JP4920532B2 - 排気浄化装置 - Google Patents

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Description

本発明は、排気浄化装置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。
この場合、選択還元型触媒への尿素水の添加は、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てしまう。
このため、本発明と同じ出願人により図３及び図４に示す如きコンパクトな排気浄化装置が特願２００７−２９２３として既に提案されており、ここに図示してい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４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入側端部の軸心位置に尿素水添加手段１０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１１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１２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手段１０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。
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、図３及び図４に示す如き構造を採用することで尿素水からアンモニアへの十分な反応時間を確保できるとしても、選択還元型触媒に対し排気ガスを反転させて導入するレイアウトが採用されることにより、排気ガスが反転する際に、その曲がり方向の外側に排気ガスが偏って流れてしまい、選択還元型触媒に対し排気ガスが不均一に導入されて、本来発揮されるべき触媒性能が十分に引き出されないことが懸念された。
尚、選択還元型触媒の入側端部から十分に離した位置で排気ガスを反転させて選択還元型触媒の軸心方向から導入させるようにすれば、前述の如き排気ガスの流れの偏りを改善することが可能であるが、それでは搭載性の悪化を招くという本末転倒の結果を招きかねない。
また、選択還元型触媒の入側に分散板を配置して流れの均一化を促すという手段も考えられなくはないが、ここに例示しているような尿素水を還元剤とする選択還元型触媒の場合、尿素水の添加後に分散板のような抵抗体が流れを遮ってしまうと、まだ完全にアンモニア化していないミスト状の尿素水が衝突して尿素の析出が誘導されてしまう虞れもあり、できるだけ分散板を介在させたくないという事情もある。
本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、選択還元型触媒等の後処理装置に対し排気ガスを反転させて導入しても、後処理装置に対し排気ガスの流れ分布を均一化して導入し得るようにすることを目的としている。
本発明は、排気ガスを通過させて浄化する後処理装置を排気系に備え、この後処理装置に対し排気ガスを反転させて導入するレイアウトが採用された排気浄化装置において、後処理装置の入側端面を被包し且つ該後処理装置の軸心方向と略直交する向きから排気導入口を介して排気ガスを導き入れる導入部を備え、後処理装置の入側端面に対し離間する方向へ反り且つ排気導入口から排気ガスの導入方向へ離れるに従い後処理装置の入側端面に近接する第一の窪み部を前記導入部に形成すると共に、該導入部の排気導入口に接続される排気流路を後処理装置の出側に向けて延在し、この排気流路と前記排気導入口とが成す屈曲部分の直前位置に曲がり方向内側の排気ガスの流れを外側に導く第二の窪み部を形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、後処理装置の軸心方向と略直交する向きから排気導入口を介して導入部内に導入された排気ガスが後処理装置の軸心方向へ向きを変えて流れる際に、その曲がり方向外側に向かう排気ガスの流れが第一の窪み部により抑え込まれ、曲がり方向内側へ向かう排気ガスの流れが誘導されるので、曲がり方向の外側に相対的に多くの排気ガスが偏って流れてしまう傾向が是正され、後処理装置に導入される排気ガスの流れ分布が均一化されることになる。
また、排気導入口より上流側の排気流路と後処理装置とで相互の軸心間距離がレイアウト上の制約から決まっているような場合に、第二の窪み部により屈曲部分の直前位置で曲がり方向内側の部分を一旦外側に振ることで前記屈曲部分の曲率を小さくして曲がり具合を緩やかにすることが可能となり、排気ガスの流れを極力円滑に曲げて排気導入口に導くことが可能となる。
上記した本発明の排気浄化装置によれば、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、選択還元型触媒等の後処理装置に対し排気ガスを反転させて導入しても、後処理装置に対し排気ガスの流れ分布を均一化して導入することができるので、該後処理装置の全容積が効率良く利用されて本来発揮されるべき排気浄化性能を十分に引き出すことができる。
（ＩＩ）本発明の請求項１に記載の発明によれば、排気流路と排気導入口とが成す屈曲部分の曲率を小さくして曲がり具合を緩やかにすることができ、排気ガスの流れを極力円滑に曲げて排気導入口に導くことができるので、その曲がり方向の外側に相対的に多くの排気ガスが偏って流れてしまう傾向の更なる改善を図ることができ、排気ガスの反転による圧力損失の大幅な増加を回避することもできる。
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及び図２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３及び図４のものと略同様に構成した排気浄化装置に関し、連絡流路９の下流部分を成すガス分散室９Ｃに替えて、選択還元型触媒６の入側端面を被包し且つ該選択還元型触媒６の軸心方向と略直交する向きから排気導入口１３を介して排気ガス３を導き入れる導入部１４が備えられており、この導入部１４には、選択還元型触媒６の入側端面に対し離間する方向へ反り且つ排気導入口１３から排気ガス３の導入方向へ離れるに従い選択還元型触媒６の入側端面に近接する窪み部１５（第一の窪み部）が形成されている。
また、前記導入部１４における排気導入口１３には、選択還元型触媒６の出側に向けて延在するミキシングパイプ１６（排気流路）が一体的に連続成形されており、このミキシングパイプ１６と前記排気導入口１３とが成す屈曲部分の直前位置に曲がり方向内側の排気ガス３の流れを外側に導く窪み部１７（第二の窪み部）が形成されている。
尚、前記ミキシングパイプ１６における窪み部１７が形成されている箇所は、図２に示す通り、縦方向に断面が拡張されるようになっていて、その流路断面積としては、窪み部１７の前後で大きく変化しないようにしてある。
而して、このように構成すれば、選択還元型触媒６の軸心方向と略直交する向きから排気導入口１３を介して導入部１４内に導入された排気ガス３が選択還元型触媒６の軸心方向へ向きを変えて流れる際に、その曲がり方向外側に向かう排気ガス３の流れが窪み部１５により抑え込まれ、曲がり方向内側へ向かう排気ガス３の流れが誘導されるので、曲がり方向の外側に相対的に多くの排気ガス３が偏って流れてしまう傾向が是正され、選択還元型触媒６に導入される排気ガス３の流れ分布が均一化されることになる。
しかも、ミキシングパイプ１６と排気導入口１３とが成す屈曲部分の直前位置に曲がり方向内側の排気ガス３の流れを外側に導く窪み部１７を形成しているので、前記ミキシングパイプ１６と選択還元型触媒６とで相互の軸心間距離がレイアウト上の制約から決まっているような場合であっても、窪み部１７により屈曲部分の直前位置で曲がり方向内側の部分を一旦外側に振ることで前記屈曲部分の曲率を小さくして曲がり具合を緩やかにすることが可能となり、排気ガス３の流れを極力円滑に曲げて排気導入口１３に導くことが可能となる。
従って、上記形態例によれば、導入部１４に窪み部１５を形成したことによって、選択還元型触媒６に対し排気ガス３を反転させて導入しても、選択還元型触媒６に対し排気ガス３の流れ分布を均一化して導入することができるので、該選択還元型触媒６の全容積が効率良く利用されて良好なＮＯx低減効果を得ることができ、本来発揮されるべき選択還元型触媒６の排気浄化性能を十分に引き出すことができる。
更に、ミキシングパイプ１６と排気導入口１３とが成す屈曲部分の直前位置に窪み部１７を形成したことによって、この屈曲部分の曲率を小さくして曲がり具合を緩やかにすることができ、排気ガス３の流れを極力円滑に曲げて排気導入口１３に導くことができるので、その曲がり方向の外側に相対的に多くの排気ガス３が偏って流れてしまう傾向の更なる改善を図ることができ、排気ガス３の反転による圧力損失の大幅な増加を回避することもできる。
特に本形態例の如き尿素水を還元剤とする選択還元型触媒６が後処理装置である場合には、排気ガス３の反転による圧力損失が大きくなることで屈曲部分の内壁面にミスト状の尿素水が衝突して尿素の析出が誘導されてしまう虞れや、選択還元型触媒６の入側に分散板を配置することで該分散板にミスト状の尿素水が衝突して尿素の析出が誘導されてしまう虞れを解消することができるというメリットもある。
尚、本発明の排気浄化装置は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、図示では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た場合における選択還元型触媒の入側に適用した場合を例示しているが、選択還元型触媒以外の後処理装置にも同様に適用することが可能であり、また、後処理装置に対し排気ガスを反転させて導入するレイアウトが採用された様々な形式の排気浄化装置について適用することが可能であること、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。
本発明を実施する形態の一例を示す断面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ方向の矢視図である。 従来例を示す概略図である。 図３の要部を拡大して示す斜視図である。
符号の説明
３ 排気ガス
４ 排気管
６ 選択還元型触媒（後処理装置）
１３ 排気導入口
１４ 導入部
１５ 窪み部（第一の窪み部）
１６ ミキシングパイプ（排気流路）
１７ 窪み部（第二の窪み部）

Claims (1)

  1. 排気ガスを通過させて浄化する後処理装置を排気系に備え、この後処理装置に対し排気ガスを反転させて導入するレイアウトが採用された排気浄化装置において、後処理装置の入側端面を被包し且つ該後処理装置の軸心方向と略直交する向きから排気導入口を介して排気ガスを導き入れる導入部を備え、後処理装置の入側端面に対し離間する方向へ反り且つ排気導入口から排気ガスの導入方向へ離れるに従い後処理装置の入側端面に近接する第一の窪み部を前記導入部に形成すると共に、該導入部の排気導入口に接続される排気流路を後処理装置の出側に向けて延在し、この排気流路と前記排気導入口とが成す屈曲部分の直前位置に曲がり方向内側の排気ガスの流れを外側に導く第二の窪み部を形成したことを特徴とする排気浄化装置。
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