(57)【要約】【課題】排気ガス中のパティキュレート・マターを燃焼させるための排気ガス処理装置の占有スペースの低減を図る。【解決手段】排気管２２の途中には分離装置２３が介在されている。分離装置２３は、収納器２３１と、収納器２３１内に収納されたパティキュレートフィルタ２３２とからなる。排気ガス中のパティキュレート・マターは、パティキュレートフィルタ２３２で捕集される。吸気管１７には空気供給管２４が分岐接続されている。空気供給管２４は、分離装置２３の収納器２３１に接続されており、空気供給管２４の途中には熱交換器２５が介在されている。過給機１９から送り出される空気の一部は、空気供給管２４及び熱交換器２５を経由して分離装置２３内へ送り込まれる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の燃焼室から排出された排気ガス中のパティキュレート・マターを処理する内燃機関における排気ガス処理装置において、
前記パティキュレート・マターを含む前記排気ガスの排気経路に空気を送り込む送り込みポンプが設けられている内燃機関における排気ガス処理装置。
【請求項２】
前記排気経路に接続する空気供給経路が設けられており、前記送り込みポンプは、前記空気供給経路中または前記空気供給経路より上流に配置され、前記送り込みポンプから送り出される空気は、前記空気供給経路を介して前記排気経路に送り込まれる請求項１に記載の内燃機関における排気ガス処理装置。
【請求項３】
前記排気経路中に排気ガス中からパティキュレート・マターを分離する分離手段が備えられており、前記分離手段は、分離されたパティキュレート・マターを集積する集積場所を備え、前記空気供給経路は、前記集積場所に接続されている請求項２に記載の内燃機関における排気ガス処理装置。
【請求項４】
前記空気供給経路中に空気を加熱する熱交換器が設けられている請求項２または３に記載の内燃機関における排気ガス処理装置。
【請求項５】
前記熱交換器は、前記内燃機関の燃焼熱を受熱する請求項４に記載の内燃機関における排気ガス処理装置。
【請求項６】
前記送り込みポンプは、排気ガス流を利用して駆動される請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の内燃機関における排気ガス処理装置。
【請求項７】
前記送り込みポンプは、前記燃焼室へ空気を過給する過給機である請求項６の内燃機関における排気ガス処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の燃焼室から排出された排気ガス中のパティキュレート・マターを処理する内燃機関における排気ガス処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
排気ガス中のパティキュレート・マターを燃焼させる技術思想が特許文献１に開示されている。排気ガス中のパティキュレート・マターは、フィルタを用いて排気ガス中から分離され、フィルタに堆積したパティキュレート・マターは、エアタンクに貯留されている高圧空気をフィルタに吹き付けることによってフィルタから解離される。フィルタから解離されたパティキュレート・マターは、１箇所に集積される。集積されたパティキュレート・マターには前記エアタンク内の空気が吹き付けられ、電気ヒータの熱がパティキュレート・マターを燃焼するための着火に用いられる。
【特許文献１】実開平５−２１１１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、エアタンク内の高圧空気がなくならないように適宜エアタンクに空気を補給する必要があり、そのための補給手段が必要になる。エアタンク及び補給手段を備えた排気ガス処理装置の採用は、これらのための占有スペースを内燃機関の周りに必要とすることになり、排気ガス処理装置付きの内燃機関の占有スペースが大きくなってしまう。
【０００４】
本発明は、排気ガス中のパティキュレート・マターを燃焼させるための排気ガス処理装置の占有スペースの低減を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、内燃機関の燃焼室から排出された排気ガス中のパティキュレート・マターを処理する内燃機関における排気ガス処理装置を対象とし、請求項１の発明では、前記パティキュレート・マターを含む前記排気ガスの排気経路に空気を送り込む送り込みポンプが設けられている。
【０００６】
パティキュレート・マターを含む排気ガスとは、パティキュレート・マターを分離処理する前の排気ガス、又はパティキュレート・マターを燃焼処理する前の排気ガスのことである。排気経路内に送り込まれた空気が前記排気経路内のパティキュレート・マターに触れると、パティキュレート・マターが燃焼する。空気が送り込みポンプから排気経路内に直接送り込まれるため、エアタンク及びエア補給手段が不要であり、排気ガス処理装置の占有スペースが低減する。
【０００７】
好適な例では、前記排気経路に接続する空気供給経路が設けられており、前記送り込みポンプは前記空気供給経路中または前記空気供給経路より上流に配置され、前記送り込みポンプから送り出される空気は、前記空気供給経路を介して前記排気経路に送り込まれる。
【０００８】
空気が送り込みポンプから空気供給経路に直接送り込まれるため、エアタンク及びエア補給手段が不要であり、排気ガス処理装置の占有スペースが低減する。
好適な例では、前記排気経路中に排気ガス中からパティキュレート・マターを分離する分離手段が備えられており、前記分離手段は、分離されたパティキュレート・マターを集積する集積場所を備え、前記空気供給経路は、前記集積場所に接続されている。
【０００９】
集積されたパティキュレート・マターは、燃焼させ易い。
好適な例では、前記空気供給経路中に空気を加熱する熱交換器が設けられている。
加熱された空気は、パティキュレート・マターを燃焼させ易い。
【００１０】
好適な例では、前記熱交換器は、前記内燃機関の燃焼熱を受熱する。
内燃機関の燃焼熱は、空気を加熱する熱として好適である。
好適な例では、前記送り込みポンプは、排気ガス流を利用して駆動される。
【００１１】
排気ガス流によって作動される送り込みポンプは、省エネ効果をもたらす。
好適な例では、前記送り込みポンプは、前記燃焼室へ空気を過給する過給機である。
燃焼室へ空気を過給する過給機は、専用の送り込みポンプを不要にする。又、過給機によって送り出される空気は圧縮されるため、過給機から送り出された空気の温度が高くなる。高温化された空気は、パティキュレート・マターを燃焼させ易い。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、排気ガス中のパティキュレート・マターを燃焼させるための排気ガス処理装置の占有スペースの低減を図ることができるという優れた効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明をディーゼルエンジンに具体化した第１の実施形態を図１（ａ），（ｂ）に基づいて説明する。図１（ｂ）は、図１（ａ）の模式図である。
図１（ａ）に示すように、ディーゼルエンジン１０（内燃機関）は、図示しないシリンダに設けられた複数の燃焼室１１〔本実施形態では４つ〕を備えており、前記シリンダに連結されたシリンダヘッド１２には燃焼室１１毎に電磁式の燃料噴射ノズル１３が取り付けられている。燃料噴射ノズル１３は、燃料を燃焼室１１内へ噴射する。
【００１４】
燃料は、燃料ポンプ１４及びコモンレール１５を経由して燃料噴射ノズル１３へ供給され、燃料噴射ノズル１３は、各燃焼室１１内に燃料を噴射する。燃料噴射ノズル１３は、図示しない制御装置の制御を受ける。
【００１５】
シリンダヘッド１２にはインテークマニホールド１６が接続されている。インテークマニホールド１６には吸気管１７が接続されており、吸気管１７にはエアクリーナ１８が接続されている。吸気経路を構成する吸気管１７の途中には、上流側より、過給機１９のコンプレッサ部１９１及びスロットル弁２０が配設されている。過給機１９は、排気ガス流によって作動される公知のターボチャージャーである。スロットル弁２０は、吸気管１７に吸入される空気流量を調整するためのものである。
【００１６】
シリンダヘッド１２にはエキゾーストマニホールド２１が接続されており、エキゾーストマニホールド２１には排気管２２が接続されている。排気管２２の途中には過給機１９のタービン部１９２及び分離装置２３が介在されている。分離装置２３は、収納器２３１と、収納器２３１内に収納されたパティキュレートフィルタ２３２とからなる。パティキュレートフィルタ２３２は、パティキュレート・マターを捕集するためのフィルタである。燃焼室１１から排出された排気ガスは、エキゾーストマニホールド２１、排気管２２、タービン部１９２及び分離装置２３を経由して大気に放出される。
【００１７】
吸気経路に関してスロットル弁２０より上流の吸気管１７には空気供給管２４が分岐接続されている。空気供給管２４は、分離装置２３の収納器２３１に接続されており、空気供給管２４の途中には熱交換器２５が介在されている。エアクリーナ１８から吸気管１７へ流入した空気の一部は、空気供給管２４へ流れる。空気供給経路である空気供給管２４を流れる空気は、熱交換器２５内を通過する。熱交換器２５は、ディーゼルエンジン１０の前記シリンダあるいはシリンダヘッド１２に取り付けられている。熱交換器２５は、ディーゼルエンジン１０の燃焼熱を受熱して熱交換器２５内を流れる空気へ伝達する。
【００１８】
排気管２２を流れる排気ガス流によって作動している過給機１９は、エアクリーナ１８から吸気管１７へ流入した空気を圧縮して送り出す。過給機１９から送り出された空気の一部は、インテークマニホールド１６へ流入し、過給機１９から送り出された空気の残りは、空気供給管２４へ流入する。空気供給管２４へ流入した空気は、熱交換器２５を介してディーゼルエンジン１０の燃焼熱の一部を受け取り、ディーゼルエンジン１０の燃焼熱の一部を受け取った空気は、加熱される。熱交換器２５において加熱された空気は、分離装置２３の収納器２３１内へ流入する。収納器２３１内には排気管２２から排気ガスが流入しており、収納器２３１内のパティキュレートフィルタ２３２は、収納器２３１内に流入した排気ガス中のパティキュレート・マターを捕集する。収納器２３１内は、排気ガスの熱によって高温（パティキュレート・マターの燃焼に必要な温度よりも高い温度）になっているため、パティキュレートフィルタ２３２に捕集されたパティキュレート・マターは、空気供給管２４から分離装置２３の収納器２３１へ流入した空気に触れて燃焼する。
【００１９】
過給機１９は、排気ガス流を利用して空気を空気供給管２４へ送り込む送り込みポンプである。分離装置２３は、排気ガス中からパティキュレート・マターを分離する分離手段であり、且つ、分離されたパティキュレート・マターを集積する集積場所である。エキゾーストマニホールド２１、エキゾーストマニホールド２１から分離装置２３に至る間の排気管２２及び分離装置２３は、パティキュレート・マターを含む排気ガスの排気経路を構成する。
【００２０】
第１の実施形態では以下の効果が得られる。
（１）空気供給管２４から分離装置２３へ送られる空気は、過給機１９の作動によって空気供給管２４へ直接送り込まれる。過給機１９は、空気を過給するため、分離装置２３内のパティキュレート・マターを燃焼するのに必要な多量の空気が分離装置２３内へ送り込まれる。過給機１９、空気供給管２４及び分離装置２３を備えた排気ガス処理装置は、特許文献１に開示のようなエアタンク及びエア補給手段を不要にする。エアタンク及びエア補給手段を備えない本実施形態の排気ガス処理装置の占有スペースは、エアタンク及びエア補給手段を備えた従来の排気ガス処理装置に比べて低減する。
【００２１】
（２）パティキュレートフィルタ２３２に捕集されたパティキュレート・マターは、パティキュレートフィルタ２３２に集積している。そのため、分離装置２３というパティキュレート・マターの集積場所に空気を集中的に供給すれば、集積しているパティキュレート・マターと空気とが接触し易い。つまり、集積されたパティキュレート・マターは、燃焼させ易い。分離装置２３というパティキュレート・マターの集積場所に空気供給管２４を接続した構成は、集積されたパティキュレート・マターに空気を集中させてパティキュレート・マターを燃焼させ易い。
【００２２】
（３）パティキュレートフィルタ２３２に捕集されているパティキュレート・マターをパティキュレートフィルタ２３２から解離させることなくパティキュレートフィルタ２３２上で直接燃焼することができる。
【００２３】
（４）分離装置２３内の温度が低い場合（パティキュレート・マターの燃焼に必要な温度よりも低い場合）には、分離装置２３内のパティキュレート・マターは燃焼しない。そのため、分離装置２３内の温度を可及的に下げないようにすることが重要である。
【００２４】
分離装置２３内へ供給される空気は、熱交換器２５を通されるために、加熱される。熱交換器２５を通されて加熱された空気は、加熱されていない空気に比べて、分離装置２３内の温度低下を少なくする。つまり、熱交換器２５を通されて加熱された空気は、分離装置２３内のパティキュレート・マターを燃焼させ易い。
【００２５】
（５）熱交換器２５は、燃焼によって生じる熱を空気供給管２４内の空気に伝達する。分離装置２３内へ供給される空気を加熱する熱としてディーゼルエンジン１０の燃焼熱（排熱）を利用する構成は、パティキュレート・マターを燃焼させる上で、無駄のない構成である。
【００２６】
（６）過給機１９から送り出される空気は、圧縮されて温度上昇する。温度上昇した空気は、分離装置２３内のパティキュレート・マターの燃焼の容易性に寄与する。排気ガスの運動エネルギーを空気の予熱に変換する過給機１９は、省エネ効果をもたらす。
【００２７】
（７）燃焼室１１へ空気を過給する過給機１９は、専用の送り込みポンプを不要にする。
次に、図２〜図７の各実施形態を説明する。各実施形態のいずれにおいても、第１の実施形態と同じ構成部には同じ符号を用い、その詳細説明は省略する。
【００２８】
図２の第２の実施形態では、第１の実施形態における熱交換器２５が無くされているが、過給機１９から送り出される空気が予熱されて空気供給管２４へ送り込まれる。第２の実施形態では、第１の実施形態における（１），（２），（３），（６），（７）項と同様の効果が得られる。
【００２９】
図３の第３の実施形態では、エアクリーナ１８から吸気管１７へ流入した空気はそのまま、全量がディーゼルエンジン１０のインテークマニホールドへ供給される。一方、空気供給管２４Ａが吸気管１７から分離して設けられており、空気供給管２４Ａの途中には過給機１９のコンプレッサ部１９１及び熱交換器２５Ａ介在されている。コンプレッサ部１９１の下流にある熱交換器２５Ａは、エンジン冷却用の冷却水から熱を受け取って空気供給管２４Ａを流通する空気に伝達する。熱交換器２５Ａに流入する冷却水は、ディーゼルエンジン１０から熱を受け取った後の冷却水である。熱交換器２５Ａは、冷却水を介してディーゼルエンジン１０の燃焼熱（排熱）を取り出している。
【００３０】
第３の実施形態では、第１の実施形態における（１）〜（６）項と同様の効果が得られる。
図４の第４の実施形態では、熱交換器２５Ａがコンプレッサ部１９１の上流側にある点のみが第３の実施形態と異なる。第４の実施形態では、第３の実施形態と同様の効果が得られる。
【００３１】
図５の第５の実施形態では、過給機１９に代えて電動ポンプ２６が配置されている。電動ポンプ２６から空気供給管２４Ａへ空気が送り込まれる。電動ポンプ２６としては、例えばダイヤフラムポンプ、スクリューポンプ、スクロール型圧縮機等が用いられる。電動ポンプ２６は、図示しない制御装置の制御を受ける。熱交換器２５は、第1の実施形態と同様、ディーゼルエンジン１０のシリンダあるいはシリンダヘッド１２に取り付けられ、ディーゼルエンジン１０の燃焼熱を受熱して熱交換器２５内を流れる空気へ伝達する。
【００３２】
第５の実施形態では、第１の実施形態における（１）〜（５）項と同様の効果が得られる上に、以下の効果が得られる。
電動ポンプ２６の採用は、空気供給管２４Ａへの空気送り込みのタイミング及び送り込み期間の選択を可能にする。例えば、パティキュレートフィルタ２３２〔図１（ａ）参照〕におけるパティキュレート・マターの捕集量が多くなってパティキュレートフィルタ２３２の捕集機能が低下しそうになったときに、電動ポンプ２６を所定時間作動させ、分離装置２３の捕集機能が低下しない間は、電動ポンプ２６の作動を停止しておくことができる。
【００３３】
前記所定時間は、パティキュレートフィルタ２３２に捕集されたパティキュレート・マターを全て焼き切るのに必要な時間以上に設定される。捕集機能の低下は、例えば燃料噴射量の積算量を算出することによって予測できる。
【００３４】
空気供給管２４への間欠的な空気の送り込みは、空気供給管２４へ空気を連続的に送り込む場合に比べて、分離装置２３内の温度低下を少なくする。
図６の第６の実施形態では、第５の実施形態に対して、熱交換器２５に代えて熱交換器２５Ｂが排気管２２の途中と空気供給管２４Ａの途中とに介在されている。熱交換器２５Ｂは、排気管２２を流れる排気ガスの熱を空気供給管２４Ａを流れる空気に伝達する。
【００３５】
第６の実施形態では、第５の実施形態と同様の効果が得られる。
図７の第７の実施形態では、第５の実施形態に対してエキゾーストマニホールド２１〔図１（ａ）参照〕に接続された第１排気管２２Ａには分離装置２３に代えて旋回用筒２７が接続されている。又、熱交換器２５に代えて熱交換器２５Ａが配置されている。旋回用筒２７は、円筒家状の円筒周壁２７１と、円筒周壁２７１の下部に連なる円錐形状の円錐周壁２７２と、円筒周壁２７１の上部に連なる蓋２７３とから構成されている。円錐周壁２７２の下部には集積筒２８が連結されている。第１排気管２２Ａは、円筒周壁２７１を貫通して旋回用筒２７内に連通されている。
【００３６】
旋回用筒２７には第２排気管２２Ｂが接続されている。第２排気管２２Ｂは、蓋２７３を貫通して旋回用筒２７内に連通されている。第１排気管２２Ａ内の排気ガスは、旋回用筒２７内へ流入し、旋回用筒２７内へ流入した排気ガスは、旋回用筒２７内の第２排気管２２Ｂの周囲を旋回する。排気ガスが旋回用筒２７内を旋回すると、排気ガス中からパティキュレート・マターが分離される。分離されたパティキュレート・マターは、落下して集積筒２８内に集積される。旋回用筒２７内を旋回した排気ガスは、第２排気管２２Ｂ内へ流入する。第１排気管２２Ａ、旋回用筒２７及び第２排気管２２Ｂは、排気ガスを旋回させて排気ガス中のパティキュレート・マターを分離する旋回手段（分離手段）を構成する。
【００３７】
集積筒２８には空気供給管２４Ａが接続されている。空気供給管２４Ａ内の空気は、集積筒２８内に流入する。集積筒２８内という集積場所に集積されたパティキュレート・マターは、空気供給管２４Ａからの空気の流入によって燃焼する。
【００３８】
第７の実施形態では、第１の実施形態における（１），（２），（４），（５）項、及び第５の実施形態と同様の効果が得られる。
本発明では以下のような実施形態も可能である。
【００３９】
○第５，６の実施形態において、分離装置２３の収納器２３１に電動ポンプ２６を取り付け、電動ポンプ２６から直接分離装置２３内に空気を送り込むようにしてもよい。
○第７の実施形態において、集積筒２８に電動ポンプ２６を取り付け、電動ポンプ２６から直接集積筒２８内に空気を送り込むようにしてもよい。
【００４０】
○第５〜第７の実施形態において、熱交換器２５，２５Ａ，２５Ｂを無くしてもよい。
○第１の実施形態において、スロットル弁２０より上流の吸気管１７の途中に、吸気管１７内を流れる空気を冷却するためのインタークーラーを設け、インタークーラーよりも上流の吸気管１７に空気供給管２４を分岐接続してもよい。インタークーラーで冷却された空気は、空気供給管２４へは流れずに燃焼室１１内へ流入する。冷却されて密度を増した空気は、エンジン出力を向上する上で好ましい。
【００４１】
○熱交換器２５Ａについて、熱媒体としてエンジン冷却用の冷却水に限らず、エンジンオイルでもよい。
○排気ガスからパティキュレート・マターを分離する分離手段を無くし、送り込みポンプから空気供給管へ送り出された空気を排気経路内に送り込むようにしてもよい。排気経路内のパティキュレート・マターは、排気経路内に送り込まれた空気に触れて燃焼する。
【００４２】
○本発明をガソリンエンジンに適用してもよい。
前記した実施形態から把握できる技術思想をその効果と共に記載する。
〔１〕前記分離手段は、パティキュレートフィルタ収納器内にパティキュレートフィルタを収納した分離装置である請求項３に記載の内燃機関における排気ガス処理装置。
【００４３】
パティキュレートフィルタに捕集されているパティキュレート・マターをパティキュレートフィルタ上で直接燃焼することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】第１の実施形態を示し、（ａ）は、内燃機関及び排気ガス処理装置の概略構成図。（ｂ）は、模式図。
【図２】第２の実施形態を示す模式図。
【図３】第３の実施形態を示す模式図。
【図４】第４の実施形態を示す模式図。
【図５】第５の実施形態を示す模式図。
【図６】第６の実施形態を示す模式図。
【図７】第７の実施形態を示す模式図。
【符号の説明】
【００４５】
１０…内燃機関としてのディーゼルエンジン。１１…燃焼室。１９…送り出しポンプとしての過給機。２２，２２Ａ，２２Ｂ…排気経路を構成する排気管。２３…分離手段及び集積場所である分離装置。２４，２４Ａ…空気供給経路としての空気供給管。２５，２５Ａ，２５Ｂ…熱交換器。２８…集積場所としての集積筒。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2009293405.tif 000009