(57)【要約】【課題】多様な搭載スペースへの適応が容易になる排気浄化装置を提供する。【解決手段】本発明は、排気ガスを浄化するためのＤＰＦ２及び尿素ＳＣＲ触媒４を有する排気浄化装置１であって、外側排気管８及び内側排気管７を有する二重排気管部６と、外側排気管８及び内側排気管７のうち一方の排気管出口と他方の排気管入口とを接続する戻り排気管９と、を備え、内側排気管７の内部にはＤＰＦ２が配置され、外側排気管８と内側排気管７の間には尿素ＳＣＲ触媒４が配置され、尿素ＳＣＲ触媒４は内側排気管７の周方向で複数に分割されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ガスを浄化するためのＤＰＦ及び触媒を有する排気浄化装置であって、
外側排気管及び内側排気管を有する二重排気管部と、
前記外側排気管及び前記内側排気管のうち一方の排気管出口と他方の排気管入口とを接続する戻り排気管と、を備え、
前記内側排気管の内部には前記ＤＰＦが配置され、
前記外側排気管と前記内側排気管の間には前記触媒が配置され、前記触媒は前記内側排気管の周方向で複数に分割されていることを特徴とする排気浄化装置。
【請求項２】
前記触媒は、前記内側排気管の周方向で二分割又は四分割されていることを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
【請求項３】
前記触媒は、尿素ＳＣＲ触媒であることを特徴とする請求項１又は２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、排気ガスを浄化する排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジン等の排気ガスを浄化する排気浄化装置として、排気ガス中のＰＭ（微粒子状物質）を捕集するＤＰＦ［Diesel  particulate  filter］と、排気ガス中のＣＯ（一酸化炭素）やＨＣ（炭化水素）を浄化する酸化触媒と、を備えたものが知られている（特許文献１，２参照）。
【０００３】
また、特許文献１には、より厳しい排気ガス規制に適合するため、排気ガス中のＮＯｘ（窒素酸化物）を浄化するＮＯｘ浄化用触媒として、尿素ＳＣＲ［Selective  Catalytic  Reduction］触媒を更に設けることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−０７１１８９号公報
【特許文献２】特表２００８−５３０４４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ＤＰＦに加えて酸化触媒やＮＯｘ浄化用触媒を設けるためには、十分な搭載スペースを車両が有する必要がある。搭載スペースは車種によって異なっており、搭載スペースの大きさや形状によっては従来のＮＯｘ浄化用触媒等を配置できない場合があった。このため、搭載スペースに合わせて触媒の筐体形状を変更すると、ＮＯｘ浄化用触媒も新たな形状に作り直す必要が生じ、大幅なコストアップとなる。
【０００６】
そこで、本発明は、多様な搭載スペースへの適応が容易な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】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明は、排気ガスを浄化するためのＤＰＦ及び触媒を有する排気浄化装置であって、外側排気管及び内側排気管を有する二重排気管部と、外側排気管及び内側排気管のうち一方の排気管出口と他方の排気管入口とを接続する戻り排気管と、を備え、内側排気管の内部にはＤＰＦが配置され、外側排気管と内側排気管の間には触媒が配置され、触媒は内側排気管の周方向で複数に分割されていることを特徴とする。
【０００８】
本発明に係る排気浄化装置によれば、外側排気管と内側排気管の間に配置された触媒が周方向で複数に分割されているので、車種ごとの搭載スペースに合わせて外側排気管の形状（高さや幅）を変更する必要が生じても、新たな形状の触媒を作り直すことなく、分割された触媒の配置や個数を変えることで容易に適応することができる。従って、この排気浄化装置によれば、外側排気管の形状変更の度に新たな形状の触媒を作成する場合と比べて、多様な搭載スペースへの適応が容易になり、コスト低減に有利である。しかも、この排気浄化装置によれば、触媒の一部に製造不良があっても、触媒全体ではなく分割した一部を交換すれば良く、触媒材料の歩留まりを向上させることができる。
【０００９】
上記排気浄化装置において、触媒は、内側排気管の周方向でニ分割又は四分割されていてもよい。
この排気浄化装置によれば、例えば触媒全体を四分割し、排出ガスへの接触面積を最大にしてＮＯｘ低減率を向上させる場合には四つ全ての触媒を使用し、搭載スペースの制限により外側排気管の高さや幅を変更する場合には四分割された触媒の二つを使用してニ分割とすることで、車種に応じた搭載スペースに容易に適応することができる。
【００１０】
上記排気浄化装置において、触媒は尿素ＳＣＲ触媒であってもよい。
この排気浄化装置によれば、ＮＯｘの浄化に効果的な尿素ＳＣＲ触媒を採用することで、排気ガスの浄化性能を一層高めることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、多様な搭載スペースへの適応が容易な排気浄化装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１の実施形態に係る排気浄化装置を示す図である。
【図２】図１のII−II線に沿った端面図である。
【図３】第２の実施形態に係る排気浄化装置を示す端面図である。
【図４】第３の実施形態に係る排気浄化装置を示す端面図である。
【図５】第４の実施形態に係る排気浄化装置を示す端面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１４】
［第１の実施形態］
図１及び図２に示されるように、第１の実施形態に係る排気浄化装置１は、ディーゼルエンジンから排出される排気ガスのＰＭ（微粒子状物質）やＮＯｘ（窒素酸化物）等を浄化するための装置である。
【００１５】
排気浄化装置１は、ＤＰＦ［Diesel  particulate  filter］２及び触媒３〜５が収容される二重排気管部（筐体）６を備えている。二重排気管部６は、内側排気管７及び外側排気管８からなる二重管構造を有しており、内側排気管７及び外側排気管８は、戻り排気管９を介して接続されている。図２に示されるように、内側排気管７及び外側排気管８は、排気ガスの流れ方向に垂直なII−II線に沿った断面が円形状を成しており、入口側や出口側を除いて円管状に形成されている。
【００１６】
図１及び図２に示されるように、内側排気管７の内部には、排気ガス中のＰＭ（微粒子状物質）を除去するＤＰＦ２と、排気ガス中のＣＯやＨＣ等を浄化するためのディーゼル用酸化触媒［DOC：Diesel  Oxidation  Catalyst］３が設けられている。ＤＰＦ２は内側排気管７の出口７ｂ側に充填されており、ディーゼル用酸化触媒３は内側排気管７の入口７ａ側に充填されている。
【００１７】
ＤＰＦ２は、金属やセラミクス製のハニカム体で構成されており、排気ガス中のＰＭを捕集する。また、ハニカム体の表面には排気ガスの浄化効率を高めるための触媒が塗布されている。なお、触媒が塗布されていないＤＰＦを用いてもよい。ディーゼル用酸化触媒３は、金属やセラミクス製の触媒キャリアを備えており、ＣＯやＨＣ、ＮＯを酸化反応により浄化（無害化）する。
【００１８】
内側排気管７の入口７ａは、ディーゼルエンジンの排気マニホールドに接続されており、入口７ａから入り込んだ排気ガスはディーゼル用酸化触媒３、ＤＰＦ２の順に通過して出口７ｂへと流れる。ディーゼル用酸化触媒３及びＤＰＦ２によって浄化された排気ガスは、出口７ｂと接続する戻り排気管９へ流れこむ。
【００１９】
戻り排気管９は、内側排気管７の出口７ｂと外側排気管８の入口８ａとを接続する管であり、戻り排気管９へ流れ込んだ排気ガスは内側排気管７の内部を流れる排気ガスとは逆の向きに流れて外側排気管８の入口８ａに到達する。
【００２０】
戻り排気管９は、二重排気管部６に沿って直線状に延在する円管状の直線部９ａを有している。直線部９ａには、尿素噴射弁１０が設けられており、尿素噴射弁１０は図示しない尿素水タンクから供給される尿素水を排気ガス中に噴射する。
【００２１】
尿素噴射弁１０は、直線部９ａの上流側に設けられ、直線部９ａ内の排気ガスの流れ方向に沿って尿素水を噴射することで、尿素水を排気ガス中に拡散させ、効率的に混じり合わせる。直線部９ａは、尿素水を排気ガス中に拡散させるための尿素拡散経路として機能する。
【００２２】
外側排気管８と内側排気管７との間には、排気ガス中のＮＯｘを浄化する尿素ＳＣＲ［Selective  Catalytic  Reduction］触媒４と、アンモニアスリップを防ぐためのアンモニアスリップ防止触媒５が設けられている。
【００２３】
尿素ＳＣＲ触媒４及びアンモニアスリップ防止触媒５は、円筒形状に形成されており、外側排気管８の内側で内側排気管７の外側のスペースに充填されている。尿素ＳＣＲ触媒４は外側排気管８の入口８ａ側に配置され、アンモニアスリップ防止触媒５は外側排気管８の出口８ｂ側に配置されている。
【００２４】
尿素ＳＣＲ触媒４及びアンモニアスリップ防止触媒５は、内側排気管７の周方向で四分割されている。尿素ＳＣＲ触媒４は、図２に示す断面において内側排気管７を中心とした９０度毎に分割されており、四つの分割体４Ａ〜４Ｄに分けられる。すなわち、尿素ＳＣＲ触媒４は、円筒を周方向に四分割してなる四つの分割体４Ａ〜４Ｄから構成されている。
【００２５】
これらの分割体４Ａ〜４Ｄは、排気浄化装置１の組立前は分けられており、組立時に接着剤等によって接合されることで一体化する。分割体４Ａ〜４Ｄの境界面には、接合を容易にするための面加工等が施されていてもよい。なお、分割体４Ａ〜４Ｄは、必ずしも接合して一体化させる必要はなく、分離可能な状態で外側排気管８及び内側排気管７の間に嵌め込まれていてもよい。
【００２６】
また、本実施形態に係るアンモニアスリップ防止触媒５も、尿素ＳＣＲ触媒４と同様に周方向で四分割され、円筒を四分割してなる四つの分割体から構成されている。
【００２７】
戻り排気管９から外側排気管８の入口８ａに流れ込んだ排気ガスは、外側排気管８及び内側排気管７の間を、内部排気管７内を流れる排気ガスと同じ方向に流れて行く。排気ガスは、尿素水が添加された状態で尿素ＳＣＲ触媒４に流れ込み、尿素水から生じるアンモニアの作用により尿素ＳＣＲ触媒４においてＮＯｘの還元が行われる。
【００２８】
尿素ＳＣＲ触媒４で還元に用いられなかったアンモニアは、下流のアンモニアスリップ防止触媒５において酸化されることで窒素ガスと水に変えられる。これにより、大気中へのアンモニアの排出（アンモニアスリップ）が防止される。
【００２９】
排気ガスは、尿素ＳＣＲ触媒４及びアンモニアスリップ防止触媒５を通り抜けた後、外側排気管８の出口８ｂから排出される。
【００３０】
以上説明した第１の実施形態に係る排気浄化装置１によれば、外側排気管８と内側排気管７の間に配置された尿素ＳＣＲ触媒４及びアンモニアスリップ防止触媒５が周方向で複数に分割されているので、車種ごとの搭載スペースに合わせて外側排気管８の形状（高さや幅）を変更する必要が生じても、新たな形状の触媒４，５を作り直すことなく、分割体４Ａ〜４Ｄの配置や個数を変えることで容易に適応することができる。従って、この排気浄化装置１によれば、外側排気管８の形状変更の度に新たな形状の触媒を作成する場合と比べて、多様な搭載スペースへの適応が容易になり、コスト低減に有利である。しかも、この排気浄化装置１によれば、触媒４，５の一部に製造不良があっても、触媒全体ではなく分割体４Ａ〜４Ｄの単位で交換すれば良く、触媒材料の歩留まりを向上させることができる。
【００３１】
また、この排気浄化装置１によれば、二重管構造を採用して、内側排気管７の内部と内側排気管７及び外側排気管８の間にＤＰＦ２及び尿素ＳＣＲ触媒４をそれぞれ配置することで、ＤＰＦ２及び尿素ＳＣＲ触媒４を一体化して装置の小型化を図ることができる。従って、この排気浄化装置１によれば、小型化により、搭載スペースの少ない車種であっても排気浄化装置１を搭載可能となるので、ＤＰＦ２及び尿素ＳＣＲ触媒４を搭載可能な車種を増やすことができる。
【００３２】
しかも、この排気浄化装置１によれば、ＤＰＦ２及び尿素ＳＣＲ触媒４が一体化されて近くに配置されることにより、ＤＰＦ２からの放熱が抑制されてＤＰＦ煤再生制御時の昇温時間短縮や燃料噴射量の削減が図られると共に、尿素ＳＣＲ触媒４にとってはＤＰＦ２の熱により保温されることで、エンジン始動直後の暖気時間の短縮及び還元剤噴射時間の短縮を図ることができる。
【００３３】
また、この排気浄化装置１では、戻り排気管９が直線状に延在する直線部９ａを有しているので、戻り排気管９を曲線形状のみから形成する場合と比べて、排気ガスが受ける抵抗を少なくすることができる。また、直線部９ａを有する簡素な構造は装置の小型化に有利である。
【００３４】
更に、この排気浄化装置１では、戻り排気管９の直線部９ａに尿素噴射弁１０を設けているので、直線状に延在する直線部９ａ内で尿素水を効率良く拡散させることができる。しかも、ＤＰＦ２等に加えて尿素噴射弁１０も一体化させることができるので、装置の小型化に好適である。
【００３５】
［第２の実施形態］
図３に示されるように、第２の実施形態に係る排気浄化装置２１は、第１の実施形態に係る排気浄化装置１と比べて、二重排気管２２を構成する外側排気管２３の形状及び尿素ＳＣＲ触媒２４の配置が大きく異なっている。なお、第１の実施形態と同一の構成要素には同じ符号を付し、重複する説明を省略する。
【００３６】
具体的には、第２の実施形態に係る外側排気管２３は、二重排気管部２２の高さ方向の厚さを小さくするために、図３に示す断面形状が円環の上下端部を平行な直線で切り取った形状となっている。すなわち、外側排気管２３の中腹部分（尿素ＳＣＲ触媒２４等が配置されている部分）は、円管の上下端部が潰れて平面となった形状を有している。なお、外側排気管２３の出口側及び入口側は、出口又は入口に近づくにつれて断面円形状に縮径し、戻り排気管９又は出口側の排気管に接続されている。
【００３７】
また、第２の実施形態に係る尿素ＳＣＲ触媒２４は、内側排気管７の周方向で二分割されており、二つの分割体２４Ａ，２４Ｂに分けられる。分割体２４Ａ，２４Ｂの形状は、第１の実施形態における分割体４Ａ〜４Ｄと同じである。二つの分割体２４Ａ，２４Ｂは、内側排気管７を挟んで左右対称に配置されている。
【００３８】
二つの分割体２４Ａ，２４Ｂの間には、充填材２５が配置されている。充填材２５は、外側排気管２３と内側排気管７との間に配置され、排気ガスが分割体２４Ａ，２４Ｂの隙間を通り抜けることを防止するためのものである。充填材２５は、外側排気管２３と内側排気管７との間で余分な隙間を塞ぐように設けられている。
【００３９】
また、図３には現れていないがアンモニアスリップ防止触媒の形状も尿素ＳＣＲ触媒２４と同様に周方向で分割され、同じ断面形状を有している。この点は、後述する第３の実施形態及び第４の実施形態の場合も同様である。
【００４０】
充填材２５は、十分な耐熱性を有する材料から構成されている。充填材２５は、ＤＰＦ３の温度を保つ観点から、適切な保温性を有することが好ましい。充填材２５の材料としては、例えば耐熱セラミック製マット（具体的には住友スリーエム株式会社製のインタラムマット［登録商標］）がある。
【００４１】
このような第２の実施形態に係る排気浄化装置２１によれば、周方向に二分割された尿素ＳＣＲ触媒２４を左右に配置して上下の触媒を無くす構成とすることで、高さ方向の厚さを小さくできるので、搭載スペースの高さが十分にない場合であっても容易に適応して車両に搭載することが可能になる。
【００４２】
また、この排気浄化装置２１によれば、第２の実施形態に係る尿素ＳＣＲ触媒２４の分割体２４Ａ，２４Ｂとして、第１の実施形態に係る分割体４Ａ〜４Ｄと同じものを用いるので、組み合わせを変えることで様々な車種の排気浄化装置に採用することができ、筐体形状が変更されるごとに新たな形状の触媒を製造する場合と比べて、大幅なコストダウンが図られる。
【００４３】
なお、排気浄化装置２１は、尿素ＳＣＲ触媒２４の断面積を減らした分、排気ガスの進行方向に分割体を複数配置することで浄化性能を確保してもよい。
【００４４】
［第３の実施形態］
図４に示されるように、第３の実施形態に係る排気浄化装置３１は、第２の実施形態に係る排気浄化装置２１と比べて、高さ方向ではなく幅方向（水平方向）の厚さを小さくしている点が異なっている。
【００４５】
具体的には、第３の実施形態に係る外側排気管３３は、二重排気管部３２の幅さ方向の厚さを小さくするために、図４に示す断面形状が円環の左右の端部を平行な直線で切り取った形状となっている。すなわち、外側排気管３３の中腹部分は、円管の左右両端が潰れて平面となった形状を有している。
【００４６】
また、第３の実施形態に係る尿素ＳＣＲ触媒３４は、内側排気管７の周方向で二分割されて二つの分割体３４Ａ，３４Ｂに分けられ、二つの分割体３４Ａ，３４Ｂは内側排気管７を挟んで上下対称に配置されている。二つの分割体３４Ａ，３４Ｂの間には、充填材３５が設けられている。充填材３５の機能及び構成は第２の実施形態と同様である。
【００４７】
このような第３の実施形態に係る排気浄化装置３１によれば、周方向に二分割された尿素ＳＣＲ触媒３４を上下に配置して左右の触媒を無くす構成とすることで、幅方向の厚さを小さくできるので、搭載スペースの幅が十分にない場合であっても容易に適応して車両に搭載することが可能になる。また、第３の実施形態に係る尿素ＳＣＲ触媒３４の分割体３４Ａ，３４Ｂを他の実施形態に係る分割体と共通とすることで、大幅なコストダウンが図られる。
【００４８】
なお、この排気浄化装置３１では、図４に示す配置よりも戻り排気管９を外側排気管３３に寄せる配置とすることで、幅方向の厚さを更に小さくすることができ、必要スペースを一層低減することができる。
【００４９】
［第４の実施形態］
図５に示されるように、第４の実施形態に係る排気浄化装置４１は、第３の実施形態に係る排気浄化装置３１と比べて、三つの分割体４４Ａ〜４４Ｃから尿素ＳＣＲ触媒４４が構成されている点が主に異なる。
【００５０】
具体的には、第４の実施形態に係る排気浄化装置４１は、内側排気管７の上下に配置された分割体４４Ａ、４４Ｂに加えて、内側排気管７の左側（図５の紙面左側）に配置された分割体４４Ｃを有している。
【００５１】
第４の実施形態に係る尿素ＳＣＲ触媒４４は、分割体４４Ａ、４４Ｂ、４４Ｃの三つに分けられる。分割体４４Ａ、４４Ｂ、４４Ｃの形状は、第１の実施形態における分割体４Ａ〜４Ｄと同じである。内側排気管７から見て分割体４４Ｃの反対側（戻り排気管９側）には、充填材４５が配置されており、分割体４４Ａ、４４Ｂの隙間が塞がれている。
【００５２】
第４の実施形態に係る外側排気管４３は、図５に示す断面形状が、円環の右端部（図５の紙面右側の端部）を直線で切り取った形状となっている。すなわち、外側排気管４３の中腹部分は、円管のうち戻り配管９に沿った右側のみが潰れて平面となった形状を有している。
【００５３】
このような第４の実施形態に係る排気浄化装置４１によれば、第１の実施形態に係る排気浄化装置１と比べて、四分割された触媒の一つを無くして三分割とすることにより、幅方向の厚さを小さくできるので、搭載スペースの幅が十分にない場合であっても容易に適応して車両に搭載することが可能になる。また、この排気浄化装置４１においても、戻り排気管９を外側排気管４３に寄せる配置とすることで、幅方向の厚さを更に小さくすることができる。
【００５４】
更に、この排気浄化装置４１では、上述した第２の実施形態又は第３の実施形態の場合と比べて、触媒と排気ガスの接触面積を大きくできるので、十分な浄化性能を確保しやすい。また、第４の実施形態に係る尿素ＳＣＲ触媒４４の分割体４４Ａ、４４Ｂ、４４Ｃを他の実施形態に係る分割体と共通とすることで、大幅なコストダウンが図られる。
【００５５】
なお、排気浄化装置４１のように触媒を三分割する場合には、左右何れかの分割体ではなく、上下何れかの分割体を無くす構成であってもよい。
【００５６】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。
【００５７】
例えば、上述した第２〜第４の実施形態において、必ずしも充填材を設ける必要はない。外側排気管の形状を工夫することで、外側排気管及び内側排気管の間に不要な隙間が生じないようにすることもできる。例えば、図３に示す断面形状において、外側排気管２３の上下を凹ませることにより、充填材２５が配置される隙間を無くすように形成してもよい。
【００５８】
また、本発明に係る排気浄化装置は様々な形状を採用することが可能である。例えば、内側排気管や外側排気管、触媒その他の構成の寸法比率は、図１〜図４に示すものに限られない。内側排気管や外側排気管は、断面が楕円形状であってもよく、楕円形状の一つ又は複数の端部を直線で切り取った形状であってもよい。
【００５９】
触媒の分割体の形状や個数、配置は、上述したものに限られず、円筒を周方向で１８０°ごとに三分割した分割体を採用してもよく、円筒を周方向で４５°ごとに八分割した分割体を採用してもよい。上下左右だけではなく、斜め方向の厚みを小さくするため、斜めの触媒を無くすように配置してもよい。また、上述した第１〜第４の実施形態に係る触媒の分割体は、全く同じ形状である必要はなく、長さ（排気ガスの進行方向の長さ）が互いに異なっていてもよい。
【００６０】
また、戻り排気管の形状は、上述したものに限られず、曲線部分のみから構成されていてもよい。また戻り排気管は、外側排気管の出口と内側排気管の入口とを接続する構成であってもよい。この場合、排気ガスは、まず外側排気管と内側排気管の間へと入り込み、外側排気管の出口から戻り排気管を通じて内側排気管の入口へと流れ、内側排気管の内部を通って外へ排出される。
【００６１】
還元剤は、尿素水に限られず、ＨＣを含む燃料であってもよく。この場合、尿素ＳＣＲ触媒に代えてＨＣ選択還元触媒等を採用することができる。また、還元剤の噴射弁の位置は図１に示す位置に限られない。また、還元剤の噴射弁を設けることなく、ＮＯｘ吸着触媒を採用してもよい。尿素水を用いない場合には、アンモニアスリップ防止触媒を設ける必要もない。
【００６２】
また、本発明に係る排気浄化装置は、ディーゼルエンジンの排気ガスに限られず、様々な内燃機関の排気ガスの浄化に利用可能である。
【符号の説明】
【００６３】
１，２１，３１，４１…排気浄化装置  ２…ＤＰＦ  ３…ディーゼル用酸化触媒  ４，２４，３４，４４…尿素ＳＣＲ触媒  ４Ａ〜４Ｄ，２４Ａ，２４Ｂ，３４Ａ，３４Ｂ，４４Ａ〜４４Ｃ…分割体  ５…アンモニアスリップ防止触媒  ６，２２，３２，４２…二重排気管部  ７…内側排気管  ８，２３，３３，４３…外側排気管  ９…戻り排気管  ９ａ…直線部  １０…尿素噴射弁  ２５，３５，４５…充填材
【図１】
2014058920.tif 000003
【図２】
2014058920.tif 000004
【図３】
2014058920.tif 000005
【図４】
2014058920.tif 000006
【図５】
2014058920.tif 000007