WO2020110979A1 - 排気浄化装置および車両 - Google Patents

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Definitions

  • the present disclosure relates to an exhaust emission control device and a vehicle.
  • reducing agent solid a solid
  • An object of the present disclosure is to provide an exhaust emission control device and a vehicle capable of suppressing the catalyst of a selective reduction catalyst from being scraped off into a reducing agent solid matter, and thus suppressing reduction in exhaust gas purification efficiency. It is to be.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an exhaust system of an internal combustion engine 1 to which an exhaust emission control device 100 according to an embodiment of the present disclosure is applied.
  • the internal combustion engine 1 is a diesel engine mounted on a vehicle V, for example.
  • the internal combustion engine 1 is provided with an exhaust gas purification device 100 for introducing exhaust gas generated in the internal combustion engine 1 into the atmosphere.
  • the exhaust gas purification device 100 includes an exhaust pipe 110, a reducing agent supply unit 120, a mixing unit 130, a selective reduction catalyst 140, and a blocking unit 150.
  • Exhaust gas generated from the internal combustion engine 1 flows through the exhaust pipe 110.
  • the reducing agent supply unit 120, the mixing unit 130, the blocking unit 150, and the selective reduction are sequentially arranged from the upstream side in the direction in which the exhaust gas flows (the direction from the left to the right in the drawing, hereinafter referred to as the “exhaust direction”).
  • a mold catalyst 140 and the like are provided.
  • the reducing agent supply unit 120 supplies a reducing agent (urea water) for producing ammonia to the exhaust pipe 110.
  • a reducing agent urea water
  • the reducing agent is supplied into the exhaust pipe 110 by the reducing agent supply unit 120, the reducing agent is hydrolyzed by the temperature in the exhaust pipe 110 to generate ammonia.
  • the mixing unit 130 is provided in the exhaust pipe 110 after the reducing agent supply unit 120 and mixes the exhaust gas and the reducing agent.
  • the base body 142 has a structure such as a honeycomb structure in which a catalyst 141 is carried on an upstream end face in the exhaust direction and a passage hole through which exhaust gas can pass is formed.
  • the selective reduction catalyst 140 adsorbs ammonia generated based on the reducing agent supplied by the reducing agent supply unit 120.
  • the selective reduction catalyst 140 reduces the nitrogen oxides by reacting the adsorbed ammonia with the nitrogen oxides contained in the exhaust gas passing therethrough.
  • the shutoff unit 150 is arranged between the reducing agent supply unit 120 and the selective reduction catalyst 140 in the exhaust pipe 110 and apart from the selective reduction catalyst 140.
  • the blocking unit 150 has the same structure as that of the base body 142, and is configured to allow exhaust gas to pass therethrough similarly to the base body 142.
  • the blocking unit 150 blocks the transfer of the reducing agent solids to the selective reduction catalyst 140 when the reducing agent solids flow in the exhaust pipe 110 together with the exhaust gas.
  • Exhaust gas is in a relatively low temperature when the internal combustion engine 1 is operating at a low load. Further, the amount of the reducing agent supplied by the reducing agent supply unit 120 becomes excessively large when there is some trouble such as a sensor failure in the control system that controls the reducing agent supply amount. ..
  • the reason why the reducing agent becomes a solid reducing agent without evaporating is that when the reducing agent solidifies without vaporizing due to the low temperature state of the exhaust gas, the mixing by the mixing unit 130 is insufficient. Then, the case where the reducing agent is solidified is included.
  • the mixing by the mixing unit 130 is insufficient when the reducing agent and the exhaust gas are not properly mixed due to the performance of the mixing unit 130, or when the reducing agent from the reducing agent supply unit 120 is in the mixing unit 130. There is a case where it is not supplied properly.
  • the solid reducing agent produced in this way moves downstream in the exhaust direction due to the flow of exhaust gas.
  • the exhaust emission control device 100 does not have the cutoff portion 150
  • the catalyst carried on the end surface of the substrate 142. 141 is contacted.
  • the catalyst 141 is scraped off by the reducing agent solids S, and the amount of the catalyst 141 in the selective reduction catalyst 140 decreases, so that the exhaust gas purification efficiency of the exhaust emission control device 100 decreases. .. Further, depending on the material of the base body 142, the base material 142 is scraped together with the catalyst 141 by the reducing agent solid matter S, so that the selective reduction catalyst 140 may be damaged.
  • the blocking unit 150 blocks the reducing agent solid S from moving to the selective reduction catalyst 140.
  • the reducing agent solid S does not move to the selective reduction catalyst 140, so that the catalyst 141 of the selective reducing catalyst 140 can be prevented from being scraped off by the reducing solid S.
  • the blocking section 150 becomes a resistance to the flow of exhaust gas, which may cause a pressure loss. More specifically, since the blocking unit 150 and the base body 142 have the same structure, the presence of the blocking unit 150 becomes a resistance to the flow of exhaust gas unless the exhaust gas passage holes are aligned. As a result, pressure loss may occur. Further, when the selective reduction catalyst 140 and the blocking unit 150 are inserted into the exhaust pipe 110 during manufacturing of the exhaust purification device 100, the blocking unit 150 may peel off the catalyst 141 of the selective reduction catalyst 140, or depending on the material of the substrate 142. The selective reduction catalyst 140 may be damaged.
  • the blocking unit 150 is separated from the selective reduction catalyst 140, it is possible to prevent the above problems from occurring. Further, since it is not necessary to align the passage hole of the blocking portion 150 and the passage hole of the base body 142, the process of assembling the exhaust emission control device 100 can be simplified. Further, from the viewpoint of suppressing the occurrence of the above problem, it is preferable that the blocking unit 150 be separated from the selective reduction catalyst 140 as much as possible. Further, as long as the above problem can be solved, the blocking unit 150 may be placed in contact with the selective reduction catalyst 140.
  • the blocking portion 150 is formed of a material harder than the reducing agent solid S, even if the reducing agent solid S contacts the blocking portion 150, the blocking portion 150 is crushed by the reducing agent solid S. Will not be lost. As a result, the effect of the blocking unit 150 can be maintained.
  • the blocking unit 150 since the blocking unit 150 is not crushed by the reducing agent solid S, the blocking unit 150 can be made relatively thin, which can contribute to downsizing of the entire apparatus.
  • the blocking unit 150 is arranged apart from the selective reduction catalyst 140, but the present disclosure is not limited to this.
  • the present disclosure is not limited to this.
  • the present disclosure may be integrated with the base 143 of the die catalyst 140.
  • the base body 143 in this configuration has an upstream region 143A on the upstream side in the exhaust direction and a downstream region 143B on the downstream side in the exhaust direction.
  • the upstream region 143A is a non-carrying region that constitutes a blocking portion and does not carry a catalyst
  • the downstream region 143B is a carrying region that carries a catalyst. That is, the blocking portion is located upstream of the carrying region in the exhaust direction.
  • the blocking unit can prevent the reducing agent solid matter from reaching the loading area, which is the area where the catalyst is loaded.
  • the blocking portion (upstream region 143A) and the carrying region (downstream region 143B) are integrated, in the process of assembling the exhaust gas purification device 100, the blocking portion and the carrying region are disposed inside the exhaust pipe 110 only by the step of disposing the base 143. Can be placed at. As a result, the process of assembling the exhaust emission control device 100 can be simplified.

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Abstract

排気浄化装置は、内燃機関で発生した排気ガスが流れる排気管と、排気管に設けられ、排気ガス中の窒素酸化物の還元を促進する選択還元型触媒と、排気管における選択還元型触媒の前段に設けられ、排気ガス中の窒素酸化物を還元する還元剤を供給する還元剤供給部と、排気管における還元剤供給部と選択還元型触媒との間に設けられ、還元剤固形物が排気ガスとともに排気管内を流れた場合に還元剤固形物の前記選択還元型触媒への移動を遮断する遮断部と、を備える。

Description

排気浄化装置および車両
　本開示は、排気浄化装置および車両に関する。
　従来、内燃機関の排気浄化装置では、尿素水等の還元剤によりアンモニアを生成し、選択還元型触媒を用いて当該アンモニアと排気ガス中の窒素酸化物との還元作用を促進する構成が知られている（例えば、特許文献１参照）。還元剤は、排気管における選択還元型触媒の前段に設けられる噴射装置等により、排気管内に供給される。
日本国特開２０１７－３６６７２号公報
　しかしながら、内燃機関の低負荷動作時等において、排気ガスが比較的低温の状態になったり、供給された還元剤の量が過剰に多くなると、排気管内で還元剤が蒸発せずに、凝固して固形物（以下、「還元剤固形物」）となる場合がある。
　この還元剤固形物が排気ガスとともに選択還元型触媒まで到達すると、選択還元型触媒に接触する。還元剤固形物が選択還元型触媒に接触すると、選択還元型触媒を構成する触媒担持体上の触媒が還元剤固形物により削り落とされ、ひいては、排気浄化装置における排気ガスの浄化効率が低下するおそれがある。
　本開示の目的は、選択還元型触媒の触媒が還元剤固形物に削り落とされることを抑制し、ひいては排気ガスの浄化効率が低下することを抑制することが可能な排気浄化装置および車両を提供することである。
　本開示に係る排気浄化装置は、
　内燃機関で発生した排気ガスが流れる排気管と、
　前記排気管に設けられ、前記排気ガス中の窒素酸化物の還元を促進する選択還元型触媒と、
　前記排気管における前記選択還元型触媒の前段に設けられ、前記排気ガス中の前記窒素酸化物を還元する還元剤を供給する還元剤供給部と、
　前記排気管における前記還元剤供給部と前記選択還元型触媒との間に設けられ、還元剤固形物が前記排気ガスとともに前記排気管内を流れた場合に前記還元剤固形物の前記選択還元型触媒への移動を遮断する遮断部と、
　を備える。
　本開示に係る車両は、
　上記の排気浄化装置を備える。
　本開示によれば、選択還元型触媒の触媒が還元剤固形物に削り落とされることを抑制し、ひいては排気ガスの浄化効率が低下することを抑制することができる。
図１は、本開示の実施の形態に係る排気浄化装置が適用された内燃機関の排気系を示す概略構成図である。 図２Ａは、還元剤固形物が基体から触媒を削り落とす様子を説明するための図である。 図２Ｂは、還元剤固形物が基体から触媒を削り落とす様子を説明するための図である。 図３は、遮断部が還元剤固形物の移動を遮断する様子を説明するための図である。 図４は、変形例に係る排気浄化装置が適用された内燃機関の排気系を示す概略構成図である。
　以下、本開示の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本開示の実施の形態に係る排気浄化装置１００が適用された内燃機関１の排気系を示す概略構成図である。
　図１に示すように、内燃機関１は、車両Ｖに搭載される、例えばディーゼルエンジンである。内燃機関１には、内燃機関１で生じた排気ガスを大気中に導くための排気浄化装置１００が設けられている。排気浄化装置１００は、排気管１１０と、還元剤供給部１２０と、混合部１３０と、選択還元型触媒１４０と、遮断部１５０とを備えている。
　排気管１１０では、内燃機関１から生じた排気ガスが流れる。排気管１１０には、排気ガスが流れる方向（図示左から右へ向かう方向、以下、「排気方向」という）の上流側から順に、還元剤供給部１２０、混合部１３０、遮断部１５０、選択還元型触媒１４０等が設けられている。
　還元剤供給部１２０は、アンモニアを生成するための還元剤（尿素水）を排気管１１０に供給する。還元剤供給部１２０により、還元剤が排気管１１０内に供給されると、排気管１１０内の温度により還元剤が加水分解されて、アンモニアが生成される。
　混合部１３０は、排気管１１０における還元剤供給部１２０の後段に設けられ、排気ガスと還元剤とを混合する。
　選択還元型触媒１４０は、排気管１１０における還元剤供給部１２０および混合部１３０の後段に設けられ、触媒１４１と、基体１４２とを有する。
　基体１４２は、排気方向における上流側の端面において触媒１４１を担持しており、排気ガスが通過可能な通過孔が形成された、ハニカム構造等の構造を有する。
　選択還元型触媒１４０は、還元剤供給部１２０により供給された還元剤に基づいて生成されたアンモニアを吸着する。選択還元型触媒１４０は、吸着したアンモニアと、自身を通過する排気ガス中に含まれる窒素酸化物とを反応させることで、当該窒素酸化物を還元する。
　遮断部１５０は、排気管１１０における還元剤供給部１２０と選択還元型触媒１４０との間において、選択還元型触媒１４０と離間して配置されている。遮断部１５０は、基体１４２の構造と同一構造を有しており、基体１４２と同様に排気ガスが通過可能に構成されている。そして、遮断部１５０は、還元剤固形物が排気ガスとともに排気管１１０内を流れた場合に還元剤固形物の選択還元型触媒１４０への移動を遮断する。
　排気ガスが比較的低温の状態になったり、還元剤供給部１２０により供給された還元剤の量が過剰に多くなると、排気管内で還元剤が蒸発せずに、凝固して還元剤固形物となる場合がある。
　排気ガスが比較的低温の状態になるのは、内燃機関１が低負荷で動作しているときである。また、還元剤供給部１２０により供給された還元剤の量が過剰に多くなるのは、還元剤の供給量を制御する制御系において、センサの故障等のような何らかの不具合があったときである。
　還元剤が蒸発せずに還元剤固形物となるのは、排気ガスの低温状態に起因して還元剤が気化せずに固形化した場合、混合部１３０による混合が不十分であることに起因して還元剤が固形化した場合等が挙げられる。
　混合部１３０による混合が不十分であるのは、混合部１３０による性能に起因して適切に還元剤と排気ガスが混合されない場合や、還元剤供給部１２０からの還元剤が混合部１３０の箇所に適確に供給されないような場合が挙げられる。
　このように生成された還元剤固形物は排気ガスの流れによって、排気方向の下流側に移動する。ここで、図２Ａに示すように、排気浄化装置１００が遮断部１５０を有さない構成の場合、還元剤固形物Ｓが選択還元型触媒１４０に到達すると、基体１４２の端面に担持される触媒１４１に接触する。
　そうすると、図２Ｂに示すように、還元剤固形物Ｓにより触媒１４１が削り落とされ、選択還元型触媒１４０における触媒１４１の量が減少するので、排気浄化装置１００における排気ガスの浄化効率が低下する。また、基体１４２の材質によっては、還元剤固形物Ｓにより、触媒１４１とともに基体１４２が削られるので、選択還元型触媒１４０が損傷するおそれがある。
　それに対し、本実施の形態では、図３に示すように、遮断部１５０が、還元剤固形物Ｓが選択還元型触媒１４０への移動を遮断する。これにより、還元剤固形物Ｓが選択還元型触媒１４０に移動することがなくなるので、選択還元型触媒１４０の触媒１４１が還元剤固形物Ｓにより削り落とされることを抑制することができる。その結果、排気浄化装置１００における排気ガスの浄化効率が低下することを抑制することができる。また、同様に、還元剤固形物Ｓにより選択還元型触媒１４０が損傷することを抑制することができる。
　また、遮断部１５０が選択還元型触媒１４０に接触した構成であると、遮断部１５０が排気ガスの流れの抵抗となってしまい圧力損失が生じるおそれがある。より詳細には、遮断部１５０と基体１４２とが同一構造であるため、これらの排気ガスの通過孔をそろえて配置しないと、遮断部１５０の存在が排気ガスの流れの抵抗となってしまい、ひいては圧力損失を生じるおそれがある。また、排気浄化装置１００を製造時に、排気管１１０に選択還元型触媒１４０および遮断部１５０を挿入する際、遮断部１５０により選択還元型触媒１４０の触媒１４１を剥がしたり、基体１４２の材質によっては、選択還元型触媒１４０が損傷するおそれがある。
　それに対し、本実施の形態では、遮断部１５０が選択還元型触媒１４０から離間しているので、上記のような問題が発生することを抑制することができる。また、遮断部１５０の通過孔と基体１４２の通過孔とをそろえる必要がないので、排気浄化装置１００を組み立てる工程を簡素化することができる。また、上記問題の発生抑制の観点から、遮断部１５０を選択還元型触媒１４０から可能な限り離間させることが好ましい。また、上記問題を解消可能である限りにおいては、遮断部１５０を選択還元型触媒１４０に接触させて配置しても良い。
　また、遮断部１５０は、還元剤固形物Ｓよりも硬い材料で形成されていることが好ましい。例えば、遮断部１５０は、金属で構成されていることが好ましい。
　遮断部１５０が還元剤固形物Ｓよりも柔らかい材料で形成されていると、還元剤固形物Ｓが遮断部１５０に接触した際に、遮断部１５０が削られる。そのため、徐々に遮断部１５０が薄くなっていき、ひいては遮断部１５０が完全に粉砕された状態となる可能性がある。
　それに対し、遮断部１５０が還元剤固形物Ｓよりも硬い材料で形成されていると、還元剤固形物Ｓが遮断部１５０に接触しても、遮断部１５０が還元剤固形物Ｓにより粉砕されることがなくなる。その結果、遮断部１５０による効果を維持し続けることができる。
　また、遮断部１５０が還元剤固形物Ｓによって粉砕されないので、遮断部１５０を比較的薄めに構成することができるので、装置全体の小型化に寄与することができる。
　また、遮断部１５０が還元剤固形物Ｓよりも柔らかい材料で構成されている場合、遮断部１５０が完全に粉砕されにくくなる観点から、遮断部１５０を可能な限り厚くすることが好ましい。
　また、遮断部１５０は、基体１４２と同じ材料で形成されていても良いし、異なる材料で形成されていても良い。
　なお、上記実施の形態では、遮断部１５０が選択還元型触媒１４０と離間して配置されていたが、本開示はこれに限定されず、例えば、図４に示すように、遮断部が選択還元型触媒１４０の基体１４３と一体に構成されていても良い。
　この構成における基体１４３は、排気方向における上流側の上流領域１４３Ａと、排気方向における下流側の下流領域１４３Ｂとを有する。上流領域１４３Ａが遮断部を構成し、触媒を担持しない非担持領域であり、下流領域１４３Ｂが触媒を担持する担持領域である。つまり、遮断部は、担持領域よりも、排気方向における上流側に位置する。
　このようにしても、遮断部により、還元剤固形物が、触媒が担持される領域である担持領域に到達することを抑制することができる。
　また、遮断部（上流領域１４３Ａ）および担持領域（下流領域１４３Ｂ）が一体であるので、排気浄化装置１００を組み立てる工程において、基体１４３を配置する工程のみで遮断部および担持領域を排気管１１０内に配置することができる。その結果、排気浄化装置１００を組み立てる工程を簡素化することができる。
　また、上記実施の形態では、遮断部１５０と基体１４２とが同一構造を有する構成であったが、本開示はこれに限定されず、同一構造を有していなくても良い。
　その他、上記実施の形態は、何れも本開示を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本開示の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本開示はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
　本出願は、２０１８年１１月２９日付で出願された日本特許出願（特願２０１８－２２３３８３）に基づくものであり、その内容は、ここに参照として全て取り込まれる。
　本開示の排気浄化装置は、選択還元型触媒の触媒が還元剤固形物に削り落とされることを抑制し、ひいては排気ガスの浄化効率が低下することを抑制することが可能な排気浄化装置および車両として有用である。
　１　内燃機関
　１００　排気浄化装置
　１１０　排気管
　１２０　還元剤供給部
　１３０　混合部
　１４０　選択還元型触媒
　１４１　触媒
　１４２　基体
　１５０　遮断部
　Ｖ　車両

Claims (7)

  1. 　内燃機関で発生した排気ガスが流れる排気管と、
    　前記排気管に設けられ、前記排気ガス中の窒素酸化物の還元を促進する選択還元型触媒と、
    　前記排気管における前記選択還元型触媒の前段に設けられ、前記排気ガス中の前記窒素酸化物を還元する還元剤を供給する還元剤供給部と、
    　前記排気管における前記還元剤供給部と前記選択還元型触媒との間に設けられ、還元剤固形物が前記排気ガスとともに前記排気管内を流れた場合に前記還元剤固形物の前記選択還元型触媒への移動を遮断する遮断部と、
    　を備える排気浄化装置。
  2. 　前記遮断部は、前記選択還元型触媒と離間している、
    　請求項１に記載の排気浄化装置。
  3. 　前記選択還元型触媒は、前記排気ガスの通過孔が形成された構造を有する基体と、前記基体に担持された触媒とを有し、
    　前記遮断部は、前記基体の前記構造と同一構造を有する、
    　請求項２に記載の排気浄化装置。
  4. 　前記選択還元型触媒は、触媒を担持する担持領域と、前記担持領域よりも前記排気ガスにおける上流側に位置し、前記触媒を担持しない非担持領域とを含む基体を有し、
    　前記遮断部は、前記基体における前記非担持領域である、
    　請求項１に記載の排気浄化装置。
  5. 　前記遮断部は、前記還元剤固形物よりも硬い材料で形成されている、
    　請求項１に記載の排気浄化装置。
  6. 　前記遮断部は、金属で構成されている、
    　請求項５に記載の排気浄化装置。
  7. 　請求項１に記載の排気浄化装置を備える、
    　車両。
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