JP4091009B2 - エンジンの排気浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は、移動車両搭載のディーゼルエンジン、ガソリンエンジン等から排出される窒素酸化物（ＮＯｘ）を、還元剤を還元触媒の排気上流側に噴射ノズルで供給して還元除去するエンジンの排気浄化装置に関し、詳しくは、還元剤が析出する排気通路の部分と少なくとも還元触媒が配設された排気通路の部分との間を遮断可能にし、還元剤が析出する排気通路の部分のみを洗浄可能にしたエンジンの排気浄化装置に係るものである。

エンジンから排出される排気中の有害物質のうち、特にＮＯｘを除去して排気を浄化するシステムとして、いくつかの排気浄化装置が提案されている。この排気浄化装置は、エンジンの排気系に還元触媒を置き、該還元触媒の上流側の排気通路に還元剤を噴射供給することにより、排気中のＮＯｘと還元剤とを触媒還元反応させ、ＮＯｘを無害成分に浄化処理するものである。還元剤は貯蔵タンクに常温で液体状態に貯蔵され、必要量を噴射ノズルから噴射供給する。還元反応は、ＮＯｘとの反応性のよいアンモニアを用いるもので、還元剤としては、加水分解してアンモニアを容易に発生する尿素水溶液、アンモニア水溶液、その他の還元剤水溶液が用いられる（例えば、特許文献１参照）。
特開２０００−２７６２７号公報

しかし、このような従来の排気浄化装置においては、エンジンからの排気温度が例えば132℃より低い場合は、排気通路内に噴射供給された還元剤としての尿素水溶液（以下、「尿素水」という）中の尿素が排気通路の内壁面に析出して付着する虞がある。

このような場合、尿素は、水に容易に溶解するので、排気通路の内壁面に析出した尿素は、水で洗浄して除去することができる。このとき、排気通路内にそのまま水を導入して析出した尿素を溶解して除去しようとすると還元触媒が水に濡れて劣化する問題がある。

そこで、本発明は、このような問題点に対処し、還元剤が析出する排気通路の部分のみを洗浄可能にしたエンジンの排気浄化装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明によるエンジンの排気浄化装置は、エンジンの排気系に配設され、排気中の窒素酸化物を還元剤により還元浄化する還元触媒と、前記排気系の排気通路内にて前記還元触媒の排気上流側に前記還元剤を供給する噴射ノズルと、を備えたエンジンの排気浄化装置であって、前記排気通路内に供給される前記還元剤が析出する排気通路の部分と少なくとも前記還元触媒が配設された排気通路の部分との間を遮断する遮断手段を着脱可能状態に設け、前記還元剤が析出する排気通路の部分にて該排気通路の壁部に洗浄水の給水口及び排水口を設けたものである。

このような構成により、着脱可能に設けられた遮断手段で還元剤が析出する排気通路の部分と少なくとも還元触媒が配設された排気通路の部分との間を遮断し、還元剤が析出する排気通路の部分に給水口により洗浄水を給水し、排水口により排水して還元剤が析出する排気通路の部分のみを洗浄する。これにより、洗浄時に遮断手段を装着して洗浄水が還元触媒を濡らして劣化させるのを防止する。

また、前記遮断手段は、前記排気系にて前記噴射ノズルを間にして排気上流側及び下流側の位置に設けられたものである。これにより、排気通路を、噴射ノズルを間にして排気上流側及び下流側の位置で遮断する。

そして、前記遮断手段は、前記排気系に互いに接合させて設けられた一対のフランジの接合部の一部に形成された挿入口部から前記排気通路を横断して挿入され、前記一対のフランジ間に挟まれる仕切り板から成るものである。これにより、遮断手段としての仕切り板を一対のフランジの接合部の一部に形成された挿入口部から挿入し、該仕切り板で排気通路を横断して遮断する。

また、前記遮断手段は、前記一対のフランジの前記挿入口部近傍の外側面にロック手段を係止させて、前記一対のフランジ間に挿入状態で固定されるものである。これにより、一対のフランジの挿入口部近傍の外側面に係止させたロック手段で遮断手段を一対のフランジ間に挿入状態で固定する。

そして、前記洗浄水の給水口を排気通路の上壁部に設け、排水口を底壁部に設けたものである。これにより、排気通路の上壁部に設けた給水口から洗浄水を供給し、排気通路の底壁部に設けた排水口から洗浄水を排水する。

請求項１に係る発明によれば、着脱可能に設けられた遮断手段で還元剤が析出する排気通路の部分と少なくとも還元触媒が配設された排気通路の部分との間を遮断し、還元剤が析出する排気通路の部分に給水口により洗浄水を給水し、排水口により排水するようにしたことにより、還元剤が析出する排気通路の部分のみを洗浄することができる。したがって、洗浄時に遮断手段を装着することによって供給された洗浄水が排気を浄化するための還元触媒を濡らすのを防止することができる。これにより、還元触媒の劣化を防止することができる。

また、請求項２に係る発明によれば、排気通路を、還元剤が析出する排気通路の部分と還元触媒が配設された排気通路の部分との間のみならず噴射ノズルの排気上流側の部分においても排気通路を遮断するようにしたことにより、噴射ノズルの排気上流側の排気通路に例えばＮＯ₂を生成する酸化触媒を配設した場合にも、該酸化触媒が洗浄水に濡れるのを防止することができる。

さらに、請求項３に係る発明によれば、遮断手段を排気系に互いに接合させて設けられた一対のフランジの接合部の一部に形成された挿入口部から排気通路を横断して挿入される仕切り板としたことにより、遮断手段の着脱構造を簡単にすることができる。

また、請求項４に係る発明によれば、一対のフランジの挿入口部近傍の外側面に係止させたロック手段で遮断手段を一対のフランジ間に挿入状態で固定するようにしたことにより、遮断手段の取付け及び取り外しの際にはロック手段を外すだけでよく、遮断手段の交換作業が容易になる。したがって、排気通路の洗浄作業が容易になる。

そして、請求項５に係る発明によれば、排気通路の上壁部に設けた給水口から洗浄水を供給し、排気通路の底壁部に設けた排水口から洗浄水を排水するようにしたことにより、洗浄水で排気通路を容易に満たすことができ、また洗浄水の全てを容易に排水することができる。したがって、排気通路内の洗浄を効果的に実施することができる。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明によるエンジンの排気浄化装置の実施形態を示す図である。この排気浄化装置は、移動車両に搭載のディーゼルエンジン、ガソリンエンジン等から排出されるＮＯｘを、還元剤を用いて還元除去するものである。ガソリンあるいは軽油を燃料とするエンジン１の排気は、排気マニフォールド２から排気通路としての排気管３を経由して大気中に排出される。詳細には、上記排気管３には排気上流側から順に一酸化窒素（ＮＯ）の酸化触媒４、ＮＯｘの還元触媒５、アンモニアスリップ用酸化触媒６が配設されている。

上記酸化触媒４は、排気管３内を通る排気中のＮＯを酸化反応により酸化してＮＯ₂を生成するもので、例えばステンレス鋼等の耐熱性、耐蝕性に優れた材料から成りハニカム形状の横断面を有するモノリスタイプの触媒担体に、アルミナ等の多孔性部材の表面に白金等の貴金属を担持したハニカム型触媒が付設されている。そして、上記排気管３内を通る排気が上記触媒シェル内の触媒と接触しながら流れることにより、排気中のＮＯが酸化反応（燃焼）してＮＯ₂となり、下流側の還元触媒５におけるＮＯｘの除去率を向上するようになっている。なお、上記ＮＯの酸化反応と同時に、排気中の炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）等も酸化反応により低減されることになる。

上記ＮＯｘの還元触媒５は、排気管３内を通る排気中のＮＯｘを還元剤により還元浄化するもので、例えばセラミックのコーディライトやＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ系の耐熱鋼から成るハニカム形状の横断面を有するモノリスタイプの触媒担体に、ゼオライト系の活性成分が担持されている。そして、上記触媒担体に担持された活性成分は、還元剤の供給を受けて活性化し、排気中のＮＯｘを効果的に無害物質に浄化させる。

上記ＮＯｘの還元触媒５の後段には、アンモニアスリップ用酸化触媒６が配設されている。このアンモニアスリップ用酸化触媒６は、ＮＯｘの還元触媒５で処理できなかったアンモニアを酸化処理して無臭化するためのものである。

また、上記排気管３の内部にてＮＯｘの還元触媒５の上流側には、噴射ノズル７が配設されており、図示省略のエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）によって制御される還元剤供給装置８から該噴射ノズル７を介して還元剤が圧力エアと共に排気管３内に噴射供給されるようになっている。ここで、噴射ノズル７は、その先端部が排気の流れ方向Ａと略平行に下流側に向けて延びるものとしたが、排気管３内にて排気の流れ方向Ａと略直角に突き出ているものとしてもよい。また、還元剤供給装置８には、貯蔵タンク９内に貯蔵された還元剤が供給配管１０を通じて供給される。そして、上記噴射ノズル７と還元剤供給装置８とで、還元剤をＮＯｘの還元触媒５の排気上流側に供給する還元剤供給手段を構成している。

この実施形態では、上記噴射ノズル７で噴射供給する還元剤として尿素水溶液（尿素水）を用いる。他にアンモニア水溶液等を用いてもよい。そして、噴射ノズル７で噴射供給された尿素水は、排気管３内の排気熱と排気中の水蒸気により加水分解してアンモニアを容易に発生する。得られたアンモニアは、ＮＯｘの還元触媒５において排気中のＮＯｘと反応し、水及び無害なガスに浄化される。尿素は、固体若しくは粉体の尿素の水溶液で、貯蔵タンク９に貯留されており、供給配管１０を通じて還元剤供給装置８に供給されるようになっている。

さらに、上記排気管３は、上記噴射ノズル７の排気上流側及び下流側の部位、具体的には、酸化触媒４を配設した第１の触媒内蔵マフラ１１と噴射ノズル７を備えた部分排気管１２との間、及び部分排気管１２と還元触媒５を配設した第２の触媒内蔵マフラ１３との間に後述の遮断手段としての仕切り板１８（図４参照）を着脱可能状態に設けて部分排気管１２を第１及び第２の触媒内蔵マフラ１１，１３から遮断可能にしている。その一構成例は、図２に示すように、上記第１の触媒内蔵マフラ１１及び部分排気管１２間と部分排気管１２及び第２の触媒内蔵マフラ１３間とに互いに接合した一対のフランジ１５をそれぞれ備えている。

このフランジ１５は、図３（ｂ）に示すように、接合部に後述の仕切り板１８（図４参照）を挿入する隙間部１７を形成し、その一部を外に向かって開放して挿入口部１５ａとし、該挿入口部１５ａから仕切り板１８が着脱可能に挿入できるようになっている。また、上記フランジ１５には、隙間部１７の外側に複数（図３（ａ）には３個で示す）の締結孔１９が設けられており、該締結孔１９を介してボルトナットにより一対のフランジ１５が互いに締結されるようになっている。

さらに、一対のフランジ１５の挿入口部１５ａには、ロック手段２０が設けられている。このロック手段２０は、各フランジ１５の挿入口部１５ａの外側面に係止して仕切り板１８を一対のフランジ１５で挿入状態に固定するものである。

そして、上記第１及び第２の触媒内蔵マフラ１１，１３並びに部分排気管１２は、第１の触媒内蔵マフラ１１と部分排気管１２との間及び部分排気管１２と第２の触媒内蔵マフラ１３との間でそれぞれ上記一対のフランジ１５をボルトナットにより締結することによって一体化されて一本の長い排気管３を形成する。

上記一対のフランジ１５の隙間部１７には、仕切り板１８が着脱可能状態に挿入される。この仕切り板１８は、洗浄時に上記隙間部１７に挿入されて排気管３を遮断し、洗浄水が第１及び第２触媒内蔵マフラ１１，１３側に漏れるのを防止するものであり、図４に示すように、上記隙間部１７に完全に納まる形状に形成されている。さらに、上記仕切り板１８には、上端部に把持部２４が設けられており、仕切り板１８の上記隙間部１７への抜差しが容易にされている。そして、仕切り板１８には、その縁部に沿って、例えば図４に示すように半周部分に孔２５ａが複数（同図には７個で示す）形成されており、該孔２５ａに対応してフランジ１５の隙間部１７に形成した孔２５ｂ（図３参照）と共に伴締め孔を形成し、ボルトナットで伴締めできるようになっている。なお、この伴締め孔は仕切り板１８の半周部分ではなく全周に亘って設けてもよく、また本実施形態のようにロック手段２０を備えた場合には設けなくてもよい。

なお、通常状態では、上記フランジ１５の隙間部１７には、図５に示すように排気管３の開口部１４（図３（ｂ）参照）に対応して開口部２１を備え、外形形状が上記仕切り板１８と略同一に形成されたリング板２２が挿入される。これにより、エンジン１の運転によって排出される排気を排気マニフォールド２から排気管３を経由して、該排気管３内の途中に配設された各触媒を通して浄化し、排気管３の端部排出口から大気中に排出させることができる。

上記部分排気管１２には、図２に示すように、その上壁部に洗浄水を供給する給水口２６が設けられ、底壁部に洗浄水を排水する排水口２７が設けられている。これにより、洗浄時に上記給水口２６から洗浄水を供給し、部分排気管１２の内壁に付着した尿素の析出物を洗浄水に溶解させて上記排水口２７から排水して除去できるようになっている。

次に、このように構成されたエンジンの排気浄化装置の動作について説明する。
先ず、移動車両が通常走行時には、上記隙間部１７に図５に示すリング板２２が挿入される。さらに、一対のフランジ１５上端部両側面をロック手段２０で挟み込んでロックし、一対のフランジ１５で上記リング板２２をロック状態に挟持する。これにより、エンジン１の運転により排出される排気は、隙間部１７から漏れることなく排気マニフォールド２から排気管３を経由して、該排気管３内の途中に配設された酸化触媒４、及びＮＯｘの還元触媒５、更にアンモニアスリップ用酸化触媒６を通り、排気管３の端部排出口から大気中に排出されることになる。このとき、上記排気管３の内部にてＮＯｘの還元触媒５の排気上流側に配設された噴射ノズル７から尿素水が噴射される。この噴射ノズル７には、尿素水の貯蔵タンク９から供給配管１０を介して尿素水が還元剤供給装置８に供給され、この還元剤供給装置８の動作により圧力エアと共に尿素水が排気中に噴射供給される。

このようにして噴射された尿素水は、排気熱及び排気中の水蒸気により加水分解されてアンモニアを発生する。そして、アンモニアは、還元触媒５において排気中のＮＯｘと反応してＮＯｘを無害物質に浄化する。

このとき、前述したように、エンジンからの排気温度が例えば132℃より低い場合は、排気管３内に噴射ノズル７から噴射供給された尿素水中の尿素が例えば部分排気管１２の内壁面に析出して付着することがある。この場合、この析出した尿素は、適宜洗浄して除去される。

次に、上記析出した尿素を洗浄して除去する方法を説明する。
先ず、ロック手段２２をフランジ１５から取り外し、フランジ１５のロック状態を解除する。次に、リング板２２がフランジ１５にボルトナットで締結されている場合には、このボルトナットを取り外してフランジ１５の隙間部１７からリング板２２を引き抜く。

次に、図４に示す仕切り板１８を上記隙間部１７に挿入する。そして、ロック手段２０をフランジ１５の外側面に係止させて一対のフランジ１５を挟み込んでロックする。これにより、上記仕切り板１８が一対のフランジ１５で挟持されて第１の触媒内蔵マフラ１１と部分排気管１２及び部分排気管１２と第２の触媒内蔵マフラ１３との間を遮断する。なお、ロック手段２０によるロックに併せて、仕切り板１８と一対のフランジ１５とを伴締め孔２５ａ，２５ｂを介してボルトナットで伴締めしてもよい。

この状態において、部分排気管１２の上壁部に設けた給水口２６を開ける。このとき、排水口２７は閉じた状態にされている。次に、給水口２６から洗浄水（例えば水等）を部分排気管１２内に充満するまで供給する。これにより、部分排気管１２の内壁面に付着した尿素を洗浄水に溶解させて除去することができる。次に、部分排気管１２の底壁部に設けた排水口２７を開けて尿素を溶解させた洗浄水を排水し、洗浄を終了する。なお、部分排気管１２に洗浄水を供給する場合に排水口２７を開けた状態で行ってもよい。この場合、排水口２７の径を給水口２６の径よりも小さく形成し、給水量に比して排水量が少なくなるようにするとよい。これにより、排水口２７を開放した状態でも部分排気管１２に洗浄水を満たすことができ、しかも給水と排水とを同時に行いながら洗浄をすることができるので洗浄効率が向上する。

このように、本実施形態によれば、洗浄時に噴射ノズル７を備えた部分排気管１２が仕切り板１８により、各触媒を配設した第１及び第２の触媒内蔵マフラ１１，１３と遮断されるようにしたので、洗浄水が第１及び第２の触媒内蔵マフラ１１，１３側に漏れて各触媒を濡らし、劣化させる虞がない。

また、一対のフランジ１５の接合部に設けた隙間部１７に通常走行時には、排気管３の開口部１４に対応して開口部２１を形成したリング板２２を挿入して排気の通路を確保できるようにし、洗浄時には、仕切り板１８を挿入して排気管３を遮断できるようにしたので、排気管３内の洗浄をするときは、リング板２２を仕切り板１８に交換するだけでよく、洗浄作業が容易になる。

なお、本実施形態においては、排気管３の排気上流側に酸化触媒４を備えた排気浄化装置を例に説明してきたが、これに限られず、酸化触媒４を備えない排気浄化装置にも適用することができる。この場合、仕切り板１８は、前述のような噴射ノズル７の排気上流側及び下流側の二箇所に設けられるものに限られず、供給される還元剤が析出する部分排気管１２と少なくとも還元触媒を配設した第２の触媒内蔵マフラ１３との間に設けられていればよい。また、洗浄水は、水に限られず、使用する還元剤に応じて適宜選択することができる。

本発明によるエンジンの排気浄化装置の実施形態を示す概念図である。 上記排気浄化装置の要部を拡大して示す側面図である。 フランジの形態を示す説明図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は中心線断面図である。 仕切り板の形態を示す平面図である。 リング板の形態を示す平面図である。

符号の説明

１…エンジン
３…排気管（排気通路）
５…還元触媒
７…噴射ノズル
１４…開口部
１５…フランジ
１５ａ…挿入口部
１７…隙間部
１８…仕切り板（遮断手段）
２０…ロック手段
２６…給水口
２７…排水口

Claims (5)

1. エンジンの排気系に配設され、排気中の窒素酸化物を還元剤により還元浄化する還元触媒と、
   前記排気系の排気通路内にて前記還元触媒の排気上流側に前記還元剤を供給する噴射ノズルと、
   を備えたエンジンの排気浄化装置であって、
   前記排気通路内に供給される前記還元剤が析出する排気通路の部分と少なくとも前記還元触媒が配設された排気通路の部分との間を遮断する遮断手段を着脱可能状態に設け、前記還元剤が析出する排気通路の部分にて該排気通路の壁部に洗浄水の給水口及び排水口を設けたことを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
2. 前記遮断手段は、前記排気系にて前記噴射ノズルを間にして排気上流側及び下流側の位置に設けたことを特徴とする請求項１記載のエンジンの排気浄化装置。
3. 前記遮断手段は、前記排気系に互いに接合させて設けられた一対のフランジの接合部の一部に形成された挿入口部から前記排気通路を横断して挿入され、前記一対のフランジ間に挟まれる仕切り板から成ることを特徴とする請求項１記載のエンジンの排気浄化装置。
4. 前記遮断手段は、前記一対のフランジの前記挿入口部近傍に設けられたロック手段を前記各フランジの外側面に係止させて、前記一対のフランジ間に挿入状態で固定されることを特徴とする請求項３記載のエンジンの排気浄化装置。
5. 前記洗浄水の給水口を排気通路の上壁部に設け、排水口を該排水通路の底壁部に設けたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のエンジンの排気浄化装置。

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