(57)【要約】【課題】フィルタの全域を有効に活用して、フィルタの強制再生の頻度を低下することができる排気ガス浄化装置を提供する。【解決手段】排気管１の中途位置に、排気ガスに含有された粒子状物質を捕集するフィルタ１２が配置されており、排気ガスの流方向の下流側に向かって縮径した縮径管２７とフィルタ１２を収納するフィルタ収納管２３とを備え、縮径管２７の出口２９とフィルタ収納管２３の入口とが連結し、縮径管２７の入口開口面Ｓ７の面積が、流方向ｘにおけるフィルタ投影面Ｓ２の面積よりも大きい構成にした。【選択図】図１
2018009507.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンから排出された排気ガスが通過する排気管の中途位置に、排気ガスに含有された粒子状物質を捕集するフィルタが配置されている排気ガス浄化装置において、
排気ガスの流方向の下流側に向かって縮径した縮径管と前記フィルタを収納するフィルタ収納管とを備え、
前記縮径管の出口と前記フィルタ収納管の入口とが連結し、
前記縮径管の入口開口面の面積が、前記流方向における前記フィルタのフィルタ投影面の面積よりも大きいことを特徴とする排気ガス浄化装置。
【請求項２】
前記流方向に見て、前記入口開口面の範囲内に前記フィルタ投影面が収まっている請求項１に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項３】
排気ガスに含有された浄化対象成分を酸化する酸化触媒装置とこの酸化触媒装置を収納する触媒収納管とを備え、
前記触媒収納管の出口と前記縮径管の入口とが連結し、
前記流方向における前記酸化触媒装置の触媒投影面の面積が、前記フィルタ投影面の面積よりも大きい請求項１又は２に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項４】
前記流方向に見て、前記触媒投影面の範囲内に前記フィルタ投影面が収まっている請求項３に記載の排気ガス浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気ガス浄化装置に関し、詳しくは、フィルタの強制再生の頻度を低減する排気ガス浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
フィルタケースの前段に酸化触媒装置を配置すると共に後段にフィルタを配置した排気ガス浄化装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１３８０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、エンジンから排出された排気ガスは、排気ガス浄化装置に到達するまでの間に排気管の径方向の中央部よりも外周部の速度や流量が低下する傾向にある。つまり、酸化触媒装置に流入する排気ガスの速度や流量は、酸化触媒装置の径方向の中央部に対して外周部で低下する。
【０００５】
これにより、酸化触媒装置の下流側に配置された、ＰＭ（粒子状物質）を捕集するためのフィルタの内部では、外周部でのＰＭの堆積量が中央部に対して少なくなっている。また、これに伴って、フィルタの強制再生時に堆積量の多い中央部が堆積量の少ない外周部に対して堆積したＰＭの燃焼による発熱量が多いため高温になり熱膨張差が生じる。それ故、その熱膨張差によるフィルタの破損を回避するために、中央部のＰＭの堆積量を制限しなければならない。
【０００６】
つまり、外周部の堆積量が少ないことに加えて、中央部の堆積量を制限する必要があることから、フィルタの全域を有効に活用できていない。それ故、フィルタを強制再生する頻度が増加して、燃費が悪化するという問題がある。
【０００７】
本発明は、上記のことを鑑みてなされたものであり、その目的は、フィルタの全域を有効に活用して、フィルタの強制再生の頻度を低下することができる排気ガス浄化装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成する本発明の排気ガス浄化装置は、エンジンから排出された排気ガスが通過する排気管の中途位置に、排気ガスに含有された粒子状物質を捕集するフィルタが配置されている排気ガス浄化装置において、排気ガスの流方向の下流側に向かって縮径した縮径管と前記フィルタを収納するフィルタ収納管とを備え、前記縮径管の出口と前記フィルタ収納管の入口とが連結し、前記縮径管の入口開口面の面積が、前記流方向における前記フィルタのフィルタ投影面の面積よりも大きいことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、縮径管とフィルタ収納管とが連結し、縮径管の入口開口面の面積がフィルタ投影面の面積よりも大きく形成されているので、フィルタに流入する前に径方向の外側の排気ガスを縮径管により縮流して内側に寄せて集合できる。これにより、フィルタに流入するまでに低下した外側の排気ガスの速度や流量の上昇には有利になり、フィルタに流入する排気ガスの速度や流量を均一化することができる。
【００１０】
したがって、酸化触媒装置の中央部と外周部との通路抵抗の差によりフィルタに流入する排気ガスの速度や流量を調整して均一化することにより、フィルタの径方向の外周部の堆積量を増加できる。これにより、フィルタの中央部と外周部との堆積量の差が小さくなり、ＰＭ燃焼時の熱膨張差が小さくなるので、フィルタの強制再生に至るまでのＰＭの堆積量を増加できる。つまり、本発明によれば、フィルタの全域を有効に活用して、フィルタの強制再生の頻度を低下することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の排気ガス浄化装置の第一実施形態を例示する斜視図である。
【図２】図１の排気ガス浄化装置を例示する流方向の縦断面図である。
【図３】図１の排気ガス浄化装置の各装置の大きさ、配置位置を例示する径方向の横断面図である。
【図４】図１の縮径管の近傍の排気ガスの流れを例示する流方向の縦断面図である。
【図５】本発明の排気ガス浄化装置の第二実施形態を例示する流方向の縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。図中では、ｘを排気ガスの流方向（排気管１の管軸方向）とし、ｙを排気管１の径方向（流方向ｘに直交する方向）とする。
【００１３】
図１に例示するように、第一実施形態の排気ガス浄化装置１０は、図示しないエンジンから排出された排気ガスが通過する排気管１の中途位置に配置されている。排気ガス浄化装置１０は、酸化触媒装置１１とフィルタ１２とが排気ガスの流方向ｘの下流側に向かって上流側から順に配置されている。排気ガス浄化装置１０は、酸化触媒装置１１及びフィルタ１２を収納する管状のケース２０を備えている。
【００１４】
図２に例示するように、酸化触媒装置１１は、径方向ｙの横断面が直径Ｒ１の円になる円柱状に形成されたフルースルー型のハニカム基材で構成されている。フィルタ１２は、径方向ｙの横断面が直径Ｒ２の円になる円柱状に形成されたウォールフロー型のハニカム基材で構成されている。
【００１５】
酸化触媒装置１１は、コーディエライトなどを原料としたセラミックスで構成された多孔質の隔壁１３を有している。隔壁１３は、流方向ｘに延在している。酸化触媒装置１１は、この隔壁１３により区画されて、排気ガスが流入する入口から流出する出口まで貫通して排気ガスの流路となる複数の通気孔（セル）１４が形成されている。
【００１６】
隔壁１３は、酸化触媒を担持している。この酸化触媒は、排気ガスに含有される浄化対象成分を酸化する触媒である。酸化触媒としては、白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）などの貴金属が例示される。浄化対象成分としては、炭化水素、一酸化炭素、及び一酸化窒素が例示される。
【００１７】
フィルタ１２は、シリコンカーバイドやコーディエライトなどを原料としたセラミックスで構成された多孔質の隔壁１５と目封じ部材１６とを有している。フィルタ１２は、隔壁１５により、排気ガスが流入する入口から流出する出口まで貫通して排気ガスの流路となる複数の通気孔（セル）１７が形成されている。この通気孔１７は、目封じ部材１６により入口又は出口のどちらか一方が塞がれており、フィルタ１２の流入側端面及び流出側端面では、隣り合う通気孔１７が交互に塞がれている。
【００１８】
ケース２０は、接続用拡径管２１、触媒収納管２２、縮径管２７、フィルタ収納管２３、及び接続用縮径管２４を有している。接続用拡径管２１、触媒収納管２２、縮径管２７、フィルタ収納管２３、及び接続用縮径管２４は、排気ガスの流方向ｘの上流側から下流側に向かって順に配置されて、互いに連結されている。接続用拡径管２１、触媒収納管２２、縮径管２７、フィルタ収納管２３、及び接続用縮径管２４のそれぞれの管軸Ｌ１は流方向ｘに直線状に並んでいる。
【００１９】
接続用拡径管２１は、排気管１と触媒収納管２２とを接続しており、流方向ｘの下流側に向かって管径が拡径している。触媒収納管２２は、内部に保持材２５を介して酸化触媒装置１１を収納しており、管径Ｒ７が一定の円管である。フィルタ収納管２３は、内部に保持材２６を介してフィルタ１２を収納しており、管径Ｒ８が一定の円管である。接続用縮径管２４は、フィルタ収納管２３と排気管１とを接続しており、流方向ｘの下流側に向かって管径が縮径している。
【００２０】
保持材２５、２６は、筒状の無機繊維成形マットであり、酸化触媒装置１１の柱面と触媒収納管２２の内筒面との間に、フィルタ１２の柱面とフィルタ収納管２３の内筒面との間にそれぞれ介在している。保持材２５、２６としては、バーミキュライトなどの加熱膨張材やセラミックファイバなどの耐熱材をバインダによりマット状に形成したものが例示される。
【００２１】
縮径管２７は、触媒収納管２２とフィルタ収納管２３とを接続しており、流方向ｘの下流側に向かって管径が縮径している。縮径管２７の入口２８は、触媒収納管２２の出口に連結されており、縮径管２７の出口２９は、フィルタ収納管２３の入口に連結されている。
【００２２】
縮径管２７の入口２８は管径Ｒ７であり、出口２９は管径Ｒ８である。触媒収納管２２とフィルタ収納管２３との間に、入口２８の管径Ｒ７が出口２９の管径Ｒ８よりも大きい縮径管２７を介在することで、触媒収納管２２の管径Ｒ７は、フィルタ収納管２３の管径Ｒ８よりも大きくなっている。
【００２３】
次に、各装置の大小関係について、図３を参照しながら説明する。管径Ｒ７は、保持材２５の分だけ酸化触媒装置１１の径方向ｙの横断面の直径Ｒ１よりも長い。管径Ｒ８は、保持材２６の分だけフィルタ１２の横断面の径方向ｙの直径Ｒ２よりも長い。つまり、管径Ｒ７、直径Ｒ１、管径Ｒ８、及び直径Ｒ２の順に短くなっている。
【００２４】
縮径管２７の入口開口面Ｓ７の面積（以下、入口開口面積）は、流方向ｘにおけるフィルタ１２のフィルタ投影面Ｓ２の面積（以下、フィルタ投影面積）よりも大きい。また、流方向ｘにおける酸化触媒装置１１の触媒投影面Ｓ１の面積（以下、触媒投影面積）は、フィルタ投影面積よりも大きい。つまり、入口開口面積、触媒投影面積、出口開口面Ｓ８の面積（以下、出口開口面積）、及びフィルタ投影面積の順に狭くなっている。
【００２５】
なお、ここでいう、フィルタ投影面Ｓ２とは、排気ガスの流方向ｘに垂直な面（排気管１の径方向ｙの横断面）に対して流方向ｘに関してフィルタ１２を投影したときの面である。
【００２６】
この実施形態の酸化触媒装置１１、フィルタ１２のそれぞれは、円柱状であるので、横断面の直径Ｒ１、Ｒ２から求まる断面積が触媒投影面積、フィルタ投影面積になる。なお、酸化触媒装置１１やフィルタ１２が流方向ｘの中途位置で外側に膨らんだ形状、流方向ｘに向かって縮径する形状などの場合は、排気ガスの最大通過面積が触媒投影面積やフィルタ投影面積になる。
【００２７】
流方向ｘに見て、入口開口面Ｓ７の範囲内に出口開口面Ｓ８及びフィルタ投影面Ｓ２が収まっている。また、触媒投影面Ｓ１の範囲内に、出口開口面Ｓ８及びフィルタ投影面Ｓ２が収まっている。この実施形態では、触媒投影面Ｓ１、フィルタ投影面Ｓ２、入口開口面Ｓ７、及び出口開口面Ｓ８のそれぞれが、管軸Ｌ１を中心とした同心円状に配置されている。
【００２８】
入口開口面Ｓ７とフィルタ投影面Ｓ２とに囲まれた領域は、あるいは、触媒投影面Ｓ１とフィルタ投影面Ｓ２とに囲まれた領域は、酸化触媒装置１１を通過後の排気ガスの速度や流量が低下する領域と等しくなることが好ましい。この実施形態で、管径Ｒ７、直径Ｒ１は、直径Ｒ２に対して１１０％以上の長さに設定されている。
【００２９】
排気ガス浄化装置１０においては、排気ガスが酸化触媒装置１１、フィルタ１２の順に通過する。酸化触媒装置１１では、担持された酸化触媒により、流入した排気ガスに含有された炭化水素を水蒸気と二酸化炭素に、一酸化炭素を二酸化炭素に、一酸化窒素を二酸化窒素にそれぞれ酸化する。フィルタ１２では、目封じ部材１６により、流入した排気ガスが多孔質の隔壁１５を通過するときに、排気ガスに含有されるＰＭ（粒子状物質）を濾し取り、捕集する。
【００３０】
図示しないエンジンから排出された排気ガスは、排気管１の内部を流れて、排気ガス浄化装置１０に到達する。排気ガス浄化装置１０に到達するまでの間に、排気ガスの速度や流量は、排気管１の内筒面との摩擦などにより、排気管１の径方向ｙの中央部よりも外周部で低下する。
【００３１】
ここで、排気ガス浄化装置１０のフィルタ１２に流入する排気ガスの速度や流量について、図４を参照しながら説明する。図４では、それぞれの矢印の長さが、排気ガスの速度や流量の大きさを表している。
【００３２】
排気ガス浄化装置１０においては、縮径管２７とフィルタ収納管２３とが連結し、縮径管２７の入口開口面積がフィルタ投影面積よりも大きく形成されている。つまり、フィルタ１２に流入する前に径方向ｙの外側の排気ガスを、縮径管２７により縮流して、内側に寄せて集合させている。これにより、フィルタ１２に流入するまでに低下した外側の排気ガスの速度や流量が上昇するので、フィルタ１２に流入する排気ガスの速度や流量は均一化することになる。
【００３３】
以上のように、排気ガス浄化装置１０は、フィルタ１２に流入する排気ガスの速度や流量を均一化できるので、フィルタ１２の径方向ｙの外周部の堆積量を従来に比して増加できる。また、フィルタ１２の中央部と外周部とのＰＭの堆積量の差が小さくなり、ＰＭ燃焼時の熱膨張差を小さくできるので、フィルタ１２の強制再生に至るまでのＰＭの堆積量を増加できる。つまり、上記の排気ガス浄化装置１０によれば、フィルタ１２の全域を有効に活用して、フィルタ１２が従来に比してフィルタ１２を強制再生させるまでに捕集できるＰＭが増加するので、フィルタ１２の強制再生の頻度を低下することができる。
【００３４】
この実施形態では、流方向ｘに見て、縮径管２７の入口開口面Ｓ７の範囲内に出口開口面Ｓ８及びフィルタ投影面Ｓ２が収まっているので、フィルタ１２に流入する前の排気ガスの外周の全域で速度や流量を上昇できるので、フィルタ１２に流入する排気ガスの速度や流量は均一化には有利になる。
【００３５】
この実施形態では、排気ガス浄化装置１０は、フィルタ１２の上流側に酸化触媒装置１１が配置されていることが望ましいので、フィルタ１２の上流側に酸化触媒装置１１を配置した例を説明したが、必ずしも酸化触媒装置１１を備えていなくてもよい。
【００３６】
この実施形態のように、排気ガスが酸化触媒装置１１、フィルタ１２の順に通過する場合は、酸化触媒装置１１で排気ガスの流れを整流することができる。つまり、酸化触媒装置１１を通過後の排気ガスにおいては、酸化触媒装置１１に到達するまでと同様に、径方向ｙの外側の速度や流量が中央側に比して低くなるので、外側の縮径管２７における外側の排気ガスの速度や流量の上昇には有利になる。
【００３７】
また、触媒投影面Ｓ１の面積を、フィルタ投影面Ｓ２の面積よりも大きくすると、酸化触媒装置１１の流方向ｘの全長を短縮できる。酸化触媒装置１１の容量（体積）は、酸化触媒装置１１における炭化水素、一酸化炭素、及び一酸化窒素の酸化率などに基づいて、実験や試験により定められている。したがって、酸化触媒装置１１の触媒投影面Ｓ１の面積を大きくすると、酸化触媒装置１１の流方向ｘの全長を短縮でき、限られたスペースで酸化触媒装置１１の容量を確保できる。これにより、排気ガス浄化装置１０の流方向ｘの全長の短縮には有利になり、排気ガス浄化装置１０のレイアウト性を向上できる。
【００３８】
この実施形態では、酸化触媒装置１１をセラミックスで構成したが、金属の隔壁で構成されたフルースルー型のハニカム基材としてもよい。また、フィルタ１２をウォールフロー型のハニカム基材で構成したが、金属メッシュ型のフィルタを用いてもよい。また、フィルタ１２の下流側に、排気ガスに含有される窒素酸化物を還元除去する選択的還元触媒装置を備えてもよい。
【００３９】
酸化触媒装置１１とフィルタ１２との間の離間距離、つまり、縮径管２７の流方向ｘの長さは、許容される範囲で短くするとよい。
【００４０】
図５に例示するように、第二実施形態の排気ガス浄化装置１０は、フィルタ収納管２３の径方向ｙの外側に保温部材３０を備えた点が第一実施形態とは異なる。
【００４１】
保温部材３０は、環状に形成されてフィルタ収納管２３の径方向ｙの外側に隣接しており、フィルタ収納管２３を覆っている。保温部材３０は、縮径管２７により生じた触媒収納管２２の外周とフィルタ収納管２３の外周との段差を埋めている。保温部材３０としては、段差に埋められた保温マットや、段差を埋める管が例示できる。保温部材３０が、管で構成されている場合は、フィルタ収納管２３とその管との間に空気の層が形成されて、二重管として機能する。
【００４２】
このように、フィルタ収納管２３の外側に、縮径管２７により生じた段差を埋めるように保温部材３０を設けることで、フィルタ１２の保温には有利になる。また、保温部材３０により、触媒収納管２２とフィルタ収納管２３との間に縮径管２７を介設することで生じる段差を埋めることができるので、排気ガス浄化装置１０の設置には有利になる。
【符号の説明】
【００４３】
１  排気管
１０  排気ガス浄化装置
１１  酸化触媒装置
１２  フィルタ
２２  触媒収納管
２３  フィルタ収納管
２７  縮径管
Ｓ１  触媒投影面
Ｓ２  フィルタ投影面
Ｓ７  入口開口面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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