JPH10159539A - ディーゼル機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 フィルタから排気上流側に排出されたアッシ
ュが、再びフィルタへ流入することを簡単な構造によっ
て確実に防止すること。 【解決手段】 機関排気系に配置されたパティキュレー
ト捕集用のフィルタ１と、フィルタ１の排気上流側近傍
において機関排気系に開口する凹状のアッシュ収容部３
０と、アッシュ収容部３０より低圧のアッシュ排出位置
４とアッシュ収容部３０とを連通するアッシュ排出路５
と、アッシュ排出路５に配置された開閉弁６とを具備
し、開閉弁６を開弁することにより、アッシュ収容部３
０に収容されたアッシュをフィルタ１を通過していない
排気ガス流によってアッシュ排出路５を介してアッシュ
排出位置４へ圧送する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ディーゼル機関の
排気浄化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ディーゼル機関の排気ガス中にはカーボ
ンを主成分とする排気微粒子（パティキュレート）が比
較的多く含まれており、これが環境汚染を引き起こすた
めに排気ガスを大気に放出する以前に除去されることが
好ましく、そのために、ディーゼル機関の排気通路内に
はパティキュレートを捕集するためのフィルタが配置さ
れている。

【０００３】ディーゼル機関の使用に伴いフィルタにお
けるパティキュレート捕集量が増加すると排気抵抗が増
大して機関性能を低下させるために、捕集されたパティ
キュレートは定期的に燃焼させられ、フィルタが再生さ
れるようになっている。

【０００４】ディーゼル機関の燃焼に際して、燃料だけ
でなく気筒内へ侵入したエンジンオイルも燃焼するため
に、その成分であるカルシウム及びリン等の酸化物及び
硫化物が生成される。通常、パティキュレートはこれら
を成分として有している。カルシウム又はリンの酸化物
又は硫化物は非常に燃焼し難く、前述のフィルタ再生に
おいて、アッシュとしてフィルタ内に残留し、フィルタ
を通して排気下流側に排出されることはないために、フ
ィルタ内に堆積して排気抵抗を増加させる。従って、こ
のようなアッシュは、フィルタの排気上流側に排出させ
て、再びフィルタへ流入することがないようにしなけれ
ばならない。

【０００５】排気通路のフィルタの排気上流側近傍に凹
状のアッシュ収容部を形成することにより、フィルタの
排気上流側に排出されたアッシュは、このアッシュ収容
部に収容される。アッシュ収容部は、収容するアッシュ
量が比較的少ない時には良好にアッシュを収容するが、
収容量が比較的多くなると、アッシュは排気ガス流によ
って巻き上げられるなどして再びフィルタへ流入する可
能性がある。従って、アッシュ収容部に収容されたアッ
シュを、再びフィルタへ流入する可能性のないアッシュ
排出位置、例えば、大気中へ定期的に排出する必要があ
る。特開平７−６３０３８号公報には、フィルタ排気下
流側から排気上流側への排気ガスの逆流を可能とする構
造を有し、逆流排気ガスによって、フィルタの排気上流
側に排出させたアッシュを、再びフィルタへ流入する可
能性のない所定位置へ圧送することが開示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前述の従来技術におい
て、逆流排気ガスは、フィルタを通過する際の比較的大
きな圧力損失によって、期待するほどのアッシュ圧送力
を有しておらず、確実にアッシュを所定位置に圧送する
ことができない。さらに、逆流排気ガスを発生させる構
造は、機関排気系を大幅に複雑化する。

【０００７】従って、本発明の目的は、フィルタから排
気上流側に排出されたアッシュが、再びフィルタへ流入
することを簡単な構造によって確実に防止することがで
きるディーゼル機関の排気浄化装置を提供することであ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明による請求項１に
記載のディーゼル機関の排気浄化装置は、機関排気系に
配置されたパティキュレート捕集用のフィルタと、前記
フィルタの排気上流側近傍において前記機関排気系に開
口する凹状のアッシュ収容部と、前記アッシュ収容部よ
り低圧のアッシュ排出位置と前記アッシュ収容部とを連
通するアッシュ排出路と、前記アッシュ排出路に配置さ
れた開閉弁とを具備し、前記開閉弁を開弁することによ
り、前記アッシュ収容部に収容されたアッシュを前記フ
ィルタを通過していない排気ガス流によって前記アッシ
ュ排出路を介して前記アッシュ排出位置へ圧送すること
を特徴とする。

【０００９】本発明による請求項２に記載のディーゼル
機関の排気浄化装置は、請求項１に記載のディーゼル機
関の排気浄化装置において、前記アッシュ収容部は、分
割壁により複数の空間に分割され、前記各空間が、前記
機関排気系に開口し、前記アッシュ排出路に通じている
ことを特徴とする。

【００１０】本発明による請求項３に記載のディーゼル
機関の排気浄化装置は、請求項２に記載のディーゼル機
関の排気浄化装置において、前記アッシュ収容部の各空
間における前記機関排気系への開口部は、前記機関排気
系の長手軸線方向に並列していることを特徴とする。

【００１１】本発明による請求項４に記載のディーゼル
機関の排気浄化装置は、請求項１に記載のディーゼル機
関の排気浄化装置において、前記アッシュ収容部は、絞
り部を介して前記アッシュ排出路ヘ通じていることを特
徴とする。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１は、本発明によるディーゼル
機関の排気浄化装置の第１実施形態を示す機関排気系の
一部の概略縦断面図である。同図において、１はパティ
キュレート捕集用のフィルタである。２はフィルタ１の
排気下流側に接続された第１フランジ管であり、３はフ
ィルタ１の排気上流側に接続された第２フランジ管であ
る。第１フランジ管２は、ターボチャージャのタービン
（図示せず）を介して下流排気管４に接続される。

【００１３】図示したように、フィルタ１は排気上流側
を下にして斜め配置されており、第２フランジ管３に
は、フィルタ１の排気上流側端面の垂直投影面にほぼ対
向して開口する凹状のアッシュ収容部３０が形成されて
いる。アッシュ収容部３０は、アッシュ排出路５によっ
て下流排気管４に連通されている。アッシュ排出路５
は、比較的小さな断面積を有し、少なくともアッシュ収
容部３０との接続位置においては矩形断面形状を有し、
この矩形断面の底面とアッシュ収容部３０の底面とが同
じ高さとなるようにアッシュ収容部３０に接続されてい
る。アッシュ排出路５の下流排気管４への開口部には、
駆動軸６ａ回りに回動可能な常時閉の開閉弁６が配置さ
れている。

【００１４】図２は図１における断面Ａ−Ａを示し、図
３は図１における断面Ｂ−Ｂを示している。アッシュ収
容部３０は、これらの図に示すように、アッシュ排出路
５へ向けて徐々に幅が狭くなってアッシュ排出路５との
接続位置においてはアッシュ排出路５と同じ幅となる先
細の断面形状を有している。

【００１５】フィルタ１は、一般的なものであり、例え
ば、多孔性物質からなるハニカム状の隔壁を備えたハニ
カム状フィルタで、隔壁で囲まれた通路の隣接する二つ
において、一方が排気上流側を、他方が排気下流側をセ
ラミック製の閉塞材によって閉塞されているものであ
る。それにより、排気ガスは隔壁を通過し、その際に多
孔性物質からなる隔壁によってパティキュレートが捕集
されるようになっている。また、フィルタ１には、電気
ヒータが配置されている。

【００１６】フィルタ１へのパティキュレートの捕集量
がかなり増加すると排気抵抗が大幅に増大するために、
この時には電気ヒータを通電発熱させ、パティキュレー
トを定期的に燃焼させるようになっている。もちろん、
電気ヒータに代えて、又は電気ヒータに加えて、燃料及
び二次空気をパティキュレート捕集用フィルタへ供給す
るような他のパティキュレート燃焼手段を設けることも
可能である。

【００１７】このようなパティキュレート燃焼手段によ
って、パティキュレートの可燃成分はフィルタから除去
されるが、パティキュレートの成分として含まれるカル
シウム又はリンの酸化物又は硫化物等は、燃焼せずにア
ッシュとしてパティキュレート捕集用フィルタに堆積す
る。

【００１８】このようなアッシュは、フィルタ１が排気
上流側を下にして斜め配置されているために、始動時又
は運転時の機関振動によってフィルタ１の排気上流側に
排出され、アッシュ収容部３０内に収容される。機関振
動によるアッシュの排出が不十分な場合には、フィルタ
加振装置又は任意のアッシュ排出手段を設けるようにし
ても良い。アッシュ収容部は、収容するアッシュ量が比
較的少ない時には良好にアッシュを収容するが、収容量
が比較的多くなると、アッシュは排気ガス流によって巻
き上げられるなどして再びフィルタ１へ流入する可能性
がある。

【００１９】これを防止するために、定期的に開閉弁６
が開弁される。開閉弁６が開弁されると、排気ガス流
は、フィルタの排気上流側から、フィルタ１及びターボ
チャージャのタービンを通過するより排気抵抗が小さな
アッシュ収容部３０及びアッシュ排出路５を通過し、下
流排気管４へ流入する。この時、アッシュ収容部３０を
通過する排気ガス流は、フィルタ１及びターボチャージ
ャのタービンを通過していないために大きな圧力損失を
受けておらず、アッシュ収容部３０内のアッシュを下流
排気管４へ良好に圧送することができる。下流排気管４
へ圧送されたアッシュは、大気中に放出され、再びフィ
ルタ１へ流入することはない。このように、フィルタ１
を通過していない排気ガスを利用してアッシュを大気中
に放出すると、排気ガス中に含まれるパティキュレート
も大気中に放出されることになるために、開閉弁６を開
弁する時期は、燃料噴射量が少なく排気ガス中のパティ
キュレート含有率の低い機関減速時を選択することが好
ましい。

【００２０】接続位置において、アッシュ排出路５の底
面がアッシュ収容部３０の底面より上側となっていた
り、アッシュ排出路５の幅よりアッシュ収容部３０の幅
が広くなっている場合には、アッシュ収容部３０内を通
過する排気ガスの淀み空間（デッドスペース）が形成さ
れる。しかしながら、本実施形態においては、アッシュ
排出路５及びアッシュ収容部３０は、前述した断面形状
を有して互いに接続されているために、このようなデッ
ドスペースが形成されることはなく、アッシュ収容部３
０内全体のアッシュを確実に排出することができる。ア
ッシュ収容部３０の幅がアッシュ排出路５の接続位置か
らは徐々に広げられているために、このアッシュ収容部
３０は、デッドスペースの形成を防止すると共に、ある
程度のアッシュ収容量を確保することができる。

【００２１】アッシュ排出路５は、前述したように比較
的小さな断面積を有しているために、アッシュ収容部３
０からアッシュ排出路５へ流入する際の排気ガス流速が
高まり、アッシュ収容部３０内のアッシュの圧送排出
は、さらに確実なものとなる。

【００２２】図４は、本発明によるディーゼル機関の排
気浄化装置の第２実施形態を示すアッシュ収容部３０近
傍の拡大断面図である。第１実施形態との違いについて
のみ以下に説明する。本実施形態は、第１実施形態と同
様なアッシュ排出路５及びアッシュ収容部３０を有して
いるが、アッシュ収容部３０内が、分割壁８によって、
フィルタ排気上流側への開口部３１ａ及びアッシュ排出
路５への開口部３１ｂをそれぞれに有する複数（６つ）
の空間３１に分割されている。

【００２３】アッシュ収容部３０は、ある程度の量のア
ッシュを収容しなければならないために、比較的大きな
容積が必要とされる。従って、アッシュ収容部３０内に
は前述のデッドスペースが形成され易い。しかしなが
ら、本実施形態のように、アッシュ収容部３０内を前述
の複数の空間３１に分割することにより、小さな各空間
３１内ではデッドスペースが非常に形成され難くなる。
それにより、開閉弁６の開弁時において、排気ガス流
は、各空間３１内へ流入し、個々の空間３１内のアッシ
ュ７を下流排気管４内へ確実に圧送し、アッシュ収容部
３０内全体のアッシュをさらに確実に排出することがで
きる。

【００２４】また、本実施形態において、各分割壁８
は、垂直壁と水平壁とを有してＬ字断面形状を呈し、各
空間３１のフィルタ排気上流側への各開口部３１ａが第
２フランジ管３の長手軸線方向に並列するように配置さ
れている。それにより、各空間３１の第２フランジ管３
の長手軸線方向の幅が狭くなるために、開閉弁６の閉弁
時における排気ガスが各空間３１内へ流入し難くなり、
各空間３１内に収容されたアッシュが、この排気ガスに
よって巻き上げられてフィルタ排気上流側に排出される
ことは防止される。

【００２５】さらに、本実施形態において、各空間３１
はＬ字断面形状を有し、アッシュは各空間３１内の変曲
部分に堆積する。それにより、各空間３１内を通過する
排気ガスは、この変曲部分において方向を約９０°変え
られ、この時、堆積するアッシュに衝突してアッシュを
浮遊させる。浮遊したアッシュは、排気ガスと共に容易
に圧送され、良好に下流排気管４へ排出される。

【００２６】図５は、本発明によるディーゼル機関の排
気浄化装置の第３実施形態を示すアッシュ収容部３０’
近傍の拡大断面図であり、図６は図５のＣ−Ｃ断面図で
ある。本実施形態のアッシュ収容部３０’は、フィルタ
１’の排気上流側の開口面積が比較的小さく、大きな深
さを有している。アッシュ収容部３０’内へ側面から円
形断面のアッシュ排出路５’が進入しており、アッシュ
収容部３０’の下側角部だけに比較的大きな空間３１’
が形成されている。アッシュ排出路５’は、前述同様、
開閉弁（図示せず）を介して下流排気管（図示せず）に
接続されている。また、このアッシュ排出路５’は、ア
ッシュ収容部３０’への進入側端部において閉塞されて
いるが、前述の空間３１’に対向する位置に小さな開口
部５’ａが形成されている。

【００２７】フィルタ１から排気上流側に排出されたア
ッシュは、このアッシュ収容部３０’内へ落下し、空間
３１’内に堆積する。開閉弁が閉弁されている時のフィ
ルタ１’へ流入する排気ガスは、アッシュ収容部３０’
のフィルタ排気上流側への開口面積が比較的小さく、し
かもアッシュ排出路５’がアッシュ収容部３０’内に存
在するために、空間３１’へ達することはなく、排気ガ
スによって空間３１’内のアッシュが巻き上げられて再
びフィルタ１’へ流入することは確実に防止される。

【００２８】空間３１’内のアッシュの収容量が比較的
多くなると、前述同様、開閉弁が開弁され、排気ガスは
アッシュ収容部３０’及びアッシュ排出路５’を通過し
て下流排気管へ流れる。この時、空間３１’に対向する
アッシュ排出路５’の開口部５’ａは、かなり小さいた
めに、アッシュ収容部３０’からアッシュ排出路５’へ
流入する排気ガスの流速は非常に速くなり、空間３１’
に堆積するアッシュを非常に良好にアッシュ排出路５’
内へ吸入することができ、確実にアッシュを下流排気管
へ排出することができる。

【００２９】図７は、本発明によるディーゼル機関の排
気浄化装置の第４実施形態を示す機関排気系の一部の概
略縦断面図である。第１実施形態との違いについてのみ
以下に説明する。本実施形態において、アッシュ排出路
５は、開閉弁６を介してアッシュ蓄積部９へ接続されて
いる。さらに、このアッシュ蓄積部９は、その側面から
延在する連通路１０によって下流排気管４に接続されて
いる。連通路１０には、アッシュが下流排気管４へ流入
することを防止するためのアッシュフィルタ１１又はバ
ッフルプレートが配置されている。

【００３０】前述の二つの実施形態がアッシュを下流排
気管を介して大気中に放出するのに対して、本実施形態
は、アッシュ収容部３０から排出されたアッシュは、ア
ッシュ蓄積部９に蓄積するようになっている。アッシュ
蓄積部９は、アッシュ収容部３０とは異なり機関排気系
に直接的に開口するものではないために、アッシュ蓄積
部９内に蓄積されたアッシュは、再びフィルタ１へ流入
する可能性はない。

【００３１】アッシュ蓄積部９の配置位置は任意に選択
可能であるために、非常に大きな容積とすることがで
き、例えば、アッシュ蓄積部９からのアッシュ除去は、
車検毎のように非常に長い期間とすることができる。

【００３２】前述した全ての実施形態において、パティ
キュレート捕集用のフィルタは、機関振動によりアッシ
ュをフィルタ排気上流側に排出するために、排気上流側
を下に斜めに配置されているが、これは、本発明を限定
するものではなく、選択した任意のアッシュ排出手段に
よってアッシュがフィルタの排気上流側に排出されるよ
うに配置可能である。

【００３３】また、第１実施形態において、アッシュ排
出路５は、少なくともパティキュレート捕集用のフィル
タ１をバイパスすれば良く、フィルタ１の回りに環状断
面のアッシュ排出路を形成することも可能であり、それ
により、機関排気系を小型化することができる。

【００３４】

【発明の効果】このように、本発明による請求項１に記
載のディーゼル機関の排気浄化装置によれば、アッシュ
収容部より低圧のアッシュ排出位置とアッシュ収容部と
を連通するアッシュ排出路が設けられ、アッシュ排出路
に配置された開閉弁を開弁することにより、アッシュ収
容部に収容されたアッシュは、排気ガス流によってアッ
シュ排出路を介してアッシュ排出位置へ圧送される。こ
の排気ガスは、フィルタ等を通過していないために、大
きな圧力損失を受けておらず、アッシュ排出位置へのア
ッシュの圧送を確実なものする。このように、簡単な構
造によって、フィルタから排気上流側に排出されたアッ
シュが再びフィルタへ流入することを確実に防止するこ
とができる。

【００３５】また、本発明による請求項２に記載のディ
ーゼル機関の排気浄化装置によれば、請求項１に記載の
ディーゼル機関の排気浄化装置において、アッシュ収容
部は、分割壁により複数の空間に分割され、各空間が、
機関排気系に開口し、アッシュ排出路に通じているため
に、開閉弁開弁時において排気ガスがアッシュ収容部内
を通過する際のデッドスペースを無くし、アッシュ収容
部内のアッシュ全体を確実にアッシュ排出位置へ圧送す
ることができる。

【００３６】また、本発明による請求項３に記載のディ
ーゼル機関の排気浄化装置によれば、請求項２に記載の
ディーゼル機関の排気浄化装置において、アッシュ収容
部の各空間における機関排気系への開口部は、機関排気
系の長手軸線方向に並列しているために、この方向の開
口部の幅が狭くなり、開閉弁閉弁時において、排気ガス
が各空間内へ流入し難く、アッシュ収容部内のアッシュ
が巻き上げられて再びフィルタへ流入することは防止さ
れる。

【００３７】また、本発明による請求項４に記載のディ
ーゼル機関の排気浄化装置によれば、請求項１に記載の
ディーゼル機関の排気浄化装置において、アッシュ収容
部は、絞り部を介してアッシュ排出路ヘ通じているため
に、開閉弁開弁時において、排気ガスがアッシュ排出路
へ流入する際の流速が高まり、アッシュを良好にアッシ
ュ排出路へ導くことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるディーゼル機関の排気浄化装置の
第１実施形態を示す機関排気系の一部の概略縦断面図で
ある。

【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。

【図３】図１のＢ−Ｂ断面図である。

【図４】本発明によるディーゼル機関の排気浄化装置の
第２実施形態を示すアッシュ収容部近傍の拡大断面図で
ある。

【図５】本発明によるディーゼル機関の排気浄化装置の
第３実施形態を示すアッシュ収容部近傍の拡大断面図で
ある。

【図６】図５のＣ−Ｃ断面図である。

【図７】本発明によるディーゼル機関の排気浄化装置の
第４実施形態を示す機関排気系の一部の概略縦断面図で
ある。

【符号の説明】

１…フィルタ ４…下流排気管 ５…アッシュ排出路 ６…開閉弁 ３０…アッシュ収容部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 機関排気系に配置されたパティキュレー
   ト捕集用のフィルタと、前記フィルタの排気上流側近傍
   において前記機関排気系に開口する凹状のアッシュ収容
   部と、前記アッシュ収容部より低圧のアッシュ排出位置
   と前記アッシュ収容部とを連通するアッシュ排出路と、
   前記アッシュ排出路に配置された開閉弁とを具備し、前
   記開閉弁を開弁することにより、前記アッシュ収容部に
   収容されたアッシュを前記フィルタを通過していない排
   気ガス流によって前記アッシュ排出路を介して前記アッ
   シュ排出位置へ圧送することを特徴とするディーゼル機
   関の排気浄化装置。
2. 【請求項２】 前記アッシュ収容部は、分割壁により複
   数の空間に分割され、前記各空間が、前記機関排気系に
   開口し、前記アッシュ排出路に通じていることを特徴と
   する請求項１に記載のディーゼル機関の排気浄化装置。
3. 【請求項３】 前記アッシュ収容部の各空間における前
   記機関排気系への開口部は、前記機関排気系の長手軸線
   方向に並列していることを特徴とする請求項２に記載の
   ディーゼル機関の排気浄化装置。
4. 【請求項４】 前記アッシュ収容部は、絞り部を介して
   前記アッシュ排出路ヘ通じていることを特徴とする請求
   項１に記載のディーゼル機関の排気浄化装置。