排気浄化装置
【課題】排気の熱エネルギを有効利用して、パティキュレートフィルタの再生を効率的に行うことが可能な排気浄化装置を提供する。
【解決手段】エンジン１の排気通路に介装された内側ケーシング４６内にパティキュレートフィルタ３０を収容し、内側ケーシング４６と内側ケーシング４６を包含する外側ケーシング５０との間に形成された空間を隔壁６０により第１流路５６と第２流路５８とに分割すると共に、隔壁６０に形成された連通口６２により第１流路５６と第２流路５８とを連通させる。そして、パティキュレートフィルタ３０の強制再生時には、第１切換弁６４及び第２切換弁６８により、パティキュレートフィルタ３０を通過した排気を第１流路５６に流動させることによって、高温の排気の熱エネルギをパティキュレートフィルタ３０に伝達し、パティキュレートフィルタ３０を高温に維持する。
【解決手段】エンジン１の排気通路に介装された内側ケーシング４６内にパティキュレートフィルタ３０を収容し、内側ケーシング４６と内側ケーシング４６を包含する外側ケーシング５０との間に形成された空間を隔壁６０により第１流路５６と第２流路５８とに分割すると共に、隔壁６０に形成された連通口６２により第１流路５６と第２流路５８とを連通させる。そして、パティキュレートフィルタ３０の強制再生時には、第１切換弁６４及び第２切換弁６８により、パティキュレートフィルタ３０を通過した排気を第１流路５６に流動させることによって、高温の排気の熱エネルギをパティキュレートフィルタ３０に伝達し、パティキュレートフィルタ３０を高温に維持する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はエンジンの排気を浄化する排気浄化装置に関し、特にエンジンの排気中に含まれるパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタを備えた排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ディーゼルエンジン等のエンジンの排気通路にパティキュレートフィルタを設け、エンジンから排出される排気中に含まれるパティキュレートをパティキュレートフィルタで捕集し、大気中にパティキュレートが放出されないようにする技術が知られている。
パティキュレートフィルタでは、捕集したパティキュレートが堆積することにより排気抵抗が増大するため、適宜強制再生を行って、堆積したパティキュレートを強制的に焼却してパティキュレートフィルタを再生する。パティキュレートフィルタを強制再生するにはパティキュレートフィルタの温度を上昇させる必要がある。そのために例えば、パティキュレートフィルタの上流側に酸化触媒を設け、エンジンの膨張行程や排気行程で気筒内に燃料を噴射する、いわゆるポスト噴射を行うことにより、排気通路に供給したＨＣ（炭化水素）を酸化触媒で酸化させ、パティキュレートフィルタに流入する排気の温度を上昇させることが知られている。
【０００３】
また、このようにして上昇されたパティキュレートフィルタの温度を高温に維持し、パティキュレートフィルタの強制再生を良好に行うようにした排気浄化装置が特許文献１によって提案されている。
特許文献１の排気浄化装置では、排気通路に接続された外側ケーシング内に内側ケーシングを配設し、この内側ケーシング内にパティキュレートフィルタが収容されている。そして、温度が上昇した排気を、外側ケーシングと内側ケーシングとの間の空間に流動させた後に内側ケーシング内に流入させることにより、内側ケーシング内のパティキュレートフィルタを外周面から暖め、パティキュレートフィルタ内の径方向における温度分布を均一化するようになっている。また、内側ケーシング内に流入した排気は、パティキュレートフィルタを通過する方向が切換バルブによって逆転可能となっており、パティキュレートフィルタ内の軸線方向における温度分布を均一化すると共に、アッシュなどによるパティキュレートフィルタの目詰まりが防止できるようになっている。
【０００４】
特許文献１の排気浄化装置では、このようにしてパティキュレートフィルタ内の温度分布を均一化することにより、パティキュレートフィルタの強制再生を効率良く行えるようにしている。
【特許文献１】特開２００２−３０３１２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の排気浄化装置では、上述したようにパティキュレートフィルタに流入する前の高温の排気を、パティキュレートフィルタが収容された内側ケーシングと、これを包含する外側ケーシングとの間に流動させることにより、パティキュレートフィルタを外周面から暖めるようにしている。しかしながら、従来より一般的に用いられている排気浄化装置と同様に、上記特許文献１の排気浄化装置においては、パティキュレートフィルタを通過した後の排気が、そのまま排気浄化装置から排出されるようになっている。パティキュレートフィルタの強制再生時にパティキュレートフィルタから排出される排気の温度は依然として高温であるが、このような高温の排気が有する熱エネルギはそのまま大気中に放出され、有効利用されていない。このため、パティキュレートフィルタの温度を高温に維持するためには、引き続きポスト噴射などにより相応の燃料を供給し続けなければならず、その分だけエンジンの燃費が悪化するという問題がある。
【０００６】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、排気の熱エネルギを有効利用して、パティキュレートフィルタの再生を効率的に行うことが可能な排気浄化装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の排気浄化装置は、エンジンの排気通路に介装され、上記エンジンの排気が流入する排気流入部と、流入した上記排気を流出させる排気流出部とを有する内側ケーシングと、上記内側ケーシング内に収容され、上記排気流入部から流入した排気中に含まれるパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタと、上記内側ケーシングを包含すると共に、上記内側ケーシングから離間して設けられることにより上記内側ケーシングとの間に、上記内側ケーシングの側壁部に沿って空間を形成する外側ケーシングと、上記内側ケーシングと上記外側ケーシングとの間に形成された空間を、上記内側ケーシングの上記側壁部に沿い上流側から下流側にかけて第１流路と第２流路とに分割する隔壁と、上記パティキュレートフィルタより下流側に設けられ、上記パティキュレートフィルタを通過した排気を上記第１流路に流動させる第１状態と、上記パティキュレートフィルタを通過した排気を上記排気流出部から流出させる第２状態とのいずれか一方に選択的に切り換え可能な流路切換手段と、上記第１流路において下流側となる上記隔壁の端部側に設けられ、上記第１流路と上記第２流路とを連通させる連通手段と、上記第２流路の下流側端部と上記排気流出部の下流側端部とを合流させる合流部とを備えることを特徴とする（請求項１）。
【０００８】
このように構成された排気浄化装置によれば、エンジンの排気は排気流入部から内側ケーシング内に流入し、パティキュレートフィルタを通過する。流路切換手段は、パティキュレートフィルタを通過した排気を第１流路に流動させる第１状態と、パティキュレートフィルタを通過した排気を排気流出部から流出させる第２状態とのいずれか一方に選択的に切り換え可能であり、流路切換手段が第２状態に切り換えられている場合には、パティキュレートフィルタを通過した排気が排気流出部から流出する。このとき、排気中に含まれるパティキュレートは、パティキュレートフィルタに捕集される。
【０００９】
一方、流路切換手段が第１状態に切り換えられている場合には、パティキュレートフィルタを通過した排気が第１流路に流入した後、第１流路内を内側ケーシングの側壁部に沿って流動し、第１流路において下流側となる隔壁の端部側に設けられた連通手段を介して第２流路に流入する。第２流路内を流動した排気は、第２流路の下流側端部から合流部を介して流出する。従って、排気が第１流路を流動する際に、強制再生などによって温度の上昇した排気の熱エネルギが内側ケーシングを介してパティキュレートフィルタに伝達される。
【００１０】
また、上記排気浄化装置において、上記パティキュレートフィルタの強制再生時には、上記第１状態となるように上記流路切換手段を制御する制御手段を更に備えることを特徴とする（請求項２）。
このように構成された排気浄化装置によれば、パティキュレートフィルタの強制再生が行われるとき、制御手段が流路切換手段を第１状態に制御することにより、上述したようにパティキュレートフィルタを通過した排気が第１流路に流入し、第１流路内を内側ケーシングの側壁部に沿って流動した後に、第２流路を経て合流部から流出する。従って、強制再生によって温度の上昇した排気の熱エネルギが内側ケーシングを介してパティキュレートフィルタに伝達される。
【００１１】
また具体的には、上記排気浄化装置において、上記流路切換手段が、上記パティキュレートフィルタより下流側となる位置の上記内側ケーシングに設けられて上記パティキュレートフィルタを通過した排気が上記第１流路に流動する状態と、上記パティキュレートフィルタを通過した排気の上記第１流路への流動を遮断する状態とに選択的に切り換え可能な第１切換弁と、上記第１切換弁より下流側となる位置の上記内側ケーシングに設けられ、上記パティキュレートフィルタを通過した排気が上記排気流出部から流出する状態と、上記パティキュレートフィルタを通過した排気の上記排気流出部からの流出を遮断する状態とに選択的に切り換え可能な第２切換弁とを備えるようにしてもよい（請求項３）。
【００１２】
このように構成された排気浄化装置によれば、流路切換手段を第１状態としてパティキュレートフィルタを通過した排気を第１流路に流動させる場合には、第２切換弁により排気流出部からの排気の流出を遮断すると共に、第１切換弁によりパティキュレートフィルタを通過した排気を第１流路に流動させる。一方、流路切換手段を第２状態としてパティキュレートフィルタを通過した排気を排気流出部から流出させる場合には、第１切換弁により第１流路への排気の流動を遮断すると共に、第２切換弁によりパティキュレートフィルタを通過した排気を排気流出部から流出させる。
【００１３】
また、上記排気浄化装置において、上記パティキュレートフィルタの強制再生時には、上記パティキュレートフィルタを通過した排気が上記第１流路に流動する状態に上記第１切換弁を制御すると共に、上記パティキュレートフィルタを通過した排気の上記排気流出部からの流出を遮断する状態に上記第２切換弁を制御する制御手段を更に備えることを特徴とする（請求項４）。
【００１４】
このように構成された排気浄化装置によれば、パティキュレートフィルタの強制再生が行われるとき、制御手段が第１切換弁及び第２切換弁を制御することにより、上述したようにパティキュレートフィルタを通過した排気が第１切換弁を介して第１流路に流入し、第１流路内を内側ケーシングの側壁部に沿って流動した後、第２流路を経て合流部から流出する。従って、強制再生によって温度の上昇した排気の熱エネルギが内側ケーシングを介してパティキュレートフィルタに伝達される。
【００１５】
また、エンジン及び排気浄化装置が車両に搭載される場合、上記隔壁は、上記第１流路が上記第２流路より下方に位置するように、上記内側ケーシングと上記外側ケーシングとの間に形成された空間を、上記内側ケーシングの上流側から下流側にわたって上下に分割するようにしてもよい（請求項５）。
このように構成された排気浄化装置によれば、パティキュレートフィルタを通過した排気は、第１流路に流入した後、まず内側ケーシングの側壁部のうち下方部分に沿って流動する。
【００１６】
また、上記排気浄化装置において、上記隔壁は、上記第１流路内に露出する上記内側ケーシングの側壁部の面積の方が、上記第２流路内に露出する上記内側ケーシングの側壁部の面積よりも大きくなるように、上記内側ケーシングと上記外側ケーシングとの間に形成された空間を分割してもよい（請求項６）。
このように構成された排気浄化装置によれば、第１流路内を流動する排気に接する内側ケーシングの側壁部の面積の方が、第２流路内を流動する排気に接する内側ケーシングの側壁部の面積よりも大きくなる。
【００１７】
更に、上記排気浄化装置において、上記内側ケーシング、上記外側ケーシング及び上記隔壁は、上記第１流路の流路断面積と上記第２流路の流路断面積とがほぼ等しくなるように相互の位置が定められていてもよい（請求項７）。
また、上記排気浄化装置において、上記外側ケーシングは、上記内側ケーシングの上記排気流入部に接続された排気通路の少なくとも一部を上記内側ケーシングと共に包含し、上記隔壁は、上記内側ケーシング及び上記排気通路と上記外側ケーシングとの間に形成された空間を、上記第１流路と上記第２流路とに分割するようにしてもよい（請求項８）。
【００１８】
このように構成された排気浄化装置によれば、流路切換手段が第１状態に切り換えられている場合には、上述したように、パティキュレートフィルタを通過した排気が第１流路に流入し、第１流路内を内側ケーシングの側壁部に沿って流動する。このとき、第１流路内の排気は、内側ケーシングの排気流入部に接続されて外側ケーシングに包含された排気通路に沿って流動した後に、第２流路を経て合流部から流出する。従って、強制再生などによって温度の上昇した排気の熱エネルギが、内側ケーシングを介してパティキュレートフィルタに伝達されると共に、内部ケーシング内に流入する排気にも排気通路を介して伝達される。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の排気浄化装置によれば、第１状態に流路切換手段が切り換えられている場合には、パティキュレートフィルタを通過した排気が第１流路に流入した後、第１流路内を内側ケーシングの側壁部に沿って流動するので、パティキュレートフィルタを通過した後の依然として温度が高い排気の熱エネルギを、内側ケーシングを介してパティキュレートフィルタに伝達することが可能となる。従って、パティキュレートフィルタを通過した後の排気の熱エネルギを有効利用し、パティキュレートフィルタの温度低下を抑制することが可能となる。
【００２０】
この結果、請求項２の排気浄化装置や請求項４の排気浄化装置のように、パティキュレートフィルタの強制再生時にパティキュレートフィルタを通過した排気を第１流路に流動させれば、強制再生によって高温となった排気の熱エネルギが内側ケーシングを介してパティキュレートフィルタに伝達されるので、パティキュレートフィルタを高温に維持するために行われるポスト噴射などによる燃料の供給量を減少させることができ、エンジンの燃費を改善することが可能となる。
【００２１】
また、温度の上昇した排気の熱エネルギが内側ケーシングを介して外側からパティキュレートフィルタに伝達されることにより、パティキュレートフィルタの径方向及び軸線方向における温度分布をより均一化することが可能となる。この結果、請求項２や請求項４の排気浄化装置のように、パティキュレートフィルタの強制再生時にパティキュレートフィルタを通過した排気を第１流路に流動させれば、パティキュレートフィルタ内のパティキュレートの燃焼がより均一化され、より一層効率的にパティキュレートフィルタの強制再生を行うことが可能となる。従って、パティキュレートフィルタの強制再生に要する時間を短縮することが可能となり、この点でもパティキュレートフィルタの昇温に費やされる燃料量を減少することが可能となり、エンジンの燃費を改善することができる。
【００２２】
また、パティキュレートフィルタにおける温度分布がより均一化されることにより、上述したようにパティキュレートの燃焼がより均一化されるので、強制再生時のパティキュレートの燃え残りが減少し、より良好にパティキュレートフィルタを再生することが可能となる。
一方、第２状態に流路切換手段が切り換えられている場合には、パティキュレートフィルタを通過した排気が排気流出部から流出するので、排気中に含まれるパティキュレートをパティキュレートフィルタによって捕集した後に、排気流出部から排気を流出させることができる。
【００２３】
このとき、外側ケーシングが空間を有して内側ケーシングを包含しているので、パティキュレートフィルタから外気中への放熱量を低減することができる。この結果、パティキュレートフィルタの温度低下を抑制し、パティキュレートフィルタの連続再生を良好に行うことが可能となる。
また、請求項３の排気浄化装置によれば、第１切換弁より下流側となる位置の内側ケーシングに設けられた第２切換弁により排気流出部からの排気の流出を遮断すると共に、第１切換弁によりパティキュレートフィルタを通過した排気を第１流路に流動させることにより、パティキュレートフィルタを通過した排気を確実に第１流路に流動させることができる。一方、第１切換弁により第１流路への排気の流動を遮断すると共に、第２切換弁によりパティキュレートフィルタを通過した排気を排気流出部から流出させることにより、パティキュレートフィルタを通過した排気を確実に排気流出部から流出させることができる。
【００２４】
また、車両に搭載されるエンジンの排気浄化装置では、車両の下方に排気浄化装置が装着されるのが一般的であり、この場合には車両走行時の走行風が排気浄化装置の下面に比較的多く接触することになる。請求項５の排気浄化装置によれば、第１流路が第２流路の下方に位置するので、パティキュレートフィルタを通過した排気は、第１流路内において内側ケーシングの側壁部のうち下方部分に沿って流動することになる。このとき第１流路内では上方であるほど排気の温度が高くなるので、走行風による放熱の影響を低く抑えながら、高温の排気の熱エネルギによってパティキュレートフィルタを高温に維持することが可能となる。
【００２５】
また、請求項６の排気浄化装置によれば、第１流路内に露出する内側ケーシングの側壁部が排気に接触する面積の方が、第２流路内に露出する内側ケーシングの側壁部が排気に接触する面積よりも大きいので、流路切換手段が第１状態に切り換えられている場合に、第１流路内を流動する排気の熱エネルギを、効率良く内側ケーシング内のパティキュレートフィルタに伝達することが可能となる。この結果、より効率良くパティキュレートフィルタを高温に維持することが可能となる。
【００２６】
更に、請求項７の排気浄化装置によれば、第１流路の流路断面積と第２流路の流路断面積とがほぼ等しくなっているので、排気が第１流路を流動する際の流動抵抗及び第２流路を流動する際の流動抵抗をほぼ同一にすることができ、排気の圧力損失を低く抑えることが可能となる。
また、請求項８の排気浄化装置によれば、流路切換手段が第１状態に切り換えられている場合には、パティキュレートフィルタを通過した排気が第１流路内を内側ケーシングの側壁部に沿って流動した後、内側ケーシングの排気流入部に接続されて外側ケーシングに包含された排気通路に沿って流動する。従って、強制再生などによって温度の上昇した排気の熱エネルギが、内側ケーシングを介してパティキュレートフィルタに伝達されると共に、内部ケーシング内に流入する排気にも排気通路を介して伝達される。この結果、パティキュレートフィルタに対する排気の熱エネルギの伝達だけではなく、パティキュレートフィルタに流入する排気の温度低下を抑制することによってもパティキュレートフィルタを高温に維持することが可能となり、パティキュレートフィルタの強制再生や連続再生による再生をより一層効率的に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、図面に基づき本発明の一実施形態に係る排気浄化装置について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る排気浄化装置が適用されて車両に搭載された４気筒のディーゼルエンジン（以下、エンジンという）の全体構成図である。
エンジン１は各気筒共通の高圧蓄圧室（以下コモンレールという）２を備えており、図示しない燃料噴射ポンプから供給されてコモンレール２に蓄えられた高圧の燃料を、各気筒に設けられたインジェクタ４に供給し、各インジェクタ４からそれぞれの気筒内に燃料が噴射される。
【００２８】
吸気管６にはターボチャージャ８が装備されており、図示しないエアクリーナから吸入された吸気は、吸気管６からターボチャージャ８のコンプレッサ８ａへと流入し、コンプレッサ８ａで過給された吸気はインタークーラ１０及び吸気制御弁１２を介して吸気マニホールド１４に導入される。また、吸気管６のコンプレッサ８ａより上流側には、エンジン１に吸入される空気量を検出するための吸気量センサ１６が設けられている。
【００２９】
一方、エンジン１の各気筒から排気が排出される排気ポート（図示せず）は、排気マニホールド１８を介して排気管（排気通路）２０に接続されている。なお、排気マニホールド１８と吸気マニホールド１４との間には、ＥＧＲ弁２２を介して排気マニホールド１８と吸気マニホールド１４とを連通するＥＧＲ通路２４が設けられており、ＥＧＲ弁２２の開度を変更することにより排気マニホールド１８から吸気マニホールド１４への排気還流量を調整可能となっている。
【００３０】
排気管２０には、ターボチャージャ８のタービン８ｂの下流側において、排気後処理装置２６が介装されている。また、タービン８ｂの回転軸はコンプレッサ８ａの回転軸と連結されており、タービン８ｂが排気管２０内を流動する排気を受けてコンプレッサ８ａを駆動するようになっている。
排気後処理装置２６には、酸化触媒２８が収容されると共に、この酸化触媒２８の下流側に、排気中のパティキュレートを捕集することによりエンジン１の排気を浄化するパティキュレートフィルタ（以下フィルタという）３０が収容されている。
【００３１】
この酸化触媒２８は、流入する排気中のＮＯ（一酸化窒素）を酸化させてＮＯ２（二酸化窒素）を生成し、フィルタ３０の連続再生を行う際の酸化剤として供給する機能を有している。また、フィルタ３０はハニカム型のセラミック体からなり、エンジン１の排気が内部を流通することによって排気中のパティキュレートを捕集する。
酸化触媒２８でＮＯから転化されたＮＯ２はフィルタ３０に流入し、フィルタ３０に捕捉されて堆積したパティキュレートに対して酸化剤として作用することにより、パティキュレートを酸化してフィルタ３０から除去し、フィルタ３０を連続再生すると共にＮ２となって大気中に排出される。
【００３２】
酸化触媒２８の上流側には、酸化触媒２８に流入する排気の温度を検出するための流入排気温度センサ３２、及び酸化触媒２８から流出する排気の温度を検出するための流出排気温度センサ３３が設けられている。また、フィルタ３０の上流側にはフィルタ３０に流入する排気の圧力を検出する上流側排気圧センサ３４が設けられ、フィルタ３０の下流側にはフィルタ３０から流出する排気の圧力を検出する下流側排気圧センサ３６が設けられている。更に、排気後処理装置２６には、後述する排気流路の切換制御で用いられるアクチュエータユニット３８が装備されている。
【００３３】
ＥＣＵ（制御手段）４０は、エンジン１の運転制御をはじめとして総合的な制御を行うための制御装置であり、ＣＰＵ、メモリ、タイマカウンタなどから構成され、様々な制御量の演算を行うと共に、その制御量に基づき各種デバイスの制御を行っている。
ＥＣＵ４０の入力側には、各種制御に必要な情報を収集するため、上述した吸気量センサ１６、流入排気温度センサ３２、流出排気温度センサ３３、上流側排気圧センサ３４及び下流側排気圧センサ３６のほか、エンジン回転数を検出する回転数センサ４２、及びアクセルペダル（図示せず）の踏込量を検出するアクセル開度センサ４４などの各種センサ類が接続されている。一方、ＥＣＵ４０の出力側には演算した制御量に基づき制御が行われる各気筒のインジェクタ４、吸気制御弁１２、ＥＧＲ弁２２及びアクチュエータユニット３８などの各種デバイス類が接続されている。
【００３４】
エンジン１の各気筒への燃料供給量の演算、及び演算した燃料供給量に基づくインジェクタ４からの燃料供給制御もＥＣＵ４０によって行われる。エンジン１の運転に必要な燃料供給量（主噴射量）は、回転数センサ４２によって検出されたエンジン回転数とアクセル開度センサ４４によって検出されたアクセルペダルの踏込量とに基づき、予め記憶しているマップから読み出して決定する。各気筒に供給される燃料の量は、インジェクタ４の開弁時間によって調整され、決定された燃料量に対応した駆動時間で各インジェクタ４が開弁駆動され、各気筒に主噴射が行われることにより、エンジン１の運転に必要な燃料量が供給される。
【００３５】
ＥＣＵ４０は、このような各気筒への燃料供給制御のほか、フィルタ３０を強制再生して機能回復させるための制御も行う。
フィルタ３０に堆積したパティキュレートは、前述したように酸化触媒２８からフィルタ３０に流入するＮＯ２を酸化剤とした連続再生によって酸化除去されるが、排気温度が低い運転状態が長時間続いた場合などでは、このような連続再生だけでは堆積したパティキュレートが十分に酸化除去されない場合がある。このような状態が継続すると、フィルタ３０内にパティキュレートが過剰に堆積し、フィルタ３０が目詰まりを起こすおそれがあるため、フィルタ３０におけるパティキュレートの堆積状況に応じ、適宜フィルタ３０の強制再生が行われる。
【００３６】
パティキュレートの堆積状況は、フィルタ３０の上流側及び下流側にそれぞれ設けられた上流側排気圧センサ３４及び下流側排気圧センサ３６や吸気量センサ１６の検出値などに基づき推定され、フィルタ３０におけるパティキュレート堆積量が所定量に達したと判断したときに強制再生の制御が開始される。
この強制再生制御では、流入排気温度センサ３２及び流出排気温度センサ３３が検出した排気の温度に基づきフィルタ３０の温度を推定し、フィルタ３０の温度が低い場合には吸気制御弁１２を閉方向に制御して排気温度を上昇させると共に、インジェクタ４から主噴射より遅角されたポスト噴射をエンジン１の膨張行程や排気行程で行い、フィルタ３０に堆積したパティキュレートを焼却することが可能な温度までフィルタ３０を昇温する。
【００３７】
即ち、インジェクタ４からのポスト噴射によって排気中に供給されたＨＣ（炭化水素）は酸化触媒２８に達し、酸化触媒２８でのＨＣの酸化反応によって更に温度が上昇した高温の排気がフィルタ３０内に流入する。フィルタ３０内に堆積しているパティキュレートは、このようにして高温となった排気により焼却され、フィルタ３０が強制再生される。
このようなフィルタ３０の強制再生が行われる際には、フィルタ３０から流出する排気が高温であるため、このような排気の熱エネルギを有効利用することができるように、排気後処理装置２６が構成されている。そこで、以下ではこの排気後処理装置２６の構成について図２乃至７に基づき詳細に説明する。
【００３８】
図２は、排気後処理装置２６の軸線方向における断面図であるが、構成を分かり易くするため、流入排気温度センサ３２、流出排気温度センサ３３、上流側排気圧センサ３４及び下流側排気圧センサ３６は省略している。図２に示すように、排気後処理装置２６は、筒状をなして酸化触媒２８及びフィルタ３０を収容した内側ケーシング４６と、この内側ケーシング４６を包含すると共に、内側ケーシング４６から離間して設けられることによって内側ケーシング４６との間に、内側ケーシング４６の側壁部４８に沿って空間を形成する外側ケーシング５０とを備えている。
【００３９】
なお、排気後処理装置２６は、一般的な車両と同様に、車体の下面においてその下面が露出するように搭載されている。そして、車両が走行する際には図２の左方から右方に向けて走行風が流れ、排気後処理装置２６の上部に比して下部の方が多くの走行風に接触するようになっている。
内側ケーシング４６は、排気管２０に接続されてエンジン１の排気が流入する排気流入部５２と、流入した排気を流出させる排気流出部５４とを有する。また、外側ケーシング５０の上流側部分は、内側ケーシング４６の排気流入部５２に接続された排気管２０を所定位置まで包含するように延長されており、内側ケーシング４６と外側ケーシング５０との間に形成される空間は、この排気管２０の周囲まで延長されている。
【００４０】
図３は、排気後処理装置２６の外側ケーシング５０を切り欠いた部分断面図であるが、図３に示すように排気後処理装置２６には、外側ケーシング５０と内側ケーシング４６及び排気管２０との間に形成された空間を、上流側から下流側にかけて第１流路５６と第２流路５８とに上下に分割する隔壁６０が設けられている。また、内側ケーシング４６の排気流入部５２側となる隔壁６０の端部には、第１流路５６と第２流路５８とを連通させる連通口（上流側連通手段）６２が形成されている。
【００４１】
内側ケーシング４６のフィルタ３０より下流側となる位置には、内側ケーシング４６と第１通路５６とを連通及び遮断可能な第１切換弁６４が設けられており、フィルタ３０を通過した排気が内側ケーシング４６から第１流路５６に流動する状態となる第１位置と、このような内側ケーシング４６から第１流路５６への排気の流動を遮断した状態となる第２位置とに選択的に第１切換弁６４の開度位置を切り換え可能となっている。
【００４２】
図４は図２中のIV−IV線に沿う断面図であるが、図４に示すように、第１切換弁６４はバタフライバルブであって、その弁軸６６がアクチュエータユニット３８に連結されており、アクチュエータユニット３８によって開度位置が第１位置と第２位置との間で切り換え可能となっている。
また、第１切換弁６４より下流側となる位置の内側ケーシング４６には、フィルタ３０を通過した排気が排気流出部５４から流出するのを遮断した状態となる第１位置と、フィルタ３０を通過した排気が排気流出部から流出する状態となる第２位置とに選択的に開度位置を切り換え可能な第２切換弁６８が設けられている。この第２切換弁６８もバタフライバルブであって、第２切換弁６８の弁軸７０が、図４に示すようにアクチュエータユニット３８に連結されており、アクチュエータユニット３８によって開度位置が第１位置と第２位置との間で切り換え可能となっている。
【００４３】
従って、第１切換弁６４及び第２切換弁６８が、本発明における流路切換手段に相当する。また、第１切換弁６４及び第２切換弁６８の開度位置を共にそれぞれの第１位置とした状態が、流路切換手段の第１状態に相当すると共に、第１切換弁６４及び第２切換弁６８の開度位置を共にそれぞれの第２位置とした状態が、流路切換手段の第２状態に相当する。
【００４４】
このように設けた第１切換弁６４及び第２切換弁６８の開度位置を、共にそれぞれの第１位置とすることにより、フィルタ３０を通過した排気を排気流出部５４から流出させることなく確実に第１流路５６に流動させることができる。また、第１切換弁６４及び第２切換弁６８の開度位置を、共にそれぞれの第２位置とすることにより、フィルタ３０を通過した排気を第１流路５６に流動させることなく確実に排気流出部５４から流出させることができる。
【００４５】
図５は図２中のV−V線に沿う断面図であるが、図５に示すように内側ケーシング４６の中心軸は外側ケーシング５０の中心軸より下方に偏倚している。そして、内側ケーシング４６及び外側ケーシング５０によって形成される空間を第１流路５６と第２流路５８とに上下に区分する隔壁６０は、第１流路５６の流路断面積と第２流路５８の流路断面積とがほぼ同一となるような位置に設けられている。このため、隔壁６０の位置は上下方向において内側ケーシング４６の中心軸より上方となり、第１流路５６内に露出する内側ケーシング４６の側壁部４８の面積は、第２流路５８内に露出する内側ケーシング４６の側壁部４８の面積より大きくなっている。内側ケーシング５６、外側ケーシング５８及び隔壁６０のこのような関係は、図２中のV−V線に沿う断面に限らず、酸化触媒２８及びフィルタ３０の収容部分を含む第１切換弁６４の上流側部分までの内側ケーシング４６のほぼ全域にわたって成立している。
【００４６】
また、図６は図２中のVI−VI線に沿う断面図であるが、図６に示すように、外側ケーシング５０に包含された排気管２０についても、第１流路５６内に露出する排気管２０の側壁部分の面積の方が、第２流路５８内に露出する排気管２０の側壁部分の面積よりも大きく、且つ第１流路５６の流路断面積と第２流路５８の流路断面積とがほぼ等しくなるようになっている。
【００４７】
第２流路５８の下流側端部と排気流出部５４の下流側端部とは、図２に示すように合流部７２において合流しており、図２中におけるVII−VII線に沿う断面図である図７に示すように、第２流路５８の下流側端部及びその近傍においては、第２流路５８の流路断面積と排気流出部５４の流路断面積とがほぼ等しくなっている。
以上のように構成された排気後処理装置２６において、エンジン１の運転中に、ＥＣＵ４０はフィルタ３０におけるパティキュレートの堆積状況に応じ、前述したようにしてフィルタ３０の強制再生を行うと共に、強制再生の実行状況に対応してアクチュエータユニット３８を制御することによる排気流路の切換制御を実行する。
【００４８】
フィルタ３０の強制再生を必要とするほどフィルタ３０にパティキュレートが堆積しておらず、強制再生が行われない場合、ＥＣＵ４０は第１切換弁６４及び第２切換弁６８の開度位置を、共にそれぞれの第２位置とするようにアクチュエータユニット３８を制御する。即ち、排気管２０から排気流入部５２を介して内側ケーシング４６内に流入したエンジン１の排気は、酸化触媒２８及びフィルタ３０を通過する。そして、フィルタ３０を通過した排気は、第１切換弁６４によって内側ケーシング４６から第１流路５６への流動が遮断されると共に、第２切換弁６８によって排気流出部５４からの流出が許容される。従って、エンジン１の排気は、酸化触媒２８及びフィルタ３０を通過する際に、パティキュレートがフィルタ３０によって捕集されることにより浄化された後、排気流出部５４から合流部７２を経て排出される。
【００４９】
このとき、排気中に含まれるＮＯが酸化触媒２８の触媒作用によって酸化することによりＮＯ２が生成され、排気と共にフィルタ３０に供給される。フィルタ３０に供給されたＮＯ２は、前述したようにフィルタ３０の連続再生の際に酸化剤として使用され、Ｎ２となって排気と共に排気流出部５４から合流部７２を経て排出される。
このとき、外側ケーシング５０が空間を形成しながら内側ケーシング４６を包含しているので、内側ケーシング４６から外気への放熱が抑制され、酸化触媒２８及びフィルタ３０の温度低下を良好に抑制することができる。従って、酸化触媒２８によるＮＯ２の生成及びこのＮＯ２を酸化剤としたフィルタ３０の連続再生が良好に行われる。
【００５０】
一方、フィルタ３０におけるパティキュレートの堆積量が増大し、フィルタ３０の強制再生が必要になると、ＥＣＵ４０は前述したようにして排気温度を上昇させ、フィルタ３０の強制再生を実行する。またＥＣＵ４０は、この強制再生に合わせ、第１切換弁６４及び第２切換弁６８の開度位置を、共にそれぞれの第１位置とするようにアクチュエータユニット３８を制御する。
【００５１】
即ち、排気管２０から排気流入部５２を介して内側ケーシング４６内に流入し、酸化触媒２８及びフィルタ３０を通過した排気は、第２切換弁６８によって排気流出部５４からの流出が遮断されると共に、第１切換弁６４によって内側ケーシング４６から第１流路５６への流動が許容される。従って、強制再生のために温度の上昇した排気は、フィルタ３０を通過してフィルタ３０に堆積しているパティキュレートを焼却した後、第１切換弁６４を介して第１流路５６内に流入する。フィルタ３０を通過した排気は依然として高温であり、第１流路５６内に流入した後に内側ケーシング４６の側壁部４８に沿って流動する際に、高温の排気の熱エネルギが内側ケーシング４６を介して酸化触媒２８及びフィルタ３０に伝達される。この結果、酸化触媒２８及びフィルタ３０を高温に維持することが可能となり、フィルタ３０の昇温のために行われるポスト噴射による燃料の供給量を減少させることができるので、エンジン１の燃費を改善することが可能となる。
【００５２】
また、このようにして温度の上昇した排気の熱エネルギが内側ケーシング４６を介して外側から酸化触媒２８及びフィルタ３０に伝達されることにより、酸化触媒２８及びフィルタ３０の径方向及び軸線方向における温度分布をより均一化することが可能となる。この結果、酸化触媒２８におけるＮＯ２の生成を酸化触媒２８のほぼ全領域にわたって効率良く行うことが可能となる。更に、フィルタ３０内のパティキュレートの燃焼がほぼ全領域にわたってより一層均一化されるので、より効率的にフィルタ３０の強制再生を行うことが可能となる。
【００５３】
従って、フィルタ３０の強制再生に要する時間を短縮することが可能となり、この点においてもフィルタ３０を高温に維持するために費やされるポスト噴射の燃料量を減少することが可能となり、エンジン１の燃費を改善することができる。更に、このようにしてフィルタ３０における温度分布がより均一化されてパティキュレートの燃焼が均一化することにより、強制再生時のパティキュレートの燃え残りが減少し、より一層良好にフィルタ３０を再生することが可能となる。
【００５４】
また、外側ケーシング５０の上流側部分は、内側ケーシング４６の排気流入部５２に接続された排気管２０を所定位置まで包含するように延長されており、内側ケーシング４６と外側ケーシング５０との間に形成される空間は、この排気管２０の周囲まで延長されている。そして、第１流路５６と第２流路５８とは、第１流路５６において下流側となる隔壁６０の端部側に形成された連通口６２を介して連通されているので、第１流路５６に流入した高温の排気は第１流路５６内を内側ケーシング４６の側壁部４８に沿って流動した後、内側ケーシング４６の排気流入部５２に接続されて外側ケーシングに包含された排気通路２０に沿って第１流路５６内を流動する。
【００５５】
従って、強制再生により高温となった排気の熱エネルギは、排気管２０から内部ケーシング４６内に流入する排気にも排気管２０を介して伝達されるので、上述したような酸化触媒２８やフィルタ３０に対する排気の熱エネルギの伝達だけではなく、内部ケーシング４６に流入する排気の温度低下を抑制することによっても酸化触媒２８及びフィルタ３０を高温に維持することが可能となる。この結果、フィルタ３０の強制再生をより一層効率的に行うことが可能となる。
【００５６】
また、前述したように、車両走行時には走行風が排気浄化装置２６の下面に比較的多く接触するが、第１流路５６が第２流路５８より下方に位置するので、フィルタ３０を通過した高温の排気は、まず内側ケーシング４６の側壁部４８のうち下方部分に沿って流動することになる。このとき第１流路５６内においては上方となるほど排気の温度が高くなるので、走行風による放熱の影響を低く抑えながら、高温の排気の熱エネルギによってフィルタ３０を高温に維持することが可能となる。
【００５７】
また図５に示すように、第１流路５６内に露出する内側ケーシング４６の側壁部４８が排気と接触する面積の方が、第２流路５８内に露出する内側ケーシング４６の側壁部４８が排気と接触する面積よりも大きいので、第１流路５６内を流動する高温の排気の熱エネルギを、効率良く内側ケーシング４６内の酸化触媒２８及びフィルタ３０に伝達することができる。これは外側ケーシング５０に包含された排気管２０についても同様であり、第１流路５６内を流動する高温の排気の熱エネルギを、効率良く排気管２０内の排気に伝達することができる。
【００５８】
なお、第１流路５６内を流動した排気は、隔壁６０に形成された連通口６２を介して第２流路５８内に流入し、合流部７２を経て排気後処理装置２６から排出される。
ここで、第１流路５６の流路断面積及び第２流路５８の流路断面積は、排気管２０から内側ケーシング４６の第１切換弁６４より上流側となるまでの部分においてほぼ等しくなっているので、排気が第１流路５６を流動する際の流動抵抗と、第２流路５８を流動する際の流動抵抗をほぼ同一にすることができ、排気の圧力損失を低く抑えることが可能となる。
【００５９】
以上で本発明の一実施形態に係る排気浄化装置についての説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
例えば、上記実施形態ではフィルタ３０の強制再生の際に、第１切換弁６４及び第２切換弁６８を、共にそれぞれの第１位置とすることにより、フィルタ３０を通過した排気を第１流路５６に流入させるようにしたが、フィルタ３０の強制再生を行っていないときにも、必要に応じて排気を第１流路５６に流入させ、第１流路５６内の排気の熱エネルギを酸化触媒２８及びフィルタ３０に伝達することにより、酸化触媒２８及びフィルタ３０の温度低下を抑制するようにしてもよい。
【００６０】
また、フィルタ３０の強制再生を行っていないときに、酸化触媒２８の活性化やフィルタ３０の昇温などの目的で排気温度を上昇させたい場合に、第１切換弁６４を第２位置とすると共に第２切換弁６８を第１位置として排気の流路を閉塞し、合流部７２からの排気の流出を遮断するようにしてもよい。
更に、上記実施形態では、第１切換弁６４及び第２切換弁６８により本発明の流路切換手段を構成するようにしたが、フラップ弁などの単一の切換弁により流路切換手段を構成するようにしてもよいし、第２切換弁６８は排気ブレーキ装置と併用するようにしてもよい。
【００６１】
また、上記実施形態では、フィルタ３０の上流側に酸化触媒２８を配設したが、酸化触媒に代えてＮＯｘ吸蔵触媒など別の触媒を用いるようにしてもよいし、酸化触媒２８などのフィルタ３０に酸化剤を供給するための触媒或いはこれに代わるものを別置きとし、内側ケーシング４６内にはフィルタ３０のみを収容するようにしてもよい。更に、排気後処理装置２６の下流側に更に別の排気後処理装置を設けるようにしてもよい。
【００６２】
また、フィルタ３０の強制再生の方法は上記実施形態に採用した方法に限定されるのではなく、一般的に知られている様々な方法を採用することが可能である。
また、上記実施形態では、第１流路５６が第２流路５８より下方となり、第１流路５６内に露出する内側ケーシング４６の側壁部４８の面積が、第２流路５８内に露出する内側ケーシング４６の側壁部４８の面積よりも大きくなると共に、第１流路５６の流路断面積及び第２流路５８の流路断面積がほぼ等しくなるように、内側ケーシング４６、外側ケーシング５０及び隔壁６０の関係を定めることにより、上述したそれぞれの効果を得るようにしたが、内側ケーシング４６、外側ケーシング５０及び隔壁６０の関係はこれに限定されるものではなく、それぞれ対応する効果の要否を考慮しながら必要に応じて適宜変更することが可能である。
【００６３】
更に、上記実施形態では、内側ケーシング４６の排気流入部５２に接続された排気管２０を所定位置まで包含するように、外側ケーシング５０の上流側部分を延長したが、排気管２０については包含せず、内側ケーシング４６のみを外側ケーシング５０で包含するようにしてもよい。この場合、排気後処理装置２６に流入する排気の温度低下を排気管２０側で抑制することはできないが、第１流路５６内を流動する高温の排気により酸化触媒２８及びフィルタ３０を高温に維持することは上記実施形態と同様に可能である。
【００６４】
また、上記実施形態では、エンジン１を車両に搭載された４気筒のディーゼルエンジンとしたが、エンジン１の気筒数及び形式はこれに限定されるものではなく、また車両以外に使用されるものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の一実施形態に係る排気浄化装置が適用されたエンジンの全体構成図である。
【図２】図１の排気後処理装置の軸線方向における断面図である。
【図３】図１の排気後処理装置の外側ケーシングを切り欠いた部分断面図である。
【図４】図２中のIV−IV線に沿う断面図である。
【図５】図２中のV−V線に沿う断面図である。
【図６】図２中のVI−VI線に沿う断面図である。
【図７】図２中のVII−VII線に沿う断面図である。
【符号の説明】
【００６６】
１ エンジン
２０ 排気管（排気通路）
２６ 排気後処理装置
３０ パティキュレートフィルタ
４０ ＥＣＵ（制御手段）
４６ 内側ケーシング
４８ 側壁部
５０ 外側ケーシング
５２ 排気流入部
５４ 排気流出部
５６ 第１流路
５８ 第２流路
６０ 隔壁
６２ 連通口
６４ 第１切換弁（流路切換手段）
６８ 第２切換弁（流路切換手段）
７２ 合流部
【技術分野】
【０００１】
本発明はエンジンの排気を浄化する排気浄化装置に関し、特にエンジンの排気中に含まれるパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタを備えた排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ディーゼルエンジン等のエンジンの排気通路にパティキュレートフィルタを設け、エンジンから排出される排気中に含まれるパティキュレートをパティキュレートフィルタで捕集し、大気中にパティキュレートが放出されないようにする技術が知られている。
パティキュレートフィルタでは、捕集したパティキュレートが堆積することにより排気抵抗が増大するため、適宜強制再生を行って、堆積したパティキュレートを強制的に焼却してパティキュレートフィルタを再生する。パティキュレートフィルタを強制再生するにはパティキュレートフィルタの温度を上昇させる必要がある。そのために例えば、パティキュレートフィルタの上流側に酸化触媒を設け、エンジンの膨張行程や排気行程で気筒内に燃料を噴射する、いわゆるポスト噴射を行うことにより、排気通路に供給したＨＣ（炭化水素）を酸化触媒で酸化させ、パティキュレートフィルタに流入する排気の温度を上昇させることが知られている。
【０００３】
また、このようにして上昇されたパティキュレートフィルタの温度を高温に維持し、パティキュレートフィルタの強制再生を良好に行うようにした排気浄化装置が特許文献１によって提案されている。
特許文献１の排気浄化装置では、排気通路に接続された外側ケーシング内に内側ケーシングを配設し、この内側ケーシング内にパティキュレートフィルタが収容されている。そして、温度が上昇した排気を、外側ケーシングと内側ケーシングとの間の空間に流動させた後に内側ケーシング内に流入させることにより、内側ケーシング内のパティキュレートフィルタを外周面から暖め、パティキュレートフィルタ内の径方向における温度分布を均一化するようになっている。また、内側ケーシング内に流入した排気は、パティキュレートフィルタを通過する方向が切換バルブによって逆転可能となっており、パティキュレートフィルタ内の軸線方向における温度分布を均一化すると共に、アッシュなどによるパティキュレートフィルタの目詰まりが防止できるようになっている。
【０００４】
特許文献１の排気浄化装置では、このようにしてパティキュレートフィルタ内の温度分布を均一化することにより、パティキュレートフィルタの強制再生を効率良く行えるようにしている。
【特許文献１】特開２００２−３０３１２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の排気浄化装置では、上述したようにパティキュレートフィルタに流入する前の高温の排気を、パティキュレートフィルタが収容された内側ケーシングと、これを包含する外側ケーシングとの間に流動させることにより、パティキュレートフィルタを外周面から暖めるようにしている。しかしながら、従来より一般的に用いられている排気浄化装置と同様に、上記特許文献１の排気浄化装置においては、パティキュレートフィルタを通過した後の排気が、そのまま排気浄化装置から排出されるようになっている。パティキュレートフィルタの強制再生時にパティキュレートフィルタから排出される排気の温度は依然として高温であるが、このような高温の排気が有する熱エネルギはそのまま大気中に放出され、有効利用されていない。このため、パティキュレートフィルタの温度を高温に維持するためには、引き続きポスト噴射などにより相応の燃料を供給し続けなければならず、その分だけエンジンの燃費が悪化するという問題がある。
【０００６】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、排気の熱エネルギを有効利用して、パティキュレートフィルタの再生を効率的に行うことが可能な排気浄化装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の排気浄化装置は、エンジンの排気通路に介装され、上記エンジンの排気が流入する排気流入部と、流入した上記排気を流出させる排気流出部とを有する内側ケーシングと、上記内側ケーシング内に収容され、上記排気流入部から流入した排気中に含まれるパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタと、上記内側ケーシングを包含すると共に、上記内側ケーシングから離間して設けられることにより上記内側ケーシングとの間に、上記内側ケーシングの側壁部に沿って空間を形成する外側ケーシングと、上記内側ケーシングと上記外側ケーシングとの間に形成された空間を、上記内側ケーシングの上記側壁部に沿い上流側から下流側にかけて第１流路と第２流路とに分割する隔壁と、上記パティキュレートフィルタより下流側に設けられ、上記パティキュレートフィルタを通過した排気を上記第１流路に流動させる第１状態と、上記パティキュレートフィルタを通過した排気を上記排気流出部から流出させる第２状態とのいずれか一方に選択的に切り換え可能な流路切換手段と、上記第１流路において下流側となる上記隔壁の端部側に設けられ、上記第１流路と上記第２流路とを連通させる連通手段と、上記第２流路の下流側端部と上記排気流出部の下流側端部とを合流させる合流部とを備えることを特徴とする（請求項１）。
【０００８】
このように構成された排気浄化装置によれば、エンジンの排気は排気流入部から内側ケーシング内に流入し、パティキュレートフィルタを通過する。流路切換手段は、パティキュレートフィルタを通過した排気を第１流路に流動させる第１状態と、パティキュレートフィルタを通過した排気を排気流出部から流出させる第２状態とのいずれか一方に選択的に切り換え可能であり、流路切換手段が第２状態に切り換えられている場合には、パティキュレートフィルタを通過した排気が排気流出部から流出する。このとき、排気中に含まれるパティキュレートは、パティキュレートフィルタに捕集される。
【０００９】
一方、流路切換手段が第１状態に切り換えられている場合には、パティキュレートフィルタを通過した排気が第１流路に流入した後、第１流路内を内側ケーシングの側壁部に沿って流動し、第１流路において下流側となる隔壁の端部側に設けられた連通手段を介して第２流路に流入する。第２流路内を流動した排気は、第２流路の下流側端部から合流部を介して流出する。従って、排気が第１流路を流動する際に、強制再生などによって温度の上昇した排気の熱エネルギが内側ケーシングを介してパティキュレートフィルタに伝達される。
【００１０】
また、上記排気浄化装置において、上記パティキュレートフィルタの強制再生時には、上記第１状態となるように上記流路切換手段を制御する制御手段を更に備えることを特徴とする（請求項２）。
このように構成された排気浄化装置によれば、パティキュレートフィルタの強制再生が行われるとき、制御手段が流路切換手段を第１状態に制御することにより、上述したようにパティキュレートフィルタを通過した排気が第１流路に流入し、第１流路内を内側ケーシングの側壁部に沿って流動した後に、第２流路を経て合流部から流出する。従って、強制再生によって温度の上昇した排気の熱エネルギが内側ケーシングを介してパティキュレートフィルタに伝達される。
【００１１】
また具体的には、上記排気浄化装置において、上記流路切換手段が、上記パティキュレートフィルタより下流側となる位置の上記内側ケーシングに設けられて上記パティキュレートフィルタを通過した排気が上記第１流路に流動する状態と、上記パティキュレートフィルタを通過した排気の上記第１流路への流動を遮断する状態とに選択的に切り換え可能な第１切換弁と、上記第１切換弁より下流側となる位置の上記内側ケーシングに設けられ、上記パティキュレートフィルタを通過した排気が上記排気流出部から流出する状態と、上記パティキュレートフィルタを通過した排気の上記排気流出部からの流出を遮断する状態とに選択的に切り換え可能な第２切換弁とを備えるようにしてもよい（請求項３）。
【００１２】
このように構成された排気浄化装置によれば、流路切換手段を第１状態としてパティキュレートフィルタを通過した排気を第１流路に流動させる場合には、第２切換弁により排気流出部からの排気の流出を遮断すると共に、第１切換弁によりパティキュレートフィルタを通過した排気を第１流路に流動させる。一方、流路切換手段を第２状態としてパティキュレートフィルタを通過した排気を排気流出部から流出させる場合には、第１切換弁により第１流路への排気の流動を遮断すると共に、第２切換弁によりパティキュレートフィルタを通過した排気を排気流出部から流出させる。
【００１３】
また、上記排気浄化装置において、上記パティキュレートフィルタの強制再生時には、上記パティキュレートフィルタを通過した排気が上記第１流路に流動する状態に上記第１切換弁を制御すると共に、上記パティキュレートフィルタを通過した排気の上記排気流出部からの流出を遮断する状態に上記第２切換弁を制御する制御手段を更に備えることを特徴とする（請求項４）。
【００１４】
このように構成された排気浄化装置によれば、パティキュレートフィルタの強制再生が行われるとき、制御手段が第１切換弁及び第２切換弁を制御することにより、上述したようにパティキュレートフィルタを通過した排気が第１切換弁を介して第１流路に流入し、第１流路内を内側ケーシングの側壁部に沿って流動した後、第２流路を経て合流部から流出する。従って、強制再生によって温度の上昇した排気の熱エネルギが内側ケーシングを介してパティキュレートフィルタに伝達される。
【００１５】
また、エンジン及び排気浄化装置が車両に搭載される場合、上記隔壁は、上記第１流路が上記第２流路より下方に位置するように、上記内側ケーシングと上記外側ケーシングとの間に形成された空間を、上記内側ケーシングの上流側から下流側にわたって上下に分割するようにしてもよい（請求項５）。
このように構成された排気浄化装置によれば、パティキュレートフィルタを通過した排気は、第１流路に流入した後、まず内側ケーシングの側壁部のうち下方部分に沿って流動する。
【００１６】
また、上記排気浄化装置において、上記隔壁は、上記第１流路内に露出する上記内側ケーシングの側壁部の面積の方が、上記第２流路内に露出する上記内側ケーシングの側壁部の面積よりも大きくなるように、上記内側ケーシングと上記外側ケーシングとの間に形成された空間を分割してもよい（請求項６）。
このように構成された排気浄化装置によれば、第１流路内を流動する排気に接する内側ケーシングの側壁部の面積の方が、第２流路内を流動する排気に接する内側ケーシングの側壁部の面積よりも大きくなる。
【００１７】
更に、上記排気浄化装置において、上記内側ケーシング、上記外側ケーシング及び上記隔壁は、上記第１流路の流路断面積と上記第２流路の流路断面積とがほぼ等しくなるように相互の位置が定められていてもよい（請求項７）。
また、上記排気浄化装置において、上記外側ケーシングは、上記内側ケーシングの上記排気流入部に接続された排気通路の少なくとも一部を上記内側ケーシングと共に包含し、上記隔壁は、上記内側ケーシング及び上記排気通路と上記外側ケーシングとの間に形成された空間を、上記第１流路と上記第２流路とに分割するようにしてもよい（請求項８）。
【００１８】
このように構成された排気浄化装置によれば、流路切換手段が第１状態に切り換えられている場合には、上述したように、パティキュレートフィルタを通過した排気が第１流路に流入し、第１流路内を内側ケーシングの側壁部に沿って流動する。このとき、第１流路内の排気は、内側ケーシングの排気流入部に接続されて外側ケーシングに包含された排気通路に沿って流動した後に、第２流路を経て合流部から流出する。従って、強制再生などによって温度の上昇した排気の熱エネルギが、内側ケーシングを介してパティキュレートフィルタに伝達されると共に、内部ケーシング内に流入する排気にも排気通路を介して伝達される。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の排気浄化装置によれば、第１状態に流路切換手段が切り換えられている場合には、パティキュレートフィルタを通過した排気が第１流路に流入した後、第１流路内を内側ケーシングの側壁部に沿って流動するので、パティキュレートフィルタを通過した後の依然として温度が高い排気の熱エネルギを、内側ケーシングを介してパティキュレートフィルタに伝達することが可能となる。従って、パティキュレートフィルタを通過した後の排気の熱エネルギを有効利用し、パティキュレートフィルタの温度低下を抑制することが可能となる。
【００２０】
この結果、請求項２の排気浄化装置や請求項４の排気浄化装置のように、パティキュレートフィルタの強制再生時にパティキュレートフィルタを通過した排気を第１流路に流動させれば、強制再生によって高温となった排気の熱エネルギが内側ケーシングを介してパティキュレートフィルタに伝達されるので、パティキュレートフィルタを高温に維持するために行われるポスト噴射などによる燃料の供給量を減少させることができ、エンジンの燃費を改善することが可能となる。
【００２１】
また、温度の上昇した排気の熱エネルギが内側ケーシングを介して外側からパティキュレートフィルタに伝達されることにより、パティキュレートフィルタの径方向及び軸線方向における温度分布をより均一化することが可能となる。この結果、請求項２や請求項４の排気浄化装置のように、パティキュレートフィルタの強制再生時にパティキュレートフィルタを通過した排気を第１流路に流動させれば、パティキュレートフィルタ内のパティキュレートの燃焼がより均一化され、より一層効率的にパティキュレートフィルタの強制再生を行うことが可能となる。従って、パティキュレートフィルタの強制再生に要する時間を短縮することが可能となり、この点でもパティキュレートフィルタの昇温に費やされる燃料量を減少することが可能となり、エンジンの燃費を改善することができる。
【００２２】
また、パティキュレートフィルタにおける温度分布がより均一化されることにより、上述したようにパティキュレートの燃焼がより均一化されるので、強制再生時のパティキュレートの燃え残りが減少し、より良好にパティキュレートフィルタを再生することが可能となる。
一方、第２状態に流路切換手段が切り換えられている場合には、パティキュレートフィルタを通過した排気が排気流出部から流出するので、排気中に含まれるパティキュレートをパティキュレートフィルタによって捕集した後に、排気流出部から排気を流出させることができる。
【００２３】
このとき、外側ケーシングが空間を有して内側ケーシングを包含しているので、パティキュレートフィルタから外気中への放熱量を低減することができる。この結果、パティキュレートフィルタの温度低下を抑制し、パティキュレートフィルタの連続再生を良好に行うことが可能となる。
また、請求項３の排気浄化装置によれば、第１切換弁より下流側となる位置の内側ケーシングに設けられた第２切換弁により排気流出部からの排気の流出を遮断すると共に、第１切換弁によりパティキュレートフィルタを通過した排気を第１流路に流動させることにより、パティキュレートフィルタを通過した排気を確実に第１流路に流動させることができる。一方、第１切換弁により第１流路への排気の流動を遮断すると共に、第２切換弁によりパティキュレートフィルタを通過した排気を排気流出部から流出させることにより、パティキュレートフィルタを通過した排気を確実に排気流出部から流出させることができる。
【００２４】
また、車両に搭載されるエンジンの排気浄化装置では、車両の下方に排気浄化装置が装着されるのが一般的であり、この場合には車両走行時の走行風が排気浄化装置の下面に比較的多く接触することになる。請求項５の排気浄化装置によれば、第１流路が第２流路の下方に位置するので、パティキュレートフィルタを通過した排気は、第１流路内において内側ケーシングの側壁部のうち下方部分に沿って流動することになる。このとき第１流路内では上方であるほど排気の温度が高くなるので、走行風による放熱の影響を低く抑えながら、高温の排気の熱エネルギによってパティキュレートフィルタを高温に維持することが可能となる。
【００２５】
また、請求項６の排気浄化装置によれば、第１流路内に露出する内側ケーシングの側壁部が排気に接触する面積の方が、第２流路内に露出する内側ケーシングの側壁部が排気に接触する面積よりも大きいので、流路切換手段が第１状態に切り換えられている場合に、第１流路内を流動する排気の熱エネルギを、効率良く内側ケーシング内のパティキュレートフィルタに伝達することが可能となる。この結果、より効率良くパティキュレートフィルタを高温に維持することが可能となる。
【００２６】
更に、請求項７の排気浄化装置によれば、第１流路の流路断面積と第２流路の流路断面積とがほぼ等しくなっているので、排気が第１流路を流動する際の流動抵抗及び第２流路を流動する際の流動抵抗をほぼ同一にすることができ、排気の圧力損失を低く抑えることが可能となる。
また、請求項８の排気浄化装置によれば、流路切換手段が第１状態に切り換えられている場合には、パティキュレートフィルタを通過した排気が第１流路内を内側ケーシングの側壁部に沿って流動した後、内側ケーシングの排気流入部に接続されて外側ケーシングに包含された排気通路に沿って流動する。従って、強制再生などによって温度の上昇した排気の熱エネルギが、内側ケーシングを介してパティキュレートフィルタに伝達されると共に、内部ケーシング内に流入する排気にも排気通路を介して伝達される。この結果、パティキュレートフィルタに対する排気の熱エネルギの伝達だけではなく、パティキュレートフィルタに流入する排気の温度低下を抑制することによってもパティキュレートフィルタを高温に維持することが可能となり、パティキュレートフィルタの強制再生や連続再生による再生をより一層効率的に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、図面に基づき本発明の一実施形態に係る排気浄化装置について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る排気浄化装置が適用されて車両に搭載された４気筒のディーゼルエンジン（以下、エンジンという）の全体構成図である。
エンジン１は各気筒共通の高圧蓄圧室（以下コモンレールという）２を備えており、図示しない燃料噴射ポンプから供給されてコモンレール２に蓄えられた高圧の燃料を、各気筒に設けられたインジェクタ４に供給し、各インジェクタ４からそれぞれの気筒内に燃料が噴射される。
【００２８】
吸気管６にはターボチャージャ８が装備されており、図示しないエアクリーナから吸入された吸気は、吸気管６からターボチャージャ８のコンプレッサ８ａへと流入し、コンプレッサ８ａで過給された吸気はインタークーラ１０及び吸気制御弁１２を介して吸気マニホールド１４に導入される。また、吸気管６のコンプレッサ８ａより上流側には、エンジン１に吸入される空気量を検出するための吸気量センサ１６が設けられている。
【００２９】
一方、エンジン１の各気筒から排気が排出される排気ポート（図示せず）は、排気マニホールド１８を介して排気管（排気通路）２０に接続されている。なお、排気マニホールド１８と吸気マニホールド１４との間には、ＥＧＲ弁２２を介して排気マニホールド１８と吸気マニホールド１４とを連通するＥＧＲ通路２４が設けられており、ＥＧＲ弁２２の開度を変更することにより排気マニホールド１８から吸気マニホールド１４への排気還流量を調整可能となっている。
【００３０】
排気管２０には、ターボチャージャ８のタービン８ｂの下流側において、排気後処理装置２６が介装されている。また、タービン８ｂの回転軸はコンプレッサ８ａの回転軸と連結されており、タービン８ｂが排気管２０内を流動する排気を受けてコンプレッサ８ａを駆動するようになっている。
排気後処理装置２６には、酸化触媒２８が収容されると共に、この酸化触媒２８の下流側に、排気中のパティキュレートを捕集することによりエンジン１の排気を浄化するパティキュレートフィルタ（以下フィルタという）３０が収容されている。
【００３１】
この酸化触媒２８は、流入する排気中のＮＯ（一酸化窒素）を酸化させてＮＯ２（二酸化窒素）を生成し、フィルタ３０の連続再生を行う際の酸化剤として供給する機能を有している。また、フィルタ３０はハニカム型のセラミック体からなり、エンジン１の排気が内部を流通することによって排気中のパティキュレートを捕集する。
酸化触媒２８でＮＯから転化されたＮＯ２はフィルタ３０に流入し、フィルタ３０に捕捉されて堆積したパティキュレートに対して酸化剤として作用することにより、パティキュレートを酸化してフィルタ３０から除去し、フィルタ３０を連続再生すると共にＮ２となって大気中に排出される。
【００３２】
酸化触媒２８の上流側には、酸化触媒２８に流入する排気の温度を検出するための流入排気温度センサ３２、及び酸化触媒２８から流出する排気の温度を検出するための流出排気温度センサ３３が設けられている。また、フィルタ３０の上流側にはフィルタ３０に流入する排気の圧力を検出する上流側排気圧センサ３４が設けられ、フィルタ３０の下流側にはフィルタ３０から流出する排気の圧力を検出する下流側排気圧センサ３６が設けられている。更に、排気後処理装置２６には、後述する排気流路の切換制御で用いられるアクチュエータユニット３８が装備されている。
【００３３】
ＥＣＵ（制御手段）４０は、エンジン１の運転制御をはじめとして総合的な制御を行うための制御装置であり、ＣＰＵ、メモリ、タイマカウンタなどから構成され、様々な制御量の演算を行うと共に、その制御量に基づき各種デバイスの制御を行っている。
ＥＣＵ４０の入力側には、各種制御に必要な情報を収集するため、上述した吸気量センサ１６、流入排気温度センサ３２、流出排気温度センサ３３、上流側排気圧センサ３４及び下流側排気圧センサ３６のほか、エンジン回転数を検出する回転数センサ４２、及びアクセルペダル（図示せず）の踏込量を検出するアクセル開度センサ４４などの各種センサ類が接続されている。一方、ＥＣＵ４０の出力側には演算した制御量に基づき制御が行われる各気筒のインジェクタ４、吸気制御弁１２、ＥＧＲ弁２２及びアクチュエータユニット３８などの各種デバイス類が接続されている。
【００３４】
エンジン１の各気筒への燃料供給量の演算、及び演算した燃料供給量に基づくインジェクタ４からの燃料供給制御もＥＣＵ４０によって行われる。エンジン１の運転に必要な燃料供給量（主噴射量）は、回転数センサ４２によって検出されたエンジン回転数とアクセル開度センサ４４によって検出されたアクセルペダルの踏込量とに基づき、予め記憶しているマップから読み出して決定する。各気筒に供給される燃料の量は、インジェクタ４の開弁時間によって調整され、決定された燃料量に対応した駆動時間で各インジェクタ４が開弁駆動され、各気筒に主噴射が行われることにより、エンジン１の運転に必要な燃料量が供給される。
【００３５】
ＥＣＵ４０は、このような各気筒への燃料供給制御のほか、フィルタ３０を強制再生して機能回復させるための制御も行う。
フィルタ３０に堆積したパティキュレートは、前述したように酸化触媒２８からフィルタ３０に流入するＮＯ２を酸化剤とした連続再生によって酸化除去されるが、排気温度が低い運転状態が長時間続いた場合などでは、このような連続再生だけでは堆積したパティキュレートが十分に酸化除去されない場合がある。このような状態が継続すると、フィルタ３０内にパティキュレートが過剰に堆積し、フィルタ３０が目詰まりを起こすおそれがあるため、フィルタ３０におけるパティキュレートの堆積状況に応じ、適宜フィルタ３０の強制再生が行われる。
【００３６】
パティキュレートの堆積状況は、フィルタ３０の上流側及び下流側にそれぞれ設けられた上流側排気圧センサ３４及び下流側排気圧センサ３６や吸気量センサ１６の検出値などに基づき推定され、フィルタ３０におけるパティキュレート堆積量が所定量に達したと判断したときに強制再生の制御が開始される。
この強制再生制御では、流入排気温度センサ３２及び流出排気温度センサ３３が検出した排気の温度に基づきフィルタ３０の温度を推定し、フィルタ３０の温度が低い場合には吸気制御弁１２を閉方向に制御して排気温度を上昇させると共に、インジェクタ４から主噴射より遅角されたポスト噴射をエンジン１の膨張行程や排気行程で行い、フィルタ３０に堆積したパティキュレートを焼却することが可能な温度までフィルタ３０を昇温する。
【００３７】
即ち、インジェクタ４からのポスト噴射によって排気中に供給されたＨＣ（炭化水素）は酸化触媒２８に達し、酸化触媒２８でのＨＣの酸化反応によって更に温度が上昇した高温の排気がフィルタ３０内に流入する。フィルタ３０内に堆積しているパティキュレートは、このようにして高温となった排気により焼却され、フィルタ３０が強制再生される。
このようなフィルタ３０の強制再生が行われる際には、フィルタ３０から流出する排気が高温であるため、このような排気の熱エネルギを有効利用することができるように、排気後処理装置２６が構成されている。そこで、以下ではこの排気後処理装置２６の構成について図２乃至７に基づき詳細に説明する。
【００３８】
図２は、排気後処理装置２６の軸線方向における断面図であるが、構成を分かり易くするため、流入排気温度センサ３２、流出排気温度センサ３３、上流側排気圧センサ３４及び下流側排気圧センサ３６は省略している。図２に示すように、排気後処理装置２６は、筒状をなして酸化触媒２８及びフィルタ３０を収容した内側ケーシング４６と、この内側ケーシング４６を包含すると共に、内側ケーシング４６から離間して設けられることによって内側ケーシング４６との間に、内側ケーシング４６の側壁部４８に沿って空間を形成する外側ケーシング５０とを備えている。
【００３９】
なお、排気後処理装置２６は、一般的な車両と同様に、車体の下面においてその下面が露出するように搭載されている。そして、車両が走行する際には図２の左方から右方に向けて走行風が流れ、排気後処理装置２６の上部に比して下部の方が多くの走行風に接触するようになっている。
内側ケーシング４６は、排気管２０に接続されてエンジン１の排気が流入する排気流入部５２と、流入した排気を流出させる排気流出部５４とを有する。また、外側ケーシング５０の上流側部分は、内側ケーシング４６の排気流入部５２に接続された排気管２０を所定位置まで包含するように延長されており、内側ケーシング４６と外側ケーシング５０との間に形成される空間は、この排気管２０の周囲まで延長されている。
【００４０】
図３は、排気後処理装置２６の外側ケーシング５０を切り欠いた部分断面図であるが、図３に示すように排気後処理装置２６には、外側ケーシング５０と内側ケーシング４６及び排気管２０との間に形成された空間を、上流側から下流側にかけて第１流路５６と第２流路５８とに上下に分割する隔壁６０が設けられている。また、内側ケーシング４６の排気流入部５２側となる隔壁６０の端部には、第１流路５６と第２流路５８とを連通させる連通口（上流側連通手段）６２が形成されている。
【００４１】
内側ケーシング４６のフィルタ３０より下流側となる位置には、内側ケーシング４６と第１通路５６とを連通及び遮断可能な第１切換弁６４が設けられており、フィルタ３０を通過した排気が内側ケーシング４６から第１流路５６に流動する状態となる第１位置と、このような内側ケーシング４６から第１流路５６への排気の流動を遮断した状態となる第２位置とに選択的に第１切換弁６４の開度位置を切り換え可能となっている。
【００４２】
図４は図２中のIV−IV線に沿う断面図であるが、図４に示すように、第１切換弁６４はバタフライバルブであって、その弁軸６６がアクチュエータユニット３８に連結されており、アクチュエータユニット３８によって開度位置が第１位置と第２位置との間で切り換え可能となっている。
また、第１切換弁６４より下流側となる位置の内側ケーシング４６には、フィルタ３０を通過した排気が排気流出部５４から流出するのを遮断した状態となる第１位置と、フィルタ３０を通過した排気が排気流出部から流出する状態となる第２位置とに選択的に開度位置を切り換え可能な第２切換弁６８が設けられている。この第２切換弁６８もバタフライバルブであって、第２切換弁６８の弁軸７０が、図４に示すようにアクチュエータユニット３８に連結されており、アクチュエータユニット３８によって開度位置が第１位置と第２位置との間で切り換え可能となっている。
【００４３】
従って、第１切換弁６４及び第２切換弁６８が、本発明における流路切換手段に相当する。また、第１切換弁６４及び第２切換弁６８の開度位置を共にそれぞれの第１位置とした状態が、流路切換手段の第１状態に相当すると共に、第１切換弁６４及び第２切換弁６８の開度位置を共にそれぞれの第２位置とした状態が、流路切換手段の第２状態に相当する。
【００４４】
このように設けた第１切換弁６４及び第２切換弁６８の開度位置を、共にそれぞれの第１位置とすることにより、フィルタ３０を通過した排気を排気流出部５４から流出させることなく確実に第１流路５６に流動させることができる。また、第１切換弁６４及び第２切換弁６８の開度位置を、共にそれぞれの第２位置とすることにより、フィルタ３０を通過した排気を第１流路５６に流動させることなく確実に排気流出部５４から流出させることができる。
【００４５】
図５は図２中のV−V線に沿う断面図であるが、図５に示すように内側ケーシング４６の中心軸は外側ケーシング５０の中心軸より下方に偏倚している。そして、内側ケーシング４６及び外側ケーシング５０によって形成される空間を第１流路５６と第２流路５８とに上下に区分する隔壁６０は、第１流路５６の流路断面積と第２流路５８の流路断面積とがほぼ同一となるような位置に設けられている。このため、隔壁６０の位置は上下方向において内側ケーシング４６の中心軸より上方となり、第１流路５６内に露出する内側ケーシング４６の側壁部４８の面積は、第２流路５８内に露出する内側ケーシング４６の側壁部４８の面積より大きくなっている。内側ケーシング５６、外側ケーシング５８及び隔壁６０のこのような関係は、図２中のV−V線に沿う断面に限らず、酸化触媒２８及びフィルタ３０の収容部分を含む第１切換弁６４の上流側部分までの内側ケーシング４６のほぼ全域にわたって成立している。
【００４６】
また、図６は図２中のVI−VI線に沿う断面図であるが、図６に示すように、外側ケーシング５０に包含された排気管２０についても、第１流路５６内に露出する排気管２０の側壁部分の面積の方が、第２流路５８内に露出する排気管２０の側壁部分の面積よりも大きく、且つ第１流路５６の流路断面積と第２流路５８の流路断面積とがほぼ等しくなるようになっている。
【００４７】
第２流路５８の下流側端部と排気流出部５４の下流側端部とは、図２に示すように合流部７２において合流しており、図２中におけるVII−VII線に沿う断面図である図７に示すように、第２流路５８の下流側端部及びその近傍においては、第２流路５８の流路断面積と排気流出部５４の流路断面積とがほぼ等しくなっている。
以上のように構成された排気後処理装置２６において、エンジン１の運転中に、ＥＣＵ４０はフィルタ３０におけるパティキュレートの堆積状況に応じ、前述したようにしてフィルタ３０の強制再生を行うと共に、強制再生の実行状況に対応してアクチュエータユニット３８を制御することによる排気流路の切換制御を実行する。
【００４８】
フィルタ３０の強制再生を必要とするほどフィルタ３０にパティキュレートが堆積しておらず、強制再生が行われない場合、ＥＣＵ４０は第１切換弁６４及び第２切換弁６８の開度位置を、共にそれぞれの第２位置とするようにアクチュエータユニット３８を制御する。即ち、排気管２０から排気流入部５２を介して内側ケーシング４６内に流入したエンジン１の排気は、酸化触媒２８及びフィルタ３０を通過する。そして、フィルタ３０を通過した排気は、第１切換弁６４によって内側ケーシング４６から第１流路５６への流動が遮断されると共に、第２切換弁６８によって排気流出部５４からの流出が許容される。従って、エンジン１の排気は、酸化触媒２８及びフィルタ３０を通過する際に、パティキュレートがフィルタ３０によって捕集されることにより浄化された後、排気流出部５４から合流部７２を経て排出される。
【００４９】
このとき、排気中に含まれるＮＯが酸化触媒２８の触媒作用によって酸化することによりＮＯ２が生成され、排気と共にフィルタ３０に供給される。フィルタ３０に供給されたＮＯ２は、前述したようにフィルタ３０の連続再生の際に酸化剤として使用され、Ｎ２となって排気と共に排気流出部５４から合流部７２を経て排出される。
このとき、外側ケーシング５０が空間を形成しながら内側ケーシング４６を包含しているので、内側ケーシング４６から外気への放熱が抑制され、酸化触媒２８及びフィルタ３０の温度低下を良好に抑制することができる。従って、酸化触媒２８によるＮＯ２の生成及びこのＮＯ２を酸化剤としたフィルタ３０の連続再生が良好に行われる。
【００５０】
一方、フィルタ３０におけるパティキュレートの堆積量が増大し、フィルタ３０の強制再生が必要になると、ＥＣＵ４０は前述したようにして排気温度を上昇させ、フィルタ３０の強制再生を実行する。またＥＣＵ４０は、この強制再生に合わせ、第１切換弁６４及び第２切換弁６８の開度位置を、共にそれぞれの第１位置とするようにアクチュエータユニット３８を制御する。
【００５１】
即ち、排気管２０から排気流入部５２を介して内側ケーシング４６内に流入し、酸化触媒２８及びフィルタ３０を通過した排気は、第２切換弁６８によって排気流出部５４からの流出が遮断されると共に、第１切換弁６４によって内側ケーシング４６から第１流路５６への流動が許容される。従って、強制再生のために温度の上昇した排気は、フィルタ３０を通過してフィルタ３０に堆積しているパティキュレートを焼却した後、第１切換弁６４を介して第１流路５６内に流入する。フィルタ３０を通過した排気は依然として高温であり、第１流路５６内に流入した後に内側ケーシング４６の側壁部４８に沿って流動する際に、高温の排気の熱エネルギが内側ケーシング４６を介して酸化触媒２８及びフィルタ３０に伝達される。この結果、酸化触媒２８及びフィルタ３０を高温に維持することが可能となり、フィルタ３０の昇温のために行われるポスト噴射による燃料の供給量を減少させることができるので、エンジン１の燃費を改善することが可能となる。
【００５２】
また、このようにして温度の上昇した排気の熱エネルギが内側ケーシング４６を介して外側から酸化触媒２８及びフィルタ３０に伝達されることにより、酸化触媒２８及びフィルタ３０の径方向及び軸線方向における温度分布をより均一化することが可能となる。この結果、酸化触媒２８におけるＮＯ２の生成を酸化触媒２８のほぼ全領域にわたって効率良く行うことが可能となる。更に、フィルタ３０内のパティキュレートの燃焼がほぼ全領域にわたってより一層均一化されるので、より効率的にフィルタ３０の強制再生を行うことが可能となる。
【００５３】
従って、フィルタ３０の強制再生に要する時間を短縮することが可能となり、この点においてもフィルタ３０を高温に維持するために費やされるポスト噴射の燃料量を減少することが可能となり、エンジン１の燃費を改善することができる。更に、このようにしてフィルタ３０における温度分布がより均一化されてパティキュレートの燃焼が均一化することにより、強制再生時のパティキュレートの燃え残りが減少し、より一層良好にフィルタ３０を再生することが可能となる。
【００５４】
また、外側ケーシング５０の上流側部分は、内側ケーシング４６の排気流入部５２に接続された排気管２０を所定位置まで包含するように延長されており、内側ケーシング４６と外側ケーシング５０との間に形成される空間は、この排気管２０の周囲まで延長されている。そして、第１流路５６と第２流路５８とは、第１流路５６において下流側となる隔壁６０の端部側に形成された連通口６２を介して連通されているので、第１流路５６に流入した高温の排気は第１流路５６内を内側ケーシング４６の側壁部４８に沿って流動した後、内側ケーシング４６の排気流入部５２に接続されて外側ケーシングに包含された排気通路２０に沿って第１流路５６内を流動する。
【００５５】
従って、強制再生により高温となった排気の熱エネルギは、排気管２０から内部ケーシング４６内に流入する排気にも排気管２０を介して伝達されるので、上述したような酸化触媒２８やフィルタ３０に対する排気の熱エネルギの伝達だけではなく、内部ケーシング４６に流入する排気の温度低下を抑制することによっても酸化触媒２８及びフィルタ３０を高温に維持することが可能となる。この結果、フィルタ３０の強制再生をより一層効率的に行うことが可能となる。
【００５６】
また、前述したように、車両走行時には走行風が排気浄化装置２６の下面に比較的多く接触するが、第１流路５６が第２流路５８より下方に位置するので、フィルタ３０を通過した高温の排気は、まず内側ケーシング４６の側壁部４８のうち下方部分に沿って流動することになる。このとき第１流路５６内においては上方となるほど排気の温度が高くなるので、走行風による放熱の影響を低く抑えながら、高温の排気の熱エネルギによってフィルタ３０を高温に維持することが可能となる。
【００５７】
また図５に示すように、第１流路５６内に露出する内側ケーシング４６の側壁部４８が排気と接触する面積の方が、第２流路５８内に露出する内側ケーシング４６の側壁部４８が排気と接触する面積よりも大きいので、第１流路５６内を流動する高温の排気の熱エネルギを、効率良く内側ケーシング４６内の酸化触媒２８及びフィルタ３０に伝達することができる。これは外側ケーシング５０に包含された排気管２０についても同様であり、第１流路５６内を流動する高温の排気の熱エネルギを、効率良く排気管２０内の排気に伝達することができる。
【００５８】
なお、第１流路５６内を流動した排気は、隔壁６０に形成された連通口６２を介して第２流路５８内に流入し、合流部７２を経て排気後処理装置２６から排出される。
ここで、第１流路５６の流路断面積及び第２流路５８の流路断面積は、排気管２０から内側ケーシング４６の第１切換弁６４より上流側となるまでの部分においてほぼ等しくなっているので、排気が第１流路５６を流動する際の流動抵抗と、第２流路５８を流動する際の流動抵抗をほぼ同一にすることができ、排気の圧力損失を低く抑えることが可能となる。
【００５９】
以上で本発明の一実施形態に係る排気浄化装置についての説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
例えば、上記実施形態ではフィルタ３０の強制再生の際に、第１切換弁６４及び第２切換弁６８を、共にそれぞれの第１位置とすることにより、フィルタ３０を通過した排気を第１流路５６に流入させるようにしたが、フィルタ３０の強制再生を行っていないときにも、必要に応じて排気を第１流路５６に流入させ、第１流路５６内の排気の熱エネルギを酸化触媒２８及びフィルタ３０に伝達することにより、酸化触媒２８及びフィルタ３０の温度低下を抑制するようにしてもよい。
【００６０】
また、フィルタ３０の強制再生を行っていないときに、酸化触媒２８の活性化やフィルタ３０の昇温などの目的で排気温度を上昇させたい場合に、第１切換弁６４を第２位置とすると共に第２切換弁６８を第１位置として排気の流路を閉塞し、合流部７２からの排気の流出を遮断するようにしてもよい。
更に、上記実施形態では、第１切換弁６４及び第２切換弁６８により本発明の流路切換手段を構成するようにしたが、フラップ弁などの単一の切換弁により流路切換手段を構成するようにしてもよいし、第２切換弁６８は排気ブレーキ装置と併用するようにしてもよい。
【００６１】
また、上記実施形態では、フィルタ３０の上流側に酸化触媒２８を配設したが、酸化触媒に代えてＮＯｘ吸蔵触媒など別の触媒を用いるようにしてもよいし、酸化触媒２８などのフィルタ３０に酸化剤を供給するための触媒或いはこれに代わるものを別置きとし、内側ケーシング４６内にはフィルタ３０のみを収容するようにしてもよい。更に、排気後処理装置２６の下流側に更に別の排気後処理装置を設けるようにしてもよい。
【００６２】
また、フィルタ３０の強制再生の方法は上記実施形態に採用した方法に限定されるのではなく、一般的に知られている様々な方法を採用することが可能である。
また、上記実施形態では、第１流路５６が第２流路５８より下方となり、第１流路５６内に露出する内側ケーシング４６の側壁部４８の面積が、第２流路５８内に露出する内側ケーシング４６の側壁部４８の面積よりも大きくなると共に、第１流路５６の流路断面積及び第２流路５８の流路断面積がほぼ等しくなるように、内側ケーシング４６、外側ケーシング５０及び隔壁６０の関係を定めることにより、上述したそれぞれの効果を得るようにしたが、内側ケーシング４６、外側ケーシング５０及び隔壁６０の関係はこれに限定されるものではなく、それぞれ対応する効果の要否を考慮しながら必要に応じて適宜変更することが可能である。
【００６３】
更に、上記実施形態では、内側ケーシング４６の排気流入部５２に接続された排気管２０を所定位置まで包含するように、外側ケーシング５０の上流側部分を延長したが、排気管２０については包含せず、内側ケーシング４６のみを外側ケーシング５０で包含するようにしてもよい。この場合、排気後処理装置２６に流入する排気の温度低下を排気管２０側で抑制することはできないが、第１流路５６内を流動する高温の排気により酸化触媒２８及びフィルタ３０を高温に維持することは上記実施形態と同様に可能である。
【００６４】
また、上記実施形態では、エンジン１を車両に搭載された４気筒のディーゼルエンジンとしたが、エンジン１の気筒数及び形式はこれに限定されるものではなく、また車両以外に使用されるものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の一実施形態に係る排気浄化装置が適用されたエンジンの全体構成図である。
【図２】図１の排気後処理装置の軸線方向における断面図である。
【図３】図１の排気後処理装置の外側ケーシングを切り欠いた部分断面図である。
【図４】図２中のIV−IV線に沿う断面図である。
【図５】図２中のV−V線に沿う断面図である。
【図６】図２中のVI−VI線に沿う断面図である。
【図７】図２中のVII−VII線に沿う断面図である。
【符号の説明】
【００６６】
１ エンジン
２０ 排気管（排気通路）
２６ 排気後処理装置
３０ パティキュレートフィルタ
４０ ＥＣＵ（制御手段）
４６ 内側ケーシング
４８ 側壁部
５０ 外側ケーシング
５２ 排気流入部
５４ 排気流出部
５６ 第１流路
５８ 第２流路
６０ 隔壁
６２ 連通口
６４ 第１切換弁（流路切換手段）
６８ 第２切換弁（流路切換手段）
７２ 合流部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気通路に介装され、上記エンジンの排気が流入する排気流入部と、流入した上記排気を流出させる排気流出部とを有する内側ケーシングと、
上記内側ケーシング内に収容され、上記排気流入部から流入した排気中に含まれるパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタと、
上記内側ケーシングを包含すると共に、上記内側ケーシングから離間して設けられることにより上記内側ケーシングとの間に、上記内側ケーシングの側壁部に沿って空間を形成する外側ケーシングと、
上記内側ケーシングと上記外側ケーシングとの間に形成された空間を、上記内側ケーシングの上記側壁部に沿い上流側から下流側にかけて第１流路と第２流路とに分割する隔壁と、
上記パティキュレートフィルタの下流側に設けられ、上記パティキュレートフィルタを通過した排気を上記第１流路に流動させる第１状態と、上記パティキュレートフィルタを通過した排気を上記排気流出部から流出させる第２状態とのいずれか一方に選択的に切り換え可能な流路切換手段と、
上記第１流路において下流側となる上記隔壁の端部側に設けられ、上記第１流路と上記第２流路とを連通させる連通手段と、
上記第２流路の下流側端部と上記排気流出部の下流側端部とを合流させる合流部と
を備えることを特徴とする排気浄化装置。
【請求項２】
上記パティキュレートフィルタの強制再生時には、上記第１状態となるように上記流路切換手段を制御する制御手段を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
【請求項３】
上記流路切換手段は、
上記パティキュレートフィルタより下流側となる位置の上記内側ケーシングに設けられて上記パティキュレートフィルタを通過した排気が上記第１流路に流動する状態と、上記パティキュレートフィルタを通過した排気の上記第１流路への流動を遮断する状態とに選択的に切り換え可能な第１切換弁と、
上記第１切換弁より下流側となる位置の上記内側ケーシングに設けられ、上記パティキュレートフィルタを通過した排気が上記排気流出部から流出する状態と、上記パティキュレートフィルタを通過した排気の上記排気流出部からの流出を遮断する状態とに選択的に切り換え可能な第２切換弁と
を備えることを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
【請求項４】
上記パティキュレートフィルタの強制再生時には、上記パティキュレートフィルタを通過した排気が上記第１流路に流動する状態に上記第１切換弁を制御すると共に、上記パティキュレートフィルタを通過した排気の上記排気流出部からの流出を遮断する状態に上記第２切換弁を制御する制御手段を更に備えることを特徴とする請求項３に記載の排気浄化装置。
【請求項５】
上記エンジン及び排気浄化装置は車両に搭載され、
上記隔壁は、上記第１流路が上記第２流路より下方に位置するように、上記内側ケーシングと上記外側ケーシングとの間に形成された空間を、上記内側ケーシングの上流側から下流側にわたって上下に分割することを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
【請求項６】
上記隔壁は、上記第１流路内に露出する上記内側ケーシングの側壁部の面積の方が、上記第２流路内に露出する上記内側ケーシングの側壁部の面積よりも大きくなるように、上記内側ケーシングと上記外側ケーシングとの間に形成された空間を分割することを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
【請求項７】
上記内側ケーシング、上記外側ケーシング及び上記隔壁は、上記第１流路の流路断面積と上記第２流路の流路断面積とがほぼ等しくなるように相互の位置が定められていることを特徴とする請求項６に記載の排気浄化装置。
【請求項８】
上記外側ケーシングは、上記内側ケーシングの上記排気流入部に接続された排気通路の少なくとも一部を上記内側ケーシングと共に包含し、
上記隔壁は、上記内側ケーシング及び上記排気通路と上記外側ケーシングとの間に形成された空間を、上記第１流路と上記第２流路とに分割する
ことを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
【請求項１】
エンジンの排気通路に介装され、上記エンジンの排気が流入する排気流入部と、流入した上記排気を流出させる排気流出部とを有する内側ケーシングと、
上記内側ケーシング内に収容され、上記排気流入部から流入した排気中に含まれるパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタと、
上記内側ケーシングを包含すると共に、上記内側ケーシングから離間して設けられることにより上記内側ケーシングとの間に、上記内側ケーシングの側壁部に沿って空間を形成する外側ケーシングと、
上記内側ケーシングと上記外側ケーシングとの間に形成された空間を、上記内側ケーシングの上記側壁部に沿い上流側から下流側にかけて第１流路と第２流路とに分割する隔壁と、
上記パティキュレートフィルタの下流側に設けられ、上記パティキュレートフィルタを通過した排気を上記第１流路に流動させる第１状態と、上記パティキュレートフィルタを通過した排気を上記排気流出部から流出させる第２状態とのいずれか一方に選択的に切り換え可能な流路切換手段と、
上記第１流路において下流側となる上記隔壁の端部側に設けられ、上記第１流路と上記第２流路とを連通させる連通手段と、
上記第２流路の下流側端部と上記排気流出部の下流側端部とを合流させる合流部と
を備えることを特徴とする排気浄化装置。
【請求項２】
上記パティキュレートフィルタの強制再生時には、上記第１状態となるように上記流路切換手段を制御する制御手段を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
【請求項３】
上記流路切換手段は、
上記パティキュレートフィルタより下流側となる位置の上記内側ケーシングに設けられて上記パティキュレートフィルタを通過した排気が上記第１流路に流動する状態と、上記パティキュレートフィルタを通過した排気の上記第１流路への流動を遮断する状態とに選択的に切り換え可能な第１切換弁と、
上記第１切換弁より下流側となる位置の上記内側ケーシングに設けられ、上記パティキュレートフィルタを通過した排気が上記排気流出部から流出する状態と、上記パティキュレートフィルタを通過した排気の上記排気流出部からの流出を遮断する状態とに選択的に切り換え可能な第２切換弁と
を備えることを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
【請求項４】
上記パティキュレートフィルタの強制再生時には、上記パティキュレートフィルタを通過した排気が上記第１流路に流動する状態に上記第１切換弁を制御すると共に、上記パティキュレートフィルタを通過した排気の上記排気流出部からの流出を遮断する状態に上記第２切換弁を制御する制御手段を更に備えることを特徴とする請求項３に記載の排気浄化装置。
【請求項５】
上記エンジン及び排気浄化装置は車両に搭載され、
上記隔壁は、上記第１流路が上記第２流路より下方に位置するように、上記内側ケーシングと上記外側ケーシングとの間に形成された空間を、上記内側ケーシングの上流側から下流側にわたって上下に分割することを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
【請求項６】
上記隔壁は、上記第１流路内に露出する上記内側ケーシングの側壁部の面積の方が、上記第２流路内に露出する上記内側ケーシングの側壁部の面積よりも大きくなるように、上記内側ケーシングと上記外側ケーシングとの間に形成された空間を分割することを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
【請求項７】
上記内側ケーシング、上記外側ケーシング及び上記隔壁は、上記第１流路の流路断面積と上記第２流路の流路断面積とがほぼ等しくなるように相互の位置が定められていることを特徴とする請求項６に記載の排気浄化装置。
【請求項８】
上記外側ケーシングは、上記内側ケーシングの上記排気流入部に接続された排気通路の少なくとも一部を上記内側ケーシングと共に包含し、
上記隔壁は、上記内側ケーシング及び上記排気通路と上記外側ケーシングとの間に形成された空間を、上記第１流路と上記第２流路とに分割する
ことを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００９−１０３０３３（Ｐ２００９−１０３０３３Ａ）
【公開日】平成２１年５月１４日（２００９．５．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２７５０４２（Ｐ２００７−２７５０４２）
【出願日】平成１９年１０月２３日（２００７．１０．２３）
【出願人】（３０３００２１５８）三菱ふそうトラック・バス株式会社 (1,037)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年５月１４日（２００９．５．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１０月２３日（２００７．１０．２３）
【出願人】（３０３００２１５８）三菱ふそうトラック・バス株式会社 (1,037)
【Ｆターム（参考）】
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