JP2012225316A - 内燃機関の排ガス浄化装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】エンジン1の排気系路に設けられ、添加剤の供給により排ガスを浄化する選択還元触媒8と、該選択還元触媒8の上流側に設けられ、排ガスを排気系路の軸線を中心にして排ガスの流れを周方向に沿って回動させる排ガス流通路79(85)を形成し、排ガスと添加剤との混合を促進させる混合促進室7(8)と、排ガス流通路79の排ガス導入孔76近傍に、排ガス流通路79に添加剤を噴射する尿素水噴射ノズル9とを備えたことを特徴とする。
【選択図】図3
Description
このような条件を満たすため、従来から種々の対策が実施されており、大別すると、
I.乱流などの利用により添加剤の拡散、混合、霧化を促進する。
II.添加剤投入後の流路長を長くすることで、添加剤の拡散、混合、霧化の時間を長くする。
の2種が主なものである。
一方、特許文献2によると、パティキュレレートフィルタが抱持されたケーシングAと、該ケーシングAの出側に連結され、上述の排ガスの旋回を正起させるガス集合室と、該ガス集合室に連接され、該ケーシングAの軸線と略並行に配設されたミキシングパイプと、該ミキシングパイプの出側にガス分散室が接続され、該ガス分散室に連接されミキシングパイプの軸線と略並行に配設された選択還元型触媒が抱持されたケーシングBとが折重なるように構成されているため、排気流路系において浄化装置全体は短いが、全体外形が太くなる。
従って、特許文献1及び2については共に、排ガスと尿素水とのミキシングのための距離を確保するために、一方は長く、他方は太くなり車両への搭載性、車両への組付性等に不具合が生じる場合がある。
前記排気系路の前記触媒装置の上流側に設けられ、排ガスを前記排気系路の軸線を中心にして排ガスの流れを周方向に沿って流れる排ガス流通路を有し、前記排ガスと前記添加剤との混合を促進させる混合促進室と、
該混合促進室の排ガス導入孔近傍に設けられ、前記排ガス流通路に前記添加剤を噴射する添加剤噴射手段と、を備えたことを特徴とする。
前記第2混合促進室は、前記ケーシングに対し前記第1ガイド部材及び第2ガイド部材が前記第1混合促進室円周方向に同位相に配置され、前記ケーシングの排ガス系路上流側を閉塞し、前記第1排ガス排出孔に対向した位置に、第2排ガス導入孔を配設した第2上流側蓋部材と、前記ケーシングの軸線L1を中心にした第2排ガス排出孔を有した第2下流側蓋部材とを備え、
前記ケーシング、前記第1ガイド部材、前記第2ガイド部材、前記第2上流側蓋部材、前記第2下流側蓋部材に囲繞された第2排ガス流通路を形成し、前記第1排ガス流通路と前記第2排ガス流通路とで逆方向になるようにするとよい。
排ガス流通路長さNの長さに加え、排ガスの流れ方向が前記第1排ガス流通路と前記第2排ガス流通路で逆方向になるようにしたので、流れる方向が逆になる部分で、排ガスの乱れを生起させて、添加剤と排ガスの混合を促進させる効果を有する。
但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
エンジン1には排気系路4と給気系路5とが併設されている。排気系路4は、エンジン1の燃焼室から排出される排ガスが導入される排気マニホールド4eと、該排気マニホールド4eから排出された排ガスで後述するコンプレッサ4aと同軸に支持され該コンプレッサ4aを回転駆動するターボチャージャ41の排気タービン4bと、該排気タービン4bから排出された排ガスを排ガス浄化装置に導く排気管4dとで構成されている。
一方、給気系路5は、エアクリーナ5eと、該エアクリーナ5eからの給気を排気タービン4bと同軸に連結され、回転によって加圧するコンプレッサ4aと、加圧された給気をインタクーラ5bに導く給気管5aと、加圧されて昇温した給気を冷却するインタクーラ5bと、インタクーラ5bで冷却され給気をエンジン1の吸気マニホールド5dに導く給気管5cと、吸気マニホールド5dとで構成されている。
燃焼室で燃料を燃焼させた給気は排ガスとして排気マニホールド4eに排出され、ターボチャージャ4の排気タービン4bを回転させて、排気管4dを介して、排ガス浄化装置2に導入される。
3はエンジンコントロールユニット(以後「ECU」と略称する)で、エンジンの回転数をコントロールすると共に、エンジン回転数及び負荷によって添加剤である尿素水の噴射量を制御する。
ケーシング21内は排気系路上流側から順次、一酸化炭素(CO)及び、炭化水素(HC)を除去する前段酸化触媒22、該前段酸化触媒22に間隔を有して浮遊粒子状物質(PM)を捕捉するDPF23、該DPF23と間隔を有してDPF23を通過した排ガスが第1混合促進室7に導入し易くするベルマウス状の第3ガイド部材6、該第3ガイド部材6に連接して、排ガスと添加剤である尿素水との混合を促進する本願発明である第1混合促進室7、該第1混合促進室7に連接して配置されている第2混合促進室8、該第2混合促進室8に間隔を有してNOxを水(H20)と窒素(N2)に選択還元する選択還元触媒24、該選択還元触媒24に間隔を有して、選択還元触媒24をスリップしたアンモニア(NH3)、一酸化炭素(CO)及び、炭化水素(HC)を除去する後段酸化触媒が配設されている。
浄化された排ガスはケーシング21の排ガス排出孔212から排出される。
尚、第1混合促進室7の第1排ガス流通路79(図3(A)参照)上流部分には添加剤噴射手段である尿素水噴射ノズルが配設されている。
これは、尿素水と排ガスとの混合距離を可能な限り長くするために、第1排ガス流通路79の上流側部分に配置したものである。
尚、第1及び、第2混合促進室7及び、8は連接した状態で使用されるが、図3(A)、(B)及び図4(A)、(B)においては、表示が複雑になるため、分離して記載してある。
図3(A)は第1混合促進室7であり、該第1混合促進室7は円筒状のケーシング71と、該ケーシング71の軸線L1に沿って、断面形状がJ型形状を成し、該J型形状の湾曲部721が軸線L1を中心に位置するように囲み、直線部722がケーシング71に固着されて、ケーシング71の軸線L1方向全域に延在した第1ガイド部材72と、直線部722と背中合わせ位置に断面形状が前記J型形状の湾曲部721と反対方向に湾曲して、第1ガイド部材72とケーシング71とに固着され、ケーシング71の軸線L1方向全域に延在した第2ガイド部材73と、ケーシング71の排気系路上流側を閉塞すると共に、軸線L1を中心に第1排ガス導入孔76(二点鎖線)を有した第1上流側蓋部材74と、ケーシング71の排気系路下流側を閉塞すると共に、第2ガイド部材73の湾曲部中心位置を通り、軸線L1と略平行な中心線L2近傍に第1排ガス排出孔77を有した第1下流側蓋部材75とで構成されている。
尚、本実施形態において、第1ガイド部材72の直線部722の先端部でケーシング71との接合部には、排ガスの流通方向に湾曲部Rを設けることにより、排ガスが流通方向に曲がり易くして、排ガスの流通抵抗を抑制するようにしてある。
また、第2ガイド部材をケーシング71と第1ガイド部材72夫々に固着するようにしたので、第1及び、第2ガイド部材72,73のケーシング71への取付剛性が向上し、排ガスの脈動により発生する第1及び、第2ガイド部材72,73の振動を抑制し、第1混合促進室7の耐久性向上と騒音防止を図っている。
また、排ガス導入孔76及び、排ガス排出孔77はケーシング21の排気管接続部211の直径と略同じ(又は大きい)にして、排ガス流通抵抗が大きくなるのを抑制している。
従って、第1ガイド部材72の湾曲部721と第2ガイド部材73の湾曲部の半円状の直径は、排気管接続部211の直径より若干大きくなっている。
そして、第1混合促進室7にはケーシング71、第1ガイド部材72、第2ガイド部材73、第1上流側蓋部材74、第1下流側蓋部材75に囲繞された、排ガスが流れる第1排ガス流通路79が形成されている。
従って、第2混合促進室8は、ケーシング71と、第1ガイド部材72と、第2ガイド部材73と、ケーシング71の排気系路上流側を閉塞すると共に、第2ガイド部材73の湾曲部中心位置L2近傍に第2排ガス導入孔83を有した第2上流側蓋部材81と、ケーシング71の排気系路下流側を閉塞すると共に、軸線L1を中心に第2排ガス排出孔84(二点鎖線)有した第1下流側蓋部材84とで構成されている。
そして、排ガス浄化装置2の浄化装置ケーシング21内に設置される場合は、第1混合促進室7の第1下流側蓋部材75の第1排ガス排出孔77と、第2混合促進室8の第2上流側蓋部材81の第2排ガス導入孔83とをケーシング71の円周方向の位相を一致させて、第1混合促進室7と第2混合促進室8とを当接させた状態で設置する。
また、第2混合促進室8には、ケーシング71、第1ガイド部材72、第2ガイド部材73、第2上流側蓋部材83、第2下流側蓋部材84に囲繞された排ガスが流れる第2排ガス流通路85が形成されている。
尚、図4(A),(B)は部品符号の引出線を記入すると図が複雑になるため省略するので、部品については図3(A),(B)を参照のこと。
図4(A)の第1混合促進室7はF矢視方向からの排ガスは第1排ガス導入孔76から導入され、第1ガイド部材72の湾曲部721とケーシング71とによって形成された第1排ガス流通路79をケーシング71の周方向に沿って時計回り(図面上)に流れ、第2ガイド部材73のところで、第1排ガス排出孔77から排出される。
第1排ガス排出孔77には、第2混合促進室8の第2排ガス導入孔83が接合されているので、排ガスは、第2混合促進室8の第1ガイド部材72の湾曲部721とケーシング71とによって形成された第2排ガス流通路85をケーシング71の周方向に沿って反時計回り(図面上)に流れ、第2排ガス排出孔84から選択還元触媒24側に流れていく。
さらに、排ガス流通路79(85)は排ガスをケーシング71の周方向に沿って流す構造なので、ケーシング71の径Dに対し、排ガス流通路の長さNは、N=3/4πDの長さとなる。3/4は図3(A)に示すように、排ガス流通路がケーシング71の3/4くらいで、終わっているため係数を負荷した。
従って、本実施形態においては、第1及び第2混合促進室7、8を直列に配置したので、排ガス流通路の長さは2Nとなり、尿素水と排ガスとの混合を促進させるための十分な排ガス流通路長さを確保することができる。
これは、尿素水噴射ノズル9を第1混合促進室7の第1排ガス流通路79の上流側部分で、排ガスの第1排ガス排出孔77に対し、第1排ガス導入孔76を中心にして上側に配置したので、添加剤の混合が十分に促進できず液体粒状になり、混合促進室の壁面及び重力方向下側に滞留した場合でも、排ガス熱によって気化して、下流側に流れていくので、添加剤を有効に活用できると共に、CERと排ガスの混合促進距離Nを十分に長くできる効果を有するものである。
2 排ガス浄化装置
3 ECU
4 排気系路
5 吸気経路
6 第3ガイド部材
7 第1混合促進室
8 第2混合促進室
9 尿素水噴射ノズル(添加剤噴射手段)
21 ケーシング
22 前段酸化触媒
23 DPF
24 選択還元触媒
25 後段酸化触媒
72 第1ガイド部材
73 第2ガイド部材
76 第1排ガス導入孔
77 第1排ガス排出孔
79 第1排ガス流通路(排ガス流通路)
83 第2排ガス導入孔
84 第2排ガス排出孔
85 第2排ガス流通路(排ガス流通路)
L1 軸線
L2 中心線
Claims (6)
- 内燃機関の排気系路に設けられ、添加剤の供給により前記内燃機関の排ガスを浄化する触媒装置と、
前記排気系路の前記触媒装置の上流側に設けられ、排ガスを前記排気系路の軸線を中心にして排ガスの流れを周方向に沿って流れる排ガス流通路を有し、前記排ガスと前記添加剤との混合を促進させる混合促進室と、
該混合促進室の排ガス導入孔近傍に設けられ、前記排ガス流通路に前記添加剤を噴射する添加剤噴射手段と、を備えたことを特徴とする内燃機関の排ガス浄化装置。 - 前記混合促進室は前記排気系路に沿って、第1混合促進室と第2混合促進室とが直列に連接した状態で配設され、前記第1混合促進室と前記第2混合促進室とで前記排ガス流通路内を流れる排ガスの流れる方向が逆になるようにしたことを特徴とする請求項1記載の内燃機関の排ガス浄化装置。
- 前記第1混合促進室は、円筒状のケーシングと、断面形状がJ型形状を成し、該J型形状の湾曲部の中心が前記ケーシングの軸線L1に位置するようにして、該J型形状の直線部の先端がケーシングに固着され、ケーシングの軸線L1方向全域に延在した第1ガイド部材と、前記直線部と背中合わせ位置に配設され且つ、前記第1ガイド部材と前記ケーシングとに挟持されると共に、断面形状が前記湾曲部と反対方向に湾曲して、前記軸線L1方向全域に延在した第2ガイド部材と、前記ケーシングの排気系路上流側を閉塞すると共に、軸線L1を中心にした第1排ガス導入孔を有した第1上流側蓋部材と、前記ケーシングの排気系路下流側を閉塞すると共に、第2ガイド部材の湾曲部中心位置を通る前記軸線L1と略平行な中心線L2近傍に第1排ガス排出孔を有した第1下流側蓋部材とを備え、前記ケーシング、前記第1ガイド部材、前記第2ガイド部材、前記第1上流側蓋部材、前記第1下流側蓋部材に囲繞された、第1排ガス流通路を形成し、
前記第2混合促進室は、前記ケーシングに対し前記第1ガイド部材及び第2ガイド部材が前記第1混合促進室円周方向に同位相に配置され、前記ケーシングの排ガス系路上流側を閉塞し、前記第1排ガス排出孔に対向した位置に、第2排ガス導入孔を配設した第2上流側蓋部材と、前記ケーシングの軸線L1を中心にした第2排ガス排出孔を有した第2下流側蓋部材とを備え、前記ケーシング、前記第1ガイド部材、前記第2ガイド部材、前記第2上流側蓋部材、前記第2下流側蓋部材に囲繞された第2排ガス流通路を形成し、前記第1排ガス流通路と前記第2排ガス流通路とで逆方向になるようにしたことを特徴とする請求項2記載の内燃機関の排ガス浄化装置。 - 前記混合促進室の排ガス導入孔には前記排ガスを導入するベルマウス状の第3ガイド部材を配設したことを特徴とする請求項1記載の内燃機関の排ガス浄化装置。
- 前記第1及び第2混合促進室夫々の前記排ガス導入孔と、前記排ガス排気孔及び、前記排ガス流通路の断面積は、前記混合促進室を抱持している浄化装置ケーシングの排気管接続部の断面積に対し略同等か又は大きくしたことを特徴とする請求項3記載の内燃機関の排ガス浄化装置。
- 前記添加剤を前記第1排ガス流通路に噴射する添加剤噴射手段の取付位置は、前記第1排ガス流通路の上流側位置で且つ、前記第1混合促進室の第1排ガス排出孔を重力方向下側に位置させて、前記第1排ガス導入孔を中心に上側に配置させて、排ガスの流れに沿った方向に添加剤を噴射するようにしたことを特徴とする請求項3記載の内燃機関の排ガス浄化装置。
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