(57)【要約】【課題】排気通路に配設された触媒の温度低下を抑制する。【解決手段】一端が開口する有底筒状のケーシング２４と、ケーシング２４の内周面及び底面との間に隙間ができるように内挿される触媒２６と、ケーシング２４の開口を閉塞すると共に、ケーシング２４の内周面と触媒２６との間に位置する隙間に排気を導入する排気導入路２８Ａ、及び、ケーシングの開口側に位置する触媒２６の端面を覆い、触媒２６を通過した排気を外部へと導出する排気導出路２８Ｂが夫々形成されたキャップ２８と、を有する基本ユニット２２を、排気通路に少なくとも１つ配設する。そして、ケーシング２４と触媒２６との間に位置する隙間に排気を通過させることで、いわゆる「保温構造」を実現し、触媒温度の低下を抑制する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端が開口する有底筒状のケーシングと、
前記ケーシングの内周面及び底面との間に隙間ができるように内挿される触媒と、
前記ケーシングの開口を閉塞すると共に、前記ケーシングの内周面と触媒との間に位置する隙間に排気を導入する排気導入路、及び、前記ケーシングの開口側に位置する触媒の端面を覆い、前記触媒を通過した排気を外部へと導出する排気導出路が夫々形成されたキャップと、
を有する基本ユニットを、排気通路に少なくとも１つ配設したことを特徴とする排気浄化装置。
【請求項２】
前記触媒は、前記ケーシングの内周面の一部に接触するように、前記ケーシングに内挿されることを特徴とする請求項１記載の排気浄化装置。
【請求項３】
前記触媒は、前記ケーシングの内周面との間に円筒形状の隙間ができるように、前記ケーシングに内挿されることを特徴とする請求項１記載の排気浄化装置。
【請求項４】
前記基本ユニットを複数備え、
一の基本ユニットの排気導出路は、他の基本ユニットの排気導入路に接続されることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の排気浄化装置。
【請求項５】
前記排気導入路は、前記キャップに開設された開口からなることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つ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、排気中の有害物質を浄化する排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンから排出される排気には、一酸化炭素（ＣＯ），炭化水素（ＨＣ），窒素酸化物（ＮＯｘ），粒子状物質（ＰＭ）などの有害物質が含まれている。このため、担体に活性成分及び添加成分を担持させた触媒を排気通路に配設し、有害物質を化学反応によって無害物質に転換する排気浄化装置、ディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）及びディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）を排気通路に配設し、ＰＭを連続的に捕集除去する排気浄化装置が実用化されている。このような排気浄化装置の一例を列挙すると、特開２００９−１１４９９４号公報（特許文献１）に記載される「三元触媒」，特開２０００−２７６２７号公報（特許文献２）に記載される「尿素ＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）触媒」，特開２００２−３３９７３３号公報（特許文献３）に記載される「連続再生式ＤＰＦ」などがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１１４９９４号公報
【特許文献２】特開２０００−２７６２７号公報
【特許文献３】特開２００２−３３９７３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、化学反応を利用する排気浄化装置では、有害物質を効率的に浄化するために、少なくとも活性成分が活性化されていなければならず、触媒の温度（触媒温度）を活性温度以上に維持する必要がある。しかし、触媒が配設された排気通路の周壁から大気中に放熱されるため、例えば、冬季など外気温度が低いときには、触媒温度が活性温度に到達せず、又は、触媒温度が活性温度まで上昇せず、所要の排気浄化性能が発揮できなくなるおそれがあった。
【０００５】
そこで、本発明は従来技術の問題点に鑑み、触媒の周囲に排気を通過させることで、触媒温度の低下を抑制した排気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】
【０００６】
このため、本発明では、一端が開口する有底筒状のケーシングと、ケーシングの内周面及び底面との間に隙間ができるように内挿される触媒と、ケーシングの開口を閉塞すると共に、ケーシングの内周面と触媒との間に位置する隙間に排気を導入する排気導入路、及び、ケーシングの開口側に位置する触媒の端面を覆い、触媒を通過した排気を外部へと導出する排気導出路が夫々形成されたキャップと、を有する基本ユニットを、排気通路に少なくとも１つ配設する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、基本ユニットにおいて、キャップの排気導入路から内部へと導入された排気は、ケーシングの内周面と触媒との間に位置する隙間を通って、ケーシングの最奥部へと流れていく。ケーシングの最奥部へと流れた排気は、ケーシングの底面で折り返されつつ、その全量が触媒へと流れ込む。触媒を通過した排気は、キャップの排気導出路を通って、外部へと導出される。従って、触媒の周囲に排気が通過することとなり、ケーシングの周壁から大気中へと放出される熱量が減少し、いわゆる「保温構造」が実現される。そして、基本ユニットからの放熱が抑制されることから、触媒温度の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】排気浄化装置の第１実施形態を示す全体構成図
【図２】基本ユニットの詳細を示す斜視図
【図３】基本ユニットの連結状態を示す斜視図
【図４】第１実施形態に係る排気浄化装置の作用及び効果の説明図
【図５】排気浄化装置の第２実施形態の要部を示す部分断面図
【図６】排気浄化装置の第３実施形態の要部を示す部分断面図
【図７】ケーシングに対する触媒の内挿方法の変形例の説明図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、添付された図面を参照して本発明を詳述する。
図１は、液体還元剤の前駆体としての尿素水溶液を使用し、ディーゼルエンジン（以下「エンジン」という）の排気に含まれるＮＯｘを選択的に還元浄化する排気浄化装置の一例を示す。
【００１０】
エンジン１０の排気マニフォールド１２に接続される排気管１４（排気通路）には、排気流通方向に沿って、一酸化窒素（ＮＯ）を二酸化窒素（ＮＯ2）へと酸化させるＤＯＣ１６と、尿素水溶液から生成されるアンモニアの供給を受けてＮＯｘを選択還元浄化するＳＣＲ触媒１８と、ＳＣＲ触媒１８を通過したアンモニアを酸化させるアンモニア酸化触媒２０と、がこの順番で配設される。
【００１１】
排気管１４にＤＯＣ１６，ＳＣＲ触媒１８及びアンモニア酸化触媒２０を配設する方法として、図２に示すような基本ユニット２２を使用する。
即ち、基本ユニット２２は、一端が開口する有底筒状のケーシング２４と、ケーシング２４の内周面及び底面との間に隙間ができるように内挿（格納）されるＤＯＣ１６，ＳＣＲ触媒１８又はアンモニア酸化触媒２０（以下、特に区別しないときは「触媒２６」という）と、ケーシング２４の開口を閉塞するキャップ２８と、を含んで構成される。キャップ２８には、ケーシング２４の内周面と触媒２６との間に位置する隙間に排気を導入する排気導入路２８Ａと、ケーシング２４の開口側に位置する触媒２６の端面を覆い、触媒２６を通過した排気を外部へと導出する排気導出路２８Ｂと、が夫々形成される。なお、キャップ２８の排気導入路２８Ａは、その形成を容易にするため、単なる「開口」とすることが望ましい。また、ケーシング２４及び触媒２６の横断面は、図示する略円形に限らず、例えば、各丸四角形などであってもよい。
【００１２】
ここで、ケーシング２４の内周面及び底面と触媒２６との間に位置する隙間は、排気通路の一部として機能する。また、基本ユニット２２を複数連結することを踏まえ、排気導出路２８Ｂの排気出口が、他の基本ユニット２２の排気導入路２８Ａの排気入口に対応する位置になるようにすることが望ましい。さらに、ケーシング２４の内周面の一部に接触するように触媒２６を内挿し、この接触箇所においてケーシング２４に対して触媒２６を固定支持するようにすれば、例えば、触媒２６を固定支持するステーなどが不要となり、部品点数の削減を図ることができる。
【００１３】
そして、ＤＯＣ１６，ＳＣＲ触媒１８及びアンモニア酸化触媒２０を内挿する３つの基本ユニット２２は、一の基本ユニット２２の排気導出路２８Ｂを他の基本ユニット２２の排気導入路２８Ａに接続することで、図３に示すように、全体的にコンパクトなものとなる。
【００１４】
また、ＤＯＣ１６とＳＣＲ触媒１８との間に位置する排気通路、具体的には、ＤＯＣ１６を内挿する基本ユニット２２のキャップ２８には、排気の温度（排気温度）を測定する温度センサ３０と、尿素水溶液を噴霧状態で噴射供給する噴射ノズル３２と、が夫々取り付けられる。
【００１５】
還元剤タンク３４に貯蔵される尿素水溶液は、還元剤添加コントロールユニット（以下「ＤＣＵ（Dosing Control Unit）」という）３６により電子制御される還元剤添加装置３８を経由して噴射ノズル３２へと供給される。ＤＣＵ３６には、温度センサ３０の出力信号が入力されると共に、エンジン１０の回転速度及び負荷を読み込み可能とすべく、ＣＡＮ（Controller Area Network）などを介して、エンジンコントロールユニット（以下「ＥＣＵ」という）４０が接続される。ここで、エンジン１０の負荷としては、燃料噴射量，アクセル操作量，スロットル開度，吸気流量，吸気負圧，過給圧力などの公知の状態量を採用することができる。なお、エンジン１０の回転速度及び負荷は、公知のセンサを用いて直接検出するようにしてもよい。
【００１６】
かかる排気浄化装置において、噴射ノズル３２から噴射供給された尿素水溶液は、排気熱及び排気中の水蒸気により加水分解され、還元剤として機能するアンモニアが生成される。尿素水溶液から生成されたアンモニアは、ＳＣＲ触媒１８において排気中のＮＯｘと選択還元反応し、無害な水（Ｈ2Ｏ）及び窒素（Ｎ2）へと転換されることは知られたことである。このとき、ＳＣＲ触媒１８におけるＮＯｘ浄化効率を向上させるべく、ＤＯＣ１６によりＮＯがＮＯ2へと酸化され、排気中のＮＯとＮＯ2との割合が選択還元反応に適したものに改善される。一方、ＳＣＲ触媒１８を通過したアンモニアは、ＳＣＲ触媒１８の排気下流に配設されたアンモニア酸化触媒２０により酸化されるので、アンモニアがそのまま大気中に放出されることが抑制される。
【００１７】
ＤＯＣ１６，ＳＣＲ触媒１８及びアンモニア酸化触媒２０は、図４に示すように、その周囲に排気が通過することで、触媒温度の低下が抑制される。即ち、ＤＯＣ１６が内挿された基本ユニット２２において、キャップ２８の排気導入路２８Ａから基本ユニット２２の内部へと導入された排気は、ケーシング２４とＤＯＣ１６との間に位置する隙間を通過して、ケーシング２４の最奥部へと流れていく。ケーシング２４の最奥部へと流れた排気は、ケーシング２４の底面で折り返されつつ、その全量がＤＯＣ１６へと流れ込む。ＤＯＣ１６を通過した排気は、キャップ２８の排気導出路２８Ｂを通って、ＳＣＲ触媒１８が内挿された基本ユニット２２へと流入する。そして、ＤＯＣ１６が内挿された基本ユニット２２と同様な過程を経て、アンモニア酸化触媒２０が内挿された基本ユニット２２の排気導出路２８Ｂから排気が大気中へと放出される。
【００１８】
基本ユニット２２に流入した排気は、ケーシング２４と触媒２６との間に位置する隙間を流れるので、触媒２６の周囲に排気が通過することとなる。このため、触媒２６の周囲に排気が存在することで、ケーシング２４の周壁から大気中へと放出される熱量が減少し、いわゆる「保温構造」が実現される。そして、基本ユニット２２からの放熱が抑制されることから、触媒温度の低下を抑制することができる。よって、触媒２６の触媒温度が低下し難くなり、ＮＯｘ浄化効率の低下を抑制することができる。
【００１９】
なお、本発明は、ＮＯｘを選択的に還元浄化する排気浄化装置に限らず、ＤＯＣ１６及びＣＳＦ（Catalyzed Soot Filter）４２を直列に配設した「連続再生式ＤＰＦ」（図５参照）、ＤＯＣ１６，ＣＳＦ４２，ＳＣＲ触媒１８及びアンモニア酸化触媒２０を直列に配設した「ＤＰＦ＋尿素ＳＣＲ触媒」（図６参照）、ガソリンエンジンの「三元触媒」などにも適用することができる。ここで、「ＣＳＦ」とは、活性成分及び添加成分を担持したＤＰＦである。
【００２０】
また、触媒２６は、図７に示すように、ケーシング２４の内周面との間に円筒形状の隙間ができるように、ケーシング２４に内挿するようにしてもよい。このようにすれば、ケーシング２４に対して触媒２６を固定するステーなどが必要となるが、ケーシング２４の内周面と触媒２６との間に位置する隙間が円筒形状をなしているので、この隙間を通過する排気流速のばらつきが少なくなり、触媒温度の均一化を促進することができる。
【符号の説明】
【００２１】
１４    排気管
１６    ＤＯＣ
１８    ＳＣＲ触媒
２０    アンモニア酸化触媒
２２    基本ユニット
２４    ケーシング
２６    触媒
２８    キャップ
２８Ａ  排気導入路
２８Ｂ  排気導出路
４２    ＣＳＦ
【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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