(57)【要約】【課題】  燃焼ガスを供給して排気ガス温度を上昇させ微粒子フィルタの外壁部近傍の温度をフィルタ再生に必要な温度まで高くできるようにする。【解決手段】  ディーゼルエンジン１０１からの排気ガスＧ２中の微粒子をパティキュレートフィルタ２により捕集するようにした排気浄化装置１において、パティキュレートフィルタ２の入口側にチャンバ９を形成するための中空部材１０と、燃焼ガスＧ１を供給するための供給装置３と、燃焼ガスＧ１をチャンバ９内に供給するための燃焼ガス導入ポート９１と、パティキュレートフィルタ２の軸線の周りを旋回する旋回流がチャンバ９内で形成されるようチャンバ９に排気ガスＧ２を導入するための排気ガス導入ポート９２とを設け、チャンバ９内に排気ガスＧ１の旋回流を形成し、これによりパティキュレートフィルタ２全体を均一に加熱できるようにした。【選択図】        図２
2005307842.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関からの排気ガス中の微粒子をパティキュレートフィルタにより捕集するようにした排気浄化装置において、
前記パティキュレートフィルタの入口側にシリンダ状のチャンバを形成するための中空部材と、
燃焼ガスを供給するための供給装置と、
前記燃焼ガスを前記チャンバ内に供給するため前記中空部材に設けられた燃焼ガス導入ポートと、
前記パティキュレートフィルタの軸線の周りを旋回する旋回流が前記チャンバ内で形成されるよう前記チャンバに前記排気ガスを導入するため前記中空部材に設けられた排気ガス導入ポートと
を備えた排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気ガス中に含まれるディーゼル微粒子（ＰＭ）を処理するための排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼル機関の排気ガス中に含まれるＰＭをディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）によって捕集し、捕集されたＰＭを適宜の手段により無害化するようにした各種の排気ガス後処理装置が開発されている。このような構成の排気ガス後処理装置にあっては、ＰＭの捕集が進むにつれてＤＰＦに堆積するＰＭの量が増え、これによりディーゼル機関の背圧が上昇し、ディーゼル機関の運転効率が低下することになる。
【０００３】
これを防ぐためＤＰＦに堆積されたＰＭを定期的に除去する必要があるが、ディーゼル機関の排気ガスはＤＰＦに堆積したＰＭを除去するに必要な高い温度にまで上昇する機会が少ないため、ＤＰＦ再生時に排気ガスを加熱するシステムや触媒を組み合わせて再生温度を低減させるシステム及びこれらを組み合わせたシステムが提案されている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、ＤＰＦを再生するために高温ガスを作る再生用バーナを備えたフィルタ再生装置が開示されており、バーナ排ガスとエンジン排ガスとをミキサによって混合し、これにより得られた高温の混合ガスをＤＰＦへ送り込むようにした構成が提案されている。
【０００５】
一方、特許文献２には、内部にフィルタ部材を収容したフィルタケーシングの前側に、中央部に小径の絞り通路を備えその前後に外方に広がるバーナ燃焼室とガス誘導室を形成した入口管を連設し、バーナ燃焼室の前方中心部に排気導入管をフィルタケーシングに沿って配設すると共にこの導入管を囲んで複数のバーナをその先端が上記軸線に近づくように傾けて配設した構成が開示されている。
【特許文献１】特公平６−２７５００号公報
【特許文献２】実公平６−６１８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１に開示されている従来技術によると、フィルタ収納器の入口側に別途ミキサを設け、これによりバーナ排ガスとエンジン排ガスとを混合して５００〜６００℃の全排ガスを得、この全排ガスを微粒子フィルタに供給する構成であるが、構成が複雑となり、コストも高くなる上に、必ずしも微粒子フィルタの外壁部近傍の温度をフィルタ再生に必要な温度まで高くすることができないという問題点を有している。
【０００７】
一方、特許文献２に開示されている従来技術によると、バーナの火炎と排気ガスとを一緒に絞り通路に通すことにより両者を混合してフィルタケーシングに送り込む構成であるから、やはり、特許文献１の技術の場合と同様の問題点を有している。
【０００８】
本発明の目的は、従来技術における上述の問題点を解決することができる排気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】
【０００９】
上記課題を解決するための本発明の特徴は、内燃機関からの排気ガス中の微粒子をパティキュレートフィルタにより捕集するようにした排気浄化装置において、前記パティキュレートフィルタの入口側にシリンダ状のチャンバを形成するための中空部材と、燃焼ガスを供給するための供給装置と、前記燃焼ガスを前記チャンバ内に供給するため前記中空部材に設けられた燃焼ガス導入ポートと、前記パティキュレートフィルタの軸線の周りを旋回する旋回流が前記チャンバ内で形成されるよう前記チャンバに前記排気ガスを導入するため前記中空部材に設けられた排気ガス導入ポートとを備えた点にある。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、チャンバ内で排気ガスと燃焼ガスとが混合される上、混合ガスはチャンバ内で旋回流の状態となってパティキュレートフィルタに与えられるので、パティキュレートフィルタ全体をむらなく高温化するのに役立ち、パティキュレートフィルタの再生を効果的に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態の一例につき詳細に説明する。
【００１２】
図１は、本発明による排気浄化装置の実施の形態の一例を示す概略構成図である。排気浄化装置１は、ディーゼルエンジン１０１の排気マニホールド（図示せず）に連結されている排気管１０２に取り付けられており、排気管１０２からの排気ガスＧ２中に含まれているＰＭを触媒再生型のパティキュレートフィルタで捕集し、処理するようにした連続再生方式の装置として構成されている。
【００１３】
パティキュレートフィルタ２はウォールフローの形態であり、ＰＭ捕集用のフィルタ２１の排気ガス上流側に酸化触媒２２を設けた構成となっている。フィルタ２１は触媒がコートされたものでも良い。また、そのようなものを用いる場合には前段の酸化触媒２２がない構造でも良い。
【００１４】
パティキュレートフィルタ２には、入口側圧力を検出するための第１圧力センサ２３、出口側圧力を検出するための第２圧力センサ２４、入口側の温度を検出するための第１温度センサ２５、フィルタ２１と酸化触媒２２との間の温度を検出するための第２温度センサ２６、出口側の温度を検出するための第３温度センサ２７及び出口側における排気ガス中の酸素温度を検出するための酸素センサ２８が設けられている。
【００１５】
これらのセンサ２３〜２８の各出力信号はコントローラ４に入力されている。なお、ディーゼルエンジン１０１の運転状態を示す信号Ｌがディーゼルエンジン１０１を電子的に制御するためのエンジン制御ユニット１０３からコントローラ４に入力されている。コントローラ４はこれらの信号に基づき供給装置３の動作を制御する構成となっている。
【００１６】
供給装置３は、燃料タンク６内の燃料が燃料ポンプ７及びレギュレータ８によって略一定の圧力をもって供給されている燃料インジェクタ３１を備え、燃料インジェクタ３１から噴射された燃料は蒸発装置３２によってガス化されて蒸発燃料とされる。
【００１７】
蒸発装置３２は、燃料インジェクタ３１からの噴射燃料を加熱することによって蒸発させこれにより燃料をガス化させて蒸発燃料を得るためのもので、送込装置３３は、エアポンプ３４からの圧縮空気を用いて蒸発装置３２からの蒸発燃料を混合気としてパティキュレートフィルタ２内に送り込む構成となっている。符号３５で示されるのは、蒸発燃料を送込装置３３内で着火させるための点火装置である。
【００１８】
燃料ポンプ７、燃料インジェクタ３１、蒸発装置３２、送込装置３３、エアポンプ３４、点火装置３５の各動作は、コントローラ４からの各制御信号Ｃ７、Ｃ３１、Ｃ３２、Ｃ３４、Ｃ３５によって制御され、パティキュレートフィルタ２の再生が常に最適な条件で行われるように構成されている。
【００１９】
供給装置３は以上のように構成されているので、点火装置３５による着火動作を行わせない場合には蒸発燃料はそのまま生燃料としてパティキュレートフィルタ２に送られる。一方、点火装置３５によって蒸発燃料に点火すれば、これにより生じた燃焼ガスＧ１がパティキュレートフィルタ２に送られることになる。すなわち、供給装置３は、パティキュレートフィルタ２に生燃料又は燃焼ガスのいずれかをパティキュレートフィルタ２の上流側に供給することができる構成となっている。
【００２０】
パティキュレートフィルタ２の再生のため、排気管１０２からの排気ガスＧ２と供給装置３からの燃焼ガスＧ１とを効率よくパティキュレートフィルタ２に供給することができるようにするため、パティキュレートフィルタ２の入口側にはシリンダ状のチャンバ９を形成するための中空部材１０が設けられている。本実施の形態では、パティキュレートフィルタ２の入口端２Ａに、一端が閉じられた円筒状の筒体が中空部材１０として設けられており、その他端の開口部がパティキュレートフィルタ２の入口端２Ａに取り付けられており、これによりチャンバ９が形成されている。そして、中空部材１０には燃焼ガス導入ポート９１と排気ガス導入ポート９２とが設けられている。
【００２１】
図２は、図１の要部を一部断面して示す要部一部断面図である。燃焼ガス導入ポート９１はシリンダ状のチャンバ９の軸線と略同軸になるように中空部材１０の閉塞端１０Ａに設けられた円筒状の部材として形成されている。燃焼ガス導入ポート９１には供給装置３の送込装置３３が取り付けられており、したがって、送込装置３３はパティキュレートフィルタ２の入口端２Ａに対向しており、送込装置３３から出力される燃焼ガスＧ１が燃焼ガス導入ポート９１を通ってパティキュレートフィルタ２の入口端２Ａに向けて供給される。ここでは、燃焼ガス導入ポート９１からチャンバ９内に供給される燃焼ガスＧ１の供給方向は、酸化触媒２２の入口側端面に対して略垂直となっている。
【００２２】
一方、排気ガス導入ポート９２は、中空部材１０の周壁に筒状の部材を取り付けて形成されており、ここでは、排気ガス導入ポート９２の軸線が中空部材１０、すなわちチャンバ９の軸線と略直交するように排気ガス導入ポート９２が中空部材１０に取り付けられている。ここで、排気ガス導入ポート９２の内径Ｒ９２は、中空部材１０の内径Ｒ１０よりも小さく設定されている。したがって、排気管１０２から送られてきた排気ガスＧ２は、排気ガス導入ポート９２を通ってチャンバ９内に導入されたとき、この内径差のために排気ガスＧ２はチャンバ９内に噴流状に導入される。この結果、排気ガスＧ２は排気ガス導入ポート９２からチャンバ９内に勢いよく噴射される。
【００２３】
図３は、排気ガスＧ２のチャンバ９への導入状態を説明するための図である。図３に示すように、排気ガスＧ２は、中空部材１０の周壁からチャンバ９の径方向に勢いよく噴射されるようにしてチャンバ９内に導入されるので、排気ガスＧ２は一旦中空部材１０の対向内周面にあたった後、中空部材１０の内周面に沿ってその周方向に流れることとなり、旋回流となる。この排気ガス旋回流は、チャンバ９内で、パティキュレートフィルタ２と同軸に配置された中空部材１０の軸線、すなわちパティキュレートフィルタ２の軸線の周りを旋回する旋回流となる。
【００２４】
そして、供給装置３からの燃焼ガスＧ１が燃焼ガス導入ポート９１からチャンバ９内に供給されると、旋回流となっている排気ガスＧ２に対して直交する方向に燃焼ガスＧ１が吹き付けられるので、排気ガスＧ２は燃焼ガスＧ１により加熱され、排気ガスＧ２と燃焼ガスＧ１とはチャンバ９内で衝突混合により良好に混合されると共に、混合されたガスはやはり旋回流となってパティキュレートフィルタ２内に流れ込む。このとき、混合されたガスはパティキュレートフィルタ２内をスパイラル状に通過する。ここで、燃焼に必要な酸素量の一部は排気ガスＧ２中の酸素から得られる。燃焼ガスＧ１はチャンバ９の中心部を流れ、フィルタを加熱する。
【００２５】
加熱された排気ガスＧ２０は、中空部材１０の壁面に衝突してチャンバ９の内周部を沿って流れるため、受熱しにくく熱損失の大きなパティキュレートフィルタ２の外周部に熱が伝わり、排気ガスＧ２の温度は径方向に均一になる。また、破線領域では大きな速度勾配による混合、拡散の促進がなされる。
【００２６】
この結果、混合された高温のガスはパティキュレートフィルタ２の外周壁近くにおいても充分に混合ガス流を作ることができ、パティキュレートフィルタ２の外周部の加熱が重点的に促進され、パティキュレートフィルタ２全体を略均一に加熱することができるので、パティキュレートフィルタ２の中央部付近だけが加熱され、過熱による溶損が生じたり、外周部が加熱できないという不具合を生じることがない。
【００２７】
また、パティキュレートフィルタ２のフィルタ２１に堆積されるＰＭは、排気ガスが外周部を流れる傾向を有するため径方向のＰＭ堆積分布は一様でなく外周部に偏る。したがって、従来のようにバーナによって中央部を加熱してもＰＭが多く堆積している外周部に熱が伝わりにくく、ＰＭの再生率が悪化する可能性があり、フィルタ全域を再生温度または活性温度以上に昇温しようとした場合、バーナの投入エネルギー量が大きくなる上に過熱される部分が出てくるため、フィルタの劣化を早めたり破損を引き起こすことが考えられるが、排気浄化装置１においてはこのような不具合の発生を有効に押さえることができ、エネルギー消費量の低減をはかることができる。
【００２８】
このように、排気浄化装置１によれば、チャンバ９内部で排気ガスＧ２の流れを乱すことによってディーゼルエンジン１０１の排気ガスＧ２を効果的に加熱でき、また熱損失の大きなパティキュレートフィルタ２の外周部を供給装置３によって供給される燃焼ガスＧ１から得た熱によって積極的に加熱できるので、パティキュレートフィルタ２の径方向温度分布を均一にすることが可能である。
【００２９】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこの一実施形態に限定されるものではない。本発明は、燃焼ガスＧ１と排気ガスＧ２とをチャンバ９内で略直角又はそれに近い角度で衝突させることが望ましいが、両ガスの衝突角度はこれに限定されない。
【００３０】
図４は、本発明の他の実施形態を説明するための図で、ここでは、排気ガスＧ２が中空部材１０の内周面に沿うようにしてその内部に導入される構成となっている。したがって、排気ガス導入ポート９２’は図３に示す場合に比べて中空部材１０内を覗く方向がチャンバ９の軸線からそれた方向となっている。
【００３１】
図４の構成によれば、チャンバ９内に導入された排気ガスＧ２をより効果的に旋回流とすることができる。この場合にも、燃焼ガスＧ１は排気ガスＧ２に対して略直角の角度で衝突するので、両者を良好に混合することができる。
【００３２】
図５は、本発明のさらに別の実施の形態を説明するための図で、ここでは、図４の構成において、燃焼ガスＧ１のチャンバ９への導入位置をチャンバ９の軸線より中空部材１０の外周壁方向へずらしたもので、燃焼ガス導入ポート９１’が中空部材１０の外周壁近くであって、排気ガス導入位置近くに設けられている。この結果、排気ガス導入ポート９２’よりチャンバ９内に導入される排気ガスＧ２に対して、燃焼ガス導入ポート９１’よりの燃焼ガスＧ１が、チャンバ９内に導入された直後の排気ガス流に略直角に衝突し、これにより両ガスが衝突混合され、混合されたガスがチャンバ９内で旋回流となる。
【００３３】
図６は、本発明のさらに他の実施の形態の要部を示す図である。図６の各部のうち、図２の各部に対応する部分には同一の符号が付されている。ここでは、燃焼ガス導入ポート９３を排気管１０２に設け、供給装置３の送込装置３３からの燃焼ガスＧ１を排気管１０２の途中において排気ガスＧ２の流れ方向に対して直角となるように排気管１０２内に導入するようにした点に特徴を有する。
【００３４】
この構成によれば、燃焼ガスＧ１と排気ガスＧ２とは排気管１０２内で衝突混合され、これにより作られた高温の混合ガスがチャンバ９内に排気ガス導入ポート９２を介して導入され、これにより図２の場合と同様にしてチャンバ９内で旋回流となる（図７参照）。
【００３５】
なおこの場合も、図８に示すように、排気ガス導入ポート９２の取付状態を図４に示した場合と同様にすることにより、より一層良好な旋回流をチャンバ９内に生じさせることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の一実施形態を示す概略構成図。
【図２】図１の要部を一部断面して示す要部一部断面図。
【図３】図２に示す排気ガスのチャンバへの導入状態を説明するための図。
【図４】本発明の他の実施形態を説明するための図。
【図５】本発明のさらに別の実施の形態を説明するための図。
【図６】本発明のさらに他の実施の形態の要部を示す図。
【図７】図６に示す排気ガスのチャンバへの導入状態を説明するための図。
【図８】図６に示す本発明の実施の形態の変形例を説明するための図。
【符号の説明】
【００３７】
１  排気浄化装置
２  パティキュレートフィルタ
２Ａ  入口端
３  供給装置
２１  フィルタ
２２  酸化触媒
３１  燃料インジェクタ
３２  蒸発装置
３３  送込装置
３５  点火装置
９１、９１’、９３  燃焼ガス導入ポート
９２、９２’  排気ガス導入ポート
１０１  ディーゼルエンジン
１０２  排気管
Ｇ１  燃焼ガス
Ｇ２  排気ガス
【図１】
2005307842.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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