(57)【要約】【課題】少ない種類のフィルタで多種多様なシリンダ内噴射エンジンに簡単に対応でき、フィルタの占有空間を小さくして排気浄化装置のコンパクト化を実現でき、始動排出エンジンに対応容易なハウジング及び排気浄化装置を提供する。【解決手段】一つの面１１０と、これとほぼ反対側になる面１２０には縦接続口１５０がそれぞれ開口し、周面には横接続口１６０が複数開口し、内部には、両端が縦接続口にそれぞれ開口する縦通路１７０と、縦通路から分岐して横接続口に開口する複数の横通路１８０とが設けられ、縦接続口は、他の同一構成のハウジングの縦接続口、縦接続口を閉塞する閉塞部材５１０又は排気通路部材４００が接続可能に設けられ、横接続口は、フィルタ３００の導入口３１０、横接続口を閉塞する閉塞部材５２０又は弁６００が接続可能に設けられた排気浄化装置用ハウジング１００。このハウジング１００を用いて排気浄化装置２００を構成する。【選択図】  図１
2007056708.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダ内噴射エンジンの排気を導入口から導入して粒子状物質を捕集したのち導出口から導出するフィルタが設けられる排気浄化装置用ハウジングであって、
一つの面と、これとほぼ反対側になる面には縦接続口がそれぞれ開口し、これら二つの面の間にある周面には横接続口が複数開口し、
内部には、両端が二つの縦接続口にそれぞれ連通する縦通路と、この縦通路から分岐して複数の横接続口にそれぞれ連通する複数の横通路とが設けられ、
縦接続口は、他の同一構成のハウジングの縦接続口、縦接続口を閉塞する閉塞部材又はシリンダ内噴射エンジンの排気通路を構成する排気通路部材が接続可能に設けられ、
横接続口は、フィルタの導入口、横接続口を閉塞する閉塞部材又は弁が接続可能に設けられている排気浄化装置用ハウジング。
【請求項２】
横通路が縦通路の延びる方向にみて縦通路から放射状に分岐しており、他の同一構成のハウジングを接続したときに縦通路の延びる方向にみて、隣接するハウジングの横通路同士が周方向にずれるように構成した請求項１の排気浄化装置用ハウジング。
【請求項３】
請求項１又は請求項２の排気浄化装置用ハウジングを備えた排気浄化装置であって、
一方の縦接続口にはシリンダ内噴射エンジンの排気通路部材が接続されており、
他方の縦接続口には閉塞部材が接続されており、
全ての横接続口にフィルタが導入口において接続され、又は少なくとも一つの横接続口にフィルタが導入口において接続され且つ残りの横接続口に閉塞部材若しくは弁が接続されている排気浄化装置。
【請求項４】
請求項１又は請求項２の排気浄化装置用ハウジングを複数備えた排気浄化装置であって、
これらの排気浄化装置用ハウジングが縦接続口同士を接続することで直列接続されており、
一方の端の排気浄化装置用ハウジングの縦接続口にはシリンダ内噴射エンジンの排気通路部材が接続されており、
他方の端の排気浄化装置用ハウジングの縦接続口には閉塞部材が接続されており、
全ての横接続口にフィルタが導入口において接続され、又は少なくとも一つの横接続口にフィルタが導入口において接続され且つ残りの横接続口に閉塞部材若しくは弁が接続されている排気浄化装置。
【請求項５】
請求項３又は請求項４の排気浄化装置において、排気浄化装置が移動可能に設けられており、
排気浄化装置用ハウジングの縦接続口とシリンダ内噴射エンジンの排気通路部材との接続が脱着可能に設けられている排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリンダ内噴射エンジンの排気より粒子状物質を捕集するフィルタを備えた排気浄化装置の技術分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
従来、シリンダ内噴射エンジンの排気に含まれる黒煙その他の粒子状物質を捕集する排気浄化装置として、排気通路に、排気に含まれる粒子状物質を捕集する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、フィルタが目詰まりすると、バーナや電気ヒータにより捕集された粒子状物質を燃焼させてフィルタを再生することが行われる。その場合、フィルタを二個並列に設け、片方のフィルタを粒子状物質の捕集に使用し、そのフィルタが目詰まりしたら排気を他方のフィルタに切り換え、その間に目詰まりしたフィルタを再生させる切り換え再生方式の排気浄化装置がある。これとは別に、フィルタが目詰まりしたらエンジンを停止してフィルタを再生させる停止再生方式の排気浄化装置がある。停止再生方式の排気浄化装置には、フィルタを排気通路に脱着可能に設け、目詰まりしたフィルタを新品又は再生済みのフィルタに交換する脱着方式の排気浄化装置がある（例えば、特許文献３を参照）。また、フィルタの近傍に設けたヒータに外部電源から電流を流して再生する方法もある。
【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２００２−８９２３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このようなフィルタは、シリンダ内噴射エンジンの排気量、運転パターンなどに応じて容量を最適に決めることになる。しかし、フィルタの生産効率、管理工数などを考慮すると、フィルタの種類を出来るだけ少なくし、好ましくは一種類のフィルタのみを設定しておき、一つのフィルタでは容量が不足するときには複数のフィルタを排気通路に並列接続することが望まれる。このようにすれば、容量に応じて排気通路に接続するフィルタの数を変えればよいので、設計工数も軽減される。したがって、多種多様なシリンダ内噴射エンジンに対して排気浄化装置を設定するときや、既設のシリンダ内噴射エンジンに後付けで設ける排気浄化装置を設計するときには、迅速に対応できるというメリットがある。
【０００４】
ところが、必要とする容量が大きくなり、並列接続すべきフィルタ数が多数になったときには、排気通路に対してフィルタを鈴なりに接続することになり、シリンダ内噴射エンジンの周囲で大きな設置スペースを占有することになる。また排気通路にフィルタを接続する作業となるので、排気浄化装置の製造時における配管作業が煩雑であり、また排気浄化装置の構成部材の保管にも大きなスペースが必要となる。
【０００５】
ところで、始動直後に黒煙その他の粒子状物質を多く排出し、その後は比較的粒子状物質の排出量が少なくなることが多いシリンダ内噴射エンジン（以下、始動排出エンジンということにする）では、始動直後にのみフィルタで排気から粒子状物質を捕集し、その後は排気をフィルタに通さないようにし、これによって実質的な粒子状物質の低減を行いながら、排気抵抗低減によるエンジン仕事率の向上、フィルタ再生頻度の減少によるコスト低減及びエンジン運転の自由度の向上、フィルタの占有空間の減少による排気浄化装置のコンパクト化などを実現することが考えられる。
【０００６】
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、排気浄化装置におけるフィルタの配置を工夫することで、少ない種類のフィルタでもって多種多様なシリンダ内噴射エンジンに簡単に対応することができ、フィルタの占有空間を小さくして排気浄化装置のコンパクト化を実現でき、さらに始動排出エンジンに対応が容易な排気浄化装置のハウジング及びこれを備えた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】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の排気浄化装置用ハウジングは、シリンダ内噴射エンジンの排気を導入口から導入して粒子状物質を捕集したのち導出口から導出するフィルタが設けられる排気浄化装置用ハウジングであって、一つの面と、これとほぼ反対側になる面には縦接続口がそれぞれ開口し、これら二つの面の間にある周面には横接続口が複数開口し、内部には、両端が二つの縦接続口にそれぞれ連通する縦通路と、この縦通路から分岐して複数の横接続口にそれぞれ連通する複数の横通路とが設けられ、縦接続口は、他の同一構成のハウジングの縦接続口、縦接続口を閉塞する閉塞部材又はシリンダ内噴射エンジンの排気通路を構成する排気通路部材が接続可能に設けられ、横接続口は、フィルタの導入口、横接続口を閉塞する閉塞部材又は弁が接続可能に設けられている。
【０００８】
このハウジングを用いた排気浄化装置の一例を示す。このハウジングの一方の縦接続口にシリンダ内噴射エンジンの排気通路部材を接続し、他方の縦接続口に閉塞部材を接続し、全ての横接続口にフィルタを導入口において接続し、又は少なくとも一つの横接続口にフィルタを導入口において接続し且つ残りの横接続口に閉塞部材若しくは弁を接続すれば、一段タイプの排気浄化装置ができる。シリンダ内噴射エンジンの排気通路部材から一方の縦接続口に入った排気は、縦通路を通ってから横通路へ入り、横接続口からフィルタにそれぞれ入る。フィルタは導入口から入った排気より粒子状物質を捕集し、浄化した排気を導出口から外部へ導出する。したがって、フィルタの種類は少なくてよい。また、接続するフィルタの数によって排気浄化装置の容量が変わるので、多種多様なシリンダ内噴射エンジンに簡単に対応することができる。また、例えば排気通路部材に接続した管状部材から排気流の下流に向かって次々に接続口を開口し、この接続口にフィルタを接続する場合に較べると、縦通路に沿った方向の長さが圧倒的に短くなる。そのため、フィルタの占有空間を小さくして排気浄化装置がコンパクトになる。さらに、排気浄化装置を始動排出エンジンに用い、横接続口に弁を接続したときには、始動直後の黒煙その他の粒子状物質を多く排出するときには弁を閉めてフィルタで排気を浄化し、実質的な粒子状物質の低減が行われることになり、その後、比較的粒子状物質の排出量が少なくなったときには弁を開けて排気を弁から外部へ排出し、これによって排気抵抗低減によるエンジン仕事率の向上が実現する。しかも、フィルタの目詰まりの進行が遅れるので、フィルタ再生頻度の減少によるコスト低減及びエンジン運転の自由度向上が実現される。
【０００９】
このハウジングを複数用いた排気浄化装置の一例を示す。複数のハウジングを、縦接続口同士を接続することで直列接続し、一方の端の排気浄化装置用ハウジングの縦接続口にシリンダ内噴射エンジンの排気通路部材を接続し、他方の端の排気浄化装置用ハウジングの縦接続口に閉塞部材を接続し、全ての横接続口にフィルタを導入口において接続し、又は少なくとも一つの横接続口にフィルタを導入口において接続し且つ残りの横接続口に閉塞部材若しくは弁を接続すれば、多段タイプの排気浄化装置ができる。シリンダ内噴射エンジンの排気通路部材から一方の端の縦接続口に入った排気は、縦通路を通ってから横通路へ入り、横接続口からフィルタにそれぞれ入る。フィルタは導入口から入った排気より粒子状物質を捕集し、浄化した排気を導出口から外部へ導出する。したがって、フィルタの種類は少なくてよい。また、接続するフィルタの数によって排気浄化装置の容量が変わるので、多種多様なシリンダ内噴射エンジンに簡単に対応することができる。また、例えば排気通路部材に接続した管状部材から排気流の下流に向かって次々に接続口を開口し、この接続口にフィルタを接続する場合に較べると、縦通路に沿った方向の長さが圧倒的に短くなる。そのため、フィルタの占有空間を小さくして排気浄化装置がコンパクトになる。さらに、排気浄化装置を始動排出エンジンに用い、横接続口に弁を接続したときには、始動直後の黒煙その他の粒子状物質を多く排出するときには弁を閉めてフィルタで排気を浄化し、実質的な粒子状物質の低減が行われることになり、その後、比較的粒子状物質の排出量が少なくなったときには弁を開けて排気を弁から外部へ排出し、これによって排気抵抗低減によるエンジン仕事率の向上が実現する。しかも、フィルタの目詰まりの進行が遅れるので、フィルタ再生頻度の減少によるコスト低減及びエンジン運転の自由度向上が実現される。
【００１０】
この排気浄化装置を移動可能に設け、ハウジングの縦接続口とシリンダ内噴射エンジンの排気通路部材との接続を脱着可能に設ければ、この排気浄化装置を、排気浄化を要する状態のときにだけシリンダ内噴射エンジンに接続して排気の浄化が行える。したがって、例えば、複数の始動排出エンジンがあるときには、始動直後の黒煙その他の粒子状物質を多く排出する状態にある始動排出エンジンにだけ排気浄化装置を移動して接続し、排気を浄化することができ、始動排出エンジンの数よりも少ない排気浄化装置で足りることになる。
【００１１】
また、ハウジング自体も、例えば排気通路部材に接続した管状部材から排気流の下流に向かって次々に接続口を開口し、この接続口にフィルタを接続する場合に較べると、縦通路に沿った方向の長さが圧倒的に短くなる。そのため、ハウジングを保管するときにハウジングの占有空間が小さくなる。
【００１２】
本発明の排気浄化装置用ハウジングは、横通路が縦通路の延びる方向にみて縦通路から放射状に分岐し、他の同一構成のハウジングを接続したときに縦通路の延びる方向にみて、隣接するハウジングの横通路同士が周方向にずれるように構成してもよい。
【００１３】
このようにすれば、横通路に接続したフィルタ又は弁が縦通路の延びる方向にみて周方向にずれて重なりにくいので、フィルタの交換その他のメンテナンス、弁のメンテナンスなどが容易に行える。
【００１４】
本発明の排気浄化装置は、上記排気浄化装置用ハウジングを備えた排気浄化装置であって、一方の縦接続口にはシリンダ内噴射エンジンの排気通路部材が接続されており、他方の縦接続口には閉塞部材が接続されており、全ての横接続口にフィルタが導入口において接続され、又は少なくとも一つの横接続口にフィルタが導入口において接続され且つ残りの横接続口に閉塞部材若しくは弁が接続されている。
【００１５】
この一段タイプの排気浄化装置においては、シリンダ内噴射エンジンの排気通路部材から一方の縦接続口に入った排気は、縦通路を通ってから横通路へ入り、横接続口からフィルタに入る。フィルタは導入口から入った排気より粒子状物質を捕集し、浄化した排気を導出口から外部へ導出する。したがって、フィルタの種類は少なくてよい。また、接続するフィルタの数によって排気浄化装置の容量が変わるので、多種多様なシリンダ内噴射エンジンに簡単に対応することができる。また、例えば排気通路部材に接続した管状部材から排気流の下流に向かって次々に接続口を開口し、この接続口にフィルタを接続する場合に較べると、縦通路に沿った方向の長さが圧倒的に短くなる。そのため、フィルタの占有空間を小さくして排気浄化装置がコンパクトになる。さらに、排気浄化装置を始動排出エンジンに用い、横接続口に弁を接続したときには、始動直後の黒煙その他の粒子状物質を多く排出するときには弁を閉めてフィルタで排気を浄化し、実質的な粒子状物質の低減が行われることになり、その後、比較的粒子状物質の排出量が少なくなったときには弁を開けて排気を弁から外部へ排出し、これによって排気抵抗低減によるエンジン仕事率の向上が実現する。しかも、フィルタの目詰まりの進行が遅れるので、フィルタ再生頻度の減少によるコスト低減及びエンジン運転の自由度向上が実現される。
【００１６】
本発明の他の排気浄化装置は、上記排気浄化装置用ハウジングを複数備えた排気浄化装置であって、これらの排気浄化装置用ハウジングが縦接続口同士を接続することで直列接続されており、一方の端の排気浄化装置用ハウジングの縦接続口にはシリンダ内噴射エンジンの排気通路部材が接続されており、他方の端の排気浄化装置用ハウジングの縦接続口には閉塞部材が接続されており、全ての横接続口にフィルタが導入口において接続され、又は少なくとも一つの横接続口にフィルタが導入口において接続され且つ残りの横接続口に閉塞部材若しくは弁が接続されている。
【００１７】
この多段タイプの排気浄化装置においては、シリンダ内噴射エンジンの排気通路部材から一方の端の縦接続口に入った排気は、縦通路を通ってから横通路へ入り、横接続口からフィルタに入る。フィルタは導入口から入った排気より粒子状物質を捕集し、浄化した排気を導出口から外部へ導出する。したがって、フィルタの種類は少なくてよい。また、接続するフィルタの数によって排気浄化装置の容量が変わるので、多種多様なシリンダ内噴射エンジンに簡単に対応することができる。また、例えば排気通路部材に接続した管状部材から排気流の下流に向かって次々に接続口を開口し、この接続口にフィルタを接続する場合に較べると、縦通路に沿った方向の長さが圧倒的に短くなる。そのため、フィルタの占有空間を小さくして排気浄化装置がコンパクトになる。さらに、排気浄化装置を始動排出エンジンに用い、横接続口に弁を接続したときには、始動直後の黒煙その他の粒子状物質を多く排出するときには弁を閉めてフィルタで排気を浄化し、実質的な粒子状物質の低減が行われることになり、その後、比較的粒子状物質の排出量が少なくなったときには弁を開けて排気を弁から外部へ排出し、これによって排気抵抗低減によるエンジン仕事率の向上が実現する。しかも、フィルタの目詰まりの進行が遅れるので、フィルタ再生頻度の減少によるコスト低減及びエンジン運転の自由度向上が実現される。
【００１８】
本発明の排気浄化装置は、排気浄化装置が移動可能に設けられ、排気浄化装置用ハウジングの縦接続口とシリンダ内噴射エンジンの排気通路部材との接続が脱着可能に設けられてもよい。
【００１９】
このようにすれば、この排気浄化装置を、排気浄化を要する状態のときにだけシリンダ内噴射エンジンに接続して排気の浄化が行える。したがって、例えば、複数の始動排出エンジンがあるときには、始動直後の黒煙その他の粒子状物質を多く排出する状態にある始動排出エンジンにだけ排気浄化装置を移動して接続し、排気を浄化することができ、始動排出エンジンの数よりも少ない排気浄化装置で足りることになる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の排気浄化装置用ハウジングは、一段タイプや多段タイプの排気浄化装置に用いることができ、これらの排気浄化装置は、少ない種類のフィルタでもって多種多様なシリンダ内噴射エンジンに簡単に対応することができ、フィルタの生産効率、管理工数の向上、排気浄化装置の設計工数の軽減、迅速な設計を実現することができ、フィルタの占有空間を小さくして排気浄化装置の設置スペースのコンパクト化を実現でき、排気浄化装置の製造時における配管作業が容易となり、またハウジングの保管スペースも小さくなり、さらに始動排出エンジンへの対応が容易である。
【００２１】
横通路を放射状に分岐し、他の同一構成のハウジングを接続したときに、隣接するハウジングの横通路同士が周方向にずれるように構成したときには、横通路に接続したフィルタ又は弁が周方向にずれて重なりにくいので、フィルタの交換その他のメンテナンス、弁のメンテナンスなどが容易に行える。
【００２２】
排気浄化装置を移動可能に設け、排気浄化装置用ハウジングの縦接続口とシリンダ内噴射エンジンの排気通路部材との接続を脱着可能に設けたときには、この排気浄化装置を、排気浄化を要する状態のときにだけシリンダ内噴射エンジンに接続して排気の浄化が行え、例えば、複数の始動排出エンジンがあるときには、始動直後の黒煙その他の粒子状物質を多く排出する状態にある始動排出エンジンにだけ排気浄化装置を移動して接続し、排気を浄化することができ、始動排出エンジンの数よりも少ない排気浄化装置で足りるようにすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図３及び図４は実施形態に係る排気浄化装置用ハウジング１００を示し、図１及び図２はこの排気浄化装置用ハウジング１００を備えた一段タイプの排気浄化装置２００を示す。
【００２４】
図３及び図４に示す排気浄化装置用ハウジング（以下、単にハウジングという）１００にはフィルタ３００が設けられる。このフィルタ３００は、シリンダ内噴射エンジン（図示省略）の排気を導入口３１０から導入し、この排気から黒煙その他の粒子状物質を捕集したのち、排気を導出口３２０から導出する機能を発揮する。
【００２５】
シリンダ内噴射エンジンは、シリンダ内に直接に燃料を噴射するエンジンに限定されるものではなく、シリンダに連通する副室、渦流室等に燃料を噴射するエンジンも含んでいる。また、シリンダ内噴射エンジンは、燃料として軽油、灯油もしくは重油、バイオ燃料などを用いるディーゼルエンジンも含むし、燃料としてガソリンなどを用いるガソリンエンジンも含む。この実施形態のシリンダ内噴射エンジンは公知のディーゼルエンジンである。この実施形態では発電装置駆動用のエンジンのように敷地に定着したシリンダ内噴射エンジンで例示しているが、本発明は、自動車、車両、船舶、その他の輸送用機器などに搭載されたシリンダ内噴射エンジンも対象となる。図５に示すように、シリンダ内噴射エンジンには、排気通路を構成し、燃焼室からの排気が導入される排気通路部材４００が設けられている。この排気通路部材４００は、排気ポート、排気マニフォールド、排気パイプ、マフラーなどにより構成され、その内部空間を排気が流通する。しかし、これによって排気通路部材４００の構成が限定されるものではない。この排気通路部材４００には酸化触媒その他の各種触媒が設けられていてもよい。図５では、排気通路部材４００は途中から分岐しており、第１の分岐排気通路部材４１０が排気浄化装置２００に接続され、第２の分岐排気通路部材４２０が外部に開放されている。そして、これらの分岐排気通路部材４１０、４２０にはそれぞれ弁４１１、４２１が設けられており、これらの弁４１１、４２１の開閉を制御することで排気を排気浄化装置２００に導入し、又は外部に開放するようにしている。しかし、本発明が対象とするハウジング及び排気浄化装置が対象とする排気通路部材は、これに限定されるものではなく、例えば、単純な１本の排気通路部材であってもよい。
【００２６】
このシリンダ内噴射エンジンは、始動時から燃料噴射量を最大値付近とし、目標回転速度に向けてエンジン回転速度を上げるように制御される。このような制御は、例えば燃料噴射装置に設けられた調速機により自動的に行ってもよいし、人の操作により行ってもよい。しかし、この実施形態の制御形態によって本発明の対象とするエンジンの制御形態が限定されるものではない。本発明は、調速機、人の操作などによりエンジン回転速度その他が制御されるシリンダ内噴射エンジンを対象とし、その制御形態を何等限定するものではない。
【００２７】
実施形態の制御形態について詳述する。シリンダ内噴射エンジンには、エンジン回転速度を所定範囲に制御する定回転速度調速機又は全回転速度調速機が設けられ、目標回転速度に向けてエンジン回転速度を上げる制御がこの調速機によって実行される。定回転速度調速機は、回転速度を一定の範囲内に制御する調速機であり、調速性能は比較的優れており、発電機用補機関など高度な調速性能が要求される用途に用いられる。全回転速度調速機は、使用回転範囲全体に亘って制御する調速機であり、低速域から高速域までの広い範囲で制御するが、調速性能としては定回転速度調速機に比較して若干劣っている。定回転速度調速機を備えたシリンダ内噴射エンジンとしては、発電電圧の周波数に影響する目標回転速度を一定に保持する必要がある発電装置用のシリンダ内噴射エンジンが例示される。全回転速度調速機を備えたシリンダ内噴射エンジンとしては、目標回転速度を所望の速度に保持する必要がある高圧水洗浄機、ポンプ、クレーンなどを駆動するためのシリンダ内噴射エンジンが例示される。実施形態の場合、シリンダ内噴射エンジンには、排気により駆動され、吸気を過給する排気ターボ過給器が設けられている。しかし、本発明の排気浄化装置及びハウジングは、排気ターボ過給器を備えていない自然吸気のシリンダ内噴射エンジンにも適用できる。さらに、シリンダ内噴射エンジンにはインタークーラが設けられているが、本発明の排気浄化装置及びハウジングは、インタークーラを備えていないシリンダ内噴射エンジンにも適用できる。
【００２８】
フィルタ３００の捕集機能部分である本体３３０は、いわゆる目封じタイプである。この本体３３０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、排気が壁を通過するときに粒子状物質を捕集する。一方の端面で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、他方の端面では、上記一方の端面で塞がれたセルは開口し、上記一方の端面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。そして、一方の端面がフィルタ３００の導入口３１０に連通し、他方の端面がフィルタ３００の導出口３２０に連通している。フィルタ本体としては、他にも多孔体タイプ、繊維タイプがあり、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。しかし、本発明におけるフィルタ本体の構造は、これらによって限定されるものではない。このフィルタ３００の本体３３０は排気浄化装置２００に対して脱着可能に設けられ、目詰まりした本体３３０を新品又は再生済みの本体３３０に交換できるようにしており、排気浄化装置２００が背景技術の欄で説明した停止再生方式のうち脱着方式の形態となるように構成している。そのため、本体３３０は筒形のケーシング３５０に格納されており、ケーシング３５０の排気下流側の端部が蓋３６０として開閉できるようになっており、この蓋３６０を開け閉めすることで本体３３０を取り外し、装填できるようになっている。しかし、フィルタの再生方式は従来より存在するいずれの再生方式であってもよく、排気浄化装置が背景技術の欄で説明した切り換え再生方式、停止再生方式のいずれであってもよく、停止再生方式の場合、フィルタの近傍に設けたヒータに電流を流して再生する方式としてもよい。
【００２９】
図３及び図４に示すハウジング１００には、一つの面１１０と、これとほぼ反対側になる面１２０とがあり、これらを第一面１１０及び第二面１２０ということにする。この第一面１１０及び第二面１２０には、縦接続口１５０がそれぞれ開口している。すなわち、第一面１１０に一つの縦接続口１５０が開口し、第二面１２０には別の縦接続口１５０が開口している。また、この第一面１１０と第二面１２０との間にある周面１３０には、横接続口１６０が複数開口している。ハウジング１００の内部には、両端が二つの縦接続口１５０にそれぞれ連通する縦通路１７０が設けられている。すなわち、縦通路１７０の一方の端部は第一面１１０の縦接続口１５０に連通し、縦通路１７０の他方の端部は第二面１２０の縦接続口１５０に連通している。さらに、ハウジング１００の内部には、この縦通路１７０から分岐して複数の横接続口１６０にそれぞれ連通する複数の横通路１８０が設けられている。すなわち、横通路１８０の一方の端部は縦通路１７０に連通し、他方の端部は横接続口１６０に連通している。この実施形態では、縦通路１７０が一方向に沿ってハウジング１００を貫通しており、この縦通路１７０が延びる方向にみてほぼ９０度の角度間隔で４本の横通路１８０が縦通路１７０から分岐しており、それぞれの横通路１８０は縦通路１７０にほぼ直交して延びている。この縦通路の形状、横通路の形状、本数、配置、角度などは、この実施形態により限定されるものではない。
【００３０】
縦接続口１５０は、他の同一構成のハウジング１００の縦接続口１５０と、縦接続口１５０を閉塞する閉塞部材５１０と、シリンダ内噴射エンジンの排気通路部材４００のいずれもが接続可能に設けられており、これらを選択的に接続できるようにしている。実施形態では、この接続はフランジ同士を接合してボルト締結することにより行われるが、一方に雄ねじを切り他方に雌ねじを切ってのネジ止め、その他の公知の締結手段により行うようにしてもよい。閉塞部材５１０は蓋状の部材であるが、縦接続口１５０を閉塞する機能を発揮すれば形状、構造は問わない。この実施形態では、排気通路部材４００における縦接続口１５０との接続部に公知の蛇腹状のフレキシブルホースを用いているが、フレキシブルホースを用いずに接続してもよいのは勿論である。
【００３１】
横接続口１６０は、フィルタ３００の導入口３１０と、横接続口１６０を閉塞する閉塞部材５２０（図７を参照）と、弁６００（図７を参照）のいずれもが接続可能に設けられており、これらを選択的に接続できるようにしている。実施形態では、この接続はフランジ同士を接合してボルト締結することにより行われるが、一方に雄ねじを切り他方に雌ねじを切ってのネジ止め、その他の公知の締結手段により行うようにしてもよい。閉塞部材５２０は蓋状の部材であるが、横接続口１６０を閉塞する機能を発揮すれば形状、構造は問わない。また、弁６００は、横接続口１６０に接続された筒型の通路部材６１０と、この通路部材６１０の内部に形成された通路を開閉する弁体６２０とを備えたバタフライ弁であるが、横接続口１６０を開閉する機能を発揮すれば形状、構造は問わない。
【００３２】
図２に示すように、横通路１８０は、縦通路１７０の延びる方向にみて縦通路１７０から放射状に分岐している。また、他の同一構成のハウジング１００を接続したときに、縦通路１７０の延びる方向にみて、隣接するハウジング１００の横通路同士１８０が周方向にずれるように構成している。この実施形態では、隣り合うハウジング１００の接続をフランジ同士を接合してボルト締結することにより行っており、ボルト孔の等間隔にしてピッチを適切に設定することで、これを実現している。具体的には、図９に示すように、二つのハウジング１００で合わせるボルト孔を、対応するボルト孔からずらすことで、二つのハウジング１００が、縦通路１７０の延びる方向からみて周方向にほぼ４５度だけずらし、これによって横通路１８０が周方向にずれて重なりにくいようにしている。
【００３３】
図１及び図２は、実施形態のハウジング１００を備えた一段タイプの排気浄化装置２００を示す。ハウジング１００の一方の縦接続口１５０にはシリンダ内噴射エンジンの排気通路部材４００が接続されており、他方の縦接続口１５０には閉塞部材５１０が接続されている。そして、全ての横接続口１６０にフィルタ３００が導入口３１０においてそれぞれ接続されている。この場合、図７に示すように、少なくとも一つの横接続口１６０にフィルタ３００を導入口３１０において接続し、残りの横接続口１６０に閉塞部材５２０又は弁６００を接続してもよい。このようにハウジング１００に接続するフィルタ３００の数を変えることによって排気浄化装置２００の容量が変わる。また、横接続口１６０に弁６００を接続したときには、始動直後の黒煙その他の粒子状物質を多く排出するときには弁６００を閉めてフィルタ３００で排気を浄化し、その後、比較的粒子状物質の排出量が少なくなったときには弁６００を開けて排気を弁６００から外部へ排出することができる。なお、弁６００を縦接続口１５０に接続するようにしてもよい。
【００３４】
図１及び図２に示す排気浄化装置２００は、下部にキャスターが付いた台車７００の上に設けられ、これによって地面の上を移動可能に設けられている。また、図５に示すように、ハウジング１００の一方の縦接続口１５０とシリンダ内噴射エンジンの排気通路部材４００との接続は脱着可能に設けられている。実施形態では、フランジ同士を接合してボルト締結することで、脱着可能に接続しているが、一方に雄ねじを切り他方に雌ねじを切ってのネジ止めすること、その他の公知の締結手段により行うようにしてもよい。この実施形態では、排気通路部材４００における縦接続口１５０との接続部に公知の蛇腹状のフレキシブルホースを用いたが、このようにすれば、排気浄化の対象とするシリンダ内噴射エンジンの排気通路部材４００のところへ排気浄化装置２００を移動していって接続するときに、排気通路部材４００と縦接続口１５０との相対位置のずれを、伸縮自在で且つ湾曲自在なフレキシブルホースで縦方向、横方向に調整できるから好都合である。
【００３５】
次に、実施形態のハウジング１００及び排気浄化装置２００の作用及び効果を説明する。この一段タイプの排気浄化装置２００においては、シリンダ内噴射エンジンの排気通路部材４００から一方の縦接続口１５０に入った排気は、縦通路１７０を通ってから横通路１８０へ入り、横接続口１６０からフィルタ３００に入る。フィルタ３００は導入口３１０から入った排気より粒子状物質を捕集し、浄化した排気を導出口３２０から外部へ導出する。したがって、フィルタ３００の種類は少なくてよい。また、接続するフィルタ３００の数によって排気浄化装置２００の容量が変わるので、多種多様なシリンダ内噴射エンジンに簡単に対応することができる。また、例えば排気通路部材に接続した管状部材から排気流の下流に向かって次々に接続口を開口し、この接続口にフィルタを接続する場合に較べると、縦通路１７０に沿った方向の長さが圧倒的に短くなる。そのため、フィルタ３００の占有空間を小さくして排気浄化装置２００がコンパクトになる。さらに、図７に例示したように、排気浄化装置２００を始動排出エンジンに用い、横接続口１６０に弁６００を接続したときには、始動直後の黒煙その他の粒子状物質を多く排出するときには弁６００を閉めてフィルタ３００で排気を浄化し、実質的な粒子状物質の低減が行われることになり、その後、比較的粒子状物質の排出量が少なくなったときには弁６００を開けて排気を弁６００から外部へ排出し、これによって排気抵抗低減によるエンジン仕事率の向上が実現する。しかも、フィルタ３００の目詰まりの進行が遅れるので、フィルタ再生頻度の減少によるコスト低減及びエンジン運転の自由度向上が実現される。
【００３６】
本発明の排気浄化装置は、接地面に対して固定した排気浄化装置の実施形態、縦接続口とシリンダ内噴射エンジンの排気通路部材とを固定的に接続した排気浄化装置の実施形態を含む。しかし、実施形態の排気浄化装置２００は移動可能に設けられ、ハウジング１００の縦接続口１５０とシリンダ内噴射エンジンの排気通路部材４００との接続を脱着可能に設けたので、この排気浄化装置２００を、排気浄化を要する状態のときにだけシリンダ内噴射エンジンに接続して排気の浄化が行える。したがって、例えば、図６に示すように、複数の始動排出エンジンがあるときには、始動直後の黒煙その他の粒子状物質を多く排出する状態にある始動排出エンジンにだけ排気浄化装置２００を移動して接続し、排気を浄化することができ、始動排出エンジンの数よりも少ない排気浄化装置２００で足りることになる。
【００３７】
また、ハウジング自体も、例えば排気通路部材に接続した管状部材から排気流の下流に向かって次々に接続口を開口し、この接続口にフィルタを接続する場合に較べると、縦通路１７０に沿った方向の長さが圧倒的に短くなる。そのため、ハウジング１００を保管するときにハウジング１００の占有空間が小さくなる。
【００３８】
図８及び図９は、上記実施形態に係るハウジング１００をを複数備えた多段タイプの排気浄化装置２００を示す。図では、ハウジング１００を二つ備えた二段タイプとしているが、段数、つまり重ねるハウジング１００の数は任意であり、三段以上にしてもよい。これらのハウジング１００は縦接続口同士を接続することで直列接続されている。一方の端のハウジング１００の縦接続口１５０にはシリンダ内噴射エンジンの排気通路部材４００が接続されている。他方の端のハウジング１００の縦接続口１５０には閉塞部材５１０が接続されている。そして、全ての横接続口１６０にフィルタ３００が導入口３１０においてそれぞれ接続されている。この場合、図１０に示すように、少なくとも一つの横接続口１６０にフィルタ３００を導入口３１０において接続し、残りの横接続口１６０に閉塞部材５２０又は弁６００を接続してもよい。このようにハウジング１００に接続するフィルタ３００の数を変えることによって排気浄化装置２００の容量が変わる。また、横接続口１６０に弁６００を接続したときには、始動直後の黒煙その他の粒子状物質を多く排出するときには弁６００を閉めてフィルタ３００で排気を浄化し、その後、比較的粒子状物質の排出量が少なくなったときには弁６００を開けて排気を弁６００から外部へ排出することができる。なお、弁６００を縦接続口１５０に接続するようにしてもよい。また、ハウジング１００を三つ以上備えるタイプとしたときには、両端のハウジング１００を除き、中間のハウジング１００では両方の縦接続口１５０に隣りのハウジング１００の縦接続口１５０が接続されることになり、閉塞部材５１０は接続されない。
【００３９】
先に説明した一段タイプの排気浄化装置２００と同様に、この多段タイプの排気浄化装置２００も、台車７００の上に設けられ、これによって地面の上を移動可能に設けられている。また、一段タイプの排気浄化装置２００と同様に、この多段タイプの排気浄化装置２００のハウジング１００の一方の縦接続口１５０とシリンダ内噴射エンジンの排気通路部材４００との接続は脱着可能に設けられている。これらの構成は一段タイプの排気浄化装置２００の場合の構成と同様である。縦接続口１５０と排気通路部材４００との接続には、公知の蛇腹状のフレキシブルホースを用いてもよい。
【００４０】
この多段タイプの排気浄化装置２００では、縦通路１７０の延びる方向にみて、隣接するハウジング１００の横通路同士１８０が周方向にずれている。
【００４１】
この多段タイプの排気浄化装置２００においては、シリンダ内噴射エンジンの排気通路部材４００から一方の端の縦接続口１５０に入った排気は、縦通路１７０を通ってから横通路１８０へ入り、横接続口１６０からフィルタ３００に入る。フィルタ３００は導入口３１０から入った排気より粒子状物質を捕集し、浄化した排気を導出口３２０から外部へ導出する。したがって、フィルタ３００の種類は少なくてよい。また、接続するフィルタ３００の数によって排気浄化装置２００の容量が変わるので、多種多様なシリンダ内噴射エンジンに簡単に対応することができる。また、例えば排気通路部材に接続した管状部材から排気流の下流に向かって次々に接続口を開口し、この接続口にフィルタを接続する場合に較べると、縦通路１７０に沿った方向の長さが圧倒的に短くなる。そのため、フィルタ３００の占有空間を小さくして排気浄化装置２００がコンパクトになる。さらに、排気浄化装置２００を始動排出エンジンに用い、横接続口１６０に弁６００を接続したときには、始動直後の黒煙その他の粒子状物質を多く排出するときには弁６００を閉めてフィルタ３００で排気を浄化し、実質的な粒子状物質の低減が行われることになり、その後、比較的粒子状物質の排出量が少なくなったときには弁６００を開けて排気を弁６００から外部へ排出し、これによって排気抵抗低減によるエンジン仕事率の向上が実現する。しかも、フィルタ３００の目詰まりの進行が遅れるので、フィルタ再生頻度の減少によるコスト低減及びエンジン運転の自由度向上が実現される。
【００４２】
本発明の排気浄化装置は、多段タイプの排気浄化装置においても、接地面に対して固定した排気浄化装置の実施形態、縦接続口とシリンダ内噴射エンジンの排気通路部材とを固定的に接続した排気浄化装置の実施形態を含む。しかし、実施形態の排気浄化装置２００は移動可能に設けられ、ハウジング１００の縦接続口１５０とシリンダ内噴射エンジンの排気通路部材４００との接続を脱着可能に設けたので、この排気浄化装置２００を、排気浄化を要する状態のときにだけシリンダ内噴射エンジンに接続して排気の浄化が行える。したがって、例えば、図６に示した場合と同様に、複数の始動排出エンジンがあるときには、始動直後の黒煙その他の粒子状物質を多く排出する状態にある始動排出エンジンにだけ排気浄化装置２００を移動して接続し、排気を浄化することができ、始動排出エンジンの数よりも少ない排気浄化装置２００で足りることになる。
【００４３】
また、一段タイプの排気浄化装置２００で説明したように、ハウジング自体、縦通路１７０に沿った方向の長さが圧倒的に短くなるので、ハウジング１００を保管するときにハウジング１００の占有空間が小さくなる。
【００４４】
本発明のハウジングでは、縦通路の形状、横通路の形状、本数、配置、角度などを限定していない。しかし、この実施形態のハウジング１００では、横通路１８０が縦通路１７０の延びる方向にみて縦通路１７０から放射状に分岐しており、他の同一構成のハウジング１００を接続したときに縦通路１７０の延びる方向にみて、隣接するハウジング１００の横通路同士１８０が周方向にずれるように構成した。このようにすれば、横通路１８０に接続したフィルタ３００又は弁６００が縦通路１７０の延びる方向にみて周方向にずれて重なりにくいので、フィルタ３００の交換その他のメンテナンス、弁６００のメンテナンスなどが容易に行える。この実施形態のフィルタ３００は停止再生方式のうち脱着方式を採用しており、フィルタ３００の本体３３０を取り外し、装填するときにはケーシング３５０の蓋３６０を開閉することになるが、この蓋３６０が蝶番を介してケーシング３５０の下部に連結されているときは、開いた蓋３６０がケーシング３５０の下部から垂れ下がり、直下にあるフィルタ３００、弁６００などに干渉するおそれが生じるが、この実施形態のように構成すれば、そのような干渉が生じないので、フィルタ３００の交換その他のメンテナンス、弁６００のメンテナンスなどが容易である。また、他の再生方式のフィルタを採用したときであっても、フィルタの接続、交換その他のメンテナンス、弁の接続、交換その他のメンテナンスなどを行うためのスペースが充分に確保されて作業性が向上し、有利である。
【００４５】
次に、上記実施形態で説明した始動排出エンジンについて補足説明する。始動排出エンジンを始動すると、燃料噴射量が最大値付近になり、目標回転速度に向けてエンジン回転速度が上がる。始動排出エンジンは燃料噴射量が最大となる運転領域では局部的に空気不足となり、高濃度の黒煙その他の粒子状物質を発生する特性がある。この始動直後においては、燃焼室からの排気を外部へ出さずに排気浄化装置２００に導入する。これは、弁４１１、４２１の付いた分岐排気通路部材４１０、４２０を設けたときには、これらの弁４１１、４２１の開閉を制御することで行う。また、ハウジング１００に弁６００を設けたときには、弁６００を閉めておき、燃焼室からの排気を外部へ出さずに排気浄化装置２００に導入する。そうすると、フィルタ３００により排気から粒子状物質を捕集してから大気に放出するので、粒子状物質は外部へ殆ど排出されない。
【００４６】
そして、この始動直後を過ぎると、全負荷の場合を除いて黒煙レベルは低くなる。このときには、燃焼室からの排気を外部へ出し排気浄化装置２００へは導入しない。これは、弁４１１、４２１の付いた分岐排気通路部材４１０、４２０を設けたときには、これらの弁４１１、４２１の開閉を制御することで行う。また、ハウジング１００に弁６００を設けたときには、弁６００を開け、燃焼室からの排気を弁６００から外部へ出す。このように始動直後を過ぎると黒煙レベルが低くなる主な原因はエンジン回転速度が目標回転速度に達することで負荷に応じた燃料噴射量になるためである。しかし、排気が排気通路を流れる時間、制御系の応答遅れなどにより、始動直後の終期は必ずしもエンジン回転速度が目標回転速度に達したときに一致するとは限らないので、始動直後の特定は、これらの補正事項を勘案して行うことになる。
【００４７】
その場合、排気に黒煙その他の粒子状物質が多く含まれる始動直後ではフィルタ３００で排気を浄化するので、実質的な粒子状物質の低減が行われることになる。その後は排気をフィルタ３００に通さないので、これによって排気抵抗低減によるエンジン仕事率の向上が実現する。しかも、フィルタ３００の目詰まりの進行が遅れるので、フィルタ再生頻度の減少によるコスト低減及びエンジン運転の自由度向上が実現される。また、始動直後は燃焼状態が不完全燃焼になりやすく、また排気通路を構成する部材が冷えているので、燃焼室、排気通路を構成する部材が暖機後の状態に較べると排気流量が少ないことから、これに応じた容量のフィルタ３００を設ければ充分となり、フィルタ３００の占有空間の減少による排気浄化装置のコンパクト化、さらにコスト低減が実現する。特に、始動時から燃料噴射量を最大値付近とし、目標回転速度に向けてエンジン回転速度を上げるように制御されるシリンダ内噴射エンジンの設計では、エンジンの負担を軽減するため、燃焼室よりも排気下流側の通路抵抗などを比較的小さくし、許容排気圧力を比較的小さくすることが行われることがあり、仮にそのような設計をしたときにはフィルタ３００の大型化、フィルタ数の増大を招きやすい傾向があるが、この実施形態では上述したように排気流量が少ない状態を基準にフィルタ３００を設けることになるので、フィルタ３００の大型化、フィルタ数の増大を抑えることができ、これが排気浄化装置のコンパクト化、コスト低減に大きく寄与する。したがって、この排気浄化装置は、実質的な粒子状物質の低減を行いながら、排気抵抗低減によるエンジン仕事率の向上、フィルタ再生頻度の減少によるコスト低減及びエンジン運転の自由度向上、フィルタの占有空間の減少による排気浄化装置のコンパクト化などを実現することができる。
【００４８】
また、シリンダ内噴射エンジンに、排気により駆動され、吸気を過給する排気ターボ過給器を設けたときには、始動直後では排気ターボ過給器が充分に機能しておらず、吸気も排気も排気ターボ過給器によって流れが邪魔されるので、充分な空気を吸い込むことができず、燃焼状態が不完全燃焼になりやすく、排気には黒煙その他の粒子状物質が多く含まれる。この実施形態では、このような期間にフィルタで排気を浄化するので、排気浄化が有効に行われることになる。
【００４９】
この実施形態によって本発明の排気浄化装置の横通路に接続するフィルタ、閉塞部材、弁の数が限定解釈されるものではない。実施形態で説明したように閉塞部材も弁も設けることなく全ての横通路にフィルタを接続してもよいし、変形例で説明したようにフィルタ、閉塞部材及び弁を接続してもよい。また、フィルタと閉塞部材だけを接続してもよいし、フィルタと弁だけを接続してもよい。本発明は、以上の特徴を組み合わせてなるハウジング、排気浄化装置の実施形態を含むものである。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】実施形態の一段タイプの排気浄化装置を示す正面図である。シリンダ内噴射エンジンの排気通路部材はフレキシブルホースを外し、切断している。
【図２】実施形態の一段タイプの排気浄化装置を示す平面図である。一つのフィルタは途中で切断している。シリンダ内噴射エンジンの排気通路部材は、フレキシブルホースを外し、切断している。また、一つのフィルタで内部を破線で示している。
【図３】実施形態のハウジングを示す正面図である。縦通路及び横通路を破線で示している。
【図４】実施形態のハウジングを示す平面図である。横通路を破線で示している。
【図５】シリンダ内噴射エンジンの排気通路部材に接続した実施形態の排気浄化装置を示す縮小した正面図である。排気通路部材の入口、出口は端面を省略して模式的に示している。
【図６】複数あるシリンダ内噴射エンジンのうちの一台のシリンダ内噴射エンジンの排気通路部材に接続した実施形態の排気浄化装置を示す縮小した正面図である。排気通路部材の入口、出口は端面を省略して模式的に示している。
【図７】変形例の一段タイプの排気浄化装置を示す平面図である。シリンダ内噴射エンジンの排気通路部材は、フレキシブルホースを外し、切断している。また、弁の内部を破線で示している。
【図８】実施形態の多段タイプの排気浄化装置を示す縮小した正面図である。シリンダ内噴射エンジンの排気通路部材は途中で切断している。
【図９】実施形態の多段タイプの排気浄化装置を示す縮小した平面図である。シリンダ内噴射エンジンの排気通路部材は途中で切断している。
【図１０】変形例の多段タイプの排気浄化装置を示す縮小した平面図である。シリンダ内噴射エンジンの排気通路部材は途中で切断している。また、弁の内部を破線で示している。
【符号の説明】
【００５１】
１００  ハウジング
１１０  第一面
１２０  第二面
１３０  周面
１５０  縦接続口
１６０  横接続口
１７０  縦通路
１８０  横通路
２００  排気浄化装置
３００  フィルタ
３１０  導入口
３２０  導出口
４００  排気通路部材
５１０  閉塞部材
５２０  閉塞部材
６００  弁
７００  台車
【図１】
2007056708.tif 000003
【図２】
2007056708.tif 000004
【図３】
2007056708.tif 000005
【図４】
2007056708.tif 000006
【図５】
2007056708.tif 000007
【図６】
2007056708.tif 000008
【図７】
2007056708.tif 000009
【図８】
2007056708.tif 000010
【図９】
2007056708.tif 000011
【図１０】
2007056708.tif 000012