JP2022079115A - 排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】排気連絡管から尿素選択触媒還元の触媒に尿素水混じりの排ガスが到達するまでに当該排ガス中の尿素水の微粒化ならびに蒸発を促進可能にするとともに、前記排気連絡管の腐食を抑制または防止可能とする排気浄化装置の提供。【解決手段】エンジンの排ガス中の煤を除去するディーゼルパティキュレートフィルタ１と、エンジンの排ガス中の窒素酸化物を除去する尿素選択触媒還元２と、ディーゼルパティキュレートフィルタ１と尿素選択触媒還元２とを連結する排気連絡管３と、この排気連絡管３に設けられて尿素水を噴射する尿素水噴射ノズル４と、を有する排気浄化装置であって、排気連絡管３において尿素水噴射ノズル４の設置位置よりも排ガス流通方向の上流側に、排気偏向体５が設けられている。【選択図】図１

Description

本発明は、ディーゼルパティキュレートフィルタと尿素選択触媒還元とを排気連絡管で連結した構成の排気浄化装置に関する。

例えば特許文献１に記載の車両の排気浄化装置は、エンジンの排ガス中の煤（Ｓｏｏｔ）を除去するディーゼルパティキュレートフィルタと、エンジンの排ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を除去する尿素還元型触媒と、前記ディーゼルパティキュレートフィルタと前記尿素還元型触媒とを連結する排気連絡管と、この排気連絡管に尿素水を噴射する尿素水インジェクタと、を有する構成になっている。

特許２０１４－１４８９６０号公報

上記特許文献１では、前記排気連絡管を流通する排ガスに前記尿素水インジェクタから噴射された尿素水を混合させるが、この尿素水混じりの排ガスが前記尿素還元型触媒に入る際に前記尿素水の微粒化ならびに蒸発が不足していると、前記尿素還元型触媒において排ガス中の窒素酸化物を除去する効果が低下する他、前記排気連絡管内に尿素デポジットが堆積して前記排気連絡管が腐食することが懸念される。

このような事情に鑑み、本発明は、排気連絡管から尿素選択触媒還元の触媒に尿素水混じりの排ガスが到達するまでに当該排ガス中の尿素水の微粒化ならびに蒸発を促進可能にするとともに、前記排気連絡管の腐食を抑制または防止可能とする排気浄化装置の提供を目的としている。

本発明は、エンジンの排ガス中の煤を除去するディーゼルパティキュレートフィルタと、エンジンの排ガス中の窒素酸化物を除去する尿素選択触媒還元と、前記ディーゼルパティキュレートフィルタと前記尿素選択触媒還元とを連結する排気連絡管と、この排気連絡管に設けられて尿素水を噴射する尿素水噴射ノズルと、を有する排気浄化装置であって、前記排気連絡管において前記尿素水噴射ノズルの設置位置よりも排ガス流通方向の上流側に、排気偏向体が設けられていることを特徴としている。

この構成によれば、前記排気連絡管に導入された排ガスの流れが前記排気偏向体により偏向されるから、前記排気連絡管に前記排気偏向体を設置していない場合に比べると、当該排気連絡管内に噴射される尿素水が、前記排気連絡管を流通する排ガスに効率良く撹拌されながら混合される。

これにより、前記尿素水混じりの排ガスが前記尿素選択触媒還元に到達するまでの過程において、当該排ガス中の尿素水の微粒化ならびに蒸発が促進されるので、前記尿素選択触媒還元により排ガス中の窒素酸化物を除去する効果が向上する。その他、前記排気連絡管内に尿素デポジットが堆積することを抑制できるので、前記排気連絡管の腐食を抑制または防止する効果が向上する。

ところで、上記排気浄化装置において、前記排気連絡管は、屈曲部を有し、前記排気偏向体の少なくとも一部は、前記屈曲部に設置されていることが好ましい。

この構成によれば、前記排気連絡管の前記屈曲部から排ガス流通方向の下流側へ向けて噴射される尿素水が、前記排気偏向体により偏向された排ガスにより撹拌されながら混合される。そのため、前記排ガス中で前記尿素水の微粒化ならびに蒸発が促進される。

また、上記排気浄化装置において、前記排気偏向体は、排ガスを分流する分流部を有していることが好ましい。

この構成によれば、前記排気連絡管の前記屈曲部から排ガス流通方向の下流側へ向けて噴射される尿素水が、前記分流部で分流された排ガスにより撹拌されながら混合される。そのため、前記排ガス中で前記尿素水の微粒化ならびに蒸発が促進される。

また、上記排気浄化装置において、前記排気偏向体は、第１プレートと第２プレートとを対向させるように組み合わせた構成であり、前記第１プレートと前記第２プレートとの少なくとも１つが、前記排気連絡管の内壁側に固定されており、前記第１プレートと前記第２プレートとの対向する面の少なくとも一部が離間されており、前記排ガス流通方向の下流側に向かうに従い広がっていることが好ましい。

この構成によれば、前記排気偏向体の前記第１、第２プレートによって排ガスが分流されつつ偏向される。この排ガスが、前記排気連絡管の前記屈曲部から排ガス流通方向の下流側へ向けて噴射される尿素水を撹拌させながら混合させるので、前記排ガス中で前記尿素水の微粒化ならびに蒸発が促進される。

また、上記排気浄化装置において、前記排気連絡管の中心軸線側に向かうに従い広がっていることが好ましい。

この構成によれば、前記第１、第２プレートの離間部分がＶ字形になるとともに、当該Ｖ字形の尖鋭側が排ガス流通方向の上流側に位置し、広い側が排ガス流通方向の下流側に位置する。

このことから、前記排気連絡管の前記上流部から前記屈曲部へ流れる排ガスが、二股に分流される。これにより、前記屈曲部から排ガス流通方向の下流側へ向けて噴射される尿素水が、前記排ガスにより撹拌されながら混合される。そのため、前記排ガス中における前記尿素水の微粒化ならびに蒸発が促進される。

また、上記排気浄化装置において、前記第１プレートと前記第２プレートとの最大離間距離は、前記排気連絡管において前記排気偏向体が設置される領域の内径寸法の１／２以下に設定されていることが好ましい。

この構成によれば、前記排気連絡管の前記上流部から前記屈曲部へ流れる排ガスを二股に分流させる際に、前記排ガスの流れの圧力損失を抑制するとともに、前記排ガスの流れを阻害しにくくなる。

また、上記排気浄化装置において、前記第１プレートおよび前記第２プレートの各下流側内端部の径方向での位置が各上流側内端部の径方向での位置よりも前記排気連絡管の内壁に近い側に配置されていることが好ましい。

この構成によれば、前記排気連絡管を流れる排ガスの脈動に起因して前記第１、第２プレートが振動することを低減できる。

本発明によれば、排気連絡管から尿素選択触媒還元の触媒に尿素水混じりの排ガスが到達するまでに当該排ガス中の尿素水の微粒化ならびに蒸発を促進可能にするとともに、前記排気連絡管の腐食を抑制または防止可能とする排気浄化装置を提供することができる。

本発明に係る排気浄化装置の一実施形態の概略構成を示す図である。 図１の排気連絡管の屈曲部を拡大して示す斜視図である。 図１の排気連絡管の屈曲部の平面図である。 図３において矢印（４）方向から見た図である。 排気偏向体のみを示す斜視図である。 図１の（６）-（６）線断面図で、排気連絡管に噴射した尿素水が撹拌される様子を示している。 排気連絡管を中心軸線に沿って縦方向に断面にした図で、排気連絡管に噴射した尿素水が撹拌される様子を示している。

以下、本発明を実施するための最良の実施形態について添付図面を参照して詳細に説明する。

図１から図７に本発明の一実施形態を示している。この実施形態の排気浄化装置は、図１に示すように、ディーゼルパティキュレートフィルタ（以下ではＤＰＦと略称する）１、尿素選択触媒還元（以下ではＳＣＲと略称する）２、排気連絡管３、尿素水噴射ノズル４、排気偏向体５等を備えている。

ＤＰＦ１は、不図示のエンジンの排ガス中の煤を除去するものである。ＳＣＲ２は、前記エンジンの排ガス中の窒素酸化物を除去するものである。排気連絡管３は、ＤＰＦ１とＳＣＲ２とを連結するものである。尿素水噴射ノズル４は、排気連絡管３に尿素水を噴射するものである。

詳しくは、ＳＣＲ２は、詳細に図示していないが、ケース内にＳＣＲ触媒とアンモニアスリップ触媒とを収納した構成である。このＳＣＲ２のケースの下流側にはテールパイプ２１が設けられている。テールパイプ２１の下流側の開放端は大気に開放されている。

排気連絡管３は、その長手方向（排ガス流通方向）の中間部３１が直線状に形成されており、そのＤＰＦ１側の端部（以下、上流部３２と言う）およびＳＣＲ２側の端部（以下、下流部３３と言う）が中間部３１と直交するように屈曲されている。

この排気連絡管３において、上流部３２はＤＰＦ１に接続されており、下流部３３はＳＣＲ２に接続されている。

この排気連絡管３は、図３に示すように、その中心軸線に沿って縦方向に分離されたようなツーピース構造になっている。

尿素水噴射ノズル４は、排気連絡管３の中間部３１と上流部３２とを連接する屈曲部３４の外側に設置されている。

詳しくは、尿素水噴射ノズル４は、図７に示すように、尿素水を屈曲部３４から中間部３１の中心軸線に沿わせて下流部３３へ向かわせるように噴射する姿勢で設置されている。

排気偏向体５は、排気連絡管３において尿素水噴射ノズル４よりも排気流通方向の上流側に隣り合うように設置されている。

具体的に、排気偏向体５は、排気連絡管３の上流部３２から屈曲部３４に跨る直線状の領域に配置されている。

この排気偏向体５は、長方形の第１、第２プレート６，７を対向させるように組み合わせた構成である。

具体的に、第１、第２プレート６，７は、例えば金属（例えばステンレス鋼）により長方形にプレス加工されたものである。

この第１、第２プレート６，７は、図２および図５に示すように、縦長姿勢にされており、その縦方向に沿う二つの長い辺を第１辺６１，７１および第２辺６２，７２と称し、横方向（第１辺６１，７１と直交する方向）に沿う二つの短い辺を第３辺６３，７３および第４辺６４，７４と称する。

第１、第２プレート６，７の第１辺６１，７１同士が接合されていて、各第１辺６１，７１の下流側で張り出している部分が、ツーピース構造の排気連絡管３の各ピースの突き合わせ部分に挟まれることによって片持ち支持状態に固定されている。

これにより、各第２辺６２，７２が排気連絡管３の中心軸線側に配置されている。第２辺６２，７２同士は接合されていない。

第３辺６３，７３は、排気連絡管３の屈曲部３４において排ガス流通方向の上流側に配置されている。第３辺６３，７３同士は接合されている。

第４辺６４，７４は、排気連絡管３の屈曲部３４において排ガス流通方向の下流側に配置されている。第４辺６４，７４同士は接合されていない。

第１プレート６の内面と第２プレート７の内面とは離間されている。詳しくは、各第２辺６２，７２間の離間距離は、排ガス流通方向の上流側から下流側に向かうに従い広がっており、また、各第４辺６４，７４間の離間距離は、各第１辺６１，７１側から各第２辺６２，７２側つまり排気連絡管３の中心軸線側に向かうに従い広がっている。

これにより、図３および図５に示すように、各第２辺６２，７２間に作られる空間および、各第４辺６４，７４間に作られる空間が、共にＶ字形になっている。

なお、各第２辺６２，７２間に作られるＶ字形の空間において、その尖鋭側が排ガス流通方向の上流側に位置していて、広い側が排ガス流通方向の下流側に位置している。また、各第４辺６４，７４間に作られるＶ字形の空間において、その尖鋭側が排気連絡管３の内壁側に位置していて、広い側が排気連絡管３の上流部３２の中心軸線側に位置している。

しかも、第１プレート６および第２プレート７は、前記接合側から前記非接合側へ向けて外向きに反るように湾曲されている。

これにより、図１に示すように、各第４辺６４，７４の内端部（特許請求の範囲に記載している下流側内端部に相当）の径方向での位置が、各第３辺６３，７３の内端部（特許請求の範囲に記載している上流側内端部に相当）の径方向での位置よりも排気連絡管３の内壁に近い側に配置されるようになっている。換言すると、各第３辺６３，７３の内端部の径方向での位置は、各第４辺６４，７４の内端部の径方向での位置よりも排気連絡管３の中心軸線に近い側に配置されるようになっている。但し、各第３辺６３，７３の内端部の径方向での位置を径方向内向きに突出しすぎると、排ガスの脈動に起因して第１、第２プレート６，７の振動を誘発する。

そこで、各第３辺６３，７３の長さは、排気連絡管３の上流部３２の内径寸法の１／２以上に設定することが好ましいが、より好ましくは１／２に設定される。

さらに、各第４辺６４，７４間のＶ字形の空間における最大離間距離は、大きくしすぎると排ガスの流れの圧力損失が大きくなり、また、小さくしすぎると排気偏向体５よりも下流側における排ガスの撹拌効果が弱くなる。そこで、前記最大離間距離は、排気連絡管３の上流部３２の内径寸法の１／２以下に設定することが好ましいが、より好ましくは１／２に設定される。

ここで、上述した排気偏向体５の第１、第２プレート６，７が、特許請求の範囲に記載の分流部に相当している。

次に、上記のような構成の排気浄化装置の作用について説明する。

不図示のエンジンから排出される排ガスがＤＰＦ１を通過することによって前記排ガス中の煤を除去した後、排気連絡管３を介してＳＣＲ２に導入される。

詳しくは、排気連絡管３を流通する排ガスには、尿素水噴射ノズル４から噴射される尿素水が混合される。

ここで、前記尿素水混じりの排ガスは、排気連絡管３の上流部３２から屈曲部３４を経て中間部３１へ流通するが、上流部３２から屈曲部３４に流入する排ガスは、図６の矢印１００で示すように、排気偏向体５により二股に分流される。

この分流された排ガスは、図６の矢印２００で示すように、屈曲部３４の内壁面に沿わされつつ奥壁面に衝突することによってユーターンされるので、尿素水噴射ノズル４から噴射される尿素水を撹拌させるとともに、図７の矢印３００で示すように、尿素水噴射ノズル４から噴射される尿素水を、排気連絡管３の中間部３１の内周面においてＤＰＦ１側（図７では下側）の半周領域に偏らせる。

このようなことから、排気連絡管３を流通する排ガス中に尿素水噴射ノズル４から尿素水を噴射した直後に、当該尿素水を前記排ガス中に効率良く撹拌させながら混合させることが可能になる。

これにより、前記尿素水混じりの排ガスがＳＣＲ２に到達するまでの過程において、当該排ガス中の尿素水の微粒化ならびに蒸発が促進されるとともに、排気連絡管３内に尿素デポジットが堆積することを抑制できる。

以上説明したように、本発明を適用した実施形態の排気浄化装置によれば、排気連絡管３に排気偏向体５を設置していない場合に比べると、ＳＣＲ２内で排ガス中の窒素酸化物と尿素との反応が促進されるので、ＳＣＲ２により排ガス中の窒素酸化物を除去する効果が向上する他、排気連絡管３内に尿素デポジットが堆積することを抑制できる。

その結果、排ガスの浄化性能の向上に貢献できるとともに、排気連絡管３の腐食の抑制または防止に貢献できる。

なお、本発明は、上記実施形態のみに限定されるものではなく、特許請求の範囲内および当該範囲と均等の範囲内で適宜に変更することが可能である。

（１）上記実施形態では、各第３辺６３，７３の内端部の径方向での位置を各第４辺６４，７４の内端部の径方向での位置よりも排気連絡管３の内壁に近い側に配置した例を挙げているが、本発明はこれのみに限定されるものではない。

例えば図示していないが、例えば、各第３辺６３，７３の内端部の径方向での位置を各第４辺６４，７４の内端部の径方向での位置と同じに設定することが可能である。

このような実施形態の場合も、上記実施形態と遜色のない作用、効果が得られる。

（２）上記実施形態では、排気連絡管３において上流部３２と下流部３３とを中間部３１に対して直交方向に屈曲させた例を挙げているが、本発明はこれのみに限定されるものではない。

例えば排気連絡管３において、下流部３３を中間部３１に対して直交方向に屈曲させないように構成することが可能である。

（３）上記実施形態では、第１、第２プレート６，７を金属とした例を挙げているが、本発明はこれのみに限定されるものではなく、例えば第１、第２プレート６，７は耐熱性に優れた合成樹脂あるいは炭素繊維強化樹脂等とすることが可能である。

本発明は、ＤＰＦとＳＣＲとを排気連絡管で連結した構成の排気浄化装置に好適に利用することが可能である。

１ ディーゼルパティキュレートフィルタ
２ 尿素選択触媒還元
３ 排気連絡管
３１ 中間部
３２ 上流部
３３ 下流部
３４ 屈曲部
４ 尿素水噴射ノズル
５ 排気偏向体
６ 第１プレート
７ 第２プレート

Claims (7)

1. エンジンの排ガス中の煤を除去するディーゼルパティキュレートフィルタと、エンジンの排ガス中の窒素酸化物を除去する尿素選択触媒還元と、前記ディーゼルパティキュレートフィルタと前記尿素選択触媒還元とを連結する排気連絡管と、この排気連絡管に設けられて尿素水を噴射する尿素水噴射ノズルと、を有する排気浄化装置であって、
   前記排気連絡管において前記尿素水噴射ノズルの設置位置よりも排ガス流通方向の上流側に、排気偏向体が設けられていることを特徴とする排気浄化装置。
2. 請求項１に記載の排気浄化装置において、
   前記排気連絡管は、屈曲部を有し、
   前記排気偏向体の少なくとも一部は、前記屈曲部に設置されていることを特徴とする排気浄化装置。
3. 請求項１または２に記載の排気浄化装置において、
   前記排気偏向体は、排ガスを分流する分流部を有していることを特徴とする排気浄化装置。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の排気浄化装置において、
   前記排気偏向体は、第１プレートと第２プレートとを対向させるように組み合わせた構成であり、
   前記第１プレートと前記第２プレートとの少なくとも１つが、前記排気連絡管の内壁側に固定されており、
   前記第１プレートと前記第２プレートとの対向する面の少なくとも一部が離間されており、前記排ガス流通方向の下流側に向かうに従い広がっていることを特徴とする排気浄化装置。
5. 請求項４に記載の排気浄化装置において、
   前記排気偏向体は、前記排気連絡管の中心軸線側に向かうに従い広がっていることを特徴とする排気浄化装置。
6. 請求項４または５に記載の排気浄化装置において、
   前記第１プレートと前記第２プレートとの最大離間距離は、前記排気連絡管において前記排気偏向体が設置される領域の内径寸法の１／２以下に設定されていることを特徴とする排気浄化装置。
7. 請求項４から６のいずれか１項に記載の排気浄化装置において、
   前記第１プレートおよび前記第２プレートの各下流側内端部の径方向での位置が各上流側内端部の径方向での位置よりも前記排気連絡管の内壁に近い側に配置されていることを特徴とする排気浄化装置。

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