JP2020023914A

JP2020023914A - エンジンの排気後処理装置

Info

Publication number: JP2020023914A
Application number: JP2018148129A
Authority: JP
Inventors: 健朗中島; Takero Nakajima
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2018-08-07
Filing date: 2018-08-07
Publication date: 2020-02-13

Abstract

【課題】ＮＯｘ選択還元触媒の温度低下に起因するＮＯｘ還元性能の低下を抑制することができるエンジンの排気後処理装置を提供する。【解決手段】エンジンの排気後処理装置１０は、エンジン２から排出された排気が通過する内側管部３１と、内側管部３１の内部に配置されたＮＯｘ選択還元触媒４０と、内側管部３１の外側に配置されるとともに内側管部３１の外周面３１ａとの間に環状通路部３７を区画する外側管部３２と、内側管部３１を通過した排気を環状通路部３７に導入する排気導入部３４と、を備える。【選択図】図２

Description

本開示は、エンジンの排気後処理装置に関する。

従来、エンジンから排出された排気中のＮＯｘを選択的に還元するＮＯｘ選択還元触媒を有する排気後処理装置が知られている（例えば特許文献１参照）。具体的には、特許文献１に係る排気後処理装置は、ＮＯｘ選択還元触媒として、ＳＣＲ（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ
ＣａｔａｌｙｔｉｃＲｅｄｕｃｔｉｏｎ）触媒を備えている。

特開２０１２−１２７３１１号公報

ＮＯｘ選択還元触媒は、その温度が低下した場合に、触媒活性状態が悪化する結果、ＮＯｘ還元性能が低下してしまう。

本開示は、上記のことを鑑みてなされたものであり、その目的は、ＮＯｘ選択還元触媒の温度低下に起因するＮＯｘ還元性能の低下を抑制することができるエンジンの排気後処理装置を提供することである。

上記目的を達成するため、本発明の態様に係るエンジンの排気後処理装置は、エンジンから排出された排気が通過する内側管部と、前記内側管部の内部に配置されたＮＯｘ選択還元触媒と、前記内側管部の外側に配置されるとともに前記内側管部の外周面との間に環状通路部を区画する外側管部と、前記内側管部を通過した排気を前記環状通路部に導入する排気導入部と、を備える。

本発明の態様によれば、ＮＯｘ選択還元触媒の温度低下に起因するＮＯｘ還元性能の低下を抑制することができる。

実施形態に係る排気後処理装置が適用されたエンジンシステムの概略構成を説明するための模式的構成図である。実施形態に係る二重管部の詳細を説明するための模式的拡大断面図である。実施形態に係る二重管部のＡ−Ａ線断面を模式的に示す断面図である。

以下、実施形態に係るエンジンの排気後処理装置１０（以下、排気後処理装置１０と略称する）について、図面を参照しつつ説明する。図１は、本実施形態に係る排気後処理装置１０が適用されたエンジンシステム１の概略構成を説明するための模式的構成図である。本実施形態に係るエンジンシステム１は、車両に搭載されている。この車両の具体的な種類は特に限定されるものではなく、乗用車や、トラック、バス等の種々の車両を用いることができる。エンジンシステム１は、エンジン２と、エンジン２から排出された排気（Ｇ）が通過する排気通路３とを備えている。本実施形態では、エンジン２の具体例として、ディーゼルエンジンを用いている。排気通路３の上流側端部は、エンジン２の排気ポートに連通している。

また、エンジンシステム１は、酸化触媒４及びフィルタ５を備えている。酸化触媒４は、排気通路３におけるフィルタ５よりも上流側の箇所に配置されている。酸化触媒４は、排気が通過可能な担持体に、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）等の貴金属触媒が担持された構成を有している。酸化触媒４は、その貴金属触媒の酸化触媒作用によって、排気中の一酸化窒素（ＮＯ）を二酸化窒素（ＮＯ_２）に変化させる酸化反応を促進させる。排気温度が所定温度以上になった場合、この酸化触媒４において生成された二酸化窒素によって、フィルタ５のＰＭ（ＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅＭａｔｔｅｒｓ；粒子状物質）を燃焼させて、二酸化炭素（ＣＯ_２）として排出させることができる。

フィルタ５は、排気通路３における酸化触媒４よりも下流側の箇所に配置されている。フィルタ５は、排気に含まれるＰＭを捕集することで、排気からＰＭを除去するＰＭ除去用のフィルタである。このような機能を有するものであれば、フィルタ５の具体的な種類は特に限定されるものではないが、本実施形態においては、フィルタ５の一例として、ウォールフロータイプのディーゼルパティキュレートフィルタを用いている。

以上のようなエンジンシステム１に、本実施形態に係る排気後処理装置１０は適用されている。続いて排気後処理装置１０の構成について説明する。排気後処理装置１０は、排気中のＮＯｘを還元することで、排気を浄化する排気後処理装置である。このような排気後処理装置１０の一例として、本実施形態では、尿素水の加水分解によって生成されたアンモニアを用いて排気中のＮＯｘを還元するＳＣＲ装置を用いている。

具体的には、本実施形態に係る排気後処理装置１０としてのＳＣＲ装置は、尿素水供給機構２０と、二重管部３０と、二重管部３０の内部に配置されたＮＯｘ選択還元触媒４０及びアンモニアスリップ触媒５０とを備えている。

尿素水供給機構２０は、ＮＯｘ選択還元触媒４０よりも排気流動方向で上流側（本実施形態では、さらにフィルタ５よりも排気流動方向で下流側）の排気中に尿素水を供給する機構である。このような機構であれば、尿素水供給機構２０の具体的な構成は特に限定されるものではないが、本実施形態に係る尿素水供給機構２０は、一例として、尿素水貯留部２１と、尿素水供給通路２２と、ポンプ２３と、尿素水噴射装置２４とを備えている。

尿素水貯留部２１は、尿素水を貯留する部材であり、本実施形態では尿素水貯留タンクによって構成されている。尿素水供給通路２２は、尿素水貯留部２１の尿素水を尿素水噴射装置２４に供給するための通路であり、具体的には、尿素水貯留部２１と尿素水噴射装置２４とを連通する通路によって構成されている。ポンプ２３は、尿素水供給通路２２に配置されており、尿素水を尿素水噴射装置２４に向けて圧送する。尿素水噴射装置２４は、制御装置（図示せず）によって制御されることで尿素水を噴射する装置であり、具体的には、尿素水噴射弁によって構成されている。本実施形態に係る尿素水噴射装置２４は、ＮＯｘ選択還元触媒４０よりも上流側且つフィルタ５よりも下流側の排気に向けて、尿素水を噴射する。

図２は、二重管部３０の詳細を説明するための模式的拡大断面図である。図３は、二重管部３０のＡ−Ａ線断面を模式的に示す断面図である。図２及び図３を参照して、二重管部３０は、内側管部３１と、外側管部３２と、側壁３３ａ及び側壁３３ｂと、排気導入部３４と、螺旋状突起部３５とを備えている。なお、図２及び図３には、参考用として、Ｘ−Ｙ−Ｚの直交座標が図示されている。この直交座標のＸ軸は、内側管部３１及び外側管部３２の軸線（中心軸を示す線）に平行な軸となっている。また、−Ｘ方向は、内側管部
３１の内部を流動する排気の流動方向となっている。また、螺旋状突起部３５を視認し易くするために、図３において螺旋状突起部３５には、斜め格子状のハッチが施されている。

内側管部３１は、その内部に、ＮＯｘ選択還元触媒４０及びアンモニアスリップ触媒５０を収容している。なお、アンモニアスリップ触媒５０は、内側管部３１の内部において、ＮＯｘ選択還元触媒４０よりも排気流動方向で下流側の箇所に配置されている。

内側管部３１の上流側端部には、排気入口部３６が設けられている。この排気入口部３６には、排気通路３における二重管部３０よりも上流側の部分の下流側端部が接続されている。排気入口部３６から流入した排気（すなわち、フィルタ５を通過後の排気）は、ＮＯｘ選択還元触媒４０を通過し、次いで、アンモニアスリップ触媒５０を通過する。アンモニアスリップ触媒５０を通過した排気は、内側管部３１の下流側端部の開口部を通過して、後述する排気導入部３４に流入する。

なお、本実施形態に係る内側管部３１は、ＮＯｘ選択還元触媒４０及びアンモニアスリップ触媒５０を収容している部分の上流側端部に、上流側に向かうに従って径が縮小する円錐形状部を備えている。そして、この円錐形状部の上流側端部に前述した排気入口部３６が設けられている。但し、内側管部３１の構成は、その内部にＮＯｘ選択還元触媒４０やアンモニアスリップ触媒５０を収容できるものであればよく、図２に例示する構成に限定されるものではない。

ＮＯｘ選択還元触媒４０は、尿素水噴射装置２４から噴射された尿素水の加水分解によって生成されたアンモニア（ＮＨ_３）を用いて排気中のＮＯｘを選択的に還元する触媒である。ＮＯｘ選択還元触媒４０の具体的な種類は特に限定されるものではなく、例えば、バナジウム（Ｖ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、ゼオライト等の、公知のＮＯｘ選択還元触媒を用いることができる。

尿素水噴射装置２４から噴射された尿素水の噴霧粒子は、排気中で気化して加水分解される。この結果、アンモニアが生成される。このアンモニアはＮＯｘ選択還元触媒４０の触媒作用の下で排気中のＮＯｘを還元させる。この結果、窒素及び水が生成される。このようにして、排気後処理装置１０は、排気中のＮＯｘの低減を図っている。

アンモニアスリップ触媒５０は、ＮＯｘ選択還元触媒４０を通過したアンモニアを酸化させるための酸化触媒である。本実施形態によれば、このようなアンモニアスリップ触媒５０を備えているので、ＮＯｘ選択還元触媒４０を通過したアンモニアが排気とともに大気中へ排出されることが効果的に抑制されている。

外側管部３２は、内側管部３１の外側に配置されている。また、外側管部３２は、内側管部３１の外周面３１ａとの間に、環状通路部３７を区画している。具体的には、この環状通路部３７は、外側管部３２の内周面３２ａと内側管部３１の外周面３１ａとの間の部分に形成された環状の内部排気通路である。

側壁３３ａは、外側管部３２の−Ｘ方向側の端部を閉塞するように外側管部３２に接続されている。側壁３３ｂは、外側管部３２のＸ方向側の端部を閉塞するように外側管部３２に接続されている。この側壁３３ｂの一部には、排気出口部３８が設けられている。この排気出口部３８には、排気通路３における二重管部３０よりも下流側の部分の上流側端部が接続されている。また、側壁３３ｂには、内側管部３１のＸ方向側の端部（排気入口部３６の部分）も接続されている。

排気導入部３４は、内側管部３１を通過した排気を環状通路部３７に導入する内部排気通路である。本実施形態に係る排気導入部３４は、一例として、側壁３３ａと内側管部３１の下流側端面とによって区画された領域に形成されている。

螺旋状突起部３５は、環状通路部３７に配置された螺旋状の突起によって構成されている。この螺旋状突起部３５は、環状通路部３７を通過する排気を内側管部３１の周囲を螺旋状に旋回させる機能を有している。具体的には、本実施形態に係る螺旋状突起部３５は、内側管部３１の外周面３１ａ、より具体的には、内側管部３１におけるＮＯｘ選択還元触媒４０及びアンモニアスリップ触媒５０を収容している部分の外周面３１ａに接続されている。

但し、螺旋状突起部３５の具体的な接続箇所は、内側管部３１の外周面３１ａに限定されるものではない。螺旋状突起部３５の接続箇所の他の例を挙げると、螺旋状突起部３５は外側管部３２の内周面３２ａに接続されていてもよく、内側管部３１の外周面３１ａと外側管部３２の内周面３２ａとを連結するように接続されていてもよい。

また、本実施形態に係る螺旋状突起部３５は、環状通路部３７に連続的に配置されているが、螺旋状突起部３５の構成はこれに限定されるものではなく、螺旋状突起部３５は環状通路部３７に断続的に配置されていてもよい。

なお、螺旋状突起部３５は、環状通路部３７を通過する排気の流れを変える突起部の具体例である。但し、この突起部の構成は、上述したような螺旋状突起部３５に限定されるものではなく、例えば排気後処理装置１０は、環状通路部３７を通過する排気の流れを変える突起部として、螺旋状でない突起部を備えていてもよい。

二重管部３０において、排気入口部３６から二重管部３０の内部に流入した排気（Ｇ）は、内側管部３１の内部に収容されたＮＯｘ選択還元触媒４０及びアンモニアスリップ触媒５０をこの順序で通過した後に、排気導入部３４を通過して、環状通路部３７に流入する。環状通路部３７に流入した排気は、螺旋状突起部３５によってガイドされることで、内側管部３１の周囲を螺旋状に旋回しながら、全体的にＸ方向側に流動していく。そして、この環状通路部３７を通過した排気は、排気出口部３８から排出されて、排気出口部３８に接続された排気通路３に流入する。このように、排気は二重管部３０の内部を流動する。

以上説明したような本実施形態に係る排気後処理装置１０によれば、環状通路部３７の排気によって、内側管部３１の内部に配置されたＮＯｘ選択還元触媒４０の保温を図ることができる。これにより、ＮＯｘ選択還元触媒４０の温度が低下することを抑制することができる。この結果、ＮＯｘ選択還元触媒４０の温度低下に起因するＮＯｘ還元性能の低下を抑制することができる。

また、一般に、ＮＯｘ選択還元触媒４０がフィルタ５よりも排気流動方向で下流側に配置されている場合には、排気がフィルタ５を通過することで排気温度が低下し易くなるので、ＮＯｘ選択還元触媒４０に流入する排気の温度も低くなり易い傾向がある。これに対して、本実施形態によれば、ＮＯｘ選択還元触媒４０がフィルタ５よりも下流側に配置されている場合であっても、上述したように、ＮＯｘ選択還元触媒４０の保温が図られているので、ＮＯｘ選択還元触媒４０の温度低下を抑制することができ、以って、ＮＯｘ選択還元触媒４０のＮＯｘ還元性能の低下を抑制して、排気後処理装置１０による排気浄化性能の低下を抑制することができる。

また、本実施形態によれば、環状通路部３７に、排気の流れを変える突起部の具体例と
して螺旋状突起部３５が配置されており、これにより、環状通路部３７の排気が螺旋状に旋回しているので、排気が環状通路部３７を通過する時間を効果的に長くすることができる。これにより、内側管部３１が長時間、排気にさらされることになるので、排気によるＮＯｘ選択還元触媒４０の保温効果を高めることができる。

また、本実施形態によれば、内側管部３１の内部には、ＮＯｘ選択還元触媒４０の他に、アンモニアスリップ触媒５０も配置されているので、アンモニアスリップ触媒５０の保温も図ることができる。これにより、アンモニアスリップ触媒５０の温度低下を抑制することができる。

なお、上述した実施形態において、排気後処理装置１０は、螺旋状突起部３５やアンモニアスリップ触媒５０を備えているが、この構成に限定されるものではない。排気後処理装置１０は、螺旋状突起部３５を備えていない構成とすることもでき、また、アンモニアスリップ触媒５０を備えていない構成とすることもできる。

なお、上述した実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定するものではない。上述した実施形態は、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内において、さらなる変形・変更が可能である。

１エンジンシステム
２エンジン
３排気通路
４酸化触媒
５フィルタ
１０エンジンの排気後処理装置
２０尿素水供給機構
３０二重管部
３１内側管部
３１ａ外周面
３２外側管部
３２ａ内周面
３４排気導入部
３５螺旋状突起部
３７環状通路部
４０ＮＯｘ選択還元触媒
５０アンモニアスリップ触媒

Claims

エンジンから排出された排気が通過する内側管部と、
前記内側管部の内部に配置されたＮＯｘ選択還元触媒と、
前記内側管部の外側に配置されるとともに前記内側管部の外周面との間に環状通路部を区画する外側管部と、
前記内側管部を通過した排気を前記環状通路部に導入する排気導入部と、を備えるエンジンの排気後処理装置。
前記環状通路部に配置されて、前記環状通路部を通過する排気の流れを変える突起部をさらに備える請求項１記載のエンジンの排気後処理装置。
前記突起部は、前記環状通路部を通過する排気を前記内側管部の周囲を螺旋状に旋回させる螺旋状の突起部である請求項２記載のエンジンの排気後処理装置。
前記内側管部の前記内部における前記ＮＯｘ選択還元触媒よりも排気流動方向で下流側の箇所に配置されたアンモニアスリップ触媒をさらに備える請求項１〜３のいずれか１項に記載のエンジンの排気後処理装置。