(57)【要約】【課題】触媒が担持された担体を保持する保持部材の腐食を好適に抑制することのできる内燃機関の排気浄化装置を提供する。【解決手段】本発明にかかる内燃機関の排気浄化装置は、触媒が保持された担体３を内蔵する触媒コンバーター２の排気上流側の排気中に、尿素水供給装置２０により尿素水を供給することで、尿素水を還元剤とした選択触媒還元によって排気中の窒素酸化物を浄化する。担体３を保持するアルミナマット４の排気上流側におけるケース２ａの内壁に、排気通路中央側に向って立設された板６を設けることで、排気管１の内壁を伝い流れる液体の尿素水を、アルミナマット４の手前で堰き止めるようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
触媒が担持された担体と、その担体の外周と内燃機関の排気通路の内壁との間に介設された保持部材と、前記担体の排気上流側の排気中に尿素水を供給する尿素水供給装置と、を備え、尿素水を還元剤とした選択触媒還元によって排気中の窒素酸化物を浄化する内燃機関の排気浄化装置において、
前記保持部材の排気上流側の前記排気通路の内壁に、排気通路中央側に向って立設された板が設けられてなる
ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記板の排気通路中央側の端部は、排気上流側に向って屈曲されてなる
請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記板の排気通路中央側の端には、スリット又は穴が形成されてなる
請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記板の排気通路中央側の端が、鋸歯状に形成されてなる
請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記板は、前記排気通路の内壁の鉛直方向下側の半周に亘って形成されてなる
請求項１〜４のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
前記板の高さは、前記保持部材の厚さ以上とされてなる
請求項１〜５のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項７】
前記保持部材は、アルミナマットにより形成されてなる
請求項１〜６のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、尿素水を還元剤とした選択触媒還元により排気中の窒素酸化物の浄化を行う内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化する排気浄化装置として、選択触媒還元（ＳＣＲ：Selective Catalytic Reduction ）を用いた装置が実用されている。そして、特許文献１に見られるような、尿素（（ＮＨ２）２ＣＯ）水を還元剤として使用する尿素ＳＣＲ方式の排気浄化装置が知られている。
【０００３】
尿素ＳＣＲ方式の排気浄化装置は、触媒が設けられた触媒コンバーターと、その触媒コンバーターの上流の排気中に尿素水を噴霧する尿素水供給装置とを備えている。排気中に尿素水を噴霧すると、その尿素水の熱分解及び加水分解により、アンモニア（ＮＨ３）が生成される。そして触媒コンバーターにおいてこのアンモニアと還元反応することで、排気中のＮＯｘが水と無害な窒素（Ｎ２）に分解される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０‐２７０６２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、触媒コンバーターでは、触媒は、セラミクス等からなる担体に担持された状態で設置されている。この担体は、外部からの衝撃等から保護するため、アルミナマット等からなる保持部材にその周囲を包まれた状態で排気通路に設置されている。
【０００６】
一方、上記のような尿素ＳＣＲ方式の排気浄化装置では、噴霧された尿素水が、排気熱で十分に気化しなかったり、一旦は気化しても再冷却されて凝縮したりすることで、液体の状態で排気通路の内壁に付着することがある。排気通路の壁面に付着した液体の尿素水は、排気の流れにより、排気通路の内壁を伝って排気下流側に運ばれる。その過程において、液体の尿素水は、排気中で生成されたアンモニアが溶解してアルカリ性となる。このアルカリ性となった液体の尿素水が尿素ＳＣＲ触媒コンバーターに流れ込むと、排気通路の内側に設けられた保持部材を腐食させてしまうことがある。
【０００７】
本発明は、こうした課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、触媒が担持された担体を保持する保持部材の腐食を好適に抑制することのできる内燃機関の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】
【０００８】
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明は触媒が担持された担体と、その担体の外周と内燃機関の排気通路の内壁との間に介設された保持部材と、前記担体の排気上流側の排気中に尿素水を供給する尿素水供給装置と、を備え、尿素水を還元剤とした選択触媒還元によって排気中の窒素酸化物を浄化する内燃機関の排気浄化装置において、前記保持部材の排気上流側の前記排気通路の内壁に、排気通路中央側に向って立設された板が設けられてなることをその要旨とする。
【０００９】
上記構成では、排気通路の内壁を伝っての液体の尿素水の流れが、触媒を担持する担体の保持部材に行きつく前に、板によって堰き止められるようになる。そのため、アルカリ性となった液体の尿素水が保持部材まで運ばれることを抑制することができ、尿素水により保持部材が腐食されることを好適に抑制することができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記板の排気通路中央側の端部は、排気上流側に向って屈曲されてなることをその要旨とする。
板に堰き止められた液体の尿素水が一定の量を超えると、その一部が板を乗り越えて担体の保持部材側に流れてしまう。その点、上記構成では、排気上流側に屈曲した板の排気通路中央側の端部が返しとなって、板を乗り越える尿素水の流れを阻止するため、より多くの量の尿素水が板によって堰き止められるようになる。したがって、上記構成によれば、尿素水による保持部材の腐食をより効果的に抑制することができる。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記板の排気通路中央側の端には、スリット又は穴が形成されてなることを要旨とする。
板に堰き止められた液体の尿素水に排気が吹き付けられると、その一部が板を乗り越え、液滴となって排気中に飛散する。こうした尿素水の液滴は、排気と共に排気下流側に流れていく。そしてそうした液滴が液体のまま、担体の内部に流入し、その表面に付着すると、触媒の排気との接触面積が減少して排気浄化能力が低下してしまうようになる。その点、上記構成では、そうした尿素水が、板の排気通路中央側の端に形成されたスリットや穴を通って排気中に飛散されるようになる。そのため、排気中に飛散される液滴の大きさがスリットや穴を通過可能な大きさに限定されるようになり、液滴が微粒化されるため、その霧化が促進される。したがって、上記構成によれば、担体内部への尿素水の液滴の付着による排気浄化能力の低下を抑制することができる。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記板の排気通路中央側の端が鋸歯状に形成されてなることをその要旨とする。
上記構成では、板に堰き止められた液体の尿素水が、鋸歯状に形成された板の排気通路中央側の端の突き出た部分の先端から徐々に排気中に飛散するようになる。そのため、排気中に飛散される尿素水の液滴が微粒化され、その霧化が促進される。したがって、上記構成によっても、担体内部への尿素水の液滴の付着による排気浄化能力の低下を抑制することができる。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記板は、前記排気通路の内壁の鉛直方向下側の半周に亘って形成されてなることをその要旨とする。
【００１４】
排気通路の形状によっては、液体の尿素水の付着が、排気通路の鉛直方向下側に集中することがある。また、尿素水の供給箇所から触媒の担体までの距離が長い場合には、重力の影響で、担体に至るまでに、排気通路の壁面に付着した液体の尿素水がその排気通路の鉛直方向下側の部分に集ることがある。そうした場合には、同構成のように、排気通路の内壁の鉛直方向下側の半周に亘って板を形成しておけば、尿素水による保持部材の腐食を効果的に抑制することができる。
【００１５】
請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記板の高さは、前記保持部材の厚さ以上とされてなることをその要旨とする。
【００１６】
上述したように、板に堰き止められた尿素水は、排気の吹き付けで板を乗り越えて排気中に飛散することがある。そうした場合にも、同構成のように、板の高さが保持部材の厚さ以上とされていれば、排気中に飛散した尿素水は、保持部材よりも排気通路内側を流れるため、板を乗り越えて排気中に飛散した尿素水による保持部材の腐食を抑えることができる。
【００１７】
請求項７に記載の発明は、請求項１〜６のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記保持部材は、アルミナマットにより形成されてなることをその要旨とする。
【００１８】
本発明は、アルカリにより腐食し易いアルミナマットによって保持部材が形成された内燃機関の排気浄化装置への適用が特に好適なものとなっている。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第一実施形態にかかる内燃機関の排気浄化装置の構成を模式的に示す図。
【図２】同実施形態の内燃機関の排気浄化装置に設けられる板及びその周辺の部分を拡大して示す図。
【図３】本発明の第二実施形態にかかる内燃機関の排気浄化装置に設けられる板の先端部分の形状を示す図。
【図４】（ａ）、（ｂ）第二実施形態の変形例における板の先端部分の形状をそれぞれ示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
（第一実施形態）
以下、この発明を具体化した第一実施形態にかかる内燃機関の排気浄化装置について、図１及び図２を参照して説明する。
【００２１】
まず、図１を参照して、本実施形態にかかる内燃機関の排気浄化装置の構成を説明する。
同図に示すように、内燃機関の排気通路には、同排気通路を形成する排気管１を流れる排気中に尿素水を供給するために尿素水供給装置２０が設けられている。尿素水供給装置２０には、尿素（（ＮＨ２）２ＣＯ）水が貯留された尿素水タンク２１が設けられている。尿素水タンク２１には、尿素水を配送するための尿素水供給通路２２が接続されている。尿素水供給通路２２の途中には、尿素水タンク２１から吸引した尿素水を加圧して吐出する尿素水ポンプ２３が配設されている。そして、尿素水供給通路２２は、排気管１に設置された尿素水噴射弁２４に接続されている。尿素水噴射弁２４は、その開弁に応じて、尿素水供給通路２２を通じて圧送された尿素水を排気管１内の排気中に噴霧する。
【００２２】
排気管１の尿素水噴射弁２４の設置箇所の下流には、触媒コンバーター２が配設されている。触媒コンバーター２のケース２ａの内部には、触媒が担持された、セラミクス等からなる担体３が、保持部材としてのアルミナマット４によりその周囲を包まれた状態で設置されている。アルミナマット４は、担体３の外周とケース２ａの内壁との間に介設されることで、担体３を外部からの衝撃等から保護している。なお、触媒コンバーター２のケース２ａは、排気通路の一部を構成している。
【００２３】
更に、アルミナマット４の排気上流側における触媒コンバーター２のケース２ａの内壁には、金属製の板材からなる板６が設けられている。板６は、ケース２ａの全周に亘って設けられ、排気通路中央側に向って立設されている。板６の排気通路中央側の端部７は、排気上流側に向って屈曲されている。なお、板６の高さは、アルミナマット４の厚さよりも大きくされている。
【００２４】
次に、以上のように構成された本実施形態の内燃機関の排気浄化装置の作用を説明する。
本実施形態の排気浄化装置では、必要に応じて、尿素水噴射弁２４から排気管１内の排気中に尿素水が噴霧される。尿素水噴射弁２４から噴霧された尿素水は、熱分解及び加水分解されることにより、アンモニア（ＮＨ３）を生成する。こうして生成されたアンモニアは、排気の流れにより触媒コンバーター２に運ばれる。このアンモニアは、触媒コンバーター２の担体３に担持された触媒上で排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）と還元反応することで、ＮＯｘを水と無害な窒素（Ｎ２）に分解する。
【００２５】
なお、排気中に噴霧された尿素水の一部は、排気熱で気化されず、液体のまま、排気管１の内壁に付着する。また、一旦は気化した尿素水も、排気管１に触れることで再冷却されて凝縮し、液体の状態で排気管１の内壁に付着することがある。
【００２６】
液体の状態で排気管１の内壁に付着した尿素水５は、排気の流れにより、排気管１の内壁を伝って排気下流側に運ばれる。その過程において、液体の尿素水５は、排気中で生成されたアンモニアが溶解してアルカリ性となる。このアルカリ性となった液体の尿素水５が触媒コンバーター２に流れ込むと、アルミナマット４を腐食させてしまうことがある。
【００２７】
その点、本実施形態では、排気管１、及び触媒コンバーター２のケース２ａの内壁を伝って流れる液体の尿素水５は、アルミナマット４に行きつく前に板６によって堰き止められる。そして、板６に堰き止められた液体の尿素水５は、板６の上流側に滞留するようになる。すなわち、この板６は、液体の尿素水５の排気下流側への流れを遮断する機能を果している。
【００２８】
なお、本実施形態では排気上流側に向って屈曲された板６の端部７が返しとなって、板６を乗り越える尿素水の流れを阻止する。そのため、より多くの量の尿素水を堰き止められるようになっている。
【００２９】
一方、板６に堰き止められた液体の尿素水５の量がある程度以上となると、図２に示すように、ケース２ａの内壁に沿う排気の流れに煽られて、堰き止められた液体の尿素水５の一部が板６の端８を乗り越えて、液滴となって排気中に飛散する。こうして飛散した尿素水の液滴は、排気の流れに乗って担体３側に運ばれる。ただし、本実施形態では、板６の高さＨがアルミナマット４の厚さＴ以上とされているため、飛散した尿素水の液滴は、ケース２ａの内壁からアルミナマット４の厚さＴの位置よりも内側の部分を流れるようになる。そのため、板６を乗り越えて飛散した尿素水の液滴も、アルミナマット４には、ほとんど付着しないようになっている。
【００３０】
以上説明した本実施形態の内燃機関の排気浄化装置によれば、以下の効果が得られるようになる。
（１）本実施形態では、アルミナマット４の排気上流側のケース２ａの内壁に、排気通路中央側に向って立設された板６が設けられている。そのため、アルカリ性となった液体の尿素水５が排気管１及びケース２ａの内壁を伝ってアルミナマット４に流れることが抑制される。したがって、触媒が担持された担体３を保持するアルミナマット４の腐食を好適に抑制することができる。
（２）本実施形態では更に、板６の排気通路中央側の端部７が排気上流側に向って屈曲されている。この端部７が返しとなって、板６を乗り越える尿素水の流れを阻止するため、より多くの量の液体の尿素水５が板６によって堰き止められるようになる。したがって、本実施形態によれば、液体の尿素水５によるアルミナマット４の腐食をより効果的に抑制することができる。
（３）本実施形態では更に、板６の高さＨをアルミナマット４の厚さＴ以上としている。そのため、板６を乗り越えて排気中に飛散した尿素水の液滴によるアルミナマット４の腐食を良好に抑制することができる。
【００３１】
（第二実施形態）
次に、本発明の第二実施形態にかかる内燃機関の排気浄化装置について、図３を参照して説明する。本実施形態では、板６の排気通路中央側の端８にスリット９を形成した点で第一実施形態と異なっている。なお、その他の構成については第一実施形態と同様である。以下、そうした相違点を中心に説明する。
【００３２】
上述したように、板６に堰き止められた液体の尿素水５は、排気の吹き付けによりその一部が液滴となって排気中に飛散する。そうした液滴が液体のまま、担体３の内部に流入してその表面に付着すると、液滴により担体３の表面が覆われてしまうため、触媒の排気との接触面積が減少して排気浄化能力が低下してしまうようになる。
【００３３】
そこで、本実施形態では、図３に示すように板６の排気通路中央側の端８にスリット９を形成するようにしている。スリット９は、端８の全周に亘り、一定の間隔で形成されている。
【００３４】
こうした本実施形態では、板６に堰き止められた液体の尿素水５は、板６を乗り越える際、板６の排気通路中央側の端８に形成されたスリット９を通過して、排気中に飛散するようになる。このとき飛散する液滴の大きさは、スリット９を通過可能な大きさに限定される。そのため、液滴が微粒化されて、気化し易くなる。また、液滴が完全に気化されないまま、担体３の内部に流入したとしても、その大きさが小さくなっているため、その付着による排気浄化能力の低下は限られたものとなる。
【００３５】
以上説明した第二の実施形態によれば、上記（１）〜（３）に記載の効果に加え、更に以下の効果が得られるようになる。
（４）板６の排気通路中央側の端８にスリット９を形成しているため、排気中に飛散される液滴を微粒化することができる。そのため、板６を乗り越えて飛散した尿素水の液滴の担体３内部への付着による排気浄化能力の低下を抑制することができる。
【００３６】
なお、板６を乗り越えて飛散する尿素水の液滴の微粒化は、以下の構成によっても行うことが可能である。
まず、図４（ａ）に示すように、板６の排気通路中央側の端部７に、スリット９の代わりに、多数の穴１０を形成するようにしても良い。こうした場合、板６に堰き止められた液体の尿素水５は、そうした穴１０を通って排気中に飛散するようになる。そのため、排気中に飛散する液滴の大きさがそうした穴１０を通過可能な大きさに限定されるようになり、液滴が微粒化されるようになる。
【００３７】
また、図４（ｂ）に示すように、板６の排気通路中央側の端８を鋸歯状に形成するようにしても良い。こうした場合、板６に堰き止められた液体の尿素水５は、鋸歯状に形成された板６の端８の突き出た部分の先端１１から徐々に排気中に飛散するようになる。そのため、こうした場合にも、排気中に飛散される尿素水の液滴が微粒化されるようになる。
【００３８】
更に、上記各実施形態は、次のように変更することもできる。
・上記実施形態では、板６を触媒コンバーター２のケース２ａの内壁に設けるようにしていたが、それよりも排気上流側の排気管１の内壁に板６を設けるようにしても良い。要は、液体の尿素水が付着する部位よりも排気下流側で、アルミナマット４が配設された部位よりも排気上流側の排気通路の内壁に板６が設けられていれば、排気通路の内壁に付着した液体の尿素水によるアルミナマット４の腐食を抑制することができる。
【００３９】
・上記実施形態では、板６を排気通路の内壁の全周に亘って形成するようにしたが、排気通路の内壁の周方向における板６の形成部位を限定しても良い。例えば尿素水が噴霧される部位の排気通路の形状や尿素水の噴霧方向によっては、液体の尿素水５が付着する部位が、排気通路の内壁の鉛直方向下側の部位に集中することがある。また、尿素水噴射弁２４から板６までの距離が長い場合には、重力の影響で、板６に至るまでに、排気通路の壁面に付着した液体の尿素水５がその排気通路の鉛直方向下側の部分に集ることがある。そうした場合には、排気通路の内壁の鉛直方向下側の半周に亘って板６を形成しておけば、液体の尿素水５によるアルミナマット４の腐食を効果的に抑制することができる。
【００４０】
・上記実施形態では、板６の排気通路中央側の端部７を排気上流側に屈曲させることで、より多くの液体の尿素水５を堰き止められるようにしていた。尤も、排気通路内壁に付着する液体の尿素水５の量が板６を乗り越えるほど多くない場合などには、板６の排気通路中央側の端部７を屈曲させるようにしなくても良い。
【００４１】
・上記実施形態では、板６の高さＨをアルミナマット４の厚さＴ以上としていた。尤も、板６を乗り越えて排気中に飛散する尿素水の液滴の量が十分に少ない場合や、板６からアルミナマット４までの距離が長く、アルミナマット４に至るまでに飛散した尿素水の液滴のほとんどが気化されてしまう場合などには、板６の高さＨがアルミナマット４の厚さＴ未満でも、アルミナマット４の腐食を十分に抑えることができる。
【００４２】
・上記実施形態では、担体３の外周と排気通路の内壁との間に介設される保持部材としてアルミナマット４を用いるようにしていたが、本発明は、アルミナマット４とは異なる材料、材質の部材が保持部材として用いられる場合にも、その保持部材がアルカリによる腐食の懸念があるものであれば、同様にその腐食の抑制効果を発揮する。
【符号の説明】
【００４３】
１…排気管（排気通路）、２…触媒コンバーター、２ａ…ケース（排気通路）、３…担体、４…アルミナマット（保持部材）、５…液体の尿素水、６…板、７…板の排気通路中央側の端部、８…板の排気通路中央側の端、９…スリット、１０…穴、１１…板の排気通路中央側の端の突き出た部分の先端、２０…尿素水供給装置、２１…尿素水タンク、２２…尿素水供給通路、２３…尿素水ポンプ、２４…尿素水噴射弁。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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