遠藤浩史 (〒60 東京都日野市日野台３丁目１番地１日野自動車株式会社内 Tokyo, 1918660, JP)
日野自動車株式会社 (〒60 東京都日野市日野台３丁目１番地１ Tokyo, 1918660, JP)
ENDO, Hiroshi (1-1, Hinodai 3-chome, Hino-sh, Tokyo 60, 1918660, JP)
| 排気管の途中に排気ガス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を備えると共に、該パティキュレートフィルタの下流側に酸素共存下でも選択的にNOxをアンモニアと反応させ得る選択還元型触媒を備え、該選択還元型触媒と前記パティキュレートフィルタとの間に還元剤として尿素水を添加し得るように構成した排気浄化装置であって、車両のフレームに沿わせてパティキュレートフィルタを車両前後方向に配置すると共に、該パティキュレートフィルタの入側端部付近で車幅方向外側に向けて選択還元型触媒を配置し、パティキュレートフィルタの出側端部から排出された排気ガスを前方に折り返して選択還元型触媒の入側端部に導入する連絡流路を設け、該連絡流路の途中に尿素水を添加するための尿素水添加手段を備えたことからなる排気浄化装置。 |
| パティキュレートフィルタの出側端部と選択還元型触媒の入側端部との間を連絡する連絡流路が、パティキュレートフィルタの出側端部から出た排気ガスを車幅方向外側へ方向転換させつつ集合せしめるガス集合室と、該ガス集合室で集められた排気ガスを前方に向けて抜き出し且つ終端部分を選択還元型触媒の入側端部に対峙するように屈曲させたミキシングパイプとにより構成され、ガス集合室の容積とミキシングパイプの流路断面積及び長さを共鳴減衰の原理により低周波域の排気騒音を低減し得るように設定されていることからなる請求項1に記載の排気浄化装置。 |
| パティキュレートフィルタの直前に排気ガス中の未燃燃料分を酸化処理する酸化触媒が装備され、該酸化触媒より上流側で排気ガス中に燃料を添加する燃料添加手段が備えられていることからなる請求項1に記載の排気浄化装置。 |
| パティキュレートフィルタの直前に排気ガス中の未燃燃料分を酸化処理する酸化触媒が装備され、該酸化触媒より上流側で排気ガス中に燃料を添加する燃料添加手段が備えられていることからなる請求項2に記載の排気浄化装置。 |
| エンジンの各気筒に燃料を噴射する燃料噴射装置を燃料添加手段として採用し、気筒内への燃料噴射を制御して排気ガス中に未燃燃料分を多く残すことで燃料添加を実行するように構成されていることからなる請求項3に記載の排気浄化装置。 |
| エンジンの各気筒に燃料を噴射する燃料噴射装置を燃料添加手段として採用し、気筒内への燃料噴射を制御して排気ガス中に未燃燃料分を多く残すことで燃料添加を実行するように構成されていることからなる請求項4に記載の排気浄化装置。 |
| 選択還元型触媒の直後に余剰のアンモニアを酸化処理するアンモニア低減触媒が装備されていることからなる請求項1に記載の排気浄化装置。 |
| 選択還元型触媒の直後に余剰のアンモニアを酸化処理するアンモニア低減触媒が装備されていることからなる請求項2に記載の排気浄化装置。 |
| 選択還元型触媒の直後に余剰のアンモニアを酸化処理するアンモニア低減触媒が装備されていることからなる請求項3に記載の排気浄化装置。 |
| 選択還元型触媒の直後に余剰のアンモニアを酸化処理するアンモニア低減触媒が装備されていることからなる請求項4に記載の排気浄化装置。 |
| 選択還元型触媒の直後に余剰のアンモニアを酸化処理するアンモニア低減触媒が装備されていることからなる請求項5に記載の排気浄化装置。 |
| 選択還元型触媒の直後に余剰のアンモニアを酸化処理するアンモニア低減触媒が装備されていることからなる請求項6に記載の排気浄化装置。 |
本発明は、排気浄化装置に関するもので る。
従来より、ディーゼルエンジンにおいて 、排気ガスが流通する排気管の途中に、酸 共存下でも選択的にNOxを還元剤と反応させ 性質を備えた選択還元型触媒を装備し、該 択還元型触媒の上流側に必要量の還元剤を 加して該還元剤を選択還元型触媒上で排気 ス中のNOx(窒素酸化物)と還元反応させ、こ によりNOxの排出濃度を低減し得るようにし ものがある。
他方、プラント等における工業的な排煙脱 処理の分野では、還元剤にアンモニア(NH 3 )を用いてNOxを還元浄化する手法の有効性が に広く知られているところであるが、自動 の場合には、アンモニアそのものを搭載し 走行することに関し安全確保が困難である め、近年においては、毒性のない尿素水を 元剤として使用することが研究されている
即ち、尿素水を選択還元型触媒の上流側で
気ガス中に添加すれば、該排気ガス中で尿
水が次式によりアンモニアと炭酸ガスに熱
解され、選択還元型触媒上で排気ガス中のN
Oxがアンモニアにより良好に還元浄化される
とになる。
(NH 2
) 2
CO+H 2
O→2NH 3
+CO 2
他方、ディーゼルエンジンの排気浄化を る場合、排気ガス中のNOxを除去するだけで 十分ではなく、排気ガス中に含まれるパテ キュレート(Particulate Matter:粒子状物質)につ いてもパティキュレートフィルタを通して捕 集する必要があるが、この種のパティキュレ ートフィルタを採用する場合には、目詰まり により排気抵抗が増加しないうちにパティキ ュレートを適宜に燃焼除去してパティキュレ ートフィルタの再生を図る必要がある。
このため、パティキュレートフィルタの 段に、フロースルー型の酸化触媒を付帯装 させ、パティキュレートの堆積量が増加し きた段階で前記酸化触媒より上流の排気ガ 中に燃料を添加してパティキュレートフィ タを強制再生することが考えられている。
つまり、酸化触媒より上流の排気ガス中 燃料を添加すれば、その添加燃料(HC)が前段 の酸化触媒を通過する間に酸化反応するので 、その反応熱で昇温した排気ガスの流入によ り直後のパティキュレートフィルタの触媒床 温度が上げられてパティキュレートが燃やし 尽くされ、パティキュレートフィルタの再生 化が図られることになる。
一般的に、前述した如き燃料添加を実行す
ための具体的手段としては、圧縮上死点付
で行われる燃料のメイン噴射に続いて圧縮
死点より遅い非着火のタイミングでポスト
射を実行して排気ガス中に燃料を添加する
とが考えられているが、その添加燃料を効
良く強制再生に活用し且つ排気ガスが極力
度降下しないうちに添加燃料を酸化処理す
ためには、パティキュレートフィルタを選
還元型触媒より上流側に配置することが好
しいものと考えられている(例えば、下記の
特許文献1参照)。
しかしながら、このようにパティキュレ トフィルタを選択還元型触媒より上流側に 置するとした場合、該選択還元型触媒への 素水の添加がパティキュレートフィルタと 択還元型触媒との間で行われることになる め、排気ガス中に添加された尿素水がアン ニアと炭酸ガスに熱分解されるまでの十分 反応時間を確保しようとすれば、尿素水の 加位置から選択還元型触媒までの距離を長 する必要があり、結果的にパティキュレー フィルタと選択還元型触媒とを十分な距離 隔てて離間配置させなければならなくなっ 車両への搭載性が著しく損なわれるという 題があった。
即ち、この種のパティキュレートフィル は、車両前後方向に延在するフレームを取 付け相手として該フレームに沿わせて配置 れるようになっているため、このパティキ レートフィルタの後方に選択還元型触媒を けて配置すると、フレームの長手方向にお る広範囲がパティキュレートフィルタと選 還元型触媒の配置スペースとして占有され しまう結果となり、尿素水タンク等の補機 をフレームに取り付けるための配置スペー の確保が難しくなった。
本発明は、上述の実情に鑑みてなされた のであり、尿素水からアンモニアが生成さ るのに十分な反応時間を確保しながらもパ ィキュレートフィルタ及び選択還元型触媒 コンパクトな配置を実現して車両への搭載 を向上することを目的としている。
本発明は、排気管の途中に排気ガス中の ティキュレートを捕集するパティキュレー フィルタを備えると共に、該パティキュレ トフィルタの下流側に酸素共存下でも選択 にNOxをアンモニアと反応させ得る選択還元 触媒を備え、該選択還元型触媒と前記パテ キュレートフィルタとの間に還元剤として 素水を添加し得るように構成した排気浄化 置であって、車両のフレームに沿わせてパ ィキュレートフィルタを車両前後方向に配 すると共に、該パティキュレートフィルタ 入側端部付近で車幅方向外側に向けて選択 元型触媒を配置し、パティキュレートフィ タの出側端部から排出された排気ガスを前 に折り返して選択還元型触媒の入側端部に 入する連絡流路を設け、該連絡流路の途中 尿素水を添加するための尿素水添加手段を えたことを特徴とするものである。
而して、このようにすれば、パティキュ ートフィルタの出側端部から排出された排 ガスが、連絡流路により前方に折り返され からパティキュレートフィルタの入側端部 近で車幅方向外側に向かう選択還元型触媒 入側端部に導入され、これによって、前記 絡流路の途中にある尿素水の添加位置から 択還元型触媒までの距離が長く確保される 共に、排気ガスの流れが折り返されること 尿素水と排気ガスとの混合促進が図られる 果、尿素水からアンモニアが生成されるの 十分な反応時間が確保されることになる。
一方、パティキュレートフィルタと選択 元型触媒とが平面視でL字型に配置され、連 絡流路もパティキュレートフィルタに沿うよ うに配置されるので、これらパティキュレー トフィルタと選択還元型触媒と連絡流路の全 体構成がコンパクトなものとなって車両への 搭載性が大幅に向上されることになる。
より具体的には、フレームの長手方向に ティキュレートフィルタの長さ範囲を大き 超えて選択還元型触媒の配置スペースを確 しなくて済み、しかも、パティキュレート ィルタをフレームの車幅方向内側に沿わせ 配置することによって、その外側の選択還 型触媒を避けた位置に余剰の配置スペース 確保されて尿素水タンク等の補機類の配置 可能となる。
また、本発明をより具体的に実施するに しては、パティキュレートフィルタの出側 部と選択還元型触媒の入側端部との間を連 する連絡流路が、パティキュレートフィル の出側端部から出た排気ガスを車幅方向外 へ方向転換させつつ集合せしめるガス集合 と、該ガス集合室で集められた排気ガスを 方に向けて抜き出し且つ終端部分を選択還 型触媒の入側端部に対峙するように屈曲さ たミキシングパイプとにより構成し、ガス 合室の容積とミキシングパイプの流路断面 及び長さを共鳴減衰の原理により低周波域 排気騒音を低減し得るように設定されてい ことが好ましい。
更に、本発明においては、パティキュレ トフィルタの直前に排気ガス中の未燃燃料 を酸化処理する酸化触媒が装備され、該酸 触媒より上流側で排気ガス中に燃料を添加 る燃料添加手段が備えられていることが好 しく、このようにすれば、燃料添加手段に り添加された燃料が酸化触媒上で酸化処理 れる結果、その反応熱で昇温した排気ガス 流入により直後のパティキュレートフィル の触媒床温度が上げられてパティキュレー が燃やし尽くされ、パティキュレートフィ タの再生化が図られる。
このようにした際には、エンジンの各気 に燃料を噴射する燃料噴射装置を燃料添加 段として採用し、気筒内への燃料噴射を制 して排気ガス中に未燃燃料分を多く残すこ で燃料添加を実行するように構成すると良 。
また、本発明においては、選択還元型触 の直後に余剰のアンモニアを酸化処理する ンモニア低減触媒が装備されていることが ましく、このようにすれば、選択還元型触 での還元反応に使用されて余剰したアンモ アが、直後のアンモニア低減触媒にて酸化 理される。
上記した本発明の排気浄化装置によれば 下記の如き種々の優れた効果を奏し得る。
(I)尿素水からアンモニアが生成されるの 十分な反応時間を確保しながらもパティキ レートフィルタ及び選択還元型触媒のコン クトな配置を実現することができるので、 来よりも車両への搭載性を大幅に向上する とができ、尿素水タンク等の補機類も支障 くフレームに沿わせて配置することができ 。
(II)連絡流路をガス集合室とミキシングパ イプとにより構成し、ガス集合室の容積とミ キシングパイプの流路断面積及び長さを適切 に設定することによって、共鳴減衰の原理に より低周波域の排気騒音を低減し得るように することができ、連絡流路に消音器の機能を 兼用させることで新たな消音器の追加装備を 不要とすることができる。
(III)パティキュレートフィルタの直前に 気ガス中の未燃燃料分を酸化処理する酸化 媒が装備され、該酸化触媒より上流側で排 ガス中に燃料を添加する燃料添加手段が備 られている場合には、燃料添加手段により 加した燃料を酸化触媒上で酸化処理させ、 の反応熱で昇温した排気ガスの流入により 後のパティキュレートフィルタの触媒床温 を上げてパティキュレートを燃やし尽くす とができ、パティキュレートフィルタの積 的な再生化を図ることができる。
(IV)選択還元型触媒の直後に余剰のアンモ ニアを酸化処理するアンモニア低減触媒が装 備されている場合には、選択還元型触媒を未 反応のまま通過してしまった余剰のアンモニ アを酸化処理して無害化させることができ、 最終的に大気中へ排出される排気ガス中にア ンモニアが残存してしまう虞れを未然に回避 することができる。
1 ディーゼルエンジン(エンジン)
3 排気ガス
4 排気管
5 パティキュレートフィルタ
6 選択還元型触媒
9 連絡流路
9A ガス集合室
9B ミキシングパイプ
10 フレーム
11 尿素水添加用インジェクタ(尿素水添加
手段)
12 酸化触媒
13 アンモニア低減触媒
以下、本発明の実施例を図面を参照しつ 説明する。
図1~図3は本発明の一実施例を示すもので 本実施例の排気浄化装置においては、ディ ゼルエンジン1から排気マニホールド2を介 て排出される排気ガス3が流通する排気管4の 途中に、排気ガス3中のパティキュレートを 集するパティキュレートフィルタ5と、該パ ィキュレートフィルタ5の下流側に酸素共存 下でも選択的にNOxをアンモニアと反応させ得 る性質を備えた選択還元型触媒6とがケーシ グ7,8により夫々抱持されて備えられており 前記パティキュレートフィルタ5が車両のフ ーム10に沿わされて前後方向に向けて配置 れ、前記選択還元型触媒6がパティキュレー フィルタ5の入側端部付近で車幅方向外側に 向けて配置されるようになっている。
しかも、前記パティキュレートフィルタ5 の出側端部と前記選択還元型触媒6の入側端 との間は連絡流路9により接続されており、 ティキュレートフィルタ5の出側端部から排 出された排気ガス3が前方に折り返されて選 還元型触媒6の入側端部に導入されるように てある。
ここで、前記連絡流路9は、パティキュレ ートフィルタ5の出側端部から出た排気ガス3 車幅方向外側へ方向転換させつつ集合せし るガス集合室9Aと、該ガス集合室9Aで集めら れた排気ガス3を前方に向けて抜き出し且つ 端部分を選択還元型触媒6の入側端部に対峙 るように屈曲させたミキシングパイプ9Bと より構成されており、特に本実施例におい は、ガス集合室9Aの容積V(図3中にクロスハッ チングで示す部分を参照)とミキシングパイ 9Bの流路断面積S(図3中に斜線で示す部分を参 照)及び長さL(図3中の矢印Lを参照)を共鳴減衰 の原理により低周波域(爆発成分の周波数域) 排気騒音を低減し得るように設定してある
即ち、共鳴周波数fは下記の数式により表す
ことができるので、ガス集合室9Aを消音室と
て、該ガス集合室9Aの容積Vとミキシングパ
プ9Bの流路断面積S及び長さLを適切に設定す
れば、低減したい低周波域に対応した共鳴周
波数fの共鳴器を連絡流路9で構成することが
能となるのである。
[数1]
π:円周率
また、前記ミキシングパイプ9Bの終端部 は、選択還元型触媒6の入側端部に対峙する うに屈曲させた際に、その屈曲部の外周側 排気ガス3の流れが偏り易いことに配慮し、 該排気ガス3の流れが前記屈曲部の内周側に かれ易くなるように形状を工夫しており、 ーシング8の出側のテールパイプにも排気抵 が一様化するような形状を付してある。
更に、前記ガス集合室9Aにおけるミキシ グパイプ9Bの始端部分の開口と対峙する位置 には、尿素水添加手段を成す尿素水添加用イ ンジェクタ11が同心状に装着されており、該 素水添加用インジェクタ11により前記ミキ ングパイプ9Bの始端部分の開口中心位置に向 け尿素水が添加されるようになっている。
ただし、尿素水添加用インジェクタ11の 置位置は、選択還元型触媒6までに十分な距 を確保することが可能な連絡流路9途中の適 宜位置であれば良く、必ずしも図示する位置 に限定されないことは勿論である。
更に、特に本実施例においては、パティ ュレートフィルタ5が抱持されているケーシ ング7内の前段に、排気ガス3中の未燃燃料分 酸化処理する酸化触媒12が装備されている 共に、選択還元型触媒6が抱持されているケ シング8内の後段に、余剰のアンモニアを酸 化処理するアンモニア低減触媒13が装備され いる。
尚、図中における14はケーシング7の入側 設けられた膨張型の消音室、15は該消音室14 内に挿入されて上流側からの排気ガス3を拡 させるパンチングパイプ、16は該パンチング パイプ15の先端部が突き当たる位置に配置さ た分散板、17は前記消音室14の前段に装備さ れた排気ブレーキを示す。
而して、このように排気浄化装置を構成 れば、パティキュレートフィルタ5により排 気ガス3中のパティキュレートが捕集される 共に、その下流側で尿素水添加用インジェ タ11から尿素水が排気ガス3中に添加されて ンモニアと炭酸ガスに熱分解され、選択還 型触媒6上で排気ガス3中のNOxがアンモニアに より良好に還元浄化される結果、排気ガス3 のパティキュレートとNOxの同時低減が図ら る。
この際、パティキュレートフィルタ5の出 側端部から排出された排気ガス3が連絡流路9 より前方に折り返されてからパティキュレ トフィルタ5の入側端部付近で車幅方向外側 に向かう選択還元型触媒6の入側端部に導入 れ、これによって、尿素水添加用インジェ タ11による尿素水の添加位置から選択還元型 触媒6までの距離が長く確保されると共に、 気ガス3の流れが折り返されることで尿素水 排気ガス3との混合促進が図られる結果、尿 素水からアンモニアが生成されるのに十分な 反応時間が確保されることになる。
一方、パティキュレートフィルタ5と選択 還元型触媒6とが平面視でL字型に配置され、 絡流路9もパティキュレートフィルタ5に沿 ように配置されるので、これらパティキュ ートフィルタ5と選択還元型触媒6と連絡流路 9の全体構成がコンパクトなものとなって車 への搭載性が大幅に向上されることになる
より具体的には、フレーム10の長手方向 パティキュレートフィルタ5の長さ範囲を大 く超えて選択還元型触媒6の配置スペースを 確保しなくて済み、しかも、パティキュレー トフィルタ5をフレーム10の車幅方向内側に沿 わせて配置することによって、その外側の選 択還元型触媒6を避けた位置に余剰の配置ス ースが確保されて尿素水タンク等の補機類 配置が可能となる。
従って、上記実施例によれば、尿素水か アンモニアが生成されるのに十分な反応時 を確保しながらもパティキュレートフィル 5及び選択還元型触媒6のコンパクトな配置 実現することができるので、従来よりも車 への搭載性を大幅に向上することができ、 素水タンク等の補機類も支障なくフレーム10 に沿わせて配置することができる。
また、連絡流路9をガス集合室9Aとミキシ グパイプ9Bとにより構成し、ガス集合室9Aの 容積Vとミキシングパイプ9Bの流路断面積S及 長さLを適切に設定することによって、共鳴 衰の原理により低周波域の排気騒音を低減 得るようにすることができ、連絡流路9に消 音器の機能を兼用させることで新たな消音器 の追加装備を不要とすることができる。
更に、ここに図示している例では、パテ キュレートフィルタ5の入側に排気ガス3中 未燃燃料分を酸化処理する酸化触媒12が装備 されているので、ディーゼルエンジン1側で ポスト噴射等により排気ガス3中に添加した 料を酸化触媒12上で酸化処理させ、その反 熱で昇温した排気ガス3の流入により出側の ティキュレートフィルタ5の触媒床温度を上 げてパティキュレートを燃やし尽くすことが でき、パティキュレートフィルタ5の積極的 再生化を図ることができる。
また、選択還元型触媒6の出側に余剰のア ンモニアを酸化処理するアンモニア低減触媒 13が装備されているので、選択還元型触媒6を 未反応のまま通過してしまった余剰のアンモ ニアを酸化処理して無害化させることができ 、最終的に大気中へ排出される排気ガス3中 アンモニアが残存してしまう虞れを未然に 避することができる。
尚、本発明の排気浄化装置は、上述の実 例にのみ限定されるものではなく、その他 本発明の要旨を逸脱しない範囲内において 々変更を加え得ることは勿論である。