(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターボチャージャを搭載し且つ該ターボチャージャのタービン以降の排気管に後処理装置を装備したエンジンの排気昇温装置であって、排気マニホールドを各気筒の並び方向の適宜位置にて第一の開閉弁を介しメインマニホールドとサブマニホールドとに分割し、該サブマニホールドと前記排気管の後処理装置の入側との間を第二の開閉弁を介し連絡管により接続し且つ該連絡管に酸化触媒を装備し、前記サブマニホールドに対応する一部の気筒のみでポスト噴射を実施し得るように構成したことを特徴とする排気昇温装置。
【請求項２】
エンジンがＥＧＲ装置を搭載しており、該ＥＧＲ装置がメインマニホールドから排気ガスの一部を抜き出して吸気側へ再循環し得るように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の排気昇温装置。
【請求項３】
ターボチャージャとしてバリアブルジオメトリーターボチャージャが採用され、第一の開閉弁の閉時にタービンへの流入ガス量の変化に対応してタービン容量を変更し得るように構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の排気昇温装置。
【請求項４】
後処理装置として少なくともパティキュレートフィルタを装備していることを特徴とする請求項１、２又は３に記載の排気昇温装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気昇温装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンから排出されるパティキュレート（Particulate Matter：粒子状物質）は、炭素質から成る煤と、高沸点炭化水素成分から成るＳＯＦ分（Soluble Organic Fraction：可溶性有機成分）とを主成分とし、更に微量のサルフェート（ミスト状硫酸成分）を含んだ組成を成すものであるが、この種のパティキュレートの低減対策としては、排気ガスが流通する排気管の途中に、パティキュレートフィルタを装備することが従来より行われている。
【０００３】
この種のパティキュレートフィルタは、コージェライト等のセラミックから成る多孔質のハニカム構造となっており、格子状に区画された各流路の入口が交互に目封じされ、入口が目封じされていない流路については、その出口が目封じされるようになっており、各流路を区画する多孔質薄壁を透過した排気ガスのみが下流側へ排出されて、排気ガス中のパティキュレートが多孔質薄壁の内側表面に捕集されるようにしてある。
【０００４】
そして、排気ガス中のパティキュレートは、前記多孔質薄壁の内側表面に捕集されて堆積するので、目詰まりにより排気抵抗が増加しないうちにパティキュレートを適宜に燃焼除去してパティキュレートフィルタの再生を図る必要があるが、通常のディーゼルエンジンの運転状態においては、パティキュレートが自己燃焼するほどの高い排気温度が得られる機会が少ない為、ＰｔやＰｄ等を活性種とする酸化触媒を一体的に担持させるようにしている。
【０００５】
このようにすれば、捕集されたパティキュレートの酸化反応が促進されて着火温度が低下し、従来より低い排気温度でもパティキュレートを燃焼除去することが可能となるが、それでも排気温度の低い運転領域ではパティキュレートの処理量より捕集量が上まわってしまうので、低い排気温度での運転状態が続いてしまうと、パティキュレートフィルタの再生が良好に進まずに該パティキュレートフィルタが過捕集状態に陥る虞れはある。
【０００６】
そこで、図２に示す如く、ディーゼルエンジン１の排気管２途中に装備したパティキュレートフィルタ３の前段にフロースルー型の酸化触媒４を別途装備し、パティキュレートの堆積量が増加してきた段階で、ディーゼルエンジン１の各気筒５にて圧縮上死点付近で行われる燃料のメイン噴射に続いて圧縮上死点より遅い非着火のタイミングでポスト噴射を実施し、これにより排気ガス６中に燃料を添加してパティキュレートフィルタ３の強制再生を行うことが考えられている。
【０００７】
つまり、この強制再生によれば、燃料添加で生じたＨＣガスが前段の酸化触媒４を通過する間に酸化反応し、その反応熱で昇温した排気ガス６の流入により直後のパティキュレートフィルタ３の触媒床温度が上げられてパティキュレートが燃やし尽くされ、パティキュレートフィルタ３の再生化が図られることになる。
【０００８】
尚、斯かるパティキュレートフィルタの強制再生に関連する先行技術文献情報としては本発明と同じ出願人による下記の特許文献１等がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００３−１９３８２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、ディーゼルエンジン１にターボチャージャ７が搭載されている場合、ディーゼルエンジン１の各気筒５から排出された排気ガス６がタービン７ａで仕事をしてから排気管２を介しパティキュレートフィルタ３に導かれることになるため、該パティキュレートフィルタ３に到達した時点で大幅に温度低下してしまい、パティキュレートフィルタ３の強制再生を効率良く行うことができないという問題があった。
【００１１】
特に車型によりディーゼルエンジン１から離れた位置にしかパティキュレートフィルタ３の搭載スペースを確保できないようなケースでは、雨天や冬期等の外気温度が低い場合に、ディーゼルエンジン１からパティキュレートフィルタ３まで排気ガス６を導く間に排気管２からの放熱により排気温度が低下し、パティキュレートフィルタ３の強制再生を行い得る運転領域が通常より狭まる虞れがある。
【００１２】
また、図２に示す例にあっては、排気マニホールド８と吸気マニホールド９との間をＥＧＲパイプ１０により接続し、排気マニホールド８から排気ガス６の一部を抜き出してＥＧＲクーラ１１及びＥＧＲバルブ１２を介し吸気マニホールド９に再循環し得るようにしたＥＧＲ装置１３が備えられているが、この場合、ポスト噴射による添加燃料が吸気側へと多量に回り込んでＨＣ重合等を引き起こさないようＥＧＲバルブ１２を閉じて排気ガス６の再循環を停止する必要があるが、この排気ガス６の再循環を停止している間にＮＯx低減率が大幅に悪化してしまうという不具合もあった。
【００１３】
尚、図２中における符号の７ｂはターボチャージャ７のコンプレッサ、１４はエアクリーナ、１５は前記コンプレッサ７ｂで加圧された吸気１６を冷却するインタークーラを夫々示している。
【００１４】
本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、従来より高い排気昇温性能を得ることが可能で且つＥＧＲ装置を備えている場合に排気昇温中も排気ガスの再循環を停止しなくて済む排気昇温装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、ターボチャージャを搭載し且つ該ターボチャージャのタービン以降の排気管に後処理装置を装備したエンジンの排気昇温装置であって、排気マニホールドを各気筒の並び方向の適宜位置にて第一の開閉弁を介しメインマニホールドとサブマニホールドとに分割し、該サブマニホールドと前記排気管の後処理装置の入側との間を第二の開閉弁を介し連絡管により接続し且つ該連絡管に酸化触媒を装備し、前記サブマニホールドに対応する一部の気筒のみでポスト噴射を実施し得るように構成したことを特徴とするものである。
【００１６】
而して、後処理装置へ導く排気ガスを昇温するにあたり、第一の開閉弁を閉じ且つ第二の開閉弁を開け、サブマニホールドに対応する一部の気筒のみでポスト噴射を実施すると、該ポスト噴射による添加燃料から生じたＨＣガスを含んだ状態で排気ガスがサブマニホールドから連絡管へと流れ、該連絡管に装備されている酸化触媒を通過する間に排気ガス中のＨＣガスが酸化反応し、その反応熱で排気ガスの温度が大幅に上昇されるので、その昇温した排気ガスの流入により後処理装置の床温度が上げられる。
【００１７】
この際、サブマニホールドから後処理装置の入側へ直接流れ込む排気ガスは、ターボチャージャのタービンを迂回して仕事をしないまま導かれるので、エンジンから出たばかりの高温状態から大幅に温度低下することなく酸化触媒に導入されて更なる加熱が施され、従来と同じ運転領域にあってもより高い温度まで排気温度を上昇させることが可能となって排気昇温性能が大幅に向上されることになる。
【００１８】
尚、排気マニホールドをメインマニホールドとサブマニホールドとに分割するに際し、サブマニホールドを後処理装置の配置位置に近い側に設定すれば、サブマニホールドと後処理装置の入側との間を接続する連絡管を、タービンの出口から後処理装置の入側までの排気管の長さより短くすることが可能となり、後処理装置に到るまでに失われる放熱分を低減することも可能となる。
【００１９】
また、本発明においては、エンジンがＥＧＲ装置を搭載している場合に、該ＥＧＲ装置がメインマニホールドから排気ガスの一部を抜き出して吸気側へ再循環し得るように構成されていることが好ましい。
【００２０】
このようにすれば、メインマニホールドにおける燃料添加されていない排気ガスだけを吸気側へ再循環することが可能となり、排気ガスの一部を吸気側に再循環しても、添加燃料が吸気側へ多量に回り込んでＨＣ重合等を引き起こすような心配が無いため、排気昇温中に排気ガスの再循環を停止する必要がなくなる。
【００２１】
更に、本発明においては、ターボチャージャとしてバリアブルジオメトリーターボチャージャが採用され、第一の開閉弁の閉時にタービンへの流入ガス量の変化に対応してタービン容量を変更し得るように構成されていることが好ましい。
【００２２】
即ち、第一の開閉弁を閉じた時と開けた時とでは、同じ運転領域でもタービンへの流入ガス量が変化してしまうことになるが、この流入ガス量の変化に対応してタービン容量を変更させるようにすれば、ターボチャージャのタービンを効率良く駆動することが可能となる。
【００２３】
また、本発明においては、後処理装置として少なくともパティキュレートフィルタを装備していることが好ましく、このようにすれば、パティキュレートフィルタの強制再生時に、該パティキュレートフィルタに対し従来よりも高い温度まで排気ガスを昇温して送り込むことが可能となり、パティキュレートフィルタの強制再生を効率良く且つ確実に行うことが可能となる。
【発明の効果】
【００２４】
上記した本発明の排気昇温装置によれば、下記の如き種々の優れた効果を奏し得る。
【００２５】
（Ｉ）本発明の請求項１に記載の発明によれば、サブマニホールドに対応する一部の気筒からの排気ガスを燃料添加専用の排気ガスとし、その排気ガスをターボチャージャのタービンを迂回させて高温状態のまま酸化触媒に導入することで更なる加熱を施してから後処理装置へと導くことができるので、従来と同じ運転領域にあってもより高い温度まで排気温度を上昇させることができ、これまでよりも排気昇温性能の大幅な向上を図ることができる。
【００２６】
（ＩＩ）本発明の請求項２に記載の発明によれば、メインマニホールドにおける燃料添加されていない排気ガスだけを吸気側へ再循環することができるので、排気昇温中における排気ガスの再循環の停止措置を不要とすることができ、排気昇温中にＮＯx低減率が大幅に悪化してしまう不具合を未然に回避することができる。
【００２７】
（ＩＩＩ）本発明の請求項３に記載の発明によれば、第一の開閉弁を閉じた時と開けた時とで同じ運転領域におけるタービンへの流入ガス量が変化しても、この流入ガス量の変化に対応してタービン容量を変更させることにより該タービンを効率良く駆動することができる。
【００２８】
（ＩＶ）本発明の請求項４に記載の発明によれば、パティキュレートフィルタの強制再生時に、該パティキュレートフィルタに対し従来よりも高い温度まで排気ガスを昇温して送り込むことができるので、パティキュレートフィルタの強制再生を効率良く且つ確実に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明を実施する形態の一例を示す概略図である。
【図２】従来例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【００３１】
図１は本発明を実施する形態の一例を示すもので、図２と同一の符号を付した部分は同一物を表している。
【００３２】
図１に示す如く、本形態例においては、排気マニホールド８を各気筒５の並び方向の適宜位置にて開閉弁１７を介しメインマニホールド８Ａとサブマニホールド８Ｂとに分割し、直列６気筒のディーゼルエンジン１（エンジン）における５気筒分をメインマニホールド８Ａに対応させて１気筒分だけをサブマニホールド８Ｂに対応させるようにしている。
【００３３】
そして、前記サブマニホールド８Ｂと前記排気管２のパティキュレートフィルタ３（後処理装置）の入側との間を開閉弁１８を介し連絡管１９により接続すると共に、該連絡管１９の途中に酸化触媒２０を装備させるようにしており、また、前記酸化触媒２０を連絡管１９に装備させたことにより、排気管２にはパティキュレートフィルタ３のみを装備させるようにしている。
【００３４】
また、前記サブマニホールド８Ｂに対応する気筒５のみでポスト噴射を実施せしめるよう前記ディーゼルエンジン１の燃料噴射を制御信号１ｘにより制御する制御装置２１が備えられており、この制御装置２１により開閉弁１７と開閉弁１８の開閉操作も制御信号１７ｘ，１８ｘにより制御し得るようにしてある。
【００３５】
ここで、排気マニホールド８をメインマニホールド８Ａとサブマニホールド８Ｂとに分割するにあたっては、サブマニホールド８Ｂをパティキュレートフィルタ３の配置位置に近い側に設定して連絡管１９の長さが極力短くなるようにしてある。
【００３６】
更に、このディーゼルエンジン１には、ＥＧＲパイプ１０とＥＧＲクーラ１１とＥＧＲバルブ１２とから成るＥＧＲ装置１３が搭載されているが、このＥＧＲ装置１３は、メインマニホールド８Ａから排気ガス６の一部を抜き出して吸気マニホールド９へ再循環し得るように構成されている。
【００３７】
尚、前記ターボチャージャ７には、タービン７ａ側のノズル部に角度調整可能な多数のノズルベーンを環状に備えてノズル開度を任意に変更し得るようにした従来周知のバリアブルジオメトリーターボチャージャが採用されており、開閉弁１７の閉時にタービン７ａへの流入ガス量の変化に対応してタービン容量を変更し得るようにしてある。
【００３８】
而して、パティキュレートフィルタ３へ導く排気ガス６を昇温してパティキュレートフィルタ３の強制再生を実施するにあたり、開閉弁１７を閉じ且つ開閉弁１８を開け、サブマニホールド８Ｂに対応する気筒５のみでポスト噴射を実施すると、該ポスト噴射による添加燃料から生じたＨＣガスを含んだ状態で排気ガス６がサブマニホールド８Ｂから連絡管１９へと流れ、該連絡管１９に装備されている酸化触媒２０を通過する間に排気ガス６中のＨＣガスが酸化反応し、その反応熱で排気ガス６の温度が大幅に上昇されるので、その昇温した排気ガス６の流入によりパティキュレートフィルタ３の触媒床温度が上げられてパティキュレートが燃やし尽くされ、パティキュレートフィルタ３の再生化が図られることになる。
【００３９】
この際、サブマニホールド８Ｂからパティキュレートフィルタ３の入側へ直接流れ込む排気ガス６は、ターボチャージャ７のタービン７ａを迂回して仕事をしないまま導かれるので、ディーゼルエンジン１から出たばかりの高温状態から大幅に温度低下することなく酸化触媒２０に導入されて更なる加熱が施され、従来と同じ運転領域にあってもより高い温度まで排気温度を上昇させることが可能となって排気昇温性能が大幅に向上されることになる。
【００４０】
尚、排気マニホールド８をメインマニホールド８Ａとサブマニホールド８Ｂとに分割するに際し、サブマニホールド８Ｂをパティキュレートフィルタ３の配置位置に近い側に設定しているので、サブマニホールド８Ｂとパティキュレートフィルタ３の入側との間を接続する連絡管１９を、タービン７ａの出口からパティキュレートフィルタ３の入側までの排気管２の長さより短くすることが可能となり、パティキュレートフィルタ３に到るまでに失われる放熱分を低減することも可能となる。
【００４１】
また、本形態例においては、ディーゼルエンジン１がＥＧＲ装置１３を搭載している場合に、該ＥＧＲ装置１３がメインマニホールド８Ａから排気ガス６の一部を抜き出して吸気マニホールド９へ再循環し得るように構成されているので、メインマニホールド８Ａにおける燃料添加されていない排気ガス６だけを吸気側へ再循環することが可能となり、排気ガス６の一部を吸気側に再循環しても、添加燃料が吸気側へ多量に回り込んでＨＣ重合等を引き起こすような心配が無いため、排気昇温中に排気ガス６の再循環を停止する必要がなくなる。
【００４２】
従って、上記形態例によれば、サブマニホールド８Ｂに対応する気筒５からの排気ガス６を燃料添加専用の排気ガス６とし、その排気ガス６をターボチャージャ７のタービン７ａを迂回させて高温状態のまま酸化触媒２０に導入することで更なる加熱を施してからパティキュレートフィルタ３へと導くことができるので、従来と同じ運転領域にあってもより高い温度まで排気温度を上昇させることができて、これまでよりも排気昇温性能の大幅な向上を図ることができ、パティキュレートフィルタ３に対し従来よりも高い温度まで昇温した排気ガス６を送り込んで、前記パティキュレートフィルタ３の強制再生を効率良く且つ確実に行うことができる。
【００４３】
また、メインマニホールド８Ａにおける燃料添加されていない排気ガス６だけを吸気側へ再循環することができるので、排気昇温中における排気ガス６の再循環の停止措置を不要とすることができ、排気昇温中にＮＯx低減率が大幅に悪化してしまう不具合を未然に回避することができる。
【００４４】
しかも、開閉弁１７を閉じた時と開けた時とでは、同じ運転領域でもタービン７ａへの流入ガス量が変化してしまうことになるが、本形態例においては、ターボチャージャ７としてバリアブルジオメトリーターボチャージャを採用しているので、開閉弁１７を閉じた時と開けた時とで同じ運転領域におけるタービン７ａへの流入ガス量が変化しても、この流入ガス量の変化に対応してタービン容量を変更させることにより該タービン７ａを効率良く駆動することができる。
【００４５】
尚、本発明の排気昇温装置は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、図示では後処理装置がパティキュレートフィルタである場合について説明しているが、後処理装置がＮＯxを低減するための選択還元型触媒やＮＯx吸蔵還元触媒等であっても良く、その場合には排気温度の低い運転領域にて触媒床温度を活性温度まで昇温する目的で用いても良いこと、また、図示例では直列６気筒のエンジンに関し５気筒分をメインマニホールドに対応させて１気筒分だけをサブマニホールドに対応させた場合を例示しているが、エンジン型式は直列６気筒のエンジンに限定されるものではなく、サブマニホールドに割り振る気筒数も１気筒分に限定されるものではないこと、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００４６】
１      ディーゼルエンジン（エンジン）
２      排気管
３      パティキュレートフィルタ（後処理装置）
５      気筒
６      排気ガス
７      ターボチャージャ
７ａ    タービン
８      排気マニホールド
８Ａ    メインマニホールド
８Ｂ    サブマニホールド
１３    ＥＧＲ装置
１７    開閉弁（第一の開閉弁）
１８    開閉弁（第二の開閉弁）
１９    連絡管
２０    酸化触媒
【図１】
0006470602.tif 000002
【図２】
0006470602.tif 000003