JP6798221B2 - 排気ガス浄化システム - Google Patents

Description

本発明は、排気ガス浄化システムに関し、より詳細には、排気ガスの浄化能力を向上する排気ガス浄化システムに関する。

エンジンの排気ガスを浄化する排気ガス浄化システムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この排気ガス浄化システムは、収納管（ケーシング）の開口を覆うキャップの排気導入路から内部へと導入された排気ガスが、収納管の内周面と触媒との間に位置する隙間を通り、収納管の底面で折り返されつつ、その全量が触媒へと流れ込むように構成されている。

特開２０１１−０４７３４９号公報

ところで、排気ガス浄化システムの浄化能力を向上する対策としては、酸化触媒、捕集フィルタ、選択的還元触媒などの排気ガス浄化装置の容量を大きくすることが挙げられる。例えば、上記の特許文献１に記載の酸化触媒（ＤＯＣ）、選択的還元触媒（ＳＣＲ触媒）、アンモニア酸化触媒のうちのいずれかの容量を大きくするには、収納管の径を太くしたり、収納管の軸方向の長さを長くしたりする必要がある。それ故、従来の場所には収まらなくなり、レイアウト変更が必要になるという問題があった。

本発明は、上記のことを鑑みてなされたものであり、その目的は、レイアウトを変更せずに、排気ガスの浄化能力を向上することができる排気ガス浄化システムを提供することにある。

上記の目的を達成する本発明の排気ガス浄化システムは、排気ガスを浄化する浄化装置と、この浄化装置を収納する収納管と、を備えている排気ガス浄化システムにおいて、一端に第一開口部を有している有底筒状の折返部材と、この折返部材の筒状の胴部から径方向外側に延在している出口管とを備えていて、前記第一開口部から前記折返部材の内部に前記収納管の出口を含む末端部が挿入された状態で、その出口が前記折返部材の底部に対向していて、前記末端部と前記折返部材との間に、前記出口から排出した排気ガスが、前記底部に衝突して径方向外側に流れた後に、前記出口管に向かってその末端部の外周を周方向に流れる折返空間が形成されていて、前記折返空間が、前記出口と前記底部との間に介在する円柱状の第一空間と、前記末端部の筒面と前記胴部との間に介在する円環柱状の第二空間とから構成されていて、前記第一空間の外筒面の面積、前記第二空間の円環の断面積、及び、前記折返部材の前記胴部に形成されていて前記出口管の入口となる第二開口部の開口面積のそれぞれが前記出口の開口面積以上に設定されていることを特徴とする。

本発明によれば、収納管の一端部が折返部材の内部に挿入された状態で、収納管の一端部と折返部との間に折返空間を設けることで、その折返空間により収納管の出口から排出された排気ガスを収納管の末端部を覆うように折り返すことができる。これにより、レイアウトを変更することなく、収納管の全長を長くできることに伴って、収納管に収納される浄化装置の容量の増加には有利になり、排気ガスの浄化能力を向上することができる。

また、本発明によれば、収納管の一端部のみを折返部材が覆っていて、出口から折返空間に放出された排気ガスが一端部の外周を周方向に流れるので、その一端部のみを保温す
ることができる。これにより、浄化装置の全体を保温することで浄化装置の上流側が高温になり過ぎて却って浄化能力が低下する問題に対して、排気ガスの流れに関する浄化装置の下流側のみを保温することで、浄化能力の向上には有利になる。

本発明の排気ガス浄化システムの実施形態を例示する車両の構成図である。 図１の第一ユニットを例示する展開図である。 図１の第一ユニットを例示する斜視図である。 図１の第一ユニットを例示する横断面図である。 図２の折返空間を例示する斜視図である。 図２の折返部材と出口管とを例示する背面図である。

以下に、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。図中では、ｘを車両１０の進行方向（前後方向）とし、ｙを車両１０の側方（左右方向）とし、ｚを鉛直方向（上下方向）とする。

図１に例示するように、実施形態の排気ガス浄化システム２０は、車両１０のエンジン１１から排出された排気ガスＧ１を浄化するシステムであり、エンジン１１を支持するフレーム１２の一側方に設置されている。

車両１０においては、ラダーフレームで構成されたフレーム１２により、エンジン１１と、トランスミッション、プロペラシャフト、及びディファレンシャルなどの動力伝達機構１３と、従動輪１４と、受動輪１５とが支持されている。エンジン１１の燃料の燃焼により生じた排気ガスＧ１は、エグゾーストマニホールド１６を経由して排気通路１７に排出されて、排気ガス浄化システム２０で浄化された後に、車両１０の後方に向かって排出されている。

排気ガス浄化システム２０は、フレーム１２のｘ方向の中途位置の左右側方のそれぞれに配置された第一ユニット２１と第二ユニット２２とから構成されている。第一ユニット２１は、排気通路１７の中途位置に介在していて、浄化装置を有している。第二ユニット２２は、尿素水を供給するモジュールである。

第一ユニット２１は、ｘ方向の幅Ｂ１、ｙ方向の長さＬ１、ｚ方向の高さＨ１で示される所定のレイアウト寸法に収められている。幅Ｂ１は第一ユニット２１の前後に配置される図示しない装置により、長さＬ１はフレーム１２と車両１０の最外側との間の長さにより、高さＨ１は最低地上高により、それぞれ決められている。

この実施形態の排気ガス浄化システム２０は、排気ガスＧ１の浄化能力を向上するために、浄化装置の容量を大きくすることを目的としている。しかし、浄化装置の径を太くすると、第一ユニット２１の幅Ｂ１が広くなったり、高さＨ１が高くなったりして、所定のレイアウト寸法からはみ出してしまう。

そこで、排気ガス浄化システム２０は、排気ガスＧ１の流れに関して、浄化装置の軸方向の長さを長くしてその容量を大きくすると共に、折返部材４０と出口管４１とを備えている。

図２及び図３に例示するように、第一ユニット２１は、浄化装置として、酸化触媒２３、捕集フィルタ２４、尿素水噴射弁２５、選択的還元触媒２６、及びアンモニア吸着触媒２７を有している。第一ユニット２１は、酸化触媒２３、捕集フィルタ２４、尿素水噴射弁２５、選択的還元触媒２６、及びアンモニア吸着触媒２７が、排気ガスＧ１の流れに関して上流側から下流側に向かって順に配置されている。

この実施形態の排気ガス浄化システム２０は、複数の選択的還元触媒２６を排気ガスＧ１の流れに関して順に配置することで、選択的還元触媒２６の容量を大きくしている。なお、複数の選択的還元触媒２６と同容量であれば、選択的還元触媒２６を一つとしてもよい。

第一ユニット２１は、浄化装置を収納する第一収納管３０及び第二収納管３１と、それらを接続する接続管３２と、を備えている。第一ユニット２１において、排気ガスＧ１は、第一収納管３０の入口３３から、第二収納管３１の出口３６まで、蛇行した流路に沿って流れている。

第一収納管３０は、管軸方向がｙ方向に向いた収納管であり、酸化触媒２３と捕集フィルタ２４とを内部に収納している。第一収納管３０の入口３３は、フレーム１２側、つまり車両１０のｙ方向中央寄りに配置されていて、出口３４は、車両１０のｙ方向外側寄りに配置されている。

第二収納管３１は、管軸方向がｙ方向に向いた収納管であり、二つの選択的還元触媒２６とアンモニア吸着触媒２７とを内部に収納している。第二収納管３１の入口３５は、フレーム１２側、つまり車両１０のｙ方向中央寄りに配置されていて、出口３６は、車両１０のｙ方向外側寄りに配置されている。

接続管３２は、内部を流れる排気ガスＧ１の流路がＳ字状に屈曲する管であり、第一収納管３０の出口３４と第二収納管３１の入口３５とを連通している。

図４に例示するように、第一収納管３０、第二収納管３１、及び接続管３２は、管軸方向の中途位置の横断面において、それぞれ径方向に隣り合っている。このように、第一収納管３０と第二収納管３１とが隣り合うことで形成される窪みに接続管３２が配置されることで、第一ユニット２１は、コンパクトになり、所定のレイアウト寸法に収まっている。

図２〜図４に例示するように、折返部材４０は、一端が開口している有底筒状の部材であり、第二収納管３１の出口３６を含む末端部３７に接続されている。第二収納管３１の末端部３７は、出口３６を含んでいて、且つアンモニア吸着触媒２７と、少なくとも第二収納管３１の下流側に配置された選択的還元触媒２６の末端部とを含んでいる部位である。末端部３７は、第二収納管３１の下流側に配置された選択的還元触媒２６の全域を含まない部位であればよい。

折返部材４０は、胴部４２、肩部４３、及び底部４４から構成されていて、一端に第一開口部４５、胴部４２に第二開口部４６がそれぞれ形成されている。

胴部４２は、筒軸方向がｙ方向に向いた筒状であり、その筒径Ｒ１が、第二収納管３１の管径Ｒ２よりも長い。肩部４３は、胴部４２の一端を径方向内側に窄めていて、第一開口部４５を形成している。底部４４は、胴部４２の他端を塞いでいる。第一開口部４５は、その開口径が、管径Ｒ２に等しく、筒径Ｒ１よりも短い。第二開口部４６は、胴部４２を径方向に貫通している。

第二収納管３１の末端部３７が第一開口部４５から折返部材４０の内部に挿入された状態で、第二収納管３１の出口３６は折返部材４０の底部４４に対向していて、底部４４か
ら離間している。また、その末端部３７の外周が折返部材４０の胴部４２から離間している。これにより、この末端部３７と折返部材４０とに囲まれた折返空間４７が形成されている。

図５に例示するように、折返空間４７は、排気ガスＧ１の流れる順に配置された第一空間４７ａと第二空間４７ｂとから構成されている。第一空間４７ａは、出口３６と底部４４との間に介在する円柱状の、より詳しくは円盤状の空間である。第二空間４７ｂは、末端部３７の筒面と胴部４２との間に介在する円環柱状の空間である。

第一空間４７ａにおける排気ガスＧ１が流通する面積は、第一空間４７ａの外筒面の面積Ｓ２である。この外筒面の面積Ｓ２は、出口３６の開口面積Ｓ１に基づいて設定されている。具体的に、外筒面の面積Ｓ２は、第一空間４７ａのｙ方向の厚さ、つまり、出口３６と底部４４との離間距離Ｌ２が、開口面積Ｓ１から第二収納管３１の外周長を除算した値以上に設定されることで、開口面積Ｓ１以上の大きさに設定されている。

第二空間４７ｂにおける排気ガスＧ１が流通する面積は、円環の断面積Ｓ３である。この円環の断面積Ｓ３は、開口面積Ｓ１に基づいて設定されている。具体的に、円環の断面積Ｓ３は、第二空間４７ｂの円環の幅、つまり、末端部３７と胴部４２との離間距離Ｌ３が、第二空間４７ｂの円環の断面積Ｓ３が開口面積Ｓ１以上になる値に設定されることで、開口面積Ｓ１以上の大きさに設定されている。

第二開口部４６の開口面積Ｓ４は、開口面積Ｓ１に基づいて設定されている。具体的に、開口面積Ｓ４は、開口面積Ｓ１以上になる値に設定されている。

出口管４１は、折返部材４０の胴部４２から径方向外側に延在していて、第一収納管３０及び第二収納管３１の管軸方向の中途位置の横断面において、第一収納管３０及び第二収納管３１に対して、接続管３２が配置されていない側に配置されている。具体的に、第一収納管３０と第二収納管３１とが隣り合うことで形成される窪みのうちの接続管３２が配置されていない方の窪みに配置されている。

出口管４１は、一端の縮径部４８と、他端の屈曲部４９とから構成されている。縮径部４８は、胴部４２から径方向外側に向かって、胴部４２の周方向の管径が縮径している。屈曲部４９は、胴部４２の径方向から第二収納管３１の管軸方向に向かって屈曲している。

次に、排気ガス浄化システム２０における排気ガスＧ１の流れについて説明する。排気ガスＧ１は、第一収納管３０の入口３３から出口３４に向かって流れて、酸化触媒２３及び捕集フィルタ２４を順に通過する。このときに、酸化触媒２３により、排気ガスＧ１に含有される炭化水素と酸化炭素とが酸化されて、捕集フィルタ２４により、排気ガスＧ１に含有される粒子状物質が捕集される。

次いで、排気ガスＧ１は、接続管３２により第一収納管３０の出口３４から第二収納管３１の入口３５に向かってＳ字状に流れて、尿素水噴射弁２５を通過する。このときに、排気ガスＧ１には、尿素水噴射弁２５から尿素水が噴霧される。

次いで、排気ガスＧ１は、第二収納管３１の入口３５から出口３６に向かって流れて、二つの選択的還元触媒２６とアンモニア吸着触媒２７とを通過する。このときに、選択的還元触媒２６により、尿素水から生成されるアンモニアを還元剤として、排気ガスＧ１に含有される窒素酸化物が還元され、アンモニア吸着触媒２７によりアンモニアが吸着される。

次いで、排気ガスＧ１は、第二収納管３１の出口３６から折返部材４０、出口管４１の順に、出口３６から折返空間４７を経由して出口管４１に流れる。

具体的に、図６に例示するように、出口３６から排出された排気ガスＧ１は、第一空間４７ａにおいて折返部材４０の底部４４に衝突して、径方向外側に流れる。次いで、排気ガスＧ１は、第二空間４７ｂにおいて末端部３７の外周を周方向に流れて、第二開口部４６から出口管４１に流れる。

このように、第二収納管３１の末端部３７が折返部材４０の内部に挿入された状態で、末端部３７と折返部材４０との間に折返空間４７を設けることで、その折返空間４７により第二収納管３１の出口３６から排出された排気ガスＧ１を第二収納管３１の末端部３７を覆うように折り返すことができる。これにより、レイアウトを変更することなく、第二収納管３１のｙ方向の全長を長くすることができる。これに伴って、第二収納管３１に収納される選択的還元触媒２６の容量の増加には有利になり、排気ガスＧ１の窒素酸化物の浄化能力を向上することができる。

また、第二収納管３１の末端部３７のみを折返部材４０が覆っていて、出口３６から折返空間４７に放出された排気ガスＧ１が末端部３７の周囲を流れる状態になるので、その末端部３７のみを保温することができる。これにより、第二収納管３１の上流側に比して温度が低下する下流側のみを保温することで、上流側の過剰保温を回避しつつ、下流側を適度に保温できるので、窒素酸化物の浄化能力の向上には有利になる。

特に、選択的還元触媒２６においては、排気ガスＧ１の流れに関して上流側から下流側に向かって温度が低くなる。また、選択的還元触媒２６においては、アンモニアを還元剤として窒素酸化物を効率よく還元できる温度帯が存在していて、その温度帯よりも温度が高くなると浄化率が低下する。そこで、上記のように、第二収納管３１の末端部３７のみを折返部材４０が覆うことで、温度帯よりも低くなる可能性が高い選択的還元触媒２６の下流側を保温することで、窒素酸化物の浄化能力の向上には有利になる。

この実施形態では、第一空間４７ａの外筒面の面積Ｓ２、第二空間４７ｂの円環の断面積Ｓ３、及び第二開口部４６の開口面積Ｓ４のそれぞれを、出口３６の開口面積Ｓ１に基づいて設定している。それ故、排気ガスＧ１の通過面積を縮小することなく排気ガスＧ１の流路における折り返し部分をコンパクトにすることができる。これにより、第二収納管３１の末端部３７を覆うように折り返しても、排気抵抗の増加を回避できる。

また、出口管４１の縮径部４８が、胴部４２から径方向外側に向かって縮径するので、より円滑に排気ガスＧ１を出口管４１から排出することができる。この実施形態では、胴部４２が筒状であるので、縮径部４８においては、胴部４２の径方向外側に向かって胴部４２の周方向のみが縮径している。これにより、第二空間４７ｂにより末端部３７の外周を周方向に流れる排気ガスＧ１を円滑に屈曲部４９に導くには有利になる。

加えて、出口管４１が第一収納管３０及び第二収納管３１の管軸方向の中途位置の横断面において、第一収納管３０及び第二収納管３１に対して、接続管３２が配置されていない側に配置されているので、第一ユニット２１をコンパクトにすることができる。

この実施形態では、浄化装置として、酸化触媒２３、捕集フィルタ２４、尿素水噴射弁２５、選択的還元触媒２６、及びアンモニア吸着触媒２７を有した構成を例に説明したが、これに限定されない。例えば、酸化触媒２３、尿素水噴射弁２５、及び選択的還元触媒２６の組み合わせや、尿素水噴射弁２５、選択的還元触媒２６、及びアンモニア吸着触媒２７の代わりに、ＮＯｘ吸蔵還元触媒を用いたものを例示できる。また、アンモニア吸着触媒２７の代わりに、アンモニア酸化触媒を用いてもよい。

第一収納管３０及び第二収納管３１は、それぞれの管軸方向がｙ方向に向いた構成に限定されない。例えば、第一収納管３０及び第二収納管３１は、それぞれの館軸方向がｘ方向に向いて配置されてもよい。

折返部材４０は、第一収納管３０の末端部に接続することもできる。つまり、第一収納管３０の末端部に折返部材４０を接続して、出口管４１に接続管３２を接続するようにしてもよい。このように、第一収納管３０の末端部に折返部材４０を接続することで、酸化触媒２３や捕集フィルタ２４の容量を増やすことが可能になる。

２０ 排気ガス浄化システム
２６ 選択的還元触媒（浄化装置）
２７ アンモニア吸着触媒（浄化装置）
３２ 第二収納管
３６ 出口
３７ 末端部
４０ 折返部材
４１ 出口管
４２ 胴部
４４ 底部
４７ 折返空間

Claims (2)

1. 排気ガスを浄化する浄化装置と、この浄化装置を収納する収納管と、を備えている排気ガス浄化システムにおいて、
   一端に第一開口部を有している有底筒状の折返部材と、この折返部材の筒状の胴部から径方向外側に延在している出口管とを備えていて、
   前記第一開口部から前記折返部材の内部に前記収納管の出口を含む末端部が挿入された状態で、その出口が前記折返部材の底部に対向していて、
   前記末端部と前記折返部材との間に、前記出口から排出した排気ガスが、前記底部に衝突して径方向外側に流れた後に、前記出口管に向かってその末端部の外周を周方向に流れる折返空間が形成されていて、
   前記折返空間が、前記出口と前記底部との間に介在する円柱状の第一空間と、前記末端部の筒面と前記胴部との間に介在する円環柱状の第二空間とから構成されていて、
   前記第一空間の外筒面の面積、前記第二空間の円環の断面積、及び、前記折返部材の前記胴部に形成されていて前記出口管の入口となる第二開口部の開口面積のそれぞれが前記出口の開口面積以上に設定されていることを特徴とする排気ガス浄化システム。
2. 前記出口管は、前記胴部から径方向外側に向かって縮径する縮径部を有している請求項１に記載の排気ガス浄化システム。