JP2021131084A - 排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】排気ガスと還元剤の混合を促進させつつ排気ガスの温度低下を抑制する。【解決手段】エンジンの排気流路２を流れる排気ガスを浄化するための排気浄化装置１である。排気浄化装置１は、排気流路２に還元剤を噴射する噴射装置５と、排気流路２に配置されて排気ガスを旋回させる旋回部７と、噴射装置５から還元剤が噴射される噴射領域５Ａ及び旋回部７よりも排気流路２の下流側に配置されて、旋回部７による排気ガスの旋回を緩和する方向に排気ガスを整流する整流部８と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンの排気流路を流れる排気ガスを浄化するための排気浄化装置に関する。

従来、エンジンの排気流路を流れる排気ガスを浄化するための排気浄化装置として、特許文献１に記載されたものが知られている。この排気浄化装置は、排気通路に還元剤を噴射する噴射ノズルと、噴射ノズルにおける還元剤の噴射位置の排気上流側において排気ガスを旋回させる旋回流発生手段と、を備えている。

特開２００６−０２９２６６号公報

特許文献１に記載された排気浄化装置では、旋回流発生手段により排気ガスを旋回させることで、還元剤と排気ガスとの混合が促進される。

ここで、噴射された還元剤が排気ガスの熱により分解されることで、ＳＣＲにおいて排気ガスのＮＯｘを除去し、排気ガスを浄化する。しかしながら、旋回流発生手段により排気ガスの旋回流を発生させると、排気ガスの流速が高くなるため、排気ガスから排気管への熱伝達が大きくなる。その結果、排気ガスの温度が低下し、ＳＣＲの温度が下がってＮＯｘ浄化性能が低下するという問題がある。

そこで、本発明は、排気ガスと還元剤の混合を促進させつつ排気ガスの温度低下を抑制することができる排気浄化装置を提供することを目的とする。

本発明に係る排気浄化装置は、エンジンの排気流路を流れる排気ガスを浄化するための排気浄化装置であって、排気流路に還元剤を噴射する噴射装置と、排気流路に配置されて排気ガスを旋回させる旋回部と、噴射装置から還元剤が噴射される噴射領域及び旋回部よりも排気流路の下流側に配置されて、旋回部による排気ガスの旋回を緩和する方向に排気ガスを整流する整流部と、を備える。

この排気浄化装置では、旋回部により排気ガスが旋回されるため、噴射装置から噴射された還元剤と排気ガスとの混合が促進される。ここで、旋回部が排気ガスを旋回することで、排気ガスの流速が高くなるが、噴射領域及び旋回部よりも排気流路の下流側に配置された整流部が、旋回部による排気ガスの旋回を緩和する方向に排気ガスを整流することで、排気ガスの流速が低くなる。このため、整流部が無い場合に比べて、排気ガスから排気管への熱伝達が小さくなるため、排気ガスの温度低下が抑制される。これにより、ＳＣＲの温度低下に伴うＮＯｘ浄化性能の低下が抑制されるため、排気ガスをより浄化することができる。

整流部は、排気流路に沿う第一方向に延びる整流板であってもよい。この排気浄化装置では、整流部が排気流路に沿う第一方向に延びる整流板であるため、旋回部による排気ガスの旋回をより緩和して、旋回部により旋回された排気ガスを、排気流路に沿う第一方向に向かせることができる。これにより、排気ガスの流速をより小さくすることができる。

整流部は、第一方向と直交する第二方向に排気流路を分割していてもよい。この排気浄化装置では、整流部が第一方向と直交する第二方向に排気流路を分割しているため、旋回部による排気ガスの旋回をより緩和して、排気ガスをより第一方向に向かせることができる。

本発明によれば、排気ガスと還元剤の混合を促進させつつ排気ガスの温度低下を抑制することができる。

実施形態に係る排気浄化装置の概略構成を示す図である。 図１に示す排気浄化装置における、排気流路に沿う第一方向に沿った断面の例を示す図である。 図３（ａ）、図３（ｂ）及び図３（ｃ）は、図１に示す排気浄化装置における、第一方向と直交する第二方向に沿った断面の例を示す図である。 図４（ａ）は、比較例の排気浄化装置における排気ガスの流れを示した図であり、図４（ｂ）は、実施形態に係る排気浄化装置における排気ガスの流れを示した図である。 変形例の排気浄化装置の概略構成を示す図である。 図５に示すＶＩ−ＶＩ線における断面図である。

以下、実施形態に係る排気浄化装置について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明において同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

図１に示すように、本実施形態の排気浄化装置１は、例えばトラック等の車両においてディーゼルエンジン等のエンジンから排気される排気ガス（以下、単に「排気ガス」という）を浄化するものである。この排気浄化装置１は、排気ガスが流通する排気流路２に搭載されており、ＤＯＣ３と、ＤＰＦ４と、噴射装置５と、ＳＣＲ６と、旋回部７と、整流部８と、を備えている。なお、以下の説明では、排気流路２を流れる排気ガスの上流側及び下流側を、単に排気流路２の上流側及び下流側ともいう。

排気流路２は、エンジンから延びる筒状の排気管９によりにより形成されている。つまり、排気流路２は、排気管９の内部領域である。ＤＯＣ３、ＤＰＦ４、噴射装置５、ＳＣＲ６、旋回部７、及び整流部８は、排気流路２に配置されている。

ＤＯＣ３は、排気ガス中の未燃燃料分を酸化処理するものである。

ＤＰＦ４は、ＤＯＣ３を通過した排気ガス中のパティキュレート（粒子状物質）を捕集するものである。ＤＰＦ４は、排気流路２におけるＤＯＣ３の下流側に配置されている。

噴射装置５は、ＤＰＦ４を通過した直後の排気ガスに対し、還元剤を噴射して添加するものである。排気流路２の、噴射装置５から還元剤が噴射される領域を、噴射領域５Ａという。噴射装置５は、噴射領域５Ａが排気流路２におけるＤＰＦ４の下流側且つＳＣＲ６の上流側となるように、配置されている。噴射装置５は、例えば、尿素水を還元剤として噴射することにより、下式（１）に示す熱分解反応及び加水分解反応を生じさせ、アンモニアを生成する。

(NH₂)2CO → NH₃+HNCO （熱分解反応）
HNCO+H₂O → NH₃+CO₂ （加水分解反応） …（１）

ＳＣＲ６は、添加された還元剤を利用して排気ガス中のＮＯｘを選択的に還元反応させ、排気ガスを浄化するものである。ＳＣＲ６は、排気流路２におけるＤＯＣ３の下流側に配置されている。ＳＣＲ６は、生成したアンモニアを用いて、例えば下式（２）に示す還元反応を生じさせ、ＮＯｘを選択的に還元浄化する。なお、排気流路２におけるＳＣＲ６の下流側には、余剰のアンモニアを酸化処理するアンモニア低減触媒（不図示）が設けられている。

4NO+4NH₃+O₂ → 4N₂+6H₂O （Standard）
6NO₂+8NH₃ → 7N₂+12H₂O （Slow）
NO+NO₂+2NH₃ → 2N₂+3H₂O （Fast） …（２）

旋回部７は、排気流路２を流れる排気ガスを旋回させるものである。旋回部７は、排気流路２における噴射領域５Ａの上流側に配置されている。旋回部７は、例えば、排気流路２の中心軸線を中心とした旋回流を発生させる。旋回部７は、例えば、排気流路２に沿う方向である第一方向Ｄ１に対して、排気ガスを旋回させる方向に傾斜又は湾曲して延びる１又は複数の羽根（フィン）により構成されている。

整流部８は、旋回部７による排気ガスの旋回を緩和する方向に排気ガスを整流するものである。整流部８は、排気流路２における噴射領域５Ａ及び旋回部７の下流側且つＳＣＲ６の上流側に配置されている。

整流部８は、例えば、図２に示すように第一方向Ｄ１に延びる整流板であってもよく、第一方向Ｄ１に対して傾斜又は湾曲して延びる整流板であってもよい。整流部８が第一方向Ｄ１に対して傾斜又は湾曲して延びる整流板である場合、整流板は、第一方向Ｄ１に対して、旋回部７による排気ガスの旋回角度よりも小さい角度で傾斜又は湾曲している。また、整流板は、旋回部７による排気ガスの旋回方向と同じ方向に傾斜又は湾曲していてもよく、旋回部７による排気ガスの旋回方向と異なる方向に傾斜又は湾曲していてもよい。

整流部８は、例えば、図３に示すように第一方向Ｄ１と直交する第二方向Ｄ２に排気流路２を分割していてもよく、第二方向Ｄ２に排気流路２を分割していなくてもよい。図３（ａ）に示す整流部８は、十字状の整流板により構成されて、第二方向Ｄ２の端部が排気管９に接続されることで、第二方向Ｄ２に排気流路２を４分割している。図３（ｂ）に示す整流部８は、平行に配置された複数枚の整流板により構成されて、第二方向Ｄ２の端部が排気管９に接続されることで、第二方向Ｄ２に排気流路２を４分割している。図３（ａ）に示す整流部８は、井桁状の整流板により構成されて、第二方向Ｄ２の端部が排気管９に接続されることで、第二方向Ｄ２に排気流路２を１６分割している。

ここで、比較例の排気浄化装置１０１について説明する。図４（ａ）に示すように、比較例の排気浄化装置１０１は、整流部８を備えない点を除き、実施形態の排気浄化装置１と同様である。図１及び図４（ａ）に示すように、比較例の排気浄化装置１０１では、ＤＯＣ３及びＤＰＦ４を通過した排気ガスは、旋回部７を通過することにより旋回する。そして、旋回部７により旋回された排気ガスは、噴射装置５から噴射された還元剤が添加されて、ＳＣＲ６に供給される。このため、比較例の排気浄化装置１０１では、旋回部７からＳＣＲ６に至る領域αの全域において、旋回部７による排気ガスの旋回が維持された状態となる。つまり、領域αの全域において排気ガスの流速が高くなり、排気ガスから排気管９への熱伝達が大きくなるため、排気ガスの温度が低下する。これにより、ＳＣＲ６の温度が下がってＮＯｘ浄化性能が低下する。

これに対し、図１及び図４（ｂ）に示すように、本実施形態の排気浄化装置１では、ＤＯＣ３及びＤＰＦ４を通過した排気ガスは、旋回部７を通過することにより旋回する。そして、旋回部７により旋回された排気ガスは、噴射装置５から噴射された還元剤が添加されると、整流部８により旋回が緩和されてＳＣＲ６に供給される。このため、本実施形態の排気浄化装置１では、旋回部７から整流部８に至る領域βにおいては、旋回部７による排気ガスの旋回が維持された状態となるが、整流部８からＳＣＲ６に至る領域γにおいては、旋回部７による排気ガスの旋回が緩和された状態となる。つまり、領域γにおいて排気ガスの流速が低くなることで、比較例に比べて、排気ガスから排気管９への熱伝達が小さくなり、排気ガスの温度低下が抑制される。これにより、ＳＣＲ６の温度低下に伴うＮＯｘ浄化性能の低下が抑制されるため、排気ガスをより浄化することができる。

そして、整流部８が排気流路２に沿う第一方向Ｄ１に延びる整流板である場合は、旋回部７による排気ガスの旋回をより緩和して、旋回部７により旋回された排気ガスを、排気流路２に沿う第一方向Ｄ１に向かせることができる。これにより、排気ガスの流速をより小さくすることができる。

また、整流部８が第一方向Ｄ１と直交する第二方向Ｄ２に排気流路２を分割する場合は、旋回部７による排気ガスの旋回をより緩和して、排気ガスをより第一方向Ｄ１に向かせることができる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で変形し、又は他のものに適用してもよい。

例えば、図５及び図６に示す排気浄化装置１１のように、排気管は、ＤＯＣ３及びＤＰＦ４を収容する第一ケーシング９Ａと、ＳＣＲ６を収容する第二ケーシング９Ｂと、第一ケーシング９Ａと第二ケーシング９Ｂとを連結するパイプ９Ｃと、を備えるものであってもよい。この排気浄化装置１１では、パイプ９Ｃの一方端部が第一ケーシング９Ａに挿入されており、第一ケーシング９Ａに、パイプ９Ｃ内に還元剤を噴射する噴射装置５が設けられている。また、パイプ９Ｃには、排気ガスが第一ケーシング９Ａから導入される開口９Ｄが形成されており、第一ケーシング９Ａ内には、パイプ９Ｃ内で排気ガスが旋回するように排気ガスを開口９Ｄに案内する旋回部７Ａ及び旋回部７Ｂが設けられている。そして、パイプ９Ｃ内に、旋回部７Ａ及び旋回部７Ｂによる排気ガスの旋回を緩和する方向に排気ガスを整流する整流部８Ａが設けられている。この排気浄化装置１１でも、上記実施形態の排気浄化装置１と同様に、整流部８Ａが、旋回部７Ａ及び旋回部７Ｂによる排気ガスの旋回を緩和するため、排気ガスの流速が低くなって、排気ガスからパイプ９Ｃへの熱伝達が小さくなるため、排気ガスの温度低下が抑制される。

また、上記実施形態では、車両としてトラックを例示しているが、例えばバス、トラクタ又はその他の車両でもよい。

１…排気浄化装置、２…排気流路、３…ＤＯＣ、４…ＤＰＦ、５…噴射装置、５Ａ…噴射領域、６…ＳＣＲ、７…旋回部、７Ａ…旋回部、７Ｂ…旋回部、８…整流部、８Ａ…整流部、９…排気管、９Ａ…第一ケーシング、９Ｂ…第二ケーシング、９Ｃ…パイプ、９Ｄ…開口、１１…排気浄化装置、１０１…排気浄化装置。

Claims (3)

1. エンジンの排気流路を流れる排気ガスを浄化するための排気浄化装置であって、
   前記排気流路に還元剤を噴射する噴射装置と、
   前記排気流路に配置されて前記排気ガスを旋回させる旋回部と、
   前記噴射装置から前記還元剤が噴射される噴射領域及び前記旋回部よりも前記排気流路の下流側に配置されて、前記旋回部による前記排気ガスの旋回を緩和する方向に前記排気ガスを整流する整流部と、を備える、
   排気浄化装置。
2. 前記整流部は、前記排気流路に沿う第一方向に延びる整流板である、
   請求項１に記載の排気浄化装置。
3. 前記整流部は、前記第一方向と直交する第二方向に前記排気流路を分割している、
   請求項２に記載の排気浄化装置。

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