(57)【要約】【課題】排気ガスの流通方向に交差する方向からフィルターに排気ガスが流入しても、フィルターの出口側での微粒子状物質の堆積の偏りを抑制する。【解決手段】弁部材３１により、排気ガスが向かう延長線上の部位Ｐの排気ガスの流通抵抗を増加させ、ディーゼル微粒子捕集フィルター２１の全周に排気ガスを分散させ、排気ガスの流通方向に交差する方向から排気ガスがディーゼル微粒子捕集フィルター２１に流入しても、微粒子状物質（ＰＭ）の堆積の偏りを抑制する。【選択図】図２
2016180386.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設けられ、排気ガスが流通することで排気ガス中の微粒子状物質を捕集するフィルターと、
前記フィルターの入口に配置され、前記フィルター内を流通する排気ガスの流通方向に交差する方向から排気ガスを前記フィルターに流入させる流入通路と、
前記流通方向に直交する面内において、前記流入通路の上流側に近い上流側領域と下流側に近い下流側領域とを設け、前記下流側領域に排気ガスの流通抵抗を増加させる抵抗部材とを備えた
ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置において、
前記フィルターの出口に配置され、前記フィルターの排気ガスの前記流通方向に交差する方向であって前記抵抗部材から遠ざかる方向へ排気ガスを流出させる流出通路を備えた
ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
請求項１もしくは請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置において、
前記抵抗部材は、回動中心軸を中心に弁体が回動する弁部材である
ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置において、
前記弁部材は、前記弁体の流通抵抗に分布を形成する分布形成機構を有している
ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置において、
前記分布形成機構は、前記弁体の前記回動中心軸が前記フィルターの出口の通路の端部に配されることで構成されている
ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置において、
前記分布形成機構は、前記弁体の回動中心軸寄りの流体流通面積に対し、前記回動中心軸の反対側の流体流通面積が広く形成されていることで構成されている
ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微粒子状物質を捕集するフィルターを備えた内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関、例えば、ディーゼルエンジンの排気を浄化する排気浄化装置として、排気ガス中の微粒子状物質（ＰＭ）を捕集するディーゼル微粒子捕集フィルター（ディーゼルパティキュレートフィルター）を適用する排気浄化装置が知られている（例えば、特許文献１）。ディーゼル微粒子捕集フィルターでは、ハニカム状のフィルターにＰＭを一時的に捕集し、昇温させることで堆積したＰＭを燃焼除去している。
【０００３】
ディーゼル微粒子捕集フィルターによるＰＭの捕集では、排気ガスの流速分布等により、ディーゼル微粒子捕集フィルターでのＰＭの堆積に分布が生じ、本来の堆積能力が発揮できない虞があった。このような背景から、特許文献１の技術では、筒状のディーゼル微粒子捕集フィルターの流路の中心部に開閉弁を設け、中心部の排気ガスの流通量を減少させＰＭの堆積の偏りを抑制していた。
【０００４】
しかし、近年、エンジンルームのレイアウトにより、ディーゼル微粒子捕集フィルターの流入通路が、排気ガスの流通方向に交差する方向から排気ガスを流入させる状態に備えられている場合がある。このような排気浄化装置では、排気ガスの流通方向に直交する面内において、流入通路の上流側と反対側であり排気ガスの流れが向かう側（排気ガスが向かう延長線上）には、排気ガスの流れが集中しやすい状況になっていた。
【０００５】
排気ガスが向かう延長線上の部位に排気ガスの流れが集中すると、部分的にＰＭの堆積量が多くなり、ディーゼル微粒子捕集フィルターでのＰＭの堆積の偏りが著しくなる虞があった。このため、ディーゼル微粒子捕集フィルターの流路の中心部排気ガスの流通量を減少させる技術を適用しただけでは、部分的にＰＭの堆積量が多くなることは解決されないのが現状であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１２−２４６８９５号公報
【発明の概要】
【０００７】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、排気ガスの流通方向に交差する方向から排気ガスがフィルターに流入しても、微粒子状物質の堆積の偏りを抑制することができる内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するための請求項１に係る本発明の内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の排気通路に設けられ、排気ガスが流通することで排気ガス中の微粒子状物質を捕集するフィルターと、前記フィルターの入口に配置され、前記フィルター内を流通する排気ガスの流通方向に交差する方向から排気ガスを前記フィルターに流入させる流入通路と、前記流通方向に直交する面内において、前記流入通路の上流側に近い上流側領域と下流側に近い下流側領域とを設け、前記下流側領域に排気ガスの流通抵抗を増加させる抵抗部材とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
請求項１に係る本発明では、流入通路からフィルターに流入する排気ガスは、フィルターでの流通方向に交差する方向となり、排気ガスの流通方向に直交する面内において、排気ガスが向かう延長線上の出口は、排気ガスの流れが集中しやすい状況になる。流入通路の上流側と反対側であり排気ガスの流れが向かう側のフィルターの出口（下流側領域）に抵抗部材が備えられているので、排気ガスが向かう延長線上の部位の排気ガスの流通抵抗が増加し、フィルターの全周に排気ガスが分散し、微粒子状物質の堆積の著しい偏りが抑制される。
【００１０】
このため、排気ガスの流通方向に交差する方向から排気ガスがフィルターに流入しても、微粒子状物質の堆積の偏りを抑制することが可能になる。
【００１１】
排気ガスの流通抵抗を増加させる抵抗部材としては、開閉する弁体や、流路面積を可変にする絞り部材、流路面積が異なる板材を適用することができる。
【００１２】
そして、請求項２に係る本発明の内燃機関の排気浄化装置は、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記フィルターの出口に配置され、前記フィルターの排気ガスの前記流通方向に交差する方向であって前記抵抗部材から遠ざかる方向へ排気ガスを流出させる流出通路を備えたことを特徴とする。
【００１３】
請求項２に係る本発明では、下流側領域であり微粒子状物質が堆積しやすい部位の排気ガスの流通抵抗を増加させることができる。
【００１４】
また、請求項３に係る本発明の内燃機関の排気浄化装置は、請求項１もしくは請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記抵抗部材は、回動中心軸を中心に弁体が回動する弁部材であることを特徴とする。
【００１５】
請求項３に係る本発明では、弁部材の弁体を回動させることにより流通抵抗を所望の状態に増加させることができる。
【００１６】
また、請求項４に係る本発明の内燃機関の排気浄化装置は、請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記弁部材は、前記弁体の流通抵抗に分布を形成する分布形成機構を有していることを特徴とする。
【００１７】
請求項４に係る本発明では、分布形成機構により、弁体の流通抵抗に分布を形成することで、弁体の開閉と相まって、流通抵抗を所望の任意の状態に調整することができる。
【００１８】
また、請求項５に係る本発明の内燃機関の排気浄化装置は、請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記分布形成機構は、前記弁体の前記回動中心軸が前記フィルターの出口の通路の端部に配されることで構成されていることを特徴とする。
【００１９】
請求項５に係る本発明では、弁体の回動中心軸がフィルターの出口の通路の端部に配されているので、弁体の端部から先端に向けて漸次流通抵抗を低くすることができる。つまり、排気ガスの流れが最も多くなるフィルターの端部近傍の流通抵抗を高くし、排気ガスの流れが少なくなるフィルターの中心部位の流通抵抗を低くし、端部から中心部位に向けて排気ガスの流通抵抗を漸次低くし、排気ガスの流れの状況に応じて漸次、排気ガスの流通量を変更して微粒子状物質の堆積の偏りを抑制することができる。
【００２０】
また、請求項６に係る本発明の内燃機関の排気浄化装置は、請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記分布形成機構は、前記弁体の回動中心軸寄りの流体流通面積に対し、前記回動中心軸の反対側の流体流通面積が広く形成されていることで構成されていることを特徴とする。
【００２１】
請求項５に係る本発明では、回動中心軸寄りの流体流通面積に対し、回動中心軸の反対側の流体流通面積が広く形成されているので、全閉の状態であっても弁体の端部から先端に向けて漸次流通抵抗を低くすることができ、出口での背圧を調整することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の内燃機関の排気浄化装置は、排気ガスの流通方向に交差する方向から排気ガスがフィルターに流入しても、微粒子状物質の堆積の偏りを抑制することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施例に係る排気浄化装置を備えた内燃機関の概略構成図である。
【図２】図１中のＩＩ−ＩＩ線矢視図である。
【図３】図１中のＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視図である。
【図４】図１中の矢印ＩＶ部の拡大図である。
【図５】本発明の他の実施例に係る排気浄化装置のフィルターの平面断面図である。
【図６】本発明の他の実施例に係る排気浄化装置のフィルターの側面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図１に基づいて内燃機関の概略を説明する。図１には本発明の一実施例に係る排気浄化装置を備えた内燃機関の概略を説明する要部の構成を示してある。
【００２５】
図に示すように、内燃機関（例えば、ディーゼルエンジン）１の排気管２には排気浄化装置３が備えられている。内燃機関１のシリンダブロック４のボア内にはピストン５が往復動自在に備えられ、ピストン５とシリンダヘッド６との間で燃焼室７が形成されている。ピストン５の往復動によりクランクシャフト８が回転駆動される。
【００２６】
シリンダヘッド６には吸気ポートを介して吸気マニホールド１１を含む吸気管１２が接続され、吸気ポートは吸気バルブにより開閉される。また、シリンダヘッド６には排気ポートを介して排気マニホールド１３を含む排気管２が接続され、排気ポートは排気バルブにより開閉される。シリンダヘッド６には燃焼室７に臨む燃料噴射弁１５が設けられ、燃料噴射弁１５には所定の燃圧に制御された高圧燃料が供給される。
【００２７】
吸気管１２及び排気管２の途中部にはターボチャージャ１６が設けられ、ターボチャージャ１６は、排気管２側にタービンが備えられ、タービンに連結されたコンプレッサが吸気管１２側に備えられている。内燃機関１の排気ガスが排気管２からターボチャージャ１６に送られると、排気ガスの流れによりタービンが回転し、タービンの回転に伴ってコンプレッサが回転して吸気管１２内の吸気が過給される。
【００２８】
ターボチャージャ１６の下流側の吸気管１２にはインタークーラー１７が配され、過給された吸気はインタークーラー１７で冷却されて燃焼室７に送られる。インタークーラー１７の下流側の吸気管１２にはスロットルバルブ１８が設けられ、スロットルバルブ１８の開閉により吸気流量が調整される。ターボチャージャ１６の下流側の排気管２に、図示しない酸化触媒、フィルターとしてのディーゼル微粒子捕集フィルター２１等からなる排気浄化装置３が備えられている。ディーゼル微粒子捕集フィルター２１では、排気ガス中の微粒子状物質（ＰＭ）が捕集される。
【００２９】
図１から図３に基づいて排気浄化装置３（ディーゼル微粒子捕集フィルター２１）の構成を具体的に説明する。図２には図１中のＩＩ−ＩＩ線矢視を示してあり、図１と異なる向きからのディーゼル微粒子捕集フィルター２１の側面視の状況、図３には図１中のＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視を示してあり、ディーゼル微粒子捕集フィルター２１の出口部位の平面視の状況を示してある。
【００３０】
図１、図２に示すように、ディーゼル微粒子捕集フィルター２１は排気ガスの流通方向が図中上下方向（垂直方向）に延びて配され、ディーゼル微粒子捕集フィルター２１の入口部には入口コーン部材２２が入口フランジ２３を介して結合されている。排気管２は図２中左右方向（水平方向）に延びて配され、排気ガスは、入口コーン部材２２で流通方向が下向きに指向されてディーゼル微粒子捕集フィルター２１に流入する。つまり、入口コーン部材２２は、ディーゼル微粒子捕集フィルター２１の排気ガスの流通方向（図中垂直方向）に対し、図中水平方向からの排気ガス（ディーゼル微粒子捕集フィルター２１の流通方向に交差する方向からの排気ガス）を流入させる流入通路となっている。
【００３１】
図１から図３に示すように、ディーゼル微粒子捕集フィルター２１の出口部には出口コーン部材２５が出口フランジ２６を介して結合されている。出口コーン部材２５からの排気管２は、例えば、下方に延びた後、入口側の排気管２の方向から９０度向きが変更されて延びている。つまり、出口コーン部材２５は、ディーゼル微粒子捕集フィルター２１の排気ガスの流通方向に交差する方向に排気ガスを流出させる流出通路となっており、後述する抵抗部材の部位を覆う状態、即ち、抵抗部材から遠ざかるように排気ガスを流出させるように配されている。
【００３２】
入口コーン部材２２、及び、出口コーン部材２５を備えたことにより、入口側の排気管２は、図１中紙面の手前側に延びて（図２中紙面の左右方向に延びて、図３中下側に延びて）配され、出口側の排気管２は、図１中紙面の左右方向に延びて（図２中紙面の手前側に延びて、図３中紙面の右側に延びて）配された状態になる。
【００３３】
入口側の排気管２がディーゼル微粒子捕集フィルター２１に対して交差し、入口側と出口側の排気管２の向きが交差しているので、即ち、ディーゼル微粒子捕集フィルター２１の排気ガスの流通方向に交差する方向からの排気ガスがディーゼル微粒子捕集フィルター２１に流入するので、排気ガスの流通方向に直交する面内において（図３に示した状況において）、入口コーン部材２２の上流側と反対側であり、排気ガスの流れが向かう側である出口側の排気管２の方向（排気ガスが向かう延長線上）の部位のディーゼル微粒子捕集フィルター２１の出口に排気ガスの流れが集中しやすい状況になっている。言い換えると、排気ガスがディーゼル微粒子捕集フィルター２１を流通する流通方向に直交する面を流入通路の上流側に近い上流側領域と下流側に近い下流側領域とに分けた場合に、下流側領域に排気ガスの流れが集中しやすい状況になる。
【００３４】
つまり、排気管２からの排気ガスは、入口コーン部材２２を通ってディーゼル微粒子捕集フィルター２１の排気ガスの流通方向に交差する方向から流入し、ディーゼル微粒子捕集フィルター２１では排気ガスが向かう延長線上の部位Ｐに排気ガスの流れが集中しやすく、部分的にＰＭの堆積量が多くなることが考えられる。
【００３５】
このため、排気ガスが向かう延長線上の部位Ｐにおけるディーゼル微粒子捕集フィルター２１の出口には、排気ガスの流通抵抗を増加させる抵抗部材が、排気ガスがディーゼル微粒子捕集フィルター２１を流通する流通方向に直交する面を流入通路の上流側に近い上流側領域と下流側に近い下流側領域とに分けた場合の下流側領域に備えられている。具体的には、回動中心軸を中心に弁体が回動する弁部材３１が備えられている。排気ガスが流入した際に、弁部材３１により、排気ガスが向かう延長線上の部位Ｐの排気ガスの流通抵抗を増加させる。これにより、ディーゼル微粒子捕集フィルター２１の全周に排気ガスを分散させることができ、ＰＭの堆積の著しい偏りが抑制される。
【００３６】
従って、排気ガスの流通方向に交差する方向から排気ガスがディーゼル微粒子捕集フィルター２１に流入しても、ＰＭの堆積の偏りを抑制することが可能になる。
【００３７】
抵抗部材として、回動中心軸を中心に弁体が回動する弁部材３１を備えた例を挙げて説明するが、抵抗部材としては、排気ガスの流路を任意の面積に絞る絞り部材をディーゼル微粒子捕集フィルター２１の出口に配したり、排気ガスの流路の面積を制限するために通路面積を異ならせた板材をディーゼル微粒子捕集フィルター２１の出口に配したりすることが可能である。
【００３８】
主に図３、図４に基づいて弁部材３１の構成を具体的に説明する。
【００３９】
ディーゼル微粒子捕集フィルター２１の出口側である出口コーン部材２５の出口フランジ２６（ディーゼル微粒子捕集フィルター２１の出口の通路の端部）には、排気ガスが向かう延長線上の部位Ｐに対応して、切欠き部位３２が形成され、切欠き部位３２には回動中心軸３３が回動自在に支持されて配されている。回動中心軸３３には弁体３４の基端側の一辺が固定され、弁体３４の先端側の部位は部位Ｐに対応して配されている。
【００４０】
回動中心軸３３を図示しない回動機構により回動させることで、弁体３４が回動中心軸３３を中心にして傾動し（開閉し）、排気ガスが向かう延長線上の部位Ｐの排気ガスの流通抵抗が任意の状態に設定される（増加される）。このため、弁部材３１の弁体３４を回動させることにより排気ガスの流通抵抗を所望の状態に増加させることができる。
【００４１】
弁体３４の回動中心軸３３がディーゼル微粒子捕集フィルター２１の出口の通路の端部である出口フランジ２６に配されているため、弁体３４は基端側の一辺が片持ち状態で支持され、開閉により弁体３４の基端部から先端に向けて排気ガスの流通方向の距離が長くなり、漸次流通抵抗を低くすることができる。つまり、弁体３４の流通抵抗に分布を形成する分布形成機構を有した構成となっている。分布形成機構により、弁体３４の流通抵抗に分布を形成することで、弁体３４の開閉と相まって、流通抵抗を所望の任意の状態に調整することができる。
【００４２】
従って、排気ガスの流れが最も多くなる弁体３４の基端側の端部近傍の流通抵抗を高くし、排気ガスの流れが少なくなるディーゼル微粒子捕集フィルター２１の中心部位の流通抵抗を低くし、端部から中心部位までの流通抵抗を漸次低くし、排気ガスの流れの状況に応じて漸次、排気ガスの流通量を変更してＰＭの堆積の偏りを抑制することができる。
【００４３】
上述した排気浄化装置３を備えたことにより、排気ガスの流通方向に交差する方向から排気ガスがディーゼル微粒子捕集フィルター２１に流入しても、出口側でのＰＭの堆積の偏りを抑制することが可能になる。
【００４４】
図５に基づいて分布形成機構の他の実施例を説明する。図５には本発明の他の実施例に係る排気浄化装置３のディーゼル微粒子捕集フィルター２１の平面断面を示してある。図５の状態は図３の状態に相当している。
【００４５】
図に示すように弁体４１の回動中心軸３３寄り（基端側）の流体流通面積に対し、回動中心軸３３の反対側（先端側）の流体流通面積が広く形成されている。即ち、弁体４１の回動中心軸３３寄り（基端側）には微小孔４２が多数形成され、弁体４１の回動中心軸３３の反対側（先端側）には、微小孔４２よりも大きい径の小孔４３が多数形成されている。
【００４６】
弁体４１に微小孔４２、小孔４３を形成したことにより、弁体４１が全閉にされた状態であっても、弁体４１の基端側から先端側に向けて排気ガスの流通抵抗を漸次低くすることができ、ディーゼル微粒子捕集フィルター２１の出口での背圧を調整することができる。
【００４７】
図６に基づいて抵抗部材の他の実施例を説明する。図６には本発明の他の実施例に係る抵抗部材（弁部材）を備えたフィルターの側面断面を示してある。図６は図２に相当する図であり、図２と同一部材には同一符号を付してある。
【００４８】
図に示すように、排気ガスが向かう延長線上の部位Ｐにおけるディーゼル微粒子捕集フィルター２１の出口に対応して、出口コーン部材２５には、排気ガスの流通抵抗を増加させる弁部材５１が備えられている。弁部材５１は、筒状の通路５２を備え、通路５２の内部にバタフライ弁５３が回動自在に支持されている。バタフライ弁５３を閉じることにより通路５２内の排気ガスの流通抵抗を増加させることができる。これにより、ディーゼル微粒子捕集フィルター２１の全周に排気ガスが分散し、ＰＭの堆積の著しい偏りが抑制される。
【００４９】
尚、図２に示した実施例において、図６に示した実施例と同様に、弁部材３１の弁体３４を覆う筒部材を設けることも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明は、微粒子状物質を捕集するフィルターを備えた内燃機関の排気浄化装置の制御装置の産業分野で利用することができる。
【符号の説明】
【００５１】
１  内燃機関（ディーゼルエンジン）
２  排気管
３  排気浄化装置
４  シリンダブロック
５  ピストン
６  シリンダヘッド
７  燃焼室
８  クランクシャフト
１１  吸気マニホールド
１２  吸気管
１３  排気マニホールド
１５  燃料噴射弁
１６  ターボチャージャ
１７  インタークーラー
１８  スロットルバルブ
２１  ディーゼル微粒子捕集フィルター
２２  入口コーン部材
２３  入口フランジ
２５  出口コーン部材
２６  出口フランジ
３１、５１  弁部材
３２  切欠き部位
３３  回動中心軸
３４、４１  弁体
４２  微小孔
４３  小孔
５２  通路
５３  バタフライ弁
【図１】
2016180386.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2016180386.tif 000007
【図６】
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