JP5329383B2 - 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考えられている。
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、図５に示す如く、エンジンからの排気ガス１が流通する排気管２の途中に、排気ガス１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３と、該パティキュレートフィルタ３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４とをケーシング５，６により夫々抱持して並列に配置し、パティキュレートフィルタ３の出側端部と選択還元型触媒４の入側端部との間をＳ字構造の連絡流路７により接続し、パティキュレートフィルタ３の出側端部から排出された排気ガス１が逆向きに折り返されて隣の選択還元型触媒４の入側端部に導入されるようにした排気浄化装置が創案されるに到った。
ここで、前記連絡流路７は、パティキュレートフィルタ３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１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７Ａと、該ガス集合室７Ａで集められた排気ガス１をパティキュレートフィルタ３の排気流れと逆向きに抜き出すミキシングパイプ７Ｂと、該ミキシングパイプ７Ｂにより導かれた排気ガス１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１を選択還元型触媒４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７ＣとによりＳ字構造を成すように構成されており、前記ミキシングパイプ７Ｂの入側端部の中心位置には、該ミキシングパイプ７Ｂ内に尿素水を添加するための尿素水添加用インジェクタ８（尿素水添加手段）が前記ミキシングパイプ７Ｂの出側端部側へ向けて装備されている。
尚、ここに図示している例では、パティキュレートフィルタ３が抱持されているケーシング５内の前段に、排気ガス１中の未燃燃料分を酸化処理する酸化触媒９が装備されており、また、選択還元型触媒４が抱持されているケーシング６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１０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３により排気ガス１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７Ｂの途中で尿素水添加用インジェクタ８から尿素水が排気ガス１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４上で排気ガス１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１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３の出側端部から排出された排気ガス１が連絡流路７により逆向きに折り返されてから隣の選択還元型触媒４の入側端部に導入されるようになっているので、尿素水の添加位置から選択還元型触媒４までの距離が長く確保され、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３と選択還元型触媒４とが並列に配置され、これらパティキュレートフィルタ３と選択還元型触媒４との間に沿うように連絡流路７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、この種のパティキュレートフィルタ３と選択還元型触媒４とを並列に配置してＳ字構造の連絡流路７により連結した排気浄化装置に関連する先行技術文献情報としては下記の特許文献１等がある。
特開２００８−２１５２８６号公報
しかしながら、先の特許文献１にも開示されている通り、尿素水添加用インジェクタ８により尿素水が添加される箇所には、図６に示す如き円筒状のミキシングパイプ７Ｂにおける入側端部の開口部１１に対しガス集合室７Ａからの排気ガス１をガイドフィン１２，１３，１４により接線方向から導入せしめ、これにより排気ガス１に旋回流を与えるミキサ構造１５が採用されており、この旋回流の中心に尿素水添加用インジェクタ８から尿素水の添加を行うことで該尿素水の排気ガス１に対する混合性を高めるようにしていたため、これまで以上のＮＯx浄化性能を求めて尿素水の添加量を増大させた場合に、図７に示す如く、気化しきれない尿素水が前記排気ガス１の旋回流αに沿いミキシングパイプ７Ｂの内周面を伝う流れを形成し、この尿素水の流れが前記開口部１１の一部を横切るように流れて該開口部１１からパティキュレートフィルタ３側へ流れ落ちる虞れがあった。
即ち、尿素水の一部が開口部１１からパティキュレートフィルタ３側へ流れ落ちてしまうと、尿素水添加用インジェクタ８から添加した尿素水の全量がアンモニアとして選択還元型触媒４へ導かれないことになり、ＮＯx浄化性能や尿素水の添加量制御に悪影響を及ぼすことが懸念された。
また、尿素水の添加位置より上流側の構成素材には、排ガス成分に対する耐食性しか備えられていないため、パティキュレートフィルタ３側へ流れ落ちてしまった尿素水がアンモニアに転化する過程で腐食性の高いアンモニウムカーバイトを生成してしまうと、このアンモニウムカーバイトにより進行の早い腐食が誘発される懸念もあった。
本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、ミキシングパイプの入側端部に形成した開口部から上流側への尿素水の流れ落ちを防止することを目的としている。
本発明は、排気ガス中に含まれるＮＯxをアンモニアと反応せしめる選択還元型触媒と、該選択還元型触媒より上流で排気ガス中に尿素水を添加する尿素水添加手段と、該尿素水添加手段から前記選択還元型触媒までの間を繋ぐ円筒状のミキシングパイプとを備え、該ミキシングパイプの入側端部の円周方向適宜位置に開口部を形成すると共に、該開口部に対し排気ガスを前記入側端部の接線方向から導入せしめるようガイドフィンを配設してミキサ構造を構成し、該ミキサ構造による排気ガスの旋回流内に尿素水を添加し得るように前記尿素水添加手段を前記ミキシングパイプの入側端部の中心位置に出側端部側へ向けて配設した排気浄化装置であって、前記開口部を前記旋回流の流れに沿うように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、ＮＯx浄化性能を高めるべく尿素水の添加量を増大させた場合に、気化しきれない尿素水が排気ガスの旋回流に沿いミキシングパイプの内周面を伝う流れを形成しても、ミキシングパイプの入側端部における開口部は、前記旋回流の流れに沿うように形成されているので、この旋回流に沿う尿素水の流れが前記開口部に沿って流れ、該開口部の一部を横切るような流れを形成しないため、該開口部から上流側への尿素水の流れ落ちが未然に防止される。
また、本発明においては、尿素水添加手段による尿素水の添加位置より上流側にパティキュレートフィルタを備え、該パティキュレートフィルタの出側端面とミキシングパイプの入側端部における開口部との位置関係を前記ミキシングパイプの軸心方向にずらし、前記パティキュレートフィルタを経た排気ガスの前記開口部への流入角度が前記ミキシングパイプの軸心に対し鋭角を成すように構成することが好ましい。
このようにすれば、パティキュレートフィルタを経た排気ガスの開口部への流入角度が小さくなり、該開口部に流れ込む際における排気ガスの流れのベクトルがミキシングパイプの出側端部側に向けられるので、旋回流及び該旋回流に沿う尿素水の流れのベクトルをより強くミキシングパイプの出側端部側に向けることが可能となり、これにより尿素水の流れが開口部を超え易くなって該開口部から上流側への尿素水の流れ落ちが更に抑制されることになる。
しかも、パティキュレートフィルタを経た排気ガスの開口部への流入方向と尿素水添加手段の噴霧方向とが成す角度が浅くなることによって、排気ガスの流れが尿素水の噴霧に与える影響が少なくなるため、尿素水添加手段からの噴霧が排気ガスの流れに煽られて該排気ガスの流れから外れた澱み部に尿素水が直撃し且つ該澱み部に尿素水がそのまま滞留して部分腐食を招くといった事態が未然に防止される。
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、ＮＯx浄化性能を高めるべく尿素水の添加量を増大させた場合に、気化しきれない尿素水が排気ガスの旋回流に沿いミキシングパイプの内周面を伝う流れを形成しても、ミキシングパイプの入側端部における開口部から上流側への尿素水の流れ落ちを未然に防止することができるので、尿素水添加手段から添加した尿素水の全量をアンモニアとして選択還元型触媒へ導くことができてＮＯx浄化性能や尿素水の添加量制御を良好に維持することができ、また、上流側へ流れ落ちた尿素水に起因する腐食の発生を防止することもできる。
（ＩＩ）本発明の請求項２に記載の発明によれば、パティキュレートフィルタを経た排気ガスの開口部への流入角度を小さくして、該開口部に流れ込む際における排気ガスの流れのベクトルをミキシングパイプの出側端部側に向けることができるので、旋回流及び該旋回流に沿う尿素水の流れのベクトルをより強くミキシングパイプの出側端部側に向かわせて開口部を超え易くさせることができ、該開口部から上流側への流れ落ちを更に確実に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、開口部への排気ガスの流入方向と尿素水添加手段の噴霧方向とが成す角度を浅くして排気ガスの流れが尿素水の噴霧に与える影響を少なくすることができるので、尿素水添加手段からの噴霧が排気ガスの流れに煽られて該排気ガスの流れから外れた澱み部に尿素水が直撃し且つ該澱み部に尿素水がそのまま滞留して部分腐食を招くといった事態を未然に防止することができる。
本発明を実施する形態の一例を示す断面図である。 図１のミキシングパイプの入側端部周辺の構造を示す断面図である。 本発明の別の形態例を示す断面図である。 本発明の更に別の形態例を示す断面図である。 従来の排気浄化装置の一例を示す平面図である。 図５の要部の詳細を示す断面図である。 図６のＶＩＩ−ＶＩＩ矢視の断面図である。
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、図５〜図７と同一の符号を付した部分は同一物を表わしている。
図１に示す如く、本形態例においては、先に図５〜図７で説明したものと同様に構成した排気浄化装置におけるミキシングパイプ７Ｂの入側端部の開口部１１を、ミキサ構造１５（図６参照）による排気ガス１の旋回流αの流れに沿うように形成したところを特徴としている。
即ち、図１中に二点鎖線で示す如く、既存の開口部１１は、概ね単純な矩形状に開口していたが、図１中に実線で示す如く、旋回流αに沿うように開口部１１の一辺１１ａをミキシングパイプ７Ｂの軸心方向（図１及び図２中のＯがミキシングパイプ７Ｂの軸心を示す）と平行な向きに対し角度Ｘだけ傾斜させて形成している。
また、図２に示す如く、特に本形態例の場合には、パティキュレートフィルタ３の出側端面とミキシングパイプ７Ｂの入側端部における開口部１１との位置関係を前記ミキシングパイプ７Ｂの軸心方向にずらし、前記パティキュレートフィルタ３を経た排気ガス１の前記開口部１１への流入角度θが前記ミキシングパイプ７Ｂの軸心に対し鋭角を成すように構成している。
尚、図１及び図２においては、説明の便宜を図る観点からガイドフィン１２，１３，１４（図６参照）の図示を省略しているが、先に図５〜図７で説明した通り、開口部１１に対し排気ガス１を接線方向から導入し得るようにガイドフィン１２，１３，１４（図６参照）が配置されることは勿論である。
而して、このように排気浄化装置を構成すれば、ＮＯx浄化性能を高めるべく尿素水の添加量を増大させた場合に、気化しきれない尿素水が排気ガス１の旋回流αに沿いミキシングパイプ７Ｂの内周面を伝う流れを形成しても、ミキシングパイプ７Ｂの入側端部における開口部１１は、前記旋回流αの流れに沿うように形成されているので、この旋回流αに沿う尿素水の流れが前記開口部１１に沿って流れ、該開口部１１の一部を横切るような流れを形成しないため、該開口部１１からパティキュレートフィルタ３側（上流側）への尿素水の流れ落ちが未然に防止される。
しかも、特に本形態例においては、パティキュレートフィルタ３を経た排気ガス１の開口部１１への流入角度θがミキシングパイプ７Ｂの軸心に対し鋭角を成すように構成されているので、パティキュレートフィルタ３を経た排気ガス１の開口部１１への流入角度θが小さくなり、該開口部１１に流れ込む際における排気ガス１の流れのベクトルがミキシングパイプ７Ｂの出側端部側（図２中の左側）に向けられることになる。
この結果、旋回流α及び該旋回流αに沿う尿素水の流れのベクトルをより強くミキシングパイプ７Ｂの出側端部側に向けることが可能となり、これにより尿素水の流れが開口部１１を超え易くなって該開口部１１からパティキュレートフィルタ３側への流れ落ちが更に抑制されることになる。
しかも、パティキュレートフィルタ３を経た排気ガス１の開口部１１への流入方向と尿素水添加用インジェクタ８の噴霧方向（図２中の鎖線矢印を参照）とが成す角度が浅くなることによって、排気ガス１の流れが尿素水の噴霧に与える影響が少なくなるため、尿素水添加用インジェクタ８からの噴霧が排気ガス１の流れに煽られて該排気ガス１の流れから外れた澱み部１６に尿素水が直撃し且つ該澱み部１６に尿素水がそのまま滞留して部分腐食を招くといった事態が未然に防止されることにもなる。
従って、上記形態例によれば、ＮＯx浄化性能を高めるべく尿素水の添加量を増大させた場合に、気化しきれない尿素水が排気ガス１の旋回流αに沿いミキシングパイプ７Ｂの内周面を伝う流れを形成しても、ミキシングパイプ７Ｂの入側端部における開口部１１からパティキュレートフィルタ３側への尿素水の流れ落ちを未然に防止することができるので、尿素水添加用インジェクタ８から添加した尿素水の全量をアンモニアとして選択還元型触媒へ導くことができてＮＯx浄化性能や尿素水の添加量制御を良好に維持することができ、また、パティキュレートフィルタ３側へ流れ落ちた尿素水に起因する腐食の発生を防止することもできる。
また、パティキュレートフィルタ３を経た排気ガス１の開口部１１への流入角度θを小さくして、該開口部１１に流れ込む際における排気ガス１の流れのベクトルをミキシングパイプ７Ｂの出側端部側に向けることができるので、旋回流α及び該旋回流αに沿う尿素水の流れのベクトルをより強くミキシングパイプ７Ｂの出側端部側に向かわせて開口部１１を超え易くさせることができ、該開口部１１からパティキュレートフィルタ３側への流れ落ちを更に確実に防止することができる。
更に、開口部１１への排気ガス１の流入方向と尿素水添加用インジェクタ８の噴霧方向とが成す角度を浅くして排気ガス１の流れが尿素水の噴霧に与える影響を少なくすることができるので、尿素水添加用インジェクタ８からの噴霧が排気ガス１の流れに煽られて該排気ガス１の流れから外れた澱み部１６に尿素水が直撃し且つ該澱み部１６に尿素水がそのまま滞留して部分腐食を招くといった事態を未然に防止することができる。
図３は本発明の別の形態例を示すもので、先の図１の形態例中で説明した開口部１１の一辺１１ａをミキシングパイプ７Ｂの出側へ向けた終盤で角度Ｘより更に深い角度Ｙ（ミキシングパイプ７Ｂの軸心方向と平行な向きに対する角度）で傾斜させたものであり、このようにすれば、開口部１１の一辺１１ａに沿う尿素水の流れを更なる角度Ｙの傾斜により円滑に受け繋いで下流側へ導くことができるので、開口部１１からの尿素水の流れ落ちをより一層確実に防止することができる。
また、図４に本発明の更に別の形態例を示す如く、開口部１１の一辺１１ａをミキシングパイプ７Ｂの出側へ向けた終盤で角度Ｙ、角度Ｚ（Ｘ＜Ｙ＜Ｚ）の二段階で傾斜させるようにしても良く、更には、三段階以上の角度を複合させて段階的に傾斜させるようにしたり、或いは、連続的な曲線で繋いで傾斜させるようにしても良い。
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、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。
１ 排気ガス
３ パティキュレートフィルタ
４ 選択還元型触媒
７Ｂ ミキシングパイプ
８ 尿素水添加用インジェクタ（尿素水添加手段）
１１ 開口部
１２ ガイドフィン
１３ ガイドフィン
１４ ガイドフィン
１５ ミキサ構造
α 旋回流
θ 流入角度

Claims (2)

  1. 排気ガス中に含まれるＮＯxをアンモニアと反応せしめる選択還元型触媒と、該選択還元型触媒より上流で排気ガス中に尿素水を添加する尿素水添加手段と、該尿素水添加手段から前記選択還元型触媒までの間を繋ぐ円筒状のミキシングパイプとを備え、該ミキシングパイプの入側端部の円周方向適宜位置に開口部を形成すると共に、該開口部に対し排気ガスを前記入側端部の接線方向から導入せしめるようガイドフィンを配設してミキサ構造を構成し、該ミキサ構造による排気ガスの旋回流内に尿素水を添加し得るように前記尿素水添加手段を前記ミキシングパイプの入側端部の中心位置に出側端部側へ向けて配設した排気浄化装置であって、前記開口部を前記旋回流の流れに沿うように形成したことを特徴とする排気浄化装置。
  2. 尿素水添加手段による尿素水の添加位置より上流側にパティキュレートフィルタを備え、該パティキュレートフィルタの出側端面の位置と、ミキシングパイプの入側端部における開口部の位置とを前記ミキシングパイプの軸心方向にずらし、前記パティキュレートフィルタを経た排気ガスの前記開口部への流入角度が前記ミキシングパイプの軸心に対し鋭角を成すように構成したことを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
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