JP5878889B2 - エンジンの排気処理装置 - Google Patents
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Description
この種の排気処理装置によれば、排気の温度が低い場合でも、可燃性ガスの火炎燃焼の熱で排気が昇温され、酸化触媒の活性化を図ることができる利点がある。
しかし、この従来技術では、着火装置が排気通路にその下方から露出状態で臨んでいるため、問題がある。
着火装置が排気通路にその下方から露出状態で臨んでいるため、排気通路を通過する排気が着火装置の上方から着火装置の周囲に進入しやすい。このため、可燃性ガスの燃焼火炎が排気で吹き消されやすく、可燃性ガスの燃焼火炎の持続性が低い。
図1(A)、図2に例示するように、排気通路(4)に配置された酸化触媒(5)と、可燃性ガス生成器(1)と、可燃性ガス供給通路(8)とが設けられ、
可燃性ガス供給通路(8)が排気通路(4)の下側に並設され、酸化触媒(5)よりも排気通路(4)の上流側で、可燃性ガス供給通路(8)の下流側に、放熱口(13)が開口され、この放熱口(13)で排気通路(4)と可燃性ガス供給通路(8)とが連通され、放熱口(13)の下側に着火装置(10)が配置され、着火装置(10)で着火された可燃性ガス(2)の火炎燃焼の熱が排気通路(4)に供給され、排気通路(4)の排気(6)が昇温されるように構成され、着火装置(10)よりも可燃性ガス供給通路(8)の下流側で、放熱口(13)の下側に保炎板(42)が設けられた、エンジンの排気処理装置において、
図1(A)に例示するように、保炎板(42)の上部に排気ガイド板(46)が設けられ、この排気ガイド板(46)が排気通路(4)の下流側に向けて上り傾斜状に折り曲げられ、着火装置(10)がその斜め上側から排気ガイド板(46)で覆われている、ことを特徴とするエンジンの排気処理装置。
請求項1に係る発明は、次の効果を奏する。
《効果》 可燃性ガスの燃焼火炎の持続性を高めることができる。
図1(A)に例示するように、保炎板(42)の上部に排気ガイド板(46)が設けられ、この排気ガイド板(46)が排気通路(4)の下流側に向けて上り傾斜状に折り曲げられ、着火装置(10)がその斜め上側から排気ガイド板(46)で覆われているので、排気通路(4)を通過する排気(6)が排気ガイド板(46)で遮られ、着火装置(10)の上方から着火装置(10)の周囲に進入しにくい。このため、可燃性ガス(2)の燃焼火炎が排気(6)で吹き消されにくく、可燃性ガス(2)の燃焼火炎の持続性を高めることができる。
また、保炎板(42)の上部に排気ガイド板(46)が設けられているので、排気ガイド板(46)の分だけ、燃焼火炎の成長経路が長くなる。このため、燃焼火炎の成長が促進され、この点でも、可燃性ガス(2)の燃焼火炎の持続性を高めることができる。
図1(A)に例示するように、排気ガイド板(46)が排気通路(4)の下流側に向けて上り傾斜状に折り曲げられているので、排気通路(4)を通過する排気(6)が排気ガイド板(46)に滑らかにガイドされ、背圧の上昇を抑制することができる。
請求項2に係る発明は、請求項1に係る発明の効果に加え、次の効果を奏する。
《効果》 部品の誤組み付けを抑制することができる。
不適正重ね合わせ状態では、重ね合わされる各部品(52)(47)(53)の少なくとも2個の部品が相互に密着しないように構成されているので、部品の誤組み付けを抑制することができる。これにより、排気ガイド板(46)や両ガスケット(52)(53)の向きや位置が不適正になるのを抑制することができる。
請求項3に係る発明は、請求項2に係る発明の効果に加え、次の効果を奏する。
《効果》 部品の誤組み付けのおそれがない。
適正重ね合わせ状態の部品であっても、不適正挟み付け状態では、排気上流側部品(50)と排気下流側部品(51)のいずれかと適正重ね合わせ状態の部品(52)(47)(53)とが相互に密着しないように構成されているので、部品の誤組み付けのおそれがない。これにより、排気ガイド板(46)や両ガスケット(52)(53)の向きや位置が適正になる。
請求項4に係る発明は、請求項2または請求項3に係る発明の効果に加え、次の効果を奏する。
《効果》 液化物シール層のシール性が確保される。
図1(A)(B)に例示するように、部品の誤組み付け防止機能により、排気上流側部品(50)と排気下流側部品(51)との間に適正重ね合わせ状態の部品(52)(47)(53)が適正挟み付け状態で挟み付けられると、液化物シール層(53e)が排気下流側部品(51)に密着し、保炎板(42)よりも可燃性ガス供給通路(8)の上流側に溜まる可燃性ガス(2)の液化物が液化物シール層(53e)でシールされるので、液化物シール層(53e)のシール性が確保される。
請求項5に係る発明は、請求項2から請求項4のいずれかに係る発明の効果に加え、次の効果を奏する。
《効果》 作動部品の作動が確保される。
図1(A)(B)に例示するように、部品の誤組み付け防止機能により、排気上流側部品(50)と排気下流側部品(51)との間に適正重ね合わせ状態の部品(52)(47)(53)が適正挟み付け状態で挟み付けられると、図3(A)(H)に例示するように、積層板の各連結部(52f)(53f)が排気下流側部品(50)に設けられた作動部品(54)と干渉しない位置にくるので、作動部品(54)の作動が確保される。
請求項6に係る発明は、請求項1から請求項5のいずれかに係る発明の効果に加え、次の効果を奏する。
《効果》 可燃性ガスの燃焼火炎の持続性を高めることができる。
図6に例示するように、排気ガイド板(46)の折り曲げ縁(58)の両側に排気ガス遮断壁(60)(60)が形成されているので、排気(6)が排気ガイド板(46)の折り曲げ縁(58)の両側から着火装置(10)の周囲に進入せず、可燃性ガス(2)の燃焼火炎の持続性を高めることができる。
可燃性ガス供給通路(8)が排気通路(4)の下側に並設され、酸化触媒(5)よりも排気通路(4)の上流側で、可燃性ガス供給通路(8)の下流側に、放熱口(13)が開口され、この放熱口(13)で排気通路(4)と可燃性ガス供給通路(8)とが連通され、放熱口(13)の下側に着火装置(10)が配置され、着火装置(10)で着火された可燃性ガス(2)の火炎燃焼の熱が排気通路(4)に供給され、排気通路(4)の排気(6)が昇温されるように構成され、着火装置(10)よりも可燃性ガス供給通路(8)の下流側で、放熱口(13)の下側に保炎板(42)が設けられている。図中の(4a)は排気通路(4)の中心軸線である。
DPF(7)のPM除去と共に、或いは、DPF(7)のPM除去に代えて、酸化触媒(5)の下流に配置した排気浄化触媒(SCR触媒やNOX吸蔵触媒等)を活性化させるようにしてもよい。SCR触媒は選択還元触媒の略称である。
着火装置(10)には電熱着火装置が用いられ、具体的にはグロープラグが用いられている。
保炎板(42)は、排気(6)による燃焼火炎の消失を抑制する。
図3(F)に示すように、排気上流側面(47a)の側から見て、保炎板付設部品(47)の排気上流側導出片(47c)は水平線に対して42°の仰角で右上に向けて突出され、排気下流側導出片(47d)は水平線に対して17°の仰角で右上に向けて突出されている。
図3(A)に示すように、排気下流側ガスケット(53)の左側の排気下流側係止片(53c)は広幅で水平線に対して30°の仰角で左上に向けて突出され、右側の排気上流側係止片(53d)は狭幅で水平線に対する36°の仰角で右上に突出されている。
図1(B)に示すように、適正重ね合わせ状態の前記部品(52)(47)(53)が適正な向きで排気上流側部品(50)と排気下流側部品(51)との間に挟み付けられた適正挟み付け状態では、両部品(50)(51)と適正重ね合わせ状態の部品(52)(47)(53)が相互に密着するように構成されている。
図1(A)(B)に示すように、適正重ね合わせ状態の部品(52)(47)(53)であっても、不適正な向きで排気上流側部品(50)と排気下流側部品(51)との間に挟み付けられた不適正挟み付け状態では、排気上流側導出片(47c)と排気下流側導出片(47d)のいずれかが、排気上流側部品(50)と排気下流側部品(51)のいずれかに設けられた係止部(51a)と干渉して、両部品(50)(51)のいずれかと適正重ね合わせ状態の部品(52)(47)(53)とが相互に密着しないように構成されている。
この実施形態の場合、不適正挟み付け状態では、排気上流側導出片(47c)が排気下流側部品(51)に設けられた係止部(51a)と干渉して、排気下流側部品(51)と適正重ね合わせ状態の部品(52)(47)(53)とが相互に密着しないように構成されている。
この実施形態では、排気上流側面(52a)(53a)の側から見て、排気上流側ガスケット(52)と排気下流側ガスケット(53)の右側にのみ各連結部(52f)(53f)が設けられている。各連結部(52f)(53f)には積層板の一部が排気上流側に押し出された係合部(52g)(53g)が設けられ、この係合部(52g)(53g)でそれぞれ二枚の積層板が一体に連結されている。作動部品(54)は過給機のウェイストゲート弁の連動装置である。
また、図3(B)(I)に示すように、排気上流側ガスケット(52)と排気下流側ガスケット(53)の排気上流側面(52a)(53a)と排気下流側面(52b)(53b)のうち、排気上流側面(52a)(53a)にのみビード(52j)(53j)が設けられ、各ビード(52j)(53j)は排気上流側に向けて突設されている。
この保炎板付設部品(47)は、支持部(56)に保炎板(42)が付設され、支持部(56)が排気上流側部品(50)と排気下流側部品(51)との間に挟まれて固定されるようにし、排気ガイド板(46)の折り曲げ端(46a)側から折り曲げ縁(58)側に向けて、支持部(56)と排気ガイド板(46)との間に切り込み(57)(57)が入れられ、この切り込み(57)(57)の切り込み先(57a)(57a)が排気ガイド板(46)の折り曲げ縁(58)の両側よりも手前で止められ、排気ガイド板(46)の折り曲げ縁(58)の両側に壁(59)(59)を残したまま、排気ガイド板(46)が折り曲げ縁(58)から折り曲げられることにより、排気ガイド板(46)の折り曲げ縁(58)の両側に排気ガス遮断壁(60)(60)が形成されている。
他の構造は、図3(F)に示す保炎板付設部品(47)と同一であり、図6中、図3(F)に示す保炎板付設部品(47)と同一の要素には、図3(F)と同一の符号を付しておく。
図2に示すように、着火装置(10)は制御装置(11)を介して電源(48)に連携されている。
制御装置(11)はエンジンECUである。ECUは電子制御ユニットの略称である。電源(48)はバッテリである。
PMの燃焼除去の開始条件が満たされた場合(PMの堆積推定値が再生開始値に至った場合)や、排気浄化触媒の活性化開始条件が満たされた場合には、制御装置(11)は排気温度とエンジン回転速度に応じて、図4に示すいずれかの処理を行う。
これにより、エンジン始動直後や軽負荷運転時等、本来的に排気温度が酸化触媒(5)の活性化温度に達しない場合でも、可燃性ガス(2)の火炎燃焼の熱で排気(6)の温度を昇温させ、排気温度を酸化触媒(5)の活性化温度に到達させることが可能となり、エンジン始動直後や軽負荷運転時でもDPF(7)に溜まったPMを燃焼させ、或いは、排気浄化触媒の活性化を図ることができる。250°Cは酸化触媒(5)の活性化温度である。
すなわち、図1(A)(C)に示すように、着火装置(10)の上流で可燃性ガス供給通路(8)に沿って可燃性ガス(2)と空気(12)の混合室(14)を形成し、この混合室(14)に可燃性ガスノズル(15)と空気供給装置(9)とを設け、可燃性ガスノズル(15)は混合室(14)の形成方向に沿う向きで混合室(14)の中心部に配置し、この可燃性ガスノズル(15)の周面に複数の可燃性ガス出口(17)をあけ、空気供給装置(9)は混合室(14)の内周面の周方向に沿う向きで混合室(14)の内周面部に配置し、着火装置(10)による可燃性ガス(2)の着火時と火炎燃焼時には、空気供給装置(9)から供給した空気(12)を可燃性ガスノズル(15)の周囲で混合室(14)の内周面に沿って旋回させている。
この旋回する空気(12)に可燃性ガス出口(17)から混合室(14)の径方向に供給した可燃性ガス(2)を混合させるようにしている。これにより、可燃性ガス(2)の着火と火炎燃焼が促進され、可燃性ガス(2)から高い放熱量が得られる。
液体燃料(26)は軽油であり、可燃性ガス生成触媒(22)は酸化触媒である。
液体燃料(26)の一部を可燃性ガス生成触媒(22)で触媒燃焼させ、触媒燃焼熱で液体燃料(26)の残部を気化させて、可燃性ガス(2)とする。
図2に示す制御装置(11)は、PM堆積量推定装置(32)とPM再生制御装置(33)とを備えている。PM堆積量推定装置(32)は、エンジンECU(31)の所定の演算部であり、エンジン負荷、エンジン回転数、DPF上流側排気温度センサ(34)による検出排気温度、DPF上流側排気圧センサ(35)によるDPF(7)上流側の排気圧、差圧センサ(36)によるDPF(7)の上流と下流の差圧等に基づいて、予め実験的に求めたマップデータからPM堆積量を推定する。
可燃性ガス(2)の生成開始の初期には、所定時間、ヒータ(37)を発熱させるが、可燃性ガス(2)の生成が開始されると、可燃性ガス生成触媒(13)は発熱反応によって温度が上昇するため、可燃性ガス(2)の生成が開始されてから所定時間経過した場合には、タイマによりヒータ(37)の発熱を停止する。
PM再生制御装置(33)には、DPF(7)の出口側温度センサ(40)を連携させ、DPF(7)の出口側温度が異常に高い場合には、緊急に再生を中止する。
図5に示すように、ステップ(S1)でPM堆積推定値が再生開始値に至ったか否かが判定され、判定が肯定されると、ステップ(S2)で酸化触媒(5)の入口側排気温度が250°C以上かどうかが判定され、判定が肯定の場合にはステップ(S3)で可燃性ガス(2)を生成し、ステップ(S4)で可燃性ガス生成触媒(22)の温度が400°C以上か否かが判定され、判定が肯定の場合には、ステップ(S5)で可燃性ガス(2)を着火せずに排気通路(4)に供給し、ステップ(S6)でPM堆積推定値が再生終了値に至ったか否かが判定され、判定が肯定の場合には、ステップ(S7)で可燃性ガス生成を終了し、DPFの再生を終了する。
ステップ(S6)での判定が否定の場合には、ステップ(S2)に戻る。
ステップ(S2)の判定が否定の場合には、ステップ(S8)でエンジン回転速度が2000rpm未満か否かが判定され、判定が肯定の場合には、ステップ(S9)で可燃性ガス(2)を生成し、ステップ(S10)で可燃性ガス(2)に着火して、火炎燃焼の熱を排気通路(4)に供給し、ステップ(S6)に進む。ステップ(S4)での判定が否定の場合にも、ステップ(S10)に進む。
ステップ(S8)での判定が否定の場合には、ステップ(S11)で可燃性ガスを生成しないで、ステップ(S2)に戻る。
DPF(7)の再生処理時に、排気(6)の温度が所定の基準温度未満の場合には、制御装置(11)が低温時ガス着火処理を実行し、この低温時ガス着火処理では、着火装置(10)で可燃性ガス(2)に着火して、可燃性ガス(2)の火炎燃焼の熱を排気通路(4)に供給する。
酸化触媒(5)に所定量のPMが堆積すると、制御手段(11)が酸化触媒(5)の再生処理を実施し、この酸化触媒(5)の再生処理では、可燃性ガス生成器(1)で可燃性ガス(2)を生成させ、着火装置(10)で可燃性ガス(2)に着火して、可燃性ガス(2)の火炎燃焼の熱を排気通路(4)に供給し、酸化触媒(5)の入口排気温度が低温時ガス着火処理の場合よりも高くなるようにして、酸化触媒(5)に堆積したPMを焼却除去する。
また、酸化触媒(5)の再生時にも、同様の着火装置(10)の電圧管理を行う。
制御装置(11)には、着火装置(10)の周辺温度の検出センサ(図外)と酸化触媒(5)の上流側排気圧センサ(図外)を連携させておく。これにより、酸化触媒(5)のPMの堆積と着火装置(10)の周辺温度とを検出することができる。
(2) 可燃性ガス
(4) 排気通路
(5) 酸化触媒
(6) 排気
(8) 可燃性ガス供給通路
(10) 着火装置
(13) 放熱口
(42) 保炎板
(46) 排気ガイド板
(46a) 折り曲げ端
(47) 保炎板付設部品
(47a) 排気上流側面
(47b) 排気下流側面
(47c) 排気上流側導出片
(47d) 排気下流側導出片
(50) 排気上流側部品
(51) 排気下流側部品
(51a) 係止部
(52) 排気上流側ガスケット
(52a) 排気上流側面
(52b) 排気下流側面
(52c) 排気上流側係止片(左)
(52d) 排気上流側係止片(右)
(52f) 連結部
(53) 排気下流側ガスケット
(53a) 排気上流側面
(53b) 排気下流側面
(53c) 排気下流側係止片(左)
(53d) 排気下流側係止片(右)
(53e) 液化物シール層
(53f) 連結部
(54) 作動部品
(56) 支持部
(57) 切り込み
(57a) 切り込み端
(58) 折り曲げ縁
(59) 壁
(60) 排気ガス遮断壁
Claims (6)
- 排気通路(4)に配置された酸化触媒(5)と、可燃性ガス生成器(1)と、可燃性ガス供給通路(8)とが設けられ、
可燃性ガス供給通路(8)が排気通路(4)の下側に並設され、酸化触媒(5)よりも排気通路(4)の上流側で、可燃性ガス供給通路(8)の下流側に、放熱口(13)が開口され、この放熱口(13)で排気通路(4)と可燃性ガス供給通路(8)とが連通され、放熱口(13)の下側に着火装置(10)が配置され、着火装置(10)で着火された可燃性ガス(2)の火炎燃焼の熱が排気通路(4)に供給され、排気通路(4)の排気(6)が昇温されるように構成され、着火装置(10)よりも可燃性ガス供給通路(8)の下流側で、放熱口(13)の下側に保炎板(42)が設けられた、エンジンの排気処理装置において、
保炎板(42)の上部に排気ガイド板(46)が設けられ、この排気ガイド板(46)が排気通路(4)の下流側に向けて上り傾斜状に折り曲げられ、着火装置(10)がその斜め上側から排気ガイド板(46)で覆われている、ことを特徴とするエンジンの排気処理装置。 - 請求項1に記載されたエンジンの排気処理装置において、
保炎板(42)が付設された保炎板付設部品(47)が排気上流側部品(50)と排気下流側部品(51)との間に挟まれて固定され、保炎板付設部品(47)の排気上流側面(47a)と排気上流側部品(50)との間に排気上流側ガスケット(52)が挟み付けられ、保炎板付設部品(47)の排気下流側面(47b)と排気下流側部品(51)との間に排気下流側ガスケット(53)が挟み付けられ、
保炎板付設部品(47)と排気上流側ガスケット(52)と排気下流側ガスケット(53)とをこれらの各排気上流側面(47a)(52a)(53a)の側から見て、保炎板付設部品(47)の左右両側のうち、一方の側に排気上流側に導出された排気上流側導出片(47c)と排気下流側に導出された排気下流側導出片(47d)が設けられ、排気上流側ガスケット(52)の左右両側にそれぞれ排気上流側係止片(52c)(52d)が設けられ、排気下流側ガスケット(53)の左右両側にそれぞれ排気下流側係止片(53c)(53d)が設けられ、
排気上流側ガスケット(52)と保炎板付設部品(47)と排気下流側ガスケット(53)とが、排気上流側からこの順序で、これらの各排気上流側面(52a)(47a)(53a)を同じ向きにして重ね合わされた適正重ね合わせ状態では、これら部品(52)(47)(53)が相互に密着して重なり、
排気上流側ガスケット(52)と保炎板付設部品(47)と排気下流側ガスケット(53)とが重ね合わされた順序とこれら各部品(52)(47)(53)の向きのうち、少なくとも一方が、適正重ね合わせ状態と異なる不適正重ね合わせ状態では、排気上流側導出片(47c)と排気下流側導出片(47d)の少なくとも一方に対して、排気上流側係止片(52c)(52d)と排気下流側係止片(53c)(53d)の少なくとも一方が干渉して、重ね合わされる各部品(52)(47)(53)の少なくとも2個の部品が相互に密着しないように構成されている、ことを特徴とするエンジンの排気処理装置。 - 請求項2に記載されたエンジンの排気処理装置において、
排気上流側部品(50)と排気下流側部品(51)のいずれかに係止部(51a)が設けられ、
適正重ね合わせ状態の前記部品(52)(47)(53)が適正な向きで排気上流側部品(50)と排気下流側部品(51)との間に挟み付けられた適正挟み付け状態では、両部品(50)(51)と適正重ね合わせ状態の部品(52)(47)(53)が相互に密着するように構成され、
適正重ね合わせ状態の部品(52)(47)(53)であっても、不適正な向きで排気上流側部品(50)と排気下流側部品(51)との間に挟み付けられた不適正挟み付け状態では、排気上流側導出片(47c)と排気下流側導出片(47d)のいずれかが、排気上流側部品(50)と排気下流側部品(51)のいずれかに設けられた係止部(51a)と干渉して、両部品(50)(51)のいずれかと適正重ね合わせ状態の部品(52)(47)(53)とが相互に密着しないように構成されている、ことを特徴とするエンジンの排気処理装置。 - 請求項2または請求項3に記載されたエンジンの排気処理装置において、
排気上流側ガスケット(52)の排気上流側面(52a)と排気下流側面(52b)と、排気下流側ガスケット(53)の排気上流側面(53a)と排気下流側面(53b)のうち、排気下流側ガスケット(53)の排気下流側面(53b)にのみ液化物シール層(53e)が設けられ、
適正重ね合わせ状態の前記部品(52)(47)(53)が適正な向きで排気上流側部品(50)と排気下流側部品(51)との間に挟み付けられた適正挟み付け状態では、液化物シール層(53e)が排気下流側部品(51)に密着し、保炎板(42)よりも可燃性ガス供給通路(8)の上流側に溜まる可燃性ガス(2)の液化物が液化物シール層(53e)でシールされるように構成されている、ことを特徴とするエンジンの排気処理装置。 - 請求項2から請求項4のいずれかに記載されたエンジンの排気処理装置において、
排気上流側ガスケット(52)と排気下流側ガスケット(53)とがいずれも積層板で構成され、この各ガスケット(52)(53)の左右両側のうち、いずれか一方にのみ積層板の連結部(52f)(53f)が設けられ、
適正重ね合わせ状態の前記部品(52)(47)(53)が適正な向きで排気上流側部品(50)と排気下流側部品(51)との間に挟み付けられた適正挟み付け状態では、
積層板の各連結部(52f)(53f)が排気下流側部品(50)に設けられた作動部品(54)と干渉しない位置にくるように構成されている、ことを特徴とするエンジンの排気処理装置。
- 請求項1から請求項5のいずれかに記載されたエンジンの排気処理装置において、
支持部(56)に保炎板(42)が付設された保炎板付設部品(47)を備え、支持部(56)が排気上流側部品(50)と排気下流側部品(51)との間に挟まれて固定されるようにし、排気ガイド板(46)の折り曲げ端(46a)側から折り曲げ縁(58)側に向けて、支持部(56)と排気ガイド板(46)との間に切り込み(57)(57)が入れられ、この切り込み(57)(57)の切り込み先(57a)(57a)が排気ガイド板(46)の折り曲げ縁(58)の両側よりも手前で止められ、排気ガイド板(46)の折り曲げ縁(58)の両側に壁(59)(59)を残したまま、排気ガイド板(46)が折り曲げ縁(58)から折り曲げられることにより、排気ガイド板(46)の折り曲げ縁(58)の両側に排気ガス遮断壁(60)(60)が形成されている、ことを特徴とするエンジンの排気処理装置。
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