(57)【要約】【課題】選択還元型触媒フィルタの入側に添加される還元剤の分散性を高めながらも選択還元型触媒フィルタに導入される排気ガスの流れを改善してパティキュレートの偏析を防止し得るようにする。【解決手段】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選択還元型触媒３をパティキュレートフィルタ１に担持させてパティキュレートとＮＯxの同時低減を図るための選択還元型触媒フィルタ１４として排気通路途中に介装し、前記選択還元型触媒フィルタ１４より上流側で排気通路内に尿素水７（還元剤）を添加する尿素水添加装置６（還元剤添加手段）を装備した排気浄化装置に関し、前記尿素水添加装置６と前記選択還元型触媒フィルタ１４との間に、交互に逆向きに回転する旋回流を多重に形成し得るようにミキサ１５を構成する。【選択図】図１
2011099333.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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選択還元型触媒をパティキュレートフィルタに担持させてパティキュレートとＮＯxの同時低減を図るための選択還元型触媒フィルタとして排気通路途中に介装し、前記選択還元型触媒フィルタより上流側で排気通路内に還元剤を添加する還元剤添加手段を装備した排気浄化装置であって、前記還元剤添加手段と前記選択還元型触媒フィルタとの間に、交互に逆向きに回転する旋回流を多重に形成し得るようにミキサを構成したことを特徴とする排気浄化装置。
【請求項２】
還元剤添加手段と選択還元型触媒フィルタとの間の排気通路中心に対し同心状に多重のフィン配置エリアを定め、該各フィン配置エリア毎に円周方向の同じ向きに傾斜し且つ半径方向に隣り合うフィン配置エリア間では逆向きに傾斜するようにフィンを配置してミキサを構成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】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気浄化装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ディーゼルエンジンにおいては、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選択還元型触媒を装備し、該選択還元型触媒の上流側に必要量の還元剤を添加して該還元剤を選択還元型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】
他方、プラント等における工業的な排煙脱硝処理の分野では、還元剤にアンモニア（ＮＨ3）を用いてＮＯxを還元浄化する手法の有効性が既に広く知られているところであるが、自動車の場合には、アンモニアそのものを搭載して走行することに関し安全確保が困難であるため、近年においては、毒性のない尿素水を還元剤として使用することが研究されている。
【０００４】
即ち、尿素水を選択還元型触媒の上流側で排気ガス中に添加すれば、該排気ガスの熱によって尿素水が次式によりアンモニアと炭酸ガスに加水分解され、選択還元型触媒上で排気ガス中のＮＯxがアンモニアにより良好に還元浄化されることになる。
［化１］
（ＮＨ2）2ＣＯ＋Ｈ2Ｏ→２ＮＨ3＋ＣＯ2
【０００５】
他方、ディーゼルエンジンの排気浄化を図る場合、排気ガス中のＮＯxを除去するだけでは十分ではなく、排気ガス中に含まれるパティキュレート（Particulate Matter：粒子状物質）についてもパティキュレートフィルタを通して捕集する必要があるが、この種のパティキュレートフィルタを採用する場合には、目詰まりにより排気抵抗が増加しないうちにパティキュレートを適宜に燃焼除去してパティキュレートフィルタの再生を図る必要がある。
【０００６】
このため、パティキュレートフィルタの前段に、フロースルー型の酸化触媒を付帯装備させ、パティキュレートの堆積量が増加してきた段階で前記酸化触媒より上流の排気ガス中に燃料を添加してパティキュレートフィルタを強制再生することが考えられている。
【０００７】
つまり、酸化触媒より上流の排気ガス中に燃料を添加すれば、その添加燃料（ＨＣ）が前段の酸化触媒を通過する間に酸化反応するので、その反応熱で昇温した排気ガスの流入により直後のパティキュレートフィルタの触媒床温度が上げられてパティキュレートが燃やし尽くされ、パティキュレートフィルタの再生化が図られることになる。
【０００８】
一般的に、前述した如き燃料添加を実行するための具体的手段としては、圧縮上死点付近で行われる燃料のメイン噴射に続いて圧縮上死点より遅い非着火のタイミングでポスト噴射を実行して排気ガス中に燃料を添加することが考えられているが、その添加燃料を効率良く強制再生に活用し且つ排気ガスが極力温度降下しないうちに添加燃料を酸化処理するためには、例えば、図６に示す如く、パティキュレートフィルタ１及びその前段の酸化触媒２を選択還元型触媒３より上流側に配置することが好ましいものと考えられている。
【０００９】
また、図６中における符号の４は排気管、５は排気ガス、６は尿素水７を噴射する尿素水添加装置、８はディーゼルエンジン、９はリークアンモニア対策として余剰のアンモニアを酸化処理するＮＨ3スリップ触媒を示している。
【００１０】
そして、斯かる従来構造においては、排気ガス５に対する尿素水７の均一な混合を促進するために、酸化触媒２及びパティキュレートフィルタ１をケーシング１１により抱持すると共に、選択還元型触媒３及びＮＨ3スリップ触媒９をケーシング１２により抱持し、これら各ケーシング１１，１２の間を絞り込んで小径部１０を形成し、ここに尿素水添加装置６を配置して尿素水７の添加を行い得るようにしている。
【００１１】
即ち、このようにすれば、小径部１０内の全域に偏りなく尿素水７を噴射することが可能となるので、排気ガス５に対し尿素水７を良好に混合させてから流れを拡げ、尿素水７から生じたアンモニアを選択還元型触媒３の全領域で効率良く反応させることが可能となる。
【００１２】
この際、尿素水添加装置６と選択還元型触媒３とに挟まれた小径部１０の終端部付近にミキサ１３を配設し、該ミキサ１３により排気ガス５の流れを撹拌させて尿素水７の分散性を高めることが好ましく、例えば、排気ガス５に旋回流を与えるようにしたミキサ１３等が良く知られている。
【００１３】
尚、この種のパティキュレートフィルタ及びその前段の酸化触媒を選択還元型触媒より上流に配置した排気浄化装置に関連する先行技術文献情報としては、本発明と同じ出願人による下記の特許文献１等が既に存在している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００７−２６９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、図６の如きパティキュレートフィルタ１と選択還元型触媒３とを直列に並べて配置した構成では、パティキュレートフィルタ１から選択還元型触媒３までの距離が長くなって車両への搭載性が悪くなるという問題があったため、図７に示す如く、パティキュレートフィルタ１に選択還元型触媒３を担持させてパティキュレートとＮＯxの同時低減を図り得るようにした選択還元型触媒フィルタ１４を採用し、この選択還元型触媒フィルタ１４に、パティキュレートを捕集するフィルタ機能と、ＮＯxを還元浄化する触媒機能とを併せ持たせることで構造の簡略化を図り、排気浄化装置としての全長を短くして車両への搭載性を向上することが考えられているが、このような構成とした場合、尿素水７の分散性を高めるべく既存のミキサ１３をそのまま流用すると、排気ガス５の流れが撹拌されて選択還元型触媒フィルタ１４の通気方向に対し傾斜した向きの流れ成分が増え、該選択還元型触媒フィルタ１４の入側端面に対し排気ガス５の流れが斜めに吹き付ける結果、前記選択還元型触媒フィルタ１４の入側端面にパティキュレートが偏析し易くなるという不具合があった。
【００１６】
即ち、選択還元型触媒フィルタ１４の入側端面に対し排気ガス５が斜めに吹き付けると、その各流路の入口において渦が発生し、この渦の発生する部位が実質的な排気ガス５の流れの澱み場所となって、ここにパティキュレートが偏析することで目詰まりが起こり易くなるという問題を招くことになり、尿素水７の分散性向上とパティキュレートの偏析防止とを同時に実現することができなかった。
【００１７】
本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、選択還元型触媒フィルタの入側に添加される還元剤の分散性を高めながらも選択還元型触媒フィルタに導入される排気ガスの流れを改善してパティキュレートの偏析を防止し得るようにすることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明は、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選択還元型触媒をパティキュレートフィルタに担持させてパティキュレートとＮＯxの同時低減を図るための選択還元型触媒フィルタとして排気通路途中に介装し、前記選択還元型触媒フィルタより上流側で排気通路内に還元剤を添加する還元剤添加手段を装備した排気浄化装置であって、前記還元剤添加手段と前記選択還元型触媒フィルタとの間に、交互に逆向きに回転する旋回流を多重に形成し得るようにミキサを構成したことを特徴とするものである。
【００１９】
而して、このようにすれば、排気ガスがミキサを通過する際に、交互に逆向きに回転する旋回流が多重に形成されることで排気ガスの流れが撹拌されるので、ミキサより上流の還元剤添加手段で添加された還元剤の分散性が著しく高められることになり、しかも、ミキサを通過した直後から各旋回流が互いを逆向きに回転して打ち消し合うので、選択還元型触媒フィルタの入側端面に到るまでに排気ガスの流れが選択還元型触媒フィルタの通気方向に向け一様な流れを形成することになる。
【００２０】
また、本発明をより具体的に実施する際しては、還元剤添加手段と選択還元型触媒フィルタとの間の排気通路中心に対し同心状に多重のフィン配置エリアを定め、該各フィン配置エリア毎に円周方向の同じ向きに傾斜し且つ半径方向に隣り合うフィン配置エリア間では逆向きに傾斜するようにフィンを配置してミキサを構成すると良い。
【発明の効果】
【００２１】
上記した本発明の排気浄化装置によれば、選択還元型触媒フィルタの入側に添加される還元剤の分散性を高めながらも選択還元型触媒フィルタに導入される排気ガスの流れを改善してパティキュレートの偏析を防止することができるので、選択還元型触媒フィルタ上でのＮＯxと還元剤とを効率良く反応させて良好なＮＯxの還元浄化を図ることができると共に、選択還元型触媒フィルタの入側端面における目詰まりを防止することができるという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明を実施する形態の一例を示す概略図である。
【図２】図１のミキサの詳細を示す正面図である。
【図３】図２のミキサの斜視図である。
【図４】図３のミキサを別の角度から見た斜視図である。
【図５】図２のミキサで形成される旋回流について説明した模式図である。
【図６】従来例を示す概略図である。
【図７】別の従来例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【００２４】
図１は本発明を実施する形態の一例を示すもので、先に説明した図７の例で尿素水添加装置６と選択還元型触媒フィルタ１４との間に配設されていたミキサ１３を、以下に詳述する如き交互に逆向きに回転する旋回流を多重に形成し得るミキサ１５に替えた点を特徴としている。
【００２５】
即ち、図２〜図４に示す如く、本形態例におけるミキサ１５は、尿素水添加装置６と選択還元型触媒フィルタ１４との間の排気通路中心Ｏに対し同心状に多重のフィン配置エリアＡ1，Ａ2，Ａ3，Ａ4を定め、該各フィン配置エリアＡ1，Ａ2，Ａ3，Ａ4毎に円周方向の同じ向きに傾斜し且つ半径方向に隣り合うフィン配置エリアＡ1，Ａ2，Ａ3，Ａ4間では逆向きに傾斜するようにフィン１６を配置して十文字のサポート材１７により支持せしめた構造としてある。
【００２６】
而して、このように構成したミキサ１５を採用すれば、排気ガス５がミキサ１５を通過する際に、図５に模式的に示す如く、交互に逆向きに回転する旋回流ｗ，ｘ，ｙ，ｚが多重に形成されることで排気ガス５の流れが撹拌されるので、ミキサ１５より上流の尿素水添加装置６で添加された尿素水７の分散性が著しく高められることになり、しかも、ミキサ１５を通過した直後から各旋回流ｗ，ｘ，ｙ，ｚが互いを逆向きに回転して打ち消し合うので、選択還元型触媒フィルタ１４の入側端面に到るまでに排気ガス５の流れが選択還元型触媒フィルタ１４の通気方向に向け一様な流れを形成することになる。
【００２７】
ここで、付言しておくと、既存のミキサには、前述の旋回流を形成するタイプのミキサ以外に、邪魔板等で流路断面の中央から外周側へ向けて拡散させるタイプのミキサも存在しているが、この種のミキサの場合、圧力損失が高くなり易いという問題や、中央の排気ガス５の流れが希薄になる、若しくは、外周部の排気ガス５の流れが希薄になる、といった調整の難しさの問題があるのに対し、前述の如きミキサ１５では、フィン１６の傾斜角度の調整で著しく圧力損失を抑制でき、また、全体として排気ガス５の流れを均一化できることが本発明者らにより確認されている。
【００２８】
従って、上記形態例によれば、選択還元型触媒フィルタ１４の入側に添加される尿素水７の分散性を高めながらも選択還元型触媒フィルタ１４に導入される排気ガス５の流れを改善してパティキュレートの偏析を防止することができるので、選択還元型触媒フィルタ１４上でのＮＯxと尿素水７とを効率良く反応させて良好なＮＯxの還元浄化を図ることができると共に、選択還元型触媒フィルタ１４の入側端面における目詰まりを防止することができる。
【００２９】
尚、本発明で採用しているミキサ１５は、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選択還元型触媒３をパティキュレートフィルタ１に担持させてパティキュレートとＮＯxの同時低減を図るための選択還元型触媒フィルタ１４の入側で使用することを最も意義のある使用形態として規定しているが、パティキュレートフィルタ１を担体としない通常の選択還元型触媒３の入側に既存品に替えて流用すること自体は何ら支障のないことである。
【００３０】
また、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、還元剤には尿素水以外のものを採用しても良いこと、その他、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。
【符号の説明】
【００３１】
１  パティキュレートフィルタ
３  選択還元型触媒
４  排気管（排気通路）
５  排気ガス
６  尿素水添加装置（還元剤添加手段）
７  尿素水（還元剤）
１０  小径部（排気通路）
１４  選択還元型触媒フィルタ
１５  ミキサ
１６  フィン
Ａ1  フィン配置エリア
Ａ2  フィン配置エリア
Ａ3  フィン配置エリア
Ａ4  フィン配置エリア
ｗ  旋回流
ｘ  旋回流
ｙ  旋回流
ｚ  旋回流
【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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【図７】
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