JP4845041B2

JP4845041B2 - 排気浄化装置

Info

Publication number: JP4845041B2
Application number: JP2007075925A
Authority: JP
Inventors: 弘幸立川
Original assignee: UD Trucks Corp
Current assignee: UD Trucks Corp
Priority date: 2007-03-23
Filing date: 2007-03-23
Publication date: 2011-12-28
Anticipated expiration: 2027-03-23
Also published as: JP2008232089A

Description

本発明は、還元剤を用いて排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元除去する排気浄化装置に関する。

エンジン排気中のＮＯｘを除去する触媒浄化システムとして、特許文献１に記載された排気浄化装置が提案されている。この排気浄化装置は、エンジン排気管に配設された還元触媒の排気上流に、エンジン運転状態に応じた還元剤を噴射供給することで、排気中のＮＯｘと還元剤とを触媒還元反応させて、ＮＯｘを無害成分に浄化処理するものである。ここで、還元反応は、ＮＯｘと反応性が良好なアンモニアを用いるもので、還元剤としては、排気熱及び排気中の水蒸気により加水分解してアンモニアを発生する尿素水溶液が用いられる。
特開２０００−２７６２７号公報

上記の排気浄化装置においては、還元触媒より排気上流の排気管に、還元剤を噴射するノズルが設けられており、エンジン運転状態に応じた還元剤をそのノズルに供給するポンプを備えた還元剤添加装置が使用される。この還元剤添加装置にはＥＣＵ（電子制御ユニット）が搭載されているので、設置位置における雰囲気温度に上限がある。このため、たとえば我国において問題ないレイアウトを設計してあっても、熱帯などの気温が高い地域では雰囲気温度が上限を上回る可能性が考えられ、この場合には、当該地域向けにレイアウトを見直す必要が出てくる。しかし、地域ごとにエンジン周りのレイアウトが違うのは、生産性やコストの点で好ましくない。

そこで本発明は、気温の高い地域への輸出が考えられるような場合でもレイアウトを見直さずに済ませられるような排気浄化装置を提案するものである。

本発明によれば、車両のエンジン排気管に配設された還元触媒と、該還元触媒の排気上流へ還元剤を噴射するノズルと、エンジン運転状態に応じた還元剤を前記ノズルに供給する還元剤添加装置と、前記還元剤添加装置を冷却するための送風器と、エンジン近傍の雰囲気温度に基づいて前記送風器を制御する温度スイッチと、を含んだ構成とすることを特徴とする。

その送風器は、前記還元剤添加装置に対して車両後方の斜め上に設置され、前記還元剤添加装置の上面及び後面に送風して冷却する。また、前記還元剤添加装置よりも車両前方に離間させて、略垂直に立てた防風板を設置し、該防風板の前記還元剤添加装置よりも車両上方に突出する部分を車両後方へ向けて傾斜させると共に、前記還元剤添加装置よりも車両下方に離間させて、略水平に寝かせた導風板を設置し、該導風板の前記還元剤添加装置よりも車両後方に突出する部分を車両上方へ向けて傾斜させる。

温度スイッチについては、エンジンの排気マニホールド近傍に設置するのが好ましい。

本発明の排気浄化装置によれば、温度スイッチに従って自動的に始動／停止する送風器を用いた空冷方式を還元剤添加装置に対し採用し、雰囲気温度が上限に達するほどに上昇する場合には自動的に送風器を動作させて、温度上昇を抑制することができる。したがって、上限温度を超えるほどの温度上昇が起こりにくくなっているので、地域ごとにレイアウトを見直さずに済み、工数削減、コスト抑制という効果を得られる。

特に、送風器を、車両後方の斜め上から送風する位置に設置すると、車両走行中にラジエータを通して前方から流れてくる熱風を抑えて、後方から比較的温度の低い風を送風することができるので、還元剤添加装置の上面温度上昇を抑制する効果が高くなる。
また、還元剤添加装置の車両前方に防風板を設置すれば、還元剤添加装置前面に対し、車両走行中にラジエータを通して流れてくる熱風があたらないようにする風除けになる。加えて、該防風板の還元剤添加装置よりも車両上方に突出する部分を車両後方へ向けて傾斜させてあると、送風器による風を、防風板と還元剤添加装置との間を通過するように導風することができる。これにより、比較的温度の低い空気の層を防風板と還元剤添加装置との間に形成することができるので、冷却効果を高めることが可能である。

さらに、還元剤添加装置の車両下方に導風板を設置し、該導風板の還元剤添加装置よりも車両後方に突出する部分を車両上方へ向けて傾斜させておくと、送風器による風を、導風板と還元剤添加装置との間を通過するように導風することができる。これにより、比較的温度の低い空気の層を導風板と還元剤添加装置との間に形成することができるので、還元剤添加装置の下方に存在し得る熱源からの影響を抑制し、冷却効果を高めることが可能である。

このような送風器を制御する温度スイッチは、より温度の高い排気マニホールド近傍に設置しておくと、雰囲気温度の上昇に対する温度スイッチのレスポンスの遅れを吸収することができ、送風器を始動させる温度をより正確に制御することができる。

図１は、尿素水溶液を還元剤前駆体として使用し、エンジン排気中に含まれるＮＯｘを触媒還元反応により浄化する排気浄化装置の全体構成を示す。
エンジン１０の排気マニフォールド１２に接続される排気管１４には、排気流通方向に沿って、一酸化窒素（ＮＯ）を二酸化窒素（ＮＯ_２）へと酸化させる窒素酸化触媒１６と、尿素水溶液を噴射供給する噴射ノズル１８と、尿素水溶液を加水分解して得られるアンモニアによりＮＯｘを還元浄化するＮＯｘ還元触媒２０と、ＮＯｘ還元触媒２０を通過したアンモニアを酸化させるアンモニア酸化触媒２２と、が夫々配設される。また、還元剤容器２４に貯蔵される尿素水溶液は、その底部で吸込口が開口する供給配管２６を通って還元剤添加装置２８に供給される。この還元剤添加装置２８に還元剤添加ＥＣＵ３０が備えられており、エンジン運転状態に応じた流量の尿素水溶液を噴射ノズル１８に供給する。

噴射ノズル１８から噴射供給された尿素水溶液は、排気熱及び排気中の水蒸気により加水分解され、アンモニアへと転化される。転化されたアンモニアがＮＯｘ還元触媒２０において排気中のＮＯｘと反応することで、排気が浄化されるのは知られたことである。このとき、ＮＯｘ還元触媒２０によるＮＯｘ浄化効率を向上させるべく、窒素酸化触媒１６によりＮＯがＮＯ_２へと酸化され、排気中のＮＯとＮＯ_２との割合が触媒還元反応に適したものに改善される。また、ＮＯｘ還元触媒２０を通過したアンモニアは、その排気下流に配設されたアンモニア酸化触媒２２により酸化される。

上記のような構成をもつ排気浄化装置の還元剤添加装置２８は、大型車両のトラクタを例にとると、図２の上方から見た概略レイアウト図に示すように、キャブ下に配置されたエンジン１０の後部脇にレイアウトされる。特に、ＥＣＵ３０を搭載している還元剤添加装置２８は、高温箇所をできるだけ避けて配置したいため、排気マニフォールド１２とは反対側のエンジン脇スペースに配置される。ただし、還元剤添加装置２８は、排気管１４内に位置するノズル１８へ尿素水溶液を供給しなければならないので、排気管１４から遠く離して配置することができず、その設置位置は、たとえば図２のようなレイアウトに制約される。

このレイアウトにおいて、当該車両が走行すると、ラジエータ３２を通った熱風が還元剤添加装置２８へ流れてくることになる（矢示）。そこで、還元剤添加装置２８の温度上昇を抑制するため、還元剤添加装置２８を冷却するための送風器４０と、エンジン近傍の雰囲気温度に基づいて送風器４０を制御する温度スイッチ４２と、が設けられている。送風器４０は還元剤添加装置２８の近傍に設置される一方、温度スイッチ４２は、排気マニフォールド１２の近傍に設置されている。

温度スイッチ４２を排気マニフォールド１２の近傍に設置することで、エンジン１０の近傍の中でもより高温となる位置で、温度検出を実行させることができる。その理由は、温度スイッチ４２の周囲温度がスイッチ作動温度に到達してから実際に送風器４０が回り出すまでに、タイムラグが存在するからである。すなわち、還元剤添加装置２８と温度スイッチ４２とが同じ位置に設置してあると、レスポンスの遅れによって送風器４０の始動が遅くなり、還元剤添加装置２８の雰囲気温度が上限値を超えてしまう可能性がある。そこで、還元剤添加装置２８の設置位置よりも温度が急上昇する排気マニホールド１２の近傍に温度スイッチ４２を設置しておくと、温度スイッチ４２の周囲がスイッチ作動温度に到達したときに、還元剤添加装置２８の雰囲気温度は未だそれよりも低いということになるので、雰囲気温度の上昇に対する温度スイッチ４２のレスポンスの遅れを吸収することができ、送風器４０を始動させる温度をより正確に制御することができる。

送風器４０は、図３に示すように、還元剤添加装置２８に対し、車両後方の斜め上から送風する位置に設置される。すなわち、車両走行中にラジエータ３２を通して流れてくる熱風に対抗する向きから温度の低い風を送り、熱風を抑えて還元剤添加装置２８の上面温度上昇を抑制する。
また、本実施形態では、還元剤添加装置２８の車両前方に離間させて、略垂直に立てた防風板４４を設置している。この防風板４４は、還元剤添加装置２８よりも車両上方に突出する部分を車両後方へ向けて傾斜させた傾斜面部４４ａとしてある。このような形状の防風板４４は、還元剤添加装置２８の前方に位置してラジエータ３２から流れてくる熱風を避ける風除けの盾として機能する一方、傾斜面部４４ａにより、送風器４０からの風を、防風板４４と還元剤添加装置２８との間４６を通過するように導風する機能をもつ。この導風機能により、比較的温度の低い空気の層を防風板４４と還元剤添加装置２８との間４６に形成することができるので、冷却効果を高めることが可能となる。このような導風機能のために、還元剤添加装置２８に対する防風板４４の離間距離は、送風器４０による風を淀みなく流せる程度の間隔とするのがよい。

さらに、還元剤添加装置２８の車両下方にも、略水平に寝かせた導風板４８を設置し、該導風板４８の還元剤添加装置２８よりも車両後方に突出する部分を、車両上方へ向けて傾斜させた傾斜面部４８ａとしてある。このような形状の導風板４８は、傾斜面部４８ａにより、送風器４０からの風を、導風板４８と還元剤添加装置２８との間５０を通過するように導風する機能をもつ。この導風機能により、比較的温度の低い空気の層を導風板４８と還元剤添加装置２８との間５０に形成することができるので、還元剤添加装置２８の下方に位置し得る熱源からの影響を抑制し、冷却効果を高めることができる。このような導風機能のために、還元剤添加装置２８に対する導風板４８の離間距離は、送風器４０による風を淀みなく流せる程度の間隔とするのがよい。

以上のような送風器４０及び温度スイッチ４２を備えた排気浄化装置によれば、温度スイッチ４２に従って自動的にオンオフする送風器４０を用いた還元剤添加装置２８の空冷方式を採用しており、雰囲気温度が上限に達するほどに上昇する場合には自動的に送風器４０を動作させて、温度上昇を抑制することができる。すなわち、還元剤添加装置２８の雰囲気温度上昇が抑制され、上限温度を超えるほどの温度上昇が起こりにくくなっているので、レイアウトを共通化し、工数削減によるコスト抑制という効果を得られる。

なお、本発明は本実施形態に限定されるものではなく、本発明を実施可能な範囲で変更できることは言うまでもない。

排気浄化装置の一例を示した図。送風器及び温度スイッチの設置位置を説明する図。送風器、防風板及び導風板の設置位置を説明する図。

符号の説明

１０エンジン
１２排気マニフォールド
２８還元剤添加装置
３０ＥＣＵ
３２ラジエータ
４０送風器
４２温度スイッチ
４４防風板
４８導風板

Claims

車両のエンジン排気管に配設された還元触媒と、
該還元触媒の排気上流へ還元剤を噴射するノズルと、
エンジン運転状態に応じた還元剤を前記ノズルに供給する還元剤添加装置と、
該還元剤添加装置に対して車両後方の斜め上に設置され、前記還元剤添加装置の上面及び後面に送風して冷却する送風器と、
エンジン近傍の雰囲気温度に基づいて前記送風器を制御する温度スイッチと、
を含んで構成された排気浄化装置であって、
前記還元剤添加装置よりも車両前方に離間させて、略垂直に立てた防風板を設置し、該防風板の前記還元剤添加装置よりも車両上方に突出する部分を車両後方へ向けて傾斜させると共に、
前記還元剤添加装置よりも車両下方に離間させて、略水平に寝かせた導風板を設置し、該導風板の前記還元剤添加装置よりも車両後方に突出する部分を車両上方へ向けて傾斜させた
ことを特徴とする排気浄化装置。
前記温度スイッチは、エンジンの排気マニホールド近傍に設置されることを特徴とする請求項１記載の排気浄化装置。