JP2008261279A - 排気浄化機能付き消音装置 - Google Patents

Abstract

【課題】消音装置の内部に設けたＮＯｘ還元触媒の保温効果を高め、ＮＯｘ還元触媒を活性状態に良好に維持してＮＯｘ浄化性能を向上させる。
【解決手段】消音装置１のケース２を、内壁２Ａと外壁２Ｂとの間に空間部２０を有する内外二重壁構造とし、下流側排気流通路１０のＮＯｘ還元触媒１３を通過した排気を排気導入口２１から空間部２０に導入し、内壁２Ａに沿ってケース２の略全周囲に一方向に排気を流して排気導入口部４から排出する。これにより、消音装置１内部のＮＯｘ還元触媒１３を保温して、ＮＯｘ還元触媒１３のＮＯｘ還元率を高め、排気浄化機能付き消音装置１のＮＯｘ浄化性能を向上する。
【選択図】図１

Description

本発明は、液体還元剤と還元触媒を用いて排気中のＮＯｘを低減し排気を浄化する排気浄化機能を備える消音装置に関し、特に、内部の還元触媒の還元率を高めてＮＯｘ浄化性能を向上させる技術に関する。

エンジンの排気に含まれるＮＯｘを除去する排気浄化システムとして、エンジン排気系に配設された還元触媒の上流に、液体還元剤を噴射供給することで、排気中のＮＯｘと還元剤とを触媒反応させて、ＮＯｘを無害成分に浄化処理する排気浄化装置がある。このような排気浄化装置を、トラクタのような車体長さが短く排気管の長さに制約がある車両に搭載するため、特許文献１に示されているような、内部に排気浄化装置を組込んだ排気浄化機能付き消音装置が知られている。

特許文献１に示された排気浄化機能付き消音装置は、内部の排気流通路に排気流れを強制的に折返す折返部を設け、折返部より上流側の排気流通路に液体還元剤の噴射ノズルを配置し、折返部より下流側の排気流通路にＮＯｘ還元触媒を配置している。このような構成を採用することにより、液体還元剤の噴射ノズルからＮＯｘ還元触媒までの距離を極力長くし、液体還元剤が排気中に十分拡散された状態でＮＯｘ還元触媒に到達するようにし、ＮＯｘ還元触媒によるＮＯｘ還元率を向上させている。
特許第３７１５９８１号公報

ところで、ＮＯｘ還元触媒でＮＯｘを還元するには、ＮＯｘ還元触媒を活性化させる必要があり、ＮＯｘ還元触媒を活性温度以上に保持する必要がある。このため、従来では、消音装置のケース内部の熱を外部に極力逃がさないよう断熱を目的とした断熱構造を採用している。しかしながら、消音装置は車外に設けられており、断熱構造の外側が直に外気に曝されるため、その断熱効果には限界があった。

本発明は上記問題点に着目してなされたもので、還元触媒の保温機能を高めることにより、還元触媒のＮＯｘ還元率を高めて排気浄化機能付き消音装置におけるＮＯｘ浄化性能を向上させることを目的とする。

このため、請求項１の発明では、ケース内部の排気流通路に液体還元剤を噴射供給する噴射ノズルと、窒素酸化物を前記液体還元剤により還元浄化する還元触媒と、を少なくとも備えて構成した排気浄化機能付き消音装置において、前記ケースの周囲に、排気を流す構成としたことを特徴とする。
請求項２の発明では、前記ケースを、内外二重壁構造とし、内壁と外壁との間の空間部に排気を導入する構成としたことを特徴とする。

請求項３の発明では、前記空間部に導入した排気が、前記内壁に沿ってケースの略全周囲を一方向に流れるよう構成したことを特徴とする。
請求項４の発明では、前記還元触媒を通過した後の排気を前記空間部に導入し、前記空間部を流れた排気を、前記ケースの排気排出部から外部に排出する構成としたことを特徴とする。

請求項５の発明では、前記排気流通路に折返部を有し、前記折返部より上流側の排気流通路に前記噴射ノズルを配置し、前記折返部より下流側の排気流通路に前記還元触媒を配置する構成としたことを特徴とする。
請求項６の発明では、前記噴射ノズルの上流側に一酸化窒素を二酸化窒素へと酸化させる酸化触媒を備え、前記還元触媒の下流側に、当該還元触媒を通過した液体還元剤を酸化浄化する還元剤酸化触媒を備える構成としたことを特徴とする。

請求項１〜４に記載の発明によれば、還元触媒を保持するケース部分が直接大気に曝されるのを防止できると共に、排気の熱により還元触媒を保温することができるので、還元触媒を活性状態に保持する保温機能を高められる。これにより、還元触媒のＮＯｘ還元率を高めることができ、排気浄化機能付き消音装置のＮＯｘ浄化性能を向上できる。
請求項５に記載の発明によれば、噴射ノズルと還元触媒との距離を極力長くできるので、液体還元剤を排気中に十分拡散させた状態で還元触媒に導入でき、ＮＯｘ還元率を向上できる。

請求項６に記載の発明によれば、酸化触媒を設けることで、更にＮＯｘ浄化効果を向上できる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る排気浄化機能付き消音装置の内部構造を示す図である。
図１において、本実施形態の消音装置１は、内壁２Ａと外壁２Ｂからなる内外２重壁構造のケース２を備える。このケース２の図中右側側面には、排気流入部３と、該排気流入部３の図中手前側に排気排出部４が設けられている。また、ケース２外周囲には、車両に固定するための取付けフランジ部５が設けられている。ケース２の内部には、排気流入部３に形成した多数の孔６を介して排気流入部３と連通する拡張室７と、該拡張室７と反対側の側面で排気流れを折返す折返部８と、拡張室７と折返部８とを連通する上流側排気流通路９と、折返部８からの排気を内壁２Ａと外壁２Ｂと間の後述する空間部２０に導く下流側排気流通路１０と、が形成されている。そして、前記空間部２０に導入した排気を、ケース２の内壁２Ａ周囲に沿って案内して排気排出部４から排出する。

上流側排気流通路９には、排気中のＮＯをＮＯ₂へと酸化させる酸化触媒１１と、該酸化触媒１１の下流側に例えば尿素水溶液等の液体還元剤を噴射供給する噴射ノズル１２（図２に示す）と、をそれぞれ配設する。前記噴射ノズル１２は、図２に示すように、通路壁から通路中心部に向かって突設され、その噴口１２ａは、通路中心位置より手前側に位置させている。このように、噴射ノズル１２の突出長さを短くすることにより、車両振動等による破損を防止し、また、噴射ノズル１２の熱容量を抑えノズル内壁への尿素堆積を抑制してノズル詰まりを防止している。また、下流側排気流通路１０には、ＮＯｘを液体還元剤により還元浄化するＮＯｘ還元触媒１３と、該ＮＯｘ還元触媒１３の下流側にＮＯｘ還元触媒１３を通過した液体還元剤を酸化浄化する還元剤酸化触媒１４と、をそれぞれ配設する。

更に、折返部８の上流側排気流通路９側に連通する部分には、折返部８で排気流れに鉛直方向の渦を生成して液体還元剤を拡散するためのリング部材１５が配設してある。リング部材１５は、周方向に沿って例えば等間隔に複数の孔１５ａを有し、これら孔１５ａを介して、上流側排気流通路９から折返部８に流入する排気を、その排気の流れ方向と略平行な折返部壁面８ａ方向に案内する構成である。これにより、壁面８ａに沿った排気流れが発生し、折返部８のリング部材１５下方で下流側排気流通路１０と連通する部分に、鉛直方向の渦が生成され、液体還元剤が排気中に効果的に拡散、混合し、排気中の液体還元剤の分布状態を均一にし、下流側排気流通路１０においてＮＯｘ還元触媒１３へ液体還元剤を均一に流入させている。

ここで、前記空間部２０における排気の流れについて図２を参照して詳述する。
図２は、図１の右側面方向から見た場合の空間部内の排気流れを説明するための概略図である。尚、図２では取付けフランジ部５等は図示を省略してある。
空間部２０は、排気導入口２１を介して下流側排気流通路１０と連通する。また、空間部２０には、ケース２底部の略中央に仕切壁２２を設け、ケース２底部において図２の左側空間部と右側空間部を仕切っている。また、図２の右側空間部は、拡張室７の壁面と図１に示すような略半円形状の部材とで形成して拡張室７内部を横切るように設けた連通路２３によって排気排出部４と連通している。

従って、下流側排気流通路１０から排気導入口２１を介して空間部２０に導入された排気は、図２に矢印で示すように、内壁２Ａに沿って、図２の左側空間部内を上方に案内され、ケース２の上部空間部を通り、図２の右側空間部へ流れる。このように内壁２Ａに沿ってケース２の略全周囲を一方向に流れた後、連通路２３を通って排気排出部４から排出される。

尚、図２には、排気流入部３、上流側及び下流側の各排気流通路９、１０及び噴射ノズル１２を破線で示してある。
次に、本実施形態の消音装置１の動作について説明する。
本実施形態の消音装置１は、図１に矢印で示す如く、排気流入部３から流入した排気は、孔６を介して拡張室７に流入し、上流側排気流通路９、折返部８、下流側排気流通路１０へと順次流れる。この際、上流側排気流通路９において酸化触媒１１で排気中のＮＯをＮＯ₂に酸化した後、噴射ノズル１２から液体還元剤を排気中に噴射供給する。液体還元剤を含んだ排気は、折返部８においてリング部材１５の孔１５ａから、上流側排気流通路９からの排気の流れ方向と略平行な折返部壁面８ａに向けて噴射する。これにより、壁面８ａに沿った排気流れにより鉛直方向の渦が生成し、液体還元剤が排気中に拡散、混合して下流側排気流通路１０においてＮＯｘ還元触媒１３へ液体還元剤が均一に流入する。そして、ＮＯｘ還元触媒１３で排気中のＮＯｘを液体還元剤で還元浄化し、還元剤酸化触媒１４で残存する液体還元剤を酸化浄化する。その後、この排気は、排気導入口２１からケース２の内壁２Ａと外壁２Ｂとの間の空間部２０に流入し、図２に矢印で示すように、内壁２Ａに沿ってケース２の略全周囲を一方向に流れた後、連通路２３を通って排気排出部４から排出する。

かかる構成の消音装置１によれば、ケース２を空間部２０を有する内外二重壁構造とし、内壁２Ａに沿って排気を流すことにより、ケース２に排気の層を形成するようにしたので、内部のＮＯｘ還元触媒１３の保温効果が向上する。従って、ＮＯｘ還元触媒１３を活性状態に良好に維持することができ、ＮＯｘ還元触媒１３のＮＯｘ還元率を高めることができ、ＮＯｘ浄化性能が向上する。

また、リング部材１５を設けることにより、排気中に液体還元剤を均一に分散させた状態でＮＯｘ還元触媒１３に流入させることができるので、より一層ＮＯｘ還元触媒１３のＮＯｘ還元率を高めることができるようになる。
尚、空間部２０内の排気流通形態は、本実施形態に限定されるものではなく、内壁２Ａの周囲に排気の層が形成されればどのような流通形態でもよい。

また、リング部材１５、酸化触媒１１及び還元剤酸化触媒１４等は、必要に応じて設ければよい。

本発明に係る排気浄化機能付き消音装置の一実施形態の内部構造を示す図 図１の右側面方向から見た排気流通経路を説明するための概略図

符号の説明

１ 消音装置
２ ケース
２Ａ 内壁
２Ｂ 外壁
９ 上流側排気流通路
１０ 下流側排気流通路
１２ 噴射ノズル
１３ ＮＯｘ還元触媒
２０ 空間部
２１ 排気導入口
２２ 仕切壁
２３ 連通路

Claims (6)

1. ケース内部の排気流通路に液体還元剤を噴射供給する噴射ノズルと、窒素酸化物を前記液体還元剤により還元浄化する還元触媒と、を少なくとも備えて構成した排気浄化機能付き消音装置において、
   前記ケースの周囲に、排気を流す構成としたことを特徴とする排気浄化機能付き消音装置。
2. 前記ケースを、内外二重壁構造とし、内壁と外壁との間の空間部に排気を導入する構成とした請求項１に記載の排気浄化機能付き消音装置。
3. 前記空間部に導入した排気が、前記内壁に沿ってケースの略全周囲を一方向に流れるよう構成した請求項２に記載の排気浄化機能付き消音装置。
4. 前記還元触媒を通過した後の排気を前記空間部に導入し、前記空間部を流れた排気を、前記ケースの排気排出部から外部に排出する構成とした請求項２又は３に記載の排気浄化機能付き消音装置。
5. 前記排気流通路に折返部を有し、前記折返部より上流側の排気流通路に前記噴射ノズルを配置し、前記折返部より下流側の排気流通路に前記還元触媒を配置する構成とした請求項１〜４のいずれか１つに記載の排気浄化機能付き消音装置。
6. 前記噴射ノズルの上流側に一酸化窒素を二酸化窒素へと酸化させる酸化触媒を備え、前記還元触媒の下流側に、当該還元触媒を通過した液体還元剤を酸化浄化する還元剤酸化触媒を備える構成とした請求項１〜５のいずれか１つに記載の排気浄化機能付き消音装置。

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