JP7494897B1

JP7494897B1 - 排気ガス浄化装置

Info

Publication number: JP7494897B1
Application number: JP2022203492A
Authority: JP
Inventors: 謙治藤井; 鉄平大堀
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2022-12-20
Filing date: 2022-12-20
Publication date: 2024-06-04
Anticipated expiration: 2042-12-20

Abstract

【課題】排気ガス浄化装置において、排気管内に尿素を残留させづらくする。【解決手段】排気ガス浄化装置Ｓは、車両のエンジンで生じる排気ガスを浄化する排気ガス浄化装置Ｓであって、排気ガスが通る排気管１と、排気ガスを浄化するための浄化用物質を加水分解により生成するために用いられる還元剤を排気管１の内側で噴出させる噴出口２１を有する還元剤吐出部２と、排気管１内に設けられ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３と、噴出口２１と選択型還元触媒３との間に設けられており、浄化用物質と排気ガスとを混合させるミキサー４と、を備え、排気管１内の噴出口２１よりも下流側に、還元剤の加水分解を促進する触媒層５が形成され、触媒層５は、排気管１の内面に膜状に形成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、車両に設けられている排気ガス浄化装置に関する。

従来、車両には排気ガスを浄化する排気ガス浄化装置が設けられている。特許文献１には、排ガスダクトに尿素噴霧ノズル、撹拌部材、及び選択型還元触媒（ＳＣＲ（ＳＣＲ：ＳｅｌｅｃｔｉｖｅＣａｔａｌｙｔｉｃＲｅｄｕｃｔｉｏｎ）触媒）が設けられている排ガス浄化装置が開示されている。

特開２００９－１０８７２６号公報

尿素インジェクター、ミキサー及びＳＣＲ触媒が設けられている排気管が、例えば尿素加水分解活性を有しないステンレス製の場合がある。この場合、排気管内に残留した尿素並びに残留した尿素が熱変性して生じるビウレット及びシアヌル酸が排気管内に堆積し、排気管が詰まったり腐食したりするという問題が生じるおそれがある。

そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、排気管内に尿素を残留させづらい排気ガス浄化装置を提供することを目的とする。

本発明の第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浄化する排気ガス浄化装置であって、前記排気ガスが通る排気管と、前記排気ガスを浄化するための浄化用物質を加水分解により生成するために用いられる還元剤を前記排気管の内側で噴出させる噴出口を有する還元剤吐出部と、前記排気管内に設けられ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と、前記噴出口と前記選択型還元触媒との間に設けられており、前記浄化用物質と前記排気ガスとを混合させるミキサーと、を備え、前記排気管内の前記噴出口よりも下流側に、前記還元剤の前記加水分解を促進する触媒層が形成され、前記触媒層は、前記排気管の内面に膜状に形成されていることを特徴とする排気ガス浄化装置を提供する。

また、前記触媒層は、前記噴出口と前記ミキサーとの間に設けられていてもよい。また、前記触媒層として、前記ミキサーと前記選択型還元触媒との間に下流側触媒層がさらに形成されていてもよい。

また、前記排気管のうち前記ミキサーが取り付けられる取付領域よりも上流側である第１領域と、前記取付領域よりも下流側である第２領域と、前記第１領域と前記第２領域との間の前記取付領域と、に前記触媒層が形成されていてもよい。

また、前記排気管のうち前記ミキサーが取り付けられる取付領域よりも上流側である第１領域と、前記取付領域よりも下流側である第２領域と、前記第１領域と前記第２領域との間の前記取付領域と、のうち、前記取付領域は前記触媒層が形成されていなくてもよい。

また、前記ミキサーの表面に、前記還元剤の加水分解を促進する触媒層が設けられていてもよい。

本発明によれば、排気ガス浄化装置において、排気管内に尿素を残留させづらくすることができるという効果を奏する。

本実施形態に係る排気ガス浄化装置の構成を示す。

［本実施形態に係る排気ガス浄化装置Ｓの構成］
図１は、本実施形態に係る排気ガス浄化装置Ｓの構成を示す図である。

排気ガス浄化装置Ｓは、車両のエンジン（不図示）で生じる排気ガスを浄化する装置である。排気ガス浄化装置Ｓは、車両に設けられている。エンジンは、例えばディーゼルエンジンである。

排気ガス浄化装置Ｓは、尿素選択型還元触媒（尿素ＳＣＲ：ＵｒｅａＳｅｌｅｃｔｉｖｅＣａｔａｌｙｔｉｃＲｅｄｕｃｔｉｏｎ）システムである。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。

排気ガス浄化装置Ｓは、排気管１、還元剤吐出部２、選択型還元触媒３、及びミキサー４を有する。

排気管１は、排気ガスが通る部品である。排気管１は、例えばステンレス製である。排気管１の一端は、例えばエンジンに接続されている。排気管１の詳細は後述する。

還元剤吐出部２は、排気管１内に還元剤を吐出する部品である。還元剤吐出部２は、噴出口２１を有する。噴出口２１は、還元剤を排気管１の内側で噴出させる開口である。還元剤吐出部２は、例えば先端にノズルを有し、噴出口２１は、当該ノズルの開口である。還元剤吐出部２は、例えば、排気管１の外側面に設けられている孔を貫通して、噴出口２１が排気管１の内側に位置するようにして排気管１に設けられている。

還元剤は、浄化用物質を加水分解により生成するために用いられる物質である。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不図示の尿素水タンクに収容されている。

浄化用物質は、排気ガスを浄化するための物質である。浄化用物質は、例えばアンモニア（ＮＨ_３）である。

還元剤吐出部２の噴出口２１から排気管１内に吐出された還元剤は、排気管１の内側において、エンジン側から流れてきた排気ガスと混合される。そして、排気管１の内側では、例えば、以下の式１）で示される還元剤の加水分解反応が生じることにより浄化用物質であるアンモニア（ＮＨ_３）が生成される。
（ＮＨ_２）_２ＣＯ＋Ｈ_２Ｏ→２ＮＨ_３＋ＣＯ_２・・・式１）

選択型還元触媒（ＳＣＲ触媒）３は、脱硝反応を促進する触媒である。具体的には、選択型還元触媒３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３は、例えば金属イオン交換ゼオライト、又は金属酸化物が含まれる。選択型還元触媒３は、排気管１内に設けられている。選択型還元触媒３は、還元剤吐出部２よりも下流側に設けられている。

排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯ_ｘ）と浄化用物質は、排気管１内の選択型還元触媒３付近において、例えば、以下の式２）～式４）で示される脱硝反応により、窒素（Ｎ_２）と水（Ｈ_２Ｏ）に分解される。
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）

尿素選択型還元触媒システムにおいては、このようにして、エンジンで生じた排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯ_ｘ）が低減し、排気ガスの清浄度合いが向上する。

ミキサー４は、浄化用物質と排気ガスとを混合させる部品である。ミキサー４は、浄化用物質と排気ガスとを混合させることで、脱硝反応をさらに促進する。ミキサー４は、例えば、噴出口２１と選択型還元触媒３との間に設けられている。ミキサー４は、例えばネジ止め又は溶接等によって排気管１の内側面に固定されている。

ミキサー４は、例えば、回転ファン４ａと、支持フレーム４ｂとを有している。回転ファン４ａは、一例として、複数の羽を有し、排気管１の延在方向と並行な回転軸周りに回転する。支持フレーム４ｂは、一例として、円環状の部材である。この円環状の部材は、排気管１の延在方向に沿って所定の厚み（幅）を有する。支持フレーム４ｂの外周面が排気管１の内面に固定される。具体例として、支持フレーム４ｂの外周面と排気管１の内面とが、ネジ止め又は溶接等により固定される。なお、ミキサー４は、対象物を拡散できるものであればどのような構成であってもよく、上記構成に限定されない。排気管１内を流れる排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯ_ｘ）と浄化用物質は、このように構成されたミキサー４によって混合される。

本実施形態に係る排気ガス浄化装置Ｓの排気管１内の噴出口２１よりも下流側には、還元剤の加水分解を促進する触媒層５が形成されている。触媒層５は、排気管１の内面に膜状に形成されている。触媒層５は、排気管１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する。もっとも、本発明の一形態においては、触媒層５は排気管１の内側面の周方向の全ての領域に形成されていなくてもよく、例えば、内側面のうち周方向の１０％以下の領域のみに触媒層５が設けられていてもよい。

触媒層５は、例えば、Ｔｉ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｚｒ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｎｉ又はＣｏの酸化物もしくはこれらの複合酸化物である。触媒層５は、例えば、スパッタリング、ＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐоｒＤｅｐоｓｉｔｉｏｎ）、プラズマ蒸着、溶射、湿式法等により形成された薄膜である。触媒層５の厚さは、例えば０．０１～１００μｍである。

排気ガス浄化装置Ｓにおいては、このように触媒層５が形成されていることで、排気管１の内面の噴出口２１よりも下流側の領域において還元剤の加水分解を促進することができる。その結果、排気ガス浄化装置Ｓにおいては、排気管１内に還元剤である尿素を残留させづらくすることができる。

［触媒層５の配置］
排気管１の内面には、触媒層５として、上流側触媒層５１及び下流側触媒層５２が設けられている。上流側触媒層５１は、噴出口２１とミキサー４との間に設けられている触媒層である。

排気ガス浄化装置Ｓにおいては、このように排気管１に上流側触媒層５１が設けられていることで、排気管１の内面における噴出口２１とミキサー４との間の領域で還元剤の加水分解を促進することができる。その結果、排気ガス浄化装置Ｓにおいては、排気管１の内面における噴出口２１とミキサー４との間の領域に残留した還元剤である尿素を効果的に除去することができる。また、排気ガス浄化装置Ｓにおいては、ミキサー４によって排気管１の内面において還元剤の加水分解によって生成された浄化用物質と排気ガスとを混合させることができる。

下流側触媒層５２は、ミキサー４と選択型還元触媒３との間に形成されている触媒層である。下流側触媒層５２の厚さは、例えば上流側触媒層５１の厚さと同じであるが、これに限定されない。下流側触媒層５２の厚さは、例えば上流側触媒層５１の厚さよりも小さくてもよい。または、下流側触媒層５２の厚さは、例えば上流側触媒層５１の厚さよりも大きくてもよい。

排気ガス浄化装置Ｓにおいては、このように排気管１に下流側触媒層５２が設けられていることで、排気管１の内面におけるミキサー４と選択型還元触媒３との間の領域で還元剤の加水分解を促進することができる。その結果、排気ガス浄化装置Ｓにおいては、排気管１の内面におけるミキサー４と選択型還元触媒３との間の領域に残留した還元剤である尿素を効果的に除去することができる。

排気管１は、取付領域１１、第１領域１２、及び第２領域１３を有する。取付領域１１は、排気管１のうちミキサー４が取り付けられる領域である。取付領域１１は、第１領域１２と第２領域１３との間の領域であり、その長さは、一例として、ミキサー４の厚みに対応する。

第１領域１２は、取付領域１１よりも上流側である領域である。具体的には、第１領域１２は、排気管１の内面における噴出口２１と取付領域１１の上流側の端部との間の領域である。

第２領域１３は、取付領域１１よりも下流側である領域である。具体的には、第２領域１３は、排気管１の内面における取付領域１１の下流側の端部と選択型還元触媒３の上流側の端部との間の領域である。

本実施形態の排気ガス浄化装置Ｓにおいては、一例として、第１領域１２、第２領域１３、及び取付領域１１に触媒層５が形成されている。後述するようにこれらの領域の少なくとも一部は触媒層５が形成されない領域であってもよい。

例えば、第１領域１２、第２領域１３、及び取付領域１１のうち、取付領域１１は触媒層５が形成されていなくてもよい。

本実施形態では、基本的には、取付領域１１、第１領域１２及び第２領域１３の全体に触媒層５が形成されていることが、触媒層５の形成し易さの観点で好ましい。しかし、例えば、ミキサー４が固定される領域に触媒層５が形成されていないことで、ミキサー４の固定が行い易くなる場合などには、このように取付領域１１に触媒層５が形成されなくてもよい。また、例えば溶接によりミキサー４が取り付けられるような場合には、溶接時の熱により触媒層５の性能が劣化するおそれがある。したがって、このように、触媒層５が当初から形成されていない構成によれば、触媒層５を形成する材料が少なくて済み、無駄も抑えられる。

ミキサー４の表面に、還元剤の加水分解を促進する触媒層が設けられていてもよい。ミキサー４の表面に設けられている還元剤の加水分解を促進する触媒層の材質は、例えば、排気管１の内面に形成されている触媒層５の材質と同じであるが、これに限定されない。ミキサー４の表面に設けられている還元剤の加水分解を促進する触媒層の材質は、例えば、排気管１の内面に形成されている触媒層５の材質と異なる材質であってもよい。

排気ガス浄化装置Ｓにおいては、このようにミキサー４に還元剤の加水分解を促進する触媒層が設けられていることで、ミキサー４の表面において還元剤の加水分解を促進することができる。その結果、排気ガス浄化装置Ｓにおいては、ミキサー４の表面に残留した還元剤である尿素を効果的に除去することができる。

［本実施形態に係る排気ガス浄化装置Ｓによる効果］
本実施形態に係る排気ガス浄化装置Ｓにおいては、上述したように、排気管１内の噴出口２１よりも下流側に、還元剤の加水分解を促進する触媒層５が形成され、触媒層５は、排気管１の内面に膜状に形成されている。その結果、排気ガス浄化装置Ｓにおいては、排気管１の内面の噴出口２１よりも下流側の領域において還元剤の加水分解を促進することができる。したがって、排気ガス浄化装置Ｓにおいては、排気管１内に還元剤である尿素を残留させづらくすることができる。

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、装置の全部又は一部は、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併せ持つ。

Ｓ・・・排気ガス浄化装置
１・・・排気管
１１・・・取付領域
１２・・・第１領域
１３・・・第２領域
２・・・還元剤吐出部
２１・・・噴出口
３・・・選択型還元触媒
４・・・ミキサー
４ａ・・・回転ファン
４ｂ・・・支持フレーム
５・・・触媒層
５１・・・上流側触媒層
５２・・・下流側触媒層

Claims

車両のエンジンで生じる排気ガスを浄化する排気ガス浄化装置であって、
前記排気ガスが通る排気管と、
前記排気ガスを浄化するための浄化用物質を加水分解により生成するために用いられる還元剤を前記排気管の内側で噴出させる噴出口を有する還元剤吐出部と、
前記排気管内に設けられ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と、
前記噴出口と前記選択型還元触媒との間に設けられており、前記浄化用物質と前記排気ガスとを混合させるミキサーと、
を備え、
前記排気管内の前記噴出口よりも下流側に、前記還元剤の前記加水分解を促進する触媒層が形成され、前記触媒層は、前記排気管の内面に膜状に形成されており、
前記ミキサーは、
複数の羽を有する回転ファンと、
前記回転ファンの外側に設けられており、前記排気管の延在方向に沿って所定の厚みを有する円環状の支持フレームと、
を有し、
前記排気管には、
前記支持フレームが溶接により取り付けられる取付領域と、
前記取付領域よりも上流側である第１領域と、
前記取付領域よりも下流側である第２領域と、
が設けられ、
前記第１領域と前記第２領域とに前記触媒層が形成され、
前記取付領域には前記触媒層が形成されていないことを特徴とする排気ガス浄化装置。
前記触媒層は、前記噴出口と前記ミキサーとの間に設けられている、
請求項１に記載の排気ガス浄化装置。
前記ミキサーの表面に、前記還元剤の加水分解を促進する触媒層が設けられている、
請求項１に記載の排気ガス浄化装置。