JP2013119773A

JP2013119773A - 排気浄化装置

Info

Publication number: JP2013119773A
Application number: JP2011266473A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Sugiyama; 敏杉山
Original assignee: UD Trucks Corp
Current assignee: UD Trucks Corp
Priority date: 2011-12-06
Filing date: 2011-12-06
Publication date: 2013-06-17
Also published as: WO2013084653A1

Abstract

【課題】二重管構造の排気管を有する排気浄化装置において、その外管の腐食発生を抑制する。
【解決手段】排気浄化装置は、エンジンの排気管に配設され、尿素水溶液から生成されるアンモニアの供給を受けて、排気中のＮＯｘを選択還元浄化するＳＣＲ触媒と、ＳＣＲ触媒の排気上流に尿素水溶液を噴射供給する噴射ノズルと、を含んで構成される。また、噴射ノズルとＳＣＲ触媒との間に位置する排気管３０の少なくとも一部が、内管３６及び外管３８からなる二重管構造をなし、内管３６及び外管３８の両端部のうち、少なくとも排気上流端部に位置する端部が、フランジ３４を介して全周に亘って相互に溶接されている。そして、尿素水溶液が混合した排気が、内管３６と外管３８との間に入り込まないようにし、外管３８の内周面に尿素由来の析出物が析出し難くすることで、外管３８の腐食発生を抑制する。
【選択図】図４

Description

本発明は、エンジン排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を選択的に還元浄化する排気浄化装置に関する。

エンジン排気中のＮＯｘを除去する触媒浄化システムとして、特開２００５−２２６５２８号公報（特許文献１）に記載された排気浄化装置が提案されている。かかる排気浄化装置は、排気管に配設されたＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）触媒の排気上流に、エンジン運転状態に応じた液体還元剤又はその前駆体を噴射供給することで、ＳＣＲ触媒においてＮＯｘと還元剤とを選択的に還元反応させ、ＮＯｘを無害成分に浄化する。また、かかる排気浄化装置では、液体還元剤又はその前駆体が噴射供給された排気管において、液体還元剤又はその前駆体が冷却されて析出することを抑制すべく、内管及び外管からなる二重管構造が採用されている。

特開２００５−２２６５２８号公報

ところで、車両に搭載される排気浄化装置では、液体還元剤の前駆体として、安全性及び取扱性に優れる尿素水溶液を使用することがある。この場合、二重管構造の内管だけでなく、内管と外管との間にも、尿素水溶液が混合した排気が通過する。外管は、その外周面が外気に接しているため、内管に比べて低温になり易い。そして、エンジン運転状態などに応じて外管の温度が約２００℃未満になると、外管の内周面に付着した尿素水溶液の液滴は、アンモニアを発生させながらビウレットを生成し、これが外管の内周面に析出されてしまう。外管の内周面に析出したビウレットは、エンジン運転状態の変化に伴って排気温度が上昇すると、シアヌル酸とアンモニアとを生成する。アンモニアは、金属に対する腐食性を有するため、その濃度が局所的に高くなった場合に、外管、特に、そこに施された溶接箇所を腐食してしまうおそれがある。なお、外管の腐食は、ビウレットに限らず、尿素由来の他の析出物でも起こり得る。

そこで、本発明は、外管の腐食発生を抑制した、排気浄化装置を提供することを目的とする。

排気浄化装置は、エンジンの排気管に配設され、尿素水溶液から生成されるアンモニアの供給を受けて、排気中のＮＯｘを選択還元浄化するＳＣＲ触媒と、ＳＣＲ触媒の排気上流に尿素水溶液を噴射供給する噴射ノズルと、を含んで構成される。そして、噴射ノズルとＳＣＲ触媒との間に位置する排気管の少なくとも一部が、内管及び外管からなる二重管構造をなしていると共に、内管及び外管の両端部のうち、少なくとも排気上流端部に位置する端部が、全周に亘って相互に溶接されている。

尿素水溶液が混合した排気が内管と外管との間に入り込まないようにし、外管の内周面にビウレットなどの尿素由来の析出物が析出し難くすることで、外管の腐食発生を抑制することができる。

排気浄化装置の平面図排気浄化装置の斜視図排気浄化装置の内部の説明図連通管の具体的構造を示し、（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は（Ａ）における矢視Ｘ方向から見た側面図

以下、添付された図面を参照し、本発明を実施するための実施形態について詳述する。
図１〜図３は、排気浄化装置の一例を示す。
排気浄化装置は、筒形をなす第１の筐体１０と、同じく筒形をなす第２の筐体２０と、第１の筐体１０及び第２の筐体２０の遠端部同士を連通させる連通管３０と、を有する。第１の筐体１０と第２の筐体２０とは、その軸線１０Ａと軸線２０Ａとが略平行（見た目で平行という程度でよい。以下同様。）となるように、互いに並べて近接配置される。そして、連通管３０も、その軸線３０Ａが、第１の筐体１０の軸線１０Ａ及び第２の筐体２０の軸線２０Ａと略平行となるように配管される。ここで、第１の筐体１０、第２の筐体２０及び連通管３０は、エンジンの排気管の一部に該当する。

第１の筐体１０は、排気上流端部に流入口１２が形成され、排気下流端部に排出口１４が形成される。本実施形態の場合、流入口１２は排気上流端部の端面に形成され、排出口１４は排気下流端部の側面に形成される。そして、流入口１２と排出口１４との間には、少なくともＮＯ（一酸化窒素）をＮＯ₂（二酸化窒素）へと酸化させるＤＯＣ（Diesel Oxidation Catalyst）１６と、ＰＭ（Particulate Matter）を捕集除去するディーゼルパティキュレートフィルタ（Diesel Particulate Filter、以下「ＤＰＦ」という。）１８と、がＤＯＣ１６を排気上流側にして収納される。

第２の筐体２０は、排気上流端部に流入口２２が形成され、排気下流端部に排出口２４が形成される。本実施形態の場合、流入口２２及び排出口２４の両方とも、端部側面に形成される。そして、流入口２２と排出口２４との間には、アンモニアを還元剤としてＮＯｘを選択還元浄化するＳＣＲ触媒２６と、ＳＣＲ触媒２６を通過したアンモニアを酸化させる酸化触媒２８と、がＳＣＲ触媒２６を排気上流側にして収納される。

連通管３０は、第１の筐体１０及び第２の筐体２０の遠端部同士、要するに、互いに反対側に位置する遠い方の端部である、第１の筐体１０の排気下流端部の排出口１４と、第２の筐体２０の排気上流端部の流入口２２と、を連通させる。従って、エンジンの排気は、流入口１２から第１の筐体１０に流入し、ＤＯＣ１６及びＤＰＦ１８を通過して排出口１４から連通管３０の中へと入る。そして、排気は、連通管３０を経て流入口２２から第２の筐体２０に流入し、ＳＣＲ触媒２６及び酸化触媒２８を通過して排出口２４から排出される。即ち、第１の筐体１０から連通管３０を経由して第２の筐体２０へと至る排気の通路は、連通管３０により一度折り返されている。

また、連通管３０は、第１の筐体１０の排出口１４と第２の筐体２０の流入口２２との接続のために曲折部分が両端に形成された直線状の直管で、排出口１４に対する曲折部分に噴射ノズル３２が取り付けられ、直線状の管内に向けて尿素水溶液を噴射供給する。これにより、排気中への尿素水溶液の均一拡散に必要な直線長さが確保されている。なお、尿素水溶液の均一拡散を促進するために、例えば、連通管３０に網目状などの拡散部材を設置してもよい。

このような排気浄化装置によれば、第１の筐体１０と第２の筐体２０とを近接させて並列に配置したため、そのシルエットは角形マフラー並みのコンパクトサイズとなっている。また、第１の筐体１０及び第２の筐体２０の遠端部同士を連通管３０で連通させたため、尿素水溶液の均一拡散に必要な管長を確保しつつ、第１の筐体１０及び第２の筐体２０のシルエット内に連通管３０を収めることが可能となり、排気上流から下流にかけての長さ方向のサイズを縮小することに成功している。

連通管３０の曲折部分により挟まれる直線部分の両端部は、図４に示すように、曲折部分に対して、フランジ３４を介して着脱可能に締結される。フランジ３４により着脱可能な直線部分、要するに、噴射ノズル３２とＳＣＲ触媒２６との間に位置する排気管の少なくとも一部は、連通管３０の保温性を高め、例えば、噴射ノズル３２から噴射供給された尿素水溶液の加水分解を促進するために、同心に配置された内管３６及び外管３８からなる二重管構造をなしている。具体的には、内管３６及び外管３８は、排気上流端部が大径である一方、排気下流端部が小径である段付形状をなしている。そして、外管３８の両端部は、連通管３０を流れる排気が外部に漏れないように、例えば、高品質で美しい溶接ビード（溶接跡）が得られるＴＩＧ（Tungsten Inert Gas）溶接により、円環形状のフランジ３４の一面に夫々全周溶接されている。また、内管３６の両端部は、内管３６の外周面、外管３８の内周面及びフランジ３４の一面により密閉空間が形成されるように、例えば、ＴＩＧ溶接により、フランジ３４の内周面に全周溶接されている。

従って、連通管３０の直線部分は、内管３６と外管３８との間が密閉空間となることから、保温性を高めつつ、尿素水溶液が混合した排気が、内管３６と外管３８との間に導入されることがない。このため、外管３８の内周面に、ビウレットなどの尿素由来の析出物が析出され難くなり、排気温度が上昇しても析出物から生成されるアンモニアの絶対量が減ることから、外管３８の腐食を抑制することができる。また、内管３６の両端部をフランジ３４の内周面に全周溶接しているため、その側方から容易に溶接作業が行われることとなり、溶接工数の削減を図ることができる。

なお、外管３８の腐食を抑制するためには、少なくとも、連通管３０の直線部分の排気上流端部において、フランジ３４を介して、内管３６の端部と外管３８の端部とが全周に亘って相互に溶接されていればよい。また、内管３６と外管３８とは、フランジ３４を介さず、その端部が直接溶接されていてもよい。さらに、連通路３０の直線部分は曲折部分と一体化され（着脱不可となっている）、外管３８に対して内管３６が公知の手段で固定されている場合には、例えば、内管３６の端部を拡径し、その先端部を外管３８の内周面に全周溶接すればよい。その他、内管３６及び外管３８は、段付形状ではなく、全長に亘って同一径を有する直管形状をなしていてもよい。

排気浄化装置は、図１〜図３に示す構成のものに限らず、ＤＯＣ１６、ＤＰＦ１８、ＳＣＲ触媒２６及び酸化触媒２８が直線状に配置されたものなどでもよい。また、排気浄化装置としては、少なくとも、ＳＣＲ触媒２６を有していればよい。さらに、溶接方法としては、ＴＩＧ溶接に限らず、ＭＩＧ（Metal Inert Gas）溶接、ＭＡＧ（Metal Active Gas）溶接などのアーク溶接であってもよい。

２０第２の筐体
２６ＳＣＲ触媒
３０連通管
３２噴射ノズル
３４フランジ
３６内管
３８外管

Claims

エンジンの排気管に配設され、尿素水溶液から生成されるアンモニアの供給を受けて、排気中の窒素酸化物を選択還元浄化するＳＣＲ触媒と、
前記ＳＣＲ触媒の排気上流に尿素水溶液を噴射供給する噴射ノズルと、
を含んで構成され、
前記噴射ノズルと前記ＳＣＲ触媒との間に位置する排気管の少なくとも一部が、内管及び外管からなる二重管構造をなしていると共に、前記内管及び前記外管の両端部のうち、少なくとも排気上流端部に位置する端部が、全周に亘って相互に溶接されている、
ことを特徴とする排気浄化装置。
前記内管及び前記外管が、前記排気管に対してフランジにより着脱可能になっていると共に、前記内管及び前記外管の少なくとも排気上流端部に位置する端部が、前記フランジを介して全周に亘って相互に溶接されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
前記溶接は、ＴＩＧ溶接である、
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の排気浄化装置。