CN102762828B - 排气净化装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及排气净化装置，其具备使排气中所含的NOX与氨反应的选择还原型催化剂，和在该选择还原型催化剂的上游向排气中添加尿素水溶液的尿素水溶液添加装置，以及将该尿素水溶液添加装置至上述选择还原型催化剂之间连接的圆筒状混合管；在该混合管的输入侧端部的圆周方向的位置形成开口部，同时配设引导翅片，构成搅拌结构，所述引导翅片使排气相对该开口部由上述输入侧端部的切线方向导入；在上述混合管的输入侧端部的中心位置，朝向输出侧端部侧配设上述尿素水溶液添加装置，使得可向该搅拌结构所形成的排气的回旋流内添加尿素水溶液；其中，使上述开口部沿着上述回旋流的流向形成。

Description

排气净化装置
技术领域
本发明涉及排气净化装置。 
背景技术
近年来，认为在排气管的中途具备捕集排气中的微粒的微粒过滤器，同时在该微粒过滤器的下游侧具备能在氧的共存下使NOX选择性地与氨反应的选择还原型催化剂，在该选择还原型催化剂和上述微粒过滤器之间添加尿素水溶液作为还原剂，实现微粒和NOX的同时降低。 
这种情况下，对选择还原型催化剂添加尿素水溶液是在微粒过滤器和选择还原型催化剂之间进行，因此，如果要确保添加在排气中的尿素水溶液热解为氨和二氧化碳所需的足够的反应时间，则必须延长从尿素水溶液的添加位置至选择还原型催化剂的距离，但是，如果使微粒过滤器与选择还原型催化剂间隔足够距离地分开配置，则出现车辆的搭载性显著受损的缺陷。 
因此，如图1所示，人们发明了以下的排气净化装置：在来自发动机的排气1所流经的排气管2的中途，分别通过壳体5、6抱持捕集排气1中的微粒的微粒过滤器3和在该微粒过滤器3的下游侧的选择还原型催化剂4，使它们并排配置，所述选择还原型催化剂4具备能在氧的共存下使NOX选择性地与氨反应的性质；通过S形结构的联络流路7将微粒过滤器3的输出侧端部与选择还原型催化剂4的输入侧端部之间连接，使由微粒过滤器3的输出侧端部排出的排气1逆向折返，导入到相邻的选择还原型催化剂4的输入侧端部。 
这里，上述联络流路7是由气体汇集室7A和混合管7B以及气体分散室7C形成S形结构来构成的，所述气体汇集室7A包围微粒过滤器3的输出侧端部，并且将刚由该输出侧端部流出的排气1大约呈直角方向转向，同时将它们汇集；所述混合管7B将在该气体汇集室7A收集的排气1沿着与微粒过滤器3的排气流相反的方向抽出；所述气体分散室7C包围选择还原型催化剂4的输入侧端部，能够将通过该混合管7B引导来的排气1大约呈直角方向转向，同时使其分散，且将分散的排气1导入到选择还原型催化剂4的输入侧端部；其中，在上述混合管7B的输入侧端部的中心位置，朝向上述混合管7B的输出侧端部侧，装备用于向该混合管7B内添加尿素水溶液的尿素水溶液添加用注射器8(尿素水溶液添加装置)。 
需要说明，在这里所图示的例子中，在抱持微粒过滤器3的壳体5内的前段，装备有对排气1中的未燃燃料成分进行氧化处理的氧化催化剂9，另外，在抱持选择还原型催化剂4的壳体6内的后段，装备有对剩余的氨进行氧化处理的减氨催化剂10。 
如果采用上述构成，则在通过微粒过滤器3捕集排气1中的微粒的同时，在其下游侧的混合管7B的中途，由尿素水溶液添加用注射器8将尿素水溶液添加到排气1中，热解为氨和二氧化碳，在选择还原型催化剂4上，排气1中NOX被氨良好地还原净化，结果可实现排气1中的微粒与NOX的同时降低。 
此时，由微粒过滤器3的输出侧端部排出的排气1通过联络流路7逆向折返，然后导入相邻的选择还原型催化剂4的输入侧端部，因此，可确保尿素水溶液的添加位置至选择还原型催化剂4的长距离，可确保由尿素水溶液生成氨所需的足够的反应时间。 
并且，微粒过滤器3与选择还原型催化剂4并排配置，并且沿着这些微粒过滤器3和选择还原型催化剂4之间配置联络流路7，因此，其全体构成紧凑，可以使车辆的搭载性大幅提高。 
需要说明，有关这种将微粒过滤器3与选择还原型催化剂4并排配置并通过S形结构的联络流路7连接的排气净化装置的现有技术文献信息为下述专利文献1等。 
现有技术文献 
专利文献
专利文献1：日本特开2008-215286号公报。
发明内容
发明要解决的课题 
但是，如之前的专利文献1所公开的，通过尿素水溶液添加用注射器8添加尿素水溶液的位置，采用了如图2所示的搅拌结构15，该结构是：对于圆筒状的混合管7B的输入侧端部的开口部11，通过引导翅片(guide fin)12、13、14，将来自气体汇集室7A的排气1由切线方向导入，由此使排气1产生回旋流；由尿素水溶液添加用注射器8向该回旋流的中心添加尿素水溶液，由此提高该尿素水溶液对于排气1的混合性，因此，在需求比以往更高的NOX净化性能而增大尿素水溶液的添加量时，如图3所示，未完全气化的尿素水溶液沿着上述排气1的回旋流α形成沿混合管7B的内周面移动的流，该尿素水溶液流横跨上述开口部11的一部分流动，有可能由该开口部11落入微粒过滤器3侧。
即，若尿素水溶液的一部分由开口部11落入微粒过滤器3侧，则担心由尿素水溶液添加用注射器8添加的尿素水溶液的总量未完全作为氨引导向选择还原型催化剂4，对NOX净化性能和尿素水溶液添加量的控制产生不良影响。 
另外，尿素水溶液的添加位置的上游侧的构成材料只具备对排气成分的耐腐蚀性，因此，若落入微粒过滤器3侧的尿素水溶液在转化为氨的过程中生成腐蚀性高的碳化铵，还担心通过该碳化铵诱发进展迅速的腐蚀。 
本发明鉴于上述情况而设，其目的在于：防止尿素水溶液由在混合管的输入侧端部形成的开口部落入上游侧。 
解决课题的手段 
本发明涉及排气净化装置，该装置具备使排气中所含的NOX与氨反应的选择还原型催化剂，和在该选择还原型催化剂的上游向排气中添加尿素水溶液的尿素水溶液添加装置，以及将该尿素水溶液添加装置至上述选择还原型催化剂之间连接的圆筒状混合管；在该混合管的输入侧端部的圆周方向的位置形成开口部，同时配设引导翅片，构成搅拌结构，所述引导翅片使排气由上述输入侧端部的切线方向导入该开口部；在上述混合管的输入侧端部的中心位置，朝向输出侧端部侧配设上述尿素水溶液添加装置，使得可向该搅拌结构所形成的排气的回旋流内添加尿素水溶液；该排气净化装置的特征在于：使上述开口部沿着上述回旋流的流向形成。
由此，在为了提高NOX净化性能而增大尿素水溶液添加量时，即使未完全气化的尿素水溶液沿着排气的回旋流形成沿混合管的内周面移动的流，由于在混合管的输入侧端部的开口部是沿着上述回旋流的流向形成的，因此，沿着该回旋流的尿素水溶液流是沿着该开口部流动，不会形成横跨该开口部的一部分的流，因此，可以防止尿素水溶液由该开口部落入上游侧于未然。 
另外，本发明中，在通过尿素水溶液添加装置的尿素水溶液添加位置的上游侧具备微粒过滤器，该微粒过滤器的输出侧端面与在混合管的输入侧端部的开口部的位置关系优选如下构成：偏离上述混合管的轴心方向，使经过了上述微粒过滤器的排气向上述开口部的流入角度相对于上述混合管的轴心成锐角。 
由此，经过了微粒过滤器的排气向开口部的流入角度变小，流入该开口部时，排气流的向量朝向混合管输出侧端部侧，因此，可以使回旋流以及沿着该回旋流的尿素水溶液流的向量更强地朝向混合管的输出侧端部侧，由此，尿素水溶液流容易超过开口部，进一步抑制尿素水溶液由该开口部落入上游侧。 
并且，由于经过了微粒过滤器的排气向开口部的流入方向和尿素水溶液添加装置的喷雾方向所成的角度变浅，使排气流对尿素水溶液的喷雾的影响减小，因此，可防止来自尿素水溶液添加装置的喷雾被排气流掀起、尿素水溶液直击偏离该排气流的停滞部且尿素水溶液就这样滞留在该停滞部导致部分腐蚀的情况于未然。 
发明的效果 
根据上述本发明的排气净化装置，可取得如下各种优异的效果。
(I)根据本发明的特征在于沿着上述回旋流的流向，使上述开口部的一边相对于与混合管的轴心方向平行的方向倾斜而形成的排气净化装置，在为了提高NOX净化性能而增大尿素水溶液添加量时，即使未完全气化的尿素水溶液沿着排气的回旋流形成沿混合管的内周面移动的流，也可以防止尿素水溶液由在混合管的输入侧端部的开口部落入上游侧于未然，因此，可以将尿素水溶液添加装置所添加的尿素水溶液全量作为氨引导向选择还原型催化剂，可以良好保持NOX净化性能和尿素水溶液的添加量的控制，并且还可以防止落入上游侧的尿素水溶液引起的腐蚀的发生。 
(II)根据本发明的以使经过了上述微粒过滤器的排气向上述开口部的流入角度相对于上述混合管的轴心成锐角的方式构成的发明，使经过了微粒过滤器的排气向开口部的流入角度减小，流入该开口部时，可以使排气流的向量朝向混合管的输出侧端部侧，因此，可以使回旋流以及沿着该回旋流的尿素水溶液流的向量更强地朝向混合管的输出侧端部侧，容易超过开口部，可以更确实地防止由该开口部落入上游侧。 
(III)根据本发明的以使经过了上述微粒过滤器的排气向上述开口部的流入角度相对于上述混合管的轴心成锐角的方式构成的发明，可以使排气向开口部的流入方向与尿素水溶液添加装置的喷雾方向所成的角度变浅，使排气流对尿素水溶液的喷雾产生的影响减小，因此，可以防止来自尿素水溶液添加装置的喷雾被排气流掀起、尿素水溶液直击偏离该排气流的停滞部、且尿素水溶液就这样停留在该停滞部导致部分腐蚀的情况于未然。  
附图简述 
图1是表示以往的排气净化装置的一个例子的平面图。
图2是表示图1的主要部分的详细内容的截面图。 
图3是图2的III-III方向剖视截面图。 
图4是表示实施本发明的方案一个例子的截面图。 
图5是表示图4的混合管的输入侧端部周边结构的截面图。 
图6是表示本发明的另一实施例的截面图。 
图7是表示本发明的又一实施例的截面图。 
发明实施方案 
以下参照附图对本发明的实施方案进行说明。
图4和图5表示实施本发明的方案的一个例子，附有与图1-图3相同符号的部分表示相同物体。 
如图4所示，本实施例的特征在于：在与之前图1-图3中的说明同样构成的排气净化装置中，使混合管7B的输入侧端部的开口部11沿着搅拌结构15(参照图2)所形成的排气1的回旋流α的流向形成。 
即，如图4中的双点划线所示，现有的开口部11大致开口成简单的矩形状，而如图4中实线所示，本发明中是沿着回旋流α，使开口部11的一边11a相对于与混合管7B的轴心方向(图4和图5中的O表示混合管7B的轴心)平行的方向倾斜角度X而形成。 
另外，如图5所示，特别是在本实施例的情形中，使微粒过滤器3的输出侧端面与在混合管7B的输入侧端部的开口部11的位置关系如下构成：偏离上述混合管7B的轴心方向，使上述经过了微粒过滤器3的排气1向上述开口部11的流入角度θ相对于上述混合管7B的轴心成锐角。 
需要说明，在图4和图5中，从方便说明的角度考虑，省略了引导翅片12、13、14(参照图2)的图示，但如之前图1-图3的说明，当然要配置引导翅片12、13、14(参照图2)，由此可将排气1由切线方向导入开口部11。 
如果如上所述构成排气净化装置，在为了提高NOX净化性能而增大尿素水溶液的添加量时，即使未完全气化的尿素水溶液沿着排气1的回旋流α形成沿混合管7B的内周面移动的流，由于在混合管7B的输入侧端部的开口部沿着上述回旋流α的流向形成，因此，沿着该回旋流α的尿素水溶液流沿着上述开口部11流动，不会形成横跨该开口部11的一部分的流，因此，可以防止尿素水溶液由该开口部11落入微粒过滤器3侧(上游侧)于未然。 
并且，特别是在本实施例中，使经过了微粒过滤器3的排气1向开口部11的流入角度与混合管7B的轴心成锐角而构成，因此，经过了微粒过滤器3的排气1向开口部11的流入角度减小，流入该开口部11时，排气1的流的向量朝向混合管7B的输出侧端部侧(图5中的左侧)。 
其结果，可以使回旋流α以及沿着该回旋流α的尿素水溶液流的向量更强地朝向混合管7B输出侧端部侧，由此，尿素水溶液流容易超过开口部11，可以进一步抑制由开口部落入微粒过滤器3侧。 
并且，由于经过了微粒过滤器3的排气1向开口部11的流入方向与尿素水溶液添加用注射器8的喷雾方向(参照图5中的虚线箭头)所成的角度变浅，则排气1的流对尿素水溶液的喷雾产生的影响变小，因此，可以防止由尿素水溶液添加用注射器8形成的喷雾被排气1的流掀起、尿素水溶液直击偏离该排气1的流的停滞部16且尿素水溶液就这样滞留于该停滞部16导致部分腐蚀的情况于未然。 
因此，根据上述实施例，在为了提高NOX净化性能而增加尿素水溶液添加量时，即使未完全气化的尿素水溶液沿着排气1的回旋流α形成沿混合管7B的内周面移动的流，也可以防止尿素水溶液由在混合管7B的输入侧端部的开口部11落入微粒过滤器3侧于未然，因此，可以将尿素水溶液用注射器8所添加的尿素水溶液全量作为氨引导向选择还原型催化剂，可以良好保持NOX净化性能和尿素水溶液的添加量的控制，另外，还可以防止落入微粒过滤器3侧的尿素水溶液引起的腐蚀的发生。 
另外，还可以使经过了微粒过滤器3的排气1向开口部11的流入角度θ减小，在流入该开口部11时，使排气1的流的向量朝向混合管7B的输出侧端部侧，因此，可以使回旋流α以及沿着该回旋流α的尿素水溶液流的向量更强地朝向混合管7B的输出侧端部侧，容易超过开口部11，可以进一步确实地防止由该开口部11落入微粒过滤器3侧。 
还可进一步使排气1向开口部11的流入方向与尿素水溶液添加用注射器8的喷雾方向所成的角度变浅，使排气1的流对尿素水溶液的喷雾的影响变小，因此，可以防止尿素水溶液添加用注射器8的喷雾被排气1的气流掀起、尿素水溶液直击偏离该排气1的流的停滞部16且尿素水溶液就这样滞留于该停滞部16导致部分腐蚀的情况于未然。 
图6表示本发明的另一实施例，是将之前图4的实施例中说明的开口部11的一边11a在朝向混合管7B的输出侧的最终阶段以比角度X更深的角度Y(相对于与混合管7B的轴心方向平行的方向的角度)倾斜，这样，由于角度Y更倾斜，可以更顺畅地承接沿着开口部11的一边11a的尿素水溶液流，将其导入下游侧，因此，可以更进一步确实地防止尿素水溶液由开口部11落入。 
另外，图7表示本发明的又一实施例，可以将开口部11的一边11a在朝向混合管7B的输出侧的最终阶段以角度Y、角度Z(X＜Y＜Z)两段倾斜，还可以将三段以上的角度复合而阶段性倾斜，或者以连续的曲线连接、倾斜。 
需要说明，本发明的排气净化装置并不只限定于上述实施例，在不脱离本发明的宗旨的范围内当然可以加以各种变更。 
符号说明 
1 排气
3 微粒过滤器
4 选择还原型催化剂
7B 混合管
8 尿素水溶液添加用注射器(尿素水溶液添加装置)
11 开口部
12 引导翅片
13引导翅片
14 引导翅片
15 搅拌结构
α回旋流
θ流入角度。

Claims (2)

1.排气净化装置，其具备使排气中所含的NOX与氨反应的选择还原型催化剂，和在该选择还原型催化剂的上游向排气中添加尿素水溶液的尿素水溶液添加装置，以及将该尿素水溶液添加装置至上述选择还原型催化剂之间连接的圆筒状混合管；在该混合管的输入侧端部的圆周方向的位置形成开口部，同时配设引导翅片，构成搅拌结构，所述引导翅片使排气相对该开口部由上述输入侧端部的切线方向导入；在上述混合管的输入侧端部的中心位置，朝向输出侧端部侧配设上述尿素水溶液添加装置，使得可向该搅拌结构所形成的排气的回旋流内添加尿素水溶液；所述排气净化装置的特征在于：沿着上述回旋流的流向，使上述开口部的一边相对于与混合管的轴心方向平行的方向倾斜而形成。
2.权利要求1的排气净化装置，其中，在尿素水溶液添加装置的尿素水溶液添加位置上游侧具备微粒过滤器，该微粒过滤器的输出侧端面的位置与在混合管的输入侧端部的开口部的位置如下构成：偏离上述混合管的轴心方向，使经过了上述微粒过滤器的排气向上述开口部的流入角度相对于上述混合管的轴心成锐角。
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