JP7028586B2 - ディーゼルエンジンの排気ガス後処理方法及び排気管 - Google Patents

Description

本発明はディーゼルエンジンの排気ガス後処理方法及び前記方法を実施するディーゼルエンジン用の排気管の構造に関する。

ディーゼルエンジンは，その構造上，燃料の燃焼と共に大気汚染や健康被害の原因となる粒子状物質（Particulate Matter：以下「ＰＭ」という。）を発生する。

そのため，ディーゼルエンジンの排気管には微粒子除去フィルタ（Diesel Particulate Filter：以下「ＤＰＦ」と言う。）を備えた排気ガス後処理装置を設け，ＰＭを除去した後のクリーンな排気ガスを大気放出することができるように構成されている。

このような排気ガス後処理装置には，ＰＭの捕集に伴うＤＰＦの目詰まりを防止するために，ＤＰＦの入口側に酸化触媒（Diesel Oxidation Catalyst：以下「ＤＯＣ」と言う。）を配置し，ＤＯＣの触媒作用によって排気ガス中の一酸化窒素（ＮＯ）から二酸化窒素（ＮＯ₂）を生成し，ＮＯ₂を酸化剤としてＤＰＦに捕集されたＰＭを燃焼（酸化）させて除去することによりＤＰＦを自動で再生することができるようにしたものがある。

しかし，前述したＤＰＦの自動再生機構を備えた排気ガス後処理装置においても，ＤＯＣに導入される排気ガスの温度が，ＤＯＣの活性化温度よりも低いと，十分なＮＯ₂が生成されずＤＰＦに対するＰＭの堆積が進行する。

ＤＰＦに堆積したＰＭは，やがてＤＰＦに目詰まりを生じさせ，この目詰まりによってエンジンの排気抵抗が高まると，出力低下や燃費の悪化等，エンジンの性能が低下する。

また，ＤＰＦに多量のＰＭが堆積した状態でＰＭが急激に燃焼（酸化）を開始すると，燃焼時の発熱によってＤＰＦが焼損してしまうおそれがある。

以上の点から，エンジンの作動中，ＤＯＣを常に活性化温度に維持してＤＰＦに対しＰＭの堆積が進行しないようにすることが望ましい。

そのため，通常，排気管にＤＯＣを備えた排気ガス後処理装置を設ける場合には，エンジンの排気口近くに排気ガス後処理装置を配置して，エンジンの排気口と排気ガス後処理装置間の距離を短くすることで排気ガスの温度が低下することが防止されている。

しかし，年々厳しさを増す排ガス規制に対応するために，ＤＰＦの多層化や，窒素酸化物（ＮＯ_X）の除去を目的として尿素ＳＣＲ（選択式還元触媒：Selective Catalytic Reduction）をＤＰＦの二次側に設ける構成が採用される等，排気ガス後処理装置は大型化している。

そのため，配置スペースの問題から排気ガス後処理装置をエンジンの排気口近くに設けることが困難な場合も生じており，一例として，防音箱内を仕切壁で仕切ってエンジンや作業機本体を収容するエンジン室と，エンジンや作業機本体の冷却風を導入する通気室とに区画した構成を備えるエンジン駆動型作業機では，排気ガス後処理装置を，エンジン室ではなく通気室内に配置する構成を採用するものも多い（特許文献１，特許文献２）。

このように，排気ガス後処理装置をエンジンの排気口より離れた位置に収容すると，エンジンからの排気ガスが排気ガス後処理装置に導入されるまでの間に冷やされる。

そのため，エンジン駆動型作業機が，寒冷時における使用や低負荷運転における使用で，エンジンの排気温度が低くなっている場合に，エンジンと排気ガス後処理装置が離れて配置されていると，排気ガス後処理装置に導入される排気ガス温度がＤＯＣの活性化温度よりも低くなってしまい，ＤＯＣを昇温，活性化できずに前述したＤＰＦの目詰まりを生じさせ，これに伴うエンジンの性能低下や，ＤＰＦの焼損等の問題が生じ得る。

このような問題を解消する方法としては，例えばエンジンの排気口から排気ガス後処理装置に至る排気管の外周を断熱材によって覆い，エンジンから排気ガス後処理装置に至るまでの間に排気ガスの温度が低下しないようにすることが考えられる。

また，排気ガスの温度が低くなっている場合であっても，ＤＯＣを活性化温度とすることができるよう，ＤＯＣ自体を加熱することも考えられ，ＤＰＦ前後の排気ガス圧力や各部の温度を監視して，ＤＯＣをヒータや助燃剤の噴射によって昇温活性化させることも考えられる（特許文献２［0032］欄）。

特開２０１６－３７８９４号公報 特許第５４０４６９５号公報

以上で説明したように，エンジンと排気ガス後処理装置が離れて配置されている場合であっても，エンジンの排気口と排気ガス後処理装置間の排気管を断熱材で覆ってしまえば，ＤＯＣに導入される前に排気ガスの温度が低下することを防止できる。

しかし，この方法で排気ガスの温度が低下することを防止しようとした場合，排気管の外周に断熱材を比較的厚く巻き付ける必要があり，断熱材の巻き付けによって外径が増大した排気管の配置スペースを確保する必要があると共に，断熱材やその取り付けに使用する器具等の部品点数の増加と，断熱材を取り付けるための作業工数の増加によって，製造コストが増加する。

これに対し，ＤＰＦ前後の排気ガス圧力や各部の温度を監視して，ヒータによる加熱や助燃剤の噴射によってＤＯＣを昇温活性化させるようにした構成（特許文献２）では，排気管を断熱材で覆うことなくＤＯＣの昇温と活性化を行えるため，排気管の配管スペースが増加することに伴うスペース確保の問題は生じない。

しかし，この構成では，排気ガスの圧力や各部の温度を検知するセンサ類，ＤＯＣを加熱するヒータや助燃剤の噴射装置等の多くの部品の取り付け等が必要で，装置構成が複雑化する。

そのため，部品点数の増加と，組み立て工程の増加及び複雑化により，製造コストが増加する。

また，排気ガス後処理装置にセンサ類やヒータ，助燃剤の噴射装置等を取り付ける空間の確保等が必要で，排気ガス後処理装置自体の設計を見直す必要があると共に，排気ガス後処理装置が大型化する。

そこで本発明は，上記従来技術における欠点を解消するために成されたもので，エンジンの排気口に対し排気ガス後処理装置を離して配置した場合であっても，比較的簡単な構成でＤＯＣを昇温，活性化させることができるディーゼルエンジンの排気ガス後処理方法，及び前記排気ガス後処理方法を実現するための排気管の構造を提供することを目的とする。

以下に，課題を解決するための手段を，発明を実施するための形態で使用する符号と共に記載する。この符号は，特許請求の範囲の記載と，発明を実施するための形態の記載との対応を明らかにするためのものであり，言うまでもなく，本願発明の技術的範囲の解釈に制限的に用いられるものではない。

上記目的を達成するために，本発明のディーゼルエンジンの排気ガス後処理方法は，
微粒子除去フィルタ（ＤＰＦ）４２と，該微粒子除去フィルタ（ＤＰＦ）４２の一次側に配置された酸化触媒（ＤＯＣ）４１を備えた排気ガス後処理装置４０を備え，エンジン５の排気口５ａからの排気ガスを，前記排気ガス後処理装置４０を通過させた後に大気放出するディーゼルエンジンの排気管１０において，
前記排気ガス後処理装置４０に導入される前の排気ガスを被加熱排気ガスとし，該被加熱排気ガスを，前記排気ガス後処理装置４０に設けた前記酸化触媒（ＤＯＣ）４１を通過した後の排気ガスの一部から成る熱媒ガスによって加熱して成り，
前記熱媒ガスによる前記被加熱排気ガスの加熱を，前記微粒子除去フィルタ（ＤＰＦ）４２を通過する前の前記熱媒ガスと前記被加熱排気ガスとの熱交換と，前記熱交換後の前記熱媒ガスを前記被加熱排気ガスに混合することにより行うことを特徴とする（請求項１）。

また，本発明のディーゼルエンジンの排気管１０は，
微粒子除去フィルタ（ＤＰＦ）４２と，該微粒子除去フィルタ（ＤＰＦ）４２の一次側に配置された酸化触媒（ＤＯＣ）４１を備えた排気ガス後処理装置４０を備え，エンジン５の排気口５ａからの排気ガスを，前記排気ガス後処理装置４０を通過させた後に大気放出するディーゼルエンジン５の排気管１０において，
前記排気管１０のうち，前記排気ガス後処理装置４０の一次側を成す部分（実施例においてエキゾーストパイプ３０）が，前記排気ガス後処理装置４０に導入される前の排気ガスを被加熱排気ガスとし，該被加熱排気ガスを，前記排気ガス後処理装置４０に設けた前記酸化触媒（ＤＯＣ）４１を通過した後の排気ガスの一部から成る熱媒ガスによって加熱する加熱器３０として構成されており，
前記加熱器が，前記被加熱排気ガスを，前記微粒子除去フィルタを通過する前の前記熱媒ガスとの熱交換によって加熱する熱交換器型の加熱器としての機能と，前記熱交換後の前記熱媒ガスを前記被加熱排気ガスに混合させることにより加熱する混合器型の加熱器の機能を併せ持つことを特徴とする（請求項２）。

前述した加熱器の前記熱交換型の加熱器として機能する部分を，前記被加熱排気ガスが導入される被加熱排気ガス流路３１と，前記熱媒ガスが導入される熱媒ガス流路３２を備えた隔板式熱交換器型の加熱器として構成することができ，
前記被加熱排気ガス流路３１の一端を，例えばエキゾーストマニホールド２０を介して前記エンジン５の排気口５ａに，他端を前記排気ガス後処理装置４０の入口にそれぞれ連通すると共に，
前記熱媒ガス流路３２の一端を，前記酸化触媒（ＤＯＣ）４１の二次側で，かつ前記微粒子除去フィルタ（ＤＰＦ）４２の一次側における排気管１０に連通し，前記熱媒ガス流路３２の他端を，連通孔３５を介して前記被加熱排気ガス流路３１と連通するものとしても良い（請求項３）。

このように，熱交換器型の加熱器３０として機能する部分を備えた構成では，該加熱器３０を，内管３０ａと外管３０ｂから成る二重管構造とし，前記内管３０ａ内に前記被加熱排気ガス流路３１を形成すると共に，前記内管３０ａの外面と前記外管３０ｂの内面間の間隔に，前記熱媒ガス流路３２を形成する構成とすることができる（請求項４）。

以上で説明した本発明の構成により，本発明では以下の顕著な効果を得ることができた。

排気ガス後処理装置４０の酸化触媒（ＤＯＣ）４１を通過して温度が上昇している排気ガスの一部から成る熱媒ガスによって，排気ガス後処理装置４０に導入される前の排気ガスである被加熱排気ガスを加熱することで，エンジン５の排気口５ａ近くに排気ガス後処理装置４０を配置することができない場合であっても，排気ガス後処理装置４０のＤＯＣ４１に導入される排気ガス温度を高めてＤＯＣ４１を昇温・活性化することができ，その結果，ＤＰＦ４２の目詰まりや破損，ＤＰＦ４２の目詰まりに基づくエンジン５の性能低下を防止することができた。

また，上記構成の採用によって排気ガス後処理装置４０を必ずしもエンジン５の排気口５ａ近傍に設ける必要がなくなることから，設計の自由度が増すと共に，例えば防音箱９内をエンジン室９ａと通気室９ｂとに仕切った構成のエンジン駆動型作業機１では，エンジン室９ａを拡張してエンジン室９ａ内に排気ガス後処理装置４０を配置する場合に生じる装置全体の大型化を防止することができた。

しかも，被加熱排気ガスの加熱を，ＤＯＣ４１を通過した後の排気ガスの一部から成る熱媒ガスによって行うため，ヒータや助燃剤の噴射装置等を設けることなく，比較的簡単な構成によってＤＯＣ４１の昇温・活性化を図ることができた。

熱媒ガスによる被加熱排気ガスの加熱は，熱媒ガスと被加熱排気ガスの熱交換，及び被加熱排気ガスに対する熱媒ガスの混合のいずれによって行うことも可能であり，特に，被加熱排気ガスに熱媒ガスを混合する構成では，熱媒ガスは大気放出されることなく，被加熱排気ガスと共に再度排気ガス後処理装置４０に導入されることとなるため，ＤＰＦ４２や尿素ＳＣＲ４３を通過する前の，ＤＯＣ４１通過直後の最も温度の高い排気ガスを熱媒ガスとして使用することが可能で，被加熱排気ガスを効率よく加熱することができた。

なお，排気ガス後処理装置４０を通過した後の排気ガスの一部を前記熱媒ガスとした構成では，熱媒ガスは，排気ガス後処理装置４０を通過した後のクリーンなものであることから，これを大気放出することが可能で，熱媒ガス流路３２を通過した後の熱媒ガスを直接，又はエンジン駆動型作業機１の他の構成機器（例えば，ブリーザパイプ６５）の加熱等に使用した後，大気放出することができる。

排気管１０のうち，排気ガス後処理装置４０の一次側の部分（エキゾーストパイプ３０部分）を，内管３０ａと外管３０ｂから成る二重管構造とし，内管３０ａ内に被加熱排気ガス流路３１を，内管３０ａの外面と外管３０ｂの内面間の間隔を熱媒ガス流路３２とした構成では，熱媒ガスとの熱交換によって被加熱排気ガスを加熱する熱交換器型の加熱器３０の構造を単純化することができた。

また，内管３０ａ内を被加熱排気ガス流路３１，内管３０ａの外面と外管３０ｂの内面間の間隔を熱媒ガス流路３２としたことで，被加熱排気ガスの外周を，温度の高い熱媒ガスによって覆うことで，熱媒ガスを熱媒としてのみならず，断熱材としても機能させることができ，エンジン５からの排気ガスを保温しつつ加熱してＤＯＣ４１に導入することで，ＤＯＣ４１の昇温・活性化を効率的に行うことができた。

本発明の排気管（第１実施形態）を備えたエンジン駆動型作業機の正面透視図。 本発明の排気管（第１実施形態）の部分断面正面図。 本発明の排気管（第１実施形態）の模式図。 本発明の排気管（第１実施形態）を備えたエンジン駆動型作業機の正面透視図（ブリーザパイプの保温機能を備えたもの）。 本発明の排気管（第２実施形態）を備えたエンジン駆動型作業機の正面透視図。 本発明の排気管（第２実施形態）の部分断面正面図。 本発明の排気管（第２実施形態）の模式図。 本発明の排気管（第３実施形態）の部分断面正面図。

以下，添付図面を参照しながら説明する。

〔エンジン駆動型作業機の全体構成〕
本発明の排気管を備えたエンジン駆動型作業機１の全体構造を図１，図４及び図５に示す。

図示のエンジン駆動型作業機１は，圧縮機や発電機等の作業機３（図４参照）と，この作業機３を駆動するエンジン（ディーゼルエンジン）５，後述する排気ガス後処理装置４０を備えた排気管１０，その他の必要な機器を防音箱９内に収容して構成されている。

作業機３を駆動するエンジン５には，図示しない排気再循環（EGR: Exhaust Gas Recirculation）システムを設けて，排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯ_X）の発生を抑制するようにしてもよい。このＥＧＲシステムは，排気ガスの一部を吸気に循環・混合させるもので，エンジンの吸気通路と排気通路とを繋ぐ再循環通路と，再循環する排気ガス量を調整するバルブとを備え，エンジンのシリンダ内で酸素濃度が低い状態で燃料を燃焼させることで燃焼温度の低下を図り，窒素酸化物（ＮＯ_X）の発生を抑制する。

図示の実施形態にあっては，防音箱９内を仕切壁９２によって紙面左右方向に２室に仕切り，一方の室を作業機３やエンジン５を収容するエンジン室９ａ，他方の室を通気室９ｂと成すと共に，前記仕切壁９２に設けた連通口９３に対向してエンジン５や作業機３を冷却するためのラジエータやインタークーラ，オイルクーラ（図示の例ではラジエータ８）を配置すると共に，連通口９３及びラジエータ８を通過する冷却風を発生させるファン７を前記ラジエータ８に対向して配置し，エンジン５の作動時，このファン７の回転によってラジエータ８と連通口９３を通過する冷却風を発生させることができるようにしている。

図示の実施形態では，エンジン５の作動時，ファン７によってエンジン室９ａ側から通気室９ｂ側に向かう冷却風の流れを発生させ，通気室９ｂの上方において防音箱９の天板に形成した開口部９１を介して防音箱９内の空気を放出する，所謂「吹き出し式」の構成を採用しているが，これとは逆に，ファン７の回転によって通気室９ｂからエンジン室９ａに向かう冷却風の流れを生じさせることで，開口部９１及び通気室９ｂを介して防音箱９内に導入された外気を，ラジエータ８を通過させた後，エンジン室９ａ内に導入する，所謂「吸い込み式」として構成しても良い。

なお，図示の実施形態では，前述した開口部９１を通気室９ｂの上方における防音箱９の天板に開口しているが，開口部９１は，防音箱９の天板に限らず側壁に設けるものとしても良く，防音箱９内の空気を防音箱９外に放出し得るものであれば，いずれの位置に設けるものとしても良い。

〔排気管〕
エンジン室９ａに収容されたエンジン５の排気口５ａには，排気口５ａを介して排出されたエンジン５の排気ガスを防音箱９外に導出する排気管１０が取り付けられている。

図示の実施形態では，この排気管１０は，エンジン５の排気口５ａに連通されたエキゾーストマニホールド２０（以下，「エキマニ」と略称する。），このエキマニ２０に連通されたエキゾーストパイプ３０（以下，「エキパイ」と略称する。），エキパイ３０に入口が連通された排気ガス後処理装置４０，及び，前記排気ガス後処理装置４０の出口に連通されたテールパイプ５０によって構成されており，エンジン５からの排気ガスが，排気ガス後処理装置４０内を通過して浄化された後，テールパイプ５０を介して防音箱９外に放出されるよう構成されている。

なお，排気ガス後処理装置４０の出口とテールパイプ５０の間には，必要に応じて更にマフラー（消音器）を設け，マフラーによって消音した後の排気ガスを機外に放出するように構成しても良い。

図１，図４及び図５に示すように，本実施形態では排気ガス後処理装置４０とテールパイプ５０は前述の通気室９ｂに設けられており，エンジン室９ａに設けられたエンジン５の排気口５ａと排気ガス後処理装置４０の入口間が，同じくエンジン室９ａ内に収容されたエキマニ２０とエキパイ３０によって連通されている。

前述の排気ガス後処理装置４０は，エンジン（ディーゼルエンジン）５の排気を浄化する装置であり，本発明の排気管１０に搭載する排気ガス後処理装置４０は，図３に示すように少なくともＰＭを捕集するＤＰＦ（微粒子除去フィルタ）４２と，ＤＰＦ４２の一次側に配置されたＤＯＣ（酸化触媒）４１を備えており，必要に応じて窒素酸化物（ＮＯ_X）を浄化するための尿素ＳＣＲ（選択式還元触媒）４３を備えている（図３及び図７参照）。

図３に示す実施形態は，尿素ＳＣＲ４３を備えた排気ガス後処理装置の構成例を示したもので，排気ガス後処理装置４０は，第１ケーシング４４内にＤＯＣ４１とＤＰＦ４２を収容して成るＰＭ除去部４０ａと，第２ケーシング４５内に尿素ＳＣＲ４３を収容して成る窒素酸化物（ＮＯ_X）除去部４０ｃ，及び，ＰＭ除去部４０ａとＮＯ_X除去部４０ｃを連通する配管内に設けられた，尿素水噴射装置４０ｂによって構成されている。

これにより，エンジン５の排気ガスは，排気ガス後処理装置４０内を通過する際にＰＭとＮＯ_Xが除去されて浄化された後，機外に排出されるように構成されている。

〔エキパイ（加熱器）〕
本発明の排気管１０において，排気ガス後処理装置４０の入口側に位置する部分（前述のエキパイ３０部分）は，排気ガス後処理装置４０に導入される前の排気ガスを加熱対象である被加熱排気ガスとし，この被加熱排気ガスを，排気ガス後処理装置４０のＤＯＣ４１を通過した後の温度が高められた排気ガスの一部から成る熱媒ガスによって加熱する，加熱器として構成されている。

熱媒ガスによる被加熱排気ガスの加熱は，２つのガスを熱交換することによって行うものとしても良く，又は，２つのガスを混合することによって行うものとしても良く，更には，２つのガスの熱交換と混合を共に行うことによって行うものとしても良い。

被加熱排気ガスの加熱を熱交換によって行う場合，エキパイ３０は熱交換器型の加熱器として構成され，また，被加熱排気ガスの加熱を２つのガスの混合によって行う場合，エキパイは混合器型の加熱器として構成されることで，被加熱排気ガスを加熱する加熱器としての機能を発揮する。

（１）エキパイの構成例１（熱交換型）
図１～４は，エキパイ３０を熱交換器型の加熱器として，排気ガス後処理装置４０に導入する前の被加熱排気ガスを加熱することができるように構成し，このエキパイ３０には，被加熱排気ガスが導入される被加熱排気ガス流路３１と，熱媒ガスが導入される熱媒ガス流路３２を備えた隔板式熱交換器が構成されている。

図示の実施形態では，前述のエキパイ３０を内管３０ａと外管３０ｂから成る二重管構造に構成し，エキパイ３０の内管３０ａ内を被加熱排気ガス流路３１と成すと共に，内管３０ａの外面と外管３０ｂの内面間の間隔を，熱媒ガス流路３２としている。

そして，被加熱排気ガス流路３１の一端を，エキマニ２０を介してエンジン５の排気口５ａに連通すると共に，他端を排気ガス後処理装置４０の入口に連通して，エンジン５からの排気ガスを排気ガス後処理装置４０内に導入可能と成す一方，排気ガス後処理装置４０側の熱媒ガス流路３２の一端に設けた入口３３を介して，熱媒ガス流路３２に対し排気ガス後処理装置４０のＤＯＣ４１を通過した後の排気ガスの一部である熱媒ガスを導入可能に構成した。

図１～図４に示す実施形態では，熱媒ガス流路３２の他端側（エキマニ２０側）に熱媒ガス流路３２の出口３４を設け，この出口３４を大気開放する構成を採用している。

この構成では，熱媒ガス流路３２を通過した後の熱媒ガスは大気放出されることとなるため，熱媒ガスはクリーンなものであることが要求されることから，熱媒ガスとして，排気ガス後処理装置４０を通過した後の排気ガスの一部を導入する。

すなわち，排気ガス後処理装置４０に尿素ＳＣＲ４３を含めた図示の例では，尿素ＳＣＲ４３を通過した後の排気ガスの一部を導入するが（図３参照），排気ガス後処理装置４０に尿素ＳＣＲ４３を設けない構成では，ＤＰＦ４２通過後の排気ガスの一部を熱媒ガスとして導入する。

この構成では，熱媒ガス流路３２に導入される熱媒ガスは，ＰＭ等の有害物質が除去されていることから，大気放出しても問題ないだけでなく，これを熱媒ガス流路３２内に導入した場合であっても，熱媒ガス流路３２内に煤（ＰＭ）の堆積等に伴う目詰まりが生じることもない。

排気ガス後処理装置４０を通過した後の排気ガスの一部を取り出すために，図２及び図３に示す例ではテールパイプ５０の側壁を貫通する開孔を熱媒ガス取出口５１として設けると共に，この熱媒ガス取出口５１にテールパイプ５０内を流れる排気ガスの一部を誘導する誘導板５２をテールパイプ５０の内壁面に設けている。

熱媒ガス取出口５１より取り出された熱媒ガスは，熱媒ガス取出口５１に一端が連通され，他端を，エキパイ３０に設けた熱媒ガス導入路３２の入口３３に連通した還流流路５３を介して熱媒ガス流路３２に導入されるように構成した。

熱媒ガス流路３２に導入された熱媒ガスは，熱媒ガス流路３２の出口３４を介してそのまま大気放出しても良く，又は出口３４を介して排出された熱媒ガスを，エンジン駆動型作業機１の更に別の構成機器の加熱に使用するものとしても良い。

図１～図３に示す実施形態では，熱媒ガス流路３２の出口３４を大気開放して，熱媒ガスを，この出口３４より直接防音箱９内に放出するように構成したが，図４に示すように熱媒ガス流路３２の出口３４を介して排出された熱媒ガスを，更に移送管６０を介してエンジン５に設けた大気開放型のクランクケースブリーザのブリーザパイプ６５に導入して，ブリーザパイプ６５の加熱（保温）に使用することで，寒冷時の使用においてブリーザパイプ６５内で水分が凍結する等してブローバイガスや漏出オイル等の排出が行えなくなることを防止している。

図示の実施形態では，ブリーザパイプ６５の先端側の一部分の外周を外管６７で覆い，ブリーザパイプ６５の外面と外管６７の内面間の間隔に熱媒ガスの流路を形成し，この流路内に移送管６０を介してエキパイ３０に設けた熱媒ガス流路３２より排出された熱媒ガスを導入してブリーザパイプ６５を加熱（保温）できるようにした。

以上，図１～図４を参照して説明した本発明の排気管１０の構造では，エキパイ３０の内管３０ａ内に形成された被加熱排気ガス流路３１の外周は，熱媒ガス流路３２によって覆われていると共に，熱媒ガス流路３２には，排気ガス後処理装置４０を通過して温度が上昇した排気ガスの一部を熱媒ガスとして導入することで，被加熱排気ガス流路３１内を流れる非加熱排気ガスよりも高温となっている。

そのため，エンジン５の排気ガスは，エキパイ３０を通過して排気ガス後処理装置４０に導入される際に，熱媒ガスと熱交換されて加熱される。

しかも，エキパイ３０を二重管構造として被加熱排気ガスの外周を熱媒ガスで覆う構成としたことから，熱媒ガスは，被加熱排気ガスが冷えることを防止する断熱材としても機能する。

その結果，エンジン５からの排気ガスは，エキパイ３０を通過する際に冷却されないだけでなく，熱媒によって加熱された後に排気ガス後処理装置４０に導入されることで，排気ガス後処理装置４０に設けたＤＯＣ４１を昇温・活性化させることで，ＤＰＦ４２に捕集されたＰＭの燃焼を促進させることができる。

なお，排気ガス後処理装置４０では，ＤＯＣ４１にＰＭが堆積することにより生じる不具合を防止するために，エンジン５の負荷を増大させる等して，エンジン５の排気温度をＤＯＣ４１に堆積したＰＭの燃焼温度まで上昇させる制御が行われる場合があるが，本発明の排気管１０を採用する場合，排気ガス後処理装置４０に導入される排気ガス温度を上昇させることができるため，このようなＤＯＣ４１に堆積したＰＭを除去する際にも，エンジン５に対する負荷の増大幅を小さく抑えることができ，エンジン駆動型作業機１の燃費向上等にも資するものとなっている。

（２）熱交換－混合併用型構造
以上，図１～図４を参照して説明した排気管１０では，エキパイ３０に設けた熱媒ガス流路３２に導入された熱媒ガスは，熱媒ガス流路３２を通過して被加熱排気ガスとの熱交換に使用された後，出口３４を介して大気放出するものとした。

これに対し，図５～図７に示す排気管１０では，大気開放された出口３４に代えて，熱媒ガス流路３２の他端側（エキマニ２０側）を，被加熱排気ガス流路３１の一端側（エキマニ２０側）に連通する連通孔３５を形成し，熱媒ガス流路３２を通過して被加熱排気ガスとの熱交換を行った後の熱媒ガスを，被加熱排気ガス流路３１内を流れる被加熱排気ガスと合流させる構成とした。

この構成では，熱媒ガス流路３２を通過した後の熱媒ガスは，大気放出されることなく，被加熱排気ガス流路３１を介して再度，排気ガス後処理装置４０に導入されることから，ＤＯＣによって昇温した後の排気ガスであればＰＭやＮＯ_Xを含むものであっても熱媒ガスとして使用することができ，ＤＯＣ４１の二次側のいずれかの位置で排気管１０より取り出した排気ガスであればいずれも使用可能であるが，好ましくは図７に示すように排気ガス後処理装置４０内を流れる排気ガス中，最も温度が高いＤＯＣ４１通過後，ＤＰＦ４２通過前の排気ガスの一部を熱媒ガスとして還流させる。

図７に示す実施形態では，ＤＯＣ４１とＤＰＦ４２間の位置において第１ケーシング４４の側壁に貫通孔を形成して熱媒ガス取出口５１とし，この取出口５１に一端を連通した還流パイプ５３の他端を，エキパイ３０に設けた熱媒ガス流路３２の入口３３に連通した。

なお，ＤＯＣ４１とＤＰＦ４２を収容する第１ケーシング４４の内壁には，第１ケーシング４４内を流れる排気ガスの一部を熱媒ガス取出口５１に誘導する誘導板５２を突設配置することができる。

また，熱媒ガス流路３２を通過した熱媒ガスが連通孔３５を介して被加熱排気ガス流路３１を流れる被加熱排気ガスと合流させることができるよう，エキマニ２０の出口をエキパイ３０の内管３０ａよりも細径に絞る細径部２１を設け，この細径部２１をエキパイ３０の内管３０ａ内に挿入すると共に，この細径部２１の先端位置よりもエキマニ２０本体側における内管３０ａの側壁に前述の連通孔３５を設けることで，ベンチュリ効果を利用して熱媒ガス流路を通過した後の熱媒ガスを被加熱排気ガス流路３１内に吸引して被加熱排気ガスと合流させることができるようにした。

なお，この細径部２１は，図５（拡大図部分参照）及び図７に示すように先端に行くに従い径を狭めるテーパ状に形成するものとしても良く，あるいは，図６に示すように一定径の円筒状に形成するものとしても良い。

このように，熱媒ガス流路３２の他端側（エキマニ２０側）を，被加熱排気ガス流路３１の一端側（エキマニ２０側）に連通孔３５を介して連通させた構成では，排気ガス後処理装置４０より取り出され，エキパイ３０の熱媒ガス流路３２の入口３３に導入された熱媒ガスは，熱媒ガス流路３２を一端側（排気ガス後処理装置４０側）から他端側（エキマニ２０側）に向かって移動する際に，被加熱排気ガス流路３１内を流れる被加熱排気ガスと熱交換され，被加熱排気ガスを加熱する。

ＤＯＣ４１を通過した後の排気ガスである熱媒ガスは，ＤＯＣ４１通過前の被加熱排気ガスに比較して十分に高い温度（一例として２００℃程度高い温度）となっており，被加熱排気ガスと熱交換した後においても依然として被加熱排気ガスよりも高い温度を維持していることから，連通孔３５を介して被加熱排気ガスに熱媒ガスを合流させることで，被加熱排気ガスを直接，昇温することができる。

このようにして，熱媒ガスによって加熱した後の被加熱排気ガスを排気ガス後処理装置４０に導入することで，排気ガス後処理装置４０に設けたＤＯＣ４１を昇温・活性化することで，ＤＰＦ４２に捕集されたＰＭを好適に燃焼させることができる。

（３）混合型構造
なお，図５～図７を参照して説明した構成では，エキパイ３０を，熱交換器と混合器の双方の機能を備えるものとして構成する例について説明したが，例えば図８に示すように，エキパイ３０に混合器としての機能のみを持たせることにより被加熱排気ガスの加熱を行うことができるように構成しても良い。

図８に記載の構成では，還流流路５３の一端をＤＯＣ４１とＤＰＦ４２間の位置において第１ケーシングの側壁に設けた熱媒ガス取出口５１に連通させている点では図５～図７（特に図６）を参照して説明した排気管１０の構造と同様であるが，還流流路５３の他端を，単管構造であるエキパイ３０の側壁を貫通する合流孔３６に連通した構成である点で，図５～図７を参照して説明した排気管１０とは異なる。

なお，合流孔３６の形成位置には，エキパイ３０内の流路径を絞る細径部３７を設け，ベンチュリ効果を利用して熱媒ガスを吸引して被加熱排気ガスに合流，混合させることができるように構成した。

このように構成することで，被加熱排気ガスに対し，被加熱排気ガスよりも高温である，ＤＯＣ４１通過後の排気ガスを熱媒ガスとして混合することで，被加熱排気ガスを直接的に加熱することができる。

その結果，加熱された非加熱排気ガスが導入されたＤＯＣ４１を昇温・活性化することでＤＰＦ４２に捕集されたＰＭを好適に燃焼させることが可能である。

１ エンジン駆動型作業機
３ 作業機
５ エンジン（ディーゼルエンジン）
５ａ 排気口
７ ファン
８ ラジエータ
９ 防音箱
９ａ エンジン室
９ｂ 通気室
９１ 開口部
９２ 仕切壁
９３ 連通口
１０ 排気管
２０ エキマニ（エキゾーストマニホールド）
２１ 細径部
３０ 加熱器，エキパイ（エキゾーストパイプ）
３０ａ 内管
３０ｂ 外管
３１ 被加熱排気ガス流路
３２ 熱媒ガス流路
３３ 入口
３４ 出口
３５ 連通孔
３６ 合流孔
３７ 細径部
４０ 排気ガス後処理装置
４０ａ ＰＭ除去部
４０ｂ 尿素水噴射装置
４０ｃ 窒素酸化物（ＮＯ_X）除去部
４１ ＤＯＣ（酸化触媒）
４２ ＤＰＦ（微粒子除去フィルタ）
４３ 尿素ＳＣＲ（選択式還元触媒）
４４ 第１ケーシング
４５ 第２ケーシング
５０ テールパイプ
５１ 熱媒ガス取出口
５２ 誘導板
５３ 還流流路
６０ 移送管
６５ ブリーザパイプ
６７ 外管（ブリーザパイプの）

Claims (4)

1. 微粒子除去フィルタと，該微粒子除去フィルタの一次側に配置された酸化触媒を備えた排気ガス後処理装置を備え，エンジンの排気口からの排気ガスを，前記排気ガス後処理装置を通過させた後に大気放出するディーゼルエンジンの排気管において，
   前記排気ガス後処理装置に導入される前の排気ガスを被加熱排気ガスとし，該被加熱排気ガスを，前記排気ガス後処理装置に設けた前記酸化触媒を通過した後の排気ガスの一部から成る熱媒ガスによって加熱して成り，
   前記熱媒ガスによる前記被加熱排気ガスの加熱を，前記微粒子除去フィルタを通過する前の前記熱媒ガスと前記被加熱排気ガスとの熱交換と，前記熱交換後の前記熱媒ガスを前記被加熱排気ガスに混合することにより行うことを特徴とするディーゼルエンジンの排気ガス後処理方法。
2. 微粒子除去フィルタと，該微粒子除去フィルタの一次側に配置された酸化触媒を備えた排気ガス後処理装置を備え，エンジンの排気口からの排気ガスを，前記排気ガス後処理装置を通過させた後に大気放出するディーゼルエンジンの排気管において，
   前記排気管のうち，前記排気ガス後処理装置の一次側を成す部分が，前記排気ガス後処理装置に導入される前の排気ガスを被加熱排気ガスとし，該被加熱排気ガスを，前記排気ガス後処理装置に設けた前記酸化触媒を通過した後の排気ガスの一部から成る熱媒ガスによって加熱する加熱器として構成されており，
   前記加熱器が，前記被加熱排気ガスを，前記微粒子除去フィルタを通過する前の前記熱媒ガスとの熱交換によって加熱する熱交換器型の加熱器としての機能と，前記熱交換後の前記熱媒ガスを前記被加熱排気ガスに混合させることにより加熱する混合器型の加熱器の機能を併せ持つことを特徴とするディーゼルエンジンの排気管。
3. 前記加熱器の前記熱交換型の加熱器として機能する部分が，前記被加熱排気ガスが導入される被加熱排気ガス流路と，前記熱媒ガスが導入される熱媒ガス流路を備えた隔板式熱交換器型の加熱器として構成されており，
   前記被加熱排気ガス流路の一端を前記エンジンの排気口に，他端を前記排気ガス後処理装置の入口にそれぞれ連通すると共に，
   前記熱媒ガス流路の一端を，前記酸化触媒の二次側で，かつ前記微粒子除去フィルタの一次側における排気管に連通し，前記熱媒ガス流路の他端を，連通孔を介して前記被加熱排気ガス流路と連通したことを特徴とする請求項２記載のディーゼルエンジンの排気管。
4. 前記加熱器が，内管と外管から成る二重管構造を有し，前記内管内に前記被加熱排気ガス流路が形成されていると共に，前記内管の外面と前記外管の内面間の間隔に，前記熱媒ガス流路が形成されていることとを特徴とする請求項３記載のディーゼルエンジンの排気管。

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