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  • 特許-排気ガス浄化装置 図1
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B1)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-05-27
(45)【発行日】2024-06-04
(54)【発明の名称】排気ガス浄化装置
(51)【国際特許分類】
   F01N 3/08 20060101AFI20240528BHJP
   F01N 3/36 20060101ALI20240528BHJP
   F01N 3/24 20060101ALI20240528BHJP
【FI】
F01N3/08 B
F01N3/36 C
F01N3/24 N
F01N3/24 C
【請求項の数】 3
(21)【出願番号】P 2022203492
(22)【出願日】2022-12-20
【審査請求日】2023-01-26
(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】110004222
【氏名又は名称】弁理士法人創光国際特許事務所
(74)【代理人】
【識別番号】100166006
【弁理士】
【氏名又は名称】泉 通博
(74)【代理人】
【識別番号】100154070
【弁理士】
【氏名又は名称】久恒 京範
(74)【代理人】
【識別番号】100153280
【弁理士】
【氏名又は名称】寺川 賢祐
(74)【代理人】
【識別番号】100167793
【弁理士】
【氏名又は名称】鈴木 学
(72)【発明者】
【氏名】藤井 謙治
(72)【発明者】
【氏名】大堀 鉄平
【審査官】畔津 圭介
(56)【参考文献】
【文献】特開2019-183667(JP,A)
【文献】特表2006-507445(JP,A)
【文献】特表2021-519888(JP,A)
【文献】特開2005-105970(JP,A)
【文献】特開2022-067434(JP,A)
【文献】特開2003-328734(JP,A)
【文献】特開2008-045559(JP,A)
【文献】特開2014-231744(JP,A)
【文献】特開2013-024191(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
F01N 3/08
F01N 3/36
F01N 3/24
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
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。
【請求項2】
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。
【請求項3】
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
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。
【背景技術】
【0002】
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:Selective Catalytic Reduction)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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開2009-108726号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
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。
【0005】
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。
【課題を解決するための手段】
【0006】
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。
【0007】
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。
【0008】
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。
【0009】
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。
【0010】
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。
【発明の効果】
【0011】
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。
【図面の簡単な説明】
【0012】
図1】本実施形態に係る排気ガス浄化装置の構成を示す。
【発明を実施するための形態】
【0013】
[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。
【0014】
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。
【0015】
排気ガス浄化装置Sは、尿素選択型還元触媒(尿素SCR:Urea Selective Catalytic Reduction)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)を低減させることで排気ガスを浄化する。
【0016】
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。
【0017】
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。
【0018】
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。
【0019】
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)である。尿素水(CO(NH)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。
【0020】
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)である。
【0021】
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)が生成される。
(NHCO+HO→2NH+CO ・・・式1)
【0022】
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。
【0023】
排気ガス中の窒素酸化物(NO)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)と水(HO)に分解される。
4NH+4NO+O→4N+6HO ・・・式2)
4NH+2NO+O→3N+6HO ・・・式3)
2NH+NO+NO→2N+3HO ・・・式4)
【0024】
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)が低減し、排気ガスの清浄度合いが向上する。
【0025】
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。
【0026】
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)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。
【0027】
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。
【0028】
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(Chemical Vapоr Depоsition)、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。
【0029】
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。
【0030】
[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。
【0031】
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。
【0032】
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。
【0033】
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。
【0034】
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。
【0035】
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。
【0036】
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。
【0037】
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。
【0038】
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。
【0039】
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。
【0040】
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。
【0041】
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。
【0042】
[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。
【0043】
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。
【符号の説明】
【0044】
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
【要約】
【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
図1