JP2009091910A - Exhaust diffuser - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、車両から車外へ排出される排気ガスの温度を下げて排気出口周辺の安全性を高めるための排気ディフューザに関するものである。 The present invention relates to an exhaust diffuser for increasing the safety around an exhaust outlet by lowering the temperature of exhaust gas discharged from a vehicle to the outside of the vehicle.
ディーゼルエンジンから排出されるパティキュレート(Particulate Matter:粒子状物質)は、炭素質から成る煤分と、高沸点炭化水素成分から成るSOF分(Soluble Organic Fraction:可溶性有機成分)とを主成分とし、更に微量のサルフェート(ミスト状硫酸成分)を含んだ組成を成すものであるが、この種のパティキュレートの低減対策としては、排気ガスが流通する排気管の途中に、パティキュレートフィルタを装備することが従来より行われている。 Particulate matter (particulate matter) discharged from a diesel engine is mainly composed of a soot fraction composed of carbon and a SOF fraction (Soluble Organic Fraction) composed of a high-boiling hydrocarbon component. Furthermore, the composition contains a small amount of sulfate (mist-like sulfuric acid component). As a measure to reduce this type of particulates, a particulate filter is installed in the middle of the exhaust pipe through which the exhaust gas flows. Has been performed conventionally.
前記パティキュレートフィルタは、コージェライト等のセラミックから成る多孔質のハニカム構造となっており、格子状に区画された各流路の入口が交互に目封じされ、入口が目封じされていない流路については、その出口が目封じされるようになっており、各流路を区画する多孔質薄壁を透過した排気ガスのみが下流側へ排出されるようにしてある。 The particulate filter has a porous honeycomb structure made of a ceramic such as cordierite, and the inlets of the respective channels partitioned in a lattice shape are alternately sealed, and the channels are not sealed. The outlet is sealed, and only the exhaust gas that has permeated through the porous thin wall that defines each flow path is discharged downstream.
そして、排気ガス中のパティキュレートは、前記多孔質薄壁の内側表面に捕集されて堆積するので、目詰まりにより排気抵抗が増加しないうちにパティキュレートを適宜に燃焼除去してパティキュレートフィルタの再生を図る必要があるが、通常のディーゼルエンジンの運転状態においては、パティキュレートが自己燃焼するほどの高い排気温度が得られる機会が少ない為、酸化触媒を一体的に担持させた触媒再生型のパティキュレートフィルタが採用されている。 Then, the particulates in the exhaust gas are collected and deposited on the inner surface of the porous thin wall, so that the particulates are appropriately burned and removed before the exhaust resistance increases due to clogging. It is necessary to regenerate, but in normal diesel engine operation conditions, there are few opportunities to obtain exhaust temperatures that are high enough for particulates to self-combust, so a catalyst regeneration type that integrally supports an oxidation catalyst. A particulate filter is used.
即ち、このような触媒再生型のパティキュレートフィルタを採用すれば、捕集されたパティキュレートの酸化反応が促進されて着火温度が低下し、従来より低い排気温度でもパティキュレートを燃焼除去することが可能となる。 That is, if such a catalyst regeneration type particulate filter is employed, the oxidation reaction of the collected particulates is promoted to lower the ignition temperature, and the particulates can be burned and removed even at an exhaust temperature lower than the conventional one. It becomes possible.
ただし、斯かる触媒再生型のパティキュレートフィルタを採用した場合であっても、排気温度の低い運転領域では、パティキュレートの処理量よりも捕集量が上まわってしまうので、このような低い排気温度での運転状態が続くと、パティキュレートフィルタの再生が良好に進まずに該パティキュレートフィルタが過捕集状態に陥る虞れがある。 However, even when such a catalyst regeneration type particulate filter is used, the trapped amount exceeds the particulate processing amount in the operation region where the exhaust temperature is low, so such a low exhaust gas. If the operation state at the temperature continues, there is a possibility that the particulate filter will fall into an over trapped state without the regeneration of the particulate filter proceeding well.
そこで、パティキュレートフィルタの前段に、フロースルー型の酸化触媒を別途配置し、パティキュレートの堆積量が増加してきた段階で前記酸化触媒より上流側の排気ガス中に燃料を添加してパティキュレートフィルタの強制再生を行うことが考えられている。 Therefore, a flow-through type oxidation catalyst is separately arranged in front of the particulate filter, and fuel is added to the exhaust gas upstream of the oxidation catalyst at the stage where the amount of particulate accumulation has increased. It is considered to perform forced regeneration.
つまり、パティキュレートフィルタより上流側で添加された燃料(HC)が前段の酸化触媒を通過する間に酸化反応し、その反応熱で昇温した排気ガスの流入により直後のパティキュレートフィルタの触媒床温度が上げられてパティキュレートが燃やし尽くされ、パティキュレートフィルタの再生化が図られることになる。 That is, the fuel (HC) added on the upstream side of the particulate filter undergoes an oxidation reaction while passing through the preceding oxidation catalyst, and the catalyst bed of the particulate filter immediately after the inflow of exhaust gas heated by the reaction heat. The temperature is raised, the particulates are burned out, and the particulate filter is regenerated.
この種の燃料添加を実行するための具体的手段としては、圧縮上死点付近で行われる燃料のメイン噴射に続いて圧縮上死点より遅い非着火のタイミングでポスト噴射を追加することで排気ガス中に燃料を添加すれば良い。 As a specific means for executing this kind of fuel addition, post-injection is added at the timing of non-ignition later than the compression top dead center following the main injection of fuel performed near the compression top dead center. What is necessary is just to add a fuel in gas.
ただし、住宅街の中を走行しながら各収集場所にて停車して家庭ゴミを収集するゴミ収集車両や宅配の荷物を集配する運搬トラック等では、人の多い場所を走行することになるため、パティキュレートフィルタの強制再生時に発生する高温の排気ガスが歩行者等に熱害を及ぼすといった事態が起こらないよう対策を講じる必要がある。 However, in a garbage collection vehicle that stops at each collection place while traveling in a residential area and collects household garbage, or a transport truck that collects and delivers parcels for delivery, it will travel in a place with many people. It is necessary to take measures to prevent a situation in which the hot exhaust gas generated during forced regeneration of the particulate filter causes heat damage to pedestrians and the like.
図3は従来における熱害対策の一例を示すもので、ここに図示している例では、排気ガス1を車外へ排出する排気管2の終端部に、該排気管2より径の大きな筒状のカバー3を被せ、該カバー3を周方向複数箇所からサポート材4を介して同心状に支持して排気ディフューザ5を構成するようにしている。
FIG. 3 shows an example of a conventional countermeasure against heat damage. In the example shown here, the end portion of the
このようにすれば、排気管2側とカバー3側との動圧差により、排気管2の終端部とカバー3との間の隙間6から大気7が吸引されて排気ガス1と混合され、これにより高温の排気ガス1が常温の大気7との混合ガスとなって温度低下し、車両近くを通行する歩行者等が高温の排気ガス1に晒されずに済むことになる。
In this way, due to the difference in dynamic pressure between the
尚、この種の排気ディフューザに関連する先行技術文献情報としては下記の特許文献1や特許文献2等がある。
しかしながら、斯かる従来構造においては、排気ディフューザ5の最終的な出口より上流側に排気管2の終端部とカバー3との間の隙間6が開いているため、この隙間6から排気ガス1が逆流して漏れ出る可能性があり、万一、ここから高温の排気ガス1が漏れ出てしまった場合に周辺構造物に予期しない熱害を及ぼす虞れがあった。
However, in such a conventional structure, the gap 6 between the terminal end of the
本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、従来よりも確実に対人・対物の熱害を防止し得る安全性の高い排気ディフューザを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a highly safe exhaust diffuser that can prevent heat damage to people and objectives more reliably than in the past.
本発明は、排気管の終端部に排気ガスの排気方向へ向け徐々に拡径する排気コーンを設け、該排気コーンの出口中央に排気ガスの流れと対峙する向きに球面状に膨らみ且つ多数の通気孔を開口したドーム型プレートを配置し、該ドーム型プレートを前記排気コーンの出口外周部の周方向複数箇所からサポート材により支持して前記ドーム型プレートの周囲に環状排気流路を確保したことを特徴とするものである。 The present invention is provided with an exhaust cone that gradually increases in diameter toward the exhaust gas exhaust direction at the end of the exhaust pipe, and swells in a spherical shape in the direction opposite to the flow of the exhaust gas at the center of the outlet of the exhaust cone. A dome-shaped plate having a vent hole is disposed, and the dome-shaped plate is supported by a support material from a plurality of locations in the circumferential direction of the outlet outer peripheral portion of the exhaust cone, thereby securing an annular exhaust passage around the dome-shaped plate. It is characterized by this.
而して、このようにすれば、排気管の終端部から流れ出る排気ガスの主流が排気コーンの出口中央のドーム型プレートに突き当たり、一部を通気孔を介し通過させながら外周側へ拡がり、その周囲の環状排気流路を通過して大きく拡張しながら排気コーンから放散される結果、排気ガスの流れの断面積が増加することで熱エネルギー密度が減少し、排気ガスの温度が低下して対人・対物の熱害が防止されることになる。 Thus, in this way, the main flow of the exhaust gas flowing out from the end portion of the exhaust pipe hits the dome-shaped plate at the center of the outlet of the exhaust cone and spreads to the outer peripheral side while passing a part through the vent hole. As a result of being dissipated from the exhaust cone while greatly expanding through the surrounding annular exhaust flow path, the cross-sectional area of the exhaust gas flow increases, the thermal energy density decreases, the exhaust gas temperature decreases, and the interpersonal -Thermal damage to the objective will be prevented.
また、排気コーンの出口中央のドーム型プレートに突き当たって環状排気流路からスカート状に拡がりながら勢い良く吐出される排気ガスの流れにより、大気と排気ガスとの境界面における乱流化が促進され、これにより排気ガスと大気とが良好に混合されることでも排気ガスの効果的な温度低下が図られる。 In addition, the flow of exhaust gas that strikes the dome-shaped plate at the center of the outlet of the exhaust cone and expands in a skirt shape from the annular exhaust flow path, and vigorously discharges the turbulent flow at the interface between the atmosphere and the exhaust gas. Thus, even if the exhaust gas and the atmosphere are mixed well, an effective temperature reduction of the exhaust gas can be achieved.
尚、排気ガスの主流を排気コーンの外周側へ案内するガイド手段としてドーム型プレートを採用しているが、このようなドーム型プレートは、パンチングプレートに対し一回のプレス加工を施すだけで簡単に製作することが可能であり、しかも、排気ガスの流れと対峙する向きに球面状に膨らみ且つ多数の通気孔を開口していることで排気抵抗の少ないガイド手段とすることが可能である。 Note that a dome-shaped plate is used as a guide means for guiding the main flow of exhaust gas to the outer peripheral side of the exhaust cone. However, such a dome-shaped plate can be easily obtained by only pressing the punching plate once. In addition, it is possible to provide guide means with low exhaust resistance by expanding in a spherical shape in a direction opposite to the flow of exhaust gas and opening a large number of vent holes.
上記した本発明の排気ディフューザによれば、下記の如き種々の優れた効果を奏し得る。 According to the exhaust diffuser of the present invention described above, various excellent effects as described below can be obtained.
(I)排気ガスの流れの断面積を増加して熱エネルギー密度を減少する作用と、大気と排気ガスとの境界面における乱流化を促進して排気ガスと大気との良好な混合を図る作用との相乗効果によって、排気ディフューザの出口から放散される排気ガスの温度を効果的に低下させることができ、しかも、排気ディフューザの出口より上流側に大気を取り込むための隙間を形成しなくて済んで該隙間から排気ガスが漏れ出る懸念を払拭することができるので、従来よりも確実に対人・対物の熱害を防止することができ、パティキュレートフィルタの強制再生時等における排気出口周辺の安全性を大幅に向上することができる。 (I) The action of increasing the cross-sectional area of the exhaust gas flow to decrease the thermal energy density and promoting turbulent flow at the interface between the atmosphere and the exhaust gas to achieve good mixing of the exhaust gas and the atmosphere Due to the synergistic effect with the action, the temperature of the exhaust gas diffused from the outlet of the exhaust diffuser can be effectively reduced, and there is no need to form a gap for taking in the air upstream from the outlet of the exhaust diffuser. Since it is possible to eliminate the concern that exhaust gas leaks from the gap, it is possible to prevent heat damage to humans and objectives more reliably than before, and around the exhaust outlet during forced regeneration of the particulate filter, etc. Safety can be greatly improved.
(II)パンチングプレートに対し一回のプレス加工を施すだけで簡単にドーム型プレートを製作することができるので、該ドーム型プレートの製作コストを安価に抑えることができ、しかも、排気ガスの流れと対峙する向きに膨らむ球面状の形状と、ここに開口された多数の通気孔とにより、排気ガスの主流がドーム型プレートに突き当たることによる排気抵抗を極力小さく抑えることができて圧力損失の増加を著しく抑制することができる。 (II) Since the dome-shaped plate can be easily manufactured only by pressing the punching plate once, the manufacturing cost of the dome-shaped plate can be kept low, and the flow of exhaust gas. Due to the spherical shape that swells in the opposite direction and the numerous vent holes opened here, the exhaust resistance due to the main flow of exhaust gas hitting the dome-shaped plate can be minimized and the pressure loss increases Can be remarkably suppressed.
以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1及び図2は本発明を実施する形態の一例を示すもので、図3と同一の符号を付した部分は同一物を表わしている。 1 and 2 show an example of an embodiment for carrying out the present invention, and portions denoted by the same reference numerals as those in FIG. 3 represent the same items.
図1及び図2に示す如く、本形態例の排気ディフューザ8においては、排気ガス1が流通する排気管2の終端部に、排気ガス1の排気方向(図1中における右方向)へ向け徐々に拡径する排気コーン9を装着しており、該排気コーン9の出口中央には、排気ガス1の流れと対峙する向きに球面状に膨らみ且つ多数の通気孔10を開口したドーム型プレート11を配置し、該ドーム型プレート11を前記排気コーン9の出口外周部の周方向複数箇所からサポート材12により支持して前記ドーム型プレート11の周囲に環状排気流路13を確保するようにしている。
As shown in FIGS. 1 and 2, in the
ここで、前記排気コーン9は、その基端部に前記排気管2の終端部に外嵌可能なスリーブ部14を備えており、このスリーブ部14の周方向複数箇所に螺着された締結ボルト15を締め込むことにより前記排気管2の終端部に固定されるようになっている。
Here, the exhaust cone 9 is provided with a
而して、このように排気ディフューザ8を構成すれば、排気管2の終端部から流れ出る排気ガス1の主流が排気コーン9の出口中央のドーム型プレート11に突き当たり、一部を通気孔10を介し通過させながら外周側へ拡がり、その周囲の環状排気流路13を通過して大きく拡張しながら排気コーン9から放散される結果、排気ガス1の流れの断面積が増加することで熱エネルギー密度が減少し、排気ガス1の温度が低下して対人・対物の熱害が防止されることになる。
Thus, when the
また、特に図1の右側に模式的な矢印で示している通り、排気コーン9の出口中央のドーム型プレート11に突き当たって環状排気流路13からスカート状に拡がりながら勢い良く吐出される排気ガス1の流れにより、大気7と排気ガス1との境界面における乱流化が促進され、これにより排気ガス1と大気7とが良好に混合されることでも排気ガス1の効果的な温度低下が図られる。
In particular, as shown by a schematic arrow on the right side of FIG. 1, exhaust gas that strikes the dome-
尚、排気ガス1の主流を排気コーン9の外周側へ案内するガイド手段としてドーム型プレート11を採用しているが、このようなドーム型プレート11は、パンチングプレートに対し一回のプレス加工を施すだけで簡単に製作することが可能であり、しかも、排気ガス1の流れと対峙する向きに球面状に膨らみ且つ多数の通気孔10を開口していることで排気抵抗の少ないガイド手段とすることが可能である。
Note that a dome-
従って、上記形態例によれば、排気ガス1の流れの断面積を増加して熱エネルギー密度を減少する作用と、大気7と排気ガス1との境界面における乱流化を促進して排気ガス1と大気7との良好な混合を図る作用との相乗効果によって、排気ディフューザ8の出口から放散される排気ガス1の温度を効果的に低下させることができ、しかも、排気ディフューザ8の出口より上流側に大気7を取り込むための隙間を形成しなくて済んで該隙間から排気ガス1が漏れ出る懸念を払拭することができるので、従来よりも確実に対人・対物の熱害を防止することができ、パティキュレートフィルタの強制再生時等における排気出口周辺の安全性を大幅に向上することができる。
Therefore, according to the above embodiment, the action of increasing the cross-sectional area of the flow of the
また、パンチングプレートに対し一回のプレス加工を施すだけで簡単にドーム型プレート11を製作することができるので、該ドーム型プレート11の製作コストを安価に抑えることができ、しかも、排気ガス1の流れと対峙する向きに膨らむ球面状の形状と、ここに開口された多数の通気孔10とにより、排気ガス1の主流がドーム型プレート11に突き当たることによる排気抵抗を極力小さく抑えることができて圧力損失の増加を著しく抑制することができる。
In addition, since the dome-shaped
尚、本発明の排気ディフューザは、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、パティキュレートフィルタの強制再生を実行するシステムを搭載していない車両にも同様に適用し得ること、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。 The exhaust diffuser of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be similarly applied to a vehicle that is not equipped with a system that performs forced regeneration of the particulate filter. Of course, various modifications can be made without departing from the scope of the invention.
1 排気ガス
2 排気管
8 排気ディフューザ
9 排気コーン
10 通気孔
11 ドーム型プレート
12 サポート材
13 環状排気流路
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