(57)【要約】  【課題】触媒の上流側の部位が付着物（デポジット）によって閉塞されることを防止し、排気ガスの浄化作用を有効に発揮させる排気ガス浄化装置を提供する。  【解決手段】触媒を有する浄化部Ｘ１と、浄化部Ｘ１を収容するケーシングＸ２と、浄化部Ｘ１の最上流面部Ｘ１ａとケーシングＸ２とにより形成される空間ＸＳに配される付着物除去部材Ｘ３とを具備してなり、この付着物除去部材Ｘ３を、排気ガス流によって空間ＸＳ内を自在に運動して最上流面部Ｘ１ａに接触させるようにした。【選択図】図１
2007056769.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気系から排出される排気ガスを浄化する排気ガス浄化装置であって、
少なくとも触媒を有する浄化部と、当該浄化部を収容するケーシングと、前記浄化部のうち最も排気ガス流の上流側に位置する最上流面部と前記ケーシングとにより形成される空間に配される付着物除去部材とを具備してなり、
当該付着物除去部材が、排気ガス流によって前記空間内を自在に運動して前記最上流面部に不規則に接触するものであることを特徴とする排気ガス浄化装置。
【請求項２】
前記付着物除去部材が、帯状の金属素材をランダムな方向に絡めることにより形成した概略球状のものである請求項１記載の排気ガス浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気系から排出される排気ガスを浄化する排気ガス浄化装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、例えばディーゼルエンジンのような内燃機関では、排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）等の有害物質を浄化するために、触媒とこの触媒を収容するケーシングとを具備してなる排気ガス浄化装置を排気系に設けている。
【０００３】
そして、ＮＯｘ吸収量が所定の限界量を超えることによる触媒機能の低下を防止し、排気ガス浄化機能を有効に発揮させるために、軽油等の未燃の燃料を排気ガス浄化装置の上流側に供給することによって、触媒に吸収されたＮＯｘを放出及び還元し、触媒のＮＯｘ吸収能力を回復させる技術が既に考えられている。
【０００４】
未燃燃料の供給態様としては、主燃料噴射の後に未燃の燃料を内燃機関のシリンダ内に直接噴射供給するいわゆるポスト噴射や、排気ガス浄化装置の上流側に設けた排気燃料添加弁によって還元剤として機能する未燃の燃料を添加供給するいわゆる排気燃料添加が挙げられる（例えば特許文献１参照）。
【０００５】
このようなポスト噴射や排気燃料添加を行うことにより、触媒のＮＯｘ吸収能力回復に加え、未燃の燃料が触媒から放出されるＮＯｘや排気ガス中に含まれる酸化成分と反応し、この際発生する反応熱が触媒を昇温させて活性化させ、触媒機能を有効に発揮させるという作用効果をも奏し得ることが知られている。
【特許文献１】特開平２００３−１２０３９２号公報（第１図等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記ポスト噴射及び排気燃料添加により排気ガス浄化装置の上流側に供給した未燃の燃料のうち、完全に気化していない燃料が触媒の上流側に位置する部位に煤等とともに付着し、その結果、触媒の上流側の部位がこの付着物（デポジット）によって閉塞され、排気ガスと触媒との接触が妨げられて触媒機能の低下を招来するという問題が生じる。
【０００７】
本発明は、このような課題に着目してなされたものであって、主たる目的は、触媒の上流側の部位が付着物によって閉塞されることを防止し、浄化作用の向上を図る排気ガス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】
【０００８】
すなわち、本発明の排気ガス浄化装置は、内燃機関の排気系から排出される排気ガスを浄化する排気ガス浄化装置であって、少なくとも触媒を有する浄化部と、当該浄化部を収容するケーシングと、前記浄化部のうち最も排気ガス流の上流側に位置する最上流面部と前記ケーシングとにより形成される空間に配される付着物除去部材とを具備してなり、当該付着物除去部材が、排気ガス流によって前記空間内を自在に運動して前記最上流面部に不規則に接触するものであることを特徴とする。
【０００９】
ここで、「浄化部」は、触媒のみからなるタイプの他、触媒と、排気ガス中の微粒子を物理的に捕捉可能なパティキュレートフィルタとからなる複合型タイプのものであってもよい。また、付着物を除去する具体的な態様としては、付着物を掻き落とす（はたき落とす）態様や、付着物を静電気的に吸い取る態様が挙げられる。
【００１０】
このようなものであれば、付着物除去部材が前記空間内を自在に運動して浄化部の最上流面部に接触することにより、触媒のＮＯｘ吸収能力を回復させるために行う上述のポスト噴射や排気燃料添加によって最上流面部に付着した付着物を除去することができ、その結果、排気ガスの通りが良くなり、排気ガスと触媒との接触が妨げられることなく、良好な浄化作用を維持することができる。しかも、付着物除去部材が通常脈動する排気ガス流に応じて運動するものであるため、別途に専用の駆動力を与える必要がなく、部品点数の簡素化・構造の簡略化を有効に図ることができる。さらに、付着物除去部材が浄化部の最上流面部に接触しながら自在に運動するため、広範囲に亘って付着物を除去することができ、最上流面部の略全部位に付着物が堆積することを確実に防止することができる。
【００１１】
また、前記付着物除去部材が、帯状の金属素材をランダムな方向に絡めることにより形成した概略球状のものであれば、単純な線状素材から形成したものと比較して、排気ガス流を受ける面積を有効に稼ぐことができ、その結果、浮力が大きくなり、排気ガス流による付着物除去部材の運動効率を向上させることができる。加えて、この付着物除去部材が、帯状の金属素材をランダムな方向に絡めた略球状のものであるため、帯状の金属素材を規則的に絡めたものと比較して、排気ガス流を受けた際の運動が予測できない不規則なものとなり、付着物除去部材のランダムな運動を実現することができ、付着物を的確に除去することが可能となる。
【発明の効果】
【００１２】
以上説明したように本発明によれば、付着物除去部材が排気ガス流によって自在に運動しながら浄化部の最上流面部に接触し、最上流面部に付着した付着物を除去することができ、浄化部の良好な浄化作用を維持することができる。しかも、付着物除去部材が浄化部の最上流面部に接触しながらランダムに運動するため、広範囲に亘って付着物を除去することが可能であり、最上流面部の略全部位に付着物が堆積するという事態を回避し、排気ガス浄化作用の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
【００１４】
本発明に係る排気ガス浄化装置Ｘは、図１に示すように、例えば従来より当該分野において広く知られている内燃機関であるディーゼルエンジンＥに適用されるものである。
【００１５】
このディーゼルエンジンＥは、直列４気筒のディーゼルエンジンであり、各気筒Ｃは、シリンダＣ１に燃料を噴射供給する燃料噴射弁Ｃ２（図１では、作図の都合上、一の気筒Ｃにのみ燃料噴射弁Ｃ２を図示している。）と、シリンダＣ１内と連通し得る吸気ポートＣ３及び排気ポートＣ４と、吸気ポートＣ３を開閉する吸気弁Ｃ５と、排気ポートＣ４を開閉する排気弁Ｃ６とを備えている。各気筒Ｃの排気ポートＣ４から排出される排気ガスは、排気マニホールドＭにより一の集合部Ｍ１に集合し、当該集合部Ｍ１の下流側に設けた周知のターボチャージャＴ及び排気管Ｐ１、Ｐ２に流入する。このように、排気ポートＣ４、排気マニホールドＭ、排気管Ｐ１、Ｐ２により、排気系を構成し、本実施形態では、排気管Ｐ１、Ｐ２間に排気系の一部を構成する本発明の排気ガス浄化装置Ｘを設けている。
【００１６】
また、排気マニホールドＭは、前記集合部Ｍ１から排気ポートＣ４側に寄った部位に、還元剤を排気ガス浄化装置Ｘの上流側に添加供給するための還元剤添加弁Ｍ２を備えている。還元剤は、排気ガス中で炭化水素や一酸化炭素等の還元成分を発生するものであればよく、本実施形態ではディーゼルエンジンＥの燃料と同じ未燃の燃料（軽油）を還元剤として使用している。なお、未燃の燃料は、ディーゼルエンジンＥの図示しない燃料タンクから供給ポンプにより加圧されて還元剤添加弁Ｍ２に供給される。
【００１７】
しかして、排気ガス浄化装置Ｘは、触媒からなる浄化部Ｘ１と、この浄化部Ｘ１を収容するケーシングＸ２と、浄化部Ｘ１のうち最も排気ガス流の上流側に位置する最上流面部Ｘ１ａとケーシングＸ２とにより形成される空間ＸＳに配される付着物除去部材Ｘ３とを具備したものである。
【００１８】
浄化部Ｘ１を構成する触媒は、例えばアルミナを主材料とするハニカム形状の構造体を担体とし、この構造体（担体）の表面に、例えば、アルカリ金属（カリウムＫやナトリウムＮａ等）、アルカリ土類（バリウムＢａ、カルシウムＣａ等）、希土類（ランタンＬａ等）等の窒素酸化物（ＮＯｘ）吸蔵還元触媒と、貴金属（白金Ｐｔ等）等の酸化触媒とを担持させてなり、ＮＯｘ吸蔵還元触媒により排気ガス中のＮＯｘを吸収するとともに、排気ガス中にＨＣ、ＣＯ等の還元成分が存在する場合、酸化触媒によりこれらの還元成分を酸化し、放出されたＮＯｘを還元する周知のものである。構造体（担体）は概略円柱状をなし、その径寸法を、前記排気管Ｐ１、Ｐ２の径寸法よりも大きく設定し、これにより触媒作用が発揮される領域を稼ぎ、浄化部Ｘ１の浄化機能向上を図っている。
【００１９】
ケーシングＸ２は、内周に浄化部Ｘ１を気密に保持する略円筒状のケーシング本体Ｘ２１と、ケーシング本体Ｘ２１の両端部から漸次径寸法を小さくしながら延出し、且つ上流側の排気管Ｐ１及び下流側の排気管Ｐ２にそれぞれ接続し得る略切頭円錐形状の接続部Ｘ２２とを一体に有するものである。
【００２０】
付着物除去部材Ｘ３は、図２に示すように、例えば帯状の金属素材をランダムな方向に絡めることにより形成した概略球状のものであり、本実施形態では、同図（ａ）に示すようなステンレス製の線材を格子状にしてなる帯状のワイヤーメッシュＷＭを、表面に隙間が生じない程度に不規則な方向に丸め込み、ほどけないよう略球状に塑性変形させたものを採用している（同図（ｂ）参照、なお、同図（ｂ）に示す付着物除去部材Ｘ３は模式的に示したものである）。なお、付着物除去部材Ｘ３は、単一の帯状の金属素材のみから形成したもの、又は複数の帯状の金属素材から形成したもの何れであっても構わない。この付着物除去部材Ｘ３は、通常脈動する排気ガス流によって排気ガス浄化装置Ｘの空間ＸＳ内を自在に運動して浄化部Ｘ１の最上流面部Ｘ１ａに接触し得るものである。
【００２１】
なお、この付着物除去部材Ｘ３が、排気ガス浄化装置Ｘの前記空間ＸＳ内から上流側の排気管Ｐ１へ逆流することを防止する逆流防止部材Ｘ４を、前記浄化部Ｘ１より上流側であって且つケーシングＸ２と上流側の排気管Ｐ１との接続部位近傍に設けている。逆流防止部材Ｘ４は、例えば金属素材からなり、付着物除去部材Ｘ３が通過不能な網状をなしている。
【００２２】
次に、このような構成を有する排気ガス浄化装置Ｘの作用について説明する。
【００２３】
浄化部Ｘ１を構成する触媒は、所定限界量のＮＯｘを吸収すると、排気ガス中の酸素濃度が高い状態にあるときでもそれ以上のＮＯｘを吸収しなくなるため、触媒のＮＯｘ吸収量が飽和状態に達する前に、前記燃料噴射弁Ｃ２又は／及び前記還元剤添加弁Ｍ２を介して還元剤たる未燃の燃料を排気ガス浄化装置Ｘの上流側に供給される。
【００２４】
すなわち、各気筒Ｃに設けた燃料噴射弁Ｃ２を通じて、圧縮上死点で未燃の燃料をシリンダＣ１内に噴射供給する主噴射の後に、未燃の燃料をシリンダＣ１内に直接噴射供給するいわゆるポスト噴射、又は還元剤添加弁Ｍ２を通じて排気ガス浄化装置Ｘの上流側に未燃の燃料を添加供給するいわゆる排気燃料添加の何れか一方のみ、或いは両方をそれぞれ所定のインターバルで行うようにしている。
【００２５】
ポスト噴射又は／及び排気燃料添加によって排気ガス浄化装置Ｘの上流側に供給される未燃の燃料は、還元剤として機能し、排気ガス中の還元成分濃度を高め、浄化部Ｘ１を構成する触媒に吸収されたＮＯｘを放出及び還元浄化し、触媒のＮＯｘ吸収能力を回復させるとともに、未燃の燃料が触媒から放出されるＮＯｘや排気ガス中に含まれる酸化成分と反応し、この際発生する反応熱が触媒を昇温させて活性化させ、触媒機能を有効に発揮させる。
【００２６】
一方で、ポスト噴射又は／及び排気燃料添加によって排気ガス浄化装置Ｘの上流側に供給された未燃の燃料のうち、完全に気化していない燃料が浄化部Ｘ１の最上流面部Ｘ１ａに煤等の微粒子とともに付着し、この付着物ＰＭによって最上流面部Ｘ１ａが目詰まり状態となり、触媒の空気通路が閉塞され、排気ガスと触媒との接触が妨げられて浄化部Ｘ１の排気ガス浄化作用を低下させるおそれがある（図１及び図２（ｃ）参照、なお、各図における付着物ＰＭは、説明の便宜上誇示して示したものである）。
【００２７】
しかしながら、付着物除去部材Ｘ３が、ディーゼルエンジンＥの作動中、脈動する排気ガス流によって前記空間ＸＳ内で不規則に移動しながら最上流面部Ｘ１ａに接触することにより、最上流面部Ｘ１ａに付着している付着物ＰＭが掻き落とされ、最上流面部Ｘ１ａの略全部位に付着物ＰＭが堆積することによる浄化部Ｘ１の浄化機能（換言すれば、触媒の触媒機構）の低下を防止している。掻き落とされた付着物ＰＭは、空間ＸＳの下方側に集合し、次の整備・点検時等に適宜の手段で空間ＸＳ外へ除去される。
【００２８】
このように、本実施形態に係る排気ガス浄化装置Ｘは、浄化部Ｘ１の最上流面部Ｘ１ａとケーシングＸ２とにより形成される空間ＸＳに配される付着物除去部材Ｘ３を備え、この付着物除去部材Ｘ３が、排気ガス流によって空間ＸＳ内を自在に運動して最上流面部Ｘ１ａに接触するため、ポスト噴射又は／及び排気燃料添加によって排気ガス浄化装置Ｘの上流側に未燃の燃料を供給した場合に、最上流面部Ｘ１ａに完全に気化しない未燃の燃料が煤等とともに付着したとしても、最上流面部Ｘ１ａに接触する付着物除去部材Ｘ３によって付着物ＰＭを除去することができ、その結果、排気ガスの通りが良くなり、排気ガスと触媒との接触が妨げられることなく、浄化部Ｘ１の良好な浄化作用を維持することが可能である。
【００２９】
しかも、付着物除去部材Ｘ３が、排気ガス流に応じて運動するものであるため、別途に専用の駆動力を与える必要がなく、部品点数の簡素化・構造の簡略化に資する。加えて、付着物除去部材Ｘ３が、自在に運動して浄化部Ｘ１の最上流面部Ｘ１ａに接触するため、付着物除去部材Ｘ３が最上流面部Ｘ１ａにおける所定の範囲内にのみ留まって付着物ＰＭを除去する態様と比較して、最上流面部Ｘ１ａの略全部位に及ぶ広範囲に亘って付着物ＰＭを除去することができ、最上流面部Ｘ１ａに付着物ＰＭが堆積することを確実に防止することができる。さらに、触媒等の浄化部Ｘ１と当該浄化部Ｘ１を収容するケーシングＸ２とからなる既存の排気ガス浄化装置に、付着物除去部材Ｘ３及び逆流防止部材Ｘ４を設けるだけで、本発明の排気ガス浄化装置Ｘとすることが可能であり、導入時のコスト削減及び導入作業の簡便化に資する。
【００３０】
特に、付着物除去部材Ｘ３が、帯状の金属素材をランダムな方向に絡めることにより形成した概略球状のものであるため、線状の素材からなるものと比較して、排気ガス流を受ける面積を有効に稼ぐことができ、その結果、浮力が大きくなり、排気ガス流による付着物除去部材Ｘ３の運動性を向上させることができる。さらに、この付着物除去部材Ｘ３が、帯状の素材をランダムな方向に絡めた略球状のものであるため、帯状の素材を規則的に絡めたものと比較して、排気ガス流を受けた際の運動が予測できない不規則なものとなり、付着物除去部材Ｘ３のランダムな運動を実現することができ、最上流面部Ｘ１ａに付着している付着物ＰＭを的確に除去することが可能となる。
【００３１】
なお、本発明は、以上に詳述した実施形態に限られるものではない。
【００３２】
例えば、前記実施形態では、浄化部として、触媒のみからなるタイプを例示したが、これに限らず、触媒とパティキュレートフィルタ（例えばディーゼルパティキュレートフィルタ）とからなる複合型タイプのものを適用してもよい。そして、触媒とパティキュレートとを排気ガス流方向に沿って直列的に設けている場合、排気ガス流の上流側に位置する触媒又はパティキュレートのうち、最も排気ガス流の上流側に位置する部位が本発明の「最上流面部」に相当する。
【００３３】
また、付着物除去部材を、上記実施形態で示したワイヤーメッシュの他、単純な薄板状の金属素材から形成しても構わない。また、付着物除去部材を、帯状以外の金属素材、例えば線状の金属素材から形成してもよく、螺旋状をなす帯状又は線状の金属素材を所定形状（略球状等）に塑性変形させたものであっても構わない。なお、付着物除去部材は、高温の排気ガスに晒されるため、ステンレスや鉄等、融点が高い金属素材から形成していることが好ましい。さらに、触媒機能低下を防止する観点からは、付着物除去部材を、触媒に対する被毒性を有さない金属素材、例えば硫黄や鉛等を含まない金属素材から形成していることが望ましい。加えて、排気ガス流による運動性を向上させるには、付着物除去部材を比重が小さい金属素材から形成すればよい。
【００３４】
また、排気ガス浄化装置の前記空間に複数の付着物除去部材を配置してもよい。さらに、付着物除去部材が、付着物を除去する態様としては、付着物を掻き落とす（はたき落とす）態様の他、付着物を静電気的に吸い取る態様であっても構わない。この場合、所定期間使用した後、使用中の付着物除去部材を新たな付着物除去部材に交換すればよい。
【００３５】
その他、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の一実施形態に係る排気ガス浄化装置を設けた内燃機関を模式的に示す図。
【図２】同実施形態に係る付着物除去部材を示す図。
【符号の説明】
【００３７】
Ｅ…内燃機関（ディーゼルエンジン）
ＰＭ…付着物
Ｘ…排気ガス浄化装置
Ｘ１…浄化部
Ｘ１ａ…最上流面部
Ｘ２…ケーシング
Ｘ３…付着物除去部材
ＸＳ…空間
【図１】
2007056769.tif 000003
【図２】
2007056769.tif 000004