(57)【要約】【課題】液体還元剤又はその前駆体の耐凍結性能を確保しつつ、初期コスト及びランニングコストを低減する。【解決手段】尿素水溶液から生成されたアンモニアを使用して排気中のＮＯｘを還元浄化するＮＯｘ還元触媒２０と、その排気上流に尿素水溶液を噴射供給する噴射ノズル１８と、尿素水溶液を貯蔵する還元剤タンク２８と、そこに貯蔵された液体還元剤又はその前駆体を吸い込んで噴射ノズル１８に圧送するサプライモジュール２４と、を含んで構成された排気浄化装置において、還元剤タンク２８から尿素水溶液を吸い込むサクションチューブが還元剤タンク２８の一側面壁を貫通した状態で、サプライモジュール２４を還元剤タンク２８の一側面に直接取り付ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジン排気管に配設され、還元剤を使用して排気中の窒素酸化物を還元浄化する還元触媒と、
前記還元触媒の排気上流に液体還元剤又はその前駆体を噴射供給する噴射ノズルと、
前記液体還元剤又はその前駆体を貯蔵する還元剤タンクと、
前記還元剤タンクに貯蔵された液体還元剤又はその前駆体を吸い込んで噴射ノズルに圧送するサプライモジュールと、
を含んで構成され、
前記サプライモジュールは、前記還元剤タンクから液体還元剤又はその前駆体を吸い込むサクションチューブが還元剤タンクの一側面壁を貫通した状態で、前記還元剤タンクの一側面に直接取り付けられたことを特徴とする排気浄化装置。
【請求項２】
前記還元剤タンクは、車体フレームを構成するサイドレールの車幅外方側面に取り付けられ、その車幅内方に位置する一側面の下部がサイドレールの下方を通ってサイドレール内方まで膨出し、その膨出部にサプライモジュールが直接取り付けられたことを特徴とする請求項１記載の排気浄化装置。
【請求項３】
前記サクションチューブの先端部は、前記還元剤タンクの底面に向けて屈曲されたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の排気浄化装置。
【請求項４】
前記サクションチューブの少なくとも一部は、前記還元剤タンクの内部にエンジン冷却水を循環させて液体還元剤又はその前駆体を加熱する熱交換器に接合されたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体還元剤又はその前駆体を使用して、排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元浄化する排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンの排気に含まれるＮＯｘを除去する触媒浄化システムとして、特開２０００−２７６２７号公報（特許文献１）に記載された排気浄化装置が提案されている。この排気浄化装置は、排気管に配設されたＮＯｘ還元触媒の排気上流に、エンジン運転状態に応じた液体還元剤又はその前駆体を噴射供給し、ＮＯｘ還元触媒で排気中のＮＯｘと還元剤とを選択的に還元反応させることで、ＮＯｘを無害成分に浄化処理する。また、寒冷地においては、液体還元剤又はその前駆体が凍結することがあるので、還元剤タンクにエンジン冷却水を循環させると共に、還元剤供給系に電気ヒータ付配管が採用されている。
【特許文献１】特開２０００−２７６２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来提案技術では、電気ヒータ付配管は高価であると共にそのヒータ駆動のための電力が不可欠であることから、初期コスト及びランニングコストの上昇が避けられなかった。
【０００４】
そこで、本発明は以上のような従来の問題点に鑑み、還元剤タンクから液体還元剤又はその前駆体を吸い込んで圧送するサプライモジュールの取付構造を見直すことで、液体還元剤又はその前駆体の耐凍結性能を確保しつつ、初期コスト及びランニングコストを低減した排気浄化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
このため、本発明では、エンジン排気管に配設され、還元剤を使用して排気中の窒素酸化物を還元浄化する還元触媒と、還元触媒の排気上流に液体還元剤又はその前駆体を噴射供給する噴射ノズルと、液体還元剤又はその前駆体を貯蔵する還元剤タンクと、還元剤タンクに貯蔵された液体還元剤又はその前駆体を吸い込んで噴射ノズルに圧送するサプライモジュールと、を含んで構成された排気浄化装置において、液体還元剤又はその前駆体を吸い込むサクションチューブが還元剤タンクの一側面壁を貫通した状態で、サプライモジュールを還元剤タンクの一側面に直接取り付ける。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、サクションチューブが還元剤タンクの一側面壁を貫通した状態で、サプライモジュールが還元剤タンクの一側面に直接取り付けられているため、還元剤タンクとサプライモジュールとを接続する配管が不要となる。このため、還元剤タンクとサプライモジュールとを接続する電気ヒータ付配管が不要となり、初期コスト及びランニングコストを低減することができる。また、サクションチューブが外気に晒されないことから、その内部に存在する液体還元剤又はその前駆体が凍結し難く、液体還元剤又はその前駆体の耐凍結性能を確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、添付された図面を参照して本発明を詳述する。
図１は、液体還元剤の前駆体たる尿素水溶液を使用して、エンジンの排気に含まれるＮＯｘを選択的に還元浄化する排気浄化装置の全体構成を示す。
【０００８】
エンジン１０の排気マニフォールド１２に接続される排気管１４には、排気流通方向に沿って、一酸化窒素（ＮＯ）を二酸化窒素（ＮＯ2）へと酸化させる窒素酸化触媒１６と、尿素水溶液を噴射供給する噴射ノズル１８と、尿素水溶液から生成されたアンモニアを使用してＮＯｘを還元浄化するＮＯｘ還元触媒２０と、ＮＯｘ還元触媒２０を通過したアンモニアを酸化させるアンモニア酸化触媒２２と、がこの順番で配設される。また、噴射ノズル１８には、尿素水溶液を吸い込んで圧送する電動ポンプを内蔵したサプライモジュール２４、及び、尿素水溶液の噴射供給流量を制御する流量制御弁を内蔵したドージングモジュール２６を介して、還元剤タンク２８に貯蔵された尿素水溶液が供給される。さらに、還元剤タンク２８にエンジン冷却水を循環させて尿素水溶液が凍結することを防止すべく、その上面にエンジン冷却水の入口２８Ａ及び出口２８Ｂが夫々形成され、ここに管材からなる熱交換器２８Ｃが接続される。
【０００９】
サプライモジュール２４及びドージングモジュール２６は、エンジン運転状態に応じた尿素水溶液を還元剤タンク２８から噴射ノズル１８に供給すべく、コンピュータを内蔵したドージングコントロールユニット（以下「ドージングＥＣＵ」という）３０により電子制御される。また、ドージングＥＣＵ３０には、窒素酸化触媒１６と噴射ノズル１８との間に位置する排気管１４に取り付けられた排気温度センサ３２から排気温度信号が入力されると共に、エンジン１０を電子制御するエンジンコントロールユニット（以下「エンジンＥＣＵ」という）３４からエンジン回転速度信号及び燃料噴射量信号が入力される。そして、ドージングＥＣＵ３０は、そのＲＯＭ（Read Only Memory）などに記憶された制御プログラムに従って、排気温度，エンジン回転速度及び燃料噴射量に応じた尿素水溶液添加流量を演算し、その演算結果に基づいてサプライモジュール２４の電動ポンプ及びドージングモジュール２６の流量制御弁を制御する。なお、ドージングＥＣＵ３０は、サプライモジュール２４に内蔵するようにしてもよい。
【００１０】
サプライモジュール２４は、図２に示すように、還元剤タンク２８から尿素水溶液を吸い込むサクションチューブ２４Ａが還元剤タンク２８の一側面（背面）壁を貫通した状態で、還元剤タンク２８の一側面に取り付けられる。ここで、サクションチューブ２４Ａの先端部は、還元剤タンク２８に貯蔵される尿素水溶液の残量が少なくなっても尿素水溶液を支障なく吸い込めるように、図３に示すように、還元剤タンク２８の底面に向けて屈曲されることが望ましい（以下同様）。また、サクションチューブ２４Ａは、その内部に存在する尿素水溶液が凍結したとき、熱交換器２８Ｃを流通するエンジン冷却水と熱交換して短時間で解凍されるべく、図２及び図３に示すように、その少なくとも一部が熱交換器２８Ｃに接合されることが望ましい。
【００１１】
このような排気浄化装置において、噴射ノズル１８から排気管１４内へと噴射供給された尿素水溶液は、排気熱及び排気中の水蒸気により加水分解され、アンモニアへと転化される。このアンモニアは、ＮＯｘ還元触媒２０において排気中のＮＯｘと選択的に還元反応し、無害な水（Ｈ2Ｏ）及び窒素（Ｎ2）へと浄化される。このとき、ＮＯｘ還元触媒２０によるＮＯｘ浄化効率を向上させるべく、窒素酸化触媒１６によりＮＯがＮＯ2へと酸化され、排気中のＮＯとＮＯ2との比率が還元反応に適したものに改善される。また、ＮＯｘ還元触媒２０を通過したアンモニアは、その排気下流に配設されたアンモニア酸化触媒２２により酸化されるので、アンモニアがそのまま大気中に放出されることが抑制される。
【００１２】
サクションチューブ２４Ａが還元剤タンク２８の一側面壁を貫通した状態で、サプライモジュール２４が還元剤タンク２８の一側面に直接取り付けられているため、還元剤タンク２８とサプライモジュール２４とを接続する配管が不要となる。このため、還元剤タンク２８とサプライモジュール２４とを接続する電気ヒータ付配管が不要となり、初期コスト及びランニングコストを低減することができる。また、サクションチューブ２４Ａが外気に晒されないことから、その内部に存在する尿素水溶液が凍結し難く、尿素水溶液の耐凍結性能を確保することができる。
【００１３】
図４は、移動車両を前提として、その車体フレームの側面に還元剤タンク２８を取り付けたタンク取付構造詳細を示す。
車体フレームを構成するサイドレール３６の車幅外方側面には、ブラケット３８を介して、還元剤タンク２８が取り付けられる。左右一対のサイドレール３６の間及びその下方は、車幅外方に比べて各種補機類が少ないため、比較的スペースに余裕がある。このため、還元剤タンク２８の車幅内方に位置する一側面下部をサイドレール３６の下方を通ってその内方まで膨出させ、その膨出部にサプライモジュール２４を直接取り付けるようにする。他の構成は、図１〜図３に示すものと同様であるので、その説明を参照されたし。このようにすれば、尿素水溶液の耐凍結性能の確保並びに初期コスト及びランニングコストの低減を図りつつ、還元剤タンク２８の容量を増加させることができる。
【００１４】
なお、本発明は、尿素水溶液を使用する排気浄化装置に限らず、アンモニア水溶液、炭化水素を主成分とする軽油，ガソリン，灯油などを液体還元剤又はその前駆体として使用するものにも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明を具現化した排気浄化装置の全体構成図
【図２】サプライモジュールの取付構造詳細を示す断面図
【図３】サクションホース及び熱交換器の詳細構造を示す部分断面図
【図４】移動車両を前提としたタンク取付構造詳細を示す断面図
【符号の説明】
【００１６】
１０    エンジン
１４    排気管
１８    噴射ノズル
２０    ＮＯｘ還元触媒
２４    サプライモジュール
２４Ａ  サクションチューブ
２８    還元剤タンク
２８Ａ  冷却水入口
２８Ｂ  冷却水出口
２８Ｃ  熱交換器
３６    サイドレール
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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