JP6345628B2 - 還元剤インジェクタ用ガスケット及びそれを備えた排気ガス後処理装置 - Google Patents

還元剤インジェクタ用ガスケット及びそれを備えた排気ガス後処理装置 Download PDF

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Description

本発明は、還元剤インジェクタ用ガスケット及びそれを備えた排気ガス後処理装置に関する。
近年、排気ガス内に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化する技術として、尿素ＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction：選択触媒還元）システムが知られている。尿素ＳＣＲシステムは、アンモニアが窒素酸化物と化学反応することで窒素と水に還元されることを応用している。安全性の問題から、アンモニアではなく尿素水をタンクに入れて搭載し、この尿素水を２００℃程度の排気ガス中に噴射することにより、高温下で加水分解させアンモニアガスを得るようにしている。このアンモニアにより、窒素酸化物が還元されて窒素ガスと水蒸気が得られる。
例えば、特許文献１では、ガス集合室の下流側端部により閉塞されたミキシングパイプの後端面に対し、尿素水添加用インジェクタが同心状に装着されている。この尿素水添加用インジェクタにより、ミキシングパイプの後端部中心位置に尿素水が添加されるようにしている。通常、ミキシングパイプは排気ガスにより高温となるため、尿素水添加用インジェクタに熱が伝わらないような工夫が必要となる。
そこで、例えば特許文献２のような、インジェクタ取付部の取付面に当接され、噴射開口に対応した内側開口を有する内側プレートと、インジェクタが当接され、噴射開口に対応した外側開口を有する外側プレートと、内側プレート及び外側プレートの外周側で挟持される環状の外周側支持リングと、内側プレートの前記内側開口の周囲及び外側プレートの外側開口の周囲回で挟持される環状の内周側断熱リングとを備えたガスケットが知られている。このガスケットの内部には、内側プレート、外側プレート、外周側支持リング及び内周側断熱リングで覆われたガスケット内断熱空間が設けられている。
特許第４９２８３０４号公報 特許第５３４９７１５号公報
しかしながら、特許文献２のような還元剤インジェクタ用ガスケットでは、ガスケット内断熱空間が閉じられているので、内部に熱が滞留してしまって冷却効率が悪くなるという問題がある。
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、簡単な構成で排気管からの熱の伝達を抑制して還元剤インジェクタに伝わりにくくすることにある。
上記の目的を達成するために、この発明では、ガスケット内の断熱空間を大気に対して開放されたものにした。
具体的には、第１の発明では、フィルタ装置と、ミキシング装置とを接続する接続管のインジェクタ取付部に取り付けられる還元剤インジェクタ用ガスケットを前提とし、
上記還元剤インジェクタ用ガスケットは、
上記インジェクタ取付部の取付面に当接し、該取付面のインジェクタ挿入用開口に対応する第１開口及び還元剤インジェクタを取り付ける取付ボルトが挿入される第１ボルト挿入孔を有する第１プレートと、
上記還元剤インジェクタ側に配置され、上記インジェクタ挿入用開口に対応する第２開口及び上記取付ボルトが挿入される第２ボルト挿入孔を有する第２プレートと、
上記第１プレートと上記第２プレートとの間に形成された断熱空間とを備え、
上記還元剤インジェクタが上記インジェクタ取付部に取り付けられた状態で、上記断熱空間の少なくとも一部が上記第１プレートと上記第２プレートとの間から外気と連通している。
上記の構成によると、還元剤インジェクタの先端と取付面との間で断熱空間が介在するので、排気ガスの熱がインジェクタに伝わりにくくなり、高温が原因でインジェクタ内で尿素水溶液が変質するのが防止される。また、断熱空間が第１プレートと第２プレートとの間で外気と連通していることから熱が適度に放出されるので、断熱空間が密閉されている場合に比べて断熱効果が保たれる。
また、
上記第１プレートと上記第２プレートとの間に挟持され、上記第１開口及び第２開口を囲む環状の本体部並びに上記第１ボルト挿入孔及び上記第２ボルト挿入孔を囲む環状のボルト挿入部を有する断熱材を備え、
上記断熱空間は、上記断熱材の外周に設けられ、上記第１プレートと上記第２プレートとの間の隙間を通して側方が開放されて外気と連通し、断熱材の外周が外気に触れる構成となっている。
上記の構成によると、還元剤インジェクタの先端と取付面との間で断熱材が介在するので、排気ガスの熱がインジェクタにさらに伝わりにくくなる。また、断熱材の周囲が第１プレートと第２プレートとの間で露出していることから、外気と連通可能であり、熱が適度に放出されるので、断熱材が密閉されている場合に比べて断熱材による断熱効果が保たれる。なお、ここで「環状の」とは、少なくとも開口や孔の周りを覆っていればよく、外周が完全な円形である必要はない。断熱空間の側方が開放されているので、断熱材の外周が外気に触れるような構成となる。
第２の発明では、第１の発明において、
上記断熱材は、上記本体部と上記ボルト挿入部とが連結されて一体成形されている。
上記の構成によると、断熱材の部品点数が減ると共に、断熱材を第１プレートと第２プレートとの間における定位置に位置決めするのが容易となるので、組付効率が格段に向上する。
第３の発明の排気ガス後処理装置で、第１又は第２の発明の還元剤インジェクタ用ガスケットを備えている。
上記の構成によると、インジェクタ内の尿素水溶液が変質しない品質のよい排気ガス後処理装置が得られる。
以上説明したように、本発明によれば、還元剤インジェクタがインジェクタ取付部の取付面に取り付けられた状態で、両者の間に介在する断熱空間の少なくとも一部を第１プレートと第２プレートとの間から外気に触れるようにして熱がこもらないようにしたことにより、簡単な構成で排気管からの熱の伝達を抑制して還元剤インジェクタに伝わりにくくする。
本発明に実施形態に係る還元剤インジェクタ用ガスケットを示す正面図である。 排気ガス後処理装置を示す分解斜視図である。 排気ガス後処理装置を示す平面図である。 還元剤インジェクタ及びその周辺を拡大して示す断面図である。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図２及び図３は、本実施形態に係るとしての排気ガス後処理装置１を示し、この排気ガス後処理装置１は、フィルタ装置としてのＤＰＦ（Diesel particulate filter：ディーゼル・パーティキュレート・フィルタ）装置２と、ミキシング装置としての還元剤水溶液ミキシング装置３と、ＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction：選択還元触媒）装置４とを備えた尿素ＳＣＲシステムを構成する。これらは、ディーゼルエンジン（図示せず）からの排気ガスが流通する排気管に排気ガスの流れ方向の上流側から順に接続されている。排気ガス後処理装置１は、ディーゼルエンジンと共に、例えば油圧ショベル等の建設機械のエンジンルーム内に収容されている。
上流側のＤＰＦ装置２は、筒状のケーシング２ａを有し、その内部にＤＰＦ（図示せず）が収容されている。このＤＰＦは、内部を通過する排気ガス中の粒子状物質を捕集する役割を果たす。例えば、ケーシング２ａ内におけるＤＰＦの上流側には酸化触媒が設けられており、高温の排気ガスによってＤＰＦで捕集された粒子状物質を自己燃焼させてＤＰＦが再生されるようになっている。
ＤＰＦ装置２の出口側に接続されたミキシング装置３において、流通する排気ガス中に還元剤水溶液である尿素水溶液が添加されるようになっている。このミキシング装置３は、ＤＰＦ装置２から流出した排気ガスが流入する接続管としての第１エルボ管３ａを備えている。この第１エルボ管３ａの形状は特に限定されないが、その下流端には、ＤＰＦ装置２内の排気ガスの流れ方向にほぼ平行に延びるストレート管３ｂが接続されている。このストレート管３ｂの下流端には、第２エルボ管３ｃが接続されている。そして、第１エルボ管３ａには、ストレート管３ｂに向かって第１エルボ管３ａ内部に尿素水溶液を噴射するインジェクタ５が取り付けられている。インジェクタ５から排気ガス中に噴射された尿素水溶液は、高温の排気ガスによって熱分解されてアンモニアとなり、還元剤として排気ガスと共に、下流側のＳＣＲ装置４へ供給されるようになっている。
ＳＣＲ装置４の筒状のケース４ａの内部には、ＳＣＲ（図示せず）が収容されており、このＳＣＲは、ミキシング装置３で生成されたアンモニアを還元剤として排気ガス中の窒素酸化物を還元浄化する役割を果たす。例えば、ケース４ａ内のＳＣＲの下流側には、アンモニア低減触媒が設けられており、このアンモニア低減触媒は、ＳＣＲで使用されなかったアンモニアを酸化処理して無害化する役割を果たす。
図２及び図３に示すように、第１エルボ管３ａには、例えば、円形の平坦面よりなる取付面６ａを有するインジェクタ取付部６が形成されている。取付面６ａの中央には、インジェクタ５の噴射ノズル５ａが挿入される、略円形のインジェクタ挿入用開口６ｂが貫通形成されている。インジェクタ挿入用開口６ｂの周囲には、インジェクタ５を取り付けるための、例えば３本の取付ボルト６ｃが突設されている。取付ボルト６ｃは、インジェクタ５の仕様に合わせた本数とするとよい。取付面６ａの内部には、ストレート管３ｂに向けて徐々に内径が大きくなる凹部６ｄが設けられている。
そして、インジェクタ取付部６とインジェクタ５との間には、例えば多角形状の還元剤インジェクタ用ガスケット１０（以下、単にガスケット１０という）が装着されている。本実施形態では、八角形状のガスケット１０を示しているが、これに限定されず、他の多角形状、円形状、楕円形状でもよい。図１に拡大して示すように、ガスケット１０は、インジェクタ取付部６の取付面６ａに当接し、この取付面６ａのインジェクタ挿入用開口６ｂに対応する第１開口１１ａ及びインジェクタ５を取り付ける取付ボルト６ｃが挿入される３つの第１ボルト挿入孔１１ｂを有する、例えばステンレス製薄板状の第１プレート１１を備えている。ガスケット１０は、インジェクタ５の先端が当接し、インジェクタ挿入用開口６ｂに対応する第２開口１２ａ及び取付ボルト６ｃが挿入される３つの第２ボルト挿入孔１２ｂを有する、例えばステンレス製薄板状の第２プレート１２を備えている。第１ボルト挿入孔１１ｂ及び第２ボルト挿入孔１２ｂの個数は、取付ボルト６ｃの本数に合わせて設ければよい。
第１プレート１１及び第２プレート１２は、互いを結合するための結合用突起１３が例えば４箇所設けられている。対向する結合用突起１３は、それぞれＬ字状に折り曲げられて先端部が互いに当接することで、第１プレート１１と第２プレート１２との間に所定の空間を保てるようになっている。
そして、第１プレート１１と第２プレート１２との間には、断熱材１４が挟持されている。断熱材１４は、第１開口１１ａ及び第２開口１２ａを囲む環状の本体部１４ａ及び第１ボルト挿入孔１１ｂ及び第２ボルト挿入孔１２ｂを囲む環状のボルト挿入部１４ｂとを備えている。断熱材１４は、例えば、高温用黒鉛シートとすればよく、所定の運転時間ごとに交換可能とするとよい。本体部１４ａ及びボルト挿入部１４ｂは、環状としているが、図１に示すように、一部が直線状部分１４ｃを有していてもよい。本体部１４ａと３つのボルト挿入部１４ｂとが一体に連結されている。環状の本体部１４ａと環状のボルト挿入部１４ｂとは、お互いの環状の部分同士が交わるようにしてもよいし、直線状の連結部１４ｄで互いに繋いでもよい。断熱材１４は、インジェクタ５がインジェクタ取付部６に取り付けられた状態で、その少なくとも一部が第１プレート１１と第２プレート１２との間から露出している。本実施形態では、第１プレート１１と第２プレート１２とが、結合用突起１３の互いに当接する平坦な部分が、例えばカシメ、溶接等によって結合されており、その他の側面は開放されているので、断熱材１４の外周のほぼ全体が外気に触れるような構成となっている。
そして、断熱材１４が第１プレート１１と第２プレート１２との間の空間の全ての領域を占めるのではなく、噴射ノズル５ａの挿入部分及び取付ボルト６ｃの挿入部分の周り以外は設けられていないことから、断熱材１４の外周に断熱空間１５が確保されている。この断熱空間１５は、外気と連通している。
断熱材１４が第１プレート１１と第２プレート１２との間に挟持された、断熱空間１５を有するガスケット１０は、図２に示すように、第１ボルト挿入孔１１ｂ及び第２ボルト挿入孔１２ｂに取付ボルト６ｃが挿通され、さらにインジェクタ５に取付ボルト６ｃが挿通されて、例えばワッシャ７を通してナット８を締め付けることで、取付面６ａとインジェクタ５との間に確実に固定されるようになっている。
このように、本実施形態では、インジェクタ５の先端と取付面６ａとの間で断熱空間１５が介在するので、排気ガスの熱がインジェクタ５に伝わりにくくなり、高温が原因でインジェクタ５内で尿素水溶液が変質するのが防止される。
また、断熱空間１５が外気と連通しているので、熱が適度に放出される。このため、断熱空間１５が密閉されている場合に比べ、断熱空間１５による断熱効果が保たれる。
また本実施形態では、インジェクタ５の先端と取付面６ａとの間で断熱材１４が介在するので、排気ガスの熱がインジェクタ５にさらに伝わりにくくなっている。また、断熱材１４が外気と連通可能であり、熱が適度に放出されるので、断熱材１４が密閉されている場合に比べ、断熱材１４による断熱効果が保たれる。
本実施形態では、断熱材１４は、本体部１４ａとボルト挿入部１４ｂとが連結されて一体成形されているので、断熱材１４の部品点数が減ると共に、例えば、中央の第１開口１１ａをインジェクタ挿入用開口６ｂに位置合わせした後、いずれかのボルト挿入部１４ｂを位置決めすれば、断熱材１４全体の位置決めができるので、位置決めするのが容易となる。このため、組付効率が格段に向上している。
したがって、本実施形態に係る還元剤インジェクタ用ガスケット１０によると、簡単な構成で第１エルボ管３ａ等からの熱の伝達を抑制してインジェクタ５に伝わりにくくすることができる。また、本実施形態では、インジェクタ５内の尿素水溶液が変質しない品質のよい排気ガス後処理装置１が得られる。
（その他の実施形態）
本発明は、上記実施形態について、以下のような構成としてもよい。
すなわち、上記実施形態では、断熱材１４を設けているが、断熱材１４の部分を例えばステンレス鋼材によって構成して断熱空間１５を保つようにしてもよい。この場合、断熱材１４の場合に比べてステンレス鋼材の部分で熱が伝わりやすいが、交換の必要がなくて剛性も高い。
また、上記実施形態では、断熱材１４は、本体部１４ａとボルト挿入部１４ｂとを一体に成形しているが、これらはそれぞれ別体としてもよい。この場合、部品点数が増えて組付も面倒になるが、それぞれが広範囲で外気に触れるので、放熱しやすくなる。
なお、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物や用途の範囲を制限することを意図するものではない。
１ 排気ガス後処理装置
２ ＤＰＦ装置（フィルタ装置）
２ａ ケーシング
３ 還元剤水溶液ミキシング装置（ミキシング装置）
３ａ 第１エルボ管（接続管）
３ｂ ストレート管
３ｃ 第２エルボ管
４ ＳＣＲ装置
４ａ ケース
５ インジェクタ（還元剤インジェクタ）
５ａ 噴射ノズル
６ インジェクタ取付部
６ａ 取付面
６ｂ インジェクタ挿入用開口
６ｃ 取付ボルト
６ｄ 凹部
７ ワッシャ
８ ナット
１０ ガスケット（還元剤インジェクタ用ガスケット）
１１ 第１プレート
１１ａ 第１開口
１１ｂ 第１ボルト挿入孔
１２ 第２プレート
１２ａ 第２開口
１２ｂ 第２ボルト挿入孔
１３ 結合用突起
１４ 断熱材
１４ａ 本体部
１４ｂ ボルト挿入部
１４ｃ 直線状部分
１４ｄ 連結部
１５ 断熱空間

Claims (3)

  1. フィルタ装置と、ミキシング装置とを接続する接続管のインジェクタ取付部に取り付けられる還元剤インジェクタ用ガスケットにおいて、
    上記インジェクタ取付部の取付面に当接し、該取付面のインジェクタ挿入用開口に対応する第１開口及び還元剤インジェクタを取り付ける取付ボルトが挿入される第１ボルト挿入孔を有する第１プレートと、
    上記還元剤インジェクタ側に配置され、上記インジェクタ挿入用開口に対応する第２開口及び上記取付ボルトが挿入される第２ボルト挿入孔を有する第２プレートと、
    上記第１プレートと上記第２プレートとの間に形成された断熱空間と、
    上記第１プレートと上記第２プレートとの間に挟持され、上記第１開口及び第２開口を囲む環状の本体部並びに上記第１ボルト挿入孔及び上記第２ボルト挿入孔を囲む環状のボルト挿入部を有するシート状の断熱材とを備え、
    上記還元剤インジェクタが上記インジェクタ取付部に取り付けられた状態で、上記断熱空間は、上記断熱材の外周に設けられ、上記第１プレートと上記第２プレートとの間の上記シート状の断熱材の厚さに相当する隙間を通して側方が開放されて外気と連通し、断熱材の外周の略全体が外気に触れる構成となっている
    ことを特徴とする還元剤インジェクタ用ガスケット。
  2. 請求項１に記載の還元剤インジェクタ用ガスケットにおいて、
    上記断熱材は、上記本体部と上記ボルト挿入部とが連結されて一体成形されている
    ことを特徴とする還元剤インジェクタ用ガスケット。
  3. 請求項１又は２に記載の還元剤インジェクタ用ガスケットを備えた
    ことを特徴とする排気ガス後処理装置。
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