JP4886636B2 - インジェクタの取付構造 - Google Patents
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Description
本発明は、選択還元型触媒より上流側でＮＯxを還元浄化するための還元剤として尿素水を添加するインジェクタの取付構造に関するものである。
近年、排気管の途中に排気ガス中のパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタを備えると共に、該パティキュレートフィルタの下流側に酸素共存下でも選択的にＮＯxをアンモニアと反応させ得る選択還元型触媒を備え、該選択還元型触媒と前記パティキュレートフィルタとの間に還元剤として尿素水を添加してパティキュレートとＮＯxの同時低減を図ることが提案されている。
このようにする場合、選択還元型触媒への尿素水の添加がパティキュレートフィルタと選択還元型触媒との間で行われることになるため、排気ガス中に添加された尿素水がアンモニアと炭酸ガスに熱分解されるまでの十分な反応時間を確保しようとすれば、尿素水の添加位置から選択還元型触媒までの距離を長くする必要があるが、パティキュレートフィルタと選択還元型触媒とを十分な距離を隔てて離間配置させてしまうと、車両への搭載性が著しく損なわれるという不具合がある。
そこで、本発明者は、図２及び図３に示す如きコンパクトな排気浄化装置を創案し、これを特願２００７−２９９２３として既に出願している。この既出願における排気浄化装置では、ディーゼルエンジン１から排気マニホールド２を介して排出される排気ガス３が流通する排気管４の途中に、排気ガス３中のパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタ５と、該パティキュレートフィルタ５の下流側に酸素共存下でも選択的にＮＯxをアンモニアと反応させ得る性質を備えた選択還元型触媒６とをケーシング７，８により夫々抱持して並列に配置すると共に、パティキュレートフィルタ５の出側端部と選択還元型触媒６の入側端部との間をＳ字構造の連絡流路９により接続し、パティキュレートフィルタ５の出側端部から排出された排気ガス３が逆向きに折り返されて隣の選択還元型触媒６の入側端部に導入されるようにしている。
図３に要部を拡大して示す如く、前記連絡流路９は、パティキュレートフィルタ５の出側端部を包囲し且つ該出側端部から出た直後の排気ガス３を略直角な向きに方向転換させつつ集合せしめるガス集合室９Ａと、該ガス集合室９Ａで集められた排気ガス３をパティキュレートフィルタ５の排気流れと逆向きに抜き出し且つその途中に尿素水添加用インジェクタ１１（尿素水添加手段）を備えたミキシングパイプ９Ｂと、該ミキシングパイプ９Ｂにより導かれた排気ガス３を略直角な向きに方向転換させつつ分散せしめ且つその分散された排気ガス３を選択還元型触媒６の入側端部に導入し得るよう該入側端部を包囲するガス分散室９ＣとによりＳ字構造を成すように構成されている。
尚、パティキュレートフィルタ５が抱持されているケーシング７内の前段には、排気ガス３中の未燃燃料分を酸化処理する酸化触媒１４が装備されており、また、選択還元型触媒６が抱持されているケーシング８内の後段には、余剰のアンモニアを酸化処理するアンモニア低減触媒１５が装備されている。
そして、このような構成を採用すれば、パティキュレートフィルタ５により排気ガス３中のパティキュレートが捕集されると共に、その下流側のミキシングパイプ９Ｂの途中で尿素水添加用インジェクタ１１から尿素水が排気ガス３中に添加されてアンモニアと炭酸ガスに熱分解され、選択還元型触媒６上で排気ガス３中のＮＯxがアンモニアにより良好に還元浄化される結果、排気ガス３中のパティキュレートとＮＯxの同時低減が図られることになる。
この際、パティキュレートフィルタ５の出側端部から排出された排気ガス３が連絡流路９により逆向きに折り返されてから隣の選択還元型触媒６の入側端部に導入されるようになっているので、前記連絡流路９の途中にある尿素水の添加位置から選択還元型触媒６までの距離が長く確保されると共に、排気ガス３の流れが折り返されることで乱流化して尿素水と排気ガス３との混合促進が図られる結果、尿素水からアンモニアが生成されるのに十分な反応時間が確保される。
しかも、パティキュレートフィルタ５と選択還元型触媒６とが並列に配置され、これらパティキュレートフィルタ５と選択還元型触媒６との間に沿うように連絡流路９が配置されているので、その全体構成がコンパクトなものとなって車両への搭載性が大幅に向上されることになる。
ただし、前述の図２及び図３に例示しているように、選択還元型触媒６への尿素水の添加をパティキュレートフィルタ５と選択還元型触媒６との間で行う場合には、ミキシングパイプ９Ｂの途中に上流側へ向け斜めに分岐するボス部１０を設け、該ボス部１０に対し尿素水添加用のインジェクタ１１をミキシングパイプ９Ｂの外側から挿し入れて装着し、このインジェクタ１１を高温の排気ガス３の流れに直接的に晒さないように保護しながら尿素水を添加していたため、図４に示す如く、排気ガス３の流量が多くなった場合には、インジェクタ１１から添加された尿素水が、排気ガス３の流れの勢いに押されてミキシングパイプ９Ｂの内壁に沿うような偏った流れを形成し、尿素水の良好な分散を図ることができなくなる虞れがあった。
そこで、本発明者は、ミキシングパイプ９Ｂの入側端部の周囲を所要の空間を隔てて被包し且つ該入側端部の開口端面を閉塞するようにガス集合室９Ａの下流側端部９ａを前記ミキシングパイプ９Ｂの入側端部と接続するように変更し、しかも、ミキシングパイプ９Ｂの入側端部に第一開口部１２と第二開口部１３を形成し、第一仕切板１６，第二仕切板１７，第三仕切板１８を夫々設け、パティキュレートフィルタ５の出側から出た排気ガス３がミキシングパイプ９Ｂの入側端部の周囲を一方向に旋回しながら第一開口部１２と第二開口部１３に接線方向から導入されるように構成する一方、ミキシングパイプ９Ｂの入側端部の中心位置にインジェクタ１１を装着し、該インジェクタ１１により前記ミキシングパイプ９Ｂの入側端部中心位置に尿素水が添加されるように構成することを創案するに到った（特願２００７−５６９６３として既に出願済み）。
このように構成すれば、第一開口部１２及び第二開口部１３から流れ込む排気ガス３によりミキシングパイプ９Ｂ内に効率良く旋回流が形成され、この旋回流が最も勢い良く生じているミキシングパイプ９Ｂの入側端部中心位置にインジェクタ１１から尿素水が添加され、その添加された尿素水が旋回流により排気ガス３中に良好に分散されて排気ガス３との混合性が著しく向上されるものと考えられる。
尚、本発明と関連する先行技術文献情報としては、例えば、下記の特許文献１等が既に存在している。
特開２００５−１５５４０４号公報
しかしながら、前述した如きミキシングパイプ９Ｂの入側端部の中心位置にインジェクタ１１を装着する具体的構成を検討した場合、ミキシングパイプ９Ｂの入側端部の開口端面をアダプタにより閉塞し、該アダプタにインジェクタ１１をボルト締結で取り付ける形式が考えられるが、図３及び図４の如きミキシングパイプ９Ｂの途中にボス部１０を介してインジェクタ１１をオフセット配置していた場合と比較して、前記アダプタが排気ガス３の流れに直接晒されることになるために熱負荷が大きくなり、過熱によりインジェクタ１１の信頼性が損なわれる懸念があった。
特に図示例で示している如く、上流側にパティキュレートフィルタ５が装備されている場合には、ディーゼルエンジン１側でポスト噴射等により排気ガス３中に燃料を添加し、その添加燃料（ＨＣ）を前段の酸化触媒１４で酸化反応させ、その反応熱で排気温度を昇温させることでパティキュレートフィルタ５の触媒床温度を上げて捕集済みパティキュレートを燃やし尽し、これによりパティキュレートフィルタ５の再生化を図るようにしているため、このような再生時に下流側のアダプタが受ける熱負荷が極めて大きなものになると考えられる。
本発明は、上述の実情に鑑みてなされたものであり、アダプタからインジェクタへの伝熱を抑制して該インジェクタの信頼性を長期間に亘り良好に確保し得るようにすることを目的としている。
本発明は、排気流路にアダプタを介し装備されて排気ガス中に尿素水を添加するインジェクタの取付構造であって、前記アダプタの排気ガスの流れに晒される内側面に耐熱性のプレートを被覆し且つ該プレートと前記内側面との間に断熱層を介在せしめ、アダプタとインジェクタとの締結部が前記プレートにより被覆されるように構成したことを特徴とするものである。
而して、このようにすれば、アダプタの排気ガスの流れに晒される内側面が耐熱性のプレートにより被覆され、しかも、そのプレートとアダプタの内側面との間に介在する断熱層によりアダプタからインジェクタへの伝熱が著しく抑制されるので、該インジェクタが過熱により損傷するような事態が未然に回避されることになる。
しかも、アダプタとインジェクタとの締結部がプレートにより被覆されているので、アダプタとインジェクタとの締結部への伝熱や、該締結部と排気ガスとの接触が抑制されることになる。
また、本発明においては、アダプタとインジェクタとの締結部がプレートにより気密に被覆されていることが好ましく、このようにすれば、プレートが締結部に対するガスシールとして機能することにもなる。
また、本発明においては、アダプタとインジェクタとの締結部がプレートにより気密に被覆されていることが好ましく、このようにすれば、プレートが締結部に対するガスシールとして機能することにもなる。
上記した本発明のインジェクタの取付構造によれば、下記の如き種々の優れた効果を奏し得る。
（Ｉ）本発明の請求項１に記載の発明によれば、アダプタの排気ガスの流れに晒される内側面に耐熱性のプレートを被覆し且つ該プレートと前記内側面との間に断熱層を介在せしめたことによって、アダプタからインジェクタへの伝熱を著しく抑制することができ、インジェクタが過熱により損傷するような事態を未然に回避することができるので、インジェクタの信頼性を長期間に亘り良好に確保することができる。
（ＩＩ）本発明の請求項１に記載の発明によれば、アダプタとインジェクタとの締結部への伝熱や、該締結部と排気ガスとの接触を抑制することができるので、この締結部を排気ガスの熱や腐食成分から保護することができて焼付きや高温酸化等の損傷を防止することができる。
（ＩＩＩ）本発明の請求項２に記載の発明によれば、プレートを締結部に対するガスシールとして機能させることもできる。
（ＩＩＩ）本発明の請求項２に記載の発明によれば、プレートを締結部に対するガスシールとして機能させることもできる。
以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
図１は本発明を実施する形態の一例を示すもので、本形態例においては、前述した図５及び図６のものと略同様の構造を採用してガス集合室９Ａの下流側端部９ａとミキシングパイプ９Ｂ（排気流路）の入側端部とを接続し、該ミキシングパイプ９Ｂの入側端部の中心位置に尿素水添加用のインジェクタ１１を装着するようにしている。
そして、ミキシングパイプ９Ｂの入側端部の開口端面に、円盤状のアダプタ１９が内嵌されて、該アダプタ１９により前記ミキシングパイプ９Ｂの入側端部における開口端面が閉塞されるようになっており、前記インジェクタ１１がスタッドボルト２０（締結部）及びナット２１（締結部）によりアダプタ１９の外側面に締結されるようにしてある。
ここで、前記アダプタ１９の排気ガス３の流れに晒される内側面には、耐熱性のプレート２２が被覆されており、該プレート２２と前記内側面との間には、空気だけが封じられた空間が断熱層２３として介在するようにしてある（この断熱層２３にはグラスウール等の断熱材を充填することも可能である）。
即ち、ここに図示している例では、前記アダプタ１９の中央部に、インジェクタ１１から噴射される尿素水をミキシングパイプ９Ｂ内に導き入れる導入孔２４が開口されており、アダプタ１９の内側面における前記導入孔２４の周囲が隆起していて、その周辺部と段差を成すようになっており、この段差を利用してプレート２２とアダプタ１９の内側面との間に断熱層２３が形成されるようにしてある。
尚、プレート２２の外周部は、アダプタ１９の外周部を回り込んで該アダプタ１９の外側面まで達しており、ここでミキシングパイプ９Ｂの入側端部に対し全周に亘り溶接されて固着され且つ気密性が保たれるようにしてある。
而して、このように構成すれば、アダプタ１９の排気ガス３の流れに晒される内側面が耐熱性のプレート２２により被覆され、しかも、そのプレート２２とアダプタ１９の内側面との間に介在する断熱層２３によりアダプタ１９からインジェクタ１１への伝熱が著しく抑制されるので、該インジェクタ１１が過熱により損傷するような事態が未然に回避されることになる。
また、スタッドボルト２０及びナット２１によるアダプタ１９とインジェクタ１１との締結部がプレート２２により気密に被覆されているので、アダプタ１９とインジェクタ１１との締結部への伝熱や、該締結部と排気ガス３との接触が抑制されることになり、しかも、プレート２２が締結部に対するガスシールとして機能することにもなる。
従って、上記形態例によれば、アダプタ１９の排気ガス３の流れに晒される内側面に耐熱性のプレート２２を被覆し且つ該プレート２２と前記内側面との間に断熱層２３を介在せしめたことによって、アダプタ１９からインジェクタ１１への伝熱を著しく抑制することができ、インジェクタ１１が過熱により損傷するような事態を未然に回避することができるので、インジェクタ１１の信頼性を長期間に亘り良好に確保することができる。
また、スタッドボルト２０及びナット２１によるアダプタ１９とインジェクタ１１との締結部への伝熱や、該締結部と排気ガスとの接触を抑制することができるので、この締結部を排気ガス３の熱や腐食成分から保護することができてスタッドボルト２０やナット２１の焼付きや高温酸化等の損傷を防止することができ、しかも、プレート２２を締結部に対するガスシールとして機能させることもできる。
尚、本発明のインジェクタの取付構造は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、必ずしもパティキュレートフィルタと選択還元型触媒とを並列に配置して両者をＳ字構造の連絡流路で接続した形式への適用に限定されないこと、また、尿素水の添加位置及びその周辺構造についても図示例に限定されないこと、更に、締結部は必ずしもスタッドボルト及びナットの組み合わせに限定されないこと、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
３ 排気ガス
９Ｂ ミキシングパイプ（排気流路）
１１ 尿素水添加用のインジェクタ
１９ アダプタ
２０ スタッドボルト（締結部）
２１ ナット（締結部）
２２ プレート
２３ 断熱層
９Ｂ ミキシングパイプ（排気流路）
１１ 尿素水添加用のインジェクタ
１９ アダプタ
２０ スタッドボルト（締結部）
２１ ナット（締結部）
２２ プレート
２３ 断熱層
Claims (2)
- 排気流路にアダプタを介し装備されて排気ガス中に尿素水を添加するインジェクタの取付構造であって、前記アダプタの排気ガスの流れに晒される内側面に耐熱性のプレートを被覆し且つ該プレートと前記内側面との間に断熱層を介在せしめ、アダプタとインジェクタとの締結部が前記プレートにより被覆されるように構成したことを特徴とするインジェクタの取付構造。
- アダプタとインジェクタとの締結部がプレートにより気密に被覆されていることを特徴とする請求項１に記載のインジェクタの取付構造。
Priority Applications (6)
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