JP2011064068A - Exhaust emission control device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、排気浄化装置に関するものである。 The present invention relates to an exhaust emission control device.
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 diesel engines is mainly composed of carbonaceous soot and SOF (Soluble Organic Fraction) consisting of high-boiling hydrocarbon components. 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の採用が検討されている。 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. Adoption of a particulate filter is being studied.
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.
図3に示す如く、このようなパティキュレートフィルタ1を前段の酸化触媒2と一緒に排気管3の途中に装備するにあたっては、該排気管3の途中に介装したケーシング4内に、前段の酸化触媒2とパティキュレートフィルタ1とを直列に配置して収容せしめ、ケーシング4内における酸化触媒2の入側に画成された入口室5に対し、入口パイプ6を挿入して排気ガス7を導くことになるが、ここに図示している通り、車両の装備品(架装品)とのレイアウト上の関係などから入口パイプ6を酸化触媒2の軸心方向(図3中の左右方向)と直交する向きから入口室5に挿入せざるを得ない場合がある。
As shown in FIG. 3, when such a
このような場合、従来においては、前記入口パイプ6の入口室5内に入り込んだ部位全体に散気孔8を開口するようにしており、上流側の排気管3から導いた排気ガス7が入口パイプ6の各散気孔8を介し拡散されて酸化触媒2の入側端面に導かれるようになっている。
In such a case, conventionally, the
尚、このような排気浄化触媒の軸心方向と直交する向きから入口パイプを挿入して排気ガスの導入を行う構造について技術開示した先行技術文献情報としては、例えば、下記の特許文献1等がある。
In addition, as prior art document information that technically discloses such a structure that introduces an exhaust gas by inserting an inlet pipe from a direction orthogonal to the axial center direction of the exhaust purification catalyst, for example, the following
しかしながら、図3の如き従来構造においては、入口パイプ6の中を通る排気ガス7の流れがケーシング4の周面に突き当たる先端側で圧力が高くなり、図4に示すように、排気ガス7の多くが先端側の散気孔8から吹き出し、しかも、その多くが吹き出し直後にケーシング4の円筒状の周面に突き当たって該周面の円周方向に向かう流れが形成され易いため、酸化触媒2の入側端面に対し排気ガス7の流れが斜めに吹き付ける結果、前記酸化触媒2の入側端面に煤が付着し易くなるという不具合があった。
However, in the conventional structure as shown in FIG. 3, the pressure increases at the tip side where the flow of the
即ち、図5に酸化触媒2の入側端面付近を模式的な断面図で示している通り、酸化触媒2の入側端面に対し排気ガス7が斜めに吹き付けると、その各流路の入口において渦9が発生し、この渦9の発生する部位が実質的な排気ガス7の流れの澱み場所となって、ここに煤が付着堆積することで目詰まりが起こり易くなるという問題があった。
That is, as shown in FIG. 5 in the schematic cross-sectional view of the vicinity of the inlet side end surface of the
また、先に提示した特許文献1には、入口パイプの散気孔(連通開口)を排気浄化触媒とは反対側に向けて開口した構造が提案されているが、本発明者が検証したところでは、このような構造の場合、入口パイプの散気孔(連通開口)から吹き出した排気ガスがケーシングの端面に突き当たって反転してから排気浄化触媒に向かう流れとなるため、該排気浄化触媒の入側端面に対し排気ガスの流れが斜めに吹き付け易く、前述の如き煤の付着堆積による目詰まりを抑制する効果は少ないことが確認されている。
In addition,
即ち、ケーシングの端面に突き当たって反転した排気ガスの流れは、ケーシングの周面に沿いながら排気浄化触媒側へ流れて排気浄化触媒の入側端面に到達し、ここで一部が排気浄化触媒の外周部に流入する一方、多くは前記排気浄化触媒の入側端面に沿って分散する流れを成し、この入側端面に沿う流れが排気浄化触媒の軸心方向に対し傾斜角を持つ流れ成分を増やす結果となる。 That is, the flow of exhaust gas that has been reversed against the end surface of the casing flows to the exhaust purification catalyst side along the peripheral surface of the casing and reaches the inlet side end surface of the exhaust purification catalyst. While flowing into the outer peripheral portion, most of the flow forms a flow that disperses along the inlet side end surface of the exhaust purification catalyst, and the flow component along the inlet side end surface has a tilt angle with respect to the axial direction of the exhaust purification catalyst. Result in increasing.
尚、図3において、入口パイプ6と酸化触媒2の入側端面までの距離L(図3参照)を十分に長く確保すれば、排気ガス7が酸化触媒2の軸心方向に沿う流れを形成し易くなるが、この距離Lを長く確保することはケーシング4のコンパクト化を阻む要因となり、車両への搭載性を著しく悪化させてしまうことになるため、ケーシング4のコンパクト化を保ちながら排気ガス7の流れの改善を図ることが望まれている。
In FIG. 3, if the distance L (see FIG. 3) between the
本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、ケーシングのコンパクト化を保ちながら酸化触媒等の排気浄化触媒に導入される排気ガスの流れを改善して前記排気浄化触媒の目詰まりを防止することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and prevents clogging of the exhaust purification catalyst by improving the flow of exhaust gas introduced into the exhaust purification catalyst such as an oxidation catalyst while keeping the casing compact. The purpose is that.
本発明は、排気ガスを通過させて浄化する排気浄化触媒を排気管途中のケーシング内に収容し、該ケーシング内における排気浄化触媒の入側に画成された入口室に対し前記排気浄化触媒の軸心方向と直交する向きから多数の散気孔を有する入口パイプを挿入し、該入口パイプを通して上流側の排気管から導いた排気ガスを前記各散気孔を介し前記入口室内に拡散させるようにした排気浄化装置において、前記入口パイプの排気浄化触媒と対向する側にのみ限定的に散気孔を開口せしめ且つ前記入口パイプの先端側における散気孔の孔数を中途部の孔数よりも減少せしめたことを特徴とするものである。 According to the present invention, an exhaust purification catalyst that purifies by passing exhaust gas is housed in a casing in the middle of an exhaust pipe, and the exhaust purification catalyst is placed in an inlet chamber defined on the inlet side of the exhaust purification catalyst in the casing. An inlet pipe having a large number of air diffusion holes is inserted from a direction orthogonal to the axial direction, and exhaust gas guided from an upstream exhaust pipe through the inlet pipe is diffused into the inlet chamber through the air diffusion holes. In the exhaust purification device, the diffuser holes are limitedly opened only on the side of the inlet pipe facing the exhaust purification catalyst, and the number of diffuser holes on the tip side of the inlet pipe is made smaller than the number of holes in the middle part. It is characterized by this.
このようにすれば、入口パイプの全ての散気孔が排気浄化触媒と対向する側に向くことになるので、排気ガスが吹き出し直後にケーシングの円筒状の周面に突き当たって該周面の円周方向に向けて流れたり、ケーシングの端面に突き当たって該ケーシングの周面に沿い排気浄化触媒側に折り返して流れたりすることがなくなり、前記各散気孔から噴き出す排気ガスの大半が直接的に排気浄化触媒に向かう流れを形成し、排気ガスの全体の流れのうちで排気浄化触媒の軸心方向に向かう流れ成分が従来よりも大幅に増加されることになる。 In this way, since all the air diffusion holes of the inlet pipe face the side facing the exhaust purification catalyst, the exhaust gas hits the cylindrical peripheral surface of the casing immediately after blowing out, and the circumference of the peripheral surface The exhaust gas that flows out of the air diffuser is directly removed from the exhaust gas. A flow toward the catalyst is formed, and a flow component in the axial direction of the exhaust purification catalyst in the entire flow of the exhaust gas is greatly increased as compared with the conventional case.
そして、排気浄化触媒の入側端面に対し軸心方向から排気ガスが導入されると、前記排気浄化触媒の各流路の入口で渦が発生しなくなるため、ここに煤の付着堆積が起こらなくなり、仮に一時的に付着したとしても直ぐに排気ガスの流れに吹き飛ばされてしまうため、前述の如く、排気ガスの全体の流れのうちで排気浄化触媒の軸心方向に向かう流れ成分が従来よりも大幅に増加されると、各流路の入口に付着堆積した煤が成長して目詰まりを起こすような不具合が未然に回避されることになる。 When exhaust gas is introduced from the axial direction to the inlet end surface of the exhaust purification catalyst, no vortex is generated at the inlet of each flow path of the exhaust purification catalyst, so that no soot deposits occur here. However, even if temporarily attached, the exhaust gas flow is blown away immediately, and as described above, the flow component toward the axial direction of the exhaust purification catalyst is much larger than the conventional exhaust gas flow. When the number is increased, problems such as growth of clogs deposited and accumulated at the inlets of the respective channels and clogging can be avoided.
また、入口パイプの先端側における散気孔の孔数を中途部の孔数よりも減少させているので、圧力の高い入口パイプの先端側から相対的に多くの排気ガスが偏って入口室に導入する傾向が是正され、排気浄化触媒に導入される排気ガスの流れ分布が均一化されることになり、しかも、ケーシングの周面に近い入口パイプの先端側で散気孔の孔数が減ることにより、前記ケーシングの周面の円周方向に向かう流れの形成が効果的に抑制されることになる。 In addition, since the number of diffuser holes on the tip side of the inlet pipe is reduced compared to the number of holes in the middle, a relatively large amount of exhaust gas is biased from the tip side of the high pressure inlet pipe into the inlet chamber. The flow distribution of exhaust gas introduced into the exhaust purification catalyst is made uniform, and the number of diffuser holes is reduced on the tip side of the inlet pipe close to the peripheral surface of the casing. The formation of the flow toward the circumferential direction of the peripheral surface of the casing is effectively suppressed.
この際、入口パイプの先端側における散気孔が形成されている領域は、排気ガスの流れ方向に向け徐々に先細り状に縮小していることが好ましく、このようにすれば、入口パイプの先端側における散気孔の孔数を減少させるにあたり、排気浄化触媒の軸心方向に対する排気ガスの吹き出し方向のずれがより少ない散気孔が優先して残されることになる。 At this time, it is preferable that the region where the air diffusion holes are formed on the distal end side of the inlet pipe is gradually reduced in a tapered manner in the exhaust gas flow direction. In order to reduce the number of diffused holes in the exhaust gas, the diffused holes with less displacement of the exhaust gas blowing direction with respect to the axial direction of the exhaust purification catalyst are preferentially left.
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。 According to the exhaust emission control device of the present invention described above, various excellent effects as described below can be obtained.
(I)本発明の請求項1に記載の発明によれば、入口パイプと排気浄化触媒の入側端面までの間の距離を長く確保しなくても、排気ガスの全体の流れのうちで排気浄化触媒の軸心方向に向かう流れ成分を従来よりも大幅に増加することができ、しかも、排気浄化触媒に導入される排気ガスの流れ分布の均一化を図りつつケーシングの周面の円周方向に向かう流れの形成を効果的に抑制することもできるので、ケーシングのコンパクト化を保ちながら排気浄化触媒に導入される排気ガスの流れを改善して前記排気浄化触媒の目詰まりを防止することができる。
(I) According to the invention described in
(II)本発明の請求項2に記載の発明によれば、入口パイプの先端側における散気孔の孔数を減少させるにあたり、排気浄化触媒の軸心方向に対する排気ガスの吹き出し方向のずれがより少ない散気孔を優先して残すことができ、排気ガスの全体の流れのうちで排気浄化触媒の軸心方向に向かう流れ成分の更なる増加を図ることができる。
(II) According to the invention described in
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、先に図3〜図5で説明したものと略同様に、排気管3の途中に介装したケーシング4内に、前段の酸化触媒2(排気ガスを通過させて浄化する排気浄化触媒)とパティキュレートフィルタ1とを直列に配置し、前記ケーシング4内における酸化触媒2の入側に画成された入口室5に対し、前記酸化触媒2の軸心方向と直交する向きから多数の散気孔8を有する入口パイプ6を挿入し、該入口パイプ6を通して上流側の排気管3から導いた排気ガス7を前記各散気孔8を介し前記入口室5内に拡散させるようにしてあるが、前記入口パイプ6の酸化触媒2と対向する側にのみ限定的に散気孔8を開口せしめ且つ前記入口パイプ6の先端側における散気孔8の孔数を中途部の孔数よりも減少せしめたところを特徴としている。
FIGS. 1 and 2 show an example of an embodiment for carrying out the present invention. In the same manner as described above with reference to FIGS. 3 to 5, a front stage is provided in a casing 4 interposed in the middle of the
ここで、本形態例においては、入口パイプ6の先端側における散気孔8が形成されている領域を、排気ガス7の流れ方向に向け徐々に先細り状に縮小するように形成しており、入口パイプ6の先端側における散気孔8の孔数を減少させるにあたり、酸化触媒2の軸心方向に対する排気ガス7の吹き出し方向のずれがより少ない散気孔8を優先して残すようにしている。
Here, in this embodiment, the region where the air diffusion holes 8 are formed on the tip side of the
而して、このように構成すれば、入口パイプ6の全て散気孔8が酸化触媒2と対向する側に向くことになるので、排気ガス7が吹き出し直後にケーシング4の円筒状の周面に突き当たって該周面の円周方向に向けて流れたり、ケーシング4の端面に突き当たって該ケーシング4の周面に沿い酸化触媒2側に折り返して流れたりすることがなくなり、前記各散気孔8から噴き出す排気ガス7の大半が直接的に酸化触媒2に向かう流れを形成し、排気ガス7の全体の流れのうちで酸化触媒2の軸心方向に向かう流れ成分が従来よりも大幅に増加されることになる。
Thus, if configured in this way, all the diffused
そして、酸化触媒2の入側端面に対し軸心方向から排気ガス7が導入されると、前記酸化触媒2の各流路の入口で渦が発生しなくなるため、ここに煤の付着堆積が起こらなくなり、仮に一時的に付着したとしても直ぐに排気ガス7の流れに吹き飛ばされてしまうため、前述の如く、排気ガス7の全体の流れのうちで酸化触媒2の軸心方向に向かう流れ成分が従来よりも大幅に増加されると、各流路の入口に付着堆積した煤が成長して目詰まりを起こすような不具合が未然に回避されることになる。
Then, when the
また、入口パイプ6の先端側における散気孔8の孔数を中途部の孔数よりも減少させているので、圧力の高い入口パイプ6の先端側から相対的に多くの排気ガス7が偏って入口室に導入する傾向が是正され、酸化触媒2に導入される排気ガス7の流れ分布が均一化されることになり、しかも、ケーシング4の周面に近い入口パイプ6の先端側で散気孔8の孔数が減ることにより、前記ケーシング4の周面の円周方向に向かう流れの形成が効果的に抑制されることになる。
Further, since the number of
従って、上記形態例によれば、入口パイプ6と酸化触媒2の入側端面までの間の距離Lを長く確保しなくても、排気ガス7の全体の流れのうちで酸化触媒2の軸心方向に向かう流れ成分を従来よりも大幅に増加することができ、しかも、酸化触媒2に導入される排気ガス7の流れ分布の均一化を図りつつケーシング4の周面の円周方向に向かう流れの形成を効果的に抑制することもできるので、ケーシング4のコンパクト化を保ちながら酸化触媒2に導入される排気ガス7の流れを改善して前記酸化触媒2の目詰まりを防止することができる。
Therefore, according to the above embodiment, the axial center of the
また、入口パイプ6の先端側における散気孔8の孔数を減少させるにあたり、酸化触媒2の軸心方向に対する排気ガス7の吹き出し方向のずれがより少ない散気孔8を優先して残すことができ、排気ガス7の全体の流れのうちで酸化触媒2の軸心方向に向かう流れ成分の更なる増加を図ることができる。
Further, in reducing the number of the diffuser holes 8 on the distal end side of the
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、排気管途中のケーシング内に収容される排気浄化触媒は、必ずしもパティキュレートフィルタの前段に付帯装備される酸化触媒に限定されるものではなく、パティキュレートフィルタ自体を担体とした酸化触媒であっても良いし、NOx吸蔵還元触媒、選択還元型触媒、三元触媒等といった様々な触媒であっても良いこと、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。 Note that the exhaust purification apparatus of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and the exhaust purification catalyst housed in the casing in the middle of the exhaust pipe is not necessarily oxidized in the front stage of the particulate filter. The catalyst is not limited to the catalyst, and may be an oxidation catalyst using the particulate filter itself as a carrier, or may be various catalysts such as a NOx occlusion reduction catalyst, a selective reduction catalyst, and a three-way catalyst. Of course, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
2 酸化触媒(排気浄化触媒)
3 排気管
4 ケーシング
5 入口室
6 入口パイプ
7 排気ガス
8 散気孔
2 Oxidation catalyst (exhaust gas purification catalyst)
3 Exhaust pipe 4
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