JP2017106425A - 排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】還元剤と排気ガスとを良好に混合することが可能な排気浄化装置の提供を目的とする。
【解決手段】排気通路６に配置されて内燃機関の排気を浄化する選択還元触媒７と、選択還元触媒７の上流側の排気通路６に配置されて排気に尿素水１１を添加する尿素水添加手段９とを備え、尿素水添加手段９と選択還元触媒７との間の排気通路６に配置される分散板８を備え、分散板８は、尿素水添加手段９から添加された尿素水１１が衝突する衝突面を形成する衝突部８ａと、衝突部８ａから延出形成される板部８ｄを有して衝突部８ａと排気通路６の内周壁との間に配置される複数の外周導入部８ｂとを有する排気浄化装置２。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両の排気浄化装置に関する。

ディーゼルエンジンの排気に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）濃度を低減させるため、選択還元触媒システムが開発されている。これは、一酸化窒素（ＮＯ）や炭化水素（ＨＣ）等を酸化するための酸化触媒と、酸化触媒の下流側に設けられ尿素水から生成したアンモニアとＮＯｘとの化学反応によりＮＯｘを窒素と水とに分解させるための選択還元触媒と、選択還元触媒に還元剤である尿素水を添加させる還元剤添加手段としての尿素水添加手段とを有している。

このような排気浄化装置では、尿素水添加手段から放出された尿素水が排気中で十分に分散され、選択還元触媒においてアンモニアが一様に分散することが浄化効率向上のためには望ましい。そこで、放出された尿素水を排気中に十分に分散させるべく、選択還元触媒の上流側に分散部材を設ける技術が知られている（例えば「特許文献１」参照）。この技術では、分散部材として少なくとも一部が粉末合金から構成されたものを使用しており、これにより粉末合金部分に存在する複数の細孔を通って排気ガスの一部が通過するので、排気の圧力損失の上昇を抑えつつ排気の浄化効率を向上できる、とされている。

特開２０１４−２３４７１５号公報

上記技術に開示された分散部材は排気が通過する隙間が少なく閉塞度が高く構成されている。このため、尿素水が衝突しても隙間が少ないことから尿素水と排気とが混ざりにくく、混合が難しいという問題点があると共に、背圧が上昇するためにエンジンへの空気の入りが悪化してエンジンの最高出力が低下するという問題点がある。また、尿素水添加手段から分散部材までの距離が短いと尿素水の分散がうまくいかず、さらに分散部材から選択還元触媒までの距離が短いと尿素水と排気との混合がうまくいかないことから、尿素水添加手段から選択還元触媒までの距離を長く取る必要があった。しかし、車両のレイアウト上においてこの距離を長く取ることが難しいと共に、上述した背圧が上昇してしまうという問題点がある。
本発明は上述の問題点を解決し、還元剤と排気とを良好に混合することが可能な排気浄化装置の提供を目的とする。

請求項１記載の発明は、排気通路に配置されて内燃機関の排気を浄化する選択還元触媒と、前記選択還元触媒の上流側の前記排気通路に配置されて前記排気に還元剤を添加する還元剤添加手段とを備える排気浄化装置において、前記還元剤添加手段と前記選択還元触媒との間の前記排気通路に配置される分散板を備え、前記分散板は、前記還元剤添加手段から添加された還元剤が衝突する衝突面を形成する衝突部と、前記衝突部から延出形成される板部を有して前記衝突部と前記排気通路の内周壁との間に配置される複数の外周導入部とを有することを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１に記載の排気浄化装置において、さらに前記衝突部はその頂点が前記排気通路の上流側に向けて突出する円錐形状であることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１または２に記載の排気浄化装置において、さらに前記外周導入部は前記衝突部から放射状に配置され、前記板部の両縁が前記排気管の上流側に向けてそれぞれ曲折形成される縁部を形成していることを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項３に記載の排気浄化装置において、さらに前記縁部はその高さが前記衝突部に近付くに連れて高くなるように形成されていることを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項３または４に記載の排気浄化装置において、さらに前記板部はその幅が前記衝突部から遠ざかるに連れて狭くなるように形成されていることを特徴とする。

請求項６記載の発明は、請求項２から５までの何れか一つに記載の排気浄化装置において、さらに前記衝突部を形成する前記円錐形状の軸と前記還元剤添加手段の中心軸とが一致して配置されることを特徴とする。

請求項７記載の発明は、請求項１から６までの何れか一つに記載の排気浄化装置において、さらに前記分散板は前記排気通路の径が広がった拡径部に配設されていることを特徴とする。

請求項８記載の発明は、請求項７記載の排気浄化装置において、さらに前記選択還元触媒は前記拡径部の下流側に配設されていることを特徴とする。

本発明によれば、還元剤と排気とを一様に分散混合した状態で選択還元触媒に送り込むことができるので、排気の浄化効率を確実に向上することができる。また、分散板における排気の通過領域が大きいので、背圧の上昇を防止することができエンジン出力の低下を防止することができる。

本発明の一実施形態を適用可能な内燃機関及び排気浄化装置の概略図である。 本発明の一実施形態に用いられる分散板を説明する概略図である。

図１は、本発明の一実施形態を示す車両の排気浄化装置を示している。同図において符号１は車両の内燃機関であるディーゼルエンジンを示しており、その排気口１ａには排気管を介して排気浄化装置２が接続されている。

排気浄化装置２は、排気通路である排気管３を介してディーゼルエンジン１に接続された酸化触媒４及びＤＰＦ触媒５と、その排気排出方向下流側に排気通路である排気管６を介して配設された選択還元触媒７と、選択還元触媒７の直前に配設された分散板８と、排気管６内の分散板８よりも排気排出方向上流側に配設され排気管６内を通過する排気に対して還元剤としての尿素水を添加する還元剤添加手段としての尿素水添加手段９とを有している。なお、図１中に破線で示した符号１０は、従来用いられている分散部材の配設位置を示している。

図１に示した構成により、ディーゼルエンジン１の排気口１ａから排出された排気は、排気管３を介して酸化触媒４に送られる。酸化触媒４は、例えば白金のような貴金属触媒を担持しており、排気中のＮＯをＮＯ_２に転換する作用と、排気中のＨＣやＣＯ等の有害成分を酸化させる作用とを有している。ＮＯ_２はＮＯよりも酸化作用が強く、ＮＯ_２によって図示しないフィルタ装置に捕獲された粒子状物質の酸化反応が促進される。図示しないフィルタ装置は排気中の粒子状物質を捕獲するフィルタ装置であり、捕獲された粒子状物質はＮＯ_２の強力な酸化作用で燃焼除去される。その後、排気はＤＰＦ触媒５を通過することにより、成分中のパティキュレートマター（ＰＭ）がＤＰＦ触媒５によって捕捉される。

次に、図示しない制御手段からの指令に基づいて尿素水添加手段９が作動を開始し、ＤＰＦ触媒５を通過して排気管６内に進入した排気に対して尿素水１１が添加される。従来の技術では、添加された尿素水は分散部材１０を通過した後に選択還元触媒７に進入する。排気が分散部材１０を通過して選択還元触媒７に進入するとき、供給された尿素水１１は排気中に分散されると共に排気の熱によって加水分解されてアンモニアとＣＯ_２となる。そして、選択還元触媒７において生成されたアンモニアと排気中のＮＯｘとが反応し、窒素及び水に化学変化する。このようにしてＮＯｘが浄化された排気は大気中へと放散される。

上述の動作中、添加された尿素水１１が排気に対して十分に分散混合されないとＮＯｘの浄化が促進されないという問題点がある。そのため従来の分散部材１０では、尿素水添加手段９から添加された尿素水１１が十分に分散されるように、尿素水添加手段９からの距離が３００ｍｍ程度は必要であった。また、分散部材１０を通過した尿素水１１が十分に排気と混合すべく、分散部材１０から選択還元触媒７までの距離が３００ｍｍ程度必要であった。これにより、排気浄化装置が大型化してしまうと共に、レイアウトによっては大幅な設計変更を要するという問題点があった。

本発明は上述の問題点を解決するものであり、本発明の分散板８は選択還元触媒７の直前の位置であって、排気管６の管径が拡大している拡径部に配設されている。
排気管６と同じ材質、例えばステンレスによって形成された分散板８は、図２（ａ）に示すように排気管６の拡径部と同じ外径を有する円形状を呈している。分散板８の中央部には、図２（ｂ）に示すように円錐形状を呈し尿素水添加手段９から添加された尿素水１１が衝突する衝突面を形成する衝突部８ａが形成されている。分散板８は、排気管６の形状にかかわらず、添加された尿素水１１の中心部が衝突部８ａの中心部である頂点に衝突するように、衝突部８ａの円錐形状の頂点が排気管６の排気方向上流側に向けて突出するように排気管６内に配置される。これにより、添加された尿素水１１が頂点から衝突部８ａの半径方向に対して均等に移動することができ、尿素水１１の分散を良好に行うことができる。

衝突部８ａの外方には、衝突部８ａから周辺領域に向けて延出形成された板状部材からなる複数の外周導入部８ｂが設けられている。本実施形態において外周導入部８ｂは、図２（ｃ）に示すように衝突部８ａから８方向の排気管内周壁に向けて放射状に延出形成された板部８ｄから主に構成されており、板部８ｄはその幅が衝突部８ａから遠ざかるに連れて狭くなるように形成されている。これにより、分散板８の周辺部における隙間が分散板８の中央部における隙間よりも大きくなり、尿素水１１の密度が高い中央部よりも尿素水１１の密度が低い周辺部において尿素水１１が通過し易く、分散を良好に行うことができると共に、尿素水１１及び排気が通過する領域を拡大することができ、背圧の上昇を防止することができる。

さらに外周導入部８ｂには、板部８ｄの両側縁部を尿素水１１の添加方向、ここでは排気方向上流側に向けて曲折形成された縁部８ｃが設けられている。各縁部８ｃは板部８ｄの延出端部から４分の１程度中央部方向に寄った位置から隆起して形成されており、その高さは衝突部８ａに近付くに連れて高くなるように形成されている。これにより、衝突部８ａで受けた多量の尿素水１１を、すぐに通過させることなく円周方向へと拡散することができ、尿素水１１の分散を良好に行うことができる。

また、上述の構成により衝突部８ａ近傍では通過する尿素水１１の量が減少するが、分散板８を通過した排気は周辺部から中央部に向けて渦状に回り込む挙動を示すため、周辺部に分散された尿素水１１が排気と混合されつつ中心部にも流通することとなり、尿素水１１と排気とが一様に分散混合された状態で選択還元触媒７に進入することとなる。

本発明によれば、尿素水１１と排気とを一様に分散混合した状態で選択還元触媒７に送り込むことができるので、排気の浄化効率を確実に向上することができる。また、分散板８における排気の通過領域が従来の分散部材に比して大きいので、従来の構成に比して背圧の上昇を防止することができエンジン出力の低下を防止することができる。さらに、分散板８を排気管６の拡径部に配置することにより、排気の通過領域を最大とすることができさらに背圧の上昇を防止することができる。さらに、分散板８を選択還元触媒７の直前に配設することにより、排気が高温の状態で選択還元触媒７に進入するので化学反応のタイミングを早めることができ、浄化効率を向上することができる。従って、分散板８を排気管６の拡径部に配置し、拡径部の下流側に選択還元触媒７を配置することにより、本発明の作用効果を最大限に得ることができる。

上記実施形態では、分散板８を尿素水添加手段９から所定距離離した状態を示したが、分散板８を尿素水添加手段９の直下流位置に配設しても同様の作用効果を得ることができる。これにより、排気浄化装置の小型化を図ることができ、設計上のレイアウトを広げることができる。

上記実施形態では、縁部８ｃとして板部８ｄの両側縁部を直角に曲折形成したものを示したが、縁部８ｃとしてはＵ字形状に折り曲げて形成したものや、別の部材を溶接や溶着、ねじ止めや接着等の手段によって固着させて形成したものを用いてもよい。

以上、本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明は上述した特定の実施形態に限定されるものではなく、上述の説明で特に限定していない限り、特許請求の範囲に記載された本発明の趣旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。本発明の実施の形態に記載された効果は本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は本発明の実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。

１・・・内燃機関（ディーゼルエンジン）、２・・・排気浄化装置、３，６・・・排気通路（排気管）、７・・・選択還元触媒、８・・・分散板、８ａ・・・受液部、８ｂ・・・外周導入部、８ｃ・・・縁部、８ｄ・・・板部、９・・・還元剤添加手段（尿素水添加手段）、１１・・・還元剤（尿素水）

Claims (8)

1. 排気通路に配置されて内燃機関の排気を浄化する選択還元触媒と、前記選択還元触媒の上流側の前記排気通路に配置されて前記排気に還元剤を添加する還元剤添加手段と、を備える排気浄化装置において、
   前記還元剤添加手段と前記選択還元触媒との間の前記排気通路に配置される分散板を備え、前記分散板は、前記還元剤添加手段から添加された還元剤が衝突する衝突面を形成する衝突部と、前記衝突部から延出形成される板部を有して前記衝突部と前記排気通路の内周壁との間に配置される複数の外周導入部とを有することを特徴とする排気浄化装置。
2. 請求項１に記載の排気浄化装置において、
   前記衝突部はその頂点が前記排気通路の上流側に向けて突出する円錐形状であることを特徴とする排気浄化装置。
3. 請求項１または２に記載の排気浄化装置において、
   前記外周導入部は前記衝突部から放射状に配置され、前記板部の両縁が前記排気管の上流側に向けてそれぞれ曲折形成される縁部を形成していることを特徴とする排気浄化装置。
4. 請求項３に記載の排気浄化装置において、
   前記縁部はその高さが前記衝突部に近付くに連れて高くなるように形成されていることを特徴とする排気浄化装置。
5. 請求項３または４に記載の排気浄化装置において、
   前記板部はその幅が前記衝突部から遠ざかるに連れて狭くなるように形成されていることを特徴とする排気浄化装置。
6. 請求項２から５までの何れか一つに記載の排気浄化装置において、
   前記衝突部を形成する前記円錐形状の軸と前記還元剤添加手段の中心軸とが一致して配置されることを特徴とする排気浄化装置。
7. 請求項１から６までの何れか一つに記載の排気浄化装置において、
   前記分散板は前記排気通路の径が広がった拡径部に配設されていることを特徴とする排気浄化装置。
8. 請求項７記載の排気浄化装置において、
   前記選択還元触媒は前記拡径部の下流側に配設されていることを特徴とする排気浄化装置。

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