料濃度増加手段よりも排気下流側であって酸化触媒２２よりも排気上流側に着脱可能な状態で取り付けられている接続管であれば、メンテナンス管３０との置換が可能である。
また、以上の実施形態では、酸化触媒２２をメンテナンス対象の浄化部材として説明したが、他の種類の浄化部材であってもメンテナンス対象になり得る。例えばＳＣＲ触媒やＬＮＴ触媒のメンテナンスも、上述のメンテナンス管３０，３０Ａ，３０Ｂを用いて同様に行うことができる。
１０…ディーゼルエンジン，１１…コモンレール，１２…インジェクタ，１３…吸気マニホールド，１４…吸気通路，１５…排気マニホールド，１６…排気通路，１６Ａ…上流側接続管，１６Ｂ…下流側接続管，２０…排気浄化装置，２１…ケース，２２…酸化触媒，２３…パティキュレートフィルタ，２４…排気管噴射装置，３０，３０Ａ，３０Ｂ…メンテナンス管，３１，３１Ａ，３１Ｂ…フランジ付鋼管，３２，３２Ａ，３２Ｂ…メンテナンス触媒，４０…メンテナンス管，４１…フランジ付鋼管，４２…メンテナンス触媒，５０…ＥＣＵ，５１…メンテナンススイッチ，ＳＰ…短尺管
Claims (3)
- 内燃機関からの排気を浄化する浄化部材と、前記排気を前記内燃機関から前記浄化部材へ案内すると共に、着脱可能に取り付けられる接続管と、前記排気に含まれる未燃燃料の濃度を増加させる燃料濃度増加手段とを備える排気浄化装置のメンテナンス時に用いられるメンテナンス用具であって、
前記接続管と交換可能に取り付けられる筒状部材と、
前記筒状部材に収容され、前記内燃機関からの排気に含まれる未燃燃料の酸化によって発熱し、前記排気を加熱して排気下流側に放出する発熱部材とを備える
メンテナンス用具。 - 前記発熱部材は、排気通路が形成された耐熱性担体の表面に触媒成分を担持して形成されている
請求項１に記載のメンテナンス用具。 - 内燃機関からの排気を浄化する浄化部材と、前記排気を前記内燃機関から前記浄化部材へ案内すると共に、着脱可能に取り付けられる接続管と、前記排気に含まれる未燃燃料の濃度を増加させる燃料濃度増加手段とを備える排気浄化装置のメンテナンス方法であって、
前記接続管を取り外す第１工程と、
前記接続管と交換可能に設けられた筒状部材、及び前記筒状部材に収容され、前記内燃機関からの排気に含まれる未燃燃料の酸化によって発熱し、前記排気を加熱して排気下流側に放出する発熱部材を備えるメンテナンス用具を、前記接続管に替えて取り付ける第２工程と、
前記燃料濃度増加手段によって前記排気に含まれる前記未燃燃料の濃度を増加させる第３工程とを含む
メンテナンス方法。
Priority Applications (5)
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