JP2009062854A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】還元剤を排気ガス中に均一に分散させる。
【解決手段】内燃機関の排気管１内に還元剤供給弁２を配置し、還元剤供給弁２の下流に排気管１の軸線方向に延びる並列配置の複数の排気流通路５の集合体からなる還元剤分散混合器３を配置する。還元剤供給弁２から還元剤分散混合器３の上流側端面６に向けて還元剤が噴射される。還元剤分散混合器３の各排気流通路５が排気管１の軸線方向に向けて排気管１の軸線回りを螺旋状に延びている。
【選択図】図１

Description

本発明は内燃機関の排気浄化装置に関する。

流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中に含まれるＮＯ_xを吸蔵し流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比又はリッチになると吸蔵したＮＯ_xを放出するＮＯ_x吸蔵触媒を機関排気通路内に配置し、ＮＯ_x吸蔵触媒の上流に還元剤供給弁を配置し、ＮＯ_x吸蔵触媒からＮＯ_xを放出すべきときには還元剤供給弁から還元剤、例えば燃料を供給してＮＯ_x吸蔵触媒に流入する排気ガスの空燃比をリッチにするようにした内燃機関が公知である。

この場合、ＮＯ_x吸蔵触媒から良好にＮＯ_xを放出させるためには還元剤供給弁から供給された還元剤をできる限り排気ガス内に分散させてＮＯ_x吸蔵触媒に流入させる必要がある。そこで還元剤供給弁下流の排気管内に排気管の軸線方向に延びる並列配置の複数の排気流通路の集合体からなる還元剤分散混合器を配置し、還元剤供給弁から還元剤分散混合器の上流側端面に向けて噴射された還元剤を噴射するようにした内燃機関が公知である（例えば特許文献１を参照）。この内燃機関では還元剤を還元剤分散混合器の各排気流通路内に分散して流入せしめ、それによって排気ガス中に還元剤を分散させるようにしている。
特開２００５−２１４１００号公報

しかしながら実際には還元剤は還元剤供給弁から還元剤分散混合器の上流側端面上に均一に分散して噴射されず、斯くして各排気流通路内には還元剤が均一に分散して流入しない。従って各排気流通路からは異なる量の還元剤が排出される。ところが上述の還元剤分散混合器では各排気流通路が排気管の軸線方向にまっすぐに延びているので各排気流通路から流出した還元剤は排気管内を排気管の軸線方向にまっすぐに進む。従って、各排気流通路から流出した異なる量の還元剤は還元剤分散混合器の下流において十分に混合されず、斯くして還元剤を排気ガス中に均一に分散させることができないという問題がある。

上記問題を解決するために本発明によれば、内燃機関の排気管内に還元剤供給弁を配置し、還元剤供給弁下流の排気管内に排気管の軸線方向に延びる並列配置の複数の排気流通路の集合体からなる還元剤分散混合器を配置し、還元剤供給弁から還元剤分散混合器の上流側端面に向けて噴射された還元剤が各排気流通路内に分散して流入せしめられる内燃機関の排気浄化装置において、上述の各排気流通路が排気管の軸線方向に向けて排気管の軸線回りを螺旋状に延びている。

各排気流通路から流出した排気ガスが排気管の軸線回りに旋回せしめられるので還元剤が排気ガス中に均一に分配せしめられる。

図１に内燃機関の排気管１の側面断面図を示す。図１に示されるように排気管１内には還元剤供給弁２が配置され、還元剤供給弁２下流の排気管１内には還元剤分散混合器３が配置される。また、図１に示さないが還元剤分散混合器３下流の排気管１内には排気浄化用触媒が配置されている。この排気浄化用触媒としては例えば流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中に含まれるＮＯ_xを吸蔵し流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比又はリッチになると吸蔵したＮＯ_xを放出するＮＯ_x吸蔵触媒や、アンモニアの存在下でＮＯ_xを選択的に還元しうるＮＯ_x選択還元触媒等が用いられる。排気浄化用触媒としてＮＯ_x吸蔵触媒を用いた場合には還元剤供給弁２から還元剤として燃料が供給され、排気浄化用触媒としてＮＯ_x選択還元触媒を用いた場合には還元剤供給弁２から還元剤として尿素水が供給される。

図１に示されるように還元剤分散混合器３はほぼ一様の巾でもって排気管１の軸線に対して斜めに排気管１の全断面に亘って延びており、この還元剤分散混合器３は薄肉隔壁４により細分割された並列配置の複数の排気流通路５の集合体からなる。これらの排気流通路５は排気管１の軸線方向に向けて排気管１の軸線回りを螺旋状に延びている。

一方、図１に示されるように還元剤分散混合器３の上流側端面６は排気管１の軸線に対して斜めに延びており、この上流側端面６の中央部の垂直方向に位置する排気管１の内周面上には凹溝７が形成されている。この凹溝７内には還元剤供給弁２が配置されている。即ち、還元剤供給弁２は上流側端面６の中央部の垂直方向に位置する排気管１内に排気管１の内周面から後退して配置されている。

ここで還元剤分散混合器３の構造を理解しやすくするために図２（Ａ），（Ｂ）を参照しつつ還元剤分散混合器３の製造方法について簡単に説明する。まず初めに金属材料の押出し成形、或いは板金の溶接接合により図２（Ａ）に示すようなハニカム構造体を形成する。次いで図２（Ａ）に示すハニカム構造体の両端部にハニカム構造体の軸線回りの捩り力を与えて図２（Ｂ）に示されるような捩れた状態に塑性加工する。この際、ハニカム構造体の各ハニカム孔が潰れないように例えば各ハニカム孔内に砂等を充填して捩り力を与えることが好ましい。

次いで図２（Ｂ）においてハニカム構造体を鎖線Ｘ，Ｙに沿って切断することにより還元剤分散混合器３が得られる。図２（Ｂ）に示される状態では排気流通路５を形成する各ハニカム孔はハニカム構造体の軸線方向に向けてハニカム構造体の軸線回りを螺旋状に延びており、従って還元剤分散混合器３の各排気流通路５が排気管１の軸線方向に向けて排気管１の軸線回りを螺旋状に延びていることがわかる。なお、排気流通路５を形成するハニカム孔の断面形状は六角形に限らず、四角形等任意の形状とすることができる。

還元剤供給弁２のノズル口に排気ガス流が直接衝突すると目詰まりを生じ、従って図１に示されるように還元剤供給弁２のノズル口は目詰まりを生じないように凹溝７内に配置されている。一方、還元剤分散混合器３の上流側端面６上に還元剤をできる限り均一に分散させるには上流側端面６の中心を通る垂線に沿って還元剤を噴射することが好ましい。従って本発明による実施例では還元剤供給弁２の噴射軸線上に上流側端面６の中心が位置し、この噴射軸線に対して垂直をなすように上流側端面６が傾斜配置されている。

図１に示されるように還元剤供給弁２からは還元剤分散混合器３の上流側端面６の全体に亘って還元剤が噴射され、噴射された還元剤が各排気流通路５内に分散して流入せしめられる。このとき排気ガスの流速や温度によって還元剤供給弁２から噴射された還元剤の飛散方向が変化するので還元剤は必ずしも上流側端面６上に均一に分散して供給されず、従って還元剤は各排気流通路５内に均一に分散して流入しない。

しかしながら本発明では各排気流通路５が排気管１の軸線方向に向けて排気管１の軸線回りを螺旋状に延びているので各排気流通路５から流出した排気ガスは排気管１の軸線回りに旋回せしめられる。その結果、還元剤は排気ガスと良好に混合せしめられ、斯くして排気ガス中に還元剤を均一に分散させることができる。

排気管の側面断面図である。 還元剤分散混合器の製造方法を説明するための図である。

符号の説明

１ 排気管
２ 還元剤供給弁
３ 還元剤分散混合器
５ 排気流通路
６ 上流側端面

Claims (2)

1. 内燃機関の排気管内に還元剤供給弁を配置し、還元剤供給弁下流の排気管内に排気管の軸線方向に延びる並列配置の複数の排気流通路の集合体からなる還元剤分散混合器を配置し、還元剤供給弁から還元剤分散混合器の上流側端面に向けて噴射された還元剤が各排気流通路内に分散して流入せしめられる内燃機関の排気浄化装置において、上記の各排気流通路が排気管の軸線方向に向けて排気管の軸線回りを螺旋状に延びている内燃機関の排気浄化装置。
2. 上記還元剤分散混合器の上流側端面が上記排気管の軸線に対して斜めに延びており、該上流側端面の中央部の垂直方向に位置する排気管内に排気管内周面から後退させて上記還元剤供給弁を配置した請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。

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