JP4286887B2 - 排気浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンの排気浄化装置に関し、特に、選択還元触媒（ＳＣＲ）と共に粒子状物質（ＰＭ）捕集フィルタを備えた排気浄化装置に関する。

エンジンの排気に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を除去する排気浄化装置として近年では、ＳＣＲ式の排気浄化装置が提案されている。この排気浄化装置は、排気系に還元触媒を配設し、該還元触媒の排気上流においてノズルから還元剤を噴射して添加することにより、排気中のＮＯｘと還元剤とを触媒還元反応させて、ＮＯｘを無害成分に浄化処理するものである。その還元反応は、ＮＯｘと反応性が良好なアンモニアを用いるものであり、このための還元剤としては、排気熱及び排気中の水蒸気により加水分解してアンモニアを容易に発生する尿素水溶液やアンモニア水溶液又はＨＣ系などの液体還元剤が用いられる。

また、最近では、排出ガス規制強化に伴い、ＮＯｘ除去に加えてＰＭ捕集の機能も備えたＳＣＲ式の排気浄化装置も実現されている。この場合、還元触媒及びこの還元触媒の排気上流に液体還元剤を噴射するノズルに加えてさらに、ＰＭを捕集するフィルタも配置しなければならず、ノズル及び還元触媒にＰＭ捕集のフィルタを加えたレイアウトを工夫して省スペース化を図る必要がある。そこで、たとえば特許文献１のような排気浄化装置が提案されている。

この排気浄化装置は、排気中の一酸化窒素を酸化するための酸化触媒及びＰＭ捕集フィルタを収納する第１の筐体と、還元触媒及び余剰アンモニアを酸化するためのアンモニア酸化触媒を収納する第２の筐体と、を備え、これら第１の筐体と第２の筐体との間を連結する配管に液体還元剤を噴射するノズルを配設している。そして、第１の筐体と第２の筐体とを車両のフレームを挟んで配置する（つまり横置きにする）ことにより、車両の前後方向に対しコンパクトに収めることができるようにしてある（文献段落０００６，０００７，０００９）。
特開２００７−０４０２２４号公報

特許文献１に記載の排気浄化装置において液体還元剤を排気中に均一拡散させるには、連結配管の管長がある程度必要であり、車両のフレームを横断するように連結配管が配設されている（文献段落００１０）。すなわち、このような排気浄化装置では、液体還元剤を均一拡散させるために連結配管の長さを確保しなければならないので、排気上流から下流へかけての長さ方向のサイズについて小型化が難しく、特許文献１のようなレイアウトしかできないという制約がある。

本発明は、このような技術背景に着目したもので、レイアウトの制約がより少なく、さらなる省スペース化を実現可能な排気浄化装置を提案するものである。

本発明に係る排気浄化装置は、排気中のＰＭを捕集するフィルタを少なくとも収納した筒形の第１の筐体と、液体還元剤により窒素酸化物を還元浄化する還元触媒を少なくとも収納した筒形の第２の筐体と、を互いの軸線がほぼ平行となるようにして近接配置すると共に、これら両筐体の遠端部どうしを連結する連通管を、該連通管の軸線が前記筐体の軸線に対し傾斜するように配管してあり、第１の筐体から連通管を経由して第２の筐体へ至る排気の流路が概略Ｎ字状とされ、排気中に液体還元剤を噴射するノズルが連通管に配設されていることを特徴とする。

第１の筐体については、ＰＭ捕集フィルタよりも排気上流側に、排気中の一酸化窒素を二酸化窒素に酸化する酸化触媒を収納することができ、また、第２の筐体については、還元触媒よりも排気下流側に、排気中のアンモニアを酸化するアンモニア酸化触媒を収納することができる。

本発明の排気浄化装置においては、並列配置した二つの筒形筐体の遠端部どうし（すなわち、互いに反対側に位置した遠い方の端部どうし）を連通管で連結したことにより、連通管の長さをかせぐことができる。したがって、当該連通管の端の方に液体還元剤のノズルを配設すれば、液体還元剤の均一拡散に十分な管長を得ることができる。そして、二つの筒形筐体を並列配置し且つその遠端部どうしを連結する連通管を斜めに配管する構造で、排気の流路を概略Ｎ字状にしているので、排気上流から下流へかけての長さ方向のサイズを大きく縮小することができ、従来のように車両のフレームを跨いだ連結配管などのレイアウトとする必要がない。

本発明の排気浄化装置によれば、液体還元剤の均一拡散に十分な長さの連通管を確保したうえで、ほぼ平行に並べた二つの筐体のシルエット内に連通管も収まった、角形マフラー並みのコンパクトな形態を実現することが可能となり、従来のようなレイアウトの制約もなく、さらなる省スペース化を実現することができる。

図１〜図３に、本発明の実施形態を示している。当実施形態の排気浄化装置は、一例としてディーゼルエンジンの排気系に設けられるもので、上述のようなＳＣＲと共にＰＭ捕集フィルタを備えた構成をもつ。

この実施形態に係る排気浄化装置は、筒形の第１の筐体１０と、同じく筒形の第２の筐体２０と、これら筐体１０，２０の遠端部どうしを連結する連通管３０と、を含んで構成されている。第１の筐体１０と第２の筐体２０とは、その軸線１０ａと軸線２０ａとがほぼ平行（見た目で平行という程度で良い）となるようにして、互いに並べて近接配置されている。そして、連通管３０は、その軸線３０ａが、筐体１０，２０の軸線１０ａ，２０ａに対し傾斜するように配管される。

第１の筐体１０は、排気上流端部に流入口１１が形成され、且つ排気下流端部に排出口１２が形成されている。本例の場合、流入口１１は排気上流端部の端面に、排出口１２は排気下流端部の側面に、それぞれ形成されている。そして、これら流入口１１と排出口１２との間に、排気中の一酸化窒素を二酸化窒素に酸化する酸化触媒１３と、排気中のＰＭを捕集するフィルタ１４とが、酸化触媒１３を排気上流側にして収納されている（図３）。

第２の筐体２０は、排気上流端部に流入口２１が形成され、且つ排気下流端部に排出口２２が形成されている。本例の場合、流入口２１及び排出口２２の両方とも、端部側面に形成されている。そして、これら流入口２１と排出口２２との間に、液体還元剤により窒素酸化物を還元浄化する還元触媒２３と、排気中のアンモニアを酸化するアンモニア酸化触媒２４とが、還元触媒２３を排気上流側にして収納されている（図３）。

連通管３０は、筐体１０，２０の遠端部どうし、すなわち、互いに反対側に位置した遠い方の端部である、第１の筐体１０の排気下流端部の排出口１２と、第２の筐体２０の排気上流端部の流入口２１と、を連結する。したがって、エンジンの排気は、流入口１１から第１の筐体１０に流入し、酸化触媒１３及びフィルタ１４を通過して排出口１２から連通管３０内へ入る。そして、連通管３０を経て流入口２１から第２の筐体２０に流入し、還元触媒２３及びアンモニア酸化触媒２４を通過して排出口２２から排出される。すなわち、第１の筐体１０から連通管３０を経由して第２の筐体２０へ至る排気の流路は、概略Ｎ字状（縦横を変えてみればＺ字状）となっている。

また、連通管３０は、基本的には排出口１２から流入口２１までまっすぐな直線状のものでもよいが、本実施形態の連通管３０の場合には、第１の筐体１０との接続部分近傍を曲折させてエルボ部３１が形成され、そして、このエルボ部３１から第２の筐体２０との接続部分までの間に直線部３２が形成されており、全体として“へ”の字を呈するように作成されている。本例の場合、当該直線部３２の軸線３０ａが、筐体１０，２０の軸線１０ａ，２０ａに対し傾斜している。液体還元剤を噴射するノズル３３は、そのエルボ部３１に配設されており、直線部３２へ向けて液体還元剤を噴射する（図３中点線）。これにより、排気中への液体還元剤の均一拡散に十分な直線長さが確保されている。なお、均一拡散の補助として、直線部３２内に網目状などの拡散板を設置することも可能である。

このような排気浄化装置によれば、二つの筐体１０，２０を近接させて並列に配置しており、そのシルエットは角形マフラー並みのコンパクトサイズとなっている。且つ、二つの筐体１０，２０の遠端部どうしを連通管３０で連結することにより、液体還元剤の均一拡散に十分な管長をかせぎながらも、その二つの筐体１０，２０のシルエット内に連通管３０も収められており、排気上流から下流へかけての長さ方向のサイズを大きく縮小することに成功している。また特に、本実施形態の連通管３０では、エルボ部３１を形成し、当該エルボ部３１にノズル３３を設けたことで、ノズル３３すらも筐体１０，２０のシルエット内に収まっている。

以上の実施形態では、第１及び第２の筐体１０，２０として、円形断面の筒形としたものを例示しているが、これに限らず、多角形断面の筒形とすることも可能である。あるいは、一つの箱体の内部を半分に仕切って第１の筐体と第２の筐体を形成することで、二つの筐体を並列に近接配置した構造とすることも可能である。

エルボ部３１を有する連通管３０として、上記実施形態では、曲管を利用した例を示しているが、この他にも、図４及び図５に示すように、直管をつなぎ合わせた構造の連通管４０を使用することも可能である。なお、この図４及び図５の実施形態における筐体１０，２０及びノズル３３は上記実施形態と同じものである。

連通管４０は、第１の筐体１０の排出口１２に接続した第１直管４１と、該第１直管４１の側面につないだ短尺の第２直管４２と、該第２直管４２を側面につないだ長尺の第３直管４３と、該第３直管４３を側面につなぎ、第２の筐体２０の流入口２１に接続した第４直管４４と、からなり、全体として“へ”の字を呈するように構成されている。第１直管４１の端面４１ａ、第３直管４３の端面４３ａ、第４直管４４の端面４４ａは、それぞれ塞がれている。液体還元剤のノズル３３は、エルボ部分をなす第３直管４３の端面４３ａに配設され、直線部分となる第３直管４３内へ液体還元剤を噴射する。

このように直管をつなぎ合わせた連通管４０の場合にも、上記実施形態の連通管３０同様の効果を得ることができる。

本発明の第１実施形態に係る排気浄化装置の平面図。 本発明の第１実施形態に係る排気浄化装置の斜視図。 本発明の第１実施形態に係る排気浄化装置の内部を説明する透視図。 本発明の第２実施形態に係る排気浄化装置の平面図。 本発明の第２実施形態に係る排気浄化装置の斜視図。

符号の説明

１０ 第１の筐体
１０ａ 軸線
１１ 流入口
１２ 排出口
２０ 第２の筐体
２０ａ 軸線
２１ 流入口
２２ 排出口
３０，４０ 連結管
３０ａ 軸線
３１ エルボ部
３２ 直線部
３３ ノズル

Claims (4)

1. 排気中の粒子状物質を捕集するフィルタを少なくとも収納した筒形の第１の筐体と、液体還元剤により窒素酸化物を還元浄化する還元触媒を少なくとも収納した筒形の第２の筐体と、を互いの軸線がほぼ平行となるようにして近接配置すると共に、
   これら両筐体の遠端部どうしを連結する連通管を、該連通管の軸線が前記筐体の軸線に対し傾斜するように配管してあり、
   前記第１の筐体から前記連通管を経由して前記第２の筐体へ至る排気の流路が概略Ｎ字状とされ、
   排気中に前記液体還元剤を噴射するノズルが前記連通管に配設されていることを特徴とする排気浄化装置。
2. 前記第１の筐体の前記フィルタよりも排気上流側に、排気中の一酸化窒素を二酸化窒素に酸化する酸化触媒を収納してあることを特徴とする請求項１記載の排気浄化装置。
3. 前記第２の筐体の前記還元触媒よりも排気下流側に、排気中のアンモニアを酸化するアンモニア酸化触媒を収納してあることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の排気浄化装置。
4. 前記連通管は、前記第１の筐体との接続部分近傍にエルボ部が形成されると共に該エルボ部から前記第２の筐体との接続部分までの間に直線部が形成され、該直線部の軸線が前記筐体の軸線に対し傾斜しており、
   前記エルボ部に前記ノズルが配設されて前記直線部へ向けて前記液体還元剤を噴射するようになっていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の排気浄化装置。