(57)【要約】【課題】選択還元型触媒装置の浄化性能の低下を防止するとともに、選択還元型触媒装置の破損を防止することが可能な排気ガス浄化システムを提供する。【解決手段】排気ガス浄化システムは、内燃機関の排気通路を構成する排気管に、上流側から順に還元剤噴射装置、選択還元型触媒装置を備えて構成される排気ガス浄化システムであって、排気管を通過する排気ガスの流れ方向における還元剤噴射装置と選択還元型触媒装置との間に設けられ、還元剤噴射装置により噴射された還元剤が結晶化した結晶物の通過を防止する結晶物通過防止部材を備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路を構成する排気管に、上流側から順に還元剤噴射装置、選択還元型触媒装置を備えて構成される排気ガス浄化システムであって、
前記排気管を通過する排気ガスの流れ方向における前記還元剤噴射装置と前記選択還元型触媒装置との間に設けられ、前記還元剤噴射装置により噴射された還元剤が結晶化した結晶物の通過を防止する結晶物通過防止部材を備える、
排気ガス浄化システム。
【請求項２】
前記結晶物通過防止部材は、前記排気管の半径方向の全体に亘って、前記結晶物の通過を防止する、
請求項１に記載の排気ガス浄化システム。
【請求項３】
前記結晶物通過防止部材は、前記結晶物を捕捉することによって前記結晶物の通過を防止する、
請求項１または２に記載の排気ガス浄化システム。
【請求項４】
前記結晶物通過防止部材は、前記排気管の半径方向の中心に向かうにつれて前記流れ方向の下流側へ延びるコーン状に形成されている、
請求項１〜３の何れか一項に記載の排気ガス浄化システム。
【請求項５】
前記結晶物通過防止部材は、前記排気管の半径方向の中心に向かうにつれて前記流れ方向の上流側へ延びるコーン状に形成されている、
請求項１〜３の何れか１項に記載の排気ガス浄化システム。
【請求項６】
前記結晶物通過防止部材は、前記結晶物が通過しないメッシュサイズを有する金網である、
請求項１〜５の何れか１項に記載の排気ガス浄化システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、排気ガス浄化システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
トラックやバス等の車両に搭載されるディーゼルエンジンの排気ガス中のＮＯｘを浄化するための排気ガス浄化システムとして、尿素水等を還元剤として用いてＮＯｘを窒素と水に還元する選択触媒還元（ＳＣＲ：Selective Catalytic Reduction）システムが開発されている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００３】
選択触媒還元システムは、尿素水タンクに貯留された尿素水を選択還元型触媒装置（ＳＣＲ）上流の排気管に供給し、排気ガスの熱で尿素水を加水分解してアンモニアを生成し、このアンモニアによって選択還元型触媒装置内の触媒でＮＯｘを還元するものである。尿素水は、例えば排気通路に設けられた尿素水インジェクタによって適量が噴射される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−３０３８２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、排気管内に噴射された尿素水が原因で以下のような不具合が生じる場合があった。すなわち、内燃機関の低負荷運転時など排気ガスの温度が低い場合、尿素水の噴射量が異常に多い場合、または、排気ガスの流量が少ないのに尿素水の噴射が連続した場合などには、尿素水の加水分解が不十分となり、具体的には尿素水が十分蒸発せずに結晶化した結晶物が生じる。この結晶物は、排気ガスの流れに乗って、選択還元型触媒装置の外周部に付着して堆積したり、選択還元型触媒装置の前面に直接衝突したりする。
【０００６】
選択還元型触媒装置の外周部に結晶物が堆積すると、当該結晶物が堆積していない場合と比べて選択還元型触媒装置の有効径ひいては還元領域が減少し、選択還元型触媒装置の浄化性能が低下してしまうという問題があった。また、選択還元型触媒装置の前面に結晶物が衝突すると、当該前面が摩耗したり、当該前面にクラック（亀裂）が入ったりすることにより、選択還元型触媒装置が破損してしまうという問題があった。
【０００７】
本開示の目的は、選択還元型触媒装置の浄化性能の低下を防止するとともに、選択還元型触媒装置の破損を防止することが可能な排気ガス浄化システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示に係る排気ガス浄化システムは、
内燃機関の排気通路を構成する排気管に、上流側から順に還元剤噴射装置、選択還元型触媒装置を備えて構成される排気ガス浄化システムであって、
前記排気管を通過する排気ガスの流れ方向における前記還元剤噴射装置と前記選択還元型触媒装置との間に設けられ、前記還元剤噴射装置により噴射された還元剤が結晶化した結晶物の通過を防止する結晶物通過防止部材を備える。
【発明の効果】
【０００９】
本開示によれば、選択還元型触媒装置の浄化性能の低下を防止するとともに、選択還元型触媒装置の破損を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施の形態における車両の構成を示す図である。
【図２】従来構成の問題点を説明する図である。
【図３】本実施の形態における選択還元型触媒装置周辺の構成を示す図である。
【図４】本実施の形態における結晶物通過防止部材の構成の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本開示の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態における車両１の構成を示す図である。図１に示すように、トラックやバス等の車両１には、内燃機関１０と、排気系２０とが搭載されている。排気系２０は、本開示の「排気ガス浄化システム」として機能する。
【００１２】
まず、内燃機関１０の構成について説明する。内燃機関１０は、例えばディーゼルエンジンである。内燃機関１０の燃焼室１１において、燃料噴射インジェクタ１３は、燃焼室１１内に燃料を噴射する。なお、燃料噴射インジェクタ１３は、燃焼室１１の吸気ポートに燃料を噴射しても良い。燃料の噴射は、図示しないＥＣＭ（エンジン・コントロール・モジュール）により制御される。また、燃焼室１１内の燃料は、ピストン１９の動作により圧縮されて燃焼する。
【００１３】
吸気バルブ１５および排気バルブ１７は、開閉可能に構成される。吸気バルブ１５が開くことで、吸気用配管５０からの新気が燃焼室１１に吸入される。また、排気バルブ１７が開くことで、燃焼室１１で燃料が燃焼して生じた排気ガスが排気系２０（具体的には、内燃機関１０の排気通路を構成する排気管２１）に送り出される。
【００１４】
次に、排気系２０の構成について説明する。排気系２０は、例えば車両１の下部に設けられ、主に金属製の排気管２１を有する。この排気管２１は、内燃機関１０において燃料の燃焼により生じた排気ガスを大気中（車外）に導く。
【００１５】
また、排気管２１の途中には、排気ガスを浄化（無害化）するために、様々な後処理装置が設けられている。本実施の形態では、後処理装置として、ＤＯＣ（酸化触媒）２３Ａと、ＤＰＦ２３Ｂと、ＳＣＲ２３Ｃ（本開示の「選択還元型触媒装置」に対応）とが設けられている。
【００１６】
ＤＯＣ２３Ａは、金属製の担持体に、ロジウム、酸化セリウム、白金、酸化アルミニウム等を担持して形成される。ＤＯＣ２３Ａは、排気ガスに含まれる炭化水素（ＨＣ）および一酸化炭素（ＣＯ）を分解除去する。また、ＤＯＣ２３Ａは、排気ガスに含まれるＮＯｘの大半を占める一酸化窒素（ＮＯ）を酸化して二酸化窒素（ＮＯ２）を生成する機能も有している。この機能を利用することで、ＳＣＲ２３ＣのＮＯｘ浄化効率を向上することが可能になる。
【００１７】
排気管２１において、ＤＯＣ２３Ａの上流側（具体的には、排気ガスの流れ方向における上流側）には、一時的に排気ガス中に燃料を供給して、燃料中の炭化水素（ＨＣ）をＤＯＣ２３Ａで酸化させ、その酸化反応熱を利用して排気ガスを昇温する燃料供給部２２（燃料供給インジェクタ）が配置されている。
【００１８】
ＤＰＦ２３Ｂは、多孔質セラミック製のハニカムのチャンネル（セル）の入口と出口を交互に目封じしたモノリスハニカム型のウオールフローフィルタから形成されている。ＤＰＦ２３Ｂは、排気ガスに含まれる粒子状物質（ＰＭ）を捕集除去する。
【００１９】
排気管２１において、排気ガスの流れ方向におけるＤＰＦ２３Ｂよりも下流側であって、ＳＣＲ２３Ｃよりも上流側には、還元剤としての尿素水を噴射（具体的には、噴霧）するための尿素水インジェクタ２４（本開示の「還元剤噴射装置」に対応）が設けられている。
【００２０】
排気管２１において例えばＳＣＲ２３Ｃの入口近傍には、排気ガスの温度を検出する温度センサ（図示せず）が設けられている。この温度センサは、尿素水インジェクタ２４における尿素水の噴射の制御等に用いられる。
【００２１】
ＳＣＲ２３Ｃは、例えば円柱形状を有し、セラミックで作製されたハニカム担体を有する。ハニカム壁面には、例えばゼオライトやバナジウム等の触媒が担持またはコーティングされる。
【００２２】
上記のようなＳＣＲ２３Ｃは、排気管２１において、上記ＤＰＦ２３Ｂの下流側に配置される。また、排気管２１においてＤＰＦ２３ＢとＳＣＲ２３Ｃとの間には、還元剤としての尿素水が、尿素水インジェクタ２４により噴射され、ＤＯＣ２３ＡおよびＤＰＦ２３Ｂを通過した排気ガスに供給される。その結果、尿素水がアンモニアに加水分解される。そして、アンモニアを含む排気ガスがＳＣＲ２３Ｃを通過中、ＳＣＲ２３Ｃにおける触媒の作用により窒素酸化物（いわゆるＮＯｘ）が窒素と水に反応する（還元反応）。これにより、排気ガス中の窒素酸化物が浄化される。
【００２３】
ここで、加水分解は、ＳＣＲ２３Ｃを通過する排気ガスの温度が所定温度以上である場合に起こる。したがって、尿素水インジェクタ２４は、ＳＣＲ２３Ｃに流入する排気ガスの温度が所定温度以上である場合に、尿素水を排気管２１内の排気ガスに供給することが好ましい。ここで、尿素水の噴射は図示しないＤＣＵ（ドージングコントロールユニット）により制御される。なお、所定温度は、排気系２０の設計開発段階での実験・シミュレーション等により、アンモニアとＮＯｘとの反応温度等を考慮しつつ適宜適切に定められる。
【００２４】
なお、排気管２１においてＳＣＲ２３Ｃの直ぐ下流側にアンモニアスリップ触媒を配置しても良い。アンモニアスリップ触媒は、後段酸化触媒であって、ＤＯＣ２３Ａと同様の構成を有する。アンモニアスリップ触媒は、主として、ＳＣＲ２３Ｃにおいて還元反応に使用されずにスリップしてきたアンモニアが大気中に放出されないように、スリップしてきたアンモニアを酸化して除去する。それ以外にも、アンモニアスリップ触媒は、ＳＣＲ２３Ｃと同様の機能を有する場合もある。
【００２５】
以上の各後処理装置で排気ガスを処理して生成される水、窒素、二酸化炭素は、マフラー（図示せず）等を介して、大気中に排出される。
【００２６】
ところで、排気管２１内に噴射された尿素水が原因で以下のような不具合が生じる場合があった。図２は、排気系２０（特にＳＣＲ２３Ｃ周辺）に係る従来構成の問題点を説明する図である。すなわち、内燃機関１０の低負荷運転時など排気ガスの温度が低い場合、尿素水の噴射量が異常に多い場合、または、排気ガスの流量が少ないのに尿素水の噴射が連続した場合などには、尿素水の加水分解が不十分となり、具体的には尿素水が十分蒸発せずに結晶化した結晶物３０が生じる。この結晶物３０は、排気ガスの流れに乗って、ＳＣＲ２３Ｃの外周部に付着して堆積したり、ＳＣＲ２３Ｃの前面に直接衝突したりする。
【００２７】
ＳＣＲ２３Ｃの外周部に結晶物が堆積すると、当該結晶物が堆積していない場合と比べてＳＣＲ２３Ｃの有効径ｄ１ひいては還元領域が減少し、ＳＣＲ２３Ｃの浄化性能が低下してしまうという問題があった。また、ＳＣＲ２３Ｃの前面に結晶物が衝突すると、当該前面が摩耗したり、当該前面にクラック（亀裂）が入ったりすることにより、ＳＣＲ２３Ｃが破損してしまうという問題があった。
【００２８】
そこで、本実施の形態では、図１，３に示すように、排気管２１を通過する排気ガスの流れ方向における尿素水インジェクタ２４とＳＣＲ２３Ｃとの間には、尿素水インジェクタ２４により噴射された尿素水が結晶化した結晶物を捕捉することによって当該結晶物の通過を防止する結晶物通過防止部材２５が設けられている。結晶物通過防止部材２５は、例えば、分割された２つの排気管の間に挟み込まれ、溶接またはボルト付け等によって取り付けられる。
【００２９】
図３Ａは、ＳＣＲ２３Ｃ周辺の構成を示す図である。結晶物通過防止部材２５は、排気管２１の半径方向に対して水平（平板状）に形成されており、排気管２１の半径方向の全体に亘って結晶物３０の通過を防止する。図３Ｂは、排気管２１内において、排気ガスの流れ方向に結晶物通過防止部材２５を見た図である。図３Ｂに示すように、結晶物通過防止部材２５は、結晶物３０が通過しないメッシュサイズを有する金網で構成されている。
【００３０】
図３Ａに示すように、尿素水インジェクタ２４から噴射された尿素水が十分蒸発せずに結晶化した結晶物３０が生じても、排気ガスの流れに乗った結晶物３０は、結晶物通過防止部材２５によって捕捉されて下流側への通過が防止される。そのため、結晶物３０が、ＳＣＲ２３Ｃの外周部に付着して堆積したり、ＳＣＲ２３Ｃの前面に直接衝突したりすることが防止される。なお、結晶物通過防止部材２５の外周部に結晶物３０が付着して堆積したとしても、結晶物通過防止部材２５を通過した排気ガスは、排気管２１の半径方向における中心側から外側に向かって拡散しながら流れるため、ＳＣＲ２３Ｃの有効径ｄ２ひいては還元領域が減少することはない。以上のように、ＳＣＲ２３Ｃの浄化性能の低下を防止するとともに、ＳＣＲ２３Ｃの破損を防止することができる。
【００３１】
なお、上記実施の形態では、結晶物通過防止部材２５は、排気管２１の半径方向に対して水平に形成されている例について説明したが、本開示はこれに限定されない。例えば、結晶物通過防止部材２５は、図４Ａに示すように、排気管２１の半径方向の中心に向かうにつれて排気ガスの流れ方向の下流側へ延びるコーン状に形成されても良い。この場合、結晶物３０は、結晶物通過防止部材２５の半径方向の中心付近に偏って堆積することとなる。また、結晶物通過防止部材２５は、図４Ｂに示すように、排気管２１の半径方向の中心に向かうにつれて排気ガスの流れ方向の上流側へ延びるコーン状に形成されても良い。この場合、結晶物３０は、結晶物通過防止部材２５の半径方向の外側付近に偏って堆積することとなる。
【００３２】
結晶物通過防止部材２５の形状としては、排気ガスの温度に応じて、図４Ａおよび図４Ｂの何れかに示すコーン状を選択的に採用することができる。例えば、排気ガスの温度が高く、結晶物通過防止部材２５に堆積した結晶物３０が溶かされやすい環境にある場合には、結晶物通過防止部材２５の半径方向の中心付近に偏って結晶物３０が堆積するコーン状（図４Ａを参照）を採用することにより、堆積した結晶物３０を好適に溶かして、浄化性能が高いＳＣＲ２３Ｃの中心付近に多くの排気ガスを通過させて浄化性能の低下を抑制することができる。一方、排気ガスの温度が低く、結晶物通過防止部材２５に堆積した結晶物３０が溶かされにくい環境にある場合には、結晶物通過防止部材２５の半径方向の外側付近に偏って結晶物３０が堆積するコーン状（図４Ｂを参照）を採用することにより、浄化性能が高いＳＣＲ２３Ｃの中心付近に多くの排気ガスを通過させて浄化性能の低下を抑制することができる。
【００３３】
以上のように、結晶物通過防止部材２５をコーン状に形成することによって、結晶物通過防止部材２５により結晶物３０を捕捉可能な総面積が増大し、結晶物３０は、結晶物通過防止部材２５の半径方向の中心付近または外側付近に偏って堆積することとなる。そのため、結晶物通過防止部材２５が排気管２１の半径方向に対して水平に形成されている場合（すなわち、結晶物通過防止部材２５に対して結晶物３０が一様に堆積する場合）と比べて、結晶物通過防止部材２５に対する結晶物３０の堆積によるガス流れの抵抗を低減させることができる。
【００３４】
また、上記実施の形態では、結晶物通過防止部材２５は、排気管２１の半径方向の全体に亘って結晶物３０の通過を防止するように構成される例について説明したが、排気管２１の半径方向の一部において結晶物３０の通過を防止しても良い。ただし、確実に、ＳＣＲ２３Ｃの浄化性能の低下を防止するとともに、ＳＣＲ２３Ｃの破損を防止する観点からは、結晶物通過防止部材２５は、排気管２１の半径方向の全体に亘って結晶物３０の通過を防止するように構成されることのが望ましい。
【００３５】
また、上記実施の形態は、何れも本開示を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本開示の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本開示はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本開示は、選択還元型触媒装置の浄化性能の低下を防止するとともに、選択還元型触媒装置の破損を防止することが可能な排気ガス浄化システムとして有用である。
【符号の説明】
【００３７】
１  車両
１０  内燃機関
１１  燃焼室
１３  燃料噴射インジェクタ
１５  吸気バルブ
１７  排気バルブ
１９  ピストン
２０  排気系
２１  排気管
２２  燃料供給部
２３Ａ  ＤＯＣ
２３Ｂ  ＤＰＦ
２３Ｃ  ＳＣＲ
２４  尿素水インジェクタ
２５  結晶物通過防止部材
３０  結晶物
５０  吸気用配管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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