JP2011099415A - エンジンの排気浄化装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】尿素水から生成されたアンモニアを含む排ガスをSCR触媒の各部位に均一に供給でき、もって、NOx浄化性能を向上できると共に、アンモニアスリップを未然に回避できるエンジンの排気浄化装置を提供する。
【解決手段】連結パイプ9を屈曲させて下流側ケーシング3の外周面に設けられた入口パイプ10と接続し、アンモニアを含む排ガスをケーシング3内のSCR触媒11に供給する。連結パイプ9の屈曲箇所を通過することによりSCR触媒11の各部位への排ガス供給量には格差を生じるが、入口パイプ10の開口端に角度αで溶接した流路変更板21により排ガスの流路を変更することで、この排ガス供給量の格差を縮小する。
【選択図】図2
【解決手段】連結パイプ9を屈曲させて下流側ケーシング3の外周面に設けられた入口パイプ10と接続し、アンモニアを含む排ガスをケーシング3内のSCR触媒11に供給する。連結パイプ9の屈曲箇所を通過することによりSCR触媒11の各部位への排ガス供給量には格差を生じるが、入口パイプ10の開口端に角度αで溶接した流路変更板21により排ガスの流路を変更することで、この排ガス供給量の格差を縮小する。
【選択図】図2
Description
本発明はエンジンの排気浄化装置に係り、詳しくは尿素水インジェクタから排気通路内に尿素水を噴射し、尿素水から生成されたアンモニア(NH3)を還元剤として下流側のアンモニア選択還元型NOx触媒(以下、SCR触媒という)に供給する排気浄化装置に関するものである。
エンジンの排気中に含まれる汚染物質の1つであるNOx(窒素酸化物)を浄化するための排気浄化装置として、エンジンの排気通路にSCR触媒を配設し、還元剤としてアンモニアをSCR触媒に供給することによりNOxを還元して排気を浄化するようにした排気浄化装置が知られている。
このような排気浄化装置ではアンモニアをSCR触媒に供給するために、アンモニアに比べて取り扱いが容易な尿素水を排気中に供給するのが一般的である。尿素水の供給には尿素水インジェクタが用いられており、SCR触媒より上流側の排気通路に尿素水インジェクタを設置して尿素水タンクから加圧した尿素水を供給し、尿素水インジェクタに内蔵した電磁弁の開閉に応じて排気通路内に尿素水を噴射している。SCR触媒に良好なNOx浄化性能を発揮させるには、SCR触媒の各部位に均一にアンモニアを供給する必要があり、そのためには、尿素水インジェクタから噴射した尿素水を排ガスと十分に混合して排ガス中に均一に拡散・霧化させることが重要となる。
即ち、SCR触媒の各部位に一部でもアンモニアの供給が不足する領域があれば、SCR触媒のNOx浄化性能を最大限に発揮できないことになり、逆にSCR触媒の各部位に一部でもアンモニアの供給が過剰な領域があれば、NOx還元に利用されなかった余剰アンモニアが排出される、所謂アンモニアスリップを引き起こしてしまう。
ところで、一般にエンジンの排気通路は車両前方から後方へと配置され、排気通路上に設けられる排気浄化装置の各構成要素も単純に直列配置されている。例えば、上記SCR触媒に加えて、その上流側に排気浄化装置として排ガス中のPM(パティキュレートマター)を捕集するためのDPF(ディーゼルパティキュレートフィルタ)を備える場合には、フィルタを収容したケーシングとSCR触媒を収容したケーシングとを前後に配置してパイプで接続する構成を採用している。
しかしながら、例えばトラックなどの車両の中には、車体フレームや燃料タンクなどの床下装備との干渉を避けるために、上記直列配置のレイアウトを採用できず、変則的なレイアウトで排気浄化装置を設置する必要が生じることもある。このような排気浄化装置の設置レイアウトとして、例えば特許文献1の技術を挙げることができる。
当該特許文献1の技術では、上流側ケーシング内にDPFを収容すると共に、その側方にSCR触媒を収容した下流側ケーシングを配設している。上流側ケーシングのDPF下流側の箇所には、連結パイプの上流側端部を側方より貫通させて尿素水インジェクタを配設し、ケーシング内で連結パイプの挿入部分に多数の孔を貫設している。
連結パイプの下流側端部はSCR触媒を収容した下流側ケーシングの外周面に連結し、エンジンからの排ガスを上流側ケーシング内から連結パイプの各孔を経て内部に導入させ、尿素水インジェクタから噴射された尿素水と混合させながら連結パイプ内を下流側ケーシングへと移送し、尿素水から生成されたアンモニアをSCR触媒に供給している。
連結パイプの下流側端部はSCR触媒を収容した下流側ケーシングの外周面に連結し、エンジンからの排ガスを上流側ケーシング内から連結パイプの各孔を経て内部に導入させ、尿素水インジェクタから噴射された尿素水と混合させながら連結パイプ内を下流側ケーシングへと移送し、尿素水から生成されたアンモニアをSCR触媒に供給している。
しかしながら、特許文献1に記載された従来の排気浄化装置では、ケーシングを直列配置せずに変則的なレイアウトを採っているため、尿素水から生成されたアンモニアを含む排ガスをSCR触媒の各部位に均一に供給する点では不利であった。
図8は特許文献1の排気浄化装置の連結パイプと下流側ケーシングとの連結箇所を示す平断面図、図9は同じく連結箇所を示す図8のIX−IX線断面図である。なお、特許文献1の排気浄化装置の全体的な構成は、図1に示す本願の実施形態のものと共通するため、図8は図1の部分拡大断面図と見なすことができる。
図8は特許文献1の排気浄化装置の連結パイプと下流側ケーシングとの連結箇所を示す平断面図、図9は同じく連結箇所を示す図8のIX−IX線断面図である。なお、特許文献1の排気浄化装置の全体的な構成は、図1に示す本願の実施形態のものと共通するため、図8は図1の部分拡大断面図と見なすことができる。
特許文献1の技術が抱える問題点は、連結パイプ9の下流側端部を下流側ケーシング3の外周面に連結するために連結パイプ9を屈曲させていること、及び連結パイプ9の下流側端部を下流側ケーシング3の外周面に対して上下方向に偏心させていることに起因するものである。
即ち、下流側ケーシング3が上流側ケーシング2(図1に示す)の側方に配設されているため、上流側ケーシング2から延設された連結パイプ9を下流側ケーシング3に向けて屈曲させて、その下流側端部を下流側ケーシング3の外周面に連結する必要がある。また、例えば車体フレームや床下装備との干渉を避けるために、往々にして連結パイプ9の軸線lを下流側ケーシング3の軸線Lに対して上下方向に偏心させる必要が生じる。
即ち、下流側ケーシング3が上流側ケーシング2(図1に示す)の側方に配設されているため、上流側ケーシング2から延設された連結パイプ9を下流側ケーシング3に向けて屈曲させて、その下流側端部を下流側ケーシング3の外周面に連結する必要がある。また、例えば車体フレームや床下装備との干渉を避けるために、往々にして連結パイプ9の軸線lを下流側ケーシング3の軸線Lに対して上下方向に偏心させる必要が生じる。
まず、連結パイプ9の屈曲に起因する弊害を述べる。
図8では排ガスの流量を矢印の密度で示しているが、連結パイプ9の屈曲箇所で排ガスは自己の慣性力に抗して移送方向を略直角に変更されるため、屈曲箇所の内周側に比して外周側で排ガス流量が多くなり、この偏りを保ったまま排ガスは連結パイプ9の開口端から下流側ケーシング3内に放出される。
結果として、連結パイプ9の開口端のSCR触媒11側(下流側ケーシング3の軸線L方向においてSCR触媒11に近接した側)から放出される排ガスは少なくなり、開口端の反SCR触媒11側(同じく軸線方向LにおいてSCR触媒11から離間した側)から放出される排ガスは格段に多くなる。そして、このような排ガス流量の格差により、SCR触媒11の連結パイプ9側(下流側ケーシング3の径方向において連結パイプ9に近接した側)には排ガスがほとんど供給されず、これに対してSCR触媒11の反連結パイプ9側(同じく径方向において連結パイプ9から離間した側)には多量の排ガスが供給されてしまう。
図8では排ガスの流量を矢印の密度で示しているが、連結パイプ9の屈曲箇所で排ガスは自己の慣性力に抗して移送方向を略直角に変更されるため、屈曲箇所の内周側に比して外周側で排ガス流量が多くなり、この偏りを保ったまま排ガスは連結パイプ9の開口端から下流側ケーシング3内に放出される。
結果として、連結パイプ9の開口端のSCR触媒11側(下流側ケーシング3の軸線L方向においてSCR触媒11に近接した側)から放出される排ガスは少なくなり、開口端の反SCR触媒11側(同じく軸線方向LにおいてSCR触媒11から離間した側)から放出される排ガスは格段に多くなる。そして、このような排ガス流量の格差により、SCR触媒11の連結パイプ9側(下流側ケーシング3の径方向において連結パイプ9に近接した側)には排ガスがほとんど供給されず、これに対してSCR触媒11の反連結パイプ9側(同じく径方向において連結パイプ9から離間した側)には多量の排ガスが供給されてしまう。
一方、下流側ケーシング3に対する連結パイプ9の偏心配置に起因する弊害を述べる。
連結パイプ9から下流側ケーシング3内に導入された排ガスは渦を形成しながらSCR触媒11に導入されるが、例えば図9に示すように、下流側ケーシング3の軸線Lに対して連結パイプ9の軸線lが上方に距離Aだけ偏心配置されていると、下流側ケーシング3内の上方の領域には多量の排ガスが導入されるのに対し、下方の領域に導入される排ガスはごく少量となる。そして、排ガスは、このような上下方向の不均一を保ったままSCR触媒11に導入される。言うまでもなく、連結パイプ9を下方に偏心配置した場合でも、排ガス流量の偏りが逆になるだけで同様の不具合が生じる。
連結パイプ9から下流側ケーシング3内に導入された排ガスは渦を形成しながらSCR触媒11に導入されるが、例えば図9に示すように、下流側ケーシング3の軸線Lに対して連結パイプ9の軸線lが上方に距離Aだけ偏心配置されていると、下流側ケーシング3内の上方の領域には多量の排ガスが導入されるのに対し、下方の領域に導入される排ガスはごく少量となる。そして、排ガスは、このような上下方向の不均一を保ったままSCR触媒11に導入される。言うまでもなく、連結パイプ9を下方に偏心配置した場合でも、排ガス流量の偏りが逆になるだけで同様の不具合が生じる。
以上の2つの要因により、特許文献1の技術によれば、尿素水から生成されたアンモニアを含む排ガスをSCR触媒11の各部位に均一に供給できず、NOx浄化性能の低下やアンモニアスリップの発生などの不具合を生じ、この点で今ひとつ改善の余地があった。
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、尿素水から生成されたアンモニアを含む排ガスをSCR触媒の各部位に均一に供給でき、もって、NOx浄化性能を向上できると共に、アンモニアスリップを未然に回避することができるエンジンの排気浄化装置を提供することにある。
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、尿素水から生成されたアンモニアを含む排ガスをSCR触媒の各部位に均一に供給でき、もって、NOx浄化性能を向上できると共に、アンモニアスリップを未然に回避することができるエンジンの排気浄化装置を提供することにある。
上記目的を達成するため、請求項1の発明は、アンモニアを還元剤としてエンジンからの排ガス中のNOxを選択還元するアンモニア選択還元型NOx触媒を収容した筒状をなすケーシングと、エンジンとケーシングの外側面とを連結し、エンジンからの排ガスをケーシング内に案内する排気通路と、排気通路内に尿素水を噴射する尿素水インジェクタと、ケーシング内で排気通路の開口端に配設され、開口端からケーシング内に導入されてアンモニア選択還元型NOx触媒に供給される排ガス流量の部位に応じた格差を縮小すべく、開口端から放出される排ガスの流路を排ガス流量の少ない側に変更する流路変更部材とを備えたものである。
従って、エンジンの排ガスは尿素水インジェクタから噴射された尿素水と混合しながら排気通路を経てケーシングに導入され、移送中に尿素水から生成されるアンモニアがアンモニア選択還元型NOx触媒のNOx浄化に利用される。
排気通路の屈曲形状やケーシングに対する排気通路の接続状態などの種々の要因により、ケーシング内で排気通路の開口端から放出されてアンモニア選択還元型NOx触媒の各部位に供給される排ガス流量は格差を生じているが、排ガス流量の少ない側に流路変更部材により排ガスの流路が変更されることから、排ガス流量の格差は縮小する。結果として、排ガスと共に尿素水から生成されたアンモニアはアンモニア選択還元型NOx触媒の各部位に均一に供給される。
排気通路の屈曲形状やケーシングに対する排気通路の接続状態などの種々の要因により、ケーシング内で排気通路の開口端から放出されてアンモニア選択還元型NOx触媒の各部位に供給される排ガス流量は格差を生じているが、排ガス流量の少ない側に流路変更部材により排ガスの流路が変更されることから、排ガス流量の格差は縮小する。結果として、排ガスと共に尿素水から生成されたアンモニアはアンモニア選択還元型NOx触媒の各部位に均一に供給される。
請求項2の発明は、請求項1において、排気通路が、ケーシングの軸線と略平行に延設されると共に、ケーシング側に屈曲形成されて端部をケーシングの外側面に接続され、流路変更部材が、連結パイプの開口端からの排ガスの流路をよりNOx触媒の開口端に接近した側に向かうように変更するものである。
従って、排気通路内の屈曲箇所で排ガスの移送方向が変更されることにより、排気通路の開口端のNOx触媒側から放出される排ガスは少なくなり、開口端の反NOx触媒側から放出される排ガスは多くなる。このため、NOx触媒の入口において開口端に接近した側には排ガスがほとんど供給されず、NOx触媒の入口において開口端から離間した側には多量の排ガスが供給されてしまうが、流路変更部材により排ガスの流路が変更されることにより、この排ガス流量の格差が縮小する。
従って、排気通路内の屈曲箇所で排ガスの移送方向が変更されることにより、排気通路の開口端のNOx触媒側から放出される排ガスは少なくなり、開口端の反NOx触媒側から放出される排ガスは多くなる。このため、NOx触媒の入口において開口端に接近した側には排ガスがほとんど供給されず、NOx触媒の入口において開口端から離間した側には多量の排ガスが供給されてしまうが、流路変更部材により排ガスの流路が変更されることにより、この排ガス流量の格差が縮小する。
請求項3の発明は、請求項2において、排気通路が、ケーシングの軸線に対して略直交する方向に偏心した状態でケーシングの外側面に接続され、流路変更部材が、連結パイプの開口端からの排ガスの流路をよりケーシングの軸線側に向かうように変更するものである。
従って、ケーシングに対して排気通路が偏心配置されることにより、ケーシング内において排気通路の偏心側の領域には多量の排ガスが導入されるのに対し、排気通路の反偏心側の領域に導入される排ガスは少量となる。このため、NOx触媒における排気通路の偏心側には多量の排ガスが供給され、NOx触媒における排気通路の反偏心側にはほとんど排ガスが供給されなくなるが、流路変更部材により排ガスの流路が変更されることにより、この排ガス流量の格差が縮小する。
従って、ケーシングに対して排気通路が偏心配置されることにより、ケーシング内において排気通路の偏心側の領域には多量の排ガスが導入されるのに対し、排気通路の反偏心側の領域に導入される排ガスは少量となる。このため、NOx触媒における排気通路の偏心側には多量の排ガスが供給され、NOx触媒における排気通路の反偏心側にはほとんど排ガスが供給されなくなるが、流路変更部材により排ガスの流路が変更されることにより、この排ガス流量の格差が縮小する。
以上説明したように請求項1の発明のエンジンの排気浄化装置によれば、ケーシング内で排気通路の開口端から放出される排ガスの流路を流路変更部材により排ガス流量の少ない側に変更するようにしたため、排ガスと共に尿素水から生成されたアンモニアをアンモニア選択還元型NOx触媒の各部位に均一に供給でき、もって、NOx浄化性能を向上できると共に、アンモニアスリップを未然に回避することができる。
請求項2の発明のエンジンの排気浄化装置によれば、請求項1に加えて、流路変更部材で排ガスの流路を変更することにより、排気通路の屈曲に起因するアンモニア選択還元型NOx触媒の各部位への排ガス供給量の格差を縮小することができる。
請求項3の発明のエンジンの排気浄化装置によれば、請求項1に加えて、流路変更部材で排ガスの流路を変更することにより、ケーシングに対する排気通路の偏心配置に起因するアンモニア選択還元型NOx触媒の各部位への排ガス供給量の格差を縮小することができる。
請求項3の発明のエンジンの排気浄化装置によれば、請求項1に加えて、流路変更部材で排ガスの流路を変更することにより、ケーシングに対する排気通路の偏心配置に起因するアンモニア選択還元型NOx触媒の各部位への排ガス供給量の格差を縮小することができる。
[第1実施形態]
以下、本発明を具体化したディーゼルエンジンの排気浄化装置の第1実施形態を説明する。本実施形態は、[発明が解決しようとする課題]で述べたSCR触媒の各部位に供給される排ガスが不均一になる2つの要因の内、連結パイプの屈曲に起因する弊害を解消するための対策を講じたものである。
以下、本発明を具体化したディーゼルエンジンの排気浄化装置の第1実施形態を説明する。本実施形態は、[発明が解決しようとする課題]で述べたSCR触媒の各部位に供給される排ガスが不均一になる2つの要因の内、連結パイプの屈曲に起因する弊害を解消するための対策を講じたものである。
図1は本実施形態のディーゼルエンジンの排気浄化装置を示す全体構成図である。
本実施形態の排気浄化装置1はトラックの荷台の床下に搭載されており、図1の左方が車両前側に相当し、右方が車両後側に相当する。以下、車両の前後及び左右方向を基準として説明する。全体として排気浄化装置1は、上流側ケーシング2と下流側ケーシング3とを連結パイプ4により連結して構成され、上流側ケーシング2の右側方に下流側ケーシング3を配設している。このような排気浄化装置1の変則的なレイアウトは、車体フレームや燃料タンクなどの床下装備との干渉を回避するために設定されたものである。
本実施形態の排気浄化装置1はトラックの荷台の床下に搭載されており、図1の左方が車両前側に相当し、右方が車両後側に相当する。以下、車両の前後及び左右方向を基準として説明する。全体として排気浄化装置1は、上流側ケーシング2と下流側ケーシング3とを連結パイプ4により連結して構成され、上流側ケーシング2の右側方に下流側ケーシング3を配設している。このような排気浄化装置1の変則的なレイアウトは、車体フレームや燃料タンクなどの床下装備との干渉を回避するために設定されたものである。
上流側ケーシング2は前後方向に沿った円筒状をなし、その前部には車両に搭載された図示しないエンジンからの排気管が接続され、エンジンの排ガスが排気管を経て上流側ケーシング2内に導入されるようになっている。上流側ケーシング2内の前側には前段酸化触媒4が配置され、後側には排ガス中のPM(パティキュレート・マター)を捕集するためのウォールフロー式のDPF(ディーセルパティキュレートフィルタ)5が設置され、さらにDPFの後側には混合室6が形成されている。
混合室6内には右方より上流側ケーシング2の外周面を貫通して噴霧パイプ7が挿入され、噴霧パイプ7の左端は混合室6内を横切って上流側ケーシング2の平面状をなす対向壁2aに接続されている。対向壁2aの外側には尿素水インジェクタ8が固定され、この尿素水インジェクタ8は図示しないタンクから圧送される尿素水を噴霧パイプ7内に噴射可能に構成されている。
図示はしないが、混合室6内において噴霧パイプ7の外周面には多数の孔が貫設され、これらの孔を経て混合室6内の排ガスが噴霧パイプ7内に導入されるようになっている。本実施形態では、混合室6内に露出した上流側端部全体に同一径の孔を均一に分散配置すると共に、各孔の総開口面積を上記排気管の通路断面積よりも若干大きく設定している。但し、これに限ることはなく、噴霧パイプ7の外周面の領域に応じて各孔の密度や径を相違させてもよいし、各孔を流通する際の圧損が許容できる範囲内なら総開口面積を排気管の通路断面積より小さく設定してもよい。
噴霧パイプ7の右端は上流側ケーシング2の外周面から右方に突出してフランジ7aが形成され、このフランジ7aには連結パイプ9の左端に形成されたフランジ9aが図示しないボルトで連結されている。連結パイプ9は噴霧パイプ7と同一径の管状をなし、下流側ケーシング3の後側において該ケーシング3の軸線Lと平行に右方に向けて延設されている。さらに連結パイプ9は下流側ケーシング3の近接位置で所定曲率をもって前方、即ち下流側ケーシング3側に向けて略直角に屈曲形成され、その端部にはフランジ9bが形成されている。
下流側ケーシング3は左右方向に沿った円筒状をなし、下流側ケーシング3の右側部の外周面には後方に向けて突出するように直管状の入口パイプ10が溶接されている。入口パイプ10に形成されたフランジ10aには上記連結パイプ9のフランジ9bが図示しないボルトで連結され、噴霧パイプ7内の排ガスが連結パイプ9内を経て入口パイプ10の開口端から下流側ケーシング3内に導入されるようになっている。
下流側ケーシング3内の右側にはアンモニア(NH3)の供給により排ガス中のNOxを還元するSCR触媒11(選択還元型NOx触媒)が配置され、左側には後段酸化触媒12が設置されている。下流側ケーシング3の左側部の外周面には前方に突出するように直管状の出口パイプ13が溶接され、この出口パイプ13に形成されたフランジ13aには図示しない排出パイプが連結され、下流側ケーシング3内の排ガスは出口パイプ13から排出パイプを経て車両の側方に排出されるようになっている。
エンジンの運転中において、エンジンから排出された排ガスは排気管を経て上流側ケーシング2内に導入され、前段酸化触媒4及びDPF5を通過した後に混合室6内に移送され、噴霧パイプ7の各孔を経て内部に導入されて連結パイプ9を経て入口パイプ10の開口端から下流側ケーシング3内に導入される。下流側ケーシング3内において排ガスはSCR触媒11及び後段酸化触媒12を通過し、その後に出口パイプ13から排出パイプを経て車両側方の大気中に排出される。このとき、DPF5では排ガス中のPMが捕集され、SCR触媒11では排ガス中のNOxが還元され、これらの作用により大気中への有害成分の排出が防止される。
このようなDPF5及びSCR触媒11の浄化作用は、図示しないコントローラにより制御される。
即ち、PMの捕集に伴ってDPF5のPM捕集量は次第に増加し、エンジンの排ガス温度が比較的高い運転状態では、前段酸化触媒4上での酸化反応により排ガス中のNOから生成されたNO2 を酸化剤として捕集されたPMが連続的に焼却除される。そして、このような連続再生作用が得られない排ガスが低い運転状態が継続したときには、PM捕集量がDPF5の許容量を越える以前にコントローラによりポスト噴射などを利用して排気管内に未燃燃料が供給され、その燃焼熱によりDPF5上のPMを強制的に焼却除去する強制再生が実施される。
即ち、PMの捕集に伴ってDPF5のPM捕集量は次第に増加し、エンジンの排ガス温度が比較的高い運転状態では、前段酸化触媒4上での酸化反応により排ガス中のNOから生成されたNO2 を酸化剤として捕集されたPMが連続的に焼却除される。そして、このような連続再生作用が得られない排ガスが低い運転状態が継続したときには、PM捕集量がDPF5の許容量を越える以前にコントローラによりポスト噴射などを利用して排気管内に未燃燃料が供給され、その燃焼熱によりDPF5上のPMを強制的に焼却除去する強制再生が実施される。
また、エンジンの運転状態や尿素水インジェクタ8近傍に設置された図示しない温度センサの検出値などに基づき、コントローラにより尿素水インジェクタ8からの尿素水の噴射量が制御される。噴射された尿素水は排ガスと共に噴霧パイプ7内を移送され、その過程で排気熱及び排ガス中の水蒸気により加水分解されてアンモニアを生成して下流側のSCR触媒11上に移送され、このアンモニアを利用して排ガス中のNOxが無害なN2に還元される。
図2は連結パイプ9と下流側ケーシング3との接続部分を示す部分拡大断面図、図3は同じく接続部分を示す図2のIII−III線断面図、図4は同じく接続部分を示す図2のIV−IV線断面図である。これらの図に基づき連結パイプ9と下流側ケーシング3との接続部分について説明を続ける。
図2は連結パイプ9と下流側ケーシング3との接続部分を示す部分拡大断面図、図3は同じく接続部分を示す図2のIII−III線断面図、図4は同じく接続部分を示す図2のIV−IV線断面図である。これらの図に基づき連結パイプ9と下流側ケーシング3との接続部分について説明を続ける。
図2,3に示すように、入口パイプ10は下流側ケーシング3の外周面を貫通して内部に突出して開口し、その開口端には流路変更板21(流路変更部材)の基端が溶接されている。流路変更板21は入口パイプ10の開口端の右側(反SCR触媒11側)に溶接され、その断面形状は環状をなす入口パイプ10の曲率に倣った円弧状をなし、全体としては長方形状をなしている。流路変更板21は入口パイプ10の開口端から下流側ケーシング3内の中心方向に延設されると共に、先端側ほどSCR触媒11に接近するように入口パイプ10に対して角度αをなして傾斜配置されている。この角度αは、後述するように入口パイプ10の開口端から放出される排ガスの流路を変更して、SCR触媒11の各部位に均等に排ガスを供給するために好適な値として設定されたものである。
一方、図4に示すように、本実施形態では上下方向において入口パイプ10の軸線lを下流側ケーシング3の軸線Lと一致させており、必然的に連結パイプ9も偏心配置されていない。このため、[発明が解決しようとする課題]で述べた連結パイプ9の偏心配置に起因する弊害に関しては元々発生しない。
次に、以上のように構成された本実施形態のエンジンの排気浄化装置1の作用、特に連結パイプ9を経た排ガスの下流側ケーシング3内への導入状態に関して説明する。
次に、以上のように構成された本実施形態のエンジンの排気浄化装置1の作用、特に連結パイプ9を経た排ガスの下流側ケーシング3内への導入状態に関して説明する。
図2では排ガスの流量を矢印の密度で示しているが、連結パイプ9内の屈曲箇所で移送方向を直角に変更されることで、入口パイプ10の開口端のSCR触媒11側(下流側ケーシング3の軸線L方向においてSCR触媒11に近接した側)から放出される排ガスは少なく、開口端の反SCR触媒11側(同じく軸線L方向においてSCR触媒11から離間した側)から放出される排ガスは格段に多い。この排ガス流量の偏りが、[発明が解決しようとする課題]で述べたように、SCR触媒11の入口パイプ10側(下流側ケーシング3の径方向において入口パイプ10に近接した側)と反入口パイプ10側(同じく径方向において入口パイプ10から離間した側)との排ガス供給量に格差が生じる要因となる。
本実施形態では、入口パイプ10の開口端に流路変更板21を配設することにより、SCR触媒11への排ガス供給量の格差を大幅に縮小している。即ち、角度αで傾斜した流路変更板21の案内により、入口パイプ10の開口端からの排ガスの流路はよりSCR触媒11の入口パイプ10側(排ガス流量が少ない側)に向かうように変更される。この流路変更は、SCR触媒11の入口パイプ10側に供給される排ガスに対しては増加方向に作用し、SCR触媒11の反入口パイプ10側に供給される排ガスに対しては減少方向に作用する。
このため、SCR触媒11の入口パイプ10側と反入口パイプ10側との排ガス供給量の格差が縮小され、排ガスと共に尿素水から生成されたアンモニアをSCR触媒11の各部位に均一に供給でき、もって、NOx浄化性能を向上できると共に、アンモニアスリップを未然に回避することができる。
ところで、本実施形態では入口パイプ10の開口端からの排ガスの放出方向を変更するために板状の流路変更板21を利用したが、本発明の流路変更部材はこれに限ることはなく、以下に述べるように入口パイプ10の開口端の形状を変更してもよい。
ところで、本実施形態では入口パイプ10の開口端からの排ガスの放出方向を変更するために板状の流路変更板21を利用したが、本発明の流路変更部材はこれに限ることはなく、以下に述べるように入口パイプ10の開口端の形状を変更してもよい。
図5は第1実施形態の別例を示す図2に対応する部分拡大断面図である。この別例では、入口パイプ10の下流側ケーシング3内に突出した部分が別部材で構成され、この部分を流路変更部31(流路変更部材)と称する。流路変更部31は入口パイプ10と同一径の直管状をなし、入口パイプ10から下流側ケーシング3内に向けて連続するように溶接されると共に、先端側ほどSCR触媒11に接近するように入口パイプ10に対して角度α'をなしている。この角度α'は、排ガスの流路を変更してSCR触媒11の各部位に均等に供給するために好適な値として設定されたものであり、上記流路変更板21と同一の角度αであってもよいし、他の角度であってもよい。
このように構成された別例においても、上記実施形態と同様の作用を奏し、重複する説明はしないが、SCR触媒11の入口パイプ10側と反入口パイプ10側との排ガス供給量の格差を軽減することにより、排ガスと共に尿素水から生成されたアンモニアをSCR触媒11の各部位に均一に供給することができる。
[第2実施形態]
次に、本発明を具体化したディーゼルエンジンの排気浄化装置の第2実施形態を説明する。本実施形態は、[発明が解決しようとする課題]で述べたSCR触媒11の各部位に供給される排ガスが不均一になる2つの要因の内、下流側ケーシング3に対する連結パイプ9の偏心配置に起因する弊害を解消するための対策を講じたものである。
次に、本発明を具体化したディーゼルエンジンの排気浄化装置の第2実施形態を説明する。本実施形態は、[発明が解決しようとする課題]で述べたSCR触媒11の各部位に供給される排ガスが不均一になる2つの要因の内、下流側ケーシング3に対する連結パイプ9の偏心配置に起因する弊害を解消するための対策を講じたものである。
本実施形態では、その対策のために入口パイプ10の開口端に流路変更板41を設けているが、その全体的な構成は図1に示す第1実施形態と相違ない。そこで、第1実施形態と同一構成の箇所は同一部材番号を付して説明を省略し、相違点を重点的に述べる。
図6は連結パイプ9と下流側ケーシング3との接続部分を示す部分拡大断面図であり、第1実施形態の図4と対応している。この図に示すように、本実施形態では、下流側ケーシング3の軸線Lに対して連結パイプ9と共に入口パイプ10の軸線lが距離Aだけ上方に偏心配置されている。
図6は連結パイプ9と下流側ケーシング3との接続部分を示す部分拡大断面図であり、第1実施形態の図4と対応している。この図に示すように、本実施形態では、下流側ケーシング3の軸線Lに対して連結パイプ9と共に入口パイプ10の軸線lが距離Aだけ上方に偏心配置されている。
下流側ケーシング3内での入口パイプ10の開口端には流路変更板41(流路変更部材)の基端が溶接されている。流路変更板41は第1実施形態の流路変更板21と同じく、全体として長方形状をなすと共に、入口パイプ10の曲率に倣った断面円弧状をなしている。流路変更板41の配設状態は第1実施形態とは相違し、入口パイプ10の開口端の上側(下流側ケーシング3に対する入口パイプ10の偏心側)に溶接されている。
また、流路変更板41は、先端側を下流側ケーシング3の軸線Lに指向させるように入口パイプ10に対して角度βをなして傾斜配置されている。この角度βは、後述するように入口パイプ10の開口端から放出される排ガスの流路を変更して、SCR触媒11の各部位に均等に排ガスを供給するために好適な値として設定されたものである。
なお、図6では、流路変更板41の向きが下流側ケーシング3の軸線Lと完全に一致するように角度βが設定されているが、最適な角度βは、下流側ケーシング3と入口パイプ10との内径の比率、或いは入口パイプ10の偏心量である距離Aなどの諸条件に応じて相違することから、これらの要件を考慮した上で角度βを任意に増減可能である。
なお、図6では、流路変更板41の向きが下流側ケーシング3の軸線Lと完全に一致するように角度βが設定されているが、最適な角度βは、下流側ケーシング3と入口パイプ10との内径の比率、或いは入口パイプ10の偏心量である距離Aなどの諸条件に応じて相違することから、これらの要件を考慮した上で角度βを任意に増減可能である。
次に、以上のように構成された本実施形態のエンジンの排気浄化装置1の作用、特に連結パイプ9を経た排ガスの下流側ケーシング3内への導入状態に関して説明する。
図9に基づき[発明が解決しようとする課題]で述べたように、入口パイプ10と共に連結パイプ9を上方に偏心配置すると、下流側ケーシング3内の上方の領域には多量の排ガスが導入されるのに対し、下方の領域に導入される排ガスはごく少量となり、SCR触媒11に導入される排ガス流量に格差が生じる。
図9に基づき[発明が解決しようとする課題]で述べたように、入口パイプ10と共に連結パイプ9を上方に偏心配置すると、下流側ケーシング3内の上方の領域には多量の排ガスが導入されるのに対し、下方の領域に導入される排ガスはごく少量となり、SCR触媒11に導入される排ガス流量に格差が生じる。
本実施形態では、入口パイプ10の開口端に流路変更板41を配設することにより、SCR触媒11への排ガス供給量の格差を大幅に縮小している。即ち、角度βに傾斜した流路変更板41の案内により、入口パイプ10の開口端からの排ガスの流路はより下流側ケーシング3の軸線側(排ガス流量が少ない側)に向かうように変更される。図6では排ガスの流量を矢印の密度で示しているが、この流路変更は、入口パイプ10から放出後に下流側ケーシング3内の上方の領域に移送されて渦を巻く排ガスに対しては減少方向に作用し、下流側ケーシング3内の下方の領域に移送されて渦を巻く排ガスに対しては増加方向に作用する。
このため、SCR触媒11の上下方向の排ガス供給量の格差が縮小され、排ガスと共に尿素水から生成されたアンモニアをSCR触媒11の各部位に均一に供給でき、もって、NOx浄化性能を向上できると共に、アンモニアスリップを未然に回避することができる。
なお、言うまでもないが、連結パイプ9を下方に偏心配置した場合には、流路変更板41の配置状態を上下逆転させればよい。
なお、言うまでもないが、連結パイプ9を下方に偏心配置した場合には、流路変更板41の配置状態を上下逆転させればよい。
また、図1の全体構成からも明らかなように、本実施形態では第1実施形態と同様に連結パイプ9を屈曲させているため、連結パイプ9の偏心配置に起因する弊害に加えて連結パイプ9の屈曲に起因する弊害も発生しているが、この全体構成に限ることはない。例えば上流側ケーシング2に対して下流側ケーシング3の位置を変更することにより、両ケーシング2,3を連結する連結パイプ9に屈曲箇所が形成されないようにした上で、本実施形態の連結パイプ9の偏心配置への対策を実施してもよい。
ところで、本実施形態においても第1実施形態と同様の発想の別例を実施可能である。
ところで、本実施形態においても第1実施形態と同様の発想の別例を実施可能である。
図7は第2実施形態の別例を示す図6に対応する部分拡大断面図であり、下流側ケーシング3に対する連結パイプ9の偏心状態は上記第2実施形態と同様である。下流側ケーシング3内において入口パイプ10の開口端には、この入口パイプ10の一部として直管状の流路変更部51が溶接されている。流路変更部51は入口パイプ10に対し角度β'をなして傾斜配置され、その先端を下流側ケーシング3の軸線Lに指向させている。この角度β'は、排ガスの流路を変更してSCR触媒11の各部位に均等に供給するために好適な値として設定されたものであり、上記流路変更板41と同一の角度βであってもよいし、他の角度であってもよい。
このように構成された別例においても、上記実施形態と同様の作用を奏し、重複する説明はしないが、SCR触媒11における入口パイプ10の偏心側と反偏心側との排ガス供給量の格差を軽減することにより、排ガスと共に尿素水から生成されたアンモニアをSCR触媒11の各部位に均一に供給することができる。
以上で実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態に限定されるものではない。例えば上記実施形態では、SCR触媒11を備えたディーゼルエンジンの排気浄化装置1に具体化したが、適用対象はこれに限ることはない。例えばガソリンエンジンでも希薄燃焼運転を想定してSCR触媒11を備える場合があるため、このようなガソリンエンジンに適用してもよい。
また、上記実施形態では、下流側ケーシング3の上流側に前段酸化触媒4及びDPF5を収容した上流側ケーシング2を備えたが、排気浄化装置1のレイアウトはこれに限ることはなく任意に変更可能であり、例えば上流側ケーシング2を省略してもよい。
また、上記実施形態では、下流側ケーシング3の上流側に前段酸化触媒4及びDPF5を収容した上流側ケーシング2を備えたが、排気浄化装置1のレイアウトはこれに限ることはなく任意に変更可能であり、例えば上流側ケーシング2を省略してもよい。
3 下流側ケーシング(ケーシング)
8 尿素水インジェクタ
9 連結パイプ
11 SCR触媒(アンモニア選択還元型NOx触媒)
21,41 流路変更板(流路変更部材)
31,51 流路変更部(流路変更部材)
L 軸線
8 尿素水インジェクタ
9 連結パイプ
11 SCR触媒(アンモニア選択還元型NOx触媒)
21,41 流路変更板(流路変更部材)
31,51 流路変更部(流路変更部材)
L 軸線
Claims (3)
- アンモニアを還元剤としてエンジンからの排ガス中のNOxを選択還元するアンモニア選択還元型NOx触媒を収容した筒状をなすケーシングと、
エンジンと上記ケーシングの外側面とを連結し、該エンジンからの排ガスを上記ケーシング内に案内する排気通路と、
上記排気通路内に尿素水を噴射する尿素水インジェクタと、
上記ケーシング内で上記排気通路の開口端に配設され、該開口端から上記ケーシング内に導入されて上記アンモニア選択還元型NOx触媒に供給される排ガス流量の部位に応じた格差を縮小すべく、上記開口端から放出される排ガスの流路を排ガス流量の少ない側に変更する流路変更部材と
を備えたことを特徴とするエンジンの排気浄化装置。 - 上記排気通路は、上記ケーシングの軸線と略平行に延設されると共に、該ケーシング側に屈曲形成されて端部を該ケーシングの外側面に接続され、
上記流路変更部材は、上記連結パイプの開口端からの排ガスの流路をより上記NOx触媒の上記開口端に接近した側に向かうように変更するものであることを特徴とする請求項1記載のエンジンの排気浄化装置。 - 上記排気通路は、上記ケーシングの軸線に対して略直交する方向に偏心した状態で該ケーシングの外側面に接続され、
上記流路変更部材は、上記連結パイプの開口端からの排ガスの流路をより該ケーシングの軸線側に向かうように変更するものであることを特徴とする請求項1記載のエンジンの排気浄化装置。
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- 2009-11-09 JP JP2009256109A patent/JP2011099415A/ja not_active Withdrawn
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