JP2021055634A - Exhaust system structure - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、排気系構造体に関し、特に、内燃機関から排出される排気と還元触媒に供給される還元剤とを撹拌混合させるミキサーチャンバの構造に関する技術である。 The present disclosure relates to an exhaust system structure, and more particularly to a technique relating to a structure of a mixer chamber that agitates and mixes exhaust gas discharged from an internal combustion engine and a reducing agent supplied to a reducing catalyst.
従来、内燃機関の排気後処理装置として、尿素水インジェクタから噴射される尿素水を排気熱や排気中の水蒸気によって加水分解することにより生成されるアンモニアを還元剤として、排気中に含まれる窒素酸化物(以下、NOx)を還元浄化する選択還元型触媒(Selective Catalytic Reduction:以下、SCR触媒)を備えるものが知られている。 Conventionally, as an exhaust aftertreatment device for an internal combustion engine, nitrogen oxidation contained in exhaust gas uses ammonia produced by hydrolyzing urea water injected from a urea water injector by exhaust heat or steam in the exhaust gas as a reducing agent. Those provided with a selective catalytic reduction (hereinafter, SCR catalyst) for reducing and purifying a substance (hereinafter, NOx) are known.
例えば、特許文献1には、尿素水インジェクタから尿素水が噴射される内管と、該内管の外周を覆う外管とを備え、排気上流側から外管に導入される排気を、内管の開口部から該内管内に接線方向から流入させることにより、内管内に旋回流を生じさせるようにした構造が開示されている。 For example, Patent Document 1 includes an inner pipe in which urea water is injected from a urea water injector and an outer pipe that covers the outer periphery of the inner pipe, and the exhaust introduced into the outer pipe from the exhaust upstream side is provided as an inner pipe. A structure is disclosed in which a swirling flow is generated in the inner pipe by flowing into the inner pipe from the tangential direction through the opening of the inner pipe.
ところで、尿素水インジェクタから内管内に噴射される尿素水は、排気の旋回流によって内管の内周面に打ち付けられて付着する。上記文献記載の構造では、外管から内管内に排気を流入させる第1流入口と第2流入口とが、互いに直径方向に対峙して開口しており、外管と内管との間を流れる排気は、内管の外周面の全体を流れることなく、第2流入口から内管内に導入されるようになっている。このため、内管の内周面のうち、排気が外周面に沿って流れない部位の壁面温度が低下してしまう可能性があり、当該部位に付着する尿素水の加水分解促進に改善の余地があるといえる。 By the way, the urea water injected from the urea water injector into the inner pipe is struck and adhered to the inner peripheral surface of the inner pipe by the swirling flow of the exhaust gas. In the structure described in the above document, the first inflow port and the second inflow port, which allow exhaust gas to flow from the outer pipe into the inner pipe, are opened facing each other in the radial direction, and the space between the outer pipe and the inner pipe is widened. The flowing exhaust gas is introduced into the inner pipe from the second inflow port without flowing through the entire outer peripheral surface of the inner pipe. For this reason, there is a possibility that the wall surface temperature of the portion of the inner peripheral surface of the inner pipe where the exhaust gas does not flow along the outer peripheral surface may decrease, and there is room for improvement in promoting the hydrolysis of the urea water adhering to the portion. It can be said that there is.
本開示の技術は、内管と外管とを備える排気系構造体において、還元剤が噴射される内管の壁面温度を全体的に高温状態にすることを目的とする。 An object of the present disclosure technique is to raise the wall surface temperature of the inner pipe into which the reducing agent is sprayed to a high temperature as a whole in the exhaust system structure including the inner pipe and the outer pipe.
本開示の技術は、内燃機関から排出される排気が所定方向から導入される外管と、前記外管の内部に、該外管と間隔を隔てて配置されており、その下流側に還元触媒が設けられる内管と、前記内管の内部に還元剤を噴射するインジェクタと、を備える排気系構造体であって、前記内管の周面に前記所定方向に臨んで開口し、前記外管に導入される前記排気を前記内管内に流入させる第1流入口と、前記内管の周面に前記第1流入口と周方向に隣接して開口する第2流入口と、前記外管の内周面と前記内管の外周面とにより区画されており、前記外管に導入される前記排気を、前記第1流入口の前記第2流入口とは反対側の一端部から前記第2流入口に向けて前記内管の外周面に沿って流通させて、該第2流入口に流入させる周方向流路と、を備えることを特徴とする。 In the technique of the present disclosure, an outer pipe into which the exhaust discharged from the internal combustion engine is introduced from a predetermined direction and an outer pipe are arranged inside the outer pipe at intervals from the outer pipe, and a reduction catalyst is arranged on the downstream side thereof. An exhaust system structure including an inner pipe provided with an inner pipe and an injector for injecting a reducing agent into the inner pipe, which is opened in the peripheral surface of the inner pipe facing the predetermined direction, and the outer pipe is opened. A first inflow port that allows the exhaust introduced into the inner pipe to flow into the inner pipe, a second inflow port that opens adjacent to the first inflow port in the circumferential direction on the peripheral surface of the inner pipe, and the outer pipe. The exhaust is partitioned by an inner peripheral surface and an outer peripheral surface of the inner pipe, and the exhaust introduced into the outer pipe is directed from one end of the first inflow port on the opposite side of the second inflow port to the second. It is characterized by including a circumferential flow path that flows along the outer peripheral surface of the inner pipe toward the inflow port and flows into the second inflow port.
また、前記第1流入口の前記一端部と隣接する前記内管の外周面に接続されており、前記外管に導入される前記排気の流れを前記第1流入口と前記周方向流路とに二分する第1仕切板と、前記第1流入口と前記第2流入口との間の前記内管の外周面に接続されており、前記周方向流路の排気流れ方向の終端側を閉塞する第2仕切板と、をさらに備えることが好ましい。 Further, the flow of the exhaust gas which is connected to the outer peripheral surface of the inner pipe adjacent to the one end portion of the first inflow port and is introduced into the outer pipe is referred to the first inflow port and the circumferential flow path. It is connected to the outer peripheral surface of the inner pipe between the first inflow port and the second inflow port, and closes the terminal side of the circumferential flow path in the exhaust flow direction. It is preferable to further include a second partition plate to be provided.
また、前記第1仕切板及び、前記第2仕切板の少なくとも一方が、前記内管に対して該内管の接線方向から接続されていることが好ましい。 Further, it is preferable that at least one of the first partition plate and the second partition plate is connected to the inner pipe from the tangential direction of the inner pipe.
また、前記インジェクタは、前記内管の内部に尿素水を噴射する尿素水インジェクタであり、前記還元触媒は、前記尿素水から生成されるアンモニアを還元剤として排気中の窒素酸化物を還元浄化する選択還元型触媒であってもよい。 Further, the injector is a urea water injector that injects urea water into the inner tube, and the reduction catalyst reduces and purifies nitrogen oxides in exhaust gas using ammonia generated from the urea water as a reducing agent. It may be a selective reduction catalyst.
本開示の技術によれば、内管と外管とを備える排気系構造体において、還元剤が噴射される内管の壁面温度を全体的に高温状態にすることができる。 According to the technique of the present disclosure, in the exhaust system structure including the inner pipe and the outer pipe, the wall surface temperature of the inner pipe on which the reducing agent is injected can be set to a high temperature as a whole.
以下、添付図面に基づいて、本実施形態に係る排気系構造体を説明する。同一の部品には同一の符号を付してあり、それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。 Hereinafter, the exhaust system structure according to the present embodiment will be described with reference to the attached drawings. The same parts have the same reference numerals, and their names and functions are also the same. Therefore, detailed explanations about them will not be repeated.
[全体構成]
図1は、本実施形態に係る排気系構造体を備えたエンジン10の排気系を示す模式的な全体構成図である。
[overall structure]
FIG. 1 is a schematic overall configuration diagram showing an exhaust system of an
図1に示すように、エンジン10(内燃機関)は、シリンダヘッドや複数の気筒が形成されたシリンダブロック等を含むエンジン本体部11を備えている。エンジン本体部11のシリンダヘッドには、各気筒から排出される排気を集合させる排気マニホールド12が設けられている。排気マニホールド12には、排気上流側から順に、上流排気管13、排気後処理装置20、下流排気管15、不図示の消音器等が接続されている。
As shown in FIG. 1, the engine 10 (internal combustion engine) includes an engine
排気後処理装置20は、排気上流側から順に、前段ケーシング21と、ミキサーチャンバ50と、尿素水噴射装置30と、接続排気管60と、後段ケーシング41とを備えている。
The
前段ケーシング21の内部には、排気上流側から順に、酸化触媒22及び、フィルタ23が収容されている。
Inside the
酸化触媒22は、例えば、コーディエライトハニカム構造体等のセラミック製担体の表面に触媒成分等を担持して形成されている。酸化触媒22は、エンジン10のポスト噴射や図示しない排気管インジェクタの排気管噴射によって未燃燃料(炭化水素:HC)が供給されると、これを酸化して排気温度を上昇させる。
The
フィルタ23は、例えば、多孔質性の隔壁で区画された多数のセルを排気の流れ方向に沿って配置し、これらセルの上流側と下流側とを交互に目封止して形成されている。フィルタ23は、排気ガス中の粒子状物質(Particulate Matter:以下、PM)を隔壁の細孔や表面に捕集すると共に、PM堆積量が所定量に達すると、これを燃焼除去するフィルタ強制再生が実施される。
The
ミキサーチャンバ50は、その上流端を前段ケーシング21の下流端に接続されている。また、ミキサーチャンバ50には、尿素水噴射装置30の尿素水インジェクタ35が設けられており、噴射された尿素水を排気と撹拌混合させる。
The upstream end of the
尿素水噴射装置30は、尿素水を貯留する尿素水タンク31と、尿素水タンク31内の尿素水に浸漬されて異物を除去するストレーナ32と、ストレーナ32に接続された供給配管33と、供給配管33に設けられて尿素水タンク31から尿素水を汲み上げる尿素水ポンプ34と、供給配管33から供給される尿素水をミキサーチャンバ50(接続排気管60)内に噴射する尿素水インジェクタ35とを備えている。尿素水インジェクタ35から噴射された尿素水は、排気熱や排気中の水蒸気により加水分解されてアンモニア(NH3)に生成され、下流側のSCR触媒48に還元剤として供給される。
The urea
接続排気管60は、略円筒状に形成されており、ミキサーチャンバ50と後段ケーシング41の上流端とを接続する。接続排気管60の上流端は、ミキサーチャンバ50の内部に挿入されており、その内部には尿素水インジェクタ35から尿素水が軸方向に噴射される。
The
後段ケーシング41の内部には、SCR触媒48(本開示の還元触媒の一例)が収容されている。SCR触媒48は、例えば多孔質のセラミック製担体にゼオライト等を担持して形成されている。SCR触媒48は、尿素水インジェクタ35から還元剤として供給されるアンモニアを吸着すると共に、吸着したアンモニアで通過する排気中からNOxを選択的に還元浄化する。
An SCR catalyst 48 (an example of the reduction catalyst of the present disclosure) is housed inside the
[排気後処理装置]
図2は、本実施形態に係る排気後処理装置20を示す斜視図である。
[Exhaust aftertreatment device]
FIG. 2 is a perspective view showing an
図2に示すように、前段ケーシング21と後段ケーシング41とは円筒状であり、両者の軸線が互いに平行になるように並列され、これらの間に配された接続排気管60により接続されている。接続排気管60は、円筒状の第1接続排気管61を備え、該接続排気管61の軸線が前段ケーシング21及び後段ケーシング41の軸線に対して平行になるように配されている。
As shown in FIG. 2, the
ミキサーチャンバ50は、前段ケーシング21の排気下流端に配され側面が円弧状の第1チャンバ51と、第1チャンバ51の側面から後段ケーシング41側に延びる側面が円弧状の第2チャンバ52とを備えている。第1チャンバ51は、前段ケーシング21と同軸に配されている。また、第2チャンバ52の直径は、第1チャンバ51の直径よりも小さく、両者の境界は円弧状に湾曲している。前段ケーシング21の排気下流端と第1チャンバ51の排気上流端とには環状のフランジが設けられており、両フランジがボルト・ナットによって締結されている。
The
接続排気管60は、第2チャンバ52に接続された円筒状の第1接続排気管61と、該第1接続排気管61と後段ケーシング41の排気上流端とを接続する第2接続排気管62とを備えている。第1接続排気管61は、その上流端側を第2チャンバ52内に挿入されており、尿素水インジェクタ35の噴射軸と同軸に配されている。
The
第2接続排気管62は、エルボ管であり、排気下流端は円盤状に形成されている。この第2接続排気管62の直線部は第1接続排気管61と同軸に配され、第1接続排気管61の排気下流端と第2接続排気管62の排気上流端とには環状のフランジが設けられており、両フランジがボルト・ナットで締結されている。また、第2接続排気管62の排気下流端と後段ケーシング41の排気上流端とには環状のフランジが設けられており、両フランジがボルト・ナットで締結されている。
The second
尿素水インジェクタ35は、第2チャンバ52に設けられている。この尿素水インジェクタ35の噴射軸は第1接続排気管61の軸心に合わされており、尿素水インジェクタ35から第1接続排気管61の内部へ尿素水が噴射(噴霧)される。
The
第1接続排気管61内では、尿素水インジェクタ35から噴射された尿素水と、ミキサーチャンバ50から後段ケーシング41へ流れる排気とが混合され、尿素水が排気熱により加水分解されてアンモニア(NH3)が生成される。生成されたアンモニアは排気ガスの流れにより排気下流側のSCR触媒48に供給される。
In the first
[ミキサーチャンバ]
図3は、本実施形態に係るミキサーチャンバ50の内部を示す模式的な断面図である。
[Mixer chamber]
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing the inside of the
図3に示すように、ミキサーチャンバ50の第2チャンバ52内には、第1接続排気管61の上流端が挿入配置されており、第1接続排気管61の上流端によって本開示の内管63が構成されている。第2チャンバ52は、内管63の外周面を所定の間隔を置いて覆うように設けられており、第2チャンバ52の円弧側壁によって本開示の外管57が形成されている。
As shown in FIG. 3, the upstream end of the first
第1チャンバ51は、フィルタ23を収容する前段ケーシング21(詳細は図2参照)と略同径の円弧側壁54を有する。第1チャンバ51及び、第2チャンバ52は、連通部53を介して互いに接続されている。連通部53は、互いに間隔を置いて対向する略直線状の第1連通側壁55と、半円弧状の第2連通側壁56とを有する。
The
具体的には、第1チャンバ51の円弧側壁54と、第2チャンバ52の外管57とは、互いに対向する壁面部を開口させている。円弧側壁54の開口一端と、外管57の開口一端とは、略直線状の第1連通側壁55によって互いに接続されており、円弧側壁54の開口他端と、外管57の開口他端とは、略半円弧状の第2連通側壁56によって互いに接続されている。すなわち、フィルタ23を通過して第1チャンバ51内に流れ込む排気が、連通部53を経由して第2チャンバ52の外管57内に径方向(本開示の所定方向)から導入されるように構成されている。
Specifically, the
内管63の周面には、連通部53側に臨んで開口する第1流入口部64が設けられている。また、内管63と外管57との間には、これらの対向空間によって排気を内管63の外周面に沿って流通させる周方向流路70が区画形成されている。
A first
連通部53には、第1連通側壁55と間隔を隔てて略平行に延びる第1仕切板71が設けられている。第1仕切板71は、第1チャンバ51から連通部53に流れ込む排気を、第1流入口部64に導入する排気E1と、周方向流路70に導入する排気E2とに二分する。第1仕切板64は、好ましくは、第1流入口部64の第1連通側壁55側の開口端に対して、内管63の接線方向から接続されており、第1流入口部64から内管63内に流入する排気E1に旋回流を生じさせる。
The
さらに、内管63の周面には、第1流入口部64よりも第2連通側壁56側に、第1流入口部64と直径方向に対峙することなく、第1流入口部64と周方向に隣接して開口する第2流入口部65が設けられている。これら第1流入口部64と第2流入口部65との間には、周方向流路70の排気流れ方向の終端を閉塞する第2仕切板72が接続されている。
Further, on the peripheral surface of the
具体的には、第2仕切板72は、一端側を第2連通側壁56の内壁面に接続されると共に、他端側を第1流入口部64と第2流入口部65との間の内管63外周面に接続されている。このように、周方向流路70の第1流入口部64と隣接する終端側に第2仕切板72を設けることで、第1仕切板71によって周方向流路70に仕向けられた排気E2が、内管63の第2流入口部64及び、第2流入口部65を除く外周面の略全体に沿って流れた後、第2流入口部65から内管63内に導入されるようになる。
Specifically, one end side of the
第2仕切板72は、好ましくは、第1流入口部64と第2流入口部65との間の内管17に対して、内管63の接線方向から接続されており、周方向流路70から第2流入口部65を経由して内管63内に流入する排気E2に旋回流を生じさせる。すなわち、第1仕切板71によって第1流入口部64から内管63内に導かれる排気E1及び、第2仕切板72によって第2流入口部65から内管63内に導かれる排気E2に、それぞれ旋回流を生じさせることで、内管63の排気に旋回流を効果的に確保できるように構成されている。
The
ここで、尿素水インジェクタ35は、尿素水を内管63内へと噴射する。噴射(噴霧)された尿素水の少なくとも一部は、内管63内の排気旋回流によって内管63の内周面に付着する。本実施形態において、第1仕切板71により周方向流路70へ仕向けられた排気E2は、周方向流路70内を内管63の外周面に沿って広範囲に亘って流された後、第2流入口部65から内管63内に導入されるようになっている。すなわち、周方向流路70内を内管63の外周面に沿って流される排気E2によって、内管63の壁面温度が全体的に高温状態に維持できるように構成されている。これにより、尿素水が付着する内管63の壁面温度の低下を効果的に防止できるようになり、尿素水の加水分解効率を効果的に向上することが可能になる。
Here, the
[その他]
なお、本開示は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本開示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。
[Other]
The present disclosure is not limited to the above-described embodiment, and can be appropriately modified and implemented without departing from the spirit of the present disclosure.
例えば、後段ケーシング41に収容される還元触媒は、尿素水から生成されるアンモニアを還元剤とするSCR触媒48に限定されず、他の還元剤を用いる還元触媒であってもよい。
For example, the reduction catalyst housed in the
10 エンジン(内燃機関)
20 排気後処理装置
21 前段ケーシング
22 酸化触媒
23 フィルタ
30 尿素水噴射装置
35 尿素水インジェクタ
41 後段ケーシング
48 SCR触媒(還元触媒)
50 ミキサーチャンバ
51 第1チャンバ
52 第2チャンバ
53 連通部
60 接続排気管
63 内管
64 第1流入口部
65 第2流入口部
57 外管
70 周方向流路
71 第1仕切板
72 第2仕切板
10 engine (internal combustion engine)
20
50
Claims (4)
前記外管の内部に、該外管と間隔を隔てて配置されており、その下流側に還元触媒が設けられる内管と、
前記内管の内部に還元剤を噴射するインジェクタと、を備える排気系構造体であって、
前記内管の周面に前記所定方向に臨んで開口し、前記外管に導入される前記排気を前記内管内に流入させる第1流入口と、
前記内管の周面に前記第1流入口と周方向に隣接して開口する第2流入口と、
前記外管の内周面と前記内管の外周面とにより区画されており、前記外管に導入される前記排気を、前記第1流入口の前記第2流入口とは反対側の一端部から前記第2流入口に向けて前記内管の外周面に沿って流通させて、該第2流入口に流入させる周方向流路と、を備える
ことを特徴とする排気系構造体。 An outer pipe in which the exhaust gas discharged from the internal combustion engine is introduced from a predetermined direction,
An inner tube which is arranged inside the outer tube at a distance from the outer tube and a reduction catalyst is provided on the downstream side thereof.
An exhaust system structure including an injector for injecting a reducing agent into the inner pipe.
A first inflow port that opens in the peripheral surface of the inner pipe in the predetermined direction and allows the exhaust gas introduced into the outer pipe to flow into the inner pipe.
A second inflow port that opens adjacent to the first inflow port in the circumferential direction on the peripheral surface of the inner pipe,
It is partitioned by the inner peripheral surface of the outer pipe and the outer peripheral surface of the inner pipe, and the exhaust gas introduced into the outer pipe is one end of the first inflow port on the opposite side of the second inflow port. An exhaust system structure comprising: a circumferential flow path that circulates from the second inflow port toward the second inflow port along the outer peripheral surface of the inner pipe and flows into the second inflow port.
前記第1流入口と前記第2流入口との間の前記内管の外周面に接続されており、前記周方向流路の排気流れ方向の終端側を閉塞する第2仕切板と、をさらに備える
請求項1に記載の排気系構造体。 The exhaust flow, which is connected to the outer peripheral surface of the inner pipe adjacent to the one end of the first inflow port and is introduced into the outer pipe, is divided into the first inflow port and the circumferential flow path. The first partition plate to be used
Further, a second partition plate which is connected to the outer peripheral surface of the inner pipe between the first inflow port and the second inflow port and closes the terminal side in the exhaust flow direction of the circumferential flow path. The exhaust system structure according to claim 1.
請求項2に記載の排気系構造体。 The exhaust system structure according to claim 2, wherein the first partition plate and at least one of the second partition plates are connected to the inner pipe from the tangential direction of the inner pipe.
前記還元触媒は、前記尿素水から生成されるアンモニアを還元剤として排気中の窒素酸化物を還元浄化する選択還元型触媒である
請求項1から3の何れか一項に記載の排気系構造体。 The injector is a urea water injector that injects urea water into the inner pipe.
The exhaust system structure according to any one of claims 1 to 3, wherein the reduction catalyst is a selective reduction type catalyst that reduces and purifies nitrogen oxides in the exhaust using ammonia generated from the urea water as a reducing agent. ..
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