JP2017155693A - Exhaust emission control device of internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、後処理ユニットを備えた内燃機関の排ガス浄化装置に関する。 The present invention relates to an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine including an aftertreatment unit.
一般的に、内燃機関を搭載した車両においては、排気管の途中に設けられ、排ガス中の有害物質を浄化するための複数の触媒を有する後処理ユニットを備えた排ガス浄化装置が知られている。 Generally, in a vehicle equipped with an internal combustion engine, an exhaust gas purification device including an aftertreatment unit provided in the middle of an exhaust pipe and having a plurality of catalysts for purifying harmful substances in exhaust gas is known. .
上記の排ガス浄化装置においては、触媒の温度を高温に保持するために、後処理ユニットをケーシングに収容することが考えられる。このケーシングには、後処理ユニットの排ガス入口管が挿通される入口孔と、後処理ユニットの排ガス出口管が挿通される出口孔とが設けられる。 In the exhaust gas purification apparatus described above, it is conceivable that the post-processing unit is accommodated in a casing in order to keep the temperature of the catalyst at a high temperature. The casing is provided with an inlet hole through which the exhaust gas inlet pipe of the aftertreatment unit is inserted and an outlet hole through which the exhaust gas outlet pipe of the aftertreatment unit is inserted.
しかしながら、これらの挿通部分にて入口管(または出口管)と入口孔(または出口孔)が接触していると、例えば、暖機時には、この接触部分から後処理ユニットの熱がケーシングに奪われてしまい、触媒の温度が低下してしまう。 However, if the inlet pipe (or outlet pipe) and the inlet hole (or outlet hole) are in contact with each other at these insertion portions, for example, at the time of warming up, the heat of the aftertreatment unit is taken away from the contact portion by the casing. As a result, the temperature of the catalyst decreases.
そこで、本発明は、かかる事情に鑑みて創案され、その目的は、後処理ユニットの熱がケーシングに奪われることを抑制し、後処理ユニットの触媒の温度低下を抑制することができる内燃機関の排ガス浄化装置を提供することにある。 Accordingly, the present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to prevent an internal combustion engine that can suppress the heat of the post-processing unit from being taken away by the casing and suppress the temperature decrease of the catalyst of the post-processing unit. An object is to provide an exhaust gas purification device.
本発明に係る内燃機関の排ガス浄化装置は、排気管と、前記排気管の途中に設けられ、排ガスを浄化するための複数の触媒を有する後処理ユニットと、前記後処理ユニットを収容するケーシングと、前記ケーシングに設けられ、前記後処理ユニットの排ガス入口管を外部に突出させるように前記排ガス入口管が隙間をもって挿通される入口孔と、前記ケーシングに設けられ、前記後処理ユニットの排ガス出口管を外部に突出させるように前記排ガス出口管が隙間をもって挿通される出口孔と、前記ケーシングの内周面上に設けられた断熱材と、前記排ガス入口管と前記入口孔との隙間に設けられた入口側断熱シール部材と、前記排ガス出口管と前記出口孔との隙間に設けられた出口側断熱シール部材と、を備えたことを特徴とする。 An exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention includes an exhaust pipe, an aftertreatment unit provided in the middle of the exhaust pipe and having a plurality of catalysts for purifying exhaust gas, and a casing that houses the aftertreatment unit. An inlet hole provided in the casing and through which the exhaust gas inlet pipe is inserted with a gap so as to project the exhaust gas inlet pipe of the aftertreatment unit to the outside, and an exhaust gas outlet pipe of the aftertreatment unit provided in the casing. An exhaust hole through which the exhaust gas outlet pipe is inserted with a gap, a heat insulating material provided on the inner peripheral surface of the casing, and a gap between the exhaust gas inlet pipe and the inlet hole. And an outlet side heat insulating seal member provided in a gap between the exhaust gas outlet pipe and the outlet hole.
本発明に係る内燃機関の排ガス浄化装置では、後処理ユニットの熱がケーシングに奪われることを抑制し、後処理ユニットの触媒の温度低下を抑制することができるという優れた効果を発揮する。 In the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention, it is possible to suppress the heat of the aftertreatment unit from being taken away by the casing, and to exhibit an excellent effect that the temperature decrease of the catalyst of the aftertreatment unit can be suppressed.
以下、添付図面に基づいて、本発明の一実施形態を説明する。図1は、本発明の一実施形態に係る内燃機関の排ガス浄化装置を示す概略構成図であり、図2は、その要部拡大図である。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an enlarged view of a main part thereof.
図1に示すように、排ガス浄化装置100は、内燃機関1の排ガスを通過させる排気管2と、排気管2の途中に設けられ、排ガスを浄化するための複数の触媒10を有する後処理ユニット3と、後処理ユニット3を収容するケーシング4と、を含む。
As shown in FIG. 1, an exhaust
内燃機関1は、図示しない車両に搭載された多気筒の圧縮着火式内燃機関、すなわちディーゼルエンジンである。内燃機関1には、各気筒11から排出される排ガスを集合させる排気マニホールド12が設けられる。
The
排気管2は、排気マニホールド12に接続され、排気マニホールド12からの排ガスを下流方向(矢印Gで示す方向)に流して大気に放出する管である。
The
より詳しくは、この排気管2は、後処理ユニット3の上流側に位置する上流側排気管21と、後処理ユニット3の下流側に位置する下流側排気管22とからなる。上流側排気管21は、その下流側端部にフランジ21aを有し、下流側排気管22は、その上流側端部にフランジ22aを有する。
More specifically, the
次に、後処理ユニット3について説明する。後処理ユニット3の前後左右方向を図1に示す。なお、図示する後処理ユニット3の前後左右方向は、車両の前後左右方向とは無関係であり、説明の便宜上定められたものに過ぎない。本実施形態では、内燃機関1が車両に縦置きされており、後処理ユニット3の左方向が車両の前方向に一致する。
Next, the post-processing unit 3 will be described. The front-rear and left-right directions of the post-processing unit 3 are shown in FIG. In addition, the front-rear and left-right directions of the illustrated post-processing unit 3 are irrelevant to the front-rear, left-right directions of the vehicle, and are merely determined for convenience of explanation. In the present embodiment, the
後処理ユニット3は、排ガス入口管31と、排ガス出口管32と、少なくとも一つの触媒10を内設する第1触媒ケーシング33と、少なくとも一つの触媒10を内設する第2触媒ケーシング34と、第1触媒ケーシング33と第2触媒ケーシング34とを連結する連結管35と、尿素水を添加する添加弁36を備える。また、後処理ユニット3は、概ね左右対称の構造を有する。
The aftertreatment unit 3 includes an exhaust
排ガス入口管31は、後処理ユニット3の前端部且つ左側に配置され、前方から後方に延び、その前端は、上流側排気管21の下流端に接続される。また、排ガス出口管32は、後処理ユニット3の前端部且つ右側に配置され、前方から後方に延び、その前端は、下流側排気管22の上流端に接続される。
The exhaust
より詳しくは、排ガス入口管31の上流側端部には、フランジ31aが設けられ、このフランジ31aに上流側排気管21のフランジ21aが接続される。また同様に、排ガス出口管32の下流側端部には、フランジ32aが設けられ、このフランジ32aに下流側排気管22のフランジ22aが接続される。互いに接続されるフランジ同士は、ボルト(不図示)等の締結手段で取り外し可能に固定される。
More specifically, a
第1触媒ケーシング33は、管状に形成され、排ガス入口管31から後方に向けて延在すると共に、後端部に位置する下流側端部33aの右側面に第1側孔33bを有する。また、第1触媒ケーシング33には、上流側に位置する排ガス入口管31および下流側に位置する連結管35よりも拡径された第1拡径部33cが形成される。
The
第1触媒ケーシング33は、第1拡径部33cの位置にて、第1断熱緩衝部材(マット)37を介して、上流側から酸化触媒(DOC:Diesel Oxidation Catalyst)10aおよびパティキュレートフィルタ(以下「DPF」という)10bを内設する。
The
酸化触媒10aは、排ガス中の未燃成分(炭化水素HCおよび一酸化炭素CO)を酸化して浄化する。酸化触媒10aは、HC,COの酸化時に生じた熱で排ガスを加熱、昇温する機能を有する。また酸化触媒10aは、排ガス中のNOをNO2に酸化し、排ガス中のNO2濃度を高める機能をも有する。
The
DPF10bは、排ガス中に含まれる粒子状物質(PM:Particulate Matter)を捕集して除去するものである。DPF10bは、本実施形態では、ハニカム形状の耐熱性基材の両端開口を互い違いに市松状に閉塞した所謂ウォールフロータイプのものが用いられている。しかしながら、網の目構造のフォーム形状のもの等、PMを物理的に捕集するあらゆるタイプのフィルタを用いることができる。 The DPF 10b collects and removes particulate matter (PM) contained in the exhaust gas. In the present embodiment, a so-called wall flow type DPF 10b is used in which openings at both ends of a honeycomb-shaped heat-resistant substrate are alternately closed in a checkered pattern. However, any type of filter that physically captures PM can be used, such as a mesh-shaped foam shape.
DPF10bは、その内壁にPt等の貴金属(触媒)を担持させた所謂連続再生式の触媒付きDPFからなる。この場合、エンジンの通常運転中、DPF10bに供給された排ガス中のHCが触媒作用で酸化、燃焼し、このとき同時にDPF10b内部に堆積しているPMが燃焼除去される。なお、DPF10bが触媒を有するため、ここではDPF10bも本発明にいう触媒10に含ませるものとする。
The DPF 10b is a so-called continuous regeneration type DPF with a catalyst in which a noble metal (catalyst) such as Pt is supported on the inner wall thereof. In this case, during normal operation of the engine, HC in the exhaust gas supplied to the DPF 10b is oxidized and burned by the catalytic action, and at this time, PM accumulated in the DPF 10b is simultaneously burned and removed. In addition, since DPF10b has a catalyst, DPF10b shall also be included in the
第2触媒ケーシング34は、管状に形成され、排ガス出口管32から後方に向けて延在すると共に、後端部に位置する上流側端部34aの左側面に第2側孔34bを有する。また、第2触媒ケーシング34には、上流側に位置する連結管35および下流側に位置する排ガス出口管32よりも拡径された第2拡径部34cが形成される。
The
第2触媒ケーシング34は、第2拡径部34cの位置にて、第2断熱緩衝部材(マット)38を介して、上流側からNOx触媒10cおよびアンモニア酸化触媒10dを内設する。
In the
NOx触媒10cは、排ガス中の窒素酸化物NOxを浄化するための触媒である。NOx触媒10cは、選択還元型NOx触媒(SCR:Selective Catalytic Reduction)からなり、尿素水から加水分解されて生成されたアンモニア(NH3)によって、NOxを連続的に還元し得る。
The
アンモニア酸化触媒10dは、NOx触媒10cでNOxの還元に消費されなかった余剰のアンモニア(NH3)を酸化して、N2を生成する触媒である。
The
本実施形態においては、第1触媒ケーシング33と第2触媒ケーシング34とは、互いに並列して左右に配置される。また、第1側孔33bと第2側孔34dとは、互いに対向する位置に配置される。
In the present embodiment, the
連結管35は、左右方向における第1触媒ケーシング33と第2触媒ケーシング34との間の位置に配置され、第1側孔33bと第2側孔34bとを連結する。
The connecting
より詳しくは、連結管35は、第1側孔33bから第2側孔34b側(図示右側)に向かって延び、前方に折れ曲がる第1部分35aと、第2側孔34bから第1側孔33b側(図示左側)に向かって延び、前方に折れ曲がる第2部分35bとを有する。具体的には、第1部分35aは、図中のX1からX2までの部分を示し、第2部分35bは、図中のY1からY2までの部分を示す。
More specifically, the connecting
また、連結管35は、第1部分35aの下流端X2から前方に延びると共に、U字状に折り返されて後方に延び、第2部分35bの上流端Y2に接続される第3部分35cを有する。すなわち、連結管35がこのようにU字状に折り返されて形成されることで、第1側孔33bと第2側孔34dを直線的に結ぶよりも、連結管35の管長が長くなる。
The connecting
添加弁36は、第1部分35aの折れ曲がり部分Lから第3部分35cの折り返し部分Uに向かって、後方から前方に尿素水を添加するように配置される。
The
ケーシング4は、ステンレス等の耐熱材料を用いた箱型ケーシングからなり、後処理ユニット3全体を略気密に覆う。ケーシング4の内周面上ほぼ全体には、後処理ユニット3の保温のため、グラスウール等の断熱材5が敷設される。
The
ケーシング4の後面41には、後処理ユニット3の折れ曲がり部分Lの後方に位置する部分に、添加弁36を取り付ける取付部42が形成される。取付部42は、前方に凹んで形成され、その前端には、前後方向に延びる外側挿通孔43が形成される。また、後処理ユニット3の折れ曲がり部分Lの後端面には、外側挿通孔43と同軸に内側挿通孔35dが形成されている。添加弁36は、ケーシング4の外部(後方)から外側挿通孔43と内側挿通孔35dの両方に挿通され、取付部42に設けられたボス部44によって、ケーシング4に固定される。
On the
ケーシング4の前面45には、後処理ユニット3の排ガス入口管31をケーシング4の外部(前方)に突出させるように、排ガス入口管31が隙間S1をもって挿通される入口孔46が形成される。また、ケーシング4の前面45には、後処理ユニット3の排ガス出口管32をケーシング4の外部(前方)に突出させるように、排ガス出口管32が隙間S2をもって挿通される出口孔47が形成される。
The
本実施形態においては、排ガス入口管31と入口孔46との隙間S1に、入口側断熱シール部材6が設けられ、排ガス出口管32と出口孔47との隙間S2に、出口側断熱シール部材7が設けられる。これらの構造は、入口孔46側と出口孔47側で、ほぼ同様に構成される。よって、これらの詳細な構造については、入口孔46側のみを説明し、出口孔47側の説明を省略する。
In the present embodiment, the inlet side heat insulating
図2にも詳細に示すように、入口側断熱シール部材6は、排ガス入口管31が挿通可能なリング状のシール部材からなり、熱伝達率の低い材料、例えば耐熱性ゴムで形成される。
As shown in detail in FIG. 2, the inlet side heat insulating
ケーシング4の前面45の裏面で且つ入口孔46の周囲には、入口側断熱シール部材6をケーシング4に取り付けるための支持部材48が突出して形成される。
A
より詳しくは、支持部材48は、リング状に形成され、入口孔46より大きく、且つ、入口側断熱シール部材6の外径より僅かに小さい内径を有する。入口側断熱シール部材6は、支持部材48に後方から圧入される。
More specifically, the
この状態において、組み立て時に、排ガス入口管31が入口孔46に後方から前方に向けて挿入されると、排ガス入口管31の外周面が入口側断熱シール部材6の内周面に密着した状態で固定される(圧入される)。この結果、入口側断熱シール部材6によって、排ガス入口管31と入口孔46との隙間S1がシールされると共に、入口管31からケーシング4への熱伝達が大幅に抑制される。
In this state, when the exhaust
次に、図1に基づいて、本実施形態に係る排ガス浄化装置100の作用効果を説明する。
Next, based on FIG. 1, the effect of the exhaust
内燃機関1の排ガスは、排気マニホールド12から上流側排気管21を通過し、排ガス入口管31を通じて、第1触媒ケーシング33内へ流入する。
The exhaust gas of the
第1触媒ケーシング33内へ流入した排ガスは、酸化触媒10aを通過し、これにより、排ガス中の未燃成分(炭化水素HCおよび一酸化炭素CO)が酸化して浄化される。
The exhaust gas flowing into the first catalyst casing 33 passes through the
次に、酸化触媒10aを通過した排ガスは、DPF10bに流入し、DPF10bによって排ガス中に含まれる粒子状物質(PM)が捕集除去される。
Next, the exhaust gas that has passed through the
DPF10bを通過した排ガスは、第1触媒ケーシング33の後端部に位置する第1側孔33bから連結管35の第1部分35aに流れ、第1部分35aの折れ曲がり形状に沿って前方へ90°方向転換して、第3部分35cへ流れる。
The exhaust gas that has passed through the DPF 10b flows from the
第3部分35cへ流れた排ガスは、折り返し部分Uにて後方へ180°方向転換し、後方の第2部分35bへ流れ、第2部分35bの折れ曲がり形状に沿って90°方向転換し、第2側孔34bを通じて第2触媒ケーシング34内へ流入する。
The exhaust gas that has flowed to the
ここで、第1部分35aの折れ曲がり部分Lに配置された添加弁36は、第3部分35cの折り返し部分Uに向かって、後方から前方に尿素水を添加する。添加された尿素水は、折り返し部分Uにて後方へ180°方向転換し、後方の第2部分35bへ流れ、第2部分35bの折れ曲がり形状に沿って90°方向転換し、第2側孔34bを通じて第2触媒ケーシング34内へ流入する。
Here, the
次に、第2触媒ケーシング34内において、尿素水とアンモニアの少なくとも一方を含む排ガスは、NOx触媒10cを通過する。このとき、NOx触媒10cは、尿素水が加水分解されて生成されたアンモニアによって、NOxを還元する。
Next, in the second catalyst casing 34, the exhaust gas containing at least one of urea water and ammonia passes through the
NOx触媒10cでNOxの還元に消費されなかった余剰のアンモニアは、アンモニア酸化触媒10dと接触して酸化され、大気への放出が抑制される。
Excess ammonia that has not been consumed in the reduction of NOx by the
アンモニア酸化触媒10dを通過した排ガスは、排ガス出口管32を通じて下流側排気管22へ排出されて、下流側排気管22から大気に放出される。
The exhaust gas that has passed through the
以上の作用のうち、上記の酸化触媒10a、DPF10b、NOx触媒10c、およびアンモニア酸化触媒10dについては、その触媒温度(触媒床温)が活性温度域にあるときに、排ガス浄化作用を有効に発揮する。よって、各触媒10の温度をできるだけ高温に保持するのが有効である。
Of the above operations, the
本実施形態においては、内周面に断熱材5を敷設したケーシング4内に、後処理ユニット3を収容することで、後処理ユニット3が外気や走行風で冷却されるのを抑制し、各触媒10の温度を高温に保持することができる。
In the present embodiment, the post-processing unit 3 is accommodated in the
一方、仮に、後処理ユニット3の排ガス入口管31(または排ガス出口管32)が、ケーシング4の前面45に形成された入口孔46(または出口孔47)と、接触していると、この接触部分から後処理ユニット3の熱がケーシング4に奪われて、各触媒10の温度が低下してしまう。これにより、例えば暖機時には、各触媒10の活性化が遅れてしまう。
On the other hand, if the exhaust gas inlet pipe 31 (or the exhaust gas outlet pipe 32) of the post-processing unit 3 is in contact with the inlet hole 46 (or outlet hole 47) formed in the
そこで、本実施形態の排ガス浄化装置100においては、図1および図2に示す通り、排ガス入口管31と入口孔46との隙間S1に、入口側断熱シール部材6を設けると共に、排ガス出口管32と出口孔47との隙間S2に、出口側断熱シール部材7を設ける。
Therefore, in the exhaust
これにより、後処理ユニット3の熱がケーシング4に奪われることを抑制し、後処理ユニット3の各触媒10の温度低下を抑制することが可能になる。
Thereby, it is possible to suppress the heat of the post-processing unit 3 from being taken away by the
また、入口側断熱シール部材6と出口側断熱シール部材7は、それぞれ排ガス出口管32と出口孔47との隙間S1,S2をシールすることで、隙間からの水侵入による後処理ユニット3の腐食を防止することができる。
In addition, the inlet side heat insulating
また、本実施形態の後処理ユニット3においては、連結管35がU字状に折り返されて形成されているため、第1側孔33bと第2側孔34dを直線的に結ぶよりも、連結管35の管長を長くし、その一方で、後処理ユニット3をコンパクトに構成することが可能となるので、車載に有利である。
Further, in the post-processing unit 3 of the present embodiment, since the connecting
本実施形態の後処理ユニット3においては、添加弁36から添加された尿素水が、この長く且つ折り返されて形成された連結管35を通過する。これにより、尿素水が排ガスとの間で十分に攪拌混合されることが可能になり、尿素水の加水分解が更に促進される。この結果、アンモニアが効率よく生成されて、NOx触媒10cにおけるNOx浄化率の向上に有利となる。
In the post-processing unit 3 of this embodiment, the urea water added from the
なお、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。 In addition, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment, In the range which does not deviate from the meaning of this invention, it can change suitably and can implement.
1 内燃機関
2 排気管
3 後処理ユニット
4 ケーシング
5 断熱材
6 入口側断熱シール部材
7 出口側断熱シール部材
31 排ガス入口管
32 排ガス出口管
46 入口孔
47 出口孔
100 排ガス浄化装置
S1,S2 隙間
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記排気管の途中に設けられ、排ガスを浄化するための複数の触媒を有する後処理ユニットと、
前記後処理ユニットを収容するケーシングと、
前記ケーシングに設けられ、前記後処理ユニットの排ガス入口管を外部に突出させるように前記排ガス入口管が隙間をもって挿通される入口孔と、
前記ケーシングに設けられ、前記後処理ユニットの排ガス出口管を外部に突出させるように前記排ガス出口管が隙間をもって挿通される出口孔と、
前記ケーシングの内周面上に設けられた断熱材と、
前記排ガス入口管と前記入口孔との隙間に設けられた入口側断熱シール部材と、
前記排ガス出口管と前記出口孔との隙間に設けられた出口側断熱シール部材と、を備えた
ことを特徴とする内燃機関の排ガス浄化装置。 An exhaust pipe,
An aftertreatment unit provided in the middle of the exhaust pipe and having a plurality of catalysts for purifying exhaust gas;
A casing for housing the aftertreatment unit;
An inlet hole provided in the casing, through which the exhaust gas inlet pipe is inserted with a gap so as to project the exhaust gas inlet pipe of the aftertreatment unit to the outside;
An outlet hole provided in the casing, through which the exhaust gas outlet pipe is inserted with a gap so as to project the exhaust gas outlet pipe of the aftertreatment unit to the outside;
A heat insulating material provided on the inner peripheral surface of the casing;
An inlet-side heat insulating seal member provided in a gap between the exhaust gas inlet pipe and the inlet hole;
An exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine, comprising: an outlet-side heat insulating seal member provided in a gap between the exhaust gas outlet pipe and the outlet hole.
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