(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体燃料供給源(５)からガス生成器(３)に液体燃料(６)を供給し、このガス生成器(３)で液体燃料(６)を可燃性ガス(７)とし、このガス生成器(３)の可燃性ガス流出口(９)を、ディーゼル・パティキュレート・フィルタ(２)の上流で排気経路(１)に連通させ、可燃性ガス流出口(９)から流出した可燃性ガス(７)を排気(１０)中の酸素で燃焼させ、その燃焼熱で加温された排気(１０)で上記フィルタ(２)に溜まった排気微粒子を燃焼させることができるようにした、ディーゼルエンジンの排気装置において、
ガス生成器(３)に触媒室(５１)を設け、この触媒室(５１)内に触媒(４)を収容し、触媒室(５１)内で触媒燃焼熱を発生させ、この触媒室(５１)を排気経路周壁(１ａ)の外周に沿わせた、ことを特徴とするディーゼルエンジンの排気装置。
【請求項２】
請求項１に記載したディーゼルエンジンの排気装置において、
触媒室(５１)を排気経路周壁(１ａ)の周方向全域に沿わせた、ことを特徴とするディーゼルエンジンの排気装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載したディーゼルエンジンの排気装置において、
排気経路周壁(１ａ)内に区画壁(１４)を設け、この区画壁(１４)で排気経路(１)内を可燃性ガス混合通路(１５)と排気通過路(１６)とに区分し、可燃性ガス混合通路(１５)の始端部(１５ａ)に可燃性ガス流出口(９)を連通させ、可燃性ガス混合通路(１５)内からその終端部(１５ｂ)直後までの領域中の所定個所に着火手段(４５)を配置し、
触媒室(５１)内で加温された可燃性ガス(７)と排気(１０)の一部(１０ａ)とを可燃性ガス混合通路(１５)で混合させながら、着火手段(４５)で可燃性ガス(７)に着火できるようにした、ことを特徴とするディーゼルエンジンの排気装置。
【請求項４】
請求項３に記載したディーゼルエンジンの排気装置において、
可燃性ガス混合通路(１５)の通路断面積を流路方向に沿って変化させる、ことを特徴とするディーゼルエンジンの排気装置。
【請求項５】
請求項４に記載したディーゼルエンジンの排気装置において、
可燃性ガス混合通路(１５)の通路断面積が下流ほど大きくなるようにした、ことを特徴とするディーゼルエンジンの排気装置。
【請求項６】
請求項３から請求項５のいずれかに記載したディーゼルエンジンの排気装置において、
排気経路周壁(１ａ)の下流側端部に出口側フランジ(１ｃ)を設け、上記フィルタ(２)を収容するフィルタ収容ケース(１１)に入口側フランジ(１１ｃ)を設け、このフィルタ収容ケース(１１)の入口側フランジ(１１ｃ)に排気経路周壁(１ａ)の出口側フランジ(１ｃ)を接続するに当たり、
排気経路(１)の内側に筒状壁(１ｄ)を設け、この筒状壁(１ｄ)と排気経路周壁(１ａ)との間、並びに筒状壁(１ｄ)と出口側フランジ(１ｃ)との間に遮熱空間(１ｅ)を形成した、ことを特徴とするディーゼルエンジンの排気装置。
【請求項７】
請求項３から請求項６のいずれかに記載したディーゼルエンジンの排気装置において、
着火手段(４５)が着火用電気ヒータ(４５ａ)である、ことを特徴とするディーゼルエンジンの排気装置。
【請求項８】
請求項３から請求項７のいずれかに記載したディーゼルエンジンの排気装置において、
着火手段(４５)の下流で前記フィルタ(２)の上流に酸化触媒(１２)を配置した、ことを特徴とするディーゼルエンジンの排気装置。
【請求項９】
請求項１から請求項８のいずれかに記載したディーゼルエンジンの排気装置において、
触媒室入口(５１ａ)側にミキサ(５２)を配置し、燃料ノズル(５３)から供給した液体燃料(６)と空気(４４)とを混合室(５５)で混合させ、混合気(５６)を混合室出口(５７)から触媒室入口(５１ａ)に供給するに当たり、
触媒室(５１)の触媒燃焼熱を熱伝導体(５８)で燃料ノズル(５３)に伝達できるようにした、ことを特徴とするディーゼルエンジンの排気装置。
【請求項１０】
請求項９に記載したディーゼルエンジンの排気装置において、
熱伝導体(５８)の露出面(５８ａ)を、触媒室入口(５１ａ)に臨む位置に配置し、混合室出口(５７)から流出した液体燃料(６)がこの熱伝導体(５８)の露出面(５８ａ)に接触するようにした、ことを特徴とするディーゼルエンジンの排気装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載したディーゼルエンジンの排気装置において、
熱伝導体(５８)に電気ヒータ(６５)を接触させ、可燃性ガス生成開始に際して、電気ヒータ(６５)で熱伝導体(５８)を加熱できるようにした、ことを特徴とするディーゼルエンジンの排気装置。
【請求項１２】
請求項１から請求項１１のいずれかに記載したディーゼルエンジンの排気装置において、
触媒(４)の担体(４ａ)で立体網目状の混合気通過経路を形成した、ことを特徴とするディーゼルエンジンの排気装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載したディーゼルエンジンの排気装置において、
担体(４ａ)にペレット状担体を用い、隣合う担体(４ａ)(４ａ)間の隙間で立体網目状の混合気通過経路を形成した、ことを特徴とするディーゼルエンジンの排気装置。
【請求項１４】
請求項１２に記載したディーゼルエンジンの排気装置において、
担体(４ａ)にペレット状セラミックを用い、隣合う担体(４ａ)間の隙間で立体網目状の混合気通過経路を形成するに当たり、担体(４ａ)(４ａ)に金属製バネ(６６)を混ぜて触媒室(５１)に収容し、この金属製バネ(６６)を担体(４ａ)のクッションとした、ことを特徴とするディーゼルエンジンの排気装置。
【請求項１５】
請求項１から請求項１４のいずれかに記載したディーゼルエンジンの排気装置において、
液体燃料(６)として、ディーゼルエンジンの燃料タンク(５ａ)からの燃料を用い、液体燃料(６)に空気(４４)を混入させるに当たり、
この空気(４４)として、過給機(３９)からの空気(４４)を用いるようにした、ことを特徴とするディーゼルエンジンの排気装置。
【請求項１６】
請求項１から請求項１５のいずれかに記載したディーゼルエンジンの排気装置において、
触媒室(５１)で液体燃料(６)を気化させることにより、この液体燃料(６)を可燃性ガス(７)にするようにした、ことを特徴とするディーゼルエンジンの排気装置。
【請求項１７】
請求項１から請求項１５のいずれかに記載したディーゼルエンジンの排気装置において、
触媒室(５１)で液体燃料(６)を部分酸化させることにより、この液体燃料(６)を一酸化炭素と水素とを含む可燃性ガス(７)に改質するようにした、ことを特徴とするディーゼルエンジンの排気装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディーゼルエンジンの排気装置に関し、詳しくは、排気経路内の可燃性ガスを確実に燃焼させることができるディーゼルエンジンの排気装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のディーゼルエンジンの排気装置として、本発明と同様、液体燃料供給源からガス生成器に液体燃料を供給し、このガス生成器で液体燃料を可燃性ガスとし、このガス生成器の可燃性ガス出口を、ディーゼル・パティキュレート・フィルタの上流で排気経路に連通させ、可燃性ガス出口から流出した可燃性ガスを排気中の酸素で燃焼させ、その燃焼熱で加温された排気で上記フィルタに溜まった排気微粒子を燃焼させることができるようにしたものがある。
この種の排気装置では、排気温度が低い軽負荷運転中でも、排気経路内の可燃性ガスの燃焼熱でフィルタに流入する排気の温度を高め、排気微粒子を燃焼させ、フィルタを再生することができる利点があるとされている。
【０００３】
しかし、上記従来の排気装置では、排気経路内の熱が排気経路周壁から放熱されるのを抑制する手段がないため、問題が生じている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来技術では、次の問題がある。
《問題》  排気経路内の可燃性ガスが燃焼しない場合がある。
排気経路内の熱が排気経路周壁から放熱されるのを抑制する手段がないため、可燃性ガスの温度が低下し、排気経路内の可燃性ガスが燃焼しない場合がある。
【０００５】
本発明は、上記問題点を解決することができるディーゼルエンジンの排気装置、すなわち、排気経路内の可燃性ガスを確実に燃焼させることができるディーゼルエンジンの排気装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に係る発明の発明特定事項は、次の通りである。
図１、図２、図５に例示するように、液体燃料供給源(５)からガス生成器(３)に液体燃料(６)を供給し、このガス生成器(３)で液体燃料(６)を可燃性ガス(７)とし、このガス生成器(３)の可燃性ガス流出口(９)を、ディーゼル・パティキュレート・フィルタ(２)の上流で排気経路(１)に連通させ、可燃性ガス流出口(９)から流出した可燃性ガス(７)を排気(１０)中の酸素で燃焼させ、その燃焼熱で加温された排気(１０)で上記フィルタ(２)に溜まった排気微粒子を燃焼させることができるようにした、ディーゼルエンジンの排気装置において、
図２、図３、図６に例示するように、ガス生成器(３)に触媒室(５１)を設け、この触媒室(５１)内に触媒(４)を収容し、触媒室(５１)内で触媒燃焼熱を発生させ、この触媒室(５１)を排気経路周壁(１ａ)の外周に沿わせた、ことを特徴とするディーゼルエンジンの排気装置。
【発明の効果】
【０００７】
（請求項１に係る発明）
《効果》  排気経路中の可燃性ガスを確実に燃焼させることができる。
図２、図３、図５に例示するように、ガス生成器(３)に触媒室(５１)を設け、この触媒室(５１)内に触媒(４)を収容し、触媒室(５１)内で触媒燃焼熱を発生させ、この触媒室(５１)を排気経路周壁(１ａ)の外周に沿わせたので、排気経路(１)中の熱が排気経路周壁(１ａ)から放熱される不具合が、触媒室(５１)によって妨げられ、可燃性ガス(７)の温度が高く維持される。このため、排気経路(１)中の可燃性ガス(７)を確実に燃焼させることができる。
【０００８】
《効果》  排気装置をコンパクトに形成することができる。
図２、図３、図６に例示するように、触媒室(５１)を排気経路周壁(１ａ)の外周に沿わせたので、排気装置をコンパクトに形成することができる。
【０００９】
《効果》  可燃性ガス流出口から排気経路への配管を省略し、或いは短くすることができる。
図２、図３、図６に例示するように、触媒室(５１)を排気経路周壁(１ａ)の外周に沿わせたので、可燃性ガス流出口(９)から排気経路(１)への配管を省略し、或いは短くすることができる。
【００１０】
（請求項２に係る発明）
請求項１に係る発明の効果に加え、次の効果を奏する。
《効果》  排気経路中の可燃性ガスを確実に燃焼させる機能が高い。
図２、図３、図６に例示するように、触媒室(５１)を排気経路周壁(１ａ)の周方向全域に沿わせたので、排気経路周壁(１ａ)からの放熱を抑制する機能が高く、排気経路(１)中の可燃性ガス(７)を確実に燃焼させる機能が高い。
【００１１】
《効果》  排気装置をよりコンパクトに形成することができる。
図２、図３、図６に例示するように、触媒室(５１)を排気経路周壁(１ａ)の全周に沿わせたので、排気装置をよりコンパクトに形成することができる。
【００１２】
（請求項３に係る発明）
請求項１または請求項２に係る発明の効果に加え、次の効果を奏する。
《効果》  排気の温度が低い場合でも、排気経路中の可燃性ガスをより確実に燃焼させることができる。
図２、図６に例示するように、触媒室(５１)内で加温された可燃性ガス(７)と排気(１０)の一部(１０ａ)とを可燃性ガス混合通路(１５)で混合させながら、着火手段(４５)で可燃性ガス(７)に着火できるようにしたので、排気(１０)の温度が低い場合でも、排気(１０)の全量を可燃性ガス(７)と混合させる場合に比べ、可燃ガス(７)の温度が下がりにくく、着火手段(４５)により可燃性ガス(７)に確実に着火させることができる。このため、排気経路(１)中の可燃性ガス(７)をより確実に燃焼させることができる。
(請求項４に係る発明)
請求項３に係る発明の効果に加え、次の効果を奏する。
《効果》  可燃性ガスの燃焼を確実に行わせることができる。
図２、図５に例示するように、可燃性ガス混合通路(１５)の通路断面積を流路方向に沿って変化させるので、可燃性ガス(７)と排気(１０)の一部(１０ａ)からなる混合ガス(６７)の流速が可燃性ガス混合通路(１５)内で変化し、混合ガス(６７)の火炎伝播速度よりも混合ガス(６７)の通過速度が遅くなる部分が生じる。このため、可燃性ガス混合通路(１５)内で発生した燃焼火炎が消失しにくく、可燃性ガス(７)の燃焼を確実に行わせることができる。
(請求項５に係る発明)
請求項４に係る発明の効果に加え、次の効果を奏する。
《効果》  可燃性ガス(７)の燃焼を確実に行わせることができる。
図２、図５に例示するように、可燃性ガス混合通路(１５)の通路断面積が下流ほど大きくなるようにしたので、下流ほど混合ガス(６７)の通過速度が遅くなり、可燃性ガス混合通路(１５)の上流側で発生した燃焼火炎が下流で確実に保持される。このため、可燃性ガス(７)の燃焼を確実に行わせることができる。
(請求項６に係る発明)
請求項３から請求項５のいずれかに係る発明の効果に加え、次の効果を奏する。
《効果》  出口側フランジと入口側フランジとの接続部分の封止性が高い。
図２または図５に例示するように、排気経路(１)の内側に筒状壁(１ｄ)を設け、この筒状壁(１ｄ)と排気経路周壁(１ａ)との間、並びに筒状壁(１ｄ)と出口側フランジ(１ｃ)との間に遮熱空間(１ｅ)を形成したので、排気(１０)や可燃性ガス(７)の熱が筒状壁(１ｄ)と遮熱空間(１ｅ)によって遮られる。このため、これらの熱による出口側フランジ(１ｃ)と入口側フランジ(１１ｃ)の過熱が抑制され、出口側フランジ(１ｃ)と入口側フランジ(１１ｃ)との接続部分の封止性が高い。
【００１３】
（請求項７に係る発明）
請求項３から請求項６のいずれかに係る発明の効果に加え、次の効果を奏する。
《効果》  排気経路中の可燃性ガスの着火の失敗が起こりにくい。
図２に例示するように、着火手段(４５)が着火用電気ヒータ(４５ａ)であるため、スパークプラグのように電極にカーボンが付着して火花が飛ばず、可燃性ガス(７)の着火に失敗するという事態が生じることがなく、排気経路(１)中の可燃性ガス(７)の着火の失敗が起こりにくい。
【００１４】
（請求項８に係る発明）
請求項３から請求項７のいずれかに係る発明の効果に加え、次の効果を奏する。
《効果》  排気経路中の可燃性ガスを確実に燃焼させる機能が高い。
図１に例示するように、着火手段(４５)の下流で前記フィルタ(２)の上流に酸化触媒(１２)を配置したので、着火手段(４５)の着火で燃焼しなかった可燃性ガス(７)は、酸化触媒(１２)によって燃焼させることができる。このため、排気経路(１)中の可燃性ガス(７)を確実に燃焼させる機能が高い。
【００１５】
（請求項９に係る発明）
請求項１から請求項８のいずれかに係る発明の効果に加え、次の効果を奏する。
《効果》  触媒室でのガス生成の効率が高くなる。
図４(Ｂ)に例示するように、触媒室(５１)の触媒燃焼熱を熱伝導体(５８)で燃料ノズル(５３)に伝達できるようにしたので、液体燃料(６)の気化が促進され、均一な混合気(５６)が触媒室(５１)に供給され、触媒室(５１)でのガス生成の効率が高くなる。
【００１６】
《効果》  触媒燃焼熱を均一な混合気の形成に利用できる。
図４(Ｂ)に例示するように、触媒室(５１)の触媒燃焼熱を熱伝導体(５８)で燃料ノズル(５３)に伝達できるようにしたので、触媒燃焼熱の発生中は、触媒燃焼熱を均一な混合気(５６)の形成に利用できる。
【００１７】
（請求項１０に係る発明）
請求項９に係る発明の効果に加え、次の効果を奏する。
《効果》  触媒室でのガス生成の効率が高くなる機能が高い。
図４(Ｂ)に例示するように、熱伝導体(５８)の露出面(５８ａ)を、触媒室入口(５１ａ)に臨む位置に配置し、混合室出口(５７)から流出した液体燃料(６)がこの熱伝導体(５８)の露出面(５８ａ)に接触するようにしたので、混合室(５５)で気化しきれなかった液体燃料(６)を熱伝導体(５８)の露出面(５８ａ)で気化させることができる。このため、液体燃料(６)の気化が促進され、均一な混合気(５６)が触媒室(５１)に供給され、触媒室(５１)でのガス生成の効率が高くなる機能が高い。
【００１８】
(請求項１１に係る発明)
請求項１０に係る発明の効果に加え、次の効果を奏する。
《効果》  触媒室でのガス生成開始を速やかに行うことができる。
図４(Ｂ)に例示するように、熱伝導体(５８)に電気ヒータ(６５)を接触させ、可燃性ガス生成開始に際して電気ヒータ(６５)で熱伝導体(５８)を加熱できるようにしたので、触媒燃焼熱が発生していない可燃性ガス生成開始に際して、電気ヒータ(６５)で熱伝導体(５８)を加熱することができる。このため、触媒室(５１)でのガス生成開始を速やかに行うことができる。
【００１９】
(請求項１２に係る発明)
請求項１から請求項１１のいずれかに係る発明の効果に加え、次の効果を奏する。
《効果》  排気装置をコンパクト化することができる。
図４(Ｂ)に例示するように、触媒(４)の担体(４ａ)で立体網目状の混合気通過経路を形成したので、触媒室(５１)の容積を小さくすることができ、排気装置をコンパクト化することができる。
【００２０】
(請求項１３に係る発明)
請求項１２に係る発明の効果に加え、次の効果を奏する。
《効果》  立体網目状の混合気通過経路を容易に形成することができる。
図４(Ｃ)に例示するように、担体(４ａ)にペレット状担体を用い、隣合う担体(４ａ)(４ａ)間の隙間で立体網目状の混合気通過経路を形成したので、触媒室(５１)に触媒(４)を充填するだけで立体網目状の混合気通過経路を容易に形成することができる。
【００２１】
《効果》  触媒室への触媒の充填が容易になる。
図４(Ｃ)に例示するように、担体(４ａ)にペレット状担体を用いたので、触媒室への触媒の充填が容易になる。
【００２２】
(請求項１４に係る発明)
請求項１２に係る発明の効果に加え、次の効果を奏する。
《効果》  担体の耐熱性が高い。
図４(Ｃ)に例示するように、担体(４ａ)にペレット状セラミックを用いたので、担体(４ａ)の耐熱性が高い。
【００２３】
《効果》  振動による担体の破損を防止することができる。
図４(Ｃ)に例示するように、担体(４ａ)に金属製バネ(６６)を混ぜて触媒室(５１)に収容し、この金属製バネ(６６)を担体(４ａ)のクッションとしたので、振動による担体(４ａ)の破損を防止することができる。
【００２４】
（請求項１５に係る発明）
請求項１から請求項１４のいずれかに係る発明の効果に加え、次の効果を奏する。
《効果》  排気装置を低コストで製造することができる。
図１に例示するように、液体燃料(６)として、ディーゼルエンジンの燃料タンク(５ａ)からの燃料を用い、液体燃料(６)に空気(４４)を混入させるに当たり、この空気(４４)として、過給機(３９)からの空気を用いるようにしたので、過給機付きディーゼルエンジンの燃料タンク(５ａ)と過給機(３９)を、ガス生成器(３)の燃料供給源及び空気供給源として兼用することができ、排気装置を低コストで製造することができる。
【００２５】
（請求項１６に係る発明）
請求項１から請求項１５のいずれかに係る発明の効果に加え、次の効果を奏する。
《効果》  可燃性ガスの燃焼熱が安定して得られる。
触媒室(５１)で液体燃料(６)を気化させることにより、この液体燃料(６)を可燃性ガス(７)にするようにしたので、部分酸化のような反応に比べ、可燃性ガス(７)の成分比率の変動が少なく、可燃性ガス(７)の燃焼熱が安定して得られる。
【００２６】
（請求項１７に係る発明）
請求項１から請求項１５のいずれかに係る発明の効果に加え、次の効果を奏する。
《効果》  排気温度が低い場合でも、可燃性ガスを燃焼させることができる。
触媒室(５１)で液体燃料(６)を部分酸化させることにより、液体燃料(６)を一酸化炭素と水素とを含む可燃性ガス(７)に改質するようにしたので、可燃性ガス(７)が比較的低い温度でも発火し、排気(１０)の温度が低い場合でも、可燃性ガス(７)を燃焼させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１〜図４は本発明の第１実施形態に係るディーゼルエンジンの排気装置を説明する図、図５は第２実施形態に係るディーゼルエンジンの排気装置を説明する図である。
【００２８】
本発明の第１実施形態の概要は、次の通りである。
図１に示すように、液体燃料供給源(５)からガス生成器(３)に液体燃料(６)を供給し、このガス生成器(３)で液体燃料(６)を可燃性ガス(７)とし、このガス生成器(３)の可燃性ガス流出口(９)を、ディーゼル・パティキュレート・フィルタ(２)の上流で排気経路(１)に連通させ、可燃性ガス流出口(９)から流出した可燃性ガス(７)を排気(１０)中の酸素で燃焼させ、その燃焼熱で加温された排気(１０)で上記フィルタ(２)に溜まった排気微粒子を燃焼させることができるようにしている。この排気装置は、ディーゼルエンジンの排気マニホルドの排気出口(３６)に接続している。ディーゼル・パティキュレート・フィルタ(２)は、一般にＤＰＦと呼ばれるもので、セラミックのハニカム構造体である。ディーゼル・パティキュレート・フィルタ(２)には、酸化触媒を担持させている。フィルタ(２)にはＮＯＸ吸蔵触媒を担持させてもよい。
【００２９】
ガス生成器の工夫は、次の通りである。
図２、図３に示すように、ガス生成器(３)に触媒室(５１)を設け、この触媒室(５１)内に触媒(４)を収容し、触媒室(５１)内で触媒燃焼熱を発生させ、この触媒室(５１)を排気経路周壁(１ａ)の外周に沿わせている。
この触媒室(５１)を排気経路周壁(１ａ)の周方向全域に沿わせている。
【００３０】
図２に示すように、触媒室(５１)を沿わせた排気経路周壁(１ａ)内に区画壁(１４)を設け、この区画壁(１４)で排気経路(１)内を可燃性ガス混合通路(１５)と排気通過路(１６)とに区分し、可燃性ガス混合通路(１５)の始端部(１５ａ)に可燃性ガス流出口(９)を連通させ、可燃性ガス混合通路(１５)の終端部(１５ｂ)に着火手段(４５)を配置している。
これにより、触媒室(５１)内で加温された可燃性ガス(７)と排気(１０)の一部(１０ａ)とを可燃性ガス混合通路(１５)で混合させながら、着火手段(４５)で可燃性ガス(７)に着火できるようにしている。
着火手段(４５)は可燃性ガス混合通路(１５)内からその終端部(１５ｂ)直後までの領域中の所定個所に配置すればよい。着火手段(４５)は着火用電気ヒータ(４５ａ)で、具体的にはシーズ型グロープラグを用いている。シーズ型グロープラグは、発熱線を耐熱性チューブに収めたものである。
区画壁(１４)は円筒型で、先端部を円錐台型とし、この先端部で排気経路(１)内を外側の可燃性ガス混合通路(１５)と内側の排気通過路(１６)とに区分し、可燃性ガス混合通路(１５)の始端部(１５ａ)の位置で、区画壁(１４)に複数の排気分流口(１６ａ)を設け、この排気分流口(１６ａ)を介して排気通過路(１６)を通過する排気(１０)の一部(１０ａ)が可燃性ガス混合通路(１５)に分流する。また、図２に示すように、筒状壁(１ｄ)は円筒型である。すなわち、可燃性ガス混合通路(１５)の通路断面積は流路方向に沿って変化し、可燃性ガス混合通路(１５)の通路断面積は下流ほど大きくなる。
図１に示すように、着火手段(４５)の下流で前記フィルタ(２)の上流に酸化触媒(１２)を配置している。
図２に示すように、排気経路周壁(１ａ)の下流側端部に出口側フランジ(１ｃ)を設け、上記フィルタ(２)を収容するフィルタ収容ケース(１１)に入口側フランジ(１１ｃ)を設け、このフィルタ収容ケース(１１)の入口側フランジ(１１ｃ)に排気経路周壁(１ａ)の出口側フランジ(１ｃ)を接続するに当たり、排気経路(１)の内側に筒状壁(１ｄ)を設け、この筒状壁(１ｄ)と排気経路周壁(１ａ)との間、並びに筒状壁(１ｄ)と出口側フランジ(１ｃ)との間、並びに筒状壁(１ｄ)と入口側フランジ(１１ｃ)との間に遮熱空間(１ｅ)を形成している。
【００３１】
ミキサの工夫は、次の通りである。
図２に示すように、触媒室(５１)の上方(すなわち触媒室入口(５１ａ)側)にミキサ(５２)を配置し、図４(Ｂ)に示すように、燃料ノズル(５３)から供給した液体燃料(６)と空気(４４)とを混合室(５５)で混合させ、混合気(５６)を混合室出口(５７)から触媒室入口(５１ａ)に供給するに当たり、触媒室(５１)の触媒燃焼熱を熱伝導体(５８)で燃料ノズル(５３)に伝達できるようにしている。
熱伝導体(５８)の露出面(５８ａ)を、触媒室入口(５１ａ)に臨む位置で、混合室出口(５７)の下方に配置し、混合室出口(５７)から落下した(すなわち流出した)液体燃料(６)がこの熱伝導体(５８)の露出面(５８ａ)に接触するようにしている。
熱伝導体(５８)に電気ヒータ(６５)を接触させ、可燃性ガス生成開始に際して、電気ヒータ(６５)で熱伝導体(５８)を加熱できるようにしている。
図４(Ａ)に示すように、混合室(５５)は円環状に形成され、燃料ノズル(５３)は混合室(５５)の底部に周方向に一定間隔を保持した複数の燃料噴出口(５３ａ)を開口している。混合室(５５)の底部には、燃料噴射口(５３ａ)から下り傾斜する斜面(５３ｂ)を設け、この斜面(５３ｂ)の下り終端に円環状の混合室出口(５７)を形成している。複数の燃料噴出口(５３ａ)から噴出した液体燃料(６)は、斜面(５３ｂ)に沿って流れながら混合室(５１)を旋回する空気(４４)と混合し、図４(Ｂ)に示すように、混合気(５６)となって、混合室出口(５７)から燃焼室入口(５１ａ)に向けて流出する。
【００３２】
触媒の工夫は、次の通りである。
図４(Ｂ)に示すように、触媒(４)の担体(４ａ)で立体網目状の混合気通過経路を形成している。
担体(４ａ)にセラミックを用い、担体(４ａ)の内部組織で立体網目状の混合気通過経路を形成している。
【００３３】
図４(Ｃ)に示すように、担体(４ａ)にペレット状担体、例えば、ペレット状セラミックを用い、隣合う担体(４ａ)(４ａ)間の隙間で立体網目状の混合気通過経路を形成してもよい。この場合、担体(４ａ)に金属製バネ(６６)を混ぜて触媒室(５１)に収容し、この金属製バネ(６６)を担体(４ａ)のクッションとするのが望ましい。担体(４ａ)にはアルミナペレットを用いる。金属製バネ(６６)は樽型のものが望ましい。アルミナペレットとの形状の類似性により、アルミナペレットと混合しやすいためである。金属製バネ(６６)の素材はタングステンである。タングステンの金属製バネ(６６)には酸化防止のため、金メッキを施す。
【００３４】
液体燃料と空気の供給の工夫は、次の通りである。
図１に示すように、液体燃料(６)として、ディーゼルエンジンの燃料タンク(５ａ)からの燃料を用い、液体燃料(６)に空気(４４)を混入させるに当たり、この空気(４４)として、過給機(３９)からの空気(４４)を用いるようにしている。
図１に示すように、液体燃料供給路(４６)に液体燃料弁(４０)を設け、空気供給路(３８)に空気弁(４１)を設け、各弁(４０)(４１)をコントローラ(４２)を介して背圧センサ(４３)に連携させている。フィルタ(２)に排気微粒子が溜まった場合には、背圧が上昇するため、背圧センサ(４３)でこれを検出したことに基づいて、コントローラ(４２)が液体燃料弁(４０)と空気弁(４１)とを開弁し、ガス生成器(３)に液体燃料(６)と空気(４４)とを供給し、触媒室(５１)で液体燃料(６)を気化させることにより、液体燃料(６)を可燃性ガス(７)とし、この可燃性ガス(７)を排気経路(１)中に供給する。
可燃性ガスの生成開始に際しては、コントローラ(４２)が電気ヒータ(６５)に通電を行い、所定時間経過後はタイマで電気ヒータ(６５)への通電を停止する。
【００３５】
この実施形態では、触媒室(５１)で液体燃料(６)を気化させることにより、この液体燃料(６)を可燃性ガス(７)にするようにしている。
触媒室(５１)内の触媒(４)は酸化触媒で、液体燃料(６)の一部を酸化させ、その酸化熱で残りの液体燃料(６)を気化させる。空気(４４)と液体燃料(６)の混合比、すなわち空燃比Ｏ／Ｃは０．６前後の０．４〜０．８の範囲に設定する。触媒成分は白金系のものである。
【００３６】
液体燃料(６)を気化させることに代えて、液体燃料(６)を改質してもよい。すなわち、触媒室(５１)で液体燃料(６)を部分酸化させることにより、この液体燃料(６)を一酸化炭素と水素とを含む可燃性ガス(７)に改質するようにしてもよい。
この場合には、触媒室(５１)内の触媒(４)として酸化触媒に代えて部分酸化触媒を用いる。空気(４４)と液体燃料(６)の混合比、すなわち空燃比Ｏ／Ｃは、１．３前後の１．０〜１．６の範囲に設定する。
触媒成分は、パラジウム、ロジウム系のものである。
【００３７】
フィルタ収容ケースの具体的構成は、次の通りである。
図１に示すように、両端に端壁(１７)(１８)を備えた筒状のフィルタ収容ケース(１１)を用い、このフィルタ収容ケース(１１)の軸長方向を前後方向とし、フィルタ(２)の入口(２ａ)側を前、出口(２ｂ)側を後として、フィルタ収容ケース(１１)内でフィルタ(２)の前方に排気入口室(１９)を、フィルタ(２)の後方に排気出口室(２０)をそれぞれ設け、この排気入口室(１９)に排気入口管(２１)を、この排気出口室(２０)に排気出口管(２２)をそれぞれ連通させている。
この排気入口管(２１)を上記フィルタ収容ケース(１１)の径方向に沿って排気入口室(１９)内に挿入し、この排気入口管(２１)と排気マニホルドの排気出口(３６)との間に排気管(１ｂ)を設け、この排気管(１ｂ)の外周に触媒室(５１)を沿わせている。
【００３８】
図１に示すように、フィルタ収容ケース(１１)として排気マフラ(２８)を用い、排気入口室(１９)を第１膨張室(２９)で構成し、排気出口室(２０)を最終膨張室(３０)で構成し、排気入口管(２１)を第１膨張室(２９)の排気導入管(３１)で構成し、排気出口管(２２)を最終膨張室(３０)の排気導出管(３２)で構成している。
【００３９】
可燃性ガスの生成と機能は、次の通りである。
図１に示すように、ガス生成器(３)に液体燃料(６)と空気(４４)とが供給されると、図４(Ｂ)に示すように、ミキサ(５２)の混合室(５５)で液体燃料(６)が空気(４４)と混合し、混合気(５６)となって触媒室(５１)内に流入する。この液体燃料(６)の一部は触媒室(５１)内で酸化(触媒燃焼)され、その酸化熱(燃焼)によって残りの液体燃料(６)が気化し、高温の可燃性ガス(７)となる。図２に示すように、高温の可燃性ガス(７)は、可燃性ガス流出口(９)から可燃性ガス混合通路(１５)内に供給される。一方、排気経路(１)内を通過する排気(１０)の一部(１０ａ)が可燃性ガス混合通路(１５)内に流入し、高温の可燃性ガス(７)と混合される。可燃性ガス(７)は、排気(１０)の一部(１０ａ)の温度が高ければその熱によって着火され、その温度が低ければ着火手段(４５)の熱で着火され、可燃性ガス(７)は混合した排気(１０)の一部(１０ａ)中の酸素によって酸化(燃焼)され、その酸化熱(燃焼熱)によって混合した排気(１０)の一部(１０ａ)を加温する。また、排気(１０)の残部(１０ｂ)は、排気通過路(１６)を通過し、加温された排気(１０)の一部(１０ａ)と混合し、加温される。着火用電気ヒータ(４５ａ)の着火で燃焼しなかった可燃性ガス(７)は、酸化触媒(１２)を通過する際、その酸化によって燃焼し、排気(１０)の温度を高める。
【００４０】
図１に示すように、排気(１０)は酸化触媒(１２)から矢印(６０)のように流出し、更に、排気導入管(３１)の出口孔(４７)から流出し、第１膨張室(２９)に流入した後、矢印(６２)のようにフィルタ(２)にその入口(２ａ)から流入し、フィルタ(２)内を通過する。フィルタ(２)内を通過した排気は、矢印(６３)のようにフィルタ(２)の出口(２ｂ)から最終膨張室(３０)内に流入した後、排気導入管(３２)の入口孔(４８)から排気導入管(３２)内に流入し、矢印(６４)のように排気導出管(３２)から流出する。
【００４１】
第２実施形態は、第１実施形態と次の点が異なる。
図５に示すように、着火手段(４５)として、放熱壁(８)を用いた。
すなわち、触媒室(５１)を沿わせた排気経路周壁(１ａ)を放熱壁(８)とし、触媒室(５１)内で加温された可燃性ガス(７)と排気(１０)とを排気経路(１)で混合させながら、この混合ガスに触媒室(５１)内で発生した触媒燃焼熱を放熱壁(８)から放熱し、放熱壁(８)を着火手段(４５)として可燃性ガス(７)に着火できるようにした。
触媒室(５１)は排気経路周壁(１ａ)の周方向全域に沿わせ、排気経路周壁(１ａ)の周方向全域に放熱壁(８)を形成している。
【００４２】
触媒室(５１)を沿わせた排気経路周壁(１ａ)内に区画壁(１４)を設け、この区画壁(１４)で排気経路(１)内を可燃性ガス混合通路(１５)と排気通過路(１６)とに区分し、可燃性ガス混合通路(１５)の入口(１５ａ)に可燃性ガス流出口(９)を連通させ、可燃性ガス混合通路(１５)内に放熱壁(８)を配置し、触媒室(５１)内で加温された可燃性ガス(７)と排気(１０)の一部(１０ａ)とを可燃性ガス混合通路(１５)で混合させながら、放熱壁(８)で可燃性ガス(７)に着火できるようにした。
【００４３】
他の構成と機能は、第１実施形態と同じである。図５中、第１実施形態と同一の要素には、同一の符号を付しておく。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の第１実施形態に係るディーゼルエンジンの排気装置の縦断面図である。
【図２】図１の排気装置のガス生成器とその周囲の縦断面図である。
【図３】図３は図２のIII−III線断面図である。
【図４】図４(Ａ)は図２のIVA−IVA線断面図、図４(Ｂ)は図２のIVB矢視部分の拡大図、図４(Ｃ)は酸化触媒の変形例の説明図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係るディーゼルエンジンの排気装置の図２相当図である。
【符号の説明】
【００４５】
(１) 排気経路
(１ａ) 排気経路周壁
(１ｃ) 出口側フランジ
(１ｄ) 筒状壁
(１ｅ) 遮熱空間
(２) ディーゼル・パティキュレート・フィルタ
(３) ガス生成器
(４) 触媒
(４ａ) 担体
(５) 液体燃料供給源
(５ａ) 燃料タンク
(６) 液体燃料
(７) 可燃性ガス
(９) 可燃性ガス流出口
(１０) 排気
(１０ａ) 排気の一部
(１１) フィルタ収容ケース
(１１ｃ) 入口側フランジ
(１２) 酸化触媒
(１４) 区画壁
(１５) 可燃性ガス混合通路
(１５ａ) 始端部
(１５ｂ) 終端部
(１６) 排気通過路
(３９) 過給機
(４４) 空気
(４５) 着火手段
(４５ａ) 着火用電気ヒータ
(５１) 触媒室
(５１ａ) 触媒室入口
(５２) ミキサ
(５３) 燃料ノズル
(５４) 空気ノズル
(５５) 混合室
(５６) 混合気
(５７) 混合室出口
(５８) 熱伝導体
(５８ａ) 露出面
(６５) 電気ヒータ
(６６)金属製バネ
【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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