JP6098797B2 - 車両の排気浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両の排気浄化装置に係り、詳しくは、エンジンの排気通路に設けられた温度センサの搭載位置に関する。

車両のエンジンの排気通路には、排気を浄化するための排気浄化装置が備えられている。例えばディーゼルエンジンの排気通路には、ディーゼルパティキュレートフィルタが搭載され、排気中のＰＭ（粒子状物質）を捕集する機能を有する。更に、ディーゼルパティキュレートフィルタの上流側に酸化触媒を備え、酸化触媒に燃料を供給して燃焼させ、排気温度を上昇させ、ディーゼルパティキュレートフィルタに捕集されたＰＭを燃焼除去するものが知られている。更に、ディーゼルエンジンの排気通路には、尿素水等の還元剤を用いて排気中のＮＯxを還元除去する選択還元型触媒が備えられているものもある。

例えば、特許文献１には、排気通路の上流側から順番に酸化触媒、ディーゼルパティキュレートフィルタ、選択還元型触媒を介装したディーゼルエンジンが開示されている。また、特許文献１では、酸化触媒とディーゼルパティキュレートフィルタは１つのケーシング内に収納され、選択還元型触媒は、他のケーシング内に収納されている。
更に、選択還元型触媒には、触媒温度を検出する温度検出手段が搭載されており、例えば選択還元型触媒の低温時に還元剤の供給を規制する制御を行うものもある。

特開２０１０−７１１９５号公報

しかしながら、車両に搭載される選択還元型触媒は比較的大容量を必要とし、搭載スペースの制限から複数に分割して配置される場合が多い。
このように複数の選択還元型触媒が搭載されている場合には、全ての選択還元型触媒が活性状態であるか否かを１つの温度検出手段で検出することが困難である。したがって、未活性状態の選択還元型触媒があるにも拘わらず還元剤を無駄に噴射してしまう虞があり、還元剤の消費量増加を招いてしまう。あるいは、温度検出手段を選択還元型触媒毎に多く搭載しなければならず、部品点数及び部品コストの増加を招くといった問題点がある。

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、車両に複数分割して搭載された排気浄化触媒の触媒温度を１つの温度検出手段で検出して、適切な還元剤の供給が可能な車両の排気浄化装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、請求項１の発明では、車両に搭載されたエンジンの排気通路に設けられ、当該排気通路内に尿素水を供給する還元剤供給手段と、還元剤供給手段の下流側の排気通路に設けられ、排気通路内の排気に含まれる窒素酸化物を還元剤供給手段により供給された尿素水から発生するアンモニアにより還元浄化する選択還元型触媒と、選択還元型触媒の触媒温度を検出する触媒温度検出手段と、触媒温度検出手段により検出された触媒温度に基づいて還元剤供給手段の作動を制御する還元剤供給制御手段と、を備えた車両の排気浄化装置であって、選択還元型触媒は、第１のケーシング内に排気流通方向に沿って直列に収納された第１の触媒担体及び第２の触媒担体と、第１のケーシングの下流側に離間して配置された第２のケーシング内に収納された第３の触媒担体を有し、触媒温度検出手段は、前記第３の触媒担体の下流側に配置され、前記第３の触媒担体を通過した排気の温度を触媒温度として検出することを特徴とする。

また、請求項２の発明では、請求項１において、第２のケーシング内に、選択還元型触媒の一部を構成する第４の触媒担体が収納されて、第３の触媒担体の下流側に配置され、触媒温度検出手段は、第４の触媒担体の下流側に配置され、第４の触媒担体を通過した排気の温度を触媒温度として検出することを特徴とする。

また、請求項３の発明では、請求項１または２において、第１のケーシング及び第２のケーシングは、車両のフロア下を車両左右方向に延びるクロスメンバを、前後に挟んで配置されることを特徴とする。
また、請求項４の発明では、請求項３において、第１のケーシングと第２のケーシングとの間の排気通路は、第１のケーシング及び第２のケーシングよりも流路断面積が小さく形成されていることを特徴とする。

本発明の請求項１の車両の排気浄化装置によれば、選択還元型触媒が第１のケーシング内に収納される第１の触媒担体及び第２の触媒担体と、第２のケーシング内に収納される第３の触媒担体に分割されるので、設置スペースの限られた車両に搭載された選択還元型触媒の容量を増加させることができる。
そして、このように選択還元型触媒が第１の触媒担体、第２の触媒担体及び第３の触媒担体に分割されて排気通路に直列に配置された構成において、エンジンから遠く最も低温になる最下流の第３の触媒担体を通過した排気の温度を触媒温度として検出して、この触媒温度に基づいて尿素水の供給制御が行われるので、触媒温度を正確に検出し、触媒温度の低い部分に合わせたアンモニアの供給を精度良く行なうことができる。したがって、尿素水の無駄な消費を抑制するとともに、選択還元型触媒からのアンモニアの流出を抑制することができる。

本発明の請求項２の車両の排気浄化装置によれば、第２のケーシング内に第３の触媒担体及び第４の触媒担体が収納され、触媒温度検出手段が第４の触媒担体の下流側に配置され、第４の触媒担体を通過した排気の温度を検出することで、第４の触媒担体の温度を正確に検出することができる。よって、第１の触媒担体から第４の触媒担体のうち最も低温の触媒の温度を検出することができ、還元剤供給手段による尿素水の供給を精度良く行うことができる。

本発明の請求項３の車両の排気浄化装置によれば、選択還元型触媒が、第１のケーシングに収納される触媒担体と、第２のケーシングに収納される触媒担体に分割されて、クロスメンバを挟むように車両に搭載されるので、クロスメンバの前後のスペースを利用して車両に大容量の選択還元型触媒を搭載することができ、車両のエンジンの排気浄化性能を向上させることができる。

本発明の請求項４の車両の排気浄化装置によれば、第１のケーシングと第２のケーシングとの間の排気通路は、第１のケーシング及び第２のケーシングよりも流路断面積が小さく形成されているので、第１のケーシングを通過した排気がケーシング間の排気通路で混合して、第２のケーシングに流入するので、第２のケーシング内の触媒担体での排気浄化効率を向上させることができる。

本発明の第１の実施形態におけるディーゼルエンジンの排気系の概略構成図である。 本発明の第２の実施形態における温度検出手段の設置位置を示す説明図である。 本発明の第３の実施形態における温度検出手段の設置位置を示す説明図である。 本発明の第４の実施形態における温度検出手段の設置位置を示す説明図である。

以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の排気浄化装置が適用された第１の実施形態のディーゼルエンジン（以下、エンジン１という）の排気系の概略構成図である。
エンジン１は、走行駆動源として車両に搭載されている。エンジン１の排気通路である排気管２には、上流側から順番に、排気中の炭化水素を酸化させる酸化触媒３、排気中のＰＭ（粒子状物質）を捕集するディーゼルパティキュレートフィルタ４及び尿素還元式排気浄化システム５が設けられている。

尿素還元式排気浄化システム５は、排気中に還元剤として尿素水を噴射供給する尿素水インジェクタ１０(還元剤供給手段)と、尿素水インジェクタ１０から噴射供給する尿素水を貯留する尿素水タンク１１と、尿素水インジェクタ１０の下流側の排気通路に設けられた選択還元型触媒１２（排気浄化触媒）とにより構成されている。
選択還元型触媒１２は、尿素水から発生したアンモニアにより排気中のＮＯxを窒素と水に分解する機能を有する。

酸化触媒３とディーゼルパティキュレートフィルタ４は、１つの筒状のケーシング２０内に収納され、車両のエンジンルーム内に配置されている。
また、選択還元型触媒１２は、車両のフロア下に配置された第１のケーシング２１及び第２のケーシング２２に分割して収納されている。第１のケーシング２１及び第２のケーシング２２は、軸方向両端部で夫々排気管２と接続し、その内径が排気管２の内径よりも大きい筒状に形成されている。第１のケーシング２１及び第２のケーシング２２は、車両を前後方向に延びる排気管２に直列に介装され、第１のケーシング２１の下流側に第２のケーシング２２が配置されている。第１のケーシング２１は、車両のフロア下を左右方向に延びるクロスメンバ２３の車両前方に位置し、第２のケーシング２２は、クロスメンバ２３の車両後方に位置し、第１のケーシング２１と第２のケーシング２２とがクロスメンバ２３の下部を前後に挟むように配置されている。

また、選択還元型触媒１２は、第１のケーシング２１内で上流側と下流側の２つに分割して配置されている。これにより、選択還元型触媒１２は、排気上流側より順番に第１のケーシング２１内に収納された第１の触媒担体３１及び第２の触媒担体３２と、第２のケーシング２２内に収納された第３の触媒担体３３とに分割されている。
更に、ディーゼルパティキュレートフィルタ２０の下流側には、ディーゼルパティキュレートフィルタ２０から排出された排気の温度を検出する第１の温度センサ３５が設けられている。

また、第２のケーシング２２には、選択還元型触媒１２の温度を推定するための第２の温度センサ３６(温度検出手段)が設けられている。本実施形態では、第２の温度センサ３６は、第３の選択還元型触媒３３の下流側近傍に配置されている。
尿素水供給コントロールユニット４０（還元剤供給制御手段）は、入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性ＲＡＭ等）及び中央演算処理装置（ＣＰＵ）等を含んで構成され、エンジン回転速度、負荷、燃料噴射量等のエンジン１の運転情報をエンジンコントロールユニット４１より入力するとともに、第１の温度センサ３５及び第２の温度センサ３６から入力した排気温度を入力し、エンジン１の運転状態及び触媒温度に応じて尿素水インジェクタ１０を作動制御して、尿素水の噴射量を制御する。特に、第２の温度センサ３６から入力した排気温度に基づいて選択還元型触媒１２の触媒温度を推定し、当該触媒温度が活性状態となる所定温度（活性温度）未満では、尿素水の噴射を抑制する機能を有している。これにより、未活性状態の選択還元型触媒１２に対する無駄な尿素水の噴射を防止して、尿素水の使用量を抑制することが可能となる。

本実施形態では、選択還元型触媒１２として、触媒担体３１、３２、３３が３個直列に配置されており、第２の温度センサ３６を最下流側に位置する第３の触媒担体３３の下流に配置している。選択還元型触媒１２は、触媒自体が発熱するものではないので、上流側の第１の触媒担体３１及び第２の触媒担体３２よりも下流側の第３の触媒担体３３の方が低温となる。したがって、第３の触媒担体３３の下流側に配置した第２の温度センサ３６が検出した排気温度が選択還元型触媒の活性温度以上である場合には、第１の触媒担体３１及び第２の触媒担体３２のいずれも活性温度以上であることを正確に推定することができる。これにより、１つの温度センサ（第２の温度センサ３６）で、分割して配置された複数の触媒担体３１、３２、３３の全ての温度が活性状態であるか否かを判別することができ、温度センサの設置個数を低減して、部品点数及び部品コストを抑制することができる。

また、選択還元型触媒１２が３つの触媒担体３１、３２、３３に分割して配置されているので、車両の限られた搭載スペースで選択還元型触媒１２の容量を増加させることができる。更に、１つの触媒担体の大きさを抑えることができ、各触媒担体３１、３２、３３の製作が容易になる。また、選択還元型触媒１２が、第１のケーシング２１と第２のケーシング２２に分けられて収納されており、この第１のケーシング２１及び第２のケーシング２２の内径よりも、その間を接続する排気管２ａの内径が小さいので、第１のケーシング２１内を通過した排気が小径の排気管２ａで混合して第２のケーシング２２内に流入させることができる。これにより、第２のケーシング２２内の第３の触媒担体３３での浄化効率を向上させることができる。また、第１のケーシング２１と第２のケーシング２２とでクロスメンバ２３の下部を挟むように配置するので、車両の空いたスペースを最大限利用して選択還元型触媒１２の容量を増加させることができる。

図２〜図４は、本願発明のその他の実施形態での第２の温度センサ３６の設置位置を示す選択還元型触媒１２、１３の構成図である。
図２に示すように、本願発明の第２の実施形態では、選択還元型触媒１２は、第１実施形態と同様に、第１のケーシング２１に第１の触媒担体３１と第２の触媒担体３２が収納され、第２のケーシング２２に第３の触媒担体３３が収納されている。第２の実施形態では、第２の温度センサ３６が、第１のケーシング２１と第２のケーシング２２の間の排気通路２aに設けられている。このように第２の温度センサ３６を排気通路２aに配置しても、第２の温度センサ３６が最下流の第３の触媒担体３３に近い位置に配置されれば、第２の温度センサ３６によって第３の触媒担体３３の温度を検出することができる。本実施形態でも、第２の温度センサ３６によって、最下流の第３の触媒担体３３の温度を検出することができ、全ての触媒担体３１、３２、３３の触媒温度が活性温度以上であるか否かを判定することができる。

本願発明の第３の実施形態及び第４の実施形態の選択還元型触媒１３は、図３及び図４に示すように、第２のケーシング２２にも第１のケーシング２１と同様に、上流側と下流側に２つの選択還元型触媒（上流側：第３の触媒担体３３、下流側：第４の触媒担体３４）が直列に収納されている。
そして、第３の実施形態では、図３に示すように、第２の温度センサ３６が第３の触媒担体３３と第４の触媒担体３４との間に設けられている。また、第４の実施形態では、図４に示すように、第２の温度センサ３６が第４の触媒担体３３の下流側に配置している。このように、下流側の第２のケーシング２２に複数の触媒担体３３、３４が直列に配置されている場合には、このうち下流側に配置される第４の触媒担体３４の近傍に第２の温度センサ３６を配置して、第４の触媒担体３４の温度を検出可能にすれば、第２の温度センサ３６で全ての触媒担体（第１の触媒担体３１、第２の触媒担体３２、第３の触媒担体３３、第４の触媒担体３４）のいずれも活性温度以上であることを正確に推定することが可能となる。

本願発明は、上記実施形態に限定するものではない。例えば、ケーシングや触媒担体が上記実施形態よりも更に多く有する場合には、最下流の触媒担体の近傍に温度検出手段を設け、最下流の触媒担体の温度が検出できるように設置すればよい。
また、本願発明は、車両のエンジンの排気浄化システムとして、選択還元型触媒が複数分割して直列に配置されているものに広く適用することができる。

１ エンジン
２ 排気管（排気通路）
２ａ 排気管（排気通路）
１２ 選択還元型触媒（排気浄化触媒）
１０ 尿素水インジェクタ(還元剤供給手段)
２１ 第１のケーシング
２２ 第２のケーシング
３１ 第１の触媒担体
３２ 第２の触媒担体
３３ 第３の触媒担体
３４ 第４の触媒担体
３６ 第２の温度センサ（触媒温度検出手段）
４０ 尿素水供給コントロールユニット（還元剤供給制御手段）

Claims (4)

1. 車両に搭載されたエンジンの排気通路に設けられ、当該排気通路内に尿素水を供給する還元剤供給手段と、
   前記還元剤供給手段の下流側の前記排気通路に設けられ、前記排気通路内の排気に含まれる窒素酸化物を前記還元剤供給手段により供給された尿素水から発生するアンモニアにより還元浄化する選択還元型触媒と、
   前記選択還元型触媒の触媒温度を検出する触媒温度検出手段と、
   前記触媒温度検出手段により検出された前記触媒温度に基づいて前記還元剤供給手段の作動を制御する還元剤供給制御手段と、を備えた車両の排気浄化装置であって、
   前記選択還元型触媒は、第１のケーシング内に排気流通方向に沿って直列に収納された第１の触媒担体及び第２の触媒担体と、前記第１のケーシングの下流側に離間して配置された第２のケーシング内に収納された第３の触媒担体を有し、
   前記触媒温度検出手段は、前記第３の触媒担体の下流側に配置され、前記第３の触媒担体を通過した排気の温度を前記触媒温度として検出することを特徴とする車両の排気浄化装置。
2. 前記第２のケーシング内に、前記選択還元型触媒の一部を構成する第４の触媒担体が収納されて、前記第３の触媒担体の下流側に配置され、
   前記触媒温度検出手段は、前記第４の触媒担体の下流側に配置され、前記第４の触媒担体を通過した排気の温度を前記触媒温度として検出することを特徴とする請求項１に記載の車両の排気浄化装置。
3. 前記第１のケーシング及び前記第２のケーシングは、前記車両のフロア下を車両左右方向に延びるクロスメンバを、前後に挟んで配置されることを特徴とする請求項１または２に記載の車両の排気浄化装置。
4. 前記第１のケーシングと前記第２のケーシングとの間の排気通路は、前記第１のケーシング及び前記第２のケーシングよりも流路断面積が小さく形成されていることを特徴とする請求項３に記載の車両の排気浄化装置。

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