JP5675028B2 - 還元剤混合チューブを備えた３方向流れ型排気処理装置 - Google Patents

Description

発明の詳細な説明

〔技術分野〕
本発明は、内燃機関から排出される窒素酸化物を減少させるための排気処理装置に関するものであり、特に、分解チューブを備えた一体型の選択触媒還元装置に関するものである。

〔背景技術〕
この項目の記載は、本発明に関連する背景的な情報を提供するものであって、必ずしも先行技術を開示するものではない。

内燃機関から排出される排気ガスを処理する様々なシステムにおいて、触媒コンバータ、ディーゼル酸化触媒、ディーゼル微粒子フィルタなどの排気処理装置が用いられている。多くの排気処理装置では、複数の要素が互いに距離を隔てて配置されている。また、互いに独立した多くの排気処理システムは、異なる処理室を規定し、排気処理システム内に様々な部材を搭載するための、複数のパネルと支持構造とを有するハウジングを備えている。

公知の排気処理システムの中には、選択触媒還元装置（ＳＣＲ）の上流側に、還元剤注入器と還元剤分離器とを備えているものがある。従来から用いられているＳＣＲシステムは、尿素からアンモニアへの分解の制御に関するものである。従来のシステムの多くでは、上流側に分解チューブが配置されており、この分解チューブは、チューブ内の熱を維持するために、高価で比較的扱いにくい断熱材で覆われている。このため、ＳＣＲは、比較的サイズが大きく、高価で、取扱いにくくなっている。

さらに、排気処理システムのハウジングの中には、型押しされた金属シートで分割されるか、あるいは「貝殻」設計が用いられているものがある。そのため、内側ハウジングと外側ハウジングとが個別の貝殻部材によって形成されている。また、排気吸入部、排気排出部、および排気中に試薬を注入するための注入部を形成するために、絞り加工や溶接がさらに施されている場合もある。このため、排気処理装置のハウジングは、比較的複雑で、高価で、組み立てにくい。このため、サイズ、コスト、および複雑さが低減された一体型の分解チューブを有する排気処理装置が求められている。

〔発明の概要〕
この項目の記載は、本発明の一般的な概要を示すものであり、本発明の全ての様相を示すものではなく、本発明の全ての特徴点を示すものでもない。

排気処理装置は、ハウジング内に互いに平行に配置された第１基質部と第２基質部とを備えている。バッフル板は上記両基質部、吸入チューブ、および排出管を支持し、第１チャンバを規定する。上記両基質部の第１端部および上記吸入チューブの第２端部は上記第１チャンバと連通している。上記両基質部、上記吸入チューブ、および上記排出管を支持し、第１チャンバから離間した位置に第２チャンバを規定する隔壁を備えている。上記両基質部の第２端部および上記排出管の第２開口端部は上記第２チャンバと連通している。全ての排気は、上記吸入チューブを第１方向に流れ、流れ方向が反転されて上記両基質部を流れ、流れ方向が再度反転されて上記排出管を流れる。

排気処理装置は、ハウジング内に互いに平行に配置された第１基質部と第２基質部とを備えている。吸入チューブは、上記ハウジングの外部に配置された第１端部と、上記ハウジングの内部に配置された第２開口端部とを備えている。排出管は、上記ハウジングの外部に配置された第１端部と、上記ハウジングの内部に配置された第２開口端部とを備えている。第１隔壁は、受沖ハウジングの内部に配置され、第１チャンバを規定している。上記両基質部の第１端部および上記吸入チューブの第２端部は上記第１チャンバと連通している。第２隔壁は、上記ハウジングの内部における上記第１隔壁から離間した位置に配置され、上記第１チャンバから離間した位置に第２チャンバを規定している。上記両基質部の第２端部および上記排出管の第２開口端部は上記第２チャンバと連通している。上記吸入チューブは、上記第２チャンバ、上記第１隔壁、および上記第２隔壁を通って上記第１チャンバまで伸びている。

本明細書の記載から、本発明はより広い範囲に適用可能であることが明確になるであろう。この項目における記述および具体例は、例示のみを目的とすることを意図しており、本開示の範囲を限定することを意図するものではない。

〔図面の簡単な説明〕
本明細書に添付した図面は、特定の実施例を例示するためのものであり、利用可能な実施例の全てを示すものではなく、本発明の範囲を制限するものではない。

図１は、本発明の技術に従って構成された排気処理装置の透視図である。

図２は、上記排気処理装置の他の透視図である。

図３は、上記排気処理装置の分解組立図である。

図４は、上記排気処理装置の一部の断面図である。

図５は、上記排気処理装置における吸入チューブの中心を通る断面の断面図である。

図６は、上記排気処理装置の他の部分の断面図である。

なお、これら各図において、同じ符号が付されている部材には同じ部材を付している。〔詳細な説明〕
図１〜６は、典型的な排気処理装置１０を示している。排気処理装置１０は、ハウジング１６内に互いに平行に配置された第１基質部１２と第２基質部１４とを備えている。第１基質部１２と第２基質部１２とは互いに略同様の構成であり、ＳＣＲ基質として構成されていてもよく、あるいは、ディーゼル酸化触媒、ディーセル微粒子フィルタなどの他の排気処理部材であってもよい。第１基質部１２は、第１缶部２０内に詰め込まれている。第１マット２２は、第１基質部１２の円筒状の外表面と第１缶部２０との間に挟まれている。同様に、第２基質部１４は第２缶部２４内に配置されており、第２基質部１４の円筒状の外表面と第２缶部２４との間には圧縮された第２マット２６が挟まれている。なお、第１缶部２０内における第１基質部１２の下流側の位置に第３基質部１２ａとマット２２ｂとを配置してもよい。同様に、第２缶部２４内に第４マット２６ａとともに第４基質部１４ａを配置してもよい。

ハウジング１６は、第１端部３０で第１内端板３２によって蓋をされた管状内殻部２８を備えている。内殻部２８の反対側の端部３４は第２内端板３６によって密閉されている。管状外殻部３８は内殻部２８の周囲を囲んでいる。ハウジング１６の第１端部３０には、外殻部３８に固定された第１外端板４０が備えられている。ハウジング１６における反対側の端部３４には、外殻部３８に固定された第２外端板４２が配置されている。内殻部２８と外殻部３８との間には断熱材４４が配置されている。第１外端板４０と第１内端板３２との間には断熱材４６が配置されている。第２外端板４２と第２内端板３６との間には断熱材４８が配置されている。

吸入部５０は、第１外端板４０および第１内端板３２を貫通して延伸するチューブ５２の一端側に配置されている。排出部５４は、第２外端板４２と第２内端板３６とを貫通して延伸する排出管５６の一端側に配置されている。チューブ５２および排出管５６は互いに実質的に平行、かつオフセットするように配置されている。

バッフル板６０は、周辺フランジ５４によって周囲を囲まれた実質的に平面である平面部６２を含んでいる。フランジ６４は内殻部２８の内表面に密着する形状およびサイズに形成されている。平面部６２を通って延伸する第１穴部６６はフランジ６８によって規定されている。フランジ６８はチューブ５２の端部７０を受ける。端部７０はフランジ６８にプレス嵌めされてもよく、この位置でチューブ５２がフランジ６８に溶接されていてもよい。平面部６２を通って延伸する第２穴部７４には排出管５６が挿入されている。

バッフル板６０は、端面８４および平板部６２と交わる円筒壁部８２を有する、軸方向に突出した第１ボス８０を備えている。複数の穴部８６が端面８４を貫通して設けられている。これらの穴部のサイズは様々であり、穴部８６ａの直径は穴８６ｂの直径よりも大きく、穴部８６ｃの直径は穴部８６ｂの直径よりも小さい。最も直径の大きい穴部８６ａは、チューブ５２の端部７０に最も近い位置、すなわち排気圧力が最も小さい位置に配置されている。最も直径の小さい穴部８６ｃは、チューブ５２から最も遠い位置、すなわち排気圧力が最も大きい位置に配置されている。中間のサイズである穴部８６ｂは、排気圧力が中間である位置に配置されている。穴部のサイズおよび配置をこのように設定することにより、実質的に一様な流れの排気が第１基質部１２に流入する。また、周縁部には円筒壁部８２を貫通する複数の開口部９０が互いに間隔を隔てて配置されている。バッフル板６０は、開口部９０を介して円筒壁部８２に溶接することにより、第１缶部２０に溶接されている。

バッフル板６０は、軸方向に突出した、ボス８０と実質的に同様である第２ボス９４を備えている。ボス９４は、円筒状の壁部９６、端面９８、および複数の穴部１００ａ，１００ｂ，１００ｃを備えている。また、周縁部に円筒状の壁部９６を貫通する複数の開口部１０２が互いに間隔を隔てて設けられている。第２ボス９４は、開口部１０２を介して第２缶部２４に溶接されている。バッフル板６０は、内殻部２８内において、第２内端板３６に対して実質的に平行、かつ距離を隔てて配置されている。第１空間部１０６は、バッフル板６０、第２内端板３６、および内殻部２８によって規定されている。第１空間部１０６は、チューブ５２の端部７０と連通しており、流体は第１空間部１０６とチューブ５２との間を流動する。

隔壁１１０は、第１内部端部３２から距離を隔てた位置に第１内部端板３２と平行な方向に延伸するように配置された、実質的に平面である平面部１１２を備えている。周辺フランジ１１４は、平面部１１２の周囲に設けられており、内殻部２８の内表面に密着する形状およびサイズに形成されている。フランジ１１４はシール溶接等によって内殻部２８に接合されていてもよい。また、隔壁１１０には、排出管５６の端部１２２を受けるための他の穴部１２０が設けられている。第２空洞部１２６は、隔壁１１０、第１内端板３２、および内殻部２８によって規定されている。排出管５６の開口端１２２は、第２空洞部１２６と連通している。第１基質部穴部１２８により、第１基質部１２と第２駆動部１２６との間を流体が流れることが可能になっている。第２基質部穴部１３０により、第２基質部１４と第２空洞部１２６との間を流体が流れることが可能になっている。

注入器搭載フランジ１３４は、吸入口５０の近傍に形成されたボス１３６に取り付けられている。注入器（図示せず）は搭載フランジ１３４に固定される。第１内端板３２から外側に延伸する管５２における注入器搭載フランジ１３４の部分から周囲への熱伝導を最低限にとどめるために、上記部分に熱遮蔽部１３７が結合されていてもよい。熱損失をさらに低減するために、熱遮蔽部１３７と管５２との間に断熱材を配置してもよい。管５２内における注入器搭載フランジ１３４よりも下流側の位置には、管５２を流れる排気流に注入された還元剤を混合するための混合器１３８が配置されている。混合器１３８と管５２とは、注入された還元剤を適切に蒸発させるのに十分な長さを有している。内殻部２８内に管５２を配置することにより、断熱された環境内で還元分解を生じさせることができる。さらに、管５２は、排気処理装置１０の全長の３／４倍〜７／８倍の長さを有している。断熱筐体１６内における管５２を上記のように包み込むことにより、ＳＣＲ装置の外側に取り付けられた分解チューブの外側を断熱する必要がなくなる。

平行に配置された基質部１２，１４を用いることにより、大量の排気流を処理することができる。３方向流れ（tri-flow；トリフロー）を用いることにより、排気量の増大および還元剤の混合の促進が実現される。第１軸の流れは管５２によって規定される。吸入口５０に流入した排気流は第１軸１４４に沿って終端部５０から吸入側第１空洞部１０６に入る。排気および還元剤の流れは、第１基質部１２の軸１４６ａに沿って、あるいは第２基質部１４の軸１４６ｂに沿って１８０度方向反転される。軸１４６ａおよび１４６ｂは、軸１４４と実質的に平行、かつ軸１４４に対してオフセットするように配置されている。処理された排気は第１基質部１２および第２基質部１４から排出され、第１基板層穴部１２８および第２基質部穴部１３０を通って第２空間部１２６に入る。排気は１８０度方向転換して排出管５６の開口端１２２に入る。排気は第３軸１４８に沿って流れ、排出口５４で排気処理装置１０から排出される。上述したような平行排気経路を用いることにより、排気処理装置１０の全長を短縮することができる。

上述した実施形態に関する記載は、例示および説明のためになされたものであり、本発明の全てを網羅するものではなく、また本発明を限定するためのものでもない。特定の実施形態における個々の要素または特徴は、一般に、当該実施形態に限定されずに適用可能であり、たとえ具体的に図示または説明していなくても、選択された実施形態に応じて適宜置換して利用可能である。同様に、様々な方法で変更してもよい。このような変更は開示範囲から逸脱するものではなく、そのようなすべての改良品は本発明の概念に含まれる。

本発明の技術に従って構成された排気処理装置の透視図である。 上記排気処理装置の他の透視図である。 上記排気処理装置の分解組立図である。 上記排気処理装置の一部の断面図である。 上記排気処理装置における吸入チューブの中心を通る断面の断面図である。 上記排気処理装置の他の部分の断面図である。

Claims (19)

1. ハウジングと、
   互いの流れ方向が平行になるように上記ハウジング内に配置された第１基質部および第２基質部と、
   上記ハウジングの外側に配置された第１端部と上記ハウジングの内側に配置された第２開口端部とを有する吸入チューブと、
   上記ハウジングの外側に配置された第１端部と上記ハウジングの内側に配置された第２開口端部とを有する排出管と、
   上記両基質部、上記吸入チューブ、および上記排出管を支持するバッフル板と、
   上記バッフル板と上記ハウジングとの間に形成された、上記両基質部の第１端部および上記吸入チューブの第２端部と連通した第１チャンバと、
   上記両基質部、上記吸入チューブ、および上記排出管を支持する隔壁と、
   上記隔壁と上記ハウジングとの間であって、上記第１チャンバとは異なる位置に上記第１チャンバとは離間して配置された、上記両基質部の第２端部および上記排出管の第２開口端部と連通した第２チャンバとを備える排気処理装置であって、
   当該排気処理装置を流れる全ての排気は、上記吸入チューブを第１方向に流れ、流れ方向が反転されて上記両基質部を流れ、流れ方向が再度反転されて上記排出管を流れ、
   上記吸入チューブに設けられた混合器と、上記吸入チューブにおける上記ハウジングの外側の部分に固定された注入器とを備え、
   上記混合器は、上記ハウジング内における上記注入器が備えられている位置よりも下流側の位置に配置されていることを特徴とする排気処理装置。
2. 上記バッフル板は、上記吸入チューブと結合するための、周囲に延伸したフランジを備えている、請求項１に記載の排気処理装置。
3. 上記バッフル板は、上記第１基質部を支持する壁部を有する第１凹部と、上記第２基質部を支持する壁部を有する第２凹部とを備えていることを特徴とする請求項２に記載の排気処理装置。
4. 上記第１基質部を支持する第１缶部を備え、
   上記第１凹部の上記壁部は、上記第１缶部の溶接を行うための互いに離間して配置された複数の開口部を備えていることを特徴とする請求項３に記載の排気処理装置。
5. 上記バッフル板は、上記両基質部の上記第１端部を横切って延伸しており、上記両基質部と上記第１チャンバとを連通させるための当該バッフル板を貫通する穴部を備えていることを特徴とする請求項１に記載の排気処理装置。
6. 上記ハウジングは、金属内殻と、上記金属内殻を覆う断熱材と、上記断熱材を覆う金属外殻とを備えていることを特徴とする請求項１に記載の排気処理装置。
7. 上記吸入チューブは、当該吸入チューブから周囲への熱損失を低減するために上記第１基質部および上記第２基質部の両方の近傍に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の排気処理装置。
8. 上記バッフル板は、サイズの異なる複数の穴部を備えており、それら複数の穴部のうちの最もサイズの大きい穴部は上記吸入チューブの上記第２端部に最も近い位置に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の排気処理装置。
9. 上記隔壁は、上記バッフル板に対して実質的に平行に延伸していることを特徴とする請求項１に記載の排気処理装置。
10. 上記第１チャンバおよび第２チャンバは、当該排気処理装置における互いに反対側の端部に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の排気処理装置。
11. ハウジングと、
    互いの流れ方向が平行になるように上記ハウジング内に配置された第１基質部および第２基質部と、
    上記ハウジングの外側に配置された第１端部と上記ハウジングの内側に配置された第２開口端部とを有する吸入チューブと、
    上記ハウジングの外側に配置された第１端部と上記ハウジングの内側に配置された第２開口端部とを有する排出管と、
    上記ハウジング内に配置された第１隔壁と、
    上記第１隔壁によって規定された、上記両基質部の第１端部および上記吸入チューブの第２端部と連通した第１チャンバと、
    上記第１基質部を支持する第１缶部と、
    上記ハウジング内に上記第１隔壁と離間して配置された第２隔壁と、
    上記第２隔壁によって上記第１チャンバとは異なる位置であって上記第１チャンバとは離間した位置に規定された、上記両基質部の第２端部および上記排出管の第２開口端部と連通した第２チャンバとを備え、
    上記吸入チューブは上記第２チャンバ、上記第１隔壁、および上記第２隔壁を通って上記第１チャンバまで伸び、
    上記第１隔壁は、上記第１缶部の溶接を行うための互いに離間して配置された複数の開口部を有していることを特徴とする排気処理装置。
12. 上記吸入チューブは、当該吸入チューブから周囲への熱損失を低減するために上記第１基質部および上記第２基質部の両方の近傍に配置されていることを特徴とする請求項１１に記載の排気処理装置。
13. 上記第１チャンバおよび上記第２チャンバは、当該排気処理装置における互いに反対側の端部に配置されていることを特徴とする請求項１２に記載の排気処理装置。
14. 上記ハウジングは、内殻部と、上記内殻部を覆う断熱材と、上記断熱材を覆う外殻部とを備えていることを特徴とする請求項１３に記載の排気処理装置。
15. 上記第１隔壁は、サイズの異なる複数の穴部を備えており、それら複数の穴部のうちの最もサイズの大きい穴部は上記吸入チューブの上記第２端部に最も近い位置に配置されていることを特徴とする請求項１４に記載の排気処理装置。
16. 上記第１隔壁は、上記第２隔壁に対して実質的に平行に延伸していることを特徴とする請求項１５に記載の排気処理装置。
17. 上記第１隔壁は、上記第１基質部および上記第２基質部を支持していることを特徴とする請求項１１に記載の排気処理装置。
18. 上記吸入チューブに設けられた混合器と、上記吸入チューブにおける上記ハウジングの外側の部分に固定された注入器とを備え、
    上記混合器は、上記ハウジング内における上記注入器が備えられている位置よりも下流側の位置に配置されていることを特徴とする請求項１１に記載の排気処理装置。
19. 上記ハウジングは、上記第１隔壁および上記第２隔壁に対して実質的に平行に延伸する第１端板および第２端板を備えていることを特徴とする請求項１１に記載の排気処理装置。

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