JP6215873B2 - 排ガス浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は、排ガス通路内に供給された還元剤を排ガスと混合するミキサーが、排ガスの流通方向で触媒コンバータよりも上流側に配設される排ガス浄化装置に関する。

ＮＯ_X 触媒の上流側に、排ガス通路に供給された尿素水等の還元剤と、排ガスとを混合させるためのミキサーが設けられるようにした排ガス浄化装置が、従来から知られており、特許文献１で開示される排ガス浄化装置のミキサーは、外側リングと、その外側リング内に同軸に配置される内側リングと、外側リングの内周面および内側リングの外周面間に設けられる複数の旋回翼とを備えるように構成され、排ガス通路を形成する排気管の内周面に前記外側リングが溶接されている。また特許文献２で開示される排ガス浄化装置のミキサーは、円盤状のプレートに、そのプレートの複数箇所での切り起こしならびに切り起こし部分の折り曲げによって複数のフィン部が設けられるとともに、切り起こしに伴う複数の開口部が形成されて成り、排気通路をそれぞれ形成する一対の排気管間に挟まれるようにして前記プレートの外周部が一対の前記排気管に固定されている。

特開２０１１−１１１９２７号公報 特開２０１１−２５２４９８号公報

ところが上記特許文献１で開示されたものでは、ミキサーの中央部を還元剤が拡散することなくそのまま流通してしまうだけでなく、ミキサーの形状が複雑であって溶接の手間がかかって製造が難しく、しかも排気管の内周面にミキサーの外周を溶接によって結合しているので溶接の手間がかかって製造が難しくなるとともに溶接に伴うスパッタ等の異物が排気管内に混入する虞があり、コストの低減および品質の確保が難しいという課題があった。

また上記特許文献２で開示されたものでは、プレートの外周部にはフィン部が配設されておらず、プレートの外周部が排気抵抗になってしまう。またミキサーを排気管に固定する構造が複雑であり、製造が難しく、コストの低減および品質の確保が難しいという課題があった。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、コストの低減および品質の確保を容易とした排ガス浄化装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、排ガス通路内に供給された還元剤を排ガスと混合するミキサーが、排ガスの流通方向で触媒コンバータよりも上流側に配設される排ガス浄化装置において、前記ミキサーが、前記排ガス通路の一部を形成する円筒部と、該円筒部の半径方向に沿って延びる複数のスリット状の開口部を有しつつ前記円筒部の一端部に外周が連設される端板部とを有して有底カップ状に形成され、前記触媒コンバータの外郭を構成する円筒状のケーシングが、該ケーシングの上流端部内に前記円筒部の一端部を嵌合させるように形成され、排ガスを前記ミキサーに導くようにして横断面形状を円形とした筒部材の下流端部と、前記円筒部の他端部とが相互に嵌合され、前記ケーシングの前記上流端部および前記筒部材の下流端部に、前記円筒部の前記一端部および前記他端部が前記排ガス通路の外側で溶接されることを特徴とする。

本発明の上記特徴によれば、ミキサーが、触媒コンバータのケーシングの上流端部と、ミキサーに排ガスを導く筒部材の下流端部とに、排ガス通路の外側で溶接されるので、スパッタ等の異物が排ガス通路内に混入することがない。しかも還元剤が溶接部に接触することがなく、溶接部が還元剤に接触し得る位置に配置されるものに比べると耐久性を高め得ることができる。またケーシングの上流端部および筒部材の下流端部と、ミキサーの円筒部の両端部とは嵌合して重なることになるので、その重なり部によって強度を高めることができる。またミキサーの周囲に排ガスの流れを阻害する部分がなく、ミキサーの有効径を大きくすることができる。

第１の実施の形態のディーゼルエンジンの排気系の要部縦断平面図である。 排ガス浄化装置の縦断面図である。 図２の３−３線断面図である。 図３の４−４線に沿う断面図である。 第２の実施の形態の排ガス浄化装置の縦断面図である。 第３の実施の形態の排ガス浄化装置の縦断面図である。

以下、本発明の実施の形態を、添付の図面を参照しながら説明する。

本発明の第１の実施の形態について図１〜図４を参照しながら説明すると、先ず図１において、デイーゼルエンジンＥの排気系１１は、排ガス中のＣＯおよびＨＣを酸化除去する第１の触媒コンバータ１２と、第１の触媒コンバータ１２よりも下流側に配置される第２の触媒コンバータ１３と、ミキサー１４とを備え、ミキサー１４は、排気系１１が有する排ガス通路１９を流通する排ガスの流通方向２８に沿って第２の触媒コンバータ１３よりも上流側に配設されるようにして第１および第２の二次触媒コンバータ１２，１３間に介設され、前記ミキサー１４には、還元剤たとえば尿素水を供給する還元剤供給装置１５が接続される。

図２を併せて参照して、第２の触媒コンバータ１３は、触媒を担持したハニカム構造のセラミックス１６が、円筒状のケーシング１７にマット１８を介して支持されて成り、排ガス中のＮＯ_X を還元除去する働きをする。

前記ミキサー１４は、前記排ガス通路１９内で前記還元剤供給装置１５から供給される還元剤を排ガスと混合して第２の触媒コンバータ１３側に導くものであり、第１の触媒コンバータ１２から導出された排ガスは、上流端が第１の触媒コンバータ１２に接続される第１の排気管２０と、第１の排気管２０および前記ミキサー１４間を結ぶ第２の排気管２１とを介して前記ミキサー１４に導かれ、第１および第２の排気管２０，２１は前記排ガス通路１９の一部をそれぞれ形成する。

図３を併せて参照して、前記ミキサー１４は、前記排ガス通路１９の一部を形成する円筒部２３と、該円筒部２３の半径方向に沿って延びる複数のスリット状の開口部２５を有しつつ前記円筒部２３の一端部に外周が連設される端板部２４とを有して有底カップ状に形成される。

前記端板部２４には、前記上流側排気管２０側に向かうにつれて小径となるようにしてテーパ状に形成される突部２４ａが設けられるとともに、前記開口部２５を相互間に形成するようにして前記円筒部２３および前記突部２４ａ間を放射状に結ぶ複数のブレード２４ｂが設けられる。

図４を併せて参照して、前記ブレード２４ｂは、そのブレード幅Ｗ（図３参照）が前記円筒部２３の半径方向に沿う外方に向かうにつれて大きく、すなわち前記円筒部２３に近接するにつれて大きくなるように形成される。しかも各ブレード２４ｂの前記半径方向に沿う中間部には、前記円筒部２３の周方向に沿う前記ブレード２４ｂの幅方向中心線Ｌまわりで同一方向、同一角度θの捩じりが付与されており、それにより各ブレード２４ｂは前記円筒部２３の軸方向に広げられ、前記捩じり角度θは前記円筒部２３および前記突部２４ａに近接するにつれて小さくなるように設定される。

前記突部２４ａおよび前記ブレード２４ｂを有する前記端板部２４および前記円筒部２３の一端部は、プレスによる深絞り加工によって形成され、端板部２４および円筒部２３の連設部は外側に膨らんだ湾曲部として形成される。

ところで前記ミキサー１４の前記円筒部２３は前記排ガス通路１９の一部を形成するものであり、前記端板部２４よりも排ガスの流通方向２８に沿う上流側で排ガス通路１９内に還元剤を供給するために、前記円筒部２３の軸方向中間部には、前記還元剤供給装置１５に接続される還元剤供給管２７が設けられる。

第２の触媒コンバータ１３の外郭を構成する円筒状の前記ケーシング１７は、該ケーシング１７の上流端部内に前記円筒部２３の一端部を嵌合させるように形成される。また前記ミキサー１４に排ガスを導くようにして横断面形状を円形とした筒部材である第２の排気管２１の下流端部と、前記円筒部２３の他端部とは相互に嵌合されるものであり、この実施の形態では、前記円筒部２３の他端部に第２の排気管２１の下流端部が嵌合される。すなわち第２の排気管２１は、前記ミキサー１４側に向かうにつれて大径となるテーパ部２１ａと、そのテーパ部２１ａの大径端に同軸に連なる円筒状の接続筒部２１ｂとを有しており、第２の排気管２１の下流端部である接続筒部２１ｂが前記円筒部２３の他端部に嵌合される。

しかも前記ケーシング１７の前記上流端部に、前記円筒部２３の前記一端部が前記排ガス通路２６の外側で溶接され、また前記円筒部２３の他端部が、前記第２の排気管２１の接続筒部２１ｂに前記排ガス通路２６の外側で溶接される。

次にこの第１の実施の形態の作用について説明すると、ミキサー１４が、排ガス通路１９の一部を形成する円筒部２３と、該円筒部２３の半径方向に沿って延びる複数のスリット状の開口部２５を有しつつ前記円筒部２３の一端部に外周が連設される端板部２４とを有して有底カップ状に形成され、第２の触媒コンバータ１３の外郭を構成する円筒状のケーシング１７が、該ケーシング１７の上流端部内に前記円筒部２３の一端部を嵌合させるように形成され、排ガスを前記ミキサー１４に導くようにして横断面形状を円形とした第２の排気管２１の下流端部が前記円筒部２３の他端部に嵌合され、前記ケーシング１７の前記上流端部および前記筒部材２１の下流端部に、前記円筒部２３の前記一端部および前記他端部が前記排ガス通路１９の外側で溶接される。

したがってスパッタ等の異物が排ガス通路１９内に混入することがない。しかも還元剤が溶接部に接触することがなく、溶接部が還元剤に接触し得る位置に配置されるものに比べると耐久性を高め得ることができる。またケーシング１７の上流端部および第２の排気管２１の下流端部と、ミキサー１４の円筒部２３の両端部とは嵌合して重なることになるので、その重なり部によって強度を高めることができる。またミキサー１４の周囲に排ガスの流れを阻害する部分がなく、ミキサー１４の有効径を大きくすることができる。

しかも前記ミキサー１４の前記端板部２４および前記円筒部２３の一端部は、プレスによる深絞り加工によって形成されるので、精度よく形成することができ、前記円筒部２３の一端部の前記ケーシング１７に対する嵌合精度を高めることができ、また端板部２４および円筒部２３の連設部は外側に膨らんだ湾曲部として形成されるので、ミキサー１４内で排ガスおよび還元剤を効率よく攪拌することができる。

本発明の第２の実施の形態について図５を参照しながら説明するが、上記第１の実施の形態に対応する部分には同一の参照符号を付して図示するのみとし、詳細な説明は省略する。

ミキサー１４には、第１の排気管２０および第２の排気管３１を介して排ガスが導かれるものであり、第１の排気管２０、第３の排気管３４およびミキサー１４でそれぞれ一部が形成される排ガス通路３２を流通する排ガスの流通方向３３に沿って第２の触媒コンバータ１３よりも上流側に前記ミキサー１４が配設される。

第２の触媒コンバータ１３の外郭を構成する円筒状の前記ケーシング１７は、該ケーシング１７の上流端部内に、前記ミキサー１４における円筒部２３の一端部を嵌合させるように形成される。また前記ミキサー１４に排ガスを導くようにして横断面形状を円形とした筒部材である第３の排気管３４の下流端部と、前記円筒部２３の他端部とは相互に嵌合されるものであり、この実施の形態では、前記円筒部２３の他端部が第３の排気管３４の下流端部に嵌合される。すなわち第３の排気管３４は、前記ミキサー１４側に向かうにつれて大径となるテーパ部３４ａと、そのテーパ部３４ａの大径端に同軸に連なる円筒状の接続筒部３４ｂとを有しており、第２の排気管３の下流端部である接続筒部３４ｂに前記円筒部２３の他端部が嵌合される。

しかも前記ケーシング１７の前記上流端部に、前記円筒部２３の前記一端部が前記排ガス通路３２の外側で溶接され、また前記円筒部２３の他端部が、前記第３の排気管３４の接続筒部３４ｂに前記排ガス通路３２の外側で溶接される。

この第２の実施の形態によっても上記第１の実施の形態と同様の効果を奏することができる。

本発明の第３の実施の形態について図６を参照しながら説明するが、上記第１および第２の実施の形態に対応する部分には同一の参照符号を付して図示するのみとし、詳細な説明は省略する。

ミキサー１４には、第１の排気管２０、第２の排気管２１および第１の触媒コンバータ１２を介して排ガスが導かれるものであり、第１の排気管２０、第２の排気管２１、第１の触媒コンバータ１２およびミキサー１４でそれぞれ一部が形成される排ガス通路３６を流通する排ガスの流通方向３７に沿って第２の触媒コンバータ１３よりも上流側に前記ミキサー１４が配設される。

第１の触媒コンバータ１２は、触媒を担持したハニカム構造のセラミックス３８が、円筒状のケーシング３９にマット４０を介して支持されて成り、排ガス中のＣＯおよびＨＣを酸化除去する働きをする。

第２の触媒コンバータ１３の外郭を構成する円筒状の前記ケーシング１７は、該ケーシング１７の上流端部内に、前記ミキサー１４における円筒部２３の一端部を嵌合させるように形成される。また第１の触媒コンバータ１２のケーシング３９は、前記ミキサー１４に排ガスを導くようにして横断面形状を円形とした筒部材として形成されており、このケーシング３９の下流端部と、前記円筒部２３の他端部とは相互に嵌合されるものであり、この実施の形態では、前記ケーシング３９の下流端部前記円筒部２３の他端部に嵌合される。

しかも前記ケーシング１７の前記上流端部に、前記円筒部２３の前記一端部が前記排ガス通路３６の外側で溶接され、また前記円筒部２３の他端部が、前記ケーシング３９の下流端部に前記排ガス通路３６の外側で溶接される。

この第３の実施の形態によっても上記第１および第２の実施の形態と同様の効果を奏することができる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明を逸脱することなく種々の設計変更を行うことが可能である。

１３・・・触媒コンバータ
１４・・・ミキサー
１７・・・ケーシング
１９，３２，３６・・・排ガス通路
２１・・・筒部材である第２の排気管
２３・・・円筒部
２４・・・端板部
２５・・・開口部
２８，３３，３７・・・流通方向
３４・・・筒部材である第３の排気管
３９・・・筒部材であるケーシング

Claims (1)

1. 排ガス通路（１９，３２，３６）内に供給された還元剤を排ガスと混合するミキサー（１４）が、排ガスの流通方向（２８，３３，３７）で触媒コンバータ（１３）よりも上流側に配設される排ガス浄化装置において、前記ミキサー（１４）が、前記排ガス通路（１９，３２，３６）の一部を形成する円筒部（２３）と、該円筒部（２３）の半径方向に沿って延びる複数のスリット状の開口部（２５）を有しつつ前記円筒部（２３）の一端部に外周が連設される端板部（２４）とを有して有底カップ状に形成され、前記触媒コンバータ（１３）の外郭を構成する円筒状のケーシング（１７）が、該ケーシング（１７）の上流端部内に前記円筒部（２３）の一端部を嵌合させるように形成され、排ガスを前記ミキサー（１４）に導くようにして横断面形状を円形とした筒部材（２１，３４，３９）の下流端部と、前記円筒部（２３）の他端部とが相互に嵌合され、前記ケーシング（１７）の前記上流端部および前記筒部材（２１，３４，３９）の下流端部に、前記円筒部（２３）の前記一端部および前記他端部が前記排ガス通路（１９，３２，３６）の外側で溶接されることを特徴とする排ガス浄化装置。

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