JP2014040814A - 排気浄化装置 - Google Patents

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内に配置されてパイプ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を、１枚の板が捩れた捩り板状に形成されたものとする。すると、パイプ３内に流れ込んだ排気ガスは、案内部材２０に案内されることで大きな旋回流となる。これにより、噴射装置１３から噴射された還元剤を効果的に排気ガスに拡散させることができ、還元剤の拡散を十分に行うことができる。
【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、パイプに噴射された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、パイプ内に配置されて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、１枚の板が捩れた捩り板状に形成されている。

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、捩り板状に形成された案内部材がパイプ内に配置されているため、パイプに流れ込んだ排気ガスは、案内部材により二分されるとともに、互いに螺旋を描くように捩られながら下流側に流れていく。そして、案内部材の下流側で、これらの排気ガスが再度混ざり合って大きな旋回流となる。これにより、噴射装置から噴射された還元剤を効果的に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できる。

この場合、案内部材は、幅方向中心部を軸として捩じられてい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ることで、案内部材により排気ガスを均等に二分させることができるため、適切に旋回流を発生させることができるとともに、発生させる旋回流の調整が容易になる。

また、案内部材は、噴射装置から噴射された還元剤が排気ガスと合流する地点よりも上流側に配置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を配置することで、噴射装置から噴射された還元剤をより効果的に排気ガスに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。

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に示す排気浄化装置の拡大正面図である。 パイプの斜視図である。

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及び図３を用いて詳細に説明する。図２は、図１に示す排気浄化装置の拡大正面図である。図３は、パイプの斜視図である。

図２及び図３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。

そして、本体パイプ部３ａ内の膨出部３ｃよりも排気ガスの上流側に、案内部材２０が配置されている。

案内部材２０は、本体パイプ部３ａ内に旋回流を発生させるための部材である。案内部材２０は、幅方向中心部を軸として１枚の矩形薄板が捩れた捩り板状に形成されている。そして、案内部材２０は、その軸が本体パイプ部３ａの延在方向を向くとともに、その軸が本体パイプ部３ａの中心軸と合致するように配置されている。ここで、案内部材２０の幅方向とは、本体パイプ部３ａの半径方向をいう。

案内部材２０の幅方向（本体パイプ部３ａの半径方向）における両端部は、本体パイプ部３ａの内壁に当接又は近接されている。このため、案内部材２０により本体パイプ部３ａ内の空間が二分割される。この二分割された空間を、空間Ｓ１及び空間Ｓ２という。

また、案内部材２０は、幅方向の断面がＳ字状に屈曲されている。このため、案内部材２０の表面は、幅方向中心部を境として、凹曲面側と凸曲面側とに分けられている。そして、案内部材２０は、幅方向中心部を軸として、凹曲面側に向かうように捩れている。これにより、排気ガスを円滑に案内することができる。

案内部材２０の捩れ角は、特に制限されないが、９０°以上１８０°以下であることが好ましい。案内部材２０の捩れ角を９０°以上とすることで、旋回流を確実に発生させることができる。一方、案内部材２０の捩れ角を１８０°以下とすることで、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。ここで、案内部材２０の捩れ角とは、案内部材２０の上流側端部に対する案内部材２０の下流側端部の捩れ角をいう。

本体パイプ部３ａの延在方向における案内部材２０の長さは、特に制限されないが、６０ｍｍ以上７５ｍｍ以下であることが好ましい。案内部材２０の長さを６０ｍｍ以上とすることで、案内部材２０の単位長さあたりの捩れ角を小さくすることができる。これにより、排気ガスを円滑に案内することができるため、排気ガスの圧損を低減することができる。一方、案内部材２０の長さを７５ｍｍ以下とすることで、排気ガスとの接触時間を短くすることができるため、排気ガスの圧損を低減することができる。また、案内部材２０の長さを７５ｍｍ以下とすることで、案内部材２０の下流側端部を、噴射装置１３から噴射された還元剤が排気ガスと合流する地点よりも上流側に配置することができるため、噴射装置１３から噴射された還元剤が案内部材２０に付着するのを防止することができる。

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。

なお、案内部材２０は、第一ケーシング２及びパイプ３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。このとき、排気ガスは、図２及び図３に示すように、案内部材２０により空間Ｓ１に流れ込む排気ガスと空間Ｓ２に流れ込む排気ガスとに二分される。二分された各排気ガスは、案内部材２０に案内されることで互いに螺旋を描くように下流側に流れていき、案内部材２０の下流側に配置される膨出部３ｃにおいて再度混ざり合って大きな旋回流となる。

そして、このようにして発生された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、捩り板状に形成された案内部材２０が本体パイプ部３ａ内に配置されているため、パイプ３に流れ込んだ排気ガスは、案内部材２０により二分されるとともに、互いに螺旋を描くように捩られながら下流側に流れていく。そして、案内部材２０の下流側に配置される膨出部３ｃにおいて、これらの排気ガスが再度混ざり合って大きな旋回流となる。これにより、噴射装置１３から噴射された還元剤を効果的に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できる。

また、案内部材２０が幅方向中心部を軸として捩じられているため、案内部材２０により排気ガスを均等に二分させることができる。これにより、適切に旋回流を発生させることができるとともに、発生させる旋回流の調整が容易になる。

また、案内部材２０が膨出部３ｃよりも上流側に配置することで、噴射装置１３から噴射された還元剤を膨出部３ｃにおいて効果的に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、案内部材が、１枚の板がパイプの延在方向に沿って捩れた捩り板状に形成されていれば、案内部材の配置や形状は特に制限されない。つまり、案内部材２０の捩れ軸は、上記実施形態において幅方向中心に位置するものとして説明したが、幅方向中心からずれた位置に位置するものとしてもよい。また、案内部材２０の捩れ軸は、上記実施形態において直線状であるものとして説明したが、曲線状であるものとしてもよい。また、案内部材２０の捩れ軸は、上記実施形態において本体パイプ部３ａの半径方向中心部に位置するものとして説明したが、本体パイプ部３ａの半径方向中心部から偏芯した位置に位置するものとしてもよい。また、案内部材２０の形状は、上記実施形態において矩形薄板が捩れた捩れ板状であるものとして説明したが、三角形、半円形、台形などの薄板が捩れた捩れ板状であるものとしてもよい。また、案内部材２０の幅方向断面は、上記実施形態においてＳ字状に形成されるものとして説明したが、直線状に形成されるものとしてもよい。

また、上記実施形態では、案内部材に貫通孔が形成されないものとして説明したが、案内部材に貫通孔を形成してもよい。このように案内部材に貫通孔を形成すれば、案内部材により二分割された空間Ｓ１と空間Ｓ２との間で排気ガスの行き来が可能となる。これにより、発生させる旋回流の旋回速度をチューニングすることができる。

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、Ａ…噴射領域、Ｓ１…空間、Ｓ２…空間。

Claims (3)

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、
   前記パイプ内に配置されて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、１枚の板が捩れた捩り板状に形成されている、
   排気浄化装置。
2. 前記案内部材は、幅方向中心部を軸として捩じられている、
   請求項１に記載の排気浄化装置。
3. 前記案内部材は、前記噴射装置から噴射された還元剤が前記排気ガスと合流する地点よりも上流側に配置されている、
   請求項１又は２に記載の排気浄化装置。
   

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