JP2017190718A - 排ガス浄化装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】排気管への尿素由来物質の堆積に起因するＮＯｘの浄化性能の低下を従来よりも抑制することができる排ガス浄化装置を提供する。【解決手段】噴射ノズル４とＳＣＲ触媒９との間の排気管１の内部に、一方の底が狭口１０であって他方の底が広口１１である中空円錐台１２を、狭口１０側を上流側へ向けて軸方向に複数重ね合わせてなる筒状体１３を設置するとともに、その筒状体１３の両端に位置する中空円錐台１２、１２が、それぞれ外部と移動可能になるように一対の気密扉１４、１５を排気管１に設ける。【選択図】図１

Description

本発明は排ガス浄化装置に関し、更に詳しくは、排気管への尿素由来物質の堆積に起因するＮＯｘ浄化性能の低下を従来よりも抑制した排ガス浄化装置に関する。
ディーゼルエンジンには、排ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を除去することを目的として、噴射ノズルから供給された尿素水が加水分解して生じたアンモニア（ＮＨ3）を、選択還元型触媒（以下、「ＳＣＲ触媒」という。）の存在下で還元剤として作用させてＮＯｘを浄化する尿素ＳＣＲシステムが用いられている。
しかし、尿素ＳＣＲシステムには、寒冷地での冷間始動時などのように、排ガスの温度がＳＣＲ触媒の活性化温度以上であっても排気管が低温となるような場合には、シアヌル酸やビウレットなどの尿素由来物質が、噴射ノズルとＳＣＲ触媒との間の管壁に付着・堆積して、ＮＯｘの浄化性能を低下させてしまうという問題があった。
このような問題を解決するために、特許文献１は、排気通路内にテーパー状の拡張管を設けることで、尿素由来物質の析出を抑制する排気浄化装置を提案している。しかしながら、このような排気浄化装置では、拡張管の内面にも尿素由来物質が堆積するため、効果が不十分となるおそれがある。
特開２０１４−１１４７６４号公報
本発明の目的は、排気管への尿素由来物質の堆積に起因するＮＯｘの浄化性能の低下を従来よりも抑制することができる排ガス浄化装置を提供することにある。
上記の目的を達成する本発明の排ガス浄化装置は、ディーゼルエンジンの排気管に設置された尿素水を供給する噴射ノズル及び選択型還元触媒を有する排ガス浄化装置において、前記噴射ノズルと前記選択型還元触媒との間の前記排気管の内部に設置された、一方の底が狭口であって他方の底が広口である中空円錐台を、前記一方の底を上流側へ向けて軸方向に複数重ね合わせてなる筒状体と、前記筒状体の両端に位置する中空円錐台が、それぞれ外部と移動可能になるように前記排気管に設けられた一対の気密扉とを備えることを特徴とするものである。
本発明の排ガス浄化装置によれば、尿素ＳＣＲシステムにおける尿素水の噴射ノズルの下流側の排気管を二重管構造にして、その内側管を尿素由来物質が堆積した部分のみが交換可能となるように構成したので、排気管への尿素由来物質の堆積に起因するＮＯｘ浄化性能の低下を従来よりも抑制することができる。
本発明の実施形態からなる排ガス浄化装置の構成図である。 連結管の構造を示す断面図である。 中空円錐台の形状を示す断面図である。 排ガス浄化装置の使用方法を説明する断面図である。 連結管の別の例の構造を示す断面図である。
以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態からなる排ガス浄化装置を示す。
この排ガス浄化装置は、車両に搭載されており、ディーゼルエンジン（図示せず）の排ガスＧが流れる排気管１に、上流側から順に介設された第１触媒コンバーター２及び第２触媒コンバーター３を有している。それらの第１触媒コンバーター２と第２触媒コンバーター３とは、直線部５ａの一端に尿素水の噴射ノズル４が設置された略Ｓ字状の連結管５（排気管１の一部）により、互いに並行に位置するように接続されている。
第１触媒コンバーター２内には、前段に酸化触媒（ＤＯＣ）６が配置されたＰＭ捕集フィルター７が格納されている。ＤＯＣ６は、排ガスＧの混合機能を有する構造に成形した金属製の担持体に、ロジウム、酸化セリウム、白金、酸化アルミニウム等を担持して形成される。また、ＰＭ捕集フィルター７は、多孔質セラミック製のハニカムのチャンネル（セル）の入口と出口を交互に目封じしたモノリスハニカム型のウオールフロータイプのフィルターから形成される。
第２触媒コンバーター３内には、後段にアンモニアスリップ防止触媒（ＡＳＣ）８が配置されたＳＣＲ触媒９が格納されている。ＳＣＲ触媒９は、コージェライトや酸化アルミニウムや酸化チタン等で形成されるハニカム構造等の担体に、鉄イオン交換アルミノシリケートや銅イオン交換アルミノシリケートなどのゼオライト触媒を担持して形成される。この第２触媒コンバーター３と噴射ノズル４とにより、尿素ＳＣＲシステムが構成される。
この排ガス浄化装置の機能は次のようになる。ディーゼルエンジンから排出された排ガスＧは、第１触媒コンバーター２へ流入すると、ＤＯＣ６において炭化水素（ＨＣ）及び一酸化炭素（ＣＯ）を分解除去されてから、ＰＭ捕集フィルター７においてＰＭが除去される。第１触媒コンバーター２から流出した排ガスＧは、連結管５において噴射ノズル４から噴射された尿素水が加水分解して生成したＮＨ3を同伴して、第２触媒コンバーター３へ流入する。そして、ＳＣＲ触媒９においてＮＨ3の還元作用によりＮＯｘが浄化されてから、ＡＳＣ８においてＮＯｘと反応しきれなかったＮＨ3が酸化されてＮ2と水とに分解される。第２触媒コンバーター３から流出した排ガスＧは、排出管（図示せず）を通じて外部へ放出される。
このような排ガス浄化装置において、連結管５の直線部５ａは、図２に示すように、一方の底が狭口１０であって他方の底が広口１１である中空円錐台１２を、狭口１０側を上流側へ向けて軸方向に複数を重ね合わせてなる筒状体１３を内蔵する二重管構造になっている。また、連結管５の直線部５ａの両端部には、中空円錐台１２が通過可能な大きさの気密扉１４、１５がそれぞれ設けられている。なお、噴射ノズル４は、上流側の気密扉１４を貫通するようにして取り付けられている。
内側管となる筒状体１３を構成する中空円錐台１２の材料には、軽量で耐熱性に優れたアルミニウム合金が好ましく用いられる。それぞれの中空円錐台１２の広口１１側の外径は連結管５の内径よりも小さいが、広口１１側の外周（リップ部）に取り付けられた弾性部材１６、例えばステンレス鋼のバネが連結管５の内面を付勢することにより、筒状体１３が容易に移動しないようになっている。また、狭口１０側の内周は、筒状体１３の中空部分が直線状に延びるように、面取り加工がなされている。それぞれの中空円錐台１２は、図３に示すように、その高さＨの７０〜９０％程度が互いに重なり合うように、広口径Ｗに対する狭口径Ｎの比（Ｎ／Ｗ）を、約０．４〜０．６の範囲の大きさにすることが好ましい。
この排ガス浄化装置の使用に際しては、まず両方の気密扉１４、１５を閉じた状態で排ガスＧの浄化処理を行う。そして、図４に示すように、筒状体１３における上流側の端部に位置する中空円錐台１２Ａの内面に、尿素由来物質が予め設定されたしきい値以上に堆積したものと判断したときには、ディーゼルエンジンの停止後に、上流側の気密扉１４を開いて尿素由来物質が堆積している中空円錐台１２Ａを取り出すとともに、下流側の気密扉１５を開いて新たな中空円錐台１２Ｚを連結管５内に押し入れて、筒状体１３が元の位置になるようにする。なお、中空円錐台１２の内面に尿素由来物質がしきい値以上に堆積したか否かは、予め設定された期間や連結管５内の圧力差などに基づいて決定する。
このように、尿素水の噴射ノズル４の下流側の排気管１を二重管構造にして、その内側管を尿素由来物質が堆積した部分のみが交換可能となるように構成したので、排気管１への尿素由来物質の堆積に起因するＮＯｘ浄化性能の低下を従来よりも抑制することができるのである。
上記の排ガス浄化装置においては、図５に示すように、筒状体１３を、軸方向の中心軸Ｃが噴射ノズル４から噴射される尿素水の噴霧１７の中心軸Ｌと一致し、かつ噴射ノズル４に対向する中空円錐台１２Ａの狭口１０が、噴射ノズル４から放射状に噴射された噴霧１７を外囲するように配置することが望ましい。
そのようにすることで、中空円錐台１２の外面や連結管５の内面への尿素由来物質の堆積を抑制できるとともに、第２触媒コンバーター３内のＳＣＲ触媒９へのＮＨ3の到達を確実にすることができる。
１ 排気管
２ 第１触媒コンバーター
３ 第２触媒コンバーター
４ 噴射ノズル
５ 連結管
９ ＳＣＲ触媒
１０ 狭口
１１ 広口
１２ 中空円錐台
１３ 筒状体
１４、１５ 気密扉
１６ 弾性部材
１７ 噴霧

Claims (3)

  1. ディーゼルエンジンの排気管に設置された尿素水を供給する噴射ノズル及び選択型還元触媒を有する排ガス浄化装置において、
    前記噴射ノズルと前記選択型還元触媒との間の前記排気管の内部に設置された、一方の底が狭口であって他方の底が広口である中空円錐台を、前記一方の底を上流側へ向けて軸方向に複数重ね合わせてなる筒状体と、
    前記筒状体の両端に位置する中空円錐台が、それぞれ外部と移動可能になるように前記排気管に設けられた一対の気密扉と、を備えることを特徴とする排ガス浄化装置。
  2. 前記中空円錐台が、前記排気管の内壁を付勢する弾性部材を前記広口側の外周に有する請求項１に記載の排ガス浄化装置。
  3. 前記筒状体が、その軸方向の中心軸と前記噴射ノズルの噴射軸とが一致するとともに、その端部に位置する前記中空円錐台の狭口が、該噴射ノズルから噴射された尿素水を外囲するように配置されている請求項１又は２に記載の排ガス浄化装置。
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