特許 7443809 排気浄化装置および車両

(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】2024-02-27

(45)【発行日】2024-03-06

(54)【発明の名称】排気浄化装置および車両

(51)【国際特許分類】

   F01N 3/20 20060101AFI20240228BHJP

   F01N 3/08 20060101ALI20240228BHJP

   F01N 3/24 20060101ALI20240228BHJP

   F01N 3/28 20060101ALI20240228BHJP

   B01D 53/94 20060101ALI20240228BHJP

【ＦＩ】

F01N3/20 K

F01N3/08 B ZAB

F01N3/24 L

F01N3/28 301C

F01N3/28 301J

F01N3/20 B

B01D53/94 222

B01D53/94 400

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2020027140

(22)【出願日】2020-02-20

(65)【公開番号】P2021131068

(43)【公開日】2021-09-09

【審査請求日】2022-03-30

(73)【特許権者】

【識別番号】000000170

【氏名又は名称】いすゞ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002952

【氏名又は名称】弁理士法人鷲田国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 朝幸

【審査官】鷲巣 直哉

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－００９５６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－２６９１４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－２５６７２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１２／０２５５２８５（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０１Ｎ ３／２０

Ｆ０１Ｎ ３／０８

Ｆ０１Ｎ ３／２４

Ｆ０１Ｎ ３／２８

Ｂ０１Ｄ ５３／９４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

内燃機関から排出された排ガスの流れ方向において上流側に設けられた第１のＮＯｘ浄化触媒と、
前記排ガスの流れ方向において前記第１のＮＯｘ浄化触媒よりも下流側に設けられた第２のＮＯｘ浄化触媒と、
前記第１のＮＯｘ浄化触媒と前記第２のＮＯｘ浄化触媒との間に設けられた放熱部と、
前記第１のＮＯｘ浄化触媒の上流側において還元剤の供給を行う還元剤供給装置と、
前記放熱部および前記還元剤供給装置それぞれの動作を制御する制御部と、を有し、
前記制御部は、
前記内燃機関の始動直後に前記排ガスを昇温させるために前記放熱部に放熱を開始させ、
その後、前記第２のＮＯｘ浄化触媒の下流側の排ガスの温度が予め定められた閾値を超えた場合に、前記還元剤供給装置に前記還元剤の噴射を開始させる、
排気浄化装置。

【請求項2】

前記閾値は、
前記第２のＮＯｘ浄化触媒の活性温度域の下限値である、
請求項１に記載の排気浄化装置。

【請求項3】

前記還元剤供給装置、前記第１のＮＯｘ浄化触媒、前記放熱部、および前記第２のＮＯｘ浄化触媒を直列に収容する筐体をさらに有する、
請求項１または２に記載の排気浄化装置。

【請求項4】

前記第１のＮＯｘ浄化触媒および前記第２のＮＯｘ浄化触媒は、前記還元剤から発生した物質による前記ＮＯｘの還元を促進する選択還元型触媒である、
請求項３に記載の排気浄化装置。

【請求項5】

前記筐体は、前記第２のＮＯｘ浄化触媒よりも下流側に、前記物質を分解する分解触媒をさらに収容する、
請求項４に記載の排気浄化装置。

【請求項6】

前記還元剤は、尿素水であり、
前記物質は、アンモニアである、
請求項４または５に記載の排気浄化装置。

【請求項7】

請求項１から６のいずれか１項に記載の排気浄化装置を備えた車両。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、排ガスを浄化する排気浄化装置および車両に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、内燃機関から排出された排ガスが流れる排気管に、排ガス中のＮＯｘを低減するＮＯｘ浄化触媒が複数設けられた排気浄化装置が知られている。

【0003】

例えば特許文献１には、上流側のＮＯｘ浄化触媒と下流側のＮＯｘ浄化触媒との間に、それらの間を流れる排ガスを加熱する加熱装置を配置した排気浄化装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１９－１３２１６８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献１の排気浄化装置では、ＮＯｘ浄化触媒の活性化について改善の余地があった。

【0006】

本開示の一態様の目的は、複数のＮＯｘ浄化触媒を早期に活性化させることができる排気浄化装置および車両を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示の一態様に係る排気浄化装置は、内燃機関から排出された排ガスの流れ方向において上流側に設けられた第１のＮＯｘ浄化触媒と、前記排ガスの流れ方向において前記第１のＮＯｘ浄化触媒よりも下流側に設けられた第２のＮＯｘ浄化触媒と、前記第１のＮＯｘ浄化触媒と前記第２のＮＯｘ浄化触媒との間に設けられた放熱部と、前記第１のＮＯｘ浄化触媒の上流側において還元剤の供給を行う還元剤供給装置と、前記放熱部および前記還元剤供給装置それぞれの動作を制御する制御部と、を有し、前記制御部は、前記内燃機関の始動直後に前記排ガスを昇温させるために前記放熱部に放熱を開始させ、その後、前記第２のＮＯｘ浄化触媒の下流側の排ガスの温度が予め定められた閾値を超えた場合に、前記還元剤供給装置に前記還元剤の噴射を開始させる。

【0008】

本開示の一態様に係る車両は、本開示の一態様に係る排気浄化装置を備える。

【発明の効果】

【0009】

本開示によれば、複数のＮＯｘ浄化触媒を早期に活性化させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本開示の実施の形態に係る排気浄化装置の構成を示す模式図

【図2】本開示の実施の形態に係る制御部の動作を示すフローチャート

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

【0012】

本開示の実施の形態に係る排気浄化装置１００の構成について、図１を用いて説明する。図１は、本実施の形態の排気浄化装置１００の構成の一例を示す模式図である。

【0013】

排気浄化装置１００は、車両（図示略）に搭載され、内燃機関（図示略）から排出される排ガスを浄化する装置である。本実施の形態では、内燃機関がディーゼルエンジンである場合を例に挙げて説明するが、これに限定されず、内燃機関は例えばガソリンエンジンであってもよい。また、排気浄化装置１００は、車両の内燃機関に限らず、例えば船舶や定置式の内燃機関に適用することも可能である。

【0014】

図１に示すように、排気浄化装置１００は、制御部１０、第１触媒コンバータ１１、および第２触媒コンバータ１２を有する。

【0015】

制御部１０は、尿素水噴射装置２、８における尿素水（還元剤の一例）の噴射量および噴射タイミングや、放熱部４に対する電力供給のオン／オフなどを制御する。制御部１０としては、例えば、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）が挙げられる。

【0016】

図１において、点線の矢印は、制御部１０から放熱部４、尿素水噴射装置２、８へ出力される制御信号を示している。また、図１において、一点鎖線の矢印は、後述する温度センサ１４から制御部１０へ出力される信号を示している。

【0017】

制御部１０の動作の詳細については、図２を用いて後述する。

【0018】

第１触媒コンバータ１１および第２触媒コンバータ１２は、排気管１において直列に設けられている。

【0019】

排気管１の上流側（図中の左側）の端部は、例えば、ディーゼルエンジンの排気マニホールド（図示略）の下流端に接続されている。排気マニホールドから排出された排ガスは、排気管１を、図中の左側から右側へ流れる。図１において、実線の矢印は、排ガスの流れ方向を示している。

【0020】

第１触媒コンバータ１１は、排気管１に対して着脱可能な筐体（ケース）である。例えば、第１触媒コンバータ１１は、第２触媒コンバータ１２よりもディーゼルエンジンに近い位置に設けられている。

【0021】

第１触媒コンバータ１１には、上流側から順に、尿素水噴射装置２、ＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）３、放熱部４、ＳＣＲ５、温度センサ１４が直列に収容されている。

【0022】

尿素水噴射装置２（還元剤供給装置の一例）は、第１触媒コンバータ１１内に尿素水（還元剤の一例）を噴射する装置である。尿素水噴射装置２により噴射された尿素水は、加水分解される。これにより発生したアンモニア（還元剤から発生する物質の一例）は、ＳＣＲ３、５へ供給される。上述したとおり、尿素水の噴射量や噴射タイミングは、制御部１０によって制御される。

【0023】

ＳＣＲ３（第１のＮＯｘ浄化触媒の一例）およびＳＣＲ５（第２のＮＯｘ浄化触媒の一例）は、尿素水から発生したアンモニアにより、排ガス中のＮＯｘを窒素に還元する触媒である。

【0024】

ＳＣＲ３の担体と、ＳＣＲ５の担体とは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。担体としては、金属（例えば、ステンレス鋼）、セラミックス（例えば、炭化ケイ素またはコージライト）等を用いることができる。

【0025】

放熱部４は、例えば、バッテリ（図示略）からの電力供給により放熱する部材（例えば、ステンレスやセラミックス等）である。放熱部４の放熱により、ＳＣＲ３とＳＣＲ５との間を流れる排ガスが加熱される。その結果、ＳＣＲ５は、昇温し易くなる。なお、上述したとおり、放熱部４に対する電力供給のオン／オフは、制御部１０によって制御される。

【0026】

温度センサ１４は、ＳＣＲ５の下流側に設けられている。温度センサ１４は、定期的に、ＳＣＲ５を通過した排ガスの温度を検出し、その温度（以下、検出温度という）を示す信号（図中の一点鎖線の矢印参照）を制御部１０へ出力する。

【0027】

第２触媒コンバータ１２は、排気管１に対して着脱可能な筐体（ケース）である。第２触媒コンバータ１２は、第１触媒コンバータ１１よりもディーゼルエンジンから遠い位置に設けられている。

【0028】

第２触媒コンバータ１２には、上流側から順に、ＤＯＣ（Diesel Oxidation Catalyst）６、ＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）７、尿素水噴射装置８、ＳＣＲ９、ＡＳＣ（Ammonia Slip Catalyst）１３が直列に収容されている。

【0029】

ＤＯＣ６は、排ガス中の一酸化窒素や炭化水素を酸化させる触媒である。

【0030】

ＤＰＦ７は、排ガス中の粒子状物質（Particulate Matter:ＰＭ）を捕集して取り除くフィルタである。

【0031】

尿素水噴射装置８は、第２触媒コンバータ１２内に尿素水を噴射する装置である。尿素水噴射装置８により噴射された尿素水は、加水分解される。これにより発生したアンモニアは、ＳＣＲ９へ供給される。上述したとおり、尿素水の噴射量や噴射タイミングは、制御部１０によって制御される。

【0032】

ＳＣＲ９は、尿素水から発生したアンモニアにより、排ガス中のＮＯｘを窒素に還元する触媒である。

【0033】

ＳＣＲ９の活性温度域は、例えば、ＳＣＲ３、５の活性温度域よりも高い。

【0034】

また、ＳＣＲ９は、金属（例えば、ステンレス鋼）を担体としてもよいし、セラミックス（例えば、炭化ケイ素またはコージライト）を担体としてもよい。

【0035】

ＡＳＣ１３（分解触媒の一例）は、ＳＣＲ９で消費しきれなかったアンモニアを酸化、分解する触媒である。これにより、アンモニアが大気中に排出されることを防止できる。

【0036】

以上、排気浄化装置１００の構成について説明した。

【0037】

次に、制御部１０の動作について、図２を用いて説明する。図２は、制御部１０の動作の一例を示すフローチャートである。図２に示すフローは、例えば、ディーゼルエンジンの始動直後に開始される。

【0038】

まず、制御部１０は、放熱部４への電力供給を開始し、放熱部４に放熱を開始させる（ステップＳ１）。

【0039】

次に、制御部１０は、温度センサ１４から通知された検出温度が予め定められた閾値を超えたか否かを判定する（ステップＳ２）。

【0040】

閾値は、例えば、ＳＣＲ５の活性温度域の下限値である。または、閾値は、例えば、ＳＣＲ３の活性温度域の下限値およびＳＣＲ５の活性温度域の下限値のうち、小さい方の値であってもよい。

【0041】

検出温度が閾値を超えていない場合（ステップＳ２：ＮＯ）、フローは、ステップＳ２へ戻る。すなわち、制御部１０は、再度、検出温度が閾値を超えたか否かを判定する。

【0042】

一方、検出温度が閾値を超えた場合（ステップＳ２：ＹＥＳ）、制御部１０は、尿素水噴射装置２に尿素水の噴射を開始させる（ステップＳ３）。なお、このとき、制御部１０は、尿素水噴射装置８に尿素水の噴射を開始させてもよい。

【0043】

以上、制御部１０の動作について説明した。

【0044】

次に、排気浄化装置１００の作用効果について以下に説明する。

【0045】

排気浄化装置１００は、ディーゼルエンジンの始動直後に放熱部４の放熱を開始し、ＳＣＲ５の下流側の排ガスの温度が閾値を超えた場合に、尿素水噴射装置２から尿素水の噴射を開始することを特徴とする。

【0046】

よって、上流側のＳＣＲ３は、排ガスにより早期に昇温し、下流側のＳＣＲ５は、放熱部４の放熱により早期に昇温するため、ＳＣＲ３、５全体を早期に活性化させることができる。また、尿素水の噴射は、ＳＣＲ５の下流側の排ガスの温度が閾値を超えた場合（換言すれば、ＳＣＲ３、５がともに活性状態となった場合）に開始されるため、尿素水を無駄なく噴射することができる。

【0047】

また、排気浄化装置１００では、活性温度域が異なるＳＣＲ３、５とＳＣＲ９とが別々の筐体（例えば、第１触媒コンバータ１１、第２触媒コンバータ１２）に収容されている。よって、第２触媒コンバータ１２を、ディーゼルエンジンから離れた、充分な設置スペースを確保できる位置に設けることができる。よって、第２触媒コンバータ１２に収容されるＳＣＲ９のサイズを大きくすることができ、ＮＯｘ浄化効率をより向上させることができる。

【0048】

また、排気浄化装置１００では、ＳＣＲ３、５に対応して尿素水噴射装置２が設けられ、ＳＣＲ９に対応して尿素水噴射装置８が設けられている。よって、第１触媒コンバータ１１、第２触媒コンバータ１２のそれぞれにおいて加水分解を促進でき、ＳＣＲ３、５、９のそれぞれにおいて効率良くＮＯｘを浄化することができる。

【0049】

また、排気浄化装置１００では、第２触媒コンバータ１２においてＤＯＣ６およびＤＰＦ７が設けられている。よって、一酸化炭素および炭化水素の酸化や、粒子状物質の捕集を、より確実に行うことができる。

【0050】

また、排気浄化装置１００では、第１触媒コンバータ１１および第２触媒コンバータ１２は、それぞれ、独立して排気管１に着脱可能である。よって、メンテナンス等が容易となる。

【0051】

以上、排気浄化装置１００の作用効果について説明した。

【0052】

なお、本開示は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。以下、各変形例について説明する。

【0053】

実施の形態では、図１に示した構成要素を全て含めて排気浄化装置１００と呼称したが、図１に示した構成要素のうち、尿素水噴射装置２、ＳＣＲ３、５、放熱部４、および制御部１０を排気浄化装置１００と呼称してもよい。

【0054】

また、実施の形態では、排気浄化装置１００が第２触媒コンバータ１２を備える場合を例に挙げて説明したが、これに限定されない。例えば、排気浄化装置１００は、図１に示した構成要素のうち、ＤＯＣ６、ＤＰＦ７、尿素水噴射装置８、ＳＣＲ９、ＡＳＣ１３、第２触媒コンバータ１２を備えない構成であってもよい。

【0055】

また、実施の形態では、尿素水噴射装置２、ＳＣＲ３、５、放熱部４、および温度センサ１４が第１触媒コンバータ１１に収容される場合を例に挙げて説明したが、これに限定されない。例えば、尿素水噴射装置２、ＳＣＲ３、５、放熱部４、および温度センサ１４は、第１触媒コンバータ１１に収容されることなく、排気管１内に設けられてもよい。

【0056】

また、実施の形態では、第１触媒コンバータ１１がＡＳＣを備えない場合を例に挙げて説明したが、これに限定されない。例えば、第１触媒コンバータ１１は、ＳＣＲ５の下流側に、ＡＳＣを備えてもよい。これにより、第１触媒コンバータ１１から流出する排ガス中のアンモニアを低減することができる。よって、アンモニアがＤＯＣ６に供給され、アンモニアがＤＯＣ６で酸化することを抑制できる。その結果、尿素水から発生したアンモニアの酸化に起因するＮＯｘの発生を抑制できる。

【0057】

また、実施の形態では、第１触媒コンバータ１１において、ＳＣＲ３の上流側にのみ尿素水噴射装置２が設けられる場合を例に挙げて説明したが、これに限定されない。例えば、第１触媒コンバータ１１は、尿素水噴射装置２に加えて、放熱部４とＳＣＲ５との間にさらに尿素水噴射装置を備えてもよい。これにより、ＳＣＲ５におけるＮＯｘ浄化効率をより向上させることができる。

【0058】

また、実施の形態では、ＮＯｘ浄化触媒がＳＣＲ３、５、９である場合を例に挙げて説明したが、これに限定されない。ＳＣＲ３、５、９の代わりに、他の選択還元型触媒、ＮＯｘ吸着触媒、または三元触媒が用いられてもよい。その場合、尿素水以外の還元剤（例えば、炭化水素等）が用いられてもよい。

【0059】

以上、各変形例について説明した。なお、各変形例は、組み合わせて実施されてもよい。

【産業上の利用可能性】

【0060】

本開示の排気浄化装置および車両は、排ガスを浄化するＮＯｘ浄化触媒の早期活性化に有用である。

【符号の説明】

【0061】

１ 排気管
２、８ 尿素水噴射装置
３、５、９ ＳＣＲ
４ 放熱部
６ ＤＯＣ
７ ＤＰＦ
１０ 制御部
１１ 第１触媒コンバータ
１２ 第２触媒コンバータ
１３ ＡＳＣ
１４ 温度センサ
１００ 排気浄化装置

【図1】

【図2】