JP2013142368A - 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、第一ケーシング２と、第一ケーシング２の軸線方向に対して略垂直な方向に延びるように第一ケーシング２に内挿されて第一ケーシング２と連通される貫通孔１５ａ，１５ｂが形成されたパイプ３と、を備える排気流路１を流れる排気ガスを浄化するためのものであり、第一ケーシング２の排気ガスを貫通孔１５ａ，１５ｂに案内するガイド部材１６ａ，１６ｂ，１６ｃと、パイプ３内に還元剤を噴射する噴射装置１３と、を備える。そして、ガイド部材１６ａ，１６ｂ、１６ｃにより、パイプ３内に旋回流を発生させるようにパイプ３の接線方向から排気ガスを貫通孔１５ａ，１５ｂに案内し、ガイド部材１６ａにより、第一ケーシング２の軸線方向において還元剤の噴射領域の上流側を覆う。
【選択図】図２

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、ＤＯＣ（Diesel Oxidation Catalyst）及びＤＰＦ（Diesel Ｐarticulate Ｆilter）が収容された第一ケーシングと、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）を取り付けたパイプと、ＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）が収容される第二ケーシングと、を備え、パイプを、第一ケーシングの軸線方向に対して略垂直な方向に延びるように第一ケーシングに内挿するとともに、第二ケーシングに連結している。そして、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を還元し浄化している。
特開２００９−２２８４８４号公報 特開２００９−１５０３３８号公報
しかしながら、特許文献１に記載された排気浄化装置では、パイプに噴射された還元剤の拡散が十分でなく、良好な還元反応を得ることができない。
そこで、特許文献１に記載された排気浄化装置に、特許文献２に記載された排気浄化装置の仕切板を取り付けることが考えられる。この仕切板は、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、排気ガスをガイドして排気ガスに旋回流を発生させるものである。
しかしながら、特許文献１に記載された排気浄化装置と特許文献２に記載された排気浄化装置とは、第一ケーシングとパイプとの接続構造が異なるため、特許文献１に記載された排気浄化装置に特許文献２に記載された排気浄化装置の仕切板を取り付けることができない。しかも、特許文献２に記載された排気浄化装置の仕切板は、排気ガスに旋回流を発生させることしか考慮されていないため、排気ガスが還元剤の噴射領域に直接流れ込んでしまう。その結果、排気ガスの流れで還元剤が仕切板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。
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。
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、筒状のケーシングと、ケーシングの下流側に配置され、ケーシングの軸線方向に対して略垂直な方向に延びるようにケーシングに内挿され、ケーシングと連通される貫通孔が形成されたパイプと、ケーシング内の排気ガスを貫通孔にガイドするガイド部材と、パイプの上流側端部からパイプ内に還元剤を噴射する噴射装置と、を有し、ガイド部材は、パイプ内に旋回流を発生させるようにパイプの接線方向から排気ガスを貫通孔に案内する旋回用ガイド部材と、第一ケーシングの軸線方向において還元剤の噴射領域の上流側を覆う防御用ガイド部材と、を備えることを特徴とする。
本発明に係る排気浄化装置によれば、ケーシングを流れる排気ガスは、パイプの貫通孔からパイプの内部に流入される。このとき、旋回用ガイド部材によって排気ガスに旋回流が発生するため、噴射装置から噴射された還元剤を拡散させることができる。さらに、防御用ガイド部材によって排気ガスが還元剤の噴射領域に直接入り込むのを抑制できるため、噴射装置から噴射された還元剤が排気ガスの流れで流されてパイプの内壁面に付着するのを抑制できる。これにより、還元剤の拡散を十分に行うことが可能となる。
この場合、貫通孔は、対向する位置に二箇所形成されており、旋回用ガイド部材は、パイプ内に同じ方向の旋回流を発生させるようにパイプの接線方向から排気ガスを各貫通孔に案内することが好ましい。このように構成すれば、貫通孔が一箇所である場合と比べて、十分な開口面積を確保できることから、排気ガスの圧力（排圧）を低減することができる。さらに、旋回用ガイド部材により排気ガスを一対の貫通孔に案内することで、パイプ内に同じ方向の旋回流を発生させることができるため、排気ガスに発生させる旋回流を促進することができる。これにより、還元剤の拡散効率を向上できる。
また、貫通孔は、噴射装置から噴射される還元剤の噴射領域とパイプの内壁面とが合わさる位置よりも上流側に形成されていることが好ましい。このように構成すれば、パイプ内に流入した排気ガスにより、還元剤の噴射領域を囲うように旋回流を発生させることができるため、還元剤をより一層拡散することができる。しかも、より上流側から排気ガスをパイプ内に流入させて排気ガスに旋回流を発生させることができるため、還元剤を噴射直後から拡散させることができる。
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。 図１の排気浄化装置の要部を示す図であり、（ａ）は図１に示すＩＩ−ＩＩ線における断面図であり、（ｂ）は第一ケーシングとパイプとの連結部を示す透視斜視図である。 図１の排気浄化装置の一部拡大図である。 図１の排気浄化装置におけるガイド部材の変形例を示しており、図１に示すＩＩ−ＩＩ線における断面図である。
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、ＤＯＣ１１、ＤＰＦ１２、噴射装置１３、及びＳＣＲ１４を備えている。
排気流路１は、第一ケーシング２、パイプ（壁部）３及び第二ケーシング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。第一ケーシング２及び第二ケーシング４は、筒状に形成されており、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、第一ケーシング２の下流側と第二ケーシング４の上流側とを連結する。このパイプ３は、第一ケーシング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、第二ケーシング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、第一ケーシング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、第一ケーシング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、第二ケーシング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、第二ケーシング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は、図１の排気浄化装置の要部を示す図であり、（ａ）は図１に示すＩＩ−ＩＩ線における断面図であり、（ｂ）は第一ケーシングとパイプとの連結部を示す透視斜視図である。図３は、図１の排気浄化装置の一部拡大図である。なお、便宜上、図２（ａ）の上側を右側といい、図２（ａ）の下側を左側という。
図２及び図３に示すように、パイプ３は、その上流側が第一ケーシング２におけるＤＰＦ１２の下流側に内挿されている。第一ケーシング２に内挿されているパイプ３の上流側は、第一ケーシング２に対して排気ガスの流れが略直交するように、第一ケーシング２の軸線方向に対して略垂直な方向に延在している。また、パイプ３の上流側の開口端は、第一ケーシング２の壁面により閉塞されている。なお、第一ケーシング２の軸線方向とは、図２（ａ）の左右方向である。
パイプ３の上流側端部には、当該パイプ３の上流側端部からパイプ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。
第一ケーシング２に内挿されているパイプ３の上流側には、排気ガスを内部に流入させる一対の貫通孔１５ａ，１５ｂが形成されている。貫通孔１５ａ，１５ｂは、パイプ３の内外を貫通する矩形状の貫通孔である。
図３に示すように、この貫通孔１５ａ，１５ｂは、噴射装置１３から噴射される還元剤の噴射領域Ａとパイプ３の内壁面３ａとが合わさる位置よりも上流側に形成されている。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。
また、貫通孔１５ａ，１５ｂは、対向する位置に形成されている。すなわち、貫通孔１５ａは、パイプ３におけるＤＰＦ１２側に形成されており、貫通孔１５ｂは、パイプ３におけるＤＰＦ１２の反対側に形成されている。なお、第一ケーシング２の軸線方向において上流側から下流側を見た場合に、パイプ３におけるＤＰＦ１２側に形成された貫通孔１５ａからは、還元剤の噴射領域Ａが見えている。
ここで、図２に示すように、本実施形態の排気浄化装置１０は、ＤＰＦ１２の下流側において第一ケーシング２を仕切り、第一ケーシング２内の排気ガスを貫通孔１５ａ，１５ｂに案内するガイド部材１６ａ，１６ｂ，１６ｃを備えている。
ガイド部材１６ａは、第一ケーシング２の軸線方向において還元剤の噴射領域Ａの上流側を覆うとともに、パイプ３内に旋回流を発生させるようにパイプ３の接線方向から排気ガスを貫通孔１５ａに案内するものである。ガイド部材１６ａは、上流側が凸状かつ下流側が凹状となるように湾曲された板状部材である。なお、ガイド部材１６ａは、凸状に湾曲された上流側の面が外周面、凹状に湾曲された下流側の面が内周面となる。ガイド部材１６ａは、噴射装置１３の噴射方向視におけるパイプ３の周方向において貫通孔１５ａの右側に接続され、噴射装置１３の噴射方向視におけるパイプ３の周方向において左側に拡開しながら延びている。すなわち、ガイド部材１６ａは、噴射装置１３の噴射方向視におけるパイプ３の周方向において右側に進むに従って径が小さくなるように、第一ケーシング２の軸線方向において貫通孔１５ａの上流側から貫通孔１５ａを覆っている。
ガイド部材１６ｂは、ガイド部材１６ａの右側を流れる排気ガスをガイド部材１６ａの内周面側に案内することで、パイプ３内に旋回流を発生させるようにパイプ３の接線方向から排気ガスを貫通孔１５ａにガイドするものである。ガイド部材１６ｂは、上流側が凹状かつ下流側が凹状となるように湾曲された板状部材である。なお、ガイド部材１６ｂは、凹状に湾曲された上流側の面が内周面となる。ガイド部材１６ｂは、その両端部が、噴射装置１３の噴射方向視におけるパイプ３の周方向において貫通孔１５ａの左側と、パイプ３の左側となる第一ケーシング２の内壁と、に接続されている。
ガイド部材１６ｃは、パイプ３内に旋回流を発生させるようにパイプ３の接線方向から排気ガスを貫通孔１５ｂにガイドするものである。ガイド部材１６ｃは、上流側が凹状かつ下流側が凹状となるように湾曲された板状部材である。なお、ガイド部材１６ｃは、凹状に湾曲された上流側の面が内周面となる。ガイド部材１６ｃは、噴射装置１３の噴射方向視におけるパイプ３の周方向において貫通孔１５ｂの右側に接続され、噴射装置１３の噴射方向視におけるパイプ３の周方向において左側に拡開しながら延び、パイプ３の右側となる第一ケーシング２の内壁に接続されている。すなわち、ガイド部材１６ｃは、噴射装置１３の噴射方向視におけるパイプ３の周方向において右側に進むに従って径が小さくなるように、貫通孔１５ｂを覆っている。
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、第一ケーシング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２（ａ）に示すように、排気ガスは、ＤＰＦ１２を通過した直後、ガイド部材１６ａ，１６ｂ，１６ｃによりガイドされて貫通孔１５ａ，１５ｂからパイプ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。
このとき、ガイド部材１６ａが第一ケーシング２の軸線方向において還元剤の噴射領域Ａの上流側を覆っているため、ガイド部材１６ａに向けて流れる排気ガスは、ガイド部材１６ａの案内により、貫通孔１５ａを迂回するようにパイプ３の右側と左側に分かれて、ガイド部材１６ｂ及びガイド部材１６ｃに向けて流れて行く。
ガイド部材１６ｂに向けて流れる排気ガスは、ガイド部材１６ｂの内周面の案内により、ガイド部材１６ａの内周面に向けて流れて行き、さらに、ガイド部材１６ａの内周面の案内により、パイプ３の接線方向から貫通孔１５ａを通ってパイプ３内に流入する。このため、貫通孔１５ａを通ってパイプ３内に流入した排気ガスは、噴射装置１３の噴射方向視において右回りに旋回する。
ガイド部材１６ｃに向けて流れる排気ガスは、パイプ３の接線方向から貫通孔１５ｂを通ってパイプ３内に流入する。このため、貫通孔１５ｂを通ってパイプ３内に流入した排気ガスは、貫通孔１５ａを通ってパイプ３内に流入した排気ガスと同様に、噴射装置１３の噴射方向視において右回りに旋回する。
このようにして貫通孔１５ａ，１５ｂから流入する排気ガスは、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、ガイド部材１６ａが第一ケーシング２の軸線方向において還元剤の噴射領域Ａの上流側を覆っていることから、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、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、第二ケーシング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、ガイド部材１６ａ，１６ｂ，１６ｃ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、ガイド部材１６ａによって排気ガスが還元剤の噴射領域Ａに直接入り込むのを抑制できるため、噴射装置１３から噴射された還元剤が排気ガスの流れで流されてパイプ３の内壁面に付着するのを抑制できる。これにより、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、パイプ３に排気ガスを流入させる貫通孔１５ａ，１５ｂが二箇所に形成されているため、十分な開口面積を確保できることから、排気ガスの圧力（排圧）を低減することができる。さらに、ガイド部材１６ａ，１６ｂ，１６ｃにより排気ガスを一対の貫通孔１５ａ，１５ｂに案内することで、パイプ３内に同じ方向の旋回流を発生させることができるため、排気ガスに発生させる旋回流を促進することができる。これにより、還元剤の拡散効率を向上できる。
また、本実施形態では、貫通孔１５ａ，１５ｂが還元剤の噴射領域Ａとパイプ３の内壁面３ａとが合わさる位置よりも上流側に形成されているため、パイプ３内に流入した排気ガスにより、還元剤の噴射領域Ａを囲うように旋回流を発生させることができるため、還元剤をより一層拡散することができる。しかも、より上流側から排気ガスをパイプ３内に流入させて排気ガスに旋回流を発生させることができるため、還元剤を噴射直後から拡散させることができる。
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、三つの貫通孔を形成し、三枚のガイド部材を用いるものとして説明したが、貫通孔やガイド部材の数は特に制限させるものではない。例えば、図４に示す排気浄化装置２０のように、パイプ２１に一つの貫通孔２２を形成し、排気ガスを貫通孔２２にガイドするために二枚のガイド部材２３，２４を設けるものとしてもよい。この場合、一方のガイド部材２３を、パイプ２１内に旋回流を発生させるようにパイプ２１の接線方向から排気ガスを貫通孔２２にガイドする旋回用ガイド部材として機能させ、他方のガイド部材２４を、第一ケーシング２の軸線方向において還元剤の噴射領域Ａの上流側を覆う防御用ガイド部材として機能させることができる。
また、上記実施形態では、ガイド部材１６ａに旋回用ガイド部材及び防御用ガイド部材の機能を兼用させ、ガイド部材１６ｂ，１６ｃに旋回用ガイド部材の機能のみを持たせるものとして説明したが、排気浄化装置全体として旋回用ガイド部材及び防御用ガイド部材の機能が備わっていれば良く、両機能を一つのガイド部材に持たせても良く、両機能を二以上のガイド部材に分配させても良い。
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、上記実施形態では、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を還元浄化する排気浄化装置を例示したが、例えば、軽油等の他の還元剤を利用した排気浄化装置としてもよい。
１…排気流路、２…第一ケーシング（ケーシング）、３…パイプ、３ａ…内壁面、４…第二ケーシング、１０…排気浄化装置、１３…噴射装置、１３ａ…ノズル、１５ａ，１５ｂ…貫通孔、１６ａ，１６ｂ，１６ｃ…ガイド部材、２０…排気浄化装置、２１…パイプ、２２…貫通孔、２３，２４…ガイド部材、Ａ…噴射領域。

Claims (3)

  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、
    筒状のケーシングと、
    前記ケーシングの下流側に配置され、前記ケーシングの軸線方向に対して略垂直な方向に延びるように前記ケーシングに内挿され、前記ケーシングと連通される貫通孔が形成されたパイプと、
    前記ケーシング内の前記排気ガスを前記貫通孔にガイドするガイド部材と、
    前記パイプの上流側端部から前記パイプ内に還元剤を噴射する噴射装置と、を有し、
    前記ガイド部材は、前記パイプ内に旋回流を発生させるように前記パイプの接線方向から排気ガスを前記貫通孔に案内する旋回用ガイド部材と、前記ケーシングの軸線方向において前記還元剤の噴射領域の上流側を覆う防御用ガイド部材と、を備えることを特徴とする排気浄化装置。
  2. 前記貫通孔は、対向する位置に二箇所形成されており、
    前記旋回用ガイド部材は、前記パイプ内に同じ方向の旋回流を発生させるように排気ガスを前記各貫通孔に案内することを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
  3. 前記貫通孔は、前記噴射装置から噴射される前記還元剤の噴射領域と前記パイプの内壁面とが合わさる位置よりも上流側に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の排気浄化装置。
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