(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１及び第２フィルタへの排気ガス通路を交互に切り換えて、車両に搭載した内燃機関の排気ガス中のパティキュレートの捕集と前記フィルタの再生を行う排気ガス浄化装置において、
前記第１フィルタで浄化された排ガスを排出する第１下流配管が、前記第２フィルタの下流側で該第２フィルタで浄化された排ガスを排出する第２下流配管と合流して形成されると共に、
前記第１下流配管と前記第２下流配管の合流部分が、前記第１下流配管の先端部分を前記第２下流配管の通路内部に貫入し、前記第２下流配管に関して上流側となる前記先端部分により合流部分の前記第２下流配管の通路が狭くなるように形成され、
更に、前記第１下流配管が合流する前記第２下流配管の部分を拡径して通路断面積を増大して形成されたことを特徴とする排気ガス浄化装置。
【請求項２】
前記第１フィルタと前記第２フィルタとが切替通路を挟んで、エンジン側から一列に配置され、中央の前記切替通路に前記エンジンの排気通路が接続されると共に、前記第１下流配管が、前記第１フィルタと前記切替通路と前記第２フィルタの三者と並行して配管され、前記第２フィルタの下流側で前記第２下流配管と合流して形成されたことを特徴とする請求項１記載の排気ガス浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トラックやバス等に搭載されたディーゼルエンジンから排出されるパティキュレート（ＰＭ：粒子状物質）を捕集するための排気ガス浄化装置に関するものである。
【０００２】
より詳細には、排気ガス浄化装置に使用されているフィルタ下流側の配管の合流部分に関する。
【０００３】
【従来の技術】
自動車等のディーゼルエンジンから排出される排気ガス中には、数μｍ〜数十μｍの大きさのパティキュレート（ＰＭ：粒子状物質）が含まれており、このＰＭの除去が公害防止の面から重要となっている。
【０００４】
このＰＭの除去のために、ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ：Diesel Particulate Filter ）が用いられ、これを備えた排気ガス浄化装置がエンジンの排気通路に配設されている。
【０００５】
このＤＰＦは、コーディエライトや金属多孔体（セルメット）や無機繊維材等から構成されるが、無機繊維材を使用する場合には、炭化ケイ素系、アルミナ系、ジルコニア系等の、繊維径が１μｍ〜２０μｍ程度で、繊維長さが１０ｍｍ〜５０ｍｍ程度のセラミックス繊維で不織布を形成し、この不織布でフィルタを構成している。
【０００６】
このフィルタは、ＰＭを捕集しつづけると、この捕集したＰＭにより目詰まりを起こすので、このフィルタの目詰まりをフィルタ前後の排気圧等の変化により検知して、ＰＭ捕集を続けたフィルタを電気ヒータ等で加熱して捕集したＰＭを燃焼させて、フィルタを再生している。
【０００７】
そして、一方のフィルタでＰＭを捕集している間に、他方のフィルタで捕集したＰＭを燃焼する再生処理を行い、両方のフィルタで交替しながら継続してＰＭ捕集を行っている。
【０００８】
この排気ガス浄化装置を、トラックやバス等の車両に搭載する場合には、排気通路を切替通路に接続し、この切替通路の下流側に２個のフィルタを車体の幅方向に並べて並列配置すると、この排気ガス浄化装置に必要なスペースが幅方向に大きくなり、搭載が困難になるという問題がある。
【０００９】
そのため、図２に示すように、エンジン１０側から、第１フィルタ２０Ａと切替通路１３と第２フィルタ２０Ｂとを一列に配置し、この中央の切替通路２０Ｂにエンジン１０からの排気通路１２を接続し、第１フィルタ２０Ａで浄化された排ガスＧｃを排出する出口通路２２Ａを、第１フィルタ２０Ａと切替通路１３と第２フィルタ２０Ｂの三者と並行させて配管し、排気ガス浄化装置１の後側で第２フィルタ２０Ｂで浄化された排ガスＧｃを排出する出口通路２２Ｂと合流させている。
【００１０】
そして、この切換通路１３に設けた切換弁１４により、排気ガスＧを第１フィルタ２０Ａ経由で、あるいは、第２フィルタ２０Ｂ、出口通路２２Ｂ経由で、下流側の排気通路２３へ流すように構成され、また、各フィルタ２０Ａ，２０Ｂに再生用の加熱ヒータ２１Ａ，２１Ｂを配設し、再生時にエンジン１０で駆動されるオルタネータ４１又は、バッテリ４３から電流を流して、フィルタ２０Ａ，２０Ｂを加熱するように構成されている。
【００１１】
そして、再生時のＰＭ燃焼用の酸素供給のために、エアＡをエアポンプ２４よりエア配管２５経由で、それぞれ電磁弁２６Ａ、２６Ｂを介してフィルタ２０Ａ，２０Ｂのどちらか一方に供給するように構成される。
【００１２】
また、上流側圧力センサ３１の上流側排圧値Ｐ１とＰＭ捕集中のフィルタ２０Ａ（又は２０Ｂ）の後流側の下流側圧力センサ３２Ａ（又は３２Ｂ）の下流側排圧値Ｐ２の差圧（Ｐ１−Ｐ２）や圧力比（Ｐ１／Ｐ２）が所定の判定値を超えた時に、再生が必要であると判断し、再生作業を開始している。
【００１３】
この再生作業では、最初に、加熱ヒータ２１Ａ（又は２１Ｂ）に通電して所定時間の間予備加熱を行い、フィルタ２０Ａ（又は２０Ｂ）をＰＭ燃焼温度以上に予備加熱した後に、エア供給（酸素供給）すると、捕集したＰＭが燃焼する。この燃焼後、エア供給と加熱ヒータ２１Ａ（又は２１Ｂ）への通電を止めて、所定の時間フィルタ冷却を行っている。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、再生時のフィルタに供給されるエアや排気ガスの一部等の酸素含有ガスは、その供給量が多いと、ＰＭの燃焼速度が早くなって、燃焼によって発生する熱量が多くなり、高温になり過ぎてフィルタが溶損するので、エア供給量は排気ガス量に比べて、非常に少ない量に抑えられている。
【００１５】
そのため、図３に示すように、排気ガス浄化装置１の第１フィルタ２０Ａの第１下流側通路２２Ａを、第２フィルタ２０Ｂの第２下流側通路２２Ｂに合流させる際に、第１下流側通路２２Ａの第１下流配管Ａｘを第２下流側通路２２Ｂの第２下流配管Ｂｘに、単純に直交又は斜交させた場合には、第２フィルタ２０Ｂで浄化された排気ガスＧｃが、第１フィルタ２０Ａを再生した後のＰＭ燃焼ガスＧａを押し戻して、ＰＭ燃焼ガスの円滑な排出を妨げたり、排ガスＧｃが出口通路２２Ａを逆流したりするという問題がある。
【００１６】
第１フィルタ２０Ａの再生時に、この排気ガスの逆流が生じると、十分なエアＡが第１フィルタ２０Ａに行き渡らなくなるため、ＰＭ燃焼が不完全となり、再生が不十分となるため、ＰＭ捕集を継続できる部分が減少し、ＰＭ捕集効率が悪化すると共に、排気圧力が上昇することになる。
【００１７】
その結果、適切な再生時期の判断ができなくなり、排気ガスの浄化性能が悪化し、更には、排気圧力の全般的な上昇に伴うエンジンの出力低下や燃費の悪化という問題が生じる。
【００１８】
本発明は、上述の従来技術の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、第１フィルタと切替通路と第２フィルタを直線配置した排気ガス浄化装置において、エンジン側に配置される第１フィルタの再生時に発生するＰＭ燃焼ガスを、ＰＭ捕集中の第２フィルタで排出している浄化された排気ガスにスムーズに合流させて排出できて、第１フィルタを効率よく再生できる排気ガス浄化装置を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
以上のような目的を達成するための排気ガス浄化装置は、以下のように構成される。
【００２０】
１）第１及び第２フィルタへの排気ガス通路を交互に切り換えて、車両に搭載した内燃機関の排気ガス中のパティキュレートの捕集と前記フィルタの再生を行う排気ガス浄化装置において、前記第１フィルタで浄化された排ガスを排出する第１下流配管が、前記第２フィルタの下流側で該第２フィルタで浄化された排ガスを排出する第２下流配管と合流して形成されると共に、前記第１下流配管と前記第２下流配管の合流部分が、前記第１下流配管の先端部分を前記第２下流配管の通路内部に貫入し、前記第２下流配管に関して上流側となる前記先端部分により合流部分の前記第２下流配管の通路が狭くなるように形成され、更に、前記第１下流配管が合流する前記第２下流配管の部分を拡径して通路断面積を増大して形成される。
【００２１】
この構造によれば、第１下流配管の先端部分により、第２下流配管の合流部分の流通断面積が狭くなるので、第２下流配管を流れるガスの流速が増加し、第１下流配管を流れるガスが第２下流配管に吸引されるようになる。そのため、第２下流配管を流れるガスが、第１下流配管内に流入することが回避される。
【００２２】
従って、第１フィルタの再生時に発生するＰＭ燃焼ガスは、第１下流配管から吸引されて、ＰＭ捕集中の第２フィルタで排出している第２下流配管内の浄化された排気ガスにスムーズに合流して排出されるようになる。
【００２３】
２）上記の排気ガス浄化装置において、前記第１フィルタと前記第２フィルタとが切替通路を挟んで、エンジン側から一列に配置され、中央の前記切替通路に前記エンジンの排気通路が接続されると共に、前記第１下流配管が、前記第１フィルタと前記切替通路と前記第２フィルタの三者と並行して配管され、前記第２フィルタの下流側で前記第２下流配管と合流して形成される。
【００２４】
この構成の排気ガス浄化装置では、前記第１下流配管が第２下流配管に比較して著しく長い配管となり、第１下流配管を流れるガスの流れが悪くなるので、合流部分の構成が、特に、効果的となる。
【００２５】
以上の構成により、第１下流配管からのＰＭ燃焼後のガスが、第２下流配管内を流れる浄化された排気ガスに邪魔されることなく、第２下流配管の内部に流入し、この浄化された排気ガスと混合される。
【００２６】
従って、フィルタ再生時に供給する酸素を含むエアや排気ガスの一部が、効率よく、フィルタ全体を通過するので、フィルタの全体が効率よく再生され、良好な浄化性能を維持しながら、排気ガスを浄化できるようになる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて、本発明に係る実施の形態の排気ガス浄化装置について説明する。
【００２８】
〔全体構成〕
図２に示すように、この排気ガス浄化装置１は、第１フィルタ２０Ａと切換通路１３と第２フィルタ２０Ｂを直線状に一列に並べて形成され、エンジン１０の排気通路１２が、第１フィルタ２０Ａと平行して設けられて中央の切換通路１３に接続される。
【００２９】
また、第１フィルタ２０Ａで浄化された排ガスＧｃを排出する第１下流側通路２２Ａは、第１フィルタ２０Ａと切替通路１３と第２フィルタ２０Ｂの三者と並行して配置され、第２フィルタ２０Ｂで浄化された排ガスＧｃを排出する第２下流側通路２２Ｂと合流するように構成されている。
【００３０】
また、この切換通路１３に設けた切換弁１４により、排気ガスＧを第１フィルタ２０Ａ、第１下流側通路２２Ａ経由で、あるいは、第２フィルタ２０Ｂ、第２下流側通路２２Ｂ経由で、下流側排気通路２３へ流すように構成される。
【００３１】
そして、再生時にＰＭ燃焼用の酸素を供給するために、エアポンプ２４を設けてエンジン１０の吸気用のエアクリーナー１１の下流側からエア配管２５経由で、再生用の酸素を含むエアＡを、それぞれ電磁弁２６Ａを介して第１フィルタ２０Ａへ、又、電磁弁２６Ｂを介して第２フィルタ２０Ｂに供給するように構成される。
【００３２】
また、各フィルタ２０Ａ，２０Ｂに再生用の加熱ヒータ２１Ａ，２１Ｂを配設し、再生時にエンジン１０で駆動されるオルタネータ４１又は、バッテリ４３から電流を流して、フィルタ２０Ａ，２０Ｂを加熱するように構成されている。
【００３３】
このオルタネータ４１はレギュレター４２を介して、バッテリ４３や加熱ヒータ２１Ａ，２１Ｂと接続するが、このバッテリ４３と加熱ヒータ２１Ａ，２１Ｂの三者は並列配線され、一方はオルタネータ４１と接続し、他方は接地される。
【００３４】
また、コントロールユニット３０を、エンジン全体を制御している電子制御ボックス内のコントローラの一部として設け、切換通路１３に配置した上流側圧力センサ３１や温度センサ３４と、第１側フィルタ２０Ａの下流側に配置した下流側圧力センサ３２Ａと、第２フィルタ２０Ｂの下流側に配置した下流側圧力センサ３２Ｂの出力値を入力する。
【００３５】
そして、このコントロールユニット３０により、エンジン１０の運転条件や経過時間等を判断条件に入れながら、切換弁１４の切換操作を行うパワーシリンダ１５、酸素供給用のエアポンプ２４、加熱ヒータ用リレー３３Ａ，３３Ｂ等を制御して、ＰＭの捕集及び再生のための切換弁１４の切換操作や再生のための加熱ヒーター２１Ａ，２１Ｂへの通電操作、エア供給操作等を行うように構成する。
【００３６】
つまり、フィルタ２０Ａ（又は２０Ｂ）は、ＰＭを捕集しつづけると、この捕集したＰＭにより目詰まりを起こすので、上流側圧力センサ３１の上流側排圧値Ｐ１とＰＭ捕集中のフィルタの後流側の下流側圧力センサ３２Ａ（又は３２Ｂ）の下流側排圧値Ｐ２を検出し、この差圧（Ｐ１−Ｐ２）や圧力比（Ｐ１／Ｐ２）が所定の判定値を超えた時に、再生が必要であると判断して、再生作業を開始する。
【００３７】
この再生作業は、最初に、加熱ヒータ２１Ａ（又は２１Ｂ）に通電して所定時間の間予備加熱を行い、フィルタ２０Ａ（又は２０Ｂ）をＰＭ燃焼温度以上に予備加熱した後に、エアＡを供給つまり、酸素供給して、捕集したＰＭを燃焼させる。そして、このＰＭ燃焼後、エア供給と加熱ヒータ２１Ａ（又は２１Ｂ）への通電を止めて、所定の時間フィルタ冷却を行う。
【００３８】
〔合流部の構造〕
そして、本発明では、上記の構造の排気ガス浄化装置１において、第１フィルタ２０Ａの第１下流側通路２２Ａと、第２フィルタ２０Ｂの第２下流側通路２２Ｂとの合流部分（図２のＸの部分）を、特に工夫して、第１フィルタの再生時に発生するＰＭ燃焼ガスが、ＰＭ捕集中の第２フィルタで排出している浄化された排気ガスにスムーズに合流して排出できる構造に形成する。
【００３９】
この合流部分（図２のＸの部分）の第１の実施の形態は、図１に示すように、第２フィルタ２０Ｂの第２下流側通路２２Ｂの第２下流配管Ｂ１に、斜交して第１フィルタ２０Ａの第１下流側通路２２Ａの第１下流配管Ａ１を接続すると共に、第１下流配管Ａ１の先端部分Ａ１ａを第２下流配管Ｂ１の通路内部まで貫入させて形成する。
【００４０】
この第１下流配管Ａ１の先端部分Ａ１ａは、図１（ｄ）に示すように、第１カットラインＣ１ａと、第２カットラインＣ１ｂでパイプＡ１を切断し、第２カットラインＣ１ｂの部分に、小片板Ｄ１を溶接などで接合して形成される。この簡単な加工により第１下流配管Ａ１の先端部分Ａ１ａを形成できる。
【００４１】
また、第１下流配管Ａ１が合流する第２下流配管Ｂ１の部分を拡径して、通路断面積を増大し、第１下流配管Ａ１の先端部分Ａ１ａの貫入部分によって、浄化された排気ガスＧｃの通路断面積が過度に狭くなることを防止する。これにより、浄化された排気ガスＧｃの流速の増加を調整して、排気圧力が高くなり過ぎないようにしながら、ＰＭ燃焼後のガスＧａを吸引しつつ、浄化された排気ガスＧｃも円滑に流すことができる。
【００４２】
この構成により、第１下流配管Ａ１からのＰＭ燃焼後のガスＧａが、第２下流配管Ｂ１内を流れる浄化された排気ガスＧｃに邪魔されることなく、第２下流配管Ｂ１の内部に流入し、浄化された排気ガスＧｃと混合できる。
【００４３】
また、第１下流配管Ａ１の上流側部分Ａａが第２下流配管Ｂ１に貫入しているため第２下流配管Ｂ１の通路が狭くなり、浄化された排気ガスＧｃの流速が増加し、第１下流配管Ａ１からのＰＭ燃焼後のガスを吸引する効果が生じる。
【００４４】
また、第１下流配管Ａ１が合流する第２下流配管Ｂ１の部分を拡径して、通路断面積を増大することにより、浄化された排気ガスＧｃの流速の増加をこの通路断面積により調整でき、適当な速度でＰＭ燃焼後のガスＧａを吸引しながら、浄化された排気ガスＧｃも円滑に流すことができる。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る排気ガス浄化装置によれば、第１フィルタと切替通路と第２フィルタを直線配置した排気ガス浄化装置において、エンジン側に配置される第１フィルタの再生時に発生するＰＭ燃焼ガスを、ＰＭ捕集中の第２フィルタで排出している浄化された排気ガスにスムーズに合流させて排出できる。
【００４６】
つまり、第１フィルタの第１下流側配管から排出されるＰＭ燃焼後のガスが、第２フィルタの第２下流側配管を流れる浄化された排気ガスに邪魔されることなく、第２下流側配管の内部に流入し、浄化された排気ガスと混合させることができ、また、第１下流側配管の先端部分が第２下流配管内に貫入していることにより、あるいは、第２下流配管に絞り部を設けることにより、下流配管の通路断面積を狭して浄化された排気ガスの流速を増加させることができ、ＰＭ燃焼後のガスを吸引することができる。
【００４７】
また、第１下流側配管が合流する第２下流側配管の部分を拡径して、通路断面積を増大し、第１下流側配管の貫入部分により、浄化された排気ガスの通路断面積が過度に狭くなることを防止でき、浄化された排気ガスの流速を適度に増加さてＰＭ燃焼後のガスを吸引しながら、浄化された排気ガスも円滑に流すことができる。
【００４８】
従って、フィルタ再生時に、ＰＭ燃焼後のガスを円滑に排出することにより、供給する酸素を含むエアや排気ガスの一部を、効率よくフィルタを通過させることができるので、フィルタの全体を効率よく再生でき、良好な浄化性能を維持しながら、排気ガスを浄化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１の実施の形態の第１下流配管と第２下流配管の合流部を示す図であり、（ａ）は一部断面を含む側面図で、（ｂ）は一部断面を含む平面図で、（ｃ）は第２下流配管の断面図で、（ｄ）は第１下流配管の先端部分の加工方法を示す一部断面を含む側面図である。
【図２】本発明に係る排気ガス浄化装置の構成図である。
【図３】従来技術の第１下流配管と第２下流配管の合流部を示す図であり、（ａ）は側面図で、（ｂ）は一部断面を含む側面図である。
【符号の説明】
１  排気ガス浄化装置
１０  エンジン（内燃機関）
１２  排気通路
１３  切替通路
２０  フィルタ
２０Ａ  第１フィルタ
２０Ｂ  第２フィルタ
Ａ１，２２Ａ  第１下流配管
Ａ１ａ，Ａ２ａ  先端部分
Ｂ１，２２Ｂ  第２下流配管
Ｃ１ａ  第１カットライン
Ｃ１ｂ  第２カットライン
Ｄ１  小片板
Ａ  酸素含有ガス
Ｇ  排気ガス
Ｇａ  ＰＭ燃焼後のガス
Ｇｃ  浄化された排気ガス
【図１】
0003951598.tif 000002
【図２】
0003951598.tif 000003
【図３】
0003951598.tif 000004