JP2012002082A

JP2012002082A - 排気浄化触媒装置及び排気浄化装置

Info

Publication number: JP2012002082A
Application number: JP2010135454A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Fujita; 博昭藤田
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2010-06-14
Filing date: 2010-06-14
Publication date: 2012-01-05
Also published as: WO2011157323A1

Abstract

【課題】重量増やコスト増を招くことなく、圧力損失及び排気温度の低下を抑制できるようにした排気浄化触媒装置及び排気浄化装置を提供する。
【解決手段】筒状ケーシング２１と、筒状ケーシング２１の軸方向に直列に配置された少なくとも２つの選択還元型触媒２２と、筒状ケーシング２１内の２つの選択還元型触媒２２の相互間に設けられた第１空間２６と、筒状ケーシング２１内の両端にそれぞれ設けられた第２空間２７と、第１空間２６と両第２空間２７とのいずれか一方に設けられた排気入口２４と、第１空間２６と両第２空間２７との他方に設けられた排気出口２５とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関し、特に排気中のＮＯｘ（窒素酸化物）を除去する排気浄化触媒装置及びこの排気浄化触媒装置が設置された排気浄化装置に関する。

内燃機関（以下、エンジンという）の排気中に含まれる汚染物質の１つであるＮＯｘを還元して排気を浄化するための排気浄化装置として、エンジンの排気通路に選択還元型触媒（以下、ＳＣＲ触媒という）を設置し、還元剤としてアンモニアをＳＣＲ触媒に供給することにより、排気中のＮＯｘを還元するようにした排気浄化装置が用いられている。
このＳＣＲ触媒を用いた排気浄化装置では、ＳＣＲ触媒の上流側の排気中に尿素水を供給することにより、排気熱によって尿素水から分解して生じたアンモニアがＳＣＲ触媒に供給される。ＳＣＲ触媒は、軸方向に互いに平行な微小な穴が複数連通したハニカム構造の担体に、触媒金属が担持されている。ＳＣＲ触媒に供給されたアンモニアは一旦ＳＣＲ触媒に吸着し、このアンモニアと排気中のＮＯｘとの間の脱硝反応がＳＣＲ触媒によって促進されることによりＮＯｘの還元が行われる。

ところで、量産性の観点から、ＳＣＲ触媒は規格化されており、この規格品のＳＣＲ触媒では、１つのＳＣＲ触媒で還元されるＮＯｘの量はある程度限られている。このため、大型トラック等の排気量の多いエンジン（通常はディーゼルエンジン）の場合には、複数のＳＣＲ触媒を搭載して触媒容量を確保する場合がある。この場合、図１３に示すように、複数（図１３では２つ）のＳＣＲ触媒６２を１つのケーシング６１内に直列に配設されたものがある（特許文献１の図２参照）。このとき、ＳＣＲ触媒６２外周のケーシング６１内周に対する寸法誤差を許容するために、ＳＣＲ触媒の外周はマット材６９で包囲されている。

また、図１４に示すように、複数（図１４では２つ）のＳＣＲ触媒７２をそれぞれケーシング７１内に収納し、その複数のケーシング７１を並列に配設して、排気入口７４ａ，７４ａの上流端を入口パイプ７４に接続し集合させると共に、各ケーシング７１の排気出口７５ａ，７５ａの下流端を出口パイプ７５に接続し集合させたものもある（特許文献１の図３参照）。図１３及び図１４に示すような一般的な触媒装置では、ＳＣＲ触媒だけでなく、ケーシングも規格品のもの（規定寸法の円筒形状のもの）を適用することができる。

また、並列配設にはこの他に、図１５（ａ）に示すように、複数（図１５（ａ）では２つ）のＳＣＲ触媒８２をそれぞれケーシング８１内に収納し、その複数のケーシング８１を密閉した筐体８６内に並列に配設して、図１５（ｂ）に示すような長方形で円形の穴８８を設けた２つの仕切り板８７，８７により、ケーシング８１内の上流部，下流部を区画形成すると共に、ケーシング８１を保持するものもある。この場合は、特殊な形状のケーシングが用いられる。

特表平１０−５１１０３８号公報

しかしながら、図１３に示すように複数のＳＣＲ触媒６２を直列に配設したもの（直列流路方式）では、ＳＣＲ触媒単体の場合に比べ、ＳＣＲ触媒の数に応じて圧力損失が増大するという課題がある。一方、図１４に示すように複数のＳＣＲ触媒７２を並列に配設したもの（並列流路方式）では、ＳＣＲ触媒単体の場合に比べ、ＳＣＲ触媒の数に応じて圧力損失は減少するという利点はあるが、複数のＳＣＲ触媒７２をそれぞれケーシング７１内に収納するため、装置が大型化して重量が増大し、これに伴ってコストも増大するという新たな課題が生じる。

また、図１５に示すように筐体８６内に複数のＳＣＲ触媒８２を並列に配設する場合は、仕切り板８７を設ける必要があるため、やはり装置が大型化して重量が増大し、コストも増大する。その上、ケーシングに規格品を用いることができないため、さらにコストが増大する。
また、ＳＣＲ触媒によりＮＯｘを還元するためには排気温度を高温のまま保持する必要があるが、図１４のような並列流路方式の場合は、複数のＳＣＲ触媒７２がそれぞれケーシング７１内に収納されているため、装置全体の表面積が増大し、図１３のような直列流路方式のものよりも断熱性が低下してしまうという課題がある。上記に加え、図１４に示すような並列流路方式の場合、排気が流入するパイプ７４ａが接続されるケーシング７１の端板７１ａの数がＳＣＲ触媒７２の数に応じて増加する。そのため、図中に示すような並列流路方式の場合は、高温の排気がケーシング７１内に流入してきても、外気と接する端板７１ａの数が多いため、触媒に流入する前に排気の温度が低下してしまい、一層放熱が促進されてしまうという課題がある。

また、排気浄化装置を車両の床下等に配置する際の搭載性についても、より配置自由度が高く搭載性の良いものが要求されている。
本発明はこのような課題に鑑み案出されたもので、重量増やコスト増を招くことなく、圧力損失及び排気温度の低下を抑制できるようにした排気浄化触媒装置及び排気浄化装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の排気浄化触媒装置は、筒状ケーシングと、上記筒状ケーシングの軸方向に直列に配置された少なくとも２つの選択還元型触媒と、上記筒状ケーシング内の上記２つの選択還元型触媒の相互間に設けられた第１空間と、上記筒状ケーシング内の両端にそれぞれ設けられた第２空間と、上記第１空間と上記両第２空間とのいずれか一方に設けられた排気入口と、上記第１空間と上記両第２空間との他方に設けられた排気出口とを備えることを特徴としている。

つまり、本発明の排気浄化触媒装置は、上記第１空間に設けられた排気入口と、上記両第２空間に設けられた排気出口とを備えること、又は、上記第１空間に設けられた排気出口と、上記両第２空間に設けられた排気入口とを備えることを特徴としている。
なお、上記両第２空間に設けられた上記排気入口又は上記排気出口を１つに集合させるパイプ集合部をさらに備えることが好ましい。

つまり、上記両第２空間に上記排気入口が設けられている場合のパイプ集合部は、上流側から下流側へ排気が分岐するように構成されており、上記両第２空間に上記排気出口が設けられている場合のパイプ集合部は、上流側から下流側へ排気が集合するように構成されていることが好ましい。
また、上記第１空間を中心に面対称に形成されていることが好ましい。

また、本発明の排気浄化装置は、排気流が車長方向に向くように配置された１次触媒装置と、上記１次触媒装置の下流側で排気流が車幅方向に向くように配置された２次触媒装置としての上記のいずれかに記載の排気浄化触媒装置と、上記１次触媒装置の出口部と上記２次触媒装置の入口部とを連通する連通路と、を備え、上記２次触媒装置が車長方向に対して上記１次触媒装置の後端よりも後方又は上記１次触媒装置の前端よりも前方にシフトして配置されていることを特徴としている。

上記連通路は、上記１次触媒装置の上記出口部から上記２次触媒装置側の車幅方向に延びる第１部分と、上記第１部分とは逆向きに上記２次触媒装置の上記入口部に向かって車幅方向に延びる第２部分と、上記第１部分と上記第２部分とを連結する滑らかに湾曲した第３部分とを有することが好ましい。さらに、上記第３部分は、上記筒状ケーシングの外周部に沿って三次元的に湾曲することが好ましい。

本発明の排気浄化触媒装置によれば、少なくとも２つの選択還元型触媒を１つの筒状ケーシング内に直列に配設しながらも、筒状ケーシングの両端に設けられた両第２空間に排気入口又は排気出口を設けることにより並列流路方式とすることができるため、直列流路方式はもとより選択還元型触媒単体と比べても圧力損失を抑制することができる。
また、並列流路方式を採用しながらも、複数の選択還元型触媒を１つの筒状ケーシング内に直列に配設するため、外気と接するケーシングの表面積が小さくなり、放熱を抑制することができる。さらに、選択還元型触媒の相互間に設けられた第１空間に排気入口を設けた場合、通常の並列流路方式のような外気と接するケーシングの端板がないため、排気の温度を低下させることなく、高温のまま選択還元型触媒に排気を流入させることができ、さらに放熱を抑制することができる。

また、選択還元型触媒の相互間に設けられた第１空間に排気入口を設けた場合は、排気入口と選択還元型触媒とは流通方向が交差する（例えば９０度違う）ため、排気入口から触媒までの間に渦流が発生し、選択還元型触媒の上流側で供給される還元剤としての尿素水の拡散が促進され、より均一に触媒に供給される。
さらに、１つの筒状ケーシング内に選択還元型触媒を配設するため、装置全体をコンパクトにすることができ、重量及びコストを抑制することができる。

以上により、エンジン性能向上，軽量化，低価格化及び排気中のＮＯｘの浄化率向上をバランスよく両立することができる。
また、両第２空間に設けられた排気入口を１つに集合させるパイプ集合部が備えられている場合は、排気入口から選択還元型触媒に流入する排気が略等分され、それに伴い排気流速も略半減するため、選択還元型触媒の上流側で供給される還元剤としての尿素水が触媒に流入するまでの時間を増大させることができ、尿素の加水分解によるアンモニアの生成及び排気への拡散が良好なものとなる。

一方、両第２空間に設けられた排気出口を１つに集合させるパイプ集合部が備えられている場合は、浄化された排気を１か所の出口から排出することができるため、周辺部品に熱害を与えない場所に誘導して高温の排気を排出することができる。
また、第１空間を中心に面対称に形成されている場合、各選択還元型触媒に流入する排気を略等分することができ、排気中のＮＯｘの浄化率をより向上させることができる。さらに、構成はより簡素になり、コスト低減を図ることができる。

本発明の排気浄化装置によれば、１次触媒装置及び２次触媒装置による排気浄化装置の車長方向の全長を抑えながら、１次触媒装置の車幅方向の設置の自由度を高めることができ、１次触媒装置の搭載性が良い。また、２次触媒装置の車長方向の設置の自由度も高めることができ、２次触媒装置の搭載性も良い。
また、連通路が、１次触媒装置の出口部から２次触媒装置側の車幅方向に延びる第１部分と、第１部分とは逆向きに２次触媒装置の入口部に向かって車幅方向に延びる第２部分と、第１部分と第２部分とを連結する滑らかに湾曲した第３部分とを有して構成されている場合、連通路の長さを十分確保することができ、尿素の混合を促進し、還元剤が均一に選択還元型触媒に供給される。

さらに、第３部分が筒状ケーシングの外周部に沿って湾曲している場合、ケーシングの外形に沿って連通路を設けることができるため、排気浄化装置全体の構成をよりコンパクトにしながら、連通路長さを確保することができる。

本発明の第１実施形態にかかる排気浄化触媒装置の原理を示す模式的な軸方向断面図である。本発明の第１実施形態にかかる排気浄化触媒装置の原理を示す模式的な斜視図である。本発明の第１実施形態にかかる排気浄化装置を示す全体構成図である。本発明の第２実施形態にかかる排気浄化装置を示す全体構成図である。本発明の第１及び第２実施形態にかかる排気浄化装置の連通路の第１変形例を示す模式的な斜視図である。本発明の第１及び第２実施形態にかかる排気浄化装置の連通路の第２変形例を示す模式的な断面図である。本発明の第１及び第２実施形態にかかる排気浄化装置の連通路の第３変形例を示す模式的な斜視図である。本発明の第３実施形態にかかる排気浄化触媒装置の原理を示す模式的な断面図である。本発明の第４実施形態にかかる排気浄化触媒装置の原理を示す模式的な断面図である。本発明の第５実施形態にかかる排気浄化触媒装置の原理を示す模式的な断面図である。本発明の第６実施形態にかかる排気浄化触媒装置の原理を示す模式的な断面図である。本発明の第７実施形態かかる排気浄化装置を示す概略図である。複数のＳＣＲ触媒を１つのケーシング内に直列に配設した場合の従来の課題を説明するための模式的な断面図である。複数のＳＣＲ触媒をそれぞれケーシング内に収納して並列に配設した場合の従来の課題を説明するための模式的な断面図である。複数のＳＣＲ触媒をそれぞれケーシング内に収納してさらに筐体内に並列に配設した場合の従来の課題を説明するための図であり、（ａ）は模式的な断面図、（ｂ）はケーシングを保持する仕切り板の模式的な図である。

以下、図面により、本発明の実施の形態について説明する。
〔第１実施形態〕
本発明の第１実施形態にかかる排気浄化触媒装置及び排気浄化装置について、図１〜図３を用いて説明する。
図３は、本実施形態にかかる排気浄化装置を示す全体構成図である。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３ではトラックへの搭載状態での内燃機関１及び排気浄化装置２の配置を示すもので、トラックの床下要部を二点鎖線で示している。なお、以下の説明では、車両を主体として前後方向及び左右方向を規定する。

トラックはラダーフレームのシャシー構造が採用されている。ラダーフレーム３０は、車体の前後方向全体に延設した左右一対のサイドレール３０ａを複数のクロスメンバ３０ｂ（１つのみ図示）により連結して構成され、このラダーフレーム３０上に内燃機関１等のパワープラント及び車体のキャビンや荷台３０ｃ等が搭載されている。図３では、ラダーフレーム３０の左右一対のサイドレール３０ａの一部、及び、ラダーフレーム３０上に設置された荷台３０ｃの一部を二点鎖線で示し、この荷台３０ｃの床下に排気浄化装置２が設置されている。

内燃機関１は、ラダーフレーム３０の左右のサイドレール３０ａ間に位置し、ここでは直列６気筒機関として構成されている。内燃機関１の各気筒には燃料噴射弁３１が設けられ、各燃料噴射弁３１はコモンレール３２から加圧燃料を供給され、開弁に伴って対応する気筒の筒内に燃料を噴射する。
内燃機関１の吸気側には吸気マニホールド３３が装着され、吸気マニホールド３３に接続された吸気通路３４には、上流側よりエアクリーナ３５，ターボチャージャ３６のコンプレッサ３６ａ及びインタークーラ３７が設けられている。また、内燃機関１の排気側には排気マニホールド３８が装着され、排気マニホールド３８には、コンプレッサ３６ａと同軸上に連結されたターボチャージャ３６のタービン３６ｂが接続されている。タービン３６ｂには排気通路３９が接続され、排気通路３９の途中に排気浄化装置２が設けられている。

一方、内燃機関１の後部には変速機４０が結合され、変速機４０の出力軸にはプロペラシャフト４１の前端が連結されている。プロペラシャフト４１は車体の床下で左右のサイドレール３０ａ間を後方に向けて延設され、その後端は図示しないディファレンシャルギアを介して左右の後輪に接続されている。
排気通路３９は、右側のサイドレール３０ａの下側において後方に向けて延設されている。一般的なトラックでは、そのまま排気通路３９が車体後部まで延設されて、この排気通路３９の途中に排気浄化装置２の各構成部材が直列配置されるが、本実施形態のトラックでは荷台の長さの関係で床下の前後スペースに制限があるため、排気通路３９を右側に取り回して側方排気している。この排気通路３９の取り回しの関係により、排気通路３９の途中に設置された排気浄化装置２のレイアウトも平面視でＬ字型に設置するものになっている。以下、詳述する。

排気通路３９の中流部には、排気の流れが車両の長手方向（車長方向）を向くように配置され、前後方向に沿った円筒状の筒状ケーシング１１を有する１次触媒装置１０が、右側のサイドレール３０ａの直下に接続されている。ケーシング１１の内部の上流側には前段酸化触媒１２が配置され、下流側には排気中に含まれる煤等の粒子状物質（Particulate Matter、以下、ＰＭと略称する）を捕集するためのパティキュレートフィルタ（Diesel Particulate Filter、以下、ＤＰＦと略称する）１３が配置され、さらにＤＰＦ１３の下流側には混合室１４と称される空間が形成されている。

ケーシング１１の混合室１４には、ケーシング１１を左右方向に貫通するように連通パイプ（連通路）１９が配設されている。連通パイプ１９は排気通路３９の一部を構成するものであり、最も一般的な円筒状パイプであって、その内径も排気通路３９と略等しく設定されている。本実施形態にかかる排気浄化装置２では、連通パイプ１９の上流端１９ａがケーシング１１を貫通するように配設され、連通パイプ１９の混合室１４内への露出部分（挿入部分）に連通パイプ１９の内外を連通させる孔（図示略）が貫設されており、これらの孔を介して混合室１４内と連通パイプ１９内とを相互に連通している。なお、混合室１４と連通パイプ１９との連通構造はこれに限られず、連通パイプ１９を出口側で片持ち支持にして噴射ノズル１５側を開放端にして連通するようにしてもよい。

連通パイプ１９の上流端１９ａには、噴射ノズル１５が固定されており、噴射ノズル１５は、図示しないタンクから圧送される尿素水を還元剤として連通パイプ１９内に任意に噴射可能に構成されている。上記した内燃機関１の各気筒の燃料噴射弁３１や噴射ノズル１５等のデバイス類及び図示しないセンサ類はＥＣＵ（電子コントロールユニット）４２に接続されており、燃料噴射弁３１や噴射ノズル１５等のデバイス類は、センサ類からの検出情報に基づいてＥＣＵ４２により駆動制御される。

１次触媒装置１０内を通過した排気は、これらの孔等の出口部を介して連通パイプ１９内へ流出する。連通パイプ１９の下流端１９ｂは、後述する２次触媒装置としての排気浄化触媒装置２０の筒状ケーシング２１の外周面に溶接されており、１次触媒装置１０の出口部と排気浄化触媒装置２０の入口部としての排気入口２４とを連通している。
２次触媒装置としての排気浄化触媒装置２０は、右側のサイドレール３０ａの外側で、車長方向に対して１次触媒装置１０の後端１０ａよりも後方にシフトして、排気の流れが車幅方向を向くように配置されて、Ｌ字型の配置となっている。排気浄化触媒装置２０は、車幅方向に沿った筒状ケーシング２１の内部に、アンモニアの供給により排気中に含まれるＮＯｘを還元して排気を浄化する選択還元型触媒（ＳＣＲ触媒）２２と、余剰アンモニアを除去する後段酸化触媒２３とを備えて構成されている。さらに、排気浄化触媒装置２０には、排気通路３９の一部である出口パイプ２８ｂが設けられ、出口パイプ２８ｂは右側に湾曲形成されて車体側方に開口している。なお、出口パイプ２８ｂは排気通路３９の一部を構成するものである。

本実施形態にかかる排気浄化装置２は、排気浄化触媒装置２０が、車長方向に対して１次触媒装置１０の後端１０ａよりも後方にシフトして配置されているため、１次触媒装置１０及び２次触媒装置２０が直列配置されるものに比べ、排気浄化装置２の車長方向の全長を抑えながら、１次触媒装置１０の車幅方向の設置の自由度を高めることができ、１次触媒装置１０の搭載性が良い。さらに、軸方向に長い排気浄化装置２０の車長方向の配置自由度も確保することができる。

ここで、図１及び図２を用いて、本実施形態にかかる排気浄化触媒装置２０の原理を説明する。図１は本実施形態にかかる排気浄化触媒装置２０の軸方向断面図、図２はその斜視図である。
図１及び図２に示すように、排気浄化触媒装置２０は、円筒状の筒状ケーシング２１の内部に、アンモニアの供給により排気中に含まれるＮＯｘを還元して排気を浄化する選択還元型触媒（ＳＣＲ触媒）２２と、余剰アンモニアを除去する後段酸化触媒２３とが、それぞれ２つずつ配設されている。これらＳＣＲ触媒２２及び後段酸化触媒２３は、筒状ケーシング２１の軸方向に直列に配置されている。なお、ＳＣＲ触媒２２の数はこれに限られず、筒状ケーシング２１内に２つ以上のＳＣＲ触媒が配設されていてもよい。また、後段酸化触媒２３の位置もこれに限られず、筒状ケーシング２１内ではなく排気浄化触媒装置２０の下流側に別体として設けてもよい。

２つのＳＣＲ触媒２２は間隔をあけて配設されており、これらＳＣＲ触媒２２の相互間の空間（第１空間）２６に、排気入口２４が設けられている。２つのＳＣＲ触媒２２は、排気入口２４を挟んで向かい合わせになるように配設されており、ＳＣＲ触媒２２の下流側には後段酸化触媒２３がそれぞれ配設されている。後段酸化触媒２３は、それぞれの下流側から筒状ケーシング２１の端面まで間隔があくように設定されており、筒状ケーシング２１の両端にはそれぞれ空間（第２空間）２７が設けられている。この第２空間２７で筒状ケーシング２１の外周面には排気出口２５が設けられている。また、ＳＣＲ触媒２２及び後段酸化触媒２３外周の筒状ケーシング２１に対する寸法誤差を許容するために、ＳＣＲ触媒２２及び後段酸化触媒２３の外周（これらの外周も円筒状とする）はマット材２９で包囲されている。

筒状ケーシング２１の両端の外周面に設けられた２つの排気出口２５には、排気を１つに集合させる結合パイプ２８ａと出口パイプ２８ｂとからなるパイプ集合部２８が接続されている。結合パイプ２８ａは、筒状ケーシング２１の外周面に設けられた排気出口２５を介して第２空間２７と連通する第１部分２８１と、両端の第１部分２８１とを連結する第２部分２８２とから構成されており、出口パイプ２８ｂは、結合パイプ２８ａの第２部分２８２の中間部に連通されている。なお、図１〜図３及び後述の図４〜図１１では、結合パイプ２８ａの角部は直角に曲がって示されているが、実際は一定の半径Ｒをもってカーブして形成されている。

このような構成により、浄化された排気を１か所の出口から排出することができるため、周辺部品に熱害を与えない場所に誘導して高温の排気を排出することができる。なお、本実施形態にかかる排気浄化触媒装置２０は、第１空間２６を中心に面対称に形成されている。つまり、円筒状の第１空間２６の軸方向の中心部において、その軸方向と直交する面を中心として面対称に形成されている。

本実施形態にかかる排気浄化装置２及び排気浄化触媒装置２０は、上述のように構成されているので、以下のようにして排気は浄化される。
内燃機関１の運転中において、内燃機関１から排出された排気は、排気通路３９の上流部を経て１次触媒装置１０内に導入され、前段酸化触媒１２及びＤＰＦ１３を通過した後に混合室１４内に移送され、連通パイプ１９の各孔を経て連通パイプ１９内に導入される。そして、連通パイプ１９の内部を流通して２次触媒装置としての排気浄化触媒装置２０内に導入され、ＳＣＲ触媒２２及び後段酸化触媒２３を通過した後に排気出口２５を介して出口パイプ２８ｂを経て大気中に排出される。このとき、ＤＰＦ１３では排気中のＰＭが捕集され、ＳＣＲ触媒２２では排気中のＮＯｘが還元され、これらの作用により大気中への有害成分の排出が防止される。

以下、詳しく説明すると、ＤＰＦ１３で排気中のＰＭが捕集された後、連通パイプ１９の上流端に設けられた噴出ノズル１５から、排気中に尿素水が噴射される。噴射された尿素水は、連通パイプ１９内で排気と混合しながら、排気熱により加水分解されてアンモニアを生じ、排気入口２４から排気浄化触媒装置２０内のＳＣＲ触媒２２へ供給される。
このとき、排気入口２４とＳＣＲ触媒２２とは排気の流通方向が交差しているため、特に本実施形態では、排気流が排気入口２４から各ＳＣＲ触媒２２に向かう際にそれぞれ９０度と大きく変化するため、排気入口２４から流入した排気は、第１空間２６において渦流を生じる。これにより、尿素の拡散が促進され、より均一にＳＣＲ触媒２２に供給される。また、排気入口２４が第１空間２６に設けられており、外気と接する筒状ケーシング２１の端板がないため、排気の温度を低下させることなく、高温のままＳＣＲ触媒２２に排気を流入させることができる。

また、筒状ケーシング２１内に流入した排気は、その流通方向を変え、２つのＳＣＲ触媒２２に略均等に流入する。つまり、筒状ケーシング２１内に直列に配置しながらも、並列流路方式となっているため、直列流路方式はもとよりＳＣＲ触媒２２単体と比べても圧力損失を抑制することができる。ＳＣＲ触媒２２に供給されたアンモニアは、一旦ＳＣＲ触媒２２に吸着し、このアンモニアと排気中のＮＯｘとの間の脱硝反応がＳＣＲ触媒２２によって促進されることによりＮＯｘの還元が行われ、後段酸化触媒２３により余剰アンモニアが除去されて、排気出口２５を介して結合パイプ２８ａを通過し出口パイプ２８ｂから排出される。

ここで、本実施形態にかかる排気浄化装置２における連結パイプ１９の変形例を、図５〜図７に示す。連通パイプ１９は、噴射ノズル１５から供給された尿素水を十分拡散させるためにある程度の長さを要するが、本実施形態にかかる排気浄化触媒装置２０では、排気入口２４が筒状ケーシング２１の第１空間２６に設けられているため、１次触媒装置１０の出口部から排気浄化触媒装置２０の入口部までの距離が近くなり、連通パイプ１９の長さが短くなってしまう。以下に示す変形例は、これを解消するためのものである。

図５は、本実施形態にかかる排気浄化装置２の連通パイプ１９の第１変形例を示す模式的な斜視図である。図５に示す連通パイプ１９は、図示しない１次触媒装置１０の出口部から排気浄化触媒装置２０側の車幅方向に直線状に延びる第１直線部分（第１部分）１９ａと、排気浄化触媒装置２０の排気入口２４に向かって筒状ケーシング２１の外周面に沿うように湾曲する湾曲部分１９ｄとを有している。筒状ケーシング２１の外周は曲面であるため、排気入口２４は３６０度どの方向にも設けることができ、排気入口２４の場所に応じて連通パイプ１９の湾曲部分１９ｄの長さを調節することができる。

図６は、本実施形態にかかる排気浄化装置２の連通パイプ１９の第２変形例を示す模式的な断面図である。図６に示す連通パイプ１９は、１次触媒装置１０の出口部から排気浄化触媒装置２０側の車幅方向に直線上に延びる第１直線部分（第１部分）１９ａと、第１直線部分１９ａとは逆向きに排気浄化触媒装置２０の排気入口２４に向かって車幅方向に延びる第２直線部分（第２部分）１９ｂと、第１直線部分１９ａと第２直線部分１９ｂとを連結する滑らかに湾曲した第３部分１９ｃとを有しており、側方から見てＪ字型に形成されている。なお、本変形例では、連結パイプ１９は同一平面上で湾曲しているため、排気入口２４は１次触媒装置１０の出口部と同一平面状に形成されており、連結パイプ１９の長さの調整は、第１直線部分１９ａ及び第２直線部分１９ｂの長さ及び間隔で行うことができる。

図７は、本実施形態にかかる排気浄化装置２の連通パイプ１９の第３変形例を示す模式的な斜視図である。図７に示す連結パイプ１９は、図示しない１次触媒装置１０の出口部から排気浄化触媒装置２０側の車幅方向に直線状に延びる第１直線部分（第１部分）１９ａと、第１直線部分１９ａとは逆向きに排気浄化触媒装置２０の排気入口２４に向かって車幅方向に延びる第２直線部分（第２部分）１９ｂと、第１直線部分１９ａと第２直線部分１９ｂとを連結する滑らかに湾曲した第３部分１９ｃとを有している。

本変形例では、第３部分１９ｃは筒状ケーシング２１の外周部に沿って三次元的に湾曲している。また、筒状ケーシング２１の外周は曲面であるため、排気入口２４は３６０度どの方向にも設けることができ、排気入口２４の場所に応じて連通パイプ１９の第３部分１９ｃの長さを調節することができる。さらに、第２変形例と比べ、筒状ケーシング２１の外周部に沿って湾曲しているため、連通パイプ１９をコンパクトに構成することができる。

〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態にかかる排気浄化装置２について、図４を用いて説明する。なお、第１実施形態と同じ部材等は、第１実施形態の説明と同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
図４に示すように、本実施形態にかかる排気浄化装置２は、その配置に関連する部分を除いて第１実施形態のものと同様に構成されている。したがって、第１実施形態に示した１次触媒装置１０及び排気浄化触媒装置２０は、本実施形態にかかる排気浄化装置２に適用することができ、さらに、第１実施形態に示す連通パイプ１９の第１〜第３変形例（図５〜図７）についても、本実施形態にかかる排気浄化装置２に適用することができる。

本実施形態では、排気浄化触媒装置２０が、車長方向に対して１次触媒装置１０の側方に、排気の流れが車幅方向を向くように配置されて、Ｔ字型の配置となっている。また、１次触媒装置１０は、ケーシング１１の右側の母線部分が右側のサイドレール３０ａの右端と重なるようにサイドレール３０ａの下側に配置されている。
本実施形態にかかる排気浄化装置２は、上記のように構成されているため、第１実施形態に示す排気浄化触媒装置２０についての効果に加え、排気浄化装置２の車長方向の全長をより抑えることができる。ただし、本実施形態にかかる排気浄化装置２は、１次触媒装置１０の車幅方向の設置の自由度は低い。

〔第３実施形態〕
次に、本発明の第３実施形態にかかる排気浄化触媒装置について、図８を用いて説明する。なお、第１実施形態と同じ部材等は、第１実施形態の説明と同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
図８に示すように、本実施形態にかかる排気浄化触媒装置２０は、排気出口２５及びパイプ集合部２８に関連する部分を除いて第１実施形態に示した排気浄化触媒装置２０と同様に構成されている。

本実施形態にかかる排気浄化触媒装置２０の排気出口２５は、筒状ケーシング２１の両端面２１ａにそれぞれ設けられており、排気を１つに集合させる結合パイプ２８ａと出口パイプ２８ｂとからなるパイプ集合部２８が接続されている。結合パイプ２８ａは、筒状ケーシング２１の端面２１ａに設けられた排気出口２５を介して両第２空間２７と連通し、筒状ケーシング２１の軸方向に延びる部分と、その部分から筒状ケーシング２１の径方向に延びる部分とからなる第１部分２８１と、両端の第１部分２８１を連結する第２部分２８２とから構成されている。また、出口パイプ２８ｂは、結合パイプ２８ａの第２部分２８２の中間部に連通されている。

本実施形態にかかる排気浄化触媒装置２０は、上記のように構成されているため、第１実施形態に示す排気浄化触媒装置２０についての効果に加え、排気出口２５がＳＣＲ触媒２２及び後段酸化触媒２３と同様に筒状ケーシング２１の軸方向に設けられているため、後段酸化触媒２３を通過した排気をスムーズに排出することができる。また、浄化された排気を１か所の出口から排出することができるため、周辺部品に熱害を与えない場所に誘導して高温の排気を排出することができる。

なお、本実施形態にかかる排気浄化触媒装置２０は、第１及び第２実施形態に示した排気浄化装置２に適用することが可能である。この場合、本実施形態にかかる排気浄化触媒装置２０は、第１及び第２実施形態にかかる排気浄化触媒装置２０に比べて車幅方向に長くなるため、この点を考慮して車両に配置する必要がある。

〔第４実施形態〕
次に、本発明の第４実施形態にかかる排気浄化触媒装置について、図９を用いて説明する。なお、第１実施形態と同じ部材等は、第１実施形態の説明と同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

図９に示すように、本実施形態にかかる排気浄化触媒装置２０は、排気出口２５及びパイプ集合部２８に関連する部分を除いて第１実施形態に示した排気浄化触媒装置２０と同様に構成されている。
本実施形態にかかる排気浄化触媒装置２０の排気出口２５は、第３実施形態にかかる排気浄化触媒装置２０と同様に、筒状ケーシング２１の両端面２１ａにそれぞれ設けられているが、排気を１つに集合させるパイプ集合部２８は設けられていない。排気出口２５には、第２空間２７と連通する出口パイプ２８ｂのみ接続されており、浄化された排気は２か所の出口からそれぞれ排出される。

本実施形態にかかる排気浄化触媒装置２０は、上記のように構成されているため、第１実施形態に示す排気浄化触媒装置２０についての効果に加え、排気出口２５がＳＣＲ触媒２２及び後段酸化触媒２３と同様に筒状ケーシング２１の軸方向に設けられているため、後段酸化触媒２３を通過した排気をスムーズに排出することができるとともに、排気出口端での排気流速が半減するので圧力損失をさらに低減することができる。

なお、本実施形態にかかる排気浄化触媒装置２０は、第１及び第２実施形態に示した排気浄化装置２に適用することが可能である。この場合、本実施形態にかかる排気浄化触媒装置２０は、第１及び第２実施形態にかかる排気浄化触媒装置２０に比べて車幅方向に長くなり、この点を考慮して車両に配置する必要がある。
また、排気出口２５は、上記以外に、第１実施形態に示した排気浄化触媒装置２０と同様に、筒状ケーシング２１の外周部に設けてもよい。

〔第５実施形態〕
次に、本発明の第５実施形態にかかる排気浄化触媒装置について、図１０を用いて説明する。なお、第１〜第４実施形態と同じ部材等は、第１〜第４実施形態の説明と同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
図１０に示すように、本実施形態にかかる排気浄化触媒装置２０は、筒状ケーシング２１の両端にそれぞれ設けられた第２空間２７に排気入口２４が設けられ、第１空間２６に排気出口２５が設けられている。さらに、排気入口２４の上流側には、連通パイプ１９とその中間部で連通する分岐パイプ４８ａが接続されており、排気入口２４を介して両第２空間２７と連通している。本実施形態にかかる排気浄化触媒装置２０のパイプ集合部４８は、連通パイプ１９と分岐パイプ４８ａとで構成されている。

分岐パイプ４８ａは、筒状ケーシング２１の外周面に設けられた排気入口２４を介して両第２空間２７と連通する第１部分４８１と、両端の第１部分４８１を連結する第２部分４８２とから構成されており、連通パイプ１９は第２部分４８２の中間部に連通されている。一方、第１空間２６に設けられた排気出口２５には、出口パイプ２８ｂが接続されており、浄化された排気が排出される。

また、本実施形態にかかる排気浄化触媒装置２０においても、ＳＣＲ触媒２２及び後段酸化触媒２３は筒状ケーシング２１の軸方向に直列に配設されているが、排気の流通方向が第１〜第４実施形態に示したものと逆方向であるため、ＳＣＲ触媒２２が筒状ケーシング２１の両端側で、後段酸化触媒２３が筒状ケーシング２１の中心側にそれぞれ配設されている。なお、本実施形態にかかる排気浄化触媒装置２０は、上記部分以外は第１実施形態に示した排気浄化触媒装置２０と同様に構成されている。

本実施形態にかかる排気浄化触媒装置２０は、上述のように構成されているので、連通パイプ１９の内部を流通してきた排気は、パイプ集合部４８の分岐パイプ４８ａに流入し、略等分され、それに伴い流速も略半減する。このため、排気浄化触媒装置２０の上流側で供給される尿素水がＳＣＲ触媒２２に流入するまでの時間を増大させることができ、尿素の加水分解によるアンモニアの生成及び排気への拡散が良好なものとなる。

分岐パイプ４８ａを通過した排気は、筒状ケーシング２１の両端に設けられた排気入口２４を介して、両第２空間２７へ導入され、ＳＣＲ触媒２２及び後段酸化触媒２３を通過した後に排気出口２５を介して出口パイプ２８ｂを経て大気中に排出される。分岐パイプ４８ａにより筒状ケーシング２１内に流入する排気は、２つのＳＣＲ触媒２２に略等分されて流入するため、筒状ケーシング２１内に直列に配置しながらも、並列流路方式とすることができ、直列流路方式はもとよりＳＣＲ触媒２２単体と比べても圧力損失を抑制することができる。

なお、本実施形態にかかる排気浄化触媒装置２０は、第１及び第２実施形態に示した排気浄化装置２に適用することが可能である。この場合、本実施形態にかかる排気浄化触媒装置２０は、分岐パイプ４８ａ及び筒状ケーシング２１の両端部を断熱材等で断熱する必要がある。

〔第６実施形態〕
次に、本発明の第６実施形態にかかる排気浄化触媒装置について、図１１を用いて説明する。なお、第１〜第５実施形態と同じ部材等は、第１〜第５実施形態の説明と同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

図１１に示すように、本実施形態にかかる排気浄化触媒装置２０は、排気入口２４及び分岐パイプ４８ａに関連する部分を除いて第５実施形態に示した排気浄化触媒装置２０と同様に構成されている。
本実施形態にかかる排気浄化触媒装置２０の排気入口２４は、筒状ケーシング２１の両端面２１ａにそれぞれ設けられており、分岐パイプ４８ａが接続されている。分岐パイプ４８ａは、筒状ケーシング２１の端面２１ａに設けられた排気入口２４を介して両第２空間２７と連通し、筒状ケーシング２１の軸方向に延びる部分と、その部分から筒状ケーシング２１の径方向に延びる部分とからなる第１部分４８１と、両端の第１部分４８１とを連結する第２部分４８２とから構成されている。また、連通パイプ１９は、分岐パイプ４８ａの第２部分４８２の中間部に連通されている。

本実施形態にかかる排気浄化触媒装置２０は、上記のように構成されているため、第５実施形態に示す排気浄化触媒装置２０についての効果に加え、排気出口２５がＳＣＲ触媒２２及び後段酸化触媒２３と同様に筒状ケーシング２１の軸方向に設けられているため、後段酸化触媒２３を通過した排気をスムーズに排出することができる。また、浄化された排気を１か所の出口から排出することができるため、周辺部品に熱害を与えない場所に誘導して高温の排気を排出することができる。

なお、本実施形態にかかる排気浄化触媒装置２０は、第１及び第２実施形態に示した排気浄化装置２に適用することが可能である。この場合、第５実施形態にかかる排気浄化触媒装置２０と同様、分岐パイプ４８ａ及び筒状ケーシング２１の両端部を断熱材等で断熱する必要がある。また、本実施形態にかかる排気浄化触媒装置２０は、第１及び第２実施形態にかかる排気浄化触媒装置２０に比べて車幅方向に長くなるため、この点を考慮して車両に配置する必要がある。

〔第７実施形態〕
次に、本発明の第７実施形態にかかる排気浄化装置について、図１２を用いて説明する。なお、第１及び第２実施形態と同じ部材等は、第１及び第２実施形態の説明と同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
図１２は、本実施形態かかる排気浄化装置を示す概略図である。図１２に示すように、本実施形態にかかる排気浄化装置２は、その配置に関連する部分を除いて第１実施形態のものと同様に構成されている。したがって、第１実施形態に示した１次触媒装置１０及び排気浄化触媒装置２０は、本実施形態にかかる排気浄化装置２に適用することができ、さらに、第１実施形態に示す連通パイプ１９の第１〜第３変形例（図５〜図７）についても、本実施形態にかかる排気浄化装置２に適用することができる。また、第３〜第６実施形態に示した排気浄化触媒装置２０についても、本実施形態にかかる排気浄化装置２に適用することができる。

本実施形態では、車長方向が短いトラクタに排気浄化装置２が搭載される場合を示しており、１次触媒装置１０及び排気浄化触媒装置２０は、ともに排気の流れが車幅方向を向くように左右のサイドフレーム３０ｄの下側にそれぞれ配置されている。図１２中の太矢印は排気の流れを示している。内燃機関１から排出された排気は、排気通路（図示略）を経て１次触媒装置１０内に導入され、１次触媒装置１０内を通過し、連通パイプ（図示略）を流通して排気浄化触媒装置２０内に導入され、ＳＣＲ触媒（図示略）及び後段酸化触媒（図示略）を通過した後、出口パイプ（図示略）を経て大気中に排出される。

本実施形態にかかる排気浄化装置２は、上記のように構成されているため、第１実施形態に示す排気浄化触媒装置２０についての効果に加え、排気浄化装置２の車長方向の全長をより抑えることができるため、車長方向に十分なスペースが確保できないような場合に有効である。
〔その他〕
以上、本発明の実施形態を説明したが、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変形することが可能である。

上記第１実施形態では、排気浄化触媒装置は車長方向に対して１次触媒装置の後端よりも後方にシフトして設置されているが、１次触媒装置の前端よりも前方にシフトして設置されていてもよい。また、上記実施形態にかかる排気浄化触媒装置は第１空間を中心に面対称に形成されているが、これに限られるものではない。また、各流路の内径及び触媒の外径は通常円筒状であるが、その他の筒状のものであってもよい。

１内燃機関
２排気浄化装置
１０１次触媒装置
１９連通パイプ（連通路）
２０排気浄化触媒装置（２次触媒装置）
２１筒状ケーシング
２２ＳＣＲ触媒（選択還元型触媒）
２４排気入口
２５排気出口
２６第１空間
２７第２空間
２８，４８パイプ集合部

Claims

筒状ケーシングと、
上記筒状ケーシングの軸方向に直列に配置された少なくとも２つの選択還元型触媒と、
上記筒状ケーシング内の上記２つの選択還元型触媒の相互間に設けられた第１空間と、
上記筒状ケーシング内の両端にそれぞれ設けられた第２空間と、
上記第１空間と上記両第２空間とのいずれか一方に設けられた排気入口と、
上記第１空間と上記両第２空間との他方に設けられた排気出口とを備える
ことを特徴とする、排気浄化触媒装置。
上記両第２空間に設けられた上記排気入口又は上記排気出口を１つに集合させるパイプ集合部をさらに備える
ことを特徴とする、請求項１記載の排気浄化触媒装置。
上記第１空間を中心に面対称に形成されている
ことを特徴とする、請求項１又は２記載の排気浄化触媒装置。
排気流が車長方向に向くように配置された１次触媒装置と、
上記１次触媒装置の下流側で排気流が車幅方向に向くように配置された２次触媒装置としての請求項１〜３のいずれか１項に記載の排気浄化触媒装置と、
上記１次触媒装置の出口部と上記２次触媒装置の入口部とを連通する連通路と、を備え、
上記２次触媒装置が車長方向に対して上記１次触媒装置の後端よりも後方又は上記１次触媒装置の前端よりも前方にシフトして配置されている
ことを特徴とする、排気浄化装置。
上記連通路は、
上記１次触媒装置の上記出口部から上記２次触媒装置側の車幅方向に延びる第１部分と、
上記第１部分とは逆向きに上記２次触媒装置の上記入口部に向かって車幅方向に延びる第２部分と、
上記第１部分と上記第２部分とを連結する滑らかに湾曲した第３部分とを有する
ことを特徴とする、請求項４記載の排気浄化装置。
上記第３部分は、上記筒状ケーシングの外周部に沿って三次元的に湾曲する
ことを特徴とする、請求項５記載の排気浄化装置。