JP6777568B2 - 排気浄化装置 - Google Patents

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Description

本発明は、排気浄化装置に関するものである。
近年、排気管の途中に排気ガス中のパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタを備えると共に、該パティキュレートフィルタの下流側に酸素共存下でも選択的にＮＯxをアンモニアと反応させ得る選択還元型触媒を備え、該選択還元型触媒と前記パティキュレートフィルタとの間に還元剤として尿素水を添加してパティキュレートとＮＯxの同時低減を図ることが提案されている。
この場合、選択還元型触媒への尿素水の添加は、パティキュレートフィルタと選択還元型触媒との間で行われることになるため、排気ガス中に添加された尿素水がアンモニアと炭酸ガスに熱分解されるまでの十分な反応時間を確保しようとすれば、尿素水の添加位置から選択還元型触媒までの距離を長くする必要があるが、パティキュレートフィルタと選択還元型触媒とを十分な距離を隔てて離間配置させてしまうと、車両への搭載性が著しく損なわれてしまう。
このため、本発明と同じ出願人により図４に示す如きコンパクトな排気浄化装置（下記の特許文献１を参照）が既に提案されており、ここに図示している排気浄化装置では、エンジンからの排気ガス１が流通する排気管２の途中に、排気ガス１中のパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタ３と、該パティキュレートフィルタ３の下流側に酸素共存下でも選択的にＮＯxをアンモニアと反応させ得る性質を備えた選択還元型触媒４とをケーシング５，６により夫々抱持して並列に配置し、パティキュレートフィルタ３の出側と選択還元型触媒４の入側との間をＳ字構造の連絡流路７により接続し、パティキュレートフィルタ３の出側から排出された排気ガス１が逆向きに折り返されて隣の選択還元型触媒４の入側に導入されるようになっている。
ここで、前記連絡流路７は、パティキュレートフィルタ３の出側の端面を包囲し且つ該端面から出た直後の排気ガス１を略直角な向きに方向転換させつつ集合せしめるガス集合室７Ａと、該ガス集合室７Ａで集められた排気ガス１をパティキュレートフィルタ３の排気流れと逆向きに抜き出す連通管７Ｂと、該連通管７Ｂにより導かれた排気ガス１を略直角な向きに方向転換させつつ分散せしめ且つその分散された排気ガス１を選択還元型触媒４の入側に導入し得るよう該入側を包囲するガス分散室７ＣとによりＳ字構造を成すように構成されており、前記連通管７Ｂの入側端部の中心位置には、該連通管７Ｂ内に尿素水を添加するためのインジェクタ８が前記連通管７Ｂの出側へ向けて装備されている。
尚、ここに図示している例では、パティキュレートフィルタ３が抱持されているケーシング５内の前段に、排気ガス１中の未燃燃料分を酸化処理する酸化触媒９が装備されており、また、選択還元型触媒４が抱持されているケーシング６内の後段には、余剰のアンモニアを酸化処理するアンモニア低減触媒１０が装備されている。
そして、このような構成を採用すれば、パティキュレートフィルタ３により排気ガス１中のパティキュレートが捕集されると共に、その下流側の連通管７Ｂにおける入側端部でインジェクタ８から尿素水が排気ガス１中に添加されてアンモニアと炭酸ガスに熱分解され、選択還元型触媒４上で排気ガス１中のＮＯxがアンモニアにより良好に還元浄化される結果、排気ガス１中のパティキュレートとＮＯxの同時低減が図られることになる。
この際、パティキュレートフィルタ３の出側から排出された排気ガス１が連絡流路７により逆向きに折り返されてから隣の選択還元型触媒４の入側に導入されるようになっているので、尿素水の添加位置から選択還元型触媒４までの距離が長く確保され、尿素水からアンモニアが生成されるのに十分な反応時間が確保される。
しかも、パティキュレートフィルタ３と選択還元型触媒４とが並列に配置され、これらパティキュレートフィルタ３と選択還元型触媒４との間に沿うように連絡流路７が配置されているので、その全体構成がコンパクトなものとなって車両への搭載性が大幅に向上されることになる。
そして、下記の特許文献１にも開示されている通り、インジェクタ８により尿素水が添加される箇所には、図５及び図６に詳細を示す如き円筒状の連通管７Ｂにおける入側の開口部１１に対しガス集合室７Ａからの排気ガス１をガイドフィン１２，１３，１４により接線方向から導入せしめ、これにより排気ガス１に旋回流（スワール）を与えるミキサ構造１５が採用されており、この旋回流の中心にインジェクタ８から尿素水の添加を行うようにしている。
即ち、尿素水からアンモニアへの転化を更に効率良く進めるにあたっては、尿素水の気化を積極的に促進してアンモニア生成の実質的な化学反応を進める必要があるので、排気ガス１に旋回流を与えて該旋回流の中心にインジェクタ８から尿素水の添加を行い、該尿素水と連通管７Ｂの内周面とを効率良く接触させて、該連通管７Ｂの内周面からの受熱により尿素水の気化を促すようにしている。
特開２０１５−４８７１５号公報
しかしながら、斯かる従来装置にあっては、連通管７Ｂの入側の開口部１１に対しガス集合室７Ａからの排気ガス１をガイドフィン１２，１３，１４により接線方向から導入せしめて排気ガス１に旋回流を与えて排気ガス１に対する尿素水の混合性を高めるようにしているが、このように複雑な構造を用いて排気ガス１に旋回流を与える形式では、部品点数や組立工数の増加によりコストの大幅な高騰を招いてしまうことが避けられないという問題がある。
本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、複雑な構造を採用することなくシンプルな構造で還元剤の気化を促進し得る排気浄化装置を提供することを目的としている。
本発明は、パティキュレートフィルタと、その下流側に備えられて酸素共存下でも選択的にＮＯxを還元剤と反応せしめる選択還元型触媒とを夫々の入側同士が同じ方向を向くように並列に配置し、パティキュレートフィルタの出側から排出された排気ガスを逆向きに折り返して隣の選択還元型触媒の入側に導入する連絡流路を備え、該連絡流路の上流側で還元剤を添加し得るように構成した排気浄化装置であって、パティキュレートフィルタの出側の端面を包囲し且つ該端面から出た排気ガスを略直角な向きに方向転換させつつ集合せしめるガス集合室と、該ガス集合室で集められた排気ガスを排気出口から抜き出して前記選択還元型触媒の入側へ導く連通管とにより前記連絡流路の上流部分を構成すると共に、前記ガス集合室内にインジェクタにより還元剤を添加し得るように構成し、前記連通管を複数の屈曲部を介し隣の選択還元型触媒の入側に向けて段階的に折り返す一方、少なくとも最上流の屈曲部を前記パティキュレートフィルタの軸心方向から見て折れ曲がり角度を有するように形成したことを特徴とするものである。
而して、このようにすれば、還元剤を添加された排気ガスの流れが複数の屈曲部で連続的に曲げられて連絡流路の内周面に繰り返し衝突することになり、これにより前記連絡流路の内周面に対する還元剤の接触頻度が高められて受熱の機会が増える一方、少なくとも最上流の屈曲部で排気ガスの流れが斜流を成すように曲げられて旋回流が形成され、これによっても前記連絡流路の内周面に対する還元剤の接触頻度が高められて受熱の機会が増えるので、複雑な構造を採用することなくシンプルな構造で還元剤の気化を促進することが可能となる。
ここで、前記旋回流の形成につき補足説明しておくと、仮に全ての屈曲部がパティキュレートフィルタの軸心方向から見て折れ曲がり角度を持たずに同一平面上を隣の選択還元型触媒の入側に向けて段階的に折り返すようになっていたならば、排気ガスの流れが折り返しの曲がり方向外側に偏りながらも連絡流路の長手方向に沿って流れるだけであるが、最上流の屈曲部が前記パティキュレートフィルタの軸心方向から見ても折れ曲がり角度を有するように形成されていると、前記同一平面に対し傾斜角を有して排気ガスの流れが案内されるので、前記折り返しの曲がり方向外側を流れる排気ガスの主流の向きが連絡流路の長手方向に対し斜流を成し、この斜流が連絡流路の内周面を螺旋状に流れて旋回流が形成されることになる。
尚、最上流の屈曲部に続く下流側の二段目以降の屈曲部についても、最上流の屈曲部の如きパティキュレートフィルタの軸心方向から見て折れ曲がり角度を有するように形成することができるが、そのようにする場合には、屈曲部の夫々がパティキュレートフィルタの軸心方向から見て同じ向きに折れ曲がるようにして旋回流の形成を互いに阻害し合わないようにする必要があることは勿論である。
更に、本発明においては、パティキュレートフィルタの出側の端面を包囲し且つ該端面から出た排気ガスを略直角な向きに方向転換させつつ集合せしめるガス集合室と、該ガス集合室で集められた排気ガスを排気出口から抜き出して前記選択還元型触媒の入側へ導く連通管とにより前記連絡流路の上流部分を構成し、前記ガス集合室内にインジェクタにより還元剤を添加し得るように構成しているので、ガス集合室で直ぐにインジェクタにより還元剤を排気ガスに添加し、前記ガス集合室の排気出口に繋がる連通管の最初の屈曲部から還元剤の接触頻度を高める作用を発揮させることが可能となり、排気浄化装置の全体構成のコンパクト化を阻害することなく、連絡流路の複数の屈曲部を介した連続的な曲げ構造を成立させることが可能となる。
上記した本発明の排気浄化装置によれば、下記の如き種々の優れた効果を奏し得る。
（Ｉ）本発明の請求項１に記載の発明によれば、従来提案されているような複雑な構造を採用しなくても、パティキュレートフィルタの出側から排出された排気ガスを逆向きに折り返して隣の選択還元型触媒の入側に導入する連絡流路を複数箇所で折り曲げたシンプルな構造で還元剤の気化を促進することができるので、部品点数や組立工数を従来より減らしてコストの大幅な削減を図ることができ、しかも、還元剤の気化を促進できることで尿素水のアンモニアへの転化や燃料のＨＣガスへの転化を早期に実現することができるので、選択還元型触媒の触媒性能を十分に引き出して高い排気浄化効果を得ることができる。
（ＩＩ）本発明の請求項１に記載の発明によれば、ガス集合室で直ぐにインジェクタにより還元剤を排気ガスに添加し、前記ガス集合室の排気出口に繋がる連通管の最初の屈曲部から還元剤の接触頻度を高める作用を発揮させることができるので、排気浄化装置の全体構成のコンパクト化を阻害することなく、連絡流路の複数の屈曲部を介した連続的な曲げ構造を成立させることができる。
本発明を実施する形態の一例を示す斜視図である。 図１の排気浄化装置の上面図である。 図１の排気浄化装置の後面図である。 従来例を示す一部を切り欠いた概略図である。 図４の要部の詳細を示す断面図である。 図４の要部を拡大して示す斜視図である。
以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
図１〜図３は本発明を実施する形態の一例を示すもので、本形態例においては、前述した図４〜図６のものと略同様に構成した排気浄化装置となっており、エンジンからの排気ガス１が流通する排気管２の途中に、排気ガス１中のパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタ３と、該パティキュレートフィルタ３の下流側に酸素共存下でも選択的にＮＯxをアンモニアと反応させ得る性質を備えた選択還元型触媒４とをケーシング５，６により夫々抱持して並列に配置し、パティキュレートフィルタ３の出側から排出された排気ガス１を逆向きに折り返して隣の選択還元型触媒４の入側に導入する連絡流路１６を備えている。
ただし、この連絡流路１６には、先に図５及び図６で説明した如き排気ガス１に旋回流を与えるミキサ構造は採用されておらず、パティキュレートフィルタ３の出側の端面を包囲し且つ該端面から出た排気ガス１を略直角な向きに方向転換させつつ集合せしめるガス集合室１６Ａと、該ガス集合室１６Ａで集められた排気ガス１を排気出口１７から抜き出して前記選択還元型触媒４の入側へ導く連通管１６Ｂと、該連通管１６Ｂにより導かれた排気ガス１を略直角な向きに方向転換させつつ分散せしめ且つその分散された排気ガス１を選択還元型触媒４の入側に導入し得るよう該入側を包囲するガス分散室１６ＣとによりＳ字構造を成すように構成されている。
ここで、特に図３に示しているように、ガス集合室１６Ａの排気出口１７は、前記ガス集合室１６Ａの真下から選択還元型触媒４に近づく側へ所要角度ずれた斜め下方に向けて開口するようになっており、該排気出口１７と対峙する前記ガス集合室１６Ａの斜め上方位置には、前記排気出口１７に向けて尿素水（還元剤）を噴射し得るようインジェクタ１８が傾斜配置されている。
そして、前記ガス集合室１６Ａの排気出口１７に繋がる連通管１６Ｂは、最上流に配置される一段目の屈曲部ｘと、一段目の屈曲部ｘより下流側に配置される二段目の屈曲部ｙとを介し隣の選択還元型触媒４の入側に向けて段階的に折り返されるようなっており、しかも、一段目の屈曲部ｘが前記パティキュレートフィルタ３の軸心方向から見て折れ曲がり角度を有するように形成されている（図３参照）。
即ち、より具体的に述べると、一段目の屈曲部ｘが、排気出口１７の向けられた斜め下方へ僅かに下がってから選択還元型触媒４の入側へ向け鈍角を成して斜めに折り返され且つ緩やかな上り勾配で斜め上方へも延びており、二段目の屈曲部ｙは、一段目の屈曲部ｘを経て導かれた連通管１６Ｂをパティキュレートフィルタ３の軸心方向に沿う方向を向くように折り曲げられている。
尚、本形態例においても、パティキュレートフィルタ３が抱持されているケーシング５内の前段に、排気ガス１中の未燃燃料分を酸化処理する酸化触媒９が装備されており、また、選択還元型触媒４が抱持されているケーシング６内の後段には、余剰のアンモニアを酸化処理するアンモニア低減触媒１０が装備されている。
而して、このように排気浄化装置を構成すれば、尿素水を添加された排気ガス１の流れが二つの屈曲部ｘ，ｙで連続的に曲げられて連絡流路１６の内周面に繰り返し衝突することになり、これにより前記連絡流路１６の内周面に対する尿素水の接触頻度が高められて受熱の機会が増える一方、一段目の屈曲部ｘで排気ガス１の流れが斜流を成すように曲げられて旋回流が形成され、これによっても前記連絡流路１６の内周面に対する尿素水の接触頻度が高められて受熱の機会が増えるので、複雑な構造を採用することなくシンプルな構造で尿素水の気化を促進することが可能となる。
ここで、前記旋回流の形成につき補足説明しておくと、仮に全ての屈曲部ｘ，ｙがパティキュレートフィルタ３の軸心方向から見て折れ曲がり角度を持たずに同一平面上を隣の選択還元型触媒４の入側に向けて段階的に折り返すようになっていたならば、排気ガス１の流れが折り返しの曲がり方向外側に偏りながらも連絡流路１６の長手方向に沿って流れるだけであるが、一段目の屈曲部ｘが前記パティキュレートフィルタ３の軸心方向から見ても折れ曲がり角度を有するように形成されていると、前記同一平面に対し傾斜角を有して排気ガス１の流れが案内されるので、前記折り返しの曲がり方向外側を流れる排気ガス１の主流の向きが連絡流路１６の長手方向に対し斜流を成し、この斜流が連絡流路１６の内周面を螺旋状に流れて旋回流が形成されることになる。
尚、図１〜図３に示している例では、ガス集合室１６Ａの排気出口１７に繋がる連通管１６Ｂを二箇所の屈曲部ｘ，ｙを介し隣の選択還元型触媒４の入側に向けて段階的に折り返すようにしているが、三箇所以上の屈曲部を形成して折り返すようにしても良く、そのようにした場合には、二段目以降の屈曲部についても、一段目の如きパティキュレートフィルタ３の軸心方向から見て折れ曲がり角度を有するように形成することができるが、屈曲部の夫々がパティキュレートフィルタ３の軸心方向から見て同じ向きに折れ曲がるようにして旋回流の形成を互いに阻害し合わないようにする必要がある。
以上に述べた通り、上記形態例によれば、従来提案されているような複雑な構造を採用しなくても、パティキュレートフィルタ３の出側から排出された排気ガス１を逆向きに折り返して隣の選択還元型触媒４の入側に導入する連絡流路１６を複数箇所で折り曲げたシンプルな構造で尿素水の気化を促進することができるので、部品点数や組立工数を従来より減らしてコストの大幅な削減を図ることができ、しかも、尿素水の気化を促進できることで尿素水のアンモニアへの転化を早期に実現することができるので、選択還元型触媒４の触媒性能を十分に引き出して高い排気浄化効果を得ることができる。
また、ガス集合室１６Ａで直ぐにインジェクタ１８により尿素水を排気ガス１に添加し、前記ガス集合室１６Ａの排気出口１７に繋がる連通管１６Ｂの最初の屈曲部ｘから尿素水の接触頻度を高める作用を発揮させることができるので、排気浄化装置の全体構成のコンパクト化を阻害することなく、連絡流路１６の複数の屈曲部ｘ，ｙを介した連続的な曲げ構造を成立させることができる。
即ち、連通管１６Ｂを複数の屈曲部を介し隣の選択還元型触媒４の入側に向けて段階的に折り返すことは、連通管１６Ｂの占有空間を拡張する結果となって排気浄化装置の全体構成の大型化を招きがちであるが、排気出口１７に繋がる連通管１６Ｂの最初の屈曲部ｘから有効に利用できれば、屈曲部の形成を最小限に抑えて排気浄化装置の全体構成をコンパクトに維持することができる。
尚、本発明の排気浄化装置は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、図１〜図３を用いた形態例の説明では、還元剤が尿素水である場合について説明しているが、選択還元型触媒が、酸素共存下でも選択的にＮＯxをＨＣガスと反応せしめる性質を備えたものである場合には、還元剤が燃料であっても良いこと、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
１ 排気ガス
３ パティキュレートフィルタ
４ 選択還元型触媒
１６ 連絡流路
１６Ａ ガス集合室
１６Ｂ 連通管
１７ 排気出口
１８ インジェクタ
ｘ 屈曲部
ｙ 屈曲部

Claims (1)

  1. パティキュレートフィルタと、その下流側に備えられて酸素共存下でも選択的にＮＯxを還元剤と反応せしめる選択還元型触媒とを夫々の入側同士が同じ方向を向くように並列に配置し、パティキュレートフィルタの出側から排出された排気ガスを逆向きに折り返して隣の選択還元型触媒の入側に導入する連絡流路を備え、該連絡流路の上流側で還元剤を添加し得るように構成した排気浄化装置であって、パティキュレートフィルタの出側の端面を包囲し且つ該端面から出た排気ガスを略直角な向きに方向転換させつつ集合せしめるガス集合室と、該ガス集合室で集められた排気ガスを排気出口から抜き出して前記選択還元型触媒の入側へ導く連通管とにより前記連絡流路の上流部分を構成すると共に、前記ガス集合室内にインジェクタにより還元剤を添加し得るように構成し、前記連通管を複数の屈曲部を介し隣の選択還元型触媒の入側に向けて段階的に折り返す一方、少なくとも最上流の屈曲部を前記パティキュレートフィルタの軸心方向から見て折れ曲がり角度を有するように形成したことを特徴とする排気浄化装置。
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