特許 7480889 異物侵入防止構造

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-04-30

(45)【発行日】2024-05-10

(54)【発明の名称】異物侵入防止構造

(51)【国際特許分類】

   F02M 26/35 20160101AFI20240501BHJP

   F01N 3/00 20060101ALI20240501BHJP

   F02M 26/05 20160101ALI20240501BHJP

【ＦＩ】

F02M26/35 B

F01N3/00 A

F02M26/05

F02M26/35 D

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2023089941

(22)【出願日】2023-05-31

【審査請求日】2023-06-01

(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】110002952

【氏名又は名称】弁理士法人鷲田国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】三輪 純一

【審査官】津田 真吾

(56)【参考文献】

【文献】特開２００８－１８０１９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－５５１８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－８８７７６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０２Ｍ ２６／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

内燃機関と、
前記内燃機関のシリンダへ外気を導入する吸気マニフォルドと、
前記内燃機関のシリンダから排出される排気ガスを集める排気マニフォルドと、
前記排気マニフォルドと排気ダクトを介して接続された排気ガス浄化装置と、
前記排気ガスの一部を前記排気マニフォルドから前記排気ガス浄化装置を経由せずに前記吸気マニフォルドへ送る排気ガス再循環装置と、
前記排気マニフォルドから前記排気ガス再循環装置への入り口近傍に設けた侵入防止網と、
を有し、
前記侵入防止網は、半球状に形成した粗い網状の２つの外殻部材の中にスチールウールを収納したものである、
異物侵入防止構造。

【請求項2】

前記侵入防止網は前記排気マニフォルドと前記排気ガス再循環装置の間に位置する、
請求項１に記載の異物侵入防止構造。

【請求項3】

前記排気ガス再循環装置は前記排気マニフォルドに接続する上流側配管を有し、前記上流側配管の上流側端部にフランジが形成され、
前記排気マニフォルドに前記上流側配管のフランジが接合される排気マニフォルド側フランジが形成され、
前記侵入防止網は前記排気マニフォルド側フランジと前記上流側配管のフランジに挟持されて取り付けられる、
請求項２に記載の異物侵入防止構造。

【請求項4】

前記排気ガス再循環装置は、前記排気マニフォルドから下方へ向けて接続されている、
請求項１に記載の異物侵入防止構造。

【請求項5】

前記侵入防止網を設ける位置は、内燃機関の通常運転時、未燃焼燃料の蒸気圧が排気ガスの圧力と等しくなる温度以上の温度となる位置である、
請求項１に記載の異物侵入防止構造。

【請求項6】

前記侵入防止網を設ける位置は、内燃機関の通常運転時、３６０℃以上となる位置である、
請求項５に記載の異物侵入防止構造。

【請求項7】

前記侵入防止網の開口面積は、中央粒径330μmの粒子を50%以上捕集できるものである、
請求項１に記載の異物侵入防止構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、煤や炭化水素から成る粒子等の異物がＥＧＲ経路へ侵入することを防止する技術に関するものである。

【背景技術】

【0002】

内燃機関の吸気系及び排気系の構造としては特許文献１及び特許文献２に記載されたものが知られており、図９はその模式図である。エンジン本体８に形成された複数のシリンダ９にはそれぞれインジェクタ１０が設けられ、シリンダ９の内部に燃料を噴射可能に構成されている。車外から取り込まれた空気はエアクリーナ１で異物を取り除かれ、ターボチャージャのコンプレッサ２で加圧されて吸気通路３、５を通り、インタークーラ４で冷却されてインレットマニフォルド７へ送られる。吸気通路５には、インレットマニフォルド７に供給する空気の流量を調整するインテークスロットル６が設けられている。インレットマニフォルド７へ送られた空気は各シリンダ９へ分配される。

【0003】

一方、シリンダ９内で燃料を燃焼させることにより発生した排気ガスは、エキゾーストマニフォルド１１で集められて排気ダクト１４を通して車外へ排出される。排気ダクト１４にはターボチャージャのタービン１２が設けられて排気ガスの圧力により回転され、この回転力が前記コンプレッサ２を回転させる。また、排気ダクト１４には排気ガスの流量を調整するエキゾーストスロットル１３が設けられている。さらに、排気ダクト１４には排気ガス中の煤（微粒子、ＰＭ）や窒素酸化物（ＮＯｘ）を除去するための排気ガス浄化装置が設けられている。

【0004】

エキゾーストスロットル１３は、これを絞ることにより排気内圧が上がり、シリンダ９からの排気抵抗が増えるように構成されている。これによりエンジンの回転抵抗を増やし、エンジンブレーキの作用を強化することが可能である。

【0005】

排気ガス浄化装置は、排気ガス中の煤を捕集、燃焼除去するＤＰＤ３１（Diesel Particulate Defuser）と、排気ガス中の窒素酸化物を分解するＳＣＲ３２（Selective Catalytic Reduction）からなる。ＤＰＤ３１は酸化触媒１５（DOC：Diesel Oxidation Catalyst）、温度センサー１６、煤捕集フィルタ１７（CSF：Catalyzed Soot Filter）、捕集フィルタ差圧センサー１８を有し、排気ガス中の煤は煤捕集フィルタ１７で捕集される。ＤＰＤ３１は架装性の向上等を図るためにエンジンルーム内に設けられることもある。

【0006】

車両の走行を重ねるうちに煤捕集フィルタ１７は捕集した煤により目詰まりする。この目詰まりは捕集フィルタ差圧センサー１８で煤捕集フィルタ１７の上流側と下流側の圧力差を測ることにより検出される。圧力差が所定値以上となると煤捕集フィルタ１７の再生処理を行う。再生処理は走行中に行う自動再生と、停車中に運転者の操作により行われる手動再生がある。再生処理では未燃焼燃料を排気ガスとともにＤＰＤ３１へ送ると酸化触媒１５により未燃焼燃料が燃焼して排気ガスが加熱され、この加熱された排気ガスにより煤捕集フィルタ１７に捕集された煤が燃焼される。

【0007】

ＳＣＲ３２は尿素インジェクタ１９、ＮＯｘ還元触媒２０、アンモニア酸化触媒２１を有する。排気ガス中に尿素インジェクタ１９から尿素水を供給すると、尿素水は加水分解されてアンモニアが生成される。このアンモニアと排気ガス中の窒素酸化物がＮＯｘ還元触媒２０へ送られると、窒素酸化物は還元されて窒素と水が生成される。残ったアンモニアは後段に設けられているアンモニア酸化触媒２１で酸化されて窒素と水が生成される。

【0008】

また、エンジンの燃費向上や排気ガス中の窒素酸化物の低減を目的としたＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）システム３３、３４（排気ガス再循環装置）が設けられている。窒素酸化物は、空気中の窒素と酸素が高温で反応することにより生成されることが知られている。ＥＧＲシステム３３、３４は、排気ガスとエンジン吸気を混合してシリンダ９内の酸素濃度を下げることにより燃焼温度を下げ、窒素酸化物の生成量を低減するものである。ＥＧＲシステム３３、３４は、高圧ＥＧＲシステム３３と低圧ＥＧＲシステム３４から成る。高圧ＥＧＲシステム３３は、エキゾーストマニフォルド１１から高圧ＥＧＲ経路２２（上流側配管）、２４（下流側配管）が分岐して、高圧ＥＧＲクーラ２３及び高圧ＥＧＲバルブ２５を経由してインレットマニフォルド７へ排気ガスを送る。一方、低圧ＥＧＲシステム３４は、排気ガス浄化システムから低圧ＥＧＲ経路２６が分岐して、低圧ＥＧＲクーラ２７及び低圧ＥＧＲバルブ２８を経由して吸気通路へ排気ガスを送る。

【0009】

特許文献１及び特許文献２には、排気ガス浄化装置から分岐する低圧ＥＧＲシステム３４の入り口にフィルタ部材を設けることが記載されている。このフィルタ部材は、排気ガス浄化装置の欠損等により生じた異物が低圧ＥＧＲシステム３４を介して吸気側に入り、ターボチャージャのコンプレッサを破損することを防止するためのものである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0010】

【文献】特開２０１９－０６５７１５号公報

【文献】特開２０１２－２０２２６５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

特許文献１及び特許文献２では、低圧ＥＧＲシステムの入り口にはフィルタ部材を設けているものの、高圧ＥＧＲシステムの入り口にはフィルタ部材を設けていない。これは、低圧ＥＧＲシステムの上流側には排気ガス浄化装置などの種々の装置があり、これら種々の装置からの欠損等により下流側のコンプレッサを破損させる恐れがあるのに対して、高圧ＥＧＲシステムについては欠損等の異物の侵入の恐れがないためである。

【0012】

しかしながら本出願の発明者らは、ＤＰＤの手動再生処理を繰り返し行うと、高圧ＥＧＲ経路２２の入り口付近に煤を含む粒子が堆積することを見出した。この堆積物は、煤と炭化水素の混合粒子からなり、排気ガス中の煤とＤＰＤの再生処理時に噴射される未燃焼燃料（炭化水素）からなるものである。手動再生処理または低速低負荷時の走行再生処理を行う場合には、高圧ＥＧＲバルブ２５を閉じ、エキゾーストスロットル１３を絞って排気ガスの流量を下げて行うので、高められた排気内圧力と、高圧ＥＧＲクーラ２３内で冷却された排気ガスの体積変化とにより、再生処理中に生成される煤と炭化水素の粒子が高圧ＥＧＲ経路２２内へ侵入しやすくなる。高圧ＥＧＲ経路２２内へ侵入した粒子は冷却され、炭化水素が樹脂化して高圧ＥＧＲ経路２２内に堆積する。この粒子の堆積が進行すると、高圧ＥＧＲ経路２２が閉塞するという不具合が発生する。この粒子の堆積は、エキゾーストマニフォルド１１に対して高圧ＥＧＲ経路２２が下向きに接続されている場合に顕著である。

【0013】

本開示の目的は、高圧ＥＧＲ経路への異物の侵入を防止し、特に、手動再生処理を繰り返し行っても高圧ＥＧＲ経路へ煤と炭化水素からなる粒子等が侵入せず、煤を効果的に車外へ排出する異物侵入防止構造を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0014】

上記の目的を達成するため、本開示の異物侵入防止構造は、内燃機関と、前記内燃機関のシリンダへ外気を導入する吸気マニフォルドと、前記内燃機関のシリンダから排出される排気ガスを集める排気マニフォルドと、前記排気マニフォルドと排気ダクトを介して接続された排気ガス浄化装置と、前記排気ガスの一部を前記排気マニフォルドから前記排気ガス浄化装置を経由せずに前記吸気マニフォルドへ送る排気ガス再循環装置と、前記排気マニフォルドから前記排気ガス再循環装置への入り口近傍に設けた侵入防止網と、を有し、前記侵入防止網は、半球状に形成した粗い網状の２つの外殻部材の中にスチールウールを収納したものである。

【発明の効果】

【0015】

本開示によれば、異物が排気マニフォルドから排気ガス再循環装置へ侵入することを防止する。また、煤と炭化水素から成る粒子を侵入防止網で捕集した事により、排気ガスの熱に暴露され、炭化水素は蒸発し、煤が残存する。残存した煤は、網より離脱しやすくなり、排気流に乗って外部へ排出されるので、侵入防止網の交換やメンテナンスの手間がかからず、排気ガス再循環装置への粒子の侵入及び堆積を効果的に防止する。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本開示の実施の形態に係る吸気系及び排気系の概略を示す説明図である。

【図2】エキゾーストマニフォルドと高圧ＥＧＲシステムの接続部分を示す拡大図である。

【図3】図２で示す部分の分解図である。

【図4】侵入防止網を示す説明図である。

【図5】侵入防止網のメッシュサイズと粒子の低減率の関係を示すグラフである。

【図6】侵入防止網の補強構造を示す分解図である。

【図7】図６で示す侵入防止網を取り付ける構造を示す分解図である。

【図8】侵入防止網の別の実施形態を示す説明図である。

【図9】従来技術を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、本開示の実施の形態を図面に沿って説明する。図１は、実施の形態に係るエンジンの吸気系及び排気系の構成の概略を示す。図９で説明した従来技術と共通する部分は同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。図１に示す例では、エキゾーストマニフォルド１１から高圧ＥＧＲ経路２２が分岐する部分に侵入防止網２２Ａが設けられている。

【0018】

図２はエキゾーストマニフォルド１１と高圧ＥＧＲ経路２２の接続部分を拡大した正面図と左側面図である。エキゾーストマニフォルド１１には、高圧ＥＧＲ経路２２が下方に向けて接続され、高圧ＥＧＲ経路２２には高圧ＥＧＲクーラ２３が接続されている。図３は図２に示した部分の分解図である。エキゾーストマニフォルド１１と高圧ＥＧＲ経路２２はそれぞれに略三角形状に形成されたエキゾーストマニフォルド側フランジ１１１および高圧ＥＧＲ側フランジ２２１が設けられており、これらのフランジ部（フランジ１１１とフランジ２２１）を互いに締結して接続されている。そしてこのフランジ部に侵入防止網２２Ａが挟持されている。侵入防止網２２Ａは前記フランジ部と略同一形状の板状の部材であり、排気ガスの流路に対応する部分が網となっている。

【0019】

図４に示すように、侵入防止網２２Ａは網４０とガスケット４３とからなる。網４０は中央部分に形成された網部４１とその周辺に形成された網フランジ部４２とからなる。網部４１は排気ガスの流れ方向上流側に向かって突出するドーム状に形成されている。ガスケット４３は中央部分に開口４４が形成され、開口４４の外側には前記網フランジ部４２と係合する環状溝部４５が形成されている。ガスケット４３における環状溝部４５の外側はエキゾーストマニフォルド１１と高圧ＥＧＲ経路２２のフランジ部に挟持されるガスケットフランジ部４６となっている。

【0020】

ＤＰＤ３１の手動再生処理について説明する。運転者が車両を停車させて、図示しない手動再生ボタンを操作すると、エンジンは低速（約１０００ｒｐｍ）で運転される。この時、高圧ＥＧＲバルブ２５は閉じられ、排気ガスが吸気通路５へ送られることを停止する。また、エキゾーストスロットル１３が絞られることにより、排気内圧が高められて排気ガス温度が高められ、酸化触媒１５が活性温度以上に温められる。さらに、インジェクタ１０がポスト噴射を行うことにより、未燃焼燃料が排気ガスとともに排気ダクト１４へ送られて酸化触媒１５において燃焼され、暖められた排気ガスが煤捕集フィルタ１７に捕集された煤を燃焼させる。このとき、高圧ＥＧＲ経路２２内の排気ガスは高圧ＥＧＲクーラ２３により冷却されて体積が縮小し、さらに排気内圧が高められることにより、エキゾーストマニフォルド１１内の排気ガスは一部が高圧ＥＧＲ経路２２へ流入する。しかしながら、エキゾーストマニフォルド１１と高圧ＥＧＲ経路２２の接続部分に侵入防止網２２Ａが設けられていることにより、排気ガス中の煤と未燃焼燃料からなる粒子は侵入防止網２２Ａに捕集され、高圧ＥＧＲ経路２２内への侵入が阻止される。

【0021】

侵入防止網２２Ａをエキゾーストマニフォルド１１側へ突出するドーム状とすることで、網４０の表面積が増え、より多くの粒子を捕集することができ、網４０が目詰まりを起こす恐れもない。

【0022】

侵入防止網２２Ａはエキゾーストマニフォルド１１の近くに設けられているので、捕集された粒子の雰囲気温度は内燃機関の通常運転時のエキゾーストマニフォルド１１内の温度と同等の、例えば未燃焼燃料が蒸発する約３６０℃以上である。よって、網４０に捕集された粒子のうち未燃焼燃料は蒸発し、煤はエキゾーストマニフォルド１１から排気ダクト１４へ向かう排気の流れに乗って排出される。なお、侵入防止網２２Ａを設ける位置としては、内燃機関の通常運転時に未燃焼燃料の蒸気圧が排気ガスの圧力と等しくなる温度以上の温度となる位置が望ましい。

【0023】

図５は網部４１のメッシュサイズと高圧ＥＧＲ経路２２への煤と炭化水素から成る粒子の侵入量の低減率の関係を表す。メッシュサイズが大きい（網の目が小さい）ほど低減率は向上し、メッシュサイズ４０で低減率は約５０％、メッシュサイズ６０で低減率は６６．８％になる。なお、侵入防止網の開口面積は、中央粒径330μmの粒子を50%以上捕集できるものとするのが好ましい。

【0024】

図６は侵入防止網２２Ａの別の実施の形態を表す。侵入防止網２２Ａには排気圧力がかかり、特に網の線径が細くなると（すなわち、粒子の侵入量を低減させるためにメッシュサイズを大きくすると）破れやすくなる。そこで、網４０の下流側に補強用のパンチメタル４７（補強部材）を設け、上流側に網４０を固定する固定部材４８を設けて３層構造とする。パンチメタル４７及び固定部材４８は網４０よりも大きな目を持つ通気性の部材で形成する。パンチメタル４７は排気圧力により網４０が高圧ＥＧＲ経路側へ押されて変形することを防止する。固定部材４８は、排気ガスの流れの脈動等により網４０が変形したり振動したりすることを防止する。これにより、メッシュサイズの大きな網４０を用いても網４０が破れることがなく、粒子の捕集率を向上させることができる。なお、侵入防止網２２Ａは、固定部材４８を設けずに網４０とパンチングメタル４７の２層構造としてもよい。

【0025】

図７は図６で示した３層構造の侵入防止網２２Ａをエキゾーストマニフォルド１１と高圧ＥＧＲ経路２２の間に挟持する構造の分解図である。排気ガスの上流側から順に固定部材４８、網４０、パンチメタル４７を重ねてエキゾーストマニフォルド１１及び高圧ＥＧＲ経路２２で挟持する。３層構造の侵入防止網２２Ａ用いることにより、線径の細い網４０を採用した場合にも破けることなく粒子を捕集できる。

【0026】

図８は侵入防止網２２Ａのさらに別の実施の形態を表す。この例では、半球状に形成した粗い網状の２つの外殻部材４９の中にスチールウール５０を収納したものである。スチールウール５０の線径及び密度は煤及び炭化水素から成る粒子を捕集可能な程度に設計する。この構造により、スチールウール５０を通過する排気ガスから効率的に粒子を捕集することができる。

【0027】

以上、図面に沿って実施の形態を説明したが、特許請求の範囲で特定される発明は上記の実施の形態の記載によって何ら限定されるものではない。例えば、エンジン、エキゾーストマニフォルド、侵入防止網等の構造は上記のものに限定されず、種々変更可能である。また、侵入防止網の取付構造、形状、メッシュサイズ等は、特許請求の範囲で特定される発明の範囲内で適宜設計可能であり、例えば侵入防止網の形状はドーム状に限らず、平板状のものでも構わない。

【産業上の利用可能性】

【0028】

本開示は、煤と炭化水素から成る粒子がＥＧＲ経路へ侵入して堆積することを防止する異物侵入防止構造として有用である。

【符号の説明】

【0029】

７ インレットマニフォルド
８ エンジン本体
１０ インジェクタ
１１ エキゾーストマニフォルド
１５ 酸化触媒
１７ 煤捕集フィルタ
２２ 高圧ＥＧＲ経路
２２Ａ 侵入防止網
３１ ＤＰＤ
３３ 高圧ＥＧＲシステム

【要約】

【課題】煤と炭化水素から成る粒子が排気ガス再循環装置へ侵入することを防止する。
【解決手段】異物侵入防止構造は、内燃機関と、前記内燃機関のシリンダへ外気を導入する吸気マニフォルドと、前記内燃機関のシリンダから排出される排気ガスを集める排気マニフォルドと、前記排気マニフォルドと排気ダクトを介して接続された排気ガス浄化装置と、前記排気ガスの一部を前記排気マニフォルドから前記排ガス浄化装置を経由せずに前記吸気マニフォルドへ送る排気ガス再循環装置と、前記排気マニフォルドから前記排気ガス再循環装置への入り口近傍に設けた侵入防止網と、を有する。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】