(57)【要約】【課題】複数のパティキュレートフィルタで目詰まりの進行を均一化し、再生の進行度を均一化し、上記パティキュレートフィルタが過大な熱負荷で割れるおそれを軽減する。【解決手段】第１バッファータンク１００と、複数のフィルタ容器２００と、フィルタ容器に収容されたパティキュレートフィルタ３００とを備え、第１バッファータンクの排気ガス導入口１１０に第１絞り部４００が設けられ、第１バッファータンクが各フィルタ容器にそれぞれ連通し、排気ガス導出口１２０に第１バッファータンクからの排気ガスを絞る第２絞り部５００がそれぞれ設けられ、各フィルタ容器に導入側空間２３０が形成され、各フィルタ容器の導入側空間がそれぞれ第２バッファータンクに接続されている内燃機関のフィルタ装置である。【選択図】図１
2015209821.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気管に接続される排気ガス導入口、および複数の排気ガス導出口が設けられた第１バッファータンクと、
一端に排気ガス導入口が設けられると共に他端に排気ガス導出口が設けられた複数のフィルタ容器と、
一端に排気ガス導入面が設けられると共に他端に排気ガス導出面が設けられ、上記各フィルタ容器に、上記排気ガス導入面が上記フィルタ容器の上記排気ガス導入口に連通し、上記排気ガス導出面が上記フィルタ容器の上記排気ガス導出口に連通するように収容され、上記排気導入面から導入した排気ガスから粒子状物質を捕集し、浄化した上記排気ガスを上記排気ガス導出面から導出するパティキュレートフィルタとを備え、
上記第１バッファータンクの上記排気ガス導入口には、上記内燃機関の排気管からの排気ガスを絞る第１絞り部が設けられ、
上記第１バッファータンクの上記各排気ガス導出口が上記各フィルタ容器の上記排気ガス導入口にそれぞれ連通するように設けられると共に、上記第１バッファータンクの上記各排気ガス導出口には、上記第１バッファータンクからの排気ガスを絞る第２絞り部がそれぞれ設けられ、
上記各フィルタ容器における上記排気ガス導入口と上記パティキュレートフィルタの上記排気ガス導入面との間に導入側空間が形成されており、
上記各フィルタ容器の上記導入側空間が第２バッファータンクにそれぞれ接続されている内燃機関のフィルタ装置。
【請求項２】
上記第１バッファータンクの外側に、上記第１バッファータンクを囲むように上記第２バッファータンクが設けられている請求項１の内燃機関のフィルタ装置。
【請求項３】
上記各フィルタ容器の上記導入側空間が連通管を介して第２バッファータンクにそれぞれ接続されており、
上記第２絞り部が、上記連通管の央部を通り、上記パティキュレートフィルタの上記排気ガス導入面の央部に向けて開口している請求項１又は請求項２の内燃機関のフィルタ装置。
【請求項４】
上記第１バッファータンクが一方向に沿って長くなるように形成されており、
上記第１バッファータンクの上記複数の排気ガス導出口が上記長手方向に沿って間隔をあけて並んでいる請求項１ないし請求項３のうちいずれか１項の内燃機関のフィルタ装置。
【請求項５】
上記排気管に、熱を発生する熱源が設けられている請求項１ないし請求項４のうちいずれか１項の内燃機関のフィルタ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気ガスから粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタを備えた内燃機関のフィルタ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気ガスに含まれる粒子状物質（パティキュレートマターともいう）を捕集する排気浄化装置として、排気通路に、排気ガスに含まれる粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタを設けたものが知られている（例えば、特許文献１、特許文献２を参照）。このような排気浄化装置では、上記パティキュレートフィルタが目詰まりすると、例えばバーナや電気ヒータなどにより捕集された粒子状物質を酸化、燃焼させ、これによって上記パティキュレートフィルタを上記内燃機関から取り外すことなく再生するようにしている。
【０００３】
これに対し、特許文献３ないし５は、内燃機関の排気ガスの熱を利用してパティキュレートフィルタを再生する装置を開示している。このうち、特許文献３には、レールインジェクションシステムを備えたディーゼルエンジンの排気通路に、微粒子フィルタを設け、フィルタの再生時期になると、燃料噴射弁によるメイン噴射直後の膨張行程でポスト噴射を実行するようにした排気浄化装置が開示されている。このような排気浄化装置では、上記ポスト噴射された燃料の燃焼により上記微粒子フィルタに捕集された粒子状物質の酸化が促進され、上記微粒子フィルタから粒子状物質が除去され、上記微粒子フィルタが再生される。
【０００４】
また、特許文献４には、ディーゼルエンジンの排気管にパティキュレートフィルタを備え、上記パティキュレートフィルタの上流で燃料を噴射して燃焼させることにより、上記パティキュレートフィルタの昇温を行うバーナ装置を備えた排気浄化装置が開示されている。このような排気浄化装置では、上記燃焼による上記昇温により上記パティキュレートフィルタに捕集された粒子状物質の酸化が促進され、上記パティキュレートフィルタから粒子状物質が除去され、上記パティキュレートフィルタが再生される。特許文献５も同様の技術を開示している。
【０００５】
さらに、特許文献６には、内燃機関の排気通路に、排気ガスに含まれる主として黒煙（スス）などの粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタを設け、上記排気通路の上記パティキュレートフィルタよりも排気上流側に、排気ガスに含まれる物質の酸化を触媒反応により促進する酸化触媒を設けた内燃機関の排気浄化装置が開示されている。このような排気浄化装置では、上記酸化触媒において排気ガスに含まれる粒子状物質が酸化され、また排気ガスに含まれるＣＯ、ＨＣ、ＳＯＦなどの物質が酸化されてＣＯ2や水などに変わり、この酸化反応によって排気ガスが加熱され、高温になった排気ガスが上記パティキュレートフィルタに流れ込むため、上記パティキュレートフィルタに捕集された粒子状物質の酸化が促進され、上記パティキュレートフィルタから粒子状物質が除去され、上記パティキュレートフィルタが再生される。
【０００６】
また、特許文献７は、火炎を形成する排気系の昇温装置又は排気系の拡張昇温装置によって排気通路を加熱し、例えば、燃料の気化、酸化触媒の活性などを促進し、パティキュレートフィルタを再生し、又はパティキュレートフィルタから排出された白煙を酸化して減らすようにした内燃機関の排気浄化装置等を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平２−１８５６１１号公報
【特許文献２】特開平１０−１３１７４０号公報
【特許文献３】特開２００５−２４８９６４号公報
【特許文献４】特開２０１０−１０６７２８号公報
【特許文献５】特開２００９−１６７９５０号公報
【特許文献６】特開２００５−３２０８８０号公報
【特許文献７】特開２０１２−２４１５７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、排気通路の排気ガスを分岐させて複数のパティキュレートフィルタに導入し、上記パティキュレートフィルタで粒子状物質を捕集すると共に、上記排気ガスの熱を利用して、目詰まりした上記パティキュレートフィルタの上記粒子状物質を酸化し、上記パティキュレートフィルタの目詰まりを解消して上記パティキュレートフィルタを再生するようにした場合、例えば排気ガスの流れ具合などにより、上記パティキュレートフィルタごとの目詰まり進行度がまちまちになり、さらに上記パティキュレートフィルタの再生進行度が不揃いになって、粒子状物質の捕集能力が不安定になるという問題がある。そして、先行して目詰まりした上記パティキュレートフィルタへは排気ガスが入りにくくなって再生が進まず、先行して再生された上記パティキュレートフィルタへは排気ガスが入りやすくなって排気ガスが集中して流れ込み、排気ガスの熱によって上記パティキュレートフィルタが過大な熱負荷を受けて割れるなどの不具合が起こるおそれがある。
【０００９】
本発明は、このような点に着目してなされたものであり、その目的とするところは、上記問題を解決することができる内燃機関のフィルタ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第１の内燃機関のフィルタ装置は、
内燃機関の排気管に接続される排気ガス導入口、および複数の排気ガス導出口が設けられた第１バッファータンクと、
一端に排気ガス導入口が設けられると共に他端に排気ガス導出口が設けられた複数のフィルタ容器と、
一端に排気ガス導入面が設けられると共に他端に排気ガス導出面が設けられ、上記各フィルタ容器に、上記排気ガス導入面が上記フィルタ容器の上記排気ガス導入口に連通し、上記排気ガス導出面が上記フィルタ容器の上記排気ガス導出口に連通するように収容され、上記排気導入面から導入した排気ガスから粒子状物質を捕集し、浄化した上記排気ガスを上記排気ガス導出面から導出するパティキュレートフィルタとを備え、
上記第１バッファータンクの上記排気ガス導入口には、上記内燃機関の排気管からの排気ガスを絞る第１絞り部が設けられ、
上記第１バッファータンクの上記各排気ガス導出口が上記各フィルタ容器の上記排気ガス導入口にそれぞれ連通するように設けられると共に、上記第１バッファータンクの上記各排気ガス導出口には、上記第１バッファータンクからの排気ガスを絞る第２絞り部がそれぞれ設けられ、
上記各フィルタ容器における上記排気ガス導入口と上記パティキュレートフィルタの上記排気ガス導入面との間に導入側空間が形成されており、
上記各フィルタ容器の上記導入側空間が第２バッファータンクにそれぞれ接続されている内燃機関のフィルタ装置である。
【００１１】
内燃機関の排気ガスは、上記排気管から上記第１バッファータンクに入り、上記複数のフィルタ容器に入り、上記複数のパティキュレートフィルタにより粒子状物質が捕集され、浄化した上記排気ガスは上記複数のフィルタ容器から導出される。上記複数のパティキュレートフィルタは、そこに捕集された上記粒子状物質により目詰まりが進むが、上記粒子状物質は排気ガスの熱を受けて酸化され、それによって上記目詰まりが解消され、再生が進む。その場合、管ではなく、一時貯留タンクとして機能する上記第１バッファータンクを設けたので、上記複数の排気ガス導出口の間の圧力差が緩和される。また、上記第１絞り部で排気ガスの流れが絞られるので、上記排気ガスのミキシングが進み、上記排気ガスの温度分布が均一化されると共に、上記排気ガスに例えば燃料が混じっているときには上記排気ガスと上記燃料の混合比が均一化される。しかも、上記第１絞り部で上記排気ガスの流れが絞られることで、上記排気ガスの流れが増速されて上記排気ガスが上記第１バッファータンクの上記排気ガス導入口から遠い部位まで拡散しやすい。また、上記第２絞り部で排気ガスの流れが絞られるので、上記第１バッファータンクの上記複数の排気ガス導出口の間の圧力差が緩和されると共に、上記排気ガスのミキシングがさらに進み、上記排気ガスの温度分布がさらに均一化されると共に、上記排気ガスに例えば燃料が混じっているときには上記排気ガスと上記燃料の混合比がさらに均一化される。しかも、上記第２絞り部で上記排気ガスの流れが絞られることで、上記排気ガスの流れが増速されて上記排気ガスが上記フィルタ容器の上記導入側空間で拡散し、上記パティキュレートフィルタの上記排気ガス導入面の外縁まで到達しやすい。さらに、上記第２バッファータンクを介して上記各フィルタ容器の上記導入側空間の圧力が均一化される。しかも、管ではなく、一時貯留タンクとして機能する上記第２バッファータンクを設けたので、上記複数のフィルタ容器の上記導入側空間の圧力差が緩和されやすい。以上のことから、上記各フィルタ容器へ流れ込む上記排気ガスの温度、および流量が均一化され、さらに上記パティキュレートフィルタの上記排気ガス導入面の全面にわたって導入される上記排気ガスの偏りが緩和されるので、上記複数のパティキュレートフィルタにおいて目詰まりの進行が均一化されると共に、再生の進行度が均一化され、粒子状物質の捕集能力が良好に維持されると共に、一部の上記パティキュレートフィルタに排気ガスが集中して流れ込んで当該パティキュレートフィルタが過大な熱負荷を受けて割れるなどの不具合が起きるおそれが軽減される。
【００１２】
本発明の第２の内燃機関のフィルタ装置は、上記第１の内燃機関のフィルタ装置において、
上記第１バッファータンクの外側に、上記第１バッファータンクを囲むように上記第２バッファータンクが設けられている内燃機関のフィルタ装置である。
【００１３】
このようにすれば、上記第２バッファータンクの断熱作用又は保温作用により、上記第１バッファータンクの排気ガスの温度の低下が防止される。しかも、上記第１バッファータンクおよび上記第２バッファータンクを全体としてコンパクト化することが可能となる。
【００１４】
本発明の第３の内燃機関のフィルタ装置は、上記第１又は上記第２の内燃機関のフィルタ装置において、
上記各フィルタ容器の上記導入側空間が連通管を介して第２バッファータンクにそれぞれ接続されており、
上記第２絞り部が、上記連通管の央部を通り、上記パティキュレートフィルタの上記排気ガス導入面の央部に向けて開口している内燃機関のフィルタ装置である。
【００１５】
このようにすれば、上記第２絞り部を通過する排気ガスが上記パティキュレートフィルタの上記排気ガス導入面の上記央部に向けて導出されるので、上記パティキュレートフィルタで捕集された粒子状物質の酸化が上記パティキュレートフィルタの上記央部から進行して外縁に向けて広がっていくことから、目詰まりした部位が残る可能性が低くなり、上記パティキュレートフィルタの再生が速やかに且つ効率よく行われる。また、上記第２絞り部が、上記連通管の央部を通って上記導入側空間に連通するので、上記第２絞り部の上記導入側空間側の開口と上記連通管の上記導入側空間側の開口とが接近することから、上記第２バッファータンクを介した上記各フィルタ容器の上記導入側空間の圧力の均一化が効率よく行われる。
【００１６】
本発明の第４の内燃機関のフィルタ装置は、上記第１ないし上記第３の内燃機関のフィルタ装置のうちいずれか一つの内燃機関のフィルタ装置において、
上記第１バッファータンクが一方向に沿って長くなるように形成されており、
上記第１バッファータンクの上記複数の排気ガス導出口が上記長手方向に沿って間隔をあけて並んでいる内燃機関のフィルタ装置である。
【００１７】
上記内燃機関のフィルタ装置が、このような形態であっても、上記第１ないし上記第３の内燃機関のフィルタ装置で得られる作用が発揮される。
【００１８】
本発明の第５の内燃機関のフィルタ装置は、上記第１ないし上記第４の内燃機関のフィルタ装置のうちいずれか一つの内燃機関のフィルタ装置において、
上記排気管に、熱を発生する熱源が設けられている内燃機関のフィルタ装置である。
【００１９】
このようにすれば、上記排気管で上記熱源により排気ガスが加熱されるので、上記各フィルタ容器の上記パティキュレートフィルタに、より高い温度の排気ガスが導入される。そのため、上記第１ないし上記第３の内燃機関のフィルタ装置で得られる作用が発揮されると共に、上記複数のパティキュレートフィルタにおいて再生の進行度がさらに向上し、粒子状物質の捕集能力が良好に維持されると共に、排気ガス温度が高くなる傾向があるにもかかわらず上記パティキュレートフィルタが過大な熱負荷を受けて割れるおそれが軽減される。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の上記第１の内燃機関のフィルタ装置は、上記各フィルタ容器へ流れ込む上記排気ガスの温度、および流量が均一化され、さらに上記パティキュレートフィルタの上記排気ガス導入面の全面にわたって導入される上記排気ガスの偏りが緩和されるので、上記複数のパティキュレートフィルタにおいて目詰まりの進行を均一化することができると共に、再生の進行度を均一化し、粒子状物質の捕集能力を良好に維持することができると共に、上記パティキュレートフィルタが過大な熱負荷を受けて割れるなどの不具合が起きるおそれを軽減することができる。
【００２１】
本発明の上記第２の内燃機関のフィルタ装置は、上記第１の内燃機関のフィルタ装置により得られる効果が得られることに加え、さらに、上記第１バッファータンクの排気ガスの温度の低下を防止することができ、しかも上記第１バッファータンクおよび上記第２バッファータンクを全体としてコンパクト化することができる。
【００２２】
本発明の上記第３の内燃機関のフィルタ装置は、上記第１又は上記第２の内燃機関のフィルタ装置により得られる効果が得られることに加え、さらに、上記各パティキュレートフィルタで目詰まりした部位が残る可能性が低くなり、上記パティキュレートフィルタの再生を速やかに且つ効率よく行うことができる。また、上記第２バッファータンクを介した上記各フィルタ容器の上記導入側空間の圧力の均一化を効率よく行うことができる。
【００２３】
本発明の上記第４の内燃機関のフィルタ装置は、上記第１バッファータンクが一方向に沿って長くなるように形成され、上記第１バッファータンクの上記複数の排気ガス導出口が上記長手方向に沿って間隔をあけて並んでいるが、その場合においても上記第１ないし上記第３のうちいずれか一つの内燃機関のフィルタ装置により得られる効果を得ることができる。
【００２４】
本発明の上記第５の内燃機関のフィルタ装置は、上記第１ないし上記第４のうちいずれか一つの内燃機関のフィルタ装置により得られる効果が得られることに加え、さらに、上記排気管で上記熱源により排気ガスが加熱されるので、上記各フィルタ容器の上記パティキュレートフィルタに、より高い温度の排気ガスが導入されて、上記複数のパティキュレートフィルタにおいて再生の進行度をさらに向上させることができると共に、粒子状物質の捕集能力を良好に維持することができると共に、排気ガス温度が高くなる傾向があるにもかかわらず上記パティキュレートフィルタが過大な熱負荷を受けて割れるおそれを軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】図１は、本発明の内燃機関のフィルタ装置の実施形態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
図１は、本発明の内燃機関のフィルタ装置の実施形態を示す。この実施形態の内燃機関（排気管以外は図示省略）は、往復ピストン機構を備えた公知のディーゼルエンジンである。この内燃機関は、シリンダと、このシリンダに摺動可能に嵌挿されたピストンとを備えており、上記シリンダにおけるピストンの頂面側には燃焼室が形成されている。上記内燃機関には、一端が上記燃焼室に接続され、他端が大気に開放されて、当該燃焼室に新気を供給する吸気管が設けられている。また、上記内燃機関には、一端が上記燃焼室に接続され、他端が大気に開放されて、当該燃焼室から排出される排気ガスを外部へ導出する排気管７００が設けられている。燃焼方式は直接噴射式であり、コモンレール噴射システムを採用している。すなわち、サプライポンプで高圧にした燃料を蓄圧室としてのレールの内部に蓄え、ＥＣＵ制御のもとにタイミングよくシリンダヘッドに設けたインジェクタから各気筒の上記燃焼室に適切な噴射量を噴射するようにしている。上記ＥＣＵ制御は燃料噴射コントローラにより行われる。しかし、この実施形態の上記内燃機関によって本発明の対象とする内燃機関が限定解釈されることはない。本発明の対象とする内燃機関は、機械式の燃料噴射ポンプにより加圧された燃料をシリンダヘッドに設けたインジェクタから上記燃焼室へぞれぞれ噴射するようにした内燃機関であってもよく、また副室式（予燃焼室式・渦流室式）のディーゼルエンジンのような内燃機関であってもよく、また燃料噴射をユニットインジェクタ式などで行うディーゼルエンジンのような内燃機関であってもよい。本発明の対象とする内燃機関には、例えばロータリーエンジンが含まれ、また例えばシリンダ内に直接に燃料が噴射されるようにしたガソリンエンジン、又はその他のガソリンエンジンも含まれる。本発明の対象とする内燃機関には、自動車又はその他の輸送用機器に搭載される内燃機関も、発電装置駆動用の内燃機関で例示されるような敷地に定置した内燃機関も含まれる。また、上記シリンダへのポスト噴射、上記排気管への燃料噴射などにより上記排気管へ補充燃料を供給するようにした内燃機関、上記排気管に排気ガスに含まれる物質の酸化を触媒反応により促進する酸化触媒を備えた内燃機関も含まれる。説明の便宜上、排気ガスの流れを排気流といい、上記排気流に沿って上流側を排気上流側といい、下流側を排気下流側ということにする。
【００２７】
上記排気管７００の排気下流側には、第１バッファータンク１００が配置されている。上記第１バッファータンク１００は、上記排気管７００から流れ込んだ排気ガスを一時貯留するタンクとして機能するので、その機能を発揮するために充分な容量を有している。また、上記第１バッファータンク１００の内部には、後述する上記第１絞り部４００の流路断面積、および後述する上記第２絞り部５００の流路断面積と同じかそれよりも小さい流路断面積の部位がないように構成されている。上記第１バッファータンク１００には、上記内燃機関の上記排気管７００に接続される排気ガス導入口１１０と、複数の排気ガス導出口１２０とが設けられている。上記第１バッファータンク１００の内部空間は、上記排気ガス導入口１１０からみて末端の部位がみえるように見通しよく形成されているが、例えば上記内部空間が湾曲していてもよいし、上記内部空間が枝分かれしていてもよい。
【００２８】
第１バッファータンク１００の排気下流側には、複数のフィルタ容器２００が配置されている。上記各フィルタ容器２００は、両端が塞がれた筒状に形成されており、上記各フィルタ容器２００の一端には排気ガス導入口２１０が設けられると共に、上記各フィルタ容器２００の他端には排気ガス導出口２２０が設けられている。この実施形態の場合、上記各フィルタ容器２００は円筒状に形成されているが、例えば角筒状、又はその他の形状に形成されていてもよい。
【００２９】
上記各フィルタ容器２００には、パティキュレートフィルタ３００がそれぞれ収容されている。上記各パティキュレートフィルタ３００は、両端面がそれぞれ円形の平面であり側面が母線により曲面に形成された円柱状に形成されているが、例えば両端面がそれぞれ多角形の平面であり側面が折れ面により形成された角柱状、又はその他の形状に形成されていてもよい。上記パティキュレートフィルタ３００の一端には排気ガス導入面３１０が設けられており、上記パティキュレートフィルタ３００の他端には排気ガス導出面３２０が設けられている。そして、上記排気ガス導入面３１０から導入した排気ガスから粒子状物質を捕集し、浄化した上記排気ガスを上記排気ガス導出面３２０から導出するようにしている。上記各パティキュレートフィルタ３００は、上記フィルタ容器２００に、上記排気ガス導入面３１０が上記フィルタ容器２００の上記排気ガス導入口２１０に連通し、上記排気ガス導出面３２０が上記フィルタ容器２００の上記排気ガス導出口２２０に連通するように収容されている。この実施形態の場合、上記パティキュレートフィルタ３００は上記フィルタ容器２００に、上記排気ガス導入面３１０の外周縁および上記排気ガス導出面３２０の外周縁が、それぞれ上記フィルタ容器２００の内側面に気密的に接触するように設けられ、これによって上記フィルタ容器２００の上記排気ガス導入口２１０から導入された排気ガスが上記パティキュレートフィルタ３００の上記排気ガス導入面３１０に入り、上記パティキュレートフィルタ３００の内部で粒子状物質が捕集された上記排気ガスが上記排気ガス導出面３２０から上記フィルタ容器２００の上記排気ガス導出口２２０へ出るようになっている。しかし、これによって上記パティキュレートフィルタの上記フィルタ容器への取り付け構造が限定解釈されることはない。上記パティキュレートフィルタ３００は、いわゆる目封じタイプである。上記パティキュレートフィルタ３００は、セラミックで構成され、隔壁で区画された複数のセルを有する、いわゆるハニカム体であって、ハニカムを１セルずつ交互にその端を塞いだものであり、排気ガスが壁を通過するときに粒子状物質を捕集する。上記パティキュレートフィルタ３００の上記排気ガス導入面３１０では各セルの端面がシール材によって交互に市松模様状に塞がれており、上記排気ガス導出面３２０では、上記排気ガス導入面３１０で塞がれたセルは開口し、上記排気ガス導入面３１０で開口していたセルはシール材によって塞がれた構造をしている。上記パティキュレートフィルタとしては、他にも例えば多孔体タイプ、繊維タイプなどがあり、これらは、例えば金属等の材料で構成され、排気が多孔体又は繊維の構成体に衝突することで粒子状物質を捕集するように構成されている。しかし、本発明の対象となる上記パティキュレートフィルタの構造は、この実施形態によって限定解釈されるものではなく、排気ガスに含まれる粒子状物質を捕集する機能を発揮するものであればよい。
【００３０】
上記第１バッファータンク１００の上記排気ガス導入口１１０には、上記内燃機関の排気管からの排気ガスを絞る上記第１絞り部４００が設けられている。上記第１絞り部４００は、その流路面積が、上記第１絞り部４００の直ぐ排気上流側の流路面積よりも小さいと共に、直ぐ排気下流側の流路面積よりも小さい。よって、上記第１絞り部４００は、排気ガスの流れを絞ることによって、排気流の流速を増加させる。
【００３１】
上記第１バッファータンク１００の上記各排気ガス導出口１２０は、上記各フィルタ容器２００の上記排気ガス導入口２１０にそれぞれ連通するように設けられている。また、上記第１バッファータンク１００の上記各排気ガス導出口１２０には、上記第１バッファータンク１００からの排気ガスを絞る上記第２絞り部５００がそれぞれ設けられている。上記第２絞り部５００は、その流路面積が、上記第２絞り部５００の直ぐ排気上流側の流路面積よりも小さいと共に、直ぐ排気下流側の流路面積よりも小さい。よって、上記第２絞り部５００は、排気ガスの流れを絞ることによって、排気流の流速を増加させる。
【００３２】
上記各フィルタ容器２００における上記排気ガス導入口２１０と上記パティキュレートフィルタ３００の上記排気ガス導入面３１０との間に、導入側空間２３０が形成されている。
【００３３】
上記各フィルタ容器２００の上記導入側空間２３０が、第２バッファータンク６００にそれぞれ接続されている。上記第２バッファータンク６００は、いずれかの上記導入側空間２３０から流れ込んだ排気ガスを一時貯留するタンクとして機能するので、その機能を発揮するために充分な容量を有している。上記第２バッファータンク６００の内部空間は、その内部空間において一端からみて他端がみえるように見通しよく形成されているが、例えば上記内部空間が湾曲していてもよいし、上記内部空間が枝分かれしていてもよい。
【００３４】
上記第２バッファータンク６００は、上記第１バッファータンク１００の外側に、上記第１バッファータンク１００を囲むように設けられている。すなわち、太さの異なる二つの筒状体を二重に配置した構造体において、上記内側の筒状体の内部空間が上記第１バッファータンク１００の内部空間を形成し、上記内側の筒状体と上記外側の筒状体との間の内部空間が上記第２バッファータンク６００の内部空間を形成している。そして、上記内側の筒状体の一端に上記第１バッファータンク１００の上記排気ガス導入口１１０が設けられ、上記内側の筒状体の他端が閉塞されている。また、上記外側の筒状体の一端と上記内側の筒状体の上記一端との間が閉塞され、上記外側の筒状体の他端が閉塞されている。そして、上記内側の筒状体の側面に、上記第１バッファータンク１００の上記複数の排気ガス導出口１２０が設けられている。さらに、上記外側の筒状体の側面に、上記第２バッファータンク６００の上記複数のフィルタ容器２００への連通部が設けられている。上記内側の筒状体の上記他端と、上記外側の筒状体の上記他端との間は離れていて、この間に上記第２バッファータンク６００の内部空間の一部が形成されている。上記二つの筒状体はそれぞれ円筒状に形成されているが、例えば角筒状又はその他の形状に形成されていてもよい。
【００３５】
上記各フィルタ容器２００の上記導入側空間２３０は、連通管６１０を介して第２バッファータンク６００にそれぞれ接続されている。そして、上記第２絞り部５００が、上記連通管６１０の央部を通り、上記パティキュレートフィルタ３００の上記排気ガス導入面３１０の央部に向けて開口している。
【００３６】
上記第１バッファータンク１００は、一方向に沿って長くなるように形成されている。そして、上記第１バッファータンク１００の上記複数の排気ガス導出口１２０が上記長手方向に沿って間隔をあけて並んでいる。
【００３７】
上記排気管７００に、熱を発生する熱源８００が設けられている。この実施形態の場合、上記熱源８００は、燃料と空気とを混合して燃焼させ、その燃焼熱によって上記排気管７００の内部を通過する排気ガスを加熱する加熱器である。９００は、上記熱源によって加熱された排気ガスの排気流を当てることで上記排気流を上記排気管７００の内部の流路全体に拡散させるための拡散板であるが、本発明の内燃機関のフィルタ装置は、上記拡散板を設けない実施形態を含んでいる。上記熱源は、例えば、燃料と空気との混合気又は可燃ガスを燃焼させ、その燃焼熱によって上記排気管の内部を通過する排気ガスを加熱する加熱器であってもよい。他の熱源としては、上記排気管に、上記シリンダへのポスト噴射、上記排気管への燃料噴射などにより補充燃料を供給して燃焼させ、その燃焼熱によって上記排気管の内部を通過する排気ガスを加熱する加熱手段、或いは排気ガスに含まれる物質の酸化を触媒反応により促進する酸化触媒、又はその他の手段がある。
【００３８】
したがって、上記実施形態およびその変形例の内燃機関のフィルタ装置においては、内燃機関の排気ガスは、上記排気管７００から上記第１バッファータンク１００に入り、上記複数のフィルタ容器２００に入り、上記複数のパティキュレートフィルタ３００により粒子状物質が捕集され、浄化した上記排気ガスは上記複数のフィルタ容器２００から導出される。上記複数のパティキュレートフィルタ３００は、そこに捕集された上記粒子状物質により目詰まりが進むが、上記粒子状物質は排気ガスの熱を受けて酸化され、それによって上記目詰まりが解消され、再生が進む。その場合、管ではなく、一時貯留タンクとして機能する上記第１バッファータンク１００を設けたので、上記複数の排気ガス導出口１２０の間の圧力差が緩和される。また、上記第１絞り部４００で排気ガスの流れが絞られるので、上記排気ガスのミキシングが進み、上記排気ガスの温度分布が均一化されると共に、上記排気ガスに例えば燃料が混じっているときには上記排気ガスと上記燃料の混合比が均一化される。しかも、上記第１絞り部４００で上記排気ガスの流れが絞られることで、上記排気ガスの流れが増速されて上記排気ガスが上記第１バッファータンク１００の上記排気ガス導入口１１０から遠い部位まで拡散しやすい。また、上記第２絞り部５００で排気ガスの流れが絞られるので、上記第１バッファータンク１００の上記複数の排気ガス導出口１２０の間の圧力差が緩和されると共に、上記排気ガスのミキシングがさらに進み、上記排気ガスの温度分布がさらに均一化されると共に、上記排気ガスに例えば燃料が混じっているときには上記排気ガスと上記燃料の混合比がさらに均一化される。しかも、上記第２絞り部５００で上記排気ガスの流れが絞られることで、上記排気ガスの流れが増速されて上記排気ガスが上記フィルタ容器２００の上記導入側空間で拡散し、上記パティキュレートフィルタ３００の上記排気ガス導入面３１０の外縁まで到達しやすい。さらに、上記第２バッファータンク６００を介して上記各フィルタ容器２００の上記導入側空間２３０の圧力が均一化される。しかも、管ではなく、一時貯留タンクとして機能する上記第２バッファータンク６００を設けたので、上記複数のフィルタ容器２００の上記導入側空間２３０の圧力差が緩和されやすい。以上のことから、上記各フィルタ容器２００へ流れ込む上記排気ガスの温度、および流量が均一化され、さらに上記パティキュレートフィルタ３００の上記排気ガス導入面３１０の全面にわたって導入される上記排気ガスの偏りが緩和されるので、上記複数のパティキュレートフィルタ３００において目詰まりの進行が均一化されると共に、再生の進行度が均一化され、粒子状物質の捕集能力が良好に維持されると共に、一部の上記パティキュレートフィルタ３００に排気ガスが集中して流れ込んで当該パティキュレートフィルタ３００が過大な熱負荷を受けて割れるなどの不具合が起きるおそれが軽減される。
【００３９】
本発明の内燃機関のフィルタ装置では、上記第１バッファータンクおよび上記第２バッファータンクは、それぞれ独立して設けてもよいし、上記第１バッファータンクと上記第２バッファータンクとを連結して設けるときであっても、その構造を限定するものではない。そのような種々の実施形態のなかで、上記実施形態、および上記変形例の内燃機関のフィルタ装置の場合、上記第１バッファータンク１００の外側に、上記第１バッファータンク１００を囲むように上記第２バッファータンク６００が設けられている。このようにすれば、上記第２バッファータンク６００の断熱作用又は保温作用により、上記第１バッファータンク１００の排気ガスの温度の低下が防止される。しかも、上記第１バッファータンク１００および上記第２バッファータンク６００を全体としてコンパクト化することが可能となる。
【００４０】
本発明の内燃機関のフィルタ装置では、上記第１バッファータンクの上記各排気ガス導出口が上記各フィルタ容器の上記排気ガス導入口にそれぞれ連通するように設けられると共に、上記各フィルタ容器の上記導入側空間が第２バッファータンクにそれぞれ接続されておればよく、これらの各接続構造を限定するものではない。したがって、例えば、上記第１バッファータンクの上記各排気ガス導出口が上記各フィルタ容器の上記排気ガス導入口に第１の管によってそれぞれ接続されると共に、上記各フィルタ容器の上記導入側空間が第２の管によって第２バッファータンクにそれぞれ接続されていてもよい。そのような種々の実施形態のなかで、上記実施形態、および上記変形例の内燃機関のフィルタ装置の場合、上記各フィルタ容器２００の上記導入側空間２３０がそれぞれ上記連通管６１０を介して上記第２バッファータンク６００に接続されており、上記第２絞り部５００が、上記連通管６１０の央部を通り、上記パティキュレートフィルタ３００の上記排気ガス導入面３１０の央部に向けて開口している。このようにすれば、上記第２絞り部５００を通過する排気ガスが上記パティキュレートフィルタ３００の上記排気ガス導入面３１０の上記央部に向けて導出されるので、上記パティキュレートフィルタ３００で捕集された粒子状物質の酸化が上記パティキュレートフィルタ３００の上記央部から進行して外縁に向けて広がっていくことから、目詰まりした部位が残る可能性が低くなり、上記パティキュレートフィルタ３００の再生が速やかに且つ効率よく行われる。また、上記第２絞り部５００が、上記連通管６１０の央部を通って上記導入側空間２３０に連通するので、上記第２絞り部５００の上記導入側空間側の開口と上記連通管６１０の上記導入側空間側の開口とが接近することから、上記第２バッファータンク６００を介した上記各フィルタ容器２００の上記導入側空間２３０の圧力の均一化が効率よく行われる。
【００４１】
本発明の内燃機関のフィルタ装置では、上記第１バッファータンクの形状、又は構造を限定するものではない。そのような種々の実施形態のなかで、上記実施形態、および上記変形例の内燃機関のフィルタ装置の場合、上記第１バッファータンク１００が一方向に沿って長くなるように形成されており、上記第１バッファータンク１００の上記複数の排気ガス導出口１２０が上記長手方向に沿って間隔をあけて並んでいる。上記内燃機関のフィルタ装置が、このような形態であっても、以上で説明した作用が発揮され、以上で説明した効果が得られる。
【００４２】
本発明の内燃機関のフィルタ装置では、上記排気管に熱源が設けられない実施形態を含んでいる。そのような種々の実施形態のなかで、上記実施形態、および上記変形例の内燃機関のフィルタ装置の場合、上記排気管７００に、熱を発生する上記熱源８００が設けられている。このようにすれば、上記排気管７００で上記熱源８００により排気ガスが加熱されるので、上記各フィルタ容器２００の上記パティキュレートフィルタ３００に、より高い温度の排気ガスが導入される。そのため、、以上で説明した作用が発揮され、以上で説明した効果が得られると共に、上記複数のパティキュレートフィルタ３００において再生の進行度がさらに向上し、粒子状物質の捕集能力が良好に維持されると共に、排気ガス温度が高くなる傾向があるにもかかわらず上記パティキュレートフィルタ３００が過大な熱負荷を受けて割れるおそれが軽減される。
【００４３】
本発明の内燃機関のフィルタ装置は、以上で説明した上記実施形態および上記変形例の特徴を組み合わせた実施形態を含んでいる。さらに、以上で説明した上記実施形態および上記変形例は本発明の内燃機関のフィルタ装置のいくつかの例を示したに過ぎない。したがって、これらの上記実施形態および上記変形例の記載によって本発明の内燃機関のフィルタ装置が限定解釈されることはない。
【符号の説明】
【００４４】
１００  第１バッファータンク
１１０  排気ガス導入口
１２０  排気ガス導出口
２００  フィルタ容器
２１０  排気ガス導入口
２２０  排気ガス導出口
２３０  導入側空間
３００  パティキュレートフィルタ
３１０  排気ガス導入面
３２０  排気ガス導出面
４００  第１絞り部
５００  第２絞り部
６００  第２バッファータンク
６１０  連通管
７００  排気管
８００  熱源
【図１】
2015209821.tif 000003