(57)【要約】【課題】本発明は、ディーゼルエンジン（ＤＥ）搭載車両において、排気ガス中のパティキュレート・マター（ＰＭ）を捕集するために装着した排気浄化装置およびＰＭ連続再生方法を提供する。【解決手段】メタル構造体からなるマトリックス部と、該マトリックス部の外周に溶接されているマントル部とからなる複数のメタル担体と、該各メタル担体を覆う前記メタル担体と同数の外筒と、ディーゼルエンジンから排出される排気ガスを前記メタル担体へ導入するディフューザとを備え、前記各メタル担体は、前記マントル部と前記外筒との間に断熱層を有するように前記外筒に覆われ、前記マントル部と前記外筒とをフランジで固定し、前記複数のメタル担体と前記外筒とを直線状に接続したことによって解決される。【選択図】図２
2007016706.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
メタル構造体からなるマトリックス部と、該マトリックス部の外周に溶接されているマントル部とからなる複数のメタル担体と、該各メタル担体を覆う前記メタル担体と同数の外筒と、ディーゼルエンジンから排出される排気ガスを前記メタル担体へ導入するディフューザとを備え、前記各メタル担体は、前記マントル部と前記外筒との間に断熱層を有するように前記外筒に覆われ、前記マントル部と前記外筒とをフランジで固定し、前記複数のメタル担体と前記外筒とを直線状に接続したことを特徴とする排気浄化装置。
【請求項２】
前記ディフューザは、二重管構造となっている請求項１に記載の排気浄化装置。
【請求項３】
前記ディーゼルエンジンから排出される排気ガスを前記ディフューザに送る排気管は、前記ディフューザ内に突き出すように構成されている請求項１または２に記載の排気浄化装置。
【請求項４】
前記マントル部と前記外筒との間に形成される前記断熱層の厚さは、６〜１２ｍｍである請求項１乃至３のいずれかに記載の排気浄化装置。
【請求項５】
前記外筒の外側において、前記複数個のフランジを通じてボルトを２本対角に接続する請求項１乃至４のいずれかに記載の排気浄化装置。
【請求項６】
複数個の前記メタル担体において、前記ディフューザ側に設置した前記メタル担体は、ＤＯＣであって、前記ディフューザ側に設置した前記メタル担体以外の前記メタル担体は、ＤＰＦである請求項１乃至５のいずれかに記載の排気浄化装置。
【請求項７】
複数個の前記メタル担体は、全てＤＰＦである請求項１乃至５のいずれかに記載の排気浄化装置。
【請求項８】
前記マントル部は、マントル突き出し部を有しており、前記マントル突き出し部にて前記フランジと固定した請求項１乃至７のいずれかに記載の排気浄化装置。
【請求項９】
前記マントル突き出し部と前記フランジとの間に高温シール剤を塗布して固定した請求項１乃至８のいずれかに記載の排気浄化装置。
【請求項１０】
前記フランジは、前記マントル突き出し部がはまるように溝が形成されており、前記溝にワイヤを置いた後に前記マントル突き出し部と固定した請求項１乃至８のいずれかに記載の排気浄化装置。
【請求項１１】
前記外筒と前記フランジとの間に前記高温シール剤を塗布して固定した請求項１乃至１０のいずれかに記載の排気浄化装置。
【請求項１２】
前記フランジは、前記外筒が突き当たるように溝が形成されており、前記溝にシール用シートを置き前記外筒と前記フランジとを固定した請求項１乃至１０のいずれかに記載の排気浄化装置。
【請求項１３】
前記排気管の張り出した部分に複数の流出穴を形成し、前記排気管の排気口の断面積を小さくする請求項１乃至１２のいずれかに記載の排気浄化装置。
【請求項１４】
前記流出穴の総面積と前記排気口の断面積との総和が、前記排気管の内径の断面積の１．７〜２．３倍となるように前記流出穴および前記排気口の断面積の穴径と穴数を調整する請求項１乃至１３のいずれかに記載の排気浄化装置。
【請求項１５】
前記ディフューザ内において、前記排気管と前記メタル担体との間に、全面に亘って直径が同一である穴を複数有している第１バッフルプレートを設置する請求項１乃至１４のいずれかに記載の排気浄化装置。
【請求項１６】
上半分にのみ複数の穴を有し、前記穴の直径が前記穴の集合の中心部に向かって次第に小さくなっている第２バッフルプレートを前記第１バッフルプレートに置き換えたことを特徴とする請求項１乃至１５のいずれかに記載の排気浄化装置。
【請求項１７】
前記ディフューザ内において、前記排気管と前記メタル担体との間に前記第１バッフルプレートと前記第２バッフルプレートとを設置する請求項１乃至１４のいずれかに記載の排気浄化装置。
【請求項１８】
請求項１乃至１７のいずれかに記載の排気浄化装置の後流に排気絞り弁を設け、前記排気浄化装置の前流に排気ブレーキを設けたことを特徴とするＰＭ連続再生システム。
【請求項１９】
前記排気ブレーキは、多段階アクチュエータで作動し、途中段階で止めることができ、前記排気絞り弁と兼用するように構成された請求項１８に記載のＰＭ連続再生システム。
【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（以下、ＤＥという）搭載車両において、排気ガス中のパティキュレート・マター（以下、ＰＭという）を捕集するために装着した排気浄化装置およびＰＭ連続再生システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
年を追って厳しくなるＤＥの排出物規制値は２００５年以降ではガソリンエンジンと同様に触媒によってＰＭ、炭化水素（ＨＣ）及び一酸化炭素（ＣＯ）を酸化して二酸化炭素（ＣＯ２）および水（Ｈ２Ｏ）とし、ＮＯｘを解離して窒素（Ｎ２）と酸素（Ｏ２）とし無害化してから排出せざるを得ない。
【０００３】
従来自動車用ＤＥは、主にエンジン自体の燃焼改善によって排気中に含まれる有害物質の低減に努められてきたが、２００５年以降の排気規制値に適合させることは非常に困難であると考えられている。
【０００４】
そこで最近は、前段のディーゼル用酸化触媒（ＤＯＣ）と後段のディーゼル・パティキュレート・フィルター（ＤＰＦ）とによって構成される連続再生式ＤＰＦ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ  Ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｖｅ  Ｄｉｅｓｅｌ  Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｆｉｌｔｅｒ）に関する研究開発が進められている。前段のＤＯＣでＨＣはＣＯ２及びＨ２Ｏに変化し、ＣＯはＣＯ２に変化する。さらにＮＯｘ中の一酸化窒素（ＮＯ）を二酸化窒素（ＮＯ２）に変化させる。後段のＤＰＦでは前段で生成されたＮＯ２でＰＭ中のすす成分を燃焼させ、ＣＯ２として排出する。この連続再生式ＤＰＦはＪｏｈｎｓｏｎ  Ｍａｔｈｅｙ社によって発明されたＣＲＴとして知られている。また、フィルター機能のみを有する構造体ＤＰＦ上に各種の酸化触媒を担持させた一体型のＤＰＦ（触媒担持型ＤＰＦ）の研究開発も進められている。本発明ではフィルター機能のみを有するＤＰＦを単にＤＰＦとし、触媒を担持したＤＰＦを触媒担持型ＤＰＦとする。また、本発明において連続再生式ＤＰＦとは、触媒担持型ＤＰＦ、ＤＯＣとＤＰＦとの組合せ、ＤＯＣと触媒担持型ＤＰＦとの組合せを含むものとする。
【０００５】
連続再生式ＤＰＦの後段にＤｅＮＯｘ触媒を設け、最後に残ったＮＯｘについても解離する選択触媒還元方法（ＳＣＲ）に関しても研究開発が進められている。このＳＣＲと上記ＣＲＴとを組合せた装置はＪｏｈｎｓｏｎ  Ｍａｔｈｅｙ社のＳＣＲＴとして知られている。
【０００６】
上記の連続再生式ＤＰＦにおけるＰＭの燃焼は、触媒担持型ＤＰＦでは３５０℃以上、ＤＯＣでは２５０〜４５０℃といわれている。通常のＤＥのアイドル時における排気温度は７０〜１００℃であり、ＤＥによって駆動される車両の８０ｋｍ／ｈｒ以下の走行速度においては、発生する走行抵抗に対応するＤＥの負荷が低く、排気温度は２６０℃（２５０℃＋α）に達せず、連続再生式ＤＰＦに捕集されたＰＭは再生（酸化）されることなくフィルター内に蓄積し、目詰まりしてしまい、やがて運転不可能になるという問題があった。
【特許文献１】特開２００２−３２２９０９号公報
【特許文献２】特開２００３−２９３７４９号公報
【特許文献３】特開２００１−３３６４４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このため、特許文献１では、主触媒の他に熱容量の小さな補助触媒をエンジンに近接して設置し、エンジンの高出力時には主触媒を用い、低出力時には補触媒を用いるようにすることで、長い配管による冷却を避けるとともに触媒をエンジンに近接して設置したことによるエンジンの比出力の低下を避け、さらにエンジン始動時に熱容量の小さな補助触媒を用いることで短時間に高温化して触媒を活性化することを可能としたものである。
【０００８】
さらに特許文献２は、主触媒の他に熱容量の小さな補助触媒を設けるとともに吸気絞り、ＥＳＣ、減筒、排気絞りを行なうことができるようにしたものである。
【０００９】
特許文献１、２および特許文献３に記載のＤＥの低負荷時高排気温度維持装置においては、長時間低負荷状態等の不利な条件だと、触媒のＰＭ再生能力よりも触媒内部に蓄積されるＰＭの量が上回る状態が続き、最終的にエンジンが失火するという問題があった。
【００１０】
特に３．０リッター過給エンジンでは、特許文献３に記載のＤＥの低負荷時高排気温度維持装置等は、有効な排気ガス上昇とＰＭの連続再生に成功したが、不利な条件を持つエンジンではＰＭの連続再生は行なえなかった。
【００１１】
ＤＰＦでは、セラミックス、コージェライト、炭化珪素および窒化珪素等を使用しているが、これらセラミックス等は熱伝導性が悪い。したがって、ＰＭが堆積し、部分的に再生燃焼が開始されたときに熱が分散せずに部分的に発熱が起こり、温度が急激に高まった部分が焼損してしまい、排気ガスがそこから流出してしまうといった問題があった。
【００１２】
また、ＤＰＦにメタル担体を使用すると、キャニング管が直接外気と接しているので、走行時の走行風によってキャニング管が冷却されることによりＤＰＦも温度が低下してＰＭを連続再生することが困難になるといった問題点があった。
【００１３】
本発明は上述した事情によりなされたものであり、本発明の目的は、ＰＭ再生に不利な条件が長時間続いてもＰＭを連続再生（酸化）することができる排気浄化装置およびＰＭ連続再生システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、ＰＭ再生に不利な条件が長時間続いてもＰＭを連続再生することができる排気浄化装置であって、本発明の目的は、メタル構造体からなるマトリックス部と、該マトリックス部の外周に溶接されているマントル部とからなる複数のメタル担体と、該各メタル担体を覆う前記メタル担体と同数の外筒と、ディーゼルエンジンから排出される排気ガスを前記メタル担体へ導入するディフューザとを備え、前記各メタル担体は、前記マントル部と前記外筒との間に断熱層を有するように前記外筒に覆われ、前記マントル部と前記外筒とをフランジで固定し、前記複数のメタル担体と前記外筒とを直線状に接続したことによって達成される。
【００１５】
また、本発明の上記目的は、ディフューザは、二重管構造となっていることによって、或はディーゼルエンジンから排出される排気ガスを前記ディフューザに送る排気管は、前記ディフューザ内に突き出すように構成されていることによって、或はマントル部と前記外筒との間に形成される前記断熱層の厚さは、６〜１２ｍｍであることによって、或は外筒の外側において、前記複数個のフランジを通じてボルトを２本対角に接続することによって、或は複数個の前記メタル担体において、前記ディフューザ側に設置した前記メタル担体は、ＤＯＣであって、前記ディフューザ側に設置した前記メタル担体以外の前記メタル担体は、ＤＰＦであることによって、または全てをＤＰＦとすることによってより効果的に達成される。
【００１６】
さらに、本発明の上記目的は、マントル部は、マントル突き出し部を有しており、前記マントル突き出し部にて前記フランジと固定したことによって、或はマントル突き出し部と前記フランジとの間に高温シール剤を塗布して固定したことによって、或はフランジは、前記マントル突き出し部がはまるように溝が形成されており、前記溝にワイヤを置いた後に前記マントル突き出し部と固定したことによって、或は外筒と前記フランジとの間に前記高温シール剤を塗布して固定したことによって、或はフランジは、前記外筒が突き当たるように溝が形成されており、前記溝にシール用シートを置き前記外筒と前記フランジとを固定したことによって、より効果的に達成される。
【００１７】
本発明の上記目的は、排気管の張り出した部分に複数の流出穴を形成し、前記排気管の排気口の断面積を小さくすることによって、或は流出穴の総面積と前記排気口の断面積との総和が、前記排気管の内径の断面積の１．７〜２．３倍となるように前記流出穴および前記排気口の断面積の穴径と穴数を調整することによって、より効果的に達成される。
【００１８】
また、本発明の上記目的は、ディフューザ内において、前記排気管と前記メタル担体との間に、全面に亘って直径が同一である穴を複数有している第１バッフルプレートを設置することによって、或は上半分にのみ複数の穴を有し、前記穴の直径が前記穴の集合の中心部に向かって次第に小さくなっている第２バッフルプレートを前記第１バッフルプレートに置き換えたことを特徴とすることによって、或はディフューザ内において、前記排気管と前記メタル担体との間に前記第１バッフルプレートと前記第２バッフルプレートとを設置することによって、より効果的に達成される。
【００１９】
本発明は、上述した排気浄化装置を使用したＰＭ連続再生方法に関するものであり、本発明の目的は、上述した排気浄化装置の後流に排気絞り弁を設け、排気浄化装置の前流に排気ブレーキを設けたことによって、或は排気ブレーキのみ排気浄化装置の上流に設け、多段階アクチュエータで作動し、途中段階で止めることができ、前記排気絞り弁と兼用するように構成されたことによって効果的に達成される。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の排気浄化装置によれば、外筒を設けて二重構造にし、断熱層をも有しているので、メタル担体から外気側へ熱が奪われることがなくなった。これにより、ＤＰＦ内に堆積したＰＭの再生を効率よく行なうことができるようになった。
【００２１】
本発明のＰＭ連続再生システムによれば、排気浄化装置の前方に多段階アクチュエータ作動の排気ブレーキを設けた場合、排気絞り弁も兼用できるので、排気絞り弁が開いた状態から閉じた状態になったときに発生した放散音を解消することもできるようになった。
【００２２】
また、本発明の排気浄化装置およびＰＭ連続再生システムにおいては、独立した配管等がないため、製造コストを削減することができるようになり、現在使用（市販）されているＤＥと排気浄化装置との間隔が短い車種に対しても、ＤＥに後付けで接続することができるようになった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
排気浄化装置でＰＭを再生（酸化）するには、排気ガス温度が２６０℃以上必要といわれている。したがって、本発明では、熱伝導性が優れるメタル担体を使用し、かつ、走行時にメタル担体が冷却することを防ぐ外筒と断熱層を設けることにより、排気浄化装置内のフィルターの目詰まりを防止することを特徴とする。以下、本発明について図面を参照にしながら詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００２４】
図１は、本発明の排気浄化装置を用いたＰＭ連続再生システムの一例を示す構成図である。
【００２５】
エアークリーナー１を通過した空気は、吸気絞り弁２を通過し、ＤＥ３のシリンダ（シリンダは図示せず）内に送られ、ＤＥ３のシリンダ内で噴射された燃料と混合して燃焼する。ＤＥ３には、ＥＧＲシステムが接続されており、ＥＧＲシステム中のＥＧＲバルブ４の開閉により、排気ガスをＤＥ３内に戻す役割を果たしている。燃焼した排気ガスは排気マニホールド５を通り、排気ブレーキ６および排気管７を通って排気浄化装置８によって浄化される。排気浄化装置８によって浄化された排気ガスは、排気絞り弁９を通って、排出口へ排出される。吸気絞り弁２、ＥＧＲバルブ４、排気ブレーキ６および排気絞り弁９の弁の閉開は、ＥＣＵ１０によって制御されている。
【００２６】
排気ブレーキ６を閉弁すると、排気ガスが流れ難くなり、ＤＥ３の筒内の排気時の圧力が増大する。ＤＥ３は、この圧力に抗して排気ガスを筒内から出そうとするため、ピストンにかかる力は大きくなる。排気ブレーキ６が作動しているときは、燃料噴射を行わないため、ピストンにかかる力はＤＥ３を止めようとする力、すなわちブレーキとなって現れる。
【００２７】
排気絞り弁９と排気ブレーキ６の間に排気浄化装置８を設置することにより、排気浄化装置８をマフラーとして利用することができる。これにより、排気ブレーキ６が開弁状態から閉弁状態になったときに発生する放散音を防止することができる。なお、排気ブレーキ６を多段階のアクチュエータで作動できるようにすることにより、途中段階で止まるようにして、排気絞り弁９と同様の作用を持たせることもできる。この場合には、排気絞り弁９が開弁状態から閉弁状態になったときに発生する若干の放散音を排気浄化装置８をマフラーとして使用できることにより、さらに放散音を低減することができる。
【００２８】
排気絞り弁９は、排気ブレーキ６と同一の構造とすること、すなわち、排気ブレーキ６と同一物を使用することが好ましい。これにより、コストを抑えることができるようになる。
【００２９】
図２は、本発明の排気浄化装置８の第１実施形態の構造を示した図である（図中の矢印は排気ガスの流れを示す）。
【００３０】
ＤＥ３から排出された排気ガスは、排気管７を経由して排気浄化装置８内のディフューザ１１へ排出される。ディフューザ１１内へ拡散された排気ガスは、外筒１３に覆われた複数のメタル担体１２によって排気ガス中に含まれるＰＭを連続再生される。メタル担体１２と外筒１３は、フランジ１４を介して接続されており、メタル担体１２と外筒１３は複数個（図２では３つ）直線状に一体化となって設置されている。複数個のメタル担体１２によってＰＭを連続再生された排気ガスは、レデューサ１９を通って、排気絞り弁９を経由して外部ヘ排出される。
【００３１】
また、メタル担体１２とフランジ１４とを締結する吊り下げステイ（図示せず）の破損により排気浄化装置８が車体から脱落すること、およびメタル担体１２および外筒１３とフランジ１４とを固定するナットが緩むことを防止するために、各フランジ１４に２本の組み付けボルト１７をフランジ１４に対して対角に設置しダブルナット１８で固定している。なお、図示していないが、脱落防止用のワイヤを組み付けボルトに巻きつけ、車体に固定して排気浄化装置８の脱落を防止するようにしてもよい。
【００３２】
排気管７は、排気管７がディフューザ１１内に突き出した状態で接続されている。排気管７をディフューザ１１内に突き出した状態で接続することにより、排気口７１から流れてくる排気ガスがディフューザ１１内に拡散しやすくなり、メタル担体１２全体で排気ガス中のＰＭを連続再生することができる。なお、詳細については第２実施形態で説明するが、排気管７に流出穴を設け、ディフューザ１１内に排気ガスが拡散しやすくするようにしてもよい。
【００３３】
ディフューザ１１は、ＤＥ３から排出された排気ガスをメタル担体１２へ導入する役割を果たし、排気管７と接続している。ディフューザ１１は、二重管構造をとっており、走行時の走行風によりディフューザ１１が冷却し、排気ガス温度が低下することを防止している。ディフューザ１１の材質は、排気ガスの温度等に耐えうるものであれば特に限定されない。また、ディフューザ１１の形状は、使用目的、方法等に応じて適宜変更することができるが、メタル担体１２で効率よくＰＭを連続再生させ、かつ、排気浄化装置８内に排気ガスが拡散しやすくするために円錐型であることが好ましい。ディフューザ１１は、ガスケット１５を介してメタル担体１２と接続されておりディフューザ１１内に拡散した排気ガスは、メタル担体１２へ移動する。
【００３４】
メタル担体１２は、外筒１３で覆われており、メタル担体１２と外筒１３との間には断熱層１６（エアギャップ）を有する構造をとっている。断熱層１６を有することで、走行時において、メタル担体１２が冷却することを防止することができる。断熱層１６は、主として空気が充填されている。
【００３５】
メタル担体１２は、複数設置することが可能であり（図１では、紙面の都合上３つ設置してある場合を図示している）、各メタル担体１２は一つの外筒１３で覆われている。すなわち、メタル担体１２と外筒１３は同数である。メタル担体１２と外筒１３は、フランジ１４で固定されており、複数個のメタル担体１２および外筒１３は、フランジ１４を介して一体化し、直線状に接続されている。複数のメタル担体１２は、ＤＰＦおよびＤＯＣのいずれかを使用してもよく、たとえば、複数のメタル担体１２全てをＤＰＦとしてもよく、ディフューザ１１側（前流）のメタル担体１２をＤＯＣとし、その他のメタル担体１２をＤＰＦとしてもよい。
【００３６】
断熱層１６の厚さは、排気浄化装置８の使用目的、使用方法等に応じて適宜変更されるが、６〜１２ｍｍであることが好ましい。断熱層１６の厚さが６ｍｍ未満であると、走行時の走行風によって、メタル担体１２が冷却し、排気ガス中のＰＭを連続再生させることができなくなる。一方、断熱層１６の厚さが１２ｍｍを超えると、走行風によってメタル担体１２は冷却しないが、排気浄化装置８が大型化し車体に取付けることが困難になる。
【００３７】
図３は、メタル担体１２の構造を示した図である。メタル担体１２は、排気ガス中のＰＭを捕集するマトリクッス部１２１と、マトリックス部１２１の外周を覆っているマントル部（外套部）１２２とからなる。
【００３８】
マントル部１２２は、マトリックス部１２１を保護する役割を果たし、マトリックス部１２１と溶接により一体化している。マントル部１２２は、１〜５ｍｍ程度の金属円筒で、剛性を有している。マントル部１２２は、マントル突き出し部１２３を有しており、このマントル突き出し部１２３でフランジ１４にて固定する。
【００３９】
図４は、フランジ１４の構造を示した図である。フランジ１４には、メタル担体１２および外筒１３を固定する連結ボルト穴１４１を複数有している。メタル担体１２と外筒１３は、一つおきに連結ボルト穴１４１を介して固定する。また、残りの連結ボルト穴１４１を利用して、反対側に一方のメタル担体１２および外筒１３を固定する。このようにフランジ１４を利用して複数個のメタル担体１２を固定することにより、直線状にメタル担体１２を接続することができ、より効率的に排気ガス中のＰＭを連続再生することができる。なお、図４では、連結ボルト穴１４１の数が８個（メタル担体１２と外筒１３は４つの連結ボルト穴１４１を利用して固定することとなる）であるが、使用目的、方法等に応じて適宜連結ボルト穴１４１の数を変更することができる。例えば、図４において黒塗りした穴１４１、または白抜きで示した穴１４１同士とすることができる。
【００４０】
図５は、各メタル担体１２をフランジ１４を介して接続する部分を示した模式図である。マントル突き出し部１２３の両端面は、加工されているのである程度の面精度は確保されているが、平面度が十分ではないのでマントル突き出し部１２３から排気ガスが断熱層１６に漏れてしまう可能性がある。したがって、本発明では、マントル突き出し部１２３の円周上およびフランジ１４に高温シール剤を塗布してから、メタル担体１２のマントル突き出し部１２３と外筒１３をフランジ１４で固定する。また、詳細は後述するが、外筒１３を固定する場合についても、高温シール剤を外筒１３に塗布してから固定する。
【００４１】
本発明で使用する高温シール剤は、排気ガスの熱に耐えることができれば種類等は特に限定されず、例えば、エポキシ樹脂、エラストマー等公知の種々の成分を含んだ高温シール剤を使用することができ、これらは単独で使用してもよいが複数の高温シール剤を組み合わせて使用してもよい。
【００４２】
図６において、図６（Ａ）は、フランジの断面図、図６（Ｂ）は、各メタル担体１２をフランジ１４を介して接続する部分の別形態を示した模式図である。図５に記載の方法では、マントル突き出し部１２３の端面に高温シール剤を塗布することによって排気ガスが断熱層１６に漏れることを防止しているのに対し、図６に記載の方法では、フランジ１４に、マントル部１２２のみを突き当てるための溝１４２を構成し、溝１４２にワイヤ２０を置き、マントル部１２２でワイヤ２０を押しつぶすことにより、排気ガスが断熱層１６に漏れることを防止する。
【００４３】
ワイヤ２０は、線状にした焼き鈍した銅等、柔らかい材質を使用することが好ましい。このような材質を使用することにより、マントル部１２２で均一に押しつぶすことができ、効果的に排気ガスが断熱層１６に漏れることを防止することができる。
【００４４】
図７は、各外筒１３をフランジ１４を介して接続する部分を示した模式図である。マントル突き出し部１２３と同様に、外筒１３を固定する際にも高温シール剤を塗布してから固定することにより、排気ガスが外部ヘ漏れることを防止できるとともに断熱領域を形成し、熱が外部ヘ移動することを防止することができる。
【００４５】
図８は、各外筒１３をフランジ１４を介して接続する部分の別形態を示した模式図である。図７に記載の方法では、外筒１３に高温シール剤を塗布することによって排気ガスが外部へ漏れることを防止しているのに対し、図８に記載の方法では、フランジ１４に、外筒１３のみを突き当てるための溝１４２を構成し、溝１４２にシール用シート２１を置き、外筒１３でシール用シート２１を押しつぶすことにより、排気ガスが外部ヘ漏れることを防止する。
【００４６】
シール用シート２１は、例えば、焼き鈍した銅材等柔らかい材質を使用することが好ましい。このような材質を使用することにより、外筒１３で均一にシール用シート２１を押しつぶすことができ、効果的に排気ガスが外部ヘ漏れることを防止することができる。なお、シール用シート２１は、使用目的等に応じてワイヤ２０に置き換えてもよい。
【００４７】
図９（Ａ）は、本発明の排気浄化装置８の第２実施形態の構造を示した概略図である。なお、上述した内容と重複する箇所については、説明を省略する。第２実施形態では、ディフューザ１１内にバッフルプレート２２を設け、排気管７には、ディフューザ１１内に排気ガスが拡散しやすくするために排気ガスを流出させる流出穴７２を複数設けている以外は第１実施形態と同様の構造をとっている。排気ガスは、流出穴７２および排気口７１からディフューザ１１内に拡散し、バッフルプレート２２を通過する。バッフルプレート２２に排気ガスを通過させることによって、ディフューザ１１内の中心部に排気ガスが集まることを避け、ディフューザ１１内の温度拡散を行なってメタル担体１２の全面に均一な温度の排気ガスを導入することができる。
【００４８】
図９（Ｂ）は、図９（Ａ）中の排気管７をＡ−Ａ矢視した（ディフューザ１１側から排気管７を見た）図である。排気管７の排気口７１は、図１１に示すように断面積が小さくなっている。
【００４９】
排気管７の流出穴７２の総面積と排気口７１の断面積の総和は、排気管７の内径の断面積の１．７〜２．３倍であることが好ましい。排気管７の内径の断面積の１．７倍未満であると、流出穴７２からの流出係数（穴を流体が流出する際に、縮流となって実際の穴の断面積よりも小さな断面積しか有効利用されないという流体力学的な事情によるもので、実際に利用されている断面積を幾何学的な断面積で除した値をいう）が小さくなり、圧損抵抗が増大する。一方、排気管７の内径の断面積の２．３倍を超えると、ディフューザ１１内の排気管７の突き出した部分の体積が大きくなり、排気ガスの流れの分布をスムーズに形成することができなくなる。
【００５０】
図１０は、バッフルプレートの断面図である。第２実施形態で使用するバッフルプレート２２は、図１０（Ａ）にある第１バッフルプレート２３または図１０（Ｂ）にある第２バッフルプレート２４のいずれか一方を使用し、使用目的等に応じて適宜変更することができる。
【００５１】
図１０（Ｂ）の第２バッフルプレート２４は、第２バッフルプレート２４の中心部に直径の小さな穴２４１が複数開いており、第２バッフルプレート２４の外側に向かって穴２４１の直径が大きくなっている。穴２４１の直径を外側に向かって大きくすることにより、排気ガスがメタル担体１２の中心部に集まることを防止し、メタル担体１２の全面にわたって均一に排気ガスを導入することができるようになる。また、第２バッフルプレート２４の穴２４１は上側のみにあり、下部には穴２４１がない。このようにすることにより、排気ガス中の大きな煤成分をディフューザ１１の下部に落として捕集することができ、メタル担体１２が大きな煤成分により目詰まりを起こすことを防止することができる。なお、ディフューザ１１の下面に堆積した煤成分は、高温排気ガスが導入されたときに再生燃焼される。
【００５２】
図１０（Ａ）に示した第１バッフルプレート２３は、第１バッフルプレート２３の全面に渡って直径が同一である穴２３１を複数有しており、第２バッフルプレート２４と同等の効果をもたらす。
【００５３】
図１１は、本発明の排気浄化装置の第３実施形態の構造を示した概略図である。なお、上述した内容と重複する箇所については、説明を省略する。第３実施形態では、ディフューザ１１内に第１バッフルプレート２３と第２バッフルプレート２４を設けている以外は第２実施形態と同様の構成をとっている。第１バッフルプレート２３は、図１０（Ａ）と、第２バッフルプレート２４は、図１０（Ｂ）と同様の形状である。排気ガスは、流出穴７２および排気口７１からディフューザ１１内に拡散し、第２バッフルプレート２４を通過し、第１バッフルプレート２３に排気ガスを通過させることによって、ディフューザ１１内の中心部に排気ガスが集まることを避け、メタル担体１２の全面に均一な温度の排気ガスを導入することができる。
【００５４】
排気ガスが、第２バッフルプレート２４を通過することにより、排気ガス温度が均一化し、第１バッフルプレート２３を通過することにより、排気ガス温度の均一化がさらに促進される。なお、図１１には、排気管７から排出された排気ガスは、まず、第２バッフルプレート２４を通過し、その後第１バッフルプレート２３を通過するようになっているが、第１バッフルプレート２３を通過し、その後第２バッフルプレート２４を通過させ、メタル担体１２に排気ガスを導入させるようにしてもよい。なお、図１１では、ディフューザ１１の形状が円筒型となっているが、第１実施形態および第２実施形態のように円錐型にしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の排気浄化装置を使用したＰＭ連続再生システムの一例を示す構成図である。
【図２】本発明の排気浄化装置の第１実施形態の構造を示した図である。
【図３】本発明の排気浄化装置で使用するメタル担体の構造を示した図である。
【図４】本発明の排気浄化装置で使用するフランジの構造を示した図である。
【図５】各メタル担体をフランジを介して接続する部分の第１実施形態を示した模式図である。
【図６】（Ａ）フランジの断面図であり、（Ｂ）各メタル担体をフランジを介して接続する部分の第１実施形態を示した模式図である。
【図７】各外筒をフランジを介して接続する部分の第１実施形態を示した模式図である。
【図８】各外筒をフランジを介して接続する部分の第２実施形態を示した模式図である。
【図９】（Ａ）本発明の排気浄化装置の第２実施形態の構造を示した概略図であり、（Ｂ）排気管をＡ−Ａ矢視した状態で、ディフューザ側から排気管を見た図である。
【図１０】（Ａ）第１バッフルプレートの断面図であり、（Ｂ）第２バッフルプレートの断面図である。
【図１１】本発明の排気浄化装置の第３実施形態の構造を示した概略図である。
【符号の説明】
【００５６】
１      エアークリーナー
２      吸気絞り弁
３      ディーゼルエンジン（ＤＥ）
４      ＥＧＲバルブ
５      排気マニホールド
６      排気ブレーキ
７      排気管
７１    排気口
７２    流出穴
８      排気浄化装置
９      排気絞り弁
１０    ＥＣＵ
１１    ディフューザ
１２    メタル担体
１２１  マトリックス部
１２２  マントル部
１２３  マントル突き出し部
１３    外筒
１４    フランジ
１４１  連結ボルト穴
１４２  溝
１５    ガスケット
１６    断熱層（エアギャップ）
１７    組み付けボルト
１８    ダブルナット
１９    レデューサ
２０    ワイヤ
２１    シール用シート
２２    バッフルプレート
２３    第１バッフルプレート
２３１  穴
２４    第２バッフルプレート
２４１  穴
【図１】
2007016706.tif 000003
【図２】
2007016706.tif 000004
【図３】
2007016706.tif 000005
【図４】
2007016706.tif 000006
【図５】
2007016706.tif 000007
【図６】
2007016706.tif 000008
【図７】
2007016706.tif 000009
【図８】
2007016706.tif 000010
【図９】
2007016706.tif 000011
【図１０】
2007016706.tif 000012
【図１１】
2007016706.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成18年7月24日(2006.7.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
メタル構造体で成るマトリックス部および前記マトリックス部の外周に固定されているマントル部で構成された複数のメタル素材と、前記各メタル素材を覆う複数の外筒と、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経て前記メタル素材へ導入するディフューザとを備え、前記メタル素材と前記外筒は同数であり、前記各メタル素材は、前記マントル部と前記外筒との間に断熱層を有するように前記外筒に覆われると共に、前記マントル部と前記外筒とが複数個のフランジを介して固定され、前記複数のメタル素材と前記外筒とがほぼ直線状に接続されていることを特徴とする排気浄化装置。
【請求項２】
前記ディフューザが二重管構造となっている請求項１に記載の排気浄化装置。
【請求項３】
前記排気管が前記ディフューザ内に突出した構造になっている請求項１又は２に記載の排気浄化装置。
【請求項４】
前記断熱層の厚さが６〜１２ｍｍである請求項１乃至３のいずれかに記載の排気浄化装置。
【請求項５】
前記ディフューザ側に設置されている前記メタル素材はＤＯＣであり、前記ディフューザ側に設置した前記メタル素材以外の前記メタル素材がＤＰＦである請求項１乃至４のいずれかに記載の排気浄化装置。
【請求項６】
前記メタル素材の全てがＤＰＦである請求項１乃至４のいずれかに記載の排気浄化装置。
【請求項７】
前記マントル部はマントル突出部を有し、前記マントル突出部にて前記フランジと固定されている請求項１乃至６のいずれかに記載の排気浄化装置。
【請求項８】
前記マントル突出部と前記フランジとの間に高温シール剤が塗布されている請求項７に記載の排気浄化装置。
【請求項９】
前記フランジに溝が形成されており、前記溝にワイヤを配設して前記マントル突出部と係合している請求項７に記載の排気浄化装置。
【請求項１０】
前記外筒と前記フランジとの間に高温シール剤が塗布されている請求項７に記載の排気浄化装置。
【請求項１１】
前記フランジに溝が形成されており、前記溝にシール用シートが配設されて前記外筒と前記フランジとが固定されている請求項７に記載の排気浄化装置。
【請求項１２】
前記排気管の前記ディフューザ内に突出した部分に複数の流出穴がほぼ均一に形成され、前記排気管の排気口の断面積が入り口側よりも小さくなっている請求項３に記載の排気浄化装置。
【請求項１３】
前記流出穴の総面積と前記排気口の断面積との総和が、前記排気管の内径の断面積の１．７〜２．３倍となっている請求項１２に記載の排気浄化装置。
【請求項１４】
全面に亘って直径が同一である穴を複数有するか、又は上半分に複数の穴が配設され、中心部より外側に向かって次第に穴径が大きくなっている穴を複数有するバッフルプレートが、前記ディフューザ内の前記排気管と前記メタル素材との間に配設されている請求項１２又は１３に記載の排気浄化装置。
【請求項１５】
前記ディフューザ内の前記排気管と前記メタル素材との間に第１バッフルプレートと第２バッフルプレートとが並設されている請求項１２又は１３に記載の排気浄化装置。
【請求項１６】
前記第１バッフルプレートが全面に同一径の複数の穴が配設されたプレートであり、前記第２バッフルプレートには上半分に複数の穴が配設されると共に、前記第２バッフルプレートの穴は中心部より外側に向かって次第に穴径が大きくなっている請求項１５に記載の排気浄化装置。
【請求項１７】
請求項１乃至１６のいずれかに記載の排気浄化装置の後流に排気絞り弁を設け、前記排気浄化装置の前流に排気ブレーキを設けたことを特徴とするＰＭ連続再生システム。
【請求項１８】
前記排気ブレーキは、多段階アクチュエータで作動し、途中段階で止めることができ、前記排気絞り弁と兼用するように構成された請求項１７に記載のＰＭ連続再生システム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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（以下、「ＤＥ」とする）搭載車両において、排気ガス中のパティキュレート・マター（以下、「ＰＭ」とする）を捕集するために装着した排気浄化装置及びＰＭ連続再生システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
年を追って厳しくなるＤＥの排出物規制値は、２００５年以降ではガソリンエンジンと同様に触媒によってＰＭ、炭化水素（ＨＣ）及び一酸化炭素（ＣＯ）を酸化して二酸化炭素（ＣＯ２）及び水（Ｈ２Ｏ）とし、更にＮＯｘを解離して窒素（Ｎ２）と酸素（Ｏ２）とし、無害化してから排出せざるを得ない。
【０００３】
従来自動車用ＤＥは、主にエンジン自体の燃焼改善によって排気中に含まれる有害物質の低減に努めてきたが、２００５年以降の排気規制値に適合させることは非常に困難であると考えられている。
【０００４】
そこで最近は、前段のディーゼル用酸化触媒（ＤＯＣ）と後段のディーゼル・パティキュレート・フィルタ（ＤＰＦ）とによって構成される連続再生式ＤＰＦ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ  Ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｖｅ  Ｄｉｅｓｅｌ  Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｆｉｌｔｅｒ）に関する研究開発が進められている。前段のＤＯＣでＨＣはＣＯ２及びＨ２Ｏに変化し、ＣＯはＣＯ２に変化する。さらにＮＯｘ中の一酸化窒素（ＮＯ）を二酸化窒素（ＮＯ２）に変化させる。後段のＤＰＦでは前段で生成されたＮＯ２でＰＭ中の煤成分を燃焼させ、ＣＯ２として排出する。この連続再生式ＤＰＦはＪｏｈｎｓｏｎ  Ｍａｔｈｅｙ社によって開発されたＣＲＴとして知られている。また、フィルタ機能のみを有する構造体ＤＰＦ上に各種の酸化触媒を担持させた一体型のＤＰＦ（触媒担持型ＤＰＦ）の研究開発も進められている。
本発明ではフィルタ機能のみを有するＤＰＦを単にＤＰＦとし、触媒を担持したＤＰＦを触媒担持型ＤＰＦとする。また、本発明において連続再生式ＤＰＦとは、触媒担持型ＤＰＦ、ＤＯＣとＤＰＦとの組合せ、ＤＯＣと触媒担持型ＤＰＦとの組合せを含むものとする。
【０００５】
連続再生式ＤＰＦの後段にＤｅＮＯｘ触媒を設け、最後に残ったＮＯｘについても解離する選択触媒還元方法（ＳＣＲ）に関しても研究開発が進められている。このＳＣＲと上記ＣＲＴとを組合せた装置はＪｏｈｎｓｏｎ  Ｍａｔｈｅｙ社のＳＣＲＴとして知られている。
【０００６】
上記連続再生式ＤＰＦにおけるＰＭの燃焼は、触媒担持型ＤＰＦでは３５０℃以上、ＤＯＣでは２５０〜４５０℃といわれている。通常のＤＥのアイドル時における排気温度は７０〜１００℃であり、ＤＥによって駆動される車両の８０ｋｍ／ｈｒ以下の走行速度においては、発生する走行抵抗に対応するＤＥの負荷が低く、排気温度は２６０℃（２５０℃＋α）に達せず、連続再生式ＤＰＦに捕集されたＰＭは再生（酸化）されることなくフィルタ内に蓄積し、目詰まりしてしまい、やがて運転不可能になるという問題があった。
【特許文献１】特開２００２−３２２９０９号公報
【特許文献２】特開２００３−２９３７４９号公報
【特許文献３】特開２００１−３３６４４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このため、特許文献１の装置では、主触媒の他に熱容量の小さな補助触媒をエンジンに近接して設置し、エンジンの高出力時には主触媒を用い、低出力時には補触媒を用いるようにすることで、長い配管による冷却を避けると共に、触媒をエンジンに近接して設置したことによるエンジンの比出力の低下を避け、さらにエンジン始動時に熱容量の小さな補助触媒を用いることで、短時間に高温化して触媒を活性化することを可能としたものである。
【０００８】
さらに特許文献２の装置は、主触媒の他に熱容量の小さな補助触媒を設けると共に、吸気絞り、ＥＳＣ、減筒、排気絞りを行うことができるようにしたものである。
【０００９】
特許文献１、２及び特許文献３に記載のＤＥの低負荷時高排気温度維持装置においては、長時間低負荷状態等の不利な条件だと、触媒のＰＭ再生能力よりも触媒内部に蓄積されるＰＭの量が上回る状態が続き、最終的にエンジンが失火するという問題がある。
【００１０】
特に３．０リッター過給エンジンでは、特許文献３に記載のＤＥの低負荷時高排気温度維持装置等は、有効な排気ガス上昇とＰＭの連続再生に成功しているが、不利な条件を持つエンジンではＰＭの連続再生は行えなかった。
【００１１】
ＤＰＦでは、セラミックス、コージェライト、炭化珪素および窒化珪素等を使用しているが、これらセラミックス等は熱伝導性が悪い。したがって、ＰＭが堆積し、部分的に再生燃焼が開始されたときに熱が分散せずに部分的に発熱が起こり、温度が急激に高まった部分が焼損してしまい、排気ガスがそこから流出してしまうといった問題があった。
【００１２】
また、ＤＰＦにメタル素材を使用すると、キャニング管が直接外気と接しているので、走行時の走行風によってキャニング管が冷却されることによりＤＰＦも温度が低下して、ＰＭを連続再生することが困難になるといった問題点があった。
【００１３】
本発明は上述した事情によりなされたものであり、本発明の目的は、ＰＭ再生に不利な条件が長時間続いてもＰＭを連続再生（酸化）することができる排気浄化装置及びＰＭ連続再生システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、ＰＭ再生に不利な条件が長時間続いてもＰＭを連続再生することができる排気浄化装置であって、本発明の目的は、メタル構造体で成るマトリックス部および前記マトリックス部の外周に固定されているマントル部で構成された複数のメタル素材と、前記各メタル素材を覆う複数の外筒と、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経て前記メタル素材へ導入するディフューザとを備え、前記メタル素材と前記外筒は同数であり、前記各メタル素材は、前記マントル部と前記外筒との間に断熱層を有するように前記外筒に覆われると共に、前記マントル部と前記外筒とが複数個のフランジを介して固定され、前記複数のメタル素材と前記外筒とがほぼ直線状に接続されていることによって達成される。
【００１５】
また、本発明の上記目的は、前記ディフューザが二重管構造となっていることにより、或いは前記排気管が前記ディフューザ内に突出した構造になっていることにより、或いは前記断熱層の厚さが６〜１２ｍｍであることにより、或いは前記ディフューザ側に設置されている前記メタル素材がＤＯＣであり、前記ディフューザ側に設置した前記メタル素材以外の前記メタル素材がＤＰＦであることにより、或いは前記メタル素材の全てがＤＰＦであることにより、より効果的に達成される。
【００１６】
さらに、本発明の上記目的は、前記マントル部はマントル突出部を有し、前記マントル突出部にて前記フランジと固定されていることにより、或いは前記マントル突出部と前記フランジとの間に高温シール剤が塗布されていることにより、或いは前記フランジに溝が形成されており、前記溝にワイヤを配設して前記マントル突出部と係合していることにより、或いは前記外筒と前記フランジとの間に高温シール剤が塗布されていることにより、或いは前記フランジに溝が形成されており、前記溝にシール用シートが配設されて前記外筒と前記フランジとが固定されていることによって、より効果的に達成される。
【００１７】
本発明の上記目的は、前記排気管の前記ディフューザ内に突出した部分に複数の流出穴がほぼ均一に形成され、前記排気管の排気口の断面積が入り口側よりも小さくなっていることにより、或いは前記流出穴の総面積と前記排気口の断面積との総和が、前記排気管の内径の断面積の１．７〜２．３倍となっていることによって、より効果的に達成される。
【００１８】
また、本発明の上記目的は、全面に亘って直径が同一である穴を複数有するか、又は上半分に複数の穴が配設され、中心部より外側に向かって次第に穴径が大きくなっている穴を複数有するバッフルプレートが、前記ディフューザ内の前記排気管と前記メタル素材との間に配設されていることにより、或いは前記ディフューザ内の前記排気管と前記メタル素材との間に第１バッフルプレートと第２バッフルプレートとが並設されていることにより、或いは前記第１バッフルプレートが全面に同一径の複数の穴が配設されたプレートであり、前記第２バッフルプレートには上半分に複数の穴が配設されると共に、前記第２バッフルプレートの穴は中心部より外側に向かって次第に穴径が大きくなっていることによって、より効果的に達成される。
【００１９】
本発明は、上述した排気浄化装置を使用したＰＭ連続再生システムに関するものであり、本発明の目的は、上述した排気浄化装置の後流に排気絞り弁を設け、排気浄化装置の前流に排気ブレーキを設けたことによって、或いは排気ブレーキのみ排気浄化装置の上流に設け、多段階アクチュエータで作動し、途中段階で止めることができ、前記排気絞り弁と兼用するように構成することによって効果的に達成される。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の排気浄化装置によれば、外筒を設けて二重構造にし、断熱層をも有しているので、メタル素材から外気側へ熱が奪われることがなくなった。これにより、ＤＰＦ内に堆積したＰＭの再生を効率よく行うことができるようになった。
【００２１】
本発明のＰＭ連続再生システムによれば、排気浄化装置の前方に多段階アクチュエータ作動の排気ブレーキを設けた場合、排気絞り弁も兼用できるので、排気絞り弁が開いた状態から閉じた状態になったときに発生する放散音を解消することもできるようになった。
【００２２】
また、本発明の排気浄化装置およびＰＭ連続再生システムにおいては、独立した配管等がないため、製造コストを削減することができるようになり、現在使用（市販）されているＤＥと排気浄化装置との間隔が短い車種に対しても、ＤＥに後付けで接続することができる利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
排気浄化装置でＰＭを再生（酸化）するには、排気ガス温度が２６０℃以上必要といわれている。したがって、本発明では、熱伝導性が優れたメタル素材を使用し、かつ走行時にメタル素材が冷却することを防ぐ外筒と断熱層を設けることにより、排気浄化装置内のフィルタの目詰まりを防止することを特徴とする。
以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００２４】
図１は、本発明の排気浄化装置を用いたＰＭ連続再生システムの一例を示す構成図である。
【００２５】
エアークリーナ１を通過した空気は、吸気絞り弁２を通過し、ＤＥ３のシリンダ（シリンダは図示せず）内に送られ、ＤＥ３のシリンダ内で噴射された燃料と混合して燃焼する。ＤＥ３にはＥＧＲシステムが接続されており、ＥＧＲシステム中のＥＧＲバルブ４の開閉により、排気ガスをＤＥ３内に戻す役割を果たしている。燃焼した排気ガスは排気マニホールド５を通り、排気ブレーキ６及び排気管７を通って排気浄化装置８によって浄化される。排気浄化装置８によって浄化された排気ガスは、排気絞り弁９を通って、排出口へ排出される。吸気絞り弁２、ＥＧＲバルブ４、排気ブレーキ６及び排気絞り弁９の弁の閉開は、ＥＣＵ１０によって制御されている。
【００２６】
排気ブレーキ６を閉弁すると排気ガスが流れ難くなり、ＤＥ３の筒内の排気時の圧力が増大する。ＤＥ３は、この圧力に抗して排気ガスを筒内から出そうとするため、ピストンにかかる力は大きくなる。排気ブレーキ６が作動しているときは、燃料噴射を行わないため、ピストンにかかる力はＤＥ３を止めようとする力、すなわちブレーキとなって現れる。
【００２７】
排気絞り弁９と排気ブレーキ６の間に排気浄化装置８を設置することにより、排気浄化装置８をマフラーとして利用することができる。これにより、排気ブレーキ６が開弁状態から閉弁状態になったときに発生する放散音を防止することができる。なお、排気ブレーキ６を多段階のアクチュエータで作動できるようにすることにより、途中段階で止まるようにして、排気絞り弁９と同様の作用を持たせることもできる。この場合には、排気絞り弁９が開弁状態から閉弁状態になったときに発生する若干の放散音を排気浄化装置８をマフラーとして使用することにより、さらに放散音を低減することができる。
【００２８】
排気絞り弁９を排気ブレーキ６と同一構造とすること、すなわち排気ブレーキ６と同一物を使用することが好ましい。これにより、コストを抑えることができるようになる。
【００２９】
図２は、本発明の排気浄化装置８の第１実施形態の構造を示す図である（図中の矢印は排気ガスの流れを示す）。
【００３０】
ＤＥ３から排出された排気ガスは、排気管７を経由して排気浄化装置８内のディフューザ１１へ排出される。ディフューザ１１内へ拡散された排気ガスは、外筒１３に覆われた複数のメタル素材１２によって排気ガス中に含まれるＰＭを連続再生される。メタル素材１２と外筒１３はフランジ１４を介して接続されており、メタル素材１２と外筒１３は複数個（図２では３つ）がほぼ直線状に一体化となって固定されている。複数個のメタル素材１２によってＰＭを連続再生された排気ガスは、レデューサ１９を通って、排気絞り弁９を経由して外部ヘ排出される。
【００３１】
また、メタル素材１２とフランジ１４とを締結する吊り下げステイ（図示せず）の破損により排気浄化装置８が車体から脱落すること、並びにメタル素材１２及び外筒１３とフランジ１４とを固定するナットが緩むことを防止するために、各フランジ１４に２本の組み付けボルト１７をフランジ１４に対して対角に係合させてダブルナット１８で固定している。なお、図示していないが、脱落防止用のワイヤを組み付けボルトに巻きつけ、車体に固定して排気浄化装置８の脱落を防止するようにしてもよい。
【００３２】
排気管７はディフューザ１１内に突出した状態で配設されている。排気管７をディフューザ１１内に突出した状態で配設することにより、排気口７１から流れてくる排気ガスがディフューザ１１内に拡散しやすくなり、メタル素材１２全体で排気ガス中のＰＭを連続再生することができる。なお、詳細については第２実施形態で説明するが、排気管７に複数の流出穴を設け、ディフューザ１１内に排気ガスが拡散しやすくするようにしてもよい。
【００３３】
ディフューザ１１は、ＤＥ３から排出された排気ガスをメタル素材１２へ導入する役割を果たし、排気管７に接続されている。ディフューザ１１は二重管構造となっており、走行時の走行風によりディフューザ１１が冷却され、排気ガス温度が低下することを防止している。ディフューザ１１の材質は、排気ガスの温度等に耐え得るものであれば特に限定されない。また、ディフューザ１１の形状は、使用目的、方法等に応じて適宜変更することができるが、メタル素材１２で効率よくＰＭを連続再生させ、かつ、排気浄化装置８内に排気ガスが拡散しやすくするために円錐台型であることが好ましい。ディフューザ１１は、ガスケット１５を介してメタル素材１２と接続されており、ディフューザ１１内に拡散した排気ガスはメタル素材１２へ移動する。
【００３４】
メタル素材１２は外筒１３で覆われており、メタル素材１２と外筒１３との間に断熱層１６（エアギャップ）を有する構造となっている。断熱層１６を有することで、走行時において、メタル素材１２が冷却することを防止することができる。断熱層１６には、主として空気が充填されている。
【００３５】
メタル素材１２は複数配設することが可能であり（図２では、紙面の都合上３つ配設した場合を示している）、各メタル素材１２は一つの外筒１３で覆われている。すなわち、メタル素材１２と外筒１３は同数である。メタル素材１２と外筒１３はフランジ１４で固定されており、複数個のメタル素材１２及び外筒１３は、フランジ１４を介して一体化され、ほぼ直線状に連結されている。複数のメタル素材１２は、ＤＰＦ及びＤＯＣのいずれを使用してもよく、例えば複数のメタル素材１２全てをＤＰＦとしてもよく、ディフューザ１１側（前流）のメタル素材１２をＤＯＣとし、その他のメタル素材１２をＤＰＦとしてもよい。
【００３６】
断熱層１６の厚さは、排気浄化装置８の使用目的、使用方法等に応じて適宜変更されるが、６〜１２ｍｍであることが好ましい。断熱層１６の厚さが６ｍｍ未満であると、走行時の走行風によってメタル素材１２が冷却され、排気ガス中のＰＭを連続再生させることができなくなる。一方、断熱層１６の厚さが１２ｍｍを超えると、走行風によってメタル素材１２は冷却されないが、排気浄化装置８が大型化し車体に取付けることが困難になる。
【００３７】
図３は、メタル素材１２の構造を示す図である。メタル素材１２は、排気ガス中のＰＭを捕集するマトリクッス部１２１と、マトリックス部１２１の外周を覆っているマントル部（外套部）１２２とからなる。
【００３８】
マントル部１２２はマトリックス部１２１を保護する役割を果たし、マトリックス部１２１と溶接により一体化され固定されている。マントル部１２２は１〜５ｍｍ程度の金属円筒で、剛性を有している。マントル部１２２はマントル突出部１２３を有しており、このマントル突出部１２３をフランジ１４にて固定する。
【００３９】
図４は、フランジ１４の構造を示す図である。フランジ１４は、メタル素材１２及び外筒１３を固定する連結ボルト穴１４１を複数有している。メタル素材１２と外筒１３は、一つおきに連結ボルト穴１４１を介して固定する。また、残りの連結ボルト穴１４１を利用して、反対側に一方のメタル素材１２及び外筒１３を固定する。このようにフランジ１４を利用して複数個のメタル素材１２を固定することにより、ほぼ直線状にメタル素材１２を連結することができ、より効率的に排気ガス中のＰＭを連続再生することができる。なお、図４では、連結ボルト穴１４１の数が８個（メタル素材１２と外筒１３は４つの連結ボルト穴１４１を利用して固定することとなる）であるが、使用目的、方法等に応じて適宜連結ボルト穴１４１の数を変更することができる。例えば図４において黒塗りの穴１４１、または白抜きの穴１４１同士とすることができる。
【００４０】
図５は、各メタル素材１２をフランジ１４を介して連結する部分を示す模式図である。マントル突出部１２３の両端面は加工されているので、ある程度の面精度は確保されているが、緊密度が十分ではないのでマントル突出部１２３から排気ガスが断熱層１６に漏れてしまう可能性がある。したがって、本発明では、マントル突出部１２３の円周上及びフランジ１４に高温シール剤を塗布して、メタル素材１２のマントル突出部１２３と外筒１３をフランジ１４で固定する。また、詳細は後述するが、外筒１３を固定する場合についても、高温シール剤を外筒１３に塗布して固定する。
【００４１】
本発明で使用する高温シール剤は、排気ガスの熱に耐えることができれば種類等は特に限定されず、例えばエポキシ樹脂、エラストマー等公知の種々の成分を含んだ高温シール剤を使用することができ、これらは単独で使用してもよいが、複数の高温シール剤を組み合わせて使用してもよい。
【００４２】
図６（Ａ）はフランジ１４の断面図、図６（Ｂ）は各メタル素材１２をフランジ１４を介して接続する部分の別形態を示す模式図である。図５に示す方法では、マントル突出部１２３の端面に高温シール剤を塗布することによって排気ガスが断熱層１６に漏れることを防止しているのに対し、図６に示す方法では、フランジ１４に、マントル部１２２のみを突き当てるための溝１４２を構成し、溝１４２にワイヤ２０を置き、マントル部１２２でワイヤ２０を押しつぶすことにより、排気ガスが断熱層１６に漏れることを防止する。
【００４３】
ワイヤ２０は、線状にした焼き鈍した銅等、柔らかい材質を使用することが好ましい。このような材質を使用することにより、マントル部１２２で均一に押圧することができ、排気ガスが断熱層１６に漏れることを効果的に防止することができる。
【００４４】
図７は、各外筒１３をフランジ１４を介して接続する部分を示す模式図である。マントル突出部１２３と同様に、外筒１３を固定する際にも高温シール剤を塗布してから固定することにより、排気ガスが外部ヘ漏れることを防止できると共に、断熱領域を形成し、熱が外部ヘ移動することを防止することができる。
【００４５】
図８は、各外筒１３をフランジ１４を介して接続する部分の別形態を示す模式図である。図７に示す方法では、外筒１３に高温シール剤を塗布することによって排気ガスが外部へ漏れることを防止しているのに対し、図８に示す方法では、フランジ１４に、外筒１３のみを押圧するための溝１４２を構成し、溝１４２にシール用シート２１を置き、外筒１３でシール用シート２１を押圧することにより、排気ガスが外部ヘ漏れることを防止する。
【００４６】
シール用シート２１は、例えば焼き鈍した銅材等柔らかい材質を使用することが好ましい。このような材質を使用することにより、外筒１３で均一にシール用シート２１を押圧することができ、排気ガスが外部ヘ漏れることを効果的に防止することができる。なお、シール用シート２１は、使用目的等に応じてワイヤ２０に置き換えてもよい。
【００４７】
図９（Ａ）は、本発明の排気浄化装置８の第２実施形態の構造を示す概略図である。なお、上述した内容と重複する箇所については、説明を省略する。第２実施形態では、ディフューザ１１内にバッフルプレート２２を設け、排気管７には、ディフューザ１１内に排気ガスが拡散しやすくするために排気ガスを流出させる流出穴７２を複数設けている以外は第１実施形態と同様の構造となっている。排気ガスは、流出穴７２及び排気口７１からディフューザ１１内に拡散し、バッフルプレート２２を通過する。バッフルプレート２２に排気ガスを通過させることによって、ディフューザ１１内の中心部に排気ガスが集まることを避け、ディフューザ１１内の温度拡散を行ってメタル素材１２の全面に均一な温度の排気ガスを導入することができる。
【００４８】
図９（Ｂ）は、図９（Ａ）中の排気管７をＡ−Ａ矢視した（ディフューザ１１側から排気管７を見た）図である。排気管７の排気口７１は、図１１に示すように入り口側より断面積（径）が小さくなっている。
【００４９】
排気管７の流出穴７２の総面積と排気口７１の断面積の総和は、排気管７の内径の断面積の１．７〜２．３倍であることが好ましい。排気管７の内径の断面積の１．７倍未満であると、流出穴７２からの流出係数（穴を流体が流出する際に、縮流となって実際の穴の断面積よりも小さな断面積しか有効利用されないという流体力学的な事情によるもので、実際に利用されている断面積を幾何学的な断面積で除した値をいう）が小さくなり、圧損抵抗が増大する。一方、排気管７の内径の断面積の２．３倍を超えると、ディフューザ１１内の排気管７の突出部分の体積が大きくなり、排気ガスの流れの分布をスムーズに形成することができなくなる。
【００５０】
図１０は、バッフルプレートの断面図である。第２実施形態で使用するバッフルプレート２２は、図１０（Ａ）に示される第１バッフルプレート２３又は図１０（Ｂ）に示される第２バッフルプレート２４のいずれか一方を使用し、使用目的等に応じて適宜選択することができる。
【００５１】
図１０（Ｂ）の第２バッフルプレート２４は、第２バッフルプレート２４の中心部に直径の小さな穴２４１が複数開いており、第２バッフルプレート２４の外側に向かって穴２４１の直径が大きくなっている。穴２４１の直径を外側に向かって大きくすることにより、排気ガスがメタル素材１２の中心部に集まることを防止し、メタル素材１２の全面にわたって均一に排気ガスを導入することができるようになる。また、第２バッフルプレート２４の穴２４１は上側のみにあり、下部には穴２４１がない。このようにすることにより、排気ガス中の大きな煤成分をディフューザ１１の下部に落として捕集することができ、メタル素材１２が大きな煤成分により目詰まりを起こすことを防止することができる。なお、ディフューザ１１の下面に堆積した煤成分は、高温排気ガスが導入されたときに再生燃焼される。
【００５２】
図１０（Ａ）に示した第１バッフルプレート２３は、第１バッフルプレート２３の全面に渡って直径が同一である穴２３１を複数有しており、第２バッフルプレート２４と同等の効果をもたらす。
【００５３】
図１１は、本発明の排気浄化装置の第３実施形態の構造を示す概略図である。なお、上述した内容と重複する箇所については、説明を省略する。第３実施形態では、ディフューザ１１内に第１バッフルプレート２３と第２バッフルプレート２４を並設している以外は第２実施形態と同様の構成となっている。第１バッフルプレート２３は図１０（Ａ）のものと同様であり、第２バッフルプレート２４は図１０（Ｂ）のものと同様である。排気ガスは、流出穴７２及び排気口７１からディフューザ１１内に拡散し、第２バッフルプレート２４を通過し、第１バッフルプレート２３に排気ガスを通過させることによって、ディフューザ１１内の中心部に排気ガスが集まることを避け、メタル素材１２の全面に均一な温度の排気ガスを導入することができる。
【００５４】
排気ガスが、第２バッフルプレート２４を通過することにより、排気ガス温度が均一化し、第１バッフルプレート２３を通過することにより、排気ガス温度の均一化がさらに促進される。なお、図１１には、排気管７から排出された排気ガスは、先ず第２バッフルプレート２４を通過し、その後第１バッフルプレート２３を通過するようになっているが、第１バッフルプレート２３を通過し、その後第２バッフルプレート２４を通過させ、メタル素材１２に排気ガスを導入させるようにしてもよい。なお、図１１では、ディフューザ１１の形状が円筒型となっているが、第１実施形態および第２実施形態のように円錐型にしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の排気浄化装置を使用したＰＭ連続再生システムの一例を示す構成図である。
【図２】本発明の排気浄化装置の第１実施形態の構造を示す図である。
【図３】本発明の排気浄化装置で使用するメタル素材の構造を示す図である。
【図４】本発明の排気浄化装置で使用するフランジの構造を示す図である。
【図５】各メタル素材をフランジを介して接続する部分の第１実施形態を示す模式図である。
【図６】（Ａ）フランジの断面図であり、（Ｂ）各メタル素材をフランジを介して接続する部分の第１実施形態を示す模式図である。
【図７】各外筒をフランジを介して接続する部分の第１実施形態を示す模式図である。
【図８】各外筒をフランジを介して接続する部分の第２実施形態を示す模式図である。
【図９】（Ａ）本発明の排気浄化装置の第２実施形態の構造を示す概略図であり、（Ｂ）排気管をＡ−Ａ矢視した状態で、ディフューザ側から排気管を見た図である。
【図１０】（Ａ）第１バッフルプレートの断面図であり、（Ｂ）第２バッフルプレートの断面図である。
【図１１】本発明の排気浄化装置の第３実施形態の構造を示す概略図である。
【符号の説明】
【００５６】
１      エアークリーナ
２      吸気絞り弁
３      ディーゼルエンジン（ＤＥ）
４      ＥＧＲバルブ
５      排気マニホールド
６      排気ブレーキ
７      排気管
７１    排気口
７２    流出穴
８      排気浄化装置
９      排気絞り弁
１０    ＥＣＵ
１１    ディフューザ
１２    メタル素材
１２１  マトリックス部
１２２  マントル部
１２３  マントル突出部
１３    外筒
１４    フランジ
１４１  連結ボルト穴
１４２  溝
１５    ガスケット
１６    断熱層（エアギャップ）
１７    組み付けボルト
１８    ダブルナット
１９    レデューサ
２０    ワイヤ
２１    シール用シート
２２    バッフルプレート
２３    第１バッフルプレート
２３１  穴
２４    第２バッフルプレート
２４１  穴