JP2009103034A

JP2009103034A - エンジンの排気浄化装置

Info

Publication number: JP2009103034A
Application number: JP2007275043A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Fujita; 博昭藤田; Satoshi Hiranuma; 智平沼; Shinichi Saito; 真一斎藤; Yasuko Suzuki; 康子鈴木; Takuya Kitasei; 琢也北清; Shuichi Haneda; 周一羽田
Original assignee: Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Current assignee: Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Priority date: 2007-10-23
Filing date: 2007-10-23
Publication date: 2009-05-14
Anticipated expiration: 2027-10-23
Also published as: JP5044359B2

Abstract

【課題】噴射ノズルから噴射された尿素水溶液の排ガス中での拡散時間を十分に確保でき、もってＮＯx触媒の各部位にアンモニアを均一に供給してＮＯx浄化性能を向上できるエンジンの排気浄化装置を提供する。
【解決手段】ケーシング２の上段排気通路３内に排ガスを導入して前段酸化触媒５及びＤＰＦ６を流通させた後に、折返室１５を経てＵターンさせて下段排気通路４内に導入し、ＮＯx触媒８及び後段酸化触媒７を流通させた後に外部に排出する。折返室１５内のＤＰＦ６の出口に第１ガイド板１６を立設すると共に、第１ガイド板１６の下側に第２ガイド板２０を水平に配設し、これらのガイド板１６，２０により、ＤＰＦ６からの排ガスをＮＯx触媒８側への直接的な移送を規制しながら移送方向を変更してＮＯx触媒８まで移送し、排ガスの移送経路長を延長化する。
【選択図】図３

Description

本発明はエンジンの排気浄化装置に係り、詳しくはケーシング内に一対の排気通路を併設して各排気通路内に各種後処理装置を収容し、エンジンからの排ガスを何れか一方の排気通路の後処理装置を流通させた後、折返室を経てＵターンさせて他方の排気通路の後処理装置を流通させるようにした排気浄化装置に関するものである。

近年の排ガス規制の強化に対応すべく車両には排気浄化装置を構成する多種の後処理装置が搭載されており、必然的に排気浄化装置を設置するためのスペースも次第に拡大している。このため、例えば車体フレームの下側に燃料タンクやスペアタイヤ等の装備を設置しているトラックやバス等では、排気浄化装置の設置のために新たなスペースを確保することが困難になりつつあり、排気浄化装置のコンパクト化を目的とした種々の対策が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

当該特許文献１に記載された技術は、排気浄化装置を構成する各後処理装置を単一のケース内に上下２段に収容して、排ガスをＵターンさせながら各後処理装置を流通させ、これにより排気浄化装置のケース長を短縮して車載性の向上を図っている。
図９は特許文献１に記載された排気浄化装置を示す断面図、図１０は同じく排気浄化装置を示す図９のX−X線断面図、図１１は同じく折返室内での排ガスの移送経路を示す図９のXI−XI線断面図、図１２は折返室内での排ガスの移送経路を示す斜視図であり、図９は車両後方より見たときの排気浄化装置を示している。

排気浄化装置１０１のケーシング２は車体フレームを構成するサイドフレームＦの左側方に配設され、四角箱状をなして内部には左右方向に延びる上段排気通路３及び下段排気通路４が上下に並設されている。上段排気通路３内の右側には前段酸化触媒５が収容され、上段排気通路３の左側には排ガス中のパティキュレートを捕集するＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）６が収容されている。また、下段排気通路４内の右側には集合室１０２を形成した上で後段酸化触媒７が収容され、下段排気通路４内の左側には尿素水溶液から生成されるアンモニアを還元剤としてＮＯｘを選択還元する選択還元型ＮＯx触媒８が収容されている。ケーシング２内の上段及び下段排気通路３，４の左端には折返室１５が形成され、この折返室１５を介して両排気通路３，４が相互に連通している。

折返室１５内において上段排気通路３の開口部には同一径の環状をなす撹拌リング２２が接続され、折返室１５内は撹拌リング２２の内周側と外周側とに区画されると共に、撹拌リング２２の前側の半周（図１１の左側）に形成された多数の孔２２ａを介して撹拌リング２２の内外が連通している。図示はしないが、折返室１５内の一側には尿素水溶液を噴射する噴射ノズルが挿入され、この噴射ノズルから折返室１５内に尿素水溶液が噴射される。

ケーシング２内の両排気通路３，４の右端には拡張室１０が形成され、この拡張室１０内で上段排気通路３は開口し、下段排気通路４は蓋体４ａにより閉塞されている。拡張室１０内の下部にはエンジン側の導入管１１及び排気下流側の排出管１３が左方より挿入されており、導入管１１は外周に形成された多数の孔１１ａを介して内部を拡張室１０内と連通させ、排出管１３は拡張室１０を貫通して蓋体４ａと接続されて内部を下段排気通路４と連通させている。

従って、エンジンの運転中において排ガスは導入管１１の各孔１１ａを経て拡張室１０内に導入され、拡張室１０内を上方に移送されて上段排気通路３に導入され、上段排気通路３内で前段酸化触媒４及びＤＰＦ５を流通した後に撹拌リング２２内に到達する。排ガスは撹拌リング２２の各孔２２ａを流通して撹拌されながら折返室１５内を下方に移送され、噴射ノズル２２から噴射された尿素水溶液と共に旋回を伴って下段排気通路４に導入される。下段排気通路４内で排ガスはＮＯx触媒８及び後段酸化触媒７を流通し、集合室１０２内で集合した後に排出管１３を経て排気下流側に排出され、ＮＯx触媒８を流通する際に、尿素水溶液から生成されたアンモニアを還元剤として排ガス中のＮＯxが選択還元される。
特開２００５−２７３５８０号公報

ところで、周知のようにＮＯx触媒８のＮＯx浄化性能を最大限に発揮させるには、ＮＯx触媒８の各部位にアンモニアを均一に供給することが必須条件であり、そのためには排ガス中に尿素水溶液を均一に拡散させる必要がある。この要求を満足するには、上記した撹拌リング２２による排ガスの撹拌促進も有効であるが、噴射ノズル２３からＮＯx触媒までの経路長を長く設定して、噴射された尿素水溶液が排ガス中に拡散する時間を可能な限り確保することが重要となる。

しかしながら、特許文献１の排気浄化装置１０１では、図１１，１２に示すように撹拌リング２２の各孔２２ａを流通した排ガスがそのまま下方に移送されてＮＯx触媒８に導入されるため、尿素水溶液の拡散時間を十分に確保できず、結果としてＮＯx触媒８の各部位にアンモニアが不均一に供給されてＮＯx触媒８が本来有するＮＯx浄化性能を最大限に発揮させることができないという問題があった。

また、このような尿素水溶液の拡散に関する条件のみならず、単純なＮＯx触媒８自体の容量もＮＯx浄化性能に影響を及ぼすが、特許文献１の排気浄化装置１０１では、その構造上、ＮＯx触媒８の長さを十分に確保できず、この要因もＮＯx浄化性能に悪影響を与えていた。
即ち、図９に示すように、前段酸化触媒５の上流側には排ガスを均一に導入するための空間が必要であり、この空間として拡張室１０が機能している。また、後段酸化触媒７の下流側には排ガスを集合させるための空間が必要であり、この空間として集合室１０２が機能している。拡張室１０を形成するために下段排気通路４の実質的な長さは短縮化されており、さらにその下段排気通路４に集合室１０２を形成することにより、下段排気通路４は上段排気通路３に比較してスペース的に厳しくなり、後段酸化触媒７と共にＮＯx触媒８を短縮化せざるを得なくなる。このため要求されるＮＯx浄化性能を達成可能な容量のＮＯx触媒８を使用できず、結果としてＮＯx浄化性能が不足する要因となっていた。

本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その第１の目的は、噴射ノズルから噴射された尿素水溶液の排ガス中での拡散時間を十分に確保でき、もってＮＯx触媒の各部位にアンモニアを均一に供給してＮＯx浄化性能を向上することができるエンジンの排気浄化装置を提供することにある。
また、第２の目的は、限られたケーシング内のスペースを有効利用して十分な容量のＮＯx触媒を収容でき、もってＮＯx浄化性能を向上することができるエンジンの排気浄化装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１の発明は、ケーシング内に収容されて少なくともパティキュレート捕集用のフィルタを含み、一端がエンジン側と接続された上流側後処理装置と、ケーシング内に上流側後処理装置と並列して収容されて少なくとも選択還元型ＮＯx触媒を含み、一端が排気下流側と接続された下流側後処理装置と、ケーシング内において上流側後処理装置及び下流側後処理装置の他端に形成されて、フィルタ及び上記ＮＯx触媒が内部に開口する折返室と、折返室内の上記フィルタの開口部に配設されて、フィルタを流通後の排ガスの移送方向を変更する第１ガイド板と、折返室内のフィルタ側とＮＯx触媒側との間に配設され、フィルタを流通後の排ガスの直接的なＮＯx触媒側への移送を規制する第２ガイド板と、折返室内の一側に配設され、尿素水溶液を噴射する噴射ノズルとを備えたものである。

例えばケーシング内には、上流側後処理装置として前段酸化触媒及びフィルタが収容されると共に、これと並列するように下流側後処理装置として選択還元型ＮＯx触媒及び後段酸化触媒が収容され、上流側後処理装置及び下流側後処理装置の他端に形成された折返室内にフィルタ及びＮＯx触媒が開口している。
エンジンからの排ガスは上流側後処理装置を流通した後にフィルタから折返室内に導入され、折返室内での移送中に噴射ノズルから尿素水溶液を噴射され、尿素水溶液を拡散させながら折返室内を移送される。折返室内を移送後に排ガスはＮＯx触媒から下流側後処理装置内に導入されて内部を流通した後に排気下流側に移送され、ＮＯx触媒を流通する際に尿素水溶液から生成されたアンモニアを還元剤として排ガス中のＮＯxが選択還元される。

フィルタから折返室内に導入されたときの排ガスは、第２ガイド板によりＮＯx触媒側への直接的な移送を規制されながら第１ガイド板により移送方向を変更され、その後にＮＯx触媒に導入される。折返室内での排ガスの移送方向の変更は、排ガスへの尿素水溶液の拡散を促進するばかりでなく、噴射ノズルからＮＯx触媒までの排ガスの経路長が延長化されることになり、噴射された尿素水溶液が排ガス中に拡散する時間が十分に確保される。よって、排ガスがＮＯx触媒に到達した時点で尿素水溶液は排ガス中に良好に拡散し、ＮＯx触媒の各部位にアンモニアが均一に供給される。

請求項２の発明は、請求項１において、第１ガイド板が、折返室内のフィルタの開口部近傍をフィルタ側の第１流路と反フィルタ側の第２流路とに区画すると共に、一側に第１流路及び第２流路を連通させる上流側連通路を形成し、第２ガイド板が、第１ガイド板のＮＯx触媒側に配設されて折返室を上記フィルタ側とＮＯx触媒側とに区画すると共に、上流側連通路の反対側に形成した下流側連通路を介して第２流路を折返室のＮＯx触媒側と連通させるものである。

従って、フィルタの開口部から折返室内に導入された排ガスは第１ガイド板に衝突するが、このときの排ガスは第２ガイド板によりＮＯx触媒側への直接的な移送が規制されるため、排ガスは第１流路内を上流側連通路に向けて流通した後に上流側連通路を経て移送方向を変更され、さらに第２流路を下流側連通路に向けて流通した後に、下流側連通路を経て移送方向をＮＯx触媒側に変更されてＮＯx触媒に導入される。このように折返室内で排ガスの移送方向を変更することから、尿素水溶液の拡散が促進されると共に噴射ノズルからＮＯx触媒までの経路長が延長化される。

請求項３の発明は、請求項１において、第１ガイド板が、折返室内のフィルタの開口部近傍をフィルタ側の第１流路と反フィルタ側の第２流路とに区画すると共に、一側に第１流路及び第２流路を連通させる上流側連通路を形成し、第２ガイド板が、第１ガイド板のＮＯx触媒側に配設されて折返室をフィルタ側とＮＯx触媒側とに区画すると共に、上流側連通路の反対側に形成した下流側連通路を介して第２流路を折返室のＮＯx触媒側と連通させ、第１流路には、フィルタの開口部から連続するように環状の撹拌リングが配設され、撹拌リングの上流側連通路側には多数の孔が形成され、撹拌リングの反上流側連通路側に噴射ノズルが配設されているものである。

従って、フィルタの開口部から折返室内に導入された排ガスは撹拌リング内で第１ガイド板に衝突し、噴射ノズルから噴射された尿素水溶液を拡散させる。このときの排ガスは第２ガイド板によりＮＯx触媒側への直接的な移送が規制されるため、排ガスは撹拌リングの各孔を経て第１流路内を上流側連通路に向けて流通した後に上流側連通路を経て移送方向を変更され、さらに第２流路を下流側連通路に向けて流通した後に、下流側連通路を経て移送方向をＮＯx触媒側に変更されてＮＯx触媒に導入される。

このように、撹拌リングの各孔に排ガスを流通させると共に折返室内で排ガスの移送方向を変更することから、尿素水溶液の拡散が促進され、且つ、フィルタの開口部近傍の上流位置で尿素水溶液を噴射すると共に折返室内で排ガスの移送方向を変更することから、噴射ノズルからＮＯx触媒までの経路長が延長化される。
請求項４の発明は、請求項１において、第１ガイド板が、折返室内のフィルタの開口部近傍を反ＮＯx触媒側の第１流路とＮＯx触媒側の第２流路とに区画すると共に、一側に第１及び第２流路を連通させる上流側連通路を形成し、第２ガイド板が、第１ガイド板のＮＯx触媒側で第１ガイド板に対して略平行で互い違いとなるように配設され、折返室をフィルタ側とＮＯx触媒側とに区画すると共に、上流側連通路の反対側に形成した下流側連通路を介して第２流路を折返室のＮＯx触媒側と連通させるものである。

従って、フィルタの開口部からの排ガスの一部は第１流路に導入され、残りの排ガスは第２流路に導入される。第１流路に導入された排ガスは第１ガイド板に案内されながら第１流路内を上流側連通路に向けて流通し、上流側連通路を経て移送方向を変更された後に第２流路に直接的に導入された排ガスと合流する。これらの排ガスは第２ガイド板によりＮＯx触媒側への直接的な移送が規制されながら第２流路を下流側連通路に向けて流通した後に、下流側連通路を経て移送方向をＮＯx触媒側に変更されてＮＯx触媒に導入される。

このように折返室内で排ガスの移送方向を変更することから、尿素水溶液の拡散が促進されると共に噴射ノズルからＮＯx触媒までの経路長が延長化される。
請求項５の発明は、ケーシング内に収容されて少なくともパティキュレート捕集用のフィルタを含む上流側後処理装置と、ケーシング内に上流側後処理装置と並列して収容されて少なくとも選択還元型ＮＯx触媒を含む下流側後処理装置と、ケーシング内において上流側後処理装置及び下流側後処理装置の一端に形成されて、両後処理装置を相互に連通させる折返室と、折返室内の一側に配設され、尿素水溶液を噴射する噴射ノズルと、ケーシング内において上流側後処理装置及び下流側後処理装置の他端に形成されて、上流側後処理装置と連通すると共に、下流側後処理装置に対して閉塞する拡張室と、拡張室の下流側後処理装置側に接続され、エンジンからの排ガスを拡張室内に導入する導入管と、拡張室内で下流側後処理装置に一端を接続され、通路断面を縮小しながら拡張室内を貫通して他端をケーシング外壁に開口させる集合室と、ケーシング外壁に開口する集合室の他端に接続されて、集合室を経て下流側後処理装置を流通後の排ガスを排気下流側に移送する排出管とを備えたものである。

例えばケーシング内には、上流側後処理装置として前段酸化触媒及びフィルタが収容されると共に、これと並列するように下流側後処理装置として選択還元型ＮＯx触媒及び後段酸化触媒が収容されている。
エンジンからの排ガスは導入管から拡張室に案内されて上流側後処理装置を流通した後に折返室に導入され、折返室内での移送中に噴射ノズルから尿素水溶液を噴射される。折返室内を移送された後に排ガスは下流側後処理装置内に導入されて内部を流通した後に排出管を経て排気下流側に移送され、ＮＯx触媒を流通する際に尿素水溶液から生成されたアンモニアを還元剤として排ガス中のＮＯxが選択還元される。

導入管からの排ガスは拡張室を経ることにより上流側後処理装置に均一に導入され、下流側後処理装置を流通後の排ガスは集合室により集合されて排出管から排出される。集合室は拡張室内に配設されているものの、下流側後処理装置から通路断面を縮小する形状をなして周囲の拡張室内を占有しないため、拡張室内において集合室の近接位置に導入管を配置可能となる。これにより拡張室とは別個に独立して集合室を形成する必要がなくなり、集合室の設置により下流側後処理装置を構成するＮＯx触媒の長さが制限される事態が防止される。

以上説明したように請求項１，２，４の発明のエンジンの排気浄化装置によれば、ケーシングの折返室内において第２ガイド板により排ガスのＮＯx触媒側への直接的な移送を規制しながら第１ガイド板により移送方向を変更するようにしたため、排ガスへの尿素水溶液の拡散を促進できるばかりでなく、噴射ノズルからＮＯx触媒までの排ガスの経路長を延長化して尿素水溶液の拡散時間を十分に確保でき、もってＮＯx触媒の各部位にアンモニアを均一に供給してＮＯx浄化性能を向上することができる。

請求項３の発明のエンジンの排気浄化装置によれば、請求項１に加えて、撹拌リングの各孔に排ガスを流通させるため、排ガスへの尿素水溶液の拡散を一層促進できる上に、フィルタの開口部近傍の上流位置で尿素水溶液を噴射することから、噴射ノズルからＮＯx触媒までの排ガスの経路長をさらに延長化して尿素水溶液の拡散時間を十分に確保することができる。

請求項５の発明のエンジンの排気浄化装置によれば、排ガスを上流側後処理装置に案内する拡張室内に下流側後処理装置を流通後の排ガスを集合させる集合室を配置したため、集合室の設置によりＮＯx触媒の長さが制限される事態を防止でき、もって限られたケーシング内のスペースを有効利用して十分な容量のＮＯx触媒を収容してＮＯx浄化性能を向上することができる。

［第１実施形態］
以下、本発明を具体化したエンジンの排気浄化装置の第１実施形態を説明する。
図１は第１実施形態のエンジンの排気浄化装置を示す断面図、図２は同じく排気浄化装置を示す図１のII−II線断面図、図３は同じく折返室内での排ガスの移送経路を示す図１のIII−III線断面図、図４は折返室内での排ガスの移送経路を示す斜視図である。

本実施形態の排気浄化装置はトラックに搭載されており、図１は車両前方より見たときの排気浄化装置を示している。以下の説明では、車両を基準として左右方向及び前後方向を表現する。
周知のようにトラックの車体フレームは、前後方向に延びる一対のサイドフレームと、これらのサイドフレームを連結する複数のクロスメンバにより構成されており、図１では左側のサイドフレームＦが示されている。排気浄化装置１は、この左側サイドフレームＦの左側方に図示しない燃料タンクやスペアタイヤ等の車載装備と共に設置されている。

排気浄化装置１のケーシング２は四角箱状をなし、ケーシング２の内部には上段及び下段排気通路３，４が配設されている。両排気通路３，４は断面円形状をなし、保持板２ａにより上下に並設された状態で左右方向に延設されている。上段排気通路３内の右側には前段酸化触媒５が収容され、上段排気通路３の左側にはＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）６が収容されている。ＤＰＦ６はハニカム型のセラミック体からなり、上流側と下流側とを連通する多数の通路の上流側開口部と下流側開口部とを交互に閉鎖したウォールスルー式フィルタとして構成され、各通路を区画する内壁に排ガスを流通させながら排ガス中のパティキュレートを捕集する。また、前段酸化触媒５は、活性温度以上において排ガス中のＮＯを酸化させてＮＯ_２を生成する作用を奏し、生成されたＮＯ_２は後述するようにＤＰＦ６の連続再生に利用される。

また、下段排気通路４内の右側には後段酸化触媒７が収容され、下段排気通路４内の左側には選択還元型ＮＯx触媒８が収容されている。ＮＯx触媒８は、アンモニアを還元剤としてＮＯｘを選択還元し、このときの余剰アンモニアや後述するＤＰＦ６の強制再生時に生じた余剰ＣＯを酸化する作用を後段酸化触媒７が奏する。
本実施形態では、前段酸化触媒５及びＤＰＦ６が上流側後処理装置として機能し、後段酸化触媒７及びＮＯx触媒８が下流側後処理装置として機能する。

ケーシング２内の上段及び下段排気通路４の右端には拡張室１０が形成され、この拡張室１０内で上段排気通路３は開口し、下段排気通路４は後述する集合室１２の形成により閉塞されている。拡張室１０内の下部にはエンジン側と接続された導入管１１が挿入され、導入管１１は外周に形成された多数の孔１１ａを介して内部を拡張室１０内と連通させている。

拡張室１０内の下部には、拡張室１０を左右方向に貫通するように集合室１２が配設されている。集合室１２の左端は下段排気通路４と同一径に設定され、集合室１２は左端を下段排気通路４に接続されて右方に向けてコーン状に縮径する形状をなし、その右端はケーシング２の右側壁に開口している。ケーシング２の右側壁の集合室１２の開口部には排出管１３の一端が接続され、排出管１３の他端は排気下流側と接続されている。

一方、ケーシング２内の上段及び下段排気通路３，４の左端にはケーシング２内で排ガスをＵターンさせるための折返室１５が形成され、両排気通路３，４は折返室１５内に開口している。折返室１５内において上段排気通路３の開口部には第１ガイド板１６が左右方向に面するように立設され、この第１ガイド板１６により折返室１５内の上側半分は、右側（ＤＰＦ６側）の第１流路１７と左側の第２流路１８とに区画されている。第１ガイド板１６の前部には上流側連通路１９が形成され、この上流側連通路１９を介して第１流路１７と第２流路１８とが連通している。

折返室１５内において第１ガイド板１６の下側には上下方向に面するように水平に第２ガイド板２０が配設され、第２ガイド板２０により折返室１５内は上段排気通路３側（第１及び第２流路１７，１８）と下段排気通路４側とに区画されている。第２ガイド板２０の後部には下流側連通路２１が形成され、この下流側連通路２１を介して第２流路１８と折返室１５内の下段排気通路４側とが連通している。

第１流路１７内において上段排気通路３の開口部には同一径の環状をなす撹拌リング２２の一端が接続され、撹拌リング２２の他端は第１ガイド板１６に当接して閉塞され、これにより撹拌リング２２の内周側と外周側とが区画されている。撹拌リング２２の前部一側は第１ガイド板１６に閉塞されることなく上流側連通路１９に向けて開口する開口部２２ｂを形成し、また、撹拌リング２２の前側の半周には多数の孔２２ａが形成され、各孔２２ａを介して撹拌リング２２内が第１流路１７内と連通している。

図２，３に示すように、ケーシング２の後側面には噴射ノズル２３が配設され、噴射ノズル２３の先端２３ａはケーシング２を貫通して後方より撹拌リング２２内に挿入され、撹拌リング２２内に尿素水溶液を噴射し得るようになっている。
ここで、図１と特許文献１の排気浄化装置１０１を示す図９との比較から明らかなように、ケーシング２の外寸を同一とすれば、特許文献１に対して本実施形態では第２流路１８の相当分だけ上段排気通路３の長さが短くなり、前段酸化触媒５及びＤＰＦ６の長さが制限される。そこで、本実施形態では、前段酸化触媒５の長さを短縮化した上で、ＤＰＦ６にも触媒を担持することにより前段酸化触媒５の機能を補っている。但し、ケーシング２の外寸によっては、前段酸化触媒５及びＤＰＦ６の双方共に十分な長さを確保可能であり、その場合には必ずしもＤＰＦ６に触媒を担持する必要はない。

次に、以上のように構成された本実施形態のエンジンの排気浄化装置１による作用を説明する。
エンジンの運転中において排ガスは導入管１１の各孔１１ａを経て拡張室１０内に導入されて上方に移送され、拡張室１０内を経ることにより上段排気通路３に排ガスが均一に導入される。上段排気通路３内で排ガスは前段酸化触媒５及びＤＰＦ６を流通し、このとき、排ガス中のパティキュレートがＤＰＦ６に捕集されると共に、前段酸化触媒５では排ガス中のＮＯの酸化反応によりＮＯ_２が生成され、このＮＯ_２に酸化剤としてＤＰＦ６上のパティキュレートを連続的に燃焼させるＤＰＦ６の連続再生が行われる。上段排気通路３を流通後の排ガスは折返室１５内を下方に移送され、噴射ノズル２３から噴射された尿素水溶液と共に下段排気通路４に導入される。この折返室１５内での排ガスの移送状況については後に詳述する。

折返室１５での移送中に尿素水溶液は排ガスの熱により加水分解してアンモニアとなり、排ガスと共に下段排気通路４のＮＯx触媒８内を流通する。ＮＯx触媒８上でアンモニアは一旦吸着されて排ガス中のＮＯxと硝酸反応し、これによりＮＯxは無害なＮ_２に選択還元され、このときに生じる余剰アンモニアは後段酸化触媒７により酸化処理される。下段排気通路４を流通後の排ガスは集合室１２内で集合した後に排出管１３を経て排気下流側に排出される。

なお、排気温度の低いエンジン運転により前段酸化触媒５が活性温度を下回り続けたときには、ＤＰＦ６の連続再生が十分に行われずにパティキュレートの目詰まりを生じるため、例えば膨張行程や排気行程でのポスト噴射によりＤＰＦ６上に未燃燃料を供給してパティキュレートを強制的に焼却する強制再生が行われるが、このときに生じる余剰燃料（ＣＯ）も後段酸化触媒７により酸化処理される。

一方、上段排気通路３のＤＰＦ６から折返室１５内に導入された排ガスは、以下の過程を経て下段排気通路４のＮＯx触媒８まで移送される。
まず、上段排気通路３を流通後の排ガスは、ＤＰＦ６から撹拌リング２２内に導入されて第１ガイド板１６に衝突し、これと並行して噴射ノズル２３から尿素水溶液を噴射される。図３，４に示すように、第１流路１７の下側は第２ガイド板２０により閉鎖されているため、このときの排ガスは、図１１，１２に示す特許文献１のように折返室１５内の下側に直接的に移送されることなく、尿素水溶液を拡散させながら撹拌リング２２内を前方に向けて流通し、その一部の排ガスは撹拌リング２２の各孔２２ａを経て外周側に流出した後に上流側連通路１９に到達し、残り排ガスは撹拌リング２２の開口部２２ｂを経て直接的に上流側連通路１９に到達する。

その後、排ガスは上流側連通路１９を経て第２流路１８に導入されるが、この第２流路１８の下側も第２ガイド板２０により閉鎖されているため、排ガスは折返室１５内の下側に直接的に移送されることなく、その移送方向を後方に変更して第２流路１８を後方に向けて流通する。下流側連通路２１に到達した排ガスは、移送方向を下方に変更されながら下流側連通路２１を経て折返室１５内の下側に案内され、旋回を伴って下段排気通路４内に導入される。

以上のようにＤＰＦ６から折返室１５内に導入された排ガスは、第１及び第２ガイド板１６，２０の案内により、折返室１５内の下側への直接的な移送を規制されながら、上流側連通路１９及び下流側連通路２１で移送方向を変更されてＮＯx触媒８に導入される。折返室１５内での排ガスの移送方向の変更は、排ガスへの尿素水溶液の拡散を促進するばかりでなく、噴射ノズル２３からＮＯx触媒８までの排ガスの経路長を延長化することにも繋がるため、噴射された尿素水溶液が排ガス中に拡散する時間が十分に確保される。従って、排ガスがＮＯx触媒８に到達した時点で尿素水溶液は排ガス中に良好に拡散し、ＮＯx触媒８の各部位にアンモニアを均一に供給でき、もってＮＯx浄化性能を向上することができる。

また、本実施形態ではＤＰＦ６の出口に撹拌リング２２を配設し、その撹拌リング２２の前側に排ガスが流通する多数の孔２２ａを形成し、後側に尿素水溶液を噴射する噴射ノズル２３を配設している。噴射ノズル２３を撹拌リング２２に配設することにより、必然的に噴射ノズル２３は折返室１５内の最も上流に位置することになり、結果として排ガスの移送経路長が最大限に延長化される。また、撹拌リング２２内において第１ガイド板１６に衝突した排ガス中に尿素水溶液が噴射されるため、排ガス中への尿素水溶液の拡散を促進でき、その直後に排ガスを撹拌リング２２の各孔２２ａに流通させることも、尿素水溶液の拡散に貢献する。よって、これらの相乗効果により排ガス中に尿素水溶液を一層良好に拡散させることができる。

ところで、拡張室１０の下部に導入管１１と排出管１３を接続しているのは、図１に示すように左側のサイドフレームＦとの干渉を回避するためであり、必然的に導入管１１と排出管１３とは近接位置に配置されている。拡張室１０内に導入管１１を挿入配置するには集合室１２が邪魔となることを鑑みて、図９，１０に示す特許文献１の技術では、拡張室１０には小径の排出管１３を貫通させて集合室１０２は下段排気通路４内に形成したが、結果として下段排気通路４の短縮化によりＮＯx触媒８の長さ（容量）が制限されている。

これに対して本実施形態では、集合室１２を拡張室１０内に配設しているものの、後段酸化触媒７と対応する径からコーン状に縮径した集合室１２は周囲の拡張室１０内を占有しないため、拡張室１０内における集合室１２の近接位置に導入管１１を挿入配置できる。これにより下段排気通路４内に集合室１２を形成する必要がなくなり、下段排気通路４の長さを十分に確保できる。よって、要求されるＮＯx浄化性能を達成可能な十分な容量を有するＮＯx触媒８を下段排気通路４に設置でき、この要因もＮＯx浄化性能の向上に貢献する。
［第２実施形態］
次に、本発明を別のエンジンの排気浄化装置１に具体化した第２実施形態を説明する。

図５は第２実施形態のエンジンの排気浄化装置１を示す断面図、図６は同じく排気浄化装置１を示す図５のXI−XI線断面図、図７は同じく折返室１５内での排ガスの移送経路を示す図５のXII−XII線断面図、図８は折返室１５内での排ガスの移送経路を示す斜視図である。
本実施形態の排気浄化装置１の全体的な構成は第１実施形態のものと同様であり、相違点は折返室１５内の構成にある。そこで、共通する構成の箇所は同一部材番号を付して説明を省略し、相違点を重点的に説明する。

本実施形態の排気浄化装置１では撹拌リング２２が廃され、上段排気通路３の開口部には第１ガイド板３１が上下方向に面するように水平に配設されている。この第１ガイド板３１により折返室１５内の上側半分は、上段側（反ＮＯx触媒８側）の第１流路３２と下段側（ＮＯx触媒８側）の第２流路３３とに区画されている。第１ガイド板３１の前部には上流側連通路３４が形成され、この上流側連通路３４を介して第１流路３２と第２流路３３とが連通している。

折返室１５内において第１ガイド板３１の下側には第２ガイド板３５が配設されている。この第２ガイド板３５は第１実施形態のものと同じく上下方向に面して配設されて、折返室１５内を上段排気通路３側（第１及び第２流路３２，３３）と下段排気通路４側とに区画し、第２ガイド板３５の後部には、第２流路３３と折返室１５内の下段排気通路４側とを連通する下流側連通路３６が形成されている。

第１実施形態と同様に噴射ノズル２３はケーシング２の後側面に配設され、噴射ノズル２３の先端２３ａはケーシング２を貫通して後方より第１流路３２内に挿入されている。
次に、以上のように構成されたエンジンの排気浄化装置１における折返室１５内での排ガスの移送状況について述べる。
上段排気通路３を流通後の排ガスは、ＤＰＦ６から折返室１５の第１及び第２流通路３２，３３内にそれぞれ導入される。第１流通路３２内に導入された排ガスは噴射ノズル２３から尿素水溶液を噴射され、尿素水溶液を拡散させながら第１流通路３２を前方に向けて流通して上流側連通路３４に到達する。その後、排ガスは上流側連通路３４を経て第２流路３３に導入されるが、この第２流路３３の下側は第２ガイド板３５により閉鎖されているため、排ガスは折返室１５内の下側に直接的に移送されることなく、その移送方向を後方に変更して第２流路３３を後方に向けて流通する。この排ガスに対してＤＰＦ６から直接的に第２流路３３内に導入された排ガスが合流し、これらの排ガスは、移送方向を下方に変更されながら下流側連通路３６を経て折返室１５内の下側に案内され、旋回を伴って下段排気通路４のＮＯx触媒８に導入される。

以上のようにＤＰＦ６から折返室１５内に導入された排ガスは、第１及び第２ガイド板３１，３５の案内により、折返室１５内の下側への直接的な移送を規制されながら、上流側連通路３及び下流側連通路４で移送方向を変更されてＮＯx触媒８に導入される。従って、重複する説明はしないが、折返室１５内での排ガスの移送方向の変更により、尿素水溶液の拡散を促進できると共に、噴射ノズル２３からＮＯx触媒８までの排ガスの経路長を延長化して尿素水溶液の拡散時間を十分に確保でき、もって、ＮＯx触媒８の各部位にアンモニアを均一に供給してＮＯx浄化性能を向上することができる。

また、本実施形態では第１流路３２内に尿素水溶液を噴射するように噴射ノズル２３を配設しているため、噴射ノズル２３は折返室１５内の最も上流に位置し、第１実施形態と同じく排ガスの移送経路長を最大限に延長化でき、尿素水溶液を一層良好に拡散させることができる。
以上で実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態に限定されるものではない。例えば上記各実施形態では、上段排気通路３内に上流側後処理装置として前段酸化触媒５及びＤＰＦ６を収容し、下流側後処理装置としてＮＯx触媒８及び後段酸化触媒７を収容したが、これに限ることはなく、上流側後処理装置としては少なくともＤＰＦ６を含むものであり、下流側後処理装置としては少なくとも選択還元型ＮＯx触媒８を含むものであればよい。従って、例えばＤＰＦ６に触媒を担持することにより前段酸化触媒５を廃したり、或いは下流側後処理装置として加水分解触媒を追加したりしてもよい。

また、ケーシング２の形状に関しても、上記各実施形態のように上下に排気通路３，４を並設した縦型のケーシング２に限ることはなく、例えば左右或いは前後に排気通路３，４を併設した横型のケーシングとして具体化してもよい。
また、上記第１実施形態では、撹拌リング２２内に尿素水溶液を噴射するように噴射ノズル２３を配設し、第２実施形態では、第１流路３２内に尿素水溶液を噴射するように噴射ノズル２３を配設した。これらの構成は、排ガスの移送経路長を延長化するための最も望ましい態様であるが、必ずしもこれに限ることはなく、折返室１５内の上記以外の箇所に噴射ノズル２３を配設してもよい。

第１実施形態のエンジンの排気浄化装置を示す断面図である。同じく排気浄化装置を示す図１のII−II線断面図である。同じく折返室内での排ガスの移送経路を示す図１のIII−III線断面図である。折返室内での排ガスの移送経路を示す斜視図である。第２実施形態のエンジンの排気浄化装置を示す断面図である。同じく排気浄化装置を示す図５のXI−XI線断面図である。同じく折返室内での排ガスの移送経路を示す図５のXII−XII線断面図である。折返室内での排ガスの移送経路を示す斜視図である。特許文献１に記載された排気浄化装置を示す断面図である。同じく排気浄化装置を示す図９のX−X線断面図である。同じく折返室内での排ガスの移送経路を示す図９のXI−XI線断面図である。折返室内での排ガスの移送経路を示す斜視図である。

符号の説明

２ケーシング
５前段酸化触媒（上流側後処理装置）
６ＤＰＦ（上流側後処理装置）
７後段酸化触媒（下流側後処理装置）
８ＮＯx触媒（下流側後処理装置）
１０拡張室
１１導入管
１２排出管
１５折返室
１６，３１第１ガイド板
１７，３２第１流路
１８，３３第２流路
１９，３４上流側連通路
２０，３５第２ガイド板
２１，３６下流側連通路
２２撹拌リング
２２ａ孔
２３噴射ノズル

Claims

ケーシング内に収容されて少なくともパティキュレート捕集用のフィルタを含み、一端がエンジン側と接続された上流側後処理装置と、
上記ケーシング内に上記上流側後処理装置と並列して収容されて少なくとも選択還元型ＮＯx触媒を含み、一端が排気下流側と接続された下流側後処理装置と、
上記ケーシング内において上記上流側後処理装置及び下流側後処理装置の他端に形成されて、上記フィルタ及び上記ＮＯx触媒が内部に開口する折返室と、
上記折返室内の上記フィルタの開口部に配設されて、該フィルタを流通後の排ガスの移送方向を変更する第１ガイド板と、
上記折返室内の上記フィルタ側と上記ＮＯx触媒側との間に配設され、上記フィルタを流通後の排ガスの直接的なＮＯx触媒側への移送を規制する第２ガイド板と、
上記折返室内の一側に配設され、尿素水溶液を噴射する噴射ノズルと
を備えたことを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
上記第１ガイド板は、上記折返室内の上記フィルタの開口部近傍をフィルタ側の第１流路と反フィルタ側の第２流路とに区画すると共に、一側に上記第１流路及び第２流路を連通させる上流側連通路を形成し、
上記第２ガイド板は、上記第１ガイド板の上記ＮＯx触媒側に配設されて上記折返室を上記フィルタ側と上記ＮＯx触媒側とに区画すると共に、上記上流側連通路の反対側に形成した下流側連通路を介して上記第２流路を上記折返室のＮＯx触媒側と連通させることを特徴とする請求項１記載のエンジンの排気浄化装置。
上記第１ガイド板は、上記折返室内の上記フィルタの開口部近傍をフィルタ側の第１流路と反フィルタ側の第２流路とに区画すると共に、一側に上記第１流路及び第２流路を連通させる上流側連通路を形成し、
上記第２ガイド板は、上記第１ガイド板の上記ＮＯx触媒側に配設されて上記折返室を上記フィルタ側と上記ＮＯx触媒側とに区画すると共に、上記上流側連通路の反対側に形成した下流側連通路を介して上記第２流路を上記折返室のＮＯx触媒側と連通させ、
上記第１流路には、上記フィルタの開口部から連続するように環状の撹拌リングが配設され、該撹拌リングの上記上流側連通路側には多数の孔が形成され、該撹拌リングの反上流側連通路側に上記噴射ノズルが配設されていることを特徴とする請求項１記載のエンジンの排気浄化装置。
上記第１ガイド板は、上記折返室内の上記フィルタの開口部近傍を反ＮＯx触媒側の第１流路とＮＯx触媒側の第２流路とに区画すると共に、一側に上記第１及び第２流路を連通させる上流側連通路を形成し、
上記第２ガイド板は、上記第１ガイド板の上記ＮＯx触媒側で該第１ガイド板に対して略平行で互い違いとなるように配設され、上記折返室を上記フィルタ側と上記ＮＯx触媒側とに区画すると共に、上記上流側連通路の反対側に形成した下流側連通路を介して上記第２流路を上記折返室のＮＯx触媒側と連通させることを特徴とする請求項１記載のエンジンの排気浄化装置。
ケーシング内に収容されて少なくともパティキュレート捕集用のフィルタを含む上流側後処理装置と、
上記ケーシング内に上記上流側後処理装置と並列して収容されて少なくとも選択還元型ＮＯx触媒を含む下流側後処理装置と、
上記ケーシング内において上記上流側後処理装置及び下流側後処理装置の一端に形成されて、両後処理装置を相互に連通させる折返室と、
上記折返室内の一側に配設され、尿素水溶液を噴射する噴射ノズルと、
上記ケーシング内において上記上流側後処理装置及び下流側後処理装置の他端に形成されて、上記上流側後処理装置と連通すると共に、上記下流側後処理装置に対して閉塞する拡張室と、
上記拡張室の上記下流側後処理装置側に接続され、エンジンからの排ガスを拡張室内に導入する導入管と、
上記拡張室内で上記下流側後処理装置に一端を接続され、通路断面を縮小しながら上記拡張室内を貫通して他端を上記ケーシング外壁に開口させる集合室と、
上記ケーシング外壁に開口する上記集合室の他端に接続されて、該集合室を経て上記下流側後処理装置を流通後の排ガスを排気下流側に移送する排出管と
を備えたことを特徴とするエンジンの排気浄化装置。