(57)【要約】【課題】排気ガスの圧力損失が低い排気ガス浄化装置を提供する。【解決手段】還元剤供給装置１０は、環状流路１１と、両端が環状流路１１と連通すると共に環状流路１１の径方向内側において格子形状を形成するように設けられた複数の細管１２とを有している。各細管１２は、触媒担体６の上流側の端面６ａに構成された目封じ部２３ｂに沿って設けられている。これにより、還元剤供給装置１０を正面から見たときに、細管１２が形成する格子形状の孔２４は、端面６ａの開口部２３ａと重なることになる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関から排出されて排気管を流通する排気ガス中のＮＯｘを還元するＳＣＲ触媒が担持された触媒担体と、
前記ＳＣＲ触媒によってＮＯｘを還元するために前記触媒担体に還元剤を供給する還元剤供給装置と
を備え、
該還元剤供給装置は、前記還元剤が噴出される複数の噴出孔が形成された細管を有し、
前記触媒担体の上流側の端面には、前記触媒担体内への前記排気ガスの流入が遮断される目封じ部が形成されており、前記細管は、前記目封じ部に沿って設けられている排気ガス浄化装置。
【請求項２】
前記目封じ部に溝が形成され、前記細管は前記溝内に設けられている、請求項１に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項３】
前記細管は、前記端面と面一に設けられている、請求項２に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項４】
前記細管が、前記端面の目封じ部を構成する、請求項１に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項５】
前記複数の噴出孔は、前記排気管の壁面から中心部に向かって、前記排気管の流路断面に対する前記噴出孔の開孔率が増加するように設けられている、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】
前記噴出孔は、前記排気管内を前記排気ガスが流れる方向に対して上流側に向かって前記還元剤が噴出される向きに設けられている、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関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンの排気ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を低減するために、尿素ＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）システムが開発されている。尿素ＳＣＲシステムの基本構成は、一酸化窒素（ＮＯ）を酸化して二酸化窒素（ＮＯ２）にするための酸化触媒と、酸化触媒の下流側に設けられ、尿素水から生成したアンモニアとＮＯｘとの化学反応により、ＮＯｘを窒素及び水に還元するためのＳＣＲ触媒と、ＳＣＲ触媒に尿素水を添加するための尿素水添加システムと、ＳＣＲ触媒の下流側に設けられ、ＳＣＲ触媒における化学反応で消費されずに残ったアンモニアを酸化するための酸化触媒とから構成される。
【０００３】
このような尿素ＳＣＲシステムが例えば、特許文献１に記載されている。この尿素ＳＣＲシステムでは、触媒担体の上流側に、複数の噴出孔が形成された格子状のパイプが設けられ、ポンプによって尿素水が格子状のパイプに送られて、噴出孔から触媒担体に向けて尿素水が供給されるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１０７４５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の尿素ＳＣＲシステムでは、排気ガスが流通する排気管に格子状のパイプを設ける構成のため、排気ガスが格子状のパイプを通過する際の圧力損失が大きくなり、排気系統に不具合が生じるおそれがあるといった問題点があった。
【０００６】
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、排気ガスの圧力損失が低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】
【０００７】
この発明に係る排気ガス浄化装置は、内燃機関から排出されて排気管を流通する排気ガス中のＮＯｘを還元するＳＣＲ触媒が担持された触媒担体と、ＳＣＲ触媒によってＮＯｘを還元するために触媒担体に還元剤を供給する還元剤供給装置とを備え、還元剤供給装置は、還元剤が噴出される複数の噴出孔が形成された細管を有し、触媒担体の上流側の端面には、触媒担体内への排気ガスの流入が遮断される目封じ部が形成されており、細管は、目封じ部に沿って設けられている。排気ガスが通過できない目封じ部に沿って、還元剤供給装置の細管が設けられているので、還元剤供給装置による排気ガスの圧力損失が回避される。
目封じ部に溝が形成され、細管は溝内に設けられてもよい。
細管は、端面と面一に設けられてもよい。
細管が、端面の目封じ部を構成してもよい。
複数の噴出孔は、排気管の壁面から中心部に向かって、排気管の流路断面に対する噴出孔の開孔率が増加するように設けられてもよい。
噴出孔は、排気管内を排気ガスが流れる方向に対して上流側に向かって還元剤が噴出される向きに設けられてもよい。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、排気ガスが通過できない目封じ部に沿って、還元剤供給装置の細管が設けられていることにより、還元剤供給装置による排気ガスの圧力損失が回避されるので、排気ガスの圧力損失を低くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の実施の形態に係る排気ガス浄化装置の構成模式図である。
【図２】この実施の形態に係る排気ガス浄化装置の触媒担体の断面図である。
【図３】この実施の形態に係る排気ガス浄化装置において、触媒担体の上流側の端面における還元剤供給装置の配置を説明するための部分拡大図である。
【図４】この実施の形態に係る排気ガス浄化装置の触媒担体の上流側の端面の部分拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
図１に示されるように、内燃機関であるディーゼルエンジン１から排出された排気ガスが流通する排気管２に、酸化触媒３と、ウォールフロー型の触媒担体６を備えた排気ガス浄化フィルタ４と、酸化触媒５とが設けられている。排気ガス浄化フィルタ４と酸化触媒５との間には、排気ガス中のＮＯｘ濃度を検出するためのＮＯｘセンサ７が設けられている。触媒担体６の上流側の端面６ａには、還元剤である尿素水を噴出する還元剤供給装置１０が設けられている。還元剤供給装置１０は、触媒担体６の外径と同じ外径を有する環状流路１１と、両端が環状流路１１と連通すると共に環状流路１１の径方向内側において格子形状を形成するように設けられた複数の細管１２とを有している。環状流路１１は、配管１３を介して、尿素水が貯留されている尿素水タンク１４に連通されている。配管１３には、尿素水タンク１４に貯留された尿素水を環状流路１１に圧送するポンプ１５と、電磁弁１６とが設けられている。ＮＯｘセンサ７とポンプ１５と電磁弁１６とはそれぞれ、制御装置であるＥＣＵ１７に電気的に接続されている。
【００１１】
図２に示されるように、触媒担体６は、多孔質性の基材２１から構成されている。基材２１の材質としては、コージェライト、アルミナ、炭化珪素等の、通常のフィルタ基材として用いられるセラミックス材料が利用できる。基材２１の内部の細孔内には、ＮＯｘを還元するためのＳＣＲ触媒が担持されている。基材２１のディーゼルエンジン１側の表面２１ａには、排気ガス中のパティキュレートマター（ＰＭ）を捕集する捕集層２２がコーティングされている。捕集層２２の材質としても基材２１と同様の材料が利用可能である。触媒担体６の内部には、触媒担体６の軸方向に延びる複数の排気ガス通路２３が形成されているが、触媒担体６はウォールフロー型の触媒担体であるので、各排気ガス通路２３は、端面６ａ側及び他方の端面６ｂ側のいずれか一方の端部が開口部２３ａを構成し、他方の端部が目封じ部２３ｂを構成している。
【００１２】
図３に示されるように、各細管１２は、触媒担体６の端面６ａに構成された目封じ部２３ｂに沿って設けられている。これにより、還元剤供給装置１０を正面から見たときに、細管１２が形成する格子形状の孔２４は、端面６ａの開口部２３ａと重なることになる。ただし、細管１２の配置を分かりやすくするために、図３では、開口部２３ａ及び目封じ部２３ｂ並びに孔２４の大きさと、細管１２の太さとを、実際よりも大きくなるように誇張して描き、目封じ部２３ｂを、黒く塗りつぶされた正方形として描いている。
【００１３】
各細管１２には、触媒担体６の端面６ａに対向する向きに細管１２の格子を見たときに、尿素水を噴出する噴出孔２５が見えるように、複数の噴出孔２５が設けられている。これにより、尿素水は、排気管２（図１参照）内を排気ガスが流れる方向に対して上流側に向かって、噴出孔２５から噴出されるようになる。ただし、尿素水は、排気ガスの流れに対して完全に対向する向き（排気ガスの流れと平行）に噴出される必要はなく、排気ガスの流れる方向に対して斜めに、すなわちある角度をなしながら、排気ガスが流れる方向に対して上流側に向かって噴出されてもよい。
【００１４】
また、隣り合う噴出孔２５間の距離は、端面６ａの周縁部付近よりも端面６ａの中心部付近のほうが短くなっている。言い換えると、端面６ａの周縁部から中心部に向かって噴出孔２５が密になるように、すなわち単位面積当たりの噴出孔２５の数が増加するように、噴出孔２５が設けられている。つまり、噴出孔２５は、排気管２の壁面から中心部に向かって、排気管２の流路断面に対する噴出孔２５の開孔率が増加するように設けられている。これにより、尿素水の供給量は、端面６ａの周縁部付近よりも端面６ａの中心部付近のほうが多くなるようになっている。
【００１５】
次に、この実施の形態に係る排気ガス浄化装置の動作について説明する。
図１に示されるように、ディーゼルエンジン１の始動後、排気ガスは排気管２を流通する。排気ガスが酸化触媒３を流通することにより、排気ガス中のＮＯの一部がＮＯ２に酸化される。続いて排気ガスは、排気ガス浄化フィルタ４に流入する。排気ガス浄化フィルタ４内において、排気ガスは、還元剤供給装置１０を通り抜けた後、触媒担体６内に流入する。図３に示されるように、還元剤供給装置１０は、複数の細管１２によって構成される格子の孔２４が触媒担体６の端面６ａの開口部２３ａと重なるようになっているので、排気ガスは、孔２４を通り抜けた後、開口部２３ａを介して触媒担体６に流入する。これにより、還元剤供給装置１０による排気ガスの圧力損失が回避される。
【００１６】
図２に示されるように、開口部２３ａを介して触媒担体６に流入した排気ガスは、排気ガス通路２３を流通する。端面６ａ側の端部に開口部２３ａが設けられた排気ガス通路２３は、端面６ｂ側の端部に目封じ部２３ｂが設けられているので、排気ガス通路２３を流通する際に排気ガスは、排気ガス通路２３の壁、すなわち捕集層２２及び基材２１を通り抜けて隣の排気ガス通路２３へ移動する。この隣の排気ガス通路２３は、端面６ｂ側の端部に開口部２３ａが設けられているので、この開口部２３ａを介して触媒担体６から流出する。
【００１７】
排気ガスが排気ガス通路２３の壁を通り抜ける際、捕集層２２によって、排気ガスに含まれるＰＭが捕集される。捕集層２２を通り抜けた排気ガスは、基材２１の内部の細孔を拡散しながら基材２１を通り抜ける。この際、後述する動作により供給された尿素水が加水分解されたアンモニアと二酸化炭素（ＣＯ２）となり、基材２１の内部の細孔内に担持されたＳＣＲ触媒において、生成したアンモニアと排気ガス中のＮＯｘとが反応して、窒素（Ｎ２）及び水（Ｈ２Ｏ）となる（ＮＯｘ浄化反応）。図１に示されるように、排気ガス浄化フィルタ４において消費されずに残ったアンモニアは、酸化触媒５において酸化される。このようにしてＮＯｘが浄化された排気ガスは、排気管２を流通して大気中へ排気される。
【００１８】
次に、尿素水が触媒担体６に供給される動作について説明する。
図１に示されるように、ＮＯｘセンサ７は、排気ガス浄化フィルタ４から流出した排気ガス中のＮＯｘ濃度を検出し、この検出値がＥＣＵ１７に伝送される。ＥＣＵ１７は、ＮＯｘセンサ７の検出値に基づいて、ポンプ１５の起動及び電磁弁１６の開閉を制御する。例えば、ＥＣＵ１７にＮＯｘ濃度の上限値を予め設定しておき、ＮＯｘセンサ７の検出値がこの上限値以上となったら、排気ガス浄化フィルタ４においてＮＯｘの浄化が必要であると判断し、ポンプ１５を起動すると共に電磁弁１６を開く。すると、尿素水タンク１４内の尿素水が配管１３を流通し、還元剤供給装置１０の環状流路１１に流入する。環状流路１１に流入した尿素水は、細管１２に流入し、細管１２に形成された噴出孔２５から噴出される。逆に、ＮＯｘセンサ７の検出値がこの上限値未満の場合には、排気ガス浄化フィルタ４においてＮＯｘの浄化が必要でないと判断し、ＥＣＵ１７は、ポンプ１５を停止し、電磁弁１６を閉じる。また、ＮＯｘセンサ７の検出値と尿素水の供給量とのマップ等をＥＣＵ１７に予め組み込んでおき、このマップに基づいて尿素水の供給量を調整するように、ポンプ１５の起動及び電磁弁１６の開閉を制御することもできる。
【００１９】
既に述べたように、この実施の形態では、尿素水は、排気ガスが流れる方向に対して上流側に向かって噴出されることにより、流れてくる排気ガスに衝突するようになるので、排気ガス中に分散されやすくなり、尿素水の分散性が向上する。
また、排気管２を排気ガスが流通する際、排気ガスは一般的に、排気管２の壁面から中心部に向かって速度が大きくなるような速度分布をなす。これに対し、既に述べたように、この実施の形態では、尿素水の供給量は、端面６ａの周縁部付近よりも端面６ａの中心部付近のほうが多くなるようになっているので、排気ガスの速度が大きい個所に尿素水を多く供給するようになり、触媒担体６内でのＮＯｘ浄化反応の効率が向上する。
【００２０】
このように、触媒担体６の上流側の端面６ａにおいて、排気ガスが通過できない目封じ部２３ｂに沿って、還元剤供給装置１０の細管１２が設けられていることにより、還元剤供給装置１０による排気ガスの圧力損失が回避されるので、排気ガスの圧力損失を低くすることができる。
【００２１】
この実施の形態では、細管１２が端面６ａに接するか、あるいは端面６ａから離れるようにして設けられているが、この形態に限定するものではない。図４（ａ）に示されるように、端面６ａにおいて目封じ部２３ｂに溝３０が形成され、溝３０内に細管１２が配置されてもよい。また、図４（ｂ）に示されるように、断面が矩形の溝３１を目封じ部２３ｂに形成し、断面が矩形の細管３２を溝３１内に配置することにより、細管３２が端面６ａと面一になっていてもよい。
【００２２】
この実施の形態では、触媒担体６の端面６ａに予め目封じ部２３ｂが形成された後、細管１２を目封じ部２３ｂ上に配置するか、あるいは目封じ部に形成された溝３０又は３１内に細管１２又は３２を配置しているが、この形態に限定するものではない。触媒担体６の端面６ａに目封じ部を形成せず、端面６ａに細管１２を配置し、端面６ａのいくつかの開口部２３ａを細管１２で塞ぐことにより、端面６ａに目封じ部が構成されるようにしてもよい。
【００２３】
この実施の形態では、複数の細管１２が格子形状を構成していたが、この形態に限定するものではない。二本の細管を十字状に配置したり、複数の細管がそれぞれ波状のように曲がりくねりながら目封じ部２３ｂに沿って配置してもよい。
【００２４】
この実施の形態では、触媒担体６を構成する多孔質性の基材２１のディーゼルエンジン１側の表面２１ａに、排気ガス中のＰＭを捕集する捕集層２２がコーティングされているが、この形態限定するものではない。基材２１にはＰＭを捕集する部材を設けずに、酸化触媒３と触媒担体６との間に、ＰＭを捕集するディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）を設けてもよい。
【００２５】
この実施の形態では、還元剤として尿素水を使用しているが、これに限定するものではない。アンモニア水、アンモニアガス等その他の還元剤を使用してもよい。
また、この実施の形態では、ＮＯｘセンサ７の検出値に基づいて還元剤の供給を制御したが、ディーゼルエンジン１の運転状況などを利用したり、併用したりして、還元剤の供給を制御してもよい。
【符号の説明】
【００２６】
１  ディーゼルエンジン（内燃機関）、２  排気管、６  触媒担体、６ａ  （触媒担体の）端面、１０  還元剤供給装置、１２，３２  細管、２３ｂ  目封じ部、２５  噴出孔、３０，３１  溝。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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