JP2019065785A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】噴射された尿素水の加熱を促進する。【解決手段】内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の排気ガスが流される排気通路と、排気通路に配置された触媒と、触媒の上流側に設けられ、排気通路内に還元剤を噴射する噴射弁と、噴射弁の下流側かつ触媒の上流側に位置する排気通路の一部により形成され、噴射弁から噴射された還元剤と排気ガスを混合するための混合通路10と、混合通路の下流側に位置する排気通路の一部により形成された下流側通路13と、混合通路を画成する混合通路管10Pと、下流側通路を画成する下流側通路管13Pとを備える。下流側通路管13Pが混合通路管10Pに接触される。【選択図】図4
Description
本発明は内燃機関の排気浄化装置に係り、特に、ディーゼルエンジンに主に適用される排気浄化装置に関する。
ディーゼルエンジンの排気通路には、排気中のNOx(窒素酸化物)を還元除去する選択還元型NOx触媒が設けられる。NOx触媒の上流側には尿素水を噴射する噴射弁が設けられる。NOx触媒は、尿素水を加水分解して得られるアンモニアNH3とNOxを反応させ、排気中のNOxを窒素N2に還元する。
NOx触媒を高効率で作動させるには、尿素水の加水分解を促進し、尿素水の単位容量当たりのアンモニア生成量すなわちアンモニア生成効率をできるだけ高い水準に維持することが望ましい。そして尿素水の加水分解を促進するためには、排気通路内に噴射された尿素水の加熱を可能な限り促進することが好ましい。
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、噴射された尿素水の加熱を促進できる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。
本発明の一の態様によれば、
内燃機関の排気ガスが流される排気通路と、
前記排気通路に配置された触媒と、
前記触媒の上流側に設けられ、前記排気通路内に還元剤を噴射する噴射弁と、
前記噴射弁の下流側かつ前記触媒の上流側に位置する前記排気通路の一部により形成され、前記噴射弁から噴射された還元剤と排気ガスを混合するための混合通路と、
前記混合通路の下流側に位置する前記排気通路の一部により形成された下流側通路と、
前記混合通路を画成する混合通路管と、
前記下流側通路を画成する下流側通路管と、
を備え、
前記下流側通路管が前記混合通路管に接触される
ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置が提供される。
内燃機関の排気ガスが流される排気通路と、
前記排気通路に配置された触媒と、
前記触媒の上流側に設けられ、前記排気通路内に還元剤を噴射する噴射弁と、
前記噴射弁の下流側かつ前記触媒の上流側に位置する前記排気通路の一部により形成され、前記噴射弁から噴射された還元剤と排気ガスを混合するための混合通路と、
前記混合通路の下流側に位置する前記排気通路の一部により形成された下流側通路と、
前記混合通路を画成する混合通路管と、
前記下流側通路を画成する下流側通路管と、
を備え、
前記下流側通路管が前記混合通路管に接触される
ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置が提供される。
好ましくは、前記下流側通路が、前記触媒の下流側に位置する前記排気通路の一部により形成される。
好ましくは、前記下流側通路管が前記混合通路管に面接触される。
好ましくは、前記下流側通路管が、前記混合通路管の断面形状に沿った断面形状の凹状部を有し、前記凹状部が前記混合通路管の外周面に面接触される。
好ましくは、前記混合通路管が、円形の断面形状を有し、前記凹状部が、円弧状の断面形状を有する。
本発明によれば、噴射された尿素水の加熱を促進できる。
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。なお本発明は以下の実施形態に限定されない点に留意されたい。
図1〜図3に、本発明の実施形態に係る排気浄化装置の全体構造を示す。図1は縦断側面図(図2のI−I断面図)、図2は縦断後面図(図1のII−II断面図)、図3は縦断前面図(図1のIII−III断面図)である。便宜上、直交三軸の各方向、すなわち前後左右上下の各方向を図示の如く定める。但しこれら各方向が図示の配置に関して説明の便宜上定められたものに過ぎない点に留意されたい。
排気浄化装置が適用される内燃機関(図示せず、エンジンともいう)は、車両に搭載されるディーゼルエンジンである。車両(図示せず)はトラック等の大型車両である。但し車両および内燃機関の種類、用途等に限定はなく、例えば車両は乗用車等の小型車両であってもよいし、エンジンはガソリンエンジンであってもよい。
図示するように、排気浄化装置1は、後述する複数の部材(触媒等)をコンパクトに纏めてキャニング(canning)状態で収容する密閉箱型のケーシング2を備える。本実施形態のケーシング2は直方体形状とされる。ケーシング2の後端壁2Rには、ケーシング2内にエンジンの排気ガスGを導入するための装置入口管3と、ケーシング2内から排気ガスGを排出するための装置出口管4とが取り付けられている。但し装置入口管3と装置出口管4の設置位置は任意に設定できる。
ケーシング2内では、金属製(本実施形態ではステンレス製)の複数の管および板が溶接等で取り付けられることにより、適宜空間が仕切られ、これにより排気ガスGが流される排気通路5が画成されている。ここで「排気通路」とは、排気ガスGが流される任意の空間をいい、その形状は任意である。管状であってもよいしチャンバ状であってもよい。排気通路5は排気ガスGを前後方向に複数回折り返すように構成されている。
ケーシング2内には、ケーシング2内を前後に仕切る前側隔壁板6と後側隔壁板7とが設けられている。前側隔壁板6とケーシング2の前端壁2Fとの間に前端チャンバ8Fが画成されている。後側隔壁板7とケーシング2の後端壁2Rとの間に後端チャンバ8Rが画成されている。前側隔壁板6と後側隔壁板7の間に中間チャンバ8Mが画成されている。
以下、ケーシング2内における排気ガスGのメインの流れを概略説明する。このメインの流れは図1〜図3に矢示する通りである。
装置入口管3内を前方に流れてきた排気ガスは、そのまま、ケーシング2内左下に配置され前後方向に延びる第1通路9内を直進し、このときに第1酸化触媒21とフィルタ22を順に通過する。その後排気ガスは、前端チャンバ8F内に配置された送り管19P内の送り通路19を通じて、ケーシング2内中心部に配置された混合通路としての第2通路10内に入る。このときに排気ガスは前向きから後向きへ折り返される。そして排気ガスは、第2通路10内を前方から後方に流れた後、後端チャンバ8R内に入り、ここで図2に示すように二方向に分岐して、ケーシング2内右下に配置された第3通路11と、ケーシング2内左上に配置された第4通路12とに入る。このときに排気ガスは後向きから前向きへ折り返される。
排気ガスは、第3および第4通路11,12内を後方から前方に流れ、このときにNOx触媒23と第2酸化触媒24を順に通過する。その後排気ガスは、前端チャンバ8F内に入り、図3に示すように、ケーシング2内右上に配置された第5通路13へと集約される。このときに排気ガスは前向きから後向きへ折り返される。その後排気ガスは、第5通路13内を前方から後方に流れ、そのまま装置出口管4へと直進して排出される。
このように排気通路5は、第1通路9、第2通路10、第3通路11、第4通路12、第5通路13、送り通路19、前端チャンバ8Fおよび後端チャンバ8Rを含む。
第2通路10の上流端の位置には、還元剤としての尿素水を噴射する噴射弁14が設けられている。噴射弁10は、第2通路10と同軸に後向きに配置され、第2通路10の軸方向後方に向かって尿素水を噴霧状に噴射する。
噴射弁14は、尿素水の供給対象物である選択還元型NOx触媒23の上流側に配置される。そして噴射弁14の下流側かつNOx触媒23の上流側に位置する第2通路10は、噴射弁10から噴射された尿素水と排気ガスを混合するための混合通路としての役割を果たす。
排気通路5には4種類の後処理部材、すなわち第1酸化触媒21、フィルタ22、選択還元型NOx触媒23および第2酸化触媒24が、上流側から順に直列に配置されている。
第1酸化触媒21は、排気ガス中の未燃成分(炭化水素HCおよび一酸化炭素CO)を酸化して浄化すると共に、このときの反応熱で排気ガスを加熱昇温する。
フィルタ22は、所謂ディーゼルパティキュレートフィルタ(DPF: Diesel Particulate Filter)または触媒付煤フィルタ(CSF: Caterized Soot Filter)と称されるもので、触媒を担持した連続再生式フィルタである。フィルタ22は、ウォールフロー型とされ、排気中に含まれる粒子状物質(以下PM: Particulate Matterという)を捕集すると共に、捕集したPMを触媒反応により連続的に酸化して燃焼除去する。
選択還元型NOx触媒(SCR: Selective Catalytic Reduction)23は、尿素水を加水分解して得られるアンモニアNH3とNOxを反応させ、排気中のNOxを窒素N2に還元する。
第2酸化触媒24は、アンモニアスリップ酸化触媒とも称され、NOx触媒23から排出された(スリップした)余剰アンモニアを酸化除去する。
本実施形態において、NOx触媒23および第2酸化触媒24の組み合わせは、第3通路11と第4通路12に互いに並列して計二つ設けられる。また図1に示すように、各組み合わせにおいて、NOx触媒23は上流側担体23Aの全体と、下流側担体23Bの上流側部分とに形成され、第2酸化触媒24は下流側担体23Bの下流側部分にゾーンコートにより形成されている。但し両触媒の担体を個別にしても構わない。
第1〜第5通路9〜13および送り通路19は、第1〜第5通路管9P〜13Pおよび送り通路管19Pにより画成されている。本実施形態において、第1〜第4通路9〜12は直線状かつ断面円形、送り通路19は直線状かつ断面長円形とされている。また第5通路13は例えば図2に示すように、ケーシング2の右上コーナー部に沿う断面L字状かつ直線状に形成されている。各通路に対応する各管も同じ形状である。なお各通路および各管の形状は適宜変更可能である。
排気流れ方向に沿って、第1通路管9Pは後端壁2Rから前端壁2Fまで延び、第2通路管10Pは前端壁2Fから後側隔壁板7まで延び、第3通路管11Pおよび第4通路管12Pは後側隔壁板7から前側隔壁板6まで延び、第5通路管13Pは前側隔壁板6から後端壁2Rまで延びている。従って、前端チャンバ8F内は、第1通路9の部分と、第2通路10の部分と、送り通路19の部分と、それ以外の部分とに仕切られる。また後端チャンバ8R内は、第1通路9の部分と、第5通路13の部分と、それ以外の部分とに仕切られる。
さて、NOx触媒23を高効率で作動させるには、尿素水の加水分解を促進し、尿素水の単位容量当たりのアンモニア生成量すなわちアンモニア生成効率をできるだけ高い水準に維持することが望ましい。そして尿素水の加水分解を促進するためには、排気通路5内に噴射された尿素水の加熱を可能な限り促進することが好ましい。
このため本実施形態では、混合通路たる第2通路10を独立して設け、この中で、噴射された尿素水と排気ガスをできるだけ混合させるようにしている。この混合の促進により、排気ガスの熱による尿素水の加熱を促進することができ、尿素水の加水分解を促進することができる。
本実施形態の第2通路10には、混合を促進するための特別な部材等は特に設けられていない。しかしながら、そうした部材等を設けて混合をより積極的に行うようにしても構わない。なお混合促進と排気抵抗とはトレードオフの関係にあるため、本実施形態の構成は排気抵抗を低減する上で有利である。
一方、本実施形態において、混合通路を画成する混合通路管が第2通路管10Pにより形成される。また第2通路10の下流側に位置する排気通路5の一部により下流側通路が形成され、下流側通路が下流側通路管により画成される。本実施形態は、この下流側通路管が第2通路管10Pに接触される点に特徴がある。
本実施形態の場合、下流側通路管は第5通路管13Pとされ、従って下流側通路は第5通路13とされる。図2および図4に示すように、第5通路管13Pは第2通路管10Pに接触されている。なお図4は図2のIV部詳細断面図である。
第5通路13には、触媒等の加熱を終え後に装置外へと排出される、廃熱を含む排気ガスが流されている。本実施形態では、第5通路管13Pが第2通路管10Pに接触されているので、第5通路13内の廃熱を第5通路管13P、第2通路管10P、第2通路10内の排気ガスおよび尿素水へと順に伝達し、第2通路10内の尿素水を加熱することができる。従って、第5通路13内の廃熱を有効利用して第2通路10内の尿素水の加熱を促進し、尿素水の加水分解を促進することができる。そしてアンモニア生成効率を高め、NOx触媒を高効率で作動させ、排気浄化性能を高めることができる。
本実施形態において、第2通路管10Pは、入手容易かつ低コストの断面円形の直管により形成されている。この第2通路管10Pにできるだけ多くの熱を伝達できるよう、第5通路管13Pは第2通路管10Pに面接触されている。特に、第5通路管13Pは、第2通路管10Pの断面形状に沿った断面形状、具体的には円弧状の断面形状の凹状部31を有し、この凹状部31が第2通路管10Pに面接触されている。凹状部31は、第2通路管10Pの周方向の所定角度範囲(本実施形態では約90°)に亘り、第2通路管10Pの外周面に面接触されている。また凹状部31は、図2から理解されるように、断面L字状の第5通路管13Pの内側コーナー部に形成されている。
図1から理解されるように、第2通路管10Pおよび第5通路管13Pは、長手方向ないし前後方向における両者のオーバーラップ範囲の全長に亘り、つまり前側隔壁板6と後側隔壁板7の間の全長に亘り、面接触されている。こうして第2通路管10Pの周方向および長手方向の所定範囲に亘り、第5通路管13Pが面接触され、両者の間に大きな接触面積が得られ、比較的大量の熱を尿素水に伝達できる。
このように本実施形態では、第5通路管13Pが第2通路管10Pに接触されるので、第5通路13内の廃熱を有効利用して第2通路10内の尿素水の加熱を促進することができる。
第2通路管10Pと第5通路管13Pの接触部は溶接されるのが好ましい。これにより実質的な接触面積を拡大し、熱伝達量を増加できる。
ところで、下流側通路は第5通路13に限らない。図5は本実施形態の変形例を示し、この変形例では、下流側通路に、第3通路11も含まれている。従って下流側通路管には、第3通路管11Pも含まれ、第5通路管13Pに加え第3通路管11Pも、第2通路管10Pに接触されている。
前述したように、第3通路管11Pの内部にはNOx触媒23と第2酸化触媒24が設けられている。そしてこれら触媒23,24は、断熱緩衝材としてのマット32を介して、第3通路管11Pの内周面に支持されている。第3通路管11Pも断面円形の直管により形成されているので、第3通路管11Pは第2通路管10Pに線接触されている。長手方向ないし前後方向については、第2通路管10Pおよび第3通路管11Pのオーバーラップ範囲の全長、つまり前側隔壁板6と後側隔壁板7の間の全長に亘り、第3通路管11Pが第2通路管10Pに線接触されている。
NOx触媒23と第2酸化触媒24の熱が、マット32により概ね減衰されるものの、第3通路管11Pに幾分か伝達される。本変形例では、第3通路管11Pが第2通路管10Pに接触されているので、第3通路管11Pの熱も第2通路管10P、第2通路10内の排気ガスおよび尿素水へと順に伝達し、第2通路10内の尿素水を加熱することができる。従って本変形例では、NOx触媒23と第2酸化触媒24の熱をも利用して第2通路10内の尿素水の加熱を促進することができる。
なお図示しないが、第2通路管10Pに、第3通路管11Pの断面形状に沿った断面形状、具体的には円弧状の断面形状の凹状部を形成し、この凹状部を第3通路管11Pに面接触させてもよい。
本変形例では、下流側通路が、NOx触媒23の下流側に位置する排気通路5の一部により形成された第1の下流側通路(第5通路13)と、NOx触媒23が設置される排気通路5の一部により形成された第2の下流側通路(第3通路11)とを含む。下流側通路管が、第1の下流側通路を画成する第1の下流側通路管(第5通路管13P)と、第2の下流側通路を画成する第2の下流側通路管(第3通路管11P)とを含む。第1の下流側通路管と第2の下流側通路管とが混合通路管(第2通路管10P)に接触される。
他の変形例に関し、同様の考え方で、NOx触媒23および第2酸化触媒24が設置される別の通路管すなわち第4通路管12Pも、第2通路管10Pに接触させてもよい。また、第2通路管10Pに接触される通路管から第2酸化触媒24を省略してもよい。第2通路管10Pに対し、第5通路管13Pを接触させず、第3通路管11Pおよび第4通路管12Pの少なくとも一方を接触させてもよい。各接触部の態様は、面接触が好ましいが、線接触または点接触であってもよい。第5通路管13Pを断面円形に形成し、これに面接触する凹状部を第2通路管10Pに設けてもよい。同様に、断面円形の第3通路管11Pおよび第4通路管12Pの少なくとも一方に面接触する凹状部を第2通路管10Pに設けてもよい。
以上、本発明の実施形態を詳細に述べたが、本発明の実施形態は他にも様々考えられる。
(1)本発明は、上述のような密閉箱型ケーシングを有する排気浄化装置のみならず、通常の排気浄化装置にも適用可能である。
(2)触媒は、必ずしもNOx触媒でなくてもよく、選択還元型NOx触媒でなくてもよい。また触媒に供給する還元剤も、触媒の種類に応じて変更可能である。
本発明の実施形態は前述の実施形態のみに限らず、特許請求の範囲によって規定される本発明の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が本発明に含まれる。従って本発明は、限定的に解釈されるべきではなく、本発明の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。
1 排気浄化装置
5 排気通路
10 第2通路
10P 第2通路管
11 第3通路
11P 第3通路管
12 第4通路
12P 第4通路管
13 第5通路
13P 第5通路管
14 噴射弁
23 NOx触媒
31 凹状部
5 排気通路
10 第2通路
10P 第2通路管
11 第3通路
11P 第3通路管
12 第4通路
12P 第4通路管
13 第5通路
13P 第5通路管
14 噴射弁
23 NOx触媒
31 凹状部
Claims (5)
- 内燃機関の排気ガスが流される排気通路と、
前記排気通路に配置された触媒と、
前記触媒の上流側に設けられ、前記排気通路内に還元剤を噴射する噴射弁と、
前記噴射弁の下流側かつ前記触媒の上流側に位置する前記排気通路の一部により形成され、前記噴射弁から噴射された還元剤と排気ガスを混合するための混合通路と、
前記混合通路の下流側に位置する前記排気通路の一部により形成された下流側通路と、
前記混合通路を画成する混合通路管と、
前記下流側通路を画成する下流側通路管と、
を備え、
前記下流側通路管が前記混合通路管に接触される
ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 - 前記下流側通路が、前記触媒の下流側に位置する前記排気通路の一部により形成される
請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置。 - 前記下流側通路管が前記混合通路管に面接触される
請求項1または2に記載の内燃機関の排気浄化装置。 - 前記下流側通路管が、前記混合通路管の断面形状に沿った断面形状の凹状部を有し、前記凹状部が前記混合通路管の外周面に面接触される
請求項3に記載の内燃機関の排気浄化装置。 - 前記混合通路管が、円形の断面形状を有し、前記凹状部が、円弧状の断面形状を有する
請求項4に記載の内燃機関の排気浄化装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017193022A JP2019065785A (ja) | 2017-10-02 | 2017-10-02 | 内燃機関の排気浄化装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017193022A JP2019065785A (ja) | 2017-10-02 | 2017-10-02 | 内燃機関の排気浄化装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2019065785A true JP2019065785A (ja) | 2019-04-25 |
Family
ID=66337720
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2017193022A Pending JP2019065785A (ja) | 2017-10-02 | 2017-10-02 | 内燃機関の排気浄化装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
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2017
- 2017-10-02 JP JP2017193022A patent/JP2019065785A/ja active Pending
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A521 | Written amendment |
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