(57)【要約】    【課題】  液体還元剤の拡散及び混合を促進する。    【解決手段】  排気マニフォールド１２に接続される排気管１４に、排気流通方向に沿って、少なくとも、ターボチャージャのタービン１６と、ＮＯをＮＯ2へと酸化させる酸化触媒１８と、液体還元剤を噴射供給する噴射ノズル２０と、ＮＯｘを液体還元剤により還元浄化するＮＯｘ還元触媒３４と、を夫々配設して排気浄化装置を構成する。そして、タービン１６及び酸化触媒１８をエンジン１０に固定される上流排気管１４Ａに夫々配設する一方、噴射ノズル２０及びＮＯｘ還元触媒２２をシャーシに固定される下流排気管１４に夫々配設する。このようにすれば、酸化触媒１８が上流排気管１４Ａに配設されるため、噴射ノズル２０を排気上流に移動させることが可能となり、ここから噴射供給された液体還元剤が拡散及び混合するための時間が確保される。【選択図】  図１
2005214170.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジン排気系に、排気流通方向に沿って、少なくとも、排気エネルギを回収して吸気を過給するターボチャージャのタービンと、一酸化窒素を二酸化窒素へと酸化させる酸化触媒と、エンジン運転状態に応じて液体還元剤を噴射供給する噴射ノズルと、窒素酸化物を液体還元剤により還元浄化する還元触媒と、を夫々配設して構成した排気浄化装置において、
前記タービン及び酸化触媒をエンジンに固定される排気系に夫々配設する一方、前記噴射ノズル及び還元触媒をシャーシに固定される排気系に夫々配設したことを特徴とする排気浄化装置。
【請求項２】
エンジン排気系に、排気流通方向に沿って、少なくとも、一酸化窒素を二酸化窒素へと酸化させる酸化触媒と、排気エネルギを回収して吸気を過給するターボチャージャのタービンと、エンジン運転状態に応じて液体還元剤を噴射供給する噴射ノズルと、窒素酸化物を液体還元剤により還元浄化する還元触媒と、を夫々配設して構成した排気浄化装置において、
前記酸化触媒及びタービンをエンジンに固定される排気系に夫々配設する一方、前記噴射ノズル及び還元触媒をシャーシに固定される排気系に夫々配設したことを特徴とする排気浄化装置。
【請求項３】
エンジン排気系に、排気流通方向に沿って、少なくとも、一酸化窒素を二酸化窒素へと酸化させる酸化触媒と、エンジン運転状態に応じて液体還元剤を噴射供給する噴射ノズルと、排気エネルギを回収して吸気を過給するターボチャージャのタービンと、窒素酸化物を液体還元剤により還元浄化する還元触媒と、を夫々配設して構成した排気浄化装置において、
前記酸化触媒をエンジンに固定される排気系に配設する一方、前記噴射ノズル、タービン及び還元触媒をシャーシに固定される排気系に夫々配設したことを特徴とする排気浄化装置。
【請求項４】
エンジン排気系に、排気流通方向に沿って、少なくとも、一酸化窒素を二酸化窒素へと酸化させる酸化触媒と、エンジン運転状態に応じて液体還元剤を噴射供給する噴射ノズルと、排気エネルギを回収して吸気を過給するターボチャージャのタービンと、窒素酸化物を液体還元剤により還元浄化する還元触媒と、を夫々配設して構成した排気浄化装置において、
前記酸化触媒、噴射ノズル及びタービンをエンジンに固定される排気系に夫々配設する一方、前記還元触媒をシャーシに固定される排気系に配設したことを特徴とする排気浄化装置。
【請求項５】
前記タービンがエンジン排気系から取り外されたことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の排気浄化装置。
【請求項６】
前記酸化触媒は、排気流通方向に沿って多数形成されたセルの隔壁が薄壁からなるハニカムタイプの触媒担体に、触媒成分を薄層にてウォッシュコートした構成であることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載の排気浄化装置。
【請求項７】
エンジン排気系に、排気流通方向に沿って、一酸化窒素を二酸化窒素へと酸化させる酸化触媒、エンジン運転状態に応じて液体還元剤を噴射供給する噴射ノズル、及び、窒素酸化物を液体還元剤により還元浄化する還元触媒を少なくとも配設して構成した排気浄化装置において、
前記酸化触媒をエンジンに固定される排気系に配設する一方、前記還元触媒をシャーシに固定される排気系に配設したことを特徴とする排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体還元剤を用いて排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元除去する排気浄化装置において、特に、液体還元剤の拡散及び混合を促進する技術に関する。
【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）に開示された排気浄化装置が提案されている。
かかる排気浄化装置は、エンジン排気系に配設された還元触媒の排気上流に、エンジン運転状態に応じた必要量の液体還元剤を噴射供給することで、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。ここで、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、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発生する尿素水溶液が用いられる。また、還元触媒におけるＮＯｘ浄化率を向上させるべく、図６に示すように、エンジン排気系１に、一酸化窒素（ＮＯ）を二酸化窒素（ＮＯ2）へと酸化させる酸化触媒２，液体還元剤を噴射供給する噴射ノズル３及び還元触媒４をこの順序で夫々配設し、酸化触媒２により排気中のＮＯとＮＯ2との割合を改善する技術が開発されている。
【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】
ところで、噴射ノズル３から噴射供給された液体還元剤は、還元触媒４に到達するまでの間に、排気中で十分拡散及び混合されなければ、還元触媒４によるＮＯｘ浄化率の向上が期待できなくなってしまう。一方、液体還元剤の拡散及び混合が不十分となることを見越して、エンジン運転状態に応じた必要量以上を噴射供給すると、ランニングコストが上昇するだけではなく、噴射ノズル３やその排気下流に位置する排気系１に還元剤成分が析出されてしまうこととなる。このため、還元剤成分の析出を抑制しつつ、液体還元剤の拡散及び混合を促進するためには、噴射ノズル３と還元触媒４との間の距離を長くする必要がある。
【０００４】
しかしながら、酸化触媒２，噴射ノズル３及び還元触媒４は、同図に示すように、シャーシ側の排気系１に夫々配設されているため、車載レイアウトの制約から、酸化触媒２と還元触媒４との間の距離を長くすることができなかった。また、酸化触媒２の排気上流に噴射ノズル３を配設すると、液体還元剤が還元触媒４に到達するまでの間に拡散及び混合するための時間が十分確保できるが、酸化触媒２により液体還元剤が酸化してしまい、酸化触媒２を設けた意味が薄れてしまう。このため、噴射ノズル３と還元触媒４との間の距離を長くすることは困難であり、液体還元剤が有効に利用されているとは言い難い状況であった。なお、液体還元剤として、軽油，ガソリン，アルコール類などの燃料を用いる排気浄化装置においても、同様な問題が発生するおそれがある。
【０００５】
そこで、本発明は以上のような従来の問題点に鑑み、エンジン排気系に配設される酸化触媒，噴射ノズル，還元触媒などのレイアウトを見直し、噴射ノズルと還元触媒との間の距離を十分確保することで、液体還元剤の拡散及び混合を促進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】
【０００６】
このため、請求項１記載の発明では、エンジン排気系に、排気流通方向に沿って、少なくとも、排気エネルギを回収して吸気を過給するターボチャージャのタービンと、一酸化窒素を二酸化窒素へと酸化させる酸化触媒と、エンジン運転状態に応じて液体還元剤を噴射供給する噴射ノズルと、窒素酸化物を液体還元剤により還元浄化する還元触媒と、を夫々配設して構成した排気浄化装置において、前記タービン及び酸化触媒をエンジンに固定される排気系に夫々配設する一方、前記噴射ノズル及び還元触媒をシャーシに固定される排気系に夫々配設したことを特徴とする。
【０００７】
請求項２記載の発明では、エンジン排気系に、排気流通方向に沿って、少なくとも、一酸化窒素を二酸化窒素へと酸化させる酸化触媒と、排気エネルギを回収して吸気を過給するターボチャージャのタービンと、エンジン運転状態に応じて液体還元剤を噴射供給する噴射ノズルと、窒素酸化物を液体還元剤により還元浄化する還元触媒と、を夫々配設して構成した排気浄化装置において、前記酸化触媒及びタービンをエンジンに固定される排気系に夫々配設する一方、前記噴射ノズル及び還元触媒をシャーシに固定される排気系に夫々配設したことを特徴とする。
【０００８】
請求項３記載の発明では、エンジン排気系に、排気流通方向に沿って、少なくとも、一酸化窒素を二酸化窒素へと酸化させる酸化触媒と、エンジン運転状態に応じて液体還元剤を噴射供給する噴射ノズルと、排気エネルギを回収して吸気を過給するターボチャージャのタービンと、窒素酸化物を液体還元剤により還元浄化する還元触媒と、を夫々配設して構成した排気浄化装置において、前記酸化触媒をエンジンに固定される排気系に配設する一方、前記噴射ノズル、タービン及び還元触媒をシャーシに固定される排気系に夫々配設したことを特徴とする。
【０００９】
請求項４記載の発明では、エンジン排気系に、排気流通方向に沿って、少なくとも、一酸化窒素を二酸化窒素へと酸化させる酸化触媒と、エンジン運転状態に応じて液体還元剤を噴射供給する噴射ノズルと、排気エネルギを回収して吸気を過給するターボチャージャのタービンと、窒素酸化物を液体還元剤により還元浄化する還元触媒と、を夫々配設して構成した排気浄化装置において、前記酸化触媒、噴射ノズル及びタービンをエンジンに固定される排気系に夫々配設する一方、前記還元触媒をシャーシに固定される排気系に配設したことを特徴とする。
【００１０】
請求項５記載の発明では、前記タービンがエンジン排気系から取り外されたことを特徴とする。
請求項６記載の発明では、前記酸化触媒は、排気流通方向に沿って多数形成されたセルの隔壁が薄壁からなるハニカムタイプの触媒担体に、触媒成分を薄層にてウォッシュコートした構成であることを特徴とする。
【００１１】
請求項７記載の発明では、エンジン排気系に、排気流通方向に沿って、一酸化窒素を二酸化窒素へと酸化させる酸化触媒、エンジン運転状態に応じて液体還元剤を噴射供給する噴射ノズル、及び、窒素酸化物を液体還元剤により還元浄化する還元触媒を少なくとも配設して構成した排気浄化装置において、前記酸化触媒をエンジンに固定される排気系に配設する一方、前記還元触媒をシャーシに固定される排気系に配設したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１〜請求項４又は請求項７に記載の発明によれば、酸化触媒がエンジンに固定される排気系に配設されるため、噴射ノズルを排気上流に移動させることが可能となり、これと還元触媒との間の距離を長くすることができる。このため、噴射ノズルから噴射供給された液体還元剤が還元触媒に到達するまでの間に、排気中に拡散及び混合するための時間が十分確保でき、液体還元剤の拡散及び混合を促進することができる。また、液体還元剤の拡散及び混合が促進されることから、噴射ノズル及びその排気下流に位置する排気系に還元剤成分が析出することも抑制できる。このとき、請求項２〜請求項４に記載される発明のように、エンジンの排気が酸化触媒に直接導入されれば、酸化触媒の触媒成分が活性温度以上となり易く、その酸化能力を十分発揮することができる。
【００１３】
請求項５記載の発明によれば、排気系にターボチャージャのタービンが配設されないものにおいても、請求項１〜請求項４に係る発明と同様な作用及び効果を期待できる。
請求項６記載の発明によれば、酸化触媒を小型化しても、触媒担体における排気の流路面積が十分確保され、圧力損失を極力抑制することができると共に、触媒成分が少なくて済むことからその原価を低下させることができる。このとき、酸化触媒の小型化及び触媒成分の削減による酸化能力の低下が懸念されるが、酸化触媒がエンジンに固定される排気系に配設されるため、ここを通過する排気の温度が十分高いことに加え、酸化触媒の小型化によりその周壁からの放熱量の低下により、従来構成と同等な酸化能力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】
【００１４】
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、本発明に係る排気浄化装置の第１実施形態の構成を示す。
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、少なくとも、排気エネルギを回収して吸気を過給するターボチャージャのタービン１６と、ＮＯをＮＯ2へと酸化させる酸化触媒１８と、エンジン運転状態に応じて液体還元剤を噴射供給する噴射ノズル２０と、ＮＯｘを液体還元剤により還元浄化するＮＯｘ還元触媒２２と、が夫々配設される。詳細には、タービン１６及び酸化触媒１８は、エンジン１０及び排気マニフォールド１２に固定される上流排気管１４Ａに夫々配設される一方、噴射ノズル２０及びＮＯｘ還元触媒２２は、図示しないシャーシに固定される下流排気管１４Ｂに夫々配設される。そして、上流排気管１４Ａと下流排気管１４Ｂとは、エンジン１０とシャーシとの間の相対運動を吸収するフレキシブルチューブ１４Ｃを介して相互に連通接続され、排気系が構成される。ここで、車載レイアウトを簡素化する観点から、タービン１６及び酸化触媒１８の少なくとも一方は、ブラケットを介してエンジン１０に直接支持される構成とすることが望ましい。なお、図中の符号２４は、ＮＯｘ還元触媒２２を通過した液体還元剤を酸化浄化する還元剤酸化触媒である。
【００１５】
また、酸化触媒１８は、エンジンルーム内に配設されるため、排気抵抗の増加による圧力損失を極力抑制しつつ、小型化することが望ましい。このため、酸化触媒１８は、排気流通方向に沿って多数形成されたセルの隔壁が薄壁からなるハニカムタイプの触媒担体に、触媒成分としての白金などの貴金属を薄層にてウォッシュコートした構成のものを用いる。このようにすれば、小型化したにもかかわらず、触媒担体における排気の流通面積が十分確保され、圧力損失を極力抑制することができると共に、触媒成分が少なくて済むことからその原価を低下させることができる。このとき、酸化触媒１８の小型化及び触媒成分の削減による酸化能力の低下が懸念されるが、酸化触媒１８がエンジンルーム内に配設されるため、ここを通過する排気の温度が十分高いことに加え、酸化触媒１８の小型化によるその周壁からの放熱量の低下により、従来構成と同等な酸化能力を確保することができる。
【００１６】
かかる構成によれば、酸化触媒１８がエンジンルーム内に配設されることで、噴射ノズル２０を排気上流に移動させることが可能となり、これとＮＯｘ還元触媒２２との間の距離を長くすることができる。このため、噴射ノズル２０から噴射供給された液体還元剤がＮＯｘ還元触媒２２に到達するまでの間に、排気中に拡散及び混合するための時間が十分確保でき、液体還元剤の拡散及び混合を促進することができる。また、液体還元剤の拡散及び混合が促進されることから、噴射ノズル２０及びその排気下流に位置する下流排気管１４Ｂなどに還元剤成分が析出することも抑制できる。
【００１７】
図２は、本発明に係る排気浄化装置の第２実施形態の構成を示す。なお、以下の実施形態は、基本構成が第１実施形態と共通するので、同一構成には同一符号を付すことで、その説明は省略する。
本実施形態では、第１実施形態とは異なり、上流排気管１４Ａに、排気流通方向に沿って、酸化触媒１８及びタービン１６をこの順序で配設した構成を採用する。このようにすれば、排気マニフォールド１２からの排気が酸化触媒１８に直接導入されるため、酸化触媒１８の触媒成分が活性温度以上となり易く、その酸化能力を十分発揮することができる。なお、他の作用及び効果については、先の第１実施形態と同様であるので、その説明は省略する（以下同様）。
【００１８】
図３は、本発明に係る排気浄化装置の第３実施形態の構成を示す。
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、少なくとも、酸化触媒１８と、噴射ノズル２０と、タービン１６と、ＮＯｘ還元触媒２２と、が夫々配設される。詳細には、酸化触媒１８は上流排気管１４Ａに配設される一方、噴射ノズル２０，タービン１６及びＮＯｘ還元触媒２２は下流排気管１４Ｂに夫々配設される。このようにすれば、先の第２実施形態と同様な作用及び効果を奏することができる。
【００１９】
図４は、本発明に係る排気浄化装置の第４実施形態の構成を示す。
本実施形態では、第３実施形態とは異なり、上流排気管１４Ａに、排気流通方向に沿って、酸化触媒１８，噴射ノズル２０及びタービン１６を夫々配設する一方、下流排気管１４Ｂに、ＮＯｘ還元触媒２２を配設した構成を採用する。このようにすれば、第２実施形態と同様に酸化触媒１８による酸化能力を十分発揮させつつ、噴射ノズル２０とＮＯｘ還元触媒２２との間の距離を極力長くすることが可能となり、噴射ノズル２０から噴射供給された液体還元剤が拡散及び混合するための時間を最大限確保することができる。
【００２０】
図５は、本発明に係る排気浄化装置の第５実施形態の構成を示す。
本実施形態では、第４実施形態の上流排気管１４Ａに配設されたタービン１６を取り外した構成が採用される。即ち、本発明は、排気系にタービン１６が配設されていない構成であっても、その作用及び効果が奏される。なお、第１〜第３実施形態における排気系からタービン１６を取り外してもよいことは言うまでもない。
【００２１】
要するに、エンジン排気系に、排気流通方向に沿って、酸化触媒１８，噴射ノズル２０及びＮＯｘ還元触媒２２を少なくとも配設して構成した排気浄化装置において、酸化触媒１８を上流排気管１４Ａに配設する一方、ＮＯｘ還元触媒２２を下流排気管１４Ｂに配設することで、噴射ノズル２０とＮＯｘ還元触媒２２との間の距離を長くすることができる。このため、噴射ノズル２０から噴射供給された液体還元剤がＮＯｘ還元触媒２２に到達するまでに要する時間が長くなり、液体還元剤が拡散及び混合するための時間を十分確保できることから、液体還元剤を有効に活用して、排気中のＮＯｘを浄化処理することができる。また、液体還元剤を必要以上に噴射供給する必要がないことから、噴射ノズル２０及びその排気下流に位置する下流排気管１４Ｂなどに還元剤成分が析出することを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係る排気浄化装置の第１実施形態を示す構成図
【図２】本発明に係る排気浄化装置の第２実施形態を示す構成図
【図３】本発明に係る排気浄化装置の第３実施形態を示す構成図
【図４】本発明に係る排気浄化装置の第４実施形態を示す構成図
【図５】本発明に係る排気浄化装置の第５実施形態を示す構成図
【図６】従来技術における排気浄化装置の構成図
【符号の説明】
【００２３】
１０    エンジン
１２    排気マニフォールド
１４    排気管
１４Ａ  上流排気管
１４Ｂ  下流排気管
１４Ｃ  フレキシブルチューブ
１６    タービン
１８    酸化触媒
２０    噴射ノズル
２２    ＮＯｘ還元触媒
【図１】
2005214170.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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