CN108699939A

CN108699939A - 内燃机的排气净化装置

Info

Publication number: CN108699939A
Application number: CN201780014409.0A
Authority: CN
Inventors: 川岛幸博; 水上直; 铃木泰顺
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2016-03-03
Filing date: 2017-02-28
Publication date: 2018-10-23
Anticipated expiration: 2037-02-28
Also published as: JP6728782B2; JP2017155694A; CN108699939B; WO2017150538A1

Abstract

涉及内燃机(1)的排气净化装置(100)，包括排气管(2)、后处理单元(3)、以及容纳后处理单元的外壳(4)，后处理单元(3)包括：选择还原型NOx催化剂(10c)；从其上游侧向选择还原型NOx催化剂(10c)延伸的管构件(31、33、34、35)；以及添加尿素水的添加阀(36)，位于添加阀(36)与选择还原型NOx催化剂(10c)之间的尿素水滞留的部位(Uf)被设为可拆装，在外壳(4)上设置有开口部(44)、以及覆盖开口部(44)的盖(5)。

Description

内燃机的排气净化装置

技术领域

本公开涉及包括后处理单元的内燃机的排气净化装置。

背景技术

通常，在搭载有内燃机的车辆中，已知包括后处理单元的排气净化装置，该后处理单元被设置在装置排气管的途中并具有用于对排气中的有害物质进行净化的多个催化剂。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2003－184544号公报

专利文献2：日本特开2008－208727号公报

发明内容

发明要解决的课题

在上述的排气净化装置中，为了将催化剂的温度保持为高温，而想到将后处理单元容纳在外壳中。

另一方面，在后处理单元具有选择还原型NOx催化剂(SCR：Selective CatalyticReduction，选择催化还原)的情况下，向NOx催化剂的上游侧添加作为还原剂的尿素水。添加的尿素水与排气混合并蒸发，并且在向NOx催化剂延伸的管构件的内部流动，被供给到NOx催化剂。但是，当尿素水为液相状态并附着在管构件的内部而滞留时，存在使其滞留的部位腐蚀的风险。

因此，本公开是鉴于该情况而发明的，其目的在于提供一种在被容纳在外壳中并包括选择还原型NOx催化剂的后处理单元中能够容易地更换尿素水所滞留的部位的内燃机的排气净化装置。

用于解决课题的手段

本公开的内燃机的排气净化装置包括：排气管，后处理单元，其被设置在上述排气管的途中，具有用于净化排气的多个催化剂，以及外壳，其容纳上述后处理单元；上述后处理单元包括：选择还原型NOx催化剂，管构件，其从上述选择还原型NOx催化剂的上游侧向上述选择还原型NOx催化剂延伸，供排气通过，以及添加阀，其向上述管构件内的上述选择还原型NOx催化剂的上游侧的位置添加尿素水；上述管构件在上述添加阀与上述选择还原型NOx催化剂之间的位置具有供从上述添加阀添加的尿素水滞留的部位；上述部位可拆装，在述外壳上设置有上述部位能通过的开口部，在上述外壳上设置有将上述开口部可开闭地覆盖的盖。

此外，本公开的内燃机的排气净化装置包括：排气管，后处理单元，其被设置在上述排气管的途中，具有用于净化排气的多个催化剂，以及外壳，其容纳上述后处理单元；上述后处理单元包括：管状的第1催化剂外壳，其内置至少一个催化剂，管状的第2催化剂外壳，其被与上述第1催化剂外壳并列地配置，内置选择还原型NOx催化剂，连结管，其被配置在上述第1催化剂外壳与上述第2催化剂外壳之间的位置，是将上述第1催化剂外壳的下游端和上述第2催化剂外壳的上游端连结的连结管，沿着排气流动方向从后方向前方延伸，具有被U字状地折回并向后方延伸的折回部分，以及尿素水添加阀，其被配置为从上述折回部分的上游侧向上述折回部分从后方向前方添加尿素水；上述折回部分具有可拆装的前面部；在上述外壳的前表面上，在与上述折回部分的前面部相对的位置形成有上述前面部能通过的开口部，并且设置有将该开口部可开闭地覆盖的盖。

发明效果

在本公开的内燃机的排气净化装置中，发挥在被容纳在外壳中并包括选择还原型NOx催化剂的后处理单元中能够容易地更换尿素水滞留的部位这样的优异的效果。

附图说明

图1是表示本公开的一实施方式的排气净化装置的概略结构图。

具体实施方式

以下，基于附图，说明本公开的一实施方式。图1是表示本公开的一实施方式的内燃机的排气净化装置的概略结构图。

如图1所示，排气净化装置100包含：排气管2，其使内燃机1的排气通过；后处理单元3，其被设置在排气管2的途中，具有用于净化排气的多个催化剂10；以及外壳4，其容纳后处理单元3。

内燃机1是被搭载在未图示的车辆中的多汽缸的压缩点火式内燃机，即柴油引擎。在内燃机1中设置有使从各汽缸11排出的排气集合的排气歧管12。

排气管2是被连接在排气歧管12上并使来自排气歧管12的排气向下游方向(箭头G所示的方向)流动并放出到大气中的管。

更详细而言，该排气管2包括：上游侧排气管21，其位于后处理单元3的上游侧；以及下游侧排气管22，其位于后处理单元3的下游侧。上游侧排气管21在其下游侧端部具有凸缘21a，下游侧排气管22在其上游侧端部具有凸缘22a。

接下来，说明后处理单元3。将后处理单元3的前后左右方向表示在图1中。另外，图示的后处理单元3的前后左右方向与车辆的前后左右方向无关，只不过是为了便于说明而决定的。在本实施方式中，内燃机1在车辆中被纵置，后处理单元3的左方向与车辆的前方向一致。

后处理单元3包括：排气入口管31；排气出口管32；第1催化剂外壳33，其内置有至少一个催化剂10；第2催化剂外壳34，其内置有NOx催化剂10c；连结管35，其将第1催化剂外壳33和第2催化剂外壳34连结；以及添加阀36，其添加尿素水。此外，后处理单元3具有大体左右对称的构造。

排气入口管31被配置在后处理单元3的前端部且左侧，从前方向后方延伸，其前端被连接在上游侧排气管21的下游端。此外，排气出口管32被配置在后处理单元3的前端部且右侧，从前方向后方延伸，其前端被连接在下游侧排气管22的上游端。

更详细而言，在排气入口管31的上游侧端部上设置有凸缘31a，在该凸缘31a上连接有上游侧排气管21的凸缘21a。此外，同样地，在排气出口管32的下游侧端部上设置有凸缘32a，在该凸缘32a上连接有下游侧排气管22的凸缘22a。相互连接的凸缘彼此由螺栓(未图示)等扣紧部件能拆卸地固定。

第1催化剂外壳33被形成为管状，从排气入口管31向后方延伸，并且在位于后端部的下游侧端部33a的右侧面上具有第1侧孔33b。此外，在第1催化剂外壳33上，形成有与位于上游侧的排气入口管31及位于下游侧的连结管35相比被扩径的第1扩径部33c。

第1催化剂外壳33在第1扩径部33c的位置处隔着第1隔热缓冲构件(垫)37而从上游侧起内置有氧化催化剂(DOC：Diesel Oxidation Catalyst，柴油氧化催化剂)10a及颗粒过滤器(以下称为“DPF”)10b。

氧化催化剂10a将排气中的未燃成分(烃HC及一氧化碳CO)氧化从而进行净化。氧化催化剂10a具有用在HC、CO的氧化时产生的热来加热、升温排气的功能。此外，氧化催化剂10a还具有将排气中的NO氧化成NO₂以提高排气中的NO₂浓度的功能。

DPF10b捕集并除去排气中含有的颗粒状物质(PM：Particulate Matter)。在本实施方式中，DPF10b使用了将蜂窝形状的耐热性基材的两端开口交错地方格状地封闭的所谓壁流类型的过滤器。但是，能够使用网眼构造的泡沫形状的过滤器等物理地捕集PM的所有类型的过滤器。

DPF10b由使内壁承载有Pt等贵金属(催化剂)的所谓连续再生式的带催化剂的DPF构成。在此情况下，在引擎的通常运转中，被供给到DPF10b的排气中的HC因催化剂作用而氧化、燃烧，此时，同时，堆积在DPF10b内部的PM被燃烧除去。另外，因为DPF10b具有催化剂，所以，此处，本公开所说的催化剂10也包含DPF10b。

第2催化剂外壳34被形成为管状，从排气出口管32向后方延伸，并且，在位于后端部的上游侧端部34a的左侧面上具有第2侧孔34b。此外，在第2催化剂外壳34上形成有第2扩径部34c，该第2扩径部34c与位于上游侧的排气入口管31及位于下游侧的排气出口管32相比被扩径。

第2催化剂外壳34在第2扩径部34c的位置处隔着第2隔热缓冲构件(垫)38而从上游侧起内置有NOx催化剂10c及氨氧化催化剂10d。

NOx催化剂10c是用于净化排气中的氮氧化物NOx的催化剂。NOx催化剂10c由选择还原型NOx催化剂(SCR：Selective atalytic Reduction，选择催化还原)构成，能够利用从尿素水水解而生成的氨(NH₃)来连续地还原NOx。

氨氧化催化剂10d是将未在NOx催化剂10c中被NOx的还原消耗的剩余的氨(NH₃)氧化并生成N₂的催化剂。

在本实施方式中，第1催化剂外壳33与第2催化剂外壳34相互并列地配置在左右。此外，第1侧孔33b与第2侧孔34d被配置在相互相对的位置。

连结管35被配置在左右方向上的第1催化剂外壳33与第2催化剂外壳34之间的位置，连结第1催化剂外壳33的下游端X1和第2催化剂外壳34的上游端Y1。此外，连结管35沿着排气流动方向从后方向前方延伸，具有U字状地折回并向后方延伸的折回部分U。

更详细而言，连结管35具有：第1部分35a，其从第1侧孔33b向第2侧孔34b侧(图示右侧)延伸，并向前方折曲；以及第2部分35b，其从第2侧孔34b向第1侧孔33b侧(图示左侧)延伸，并向前方折曲。具体而言，第1部分35a相当于图中的从第1侧孔33b到X2的部分，第2部分35b相当于图中的从第2侧孔34b到Y2的部分。

此外，连结管35具有第3部分35c，该第3部分35c从第1部分35a的下游端X2向前方延伸，并且，在折回部分U处被折回并向后方延伸，并与第2部分35b的上游端Y2连接。即，通过将连结管35这样U字状地折回地形成，从而与将第1侧孔33b和第2侧孔34d直线地连接相比，连结管35的管长变长。

外壳4由使用了不锈钢等耐热材料的箱型外壳构成，将后处理单元3整体大体上气密地覆盖。在外壳4的内周面上几乎整体，为了后处理单元3的保温，而敷设有玻璃棉等隔热材料41。

在外壳4的前表面42上，在左右的位置形成有：入口孔42a，其供后处理单元3的排气入口管31插通；以及出口孔42b，其供排气出口管32插通。

另一方面，在外壳4的后表面43上，在第1部分35a的位于折曲部分L的后方的部分，形成有安装添加阀36的安装部43a。安装部43a被向前方凹陷地形成，在其前端形成有在前后方向上延伸的外侧插通孔43b。此外，在折曲部分L的后端面上，与外侧插通孔43b同轴地形成有内侧插通孔35d。添加阀36被从外壳4的外部(后方)插通到外侧插通孔43b和内侧插通孔35d这两者中，并由被设置在安装部43a上的凸台部43c固定在外壳4上。

添加阀36被配置为从折回部分U的上游侧向折回部分U从后方向前方添加尿素水。此处所说的折回部分U的上游侧意味着第1部分35a的折曲部分L内。

详细情况将在后文说明，在折回部分U的前面部Uf的内表面上，被添加的尿素水存在以液相状态滞留的倾向。因为尿素水所滞留的部位存在因该尿素水而腐蚀的风险，所以，在本实施方式中，使得该前面部Uf可拆装从而能够更换。

具体而言，前面部Uf被从连结管35沿着在上下且左右方向上延伸的分割面S分割。为了方便，将连结管35的除了前面部Uf之外的部分称为连结管主体B。前面部Uf在从前方观察时呈椭圆或长圆形。该分割面S的位置是任意的，但是，前面部Uf被设定为包含尿素水以液相状态滞留的部位、进一步说是存在因该尿素水而腐蚀的风险的部位。在本实施方式中，折回部分U随着从上游侧朝向下游侧而弯曲约90°，且在折回部分U的管路中心C上的位置设定有分割面S。

在前面部Uf的后端部和剩余的连结管主体B的前端部上分别设置有凸缘39a、凸缘39b，彼此的凸缘39a、39b由螺栓39c等扣紧部件可拆卸地固定。在凸缘39a、39b被固定的状态下，前面部Uf和连结管主体B被气密地连接。

相反，当由凸缘39a、39b进行的固定被解除时，前面部Uf能够从连结管主体B拆卸。

在外壳4的前表面42的中央部，在与折回部分U的前面部Uf相对的位置，设置有前端部Uf能通过的开口部44。

开口部44的面积是任意的，但是，优选设为能够容易进行前面部Uf的更换作业的大小。此外，开口部44的形状是任意的，例如可考虑设为圆形或正方形，但是，也可以配合前面部Uf的形状而设为在左右方向上较长的长方形。

在外壳4的前表面42上，设置有能够将该开口部44从前方开闭地覆盖的盖5。该盖5在开口部44的周围由多个螺栓45等扣紧部件能拆卸地固定在外壳4的前表面42上。另外，为了后处理单元3的保温，也在盖5的内表面上敷设有玻璃棉等隔热材料41。

另外，本公开中的后处理单元3的管构件包含位于NOx催化剂10c的上游侧的所有的管状构件。即，位于NOx催化剂10c的上游侧的第2催化剂外壳34、连结管35、第1催化剂外壳33、以及排气入口管31被包含在本公开的管构件中。本实施方式中的管构件是其中的连结管35。

接下来，基于图1，说明本实施方式的排气净化装置100的作用效果。

内燃机1的排气从排气歧管12通过上游侧排气管21，并通过排气入口管31而向第1催化剂外壳33内流入。

流入到第1催化剂外壳33内的排气通过氧化催化剂10a，由此，排气中的未燃成分(烃HC及一氧化碳CO)被氧化而被净化。

接下来，通过了氧化催化剂10a的排气流入到DPF10b，排气中含有的颗粒状物质(PM)由DPF10b捕集除去。

通过了DPF10b的排气从位于第1催化剂外壳33的后端部的第1侧孔33b流动到连结管35的第1部分35a，沿着第1部分35a的折曲形状向前方进行90°方向转换，向第3部分35c流动。

流动到第3部分35c的排气在折回部分U处向后方进行180°方向转换，向后方的第2部分35b流动，沿着第2部分的折曲形状进行90°方向转换，通过第2侧孔34b而向第2催化剂外壳34内流入。

此处，被配置在第1部分35a的折曲部分L上的添加阀36朝向第3部分35c的折回部分U从后方向前方添加尿素水。混合有尿素水的排气在折回部分U处向后方进行180°方向转换，向后方的第2部分35b流动，沿着第2部分35b的折曲形状进行90°方向转换，通过第2侧孔34b向第2催化剂外壳34内流入。在该过程中，从添加阀36添加的尿素水与排气混合并蒸发，并且被水解而生成氨。

接下来，在第2催化剂外壳34内，含有尿素水和氨的至少一者的排气通过NOx催化剂10c。此时，NOx催化剂10c利用尿素水被水解而生成的氨来还原NOx。

在NOx催化剂10c中未被NOx的还原消耗的剩余的氨与氨氧化催化剂10d接触而被氧化，向大气的放出被抑制。

通过了氨氧化催化剂10d的排气通过排气出口管32而向下游侧排气管22排出，被从下游侧排气管22放出到大气中。

在上述的作用中，关于氧化催化剂10a、DPF10b、NOx催化剂10c、及氨氧化催化剂10d，在其催化剂温度(催化剂床层温度)处于活性温度区域时，有效地发挥排气净化作用。因此，尽可能将各催化剂10的温度保持为高温是有效的。

在本实施方式中，通过在内周面上敷设有隔热材料41的外壳4内容纳后处理单元3，从而能够抑制后处理单元3被外气或行驶风冷却，能够将各催化剂10的温度保持为高温。

在本实施方式的后处理单元3中，连结管35被U字状地折回地形成。因此，与将连结管35直线地形成相比，能够加长连结管35的管长，且能够将后处理单元3紧凑地构成。

此外，通过使从添加阀36添加的尿素水通过该长且被折回地形成的连结管35，从而尿素水在与排气之间被充分地搅拌混合并蒸发，尿素水的水解被促进。其结果，高效率地生成氨，有利于在NOx催化剂10c中的NOx净化率的提高。

另一方面，在含有尿素水的排气通过折回部分U时，尿素水存在以液相状态附着在前面部Uf的内表面上从而滞留的倾向。尤其是，在该折回部分U中，尿素水在进行180°方向转换时受到离心力，尿素水存在附着、滞留在内表面上的倾向。其结果，前面部Uf存在因滞留的尿素水而从内表面起不断腐蚀的风险。

另外，因为为了应对近年来的NOx限制强化，需要进行NOx催化剂的大型化和尿素水添加量的增加，所以滞留部位有可能更显著地腐蚀。

因此，在本实施方式的排气净化装置100中，将存在因尿素水的滞留而腐蚀的风险的前面部Uf设为可从连结管35拆装。进一步，在外壳4的前表面42上设置有该被拆卸下来的前面部Uf能通过的开口部44，并且设置有能开闭地覆盖该开口部44的盖5。

由此，能够在后处理单元3被容纳在外壳4内的状态下，容易地更换已腐蚀的前面部Uf。

在进行该更换作业时，首先，拧松外壳4的前表面42的螺栓45，拆卸盖5，从外壳4的开口部44插入手或工具等，拧松前面部Uf的螺栓39c，解除由凸缘39a、39b进行的固定，将前面部Uf从连结管35拆卸。然后，将更换用的前面部Uf按与拆卸顺序相反的顺序安装。这样，在本实施方式中，即使在后处理单元3被容纳在外壳4中的状态下，也能够容易地进行更换作业。

此外，在本实施方式中，因为外壳4的开口部44处于与前面部Uf相对的位置，所以能够更简单地进行更换作业。

另外，本公开不限定于上述的实施方式，能够再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2016年3月3日申请的日本国专利申请(特愿2016-041294)，将其内容作为参照援引于此。

工业实用性

本公开的内燃机的排气净化装置在被容纳在外壳中并包括选择还原型NOx催化剂的后处理单元中能够容易地更换尿素水滞留的部位这一点有用。

附图标记说明

1 内燃机

2 排气管

3 后处理单元

4 外壳

5 盖

10c 选择还原型NOx催化剂

31 排气入口管

32 排气出口管

33 第1催化剂外壳

34 第2催化剂外壳

35 连结管

36 添加阀

44 开口部

100 排气净化装置

Claims

1.一种内燃机的排气净化装置，包括：

排气管，

后处理单元，其被设置在上述排气管的途中，具有用于净化排气的多个催化剂，以及

外壳，其容纳上述后处理单元；

上述后处理单元包括：

选择还原型NOx催化剂，

管构件，其从上述选择还原型NOx催化剂的上游侧向上述选择还原型NOx催化剂延伸，供排气通过，以及

添加阀，其向上述管构件内的上述选择还原型NOx催化剂的上游侧的位置添加尿素水；

上述管构件在上述添加阀与上述选择还原型NOx催化剂之间的位置具有供从上述添加阀添加的尿素水滞留的部位；

上述部位可拆装，在述外壳上设置有上述部位能通过的开口部，在上述外壳上设置有将上述开口部可开闭地覆盖的盖。

2.一种内燃机的排气净化装置，包括：

排气管，

外壳，其容纳上述后处理单元；

上述后处理单元包括：

管状的第1催化剂外壳，其内置至少一个催化剂，

管状的第2催化剂外壳，其被与上述第1催化剂外壳并列地配置，内置选择还原型NOx催化剂，

连结管，其被配置在上述第1催化剂外壳与上述第2催化剂外壳之间的位置，是将上述第1催化剂外壳的下游端和上述第2催化剂外壳的上游端连结的连结管，沿着排气流动方向从后方向前方延伸，具有被U字状地折回并向后方延伸的折回部分，以及

尿素水添加阀，其被配置为从上述折回部分的上游侧向上述折回部分从后方向前方添加尿素水；

上述折回部分具有可拆装的前面部；

在上述外壳的前表面上，在与上述折回部分的前面部相对的位置形成有上述前面部能通过的开口部，并且设置有将该开口部可开闭地覆盖的盖。