JP2009133228A - 排気後処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】大型化を抑制しつつケースの構成の自由度を向上させることができるとともに、還元剤を十分に拡散させＳＣＲ触媒によるＮＯｘ浄化率を向上させることのできる排気後処理装置を提供すること。
【解決手段】排気浄化ケース(10)内部における排気通路を、排気流入室(32)から、ＤＰＦ(42)が内装された第１パイプ(18)、他側折り返し室(32)、尿素水が添加される第２パイプ(20)、一側折り返し室(28)、ＳＣＲ触媒(44)が内装された第３パイプ(22)、排気流出室(34)へと排気が流れる構成とする。
【選択図】図６

Description

本発明は、ケース内にディーゼルパティキュレートフィルタ及び還元剤を使用する選択還元ＮＯｘ触媒を有した排気後処理装置に関する。

ディーゼルエンジンの排気後処理装置として、排気中に含まれるパティキュレートマター（以下ＰＭともいう）を捕集するパティキュレートフィルタ（以下ＤＰＦともいう）がある。
また、ディーゼルエンジンの排気後処理装置として、排気中に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化する手段として、排気中に尿素水（ユリア水）等の還元剤を添加し加水分解により発生するアンモニア（ＮＨ_３）を使用して、ＮＯｘを窒素（Ｎ_２）と水（Ｈ_２Ｏ）に選択還元するＮＯｘ触媒、所謂ＳＣＲ触媒が知られている。

この他にもディーゼルエンジンの排気通路には、ＤＰＦの排気上流側に当該ＤＰＦでのＰＭの燃焼を促進させるための酸化触媒や、ＳＣＲ触媒の排気下流側に当該ＳＣＲ触媒通過した余剰のアンモニアを浄化させるための酸化触媒等が設けられる。
そして、これらＤＰＦ、ＳＣＲ触媒、酸化触媒等を箱状のケース（ケーシング）内に収納した排気後処理装置がある（特許文献１参照）。

具体的には、ケース内部を仕切壁により排気入口側と排気出口側の２室に区切り、当該２室をケース内部の一側にある折り返し部位を介して連通させ、排気入口側の室に酸化触媒及びＤＰＦを、排気出口側の室にＳＣＲ触媒及び酸化触媒を配設させた構成としている。さらに、折り返し部位に、還元剤を添加するノズルを設けている。
特開２００７−８５２４７号公報

しかしながら、当該特許文献１に開示された技術のように、ケース内部の折り返し部位に還元剤を添加するノズルを設けた構成では、折り返し部位はケースの端部に形成された扁平状の空間であることから通路内に還元剤を行き渡らせることが困難である上、当該ノズルとＳＣＲ触媒との間隔が短いことから、還元剤が排気中に十分に拡散されない。このため、ＳＣＲ触媒には還元剤が不均一に添加されてしまい、ＮＯｘ浄化率が低下するという問題がある。

また、当該特許文献１に開示されている別の構成では、酸化触媒及びＳＣＲ触媒を排気入口側の室に配設し、当該酸化触媒とＳＣＲ触媒との間に還元剤を添加するノズルを設けているが、このような構成でも、ノズルとＳＣＲ触媒との間隔が狭く、上記構成と同様にＳＣＲ触媒におけるＮＯｘ浄化率が低下する。
また、当該特許文献１では、ケースにおける排気入口と排気出口とが同側面に配置され近接していることから、当該ケースにおける排気入口及び排気出口のレイアウトの自由度が低く、車体への搭載性も悪化するという問題がある。

本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、大型化を抑制しつつケースの構成の自由度を向上させることができるとともに、還元剤を十分に拡散させＳＣＲ触媒によるＮＯｘ浄化率を向上させることのできる排気後処理装置を提供することにある。

上記した目的を達成するために、請求項１の排気後処理装置では、内燃機関の排気通路に介装されるケース内部に、排気中のパティキュレートマターを捕捉するパティキュレートフィルタ及び還元剤添加手段より添加される還元剤によって排気中のＮＯｘを選択還元するＮＯｘ触媒を有した排気浄化装置であって、前記ケース内部に配設され、該ケース内部一側に形成され前記内燃機関からの排気が流入する排気流入部及び該ケース内部の他側に形成された第１の折り返し部を連通し、前記パティキュレートフィルタが内装された第１の通路と、前記ケース内部に配設され、前記第１の折り返し部及び該ケース内部の一側に形成された第２の折り返し部を連通し、内部に前記還元剤添加手段からの還元剤が添加される第２の通路と、前記ケース内部に配設され、前記第２の折り返し部及び該ケース内部の他側に形成され排気が流出する排気流出部を連通し、前記ＮＯｘ触媒が内装された第３の通路とを備えたことを特徴としている。

請求項２の排気後処理装置では、請求項１において、前記還元剤添加手段は、前記ケースの他側面に配設され、前記第２の通路内の排気上流側位置で還元剤を添加することを特徴としている。
請求項３の排気後処理装置では、請求項１または２において、前記第２の通路は内部が断面円形状の管状通路であり、前記還元剤添加手段は、前記第２の通路の断面中心から排気下流側へ放射状に還元剤を噴射することで該還元剤を排気中に添加することを特徴としている。

上記手段を用いる本発明の請求項１の排気後処理装置によれば、内燃機関の排気通路に介装されるケース内部にディーゼルパティキュレートフェイルタ（ＤＰＦ）及び選択還元ＮＯｘ触媒（ＳＣＲ触媒）を有する排気後処理装置であって、該ケース内部に、ケース一側にあり排気が流入する排気流入部とケース他側にある第１の折り返し部とを連通しＤＰＦが内装された第１の通路と、当該第１の折り返し部とケース一側にある第２の折り返し部とを連通し還元剤が添加される第２の通路と、当該第２の折り返し部とケース他側にあり排気が流出する排気流出部とを連通しＮＯｘ触媒が内装された第３の通路とを備えている。

つまり、当該排気後処理装置は、ケース内部において排気流入部から順に第１の通路、第１の折り返し部、第２の通路、第２の折り返し部、第３の通路、排気流出部と排気が流れる排気経路が形成されている。そして、当該第１の通路にＤＰＦが内装し、第２の通路で還元剤が添加され、第３の通路にＳＣＲ触媒が内装されている。
このように、ケース内部に２つの折り返し部を形成し、ＤＰＦを備える第１の通路及びＳＣＲ触媒を備える第３の通路を配設するとともに、ＳＣＲ触媒の排気上流側に還元剤を添加するための第２の通路を設けることで、そして、還元剤が十分に拡散されることでＳＣＲ触媒に還元剤が均一に添加され、当該ＳＣＲ触媒におけるＮＯｘ浄化性能を向上させることができる。

また、ケース内部の排気経路を２箇所で折り返した構成とすることで、排気入口がケースの一側に、排気出口がケースの他側に配置されることから、従来のように排気入口及び排気出口を近接される必要はなく、当該排気入口及び排気出口の配置の自由度を向上させることができる。これにより、車体の構造に合わせたケース構成とすることができ、当該ケースの搭載性も向上させることができる。

以上のことから、大型化を抑制しつつケースの構成の自由度を向上させることができるとともに、還元剤を十分に拡散させＳＣＲ触媒によるＮＯｘ浄化率を向上させることができる。
請求項２の排気後処理装置によれば、還元剤添加手段をケースの他側に配設し、第２の通路内の排気上流側位置で還元剤を添加するものとしている。

このように、第２の通路内の排気上流側位置で還元剤を添加することで、当該還元剤の添加位置からＳＣＲ触媒までの間隔を十分に確保することができ、当該還元剤の拡散をより確実に促進させることができる。
請求項３の排気後処理装置によれば、断面円形状の第２の通路内の断面中心から還元剤添加手段により排気下流側へ放射状に還元剤を噴射することで該還元剤を排気中に添加することとしている。

これにより、第２通路内を通る排気中に還元剤を効率よく均一に添加することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
図１乃至６を参照すると、図１には本発明の実施形態に係る排気後処理装置を備えた車両の上面視図、図２には本発明の実施形態に係る排気後処理装置を備えた車両の側面視図、図３には排気後処理装置の排気浄化ケースの上面視図、図４には図３のＡ−Ａ線に沿う断面図、図５には図３のＢ−Ｂ線に沿う断面図、図６には図５のＣ−Ｃ線に沿う断面図がそれぞれ示されている。

図１、２に示されるように、車両１は車体の前後方向に延びるはしご形のフレーム２の前部にキャブ４が設けられたキャブオーバトラックである。
当該フレーム２の前部にはフレーム２とキャブ４との間に位置してディーゼルエンジン６（内燃機関）が設けられている。
当該ディーゼルエンジン６からは蛇腹状の排気管８（排気通路）が車体後方へと延びており、当該排気管８は排気浄化ケース１０に接続されている。

当該排気浄化ケース１０は、フレーム２の車両右側であってキャブ４の後方位置に搭載されている。
以下、図３乃至６に基づき排気浄化ケース１０の構成について説明する。
図３に示すように排気浄化ケース１０の上面視において、排気浄化ケース１０の内部は、車幅方向に一側領域１２、中央領域１４、他側領域１６の３領域に区画されおり、中央領域１４には一側領域１２及び他側領域１６を連通するように車幅方向に延びた第１パイプ１８（第１の通路）、第２パイプ２０（第２の通路）、第３パイプ２２（第３の通路）が配設されている。なお、第１パイプ１８及び第３パイプ２２の径は略同径をなしており、第２パイプ２０の径は当該第１パイプ１８及び第３パイプ２２より小径をなしている。

また、図４及び図５に示すように排気浄化ケース１０の側面視において、排気浄化ケース１０は、外形が上段前部及び下段後部の切り欠かれた略矩形状をなしている。そして、当該排気浄化ケース１０の内部は、側面視上段後部位置に第１パイプ１８が配設され、当該第１パイプ１８の下方位置、即ち排気浄化ケース１０の側面視中央位置に第２パイプ２０が配設され、当該第２パイプ２０の前方位置、即ち排気浄化ケース１０の側面視中段前部位置に第３パイプ２２が配設されている。

また、排気浄化ケース１０内部には、各パイプ１８、２０、２２間及び排気浄化ケース１０下段部分を区画する区画壁２４が設けられている。なお、当該区画壁２４は排気浄化ケース１０内部の一側領域１２においては３室に、他側領域１６においては２室に区画するものである。
詳しくは、一側領域１２は区画壁２４により、第１パイプ１８と連通された排気流入室２６及び、第２パイプ２０及び第３パイプ２２と連通された一側折り返し室２８、及び一側下段室３０に区画されている。

一方、他側領域１２は区画壁２４により、第１パイプ１８及び第２パイプ２０と連通された他側折り返し室３２、第３パイプ２２と連通し及び下段部分にまで延びた排気流出室３４に区画されている。
そして、上記排気管８は排気流入室２６と連通するよう、排気浄化ケース１０の車幅方向一側の上段前部に接続されている。一方、排気流出室３４と連通するよう、排気浄化ケース１０の下段後部にアウトレットパイプ３６の一端が接続されている。なお、当該アウトレットパイプ３６は、排気浄化ケース１０の下段後部から車両後方及び車幅方向他側に向かって延び、他端は大気に開放されている。

このように、排気浄化ケース１０内部における排気通路は、排気管８と連通されている排気流入室２６から、第１パイプ１８、他側折り返し室３２、第２パイプ２０、一側折り返し室２８、第３パイプ２２、アウトレットパイプ３６と連通されている排気流出室３４の順に形成されている。
また、第１パイプ１８には排気上流側である車幅方向一側に前段酸化触媒４０が、排気下流側である車幅方向他側に排気中のＰＭを捕捉するディーゼルパティキュレートフィルタ４２（以下ＤＰＦという）が内装されている。

また、第２パイプ２０には、排気上流側である車幅方向他側部分に、排気浄化ケース１０の車幅方向他側の側面に設けられた尿素水添加インジェクタ４４（還元剤添加手段）のノズル先端部４４ａが位置している。当該尿素水添加インジェクタ４４は、ノズル先端部４４ａが第２パイプ２０の断面中心に位置しており、当該ノズル先端部４４ａから排気下流側へ放射状に還元剤である尿素水（ユリア水）を噴射する機能を有している。

さらに、第３パイプ２２には、排気上流側である車幅方向一側に還元剤の添加によって排気中のＮＯｘを選択還元するＮＯｘ触媒４６（以下ＳＣＲ触媒４６という）が、排気下流側である車幅方向他側には後段酸化触媒４８が配設されている。
以下このように構成された本発明に係る排気後処理装置の作用について説明する。
ディーゼルエンジン６から排出される排気は排気管８を介して排気浄化ケース１０内に流入する。

図６に示すように、排気浄化ケース１０において排気管８から流入した排気は、排気流入室２６から第１パイプ１８内に流入する。
当該第１パイプ１８内を流通する排気は、前段酸化触媒４０により排気中のＨＣ及びＣＯがＣＯ_２及びＨ_２Ｏに変化し、ＤＰＦ４２によりＰＭが捕捉される。
そして、当該第１パイプ１８を介して車幅方向一側から他側折り返し室３２に流入した排気は、車幅一側へと折り返されて第２パイプ２０内に流入する。

また、当該第２パイプ２０内では、排気上流側位置にて尿素水添加４４のノズル先端部４４ａから尿素水が噴射され、当該第２パイプ２０内を通る排気中に尿素水が添加される。なお、当該尿素水が排気中に添加されると、加水分解されアンモニア（ＮＨ_３）に変化する。
当該アンモニア（ＮＨ_３）を含む排気は、一側折り返し室２８に流入し、車幅方向他側へと折り返されて第３パイプ２２内に流入する。

そして、当該アンモニア（ＮＨ_３）を含む排気が第３パイプ２２内のＳＣＲ触媒４６を流通することで、当該ＳＣＲ触媒４６にアンモニア（ＮＨ_３）が添加され、排気中のＮＯｘは窒素（Ｎ_２）と水（Ｈ_２Ｏ）に選択還元される。さらに、当該ＳＣＲ触媒４６で使用されずに変化しなかった余剰のアンモニア（ＮＨ_３）は後段酸化触媒４８により浄化される。

当該第３パイプ２２を流通し浄化された排気は排気流出室３４に流入し、アウトレットパイプ３６を介して大気に放出される。
このように本発明に係る排気後処理装置では、排気浄化ケース１０内部に他側折り返し部３２及び一側折り返し部２８の２つの折り返し部を形成し、ＤＰＦ４２を備える第１パイプ１８及びＳＣＲ触媒４６を備える第３パイプ２２を配設するとともに、ＳＣＲ触媒４６より排気上流側に尿素水が添加される第２のパイプ２０を配設した構成とすることで、尿素水の拡散に十分なスペースを確保し、当該尿素水の拡散を促進させている。特に当該尿素水は第２パイプ２０の排気上流側位置で、且つ当該第２パイプ２０の断面中心位置から排気下流側へ放射状に噴射されることから、ＳＣＲ触媒４６までの間隔が十分に確保されるとともに、第２パイプ２０内を通る排気中に効率よく均一に尿素水を添加させることができ、尿素水を確実に拡散させることができる。

また、排気浄化ケース１０内部の排気経路を２箇所で折り返した構成とすることで、排気入口となる排気管８が排気浄化ケース１０の一側に、排気出口となるアウトレットパイプ３６が排気浄化ケース１０の他側に配置されることから、従来のように排気入口及び排気出口を近接される必要はなく、当該排気入口及び排気出口の配置の自由度を向上させることができる。これにより、車体の構成に合わせた排気浄化ケース１０の構成とすることができ、当該排気浄化ケース１０の搭載性も向上させることができる。

以上のことから、本発明に係る排気後処理装置は、大型化を抑制しつつ排気浄化ケース１０の構成の自由度を向上させることができるとともに、還元剤を十分に拡散させＳＣＲ触媒によるＮＯｘ浄化率を向上させることができる。
以上で本発明に係る排気後処理装置の実施形態についての説明を終えるが、実施形態は上記実施形態に限られるものではない。

例えば、上記実施形態では、ＤＰＦ４２の排気上流側に前段酸化触媒４０が、ＳＣＲ触媒４４の排気下流側に後段酸化触媒が配設されているが、第１パイプ１８にＤＰＦ４２が、第３パイプにＳＣＲ触媒が配設されていればよく、酸化触媒を設けなかったり、ＤＰＦやＳＣＲ触媒の前後にその他の触媒や装置を設けても構わない。
また、上記実施形態では、排気浄化ケース１０の側面視上段後部位置に第１パイプ１８、中央位置に第２パイプ２０、中段前部位置に第３パイプ２２が配設されているが、各パイプの位置関係はこれに限られるものではなく、当該位置関係と異なる位置関係でも構わない。

また、上記実施形態では排気管８が排気浄化ケース１０の車幅方向一側の上段前部に、アウトレットパイプ３６が排気浄化ケース１０の下段後部に接続されているが、当該排気管８及びアウトレットパイプ３６の位置関係はこれに限られるものではなく、当該位置関係と異なる位置関係でも構わない。
また、上記実施形態では、車両１のフレーム２右側であってキャブ４の後方位置に排気浄化ケース１０が搭載されているが、当該排気浄化ケースの搭載位置はこれに限られるものではなく、車体の他の位置に搭載しても構わない。

本発明の実施形態に係る排気後処理装置を備えた車両の上面視図である。 本発明の実施形態に係る排気後処理装置を備えた車両の側面視図である。 本発明の実施形態に係る排気後処理装置の排気浄化ケースの上面視図である。 図３のＡ−Ａ線における断面図である。 図３のＢ−Ｂ線における断面図である。 図５のＣ−Ｃ線における断面図である。

符号の説明

１ 車両
８ 排気管（排気通路）
１０ 排気浄化ケース
１８ 第１パイプ（第１の通路）
２０ 第２パイプ（第２の通路）
２２ 第３パイプ（第３の通路）
２４ 区画壁
２６ 排気流入室（排気流入部）
２８ 一側折り返し室（第２の折り返し部）
３２ 他側折り返し室（第１の折り返し部）
３４ 排気流出室（排気流出部）
３６ アウトレットパイプ
４２ ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）
４４ 尿素水添加インジェクタ（還元剤添加手段）
４６ ＮＯｘ触媒（ＳＣＲ触媒）
４８ 後段酸化触媒

Claims (3)

1. 内燃機関の排気通路に介装されるケース内部に、排気中のパティキュレートマターを捕捉するパティキュレートフィルタ及び還元剤添加手段より添加される還元剤によって排気中のＮＯｘを選択還元するＮＯｘ触媒を有した排気浄化装置であって、
   前記ケース内部に配設され、該ケース内部一側に形成され前記内燃機関からの排気が流入する排気流入部及び該ケース内部の他側に形成された第１の折り返し部を連通し、前記パティキュレートフィルタが内装された第１の通路と、
   前記ケース内部に配設され、前記第１の折り返し部及び該ケース内部の一側に形成された第２の折り返し部を連通し、内部に前記還元剤添加手段からの還元剤が添加される第２の通路と、
   前記ケース内部に配設され、前記第２の折り返し部及び該ケース内部の他側に形成され排気が流出する排気流出部を連通し、前記ＮＯｘ触媒が内装された第３の通路と、
   を備えたことを特徴とする排気後処理装置。
2. 前記還元剤添加手段は、前記ケースの他側面に配設され、前記第２の通路内の排気上流側位置で還元剤を添加することを特徴とする請求項１記載の排気後処理装置。
3. 前記第２の通路は内部が断面円形状の管状通路であり、
   前記還元剤添加手段は、前記第２の通路の断面中心から排気下流側へ放射状に還元剤を噴射することで該還元剤を排気中に添加することを特徴とする請求項１または２記載の排気後処理装置。

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