JP6391406B2 - 排気ガス浄化装置 - Google Patents

Description

本願発明は、農業機械（トラクタ、コンバイン）または建設機械（ブルドーザ、油圧ショベル、ローダー）などに搭載するディーゼルエンジン等の排気ガス浄化装置に係り、より詳しくは、排気ガス中に含まれた粒子状物質（すす、パティキュレート）、または排気ガス中に含まれた窒素酸化物質（ＮＯｘ）等を除去する排気ガス浄化装置に関するものである。

従来から、ディーゼルエンジンの排気経路中に、排気ガス後処理装置として、ディーゼルエンジンの排気ガス中の粒子状物質を除去するディーゼルパティキュレートフィルタを内設したＤＰＦケースと、ディーゼルエンジンの排気ガス中の窒素酸化物質を除去するための尿素選択還元型触媒が内設されたＳＣＲケースを設け、ＤＰＦケースとＳＣＲケースに排気ガスを導入して、ディーゼルエンジンから排出された排気ガスを浄化処理する技術が知られている（例えば特許文献１〜３参照）。

特許第４７０３２６０号公報 特許第４６０５２０５号公報 特許第５０２０１８５号公報

先行技術文献のように、排気ガスに尿素水を混入させる排気連結管を備え、排気連結管にＳＣＲケースの排気入口を接続させる構造では、ＳＣＲケースに近接させて排気連結管を容易に組付けることができると共に、排気連結管に尿素水噴射部を形成する構造では、尿素水噴射部を特別に設置する必要がなく、尿素水噴射部などの取付け構造を簡略化できる。

しかしながら、排気連結管に尿素水噴射部を設置させて、尿素水噴射ノズルを支持させる構造では、排気連結管から尿素水噴射ノズルに排気ガス熱が伝達され、尿素水噴射ノズル側の構成部品が排気ガス熱にて損傷しやすいと共に、排気連結管と尿素水噴射ノズルの間に配置させる遮熱部材を厚く形成して、尿素水噴射ノズル側の構成部品を保護すると、尿素水噴射ノズルを設置するのに大きなスペースが必要になり、尿素水噴射ノズルの取付け部をコンパクトに構成できない等の問題がある。また、エンジンの振動などにて尿素水噴射部が損傷しやすくなり、尿素水噴射部の耐震性を高めるか、またはＳＣＲケースの剛性を向上させて、尿素水噴射部の振動を低減させる必要がある等の問題がある。

そこで、本願発明は、これらの現状を検討して改善を施した排気ガス浄化装置を提供しようとするものである。

前記目的を達成するため、請求項１に係る発明の排気ガス浄化装置は、エンジンの排気ガス中に尿素水を噴射する尿素混合管と、前記エンジンの排気ガス中の窒素酸化物質を除去するＳＣＲケースを備え、前記尿素混合管の排気ガス出口側に前記ＳＣＲケースの排気ガス入口側を接続させる排気ガス浄化装置において、尿素水噴射ノズルが配置される前記尿素混合管の排気ガス入口側に遮熱板体を設置させ、前記尿素混合管の排気ガス入口側に遮熱板体を介して尿素水噴射ノズルを支持させる構造であって、前記尿素混合管の排気ガス入口側に尿素水噴射部を設け、前記尿素水噴射部に遮熱板体を介して尿素水噴射ノズルを取付けると共に、前記尿素水噴射部は、前記遮熱板を溶接固定する外殻ケースと、前記外殻ケースに接続する二重管状の外側連結管と内側連結管を有し、前記外側連結管と内側連結管を介して外殻ケースに前記尿素混合管の直管状部を接続したものである。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の排気ガス浄化装置において、前記尿素混合管取付け部に対向する前記遮熱板体の接合部に通気用凹部を形成したものである。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の排気ガス浄化装置において、前記尿素混合管の噴射体取付け部外側方に前記遮熱板体の接合部の一部を突設させたものである。

本願発明によれば、エンジンの排気ガス中に尿素水を噴射する尿素混合管と、前記エンジンの排気ガス中の窒素酸化物質を除去するＳＣＲケースを備え、前記尿素混合管の排気ガス出口側に前記ＳＣＲケースの排気ガス入口側を接続させる排気ガス浄化装置において、尿素水噴射ノズルが配置される前記尿素混合管の排気ガス入口側に遮熱板体を設置させ、前記尿素混合管の排気ガス入口側に遮熱板体を介して尿素水噴射ノズルを支持させる構造であって、前記尿素混合管の遮熱板体取付け部と前記遮熱板体の混合管接合部の間に通気用凹部を形成したものであるから、前記通気用凹部の放熱作用にて前記遮熱板体の断熱効果を向上でき、前記尿素混合管からの熱伝道を容易に低減できるものでありながら、遮熱効果が得られる最小限の厚みに前記遮熱板体の厚みを形成でき、前記尿素水噴射ノズルの取付け部をコンパクトに構成できる。

本願発明によれば、前記尿素混合管取付け部に対向する前記遮熱板体の接合部に通気用凹部を形成したものであるから、前記遮熱板体の噴射体取付け側の水たまり等を容易に防止できると共に、前記尿素混合管取付け面に対向する前記遮熱板体の接合面を最小限の大きさに形成して、前記遮熱板体をコンパクトに形成できる。

本願発明によれば、前記尿素混合管の噴射体取付け部外側方に前記遮熱板体の接合部の一部を突設させたものであるから、前記遮熱板体の尿素水噴射ノズル取付け面の面積に比べ、前記遮熱板体の混合管接合面の面積を小さく形成でき、前記遮熱板体の冷却効果を向上できる。

本願発明によると、前記尿素混合管の排気ガス入口側に尿素水噴射部を設け、前記尿素水噴射部に遮熱板体を介して前記尿素水噴射ノズルを取付けると共に、前記尿素水噴射部は、前記遮熱板を溶接固定する外殻ケースと、前記外殻ケースに接続する二重管状の外側連結管と内側連結管を有し、前記外側連結管と内側連結管を介して外殻ケースに前記尿素混合管の直管状部を接続したものであるから、前記尿素水噴射ノズル支持部の耐震性または耐熱性を容易に向上できると共に、前記外殻ケースに剛性を持たせることによって前記尿素混合管に前記尿素水噴射ノズルを高剛性に支持でき、前記尿素水噴射ノズルが配置される前記尿素水噴射部構造を低コストに構成できる。

第１実施形態を示す排気ガス浄化装置の正面図である。 同側面図である。 同斜視図である。 同平面図である。 同断面図である。 尿素混合管の尿素噴射部の分解説明図である。 尿素混合管の尿素噴射部の断面説明図である。

以下に、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。図１はディーゼルエンジン１に搭載される排気ガス浄化装置の正面図、図２は同側面図、図３は同斜視図、図４は同平面図、図５は同断面図である。

図１〜図４に示す如く、ディーゼルエンジン１の側面に排気マニホールド６が配置されている。また、前記ディーゼルエンジン１の各気筒から排出された排気ガスを浄化するための排気ガス浄化装置２７として、ディーゼルエンジン１の排気ガス中の粒子状物質を除去するディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦケース）としての第１ケース２８と、ディーゼルエンジン１の排気ガス中の窒素酸化物質を除去する尿素選択触媒還元システム（ＳＣＲケース）としての第２ケース２９を備える。図４のように、第１ケース２８には、酸化触媒３０、スートフィルタ３１が内設される。第２ケース２９には、尿素選択触媒還元用のＳＣＲ触媒３２、酸化触媒３３が内設される。

ディーゼルエンジン１の各気筒から排気マニホールド６に排出された排気ガスは、排気ガス浄化装置２７等を経由して、外部に放出される。排気ガス浄化装置２７によって、ディーゼルエンジン１の排気ガス中の一酸化炭素（ＣＯ）や、炭化水素（ＨＣ）や、粒子状物質（ＰＭ）や、窒素酸化物質（ＮＯｘ）を低減するように構成している。

第１ケース２８と第２ケース２９は、平面視でディーゼルエンジン１の出力軸（クランク軸）と直交する水平方向に長く延びた略円筒形状に構成している。第１ケース２８の両側（排気ガス移動方向一端側と同他端側）には、排気ガスを取入れるＤＰＦ入口管３４と、排気ガスを排出するＤＰＦ出口管３５を設けている。同様に、第２ケース２９の両側（排気ガス移動方向一端側と同他端側）には、排気ガスを取入れる排気ガス入口管としてのＳＣＲ入口管３６と、テールパイプに向けて排気ガスを排出するＳＣＲ出口管３７を設けている。

また、ディーゼルエンジン１に空気を強制的に送り込む過給機などを介して、排気マニホールド６の排気ガス出口にＤＰＦ入口管３４を連通させ、ディーゼルエンジン１の排気ガスを第１ケース２８内に導入する一方、ＤＰＦ出口管３５に尿素混合管３９を介してＳＣＲ入口管３６を接続させ、第１ケース２８の排気ガスを第２ケース２９内に導入するように構成している。

さらに、尿素の加水分解にてアンモニアを形成させる直管状部４５と、直管状部４５の排気上流側端部に設ける尿素水噴射部４６にて、前記尿素混合管３９を形成している。ＤＰＦ出口管３５の出口フランジ体３５ａに尿素水噴射部４６の入口フランジ体４６ａをボルト４１締結させると共に、尿素水噴射部４６の排気ガス出口側に直管状部４５の排気ガス入口側を溶接固定し、第１ケース２８から尿素混合管３９に排気ガスを移動させるように構成している。

図３に示す如く、尿素水を貯蔵する尿素水タンク７５と、尿素供給用の尿素水噴射ノズル７６と、尿素水噴射ノズル７６に尿素水タンク７５の尿素水を圧送する尿素水噴射ポンプ７７を備える。尿素水タンク７５は、ディーゼルエンジン１が搭載される機器に設置される。尿素水噴射ポンプ７７は、ディーゼルエンジン１の出力または電動モータなどにて駆動される。尿素水噴射ノズル７６は、尿素水噴射部４６に配置される。

上記の構成により、尿素水タンク７５内の尿素水が尿素水噴射ポンプ７７から尿素水噴射ノズル７６に圧送され、尿素水噴射ノズル７６から尿素水が尿素水噴射部４６内に噴射され、尿素混合管３９の内部で、ディーゼルエンジン１からの排気ガスに尿素水が混合される。尿素水が混合された排気ガスは第２ケース２９（ＳＣＲ触媒３２、酸化触媒３３）を通過して、排気ガス中の窒素酸化物質（ＮＯｘ）が低減され、ＳＣＲ出口管３７から外部に放出される。

なお、図１に示す如く、ディーゼルエンジン１上面側に支持フレーム体８１を設け、支持フレーム体８１の上面側に第１ケース２８及び第２ケース２９を着脱可能に固着する。ディーゼルエンジン１の出力軸と交叉する水平横方向に円筒状の第１ケース２８及び第２ケース２９の排気ガス移動方向を向けるように構成している。

次いで、図５を参照して、第２ケース２９のＳＣＲ入口管３６部の構造を説明する。図５に示す如く、尿素混合管３９の直管状部４５の排気出口側にエルボ管状部８５を連結する。エルボ管状部８５は、円筒を長手方向に二分割した一対の半割れ筒体にて形成する外管８６を有し、外管８６の半割れ筒体の長手方向の端部を外側に向けて折り曲げて、該部に接合フランジ部８６ａを形成している。同様に、エルボ管状部８５は、円筒を長手方向に二分割した一対の半割れ筒体にて形成する内管８７を有し、内管８７の半割れ筒体の長手方向の端部を外側に向けて折り曲げて、該部に接合フランジ部８７ａを形成する。外管８６の接合フランジ部８６ａにて内管８７の接合フランジ部８７ａを挟持して溶接固定し、エルボ管状部８５の外管８６及び内管８７を一体的に形成する。

さらに、尿素混合管３９は、二重管構造の外管８８と内管８９を有している。エルボ管状部８５の外管８６排気入口側の円筒状開口から内管８７の排気入口側を突出させ、尿素混合管３９の外管８８排気出口側にエルボ管状部８５の外管８６排気入口側を溶接固定すると共に、尿素混合管３９の内管８９排気出口側にエルボ管状部８５の内管８７排気入口側を溶接固定する。即ち、尿素混合管３９の排気出口側にエルボ管状部８５の排気入口側を一体的に連結している。

加えて、エルボ管状部８５の外管８６排気出口側の円筒状開口から内管８７の排気出口側を突出させ、尿素混合管３９の外管８８排気出口側にエルボ管状部８５の外管８６排気入口側を溶接固定すると共に、外管８８排気出口側にエルボ側フランジ体９２を溶接固定する。一方、ＳＣＲ入口管３６の排気入口側に入口側フランジ体９３を溶接固定し、各フランジ体９２，９３を着脱可能にボルト９１締結させている。

また、第２ケース２９は、内側ケース１４６及び外側ケース１４７にて二重筒構造に形成する。内側ケース１４６内に尿素選択触媒還元用のＳＣＲ触媒３２と酸化触媒３３が収容される。内側ケース１４６の外周側と外側ケース４７の内周側とは、薄板製支持体１４８などを介して連結されている。内側ケース１４６の外周側と外側ケース１４７の内周側との間に耐熱繊維製のケース断熱材１４９を充填している。

図５に示す如く、内側ケース１４６及び外側ケース１４７の一端側（排気上流側の端部）に側蓋体１５３を溶接固定する。内側ケース１４６及び外側ケース１４７の筒状開口部の一端側を側蓋体１５３によって塞いでいる。また、ＳＣＲ触媒３２収納部と側蓋体１５３間の内側ケース４６及び外側ケース４７に排気ガス入口１５４，１５５を形成する。内側ケース１４６の排気ガス入口１５４よりも外側ケース４７の排気ガス入口１５５を大径に形成し、内側ケース１４６の排気ガス入口１５４外周側にＳＣＲ入口管３６の排気ガス出口側を溶接固定している。

即ち、内側ケース１４６の入口開口よりもエルボ管状部８５の内管８７を小径に形成する一方、ＳＣＲ入口管３６の入口開口よりもＳＣＲ入口管３６の出口開口を大径に形成するものであり、外側ケース４７の排気ガス入口１５５にＳＣＲ入口管３６を貫通させ、内側ケース１４６内にＳＣＲ入口管３６内部を連通している。ＳＣＲ触媒３２と側蓋体１５３間の内側ケース１４６内部に第２ケース２９の排気ガス供給室９９を形成し、ＳＣＲ入口管３６の排気ガス出口側から、排気ガス供給室９９内部に向けて、エルボ管状部８５の内管８７の排気ガス出口側を突出させる。

上記の構成により、第２ケース２９の排気ガス供給室９９は、ＳＣＲ触媒３２の排気ガス受入れ端面と、ＳＣＲ触媒３２との対向面を凹面状に窪ませた側蓋体１５３の間に形成される。エルボ管状部８５の内管８７から排気ガス供給室９９に、尿素水がアンモニアとして混合された排気ガスを投入させ、ＳＣＲ触媒３２及び酸化触媒３３内部に前記排気ガスを通過させ、第２ケース２９のＳＣＲ出口管３７から排出される排気ガス中の窒素酸化物質（ＮＯｘ）を低減させる。

さらに、図６、図７に示す如く、尿素水タンク７５内の尿素水溶液を圧送する尿素水噴射ポンプ７７と、尿素水噴射ポンプ７７に接続させる尿素水噴射ノズル７６を備える。尿素混合管３９の尿素水噴射部４６に噴射台座７８を介して尿素水噴射ノズル７６を取付け、尿素混合管３９の内部に尿素水噴射ノズル７６から尿素水溶液を噴霧する。尿素水噴射部４６は、噴射台座７８を溶接固定する外殻ケース４８と、外殻ケース４８の排気ガス出口側に直管状部４５の外管８８の排気ガス入口側を接続する外側連結管４９と、外殻ケース４８及び外側連結管４９に内設させる二重管状の内側連結管５０を有する。ＤＰＦ出口管３５（二重管構造）の排気ガス出口側に内側連結管５０の排気ガス入口側を接続すると共に、内側連結管４９の排気ガス出口側に直管状部４５の内管８９の排気ガス入口側を接続し、直管状部４５の内管８９内部にＤＰＦ出口管３５の排気ガスを導入するように構成している。

また、外殻ケース４８に溶接固定する噴射台座７８の接着面に遮熱用凹部７８ａを形成すると共に、外殻ケース４８に溶接固定された噴射台座７８に尿素水噴射ノズル７６をボルト７６ｂ締結するものであり、外殻ケース４８の溶接固定面に対して遮熱用凹部７８ａを離間させ、外殻ケース４８の溶接固定面に対する噴射台座７８の接着面積を少なく形成し、排気ガスにて加熱される外殻ケース４８の熱を遮熱用凹部７８ａにて遮断して、外殻ケース４８の熱によって噴射台座７８が加熱されるのを防止している。即ち、外殻ケース４８の排気熱が尿素水噴射ノズル７６に伝達されるのを低減し、尿素水噴射ノズル７６に連通接続させる尿素水噴射管７９、または尿素水噴射ノズル７６の尿素水噴射弁に電気接続させる制御ハーネス（図示省略）などを保護するように構成している。

図１、図６、図７に示す如く、ディーゼルエンジン１の排気ガス中に尿素水を噴射する尿素混合管３９と、ディーゼルエンジン１の排気ガス中の窒素酸化物質を除去するＳＣＲケースとしての第２ケース２９を備え、尿素混合管３９の排気ガス出口側に第２ケース２９の排気ガス入口側を接続させる排気ガス浄化装置において、尿素水噴射ノズル７６が配置される尿素混合管３９の排気ガス入口側に遮熱板体としての噴射台座７８を設置させ、尿素混合管３９の排気ガス入口側に噴射台座７８を介して尿素水噴射ノズル７６を支持させる構造であって、尿素混合管３９の噴射台座７８取付け部と噴射台座７８の混合管接合部の間に通気用凹部としての遮熱用凹部７８ａを形成している。したがって、遮熱用凹部７８ａの放熱作用にて噴射台座７８の断熱効果を向上でき、尿素混合管３９からの熱伝道を容易に低減できるものでありながら、遮熱効果が得られる最小限の厚みに噴射台座７８の厚みを形成でき、尿素水噴射ノズル７６の取付け部をコンパクトに構成できる。

図６、図７に示す如く、尿素混合管３９取付け部に対向する噴射台座７８の接合部に遮熱用凹部７８ａを形成している。したがって、噴射台座７８の噴射ノズル７６取付け側の水たまり等を容易に防止できると共に、尿素混合管３９取付け面に対向する噴射台座７８の接合面を最小限の大きさに形成して、噴射台座７８をコンパクトに形成できる。

図６、図７に示す如く、前記尿素混合管３９の噴射ノズル７６取付け部外側方に噴射台座７８の接合部の一部を突設させている。したがって、噴射台座７８の尿素水噴射ノズル７６取付け面の面積に比べ、噴射台座７８の混合管３９接合面の面積を小さく形成でき、噴射台座７８の冷却効果を向上できる。

図６、図７に示す如く、尿素混合管３９の排気ガス入口側に尿素水噴射部４６を設け、尿素水噴射部４６に噴射台座７８を介して尿素水噴射ノズル７６を取付けると共に、尿素水噴射部４６は、噴射台座７８を溶接固定する外殻ケース４８と、外殻ケース４８に接続する二重管状の外側連結管４９と内側連結管５０を有し、外側連結管４９と内側連結管５０を介して外殻ケース４８に尿素混合管３９の直管状部４５を接続している。したがって、尿素水噴射ノズル７６支持部の耐震性または耐熱性を容易に向上できると共に、外殻ケース４８に剛性を持たせることによって尿素混合管３９に尿素水噴射ノズル７６を高剛性に支持でき、尿素水噴射ノズル７６が配置される尿素水噴射部４６構造を低コストに構成できる。

１ ディーゼルエンジン
２９ 第２ケース（ＳＣＲケース）
３６ ＳＣＲ入口管（排気ガス入口管）
３９ 尿素混合管
４６ 尿素水噴射部
４８ 外殻ケース
４９ 外側連結管
５０ 内側連結管
７６ 尿素水噴射ノズル
７８ 噴射台座
７８ａ 遮熱用凹部

Claims (3)

1. エンジンの排気ガス中に尿素水を噴射する尿素混合管と、前記エンジンの排気ガス中の窒素酸化物質を除去するＳＣＲケースを備え、前記尿素混合管の排気ガス出口側に前記ＳＣＲケースの排気ガス入口側を接続させる排気ガス浄化装置において、
   尿素水噴射ノズルが配置される前記尿素混合管の排気ガス入口側に遮熱板体を設置させ、前記尿素混合管の排気ガス入口側に遮熱板体を介して尿素水噴射ノズルを支持させる構造であって、
   前記尿素混合管の排気ガス入口側に尿素水噴射部を設け、前記尿素水噴射部に遮熱板体を介して尿素水噴射ノズルを取付けると共に、前記尿素水噴射部は、前記遮熱板を溶接固定する外殻ケースと、前記外殻ケースに接続する二重管状の外側連結管と内側連結管を有し、前記外側連結管と内側連結管を介して外殻ケースに前記尿素混合管の直管状部を接続したことを特徴とする排気ガス浄化装置。
2. 前記尿素混合管取付け部に対向する前記遮熱板体の接合部に通気用凹部を形成したことを特徴とする請求項１に記載の排気ガス浄化装置。
3. 前記尿素混合管の噴射体取付け部外側方に前記遮熱板体の接合部の一部を突設させたことを特徴とする請求項１に記載の排気ガス浄化装置。

Images