(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上流側に排ガス導入管を挿入するとともに下流側に排ガス導出管を設けた容器と、
前記容器内の上流側に設けた拡散室と、
前記容器内に前記拡散室より下流側に設けたディーゼルパーティキュレートフィルタと
を備え、
前記排ガス導入管は、前記拡散室において、管壁に開口部を有するとともに、管端部側内部に複数の孔開きプラグを離間して設け、
前記拡散室は、前記容器の内壁と前記孔開きプラグと前記排ガス導入管上に設けた開口部を有する複数の仕切板とで区画形成されている
ことを特徴とするディーゼルパーティキュレートフィルタ装置。
【請求項２】
請求項１記載のディーゼルパーティキュレートフィルタ装置において、
前記排ガス導入管上に設けた開口部を有する複数の仕切板は、前記複数の孔開きプラグと対応する位置に設けられている
ことを特徴とするディーゼルパーティキュレートフィルタ装置。
【請求項３】
請求項１記載のディーゼルパーティキュレートフィルタ装置において、
前記上流側の前記孔開きプラグの総開口面積は、前記ディーゼルパーティキュレートフィルタ側の前記孔開きプラグの総開口面積より大きいことを特徴とするディーゼルパーティキュレートフィルタ装置。
【請求項４】
請求項１記載のディーゼルパーティキュレートフィルタ装置において、
前記開口部を有する仕切板は、前記排ガス導入管と前記容器の内壁とに亘って配設される多孔板であることを特徴とするディーゼルパーティキュレートフィルタ装置。
【請求項５】
請求項４記載のディーゼルパーティキュレートフィルタ装置において、
前記上流側の多孔板の総開口面積は、前記ディーゼルパーティキュレートフィルタ側の多孔板の総開口面積より大きいことを特徴とするディーゼルパーティキュレートフィルタ装置。
【請求項６】
請求項１記載のディーゼルパーティキュレートフィルタ装置において、
前記開口部を有する仕切板は、前記排ガス導入管上に立設されるとともに前記容器の内壁面との間に開口部を形成する前記エンジン側の仕切板と、前記排ガス導入管と前記容器の内壁とに亘って配設される多孔板からなる前記ディーゼルパーティキュレートフィルタ側の仕切板とで構成されていることを特徴とするディーゼルパーティキュレートフィルタ装置。
【請求項７】
請求項６記載のディーゼルパーティキュレートフィルタ装置において、
前記上流側の仕切板の総開口面積は、前記ディーゼルパーティキュレートフィルタ側の前記多孔板の総開口面積より大きいことを特徴とするディーゼルパーティキュレートフィルタ装置。
【請求項８】
請求項１記載のディーゼルパーティキュレートフィルタ装置において、
前記拡散室において、管壁に開口部を有する排ガス導入管は、前記容器の上流側の内壁面と前記上流側の仕切板との間に設けた開口部の総開口面積が、前記上流側の仕切板と前記下流側の仕切板との間に設けた開口部の総開口面積より大きいことを特徴とするディーゼルパーティキュレートフィルタ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディーゼルパーティキュレートフィルタ装置（ＤＰＦ装置）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＤＰＦ装置としては、ディーゼルエンジンの排気通路に連絡する排ガス導入管と下流側に連絡する排ガス導出管とを取り付けた容器内に、セラミック製のＤＰＦを保持し、排ガス導入管より流入する排ガスをＤＰＦを通過させ、下流側の排ガス導出管から排出するものが知られている。ここで、容器の機能は、排ガスの拡張、縮流、およびＤＰＦの保持を行うことにある。
このＤＰＦ装置において、ＤＰＦに捕集されるスス（ディーゼルパーティキュレート）に偏りが生じた場合、ＤＰＦの捕集性能を落とす結果となる。
【０００３】
また、再生時には、ガス流れが不均一であると、ＤＰＦ温度が不均一となり、再生温度に達しない部位ができる。
そこで、ＤＰＦに均一に排ガスを流す構造として、拡散構造をテーパとしたディフューザや、拡散室内に不等ピッチの小孔をあけた多孔板を設ける構造が知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
拡散構造をテーパとしたディフューザの例を図１０に示す。
このＤＰＦ装置１は、容器２の前後にテーパを付けたディフューザ３，３を設けている。
均一分布を得るためには、一般的に、ガス流れが管壁から剥離しないディフューザ３，３のテーパは６度が良いとされている。
図１１に示すように、ディフューザ３，３で均一流れを得るためには、テーパ角度を小さくする必要があり、排ガス流入管４の径ｄ１とＤＰＦ５の径ｄ２による拡張比が大きい程、拡散室長さＬが長くなる。
【０００５】
そのため、一般的な排ガス流入管４の径ｄ１とＤＰＦ５の径ｄ２に基づいてディフューザ３，３にテーパを付ける場合は、拡散室長さＬが１ｍ近く必要になり、実用的ではない。
一方、図１２および図１３に示すように、拡散室７内に不等ピッチの小孔をあけた多孔板８を設ければ拡散室長さを短くできる。
【０００６】
しかし、多孔板８のみでは、エンジンの排ガス量の変化幅が大きいため、全ての流量のプロフィールを同等とする（外周部まで均一な流れとする）ためには、総開口面積を小さくし、通気抵抗を高くする必要があるという問題がある。
なお、３次元的な構造により、流れの均一化を行うことも可能であるが、設計が複雑になり、実用的ではない。
【０００７】
本発明は斯かる従来の問題点を解決するために為されたもので、その目的は、拡散室を長くすることなく、通気抵抗を高めることなくＤＰＦに均一に排ガスを流すことが可能なＤＰＦ装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、上流側に排ガス導入管を挿入するとともに下流側に排ガス導出管を設けた容器と、前記容器内の上流側に設けた拡散室と、前記容器内に前記拡散室より下流側に設けたＤＰＦとを備え、前記排ガス導入管は、前記拡散室において、管壁に開口部を有するとともに、管端部側内部に複数の孔開きプラグを離間して設け、前記拡散室は、前記容器の内壁と前記孔開きプラグと前記排ガス導入管上に設けた開口部を有する複数の仕切板とで区画形成されていることを特徴とする。
【０００９】
請求項２に係る発明は、請求項１記載のＤＰＦ装置において、前記排ガス導入管上に設けた開口部を有する複数の仕切板は、前記複数の孔開きプラグと対応する位置に設けられていることを特徴とする。
請求項３に係る発明は、請求項１記載のＤＰＦ装置において、前記上流側の前記孔開きプラグの総開口面積は、前記ＤＰＦ側の前記孔開きプラグの総開口面積より大きいことを特徴とする。
【００１０】
請求項４に係る発明は、請求項１記載のＤＰＦ装置において、前記開口部を有する仕切板は、前記排ガス導入管と前記容器の内壁とに亘って配設される多孔板であることを特徴とする。
請求項５に係る発明は、請求項４記載のＤＰＦ装置において、前記上流側の多孔板の総開口面積は、前記ＤＰＦ側の多孔板の総開口面積より大きいことを特徴とする。
【００１１】
請求項６に係る発明は、請求項１記載のＤＰＦ装置において、前記開口部を有する仕切板は、前記排ガス導入管上に立設されるとともに前記容器の内壁面との間に開口部を形成する前記エンジン側の仕切板と、前記排ガス導入管と前記容器の内壁とに亘って配設される多孔板からなる前記ＤＰＦ側の仕切板とで構成されていることを特徴とする。
【００１２】
請求項７に係る発明は、請求項６記載のＤＰＦ装置において、前記上流側の仕切板の総開口面積は、前記ＤＰＦ側の前記多孔板の総開口面積より大きいことを特徴とする。
請求項８に係る発明は、請求項１記載のＤＰＦ装置において、前記拡散室において、管壁に開口部を有する排ガス導入管は、前記容器の上流側の内壁面と前記上流側の仕切板との間に設けた開口部の総開口面積が、前記上流側の仕切板と前記下流側の仕切板との間に設けた開口部の総開口面積より大きいことを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に示す実施形態に基づいて説明する。
図１ないし図５は、本発明の一実施形態に係るＤＰＦ装置２０を示す（請求項１ないし請求項５、請求項８に対応する）。
本実施形態に係るＤＰＦ装置２０は、上流側に排ガス導入管３０を挿入するとともに下流側に排ガス導出管３９を取り付けた箱断面形状の容器４０と、容器４０内の上流側に排ガス導入管３０に沿って設けた拡散室５０と、容器４０内に拡散室５０より下流側に設けたセラミック製のＤＰＦ６０とで構成されている。
【００１４】
排ガス導入管３０は、拡散室５０において、管壁３１に複数の開口部３２ａ，３２ｂが形成されている。
また、排ガス導入管３０は、管端部３３側内部に２つの孔開きプラグ３４，３５を離間して設けている。そして、上流側の孔開きプラグ３４に設けた開口部３４ａの総開口面積は、ＤＰＦ６０側の孔開きプラグ３５に設けた開口部３５ａの総開口面積より大きくしてある。
【００１５】
容器４０は、筒状のシェル４１と、筒状のシェル４１の両端を閉鎖するエンドプレート４２，４３によって構成されている。エンドプレート４２，４３にはそれぞれ排ガス導入管３０および排ガス導出管３９を取り付ける孔部４２ａ，４３ａが設けてある。
拡散室５０は、１次分配室５０Ａおよび２次分配室５０Ｂによって構成されている。
【００１６】
１次分配室５０Ａは、容器４０のシェル４１と、容器４０のエンドプレート４２と、容器４０内に挿入された排ガス導入管３０と、孔開きプラグ３４とで区画形成されている。
２次分散室５０Ｂは、容器４０のシェル４１と、容器４０内に挿入された排ガス導入管３０と、孔開きプラグ３５と、排ガス導入管３０上に設けた開口部５１ａ，５５ａを有する２つの仕切板５１，５５とで区画形成されている。
【００１７】
排ガス導入管３０上に設けた開口部５１ａ，５５ａを有する２つの仕切板５１，５５は、２つの孔開きプラグ３４，３５と対応する位置に設けられている。なお、仕切板５１には、開口部５１ａを塞ぐプレート５１ｂが取り付けられている。
開口部５１ａ，５５ａを有する２つの仕切板５１，５５は、排ガス導入管３０と容器４０のシェル４１とに亘って配設される多孔板（バッフルプレート）で構成されている。
【００１８】
上流側の仕切板５１に設けた開口部５１ａの総開口面積は、ＤＰＦ６０側の仕切板５５に設けた開口部５５ａの総開口面積と同じである。つまり、仕切板５１の開口部５１ａをプレート５１ｂにより塞ぐことによって、調整されている。
拡散室５０において、管壁３１に開口部３２ａ，３２ｂを有する排ガス導入管３０は、容器４０の上流側のエンドプレート４２と上流側の仕切板５１との間に設けた開口部３２ａの総開口面積が、上流側の仕切板５１と下流側の仕切板５５との間に設けた開口部３２ｂの総開口面積より大きくしてある。
【００１９】
次に、図４および図５により本実施形態の作用を説明する。
図４は、本実施形態に係るＤＰＦ装置２０における拡散室５０とその構造による流れのプロフィールを示す。
（ａ）は本実施形態に係るＤＰＦ装置２０とその構造による流れのプロフィールを示す。
【００２０】
ここでは、右図のグラフから明らかなように、均一流れが達成されていること、拡散室５０の口径の２／３程度の拡散室長さで均一流れを得ていることが分かる。
また、流量が４ｍ3／ｍｉｎから８ｍ3／ｍｉｎに変化しても、流れのプロフィールは均一流れのままであり、変化しなかった。
【００２１】
（ｂ）は本実施形態に係るＤＰＦ装置２０における仕切板５１を取り除いた例とその構造による流れのプロフィールを示す。
ここでは、右図のグラフから明らかなように、流れが中心に集中することが分かる。
また、流量が４ｍ3／ｍｉｎから８ｍ3／ｍｉｎに変化しても、流れのプロフィールは変化しなかった。
【００２２】
（ｃ）は本実施形態に係るＤＰＦ装置２０における仕切板５１に併設したプレート５１ｂの径を大きくするとともに、下流側の孔開きプラグ３５を孔無しにした例とその構造による流れのプロフィールを示す。
ここでは、右図のグラフから明らかなように、流れが外周に集中することが分かる。
【００２３】
また、流量が４ｍ3／ｍｉｎから８ｍ3／ｍｉｎに変化しても、流れのプロフィールは変化しなかった。
以上から、拡散室５０においては、（ａ）に示すように、排ガス導入管３０内に開口部３４ａ，３５ａを孔開きプラグ３４，３５を離間して設け、排ガス導入管３０上に各孔開きプラグ３４，３５に対応する位置に開口部５１ａ，５５ａを設けた仕切板５１，５５を設けることによって、均一流れが達成できることが確認できた。
【００２４】
また、必要に応じて流れのプロフィールをチューニングできることも確認できた。
図５は、図１に示す本実施形態に係るＤＰＦ装置２０の要部を拡大した説明図である。
排ガス導入管３０から本実施形態に係るＤＰＦ装置２０に流入する排ガスは、以下の３つに分流する。
【００２５】
（イ）孔開きプラグ３４より上流の排気導入管３０の管壁３１に設けた開口部３２ａから拡散室５０の１次分配室５０Ａへ流出し、仕切板５１の開口部５１ａおよび仕切板５５の開口部５５ａを通過後、ＤＰＦ６０外周へ流れる（ｑ１）。
（ロ）孔開きプラグ３４に設けた開口部３４ａを通過して、排気導入管３０の管壁３１に設けた開口部３２ｂから拡散室５０の２次分配室５０Ｂへ流出し、仕切板５５に設けた開口部５５ａを通過後、ＤＰＦ６０の外周部と中心部の中間へ流れる（ｑ２）。
【００２６】
（ハ）孔開きプラグ３４に設けた開口部３４ａおよび孔開きプラグ３５に設けた開口部３５ａを通過し、ＤＰＦ６０の中心部へ流れる（ｑ３）。
それぞれの流れは、下記のように分流する。
（１）ｑ１：（ｑ２＋ｑ３）に分流
（２）ｑ２：ｑ３に分流
（３）（ｑ１＋ｑ２）：ｑ３に分流
それそれの分流は、下流の影響を無視すると、下記のようになる。
【００２７】
（１）（排気導入管３０の管壁３１に設けた開口部３２ａ）：（孔開きプラグ３４に設けた開口部３４ａ）
（２）（排気導入管３０の管壁３１に設けた開口部３２ｂ）：（孔開きプラグ３５に設けた開口部３５ａ）
また、ｑ１とｑ２の比率は、仕切板５１と併設するプレート部５１ｂにより総断面積により決定する。
【００２８】
したがって、各流れの分流比は、排ガス導入管３０の管壁３１に設けた開口部３２ａ，３２ｂ、孔開きプラグ３４に設けた開口部３４ａ、孔開きプラグ３５に設けた開口部３５ａ、仕切板５１に設けた開口部５１ａ、仕切板５５に設けた開口部５５ａにおける開口率によって調整される。
この分流の割合を変化させることにより、流れの分布を作ることが可能となる。
【００２９】
分流の割合は、下記により決められる。
（１）仕切板５１に設けた開口部５１ａと孔開きプラグ３４に設けた開口部３４ａにより「ｑ１：ｑ２＋ｑ３」が決定され、
（２）仕切板５５に設けた開口部５５ａと孔開きプラグ３５に設けた開口部３５ａにより「ｑ２：ｑ３」が決定される。
【００３０】
ここで、ｑ１をＤＰＦ６０の外周部へ分布させるため、仕切板５１の内周部にプレート５１ｂを併設して小孔の無い部分を設定する。
ｑ１，ｑ２，ｑ３の分流率は、排ガス導入管３０の管壁３１に設けた開口部３２ａ，３２ｂ、孔開きプラグ３４に設けた開口部３４ａ、孔開きプラグ３５に設けた開口部３５ａ、仕切板５１に設けた開口部５１ａ、仕切板５５に設けた開口部５５ａ、プレート５１ｂの断面積比により決定する。
【００３１】
ｑ１（外周流＝バツフル断面積／２）、ｑ２（中間流＝バツフル断面積／２）、ｑ３（中央流＝パイプ断面積）の想定通過面積を、ＤＰＦ６０断面積にて求める。
ここで、中央流は排ガス導入管３０の内径相当とし、残りの領域を中間流と外周流とに径寸法で按分する。
【００３２】
本実施形態では、その断面積比率は、ｑ１：ｑ２：ｑ３＝６：３：１となる。次に、１次分配室５０Ａと２次分配室５０Ｂの容積比が、概ね｛外周流：（中間流＋中央流）｝となるように孔開きプラグ３４、孔開きプラグ３５を配置（Ｌ１，Ｌ２）する。
本実施形態では、その比率は、６：（３＋１）＝１．５：１となる。
【００３３】
排ガス導入管３０の管壁３１に設けた開口部３２ａ、孔開きプラグ３４に設けた開口部３４ａ、排ガス導入管３０の管壁３１に設けた開口部３２ｂ、孔開きプラグ３５に設けた開口部３５ａの開口率を概略各流域の断面積比率となるように設定する。
本実施形態では、（排ガス導入管３０の管壁３１に設けた開口部３２ａ）：（孔開きプラグ３４に設けた開口部３４ａ）＝１．５：１、（排ガス導入管３０の管壁３１に設けた開口部３２ｂ）：（孔開きプラグ３５に設けた開口部３５ａ）＝３：１となる。
【００３４】
ただし、流れは容器４０の軸方向へ流れようとするため、排ガス導入管３０の管壁３１に設けた開口部３２ａ、３２ｂの小孔数は孔開きプラグ３４、３５に設けた開口部３４ａ、３５ａに比較し相対的に多くする必要があり、実験の結果としては、（排ガス導入管３０の管壁３１に設けた開口部３２ａ）：（孔開きプラグ３４に設けた開口部３４ａ）≒１．９：１、（排ガス導入管３０の管壁３１に設けた開口部３２ｂ）：（孔開きプラグ３５に設けた開口部３５ａ）＝１２：１にて好ましい結果が得られた。
【００３５】
ここで、孔開きプラグ３５に設けた開口部３５ａが相対的に小さな値になるのは、直流成分主体であることによると考えられる。
なお、小孔寸法にφ４．０ｍｍを使用した。
また、拡散室５０の全長Ｌ３は、ＤＰＦ６０の外径の１／２±２０％から選定するのが通気抵抗、小型化、分配性能のバランスを得るのに好ましい。
【００３６】
以上のように、本実施形態によれば、拡散室５０は、ＤＰＦ６０の上流に装着され、排ガス導入管３０内を流れてきた排ガスをＤＰＦ６０断面まで均一に拡散させることで、ＤＰＦ６０全面へ均一にススが捕集されるため捕集性能が向上することができる。
また、排ガスの熱をＤＰＦ６０全面へ均一に伝えるため、ＤＰＦ６０内の温度分布を均一化でき、スス再生時の燃え残りを少なくできる。
【００３７】
また、排ガス導入管３０が、容器４０の内部に挿入され、エンドプレート４２の孔部４２ａと２枚の仕切板５１，５５により支持される３点支持構造となっているので、振動入力による応力はこれらの支持点へ分散される。従って、排ガス導入管３０の支持部に対する応力集中による破損が防止できる。
排ガス導入管３０と容器４０との接合部のように、断面が急激に変化する場合、断面変化後の壁面に近いところでは流れが剥離し渦の発生消滅を繰り返している。この渦の発生消滅により気流音と称する二次発生音が発生する。
【００３８】
本実施形態では、排ガス導入管３０は、拡散室５０内に挿入され、その領域に開口部３２ａ，３２ｂが設けてあるので、開口部３２ａ，３２ｂからの吹き出しによる断面変化により、壁面からの剥離による渦発生はなく、気流音の発生を抑制できる。
なお、本実施形態では、仕切板５１を仕切板５５と同じものを使用し、プレート５１ｂにより、総開口面積を調整したが、プレート５１ｂに相当する領域に開口部５１ａを設けない一枚の仕切板５１を用いても良い。
【００３９】
図６は、本発明の別の実施形態を示す（請求項６および請求項７に対応）。
本実施形態は、仕切板５１を取り除き、プレート５１ｂを残した点で、上記実施形態と相違する。
本実施形態では、プレート５１ｂと容器４０のシェル４１との間に開口部５３が形成され、開口部５３の総開口面積は、下流側の仕切板５５に設けた開口部５５ａの総開口面積より大きくしてある。
【００４０】
従って、図６に示す例でも、上記実施形態と同様の作用効果を奏することが可能である。
図７は、本発明の別の実施形態を示す。
本実施形態では、仕切板５１，５５に補強ビード５１ｂ、５５ｂを設けた点で、上記実施形態と相違する。
【００４１】
本実施形態によれば、仕切板５１，５５の強度を高めることが可能となる。
図８は、本発明の別の実施形態を示す。
本実施形態では、仕切板５１，５５に補強ビード５１ｃ、５５ｃを設けた点で、上記実施形態と相違する。
本実施形態によれば、仕切板５１，５５の強度を高めることが可能となる。
【００４２】
図９は、本発明の別の実施形態を示す。
本実施形態では、容器４０の上流側のエンドプレート４２を球面形状とした点で、上記実施形態と相違する。
本実施形態によれば、上流側のエンドプレート４２近傍に形成されるデッドスペースが無くなり、１次分散室５０Ａでの流れが円滑となる。
【００４３】
また、上流側のエンドプレート４２を球面形状としたので、エンドプレート４２の強度アップが可能となる。
【００４４】
【発明の効果】
本発明によれば、拡散室を長くすることなく、通気抵抗を高めることなくＤＰＦに均一に排ガスを流すことが可能となる。
また、従来のディフューザ構造に対し、拡散室の長さを短くすることが可能となる。
また、均一分布を基本に、外周部や中央部の流れを増加させることも容易に可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るＤＰＦ装置の断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
【図４】図１に示すＤＰＦ装置とその構造による流れのプロフィールを示す図である。
【図５】図１に示すＤＰＦ装置における排ガス流れを示す図である。
【図６】本発明の別の実施形態に係るＤＰＦ装置を示す図である。
【図７】本発明の別の実施形態に係るＤＰＦ装置を示す図である。
【図８】本発明の別の実施形態に係るＤＰＦ装置を示す図である。
【図９】本発明の別の実施形態に係るＤＰＦ装置を示す図である。
【図１０】従来のＤＰＦ装置を示す図である。
【図１１】マフラ径と拡張室長さとの関係を示す図である。
【図１２】従来の別のＤＰＦ装置を示す図である。
【図１３】図１２に示す多孔板を示す図である。
【符号の説明】
２０  ＤＰＦ装置
３０  排ガス導入管
３１  管壁
３２ａ，３２ｂ  開口部
３３  管端
３４，３５  孔開きプラグ
３４ａ，３５ｂ  開口部
３９  排ガス導出管
４０  容器
４１  シェル
４２，４３  エンドプレート
４２ａ，４３ａ  孔部
５０  拡散室
５０Ａ  １次分配室
５０Ｂ  ２次分配室
５１，５５  仕切板
５１ａ，５５ａ  開口部
５１ｂ  プレート
６０  ＤＰＦ
【図１】
0004027701.tif 000002
【図２】
0004027701.tif 000003
【図３】
0004027701.tif 000004
【図４】
0004027701.tif 000005
【図５】
0004027701.tif 000006
【図６】
0004027701.tif 000007
【図７】
0004027701.tif 000008
【図８】
0004027701.tif 000009
【図９】
0004027701.tif 000010
【図１０】
0004027701.tif 000011
【図１１】
0004027701.tif 000012
【図１２】
0004027701.tif 000013
【図１３】
0004027701.tif 000014