(57)【要約】【課題】排気ガスの浄化効率を維持しながら小型で信頼性の高い排気ガス浄化装置を提供する。【解決手段】排気ガス浄化装置１０１の内部に形成された排気通路１０５には、上流から順に、酸化触媒１０６と、拡散板１０７と、ＤＰＦ１０８と、ＳＣＲ触媒１０９とが設けられている。また、排気通路１０５の一部を通った後に酸化触媒１０６を貫通してその下流側の端面１０６ａに開通する尿素水管１１０が設けられている。尿素水供給ノズル１１１から供給されて尿素水管１１０内に形成された尿素水通路１１２を流通する尿素水は、排気ガスの熱及び酸化触媒１０６の反応熱によってアンモニア及び二酸化炭素に加水分解され、酸化触媒１０６の下流側の端面１０６ａから排気ガス中に添加される。【選択図】図２
2011012564.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ガスが流通する排気通路の途中に設けられた酸化触媒と、
前記酸化触媒の下流に設けられたＳＣＲ触媒と
を備える排気ガス浄化装置において、
前記酸化触媒を通ると共に前記酸化触媒と隔てられ、前記酸化触媒の下流側に開通する尿素水通路と、
前記排気通路と隔てられて設けられると共に前記尿素水通路に尿素水を供給する尿素水供給手段と
を有することを特徴とする、排気ガス浄化装置。
【請求項２】
前記尿素水通路は、前記排気通路を通ると共に前記排気通路を流通する排気ガスと隔てられることを特徴とする、請求項１に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項３】
前記排気通路における前記酸化触媒と前記ＳＣＲ触媒との間には、前記尿素水の加水分解により生成されるアンモニアと排気ガスとを混合させる混合手段が設けられることを特徴とする、請求項１又は２に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項４】
前記尿素水通路には、排気ガスの熱を吸収する吸熱手段が設けられることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項５】
前記酸化触媒の下流には、ディーゼルパティキュレートフィルタが設けられることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項６】
前記排気ガス浄化装置は、エンジンアセンブリに取り付けられることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の排気ガス浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、排気ガス浄化装置に係り、特にディーゼルエンジンの排気ガス中に含まれる窒素酸化物(ＮＯｘ)を浄化するための尿素ＳＣＲ(Selective Catalytic Reduction)システムを備えた排気ガス浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンの排気ガス中に含まれるＮＯｘを浄化するための尿素ＳＣＲシステムが開発されている。尿素ＳＣＲシステムでは、上流から順に、排気ガス中に含まれる一酸化窒素(ＮＯ)の一部を二酸化窒素(ＮＯ２)に酸化するための酸化触媒と、排気ガス中に尿素水を添加するための尿素水添加ノズルと、尿素水の加水分解により生成されたアンモニアとＮＯｘとの化学反応によってＮＯｘを窒素及び水に浄化するためのＳＣＲ触媒とが設けられている。
【０００３】
ＳＣＲ触媒における高い浄化効率を得るためには、ＳＣＲ触媒の上流において尿素水の加水分解によるアンモニアの生成が十分に行われる必要があり、これにはある程度の区間長及び温度が必要とされる。従来、この区間長及び温度を確保しながら装置を小型化するために、酸化触媒の下流ではなく上流において排気ガス中に尿素水を添加することが行われているが、酸化触媒の上流において尿素水を添加すると、尿素水が酸化触媒によって酸化されてアンモニアの生成が阻害されてしまう。また、生成されたアンモニアについても酸化触媒によって酸化されてしまい、生成されたアンモニアが減少してしまう。そのため、排気ガスの浄化効率が低下する。
【０００４】
特許文献１に記載の排気ガス浄化装置では、酸化触媒を貫通する穿孔を設け、酸化触媒の上流から穿孔中の排気ガスに向けて尿素水を添加することにより、排気ガスの浄化効率を維持しながら装置の小型化を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２００６−５０３２０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の排気ガス浄化装置では、尿素水添加ノズルが排気経路と隔てられずに排気経路内に設けられているため、ノズルが排気ガスの熱に直接晒されてしまう。そのため、ノズル付近において尿素水の加水分解及び高分子化が起こってノズルが詰まり、装置の信頼性が低下するという問題があった。
【０００７】
この発明はこのような問題点を解決するためになされたものであり、排気ガスの浄化効率を維持しながら小型で信頼性の高い排気ガス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】
【０００８】
上記の課題を解決するために、この発明に係る排気ガス浄化装置によれば、排気ガスが流通する排気通路の途中に設けられた酸化触媒と、酸化触媒の下流に設けられたＳＣＲ触媒とを備える排気ガス浄化装置において、酸化触媒を通ると共に酸化触媒と隔てられ、酸化触媒の下流側に開通する尿素水通路と、排気通路と隔てられて設けられると共に尿素水通路に尿素水を供給する尿素水供給手段とを有する。
これにより、尿素水が加水分解されるのに必要な区間長及び温度を確保し、排気ガスの浄化効率を維持しながら小型で信頼性の高い排気ガス浄化装置となる。
【０００９】
尿素水通路は、排気通路を通ると共に排気通路を流通する排気ガスと隔てられてもよい。
これにより、尿素水が加水分解されるのに必要な区間長及び温度をさらに確保することができる。
【００１０】
排気通路における酸化触媒とＳＣＲ触媒との間には、尿素水の加水分解により生成されるアンモニアと排気ガスとを混合させる混合手段が設けられてもよい。
これにより、排気ガス中に添加されたアンモニアと排気ガスとの混合が促進される。
【００１１】
尿素水通路には、排気ガスの熱を吸収する吸熱手段が設けられてもよい。
これにより、尿素水の加水分解がさらに促進される。
【００１２】
酸化触媒の下流には、ディーゼルパティキュレートフィルタが設けられてもよい。
これにより、排気ガス中に含まれるパティキュレートマターを除去することができる。
【００１３】
排気ガス浄化装置は、エンジンアセンブリに取り付けられてもよい。
これにより、エンジンアセンブリの熱によって尿素水通路を流通する尿素水の加水分解が促進されると共に、酸化触媒及びＳＣＲ触媒の触媒作用が活性化される。
【発明の効果】
【００１４】
この発明に係る排気ガス浄化装置は、酸化触媒を通ると共に酸化触媒と隔てられて酸化触媒の下流側に開通する尿素水通路と、排気通路と隔てられて設けられると共に尿素水通路に尿素水を供給する尿素水供給手段とを有する。これにより、排気ガスの浄化効率を維持しながら小型で信頼性の高い排気ガス浄化装置となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】この発明の実施の形態１に係る排気ガス浄化装置を備えたディーゼルエンジンの構成を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る排気ガス浄化装置の模式断面図である。
【図３】この発明の実施の形態２に係る排気ガス浄化装置の模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、この発明の実施の形態について添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係る排気ガス浄化装置を備えたディーゼルエンジンの構成を図１に示す。ディーゼルエンジン本体１には、吸気マニホールド２と排気マニホールド３とが取り付けられている。吸気マニホールド２の上流にはターボチャージャ４のコンプレッサ部４ａが接続され、コンプレッサ部４ａの上流は図示しない吸気管に連通している。また、排気マニホールド３の下流にはターボチャージャ４のタービン部４ｂが接続され、タービン部４ｂの下流には排気ガス浄化装置１０１が取り付けられている。エンジン本体１、吸気マニホールド２、排気マニホールド３、及びターボチャージャ４は、エンジンアセンブリ１０を構成している。
【００１７】
次に、排気ガス浄化装置１０１の模式断面図を図２に示す。排気ガス浄化装置１０１は、略円筒形状のケーシング１０２を備えている。ケーシング１０２の一端１０２ａに近い側面には、ターボチャージャ４のタービン部４ｂに連通する排気ガス流入口１０３が設けられている。また、ケーシング１０２の他端１０２ｂには、図示しない排気管に連通する排気ガス流出口１０４が設けられている。そして、ケーシング１０２の内部には、排気ガス流入口１０３から排気ガス流出口１０４へと排気ガスが流通する排気通路１０５が形成されている。
【００１８】
排気通路１０５の途中には、排気ガス中に含まれるＮＯの一部を酸化してＮＯ２にするための酸化触媒１０６が設けられている。
また、酸化触媒１０６の下流には、後述する尿素水管１１０内で生成されるアンモニアと排気ガスとを混合させるための混合手段である円盤形状の拡散板１０７が設けられている。
さらに、拡散板１０７の下流には、排気ガス中に含まれるパティキュレートマター（ＰＭ）を除去するためのディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）１０８と、アンモニアとＮＯｘとの化学反応によってＮＯｘを窒素及び水に浄化するためのＳＣＲ触媒１０９とが設けられている。尚、この実施の形態１においてＤＰＦ１０８とＳＣＲ触媒１０９とは一体的に構成されている。
以上のように、ケーシング１０２の内部には、上流側から下流側に向かって、酸化触媒１０６と、拡散板１０７と、ＤＰＦ１０８と、ＳＣＲ触媒１０９とが順次設けられている。
【００１９】
ケーシング１０２の一端１０２ａには、尿素水を流通させるための円筒形状の尿素水管１１０が挿入されている。尿素水管１１０は、熱伝導性の高い金属によって作られており、その内側には尿素水が流通する尿素水通路１１２が形成されている。尿素水管１１０の一端１１０ａは、排気通路１０５と隔てられて設けられた尿素水供給手段である尿素水供給ノズル１１１に接続され、尿素水供給ノズル１１１は図示しない尿素水タンクに連通している。また、尿素水管１１０の他端１１０ｂは、排気通路１０５の一部を通った後に酸化触媒１０６を貫通して酸化触媒６の下流側の端面１０６ａに開通している。これにより、尿素水通路１１２は、排気通路１０５の一部を通ると共に排気通路１０５を流通する排気ガスと隔てられ、さらに酸化触媒１０６の内部を通ると共に酸化触媒１０６と隔てられる。
【００２０】
次に、この実施の形態１に係る排気ガス浄化装置１０１の動作について説明する。
エンジンアセンブリ１０から排出された排気ガス（図中の白抜き矢印）は、排気ガス流入口１０３から排気ガス浄化装置１０１の内部に流入する。そして、排気通路１０５を流通する過程でまず酸化触媒１０６に流入し、排気ガス中に含まれるＮＯの一部は酸化されてＮＯ２となる。
【００２１】
一方、尿素水供給ノズル１１１からは、尿素水（図中の黒矢印）が尿素水通路１１２に供給される。ここで、尿素水通路１１２は酸化触媒１０６の上流側の排気通路１０５を通っているため、尿素水通路１１２を流通する尿素水は、排気ガスの熱を間接的に受ける。また、尿素水通路１１２は酸化触媒１０６の内部も通っているため、尿素水通路１１２を流通する尿素水は、酸化触媒１０６で排気ガス中に含まれるＮＯの一部が酸化される際に発生する反応熱も間接的に受ける。
【００２２】
これら排気ガスの熱及び酸化触媒１０６の反応熱によって、尿素水通路１１２を流通する尿素水はアンモニア及び二酸化炭素に加水分解され、尿素水管１１０の他端１１０ｂ（酸化触媒１０６の下流側の端面１０６ａ）側から排気ガス中に添加される。このとき、尿素水通路１１２は尿素水管１１０の壁面によって酸化触媒１０６と隔てられているため、尿素水通路１１２を流通する尿素水が酸化触媒１０６によって酸化されてアンモニアの生成が阻害されることはない。また、生成されたアンモニアが酸化触媒１０６によって酸化されてアンモニアが減少することはない。
【００２３】
排気ガス中に添加されたアンモニアは、酸化触媒１０６とＤＰＦ１０８との間において、拡散板１０７に衝突することによって拡散されながら排気ガスと混合される。アンモニアと混合された排気ガスは、ＤＰＦ１０８に流入して排気ガス中のＰＭが捕集された後、ＳＣＲ触媒１０９に流入する。ＳＣＲ触媒１０９において、排気ガス中に含まれるＮＯｘはアンモニアとの化学反応によって窒素及び水に浄化される。ＮＯｘが浄化された排気ガスは、排気ガス流出口１０４から排出される。
【００２４】
以上説明したように、この発明の実施の形態１に係る排気ガス浄化装置１０１によれば、尿素水が流通する尿素水通路１１２は、排気通路１０５の一部を通ると共に排気通路１０５を流通する排気ガスと隔てられ、さらに酸化触媒１０６の内部を通ると共に酸化触媒１０６と隔てられている。そのため、尿素水が加水分解されるのに必要な区間長及び温度を十分に確保しながら、装置を小型化することができる。
また、尿素水通路１１２を流通する尿素水は、酸化触媒１０６と直接接触することはない。そのため、尿素水が酸化触媒１０６によって酸化されてアンモニアの生成が阻害されることはなく、また、生成されたアンモニアが酸化触媒１０６によって酸化されてアンモニアが減少することはなく、排気ガスの浄化効率が維持される。
また、排気ガスは尿素水通路１１２を流通せず、必ず酸化触媒１０６を通過する。そのため、排気ガス中に含まれる本来は酸化触媒１０６において酸化されるべきＮＯが、ＳＣＲ触媒１０９に流入することはなく、排気ガスの浄化効率が維持される。
さらに、尿素水供給ノズル１１１は排気経路１０５と隔てられて設けられており、尿素水供給ノズル１１１が排気ガスの熱に直接晒されることはない。そのため、尿素水供給ノズル１１１が詰まることはなく、信頼性の高い装置とすることができる。
【００２５】
上記に加えて、酸化触媒１０６の下流に拡散板１０７が設けられているため、排気ガス中に添加されたアンモニアと排気ガスとの混合を促進させることができる。
また、酸化触媒１０６の下流には、ＤＰＦ１０８が設けられているため、排気ガス中に含まれるＰＭを除去することができる。さらに、ＤＰＦ１０８はＳＣＲ触媒１０９と一体的に構成されているため、装置を小型化することができる。
また、この発明の実施の形態１に係る排気ガス浄化装置１０１は、酸化触媒１０６と、ＤＰＦ１０８と、ＳＣＲ触媒１０９とが１つのケーシング１０２内に配置されているため、装置を小型化することができる。
【００２６】
また、従来の排気ガス浄化装置は大型であり、自動車に搭載する場合にはエンジンルーム内に収めることができず、車体下部に配置されていた。しかしながら、この発明の実施の形態１に係る排気ガス浄化装置１０１は小型であるため、エンジンアセンブリ１０に直接取り付けてエンジンルーム内に収めることができる。これにより、エンジンアセンブリ１０の熱によって尿素水通路１１２を流通する尿素水の加水分解が促進されると共に、酸化触媒１０６及びＳＣＲ１０９触媒の触媒作用が活性化される。
【００２７】
実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２に係る排気ガス浄化装置について、図３を用いて説明する。尚、以降の説明において、図２の参照符号と同一の符号は、同一又は同様な構成要素であるので、その詳細な説明は省略する。
【００２８】
実施の形態２に係る排気ガス浄化装置２０１は、実施の形態１における尿素水管１１０の代わりに、排気ガスの熱を吸収するための吸熱手段を有する尿素水管２１０を用いて構成したものである。尿素水管２１０の外側表面には、排気ガスの熱を吸収するための吸熱手段である円盤形状の吸熱フィン２１０ｃが複数並べて設けられており、これら吸熱フィン２１０ｃは熱伝導性の高い金属によって作られている。これにより、尿素水管２１０は、吸熱フィン２１０ｃによって排気ガスの熱をよりよく吸収することができ、尿素水通路２１２を流通する尿素水の加水分解がさらに促進される。
【００２９】
その他の実施の形態．
実施の形態１及び２において、エンジンアセンブリ１０がターボチャージャ４を備えていない場合には、排気ガス浄化装置１０１，２０１を排気マニホールド３の下流に取り付けることができる。
【００３０】
実施の形態１及び２において、尿素水供給ノズル１１１は酸化触媒１０６の上流側のケーシング１０２（一端１０２ａ側）に設けられているが、酸化触媒１０６の下流側の端面１０６ａよりも上流であればどこに設けてもよい。少なくとも、尿素水供給ノズル１１１が排気通路１０５と隔てられ、尿素水通路１１２，２１２が酸化触媒１０６を通ると共に酸化触媒１０６と隔てられ、酸化触媒１０６の下流側に開通していればよい。
【００３１】
実施の形態１及び２において、尿素水供給ノズル１１１及び尿素水通路１１２，２１２を複数設けてもよい。
【００３２】
実施の形態１及び２において、ＤＰＦ１０８の下流にＳＣＲ触媒１０９を配置してＤＰＦ１０８とＳＣＲ触媒１０９とを一体的に構成しているが、ＤＰＦ１０８にＳＣＲ触媒１０９を担持することによって一体的に構成してもよい。
【００３３】
実施の形態１及び２において、ＤＰＦ１０８とＳＣＲ触媒１０９とを一体的に構成しているが、ＤＰＦ１０８とＳＣＲ触媒１０９とを別体としてもよい。
【００３４】
実施の形態１及び２において、拡散板１０７やＤＰＦ１０８を省略してもよい。
【符号の説明】
【００３５】
１０  エンジンアセンブリ、  １０１，２０１  排気ガス浄化装置、１０５  排気通路、１０６  酸化触媒、１０７  拡散板（混合手段）、１０８  ＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）、１０９  ＳＣＲ触媒、２１０ｃ  吸熱フィン（吸熱手段）、１１１  尿素水供給ノズル（尿素水供給手段）、１１２，２１２  尿素水通路。
【図１】
2011012564.tif 000003
【図２】
2011012564.tif 000004
【図３】
2011012564.tif 000005