JP2018184845A - Exhaust emission control device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化触媒へ添加剤を供給することで排気の浄化を行なう排気浄化装置に関する。 The present invention relates to an exhaust purification device that purifies exhaust gas by supplying an additive to an exhaust purification catalyst provided in an exhaust passage of an internal combustion engine.
従来のディーゼルエンジンを搭載した車両の排気浄化装置として、例えば、特許文献1に示されるような、排気浄化触媒の上流の排気管内に添加弁から添加剤(還元剤)を噴射して排気浄化触媒上でNOx(窒素酸化物)を浄化する排気浄化装置が知られている。この種の排気浄化装置でNOxを効率良く浄化するためには、添加弁から噴射された添加剤が排気浄化触媒の一部に集中しないように、排気管内で添加剤を一様に拡散させる必要がある。この課題に対して、特許文献1では、添加弁の上流側に排気ガスの流れを部分的に遮る堰板を設け、排気ガスの流量が多くなっても添加剤を良好に拡散させる構成としている。
As an exhaust emission control device for a vehicle equipped with a conventional diesel engine, for example, as shown in
しかし、特許文献1に記載の構成では、排気ガスの流量が多いときの添加弁から噴射された還元剤(添加剤)の拡散性が向上するように排気ガスの流れを一部さえぎる堰板を設けているため、排気ガスの流量が少ないときには堰板がかえって還元剤の拡散性を悪化させる原因になる虞がある。即ち、添加弁において還元剤の噴射圧力は一定であるため、排気ガスの流量が少ない場合に堰板が排気ガスの流れをさえぎると、添加弁から噴射された還元剤が排気ガスの流れに乗って拡散する前に添加弁に対向する排気管の内壁部に到達してしまう。これにより、還元剤の濃度分布にかたよりが生じてしまう。また、特許文献1に記載の構成は、還元剤を排気ガスの流れによって排気管内に拡散させるものであるため、還元剤を均一に拡散させるためには添加弁から排気浄化触媒までの拡散距離を十分に長く取る必要があり、排気浄化装置が大型化してしまうという問題も発生する。
However, in the configuration described in
本発明は、このような点に鑑みて創案されたものであり、排気浄化装置を大型化させることなく、かつ、排気ガスの流量の大小にかかわらず、添加弁から噴射した添加剤を排気通路(排気管)内で均一に拡散する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。 The present invention has been devised in view of such points, and does not increase the size of the exhaust gas purification device, and regardless of the flow rate of the exhaust gas, the additive injected from the addition valve can be discharged into the exhaust passage. It is an object of the present invention to provide an exhaust purification device capable of uniformly diffusing in an (exhaust pipe).
上記課題を解決するため、第1の発明は、内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化触媒と、前記排気浄化触媒よりも排気ガスの流れ方向の上流側の前記排気通路内に添加剤を噴射する添加弁と、前記添加弁よりも排気ガスの流れ方向の上流側の前記排気通路内に設けられて前記排気通路内における排気ガスの流れを部分的に遮るとともに、前記添加弁から噴射された添加剤の噴霧と衝突して前記添加剤を前記排気通路内に拡散させる板状の拡散部材と、を備える、排気浄化装置であって、前記添加弁は、前記拡散部材の背面側に添加剤の噴霧が衝突するように、排気ガスの流れ方向の上流側に向けて添加剤を噴射し、前記拡散部材は、前記添加弁から噴射された添加剤の噴霧と衝突する衝突部と、前記拡散部材を排気ガスの流れ方向の上流側から見て前記添加弁から噴射された添加剤の噴霧と重なるように設けられた覆い部とを有する、排気浄化装置である。 In order to solve the above-mentioned problems, the first invention is an exhaust purification catalyst provided in an exhaust passage of an internal combustion engine, and an additive in the exhaust passage upstream of the exhaust purification catalyst in the flow direction of the exhaust gas. An injection valve to be injected, and provided in the exhaust passage upstream of the addition valve in the flow direction of the exhaust gas to partially block the flow of exhaust gas in the exhaust passage and to be injected from the addition valve A plate-like diffusion member that collides with the spray of the additive and diffuses the additive into the exhaust passage, wherein the addition valve is added to the back side of the diffusion member So that the spray of the agent collides, the additive is injected toward the upstream side in the flow direction of the exhaust gas, and the diffusion member collides with the spray of the additive injected from the addition valve, Diffusion member upstream of exhaust gas flow direction And a cover part which overlaps the spray of injected additive from the addition valve as seen from an exhaust gas purification device.
第2の発明は、第1の発明に記載の排気浄化装置であって、前記添加弁は、複数の噴孔を有するとともに、複数の前記噴孔のそれぞれから噴射された添加剤が前記排気通路内において互いに離間する複数の添加剤の噴霧を形成するように添加剤を噴射し、前記拡散部材は、前記添加弁から噴射された複数の添加剤の噴霧にそれぞれ対応する前記衝突部と前記覆い部とを有する、排気浄化装置である。 A second invention is the exhaust emission control device according to the first invention, wherein the addition valve has a plurality of injection holes, and an additive injected from each of the plurality of injection holes is the exhaust passage. The additive is injected so as to form sprays of a plurality of additives that are spaced apart from each other, and the diffusion member includes the impingement part and the cover respectively corresponding to the sprays of the plurality of additives injected from the addition valve. And an exhaust purification device.
第3の発明は、第1の発明または第2の発明に記載の排気浄化装置であって、少なくとも一つの前記覆い部は、長尺状の形状を有する長尺状覆い部とされており、前記添加弁から噴射された添加剤の噴霧は円錐状噴霧を形成しており、前記添加弁は、前記排気通路内に噴射した前記添加剤の前記円錐状噴霧の幅が前記長尺状覆い部の幅よりも狭くなるように、狭角に添加剤を噴射する、排気浄化装置である。 A third invention is the exhaust emission control device according to the first invention or the second invention, wherein at least one of the cover portions is a long cover portion having a long shape, The additive spray injected from the addition valve forms a conical spray, and the addition valve has a width of the cone spray of the additive injected into the exhaust passage. The exhaust emission control device injects the additive at a narrow angle so as to be narrower than the width of the exhaust gas.
第1の発明によれば、添加剤は、排気通路内の上流に配置された拡散部材に向かって噴射される。拡散部材は、排気ガスの流れ方向の上流側から見て、添加弁から噴射された添加剤と重なるように設けられた覆い部を有しているので、添加剤の噴霧は、排気ガスの流量の大小にかかわらず、拡散部材の衝突部に直接衝突する。拡散部材に衝突した添加剤の噴霧は、衝突部から種々の方向に飛散したり、拡散部材の覆い部に沿って流れたりして、排気通路内において径方向に広く拡散される。また、添加剤の噴霧を、排気ガスの流れによって拡散させる前に、拡散部材に衝突させて拡散させるので、添加弁から排気浄化装置までの距離を、より短くすることが可能であり、排気浄化装置が大型化することを抑制することができる。 According to the first invention, the additive is injected toward the diffusion member arranged upstream in the exhaust passage. The diffusion member has a cover portion that is provided so as to overlap with the additive injected from the addition valve when viewed from the upstream side in the flow direction of the exhaust gas. Regardless of the size, it collides directly with the collision part of the diffusing member. The spray of the additive that has collided with the diffusion member is scattered in various directions from the collision part or flows along the cover part of the diffusion member, and is widely diffused in the radial direction in the exhaust passage. Further, since the spray of additive is diffused by colliding with the diffusion member before being diffused by the flow of exhaust gas, the distance from the addition valve to the exhaust purification device can be further shortened, and exhaust purification is achieved. An increase in size of the apparatus can be suppressed.
第2の発明によれば、複数の噴孔のそれぞれから噴射された複数の添加剤の噴霧のそれぞれは、適切な間隔をあけて配置されたそれぞれの衝突部から拡散されるので、排気通路の径方向において、より均一に拡散される。 According to the second invention, each of the sprays of the plurality of additives sprayed from each of the plurality of nozzle holes is diffused from the respective collision portions arranged at appropriate intervals. It is diffused more uniformly in the radial direction.
また、第3の発明によれば、排気通路内に噴射した円錐状噴霧の幅が長尺状覆い部の幅よりも狭くなるように、狭角に添加剤を噴射する。これにより、排気ガスの流れ方向の上流側から見た場合、噴射された円錐状噴霧は、噴孔から衝突部に至るまで覆い部からはみ出ることなく覆い部に重なっており、全て衝突部に到達できる。 According to the third aspect of the invention, the additive is injected at a narrow angle so that the width of the conical spray injected into the exhaust passage is narrower than the width of the long cover portion. As a result, when viewed from the upstream side in the exhaust gas flow direction, the injected conical spray overlaps the cover part without protruding from the cover part from the nozzle hole to the collision part, and all reaches the collision part. it can.
●[排気浄化装置50が適用される内燃機関の構成(図1)]
以下に本発明を実施するための形態を図面を用いて説明する。まず図1を用いて、本発明の排気浄化装置50を適用した内燃機関の例について説明する。内燃機関10(この場合、ディーゼルエンジン)の排気経路12には、排気浄化装置50として、上流から、酸化触媒41、フィルタ42、選択還元型触媒43(この場合、尿素SCRであり、排気浄化触媒に相当)、酸化触媒44、が順次設けられている。また、フィルタ42と選択還元型触媒43の間には、拡散部材51と、添加弁21とが配置されている。酸化触媒41は、炭化水素(HC)と一酸化炭素(CO)を無害化する触媒であり、フィルタ42は、排気ガス中の粒子状物質を捕集するいわゆるDPF(Diesel Particulate Filter)である。また選択還元型触媒43は、添加弁21から噴射されて拡散部材51にて拡散された添加剤(この場合、尿素水)を用いて窒素酸化物(NOx)を無害化する触媒であり、酸化触媒44は、選択還元型触媒43にて反応に使用されずに余った添加剤を無害化する触媒である。なお、図1に示す構成において、選択還元型触媒43の代わりに、選択還元型触媒とDPFとを一体化した触媒を用いてフィルタ42を省略してもよい。
● [Configuration of Internal Combustion Engine to which
EMBODIMENT OF THE INVENTION Below, the form for implementing this invention is demonstrated using drawing. First, an example of an internal combustion engine to which the exhaust
排気浄化装置50は、添加弁21と拡散部材51と選択還元型触媒43とを有している。添加弁21は、内燃機関に設けられた選択還元型触媒43(この場合、尿素SCR)よりも上流となる排気通路45内に、当該選択還元型触媒43に対応した添加剤(この場合は尿素水であり、還元剤)を噴射する。拡散部材51は、添加弁21から噴射された添加剤が、排気通路45内において選択還元型触媒43に達するまでに気化して排気通路45内に拡散することを促進する。排気浄化装置50の添加弁21は、選択還元型触媒43の上流から、排気ガス中のNOxを浄化するための添加剤を、拡散部材51に向けて噴射する。噴射された添加剤は、拡散部材51に衝突して種々の方向に飛散し、高温の排気ガスによって気化され、排気通路45内にて径方向に拡散して排気ガスと効果的に混合される。
The
添加弁21には、添加剤タンク22から吐出配管H2を介して添加剤が供給されている。添加剤タンク22には、圧力検出手段26(例えば、圧力センサ)と、配管H1を介してポンプ23が設けられている。例えば、制御装置25は、圧力検出手段26からの検出信号に基づいて添加剤タンク22内の圧力が所定圧力となるようにポンプ23を制御して、添加弁21に供給する添加剤の液圧を一定圧力に維持する。
The additive is supplied to the
制御装置25は、添加弁21、ポンプ23のそれぞれに制御信号を出力してそれぞれを制御することが可能である。制御装置25は、添加弁21の開度や通電時間等を制御することで、添加剤の供給量を調整することができる。
The
制御装置25には、吸入空気流量検出手段31の検出信号、NOx検出手段32の検出信号、アクセル開度検出手段33の検出信号、回転検出手段34の検出信号、のそれぞれが入力されている。そして制御装置25は、これらの検出手段からの信号に基づいて内燃機関10の運転状態を検出することができる。また、図示省略するが、制御装置25は、内燃機関10に燃料を噴射するインジェクタへ駆動信号を出力する。吸入空気流量検出手段31は、内燃機関10の吸気経路11に設けられて内燃機関10が吸入した空気の流量に応じた検出信号を出力する。NOx検出手段32は、内燃機関10の排気経路12に設けられて内燃機関10の排気ガス中のNOxに応じた検出信号を出力する。アクセル開度検出手段33は、運転者が操作するアクセルの開度(すなわち、運転者の要求負荷)に応じた検出信号を出力する。回転検出手段34は、例えば内燃機関10のクランクシャフトの回転に応じた検出信号を出力する。制御装置25は、検出した吸入空気流量とNOxと要求負荷と内燃機関の回転数と、に基づいて、添加弁21から噴射するべき添加剤の量を求め、ポンプ23、添加弁21を制御して、求めた量の添加剤を添加弁21から噴射する。
The
以下、図2〜図14を用いて、排気浄化装置50における第1〜第6の実施の形態について説明する。なお図中に太実線の矢印が記載されている場合、太実線の矢印は、排気通路45内の排気ガスの流れる方向を示している。なお、図中にX軸、Y軸、Z軸が記載されている場合、Z軸方向は、鉛直上方に向かう方向、X軸方向は、排気通路45の軸方向かつ上流から下流に向かう方向、Y軸方向は排気通路45の上流側から下流側を見た場合の左方向を示している。また、拡散部材51においては、排気通路45の上流側の面を「正面」、下流側の拡散部材51の面を「背面」とする。また、Z軸方向を「上」、Z軸方向と反対方向を「下」、X軸方向を「後」、X軸方向と反対側を「前」、Y軸方向を「左」、Y軸方向と反対方向を「右」として説明する。なお、図2、図3、図7、図8、図9、図10、図11、図12では、説明の都合上、添加弁21と排気通路45の接続部分に関する図示を省略する。
Hereinafter, the first to sixth embodiments of the exhaust
●[第1の実施の形態の排気浄化装置50の構造と動作(図2と図3)]
第1の実施の形態の排気浄化装置50は、図1における拡散部材51が、拡散部材51aであり、排気浄化装置50は、添加弁21、拡散部材51a、図示省略した選択型還元触媒43(図1参照)を有している。第1の実施の形態では、拡散部材51aは、図2及び図3に示すように、T字状の形状を有し、3個所の衝突部S1、S2、S3(下方の中央に配置された衝突部S1と、上方の左右に配置された衝突部S2、S3)を有している。そして添加弁21は、噴孔52aから衝突部S1に円錐状噴霧54を、噴孔52bから衝突部S2に円錐状噴霧54を、噴孔52cから衝突部S3に円錐状噴霧54を、それぞれ衝突させる。
[Structure and operation of the exhaust
In the
添加弁21は、図2に示すように、排気通路45内において拡散部材51aの下流側で、かつ、選択還元型触媒43の上流側に設けられている(図1参照)。また、図1に示すように、添加弁21は排気通路45の上方に固定されている。
As shown in FIG. 2, the
添加弁21は、図3に示すように、3個の噴孔52a、52b、52cを有し、それぞれの噴孔52a、52b、52cから添加剤(この場合は尿素水)を円錐状に噴射して、離間した円錐状噴霧54をそれぞれ形成する。それぞれの噴孔から噴射されたそれぞれの円錐状噴霧54は、拡散部材51aの背面に設けられているそれぞれの衝突部S1、S2、S3に直接衝突するように噴射される。なお、噴孔から噴射された添加剤は、多数の粒子状の液体として噴射され、円錐状噴霧54は、当該多数の粒子状の液体にて形成されている。このように、添加弁21は、複数の噴孔を有し、複数の噴孔のそれぞれから噴射された添加剤が排気通路内において互いに離間する複数の円錐状噴霧を形成するように添加剤を噴射する。
As shown in FIG. 3, the
拡散部材51aは、板状であり、図2に示すように、排気通路45内における添加弁21よりも上流側に、排気通路45の軸方向に対して直交するように設けられている。拡散部材51aは、長尺状覆い部A1、覆い部A2、A3を有している。この長尺状覆い部A1、覆い部A2、A3は、排気通路45の軸方向に沿って上流側から下流側に向かって見て、噴孔52a、52b、52cから、それぞれの噴孔に対応させた衝突部S1、S2、S3に至るまでのそれぞれの円錐状噴霧54の全体と重なるように設けられており、それぞれの円錐状噴霧54の全体を覆う。また、拡散部材51aは、添加弁21から噴射された複数の円錐状噴霧54にそれぞれ対応する衝突部と覆い部とを有し、排気通路45内における排気ガスの流れを部分的に遮る。なお、第1の実施の形態は、少なくとも1つの覆い部(この場合、符号A1)が、長尺状覆い部である例を示している。また、衝突部は、拡散部材51aにおける、排気ガスの流れ方向の下流側の面、の少なくとも一部の領域である。
As shown in FIG. 2, the diffusing
図2及び図3において、板状の拡散部材51aの背面を含む仮想平面で排気通路45を切断した切断面を、仮想断面VD1とする。そして、仮想断面VD1の中心を中心CPとする。また、添加弁21の噴孔が3個であるので、図3に示すように、仮想断面VD1を、3個の扇状の仮想分割面D1、D2、D3に、ほぼ均等となるように分割する。つまり、図3中の仮想断面VD1において、一点鎖線で分割された下方の扇型を仮想分割面D1、一点鎖線で分割された右上方の扇型を仮想分割面D2、一点鎖線で分割された左上方の扇型を仮想分割面D3とする。そして仮想分割面D1、D2、D3のそれぞれに対応させて衝突部S1、S2、S3の位置が設定されている。また、中心CPを通る仮想断面VD1上の直線であってZ軸方向に平行な直線を中心線C1とする。なお、拡散部材51aは、衝突部S1、S2、S3を有する形状とされている。
2 and 3, a cut surface obtained by cutting the
拡散部材51aにおける仮想分割面D1、D2、D3に対応する位置には、点線で示されている衝突部S1、S2、S3が配置されている。図3に示すように、衝突部S1は衝突部中心SC1を、衝突部S2は衝突部中心SC2を、衝突部S3は衝突部中心SC3を、それぞれその領域内に有している。それぞれの円錐状噴霧54がそれぞれの衝突部S1、S2、S3に達し衝突した場合、それぞれの円錐状噴霧の中心軸は、衝突部中心SC1、SC2、SC3をそれぞれ通る。また図2及び図3に示すように、仮想断面VD1内(すなわち、排気通路45内)において、排気ガスの流れ方向の上流側から見て、長尺状覆い部A1、覆い部A2、A3が、各円錐状噴霧54と重なるように設けられている。つまり、排気ガスの流れ方向の上流側から見て、各円錐状噴霧54は、長尺状覆い部A1、覆い部A2、A3からはみ出ることなく全体が覆われている。
Collision portions S1, S2, and S3 indicated by dotted lines are arranged at positions corresponding to the virtual dividing surfaces D1, D2, and D3 in the diffusing
長尺状覆い部A1は、図3に示すように、噴孔52aの近傍から衝突部S1に向かって延びる長尺状の形状を有している。そして長尺状覆い部A1は、排気ガスの流れ方向の上流側から見て、噴孔52aの近傍から(排気通路45内に達した位置から)衝突部S1に至るまでの円錐状噴霧54の全体と重なり、当該全体を覆っている。長尺状覆い部A1は、噴孔52aの近傍の点線で図示されている拡散部材51aの上方部から中心CP付近までの長尺状の領域と実線で示されている中心CP付近から拡散部材51aの下方端までの長尺状部からなる領域であり、ハッチングを施した領域である。図3において、長尺状覆い部A1の長手方向と排気通路45の軸方向との双方に直交する方向(つまり、図3中における左右方向)を長尺状部幅方向とし、長尺状覆い部A1の長尺状部幅方向の長さを長尺状部幅W1とする。また、噴孔52aから噴霧された円錐状噴霧54が、長尺状覆い部A1の衝突部S1に到達した場合の円錐状噴霧54における長尺状部幅方向の長さを円錐状噴霧幅L1とする。この場合において、衝突部S1に向かって噴射される円錐状噴霧54の円錐の広がり角度θ1は、円錐状噴霧幅L1が長尺状部幅W1よりも狭くなる角度である狭角に設定されている。また、衝突部中心SC1は中心線C1上にあり、衝突部S1は、衝突部S1の外周が拡散部材51aの外縁部にかからないように設定されている。そして衝突部S1は、円錐状噴霧54が衝突部S1に衝突した場合に、気化された添加剤53が仮想分割面D1内を均等に拡散する位置(すなわち、仮想分割面D1内のほぼ中央)に設定されている。噴孔52aから噴射される円錐状噴霧54は、図2及び図3に示すように、衝突部S1に衝突した際、衝突部S1内に収まるように噴射される。このように、添加弁21は、排気通路内に噴射した円錐状噴霧(衝突部S1に対応する円錐状噴霧)の幅(円錐状噴霧幅L1)が、長尺状覆い部A1の幅(長尺状部幅W1)よりも狭くなるように、狭角に添加剤を噴射する。
As shown in FIG. 3, the long covering portion A1 has a long shape extending from the vicinity of the
排気ガスの流れ方向の上流側から見て、長尺状覆い部A1が、噴孔52aから衝突部S1に至るまでの円錐状噴霧54を覆っているため、噴孔52aから噴射された添加剤の円錐状噴霧54が衝突部S1に衝突するまでの間において、排気ガスの流れの影響を受けることを抑制している。即ち、長尺状覆い部A1は、排気通路45の排気ガスの流れによって添加剤が下流側に流されることを抑制している。そして衝突部S1に衝突して飛散した添加剤は、高温の排気ガスによって気化され、気化された添加剤53は、仮想分割面D1内の衝突部S1を中心に排気通路45内に拡散する。
When viewed from the upstream side in the flow direction of the exhaust gas, the long covering portion A1 covers the
図3に示すように、覆い部A2と覆い部A3は、中心線C1に対して線対称となる位置及び形状であり、構造及び動作が同一であるため、覆い部A3については説明を省略し、覆い部A2についてのみ説明する。覆い部A2は、排気ガスの流れ方向の上流側から見て、噴孔52bの近傍から(排気通路45内に達した位置から)衝突部S2に至るまでの円錐状噴霧54の全体と重なり、当該全体を覆っている。噴孔52bから噴射される円錐状噴霧54は、拡散部材51aの衝突部S2に衝突する。また、衝突部中心SC2は仮想分割面D2内にあり、衝突部S2の外周は、拡散部材51aの外縁部にかからないように設定されている。そして衝突部S2は、円錐状噴霧54が衝突部S2に衝突した後、気化された添加剤53が仮想分割面D2内の衝突部S2を中心に排気通路45内で拡散する際に適した位置(この場合、仮想分割面D2内のほぼ中央)に設定されている。噴孔52bから噴射される円錐状噴霧54は、図2及び図3に示すように、衝突部S2に衝突した際、衝突部S2内に収まるように噴射される。
As shown in FIG. 3, the cover part A2 and the cover part A3 are positions and shapes that are line-symmetric with respect to the center line C1, and the structure and operation are the same. Therefore, the description of the cover part A3 is omitted. Only the cover A2 will be described. The cover portion A2 overlaps with the entire
排気ガスの流れ方向の上流側から見て、覆い部A2が、噴孔52bから衝突部S2に至るまでの円錐状噴霧54を覆っているため、噴孔52bから噴射された円錐状噴霧54は、排気通路45の排気ガスの流れによって下流側に流されることが抑制され、衝突部S2に衝突する。そして衝突部S2に衝突して飛散した添加剤は、高温の排気ガスによって気化され、気化された添加剤53は、仮想分割面D2内の衝突部S2を中心に排気通路45内に拡散する。以上に説明したように、衝突部S1〜S3に衝突した円錐状噴霧54は、衝突によって、さらに細かな粒子となって四方に飛散するので、円錐状噴霧を衝突部に衝突させない場合と比較して、添加剤がより気化しやすくなる。従って、円錐状噴霧を衝突部に衝突させない場合と比較して、添加弁21から排気浄化触媒までの距離を、より短くすることができるので、排気浄化装置が大型化することを抑制することができる。
Since the cover A2 covers the
●[第1の実施の形態の排気浄化装置50の拡散効果(図4〜図6)]
図4から図6を用いて、本実施の形態の排気浄化装置50の拡散部材51aの拡散効果の詳細に説明する。図4は、本実施の形態において、排気ガスの流量が大きい場合おいて、拡散部材51aの衝突部に衝突した添加剤53が気化して拡散する様子を説明する図である。また、図5は、本実施の形態において、排気ガスの流量が小さい場合において、拡散部材51aの衝突部に衝突した添加剤53が気化して拡散する様子を説明する図である。また図6に、第1の実施の形態の排気浄化装置50と、図15に示す比較例としての[従来の排気浄化装置の例1]と、図16に示す比較例としての[従来の排気浄化装置の例2]について、簡易シミュレーションモデルを用いて、排気通路内の拡散度を計算した比較結果を示す。なお、「拡散度」とは、排気通路内において気化された添加剤の径方向への拡散の度合を示し、大きいほど一様に拡散していることを示す。
[Diffusion effect of the exhaust
The diffusion effect of the
図4と図5に示すように、排気ガスの流れ方向の上流側から見て、添加弁21の噴孔52a、52b、52c(図3参照)から噴射された円錐状噴霧54は、長尺状覆い部A1、覆い部A2、A3(図2、図3参照)により、排気ガスの流量が大きい場合であっても小さい場合であっても、排気ガスの流れによって下流側に流されることが抑制されるので、衝突部S1、S2、S3にそれぞれ衝突する。衝突部S1に衝突して気化された添加剤53は主に仮想分割面D1に拡散し、衝突部S2に衝突して気化された添加剤53は主に仮想分割面D2に拡散し、衝突部S3に衝突して気化された添加剤53は主に仮想分割面D3に拡散する。従って、気化された添加剤53は、排気通路45内で径方向に一様に気化する。そして衝突部に衝突した後の円錐状噴霧は、細かな粒子となって四方に飛散するので、気化して排気通路の径方向に一様に拡散され、選択還元型触媒43(図1参照)までの距離を、より短くすることができる。
As shown in FIGS. 4 and 5, the
一方、図15に示す[従来の排気浄化装置の例1]の場合、添加弁121の噴射口(噴孔に相当)から噴射された添加剤は、排気管145内において何ら排気ガスの流れを遮るものがないため、排気ガスの流れによって下流側に流される。排気ガスの流量が小さい場合では噴射口から噴射された添加剤が、気化する前に噴射先の排気管145の内壁に到達し、気化した添加剤は、図15中に点線にて示すように、排気管145内の下方に集中する。また、排気ガスの流量が大きい場合では、噴射口から噴射された添加剤は一気に排気ガスの流れに運ばれるので、気化した添加剤は、図15中に一点鎖線にて示すように、排気管145内の上方に集中する。
On the other hand, in the case of [Example 1 of the conventional exhaust purification device] shown in FIG. 15, the additive injected from the injection port (corresponding to the injection hole) of the
また、図16に示す[従来の排気浄化装置の例2]の場合、堰板251が排気ガスの流れを堰き止め、堰板251の下流側に配置された添加弁221から下流に向けて円錐状噴霧が噴射される。排気ガスの流量が大きい場合では、噴射された添加剤は、堰板251の下端近傍から一気に排気ガスの流れに運ばれるので、気化した添加剤は、図16中に一点鎖線にて示すように、排気管245内(排気通路に相当)の中央近傍に集中する。また、排気ガスの流量が小さい場合では、噴射された添加剤は、気化する前に噴射先の排気管245の内壁に到達し、気化した添加剤は、図16中に点線にて示すように、排気管245内の下方に集中する。
In the case of [Example 2 of the conventional exhaust purification device] shown in FIG. 16, the
図6の簡易シミュレーションモデルによる計算結果が示すように、第1の実施の形態の排気浄化装置50は、排気通路内の排気ガスの流量の大小にかかわらず、図15に示す[従来の排気浄化装置の例1]と、図16に示す[従来の排気浄化装置の例2]と比較して、約2倍以上の拡散度となる。また、[従来の排気浄化装置の例1]と[従来の排気浄化装置の例2]は、排気ガスの流量が小さい場合の拡散度と比較して、排気ガスの流量が大きい場合の拡散度が大きく低下している(低下する割合が大きい)。しかし、第1の実施の形態の排気浄化装置50は、排気ガスの流量の大小にかかわらず円錐状噴霧は衝突部に衝突するので、排気ガスの流量が小さい場合の拡散度と比較して、排気ガスの流量が大きい場合であっても顕著な拡散度の低下はない。
As shown in the calculation result by the simple simulation model of FIG. 6, the
●[第2の実施の形態の排気浄化装置50の構造と動作(図7及び図8)]
第2の実施の形態の排気浄化装置50は、図1における拡散部材51が、拡散部材51bであり、排気浄化装置50は、添加弁21、拡散部材51b、図示省略した選択型還元触媒43(図1参照)を有している。第2の実施の形態では、拡散部材51bは、図7及び図8に示すように、紡錘断面状の形状を有し、上方の左右に配置された2個所の衝突部S4、S5を有している。そして添加弁21は、当該2個所の衝突部S4、S5のそれぞれに、2個の噴孔52d、52eから円錐状噴霧54を衝突させる。以下、第1の実施の形態との相違点について主に説明する。なお、本実施の形態の利点は、排気ガスの流れ方向の上流側から見て、拡散部材51bが、排気通路45の上下の径方向を覆う長尺状覆い部を有していないため、第1の実施の形態の拡散部材51aと比較して、排気通路45内の排気ガスの圧力損失を低減できることである。
● [Structure and operation of exhaust
In the
添加弁21は、図8に示すように、2個の噴孔52d、52eを有し、それぞれの噴孔から添加剤を円錐状に噴射して、離間した円錐状噴霧54をそれぞれ形成する。それぞれの噴孔から噴射されたそれぞれの円錐状噴霧54は、拡散部材51bの背面に設けられているそれぞれの衝突部S4、S5に直接衝突するように噴射される。
As shown in FIG. 8, the
拡散部材51bは、図7に示すように、排気通路45内における添加弁21よりも上流側に、排気通路45の軸方向に対して直交するように設けられている。拡散部材51bは、排気通路45内の排気ガスの流れ方向の上流側から見て、噴孔52dから衝突部S4に至るまでの円錐状噴霧54の全体と重なる覆い部A4、噴孔52eから衝突部S5に至るまでの円錐状噴霧54の全体と重なる覆い部A5、をそれぞれ有している。より正確には、排気ガスの流れ方向の上流側から見て、覆い部A4、A5は、排気通路45内に達した位置から衝突部に至るまでの円錐状噴霧の全体を覆っている。なお、第2の実施の形態は、長尺状覆い部を有していない例を示している。また、衝突部は、拡散部材51bにおける、排気ガスの流れ方向の下流側の面、の少なくとも一部の領域である。
As shown in FIG. 7, the
図8において、板状の拡散部材51bの背面を含む仮想平面で排気通路45を切断した切断面を、仮想断面VD2とする。そして、仮想断面VD2の中心を中心CPとする。また、添加弁21の噴孔が2個であるので、図8に示すように、仮想断面VD2を、2個の扇状の仮想分割面D4、D5に、ほぼ均等となるように分割する。つまり、図8中の仮想断面VD2において、中心CPを通ってZ軸に平行な中心線C1を設定し、当該中心線C1で分割された、右側の扇型を仮想分割面D4、左側の扇型を仮想分割面D5とする。そして仮想分割面D4、D5のそれぞれに対応させて衝突部S4、S5の位置が設定されている。なお、拡散部材51bは、衝突部S4、S5を有する形状とされている。
In FIG. 8, a cut surface obtained by cutting the
拡散部材51bにおける仮想分割面D4、D5に対応する位置には、点線で示されている衝突部S4、S5が配置されている。図8に示すように、衝突部S4は衝突部中心SC4を、衝突部S5は衝突部中心SC5を、それぞれその領域内に有している。それぞれの円錐状噴霧54がそれぞれの衝突部S4、S5に達し衝突した場合、それぞれの円錐状噴霧の中心軸は、それぞれの衝突部中心SC4、SC5を通る。また図7及び図8に示すように、仮想断面VD2内(すなわち、排気通路45内)において、排気ガスの流れ方向の上流側から見て、覆い部A4、A5が、各円錐状噴霧54と重なるように設けられている。つまり、排気ガスの流れ方向の上流側から見て、各円錐状噴霧54は、覆い部A4、A5からはみ出ることなく全体が覆われている。
Collision portions S4 and S5 indicated by dotted lines are arranged at positions corresponding to the virtual dividing surfaces D4 and D5 in the diffusing
図8に示すように、覆い部A4と覆い部A5は、中心線C1に対して線対称となる位置及び形状であり、構造及び動作が同一であるため、覆い部A5については説明を省略し、覆い部A4についてのみ説明する。覆い部A4は、排気ガスの流れ方向の上流側から見て、噴孔52dの近傍から(排気通路45内に達した位置から)衝突部S4に至るまでの円錐状噴霧54の全体と重なり、当該全体を覆っている。噴孔52dから噴射される円錐状噴霧54は、拡散部材51bの衝突部S4に衝突する。また、衝突部中心SC4は仮想分割面D4内にあり、衝突部S4の外周は、拡散部材51bの外縁部にかからないように設定されている。そして衝突部S4は、円錐状噴霧54が衝突部S4に衝突した場合に、気化された添加剤53が仮想分割面D4内の衝突部S4を中心に排気通路45内で拡散する際に適した位置(この場合、仮想分割面D4内の上方)に設定されている。噴孔52dから噴射される円錐状噴霧54は、図7及び図8に示すように、衝突部S4に衝突した際、衝突部S4内に収まるように噴射される。
As shown in FIG. 8, the cover part A4 and the cover part A5 have positions and shapes that are line-symmetric with respect to the center line C1, and the structure and operation are the same. Therefore, the description of the cover part A5 is omitted. Only the cover A4 will be described. The cover part A4 overlaps with the entire
なお、拡散効果については、第1の実施の形態と同様、衝突部に至るまでの円錐状噴霧54が、排気ガスの流れ方向の上流側から見て、排気ガスによって下流側に流されることが抑制されるので、排気ガスの流量の大小にかかわらず、円錐状噴霧は衝突部に衝突する。そして衝突部に衝突した後の円錐状噴霧は、細かな粒子となって四方に飛散するので、気化して排気通路の径方向に一様に拡散され、選択還元型触媒43(図1参照)までの距離を、より短くすることができる。また、第1の実施の形態と同様、排気ガスの流量の大小にかかわらず円錐状噴霧は衝突部に衝突するので、排気ガスの流量が小さい場合の拡散度と比較して、排気ガスの流量が大きい場合の拡散度の低下も抑制される。
As for the diffusion effect, as in the first embodiment, the
●[第3の実施の形態の排気浄化装置50の構造と動作(図9及び図10)]
第3の実施の形態の排気浄化装置50は、図1における拡散部材51が、拡散部材51cであり、排気浄化装置50は、添加弁21、拡散部材51c、図示省略した選択還元型触媒43(図1参照)を有している。第3の実施の形態では、拡散部材51cは、図9及び図10に示すように、I字状の形状を有し、中央の上下に配置された2個所の衝突部S6、S7を有している。そして添加弁21は、当該2個所の衝突部S6、S7のそれぞれに、2個の噴孔52f、52gから円錐状噴霧54を衝突させる。以下、第1の実施の形態との相違点について主に説明する。なお、本実施の形態の利点は、排気ガスの流れ方向の上流側から見て、拡散部材51cが、排気通路45内の上下の径方向のみを覆っており、第1の実施の形態の拡散部材51aと比較して、排気通路45内の排気ガスの圧力損失を低減しつつ、気化された添加剤が、排気通路45内の上下に一様に拡散されることである。
[Structure and operation of the exhaust
In the
添加弁21は、図10に示すように、2個の噴孔52f、52gを有し、それぞれの噴孔から添加剤を円錐状に噴射して、離間した円錐状噴霧54をそれぞれ形成する。それぞれの噴孔から噴射されたそれぞれの円錐状噴霧54は、拡散部材51cの背面に設けられているそれぞれの衝突部S6、S7に直接衝突するように噴射される。
As shown in FIG. 10, the
拡散部材51cは、図9に示すように、排気通路45内における添加弁21よりも上流側に、排気通路45の軸方向に対して直交するように設けられている。拡散部材51cは、排気通路45内の排気ガスの流れ方向の上流側から見て、噴孔52fの近傍から衝突部S6に至るまでの円錐状噴霧54の全体と重なる長尺状覆い部A6、噴孔52gの近傍から衝突部S7に至るまでの円錐状噴霧54の全体と重なる長尺状覆い部A7、をそれぞれ有している。なお図9及び図10に示す例では、長尺状覆い部A6は、長尺状覆い部A7の一部でもある。より正確には、排気ガスの流れ方向の上流側から見て、長尺状覆い部A6、A7は、排気通路45内に達した位置から衝突部に至るまでの円錐状噴霧の全体を覆っている。なお、第3の実施の形態は、少なくとも1つの覆い部(この場合、符号A6、A7)が、長尺状覆い部である例を示している。また、衝突部は、拡散部材51cにおける排気ガスの流れ方向の下流側の面、の少なくとも一部の領域である。
As shown in FIG. 9, the
図10において、板状の拡散部材51cの背面を含む仮想平面で排気通路45を切断した切断面を、仮想断面VD3とする。そして、仮想断面VD3の中心を中心CPとする。また、添加弁21の噴孔が2個であるので、図10に示すように、仮想断面VD3を、2個の扇状の仮想分割面D6、D7に、ほぼ均等となるように分割する。つまり、図10中の仮想断面VD3において、中心CPを通ってZ軸に平行な中心線C1を設定し、中心CPを通ってY軸に平行な中心線C2を設定し、当該中心線C2で分割された、上側の扇型を仮想分割面D6、下側の扇型を仮想分割面D7とする。そして仮想分割面D6、D7のそれぞれに対応させて衝突部S6、S7の位置が設定されている。なお、拡散部材51cは、衝突部S6、S7を有する形状とされている。
In FIG. 10, a cut surface obtained by cutting the
拡散部材51cにおける仮想分割面D6、D7に対応する位置には、点線で示されている衝突部S6、S7が配置されている。図10に示すように、衝突部S6は衝突部中心SC6を、衝突部S7は衝突部中心SC7を、それぞれその領域内に有している。それぞれの円錐状噴霧54がそれぞれの衝突部S6、S7に達し衝突した場合、それぞれの円錐状噴霧の中心軸は、それぞれの衝突部中心SC6、SC7を通る。また図9及び図10に示すように、仮想断面VD3内(すなわち、排気通路45内)において、排気ガスの流れ方向の上流側から見て、長尺状覆い部A6、A7が、各円錐状噴霧54と重なるように設けられている。つまり、排気ガスの流れ方向の上流側から見て、各円錐状噴霧54は、長尺状覆い部A6、A7からはみ出ることなく全体が覆われている。
Collision portions S6 and S7 indicated by dotted lines are arranged at positions corresponding to the virtual dividing surfaces D6 and D7 in the diffusing
長尺状覆い部A6は、図10に示すように、拡散部材51cの上方端(噴孔52fの近傍)から下方へ伸びる長尺状の形状を有している。そして長尺状覆い部A6は、排気ガスの流れ方向の上流側から見て、噴孔52fの近傍から(排気通路45内に達した位置から)衝突部S6に至るまでの円錐状噴霧54の全体と重なり、当該全体を覆っている。長尺状覆い部A6は、拡散部材51cを中心線C2で分割した上半分の領域である。図10において、長尺状覆い部A6の長手方向と排気通路45の軸方向との双方に直交する方向(つまり、図10中における左右方向)を長尺状部幅方向とし、長尺状覆い部A6の長尺状部幅方向の長さを長尺状部幅W2とする。また、噴孔52fから噴霧された円錐状噴霧54が、長尺状覆い部A6の衝突部S6に到達した場合の円錐状噴霧54における長尺状部幅方向の長さを円錐状噴霧幅L2とする。この場合において、衝突部S6に向かって噴射される円錐状噴霧54の円錐の広がり角度θ2は、円錐状噴霧幅L2が長尺状部幅W2よりも短くなる角度に設定されている。また、衝突部中心SC6は中心線C1上にあり、衝突部S6は、衝突部S6の外周が拡散部材51cの外縁部にかからないように設定されている。そして衝突部S6は、円錐状噴霧54が衝突部S6に衝突した場合に、気化された添加剤が仮想分割面D6内を均等に拡散する位置(すなわち、仮想分割面D6内のほぼ中央)に設定されている。噴孔52fから噴射される円錐状噴霧54は、図9及び図10に示すように、衝突部S6に衝突した際、衝突部S6内に収まるように噴射される。このように、添加弁21は、排気通路内に噴射した円錐状噴霧(衝突部S6に対応する円錐状噴霧)の幅(円錐状噴霧幅L2)が、長尺状覆い部A6の幅(長尺状部幅W2)よりも狭くなるように、狭角に添加剤を噴射する。
As shown in FIG. 10, the long covering portion A6 has a long shape extending downward from the upper end (near the
長尺状覆い部A7は、図10に示すように、拡散部材51cの上方端(噴孔52gの近傍)から下方へ伸びる長尺状の形状を有している。そして長尺状覆い部A7は、排気ガスの流れ方向の上流側から見て、噴孔52gの近傍から(排気通路45内に達した位置から)衝突部S7に至るまでの円錐状噴霧54の全体と重なり、当該全体を覆っている。なお図9及び図10の例では、長尺状覆い部A7は、長尺状覆い部A6を含んでいる。つまり、長尺状覆い部A7は、拡散部材51cの上方端から下方端までの全領域である。図10において、噴孔52gから噴射された円錐状噴霧54が、長尺状覆い部A7の衝突部S7に到達した場合の円錐状噴霧54における長尺状部幅方向の長さを円錐状噴霧幅L3とする。この場合において、衝突部S7に向かって噴射される円錐状噴霧54の円錐の広がり角度θ3は、円錐状噴霧幅L3が長尺状部幅W2よりも狭くなる狭角に設定されている。また、衝突部中心SC7は中心線C1上にあり、衝突部S7は、衝突部S7の外周が拡散部材51cの外縁部にかからないように設定されている。そして衝突部S7は、円錐状噴霧54が衝突部S7に衝突した場合に、気化された添加剤53が仮想分割面D7内を均等に拡散する位置(すなわち、仮想分割面D7内のほぼ中央)に設定されている。噴孔52gから噴射される円錐状噴霧54は、図9及び図10に示すように、衝突部S7に衝突した際、衝突部S7内に収まるように噴射される。このように、添加弁21は、排気通路内に噴射した円錐状噴霧(衝突部S7に対応する円錐状噴霧)の幅(円錐状噴霧幅L3)が、長尺状覆い部A7の幅(長尺状部幅W2)よりも狭くなるように、狭角に添加剤を噴射する。
As shown in FIG. 10, the long covering portion A7 has a long shape extending downward from the upper end of the
なお、拡散効果については、第1の実施の形態と同様、衝突部に至るまでの円錐状噴霧54が、排気ガスの流れ方向の上流側から見て、排気ガスによって下流側に流されることが抑制されるので、排気ガスの流量の大小にかかわらず、円錐状噴霧は衝突部に衝突する。そして衝突部に衝突した後の円錐状噴霧は、細かな粒子となって四方に飛散するので、気化して排気通路の径方向に一様に拡散され、選択還元型触媒43(図1参照)までの距離を、より短くすることができる。また、第1の実施の形態と同様、排気ガスの流量の大小にかかわらず円錐状噴霧は衝突部に衝突するので、排気ガスの流量が小さい場合の拡散度と比較して、排気ガスの流量が大きい場合の拡散度の低下も抑制される。
As for the diffusion effect, as in the first embodiment, the
●[第4の実施の形態の排気浄化装置50の構造と動作(図11及び図12)]
第4の実施の形態の排気浄化装置50は、図1における拡散部材51が、拡散部材51dであり、排気浄化装置50は、添加弁21、拡散部材51d、図示省略した選択型還元触媒43(図1参照)を有している。第4の実施の形態では、拡散部材51dは、図11及び図12に示すように、逆V字状の形状を有し、中央の左右に配置された2個所の衝突部S8、S9を有している。そして添加弁21は、当該2個所の衝突部S8、S9のそれぞれに、2個の噴孔52h、52iから円錐状噴霧54を衝突させる。以下、第1の実施の形態との相違点について主に説明する。なお、本実施の形態の利点は、排気ガスの流れ方向の上流側から見て、拡散部材51dが、排気通路45内の中央下部を覆うことなく開放し、左右において長尺状にのみ覆っているため、第1の実施の形態の拡散部材51aと比較して、排気通路45内の排気ガスの圧力損失を低減しつつ、気化された添加剤53が、排気通路45内の上下に一様に拡散されることである。
[Structure and operation of the exhaust
In the
添加弁21は、図12に示すように、2個の噴孔52h、52iを有し、それぞれの噴孔から添加剤を円錐状に噴射して、離間した円錐状噴霧54をそれぞれ形成する。それぞれの噴孔から噴射されたそれぞれの円錐状噴霧54は、拡散部材51dの背面に設けられているそれぞれの衝突部S8、S9に直接衝突するように噴射される。
As shown in FIG. 12, the
拡散部材51dは、図11に示すように、排気通路45内における添加弁21よりも上流側に、排気通路45の軸方向に対して直交するように設けられている。拡散部材51dは、排気通路45内の排気ガスの流れ方向の上流側から見て、噴孔52hの近傍から衝突部S8に至るまでの円錐状噴霧54の全体と重なる長尺状覆い部A8、噴孔52iの近傍から衝突部S9に至るまでの円錐状噴霧54の全体と重なる長尺状覆い部A9、をそれぞれ有している。より正確には、排気ガスの流れ方向の上流側から見て、長尺状覆い部A8、A9は、排気通路45内に達した位置から衝突部に至るまでの円錐状噴霧の全体を覆っている。なお、第4の実施の形態は、少なくとも1つの覆い部(この場合、符号A8、A9)が、長尺状覆い部である例を示している。また、衝突部は、拡散部材51dにおける、排気ガスの流れ方向の下流側の面、の少なくとも一部の領域である。
As shown in FIG. 11, the
図12において、板状の拡散部材51dの背面を含む仮想平面で排気通路45を切断した切断面を、仮想断面VD4とする。そして、仮想断面VD4の中心を中心CPとする。また、添加弁21の噴孔が2個であるので、図12に示すように、仮想断面VD4を、2個の扇状の仮想分割面D8、D9に、ほぼ均等となるように分割する。つまり、図12中の仮想断面VD4において、中心CPを通ってZ軸に平行な中心線C1を設定し、当該中心線C1で分割された左右の扇型を仮想分割面D8、仮想分割面D9とする。そして仮想分割面D8、D9のそれぞれに対応させて衝突部S8、S9の位置が設定されている。なお、拡散部材51dは、衝突部S8、S9を有する形状とされている。
In FIG. 12, a cut surface obtained by cutting the
拡散部材51dにおける仮想分割面D8、D9に対応する位置には、点線で示されている衝突部S8、S9が配置されている。図12に示すように、衝突部S8は衝突部中心SC8を、衝突部S9は衝突部中心SC9を、それぞれその領域内に有している。それぞれの円錐状噴霧54がそれぞれの衝突部S8、S9に達し衝突した場合、それぞれの円錐状噴霧の中心軸は、それぞれの衝突部中心SC8、SC9を通る。また図11及び図12に示すように、仮想断面VD4内(すなわち、排気通路45内)において、排気ガスの流れ方向の上流側から見て、長尺状覆い部A8、A9が、各円錐状噴霧54と重なるように設けられている。つまり、排気ガスの流れ方向の上流側から見て、各円錐状噴霧54は、長尺状覆い部A8、A9からはみ出ることなく全体が覆われている。
Collision portions S8 and S9 indicated by dotted lines are arranged at positions corresponding to the virtual dividing surfaces D8 and D9 in the diffusing
長尺状覆い部A8と長尺状覆い部A9は、中心線C1に対して線対称となる位置及び形状であり、構造及び動作が同一であるため、長尺状覆い部A9については説明を省略し、長尺状覆い部A8についてのみ説明する。長尺状覆い部A8は、図12に示すように、噴孔52hの近傍から下方へ伸びる長尺状の形状を有している。そして長尺状覆い部A8は、排気ガスの流れ方向の上流側から見て、噴孔52hの近傍から(排気通路45内に達した位置から)衝突部S8に至るまでの円錐状噴霧54の全体と重なり、当該全体を覆っている。図12において、長尺状覆い部A8の長手方向と排気通路45の軸方向との双方に直交する方向を長尺状部幅方向とし、長尺状覆い部A8の長尺状部幅方向の長さを長尺状部幅W4とする。また、噴孔52hから噴霧された円錐状噴霧54が、長尺状覆い部A8の衝突部S8に到達した場合の円錐状噴霧54における長尺状部幅方向の長さを円錐状噴霧幅L4とする。この場合において、衝突部S8に向かって噴射される円錐状噴霧54の円錐の広がり角度θ4は、円錐状噴霧幅L4が長尺状部幅W4よりも狭くなる狭角に設定されている。また、衝突部中心SC8は長尺状部幅W4のほぼ中央に位置し、衝突部S8は、衝突部S8の外周が拡散部材51dの外縁部にかからないように設定されている。そして衝突部S8は、円錐状噴霧54が衝突部S8に衝突した場合に、気化された添加剤53が仮想分割面D8内を均等に拡散する位置(すなわち、仮想分割面D8内のほぼ中央)に設定されている。噴孔52hから噴射される円錐状噴霧54は、図11及び図12に示すように、衝突部S8に衝突した際、衝突部S8内に収まるように噴射される。このように、添加弁21は、排気通路内に噴射した円錐状噴霧(衝突部S8に対応する円錐状噴霧)の幅(円錐状噴霧幅L4)が、長尺状覆い部A8の幅(長尺状部幅W4)よりも狭くなるように、狭角に添加剤を噴射する。
The long covering portion A8 and the long covering portion A9 have positions and shapes that are line-symmetric with respect to the center line C1, and the structure and operation are the same. Therefore, the long covering portion A9 is described. Only the elongated covering portion A8 will be described. As shown in FIG. 12, the long covering portion A8 has a long shape extending downward from the vicinity of the
なお、拡散効果については、第1の実施の形態と同様、衝突部に至るまでの円錐状噴霧54が、排気ガスの流れ方向の上流側から見て、排気ガスによって下流側に流されることが抑制されるので、排気ガスの流量の大小にかかわらず、円錐状噴霧は衝突部に衝突する。そして衝突部に衝突した後の円錐状噴霧は、細かな粒子となって四方に飛散するので、気化して排気通路の径方向に一様に拡散され、選択型還元触媒43(図1参照)までの距離を、より短くすることができる。また、第1の実施の形態と同様、排気ガスの流量の大小にかかわらず円錐状噴霧は衝突部に衝突するので、排気ガスの流量が小さい場合の拡散度と比較して、排気ガスの流量が大きい場合の拡散度の低下も抑制される。
As for the diffusion effect, as in the first embodiment, the
●[第5の実施の形態の排気浄化装置50の構造と動作(図13)]
第5の実施の形態の排気浄化装置50は、図13に示すように、第1〜第4の実施の形態にて説明した拡散部材51(51a〜51d)を、排気通路45の軸方向に直交するように配置するのでなく、添加弁21の中心軸線21Jに、拡散部材の背面を含む仮想断面が直交するように配置したものである。例えば中心軸線21J上に仮想断面の中心CPを配置し、当該仮想断面と中心軸線21Jが直交するように拡散部材を配置する。なお、図13中において、排気通路の軸方向と拡散部材51とが成す角度θzが、0[度]<角度θz<90[度]となるように、拡散部材51を傾斜させて配置してもよい。なお、第1〜第4の実施の形態では、衝突部に対して斜め上方から円錐状噴霧54が衝突するので、衝突後の円錐状噴霧は、上方よりも下方に多く飛散する。しかし、本実施の形態では、衝突部に対してほぼ正面から円錐状噴霧が衝突するので、衝突後の円錐状噴霧は、上方と下方にほぼ均一に飛散し、排気通路45内の径方向により一様に拡散される。
● [Structure and operation of exhaust
As shown in FIG. 13, the exhaust
なお、拡散効果については、第1の実施の形態と同様、衝突部に至るまでの円錐状噴霧54が、排気ガスの流れ方向の上流側から見て、排気ガスによって下流側に流されることが抑制されるので、排気ガスの流量の大小にかかわらず、円錐状噴霧は衝突部に衝突する。そして衝突部に衝突した後の円錐状噴霧は、細かな粒子となって四方に飛散するので、気化して排気通路の径方向に一様に拡散され、選択型還元触媒43(図1参照)までの距離を、より短くすることができる。また、第1の実施の形態と同様、排気ガスの流量の大小にかかわらず円錐状噴霧は衝突部に衝突するので、排気ガスの流量が小さい場合の拡散度と比較して、排気ガスの流量が大きい場合の拡散度の低下も抑制される。
As for the diffusion effect, as in the first embodiment, the
●[第6の実施の形態の排気浄化装置50の構造と動作(図14)]
第6の実施の形態の排気浄化装置50は、図14に示すように、2個の添加弁21を排気通路45の左右(または上方の左右)に配置し、2個の拡散部材51zを排気通路45内の左右(または上方の左右)に配置し、それぞれの添加弁からそれぞれの拡散部材の衝突部に円錐状噴霧54を衝突させるものである。この場合、拡散部材51zは、排気通路45の軸方向に直交するように配置されていてもよいし、対応する添加弁の中心軸線に直交するように配置されていてもよい。添加弁と拡散部材を左右に分離することで、衝突部を左右に設定した場合、衝突部に対する拡散部材の面積を最小限とすることが容易であり、排気ガスの圧力損失をより低減することができる点が利点である。
[Structure and operation of
As shown in FIG. 14, the
なお、拡散効果については、第1の実施の形態と同様、衝突部に至るまでの円錐状噴霧54が、排気ガスの流れ方向の上流側から見て、排気ガスによって下流側に流されることが抑制されるので、排気ガスの流量の大小にかかわらず、円錐状噴霧は衝突部に衝突する。そして衝突部に衝突した後の円錐状噴霧は、細かな粒子となって四方に飛散するので、気化して排気通路45の径方向に一様に拡散され、選択型還元触媒43(図1参照)までの距離を、より短くすることができる。また、第1の実施の形態と同様、排気ガスの流量の大小にかかわらず円錐状噴霧は衝突部に衝突するので、排気ガスの流量が小さい場合の拡散度と比較して、排気ガスの流量が大きい場合の拡散度の低下も抑制される。
As for the diffusion effect, as in the first embodiment, the
●[拡散部材51の排気通路内への配置方法など]
以下、拡散部材51を排気通路45内に配置(固定)する方法の例について説明する。例えば、仮想断面(VD1〜VD4)に沿って排気通路45の排気管を切断して上流側と下流側のそれぞれの排気管の切断面にフランジ部を設け、上流側の排気管のフランジ部と下流側の排気管のフランジ部との間に拡散部材51を挟み込んで排気管を接続する。
あるいは、排気管の開口部から拡散部材51を挿入し、開口部から溶接用工具を挿入して拡散部材51を溶接する。
● [Method of arranging
Hereinafter, an example of a method of arranging (fixing) the
Alternatively, the
また、第1〜第6の実施の形態では、板状の拡散部材51を排気通路45内に配置したが、排気通路45とは別体とした拡散部材51を用いることなく、添加弁の上流側の排気通路45を下方に凹ませて衝突部を形成してもよい。つまり、添加弁の上流側の排気通路45内において上端から下方に向かって突出する排気通路凹み部を形成し、排気通路凹み部における添加弁の側を平面状にして衝突部を設け、当該衝突部に添加弁から円錐状噴霧を噴射するようにしてもよい。
In the first to sixth embodiments, the plate-
●[本願の効果]
以上に説明した実施の形態では、添加剤は、排気通路内の上流側に配置された拡散部材に向かって添加弁から上流側に噴射される。排気ガスの流れ方向の上流側から見て、添加弁の噴孔から衝突部に至るまでの円錐状噴霧の全体は、拡散部材の覆い部によって、覆われている。従って、添加弁の噴孔から衝突部に至るまでの円錐状噴霧の全体は、排気ガスの流量の大小にかかわらず、拡散部材の衝突部に直接衝突する。そして衝突部に衝突した円錐状噴霧は、種々の方向に飛散して気化され、排気通路内の径方向に一様に拡散され、選択型還元触媒43(図1参照)までの距離を、より短くすることができる。なお、拡散部材51は、排気通路45の軸方向に対して交差するように配置されていればよく、排気通路45の軸方向に直交するように配置(第1〜第4の実施の形態参照)されていてもよいし、排気通路45の軸方向に対して直交とは異なる角度で傾斜するように配置(第5の実施の形態参照)されていてもよい。
● [Effect of this application]
In the embodiment described above, the additive is injected upstream from the addition valve toward the diffusion member disposed upstream in the exhaust passage. As viewed from the upstream side in the exhaust gas flow direction, the entire conical spray from the injection valve nozzle hole to the collision part is covered by the covering part of the diffusion member. Therefore, the entire conical spray from the nozzle hole of the addition valve to the collision part directly collides with the collision part of the diffusion member regardless of the flow rate of the exhaust gas. Then, the conical spray that collides with the collision part is scattered and vaporized in various directions, and is uniformly diffused in the radial direction in the exhaust passage, and the distance to the selective reduction catalyst 43 (see FIG. 1) is further increased. Can be shortened. The
本発明の、排気浄化装置は、本実施の形態で説明した構成、構造、形状等に限定されず、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更、追加、削除が可能である。 The exhaust emission control device of the present invention is not limited to the configuration, structure, shape and the like described in the present embodiment, and various modifications, additions and deletions can be made without changing the gist of the present invention.
拡散部材の形状や衝突部の数や位置は、第1〜第4の実施の形態にて説明した拡散部材の形状や衝突部の数や位置に限定されるものではない。また、第1〜第4の実施の形態にて説明した拡散部材を、第5、第6の実施の形態のように配置しても良い。 The shape of the diffusing member and the number and position of the collision parts are not limited to the shape of the diffusing member and the number and position of the collision parts described in the first to fourth embodiments. Moreover, you may arrange | position the diffusion member demonstrated in the 1st-4th embodiment like 5th, 6th embodiment.
本実施の形態にて説明した排気浄化装置は、例として選択還元型触媒(尿素SCR)、添加剤の例として尿素水を例にして説明したが、選択浄化触媒としてDPF、添加剤として燃料、としてもよく、種々の選択浄化触媒と、その選択浄化触媒に対応する添加剤、に適用することができる。 The exhaust purification apparatus described in the present embodiment has been described by taking a selective reduction catalyst (urea SCR) as an example and urea water as an example of an additive, but DPF as a selective purification catalyst, fuel as an additive, The present invention can be applied to various selective purification catalysts and additives corresponding to the selective purification catalyst.
10 内燃機関
11 吸気経路
12 排気経路
21、21a、21b 添加弁
21J 中心軸線
22 添加剤タンク
23 ポンプ
25 制御装置
26 圧力検出手段
31 吸入空気流量検出手段
32 NOx検出手段
33 アクセル開度検出手段
34 回転検出手段
41 酸化触媒
42 フィルタ
43 選択還元型触媒(排気浄化触媒)
44 酸化触媒
45 排気通路
50 排気浄化装置
51、51a、51b、51c、51d、51z 拡散部材
52a、52b、52c、52d、52e 噴孔
52f、52g、52h、52i 噴孔
53 添加剤(還元剤)
54 円錐状噴霧
100、200 排気浄化装置
121 添加弁
143、243 選択浄化触媒
145、245 排気管(排気通路)
221 還元剤添加装置
251 堰板
A1、A6,A7、A8、A9 長尺状覆い部
A2、A3、A4、A5 覆い部
C1、C2 中心線
CP 中心
D1、D2、D3 仮想分割面
D4、D5、D6 仮想分割面
D7、D8、D9 仮想分割面
H1 配管
H2 吐出配管
L1、L2、L3、L4 円錐状噴霧幅
S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8、S9 衝突部
SC1、SC2、SC3、SC4、SC5 衝突部中心
SC6、SC7、SC8、SC9 衝突部中心
W1、W2、W4、W5 長尺状部幅
θ1、θ2、θ3、θ4 円錐の広がり角度
θz 角度
VD1、VD2、VD3、VD4 仮想断面
DESCRIPTION OF
44
54
221 Reducing
Claims (3)
前記排気浄化触媒よりも排気ガスの流れ方向の上流側の前記排気通路内に添加剤を噴射する添加弁と、
前記添加弁よりも排気ガスの流れ方向の上流側の前記排気通路内に設けられて前記排気通路内における排気ガスの流れを部分的に遮るとともに、前記添加弁から噴射された添加剤の噴霧と衝突して前記添加剤を前記排気通路内に拡散させる板状の拡散部材と、
を備える、排気浄化装置であって、
前記添加弁は、前記拡散部材の背面側に添加剤の噴霧が衝突するように、排気ガスの流れ方向の上流側に向けて添加剤を噴射し、
前記拡散部材は、前記添加弁から噴射された添加剤の噴霧と衝突する衝突部と、前記拡散部材を排気ガスの流れ方向の上流側から見て前記添加弁から噴射された添加剤の噴霧と重なるように設けられた覆い部とを有する、
排気浄化装置。 An exhaust purification catalyst provided in the exhaust passage of the internal combustion engine;
An addition valve for injecting an additive into the exhaust passage upstream of the exhaust purification catalyst in the exhaust gas flow direction;
The spraying of the additive injected from the addition valve is provided in the exhaust passage upstream of the addition valve in the flow direction of the exhaust gas and partially blocks the flow of the exhaust gas in the exhaust passage. A plate-like diffusion member that collides and diffuses the additive into the exhaust passage;
An exhaust purification device comprising:
The additive valve injects the additive toward the upstream side in the flow direction of the exhaust gas so that the spray of the additive collides with the back side of the diffusion member,
The diffusion member includes a collision portion that collides with the spray of additive injected from the addition valve, and the spray of additive injected from the addition valve when the diffusion member is viewed from the upstream side in the exhaust gas flow direction. A cover portion provided so as to overlap,
Exhaust purification device.
前記添加弁は、複数の噴孔を有するとともに、複数の前記噴孔のそれぞれから噴射された添加剤が前記排気通路内において互いに離間する複数の添加剤の噴霧を形成するように添加剤を噴射し、
前記拡散部材は、前記添加弁から噴射された複数の添加剤の噴霧にそれぞれ対応する前記衝突部と前記覆い部とを有する、
排気浄化装置。 The exhaust emission control device according to claim 1,
The additive valve has a plurality of injection holes and injects the additive such that the additive injected from each of the plurality of injection holes forms a spray of the plurality of additives that are separated from each other in the exhaust passage. And
The diffusion member has the collision portion and the cover portion respectively corresponding to the sprays of a plurality of additives injected from the addition valve.
Exhaust purification device.
少なくとも一つの前記覆い部は、長尺状の形状を有する長尺状覆い部とされており、
前記添加弁から噴射された添加剤の噴霧は円錐状噴霧を形成しており、
前記添加弁は、前記排気通路内に噴射した前記添加剤の前記円錐状噴霧の幅が前記長尺状覆い部の幅よりも狭くなるように、狭角に添加剤を噴射する、
排気浄化装置。
The exhaust emission control device according to claim 1 or 2,
At least one of the cover portions is a long cover portion having a long shape,
The additive spray injected from the addition valve forms a conical spray,
The additive valve injects the additive at a narrow angle so that the width of the conical spray of the additive injected into the exhaust passage is narrower than the width of the elongated cover portion;
Exhaust purification device.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2017085580A JP2018184845A (en) | 2017-04-24 | 2017-04-24 | Exhaust emission control device |
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JP2020133451A (en) * | 2019-02-15 | 2020-08-31 | トヨタ自動車株式会社 | Exhaust emission control device of internal combustion engine |
-
2017
- 2017-04-24 JP JP2017085580A patent/JP2018184845A/en active Pending
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