CN107407183A - 排气净化单元 - Google Patents

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Abstract

包括：连接配管(24)，其向SCR催化剂(41)中输送排气气体；尿素水喷射阀(30)，其被配置为与连接配管(24)的排气上游端相对，并向连接配管(24)内喷射尿素水；混合室(23)，其形成使排气气体从前级壳体(20)的排气下游端向连接配管(24)的排气上游端折返地流动的流路；以及整流部件(50)，其被设置于混合室(23)中，为从尿素水喷射阀(30)的喷射口附近向连接配管(24)一边逐渐扩径一边延伸的圆锥台形状的部件，形成有多个小孔(50C)，在各小孔(50C)的每一个上设有将排气气体向排气下游侧引导的爪(50D)。

Description

排气净化单元
技术领域
本发明涉及包括SCR催化剂的排气净化单元。
背景技术
作为还原净化从内燃机排出的排气中的氮氧化物(NOx)的排气净化单元，已知其包括：前级部，其包括氧化催化剂或捕集排气中的微粒状物质(以下，称为PM)的过滤器；以及后级部，其包括将从尿素水生成的氨作为还原剂来净化排气中的氮氧化物(以下，称为NOx)的选择性还原催化剂(以下，称为SCR催化剂)(例如，参照专利文献1、2)。
在专利文献1所记载的排气净化单元中，容纳氧化催化剂和过滤器的前级外壳与容纳SCR催化剂的后级外壳并列，在前级外壳的出口和后级外壳的入口分别连接有被配置于前级外壳与后级外壳之间的直线状配管的上游端及下游端。在配管的上游端配置有尿素水喷射装置，通过向被从前级外壳导入到后级外壳的排气气体中添加尿素水，尿素水在排气气体中被水解而生成氨，并将该氨作为还原剂供给到SCR催化剂中，从而还原净化排气气体中的NOx。
在专利文献2所记载的排气净化单元中，在比尿素水的喷射位置靠上游侧的位置，设置有使排气气体回旋的产生回旋流用的叶片，作为回旋流的排气气体和被喷射的尿素水在配管内被混合。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2009-36109号公报
专利文献2:日本特开2006-29233号公报
发明内容
发明要解决的课题
尿素水被从配管的上游端附近向下游侧喷射，相对于此，排气气体相对于排气气体的流动交叉地被从前级壳体向配管的上游端导入。因此，被喷射的尿素水的一部分在扩散前被排气气体冲向配管的上游部的壁面并附着。因此，由于尿素水的水解效率恶化、以及在被供给到SCR催化剂的排气气体中的氨的扩散性降低，从而使SCR催化剂的排气气体净化能力降低。
本公开的排气净化单元的目的在于，通过提高尿素水水解的效率，并提高在排气气体中的氨的扩散性，从而提高催化剂的排气气体净化能力。
用于解决课题的手段
本公开的排气净化单元包括：选择还原型催化剂，其被设置于内燃机的排气系统中，并将氨作为还原剂来选择还原排气中的氮氧化物，排气管，其向上述选择还原型催化剂中输送排气气体，尿素水喷射装置，其被配置为与上述排气管的排气上游端相对，并向上述排气管内喷射尿素水，送气室，其将容纳催化剂的壳体的排气下游端和上述排气管的排气上游端连接，并形成使排气气体从上述壳体向上述排气管折回地流动的流路，以及整流部件，其被设置于上述送气室中，为从上述尿素水喷射装置的喷射口附近向上述排气管一边逐渐扩径一边延伸的圆锥台形状的管材，形成有多个通气口，在各通气口的每一个上设有将排气气体向排气下游侧引导的引导部。
此外，本公开的排气净化单元包括：选择还原型催化剂，其被设置于内燃机的排气系统中，并将氨作为还原剂来选择还原排气中的氮氧化物，排气管，其向上述选择还原型催化剂中输送排气气体，尿素水喷射装置，其向上述排气管内喷射尿素水，排气导入部，其被连接于上述排气管上，并形成有多个通气口；上述排气管包括从上述尿素水喷射装置被喷射尿素水的内管、以及和该内管共同形成双层管构造的外管，且在上述内管的内侧以及上述内管与上述外管之间形成有排气气体的流路；上述排气导入部被连接于上述内管的排气上游端，被以从上述尿素水喷射装置的喷射口附近到上述内管的排气上游端一边逐渐扩径一边延伸的方式形成为圆锥台形状。
发明效果
根据本公开的排气净化单元，通过提高尿素水水解的效率，并提高在排气气体中的氨的扩散性，从而能够提高催化剂的排气气体净化能力。
附图的简要说明
图1是表示一个实施方式的排气净化单元的立体图。
图2是表示混合室及连接配管的内部的剖视图。
图3是表示在混合室内的排气气体的流动的图。
图4是表示在混合室内的排气气体的流动的图。
图5是表示其它实施方式的整流部的剖视图。
图6是表示其它实施方式的整流部的剖视图。
图7是表示其它实施方式的整流部的剖视图。
图8是表示其它实施方式的整流部的剖视图。
图9是表示其它实施方式的混合室及连接配管的内部的剖视图。
图10是表示其它实施方式的在混合室内及连接配管内的排气气体的流动的图。
具体实施方式
以下，参照附图说明本公开的一个实施方式。图1是表示一个实施方式的排气净化单元1的立体图。如该图所示，排气净化单元1从排气上游侧起按顺序包括：前级壳体20、混合室23、尿素水喷射阀30、连接配管24、以及后级壳体40。
前级壳体20和后级壳体40为圆筒状，以两者的轴线相互平行的方式并列，并由配置于两者间的连接配管24来连接。连接配管24包括圆筒状的第1配管24A，该配管24A的轴线被配置为与前级壳体20及后级壳体40的轴线平行。
前级壳体20包括：第1壳体20A；以及第2壳体20B，其被同轴地配置于第1壳体20A的排气下游侧。在第1壳体20A的排气下游端与第2壳体20B的排气上游端上设有环状的法兰，两法兰由螺栓、螺母连结。此外，在第1壳体20A中，容纳有第1氧化催化剂21，并且在第2壳体20B中，容纳有过滤器22。
第1氧化催化剂21例如是在堇青石蜂窝结构体等陶瓷制承载体表面承载有催化剂成分等的催化剂。第1氧化催化剂21氧化通过远后喷射或排气管喷射供给的未燃烃(HC)来使排气温度上升。
过滤器22例如是将由多孔质性的分隔壁划分的多个单元沿着排气的流动方向配置，并将这些单元的上游侧和下游侧交替地孔封闭的过滤器。过滤器22在分隔壁的细孔或表面捕集排气中的微粒状物质(以下，称为PM)，并且，PM堆积推定量达到预定量并实施所谓的过滤器强制再生，则燃烧除去PM。在此，过滤器强制再生是通过由排气管喷射或远后喷射向排气上游侧的第1氧化催化剂21供给未燃烃，并使流入到过滤器22中的排气温度升温到PM燃烧温度从而进行的。
混合室23包括：第1腔室23A，其被配置于第2壳体20B的排气下游端，侧面为圆弧状；以及第2腔室23B，其从第1腔室23A的侧面延伸到后级壳体40侧，侧面为圆弧状。第1腔室23A被配置为与第2壳体20B同轴。此外，第2腔室23B的直径比第1腔室23A的直径小，两者的边界呈圆弧状弯曲。
在第2壳体20B的排气下游端和第1腔室23A的排气上游端上设有环状的法兰，两法兰由螺栓、螺母来连结。
连接配管24包括：圆筒状的第1配管24A，其被连接于第2腔室23B；以及第2配管24B，其连接该第1配管24A和后级壳体40的排气上游端。第1配管24A被配置为与尿素水喷射阀30的喷射轴同轴。
第2配管24B是弯头管，排气下游端被形成为圆盘状。该第2配管24B的直线部被配置为与第1配管24A同轴，在第1配管24A的排气下游端和第2配管24B的排气上游端上设有环状的法兰，两法兰由螺栓、螺母来连结。此外，在第2配管24B的排气下游端和后级壳体40的排气上游端上设有环状的法兰，两法兰由螺栓、螺母来连结。
尿素水喷射阀30被设置于第2腔室23B上。该尿素水喷射阀30的喷射轴被与连接配管24的轴心对齐，从尿素水喷射阀30向连接配管24的排气下游侧喷射(喷雾)尿素水。
在连接配管24内，从尿素水喷射阀30喷射的尿素水以及从混合室23向后级壳体40流动的排气气体被混合，尿素水由排气热而被水解从而生成氨(NH3)。生成的氨通过排气气体的流动被供给到排气下游侧的SCR催化剂41。
在后级壳体40中，容纳有SCR催化剂41、以及被配置于SCR催化剂41的排气下游侧的第2氧化催化剂42。
SCR催化剂41例如是在多孔质陶瓷承载体上承载有沸石等的催化剂。SCR催化剂41使从尿素水喷射阀30供给的作为还原剂的氨吸附，并且，用吸附的氨有选择地从通过的排气中还原净化NOx。
第2氧化催化剂42例如是在堇青石蜂窝结构体等陶瓷制承载体表面承载有催化剂成分等的催化剂，并具有氧化从SCR催化剂41向排气下游侧泄漏的氨的功能。
图2是表示混合室23及连接配管24的内部的剖视图。如该图所示，在混合室23的第2腔室23B内，设有整流部51，在整流部51中，设有整流部件50。整流部件50为两端开口的圆锥台形状的管材，被配置为与尿素水喷射阀30同轴。
整流部件50的小径的开口50A被配置为与尿素水喷射阀30的喷射口相对，且整流部件50的大径的开口50B的一部分被插入在连接配管24的上游端内。在整流部件50的开口50B的缘部外周面与连接配管24的上游端内周面之间，留有供排气气体通过的间隙。
整流部件50为多孔部件，矩形状的小孔50C以狭窄的间隔被形成在周向及轴向上。在此，小孔50C通过切起弯曲加工而形成，爪50D以小孔50C的上游侧作为起点向整流部件50的内侧弯折。爪50D的切起弯曲的角度为锐角，爪50D作为将通过了小孔50C的排气气体向排气下游侧引导的引导部发挥作用。
图3及图4是表示在混合室23内的排气气体的流动的图。如图3所示，由于从第1腔室23A到第2腔室23B，流路的宽度变窄，并且，一侧(图中左侧)的侧壁弯曲并凹陷，从而从第1腔室23A流动到第2腔室23B中的排气气体产生回旋流。
而且，如图4所示，成为了回旋流的排气气体通过整流部件50的外侧而向连接配管24内流动，或者，通过小孔50C和整流部件50内而向连接配管24内流动。在连接配管24内，排气气体一边绕连接配管24的轴心回旋，一边向下游侧流动。
在此，尿素水喷射阀30将尿素水向整流部件50内喷射。被喷射(喷雾)的尿素水由于整流部件50从上游侧到下游侧扩径，此外，还由于从小孔50C流入的排气气体被爪50D向排气下游侧引导，从而被扩散。而且，被扩散了的尿素水与成为了回旋流的排气气体在连接配管24内混合。
由此，能够在使向连接配管24内喷射(喷雾)的尿素水扩散之后与成为了回旋流的排气气体混合，能够防止尿素水由于排气气体的流动而附着于第2腔室23B或连接配管24的壁面。因此，能够提高尿素水的水解效率。
在此，在尿素水附着于壁面的情况下，尽管该尿素水也会由排气气体或壁面的热而被水解，但是在连接配管24内的氨的扩散性降低。对此，在本实施方式的整流部51中，由于能够防止尿素水向第2腔室23B或连接配管24的壁面附着，因此能够将均匀地扩散有氨的回旋流的排气气体向SCR催化剂41供给，从而能够提高SCR催化剂41的排气气体净化能力。
图5是表示其它实施方式的整流部151的剖视图。另外，对于与上述的实施方式同样的构成标注相同的附图标记，并省略说明。如图5所示，整流部151包括：整流部件50；以及撞击板混合器152，其被配置于整流部件50的排气下游侧。撞击板混合器152在圆环状的框架上设有丝网(省略图示)和扩散板152A。撞击板混合器152在整流部件50的下游端附近被面对开口50B地配置。
在上述构成的整流部151中，从尿素水喷射阀30喷射并由整流部件50扩散了的尿素水撞击到撞击板混合器152的丝网。由此，尿素水的水解被促进。而且，尿素水及通过水解产生的氨由扩散板152A进一步扩散并向连接配管24流动。
因此，与包括上述整流部51的排气净化单元相比，由于能够进一步提高尿素水的水解效率，从而能够进一步提高SCR催化剂41的排气气体净化能力。
图6是表示其它实施方式的整流部251的剖视图。另外，对于与上述的实施方式同样的构成标注相同的附图标记，并省略说明。如图6所示，整流部251包括：整流部件50；以及水解催化剂252，其被配置于整流部件50的排气下游侧。作为水解催化剂252，能够使用例如在氮化硅制的蜂巢或金属蜂巢的壁面上承载有氧化钛的水解催化剂、或在堇青石蜂巢的壁面上承载有氧化铝的水解催化剂等。水解催化剂252在整流部件50的下游端附近被面对开口50B地配置。
在上述构成的整流部251中，从尿素水喷射阀30喷射并由整流部件50扩散了的尿素水通过水解催化剂252。此时，尿素水的水解被促进。而且，尿素水及通过水解产生的氨由成为了回旋流的排气气体向连接配管24的排气下游侧输送。
因此，与包括上述整流部51的排气净化单元相比，由于能够进一步提高尿素水的水解效率，从而能够进一步提高SCR催化剂41的排气气体净化能力。
图7是表示其它实施方式的整流部351的剖视图。另外，对于与上述的实施方式同样的构成标注相同的附图标记，并省略说明。如图7所示，在整流部351中，设有整流部件350。整流部件350为两端开口的圆锥台形状的管材，被配置为与尿素水喷射阀30同轴。
整流部件350的小径的开口350A被配置为与尿素水喷射阀30的喷射口相对，整流部件350的大径的开口350B被配置为与连接配管24的上游端相对。在整流部件350的开口350B的缘部与连接配管24的上游端及第2腔室23B之间，留有供排气气体通过的间隙。
整流部件350为多孔部件，通过将金属蜂巢成型为圆锥台形状而形成，在周向及轴向上以狭窄的间隔形成有矩形状的小孔350C。在此，金属蜂巢的分隔壁350D被配置为相对于金属蜂巢的厚度方向倾斜，并相对整流部件350的轴心平行。由此，分隔壁350D作为将通过了小孔350C的排气气体向排气下游侧引导的引导部发挥作用。
在上述构成的整流部351中，与上述整流部51同样，被喷射(喷雾)的尿素水由于整流部件350从上游侧到下游侧扩径，此外，还由于从小孔350C流入的排气气体由分隔壁350D向排气下游侧引导，从而被扩散。而且，扩散了的尿素水与成为了回旋流的排气气体在连接配管24内混合。
图8是表示其它实施方式的整流部451的剖视图。另外，对于与上述的实施方式同样的构成标注相同的附图标记，并省略说明。如图8所示，整流部451包括：整流部件350；以及水解催化剂252，其被配置于整流部件350的排气下游侧。
在上述构成的整流部451中，与上述整流部251同样，从尿素水喷射阀30喷射并由整流部件350扩散了的尿素水通过水解催化剂252。此时，尿素水的水解被促进。而且，尿素水及通过水解产生的氨由成为了回旋流的排气气体向连接配管24的排气下游侧输送。
图9是表示其它实施方式的混合室23及连接配管24的内部的剖视图。另外，对于与上述的实施方式同样的构成标注相同的附图标记，并省略说明。如图9所示，本实施方式的连接配管24的第1配管24A为双层管构造，包括：圆筒状的外管24C，其从第1配管24A的排气上游端到排气下游端呈直线状延伸；以及圆筒状的内管24D，其从第1配管24A的排气上游端向排气下游侧呈直线状延伸。内管24D被设置于整流部件50的下游侧。在本实施例中，内管24D的排气上游端与整流部件50的排气下游端同径，两者被接合。由此，在整流部件50的外侧流过的排气气体通过外管24C与内管24D之间而向排气下游侧流动。
在内管24D的排气上游侧的部分中未设有开口，在该部分中排气气体不会在内管24D的内外之间出入。另一方面，在内管24D的排气下游侧的部分中，在周向及轴向上以狭窄的间隔形成有多个小孔24E，排气气体在内管24D的内外之间出入。
图10是表示在混合室23及连接配管24内的排气气体的流动的图。如该图所示，成为了回旋流的排气气体在整流部件50的外侧通过而向连接配管24的外管24C与内管24D之间流动，或者，通过小孔50C和整流部件50内而向连接配管24内流动。在连接配管24内，排气气体一边绕连接配管24的轴心回旋，一边向下游侧流动。在外管24C与内管24D之间流动的排气气体在双层管构造部分中的排气下游侧通过小孔24E流入到内管24D内。
需要说明的是，尿素水喷射阀30将尿素水向整流部件50内喷射。被喷射(喷雾)的尿素水由于整流部件50从上游侧到下游侧扩径，此外，还由于从小孔50C流入的排气气体由爪50D向排气下游侧引导，从而被扩散。而且，扩散了的尿素水与成为了回旋流的排气气体在连接配管24内混合。由此，能够在使向连接配管24内喷射(喷雾)的尿素水扩散之后与成为了回旋流的排气气体混合。
在此，在连接配管24内，通过排气气体在外管24C与内管24D之间流动，从而加热在内管24D内流动的排气气体。由此，能够抑制排气气体的温度因尿素水被水解时的潜热而降低，并提高从尿素水向氨的转化效率，由此，能够提高在SCR催化剂41中的NOx净化率。
此外，由于能够防止尿素水因排气气体的流动而附着于第2腔室23A或连接配管24的壁面，从而能够提高尿素水的水解效率，此外，还能够提高在连接配管24内的氨的扩散性。
进而，由于在双层管构造部分中的排气下游侧，在外管24C与内管24D之间流动的排气气体流入到内管24D内，并与扩散有氨或者尿素水的排气气体混合，从而能够进一步提高排气气体中的氨的扩散性。
在上述实施方式中，说明了将具有双层管构造的第1配管24A的内管24D设置于整流部件50的下游侧的例子。同样，也可以将具有双层管构造的第1配管24A的内管24D设置于整流部件350的下游侧。
另外，本公开不应限定于上述的实施方式，能够在不脱离本公开的主旨的范围内适当变形而实施。
本申请基于2015年03月30日申请的日本专利申请(特愿2015-068050)、及2015年04月20日申请的日本专利申请(特愿2015-085716)，并将其内容作为参照援引于此。
工业实用性
本公开的排气净化单元在通过提高尿素水的水解效率，并提高在排气气体中的氨的扩散性，从而能够提高催化剂的排气气体净化能力这一点上有用。
附图标记说明
1排气净化单元、20前级壳体、20A第1壳体、20B第2壳体、21第1氧化催化剂、22过滤器、23混合室、23A第1腔室、23B第2腔室、24连接配管、24A第1配管、24B第2配管、24C外管、24D内管、24E小孔、30尿素水喷射阀、40后级壳体、41 SCR催化剂、42第2氧化催化剂、50整流部件、50A开口、50B开口、50C小孔、50D爪、51整流部、151整流部、152撞击板混合器、152A扩散板、251整流部、252水解催化剂、350整流部件、350A开口、350B开口、350C小孔、350D分隔壁、351整流部、451整流部。

Claims (6)

1.一种排气净化单元，包括：
选择还原型催化剂，其被设置于内燃机的排气系统中，并将氨作为还原剂来选择还原排气中的氮氧化物，
排气管，其向上述选择还原型催化剂中输送排气气体，
尿素水喷射装置，其被配置为与上述排气管的排气上游端相对，并向上述排气管内喷射尿素水，
腔室，其将容纳催化剂的壳体的排气下游端和上述排气管的排气上游端连接，并形成使排气气体从上述壳体向上述排气管折回地流动的流路，以及
整流部件，其被设置于上述腔室中，为从上述尿素水喷射装置的喷射口附近向上述排气管一边逐渐扩径一边延伸的圆锥台形状的管材，形成有多个通气口，在各通气口的每一个上设有将排气气体向排气下游侧引导的引导部。
2.如权利要求1所述的排气净化单元，其中，
包括被配置于上述整流部件的排气下游端的多孔材料。
3.如权利要求1所述的排气净化单元，其中，
包括被配置于上述整流部件的排气下游端的水解催化剂。
4.如权利要求1～3中任何一项所述的排气净化单元，其中，
上述排气管包括从上述尿素水喷射装置被喷射尿素水的内管、以及与该内管共同形成双层管构造的外管，并在上述内管的内侧、以及上述内管与上述外管之间形成有排气气体的流路。
5.一种排气净化单元，包括：
选择还原型催化剂，其被设置于内燃机的排气系统中，并将氨作为还原剂来选择还原排气中的氮氧化物，
排气管，其向上述选择还原型催化剂中输送排气气体，
尿素水喷射装置，其向上述排气管内喷射尿素水，以及
整流部件，其被连接于上述排气管上，并形成有多个通气口；其中，
上述排气管包括从上述尿素水喷射装置被喷射尿素水的内管、以及和该内管共同形成双层管构造的外管，并在上述内管的内侧、以及上述内管与上述外管之间形成有排气气体的流路；
上述整流部件被连接于上述内管的排气上游端，被以从上述尿素水喷射装置的喷射口附近到上述内管的排气上游端一边逐渐扩径一边延伸的方式形成为圆锥台形状。
6.如权利要求5所述的排气净化单元，其中，
在上述内管的排气下游侧的预定范围中，形成有通气口。
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