(57)【要約】【課題】パティキュレート・マターを吸気系へ送る際に排気ガスが吸気系へ流入することを抑制する。【解決手段】第１排気管２１には旋回用筒２２が接続されている。旋回用筒２２の直下にはスクリューポンプ２３が配設されている。スクリューポンプ２３は、ロータハウジング２４と、ロータハウジング２４内に回転可能に収容されたスクリューロータ２５と、タービン２６とを備えている。第２排気管３１にはタービン２６が接続されている。タービン２６の出力軸２６１は、第２排気管３１から流入する排気ガス流によって矢印Ｒで示す方向に回転し、スクリューロータ２５が矢印Ｒの方向に回転する。旋回用筒２２内で分離されたパティキュレート・マターは、導入口２４１からロータハウジング２４内へ導入され、排出口２４２から吸気管１７へ送り込まれる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関から排出された排気ガス中からパティキュレート・マターを分離する分離手段が備えられている内燃機関における排気ガス処理装置において、
前記分離手段によって分離されたパティキュレート・マターを吸気系へ送り込むための粉体移送ポンプが設けられており、前記粉体移送ポンプは、前記パティキュレート・マターを前記吸気系へ送り込むように動作する移送体と、前記移送体を駆動する駆動手段とを備えている内燃機関における排気ガス処理装置。
【請求項２】
前記粉体移送ポンプは、前記分離されたパティキュレート・マターが導入される導入口と前記吸気系へ排出される排出口とを備え、前記粉体移送ポンプは、前記駆動手段が作動しているときには前記移送体が前記導入口と前記排出口とのうち少なくとも一方を間欠的に開くように動作する間欠導入型ポンプである請求項１に記載の内燃機関における排気ガス処理装置。
【請求項３】
前記移送体は、前記駆動手段によって回転されるロータである請求項１及び請求項２のいずれか１項に記載の内燃機関における排気ガス処理装置。
【請求項４】
前記粉体移送ポンプは、スクリューポンプであり、前記ロータは、スクリューロータである請求項３に記載の内燃機関における排気ガス処理装置。
【請求項５】
前記駆動手段は、排気ガス流によって作動されるタービンであり、前記ロータは、前記タービンの作動によって回転される請求項３及び請求項４のいずれか１項に記載の内燃機関における排気ガス処理装置。
【請求項６】
前記駆動手段は、電動モータであり、前記ロータは、前記電動モータの作動によって回転される請求項３及び請求項４のいずれか１項に記載の内燃機関における排気ガス処理装置。
【請求項７】
前記分離手段は、排気ガスを旋回させて排気ガス中のパティキュレート・マターを分離する旋回手段である請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の内燃機関における排気ガス処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関から排出された排気ガス中からパティキュレート・マターを分離する分離手段が備えられている内燃機関における排気ガス処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
排気ガス中のパティキュレート・マターを吸気系に送り込んで燃焼室で燃焼させる技術思想が特許文献１に開示されている。燃焼室内の温度の高温化は、出力効率の向上に繋がるが、排気ガス中のパティキュレート・マターを燃焼室で燃焼させることは、燃焼室内の温度の高温化に寄与する。
【０００３】
特許文献１では、パティキュレート・マターの分離は、静電場の作用によって行われる。分離されたパティキュレート・マターを吸気系に送り込む方法としては、分離されたパティキュレート・マターを分流された排気流に乗せて吸気系へ送り込む方法が開示されている。分離されたパティキュレート・マターを吸気系に送り込む別の方法としては、搬送ベルト上にパティキュレート・マターを堆積させ、吸気系内で搬送ベルトからパティキュレート・マターを掻き落とす方法が開示されている。
【特許文献１】特開昭５７−１８４１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１において、分離されたパティキュレート・マターを吸気系に送り込む方法では、排気ガスが分離されたパティキュレート・マターと共に吸気系に流入可能である。分離されたパティキュレート・マターを搬送ベルトによって吸気系へ移送する方法においても、排気ガスが吸気系へ流入可能である。排気ガスが吸気系に流入すれば、燃焼効率が悪くなり、エンジン出力性能が低下する。
【０００５】
特許文献１では、パティキュレート・マターを吸気系へ送る際に排気ガスが吸気系へ流入することを抑制する対策は開示されておらず、排気ガスの流入抑制の示唆もない。
本発明は、パティキュレート・マターを吸気系へ送る際に排気ガスが吸気系へ流入することを抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、内燃機関から排出された排気ガス中からパティキュレート・マターを分離する分離手段が備えられている内燃機関における排気ガス処理装置を対象とし、請求項１の発明では、前記分離手段によって分離されたパティキュレート・マターを吸気系へ送り込むための粉体移送ポンプが設けられており、前記粉体移送ポンプは、前記パティキュレート・マターを前記吸気系へ送り込むように動作する移送体と、前記移送体を駆動する駆動手段とを備えている。
【０００７】
粉体移送ポンプ内の移送経路は、移送体によって移送されている分離されたパティキュレート・マターによって狭められる。移送体によって押し動かされる、あるいは移送体に追随して動くパティキュレート・マターは、堆積状態となり易い。そのため、粉体移送ポンプ内の移送経路は、パティキュレート・マターによって大層狭められる。これは、吸気系への排気ガスの流入を抑制する。
【０００８】
好適な例では、前記粉体移送ポンプは、前記分離されたパティキュレート・マターが導入される導入口と前記吸気系へ排出される排出口とを備え、前記粉体移送ポンプは、前記駆動手段が作動しているときには前記移送体が前記導入口と前記排出口とのうち少なくとも一方を間欠的に開くように動作する間欠導入型ポンプである。
【０００９】
間欠導入型ポンプは、排気ガスが吸気系へ流入することを抑制する上で好適である。
好適な例では、前記移送体は、前記駆動手段によって回転されるロータである。
ロータは、分離されたパティキュレート・マターを移送する移送体として簡便である。
【００１０】
好適な例では、前記粉体移送ポンプは、スクリューポンプであり、前記ロータは、スクリューロータである。
スクリューロータは、分離されたパティキュレート・マターを押し動かす移送体として簡便である。
【００１１】
好適な例では、前記駆動手段は、排気ガス流によって作動されるタービンであり、前記ロータは、前記タービンの作動によって回転される。
排気ガス流によって作動されるタービンは、省エネ効果をもたらす。
【００１２】
好適な例では、前記駆動手段は、電動モータであり、前記ロータは、前記電動モータの作動によって回転される。
駆動手段として電動モータを採用する構成は、分離されたパティキュレート・マターを移送するタイミングを選択することを可能にする。パティキュレート・マターを移送するタイミングの選択は、吸気系への排気ガスの流入の抑制に有利である。
【００１３】
好適な例では、前記分離手段は、排気ガスを旋回させて排気ガス中のパティキュレート・マターを分離する旋回手段である。
旋回手段は、分離されたパティキュレート・マターを粉体移送ポンプへ供給する上で好適な分離手段である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は、パティキュレート・マターを吸気系へ送る際に排気ガスが吸気系へ流入することを抑制することができるという優れた効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明をディーゼルエンジンに具体化した第１の実施形態を図１（ａ），（ｂ）に基づいて説明する。
図１（ａ）に示すように、ディーゼルエンジン１０（内燃機関）は、ピストンによって区画される複数の燃焼室１１〔本実施形態では４つ〕を備えており、ディーゼルエンジン１０のシリンダヘッド１２には燃焼室１１毎に電磁式の燃料噴射ノズル１３が取り付けられている。燃料噴射ノズル１３は、燃料を燃焼室１１内へ噴射する。
【００１６】
燃料は、燃料ポンプ１４及びコモンレール１５を経由して燃料噴射ノズル１３へ供給され、燃料噴射ノズル１３は、各燃焼室１１内に燃料を噴射する。燃料噴射ノズル１３は、制御コンピュータＣの制御を受ける。
【００１７】
シリンダヘッド１２にはインテークマニホールド１６が接続されている。インテークマニホールド１６には吸気管１７が接続されており、吸気管１７にはエアクリーナ１８が接続されている。吸気系を構成する吸気管１７の途中にはスロットル弁１９が配設されているスロットル弁１９は、吸気管１７に吸入される空気流量を調整するためのものである。吸気管１７を流れる空気は、インテークマニホールド１６を経由して複数の燃焼室１１へ送られ、燃料噴射ノズル１３から各燃焼室１１内へ噴射された燃料が燃焼される。
【００１８】
シリンダヘッド１２にはエキゾーストマニホールド２０が接続されており、エキゾーストマニホールド２０には第１排気管２１が接続されている。燃焼室１１から排出された排気ガスは、エキゾーストマニホールド２０及び第１排気管２１へ送られる。
【００１９】
第１排気管２１には旋回用筒２２が接続されている。旋回用筒２２は、円筒形状の円筒周壁２２１と、円筒周壁２２１の下部に連なる円錐形状の円錐周壁２２２と、円筒周壁２２１の上部に連なる蓋２２３とから構成されている。第１排気管２１は、円筒周壁２２１を貫通して旋回用筒２２内に連通されている。円錐周壁２２２は、下方に向かうにつれて縮径する円錐形状をしており、円錐周壁２２２の下部には出口２２４が形成されている。
【００２０】
旋回用筒２２の直下にはスクリューポンプ２３が配設されている。スクリューポンプ２３は、ロータハウジング２４と、ロータハウジング２４内に回転可能に収容されたスクリューロータ２５と、タービン２６とを備えている。スクリューロータ２５の螺旋羽根２５０とロータハウジング２４の内周面との最小間隔は、小さい。
【００２１】
図１（ｂ）に示すように、スクリューロータ２５の前端〔図１（ｂ）において左端〕にはロータ軸２５１が一体形成されている。ロータハウジング２４のフロント側〔図１（ｂ）において左側〕にはフロントハウジング２７が連結されており、ロータ軸２５１は、ロータハウジング２４の端壁２４０を貫通してフロントハウジング２７内に突出している。ロータ軸２５１は、フロントハウジング２７内でラジアルベアリング２８を介して回転可能に支持されている。
【００２２】
スクリューロータ２５の後端〔図１（ｂ）において右端〕にはロータ軸２５２が一体形成されている。ロータハウジング２４のリヤ側〔図１（ｂ）において右側〕にはリヤハウジング２９が連結されており、ロータ軸２５２は、リヤハウジング２９を貫通してリヤハウジング２９内に突出している。ロータ軸２５２は、リヤハウジング２９内でラジアルベアリング３０を介して回転可能に支持されている。タービン２６は、リヤハウジング２９に連結されており、タービン２６の出力軸２６１は、ロータ軸２５２に連結されている。
【００２３】
旋回用筒２２には第２排気管３１が接続されている。第２排気管３１は、蓋２２３を貫通して旋回用筒２２内に連通されている。第１排気管２１内の排気ガスは、旋回用筒２２内へ流入し、旋回用筒２２内へ流入した排気ガスは、旋回用筒２２内の第２排気管３１の周囲を旋回する。排気ガスが旋回用筒２２内を旋回すると、排気ガス中からパティキュレート・マターが分離される。旋回用筒２２内を旋回した排気ガスは、第２排気管３１内へ流入する。第１排気管２１、旋回用筒２２及び第２排気管３１は、排気ガスを旋回させて排気ガス中のパティキュレート・マターを分離する旋回手段（分離手段）を構成する。
【００２４】
ロータハウジング２４の周壁の上部には導入口２４１が形成されており、ロータハウジング２４の周壁の下部には排出口２４２が形成されている。導入口２４１は、リヤハウジング２９の近傍に設けられており、排出口２４２は、端壁２４０の近傍に設けられている。ロータハウジング２４内のスクリューロータ２５は、ロータハウジング２４内に螺旋形状の移送経路２４３を区画しており、導入口２４１と排出口２４２とは、移送経路２４３を介して連通している。移送経路２４３は、スクリューロータ２５の回転に伴って、導入口２４１側から排出口２４２側へ移動してゆく移送経路である。
【００２５】
ロータハウジング２４の周壁の下部には排出管３２が接続されている。排出管３２は、スロットル弁１９より下流の吸気管１７に接続されており、排出口２４２は、排出管３２を介して、スロットル弁１９より下流の吸気管１７に連通されている。排出口２４２及び排出管３２は、スロットル弁１９より下流の吸気管１７の直上にある。
【００２６】
旋回用筒２２の円錐周壁２２２は、出口２２４が導入口２４１に連通するように、ロータハウジング２４の周壁の上部に連結されている。旋回用筒２２内で分離されたパティキュレート・マターは、出口２２４及び導入口２４１を経由してロータハウジング２４内へ流入可能である。
【００２７】
タービン２６には第２排気管３１が接続されている。第２排気管３１内の排気ガスは、タービン２６内へ流入する。タービン２６の出力軸２６１は、第２排気管３１から流入する排気ガス流によって矢印Ｒで示す方向に回転し、スクリューロータ２５が矢印Ｒの方向に回転する。
【００２８】
タービン２６には第３排気管３３が接続されている。タービン２６内へ流入した排気ガスは、第３排気管３３を経由して大気へ放出される。
ディーゼルエンジン１０が運転開始されると、燃焼室１１から排気ガスが第１排気管２１を経由して旋回用筒２２内へ流入し、旋回用筒２２内へ流入した排気ガスは、旋回用筒２２内で旋回する。旋回用筒２２内で旋回する排気ガスから分離したパティキュレート・マターは、落下してゆき、粉体状となって出口２２４及び導入口２４１を経由してロータハウジング２４内へ流入する。旋回用筒２２内で旋回した排気ガスは、第２排気管３１を経由してタービン２６内へ流入し、タービン２６の出力軸２６１及びスクリューロータ２５が一体的に回転される。
【００２９】
ロータハウジング２４内へ流入したパティキュレート・マターは、スクリューロータ２５の回転に伴って、螺旋形状の移送経路２４３内を導入口２４１側から排出口２４２側へ移送される。つまり、回転するスクリューロータ２５の螺旋羽根２５０は、導入口２４１側から排出口２４２側へと粉体状のパティキュレート・マターを押し動かしてゆく。
【００３０】
図１（ｂ）におけるＰは、螺旋羽根２５０によって押し動かされてゆく粉体状のパティキュレート・マターの堆積状態の一例を示す。
排出口２４２側へ移送されたパティキュレート・マターは、排出口２４２及び排出管３２を経由してスロットル弁１９より下流の吸気管１７内へ流出する。吸気管１７内へ流出したパティキュレート・マターは、吸気管１７内を流れる空気と共に燃焼室１１内へ送り込まれ、燃焼室１１内へ送り込まれたパティキュレート・マターは、燃料噴射ノズル１３から噴射された燃料と共に燃焼室１１内で燃焼される。
【００３１】
スクリューポンプ２３及びタービン２６は、分離手段によって分離されたパティキュレート・マターを吸気系へ送り込むための粉体移送ポンプを構成する。スクリューロータ２５は、パティキュレート・マターを吸気系へ送り込むように動作する移送体であり、タービン２６は、移送体を駆動する駆動手段である。
【００３２】
第１の実施形態では以下の効果が得られる。
（１）スクリューロータ２５の回転に伴って押し動かされてゆく粉体状のパティキュレート・マターは、移送経路２４３の下部において堆積状態となり易い。堆積状態となって移送経路２４３を移送されるパティキュレート・マターは、移送経路２４３を大層狭めてしまうか、あるいは塞いでしまう。旋回用筒２２内の排気ガスは、出口２２４及び導入口２４１を通ってロータハウジング２４内へ流入可能であるが、移送経路２４３の下部において堆積状態となっているパティキュレート・マターは、導入口２４１側から排出口２４２側への排気ガスの流れを抑制する。つまり、旋回用筒２２内の排気ガスは、移送経路２４３内の粉体状のパティキュレート・マターの存在によって、吸気管１７への流入を抑制される。
【００３３】
（２）ロータハウジング２４内の粉体状のパティキュレート・マターは、スクリューロータ２５が回転するだけで容易に移送される。一方向に回転するスクリューロータ２５は、分離されたパティキュレート・マターを押し動かす移送体として簡便である。
【００３４】
（３）スクリューロータ２５は、排気ガス流によって作動されるタービン２６の作動によって回転される。タービン２６は、排気ガス流の運動エネルギーを利用しているため、排気ガス流によって作動されるタービン２６をスクリューロータ２５の駆動手段とする構成は、省エネ効果をもたらす。
【００３５】
（４）旋回用筒２２内で分離されたパティキュレート・マターは、出口２２４及び導入口２４１に向けて落下してゆく。つまり、旋回用筒２２内で分離されたパティキュレート・マターは、自然にロータハウジング２４内へ供給される。ロータハウジング２４の直上に配設されて旋回手段を構成する旋回用筒２２は、分離されたパティキュレート・マターをスクリューポンプ２３へ供給する上で好適な分離手段である。
【００３６】
（５）ロータハウジング２４の周壁の下部に排出口２４２を設けた構成は、ロータハウジング２４内へ導入された粉体状のパティキュレート・マターをロータハウジング２４外へ円滑に排出する上で、好ましい構成である。
【００３７】
（６）スロットル弁１９より下流の吸気管１７の直上に排出口２４２及び排出管３２を設けた構成は、ロータハウジング２４内から吸気管１７への粉体状のパティキュレート・マターの移送を円滑に行なう上で、好ましい構成である。
【００３８】
次に、図２（ａ），（ｂ）の第２の実施形態を説明する。第１の実施形態と同じ構成部には同じ符号を用い、その詳細説明は省略する。
スクリューポンプ２３Ａを構成するスクリューロータ２５Ａには開閉部３４が形成されている。開閉部３４は、螺旋羽根２５０の後端部に一体形成されており、開閉部３４には通口３４１及び連絡通路３４２が形成されている。連絡通路３４２は、通口３４１と移送経路２４３とを連通している。通口３４１は、スクリューロータ２５Ａの回転に伴って、導入口２４１に間欠的に連通する。通口３４１と導入口２４１との連通が遮断されると、移送経路２４３は、導入口２４１から遮断される。
【００３９】
スクリューロータ２５Ａのロータ軸２５２は、電動モータ３５の出力軸３５１に連結されており、スクリューロータ２５Ａは、駆動手段としての電動モータ３５によって駆動される。電動モータ３５は、制御コンピュータＣの制御を受ける。ディーゼルエンジン１０の運転が開始されると、制御コンピュータＣは、スクリューロータ２５Ａが１回転された後に所定時間停止されるという間欠動作を繰り返すように、電動モータ３５の作動制御を開始する。通口３４１が導入口２４１に連通しているときには、旋回用筒２２内で分離されたパティキュレート・マターが通口３４１内へ流入可能である。通口３４１内へ流入した粉体状のパティキュレート・マターは、連絡通路３４２を介して移送経路２４３へ流入する。
【００４０】
スクリューポンプ２３Ａは、電動モータ３５が作動しているときに、スクリューロータ２５Ａが導入口２４１を間欠的に開くように動作する間欠導入型ポンプである。スクリューロータ２５Ａが導入口２４１を閉じているときには、旋回用筒２２内の排気ガスがロータハウジング２４内へ流入しない。間欠導入型ポンプであるスクリューポンプ２３Ａは、排気ガスが吸気系へ流入することを抑制する上で好適な粉体移動ポンプである。
【００４１】
次に、図３（ａ），（ｂ）の第３の実施形態を説明する。第１の実施形態と同じ構成部には同じ符号を用い、その詳細説明は省略する。
粉体移送ポンプ３６は、タービン２６によって回転される円板形状のロータ３７をロータハウジング３８に備えている。ロータハウジング３８の周壁の上部には導入口３８１が形成されており、ロータハウジング３８の周壁の下部には排出口３８２が形成されている。ロータ３７の外周には凹部３７１が形成されている。凹部３７１は、ロータ３７の回転に伴って、導入口３８１と排出口３８２とに間欠的に連通する。
【００４２】
凹部３７１が導入口３８１に連通すると、旋回用筒２２内で分離されたパティキュレート・マターが凹部３７１へ流入する。凹部３７１内の粉体状のパティキュレート・マターは、ロータ３７の回転に伴って、導入口３８１側から排出口３８２側へ移送される。凹部３７１が排出口３８２に連通すると、凹部３７１内のパティキュレート・マターが排出口３８２及び排出管３２を経由して吸気管１７へ流出する。凹部３７１が導入口３８１に連通していないときには、旋回用筒２２内の排気ガスがロータハウジング３８内へ流出しない。
【００４３】
凹部３７１は、ロータ３７の回転に伴って周回するように移動する移送経路であり、粉体移送ポンプ３６は、ロータ３７が導入口３８１を間欠的に開くように動作する間欠導入型ポンプである。
【００４４】
第３の実施形態においても、第２の実施形態と同様の効果が得られる。
次に、図４（ａ），（ｂ）の第４の実施形態を説明する。第１の実施形態と同じ構成部には同じ符号を用い、その詳細説明は省略する。
【００４５】
旋回用筒２２の下部にはピストンハウジング３９が連結されており、ピストンハウジング３９には流体圧シリンダ４０が連結されている。流体圧シリンダ４０の出力ロッド４０１にはピストン４１が止着されている。ピストン４１は、出力ロッド４０１の往復動方向へ移動可能にピストンハウジング３９内に収容されている。ピストンハウジング３９の周壁の上部には導入口３９１が形成されており、ピストンハウジング３９の端壁には排出口３９２が形成されている。
【００４６】
図４（ａ）では、流体圧シリンダ４０の出力ロッド４０１が突出状態にあり、ピストン４１は、導入口３９１を閉じた遮断位置にある。ピストン４１が遮断位置にあるときには、旋回用筒２２内で分離したパティキュレート・マター及び排気ガスがピストンハウジング３９内へ流入することはない。図４（ｂ）では、流体圧シリンダ４０の出力ロッド４０１が退避状態にあり、ピストン４１は、導入口３９１を開いた開放位置にある。ピストン４１が開放位置にあるときには、旋回用筒２２内で分離したパティキュレート・マターがピストンハウジング３９内へ流入可能である。ピストン４１が開放位置から遮断位置へ移行すると、ピストンハウジング３９内の粉体状のパティキュレート・マターは、排出口３９２から排出管３２へ排出される。
【００４７】
ピストンハウジング３９、ピストン４１及び流体圧シリンダ４０は、粉体移送ポンプを構成する。ピストン４１は、移送体であり、流体圧シリンダ４０は、駆動手段である。
第４の実施形態においても、第２の実施形態と同様の効果が得られる。
【００４８】
本発明では以下のような実施形態も可能である。
○分離手段としてフィルタを用いてもよい。この場合、フィルタに堆積したパティキュレート・マターは、逆洗によってフィルタから解離させればよい。
【００４９】
○第１の実施形態において、旋回用筒２２の上流にタービン２６を配設してもよい。
○分離されたパティキュレート・マターを粉体移送ポンプからインテークマニホールド１６へ直接送り込むようにしてもよい。
【００５０】
○本発明をガソリンエンジンに適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】第１の実施形態を示し、（ａ）は、内燃機関及び排気ガス処理装置の概略構成図。（ｂ）は、部分拡大側断面図。
【図２】第２の実施形態を示し、（ａ）は、排気ガス処理装置の概略構成図。（ｂ）は、図２（ａ）のＡ−Ａ線断面図。
【図３】第３の実施形態を示し、（ａ）は、排気ガス処理装置の概略構成図。（ｂ）は、図３（ａ）のＢ−Ｂ線断面図。
【図４】第４の実施形態を示し、（ａ），（ｂ）は、排気ガス処理装置の概略構成図。
【符号の説明】
【００５２】
１０…内燃機関としてのディーゼルエンジン。１７…吸気系を構成する吸気管。２２…分離手段としての旋回手段を構成する旋回用筒。２３，２３Ａ…粉体移送ポンプとしてのスクリューポンプ。２５，２５Ａ…移送体としてのスクリューロータ。２６…駆動手段としてのタービン。２４１，３８１，３９１…導入口。２４２，３８２，３９２…排出口。３５…駆動手段としての電動モータ。３６…粉体移送ポンプ。３７…移送体としてのロータ。４０…駆動手段としての流体圧シリンダ。４１…移送体としてのピストン。Ｐ…パティキュレート・マター。
【図１】
2010001753.tif 000003
【図２】
2010001753.tif 000004
【図３】
2010001753.tif 000005
【図４】
2010001753.tif 000006