(57)【要約】【課題】接続配管内の温度低下を抑制することにより、尿素水の加水分解の効率を高め、触媒の排気ガス浄化能力を向上させる。【解決手段】ＳＣＲ触媒４１に排気ガスを送る接続配管２４と、接続配管２４内に尿素水を噴射する尿素水噴射バルブ３０とを備え、接続配管２４は、尿素水噴射バルブ３０から尿素水が噴射される内管２４Ｂと、該内管２４Ｂと共に二重管構造を形成する外管２４Ａとを備え、内管２４Ｂの内側と、内管２４Ｂと外管２４Ａとの間とに排気ガスの流路が形成されている。【選択図】図４
2016205188.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気系に設けられ、アンモニアを還元剤として排気中の窒素酸化物を選択還元する選択還元型触媒と、
前記選択還元型触媒に排気ガスを送る排気管と、
前記排気管内に尿素水を噴射する尿素水噴射装置と
を備え、
前記排気管は、前記尿素水噴射装置から尿素水が噴射される内管と、該内管と共に二重管構造を形成する外管とを備え、前記内管の内側と、前記内管と前記外管との間とに排気ガスの流路が形成されている
排気浄化ユニット。
【請求項２】
前記内管の排気下流側の所定範囲には、通気口が形成されている請求項１に記載の排気浄化ユニット。
【請求項３】
前記内管の排気上流端に接続され、前記尿素水噴射装置の噴射口の近傍から前記内管の排気上流端まで次第に拡径しながら延びるように円錐台形状に形成され、複数の通気口が形成されている排気導入部を備える請求項１又は請求項２に記載の排気浄化ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＳＣＲ触媒を備える排気浄化ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関から排出される排気中の窒素化合物（ＮＯｘ）を還元浄化する排気浄化ユニットとして、酸化触媒や排気中の粒子状物質（以下、ＰＭ）を捕集するフィルタを備える前段部と、尿素水から生成されるアンモニアを還元剤として排気中の窒素化合物（以下、ＮＯｘ）を浄化する選択的還元触媒（以下、ＳＣＲ触媒）を備える後段部とを備えるものが知られている（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００３】
特許文献１に記載の排気浄化ユニットでは、酸化触媒とフィルタとを収容する前段ケーシングとＳＣＲ触媒を収容する後段ケーシングとが並列され、これらの間に配された直線状の排気管の上流端及び下流端がそれぞれ湾曲されて前段ケーシングの出口と後段ケーシングの入口とに接続されている。排気管の上流端近傍には、尿素水噴射装置が配されており、前段ケーシングから後段ケーシングへ導入される排気ガスに尿素水が添加され、排気ガス中で尿素水が加水分解されてアンモニアが生成され、該アンモニアが還元剤としてＳＣＲ触媒に供給されることにより排気ガス中のＮＯｘが還元浄化される。
【０００４】
特許文献２に記載の排気浄化ユニットでは、尿素水の噴射位置より上流側に、排気ガスを旋回させる旋回流発生用のフィンが設けられており、旋回流である排気ガスと噴射された尿素水とが配管内で混合される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−３６１０９号公報
【特許文献２】特開２００６−２９２３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
排気管内では、尿素水が加水分解される際の潜熱により排気ガスの温度が低下する。それによって、尿素水からアンモニアへの変換効率が低下し、ＳＣＲ触媒におけるＮＯｘ浄化率が低下する。
【０００７】
開示の排気浄化ユニットは、排気管内での排気ガスの温度低下を抑制することにより、尿素水の加水分解の効率を高め、触媒の排気ガス浄化能力を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
開示の排気浄化ユニットは、内燃機関の排気系に設けられ、アンモニアを還元剤として排気中の窒素酸化物を選択還元する選択還元型触媒と、前記選択還元型触媒に排気ガスを送る排気管と、前記排気管内に尿素水を噴射する尿素水噴射装置とを備え、前記排気管は、前記尿素水噴射装置から尿素水が噴射される内管と、該内管と共に二重管構造を形成する外管とを備え、前記内管の内側と、前記内管と前記外管との間とに排気ガスの流路が形成されている。
【発明の効果】
【０００９】
開示の排気浄化ユニットによれば、接続配管内での排気ガスの温度低下を抑制することにより、尿素水の加水分解の効率を高め、触媒の排気ガス浄化能力を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態に係る排気浄化ユニットを示す斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るミキサーチャンバ及び接続配管の内部を示す断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るミキサーチャンバ内での排気ガスの流れを示す図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るミキサーチャンバ内及び接続配管内での排気ガスの流れを示す図である。
【図５】他の実施形態に係るミキサーチャンバ及び接続配管の内部を示す断面図である。
【図６】他の実施形態に係るミキサーチャンバ内及び接続配管内での排気ガスの流れを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照しながら説明する。図１は、一実施形態に係る排気浄化ユニット１を示す斜視図である。この図に示すように、排気浄化ユニット１は、排気上流側から順に、前段ケーシング２０と、ミキサーチャンバ２３と、尿素水噴射バルブ３０と、接続配管２４と、後段ケーシング４０とを備えている。
【００１２】
前段ケーシング２０と後段ケーシング４０とは円筒状であり、両者の軸線が互いに平行になるように並列され、これらの間に配された接続配管２４により接続されている。接続配管２４は、直線状の配管であり、その軸線が前段ケーシング２０及び後段ケーシング４０の軸線に対して平行になるように配されている。
【００１３】
前段ケーシング２０は、第１ケーシング２０Ａと、第１ケーシング２０Ａの排気下流側に同軸に配された第２ケーシング２０Ｂとを備えている。第１ケーシング２０Ａの排気下流端と第２ケーシング２０Ｂの排気上流端とには環状のフランジが設けられており、両フランジがボルト・ナットによって締結されている。また、第１ケーシング２０Ａには、第１酸化触媒２１が収容され、第２ケーシング２０Ｂには、フィルタ２２が収容されている。
【００１４】
第１酸化触媒２１は、例えば、コーディエライトハニカム構造体等のセラミック製担体表面に触媒成分等が担持されたものである。第１酸化触媒２１は、ポスト噴射又は排気管噴射によって供給された未燃炭化水素（ＨＣ）を酸化して排気温度を上昇させる。
【００１５】
フィルタ２２は、例えば、多孔質性の隔壁で区画された多数のセルが排気の流れ方向に沿って配置され、これらセルの上流側と下流側とが交互に目封止されたものである。フィルタ２２は、排気中の粒子状物質（以下、ＰＭ）を隔壁の細孔や表面に捕集すると共に、ＰＭ堆積推定量が所定量に達していわゆるフィルタ強制再生が実施されるとＰＭを燃焼除去する。ここで、フィルタ強制再生は、排気管噴射又はポスト噴射によって排気上流側の第１酸化触媒２１に未燃炭化水素を供給し、フィルタ２２に流入する排気温度をＰＭ燃焼温度まで昇温させることで行われる。
【００１６】
ミキサーチャンバ２３は、第２ケーシング２０Ｂの排気下流端に配され側面が円弧状の第１チャンバ２３Ａと、第１チャンバ２３Ａの側面から後段ケーシング４０側に延びる側面が円弧状の第２チャンバ２３Ｂとを備えている。第１チャンバ２３Ａは、第２ケーシング２０Ｂと同軸に配されている。また、第２チャンバ２３Ｂの直径は、第１チャンバ２３Ａの直径よりも小さく、両者の境界は円弧状に湾曲している。
【００１７】
第２ケーシング２０Ｂの排気下流端と第１チャンバ２３Ａの排気上流端とには環状のフランジが設けられており、両フランジがボルト・ナットによって締結されている。
【００１８】
接続配管２４は、第２チャンバ２３Ｂに接続された円筒状の第１配管２４Ｄと、該第１配管２４Ｄと後段ケーシング４０の排気上流端とを接続する第２配管２４Ｅとを備えている。第１配管２４Ｄは、尿素水噴射バルブ３０の噴射軸と同軸に配されている。
【００１９】
第２配管２４Ｅは、エルボ管であり、排気下流端は円盤状に形成されている。この第２配管２４Ｅの直線部は第１配管２４Ｄと同軸に配され、第１配管２４Ｄの排気下流端と第２配管２４Ｅの排気上流端とには環状のフランジが設けられており、両フランジがボルト・ナットで締結されている。また、第２配管２４Ｅの排気下流端と後段ケーシング４０の排気上流端とには環状のフランジが設けられており、両フランジがボルト・ナットで締結されている。
【００２０】
尿素水噴射バルブ３０は、第２チャンバ２３Ｂに設けられている。この尿素水噴射バルブ３０の噴射軸は接続配管２４の第１配管２４Ｄの軸心に合わされており、尿素水噴射バルブ３０から接続配管２４の排気下流側へ尿素水が噴射（噴霧）される。
【００２１】
接続配管２４内では、尿素水噴射バルブ３０から噴射された尿素水と、ミキサーチャンバ２３から後段ケーシング４０へ流れる排気ガスとが混合され、尿素水が排気熱により加水分解されてアンモニア（ＮＨ３）が生成される。生成されたアンモニアは排気ガスの流れにより排気下流側のＳＣＲ触媒４１に供給される。
【００２２】
後段ケーシング４０には、ＳＣＲ触媒４１と、ＳＣＲ触媒４１の排気下流側に配された第２酸化触媒４２とが収容されている。
【００２３】
ＳＣＲ触媒４１は、例えば、多孔質セラミック担体にゼオライト等が担持されたものである。ＳＣＲ触媒４１は、尿素水噴射バルブ３０から還元剤として供給されるアンモニアを吸着すると共に、吸着したアンモニアで通過する排気中からＮＯｘを選択的に還元浄化する。
【００２４】
第２酸化触媒４２は、例えば、コーディエライトハニカム構造体等のセラミック製担体表面に触媒成分等が担持されたものであり、ＳＣＲ触媒４１から排気下流側にスリップしたアンモニアを酸化する機能を有している。
【００２５】
図２は、ミキサーチャンバ２３及び接続配管２４の内部を示す断面図である。この図に示すように、ミキサーチャンバ２３の第２チャンバ２３Ｂ内には、整流部５１が設けられており、整流部５１には、整流部材５０が設けられている。整流部材５０は、両端が開口した円錐台形状の管材であり、尿素水噴射バルブ３０と同軸に配されている。
【００２６】
整流部材５０の小径の開口５０Ａは、尿素水噴射バルブ３０の噴射口に対向して配され、整流部材５０の大径の開口５０Ｂは、接続配管２４の上流端に対向して配されている。整流部材５０の開口５０Ｂの縁部と接続配管２４の上流端及び第２チャンバ２３Ｂとの間には、排気ガスが通過する隙間が空けられている。
【００２７】
整流部材５０は、多孔部材であり、矩形状の小孔５０Ｃが周方向及び軸方向に狭い間隔で形成されている。ここで、小孔５０Ｃは、切り起こし曲げ加工により形成されており、爪５０Ｄが、小孔５０Ｃの上流側を起点として整流部材５０の内側に折り曲げられている。爪５０Ｄの切り起こし曲げの角度は鋭角であり、爪５０Ｄは、小孔５０Ｃを通過した排気ガスを排気下流側へ導くガイドとして機能する。
【００２８】
接続配管２４の第１配管２４Ｄは、二重管構造になっており、第１配管２４Ｄの排気上流端から排気下流端まで直線状に延びる円筒状の外管２４Ａと、第１配管２４Ｄの排気上流端から排気下流側へ直線状に延びる円筒状の内管２４Ｂとを備えている。内管２４Ｂの排気上流端と整流部材５０の排気下流端とは同径であり、これらは接合されている。これにより、整流部材５０の外側を流れる排気ガスは、外管２４Ａと内管２４Ｂとの間を通って排気下流側へ流れる。
【００２９】
内管２４Ｂの排気上流側の部分には開口が設けられておらず、当該部分においては内管２４Ｂの内外での排気ガスの出入りはない。一方、内管２４Ｂの排気下流側の部分には、多数の小孔２４Ｃが周方向及び軸方向に狭い間隔で形成されており、内管２４Ｂの内外で排気ガスが出入りする。
【００３０】
図３は、ミキサーチャンバ２３内での排気ガスの流れを示す図である。図３に示すように、第１チャンバ２３Ａから第２チャンバ２３Ｂにかけて流路の幅が狭くなると共に、一方（図中左側）の側壁が湾曲して凹んでいることにより、第１チャンバ２３Ａから第２チャンバ２３Ｂに流れる排気ガスに旋回流が生じる。
【００３１】
図４は、ミキサーチャンバ２３及び接続配管２４内での排気ガスの流れを示す図である。この図に示すように、旋回流となった排気ガスは、整流部材５０の外側を通って接続配管２４の外管２４Ａと内管２４Ｂとの間へ流れ、あるいは、小孔５０Ｃと整流部材５０内とを通って接続配管２４内へ流れる。接続配管２４内では、排気ガスは、接続配管２４の軸心周りに旋回しながら下流側へ流れる。外管２４Ａと内管２４Ｂとの間を流れる排気ガスは、二重管構造部分における排気下流側において小孔２４Ｃを通って内管２４Ｂ内に流入する。
【００３２】
ところで、尿素水噴射バルブ３０は、尿素水を整流部材５０内へ噴射する。噴射（噴霧）された尿素水は、整流部材５０が上流側から下流側へかけて拡径していることにより、また、小孔５０Ｃから流入した排気ガスが爪５０Ｄにより排気下流側へ導かれることにより拡散される。そして、拡散された尿素水と旋回流となった排気ガスとが、接続配管２４内で混合する。これによって、接続配管２４内に噴射（噴霧）した尿素水を拡散させてから旋回流となった排気ガスとを混合させることができる。
【００３３】
ここで、接続配管２４内では、外管２４Ａと内管２４Ｂとの間を排気ガスが流れることにより、内管２４Ｂ内を流れる排気ガスが加熱される。これによって、尿素水が加水分解される際の潜熱による排気ガスの温度低下を抑制でき、尿素水からアンモニアへの変換効率を向上させ、それによって、ＳＣＲ触媒４１におけるＮＯｘ浄化率を向上させることができる。
【００３４】
また、尿素水が排気ガスの流れにより第２チャンバ２３Ａや接続配管２４の壁面に付着することを防止できることによって、尿素水の加水分解の効率を高めることができ、また、接続配管２４内でのアンモニアの拡散性を向上させることができる。
【００３５】
さらに、二重管構造部分における排気下流側において、外管２４Ａと内管２４Ｂとの間を流れる排気ガスが、内管２４Ｂ内に流入し、アンモニアあるいは尿素水が拡散された排気ガスと混合されることにより、排気ガス中のアンモニアの拡散性をより一層高めることができる。
【００３６】
なお、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。
【００３７】
例えば、上述の実施形態では、ミキサーチャンバ２３の第２チャンバ２３Ｂ内に円錐台形状の整流部材５０を設けるものとして説明したが、図５に示すように、内管２４Ｂを第２チャンバ２３Ｂ内まで延長させて小孔２４Ｃ（パンチング孔）を設けることで、整流部材５０を廃止して構成してもよい。この場合も、図６に示すように、上述の実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
【００３８】
また、上述の実施形態では、内管２４Ｂの排気上流側の所定範囲に小孔２４Ｃ（通気口）を設けたが、当該所定範囲の分だけ内管２４Ｂを短くする等してもよい。
【００３９】
また、上述の実施形態では、内管２４Ｂに排気ガスを導入する導入部を、上流側から下流側へかけて次第に拡径する整流部材５０により構成したが、該導入部の直径は一定でもよい。
【符号の説明】
【００４０】
１  排気浄化ユニット、２０  前段ケーシング、２０Ａ  第１ケーシング、２０Ｂ  第２ケーシング、２１  第１酸化触媒、２２  フィルタ、２３  ミキサーチャンバ、２３Ａ  第１チャンバ、２３Ｂ  第２チャンバ、２４  接続配管、２４Ａ  外管、２４Ｂ  内管、２４Ｃ  小孔、２４Ｄ  第１配管、２４Ｅ  第２配管、３０  尿素水噴射バルブ、４０  後段ケーシング、４１  ＳＣＲ触媒、４２  第２酸化触媒、５０  整流部材、５０Ａ  開口、５０Ｂ  開口、５０Ｃ  小孔、５０Ｄ  爪、５１  整流部
【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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