JP2009103019A - 排気浄化装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】グラスウール等の断熱材を用いた保温構造を不要として製作コストの大幅な削減を図り得る排気浄化装置を提供する。
【解決手段】ミキシングパイプ９Ｂの入側端部の周囲を所要の間隔を隔てて被包し且つ該入側端部の開口端面を閉塞し得るようにガス集合室９Ａの出側端部を前記ミキシングパイプ９Ｂの入側端部と接続し、しかも、このミキシングパイプ９Ｂの入側端部におけるパティキュレートフィルタ５の出側寄りの側面に開口部１２を形成し、該開口部１２に対しパティキュレートフィルタ５の出側から出た全ての排気ガス３を接線方向から導入せしめるガス誘導流路１３をガイドフィン１６ａ，１６ｂ，１６ｃにより前記ガス集合室９Ａ内に形成する一方、該ガス集合室９Ａ内におけるミキシングパイプ９Ｂの入側端部の周囲に前記ガス誘導流路１３と隔絶された余剰空間を確保して保温室１８とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、排気浄化装置に関するものである。
近年、排気管の途中に排気ガス中のパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタを備えると共に、該パティキュレートフィルタの下流側に酸素共存下でも選択的にＮＯxをアンモニアと反応させ得る選択還元型触媒を備え、該選択還元型触媒と前記パティキュレートフィルタとの間に還元剤として尿素水を添加してパティキュレートとＮＯxの同時低減を図ることが提案されている。
このようにする場合、選択還元型触媒への尿素水の添加がパティキュレートフィルタと選択還元型触媒との間で行われることになるため、排気ガス中に添加された尿素水がアンモニアと炭酸ガスに熱分解されるまでの十分な反応時間を確保しようとすれば、尿素水の添加位置から選択還元型触媒までの距離を長くする必要があるが、パティキュレートフィルタと選択還元型触媒とを十分な距離を隔てて離間配置させてしまうと、車両への搭載性が著しく損なわれるという不具合がある。
そこで、本発明者は、図６及び図７に示す如きコンパクトな排気浄化装置を創案し、これを特願２００７−２９９２３として既に出願しており、この既出願における排気浄化装置では、ディーゼルエンジン１から排気マニホールド２を介して排出される排気ガス３が流通する排気管４の途中に、排気ガス３中のパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタ５と、該パティキュレートフィルタ５の下流側に酸素共存下でも選択的にＮＯxをアンモニアと反応させ得る性質を備えた選択還元型触媒６とをケーシング７，８により夫々抱持して並列に配置すると共に、パティキュレートフィルタ５の出側端部と選択還元型触媒６の入側端部との間をＳ字構造の連絡流路９により接続し、パティキュレートフィルタ５の出側端部から排出された排気ガス３が逆向きに折り返されて隣の選択還元型触媒６の入側端部に導入されるようにしている。
図７に要部を拡大して示す如く、前記連絡流路９は、パティキュレートフィルタ５の出側端部を包囲し且つ該出側端部から出た直後の排気ガス３を略直角な向きに方向転換させつつ集合せしめるガス集合室９Ａと、該ガス集合室９Ａで集められた排気ガス３をパティキュレートフィルタ５の排気流れと逆向きに抜き出し且つその途中に尿素水添加用インジェクタ１１（尿素水添加手段）を備えたミキシングパイプ９Ｂと、該ミキシングパイプ９Ｂにより導かれた排気ガス３を略直角な向きに方向転換させつつ分散せしめ且つその分散された排気ガス３を選択還元型触媒６の入側端部に導入し得るよう該入側端部を包囲するガス分散室９ＣとによりＳ字構造を成すように構成されている。
尚、パティキュレートフィルタ５が抱持されているケーシング７内の前段には、排気ガス３中の未燃燃料分を酸化処理する酸化触媒１４が装備されており、また、選択還元型触媒６が抱持されているケーシング８内の後段には、余剰のアンモニアを酸化処理するアンモニア低減触媒１５が装備されている。
そして、このような構成を採用すれば、パティキュレートフィルタ５により排気ガス３中のパティキュレートが捕集されると共に、その下流側のミキシングパイプ９Ｂの途中で尿素水添加用インジェクタ１１から尿素水が排気ガス３中に添加されてアンモニアと炭酸ガスに熱分解され、選択還元型触媒６上で排気ガス３中のＮＯxがアンモニアにより良好に還元浄化される結果、排気ガス３中のパティキュレートとＮＯxの同時低減が図られることになる。
この際、パティキュレートフィルタ５の出側端部から排出された排気ガス３が連絡流路９により逆向きに折り返されてから隣の選択還元型触媒６の入側端部に導入されるようになっているので、前記連絡流路９の途中にある尿素水の添加位置から選択還元型触媒６までの距離が長く確保されると共に、排気ガス３の流れが折り返されることで乱流化して尿素水と排気ガス３との混合促進が図られる結果、尿素水からアンモニアが生成されるのに十分な反応時間が確保される。
しかも、パティキュレートフィルタ５と選択還元型触媒６とが並列に配置され、これらパティキュレートフィルタ５と選択還元型触媒６との間に沿うように連絡流路９が配置されているので、その全体構成がコンパクトなものとなって車両への搭載性が大幅に向上されることになる。
ただし、前述の図６及び図７に例示しているように、選択還元型触媒６への尿素水の添加をパティキュレートフィルタ５と選択還元型触媒６との間で行う場合には、ミキシングパイプ９Ｂの途中に上流側へ向け斜めに分岐するボス部１０を設け、該ボス部１０に対し尿素水添加用インジェクタ１１をミキシングパイプ９Ｂの外側から挿し入れて装着し、この尿素水添加用インジェクタ１１を高温の排気ガス３の流れに直接的に晒さないように保護しながら尿素水を添加していたため、図８に示す如く、排気ガス３の流量が多くなった場合には、尿素水添加用インジェクタ１１から添加された尿素水が、排気ガス３の流れの勢いに押されてミキシングパイプ９Ｂの内壁に沿うような偏った流れを形成し、尿素水の良好な分散を図ることができなくなるという問題があった。
そこで、本発明者は、図９及び図１０に示す如く、ミキシングパイプ９Ｂの入側端部におけるパティキュレートフィルタ５の出側寄りの側面に開口部１２を形成し、該開口部１２に対しパティキュレートフィルタ５の出側から出た全ての排気ガス３を接線方向から導入せしめるガス誘導流路１３をガイドフィン１６ａ，１６ｂとガス集合室９Ａの出側端部の一部とを利用して形成する一方、ミキシングパイプ９Ｂの入側端面に尿素水添加用インジェクタ１１を同心状に装着し、該尿素水添加用インジェクタ１１によりミキシングパイプ９Ｂの入側端部の中心に尿素水を添加し得るように構成することを創案するに到った。
即ち、このようにすれば、開口部１２に対し排気ガス３が接線方向から流れ込むことによりミキシングパイプ９Ｂ内に旋回流が形成されるので、尿素水添加用インジェクタ１１によりミキシングパイプ９Ｂの入側端部の中心に尿素水を添加すると、その尿素水の分散が前記旋回流により促進されると共に、尿素水のミキシングパイプ９Ｂの内周面への衝突が促され、尿素水のミスト粒子が効率良く微細化されて早期にアンモニアと炭酸ガスに分解されることになる。
尚、本発明と関連する先行技術文献情報としては、例えば、下記の特許文献１等が既に存在している。
特開２００５−１５５４０４号公報
しかしながら、前述の如き図９及び図１０に示す構造を採用した場合、尿素水が衝突するミキシングパイプ９Ｂの入側端部における内周面が冷えていると、ここに衝突した尿素水がアンモニアまで分解されないまま尿素の固形化物として析出し易くなってしまうため、ガス集合室９Ａの出側端部の外周囲をグラスウール等の断熱材１７により被包して十分な保温を図り得るようにしなければならず、このような断熱材１７を用いた保温構造が製作コストの高騰を招く一要因となっていた。
本発明は、上述の実情に鑑みてなされたものであり、グラスウール等の断熱材を用いた保温構造を不要として製作コストの大幅な削減を図り得る排気浄化装置を提供することを目的としている。
本発明は、パティキュレートフィルタと、その下流側に備えられて酸素共存下でも選択的にＮＯxをアンモニアと反応せしめる選択還元型触媒と、パティキュレートフィルタの出側から出た排気ガスを選択還元型触媒の入側に導く連絡流路とを備え、パティキュレートフィルタの出側端部を包囲し且つ該出側端部から出た排気ガスを略直角な向きに方向転換させつつ集合せしめるガス集合室と、該ガス集合室で集められた排気ガスを再び略直角な向きに方向転換させて抜き出すミキシングパイプとにより連絡流路の上流部分を構成し、ミキシングパイプの入側端部の中心に尿素水を添加し得るように構成した排気浄化装置において、ミキシングパイプの入側端部の周囲を所要の間隔を隔てて被包し且つ該入側端部の開口端面を閉塞し得るようにガス集合室の出側端部をミキシングパイプの入側端部と接続し、該ミキシングパイプの入側端部におけるパティキュレートフィルタの出側に近い適宜位置に開口部を形成し、該開口部に対しパティキュレートフィルタの出側から出た全ての排気ガスを接線方向から導入せしめるガス誘導流路をガイドフィンにより前記ガス集合室内に形成する一方、該ガス集合室内におけるミキシングパイプの入側端部の周囲に前記ガス誘導流路と隔絶された余剰空間を確保して保温室としたことを特徴とするものである。
而して、このようにすれば、パティキュレートフィルタの出側端部から出た排気ガスがガス集合室により略直角な向きに方向転換されつつ集められ、ミキシングパイプにより再び略直角な向きに方向転換されて抜き出されるが、この際に、ミキシングパイプの入口端部に形成した開口部に対し排気ガスが接線方向から導入されてミキシングパイプ内に旋回流が形成されるので、ミキシングパイプの入側端部の中心に尿素水を添加すると、該尿素水の分散が前記旋回流により促進されると共に、尿素水のミキシングパイプの内周面への衝突が促され、尿素水のミスト粒子が効率良く微細化されて早期にアンモニアと炭酸ガスに分解される。
しかも、ミキシングパイプの入側端部における開口部以外の部分が保温室により被包されて外部への放熱が著しく抑制されているので、ミキシングパイプの入側端部の内周面が高温状態に保持され、ここに衝突した尿素水がアンモニアまで分解されないまま尿素の固形化物として析出してしまう事態が防止される。
また、本発明においては、ミキシングパイプの入側端部に周方向に向けＵ字形を成す切れ込み線を入れ且つ該切れ込み線により囲まれた短冊状部位を半径方向外側へ切り起こして開口部を形成すると共に、その切り起こした短冊状部位を前記開口部に対しパティキュレートフィルタの出側から出た排気ガスを接線方向から導入せしめる最も下流側のガイドフィンとして採用することが好ましい。
このようにすれば、最も下流側のガイドフィンを別部品として開口部の縁部に取り付けることで両者の取り付け部分に生じていた段差がなくなり、最も下流側のガイドフィンのガイド面がミキシングパイプの内周面へとそのまま連続することになるため、組み立て精度のバラツキに伴う旋回流の強さや排気抵抗といった性能面でのバラツキが低減され、その組み立て性も別部品として取り付ける場合と比較して向上されることになる。
上記した本発明の排気浄化装置によれば、下記の如き種々の優れた効果を奏し得る。
（Ｉ）本発明の請求項１に記載の発明によれば、ミキシングパイプの入側端部内に効率良く旋回流を形成し、その旋回流の形成位置に尿素水を添加することにより該尿素水の分散を促進し且つ尿素水のミキシングパイプの内周面への衝突を促すことができるので、尿素水のミスト粒子を効率良く微細化して早期にアンモニアと炭酸ガスに分解することができ、しかも、ガス集合室の出側端部の外周囲をグラスウール等の断熱材により被包しなくても、ガス集合室内におけるミキシングパイプの入側端部の周囲にガス誘導流路と隔絶された余剰空間を確保して保温室とするだけでミキシングパイプの入側端部の内周面を高温状態に保持することができ、ここに衝突した尿素水を良好にアンモニアまで分解させて尿素が固形化物として析出してしまう事態を未然に防止することができるので、コストのかかるグラスウール等の断熱材を用いた保温構造を不要として製作コストの大幅な削減を図ることができる。
（ＩＩ）本発明の請求項２に記載の発明によれば、最も下流側のガイドフィンを別部品として開口部の縁部に取り付けることで両者の取り付け部分に生じていた段差をなくすことができ、最も下流側のガイドフィンのガイド面をミキシングパイプの内周面へと連続させることができるので、組み立て精度のバラツキに伴う旋回流の強さや排気抵抗といった性能面でのバラツキを低減することができ、しかも、最も下流側のガイドフィンを別部品として開口部の縁部に取り付ける場合と比較して、その組み立て性の向上を図ることもできる。
以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
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、本形態例においては、前述した図６及び図７の排気浄化装置と略同様の基本構成を有する排気浄化装置に関し、連絡流路９の上流部分を構成しているガス集合室９Ａとミキシングパイプ９Ｂとを以下のように変更している。
即ち、ここに図示している例では、ミキシングパイプ９Ｂの入側端部の周囲を所要の間隔を隔てて被包し且つ該入側端部の開口端面を閉塞し得るようにガス集合室９Ａの出側端部を前記ミキシングパイプ９Ｂの入側端部と接続し、しかも、このミキシングパイプ９Ｂの入側端部におけるパティキュレートフィルタ５の出側寄りの側面に開口部１２を形成し、該開口部１２に対しパティキュレートフィルタ５の出側から出た全ての排気ガス３を接線方向から導入せしめるガス誘導流路１３をガイドフィン１６ａ，１６ｂ，１６ｃにより前記ガス集合室９Ａ内に形成する一方、該ガス集合室９Ａ内におけるミキシングパイプ９Ｂの入側端部の周囲に前記ガス誘導流路１３と隔絶された余剰空間を確保して保温室１８としている。
尚、ミキシングパイプ９Ｂの入側端面に尿素水添加用手段として尿素水添加用インジェクタ１１を同心状に装着し、該尿素水添加用インジェクタ１１によりミキシングパイプ９Ｂの入側端部の中心に尿素水を添加し得るように構成している点は、図９及び図１０で説明した本発明者による従来提案の構造と同様である。
而して、このように排気浄化装置を構成すれば、パティキュレートフィルタ５の出側端部から出た排気ガス３がガス集合室９Ａにより略直角な向きに方向転換されつつ集められ、ミキシングパイプ９Ｂにより再び略直角な向きに方向転換されて抜き出されるが、この際に、ミキシングパイプ９Ｂの入口端部に形成した開口部１２に対し排気ガス３が接線方向から導入されてミキシングパイプ９Ｂ内に旋回流が形成されるので、ミキシングパイプ９Ｂの入側端部の中心に尿素水を添加すると、該尿素水の分散が前記旋回流により促進されると共に、尿素水のミキシングパイプ９Ｂの内周面への衝突が促され、尿素水のミスト粒子が効率良く微細化されて早期にアンモニアと炭酸ガスに分解される。
しかも、ミキシングパイプ９Ｂの入側端部における開口部１２以外の部分が保温室１８により被包されて外部への放熱が著しく抑制されているので、ミキシングパイプ９Ｂの入側端部の内周面が高温状態に保持され、ここに衝突した尿素水がアンモニアまで分解されないまま尿素の固形化物として析出してしまう事態が防止される。
従って、上記形態例によれば、ミキシングパイプ９Ｂの入側端部内に効率良く旋回流を形成し、その旋回流の形成位置に尿素水を添加することにより該尿素水の分散を促進し且つ尿素水のミキシングパイプ９Ｂの内周面への衝突を促すことができるので、尿素水のミスト粒子を効率良く微細化して早期にアンモニアと炭酸ガスに分解することができ、しかも、ガス集合室９Ａの出側端部の外周囲をグラスウール等の断熱材により被包しなくても、ガス集合室９Ａ内におけるミキシングパイプ９Ｂの入側端部の周囲にガス誘導流路と隔絶された余剰空間を確保して保温室１８とするだけでミキシングパイプ９Ｂの入側端部の内周面を高温状態に保持することができ、ここに衝突した尿素水を良好にアンモニアまで分解させて尿素が固形化物として析出してしまう事態を未然に防止することができるので、コストのかかるグラスウール等の断熱材を用いた保温構造を不要として製作コストの大幅な削減を図ることができる。
また、以上に説明した図１及び図２の図示では、最も下流側のガイドフィン１６ｃを別部品として開口部１２の最も下流側の縁部に接合するようにしているが、このようにした場合には、図３に拡大して示す如く、ガイドフィン１６ｃと開口部１２の縁部との取り付け部分に段差が生じ、その組み立て精度のバラツキに伴い段差の度合が異なって排気ガス３の流れに与える影響が変化し、旋回流の強さや排気抵抗といった性能面でのバラツキが生じることが懸念されるので、図４に示す如く、ミキシングパイプ９Ｂの入側端部に周方向に向けＵ字形を成す切れ込み線ｘを入れ且つ該切れ込み線ｘにより囲まれた短冊状部位を半径方向外側へ切り起こし、これによって、図５に示す如く、ミキシングパイプ９Ｂの入側端部に開口部１２を形成し、その切り起こした短冊状部位を前記開口部１２に対しパティキュレートフィルタ５の出側から出た排気ガス３を接線方向から導入せしめる最も下流側のガイドフィン１６ｃとして採用するようにしても良い。
即ち、このようにすれば、最も下流側のガイドフィン１６ｃを別部品として開口部１２の縁部に取り付けることで両者の取り付け部分に生じていた段差がなくなり、最も下流側のガイドフィン１６ｃのガイド面がミキシングパイプ９Ｂの内周面へとそのまま連続することになるため、組み立て精度のバラツキに伴う旋回流の強さや排気抵抗といった性能面でのバラツキが低減され、その組み立て性も別部品として取り付ける場合と比較して向上されることになる。
従って、斯かる図４及び図５の形態例によれば、最も下流側のガイドフィン１６ｃを別部品として開口部１２の縁部に取り付けることで両者の取り付け部分に生じていた段差をなくすことができ、最も下流側のガイドフィン１６ｃのガイド面をミキシングパイプ９Ｂの内周面へと連続させることができるので、組み立て精度のバラツキに伴う旋回流の強さや排気抵抗といった性能面でのバラツキを低減することができ、しかも、最も下流側のガイドフィン１６ｃを別部品として開口部１２の縁部に取り付ける場合と比較して、その組み立て性の向上を図ることもできる。
尚、本発明の排気浄化装置は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、図示例ではガス集合室で集められた排気ガスをミキシングパイプによりパティキュレートフィルタの排気流れと逆向きに抜き出す場合を例示しているが、ガス集合室で集められた排気ガスをミキシングパイプによりパティキュレートフィルタの排気流れと同じ向きに抜き出す構造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。
本発明を実施する形態の一例を一部を切り欠いて示す斜視図である。 図１をミキシングパイプの入側端部と対峙する向きから見た断面図である。 ガイドフィンと開口部の縁部との取り付け部分の段差を示す拡大図である。 ミキシングパイプの入側端部に入れた切れ込み線を示す側面図である。 本発明の別の形態例を示す断面図である。 従来例を示す概略図である。 図６の要部を拡大して示す斜視図である。 従来の尿素水添加の問題を説明する断面図である。 本発明者により提案された別の従来例を一部を切り欠いて示す斜視図である。 図９をミキシングパイプの入側端部と対峙する向きから見た断面図である。
符号の説明
３ 排気ガス
５ パティキュレートフィルタ
６ 選択還元型触媒
９ 連絡流路
９Ａ ガス集合室
９Ｂ ミキシングパイプ
１１ 尿素水添加用インジェクタ（尿素水添加手段）
１２ 開口部
１３ ガス誘導流路
１６ａ ガイドフィン
１６ｂ ガイドフィン
１６ｃ ガイドフィン
１８ 保温室
ｘ 切れ込み線

Claims (2)

  1. パティキュレートフィルタと、その下流側に備えられて酸素共存下でも選択的にＮＯxをアンモニアと反応せしめる選択還元型触媒と、パティキュレートフィルタの出側から出た排気ガスを選択還元型触媒の入側に導く連絡流路とを備え、パティキュレートフィルタの出側端部を包囲し且つ該出側端部から出た排気ガスを略直角な向きに方向転換させつつ集合せしめるガス集合室と、該ガス集合室で集められた排気ガスを再び略直角な向きに方向転換させて抜き出すミキシングパイプとにより連絡流路の上流部分を構成し、ミキシングパイプの入側端部の中心に尿素水を添加し得るように構成した排気浄化装置において、ミキシングパイプの入側端部の周囲を所要の間隔を隔てて被包し且つ該入側端部の開口端面を閉塞し得るようにガス集合室の出側端部をミキシングパイプの入側端部と接続し、該ミキシングパイプの入側端部におけるパティキュレートフィルタの出側に近い適宜位置に開口部を形成し、該開口部に対しパティキュレートフィルタの出側から出た全ての排気ガスを接線方向から導入せしめるガス誘導流路をガイドフィンにより前記ガス集合室内に形成する一方、該ガス集合室内におけるミキシングパイプの入側端部の周囲に前記ガス誘導流路と隔絶された余剰空間を確保して保温室としたことを特徴とする排気浄化装置。
  2. ミキシングパイプの入側端部に周方向に向けＵ字形を成す切れ込み線を入れ且つ該切れ込み線により囲まれた短冊状部位を半径方向外側へ切り起こして開口部を形成すると共に、その切り起こした短冊状部位を前記開口部に対しパティキュレートフィルタの出側から出た排気ガスを接線方向から導入せしめる最も下流側のガイドフィンとして採用したことを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
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