(57)【要約】【課題】より小型化し、レイアウトの自由度を向上させることのできる内燃機関の排気浄化装置を提供すること。【解決手段】  排気浄化装置（２０）の上流側ケーシング（２１）と下流側ケーシング（２２）とが互いに平行をなす軸方向を有し、両ケーシングをつなぐ連結通路（４５、６６）が両ケーシングそれぞれの軸方向に対し垂直な方向に延び、下流側ケーシング（２２）は連結通路（４５、６６）とつながる外側通路（６７）と、外側通路（６７）の内側に形成されＳＣＲ（２５）を格納する内側通路（６８）とで構成される。【選択図】図２
2016020640.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気中に含まれる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、
前記排気中のＮＯｘを還元剤を用いて選択還元する選択還元触媒と、
前記パティキュレートフィルタを格納する上流側ケーシングと、
前記選択還元触媒を格納する下流側ケーシングと、
前記還元剤を噴霧する還元剤噴射手段と、
前記上流側ケーシングと前記下流側ケーシングをつなぐ連結通路とを備え、
前記上流側ケーシングと前記下流側ケーシングは互いに平行をなす軸方向を有し、
前記連結通路は前記上流側ケーシング及び前記下流側ケーシングそれぞれの軸方向に対し垂直な方向に延び、
前記下流側ケーシングは、前記連結通路とつながる外側通路と、前記外側通路の内側に形成され前記選択還元触媒を格納する内側通路とで構成されていることを特徴とする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、内燃機関から排出される排気の浄化を行う内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジン（内燃機関）の排気浄化装置には、内燃機関から排出された排気中に還元剤を噴射して浄化する構造がある。
【０００３】
多くは、ディーゼルパティキュレートフィルタ（以下、ＤＰＦという）を収めた排気上流側（前段）のケーシングと、浄化触媒となる選択還元触媒（以下、ＳＣＲという）を収めた排気下流側（後段）のケーシングとの間を通路でつなぎ、ＳＣＲの上流側から、噴霧ノズルで排気中に還元剤としての尿素水溶液を噴霧させる構造が用いられている。
【０００４】
ところで、噴霧ノズルから噴霧される尿素水溶液は、排気熱及び排気中の水蒸気により加水分解されるアンモニアを用いて、ＳＣＲでＮＯｘ還元作用を得て、排気中のＮＯｘを還元させる。
【０００５】
そこで、排気浄化装置では、ＳＣＲの上流側に配置されている通路から、排気の流通方向に沿って尿素水溶液を噴霧する構造を用いて、尿素水溶液を排気中に混合させることが行われている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１３−２１７３５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、特に全輪駆動のトラック等は、車両フレームの内側にプロペラシャフトやトランスファー等の駆動系装置が多数レイアウトされている。このような車両に排気浄化装置を設けるには、これらの駆動系装置を避けて配置する必要がある。一方で車両フレーム外側には、車両補機等がレイアウトされている。従って、排気浄化装置は極力小型にすることが望まれている。
【０００８】
特許文献１のような排気浄化装置の場合、前段側のケーシングと後段側のケーシングが直線状に配置され、車両前後方向に長い構成であるため、レイアウトが困難となる場合がある。
【０００９】
本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、より小型化し、レイアウトの自由度を向上させることのできる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は前述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の態様又は適用例として実現することができる。
【００１１】
本適用例に係る内燃機関の排気浄化装置は、排気中に含まれる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、前記排気中のＮＯｘを還元剤を用いて選択還元する選択還元触媒と、前記パティキュレートフィルタを格納する上流側ケーシングと、前記選択還元触媒を格納する下流側ケーシングと、前記還元剤を噴霧する還元剤噴射手段と、前記上流側ケーシングと前記下流側ケーシングをつなぐ連結通路とを備え、前記上流側ケーシングと前記下流側ケーシングは互いに平行をなす軸方向を有し、前記連結通路は前記上流側ケーシング及び前記下流側ケーシングそれぞれの軸方向に対し垂直な方向に延び、前記下流側ケーシングは、前記連結通路とつながる外側通路と、前記外側通路の内側に形成され前記選択還元触媒を格納する内側通路とで構成されている。
【発明の効果】
【００１２】
上記手段を用いる本発明によれば、排気浄化装置をより小型化し、レイアウトの自由度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【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備えた車両の概略構成図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置の概略断面図である。
【図３】図２の矢印Ａ方向から視た排気浄化装置の背面図である。
【図４】図２のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【図５】図２のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。
【図６】図２のＤ−Ｄ線に沿う断面図である。
【図７】図２のＥ−Ｅ線に沿う断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づき説明する。図１には本発明の一実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置を備えた車両の概略構成図、図２には排気浄化装置の概略断面図、図３には図２矢印Ａから視た排気浄化装置の背面図、図４〜７には図２のＢ−Ｂ線、Ｃ−Ｃ線、Ｄ−Ｄ線、Ｅ−Ｅ線に沿う断面図がそれぞれ示されており、以下これらの図に基づき説明する。なお、図１、２は本発明の説明に必要な構成のみを図示しており、その他の部分は省略している。
【００１５】
図１に示す車両１は全輪駆動のトラックであり、車両の前後方向に一対のメインフレーム２が延びている。当該メインフレーム２の前部にはキャブ３が設置されている。
【００１６】
当該キャブ３の下には、エンジン４（内燃機関）、変速機５、トランスファー６等の駆動系の各種装置が設けられている。トランスファー６は変速機５の出力側に設けられており、当該トランスファー６は後輪プロペラシャフト７ａと前輪プロペラシャフト７ｂに駆動力を分配する。後輪プロペラシャフト７ａは差動装置８に連結され、差動装置８には左右の車軸９を介して左右の後輪１０が連結されている。図示しないが、前輪プロペラシャフト７ｂもキャブ３下にて差動装置に連結され、当該差動装置から車軸を介して前輪が連結されている。
【００１７】
エンジン４はディーゼルエンジンであり、エンジン４の排気側には、各気筒からの排気をまとめる排気マニホールド１１が設けられている。当該排気マニホールド１１は排気管１２の一端と接続されており、当該排気管１２の他端は排気浄化装置２０に接続されている。排気浄化装置２０は、キャブ３後方であって車両右側のメインフレーム２外側に取り付けられている。なおエンジン４の吸気側の構成等は図示せず説明も省略する。
【００１８】
図２には排気浄化装置２０の構成の詳細が示されている。同図に示すように、当該排気浄化装置２０は排気管１２と接続されている上流側ケーシング２１と、当該上流側ケーシング２１と接続されている下流側ケーシング２２とを有している。上流側ケーシング２１及び下流側ケーシング２２は、それぞれ排気管１２より径が大きく、車両前後方向を軸方向とする筒状をなしている。そして、上流側ケーシング２１が車幅方向内側に、下流側ケーシング２２が車幅方向外側に位置してそれぞれの軸方向が平行をなすように並んでいる。
【００１９】
上流側ケーシング２１内にはＤＯＣ２３（Diesel Oxidation Catalyst：ディーゼル用酸化触媒）とＤＰＦ２４（Diesel Particulate Filter：ディーゼルパティキュレートフィルタ）が格納され、下流側ケーシング２２にはＳＣＲ２５（Selective Catalytic Reduction：選択還元触媒）とＣＵＣ２６（Clean Up Catalyst：後段酸化触媒）が格納されている。
【００２０】
上流側ケーシング２１の入口部３０は排気管１２と接続されており、出口部３１は下流側ケーシング２２の入口部３２と連結されている。一方、下流側ケーシング２２の出口部３３は開放されている。各入口部３０、３２及び上流側ケーシング２１の出口部３１はフランジをなしている。
【００２１】
上流側ケーシング２１は、ＤＯＣ２３及びＤＰＦ２４が配設される中央部４０が流路断面積の広い円筒状をなしており、当該中央部４０より排気上流側は先端の入口部３０に向けて円錐状に径が小さくなる傾斜部４１が形成されている。
【００２２】
そして、上流側ケーシング２１の周壁４２は、排気下流側の一端面が端壁４３により塞がれているが、車幅方向外側の一部には軸方向方に対し垂直方向に連結管４４が延びている。当該連結管４４の端部が上流側ケーシング２１の出口部３１をなしている。これにより、上流側ケーシング２１内にはＤＰＦ２４の出口と端壁４３との間から連結管４４内にかけて上流側連結通路４５が形成されている。
【００２３】
下流側ケーシング２２は、外殻をなす外筒部５０と、外筒部５０の内側に設けられた内筒部５１とからなる二重筒構造をなしている。下流側ケーシング２２の外周面、即ち外筒部５０の外周面は耐熱用グラスウール５２により覆われている。
【００２４】
外筒部５０は、円筒状の外筒周壁６０が軸方向に延び、当該外筒周壁６０の一端面が外筒一端壁６１により、他端面が外筒他端壁６２により塞がれている。外筒周壁６０の排気上流側の車幅方向内側の一部からは、軸方向に対し垂直方向に連結管６３が延びている。当該連結管６３の端部が下流側ケーシング２２の入口部３２をなしており、上流側ケーシング２１の連結管４４と連結されている。
【００２５】
下流側ケーシング２２の内筒部５１は、外筒周壁６０内方に、当該外筒周壁６０と同心円状に内筒周壁６４が形成されており、当該内筒周壁６４の一端面は内筒一端壁６５で塞がれ、他端面は開口している。これにより、下流側ケーシング２２内には、連結管６３及び外筒一端壁６１と内筒一端壁６５との間に下流側連結通路６６が、外筒周壁６０及び外筒他端壁６２と内筒周壁６４との間に外側通路６７が、内筒周壁６４の内部に内側通路６８が、それぞれ形成されている。
【００２６】
内筒部５１内には排気上流側となる他端側にＳＣＲ２５が、排気下流側となる一端側にＣＵＣ２６が配設されている。また、内筒周壁６４の一端側の一部には軸方向に対し垂直方向に出口管６９が延びている。図４にも示すように出口管６９は外筒周壁６０を貫通して車両外側に延びており、当該出口管６９の端部が下流側ケーシング２２の出口部３３をなしている。
【００２７】
また、内筒部５１は、内筒周壁６４と外筒周壁６０とが、排気上流側から順番に、それぞれ環状の第１プレート７０、第２プレート７１、第３プレート７２により連結されている。
【００２８】
第１プレート７０は図５に示すように、環状の面に４つの長孔７０ａが周方向に等間隔に、即ち９０度ごとに並んで形成されている。第２プレート７１は図６に示すように、第１プレート７０と同様に環状の面に４つの長孔７１ａが周方向に等間隔に並んでいるが、当該長孔７１ａは第１プレート７０の長孔７０ａに対し周方向に４５度ずれるように配設されている。さらに、第３プレート７２は図７に示すように、環状の面に多数の小孔７２ａからなる小孔郡が第３プレート７２に全体的に形成されている。このように第１から第３プレート７０、７１、７２は下流側ケーシング２２の外側通路６７を横断しており、各長孔７０ａ、７１ａ、及び小孔７２ａが外側通路６７において排気流路を形成している。
【００２９】
また、図２、３に示すように、上流側ケーシング２１の周壁４２には、連結管４４と車幅方向において逆側に、還元剤噴射弁８０（還元剤噴射手段）が設けられている。当該還元剤噴射弁８０は上流側連結通路４５内に、例えば尿素水溶液等の還元剤を噴射するものである。当該還元剤噴射弁８０から噴射される尿素水の噴霧は中空の円錐状をなす。
【００３０】
このように構成された排気浄化装置２０は、エンジン４から排出された排気が排気マニホールド１１から排気管１２を通り、上流側ケーシング２１の入口部３０から上流側ケーシング２１内部に流入する。上流側ケーシング２１内に流入した排気はＤＯＣ２３にて酸化反応し、ＤＰＦ２４によりパティキュレートマター（以下、ＰＭという）が捕集される。ＤＰＦ２４に捕集されたＰＭはＤＯＣ２３の酸化反応により二酸化窒素（ＮＯ2）濃度を増やし、ＤＰＦ２４にてＰＭを燃焼させることで連続再生が行われる。ＤＰＦ２４を通過した排気は、上流側連結通路４５で車幅方向外側に方向を変えて、下流側ケーシング２２の下流側連結通路６６に流入する。
【００３１】
下流側ケーシング２２内において排気は、下流側連結通路６６から車両前後方向前方（他端側）に方向を変え、第１プレート７０の長孔７０ａを通り外側通路６７に流入する。そして、第２プレート７１の長孔７１ａ及び第３プレートの小孔７２ａを通り、外筒他端壁６２で内方に方向を変え、内筒部５１の開口部分を通って内側通路６８に流入する。
【００３２】
内筒部５１に流入した排気は、ＳＣＲ２５にてＮＯｘが吸蔵される。一方、上流側ケーシング２１で還元剤噴射弁８０から尿素水溶液が噴射されることで、加水分解されたアンモニア（ＮＨ3）が排気中に拡散する。ここで、還元剤噴射弁８０は上流側ケーシング２１の周壁４２の連結管４４とは逆側に設けられていることから、上流側連結通路４５、下流側連結通路６６、外側通路６７という十分に長い距離に亘ってアンモニアが排気中へ拡散される。
【００３３】
また、排気は下流側ケーシング２２の外側通路６７を通る際に、まず第１プレート７０の長孔７０ａを通った後、当該長孔７０ａと周方向に４５度ずれている第２プレート７１の長孔７１ａを通るため、軸方向に対して蛇行しつつ第２プレート７１の長孔７１ａを通過する。さらに、排気は第３プレート７２において小孔７２ａを通ることで整流されて外筒他端壁６２に到達する。つまり外側通路６７を通る排気は、各プレート７０、７１、７２があることで、直進せずに蛇行しながらから進むため、アンモニアの排気中への拡散がより促進される。
【００３４】
このようにアンモニアを含んだ排気がＳＣＲ２５を通過すると、ＳＣＲ２５に吸蔵されたＮＯｘが還元される。当該還元反応に対して余剰のアンモニアは、さらに排気下流側の酸化触媒であるＣＵＣ２６により酸化される。以上のように各種触媒及びフィルタにより浄化された排気は、出口管６９を通って大気中に排出される。
【００３５】
以上のような本実施形態の排気浄化装置２０によれば、上流側ケーシング２１と下流側ケーシング２２とがそれぞれの軸方向を平行にして並んでいることで、排気浄化装置２０の車両前後方向における全長を大幅に短縮することができる。
【００３６】
その一方で、還元剤噴射弁８０を上流側ケーシング２１の周壁４２に設けることで、アンモニアを排気中に拡散する空間を十分に確保することができる。さらに、外側通路６７に各プレート７０、７１、７２を設け、各孔７０ａ、７１ａ、７２ａにより排気を蛇行させたり、整流させたりすることで、アンモニアの拡散をより促進させることができる。これらのことから排気浄化装置２０の全長を短縮していても、ＳＣＲ２５におけるＮＯｘ浄化性能を確保することができる。
【００３７】
このように、本実施形態の排気浄化装置２０は排気浄化性能を確保しつつ、全長を大幅に短縮した小型化を実現している。これにより、排気浄化装置のレイアウトが難しい全輪駆動のトラック、又は塵芥車などの特殊架装を備えた車両等にも容易に設けることができ、排気浄化装置のレイアウトの自由度を向上させることができる。
【００３８】
以上で本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の実施形態についての説明を終えるが、実施形態は上記実施形態に限られるものではない。
【００３９】
上記実施形態では、上流側ケーシング２１にＤＯＣ２３及びＤＰＦ２４が格納され、下流側ケーシング２２にＳＣＲ２５及びＣＵＣ２６が格納されているが、上流側ケーシングには少なくともＤＰＦが格納され、下流側ケーシングには少なくともＳＣＲが格納されていればよい。
【００４０】
また、上記実施形態の排気浄化装置２０は、図１、２に示すように、上流側ケーシング２１、下流側ケーシング２２、及び連結管４４、６３が上面視コの字状をなす構成であるが、上流側ケーシングと下流側ケーシングの配置はこれに限られるものではない。上流側ケーシングと下流側ケーシングの軸方向が平行であればよく、例えば、上記実施形態の上流側ケーシング２１又は下流側ケーシング２２を、連結管４４、６３を中心に前後方向に反転させて、上面視でクランク状をなす構成としてもよい。
【００４１】
また、上記実施形態の排気浄化装置２０は、上流側ケーシング２１と下流側ケーシング２２とが互いの連結管４４、６３を介して接続されているが、連結管４４、６３を介さず上流連結通路と下流連結通路を直接接続し、上流側ケーシングと下流側ケーシングとを一体的に構成してもよい。
【００４２】
また、上記実施形態の排気浄化装置２０では、上流側ケーシング２１及び下流側ケーシング２２の軸方向を車両前後方向としているが、この方向に限られるものではない。例えば上流側ケーシング及び下流側ケーシングの軸方向を車幅方向としたり、車両上下方向としたりしてもよい。また、それに合わせ上流側ケーシング及び下流側ケーシングの配置を、車両前後方向や車両上下方向に並べてもよい。
【００４３】
また、上記実施形態では還元剤噴射弁８０から噴射される尿素水溶液の噴霧は、中空の円錐状をなしているが、還元剤噴射弁から噴射される尿素水溶液の噴霧形状はこれに限られるものではなく、例えば、中実の円錐状としたり、噴射の向きを変更したりしてもよい。
【符号の説明】
【００４４】
２０  排気浄化装置
２１  上流側ケーシング
２２  下流側ケーシング
２３  ＤＯＣ
２４  ＤＰＦ
２５  ＳＣＲ
２６  ＣＵＣ
４２  周壁
４３  端壁
４４  連結管
４５  上流側連結通路
５０  外筒部
５１  内筒部
５２  耐熱用グラスウール
６３  連結管
６６  下流側連結通路
６７  外側通路
６８  内側通路
６９  出口管
７０  第１プレート
７１  第２プレート
７２  第３プレート
８０  還元剤噴射弁（還元剤噴射手段）
【図１】
2016020640.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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【図７】
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