JP2009091982A

JP2009091982A - 排気浄化装置

Info

Publication number: JP2009091982A
Application number: JP2007263150A
Authority: JP
Inventors: Minehiro Murata; 峰啓村田; Yoshihisa Takeda; 好央武田; Hiroaki Fujita; 博昭藤田; Satoshi Hiranuma; 智平沼; Goro Iijima; 吾郎飯島
Original assignee: Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Current assignee: Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Priority date: 2007-10-09
Filing date: 2007-10-09
Publication date: 2009-04-30

Abstract

【課題】パティキュレートフィルタが収容されたケーシングからの放熱を抑制することが可能な排気浄化装置を提供する。
【解決手段】エンジン１の排気が流入する排気流入部５０と、流入した排気が流出する下流端開口部５２とを有する第１ケーシング４６と、両端が開口した筒状をなしてパティキュレートフィルタ３８を収容し、上流端開口部５４が第１フランジ６０及び第２フランジ６２を介して第１ケーシング４６の下流端開口部５２に着脱可能に連結されると共に、パティキュレートフィルタ３８より下流側となる側壁部５６にパティキュレートフィルタ３８を通過した排気が流出する排気流出部５８が設けられた第２ケーシング４８と、第２ケーシング４８に対し第３フランジ７２及び第４フランジ７４を介して着脱可能に取り付けられ、第２ケーシング４８の下流端開口部６８を閉塞する蓋部材７０とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明はエンジンの排気を浄化する排気浄化装置に関し、特にエンジンの排気中に含まれるパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタを備えた排気浄化装置に関する。

従来より、ディーゼルエンジン等のエンジンの排気通路にパティキュレートフィルタを設け、エンジンから排出される排気中に含まれるパティキュレートをパティキュレートフィルタで捕集し、大気中にパティキュレートが放出されないようにする技術が知られている。
パティキュレートフィルタでは、捕集したパティキュレートがパティキュレートフィルタ内に堆積することにより排気抵抗が増大するため、適宜パティキュレートフィルタの強制再生を行って、堆積したパティキュレートを強制的に焼却してパティキュレートフィルタを再生する。

一方、このようなパティキュレートのほかに、エンジンオイルやエンジン内で発生した摩耗粉、或いは強制再生によって残留したパティキュレートの灰分などに起因したアッシュと呼ばれる物質もパティキュレートと共にパティキュレートフィルタに堆積していく。しかしながら、このアッシュはパティキュレートとは異なり、パティキュレートフィルタの強制再生では焼却されずにパティキュレートフィルタ内に残留する。パティキュレートフィルタ内に残留したアッシュの量が増大してくると、パティキュレートと同様にパティキュレートフィルタにおける排気抵抗を増大させるという問題が生じるばかりでなく、パティキュレートフィルタに堆積するパティキュレートの量を正確に推定することが困難となって、パティキュレートフィルタの強制再生を適正な時期に実施することができなくなるという問題も生じる。

そこで、アッシュがパティキュレートフィルタにある程度堆積した場合には、パティキュレートフィルタの一方の端部から圧縮空気を吹き付け、内部に堆積しているアッシュをパティキュレートフィルタの他方の端部から排出させることにより、パティキュレートフィルタに堆積したアッシュを除去する必要がある。
ところで、パティキュレートフィルタは、特許文献１に示されているように、パティキュレートフィルタの連続再生及び排気昇温の際に必要となる前段酸化触媒や、排気中のＮＯｘを還元するＮＯｘ還元触媒、及びその下流側に設けられる後段酸化触媒などと組み合わされて用いられるのが一般的である。このような排気浄化装置を、例えば車両などに搭載する場合には、そのレイアウト上の都合から、前段酸化触媒及びパティキュレートフィルタが収容される上流側ケーシングと、ＮＯｘ触媒及び後段酸化触媒が収容される下流側ケーシングとに分割し、上流側ケーシングのパティキュレートフィルタ下流側において側方に開口する流出口が下流側ケーシングに接続されるように排気浄化装置を構成する場合がある。

このような排気浄化装置では、上述したようなアッシュの除去作業を容易に行うため、パティキュレートフィルタが収容された上流側ケーシングを、パティキュレートフィルタの上流端近傍と、パティキュレートフィルタの下流端近傍であって排気流出口より上流側となる位置との間の部分で分割された構造とし、分割されたケーシングをパティキュレートフィルタが収容された状態で上流側ケーシングから取り外す。そして、このようにして分割され取り外されたケーシングの一方の開口から圧縮空気を供給することによって、アッシュの除去作業が行われる。

アッシュの除去が完了したパティキュレートフィルタは、分割されたケーシングの両端部に形成されたフランジと、これに対応して上流側ケーシング側に設けられたフランジとを接合してボルトで固定することにより、再び排気浄化装置に組み込まれる。
ところで、パティキュレートフィルタは、排気温度が低下した場合に連続再生や強制再生が良好に行われなくなるという問題が生じるが、排気温度の低下を抑制するため、排気浄化装置に排気を供給する排気管を、間隙を有して設けられる内管と外管とにより構成した二重管構造とすることが特許文献２などによって提案されている。このような二重管構造の排気管と同様に、パティキュレートフィルタが収容されるケーシングについても二重の金属板によって構成することが考えられる。上述したように前段酸化触媒と共に上流側ケーシングに収容される場合には、排気温度の低下により前段酸化触媒も触媒機能を良好に発揮することができなくなるため、上流側ケーシングをこのような構造とすることによって上流側ケーシング内が断熱され、パティキュレートフィルタや前段酸化触媒などの温度低下を抑制することができる。
特開２００７−１６２４８７号公報特開２０００−２８２８５８号公報

しかしながら、上述のようにパティキュレートフィルタに堆積したアッシュの除去のため、パティキュレートフィルタは上流側ケーシングにおいて分割されたケーシング内に収容されており、分割されたケーシングはパティキュレートフィルタの上流端近傍に設けられたフランジ、及びパティキュレートフィルタの下流端近傍であって排気流出口より上流側となる部分に設けられたフランジにより上流側ケーシングに取り付けられている。

また、ケーシングを二重構造とした場合、フランジの部分においては外殻の縮径もしくは内殻の拡径により、外殻と内殻との間の空間をなくし、外殻と内殻とを密着させるようにして、外殻と内殻との間に排気が浸入しないようにするのが一般的である。
このため、フランジ及びその周辺ではケーシングの二重構造化による断熱効果を得ることができないが、パティキュレートフィルタの出口側では、排気流出口より上流側にフランジが位置するために、パティキュレートフィルタから流出した排気の多くがこのフランジと接触し、フランジからの放熱によって上流側ケーシング内の温度が低下してしまう。この結果、パティキュレートフィルタの再生が良好に行われないという問題や、パティキュレートフィルタ下流側に配設された触媒の温度が低下して排気浄化装置の排気浄化効率が低下してしまうという問題が生じる。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、パティキュレートフィルタが収容されたケーシングからの放熱を抑制することが可能な排気浄化装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の排気浄化装置は、エンジンの排気中に含まれるパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタを備えた排気浄化装置において、上記エンジンの排気が流入する排気流入部と、流入した上記排気が流出する下流端開口部とを有する第１ケーシングと、両端が開口した筒状をなして上記パティキュレートフィルタを収容し、上流端開口部が接続部材を介し上記第１ケーシングの上記下流端開口部に着脱可能に連結されると共に、上記パティキュレートフィルタより下流側となる側壁部に上記パティキュレートフィルタを通過した排気が流出する排気流出部が設けられた第２ケーシングと、上記第２ケーシングに対し取付部材を介して着脱可能に取り付けられ、上記第２ケーシングの下流端開口部を閉塞する蓋部材とを備えたことを特徴とする（請求項１）。

このように構成された排気浄化装置によれば、第２ケーシングの下流端開口を閉塞する蓋部材より上流側に、パティキュレートフィルタを通過した排気が流出する排気流出部が設けられているので、パティキュレートフィルタを通過した排気の多くは、取付部材や第２ケーシングの下流側端部及び蓋部材の周縁部などといった、第２ケーシングへの蓋部材の取付部分に触れることなく排気流出部から流出する。

また、パティキュレートフィルタに堆積したアッシュを除去する際には、接続部材を介した第２ケーシングの上流端開口部と第１ケーシングの下流端開口部との連結を解除して第２ケーシングを第１ケーシングから取り外すと共に、取付部材を介して取り付けられている蓋部材を第２ケーシングの下流端開口部から取り外すことにより、第２ケーシングの両端開口部を露出させる。

好ましくは、上記排気浄化装置において、上記第１ケーシング及び第２ケーシングは、間に断熱材を挟んだ二重の金属板によって形成してもよい（請求項２）。
更に好ましくは、上記排気浄化装置において、上記蓋部材は、間に断熱材を挟んだ二重の金属板によって形成してもよい（請求項３）。

本発明の排気浄化装置によれば、第２ケーシングの上流側開口部と第１ケーシングの下流端開口部との連結は接続部材を介して行われ、第２ケーシングの下流端開口部への蓋部材の取付は取付部材を介して行われるが、パティキュレートフィルタの出口側と排気流出部との間の第２ケーシングの領域にはこのような接続部材や取付部材が存在ぜず、この領域においては接続部材や取付部材による放熱が発生しない。

また、パティキュレートフィルタを通過した排気が流出する排気流出部が第２ケーシングの下流側開口部より上流側となる第２ケーシングの側壁部に設けられているので、パティキュレートフィルタから流出した排気の多くは、取付部材や第２ケーシングの下流側端部及び蓋部材の周縁部などといった、第２ケーシングへの蓋部材の取付部分に触れることなく排気流出部から流出する。

従って、蓋部材の取り付けに使用される取付部材からの放熱量は、前述したようにパティキュレートフィルタ下流側と排気が流出する部分との間で接続部材であるフランジによりケーシングを接続するようにした場合に比べ、接続部材からの放熱を低く抑えることが可能となる。この結果、第２ケーシング内の温度低下を抑え、排気浄化装置における排気浄化効率の低下を抑制することができる。

また、請求項２の排気浄化装置によれば、第１ケーシング及び第２ケーシングは、間に断熱材を挟んだ二重の金属板によって形成されるので、第１ケーシング及び第２ケーシングからの放熱量を低減し、より一層良好に排気浄化装置からの放熱を抑制することができる。
また、請求項３の排気浄化装置によれば、蓋部材についても、間に断熱材を挟んだ二重の金属板によって形成されるので、更に蓋部材からの放熱量を低減し、より一層良好に排気浄化装置からの放熱を抑制することができる。

以下、図面に基づき本発明の一実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る排気浄化装置が適用される４気筒のディーゼルエンジン（以下、エンジンという）の全体構成図を示しており、図１に基づき本発明に係る排気浄化装置の構成を説明する。
エンジン１は各気筒共通の高圧蓄圧室（以下コモンレールという）２を備えており、図示しない燃料噴射ポンプから供給されてコモンレール２に蓄えられた高圧の燃料を、各気筒に設けられたインジェクタ４に供給し、各インジェクタ４からそれぞれの気筒内に燃料が噴射される。

吸気通路６にはターボチャージャ８が装備されており、図示しないエアクリーナから吸入された吸気は、吸気通路６からターボチャージャ８のコンプレッサ８ａへと流入し、コンプレッサ８ａで過給された吸気はインタークーラ１０及び吸気制御弁１２を介して吸気マニホールド１４に導入される。また、吸気通路６のコンプレッサ８ａより上流側には、エンジン１への吸入空気流量を検出するための吸気量センサ１６が設けられている。

一方、エンジン１の各気筒から排気が排出される排気ポート（図示せず）は、排気マニホールド１８を介して排気管２０に接続されている。なお、排気マニホールド１８と吸気マニホールド１４との間には、ＥＧＲ弁２２を介して排気マニホールド１８と吸気マニホールド１４とを連通するＥＧＲ通路２４が設けられている。
排気管２０はターボチャージャ８のタービン８ｂを経た後、排気絞り弁２６を介して排気後処理装置２８に接続されている。また、タービン８ｂの回転軸はコンプレッサ８ａの回転軸と連結されており、タービン８ｂが排気管２０内を流動する排気を受けてコンプレッサ８ａを駆動するようになっている。

排気後処理装置２８は、上流側ケーシング３０と、上流側ケーシング３０の下流側に連通路３２で連通された下流側ケーシング３４とで構成される。上流側ケーシング３０内には、前段酸化触媒３６が収容されると共に、この前段酸化触媒３６の下流側にはパティキュレートフィルタ（以下フィルタという）３８が収容されている。
フィルタ３８は、排気中のパティキュレートを捕集してエンジン１の排気を浄化するために設けられる。フィルタ３８はハニカム型のセラミック体からなり、上流側と下流側とを連通する通路が多数並設されると共に、通路の上流側開口と下流側開口とが交互に閉鎖されており、エンジン１の排気が内部を流通することによって排気中のパティキュレートを捕集する。

前段酸化触媒３６は排気中のＮＯを酸化させてＮＯ_２を生成するので、このように前段酸化触媒３６とフィルタ３８とを配置することにより、フィルタ３８に捕集され堆積しているパティキュレートは、前段酸化触媒３６から供給されたＮＯ_２と反応して酸化し、フィルタ３８の連続再生が行われるようになっている。
一方、下流側ケーシング３４内には、排気中のアンモニアを吸着し、吸着したアンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘを選択還元して浄化するアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒（以下ＳＣＲ触媒という）４０が収容されると共に、このＳＣＲ触媒４０の下流側にはＳＣＲ触媒４０から流出したアンモニアを酸化してＮ_２とするための後段酸化触媒４２が収容されている。この後段酸化触媒４２は、フィルタ３８の強制再生でパティキュレートが焼却される際に発生するＣＯを酸化し、ＣＯ_２として大気中に排出する機能も有している。

なお、上流側ケーシング３０のフィルタ３８下流側には、フィルタ３８から流出して連通路３２へと流入する排気中に尿素水を噴射供給する尿素水供給ノズル４４が設けられており、図示しない尿素水タンクから尿素水供給ノズル４４に対して尿素水が供給されるようになっている。
尿素水供給ノズル４４から噴射された尿素水は、排気の熱により加水分解してアンモニアとなり、ＳＣＲ触媒４０に供給される。ＳＣＲ触媒４０は供給されたアンモニアを吸着し、吸着したアンモニアと排気中のＮＯｘとの脱硝反応を促進することにより、ＮＯｘを浄化して無害なＮ_２とする。なお、このときアンモニアがＮＯｘと反応せずにＳＣＲ触媒４０から流出した場合には、このアンモニアが後段酸化触媒４２によって酸化され、無害なＮ_２となって大気中に放出されるようになっている。

次に、排気後処理装置２８のうち、上流側ケーシング３０側の構成について、図２に基づき更に詳細に説明する。
図２は、上流側ケーシング３０側における排気後処理装置２８の要部断面図であって、図２に示すように上流側ケーシング３０は、第１ケーシング４６と第２ケーシング４８とに分割されている。第１ケーシング４６は前段酸化触媒３６を収容しており、排気管２０に接続されてエンジン１の排気が流入する排気流入部５０と、前段酸化触媒３６を通過した排気が流出する下流端開口部５２とを有する。また、第２ケーシング４８は両端が開口した筒状をなしてフィルタ３８を収容し、上流端開口部５４が第１ケーシング４６の下流端開口部５２に連結されると共に、側壁部５６におけるフィルタ３８より下流側となる部分には、フィルタ３８を通過した排気が、連通路３２に向けて流出する排気流出部５８が設けられている。第１ケーシング４６と第２ケーシング４８とは、第１ケーシング４６の下流端開口部５２に設けられた第１フランジ（接続部材）６０と、第２ケーシング４８の上流端開口部５４に設けられた第２フランジ（接続部材）６２とを接合し、ボルト６４及びナット６６を締結することによって着脱可能に連結されている。

第２ケーシング４８の排気流出部５８は円筒状に形成されて第２ケーシング４８を横断するように設けられており、フィルタ３８を通過した排気は、排気流出部５８の周壁部に形成された多数の孔を介して排気流出部５８内に流入した後、排気流出部５８の一方の端部に接続された連通路３２を通って下流側ケーシング３４内に流入する。そして、排気流出部５８の他方の端部は、第２ケーシング４８の側壁部５６に達しており、この排気流出部５８の他方の端部に包囲された側壁部５６の領域のほぼ中央部分には、排気流出部５８の軸線方向に向けて尿素を噴射する尿素水供給ノズル４４が設けられている。この尿素水供給ノズル４４は、排気流出部５８内に流入した排気中に尿素水を噴射することにより、前述したように尿素水から生成されたアンモニアを下流側ケーシング３４内のＳＣＲ触媒４０に供給する。

排気流出部５８より下流側となる第２ケーシング４８の下流端開口部６８は、蓋部材７０によって閉塞されるようになっている。蓋部材７０は、第２ケーシング４８の下流端開口部６８に設けられた第３フランジ（取付部材）７２と、蓋部材７０の周縁部に設けられた第４フランジ（取付部材）７４とを接合し、ボルト７６及びナット７８を締結することにより、下流端開口部６８に対して着脱可能に取り付けられている。

第１ケーシング４６は、第１フランジ５２の取付部分及び排気流入部５０を除き、間に断熱材を挟んで二重に重ねられた複合金属板によって形成されている。また、第２ケーシング４８についても、第２フランジ６２及び第３フランジ７２の取付部分、並びに排気流出部５８を除き、同様の複合金属板によって形成されており、蓋部材７０についても、第４フランジ７４の取付部分を除き、同様の複合金属板によって形成されている。なお、第１フランジ５２や第２フランジ６２及び第３フランジ７２のそれぞれの取付部分においては、二重に重ねられた金属板の間に排気が浸入しないようにするため、外側の金属板を縮径して内側の金属板と直接接合するようにしている。

このように、第１ケーシング４６、第２ケーシング４８及び蓋部材７０を複合金属板で形成することにより、第１ケーシング４６、第２ケーシング４８及び蓋部材７０からの放熱量を低減し、内部に収容された前段酸化触媒３６やフィルタ３８の温度低下を抑制すると共に、上流側ケーシング３０から下流側ケーシング３４に流入する排気の温度低下も抑制し、排気後処理装置２８の排気浄化効率の低下を防止するようにしている。

また、フィルタ３８の出口側と排気流出部５８との間には放熱体となるフランジが存在しておらず、蓋部材７０を第２ケーシング４８の下流端開口部６８に取り付けるための第３フランジ７２及び第４フランジ７４は、排気流出部５８の下流側に位置している。このため、フィルタ３８から流出して排気流出部５８に流入する排気の多くは、複合金属板の２つの金属板が直接接合されて複合金属板による断熱効果を得ることができない第２ケーシング４８の下流端開口部６８近傍の部分や、第３フランジ７２及び第４フランジ７４に接することなく排気流出部５８に流入して連通路３２へと流出する。

従って、第３フランジ７２及び第４フランジ７４からの放熱による第２ケーシング４８内の温度低下を抑制すると共に、上流側ケーシング３０から下流側ケーシング３４に流入する排気の温度低下を抑制することができる。この結果、フィルタ３８の再生を良好に行うことができると共に、下流側ケーシング３４に収容されたＳＣＲ触媒４０や後段酸化触媒４２の排気浄化効率を良好に維持することが可能となる。

次に、フィルタ３８に堆積したアッシュの除去について以下に説明する。フィルタ３８のアッシュを除去する際には、第１ケーシング４６と第２ケーシング４８とを連結しているボルト６４及びナット６６を取り外すと共に、第２ケーシング４８の排気流出部５８と連通路３２とを接続しているボルト８０及びナット８２を取り外し、フィルタ３８を収容したままで第２ケーシング４８を排気後処理装置２８から取り出す。更に、第２ケーシング４８の下流端開口部６８に蓋部材７０を固定しているボルト７６及びナット７８を取り外して、第２ケーシング４８の下流端開口部６８から蓋部材７０を取り去る。

このようにすることにより、図３に示すように、第２ケーシング４８は上流端及び下流端が共に開口した状態となる。この状態で、図３中に示す矢印Ａの方向に圧縮空気を供給することにより、フィルタ３８に堆積しているアッシュを第２ケーシング４８の上流端開口５４から排出させる。
こうしてフィルタ３８からアッシュを除去した後、再びボルト７６及び７８により蓋部材７０を第２ケーシング４８に取り付けて下流端開口部６８を閉塞する。そして、第１フランジ６０及び第２フランジ６２を接合してボルト６４及びナット６６を締結することにより第２ケーシング４８を第１ケーシング４６に連結すると共に、ボルト８０及びナット８２を締結して第２ケーシング４８の排気流出部５８を連通路３２に接続することで、排気後処理装置２８への第２ケーシング４８の組み付けが完了する。

このように、第２ケーシング４８を排気後処理装置２８から取り外した後、蓋部材７０を第２ケーシング４８から取り去ることで、第２ケーシング４８の両端に開口が形成されるので、フィルタ３８に堆積したアッシュを容易に除去することが可能となる。
以上で本発明の一実施形態に係る排気浄化装置についての説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。

例えば、上記実施形態では排気後処理装置２８を、上流側ケーシング３０に収容された前段酸化触媒３６及びフィルタ３８と、下流側ケーシング３４に収容されたＳＣＲ触媒４０及び後段酸化触媒４２とにより構成したが、排気後処理装置２８の構成はこれに限定されるものではない。即ち、前段酸化触媒３６、ＳＣＲ触媒４０及び後段酸化触媒４２は必要に応じて適宜設けられればよいものであり、例えばＳＣＲ触媒４０及び後段酸化触媒４２以外の触媒等を下流側ケーシング３４内に設けるようにしてもよい。

また、上記実施形態では、図３に示すように第２ケーシング４８の下流端開口部６８から圧縮空気を供給しアッシュの除去を行うようにしたが、アッシュの除去方法はこれに限定されるものではない。例えば、第２ケーシング４８の上流端開口部５４から圧縮空気を供給してもよいし、圧縮空気以外の流体を用いるようにしてもよい。
更に、上記実施形態ではエンジン１を４気筒のディーゼルエンジンとしたが、フィルタ３８を必要とするエンジンであれば、形式や気筒数などはこれに限られるものではない。

本発明の一実施形態に係る排気浄化装置が適用されるエンジンの全体構成図である。図１の排気浄化装置における排気後処理装置の要部断面図である。排気後処理装置から取り外された第２ケーシングの要部断面図である。

符号の説明

１エンジン
２０排気管
２８排気後処理装置
３０上流側ケーシング
３４下流側ケーシング
３６前段酸化触媒
３８パティキュレートフィルタ
４６第１ケーシング
４８第２ケーシング
５０排気流入部
５２下流端開口部
５４上流端開口部
５６側壁部
５８排気流出部
６０第１フランジ（接続部材）
６２第２フランジ（接続部材）
６８下流端開口部
７０蓋部材
７２第３フランジ（取付部材）
７４第４フランジ（取付部材）

Claims

エンジンの排気中に含まれるパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタを備えた排気浄化装置において、
上記エンジンの排気が流入する排気流入部と、流入した上記排気が流出する下流端開口部とを有する第１ケーシングと、
両端が開口した筒状をなして上記パティキュレートフィルタを収容し、上流端開口部が接続部材を介し上記第１ケーシングの上記下流端開口部に着脱可能に連結されると共に、上記パティキュレートフィルタより下流側となる側壁部に上記パティキュレートフィルタを通過した排気が流出する排気流出部が設けられた第２ケーシングと、
上記第２ケーシングに対し取付部材を介して着脱可能に取り付けられ、上記第２ケーシングの下流端開口部を閉塞する蓋部材と
を備えたことを特徴とする排気浄化装置。
上記第１ケーシング及び第２ケーシングは、間に断熱材を挟んだ二重の金属板によって形成されることを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
上記蓋部材は、間に断熱材を挟んだ二重の金属板によって形成されることを特徴とする請求項２に記載の排気浄化装置。