JP5140410B2 - エンジンの排気浄化装置 - Google Patents
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Description
当該特許文献1の技術は、エンジンの排気通路に上流側より酸化触媒及びSCR触媒を配設し、酸化触媒とSCR触媒との間を接続する排気管内に還元剤として尿素水を噴射する噴射ノズルを配置すると共に、排気管内の噴射ノズルの上流側にフィン装置を配設している。フィン装置はスチール製の円盤形状をなすベース板をプレス成型して製作しており、このベース板を排気管内に上流側と下流側とに区画するように配設している。ベース板上には軸線を中心とした4枚のフィンを下流側に所定角度で折曲形成すると共に、ベース板上に各フィンに対応する形状の流通孔を形成し、各流通孔を通過した排ガスを各フィンの傾斜に倣って案内して排ガスに旋回流を生起させ、この旋回流により噴射ノズルから噴射された尿素水を排ガス中に拡散させている。
しかも、排気通路内を流通する排ガスはエンジン回転速度に応じた脈動を発生しており、フィン装置の各フィンはこの排ガスの脈動を常に受けている。エンジンの上限回転速度での脈動周波数よりもフィンの固有振動数が十分に高い場合には問題はないが、ベース板から片持ち支持された各フィンは剛性が低くて固有振動数もかなり低いため、排ガスの脈動周波数の領域内にフィンの固有振動数が入ってしまう。よって、エンジン回転速度の変化に伴って排ガスの脈動周波数がフィンの固有振動数と一致したときにフィンが共振して破損する懸念があった。
ベース板に対してフィンは片持ち支持されており、排ガスを案内する際の反力によりフィンの基端には応力が集中するが、フィンの基端から所定長さが連結部を介してベース板に連結されていることから、この箇所の応力が緩和されて破損が未然に防止される。また、連結部によりフィンの基端から所定長さがベース板に連結されていることから、ベース板上からのフィンの支持は単なる片持ち支持に比較して強固なものとなり、それに伴ってフィンの固有振動数が増加する。このため、エンジンの上限回転速度でも排ガスの脈動周波数はフィンの固有振動数に到達せず、フィンの共振による破損が未然に防止される。
図1は本実施形態のディーゼルエンジンの排気浄化装置を示す全体構成図であり、エンジン1は4サイクル直列6気筒機関として構成されている。エンジン1の各気筒には燃料噴射弁2が設けられ、各燃料噴射弁2は共通のコモンレール3から加圧燃料を供給され、機関の運転状態に応じたタイミングで開弁して各気筒の筒内に燃料を噴射する。
図1に示すように、上流側ケーシング11の下流端とミキシング室13の上流端との間はフランジ11a,13aを介して接続され、同様にミキシング室13の下流端と下流側ケーシング12の上流端との間もフランジ13b,12aを介して接続されている。図3ではミキシング室13の上流側のフランジ13aを示しているが、フランジ13aは周方向に列設された多数のボルト孔13cを利用して図示しないボルト及びナットで相手側のフランジ11aに接続され、他のフランジ13b,12aについても同様の接続構造を採っている。
上記のように各フィン23の最外周側はベース板22のリム部25に対して分断されており、その断面は、図7に示すようにベース板22に対してフィン23の外周が排気下流側に離間した形状をなしている。但し、図4〜6に示すように、各フィン23の最外周側における基端側(スポーク部24に近い側)では、所定長さL(直接長さ)に亘ってフィン23の外周とリム部25の内周とが連結部27を介して相互に連結されている。
次に、以上のように構成されたエンジン1の排気浄化装置の作用を説明する。
N=2500/60×6/2=126
即ち、この場合、フィン装置18のフィン23は最大で126Hzの排ガスの脈動を受けることになる。そこで、連結部27の長さ誤差等を考慮した余裕分を見込んで150Hz以上にフィン23の固有振動数の目標値を設定する。そして、連結部27を種々の長さに変更した試験を実施した結果、この固有振動数の目標値を達成する連結部27の長さLとして30mmが割り出されたものである。
一方、連結部27の形成はフィン23の破損防止作用を奏するものの、排ガスの流れに対する影響に関しては、フィン23の最外周側において若干流れを妨げるに過ぎない。フィン23の最外周側での排ガスの流通状況は旋回流の生起にほとんど関係ないことから、連結部27を備えない場合と同様に旋回流を生起できる。例えばフィン23の周方向の開口部に連結部27を形成した場合には、排ガスの流れが連結部27により大きく妨害されて十分な旋回流を生起できなくなることは明らかであるが、このような弊害を発生することなく、フィン装置18の本来の排ガス撹拌作用を達成できると共に、連結部27の形成が圧損の増加にも繋がらないことから、エンジン性能の低下を引き起こす要因にもならない。
図8は別例のフィン装置を示す正面図、図9は同じく連結部の詳細を示す図8のIX−IX線断面図である。
以上のように構成されたフィン装置31が上記実施形態と同様にミキシング室13の上流側のフランジ13aに固定され、エンジン1の運転中にはフィン装置31の各流通孔34を流通した直後にフィン33に衝突してフィン角度に倣って流通方向を変更される。左右のフィン33が対称に配列されていることから、フィン33により流通方向を変更された排ガスは左右から衝突してミキシング室13内で十分に撹拌され、その排ガス中に噴射ノズル19から尿素水が噴射されてSCR触媒16のNOx浄化に利用される。
以上で実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態に限定されるものではない。例えば上記実施形態では、NOx浄化用にSCR触媒16を備えたディーゼルエンジン1の排気浄化装置に具体化したが、還元剤の供給を要する後処理装置を備えたエンジンであればこれに限ることはなく、例えばガソリンエンジンに適用してもよい。
12 下流側ケーシング(排気通路)
13 ミキシング室(排気通路)
16 SCR触媒(後処理装置)
18,31 フィン装置(撹拌手段)
19 噴射ノズル(還元剤噴射手段)
22,32 ベース板
23,33 フィン
26,34 流通孔
27,35 連結部
Claims (1)
- エンジンの排気通路に配設され、還元剤を供給されて浄化作用を奏する後処理装置と、
上記後処理装置の上流側の上記排気通路内に還元剤を噴射する還元剤噴射手段と、
上記後処理装置の上流側の上記排気通路内に配設され、該排気通路を上流側と下流側とに区画するベース板上に一側を起点としてフィンを所定角度で折曲し、該フィンの折曲によりベース板上に開口した流通孔を経て排ガスを流通させながら上記フィンにより流通方向を変更して撹拌する撹拌手段とを備え、
上記撹拌手段は、上記ベース板上に扇状をなす複数枚のフィンが周方向に列設され、各フィンが周方向の一側を起点として他側をベース板上より離間させるように折曲されて、上記流通孔を経た排ガスに各フィンにより旋回流を生起させて撹拌するように構成され、各フィンの最外周側の基端から所定長さが上記ベース板に対して連結部により連結されており、
上記各フィンは、プレス成型によりベース板で上記基端を除く周囲を打ち抜かれて折曲されて略平板状をなすと共に、該フィンの形状に対応して上記流通孔が上記ベース板上に形成され、
上記連結部は、上記プレス成型時に上記フィンの基端近傍と上記ベース板との間が引延し方向に塑性変形して形成されて、上記フィンに対して所定角度をなすように連結されたことを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
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