JP6161057B2

JP6161057B2 - 排気ガス浄化装置

Info

Publication number: JP6161057B2
Application number: JP2013023025A
Authority: JP
Inventors: 勇人相澤; 義幸山東
Original assignee: Tokyo Roki Co Ltd; Yanmar Co Ltd
Current assignee: Tokyo Roki Co Ltd; Yanmar Co Ltd
Priority date: 2013-02-08
Filing date: 2013-02-08
Publication date: 2017-07-12
Anticipated expiration: 2033-02-08
Also published as: JP2014152705A

Description

本願発明は、農業機械（トラクタ、コンバイン）または建設機械（ブルドーザ、油圧ショベル、ローダー）などに搭載するディーゼルエンジン等の排気ガス浄化装置に係り、より詳しくは、排気ガス中に含まれた粒子状物質（すす、パティキュレート）、または排気ガス中に含まれた窒素酸化物質（ＮＯｘ）等を除去する排気ガス浄化装置に関するものである。

従来から、ディーゼルエンジンの排気経路中に、排気ガス後処理装置として、ディーゼルパティキュレートフィルタを内設した排気ガス浄化ケース（以下、ＤＰＦケースという）、または尿素選択触媒還元型のＳＣＲ触媒を内設した排気ガス浄化ケース（以下、ＳＣＲケースという）などを設け、ＤＰＦケースまたはＳＣＲケースに排気ガスを導入して、ディーゼルエンジンから排出された排気ガスを浄化処理する技術が知られている（例えば特許文献１〜３参照）。

特開２００９−８５０６４号公報特開２００９−８５０６５号公報特開２００８−１９６３２８号公報

特許文献１のように、エンジンの排気ガス流れがＮ字状になるように、ＤＰＦケースとＳＣＲケースに対して斜行させて尿素混合管を組付ける構造において、ＤＰＦケースの排気ガス出口側の側面と、ＳＣＲケース排気ガス入口側の側面に、尿素水を噴射させるための尿素混合管の両端側を連結した場合、前記尿素混合管の両端側を複雑に折曲げ形成する必要があり、ＤＰＦケースとＳＣＲケースの排気流路構造を簡単に構成できない等の問題がある。

一方、特許文献２または特許文献３のように、ＤＰＦケースとＳＣＲケースの軸線に対して、尿素混合管の軸線が平行になるように、ＤＰＦケースとＳＣＲケースに尿素混合管を配管した場合、特許文献１に比べ、ＤＰＦケースとＳＣＲケースの排気流路構造を簡単に構成できるが、ＤＰＦケースとＳＣＲケースを互いに一体的に固着して、尿素混合管またはその接続用の溶接部などが変形損傷するのを防止する必要があり、ＤＰＦケースとＳＣＲケースの排気流路構造を低コストに構成できない。また、特許文献１または特許文献２または特許文献３のように、ＤＰＦケースとＳＣＲケースと尿素混合管とを単一部品として一体的に形成する構造では、農業機械または建設機械などにエンジンを搭載する組立工場などにおいて、ＤＰＦケースとＳＣＲケースと尿素混合管が単一の大重量部品として取扱う必要があり、組立作業性などを容易に向上できない等の問題もある。

そこで、本願発明は、これらの現状を検討して改善を施した排気ガス浄化装置を提供しようとするものである。

請求項１の発明は、エンジンの排気ガス中の粒子状物質を除去する第１ケースと、前記エンジンの排気ガス中の窒素酸化物質を除去する第２ケースと、第２ケースの排気ガス入口に前記第１ケースの排気ガス出口を接続する尿素混合管を備え、前記第１ケースと第２ケースを平行に配置すると共に、前記尿素混合管内に尿素水を噴射させる排気ガス浄化装置において、前記第１ケースと、前記第２ケースと、前記尿素混合管とを、排気ガス移動方向に平行に配置する構造であって、前記第１ケースの排気ガス出口側の端面に排気ガス出口管を設け、第２ケースの排気ガス入口側の側面に排気ガス入口管を設けると共に、前記尿素混合管に蛇腹状連結管を介して排気ガス出口管を接続させ、前記尿素混合管と蛇腹状連結管の間に尿素水噴射ノズルを配置し、前記エンジンの排気ガスを取入れるための排気接続管を、前記第１ケースの排気ガス入口側の側面に接続させると共に、前記第１ケースの排気ガス出口側に前記第２ケースを偏位させて、前記第１ケースの排気ガス出口側の端面よりも、前記第２ケースの排気ガス出口側の端面を突設させ、前記第２ケースの排気ガス出口側の外側方に前記蛇腹状連結管が配置されたものである。

請求項１の発明によると、エンジンの排気ガス中の粒子状物質を除去する第１ケースと、前記エンジンの排気ガス中の窒素酸化物質を除去する第２ケースと、第２ケースの排気ガス入口に前記第１ケースの排気ガス出口を接続する尿素混合管を備え、前記第１ケースと第２ケースを平行に配置すると共に、前記尿素混合管内に尿素水を噴射させる排気ガス浄化装置において、前記第１ケースと、前記第２ケースと、前記尿素混合管とを、排気ガス移動方向に平行に配置する構造であって、前記第１ケースの排気ガス出口側の端面に排気ガス出口管を設け、第２ケースの排気ガス入口側の側面に排気ガス入口管を設けると共に、前記尿素混合管に蛇腹状連結管を介して排気ガス出口管を接続させ、前記尿素混合管と蛇腹状連結管の間に尿素水噴射ノズルを配置したものであるから、エンジンまたは走行機体などに対して、前記第１ケースの組付作業と第２ケースの組付作業をそれぞれ各別に実行して、前記第１ケースと第２ケースを独立的に組付けた状態で、前記第１ケースと第２ケースに、前記蛇腹状連結管を介して前記尿素混合管を接続させることができる。即ち、前記第１ケースと第２ケースの排気流路構造を簡単にかつ低コストに構成できるものでありながら、農業機械または建設機械などにエンジンを搭載する組立工場などにおいて、前記第１ケースと第２ケースを互いに独立した部品として取扱うことができ、組立作業性などを容易に向上できる。特に、前記蛇腹状連結管の取付け位置調節により、前記第１ケースとは別の支持部材に第２ケースを簡単に取付けることができると共に、前記蛇腹状連結管の排気ガス移動下手側で、前記尿素混合管に向けて尿素水噴射ノズルから尿素水を噴射させることにより、尿素水噴射ノズルから噴射された尿素水が前記蛇腹状連結管の内側面に付着して結晶化するのを防止できるものである。

請求項１の発明によると、前記エンジンの排気ガスを取入れるための排気接続管を、前記第１ケースの排気ガス入口側の側面に接続させると共に、前記第１ケースの排気ガス出口側に前記第２ケースを偏位させて、前記第１ケースの排気ガス出口側の端面よりも、前記第２ケースの排気ガス出口側の端面を突設させ、前記第２ケースの排気ガス出口側の外側方に前記蛇腹状連結管が配置されたものであるから、前記第１ケース及び第２ケースに対してともにそれぞれの側面から排気ガスを供給でき、前記第１ケース及び第２ケースの各内部での排気ガスの拡散を良好に確保できる。また、前記第１ケース及び第２ケースを囲む矩形枠（平面視）の内部に、前記尿素混合管と蛇腹状連結管をコンパクトに支持できると共に、第２ケースの側面に前記蛇腹状連結管を近接させて設置でき、前記蛇腹状連結管の温度低下を低減でき、前記第１ケースから前記尿素混合管に至る排気ガスの温度が、前記蛇腹状連結管を通過するときに低下するのを容易に防止できる。

第１実施形態を示す排気ガス浄化装置の右側面図である。同左側面図である。同平面図である。同背面図である。同正面図である。同左側方から見た背面斜視図である。同右側方から見た正面斜視図である。排気ガス浄化装置の正面側の拡大斜視図である。排気ガス浄化装置の背面側の拡大斜視図である。

以下に、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。図１は排気ガス浄化装置の右側面図、図２は同左側面図、図３は同平面図、図４は同背面図、図５は同正面図、図６及び図７は同斜視図である。図１〜図７を参照しながら、排気ガス浄化装置の全体構造について説明する。

図１〜図７に示す如く、多気筒ディーゼルエンジン１の各気筒から排出された排気ガスを浄化するための排気ガス浄化装置２７として、ディーゼルエンジン１の排気ガス中の粒子状物質を除去するディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦケース）としての第１ケース２８と、ディーゼルエンジン１の排気ガス中の窒素酸化物質を除去する尿素選択触媒還元システム（ＳＣＲケース）としての第２ケース２９を備える。図３のように、第１ケース２８には、酸化触媒３０、スートフィルタ３１が内設される。第２ケース２９には、尿素選択触媒還元用のＳＣＲ触媒３２、酸化触媒３３が内設される。

ディーゼルエンジン１の各気筒から排気マニホールド６に排出された排気ガスは、排気ガス浄化装置２７等を経由して、外部に放出される。排気ガス浄化装置２７によって、ディーゼルエンジン１の排気ガス中の一酸化炭素（ＣＯ）や、炭化水素（ＨＣ）や、粒子状物質（ＰＭ）や、窒素酸化物質（ＮＯｘ）を低減するように構成している。

第１ケース２８と第２ケース２９は、平面視でディーゼルエンジン１の出力軸（クランク軸）４と直交する水平方向に長く延びた略円筒形状に構成している。第１ケース２８の周側面のうち、排気ガス移動方向上手側の周側面に、排気ガスを取入れるＤＰＦ入口管３４を設けている。また、第１ケース２８の側端面のうち、排気ガス移動方向下手側の側端面に、排気ガスを排出するＤＰＦ出口管３５を設けている。同様に、第２ケース２９の周側面のうち、排気ガス移動方向上手側の周側面に、排気ガスを取入れるＳＣＲ入口管３６を設けている。加えて、第２ケース２９の側端面のうち、排気ガス移動方向下手側の側端面に、排気ガスを排出するＳＣＲ出口管３７を設けている。

さらに、排気マニホールド６の排気ガス出口に、ディーゼルエンジン１に空気を強制的に送り込む過給機３８を配置している。排気マニホールド６に過給機３８を介してＤＰＦ入口管３４を連通させ、ディーゼルエンジン１の排気ガスを第１ケース２８内に導入する一方、後述する尿素混合管７２を介してＤＰＦ出口管３５にＳＣＲ入口管３６を接続させ、第１ケース２８の排気ガスを第２ケース２９内に導入するように構成している。なお、ＳＣＲ入口管３６に尿素混合管７２をフランジ体４０にて着脱可能にボルト締結している。

図１〜図３に示す如く、過給機３８の排気ガス出口管７０に可とう性耐熱ゴム製のガス排出管７１の一端側を連結し、ＤＰＦ入口管３４にガス排出管７１の他端側を連結し、過給機３８にガス排出管７１を介して第１ケース２８を連通させ、過給機３８から第１ケース２８に排気マニホールド６の排気ガスを移動させるように構成している。

また、ＤＰＦ出口管３５に金属製の蛇腹状連結管７４の一端側を連結し、蛇腹状連結管７４の他端側にエルボ管形状の尿素水噴射管７３の排気ガス入口側を連結し、尿素混合管７２の一端側に尿素水噴射管７３の排気ガス出口側を連結させると共に、尿素混合管７２の他端側にＳＣＲ入口管３６をフランジ体４０にて連結する。即ち、蛇腹状連結管７４と、尿素水噴射管７３と、尿素混合管７２を介して、ＤＰＦ出口管３５にＳＣＲ入口管３６を接続させ、第１ケース２８に第２ケース２９を連通させ、第１ケース２８から第２ケース２９に排気ガスを移動させるように構成する。なお、蛇腹状連結管７４は、蛇腹形状で、折曲げ可能及び伸縮可能に形成している。

図１に示す如く、尿素水を貯蔵する尿素水タンク７５と、尿素供給用の尿素水噴射ノズル７６と、尿素水噴射ノズル７６に尿素水タンク７５の尿素水を圧送する尿素水噴射電動ポンプ７７を備える。尿素水噴射管７３のノズル支持部７８に尿素水噴射ノズル７６を配置する。なお、尿素混合管７２の内部に向けて尿素水噴射ノズル７６から噴射された尿素水は、排気ガス温度にて加水分解され、アンモニアとして生成される。

上記の構成により、尿素水タンク７５内の尿素水が尿素水噴射ポンプ７７から尿素水噴射ノズル７６に圧送され、尿素水噴射ノズル７６から尿素水が尿素水噴射管７３内に噴射され、尿素水噴射管７３または連結パイプ３９の内部で、ディーゼルエンジン１からの排気ガスに、尿素水噴射ノズル７６からの尿素水がアンモニアとして混合される。アンモニア（尿素水）が混合された排気ガスは第２ケース２９（ＳＣＲ触媒３２、酸化触媒３３）を通過して、排気ガス中の窒素酸化物質（ＮＯｘ）が低減され、ＳＣＲ出口管３７から外部に放出される。なお、排気ガス中に尿素水を噴霧することにより、排気ガス中にアンモニアガスが生成され、そのアンモニアガスと排気ガスが混合されてＳＣＲ入口管３６から第２ケース２９内部に導入され、第２ケース２９内の触媒３２，３３にて排気ガス中の窒素酸化物質（ＮＯｘ）が除去される。

次に、図１〜図９を参照して、排気ガス浄化装置２７の取付け構造を説明する。第１ケース２８のＤＰＦ入口管３４側を支持する第１支持脚体８１と、第１ケース２８のＤＰＦ出口管３５側を支持する第２支持脚体８２を備えている。ディーゼルエンジン１のシリンダヘッド２に第１支持脚体８１と第２支持脚体８２を立設させる。シリンダヘッド２の上方に、第１支持脚体８１と第２支持脚体８２を介して、第１ケース２８を着脱可能に固着する。

即ち、シリンダヘッド２の対向する側面に、第１支持脚体８１と第２支持脚体８２を立設させ、シリンダヘッド２を跨ぐ姿勢に第１ケース２８を支持する。エンジン出力軸４と交叉する水平横方向に円筒状の第１ケース２８の長手方向（排気ガス移動方向）を向けるように構成している。

一方、ディーゼルエンジン１の冷却ファン２４に対向させて配置するラジエータ９０を備える。ディーゼルエンジン１が搭載される本機５６の上面側に機体フレーム９１を立設させる。機体フレーム９１に、ラジエータ９０を支持させる。ラジエータ９０を介して冷却ファン２４が外気を吸込み、冷却ファン２４からディーゼルエンジン１各部に冷却風を供給するように構成している。

また、図１、図２に示す如く、第２ケース２９から下面側に向けてＳＣＲ支持脚体９３を突出させ、機体フレーム９１にＳＣＲ支持脚体９３の下端側を着脱可能にボルト締結している。機体フレーム９１とＳＣＲ支持脚体９３を介して、冷却ファン２４またはラジエータ９０の上方に第２ケース２９が配置される。第１支持脚体８１及び第２支持脚体８２を介して、冷却ファン２４の最上端部よりも第１ケース２８を高位置に支持させると共に、機体フレーム９１及びＳＣＲ支持脚体９３を介して、第１ケース２８よりも第２ケース２９をさらに高位置に支持させるように構成している。

図１〜図９に示す如く、ディーゼルエンジン１の排気ガス中の粒子状物質を除去する第１ケース２８と、ディーゼルエンジン１の排気ガス中の窒素酸化物質を除去する第２ケース２９と、第２ケース２９の排気ガス入口に第１ケース２８の排気ガス出口を接続する尿素混合管７２を備え、第１ケース２８と第２ケース２９を平行に配置すると共に、尿素混合管７２内に尿素水を噴射させる排気ガス浄化装置において、第１ケース２８と、第２ケース２９と、尿素混合管７２とを、排気ガス移動方向に平行に配置する構造であって、第１ケース２８の排気ガス出口側の端面に排気ガス出口管としてのＤＰＦ出口管３５を設け、第２ケース２９の排気ガス入口側の側面に排気ガス入口管としてのＳＣＲ入口管３６を設けると共に、尿素混合管７２に蛇腹状連結管７４を介してＤＰＦ出口管３５を接続させ、尿素混合管７２と蛇腹状連結管７４の間に尿素水噴射ノズル７６を配置している。したがって、ディーゼルエンジン１または本機などに対して、第１ケース２８の組付作業と第２ケース２９の組付作業をそれぞれ各別に実行して、第１ケース２８と第２ケース２９を独立的に組付けた状態で、第１ケース２８と第２ケース２９に、蛇腹状連結管７４を介して前記尿素混合管７２を接続させることができる。

即ち、前記第１ケース２８と第２ケース２９の排気流路構造を簡単にかつ低コストに構成できるものでありながら、農業機械または建設機械などにディーゼルエンジン１を搭載する組立工場などにおいて、第１ケース２８と第２ケース２９を互いに独立した部品として取扱うことができ、組立作業性などを容易に向上できる。特に、変形可能な蛇腹状連結管７４の取付け位置調節（組付け寸法の誤差訂正）により、第１ケース２８とは別の支持部材に第２ケース２９を簡単に取付けることができると共に、蛇腹状連結管７４の排気ガス移動下手側で、尿素混合管７２に向けて尿素水噴射ノズル７６から尿素水を噴射させることにより、尿素水噴射ノズル７６から噴射された尿素水が蛇腹状連結管７４の内側面に付着して結晶化するのを防止できるものである。

さらに、図１〜図９に示す如く、ディーゼルエンジン１の排気ガスを取入れるための排気接続管としてのガス排出管７１を、第１ケース２８の排気ガス入口側の側面に接続させると共に、第１ケース２８の排気ガス出口側に第２ケース２９を偏位させて、第１ケース２８の排気ガス出口側の端面よりも、第２ケース２９の排気ガス出口側の端面を突設させ、第２ケース２９の排気ガス出口側の外側方に蛇腹状連結管７４が配置されている。したがって、第１ケース２８及び第２ケース２９に対してともにそれぞれの側面から排気ガスを供給でき、第１ケース２８及び第２ケース２９の各内部での排気ガスの拡散を良好に確保できる。

また、第１ケース２８に対して、排気ガス移動方向に第２ケース２９を位置ずれさせるものであり、第１ケース２８の排気ガス入口側端面よりも第２ケース２９の排気ガス入口側端面を排気ガス移動下手側に偏位させると共に、第１ケース２８の排気ガス出口側端面よりも第２ケース２９の排気ガス出口側端面を排気ガス移動下手側に偏位させている。即ち、第１ケース２８の排気ガス出口側に第２ケース２９を偏位させて、第１ケース２８の排気ガス出口側の端面よりも、第２ケース２９の排気ガス出口側の端面を排気ガス移動下手側に突設させるから、第１ケース２８及び第２ケース２９を囲む矩形枠（平面視）の内部に、尿素混合管７２と蛇腹状連結管７４をコンパクトに支持できる。

加えて、第１ケース２８の排気ガス出口側端面と第２ケース２９の側面に蛇腹状連結管７４を近接させて、第１ケース２８の排気ガス出口側端面と第２ケース２９の側面にて形成される凹部スペースに蛇腹状連結管７４を設置でき、蛇腹状連結管７４の温度低下を低減でき、第１ケース２８から尿素混合管７２に至る排気ガスの温度が、蛇腹状連結管７４を通過するときに低下するのを容易に防止できる。したがって、仮りに、蛇腹状連結管７４の内部に尿素水が逆流しても、蛇腹状連結管７４内部での尿素水の結晶化を阻止できる。

１ディーゼルエンジン
２８第１ケース
２９第２ケース
３５ＤＰＦ出口管（排気ガス出口管）
３６ＳＣＲ入口管（排気ガス入口管）
７１ガス排出管（排気接続管）
７２尿素混合管
７４蛇腹状連結管
７６尿素水噴射ノズル

Claims

エンジンの排気ガス中の粒子状物質を除去する第１ケースと、前記エンジンの排気ガス中の窒素酸化物質を除去する第２ケースと、第２ケースの排気ガス入口に前記第１ケースの排気ガス出口を接続する尿素混合管を備え、前記第１ケースと第２ケースを平行に配置すると共に、前記尿素混合管内に尿素水を噴射させる排気ガス浄化装置において、
前記第１ケースと、前記第２ケースと、前記尿素混合管とを、排気ガス移動方向に平行に配置する構造であって、前記第１ケースの排気ガス出口側の端面に排気ガス出口管を設け、第２ケースの排気ガス入口側の側面に排気ガス入口管を設けると共に、前記尿素混合管に蛇腹状連結管を介して排気ガス出口管を接続させ、前記尿素混合管と蛇腹状連結管の間に尿素水噴射ノズルを配置し、
前記エンジンの排気ガスを取入れるための排気接続管を、前記第１ケースの排気ガス入口側の側面に接続させると共に、前記第１ケースの排気ガス出口側に前記第２ケースを偏位させて、前記第１ケースの排気ガス出口側の端面よりも、前記第２ケースの排気ガス出口側の端面を突設させ、前記第２ケースの排気ガス出口側の外側方に前記蛇腹状連結管が配置されたことを特徴とする排気ガス浄化装置。