JP4445137B2 - エンジンの排気浄化構造 - Google Patents
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- Exhaust Gas After Treatment (AREA)
- Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジン、特にディーゼルエンジンの排気浄化構造に係わり、特には、その改良構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジン、特にディーゼルエンジンの排気浄化のために、還元剤及び触媒を用いて排気中の窒素酸化物（以下ＮＯｘと呼称）を還元する技術が、種々考案・実施されている。これらは、排気中に例えば燃料又は尿素水といった液体を還元剤として噴射し、噴射位置の下流側に保持した触媒の表面で、排気中のＮＯｘを還元剤で還元して窒素（Ｎ２）にする技術である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ここで問題が生じる。
還元反応を効果的に起こすには、還元剤を排気中に均一に拡散させることが望ましい。だが、還元剤を排気中に噴射するだけでは、均一に拡散させることが困難である。すなわち、還元剤の薄い部分と濃い部分とのむらが排気中に生じ易い。
還元剤の薄い雰囲気中では還元反応が充分に行なわれないまま、多量のＮＯｘが大気中に排出される。また還元剤の濃い雰囲気中では還元反応に用いられなかった余分の還元剤が触媒表面を覆ったまま固着してしまい、触媒の性能を劣化させる。いずれにせよ、還元剤のむらは、還元剤と触媒とによるＮＯｘ還元反応を阻害する因となる。
【０００４】
本発明は上記従来の問題点に着目し、還元剤と触媒とによるＮＯｘ還元反応を効果的に行うべく、噴射した還元剤を排気中に均一に拡散させるような、エンジンの排気浄化構造を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段および作用効果】
上記目的を達成するために本発明は、エンジンからの排気に含まれるＮＯｘを還元する還元剤を排気中に混入する混入部を排気管内に有すると共に、混入部から下流位置なる排気管内に還元剤の還元機能を促進する触媒を保持する保持部を有し、排気を浄化するエンジンの排気浄化構造において、混入部から保持部までの間における排気管内の部位に、排気流れの断面積を縮小する絞り部を有し、混入部から絞り部までの間における排気管内の部位に、排気流れの断面積を絞り部に向かって漸減し縮小する縮小部分を加設し、絞り部から保持部までの間における排気管内の部位に、排気流れの断面積の漸増し拡大する拡大部を加設し、排気を浄化したことを特徴とする。
【０００７】
排気流れの中に還元剤を噴霧状態で混入させると還元剤の粒子の大きさに分布があるものとなる。排気管を絞り部に向かって絞っていくと排気流れは増速していく。すると還元剤の粒子のうち小さく軽いものは排気流れについていくが、粒子のうち大きく重いものは排気の速度変化についていき難いため遅れて流れていく。このため還元剤の粒子の小さいものと粒子の大きいものとが前後で入れ替わり混合が促進される。また、排気流れを絞っていくと重い粒子は辺縁部へ分布が移り、軽い粒子は流れに乗って中心部へ集まる傾向がある。ところが、断面積が最小となる最小絞り部を過ぎて拡大流れに入ると重い粒子は逆に中心部へ集まり、軽い粒子は拡大流れに沿って流れていく。すなわち最小絞り部を境に還元剤の大きい粒子と小さい粒子とが逆の流れ分布になることにより、半径方向の混合が促進される。また、拡大流れにおいても、排気流れを絞っていくときと逆の作用で還元剤の粒子の小さいものと粒子の大きいものとが前後で入れ替わるため排気と還元剤との混合がより促進される。また、絞り部では、速度増加で排気動圧が上昇する分、排気静圧が低下する。これにより、還元剤の気化が促進される。気化した還元剤は容易に排気中に拡散するので、還元反応の効率が向上し、排気中のＮＯｘ濃度をよりよく低減できる。
また、その上で絞り部から保持部までの間における排気管内の部位に断面積の漸増する拡大部を設ければ、速度分のヘッドを損失少なく圧力ヘッドに変えられるので絞り部による圧力損失を抑えられ、エンジンの効率が向上する。
【０００８】
混入部から保持部までの間における排気管内の部位に攪拌部を有した構成とすれば、攪拌部に乱流が発生する。乱流の発生で排気が攪拌され、攪拌された排気中に還元剤は容易に拡散する。したがって、効率よく還元反応を行って、排気中のＮＯｘ濃度をよりよく低減できる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、図を参照して詳細に説明する。まず、第１実施形態によるエンジンの排気浄化構造を図１に示す。
【００１０】
エンジン１から伸びる排気管２内の上流側に、ＮＯｘを還元する液体の還元剤を噴射する噴射ノズル３を設け、排気管２内の下流側に、ＮＯｘと還元剤との還元反応を促進する触媒を内部に保持するコンバータ４が設けてある。噴射ノズル３とコンバータ４との間になる排気管２内の部位に、上流側から順に絞り部５、ディフューザ６を設ける。
なお、還元剤には、燃料又は尿素水などを用いる。
【００１１】
エンジン１からの排気流れは排気管２内にて、噴射ノズル３の噴射する還元剤を加えられ、絞り部５によってその流路面積を狭められる。次にディフューザ６を通過することで、排気流れは狭められた流路面積を徐々に回復し、それからコンバータ４に流入する。
【００１２】
排気流れの中に還元剤を噴霧状態で混入させると還元剤の粒子の大きさに分布があるものとなる。排気管２を絞り部５に向かって絞っていくと排気流れは増速していく。すると還元剤の粒子のうち小さく軽いものは排気流れについていくが、粒子のうち大きく重いものは排気の速度変化についていき難いため遅れて流れていく。このため還元剤の粒子の小さいものと粒子の大きいものとが前後で入れ替わり混合が促進される。また、排気流れを絞っていくと重い粒子は辺縁部へ分布が移り、軽い粒子は流れに乗って中心部へ集まる傾向がある。ところが、断面積が最小となる最小絞り部を過ぎて拡大流れに入ると重い粒子は逆に中心部へ集まり、軽い粒子は拡大流れに沿って流れていく。すなわち最小絞り部を境に還元剤の大きい粒子と小さい粒子とが逆の流れ分布になることにより、半径方向の混合が促進される。また、拡大流れにおいても、排気流れを絞っていくときと逆の作用で還元剤の粒子の小さいものと粒子の大きいものとが前後で入れ替わるため排気と還元剤との混合がより促進される。また、絞り部５では、速度増加で排気動圧が上昇する分、排気静圧が低下する。これにより、還元剤の気化が促進される。気化した還元剤は容易に排気中に拡散するので、還元反応の効率が向上し、排気中のＮＯｘ濃度をよりよく低減できる。
また、その上で絞り部５からコンバータ４までの間に断面積の漸増するディフューザ６を設けたことで、速度分のヘッドを損失少なく圧力ヘッドに変えられるので絞り部による圧力損失を抑えられ、エンジンの効率が向上する。
【００１３】
コンバータ４内の触媒表面で、還元剤は排気中のＮＯｘと反応し、ＮＯｘから酸素を奪う。ＮＯｘは酸素を奪われ、窒素（Ｎ２）となって大気中に流出する。すなわち、ＮＯｘの還元反応が起こる。
【００１４】
上記の通り第１実施形態によれば、絞り部を設けたことで還元剤の気化が促進されるので、還元剤は排気中へ均一に拡散した状態でコンバータに流入する。したがって還元反応は排気流れ全体にわたって万遍なく起こり、排気中のＮＯｘ濃度をよりよく低減できる。
また、絞り部の下流にディフューザを設けたので、絞り部による排気の圧力損失を抑えられ、エンジンの効率が低下することを防止できる。
【００１５】
次に、本発明に含まれる訳ではないが、参考として第２実施形態によるディーゼルエンジンの排気浄化構造を図２に示す。第１実施形態との共通部分については同一符号を付し、説明を省く。
【００１６】
噴射ノズル３とコンバータ４との間になる排気管２内の部位に、第１実施形態の絞り部５及びディフューザ６に代えて、排気流れを横切る方向に差し渡した棒状の部材７を複数設ける。
エンジン１からの排気流れは排気管２内にて、噴射ノズル３の噴射する還元剤を加えられ、部材７に衝突して乱流となる。乱流となることで排気は攪拌され、排気中の還元剤は均一に拡散する。それから排気はコンバータ４に流入し、コンバータ４内の触媒表面で、ＮＯｘの還元反応が起こる。
【００１７】
上記の通り第２実施形態によれば、排気流れを横切る部材を設けたことで乱流が生じ、排気は攪拌されるので還元剤は排気中へ均一に拡散する。したがって還元反応は排気流れ全体にわたって万遍なく起こり、排気中のＮＯｘ濃度をよりよく低減できる。
【００１８】
なお、排気を攪拌する上記作用は排気流れが部材に衝突して乱流となることで得られるものだから、排気流れに対する障害物となりさえすれば、部材の形状及び個数は特に制約されない。例えば図２中に矢印で引き出したように、孔の空いた板状の部材を並べたものでもよい。
【００１９】
以上説明したように本発明によれば、排気管内に絞り部を設けて局所的に高流速で低圧の状態を造り、還元剤の気化を促すか、又は排気管内に攪拌部材を設けて乱流を起こし、排気流れの攪拌を促すかして、排気中に還元剤を均一に拡散させられる。したがって、効率よく還元反応を行って、排気中のＮＯｘ濃度をよりよく低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係るエンジンの排気浄化構造の図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係るエンジンの排気浄化構造の図である。
【符号の説明】
１…エンジン、２…排気管、３…噴射ノズル、４…コンバータ、５…絞り部、６…ディフューザ、７…部材。
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジン、特にディーゼルエンジンの排気浄化構造に係わり、特には、その改良構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジン、特にディーゼルエンジンの排気浄化のために、還元剤及び触媒を用いて排気中の窒素酸化物（以下ＮＯｘと呼称）を還元する技術が、種々考案・実施されている。これらは、排気中に例えば燃料又は尿素水といった液体を還元剤として噴射し、噴射位置の下流側に保持した触媒の表面で、排気中のＮＯｘを還元剤で還元して窒素（Ｎ２）にする技術である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ここで問題が生じる。
還元反応を効果的に起こすには、還元剤を排気中に均一に拡散させることが望ましい。だが、還元剤を排気中に噴射するだけでは、均一に拡散させることが困難である。すなわち、還元剤の薄い部分と濃い部分とのむらが排気中に生じ易い。
還元剤の薄い雰囲気中では還元反応が充分に行なわれないまま、多量のＮＯｘが大気中に排出される。また還元剤の濃い雰囲気中では還元反応に用いられなかった余分の還元剤が触媒表面を覆ったまま固着してしまい、触媒の性能を劣化させる。いずれにせよ、還元剤のむらは、還元剤と触媒とによるＮＯｘ還元反応を阻害する因となる。
【０００４】
本発明は上記従来の問題点に着目し、還元剤と触媒とによるＮＯｘ還元反応を効果的に行うべく、噴射した還元剤を排気中に均一に拡散させるような、エンジンの排気浄化構造を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段および作用効果】
上記目的を達成するために本発明は、エンジンからの排気に含まれるＮＯｘを還元する還元剤を排気中に混入する混入部を排気管内に有すると共に、混入部から下流位置なる排気管内に還元剤の還元機能を促進する触媒を保持する保持部を有し、排気を浄化するエンジンの排気浄化構造において、混入部から保持部までの間における排気管内の部位に、排気流れの断面積を縮小する絞り部を有し、混入部から絞り部までの間における排気管内の部位に、排気流れの断面積を絞り部に向かって漸減し縮小する縮小部分を加設し、絞り部から保持部までの間における排気管内の部位に、排気流れの断面積の漸増し拡大する拡大部を加設し、排気を浄化したことを特徴とする。
【０００７】
排気流れの中に還元剤を噴霧状態で混入させると還元剤の粒子の大きさに分布があるものとなる。排気管を絞り部に向かって絞っていくと排気流れは増速していく。すると還元剤の粒子のうち小さく軽いものは排気流れについていくが、粒子のうち大きく重いものは排気の速度変化についていき難いため遅れて流れていく。このため還元剤の粒子の小さいものと粒子の大きいものとが前後で入れ替わり混合が促進される。また、排気流れを絞っていくと重い粒子は辺縁部へ分布が移り、軽い粒子は流れに乗って中心部へ集まる傾向がある。ところが、断面積が最小となる最小絞り部を過ぎて拡大流れに入ると重い粒子は逆に中心部へ集まり、軽い粒子は拡大流れに沿って流れていく。すなわち最小絞り部を境に還元剤の大きい粒子と小さい粒子とが逆の流れ分布になることにより、半径方向の混合が促進される。また、拡大流れにおいても、排気流れを絞っていくときと逆の作用で還元剤の粒子の小さいものと粒子の大きいものとが前後で入れ替わるため排気と還元剤との混合がより促進される。また、絞り部では、速度増加で排気動圧が上昇する分、排気静圧が低下する。これにより、還元剤の気化が促進される。気化した還元剤は容易に排気中に拡散するので、還元反応の効率が向上し、排気中のＮＯｘ濃度をよりよく低減できる。
また、その上で絞り部から保持部までの間における排気管内の部位に断面積の漸増する拡大部を設ければ、速度分のヘッドを損失少なく圧力ヘッドに変えられるので絞り部による圧力損失を抑えられ、エンジンの効率が向上する。
【０００８】
混入部から保持部までの間における排気管内の部位に攪拌部を有した構成とすれば、攪拌部に乱流が発生する。乱流の発生で排気が攪拌され、攪拌された排気中に還元剤は容易に拡散する。したがって、効率よく還元反応を行って、排気中のＮＯｘ濃度をよりよく低減できる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、図を参照して詳細に説明する。まず、第１実施形態によるエンジンの排気浄化構造を図１に示す。
【００１０】
エンジン１から伸びる排気管２内の上流側に、ＮＯｘを還元する液体の還元剤を噴射する噴射ノズル３を設け、排気管２内の下流側に、ＮＯｘと還元剤との還元反応を促進する触媒を内部に保持するコンバータ４が設けてある。噴射ノズル３とコンバータ４との間になる排気管２内の部位に、上流側から順に絞り部５、ディフューザ６を設ける。
なお、還元剤には、燃料又は尿素水などを用いる。
【００１１】
エンジン１からの排気流れは排気管２内にて、噴射ノズル３の噴射する還元剤を加えられ、絞り部５によってその流路面積を狭められる。次にディフューザ６を通過することで、排気流れは狭められた流路面積を徐々に回復し、それからコンバータ４に流入する。
【００１２】
排気流れの中に還元剤を噴霧状態で混入させると還元剤の粒子の大きさに分布があるものとなる。排気管２を絞り部５に向かって絞っていくと排気流れは増速していく。すると還元剤の粒子のうち小さく軽いものは排気流れについていくが、粒子のうち大きく重いものは排気の速度変化についていき難いため遅れて流れていく。このため還元剤の粒子の小さいものと粒子の大きいものとが前後で入れ替わり混合が促進される。また、排気流れを絞っていくと重い粒子は辺縁部へ分布が移り、軽い粒子は流れに乗って中心部へ集まる傾向がある。ところが、断面積が最小となる最小絞り部を過ぎて拡大流れに入ると重い粒子は逆に中心部へ集まり、軽い粒子は拡大流れに沿って流れていく。すなわち最小絞り部を境に還元剤の大きい粒子と小さい粒子とが逆の流れ分布になることにより、半径方向の混合が促進される。また、拡大流れにおいても、排気流れを絞っていくときと逆の作用で還元剤の粒子の小さいものと粒子の大きいものとが前後で入れ替わるため排気と還元剤との混合がより促進される。また、絞り部５では、速度増加で排気動圧が上昇する分、排気静圧が低下する。これにより、還元剤の気化が促進される。気化した還元剤は容易に排気中に拡散するので、還元反応の効率が向上し、排気中のＮＯｘ濃度をよりよく低減できる。
また、その上で絞り部５からコンバータ４までの間に断面積の漸増するディフューザ６を設けたことで、速度分のヘッドを損失少なく圧力ヘッドに変えられるので絞り部による圧力損失を抑えられ、エンジンの効率が向上する。
【００１３】
コンバータ４内の触媒表面で、還元剤は排気中のＮＯｘと反応し、ＮＯｘから酸素を奪う。ＮＯｘは酸素を奪われ、窒素（Ｎ２）となって大気中に流出する。すなわち、ＮＯｘの還元反応が起こる。
【００１４】
上記の通り第１実施形態によれば、絞り部を設けたことで還元剤の気化が促進されるので、還元剤は排気中へ均一に拡散した状態でコンバータに流入する。したがって還元反応は排気流れ全体にわたって万遍なく起こり、排気中のＮＯｘ濃度をよりよく低減できる。
また、絞り部の下流にディフューザを設けたので、絞り部による排気の圧力損失を抑えられ、エンジンの効率が低下することを防止できる。
【００１５】
次に、本発明に含まれる訳ではないが、参考として第２実施形態によるディーゼルエンジンの排気浄化構造を図２に示す。第１実施形態との共通部分については同一符号を付し、説明を省く。
【００１６】
噴射ノズル３とコンバータ４との間になる排気管２内の部位に、第１実施形態の絞り部５及びディフューザ６に代えて、排気流れを横切る方向に差し渡した棒状の部材７を複数設ける。
エンジン１からの排気流れは排気管２内にて、噴射ノズル３の噴射する還元剤を加えられ、部材７に衝突して乱流となる。乱流となることで排気は攪拌され、排気中の還元剤は均一に拡散する。それから排気はコンバータ４に流入し、コンバータ４内の触媒表面で、ＮＯｘの還元反応が起こる。
【００１７】
上記の通り第２実施形態によれば、排気流れを横切る部材を設けたことで乱流が生じ、排気は攪拌されるので還元剤は排気中へ均一に拡散する。したがって還元反応は排気流れ全体にわたって万遍なく起こり、排気中のＮＯｘ濃度をよりよく低減できる。
【００１８】
なお、排気を攪拌する上記作用は排気流れが部材に衝突して乱流となることで得られるものだから、排気流れに対する障害物となりさえすれば、部材の形状及び個数は特に制約されない。例えば図２中に矢印で引き出したように、孔の空いた板状の部材を並べたものでもよい。
【００１９】
以上説明したように本発明によれば、排気管内に絞り部を設けて局所的に高流速で低圧の状態を造り、還元剤の気化を促すか、又は排気管内に攪拌部材を設けて乱流を起こし、排気流れの攪拌を促すかして、排気中に還元剤を均一に拡散させられる。したがって、効率よく還元反応を行って、排気中のＮＯｘ濃度をよりよく低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係るエンジンの排気浄化構造の図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係るエンジンの排気浄化構造の図である。
【符号の説明】
１…エンジン、２…排気管、３…噴射ノズル、４…コンバータ、５…絞り部、６…ディフューザ、７…部材。
Claims (1)
- エンジンからの排気に含まれるＮＯｘを還元する還元剤を排気中に混入する混入部を排気管内に有すると共に、
混入部から下流位置なる排気管内に還元剤の還元機能を促進する触媒を保持する保持部を有し、排気を浄化するエンジンの排気浄化構造において、
混入部(3)から保持部(4)までの間における排気管(2)内の部位に、排気流れの断面積を縮小する絞り部(5)を有し、
混入部(3)から絞り部(5)までの間における排気管(2)内の部位に、排気流れの断面積を絞り部(5)に向かって漸減し縮小する縮小部分を加設し、
絞り部(5)から保持部(4)までの間における排気管(2)内の部位に、排気流れの断面積の漸増し拡大する拡大部(6)を加設し、
排気を浄化したことを特徴とするエンジンの排気浄化構造。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001005814A JP4445137B2 (ja) | 2001-01-12 | 2001-01-12 | エンジンの排気浄化構造 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001005814A JP4445137B2 (ja) | 2001-01-12 | 2001-01-12 | エンジンの排気浄化構造 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002213233A JP2002213233A (ja) | 2002-07-31 |
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP2001005814A Expired - Fee Related JP4445137B2 (ja) | 2001-01-12 | 2001-01-12 | エンジンの排気浄化構造 |
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|---|---|
| JP (1) | JP4445137B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP2009097436A (ja) | 2007-10-17 | 2009-05-07 | Mitsubishi Fuso Truck & Bus Corp | 内燃機関の排気浄化装置 |
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