(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関からの排気が導入される箱型の筐体と、
該筐体の前側面、左側面及び右側面のそれぞれに固定支持され、排気対峙面には当接しないように形成されて、該筐体の内部を上下に区画する内壁と、
前記筐体内にそれぞれ収容され、前記内壁の上側に配置される上段側浄化手段及び前記内壁の下側に配置される下段側浄化手段と、
前記筐体内に形成され、前記上段側浄化手段と前記下段側浄化手段とを接続し、前記上段側浄化手段からの排気流れを前記下段側浄化手段に向けて折り返させる通路と、
前記筐体の内面に形成され、前記通路内のデッドボリュームを低減させて前記排気流れに対する抵抗を削減する流路抵抗削減手段と
を具備することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記上段側浄化手段は、排気中のＮＯを酸化させてＮＯ２を生成する前段酸化触媒及び排気中のパティキュレートを捕捉するパティキュレートフィルタを有し、前記下段側浄化手段は、ＮＨ３を還元剤として用いて排気中のＮＯｘを浄化する選択還元型ＮＯｘ触媒及び余剰ＮＨ３を酸化させてＮ２を生成する後段酸化触媒を有しており、
前記通路は、前記フィルタからの排気流れを前記ＮＯｘ触媒に向けて折り返していることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記流路抵抗削減手段は、前記フィルタの出口側に向けて凹部をなし、前記筐体内の上面と前記フィルタ内の排気流れ方向を法線とする後側面とが交差する位置のデッドボリュームを低減する上側曲面部と、前記ＮＯｘ触媒の入口側に向けて凹部をなし、前記筐体内の下面と前記後側面とが交差する位置のデッドボリュームを低減する下側曲面部と
を有することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記上段側浄化手段は、排気中のＮＯを酸化させてＮＯ２を生成する酸化触媒を有し、前記下段側浄化手段は、排気中のパティキュレートを捕捉するパティキュレートフィルタを有しており、
前記通路は、前記酸化触媒からの排気流れを前記フィルタに向けて折り返していることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記流路抵抗削減手段は、前記フィルタの入口側に向けて凹部をなし、前記筐体内の下面と前記フィルタ内の排気流れ方向を法線とする後側面とが交差する位置のデッドボリュームを低減する下側曲面部と、該下側曲面部に連なって前記フィルタに向けて延設され、該フィルタの入口側の形状に収束した形状をなす延長部と
を含むことを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に係り、詳しくは、排気中のパティキュレート（ＰＭ）を捕集するパティキュレートフィルタを備えた排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、内燃機関からの排気は浄化手段としての触媒内に導入され、浄化後に大気中に放出される。
また、触媒は筐体内に配置されており、この筐体は、排気を触媒にて効果的に処理すべく種々の形状をなして形成されている。例えば、筐体を扁平形状に形成させる如くである（特許文献１参照）。また、この筐体内には複数のリブが凸設されており、排気の流量分布の均一化が図られている。
【特許文献１】特開昭５５−１１７０１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、近年、複数の触媒を箱型の筐体内に収容した排気浄化装置が知られている。具体的には、この筐体の内部を少なくとも上下２段に区画し、上段側及び下段側に触媒をそれぞれ配置する。箱型の筐体はその加工が容易であり、また、省スペース化が可能となって車両への搭載性も向上する。
しかしながら、上下方向に触媒を配置させた場合には、排気を折り返す必要がある点に留意しなければならない。排気を折り返させる通路にはデッドボリュームが多く存在し、排気の滞留が生ずるからである。そして、排気の圧力損失や下段側の触媒への排気導入が困難になるとの問題がある。より詳しくは、排気の圧力損失は内燃機関の性能に多大な影響を与えるし、また、ディーゼル機関の如く排気中に含まれるＰＭの浄化が要求される場合には、このＰＭがパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）の入口側に堆積し、ＤＰＦの強制再生時に着火することが懸念され、いずれも排気浄化装置の信頼性低下を招くからである。
【０００４】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、箱型の筐体を有する装置の信頼性向上を図る内燃機関の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】
上記の目的を達成すべく、請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関からの排気が導入される箱型の筐体と、筐体の前側面、左側面及び右側面のそれぞれに固定支持され、排気対峙面には当接しないように形成されて、筐体の内部を上下に区画する内壁と、筐体内にそれぞれ収容され、内壁の上側に配置される上段側浄化手段及び内壁の下側に配置される下段側浄化手段と、筐体内に形成され、上段側浄化手段と下段側浄化手段とを接続し、上段側浄化手段からの排気流れを下段側浄化手段に向けて折り返させる通路と、筐体の内面に形成され、通路内のデッドボリュームを低減させて排気流れに対する抵抗を削減する流路抵抗削減手段とを具備することを特徴としている。
【０００６】
また、請求項２記載の発明では、上段側浄化手段は、排気中のＮＯを酸化させてＮＯ２を生成する前段酸化触媒及び排気中のパティキュレートを捕捉するパティキュレートフィルタを有し、下段側浄化手段は、ＮＨ３を還元剤として用いて排気中のＮＯｘを浄化する選択還元型ＮＯｘ触媒及び余剰ＮＨ３を酸化させてＮ２を生成する後段酸化触媒を有しており、通路は、フィルタからの排気流れをＮＯｘ触媒に向けて折り返していることを特徴としている。
【０００７】
更に、請求項３記載の発明では、流路抵抗削減手段は、フィルタの出口側に向けて凹部をなし、筐体内の上面とフィルタ内の排気流れ方向を法線とする後側面とが交差する位置のデッドボリュームを低減する上側曲面部と、ＮＯｘ触媒の入口側に向けて凹部をなし、筐体内の下面と後側面とが交差する位置のデッドボリュームを低減する下側曲面部とを含むことを特徴としている。
【０００８】
更にまた、請求項４記載の発明では、上段側浄化手段は、排気中のＮＯを酸化させてＮＯ２を生成する酸化触媒を有し、下段側浄化手段は、排気中のパティキュレートを捕捉するパティキュレートフィルタを有しており、通路は、酸化触媒からの排気流れをフィルタに向けて折り返していることを特徴としている。
また、請求項５記載の発明では、流路抵抗削減手段は、フィルタの入口側に向けて凹部をなし、筐体内の下面とフィルタ内の排気流れ方向を法線とする後側面とが交差する位置のデッドボリュームを低減する下側曲面部と、下側曲面部に連なってフィルタに向けて延設され、フィルタの入口側の形状に収束した形状をなす延長部とを含むことを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
従って、請求項１記載の本発明の内燃機関の排気浄化装置によれば、内壁を介してその内部が上下に区画された箱型の筐体において、上段側浄化手段からの排気流れを下段側浄化手段に向けて折り返させる通路が形成され、この筐体の内面には、当該通路内のデッドボリュームを低減させて排気流れに対する抵抗を削減する流路抵抗削減手段が形成されている。よって、通路内では排気の滞留が回避され、上段側浄化手段からの排気はスムーズに流れて下段側浄化手段に導入可能となる。この結果、排気浄化装置の信頼性向上に寄与する。
【００１０】
また、請求項２記載の発明によれば、パティキュレートフィルタからの排気が選択還元型ＮＯｘ触媒の入口側にて滞留せずにスムーズに流れることから、排気の圧力損失が低減され、内燃機関の燃費向上や出力低下の防止等が図られる。
更に、請求項３記載の発明によれば、フィルタの出口側からの排気流れは、上側曲面部の形状に沿って下方向に向きを変え、次いで、下側曲面部の形状に沿って横方向に向きを変えてＮＯｘ触媒の入口側に達する。つまり、筐体内にて排気流れの剥離する箇所が排除されているので、排気の圧力損失がより一層確実に低減される。
【００１１】
更にまた、請求項４記載の発明によれば、酸化触媒からの排気がパティキュレートフィルタの入口側にて滞留しないので、この入口側のパティキュレートの堆積が回避される。この結果、強制再生時におけるパティキュレートへの着火防止が図られる。また、排気の圧力損失も低減可能となる。
また、請求項５記載の発明によれば、酸化触媒からの排気流れはパティキュレートを含んでおり、下側曲面部の形状に沿って横方向に向きを変える。そして、下側曲面部に連なる延長部がフィルタの入口側の形状に収束した形状をなして形成されていることから、パティキュレートは通路内に堆積せず、フィルタの入口側に集められてフィルタ内に導入される。よって、このフィルタの入口側におけるパティキュレートの堆積がより一層確実に回避される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面により本発明の実施形態について説明する。本実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置は、図１に示されたトラック２に搭載されている。
同図に示されるように、当該トラック２にはキャブ４が備えられ、このキャブ４の下側には、はしご型のフレーム６が後方に向けて延設されている。これらキャブ４とフレーム６との間にはディーゼルエンジン（図示しない）が配設されており、このエンジンの後側、詳しくはキャブ４の後面側であってフレーム６の右側部分の適宜位置には排気浄化装置８が配設されている。なお、このフレーム６の左側部分の適宜位置には燃料タンク１０やユリア水タンク１２が配設される。そして、上記排気浄化装置８にはエンジンからの排気が導入され、この導入された排気を浄化して外部に放出する。
【００１３】
当該排気浄化装置８は、図２に示されるように、略直方体に形成された箱型の筐体１６を備えており、この筐体１６の前側面１７には配管１４が連結され、配管１４は上記エンジンに接続されている。また、前側面１７の各辺には車両後方に向けて周壁上面（上面）１８、周壁下面（下面）１９、左側面２０及び右側面２１がそれぞれ配設されており、この右側面２１の適宜位置には開口２３が形成され（図３）、この開口２３がテールパイプ（図示しない）に連結されている。更に、周壁上面１８の適宜位置には、還元剤の一例としてのユリア水（尿素水）を添加するインジェクタ３８が配設されている。本実施形態のインジェクタ３８はユリア水タンク１２に接続され、ユリア水の噴射口は周壁上面１８の内側近傍に開口されている。また、これら周壁上面１８、周壁下面１９、左側面２０及び右側面２１は、前側面１７とは反対側の位置にて排気対峙面（後側面）２２に当接され、この排気対峙面２２は前側面１７に対峙して配置されている。
【００１４】
また、この図３に示されるように、第１実施例の筐体１６には、その内部を上下２段に区画する内壁２４が配設されており、内壁２４は、前側面１７、左側面２０及び右側面２１にそれぞれ固定支持される長さであるのに対し、排気対峙面２２には当接しない長さに形成されている。そして、この内壁２４と周壁上面１８との間には上段側浄化手段が収容され、内壁２４と周壁下面１９との間には下段側浄化手段が収容されている。このように、上述した周壁上面１８、周壁下面１９、左側面２０及び右側面２１は各浄化手段内の排気流れ方向に沿う位置に配置されるのに対し、前側面１７及び排気対峙面２２はこの排気流れ方向を法線とする位置に配置されている。
【００１５】
具体的には、当該実施例における上段側浄化手段は、前段酸化触媒３２及びＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）３４であり、エンジンからの排気の流れ方向でみてこの順に介挿されている（図３（ａ））。
前段酸化触媒３２では、排気中のＮＯを酸化させてＮＯ２を生成しており、このＮＯ２を酸化剤としてＤＰＦ３４に供給している。ＤＰＦ３４は、排気の上流側と下流側とを連通させる複数個の通路が並設されているとともに、各通路の上流側の開口部分と下流側の開口部分とが交互に閉鎖されている。そして、このＤＰＦ３４では、排気中のパティキュレート（ＰＭ）を捕集する一方、この捕集したＰＭを前段酸化触媒３２から供給されたＮＯ２との反応によって燃焼する。
【００１６】
一方、当該実施例における下段側浄化手段は、ＳＣＲ触媒（選択還元型ＮＯｘ触媒）４８及び後段酸化触媒５０であり、排気の流れ方向でみてこの順に介挿されている（図３（ａ））。
ＳＣＲ触媒４８は、インジェクタ３８から添加されたＮＨ３を吸着させ、このＮＨ３を還元剤として排気中のＮＯｘを浄化する。後段酸化触媒５０では、ＳＣＲ触媒４８においてＮＨ３が余剰になった場合にはこれを酸化させてＮ２を生成し、更に、ＤＰＦ３４においてＰＭの燃焼に伴ってＣＯが生じた場合にはこれを酸化させてＣＯ２を生成する。
【００１７】
ここで、ＤＰＦ３４の出口側とＳＣＲ触媒４８の入口側とは、折り返し通路（通路）３６にて接続されている。つまり、折り返し通路３６では、ＤＰＦ３４から車両後方に向かう排気流れを車両前方に向けて折り返し、ＳＣＲ触媒４８に向かわせているが、筐体１６内には、周壁上面１８と排気対峙面２２とが交差する位置にて上側の流れ剥離部（デッドボリューム）２６が存在し、また、周壁下面１９と排気対峙面２２とが交差する位置にも下側の流れ剥離部（デッドボリューム）２８が存在することになり、このままでは、これら流れ剥離部２６，２８にてうず流が生じ、流れ剥離部２６，２８におけるＰＭの燃焼後の排気流速が小さくなって淀んでしまう。
【００１８】
そこで、当該実施例では、折り返し通路３６内の複数の流れ剥離部２６，２８をなくして排気流れに対する抵抗を削減する流路抵抗削減手段が設けられている。
より詳しくは、本実施例の流路抵抗削減手段は、図３に示される如く、まず、流れ剥離部２６に対しては上側曲面部４０が設けられている。この上側曲面部４０は四つ割り円筒状の薄板にて形成され、ＤＰＦ３４の出口側に向けて凹部をなし、その曲率中心がＤＰＦ３４の出口側近傍に存在して構成されている。また、この上側曲面部４０は周壁上面１８及び排気対峙面２２の幅と略同等に形成されており、これら周壁上面１８及び排気対峙面２２にそれぞれ溶接固定されている。
【００１９】
次に、流れ剥離部２８に対しては下側曲面部４２が設けられている。この下側曲面部４２もまた四つ割り円筒状の薄板にて形成され、ＳＣＲ触媒４８の入口側に向けて凹部をなし、その曲率中心がＳＣＲ触媒４８の入口側近傍に存在して構成されている。この下側曲面部４２は周壁下面１９及び排気対峙面２２の幅と略同等に形成されており、これら周壁下面１９及び排気対峙面２２にそれぞれ溶接固定されている。
【００２０】
このように、第１実施例によれば、内壁２４を介してその内部が上下に区画された箱型の筐体１６において、ＤＰＦ３４からの排気流れをＳＣＲ触媒４８に向けて折り返させる折り返し通路３６が形成され、この筐体１６の内面には、折り返し通路３６内の流れ剥離部２６，２８をなくして排気流れに対する抵抗を削減する上側曲面部４０及び下側曲面部４２が形成されている。よって、折り返し通路３６内では排気の滞留が回避され、ＤＰＦ３４からの排気はスムーズに流れてＳＣＲ触媒４８に導入可能となる。この結果、排気の圧力損失が低減され、内燃機関の燃費向上や出力低下の防止等が図られて排気浄化装置の信頼性向上に寄与する。
【００２１】
また、上述した４つの浄化手段３２，３４，４８，５０を上下に区画した箱型の筐体１６内に収容しているので、車両への搭載性が向上するし、筐体１６内の保温性が良好となって各浄化手段の活性も促進される。
更に、ＤＰＦ３４の出口側からの排気流れは、上側曲面部４０の形状に沿って下方向に向きを変え、次いで、下側曲面部４２の形状に沿って横方向に向きを変えてＳＣＲ触媒４８の入口側に達する。つまり、折り返し通路３６内の上側及び下側の各位置にて排気流れの剥離する箇所が排除されているので、排気の圧力損失がより一層確実に低減される。
【００２２】
本発明は上述した第１実施例に制約されるものではなく、種々の変形が可能であり、図４を参照して第２実施例の排気浄化装置について以下に説明する。なお、この第２実施例を説明するあたり、第１実施例と同様な部材及び部位には同一の参照符号を付し、その説明を省略する。
まず、当該実施例における上段側浄化手段は酸化触媒３２、下段側浄化手段はＤＰＦ３４であり、酸化触媒３２の出口側とＤＰＦ３４の入口側とは、折り返し通路３６にて接続されている。つまり、本実施例では、ＰＭを含む排気が折り返し通路３６内を通過することから、下側の流れ剥離部２８が周壁下面１９と排気対峙面２２とが交差する位置に存在し、このままでは、流れ剥離部２８にてうず流が生じ、流れ剥離部２８における排気流速が小さくなって排気中のＰＭが流れ剥離部２８に堆積してしまう。
【００２３】
そこで、当該実施例では、この流れ剥離部２８をなくすべく流路抵抗削減手段が設けられている。具体的には、当該流路抵抗削減手段は下側曲面部４４及び延長部４６から構成されており、前者の下側曲面部４４は裁頭された球状の薄板にて形成され、ＤＰＦ３４の入口側に向けて凹部をなし、その曲率中心がＤＰＦ３４の入口側のやや上方近傍に存在して構成されている。この下側曲面部４４は排気対峙面２２に溶接固定されている。
【００２４】
一方、後者の延長部４６はこの下側曲面部４４に一体的に連なり、ＤＰＦ３４の入口側に向けて延設されており、その先端部分がＤＰＦ３４の入口側形状（例えば円形）に収束する形状に構成されている。
なお、図４中における参照符号３０は軽油添加インジェクタ３０であり、ＤＰＦ３４の強制再生時に軽油（ＨＣ）を排気に向けて噴射し、ＤＰＦ３４の温度を昇温させる。但し、この構成に限定されるものではなく、例えば、ポスト噴射、すなわち、主噴射に続く膨張行程にて追加燃料を噴射して筐体１６内にＨＣを供給しても良い。
【００２５】
このように、第２実施例によれば、内壁２４を介してその内部が上下に区画された箱型の筐体１６において、酸化触媒３２からの排気流れをＤＰＦ３４に向けて折り返させる折り返し通路３６が形成され、この筐体１６の内面には、折り返し通路３６内の流れ剥離部２８をなくして排気流れに対する抵抗を削減する下側曲面部４４及び延長部４６が形成されている。よって、折り返し通路３６内では、酸化触媒３２からの排気がＤＰＦ３４の入口側にて滞留せず、この入口側のＰＭの堆積が回避される。この結果、強制再生時におけるＰＭへの着火防止が図られて排気浄化装置の耐久性及び信頼性の向上に寄与する。
【００２６】
また、排気の圧力損失も低減可能となるし、これら２つの浄化手段３２，３４を上下に区画した筐体１６内に収容しているので、車両への搭載性が向上するし、筐体１６内の保温性が良好となって各浄化手段の活性も促進される。
更に、酸化触媒３２からの排気流れは下側曲面部４４の形状に沿って横方向に向きを変える。そして、下側曲面部４４に連なる延長部４６がＤＰＦ３４の入口側の形状に収束した形状をなして形成されているので、比重の大きなＰＭが流れ剥離部２８に堆積せず、ＤＰＦ３４の入口側に効率良く集積されてＤＰＦ３４内に導入される。
【００２７】
以上で本発明の一実施形態についての説明を終えるが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更ができるものである。
例えば、上記実施例では上下２段の筐体について説明されているが、折り返し通路を有する箱型の筐体であれば、上下３段以上に区画された筐体であっても良い。また、第２実施例においても第１実施例の上側曲面部４０を設けても良く、この場合には、排気の圧力損失の低減により一層寄与するとの効果を奏する。
【００２８】
更に、上記実施例では筐体とは別個の流路抵抗削減手段を筐体の内側に設けた例が示されているが、筐体自体の形状を変更して折り返し通路内のデッドボリュームを低減させても良い。
ところで、上記実施形態ではディーゼルエンジンに適用された排気浄化装置について説明されているが、当該エンジンに限定されるものではなく、本発明は、ＤＰＦを備えた総てのエンジンに適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の第１実施例に係る内燃機関の排気浄化装置を搭載した車両の概略図である。
【図２】図１の排気浄化装置の外観斜視図である。
【図３】（ａ）は図２のIII−III線に沿う矢視断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う矢視断面図である。
【図４】（ａ）は第２実施例における排気浄化装置の断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う矢視断面図である。
【符号の説明】
【００３０】
８  排気浄化装置
１６  筐体
１８  周壁上面（上面）
１９  周壁下面（下面）
２２  排気対峙面（後側面）
２４  内壁
２６  上側の流れ剥離部（デッドボリューム）
２８  下側の流れ剥離部（デッドボリューム）
３２  前段酸化触媒（上段側浄化手段）
３４  ＤＰＦ（上段側、或いは下段側浄化手段）
３６  折り返し通路（通路）
４０  上側曲面部（流路抵抗削減手段）
４２  下側曲面部（流路抵抗削減手段）
４４  下側曲面部（流路抵抗削減手段）
４６  延長部（流路抵抗削減手段）
４８  ＳＣＲ触媒（下段側浄化手段）
５０  後段酸化触媒（下段側浄化手段）
【図１】
0004680103.tif 000002
【図２】
0004680103.tif 000003
【図３】
0004680103.tif 000004
【図４】
0004680103.tif 000005