JP5714844B2

JP5714844B2 - 排気ガス浄化装置

Info

Publication number: JP5714844B2
Application number: JP2010161910A
Authority: JP
Inventors: 寿行鬼澤; 智春本木
Original assignee: Hino Motors Ltd; Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Hino Motors Ltd; Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2010-07-16
Filing date: 2010-07-16
Publication date: 2015-05-07
Anticipated expiration: 2030-07-16
Also published as: JP2012021505A; WO2012008570A1

Description

本発明は、ディーゼルエンジン等の内燃機関から排出される排気ガスを浄化する排気ガス浄化装置に関するものである。

ディーゼルエンジン等の内燃機関の排気ガス中からＮＯｘ（窒素酸化物）を還元除去する排気ガス浄化装置として、排気通路中に配置された選択的還元触媒（ＳＣＲ：Selective Catalytic Reduction）の上流側で還元剤（尿素水）を噴射し、排気ガスの熱で尿素を加水分解してアンモニアを生成し、排気ガスとともにＳＣＲに流入させて、排気ガス中のＮＯｘを窒素等に効率的に分解して浄化する技術が知られている（例えば、特許文献１，２参照）。

このような排気ガス浄化装置の一態様として、排気通路中に排気ガスと尿素水とを混合する混合部（ミキサーチャンバー）４を設けたものがある。この混合部４は、図３に示すように排気ガス入口部４ａと排気ガス出口部４ｂとが直交して形成されており、排気ガスが排気ガス入口部４ａから排気ガス出口部４ｂへ流れるようになっている。また混合部４の一側面に尿素水噴射装置７が取り付けられ、尿素水噴射装置７より尿素水を排気通路３に向けて混合部４内に噴射している。このとき、尿素と排気ガスを混合するために、図４に示すように混合部４にフィン４１，４１を設け、排気ガスをフィン４１，４１に沿って旋回させている。

特開２０００−３０３８２６号公報特開２００３−１８４５４２号公報

ところで、尿素水噴射装置７から混合部４内に噴射された尿素水が、旋回しながら混合部４内に入ってくる排気ガスの流れの影響を受けて噴射口７０側に戻ってしまい、混合部内壁４０に付着したり、キャップ６壁面を伝わって尿素水噴射装置７の先端部に付着し、それが原因で混合部内壁４０や尿素水噴射装置７の先端部が腐食してしまう場合があった。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、還元剤（尿素水）が噴射口側に戻ることなく、混合部内壁や尿素水噴射装置の先端部が腐食しないようにした排気ガス浄化装置を提供することにある。

上記課題を解決するために本発明の排気ガス浄化装置は、内燃機関の排気通路に設けられ、選択的接触還元型触媒装置と、前記選択的接触還元型触媒装置の上流に設けられて前記排気通路に還元剤を供給する還元剤噴射装置と、前記排気通路に設けられ、前記還元剤噴射装置により噴射された還元剤を排気ガスと混合する混合部とを備え、該混合部は、混合部に流入した排気ガスが方向を変えて混合部から流出するように設定される排気ガス浄化装置において、前記混合部に風向板を設け、該風向板は前記混合部に流入した排気ガスを前記還元剤噴射装置の噴射方向に変えるように設定されていることを特徴とする。

また、前記風向板は、その一端が前記混合部の排気ガス入口部に取り付けられると共に、他端が混合部の排気ガス出口部に向かって斜めに突出して取り付けられるのが好ましい。

また、前記風向板は、複数枚設けてもよい。

前記構成によれば、混合部の排気ガス入口部に、混合部に流入した排気ガスを還元剤噴射装置の噴射方向に変えるための風向板を設けたので、排気ガスの流れが風向板によって還元剤（尿素水）の噴射する方向と同方向となり、したがって噴射された尿素水が排気ガスによって噴射口側に逆流することがない。

本発明にかかる排気ガス浄化装置によれば、還元剤（尿素水）が噴射口側に戻ることなく、混合部内壁や尿素水噴射装置の先端部が腐食しないようにすることができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る排気ガス浄化装置を示す概略図である。図２は、図１に示す排気ガス浄化装置の排気通路の混合部に取り付けた尿素水噴射装置と風向板との関係を概略的に示す断面図である。図３は、従来の排気ガス浄化装置の排気通路の混合部に取り付けた尿素水噴射装置を概略的に示す断面図である。図４は、図３の排気ガス浄化装置の混合部を排気通路側から見た概略図である。

本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて説明する。

なお、図１〜図２の本実施形態において、図３〜図４の従来例で示した部材と同等の機能を有する部材については同一の符号を付して説明する。

図１に示すように本実施形態の排気ガス浄化装置１は、エンジン（内燃機関）２の排気通路３に、上流側から順に、ディーゼルパティキュレートデフューザー装置８（以下、ＤＰＤ装置８という）、混合部（ミキサーチャンバー）４、選択的接触還元型触媒装置（Selective Catalytic Reduction）９（以下、ＳＣＲ９という）が配置されている。またＳＣＲ９の上流に還元剤噴射装置（尿素水噴射装置）７が設けられ、還元剤噴射装置７から排気通路３に還元剤（尿素水）を供給するようになっている。

ＤＰＤ装置８は、セラミックフィルターで捕集した粒子状物質（ＰＭ）を排気温度制御により効率的に燃焼させ、フィルターを生成するもので、例えば上流側に酸化触媒装置を下流側に触媒付きフィルター装置を有して構成されている。

混合部４は、還元剤を排気ガスと混合するためのもので、混合部４に流入した排気ガスが方向を変えて混合部４から流出するように設定されている。混合部４は、所定の空間を有する断面ひょうたん形の箱状に形成され、図１に示すように一側面にＤＰＤ装置８と接続する入口側接続部４３を有し、同じ一側面であって還元剤噴射装置７の噴射方向に排気通路３と接続する出口側接続部４４を有している。混合部４の出口側接続部４４とは反対側の他側面に、取付板４２を介して還元剤噴射装置７が取り付けられている。入口側接続部４３は、ＤＰＤ装置８からの排気ガスを混合部４内に流入する入口であり、出口側接続部４４は、混合部４内の排気ガスと還元剤を排気通路３へ流出する出口である。混合部４には、入口側接続部４３と出口側接続部４４の間の流路に排気ガス入口部４ａが形成され、出口側接続部４４に向かう側の流路に排気ガス出口部４ｂが形成されている。

ＳＣＲ９は、排気ガス中のＮＯｘに対してアンモニアと選択的に反応させることにより、ＮＯｘを窒素に還元して浄化するものである。エンジン２の出口からＳＣＲ９までの排気通路３中に還元剤（尿素水）を噴射し、排気ガスと還元剤とを混合して排気ガスの熱で尿素を加水分解してアンモニアを発生させ、発生したアンモニアをＳＣＲ９で排気ガス中のＮＯｘに対して選択的に反応させることによりＮＯｘを窒素に還元して浄化している。

ＳＣＲ９の上流側に配置される還元剤噴射装置７は、前記したように混合部４の一側面に取付板４２を介して取り付けられ、還元剤を噴射する噴射口７０が排気通路３の中心線Ｘの延長上に配置され、還元剤は、排気通路３の軸方向（排気ガス出口部４ｂ側）へ向けて混合部４内に噴射される。還元剤噴射装置７は、図示しない還元剤噴射制御装置（コントロールユニット）により、図示しない貯蔵タンクから図示しない配管を経由して供給されてくる還元剤を混合部４内に直接噴射する。

噴射した還元剤が、排気ガスの流れによって噴射口７０側へ戻ることがないように、排気ガスの流れを還元剤の噴射方向と同方向にさせる必要がある。

本発明の大きな特徴は、混合部４の排気ガス入口部４ａに風向板５を設け、この風向板５は混合部４に流入した排気ガスを還元剤噴射装置７の噴射方向に変えるように設定されていることにある。

風向板５は、例えば板厚が３ｍｍ程度の平板状の鉄板で形成され、図２に示すように、混合部４の排気ガス入口部４ａから排気ガス出口部４ｂに向かって、排気ガスの流れ方向に対して垂直な軸周りに傾斜されている。すなわち、風向板５は、所定間隔を隔てて複数枚（図示の例では３枚）平行に配置され、その一端５０が排気ガス入口部４ａに取り付けられると共に、他端５１が排気ガス出口部４ｂへ向けて斜めに突出して排気ガス出口部４ｂに取り付けられている。風向板５の一端５０から他端５１に向けての傾斜角度θは、図２の紙面上方から見て還元剤噴射装置７近傍の混合部内壁４０に対して、例えば４０度から５０度の範囲で設けられ、混合部４に流入した排気ガスを還元剤噴射装置７の噴射方向に変えるように設定されている。

風向板５を設けることによって、混合部４に流入した排気ガスは、風向板５に沿って積極的に曲げられて還元剤噴射装置７の噴射方向に変えられることになる。また、風向板５を複数枚取り付けることで隙間を作り、排気ガスを強く効率的に流すことができる。

このような構成による排気ガス浄化装置１によれば、排気ガスは、エンジン２の出口から排気通路３を経てＤＰＤ装置８で排気ガス中の粒子状物質（ＰＭ）が燃焼され、さらに排気ガスは、ＳＣＲ９より上流側の還元剤噴射装置７から噴射される還元剤と混合部４で混合され、排気ガスの熱で尿素を加水分解してアンモニアを発生させ、発生したアンモニアをＳＣＲ９で排気ガス中のＮＯｘと選択的に反応させてＮＯｘを還元して浄化する。

このとき、本発明では、混合部４の排気ガス入口部４ａに、混合部４に流入した排気ガスを還元剤噴射装置７の噴射方向に変えるための風向板５を設けているので、混合部４に流入した排気ガスは、還元剤噴射装置７の噴射方向に変えられ、噴射された還元剤が排気ガスによって噴射口７０側へ戻されることがない。

図３、図４に示す従来の排気ガス浄化装置にあっては、排気ガス入口部４ａと排気ガス出口部４ｂが直交している混合部４に流れてくる排気ガスは、混合部４を通るとき、フィン４１，４１に沿って旋回され、渦を巻いたりし、このため還元剤が噴射口７０へ逆流してしまう。本発明によれば、排気ガスが風向板５によって還元剤噴射装置７の噴射方向に変えられ、排気ガスの流れが還元剤の噴射方向と一致し、排気ガスによって還元剤を逆流させることがない。

なお、風向板５は、図２では３枚設けているが、４枚以上設けてもよく、あるいは噴射口７０に近い側に取り付けられている風向板５のみの１枚だけでもよい。また風向板５の形状は、平板状に限定されることなく、排気ガス出口部４ｂ側へ多少湾曲していてもよい。また風向板５の排気ガス出口部４ｂへの突出量は、特に限定せず、排気ガスの流れを排気ガス入口部４ａから排気ガス出口部４ｂへ曲げて還元剤噴射装置７の噴射方向に変えることができるものであればよい。要は、風向板５は、排気ガスの流れの向きを排気ガス入口部４ａから排気ガス出口部４ｂに向かって還元剤噴射装置７の噴射方向に変えることができ、排気通路３内に噴射された還元剤が、排気ガスによって噴射口７０側へ逆流するのを防ぐことがきるものであればよい。

また、本実施形態では、ＳＣＲ９の上流の排気通路３上にＤＰＤ装置８を配置した例を示したが、ＤＰＤ装置８を省略してもよい。

以上説明したように本発明によれば、排気ガスによって還元剤が噴射口７０側に戻ることがなく、混合部内壁４０や還元剤噴射装置７の先端部への還元剤の付着を防止でき、混合部内壁４０や還元剤噴射装置７の先端部が腐食しないようにすることができる。

１排気ガス浄化装置
３排気通路
４混合部（ミキサーチャンバー）
４ａ排気ガス入口部
４ｂ排気ガス出口部
５風向板
７還元剤噴射装置（尿素水噴射装置）
９選択的接触還元型触媒装置（ＳＣＲ）
５０風向板の一端
５１風向板の他端

Claims

内燃機関の排気通路に設けられた選択的接触還元型触媒装置と、前記選択的接触還元型触媒装置の上流に設けられて前記排気通路に還元剤を供給する還元剤噴射装置と、前記排気通路に設けられ、前記還元剤噴射装置により噴射された還元剤を排気ガスと混合する混合部とを備え、該混合部は、混合部に流入した排気ガスが方向を変えて混合部から流出するように設定される排気ガス浄化装置において、
前記混合部に風向板を設け、該風向板は前記混合部に流入した排気ガスを前記還元剤噴射装置の噴射方向に変えるように設定され、前記風向板は、前記還元剤噴射装置よりも上流に配置されることを特徴とする排気ガス浄化装置。
前記噴射方向は、前記混合部より下流であって前記選択的接触還元型触媒装置より上流の排気通路の下流方向である請求項１記載の排気ガス浄化装置。
前記風向板は、複数枚設けられた請求項１又は請求項２記載の排気ガス浄化装置。