JP2018071399A - Piping unit - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、排ガスおよび還元剤を排気浄化触媒に案内する配管ユニットに関する。 The present disclosure relates to a piping unit that guides exhaust gas and a reducing agent to an exhaust purification catalyst.
従来、排気浄化装置は、触媒が保持された担体の排気上流側の排気中に、還元剤を供給することで選択触媒還元により排気中の窒素酸化物を浄化する。 Conventionally, an exhaust gas purification device purifies nitrogen oxides in exhaust gas by selective catalytic reduction by supplying a reducing agent into the exhaust gas upstream of the carrier holding the catalyst.
また、担体を保持するアルミナマットの排気上流側における配管ユニットの内壁に、排気通路中央側に向って立設された板を設けることで、配管ユニットの内壁を伝い流れる液体の還元剤を、アルミナマットの手前で堰き止めるようにしている(例えば、特許文献1を参照)。 Further, by providing a plate erected toward the exhaust passage central side on the inner wall of the piping unit on the exhaust upstream side of the alumina mat holding the carrier, the liquid reducing agent flowing along the inner wall of the piping unit Damping is performed before the mat (see, for example, Patent Document 1).
上記配管ユニットの板には、還元剤を堰き止める性能の向上が求められる。しかし、板は、配管ユニットにおいて圧損増加の要因にもなる。 The plate of the piping unit is required to have improved performance for blocking the reducing agent. However, the plate also causes an increase in pressure loss in the piping unit.
そこで、本開示は、圧損増加を抑制しつつ、還元剤の堰き止め能力の向上させることが可能な配管ユニットを提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present disclosure is to provide a piping unit capable of improving a reducing agent damming ability while suppressing an increase in pressure loss.
本開示の一形態は、
旋回流をなす排ガスおよび還元剤を排気浄化触媒に向けて案内する配管と、
前記配管の内周面において鉛直下方向寄りの部分から、前記配管の中央側に向かって突出する板と、を備え、
前記板において前記旋回流の旋回方向側にある端部を第一端部とし、前記板において前記旋回方向の逆方向側にある端部を第二端部とするとき、前記第一端部の鉛直方向位置は、前記第二端部の鉛直方向位置よりも高い、
配管ユニットに向けられる。
One form of the present disclosure is:
Piping that guides the exhaust gas and the reducing agent that make a swirling flow toward the exhaust purification catalyst;
A plate projecting toward the center side of the pipe from a portion near the vertical downward direction on the inner peripheral surface of the pipe,
When the end on the swirl direction side of the swirl flow in the plate is a first end, and the end on the opposite side of the swirl direction is the second end of the plate, the end of the first end The vertical position is higher than the vertical position of the second end,
Directed to the piping unit.
本開示によれば、圧損増加を抑制しつつ、還元剤の堰き止め能力の向上させることが可能な配管ユニットを提供することが出来る。 According to the present disclosure, it is possible to provide a piping unit capable of improving the reducing agent blocking ability while suppressing an increase in pressure loss.
以下、上記図面を参照して、本開示に係る配管ユニットについて詳説する。 Hereinafter, the piping unit according to the present disclosure will be described in detail with reference to the drawings.
<0.定義>
下表1は、本実施形態で使用される頭字語や略語の意味を示す。
<0. Definition>
Table 1 below shows the meanings of acronyms and abbreviations used in the present embodiment.
<1−1.第一実施形態の構成>
図1に示すように、車両Vには、第一実施形態に係る配管ユニット17A(図2Aを参照)を採用した排気系1Aと、それに接続された内燃機関3と、が搭載されている。
<1-1. Configuration of First Embodiment>
As shown in FIG. 1, a vehicle V is mounted with an exhaust system 1 </ b> A that employs a piping unit 17 </ b> A (see FIG. 2A) according to the first embodiment, and an internal combustion engine 3 connected thereto.
まず、内燃機関3について説明する。内燃機関3は、例えばディーゼルエンジンである。内燃機関3では、燃焼室で燃料が燃焼して排ガスが生じる。この排ガスは、排気系1Aに送り出される。
First, the internal combustion engine 3 will be described. The internal combustion engine 3 is a diesel engine, for example. In the internal combustion engine 3, fuel is burned in the combustion chamber to generate exhaust gas. This exhaust gas is sent to the
次に、排気系1Aの基本構成について説明する。
排気系1Aは、内燃機関3からの排ガスを大気中(車外)に導く排気流路11を有する。排気流路11には、いくつかの後処理装置13が配置される。本開示では、後処理装置13として、DPF13Aと、SCR13Bとが例示される。
Next, the basic configuration of the
The
DPF13Aは、ディーゼル・パーティキュレート・ディフューザであって、自身に流入した排ガス中の粒子状物質(以下、PMという)捕集する。また、DPF13Aは、排ガスの温度が自己再生温度以上であれば、捕集したPMを燃焼させて除去する(所謂、自己再生)。
The
SCR13Bは、排気浄化触媒の一例であって、排気流路11においてDPF13Aの下流側に配置される。また、排気流路11においてDPF13AおよびSCR13Bの間には、還元剤としての尿素水を噴射する噴射器15が設けられる。これにより、SCR13Bには、排ガスだけでなく、尿素水を排ガスに吹きかけることで生成されたアンモニアも還元剤として導入される。
The
SCR13Bは、自身を通過する排ガスの温度が所定温度以上になると、供給されたアンモニアと、供給された排ガス中に含まれる窒素酸化物(以下、NOxという)を還元反応させて、NOxを無害化する。従って、噴射器15は、SCR13Bの流入する排ガスの温度が所定温度以上の場合に、尿素水を排気流路11内に噴射することが好ましい。なお、所定温度は、排気系1Aの設計開発段階での実験・シミュレーション等により、アンモニアとNOxとの反応温度等を考慮しつつ適宜適切に定められる。
When the temperature of the exhaust gas passing through the
以上の各後処理装置13で排ガスを処理することで生成される水、窒素、二酸化炭素は、マフラー(図示せず)等を介して、大気中に排出される。
Water, nitrogen, and carbon dioxide generated by treating exhaust gas with each of the
<1−2.配管ユニットの詳細な構成>
第一実施形態では、排気流路11において、DPF13AとSCR13Bとの間の部分において蛇行しており、これにより、第二実施形態のようなミキサを備えることなく、案内される排ガスが旋回流をなすように構成される。なお、旋回流の生成可能な排気流路に関しては、例えば特開2011−247128号公報に記載されているため、その詳細な説明を控える。
<1-2. Detailed configuration of piping unit>
In the first embodiment, the
また、排気流路11において、SCR13Bよりも、排ガスの流れ方向における直ぐ上流側には、図2A,図2Bに示すような配管ユニット17Aが設けられる。配管ユニット17Aは、U型配管171Aと、堰き止め板173と、を備えている。
Further, in the
U型配管171Aの下流端DEには、SCR13Bを収容したケース19が流体連通可能に接続される。ここで、ケース19の内部には、特許文献1にも記載のように、SCR13Bがアルミナマット等の繊維状マット101により周面を覆われた状態で圧入される。
A
それに対し、U型配管171Aの上流端UEは、別の配管(図示せず)を介してDPF13Aと流体連通可能に接続される。
On the other hand, the upstream end UE of the U-shaped
ここで、本開示では、上流端UEの開口は円形形状を有し、下流端DEの開口は、堰き止め板173を取り外すと円形形状を有するとする。また、上流端UEの開口の中心をOUとし、下流端DEの開口の中心をODとすると、中心ODの鉛直方向zにおける位置は、中心OUの鉛直方向zにおける位置よりも低くなっている。これにより、U字配管171Aは排ガスの流路を水平面xyに平行にUターンさせるのではなく、U字配管171Aにおいて相対的に下流側では排ガスの流路の高さがその上流側よりも低くなっている。このようなU字配管171Aには、排ガスおよび還元剤は、下流端DEにおいて、矢印Aで示すように時計回りの旋回流をなした状態で流入する。なお、旋回流は、U字配管171Aの上流側に設けられたミキサチャンバ110により生成される。このような旋回流により、還元剤を排ガス中に均一に拡散させることで、SCR13Bにおいて効率的に排ガスを浄化することが可能となる。なお、矢印Aの方向は旋回流の旋回方向を示す。
Here, in the present disclosure, the opening of the upstream end UE has a circular shape, and the opening of the downstream end DE has a circular shape when the
堰き止め板173は、下流端DEまたはその近傍の内周面における鉛直下方向側の一部から、U字配管171Aの中央側に向かって突出する板状部材であって、例えばステンレス等の金属で作製される。
The
以下、堰き止め板173の外形形状であって、下流端DEでの旋回流の進行方向yから平面視した時の外形形状を詳説する。そのために、まず、下記を定義する。なお、以下では、「下流端DEでの旋回流の進行方向yから平面視」を、単に、「進行方向yから平面視」という。
Hereinafter, the outer shape of the
直線OUODと内周面との二交点のうち、線分OUOD上の交点をPUとし、もう一方の交点をPDとする。 Of the two intersections between the straight line O U O D and the inner peripheral surface, the intersection on the line segment O U O D is defined as P U and the other intersection is defined as P D.
堰き止め板173は、旋回方向Aにおける第一端部FEと、旋回方向Aの逆方向における第二端部SEと、を有する。進行方向yから平面視した時、第一端部FEは、内周面上の点P1から中心ODに向かって、長さd1だけ延在する線分となるのに対し、第二端部SEは、内周面上の点P2から中心ODに向かって、長さd2だけ延在する線分となる。ここで、線分P1ODと線分ODPUとがなす角をθ1とし、線分P2ODと線分ODPDとがなす角をθ2とする。なお、都合上、d1,d2の図示は省略している。
The
本開示では、第一端部FEの鉛直方向zにおける位置が、第二端部SEの鉛直方向zにおける位置よりも高くなるように、点P1,P2、長さd1,d2および角θ1,θ2の値が定められる。図2Aの構成例では、点P1の鉛直方向zにおける位置は、点P2の鉛直方向zにおける位置よりも高く、長さd1は長さd2よりも短く、角θ1は角θ2よりも小さく設計される。 In the present disclosure, the points P 1 , P 2 , the lengths d 1 , d 2, and the lengths of the first end FE in the vertical direction z are higher than the position of the second end SE in the vertical direction z. The values of the angles θ 1 and θ 2 are determined. In the configuration example of FIG. 2A, the position in the vertical direction z of the point P 1 is higher than the position in the vertical direction z of the point P 2, the length d 1 is shorter than the length d 2, angle theta 1 is angle theta Designed to be smaller than 2 .
また、図2Aの構成例では、堰き止め板173は、第一端部FEと第二端部SEとの間に存在する中間部Iを有する。進行方向yから平面視した時、中間部Iは、水平方向xに延在する線分であって、中間部Iの一方端は、第二端部SEにおける中心OD側の先端と直接的に接続され、その他方端は、第一端部FEにおける中心OD側の先端と、中心がODの円弧を介して接続される。
In the configuration example of FIG. 2A, the
<1−3.配管ユニットの作用・効果>
本開示の配管ユニット17Aは、進行方向yから平面視した時に上記のような外形形状を有する堰き止め板173を、U字配管171Aの下流端DEおよびその近傍に備えている。
<1-3. Action and effect of piping unit>
The
配管ユニット17Aでは、U字配管171Aの内部を、排ガスおよび還元剤が旋回方向Aに旋回しつつSCR13Bに向かって流れるだけでなく、一部の還元剤が液体の状態でU字配管171Aの底をSCR13Bに向かって流れることがある。しかし、堰き止め板173が備わることで、液状の還元剤がケース19に浸入することを防止でき、これによって、SCR13Bの周面を囲む繊維状マット101への還元剤の浸透を防止できる。
In the
より具体的には、排ガスおよび還元剤が旋回方向Aに旋回しつつ堰き止め板173に向かってくる。このような旋回流の影響で、堰き止め板173の直前で溜まる液状還元剤において、旋回方向Aにおける下流側の部分が、その上流側の部分よりも盛り上がる可能性がある。しかし、堰き止め板173は、旋回方向Aにおける第一端部FEの鉛直方向位置が高くなっているため、第一端部FEは、盛り上がる可能性がある液状還元剤がケース19に浸入することを防止でき、これによって、SCR13Bの周面を囲む繊維状マット101への還元剤の浸透を防止できる。
More specifically, the exhaust gas and the reducing agent come toward the
逆に、堰き止め板173は、旋回方向Aの逆方向における第二端部SEの鉛直方向zにおける位置が低くなっているが、旋回流の影響で、堰き止め板173の直前で溜まる液状還元剤において、旋回方向Aの逆方向寄りの部分が落ち窪む。それ故、この液状還元剤が第二端部SEを超えて液状還元剤がケース19に浸入することを防止できる。
Conversely, the
また、上記の通り、第二端部SEの鉛直方向位置が第一端部FEのそれよりも低くなっているため、旋回流が配管ユニット17Aを通過する際の圧損増加を抑制できる。
Further, as described above, since the vertical position of the second end portion SE is lower than that of the first end portion FE, an increase in pressure loss when the swirling flow passes through the
<1−4.他の構成例>
なお、堰き止め板173は、図2の構成例以外にも、図3に示した五通りの構成を採用することもできる。図3のいずれの構成に関しても、堰き止め板173は、旋回流の進行方向yから平面視した時に、U字配管171Aの内周面における鉛直下方向側の少なくとも一部から、U字配管171Aの中心側に中央側に向かって突出しており、旋回流の旋回方向Aにおける第一端部FEと、旋回方向Aの逆方向における第二端部SEと、を含んでいて、第一端部FEの鉛直方向位置は、第二端部SEの鉛直方向位置よりも高くなっている。これら構成によっても、<1−3.配管ユニットの作用・効果>に記載した効果を奏する。
<1-4. Other configuration examples>
The
<1−5.付記>
上記配管ユニット17Aは車両Vに取り付けた状態でユーザに提供されることもあるが、保守部品等として、配管ユニット17A単独でユーザに提供されることもある。
<1-5. Addendum>
The
<2−1.第二実施形態の構成>
第二実施形態は、図4に示すように、前述の第一実施形態と比較すると、内燃機関3に気系1Aの代わりに排気系1Bが接続されている点で相違する。それ以外に、両実施形態の間に相違点は無い。
<2-1. Configuration of Second Embodiment>
As shown in FIG. 4, the second embodiment is different from the first embodiment in that an
また、排気系1Bは、排気系1Aと比較すると、下記の二点で相違する。
(1)DPF13AとSCR13Bとの間において排気流路11が必ずしも蛇行している必要が無く、直線状であっても良い点
(2)配管ユニット17Aの代わりに配管ユニット17Bを備えている点
Further, the
(1) The
上記以外に、両実施形態の間に相違点は無い。それゆえ、図4において、図1の構成に相当するものには同一参照符号を付け、それぞれの説明控える。 Other than the above, there is no difference between the two embodiments. Therefore, in FIG. 4, the same reference numerals are assigned to the components corresponding to the configuration of FIG.
配管ユニット17Bは、排気流路11において、SCR13Bよりも、排ガスの流れ方向における直ぐ上流側に設けられ、図5に示すように、ストレート配管171Bと、ミキサ175と、堰き止め板173と、を備えている。
The
ストレート配管171Bの下流端DEまたはその近傍には、第一実施形態と同様に、堰き止め板173が設けられる。
A
また、ストレート配管171Bにおいて、上記堰き止め板173よりも、旋回流の進行方向yにおける上流側であって、噴射器15(より具体的には、還元剤の噴射位置)の下流側には、ミキサ175が設けられる。このミキサ175には、還元剤を含んだ排ガスを旋回流にする。
Further, in the
上記のような配管ユニット17Bにおいても、<1−3.配管ユニットの作用・効果>に記載した効果を奏する。
Also in the
<2−2.付記>
なお、第二実施形態では、配管ユニット17Bにミキサ175が設けられるとして説明した。しかし、これに限らず、ミキサ175は、排気流路11において、堰き止め板173よりも、旋回流の進行方向yにおける上流側であって、噴射器15よりも下流側であれば、どこに設けられても構わない。
<2-2. Addendum>
In the second embodiment, the
また、第二実施形態では、第一実施形態と同様に、SCR13Bは、配管ユニット17Bとは別のケース19に圧入される。しかし、これに限らず、ケース19側に、堰き止め板173を上記の同じ要領で設けても構わない。この場合、配管ユニットは、図2B右側に示すように、配管としてのケース19と、堰き止め板173と、SCR13Bとを備えることになる。
In the second embodiment, as in the first embodiment, the
また、<1−4.他の構成例>および<1−5.付記>の記載内容は、第二実施形態においても同様に当てはまる。 Moreover, <1-4. Other Configuration Examples> and <1-5. The contents described in <Appendix> also apply to the second embodiment.
本開示の配管ユニットは、圧損増加を抑制しつつ還元剤の堰き止め能力の向上させることが可能であり、ディーゼルエンジン等を搭載した乗用車や商用車等に好適である。 The piping unit of the present disclosure can improve the reducing agent damming ability while suppressing an increase in pressure loss, and is suitable for a passenger car or a commercial vehicle equipped with a diesel engine or the like.
17A,17B 配管ユニット
171A U字配管
171B ストレート配管
173 堰き止め板
FE 第一端部
SE 第二端部
13B SCR(排気浄化触媒)
17A,
Claims (3)
前記配管の内周面において鉛直下方向寄りの部分から、前記配管の中央側に向かって突出する板と、を備え、
前記板において前記旋回流の旋回方向側にある端部を第一端部とし、前記板において前記旋回方向の逆方向側にある端部を第二端部とするとき、前記第一端部の鉛直方向位置は、前記第二端部の鉛直方向位置よりも高い、
配管ユニット。 Piping that guides the exhaust gas and the reducing agent that make a swirling flow toward the exhaust purification catalyst;
A plate projecting toward the center side of the pipe from a portion near the vertical downward direction on the inner peripheral surface of the pipe,
When the end on the swirl direction side of the swirl flow in the plate is a first end, and the end on the opposite side of the swirl direction is the second end of the plate, the end of the first end The vertical position is higher than the vertical position of the second end,
Piping unit.
請求項1に記載の配管ユニット。 The pipe includes a chamber that generates a swirl flow of exhaust gas and a reducing agent on the upstream side of the plate in the traveling direction of the swirl flow.
The piping unit according to claim 1.
さらに備える、請求項1に記載の配管ユニット。 A mixer provided on the upstream side in the direction of travel of the swirl flow in the pipe rather than the plate,
The piping unit according to claim 1 further provided.
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