JP4462556B2

JP4462556B2 - 内燃機関の排気浄化装置

Info

Publication number: JP4462556B2
Application number: JP2005226598A
Authority: JP
Inventors: 博昭藤田; 好央武田; 智平沼; 律子篠▲崎▼; 礼子百目木; 真一斎藤; 康子鈴木
Original assignee: Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Current assignee: Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Priority date: 2005-08-04
Filing date: 2005-08-04
Publication date: 2010-05-12
Anticipated expiration: 2025-08-04
Also published as: JP2007040224A

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に係り、詳しくは、アンモニアを還元剤として排気中の窒素酸化物を還元浄化させる触媒と排気中の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を備えた排気浄化装置に関する。

一般に、ディーゼルエンジンの如くリーン空燃比での燃焼が行われる内燃機関では、燃料が気筒内に取り込まれて圧縮された空気に噴射され、自発火によって燃焼するために、ＮＯｘ（窒素酸化物）の発生が顕著になる。そこで、このＮＯｘからＯ_２（酸素）を奪ってＮ_２（窒素）に還元させる技術が知られている。
この種の技術の一例としては、尿素を還元剤にして排気中のＮＯｘを選択還元する選択還元型ＮＯｘ触媒（以下ＳＣＲ触媒）が用いられている。具体的には、排気にユリア水（尿素水）を添加すると、尿素がＮＨ_３（アンモニア）に変化する。そして、ＳＣＲ触媒内ではこのＮＨ_３と排気中のＮＯｘとが結びついて水とＮ_２とに分解され、ＮＯｘの浄化が行われる。

一方、このディーゼルエンジンでは、上記燃焼の故に排気中に含まれるパティキュレート（以下ＰＭ）の浄化も要求される。このＰＭについてはディーゼルパティキュレートフィルタ（以下ＤＰＦ）にて捕集され、捕集されたＰＭは、ＤＰＦ上流に配設された酸化触媒により生成されたＮＯ_２と反応して酸化除去される。
ここで、上述したＳＣＲ触媒或いはＤＰＦのいずれか一方を備えた単独のシステムでは各種の排ガス規制への対応が困難になり得ることを鑑み、これらＳＣＲ触媒とＤＰＦとの組み合わせた排気浄化装置の技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特表２００４−５３５９１１号公報

ところで、上述の排気浄化装置では、ＤＰＦとＳＣＲ触媒とは流れ方向における断面同士が向かい合って直列に配置され、これらＤＰＦとＳＣＲ触媒とが長筒状の筐体内に収納されている。このように、ＤＰＦとＳＣＲ触媒とを単純に組み合わせると、いずれか単独のシステムの約２倍の搭載スペースを要することになり、スペースに余裕の少ない車種には搭載が困難になるとの問題が生ずる。

また、上述の排気浄化装置では還元剤供給手段がＳＣＲ触媒近傍に配設されているため、添加された還元剤が排気と充分に混合されない状態でＳＣＲ触媒に導入されることとなり、所望のＮＯｘ浄化が得られない可能性がある。
本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、車両への搭載性向上とＮＯｘ浄化率の向上とを図ることができる内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するべく、請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置は、車両の内燃機関からの排気の流れ方向でみて、排気中のＮＯを酸化させてＮＯ_２を生成する前段触媒、排気中のパティキュレートを捕捉するパティキュレートフィルタ、ユリア水の添加によって排気中のＮＯｘを浄化する選択還元型ＮＯｘ触媒、及び余剰ＮＨ_３を酸化させてＮ_２を生成する後段触媒が順次介挿された排気浄化装置において、前段触媒とパティキュレートフィルタとを収納する第１の筐体と、選択還元型ＮＯｘ触媒と後段触媒とを収納する第２の筐体と、車両の幅方向に向けて延設され、第１の筐体と第２の筐体とを接続するとともに、第１の筐体と第２の筐体とを車両のフレームを挟んで配設させた連結配管とを具備することを特徴としている。

また、請求項２記載の発明では、第１の筐体、或いは第１の筐体と連結配管との接続部分には、ユリア水を添加する添加手段が配設されていることを特徴としている。
更に、請求項３記載の発明では、第１の筐体は、前段触媒とパティキュレートフィルタとの周面同士を並列に配置して収納し、第２の筐体は、選択還元型ＮＯｘ触媒と後段触媒との周面同士を並列に配置して収納していることを特徴としている。

更にまた、請求項４記載の発明では、第１の筐体は、前段触媒とパティキュレートフィルタとの周面同士を並列に配置して収納し、第２の筐体は、選択還元型ＮＯｘ触媒と後段触媒との周面同士を直列に配置して収納することを特徴としている。
また、請求項５記載の発明では、第２の筐体を車両のフレーム下に配設したことを特徴としている。

従って、請求項１記載の本発明の内燃機関の排気浄化装置によれば、前段触媒とパティキュレートフィルタとが第１の筐体内に収納され、選択還元型ＮＯｘ触媒と後段触媒とが第２の筐体に収納されており、これら第１の筐体と第２の筐体とが車両のフレームを挟んで連結配管で接続されている。よって、４つの排気浄化手段の収納に要するスペースが車両の幅方向に分散され、車両への搭載性が向上する。特に、スペースに余裕の少ない車種であっても、レイアウトの大幅な変更を伴うことなく、搭載可能となる。

また、請求項２記載の発明によれば、ユリア水は、少なくとも車両のフレームを横断する連結配管内を経てから選択還元型ＮＯｘ触媒に導入されているので、ユリア水の長い移動経路が確保され、ユリア水が排気中に均一に拡散され易くなってＮＯｘ浄化率が向上する。
更に、請求項３記載の発明によれば、前段触媒とパティキュレートフィルタとが束ねられて第１の筐体内に収納され、選択還元型ＮＯｘ触媒と後段触媒とが束ねられて第２の筐体内に収納されていることから、従来に比して車両の幅方向の両端部分にてより一層容易に搭載可能となる。また、各筐体内の保温性が良好となり、排気浄化手段の活性が促進されて浄化率が向上する。

更にまた、請求項４記載の発明によれば、４つの上記排気浄化手段の総てを束ねて収納する場合に比して、スペアタイヤ等の架装物のためのスペースの確保が容易になる。また、４つの上記排気浄化手段の総てを直列に接続して収納する場合に比して、車両への搭載性が向上する。
更に、請求項５記載の発明によれば、フレーム側部における架装物の搭載スペースを容易に確保できる。

以下、図面により本発明の実施形態について説明する。本実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置は、車両の一例として図１に示されたトラック２に搭載されている。
同図に示されるように、当該トラック２にはキャブ４が備えられ、このキャブ４の下側には、はしご型のフレーム６が後方に向けて延設されている。また、キャブ４とフレーム６との間にはディーゼルエンジン８が配設されており（同図（ｂ））、このエンジン８の後側、詳しくはキャブ４の後面側であってフレーム６の両側部分には排気浄化装置１０が配設されている。なお、このフレーム６の左側部分の適宜位置には燃料タンク１２やユリア水タンク１６が配設され、フレーム６の右側部分の適宜位置にはバッテリ１４が配設されている。そして、上記排気浄化装置１０には、エンジン８からの排気が導入されており、この導入された排気を浄化し、外部に放出する。

当該排気浄化装置１０は、図２に示されるように、直方体の前側筐体（第１の筐体）１８と、直方体の後側筐体（第２の筐体）２０と、これら前側筐体１８及び後側筐体２０を接続する中空円筒の連結配管１９とから構成されている。そして、前側筐体１８がフレーム６の左側部分に配置され、連結配管１９がフレーム６の下側にてフレーム６を横断して配置され、後側筐体２０がフレーム６の右側部分に配置されている。

これら前側筐体１８内及び後側筐体２０内には円筒状の排気浄化手段が２つずつ収納され、各排気浄化手段はいずれもトラック２の幅方向に沿ってそれぞれ配設されている。具体的には、図３及び図４に示されるように、前側筐体１８内には、エンジン８から排気の流れ方向でみて、前段触媒２８、及びＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）３２が順次介挿されている。

当該前段触媒２８では、排気中のＮＯを酸化させてＮＯ_２を生成しており、このＮＯ_２を酸化剤としてＤＰＦ３２に供給している。また、ＤＰＦ３２は、排気の上流側と下流側とを連通させる複数個の通路が並設されているとともに、各通路の上流側の開口部分と下流側の開口部分とが交互に閉鎖されている。そして、このＤＰＦ３２では、排気中のパティキュレート（ＰＭ）を捕集する一方、捕集したＰＭを前段触媒２８から供給されたＮＯ_２との反応によって燃焼する。

また、図３及び図４に示される如く、前側筐体１８にはトラック２の幅方向に向けて延びた導入ポート２２が設けられており、導入ポート２２がエンジン８に接続されることにより、エンジン８からの排気は前側筐体１８内に導入される。そして、前段触媒２８の軸線が導入ポート２２の軸線に対して平行に配置され、ＤＰＦ３２の軸線は前段触媒２８の軸線の上側にて平行に配置されている。

より具体的には、前側筐体１８内は平行壁２４によって略２等分に分割されている。この平行壁２４は、前段触媒２８の入口側とＤＰＦ３２の出口側とを遮断せず、且つ、前段触媒２８の出口側とＤＰＦ３２の入口側とも遮断しない長さに構成されている。また、図３に示されるように、前段触媒２８の入口側には導入ポート２２に連通する入口側通路２６が形成され、当該入口側通路２６は遮蔽板２５によって区画されている。この遮蔽板２５は、前段触媒２８の入口側を覆って構成されている。

更に、前段触媒２８の出口側とＤＰＦ３２の入口側との間には連通路３０が形成されているのに対し、図４にも示されるように、ＤＰＦ３２の出口側であって入口側通路２６を形成する遮蔽板２５の外側には、連結配管１９に連通する出口側通路３４が形成されている。また、このＤＰＦ３２の出口側にはユリア水を添加する添加インジェクタ（添加手段）３６が配設されている。この添加インジェクタ３６はユリア水タンク１６に接続され、その噴射口はＤＰＦ３２の出口側通路３４にてトラック２の高さ方向に向けて開口している。

一方、後側筐体２０内には、図５に示されるように、同じく排気の流れ方向でみて、ＳＣＲ触媒（選択還元型ＮＯｘ触媒）４２、及び後段触媒４６が順次介挿されている。このＳＣＲ触媒４２は、添加されたＮＨ_３を吸着させ、このＮＨ_３を還元剤として排気中のＮＯｘを浄化する。また、後段触媒４６では、ＳＣＲ触媒４２においてＮＨ_３が余剰になった場合にはこれを酸化させてＮ_２を生成し、更に、ＤＰＦ３２においてＰＭの燃焼に伴ってＣＯが生じた場合にはこれを酸化させてＣＯ_２を生成する。

この後段触媒４６の軸線はＳＣＲ触媒４２の軸線の下側にて平行に配置されている。そして、後側筐体２０内は平行壁５４によって略２等分に分割されている。この平行壁５４は、ＳＣＲ触媒４２の入口側と後段触媒４６の出口側とを遮断せず、且つ、ＳＣＲ触媒４２の出口側と後段触媒４６の入口側とも遮断しない長さに構成されている。
連結配管１９とＳＣＲ触媒４２の入口側との間には入口側通路４０が形成され、当該入口側通路４０は遮蔽板７５によって区画されている。この遮蔽板７５は、後段触媒４６の出口側を覆って構成されている。

そして、連結配管１９内において、上記前側筐体１８内の出口側通路３４と当該後側筐体２０内の入口側通路４０との間にはユリア水の拡散通路３８が形成されている。また、ＳＣＲ触媒４２の出口側と後段触媒４６の入口側との間には連通路４４が形成され、更に、後段触媒４６の出口側には、下方向に向けて延びた導出ポート４８が設けられており、この導出ポート４８がテールパイプに接続されている。

このように、本実施形態の排気浄化装置１０においては、エンジン８からの排気は、導入ポート２２から入口側通路２６に達して前段触媒２８に導入され（図３）、連通路３０を介してトラック２の高さ方向に沿って移動してＤＰＦ３２に導入される。次いで、添加インジェクタ３６から排気中に添加されたユリア水は、前側筐体１８の出口側通路３４、連続配管１９内の拡散通路３８及び後側筐体２０の入口側通路４０の順にて、キャブ４から視て略Ｕ字状に移動した後、ＳＣＲ触媒４２に導入される（図４、図５）。続いて、ＳＣＲ触媒４２からの排気は連通路４４を介してトラック２の高さ方向に沿って移動して後段触媒４６に導入され（図５）、導出ポート４８を介して後側筐体２０内から排出される。

以上のように、本実施形態では、前段触媒２８、ＤＰＦ３２、ＳＣＲ触媒４２及び後段触媒４６からなる４つの排気浄化手段のうち、前段触媒２８とＤＰＦ３２とが前側筐体１８内に収納され、ＳＣＲ触媒４２と後段触媒４６とが後側筐体２０に収納されている。そして、これら前側筐体１８と後側筐体２０とがフレーム６を挟んで連結配管１９で接続されている。従って、４つの排気浄化手段の収納に要するスペースがトラック２の幅方向に分散され、トラック２を始めとする各種の車両への搭載性が向上する。特に、スペースに余裕の少ない車種であっても、レイアウトの大幅な変更を伴うことなく、容易に搭載可能となる。

また、添加インジェクタ３６からのユリア水は、略Ｕ字状に移動、つまり、出口側通路３４、フレーム６の下側を横断する連結配管１９内の拡散通路３８、入口側通路４０を経てからＳＣＲ触媒４２に導入されていることから、ユリア水の長い移動経路が確保され、ユリア水が排気中に均一に拡散され易くなり、効率良くＮＨ_３に変換されるとともにＳＣＲ触媒全体にＮＨ_３を供給できるのでＮＯｘ浄化率が向上する。

更に、前段触媒２８とＤＰＦ３２とが束ねられて前側筐体１８内に収納され、ＳＣＲ触媒４２と後段触媒４６とが束ねられて後側筐体２０に収納されているので、従来に比して車両の幅方向の両端部分にてより一層容易に搭載することができる。更にまた、各筐体１８，２０内の保温性が良好となり、上記排気浄化手段の活性が促進されて浄化率の向上に寄与する。

以上で本発明の一実施形態についての説明を終えるが、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の変更ができるものである。
例えば、ユリア水の添加インジェクタは、前側筐体１８と連結配管１９との接続部分に配設されていても良い。また、前側筐体１８内において、ＤＰＦ３２が前段触媒２８の上側に位置する他、前段触媒２８がＤＰＦ３２の上側に位置しても良く、或いは、これら前段触媒２８及びＤＰＦ３２の軸線同士がトラック２の高さ方向に沿って配されても良い。更にまた、後側筐体２０内においても、ＳＣＲ触媒４２及び後段触媒４６の軸線同士がトラック２の高さ方向に沿って配されても良い。これらの場合にも、車両への搭載性の向上を図ることができる効果を奏する。

また、上記後側筐体２０内では、ＳＣＲ触媒４２と後段触媒４６との周面同士が直列に配置されていても良く、この場合には、４つの排気浄化手段の総てをフレーム側面に収納する場合に比して図６に示されるようにフレーム側面における架装物搭載スペースの確保が容易になるし、４つの排気浄化手段の総てを直列に接続してフレーム下面に収納する場合に比して、例えばホイールベースの短い車両への搭載性が向上する。

ところで、上記実施形態では、ディーゼルエンジンに適用された排気浄化装置について説明されているが、当該エンジンに限定されるものではなく、本発明は、ＤＰＦとＳＣＲ触媒とを備えた総てのエンジンに適用可能である。

本発明の一実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置を搭載した車両の概略図である。図１の排気浄化装置の外観斜視図である。図２のIII−III線に沿う矢視断面図である。図２のIV−IV線に沿う矢視断面図である。図２のV−V線に沿う矢視断面図である。本発明の他の実施形態図である。

符号の説明

２トラック（車両）
６フレーム
８内燃機関
１０排気浄化装置
１８前側筐体（第１の筐体）
１９連結配管
２０後側筐体（第２の筐体）
２８前段触媒
３２ＤＰＦ（パティキュレートフィルタ）
３６添加インジェクタ（添加手段）
４２ＳＣＲ触媒（選択還元型ＮＯｘ触媒）
４６後段触媒

Claims

車両の内燃機関からの排気の流れ方向でみて、排気中のＮＯを酸化させてＮＯ_２を生成する前段触媒、排気中のパティキュレートを捕捉するパティキュレートフィルタ、ユリア水の添加によって排気中のＮＯｘを浄化する選択還元型ＮＯｘ触媒、及び余剰ＮＨ_３を酸化させてＮ_２を生成する後段触媒が順次介挿された排気浄化装置において、
前記前段触媒と前記パティキュレートフィルタとを収納する第１の筐体と、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒と前記後段触媒とを収納する第２の筐体と、
前記車両の幅方向に向けて延設され、前記第１の筐体と前記第２の筐体とを接続するとともに、該第１の筐体と該第２の筐体とを前記車両のフレームを挟んで配設させた連結配管と
を具備することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
前記第１の筐体、或いは該第１の筐体と前記連結配管との接続部分には、ユリア水を添加する添加手段が配設されていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記第１の筐体は、前記前段触媒と前記パティキュレートフィルタとの周面同士を並列に配置して収納し、
前記第２の筐体は、前記選択還元型ＮＯｘ触媒と前記後段触媒との周面同士を並列に配置して収納していることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記第１の筐体は、前記前段触媒と前記パティキュレートフィルタとの周面同士を並列に配置して収納し、
前記第２の筐体は、前記選択還元型ＮＯｘ触媒と前記後段触媒との周面同士を直列に配置して収納することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記第２の筐体を前記車両のフレーム下に配設したことを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置。