(57)【要約】【課題】  車両への搭載性及び筐体内の保温性の向上を図ることができる内燃機関の排気浄化装置を提供する。【解決手段】  内燃機関からの排気が導入される筐体(18)の内部を格子状に４つの室に区切るとともに内燃機関からの排気が４つの各室を順次流れるように配設された内壁とを備え、筐体内における排気流れの上流側に位置する室から順に、前段酸化触媒(28)、パティキュレートフィルタ(32)、ユリア水の添加によって排気中のＮＯｘを浄化する選択還元型ＮＯｘ触媒(42)、および後段酸化触媒(46)が収納されている。【選択図】      図５
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【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筐体と、
前記筐体の内部を格子状に４つの室に区切るとともに前記内燃機関からの排気が前記４つの各室を順次流れるように配設された内壁とを備え、
前記筐体内における排気流れの上流側に位置する室から順に、前段酸化触媒、パティキュレートフィルタ、ユリア水の添加によって排気中のＮＯｘを浄化する選択還元型ＮＯｘ触媒、および後段酸化触媒が収納されていることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記筐体は、前記パティキュレートフィルタの出口近傍位置にて前記ユリア水を添加する添加手段と、前記パティキュレートフィルタから排出された排気が隣り合う前記選択還元型ＮＯｘ触媒に流れる際に前記前段酸化触媒の軸線および前記後段酸化触媒の軸線を含む平面近傍の位置まで迂回させる迂回路形成部とを備え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】
前記筐体内に前段酸化触媒、パティキュレートフィルタ、選択還元型ＮＯｘ触媒、および後段酸化触媒の排気流れ方向が車両前後方向に対して略直交方向となるように各々配置され、前記後段酸化触媒が前記筐体の区切られた室のうちの車両前側で且つ下段に位置する室に配置されたことを特徴とする請求項１又は２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、アンモニアを還元剤として排気中の窒素酸化物を還元浄化させる触媒と排気中のパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタとを備えた排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ディーゼルエンジンの如くリーン空燃比での燃焼が行われる内燃機関では、燃料が気筒内に取り込まれて圧縮された空気に噴射され、自発火によって燃焼するために、ＮＯｘ（窒素酸化物）の発生が顕著になる。そこで、このＮＯｘからＯ２（酸素）を奪ってＮ２（窒素）に還元させる技術が知られている。
この種の技術の一例としては、尿素を還元剤にして排気中のＮＯｘを選択還元する選択還元型ＮＯｘ触媒（ＳＣＲ触媒）が用いられている。具体的には、排気にユリア水（尿素水）を添加すると、尿素がＮＨ３（アンモニア）に変化する。そして、ＳＣＲ触媒内ではこのＮＨ３と排気中のＮＯｘとが結びついて水とＮ２とに分解され、ＮＯｘの浄化が行われる。
【０００３】
一方、このディーゼルエンジンでは、上記燃焼の故に排気中に含まれるパティキュレート（ＰＭ）の浄化も要求される。このＰＭについてはパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）にて捕集され、捕集されたＰＭは、ＤＰＦの強制再生、つまり、ＤＰＦの昇温によって強制的に焼却されて浄化される。
ここで、上述したＳＣＲ触媒或いはＤＰＦのいずれか一方を備えた単独のシステムではますます厳しくなる排出ガス規制への対応が困難になり得ることを鑑み、これらＳＣＲ触媒とＤＰＦとを組み合わせた排気浄化装置の技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特表２００４−５３５９１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述の排気浄化装置では、ＤＰＦとＳＣＲ触媒とは断面同士が向かい合って直列に配置され、これらＤＰＦとＳＣＲ触媒とが長筒状の筐体内に収納されている。このように、ＤＰＦとＳＣＲ触媒とを単純に組み合わせると、上記単独のシステムの約２倍の搭載スペースを要することになり、スペースに余裕の少ない車種には搭載が困難になるとの問題がある。
【０００５】
また、上述の排気浄化装置では、筐体の表面積が大きくなり、筐体内の保温性も悪化することになるが、この点についても課題が残されている。
本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、車両への搭載性及び筐体内の保温性の向上を図ることができ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】
【０００６】
上記の目的を達成するべく、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筐体と、前記筐体の内部を格子状に４つの室に区切るとともに前記内燃機関からの排気が前記４つの各室を順次流れるように配設された内壁とを備え、前記筐体内における排気流れの上流側に位置する室から順に、前段酸化触媒、パティキュレートフィルタ、ユリア水の添加によって排気中のＮＯｘを浄化する選択還元型ＮＯｘ触媒、および後段酸化触媒が収納されていることを特徴としている。
【０００７】
また、請求項２記載の発明では、前記筐体は、前記パティキュレートフィルタの出口近傍位置にて前記ユリア水を添加する添加手段と、前記パティキュレートフィルタから排出された排気が隣り合う前記選択還元型ＮＯｘ触媒に流れる際に前記前段酸化触媒の軸線および前記後段酸化触媒の軸線を含む平面近傍の位置まで迂回させる迂回路形成部とを備えていることを特徴としている。
【０００８】
更に、請求項３記載の発明では、前記筐体内に前段酸化触媒、パティキュレートフィルタ、選択還元型ＮＯｘ触媒、および後段酸化触媒の排気流れ方向が車両前後方向に対して略直交方向となるように各々配置され、前記後段酸化触媒が前記筐体の区切られた室のうちの車両前側で且つ下段に位置する室に配置された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、前段酸化触媒、パティキュレートフィルタ、選択還元型ＮＯｘ触媒、及び後段酸化触媒が束ねられて筐体内に収納されているので、従来に比して筐体の表面積の最小化が図られる。この結果、排気浄化装置の重量が軽減され、車両への搭載性が向上する。また、筐体内の保温性が良好となり、排気浄化手段の活性が促進されて浄化率の向上に寄与する。
【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と選択還元型ＮＯｘ触媒との間には迂回路形成部が設けられており、ユリア水は、パティキュレートフィルタの軸線及び選択還元型ＮＯｘ触媒の軸線を含む平面に沿って選択還元型ＮＯｘ触媒に導入されるのではなく、前段酸化触媒の軸線及び後段酸化触媒の軸線を含む平面側を経てから選択還元型ＮＯｘ触媒に導入されている。よって、ユリア水の長い移動経路が確保されるので、ユリア水が排気中に均一に拡散され易くなってＮＯｘ浄化率がより一層向上する。
【００１１】
更に、請求項３記載の発明によれば、後段酸化触媒が車両前側の下段に位置させたので、排気を筐体の比較的前側の位置から排出することが可能となり、例えばトラックのスペアタイヤ等の後方架装物と排気導出口との距離が遠くなり、この架装物に対する熱害が回避可能となる。
【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、例えば、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。また、キャブ４とフレーム６との間にはディーゼルエンジン８が配設されており（同図（ｂ））、このエンジン８の後側、詳しくはキャブ４の後面側であってフレーム６の右側部分には排気浄化装置１０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１２、バッテリ１４やユリア水タンク１６が配設されている。そして、上記排気浄化装置１０には、エンジン８からの排気が導入されており、この導入された排気を浄化し、図示しないマフラを介して外部に放出する。
【００１３】
当該排気浄化装置１０は、図２に示されるように、立方体の筐体１８を備えている。この筐体１８にはトラック２の進行方向（前方向）に向けて延びた導入ポート２０が設けられており、導入ポート２０がエンジン８に接続されることにより、エンジン８からの排気は筐体１８内に導入される。
また、この筐体１８内には４つの円筒状の排気浄化手段が収納され、トラック２の幅方向に沿ってそれぞれ配設されている。具体的には、図２のＡ−Ａ線に沿う図３（ａ）に示されるように、エンジン８から上記マフラまでの排気の流れ方向でみて、前段酸化触媒２８、ＤＰＦ（パティキュレートフィルタ）３２、ＳＣＲ触媒（選択還元型ＮＯｘ触媒）４２、及び後段酸化触媒４６が順次介挿されている。
【００１４】
当該前段酸化触媒２８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ＤＰＦ３２に供給している。また、ＤＰＦ３２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ＤＰＦ３２では、排気中のパティキュレート（ＰＭ）を捕集して堆積させる一方、このＰＭと前段酸化触媒２８から供給されたＮＯ２との反応によって堆積したＰＭを燃焼する。
【００１５】
次に、ＳＣＲ触媒４２は、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を浄化している。また、後段酸化触媒４６では、ＳＣＲ触媒４２において余剰になることがあるＮＨ３を酸化させてＮ２を生成し、更に、ＤＰＦ３２によるＰＭの燃焼に伴って生じる場合があるＣＯを酸化させてＣＯ２を生成している。
そして、同図（ａ）に示される如く、前段酸化触媒２８の軸線が上記導入ポート２０に対し横向きに略直交して配置されており、ＤＰＦ３２は前段酸化触媒２８の車両後側にて平行に配置されている。また、ＳＣＲ触媒４２はＤＰＦ３２の下側に配置され、後段酸化触媒４６はＳＣＲ触媒４２の車両前側にＳＣＲ触媒４２と平行に配置されている。
【００１６】
より具体的には、筐体１８内は垂直壁２２及び平行壁２４によって略４等分に分割されている。この垂直壁（内壁）２２は、トラック２の上下方向に延びて配置されており、前段酸化触媒２８の入口側とＤＰＦ３２の出口側とを遮断する一方、前段酸化触媒２８の出口側とＤＰＦ３２の入口側とは遮断しない長さに構成されている。また、この垂直壁２２は、ＳＣＲ触媒４２の入口側と後段酸化触媒４６の出口側とを遮断する一方、ＳＣＲ触媒４２の出口側と後段酸化触媒４６の入口側とは遮断しない長さに構成されている。
【００１７】
そして、図２のＢ−Ｂ線に沿う図３（ｂ）に示されるように、前段酸化触媒２８の入口側には導入ポート２０に連通する入口側通路２６が形成され、当該入口側通路２６は垂直壁２２及び遮蔽板（内壁）２５によって区画されている。なお、後段酸化触媒４６の出口側には下方向に向けて延びた導出ポート４８が設けられており、この導出ポート４８がテールパイプに接続されている。
【００１８】
また、図２のＣ−Ｃ線に沿う図４（ａ）に示されるように、前段酸化触媒２８の出口側とＤＰＦ３２の入口側との間には連通路３０が形成され、更に、ＳＣＲ触媒４２の出口側と後段酸化触媒４６の入口側との間にも連通路４４が形成されている。
これに対し、平行壁（内壁）２４は、その法線方向がトラック２の高さ方向に向けて配置され、図３（ｂ）や図４（ａ）に示されるように、前段酸化触媒２８と後段酸化触媒４６とを遮断するとともに、ＤＰＦ３２とＳＣＲ触媒４２とを遮断し、更に、連通路３０と連通路４４とを遮断する長さに構成されている。
【００１９】
一方、上記遮蔽板２５は、図２のＤ−Ｄ線に沿う図４（ｂ）に示されるように、その法線方向がトラック２の幅方向に向けて配置されており、前段酸化触媒２８の入口側と後段酸化触媒４６の出口側とを覆うものの、ＤＰＦ３２の出口側とＳＣＲ触媒４２の入口側とは覆わない長さに構成されている。なお、ＤＰＦ３２の出口側にはユリア水を添加する添加インジェクタ（添加手段）３６が配設されている。この添加インジェクタ３６はユリア水タンク１６に接続され、その噴射口はＤＰＦ３２の出口側通路３４にてトラック２の前方向に向けて開口している。
【００２０】
また、この出口側通路３４とＳＣＲ触媒４２の入口側通路４０との間には迂回路形成板（迂回路形成部）３５が配置されている。
具体的には、図２のＥ−Ｅ線に沿う図５（ａ）に示されるように、この迂回路形成板３５は、トラック２の前方向に向けて配置されている。すなわち、迂回路形成板３５は、添加インジェクタ３６を備えた筐体１８の面の内側部分から垂直壁２２を超え、前段酸化触媒２８及び後段酸化触媒４６の各軸線を含む平面近傍の位置にまで達する長さに構成されている。これにより、出口側通路３４と入口側通路４０との間にはユリア水の迂回路３８が形成される。
【００２１】
このように、本実施形態の排気浄化装置１０においては、図５（ｂ）に実線で示される如く、エンジン８からの排気は、導入ポート２０から入口側通路２６に達して前段酸化触媒２８に導入され（図３）、連通路３０を介してトラック２の前後方向に沿って移動してＤＰＦ３２に導入される（図４）。次いで、添加インジェクタ３６から排気中に添加されたユリア水は、出口側通路３４、迂回路３８及び入口側通路４０の順にて逆コ字状に移動した後、ＳＣＲ触媒４２に導入される（図５（ａ））。続いて、図５（ｂ）に破線で示される如く、ＳＣＲ触媒４２からの排気は連通路４４を介してトラック２の前後方向に沿って移動して後段酸化触媒４６に導入され（図４）、導出ポート４８を介して筐体１８内から排出される。
【００２２】
以上のように、本実施形態では、前段酸化触媒２８、ＤＰＦ３２、ＳＣＲ触媒４２及び後段酸化触媒４６が束ねられて筐体１８内に収納されているのである。よって、従来に比して筐体の表面積の最小化が図られる結果、排気浄化装置の製造コストの削減も図られるし、排気浄化装置の重量が軽減され、トラック２を始めとする各種の車両への搭載性が向上する。また、筐体１８内の保温性が良好となることから、上記排気浄化手段の活性が促進されて浄化率の向上に寄与する。
【００２３】
また、ＤＰＦ３２の出口側とＳＣＲ触媒４２の入口側との間には迂回路形成板３５が設けられており、添加インジェクタ３６からのユリア水は、ＤＰＦ３２の軸線及びＳＣＲ触媒４２の軸線を含む平面に沿って最短距離でＳＣＲ触媒４２内に導入されるのではなく、車体フレーム６から視て逆コ字状、つまり、前段酸化触媒２８の軸線及び後段酸化触媒４６の軸線を含む平面側を経てからＳＣＲ触媒４２内に導入されている。従って、ユリア水の長い移動経路が確保され、ユリア水が排気中に均一に拡散され易くなり、ＮＯｘ浄化率がより一層向上する。
【００２４】
更にまた、後段酸化触媒４６がＤＰＦ３２やＳＣＲ触媒４２よりもキャブ４寄り（車両前側）に位置しており、排気導出ポート４８も車両前側に位置できるので排気浄化装置１０の後方のスペース、例えばスペアタイヤやエアタンク等の後方架装物との距離が遠くなり、これら架装物に対する熱害が回避される。
以上で本発明の一実施形態についての説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、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。
【００２５】
例えば、上記実施形態では、前段酸化触媒２８がキャブ４の後面近傍に配置されているが、必ずしもこの形態に限定されるものではなく、図６に示される排気浄化装置５０であっても良い（第２実施形態）。
詳しくは、当該排気浄化装置５０では、上述した導入ポート２０よりも低い位置に導入ポート７０が設けられている。そして、図６のＡ−Ａ線に沿う図７（ａ）に示される如く、前段酸化触媒２８が上記導入ポート７０に対し横向きに配置されており、ＤＰＦ３２は前段酸化触媒２８の軸線の上側にて平行に配置され、ＳＣＲ触媒４２はＤＰＦ３２の車両前側にて平行に配置されている。更に、図６のＣ−Ｃ線に沿う図８（ａ）に示される如く、後段酸化触媒４６はＳＣＲ触媒４２の下側であって前段酸化触媒２８の車両前側に前段酸化触媒２８と平行に配置されている。
【００２６】
また、排気浄化装置５０では、筐体１８内は垂直壁５２及び平行壁５４の内壁によって略４等分に分割され、この平行壁５４は、前段酸化触媒２８の入口側とＤＰＦ３２の出口側とを遮断する一方、前段酸化触媒２８の出口側とＤＰＦ３２の入口側とは遮断しない長さに構成されている（図７（ａ）、図８（ａ））。また、平行壁５４は、ＳＣＲ触媒４２の出口側と後段酸化触媒４６の入口側とも遮断しない長さに構成されている。そして、前段酸化触媒２８の入口側には導入ポート７０に連通する入口側通路２６が形成され（図７（ａ））、当該入口側通路２６は平行壁５４及び遮蔽板７５、９６によって区画されている（図６のＢ−Ｂ線に沿う図７（ｂ）、図６のＥ−Ｅ線に沿う図９（ａ））。更に、前段酸化触媒２８の出口側とＤＰＦ３２の入口側との間には連通路８０が形成され、ＳＣＲ触媒４２の出口側と後段酸化触媒４６の入口側との間にも連通路９４が形成されている。これに対し、垂直壁５２は、ＤＰＦ３２とＳＣＲ触媒４２とを遮断し、更に、連通路８０と連通路９４とを遮断する長さに構成されている（図７（ａ）、図８（ａ））。
【００２７】
一方、上記遮蔽板７５、９６は、その法線方向がトラック２の上下方向に立って配置されており、遮蔽板７５は、前段酸化触媒２８の入口側と後段酸化触媒４６の出口側とを覆う長さに構成されている（図７（ｂ）、図９（ａ））。これに対し、遮蔽板９６は、遮蔽板７５よりも内側に配置され、後段酸化触媒４６の出口側を覆うものの、前段酸化触媒２８の入口側を覆わない長さに構成されている。
【００２８】
そして、ＤＰＦ３２の出口側通路８４とＳＣＲ触媒４２の入口側通路９０との間には迂回路形成板（迂回路形成部）８５が配置されている。図８（ｂ）に示されるように、迂回路形成板８５は、導出ポート４８を備えた筐体１８の面とは反対側の面の内側部分からトラック２の高さ方向に沿って延びて平行壁５４を超え、遮蔽板７５の向こう側に配置された前段酸化触媒２８及び後段酸化触媒４６の各軸線を含む平面近傍の位置にまで達する長さに構成されている。これにより、出口側通路８４と入口側通路９０との間にはユリア水の迂回路８８が形成される。
【００２９】
このように、本実施形態の排気浄化装置５０においては、図９（ｂ）に実線で示される如く、エンジン８からの排気は、導入ポート７０から入口側通路２６に達して前段酸化触媒２８に導入され（図７）、連通路８０を介してトラック２の上下方向に沿って移動してＤＰＦ３２に導入される（図７（ｂ）、図８（ａ））。次いで、添加インジェクタ３６から排気中に添加されたユリア水は、出口側通路８４、迂回路８８及び入口側通路９０の順にて本体フレーム６から視てＵ字状に移動した後、ＳＣＲ触媒４２に導入される（図８（ｂ））。続いて、ＳＣＲ触媒４２からの排気は連通路９４を介してトラック２の上下方向に沿って移動して後段酸化触媒４６に導入され（図９（ａ））、導出ポート４８を介して筐体１８内から排出される。
【００３０】
従って、本実施形態によれば、エンジン８側の制約等によって導入ポート７０を低い位置に設けたい場合にも対応可能となり、この場合にも、後段酸化触媒４６がＤＰＦ３２や前段酸化触媒２８よりも前方に位置し、導出ポート４８も車両前側に位置できるので、後方架装物に対する熱害が回避可能となる。
ところで、上記各実施形態では、４つの排気浄化手段の各軸線がトラック２の幅方向に沿って並列に配置されているが、４つの排気浄化手段の各軸線がトラック２の前後方向に沿って並列に配置されていても良い。また、立方体の筐体において、各外周面の中点を結んだ垂直壁や平行壁によって筐体内を区画する他、対向する角を結んで互いに直交する壁によって筐体内を区画しても良い。そして、これらの場合にも、車両への搭載性及び筐体内の保温性の向上を図ることができるとの効果を奏する。
【００３１】
更に、上記各実施形態では、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とＳＣＲ触媒と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】
【００３２】
【図１】本発明の一実施形態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】図２のＡ−Ａ線及びＢ−Ｂ線に沿う矢視断面図である。
【図４】図２のＣ−Ｃ線及びＤ−Ｄ線に沿う矢視断面図である。
【図５】図２のＥ−Ｅ線に沿う矢視断面図、並びに排気流れの説明図である。
【図６】他の実施形態による排気浄化装置の外観斜視図である。
【図７】図６のＡ−Ａ線及びＢ−Ｂ線に沿う矢視断面図である。
【図８】図６のＣ−Ｃ線及びＤ−Ｄ線に沿う矢視断面図である。
【図９】図６のＥ−Ｅ線に沿う矢視断面図、並びに排気流れの説明図である。
【符号の説明】
【００３３】
８  内燃機関
１０，５０  排気浄化装置
１８  筐体
２８  前段酸化触媒
３２  ＤＰＦ（パティキュレートフィルタ）
３５，８５  迂回路形成板（迂回路形成部）
３６  添加インジェクタ（添加手段）
４２  ＳＣＲ触媒（選択還元型ＮＯｘ触媒）
４６  後段酸化触媒
【図１】
2007040149.tif 000003
【図２】
2007040149.tif 000004
【図３】
2007040149.tif 000005
【図４】
2007040149.tif 000006
【図５】
2007040149.tif 000007
【図６】
2007040149.tif 000008
【図７】
2007040149.tif 000009
【図８】
2007040149.tif 000010
【図９】
2007040149.tif 000011