JP2011021496A - 排気ガス浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 エンジン本体の熱で排気ガス浄化装置を加熱する。
【解決手段】 排気ガス連通部３１０は、第１後処理装置３０６と、第２後処理装置３０８とが、エンジン本体１００の別個の表面Ｓ４、Ｓ５に沿うように、第１後処理装置３０６と、第２後処理装置３０８とを連結し、これによって、第１後処理装置３０６、第２後処理装置３０８の両者をエンジン本体１００に接触させ、あるいは充分近接させることができ、エンジン排熱を効率的に排気ガス浄化装置３００に取り込み、活用し得る。
これによって、第１後処理装置３０６、第２後処理装置３０８が常に活性化温度に保たれ、浄化効率が向上する。
【選択図】図３

Description

本発明は、ガソリンエンジンやデイ−ゼルエンジン等の内燃機関に用いられる排気ガス浄化装置であって、パーティキュレート（粒子状物質）および窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化する排気ガス浄化装置に関する。

エンジンの排ガス規制は年々厳格なものとなっており、後処理装置である排気ガス浄化装置は、パーティキュレートと窒素酸化物との両者の浄化が求められている。
例えばディーゼルエンジンでは、パーティキュレートの捕集には、ＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｆｉｌｔｅｒ）が採用され、窒素酸化物（ＮＯｘ）の低減のためには、例えばＮＯｘ浄化触媒や、ＮＯｘ吸蔵浄化触媒等のＤｅＮＯｘ触媒が採用される。

このような、パーティキュレート処理のための第１後処理装置と、ＮＯｘのための第２後処理装置をエンジンの排気ガス管路に設けた場合、排気ガス管路は長大なものとなる。
また、排気ガス浄化装置は温度が低下すると充分な浄化性能が得られないため、一般に、排気ガス浄化装置をエンジン本体表面に接触させて、エンジン本体の熱によって排気ガス浄化装置を加熱する。

そこで、特許文献１記載の排気ガス浄化装置は、排気ガス管路をコ字状に湾曲させて全体の長さを短縮している。

特開２００５−１５５４０４号公報

特許文献１の排気ガス浄化装置は、排気ガス管路の全長は抑えられるものの、全体として略直方体形状であるため、直方体状の収納スペースが必要になり、その配置は極めて限定されたものとなる。このため、エンジン本体の排熱を充分活用することができない。

請求項１の発明による排気ガス浄化装置は、エンジン本体の排気ガス通路に配置されたパーティキュレート（粒子状物質）捕集のための第１後処理装置と、窒素酸化物（ＮＯｘ）低減のための第２後処理装置と、前記第１後処理装置と前記第２後処理装置とを連通する排気ガス連通部とを備え、前記第１後処理装置と、前記第２後処理装置とをエンジン本体の隣接二表面にそれぞれ沿うように配設したことを特徴とする。

請求項２の発明による排気ガス浄化装置は、前記第２後処理装置のための還元剤を噴射供給する噴射手段をさらに備え、第１後処理装置を第２後処理装置よりも排気ガス通路の上流側に配置し、前記噴射手段を、第１後処理装置よりも下流側に配置したことを特徴とする。

請求項３の発明による排気ガス浄化装置は、前記エンジン本体に、一表面（第１表面という。）に対向して配置されたエンジンファンと、少なくとも前記第１表面の裏側の表面（第２表面という。）に沿って、前記第１後処理装置または第２後処理装置を配置することを特徴とする。

請求項４の発明による排気ガス浄化装置は、前記第１後処理装置と、前記第２後処理装置と、前記排気ガス連通部とを分離可能に締結したことを特徴とする。

本発明による排気ガス浄化装置は、パーティキュレート（粒子状物質）捕集のための装置および窒素酸化物（ＮＯｘ）低減のための装置をエンジン本体の熱で加熱しつつ、コンパクト構成することができる。

本発明による排気ガス浄化装置を備えたエンジンが搭載された産業車両を示す正面図。 図１の産業車両における上部旋回体の平面構成を示す概念図。 図３は本発明による排気ガス浄化装置の第１の実施の形態を備えたエンジンを示す斜視図。 （ａ）は図３の排気ガス浄化装置の正面図、（ｂ）は側面図。 図３の排気ガス浄化装置の連結状態を示す斜視図。 本発明による排気ガス浄化装置の第２の実施の形態を備えたエンジンを示す斜視図。 （ａ）は図６の排気ガス浄化装置の正面図、（ｂ）は側面図。 図６の排気ガス浄化装置の連結状態を示す斜視図。

以下、本発明による排気ガス浄化装置の実施の形態を、添付図面に従って詳細に説明する。

−第１の実施の形態−
排気ガス浄化装置は、例えば、図１および図２に示す産業車両に搭載されたエンジン本体１００に設けられる。産業車両は、走行体２００と、走行体２００上に旋回可能に搭載された上部旋回体２０２とを有し、エンジン本体１００は上部旋回体２０２内に設けられる。

上部旋回体２０２内には、キャブ２０４、燃料タンク２０６、作動油タンク２０８、旋回装置２１０が設けられ、上部旋回体２０２最後部にはカウンターウエイト２１２が、最前部にはフロント２１４が設けられ、エンジン本体１００はカウンターウエイト２１２の前方に配置される。エンジン本体１００には、油圧ポンプ１０２が連結されている。これら多数の装置に加え、上部旋回体２０２内には、装置間を繋ぐ油圧ホース、電気配線、これらを固定する治具等が設けられ、エンジン周辺空間は狭小である。

図３及び図４に示すように、エンジン本体１００の一側面（以下、第１表面という。）Ｓ１には、エンジン本体１００を空冷するエンジンファン１１０が設けられ、第１表面Ｓ１の裏側の側面（以下、第２表面という。）Ｓ２には、エンジン出力を安定化させるフライホイール１０８が設けられる。第２表面Ｓ２の上部には、排気ガス再循環システム（ＥＧＲ）のＥＧＲ配管３２８が設けられている。ＥＧＲ配管３２８は、エンジン表面Ｓ４の上部に突設された排気マニホルド３５０に排気された排気ガスを吸気管路３６０へ導入するものである。排気マニホルド３５０には、排ガスにより駆動されるターボチャージャ１０６が接続されている。ターボチャージャ１０６は吸気マニホルド３６０へ圧縮空気を送り込む。ターボチャージャ１０６の排気ガス排気管路は、排ガス取込部３０４を介して排気ガス浄化装置３００に接続されている。ターボチャージャ１０６から排出される排気ガスは排気ガス浄化装置３００を通って浄化され、排ガス排出部３１２から大気に開放される。

図３と図４を参照して排気ガス浄化装置３００を詳細に説明する。排気ガス浄化装置３００は、パーティキュレート（粒子状物質）捕集のための第１後処理装置３０６と、窒素酸化物（ＮＯｘ）低減のための第２後処理装置３０８とを備える。第１後処理装置３０６は、排気ガス上流側に配置され、エンジン本体１００の側面Ｓ４に接するように水平に配置されている。第２後処理装置３０８は、排気ガス下流側に配置され、エンジン本体１００の上面Ｓ５に接するように配置されている。第１後処理装置３０６と、第２後処理装置３０８とは、排気ガス連通部３１０によって連結されている。

第１後処理装置３０６と第２後処理装置３０８とを接続する排気ガス連通部３１０には、第２後処理装置３０８のための還元剤（尿素水等）を噴射供給する還元剤噴射ノズル（噴射手段）３２６が設けられ、還元剤噴射ノズル３２６には還元剤ポンプ３２２が接続されている。還元剤ポンプ３２２には還元剤タンク３２４が接続されている。還元剤ポンプ３２２および還元剤タンク３２４はエンジン本体１００の上面Ｓ５に近接または密着して配設されている。還元剤ポンプ３２２は、還元剤タンク３２４に貯留された還元剤を還元剤噴射ノズル３２６に送給する。

図５に示すように、第１後処理装置３０６は、排気ガス取込部３０４の下流側に配置され酸化触媒が収容された触媒管路３１４と、触媒管路３１４の下流側に配置されたＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｆｉｌｔｅｒ）３１６とを備えている。触媒管路３１４とＤＰＦ３１６とは、フランジ３２８において、螺子部材３３０によって連結されている。

図５に示すように、第２後処理装置３０８は、排気ガス連通部３１０の下流側に配置され内部にＮＯｘ触媒が収容された第１触媒管路３１８と、第１触媒管路３１８の下流側に配置され内部に酸化触媒が収容された第２触媒管路３２０とを備えている。第１触媒管路３１８と第２触媒管路３２０とは、フランジ３２８において、螺子部材３３０によって連結されている。

排気ガス連通部３１０は、第１後処理装置３０６に設けられた入口部３１０Ａ、第２後処理装置３０８に設けられた出口部３１０Ｂ、入口部３１０Ａと出口部３１０Ｂとを連通する連通部３１０Ｃとを備え、入口部３１０Ａと連通部３１０Ｃ、出口部３１０Ｂと連通部３１０Ｃは、それぞれフランジ３２８において螺子部材３３０によって連結されている。

このように構成された排気ガス浄化装置３００による排気ガス浄化装置の作用を説明する。
エンジン本体１００から排気マニホルド３５０に排出された排気ガスはターボチャージャ１０６を駆動し、ターボチャージャ１０６は吸気ガスを圧縮して吸気マニホルド３６０に導入する。ターボチャージャ１０６を駆動した排気ガスは排気ガス浄化装置３００に流入して粒子状物質と窒素酸化物が除去されて排気される。

第１後処理装置３０６では、酸化触媒管路３１４内の酸化触媒によりＣＯやＨＣが除去され、ＤＰＦが収容されたＤＰＦ管路３１６によりパーティクルが除去される。酸化触媒もＤＰＦも温度が高いほど活性化されるので、酸化触媒管路３１４とＤＰＦ管路３１６をエンジン本体の熱で加熱することにより、第１後処理装置３０６の排気ガス浄化機能を向上することができる。

第１後処理装置３０６でＣＯ，ＨＣ及びパーティクルが除去された排気ガスは、連通配管３１０に流れ込み、ここで排気ガスに噴射ノズル３２６から尿素水が噴射される。尿素水が噴霧された排気ガスはＮｏｘ触媒管路３１８に流入して還元されてＮｏｘが低減される。さらに、排気ガスは酸化触媒管路３２０に流入してＣＯ、ＨＣがさらに除去されて排気ガス排出部３１２から大気に排出される。

還元剤ポンプ３２２および還元剤タンク３２４がエンジン本体１００の熱で加熱されており、低温環境下においても、還元剤は容易に融解し、噴射ノズル３２６から効果的に排気ガスに混入することができる。その結果、Ｎｏｘ触媒管路３１８内において、排気ガス中のＮＯｘを効率よく除去することができる。

このように構成された排気ガス浄化装置３００による排気ガス浄化装置では以下のような効果を奏する。
（１）パーティキュレート（粒子状物質）捕集のための第１後処理装置３０６と窒素酸化物（ＮＯｘ）低減のための第２後処理装置３０８とをエンジン本体１００の隣接する二表面Ｓ４，Ｓ２にそれぞれ沿うように配設した。したがって、排気ガス浄化装置３００はエンジン本体１００から熱を受けてより活性化された状態で、排気ガス中からパーティキュレート、ＣＯ、ＨＣ、および窒素酸化物（ＮＯｘ）を除去することができ、排気ガス浄化装置３００を大型化することなく、上記排気ガス内の有害物質を法規制の基準値以内に収めることができる。また、油圧ショベルのようにエンジン周囲スペースが狭小である作業機械であっても、法規制基準値をクリアする排気ガス浄化装置３００をエンジン本体１００の周囲にコンパクトに配設することができる。

（２）第１後処理装置３０６と、第２後処理装置３０８とを、エンジン本体１００の別個の表面Ｓ４、Ｓ５に沿うように配置している。そのため、エンジン本体１００周囲の狭小な空間に排気ガス浄化装置３００を収容できる。また、第２後処理装置３０８は、第１後処理装置３０６が配置される表面Ｓ４とは別個の、表面Ｓ５上に配置されるので、ターボチャージャ１０６の位置にあわせて、第１後処理装置３０６の配置を自由に設定できる。

（３）第２後処理装置３０８でＮｏｘを除去するための尿素水（還元剤）を噴射供給する噴射ノズル３２６を排気ガス連通部３１０に配設し、第２後処理装置３０８の前段にＮｏｘ触媒管路３１８を、後段に酸化触媒管路３２０を設けたので、効果的にＮｏｘ、ＣＯおよびＨＣを除去することができる。すなわち、尿素水を排気ガス中に噴射すると排気ガス温度が低下する。そのため、酸化触媒管路３２０を前段に配置した場合は酸化触媒でＣＯやＨＣを十分除去することができないおそれがある。

（４）還元剤ポンプ３２２および還元剤タンク３２４をエンジン本体１００の上面Ｓ５に密着して配設している。そのため、低温環境下においても、還元剤は容易に融解し、効果的に、排気ガスに混入し、排気ガスと接触してＮＯｘを効率よく除去することができる。また、還元剤の結晶化を防止することができる。

（５）第１後処理装置３０６と第２後処理装置３０８、触媒管路３１４とＤＰＦ３１６、ＮＯｘ触媒用の第１触媒管路３１８と酸化触媒用の第２触媒管路３２０は、フランジ２２８によるボルト締結機構で締結されている。そのため、ボルトを緩めるだけでそれぞれを分解することができ、排気ガス浄化装置３００の分解性、メンテナンス性が向上する。

−第２の実施の形態−
次に、本発明による排気ガス浄化装置の第２の実施の形態を図６〜図８に基づいて説明する。なお、図中、第１の実施の形態と同一もしくは相当部分には同一符号を付し、説明を省略する。

第２の実施の形態による排気ガス浄化装置では、第２後処理装置３０８がエンジン本体１００の側面Ｓ２に沿ったＥＧＲ配管３２８に近接もしくは密着して配設されている。図６、図７に示すように、第２後処理装置３０８は、ＥＧＲ配管３２８に隣接しつつ側面Ｓ２に沿って、第１後処理装置３０６と略同一高さで水平に配設されている。排気ガス連通部３１０は側面Ｓ４に沿いつつ第１後処理装置３０６と第２後処理装置３０８とを連結している。

側面Ｓ２に直交して隣接する側面Ｓ４の上部にはエンジン本体１００から排気マニホルド３５０が突設している。エンジンファン１１０と第２後処理装置３０８との間には、エンジン本体１００，排気マニホルド３５０，および第１後処理装置３０６とが介在する。

このように、第２後処理装置３０８はエンジン本体１００の側面Ｓ２に沿ったＥＧＲ配管３２８に近接もしくは密着して配設されているので、ＥＧＲ配管３２８の熱やエンジン本体の熱により加熱される。また、エンジン本体１００、ＥＧＲ配管３２８、排気マニホルド３５０、第１後処理装置３０６によって、エンジンファン１１０の冷却風が遮られるので、冷却風が第２後処理装置３０８に直接あたることがない。第１の実施の形態における第２後処理装置３０８はエンジン本体１００の上面Ｓ５に配設されており、エンジンの熱により加熱されるが、エンジンファン１１０の冷却風で冷却されてしまう。そのため、エンジンの熱を浄化効率改善に十分使用することができない。その点、第２の実施の形態による第２後処理装置３０８は、ファンからの冷却風により冷却されず、エンジンの熱やＥＧＲ配管３２８の熱をより有効に利用でき、排気ガス浄化装置３００の浄化効率をより一層高めるという効果が得られる。

なお、第２後処理装置３０８に代えて第１後処理装置３０６を側面Ｓ２に沿って配置することも可能である。この場合、第２後処理装置３０８の配設位置については、エンジン本体の側面Ｓ２に隣接する側面Ｓ４、上面Ｓ５のいずれでもよい。

また、ＥＧＲシステムを採用しないディーゼルエンジンにも本発明を適用することができる。したがって、本発明による排気ガス浄化装置は、エンジン本体の排気ガス通路に配置されたパーティキュレート（粒子状物質）捕集のための第１後処理装置と、窒素酸化物（ＮＯｘ）低減のための第２後処理装置とをエンジン本体の隣接二表面にそれぞれ沿うように配設した構成を最小限備えた排気ガス浄化装置であればどのような構成を採用してもよい。

１００ エンジン本体
１１０ エンジンファン
３００ 排気ガス浄化装置
３０４ 排気ガス取込部
３０６ 第１後処理装置
３０８ 第２後処理装置
３１０ 排気ガス連通部
３２６ 還元剤噴射ノズル
３２８ ＥＧＲ配管

Claims (4)

1. エンジン本体の排気ガス通路に配置されたパーティキュレート（粒子状物質）捕集のための第１後処理装置と、
   窒素酸化物（ＮＯｘ）低減のための第２後処理装置と、
   前記第１後処理装置と前記第２後処理装置とを連通する排気ガス連通部と、
   を備え、
   前記第１後処理装置と前記第２後処理装置とをエンジン本体の隣接二表面にそれぞれ沿うように配設したことを特徴とする排気ガス浄化装置。
2. 請求項１記載の排気ガス浄化装置において、
   前記第２後処理装置のための還元剤を噴射供給する噴射手段をさらに備え、
   前記第１後処理装置は前記第２後処理装置よりも排気ガス通路の上流側に配置され、
   前記噴射手段を、前記第１後処理装置よりも下流側に配置したことを特徴とする排気ガス浄化装置。
3. 請求項１または２記載の排気ガス浄化装置において、
   前記エンジン本体には、一表面（第１表面）に対向して配置されたエンジンファンと、少なくとも前記第１表面の裏側の表面（第２表面）に沿って、前記第１後処理装置または第２後処理装置を配置したことを特徴とする排気ガス浄化装置。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載の排気ガス浄化装置において、
   前記第１後処理装置と、前記第２後処理装置と、前記排気ガス連通部とを分離可能に互いに連結したことを特徴とする排気ガス浄化装置。
   

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