JP5950631B2

JP5950631B2 - 排気浄化装置

Info

Publication number: JP5950631B2
Application number: JP2012052609A
Authority: JP
Inventors: 木村　昌裕; 昌裕木村
Original assignee: Hino Motors Ltd
Current assignee: Hino Motors Ltd
Priority date: 2012-03-09
Filing date: 2012-03-09
Publication date: 2016-07-13
Anticipated expiration: 2032-03-09
Also published as: JP2013185529A

Description

本発明は、排気浄化装置に関するものである。

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。

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。

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。
［化１］
（ＮＨ₂）₂ＣＯ＋Ｈ₂Ｏ→２ＮＨ₃＋ＣＯ₂

他方、ディーゼルエンジンの排気浄化を図る場合、排気ガス中のＮＯxを除去するだけでは十分ではなく、排気ガス中に含まれるパティキュレート（Particulate Matter：粒子状物質）についてもパティキュレートフィルタを通して捕集する必要があるが、この種のパティキュレートフィルタを採用する場合には、目詰まりにより排気抵抗が増加しないうちにパティキュレートを適宜に燃焼除去してパティキュレートフィルタの再生を図る必要がある。

このため、パティキュレートフィルタの前段に、フロースルー型の酸化触媒を付帯装備させ、パティキュレートの堆積量が増加してきた段階で前記酸化触媒より上流の排気ガス中に燃料を添加してパティキュレートフィルタを強制再生することが考えられている。

つまり、酸化触媒より上流の排気ガス中に燃料を添加すれば、その添加燃料（ＨＣ）が前段の酸化触媒を通過する間に酸化反応するので、その反応熱で昇温した排気ガスの流入により直後のパティキュレートフィルタの触媒床温度が上げられてパティキュレートが燃やし尽くされ、パティキュレートフィルタの再生化が図られることになる。

一般的に、前述した如き燃料添加を実行するための具体的手段としては、圧縮上死点付近で行われる燃料のメイン噴射に続いて圧縮上死点より遅い非着火のタイミングでポスト噴射を実行して排気ガス中に燃料を添加することが考えられているが、その添加燃料を効率良く強制再生に活用し且つ排気ガスが極力温度降下しないうちに添加燃料を酸化処理するためには、パティキュレートフィルタを選択還元型触媒より上流側に配置することが好ましいものと考えられている（例えば、下記の特許文献１参照）。

図５は従来における排気浄化装置の一例を示すもので、エンジンからの排気ガス１が流通する排気管２の途中に、排気ガス１中のパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタ３と、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４とをケーシング５，６により夫々抱持して並列に配置し且つその並列配置によりケーシング５の出側端部とケーシング６の入側端部とを近接させて相互間をＵ字状の連絡流路７により排気ガス１の流れを折り返すように接続し、この連絡流路７における前記ケーシング６の入側に尿素水添加用インジェクタ８（尿素水添加手段）を装備して前記ケーシング６内の選択還元型触媒４に導かれる排気ガス１に対し尿素水を添加し得るようにしてある。

また、ここに図示している例では、パティキュレートフィルタ３が抱持されているケーシング５内の前段に、排気ガス１中の未燃燃料分を酸化処理する酸化触媒９が装備されており、また、選択還元型触媒４が抱持されているケーシング６内の後段には、余剰のアンモニアガスを酸化処理するアンモニア低減触媒１０が装備されている。

尚、図５中における１１はケーシング５の出側端部におけるガス出口、１２はケーシング６の入側端部におけるガス入口を夫々示しており、前記ガス出口１１はケーシング５の出側端部の中心位置でパティキュレートフィルタ３の軸心と対峙するように配置され、前記ガス入口１２は、ケーシング６の入側端部の中心位置で選択還元型触媒の軸心と対峙するように配置されている。

更に、図６は従来における排気浄化装置の一例を示すもので、先の図５で並列に配置されていたケーシング５，６を直角に配置すると共に、その直角配置によりケーシング５の出側端部とケーシング６の入側端部とを近接させて相互間をＬ字状の連絡流路７により排気ガス１の流れを屈曲させるように接続したものであり、図５と同一の符号を付した部分は同一物を表わしている。

特開２００５−４２６８７号公報

しかしながら、これら図５及び図６に示す如く、パティキュレートフィルタ３を選択還元型触媒４より上流側に配置する場合、該選択還元型触媒４への尿素水の添加がパティキュレートフィルタ３と選択還元型触媒４との間で行われることになるため、排気ガス１中に添加された尿素水がアンモニアと炭酸ガスに熱分解されるまでの十分な反応時間を確保しようとすれば、尿素水の添加位置から選択還元型触媒４までの距離を長くする必要があり、結果的にパティキュレートフィルタ３と選択還元型触媒４とを十分な距離を隔てて離間配置させなければならなくなって車両への搭載性が著しく損なわれるという問題があった。

本発明は、上述の実情に鑑みてなされたものであり、尿素水からアンモニアが生成されるのに十分な反応時間を確保しながらもパティキュレートフィルタ及び選択還元型触媒の近接配置を実現して車両への搭載性を確保しながらも向上することを目的としている。

本発明は、排気管の途中に排気ガス中のパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタを第一のケーシングにより抱持して備えると共に、前記パティキュレートフィルタの下流側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第二のケーシングにより抱持して備え、第一及び第二の両ケーシングの間を接続する連絡流路の上流側に還元剤を添加し得るように構成した排気浄化装置であって、第一のケーシングと第二のケーシングとを並列に配置し且つその並列配置により第一のケーシングの出側端部と第二のケーシングの入側端部とを近接させて相互間をＵ字状の連絡流路により接続すると共に、第一のケーシングの出側端部におけるガス出口をパティキュレートフィルタの軸心に対し偏心させて第二のケーシングから最も離間する位置に配置し且つ第二のケーシングの入側端部におけるガス入口を選択還元型触媒の軸心に対し偏心させて第一のケーシングから最も離間する位置に配置し、これらガス出口とガス入口との間を前記連絡流路で接続したことを特徴とするものである。

而して、このようにすれば、第一及び第二の両ケーシングを並列に配置してパティキュレートフィルタ及び選択還元型触媒を近接配置しても、第一及び第二の両ケーシングにおける夫々のガス出口とガス入口との離間距離が長くなる結果、これらガス出口とガス入口とを繋ぐ連絡流路の長さ寸法も必然的に大きくなるので、該連絡流路の上流側にある尿素水の添加位置から選択還元型触媒までの距離も長くなって、尿素水からアンモニアが生成されるのに十分な反応時間が確保されることになる。

更に、本発明においては、第一のケーシング内におけるガス出口付近に、該ガス出口の偏心による排気ガスの流れの偏りを是正する排気誘導手段を備えると共に、第二のケーシング内におけるガス入口付近に、該ガス入口の偏心による排気ガスの流れの偏りを是正する排気分散手段を備えることが好ましい。

このようにすれば、ガス出口の偏心による排気ガスの流れの偏りが排気誘導手段により是正されると共に、ガス入口の偏心による排気ガスの流れの偏りが排気分散手段により是正されるので、排気ガスがパティキュレートフィルタや選択還元型触媒に対し偏って流れることによる性能低下が回避される。

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。

（Ｉ）本発明の請求項１に記載の発明によれば、尿素水からアンモニアが生成されるのに十分な反応時間を確保しながらもパティキュレートフィルタ及び選択還元型触媒の近接配置を実現することができるので、従来よりも車両への搭載性を大幅に向上することができる。

（ＩＩ）本発明の請求項２に記載の発明によれば、ガス出口の偏心による排気ガスの流れの偏りを排気誘導手段により是正することができ、しかも、ガス入口の偏心による排気ガスの流れの偏りを排気分散手段により是正することができるので、排気ガスがパティキュレートフィルタや選択還元型触媒に対し偏って流れることによる性能低下を回避することができる。

本発明を実施する形態の一例を示す概略図である。第一のケーシングにおける出側端部の詳細構造を拡大して示す断面図である。第二のケーシングにおける入側端部の詳細構造を拡大して示す断面図である。本発明の参考例を示す概略図である。従来例を示す概略図である。別の従来例を示す概略図である。

以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。

図１は本発明を実施する形態の一例を示すもので、先の図５の従来例の場合と同様に、排気管２の途中にパティキュレートフィルタ３と選択還元型触媒４とをケーシング５，６により夫々抱持して並列に配置し、その並列配置によりケーシング５の出側端部とケーシング６の入側端部とを近接させて相互間をＵ字状の連絡流路７により排気ガス１の流れを折り返すように接続した構成となっているが、ケーシング５の出側端部におけるガス出口１１をパティキュレートフィルタ３の軸心に対し偏心させてケーシング６から最も離間する位置に配置し且つケーシング６の入側端部におけるガス入口１２を選択還元型触媒の軸心に対し偏心させてケーシング５から最も離間する位置に配置し、これらガス出口１１とガス入口１２との間を前記連絡流路７で接続するようにしており、この連絡流路７における前記ケーシング６の入側に尿素水添加用インジェクタ８（尿素水添加手段）を装備して前記ケーシング６内の選択還元型触媒４に導かれる排気ガス１に対し尿素水を添加し得るようにしている。

ここで、図１に示す例にあっても、パティキュレートフィルタ３が抱持されているケーシング５内の前段に、排気ガス１中の未燃燃料分を酸化処理する酸化触媒９を装備しており、選択還元型触媒４が抱持されているケーシング６内の後段には、余剰のアンモニアガスを酸化処理するアンモニア低減触媒１０を装備している。

更に、図２は図１のケーシング５における出側端部の詳細構造を拡大して示すもので、ここに図示する例では、ケーシング５内におけるパティキュレートフィルタ３の出側に、複数の散気孔１３を有する分散板１４が設けられていると共に、該分散板１４に突き当たる位置まで連絡流路７の上流端が差し込まれており、この連絡流路７の上流端におけるケーシング５内に入り込んだ部位１５にも複数の散気孔１６が開口されている。

ただし、前記分散板１４の散気孔１３は、連絡流路７の上流端が突き当たる位置から離れるに従い徐々に広く開口するようになっていると共に、前記連絡流路７の上流端の散気孔１６は、ケーシング５内において分散板１４から離れるに従い徐々に広く開口するようになっており、前記分散板１４と前記連絡流路７の上流端におけるケーシング５内に入り込んだ部位１５とにより、ガス出口１１の偏心による排気ガス１の流れの偏りを是正する排気誘導手段１７が構成されている。

また、図３は図１のケーシング６における出側端部の詳細構造を拡大して示すもので、ここに図示する例では、ケーシング６内における選択還元型触媒４の出側に、複数の散気孔１８を有する分散板１９が設けられていると共に、該分散板１９に突き当たる位置まで連絡流路７の下流端が差し込まれており、この連絡流路７の下流端におけるケーシング６内に入り込んだ部位２０にも複数の散気孔２１が開口されている。

ただし、前記分散板１９の散気孔１８は、連絡流路７の下流端が突き当たる位置から離れるに従い徐々に広く開口するようになっていると共に、前記連絡流路７の下流端の散気孔２１は、ケーシング６内において分散板１９から離れるに従い徐々に広く開口するようになっており、前記分散板１９と前記連絡流路７の下流端におけるケーシング６内に入り込んだ部位２０とにより、ガス入口１２の偏心による排気ガス１の流れの偏りを是正する排気分散手段２２が構成されている。

尚、本形態例においては、排気誘導手段１７と排気分散手段２２とが、散気孔１８，２１の大きさを調整することで排気ガス１の流れを是正するようになっているが、散気孔１８，２１の数（密度）を調整することで排気ガス１の流れを是正するようにしても良いことは勿論である。

而して、このようにすれば、両ケーシング５，６を並列に配置してパティキュレートフィルタ３及び選択還元型触媒４を近接配置しても、両ケーシング５，６における夫々のガス出口１１とガス入口１２との離間距離が長くなる結果、これらガス出口１１とガス入口１２とを繋ぐ連絡流路７の長さ寸法も必然的に大きくなるので、該連絡流路７の上流側の尿素水添加用インジェクタ８による尿素水の添加位置から選択還元型触媒４までの距離も長くなって、尿素水からアンモニアが生成されるのに十分な反応時間が確保されることになる。

更に、ケーシング５内におけるガス出口１１付近に、該ガス出口１１の偏心による排気ガス１の流れの偏りを是正する排気誘導手段１７を備えると共に、ケーシング６内におけるガス入口１２付近に、該ガス入口１２の偏心による排気ガス１の流れの偏りを是正する排気分散手段２２を備えているので、ガス出口１１の偏心による排気ガス１の流れの偏りが排気誘導手段１７により是正されると共に、ガス入口１２の偏心による排気ガス１の流れの偏りが排気分散手段２２により是正されるので、排気ガス１がパティキュレートフィルタ３や選択還元型触媒４に対し偏って流れることによる性能低下が回避される。

従って、上記形態例によれば、尿素水からアンモニアが生成されるのに十分な反応時間を確保しながらもパティキュレートフィルタ３及び選択還元型触媒４の近接配置を実現することができるので、従来よりも車両への搭載性を大幅に向上することができる。

また、ガス出口１１の偏心による排気ガス１の流れの偏りを排気誘導手段１７により是正することができ、しかも、ガス入口１２の偏心による排気ガス１の流れの偏りを排気分散手段２２により是正することができるので、排気ガス１がパティキュレートフィルタ３や選択還元型触媒４に対し偏って流れることによる性能低下を回避することができる。

図４は本発明の参考例を示すもので、本参考例においては、先の図６の従来例の場合と同様に、排気管２の途中にパティキュレートフィルタ３と選択還元型触媒４とをケーシング５，６により夫々抱持して直角に配置し、その直角配置によりケーシング５の出側端部とケーシング６の入側端部とを近接させて相互間をＬ字状の連絡流路７により排気ガス１の流れを折り曲げるように接続した構成となっているが、前述した図１の形態例の場合と同様に、ケーシング５の出側端部におけるガス出口１１をパティキュレートフィルタ３の軸心に対し偏心させてケーシング６から最も離間する位置に配置し且つケーシング６の入側端部におけるガス入口１２を選択還元型触媒４の軸心に対し偏心させてケーシング５から最も離間する位置に配置し、これらガス出口１１とガス入口１２との間を前記連絡流路７で接続するようにしており、この連絡流路７における前記ケーシング６の入側に尿素水添加用インジェクタ８（尿素水添加手段）を装備して前記ケーシング６内の選択還元型触媒４に導かれる排気ガス１に対し尿素水を添加し得るようにしている。

而して、このようにすれば、両ケーシング５，６を直角に配置してパティキュレートフィルタ３及び選択還元型触媒４を近接配置しても、両ケーシング５，６における夫々のガス出口１１とガス入口１２との離間距離が長くなる結果、これらガス出口１１とガス入口１２とを繋ぐ連絡流路７の長さ寸法も必然的に大きくなるので、該連絡流路７の上流側にある尿素水の添加位置から選択還元型触媒４までの距離も長くなって、尿素水からアンモニアが生成されるのに十分な反応時間が確保されることになる。

従って、本参考例においても、尿素水からアンモニアが生成されるのに十分な反応時間を確保しながらもパティキュレートフィルタ３及び選択還元型触媒４の近接配置を実現することができるので、従来よりも車両への搭載性を大幅に向上することができるという先の図１の形態例と同様の作用効果を奏することができる。

また、図４の参考例にも図２及び図３に示した排気誘導手段１７及び排気分散手段２２の構成を採用することができ、これら排気誘導手段１７及び排気分散手段２２の構成を採用すれば、ガス出口１１の偏心による排気ガス１の流れの偏りを排気誘導手段１７により是正することができ、しかも、ガス入口１２の偏心による排気ガス１の流れの偏りを排気分散手段２２により是正することができるので、排気ガス１がパティキュレートフィルタ３や選択還元型触媒４に対し偏って流れることによる性能低下を回避することができる。

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、排気誘導手段と排気分散手段は、排気ガスの流れの偏りを是正できるようになっていれば図示以外の構成から成るものであっても良いこと、その他、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。

１排気ガス
２排気管
３パティキュレートフィルタ
４選択還元型触媒
５ケーシング（第一のケーシング）
６ケーシング（第二のケーシング）
７連絡流路
８尿素水添加用インジェクタ（尿素水添加手段）
１１ガス出口
１２ガス入口
１７排気誘導手段
２２排気分散手段

Claims

排気管の途中に排気ガス中のパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタを第一のケーシングにより抱持して備えると共に、前記パティキュレートフィルタの下流側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第二のケーシングにより抱持して備え、第一及び第二の両ケーシングの間を接続する連絡流路の上流側に還元剤を添加し得るように構成した排気浄化装置であって、第一のケーシングと第二のケーシングとを並列に配置し且つその並列配置により第一のケーシングの出側端部と第二のケーシングの入側端部とを近接させて相互間をＵ字状の連絡流路により接続すると共に、第一のケーシングの出側端部におけるガス出口をパティキュレートフィルタの軸心に対し偏心させて第二のケーシングから最も離間する位置に配置し且つ第二のケーシングの入側端部におけるガス入口を選択還元型触媒の軸心に対し偏心させて第一のケーシングから最も離間する位置に配置し、これらガス出口とガス入口との間を前記連絡流路で接続したことを特徴とする排気浄化装置。
第一のケーシング内におけるガス出口付近に、該ガス出口の偏心による排気ガスの流れの偏りを是正する排気誘導手段を備えると共に、第二のケーシング内におけるガス入口付近に、該ガス入口の偏心による排気ガスの流れの偏りを是正する排気分散手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。