(57)【要約】【課題】排気温度の低い運転状態が長く続くような運行形態の車両であっても、従来より低い排気温度から良好なＮＯx低減効果を得られるようにする。【解決手段】エンジン１からの排気ガス７を導く排気管９（排気流路）でも選択的にＮＯxをアンモニアと反応させ得る選択還元型触媒１０を介装し、該選択還元型触媒１０より上流側で排気ガス７中に還元剤として尿素水１７を添加する尿素水添加装置１９（尿素水添加手段）を備えた排気浄化装置に関し、前記尿素水添加装置１９による尿素水１７の添加位置（噴射ノズル１２の開口位置）と選択還元型触媒１０との間に、排気ガス７を拡散させて尿素水１７の分散を促すミキサ１８を設ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンからの排気ガスを導く排気流路の途中に酸素共存下でも選択的にＮＯxをアンモニアと反応させ得る選択還元型触媒を介装し、該選択還元型触媒より上流側で排気ガス中に還元剤として尿素水を添加する尿素水添加手段を備えた排気浄化装置であって、前記尿素水添加手段による尿素水の添加位置と選択還元型触媒との間に、排気ガスを拡散させて尿素水の分散を促すミキサを設けたことを特徴とする排気浄化装置。
【請求項２】
ミキサがパンチングメタル及び金属メッシュの少なくとも何れか一方により構成されている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】
尿素水添加手段による尿素水の添加位置より上流側に排気ガス中の一部のＮＯをＮＯ2に酸化する酸化触媒が装備されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の排気浄化装置。
【請求項４】
選択還元型触媒の直後に余剰のアンモニアを酸化処理するアンモニア低減触媒が装備されていることを特徴とする請求項１、２又は３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などに適用される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、該排気ガス中で尿素水が次式によりアンモニアと炭酸ガスに熱分解され、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（例えば、特許文献１参照）。
［化１］
（ＮＨ2）2ＣＯ＋Ｈ2Ｏ→２ＮＨ3＋ＣＯ2
【特許文献１】特開２００４−２７０５６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような排気浄化装置にあっては、選択還元型触媒にアンモニアを添加することで約１４０℃以上の排気温度からＮＯx低減効果が得られることが実験により確認されているが、尿素水をアンモニアと炭酸ガスに熱分解するのに少なくとも約１７０〜１８０℃の排気温度が必要であるため、排気温度が約２００℃を下まわるような低い運転状態（一般的に低負荷運転領域に排気温度が低い領域が拡がっている）が続くと、尿素水からアンモニアへの分解が進まないためにＮＯx低減率がなかなか高まらないという問題があり、例えば、都市部の路線バス等のように渋滞路ばかりを走行するような運行形態の車両では、必要な所定温度以上での運転が長く継続しないため、ＮＯx低減率が低いまま推移してしまって良好なＮＯx低減効果を得ることができなかった。
【０００６】
本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、排気温度の低い運転状態が長く続くような運行形態の車両であっても、従来より低い排気温度から良好なＮＯx低減効果を得られ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】
【０００７】
本発明は、エンジンからの排気ガスを導く排気流路の途中に酸素共存下でも選択的にＮＯxをアンモニアと反応させ得る選択還元型触媒を介装し、該選択還元型触媒より上流側で排気ガス中に還元剤として尿素水を添加する尿素水添加手段を備えた排気浄化装置であって、前記尿素水添加手段による尿素水の添加位置と選択還元型触媒との間に、排気ガスを拡散させて尿素水の分散を促すミキサを設けたことを特徴とするものである。
【０００８】
尚、ミキサについては、例えば、パンチングメタル及び金属メッシュの少なくとも何れか一方により構成することが可能である。
【０００９】
而して、このようにすれば、尿素水添加手段により尿素水を添加された排気ガスがミキサを通過することにより拡散され、これにより尿素水の分散が促されて該尿素水のミストの微細化が図られ且つその微細化が進むことで排気ガスとの間の熱交換効率が向上されて尿素水の熱分解が大幅に促進される。
【００１０】
この結果、比較的低い温度域から尿素水がアンモニアと炭酸ガスに効率良く熱分解され、これにより生じたアンモニアが選択還元型触媒上で排気ガス中のＮＯxと反応し、排気ガス中のＮＯxが従来より低い排気温度から良好に還元浄化されることになる。
【００１１】
また、本発明においては、尿素水添加手段による尿素水の添加位置より上流側に排気ガス中の一部のＮＯをＮＯ2に酸化する酸化触媒が装備されていることが好ましく、このようにすれば、排気ガス中の一部のＮＯが酸化触媒を通過する際に酸化して反応性の高いＮＯ2として生成され、このような反応性の高いＮＯ2が多く生成されて選択還元型触媒へと導かれることにより、該選択還元型触媒上でのアンモニアによる還元反応が著しく促進され、通常の選択還元型触媒の単独使用の場合より低い温度域から還元反応が起こるようになる。
【００１２】
即ち、排気ガス中のＮＯxの大半を占めるＮＯに対し酸化触媒によりＮＯ2が増やされていくと、最も反応速度の早い次式
［化２］
ＮＯ＋ＮＯ2＋２ＮＨ3→２Ｎ2＋３Ｈ2Ｏ
による還元反応が促されて良好なＮＯxの低減化が図られることになる。
【００１３】
更に、本発明においては、選択還元型触媒の直後に余剰のアンモニアを酸化処理するアンモニア低減触媒が装備されていることが好ましく、このようにすれば、選択還元型触媒での還元反応に使用されて余剰したアンモニアが、直後のアンモニア低減触媒にて酸化処理されることになる。
【発明の効果】
【００１４】
上記した本発明の排気浄化装置によれば、下記の如き種々の優れた効果を奏し得る。
【００１５】
（Ｉ）本発明の請求項１、２に記載の発明によれば、ミキサにより排気ガスを拡散させて尿素水の分散を促すことにより、該尿素水のミストの微細化を図り且つ排気ガスとの熱交換効率を向上して尿素水の熱分解を大幅に促進することができるので、比較的低い温度域から尿素水をアンモニアと炭酸ガスに効率良く熱分解させることができ、排気温度の低い運転状態が長く続くような運行形態の車両であっても、従来より低い排気温度から良好なＮＯx低減効果が得られるようにすることができる。
【００１６】
（ＩＩ）本発明の請求項３に記載の発明によれば、尿素水の添加位置より上流側で酸化触媒により排気ガス中の一部のＮＯを酸化して反応性の高いＮＯ2を生成し、この反応性の高いＮＯ2により選択還元型触媒上でのアンモニアによる還元反応を著しく促進することができるので、通常の選択還元型触媒の単独使用の場合よりも低い温度域から還元反応を起こして排気温度の低い条件下でのＮＯxの低減効果をより一層高めることができる。
【００１７】
（ＩＩＩ）本発明の請求項４に記載の発明によれば、選択還元型触媒を未反応のまま通過してしまった余剰のアンモニアを酸化処理して無害化させることができ、最終的に大気中へ排出される排気ガス中にアンモニアが残存してしまう虞れを未然に回避することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【００１９】
図１は本発明を実施する形態の一例を示すもので、図中における符号１はディーゼル機関であるエンジンを示し、ここに図示しているエンジン１では、ターボチャージャ２が備えられており、エアクリーナ３から導いた吸気４が吸気管５を介し前記ターボチャージャ２のコンプレッサ２ａへと送られ、該コンプレッサ２ａで加圧された吸気４が更にインタークーラ６へと送られて冷却され、該インタークーラ６から図示しないインテークマニホールドへと吸気４が導かれてエンジン１の各シリンダに導入されるようにしてある。
【００２０】
また、このエンジン１の各シリンダから排出された排気ガス７がエキゾーストマニホールド８を介し前記ターボチャージャ２のタービン２ｂへと送られ、該タービン２ｂを駆動した排気ガス７が排気管９を介し車外へ排出されるようにしてあり、該排気管９の途中には、酸素共存下でも選択的にＮＯxをアンモニアと反応させ得る性質を備えた選択還元型触媒１０がケーシング１１により抱持されて装備されている。
【００２１】
そして、このケーシング１１より上流側の排気管９には、噴射ノズル１２付き尿素水噴射弁１３が設置され、該尿素水噴射弁１３と所要場所に設けた尿素水タンク１４との間が尿素水供給ライン１５により接続されており、該尿素水供給ライン１５の途中に装備した供給ポンプ１６の駆動により尿素水タンク１４内の尿素水１７（還元剤）を尿素水噴射弁１３を介し選択還元型触媒１０の上流側に添加し得るようになっていて、これら尿素水噴射弁１３と尿素水タンク１４と尿素水供給ライン１５と供給ポンプ１６とにより尿素水添加装置１９（尿素水添加手段）が構成されている。
【００２２】
更に、この尿素水添加装置１９による尿素水１７の添加位置（噴射ノズル１２の開口位置）と選択還元型触媒１０のケーシング１１との間には、排気ガス７を拡散させて尿素水１７の分散を促すミキサ１８がケーシング２０により抱持されて装備されており、このミキサ１８は、図２に示す如きパンチングメタルや金属メッシュ（図示せず）等により構成された通気構造を成すようになっている。
【００２３】
また、ここに図示している例では、尿素水１７の添加位置（噴射ノズル１２の開口位置）より上流側に、排気ガス７中の一部のＮＯをＮＯ2に酸化する酸化触媒２１がケーシング２２により抱持されて装備されていると共に、選択還元型触媒１０のケーシング１１の直後には、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アンモニア低減触媒２３がケーシング２４により抱持されて装備されている。
【００２４】
而して、このように構成された排気浄化装置によれば、尿素水添加装置１９の噴射ノズル１２から尿素水１７を添加された排気ガス７がミキサ１８を通過することにより拡散され、これにより尿素水１７の分散が促されて該尿素水１７のミストの微細化が図られ且つその微細化が進むことで排気ガス７との間の熱交換効率が向上されて尿素水１７の熱分解が大幅に促進される。
【００２５】
この結果、比較的低い温度域から尿素水１７がアンモニアと炭酸ガスに効率良く熱分解され、これにより生じたアンモニアが選択還元型触媒１０上で排気ガス７中のＮＯxと反応し、排気ガス７中のＮＯxが従来より低い排気温度から良好に還元浄化されることになる。
【００２６】
特に本形態例では、尿素水１７の添加位置より上流側に酸化触媒２１が装備されているので、排気ガス７中の一部のＮＯが酸化触媒２１を通過する際に酸化して反応性の高いＮＯ2として生成され、このような反応性の高いＮＯ2が多く生成されて選択還元型触媒１０へと導かれることにより、該選択還元型触媒１０上でのアンモニアによる還元反応が著しく促進され、通常の選択還元型触媒１０の単独使用の場合より低い温度域から還元反応が起こるようになる。
【００２７】
即ち、排気ガス７中のＮＯxの大半を占めるＮＯに対し酸化触媒２１によりＮＯ2が増やされていくと、最も反応速度の早い次式
［化３］
ＮＯ＋ＮＯ2＋２ＮＨ3→２Ｎ2＋３Ｈ2Ｏ
による還元反応が促されて良好なＮＯxの低減化が図られることになる。
【００２８】
尚、この還元反応を促すにあたっては、排気ガス７中のＮＯとＮＯ2の比が約１：１に近いことが好ましく、この比を超えてＮＯ2が過剰に生成されないよう酸化触媒２１の酸化力を適宜に調整しておく必要がある。
【００２９】
また、本形態例においては、排気管９の長手方向における選択還元型触媒１０の直後に、余剰のアンモニアを酸化処理するアンモニア低減触媒２３が装備されているので、選択還元型触媒１０での還元反応に使用されて余剰したアンモニアが、直後のアンモニア低減触媒２３にて酸化処理されることになる。
【００３０】
従って、上記形態例によれば、ミキサ１８により排気ガス７を拡散させて尿素水１７の分散を促すことにより、該尿素水１７のミストの微細化を図り且つ排気ガス７との熱交換効率を向上して尿素水１７の熱分解を大幅に促進することができるので、比較的低い温度域から尿素水１７をアンモニアと炭酸ガスに効率良く熱分解させることができ、排気温度の低い運転状態が長く続くような運行形態の車両であっても、従来より低い排気温度から良好なＮＯx低減効果が得られるようにすることができる。
【００３１】
更に、尿素水１７の添加位置より上流側で酸化触媒２１により排気ガス７中の一部のＮＯを酸化して反応性の高いＮＯ2を生成し、この反応性の高いＮＯ2により選択還元型触媒１０上でのアンモニアによる還元反応を著しく促進することができるので、通常の選択還元型触媒１０の単独使用の場合よりも低い温度域から還元反応を起こして排気温度の低い条件下でのＮＯxの低減効果をより一層高めることができる。
【００３２】
事実、本発明者らによる検証実験によれば、図３にグラフで示す通り、エンジン回転数が約１２６０ｒｐｍで約６０％負荷の条件下において、通常の選択還元型触媒１０の単独使用の場合に約６０％程度のＮＯx低減率しか得られないような排気温度の低い条件下であっても、本形態例の如きミキサ１９と前段の酸化触媒２１とを併用した場合には、約７５％程度までＮＯx低減率を向上することができた。
【００３３】
また、選択還元型触媒１０を未反応のまま通過してしまった余剰のアンモニアを酸化処理して無害化させることができ、最終的に大気中へ排出される排気ガス７中にアンモニアが残存してしまう虞れを未然に回避することができる。
【００３４】
尚、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、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。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【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のミキサの一例を示す正面図である。
【図３】従来とのＮＯx低減率の違いを示すグラフである。
【符号の説明】
【００３６】
１  エンジン
７  排気ガス
９  排気管（排気流路）
１０  選択還元型触媒
１２  噴射ノズル
１７  尿素水
１８  ミキサ
１９  尿素水添加装置（尿素水添加手段）
２１  酸化触媒
２３  アンモニア低減触媒
【図１】
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【図２】
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【図３】
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