特許 6285255 排気浄化装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6285255

(24)【登録日】2018年2月9日

(45)【発行日】2018年2月28日

(54)【発明の名称】排気浄化装置

(51)【国際特許分類】

   F01N 3/08 20060101AFI20180215BHJP

   F01N 3/24 20060101ALI20180215BHJP

   F01N 3/035 20060101ALI20180215BHJP

【ＦＩ】

   F01N3/08 B

   F01N3/24 E

   F01N3/24 N

   F01N3/035 E

【請求項の数】2

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2014-76345(P2014-76345)

(22)【出願日】2014年4月2日

(65)【公開番号】特開2015-197084(P2015-197084A)

(43)【公開日】2015年11月9日

【審査請求日】2017年3月8日

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】000005463

【氏名又は名称】日野自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000512

【氏名又は名称】特許業務法人山田特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】鶴田 智之

【審査官】 二之湯 正俊

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−１０４３９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１３８６５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−３１５３０８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０１Ｎ ３／００− ３／３８

Ｆ０１Ｎ ９／００−１１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

排気ガス中に含まれるＮＯxをアンモニアと反応せしめる選択還元型触媒と、該選択還元型触媒より上流で排気ガス中に尿素水を添加する尿素水添加手段と、該尿素水添加手段から前記選択還元型触媒までの間に介装されて排気ガスを導くミキシングパイプと、該ミキシングパイプの入側端部に対し接線方向から排気ガスを導入して前記ミキシングパイプ内に排気ガスの旋回流を形成するミキサ構造と、前記ミキシングパイプにより導かれた排気ガスを直角な向きに方向転換させつつ分散せしめ且つその分散された排気ガスを選択還元型触媒の入側端部に導入し得るよう該入側端部を包囲するガス分散室とを備え、前記排気ガスの旋回流に対し前記尿素水添加手段により尿素水を添加して混合させるようにした排気浄化装置であって、
前記ガス分散室内における前記ミキシングパイプが開通する位置に、該ミキシングパイプから旋回しながら流入してくる排気ガスを前記選択還元型触媒の入側端面における中心部に向けて誘導する導風板を備え、
該導風板は、前記ガス分散室内における内側壁に沿う偏った流れが形成され易い側の前記内側壁に、前記ミキシングパイプの出側開口部における前記偏った流れが形成され易い側の縁から前記選択還元型触媒の入側端面における中心部に向かう接線方向に助走部を直線状に形成し、該助走部が前記選択還元型触媒の入側端面と対峙する位置に差し掛かったところで前記偏った流れが形成され易い側の前記内側壁に向け折れ曲がる退避部を形成していることを特徴とする排気浄化装置。

【請求項2】

前記選択還元型触媒に対し相互の入側端部同士が同じ方向を向くようにパティキュレートフィルタを並列に配置し、該パティキュレートフィルタの出側端部から排出された排気ガスを前記ミキサ構造を介し前記ミキシングパイプの入側端部に導入して前記パティキュレートフィルタの排気流れと逆向きに折り返すように構成したことを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、排気浄化装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

近年、排気管の途中に排気ガス中のパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタを備えると共に、該パティキュレートフィルタの下流側に酸素共存下でも選択的にＮＯxをアンモニアと反応させ得る選択還元型触媒を備え、該選択還元型触媒と前記パティキュレートフィルタとの間に還元剤として尿素水を添加してパティキュレートとＮＯxの同時低減を図ることが提案されている。

【0003】

この場合、選択還元型触媒への尿素水の添加は、パティキュレートフィルタと選択還元型触媒との間で行われることになるため、排気ガス中に添加された尿素水がアンモニアと炭酸ガスに熱分解されるまでの十分な反応時間を確保しようとすれば、尿素水の添加位置から選択還元型触媒までの距離を長くする必要があるが、パティキュレートフィルタと選択還元型触媒とを十分な距離を隔てて離間配置させてしまうと、車両への搭載性が著しく損なわれてしまう。

【0004】

このため、本発明と同じ出願人により図３に示す如きコンパクトな排気浄化装置が既に提案されており、ここに図示している排気浄化装置では、エンジンからの排気ガス１が流通する排気管２の途中に、排気ガス１中のパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタ３と、該パティキュレートフィルタ３の下流側に酸素共存下でも選択的にＮＯxをアンモニアと反応させ得る性質を備えた選択還元型触媒４とをケーシング５，６により夫々抱持して並列に配置し、パティキュレートフィルタ３の出側端部と選択還元型触媒４の入側端部との間をＳ字構造の連絡流路７により接続し、パティキュレートフィルタ３の出側端部から排出された排気ガス１が逆向きに折り返されて隣の選択還元型触媒４の入側端部に導入されるようになっている。

【0005】

ここで、前記連絡流路７は、パティキュレートフィルタ３の出側端部を包囲し且つ該出側端部から出た直後の排気ガス１を略直角な向きに方向転換させつつ集合せしめるガス集合室７Ａと、該ガス集合室７Ａで集められた排気ガス１をパティキュレートフィルタ３の排気流れと逆向きに抜き出すミキシングパイプ７Ｂと、該ミキシングパイプ７Ｂにより導かれた排気ガス１を略直角な向きに方向転換させつつ分散せしめ且つその分散された排気ガス１を選択還元型触媒４の入側端部に導入し得るよう該入側端部を包囲するガス分散室７ＣとによりＳ字構造を成すように構成されており、前記ミキシングパイプ７Ｂの入側端部の中心位置には、該ミキシングパイプ７Ｂ内に尿素水を添加するためのインジェクタ８が前記ミキシングパイプ７Ｂの出側端部側へ向けて装備されている。

【0006】

尚、ここに図示している例では、パティキュレートフィルタ３が抱持されているケーシング５内の前段に、排気ガス１中の未燃燃料分を酸化処理する酸化触媒９が装備されており、また、選択還元型触媒４が抱持されているケーシング６内の後段には、余剰のアンモニアを酸化処理するアンモニア低減触媒１０が装備されている。

【0007】

そして、このような構成を採用すれば、パティキュレートフィルタ３により排気ガス１中のパティキュレートが捕集されると共に、その下流側のミキシングパイプ７Ｂの途中でインジェクタ８から尿素水が排気ガス１中に添加されてアンモニアと炭酸ガスに熱分解され、選択還元型触媒４上で排気ガス１中のＮＯxがアンモニアにより良好に還元浄化される結果、排気ガス１中のパティキュレートとＮＯxの同時低減が図られることになる。

【0008】

この際、パティキュレートフィルタ３の出側端部から排出された排気ガス１が連絡流路７により逆向きに折り返されてから隣の選択還元型触媒４の入側端部に導入されるようになっているので、尿素水の添加位置から選択還元型触媒４までの距離が長く確保され、尿素水からアンモニアが生成されるのに十分な反応時間が確保される。

【0009】

しかも、パティキュレートフィルタ３と選択還元型触媒４とが並列に配置され、これらパティキュレートフィルタ３と選択還元型触媒４との間に沿うように連絡流路７が配置されているので、その全体構成がコンパクトなものとなって車両への搭載性が大幅に向上されることになる。

【0010】

そして、インジェクタ８により尿素水が添加される箇所には、図５及び図６に詳細を示す如き円筒状のミキシングパイプ７Ｂにおける入側端部の開口部１１に対しガス集合室７Ａからの排気ガス１をガイドフィン１２，１３，１４により接線方向から導入せしめ、これにより排気ガス１に旋回流（スワール）を与えるミキサ構造１５が採用されており、この旋回流の中心にインジェクタ８から尿素水の添加を行うことで該尿素水の排気ガス１に対する混合性を高めてアンモニアへの転化を促すようにしてある。

【0011】

尚、この種の排気浄化装置に関連する先行技術文献情報としては下記の特許文献１等がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0012】

【特許文献1】特開２００８−１９６３２８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0013】

しかしながら、このように排気ガス１に旋回流を与えて尿素水を添加するようにした場合、ミキシングパイプ７Ｂから旋回しながらガス分散室７Ｃ内に流入してくる排気ガス１は、図４に示す如く、その旋回流の勢いで前記ガス分散室７Ｃの片側の内側壁ｗに沿うような偏った流れを形成し易く、選択還元型触媒４に対し排気ガス１が不均一に導入されて、本来発揮されるべき触媒性能が十分に引き出されない虞れがあった。

【0014】

より具体的には、選択還元型触媒４とミキシングパイプ７Ｂとが図４のように配置されていた場合に、排気ガス１の旋回流が反時計回りに形成されると、図４中のガス分散室７Ｃにおける右側の内側壁ｗに沿うような偏った流れが形成され易くなり、選択還元型触媒４の右側にばかり排気ガス１がアンモニアガスと共に導入される結果、選択還元型触媒４の全容積が有効に活用されず、選択還元型触媒４の一部だけでＮＯxの還元浄化反応が進むという事態を招く懸念があった。

【0015】

尚、先の図３に符号Ｌで示しているガス分散室７Ｃから選択還元型触媒４の入側端面までの距離を十分に大きく取れば、前述の如き排気ガス１の流れの偏りを改善することが可能であるが、それでは搭載性の悪化を招くという本末転倒の結果を招きかねないため、この距離Ｌはできるだけ小さく抑えたいという事情がある。

【0016】

本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、選択還元型触媒に対し排気ガスの流れ分布を均一化して導入し得るようにすることを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0017】

本発明は、排気ガス中に含まれるＮＯxをアンモニアと反応せしめる選択還元型触媒と、該選択還元型触媒より上流で排気ガス中に尿素水を添加する尿素水添加手段と、該尿素水添加手段から前記選択還元型触媒までの間に介装されて排気ガスを導くミキシングパイプと、該ミキシングパイプの入側端部に対し接線方向から排気ガスを導入して前記ミキシングパイプ内に排気ガスの旋回流を形成するミキサ構造と、前記ミキシングパイプにより導かれた排気ガスを直角な向きに方向転換させつつ分散せしめ且つその分散された排気ガスを選択還元型触媒の入側端部に導入し得るよう該入側端部を包囲するガス分散室とを備え、前記排気ガスの旋回流に対し前記尿素水添加手段により尿素水を添加して混合させるようにした排気浄化装置であって、前記ガス分散室内における前記ミキシングパイプが開通する位置に、該ミキシングパイプから旋回しながら流入してくる排気ガスを前記選択還元型触媒の入側端面における中心部に向けて誘導する導風板を備え、該導風板は、前記ガス分散室内における内側壁に沿う偏った流れが形成され易い側の前記内側壁に、前記ミキシングパイプの出側開口部における前記偏った流れが形成され易い側の縁から前記選択還元型触媒の入側端面における中心部に向かう接線方向に助走部を直線状に形成し、該助走部が前記選択還元型触媒の入側端面と対峙する位置に差し掛かったところで前記偏った流れが形成され易い側の前記内側壁に向け折れ曲がる退避部を形成していることを特徴とするものである。

【0018】

而して、このようにすれば、ミキサ構造によりミキシングパイプの入側端部に対し接線方向から排気ガスが導入され、これによりミキシングパイプ内に排気ガスの旋回流が形成されるので、この旋回流に対し尿素水添加手段により尿素水を添加すると、該尿素水が効果的に混合されてアンモニアが生成され、該アンモニアを含む排気ガスが旋回しながらミキシングパイプ内を進んでガス分散室に到り、ここで略直角な向きに方向転換されつつ分散されて選択還元型触媒の入側端部に導入され、該選択還元型触媒にて排気ガス中のＮＯxがアンモニアにより良好に還元浄化されることになるが、この際、ミキシングパイプから旋回しながらガス分散室内に流入してくる排気ガスが導風板により前記選択還元型触媒の入側端面における中心部に向けて誘導されるので、ガス分散室の片側の内側壁に沿うように排気ガスが偏って流れる傾向が是正され、前記選択還元型触媒の入側端面に導入される排気ガスの流れ分布が均一化されることになる。

【0019】

また、本発明においては、前記選択還元型触媒に対し相互の入側端部同士が同じ方向を向くようにパティキュレートフィルタを並列に配置し、該パティキュレートフィルタの出側端部から排出された排気ガスを前記ミキサ構造を介し前記ミキシングパイプの入側端部に導入して前記パティキュレートフィルタの排気流れと逆向きに折り返すように構成した排気浄化装置に適用することが好ましく、ガス分散室から選択還元型触媒の入側端面までの距離を小さく抑えて全体をコンパクトにまとめることが可能となる。

【発明の効果】

【0020】

上記した本発明の排気浄化装置によれば、ミキシングパイプから旋回しながらガス分散室内に流入してくる排気ガスを導風板により選択還元型触媒の入側端面における中心部に向けて誘導することができるので、選択還元型触媒の入側端面に対し排気ガスの流れ分布を均一化して導入することができ、該後処理装置の全容積を効率良く利用して本来発揮されるべき触媒性能を十分に引き出すことができ、また、ガス分散室から選択還元型触媒の入側端面までの距離を小さく抑えて全体構造のコンパクト化を図ることができる等種々の優れた効果を奏し得る。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】本発明を実施する形態の一例を示す一部を切り欠いた平面図である。

【図2】図１のＩＩ−ＩＩ矢視の断面図である。

【図3】従来例を示す一部を切り欠いた平面図である。

【図4】図３のＩＶ−ＩＶ矢視の断面図である。

【図5】図３の要部の詳細を示す断面図である。

【図6】図３の要部を拡大して示す斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。

【0023】

図１及び図２は本発明を実施する形態の一例を示すもので、本形態例においては、前述した図３及び図４のものと略同様に構成した排気浄化装置に関し、ガス分散室７Ｃ内におけるミキシングパイプ７Ｂが開通する位置に、該ミキシングパイプ７Ｂから旋回しながら流入してくる排気ガス１を選択還元型触媒４の入側端面における中心部に向けて誘導する導風板１６を設けたところを特徴としている。

【0024】

即ち、図２に示している例では、ガス分散室７Ｃがミキシングパイプ７Ｂ側から選択還元型触媒４側にかけて末広がりに拡幅するティアドロップ形状（図２では逆さのティアドロップ形状での図示）を成しており、正面から見て排気ガス１の旋回流が反時計回りに形成されるようになっているので、図２中のガス分散室７Ｃにおける右側の内側壁ｗに沿うような偏った流れ（図４参照）が形成され易い傾向にある。

【0025】

そこで、前記ガス分散室７Ｃの右側の内側壁ｗに、前記ミキシングパイプ７Ｂの出側開口部１７の右縁から前記選択還元型触媒４の入側端面における中心部に向かう接線方向に導風板１６の助走部１６ａを直線状に形成すると共に、前記選択還元型触媒４の入側端面と対峙する位置に差し掛かったところで前記右側の内側壁ｗ側に折れ曲がって退避部１６ｂを形成している。

【0026】

このような導風板１６を形成するにあたって重要なことは、該導風板１６が前記選択還元型触媒４の入側端面と対峙する位置に極力差し掛からないようにすることである。なぜなら、前記導風板１６が前記選択還元型触媒４の入側端面と対峙する位置に大きく張り出してしまうと、排気ガス１が導風板１６を回り込んで前記選択還元型触媒４の入側端面に向かわなければならなくなり、排気ガス１の流れ分布に別の偏り傾向を与えてしまう懸念が生じるからである。

【0027】

また、図２に例示しているように、前記導風板１６の助走部１６ａは、ミキシングパイプ７Ｂの出側開口部１７を排気ガス１が出た直後から誘導を開始し得るように形成されていることが好ましく、前記導風板１６の退避部１６ｂは、急激な形状変化による排気ガス１の乱流化を招かないように前記助走部１６ａに対し極力なだらかな角度で形成されていることが好ましい。

【0028】

而して、このように排気浄化装置を構成すれば、ミキサ構造１５によりミキシングパイプ７Ｂの入側端部に対し接線方向から排気ガス１が導入され、これによりミキシングパイプ７Ｂ内に排気ガス１の旋回流が形成されるので、この旋回流に対しインジェクタ８により尿素水を添加すると、該尿素水が効果的に混合されてアンモニアが生成され、該アンモニアを含む排気ガス１が旋回しながらミキシングパイプ７Ｂ内を進んでガス分散室７Ｃに到り、ここで略直角な向きに方向転換されつつ分散されて選択還元型触媒４の入側端部に導入され、該選択還元型触媒４にて排気ガス１中のＮＯxがアンモニアにより良好に還元浄化されることになるが、この際、ミキシングパイプ７Ｂから旋回しながらガス分散室７Ｃ内に流入してくる排気ガス１が導風板１６により前記選択還元型触媒４の入側端面における中心部に向けて誘導されるので、ガス分散室７Ｃの片側の内側壁ｗに沿うように排気ガス１が偏って流れる傾向が是正され、前記選択還元型触媒４の入側端面に導入される排気ガス１の流れ分布が均一化されることになる。

【0029】

従って、上記形態例によれば、ミキシングパイプ７Ｂから旋回しながらガス分散室７Ｃ内に流入してくる排気ガス１を導風板１６により選択還元型触媒４の入側端面における中心部に向けて誘導することができるので、選択還元型触媒４の入側端面に対し排気ガス１の流れ分布を均一化して導入することができ、選択還元型触媒４の全容積を効率良く利用して本来発揮されるべき触媒性能を十分に引き出すことができ、また、ガス分散室７Ｃから選択還元型触媒４の入側端面までの距離Ｌを小さく抑えて全体構造のコンパクト化を図ることができる。

【0030】

尚、本発明の排気浄化装置は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、図示ではパティキュレートフィルタと選択還元型触媒とを並列に配置した場合における選択還元型触媒の入側に適用した場合を例示しているが、尿素水添加手段から選択還元型触媒までの間をミキシングパイプで繋ぐようにした構成が採用されていれば、図示とは異なる様々なレイアウトの排気浄化装置について適用することが可能であること、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

【符号の説明】

【0031】

１ 排気ガス
３ パティキュレートフィルタ
４ 選択還元型触媒
７Ｂ ミキシングパイプ
７Ｃ ガス分散室
８ インジェクタ（尿素水添加手段）
１５ ミキサ構造
１６ 導風板

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】