排気浄化装置
【課題】排気浄化装置としての高い機能を確保しながら、車両への搭載性を向上させる。
【解決手段】ＤＰＦを第一ケーシング１１内に備えた上流側排気浄化装置１０と、ＳＣＲを第二ケーシング２１内に備えた下流側排気浄化装置２０と、還元剤添加ノズル１８とを備えた排気浄化装置１において、両ケーシング１１，２１は、いずれも車両の前後方向に延設されるサイドメンバ２よりも車両の一方の外側であっていずれの軸線も車両の車幅方向に向くように配置され、両ケーシング１１，２１の排気上流端がいずれも車両内側に位置し、両ケーシング１１，２１の排気下流端がいずれも車両外側に位置するように配置され、第一ケーシング１１は、第二ケーシング２１に対して車両の側面視において斜め上方に配置される。中間パイプ１９は、その主要部が第二ケーシング２１の上方に位置し、第一ケーシング１１の排気出口と第二ケーシング２１の排気入口とを連結する。
【解決手段】ＤＰＦを第一ケーシング１１内に備えた上流側排気浄化装置１０と、ＳＣＲを第二ケーシング２１内に備えた下流側排気浄化装置２０と、還元剤添加ノズル１８とを備えた排気浄化装置１において、両ケーシング１１，２１は、いずれも車両の前後方向に延設されるサイドメンバ２よりも車両の一方の外側であっていずれの軸線も車両の車幅方向に向くように配置され、両ケーシング１１，２１の排気上流端がいずれも車両内側に位置し、両ケーシング１１，２１の排気下流端がいずれも車両外側に位置するように配置され、第一ケーシング１１は、第二ケーシング２１に対して車両の側面視において斜め上方に配置される。中間パイプ１９は、その主要部が第二ケーシング２１の上方に位置し、第一ケーシング１１の排気出口と第二ケーシング２１の排気入口とを連結する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの排気浄化装置に関し、特に排気中のパティキュレート及び窒素酸化物を除去する排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジン、中でもディーゼルエンジンの排気中には、大気汚染物質である粒子状物質（Particulate Matter、以下、ＰＭと略称する）や窒素酸化物（以下、ＮＯｘという）等が含まれている。そこで、エンジンの排気通路に、ＰＭを捕集するためのパティキュレートフィルタ（Diesel Particulate Filter、以下、ＤＰＦと略称する）を設置し、大気中にＰＭが放出されないようにした技術が知られている。
【０００３】
また、エンジンの排気通路に、ＮＯｘを除去するための選択還元型触媒（Selective Catalytic Reduction、以下、ＳＣＲと略称する）を設置し、還元剤としての尿素水をＳＣＲに流入する排気中に添加することにより、ＳＣＲにおいて排気中のＮＯｘを還元して排気を浄化するようにした技術が知られている。このようなＰＭの捕集及びＮＯｘの還元を効率的に行うため、ＤＰＦ及びＳＣＲを組み合わせ、排気浄化装置として用いるようにしたものが、例えば特許文献１及び２などに提案されている。
【０００４】
特許文献１に記載の排気浄化装置は、酸化触媒及びフィルタが収容された排気上流側の第１の筐体と、還元触媒及びアンモニア酸化触媒が収容された排気下流側の第２の筐体とが、互いの軸線が略平行となるように近接配置され、両筐体の遠端部どうしが連通管により連結されて構成されている。
また、特許文献２に記載の排気浄化装置は、酸化触媒及びパティキュレートフィルタが抱持されたケーシングと、選択還元型触媒及びアンモニア低減触媒が抱持されたケーシングとが並列配置され、両ケーシングが尿素水添加手段を備えたＳ字構造の連絡流路により接続されて構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４２８６８８８号公報
【特許文献２】特開２０１０−１９６５２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、このような排気浄化装置は、エンジンとの位置関係や排気の排出位置から、ラダーフレームを有する車両ではフレーム近辺に配置されることが多い。しかし、フレーム近辺には、排気浄化装置以外にスペアタイヤ等の様々な架装物が搭載されており、これらの架装物との位置関係も考慮して配置する必要がある。また、排気浄化装置は、適切に排気中のＰＭ捕集及びＮＯｘ浄化を行うために、ＤＰＦ及びＳＣＲの容積を確保する必要がある。
【０００７】
しかしながら、上記の特許文献１及び２に記載の排気浄化装置は、車両への配置や他の架装物との位置関係が明確ではなく、どのようにして車体への搭載性及び排気浄化装置としての機能を高い次元で両立するかが不明である。
本発明はこのような課題に鑑み案出されたもので、排気浄化装置としての高い機能を確保しながら、車両への搭載性を向上させた排気浄化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の排気浄化装置は、粒子状物質捕集フィルタ（ＤＰＦ）を筒状の第一ケーシング内に備えた上流側排気浄化装置と、選択還元型触媒（ＳＣＲ）を前記第一ケーシングとは別個の筒状の第二ケーシング内に備えた下流側排気浄化装置と、前記第一ケーシングと前記第二ケーシングとを連通する中間パイプと、前記ＳＣＲに流入する排気中に還元剤を添加する還元剤添加ノズルと、を備える。
【０００９】
前記第一ケーシング及び前記第二ケーシングは、いずれも車両の前後方向に延設されるサイドメンバよりも前記車両の一方の外側であっていずれの軸線も前記車両の車幅方向に向くように配置され、前記第一ケーシング及び前記第二ケーシングの排気上流端がいずれも前記車両内側に位置し、前記第一ケーシング及び前記第二ケーシングの排気下流端がいずれも前記車両外側に位置するように配置される。
【００１０】
そして、前記第一ケーシングは、前記第二ケーシングに対して前記車両の側面視において斜め上方に配置され、前記排気下流端に設けられ前記第一ケーシング内を流通した排気が排出される排気出口を有し、前記第二ケーシングは、前記排気上流端に設けられ前記第二ケーシング内に前記排気が流入する排気入口を有し、前記中間パイプは、その主要部が前記第二ケーシングの上方に位置し、前記排気出口と前記排気入口とを連結することを特徴としている。
【００１１】
前記排気出口は、前記第一ケーシングの前記排気上流端の周壁に設けられ、前記還元剤添加ノズルは、前記排気出口に対向する前記第一ケーシングの前記周壁に設けられ、前記中間パイプは、その排気上流端部が前記第一ケーシングの前記排気出口から前記還元剤添加ノズルに向けて前記第一ケーシング内に延設されることが好ましい。
また、前記第一ケーシングは、前記第二ケーシングよりも前記車両の後方に配置されることが好ましい。
【００１２】
また、前記第二ケーシング内を流通した前記排気が排出されるテールパイプをさらに備え、前記テールパイプは、その上流端が前記第二ケーシングの前記排気下流端に設けられた排出口に接続され、その下流端が前記車両外側に向けて設けられていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の排気浄化装置によれば、ＤＰＦを内蔵した第一ケーシングとＳＣＲを内蔵した第二ケーシングとがいずれの軸線も車幅方向に向くように（すなわち、略平行になるように）配置され、さらに第一ケーシングが第二ケーシングの斜め上方に配置されるため、車両の上下方向のスペースを効率的に利用して、車両の前後方向寸法をコンパクトにすることができる。これにより、車両への搭載性が向上するため、ＤＰＦやＳＣＲの容積を確保しながら他の架装物の搭載スペースを確保することができる。
【００１４】
また、第一ケーシングが第二ケーシングよりも上方に位置しているため、車両の前方に位置するエンジンと第一ケーシングとを接続するパイプの長さを短くすることができる。また、第二ケーシングの排気下流端が車両外側に位置しているため、第二ケーシング内を流通した排気を車両の外部に排出するテールパイプの長さを短くすることができる。これらパイプの長さを短くできる分、排気浄化装置全体の重量及びコストを低減することができる。また、第二ケーシングが第一ケーシングよりも下方に位置しているため、テールパイプから排出される高温の排気による車載機器類への熱害を回避することができる。
【００１５】
また、第一ケーシングに設けられる排気出口は車両外側に位置し、第二ケーシングに設けられる排気入口は車両内側に位置するため、排気出口及び排気入口の軸方向への離隔を利用して、これら排気出口と排気入口とを連結する中間パイプの長さを確保することができる。これにより、ＳＣＲに流入する排気中に添加された還元剤の混合経路を長くすることができ、還元剤の混合を促進することができるため、ＮＯｘ浄化率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態にかかる排気浄化装置の車両への搭載を説明する模式図であり、図１（ａ）は車両側面図、図１（ｂ）は車両底面図（下方から見た図）である。
【図２】本発明の一実施形態にかかる排気浄化装置を、車両の右側上方且つ前方から見た模式的な斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態にかかる排気浄化装置の模式図であり、図３（ａ）はその平面図、図３（ｂ）はその側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
［１．構成］
［１−１．全体構成］
以下、図面により実施の形態について説明する。なお、以下に示す実施形態はあくまでも例示に過ぎず、以下の実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。
【００１８】
本実施形態にかかる排気浄化装置は、車両の前後方向に延設されるサイドメンバを有する車両に適用可能であり、ここでは、トレーラ車両を牽引するトラクタに適用した例で説明する。なお、以下、車両の進行方向を前方とし、前方を基準に左右を定め、重力の方向を下方とし、その逆を上方として説明する。また、車両の中心に向かう側を内側、その逆を外側として説明する。
【００１９】
図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、本排気浄化装置１が適用されるトラクタは、一対のサイドメンバ２（ここでは右側のみ図示する）が車両の前後方向に延設され、サイドメンバ２の間をクロスメンバ６が接続することによりはしご状のラダーフレームが構成されている。サイドメンバ２には、車両前部に前輪４の前輪軸４Ｓ、車両後部に後輪５の後輪軸５Ｓがそれぞれ接続され、前輪軸４Ｓ及び後輪軸５Ｓには前輪ハブ４Ｈ及び後輪ハブ５Ｈがそれぞれ設けられている。また、前輪４及び後輪５には、それぞれフロントフェンダ４Ｆ及びリヤフェンダ５Ｆが設けられている。
【００２０】
一対のサイドメンバ２の間には、エンジン３や図示しないトランスミッション等が配置されている。エンジン３は、車両の前部（ここでは、前輪４の前輪軸４Ｓの上方）に配置され、図示しないターボチャージャのタービンを介して連通パイプ９が接続されている。連通パイプ９は、その排気下流端が排気浄化装置１に接続され、エンジン３からの排気を排気浄化装置１へ送る。なお、連通パイプ９は、最も一般的な円筒状パイプである。
【００２１】
排気浄化装置１は、右側のサイドメンバ２の外側であって、前輪４と後輪５と間の中心位置よりも前部に配置されている。すなわち、エンジン３のやや後方に配置されている。また、サイドメンバ２の下方であって前輪４と後輪５との間には、スペアタイヤ７等の架装物が搭載されている。
図１（ａ），（ｂ）及び図２に示すように、排気浄化装置１は、排気上流側に設けられ連通パイプ９の下流端が接続された上流側排気浄化装置１０と、上流側排気浄化装置１０の排気下流側に設けられた下流側排気浄化装置２０とを有して構成され、上流側排気浄化装置１０と下流側排気浄化装置２０とは、中間パイプ１９により接続されて連通している。なお、上流側排気浄化装置１０とスペアタイヤ７とは上下方向に部分的に重なり合っている。
【００２２】
図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、上流側排気浄化装置１０は、円筒状の筒状ケーシング（第一ケーシング）１１内に、排気上流側に配置される前段酸化触媒１２と、下流側に配置されるパティキュレートフィルタ（Diesel Particulate Filter、以下、ＤＰＦと略称する）１３とが内蔵されて構成されている。なお、以下、上流側排気浄化装置１０をＤＰＦ装置１０といい、筒状ケーシング１１をＤＰＦケーシング１１という。
【００２３】
下流側排気浄化装置２０は、ＤＰＦケーシング１１とは別個の円筒状の筒状ケーシング（第二ケーシング）２１内に、上流側に配置される選択還元型触媒（Selective Catalytic Reduction、以下、ＳＣＲと略称する）２２と、下流側に配置される後段酸化触媒２３とが内蔵されて構成されている。なお、以下、下流側排気浄化装置２０をＳＣＲ装置２０といい、筒状ケーシング２１をＳＣＲケーシング２１という。
【００２４】
また、ＤＰＦ１３の排気下流側であって、中間パイプ１９の上流側には、還元剤としての尿素水を添加する添加ノズル（還元剤添加ノズル）１８が設けられ、添加ノズル１８は、図示しないタンクから圧送される尿素水をＳＣＲ装置２０に向かう排気中に噴射し添加する。この尿素水の添加量や添加のタイミングは、図示しないコントローラにより制御される。
【００２５】
コントローラ（ＥＣＵ，Engine (electronic) Control Unit）は、エンジン制御や排気浄化制御等にかかる各種演算処理を実行するＣＰＵ、その制御に必要なプログラムやデータの記憶されたＲＯＭ、ＣＰＵの演算結果等が一時的に記憶されるＲＡＭ、外部との間で信号を入出力するための入出力ポート等を備えて構成されている。
【００２６】
［１−２．排気浄化装置の構成］
ＤＰＦ装置１０は、排気中に含まれる粒子状物質（Particulate Matter、以下、ＰＭと略称する）を捕集する機能と、捕集したＰＭを連続的に酸化させて除去する機能とを併せ持つ。なお、ＰＭとは、炭素からなる黒煙（すす）の周囲に燃え残った燃料や潤滑油の成分，硫黄化合物等が付着した粒子状の物質である。
【００２７】
前段酸化触媒１２は、排気中の成分に対する酸化性能を持った酸化触媒であり、金属，セラミックス等からなるハニカム状の担体に触媒物質を担持したものである。前段酸化触媒１２によって酸化される排気中の成分には、ＮＯや未燃燃料中の炭化水素等及び一酸化炭素が挙げられる。例えば、ＮＯが前段酸化触媒１２で酸化されるとＮＯ2が生成される。
【００２８】
ＤＰＦ１３は、ＰＭを捕集する多孔質フィルタ（例えば、セラミックフィルタ）である。ＤＰＦ１３の内部は、多孔質の壁体によって排気の流通方向に沿って複数に分割されている。この壁体には、ＰＭの微粒子に見合った大きさの多数の細孔が形成される。排気が壁体の近傍や内部を通過する際に壁体内，壁体表面にＰＭが捕集され、排気が濾過される。このようなＤＰＦ１３の再生制御は、コントローラによって制御される。
【００２９】
ＤＰＦ装置１０は、筒状のＤＰＦケーシング１１内に、その軸方向に直列に前段酸化触媒１２とＤＰＦ１３とが内蔵されて構成されている。ＤＰＦケーシング１１には、前段酸化触媒１２の排気上流側にＤＰＦ入口空間（排気上流端）１４が設けられ、ＤＰＦ１３の排気下流側に混合室と称される空間（排気下流端）１５が設けられている。ＤＰＦ入口空間１４には、連通パイプ９の後端が接続され、連通パイプ９からＤＰＦケーシング１１内へ排気が流入するための入口であるＤＰＦ入口１６が形成され、混合室１５には、ＤＰＦケーシング１１内を流通した排気が流出するための出口であるＤＰＦ出口（排気出口）１７が形成されている。なお、ＤＰＦ入口１６及びＤＰＦ出口１７は、いずれもＤＰＦケーシング１１の車両前側の周壁に形成されている。
【００３０】
添加ノズル１８は、ＤＰＦ出口１７に対向するＤＰＦケーシング１１の周壁に設けられ、その先端を中間パイプ１９の開口１９ａに向けて配設されている。
中間パイプ１９は、ＤＰＦ装置１０のＤＰＦケーシング１１に接続される一端１９Ｓ1が、ＤＰＦケーシング１１の周壁に形成されたＤＰＦ出口１７からＤＰＦケーシング１１内へ貫通して配設されており、ＤＰＦケーシング１１の周壁に片持ち支持されるように、その開口１９ａを添加ノズル１８に向けて延設されている。すなわち、中間パイプ１９の排気上流端部１９Ｓ1は、ＤＰＦケーシング１１の周壁に形成されたＤＰＦ出口１７から混合室１５内に突出して設けられている。なお、中間パイプ１９は、最も一般的な円筒状パイプである。
【００３１】
ＳＣＲ装置２０におけるＳＣＲ２２は、軸方向に互いに平行な微小な穴が複数連通したハニカム構造の担体に、触媒が担持されて構成された尿素添加型の窒素酸化物選択還元型触媒であり、上流側に設けられた添加ノズル１８から供給される尿素水をアンモニアに加水分解するとともにアンモニアを吸着する機能を持ち、さらに吸着したアンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘをＮ2へと還元するものである。なお、ＳＣＲ２２に担持される触媒の種類は任意であり、例えばゼオライト系，バナジウム系等の触媒を用いることが考えられる。また、還元剤として尿素水以外を用いるものでもよい。
【００３２】
後段酸化触媒２３は、ＳＣＲ２２での還元反応における余剰分のアンモニアを除去するための酸化触媒である。
ＳＣＲ装置２０は、筒状のＳＣＲケーシング２１内に、その軸方向に直列にＳＣＲ２２と後段酸化触媒２３とが内蔵されて構成されている。ＳＣＲケーシング２１には、ＳＣＲ２２の排気上流側にＳＣＲ入口空間（排気上流端）２４が設けられ、後段酸化触媒２３の排気下流側にＳＣＲ出口空間（排気下流端）２５が設けられている。ＳＣＲ入口空間２４には、中間パイプ１９からＳＣＲケーシング２１内へ排気が流入するための入口であるＳＣＲ入口（排気入口）２６が形成され、ＳＣＲ出口空間２５には、ＳＣＲケーシング２１内を流通した排気が流出するための出口であるＳＣＲ出口（排出口）２７が形成されている。なお、ＳＣＲ入口２６はＳＣＲケーシング２１の上側の周壁に形成され、ＳＣＲ出口２７はＳＣＲケーシング２１の車両後側でやや下方の周壁に形成されている。ＳＣＲ出口２７には、ＳＣＲ装置２０を流通した排気を大気中に排出するテールパイプ２９が接続されている。なお、テールパイプ２９は、最も一般的な円筒状パイプである。
【００３３】
本実施形態にかかる排気浄化装置１は、このように構成されたＤＰＦ装置１０及びＳＣＲ装置２０が、図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、ＤＰＦケーシング１１及びＳＣＲケーシング２１のいずれの軸線も車両の車幅方向に向いて配置されている。すなわち、ＤＰＦケーシング１１及びＳＣＲケーシング２１は、互いの軸線が略平行になるように並列に配置されている。なお、ここではＤＰＦケーシング１１とＳＣＲケーシング２１は、同形状（同サイズ）のケーシングで構成されている。
【００３４】
ＤＰＦケーシング１１は、ＤＰＦ入口空間１４が車両の内側に位置し、混合室１５が車両の外側に位置するように配置される。また、ＳＣＲケーシング２１も同様に、ＳＣＲ入口空間２４が車両の内側に位置し、ＳＣＲ出口空間２５が車両の外側に位置するように配置される。すなわち、ＤＰＦケーシング１１及びＳＣＲケーシング２１内を流通する排気は、いずれも車両の内側から外側に向かって流れる。
【００３５】
また、ＤＰＦケーシング１１は、ＳＣＲケーシング２１よりも車両後方に配置され、車両の側面視において、ＳＣＲケーシング２１に対して斜め上方に配置されている。すなわち、ＤＰＦケーシング１１及びＳＣＲケーシング２１は、上下方向にシフトして並列配置されており、同一な水平面上に両ケーシング１１，２１を並列配置した場合に比べ、水平方向（すなわち、車両の前後方向）の長さが短くなっている。なお、ここでは、ＤＰＦケーシング１１及びＳＣＲケーシング２１は、いずれもサイドメンバ２の上面よりも下方に配置されている。
【００３６】
連通パイプ９は、車両前部に位置するエンジン３から延び、ＳＣＲケーシング２１の上方を通ってＤＰＦケーシング１１の前側の周壁に形成されたＤＰＦ入口１６に接続されている。なお、連通パイプ９の下流端は、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、他の架装物との位置関係から、ＤＰＦケーシング１１に対してやや斜めに接続されているが、この角度については適宜変更可能であり、図２及び図３（ａ）では、ＤＰＦケーシング１１の軸方向に対して直交する角度で設けられた例を示している。
【００３７】
中間パイプ１９は、その上流端１９Ｓ1がＤＰＦケーシング１１に形成された車両外側に位置するＤＰＦ出口１７からＤＰＦケーシング１１内に延設され、その下流端１９Ｒ2がＳＣＲケーシング２１に形成された車両内側に位置するＳＣＲ入口２６に接続され、その主要部がＳＣＲケーシング２１の上方において部分的に湾曲している。すなわち、中間パイプ１９は、ＤＰＦ出口１７とＳＣＲ入口２６とを接続し、その中間部分が、直線部分１９Ｓと曲線部分１９Ｒとが組み合わされて構成されている。
【００３８】
換言すると、中間パイプ１９は、ＤＰＦケーシング１１内に延設された排気上流端部１９Ｓ1が直線部分で構成され、ＤＰＦ出口１７の直下流及びＳＣＲ入口２６の直上流はそれぞれ曲線部分１９Ｒ1及び１９Ｒ2で構成され、これら曲線部分１９Ｒ1及び１９Ｒ2の間はＤＰＦケーシング１１及びＳＣＲケーシング２１の軸線と略平行な直線部分１９Ｓ2で構成されており、中間パイプ１９全体で見ると三次元的に湾曲している。このとき、直線部分１９Ｓ2の長さを短くすることにより、曲線部分１９Ｒ1及び１９Ｒ2の半径を大きくすることができ、排気の流動抵抗を小さくすることができる。
【００３９】
テールパイプ２９は、その上流端がＳＣＲケーシング２１に形成された車両外側に位置するＳＣＲ出口２７に接続され、その下流端が車両の外側で下方に向けて設けられている。すなわち、テールパイプ２９は、車両側面視において、ＳＣＲケーシング２１の周壁からやや斜め下方に向けて延びる短い直線状のパイプである。
【００４０】
［２．作用，効果］
本実施形態にかかる排気浄化装置１は、上述のように構成されているので、以下のようにして排気は浄化される。
【００４１】
エンジン３の運転中において、エンジン３から排出された排気は、連通パイプ９を経てＤＰＦ装置１０内に導入され、前段酸化触媒１２及びＤＰＦ１３を通過した後に混合室１５内に移送され、中間パイプ１９内に導入される。このとき、中間パイプ１９の上流側に設けられた添加ノズル１８から、還元剤としての尿素水がＳＣＲ装置２０に向かう排気中に添加される。
【００４２】
添加された尿素水は、中間パイプ１９内で排気と混合されながら、排気熱により加水分解されてアンモニアを生じ、中間パイプ１９の内部を流通してＳＣＲ入口２６からＳＣＲ入口空間２４に導入され、ＳＣＲ２２及び後段酸化触媒２３を通過した後にＳＣＲ出口２７からテールパイプ２９を通過し大気中に排出される。このとき、ＤＰＦ１３では排気中のＰＭが捕集され、ＳＣＲ２２では排気中のＮＯｘが還元され、これらの作用により大気中への有害成分の排出が防止される。
【００４３】
したがって、本実施形態にかかる排気浄化装置１によれば、ＤＰＦ１３を内蔵したＤＰＦケーシング１１とＳＣＲ２２を内蔵したＳＣＲケーシング２１とが、いずれの軸線も車幅方向に向くように（すなわち、略平行になるように）配置され、さらにＤＰＦケーシング１１がＳＣＲケーシング２１の斜め上方に配置されるため、車両の上下方向のスペースを効率的に利用して、車両の前後方向寸法をコンパクトにすることができる。これにより、排気浄化装置１の車両への搭載性が向上し、ＤＰＦ１３やＳＣＲ２２の容積を確保しながら、スペアタイヤ７等の架装物の搭載スペースを確保することができる。
【００４４】
また、ＤＰＦケーシング１１がＳＣＲケーシング２１よりも上方に位置しているため、車両の前方に位置するエンジン３とＤＰＦケーシング１１とを接続する連通パイプ９の長さを短くすることができる。また、ＳＣＲケーシング２１のＳＣＲ出口空間２５が車両外側に位置しているため、ＳＣＲケーシング２１を流通した排気を車両の外部に排出するテールパイプ２９の長さを短くすることができる。連通パイプ９及びテールパイプ２９の長さを短くできる分、排気浄化装置１全体の重量及びコストを低減することができる。また、ＳＣＲケーシング２１がＤＰＦケーシング１１よりも下方に位置しているため、テールパイプ２９から排出される高温の排気による車載機器類への熱害を回避することができる。
【００４５】
また、ＤＰＦケーシング１１に設けられるＤＰＦ出口１７は車両外側に位置し、ＳＣＲケーシング２１に設けられるＳＣＲ入口２６は車両内側に位置するため、ＤＰＦ出口１７及びＳＣＲ入口２６の軸方向への離隔を利用して、これらＤＰＦ出口１７とＳＣＲ入口２６とを連結する中間パイプ１９の長さを確保することができる。すなわち、ＳＣＲ２２に流入する排気中に添加された尿素水の混合経路を長くすることができるため、尿素水の混合を促進することができ、ＮＯｘ浄化率を向上させることができる。
【００４６】
また、ＤＰＦケーシング１１の周壁に添加ノズル１８が設けられ、中間パイプ１９の排気上流端部が、ＤＰＦ出口１７から添加ノズル１８に向けてＤＰＦケーシング１１内に延設されているため、中間パイプ１９の長さをより長くすることができ、尿素水の混合経路をより長く確保することができる。これにより、尿素水の排気中への拡散効果をより促進することができるため、ＮＯｘ浄化率をより高めることができる。
【００４７】
また、ＤＰＦケーシング１１がＳＣＲケーシング２１よりも車両後方に配置されているため、連通パイプ９をＳＣＲケーシング２１の上方に位置するように配置でき、テールパイプ２９をＤＰＦケーシング１１の下方に位置するように配置できる。そのため、排気浄化装置１の車両の前後方向寸法をよりコンパクトにすることができる。
また、車両外側に位置するＳＣＲケーシング２１のＳＣＲ出口空間２５に形成されたＳＣＲ出口２７にテールパイプ２９の上流端が接続され、テールパイプ２９の下流端が車両外側に向けて設けられているため、テールパイプ２９から排出される高温の排気による車載機器類への熱害をより確実に回避することができる。
【００４８】
また、ここでは、ＤＰＦケーシング１１及びＳＣＲケーシング２１がいずれもサイドメンバ２の上面よりも下方に配置されているため、サイドメンバ２上方の部品等に影響を与えず、フレーム下のスペースを効率良く利用し、フレーム下の配置効率を向上させることができる。
【００４９】
［３．その他］
以上、本発明の実施形態を説明したが、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変形することが可能である。
【００５０】
上記実施形態では、中間パイプ１９の排気上流端部１９Ｓ1がＤＰＦケーシング１１内に延設されて設けられているが、中間パイプ１９のＤＰＦケーシング１１への接続はこれに限られない。例えば、中間パイプ１９がＤＰＦ出口１７からＤＰＦ出口１７の対向する周壁まで延設され、中間パイプ１９の混合室１５内への露出部分（挿入部分）に、中間パイプ１９の内外を連通させる孔部が複数貫設され、これらの孔部を介して混合室１５内と中間パイプ１９内とを相互に連通する構成であってもよい。また、中間パイプ１９がＤＰＦケーシング１１内に延設されて設けられていなくてもよく、中間パイプ１９の排気上流端部１９Ｓ1に中間パイプ１９よりも径の小さいパイプを連結し、二重管の構成にしてもよい。また、中間パイプ１９の直線部分１９Ｓ及び曲線部分１９Ｒの構成は上記したものに限られない。
【００５１】
また、上記実施形態では、ＤＰＦケーシング１１がＳＣＲケーシング２１よりも車両後方に配置されているが、ＤＰＦケーシング１１及びＳＣＲケーシング２１の配置はこれに限られず、ＤＰＦケーシング１１がＳＣＲケーシング２１よりも車両前方に配置されていてもよい。この場合、ＤＰＦ入口空間１４に形成されるＤＰＦ入口１６は車両前側の周壁に設けられ、混合室１５に形成されるＤＰＦ出口１７は車両後側の周壁に設けられる。また、ＳＣＲケーシング２１に設けられるＳＣＲ入口２６及びＳＣＲ出口２７は、上記実施形態と同様に設けることができる。
【００５２】
この場合であっても、中間パイプ１９は上記実施形態と同様の長さを確保することができるとともに、ＳＣＲケーシング２１の上方に配置することができるため、上下方向のスペースを効率的に利用することができる。なお、連通パイプ９及びテールパイプ２９はＤＰＦケーシング１１及びＳＣＲケーシング２１の上下スペースに配置することができないが、本排気浄化装置が適用される車両が例えば一般的なトラックやバス等であれば、ホイールベースの制約がトラクタほど厳しくなく車両前後方向の寸法に余裕があるため、充分適用可能である。
【００５３】
また、ＤＰＦケーシング１１に形成されるＤＰＦ入口１６及びＤＰＦ出口１７は、ＤＰＦ入口空間１４及びＤＰＦ出口空間１５に位置するように形成されていれば、周壁に設けられていなくてもよく、また、周壁であっても、上記実施形態に示した位置に限られず、種々変更可能である。同様に、ＳＣＲケーシング２１に形成されるＳＣＲ入口２６及びＳＣＲ出口２７も、ＳＣＲ入口空間２４及びＳＣＲ出口空間２５に位置するように形成されていれば、周壁に設けられていなくてもよく、また、周壁であっても上記した位置に限られない。
【００５４】
また、ＤＰＦケーシング１１及びＳＣＲケーシング２１は円筒状の筒状ケーシングに限られるものではなく、ＤＰＦケーシング１１とＳＣＲケーシング２１は同形状のものでなくてもよい。また、連通パイプ９，中間パイプ１９及びテールパイプ２９は、一般的な円筒状パイプに限られず、その他の筒状のパイプであってもよい。また、全て同一径のパイプであってもよく、違う径のパイプであってもよい。また、連通パイプ９及びテールパイプ２９は、直線状のパイプであっても曲線状のパイプであってもよい。
【００５５】
また、他の架装物との位置関係から、ＤＰＦケーシング１１がサイドメンバ２の上面より僅かに上方に位置するように配置されていてもよい。
また、本排気浄化装置１が適用されるのはトラクタに限られず、一般的なトラックやバス等、種々の車両に適用可能である。
【符号の説明】
【００５６】
１ 排気浄化装置
２ サイドメンバ
３ エンジン
９ 連通パイプ
１０ ＤＰＦ装置（上流側排気浄化装置）
１１ ＤＰＦケーシング（第一ケーシング）
１３ ＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ，粒子状物質捕集フィルタ）
１４ ＤＰＦ入口空間（排気上流端）
１５ 混合室（排気下流端）
１６ ＤＰＦ入口
１７ ＤＰＦ出口（排気出口）
１８ 添加ノズル（還元剤添加ノズル）
１９ 中間パイプ
２０ 下流側排気浄化装置
２１ ＳＣＲケーシング（第二ケーシング）
２２ ＳＣＲ（選択還元型触媒）
２４ ＳＣＲ入口空間（排気上流端）
２５ ＳＣＲ出口空間（排気下流端）
２６ ＳＣＲ入口（排気入口）
２７ ＳＣＲ出口（排出口）
２９ テールパイプ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの排気浄化装置に関し、特に排気中のパティキュレート及び窒素酸化物を除去する排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジン、中でもディーゼルエンジンの排気中には、大気汚染物質である粒子状物質（Particulate Matter、以下、ＰＭと略称する）や窒素酸化物（以下、ＮＯｘという）等が含まれている。そこで、エンジンの排気通路に、ＰＭを捕集するためのパティキュレートフィルタ（Diesel Particulate Filter、以下、ＤＰＦと略称する）を設置し、大気中にＰＭが放出されないようにした技術が知られている。
【０００３】
また、エンジンの排気通路に、ＮＯｘを除去するための選択還元型触媒（Selective Catalytic Reduction、以下、ＳＣＲと略称する）を設置し、還元剤としての尿素水をＳＣＲに流入する排気中に添加することにより、ＳＣＲにおいて排気中のＮＯｘを還元して排気を浄化するようにした技術が知られている。このようなＰＭの捕集及びＮＯｘの還元を効率的に行うため、ＤＰＦ及びＳＣＲを組み合わせ、排気浄化装置として用いるようにしたものが、例えば特許文献１及び２などに提案されている。
【０００４】
特許文献１に記載の排気浄化装置は、酸化触媒及びフィルタが収容された排気上流側の第１の筐体と、還元触媒及びアンモニア酸化触媒が収容された排気下流側の第２の筐体とが、互いの軸線が略平行となるように近接配置され、両筐体の遠端部どうしが連通管により連結されて構成されている。
また、特許文献２に記載の排気浄化装置は、酸化触媒及びパティキュレートフィルタが抱持されたケーシングと、選択還元型触媒及びアンモニア低減触媒が抱持されたケーシングとが並列配置され、両ケーシングが尿素水添加手段を備えたＳ字構造の連絡流路により接続されて構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４２８６８８８号公報
【特許文献２】特開２０１０−１９６５２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、このような排気浄化装置は、エンジンとの位置関係や排気の排出位置から、ラダーフレームを有する車両ではフレーム近辺に配置されることが多い。しかし、フレーム近辺には、排気浄化装置以外にスペアタイヤ等の様々な架装物が搭載されており、これらの架装物との位置関係も考慮して配置する必要がある。また、排気浄化装置は、適切に排気中のＰＭ捕集及びＮＯｘ浄化を行うために、ＤＰＦ及びＳＣＲの容積を確保する必要がある。
【０００７】
しかしながら、上記の特許文献１及び２に記載の排気浄化装置は、車両への配置や他の架装物との位置関係が明確ではなく、どのようにして車体への搭載性及び排気浄化装置としての機能を高い次元で両立するかが不明である。
本発明はこのような課題に鑑み案出されたもので、排気浄化装置としての高い機能を確保しながら、車両への搭載性を向上させた排気浄化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の排気浄化装置は、粒子状物質捕集フィルタ（ＤＰＦ）を筒状の第一ケーシング内に備えた上流側排気浄化装置と、選択還元型触媒（ＳＣＲ）を前記第一ケーシングとは別個の筒状の第二ケーシング内に備えた下流側排気浄化装置と、前記第一ケーシングと前記第二ケーシングとを連通する中間パイプと、前記ＳＣＲに流入する排気中に還元剤を添加する還元剤添加ノズルと、を備える。
【０００９】
前記第一ケーシング及び前記第二ケーシングは、いずれも車両の前後方向に延設されるサイドメンバよりも前記車両の一方の外側であっていずれの軸線も前記車両の車幅方向に向くように配置され、前記第一ケーシング及び前記第二ケーシングの排気上流端がいずれも前記車両内側に位置し、前記第一ケーシング及び前記第二ケーシングの排気下流端がいずれも前記車両外側に位置するように配置される。
【００１０】
そして、前記第一ケーシングは、前記第二ケーシングに対して前記車両の側面視において斜め上方に配置され、前記排気下流端に設けられ前記第一ケーシング内を流通した排気が排出される排気出口を有し、前記第二ケーシングは、前記排気上流端に設けられ前記第二ケーシング内に前記排気が流入する排気入口を有し、前記中間パイプは、その主要部が前記第二ケーシングの上方に位置し、前記排気出口と前記排気入口とを連結することを特徴としている。
【００１１】
前記排気出口は、前記第一ケーシングの前記排気上流端の周壁に設けられ、前記還元剤添加ノズルは、前記排気出口に対向する前記第一ケーシングの前記周壁に設けられ、前記中間パイプは、その排気上流端部が前記第一ケーシングの前記排気出口から前記還元剤添加ノズルに向けて前記第一ケーシング内に延設されることが好ましい。
また、前記第一ケーシングは、前記第二ケーシングよりも前記車両の後方に配置されることが好ましい。
【００１２】
また、前記第二ケーシング内を流通した前記排気が排出されるテールパイプをさらに備え、前記テールパイプは、その上流端が前記第二ケーシングの前記排気下流端に設けられた排出口に接続され、その下流端が前記車両外側に向けて設けられていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の排気浄化装置によれば、ＤＰＦを内蔵した第一ケーシングとＳＣＲを内蔵した第二ケーシングとがいずれの軸線も車幅方向に向くように（すなわち、略平行になるように）配置され、さらに第一ケーシングが第二ケーシングの斜め上方に配置されるため、車両の上下方向のスペースを効率的に利用して、車両の前後方向寸法をコンパクトにすることができる。これにより、車両への搭載性が向上するため、ＤＰＦやＳＣＲの容積を確保しながら他の架装物の搭載スペースを確保することができる。
【００１４】
また、第一ケーシングが第二ケーシングよりも上方に位置しているため、車両の前方に位置するエンジンと第一ケーシングとを接続するパイプの長さを短くすることができる。また、第二ケーシングの排気下流端が車両外側に位置しているため、第二ケーシング内を流通した排気を車両の外部に排出するテールパイプの長さを短くすることができる。これらパイプの長さを短くできる分、排気浄化装置全体の重量及びコストを低減することができる。また、第二ケーシングが第一ケーシングよりも下方に位置しているため、テールパイプから排出される高温の排気による車載機器類への熱害を回避することができる。
【００１５】
また、第一ケーシングに設けられる排気出口は車両外側に位置し、第二ケーシングに設けられる排気入口は車両内側に位置するため、排気出口及び排気入口の軸方向への離隔を利用して、これら排気出口と排気入口とを連結する中間パイプの長さを確保することができる。これにより、ＳＣＲに流入する排気中に添加された還元剤の混合経路を長くすることができ、還元剤の混合を促進することができるため、ＮＯｘ浄化率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態にかかる排気浄化装置の車両への搭載を説明する模式図であり、図１（ａ）は車両側面図、図１（ｂ）は車両底面図（下方から見た図）である。
【図２】本発明の一実施形態にかかる排気浄化装置を、車両の右側上方且つ前方から見た模式的な斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態にかかる排気浄化装置の模式図であり、図３（ａ）はその平面図、図３（ｂ）はその側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
［１．構成］
［１−１．全体構成］
以下、図面により実施の形態について説明する。なお、以下に示す実施形態はあくまでも例示に過ぎず、以下の実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。
【００１８】
本実施形態にかかる排気浄化装置は、車両の前後方向に延設されるサイドメンバを有する車両に適用可能であり、ここでは、トレーラ車両を牽引するトラクタに適用した例で説明する。なお、以下、車両の進行方向を前方とし、前方を基準に左右を定め、重力の方向を下方とし、その逆を上方として説明する。また、車両の中心に向かう側を内側、その逆を外側として説明する。
【００１９】
図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、本排気浄化装置１が適用されるトラクタは、一対のサイドメンバ２（ここでは右側のみ図示する）が車両の前後方向に延設され、サイドメンバ２の間をクロスメンバ６が接続することによりはしご状のラダーフレームが構成されている。サイドメンバ２には、車両前部に前輪４の前輪軸４Ｓ、車両後部に後輪５の後輪軸５Ｓがそれぞれ接続され、前輪軸４Ｓ及び後輪軸５Ｓには前輪ハブ４Ｈ及び後輪ハブ５Ｈがそれぞれ設けられている。また、前輪４及び後輪５には、それぞれフロントフェンダ４Ｆ及びリヤフェンダ５Ｆが設けられている。
【００２０】
一対のサイドメンバ２の間には、エンジン３や図示しないトランスミッション等が配置されている。エンジン３は、車両の前部（ここでは、前輪４の前輪軸４Ｓの上方）に配置され、図示しないターボチャージャのタービンを介して連通パイプ９が接続されている。連通パイプ９は、その排気下流端が排気浄化装置１に接続され、エンジン３からの排気を排気浄化装置１へ送る。なお、連通パイプ９は、最も一般的な円筒状パイプである。
【００２１】
排気浄化装置１は、右側のサイドメンバ２の外側であって、前輪４と後輪５と間の中心位置よりも前部に配置されている。すなわち、エンジン３のやや後方に配置されている。また、サイドメンバ２の下方であって前輪４と後輪５との間には、スペアタイヤ７等の架装物が搭載されている。
図１（ａ），（ｂ）及び図２に示すように、排気浄化装置１は、排気上流側に設けられ連通パイプ９の下流端が接続された上流側排気浄化装置１０と、上流側排気浄化装置１０の排気下流側に設けられた下流側排気浄化装置２０とを有して構成され、上流側排気浄化装置１０と下流側排気浄化装置２０とは、中間パイプ１９により接続されて連通している。なお、上流側排気浄化装置１０とスペアタイヤ７とは上下方向に部分的に重なり合っている。
【００２２】
図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、上流側排気浄化装置１０は、円筒状の筒状ケーシング（第一ケーシング）１１内に、排気上流側に配置される前段酸化触媒１２と、下流側に配置されるパティキュレートフィルタ（Diesel Particulate Filter、以下、ＤＰＦと略称する）１３とが内蔵されて構成されている。なお、以下、上流側排気浄化装置１０をＤＰＦ装置１０といい、筒状ケーシング１１をＤＰＦケーシング１１という。
【００２３】
下流側排気浄化装置２０は、ＤＰＦケーシング１１とは別個の円筒状の筒状ケーシング（第二ケーシング）２１内に、上流側に配置される選択還元型触媒（Selective Catalytic Reduction、以下、ＳＣＲと略称する）２２と、下流側に配置される後段酸化触媒２３とが内蔵されて構成されている。なお、以下、下流側排気浄化装置２０をＳＣＲ装置２０といい、筒状ケーシング２１をＳＣＲケーシング２１という。
【００２４】
また、ＤＰＦ１３の排気下流側であって、中間パイプ１９の上流側には、還元剤としての尿素水を添加する添加ノズル（還元剤添加ノズル）１８が設けられ、添加ノズル１８は、図示しないタンクから圧送される尿素水をＳＣＲ装置２０に向かう排気中に噴射し添加する。この尿素水の添加量や添加のタイミングは、図示しないコントローラにより制御される。
【００２５】
コントローラ（ＥＣＵ，Engine (electronic) Control Unit）は、エンジン制御や排気浄化制御等にかかる各種演算処理を実行するＣＰＵ、その制御に必要なプログラムやデータの記憶されたＲＯＭ、ＣＰＵの演算結果等が一時的に記憶されるＲＡＭ、外部との間で信号を入出力するための入出力ポート等を備えて構成されている。
【００２６】
［１−２．排気浄化装置の構成］
ＤＰＦ装置１０は、排気中に含まれる粒子状物質（Particulate Matter、以下、ＰＭと略称する）を捕集する機能と、捕集したＰＭを連続的に酸化させて除去する機能とを併せ持つ。なお、ＰＭとは、炭素からなる黒煙（すす）の周囲に燃え残った燃料や潤滑油の成分，硫黄化合物等が付着した粒子状の物質である。
【００２７】
前段酸化触媒１２は、排気中の成分に対する酸化性能を持った酸化触媒であり、金属，セラミックス等からなるハニカム状の担体に触媒物質を担持したものである。前段酸化触媒１２によって酸化される排気中の成分には、ＮＯや未燃燃料中の炭化水素等及び一酸化炭素が挙げられる。例えば、ＮＯが前段酸化触媒１２で酸化されるとＮＯ2が生成される。
【００２８】
ＤＰＦ１３は、ＰＭを捕集する多孔質フィルタ（例えば、セラミックフィルタ）である。ＤＰＦ１３の内部は、多孔質の壁体によって排気の流通方向に沿って複数に分割されている。この壁体には、ＰＭの微粒子に見合った大きさの多数の細孔が形成される。排気が壁体の近傍や内部を通過する際に壁体内，壁体表面にＰＭが捕集され、排気が濾過される。このようなＤＰＦ１３の再生制御は、コントローラによって制御される。
【００２９】
ＤＰＦ装置１０は、筒状のＤＰＦケーシング１１内に、その軸方向に直列に前段酸化触媒１２とＤＰＦ１３とが内蔵されて構成されている。ＤＰＦケーシング１１には、前段酸化触媒１２の排気上流側にＤＰＦ入口空間（排気上流端）１４が設けられ、ＤＰＦ１３の排気下流側に混合室と称される空間（排気下流端）１５が設けられている。ＤＰＦ入口空間１４には、連通パイプ９の後端が接続され、連通パイプ９からＤＰＦケーシング１１内へ排気が流入するための入口であるＤＰＦ入口１６が形成され、混合室１５には、ＤＰＦケーシング１１内を流通した排気が流出するための出口であるＤＰＦ出口（排気出口）１７が形成されている。なお、ＤＰＦ入口１６及びＤＰＦ出口１７は、いずれもＤＰＦケーシング１１の車両前側の周壁に形成されている。
【００３０】
添加ノズル１８は、ＤＰＦ出口１７に対向するＤＰＦケーシング１１の周壁に設けられ、その先端を中間パイプ１９の開口１９ａに向けて配設されている。
中間パイプ１９は、ＤＰＦ装置１０のＤＰＦケーシング１１に接続される一端１９Ｓ1が、ＤＰＦケーシング１１の周壁に形成されたＤＰＦ出口１７からＤＰＦケーシング１１内へ貫通して配設されており、ＤＰＦケーシング１１の周壁に片持ち支持されるように、その開口１９ａを添加ノズル１８に向けて延設されている。すなわち、中間パイプ１９の排気上流端部１９Ｓ1は、ＤＰＦケーシング１１の周壁に形成されたＤＰＦ出口１７から混合室１５内に突出して設けられている。なお、中間パイプ１９は、最も一般的な円筒状パイプである。
【００３１】
ＳＣＲ装置２０におけるＳＣＲ２２は、軸方向に互いに平行な微小な穴が複数連通したハニカム構造の担体に、触媒が担持されて構成された尿素添加型の窒素酸化物選択還元型触媒であり、上流側に設けられた添加ノズル１８から供給される尿素水をアンモニアに加水分解するとともにアンモニアを吸着する機能を持ち、さらに吸着したアンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘをＮ2へと還元するものである。なお、ＳＣＲ２２に担持される触媒の種類は任意であり、例えばゼオライト系，バナジウム系等の触媒を用いることが考えられる。また、還元剤として尿素水以外を用いるものでもよい。
【００３２】
後段酸化触媒２３は、ＳＣＲ２２での還元反応における余剰分のアンモニアを除去するための酸化触媒である。
ＳＣＲ装置２０は、筒状のＳＣＲケーシング２１内に、その軸方向に直列にＳＣＲ２２と後段酸化触媒２３とが内蔵されて構成されている。ＳＣＲケーシング２１には、ＳＣＲ２２の排気上流側にＳＣＲ入口空間（排気上流端）２４が設けられ、後段酸化触媒２３の排気下流側にＳＣＲ出口空間（排気下流端）２５が設けられている。ＳＣＲ入口空間２４には、中間パイプ１９からＳＣＲケーシング２１内へ排気が流入するための入口であるＳＣＲ入口（排気入口）２６が形成され、ＳＣＲ出口空間２５には、ＳＣＲケーシング２１内を流通した排気が流出するための出口であるＳＣＲ出口（排出口）２７が形成されている。なお、ＳＣＲ入口２６はＳＣＲケーシング２１の上側の周壁に形成され、ＳＣＲ出口２７はＳＣＲケーシング２１の車両後側でやや下方の周壁に形成されている。ＳＣＲ出口２７には、ＳＣＲ装置２０を流通した排気を大気中に排出するテールパイプ２９が接続されている。なお、テールパイプ２９は、最も一般的な円筒状パイプである。
【００３３】
本実施形態にかかる排気浄化装置１は、このように構成されたＤＰＦ装置１０及びＳＣＲ装置２０が、図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、ＤＰＦケーシング１１及びＳＣＲケーシング２１のいずれの軸線も車両の車幅方向に向いて配置されている。すなわち、ＤＰＦケーシング１１及びＳＣＲケーシング２１は、互いの軸線が略平行になるように並列に配置されている。なお、ここではＤＰＦケーシング１１とＳＣＲケーシング２１は、同形状（同サイズ）のケーシングで構成されている。
【００３４】
ＤＰＦケーシング１１は、ＤＰＦ入口空間１４が車両の内側に位置し、混合室１５が車両の外側に位置するように配置される。また、ＳＣＲケーシング２１も同様に、ＳＣＲ入口空間２４が車両の内側に位置し、ＳＣＲ出口空間２５が車両の外側に位置するように配置される。すなわち、ＤＰＦケーシング１１及びＳＣＲケーシング２１内を流通する排気は、いずれも車両の内側から外側に向かって流れる。
【００３５】
また、ＤＰＦケーシング１１は、ＳＣＲケーシング２１よりも車両後方に配置され、車両の側面視において、ＳＣＲケーシング２１に対して斜め上方に配置されている。すなわち、ＤＰＦケーシング１１及びＳＣＲケーシング２１は、上下方向にシフトして並列配置されており、同一な水平面上に両ケーシング１１，２１を並列配置した場合に比べ、水平方向（すなわち、車両の前後方向）の長さが短くなっている。なお、ここでは、ＤＰＦケーシング１１及びＳＣＲケーシング２１は、いずれもサイドメンバ２の上面よりも下方に配置されている。
【００３６】
連通パイプ９は、車両前部に位置するエンジン３から延び、ＳＣＲケーシング２１の上方を通ってＤＰＦケーシング１１の前側の周壁に形成されたＤＰＦ入口１６に接続されている。なお、連通パイプ９の下流端は、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、他の架装物との位置関係から、ＤＰＦケーシング１１に対してやや斜めに接続されているが、この角度については適宜変更可能であり、図２及び図３（ａ）では、ＤＰＦケーシング１１の軸方向に対して直交する角度で設けられた例を示している。
【００３７】
中間パイプ１９は、その上流端１９Ｓ1がＤＰＦケーシング１１に形成された車両外側に位置するＤＰＦ出口１７からＤＰＦケーシング１１内に延設され、その下流端１９Ｒ2がＳＣＲケーシング２１に形成された車両内側に位置するＳＣＲ入口２６に接続され、その主要部がＳＣＲケーシング２１の上方において部分的に湾曲している。すなわち、中間パイプ１９は、ＤＰＦ出口１７とＳＣＲ入口２６とを接続し、その中間部分が、直線部分１９Ｓと曲線部分１９Ｒとが組み合わされて構成されている。
【００３８】
換言すると、中間パイプ１９は、ＤＰＦケーシング１１内に延設された排気上流端部１９Ｓ1が直線部分で構成され、ＤＰＦ出口１７の直下流及びＳＣＲ入口２６の直上流はそれぞれ曲線部分１９Ｒ1及び１９Ｒ2で構成され、これら曲線部分１９Ｒ1及び１９Ｒ2の間はＤＰＦケーシング１１及びＳＣＲケーシング２１の軸線と略平行な直線部分１９Ｓ2で構成されており、中間パイプ１９全体で見ると三次元的に湾曲している。このとき、直線部分１９Ｓ2の長さを短くすることにより、曲線部分１９Ｒ1及び１９Ｒ2の半径を大きくすることができ、排気の流動抵抗を小さくすることができる。
【００３９】
テールパイプ２９は、その上流端がＳＣＲケーシング２１に形成された車両外側に位置するＳＣＲ出口２７に接続され、その下流端が車両の外側で下方に向けて設けられている。すなわち、テールパイプ２９は、車両側面視において、ＳＣＲケーシング２１の周壁からやや斜め下方に向けて延びる短い直線状のパイプである。
【００４０】
［２．作用，効果］
本実施形態にかかる排気浄化装置１は、上述のように構成されているので、以下のようにして排気は浄化される。
【００４１】
エンジン３の運転中において、エンジン３から排出された排気は、連通パイプ９を経てＤＰＦ装置１０内に導入され、前段酸化触媒１２及びＤＰＦ１３を通過した後に混合室１５内に移送され、中間パイプ１９内に導入される。このとき、中間パイプ１９の上流側に設けられた添加ノズル１８から、還元剤としての尿素水がＳＣＲ装置２０に向かう排気中に添加される。
【００４２】
添加された尿素水は、中間パイプ１９内で排気と混合されながら、排気熱により加水分解されてアンモニアを生じ、中間パイプ１９の内部を流通してＳＣＲ入口２６からＳＣＲ入口空間２４に導入され、ＳＣＲ２２及び後段酸化触媒２３を通過した後にＳＣＲ出口２７からテールパイプ２９を通過し大気中に排出される。このとき、ＤＰＦ１３では排気中のＰＭが捕集され、ＳＣＲ２２では排気中のＮＯｘが還元され、これらの作用により大気中への有害成分の排出が防止される。
【００４３】
したがって、本実施形態にかかる排気浄化装置１によれば、ＤＰＦ１３を内蔵したＤＰＦケーシング１１とＳＣＲ２２を内蔵したＳＣＲケーシング２１とが、いずれの軸線も車幅方向に向くように（すなわち、略平行になるように）配置され、さらにＤＰＦケーシング１１がＳＣＲケーシング２１の斜め上方に配置されるため、車両の上下方向のスペースを効率的に利用して、車両の前後方向寸法をコンパクトにすることができる。これにより、排気浄化装置１の車両への搭載性が向上し、ＤＰＦ１３やＳＣＲ２２の容積を確保しながら、スペアタイヤ７等の架装物の搭載スペースを確保することができる。
【００４４】
また、ＤＰＦケーシング１１がＳＣＲケーシング２１よりも上方に位置しているため、車両の前方に位置するエンジン３とＤＰＦケーシング１１とを接続する連通パイプ９の長さを短くすることができる。また、ＳＣＲケーシング２１のＳＣＲ出口空間２５が車両外側に位置しているため、ＳＣＲケーシング２１を流通した排気を車両の外部に排出するテールパイプ２９の長さを短くすることができる。連通パイプ９及びテールパイプ２９の長さを短くできる分、排気浄化装置１全体の重量及びコストを低減することができる。また、ＳＣＲケーシング２１がＤＰＦケーシング１１よりも下方に位置しているため、テールパイプ２９から排出される高温の排気による車載機器類への熱害を回避することができる。
【００４５】
また、ＤＰＦケーシング１１に設けられるＤＰＦ出口１７は車両外側に位置し、ＳＣＲケーシング２１に設けられるＳＣＲ入口２６は車両内側に位置するため、ＤＰＦ出口１７及びＳＣＲ入口２６の軸方向への離隔を利用して、これらＤＰＦ出口１７とＳＣＲ入口２６とを連結する中間パイプ１９の長さを確保することができる。すなわち、ＳＣＲ２２に流入する排気中に添加された尿素水の混合経路を長くすることができるため、尿素水の混合を促進することができ、ＮＯｘ浄化率を向上させることができる。
【００４６】
また、ＤＰＦケーシング１１の周壁に添加ノズル１８が設けられ、中間パイプ１９の排気上流端部が、ＤＰＦ出口１７から添加ノズル１８に向けてＤＰＦケーシング１１内に延設されているため、中間パイプ１９の長さをより長くすることができ、尿素水の混合経路をより長く確保することができる。これにより、尿素水の排気中への拡散効果をより促進することができるため、ＮＯｘ浄化率をより高めることができる。
【００４７】
また、ＤＰＦケーシング１１がＳＣＲケーシング２１よりも車両後方に配置されているため、連通パイプ９をＳＣＲケーシング２１の上方に位置するように配置でき、テールパイプ２９をＤＰＦケーシング１１の下方に位置するように配置できる。そのため、排気浄化装置１の車両の前後方向寸法をよりコンパクトにすることができる。
また、車両外側に位置するＳＣＲケーシング２１のＳＣＲ出口空間２５に形成されたＳＣＲ出口２７にテールパイプ２９の上流端が接続され、テールパイプ２９の下流端が車両外側に向けて設けられているため、テールパイプ２９から排出される高温の排気による車載機器類への熱害をより確実に回避することができる。
【００４８】
また、ここでは、ＤＰＦケーシング１１及びＳＣＲケーシング２１がいずれもサイドメンバ２の上面よりも下方に配置されているため、サイドメンバ２上方の部品等に影響を与えず、フレーム下のスペースを効率良く利用し、フレーム下の配置効率を向上させることができる。
【００４９】
［３．その他］
以上、本発明の実施形態を説明したが、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変形することが可能である。
【００５０】
上記実施形態では、中間パイプ１９の排気上流端部１９Ｓ1がＤＰＦケーシング１１内に延設されて設けられているが、中間パイプ１９のＤＰＦケーシング１１への接続はこれに限られない。例えば、中間パイプ１９がＤＰＦ出口１７からＤＰＦ出口１７の対向する周壁まで延設され、中間パイプ１９の混合室１５内への露出部分（挿入部分）に、中間パイプ１９の内外を連通させる孔部が複数貫設され、これらの孔部を介して混合室１５内と中間パイプ１９内とを相互に連通する構成であってもよい。また、中間パイプ１９がＤＰＦケーシング１１内に延設されて設けられていなくてもよく、中間パイプ１９の排気上流端部１９Ｓ1に中間パイプ１９よりも径の小さいパイプを連結し、二重管の構成にしてもよい。また、中間パイプ１９の直線部分１９Ｓ及び曲線部分１９Ｒの構成は上記したものに限られない。
【００５１】
また、上記実施形態では、ＤＰＦケーシング１１がＳＣＲケーシング２１よりも車両後方に配置されているが、ＤＰＦケーシング１１及びＳＣＲケーシング２１の配置はこれに限られず、ＤＰＦケーシング１１がＳＣＲケーシング２１よりも車両前方に配置されていてもよい。この場合、ＤＰＦ入口空間１４に形成されるＤＰＦ入口１６は車両前側の周壁に設けられ、混合室１５に形成されるＤＰＦ出口１７は車両後側の周壁に設けられる。また、ＳＣＲケーシング２１に設けられるＳＣＲ入口２６及びＳＣＲ出口２７は、上記実施形態と同様に設けることができる。
【００５２】
この場合であっても、中間パイプ１９は上記実施形態と同様の長さを確保することができるとともに、ＳＣＲケーシング２１の上方に配置することができるため、上下方向のスペースを効率的に利用することができる。なお、連通パイプ９及びテールパイプ２９はＤＰＦケーシング１１及びＳＣＲケーシング２１の上下スペースに配置することができないが、本排気浄化装置が適用される車両が例えば一般的なトラックやバス等であれば、ホイールベースの制約がトラクタほど厳しくなく車両前後方向の寸法に余裕があるため、充分適用可能である。
【００５３】
また、ＤＰＦケーシング１１に形成されるＤＰＦ入口１６及びＤＰＦ出口１７は、ＤＰＦ入口空間１４及びＤＰＦ出口空間１５に位置するように形成されていれば、周壁に設けられていなくてもよく、また、周壁であっても、上記実施形態に示した位置に限られず、種々変更可能である。同様に、ＳＣＲケーシング２１に形成されるＳＣＲ入口２６及びＳＣＲ出口２７も、ＳＣＲ入口空間２４及びＳＣＲ出口空間２５に位置するように形成されていれば、周壁に設けられていなくてもよく、また、周壁であっても上記した位置に限られない。
【００５４】
また、ＤＰＦケーシング１１及びＳＣＲケーシング２１は円筒状の筒状ケーシングに限られるものではなく、ＤＰＦケーシング１１とＳＣＲケーシング２１は同形状のものでなくてもよい。また、連通パイプ９，中間パイプ１９及びテールパイプ２９は、一般的な円筒状パイプに限られず、その他の筒状のパイプであってもよい。また、全て同一径のパイプであってもよく、違う径のパイプであってもよい。また、連通パイプ９及びテールパイプ２９は、直線状のパイプであっても曲線状のパイプであってもよい。
【００５５】
また、他の架装物との位置関係から、ＤＰＦケーシング１１がサイドメンバ２の上面より僅かに上方に位置するように配置されていてもよい。
また、本排気浄化装置１が適用されるのはトラクタに限られず、一般的なトラックやバス等、種々の車両に適用可能である。
【符号の説明】
【００５６】
１ 排気浄化装置
２ サイドメンバ
３ エンジン
９ 連通パイプ
１０ ＤＰＦ装置（上流側排気浄化装置）
１１ ＤＰＦケーシング（第一ケーシング）
１３ ＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ，粒子状物質捕集フィルタ）
１４ ＤＰＦ入口空間（排気上流端）
１５ 混合室（排気下流端）
１６ ＤＰＦ入口
１７ ＤＰＦ出口（排気出口）
１８ 添加ノズル（還元剤添加ノズル）
１９ 中間パイプ
２０ 下流側排気浄化装置
２１ ＳＣＲケーシング（第二ケーシング）
２２ ＳＣＲ（選択還元型触媒）
２４ ＳＣＲ入口空間（排気上流端）
２５ ＳＣＲ出口空間（排気下流端）
２６ ＳＣＲ入口（排気入口）
２７ ＳＣＲ出口（排出口）
２９ テールパイプ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒子状物質捕集フィルタ（ＤＰＦ）を筒状の第一ケーシング内に備えた上流側排気浄化装置と、選択還元型触媒（ＳＣＲ）を前記第一ケーシングとは別個の筒状の第二ケーシング内に備えた下流側排気浄化装置と、前記第一ケーシングと前記第二ケーシングとを連通する中間パイプと、前記ＳＣＲに流入する排気中に還元剤を添加する還元剤添加ノズルと、を備えた排気浄化装置において、
前記第一ケーシング及び前記第二ケーシングは、いずれも車両の前後方向に延設されるサイドメンバよりも前記車両の一方の外側であっていずれの軸線も前記車両の車幅方向に向くように配置され、前記第一ケーシング及び前記第二ケーシングの排気上流端がいずれも前記車両内側に位置し、前記第一ケーシング及び前記第二ケーシングの排気下流端がいずれも前記車両外側に位置するように配置され、
前記第一ケーシングは、前記第二ケーシングに対して前記車両の側面視において斜め上方に配置され、前記排気下流端に設けられ前記第一ケーシング内を流通した排気が排出される排気出口を有し、
前記第二ケーシングは、前記排気上流端に設けられ前記第二ケーシング内に前記排気が流入する排気入口を有し、
前記中間パイプは、その主要部が前記第二ケーシングの上方に位置し、前記排気出口と前記排気入口とを連結する
ことを特徴とする、排気浄化装置。
【請求項２】
前記排気出口は、前記第一ケーシングの前記排気上流端の周壁に設けられ、
前記還元剤添加ノズルは、前記排気出口に対向する前記第一ケーシングの前記周壁に設けられ、
前記中間パイプは、その排気上流端部が前記第一ケーシングの前記排気出口から前記還元剤添加ノズルに向けて前記第一ケーシング内に延設される
ことを特徴とする、請求項１記載の排気浄化装置。
【請求項３】
前記第一ケーシングは、前記第二ケーシングよりも前記車両の後方に配置される
ことを特徴とする、請求項１又は２記載の排気浄化装置。
【請求項４】
前記第二ケーシング内を流通した前記排気が排出されるテールパイプをさらに備え、
前記テールパイプは、その上流端が前記第二ケーシングの前記排気下流端に設けられた排出口に接続され、その下流端が前記車両外側に向けて設けられている
ことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の排気浄化装置。
【請求項１】
粒子状物質捕集フィルタ（ＤＰＦ）を筒状の第一ケーシング内に備えた上流側排気浄化装置と、選択還元型触媒（ＳＣＲ）を前記第一ケーシングとは別個の筒状の第二ケーシング内に備えた下流側排気浄化装置と、前記第一ケーシングと前記第二ケーシングとを連通する中間パイプと、前記ＳＣＲに流入する排気中に還元剤を添加する還元剤添加ノズルと、を備えた排気浄化装置において、
前記第一ケーシング及び前記第二ケーシングは、いずれも車両の前後方向に延設されるサイドメンバよりも前記車両の一方の外側であっていずれの軸線も前記車両の車幅方向に向くように配置され、前記第一ケーシング及び前記第二ケーシングの排気上流端がいずれも前記車両内側に位置し、前記第一ケーシング及び前記第二ケーシングの排気下流端がいずれも前記車両外側に位置するように配置され、
前記第一ケーシングは、前記第二ケーシングに対して前記車両の側面視において斜め上方に配置され、前記排気下流端に設けられ前記第一ケーシング内を流通した排気が排出される排気出口を有し、
前記第二ケーシングは、前記排気上流端に設けられ前記第二ケーシング内に前記排気が流入する排気入口を有し、
前記中間パイプは、その主要部が前記第二ケーシングの上方に位置し、前記排気出口と前記排気入口とを連結する
ことを特徴とする、排気浄化装置。
【請求項２】
前記排気出口は、前記第一ケーシングの前記排気上流端の周壁に設けられ、
前記還元剤添加ノズルは、前記排気出口に対向する前記第一ケーシングの前記周壁に設けられ、
前記中間パイプは、その排気上流端部が前記第一ケーシングの前記排気出口から前記還元剤添加ノズルに向けて前記第一ケーシング内に延設される
ことを特徴とする、請求項１記載の排気浄化装置。
【請求項３】
前記第一ケーシングは、前記第二ケーシングよりも前記車両の後方に配置される
ことを特徴とする、請求項１又は２記載の排気浄化装置。
【請求項４】
前記第二ケーシング内を流通した前記排気が排出されるテールパイプをさらに備え、
前記テールパイプは、その上流端が前記第二ケーシングの前記排気下流端に設けられた排出口に接続され、その下流端が前記車両外側に向けて設けられている
ことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の排気浄化装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１２−１４９５３５（Ｐ２０１２−１４９５３５Ａ）
【公開日】平成２４年８月９日（２０１２．８．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−７２１８（Ｐ２０１１−７２１８）
【出願日】平成２３年１月１７日（２０１１．１．１７）
【出願人】（３０３００２１５８）三菱ふそうトラック・バス株式会社 (1,037)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月９日（２０１２．８．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月１７日（２０１１．１．１７）
【出願人】（３０３００２１５８）三菱ふそうトラック・バス株式会社 (1,037)
【Ｆターム（参考）】
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