排気浄化装置
【課題】重量増やコスト増を抑制し、圧力損失及び排気温度の低下を抑制できるようにした、排気浄化装置を提供する。
【解決手段】筒状ケーシング２１の軸方向に直列に配設された少なくとも２組の触媒２２，２２と、筒状ケーシング２１内の一端に設けられ、排気入口２６及び第一連通口３１を有する第一入口空間２３と、筒状ケーシング２１内の他端に設けられ、第二連通口３２を有する第二入口空間２４と、筒状ケーシング２１内の２組の触媒２２，２２の相互間に設けられ、排気出口２７を有する出口空間２５と、第一連通口３１と第二連通口３２とを接続する連通路３０と、出口空間２５内に設けられ、筒状ケーシング２１内を前記軸方向に二分割する仕切板３３とを備える。
【解決手段】筒状ケーシング２１の軸方向に直列に配設された少なくとも２組の触媒２２，２２と、筒状ケーシング２１内の一端に設けられ、排気入口２６及び第一連通口３１を有する第一入口空間２３と、筒状ケーシング２１内の他端に設けられ、第二連通口３２を有する第二入口空間２４と、筒状ケーシング２１内の２組の触媒２２，２２の相互間に設けられ、排気出口２７を有する出口空間２５と、第一連通口３１と第二連通口３２とを接続する連通路３０と、出口空間２５内に設けられ、筒状ケーシング２１内を前記軸方向に二分割する仕切板３３とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関し、特に排気中の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】
内燃機関（以下、エンジンともいう）、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、ＮＯｘを浄化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。
【０００３】
ＳＣＲは、例えば、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ている。このＳＣＲを用いた排気浄化装置では、排気中に尿素水を添加する尿素水添加装置としてのノズルがＳＣＲの上流側に設けられる。ノズルから添加される尿素水は、排気管内やＳＣＲ上で排気熱によってアンモニアに分解され、ＮＯｘの還元剤として働く。ＳＣＲの近傍のアンモニアは、一旦ＳＣＲに吸着し、このアンモニアと排気中のＮＯｘとの間の脱硝反応がＳＣＲによって促進されることによりＮＯｘが窒素に還元される。
【０００４】
ところで、量産性の観点から、ＳＣＲは規格化されており、この規格品のＳＣＲでは、１つのＳＣＲで還元されるＮＯｘの量はある程度限られている。このため、大型トラック等の排気量の多いエンジン（通常はディーゼルエンジン）の場合には、複数のＳＣＲを搭載して触媒容量を確保する場合がある。この場合、図３（ａ）に示すように、複数〔図３（ａ）では２つ〕のＳＣＲ６２を１つのケーシング６１内に直列に配設されたものがある（特許文献１の図２参照）。このとき、ＳＣＲ６２外周のケーシング６１内周に対する寸法誤差を許容するために、ＳＣＲ６２の外周はマット材６５で包囲されている。
【０００５】
また、図３（ｂ）に示すように、複数〔図３（ｂ）では２つ〕のＳＣＲ７２をそれぞれケーシング７１内に収納し、その複数のケーシング７１を並列に配設して、排気入口のパイプ７３ａ，７３ａの上流端を入口パイプ７３に接続し集合させると共に、各ケーシング７１の排気出口のパイプ７４ａ，７４ａの下流端を出口パイプ７４に接続し集合させたものもある（特許文献１の図３参照）。
【０００６】
また、並列配設にはこの他に、図３（ｃ）に示すように、複数〔図３（ｃ）では２つ〕のＳＣＲ８２をそれぞれケーシング８１内に収納し、その複数のケーシング８１を密閉した筐体８６内に並列に配設して、長方形で円形の穴８８を設けた２つの支持板８７，８７により、ケーシング８１内の上流部，下流部を区画形成すると共に、ケーシング８１を保持するものもある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特表平１０−５１１０３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、図３（ａ）に示すように、複数のＳＣＲ６２を直列に配設したもの（直列流路方式）では、ＳＣＲ単体の場合に比べ、ＳＣＲの数に応じて圧力損失が増大するという課題がある。一方、図３（ｂ）に示すように、複数のＳＣＲ７２を並列に配設したもの（並列流路方式）では、ＳＣＲ単体の場合に比べ、ＳＣＲの数に応じて圧力損失は減少するという利点はあるが、複数のＳＣＲ７２をそれぞれケーシング７１内に収納するため、装置が大型化して重量が増大し、これに伴ってコストも増大するという新たな課題が生じる。また、図３（ｃ）に示すように筐体８６内に複数のＳＣＲ８２を並列に配設する場合は、支持板８７を設ける必要があるため、やはり装置が大型化して重量が増大し、コストも増大する。
【０００９】
また、ＳＣＲによりＮＯｘを還元するためには排気温度を高温のまま保持する必要があるが、図３（ｂ）のような並列流路方式の場合は、複数のＳＣＲ７２がそれぞれケーシング７１内に収納されているため、装置全体の表面積が増大し、図３（ａ）のような直列流路方式のものよりも断熱性が低下してしまうという課題がある。上記に加え、図３（ｂ）に示すような並列流路方式の場合、排気が流入するパイプ７３ａが接続されるケーシング７１の端板７１ａの数がＳＣＲ７２の数に応じて増加する。そのため、図中に示すような並列流路方式の場合は、高温の排気がケーシング７１内に流入してきても、外気と接する端板７１ａの数が多いため、触媒に流入する前に排気の温度が低下してしまい、一層放熱が促進されてしまうという課題がある。
【００１０】
また、排気浄化装置を車両の床下等に配置する際の搭載性についても、より配置自由度が高く車載性の良いものが要求されている。
このような課題はＳＣＲに限らず、種々の排気浄化触媒をケーシング内に装備する排気浄化装置において生じ得るものである。
本発明はこのような課題に鑑み案出されたもので、重量増やコスト増を抑制し、圧力損失及び排気温度の低下を抑制できるようにした、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】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明の排気浄化装置は、筒状ケーシングの軸方向に直列に配設された少なくとも２組の触媒と、前記筒状ケーシング内の一端に設けられ、排気入口及び第一連通口を有する第一入口空間と、前記筒状ケーシング内の他端に設けられ、第二連通口を有する第二入口空間と、前記筒状ケーシング内の前記２組の触媒の相互間に設けられ、排気出口を有する出口空間と、前記第一連通口と前記第二連通口とを接続し、前記第一入口空間と前記第二入口空間とを連通する連通路と、前記出口空間に設けられ、前記筒状ケーシングの前記軸方向を二分割する仕切板とを備えることを特徴としている。
【００１２】
また、前記仕切板が、複数の貫通孔を有することが好ましい。
また、前記２組の触媒は、いずれも、排気上流側に設けられた選択還元型触媒と、排気下流側に設けられた酸化触媒とから構成さ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、第一入口空間の排気入口から流入した排気が、第一入口空間に隣接する触媒へ向かう排気と、第一連通口から連通路を通り第二入口空間に流れ込み第二入口空間に隣接する触媒へ向かう排気とに分かれ、それぞれ流通する。したがって、少なくとも２組の触媒を１つの筒状ケーシング内に直列に配設しながらも、並列流路方式とすることができるため、直列流路方式はもとより触媒単体のものと比べても圧力損失を抑制することができる。
【００１４】
また、並列流路方式を採用しながらも、複数の触媒を１つの筒状ケーシング内に直列に配設するため、外気と接するケーシングの表面積が小さくなり、放熱を抑制することができる。さらに、１つの筒状ケーシング内に触媒を配設するため、装置全体をコンパクトにすることができ、重量増及びコスト増を抑制することができ、搭載性を確保することができる。
【００１５】
以上により、エンジン性能向上，軽量化，コスト安及び排気中のＮＯｘの浄化率向上をバランスよく両立することができる。
また、出口空間に設けられる仕切板によって少なくとも２組の触媒を通過する排気流量を調整することができる。このとき、仕切板に多数の貫通孔が形成されている場合、仕切板のオフセット量による流量調整が過敏にならない。すなわち、仕切板を高精度に配設する必要がないため、製作コストを抑制することができる。
【００１６】
また、２組の触媒は、いずれも、排気上流側に設けられた選択還元型触媒と、排気下流側に設けられた酸化触媒が一体成型されている場合、構成をよりコンパクトにすることができ、搭載性が良い。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態にかかる排気浄化装置の構成を示す模式的な軸方向断面図である。
【図２】本発明の一実施形態にかかる排気浄化装置を説明する全体構成図である。
【図３】従来の課題を説明するための模式的な断面図であり、図３（ａ）は直列配置、図３（ｂ）は並列配置、図３（ｃ）は複数の触媒をそれぞれケーシング内に収納してさらに筐体内に並列配置したものである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
［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。
【００１９】
本実施形態にかかる排気浄化装置について、図１及び図２を用いて説明する。本排気浄化装置は、車両だけでなくエンジンを搭載した乗り物、例えば船舶等に適用することも可能であるが、ここでは、一般的な乗用車やトラック，バス等の車両に適用した例で説明する。
図２に示すように、エンジン４０は、ここでは直列６気筒機関のディーゼルエンジンとして構成されている。エンジン４０の各気筒には燃料噴射弁４１が設けられ、各燃料噴射弁４１はコモンレール４２から加圧燃料を供給され、開弁に伴って対応する気筒の筒内に燃料を噴射する。なお、エンジン４０はガソリンエンジンでもよく、気筒数はこれに限定されない。
【００２０】
エンジン４０の吸気側には吸気マニホールド４３が装着され、吸気マニホールド４３に接続された吸気通路４４には、上流側よりエアクリーナ４５，ターボチャージャ４６のコンプレッサ４６ａ及びインタークーラ４７が設けられている。また、エンジン４０の排気側には排気マニホールド４８が装着され、排気マニホールド４８には、コンプレッサ４６ａと同軸上に連結されたターボチャージャ４６のタービン４６ｂが接続されている。タービン４６ｂには排気通路４９が接続されている。この排気通路４９の途中に、排気浄化装置１が設けられている。
【００２１】
排気浄化装置１は、排気上流側に設けら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とから構成され、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により接続されている。
上流側排気浄化装置１０は、筒状のケーシング１１内に、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という。
【００２２】
下流側排気浄化装置２０は、円筒状の筒状ケーシング２１内に、筒状ケーシング２１の軸方向に直列に２組の触媒２２，２２が配設されている。この触媒２２は、１つの担体に異なる触媒物質が担持（コート）されたもの、いわゆるゾーンコート触媒であり、排気上流側は選択還元型触媒（Selective Catalytic Reduction、以下、ＳＣＲと略称する）２２ａとして、下流側は後段酸化触媒２２ｂとして構成されている。なお、以下、下流側排気浄化装置２０をＳＣＲ装置２０という。
【００２３】
また、ＤＰＦ装置１０の排気下流側であって、中間パイプ１９の上流側には、尿素水添加ノズル１５が設けられ、尿素水添加ノズル１５は、図示しないタンクから圧送される還元剤としての尿素水を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、コントローラ（ＥＣＵ，Engine (electronic) Control Unit）５０により制御される。
【００２４】
コントローラ５０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。
【００２５】
［１−２．ＤＰＦ装置］
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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５０によって制御される。
【００２８】
ＤＰＦ１３の下流側には混合室１４と称される空間が形成されている。混合室１４内には、ケーシング１１の周壁を貫通するように中間パイプ１９が配設されている。中間パイプ１９は排気通路４９の一部を構成するものであり、ここでは最も一般的な円筒状パイプである。本実施形態にかかる排気浄化装置１では、中間パイプ１９の上流側１９ａがケーシング１１の周壁を貫通し、ケーシング１１の周壁に片持ち支持されるように配設されており、尿素水添加ノズル１５側を開放端にして混合室１４と中間パイプ１９とが連通されている。
【００２９】
なお、中間パイプ１９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、混合室１４と中間パイプ１９との連通構造はこれに限られず、例えば、中間パイプ１９の混合室１４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（図示略）が複数貫設され、これらの孔を介して混合室１４内と中間パイプ１９内とを相互に連通するようにしてもよい。
【００３０】
［１−３．ＳＣＲ装置］
ＳＣＲ２２ａは、尿素添加型の窒素酸化物選択還元型触媒であり、上流側から添加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による還元作用を用いて排気中のＮＯｘをＮ2へと還元するものである。なお、ＳＣＲ２２ａ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。
【００３１】
後段酸化触媒２２ｂは、ＳＣＲ２２ａ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。
図１に示すように、ＳＣＲ装置２０の筒状ケーシング２１内には、ＳＣＲ２２ａ及び後段酸化触媒２２ｂをセットにした触媒２２が、筒状ケーシング２１の軸方向に間隔をあけて直列に２組配設されており、これら２組の触媒２２，２２の相互間の空間には排気出口２７が設けられている。以下、この相互間の空間を出口空間２５という。２組の触媒２２，２２は、排気出口２７を挟んで向かい合わせになるように配設されている。排気出口２７には、排気パイプ２９が接続される。この排気パイプ２９は排気通路４９の一部を構成するものであり、ここでは最も一般的な円筒状パイプであるが、これに限られず、その他の筒状のパイプであってもよい。
【００３２】
触媒２２は、筒状ケーシング２１の軸方向端部内面からそれぞれ離隔して配設することにより、筒状ケーシング２１の両端にそれぞれ空間が設けられている。このうち、筒状ケーシング２１の一端に設けられた一方の空間には、筒状ケーシング２１の周壁に排気入口２６が設けられている。排気入口２６には、ＤＰＦ装置１０と連通する中間パイプ１９が接続される。以下、排気入口２６が設けられたこの空間を第一入口空間２３という。
【００３３】
２組の触媒２２，２２のうち第一入口空間２３側の触媒２２は、第一入口空間２３と隣接する側にＳＣＲ２２ａが設けられ、出口空間２５と隣接する側に後段酸化触媒２２ｂが設けられて構成されている。
第一入口空間２３には、さらに筒状ケーシング２１の周壁に第一連通口３１が設けられている。本実施形態では、図１に示すように、第一連通口３１は排気入口２６と略対向する位置に設けられている。このように第一連通口３１を設けることにより、流路抵抗を抑制することができ、排気入口２６から筒状ケーシング２１内に流入した排気がＳＣＲ２２ａと第一連通口３１と向けて円滑に流れることができる。
【００３４】
なお、車両等への搭載性や周囲の装置との配置関係等も考慮する場合は、例えば、排気入口２６を筒状ケーシング２１の端壁に設け、第一連通口３１を周壁に設ける構成も可能である。また、逆に排気入口２６を筒状ケーシング２１の周壁に設け、第一連通口３１を端壁に設ける構成でも可能である。
筒状ケーシング２１の他端に設けられた他方の空間には、筒状ケーシング２１の周壁に第二連通口３２が設けられている。以下、この空間を第二入口空間２４という。２組の触媒２２，２２のうち第二入口空間２４側の触媒２２は、第二入口空間２４と隣接する側にＳＣＲ２２ａが設けられ、出口空間２５と隣接する側に後段酸化触媒２２ｂが設けられて構成されている。
【００３５】
第一入口空間２３に設けられた第一連通口３１と第二入口空間２４に設けられた第二連通口３２には、連通パイプ（連通路）３０の両端がそれぞれ接続され、第一入口空間２３と第二入口空間２４とが、第一連通口３１及び第二連通口３２を介して連通パイプ３０により連通されている。連通パイプ３０は、ここでは最も一般的な円筒状のパイプであり、筒状ケーシング２１の軸方向に延在している。なお、連通パイプ３０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。
【００３６】
出口空間２５には、筒状ケーシング２１の内部をその軸方向に二分割する仕切板３３が配設されている。仕切板３３は、出口空間２５に設けられた排気出口２７を二分割する位置に設けられ、筒状ケーシング２１の内部を、排気出口２７を挟んで２つの空間に仕切る板である。つまり、仕切板３３により、筒状ケーシング２１の内部が、第一入口空間２３に隣接して配設された触媒２２の空間と、第二入口空間２４に隣接して配設された触媒２２の空間とに分割される。
【００３７】
仕切板３３は、筒状ケーシング２１の軸方向と直交する断面と略同一の形状で形成され、筒状ケーシング２１の内周壁に固定される。本実施形態では、仕切板３３は、筒状ケーシング２１の軸方向中心に設けられている。また、この仕切板３３には、小さな貫通孔３３ｈが複数貫設されている。この複数の貫通孔３３ｈは、例えば、略均一に分散されて設けられていてもよいし、特定の部分に密に設けられていてもよく、その配置や数については限定されない。
【００３８】
また、２組の触媒２２，２２は、その外周をそれぞれマット材２８，２８で包囲されており、触媒２２の外周の筒状ケーシング２１の内周に対する寸法誤差が許容されている。なお、本実施形態では、２組の触媒２２，２２は断面円形に形成されているが、触媒の形状はこれに限られない。
なお、本実施形態にかかるＳＣＲ装置２０は、排気入口２６を除いて出口空間２５を中心に面対称に形成されている。つまり、円筒状の出口空間２５の軸方向の中心部において、その軸方向と直交する面を中心として面対称に形成されている。
【００３９】
［２．作用］
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。
エンジン４０の運転中において、エンジン４０から排出された排気は、排気通路４９の上流部を経て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１４内に移送され、中間パイプ１９内に導入される。そして、中間パイプ１９の内部を流通して排気入口２６からＳＣＲ装置２０内に導入され、ＳＣＲ２２ａ及び後段酸化触媒２２ｂを通過した後に排気出口２７から排気パイプ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、ＳＣＲ２２ａ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。
【００４０】
以下、詳しく説明すると、ＤＰＦ１３で排気中のＰＭが捕集された後、中間パイプ１９の上流側に設けられた尿素水添加ノズル１５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。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、排気入口２６からＳＣＲ装置２０内へ導入される。
【００４１】
排気入口２６から導入されたアンモニアを含んだ排気は、まず第一入口空間２３へ流入し、第一入口空間２３に隣接するＳＣＲ２２ａへ向かう排気と、第一連通口３１から連通パイプ３０を通り第二入口空間２４へ向かう排気とに分かれる。第一入口空間２３から直接ＳＣＲ２２ａに流入した排気は、ＳＣＲ２２ａ及び後段酸化触媒２２ｂを流通し、出口空間２５へ抜けた後、排気出口２７から排気パイプ２９を通り大気中へ排出される。
【００４２】
一方、第一入口空間２３から連通パイプ３０を通り第二入口空間２４へ流入した排気は、第二入口空間２４に隣接するＳＣＲ２２ａに流入し、ＳＣＲ２２ａ及び後段酸化触媒２２ｂを流通して出口空間２５へ抜けた後、排気出口２７から排気パイプ２９を通り大気中へ排出される。
このとき、排気中に含まれるアンモニアが２組のＳＣＲ２２ａ，２２ａに吸着し、排気中のＮＯｘを還元し排気を浄化する。また、ＳＣＲ２２ａ，２２ａで吸着されなかった余剰アンモニアは、２組の後段酸化触媒２２ｂ，２２ｂによって除去され、大気中にアンモニアが排出されることを防ぐ。
【００４３】
［３．効果］
したがって、本実施形態にかかる排気浄化装置によれば、２組の触媒２２，２２を１つの筒状ケーシング２１内に直列に配設しながらも、並列流路方式とすることができるため、直列流路方式はもとより触媒単体のものと比べても圧力損失を抑制することができる。また、並列流路方式を採用しながらも、２組の触媒２２，２２を筒状ケーシング２１内に直列に配設するため、外気と接する筒状ケーシング２１の表面積が小さくなり、放熱を抑制することができる。さらに、ＳＣＲ装置２０全体をコンパクトにすることができ、重量増及びコスト増を抑制することができ、搭載性を確保することができる。
【００４４】
また、２組の触媒２２，２２がそれぞれ、排気上流側にＳＣＲ２２ａ、排気下流側に後段酸化触媒２２ｂとなるように、１つの担体に異なる触媒物質を担持（コート）したゾーンコート触媒として構成されているため、排気浄化装置１全体の構成をよりコンパクトにすることができ、さらに搭載性が向上する。
また、出口空間２５に設けられた仕切板３３により、排気が抜ける空間である出口空間２５の広さと、排気出口２７の面積を規定することができるため、第一入口空間２３に隣接する触媒２２へ向かう排気と、第一連通口３１から連通パイプ３０を通って第二入口空間２４へ向かう排気との流量を調整することできる。なお、本実施形態では、図１に示すように筒状ケーシング２１の軸方向中心に仕切板３３を設置しているが、２組の触媒２２，２２を通過する際の流路抵抗が大きい方の触媒の出口空間２５を広くするように、筒状ケーシング２１の軸方向中心から偏倚させて、両触媒に均等に排気が流通するようにしてもよい。
【００４５】
出口空間２５の広さ及び排気出口２７に直行する通路面積を大きくすれば排気は流通しやすくなるため、排気流量を増加させることができ、逆にこれらを小さくすれば排気が流通しにくくなるため、排気流量を減少させることができる。さらに、この仕切板３３には、小さな貫通孔３３ｈが複数貫設されているため、排気は、複数の貫通孔３３ｈを通って出口空間２５内をわずかに流通することができるようになっている。そのため、仕切板３３の偏倚量、すなわち仕切板３３の設置位置による排気流量の調整が過敏にならず、仕切板３３を筒状ケーシング２１内に高精度に設置する必要がなく、製作コストを抑制することができる。
以上により、エンジン性能向上，軽量化，コスト安及び排気中のＮＯｘの浄化率向上をバランスよく両立することができる。
【００４６】
［４．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。
【００４７】
上記実施形態では、ＤＰＦ装置１０とＳＣＲ装置２０が、それぞれのケーシングの軸方向を揃えて隣り合って配置されているが、ＤＰＦ装置１０とＳＣＲ装置２０の配置はこれに限られず、例えば、ＤＰＦ装置１０とＳＣＲ装置２０をそれぞれの軸方向が交差するように配置し、湾曲した中間パイプにより接続するようにしてもよい。
また、上記実施形態にかかるＳＣＲ装置２０は、排気入口２６を除いて、円筒状の出口空間２５の軸方向の中心部において、その軸方向と直交する面を中心として面対称に形成されているが、２組の触媒２２，２２の配置や、第一連通口３１及び第二連通口３２の位置は必ずしも面対称に形成されていなくてもよい。
【００４８】
また、触媒の数は２組に限られず、筒状ケーシング２１内に２組以上の触媒が配設されていてもよい。また、触媒はゾーンコート触媒に限られず、後段酸化触媒を筒状ケーシング２１内ではなくＳＣＲ装置２０の下流側に別体として設けてもよい。
また、２組の触媒に流れる排気の経路が不均等なため、仕切板３３の設置位置が、筒状ケーシング２１の軸方向中心であったり排気出口２７の面積を等分する位置であったりすると、２組の触媒に等分の排気を流すことはできない。したがって、２組の触媒に等分の排気を流すには、あえて仕切板３３の設置位置を筒状ケーシング２１の軸方向中心や排気出口２７の面積を等分する位置からずらすことが必要になる。
【００４９】
また、仕切板の貫通孔は必須のものではなく、貫通孔が形成されていないものでもよい。また、触媒はＳＣＲや後段酸化触媒に限られず、種々の排気浄化触媒を少なくとも２組ケーシング内に装備するものであれば、ケーシングの軸方向に直列に配置しながら並列流路方式を構成することができる。
【符号の説明】
【００５０】
１ 排気浄化装置
１０ ＤＰＦ装置（上流側排気浄化装置）
１２ 前段酸化触媒
１３ ＤＰＦ（パティキュレートフィルタ）
１５ 尿素水添加ノズル
１９ 中間パイプ
２０ ＳＣＲ装置（下流側排気浄化装置）
２１ 筒状ケーシング
２２ 触媒
２２ａ ＳＣＲ（選択還元型触媒）
２２ｂ 後段酸化触媒
２３ 第一入口空間
２４ 第二入口空間
２５ 出口空間
２６ 排気入口
２７ 排気出口
２９ 排気パイプ
３０ 連通パイプ（連通路）
３１ 第一連通口
３２ 第二連通口
３３ 仕切板
３３ｈ 貫通孔
４０ エンジン
４９ 排気通路
５０ コントローラ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関し、特に排気中の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】
内燃機関（以下、エンジンともいう）、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、ＮＯｘを浄化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。
【０００３】
ＳＣＲは、例えば、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ている。このＳＣＲを用いた排気浄化装置では、排気中に尿素水を添加する尿素水添加装置としてのノズルがＳＣＲの上流側に設けられる。ノズルから添加される尿素水は、排気管内やＳＣＲ上で排気熱によってアンモニアに分解され、ＮＯｘの還元剤として働く。ＳＣＲの近傍のアンモニアは、一旦ＳＣＲに吸着し、このアンモニアと排気中のＮＯｘとの間の脱硝反応がＳＣＲによって促進されることによりＮＯｘが窒素に還元される。
【０００４】
ところで、量産性の観点から、ＳＣＲは規格化されており、この規格品のＳＣＲでは、１つのＳＣＲで還元されるＮＯｘの量はある程度限られている。このため、大型トラック等の排気量の多いエンジン（通常はディーゼルエンジン）の場合には、複数のＳＣＲを搭載して触媒容量を確保する場合がある。この場合、図３（ａ）に示すように、複数〔図３（ａ）では２つ〕のＳＣＲ６２を１つのケーシング６１内に直列に配設されたものがある（特許文献１の図２参照）。このとき、ＳＣＲ６２外周のケーシング６１内周に対する寸法誤差を許容するために、ＳＣＲ６２の外周はマット材６５で包囲されている。
【０００５】
また、図３（ｂ）に示すように、複数〔図３（ｂ）では２つ〕のＳＣＲ７２をそれぞれケーシング７１内に収納し、その複数のケーシング７１を並列に配設して、排気入口のパイプ７３ａ，７３ａの上流端を入口パイプ７３に接続し集合させると共に、各ケーシング７１の排気出口のパイプ７４ａ，７４ａの下流端を出口パイプ７４に接続し集合させたものもある（特許文献１の図３参照）。
【０００６】
また、並列配設にはこの他に、図３（ｃ）に示すように、複数〔図３（ｃ）では２つ〕のＳＣＲ８２をそれぞれケーシング８１内に収納し、その複数のケーシング８１を密閉した筐体８６内に並列に配設して、長方形で円形の穴８８を設けた２つの支持板８７，８７により、ケーシング８１内の上流部，下流部を区画形成すると共に、ケーシング８１を保持するものもある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特表平１０−５１１０３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、図３（ａ）に示すように、複数のＳＣＲ６２を直列に配設したもの（直列流路方式）では、ＳＣＲ単体の場合に比べ、ＳＣＲの数に応じて圧力損失が増大するという課題がある。一方、図３（ｂ）に示すように、複数のＳＣＲ７２を並列に配設したもの（並列流路方式）では、ＳＣＲ単体の場合に比べ、ＳＣＲの数に応じて圧力損失は減少するという利点はあるが、複数のＳＣＲ７２をそれぞれケーシング７１内に収納するため、装置が大型化して重量が増大し、これに伴ってコストも増大するという新たな課題が生じる。また、図３（ｃ）に示すように筐体８６内に複数のＳＣＲ８２を並列に配設する場合は、支持板８７を設ける必要があるため、やはり装置が大型化して重量が増大し、コストも増大する。
【０００９】
また、ＳＣＲによりＮＯｘを還元するためには排気温度を高温のまま保持する必要があるが、図３（ｂ）のような並列流路方式の場合は、複数のＳＣＲ７２がそれぞれケーシング７１内に収納されているため、装置全体の表面積が増大し、図３（ａ）のような直列流路方式のものよりも断熱性が低下してしまうという課題がある。上記に加え、図３（ｂ）に示すような並列流路方式の場合、排気が流入するパイプ７３ａが接続されるケーシング７１の端板７１ａの数がＳＣＲ７２の数に応じて増加する。そのため、図中に示すような並列流路方式の場合は、高温の排気がケーシング７１内に流入してきても、外気と接する端板７１ａの数が多いため、触媒に流入する前に排気の温度が低下してしまい、一層放熱が促進されてしまうという課題がある。
【００１０】
また、排気浄化装置を車両の床下等に配置する際の搭載性についても、より配置自由度が高く車載性の良いものが要求されている。
このような課題はＳＣＲに限らず、種々の排気浄化触媒をケーシング内に装備する排気浄化装置において生じ得るものである。
本発明はこのような課題に鑑み案出されたもので、重量増やコスト増を抑制し、圧力損失及び排気温度の低下を抑制できるようにした、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】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明の排気浄化装置は、筒状ケーシングの軸方向に直列に配設された少なくとも２組の触媒と、前記筒状ケーシング内の一端に設けられ、排気入口及び第一連通口を有する第一入口空間と、前記筒状ケーシング内の他端に設けられ、第二連通口を有する第二入口空間と、前記筒状ケーシング内の前記２組の触媒の相互間に設けられ、排気出口を有する出口空間と、前記第一連通口と前記第二連通口とを接続し、前記第一入口空間と前記第二入口空間とを連通する連通路と、前記出口空間に設けられ、前記筒状ケーシングの前記軸方向を二分割する仕切板とを備えることを特徴としている。
【００１２】
また、前記仕切板が、複数の貫通孔を有することが好ましい。
また、前記２組の触媒は、いずれも、排気上流側に設けられた選択還元型触媒と、排気下流側に設けられた酸化触媒とから構成さ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、第一入口空間の排気入口から流入した排気が、第一入口空間に隣接する触媒へ向かう排気と、第一連通口から連通路を通り第二入口空間に流れ込み第二入口空間に隣接する触媒へ向かう排気とに分かれ、それぞれ流通する。したがって、少なくとも２組の触媒を１つの筒状ケーシング内に直列に配設しながらも、並列流路方式とすることができるため、直列流路方式はもとより触媒単体のものと比べても圧力損失を抑制することができる。
【００１４】
また、並列流路方式を採用しながらも、複数の触媒を１つの筒状ケーシング内に直列に配設するため、外気と接するケーシングの表面積が小さくなり、放熱を抑制することができる。さらに、１つの筒状ケーシング内に触媒を配設するため、装置全体をコンパクトにすることができ、重量増及びコスト増を抑制することができ、搭載性を確保することができる。
【００１５】
以上により、エンジン性能向上，軽量化，コスト安及び排気中のＮＯｘの浄化率向上をバランスよく両立することができる。
また、出口空間に設けられる仕切板によって少なくとも２組の触媒を通過する排気流量を調整することができる。このとき、仕切板に多数の貫通孔が形成されている場合、仕切板のオフセット量による流量調整が過敏にならない。すなわち、仕切板を高精度に配設する必要がないため、製作コストを抑制することができる。
【００１６】
また、２組の触媒は、いずれも、排気上流側に設けられた選択還元型触媒と、排気下流側に設けられた酸化触媒が一体成型されている場合、構成をよりコンパクトにすることができ、搭載性が良い。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態にかかる排気浄化装置の構成を示す模式的な軸方向断面図である。
【図２】本発明の一実施形態にかかる排気浄化装置を説明する全体構成図である。
【図３】従来の課題を説明するための模式的な断面図であり、図３（ａ）は直列配置、図３（ｂ）は並列配置、図３（ｃ）は複数の触媒をそれぞれケーシング内に収納してさらに筐体内に並列配置したものである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
［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。
【００１９】
本実施形態にかかる排気浄化装置について、図１及び図２を用いて説明する。本排気浄化装置は、車両だけでなくエンジンを搭載した乗り物、例えば船舶等に適用することも可能であるが、ここでは、一般的な乗用車やトラック，バス等の車両に適用した例で説明する。
図２に示すように、エンジン４０は、ここでは直列６気筒機関のディーゼルエンジンとして構成されている。エンジン４０の各気筒には燃料噴射弁４１が設けられ、各燃料噴射弁４１はコモンレール４２から加圧燃料を供給され、開弁に伴って対応する気筒の筒内に燃料を噴射する。なお、エンジン４０はガソリンエンジンでもよく、気筒数はこれに限定されない。
【００２０】
エンジン４０の吸気側には吸気マニホールド４３が装着され、吸気マニホールド４３に接続された吸気通路４４には、上流側よりエアクリーナ４５，ターボチャージャ４６のコンプレッサ４６ａ及びインタークーラ４７が設けられている。また、エンジン４０の排気側には排気マニホールド４８が装着され、排気マニホールド４８には、コンプレッサ４６ａと同軸上に連結されたターボチャージャ４６のタービン４６ｂが接続されている。タービン４６ｂには排気通路４９が接続されている。この排気通路４９の途中に、排気浄化装置１が設けられている。
【００２１】
排気浄化装置１は、排気上流側に設けら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とから構成され、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により接続されている。
上流側排気浄化装置１０は、筒状のケーシング１１内に、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という。
【００２２】
下流側排気浄化装置２０は、円筒状の筒状ケーシング２１内に、筒状ケーシング２１の軸方向に直列に２組の触媒２２，２２が配設されている。この触媒２２は、１つの担体に異なる触媒物質が担持（コート）されたもの、いわゆるゾーンコート触媒であり、排気上流側は選択還元型触媒（Selective Catalytic Reduction、以下、ＳＣＲと略称する）２２ａとして、下流側は後段酸化触媒２２ｂとして構成されている。なお、以下、下流側排気浄化装置２０をＳＣＲ装置２０という。
【００２３】
また、ＤＰＦ装置１０の排気下流側であって、中間パイプ１９の上流側には、尿素水添加ノズル１５が設けられ、尿素水添加ノズル１５は、図示しないタンクから圧送される還元剤としての尿素水を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、コントローラ（ＥＣＵ，Engine (electronic) Control Unit）５０により制御される。
【００２４】
コントローラ５０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。
【００２５】
［１−２．ＤＰＦ装置］
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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５０によって制御される。
【００２８】
ＤＰＦ１３の下流側には混合室１４と称される空間が形成されている。混合室１４内には、ケーシング１１の周壁を貫通するように中間パイプ１９が配設されている。中間パイプ１９は排気通路４９の一部を構成するものであり、ここでは最も一般的な円筒状パイプである。本実施形態にかかる排気浄化装置１では、中間パイプ１９の上流側１９ａがケーシング１１の周壁を貫通し、ケーシング１１の周壁に片持ち支持されるように配設されており、尿素水添加ノズル１５側を開放端にして混合室１４と中間パイプ１９とが連通されている。
【００２９】
なお、中間パイプ１９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、混合室１４と中間パイプ１９との連通構造はこれに限られず、例えば、中間パイプ１９の混合室１４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（図示略）が複数貫設され、これらの孔を介して混合室１４内と中間パイプ１９内とを相互に連通するようにしてもよい。
【００３０】
［１−３．ＳＣＲ装置］
ＳＣＲ２２ａは、尿素添加型の窒素酸化物選択還元型触媒であり、上流側から添加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による還元作用を用いて排気中のＮＯｘをＮ2へと還元するものである。なお、ＳＣＲ２２ａ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。
【００３１】
後段酸化触媒２２ｂは、ＳＣＲ２２ａ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。
図１に示すように、ＳＣＲ装置２０の筒状ケーシング２１内には、ＳＣＲ２２ａ及び後段酸化触媒２２ｂをセットにした触媒２２が、筒状ケーシング２１の軸方向に間隔をあけて直列に２組配設されており、これら２組の触媒２２，２２の相互間の空間には排気出口２７が設けられている。以下、この相互間の空間を出口空間２５という。２組の触媒２２，２２は、排気出口２７を挟んで向かい合わせになるように配設されている。排気出口２７には、排気パイプ２９が接続される。この排気パイプ２９は排気通路４９の一部を構成するものであり、ここでは最も一般的な円筒状パイプであるが、これに限られず、その他の筒状のパイプであってもよい。
【００３２】
触媒２２は、筒状ケーシング２１の軸方向端部内面からそれぞれ離隔して配設することにより、筒状ケーシング２１の両端にそれぞれ空間が設けられている。このうち、筒状ケーシング２１の一端に設けられた一方の空間には、筒状ケーシング２１の周壁に排気入口２６が設けられている。排気入口２６には、ＤＰＦ装置１０と連通する中間パイプ１９が接続される。以下、排気入口２６が設けられたこの空間を第一入口空間２３という。
【００３３】
２組の触媒２２，２２のうち第一入口空間２３側の触媒２２は、第一入口空間２３と隣接する側にＳＣＲ２２ａが設けられ、出口空間２５と隣接する側に後段酸化触媒２２ｂが設けられて構成されている。
第一入口空間２３には、さらに筒状ケーシング２１の周壁に第一連通口３１が設けられている。本実施形態では、図１に示すように、第一連通口３１は排気入口２６と略対向する位置に設けられている。このように第一連通口３１を設けることにより、流路抵抗を抑制することができ、排気入口２６から筒状ケーシング２１内に流入した排気がＳＣＲ２２ａと第一連通口３１と向けて円滑に流れることができる。
【００３４】
なお、車両等への搭載性や周囲の装置との配置関係等も考慮する場合は、例えば、排気入口２６を筒状ケーシング２１の端壁に設け、第一連通口３１を周壁に設ける構成も可能である。また、逆に排気入口２６を筒状ケーシング２１の周壁に設け、第一連通口３１を端壁に設ける構成でも可能である。
筒状ケーシング２１の他端に設けられた他方の空間には、筒状ケーシング２１の周壁に第二連通口３２が設けられている。以下、この空間を第二入口空間２４という。２組の触媒２２，２２のうち第二入口空間２４側の触媒２２は、第二入口空間２４と隣接する側にＳＣＲ２２ａが設けられ、出口空間２５と隣接する側に後段酸化触媒２２ｂが設けられて構成されている。
【００３５】
第一入口空間２３に設けられた第一連通口３１と第二入口空間２４に設けられた第二連通口３２には、連通パイプ（連通路）３０の両端がそれぞれ接続され、第一入口空間２３と第二入口空間２４とが、第一連通口３１及び第二連通口３２を介して連通パイプ３０により連通されている。連通パイプ３０は、ここでは最も一般的な円筒状のパイプであり、筒状ケーシング２１の軸方向に延在している。なお、連通パイプ３０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。
【００３６】
出口空間２５には、筒状ケーシング２１の内部をその軸方向に二分割する仕切板３３が配設されている。仕切板３３は、出口空間２５に設けられた排気出口２７を二分割する位置に設けられ、筒状ケーシング２１の内部を、排気出口２７を挟んで２つの空間に仕切る板である。つまり、仕切板３３により、筒状ケーシング２１の内部が、第一入口空間２３に隣接して配設された触媒２２の空間と、第二入口空間２４に隣接して配設された触媒２２の空間とに分割される。
【００３７】
仕切板３３は、筒状ケーシング２１の軸方向と直交する断面と略同一の形状で形成され、筒状ケーシング２１の内周壁に固定される。本実施形態では、仕切板３３は、筒状ケーシング２１の軸方向中心に設けられている。また、この仕切板３３には、小さな貫通孔３３ｈが複数貫設されている。この複数の貫通孔３３ｈは、例えば、略均一に分散されて設けられていてもよいし、特定の部分に密に設けられていてもよく、その配置や数については限定されない。
【００３８】
また、２組の触媒２２，２２は、その外周をそれぞれマット材２８，２８で包囲されており、触媒２２の外周の筒状ケーシング２１の内周に対する寸法誤差が許容されている。なお、本実施形態では、２組の触媒２２，２２は断面円形に形成されているが、触媒の形状はこれに限られない。
なお、本実施形態にかかるＳＣＲ装置２０は、排気入口２６を除いて出口空間２５を中心に面対称に形成されている。つまり、円筒状の出口空間２５の軸方向の中心部において、その軸方向と直交する面を中心として面対称に形成されている。
【００３９】
［２．作用］
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。
エンジン４０の運転中において、エンジン４０から排出された排気は、排気通路４９の上流部を経て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１４内に移送され、中間パイプ１９内に導入される。そして、中間パイプ１９の内部を流通して排気入口２６からＳＣＲ装置２０内に導入され、ＳＣＲ２２ａ及び後段酸化触媒２２ｂを通過した後に排気出口２７から排気パイプ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、ＳＣＲ２２ａ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。
【００４０】
以下、詳しく説明すると、ＤＰＦ１３で排気中のＰＭが捕集された後、中間パイプ１９の上流側に設けられた尿素水添加ノズル１５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。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、排気入口２６からＳＣＲ装置２０内へ導入される。
【００４１】
排気入口２６から導入されたアンモニアを含んだ排気は、まず第一入口空間２３へ流入し、第一入口空間２３に隣接するＳＣＲ２２ａへ向かう排気と、第一連通口３１から連通パイプ３０を通り第二入口空間２４へ向かう排気とに分かれる。第一入口空間２３から直接ＳＣＲ２２ａに流入した排気は、ＳＣＲ２２ａ及び後段酸化触媒２２ｂを流通し、出口空間２５へ抜けた後、排気出口２７から排気パイプ２９を通り大気中へ排出される。
【００４２】
一方、第一入口空間２３から連通パイプ３０を通り第二入口空間２４へ流入した排気は、第二入口空間２４に隣接するＳＣＲ２２ａに流入し、ＳＣＲ２２ａ及び後段酸化触媒２２ｂを流通して出口空間２５へ抜けた後、排気出口２７から排気パイプ２９を通り大気中へ排出される。
このとき、排気中に含まれるアンモニアが２組のＳＣＲ２２ａ，２２ａに吸着し、排気中のＮＯｘを還元し排気を浄化する。また、ＳＣＲ２２ａ，２２ａで吸着されなかった余剰アンモニアは、２組の後段酸化触媒２２ｂ，２２ｂによって除去され、大気中にアンモニアが排出されることを防ぐ。
【００４３】
［３．効果］
したがって、本実施形態にかかる排気浄化装置によれば、２組の触媒２２，２２を１つの筒状ケーシング２１内に直列に配設しながらも、並列流路方式とすることができるため、直列流路方式はもとより触媒単体のものと比べても圧力損失を抑制することができる。また、並列流路方式を採用しながらも、２組の触媒２２，２２を筒状ケーシング２１内に直列に配設するため、外気と接する筒状ケーシング２１の表面積が小さくなり、放熱を抑制することができる。さらに、ＳＣＲ装置２０全体をコンパクトにすることができ、重量増及びコスト増を抑制することができ、搭載性を確保することができる。
【００４４】
また、２組の触媒２２，２２がそれぞれ、排気上流側にＳＣＲ２２ａ、排気下流側に後段酸化触媒２２ｂとなるように、１つの担体に異なる触媒物質を担持（コート）したゾーンコート触媒として構成されているため、排気浄化装置１全体の構成をよりコンパクトにすることができ、さらに搭載性が向上する。
また、出口空間２５に設けられた仕切板３３により、排気が抜ける空間である出口空間２５の広さと、排気出口２７の面積を規定することができるため、第一入口空間２３に隣接する触媒２２へ向かう排気と、第一連通口３１から連通パイプ３０を通って第二入口空間２４へ向かう排気との流量を調整することできる。なお、本実施形態では、図１に示すように筒状ケーシング２１の軸方向中心に仕切板３３を設置しているが、２組の触媒２２，２２を通過する際の流路抵抗が大きい方の触媒の出口空間２５を広くするように、筒状ケーシング２１の軸方向中心から偏倚させて、両触媒に均等に排気が流通するようにしてもよい。
【００４５】
出口空間２５の広さ及び排気出口２７に直行する通路面積を大きくすれば排気は流通しやすくなるため、排気流量を増加させることができ、逆にこれらを小さくすれば排気が流通しにくくなるため、排気流量を減少させることができる。さらに、この仕切板３３には、小さな貫通孔３３ｈが複数貫設されているため、排気は、複数の貫通孔３３ｈを通って出口空間２５内をわずかに流通することができるようになっている。そのため、仕切板３３の偏倚量、すなわち仕切板３３の設置位置による排気流量の調整が過敏にならず、仕切板３３を筒状ケーシング２１内に高精度に設置する必要がなく、製作コストを抑制することができる。
以上により、エンジン性能向上，軽量化，コスト安及び排気中のＮＯｘの浄化率向上をバランスよく両立することができる。
【００４６】
［４．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。
【００４７】
上記実施形態では、ＤＰＦ装置１０とＳＣＲ装置２０が、それぞれのケーシングの軸方向を揃えて隣り合って配置されているが、ＤＰＦ装置１０とＳＣＲ装置２０の配置はこれに限られず、例えば、ＤＰＦ装置１０とＳＣＲ装置２０をそれぞれの軸方向が交差するように配置し、湾曲した中間パイプにより接続するようにしてもよい。
また、上記実施形態にかかるＳＣＲ装置２０は、排気入口２６を除いて、円筒状の出口空間２５の軸方向の中心部において、その軸方向と直交する面を中心として面対称に形成されているが、２組の触媒２２，２２の配置や、第一連通口３１及び第二連通口３２の位置は必ずしも面対称に形成されていなくてもよい。
【００４８】
また、触媒の数は２組に限られず、筒状ケーシング２１内に２組以上の触媒が配設されていてもよい。また、触媒はゾーンコート触媒に限られず、後段酸化触媒を筒状ケーシング２１内ではなくＳＣＲ装置２０の下流側に別体として設けてもよい。
また、２組の触媒に流れる排気の経路が不均等なため、仕切板３３の設置位置が、筒状ケーシング２１の軸方向中心であったり排気出口２７の面積を等分する位置であったりすると、２組の触媒に等分の排気を流すことはできない。したがって、２組の触媒に等分の排気を流すには、あえて仕切板３３の設置位置を筒状ケーシング２１の軸方向中心や排気出口２７の面積を等分する位置からずらすことが必要になる。
【００４９】
また、仕切板の貫通孔は必須のものではなく、貫通孔が形成されていないものでもよい。また、触媒はＳＣＲや後段酸化触媒に限られず、種々の排気浄化触媒を少なくとも２組ケーシング内に装備するものであれば、ケーシングの軸方向に直列に配置しながら並列流路方式を構成することができる。
【符号の説明】
【００５０】
１ 排気浄化装置
１０ ＤＰＦ装置（上流側排気浄化装置）
１２ 前段酸化触媒
１３ ＤＰＦ（パティキュレートフィルタ）
１５ 尿素水添加ノズル
１９ 中間パイプ
２０ ＳＣＲ装置（下流側排気浄化装置）
２１ 筒状ケーシング
２２ 触媒
２２ａ ＳＣＲ（選択還元型触媒）
２２ｂ 後段酸化触媒
２３ 第一入口空間
２４ 第二入口空間
２５ 出口空間
２６ 排気入口
２７ 排気出口
２９ 排気パイプ
３０ 連通パイプ（連通路）
３１ 第一連通口
３２ 第二連通口
３３ 仕切板
３３ｈ 貫通孔
４０ エンジン
４９ 排気通路
５０ コントローラ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状ケーシングの軸方向に直列に配設された少なくとも２組の触媒と、
前記筒状ケーシング内の一端に設けられ、排気入口及び第一連通口を有する第一入口空間と、
前記筒状ケーシング内の他端に設けられ、第二連通口を有する第二入口空間と、
前記筒状ケーシング内の前記２組の触媒の相互間に設けられ、排気出口を有する出口空間と、
前記第一連通口と前記第二連通口とを接続し、前記第一入口空間と前記第二入口空間とを連通する連通路と、
前記出口空間に設けられ、前記筒状ケーシング内を前記軸方向に二分割する仕切板とを備える
ことを特徴とする、排気浄化装置。
【請求項２】
前記仕切板が、複数の貫通孔を有する
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２組の触媒が、いずれも、排気上流側に設けられた選択還元型触媒と、排気下流側に設けられた酸化触媒とから構成されている
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１】
筒状ケーシングの軸方向に直列に配設された少なくとも２組の触媒と、
前記筒状ケーシング内の一端に設けられ、排気入口及び第一連通口を有する第一入口空間と、
前記筒状ケーシング内の他端に設けられ、第二連通口を有する第二入口空間と、
前記筒状ケーシング内の前記２組の触媒の相互間に設けられ、排気出口を有する出口空間と、
前記第一連通口と前記第二連通口とを接続し、前記第一入口空間と前記第二入口空間とを連通する連通路と、
前記出口空間に設けられ、前記筒状ケーシング内を前記軸方向に二分割する仕切板とを備える
ことを特徴とする、排気浄化装置。
【請求項２】
前記仕切板が、複数の貫通孔を有する
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２組の触媒が、いずれも、排気上流側に設けられた選択還元型触媒と、排気下流側に設けられた酸化触媒とから構成されている
ことを特徴とする、請求項１又は２記載の排気浄化装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１２−６７６９７（Ｐ２０１２−６７６９７Ａ）
【公開日】平成２４年４月５日（２０１２．４．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２１３９８７（Ｐ２０１０−２１３９８７）
【出願日】平成２２年９月２４日（２０１０．９．２４）
【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４月５日（２０１２．４．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月２４日（２０１０．９．２４）
【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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