JP2019183667A

JP2019183667A - 排気管

Info

Publication number: JP2019183667A
Application number: JP2018071344A
Authority: JP
Inventors: 遊大景山; Yudai Kageyama; 悠貴上田; Yuki Ueda
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2018-04-03
Filing date: 2018-04-03
Publication date: 2019-10-24
Also published as: WO2019194169A1

Abstract

【課題】排気管において、還元剤の加水分解を促進する排気管であって、部品点数が減少し、圧力損失が大きくなりづらくする。【解決手段】排気管２は、車両のエンジン１で生じる排気ガスを通す排気管２であって、円筒形状の外管２１と、外管２１の内側面に設けられた、排気管２を通過する排気ガスを浄化するための浄化用物質を生成するために用いられる還元剤の加水分解反応を促進する触媒層２２と、を有する。触媒層２２はアルミナ又はチタニアが含まれている。【選択図】図１

Description

本開示は、車両に設けられている排気管に関する。

従来、車両には排気ガスを浄化する排気浄化装置が設けられている。特許文献１には、尿素水添加装置、ミキサ、及び選択型還元触媒（ＳＣＲ（ＳＣＲ：ＳｅｌｅｃｔｉｖｅＣａｔａｌｙｔｉｃＲｅｄｕｃｔｉｏｎ）触媒）を有する排気浄化装置が開示されている。特許文献１で示す排気浄化装置においては、ミキサが、ミキサに設けられている複数の分散板とミキサの内壁との間に、加水分解触媒を担持しており、還元剤の加水分解を促進する構造が開示されている。

特開２００６−９６０８号公報

特許文献１に示すように、排気浄化装置において、ミキサが、ミキサに設けられている複数の分散板とミキサの内壁との間に、加水分解触媒を担持しており、還元剤の加水分解を促進する構造である場合、排気浄化装置は、ミキサが設けられていることで部品点数が増加したり、ミキサによって排気管における圧力損失が大きくなり易かったりするという問題が生じていた。

そこで、本開示はこれらの点に鑑みてなされたものであり、還元剤の加水分解を促進する排気管であって、部品点数が減少し、圧力損失が大きくなりづらい排気管を提供することを目的とする。

本開示の第１の態様においては、車両のエンジンで生じる排気ガスを通す排気管であって、円筒形状の外管と、前記外管の内側面に設けられた、前記排気管を通過する排気ガスを浄化するための浄化用物質を生成するために用いられる還元剤の加水分解反応を促進する触媒層と、を有することを特徴とする排気管を提供する。

また、前記触媒層はアルミナ又はチタニアが含まれていてもよい。また、前記還元剤を前記触媒層の内側で噴出させる噴出口をさらに有していてもよい。

また、前記外管と接続されており、かつ前記排気ガスと前記還元剤の加水分解によって生成された前記浄化用物質との化学反応を促進する選択型還元触媒を収容可能な第２排気管をさらに有し、前記触媒層は、前記排気管の長手方向における前記噴出口が設けられている位置から前記外管と前記第２排気管とが接続されている位置までの全ての領域に設けられていてもよい。また、前記触媒層は、前記排気管の内側面における少なくとも周方向の全ての領域に設けられていてもよい。

本開示によれば、還元剤の加水分解を促進する排気管であって、部品点数が減少し、圧力損失が大きくなりづらくなるという効果を奏する。

本実施形態に係る排気管が車両に設けられている状態を示す。本実施形態に係る排気管の一部の拡大図である。図２のＸ−Ｘ線断面図である。

＜本実施形態＞
［本実施形態に係る排気管２の概要］
図１は、本実施形態に係る排気管２が車両に設けられている状態を示す図である。図２は、本実施形態に係る排気管２の一部の拡大図である。図３は、図２のＸ−Ｘ線断面図である。

車両は、エンジン１、及び排気管２を有する。エンジン１は、燃料と空気を供給して燃焼させることで、車両を駆動するための動力を発生する。エンジン１は、例えばディーゼルエンジンである。燃料は、例えば軽油である。

排気管２は、例えば、尿素選択型還元触媒（尿素ＳＣＲ：ＵｒｅａＳｅｌｅｃｔｉｖｅＣａｔａｌｙｔｉｃＲｅｄｕｃｔｉｏｎ）システムを構成する部材である。尿素選択型還元触媒システムは、還元剤として尿素水を添加して排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯ_ｘ）を低減させることで排気ガスを浄化する。

排気管２は、エンジン１で生じる排気ガスを通し、排気ガスと還元剤を混合し、排気ガスを浄化するための浄化用物質を生成するために用いられる還元剤の加水分解反応を促進する。還元剤は、例えば尿素水（ＣＯ（ＮＨ_２）_２）である。尿素水（ＣＯ（ＮＨ_２）_２）は、車両に設けられている尿素水タンクに収容されている。排気管２の詳細は後述する。

［排気管２の構造］
排気管２は、外管２１、触媒層２２、第２排気管２３、及び流入部２４を有する。外管２１は、例えば円筒形状の金属製の管である。外管２１は、一端が例えばエンジン１に接続されており、かつ他端が第２排気管２３に接続されている。

触媒層２２は、外管２１の内側面に設けられている。触媒層２２は、排気管２を通過する排気ガスを浄化するための浄化用物質を生成するために用いられる還元剤の加水分解反応を促進する。浄化用物質は、後述するように第１反応生成物であるアンモニア（ＮＨ_３）である。触媒層２２は、例えば、アルミナ又はチタニアが含まれている。触媒層２２は、外管２１の内側面に、例えば蒸着されている。

第２排気管２３は、選択型還元触媒（ＳＣＲ触媒）を収容可能な排気管である。第２排気管２３の内側には、選択型還元触媒（ＳＣＲ触媒）が収容されている。選択型還元触媒（ＳＣＲ触媒）は、後述する脱硝反応を促進する。具体的には、選択型還元触媒（ＳＣＲ触媒）は、排気ガスと還元剤の加水分解によって生成された浄化用物質との化学反応を促進する。選択型還元触媒（ＳＣＲ触媒）は、例えばセラミックス、又は酸化チタンが含まれる。第２排気管２３は、外管２１と接続されている。具体的には、第２排気管２３は、排気管２の長手方向におけるエンジン１側とは反対側の端部に接続されている。

流入部２４は、還元剤を流入させる。還元剤は、例えば尿素水（ＣＯ（ＮＨ_２）_２）である。流入部２４は、排気管２の長手方向におけるエンジン１側の端部と第２排気管２３側の端部との間に設けられている。流入部２４は、例えば円筒形状であり、噴出口２４１を有する。噴出口２４１は、還元剤が噴出する開口である。噴出口２４１は、還元剤を触媒層２２の内側で噴出させる。流入部２４は、例えば先端にノズルを有し、噴出口２４１は、当該ノズルの開口である。

流入部２４は、例えば、排気管２の外側面に設けられている孔を貫通して、噴出口２４１が排気管２の内側に位置するようにして排気管２に設けられている。排気管２には、このように流入部２４が設けられていることで、還元剤を排気管２の内側から噴出させて、還元剤を排気管２の内側面に設けられている触媒層２２に接するようにすることができる。

流入部２４から触媒層２２の内側に流入した還元剤は、排気管２の内側において、エンジン１側から流れてきた排気ガスと混合する。そして、排気管２の内側では、加水分解反応が生じる。具体的には、排気管２の内側において、還元剤は、排気ガス中に含まれる水と反応して複数の第１反応生成物を生じる。第１反応生成物は、例えばアンモニア（ＮＨ_３）と二酸化炭素（ＣＯ_２）を含む。このときの化学反応式は、例えば、以下の式１）で示される。
（ＮＨ_２）_２ＣＯ＋Ｈ_２Ｏ→２ＮＨ_３＋ＣＯ_２・・・式１）

そして、排気管２では、加水分解反応が生じた後に、脱硝反応が生じる。具体的には、排気管２では、加水分解反応によって生じた第１反応生成物が、排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯ_ｘ）と反応して複数の第２反応生成物を生じる。より具体的には、複数の第１反応生成物のうちのアンモニア（ＮＨ_３）は、排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯ_ｘ）と反応して、窒素（Ｎ_２）と水（Ｈ_２Ｏ）を生成する。このときの化学反応式は、例えば、以下の式２）〜式４）で示される。

４ＮＨ_３＋４ＮＯ＋Ｏ_２→４Ｎ_２＋６Ｈ_２Ｏ・・・式２）
４ＮＨ_３＋２ＮＯ_２＋Ｏ_２→３Ｎ_２＋６Ｈ_２Ｏ・・・式３）
２ＮＨ_３＋ＮＯ＋ＮＯ_２→２Ｎ_２＋３Ｈ_２Ｏ・・・式４）

第２排気管２３に収納されている選択型還元触媒（ＳＣＲ触媒）は、上記で示す脱硝反応を促進する。このようにして、エンジン１で生じた排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯ_ｘ）は、窒素（Ｎ_２）と水（Ｈ_２Ｏ）に分解されることで低減する。この結果、エンジン１で生じた排気ガスの清浄度合いは向上する。

本実施形態に係る排気管２は、外管２１の内側面に、上述した加水分解反応を促進する触媒層２２が設けられている。よって、排気管２は、外管２１の内側において加水分解反応を促進し、第１反応生成物であるアンモニア（ＮＨ_３）を生成し易くする。この結果、排気管２は、第２排気管２３で、上述したように脱硝反応によって排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯ_ｘ）を減少させることができるので、排気ガスの清浄度合いを向上させることができる。

流入部２４の噴出口２４１は、排気管２の径方向における中心に位置していてもよい。排気管２は、このような構造を有することで、エンジン１側から流れてくる排気ガス、及び噴出口２４１から噴出した還元剤が、外管２１の内側面における周方向において、触媒層２２に均等に接触し易くなる。この結果、排気管２は、加水分解反応をより促進し易くなり、第１反応生成物であるアンモニア（ＮＨ_３）の生成量を増大させることができる。

触媒層２２は、排気管２の内側面における少なくとも周方向の全ての領域に設けられていてもよい。「全ての領域に設けられている」とは、ほぼ全体に満べんなく設けられていることを意味し、１０％以下の領域に触媒層２２が設けられている場合も含む。

排気管２は、このような構造を有することで、エンジン１側から流れてくる排気ガス、及び噴出口２４１から噴出した還元剤が、触媒層２２と接する面積をより大きくすることができる。この結果、排気管２は、加水分解反応をより促進し易くなり、第１反応生成物であるアンモニア（ＮＨ_３）の生成量を増大させることができる。

また、触媒層２２は、排気管２の長手方向における噴出口２４１が設けられている位置から外管２１と第２排気管２３とが接続されている位置までの全ての領域に設けられていてもよい。排気管２は、このような構造を有することで、エンジン１側から流れてくる排気ガス、及び噴出口２４１から噴出した還元剤が、触媒層２２と接する面積をより大きくすることができる。この結果、排気管２は、加水分解反応をより促進し易くなり、第１反応生成物であるアンモニア（ＮＨ_３）の生成量を増大させることができる。

［本実施形態に係る排気管２による効果］
本実施形態に係る排気管２は、車両のエンジン１で生じる排気ガスを通す排気管２であって、円筒形状の外管２１と、外管２１の内側面に設けられた、排気管２を通過する排気ガスを浄化するための浄化用物質を生成するために用いられる還元剤の加水分解反応を促進する触媒層２２と、を有する。

本実施形態に係る排気管２は、このように、円筒形状の外管２１の内側面に設けられた、還元剤の加水分解反応を促進する触媒層２２を有するので、還元剤の加水分解反応を促進しつつ、部品点数が減少し、圧力損失が大きくなりづらくなる。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、装置の分散・統合の具体的な実施の形態は、以上の実施の形態に限られず、その全部又は一部について、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。また、複数の実施の形態の任意の組み合わせによって生じる新たな実施の形態も、本発明の実施の形態に含まれる。組み合わせによって生じる新たな実施の形態の効果は、もとの実施の形態の効果を合わせ持つ。

１・・・エンジン
２・・・排気管
２１・・・外管
２２・・・触媒層
２３・・・第２排気管
２４・・・流入部
２４１・・・噴出口

Claims

車両のエンジンで生じる排気ガスを通す排気管であって、
円筒形状の外管と、
前記外管の内側面に設けられた、前記排気管を通過する排気ガスを浄化するための浄化用物質を生成するために用いられる還元剤の加水分解反応を促進する触媒層と、
を有することを特徴とする排気管。
前記触媒層はアルミナ又はチタニアが含まれていることを特徴とする、
請求項１に記載の排気管。
前記還元剤を前記触媒層の内側で噴出させる噴出口をさらに有することを特徴とする、
請求項１又は２に記載の排気管。
前記外管と接続されており、かつ前記排気ガスと前記還元剤の加水分解によって生成された前記浄化用物質との化学反応を促進する選択型還元触媒を収容可能な第２排気管をさらに有し、
前記触媒層は、前記排気管の長手方向における前記噴出口が設けられている位置から前記外管と前記第２排気管とが接続されている位置までの全ての領域に設けられていることを特徴とする、
請求項３に記載の排気管。
前記触媒層は、前記排気管の内側面における少なくとも周方向の全ての領域に設けられていることを特徴とする、
請求項１から４のいずれか一項に記載の排気管。