特許 6816555 ディーゼルエンジンの排気浄化装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6816555

(24)【登録日】2020年12月28日

(45)【発行日】2021年1月20日

(54)【発明の名称】ディーゼルエンジンの排気浄化装置

(51)【国際特許分類】

   F01N 3/24 20060101AFI20210107BHJP

   F01N 3/035 20060101ALI20210107BHJP

   B01D 53/94 20060101ALI20210107BHJP

【ＦＩ】

   F01N3/24 LZAB

   F01N3/035 E

   B01D53/94 241

【請求項の数】3

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2017-30891(P2017-30891)

(22)【出願日】2017年2月22日

(65)【公開番号】特開2018-135804(P2018-135804A)

(43)【公開日】2018年8月30日

【審査請求日】2020年2月7日

(73)【特許権者】

【識別番号】000000170

【氏名又は名称】いすゞ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001368

【氏名又は名称】清流国際特許業務法人

(74)【代理人】

【識別番号】100129252

【弁理士】

【氏名又は名称】昼間 孝良

(74)【代理人】

【識別番号】100155033

【弁理士】

【氏名又は名称】境澤 正夫

(74)【代理人】

【識別番号】100163061

【弁理士】

【氏名又は名称】山田 祐樹

(72)【発明者】

【氏名】藤野 竜介

【審査官】 坂口 達紀

(56)【参考文献】

【文献】 特開平５−２４００３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平８−６１０５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−７８６４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 英国特許出願公開第２２３６６９０（ＧＢ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０１Ｎ ３／００−３／３８，９／００−１１／００，

Ｂ０１Ｄ ５３／９４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ディーゼルエンジンの排気が通過するＰＭ除去用のフィルタと、前記フィルタの排気流動方向で上流側に配置された酸化触媒と、を有する排気浄化装置において、
前記酸化触媒の外側に配置されたヒートプロテクタを備え、
前記ヒートプロテクタは、前記酸化触媒の温度の上昇に応じて前記酸化触媒から離れる方向に変形する熱変形部を備え、
前記熱変形部は、フィルタ強制再生温度よりも低い、予め設定された所定温度になった場合に変形度合いが最大になるように構成されていることを特徴とするディーゼルエンジンの排気浄化装置。

【請求項2】

前記熱変形部は、前記酸化触媒の温度の上昇に応じて前記酸化触媒から離れる方向に屈曲するバイメタルによって構成されている請求項１記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。

【請求項3】

前記所定温度は、３００℃〜４００℃の範囲から選択された温度である請求項１又は２に記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。

【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の排気浄化装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、ディーゼルエンジンから排出された排気中のＰＭを浄化する排気浄化装置として、ＰＭ除去用のフィルタと、このフィルタよりも上流側に配置された酸化触媒とを有する排気浄化装置が知られている（例えば特許文献１参照）。このような排気浄化装置において、酸化触媒はその酸化触媒作用によって、排気中の一酸化窒素（ＮＯ）を二酸化窒素（ＮＯ_２）に変化させる酸化反応を促進させる。この酸化触媒において生成された二酸化窒素によって、フィルタに堆積したＰＭを燃焼させて、二酸化炭素（ＣＯ_２）として排出させることができる。これにより、フィルタを再生させることができる。

【0003】

また、従来、ディーゼルエンジンのフィルタを強制的に再生させるために、例えばポスト噴射等を行うことでディーゼルエンジンの排気の温度を所定のフィルタ強制再生処理温度（例えば６００℃）以上に昇温させて、フィルタのＰＭを強制的に燃焼させるフィルタ強制再生処理も一般に行われている。

【0004】

なお、本発明に関連する他の文献として、特許文献２が挙げられる。特許文献２には、触媒コンバータを収容するコンバーターケースと遮熱カバーとの間に冷却風が通過する冷却風通路を設け、この冷却風通路の上流開口部にバイメタル製の開閉弁を設ける技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１６−１８８５７９号公報

【特許文献2】特開平５−２４００３０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ところで、酸化触媒は、フィルタ強制再生温度よりも低温の所定温度において、二酸化窒素を効率的に生成することができる。このため、酸化触媒の温度をこのような所定温度の近傍に調整することができれば、フィルタ強制再生温度よりも低温の状態で酸化触媒から二酸化窒素をフィルタに効果的に供給することができ、フィルタにＰＭが堆積し難くすることができる。この結果、フィルタの強制再生処理の実行頻度を低減させて、燃費低減を図ることができる。しかしながら、従来、このような技術は開発されていなかった。

【0007】

本発明は、上記のことを鑑みてなされたものであり、その目的は、ディーゼルエンジンの排気浄化装置の酸化触媒の温度をフィルタ強制再生温度よりも低温の状態に調整してフィルタにＰＭが堆積し難くすることができ、以って、燃費低減を図ることができるディーゼルエンジンの排気浄化装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記目的を達成するため、本発明に係るディーゼルエンジンの排気浄化装置は、ディーゼルエンジンの排気が通過するＰＭ除去用のフィルタと、前記フィルタの排気流動方向で上流側に配置された酸化触媒と、を有する排気浄化装置において、前記酸化触媒の外側に配置されたヒートプロテクタを備え、前記ヒートプロテクタは、前記酸化触媒の温度の上昇に応じて前記酸化触媒から離れる方向に変形する熱変形部を備え、前記熱変形部は、フ
ィルタ強制再生温度よりも低い、予め設定された所定温度になった場合に変形度合いが最大になるように構成されていることを特徴とする。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、酸化触媒の温度の上昇に応じて酸化触媒の外側に配置されたヒートプロテクタの熱変形部の変形度合が増加して、酸化触媒の放熱率を増大させることができる。そして、熱変形部の温度がフィルタ強制再生温度よりも低温の所定温度になった場合に熱変形部の変形度合が最大になることで、酸化触媒の放熱率を最大にすることができる。この結果、酸化触媒の温度をフィルタ強制再生温度よりも低温の所定温度の近傍に調整することができる。これにより、フィルタにＰＭが堆積し難くすることができるので、フィルタ強制再生処理の実行頻度を低減させることができる。この結果、ディーゼルエンジンの燃費低減を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】実施形態に係るディーゼルエンジンシステムの構成を模式的に示す構成図である。

【図2】図２（ａ）は図１のＡ−Ａ線断面を模式的に示す模式的断面図である。図２（ｂ）はヒートプロテクタが変形した状態を模式的に示す模式的断面図である。

【図3】図３（ａ）は実施形態の変形例１に係る排気浄化装置について図２（ａ）と同様の断面を模式的に示す模式的断面図である。図３（ｂ）は実施形態の変形例２に係る排気浄化装置について図２（ａ）と同様の断面を模式的に示す模式的断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明の実施形態に係るディーゼルエンジンの排気浄化装置２０（以下、排気浄化装置２０と略称する）について、図面を参照しつつ説明する。なお、図面に関しては、構成が分かり易いように実際の製品から寸法を変化させており、各部材、各部品の板厚や幅や長さなどの比率は必ずしも実際の製品の比率と一致しているとは限らない。

【0012】

図１は、本実施形態に係る排気浄化装置２０が適用されたディーゼルエンジンシステム１の構成を模式的に示す構成図である。ディーゼルエンジンシステム１は、ディーゼルエンジン１０と、排気通路１２と、制御装置１３と、排気浄化装置２０とを備えている。ディーゼルエンジン１０は、複数の気筒１１を備えている。排気通路１２は、ディーゼルエンジン１０から排出された排気が通過する通路であり、その上流側端部が複数本に分岐して各々の気筒１１の排気ポートに接続している。制御装置１３は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を有するマイクロコンピュータを備えており、ディーゼルエンジン１０の運転状態を制御する。

【0013】

排気浄化装置２０は、排気通路１２の通路途中に配置されている。排気浄化装置２０は、ハウジング３０、酸化触媒４０、フィルタ５０、及びヒートプロテクタ６０を備えている。ハウジング３０は、酸化触媒４０及びフィルタ５０を内部に収容する排気管によって構成されている。このハウジング３０の内部を排気（Ｇ）が通過する。

【0014】

フィルタ５０は、ＰＭ除去用のフィルタである。具体的には、フィルタ５０は、フィルタ５０を通過する排気に含まれるＰＭを捕集することで、排気に含まれるＰＭを除去する。このような機能を有するものであれば、フィルタ５０の具体的な種類は特に限定されるものではないが、本実施形態においては、フィルタ５０の一例として、ウォールフロータイプのディーゼルパティキュレートフィルタを用いている。

【0015】

酸化触媒４０は、排気流動方向でフィルタ５０よりも上流側の部分に配置されている。酸化触媒４０は、例えば白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）等の貴金属触媒が担持された
構成を有している。酸化触媒４０は、その貴金属触媒の酸化触媒作用によって、排気中の一酸化窒素（ＮＯ）を二酸化窒素（ＮＯ_２）に変化させる酸化反応を促進させる。この酸化触媒４０において生成された二酸化窒素によって、フィルタ５０に堆積したＰＭを燃焼させて、二酸化炭素（ＣＯ_２）として排出させることができる。これにより、フィルタ５０を再生させることができる。

【0016】

また、本実施形態に係る制御装置１３は、予め設定された所定条件が満たされた場合に、フィルタ強制再生処理を実行する。このフィルタ強制再生処理の具体例として、本実施形態に係る制御装置１３は、メイン噴射よりも後の時期に気筒１１に燃料を噴射させるポスト噴射を実行することで、排気温度をフィルタ強制再生温度（本実施形態では、一例として６００℃とする）以上に上昇させる。

【0017】

なお、このフィルタ強制再生処理の具体例は、このようなポスト噴射に限定されるものではない。他の一例を挙げると、例えば、ディーゼルエンジンシステム１が排気通路１２のフィルタ５０よりも上流側の部分に、排気中に燃料を噴射する排気管インジェクタを備えている場合には、制御装置１３は排気管インジェクタから燃料を噴射させることで排気温度をフィルタ強制再生温度以上に上昇させてもよい。

【0018】

図２（ａ）は図１のＡ−Ａ線断面を模式的に示す模式的断面図である。図２（ｂ）はヒートプロテクタ６０が変形した状態を模式的に示す模式的断面図である。なお、図１及び図２（ａ）においてヒートプロテクタ６０は、変形していない状態で図示されている。また、図２には右手系のＸ−Ｙ−Ｚの直交座標が参考用として図示されている。ヒートプロテクタ６０は、酸化触媒４０の外側に配置されている。具体的には、本実施形態に係るヒートプロテクタ６０は、酸化触媒４０の外周側面４１の外側に、酸化触媒４０との間にハウジング３０を介するようにして、配置されている。

【0019】

また、ヒートプロテクタ６０は、酸化触媒４０の温度の上昇に応じて昇温することで変形する熱変形部６１を少なくとも有している。この熱変形部６１は、変形した場合に酸化触媒４０から離れる方向に変形して、酸化触媒４０の放熱率ηを増大させる。この放熱率ηは、酸化触媒４０の放熱量Ｑ_０を、酸化触媒４０の温度Ｔ_ｃと酸化触媒４０の周囲の温度（例えば外気温）Ｔ_０との温度差△Ｔで除した値であり、「η＝Ｑ_０／△Ｔ」となる値である。

【0020】

なお、本実施形態においては、ヒートプロテクタ６０の全体が熱変形部６１によって構成されている。但し、ヒートプロテクタ６０の構成はこの構成に限定されるものではなく、例えばヒートプロテクタ６０は、その一部分にのみ熱変形部６１を有する構成とすることもできる。この場合、ヒートプロテクタ６０は、酸化触媒４０からの放熱を開始させたい箇所に熱変形部６１を備えていることが好ましい。

【0021】

また、本実施形態に係る熱変形部６１は、酸化触媒４０の温度の上昇に応じて酸化触媒４０から離れる方向に屈曲するバイメタルによって構成されている。すなわち、本実施形態に係るヒートプロテクタ６０はその全体がバイメタルからなるヒートプロテクタとなっている。

【0022】

また、本実施形態に係るヒートプロテクタ６０の熱変形部６１は、変形（屈曲）していない状態の場合、平板状態になっている（図１、図２（ａ）参照）。このとき、熱変形部６１は、酸化触媒４０の外周側面４１のうちヒートプロテクタ６０が覆っている部分からの放熱を全体的に抑制している。そして、熱変形部６１は、図２（ｂ）に示すように、屈曲した場合、熱変形部６１の上流側端部が酸化触媒４０から離れる方向に屈曲して、屈曲した部分（具体的には屈曲してハウジング３０から離れた部分）から酸化触媒４０の熱を
放熱させる。

【0023】

また、熱変形部６１は、フィルタ強制再生温度（本実施形態では６００℃）よりも低い、予め設定された所定温度になった場合に、熱変形部６１の変形度合（屈曲度合い）が最大になるように構成されている。

【0024】

本実施形態においては、上記の所定温度の一例として、フィルタ強制再生温度よりも低い温度範囲のうち、酸化触媒４０において二酸化窒素を効率的に生成できる温度（すなわち、酸化触媒４０において二酸化窒素が生成され易い温度）を用いている。ここで、本実施形態において、この酸化触媒４０において二酸化窒素を効率的に生成できる温度は３００℃〜４００℃の温度範囲である。

【0025】

そこで、本実施形態においては、この所定温度の一例として、３００℃〜４００℃（３００℃以上、４００℃以下）の範囲から選択された温度を用いている。より具体的には、この所定温度の一例として、３５０℃を用いている。すなわち、本実施形態に係る熱変形部６１としてのバイメタルは、３５０℃になった場合に屈曲度合いが最大になるように調整されている。このように熱変形部６１の屈曲度合いが最大になった場合、熱変形部６１の上流側端部は酸化触媒４０の外周側面４１から最も離れた状態になる。

【0026】

なお、前述したように、本実施形態に係る熱変形部６１は上流側端部が屈曲してハウジング３０から離れているが、熱変形部６１の屈曲箇所はこれに限定されるものではない。他の一例を挙げると、例えば、熱変形部６１は下流側端部が屈曲して酸化触媒４０から離れる方向に変位する構成とすることもでき、あるいは、熱変形部６１の他の部位が屈曲して酸化触媒４０から離れる方向に変位する構成とすることもできる。

【0027】

また、本実施形態に係る排気浄化装置２０は、ヒートプロテクタ６０を１個備えているが、ヒートプロテクタ６０の個数はこれに限定されるものではない。例えば、排気浄化装置２０は、ヒートプロテクタ６０を複数個備えていてもよい（これについては、後述する図３で説明する変形例を参照）。

【0028】

続いて、本実施形態に係る排気浄化装置２０の作用効果について説明する。ディーゼルエンジン１０の排気温度が上昇していき、これにより酸化触媒４０の温度が上昇した場合、ヒートプロテクタ６０の熱変形部６１の温度も上昇していく。熱変形部６１の温度が所定温度（これはフィルタ強制再生温度よりも低い温度である）に近づくに従って、熱変形部６１の変形度合いは増大していく。これにより、酸化触媒４０の放熱率を増加させることができる。そして、熱変形部６１の温度が所定温度になった場合、熱変形部６１の変形度合いが最大になる結果、酸化触媒４０の放熱率を最大にすることができる。このようにして、本実施形態によれば、ヒートプロテクタ６０の熱変形部６１によって、酸化触媒４０の温度を所定温度の近傍に調整することができる。これにより、酸化触媒４０は、フィルタ強制再生温度よりも低温の状態で二酸化窒素を効果的に発生させてフィルタ５０に供給することができる。この結果、フィルタ５０にＰＭが堆積し難くすることができるので、例えばポスト噴射等のフィルタ強制再生処理の実行頻度を低減させることができる。これにより、ディーゼルエンジン１０の燃費低減を図ることができる。

【0029】

（実施形態の変形例）
図３（ａ）は実施形態の変形例１に係る排気浄化装置２０ａについて図２（ａ）と同様の断面を模式的に示す模式的断面図である。図３（ｂ）は実施形態の変形例２に係る排気浄化装置２０ｂについて図２（ａ）と同様の断面を模式的に示す模式的断面図である。

【0030】

図３（ａ）に示す排気浄化装置２０ａは、ヒートプロテクタ６０ａをさらに備えている
点において、図２（ａ）の排気浄化装置２０と異なっている。すなわち、排気浄化装置２０ａは合計２個のヒートプロテクタを備えている。ヒートプロテクタ６０ａは、酸化触媒４０の−Ｚ方向側の外周側面４１の外側に配置されている。すなわち、本変形例に係る排気浄化装置２０ａは、合計２個のヒートプロテクタが酸化触媒４０を挟むようにして、酸化触媒４０の外周側面４１の外側にハウジング３０を介して配置されている。

【0031】

図３（ｂ）に示す排気浄化装置２０ｂは、ヒートプロテクタ６０ｂ及びヒートプロテクタ６０ｃをさらに備えている点において、図３（ａ）の排気浄化装置２０ａと異なっている。ヒートプロテクタ６０ｂは酸化触媒４０のＹ方向側の外周側面４１の外側に配置されており、ヒートプロテクタ６０ｃは酸化触媒４０の−Ｙ方向側の外周側面４１の外側に配置されている。すなわち、本変形例に係る排気浄化装置２０ｂは、合計４個のヒートプロテクタが酸化触媒４０の外周側面４１の外側を囲むように配置されている。

【0032】

ヒートプロテクタ６０ａ，６０ｂ，６０ｃの構造はヒートプロテクタ６０と同様である。具体的には、ヒートプロテクタ６０ａ，６０ｂ，６０ｃは、それぞれ熱変形部６１を備えている。この熱変形部６１は、酸化触媒４０の温度に応じて、例えば上流側端部が変形（具体的には屈曲）する。また、熱変形部６１は所定温度（例えば３００℃〜４００℃）になった場合に変形度合（屈曲度合い）が最大になる。そして、熱変形部６１はバイメタルによって構成されている。

【0033】

本変形例に係る排気浄化装置２０ａ及び排気浄化装置２０ｂにおいても、前述した排気浄化装置２０と同様に、酸化触媒４０の温度をフィルタ強制再生温度よりも低温の状態に調整することができる。これにより、フィルタ５０にＰＭが堆積し難くすることができ、以って、ディーゼルエンジン１０の燃費低減を図ることができる。

【0034】

以上本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

【符号の説明】

【0035】

１ ディーゼルエンジンシステム
１０ ディーゼルエンジン
１２ 排気通路
２０，２０ａ，２０ｂ 排気浄化装置
３０ ハウジング
４０ 酸化触媒
４１ 外周側面
５０ フィルタ
６０，６０ａ，６０ｂ，６０ｃ ヒートプロテクタ
６１ 熱変形部

【図1】

【図2】

【図3】