JP5990123B2 - エンジンの排気浄化装置 - Google Patents

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Description

本発明は、エンジンの排気浄化装置に関し、詳しくは、排気騒音の放出量を低減させることができるエンジンの排気浄化装置に関する。
従来、エンジンの排気浄化装置として、次のようなものがある(例えば、特許文献１参照)。
図６に示すように、排気浄化部(１０１)と排気出口ケース(１０２)とを備え、排気出口ケース(１０２)内に排気浄化部(１０１)の排気出口端面(１０１ａ)を対向させた排気出口室(１０２ａ)が設けられ、排気出口室(１０２ａ)にその径方向に沿って排気出口パイプ(１０３)が挿入され、排気出口パイプ(１０３)の下流側のパイプ終端部(１０３ａ)が排気出口ケース(１０２)の周壁(１０２ｂ)から外側に突出され、排気出口パイプ(１０３)の周壁(１０３ｂ)に複数の排気導入孔(１０３ｃ)が開口された、エンジンの排気浄化装置。
しかし、この従来技術では、図６に示すように、排気導入孔(１０３ｃ)が排気出口室(１０２ａ)内の排気出口パイプ(１０３)の全長に亘って形成されているため、問題がある。
特開２０１１−９９４１６号公報(図２参照)
《問題》 排気騒音の放出量が多い。
図６に示すように、排気導入孔(１０３ｃ)が排気出口室(１０２ａ)内の排気出口パイプ(１０３)の全長に亘って形成されているため、パイプ終端部(１０３ａ)寄りの排気導入孔(１０３ｃ)からパイプ終端部(１０３ａ)までの距離が短く、パイプ終端部(１０３ａ)寄りの排気導入孔(１０３ｃ)から排気出口パイプ(１０３)内に流入した排気(１１３)は、その圧力振動が十分に減衰されないまま、パイプ終端部(１０３ａ)に流出する。
特に、図６に矢印で示すように、排気浄化部(１０１)の排気出口端面(１０１ａ)のパイプ始端部(１０３ｄ)側にある始端側端縁(１０１ｃ)付近から直進し、排気出口パイプ(１０３)の前側の終端側にある排気導入孔(１０３ｃ)から流入する排気(１１３)は、排気出口室(１０２ａ)内にある排気出口パイプ(１０３)内で一度も衝突することがなく、圧力振動が減衰されないまま、パイプ終端部(１０３ａ)に流出する。
このため、排気(１１３)の圧力振動でパイプ終端部(１０３ａ)や下流の排気経路が激しく振動し、排気騒音の放出量が多い。
本発明の課題は、排気騒音の放出量を低減させることができるエンジンの排気浄化装置を提供することにある。
請求項１に係る発明の発明特定事項は、次の通りである。
図１(Ａ)(Ｂ)、図２に例示するように、排気浄化部(１)と排気出口ケース(２)とを備え、排気出口ケース(２)内に排気浄化部(１)の排気出口端面(１ａ)を対向させた排気出口室(２ａ)が設けられ、排気出口室(２ａ)にその径方向に沿って排気出口パイプ(３)が挿入され、排気出口パイプ(３)の下流側のパイプ終端部(３ａ)が排気出口ケース(２)の周壁(２ｂ)から外側に突出され、排気出口パイプ(３)の周壁(３ｂ)に複数の排気導入孔(３ｃ)が開口された、エンジンの排気浄化装置において、
図１(Ａ)、図２に例示するように、排気出口室(２ａ)内の排気出口パイプ(３)が、排気導入孔(３ｃ)の無い無孔パイプ部分(４)と、排気導入孔(３ｃ)の有る有孔パイプ部分(５)とで構成され、無孔パイプ部分(４)がパイプ終端部(３ａ)側に配置され、有孔パイプ部分(５)が排気出口パイプ(３)の上流側のパイプ始端部(３ｄ)側に配置され、
図２に例示するように、排気浄化部(１)の中心軸線(１ｂ)及び排気出口パイプ(３)の中心軸線(３ｅ)と直交する向きから見て、排気浄化部(１)の中心軸線(１ｂ)よりもパイプ始端部(３ｄ)側に、無孔パイプ部分(４)と有孔パイプ部分(５)の境界(６)が設けられ、
図２に例示するように、排気浄化部(１)は、ＤＰＦ(２０)、酸化触媒、還元触媒、三元触媒のいずれかで、排気浄化部(１)の排気出口端面(１ａ)は排気浄化部(１)の中心軸線(１ｂ)と直交する向きとされ、
排気出口パイプ(３)に対し、排気浄化部(１)がある側を前側、その反対側を後側、パイプ始端部(３ｄ)側を始端側、パイプ終端部(３ａ)側を終端側として、
排気浄化部(１)の中心軸線(１ｂ)及び排気出口パイプ(３)の中心軸線(３ｅ)に沿う平面で切断した断面図上、
排気浄化部(１)の排気出口端面(１ａ)の始端側端縁(１ｃ)と、排気出口ケース(２)の終端側内周面(２ｃ)から後側に延ばした第１仮想線(７)と、第１仮想線(７)上で排気出口パイプ(３)の後側内周面(３ｆ)から排気出口パイプ(３)の内径の寸法(８)と等しい寸法(８)だけ後側に偏倚した第１仮想点(９)と、排気浄化部(１)の排気出口端面(１ａ)の始端側端縁(１ｃ)と第１仮想点(９)とを結んだ第２仮想線(１０)と、この第２仮想線(１０)と排気出口パイプ(３)の前側内周面(３ｇ)とが交差する第２仮想点(１１)と、この第２仮想点(１１)から後向きに延びて排気出口パイプ(３)の中心軸線(３ｅ)と直交する第３仮想線(１２)とを想定した場合、
第３仮想線(１２)よりも始端側に無孔パイプ部分(４)と有孔パイプ部分(５)の境界(６)が設けられている、ことを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
(請求項１に係る発明)
請求項１に係る発明は、次の効果を奏する。
《効果》 排気騒音の放出量を低減させることができる。
図２に例示するように、排気浄化部(１)の中心軸線(１ｂ)及び排気出口パイプ(３)の中心軸線(３ｅ)と直交する向きから見て、排気浄化部(１)の中心軸線(１ｂ)よりもパイプ始端部(３ｄ)側に、無孔パイプ部分(４)と有孔パイプ部分(５)の境界(６)が設けられているので、排気騒音の放出量を低減させることができる。
その理由は、次のようなものと推定される。
無孔パイプ部分(４)が十分に長くなり、排気導入孔(３ｃ)から排気出口パイプ(３)内に流入した排気(１３)は、長い無孔パイプ部分(５)を通過する過程で、無孔パイプ部分(４)の周壁への衝突や排気(１３)同士の相互干渉によって圧力振動が減衰された後、パイプ終端部(３ａ)に流出する。
特に、排気浄化部(１)の排気出口端面(１ａ)の始端側端縁(１ｃ)付近から直進し、排気出口パイプ(３)の前側の終端側にある排気導入孔(３ｃ)から排気出口パイプ(３)内に流入する排気(１３)であっても、必ず無孔パイプ部分(４)の後側内周面(３ｆ)に衝突するため、無孔パイプ部分(４)内では少なくとも１回は排気(１３)の衝突が起こり、排気(１３)はこの衝突で圧力振動が減衰された後、パイプ終端部(３ａ)に流出する。この場合、衝突した排気(１３)は無孔パイプ部分(４)の周壁を振動させるが、その振動圧は排気出口室(２ａ)に放出されるため、パイプ終端部(３ａ)への振動の伝達量は少ない。
このため、パイプ終端部(３ａ)や下流の排気経路の振動が抑制され、排気騒音の放出量を低減させることができる。
《効果》 排気騒音の放出量を低減させることができる。
図２に例示するように、第３仮想線(１２)よりも始端側に無孔パイプ部分(４)と有孔パイプ部分(５)の境界(６)が設けられているので、排気騒音の放出量を低減させることができる。
その理由は、次のようなものと推定される。
図２に例示する断面図上、第２仮想線(１０)と排気出口パイプ(３)の後側内周面(３ｆ)とが交差する第３仮想点(１４)と、この第３仮想点(１４)から前向きに延びて排気出口パイプ(３)の中心軸線(３ｅ)と直交する第４仮想線(１５)と、第４仮想線(１５)に対して第２仮想線(１０)と線対称の第５仮想線(１６)と、この第５仮想線(１６)と排気出口パイプ(３)の前側内周面(３ｇ)が交わる第４仮想点(１７)を想定した場合、第４仮想点(１７)は排気出口ケース(２)の終端側内周面(２ｃ)の位置になる。
仮に、排気浄化部(１)の排気出口端面(１ａ)の始端側端縁(１ｃ)から第２仮想線(１０)に沿って排気が直進したとすると、この排気は第３仮想点(１４)で排気出口パイプ(３)の後側内周面(３ｆ)と衝突し、第５仮想線(１６)に沿って前側に反射し、排気出口ケース(２)の終端内周面(２ｃ)付近にある第４仮想点(１７)に至る。
このため、第３仮想線(１２)よりも始端側に無孔パイプ部分(４)と有孔パイプ部分(５)の境界(６)を設けると、図２に矢印で示すように、排気浄化部(１)の排気出口端面(１ａ)の始端側端縁(１ｃ)付近から直進し、排気出口パイプ(３)の前側の終端側にある排気導入孔(３ｃ)から排気出口パイプ(３)内に流入する排気(１３)であっても、必ず無孔パイプ部分(４)の後側内周面(３ｆ)に衝突し、前側に反射して、無孔パイプ部分(４)の前側内周面(３ｇ)に衝突するため、無孔パイプ部分(４)内では少なくとも２回は排気(１３)の衝突が起こり、排気(１３)はこの衝突で圧力振動が減衰された後、パイプ終端部(３ａ)に流出する。この場合、衝突した排気(１３)は無孔パイプ部分(４)の周壁を振動させるが、その振動圧は排気出口室(２ａ)に放出されるため、パイプ終端部(３ａ)への振動の伝達量は少ない。
これにより、パイプ終端部(３ａ)やその下流の排気経路の振動が抑制され、排気騒音の放出量を低減させることができる。
本発明の実施形態に係るエンジンの排気浄化装置を説明する図で、図１(Ａ)は排気出口ケースの斜視図、図１(Ｂ)は排気浄化装置と排気出口ケースの横断平面図である。 図１(Ｂ)のII−II線断面図である。 図３(Ａ)は図２のIIIＡ−IIIＡ線断面図、図３(Ｂ)は図２のIIIＢ−IIIＢ線断面図である。 図４(Ａ)は図１に示す排気浄化装置で用いる排気浄化部の排気出口端面の正面図であり、図４(Ｂ)〜(Ｈ)は変形例に係る排気浄化部の排気出口端面の正面図である。 図１の排気浄化装置の側面図である。 従来技術に係るエンジンの排気浄化装置の断面図である。
図１〜図５は本発明の実施形態に係るエンジンの排気浄化装置を説明する図であり、この実施形態では、ディーゼルエンジンの排気浄化装置について説明する。
この排気浄化装置の概要は、次の通りである。
図５に示すように、この排気浄化装置は、ＤＰＦ収容ケース(１８)と排気入口ケース(１９)と排気出口ケース(２)とを備え、ＤＰＦ収容ケース(１８)にはＤＰＦ(２０)が収容され、排気入口ケース(１９)にはＤＯＣ(２１)が収容されている。排気入口ケース(１９)には排気入口パイプ(２２)が挿入され、排気出口ケース(２)には排気出口パイプ(３)が挿入されている。
この排気浄化装置では、ＤＰＦ(２０)で排気(１３)中のＰＭを捕捉し、ＤＰＦ(２０)でのＰＭの堆積量が所定量に至ると、ポスト噴射により排気(１３)中に噴射させた未燃燃料をＤＯＣ(２１)で触媒燃焼させ、排気(１３)を昇温させ、ＤＰＦ(２０)に堆積したＰＭを焼却除去し、ＤＰＦ(２０)を再生させる。
ＤＰＦはディーゼル・パティキュレート・フィルタ、ＤＯＣはディーゼル酸化触媒、ＰＭは排気中に含まれる粒子状物質の各略称である。
図５に示すように、排気入口ケース(１９)と排気出口ケース(２)とは、いずれも締結帯(２３)(２３)でＤＰＦ収容ケース(１８)の上流側と下流側に締結されている。
図２に示すように、ＤＰＦ(２０)は、円柱形のセラミックフィルタであり、内部はハニカム構造で、軸長方向に伸びる複数のセル(１ｄ)(１ｄ)を備え、隣合うセル(１ｄ)(１ｄ)の入口と出口が交互に目封じされ、セル(１ｄ)(１ｄ)間の多孔質壁(１ｅ)に排気を通過させ、多孔質壁(１ｅ)で排気中のＰＭを捕捉するウォールフロー型のものである。
図５に示すように、排気入口ケース(１９)と排気出口ケース(２)から一対の圧力導出パイプ(２４)(２４)が導出され、これらの導出端に差圧センサ(２５)が設けられ、ＤＰＦ(２０)の上流側と下流側の差圧が検出され、この差圧の検出値に基づいて、ＤＰＦ(２０)でのＰＭの堆積量がエンジンＥＣＵ(図示せず)で推定される。エンジンＥＣＵはエンジン電子制御ユニットの略称である。
ＤＯＣ(２１)は、円柱形のセラミック担体に酸化触媒成分を担持させたもので、担体の内部はハニカム構造で、軸長方向に貫通状に伸びる複数のセルを備え、セル内に酸化触媒成分が担持され、セル内に排気を通過させるスルーフロー型のものである。
図１(Ａ)(Ｂ)、図２に示すように、排気浄化装置は、排気浄化部(１)と排気出口ケース(２)とを備え、排気出口ケース(２)内に排気浄化部(１)の排気出口端面(１ａ)を対向させた排気出口室(２ａ)が設けられ、排気出口室(２ａ)にその径方向に沿って排気出口パイプ(３)が挿入され、排気出口パイプ(３)の下流側のパイプ終端部(３ａ)が排気出口ケース(２)の周壁(２ｂ)から外側に突出され、排気出口パイプ(３)の周壁(３ｂ)に複数の排気導入孔(３ｃ)が開口されている。
図１(Ａ)(Ｂ)、図２に示すように、排気浄化部(１)はＤＰＦ(２０)である。ＤＰＦ収容ケース(１８)は円筒形で、ＤＰＦ収容ケース(１８)とＤＰＦ(２０)の外周面との間にグラスウールの断熱性クッション材(２６)が設けられている。排気出口ケース(２)は円筒の一端を塞いだ椀形で、その径方向に沿う排気出口パイプ(３)は円筒形である。
図４(Ａ)に示すように、排気浄化部(１)の中心軸線(１ｂ)と平行な向きに見て、排気浄化部(１)の排気出口端面(１ａ)は、正円形であるが、図４(Ｂ)に示すような正方形、図４(Ｃ)(Ｄ)に示すような楕円形、図４(Ｅ)(Ｆ)に示すような長円形、図４(Ｇ)(Ｈ)に示すような長方形であってもよい。
これらの排気出口端面(１ａ)は、いずれも排気浄化部(１)の中心軸線(１ｂ)と直交する向きであり、排気浄化部(１)の中心軸線(１ｂ)と平行な向きに見て、排気出口パイプ(３)の中心軸線(３ｅ)と排気浄化部(１)の中心軸線(１ｂ)上で直交する直交仮想線(２７)を想定した場合、排気出口パイプ(３)の中心軸線(３ｅ)及び直交仮想線(２７)に対して線対称の形状となっている。
この実施形態では、排気浄化部(１)はＤＰＦ(２０)としたが、排気浄化部(１)は酸化触媒や還元触媒であってもよく、火花点火式エンジンの場合には、三元触媒であってもよい。
図１(Ａ)、図２に示すように、排気出口室(２ａ)内の排気出口パイプ(３)が、排気導入孔(３ｃ)の無い無孔パイプ部分(４)と、排気導入孔(３ｃ)の有る有孔パイプ部分(５)とで構成され、無孔パイプ部分(４)がパイプ終端部(３ａ)側に配置され、有孔パイプ部分(５)が排気出口パイプ(３)の上流側のパイプ始端部(３ｄ)側に配置されている。
図２に示すように、排気浄化部(１)の中心軸線(１ｂ)及び排気出口パイプ(３)の中心軸線(３ｅ)と直交する向きから見て、排気浄化部(１)の中心軸線(１ｂ)よりもパイプ始端部(３ｄ)側に、無孔パイプ部分(４)と有孔パイプ部分(５)の境界(６)が設けられている。
図３(Ａ)に示すように、無孔パイプ部分(４)には排気導入孔が設けられていない。図１(Ａ)、図２に示すように、有孔パイプ部分(５)の周壁にはその軸長方向に沿って複数の排気導入孔(３ｃ)が並べて設けられ、図１(Ａ)、図２、図３(Ｂ)に示すように、この排気導入孔(３ｃ)の列が有孔パイプ部分(５)の周壁の全周に亘って配列されている。
図１(Ａ)、図２に示すように、無孔パイプ部分(４)と有孔パイプ部分(５)の境界(６)は、最も終端側で複数の排気導入孔(３ｃ)に接する接線によって特定することができる。
図２に示すように、排気出口パイプ(３)に対し、排気浄化部(１)がある側を前側、その反対側を後側、パイプ始端部(３ｄ)側を始端側、パイプ終端部(３ａ)側を終端側とする。
図２に示すように、排気浄化部(１)の中心軸線(１ｂ)及び排気出口パイプ(３)の中心軸線(３ｅ)に沿う平面で切断した断面図上、次のように構成されている。
排気浄化部(１)の排気出口端面(１ａ)の始端側端縁(１ｃ)と、排気出口ケース(２)の終端側内周面(２ｃ)から後側に延ばした第１仮想線(７)と、第１仮想線(７)上で排気出口パイプ(３)の後側内周面(３ｆ)から排気出口パイプ(３)の内径の寸法(８)と等しい寸法(８)だけ後側に偏倚した第１仮想点(９)と、排気浄化部(１)の排気出口端面(１ａ)の始端側端縁(１ｃ)と第１仮想点(９)とを結んだ第２仮想線(１０)と、この第２仮想線(１０)と排気出口パイプ(３)の前側内周面(３ｇ)とが交差する第２仮想点(１１)と、この第２仮想点(１１)から後向きに延びて排気出口パイプ(３)の中心軸線(３ｅ)と直交する第３仮想線(１２)とを想定する。
このように想定した場合、第３仮想線(１２)よりも始端側に無孔パイプ部分(４)と有孔パイプ部分(５)の境界(６)が設けられている。
(１) 排気浄化部
(１ａ) 排気出口端面
(１ｂ) 中心軸線
(１ｃ) 始端側端縁
(２) 排気出口ケース
(２ａ) 排気出口室
(２ｂ) 周壁
(２ｃ) 終端側内周面
(３) 排気出口パイプ
(３ａ) パイプ終端部
(３ｂ) 周壁
(３ｃ) 排気導入孔
(３ｄ) パイプ始端部
(３ｅ) 中心軸線
(３ｆ) 後側内周面
(３ｇ) 前側内周面
(４) 無孔パイプ部分
(５) 有孔パイプ部分
(６) 境界
(７) 第１仮想線
(８) 内径の寸法
(９) 第１仮想点
(１０) 第２仮想線
(１１) 第２仮想点
(１２) 第３仮想線

Claims (1)

  1. 排気浄化部(１)と排気出口ケース(２)とを備え、排気出口ケース(２)内に排気浄化部(１)の排気出口端面(１ａ)を対向させた排気出口室(２ａ)が設けられ、排気出口室(２ａ)にその径方向に沿って排気出口パイプ(３)が挿入され、排気出口パイプ(３)の下流側のパイプ終端部(３ａ)が排気出口ケース(２)の周壁(２ｂ)から外側に突出され、排気出口パイプ(３)の周壁(３ｂ)に複数の排気導入孔(３ｃ)が開口された、エンジンの排気浄化装置において、
    排気出口室(２ａ)内の排気出口パイプ(３)が、排気導入孔(３ｃ)の無い無孔パイプ部分(４)と、排気導入孔(３ｃ)の有る有孔パイプ部分(５)とで構成され、無孔パイプ部分(４)がパイプ終端部(３ａ)側に配置され、有孔パイプ部分(５)が排気出口パイプ(３)の上流側のパイプ始端部(３ｄ)側に配置され、
    排気浄化部(１)の中心軸線(１ｂ)及び排気出口パイプ(３)の中心軸線(３ｅ)と直交する向きから見て、排気浄化部(１)の中心軸線(１ｂ)よりもパイプ始端部(３ｄ)側に、無孔パイプ部分(４)と有孔パイプ部分(５)の境界(６)が設けられ、
    排気浄化部(１)は、ＤＰＦ(２０)、酸化触媒、還元触媒、三元触媒のいずれかで、排気浄化部(１)の排気出口端面(１ａ)は排気浄化部(１)の中心軸線(１ｂ)と直交する向きとされ、
    排気出口パイプ(３)に対し、排気浄化部(１)がある側を前側、その反対側を後側、パイプ始端部(３ｄ)側を始端側、パイプ終端部(３ａ)側を終端側として、
    排気浄化部(１)の中心軸線(１ｂ)及び排気出口パイプ(３)の中心軸線(３ｅ)に沿う平面で切断した断面図上、
    排気浄化部(１)の排気出口端面(１ａ)の始端側端縁(１ｃ)と、排気出口ケース(２)の終端側内周面(２ｃ)から後側に延ばした第１仮想線(７)と、第１仮想線(７)上で排気出口パイプ(３)の後側内周面(３ｆ)から排気出口パイプ(３)の内径の寸法(８)と等しい寸法(８)だけ後側に偏倚した第１仮想点(９)と、排気浄化部(１)の排気出口端面(１ａ)の始端側端縁(１ｃ)と第１仮想点(９)とを結んだ第２仮想線(１０)と、この第２仮想線(１０)と排気出口パイプ(３)の前側内周面(３ｇ)とが交差する第２仮想点(１１)と、この第２仮想点(１１)から後向きに延びて排気出口パイプ(３)の中心軸線(３ｅ)と直交する第３仮想線(１２)とを想定した場合、
    第３仮想線(１２)よりも始端側に無孔パイプ部分(４)と有孔パイプ部分(５)の境界(６)が設けられている、ことを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
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