JP2011099359A - 排気浄化装置用フィン装置 - Google Patents

Abstract

【課題】圧力損失が小さく、旋回流を効率良く生じさせることができる排気浄化装置用フィン装置を提供する。
【解決手段】筒形のケーシング６０によって構成される排気通路３３にフィン装置４５が設けられている。フィン装置４５は、第１プレート部材７１と第２プレート部材７２とを備えている。第１プレート部材７１は、ケーシング６０の軸線Ｘに沿う基板部７１ａと、羽部７１ｂ，７１ｃと、スリット７１ｅを有している。第２プレート部材７２は、ケーシング６０の軸線Ｘに沿う基板部７２ａと、羽部７２ｂ，７２ｃと、スリット７２ｅを有している。第１プレート部材７１の基板部７１ａを第２プレート部材７２のスリット７２ｅに差し込むとともに、第２プレート部材７２の基板部７２ａを第１プレート部材７１のスリット７１ｅに差し込むことにより、第１プレート部材７１と第２プレート部材７２とが十字形に組合わされている。
【選択図】図２

Description

本発明は、エンジンの排気浄化装置の排気通路に設けられて排気に旋回流を生じさせるための排気浄化装置用フィン装置に関する。

トラックやバス等の車両のディーゼルエンジンから排出される排気を浄化するために、排気浄化装置が使用されている。例えば下記特許文献１あるいは特許文献２に記載されているように、排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化するために、還元剤として尿素水を用いるＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction：選択的触媒還元）を備えた車両が公知である。またディーゼル・パティキュレート・フィルタ（ＤＰＦ）を備えた車両も知られている。

前記排気浄化装置は、筒形のケーシングによって構成される排気通路内に、排気の旋回流を生じさせるためのフィン装置と、該フィン装置の排気下流側に配置された還元剤噴射ノズルなどを有し、前記フィン装置によって旋回流を生じた排気中に前記還元剤を供給するように構成されている。

従来のフィン装置は、例えば特許文献１に記載されているように、１枚の金属板をプレス加工することにより、複数（例えば４枚）のフィン部を切り起こすとともに、切り起こされずに残った部分をフレーム部として利用するようにしている。このフレーム部の外周を溶接等によって前記ケーシングの内面に固定することにより、フィン装置がケーシングの所定位置に支持される。

特開２００６−２９２３３号公報 特開２００９−２４６２９号公報

前記従来のフィン装置は、前記フィン部とフレーム部をプレス加工によって形成しているため、排気通路の径方向の流路断面に対して前記フレーム部が占める面積が比較的大きい。このためこのフレーム部が排気の流れを妨げる原因となり、特に排気の流速が大きいときなどに圧力損失が大きいという問題がある。また排気が前記フレーム部を通過する際に排気がフレーム部に衝突することによって乱流が発生し、その下流側のフィンによる旋回流の発生に影響を与える可能性があった。

従って本発明の目的は、圧力損失が小さくかつ旋回流を効果的に生じさせることができる排気浄化装置用フィン装置を提供することにある。

本発明は、筒形のケーシングによって構成される排気通路に設けられて排気に旋回流を生じさせるための排気浄化装置用フィン装置であって、前記ケーシング内に配置される第１プレート部材と第２プレート部材とを有している。前記第１プレート部材は、前記ケーシングの軸線方向に沿う基板部と、該基板部の排気下流側に形成され前記ケーシングの軸線に対し斜めに折り曲げてなる羽部と、前記基板部の幅方向中央に前記軸線方向に沿うよう形成されたスリットとを有している。前記第２プレート部材は、前記ケーシングの軸線方向に沿う基板部と、該基板部の排気下流側に形成され前記ケーシングの軸線に対し斜めに折り曲げてなる羽部と、前記基板部の幅方向中央に前記軸線方向に沿うよう形成されたスリットとを有している。前記第１プレート部材の前記スリットに前記第２プレート部材の前記基板部を差し込み、かつ、前記第２プレート部材の前記スリットに前記第１プレート部材の前記基板部を差し込むことによって、第１プレート部材と第２プレート部材とを排気の上流側から見て十字形に組合わせ、前記第１プレート部材の前記基板部と前記第２プレート部材の前記基板部をそれぞれ前記ケーシングの内面に固定する。

本発明の好ましい形態では、前記第１プレート部材の前記羽部の側面と前記第２プレート部材の前記羽部の側面がそれぞれ前記ケーシングの内面に沿うよう弧状に形成され、これら羽部の側面が前記ケーシングの内面に固定される。

本発明のフィン装置によれば、第１プレート部材と第２プレート部材の各基板部がケーシングの軸線方向に沿って配置されているため、ケーシングの径方向の流路断面に占める面積が小さく、従って圧力損失が小さい。このためエンジンの燃費を向上させることができる。しかもこれら基板部によって、羽部に向う排気に整流を生じさせることができるため、羽部による旋回流を効果的に生じさせることができる。

本発明の１つの実施形態に係るフィン装置を備えた排気浄化装置を模式的に示す概略図。 図１に示されたフィン装置の側面図。 図２中のＦ３−Ｆ３線に沿うフィン装置の断面図。 図１に示されたフィン装置の斜視図。 図１に示されたフィン装置の分解斜視図。

以下に本発明の１つの実施形態に係るフィン装置を備えたエンジンの排気浄化装置について、図１から図５を参照して説明する。
図１はディーゼルエンジン（以下、エンジンと称する）１０と、その排気浄化装置１１を示している。エンジン１０の各気筒に燃料噴射弁１２が設けられている。各燃料噴射弁１２には加圧燃料を供給するためのコモンレール１３が接続されている。燃料噴射弁１２はＥＣＵ（電子コントロールユニット）１４によって開閉が制御され、エンジン１０の運転状態等に応じたタイミングと開度で開弁することにより、各気筒内に適量の燃料を噴射するようになっている。

エンジン１０の吸気側に吸気マニホールド２０が設けられている。吸気マニホールド２０の上流側に接続された吸気通路２１に、上流側から順に、エアクリーナ２２と、ターボチャージャ２３のコンプレッサ２３ａと、インタクーラ２４などが配置されている。エンジン１０の排気側に排気マニホールド２５が設けられている。排気マニホールド２５には、ターボチャージャ２３のタービン２３ｂを介して排気通路２６が接続されている。

排気浄化装置１１は、上流側ケーシング３０と、下流側ケーシング３１と、ミキシング室３２などを含んでいる。ミキシング室３２は上流側ケーシング３０と下流側ケーシング３１との間に設けられている。これらケーシング３０，３１とミキシング室３２の内側が排気通路３３となっている。

上流側ケーシング３０内には、排気の上流側から前段酸化触媒４０と、ＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）４１とが収容されている。下流側ケーシング３１内には、上流側からＳＣＲ触媒（Selective Catalytic Reduction）４２と、後段酸化触媒４３が収容されている。

ミキシング室３２は、上流側ケーシング３０の後端に連続して設けられている。このミキシング室３２は、下流側に向けてテーパ状に径が減少する縮径部３２ａと、径が最小となる絞り部３２ｂと、絞り部３２ｂから下流側ケーシング３１に向けてテーパ状に径が大きくなる拡径部３２ｃとを備えている。上流側ケーシング３０とミキシング室３２との間には、排気に旋回流を生じさせるためのフィン装置４５が設けられている。このフィン装置４５の構造については、後に詳しく説明する。

ミキシング室３２には、フィン装置４５の下流側に還元剤噴射ノズル５０が配置されている。この還元剤噴射ノズル５０に還元剤供給装置５１が接続されている。還元剤供給装置５１は、ＳＣＲ還元剤の一例である尿素水を貯留するユリアタンク５２と、サプライユニット５３と、ドージングユニット（dosing unit）５４と、圧縮空気の供給源５５などを備えている。なお還元剤として、尿素水以外に例えばアンモニア水溶液や炭化水素を主成分とする軽油類などの液体還元剤が使用されてもよい。

サプライユニット５３はＳＣＲ関係のバルブ等を有し、ＥＣＵ１４によって制御されることにより、ユリアタンク５２から供給される尿素水（ＳＣＲ還元剤）を所定の圧力に調整してドージングユニット５４に供給する機能を有している。ドージングユニット５４は排気温度等に応じて開弁する電磁弁（図示せず）を有し、ＥＣＵ１４によって制御されることにより、サプライユニット５３から供給される尿素水を前記電磁弁を介して還元剤噴射ノズル５０に供給するようになっている。

以下にフィン装置４５の詳細について図２〜図５を参照して説明する。
図２と図３に示すように、フィン装置４５は、排気通路３３の一部を構成する筒状のケーシング６０に設けられている。このフィン装置４５は、ケーシング６０内に配置される第１プレート部材７１と、第２プレート部材７２とによって構成されている。これらプレート部材７１，７２は、ステンレス鋼等の不錆金属を材料とする厚さ一定の金属板からなる。

図４と図５に示すように第１プレート部材７１は、基板部７１ａと、基板部７１ａの排気下流側に形成された一対の羽部７１ｂ，７１ｃとを有している。基板部７１ａは、ケーシング６０の軸線Ｘ（図２に示す）に沿って配置され、かつ、この基板部７１ａはケーシング６０を横断するようにケーシング６０の径方向に延びている。基板部７１ａの側面７１ｇ，７１ｈはケーシング６０の内面６０ａに接している。

基板部７１ａの後半部にスリット７１ｅ（図５に示す）が形成されている。このスリット７１ｅは基板部７１ａの幅方向中央（ケーシング６０の軸線Ｘ上）に形成され、ケーシング６０の軸線Ｘ方向に沿っている。スリット７１ｅの幅Ｓ１は第２プレート部材７２の板厚と同等であり、このスリット７１ｅに第２プレート部材７２を差し込むことができるようになっている。

第１プレート部材７１の羽部７１ｂ，７１ｃは、折曲げ部７１ｄを境に互いに逆方向に斜めに折曲げられており、ケーシング６０の軸線Ｘに対して羽部７１ｂ，７１ｃが所定角度をなして傾いている。羽部７１ｂ，７１ｃの側面７１ｉ，７１ｊは、ケーシング６０の内面に沿って弧状に形成されている。

第２プレート部材７２も、基板部７２ａと、基板部７２ａの排気下流側に形成された一対の羽部７２ｂ，７２ｃとを有している。基板部７２ａは、ケーシング６０の軸線Ｘに沿って配置され、かつ、この基板部７２ａはケーシング６０を横断するようにケーシング６０の径方向に延びている。基板部７２ａの側面７２ｇ，７２ｈはケーシング６０の内面６０ａに接している。

図５に示すように、第２プレート部材７２の基板部７２ａの後半部にスリット７２ｅが形成されている。このスリット７２ｅは、基板部７２ａの幅方向中央（ケーシング６０の軸線Ｘ上）に形成され、ケーシング６０の軸線Ｘ方向に沿っている。スリット７２ｅの幅Ｓ２は第１プレート部材７１の板厚と同等であり、このスリット７２ｅに第１プレート部材７１を差し込むことができるようになっている。

第２プレート部材７２の羽部７２ｂ，７２ｃは、折曲げ部７２ｄを境に互いに逆方向に斜めに折曲げられており、ケーシング６０の軸線Ｘに対して羽部７２ｂ，７２ｃが所定角度をなして傾いている。羽部７２ｂ，７２ｃの側面７２ｉ，７２ｊは、ケーシング６０の内面に沿って弧状に形成されている。

図４と図５に示されるように、第１プレート部材７１のスリット７１ｅに第２プレート部材７２の基板部７２ａを差し込み、かつ、第２プレート部材７２のスリット７２ｅに第１プレート部材７１の基板部７１ａを差し込むことにより、排気通路３３の上流側から見て各プレート部材７１，７２が十字形に組合わされている。なお、羽部７１ｂ，７１ｃ，７２ｂ，７２ｃの面積や折曲げ角度については、エンジン１０の仕様や排気浄化装置１１の仕様等に応じて適宜に選定される。

このフィン装置４５がケーシング６０の内側に挿入され、第１プレート部材７１の基板部７１ａおよび羽部７１ｂ，７１ｃと、第２プレート部材７２の基板部７２ａおよび羽部７２ｂ，７２ｃが、それぞれ溶接等の固定手段によってケーシング６０の内面に固定される。例えばケーシング６０に栓溶接のための孔部８０（図２に一部を示す）を形成し、これら孔部８０において、第１プレート部材７１の基板部７１ａの側面７１ｇ，７１ｈと羽部７１ｂ，７１ｃの側面７１ｉ，７１ｊを栓溶接し、かつ、第２プレート部材７２の基板部７２ａの側面７２ｇ，７２ｈと羽部７２ｂ，７２ｃの側面７２ｉ，７２ｊを栓溶接することにより、第１プレート部材７１と第２プレート部材７２がケーシング６０の内面の所定位置に固定される。図２中の符号８１は溶接部を示している。

本実施形態では、羽部７１ｂ，７１ｃ，７２ｂ，７２ｃのそれぞれの側面７１ｉ，７１ｊ，７２ｉ，７２ｊがケーシング６０の内面に沿って弧状に形成され、これら側面７１ｉ，７１ｊ，７２ｉ，７２ｊがケーシング６０の内面に固定されているため、羽部７１ｂ，７１ｃ，７２ｂ，７２ｃが排気の流れの影響等によって振動することを防止でき、羽部７１ｂ，７１ｃ，７２ｂ，７２ｃがばたつくことによる異音の発生等を防止できるとともに、羽部７１ｂ，７１ｃ，７２ｂ，７２ｃの折曲げ部７１ｄ，７２ｄに曲げ応力が繰返し作用することを回避できる。なお、羽部７１ｂ，７１ｃ，７２ｂ，７２ｃが振動を生じにくい仕様の場合には、基板部７１ａ，７２ａのみをケーシング６０に溶接してもよい。

以下に前記実施形態のフィン装置４５を備えた排気浄化装置１１の作用について説明する。
エンジン１０の運転中にエアクリーナ２２を経て吸気通路２１に導入された空気は、ターボチャージャ２３のコンプレッサ２３ａによって加圧される。そして加圧された空気がインタクーラ２４と吸気マニホールド２０を経て、各気筒に分配される。各気筒内では、所定のタイミングで燃料噴射弁１２から燃料が噴射される。気筒内に噴射された燃料は、気筒内で着火、燃焼し、燃焼後の排気が排気マニホールド２５を経てタービン２３ｂを回転させたのち、排気通路２６を経て排気浄化装置１１に導かれる。

エンジン１０の運転中は、排気通路３３内を排気が流通する。排気通路３３を流れる排気は、フィン装置４５において、基板部７１ａ，７２ａによって整流され、さらに羽部７１ｂ，７１ｃ，７２ｂ，７２ｃを通ることにより、ケーシング６０の軸線Ｘ（排気通路３３の軸線）を中心として螺旋形の流れ（旋回流）が発生する。こうして旋回流を生じた排気が還元剤噴射ノズル５０に到達する
エンジン１０の運転中に、ミキシング室３２内では、ドージングユニット５４から供給される尿素水が適宜のタイミングで還元剤噴射ノズル５０からＳＣＲ触媒４２に向って噴射される。このとき排気は前記旋回流を生じているため、還元剤噴射ノズル５０から噴射された尿素水と排気との混合が促進されるとともに、還元剤が排気中に十分混合された状態でＳＣＲ触媒４２に向う。

ミキシング室３２内に噴射された尿素水は排気中で拡散して霧化し、排気中の水蒸気および排気熱によって加水分解してアンモニアを発生する。このアンモニアと排気中の窒素酸化物（ＮＯ_Ｘ）がＳＣＲ触媒４２を通る際に化学反応を生じることにより、窒素酸化物（ＮＯ_Ｘ）が窒素と水に還元され無害化される。ＳＣＲ触媒４２を通過した余剰アンモニアは、後段酸化触媒４３によって処理される。

本実施形態のフィン装置４５によれば、第１プレート部材７１と第２プレート部材７２の各基板部７１ａ，７２ａがケーシング６０の軸線Ｘ方向に沿って配置されているため、ケーシング６０の径方向の流路断面に占めるフィン装置４５の面積が小さく、従って圧力損失が小さい。このためエンジン１０の燃費を向上させることができる。しかもこれら基板部７１ａ，７２ａによって排気に整流を生じさせることができるため、羽部７１ｂ，７１ｃ，７２ｂ，７２ｃによる旋回流を効果的に生じさせることができる。よって本実施形態では、還元剤噴射ノズル５０から噴射された尿素水と排気との混合が促進されるとともに、還元剤が排気中に十分混合された状態でＳＣＲ触媒４２に向うことにより、排気の浄化効率を高めることができる。

なお本発明を実施するに当たって、排気通路を構成するケーシングの具体的な形状をはじめとして、フィン装置を構成する第１プレート部材や第２プレート部材の形状や寸法などを適宜に変更して実施できることは言うまでもない。また、エンジンや排気浄化装置の態様についても前記実施形態に制約されることはなく、種々に変更して実施することができる。

１０…エンジン
１１…排気浄化装置
３３…排気通路
４５…フィン装置
６０…ケーシング
７１…第１プレート部材
７１ａ…基板部
７１ｂ，７１ｃ…羽部
７１ｅ…スリット
７２…第２プレート部材
７２ａ…基板部
７２ｂ，７２ｃ…羽部
７２ｅ…スリット

Claims (2)

1. 筒形のケーシングによって構成される排気通路に設けられて排気に旋回流を生じさせるための排気浄化装置用フィン装置であって、
   前記ケーシング内に配置される第１プレート部材と第２プレート部材とを有し、
   前記第１プレート部材は、前記ケーシングの軸線方向に沿う基板部と、該基板部の排気下流側に形成され前記ケーシングの軸線に対し斜めに折り曲げてなる羽部と、前記基板部の幅方向中央に前記軸線方向に沿うよう形成されたスリットとを有し、
   前記第２プレート部材は、前記ケーシングの軸線方向に沿う基板部と、該基板部の排気下流側に形成され前記ケーシングの軸線に対し斜めに折り曲げてなる羽部と、前記基板部の幅方向中央に前記軸線方向に沿うよう形成されたスリットとを有し、
   前記第１プレート部材の前記スリットに前記第２プレート部材の前記基板部を差し込みかつ前記第２プレート部材の前記スリットに前記第１プレート部材の前記基板部を差し込むことによって第１プレート部材と第２プレート部材とを排気の上流側から見て十字形に組合わせ、かつ、
   前記第１プレート部材の前記基板部と前記第２プレート部材の前記基板部をそれぞれ前記ケーシングの内面に固定したことを特徴とする排気浄化装置用フィン装置。
2. 前記第１プレート部材の前記羽部の側面と前記第２プレート部材の前記羽部の側面がそれぞれ前記ケーシングの内面に沿うよう弧状に形成され、これら羽部の側面が前記ケーシングの内面に固定されたことを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置用フィン装置。

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