JP2020084930A - 排気浄化装置および車両 - Google Patents

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建都 金田
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Abstract

【課題】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。【解決手段】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。【選択図】図１

Description

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。
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。
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。 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。 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。 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。 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１〜４の何れか１項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１〜６の何れか１項に記載の排気浄化装置を備える、
    車両。
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