特許 7283146 排気ガス浄化装置

(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】

(24)【登録日】2023-05-22

(45)【発行日】2023-05-30

(54)【発明の名称】排気ガス浄化装置

(51)【国際特許分類】

   F01N 3/24 20060101AFI20230523BHJP

   F01N 3/08 20060101ALI20230523BHJP

   F01N 3/20 20060101ALI20230523BHJP

   F01N 3/28 20060101ALI20230523BHJP

   B01D 53/94 20060101ALI20230523BHJP

   B01J 35/02 20060101ALI20230523BHJP

【ＦＩ】

F01N3/24 L ZAB

F01N3/08 B

F01N3/20 K

F01N3/24 C

F01N3/24 E

F01N3/28 A

F01N3/20 H

B01D53/94 245

B01D53/94 280

B01D53/94 222

B01D53/94 400

B01J35/02 301

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2019045918

(22)【出願日】2019-03-13

(65)【公開番号】P2020148140

(43)【公開日】2020-09-17

【審査請求日】2022-02-25

(73)【特許権者】

【識別番号】000006286

【氏名又は名称】三菱自動車工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001737

【氏名又は名称】弁理士法人スズエ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】渡邊 哲也

【審査官】前田 浩

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１９／００３２５３３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１２／０２５５２８５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１８／００３６６８０（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０１Ｎ ３／２４

Ｆ０１Ｎ ３／０８

Ｆ０１Ｎ ３／２０

Ｆ０１Ｎ ３／２８

Ｂ０１Ｄ ５３／９４

Ｂ０１Ｊ ３５／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

エンジンから排出される排気ガスを浄化する酸化触媒を有する酸化触媒ユニットと、
前記酸化触媒よりも前記排気ガスの流れの下流側に前記酸化触媒と隣接して配置された第一加熱器を有する第一加熱器ユニットと、
前記第一加熱器よりも前記排気ガスの流れの下流側に位置し、噴射された尿素水によって前記排気ガスを還元して浄化する選択還元型触媒を有する選択還元型触媒ユニットと、
前記第一加熱器と前記選択還元型触媒との間に挟まれる接続領域に配置された前記尿素水を噴射する尿素水供給器と、前記尿素水供給器よりも前記排気ガスの流れの下流側に位置する前記接続領域に配置され、供給経路に供給された前記尿素水を拡散する拡散器とを有する尿素水供給ユニットと、
前記選択還元型触媒を加熱する第二加熱器を有する第二加熱器ユニットと、を有し、
前記排気ガスの流れの下流側に向かって順に前記酸化触媒ユニットと前記第一加熱器ユニットと前記尿素水供給ユニットと前記第二加熱器ユニットと前記選択還元型触媒ユニットを配置するとともに各ユニットを隣接させて、筐体ユニットに一体に格納する排気ガス浄化装置。

【請求項2】

前記酸化触媒は、ゼオライトを含んでいない、請求項１に記載の排気ガス浄化装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、排気ガス浄化装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、ディーゼルエンジンの後処理として、排気ガス浄化装置が用いられている。排ガス浄化装置は、排気ガスの温度が相対的に低い時（例えば、エンジン始動時やアイドリング時）に、触媒による排気ガスの浄化性能が低下することから、触媒の温度を調整することがある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１０－２６５８６２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

排気ガスの温度が相対的に低い場合であっても、効率良く触媒を加熱して排気ガスの浄化性能を維持することが要請されている。

【0005】

本発明の目的は、排気ガスの温度影響を緩和しつつ選択還元型触媒による排気ガスの浄化性能を維持できる排気ガス浄化装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

かかる目的を達成するために、本発明の排気ガス浄化装置は、エンジンから排出される排気ガスを浄化する酸化触媒を有する酸化触媒ユニットと、酸化触媒よりも排気ガスの流れの下流側に酸化触媒と隣接して配置された第一加熱器を有する第一加熱器ユニットと、第一加熱器よりも排気ガスの流れの下流側に位置し、噴射された尿素水によって排気ガスを還元して浄化する選択還元型触媒を有する選択還元型触媒ユニットと、第一加熱器と選択還元型触媒との間に挟まれる接続領域に配置された尿素水を噴射する尿素水供給器と、尿素水供給器よりも排気ガスの流れの下流側に位置する接続領域に配置され、供給経路に供給された尿素水を拡散する拡散器とを有する尿素水供給ユニットと、選択還元型触媒を加熱する第二加熱器を有する第二加熱器ユニットと、を有し、排気ガスの流れの下流側に向かって順に酸化触媒ユニットと第一加熱器ユニットと尿素水供給ユニットと第二加熱器ユニットと選択還元型触媒ユニットを配置するとともに各ユニットを隣接させて、筐体ユニットに一体に格納する。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、排気ガスの温度影響を緩和しつつ選択還元型触媒による排気ガスの浄化性能を維持できる排気ガス浄化装置を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】排気ガス浄化装置を示す斜視図

【図2】図１の排気ガス浄化装置を断面で示す側面図。

【図3】排気ガスの温度変化を示すグラフ。

【発明を実施するための形態】

【0009】

［排気ガス浄化装置１００の構成］
図１及び図２を参照して、実施形態の排気ガス浄化装置１００の構成を説明する。

【0010】

図１は、排気ガス浄化装置１００を示す斜視図である。図２は、図１の排気ガス浄化装置１００を断面で示す側面図である。

【0011】

排気ガス浄化装置１００は、エンジンから排出される排気ガスを浄化する装置であり、図１に示すように、排気通路にＤＯＣユニット１１０、第１ＥＨＣユニット１２０、尿素水供給ユニット１３０、第２ＥＨＣユニット１４０、ＳＤＰＦユニット１５０および筐体ユニット１６０を含んで構成されている。

【0012】

ＤＯＣユニット１１０は、排気ガスＥに含まれる一酸化炭素（ＣＯ）と炭化水素（ＨＣ）を浄化する。ＤＯＣユニット１１０は、図２に示すように、酸化触媒１１１及び担体１１２を含んでいる。酸化触媒１１１は、エンジンから排出される、例えば、一酸化炭素（ＣＯ）と炭化水素（ＨＣ）を酸化させて浄化する。酸化触媒１１１には、例えば、酸化機能を有するディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ：Ｄｉｅｓｅｌ Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ Ｃａｔａｌｙｓｔ）を用いる。酸化触媒１１１には、炭化水素（ＨＣ）を吸着するゼオライトが含まれていない。このため、酸化触媒１１１は、炭化水素（ＨＣ）を吸着することなく、炭化水素を酸化する。担体１１２は、酸化触媒１１１を担持し排気ガスＥを通過させる。

【0013】

第１ＥＨＣユニット１２０は、ＤＯＣユニット１１０の下流側にＤＯＣユニット１１０と隣接して設けられ、ＤＯＣユニット１１０を通過した排気ガスＥを加熱して、尿素水供給ユニット１３０の尿素インジェクター１３１から噴射された尿素水Ｕのアンモニア（ＮＨ３）への分解を促進する。尿素水Ｕの分解は１５０℃程度から進行するため、排気ガスＥの温度が分解温度以下の場合に、その排気ガスＥを加熱して昇温させる。第１ＥＨＣユニット１２０により、排気ガスＥを１８０℃以上に加熱して、排気ガスＥに含有される未燃焼の炭化水素（ＨＣ）と一酸化炭素（ＣＯ）成分を燃焼させて浄化する。

【0014】

第１ＥＨＣユニット１２０は、図２に示すように、ＤＯＣユニット１１０に用いられている酸化触媒１１１、担体１２２、第１ヒータ１２３（第一加熱器）および第１温度センサー１２４を含んでいる。担体１２２は、酸化触媒１１１を担持し排気ガスＥを通過させる。
第１ヒータ１２３は、担体１２２と接合され、排気ガスＥを加熱することによって酸化触媒１１１を加熱する。第１ヒータ１２３は、ＤＯＣユニット１１０に含まれる酸化触媒１１１よりも排気ガスＥの流れの下流側に酸化触媒１１１と隣接して配置されている。尚、第１ヒータ１２３に、酸化触媒１１１を絶縁性を保った状態で塗布して固着させることによって、酸化触媒１１１を直接的に保持する構成としてもよい。第１温度センサー１２４は、排気ガスＥの温度を測定する。排気ガスＥの温度は、車両の制御部に送信され、車両が運転を継続している間、排気ガスＥの温度が一定値以上になるように、第１ヒータ１２３が制御される。

【0015】

なお、ここでは第１ＥＨＣユニット１２０が酸化触媒１１１、及び、担体１２２を有する場合の説明をしたが、第１ＥＨＣユニット１２０が酸化触媒１１１、及び、担体１２２を有さずに第１ヒータ１２３のみを有するものであってもよい。この場合には、尿素インジェクター１３１から噴射された尿素水を更に過熱しやすくなる。

【0016】

尿素水供給ユニット１３０は、第１ＥＨＣユニット１２０の下流側に設けられ、第１ＥＨＣユニット１２０を通過し加熱された排気ガスＥに対して尿素水Ｕを供給する。尿素水供給ユニット１３０は、図２に示すように、尿素インジェクター１３１（尿素水供給器）およびミキサー（拡散器）１３２を含んでいる。尿素インジェクター１３１は、排気ガスＥに対して尿素水Ｕを霧状に噴射して供給する。尿素インジェクター１３１は、第１ヒータ１２３よりも排気ガスＥの流れの下流側の直後に尿素水Ｕの供給経路を設けている。ここで、下流側の直後とは、後述するＳＤＰＦユニット１５０と第１ＥＨＣユニット１２０の第１ヒータ１２３との間に挟まれた接続領域を意味する。尿素インジェクター１３１は、図１および図２において、尿素水Ｕの貯蔵タンク、送液機構および噴射機構等の図示を省略している。ミキサー１３２は、尿素インジェクター１３１の下流側で前述した接続領域に配置され、霧状の尿素水Ｕを拡散させつつ排気ガスＥの下流側に通過させる。ミキサー１３２は、排気ガスＥの流れによって受動的に回転するブレードを備えている。

【0017】

第２ＥＨＣユニット１４０は、尿素水供給ユニット１３０の下流側で前述した接続領域に設けられ、尿素水供給ユニット１３０を通過し尿素水Ｕが噴射された排気ガスＥを加熱して、窒素酸化物（ＮＯｘ）の浄化開始時間を早期化する。ＳＣＲ触媒１４１において、排気ガスＥの温度が１７０℃程度から窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化の反応が進行するため、排気ガスＥが反応進行温度以下の場合に、その排気ガスＥを加熱して、ＳＣＲ触媒１４１の温度を上昇させる。

【0018】

第２ＥＨＣユニット１４０は、図２に示すように、ＳＣＲ触媒１４１、担体１４２、第２ヒータ１４３および第２温度センサー１４４を含んでいる。ＳＣＲ触媒１４１は、選択還元型触媒であって、窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元して浄化する。ＳＣＲ触媒１４１には、貴金属が含まれていない。担体１４２は、ＳＣＲ触媒１４１を担持し排気ガスＥを通過させる。第２ヒータ１４３は、担体１４２と接合され、排気ガスＥを加熱することによってＳＣＲ触媒１４１を加熱する。第２ヒータ１４３は、ミキサー１３２の下流であって接続領域に設けられている。尚、第２ヒータ１４３に、ＳＣＲ触媒１４１を絶縁性を保った状態で塗布して固着させることによって、ＳＣＲ触媒１４１を直接的に保持する構成としてもよい。第２温度センサー１４４は、排気ガスＥの温度を測定する。排気ガスＥの温度は、車両の制御部に送信され、車両が運転を継続している間、排気ガスＥの温度が一定値以上になるように、第２ヒータ１４３が制御される。

【0019】

ＳＤＰＦユニット１５０は、第２ＥＨＣユニット１４０の下流側に設けられ、排気ガスＥに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）および粒子状物質（ＰＭ）を浄化する。ＳＤＰＦユニット１５０は、図２に示すように、第２ＥＨＣユニット１４０に用いられているＳＣＲ触媒１４１、フィルタ１５２および第３温度センサー１５４を含んでいる。フィルタ１５２は、ＳＣＲ触媒１４１を担持し排気ガスＥを通過させる。第３温度センサー１５４は、排気ガスＥの温度を測定する。排気ガスＥの温度は、車両の制御部に送信され、車両が運転を継続している間、排気ガスＥの温度が一定値以上になるように、第２ＥＨＣユニット１４０の第２ヒータ１４３が制御される。

【0020】

筐体ユニット１６０は、ＤＯＣユニット１１０、第１ＥＨＣユニット１２０、尿素水供給ユニット１３０、第２ＥＨＣユニット１４０およびＳＤＰＦユニット１５０を一体に格納している。筐体ユニット１６０は、ＤＯＣユニット１１０からＳＤＰＦユニット１５０に向かって、排気ガスＥを流通させる。筐体ユニット１６０は、エンジンの排気側に取り付けられている。

【0021】

［排気ガス浄化装置１００の作用効果］
図３を参照して、実施形態の排気ガス浄化装置１００の作用効果を説明する。

【0022】

図３は、排気ガスＥの温度変化を示すグラフである。

【0023】

実施形態の排気ガス浄化装置１００は、酸化触媒１１１よりも排気ガスＥの流れの下流側であって、かつ、尿素インジェクター１３１（尿素水供給器）よりも排気ガスＥの流れの上流側に、第１ヒータ１２３（第一加熱器）を有している。また、排気ガス浄化装置１００は、尿素インジェクター１３１よりも排気ガスＥの流れの下流側に、ＳＣＲ触媒１４１を有している。すなわち、尿素インジェクター１３１（尿素水供給器）は、第１ヒータ１２３とＳＣＲ触媒１４１の間に挟まれた接続領域に配置されるため、第１ヒータ１２３と尿素インジェクター１３１（尿素水供給器）との距離を極力近づけることができる。

【0024】

このような構成によれば、排気ガスＥが相対的に低温であっても、第１ヒータ１２３によって排気ガスＥを加熱すると共に尿素水Ｕを加熱（気化）し、加熱された排気ガスＥを、加熱された尿素水ＵとＳＣＲ触媒１４１によって十分に還元させて浄化することができる。排気ガスＥが相対的に低温とは、車両の連続運転時における排気ガスＥの温度と比較して、車両のエンジン始動時やアイドリング時における排気ガスＥの温度が相対的に低いことを表している。図３に示すように、本実施形態においては、車両の運転の状態によらず、排気ガスＥを一定の温度以上に保っていることから、その排気ガスＥをＳＣＲ触媒１４１によって十分に還元させて浄化することが容易である。一方、図３に示すように、対比例においては、車両のエンジン始動時やアイドリング時に、排気ガスＥが低温であることから、その排気ガスＥをＳＣＲ触媒１４１によって十分に還元させて浄化することが難しい。このように、排気ガス浄化装置１００は、排気ガスＥの温度影響を緩和しつつＳＣＲ触媒１４１による排気ガスＥの浄化性能を維持できる。

【0025】

また、実施形態の排気ガス浄化装置１００は、尿素インジェクター１３１（尿素水供給器）よりも排気ガスＥの流れの下流側に位置し、ＳＤＰＦユニット１５０と第１ＥＨＣユニット１２０の第１ヒータ１２３との間に挟まれた接続領域に尿素水Ｕを拡散するミキサー１３２（拡散器）を備えている。すなわち、第１ヒータ１２３とミキサー１３２（拡散器）との距離を極力近づけることができる。

【0026】

このような構成によれば、ミキサー１３２によって排気ガスＥを均等に拡散させるとともに、ミキサー１３２を介して排気ガスＥを間接的に加熱すると共に尿素水Ｕを間接的に加熱（気化）することができる。ここで、ミキサー１３２は、第１ヒータ１２３によって排気ガスＥを介して十分に加熱される。この結果、排気ガス浄化装置１００は、第１ヒータ１２３によって排気ガスＥを加熱すると共に、ミキサー１３２によって排気ガスＥを加熱することによって、排気ガスＥの温度影響を緩和しつつＳＣＲ触媒１４１による排気ガスＥの浄化性能を維持できる。

【0027】

また、実施形態の排気ガス浄化装置１００は、ＳＣＲ触媒１４１を加熱する第２ヒータ１４３（第二加熱器）をＳＤＰＦユニット１５０と第１ＥＨＣユニット１２０の第１ヒータ１２３との間に挟まれた接続領域に有している。

【0028】

このような構成によれば、相対的に低温のＳＣＲ触媒１４１を加熱して反応が十分に進行するようにして、窒素酸化物（ＮＯｘ）の浄化を開始できるまでの時間を短縮することができる。この結果、排気ガス浄化装置１００は、排気ガスＥの温度影響を緩和しつつＳＣＲ触媒１４１による排気ガスＥの浄化性能を維持できる。

【0029】

また、実施形態の排気ガス浄化装置１００において、酸化触媒１１１は、ゼオライトを含んでいない。

【0030】

このような構成によれば、排気ガスＥに含まれる炭化水素（ＨＣ）をゼオライトによって吸着させることなく、第１ヒータ１２３によって加熱して処理することができる。この結果、排気ガス浄化装置１００は、特に炭化水素（ＨＣ）の浄化能力を高めた上で、排気ガスＥの温度影響を緩和しつつＳＣＲ触媒１４１による排気ガスＥの浄化性能を維持できる。

【0031】

［実施形態の排気ガス浄化装置１００の態様］
本発明を実施するに当たり、上記の実施形態は一例であり、具体的な態様を種々に変更して実施できる。

【0032】

排気ガス浄化装置１００は、排気ガスＥの流れが垂直方向（重力方向）に沿うように設けているが、排気ガスＥの流れが水平方向に沿うように設けてもよい。

【符号の説明】

【0033】

１００…排気ガス浄化装置、１１０…ＤＯＣユニット、１１１…酸化触媒、１１２…担体、１２０…第１ＥＨＣユニット、１２２…担体、１２３…第１ヒータ（加熱器）、１２４…第１温度センサー、１３０…尿素水供給ユニット、１３１…尿素インジェクター、１３２…ミキサー（拡散器）、１４０…第２ＥＨＣユニット、１４１…ＳＣＲ触媒（選択還元型触媒）、１４２…担体、１４３…第２ヒータ（第二加熱器）、１４４…第２温度センサー、１５０…ＳＤＰＦユニット、１５２…フィルタ、１５４…第３温度センサー、１６０…筐体ユニット、Ｅ…排気ガス、Ｕ…尿素水。

【図1】

【図2】

【図3】