(57)【要約】【課題】攪拌構造を用いることなく、還元剤の分散性を向上させる。【解決手段】エンジンの排気管３０に介装され、エンジンの排気中の窒素酸化物を還元剤により窒素に還元する触媒と、還元剤を排気管３０内に噴射する複数のインジェクター１２と、を備えた選択還元触媒システム１０である。排気管３０は、触媒よりも排気上流側において湾曲形成された第一湾曲部３１を有する。また、複数のインジェクター１２は、噴射した還元剤が、第一湾曲部３１の直下流かつ第一湾曲部３１におけるカーブ内側領域３１INの延長上の位置Ｐで互いに衝突するように配置されている。【選択図】図４
2018091209.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気管に介装され、前記エンジンの排気中の窒素酸化物を還元剤により窒素に還元する触媒と、
前記還元剤を前記排気管内に噴射する複数のインジェクターと、を備え、
前記排気管は、前記触媒よりも排気上流側において湾曲形成された第一湾曲部を有し、
前記複数のインジェクターは、噴射した前記還元剤が、前記第一湾曲部の直下流かつ前記第一湾曲部におけるカーブ内側領域の延長上の位置で互いに衝突するように配置されている
ことを特徴とする、選択還元触媒システム。
【請求項２】
前記排気管は、前記第一湾曲部の直下流に前記第一湾曲部と逆向きに湾曲形成された第二湾曲部を有するＳ字形状であり、
前記還元剤が衝突する前記位置は、前記第二湾曲部のカーブ外側領域である
ことを特徴とする、請求項１記載の選択還元触媒システム。
【請求項３】
二つの前記インジェクターが、前記第一湾曲部を前記排気管の中心軸を通り左右に区画する仮想的な平面に対して、面対称に配置されている
ことを特徴とする、請求項１又は２記載の選択還元触媒システム。
【請求項４】
第三の前記インジェクターが、前記二つのインジェクターの間に配置されている
ことを特徴とする、請求項３記載の選択還元触媒システム。
【請求項５】
前記インジェクターは、一つの噴孔を有し、ビーム状に前記還元剤を噴射する
ことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の選択還元触媒システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの排気に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を除去する触媒を備えた選択還元触媒システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、エンジンの排気中のＮＯｘを低減させるための排気浄化システムとして、還元剤添加型の選択還元触媒（Selective Catalytic Reduction、以下「触媒」と呼ぶ）を備えた選択還元触媒システムが知られている。すなわち、触媒よりも排気上流側に還元剤（例えば尿素水）を噴射するインジェクターを設け、尿素の加水分解によって生成されるアンモニアを利用して、ＮＯｘを触媒上で窒素に還元させるものである。この選択還元触媒システムでは、触媒に至るまでにアンモニアガスの濃度が均一化されていることが望ましい。このため、排気管内にミキサーや衝突板といった攪拌構造を設けて、還元剤（アンモニアガス濃度）の均一化を図るようにした排気浄化システムが提案されている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−５８４７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、排気管内にミキサー等の攪拌構造を追加すると、排気の流通路が狭められることから圧力損失が増大し、エンジンの出力に影響を与えるおそれがある。
本件は、このような課題に鑑み案出されたもので、攪拌構造を用いることなく、還元剤の分散性を向上させるようにした、選択還元触媒システムを提供することを目的の一つとする。なお、これらの目的に限らず、後述する発明を実施するための形態に示す各構成により導かれる作用効果であって、従来の技術によっては得られない作用効果を奏することも本件の他の目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
（１）ここで開示する選択還元触媒システムは、エンジンの排気管に介装され、前記エンジンの排気中の窒素酸化物を還元剤により窒素に還元する触媒と、前記還元剤を前記排気管内に噴射する複数のインジェクターと、を備える。前記排気管は、前記触媒よりも排気上流側において湾曲形成された第一湾曲部を有する。また、前記複数のインジェクターは、噴射した前記還元剤が、前記第一湾曲部の直下流かつ前記第一湾曲部におけるカーブ内側領域の延長上の位置で互いに衝突するように配置されている。
【０００６】
（２）前記排気管は、前記第一湾曲部の直下流に前記第一湾曲部と逆向きに湾曲形成された第二湾曲部を有するＳ字形状であり、前記還元剤が衝突する前記位置は、前記第二湾曲部のカーブ外側領域であることが好ましい。
（３）二つの前記インジェクターが、前記第一湾曲部を前記排気管の中心軸を通り左右に区画する仮想的な平面に対して、面対称に配置されていることが好ましい。
【０００７】
（４）この場合、第三の前記インジェクターが、前記二つのインジェクターの間に配置されていることが好ましい。
（５）前記インジェクターは、一つの噴孔を有し、ビーム状に前記還元剤を噴射することが好ましい。
【発明の効果】
【０００８】
開示の選択還元触媒システムによれば、インジェクターから噴射された還元剤を、排気の流速が低くなる位置で互いに衝突させるため、ミキサー等の攪拌構造を用いることなく、還元剤の分散性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施形態に係る選択還元触媒システムを備えたエンジンの模式図である。
【図２】図１の選択還元触媒システムの要部を示す模式的な斜視図である。
【図３】図２の部分拡大側面図である。
【図４】（ａ）は図３の上面図であり、（ｂ）は図４（ａ）のＢ−Ｂ矢視断面図である。
【図５】変形例に係る選択還元触媒システムの部分拡大側面図である。
【図６】図５の上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図面を参照して、実施形態としての選択還元触媒システムについて説明する。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。実施形態の各構成は、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。また、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせることができる。
【００１１】
［１．全体構成］
本実施形態の選択還元触媒システム１０は、図１に示すエンジン１に適用される。このエンジン１は、例えば軽油を燃料とするディーゼルエンジンであり、図示しない車両に搭載される。エンジン１は、例えば、排気の一部を吸気側に再循環させる排気再循環システム（図示略）、および、吸気通路２と排気通路３とに跨って配置されたターボチャージャー４を有する。なお、図１には、エンジン１に設けられる複数のシリンダーのうちの一つを例示する。
【００１２】
エンジン１の排気通路３におけるタービン４Ａよりも排気流れの下流側には、排気を浄化するための装置として、前段排気浄化システム５と選択還元触媒システム１０とが介装される。前段浄化システム５には、酸化触媒５Ａおよびフィルター５Ｂが設けられる。酸化触媒５Ａは、排気中の酸化窒素（ＮＯ）を酸化して二酸化窒素（ＮＯ2）を生成し、これを下流側のフィルター５Ｂへ供給するものである。また、酸化触媒５Ａは、排気中の未燃燃料（ＨＣ）を酸化させて酸化熱を発生させ、排気温度を上昇させるようにも機能する。
【００１３】
フィルター５Ｂは、排気中の粒子状物質（ＰＭ）を捕集する機能と、捕集したＰＭを酸化させて除去する機能とを併せ持つ多孔質体である。排気に含まれるＰＭはフィルター５Ｂにより捕集され、例えば酸化触媒５Ａで生成されたＮＯ2を酸化剤として、所定の温度条件下で焼却される。これにより、フィルター５Ｂに蓄積されたＰＭが取り除かれて、フィルター５Ｂが再生浄化される。
【００１４】
選択還元触媒システム１０には、排気中のＮＯｘを還元剤により窒素に還元する選択還元触媒１１（以下「触媒１１」と呼ぶ）、および、触媒１１に対し還元剤を供給するインジェクター１２が設けられる。本実施形態の触媒１１は、尿素添加型のＮＯｘ選択還元触媒である。すなわち、触媒１１は、排気流れの上流側から供給された尿素をアンモニアに加水分解し、このアンモニアを利用して排気中のＮＯｘを還元する機能を持つ。
【００１５】
インジェクター１２は、排気通路３における触媒１１よりも上流側に配置され、排気通路３内に尿素水を供給する噴射弁であり、その先端の噴孔から尿素水を霧状に噴射する。本実施形態のインジェクター１２は、一つの噴孔を有し、ビーム状に尿素水を噴射する。なお、インジェクター１２から噴射される尿素水の噴射量や噴射タイミングは、例えばエンジン１の運転状態，車両の走行状態，触媒１１の温度等に基づき、図示しない電子制御装置で制御される。
【００１６】
［２．要部構成］
次に、図２〜図４を用いて、本実施形態の選択還元触媒システム１０について詳述する。本実施形態の選択還元触媒システム１０は、複数のインジェクター１２から噴射される尿素水（還元剤）を互いに衝突させることで、ミキサーや衝突板といった攪拌構造を用いることなく尿素水を効果的に分散させる。
【００１７】
なお、以下の説明では、エンジン１（選択還元触媒システム１０）が車両に搭載された状態での方向を用いて選択還元触媒システム１０の方向を規定する。すなわち、車両の進行方向を前方，その逆を後方とし、前方を基準に左右を定めるとともに、重力の方向を下方，その逆を上方として説明する。
【００１８】
図２に示すように、本実施形態の選択還元触媒システム１０は、排気通路３に介装された触媒１１と、互いに同一の構成を有する二つのインジェクター１２とを備える。なお、本実施形態では、前段排気浄化システム５と触媒１１とを繋ぐ排気通路３を「排気管３０」と呼ぶ。排気管３０は排気通路３の一部を構成する。本実施形態の排気管３０は、その中心軸Ｏ〔図４（ａ）参照〕に直交する方向の断面（横断面）形状が円形なパイプであり、湾曲形成された三つの湾曲部３１〜３３を有する。以下、これらを区別する場合には、上流側から順に第一湾曲部３１，第二湾曲部３２，第三湾曲部３３と呼ぶ。
【００１９】
本実施形態の選択還元触媒システム１０は、排気管３０を流通する排気が前方かつ上方から後方かつ下方へ向かって流れるとともに、触媒１１を流通する排気が前方から後方に向かって流れるような姿勢で車両に搭載される。すなわち、本実施形態の排気管３０は、前後方向に延設されるとともに、上流側が上方に位置し、下流側が下方に位置する姿勢で配置される。また、触媒１１は、その軸方向が前後方向に沿う姿勢で配置される。
【００２０】
排気管３０は、図２および図３に示すように、三つの湾曲部３１〜３３により、側面視で（左右方向から見たときに）波形に形成されている。具体的には、第一湾曲部３１において上方から後方へ下に凸に湾曲し、第二湾曲部３２において前方から下方へ上に凸に湾曲し、さらに第三湾曲部３３において上方から後方へ下に凸に湾曲している。すなわち、第二湾曲部３２は第一湾曲部３１の直下流において第一湾曲部３１と逆向きに湾曲形成されており、第三湾曲部３３は第二湾曲部３２の直下流において第二湾曲部３２と逆向きに（第一湾曲部３１と同じ向きに）湾曲形成されている。なお、第一湾曲部３１と第二湾曲部３２とに着目すると、この部分での排気管３０は側面視でＳ字形状をなす。
【００２１】
二つのインジェクター１２は、噴射した尿素水が、第一湾曲部３１の直下流かつ第一湾曲部３１におけるカーブ内側領域３１INの延長上の位置（図３中の二点鎖線で示す領域Ｋ内）で互いに衝突するように配置されている。なお、「延長上」とは、第一湾曲部３１のカーブ終了位置（図３では第二湾曲部３２との境界位置）における接線を下流側へ延長したときの直線上を意味する。
【００２２】
本実施形態では、第二湾曲部３２のカーブ外側領域３２OTで互いの尿素水が衝突するように、インジェクター１２の位置および角度が設定されている。なお、「カーブ内側領域」および「カーブ外側領域」とは、図４（ｂ）に示すように、排気管３０の中心軸Ｏを通って左右方向に広がる仮想的な平面により排気管３０を二分割した場合に、カーブ内側に位置する領域（例えばカーブ内側領域３２IN）およびカーブ外側に位置する領域（例えばカーブ外側領域３２OT）を意味する。
【００２３】
上記の領域Ｋ内で尿素水を衝突させる理由について説明する。前段排気浄化システム５を通過した排気は、排気管３０の第一湾曲部３１においてその流れ方向を変化させながら下流側へと流れていく。このとき、第一湾曲部３１では、カーブ外側領域３１OTを流れる排気の方がカーブ内側領域３１INを流れる排気よりも流速が高くなる。なお、図２および図３中に破線で示す矢印は、流速の高い排気流れである。
【００２４】
言い換えると、第一湾曲部３１ではカーブ外側領域３１OTにおいて排気の流速が高く、カーブ内側領域３１INにおいて排気の流速が低くなる。このため、第一湾曲部３１におけるカーブ内側領域３１INを排気下流側に延長した場合、第一湾曲部３１の直下流には排気の流速が低い領域Ｋが形成される。そして、図４（ａ）および（ｂ）に示すように、この低流速の領域Ｋ内の位置Ｐ（以下「衝突位置Ｐ」という）に向けて二つのインジェクター１２から尿素水を噴射することで、排気流れに負けずに（排気流れの影響を受け難く）互いの尿素水を衝突させることができる。なお、図４（ａ）中の実線の太矢印は噴射された直後の尿素水の軌跡を示し、破線の細矢印や衝突後に分散（攪拌）された尿素水の軌跡を示す。
【００２５】
つまり、低流速の領域Ｋ内で尿素水を衝突させるように二つのインジェクター１２を配置することで、互いの尿素水を安定して衝突させることが可能となる。なお、本実施形態の排気管３０は、第一湾曲部３１の直下流に逆向きに湾曲した第二湾曲部３２を有していることから、低流速の領域Ｋが第二湾曲部３２のカーブ外側領域３２OTに形成される。そのため、二つのインジェクター１２は、第二湾曲部３２のカーブ外側領域３２OTにおける衝突位置Ｐにおいて互いの尿素水を衝突させるように配置される。
【００２６】
本実施形態の選択還元触媒システム１０では、図４（ａ）に示すように、二つのインジェクター１２が、第一湾曲部３１を排気管３０の中心軸Ｏを通り上下方向に広がる仮想的な平面（排気管３０を左右に区画する仮想的な平面）に対して、面対称に配置されている。また、本実施形態の選択還元触媒システム１０では、インジェクター１２を取り付けるための取付座面３４が第二湾曲部３２のカーブ外側寄りの外周面に形成されている。また、図４（ｂ）に示すように、衝突位置Ｐは、中心軸Ｏの鉛直上方であって第二湾曲部３２のカーブ外側領域３２OTにおける外周面寄りに設定されている。
【００２７】
［３．効果］
（１）上述した選択還元触媒システム１０では、排気管３０が触媒１１よりも上流側において湾曲形成された第一湾曲部３１を有しており、二つのインジェクター１２が、噴射した尿素水を互いに衝突させるように配置されている。さらに、尿素水の衝突位置Ｐが、第一湾曲部３１の直下流であって、第一湾曲部３１におけるカーブ内側領域３１INの延長上に設定されている。この衝突位置Ｐでは排気の流速が低くなることから、この位置Ｐでインジェクター１２から噴射された尿素水を互いに衝突させることで、尿素水の分散性を向上させることができる。
【００２８】
これにより、アンモニアガス濃度の均一化を図ることができ、触媒１１によるＮＯｘ還元性能を向上させることができる。また、上述した選択還元触媒システム１０では、ミキサー等の攪拌構造が不要であるため、圧力損失を低減することができる。さらに、ミキサー等を配置するスペースも不要であることから、インジェクター１２と触媒１１との距離を近づけることができ、選択還元触媒システム１０のコンパクト化を図ることができる。
【００２９】
（２）上述した選択還元触媒システム１０では、排気管３０が第一湾曲部３１および第二湾曲部３２によりＳ字形状に形成されていることから、第二湾曲部３２のカーブ外側領域３２OTに低流速の領域Ｋが形成される。そのため、尿素水が衝突する位置Ｐを第二湾曲部３２のカーブ外側領域３２OTに設定することで、インジェクター１２から噴射された尿素水を安定して衝突させることができ、尿素水の分散性を向上させることができる。
【００３０】
（３）上述した選択還元触媒システム１０によれば、二つのインジェクター１２が面対称に配置されていることから、尿素水を衝突させやすくすることができ、尿素水の分散性をより向上させることができる。
（４）また、インジェクター１２が一つの噴孔を有し、ビーム状に尿素水を噴射するものであるため、排気流れに負けずに（排気流れの影響を受けにくく）尿素水を勢いよく噴射することができる。これにより、インジェクター１２から噴射された尿素水をより安定して衝突させることができ、尿素水の分散性をさらに向上させることができる。
【００３１】
［４．その他］
上述した実施形態に関わらず、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。本実施形態の各構成は、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせてもよい。
上述した実施形態では、選択還元触媒システム１０が二つのインジェクター１２を有する構成を例示したが、インジェクター１２の個数はこれに限られない。例えば、選択還元触媒システム１０が、上述した二つのインジェクター１２と同様の構成を持つ第三のインジェクター１３を有していてもよい。
【００３２】
図５および図６に示す例では、第三のインジェクター１３が、上述した二つのインジェクター１２の間に配置されている。すなわち、第三のインジェクター１３は、第二湾曲部３２のカーブ外側の外周面に形成された取付座面３４に取り付けられ、噴射した尿素水が、上述した二つのインジェクター１２から噴射される尿素水と衝突位置Ｐにおいて衝突するように、その角度および位置が設定される。
【００３３】
このように、三つのインジェクター１２，１３から噴射される尿素水が衝突位置Ｐで衝突するように各インジェクター１２，１３を配置することで、尿素水の分散性をさらに向上させることができる。なお、インジェクターの個数は四つ以上であってもよい。また、複数のインジェクターが同一の構成を有するものでなくてもよく、また、噴孔の個数や尿素水の噴射態様は上述したものに限られない。
【００３４】
また、上述した実施形態では、二つのインジェクター１２が面対称に配置されたものを例示したが、インジェクター１２が面対称に配置されていなくてもよい。複数のインジェクター１２は、少なくとも還元剤を衝突させる衝突位置Ｐが領域Ｓ内に設定されていればよく、第一湾曲部３１に取り付けられていてもよいし、排気流れ方向にずれて配置されていてもよい。また、衝突位置Ｐは、第一湾曲部３１の直下流かつ第一湾曲部３１におけるカーブ内側領域３１INの延長上であればよく、第二湾曲部３２のカーブ外側領域３２OTにおける中心軸Ｏ寄りに設定されていてもよい。
【００３５】
上述した実施形態では、排気管３０が三つの湾曲部３１〜３３を有する場合を例示したが、排気管は、少なくとも第一湾曲部３１を有するものであればよい。また、上述した実施形態では還元剤として尿素水を挙げて説明したが、還元剤は尿素水に限られない。
なお、排気通路３に介装される排気浄化システムは上述したものに限られず、少なくとも選択還元触媒システムを備えていればよい。
【符号の説明】
【００３６】
１  エンジン
３  排気通路
１０  選択還元触媒システム
１１  触媒（選択還元触媒）
１２  インジェクター
１３  第三のインジェクター
３０  排気管
３１  第一湾曲部
３１OT  カーブ外側領域
３１IN  カーブ内側領域
３２  第二湾曲部
３２OT  カーブ外側領域
３２IN  カーブ内側領域
３３  第三湾曲部
３４  取付座面
Ｋ  低流速の領域
Ｏ  排気管の中心軸
Ｐ  衝突位置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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