JP2009216074A - Exhaust emission control device, exhaust pipe for diesel engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ディーゼルエンジン等の内燃機関に装着される排気ガス浄化装置及びディーゼルエンジン用排気管に関する。 The present invention relates to an exhaust gas purification device mounted on an internal combustion engine such as a diesel engine and an exhaust pipe for a diesel engine.
ディーゼルエンジン等の内燃機関に装着される排気ガス浄化装置として、排気ガス中に含まれる粒子状物質(パティキュレート・マター、以下、PMと称す)を捕集するディーゼルパティキュレートフィルタ(以下、DPFと称す)や、酸化触媒担体や、あるいはNOx還元触媒担体等の排気ガス浄化体を、排気流路に備えるものが知られている。 As an exhaust gas purification device mounted on an internal combustion engine such as a diesel engine, a diesel particulate filter (hereinafter referred to as DPF) that collects particulate matter (particulate matter, hereinafter referred to as PM) contained in the exhaust gas. And an exhaust gas purifier such as an oxidation catalyst carrier or a NOx reduction catalyst carrier in an exhaust passage is known.
そして、排気ガス浄化装置の浄化性能の向上を図るべく、排気ガス中に添加剤を供給することが行われている。例えば、DPFの上流側に酸化触媒担体が設けられた排気ガス浄化装置においては、軽油を添加剤として排気ガス中に供給し、添加剤と酸化触媒との酸化反応熱により排気ガスの温度を600℃以上に上昇させ、DPFに捕集されたPMを焼失しDPFを再生することが行われている。 In order to improve the purification performance of the exhaust gas purification device, an additive is supplied into the exhaust gas. For example, in an exhaust gas purification apparatus in which an oxidation catalyst carrier is provided on the upstream side of the DPF, light oil is supplied as an additive into the exhaust gas, and the temperature of the exhaust gas is set to 600 by the oxidation reaction heat between the additive and the oxidation catalyst. DPM is regenerated by raising the temperature to more than ° C. and burning off the PM collected in the DPF.
また、NOx還元触媒担体が設けられた排気ガス浄化装置においては、例えば、還元剤の機能を有する尿素水等の添加剤を排気ガス中に供給することにより、NOx還元触媒担体に吸蔵されたNOxを還元して排気ガスを浄化することが行われている。 Further, in the exhaust gas purification apparatus provided with the NOx reduction catalyst carrier, for example, the NOx occluded in the NOx reduction catalyst carrier is supplied by supplying an additive such as urea water having the function of a reducing agent into the exhaust gas. The exhaust gas is purified by reducing the exhaust gas.
ところで、上記のように排気ガス中に添加剤を供給する場合、添加剤を排気ガス中に拡散及び均一混合し、排気ガス浄化体の上流側端面に混合ガスを均一に流入させ、浄化性能を向上させることが行われている。例えば、特許文献1には、排気ガス浄化体(還元触媒)よりも上流側の排気流路に添加剤供給手段(噴射ノズル)を設け、更に添加剤供給手段よりも上流側の排気流路に、排気流路の軸を中心として螺旋状に排気ガスを旋回させる旋回流発生手段を設けた排気ガス浄化装置が提案されている。特許文献1によれば、排気ガスを予め旋回状態にしたところに添加剤を供給するため、添加剤と排気ガスの混合が促進される。 By the way, when the additive is supplied into the exhaust gas as described above, the additive is diffused and uniformly mixed in the exhaust gas, and the mixed gas is caused to uniformly flow into the upstream end face of the exhaust gas purifier, thereby improving the purification performance. Improvements are being made. For example, in
また、特許文献2には、複数の流体反転ベーンを、流体の流れ方向に対し傾斜させて互い違いに組合わせ、流路断面に櫛歯状に配置した流体混合器が提案されている。 Further,
しかしながら、特許文献1及び2に記載の排気ガス浄化装置では、旋回流発生手段や流体混合器の構造が複雑であるため、添加剤と排気ガスとの均一な混合を調整することが難しく、混合が不十分となるおそれがあり、また、複数のフィンやベーンにより排気ガスの圧力損失が増大するおそれがある。
本発明は上記問題に鑑み、排気ガス中への添加剤の拡散性及び混合性に優れる排気ガス浄化装置を提供することを目的とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide an exhaust gas purification device that is excellent in diffusibility and mixing of additives into exhaust gas.
上記課題を解決するために、1番目の発明では、排気流路に排気ガス浄化体を備え、該排気ガス浄化体よりも上流側の前記排気流路に旋回流発生手段と添加剤供給手段を備える排気ガス浄化装置において、単一のプレートからなる前記旋回流発生手段を、前記排気流路の軸に対し傾斜し、かつ、該軸を含んで前記排気流路の内面に架設することにより2つの分割流路を前記旋回流発生手段の両側に形成し、前記添加剤供給手段からの添加剤の供給方向を、前記排気流路の軸直交断面視において前記プレートの長手方向に対し直交させた。 In order to solve the above problems, in the first invention, an exhaust gas purifying body is provided in the exhaust passage, and a swirling flow generating means and an additive supply means are provided in the exhaust passage upstream of the exhaust gas purifying body. In the exhaust gas purification apparatus provided, the swirl flow generating means comprising a single plate is inclined with respect to the axis of the exhaust flow path and is installed on the inner surface of the exhaust flow path including the shaft. Two divided flow paths are formed on both sides of the swirl flow generating means, and the supply direction of the additive from the additive supply means is orthogonal to the longitudinal direction of the plate in the cross-sectional view perpendicular to the axis of the exhaust flow path. .
2番目の発明では、排気流路に排気ガス浄化体を備え、該排気ガス浄化体よりも上流側の前記排気流路に旋回流発生手段と添加剤供給手段を備え、単一のプレートからなる前記旋回流発生手段を、前記排気流路の軸に対し傾斜し、かつ、該軸を含んで前記排気流路の内面に架設することにより2つの分割流路を前記旋回流発生手段の両側に形成し、前記添加剤供給手段からの添加剤の供給方向を、前記排気流路の軸直交断面視において前記プレートの長手方向に対し直交させた排気ガス浄化装置を、排気管の途中に備えるディーゼルエンジン用排気管である。 In the second aspect of the invention, the exhaust passage is provided with an exhaust gas purifier, the exhaust passage upstream of the exhaust gas purifier is provided with swirl flow generating means and additive supply means, and consists of a single plate. The swirling flow generating means is inclined with respect to the axis of the exhaust flow path and is installed on the inner surface of the exhaust flow path including the shaft so that two divided flow paths are provided on both sides of the swirling flow generating means. Diesel provided with an exhaust gas purifying device formed in the middle of the exhaust pipe so that the supply direction of the additive from the additive supply means is orthogonal to the longitudinal direction of the plate in the axial orthogonal cross section of the exhaust passage This is an engine exhaust pipe.
本発明によれば、排気ガス中への添加剤の拡散性及び混合性に優れる排気ガス浄化装置及びディーゼルエンジン用排気管を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the exhaust-gas purification apparatus which is excellent in the diffusibility and mixing property of the additive in exhaust gas, and the exhaust pipe for diesel engines can be provided.
以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面を参照して説明する。図1は、本発明の第1の実施形態に係る排気ガス浄化装置の縦断面図、図2は図1におけるA−A線断面図、図3は排気ガスの流れを示す概念図、図4は図3におけるB−B線断面図、図5は図4に対する比較図、図6は本発明の第2の実施形態に係る排気ガス浄化装置のA−A線断面図、図7は本発明の第3の実施形態に係る排気ガス浄化装置のA−A線断面図、図8は本発明の第4の実施形態に係る排気ガス浄化装置のA−A線断面図、図9は本発明の第5の実施形態に係る排気ガス浄化装置のA−A線断面図、図10は本発明の第6の実施形態に係る排気ガス浄化装置の縦断面図、図11は本発明の第7の実施形態に係る排気ガス浄化装置の縦断面図、図12は本発明の第8の実施形態に係る排気ガス浄化装置の縦断面図、図13は本発明の第9の実施形態に係る排気ガス浄化装置の縦断面図である。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings. 1 is a longitudinal sectional view of an exhaust gas purifying apparatus according to a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a sectional view taken along line AA in FIG. 1, and FIG. 3 is a conceptual diagram showing a flow of exhaust gas, FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. 3, FIG. 5 is a comparison view with respect to FIG. 4, FIG. 6 is a cross-sectional view taken along line AA of the exhaust gas purifying apparatus according to the second embodiment of the present invention, and FIG. FIG. 8 is a sectional view taken along line AA of the exhaust gas purifying apparatus according to the third embodiment, FIG. 8 is a sectional view taken along line AA of the exhaust gas purifying apparatus according to the fourth embodiment of the present invention, and FIG. FIG. 10 is a longitudinal sectional view of an exhaust gas purification apparatus according to the sixth embodiment of the present invention, and FIG. 11 is a seventh sectional view of the present invention. FIG. 12 is a longitudinal sectional view of an exhaust gas purifying apparatus according to an eighth embodiment of the present invention, and FIG. It is a longitudinal sectional view of an exhaust gas purifying apparatus according to light of the ninth embodiment.
排気ガス浄化装置1の構成について、図1及び図2を参照して説明する。酸化触媒担体2とDPF3からなる排気ガス浄化体4が、ワイヤメッシュやアルミナ製マット等の図示しない保持部材を介してケーシング5に内装されている。ケーシング5の上流側(図の左側)は、テーパ状のコーン5aが形成されており、そこに管状の排気流路6が接続されている。そして、添加剤供給手段7が、排気流路6にその軸6aへ向けて(求心方向に)設けられている。また、旋回流発生手段8が、添加剤供給手段7よりも上流側の排気流路6に内装されている。 The configuration of the exhaust
排気ガス浄化装置1は、例えば、ディーゼルエンジン用排気管の途中に備えることができる。 The exhaust
旋回流発生手段8は、図1に示すように、排気流路6の軸6aに対し角度θだけ傾斜し、かつ、図2に示すように、排気流路6の軸6aを含んで内面6bに架設される平板かつ矩形で単一(1個)のプレート8で構成され、プレート8を内面6bに架設することにより2つの分割流路9,10が、プレート8の両側に形成される。そして、角度θは、30°以上45°以下が望ましく、θが30°よりも小さいと後述する旋回流が十分に発生されにくくなり、排気ガスと添加剤の混合が十分に行われないおそれがあり、また、プレート8の全長が長くなるため排気流路が長尺となる問題が生じる。一方、θが45°よりも大きいと排気ガスの圧力損失が増大するおそれがある。また、プレート8の幅Wは、排気流路の直径Dの1/3程度が望ましく、幅Wが1/3よりも小さいと後述する旋回流が十分に発生されにくくなり、排気ガスと添加剤の混合が十分に行われないおそれがあり、1/3よりも大きいと排気ガスの圧力損失が増大するおそれがある。 As shown in FIG. 1, the swirling flow generating means 8 is inclined by an angle θ with respect to the shaft 6a of the
添加剤供給手段7は、排気流路6に固定された添加弁や噴射ノズル等であり、図1に示すように、排気流路6を貫通しプレート8に対し軸6a方向下流側(図中の右側)に離間して配置されている。また、図2に示すように、添加剤供給手段7は、軸6a直交断面視においてプレート8の長手方向に対し直交して添加剤が供給(噴射)されるよう配置されている。なお、添加剤供給手段7をプレート8に対し軸6a方向下流側に離間して配置することにより、プレート8に添加剤が付着することを回避することができる。 The additive supply means 7 is an addition valve, an injection nozzle or the like fixed to the
次に、本実施形態における排気ガスの流れ及び添加剤の混合について、図3及び図4を参照して説明する。図示しないディーゼルエンジン等の内燃機関から排出された排気ガスGは、排気流路6に導入され軸6aに対し傾斜したプレート8に衝突すると、プレート8を境界とする分割流路9,10へ分流した後、内面6bに沿った旋回流G1,G2となる。旋回流G1,G2は、分割流路9,10を通過した後、排気流路6の中心面6cにおいて互いに衝突し、中心面6cを境界面とした2方向の旋回流となる。ここで、プレート8と内面6bとの距離が近い領域(図4の上側及び下側)においては、排気ガスGは内面6bに沿った旋回流G1,G2に変化するが、距離が遠い領域(図4の中側)においては、排気ガスGは内面6bまで到達する力が弱く、旋回流G1,G2の影響を受けて小さな渦流gの発生にとどまる(排気流路に沿って旋回できるほど力が強くない)。そして、旋回流G1,G2と渦流gが入り交じった複雑な流れの状態にある排気ガス中に添加剤を供給することにより、添加剤が排気ガスに衝突し拡散するとともに排気ガス中に均一に混合される。 Next, the flow of exhaust gas and mixing of additives in the present embodiment will be described with reference to FIGS. When exhaust gas G discharged from an internal combustion engine such as a diesel engine (not shown) collides with a
次に、プレート8に対する添加剤供給手段7からの添加剤の供給方向と混合性との関係について、図4及び図5を参照して説明する。図4に示すように、排気流路6の軸6a直交断面視において、添加剤供給手段7からの添加剤の供給方向Fを、プレート8の長手方向に対し直交させると、添加剤が旋回流G1,G2に対し直交して衝突し、その衝突エネルギにより添加剤が均一に拡散及び混合される。 Next, the relationship between the supply direction of the additive from the additive supply means 7 to the
一方、図5に示すように、添加剤供給手段7からの添加剤の供給方向Fを、プレート8の長手方向に対し平行に設定すると、添加剤が旋回流G1,G2の流れに乗るため、添加剤の貫徹力が弱まりにくく、添加剤が領域Hに偏りやすくなり、均一に拡散及び混合されないおそれがある。この偏りは、特に内燃機関が高負荷状態にある時、すなわち、旋回流の流速が速い状態時に顕著となる。 On the other hand, as shown in FIG. 5, when the supply direction F of the additive from the additive supply means 7 is set parallel to the longitudinal direction of the
したがって、添加剤供給手段7からの添加剤の供給方向Fを、プレート8の長手方向に対し直交させるのがよい。 Therefore, the additive supply direction F from the additive supply means 7 is preferably orthogonal to the longitudinal direction of the
図6は本発明の第2の実施形態に係る排気ガス浄化装置のA−A線断面図である。尚、第1の実施形態と同一態様部分には同一符号を付してその説明は省略する。 FIG. 6 is a cross-sectional view taken along line AA of the exhaust gas purifying apparatus according to the second embodiment of the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the aspect same as 1st Embodiment, and the description is abbreviate | omitted.
プレート18は、その長手方向中央部に膨出部18aが一体的に形成されている。膨出部18aの形状及び面積は、排気ガスと添加剤の目標とする混合性に応じ適宜設定される。 As for the
本実施形態によれば、第1の実施形態と同様な効果が得られるとともに、排気ガスと添加剤の混合性を調整し最適化することができる。 According to this embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained, and the mixing property of the exhaust gas and the additive can be adjusted and optimized.
図7は本発明の第3の実施形態に係る排気ガス浄化装置のA−A線断面図である。尚、第1の実施形態と同一態様部分には同一符号を付してその説明は省略する。 FIG. 7 is a cross-sectional view taken along line AA of the exhaust gas purifying apparatus according to the third embodiment of the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the aspect same as 1st Embodiment, and the description is abbreviate | omitted.
プレート28は、その長手方向にくびれ部28aと膨出部28bが連続して一体的に形成されている。くびれ部28aと膨出部28bの位置や形状及び面積は、排気ガスと添加剤の目標とする混合性に応じ適宜設定される。 In the
本実施形態によれば、第1の実施形態と同様な効果が得られるとともに、排気ガスと添加剤の混合性を調整し最適化することができる。 According to this embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained, and the mixing property of the exhaust gas and the additive can be adjusted and optimized.
図8は本発明の第4の実施形態に係る排気ガス浄化装置のA−A線断面図である。尚、第1の実施形態と同一態様部分には同一符号を付してその説明は省略する。 FIG. 8 is a sectional view taken along line AA of the exhaust gas purifying apparatus according to the fourth embodiment of the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the aspect same as 1st Embodiment, and the description is abbreviate | omitted.
プレート38は、その長手方向にテーパ状に形成されている。テーパ形状は、排気ガスと添加剤の目標とする混合性に応じ適宜設定される。 The plate 38 is formed in a taper shape in the longitudinal direction. The taper shape is appropriately set according to the target mixing property of the exhaust gas and the additive.
本実施形態によれば、第1の実施形態と同様な効果が得られるとともに、排気ガスと添加剤の混合性を調整し最適化することができる。 According to this embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained, and the mixing property of the exhaust gas and the additive can be adjusted and optimized.
図9は本発明の第5の実施形態に係る排気ガス浄化装置のA−A線断面図である。尚、第1の実施形態と同一態様部分には同一符号を付してその説明は省略する。 FIG. 9 is a cross-sectional view taken along line AA of the exhaust gas purifying apparatus according to the fifth embodiment of the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the aspect same as 1st Embodiment, and the description is abbreviate | omitted.
プレート48には貫通孔48aが穿設されている。貫通孔48aの数や大きさ及び配置は、排気ガスと添加剤の目標とする混合性や、圧力損失の値に応じ適宜設定される。 A through hole 48 a is formed in the plate 48. The number, size, and arrangement of the through holes 48a are appropriately set according to the target mixing property of the exhaust gas and the additive and the pressure loss value.
本実施形態によれば、第1の実施形態と同様な効果が得られるとともに、排気ガスと添加剤の混合性及び圧力損失を調整し最適化することができる。 According to this embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained, and the mixing property and pressure loss of exhaust gas and additive can be adjusted and optimized.
図10は本発明の第6の実施形態に係る排気ガス浄化装置の縦断面図である。尚、第1の実施形態と同一態様部分には同一符号を付してその説明は省略する。 FIG. 10 is a longitudinal sectional view of an exhaust gas purification apparatus according to the sixth embodiment of the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the aspect same as 1st Embodiment, and the description is abbreviate | omitted.
排気ガス浄化装置11は、屈曲部58aを有するとともに軸6aを対称軸として全体がくの字に屈曲したプレート58を備えるものである。 The exhaust
本実施形態によれば、旋回流が初期において軸6aを境界として図中の上側と下側とで異なる流れとなり、排気ガスと添加剤の混合性に優れる。 According to the present embodiment, the swirl flow is initially different from the upper side and the lower side in the figure with the shaft 6a as a boundary, and the mixing property of the exhaust gas and the additive is excellent.
図11は本発明の第7の実施形態に係る排気ガス浄化装置の縦断面図である。尚、第1の実施形態と同一態様部分には同一符号を付してその説明は省略する。 FIG. 11 is a longitudinal sectional view of an exhaust gas purification apparatus according to the seventh embodiment of the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the aspect same as 1st Embodiment, and the description is abbreviate | omitted.
排気ガス浄化装置21は、長手方向に湾曲したプレート68を備えるものである。 The exhaust
本実施形態によれば、第1の実施形態と同様な効果が得られる。 According to this embodiment, the same effect as the first embodiment can be obtained.
図12は本発明の第8の実施形態に係る排気ガス浄化装置の縦断面図である。尚、第1の実施形態と同一態様部分には同一符号を付してその説明は省略する。 FIG. 12 is a longitudinal sectional view of an exhaust gas purification apparatus according to the eighth embodiment of the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the aspect same as 1st Embodiment, and the description is abbreviate | omitted.
排気ガス浄化装置31は、排気流路6の曲がり部6dにプレート78を備えるものである。曲がり部6dにおける湾曲した軸6aに対する接線を仮想軸6eとし、仮想軸6eに対し角度θ量、傾斜してプレート78が配置される。 The exhaust
本実施形態によれば、第1の実施形態と同様な効果が得られる。 According to this embodiment, the same effect as the first embodiment can be obtained.
図13は本発明の第9の実施形態に係る排気ガス浄化装置の縦断面図である。尚、第1の実施形態と同一態様部分には同一符号を付してその説明は省略する。 FIG. 13 is a longitudinal sectional view of an exhaust gas purification apparatus according to the ninth embodiment of the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the aspect same as 1st Embodiment, and the description is abbreviate | omitted.
排気ガス浄化装置41は、添加剤供給手段7がプレート8よりも上流側の排気流路6に設けられている。添加剤供給手段7と排気ガス浄化装置4の距離、すなわち、混合経路長を稼ぐことができ、添加剤の混合が促進される。 In the exhaust gas purification device 41, the additive supply means 7 is provided in the
以上、本発明の実施形態を説明してきたが、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲の変更があっても本発明に包含される。プレートの形状、傾斜角度θ、幅W、板厚等は、混合性及び圧力損失に応じて任意に設定すればよい。また、プレートは平板に限定されるものではなく、波状や3次元的に異なる複数の面で構成される板や、幅W方向に湾曲、屈曲、傾斜した板でも構わない。また、プレートは中心面6cに対し非対称形であったり、オフセット配置しても構わない。また、DPFは、フィルタ上に貴金属触媒、活性酸素放出剤を担持させNOxを低減させる機能を有するものを採用してもよい。また、添加剤は、軽油、尿素水やその他の還元剤等、特に限定されるものではない。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment, Even if there is a change of the range which does not deviate from the meaning of this invention, it is included in this invention. The shape, inclination angle θ, width W, plate thickness, etc. of the plate may be arbitrarily set according to the mixing property and pressure loss. Further, the plate is not limited to a flat plate, and may be a plate formed of a plurality of wavy or three-dimensionally different surfaces, or a plate curved, bent, or inclined in the width W direction. The plate may be asymmetric with respect to the center plane 6c or may be offset. Further, the DPF may have a function of reducing NOx by supporting a noble metal catalyst and an active oxygen release agent on the filter. Moreover, an additive is not specifically limited, such as a light oil, urea water, and another reducing agent.
1,21,31 排気ガス浄化装置
2 酸化触媒担体
3 DPF
4 排気ガス浄化体
5 ケーシング
6 排気流路
6a 軸
6b 内面
6c 中心面
7 添加剤供給手段
8,18,28,38,48,58,68,78 プレート(旋回流発生手段)
9,10,11,12,13,14,15,16 分割流路1,21,31 Exhaust
4 Exhaust
9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16 Divided flow path
Claims (2)
単一のプレートからなる前記旋回流発生手段を、前記排気流路の軸に対し傾斜し、かつ、該軸を含んで前記排気流路の内面に架設することにより2つの分割流路を前記旋回流発生手段の両側に形成し、前記添加剤供給手段からの添加剤の供給方向を、前記排気流路の軸直交断面視において前記プレートの長手方向に対し直交させたことを特徴とする排気ガス浄化装置。In an exhaust gas purification apparatus comprising an exhaust gas purification body in an exhaust flow path, and comprising a swirling flow generating means and an additive supply means in the exhaust flow path upstream of the exhaust gas purification body,
The swirl flow generating means composed of a single plate is inclined with respect to the axis of the exhaust flow path, and is installed on the inner surface of the exhaust flow path including the shaft so that the two divided flow paths are swirled. Exhaust gas formed on both sides of the flow generation means, wherein the supply direction of the additive from the additive supply means is orthogonal to the longitudinal direction of the plate in a cross-sectional view perpendicular to the axis of the exhaust flow path Purification equipment.
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