(57)【要約】【課題】黒煙粒など有害微粒子の大幅な除去効果が得られるとともに、黒煙などを捕集する媒体をエンジン燃料とし、捕集した黒煙を燃料とともに燃焼させることで、黒煙などの蓄積による媒体の交換作業をも不要としたディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置を提供する【解決手段】ディーゼルエンジン２の排気経路３中に接続され一端側部に排気ガスの流入口１ａを設けるとともにこの流入口より他端側に開口し管内のガスを外部に吐き出す排出部５を設けたほぼ円筒状の渦流管１と、この渦流管内に所定量貯留される燃料１７とからなり、前記流入口から流入する排気ガスによって前記渦流管内に渦巻き流を発生させるようにしたことを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディーゼルエンジンの排気経路中に接続され一端側部に排気ガスの流入口を設けるとともにこの流入口より他端側に開口し管内のガスを外部に吐き出す排出部を設けた渦流管と、この渦流管内に供給される燃料とからなり、前記流入口から流入する排気ガスによって前記渦流管内に渦巻き流を発生させるようにしたことを特徴とするディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置。
【請求項２】
渦流管をほぼ円筒状に形成し、流入口を上部として所定角度で下方傾斜させたことを特徴とする請求項１記載のディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置。
【請求項３】
渦流管の他端側を燃料タンクからエンジンへの経路中に配設した油溜めに連結し、渦流管内における燃料液位を所定高さに保持して渦流管内の燃料をエンジン部に循環させるようにしたことを特徴とする請求項１または２記載のディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置。
【請求項４】
エンジン部からの戻り燃料を渦流管内に供給し、流入口から流入する排気ガスによる渦巻き流に混入させたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置。
【請求項５】
渦流管の排出パイプの外方端を第２の渦流管の一端側の流入口に接続し、この流入口より渦流管の他端側に開口した排出部から排気ガスを外部に排出するとともに、第２の渦流管の他端を油溜めあるいは前記渦流管に連結したことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置。
【請求項６】
渦流管からエンジンへの燃料経路の途中に分散器を設け、超音波照射により燃料液中の黒煙粒などの粒子を解重合するようにしたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置に係り、特に排気ガス中の黒煙など有害粒子状物質の除去装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、自動車などのエンジンから排出される排気ガス中には、一酸化炭素や炭化水素、窒素酸化物などの有害排出物が含まれており、大気汚染の問題から種々の規制がなされている。特に、近年ディーゼルエンジンにおける排気ガス中の黒煙微粒子が、ＤＥＰ（Ｄｉｅｓｅｌ  Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  ディーゼル排気微粒子）として注目されている。
【０００３】
この微粒子は、環境基準で定められている大気中のＳＰＭ（Ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ  Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｍａｔｔｅｒ  浮遊粒子状物質）が１０μｍ以下であるのに対し、０．１μｍ程度であり、きわめて比重が小さく体積が大きいため、単体での除去処理は物理的に困難であるとともに、微少な煤塵が浮遊物質として環境を汚染することから、この排気ガス中における黒煙量を低減する研究が進められている。
【０００４】
ディーゼルエンジンの排気ガスの浄化装置としては、排気管に触媒フィルターを設けたものや、ディーゼルエンジンから排出される排気ガスを排気管を介して液体を収納した容器に導き、この容器の液体中を通過させることによって煤塵を除去する装置（例えば、特許文献１）が発明されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−１０４５３２公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これまでの触媒フィルターによる排気ガス浄化装置での黒煙粒子の低減率は数１０％程度の低いものであり、大幅な低減を必要とする環境汚染の解決策として満足できるものではなかった。また、容器の液体中に排気ガスを通して浄化する上記特許文献１の構成における排気ガス浄化装置は、煤塵と液体との接触が良好となり、大気中に放出される前に排気ガス中の煤塵を除去することができるが、液体中に排気ガスを吐き出すことから、構造や性能効果面での懸念があり、さらに、上記のいずれの場合も、時間経過とともに煤塵によりフィルターが目詰まりしたり、煤塵の吸着媒体である液体が汚れることから、短期間での取り換えが必要となる欠点があった。
【０００７】
本発明は、上記点を考慮してなされたもので、黒煙粒など有害微粒子の大幅な除去効果が得られるとともに、黒煙などを捕集する媒体をエンジン燃料とし、捕集した黒煙を燃料とともに燃焼させることで、黒煙などの蓄積による媒体の交換作業をも不要としたディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１記載の発明は、ディーゼルエンジンの排気経路中に接続され一端側部に排気ガスの流入口を設けるとともにこの流入口より他端側に開口し管内のガスを外部に吐き出す排出部を設けた渦流管と、この渦流管内に供給される燃料とからなり、前記流入口から流入する排気ガスによって前記渦流管内に渦巻き流を発生させるようにしたことを特徴とするものである。
【０００９】
この構成により、排気ガス中から有害微粒子である黒煙などのＤＥＰを効果的に除去できるとともに、捕集した粒子状物質を燃料液とともにエンジンで燃焼させて消尽でき、吸着媒体の交換も不要とすることができるものである。また、渦巻き流によって燃料液の表面積が拡大し、排気ガス中の黒煙粒との接触が多くなることで、黒煙粒の燃料液中への溶け込み量が多くなり、排気ガス中の黒煙粒を効果的に除去することができる。
【００１０】
請求項２記載の発明は、渦流管をほぼ円筒状に形成し、流入口を上部として所定角度で下方傾斜させたことを特徴とするものであり、渦流管内の渦巻き流を効果的に発生させることができるとともに、自動車などの燃焼機関における排気経路の上下方向の設置面積を縮小することができる。
【００１１】
請求項３記載の発明は、渦流管の他端側を燃料タンクからエンジンへの経路中に配設した油溜めに連結し、渦流管内における燃料液位を所定高さに保持して渦流管内の燃料をエンジン部に循環させるようにしたことを特徴とするものであり、渦流管により燃料液に吸着された黒煙粒は、燃料とともにエンジン部に流入して燃焼するため、油溜めや経路中に蓄積することがなく、燃料の汚れを防ぐことができるため媒体の交換など煩雑な作業をなくすことができる。
【００１２】
請求項４記載の発明は、エンジン部からの戻り燃料を渦流管内に供給し、流入口から流入する排気ガスによる渦巻き流に混入させたことを特徴とするものであり、廃棄ガス中の黒煙粒を吸着させる燃料液として、エンジン部からの戻り燃料を利用するため、渦流管を油溜めと分離することもでき、油溜め中の燃料温度の上昇を抑えることができるとともに、個々の部品配置や配管などスペースレイアウトを効果的に実行することができる。
【００１３】
請求項５記載の発明は、渦流管の排出パイプの外方端を第２の渦流管の一端側の流入口に接続し、この流入口より渦流管の他端側に開口した排出部から排気ガスを外部に排出するとともに、第２の渦流管の他端を油溜めあるいは前記渦流管に連結したものであり、自動車走行時における衝撃や振動によって、第１の渦流管の排出部から外方に飛び出した霧化状態の燃料や飛沫を回収し、油溜めへ流下させるものであり、万一渦流管から燃料が吹き出しても、これに引火して発火にいたる危険を防止することができる。
【００１４】
請求項６記載の発明は、渦流管からエンジンへの燃料経路の途中に分散器を設け、超音波照射により燃料液中の黒煙粒などの粒子を解重合するようにしたことを特徴とするものであり、燃料液中でくっつき合って粒大化した黒煙粒の重合度を分解して小粒子化することにより、燃え易くしてエンジン部における燃焼率を向上できるとともに、燃料フィルターを目詰まりさせることなく、また、燃料経路中における精密部品構成への黒煙粒による傷つきなどの悪影響を防止することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の１実施形態として、ディーゼルエンジンにおける排気ガス浄化装置につき、図面にしたがい説明する。
【００１６】
図１は、本発明の特徴である渦流管（１）の構成とともに、ディーゼルエンジンの燃料経路の概略を示す排気ガス浄化装置であり、エンジン（２）からの排気ガスを大気中に放出する排気管（３）の後端には、渦流管（１）を接続配置している。
【００１７】
渦流管（１）は、その外形斜視図を図２に示すように、円筒状をなし、下方に向かって４０度程度に傾斜させて配設するとともに、上端側面部に前記円筒形状の接線に沿って排気管（３）の後部に接続した排気ガスの流入口（１ａ）を設けている。渦流管（１）の閉塞された上端面には、一端が渦流管の円筒内に突出して前記流入口（１ａ）より下方に開口し管内のガスを外部に吐き出す小円筒形状の排出パイプ（５）を設けている。
【００１８】
渦流管（１）の下端には燃料タンク（６）に配管接続された燃料貯留室である油溜め（７）を連通状態で配置しており、燃料タンクから油溜めへの燃料流入口（７ａ）に設けた液面保持弁（８）により、油溜め（７）および傾斜状の渦流管（１）内に、図１に示す所定高さ位置まで燃料の液面が貯留されるよう調整されている。
【００１９】
渦流管は、円筒形状でなく上方を径大とした円錐台形でもよいものであるが、前記液面高さは、後述する渦流管（１）内への排気ガスの流入による渦巻き流が発生した際に、最大のエンジン駆動によっても、渦流となって上昇した燃料液が排出パイプ（５）の開口には至らない位置とする。
【００２０】
油溜め（７）の下端には、流出管（９）が配管され、磁気を用いた燃焼改善装置（１０）や分散器（１１）、燃料フィルター（１２）を介して、燃料噴射ポンプ（１３）およびエンジン（２）に接続しており、上面には、エンジン部からの戻り管（１４）が接続された余剰燃料の戻入口（７ａ）を形成している。なお、前記油溜め（７）は別部品とせず、渦流管（１）の下端部を油溜め部としてもよいものである。また（１５）は安全弁、（１６）は安全センサーである。
【００２１】
前記分散器（１１）は、渦流管（１）によって排気ガス中から分離され、油溜め（７）から導入された黒煙粒に超音波を照射し、超音波の作用によって重合度を分解する、いわゆる解重合により、燃料液中で粒同士が結合して粒大化した黒煙粒を小粒子化させるものであり、黒煙の小粒子化により燃料を燃え易く改質して燃焼効率を向上させる作用をおこなうとともに、燃料フィルター（１２）の目詰まりをなくし、また、燃料経路中における精密部品に対して黒煙粒による傷つきなどの悪影響を防止することができる。
【００２２】
しかして、エンジン（２）からの排気ガスは、渦流管（１）の上端側面の流入口（１ａ）から円筒形状の接線に沿って流入するものであることから、円筒内部に渦巻き流を発生させながら円筒内を下方に移動し、底部の燃料液面に衝接した後、円筒部の中央を通って上昇し、排出パイプ（５）から外方へ流出する。
【００２３】
この排気ガスを利用した渦巻き流によって、渦流管内に所定量貯留されている燃料（１７）である軽油も渦巻き状態となり、この渦流によって、円筒内を上昇し接触表面積が大きくなった燃料（１７）と排気ガスとが接触することで、燃料液が黒煙の吸着剤となり、排気ガス中の黒煙粒の多くを捕集して軽油内に溶け込ませるものである。
【００２４】
このとき、渦流によって、燃料液面は渦流管（１）内を上昇するが、前述のごとく、渦流管内の燃料の量は、液面保持弁（８）によって所定量に保持されているため、排出パイプ（５）から燃料が飛び出すことはない。
【００２５】
また、渦流管（１）により燃料液中に捕集された黒煙粒は、油溜め（７）内で燃料タンク（６）からの新たな燃料と合流して分散器（１１）に導かれ、燃料液中に含まれている黒煙粒を超音波により小粒子化させて燃え易く改質し、燃料噴射ポンプ（１３）によりエンジン（２）内で燃料とともに燃焼する。このとき、エンジン温度は２０００℃程度であり、炭素の燃焼温度である６００〜７００℃よりはるかに高温であることから、燃料中の黒煙粒は完全に燃焼する。
【００２６】
上記により、排気ガスに含まれていた黒煙粒は、渦流管（１）によってそのほとんどが効果的に除去された状態で大気中に排出されることになり、燃料液中に溶け込んだ黒煙粒は渦流管（１）から油溜め（７）を経てエンジン（２）で燃焼し消尽するものである。
【００２７】
また、万一、前記排気ガス浄化装置が故障したような場合には、燃料タンク（６）側に設けた切換えスイッチ（１８）により流路を切り換え、図１の破線矢印で示すように、燃料を直接既存の燃料フィルター（１９）からエンジン（２）部へ導入するとともに、エンジンからの余剰燃料も直接燃料タンク（６）に戻すようにし、さらに、遮断弁（２０）を閉鎖して浄化装置をバイパスするように配管すればよい。
【００２８】
エンジンよりの排気ガスは、渦流管（１）に導入され、渦流を形成した後、排出パイプから排出されるものであり、渦流管（１）による消音効果が得られるとともに、マフラーの背圧構造をより簡素化することが可能となる。
【００２９】
なお、図１および図２に示すように、渦流管（１）の排出パイプ（５）の外方端には、前記第１の渦流管（１）と類似する構成の第２の渦流管（２１）を配置し、その側面流入口（２１ａ）に排出パイプ（２５）を接続する。第２の渦流管（２１）は、上方を径大部としたほぼ円錐台形状をなし、前記流入口（２１ａ）からの排気ガスによって管内に渦巻き流を発生させ、円錐台状の管内を下降し底面に衝接した後、その中央部を上昇して、渦流管の上端の排出パイプ（２５）より排気ガスを外部に排出するものであり、渦流管（２１）の下端と前記油溜め（７）の上端とをパイプ（２６）で連結している。
【００３０】
この第２の渦流管（２１）は、自動車走行時における大きな振動や衝撃によって、第１の渦流管（１）の排出パイプ（５）から飛び出した燃料の飛沫や霧化状態の燃料を管内に収容し、渦流により他端の下方へ移送して下端の開口（２１ｂ）からパイプ（２６）を介して油溜め（７）へ回収するものであり、これにより、万一第１の渦流管（１）の排出パイプ（５）から燃料が流出しても、引火して発火に至る危険を防止することができるものであり、また、排気ガスの消音効果をさらに向上することができる。
【００３１】
本構成については、排気量４３００ｃｃクラスのエンジンにおける黒煙除去をはかるべく渦流管を設計し、円筒直径を１００ｍｍ、長さを５０ｃｍ、傾斜角度を約４０度として、本排気ガス浄化装置を取り付けない場合との比較実験を、理研ジーゼル排気黒煙測定器（形式ＲＤＴ−１０１型）によりおこなった結果、ペーパーフィルターに捕集された黒煙粒による光の遮断率は、浄化装置を取り付けない場合が５４％であったのに対し、本発明の浄化装置を取り付けた場合は遮断率がわずか３％と大きな効果が得られ、視認においても、排気口からの黒色の排気ガスの排出はほとんど認められなかったものである。
【００３２】
なお、前記渦流管（１）の直径や長さ、充填燃料液量などの仕様は、排気ガス量に応じて適宜設定することができ、傾斜角度についても４０度に限るものではない。
【００３３】
また、燃料を所定量貯留している渦流管（１）は、排気管（３）の後部と接続しており、排気管からの排気ガスが渦流管（１）内に導入されるが、渦流管内の燃料、例えば軽油は着火点が２５０℃程度であり、この部分に近接する排気管温度はこれより充分低温であるので発火に至る危険はない。ただ、エンジンを停止した際には排気作用が停止し、外気が侵入して軽油の引火点である約４５℃以上の可燃雰囲気になる可能性もあることを考慮して、排気管に排気弁（２７）を設け、エンジン停止時にはエンジンキーと連動させてこれを閉弁し、外気の侵入を阻止するように制御している。
【００３４】
なお、上記渦流管（１）は、接触表面積を大きくする上で、黒煙粒の分離作用のみでなく、渦流および吸着作用により他の有害物質の除去にも有効であるが、上記実施例のごとく、必ずしも傾斜状態に配置する必要はなく、設置スペースに余裕があれば、垂直に設置しても充分作用するものであり、また、エンジンからの排気経路が、振動や衝撃を受けず安定して保持されている場合には、前記実施例構成と同一の渦流管（１）を水平状態に設置し、燃料液（１７）は円筒部の長手方向の底部に所定量溜めるようにしてその一端から排気ガスを流入させ、筒内に渦流を発生させるようにしてもよい。
【００３５】
したがって、渦流管の形状については、上記実施例にように、直管状の円筒管や円錐台形状の管に限るものではなく、特に図示しないが、上端から垂直に下降させた円筒管の中途部から下方に傾斜して延びる屈曲管であってもよく、あるいは、中途部から円弧状に下方延長する形状でもよいものであり、さらには、設置スペースを考慮して円筒管を螺旋状に曲成形して配置してもよい。
【００３６】
そしてまた、第１の渦流管（１）と第２の渦流管（２１）とは、必ずしも相互に隣接させる必要はなく、排気経路中の余裕のある空間に離間して配設させてもよいものであり、このとき第２の渦流管（２１）の下方に設けた燃料を第１の渦流管（１）端部の液溜め部に戻すパイプ（２６）の開口（２１ｂ）は油溜め（７）より上部に配置する。
【００３７】
次に、本発明の他の実施例を、前記実施例と同一部分に同一符号を附した図３および図４により説明する。この実施例の特徴は、渦流管に供給する燃料を、油溜めからではなく、エンジン（２）からの戻り燃料を渦流管（５１）内に導入するところにあり、具体的には、例えば、ほぼ円錐台形状の渦流管（５１）の一端側における排気管（３）からの排気ガスの流入口（５１ａ）にエンジン部からの戻り管（６４）の端部（６４ａ）を挿入した構成にある。
【００３８】
また、前記実施例と比較して、渦流管（５１）は、油溜め（５７）と分離状態にあって接続管（６０）により連結されており、渦流管（５１）に連結した第２の渦流管（７１）他端の下部に連結させた燃料戻し用のパイプ（７６）は第１の渦流管（５１）の他端の径大部に接続されている。
【００３９】
そして、エンジン駆動の際、戻り燃料は、図３の実線の矢印で示すように、排気管（３）からの排気ガスとともに渦流管（５１）内に流入することになり、図４で示すように、排気ガスと混流して渦巻き流となる。しかし、本実施例では、渦流管（５１）の他端を油溜め（５７）側に開放させておらず閉塞状態にあることから、渦流管を前記実施例のように円筒状とし、さらに水平に近い状態で設置した場合は、流入した戻り燃料液が他端側まで移動しにくくなることが考えられる。そのため、渦流管（５１）をほぼ円錐台形状としてテーパー部により流入口（５１ａ）から小径の他端側への渦流速度を速くすることで、渦流管の全長に亙る燃料移動を可能とし、排気ガスとの接触面積を大きくしている。
【００４０】
上記構成により、戻り燃料液は、渦流管（５１）内における渦巻き流によって排気ガス中の黒煙粒などの有害微粒物質を効果的に吸着することができる。そして黒煙粒が除去された排気ガスは、渦流管（５１）の底部から管中央を通って再び一端側へ移動し、排気パイプ（５５）から流出して第２の渦流管（７１）の流入口（７１ａ）に流入するものであり、同様に渦巻き流を発生させて円錐台状の管（７１）内を他端側へ移動し、管の底面に衝接した後、再び管中央部を通って一端側の排出パイプ（７５）から外部に流出するものである。
【００４１】
このとき、第２の渦流管（７１）の他端の径大部の底面は、その下方に位置する第１の渦流管（５１）の端部の径大部にパイプ（７６）で接続されているため、第１の渦流管の排出パイプ（５５）からの燃料の飛沫などを第２の渦流管（７１）内に収容して、円錐管内の渦流により他端側へ移送し、溜まった燃料液を下端の開口（７１ｂ）から第１の渦流管（５１）に流出させるものであり、さらに第１の渦流管（５１）の他端底部に貯留した燃料液（６７）を、ポンプ（６１）により接続管（６０）および逆止弁（６２）を介して適宜箇所に配設した油溜め（５７）に回収し、再びエンジン（２）部に送り出して燃焼させるよう構成されている。
【００４２】
なお、第１の渦流管内に溜まった燃料液（６７）は、前記のように油溜め（５７）を介することなく、直接エンジン側の分散器（１１）へ移送してもよい。
【００４３】
本実施例によれば、油溜め（５７）は、渦流管（５１）（７１）と分離して設置することが可能となり、高温の排気管（３）と離間して自動車における車台など適宜の空間に配置することができるとともに、排気ガスとの接触により高温となった燃料液の温度影響を受けることが少なくなるため、油溜め（５７）における燃料温度の上昇を抑制することができる。
【００４４】
なお、上記各実施例においては、エンジンをディーゼルエンジンとし、燃料を軽油として説明したが、本発明の趣旨である排気ガスの浄化装置としては、エンジン以外のボイラーなど他の熱機関へも適用できるものであり、燃料についても軽油以外の化石燃料、例えば船舶に使用するＡ重油などにも本発明を適用できることはいうまでもない。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明構成によれば、燃料液を吸着媒体として単体では除去処理が困難な有害微粒子である黒煙などのＤＥＰを排気ガス中から効果的に捕集することができるとともに、捕集した粒子状物質を燃料液とともにエンジンで燃焼させて消尽することができ、吸着媒体の交換も不要とすることができるものであり、また、排気ガスを利用した渦巻き流によって燃料液体の表面積が拡大し、排気ガス中の黒煙粒との接触が多くなることで、黒煙粒の燃料液中への溶け込み量が多くなり、黒煙粒などの有害粒子状物質を効果的に除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施形態を示す排気ガス浄化装置の配管経路図である。
【図２】図１における渦流管の外形を示す斜視図である。
【図３】本発明の他の実施例を示す排気ガス浄化装置の配管経路図である。
【図４】図３における渦流管の外形を示す斜視図である。
【符号の説明】
１、５１…渦流管        １ａ、５１ａ…流入口        ２…エンジン
３…排気管            ５、５５…排出パイプ        ６…燃料タンク
７、５７…油溜め        ７ａ…戻入口              ８…液面保持弁
９…流出管            １０…燃焼改善装置          １１…分散器
１２…燃料フィルター    １３…燃料噴射ポンプ        １４、６４…戻り管
１５…安全弁            １６…安全センサー          １７…燃料
１８…切換えスイッチ    １９…燃料フィルター        ２０…遮断弁
２１、７１…第２の渦流管    ２１ａ、７１ａ…流入口      ２１ｂ、７１ｂ…開口
２５、７５…排出パイプ    ２６、７６…パイプ            ２７…排気弁
６０…接続管            ６１…ポンプ                ６２…逆止弁
６４ａ…戻り管の端部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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