(57)【要約】【課題】尿素水からアンモニアへの生成効率を促進させることで、ＮＯｘ浄化性能を効果的に向上させる。【解決手段】触媒２１及びフィルタ２２の少なくとも一方を収容した前段ケーシング２０と、前段ケーシング２０と並行に配置されＳＣＲ触媒４１を収容した後段ケーシング４０と、前段ケーシング２０と後段ケーシング４０とを接続する接続管２４と、接続管２４に設けられて尿素水を噴射する噴射バルブ３３と、上流端を後段ケーシング４０の下流端に接続されると共に、下流端を大気開放された放出管５０とを備え、放出管５０の下流端開口部５０Ａを噴射バルブ３３及び接続管２４の少なくとも一方に近接配置した。【選択図】図１
2016164372.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気を浄化する触媒及びフィルタの少なくとも一方を収容した前段ケーシングと、
前記前段ケーシングと並行に配置され、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を還元浄化する選択的還元触媒を収容した後段ケーシングと、
前記前段ケーシングの下流端と前記後段ケーシングの上流端とを接続する接続管と、
前記接続管に設けられて当該接続管内に尿素水を噴射する噴射バルブと、
上流端を前記後段ケーシングの下流端に接続されると共に、下流端を大気開放された放出管と、を備え、
前記放出管の下流端開口部を前記噴射バルブ及び前記接続管の少なくとも一方に近接配置した
排気浄化システム。
【請求項２】
前記前段ケーシング、前記後段ケーシング及び、前記接続管が互いに隣接して配置された
請求項１に記載の排気浄化システム。
【請求項３】
前記放出管から分岐すると共に、下流端を大気開放された分岐管と、
排気温度が所定の閾値未満の場合は排気流路を前記分岐管とし、排気温度が前記閾値以上の場合は排気流路を前記放出管に切り替える排気流路切替バルブと、をさらに備える
請求項１又は２に記載の排気浄化システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気浄化システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、排気浄化システムとして、排気上流側から順に、酸化触媒及び、パティキュレイト・フィルタ（以下、単にフィルタという）を収容した前段ケーシングと、選択的還元触媒（以下、単にＳＣＲ触媒という）を収容した後段ケーシングとを備えたものが知られている。
【０００３】
酸化触媒やＳＣＲ触媒の良好な排気浄化能力を得るには、これら触媒の温度を活性温度以上に維持する必要がある。例えば、特許文献１には、排気管の下流端開口部を前段ケーシング又は後段ケーシングの何れか一方に向けて配置し、排気ガスをこれら前段ケーシング又は後段ケーシングの何れかに当てることにより、ケーシング内に収容されている触媒の保温を図る技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１２７０８５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、上述の従来技術のように、排気管の開口端を前段ケーシング又は後段ケーシングの何れか一方にのみ向ける手法では、排気ガスが直接的に当らないケーシング内の触媒については、十分な保温効果を得られない可能性がある。また、尿素水噴射バルブの近傍を効果的に保温できなければ、尿素水の加水分解が促進されず、アンモニア生成効率の低下によって十分なＮＯｘ浄化性能を得ることができない可能性もある。
【０００６】
開示のシステムは、尿素水からアンモニアへの生成効率を促進させることで、排気浄化性能を効果的に向上することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
開示のシステムは、内燃機関の排気を浄化する触媒及びフィルタの少なくとも一方を収容した前段ケーシングと、前記前段ケーシングと並行に配置され、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を還元浄化する選択的還元触媒を収容した後段ケーシングと、前記前段ケーシングの下流端と前記後段ケーシングの上流端とを接続する接続管と、前記接続管に設けられて当該接続管内に尿素水を噴射する噴射バルブと、上流端を前記後段ケーシングの下流端に接続されると共に、下流端を大気開放された放出管と、を備え、前記放出管の下流端開口部を前記噴射バルブ及び前記接続管の少なくとも一方に近接配置したものである。
【０００８】
また、前記前段ケーシング、前記後段ケーシング及び、前記接続管が互いに隣接して配置されたものでもよい。
【０００９】
前記放出管から分岐すると共に、下流端を大気開放された分岐管と、排気温度が所定の閾値未満の場合は排気流路を前記分岐管とし、排気温度が前記閾値以上の場合は排気流路を前記放出管に切り替える排気流路切替バルブと、をさらに備えてもよい。
【発明の効果】
【００１０】
開示のシステムによれば、尿素水からアンモニアへの生成効率を促進させることで、排気浄化性能を効果的に向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第一実施形態に係る排気浄化システムを示す模式的な全体構成図である。
【図２】第二実施形態に係る排気浄化システムを示す模式的な全体構成図である。
【図３】第三実施形態に係る排気浄化システムを示す模式的な全体構成図である。
【図４】第四実施形態に係る排気浄化システムを示す模式的な全体構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、添付図面に基づいて、本発明の各実施形態に係る排気浄化システムを説明する。同一の部品には同一の符号を付してあり、それらの名称及び機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。
【００１３】
［第一実施形態］
図１に示すように、第一実施形態の排気浄化システム１Ａは、排気上流側から順に、前段ケーシング２０と、接続管２４と、後段ケーシング４０と、放出管５０とを備えている。なお、図１中において、符号１０はディーゼルエンジン（以下、単にエンジンという）、符号１１は排気マニホールド、符号１２は排気マニホールド１１と前段ケーシング２０とを接続する上流排気管、符号３０は尿素水噴射装置をそれぞれ示している。
【００１４】
前段ケーシング２０は、略円筒状に形成されており、その内部には、排気上流側から順に、第１酸化触媒２１及び、フィルタ２２が収容されている。
【００１５】
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を担持して形成されている。第１酸化触媒２１は、エンジン１０のポスト噴射や図示しない排気管噴射バルブによって未燃炭化水素（ＨＣ）が供給されると、これを酸化して排気温度を上昇させる。
【００１６】
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を排気の流れ方向に沿って配置し、これらセルの上流側と下流側とを交互に目封止して形成されている。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すると、これを燃焼除去するいわゆるフィルタ強制再生が実施される。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燃焼温度まで昇温することで行われる。
【００１７】
接続管２４は、互いに並行に隣接配置された前段ケーシング２０と後段ケーシング４０との間に延設されると共に、その上流端と下流端とを屈曲させて略Ｓ字状に形成されている。接続管２４の上流端は前段ケーシング２０の下流端に接続され、接続管２４の下流端は後段ケーシング４０の上流端に接続されている。また、接続管２４には、尿素水噴射装置３０の尿素水噴射バルブ３３が設けられている。
【００１８】
尿素水噴射装置３０は、尿素水を貯留する尿素水タンク３１と、尿素水タンク３１から尿素水を汲み上げる尿素水ポンプ３２と、接続管２４内に尿素水を噴射する尿素水噴射バルブ３３とを備えている。尿素水噴射バルブ３３から接続管２４内に噴射された尿素水は、排気熱により加水分解されてアンモニア（ＮＨ３）に生成され、下流側のＳＣＲ触媒４１に還元剤として供給される。
【００１９】
後段ケーシング４０は、略円筒状に形成されており、前段ケーシング２０と並行に隣接配置されている。また、後段ケーシング４０の内部には、排気上流側か順に、ＳＣＲ触媒４１及び、第２酸化触媒４２が収容されている。
【００２０】
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を担持して形成されている。ＳＣＲ触媒４１は、尿素水噴射バルブ３３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。
【００２１】
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を担持して形成されており、ＳＣＲ触媒４１から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。
【００２２】
放出管５０は、略円筒状に形成されており、上流端を後段ケーシング４０の下流端に接続されると共に、下流端を開放されて排気ガスを大気に放出させる。また、放出管５０は、その下流側を尿素水噴射バルブ３３に向けて略Ｃ字状に屈曲形成されており、下流端開口部５０Ａを尿素水噴射バルブ３３近傍に隣接配置されている。すなわち、放出管５０内を流れて大気に放出される高温排気ガスが、下流端開口部５０Ａから尿素水噴射バルブ３３に直接的に当てられるようになっている。
【００２３】
第一実施形態では、このように、放出管５０から流れ出る高温排気ガスを尿素水噴射バルブ３３に直接的に当てることにより、尿素水噴射バルブ３３近傍を効果的に保温することが可能となり、尿素水からアンモニアへの生成効率を確実に向上することができる。また、尿素水噴射バルブ３３に当てられた高温排気ガスが、隣接する前段ケーシング２０や後段ケーシング４０にも当てられることにより、酸化触媒３１，４２やＳＣＲ触媒４１の触媒温度を活性温度以上に効果的に保持することが可能となり、排気浄化性能を確実に向上することができる。
【００２４】
［第二実施形態］
図２に示すように、第二実施形態の排気浄化システム１Ｂは、第一実施形態の排気浄化システム１Ａにおいて、放出管５０の形状を変更したものである。他の構成については、第一実施形態と同様に構成されるため、詳細な説明は省略する。
【００２５】
第二実施形態の放出管５０は、上流側及び下流側の二か所を略Ｃ字状に屈曲されて、下流端開口部５０Ａを尿素水噴射バルブ３３よりも下流側の接続管２４近傍に配置されている。すなわち、放出管５０から放出される高温排気ガスを尿素水が拡散されるＳＣＲ触媒４１直上流の接続管２４に直接的に当てるようになっている。
【００２６】
第二実施形態では、このように、放出管５０から流れ出る高温排気ガスをＳＣＲ触媒４１直上流の接続管２４に直接的に当てることにより、尿素水が拡散される接続管２４内を効果的に保温することが可能となり、アンモニアの生成効率を確実に向上することができる。また、接続管２４に当てられた高温排気ガスが、隣接する前段ケーシング２０や後段ケーシング４０にも当てられることにより、酸化触媒３１，４２やＳＣＲ触媒４１の触媒温度を活性温度以上に効果的に保持することが可能となり、排気浄化性能を確実に向上することができる。
【００２７】
［第三実施形態］
図３に示すように、第三実施形態の排気浄化システム１Ｃは、第一実施形態の排気浄化システム１Ａに、分岐管６０、流路切替バルブ６１、排気温度センサ６２をさらに備えたものである。他の構成については、第一実施形態と同様に構成されるため、詳細な説明は省略する。
【００２８】
分岐管６０は、放出管５０からケーシング２０，４０や尿素水噴射バルブ３３が存在しない方向に向かって分岐すると共に、その下流端を大気開放されている。流路切替バルブ６１は、例えばバタフライバルブであって、放出管５０と分岐管６０との分岐部に設けられている。流路切替バルブ６１は、排気温度センサ６２によって検出される排気温度が所定の閾値（例えば、触媒活性温度）未満の場合は放出管５０を閉鎖する一方、排気温度センサ６２によって検出される排気温度が所定の閾値（例えば、触媒活性温度）以上の場合は分岐管６０を閉鎖するように構成されている。すなわち、排気ガス流路が、低排気温度時は分岐管６０とされ、高排気温時は放出管５０に選択的に切り替えられるようになっている。
【００２９】
第三実施形態では、このように、高排気温時のみ放出管５０を介して尿素水噴射バルブ３３やケーシング２０，４０に排気ガスを直接的に当てることで、これら尿素水噴射バルブ３３や酸化触媒２１，４２及び、ＳＣＲ触媒４１が低温排気ガスによって冷却されることを確実に防止することができる。
【００３０】
［第四実施形態］
図４に示すように、第四実施形態の排気浄化システム１Ｄは、第二実施形態の排気浄化システム１Ｂに、分岐管６０、流路切替バルブ６１、排気温度センサ６２をさらに備えたものである。他の構成については、第二実施形態と同様に構成されるため、詳細な説明は省略する。
【００３１】
分岐管６０は、放出管５０からケーシング２０，４０や接続管２４が存在しない方向に向かって分岐すると共に、その下流端を大気開放されている。
【００３２】
流路切替バルブ６１は、例えばバタフライバルブであって、放出管５０と分岐管６０との分岐部に設けられている。流路切替バルブ６１は、排気温度センサ６２によって検出される排気温度が所定の閾値（例えば、触媒活性温度）未満の場合は放出管５０を閉鎖する一方、排気温度センサ６２によって検出される排気温度が所定の閾値（例えば、触媒活性温度）以上の場合は分岐管６０を閉鎖するように構成されている。すなわち、排気ガス流路が、低排気温度時は分岐管６０とされ、高排気温時は放出管５０に選択的に切り替えられるようになっている。
【００３３】
第四実施形態では、このように、高排気温時のみ放出管５０を介して接続管２４やケーシング２０，４０に排気ガスを直接的に当てることで、これら接続管２３や酸化触媒２１，４２及び、ＳＣＲ触媒４１が低温排気ガスによって冷却されることを確実に防止することができる。
【００３４】
［その他］
なお、本発明は、上述の各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。
【００３５】
例えば、前段ケーシング２０や後段ケーシング４０に収容される触媒の種類や配置順は、図示例に限定されず、他の触媒や配置順であってもよい。また、エンジン１０はディーゼルエンジンに限定されず、ガソリンエンジン等の他に内燃機関にも広く適用することが可能である。
【符号の説明】
【００３６】
１０  エンジン
２０  前段ケーシング
２１  第１酸化触媒
２２  フィルタ
２４  接続管
３０  尿素水噴射装置
３１  尿素水タンク
３２  尿素水ポンプ
３３  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  放出管
【図１】
2016164372.tif 000003
【図２】
2016164372.tif 000004
【図３】
2016164372.tif 000005
【図４】
2016164372.tif 000006