JP2013136991A - 排気浄化装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】還元剤の拡散を十分に行うことができる排気浄化装置を提供する。
【解決手段】排気浄化装置は、エンジンの排気流路を流れる排気ガスを浄化するためのものであり、フィン１６及び噴射装置１３を備えている。フィン１６は、排気流路１のパイプ３の流入口１５に設けられ、旋回流を発生させるように排気ガスをガイドする。噴射装置１３は、排気ガスの旋回流中に還元剤を噴射する。ここで、フィン１６は、還元剤の噴射領域Ａを囲うように、還元剤の噴射方向下流側に向かって拡開されている。このような排気浄化装置では、フィン１６によって排気ガスに旋回流を発生させて還元剤を拡散できるだけでなく、当該フィン１６によって排気ガスが還元剤の噴射領域Ａに直接入り込むことを抑制できるため、噴射された還元剤が排気ガスの流れで流されてフィン１６やパイプ３の内壁面に付着してしまうのを防止できる。
【選択図】図３

Description

本発明は、排気浄化装置に関する。
従来、エンジンの排気流路を流れる排気ガスを浄化するための排気浄化装置として、例えば特許文献１に記載されたものが知られている。この特許文献１に記載された排気浄化装置は、排気ガス中に尿素水（還元剤）を噴射する噴射ノズル（噴射装置）を備えており、尿素水の噴射によって生成されたアンモニアを利用して排気ガスのＮＯｘを還元し浄化する。
特開２００９−１５０３３８号公報
ここで、上述したような排気浄化装置では、良好な還元反応を得るべく還元剤の拡散を促進するため、フィンにより排気ガスをガイドし、排気ガスに旋回流を発生させる場合がある。しかしこの場合、排気ガスの流れで還元剤がフィンや排気流路の内壁面に付着してしまい、還元剤の拡散が十分に行われない虞がある。特に排気ガスが低流量のときには、発生する旋回流が弱いことから、かかる虞は顕著となる。
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、還元剤の拡散を十分に行うことができる排気浄化装置を提供することを課題とする。
上記課題を解決するために、本発明に係る排気浄化装置は、エンジンの排気流路を流れる排気ガスを浄化するための排気浄化装置であって、排気流路中に設けられ、旋回流を発生させるように排気ガスをガイドするフィンと、排気ガスの旋回流中に還元剤を噴射する噴射装置と、を備え、フィンは、還元剤の噴射領域を囲うように、還元剤の噴射方向下流側に向かって拡開されていることを特徴とする。
この排気浄化装置では、フィンによって排気ガスに旋回流を発生させて還元剤を拡散することができる。さらに、当該フィンによって排気ガスが還元剤の噴射領域に直接入り込むことを抑制できるため、噴射された還元剤が排気ガスの流れで流されてフィンや排気流路の内壁面に付着してしまうのを防止できる。従って、還元剤の拡散を十分に行うことが可能となる。
また、排気流路は、噴射領域を内包する筒状の壁部を有し、壁部には、排気ガスを内部に流入させる流入口が設けられ、フィンは、壁部内に入り込むように流入口に設けられていることが好ましい。この場合、壁部によっても、排気ガスの流れで還元剤が流されてしまうのを抑制できる。その結果、還元剤がフィンや排気流路の内壁面に付着するのを一層防止でき、還元剤の拡散を一層十分に行うことが可能となる。
このとき、流入口は、複数設けられ、フィンは、複数の流入口のそれぞれに設けられていることが好ましい。このようにフィンが設けられた流入口を複数設けることにより、排気ガスの圧力（排圧）を好適に低減させることが可能となる。
また、上記作用効果を好適に奏する構成として、具体的には、フィンは、還元剤の噴射方向視において噴射領域側に湾曲する断面を有すると共に、当該断面の湾曲度合が還元剤の噴射方向下流側に行くに従って小さくなるように構成されている場合がある。
本発明によれば、還元剤の拡散を十分に行うことが可能となる。
本発明の一実施形態に係る排気浄化装置の概略構成を示す図である。 （ａ）は図１の排気浄化装置の要部を示す拡大図であり、（ｂ）は図１の排気浄化装置の要部を図２（ａ）のII−II矢視線から見た斜視図である。 図１の排気浄化装置を説明するための概略図である。 （ａ）は図１の排気浄化装置におけるフィンの変形例を示す斜視図であり、（ｂ）は図１の排気浄化装置におけるフィンの変形例を示す正面図であり、（ｃ）は図４（ｂ）のIV−IV矢視線に沿っての断面図である。説明するための概略図である。
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明において同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
図１は、一実施形態に係る排気浄化装置の概略構成を示す図である。図１に示すように、本実施形態の排気浄化装置１０は、例えばトラック等の車両においてディーゼルエンジン等のエンジンから排気される排気ガス（以下、単に「排気ガス」という）を浄化するものである。この排気浄化装置１０は、排気ガスが流通する排気流路１に搭載されており、ＤＯＣ（Diesel Oxidation Catalyst）１１、ＤＰＦ（Diesel Ｐarticulate Ｆilter）１２、噴射装置１３、及びＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）１４を備えている。
排気流路１は、第１ケーシング２、パイプ（壁部）３及び第２ケーシング４により少なくとも画成され、これらが上流側から下流側にこの順で配置されている。第１及び第２ケーシング２，４は、排気ガスの流れが互いに略平行になるように並置されている。パイプ３は、第１ケーシング２の下流側と第２ケーシング４の上流側とを連結する。このパイプ３は、第１ケーシング２の長手方向に対し略直交する方向に真っ直ぐ延びた後、第２ケーシング４の上流側へ曲がるように延びている。
ＤＯＣ１１は、排気ガス中の未燃燃料分を酸化処理するものであり、第１ケーシング２内の上流側に配設されている。ＤＰＦ１２は、ＤＯＣ１１を通過した排気ガス中のパティキュレート（粒子状物質）を捕集するものであり、第１ケーシング２内においてＤＯＣ１１の下流側に配設されている。
噴射装置１３は、ＤＰＦ１２を通過した直後の排気ガスに対し、還元剤を噴射して添加するものである。ここでの噴射装置１３は、尿素水を還元剤として噴射することにより、下式（１）に示す熱分解反応及び加水分解反応を生じさせ、アンモニアを生成する。
(NH2)2CO → NH3+HNCO （熱分解反応）
HNCO+H2O → NH3+CO2 （加水分解反応） …（１）
ＳＣＲ１４は、添加された還元剤を利用して排気ガス中のＮＯｘを選択的に還元反応させ、排気ガスを浄化するものである。このＳＣＲ１４は、第２ケーシング４内に配設されている。ここでのＳＣＲ１４は、生成したアンモニアを用いて下式（２）に示す還元反応を生じさせ、ＮＯｘを選択的に還元浄化する。なお、第２ケーシング４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（不図示）が設けられている。
4NO+4NH3+O2 → 4N2+6H2O （Standard）
6NO2+8NH3 → 7N2+12H2O （Slow） …（２）
NO+NO2+2NH3 → 2N2+3H2O （Fast）
次に、上述した排気浄化装置１０の要部について、図２及び図３を用いて詳細に説明する。
図２（ａ）は、図１の排気浄化装置の要部を示す拡大図であり、図２（ｂ）は図１の排気浄化装置の要部を図２（ａ）のII−II矢視線から見た斜視図であり、図３は図１の排気浄化装置を説明するための概略図である。図２及び図３に示すように、パイプ３は、その上流側が第１ケーシング２におけるＤＰＦ１２の下流側に内挿されている。このパイプ３の上流側は、第１ケーシング２に対して排気ガスの流れが略直交するように延在している。また、パイプ３の上流側の開口端は、第１ケーシング２の壁面により閉塞されている。
このパイプ３の上流側端部には、当該パイプ３の延在方向に沿って還元剤が噴射されるように上記噴射装置１３が取り付けられている。噴射装置１３は、パイプ３内に還元剤を噴射する。換言すると、パイプ３は、噴射装置１３から噴射される還元剤の噴射領域Ａを内包する。ここでの噴射装置１３は、そのノズル１３ａがパイプ３の中心軸上に位置されており、パイプ３の中心軸位置を基点に下流側に向かって還元剤を噴射する。
パイプ３の外周面の上流側には、排気ガスを内部に流入させる流入口１５が設けられている。流入口１５は、パイプ３の内外を貫通する矩形状の貫通孔である。この流入口１５は、パイプ３の外周面においてＤＰＦ１２側とＤＰＦ１２の反対側とに、互いに対向するように一対形成されている。
ここで、図２（ｂ）に示すように、本実施形態の排気浄化装置１０は、還元剤を排気ガスに混合して気化させるミキサー構造として、フィン１６を備えている。フィン１６は、旋回流を発生させるように排気ガスをガイドする案内板であり、パイプ３内に入り込むようにして流入口１５のそれぞれに取り付けられている。具体的には、フィン１６は、滑らかに湾曲する曲板形状を呈しており、その基端側が流入口１５に連結されていると共に、先端側に行くに従ってパイプ３内に入り込むように湾曲して延びている。
また、このフィン１６にあっては、還元剤の噴射領域Ａを囲うように、還元剤の噴射方向（パイプ３の軸方向）の下流側に向かって拡開されている。換言すると、フィン１６は、噴射領域Ａ外において当該噴射領域Ａを包むように３次元的に湾曲している。具体的には、フィン１６は、噴射装置１３の噴射方向視において噴射領域Ａ側に湾曲する断面を有すると共に、当該断面の湾曲度合が噴射方向の下流側に行くに従って小さくなるように構成されている。つまり、フィン１６の周方向一端側の先端縁Ｅが、噴射方向下流側に行くに連れてパイプ３内で滑らかに外側に拡がっている。
なお、噴射領域Ａは、噴射装置１３を頂点とした略円錐形状を有するシルエットである。この噴射領域Ａは、例えば、噴射装置１３から噴射する還元剤の噴射角等に基づいて幾何学的に求めることができる。
以上のように構成された排気浄化装置１０では、図１に示すように、まず第１ケーシング２内において、エンジンからの排気ガスがＤＯＣ１１により酸化処理された後、排気ガス中のパティキュレートがＤＰＦ１２により捕集される。そして、図３に示すように、排気ガスは、ＤＰＦ１２を通過した直後、流入口１５を介してパイプ３内に流入され、パイプ３により略直角に折れ曲がるよう流れる。
この流入口１５から流入する排気ガスは、図２（ｂ），図３に示すように、フィン１６によってその流れが案内され、接線方向からパイプ３の中心軸回りに巻回するよう流れることとなり、これにより、パイプ３内において中心軸回りに旋回流が発生される。そして、排気ガスの旋回流中に還元剤が噴射装置１３から噴射されて添加され、熱分解反応及び加水分解反応によりアンモニアが生成される。
このとき、上述したように、フィン１６は噴射領域Ａを囲うように拡開されていることから、排気ガスが噴射領域Ａに直接入り込むことが抑制され、噴射された還元剤が排気ガスの流れで流されてしまうのが抑制される。その結果、噴射された還元剤は、その噴射領域Ａの形状が良好に保たれ、フィン１６やパイプ３の内壁面に付着することなく霧化（微粒化）され、排気ガスと充分に混合される。
その後、アンモニアを含む排気ガスは、図１に示すように、第２ケーシング４へ流入され、排気ガス中のＮＯｘがＳＣＲ１４により選択的に還元されて浄化される。そして、後段のアンモニア低減触媒へと供給される。
以上、本実施形態によれば、フィン１６によって排気ガスに旋回流を発生させて還元剤を拡散できるだけでなく、このフィン１６によって排気ガスが噴射領域Ａに直接入り込むことを抑制できるため、還元剤が排気ガスの流れで流されてフィン１６やパイプ３の内壁面に付着するのを防止できる。従って、本実施形態によれば、還元剤の拡散を十分に行うことが可能となる。
また、本実施形態では、上述したように、排気流路１は噴射領域Ａを内包する筒状のパイプ３を有しており、フィン１６はパイプ３の流入口１５に当該パイプ３内に入り込むよう設けられている。これにより、排気ガスの流れで還元剤が流されてしまうことをパイプ３によっても抑制することが可能となる。その結果、還元剤がフィン１６やパイプ３の内壁面に付着するのを一層防止でき、還元剤の拡散を一層十分に行うことが可能となる。
また、本実施形態では、上述したように、フィン１６を有する流入口１５がパイプ３に複数設けられているため、排気ガスの圧力（排圧）を低減させることが可能となる。また、本実施形態では、上記のようにフィン１６やパイプ３の内壁面に対する還元剤の付着を防止できるため、当該フィン１６やパイプ３が還元剤によって腐食するのを抑制することも可能となる。
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で変形し、又は他のものに適用してもよい。
例えば、上記実施形態では、排気流路１において直角に折れ曲がるように流れるパイプ３内に還元剤を噴射する排気浄化装置１０に本発明を適用したが、これに限定されるものではない。本発明は、例えば、排気流路１の流れに対し傾斜する方向に還元剤を噴射する排気浄化装置に対しても適用することができる。
また、上記実施形態では、フィン１６をパイプ３の流入口１５に設けたが、これに限定されるものではなく、噴射領域Ａを囲うように排気流路１内に設ければよい。また、上記実施形態では、パイプ３に流入口１５を２つ設けたが、流入口１５を１つのみ設けてもよいし、流入口１５を３つ以上設けてもよい。同様に、フィン１６についても、１枚のみ設けてもよいし、３枚以上設けてもよい。
また、上記実施形態では、車両としてトラックを例示しているが、例えばバス、トラクタ又はその他の車両でもよい。なお、上記において、「略」の語は、製造上や設計上の誤差を許容するものである。
また、本発明のフィンの形状は、上記実施形態に限定されるものではなく、噴射領域Ａを囲うように還元剤の噴射方向下流側に向かって拡開されていればよい。例えば、上記フィン１６に代えて、図４に例示するフィン１６Ａを備えていてもよい。フィン１６Ａは、噴射領域Ａを囲う円錐状の筒形状を呈している。このフィン１６Ａの周面には、旋回流を発生させるためのものとして、スリット等の開口２２と、内側へ曲がるように開口２２に設けられた案内羽根２３とが複数形成されている。
なお、図４の例では、フィン１６Ａの形状を円錐状としたが、円錐台状、多角錐状、多角錐台状、又はこれら形状の組合わせ形状としてもよく、さらには、これら形状の一部分のみから成る形状としてもよい。また、開口２２の形状については、図示する例に限定されず、フィン１６Ａの軸回りに螺旋状に延びる形状としてもよい。また、案内羽根２３を設けない場合もある。
１…排気流路、３…パイプ（壁部）、１０…排気浄化装置、１３…噴射装置、１５…流入口、１６，１６Ａ…フィン、Ａ…噴射領域。

Claims (4)

  1. エンジンの排気流路を流れる排気ガスを浄化するための排気浄化装置であって、
    前記排気流路中に設けられ、旋回流を発生させるように前記排気ガスをガイドするフィンと、
    前記排気ガスの前記旋回流中に還元剤を噴射する噴射装置と、を備え、
    前記フィンは、前記還元剤の噴射領域を囲うように、前記還元剤の噴射方向下流側に向かって拡開されていることを特徴とする排気浄化装置。
  2. 前記排気流路は、前記噴射領域を内包する筒状の壁部を有し、
    前記壁部には、前記排気ガスを内部に流入させる流入口が設けられ、
    前記フィンは、前記壁部内に入り込むように前記流入口に設けられていることを特徴とする請求項１記載の排気浄化装置。
  3. 前記流入口は、複数設けられ、
    前記フィンは、複数の前記流入口のそれぞれに設けられていることを特徴とする請求項２記載の排気浄化装置。
  4. 前記フィンは、前記還元剤の噴射方向視において前記噴射領域側に湾曲する断面を有すると共に、当該断面の湾曲度合が前記還元剤の噴射方向下流側に行くに従って小さくなるように構成されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項記載の排気浄化装置。
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