(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気管の途中に介装したフィルタケース内にＮＯx還元触媒を装備した排気浄化装置であって、フィルタケースの上流側端面における軸心位置をずらした位置に排気ガスの導入口を設け、フィルタケースの上流側端面における軸心位置にＮＯx還元触媒から離間する向きに張り出すガイドノズルを突設し、該ガイドノズルの先端にＮＯx還元触媒に向け還元剤を噴射し得るよう噴射器を装備すると共に、フィルタケース内におけるガイドノズルの基端の開口部からＮＯx還元触媒の上流側端面に向け該端面の略全域を網羅し得るよう円錐状に拡径しつつ延び且つそのＮＯx還元触媒寄りの周面に導入口からの排気ガスを取り込む連通孔を有するガイドコーンを設け、フィルタケース内におけるＮＯx還元触媒の後段に触媒再生型のパティキュレートフィルタを設けたことを特徴とする排気浄化装置。
【請求項２】
ガイドノズルを還元剤の噴射方向に向け口径が漸増するベルマウス形状としたことを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
【請求項３】
ガイドノズルを還元剤の噴射方向に向け口径が漸増するテーパ形状としたことを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気浄化装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ディーゼルエンジン自動車においては、排気ガスが流通する排気管の途中に、酸素共存下でも選択的にＮＯｘを還元剤と反応させる性質を備えたＮＯｘ還元触媒（選択還元型触媒）を装備し、該ＮＯｘ還元触媒の上流側に軽油等の還元剤を添加して該還元剤をＮＯｘ還元触媒上で排気ガス中のＮＯｘ（窒素酸化物）と還元反応させ、これによりＮＯｘの排出濃度を低減し得るようにしたものがある。
【０００３】
この種のＮＯｘ還元触媒としては、白金，パラジウム等の貴金属触媒や、バナジウム，銅，鉄の酸化物等の卑金属触媒が前述した如き性質を有するものとして既に知られている。
【０００４】
図４は前述のＮＯｘ還元触媒を装備した排気浄化装置の一例を概略的に示したもので、自動車のディーゼルエンジン１から排出された排気ガス２が流通している排気管３のマフラの外筒をフィルタケース４とした場合を例示している。
【０００５】
即ち、このフィルタケース４内にＮＯｘ還元触媒５が収容されるようになっており、該ＮＯｘ還元触媒５は、クッション材６により外周部分を保持され、該クッション材６の軸心方向中間部には、排気ガス２の迂回を阻止し得るようシール材７が介装されている。尚、ＮＯｘ還元触媒５の具体的な構造は図５に示す通りであり、フロースルー方式の触媒モノリスとして形成されている。
【０００６】
そして、ＮＯｘ還元触媒５より上流側には、軽油等の還元剤８を噴射して排気ガス２中に添加する噴射ノズル９が設けられ、該噴射ノズル９から噴射された還元剤８がＮＯｘ還元触媒５上で排気ガス２中のＮＯｘと還元反応するようになっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ここで図示している例では、ＮＯｘ還元触媒５の直前位置にフィルタケース４の外周側から噴射ノズル９を挿入し、該噴射ノズル９の先端をＮＯｘ還元触媒５の上流側端面に対峙するよう鉤状に屈曲させた構造としてあるが、斯かる構造においては、噴射ノズル９が高温の排気ガス２の流れに晒されて高温化し、噴射ノズル９内で還元剤８が炭化して詰まりが生じる虞れがあり、又、ここに図示している例よりも上流側の排気管３に屈曲部分等を設けて噴射ノズル９のガス流路への張り出し量を極力少なくして配置したり、或いは、排気マニホールド１０の長手方向の端部に対し該排気マニホールド１０の内部への張り出し量を極力少なくして配置したりすることも考えられるが、ＮＯｘ還元触媒５より上流側に遡れば遡るほど途中の流路壁に付着する還元剤８の量が増えて還元剤８の添加量が必要以上に多くなってしまうという新たな問題を招いてしまうことになる。
【０００８】
本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、ＮＯｘ還元触媒に添加するための還元剤が高温の排気ガスに晒されてノズル内で炭化してしまう虞れを未然に回避し得るようにすることを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、排気管の途中に介装したフィルタケース内にＮＯx還元触媒を装備した排気浄化装置であって、フィルタケースの上流側端面における軸心位置をずらした位置に排気ガスの導入口を設け、フィルタケースの上流側端面における軸心位置にＮＯx還元触媒から離間する向きに張り出すガイドノズルを突設し、該ガイドノズルの先端にＮＯx還元触媒に向け還元剤を噴射し得るよう噴射器を装備すると共に、フィルタケース内におけるガイドノズルの基端の開口部からＮＯx還元触媒の上流側端面に向け該端面の略全域を網羅し得るよう円錐状に拡径しつつ延び且つそのＮＯx還元触媒寄りの周面に導入口からの排気ガスを取り込む連通孔を有するガイドコーンを設け、フィルタケース内におけるＮＯx還元触媒の後段に触媒再生型のパティキュレートフィルタを設けたことを特徴とするものである。
【００１０】
而して、このようにすれば、噴射器から噴射された還元剤がフィルタケース外のガイドノズルを通してＮＯx還元触媒に添加され、導入口から導入された排気ガス中のＮＯxとＮＯx還元触媒上で還元反応することになるが、この際に、噴射器からの還元剤をフィルタケース内に導くガイドノズルは、フィルタケースの外部に配置されて空冷されているので、ガイドノズルの流路内で還元剤が炭化してしまう虞れが未然に回避され、還元剤の炭化によるガイドノズルの詰まりが防止されることになる。
又、導入口からフィルタケース内に導入された排気ガスが、ガイドコーンにおけるＮＯx還元触媒寄りの周面に開口している各連通孔からガイドコーン内に流れ込んでＮＯx還元触媒へと導かれ、ガイドコーン内におけるガイドノズル側よりもＮＯx還元触媒側の方が排気ガスの流れがある分だけ圧力が相対的に低くなり、高温の排気ガスや該排気ガスに随伴される煤がガイドノズル側に導かれなくなるので、ガイドノズルの流路内で還元剤が炭化してしまう虞れがより一層確実に回避されることになり、煤によるガイドノズルの汚れも回避することが可能となる。
しかも、ＮＯx還元触媒にてＮＯxの還元に用いられずに通過した還元剤は、後段のパティキュレートフィルタの表面の酸化触媒上で酸化反応（燃焼）を起こし、その反応熱によりパティキュレートフィルタに捕集されたパティキュレートの燃焼が助勢されるので、比較的低い着火温度にてパティキュレートを効率良く燃焼除去させることが可能となる。
【００１３】
更に、本発明においては、ガイドノズルを還元剤の噴射方向に向け口径が漸増するベルマウス形状としたり、或いは、ガイドノズルを還元剤の噴射方向に向け口径が漸増するテーパ形状としたりすることが好ましく、このようにすれば、噴射器から噴射された還元剤を円滑に拡散させつつフィルタケース内に導き入れてＮＯｘ還元触媒の上流側端面の略全域に良好に散布することが可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【００１６】
図１は本発明を実施する形態の一例を示すもので、図示する如く、本形態例の排気浄化装置においては、先に説明した図４の場合と同様に、排気管３のマフラの外筒をフィルタケース４とした場合を例示しており、該フィルタケース４における入口パイプ１１と出口パイプ１２との間に、フロースルー方式のＮＯｘ還元触媒５が収容され、特に図示する例においては、フィルタケース４内におけるＮＯｘ還元触媒５の後段に触媒再生型のパティキュレートフィルタ１３も収容するようにしてある。
【００１７】
このパティキュレートフィルタ１３は、コージェライト等のセラミックから成る多孔質のハニカム構造となっていて、格子状に区画された各流路１４の入口が交互に目封じされ、入口が目封じされていない流路１４については、その出口が目封じされるようになっており、各流路１４を区画する多孔質薄壁１５を透過した排気ガス２のみが下流側へ排出されて、前記多孔質薄壁１５の内側表面にパティキュレートが捕集されるようになっている。
【００１８】
又、ここで言う触媒再生型のパティキュレートフィルタ１３とは、例えばアルミナに白金を担持させたものに適宜な量のセリウム等の希土類元素を添加して成る酸化触媒を一体的に担持させたものであり、その一体的に担持させた酸化触媒によって、捕集済みパティキュレートの酸化反応を促進して着火温度を低下せしめ、従来より低い排気温度でもパティキュレートを燃焼除去し得るようにしたものを指している。
【００１９】
尚、このパティキュレートフィルタ１３も、前段のＮＯｘ還元触媒５と同様に、クッション材６により外周部分を保持されており、該クッション材６の軸心方向中間部には、排気ガス２の迂回を阻止し得るようシール材７が介装されている。
【００２０】
そして、上流側の排気管３と接続されて排気ガス２の導入口を成す入口パイプ１１は、フィルタケース４の上流側端面における軸心位置をずらした位置に配置されており、フィルタケース４の上流側端面における軸心位置には、ＮＯｘ還元触媒５から離間する向きに張り出すガイドノズル１６が突設され、該ガイドノズル１６の先端にＮＯｘ還元触媒５に向け還元剤８を噴射し得るよう噴射器１７が装備されている。
【００２１】
ここで、この噴射器１７には、送給ポンプ１８を備えた供給ライン１９により図示しない還元剤タンクから還元剤８が導かれるようになっており、前記噴射器１７に備えた電磁弁２０を電気的に開閉操作することにより、適宜に還元剤８を噴射し得るようにしてある。
【００２２】
又、フィルタケース４内におけるガイドノズル１６の基端の開口部２１とＮＯｘ還元触媒５との間には、前記開口部２１からＮＯｘ還元触媒５の上流側端面に向け該端面の略全域を網羅し得るよう円錐状に拡径しつつ延び且つそのＮＯｘ還元触媒５寄りの周面に入口パイプ１１からの排気ガス２を取り込む連通孔２２を有するガイドコーン２３が設けられている。
【００２３】
ここで、入口パイプ１１は、前記ガイドコーン２３に突き当たる位置まで延びて該ガイドコーン２３の円周方向の適宜位置に溶接されるようになっており、この入口パイプ１１のフィルタケース４内に挿入された部位にも多数の連通孔２４が開口されている。
【００２４】
尚、出口パイプ１２は、フィルタケース４の下流側端面の軸心位置に貫通装着されてセパレータ２５に固定されており、この出口パイプ１２のフィルタケース４内に挿入された部位と前記セパレータ２５にも多数の連通孔２６，２７が開口されている。
【００２５】
而して、このようにすれば、噴射器１７から噴射された還元剤８がフィルタケース４外のガイドノズル１６を通してＮＯｘ還元触媒５に添加され、入口パイプ１１から導入された排気ガス２中のＮＯｘとＮＯｘ還元触媒５上で還元反応することになるが、この際に、噴射器１７からの還元剤８をフィルタケース４内に導くガイドノズル１６は、フィルタケース４の外部に配置されて空冷されているので、ガイドノズル１６の流路内で還元剤８が炭化してしまう虞れが未然に回避され、還元剤８の炭化によるガイドノズル１６の詰まりが防止されることになる。
【００２６】
従って、上記形態例によれば、ＮＯｘ還元触媒５に添加するための還元剤８が高温の排気ガス２に晒されてガイドノズル１６内で炭化してしまう虞れを未然に回避することができるので、還元剤８の炭化による詰まりの発生を防止することができ、長期間に亘り安定して還元剤８の添加を行うことができる。
【００２７】
又、特に本形態例においては、入口パイプ１１からフィルタケース４内に導入された排気ガス２が、ガイドコーン２３におけるＮＯｘ還元触媒５寄りの周面に開口している各連通孔２２からガイドコーン２３内に流れ込んでＮＯｘ還元触媒５へと導かれ、ガイドコーン２３内におけるガイドノズル１６側よりもＮＯｘ還元触媒５側の方が排気ガス２の流れがある分だけ圧力が相対的に低くなり、高温の排気ガス２や該排気ガス２に随伴される煤がガイドノズル１６側に導かれなくなるので、ガイドノズル１６の流路内で還元剤８が炭化してしまう虞れをより一層確実に回避することができ、煤によるガイドノズル１６の汚れも回避することができる。
【００２８】
更に、本形態例においては、フィルタケース４内におけるＮＯｘ還元触媒５の後段に触媒再生型のパティキュレートフィルタ１３を設けているので、ＮＯｘ還元触媒５にてＮＯｘの還元に用いられずに通過した還元剤８が、後段のパティキュレートフィルタの表面の酸化触媒上で酸化反応（燃焼）を起こし、その反応熱によりパティキュレートフィルタ１３に捕集されたパティキュレートの燃焼を助勢することができるので、比較的低い着火温度にてパティキュレートを効率良く燃焼除去させることができる。
【００２９】
又、以上に説明した図１の形態例においては、ガイドノズル１６を直管形状とした例を示しているが、図２に示す如く、ガイドノズル１６を還元剤８の噴射方向に向け口径が漸増するベルマウス形状としたり、或いは、図３に示す如く、ガイドノズル１６を還元剤８の噴射方向に向け口径が漸増するテーパ形状としたりすることが可能であり、このようにすれば、噴射器１７から噴射された還元剤８を円滑に拡散させつつフィルタケース４内に導き入れてＮＯｘ還元触媒５の上流側端面の略全域に良好に散布することが可能となる。
【００３０】
尚、本発明の排気浄化装置は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００３１】
【発明の効果】
上記した本発明の排気浄化装置によれば、下記の如き種々の優れた効果を奏し得る。
【００３２】
（Ｉ）本発明の請求項１に記載の発明によれば、ＮＯｘ還元触媒に添加するための還元剤が高温の排気ガスに晒されてガイドノズル内で炭化してしまう虞れを未然に回避することができるので、還元剤の炭化による詰まりの発生を防止することができ、長期間に亘り安定して還元剤の添加を行うことができる。
【００３３】
（ＩＩ）本発明の請求項１に記載の発明によれば、高温の排気ガスや該排気ガスに随伴される煤がガイドノズル側に導かれなくなるので、ガイドノズルの流路内で還元剤が炭化してしまう虞れをより一層確実に回避することができ、煤によるガイドノズルの汚れも回避することができる。
【００３４】
（ＩＩＩ）本発明の請求項１に記載の発明によれば、ＮＯx還元触媒にてＮＯxの還元に用いられずに通過した還元剤を後段のパティキュレートフィルタの表面の酸化触媒上で酸化反応させ、その反応熱によりパティキュレートフィルタに捕集されたパティキュレートの燃焼を助勢することができるので、比較的低い着火温度にてパティキュレートを効率良く燃焼除去させることができる。
【００３５】
（ＩＶ）本発明の請求項２又は３に記載の発明によれば、噴射器から噴射された還元剤を円滑に拡散させつつフィルタケース内に導き入れてＮＯx還元触媒の上流側端面の略全域に良好に散布することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施する形態の一例を示す断面図である。
【図２】図１のガイドノズルの変形例を示す断面図である。
【図３】図１のガイドノズルの別の変形例を示す断面図である。
【図４】従来例を示す概略図である。
【図５】図４のＮＯｘ還元触媒の詳細を一部を切り欠いて示す斜視図である。
【符号の説明】
２    排気ガス
３    排気管
４    フィルタケース
５    ＮＯｘ還元触媒
８    還元剤
１１    入口パイプ（導入口）
１３    パティキュレートフィルタ
１６    ガイドノズル
１７    噴射器
２１    開口部
２２    連通孔
２３    ガイドコーン
【図１】
0003545712.tif 000002
【図２】
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【図３】
0003545712.tif 000004
【図４】
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【図５】
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