(57)【要約】【課題】圧力損失の増加や騒音の増加を招くことなく、還元剤と排気との混合を促進できる排気浄化装置を得る。【解決手段】円筒状容器２０内に窒素酸化物還元触媒１６を配置すると共に、窒素酸化物還元触媒１６の上流側と下流側との円筒状容器２０内に上流側室２２と下流側室２４とを設ける。排気流路の上流側に接続された流入管１４からの排気を円筒状容器２０の外周側から上流側室２２に流入させ、排気流路の下流側に接続された流出管２８を下流側室２４に下流側室２４を横切って設けると共に、下流側室２４に連通する多数の小孔３０を流出管２８の外周に形成し、排気を小孔３０を介して流出管２８から排気流路の下流側に排出する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気流路に介装された窒素酸化物還元触媒の上流側に還元剤を添加し、排気中の窒素酸化物を還元除去する排気浄化装置において、
円筒状容器内に前記窒素酸化物還元触媒を配置すると共に、前記窒素酸化物還元触媒の上流側と下流側との前記円筒状容器内に上流側室と下流側室とを設け、
前記排気流路の上流側に接続された流入管からの排気を前記円筒状容器の外周側から前記上流側室に流入させ、
前記排気流路の下流側に接続された流出管を前記下流側室に前記下流側室を横切って設けると共に、前記下流側室に連通する多数の小孔を前記流出管の外周に形成し、前記排気を前記小孔を介して前記流出管から前記排気流路の下流側に排出することを特徴とする排気浄化装置。
【請求項２】
前記流入管は、前記円筒状容器を前記円筒状容器の径方向に貫通して前記上流側室に接続され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】
前記流入管は、前記円筒状容器を前記円筒状容器の接線方向に貫通して前記上流側室に接続され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４】
前記流出管は、前記円筒状容器を前記円筒状容器の径方向に貫通すると共に、前記下流側室を横切って反対側の内壁にまで達することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の排気浄化装置。
【請求項５】
前記窒素酸化物還元触媒と前記下流側室との間の前記円筒状容器内に、還元剤酸化触媒を配置したことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか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、ディーゼルエンジン等の内燃機関から排出される窒素酸化物を、窒素酸化物還元触媒の上流側に還元剤を添加して、排気中の窒素酸化物を還元除去する排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、内燃機関の排気流路に窒素酸化物還元触媒を配置し、窒素酸化物還元触媒の上流側に還元剤、例えば、アンモニア水や尿素水を噴射供給して添加し、排気中の窒素酸化物と還元剤とを触媒還元反応させて、窒素酸化物を無害化する排気浄化装置が知られている。
【０００３】
このような排気浄化装置では、還元剤と排気との混合を促進する必要があり、例えば、特許文献１にあるように、排気流路に排気流通方向に対して所定の角度をなす複数のベーンを配置し、排気がベーンを通過した際に、旋回流が発生して、還元剤と排気との混合が促進されるようにしている。
【特許文献１】特開２００６−１８３５０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、こうした従来のものでは、排気流路にベーンを配置するので、圧力損失が増加する原因となり、また、排気管内の旋回流により騒音の増加を招く場合があるという問題があった。
【０００５】
本発明の課題は、圧力損失の増加や騒音の増加を招くことなく、還元剤と排気との混合を促進できる排気浄化装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
かかる課題を達成すべく、本発明は課題を解決するため次の手段を取った。即ち、
内燃機関の排気流路に介装された窒素酸化物還元触媒の上流側に還元剤を添加し、排気中の窒素酸化物を還元除去する排気浄化装置において、
円筒状容器内に前記窒素酸化物還元触媒を配置すると共に、前記窒素酸化物還元触媒の上流側と下流側との前記円筒状容器内に上流側室と下流側室とを設け、
前記排気流路の上流側に接続された流入管からの排気を前記円筒状容器の外周側から前記上流側室に流入させ、
前記排気流路の下流側に接続された流出管を前記下流側室に前記下流側室を横切って設けると共に、前記下流側室に連通する多数の小孔を前記流出管の外周に形成し、前記排気を前記小孔を介して前記流出管から前記排気流路の下流側に排出することを特徴とする排気浄化装置がそれである。
【０００７】
前記流入管は、前記円筒状容器を前記円筒状容器の径方向に貫通して前記上流側室に接続された構成としてもよい。あるいは、前記流入管は、前記円筒状容器を前記円筒状容器の接線方向に貫通して前記上流側室に接続された構成としてもよい。また、前記流出管は、前記円筒状容器を前記円筒状容器の径方向に貫通すると共に、前記下流側室を横切って反対側の内壁にまで達する構成としてもよい。更に、前記窒素酸化物還元触媒と前記下流側室との間の前記円筒状容器内に、還元剤酸化触媒を配置した構成としてもよい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の排気浄化装置は、窒素酸化物還元触媒の両側に上流側室と下流側室とを設け、上流側室に円筒状容器の外周側から排気を流入させて旋回流を生じさせて攪拌を促進し、多数の小孔を形成した流出管を下流側室に設けたので、排気の圧力分布に偏りがなく、排気が分散して流れるので圧力損失を低減することができ、また、上流側室と下流側室とによる拡張効果や小孔により干渉効果により排気騒音を低減できるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１に示すように、１は排気浄化装置で、排気浄化装置１は図示しない排気流路に介装されており、前段排気浄化部２と後段排気浄化部４とを備えている。前段排気浄化部２は酸化触媒６とディーゼル・パティキュレート・フィルタ（以下、ＤＰＦという。）８とを備えると共に、酸化触媒６とＤＰＦ８とを収納する筒状の容器１０を備えている。
【００１０】
容器１０には上流側の排気流路に接続される流入孔１２が形成され、流入孔１２を介して容器１０内に流入した排気は、酸化触媒６を通ってから、ＤＰＦ８を通り、流入管１４を介して、後段排気浄化部４に流入するように構成されている。
【００１１】
酸化触媒６は、排気中の炭化水素を二酸化炭素と水に変化させ、一酸化炭素を酸化して二酸化炭素に変化させる。また、排気中の窒素酸化物の内、一酸化窒素を二酸化窒素に変化させる周知のものである。ＤＰＦ８は排気中のすすを捕捉して燃焼させる周知のものである。
【００１２】
後段排気浄化部４は、窒素酸化物還元触媒１６と還元剤酸化触媒１８とを備えると共に、窒素酸化物還元触媒１６と還元剤酸化触媒１８とを収納する円筒状容器２０を備えている。円筒状容器２０は、断面形状がほぼ円形で、軸方向に長く、その両端は閉塞されている。
【００１３】
窒素酸化物還元触媒１６と還元剤酸化触媒１８とは、円筒状容器２０の中程に並べられて収納されており、排気が円筒状容器２０内を軸方向に流れて、まず、窒素酸化物還元触媒１６を軸方向に通ってから還元剤酸化触媒１８を軸方向に通って流れるように配置されている。
【００１４】
窒素酸化物還元触媒１６は、還元剤としてアンモニアを用いる選択的接触還元法（ＳＣＲ法）に用いられる触媒で、例えば、酸化アルミニウム等のハニカム構造の担持体に、ゼオライト、酸化クロム、酸化チタン等を担持して形成された周知のものである。窒素酸化物還元触媒１６は、還元剤により、排気中の窒素酸化物を窒素と水とに変化させる。還元剤酸化触媒１８は、未反応のアンモニアを酸化する周知の触媒である。
【００１５】
窒素酸化物還元触媒１６の上流側で、円筒状容器２０の一方の端と窒素酸化物還元触媒１６との間の円筒状容器２０内に上流側室２２が形成されている。また、窒素酸化物還元触媒１６の下流側で、円筒状容器２０の他方の端と還元剤酸化触媒１８との間の円筒状容器２０内に下流側室２４が形成されている。
【００１６】
本実施形態では、円筒状容器２０はその軸方向にほぼ一定断面形状に形成されており、窒素酸化物還元触媒１６の軸方向の上流側端面はほぼその全面が上流側室２２に露出されている。また、還元剤酸化触媒１８の軸方向の下流側端面はほぼその全面が下流側室２４に露出されている。
【００１７】
前述した流入管１４は上流側室２２に接続されており、本実施形態では、流入管１４はほぼコ字状に形成されて容器１０と円筒状容器２０とに跨って設けられている。流入管１４は容器１０の外周壁を貫通して容器１０内に接続されると共に、円筒状容器２０の外周壁を貫通して上流側室２２に接続されている。
【００１８】
また、上流側室２２に接続された流入管１４は、本実施形態では、図２に示すように、流入管１４の上流側室２２内での開口方向が、円筒状容器２０の径方向で、円筒状容器２０のほぼ中心方向を向き、反対側の円筒状容器２０の壁面に対向して配置されている。流入管１４から上流側室２２に流入した排気は、図２に矢印で示すように、上流側室２２の中心を通って反対側の円状の壁面に突き当たり、壁面で両側に分かれて壁面に沿って流入方向とは逆方向に流れる。これにより、上流側室２２内に排気の旋回流が発生する。
【００１９】
尚、流入管１４と上流側室２２との接続は、これに限らず、図３に示すように、流入管１４が円筒状容器２０の外周壁を貫通して上流側室２２内に流入管１４の端を開口させ、開口方向が円形の上流側室２２の接線方向を向くように配置してもよい。流入管１４から上流側室２２に流入した排気は、図３に矢印で示すように、上流側室２２の円状の壁面に沿って流れる。これにより、上流側室２２内に排気の旋回流が発生する。
【００２０】
一方、流入管１４には、噴射ノズル２６が設けられており、尿素水を用いた還元剤を流入管１４内の排気に向かって噴射供給して、排気に添加できるように構成されている。アンモニアは取り扱いが難しいので、本実施形態では、還元剤として尿素水を用いており、尿素水は排気熱による加水分解反応によりアンモニアを生成し、このアンモニアを窒素酸化物還元触媒１６における窒素酸化物の還元反応に用いる。
【００２１】
尚、還元剤を添加する噴射ノズル２６は、流入管１４に設けて、流入管１４内に噴射供給する場合に限らず、窒素酸化物還元触媒１６の上流側に還元剤を添加できればよく、図５に示すように、前段排気浄化部２のＤＰＦ８よりも下流側の容器１０の室１０ａ内に、噴射ノズル２６から還元剤を噴射供給して、還元剤を添加するように配置してもよい。
【００２２】
下流側室２４には図示しない排気流路の下流側に接続された流出管２８が設けられている。図４に示すように、流出管２８は円筒状容器２０の外周壁を貫通して設けられると共に、流出管２８は円筒状容器２０の径方向に、下流側室２４の中心を通って下流側室２４を横切り、円筒状容器２０の反対側の内壁にまで達し、円筒状容器２０の内壁に接触されて閉塞されている。下流側室２４内の流出管２８には、その外周に多数の小孔３０が形成されている。小孔３０は流出管２８の外周に、ほぼ均一に配置されている。
【００２３】
次に、前述した本実施形態の排気浄化装置の作動について説明する。
まず、流入孔１２を介して前段排気浄化部２の容器１０内に排気が流入すると、排気は酸化触媒６とＤＰＦ８とを通り、酸化触媒６により、排気中の炭化水素を二酸化炭素と水に変化させ、一酸化炭素を酸化して二酸化炭素に変化させる。また、排気中の窒素酸化物の内、一酸化窒素を二酸化窒素に変化させる。また、ＤＰＦ８により、排気中のすすが燃焼される。
【００２４】
酸化触媒６とＤＰＦ８とを通った排気は、流入管１４を通って後段排気浄化部４の上流側室２２に流入する。流入管１４を排気が通る際に、噴射ノズル２６から還元剤が噴射供給されて、排気に還元剤が添加される。
【００２５】
還元剤が添加された排気は、流入管１４から上流側室２２に流入する。流入管１４から上流側室２２に流入した排気は、上流側室２２の円状の壁面に沿って流れ、旋回流が生じるので、還元剤と排気との混合が行われる。また、上流側室２２に流入した排気は、旋回流により上流側室２２内を旋回するので、窒素酸化物還元触媒１６の入口側端面にむら無く分配される。本実施形態では、ハニカム構造の担持体の端面側に排気がむら無く供給される。
【００２６】
還元剤が添加された排気が窒素酸化物還元触媒１６を通ると、排気中の窒素酸化物が窒素と水とに変化して無害化される。そして、排気が還元剤酸化触媒１８を通ると、未反応のアンモニアが酸化されて、排気は下流側室２４に流入する。
【００２７】
下流側室２４に流入した排気は、小孔３０を介して流出管２８に流入し、更に下流側の排気流路に排出される。下流側室２４から多数の小孔３０を介して流出管２８に流入するので、下流側室２４内の圧力分布に偏りが少なく、排気が流出管２８を介して排出される。
【００２８】
これにより、上流側室２２内の排気が、窒素酸化物還元触媒１６を通って下流側室２４に流れる際に、下流側室２４の圧力分布に偏りが少ないので、上流側室２２内の排気の旋回流と相まって、排気が窒素酸化物還元触媒１６内を分散して通過し、圧力損失を低減できる。
【００２９】
また、排気が上流側室２２及び下流側室２４に流入する際、特に上流側室２２に流入する際、拡張されるので、拡張効果により排気騒音が低減される。また、排気が多数の小孔３０を介して流出管２８から排出される際に、干渉効果により排気騒音が低減される。
【００３０】
以上本発明はこの様な実施形態に何等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において種々なる態様で実施し得る。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一実施形態としての排気浄化装置の断面図である。
【図２】図１のＡＡ断面図である。
【図３】別の実施形態としての図１のＡＡ線に相当する断面図である。
【図４】図１のＢＢ断面図である。
【図５】別の実施形態としての排気浄化装置の断面図である。
【符号の説明】
【００３２】
１…排気浄化装置    ２…前段排気浄化部
４…後段排気浄化部  ６…酸化触媒
１０…容器          １２…流入孔
１４…流入管        １６…窒素酸化物還元触媒
１８…還元剤酸化触媒
２０…円筒状容器    ２２…上流側室
２４…下流側室      ２６…噴射ノズル
２８…流出管        ３０…小孔
【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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