CN101175906A - 发动机的废气净化装置 - Google Patents

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Abstract

一种发动机的废气净化装置，在发动机的废气通路上设置还原催化剂，使添加到废气的还原剂与废气中的NOx在该催化剂上发生反应。设有用于使添加了还原剂的废气流通的构件，该构件通过焊接沿轴向形成，在废气通路中，设置在接合部的内表面悬伸的方向。

Description

发动机的废气净化装置
技术领域
本发明涉及发动机的废气净化装置，详细来说，涉及在添加NOx的还原剂来净化废气的装置中用于防止还原剂成分在废气通路内蓄积的技术。
背景技术
作为对发动机的废气里所含有的氮氧化物(下面称为“NOx”)进行净化的装置，已知有使用了NOx的还原剂的下述装置。即，在发动机的废气通路上设置还原催化剂，通过设于该还原催化剂上游的喷嘴喷射尿素水溶液等还原剂的装置(专利文献1)。废气中的NOx与所喷射的还原剂在还原催化剂上发生还原反应，将NOx净化成无害成分。
专利文献1：日本特开2000-027627号公报
在这样的废气净化装置中，为了喷射还原剂，将喷嘴贯通废气通路的管壁插入废气通路内。因此，如果是在喷嘴和还原催化剂之间将废气通路作成与喷嘴上游的构件分体的结构，就有利于制造。在此，从制造的经济性和便利性的观点看来，该中间构件的制作最好采用焊接的接合方法。采用平板作为中间构件的基材且将其成形为圆筒状后，通过焊接将端部彼此接合。
不过，焊接的方法中，为了确保接合强度，就在接合部形成焊缝，因此在将中间构件安装在废气通路的实际安装状态中，该焊缝就从废气通路的壁面隆起。因此不特别对接合部多加考虑而将接合部配置在废气通路的下部时，喷嘴所喷射的还原剂有可能易于滞留在焊缝上，还原剂成分由于废气热而在焊缝上析出，从而蓄积在废气通路内。
综上所述，即使从便利性等观点出发而通过焊接将中间构件形成时，也最好使还原剂难以滞留在焊缝上，抑制还原剂成分蓄积在废气通路内。
发明内容
本发明目的在于提供一种考虑了以上问题的发动机的废气净化装置。
本发明的装置，包括：设置在发动机的废气通路上的还原催化剂；还原剂添加装置，其具有在该还原催化剂的上游设置在废气通路上的喷嘴，通过该喷嘴将NOx的还原剂添加到发动机的废气中；流路构件，其安装在所述废气通路上，形成喷嘴和还原催化剂之间的废气通路的至少一部分内表面。该流路构件具有通过焊接沿轴向形成的接合部，且该接合部在流路构件中设置在内表面的法线相对于水平方向而在垂直方向向下侧倾斜的位置。
采用本发明，将流路构件的接合部设置在该构件形成的废气通路的壁面的法线相对于水平方向而在垂直方向向下侧倾斜的位置，由此喷嘴所喷射的还原剂即使附着在废气通路的壁面上而流到接合部，由于重力的作用也能避免该还原剂滞留在接合部上。因此，能抑制还原剂成分在接合部析出，防止还原剂成分蓄积在废气通路内。
本发明有关的其他目的和特征根据参照附图的下述说明可以理解。
作为主张优先权的基础的日本专利申请第2005-144380号的内容作为本申请的一部分被编入，加以参照。
附图说明
图1是本发明的第1实施形态的发动机的废气净化装置的整体结构。
图2是第1实施形态的作为“流路构件”的下游侧废气管的截面。
图3是本发明的第2实施形态的发动机的废气净化装置的结构。
图4是第2实施形态的催化剂消声器的剖切后的背面。
图5是第2实施形态的作为“流路构件”的有孔环。
符号说明
1发动机  2废气通路  21上游侧废气管  22作为“流路构件”的下游侧废气管  221、222法兰  3还原催化剂  31第1氧化催化剂  32第2氧化催化剂  4喷嘴  5喷射控制装置6尿素水箱  7给水泵  25作为“流路构件”的有孔环  25h废气流通孔  101催化剂消声器111消声器箱体  111a前壁  111b后壁  111c、111d隔壁  r1作为“第1消音室”的扩张室r2作为“第2消音室”的折返室  121第1催化剂收容管  122第2催化剂收容管123废气流入管  124废气流出管AX1、AX2中心轴j1、j2、j3接合部w11、w12、w21、w22、w31、w32焊缝
具体实施方式
下面参照附图对本发明的实施形态进行说明。
图1表示的是本发明的第1实施形态的发动机1的废气净化装置的整体结构。
本实施形态的发动机1是柴油发动机，构成卡车等大型车辆的驱动源。发动机1的废气通路上设置有还原催化剂3，通过该还原催化剂3促进后述还原剂所引起的NOx的还原反应。还原催化剂3上游的废气通路分割成上游侧废气管21和下游侧废气管21，这些废气管21、22通过法兰(图1中符号221表示下游侧废气管22的法兰)结合。该下游侧废气管22构成本实施形态的“流路构件”，通过法兰222与还原催化剂3的箱体或壳体结合，形成还原剂的喷嘴4和还原催化剂3之间的废气通路。喷嘴4用于将NOx的还原剂喷射到废气中，贯通下游侧废气管22的管壁后插入。喷嘴4顶端的喷孔4a开口在下游侧废气管22内，喷射方向朝向还原催化剂3的端面。在本实施形态中，采用尿素水溶液(下面称为“尿素水”)作为NOx的还原剂，该尿素水储存在尿素水箱6中。设有喷射控制装置5，通过该喷射控制装置5控制给水泵7的排出量，向废气中喷射与发动机1的运行状态相对应的规定流量的尿素水。所喷射的尿素水中的尿素由于废气热而发生加水分解，产生对NOx的还原性良好的氨。喷射控制装置5中，从未图示的气罐供给喷射加速器用的空气，使尿素水与该辅助空气混合后喷射到废气中。喷嘴4和喷射控制装置5构成本实施形态的“添加装置”。
图2表示的是下游侧废气管22的沿x-x线的截面(图1)
下游侧废气管22以平板状钢材为基材，将该钢材成形为圆筒状，并将端部彼此对上，通过焊接而在轴向接合。为了确保接合强度，在接合部j1的内表面22a和外表面22b上分别形成有焊缝w11、w12。在本实施形态中，在将下游侧废气管22安装在废气通路2上的实际安装状态下，接合部j1被配置在中心轴AX1的上方。在本实施形态中，下游侧废气管22为圆筒状，因此接合部j1被配置在下游侧废气管22的内表面22a悬伸(日文：ォ一バ一ハング)的位置，即该内表面22a的法线(确定内表面22a的朝向)相对于水平线向下侧倾斜的位置。喷嘴4从下游侧废气管22的侧方朝中心轴AX1呈大致水平插入。
在如上所述这样结构的废气净化装置中，由喷嘴4喷射尿素水时，该尿素水中的尿素由于废气热而发生加水分解，产生氨。产生的氨通过废气的流动供应给还原催化剂3，在还原催化剂3上与废气中的NOx发生还原反应，将其转换成无害气体。在此，所喷射的尿素水的一部分一旦附着在下游侧废气管22上，该尿素水就在内表面22a上形成壁流，在本实施形态中，在内表面22a悬伸的位置配置接合部j1，因此流到接合部j1的尿素水在重力的作用下容易越过焊缝w1。因此可避免在焊缝w1上滞留尿素水，抑制还原剂成分即尿素的析出。
采用本实施形态，上游侧废气管21和还原催化剂3之间的废气通路通过下游侧废气管22作为与上游侧废气管21分体的构件而形成，因此废气通路2中的喷嘴4的设置就变得容易。采用平板状的钢材作为下游侧废气管22的基材，通过焊接形成圆筒状，因此能节约该构件22的制造成本。
另外，采用本实施形态，将下游侧废气管22的接合部j1设置在该构件22的内表面22a悬伸的位置，在接合部j1上方附着在该内表面22a上而流到接合部j1的尿素水在重力的作用下越过焊缝w1，因此可抑制接合部j1的还原剂成分的析出，能防止废气通路2内的还原剂成分的蓄积。
下面，对本发明的另一实施形态进行说明。
图3表示的是本发明的第2实施形态的发动机1的废气净化装置的结构。在本实施形态中，将兼备作为消音器功能的催化剂消音器101安装在废气通路2上，构成废气净化装置。
本实施形态的废气净化装置除还原催化剂3之外，还包括设在上游侧的第1氧化催化剂31和设在下游侧的第2氧化催化剂32。第1氧化催化剂31用于将废气中的一氧化氮(下面称为“NO”)转换成以二氧化氮(下面称为“NO2”)为主成分的NOx，将废气中的NOx的比率调整为与还原催化剂3上的NOx的还原反应相关且适当的比率。另一方面，第2氧化催化剂32用于对未有助于NOx的还原反应而通过还原催化剂3的还原剂(称为遗漏氨，日文：スリップァンモニァ)进行氧化，抑制还原剂保持未净化的状态向大气中排放。
催化剂消音器101包括由氧化催化剂31、32和还原催化剂3的壳体组成的消音器箱体111，兼备作为消音器的功能。这些催化剂3、31、32收容在该消音器箱体111中，设置在废气通路2上。消音器箱体111的内部被分割成：由垂直于轴向的隔壁111c、111d分割成的前壁111a侧的扩张室r1、后壁111b侧的折返室r2以及它们之间的中间室。扩张室r1和折返室r2都形成催化剂消音器101的消音室，由扩张室r1形成“第1消音室”，由扩张室r2形成“第2消音室”。中间室中在中心轴AX2上方的一侧设置第1催化剂收容管121，在与第1催化剂收容管121的相反侧设置第2催化剂收容管122，在扩张室r1和折返室r2之间通过第1催化剂收容管121连通。这些室r1和r2不通过第2催化剂收容管122连通，第2催化剂收容管122将折返室r2和小室r3连通，该小室r3由垂直于轴向的隔壁进一步将中间室分割而成。第1催化剂收容管121中收容有第1氧化催化剂31，第2催化剂收容管122中收容有还原催化剂3和第2氧化催化剂32。
在本实施形态中，将第1催化剂收容管121分割成上游侧和下游侧，上游侧的部分(下面称为上游侧收容管)1211中收容有第1氧化催化剂31。下游侧的部分(下面称为下游侧收容管)1212是通过焊接将平板状的钢材接合而形成圆筒状的，为了确保接合强度，接合部j2的内表面和外表面分别形成有焊缝。在本实施形态中，喷嘴4贯通下游侧收容管1212后插入。由下游侧收容管1212和后述的有孔环25形成本实施形态的“流路构件”。
废气流入管123贯通消音器箱体111的前壁111a，沿轴向插入。在废气流入管123的顶端部沿其整个外周形成有多个废气流通孔123h，废气流入管123通过形成在其一端的法兰与上游侧废气管21结合，由此催化剂消音器101的上游的废气通路通过废气流通孔123h与扩张室r1连通。废气流出管124贯通消音器箱体111的前壁111a和扩张室r1，沿轴向插入。通过废气流出管124的开口124a将小室r3与催化剂消音器101下游的废气通路连通。
在本实施形态中，设有有孔环25，该有孔环25与下游侧收容管1212一起构成本实施形态的“流路构件”。有孔环25邻接第1催化剂收容管121的下游，配置在折返室r2中，一端与消音器箱体111的后壁111b相抵。图5表示从上方看的有孔环25的立体图。有孔环25与以上所述同样地通过焊接将平板状的钢板形成圆筒状，在圆周方向的大致半周上形成多个废气流通孔25h。在接合部j3，为了确保接合强度，在内表面25a和外表面25b分别形成焊缝w31、w32。
图4以局部剖切的状态表示沿中心轴AX2从后壁111b侧看见的催化剂消音器101的背面。
在催化剂消音器101中，下游侧收容管1212的接合部j2的内表面被配置在悬伸的方向。对有孔环25也一样，有孔环25的接合部j3的内表面被配置成悬伸的朝向。在本实施形态中，这些接合部j2、j3被排列在一条直线上(图3)。在有孔环25上，将废气流通孔25a分布在其大致半周上，偏置在连接第1催化剂收容管121和第2催化剂收容管122各中心轴的直线的一侧(在本实施形态中，偏置在喷嘴所在位置的相反侧)。
在如上所述这样结构的废气净化装置(即催化剂消音器101)中，通过废气流入管123流入扩张室r1的废气如箭头F1～F7所示那样流通。即，通过废气流通孔123h流入催化剂消音器101中的废气通过扩张室r1后流入第1催化剂收容管121，通过第1氧化催化剂31。通过喷嘴4将尿素水等还原剂添加到已通过第1氧化催化剂31的废气中，添加后的废气通过有孔环25的废气流通孔25h流入折返室r2。而且，废气从折返室r2流入第2催化剂收容管122，通过还原催化剂3和第2氧化催化剂32，从小室r3通过废气流出管124排放到大气中。在第2催化剂收容管122中，废气中的NOx在还原催化剂3上被净化，同时已通过还原催化剂3的还原剂在第2氧化催化剂32上被净化。
采用本实施形态也能和第1实施形态同样地容易进行喷嘴4的设置，且能节约作为“流路构件”的构件1212、25的制造成本。
沿着管壁流到焊接部j2、j3的还原剂在焊缝w1上的滞留由于重力的作用而得以避免，能抑制接合部j2、j3的还原剂成分的析出，能防止还原剂成分在废气通路2内的蓄积。
特别是，采用本实施形态，还原催化剂3之外还设有第1氧化催化剂31，由此能更有效地对NOx进行还原，同时通过设有第2氧化催化剂32，能防止已通过还原催化剂3的还原剂在未净化的状态下排放到大气中。
并且，采用本实施形态，将废气净化催化剂3、31、32收容在消音器箱体111内，构成兼备消音器功能的催化剂消音器101，由此能系统性地构成废气净化装置，且能获得对废气噪音良好的消音效果。
另外，在以上的实施形态的说明中，采用圆筒状构件作为“流路构件”，其截面为正圆形，本发明并不限于此，能同样适用于截面为椭圆形或矩形的构件。特别是，在截面为矩形的构件中，设定流路构件的方向以使接合部位于在截面中形成中心轴上方的一边的壁面(上壁设定为水平时，为其上壁)上。
采用尿素水作为还原剂，但本发明并不限于此，也可适用于由于废气热能产生成分的析出的所有还原剂。
上面根据较佳实施形态对本发明进行了说明，本发明的范围不限于该说明，以权利要求范围的论述为基础，根据适用条文进行判断。

Claims (12)

1.一种发动机的废气净化装置，包括：设置在发动机的废气通路上的还原催化剂；还原剂添加装置，其具有在所述还原催化剂的上游设置在所述废气通路上的喷嘴，通过该喷嘴将NOx的还原剂添加到发动机的废气中；流路构件，其安装在所述废气通路上，形成所述喷嘴和所述还原催化剂之间的废气通路的至少一部分内表面，该流路构件具有通过焊接沿轴向形成的接合部，且该接合部设置在所述内表面的法线相对于水平线向下侧倾斜的位置。
2.如权利要求1所述的发动机的废气净化装置，其特征在于，
所述流路构件为圆筒状。
3.如权利要求2所述的发动机的废气净化装置，其特征在于，
所述流路构件的截面为椭圆形。
4.如权利要求1所述的发动机的废气净化装置，其特征在于，
所述流路构件的截面为矩形。
5.如权利要求1所述的发动机的废气净化装置，其特征在于，
在所述流路构件中，所述接合部设在该构件的中心轴的铅垂方向的上方。
6.如权利要求1所述的发动机的废气净化装置，其特征在于，
还包括：在所述喷嘴的上游设置在所述废气通路上的第1氧化催化剂，以及设置在所述还原催化剂的下游的所述还原剂用的第2氧化催化剂。
7.如权利要求1所述的发动机的废气净化装置，其特征在于，
包括：在所述喷嘴的上游设置在所述废气通路上的氧化催化剂，以及设置在所述喷嘴的下游的作为所述还原催化剂的NOx的还原催化剂，
所述流路构件具有排列在圆周方向的多个废气流通孔，与所述氧化催化剂大致同心地配设在所述喷嘴和所述还原催化剂之间。
8.如权利要求7所述的发动机的废气净化装置，其特征在于，
还包括消音器箱体，其收容所述氧化催化剂和所述还原催化剂，由与轴向垂直的多个隔壁将内部分隔成第1消音室、第2消音室以及夹在它们之间的中间室，
该消音器箱体的上游的废气通路沿所述轴向插入该消音器箱体内，与所述第1消音室连通，
所述氧化催化剂被收容在第1催化剂收容管内，该第1催化剂收容管在以消音器箱体的中心轴为基准的一侧设于所述中间室并将所述第1、第2消音室连通，
所述还原催化剂被收容在第2催化剂收容管内，该第2催化剂收容管在相对所述一侧的另一侧设于所述中间室并与所述第2消音室连接，
所述流路构件在所述第2消音室中与所述氧化催化剂大致同心配置，
该消音器箱体的下游的废气通路沿所述轴向贯通所述第1消音室插入该消音器箱体，通过所述第2催化剂收容管与所述第2消音室连通。
9.如权利要求1所述的发动机的废气净化装置，其特征在于，
还包括尿素水箱，其用于储存作为所述还原剂的尿素水，并与所述添加装置连接。
10.一种发动机，包括：形成燃烧室的发动机本体和具有该发动机的废气系统的权利要求1所述的废气净化装置。
11.一种发动机的废气净化装置，包括：对废气中的NOx进行还原的还原装置、在所述还原催化剂的上游将NOx的还原剂添加到所述废气中的添加装置、形成所述添加装置和所述还原装置之间的废气通路的至少一部分的流路形成装置，
所述流路形成装置具有通过沿轴向的焊接形成的接合部，且该接合部设置在该装置的流路壁面悬伸的位置。
12.一种还原剂的供给方法，是对设在含有NOx的废气的通路上的还原催化剂供给NOx的还原剂的方法，包括：在所述还原催化剂的上游将所述还原剂添加到所述废气中的步骤、将所添加的还原剂通过形成所述还原催化剂的上游的废气通路的至少一部分的流路构件导入所述还原催化剂的步骤，所述流路构件通过沿该构件轴向的焊接接合而成，且将该接合部设在构件的内表面悬伸的位置的步骤。
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