JP2014025378A - 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】排気ガスが流れるパイプ３内に還元剤を噴射する噴射装置１３と、パイプ３内を流れる排気ガスを案内する案内部材２０と、を有し、案内部材２０は、還元剤が噴射される噴射領域Ａの排気ガスの上流側を覆って排気ガスを噴射領域Ａの片側側方に案内する。これにより、排気ガスが還元剤の噴射領域に直接入り込むのが抑制されるとともに、還元剤の噴射領域を囲うような旋回流が発生するため、還元剤の拡散を十分に行うことが可能となる。
【選択図】図２

Description

本発明は、エンジンの排気ガスを浄化するための排気浄化装置に関する。
従来、エンジンの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、排気ガスが排出される排気管に膨出部を形成し、還元剤を噴射するインジェクタを膨出部に取り付けたものである。そして、この排気浄化装置は、膨出部に対して排気ガスの上流側にパイプ部材を設け、このパイプ部材を膨出部に突出させている。
特開２０１０−０８４７００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、排気管を流れる排気ガスに還元剤が直接的に噴射される。このため、排気ガスの流れで還元剤が排気管の内壁面に付着するなどして、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、エンジンの排気ガスを浄化するための排気浄化装置であって、排気ガスが流れるパイプ内に還元剤を噴射する噴射装置と、パイプ内を流れる排気ガスを案内する案内部材と、を有し、案内部材は、還元剤の噴射領域における排気ガスの上流側を覆って排気ガスを噴射領域の片側側方に案内する。
本発明に係る排気浄化装置によれば、噴射装置から還元剤を噴射することで、パイプを流れる排気ガスに還元剤を混合させることができる。このとき、案内部材が、噴射領域の排気ガスの上流側を覆って排気ガスを噴射領域の片側側方に案内するため、排気ガスが還元剤の噴射領域に直接入り込むのが抑制されるとともに、還元剤の噴射領域を囲うような旋回流を発生させることができる。これにより、噴射装置から噴射された還元剤が排気ガスの風圧でパイプの内壁面に付着するのを抑制しつつ、噴射装置から噴射された還元剤を排気ガスに拡散させることができるため、還元剤の拡散を十分に行うことが可能となる。
この場合、案内部材は、噴射領域と中心軸を同一とする断面円弧状に形成された第一案内部と、第一案内部から噴射領域に対して離間する方向に延びる第二案内部と、を備えるものとすることができる。このように案内部材を形成すれば、排気ガスの旋回流を噴射領域に沿わせることができるため、還元剤の拡散をより促進させることができる。
また、案内部材は、１又は複数の貫通孔が形成されているものとすることができる。このように案内部材に貫通孔を形成すると、排気ガスの多くは、噴射領域の周囲を回り込みながら下流側に流れるが、排気ガスの一部は、案内部材の貫通孔を通って下流側に流れる。これにより、排気ガスの流れを調整することができるため、排気ガスに良好な旋回流を発生させつつ、その旋回速度のチューニングを可能とすることができる。しかも、排気ガスの圧損を低減することができるため、良好な排気管を実現することができる。
また、噴射装置は、パイプの軸線に対して傾斜する方向に還元剤を噴射するものとすることができる。このような構成とすることで、噴射装置からパイプの内壁面までの距離を長くすることができるため、噴射装置から噴射された還元剤がパイプの内壁面に付着するのを更に抑制することができる。
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。
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。 パイプを斜め上方から見た透視斜視図である。 パイプを側方から見た透視側面図である。 図３の矢印ＩＶからパイプを見た透視正面図である。 図３の矢印Ｖからパイプを見た透視正面図である。
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、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、これらが排気ガスの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は略円筒状に形成されており、その内部にＤＯＣ１１及びＤＰＦ１２が収納されている。第二ケーシング４は略円筒状に形成されており、その内部にＳＣＲ１４が収納されている。
パイプ３は、略円筒状の部材がＹ字状に分岐した形状に形成されており、その分岐した部分に、噴射装置１３が取り付けられている。
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のパイプ３について、図２〜図５を用いて詳細に説明する。図２は、パイプを斜め上方から見た透視斜視図である。図３は、パイプを側方から見た透視側面図である。図４は、図３の矢印ＩＶからパイプを見た透視正面図である。図５は、図３の矢印Ｖからパイプを見た透視正面図である。なお、便宜上、図２の上側（図４及び図５の左側）を左側といい、図２の下側（図４及び図５の右側）を右側という。
図２〜図５に示すように、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の上流側とに連結される略直線状の本体パイプ部３ａと、本体パイプ部３ａから分岐する略直線状の分岐パイプ部３ｂと、を備えている。また、本体パイプ部３ａの中央部には大径化された膨出部３ｃが形成されており、分岐パイプ部３ｂはこの膨出部３ｃから分岐されている。なお、大径化された膨出部３ｃの径は、排気ガスの下流側に向けて徐変しながら通常の本体パイプ部３ａの径になっている。
本体パイプ部３ａは、第一ケーシング２から流れてきた排気ガスを第二ケーシング４に流す排気流路を構成するものである。ここで、第一ケーシング２側の本体パイプ部３ａの開口部を上流側開口部３ｄといい、第二ケーシング４側の本体パイプ部３ａの開口部を下流側開口部３ｅという。
分岐パイプ部３ｂは、膨出部３ｃにおいて本体パイプ部３ａと接続されており、本体パイプ部３ａに対して傾斜するように膨出部３ｃから下流側開口部３ｅの反対側に向けて延びている。分岐パイプ部３ｂの先端部は、蓋部３ｆで閉じられており、この蓋部３ｆに噴射装置１３が取り付けられている。
噴射装置１３は、分岐パイプ部３ｂの延在方向に沿って還元剤が噴射されるように蓋部３ｆに取り付けられている。このため、噴射装置１３は、本体パイプ部３ａの軸線に対して傾斜する方向に還元剤を噴射する。噴射装置１３から噴射される還元剤の噴射領域Ａは、噴射装置１３を頂点として本体パイプ部３ａに向けて広がる略円錐形状に形成される。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。なお、本実施形態では、噴射領域Ａの最大外径が分岐パイプ部３ｂの内径未満となるように、噴射装置１３の噴射角度を調整している。
そして、パイプ３の膨出部３ｃには、本体パイプ部３ａを流れる排気ガスを案内する案内部材２０が取り付けられている。
案内部材２０は、薄板により形成されており、還元剤の噴射領域Ａにおける排気ガスの上流側を覆って排気ガスを噴射領域Ａの左側側方に案内する部材である。案内部材２０の材質は、特に制限されないが、加工性や耐久性の観点から金属であることが好ましく、その中でも、耐食性に優れるＳＵＳが特に好ましい。
具体的に説明すると、案内部材２０は、膨出部３ｃにおける噴射領域Ａの排気ガスの上流側に配置されており、パイプ３を、排気ガスの上流側に配置される上流側空間部Ｂ１と排気ガスの下流側に配置される下流側空間部Ｂ２とに仕切っている。この案内部材２０は、分岐パイプ部３ｂの延在方向に延びており、分岐パイプ部３ｂの内周面に沿った断面円弧状に形成された第一案内部２１と、第一案内部２１の右側端縁から噴射領域Ａの右側に位置する膨出部３ｃの内壁面まで延びる第二案内部２２と、を備えている。
第一案内部２１は、分岐パイプ部３ｂから膨出部３ｃの内壁面まで延びている。なお、上述したように、噴射領域Ａの最大外径が分岐パイプ部３ｂの内径未満であることから、第一案内部２１をこのように配置することで、第一案内部２１が噴射領域Ａの外側を覆う形状となる。第一案内部２１の左側端縁は、膨出部３ｃの内壁面から離間されて、分岐パイプ部３ｂの延在方向と平行な直線状に形成されている。このため、第一案内部２１の左側には、上流側空間部Ｂ１と下流側空間部Ｂ２とを連通する通気口Ｃが形成されている。なお、膨出部３ｃは大径化されているため、第一案内部２１と膨出部３ｃの内壁との間に形成される通気口Ｃは、大きな空間となっている。
第二案内部２２は、分岐パイプ部３ｂの延在方向において、その端縁が膨出部３ｃの内壁面に当接されている。このため、上流側空間部Ｂ１に流れてきた排気ガスは、第二案内部２２の右側から下流側空間部Ｂ２に流れ出すことができない。なお、第二案内部２２の形状は、特に限定されるものではなく、平板状や曲板状に形成することができる。また、排気ガスを通気口Ｃに向けて円滑に誘導する観点からは、第二案内部２２は、左側に行くに従って（第一案内部２１に近づくに従って）排気ガスの下流側に傾斜していることが好ましい。
このように構成される案内部材２０には、複数の貫通孔２３が形成されている。貫通孔２３は、排気ガスの一部を上流側空間部Ｂ１から下流側空間部Ｂ２に通過させるための穴である。貫通孔２３は、例えば、案内部材２０にパンチング加工を施すことにより形成することができる。貫通孔２３の数、大きさ、位置などは特に制限されるものではなく、適宜設定することができる。
なお、案内部材２０は、本体パイプ部３ａ、分岐パイプ部３ｂ、膨出部３ｃの何れに取り付けられてもよい。
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。
ＤＰＦ１２を通過した排気ガスは、パイプ３に流れ込む。パイプ３内では、図２〜図５に示すように、まず、上流側開口部３ｄから上流側空間部Ｂ１に排気ガスが流れ込む。すると、排気ガスの一部は、案内部材２０に形成された貫通孔２３を通って上流側空間部Ｂ１から下流側空間部Ｂ２に流れていくが、殆どの排気ガスは、案内部材２０により、噴射領域Ａの排気ガスの上流側において噴射領域Ａの左側側方に案内されて、通気口Ｃから下流側空間部Ｂ２に流れていく。このとき、案内部材２０が噴射領域Ａの排気ガスの上流側を覆うとともに、通気口Ｃが噴射領域Ａの左側にのみ形成されているため、排気ガスは、通気口Ｃを通過することにより、噴射装置１３の噴射方向視において右回りに旋回する。
このようにして旋回しながら排気ガスが下流側空間部Ｂ２に流れ込むと、下流側空間部Ｂ２では、排気ガスの旋回流が発生する。そして、排気ガスの旋回流中に噴射装置１３から噴射された還元剤が拡散添加され、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。
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、噴射装置１３から還元剤を噴射することで、パイプ３を流れる排気ガスに還元剤を混合させることができる。このとき、案内部材２０が、噴射領域Ａの排気ガスの上流側を覆って排気ガスを噴射領域Ａの左側側方に案内するため、排気ガスが還元剤の噴射領域Ａに直接入り込むのが抑制されるとともに、還元剤の噴射領域Ａを囲うような旋回流を発生させることができる。これにより、噴射装置１３から噴射された還元剤が排気ガスの風圧でパイプ３の内壁面に付着するのを抑制しつつ、噴射装置１３から噴射された還元剤を排気ガスに拡散させることができるため、還元剤の拡散を十分に行うことが可能となる。
また、案内部材２０に貫通孔２３を形成するとともに、貫通孔２３の数、大きさ、位置などを変えることで、排気ガスの流れを調整することができるため、排気ガスに良好な旋回流を発生させつつ、その旋回速度のチューニングを可能とすることができる。しかも、排気ガスの圧損を低減することができるため、良好な排気管を実現することができる。
また、パイプ３の軸線に対して傾斜する方向に還元剤を噴射することで、噴射装置１３からパイプ３の内壁面までの距離を長くすることができるため、還元剤がパイプ３の内壁面に付着するのを抑制しつつ、排気ガスに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。
上記実施形態では、案内部材の具体的な配置や形状を特定したが、案内部材は、還元剤が噴射される噴射領域の排気ガスの上流側を覆って前記排気ガスを噴射領域の片側側方に案内することができれば、案内部材の配置や形状は特に制限されない。
例えば、上記実施形態の第一案内部２１は、分岐パイプ部３ｂの内周面に沿った断面円弧状とし、分岐パイプ部３ｂの延在方向において同一断面とすることで、噴射領域Ａの排気ガスの上流側を覆うものとしていた。これを、噴射領域Ａと中心軸を同一とした断面円弧状に形成してもよく、また、円錐状の噴射領域Ａの外形に対応した断面円弧状としてもよい。第一案内部を円錐状の噴射領域Ａの外形に対応した断面円弧状とする場合は、噴射装置１３から噴射される還元剤の上流側に向かうに従い小径化し、噴射装置１３から噴射される還元剤の下流側に向かうに従い大径化する形状となる。これらの場合、案内部材が噴射領域Ａに入り込まないように、第二案内部は、第一案内部から噴射領域Ａに対して離間する方向に延びる形状となる。このように案内部材を形成すれば、排気ガスの旋回流を噴射領域Ａに沿わせることができるため、還元剤の拡散をより促進させることができる。
また、上記実施形態では、案内部材に貫通孔を形成するものとして説明したが、必ずしも案内部材に貫通孔を形成しなくてもよい。
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。
１…排気流路、２…第一ケーシング、３…パイプ、３ａ…本体パイプ部、３ｂ…分岐パイプ部、３ｃ…膨出部、３ｄ…上流側開口部、３ｅ…下流側開口部、３ｆ…蓋部、４…第二ケーシング、１０…排気浄化装置、１３…噴射装置、２０…案内部材、２１…第一案内部、２２…第二案内部、２３…貫通孔、Ａ…噴射領域、Ｂ１…上流側空間部、Ｂ２…下流側空間部、Ｃ…通気口。

Claims (4)

  1. エンジンの排気ガスを浄化するための排気浄化装置であって、
    排気ガスが流れるパイプ内に還元剤を噴射する噴射装置と、
    前記パイプ内を流れる前記排気ガスを案内する案内部材と、
    を有し、
    前記案内部材は、前記還元剤が噴射される噴射領域の前記排気ガスの上流側を覆って前記排気ガスを前記噴射領域の片側側方に案内する、
    排気浄化装置。
  2. 前記案内部材は、
    前記噴射領域と中心軸を同一とする断面円弧状に形成された第一案内部と、
    前記第一案内部から前記噴射領域に対して離間する方向に延びる第二案内部と、
    を備える、
    請求項１に記載の排気浄化装置。
  3. 前記案内部材は、１又は複数の貫通孔が形成されている、
    請求項１又は２に記載の排気浄化装置。
  4. 前記噴射装置は、前記パイプの軸線に対して傾斜する方向に前記還元剤を噴射する、
    請求項１〜３の何れか一項に記載の排気浄化装置。
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