JP2013167158A - 排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化を図ることができる排気浄化装置を提供する。
【解決手段】本発明は、排気ガスを浄化するためのＤＰＦ２及び尿素ＳＣＲ触媒４を有する排気浄化装置１であって、外側排気管８及び内側排気管７を有する二重排気管部６と、外側排気管８及び内側排気管７のうち一方の排気管出口と他方の排気管入口とを接続する戻り排気管９と、を備え、内側排気管７の内部にはＤＰＦ２及び尿素ＳＣＲ触媒４のうち一方が配置され、外側排気管８と内側排気管７の間にはＤＰＦ２及び尿素ＳＣＲ触媒４のうち他方が配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、排気ガスを浄化する排気浄化装置に関する。

ディーゼルエンジン等の排気ガスを浄化する排気浄化装置として、排気ガス中のＰＭ（微粒子状物質）を捕集するＤＰＦ［Diesel particulate filter］と、排気ガス中のＣＯ（一酸化炭素）やＨＣ（炭化水素）を浄化する酸化触媒と、を備えたものが知られている（特許文献１，２参照）。

また、特許文献１には、より厳しい排気ガス規制に適合するため、排気ガス中のＮＯｘ（窒素酸化物）を浄化するＮＯｘ浄化用触媒として、尿素ＳＣＲ［Selective Catalytic Reduction］触媒を更に設けることが記載されている。

特開２０１０−０７１１８９号公報 特表２００８−５３０４４６号公報

しかしながら、ＤＰＦに加えて酸化触媒やＮＯｘ浄化用触媒を設けるためには、十分な搭載スペースを車両が有する必要がある。車種によっては搭載スペースを確保することができずに、ＮＯｘ浄化用触媒等を設けることができない場合があった。このため、搭載スペースの少ない車種に対しても取り付け可能な小型の排気浄化装置が求められている。

そこで、本発明は、小型化を図ることができる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、本発明は、排気ガスを浄化するためのＤＰＦ及び触媒を有する排気浄化装置であって、外側排気管及び内側排気管を有する二重排気管部と、外側排気管及び内側排気管のうち一方の排気管出口と他方の排気管入口とを接続する戻り排気管と、を備え、内側排気管の内部にはＤＰＦ及び触媒のうち一方が配置され、外側排気管と内側排気管の間にはＤＰＦ及び触媒のうち他方が配置されていることを特徴とする。

本発明に係る排気浄化装置によれば、二重管構造を採用して、内側排気管の内部と内側排気管及び外側排気管の間にＤＰＦ及び触媒をそれぞれ配置することで、ＤＰＦ及び触媒を一体化して装置の小型化を図ることができる。しかも、ＤＰＦ及び触媒が一体化されることにより、ＤＰＦからの放熱が抑制されてＤＰＦ煤再生制御時の昇温時間短縮や燃料噴射量の削減が図られると共に、触媒にとってはＤＰＦの熱により保温されることで、エンジン始動直後の暖気時間の短縮及び還元剤噴射時間の短縮を図ることができる。

上記排気浄化装置において、戻り排気管は、直線状に延在する直線部を有していてもよい。
この構成によれば、戻り排気管を曲線形状のみから形成する場合と比べて、排気ガスが受ける抵抗を少なくすることができる。また、直線部を有する簡素な排気管構造は装置の小型化に有利である。

上記戻り排気管の直線部には、直線部内の排気ガスに還元剤を噴射する還元剤噴射手段が設けられていてもよい。
この構成によれば、直線状に延在する直線部内に還元剤を噴射することで、効率良く還元剤を排気ガス中に拡散させることができる。しかも、ＤＰＦ等に加えて還元剤噴射手段も一体化させることができるので、装置の小型化に好適である。

上記排気浄化装置において、触媒は尿素ＳＣＲ触媒であり、還元剤噴射手段は還元剤として尿素水を噴射する構成であってもよい。
この構成によれば、還元剤として尿素水を排気ガス中に噴射し、ＮＯｘの浄化に効果的な尿素ＳＣＲ触媒を採用することで、排気ガスの浄化性能を一層高めることができる。

本発明によれば、排気浄化装置の小型化を図ることができる。

本発明に係る排気浄化装置の一実施形態を示す図である。 図１のII−II線に沿った端面図である。 他の実施形態に係る排気浄化装置を示す端面図である。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１及び図２に示されるように、本実施形態に係る排気浄化装置１は、ディーゼルエンジンから排出される排気ガスのＰＭ（微粒子状物質）やＮＯｘ（窒素酸化物）等を浄化するための装置である。

排気浄化装置１は、ＤＰＦ［Diesel particulate filter］２及び触媒３〜５が収容される二重排気管部（筐体）６を備えている。二重排気管部６は、内側排気管７及び外側排気管８からなる二重管構造を有しており、内側排気管７及び外側排気管８は、戻り排気管９を介して接続されている。図２に示されるように、内側排気管７及び外側排気管８は、排気ガスの流れ方向に垂直なII−II線に沿った断面が円形状を成しており、入口側や出口側を除いて円管状に形成されている。

図１及び図２に示されるように、内側排気管７の内部には、排気ガス中のＰＭ（微粒子状物質）を除去するＤＰＦ２と、排気ガス中のＣＯやＨＣ等を浄化するためのディーゼル用酸化触媒［DOC：Diesel Oxidation Catalyst］３が設けられている。ＤＰＦ２は内側排気管７の出口７ｂ側に充填されており、ディーゼル用酸化触媒３は内側排気管７の入口７ａ側に充填されている。

ＤＰＦ２は、金属やセラミクス製のハニカム体で構成されており、排気ガス中のＰＭを捕集する。また、ハニカム体の表面には排気ガスの浄化効率を高めるための触媒が塗布されている。なお、触媒が塗布されていないＤＰＦを用いてもよい。ディーゼル用酸化触媒３は、金属やセラミクス製の触媒キャリアを備えており、ＣＯやＨＣ、ＮＯを酸化反応により浄化（無害化）する。

内側排気管７の入口７ａは、ディーゼルエンジンの排気マニホールドに接続されており、入口７ａから入り込んだ排気ガスはディーゼル用酸化触媒３、ＤＰＦ２の順に通過して出口７ｂへと流れる。ディーゼル用酸化触媒３及びＤＰＦ２によって浄化された排気ガスは、出口７ｂと接続する戻り排気管９へ流れこむ。

戻り排気管９は、内側排気管７の出口７ｂと外側排気管８の入口８ａとを接続する管であり、戻り排気管９へ流れ込んだ排気ガスは内側排気管７の内部を流れる排気ガスとは逆の向きに流れて外側排気管８の入口８ａに到達する。

戻り排気管９は、二重排気管部６に沿って直線状に延在する円管状の直線部９ａを有している。直線部９ａには、尿素噴射弁（還元剤噴射手段）１０が設けられており、尿素噴射弁１０は図示しない尿素水タンクから供給される尿素水を排気ガス中に噴射する。

尿素噴射弁１０は、直線部９ａの上流側に設けられ、直線部９ａ内の排気ガスの流れ方向に沿って尿素水を噴射することで、尿素水を排気ガス中に拡散させ、効率的に混じり合わせる。直線部９ａは、尿素水を排気ガス中に拡散させるための尿素拡散経路として機能する。

外側排気管８と内側排気管７との間には、排気ガス中のＮＯｘを浄化する尿素ＳＣＲ［Selective Catalytic Reduction］触媒４と、アンモニアスリップを防ぐためのアンモニアスリップ防止触媒５が設けられている。

尿素ＳＣＲ触媒４及びアンモニアスリップ防止触媒５は、中空の円筒形状に形成されており、外側排気管８の内側で内側排気管７の外側のスペースに充填されている。尿素ＳＣＲ触媒４は外側排気管８の入口８ａ側に配置され、アンモニアスリップ防止触媒５は外側排気管８の出口８ｂ側に配置されている。

戻り排気管９から外側排気管８の入口８ａに流れ込んだ排気ガスは、外側排気管８及び内側排気管７の間を、内部排気管７内を流れる排気ガスと同じ方向に流れて行く。排気ガスは、尿素水が添加された状態で尿素ＳＣＲ触媒４に流れ込み、尿素水から生じるアンモニアの作用により尿素ＳＣＲ触媒４においてＮＯｘの還元が行われる。

尿素ＳＣＲ触媒４で還元に用いられなかったアンモニアは、下流のアンモニアスリップ防止触媒５において酸化されることで窒素ガスと水に変えられる。これにより、大気中へのアンモニアの排出（アンモニアスリップ）が防止される。

排気ガスは、尿素ＳＣＲ触媒４及びアンモニアスリップ防止触媒５を通り抜けた後、外側排気管８の出口８ｂから排出される。

以上説明した本実施形態に係る排気浄化装置１によれば、二重管構造を採用して、内側排気管７の内部と内側排気管７及び外側排気管８の間にＤＰＦ２及び尿素ＳＣＲ触媒４をそれぞれ配置することで、ＤＰＦ２及び尿素ＳＣＲ触媒４を一体化して装置の小型化を図ることができる。従って、この排気浄化装置１によれば、小型化により、搭載スペースの少ない車種であっても排気浄化装置１を搭載可能となるので、ＤＰＦ２及び尿素ＳＣＲ触媒４を搭載可能な車種を増やすことができる。

しかも、この排気浄化装置１によれば、ＤＰＦ２及び尿素ＳＣＲ触媒４が一体化されて近くに配置されることにより、ＤＰＦ２からの放熱が抑制されてＤＰＦ煤再生制御時の昇温時間短縮や燃料噴射量の削減が図られると共に、尿素ＳＣＲ触媒４にとってはＤＰＦ２の熱により保温されることで、エンジン始動直後の暖気時間の短縮及び還元剤噴射時間の短縮を図ることができる。

また、この排気浄化装置１では、戻り排気管９が直線状に延在する直線部９ａを有しているので、戻り排気管９を曲線形状のみから形成する場合と比べて、排気ガスが受ける抵抗を少なくすることができる。また、直線部９ａを有する簡素な構造は装置の小型化に有利である。

更に、この排気浄化装置１では、戻り排気管９の直線部９ａに尿素噴射弁１０を設けているので、直線状に延在する直線部９ａ内で尿素水を効率良く拡散させることができる。しかも、ＤＰＦ２等に加えて尿素噴射弁１０も一体化させることができるので、装置の小型化に好適である。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。ここで、図３は、他の実施形態に係る排気浄化装置を示す、図２に対応する端面図である。図３に示す排気浄化装置２０は、上述した排気浄化装置１と比べて、外側排気管２１と尿素ＳＣＲ触媒２２の形状が異なっている。排気浄化装置１と構成が同じ要素については、同一の符号を付して説明を省略する。

具体的には、排気浄化装置２０の二重排気管部２３は、外側排気管２１の断面が円形状ではなく、円の一部（端部）が直線で切り取られた形状を成しており、図２に示す排気浄化装置１と比べて厚みが小さいことを特徴とする。同様に、外側排気管２１と内側排気管７との間に配置された尿素ＳＣＲ触媒２２の断面形状も円環の一部（端部）が直線で切り取られた形状に形成されている。なお、図３には現れていないがアンモニアスリップ防止触媒の形状も尿素ＳＣＲ触媒２２と同様に形成されている。

このように形成された排気浄化装置２０によれば、装置形状を変更して車両への搭載性を考慮した厚みとすることで、搭載スペースの高さや幅が十分にない車種であっても、排気浄化装置２０を搭載することが可能になる。従って、排気浄化装置２０の厚みを車種の搭載スペースに応じて変更することで、より多くの車種にＤＰＦ２及び尿素ＳＣＲ触媒４を搭載することができる。なお、排気浄化装置２０は、厚みを小さくした分、その全長（排気ガスの流れ方向の長さ）を長くすることで浄化性能を確保してもよい。

図３に示す形状の他、本発明に係る排気浄化装置は様々な形状を採用することが可能である。例えば、内側排気管及び外側排気管は、断面が円形状ではなく楕円形状や長方形状であってもよく、その寸法比率は図１，図２に示すものに限られない。

また、戻り排気管の形状は、上述したものに限られず、曲線部分のみから構成されていてもよい。また戻り排気管は、外側排気管の出口と内側排気管の入口とを接続する構成であってもよい。この場合、排気ガスは、まず外側排気管と内側排気管の間へと入り込み、外側排気管の出口から戻り排気管を通じて内側排気管の入口へと流れ、内側排気管の内部を通って外へ排出される。

ＤＰＦや各種触媒の配置も上述したものに限られず、ＤＰＦが外側排気管と内側排気管の間に配置され、尿素ＳＣＲ触媒等が内側排気管の内部に配置される構成であってもよい。また、更なる触媒等を二重排気管部の外に備える構成であってもよい。

還元剤は、尿素水に限られず、ＨＣを含む燃料であってもよく。この場合、尿素ＳＣＲ触媒に代えてＨＣ選択還元触媒等を採用することができる。また、還元材供給手段の位置は図１に示す位置に限られない。また、還元剤噴射手段を設けることなく、ＮＯｘ吸着触媒を採用してもよい。尿素水を用いない場合には、アンモニアスリップ防止触媒を設ける必要もない。

また、本発明に係る排気浄化装置は、ディーゼルエンジンの排気ガスに限られず、様々な内燃機関の排気ガスの浄化に利用可能である。

１，２０…排気浄化装置 ２…ＤＰＦ ３…ディーゼル用酸化触媒 ４，２２…尿素ＳＣＲ触媒 ５…アンモニアスリップ防止触媒 ６，２３…二重排気管部 ７…内側排気管 ８，２１…外側排気管 ９…戻り排気管 ９ａ…直線部 １０…尿素噴射弁（還元剤噴射手段）

Claims (4)

1. 排気ガスを浄化するためのＤＰＦ及び触媒を有する排気浄化装置であって、
   外側排気管及び内側排気管を有する二重排気管部と、
   前記外側排気管及び前記内側排気管のうち一方の排気管出口と他方の排気管入口とを接続する戻り排気管と、を備え、
   前記内側排気管の内部には前記ＤＰＦ及び前記触媒のうち一方が配置され、
   前記外側排気管と前記内側排気管の間には前記ＤＰＦ及び前記触媒のうち他方が配置されていることを特徴とする排気浄化装置。
2. 前記戻り排気管は、直線状に延在する直線部を有することを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
3. 前記戻り排気管の前記直線部には、前記直線部内の排気ガスに還元剤を噴射する還元剤噴射手段が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の排気浄化装置。
4. 前記触媒は、尿素ＳＣＲ触媒であり、
   前記還元剤噴射手段は、前記還元剤として尿素水を噴射することを特徴とする請求項３に記載の排気浄化装置。

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