JP6167031B2 - Exhaust gas purification device - Google Patents

Exhaust gas purification device Download PDF

Info

Publication number
JP6167031B2
JP6167031B2 JP2013253415A JP2013253415A JP6167031B2 JP 6167031 B2 JP6167031 B2 JP 6167031B2 JP 2013253415 A JP2013253415 A JP 2013253415A JP 2013253415 A JP2013253415 A JP 2013253415A JP 6167031 B2 JP6167031 B2 JP 6167031B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
urea water
exhaust gas
collision
injection
collision plate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2013253415A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2015110929A (en
Inventor
堀内 康弘
康弘 堀内
由晴 野々山
由晴 野々山
中 市川
中 市川
潤一 松尾
潤一 松尾
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Denso Corp
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Denso Corp
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Denso Corp, Toyota Motor Corp filed Critical Denso Corp
Priority to JP2013253415A priority Critical patent/JP6167031B2/en
Publication of JP2015110929A publication Critical patent/JP2015110929A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6167031B2 publication Critical patent/JP6167031B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)
  • Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)

Description

本発明は、排気ガス浄化装置に関し、詳細には内燃機関の排気通路に配置された還元触媒により排気ガス中の有害成分を還元浄化する排気ガス浄化装置に関する。   The present invention relates to an exhaust gas purification device, and more particularly to an exhaust gas purification device that reduces and purifies harmful components in exhaust gas using a reduction catalyst disposed in an exhaust passage of an internal combustion engine.

内燃機関の排気浄化システムの一つに尿素SCRシステムが知られている。その尿素SCRシステムでは排気通路に排気ガス中のNOxを選択的に還元浄化するための還元触媒(SCR触媒、NOx選択還元触媒、SCRF)が設けられる。その還元触媒の上流には、排気ガス中に還元剤としての尿素水を排気通路に噴射する噴射弁(添加弁)が設けられる。そして、還元触媒において、尿素水から生成されたアンモニアでNOxを窒素と水とに分解する還元反応が行われる。   A urea SCR system is known as one of exhaust gas purification systems for internal combustion engines. In the urea SCR system, a reduction catalyst (SCR catalyst, NOx selective reduction catalyst, SCRF) for selectively reducing and purifying NOx in the exhaust gas is provided in the exhaust passage. An injection valve (addition valve) for injecting urea water as a reducing agent into the exhaust gas into the exhaust passage is provided upstream of the reduction catalyst. In the reduction catalyst, a reduction reaction is performed in which NOx is decomposed into nitrogen and water with ammonia generated from the urea water.

還元触媒でNOxの還元浄化を効果的に行うためには、噴射弁から噴射された液状の還元剤を微粒化して排気ガス中に広い範囲で分散させる必要がある。そこで、従来では、尿素水を効率よく分散(微粒化、蒸発)させるために、還元触媒の前段(上流)の排気通路を旋回流型通路とした技術の提案がある(特許文献1参照)。この特許文献1の技術では、旋回流型通路に尿素水が噴射され、噴射された尿素水及び排気ガスは旋回流型通路を旋回流で通過するので、尿素水及び排気ガスが還元触媒に到達するまでの距離、つまり尿素水の分散距離をかせぐことができる。   In order to effectively reduce and purify NOx with the reduction catalyst, it is necessary to atomize the liquid reducing agent injected from the injection valve and disperse it in a wide range in the exhaust gas. Therefore, conventionally, in order to efficiently disperse (atomize and evaporate) urea water, there is a proposal of a technique in which the exhaust passage upstream (upstream) of the reduction catalyst is a swirling flow passage (see Patent Document 1). In the technique disclosed in Patent Document 1, urea water is injected into the swirling flow type passage, and the injected urea water and exhaust gas pass through the swirling flow type passage in a swirling flow, so that the urea water and the exhaust gas reach the reduction catalyst. It is possible to earn a distance until the end, that is, a dispersion distance of urea water.

米国特許出願公開第2012/0216513号明細書US Patent Application Publication No. 2012/0216513

ところで、この種の排気浄化システムにおいては、還元剤の噴射量が多くなると旋回流型通路の通路壁に還元剤が蒸発せずに滞留してしまう。還元剤が通路壁に滞留すると壁温が低下し、より還元剤の蒸発が滞る。その結果、エミッション量に応じて供給すべき還元剤の還元触媒への到達量の精度が、通路壁に滞留した還元剤量によって大幅に悪化する。また、通路壁に滞留した還元剤は時間をおいて蒸発し還元触媒に到達することがあり、この場合には、想定した量より多い還元剤が還元触媒に供給されてしまい、還元浄化に寄与しない還元剤が還元触媒から下流側に放出されるスリップという現象が発生してしまう。   By the way, in this type of exhaust purification system, if the injection amount of the reducing agent increases, the reducing agent stays on the passage wall of the swirling flow passage without evaporating. When the reducing agent stays on the passage wall, the wall temperature decreases, and the evaporation of the reducing agent is further delayed. As a result, the accuracy of the amount of the reducing agent to be supplied according to the amount of emission reaching the reduction catalyst is greatly deteriorated by the amount of the reducing agent staying on the passage wall. In addition, the reducing agent staying on the passage wall may evaporate over time and reach the reduction catalyst. In this case, more reducing agent than the expected amount is supplied to the reduction catalyst, contributing to reduction purification. A phenomenon called slip is generated in which the reducing agent that is not released is released downstream from the reduction catalyst.

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、噴射弁から噴射された還元剤の還元触媒への供給精度を向上できる排気ガス浄化装置を提供することを課題とする。   This invention is made | formed in view of the said problem, and makes it a subject to provide the exhaust-gas purification apparatus which can improve the supply precision to the reduction catalyst of the reducing agent injected from the injection valve.

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配置された還元触媒と、
前記還元触媒の上流側にあって、旋回流で排気ガスが通過するように構成された旋回流型通路と、
前記還元触媒で還元反応を行わせるための還元剤を噴孔を介して前記旋回流型通路に噴射する噴射弁とを備え、
前記噴射弁には噴射角が異なる複数の前記噴孔が形成され、
前記旋回流型通路は、前記噴射弁の各噴孔の噴射角に応じた位置に設置された、各噴孔から噴射された各還元剤を衝突させる複数の衝突面を形成する衝突板を有し、
前記衝突板は、排気ガスの旋回方向に沿って湾曲した形状に形成されたことを特徴とする。
In order to solve the above problems, an exhaust gas purification apparatus of the present invention includes a reduction catalyst disposed in an exhaust passage of an internal combustion engine,
A swirl flow path on the upstream side of the reduction catalyst and configured to allow exhaust gas to pass in a swirl flow;
An injection valve that injects a reducing agent for causing a reduction reaction with the reduction catalyst into the swirling flow passage through an injection hole;
The injection valve has a plurality of injection holes with different injection angles,
The swirling flow type passage has a collision plate that is installed at a position corresponding to an injection angle of each injection hole of the injection valve and forms a plurality of collision surfaces on which each reducing agent injected from each injection hole collides. And
The collision plate is formed in a curved shape along the swirling direction of the exhaust gas .

本発明によれば、旋回流型通路に衝突板が設置されているので、噴射弁の噴孔から噴射された還元剤の大部分が衝突板に衝突し、衝突した還元剤の一部は反発し微粒化してガス流に乗って下流の還元触媒に到達し、残りの大部分は衝突板上で熱をもらって蒸発し気化して下流の還元触媒に到達する。そして、本発明では、噴射弁には噴射角が異なる複数の噴孔が形成されており、各噴孔に応じた位置ごとに還元剤を衝突させる衝突面を形成しているので、1つの噴孔から噴射させる還元剤の噴射量を減らすことができ、結果、1つの衝突面で受け持つべき還元剤の蒸発に必要な熱量を減らすことができる。そのため、各衝突面の温度低下を抑制でき、旋回流型通路に還元剤が滞留してしまうのを抑制できる。ゆえに、還元触媒への還元剤の供給精度を向上できる。   According to the present invention, since the collision plate is installed in the swirl flow type passage, most of the reducing agent injected from the injection hole of the injection valve collides with the collision plate, and a part of the colliding reducing agent is repelled. Then, it atomizes and rides on the gas flow to reach the downstream reduction catalyst, and most of the remaining part receives heat on the collision plate and evaporates and vaporizes to reach the downstream reduction catalyst. In the present invention, the injection valve is formed with a plurality of injection holes having different injection angles, and a collision surface for colliding the reducing agent is formed at each position corresponding to each injection hole. The amount of reducing agent injected from the hole can be reduced, and as a result, the amount of heat required for evaporation of the reducing agent to be handled on one collision surface can be reduced. For this reason, it is possible to suppress the temperature drop of each collision surface, and it is possible to suppress the reductant from staying in the swirling flow path. Therefore, the supply accuracy of the reducing agent to the reduction catalyst can be improved.

排気浄化システムを示した図である。It is the figure which showed the exhaust gas purification system. 図1のII−II線で排気通路を切ったときの断面図である。It is sectional drawing when an exhaust passage is cut along the II-II line of FIG. 添加弁のノズルの拡大図である。It is an enlarged view of the nozzle of an addition valve. 衝突板の面積の考え方を説明する図であり、添加弁、衝突板及び尿素水噴霧を示した図である。It is a figure explaining the view of the area of a collision board, and is a figure showing an addition valve, a collision board, and urea water spray. 式9中のkと、尿素水温度TMとの関係を示した図である。It is the figure which showed the relationship between k in Formula 9, and urea water temperature TM. 変形例1に係るスパイラルミキサーの断面図である。6 is a cross-sectional view of a spiral mixer according to Modification 1. FIG. 変形例2に係るスパイラルミキサーの断面図である。10 is a cross-sectional view of a spiral mixer according to Modification 2. FIG.

以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。図1は、車両に搭載された排気浄化システム1を示している。先ず、排気浄化システム1の構成を説明する。排気浄化システム1は、本発明の「排気ガス浄化装置」に相当し、内燃機関としてのディーゼルエンジン2(以下、単にエンジンという)から排出される排気ガスを浄化するシステムである。詳細には、排気浄化システム1は、排気ガス中のNOxを浄化する尿素SCRシステムを含む形で構成されている。その排気浄化システム1では、エンジン2に円筒状の排気通路3が接続されており、エンジン2から排出された排気ガスはその排気通路3を流れて車両外に排出されるようになっている。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows an exhaust purification system 1 mounted on a vehicle. First, the configuration of the exhaust purification system 1 will be described. The exhaust purification system 1 corresponds to the “exhaust gas purification device” of the present invention, and is a system that purifies exhaust gas discharged from a diesel engine 2 (hereinafter simply referred to as an engine) as an internal combustion engine. Specifically, the exhaust purification system 1 is configured to include a urea SCR system that purifies NOx in the exhaust gas. In the exhaust purification system 1, a cylindrical exhaust passage 3 is connected to the engine 2, and exhaust gas discharged from the engine 2 flows through the exhaust passage 3 and is discharged outside the vehicle.

排気通路3には、排気ガス中の有害成分の一つであるHCやCOを酸化浄化する酸化触媒4(DOC:Diesel Oxidation Catalyst)が配置されている。その酸化触媒4は、排気通路3の通路壁との間で隙間が無い状態で配置される。酸化触媒4は、例えば、ウォールスルータイプのセラミック製ハニカムや金属製のメッシュなどに、HC、COの酸化反応を促進させる触媒成分(例えば、Pt(白金)やPd(パラジウム)など)を担持した構造となっている。   An oxidation catalyst 4 (DOC: Diesel Oxidation Catalyst) that oxidizes and purifies HC and CO, which are one of harmful components in the exhaust gas, is disposed in the exhaust passage 3. The oxidation catalyst 4 is arranged with no gap between the exhaust catalyst 3 and the passage wall of the exhaust passage 3. The oxidation catalyst 4 carries, for example, a catalyst component (for example, Pt (platinum) or Pd (palladium)) that promotes the oxidation reaction of HC and CO on a wall-through type ceramic honeycomb or metal mesh. It has a structure.

酸化触媒4の活性は温度による依存性が高く、低温ではほとんど酸化作用はない。そのため、エンジン2の始動後に早めに酸化触媒4を暖めてHCやCOの酸化浄化を促進するために、酸化触媒4は後述するSCRF5よりも上流(エンジン2に近い側)に配置されている。また、酸化触媒4は、酸化反応により排気ガスを昇温して、昇温した排気ガスによりSCRF5に堆積した粒子状物質(PM、すす)を燃焼除去する役割も担っている。   The activity of the oxidation catalyst 4 is highly dependent on temperature, and has little oxidizing action at low temperatures. Therefore, in order to warm the oxidation catalyst 4 early after the engine 2 is started and promote the oxidation purification of HC and CO, the oxidation catalyst 4 is arranged upstream of the SCRF 5 described later (side closer to the engine 2). The oxidation catalyst 4 also has a role of raising the temperature of the exhaust gas by an oxidation reaction and burning and removing particulate matter (PM, soot) deposited on the SCRF 5 by the heated exhaust gas.

なお、図1では図示していないが、エンジン2と酸化触媒4の間には、例えば排気ガスからエネルギーを回収する過給器のタービン(可変ノズルターボ(VNT))(図示外)が配置されている。   Although not shown in FIG. 1, between the engine 2 and the oxidation catalyst 4, for example, a turbocharger turbine (variable nozzle turbo (VNT)) (not shown) that recovers energy from exhaust gas is disposed. ing.

酸化触媒4の下流の排気通路3には、排気ガス中のNOxを選択的に還元浄化するSCRF(Selective Catalytic Reduction Filter)5が配置されている。そのSCRF5は、排気通路3の通路壁との間で隙間が無い状態で配置される。SCRF5は、NOxのSCR(選択触媒還元)を促進する触媒成分(SCR触媒)を含有するとともに、排気ガス中の粒子状物質を捕獲する機能も有している。SCRF5は、例えば、ウォールスルータイプのセラミック製ハニカムに触媒成分を担持した構造となっている。排気ガスは、SCRF5の多孔性の隔壁を通過しながら下流に流れ、その間に排気ガス中の粒子状物質がSCRF5に捕集される。   An SCRF (Selective Catalytic Reduction Filter) 5 that selectively reduces and purifies NOx in the exhaust gas is disposed in the exhaust passage 3 downstream of the oxidation catalyst 4. The SCRF 5 is arranged in a state where there is no gap with the passage wall of the exhaust passage 3. SCRF5 contains a catalyst component (SCR catalyst) that promotes SCR (selective catalytic reduction) of NOx, and also has a function of capturing particulate matter in exhaust gas. The SCRF 5 has a structure in which, for example, a catalyst component is supported on a wall-through type ceramic honeycomb. The exhaust gas flows downstream while passing through the porous partition walls of SCRF 5, and particulate matter in the exhaust gas is collected by SCRF 5 during that time.

SCRF5に含有されている触媒成分は、尿素水から生成されたアンモニア(NH3)とNOxとの還元反応として例えば下記式1、式2、式3の還元反応を促進させるものであり、例えばバナジウム、モリブデン、タングステン等の卑金属酸化物である。このように、排気ガスがSCRF5を通過する間に、NOxは例えば下記式1、式2、式3により水や窒素に分解(浄化)する。なお、SCRF5に代えて、通常のSCR触媒、すなわち粒子状物質の捕集機能を有せず、NOxの還元浄化のみを行うタイプの触媒を採用しても良い。
4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O ・・・(式1)
6NO2+8NH3→7N2+3H2O ・・・(式2)
NO+NO2+2NH3→2N2+3H2O ・・・(式3)
The catalyst component contained in SCRF5 promotes the reduction reaction of, for example, the following formula 1, formula 2, and formula 3 as a reduction reaction between ammonia (NH3) generated from urea water and NOx, such as vanadium, Base metal oxides such as molybdenum and tungsten. Thus, while the exhaust gas passes through the SCRF 5, NOx is decomposed (purified) into water and nitrogen by, for example, the following formula 1, formula 2, and formula 3. Instead of SCRF5, a normal SCR catalyst, that is, a catalyst that does not have a particulate matter collecting function and performs only NOx reduction purification may be employed.
4NO + 4NH3 + O2 → 4N2 + 6H2O (Formula 1)
6NO2 + 8NH3 → 7N2 + 3H2O (Formula 2)
NO + NO2 + 2NH3 → 2N2 + 3H2O (Formula 3)

なお、SCRF5は無尽蔵にアンモニアを貯蔵できるわけではなく、SCRF5に貯蔵できるアンモニアの最大貯蔵量は、SCRF5の温度(触媒温度)によって変化する。触媒温度が急激に下がった場合や、SCRF5にアンモニア(尿素水)が過剰供給された場合には、SCRF5からアンモニアが放出されるアンモニアスリップという現象が発生する。そのため、SCRF5の下流の排気通路には、SCRF5から放出されたアンモニアを浄化するための酸化触媒が設けられることがある。   In addition, SCRF5 cannot store ammonia inexhaustably, and the maximum amount of ammonia that can be stored in SCRF5 varies depending on the temperature (catalyst temperature) of SCRF5. When the catalyst temperature rapidly decreases or when ammonia (urea water) is excessively supplied to the SCRF 5, a phenomenon called ammonia slip in which ammonia is released from the SCRF 5 occurs. For this reason, an oxidation catalyst for purifying ammonia released from SCRF 5 may be provided in the exhaust passage downstream of SCRF 5.

酸化触媒4とSCRF5の間の排気通路31は、排気ガスを旋回流で通過させる、つまり旋回流を生じさせる旋回流型通路に構成されている。以下では、旋回流型通路をスパイラルミキサーという。スパイラルミキサー31の長さ、つまり酸化触媒4とSCRF5の間の長さは、例えば50mm〜100mm程度となっている。スパイラルミキサー31は、後述する添加弁6から添加された尿素水(尿素水噴霧)を排気ガス中に分散させて、尿素水と排気ガスとの混じりを良くするための通路である。そのスパイラルミキサー31は、該スパイラルミキサー31の外周壁を構成する円筒状の外筒311と、その外筒311の中心軸線L1上に配置されてその中心軸線L1の方向に伸びた棒状のボス312と、外筒311及びボス312に溶接接続されてボス312の外周に沿ってスパイラル状(らせん状)に形成された旋回流板313とを備えている。   The exhaust passage 31 between the oxidation catalyst 4 and the SCRF 5 is configured as a swirling flow passage that allows the exhaust gas to pass in a swirling flow, that is, generates a swirling flow. Hereinafter, the swirl flow path is referred to as a spiral mixer. The length of the spiral mixer 31, that is, the length between the oxidation catalyst 4 and the SCRF 5, is about 50 mm to 100 mm, for example. The spiral mixer 31 is a passage for dispersing urea water (urea water spray) added from an addition valve 6 described later in the exhaust gas so as to improve the mixing of the urea water and the exhaust gas. The spiral mixer 31 includes a cylindrical outer cylinder 311 constituting the outer peripheral wall of the spiral mixer 31, and a rod-shaped boss 312 arranged on the central axis L1 of the outer cylinder 311 and extending in the direction of the central axis L1. And a swirl flow plate 313 which is welded to the outer cylinder 311 and the boss 312 and formed in a spiral shape (spiral shape) along the outer periphery of the boss 312.

図2は、図1のII−II線(スパイラルミキサー31の入口領域において軸線L1に直交する線)でスパイラルミキサー31を切ったときの断面図である。図1、図2に示すように、スパイラルミキサー31には、添加弁6から添加された尿素水を衝突させる衝突板314が設けられている。後述するように、添加弁6には尿素水の噴射角が異なる複数の噴孔が形成されているが、衝突板314は添加弁6の各噴射角に応じた位置に複数設けられている。具体的には、本実施形態では、2つの衝突板314a、314b(2つの衝突面)が設けられている。   FIG. 2 is a cross-sectional view of the spiral mixer 31 taken along the line II-II in FIG. 1 (a line perpendicular to the axis L1 in the inlet region of the spiral mixer 31). As shown in FIGS. 1 and 2, the spiral mixer 31 is provided with a collision plate 314 that causes the urea water added from the addition valve 6 to collide. As will be described later, the addition valve 6 is formed with a plurality of injection holes having different injection angles of urea water, but a plurality of collision plates 314 are provided at positions corresponding to the injection angles of the addition valve 6. Specifically, in this embodiment, two collision plates 314a and 314b (two collision surfaces) are provided.

各衝突板314a、314bは旋回流板313に溶接等で接続されている。各衝突板314a、314bは、添加弁6が尿素水を添加する領域であるスパイラルミキサー31の入口領域にて、衝突板314a、314bの板表面(衝突面)が添加弁6の側に向く形で、旋回流板313に接続されている。具体的には、スパイラルミキサー31の中で最も上流側に配置された旋回流板313aの板面に第1の衝突板314aの周縁が接続されている。また、第1の衝突板314aは、第2の衝突板314bよりもスパイラルミキサー31の半径方向内側(ボス312寄り)の位置に配置されている。つまり、第1の衝突板314aは、第2の衝突板314bよりも内側の位置にて、最上流の旋回流板313aの板面から起立する形で配置されている。   Each of the collision plates 314a and 314b is connected to the swirl flow plate 313 by welding or the like. Each of the collision plates 314a and 314b has a shape in which the plate surfaces (collision surfaces) of the collision plates 314a and 314b face toward the addition valve 6 in the inlet region of the spiral mixer 31 where the addition valve 6 adds urea water. And connected to the swirling flow plate 313. Specifically, the peripheral edge of the first collision plate 314a is connected to the plate surface of the swirl flow plate 313a arranged on the most upstream side in the spiral mixer 31. Further, the first collision plate 314a is arranged at a position on the inner side in the radial direction of the spiral mixer 31 (closer to the boss 312) than the second collision plate 314b. That is, the first collision plate 314a is arranged in a form standing from the plate surface of the most upstream swirl flow plate 313a at a position inside the second collision plate 314b.

また、図1に示すように、最上流の旋回流板313aよりも下流に配置された旋回流板313bの板面には、第2の衝突板314bの周縁が接続されている。第2の衝突板314bは、第1の衝突板314aよりも半径方向外側(外筒311寄り)の位置に配置されている。つまり、第2の衝突板314bは、第1の衝突板314aよりも外側の位置にて、下流側の旋回流板313bの板面から起立する形で配置されている。なお、第2の衝突板314bは下流側の旋回流板313bに接続されているが、第2の衝突板314bの一部がスパイラルミキサー31の入口領域(尿素水の添加領域)に入り込んでいる。   Moreover, as shown in FIG. 1, the periphery of the 2nd collision board 314b is connected to the board surface of the swirl flow board 313b arrange | positioned downstream from the most swirl flow board 313a. The second collision plate 314b is disposed at a position radially outward (closer to the outer cylinder 311) than the first collision plate 314a. In other words, the second collision plate 314b is disposed so as to stand up from the plate surface of the downstream swirl flow plate 313b at a position outside the first collision plate 314a. Although the second collision plate 314b is connected to the downstream swirl flow plate 313b, a part of the second collision plate 314b enters the inlet region (urea water addition region) of the spiral mixer 31. .

また、各衝突板314a、314bは、例えば外筒311の断面形状(円状)の曲率や旋回流板313の曲率に応じた曲率の円弧状(図2の方向から見て円弧状)に形成されている。なお、衝突板314a、314bは、添加弁6から添加された尿素水が衝突するのであれば円弧状でなくても良いし、また、どこに接続されたとしても良い。例えば、各衝突板314a、314bを、他の部材を介して外筒311に接続しても良い。   Moreover, each collision board 314a, 314b is formed in the circular arc shape (arc shape seeing from the direction of FIG. 2) of curvature according to the curvature of the cross-sectional shape (circular shape) of the outer cylinder 311 or the curvature of the swirling flow plate 313, for example. Has been. The collision plates 314a and 314b do not have to be arcuate as long as the urea water added from the addition valve 6 collides, and may be connected anywhere. For example, the collision plates 314a and 314b may be connected to the outer cylinder 311 via other members.

また、各衝突板314a、314bの面積(大きさ)は、スパイラルミキサー31内に尿素水が滞留するのを抑制することと、排気ガスの流れが阻害されるのを抑制することの両立を図ることができるように、設定されている。その面積の考え方の詳細は後述する。なお、衝突板314a、314bを含むスパイラルミキサー31の各部材は、排気ガスや尿素水による腐食を防止するために耐腐食性のある金属(例えばステンレス)で形成されている。   In addition, the area (size) of each of the collision plates 314a and 314b aims to achieve both the suppression of retention of urea water in the spiral mixer 31 and the inhibition of the flow of exhaust gas. It is set so that you can. Details of the concept of the area will be described later. Each member of the spiral mixer 31 including the collision plates 314a and 314b is made of a corrosion-resistant metal (for example, stainless steel) in order to prevent corrosion due to exhaust gas or urea water.

スパイラルミキサー31の外周壁、つまり外筒311には、スパイラルミキサー31内に尿素水(還元剤)を添加する本発明の「噴射弁」としての添加弁6が配置されている。具体的には、添加弁6は、スパイラルミキサー31の入口領域において外筒311が延びた方向に直交する方向に尿素水を噴射するように、別の言い方をすると、その入口領域に配置された各衝突板314a、314bに向けて尿素水を噴射するように、配置されている。添加弁6が配置される外筒311の部分には開口が形成されており、その開口には添加弁6を装着するための筒状部62(図2参照)が取り付けられている。添加弁6はその筒状部62に装着されている。   An addition valve 6 as an “injection valve” of the present invention for adding urea water (reducing agent) into the spiral mixer 31 is disposed on the outer peripheral wall of the spiral mixer 31, that is, the outer cylinder 311. Specifically, in other words, the addition valve 6 is disposed in the inlet region of the spiral mixer 31 so as to inject urea water in a direction orthogonal to the direction in which the outer cylinder 311 extends. It arrange | positions so that urea water may be injected toward each collision board 314a, 314b. An opening is formed in a portion of the outer cylinder 311 in which the addition valve 6 is disposed, and a cylindrical portion 62 (see FIG. 2) for mounting the addition valve 6 is attached to the opening. The addition valve 6 is attached to the cylindrical portion 62.

添加弁6は、ガソリンエンジンの筒内または吸気ポート内に燃料を噴射する燃料噴射弁(インジェクタ)と同様の構造を有している。すなわち、添加弁6は、電磁ソレノイド等からなる駆動部と、尿素水を流通させる尿素水通路やノズル61(先端噴出口、図3参照)を開閉するためのニードルを有する弁本部とを備えた電磁式開閉弁として構成されている。そして、電磁ソレノイドが通電されると、その通電に伴いニードルが開弁方向に移動し、そのニードルの移動に伴いノズル61から尿素水が噴射される。   The addition valve 6 has the same structure as a fuel injection valve (injector) that injects fuel into a cylinder or an intake port of a gasoline engine. That is, the addition valve 6 includes a drive unit composed of an electromagnetic solenoid and the like, and a valve main unit having a urea water passage through which urea water flows and a needle for opening and closing a nozzle 61 (front end outlet, see FIG. 3). It is configured as an electromagnetic on-off valve. When the electromagnetic solenoid is energized, the needle moves in the valve opening direction along with the energization, and urea water is injected from the nozzle 61 as the needle moves.

図3はノズル61の拡大図である。図3に示すように、ノズル61の先端面には、尿素水の噴射口となる噴孔として、第1の噴射角で尿素水71を噴射する第1の噴孔611と、第1の噴射角とは異なる第2の噴射角で尿素水72を噴射する第2の噴孔612とが形成されている。なお、図3では、第1の噴孔611、612は単一の噴孔として図示しているが、第1の噴射角に設定された複数の噴孔から第1の噴孔611が構成されたとしても良い。同様に、第2の噴射角に設定された複数の噴孔から第2の噴孔612が構成されたとしても良い。   FIG. 3 is an enlarged view of the nozzle 61. As shown in FIG. 3, a first injection hole 611 for injecting urea water 71 at a first injection angle as a nozzle hole serving as an injection hole for urea water, and a first injection on the tip surface of the nozzle 61. A second injection hole 612 for injecting the urea water 72 at a second injection angle different from the angle is formed. In FIG. 3, the first nozzle holes 611 and 612 are illustrated as a single nozzle hole, but the first nozzle hole 611 is configured by a plurality of nozzle holes set at the first injection angle. It's okay. Similarly, the second nozzle hole 612 may be configured from a plurality of nozzle holes set at the second injection angle.

第1の噴孔611から噴射された尿素水71が第1の衝突板314aに衝突するように、第1の噴孔611の噴射角(第1の噴射角)及び第1の衝突板314aの設置位置が調整されている。第2の噴孔612から噴射された尿素水72が第2の衝突板314bに衝突するように、第2の噴孔612の噴射角(第2の噴射角)及び第2の衝突板314bの設置位置が調整されている。つまり、第1の噴孔611からは第1の衝突板314aの方に向けて尿素水71が噴射され、第2の噴孔612からは第2の衝突板314bの方に向けて尿素水72が噴射される。ここで、それぞれの衝突板314a、314bは、添加弁6の各噴孔611、612に応じた位置に設置されているが、各噴孔611、612に応じた位置とは、各噴孔611、612から噴射された尿素水が各衝突板314a、314bに衝突するように、各噴孔611、612から噴射される尿素水の方向に各衝突板314a、314bが位置していることを意味する。   The injection angle (first injection angle) of the first injection hole 611 and the first collision plate 314a so that the urea water 71 injected from the first injection hole 611 collides with the first collision plate 314a. The installation position has been adjusted. The injection angle (second injection angle) of the second injection hole 612 and the second collision plate 314b are adjusted so that the urea water 72 injected from the second injection hole 612 collides with the second collision plate 314b. The installation position has been adjusted. That is, the urea water 71 is jetted from the first nozzle hole 611 toward the first collision plate 314a, and the urea water 72 is jetted from the second nozzle hole 612 toward the second collision plate 314b. Is injected. Here, the respective collision plates 314 a and 314 b are installed at positions corresponding to the respective injection holes 611 and 612 of the addition valve 6, but the positions corresponding to the respective injection holes 611 and 612 are the respective injection holes 611. , 612 means that the collision plates 314a, 314b are positioned in the direction of the urea water injected from the nozzle holes 611, 612 so that the urea water injected from the nozzles 612, 314b collides with the collision plates 314a, 314b. To do.

なお、排気浄化システム1には、尿素水を貯蔵する尿素水タンク(図示外)、尿素水タンクと添加弁6の間を繋ぐ配管(図示外)、尿素水タンクから尿素水を汲み上げて配管を通じて添加弁6側に吐出するポンプ(図示外)、配管内の尿素水の圧力を所定圧力となるように調整するレギュレータ(図示外)、添加弁6を駆動制御する制御回路(図示外)等が設けられている。その制御回路は、添加弁6を間欠駆動して、エンジン2の運転状態に応じた尿素水量、言い換えるとエンジン2から排出されるNOx量に応じた尿素水量を添加弁6で噴射させる。   The exhaust purification system 1 includes a urea water tank (not shown) for storing urea water, a pipe (not shown) connecting the urea water tank and the addition valve 6, and pumping urea water from the urea water tank through the pipe. A pump (not shown) that discharges to the addition valve 6 side, a regulator (not shown) that adjusts the pressure of urea water in the pipe to a predetermined pressure, a control circuit (not shown) that controls the addition valve 6, etc. Is provided. The control circuit intermittently drives the addition valve 6 and causes the addition valve 6 to inject a urea water amount corresponding to the operating state of the engine 2, in other words, a urea water amount corresponding to the NOx amount discharged from the engine 2.

次に、衝突板314の面積の考え方の詳細を説明する。図4は、衝突板314の面積の考え方を説明する図であり、添加弁6、衝突板314及び尿素水噴霧を示している。なお、図4には、尿素水噴霧として、1つの噴孔(第1の噴孔611又は第2の噴孔612)から噴射される尿素水噴霧を符号「7」で示し、その尿素水噴霧7のうち衝突板314に到達する尿素水噴霧を符号「73」で示し、衝突板314に到達しない尿素水噴霧を符号「74」で示している。また、衝突板314に到達した尿素水噴霧73のうち衝突板314で反発(反射)する噴霧を符号75で示し、衝突板314に滞留する尿素水(滞留尿素水)を符号「76」で示している。さらに、滞留尿素水76が衝突板314から熱をもらって蒸発した場合に、その蒸発した噴霧を符号「77」で示している。   Next, details of the concept of the area of the collision plate 314 will be described. FIG. 4 is a diagram for explaining the concept of the area of the collision plate 314, showing the addition valve 6, the collision plate 314, and urea water spray. In FIG. 4, urea water spray injected from one nozzle hole (first nozzle hole 611 or second nozzle hole 612) is indicated by reference numeral “7” as urea water spray, and the urea water spray is shown in FIG. 4. 7, the urea water spray that reaches the collision plate 314 is indicated by a symbol “73”, and the urea water spray that does not reach the collision plate 314 is indicated by a symbol “74”. Further, of the urea water spray 73 that has reached the collision plate 314, the spray repelled (reflected) by the collision plate 314 is indicated by reference numeral 75, and the urea water that stays in the collision plate 314 (retained urea water) is indicated by reference numeral "76". ing. Further, when the staying urea water 76 evaporates by receiving heat from the collision plate 314, the evaporated spray is indicated by reference numeral “77”.

1つの噴孔(第1の噴孔611又は第2の噴孔612)からm(g)の尿素水噴霧7が噴射され、そのm(g)の尿素水噴霧7のうちの滞留尿素水76の割合をξ(0<ξ<1)とすると、滞留尿素水76を全て蒸発させるのに必要な熱量Qは、以下の式4で示される。なお、式4において、qvは尿素水の気化熱であり、cは尿素水の比熱であり、ΔTは滞留尿素水76を蒸発させるまでに必要な温度上昇である。また、k=(qv+cΔT)×ξである。
Q=(qv+cΔT)×ξ×m=k×m ・・・(式4)
From one nozzle hole (first nozzle hole 611 or second nozzle hole 612), m (g) urea water spray 7 is jetted, and the staying urea water 76 in the m (g) urea water spray 7 is injected. The amount of heat Q required to evaporate all the retained urea water 76 is expressed by the following equation (4) where ξ is 0 (0 <ξ <1). In Equation 4, qv is the heat of vaporization of the urea water, c is the specific heat of the urea water, and ΔT is the temperature increase required to evaporate the staying urea water 76. Further, k = (qv + cΔT) × ξ.
Q = (qv + cΔT) × ξ × m = k × m (Formula 4)

熱量Qは、以下の式5のように、排気ガスから滞留尿素水76への熱伝達量Qgと、衝突板314から滞留尿素水76への熱伝達量Qfとによってまかなわれる。
Q=Qg+Qf ・・・(式5)
The amount of heat Q is covered by the amount of heat transfer Qg from the exhaust gas to the staying urea water 76 and the amount of heat transfer Qf from the collision plate 314 to the staying urea water 76 as shown in Equation 5 below.
Q = Qg + Qf (Formula 5)

また、熱伝達量Qgは以下の式6で示される。なお、式6において、hgは排気ガスから滞留尿素水76への熱伝達率であり、β×S(0<β<1、Sは衝突板314の総面積)は尿素水で濡れた衝突板314の面積、つまり滞留尿素水76の面積である。また、Tgは排気ガスの温度であり、Tmは滞留尿素水76の温度である。
Qg=hg×β×S×(Tg−Tm) ・・・(式6)
The heat transfer amount Qg is expressed by the following formula 6. In Equation 6, hg is a heat transfer coefficient from the exhaust gas to the staying urea water 76, and β × S (0 <β <1, S is the total area of the collision plate 314) is a collision plate wetted with urea water. 314, that is, the area of the staying urea water 76. Tg is the temperature of the exhaust gas, and Tm is the temperature of the retained urea water 76.
Qg = hg × β × S × (Tg−Tm) (Formula 6)

平衡状態では、熱伝達量Qfは、排気ガスから衝突板314に伝達される熱量と等しい。したがって、熱伝達量Qfは以下の式7で示される。なお、式7において、hfは排気ガスから衝突板314への熱伝達率であり、2×Sは衝突板314の両面の面積であり、Tfは衝突板314の温度である。なお、式7中のβ×S、Tgは、式6中のβ×S、Tgと同じである。
Qf=hf×(2−β)S×(Tg−Tf) ・・・(式7)
In the equilibrium state, the heat transfer amount Qf is equal to the heat amount transferred from the exhaust gas to the collision plate 314. Therefore, the heat transfer amount Qf is expressed by the following formula 7. In Equation 7, hf is a heat transfer coefficient from the exhaust gas to the collision plate 314, 2 × S is an area of both surfaces of the collision plate 314, and Tf is a temperature of the collision plate 314. Note that β × S and Tg in Equation 7 are the same as β × S and Tg in Equation 6.
Qf = hf × (2-β) S × (Tg−Tf) (Expression 7)

式6、式7中のTgを排気浄化特性から決まる添加許容最低ガス温TGとし、添加量m(噴射量)を最大添加量Mとし、衝突板314での尿素水の蒸発速度を保つべく衝突板314の温度Tfを最低衝突板温度TFに保つことを条件とすると、上記式4〜式7及びTG、M、TFから、以下の式8を導出できる。なお、式8において、尿素水温度Tm(式6参照)として添加弁6の温度TM(添加弁6での尿素水の温度)を用いている。
k×M=hg×β×S×(TG−TM)+hf×(2−β)S×(TG−TF) ・・・(式8)
Tg in Equations 6 and 7 is the minimum allowable addition gas temperature TG determined from the exhaust purification characteristics, the addition amount m (injection amount) is the maximum addition amount M, and the collision is performed to maintain the evaporation rate of urea water on the collision plate 314. Assuming that the temperature Tf of the plate 314 is kept at the lowest collision plate temperature TF, the following equation 8 can be derived from the above equations 4 to 7 and TG, M, and TF. In Equation 8, the temperature TM of the addition valve 6 (the temperature of the urea water at the addition valve 6) is used as the urea water temperature Tm (see Equation 6).
k * M = hg * [beta] * S * (TG-TM) + hf * (2- [beta]) S * (TG-TF) (Equation 8)

式8から、衝突板314の面積Sの式を求めると以下の式9となる。なお、式9において、αは、スパイラルミキサー31の容積や排気浄化システム1を搭載する車種などに応じた補正係数であり、例えば、0.8〜1.2の値をとる。また、kは、上述したように、k=(qv+cΔT)×ξであるが、ΔT=尿素水の沸点−尿素水温度TMとすると、kは尿素水温度TMに対して図5のように変化、つまり尿素水温度TMが高いほど小さい値となる。   When the expression of the area S of the collision plate 314 is obtained from Expression 8, the following Expression 9 is obtained. In Expression 9, α is a correction coefficient corresponding to the volume of the spiral mixer 31, the vehicle type on which the exhaust purification system 1 is mounted, and takes a value of 0.8 to 1.2, for example. Further, k is k = (qv + cΔT) × ξ as described above. However, when ΔT = the boiling point of urea water−the urea water temperature TM, k changes as shown in FIG. 5 with respect to the urea water temperature TM. That is, the higher the urea water temperature TM, the smaller the value.

Figure 0006167031
Figure 0006167031

式6、式7より、面積Sが大きいほど滞留尿素水76(図4参照)への熱伝達量Qg、Qfが大きくなるので、滞留尿素水76を蒸発させやすくできる。しかし、面積Sが大きくなると、衝突板314の存在により排気ガスが流れにくくなるので、エネルギー損失が大きくなってしまう(高圧損)。反対に、面積Sが小さいと、排気ガスのエネルギー損失は小さくなるものの(低圧損)、熱伝達量Qg、Qfが小さくなってしまい、滞留尿素水76の蒸発速度が低下してしまう。式9によれば、添加弁6から多量の尿素水(最大添加量Mの尿素水)が添加された場合であっても、滞留尿素水76の蒸発速度を一定レベルに保持できる必要最小限の面積S(最低衝突板温度TFに保持できる面積S)を求めることができる。   From Equations 6 and 7, the heat transfer amounts Qg and Qf to the retained urea water 76 (see FIG. 4) increase as the area S increases, so that the retained urea water 76 can be easily evaporated. However, when the area S is increased, the exhaust gas is less likely to flow due to the presence of the collision plate 314, and thus energy loss increases (high pressure loss). On the contrary, if the area S is small, the energy loss of the exhaust gas is small (low pressure loss), but the heat transfer amounts Qg and Qf are small, and the evaporation rate of the retained urea water 76 is lowered. According to Equation 9, even if a large amount of urea water (maximum addition amount M urea water) is added from the addition valve 6, the minimum necessary amount that can maintain the evaporation rate of the retained urea water 76 at a constant level. The area S (the area S that can be maintained at the lowest collision plate temperature TF) can be obtained.

図1、図2の各衝突板314a、314bの面積は式9により求めた面積に設定されている。第1の衝突板314aの面積を求める際には、式9の最大添加量Mとして、第1の噴孔611から添加される尿素水71(図3参照)の最大添加量M1を用いる。同様に、第2の衝突板314bの面積を求める際には、式9の最大添加量Mとして、第2の噴孔612から添加される尿素水72(図3参照)の最大添加量M2を用いる。   The area of each of the collision plates 314a and 314b in FIGS. 1 and 2 is set to the area obtained by Expression 9. When obtaining the area of the first collision plate 314a, the maximum addition amount M1 of the urea water 71 (see FIG. 3) added from the first nozzle hole 611 is used as the maximum addition amount M of Equation 9. Similarly, when obtaining the area of the second collision plate 314b, the maximum addition amount M2 of the urea water 72 (see FIG. 3) added from the second nozzle hole 612 is set as the maximum addition amount M of Equation 9. Use.

また、第1の衝突板314aの面積と第2の衝突板314bの面積は同じでも良いし、異ならせても良い。同じの場合には、第1の噴孔611からの最大添加量M1と、第2の噴孔612からの最大添加量M2とが同じとなるように、それら噴孔611、612を設計する。面積を異ならせる場合には、例えば、スパイラルミキサー31の外筒311側に位置する第2の衝突板314bのほうを、第1の衝突板314aよりも大きくする。外筒311側の第2の衝突板314bを大きくしたほうが、スパイラルミキサー31内の空間を有効に使うことができ、排気ガスの流れが阻害されるのを抑制できる。この場合、第2の噴孔612からの最大添加量M2のほうが、第1の噴孔611からの最大添加量M1よりも多くなるように、それら噴孔611、612を設計する。   Further, the area of the first collision plate 314a and the area of the second collision plate 314b may be the same or different. In the same case, the injection holes 611 and 612 are designed so that the maximum addition amount M1 from the first injection hole 611 and the maximum addition amount M2 from the second injection hole 612 are the same. In the case of different areas, for example, the second collision plate 314b located on the outer cylinder 311 side of the spiral mixer 31 is made larger than the first collision plate 314a. If the second collision plate 314b on the outer cylinder 311 side is enlarged, the space in the spiral mixer 31 can be used more effectively, and the flow of exhaust gas can be prevented from being hindered. In this case, the injection holes 611 and 612 are designed so that the maximum addition amount M2 from the second injection hole 612 is larger than the maximum addition amount M1 from the first injection hole 611.

以上が排気浄化システム1の構成である。次に、排気浄化システム1の作用を説明する。添加弁6を制御する制御回路はエンジン2の運転状態に応じた量の尿素水を添加弁6に添加させる。添加弁6から尿素水が添加されると、第1の噴孔611から添加された尿素水71(図2参照)の大部分は第1の衝突板314aに衝突する。第1の衝突板314aの面積は式9により最適な面積に設定されているので、第1の衝突板314aに衝突した尿素水71は、排気ガスや第1の衝突板314aから熱をもらって速やかに蒸発(微粒化)する。同様に、第2の噴孔612から添加された尿素水72(図2参照)の大部分は第2の衝突板314bに衝突する。第2の衝突板314bの面積は式9により最適な面積に設定されているので、第2の衝突板314bに衝突した尿素水72は、排気ガスや第2の衝突板314bから熱をもらって速やかに蒸発(微粒化)する。   The above is the configuration of the exhaust purification system 1. Next, the operation of the exhaust purification system 1 will be described. The control circuit that controls the addition valve 6 causes the urea valve to be added in an amount corresponding to the operating state of the engine 2. When urea water is added from the addition valve 6, most of the urea water 71 (see FIG. 2) added from the first nozzle hole 611 collides with the first collision plate 314a. Since the area of the first collision plate 314a is set to an optimum area by Equation 9, the urea water 71 that collides with the first collision plate 314a quickly receives heat from the exhaust gas or the first collision plate 314a. Evaporate (atomize). Similarly, most of the urea water 72 (see FIG. 2) added from the second nozzle hole 612 collides with the second collision plate 314b. Since the area of the second collision plate 314b is set to an optimum area according to Equation 9, the urea water 72 that has collided with the second collision plate 314b quickly receives heat from the exhaust gas or the second collision plate 314b. Evaporate (atomize).

各衝突板314a、314bに衝突し微粒化した尿素噴霧は、スパイラルミキサー31内の広い範囲に満遍なく散らばって、排気ガスとともに旋回流板313に囲まれたスパイラル状の通路を通過し、旋回流となってSCRF5の上流側表面に到達する。なお、尿素水は、SCRF5の内部で又はSCRF5に到達する前に、加水分解によりアンモニア(NH3)に変換される。そして、SCRF5にて、アンモニアとNOxとが反応して、NOxが還元浄化される。   The finely atomized urea spray that collides with each of the collision plates 314a and 314b is scattered evenly over a wide area in the spiral mixer 31, passes through the spiral passage surrounded by the swirling flow plate 313 together with the exhaust gas, And reaches the upstream surface of SCRF5. The urea water is converted into ammonia (NH 3) by hydrolysis inside the SCRF 5 or before reaching the SCRF 5. Then, at SCRF5, ammonia reacts with NOx, and NOx is reduced and purified.

以上説明したように、本実施形態によれば、添加弁による尿素水の添加方向(噴射角)を2方向に分けているので、1方向当たりの添加量を減らすことができ、尿素水を分散させやすくできる。そして、各添加方向(噴射角)ごとに衝突板を設けているので、1つの衝突板で受け持つべき尿素水の蒸発に必要な熱量を減らすことができ、衝突板を必要以上に大きくしなくても衝突板の温度低下を抑制できる。よって、スパイラルミキサー内に尿素水が滞留してしまうのを抑制でき、その結果、SCRFへの尿素水(アンモニア)の応答性を向上でき、アンモニアスリップを抑制できる。また、各衝突板は互いに分離しているので、衝突板間で熱の授受を抑えることができる。   As described above, according to this embodiment, since the addition direction (injection angle) of urea water by the addition valve is divided into two directions, the addition amount per direction can be reduced, and the urea water is dispersed. It can be made easy. And since the collision plate is provided for each addition direction (injection angle), it is possible to reduce the amount of heat necessary for the evaporation of urea water to be handled by one collision plate, and to make the collision plate larger than necessary. Also, the temperature drop of the collision plate can be suppressed. Therefore, it can suppress that urea water stagnates in a spiral mixer, As a result, the responsiveness of urea water (ammonia) to SCRF can be improved, and ammonia slip can be suppressed. Further, since the collision plates are separated from each other, heat transfer between the collision plates can be suppressed.

(変形例1)
以下、本実施形態の排気浄化システムの変形例を説明する。図6は、変形例1に係るスパイラルミキサー32の断面図である。図6において、図2のスパイラルミキサー31と同一の構成には同一の符号を付している。図6のスパイラルミキサー32では、図2と同様に、添加弁からは2方向に尿素水が添加され、各方向ごとに尿素水を衝突させる衝突板314c、314d(衝突面)が設けられる。それら衝突板314c、314dが連結部材315により互いに連結されている。その連結部材315には、排気ガスを通すための複数の穴316が形成されている。つまり、連結部材315はパンチングメタル状に形成されている。
(Modification 1)
Hereinafter, modifications of the exhaust purification system of the present embodiment will be described. FIG. 6 is a cross-sectional view of the spiral mixer 32 according to the first modification. In FIG. 6, the same components as those of the spiral mixer 31 of FIG. In the spiral mixer 32 of FIG. 6, as in FIG. 2, urea water is added in two directions from the addition valve, and collision plates 314 c and 314 d (collision surfaces) that collide the urea water are provided in each direction. The collision plates 314c and 314d are connected to each other by a connecting member 315. The connecting member 315 has a plurality of holes 316 through which exhaust gas passes. That is, the connecting member 315 is formed in a punching metal shape.

これら衝突板314c、314d、連結部材315は、例えば、1枚の金属平板(ステンレス板)の一部をパンチングメタル状に加工した後、そのパンチングメタル状の部分を境にして図6のように段差状に加工することで、得られる。   The collision plates 314c and 314d and the connecting member 315 are formed, for example, by processing a part of one metal flat plate (stainless steel plate) into a punching metal shape and then using the punching metal portion as a boundary as shown in FIG. It can be obtained by processing in steps.

このように、変形例1では、2つの衝突板314c、314dが連結されているので、それら衝突板314c、314dをスパイラルミキサー32内に容易に設置することができる。別の言い方をすると、衝突板314c、314dの位置決めが容易となる。また、連結部材315はパンチングメタル状となっているので、衝突板314c、314d間の熱の授受を極力抑えることができる。また、排気ガスは、衝突板314c、314d間、つまり連結部材315を通過することができるので、圧損の増加を抑えることができる。   As described above, in the first modification, since the two collision plates 314c and 314d are connected, the collision plates 314c and 314d can be easily installed in the spiral mixer 32. In other words, the collision plates 314c and 314d can be easily positioned. Further, since the connecting member 315 has a punching metal shape, heat transfer between the collision plates 314c and 314d can be suppressed as much as possible. Further, since the exhaust gas can pass between the collision plates 314c and 314d, that is, through the connecting member 315, an increase in pressure loss can be suppressed.

なお、連結部材315に代えて、衝突板314c、314dを例えば棒材で連結しても良い。これによっても、衝突板314c、314dを容易に設置できるとともに、圧損の増加を抑えることができる。   Instead of the connecting member 315, the collision plates 314c and 314d may be connected by a bar, for example. This also makes it possible to easily install the collision plates 314c and 314d and suppress an increase in pressure loss.

(変形例2)
図7は、変形例2に係るスパイラルミキサー33の断面図である。図7において、図2のスパイラルミキサー31と同一の構成には同一の符号を付している。図7のスパイラルミキサー33では、添加弁6は、尿素水の噴霧を3方向に噴射するように構成、つまり異なる噴射角に設定された3つの噴孔が形成されている。そして、各噴霧が衝突する3つの衝突板314e、314f、314gが設けられている。各衝突板314e、314f、314gの面積は、式9により設定されている。
(Modification 2)
FIG. 7 is a cross-sectional view of a spiral mixer 33 according to the second modification. In FIG. 7, the same components as those of the spiral mixer 31 shown in FIG. In the spiral mixer 33 of FIG. 7, the addition valve 6 is configured to inject the spray of urea water in three directions, that is, three injection holes set at different injection angles are formed. And the three collision plates 314e, 314f, and 314g with which each spray collides are provided. The areas of the collision plates 314e, 314f, and 314g are set according to Equation 9.

このように、噴霧を3つに分割し、各噴霧ごとに衝突板を設けることで、1つの噴孔から添加する尿素水量をさらに減らすことができ、1つの衝突板で受け持つべき尿素水の蒸発に必要な熱量をさらに減らすことができるので、より一層、スパイラルミキサー内に尿素水が滞留するのを抑制できる。なお、噴霧の分割数及び衝突板の設置数は2つ、3つに限らず、何個であっても良い。   In this way, by dividing the spray into three and providing a collision plate for each spray, the amount of urea water added from one nozzle hole can be further reduced, and the evaporation of urea water to be handled by one collision plate Therefore, it is possible to further reduce the retention of urea water in the spiral mixer. The number of spray divisions and the number of collision plates installed are not limited to two or three, but may be any number.

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載を逸脱しない限度で種々の変更が可能である。例えば、上記実施形態では、スパイラルミキサーのボスが、排気通路の中心軸線と同軸線上に配置された例を説明したが、その中心軸線からずれた位置にボスを配置しても良い。また、SCR触媒の上流に、酸化触媒付のDPF(Diesel Particulate Filter)を配置した排気浄化システムに本発明を適用しても良い。この場合、図1の酸化触媒4に代えて、酸化触媒付のDPFが配置される。また、還元触媒(SCRF、SCR触媒)の上流に酸化触媒が配置されていない排気浄化システムに本発明を適用しても良い。   In addition, this invention is not limited to the said embodiment, A various change is possible to the limit which does not deviate from description of a claim. For example, in the above-described embodiment, the example in which the boss of the spiral mixer is disposed on the same axis as the central axis of the exhaust passage has been described. However, the boss may be disposed at a position shifted from the central axis. Further, the present invention may be applied to an exhaust purification system in which a DPF (Diesel Particulate Filter) with an oxidation catalyst is disposed upstream of the SCR catalyst. In this case, a DPF with an oxidation catalyst is arranged instead of the oxidation catalyst 4 of FIG. Further, the present invention may be applied to an exhaust purification system in which an oxidation catalyst is not disposed upstream of a reduction catalyst (SCRF, SCR catalyst).

1 排気浄化システム(排気ガス浄化装置)
2 ディーゼルエンジン(内燃機関)
3 排気通路
4 酸化触媒
5 SCRF(還元触媒)
31、32、33 スパイラルミキサー(旋回流型通路)
314 衝突板
6 添加弁(噴射弁)
611、612 噴孔
1 Exhaust gas purification system (exhaust gas purification device)
2 Diesel engine (internal combustion engine)
3 Exhaust passage 4 Oxidation catalyst 5 SCRF (reduction catalyst)
31, 32, 33 Spiral mixer (swirl type passage)
314 Collision plate 6 Addition valve (injection valve)
611, 612 injection hole

Claims (4)

内燃機関(2)の排気通路(3)に配置された還元触媒(5)と、
前記還元触媒の上流側にあって、旋回流で排気ガスが通過するように構成された旋回流型通路(31、32、33)と、
前記還元触媒で還元反応を行わせるための還元剤を噴孔を介して前記旋回流型通路に噴射する噴射弁(6)とを備え、
前記噴射弁には噴射角が異なる複数の前記噴孔(611、612)が形成され、
前記旋回流型通路は、前記噴射弁の各噴孔の噴射角に応じた位置に設置された、各噴孔から噴射された各還元剤を衝突させる複数の衝突面を形成する衝突板(314)を有し、
前記衝突板は、排気ガスの旋回方向に沿って湾曲した形状に形成されたことを特徴とする排気ガス浄化装置(1)。
A reduction catalyst (5) disposed in the exhaust passage (3) of the internal combustion engine (2);
A swirl flow path (31, 32, 33) that is upstream of the reduction catalyst and is configured to allow exhaust gas to pass in a swirl flow;
An injection valve (6) for injecting a reducing agent for performing a reduction reaction with the reduction catalyst into the swirling flow passage through an injection hole;
The injection valve is formed with a plurality of injection holes (611, 612) having different injection angles,
The swirl flow passage is installed at a position corresponding to the injection angle of each injection hole of the injection valve, and forms a collision plate (314) that forms a plurality of collision surfaces that collide with each reducing agent injected from each injection hole. ) have a,
The exhaust gas purification device (1) , wherein the collision plate is formed in a curved shape along a swirling direction of the exhaust gas.
前記複数の衝突面は、前記複数の衝突面の間を排気ガスが通過可能な部材(315)により相互に連結されたことを特徴とする請求項1に記載の排気ガス浄化装置。   The exhaust gas purification device according to claim 1, wherein the plurality of collision surfaces are connected to each other by a member (315) through which the exhaust gas can pass between the plurality of collision surfaces. 前記複数の衝突面は大きさが異なっており、
前記噴射弁の各噴孔は、各噴孔に割り当てられた前記衝突面が大きいほど多量の前記還元剤を噴射するように設定されたことを特徴とする請求項1又は2に記載の排気ガス浄化装置。
The plurality of collision surfaces have different sizes,
3. The exhaust gas according to claim 1, wherein each injection hole of the injection valve is set such that a larger amount of the reducing agent is injected as the collision surface assigned to each injection hole is larger. Purification equipment.
前記還元剤は尿素水であり、
前記還元触媒は、尿素水から生成されたアンモニアで排気ガス中のNOxを還元させる触媒であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の排気ガス浄化装置。
The reducing agent is urea water;
The exhaust gas purification device according to any one of claims 1 to 3, wherein the reduction catalyst is a catalyst that reduces NOx in exhaust gas with ammonia generated from urea water.
JP2013253415A 2013-12-06 2013-12-06 Exhaust gas purification device Expired - Fee Related JP6167031B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013253415A JP6167031B2 (en) 2013-12-06 2013-12-06 Exhaust gas purification device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013253415A JP6167031B2 (en) 2013-12-06 2013-12-06 Exhaust gas purification device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2015110929A JP2015110929A (en) 2015-06-18
JP6167031B2 true JP6167031B2 (en) 2017-07-19

Family

ID=53525918

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013253415A Expired - Fee Related JP6167031B2 (en) 2013-12-06 2013-12-06 Exhaust gas purification device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6167031B2 (en)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6120333B2 (en) * 2014-05-15 2017-04-26 株式会社ユタカ技研 Exhaust gas purification device
JP6545572B2 (en) * 2015-08-21 2019-07-17 日野自動車株式会社 Exhaust purification system
JP6680621B2 (en) * 2016-06-02 2020-04-15 株式会社Soken Exhaust gas purification device for internal combustion engine
DE102016211703A1 (en) * 2016-06-29 2018-01-04 Robert Bosch Gmbh Mixer device for an exhaust aftertreatment system of a motor vehicle, exhaust aftertreatment system and motor vehicle
CN106285863B (en) * 2016-10-18 2018-11-13 南京依柯卡特排放技术股份有限公司 A kind of diesel vehicle urea double helix binary vortices SCR mixers
DE112018003392B4 (en) * 2017-08-02 2024-06-13 Robert Bosch Gmbh MULTIPLE DEF INJECTION CONCEPT TO REDUCE THE RISK OF FORMATION OF SOLID DEPOSITS IN DIESEL AFTERTREATMENT SYSTEMS
WO2019025870A1 (en) 2017-08-02 2019-02-07 Robert Bosch Gmbh Def injection strategy for multiple injection systems
CN109882273A (en) * 2019-03-12 2019-06-14 无锡威孚力达催化净化器有限责任公司 Light-duty diesel vehicle compact post-processes cartridge type encapsulating structure
CN114412620B (en) * 2021-12-21 2023-08-18 潍柴动力股份有限公司 SCR mixer and vehicle

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2947003B1 (en) * 2009-06-19 2015-04-10 Faurecia Sys Echappement EXHAUST LINE WITH INJECTION SYSTEM
JP2013002335A (en) * 2011-06-15 2013-01-07 Toyota Industries Corp Exhaust gas after-treatment device
EP2749748A4 (en) * 2011-08-25 2015-01-21 Toyota Motor Co Ltd Exhaust gas purification device for internal combustion engine

Also Published As

Publication number Publication date
JP2015110929A (en) 2015-06-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6167031B2 (en) Exhaust gas purification device
US9441522B2 (en) Mounting assembly for a reductant injector
US8359832B2 (en) SCR reductant mixer
US7748212B2 (en) Exhaust aftertreatment system with flow distribution
EP3030767B1 (en) Method, apparatus and system for aftertreatment of exhaust gas
US8991160B2 (en) Reductant aqueous solution mixing device and exhaust aftertreatment device provided with the same
KR101758217B1 (en) Reducing agent mixing apparatus having liquid drop preventing function
JP5534925B2 (en) Exhaust gas purification system for internal combustion engine
US20110030343A1 (en) Scr reductant deposit removal
US9302223B2 (en) Mixing element
EP3433475B1 (en) Exhaust after-treatment system
US20150308316A1 (en) Integrated mixing system for exhaust aftertreatment system
JP4961847B2 (en) Exhaust gas purification method and exhaust gas purification system
US20140286832A1 (en) Exhaust system
JP2009085050A (en) Additive injection valve, additive injection device and exhaust emission control system
JP4830570B2 (en) Exhaust gas purification system
JP6182500B2 (en) Exhaust gas purification device
JP2016109004A (en) Exhaust emission control device
JP2016079960A (en) Exhaust emission control system
EP3379046B1 (en) Exhaust gas aftertreatment system
JP6166027B2 (en) Exhaust gas purification device
WO2021050819A1 (en) Exhaust gas and reductant mixer for an aftertreatment system
JP2009091976A (en) Exhaust emission control device for internal combustion engine
US20140041370A1 (en) Exhaust Treatment System for Internal Combustion Engine
JP2015212530A (en) Injection device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20160401

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20170330

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20170330

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20170512

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20170602

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20170626

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6167031

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees