JP2014219013A

JP2014219013A - 排気浄化装置

Info

Publication number: JP2014219013A
Application number: JP2014171629A
Authority: JP
Inventors: 壽幸矢内; Hisayuki Yanai; 三宅　博; Hiroshi Miyake; 博三宅
Original assignee: UD Trucks Corp
Current assignee: UD Trucks Corp
Priority date: 2014-08-26
Filing date: 2014-08-26
Publication date: 2014-11-20

Abstract

【課題】尿素由来の物質が析出する排気管を容易に取り外せるようにする。【解決手段】排気中のＮＯｘを選択還元浄化するために排気管２６に配設されたＳＣＲ触媒と、その排気上流に位置する排気管２６に尿素水溶液を噴射供給する噴射ノズル３０と、を有する排気浄化装置において、噴射ノズル３０とＳＣＲ触媒との間に位置する排気管２６の一部５２を、一対のフランジ５４で着脱可能に締結すると共に、着脱可能な排気管２６の一部５２に、その軸方向に伸縮可能な蛇腹部５２Ａを形成する。【選択図】図４

Description

本発明は、エンジンなどの排気に含まれるＮＯｘ（窒素酸化物）を浄化する排気浄化装置に関する。

エンジンの排気に含まれるＮＯｘを浄化する排気浄化システムとして、特開２００９−１６７８０６号公報（特許文献１）に記載された排気浄化装置が提案されている。この排気浄化装置は、エンジンの排気管に配設されたＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）触媒の排気上流に、エンジン運転状態に応じた流量で尿素水溶液を噴射供給し、尿素水溶液から生成されるアンモニアを使用してＮＯｘを選択的に還元反応させることで、ＮＯｘを無害成分に浄化する。

特開２００９−１６７８０６号公報

しかしながら、従来技術の排気浄化装置では、ＳＣＲ触媒の排気上流に尿素水溶液を噴射供給したときに、尿素水溶液と排気との混合が不十分であったり、排気温度がアンモニアの生成温度よりも低いと、尿素由来の物質（例えば、シアヌル酸Ｃ₃Ｈ₃Ｎ₃Ｏ₃）が排気管内に析出してしまうおそれがあった。尿素由来の物質は、尿素水溶液の噴射ノズルからＳＣＲ触媒までの排気管を取り外して清掃（除去）しなければならず、特に、トラックなどの大型車両ではその作業の労力及び時間が大であった。

そこで、本発明は従来技術の問題点に鑑み、尿素由来の物質が析出する排気管を容易に取り外せるようにすることで、尿素由来の物質の清掃を容易ならしめた排気浄化装置を提供することを目的とする。

排気浄化装置は、排気中のＮＯｘを選択還元浄化するために排気管に配設されたＳＣＲ触媒と、ＳＣＲ触媒の排気上流に位置する排気管に尿素水溶液を噴射供給する噴射ノズルと、を有する。そして、噴射ノズルとＳＣＲ触媒との間に位置する排気管の一部を、一対のフランジで着脱可能に締結すると共に、この着脱可能な排気管に、その軸方向に伸縮可能な蛇腹部を形成する。

尿素由来の物質が排気管に析出したときには、噴射ノズルとＳＣＲ触媒との間に位置する排気管の一部を取り外すことで、析出物質を清掃することができる。このとき、蛇腹部を縮めることで、排気管の一部を容易に取り外すことができる。このため、尿素由来の物質の清掃を容易ならしめることができる。

適用対象となる排気浄化装置の概要図排気管の一部を容易に着脱可能にするための第１の工夫の説明図第１の工夫における排気管の着脱方法の説明図排気管の一部を容易に着脱可能にするための第２の工夫の説明図第２の工夫における排気管の着脱方法の説明図フランジ締結方法の一例を示す説明図フランジ締結方法の他の例を示す説明図適用対象となる他の排気浄化装置の部分概要図

以下、添付された図面を参照し、本発明を実施するための実施形態について詳細に説明する。
図１は、本実施形態が適用されたエンジンの排気浄化装置の概要を示す。
ディーゼルエンジン１０の吸気マニフォールド１２に接続される吸気管１４には、吸気流通方向に沿って、空気中の埃などを除去するエアクリーナ１６，ターボチャージャ１８のコンプレッサ１８Ａ，ターボチャージャ１８により高温となった吸気を冷却するインタークーラ２０，吸気脈動を平滑化する吸気コレクタ２２がこの順番で配設される。

一方、ディーゼルエンジン１０の排気マニフォールド２４に接続される排気管２６には、排気流通方向に沿って、ターボチャージャ１８のタービン１８Ｂ，連続再生式ディーゼルパティキュレートフィルタ（Diesel Particulate Filter、以下「ＤＰＦ」という）装置２８，還元剤前駆体としての尿素水溶液を噴射供給する噴射ノズル３０，尿素水溶液から生成されるアンモニアを使用してＮＯｘを選択還元浄化するＳＣＲ触媒３２，ＳＣＲ触媒３２を通過したアンモニアを酸化させる酸化触媒３４がこの順番で配設される。連続再生式ＤＰＦ装置２８は、少なくともＮＯ（一酸化窒素）をＮＯ₂（二酸化窒素）へと酸化させるＤＯＣ（Diesel Oxidation Catalyst）２８Ａと、ＰＭ（Particulate Matter）を捕集除去するＤＰＦ２８Ｂと、を含んで構成される。なお、ＤＰＦ２８Ｂの代わりに、その表面に触媒（活性成分及び添加成分）を担持させたＣＳＦ（Catalyzed Soot Filter）を使用することもできる。

また、噴射ノズル３０とＳＣＲ触媒３２との間に位置する排気管２６には、噴射ノズル３０から噴射供給された尿素水溶液と排気との混合を促進するための混合装置３６が配設される。混合装置３６は、別名「ミキサ」と称され、例えば、ここを通過した流体に旋回流を生じさせるものである。
還元剤タンク３８に貯蔵された尿素水溶液は、ポンプ及び流量制御弁が内蔵された還元剤添加ユニット４０を経由して、噴射ノズル３０に供給される。ここで、還元剤添加ユニット４０としては、ポンプが内蔵されたポンプモジュールと、流量制御弁が内蔵されたドージングモジュールと、に２分割された構成であってもよい。

連続再生式ＤＰＦ装置２８と噴射ノズル３０との間に位置する排気管２６には、排気の温度（排気温度）を測定する温度センサ４２が取り付けられる。温度センサ４２の出力信号は、コンピュータを内蔵した還元剤添加コントロールユニット（ＤＣＵ：Dosing Control Unit）４４に入力される。また、ＤＣＵ４４は、エンジン運転状態としての回転速度及び負荷を任意の時点で読み込み可能とすべく、ＣＡＮ（Controller Area Network）などの車載ネットワークを介して、ディーゼルエンジン１０を電子制御するエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ：Engine Control Unit）４６に接続される。そして、ＤＣＵ４４は、ＲＯＭ（Read Only Memory）などに記憶された制御プログラムを実行することで、排気温度，回転速度及び負荷に応じて還元剤添加ユニット４０を電子制御する。

ここで、ディーゼルエンジン１０の負荷としては、例えば、燃料噴射量，吸気流量，吸気圧力，過給圧力，アクセル操作量などトルクと密接に関連する状態量を使用することができる。また、ディーゼルエンジン１０の回転速度及び負荷は、ＥＣＵ４６から読み込む構成に限らず、公知のセンサを用いて直接検出するようにしてもよい。
かかる排気浄化装置において、ディーゼルエンジン１０の排気は、排気マニフォールド２４，ターボチャージャ１８のタービン１８Ｂを経て、連続再生式ＤＰＦ装置２８のＤＯＣ２８Ａに導入される。ＤＯＣ２８Ａに導入された排気は、ＮＯがＮＯ₂へと酸化されつつＤＰＦ２８Ｂへと流れる。ＤＰＦ２８Ｂでは、排気中のＰＭが捕集されると共に、ＤＯＣ２８Ａにより生成されたＮＯ₂を使用してＰＭが連続的に酸化（焼却）される。

また、エンジン運転状態に応じて噴射ノズル３０から噴射供給（添加）された尿素水溶液は、混合装置３６により排気との混合が促進されつつ、排気熱及び排気中の水蒸気を使用して加水分解され、還元剤として機能するアンモニアへと転化される。このアンモニアは、ＳＣＲ触媒３２において排気中のＮＯｘと選択還元反応し、無害なＨ₂Ｏ（水）及びＮ₂（窒素）へと浄化されることは知られたことである。このとき、ＤＯＣ２８ＡによりＮＯがＮＯ₂へと酸化され、排気中のＮＯとＮＯ₂との比率が選択還元反応に適したものに改善されるため、ＳＣＲ触媒３２におけるＮＯｘ浄化率を向上させることができる。一方、ＳＣＲ触媒３２を通過したアンモニアは、その排気下流に配設された酸化触媒３４により酸化されるので、アンモニアがそのまま大気中に放出されることを抑制できる。

ところで、このような排気浄化過程において、噴射ノズル３０から噴射供給された尿素水溶液が約２００℃に加熱されると、アンモニアを発生させながらシアヌル酸が合成されてしまう。尿素水溶液から合成されたシアヌル酸は、噴射ノズル３０とＳＣＲ触媒３２との間に位置する排気管２６の内壁、並びに、混合装置３６の排気上流及び排気下流に付着して析出する。また、尿素水溶液から溶媒たる水が蒸発することで、排気管２６に溶質たる尿素が析出することもある。そこで、次のような工夫をすることで、シアヌル酸などの尿素由来の物質（析出物）が析出した排気管２６を容易に取り外せるようにする。

［第１の工夫］
図２に示すように、噴射ノズル３０とＳＣＲ触媒３２との間に位置する排気管２６の一部（以下「部分排気管」という）４８が、一方向に向かって徐々に間隔が広がる接合面５０Ａを有する一対のフランジ５０で着脱可能に締結されている。ここで、部分排気管４８には、混合装置３６が配設される。また、部分排気管４８は、少なくとも、噴射ノズル３０から噴射供給された尿素水溶液から析出物が析出する領域を含むように設定する。そして、一対のフランジ５０の接合面５０Ａは、部分排気管４８の着脱作業性を向上させるべく、鉛直上方に向かって徐々に間隔が広がっている。

かかる構成によれば、部分排気管４８に析出物が析出したときには、図３に示すように、部分排気管４８を一方向に向かって押圧すると、フランジ５０の接合面５０Ａが斜めになっているために離間し、例えば、これが固着していても容易に取り外すことができる。また、一対のフランジ５０の接合面５０Ａが鉛直上方に向かって徐々に間隔が広がっていれば、部分排気管４８を鉛直上方からセットしたときに、これを手で保持しなくともフランジ５０の接合面５０Ａで保持されるので、取付に要する作業効率を向上させることができる。

［第２の工夫］
図４に示すように、噴射ノズル３０とＳＣＲ触媒３２との間に位置する部分排気管５２が、一対のフランジ５４で着脱可能に締結され、かつ、部分排気管５２に、その軸方向に伸縮可能な蛇腹部５２Ａが形成されている。蛇腹部５２Ａの排気下流に位置する部分排気管５２は、内・外二重構造となっており、その内側に位置する内管５２Ｂに混合装置３６が配設されている。ここで、一対のフランジ５４の接合面５４Ａは、部分排気管５２の着脱作業性を向上させるべく、部分排気管５２の横断面上に位置する。

かかる構成によれば、部分排気管５２に析出物が析出したときには、図５に示すように、蛇腹部５２Ａが縮まる方向に部分排気管５２に力を作用させると、蛇腹部５２Ａが縮まってフランジ５４の接合面５４Ａが離間する。この状態で、部分排気管５２を任意方向に抜き出すと、これを容易に取り外すことができる。また、部分排気管５２を取り付けるときには、フランジ５４の接合面５４Ａが部分排気管５２の横断面上に位置するため、その回転角度などに注意を払う必要がなく、取付に要する作業効率を向上させることができる。さらに、混合装置３６が配設されている部分が内・外二重構造となっているため、混合装置３６の保温性を向上させることもできる。

部分排気管５２の着脱作業性を更に向上させるために、図６に示すように、一対のフランジ５４をラッチ式止め具５６で締結してもよい。ラッチ式止め具５６としては、例えば、「ファスナー」などと称されるものが知られている。また、部分排気管５２の着脱作業性を更に向上させるために、図７に示すように、一対のフランジ５４をＶバンドカップリング５８で締結してもよい。ラッチ式止め具５６又はＶバンドカップリング５８は、第１の工夫に適用してもよい。

本実施形態は、連続再生式ＤＰＦ装置２８、ＳＣＲ触媒３２及び酸化触媒３４が一直線上に配置される排気浄化装置に限らず、図８に示すように、連続再生式ＤＰＦ装置２８、ＳＣＲ触媒３２及び酸化触媒３４が略Ｓ字型をなす形状に配置される排気浄化装置にも適用できる。
なお、部分排気管４８及び５２のシール性能を確保するために、フランジ５０及び５４の接合面５０Ａ及び５４Ａにガスケットを介在させてもよい。

ここで、原出願の分割直前の特許請求の範囲は、次のようなものである。
［請求項１］
排気中の窒素酸化物を選択還元浄化するために排気管に配設されたＳＣＲ触媒と、
前記ＳＣＲ触媒の排気上流に位置する排気管に尿素水溶液を噴射供給する噴射ノズルと、
を有し、
前記噴射ノズルと前記ＳＣＲ触媒との間に位置する排気管の一部が、一方向に向かって徐々に間隔が広がる接合面を有する一対のフランジで着脱可能に締結されていることを特徴とする排気浄化装置。

［請求項２］
前記一対のフランジの接合面は、鉛直上方に向かって徐々に間隔が広がっていることを特徴とする請求項１記載の排気浄化装置。

［請求項３］
排気中の窒素酸化物を選択還元浄化するために排気管に配設されたＳＣＲ触媒と、
前記ＳＣＲ触媒の排気上流に位置する排気管に尿素水溶液を噴射供給する噴射ノズルと、
を有し、
前記噴射ノズルと前記ＳＣＲ触媒との間に位置する排気管の一部が、一対のフランジで着脱可能に締結され、かつ、前記着脱可能な排気管に、その軸方向に伸縮可能な蛇腹部が形成されていることを特徴とする排気浄化装置。

［請求項４］
前記一対のフランジの接合面は、前記排気管の横断面上に位置することを特徴とする請求項３記載の排気浄化装置。

［請求項５］
前記着脱可能な排気管に、前記噴射ノズルから噴射供給された尿素水溶液と排気との混合を促進する混合装置が配設されたことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の排気浄化装置。

［請求項６］
前記一対のフランジは、ラッチ式止め具で締結されたことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載の排気浄化装置。

［請求項７］
前記一対のフランジは、Ｖバンドカップリングで締結されたことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載の排気浄化装置。

２６排気管
３０噴射ノズル
３２ＳＣＲ触媒
３６混合装置
５２部分排気管
５２Ａ蛇腹部
５４フランジ
５４Ａ接合面
５６ラッチ式止め具
５８Ｖバンドカップリング

Claims

排気中の窒素酸化物を選択還元浄化するために排気管に配設されたＳＣＲ触媒と、
前記ＳＣＲ触媒の排気上流に位置する排気管に尿素水溶液を噴射供給する噴射ノズルと、
を有し、
前記噴射ノズルと前記ＳＣＲ触媒との間に位置する排気管の一部が、一対のフランジで着脱可能に締結され、かつ、前記着脱可能な排気管に、その軸方向に伸縮可能な蛇腹部が形成されていることを特徴とする排気浄化装置。
前記一対のフランジの接合面は、前記排気管の横断面上に位置することを特徴とする請求項２記載の排気浄化装置。
前記着脱可能な排気管に、前記噴射ノズルから噴射供給された尿素水溶液と排気との混合を促進する混合装置が配設されたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の排気浄化装置。
前記一対のフランジは、ラッチ式止め具で締結されたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の排気浄化装置。
前記一対のフランジは、Ｖバンドカップリングで締結されたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の排気浄化装置。