JP2003301713A - エンジンの排気浄化装置 - Google Patents

エンジンの排気浄化装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＰＭ捕集用のＤＰＦの再生効率を向上し、ま
た圧損を低減し、スペース的にも有利とする。 【解決手段】 ディーゼルエンジン１の排気マニホール
ド９周辺（排気タービン１０上流又は下流）に、比較的
大粒径のＰＭを捕集する粗目ＤＰＦ１１を配置し、排気
マニホールド９周辺から離れた下流側の位置（車両床下
位置）に、比較的小粒径のＰＭを捕集する細目ＤＰＦ１
２を配置する。また、粗目フィルタ１１の容量をＶ１、
細目フィルタ１２の容量をＶ２とすると、Ｖ１＜Ｖ２と
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、エンジンの排気浄
化装置に関し、特に排気中の微粒子を捕集して焼却する
ものに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来のエンジンの排気浄化装置として、
特開２００１−２９５６２７号に示されるように、同一
のフィルタケース内に、前段フィルタと後段フィルタと
を配置し、前段フィルタは、比較的大粒径の排気微粒子
を捕集可能なように粗目とし、後段フィルタは、比較的
小粒径の排気微粒子を捕集可能なように細目としたもの
がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記公
報の記載の従来技術にあっては、前段に粗目、後段に細
目のフィルタを配置することを開示しているものの、こ
れらはフィルタケース内に隣接して配置されているた
め、次のような問題点があった。このフィルタケースを
車両床下位置に配置すると、排気温度が低いため、粗目
のフィルタに捕集される大粒径の排気微粒子が燃焼せ
ず、再生効率が悪い。
【０００４】その一方、このフィルタケースは、２つの
フィルタを収納するものであるため、排気温度の高い排
気マニホールド直下（エンジンルーム内）に、これを配
置する空間を確保することが難しい。特に、エンジンの
出力向上のため、フィルタでの圧損を低く抑えようとす
る場合、細目のフィルタについては、その容量を大きく
する必要があり、より一層、エンジン周辺部に空間を確
保することが困難となる。
【０００５】本発明は、このような従来の問題点を解決
することのできるエンジンの排気浄化装置を提供するこ
とを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】このため、請求項１の発
明では、排気マニホールド周辺に、比較的大粒径の排気
微粒子を捕集する粗目フィルタを配置し、排気マニホー
ルド周辺から離れた下流側の位置に、比較的小粒径の排
気微粒子を捕集する細目フィルタを配置したことを特徴
とする。
【０００７】請求項２の発明では、排気マニホールド周
辺に過給機の排気タービンを備え、前記粗目フィルタは
排気タービンの上流側に配置したことを特徴とする。請
求項３の発明では、排気マニホールド周辺に過給機の排
気タービンを備え、前記粗目フィルタは排気タービンの
直下流に配置したことを特徴とする。請求項４の発明で
は、前記粗目フィルタはエンジンルーム内に配置し、前
記細目フィルタは車両床下に配置したことを特徴とす
る。
【０００８】請求項５の発明では、前記粗目フィルタの
容量をＶ１、前記細目フィルタの容量をＶ２とすると、
Ｖ１＜Ｖ２であることを特徴とする。請求項６の発明で
は、前記粗目フィルタ及び細目フィルタのそれぞれに触
媒を担持させたことを特徴とする。
【０００９】
【発明の効果】請求項１の発明によれば、排気マニホー
ルド周辺に、比較的大粒径の排気微粒子を捕集する粗目
フィルタを配置することで、燃焼に高温度が必要な大粒
径の排気微粒子を排気温度の低下の少ない部位で確実に
燃焼させることができる。また、捕集可能粒径が大きい
粗目の場合、通気抵抗が小さく、圧損が大きくないこと
から、小容量で可能であり、スペースに余裕のないエン
ジン近傍への配置も容易である。
【００１０】その一方、排気マニホールド周辺から離れ
た下流側の位置に、比較的小粒径の排気微粒子を捕集す
る細目フィルタを配置するが、大粒径の排気微粒子につ
いては上流側の粗目フィルタで捕集されており、燃焼に
さほどの高温度を要求されない小粒径の排気微粒子をス
ペース的に有利な位置で捕集して燃焼させることができ
る。また、捕集可能粒径が小さい細目の場合、通気抵抗
が大きいが、大容量化により、圧損の増大を抑制可能で
あり、スペース的に余裕もあるので問題はない。従っ
て、再生効率、圧損、スペースのいずれも面でも優れた
排気浄化装置を提供できる。
【００１１】請求項２の発明によれば、粗目フィルタを
排気タービンの上流側に配置することで、排気タービン
で温度降下する前の高温排気を有効利用して、再生効率
をより向上させることができる。請求項３の発明によれ
ば、粗目フィルタを排気タービンの直下流に配置するこ
とで、ターボ性能を阻害することなく、スペース的に比
較的有利な位置で、できるだけ高温排気を利用して再生
効率を確保できる。
【００１２】請求項４の発明によれば、粗目フィルタは
エンジンルーム内に配置し、細目フィルタは車両床下に
配置することで、実用的となる。請求項５の発明によれ
ば、通気抵抗の小さい粗目フィルタについては小容量と
して、スペース的に有利にし、通気抵抗の大きい細目フ
ィルタについては大容量として、圧損の増大を抑制でき
る。
【００１３】請求項６の発明によれば、粗目フィルタ及
び細目フィルタのそれぞれに触媒を担持させたことで、
排気中のＨＣ、ＣＯの酸化反応を促進し、その反応熱を
利用して、排気微粒子をより確実に燃焼させることがで
きる。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図１は本発明の第１実施形態を示
すディーゼルエンジンのシステム図である。ディーゼル
エンジン１の各気筒の燃焼室２には、吸気系のエアクリ
ーナ３から、過給機の吸気コンプレッサ４、インターク
ーラ５、吸気絞り弁６、及び、吸気マニホールド７を経
て、空気が吸入される。そして、燃焼室２内に直接、燃
料噴射弁８より燃料が噴射供給されて、圧縮着火により
燃焼する。燃焼後の排気は、排気系の排気マニホールド
９から排出され、途中で過給機の排気タービン１０を駆
動する。
【００１５】ここで、ディーゼルエンジン１から排出さ
れる排気中の微粒子（ParticulateMatter；以下「Ｐ
Ｍ」という）を浄化するため、排気系に、ディーゼル・
パティキュレート・フィルタ（以下「ＤＰＦ」という）
を設け、これによりＰＭを捕集して焼却するが、本発明
では、比較的大粒径のＰＭを捕集する粗目ＤＰＦ１１
と、比較的小粒径のＰＭを捕集する細目ＤＰＦ１２とに
分けて設ける。
【００１６】すなわち、排気マニホールド９周辺、ここ
では排気マニホールド９の直下流で、排気タービン１０
上流側に、粗目ＤＰＦ１１を設け、排気マニホールド９
周辺より離れた下流側の位置（当然に、排気タービン１
０より下流側）に、細目ＤＰＦ１２を配置してある。図
２は本実施形態の場合の車載レイアウト図であり、粗目
ＤＰＦ１１は、エンジンルーム内に配置される。尚、図
中Ｄがエンジンルームの後方側を仕切るダッシュパネル
を示し、図中Ｒがエンジンルーム前方側に配置されるラ
ジエータを示している。細目ＤＰＦ１２は、エンジン１
から車両後方へ車両床下に沿って延びる排気管の途中に
配置され、接続には図示のフレキシブルチューブＦや図
示しない球面継手なども用いられる。
【００１７】粗目ＤＰＦ１１及び細目ＤＰＦ１２につい
て更に詳しく説明する。先ずこれらの共通点について説
明する。ＤＰＦ１１、１２は、いずれも、図３の斜視図
に示すように、多孔質セラミックからなり、円柱状の外
形を有するハニカム構造体であり、図示しない円筒状の
ケーシング内に保持マットを介して収納される。
【００１８】ＤＰＦ１１、１２の内部構造について説明
すると、ハニカム構造体の拡大断面図である図４に示す
ように、ハニカム構造体のセラミックからなる多孔質の
格子状セル壁２１により仕切られて複数の並列なセル空
間２２が設けられ、各セル空間２２はそれぞれ排気流れ
方向に延在している。そして、セル空間２２の隣接する
もの同士において、一方は出口側を、他方は入口側を、
それぞれ封止材２３、２４により交互に封止してある。
【００１９】入口側が開口し出口側を封止材２３により
封止されているセル空間２２が排気流入側セル空間２２
Ａであり、入口側を封止材２４により封止され出口側が
開口しているセル空間２２が排気流出側セル空間２２Ｂ
である。ここで、エンジン１からの排気は、排気流入側
セル空間２２Ａに流入し、多孔質のセル壁２１（その気
孔）を介してのみ、排気流出側セル空間２２Ｂに流出す
るので、セル壁２１にて排気中のＰＭを確実に捕集する
ことができる。
【００２０】また、排気流入側セル空間２２Ａ内（セル
空間２２Ａに面するセル壁２１の表面）には、Ｐｔ、Ｐ
ｄ、Ｒｈ等の貴金属を含有する触媒をコーティングし
て、触媒層２５を形成することで、排気中のＰＭの捕集
と同時に、触媒の作用により、排気中のＨＣ、ＣＯの酸
化反応を促進して、これらの浄化を図ることができる。
また、その反応熱により、堆積したＰＭを加熱し、排気
中の酸素の下で燃焼除去することができる。
【００２１】次にこれらの相違点について説明する。粗
目ＤＰＦ１１は、比較的大粒径のＰＭを捕集可能であ
り、通気抵抗が比較的小さいのに対し、細目ＤＰＦ１２
は、比較的小粒径のＰＭを捕集可能であり、通気抵抗が
比較的大きい。図５（ａ）は粗目ＤＰＦ１１の格子状セ
ル壁２１の拡大断面図であり、図５（ｂ）又は（ｃ）は
細目ＤＰＦ１２の格子状セル壁２１の拡大断面図であ
る。
【００２２】すなわち、粗目ＤＰＦ１１の格子状セル壁
２１については、図５（ａ）に示すように、その気孔の
平均的な孔径を比較的大きくすることにより、例えば粒
径８０〜１００ｎｍ（ナノメータ）のレベルまでのＰＭ
を捕集可能としてある。これに対し、細目ＤＰＦ１２の
格子状セル壁２１については、図５（ｂ）に示すよう
に、その気孔の平均的な孔径を比較的小さくすることに
より、又は、図５（ｃ）に示すように、図５（ａ）の粗
目ＤＰＦ１１に対し、その気孔の平均的な孔径を変える
ことなく、壁厚をｔ１→ｔ２に大きくして、通過長或い
は接触表面積を大きくすることにより、例えば粒径２０
〜５０ｎｍのレベルまでのＰＭを捕集可能としてある。
【００２３】尚、気孔径や壁厚の変更の他、材質（繊維
セラミック、発泡金属）の選定により、粗目、細目を達
成してもよい。また、粗目ＤＰＦ１１の容量をＶ１、細
目ＤＰＦ１２の容量をＶ２とすると、Ｖ１＜Ｖ２とす
る。同じ容量であれば、粗目と細目とでは、細目の方が
通気路総体積が小さい分、通気抵抗が大きい。従って、
通気抵抗、すなわち通気路総体積を同等レベルにするた
め、粗目に比して、細目の容量を大きくするのが望まし
いのである。圧損は、エンジン性能にとって重要なファ
クターであり、排気系で抵抗になる障害の中で最も圧損
の大きなものによりエンジンの圧損は決まってしまうの
で、２つのＤＰＦで圧損差はない方がよいからである。
【００２４】次に効果について説明する。排気マニホー
ルド９周辺に、比較的大粒径のＰＭを捕集する粗目フィ
ルタ１１を配置することで、下流側の細目フィルタ１２
では比較的小粒径のＰＭのみを捕集すればよい。また、
図６にエンジンからの距離と排気温度との関係を示すよ
うに、高温雰囲気である排気マニホールド９周辺で、粗
目フィルタ１１により比較的大粒径のＰＭを捕集するの
で、捕集したＰＭが大粒径であっても、高温雰囲気下で
確実に燃焼させることができ、再生効率を高めることが
できる。図７はＰＭ粒径と酸化温度との関係を示してお
り、ＰＭ粒径が大きくなるほど、酸化温度が低くなり、
エンジンから離れた車両床下位置でも燃焼させることが
できる。
【００２５】また、図８にＤＰＦ容量とＤＰＦ圧損との
関係を示すように、ＤＰＦ容量が大きくほど、圧損が小
さくなる。また、図９に捕集可能粒径とＤＰＦ圧損との
関係を示すように、捕集可能粒径が大きくなるほど、通
気抵抗が小さくなるので、圧損が小さくなる。従って、
捕集可能粒径が大きい粗目ＤＰＦ１１の場合、図９の関
係から圧損が小さい分、図８の関係から小容量化により
圧損が大きくなっても、トータルでの圧損を一定レベル
に維持できる。
【００２６】すなわち、図１０にＤＰＦ容量と捕集可能
粒径とをパラメータとして許容圧損の等圧線を示すよう
に、粗目ＤＰＦ１１の場合、捕集可能粒径が大きい分、
ＤＰＦ容量を小さくすることが可能となる。従って、小
容量で可能であり、省スペースであるので、スペース的
に余裕のないエンジン１近傍へ配置することが可能とな
る。
【００２７】その一方、排気マニホールド９周辺から離
れた下流側の位置に、比較的小粒径のＰＭを捕集する細
目ＤＰＦ１２を配置するが、大粒径のＰＭについては上
流側の粗目ＤＰＦ１１で捕集されており、燃焼にさほど
の高温度を要求されない小粒径のＰＭのみをスペース的
に捕集するので、燃焼が困難となることはない。捕集可
能粒径が小さい細目ＤＰＦ１２の場合、通気抵抗が大き
く、圧損が増大するが（図９参照）、大容量化により、
圧損の増大を抑制可能であり（図８参照）、スペース的
に余裕もあるので問題はない。
【００２８】すなわち、図１０を参照し、細目ＤＰＦ１
２の場合、捕集可能粒径が小さい分、ＤＰＦ容量を大き
くすることで、一定レベルの許容圧損を維持することが
できる。この場合、大容量化によりスペースが必要にな
るが、車両床下位置に配置できるので問題はない。次に
本発明の第２実施形態について図１１により説明する。
【００２９】第１実施形態（図１）では、粗目ＤＰＦ１
１を排気タービン１０の上流側に配置することで、排気
タービン１０で温度降下する前の高温排気を有効利用し
て、再生効率を向上させることができる。しかし、排気
タービン１０の上流側はスペース的にきつい場合もあ
り、また、エンジン・ターボ間の距離が大きくなるとタ
ーボの役割が十分に果たせなくなることもあり得る。
【００３０】このような場合には、第２実施形態とし
て、図１１に示すように、粗目ＤＰＦ１１を排気タービ
ン１０の直下流に配置する。これにより、ターボ性能を
阻害することなく、スペース的に比較的有利な位置で、
できるだけ高温排気を利用して再生効率を確保できる。
尚、本第２実施形態の車載への適用は、第１実施形態と
同様、図２に示したように、粗目ＤＰＦ１１をエンジン
ルーム内に配置し、細目ＤＰＦ１２は車両床下に配置す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施形態を示すエンジンのシス
テム図
【図２】 第１実施形態の車載レイアウト図
【図３】 ＤＰＦの概略斜視図
【図４】 ＤＰＦの内部構造を示す拡大断面図
【図５】 粗目ＤＰＦと細目ＤＰＦの違いを示す図
【図６】 エンジンからの距離と排気温度との関係を示
す図
【図７】 ＰＭ粒径と酸化温度との関係を示す図
【図８】 ＤＰＦ容量とＤＰＦ圧損との関係を示す図
【図９】 捕集可能粒径とＤＰＦ圧損との関係を示す図
【図１０】 ＤＰＦ容量及び捕集可能粒径と許容圧損と
の関係を示す図
【図１１】 本発明の第２実施形態を示すエンジンのシ
ステム図
【符号の説明】
１ ディーゼルエンジン ７ 吸気マニホールド ８ 燃料噴射弁 ９ 排気マニホールド １０ 過給機の排気タービン １１ 粗目ＤＰＦ １２ 細目ＤＰＦ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） // Ｂ０１Ｄ 46/42 Ｂ０１Ｄ 53/36 １０３Ｃ Ｆターム(参考） 3G090 AA04 BA01 EA05 3G091 AA10 AA18 AB02 AB13 BA15 BA19 GA06 GB05W GB06W GB07W GB17X HA01 HA08 HA15 HB06 4D048 AA13 AA14 AA18 AB01 BA10X BB02 BB14 BB17 CC32 CC45 CD05 CD08 4D058 JA32 JB06 JB28 JB29 KB11 MA44 SA08

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】排気マニホールド周辺に、比較的大粒径の
    排気微粒子を捕集する粗目フィルタを配置し、排気マニ
    ホールド周辺から離れた下流側の位置に、比較的小粒径
    の排気微粒子を捕集する細目フィルタを配置したことを
    特徴とするエンジンの排気浄化装置。
  2. 【請求項２】排気マニホールド周辺に過給機の排気ター
    ビンを備え、前記粗目フィルタは排気タービンの上流側
    に配置したことを特徴とする請求項１記載のエンジンの
    排気浄化装置。
  3. 【請求項３】排気マニホールド周辺に過給機の排気ター
    ビンを備え、前記粗目フィルタは排気タービンの直下流
    に配置したことを特徴とする請求項１記載のエンジンの
    排気浄化装置。
  4. 【請求項４】前記粗目フィルタはエンジンルーム内に配
    置し、前記細目フィルタは車両床下に配置したことを特
    徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載のエ
    ンジンの排気浄化装置。
  5. 【請求項５】前記粗目フィルタの容量をＶ１、前記細目
    フィルタの容量をＶ２とすると、Ｖ１＜Ｖ２であること
    を特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載
    のエンジンの排気浄化装置。
  6. 【請求項６】前記粗目フィルタ及び細目フィルタのそれ
    ぞれに触媒を担持させたことを特徴とする請求項１〜請
    求項５のいずれか１つに記載のエンジンの排気浄化装
    置。
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