JP2021071054A - Urea water dispersion device and mounting structure for urea water dispersion device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関の排気経路に設けられた選択還元触媒で用いる尿素水を排気管内で分散させて微粒化・均一化する尿素水分散装置、及び当該尿素水分散装置の取付構造に関する。 The present invention relates to a urea water disperser that disperses urea water used in a selective reduction catalyst provided in an exhaust path of an internal combustion engine in an exhaust pipe to atomize and homogenize it, and a mounting structure of the urea water disperser.
内燃機関を搭載した車両では、排気ガスに含まれるNOxを低減するため、尿素SCRシステムが広く使用されている。尿素SCRシステムは、排気経路に設けられてNOxを還元して浄化する選択還元触媒と、選択還元触媒の上流側で排気ガス中に尿素水を吐出する添加弁と、吐出された尿素水を微粒化・均一化する尿素水分散装置等を有している。選択還元触媒にてNOxを浄化するためには尿素水をアンモニアガスに改質することが必須であり、尿素水をアンモニアガスへと効率よく改質するためには微粒化が有効である。また、選択還元触媒でのNOxの浄化効率をより向上させるためには、均一化したアンモニアガスが必要である。また添加弁から吐出された尿素水を微粒化・均一化する尿素水分散装置は、添加弁と対向する側に、衝突された尿素水を四方に分散させて微粒化・均一化する衝突板を備えている。 In vehicles equipped with an internal combustion engine, a urea SCR system is widely used in order to reduce NOx contained in exhaust gas. The urea SCR system has a selective reduction catalyst provided in the exhaust path to reduce and purify NOx, an addition valve that discharges urea water into the exhaust gas on the upstream side of the selective reduction catalyst, and fine particles of the discharged urea water. It has a urea water disperser that makes it uniform and uniform. In order to purify NOx with a selective reduction catalyst, it is essential to reform urea water into ammonia gas, and in order to efficiently reform urea water into ammonia gas, atomization is effective. Further, in order to further improve the purification efficiency of NOx with the selective reduction catalyst, uniform ammonia gas is required. In addition, the urea water dispersion device that atomizes and homogenizes the urea water discharged from the addition valve has a collision plate on the side facing the addition valve that disperses the collided urea water in all directions and atomizes and homogenizes it. I have.
例えば特許文献1には、筒状体と複数の羽根(衝突板に相当)を有する気化装置(尿素水分散装置に相当)が開示されている。筒状体は、排気管と同軸となるように排気管に配置されている。また複数の羽根は、筒状体の上流側の縁部において円周方向に近接して径方向内側に放射状に突き出すように配置され、中央部には通路を残すように配置されている。 For example, Patent Document 1 discloses a vaporizer (corresponding to a urea water disperser) having a tubular body and a plurality of blades (corresponding to a collision plate). The tubular body is arranged in the exhaust pipe so as to be coaxial with the exhaust pipe. Further, the plurality of blades are arranged so as to protrude radially inward in the radial direction close to the circumferential direction at the upstream edge portion of the tubular body, and to leave a passage in the central portion.
また、例えば特許文献2には、排気管の内壁に係合される円環状のフランジ部と、フランジ部に対して上流側となるように同軸に配置された円盤状の第1の壁構造体と、第1の壁構造体とフランジ部とを接続する円錐状の第2の壁構造体とを有するミキサ(尿素水分散装置に相当)が開示されている。第1の壁構造体には、添加剤(尿素水)を微粒化・均一化するように三角形状とされて下流側に屈曲されたベーンが形成されており、第2の壁構造体には、排気ガスと添加剤の混合ガスを旋回させる(排気管内で螺旋の流れにする)ように台形状とされて下流側に屈曲されたベーンが形成されている。
Further, for example, in
暖機後の内燃機関の排気管内の排気ガスの温度は例えば約200[℃]前後であるが、尿素水分散装置の衝突板は、内燃機関の運転状態、外気の状態、添加弁からの尿素水の吐出状態、等に応じて温度が大きく変動する。例えば冷間始動後で暖機完了前の状態、外気温度が低い冬季、尿素水が衝突板に当たっている場合、などでは、衝突板の温度が大きく低下する場合がある。また尿素水は尿素の水溶液であり、水の沸点は100[℃]、尿素の沸点は約135[℃]である。ここで、衝突板の温度が100[℃]〜135[℃]の範囲になると、水は蒸発するが尿素は蒸発しないので、尿素が析出及び堆積してデポジットとなる場合がある。そして衝突板に堆積したデポジットが剥離した場合、選択還元触媒を損傷させる可能性がある。 The temperature of the exhaust gas in the exhaust pipe of the internal combustion engine after warming up is, for example, about 200 [° C.], but the collision plate of the urea water disperser shows the operating state of the internal combustion engine, the state of the outside air, and the urea from the addition valve. The temperature fluctuates greatly depending on the discharge state of water, etc. For example, in a state after a cold start and before the completion of warm-up, in winter when the outside air temperature is low, or when urea water hits the collision plate, the temperature of the collision plate may drop significantly. Urea water is an aqueous solution of urea, and the boiling point of water is 100 [° C.], and the boiling point of urea is about 135 [° C.]. Here, when the temperature of the collision plate is in the range of 100 [° C.] to 135 [° C.], water evaporates but urea does not evaporate, so that urea may precipitate and accumulate to form a deposit. If the deposit deposited on the collision plate is peeled off, the selective reduction catalyst may be damaged.
このため、尿素水分散装置の衝突板での尿素の析出の抑制が望まれており、衝突板の温度を135[℃]より高い状態に維持する期間をより長くすることが望まれている。つまり、衝突板の温度を、より高い温度に維持することが可能な尿素水分散装置が望まれている。なお、衝突板の温度を100[℃]未満にしても尿素の析出を抑制できるが、衝突した尿素水をアンモニアガスに改質しにくくなるので、100[℃]未満にすることは好ましくない。 Therefore, it is desired to suppress the precipitation of urea on the collision plate of the urea water dispersion device, and it is desired to extend the period for maintaining the temperature of the collision plate at a state higher than 135 [° C.]. That is, there is a demand for a urea water dispersion device capable of maintaining the temperature of the collision plate at a higher temperature. Although the precipitation of urea can be suppressed even if the temperature of the collision plate is less than 100 [° C.], it is not preferable to make it less than 100 [° C.] because it becomes difficult to reform the collided urea water into ammonia gas.
特許文献1に記載の気化装置(尿素水分散装置に相当)は、筒状体と、筒状体における排気上流側の縁部に配置された複数の羽根である衝突板と、を有している。しかし特許文献1には、衝突板の温度をより高い温度に維持することについて、及び、そのための構造について、記載が見受けられない。 The vaporizer (corresponding to a urea water dispersion device) described in Patent Document 1 has a tubular body and a collision plate which is a plurality of blades arranged at an edge on the exhaust upstream side of the tubular body. There is. However, Patent Document 1 does not describe maintaining the temperature of the collision plate at a higher temperature and the structure for that purpose.
また特許文献2に記載のミキサ(尿素水分散装置に相当)は、フランジ部と、三角形状の屈曲部を有する円盤状の第1の壁構造体と、台形状の屈曲部を有する円錐状の第2の壁構造体と、を有している。しかし特許文献2には、衝突板の温度をより高い温度に維持することについて、及び、そのための構造について、記載が見受けられない。
Further, the mixer (corresponding to the urea water dispersion device) 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、衝突板の温度をより高い温度に維持することができる尿素水分散装置、及び当該尿素水分散装置の取付構造を提供することを課題とする。 The present invention has been devised in view of these points, and provides a urea water disperser capable of maintaining the temperature of the collision plate at a higher temperature, and a mounting structure for the urea water disperser. Is the subject.
上記課題を解決するため、第1の発明は、内燃機関の排気経路に設けられた選択還元触媒で用いる尿素水を排気管内で分散させる尿素水分散装置であって、前記排気管内において上流側に配置されて尿素水添加弁から吐出されて衝突した尿素水を微粒子状に分散させる衝突板と、前記排気管内において下流側に配置されて前記排気管内を流れる排気ガスの熱を受ける受熱面を有する受熱板と、前記衝突板と前記受熱板を連結する連結部と、を有し、前記衝突板と前記連結部と前記受熱板とが、金属製の1つの部材で一体成形品とされている、尿素水分散装置である。 In order to solve the above problems, the first invention is a urea water dispersion device for dispersing urea water used in a selective reduction catalyst provided in an exhaust path of an internal combustion engine in an exhaust pipe, and is located upstream in the exhaust pipe. It has a collision plate that is arranged and discharged from the urea water addition valve to disperse the collided urea water into fine particles, and a heat receiving surface that is arranged on the downstream side in the exhaust pipe and receives the heat of the exhaust gas flowing in the exhaust pipe. It has a heat receiving plate, a connecting portion that connects the collision plate and the heat receiving plate, and the collision plate, the connecting portion, and the heat receiving plate are integrally molded by one metal member. , Urea water disperser.
次に、第2の発明は、上記第1の発明に係る尿素水分散装置であって、前記衝突板と前記受熱板は、それぞれ複数であり、前記連結部は、前記排気管の長手方向に沿う軸回りの筒状形状を有し、周方向に対して複数に分割されて複数の分割連結部とされており、1つ以上の前記衝突板が取り付けられている前記分割連結部には、1つ以上の前記受熱板が取り付けられており、前記衝突板が取り付けられていない前記分割連結部には、前記受熱板が取り付けられておらず、前記衝突板と前記受熱板が取り付けられている前記分割連結部は、金属製の1つの部材で一体成形品とされている、尿素水分散装置である。 Next, the second invention is the urea water dispersion device according to the first invention, wherein the collision plate and the heat receiving plate are each a plurality of each, and the connecting portion is in the longitudinal direction of the exhaust pipe. The divided connecting portion has a tubular shape around the axis along the axis and is divided into a plurality of divided connecting portions in the circumferential direction to form a plurality of divided connecting portions, and the divided connecting portion to which one or more of the collision plates are attached The heat receiving plate is not attached to the divided connecting portion to which one or more of the heat receiving plates are attached and the collision plate is not attached, and the collision plate and the heat receiving plate are attached. The split connecting portion is a urea water dispersion device which is an integrally molded product made of one metal member.
次に、第3の発明は、上記第1の発明または第2の発明に係る尿素水分散装置であって、前記受熱面は、前記排気管の長手方向に対して交差するように配置されている、尿素水分散装置である。 Next, the third invention is the urea water dispersion device according to the first invention or the second invention, in which the heat receiving surfaces are arranged so as to intersect with respect to the longitudinal direction of the exhaust pipe. It is a urea water disperser.
次に、第4の発明は、上記第1の発明〜第3の発明のいずれか1つに係る尿素水分散装置であって、前記尿素水分散装置は、筒状の前記連結部と、前記排気管内の前記連結部の上流側の縁部の周囲から径方向内側に向かって延びる複数の前記衝突板と、前記排気管内の前記連結部の下流側の縁部の周囲から径方向内側に向かって延びる複数の前記受熱板と、を有し、前記排気管の上流側から前記尿素水分散装置を見た場合、複数の前記衝突板の隙間から、複数の前記受熱板のそれぞれの前記受熱面の少なくとも一部が見えるように、複数の前記衝突板のそれぞれの位置に対する複数の前記受熱板のそれぞれの相対的な位置が調整されている、尿素水分散装置である。 Next, the fourth invention is a urea water disperser according to any one of the first to third inventions, wherein the urea water disperser is a tubular connecting portion and the said. A plurality of the collision plates extending radially inward from the periphery of the upstream edge of the connecting portion in the exhaust pipe, and radially inward from the periphery of the downstream edge of the connecting portion in the exhaust pipe. When the urea water disperser is viewed from the upstream side of the exhaust pipe, the urea water disperser has a plurality of heat receiving plates extending from the gaps between the collision plates, and the heat receiving surfaces of the plurality of heat receiving plates are provided. A urea water disperser in which the relative positions of the plurality of heat receiving plates are adjusted with respect to the respective positions of the plurality of collision plates so that at least a part of the above can be seen.
次に、第5の発明は、上記第1の発明〜第4の発明のいずれか1つに係る尿素水分散装置を排気管内に取り付ける尿素水分散装置の取付構造であって、前記排気管内には、前記排気管の内壁から所定距離だけ径方向内側に離れた位置に、前記排気管内に前記尿素水分散装置を固定する取付爪が設けられており、前記尿素水分散装置は、前記取付爪に取り付けられて、前記排気管の内壁に直接接触することなく前記排気管の内壁から離れた位置に固定されている、尿素水分散装置の取付構造である。 Next, the fifth invention is a mounting structure of the urea water disperser for mounting the urea water disperser according to any one of the first to fourth inventions in the exhaust pipe, and is in the exhaust pipe. Is provided with a mounting claw for fixing the urea water disperser in the exhaust pipe at a position radially inward by a predetermined distance from the inner wall of the exhaust pipe, and the urea water disperser is provided with the mounting claw. It is a mounting structure of a urea water dispersion device that is mounted on the exhaust pipe and fixed at a position away from the inner wall of the exhaust pipe without directly contacting the inner wall of the exhaust pipe.
第1の発明によれば、熱伝導率が高い金属製の部材にて衝突板と連結部と受熱板とが一体成形品とされているので、受熱板が受けた排気ガスの熱を、連結部を介して衝突板へと伝導させることができるので、衝突板の温度をより高い温度に維持することができる。 According to the first invention, since the collision plate, the connecting portion, and the heat receiving plate are integrally molded by a metal member having high thermal conductivity, the heat of the exhaust gas received by the heat receiving plate is connected. Since it can be conducted to the collision plate through the portion, the temperature of the collision plate can be maintained at a higher temperature.
第2の発明によれば、複数の分割連結部のそれぞれは、衝突板と受熱板が取り付けられている分割連結部と、衝突板も受熱板も取り付けられていない分割連結部と、の2通りとされている。これにより、受熱板が受けた排気ガスの熱を伝導する必要が無い連結部(分割連結部)を切り離すことができるので、受熱板が受けた排気ガスの熱を、より効率よく衝突板に伝導させることができる。 According to the second invention, each of the plurality of divided connecting portions is a divided connecting portion in which a collision plate and a heat receiving plate are attached, and a divided connecting portion in which neither a collision plate nor a heat receiving plate is attached. It is said that. As a result, the connecting portion (divided connecting portion) that does not need to conduct the heat of the exhaust gas received by the heat receiving plate can be disconnected, so that the heat of the exhaust gas received by the heat receiving plate is more efficiently conducted to the collision plate. Can be made to.
第3の発明によれば、受熱面を排気管の長手方向に対して平行となるように配置した場合と比較して、排気ガスの熱を、より効率よく受熱面にて受けることができる。 According to the third invention, the heat of the exhaust gas can be received more efficiently on the heat receiving surface as compared with the case where the heat receiving surface is arranged so as to be parallel to the longitudinal direction of the exhaust pipe.
第4の発明によれば、受熱面にて受熱する排気ガスの流れが衝突板に邪魔されないように、衝突板と受熱板を配置することができる。これにより、排気ガスの熱を、より効率よく受熱面にて受けることができる。 According to the fourth invention, the collision plate and the heat receiving plate can be arranged so that the flow of the exhaust gas receiving heat on the heat receiving surface is not obstructed by the collision plate. As a result, the heat of the exhaust gas can be received more efficiently on the heat receiving surface.
第5の発明によれば、排気管の内壁に直接接触しない位置に尿素水分散装置を固定するので、受熱板が受けた排気ガスの熱が排気管に伝導されることを防止し、効率よく衝突板に伝導させることができる。 According to the fifth invention, since the urea water disperser is fixed at a position where it does not come into direct contact with the inner wall of the exhaust pipe, it is possible to prevent the heat of the exhaust gas received by the heat receiving plate from being conducted to the exhaust pipe and efficiently. It can be conducted to the collision plate.
以下、本発明に係る尿素水分散装置70を具体化した一実施形態に基づき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、図中にX軸、Y軸、Z軸が記載されている場合、各軸は互いに直交しており、Z軸方向は鉛直上方に向かう方向を示しており、X軸方向は排気管の長手方向であって排気の上流から下流に向かう水平方向を示し、Y軸方向はZ軸方向及びX軸方向に直交する水平方向を示している。
Hereinafter, the urea
●[内燃機関システム1の全体構成(図1)]
図1を用いて、本発明に係る尿素水分散装置70を備えた内燃機関システム1の全体構成について説明する。なお図1の例における内燃機関10は、ディーゼルエンジンである。ここで、内燃機関10は、排気ガスと一緒に、粒子状物質(PM)、窒素酸化物(NOx)、一酸化炭素(CO)、炭化水素(HC)等の有害物質を排出する。
● [Overall configuration of internal combustion engine system 1 (Fig. 1)]
The overall configuration of the internal combustion engine system 1 provided with the urea
図1に示すように、内燃機関10の排気通路(排気ガス通路、排気ガス経路)12には、排気ガス浄化装置40が設けられている。排気ガス浄化装置40は、上流側排気ガス浄化装置41と、上流側排気ガス浄化装置41の下流側に配置される下流側排気ガス浄化装置45とから構成されている。上流側排気ガス浄化装置41の内部には、上流側から、第1酸化触媒(DOC:Diesel Oxidation Catalyst)42、粒子状物質除去フィルタ(DPF:Diesel Particulate Filter)43が設けられている。
As shown in FIG. 1, an exhaust
第1酸化触媒42は、セラミック製の円柱状等に形成されたセル状筒体からなり、その軸方向には多数の貫通孔が形成され、内面に白金(Pt)等の貴金属がコーティングされている。そして、第1酸化触媒42は、所定の温度下で多数の貫通孔に排気ガスを通すことにより、排気ガスに含まれる一酸化炭素(CO)、炭化水素(HC)等を酸化して除去する。
The
粒子状物質除去フィルタ(以下、「DPF」という。)43は、セラミックス材料等からなる多孔質な部材によって円柱状等に形成され、軸方向に多数の小孔が設けられたハニカム構造のセル状筒体をなし、各小孔は、隣同士で交互に異なる端部が目封じ部材によって閉塞されている。そして、DPF43は、上流側から各小孔に流入する排気ガスを多孔質材料に通すことで粒子状物質(PM)を捕集し、排気ガスのみを隣の小孔を通じて下流側へと流出させる。
The particulate matter removal filter (hereinafter referred to as “DPF”) 43 is formed in a columnar shape or the like by a porous member made of a ceramic material or the like, and has a honeycomb structure cell shape in which a large number of small holes are provided in the axial direction. It forms a tubular body, and each small hole is closed with a sealing member at an end that is alternately different from each other. Then, the
第1酸化触媒42の上流側(上流側排気ガス浄化装置41の上流側)には、燃料添加弁28と、排気温度検出装置36A(例えば、排気温度センサ)と、が設けられている。燃料添加弁28は、微粒子が堆積したDPF43を再生する際(粒子状物質を燃焼焼却する際)に、第1酸化触媒42内で排気ガスと反応させて排気ガスの温度を上昇させるための燃料を噴射する。また、第1酸化触媒42の下流側、且つ、DPF43の上流側には、排気温度検出装置36B(例えば、排気温度センサ)が設けられている。
A
DPF43の下流側には、排気温度検出装置36C(例えば、排気温度センサ)が設けられている。また、上流側排気ガス浄化装置41内における、第1酸化触媒42の下流側、且つ、DPF43の上流側の排気圧力(排気管内圧力に相当)と、DPF43の下流側の排気管内圧力と、の差圧(圧力差)を検出する差圧センサ35が設けられている。
An exhaust
また、上流側排気ガス浄化装置41の下流側に配置される下流側排気ガス浄化装置45は、上流側から、尿素水添加弁(還元剤添加弁)61、尿素水分散装置70、選択還元触媒(SCR:Selective Catalytic Reduction)46、第2酸化触媒47が設けられている。選択還元触媒(以下、「SCR」という。)46は、DPF43の下流側に排気管12Aを介して連結されている。尿素水添加弁61は、排気管12AのDPF43の下流側、且つ、尿素水分散装置70及びSCR46の上流側に配置されて、所定時間(例えば、200ミリ秒〜400ミリ秒である。)毎に、尿素水分散装置70に向けて排気ガス中に尿素水(還元剤溶液)を添加(吐出)する。また、排気管12Aには、尿素水添加弁61の上流側に、NOxセンサ37Aが設けられている。
Further, the downstream exhaust
第2酸化触媒47は、SCR46の下流側に、排気管12Bを介して連結されている。排気管12Bには、SCR46の下流側に、排気温度検出装置(触媒温度検出装置)36D(例えば、排気温度センサ)が設けられている。また、排気管12Bには、排気温度検出装置36Dの下流側に、NOxセンサ37Bが設けられている。各NOxセンサ37A、37Bは、排気ガス中のNOx濃度に応じた検出信号を出力する。
The
尿素水添加弁61は、供給管62、尿素水ポンプ63を介して尿素水タンク(還元剤タンク)65に連結される。尿素水ポンプ63は、制御装置(ECU)50からの駆動信号により回転駆動される電動ポンプであり、正逆いずれの方向にも回転が可能となっている。尿素水ポンプ63の正回転により尿素水タンク65内の尿素水(還元剤溶液)67の吸い上げが行われ、尿素水67が供給管62を介して尿素水添加弁61に供給される。また、尿素水ポンプ63の逆回転により供給管62内の尿素水67が吸い戻され、尿素水タンク65内に流入される。尚、供給管62には、供給管62内の尿素水67の圧力を検出する水圧センサを設けてもよい。
The urea
尿素水タンク65内には、尿素水タンク65内に貯留されている尿素水67の残量(水位)を検出するレベルゲージ(残量検出装置)68が設けられている。レベルゲージ(残量検出装置)68は、尿素水タンク65内の尿素水67が満タン(例えば、13リットルである。)から減少した残量に応じた信号を制御装置(ECU)50に出力する。また、尿素水タンク65内には、尿素水タンク65内に貯留されている尿素水67の濃度を検出する濃度センサ69が設けられている。濃度センサ(濃度検出装置)69は、尿素水タンク65内の尿素水67の濃度に応じた信号を制御装置(ECU)50に出力する。
The
尿素水分散装置70は、尿素水添加弁61とSCR46の間に配置されており、尿素水添加弁61から吐出された尿素水が衝突される衝突板71(図2、図4参照)を有し、衝突板71に衝突した尿素水を排気管内に均一に分散させて微粒化する。微粒化された尿素水は、排気ガスの熱によってアンモニアガスに改質され、排気ガス中に均一となるように混合されてSCR46に到達する。
The urea
SCR46は、尿素水添加弁61により添加された尿素水(還元剤溶液)を用いて窒素酸化物(NOx)を無害化する触媒である。具体的には、尿素水添加弁61から添加(噴射)された尿素水は、排気ガスの排気熱によって加水分解され、その際、下記式(1)に示す反応によりアンモニア(NH3)が生成される。
(NH2)2CO+H2O→2NH3+CO2 ・・・(1)
SCR46 is a catalyst that detoxifies nitrogen oxides (NOx) by using urea water (reducing agent solution) added by the urea
(NH 2 ) 2 CO + H 2 O → 2 NH 3 + CO 2 ... (1)
そして、SCR46を排気ガスが通過する際に、SCR46に吸着したアンモニアによって排気ガス中の窒素酸化物(NOx)が選択的に還元浄化される。その際、下記式(2)〜式(4)に示すような還元反応が行われることによって、NOxが還元浄化される。
4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O ・・・(2)
6NO2+8NH3→7N2+12H2O ・・・(3)
NO+NO2+2NH3→2N2+3H2O ・・・(4)
Then, when the exhaust gas passes through the SCR46, the nitrogen oxides (NOx) in the exhaust gas are selectively reduced and purified by the ammonia adsorbed on the SCR46. At that time, NOx is reduced and purified by performing a reduction reaction as shown in the following formulas (2) to (4).
4NO + 4NH 3 + O 2 → 4N 2 + 6H 2 O ・ ・ ・ (2)
6NO 2 + 8NH 3 → 7N 2 + 12H 2 O ・ ・ ・ (3)
NO + NO 2 + 2NH 3 → 2N 2 + 3H 2 O ・ ・ ・ (4)
上記式(2)〜式(4)に示すアンモニアによるNOxの還元浄化が行われる際、アンモニアがNOxと反応しきれずに余剰となると、その余剰アンモニアがSCR46の下流側の排気管12Bを介して第2酸化触媒47に流入する。かかる場合に、第2酸化触媒47は、流入した余剰アンモニアを酸化して除去する。
When NOx is reduced and purified by the ammonia represented by the above formulas (2) to (4), if the ammonia cannot completely react with the NOx and becomes surplus, the surplus ammonia passes through the
燃料添加弁28、尿素水添加弁61、尿素水ポンプ63は、制御装置(ECU:Electronic Control Unit)50からの制御信号にて駆動される。制御装置50は、CPU、RAM、ROM、タイマ、EEPROM等を備えた公知のものである。CPUは、ROMに記憶された各種プログラムやマップに基づいて、種々の演算処理を実行する。また、RAMは、CPUでの演算結果や各検出装置から入力されたデータ等を一時的に記憶し、EEPROMは、例えば、内燃機関10の停止時にその保存すべきデータ等を記憶する。
The
また、排気温度検出装置36Aは、第1酸化触媒42の上流側の排気管内の排気ガスの温度に応じた検出信号を制御装置50に出力する。また、排気温度検出装置36Bは、第1酸化触媒42の下流側、且つ、DPF43の上流側を流れる排気ガスの温度に応じた検出信号を制御装置50に出力する。また、排気温度検出装置36Cは、DPF43の下流側、且つ、SCR46の上流側の排気ガスの温度に応じた検出信号を制御装置50に出力する。また、排気温度検出装置36Dは、SCR46の下流側、且つ、第2酸化触媒47の上流側の排気ガスの温度に応じた検出信号を制御装置50に出力する。
Further, the exhaust
差圧センサ35は、第1酸化触媒42の下流側、且つ、DPF43の上流側の排気圧力(排気管内圧力に相当)と、DPF43の下流側の排気管内圧力と、の差圧に応じた検出信号を制御装置50に出力する。NOxセンサ37Aは、尿素水添加弁61よりも上流側の排気ガスのNOx濃度に応じた検出信号を制御装置50に出力する。NOxセンサ37Bは、SCR46の下流側、且つ、第2酸化触媒47の上流側の排気ガスのNOx濃度に応じた検出信号を制御装置50に出力する。
The
制御装置50には、吸気通路11に設けられた吸入空気流量検出装置31(例えば、エアフローメーター)の検出信号、アクセル開度検出装置33の検出信号、回転検出装置34の検出信号、のそれぞれが入力されている。また、制御装置50には、上述した各排気温度検出装置36A、36B、36C、36Dの検出信号、差圧センサ35の検出信号、各NOxセンサ37A、37Bの検出信号、レベルゲージ68、濃度センサ69の検出信号が入力されている。
The
そして、制御装置50は、これらの入力された検出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、制御装置50は、検出した内燃機関10の運転状態や、アクセル開度検出装置33からの検出信号に基づいた運転者からの要求に応じて、各インジェクタ14A〜14Dから内燃機関10のシリンダ内に噴射する燃料量や、燃料添加弁28から添加(噴射)する未燃燃料量、尿素水添加弁61から添加(噴射)する尿素水添加量を制御する制御信号を出力する。
Then, the
そして、制御装置50(流量関連量検出装置に相当する。)は、各インジェクタ14A〜14Dから噴射した毎秒当たりの燃料消費量(g/s)を所定時間(例えば、約10msec〜100msec)毎に算出して、RAMに時系列的に記憶する。また、制御装置50(差圧検出装置に相当する。)は、差圧センサ35から入力された検出信号から差圧(圧力差)を所定時間(例えば、約10msec〜100msec)毎に算出して、RAMに時系列的に記憶する。
Then, the control device 50 (corresponding to the flow rate related amount detecting device) determines the fuel consumption (g / s) per second injected from each
燃料添加弁28から排気ガス中に噴射された燃料は、第1酸化触媒42によって排気ガス中に残った酸素との酸化反応が生じて燃焼し、その発熱により排気ガス温度が上昇する。この高温になった排気ガスによりDPF43の床温が上昇して、所定温度以上(例えば、590℃以上)になると、DPF43内に堆積した粒子状物質(PM)が燃焼焼却される。このような状態を所定の時間、維持することによってDPF43内に堆積した粒子状物質(PM)を燃焼させて除去し、排気ガス中の粒子状物質(PM)を捕集するというDPF43の捕集機能を回復(再生)させることができる。
The fuel injected into the exhaust gas from the
吸入空気流量検出装置31(例えば、吸気流量センサ)は、内燃機関10の吸気通路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制御装置50に出力する。アクセル開度検出装置33(例えば、アクセル開度センサ)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制御装置50に出力する。回転検出装置34(例えば、回転センサ)は、例えば、内燃機関10のクランクシャフトの回転数(すなわち、エンジン回転数)に応じた検出信号を制御装置50に出力する。
The intake air flow rate detection device 31 (for example, an intake air flow rate sensor) is provided in the
●[第1の実施の形態の尿素水分散装置70A(図2〜図5)]
次に図2〜図5を用いて、図1に示す尿素水分散装置70の第1の実施の形態である尿素水分散装置70Aの詳細について説明する。第1の実施の形態の尿素水分散装置70Aは、連結部73が分割されていない(図2参照)。なお図2は、排気管12Aにおける上流側排気管12AUと、排気管12Aにおける下流側排気管12ALと、尿素水分散装置70Aと、の分解斜視図を示している。また図3は(図4のIII−III断面図であり)、図2に示す上流側排気管12AUと下流側排気管12ALとの間の位置に尿素水分散装置70Aを取り付けた状態において、排気上流側から尿素水分散装置70Aを見た図である。また図4は、図3におけるIV−IV断面図である。
● [Urea
Next, the details of the urea
●[尿素水分散装置70Aの全体構造(図2〜図5)]
第1の実施の形態の尿素水分散装置70Aは、図2〜図4に示すように、衝突板71と、受熱板72と、衝突板71と受熱板72とを連結する連結部73と、を有している。なお、衝突板71と受熱板72は、1つ以上であればよく、本実施の形態では衝突板71及び受熱板72がそれぞれ3つである例を説明する。
● [Overall structure of urea
As shown in FIGS. 2 to 4, the urea
衝突板71は、尿素水添加弁61からほぼ線状に吐出される尿素水67A(図4参照)が衝突する衝突領域71A(図2参照)を有し、排気管12A内において上流側に配置され、尿素水添加弁61から吐出されて衝突領域71Aに衝突した尿素水67A(図4参照)を微粒子状に分散させる。また複数の衝突板71は、排気管12A内の筒状の連結部73の上流側の縁部の周囲から径方向内側に向かって延びている。なお、衝突領域71Aは、尿素水添加弁61に設けられた噴孔に対応させて設けられている。本実施の形態では、尿素水添加弁61の噴孔が3つの例を示しており、衝突領域71Aが3つの例を示している。
The
受熱板72は、排気管12A内において下流側に配置されて、排気管12A内を流れる排気ガスの熱を受ける(熱を吸収する)受熱面72Aを有している。また複数の受熱板72は、排気管12A内の筒状の連結部73の下流側の縁部の周囲から径方向内側に向かって延びている。そして受熱面72Aの少なくとも一部の面は、排気管12Aの長手方向(すなわち、排気管12A内の排気ガスの流れる方向)に対して、平行ではなく交差するように配置されている。これにより、排気管12Aの長手方向と平行となるように受熱面を配置した場合と比較して、受熱面に排気ガスが当たりやすくなり、より多くの熱を排気ガスから受けることができる。なお、排気管12Aの長手方向は、排気管12Aの中心軸線12AJに平行な方向である。
The
連結部73は、排気管12Aとほぼ同軸とされた筒状であり、複数の衝突板71と複数の受熱板72とを連結している。連結部73は、排気管12Aの長手方向に沿う軸回り(中心軸線12AJ回り)の筒状形状を有している。
The connecting
尿素水分散装置70Aは、例えば図5の展開図に示す形状の1つの部材を湾曲及び折り曲げることで、一体成形品として作られる。尿素水分散装置70Aは、例えば排気ガスの温度に対する耐久性を有して熱伝導率が比較的高い金属製の1つの部材(図5の展開図の形状とされた金属板)で一体成形品とされている。尿素水分散装置70Aは、熱伝導率が高い金属の一体成形品であるので、受熱板72で受けた排気ガスの熱は、連結部73を経由して衝突板71に伝わり、衝突板71の温度をより高い温度に維持することができる。なお、図5では、受熱板72を折り曲げて形成する例を示しているが、連結部73の領域に切込みを入れて、切り起こして受熱板72を形成するようにしてもよい。
The urea
また図3に示すように、排気管12Aの上流側から尿素水分散装置70Aを見た場合、複数の衝突板71の隙間から、複数の受熱板72のそれぞれの受熱面72Aの少なくとも一部が見えるように、複数の衝突板71のそれぞれの位置に対する複数の受熱板72のそれぞれの相対的な位置が調整されている。つまり、図3において、受熱板72の全部が、衝突板71に覆われないように、衝突板71の位置に対する受熱板72の位置が調整されている(重ならない位置とされている)。これにより、受熱板72にて、排気ガスの熱をより効率よく受けることができる。
Further, as shown in FIG. 3, when the urea
●[排気管12A内への尿素水分散装置70Aの取付構造(図2〜図4)]
次に、図2〜図4を用いて、排気管12A内に尿素水分散装置70Aを取り付けるための取付構造等について説明する。図2に示すように、尿素水分散装置70Aが取り付けられる位置にて、排気管12Aは、上流側排気管12AUと、下流側排気管12ALと、に分けられている。そして上流側排気管12AUと下流側排気管12ALとの境界部に尿素水分散装置70Aが取り付けられている。
● [Mounting structure of urea
Next, with reference to FIGS. 2 to 4, a mounting structure and the like for mounting the urea
図3及び図4に示すように、下流側排気管12AL(排気管12A)内には、下流側排気管12AL(排気管12A)の内壁から所定距離L1だけ径方向内側に離れた位置に、排気管12A内に尿素水分散装置70Aを固定する取付爪12ATが設けられている。取付爪12ATは、下流側排気管12ALの上流側端部から上流側に向かって延びるように設けられている。そして図3及び図4に示すように、尿素水分散装置70Aは、取付爪12ATに取り付けられて、排気管12Aの内壁に直接接触することなく排気管12Aの内壁から離れた位置に固定されている。
As shown in FIGS. 3 and 4, the downstream exhaust pipe 12AL (
図4に示すように、取付爪12ATと尿素水分散装置70A(連結部73)は、溶接部W1にて溶接されて固定されている。そして上流側排気管12AUと下流側排気管12ALは、溶接部W2にて周方向に連続するように溶接されている。溶接部W1、W2では熱伝導率が低くなるので、図4において、一体成形品の尿素水分散装置70Aの受熱板72が排気ガスから受けた熱は、溶接部W1から取付爪12ATにほとんど伝わらず、連結部73から衝突板71へと伝わる。従って、受熱板72が受けた熱を、排気管12Aに逃がすことなく効率よく衝突板71へ伝えることができる。
As shown in FIG. 4, the mounting claw 12AT and the urea
また排気管12Aの内壁から所定距離L1だけ径方向内側に離れた取付爪12ATに尿素水分散装置70Aを固定しているので、図3及び図4に示すように、排気管12Aの内壁面と尿素水分散装置70Aの外周面との間には、所定距離L1の空間となる分散装置周囲空間K1が形成されている。これにより、分散装置周囲空間K1にも高温の排気ガスが流れ、尿素水分散装置70Aを高温の排気ガスで包み込むことができるので、尿素水分散装置70A(すなわち衝突板71)を、より高温に維持することができる。
Further, since the urea
●[第2の実施の形態の尿素水分散装置70B(図6、図7)]
次に図6、図7を用いて、図1に示す尿素水分散装置70の第2の実施の形態である尿素水分散装置70Bの詳細について説明する。第2の実施の形態の尿素水分散装置70Bは、連結部73Bが複数の分割連結部73C〜73F(図7参照)に分割されている点が第1の実施の形態とは異なり、その他の点については第1の実施の形態と同様である。以下では、第1の実施の形態との相違点について主に説明し、同様の点については説明を省略する。なお図6は、排気管12Aにおける上流側排気管12AUと、排気管12Aにおける下流側排気管12ALと、尿素水分散装置70Bと、の分解斜視図を示している。また図7は、図6に示す上流側排気管12AUと下流側排気管12ALとの間の位置に尿素水分散装置70Bを取り付けた状態において、排気上流側から尿素水分散装置70Aを見た図である。
● [Urea
Next, the details of the urea
●[尿素水分散装置70Bの全体構造(図6、図7)]
第2の実施の形態の尿素水分散装置70Bは、図6及び図7に示すように、衝突板71と、受熱板72と、衝突板71と受熱板72とを連結する連結部73Bと、を有している。なお、衝突板71と受熱板72は、1つ以上あればよく、本実施の形態では衝突板71及び受熱板がそれぞれ3つである例を説明する。
● [Overall structure of urea
As shown in FIGS. 6 and 7, the urea
衝突板71は、衝突領域71Aを有し、衝突した尿素水67A(図4参照)を微粒子状に分散させる。なお、衝突板71、衝突領域71Aについては第1の実施の形態と同様であるので説明を省略する。
The
受熱板72は、受熱面72Aを有し、排気ガスの熱を受け、受けた熱を連結部73Bを介して衝突板71に伝える。なお、受熱板72、受熱面72Aについては第1の実施の形態と同様であるので説明を省略する。
The
連結部73Bは、排気管12Aの長手方向に沿う軸回り(中心軸線12AJ回り)の筒状形状を有し、周方向に対して複数に分割されて複数の分割連結部とされている。図6及び図7に示す例では、分割連結部73C〜73Fに分割した例を示している。なお図7に示すように、隣り合う分割連結部の間には、分割隙間73Zがあけられている。
The connecting
1つ以上の衝突板71が取り付けられている分割連結部には、1つ以上の受熱板72が取り付けられており、衝突板71が1つも取り付けられていない分割連結部には、受熱板72が1つも取り付けられていない。図6及び図7に示す例では、分割連結部73Cには2つの衝突板71と2つの受熱板72が取り付けられており、分割連結部73Eには1つの衝突板71と1つの受熱板72が取り付けられており、分割連結部73D、73Fには衝突板71も受熱板72も取り付けられていない。なお、衝突板71と受熱板72が取付けられている分割連結部73C、73Eは、金属製の1つの部材で一体成形品とされている。
One or more
上記の構造により、連結部73Bにおいて、受熱板72から衝突板71への熱の伝導に寄与しない部分となる分割連結部73D、73Fを切り離すことができる。従って、受熱板72にて排気ガスから受けた熱を、不要な分割連結部73D、73Fに伝えることなく、効率良く衝突板71へ伝えることができる。
With the above structure, in the connecting
本発明の尿素水分散装置及び尿素水分散装置の取付構造は、本実施の形態で説明した構成、形状、構造等に限定されず、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。例えば、衝突板71の数、及び受熱板72の数は、それぞれ1つ以上であればよく、3つに限定されるものではなく、衝突板71の数と受熱板72を数が同数でなくてもよい。また、衝突板71の形状やサイズ、受熱板72の形状やサイズ(相対的なサイズ)等は、本実施の形態にて示した形状やサイズ等に限定されるものではない。また尿素水分散装置の材質は、排気ガスの温度に対する耐久性を有して熱伝導率が比較的高い金属(合金を含む)であれば、特に材質を限定しない。
The urea water disperser and the mounting structure of the urea water disperser of the present invention are not limited to the configuration, shape, structure and the like described in the present embodiment, and various modifications and additions are made without changing the gist of the present invention. It can be deleted. For example, the number of
本実施の形態にて説明した尿素水分散装置及び尿素水分散装置の取付構造は、一般車両、産業車両、発電システム等、種々の用途、種々の燃料の内燃機関に適用することができる。 The urea water disperser and the mounting structure of the urea water disperser described in the present embodiment can be applied to various uses and internal combustion engines of various fuels such as general vehicles, industrial vehicles, and power generation systems.
本実施の形態の説明に用いた数値は一例であり、この数値に限定されるものではない。また、以上(≧)、以下(≦)、より大きい(>)、未満(<)等が記載してある場合、等号を含んでも含まなくてもよい。 The numerical values used in the description of the present embodiment are examples, and are not limited to these numerical values. Further, when the above (≧), the following (≦), the larger (>), the less than (<), etc. are described, the equal sign may or may not be included.
1 内燃機関システム
10 内燃機関
12 排気通路
12A、12B 排気管
12AJ 中心軸線
12AL 下流側排気管
12AU 上流側排気管
12AT 取付爪
28 燃料添加弁
36A〜36D 排気温度検出装置
37A、37B NOxセンサ
40 排気ガス浄化装置
41 上流側排気ガス浄化装置
42 第1酸化触媒
43 粒子状物質除去フィルタ(DPF)
45 下流側排気ガス浄化装置
46 SCR(選択還元触媒)
47 第2酸化触媒
50 制御装置
61 尿素水添加弁
65 尿素水タンク
67、67A 尿素水
68 レベルゲージ
69 濃度センサ
70、70A、70B 尿素水分散装置
71 衝突板
71A 衝突領域
72 受熱板
72A 受熱面
73、73B 連結部
73C〜73F 分割連結部
73Z 分割隙間
K1 分散装置周囲空間
L1 所定距離
W1、W2 溶接部
1 Internal
45 Downstream exhaust
47
Claims (5)
前記排気管内において上流側に配置されて尿素水添加弁から吐出されて衝突した尿素水を微粒子状に分散させる衝突板と、
前記排気管内において下流側に配置されて前記排気管内を流れる排気ガスの熱を受ける受熱面を有する受熱板と、
前記衝突板と前記受熱板を連結する連結部と、
を有し、
前記衝突板と前記連結部と前記受熱板とが、金属製の1つの部材で一体成形品とされている、
尿素水分散装置。 A urea water dispersion device that disperses urea water used in a selective reduction catalyst provided in the exhaust path of an internal combustion engine in an exhaust pipe.
A collision plate arranged on the upstream side in the exhaust pipe and discharging the urea water discharged from the urea water addition valve to disperse the collisional urea water into fine particles, and a collision plate.
A heat receiving plate arranged on the downstream side in the exhaust pipe and having a heat receiving surface for receiving the heat of the exhaust gas flowing in the exhaust pipe,
A connecting portion that connects the collision plate and the heat receiving plate,
Have,
The collision plate, the connecting portion, and the heat receiving plate are integrally molded by one metal member.
Urea water disperser.
前記衝突板と前記受熱板は、それぞれ複数であり、
前記連結部は、前記排気管の長手方向に沿う軸回りの筒状形状を有し、周方向に対して複数に分割されて複数の分割連結部とされており、
1つ以上の前記衝突板が取り付けられている前記分割連結部には、1つ以上の前記受熱板が取り付けられており、
前記衝突板が取り付けられていない前記分割連結部には、前記受熱板が取り付けられておらず、
前記衝突板と前記受熱板が取り付けられている前記分割連結部は、金属製の1つの部材で一体成形品とされている、
尿素水分散装置。 The urea water dispersion device according to claim 1.
There are a plurality of the collision plate and the heat receiving plate, respectively.
The connecting portion has a tubular shape around the axis along the longitudinal direction of the exhaust pipe, and is divided into a plurality of parts in the circumferential direction to form a plurality of divided connecting portions.
One or more of the heat receiving plates are attached to the divided connecting portion to which the one or more of the collision plates are attached.
The heat receiving plate is not attached to the split connecting portion to which the collision plate is not attached.
The split connecting portion to which the collision plate and the heat receiving plate are attached is made of one metal member and is integrally molded.
Urea water disperser.
前記受熱面は、前記排気管の長手方向に対して交差するように配置されている、
尿素水分散装置。 The urea water dispersion device according to claim 1 or 2.
The heat receiving surfaces are arranged so as to intersect the longitudinal direction of the exhaust pipe.
Urea water disperser.
前記尿素水分散装置は、
筒状の前記連結部と、
前記排気管内の前記連結部の上流側の縁部の周囲から径方向内側に向かって延びる複数の前記衝突板と、
前記排気管内の前記連結部の下流側の縁部の周囲から径方向内側に向かって延びる複数の前記受熱板と、
を有し、
前記排気管の上流側から前記尿素水分散装置を見た場合、複数の前記衝突板の隙間から、複数の前記受熱板のそれぞれの前記受熱面の少なくとも一部が見えるように、複数の前記衝突板のそれぞれの位置に対する複数の前記受熱板のそれぞれの相対的な位置が調整されている、
尿素水分散装置。 The urea water dispersion device according to any one of claims 1 to 3.
The urea water disperser is
With the tubular connecting part,
A plurality of the collision plates extending inward in the radial direction from the periphery of the upstream edge portion of the connecting portion in the exhaust pipe.
A plurality of heat receiving plates extending inward in the radial direction from the periphery of the downstream edge of the connecting portion in the exhaust pipe.
Have,
When the urea water dispersion device is viewed from the upstream side of the exhaust pipe, the plurality of collisions are made so that at least a part of each of the heat receiving surfaces of the plurality of heat receiving plates can be seen from the gaps between the plurality of collision plates. The relative positions of the plurality of heat receiving plates with respect to the respective positions of the plates are adjusted.
Urea water disperser.
前記排気管内には、前記排気管の内壁から所定距離だけ径方向内側に離れた位置に、前記排気管内に前記尿素水分散装置を固定する取付爪が設けられており、
前記尿素水分散装置は、前記取付爪に取り付けられて、前記排気管の内壁に直接接触することなく前記排気管の内壁から離れた位置に固定されている、
尿素水分散装置の取付構造。
A mounting structure for a urea water dispersion device for mounting the urea water dispersion device according to any one of claims 1 to 4 in an exhaust pipe.
Inside the exhaust pipe, a mounting claw for fixing the urea water dispersion device is provided in the exhaust pipe at a position radially inward by a predetermined distance from the inner wall of the exhaust pipe.
The urea water dispersion device is attached to the mounting claw and fixed at a position away from the inner wall of the exhaust pipe without directly contacting the inner wall of the exhaust pipe.
Mounting structure of urea water disperser.
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