JP5292534B2 - 排気浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は、排気浄化装置に関するものである。

近年、例えば、ディーゼルエンジンの排気系に設けれらる排気浄化装置には、消音構造体を装備したものがある。而して、斯かる排気浄化装置の一例は図３〜図５に示されている。図中、１は排気浄化装置、２は排気浄化装置１のガス流れ方向Ｄ上流側に装備された消音構造体、３は消音構造体２のガス流れ方向Ｄ下流側に設けられた酸化触媒、４は酸化触媒３のガス流れ方向Ｄ下流側に設けられたパティキュレートフィルタである。而して、消音構造体２、酸化触媒３、パティキュレートフィルタ４は筒状のケーシング５内に収納されている。

酸化触媒３は例えば、フロースルー型のハニカム構造をなすコージェライト等のセラミック担体に担持されている。又、パティキュレートフィルタ４は、図示してないが、例えば、コージェライト等のセラミックで製作された多孔質ハニカム構造のフィルタ本体を主構成とし、該フィルタ本体における格子状に区画された各流路の入口側が栓体により交互に目封じされ、入口側が目封じされていない流路については、その出口が栓体により目封じされるようになっており、各流路を区画する多孔質薄壁を透過した排気のみが下流側へ排出されて、多孔質薄壁の内側表面にパティキュレートが捕集されるようになっている。

消音構造体２は、ケーシング５のガス流れ方Ｄ向上流側内部に形成された分散チャンバを備え、該分散チャンバのガス流れ方向Ｄ中間部には分散板６が設けられている。而して、分散チャンバは、ガス流れ方向Ｄ上流側の分散チャンバ７ａと下流側の分散チャンバ７ｂとに区画されており、又分散板６には、ガス流れ方向Ｄ上流側外方から分散チャンバ７ａ内部に挿入されたインナパイプ８の先端が固設されている。

インナパイプ８の分散チャンバ７ａ内に位置している部分には、円周方向及びガス流れ方向Ｄへ所定の間隔で略同径の複数の小径の孔９が穿設されている。又分散板６の分散チャンバ７ａ、７ｂ内に位置する部分には、同一円周上に円周方向へ一定の間隔で、複数の大径の孔１０が穿設されていると共に、孔１０が配置された円周とは異なる円周上には、孔１０よりも小径の複数の孔１１、２が穿設され、又分散板６のインナパイプ８内径内に相当する位置にも孔１０よりも小径の複数の孔１３が穿設されている。而して、分散板６に形成する孔はこれ以外にも種々のパターンがある。

エンジンから排出されて消音構造体２のインナパイプ８に導入された排気ガスの一部は、孔９から分散チャンバ７ａ内に流出し、分散チャンバ７ａから分散板６の孔１０、１１、１２を経て分散チャンバ７ｂに流出し、残りの排気は、インナパイプ８内から分散板６の孔１３を経て分散チャンバ７ｂに流出する。これにより、排気ガスの流れの消音が行なわれる。

分散チャンバ７ｂに流入した排気ガスは、酸化触媒３を経てパティキュレートフィルタ４へ送給され、ここで粒子状物質等のエミッションを除去されて下流へ排出される。この際、排気の温度が所定の温度よりも低温の場合は、インナパイプ８よりもガス流れ方向Ｄ上流側において排気系に添加燃料（ＨＣ）を添加すると、この添加燃料が酸化触媒で酸化反応してその反応熱により排気の温度が昇温されるため、パティキュレートフィルタ４が目詰りした場合に熱によりパティキュレートフィルタ４に捕捉された粒子状物質等のエミッションを燃焼させ、パティキュレートフィルタ４が再生される。
排気浄化装置にマフラを備えた先行技術文献としては特許文献１がある。
特開２００４−２６３５９４号公報

図４、図５に示す装置においては、各孔９から吐出する排気の単位時間当たりの流量はインナパイプ８の内圧分布に依存するため、インナパイプ８の孔９が小径で均一な場合には、上下流の各孔９で排気抵抗を均一にすることができず、ガス流れ方向Ｄ上流側の孔９の圧損は大きく、ガス流れ方向Ｄ下流側の孔９の圧損は小さくなる。このため、インナパイプ８のような限られたスペースから孔９を通して排気ガスを分散チャンバ７ａへ吐出する場合には流量を均一にすることができず、ガス流れ方向Ｄ上流側では孔９から吐出する排気ガスの単位時間当たりの流量は少なく、ガス流れ方向Ｄ下流側へ行くにつれて孔９から吐出する排気ガスの単位時間当たりの流量は増加する。

従って、分散チャンバ７ａから分散板６の孔１０、１１、１２を経て分散チャンバ７ｂへ送給される排気ガスは、分散板６の径方向外周側の流量が不十分となり、酸化触媒に対する排気ガスの分散性が悪く、延いてはパティキュレートフィルタ４での粒子状物質の除去を効率良く行なうことができない。

特許文献１の装置では、パイプやバッフルプレートの孔径は不明であるが、孔径には特別な考慮は払われてはおらず、図４、図５に示すと装置と同様な問題が生じる虞がある。

本発明は、上述の実情に鑑み、排気ガスの酸化触媒に対する分散性が良好で且つコンパクトな排気浄化装置を提供することを目的としてなしたものである。

本発明の排気浄化装置は、消音構造体と、該消音構造体のガス流れ方向下流側に配置された触媒と、該触媒のガス流れ方向下流側に配置されたパティキュレートフィルタとがケーシング内に収納された排気浄化装置において、
前記消音構造体は、前記ケーシングの内部をガス流れ方向上流側の分散チャンバと下流側の分散チャンバに分ける分散板と、外部からガス流れ方向上流側の分散チャンバ内に挿入されると共に、当該分散チャンバに挿入された部分の周部にはガス流れ方向上流側から下流側へ行くに従い順次径が小径となるようにした複数の孔が穿設され、且つ先端が前記分散板に固設されたインナパイプを備え、
前記分散板には、前記分散板に固設された前記インナパイプの外周よりも当該インナパイプ径方向外径側に位置するよう、前記分散板の径方向外周側が大径で中心側が小径の複数の孔が穿設されており、
前記分散板の、インナパイプ内及びガス流れ方向下流側の分散チャンバに面した部分には、前記上流側の分散チャンバ及び下流側の分散チャンバに面する箇所に穿設した孔のうち、最も分散板の径方向中心側に位置する孔よりも小径で且つ同一径の複数の孔が穿設されているものである。

本発明の排気浄化装置によれば、分散チャンバの容積を有効活用して排気ガスの分散性を向上させているため、触媒へ流入する排気ガスの分散化が図られて触媒からパティキュレートフィルタへ流入する排気ガスの流量を均一にでき、パティキュレートフィルタの効率が向上する。又、排気ガスの分散性の向上を分散チャンバを有効利用して行なっているため、コンパクトな装置とすることができる。

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
図１及び図２は本発明を実施する形態の一例であって、基本的構成は図３に示すものと同じである。又図中、図４、図５に示すものと同一のものには同一の符号が付してある。

而して、本図示例においては、インナパイプ８の分散チャンバ７ａ内に位置する部分には、円周方向及びガス流れ方向Ｄ上流側から下流側に向けて所定の間隔で複数の孔９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄが穿設されている。孔９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄの径Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃ、Ｄｄは上流側のものが大径で、下流に行くに従い順次小径に形成されており、Ｄａ＞Ｄｂ＞Ｄｃ＞Ｄｄである。

又、分散板６の分散チャンバ７ａ、７ｂ内に位置する部分には、半径Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３（Ｒ１＞Ｒ２＞Ｒ３）の位置に円周方向へ所定の間隔で夫々複数の孔１４、１５、１６が穿設されている。ここで、孔１４、１５、１６の径Ｄ１４、Ｄ１５、Ｄ１６は、分散板６の外周側のものが大径で中心に近い側のものが小径であり、Ｄ１４＞Ｄ１５＞Ｄ１６である。更に、分散板６のインナパイプ８内に対向した部分には、複数の孔１７が穿設されている。孔１７の径は、孔１６よりも小径である。

次に、上記した実施の形態の作動を説明する。
エンジンから排出されて消音構造体２のインナパイプ８に導入された排気ガスの一部は、孔９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄから分散チャンバ７ａ内に流出し、分散チャンバ７ａから分散板６の孔Ｄ１４、Ｄ１５、Ｄ１６を経て分散チャンバ７ｂに流出し、残りの排気は、インナパイプ８内から分散板６の孔１７を経て分散チャンバ７ｂに流出する。これにより、排気ガスの流れの消音が行なわれる。

分散チャンバ７ｂに流出した排気ガスは酸化触媒３を経てパティキュレートフィルタ４へ送給され、ここで粒子状物質等のエミッションを除去されて下流へ排出される。この際、排気の温度が所定の温度よりも低温の場合は、インナパイプ８よりもガス流れ方向Ｄ上流側において排気系に添加燃料（ＨＣ）を添加するとこの添加燃料が酸化触媒３で酸化反応してその反応熱により排気の温度が昇温されるため、パティキュレートフィルタ４が目詰りした場合に熱によりパティキュレートフィルタ４に捕捉された粒子状物質等のエミッションを燃焼させ、パティキュレートフィルタ４が再生される。

図１、図２に示す装置では、各孔９ａ〜９ｄから吐出する排気の流量はインナパイプ８の内圧分布に依存する。しかし、孔９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄの径はＤａ＞Ｄｂ＞Ｄｃ＞Ｄｄに形成されているため、排気ガス流れ方向Ｄ上流側の孔の方が下流側の孔より排気ガスが流れやすくなる。従って、排気ガス流れ方向Ｄ上流側の孔９ａからは最も流量が多い排気ガスが吐出され、下流側の孔９ｂ、９ｃ、９ｄに行くにつれて順次吐出される排気ガスの流量は減少される。その結果、多量の排気ガスが分散チャンバ７ａの外周側へ流れ、分散チャンバ７ａの外周側へ流れる排気ガスよりも少量の排気ガスが分散チャンバ７ａの中心側へ流れる。又、孔９ａ〜９ｄから吐出されなかった排気ガスは、分散板６の孔１７から分散チャンバ７ｂへ吐出される。

このため、分散チャンバ７ｂに吐出された排気ガスの分散板６に対する単位面積当たりの流量は分散されて均一化し、孔１４、１５、１６から酸化触媒３へ送給され、酸化触媒３からパティキュレートフィルタ４へ導入される。

本図示例によれば、分散チャンバ７ａの容積を有効活用して排気ガスの分散性を向上させているため、酸化触媒３へ流入する排気ガスの分散化が図られて酸化触媒３からパティキュレートフィルタ４へ流入する排気ガスの流量を均一にでき、パティキュレートフィルタ４の効率が向上する。又、排気ガスの分散性の向上を分散チャンバ７ａを有効利用して行なっているため、コンパクトな装置とすることができる。

なお、本発明の排気浄化装置は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、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。

本発明の排気浄化装置の実施の形態の一例の部分縦断面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ方向矢視図である。 消音構造体を備えた排気浄化装置の一搬的な概要図である。 従来の排気浄化装置の部分縦断面図である。 図４のＶ−Ｖ方向矢視図である。

符号の説明

１ 排気浄化装置
２ 消音構造体
３ 酸化触媒（触媒）
４ パティキュレートフィルタ
５ ケーシング
６ 分散板
７ａ、７ｂ 分散チャンバ
８ インナパイプ
９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ 孔
１４ 孔
１５ 孔
１６ 孔
１７ 孔
Ｄ ガス流れ方向
Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃ、Ｄｄ 径
Ｄ１４、Ｄ１５、Ｄ１６ 径

Claims (1)

1. 消音構造体と、該消音構造体のガス流れ方向下流側に配置された触媒と、該触媒のガス流れ方向下流側に配置されたパティキュレートフィルタとがケーシング内に収納された排気浄化装置において、
   前記消音構造体は、前記ケーシングの内部をガス流れ方向上流側の分散チャンバと下流側の分散チャンバに分ける分散板と、外部からガス流れ方向上流側の分散チャンバ内に挿入されると共に、当該分散チャンバに挿入された部分の周部にはガス流れ方向上流側から下流側へ行くに従い順次径が小径となるようにした複数の孔が穿設され、且つ先端が前記分散板に固設されたインナパイプを備え、
   前記分散板には、前記分散板に固設された前記インナパイプの外周よりも当該インナパイプ径方向外径側に位置するよう、前記分散板の径方向外周側が大径で中心側が小径の複数の孔が穿設されており、
   前記分散板の、インナパイプ内及びガス流れ方向下流側の分散チャンバに面した部分には、前記上流側の分散チャンバ及び下流側の分散チャンバに面する箇所に穿設した孔のうち、最も分散板の径方向中心側に位置する孔よりも小径で且つ同一径の複数の孔が穿設されていることを特徴とする排気浄化装置。

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