JP2021050614A

JP2021050614A - 排ガス浄化装置

Info

Publication number: JP2021050614A
Application number: JP2019171977A
Authority: JP
Inventors: 直人村澤; Naoto Murasawa; 藤井　謙治; Kenji Fujii; 謙治藤井
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2019-09-20
Filing date: 2019-09-20
Publication date: 2021-04-01

Abstract

【課題】熱交換の効率を向上させる排ガス浄化装置を提供する。【解決手段】排ガス浄化装置は、ＮＯｘ選択還元型触媒であるＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）５、６、およびＡＳＣ（Ammonia Slip Catalyst）７などの触媒を収容する内管に相当する触媒キャニング３と、内管を包み込む外管に相当する外側排気管４とを備え、内管と外管との間に排ガスが流れる排ガス流路８が設けられた排ガス浄化装置１であって、内管の外側表面にＳＣＲの位置に対応して、凹凸形状の表面積拡大部９を有する。【選択図】図１

Description

本開示は、排ガス浄化装置に関する。

従来、内燃機関から排出される排ガスを、触媒キャニング（触媒コンバータともいう）に収容された触媒により浄化する排ガス浄化装置が知られている。

例えば、特許文献１には、触媒キャニングを包み込むように排気管を設けた２重管構造において、触媒キャニング内を通過した排ガスを、触媒キャニングの外周面と排気管の内周面との間に導き、その排ガスと触媒キャニングとの熱交換によって、触媒キャニング内の触媒の保温を行う技術が開示されている。

特開２００３−３２８７３６号公報

特許文献１の排ガス浄化装置には、熱交換の効率の点で改善の余地があった。

本開示の目的は、熱交換の効率をさらに向上させることができる排ガス浄化装置を提供することである。

本開示の一態様に係る排ガス浄化装置は、触媒を収容する内管と、前記内管を包み込む外管とを備え、前記内管と前記外管との間に排ガスが流れる排ガス流路が設けられた排ガス浄化装置であって、前記内管の外側表面に、凹凸形状の表面積拡大部を有する。

本開示によれば、熱交換の効率をさらに向上させることができる。

本開示の実施の形態に係る排ガス浄化装置の構成例を示す断面模式図本開示の変形例３に係る排ガス浄化装置の構成例を示す断面模式図

以下、本開示の実施の形態について、図面を用いて説明する。各図において共通する構成要素には同一符号を付し、それらの説明は適宜省略する。

本実施の形態に係る排ガス浄化装置１の構成について、図１を用いて説明する。図１は、本実施の形態に係る排ガス浄化装置１の構成例を示す断面模式図である。

排ガス浄化装置１は、車両に搭載され、車両の内燃機関（図示略）から排出された排ガスを浄化する装置である。図１において、点線の矢印は、排ガスの流れを示している。なお、内燃機関は、ディーゼルエンジンであってもよいし、ガソリンエンジンであってもよい。

排ガス浄化装置１は、外側排気管４が触媒キャニング３を包み込むように設けられた二重管構造である。触媒キャニング３は、「内管」の一例に相当する。外側排気管４は、「外管」の一例に相当する。

外側排気管４の内周面と、触媒キャニング３の外周面（外側表面の一例）との間には、排ガス流路８が設けられている。

触媒キャニング３および外側排気管４は、ともに筒状である。

外側排気管４の一端には、開口部４ａが設けられている。

触媒キャニング３の一端には、排気管２が接続されている。図示は省略するが、排気管２は、例えば、内燃機関の排気マニホールドに接続されてもよいし、ターボチャージャのタービンハウジング出口に接続されてもよい。

触媒キャニング３の他端には、開口部３ａが設けられている。この開口部３ａを介して、触媒キャニング３の内部と、排ガス流路８とが連結されている。

触媒キャニング３の内部には、ＮＯｘ選択還元型触媒であるＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）５、６、およびＡＳＣ（Ammonia Slip Catalyst）７が設けられている。ＳＣＲ５、６、およびＡＳＣ７は、触媒キャニング３内における排ガスの流れ方向（図中の点線の矢印参照）に沿って、直列に設けられている。

ＳＣＲ５、６は、ＳＣＲ５よりも上流側に設けられた尿素水噴射装置（図示略）から供給される尿素水が加水分解したアンモニアを吸着する。そして、ＳＣＲ５、６は、吸着したアンモニアによって排ガス中のＮＯｘを選択的に還元浄化する。

ＳＣＲ５、６としては、例えば、セラミック製の担持体の表面に、Ｆｅゼオライト、Ｃｕゼオライト又はバナジウム等のＮＯｘ還元触媒を担持したものを用いることができる。

ＡＳＣ７は、ＳＣＲ５、６で消費しきれなかったアンモニアを酸化、分解する。

なお、ＳＣＲ５、６およびＡＳＣ７は、それぞれ、それらの外周面を被覆するマットを介して触媒キャニング３内に設けられてもよい。

触媒キャニング３は、凹凸形状の表面積拡大部９を有する。また、表面積拡大部９は、ＳＣＲ５、６の位置に対応して設けられている。換言すれば、ＳＣＲ５、６は、表面積拡大部９の位置に対応して設けられている。

なお、図１では一例として、触媒キャニング３の外周面および内周面の両方を凹凸形状にすることにより表面積拡大部９が形成されている場合を図示したが、これに限定されない。例えば、表面積拡大部９は、触媒キャニング３の外周面のみを凹凸形状とすることで形成されてもよい。また、表面積拡大部９における凹凸の大きさや形は、図１に示すものに限定されない。

このような構成を備えた排ガス浄化装置１における排ガスの流れについて説明する。上述したとおり、図１に示す点線の矢印は、排ガスの流れを示している。

内燃機関から排出された排ガスは、排気管２から触媒キャニング３へ流入し、ＳＣＲ５、６、ＡＳＣ７を通過する。その後、排ガスは、触媒キャニング３の開口部３ａから排ガス流路８へ流入し、表面積拡大部９を通過する。このとき、排ガスと表面積拡大部９との間で熱交換が行われる。そして、排ガスは、外側排気管４の開口部４ａから排ガス浄化装置１の外部へ排出される。

以上説明したように、本実施の形態の排ガス浄化装置１は、触媒キャニング３に表面積拡大部９を備えることを特徴とする。これにより、表面積拡大部９が設けられていない従来の触媒キャニングに比べて、触媒キャニング３の外周面において、排ガス流路８を流れる排ガスにより温められる面積が増える。そのため、本実施の形態では、熱交換の効率をより向上させることができる。

また、本実施の形態の排ガス浄化装置１では、表面積拡大部９は、触媒キャニング３内のＳＣＲ５、６の位置に対応して設けられることを特徴とする。これにより、ＳＣＲ５、６（特に、温度が低下しやすいＳＣＲ５、６の外周部分）を効率的に保温することができる。

本開示は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。以下、変形例について説明する。

［変形例１］
図１に示した排ガス浄化装置１は、排ガス流路の下流端（例えば、開口部４ａ）に接続され、排ガス流路８から排出される排ガスを集約して車両の外部へ導く排気管を備えてもよい。これにより、排ガス流路８を通過した排ガスを確実に車両外へ排出させることができる。

［変形例２］
実施の形態では、触媒キャニング３にＳＣＲ５、６およびＡＳＣ７が収容される場合を例に挙げて説明したが、収容される触媒等の数および種類は、それらに限定されない。

例えば、触媒キャニング３には、ＳＣＲ５、６のうちいずれか１つが収容されてもよい。

また、例えば、触媒キャニング３に収容される触媒等は、酸化触媒、微粒子捕集フィルタ、または、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒（Lean NOx Trap：ＬＮＴ）等であってもよい。酸化触媒としては、例えば、排ガス中の一酸化炭素や炭化水素を酸化させるＤＯＣ（Diesel Oxidation Catalyst）が挙げられる。微粒子捕集フィルタとしては、例えば、排ガス中の粒子状物質（ＰＭ：Particulate Matter）を捕集するＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）が挙げられる。

［変形例３］
実施の形態では、触媒キャニング３の開口部３ａから排ガス流路８へ流入した排ガスが、常に、表面積拡大部９を通過する構成としたが、これに限定されない。

例えば、ＳＣＲ５、６を保温する必要がない場合には、開口部３ａから排ガス流路８へ流入した排ガスを、表面積拡大部９を通過させずに、車両の外部へ排出させる構成としてもよい。

この具体例について、図２を用いて以下に説明する。図２は、本変形例に係る排ガス浄化装置１の構成例を示す断面模式図である。

図２に示す排ガス浄化装置１は、図１に示した排ガス浄化装置１と比べて、排気管１０、開閉バルブ１１、１２を備える点が異なる。

排気管１０の一端は、開口部３ａと接続されている。図示は省略するが、排気管１０の他端は、排ガスを車両の外部へ排出可能な位置に設けられている。また、外側排気管４内に位置する排気管１０の外周面の一部には、排ガス流路８と連通する開口部（図示略）が形成されている。そして、その開口部には、開閉バルブ１２が設けられている。換言すれば、開閉バルブ１２は、排ガス流路８の上流端に設けられている。

また、排気管１０内には、開閉バルブ１１が設けられている。開閉バルブ１１、１２は、図示しない制御装置（例えば、ＥＣＵ：Electronic Control Unit）と電気的に接続されており、その制御装置によって開状態または閉状態に制御される。

まず、制御装置は、ＳＣＲ５、６それぞれの温度を推定する。ＳＣＲ５、６の温度の推定方法は、公知の技術を適用できるため、ここでの説明は省略する。

次に、制御装置は、推定された各温度が予め定められた温度（例えば、ＳＣＲ５、６それぞれの活性温度域の下限値）未満であるか否かを判定する。

推定された各温度が予め定められた温度未満である場合、制御装置は、開閉バルブ１１を閉状態に制御するとともに、開閉バルブ１２を開状態に制御する。これにより、開口部３ａから流出した排ガスは、排気管１０の開口部から排ガス流路８へ流入する。そして、排ガスは、表面積拡大部９を通過し、開口部４ａから排出される。

一方、推定された各温度が予め定められた温度以上である場合、制御装置は、開閉バルブ１１を開状態に制御するとともに、開閉バルブ１２を閉状態に制御する。これにより、開口部３ａから流出した排ガスは、排ガス流路８へ流入せずに、排気管１０から車両の外部へ排出される。よって、この場合、開口部３ａから流出した排ガスは、表面積拡大部９を通過しない。

以上のことから、排気管１０は、開閉バルブ１２が閉状態に制御された場合に、開口部３ａから流出した排ガスを車両の外部へ導く排気管である、と言える。

このように、本変形例では、ＳＣＲ５、６を保温する必要がない場合、排ガスが表面積拡大部９を通過しないように制御することができる。よって、ＳＣＲ５、６の過度の温度の上昇を抑制することができる。

なお、上記説明では、開閉バルブ１１が開状態に制御され、かつ、開閉バルブ１２が閉状態に制御される条件が、推定されたＳＣＲ５、６の温度が予め定められた温度以上である場合を例に挙げたが、これに限定されない。例えば、上記条件は、ＤＰＦが再生中である場合、温度低下を避けるため車両が減速する時間が予め定められた時間以上である場合、または、内燃機関が高負荷である場合のいずれかであってもよい。

以上、各変形例について説明した。各変形例は適宜組み合わせてもよい。

本開示の排ガス浄化装置は、内燃機関からの排ガスを触媒等により浄化する技術全般に有用である。

１排ガス浄化装置
２排気管
３触媒キャニング
３ａ開口部
４外側排気管
４ａ開口部
５、６ＳＣＲ
７ＡＳＣ
８排ガス流路
９表面積拡大部
１０排気管
１１、１２開閉バルブ

Claims

触媒を収容する内管と、前記内管を包み込む外管とを備え、前記内管と前記外管との間に排ガスが流れる排ガス流路が設けられた排ガス浄化装置であって、
前記内管の外側表面に、凹凸形状の表面積拡大部を有する、
排ガス浄化装置。
前記触媒は、前記表面積拡大部の位置に対応して設けられている。
請求項１に記載の排ガス浄化装置。
前記排ガスを、
前記内管の内部を通過した後に前記排ガス流路に流入させ、前記表面積拡大部を通過させる、
請求項１または２に記載の排ガス浄化装置。
前記排ガス浄化装置は、車両に搭載される、
請求項１から３のいずれか１項に記載の排ガス浄化装置。
前記排ガス流路の下流端に接続され、前記排ガス流路から排出される排ガスを集約して前記車両の外部へ導く排気管をさらに備える、
請求項４に記載の排ガス浄化装置。
前記排ガス流路の上流端に、開閉バルブが設けられ、
前記開閉バルブは、
前記触媒の温度が予め定められた温度以上である場合に、前記内管から流出した排ガスが前記排ガス流路に流入しないように、閉状態に制御される、
請求項１から５に記載の排ガス浄化装置。
前記開閉バルブが閉状態に制御された場合に、前記内管から流出した排ガスを車両の外部へ導く排気管をさらに備える、
請求項６に記載の排ガス浄化装置。