JP2011157825A - 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.
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考えられている。 2. Description of the Related Art In recent years, a selective reduction catalyst that includes a particulate filter that collects particulates in exhaust gas in the middle of an exhaust pipe, and that can selectively react NOx with ammonia even in the presence of oxygen on the downstream side of the particulate filter. It is considered that urea water is added as a reducing agent between the selective reduction catalyst and the particulate filter to simultaneously reduce particulates and NOx.
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。 In this case, since urea water is added to the selective reduction catalyst between the particulate filter and the selective reduction catalyst, the urea water added to the exhaust gas is ammonia and carbon dioxide. In order to secure a sufficient reaction time until thermal decomposition, it is necessary to increase the distance from the urea water addition position to the selective catalytic reduction catalyst. If they are spaced apart from each other by a large distance, there is a problem that the mountability on the vehicle is significantly impaired.
そこで、図7に示す如く、エンジンからの排気ガス1が流通する排気管2の途中に、排気ガス1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3と、該パティキュレートフィルタ3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4とをケーシング5,6により夫々抱持して並列に配置し、パティキュレートフィルタ3の出側端部と選択還元型触媒4の入側端部との間をS字構造の連絡流路7により接続し、パティキュレートフィルタ3の出側端部から排出された排気ガス1が逆向きに折り返されて隣の選択還元型触媒4の入側端部に導入されるようにした排気浄化装置が創案されるに到った。
Therefore, as shown in FIG. 7, in the middle of the
ここで、前記連絡流路7は、パティキュレートフィルタ3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1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7Aと、該ガス集合室7Aで集められた排気ガス1をパティキュレートフィルタ3の排気流れと逆向きに抜き出すミキシングパイプ7Bと、該ミキシングパイプ7Bにより導かれた排気ガス1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1を選択還元型触媒4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7CとによりS字構造を成すように構成されており、前記ミキシングパイプ7Bの入側端部の中心位置には、該ミキシングパイプ7B内に尿素水を添加するための尿素水添加用インジェクタ8(尿素水添加手段)が前記ミキシングパイプ7Bの出側端部側へ向けて装備されている。
Here, the
尚、ここに図示している例では、パティキュレートフィルタ3が抱持されているケーシング5内の前段に、排気ガス1中の未燃燃料分を酸化処理する酸化触媒9が装備されており、また、選択還元型触媒4が抱持されているケーシング6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10が装備されている。
In the example shown here, an oxidation catalyst 9 that oxidizes unburned fuel in the
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3により排気ガス1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7Bの途中で尿素水添加用インジェクタ8から尿素水が排気ガス1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4上で排気ガス1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1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。
If such a configuration is adopted, particulates in the
この際、パティキュレートフィルタ3の出側端部から排出された排気ガス1が連絡流路7により逆向きに折り返されてから隣の選択還元型触媒4の入側端部に導入されるようになっているので、尿素水の添加位置から選択還元型触媒4までの距離が長く確保され、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。
At this time, the
しかも、パティキュレートフィルタ3と選択還元型触媒4とが並列に配置され、これらパティキュレートフィルタ3と選択還元型触媒4との間に沿うように連絡流路7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。
In addition, the particulate filter 3 and the selective catalytic reduction catalyst 4 are arranged in parallel, and the
尚、この種のパティキュレートフィルタ3と選択還元型触媒4とを並列に配置してS字構造の連絡流路7により連結した排気浄化装置に関連する先行技術文献情報としては下記の特許文献1等がある。
Prior art document information relating to an exhaust gas purification apparatus in which this type of particulate filter 3 and selective reduction catalyst 4 are arranged in parallel and connected by an S-shaped connecting
しかしながら、先の特許文献1にも開示されている通り、尿素水添加用インジェクタ8により尿素水が添加される箇所には、図8に示す如き円筒状のミキシングパイプ7Bにおける入側端部の開口部11に対しガス集合室7Aからの排気ガス1をガイドフィン12,13,14により接線方向から導入せしめ、これにより排気ガス1に旋回流を与えるミキサ構造15が採用されており、この旋回流内に尿素水添加用インジェクタ8から尿素水の添加を行うことで該尿素水の排気ガス1に対する混合性を高めるようにしていたため、これまで以上のNOx浄化性能を求めて尿素水の添加量を増大させた場合に、気化しきれない尿素水が前記排気ガス1の旋回流に沿いミキシングパイプ7Bの内周面を伝う流れを形成し、この尿素水の添加で生成される物質により進行の早い腐食が誘発されるという問題があった。
However, as disclosed in the above-mentioned
また、ミキシングパイプ7Bの入側端部は、ガス集合室7Aの下流側端部により所要の空間を隔てて被包され且つその開口端面を閉塞されていて、前記ガス集合室7Aの下流側端部との溶接部が尿素水の添加位置付近に存在するようになっているが、このような溶接部は、溶接時の入熱により材料の結晶粒が粗大化していて一般部よりも腐食の感受性が高く、特に鋭敏化が起こっていると、粒界腐食感受性が更に高くなっているため、前記ミキシングパイプ7Bの入側端部が腐食を誘発され易い条件となっていた。
The inlet end of the
尚、ミキシングパイプ7B全体を高Cr材等の耐食性の高い材質のものに変えるという対策も考えられるが、そのような材質に変更したとしても、溶接部については、結晶粒の粗大化や鋭敏化による腐食感受性が高くなって耐食性に懸念が残ることになり、また、高Cr材等の耐食性の高い材質は高価であるため、ミキシングパイプ7B全体の変更は、排気浄化装置の設備コストの大幅な高騰を招くことになる。
Although it is possible to take measures to change the
本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、設備コストの大幅な高騰を招くことなくミキシングパイプの腐食を防止し得るようにすることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to prevent the mixing pipe from being corroded without causing a significant increase in equipment cost.
本発明は、排気ガス中に含まれるNOxをアンモニアと反応せしめる選択還元型触媒と、該選択還元型触媒より上流で排気ガス中に尿素水を添加する尿素水添加手段と、該尿素水添加手段から前記選択還元型触媒までの間を繋ぐ円筒状のミキシングパイプとを備えた排気浄化装置であって、前記ミキシングパイプ内における尿素水の添加位置近傍に、少なくとも表面部分を前記ミキシングパイプよりも尿素水添加で生成される物質に対する耐食性の高い材質とした被覆ピースを配設して前記ミキシングパイプの一部の内周面を被覆したことを特徴とするものである。 The present invention relates to a selective reduction catalyst for reacting NOx contained in exhaust gas with ammonia, urea water addition means for adding urea water to the exhaust gas upstream from the selective reduction catalyst, and urea water addition means An exhaust purification device having a cylindrical mixing pipe connecting between the selective reduction catalyst and the selective reduction catalyst, wherein at least a surface portion of the mixing purification pipe is located near the urea pipe addition position in the mixing pipe than the mixing pipe. A coating piece made of a material having high corrosion resistance to a substance generated by adding water is disposed to cover a part of the inner peripheral surface of the mixing pipe.
而して、このようにすれば、尿素水の添加位置近傍に配設された被覆ピースによりミキシングパイプの一部の内周面が被覆され、気化しきれない尿素水の直接的な付着が回避されるので、尿素水添加で生成される物質により進行の早い腐食が誘発されてしまうといった事態がミキシングパイプについて起こらなくなる。 Thus, by covering the inner peripheral surface of a part of the mixing pipe with the covering piece disposed in the vicinity of the urea water addition position, direct adhesion of urea water that cannot be completely evaporated is avoided. Therefore, a situation in which rapid progress of corrosion is induced by the substance generated by the addition of urea water does not occur in the mixing pipe.
一方、被覆ピースの内周面には、NOx浄化性能を高めるべく尿素水の添加量を増大させた際に、気化しきれない尿素水の付着が起こり得るが、この被覆ピースは、少なくとも表面部分をミキシングパイプよりも尿素水添加で生成される物質に対する耐食性の高い材質としているために腐食し難く、しかも、自身を固定するために尿素水の噴霧が当たらない部位を選んで溶接することが可能で腐食感受性の高い溶接部を他に持たなくて済むため、気化しきれない尿素水がミキシングパイプの入側端部における内周面を伝って流れる場合の如き進行の早い腐食が起こる心配がない。 On the other hand, when the amount of urea water added is increased in order to improve NOx purification performance, urea water that cannot be completely evaporated can occur on the inner peripheral surface of the coated piece. Since it is made of a material that has higher corrosion resistance to substances generated by adding urea water than mixing pipes, it is difficult to corrode, and in order to fix itself, it is possible to select and weld parts that are not sprayed with urea water Because there is no need to have other welds that are highly susceptible to corrosion, there is no fear of rapid corrosion such as when urea water that cannot be vaporized flows along the inner peripheral surface of the inlet end of the mixing pipe. .
更に、本発明をより具体的に実施するにあたっては、例えば、ミキシングパイプの入側端部の円周方向適宜位置に開口部を形成すると共に、該開口部に対し排気ガスを前記入側端部の接線方向から導入せしめるようガイドフィンを配設してミキサ構造を構成し、該ミキサ構造による排気ガスの旋回流内に尿素水を添加し得るように尿素水添加手段を前記ミキシングパイプの入側端部の中心位置に出側端部側へ向けて配設することが好ましい。 Further, in carrying out the present invention more specifically, for example, an opening is formed at an appropriate position in the circumferential direction of the inlet end of the mixing pipe, and exhaust gas is supplied to the inlet end with respect to the opening. The mixer fin is arranged by introducing guide fins to be introduced from the tangential direction, and the urea water addition means is arranged on the inlet side of the mixing pipe so that urea water can be added into the swirling flow of exhaust gas by the mixer structure. It is preferable to arrange | position toward the output side edge part side in the center position of an edge part.
このようにすれば、ミキサ構造により形成された排気ガスの旋回流内に尿素水を添加することで該尿素水の排気ガスに対する混合性が高められる一方、NOx浄化性能を高めるべく尿素水の添加量を増大させた際に、気化しきれない尿素水が排気ガスの旋回流に沿いミキシングパイプの内周面を伝う流れを形成し易くなるが、被覆ピースによりミキシングパイプの内周面が被覆されて前記尿素水の流れに直接的に晒されなくなるため、尿素水の排気ガスに対する混合性を高めながらもミキシングパイプの腐食を防止することが可能となる。 In this way, by adding urea water into the swirling flow of the exhaust gas formed by the mixer structure, the urea water can be mixed with the exhaust gas while the urea water is added to improve the NOx purification performance. When the amount is increased, urea water that cannot be vaporized easily forms a flow along the swirling flow of the exhaust gas along the inner peripheral surface of the mixing pipe, but the inner peripheral surface of the mixing pipe is covered by the covering piece. Therefore, it is possible to prevent the mixing pipe from being corroded while improving the mixing ability of the urea water with respect to the exhaust gas.
また、被覆ピースに少なくとも一部のガイドフィンを一体的に形成することが好ましく、このようにすれば、被覆ピースとガイドフィンとを別部品として組み付けた場合に両者間の境目に生じる段差がなくなり、排気ガスを円滑にミキシングパイプ内に導き入れることが可能となると共に、被覆ピースとガイドフィンとの間に隙間が生じてしまうことも回避できるため、該隙間への尿素水の侵入を防止できて隙間腐食を防止することが可能となる。 In addition, it is preferable that at least a part of the guide fins be integrally formed on the covering piece, and in this way, when the covering piece and the guide fin are assembled as separate parts, there is no level difference between the two. In addition, it is possible to smoothly introduce exhaust gas into the mixing pipe, and it is also possible to prevent a gap from being formed between the covering piece and the guide fin, so that the urea water can be prevented from entering the gap. Therefore, crevice corrosion can be prevented.
尚、被覆ピースにガイドフィンを一体的に形成するにあたっては、筒状の被覆ピースから一部を切り起こしてガイドフィンとすれば良く、このようにすれば、一部を切り起こすことにより開いた開放部を、ミキシングパイプの入側端部における開口部と合わせて排気ガスの導入口とし、全体を歩留り良く且つ容易に製作することが可能となる。 In order to integrally form the guide fin on the covering piece, it is only necessary to cut and raise a part from the cylindrical covering piece to make a guide fin. The opening portion is combined with the opening portion at the inlet side end portion of the mixing pipe to serve as an exhaust gas introduction port, and the whole can be easily manufactured with good yield.
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、少なくとも表面部分を腐食性の高い材質とした被覆ピースによりミキシングパイプの一部の内周面を被覆するだけで該ミキシングパイプの入側端部の腐食を防止することができるので、ミキシングパイプ全体を高Cr材等の耐食性の高い材質のものに変更する場合と比較して設備コストの大幅な削減を図ることができる。
(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、ミキサ構造により形成された排気ガスの旋回流内に尿素水を添加することで該尿素水の排気ガスに対する混合性を高めながらも、この排気ガスの旋回流に沿って形成され易くなる尿素水の流れを被覆ピースによりミキシングパイプの内周面と隔絶して該ミキシングパイプの腐食を防止することができる。
(II) According to the invention described in
(III)本発明の請求項3に記載の発明によれば、被覆ピースに少なくとも一部のガイドフィンを一体的に形成することによって、被覆ピースとガイドフィンとを別部品として組み付けた場合に両者間の境目に生じる段差をなくすことができ、排気ガスを円滑にミキシングパイプ内に導き入れることができるので、該ミキシングパイプ内に形成される旋回流のばらつきを軽減することができ、しかも、被覆ピースとガイドフィンとの間に隙間が生じてしまうことも回避できるので、該隙間への尿素水の侵入を防止できて隙間腐食を防止することができる。 (III) According to the invention described in claim 3 of the present invention, when the covering piece and the guide fin are assembled as separate parts by integrally forming at least a part of the guide fin on the covering piece, Steps that occur at the boundary can be eliminated, exhaust gas can be smoothly introduced into the mixing pipe, variation in the swirling flow formed in the mixing pipe can be reduced, and coating Since it is also possible to avoid a gap between the piece and the guide fin, it is possible to prevent the urea water from entering the gap and prevent crevice corrosion.
(IV)本発明の請求項4に記載の発明によれば、筒状の被覆ピースから一部を切り起こして開いた開放部を、ミキシングパイプの入側端部における開口部と合わせて排気ガスの導入口としてそのまま利用することができるので、ガイドフィン付きの被覆ピースを歩留り良く且つ容易に製作することができる。 (IV) According to the invention described in claim 4 of the present invention, exhaust gas is formed by combining an opening at the entrance end of the mixing pipe with an open portion that is cut and raised from a cylindrical covering piece. Since it can be used as it is as an introduction port, a covering piece with guide fins can be easily manufactured with good yield.
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、図8と同一の符号を付した部分は同一物を表わしている。 1 and 2 show an example of an embodiment for carrying out the present invention, and portions denoted by the same reference numerals as those in FIG. 8 represent the same items.
図1に示す如く、本形態例においては、先に詳述した図8の構造におけるミキシングパイプ7Bの入側端部内に、該ミキシングパイプ7Bよりも尿素水添加で生成される物質に対する耐食性の高い材質から成る被覆ピース16を配設し、尿素水添加用インジェクタ8(尿素水添加手段)による尿素水の添加位置近傍のミキシングパイプ7B内周面を被覆し得るようにしてある。
As shown in FIG. 1, in this embodiment, the corrosion resistance to a substance generated by adding urea water is higher than that of the mixing
即ち、前記被覆ピース16は、図2に示す如く、リング部16aの一部に前記ミキシングパイプ7Bの内周面に沿う部分円筒部16bを備えた形状となっており、ミキシングパイプ7Bの入側端部の開口部11に対し直径方向に対峙する残余の内周面が前記部分円筒部16bにより被覆されるようになっている。
That is, as shown in FIG. 2, the covering
また、前記被覆ピース16の材質は、Crを20%以上の重量割合で含むステンレス鋼(高Cr材)であることが好ましく、この被覆ピース16の固定は、尿素水の噴霧が当たらない部位を適宜に選んで溶接しておけば良い。
The material of the
尚、ここでは、被覆ピース16全体を耐食性の高い材質とした場合で説明しているが、少なくとも前記被覆ピース16の表面部分が耐食性の高い材質で構成されていれば良く、耐食性を高める表面処理を施した被覆ピース16を採用したり、耐食性の高い別素材を表面部分に貼り合わせた被覆ピース16を採用することも可能である。
Here, although the case where the
而して、ここに図示している例の場合、ミキシングパイプ7Bの入側端部の開口部11に対しガス集合室7Aからの排気ガス1がガイドフィン12,13,14により接線方向から導入され、これにより形成される排気ガス1の旋回流内に尿素水添加用インジェクタ8から尿素水の添加が行われ、該尿素水の排気ガス1に対する良好な混合性が得られるようになっているため、NOx浄化性能を高めるべく尿素水の添加量を増大させた際に、気化しきれない尿素水が排気ガス1の旋回流に沿いミキシングパイプ7Bの内周面を伝う流れを形成し易くなるが、前記被覆ピース16によりミキシングパイプ7Bの内周面が被覆されて前記尿素水の流れに直接的に晒されなくなるため、尿素水添加で生成される物質により進行の早い腐食が誘発されてしまうといった事態がミキシングパイプ7Bについて起こらなくなる。
Thus, in the case of the example shown here, the
一方、前記被覆ピース16の内周面には、気化しきれない尿素水の付着が起こり得るが、この被覆ピース16は、ミキシングパイプ7Bよりも尿素水添加で生成される物質に対する耐食性の高い材質であるために腐食し難く、しかも、自身を固定するために尿素水の噴霧が当たらない部位を選んで溶接することが可能で腐食感受性の高い溶接部を他に持たなくて済むため、気化しきれない尿素水がミキシングパイプ7Bの入側端部における内周面を伝って流れる場合の如き進行の早い腐食が起こる心配がない。
On the other hand, urea water that cannot be completely vaporized may adhere to the inner peripheral surface of the
従って、上記形態例によれば、ミキサ構造15により形成された排気ガス1の旋回流内に尿素水を添加することで該尿素水の排気ガス1に対する混合性を高めながらも、この排気ガス1の旋回流に沿って形成され易くなる尿素水の流れを被覆ピース16によりミキシングパイプ7Bの内周面と隔絶して該ミキシングパイプ7Bの腐食を防止することができるので、ミキシングパイプ7B全体を高Cr材等の耐食性の高い材質のものに変更する場合と比較して設備コストの大幅な削減を図ることができる。
Therefore, according to the above embodiment, the urea water is added to the swirling flow of the
図3〜図5は本発明の別の形態例を示すもので、ここに図示している例では、被覆ピース16に上側のガイドフィン12を一体的に形成するようになっており、しかも、被覆ピース16にガイドフィン12を一体的に形成するにあたり、筒状の被覆ピース16から一部を切り起こしてガイドフィン12としている(図4参照)。
3 to 5 show another embodiment of the present invention. In the example shown here, the
而して、このようにすれば、被覆ピース16とガイドフィン12とを別部品として組み付けた場合に両者間の境目に生じる段差がなくなり、排気ガス1を円滑にミキシングパイプ7B内に導き入れることが可能となるため、該ミキシングパイプ7B内に形成される旋回流のばらつきを軽減することができ、しかも、被覆ピース16とガイドフィン12との間に隙間が生じてしまうことも回避できるので、該隙間への尿素水の侵入を防止できて隙間腐食を防止することができる。
Thus, in this way, when the
即ち、先に図8で示していた従来例では、上段のガイドフィン12をミキシングパイプ7Bの入側端部の一部を切り起こすことにより形成し、この上段のガイドフィン12を切り起こすことで開口部11が同時に形成されるようにしていたが、ここに図1及び図2に示したような被覆ピース16を配置すると、上段のガイドフィン12の内周面に被覆ピース16の部分円筒部16bが重なって段差や隙間ができてしまうので、図5に示す如く、上段のガイドフィン12をミキシングパイプ7B側に形成することに替えて、被覆ピース16側に形成するようにして段差や隙間の形成を回避している。
That is, in the conventional example shown in FIG. 8, the
また、図5に示す如く、一部を切り起こすことにより開いた被覆ピース16の開放部を、ミキシングパイプ7Bの入側端部における開口部11と合わせて排気ガス1の導入口としてそのまま利用することができるので、ガイドフィン12付きの被覆ピース16を歩留り良く且つ容易に製作することができる。
Moreover, as shown in FIG. 5, the opening part of the
図6は本発明の更に別の形態例を示すもので、ここに図示している例では、ミキシングパイプ7Bの入側端部にエルボ管部17を形成し、該エルボ管部17の中途部に尿素水添加用インジェクタ8を装備させた場合を例示しており、このようにミキサ構造を持たない構成例であっても、前記ミキシングパイプ7Bの入側端部を成すエルボ管部17内(尿素水の添加位置近傍)に、ミキシングパイプ7Bよりも尿素水添加で生成される物質に対する耐食性の高い材質から成る被覆ピース16を配設して前記エルボ管部17の内周面を被覆させるようにすれば、ミキシングパイプ7Bの内周面が前記被覆ピース16により被覆されて前記尿素水に対し直接的に晒されなくなるため、ミキシングパイプ7Bの入側端部の腐食を防止することができると共に、ミキシングパイプ7B全体を高Cr材等の耐食性の高い材質のものに変更する場合と比較して設備コストの大幅な削減を図ることができる。
FIG. 6 shows still another embodiment of the present invention. In the example shown here, an
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、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 emission control device of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is needless to say that various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.
1 排気ガス
3 パティキュレートフィルタ
4 選択還元型触媒
7B ミキシングパイプ
8 尿素水添加用インジェクタ(尿素水添加手段)
11 開口部
12 ガイドフィン
13 ガイドフィン
14 ガイドフィン
15 ミキサ構造
16 被覆ピース
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