JP2011021496A - Exhaust emission control device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ガソリンエンジンやデイ−ゼルエンジン等の内燃機関に用いられる排気ガス浄化装置であって、パーティキュレート(粒子状物質)および窒素酸化物(NOx)を浄化する排気ガス浄化装置に関する。 The present invention relates to an exhaust gas purification device used in an internal combustion engine such as a gasoline engine or a diesel engine, and relates to an exhaust gas purification device that purifies particulates (particulate matter) and nitrogen oxides (NOx).
エンジンの排ガス規制は年々厳格なものとなっており、後処理装置である排気ガス浄化装置は、パーティキュレートと窒素酸化物との両者の浄化が求められている。
例えばディーゼルエンジンでは、パーティキュレートの捕集には、DPF(Diesel Particulate Filter)が採用され、窒素酸化物(NOx)の低減のためには、例えばNOx浄化触媒や、NOx吸蔵浄化触媒等のDeNOx触媒が採用される。
Engine exhaust gas regulations are becoming stricter year by year, and exhaust gas purifying devices that are aftertreatment devices are required to purify both particulates and nitrogen oxides.
For example, in a diesel engine, a DPF (Diesel Particulate Filter) is used for collecting particulates, and a DeNOx catalyst such as a NOx purification catalyst or a NOx occlusion purification catalyst is used to reduce nitrogen oxide (NOx). Is adopted.
このような、パーティキュレート処理のための第1後処理装置と、NOxのための第2後処理装置をエンジンの排気ガス管路に設けた場合、排気ガス管路は長大なものとなる。
また、排気ガス浄化装置は温度が低下すると充分な浄化性能が得られないため、一般に、排気ガス浄化装置をエンジン本体表面に接触させて、エンジン本体の熱によって排気ガス浄化装置を加熱する。
When such a first post-processing device for particulate processing and a second post-processing device for NOx are provided in the exhaust gas pipe of the engine, the exhaust gas pipe becomes long.
In addition, since the exhaust gas purification device cannot obtain sufficient purification performance when the temperature is lowered, generally, the exhaust gas purification device is brought into contact with the surface of the engine body and the exhaust gas purification device is heated by the heat of the engine body.
そこで、特許文献1記載の排気ガス浄化装置は、排気ガス管路をコ字状に湾曲させて全体の長さを短縮している。
In view of this, the exhaust gas purifying apparatus described in
特許文献1の排気ガス浄化装置は、排気ガス管路の全長は抑えられるものの、全体として略直方体形状であるため、直方体状の収納スペースが必要になり、その配置は極めて限定されたものとなる。このため、エンジン本体の排熱を充分活用することができない。
Although the exhaust gas purification apparatus of
請求項1の発明による排気ガス浄化装置は、エンジン本体の排気ガス通路に配置されたパーティキュレート(粒子状物質)捕集のための第1後処理装置と、窒素酸化物(NOx)低減のための第2後処理装置と、前記第1後処理装置と前記第2後処理装置とを連通する排気ガス連通部とを備え、前記第1後処理装置と、前記第2後処理装置とをエンジン本体の隣接二表面にそれぞれ沿うように配設したことを特徴とする。 An exhaust gas purifying device according to a first aspect of the present invention includes a first aftertreatment device for collecting particulates (particulate matter) disposed in an exhaust gas passage of an engine body, and for reducing nitrogen oxides (NOx). A second aftertreatment device, and an exhaust gas communication portion that communicates the first aftertreatment device and the second aftertreatment device, and the first aftertreatment device and the second aftertreatment device are engine-operated. It is characterized by being arranged along two adjacent surfaces of the main body.
請求項2の発明による排気ガス浄化装置は、前記第2後処理装置のための還元剤を噴射供給する噴射手段をさらに備え、第1後処理装置を第2後処理装置よりも排気ガス通路の上流側に配置し、前記噴射手段を、第1後処理装置よりも下流側に配置したことを特徴とする。 An exhaust gas purification apparatus according to a second aspect of the present invention further comprises injection means for supplying and supplying a reducing agent for the second post-treatment device, and the first post-treatment device is disposed in the exhaust gas passage more than the second post-treatment device. It arrange | positions in the upstream and the said injection means is arrange | positioned in the downstream rather than the 1st post-processing apparatus, It is characterized by the above-mentioned.
請求項3の発明による排気ガス浄化装置は、前記エンジン本体に、一表面(第1表面という。)に対向して配置されたエンジンファンと、少なくとも前記第1表面の裏側の表面(第2表面という。)に沿って、前記第1後処理装置または第2後処理装置を配置することを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, there is provided an exhaust gas purifying device comprising: an engine fan disposed on the engine body so as to face one surface (referred to as a first surface); and at least a back surface (second surface) of the first surface. The first post-processing apparatus or the second post-processing apparatus is arranged along the line.
請求項4の発明による排気ガス浄化装置は、前記第1後処理装置と、前記第2後処理装置と、前記排気ガス連通部とを分離可能に締結したことを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an exhaust gas purification apparatus, wherein the first post-treatment device, the second post-treatment device, and the exhaust gas communication portion are fastened in a separable manner.
本発明による排気ガス浄化装置は、パーティキュレート(粒子状物質)捕集のための装置および窒素酸化物(NOx)低減のための装置をエンジン本体の熱で加熱しつつ、コンパクト構成することができる。 The exhaust gas purifying apparatus according to the present invention can be compactly configured while heating the apparatus for collecting particulates (particulate matter) and the apparatus for reducing nitrogen oxides (NOx) with the heat of the engine body. .
以下、本発明による排気ガス浄化装置の実施の形態を、添付図面に従って詳細に説明する。 Embodiments of an exhaust gas purification apparatus according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.
−第1の実施の形態−
排気ガス浄化装置は、例えば、図1および図2に示す産業車両に搭載されたエンジン本体100に設けられる。産業車両は、走行体200と、走行体200上に旋回可能に搭載された上部旋回体202とを有し、エンジン本体100は上部旋回体202内に設けられる。
-First embodiment-
The exhaust gas purification device is provided, for example, in the engine
上部旋回体202内には、キャブ204、燃料タンク206、作動油タンク208、旋回装置210が設けられ、上部旋回体202最後部にはカウンターウエイト212が、最前部にはフロント214が設けられ、エンジン本体100はカウンターウエイト212の前方に配置される。エンジン本体100には、油圧ポンプ102が連結されている。これら多数の装置に加え、上部旋回体202内には、装置間を繋ぐ油圧ホース、電気配線、これらを固定する治具等が設けられ、エンジン周辺空間は狭小である。
In the
図3及び図4に示すように、エンジン本体100の一側面(以下、第1表面という。)S1には、エンジン本体100を空冷するエンジンファン110が設けられ、第1表面S1の裏側の側面(以下、第2表面という。)S2には、エンジン出力を安定化させるフライホイール108が設けられる。第2表面S2の上部には、排気ガス再循環システム(EGR)のEGR配管328が設けられている。EGR配管328は、エンジン表面S4の上部に突設された排気マニホルド350に排気された排気ガスを吸気管路360へ導入するものである。排気マニホルド350には、排ガスにより駆動されるターボチャージャ106が接続されている。ターボチャージャ106は吸気マニホルド360へ圧縮空気を送り込む。ターボチャージャ106の排気ガス排気管路は、排ガス取込部304を介して排気ガス浄化装置300に接続されている。ターボチャージャ106から排出される排気ガスは排気ガス浄化装置300を通って浄化され、排ガス排出部312から大気に開放される。
As shown in FIGS. 3 and 4, an
図3と図4を参照して排気ガス浄化装置300を詳細に説明する。排気ガス浄化装置300は、パーティキュレート(粒子状物質)捕集のための第1後処理装置306と、窒素酸化物(NOx)低減のための第2後処理装置308とを備える。第1後処理装置306は、排気ガス上流側に配置され、エンジン本体100の側面S4に接するように水平に配置されている。第2後処理装置308は、排気ガス下流側に配置され、エンジン本体100の上面S5に接するように配置されている。第1後処理装置306と、第2後処理装置308とは、排気ガス連通部310によって連結されている。
The exhaust
第1後処理装置306と第2後処理装置308とを接続する排気ガス連通部310には、第2後処理装置308のための還元剤(尿素水等)を噴射供給する還元剤噴射ノズル(噴射手段)326が設けられ、還元剤噴射ノズル326には還元剤ポンプ322が接続されている。還元剤ポンプ322には還元剤タンク324が接続されている。還元剤ポンプ322および還元剤タンク324はエンジン本体100の上面S5に近接または密着して配設されている。還元剤ポンプ322は、還元剤タンク324に貯留された還元剤を還元剤噴射ノズル326に送給する。
A reducing agent injection nozzle (which supplies and supplies a reducing agent (urea water or the like) for the second
図5に示すように、第1後処理装置306は、排気ガス取込部304の下流側に配置され酸化触媒が収容された触媒管路314と、触媒管路314の下流側に配置されたDPF(Diesel Particulate Filter)316とを備えている。触媒管路314とDPF316とは、フランジ328において、螺子部材330によって連結されている。
As shown in FIG. 5, the
図5に示すように、第2後処理装置308は、排気ガス連通部310の下流側に配置され内部にNOx触媒が収容された第1触媒管路318と、第1触媒管路318の下流側に配置され内部に酸化触媒が収容された第2触媒管路320とを備えている。第1触媒管路318と第2触媒管路320とは、フランジ328において、螺子部材330によって連結されている。
As shown in FIG. 5, the
排気ガス連通部310は、第1後処理装置306に設けられた入口部310A、第2後処理装置308に設けられた出口部310B、入口部310Aと出口部310Bとを連通する連通部310Cとを備え、入口部310Aと連通部310C、出口部310Bと連通部310Cは、それぞれフランジ328において螺子部材330によって連結されている。
The exhaust
このように構成された排気ガス浄化装置300による排気ガス浄化装置の作用を説明する。
エンジン本体100から排気マニホルド350に排出された排気ガスはターボチャージャ106を駆動し、ターボチャージャ106は吸気ガスを圧縮して吸気マニホルド360に導入する。ターボチャージャ106を駆動した排気ガスは排気ガス浄化装置300に流入して粒子状物質と窒素酸化物が除去されて排気される。
An operation of the exhaust gas purifying apparatus by the exhaust gas purifying
The exhaust gas discharged from the
第1後処理装置306では、酸化触媒管路314内の酸化触媒によりCOやHCが除去され、DPFが収容されたDPF管路316によりパーティクルが除去される。酸化触媒もDPFも温度が高いほど活性化されるので、酸化触媒管路314とDPF管路316をエンジン本体の熱で加熱することにより、第1後処理装置306の排気ガス浄化機能を向上することができる。
In the first
第1後処理装置306でCO,HC及びパーティクルが除去された排気ガスは、連通配管310に流れ込み、ここで排気ガスに噴射ノズル326から尿素水が噴射される。尿素水が噴霧された排気ガスはNox触媒管路318に流入して還元されてNoxが低減される。さらに、排気ガスは酸化触媒管路320に流入してCO、HCがさらに除去されて排気ガス排出部312から大気に排出される。
The exhaust gas from which CO, HC, and particles have been removed by the first
還元剤ポンプ322および還元剤タンク324がエンジン本体100の熱で加熱されており、低温環境下においても、還元剤は容易に融解し、噴射ノズル326から効果的に排気ガスに混入することができる。その結果、Nox触媒管路318内において、排気ガス中のNOxを効率よく除去することができる。
The reducing
このように構成された排気ガス浄化装置300による排気ガス浄化装置では以下のような効果を奏する。
(1)パーティキュレート(粒子状物質)捕集のための第1後処理装置306と窒素酸化物(NOx)低減のための第2後処理装置308とをエンジン本体100の隣接する二表面S4,S2にそれぞれ沿うように配設した。したがって、排気ガス浄化装置300はエンジン本体100から熱を受けてより活性化された状態で、排気ガス中からパーティキュレート、CO、HC、および窒素酸化物(NOx)を除去することができ、排気ガス浄化装置300を大型化することなく、上記排気ガス内の有害物質を法規制の基準値以内に収めることができる。また、油圧ショベルのようにエンジン周囲スペースが狭小である作業機械であっても、法規制基準値をクリアする排気ガス浄化装置300をエンジン本体100の周囲にコンパクトに配設することができる。
The exhaust gas purifying apparatus using the exhaust
(1) A first
(2)第1後処理装置306と、第2後処理装置308とを、エンジン本体100の別個の表面S4、S5に沿うように配置している。そのため、エンジン本体100周囲の狭小な空間に排気ガス浄化装置300を収容できる。また、第2後処理装置308は、第1後処理装置306が配置される表面S4とは別個の、表面S5上に配置されるので、ターボチャージャ106の位置にあわせて、第1後処理装置306の配置を自由に設定できる。
(2) The first
(3)第2後処理装置308でNoxを除去するための尿素水(還元剤)を噴射供給する噴射ノズル326を排気ガス連通部310に配設し、第2後処理装置308の前段にNox触媒管路318を、後段に酸化触媒管路320を設けたので、効果的にNox、COおよびHCを除去することができる。すなわち、尿素水を排気ガス中に噴射すると排気ガス温度が低下する。そのため、酸化触媒管路320を前段に配置した場合は酸化触媒でCOやHCを十分除去することができないおそれがある。
(3) An
(4)還元剤ポンプ322および還元剤タンク324をエンジン本体100の上面S5に密着して配設している。そのため、低温環境下においても、還元剤は容易に融解し、効果的に、排気ガスに混入し、排気ガスと接触してNOxを効率よく除去することができる。また、還元剤の結晶化を防止することができる。
(4) The reducing
(5)第1後処理装置306と第2後処理装置308、触媒管路314とDPF316、NOx触媒用の第1触媒管路318と酸化触媒用の第2触媒管路320は、フランジ228によるボルト締結機構で締結されている。そのため、ボルトを緩めるだけでそれぞれを分解することができ、排気ガス浄化装置300の分解性、メンテナンス性が向上する。
(5) The first
−第2の実施の形態−
次に、本発明による排気ガス浄化装置の第2の実施の形態を図6〜図8に基づいて説明する。なお、図中、第1の実施の形態と同一もしくは相当部分には同一符号を付し、説明を省略する。
-Second Embodiment-
Next, a second embodiment of the exhaust gas purifying apparatus according to the present invention will be described with reference to FIGS. In the figure, the same or corresponding parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
第2の実施の形態による排気ガス浄化装置では、第2後処理装置308がエンジン本体100の側面S2に沿ったEGR配管328に近接もしくは密着して配設されている。図6、図7に示すように、第2後処理装置308は、EGR配管328に隣接しつつ側面S2に沿って、第1後処理装置306と略同一高さで水平に配設されている。排気ガス連通部310は側面S4に沿いつつ第1後処理装置306と第2後処理装置308とを連結している。
In the exhaust gas purifying apparatus according to the second embodiment, the
側面S2に直交して隣接する側面S4の上部にはエンジン本体100から排気マニホルド350が突設している。エンジンファン110と第2後処理装置308との間には、エンジン本体100,排気マニホルド350,および第1後処理装置306とが介在する。
An
このように、第2後処理装置308はエンジン本体100の側面S2に沿ったEGR配管328に近接もしくは密着して配設されているので、EGR配管328の熱やエンジン本体の熱により加熱される。また、エンジン本体100、EGR配管328、排気マニホルド350、第1後処理装置306によって、エンジンファン110の冷却風が遮られるので、冷却風が第2後処理装置308に直接あたることがない。第1の実施の形態における第2後処理装置308はエンジン本体100の上面S5に配設されており、エンジンの熱により加熱されるが、エンジンファン110の冷却風で冷却されてしまう。そのため、エンジンの熱を浄化効率改善に十分使用することができない。その点、第2の実施の形態による第2後処理装置308は、ファンからの冷却風により冷却されず、エンジンの熱やEGR配管328の熱をより有効に利用でき、排気ガス浄化装置300の浄化効率をより一層高めるという効果が得られる。
As described above, since the
なお、第2後処理装置308に代えて第1後処理装置306を側面S2に沿って配置することも可能である。この場合、第2後処理装置308の配設位置については、エンジン本体の側面S2に隣接する側面S4、上面S5のいずれでもよい。
Note that the
また、EGRシステムを採用しないディーゼルエンジンにも本発明を適用することができる。したがって、本発明による排気ガス浄化装置は、エンジン本体の排気ガス通路に配置されたパーティキュレート(粒子状物質)捕集のための第1後処理装置と、窒素酸化物(NOx)低減のための第2後処理装置とをエンジン本体の隣接二表面にそれぞれ沿うように配設した構成を最小限備えた排気ガス浄化装置であればどのような構成を採用してもよい。 Further, the present invention can also be applied to a diesel engine that does not employ an EGR system. Therefore, the exhaust gas purification device according to the present invention includes a first aftertreatment device for collecting particulates (particulate matter) disposed in the exhaust gas passage of the engine body, and a nitrogen oxide (NOx) reduction. Any configuration may be adopted as long as the exhaust gas purifying device is provided with a minimum configuration in which the second aftertreatment device is disposed along two adjacent surfaces of the engine body.
100 エンジン本体
110 エンジンファン
300 排気ガス浄化装置
304 排気ガス取込部
306 第1後処理装置
308 第2後処理装置
310 排気ガス連通部
326 還元剤噴射ノズル
328 EGR配管
DESCRIPTION OF
Claims (4)
窒素酸化物(NOx)低減のための第2後処理装置と、
前記第1後処理装置と前記第2後処理装置とを連通する排気ガス連通部と、
を備え、
前記第1後処理装置と前記第2後処理装置とをエンジン本体の隣接二表面にそれぞれ沿うように配設したことを特徴とする排気ガス浄化装置。 A first aftertreatment device for collecting particulate (particulate matter) disposed in an exhaust gas passage of the engine body;
A second aftertreatment device for reducing nitrogen oxides (NOx);
An exhaust gas communication portion for communicating the first post-treatment device and the second post-treatment device;
With
An exhaust gas purifying apparatus, wherein the first aftertreatment device and the second aftertreatment device are arranged along two adjacent surfaces of the engine body.
前記第2後処理装置のための還元剤を噴射供給する噴射手段をさらに備え、
前記第1後処理装置は前記第2後処理装置よりも排気ガス通路の上流側に配置され、
前記噴射手段を、前記第1後処理装置よりも下流側に配置したことを特徴とする排気ガス浄化装置。 The exhaust gas purification device according to claim 1,
An injection means for supplying and supplying a reducing agent for the second aftertreatment device;
The first aftertreatment device is disposed upstream of the second aftertreatment device in the exhaust gas passage,
An exhaust gas purifying apparatus, wherein the injection means is disposed downstream of the first post-treatment device.
前記エンジン本体には、一表面(第1表面)に対向して配置されたエンジンファンと、少なくとも前記第1表面の裏側の表面(第2表面)に沿って、前記第1後処理装置または第2後処理装置を配置したことを特徴とする排気ガス浄化装置。 The exhaust gas purification apparatus according to claim 1 or 2,
The engine body includes an engine fan disposed opposite to one surface (first surface) and at least the first post-processing device or the second surface along the surface (second surface) on the back side of the first surface. 2. An exhaust gas purifier having an aftertreatment device.
前記第1後処理装置と、前記第2後処理装置と、前記排気ガス連通部とを分離可能に互いに連結したことを特徴とする排気ガス浄化装置。
The exhaust gas purification apparatus according to any one of claims 1 to 3,
The exhaust gas purifying apparatus, wherein the first aftertreatment device, the second aftertreatment device, and the exhaust gas communication portion are connected to each other so as to be separable.
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