JP2008128093A - Exhaust emission control device for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は内燃機関(以下、エンジンと称する)の排気浄化装置に係り、詳しくは浄化効率の向上等を目的として排ガスに旋回流を生起させるようにした排気浄化装置に関するものである。 The present invention relates to an exhaust gas purification device for an internal combustion engine (hereinafter referred to as an engine), and more particularly to an exhaust gas purification device that generates a swirling flow in exhaust gas for the purpose of improving purification efficiency.
この種の排気浄化装置では、排気通路に設けたフィン等により排ガスに旋回流を生起させ、この旋回流による撹拌作用や遠心力を利用して排気浄化装置の浄化効率の向上を図ったものがある(例えば、特許文献1,2参照)。
特許文献1の排気浄化装置は、フィルタ容器内にシースタイプの発熱体からなる加熱部を配置すると共に、下流側に所定角度の案内羽根を有する撹拌部を設け、さらにその下流側にパティキュレートを捕集するフィルタを配置して構成されており、フィルタ容器内に導入された排ガスを加熱部により加熱し、その加熱流体を撹拌部により旋回流を生起させて撹拌状態でフィルタに吹き付け、これによりフィルタを昇温させてパティキュレートの焼却除去を図っている。
In this type of exhaust purification device, a swirl flow is generated in the exhaust gas by fins or the like provided in the exhaust passage, and the purification efficiency of the exhaust purification device is improved by utilizing the stirring action and centrifugal force by this swirl flow. (For example, see
In the exhaust purification device of
また、特許文献2の排気浄化装置は、排気浄化装置のケーシングの入口に旋回流を生起させるための旋回誘導部を設け、ケーシング内に形成した排気旋回室の内周面に沿って電熱部を配設すると共に、ケーシング内の排気旋回室の下流位置にパティキュレートを捕集するフィルタを配置して構成されており、排ガスのケーシングへの導入時に旋回誘導部により旋回流を生起させることで、排ガス中のパティキュレートを外周側の電熱部へと遠心分離して焼却し、これによりフィルタの目詰まりを防止している。
In addition, the exhaust purification device of
一方、エンジンの排気通路にはパティキュレート捕集用のフィルタの他にも種々の排気浄化装置が設けられ、例えば排ガス中のNOxを浄化すべくSCR触媒(選択還元型NOx触媒)が備えられる場合がある。この種のSCR触媒は、排気通路に設けた噴射ノズルから還元剤として尿素水溶液を噴射して排気熱及び排ガス中の水蒸気により加水分解してNH3を生成し、生成したNH3によりSCR触媒上で排ガス中のNOxを無害なN2に還元してNOxの浄化を行っている。 On the other hand, in addition to the particulate collection filter, various exhaust gas purification devices are provided in the exhaust passage of the engine, for example, when an SCR catalyst (selective reduction type NOx catalyst) is provided to purify NOx in the exhaust gas. There is. SCR catalysts of this type, by injecting urea aqueous solution as the reducing agent from the injection nozzle provided in the exhaust passage is hydrolyzed to produce a NH 3 by the exhaust heat and the water vapor in the exhaust gas, generated NH 3 by the SCR catalyst NOx in the exhaust gas is reduced to harmless N 2 to purify NOx.
SCR触媒のNOx浄化作用は尿素水溶液の供給状態の影響を大きく受け、良好な浄化作用を得るには排ガスを十分に撹拌して尿素水溶液を良好に拡散させると共に、SCR触媒上での周方向及び半径方向の排ガスの気流分布を均一化する必要がある。加熱流体によるフィルタ昇温のための特許文献1の旋回流、パティキュレートの遠心分離のための特許文献2の旋回流では、このような要求を満たすことは到底できず、この目的のために好適な旋回流を生起するためのフィン装置が実用化されている。
The NOx purification action of the SCR catalyst is greatly affected by the supply state of the urea aqueous solution, and in order to obtain a good purification action, the exhaust gas is sufficiently stirred to diffuse the urea aqueous solution well, and the circumferential direction on the SCR catalyst and It is necessary to make the air flow distribution of the exhaust gas in the radial direction uniform. The swirl flow of
図4はこの従来技術のフィン装置を備えた排気浄化装置を示しており、フィン装置37はケーシング32内でSCR触媒35の上流側に配設され、そのフィン装置37の上流側には尿素供給用の噴射ノズル42が配置されている。フィン装置37は全体として円板状をなして排気流通方向と直交する姿勢でケーシング32内に配設され、その中心部を構成する隔壁部37aはケーシング32内の排気上流側と排気下流側とを区画している。また、隔壁部37aとケーシング32の内周との間には多数のフィン37bが列設され、各フィン37bは周方向に所定角度をなしている。
FIG. 4 shows an exhaust emission control device provided with this conventional fin device. The
エンジンの排ガスはケーシング32内に導入されて噴射ノズルから噴射された尿素水溶液と共にフィン装置37に至り、ケーシング32の中心部を流れる排ガスがフィン装置37の隔壁部37aに遮られることで、全ての排ガスはケーシング32内の外周側のフィン37bを流通し、その際にフィン37bにより流路を変更されて旋回流を生起しながらSCR触媒35に到達し、上記のようにSCR触媒35上でNH3を利用したNOx浄化が行われる。噴射ノズル42がケーシング32の中心部に位置することに起因して、フィン装置37の上流側での尿素濃度は外周側より中心部の方が高くなるが、このように全ての排ガスを外周側のフィン37bに流通させることで尿素濃度の偏りを軽減している。
しかしながら、上記図4の排気浄化装置では尿素濃度の偏りは軽減されるものの依然として発生し、しかも、ケーシング外周側のフィン37bに排ガスを流通させることで、SCR触媒35上での半径方向の排ガスの気流分布は外周側で増加傾向となる。
尿素濃度の偏りの解消と排ガスの気流分布の均一化とはトレードオフの関係にあり、例えばフィン角度やフィン形状の変更等により旋回流を強めて排ガスの撹拌促進により尿素濃度の偏りを解消した場合、強い旋回流の遠心作用により排ガスの気流分布はより外周側が増加傾向となり、逆に旋回流を弱めて排ガスの気流分布を均一化した場合、弱い旋回流により排ガスの撹拌が不十分となって尿素濃度の偏りはより顕著となる。従って、撹拌不良による排ガス中の尿素濃度の偏り、或いはSCR触媒35上での排ガスの気流分布の不均一に起因して、SCR触媒35の全部位を有効に機能させることができずに良好なNOx浄化性能を発揮できないという問題があった。
However, in the exhaust gas purification apparatus of FIG. 4 described above, although the deviation in urea concentration is reduced, it still occurs, and the exhaust gas in the radial direction on the
There is a trade-off between the elimination of the urea concentration bias and the uniform distribution of the exhaust gas flow. For example, the swirl flow was strengthened by changing the fin angle, fin shape, etc., and the urea concentration bias was eliminated by promoting the stirring of the exhaust gas. In this case, the flow distribution of exhaust gas tends to increase on the outer peripheral side due to the centrifugal action of strong swirl flow, and conversely, when the swirl flow is weakened and the air flow distribution of exhaust gas is made uniform, the stirring of the exhaust gas becomes insufficient due to the weak swirl flow Therefore, the bias of urea concentration becomes more remarkable. Accordingly, due to the uneven concentration of urea in the exhaust gas due to poor agitation, or due to non-uniformity in the air flow distribution of the exhaust gas on the
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、排ガスを良好に撹拌して還元剤濃度の偏りを解消すると共に、還元触媒上での排ガスの気流分布を均一化し、もって還元触媒の全部位を有効に機能させて良好な浄化性能を発揮させることができる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。 The present invention has been made to solve such problems. The object of the present invention is to thoroughly stir the exhaust gas to eliminate the uneven concentration of the reducing agent and to flow the exhaust gas over the reduction catalyst. It is an object of the present invention to provide an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine that can make the distribution uniform, thereby effectively functioning all the parts of the reduction catalyst and exhibit good purification performance.
上記目的を達成するため、請求項1の発明は、内燃機関の排気通路の一部を構成し、内部に還元触媒を収容したケーシングと、ケーシング内の還元触媒の上流側に設けられ、内燃機関の排ガスに排気下流側に向けて螺旋状をなす旋回流を生起させる旋回流発生手段と、ケーシング内の旋回流発生手段と還元触媒との間に配設され、旋回流発生手段により旋回流を生起された排ガスをケーシングの略中心部に集約しながら還元触媒側に流通させる絞り手段と、排気通路の少なくとも絞り手段より上流側に設けられて、排気通路内に還元剤を供給する還元剤供給手段とを備えたものである。
In order to achieve the above object, an invention according to
従って、内燃機関の排ガスは旋回流発生手段により旋回流を生起され、還元剤供給手段から供給された還元剤と共に絞り手段を経て下流側の還元触媒に到達する。旋回流発生手段により旋回流を生起した時点の排ガスの半径方向の気流分布は、自己の遠心作用により中心部より外周側で増加傾向となるが、排ガスは絞り手段により中心部に向けて集約された後、再び遠心作用により外周側に拡散しながら還元触媒に到達するため、結果として還元触媒に供給される排ガスの気流分布が均一化される。 Accordingly, the exhaust gas of the internal combustion engine is caused to generate a swirling flow by the swirling flow generating means, and reaches the downstream reduction catalyst through the throttle means together with the reducing agent supplied from the reducing agent supply means. The radial flow distribution of the exhaust gas at the time when the swirl flow is generated by the swirl flow generating means tends to increase on the outer peripheral side from the center due to its own centrifugal action, but the exhaust gas is concentrated toward the center by the throttling means. After that, it reaches the reduction catalyst while diffusing again to the outer peripheral side by centrifugal action, and as a result, the air flow distribution of the exhaust gas supplied to the reduction catalyst is made uniform.
また、このように排ガスの気流分布の不均一が矯正されるため、排ガスの撹拌促進を目的として旋回流発生手段による旋回流を強めても上記遠心作用により気流分布が不均一となる弊害は発生しない。還元剤供給手段からの還元剤の供給状態に起因して排ガス中の還元剤濃度には偏りがあるが、旋回流を強めることで排ガスの撹拌が促進されて濃度の偏りが解消される。 In addition, since the non-uniformity of the air flow distribution of the exhaust gas is corrected in this way, even if the swirl flow by the swirl flow generating means is strengthened for the purpose of promoting stirring of the exhaust gas, there is a problem that the air flow distribution becomes non-uniform due to the centrifugal action. do not do. Although the reducing agent concentration in the exhaust gas is uneven due to the supply state of the reducing agent from the reducing agent supply means, the swirling flow is strengthened to promote the stirring of the exhaust gas and the concentration unevenness is eliminated.
請求項2の発明は、請求項1において、旋回流発生手段が、ケーシング内の略中心部において排気上流側と排気下流側とを区画する隔壁部と、隔壁部とケーシング内周との間に設けられて排気流通方向に対して周方向に所定角度をなす複数のフィンとから構成されたものである。
従って、ケーシング中心部を流れる排ガスが旋回流発生手段の隔壁部に遮られることで、排ガスはケーシング内の外周側のフィンを流通して、その際にフィンにより流路を変更されて旋回流を生起する。このとき、ケーシング内の外周側に位置する大径のフィンに全ての排ガスを流通させるため強い旋回流が生起され、その旋回流は、所謂旋回流の角運動量保存則に従って、絞り手段による中心部への集約を経て外周側に拡散した後も衰えることなく高い旋回速度を維持しており、この強い旋回流により還元剤濃度の偏りを一層確実に解消可能となる。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the swirl flow generating means includes a partition wall that partitions the exhaust upstream side and the exhaust downstream side at a substantially central portion in the casing, and between the partition wall and the casing inner periphery. The plurality of fins are provided and form a predetermined angle in the circumferential direction with respect to the exhaust circulation direction.
Therefore, the exhaust gas flowing through the central part of the casing is blocked by the partition wall of the swirling flow generating means, so that the exhaust gas flows through the fins on the outer peripheral side in the casing, and the flow path is changed by the fins at that time and the swirling flow is generated. To occur. At this time, a strong swirling flow is generated in order to circulate all the exhaust gas through the large-diameter fin located on the outer peripheral side in the casing, and the swirling flow follows the so-called angular momentum conservation law of the swirling flow. Even after diffusing to the outer peripheral side through concentration, the high swirl speed is maintained without fading, and this strong swirl flow can more reliably eliminate the uneven concentration of the reducing agent.
請求項3の発明は、請求項1または2において、ケーシングが、旋回流発生手段から還元触媒まで略同一の通路断面形状をなし、絞り手段が、ケーシング内の排気上流側と排気下流側とを区画する板状をなし、略中心部に排ガスが流通する流通孔が貫設されたものである。
従って、排ガスはケーシングの外周側で絞り手段により遮られながら略中心部の流通孔に向けて集約され、流通孔を流通した後に下流側の還元触媒に到達する。そして、ケーシングの通路断面形状を部分的に縮小して絞り手段を形成することなく、ケーシングを略同一の通路断面形状のままとした上で、板状の絞り手段をケーシング内に配置した構成のため、ケーシングの内容積が最大限に確保される。ケーシングは排気浄化装置を収容する機能のみならずその内部空間に排ガスを流通させることにより消音作用も奏するが、このようにケーシングの内容積が確保されることで高い消音作用が得られる。
According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect, the casing has substantially the same passage cross-sectional shape from the swirling flow generating means to the reduction catalyst, and the throttle means includes an exhaust upstream side and an exhaust downstream side in the casing. A partition plate is formed, and a circulation hole through which exhaust gas flows is provided substantially at the center.
Accordingly, the exhaust gas is concentrated toward the flow hole in the substantially central portion while being blocked by the throttle means on the outer peripheral side of the casing, and reaches the downstream reduction catalyst after flowing through the flow hole. Then, without reducing the passage cross-sectional shape of the casing partially to form the throttle means, the casing is kept in substantially the same passage cross-sectional shape, and the plate-like throttle means is arranged in the casing. Therefore, the inner volume of the casing is ensured to the maximum. The casing not only has a function of accommodating the exhaust purification device, but also has a silencing effect by circulating the exhaust gas in the internal space, and a high silencing effect is obtained by securing the internal volume of the casing in this way.
以上説明したように請求項1の発明の内燃機関の排気浄化装置によれば、旋回流発生手段により旋回流を生起した排ガスを絞り手段により中心部に集約することで排ガスの気流分布を均一化できると共に、旋回流を強めて排ガスの撹拌促進により排ガス中の還元剤濃度の偏りを解消でき、もって還元触媒の全部位を有効に機能させて良好な浄化性能を発揮させることができる。 As described above, according to the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine of the first aspect of the present invention, the exhaust gas flow distribution generated by the swirling flow generating means is concentrated in the central portion by the throttling means, thereby making the air flow distribution of the exhaust gas uniform. In addition, the swirl flow can be strengthened to eliminate the uneven concentration of the reducing agent in the exhaust gas by accelerating the stirring of the exhaust gas, so that all the parts of the reduction catalyst can function effectively and exhibit good purification performance.
請求項2の発明の内燃機関の排気浄化装置によれば、請求項1に加えて、旋回流発生手段のフィンをケーシングの外周側に配置することにより強い旋回流を生起して、還元剤濃度の偏りを一層確実に解消することができる。
請求項3の発明の内燃機関の排気浄化装置によれば、請求項1または2に加えて、ケーシングの内容積を最大限に確保して高い消音作用を得ることができる。
According to the exhaust emission control device for an internal combustion engine of the invention of
According to the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine of the third aspect of the invention, in addition to the first or second aspect, the inner volume of the casing can be ensured to the maximum and a high silencing effect can be obtained.
以下、本発明をディーゼルエンジンの排気浄化装置に具体化した一実施形態を説明する。
図1は本実施形態のディーゼルエンジンの排気浄化装置を示す全体構成図であり、エンジン1は直列6気筒機関として構成されている。エンジン1の各気筒には燃料噴射弁2が設けられ、各燃料噴射弁2は共通のコモンレール3から加圧燃料を供給され、機関の運転状態に応じたタイミングで開弁して各気筒の筒内に燃料を噴射する。
Hereinafter, an embodiment in which the present invention is embodied in an exhaust emission control device for a diesel engine will be described.
FIG. 1 is an overall configuration diagram showing an exhaust emission control device for a diesel engine according to this embodiment. The
エンジン1の吸気側には吸気マニホールド4が装着され、吸気マニホールド4に接続された吸気通路5には、上流側よりエアクリーナ6、ターボチャージャ7のコンプレッサ7a、インタクーラ8、アクチュエータ9aにより開閉駆動される吸気絞り弁9が設けられている。また、エンジン1の排気側には排気マニホールド10が装着され、排気マニホールド10には上記コンプレッサ7aと同軸上に連結されたターボチャージャ7のタービン7bを介して排気通路11が接続されている。
An intake manifold 4 is mounted on the intake side of the
エンジン1の運転中においてエアクリーナ6を経て吸気通路5内に導入された吸気はターボチャージャ7のコンプレッサ7aにより加圧された後にインタクーラ8、吸気絞り弁9、吸気マニホールド4を経て各気筒に分配され、各気筒の吸気行程で筒内に導入される。筒内では所定のタイミングで燃料噴射弁2から燃料が噴射されて圧縮上死点近傍で着火・燃焼し、燃焼後の排ガスは排気マニホールド10を経てタービン7bを回転駆動した後に排気通路11を経て外部に排出される。
During operation of the
一方、吸気マニホールド4と排気マニホールド10とはEGR通路17により接続され、EGR通路17にはアクチュエータ18aにより開閉駆動されるEGR弁18及びEGRクーラ19が設けられている。エンジン1の運転中にはEGR弁18の開度に応じて排気マニホールド10側から吸気マニホールド4側に排ガスの一部がEGRガスとして還流される。
On the other hand, the intake manifold 4 and the
上記排気通路11は、上流側より第1パイプ31a、ケーシング32、第2パイプ31b、及び図示しない消音器から構成され、消音器の後端は大気に開放されている。ケーシング32は車両の前後方向に延びる略円筒状をなし、このケーシング32内に本発明の排気浄化装置が収容されている。以下、排気浄化装置の構成を上流側より述べると、ケーシング内の上流側には前段酸化触媒33が配置され、その下流側には排ガス中のパティキュレート(以下、PMと称する)捕集用のウォールフロー式のDPF(ディーゼルパティキュレートフィルタ)34が配置されている。DPF34の下流側には所定の間隙をおいて排ガス中のNOx浄化用のSCR触媒35(還元触媒)が配置され、その下流側には後段酸化触媒36が配置されている。
The exhaust passage 11 includes a
DPF34とSCR触媒35との間隙は、フィン装置37(旋回流発生装置)及びオリフィス装置38(絞り手段)により排気流通方向に等間隔Lで3分割され、以下の説明では、分割された各空間を上流側より噴霧室39、集約室40、拡散室41と称する。噴霧室39には噴射ノズル42が配設され、噴射ノズル42は、図示しないタンクから圧送される尿素水溶液を還元剤として噴霧室39内に任意に噴射可能に構成されている。また、噴射ノズル42の下流側には温度センサ43が設置され、温度センサ43により噴霧室39内の温度が検出される。
The gap between the
図2はフィン装置37を示す図1のII−II線断面図であり、図1,2に示すように、上記フィン装置37は全体として円板状をなして噴霧室39と集約室40との間を区画するように配設されている。フィン装置37は、ケーシング32の中心部に位置する隔壁部37aと、隔壁部37aの周囲とケーシング32の内周との間で周方向に列設された多数枚のフィン37bとから構成され、例えば素材のステンレス板をプレス成型して、隔壁部37aと各フィン37bとを一体で形成している。隔壁部37aは平板状をなして排ガスの流通を阻止し、各フィン37bは排気流通方向に対して周方向に同一所定角度をなして、噴霧室39からの排ガスを各フィン37b間に流通させながら流路を変更することにより、集約室40において排気下流側に向けて螺旋状をなす旋回流を生起させる。特に本実施形態では、強い旋回流の生起を優先するようにフィン装置の仕様が設定されており、具体的には、排ガスの流路を急激に変更するようにフィン角度やフィン形状が設定されている。
2 is a cross-sectional view taken along the line II-II of FIG. 1 showing the
図3はオリフィス装置38を示す図1のIII−III線断面図であり、図1,3に示すように、上記オリフィス装置38は中心部に流通孔38aが貫設された円板状をなして、集約室40と拡散室41との間を区画するように配設されている。オリフィス装置38は、例えば素材のステンレス板の中心部をプレス成型により打ち抜いて製作され、集約室40からの排ガスの流通を阻止しながら流通孔38aの箇所でのみ排ガスを拡散室41側に流通させる。
3 is a cross-sectional view taken along the line III-III in FIG. 1 showing the
一方、上記吸気絞り弁9、排気絞り弁12、EGR弁18、スワール弁20の各アクチュエータ9a,12a,18a,20a、燃料噴射弁2、燃料ノズル42、温度センサ43等はECU51(電子コントロールユニット)に接続され、センサ類からの検出情報に基づいてECU51により駆動制御される。例えばECU51は機関回転速度や負荷等のエンジン1の運転状態に基づいて燃料噴射弁2の噴射量、噴射圧、噴射時期を制御してエンジン1を運転すると共に、アクチュエータ18aによりEGR弁18の開度を制御してEGR還流量を調整する。
On the other hand, the
また、ECU51はDPF34の強制再生のためのポスト噴射、或いはSCR触媒35によるNOx浄化のための噴射ノズル42からの尿素供給等を制御しており、以下、これらのDPF34によるパティキュレートの浄化作用及びSCR触媒35によるNOxの浄化作用について述べる。
DPF34は排ガス中のPMを捕集する作用を奏し、エンジン1の排ガス温度が比較的高い運転状態では、前段酸化触媒33の酸化作用により排ガス中のNOからNO2が生成されて、NO2の酸化反応によりDPF34に捕集されたPMが連続的に焼却除去されることで、DPF34の再生が図られる。一方、このような連続再生作用が得られない運転状態が継続したときには、ECU51によりメイン噴射の後にポスト噴射が適宜実行され、DPF34上に供給された燃料と共にPMが焼却除去されることでDPF34が強制的に再生される。なお、強制再生でのPM燃焼の際に生じるCOは後段酸化触媒41によりCO2に酸化される。
The
The
また、SCR触媒35はNOx浄化のためにNH3(アンモニア)の供給を要するため、ECU51はエンジン1の運転状態や温度センサ43の検出値等に基づき、噴射ノズル42からの尿素水溶液の噴射量を制御する。噴射された尿素水溶液は排気熱及び排ガス中の水蒸気により加水分解されてNH3を生成し、このNH3によりSCR触媒35上では排ガス中のNOxが無害なN2に還元されてNOxの浄化が行われる一方、このときの余剰NH3が後段酸化触媒36によりNOに酸化される。
In addition, since the
なお、SCR触媒35の上流側に尿素をNH3に加水分解する作用を奏する加水分解触媒を配置してもよいし、或いは、噴射ノズル42から尿素水溶液に代えてアンモニア水溶液を噴射するようにしてもよい。
そして、本実施形態ではフィン装置37とSCR触媒35との間にオリフィス装置38を配置し、フィン装置37により旋回流を生起された排ガスをオリフィス装置38に流通させており、これにより以下の作用効果が得られる。
A hydrolysis catalyst that acts to hydrolyze urea into NH 3 may be disposed upstream of the
In this embodiment, an
前段酸化触媒33及びDPF34を流通した排ガスは噴霧室39に導入され、この噴霧室39内で噴射ノズル42から尿素水溶液を噴射される。尿素水溶液と共に排ガスはフィン装置37の各フィン37bを流通する際に流路を変更されて集約室40内において旋回流を生起し、旋回流を生起したままオリフィス装置38の流通孔38aを流通して拡散室41に導入される。その後、排ガスは尿素水溶液と共に拡散室41内を経てSCR触媒35に到達し、SCR触媒35上でのNH3を利用したNOx浄化に利用される。
The exhaust gas flowing through the front-
ここで、噴霧室39内ではケーシング32の中心部を流れる排ガスがフィン装置37の隔壁部37aに遮られることで、全ての排ガスがケーシング32内の外周側に位置する大径のフィン37bを流通するため強い旋回流が生起され、さらに上記したフィン角度やフィン形状の設定も強い旋回流の生起に貢献する。
その後、集約室40内において排ガスはケーシング32の外周側でオリフィス装置38により遮られながら中心部の流通孔38aに向けて集約され、相互に交錯しながら流通孔38aを流通して拡散室41に導入され、拡散室41内で再び遠心作用により外周側に拡散しながらSCR触媒35に到達する。なお、旋回流はオリフィス装置38による中心部への集約を経て外周側に拡散する過程でその旋回半径が大幅に変化するが、所謂旋回流の角運動量保存則に従って再び外周側に拡散した後にも衰えることなく高い旋回速度を維持している。
Here, in the
Thereafter, in the
そして、フィン装置37により旋回流を生起した時点の排ガスの半径方向の気流分布は、自己の遠心作用により中心部より外周側で増加傾向となり、上記のように強い旋回流を生起することで不均一の傾向はより顕著になる。しかしながら、集約室40での集約及び拡散室41での拡散を経ることで排ガスの気流分布の不均一は矯正され、気流分布が均一化された状態でSCR触媒35に到達する。
The radial airflow distribution of the exhaust gas at the time when the swirling flow is generated by the
また、噴射ノズル41がケーシング32の中心部に位置することに起因して排ガス中の尿素濃度には偏りが生じるが、旋回流を強めることで排ガスの撹拌が促進されて濃度の偏りが解消される。しかも、オリフィス装置38の流通孔38aに集約された排ガスは相互に交錯して撹拌されるため、この現象も尿素濃度の偏り解消に貢献する。
従って、本実施形態の排気浄化装置によれば、元々トレードオフの関係にある排ガス中の尿素濃度の偏り解消と排ガスの気流分布の均一化とを高い次元で両立でき、強い旋回流により排ガス中に尿素水溶液を偏りなく分散させた上で、オリフィス装置38を利用した排ガスの集約及び拡散を経ることにより、SCR触媒35に供給される排ガスの気流分布を均一化でき、もって、SCR触媒35の全部位を有効に機能させて良好なNOx浄化性能を発揮させることができる。
Further, the urea concentration in the exhaust gas is biased due to the
Therefore, according to the exhaust gas purification apparatus of the present embodiment, it is possible to achieve a high level of both the elimination of the urea concentration unevenness in the exhaust gas, which originally has a trade-off relationship, and the uniform distribution of the air flow of the exhaust gas. After the urea aqueous solution is uniformly distributed, the exhaust gas is concentrated and diffused using the
また、ケーシング32は排気浄化装置を収容する機能のみならずその内部空間に排ガスを流通させることにより消音作用も奏するが、図1から明らかなように、ケーシング32を車両前後方向の延びる略円筒状、即ち同一通路断面形状のままとした上で、板状のオリフィス装置38をケーシング32内に配置した構成のため、ケーシング32の内容積が最大限に確保される。従って、ケーシング32を排ガスが流通する際に十分な消音作用が奏され、車両の騒音低減、或いは別に設置した消音器の小型化による車載性の向上等の利点を得ることができる。
Further, the
以上で実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態に限定されるものではない。例えば上記実施形態では、NOx浄化用にSCR触媒35を備えたディーゼルエンジン1の排気浄化装置に具体化したが、還元剤の供給を要する還元触媒を備えたエンジンであればこれに限ることはない。例えば排ガス中のNOxを吸蔵する吸蔵型NOx触媒を排気通路に備え、吸蔵したNOxをNOx触媒から放出還元するために、還元剤として燃料を排気通路内に噴射するNOxパージを定期的に実行する必要があるエンジンに適用してもよい。この場合には図1においてSCR触媒35を吸蔵型NOx触媒に置換した構成となるが、フィン装置37とNOx触媒との間にオリフィス装置38を配置することにより、上記実施形態と同様に排ガス中の燃料濃度の偏り解消と排ガスの気流分布の均一化とを高い次元で両立して、NOx浄化性能を向上できる作用効果が得られる。
This is the end of the description of the embodiment, but the aspect of the present invention is not limited to this embodiment. For example, in the above embodiment, the exhaust gas purification device of the
また、上記実施形態では、噴射ノズル42をフィン装置37の上流側(噴霧室39内)に設けたが、オリフィス装置38より上流側であれば同様の作用効果が得られるため、その設置位置は任意に変更可能であり、例えばフィン装置37とオリフィス装置38との間(集約室40内)に噴射ノズル42を配置してもよい。
また、上記実施形態では、中心部の隔壁部37aとその周囲の多数枚のフィン37bとからなるフィン装置37を適用したが、フィン装置37の構成はこれに限定されるものではなく、旋回流を生起させるものであれば任意に変更可能である。
Moreover, in the said embodiment, although the
Moreover, in the said embodiment, although the
また、上記実施形態では、排気浄化装置の全ての構成部材を単一のケーシング32に収容したが、車両への搭載性等を考慮して、例えば前段酸化触媒33及びDPF34を別のケーシングに収容してもよい。
Further, in the above embodiment, all the components of the exhaust purification device are accommodated in the
1 エンジン(内燃機関)
11 排気通路
32 ケーシング
35 SCR触媒(還元触媒)
37 フィン装置(旋回流発生手段)
37a 隔壁部
37b フィン
38 オリフィス装置(絞り手段)
38a 流通孔
42 噴射ノズル(還元剤供給手段)
1 engine (internal combustion engine)
11
37 Fin device (swirl flow generating means)
Claims (3)
上記ケーシング内の上記還元触媒の上流側に設けられ、上記内燃機関の排ガスに排気下流側に向けて螺旋状をなす旋回流を生起させる旋回流発生手段と、
上記ケーシング内の上記旋回流発生手段と上記還元触媒との間に配設され、該旋回流発生手段により旋回流を生起された排ガスを上記ケーシングの略中心部に集約しながら上記還元触媒側に流通させる絞り手段と、
上記排気通路の少なくとも上記絞り手段より上流側に設けられて、該排気通路内に還元剤を供給する還元剤供給手段と
を備えたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 A casing that constitutes a part of the exhaust passage of the internal combustion engine and contains a reduction catalyst therein;
A swirl flow generating means provided on the upstream side of the reduction catalyst in the casing and generating a swirl flow spiraling toward the exhaust downstream side of the exhaust gas of the internal combustion engine;
The exhaust gas that is disposed between the swirling flow generating means and the reduction catalyst in the casing and that generates the swirling flow by the swirling flow generating means is concentrated on the substantially central portion of the casing toward the reducing catalyst side. Squeezing means for circulation;
An exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine, comprising: a reducing agent supply means provided at least upstream of the throttle means in the exhaust passage and supplying a reducing agent into the exhaust passage.
上記絞り手段は、上記ケーシング内の排気上流側と排気下流側とを区画する板状をなし、略中心部に排ガスが流通する流通孔が貫設されたことを特徴とする請求項1または2記載の内燃機関の排気浄化装置。 The casing has substantially the same passage cross-sectional shape from the swirl flow generating means to the reduction catalyst,
3. The throttle means according to claim 1, wherein the throttle means has a plate shape that divides the exhaust upstream side and the exhaust downstream side in the casing, and a flow hole through which exhaust gas flows is provided substantially at the center. An exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine as described.
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