JPWO2012164722A1 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

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Abstract

内燃機関からの排気中に供給される添加剤の偏りを抑制して、添加剤をより均一に分散させることを目的とする。このため、内燃機関の排気通路に設けられる排気浄化触媒と、排気浄化触媒へ添加剤を供給する供給部と、排気浄化触媒と供給部との間に設けられ添加剤を分散させる分散部（５）と、を備える内燃機関の排気浄化装置において、分散部（５）は、第一ガス流形成部（５４）と、第二ガス流形成部（５５）と、を備え、第一ガス流形成部（５４）及び第二ガス流形成部（５５）を、該第一ガス流形成部（５４）を通過した第一のガス流と、該第二ガス流形成部（５４）を通過した第二のガス流と、が互いに干渉しあうように形成する。

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。
選択還元型ＮＯx触媒と、尿素水を噴射する噴射弁と、を備えたＳＣＲシステムにおいて、選択還元型ＮＯx触媒と、噴射弁との間に、尿素水を分散させるための分散器を備える技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この分散器により排気及び尿素水が旋回するため、尿素水と排気との混合及び気化が促進される。
また、分散器の外周側にのみに排気を流通させる技術が知られている（例えば、特許文献２参照。）。この技術では、分散器の中心部を排気の流れ方向の下流側に向けた凸形状とし、且つ、この中心部を排気が通過しないように閉じている。
また、分散器と排気管との間に空間を設ける技術が知られている（例えば、特許文献３参照。）。
ところで、分散器により排気の流れ方向が変わると、排気中の還元剤が排気通路の壁面に向かう虞がある。たとえば、分散器により排気が旋回すると、排気中の尿素水が遠心力により排気管の壁面付近に偏ることがある。そして、尿素水が排気管の壁面に付着すると、排気管の壁面に尿素由来の析出物が堆積する虞がある。また、排気管の壁面に付着した分だけ選択還元型ＮＯx触媒へ到達する尿素水が減少するため、選択還元型ＮＯx触媒において尿素水の不足によりＮＯxの浄化率が低下する虞がある。
特開２００８−２７４９４１号公報 特開２００８−１４４６４４号公報 特開２００８−２８０９９９号公報
本発明は、内燃機関からの排気中に供給される添加剤の偏りを抑制して、添加剤をより均一に分散させることを目的とする。
上記課題を達成するために本発明による内燃機関の排気浄化装置は、
内燃機関の排気通路に設けられる排気浄化触媒と、
前記排気浄化触媒よりも上流の排気通路に設けられ、前記排気浄化触媒へ添加剤を供給する供給部と、
前記排気浄化触媒と前記供給部との間に設けられ、前記添加剤を分散させる分散部と、
を備える内燃機関の排気浄化装置において、
前記分散部は、第一ガス流形成部と、第二ガス流形成部と、を備え、
前記第一ガス流形成部及び前記第二ガス流形成部は、該第一ガス流形成部を通過した第一のガス流と、該第二ガス流形成部を通過した第二のガス流と、が互いに干渉しあうように形成される。
ここで、供給部より添加剤が供給されると、添加剤は分散部に流入する。分散部では、たとえば排気の流れ方向を変えたり、排気の乱れを強くしたりしてもよい。そして、第一ガス流形成部を通過した第一のガス流と、第二ガス流形成部を通過した第二のガス流と、が分散部よりも下流側で互いに干渉しあう。このように両ガス流が干渉しあうことにより、第一のガス流または第二のガス流が夫々単独で流れていると仮定した場合と比べて、添加剤の偏りが小さくなる。これにより、添加剤が排気通路の壁面付近に偏ることを抑制できる。
また、本発明においては、前記第一ガス流形成部は、前記分散部の中心部に設けられ、前記第二ガス流形成部は、該中心部よりも外側に該第一ガス流形成部とは独立して設けられていてもよい。
添加剤は、第一ガス流形成部のみを通過するように供給してもよいし、第一ガス流形成部及び第二ガス流形成部を通過するように供給してもよい。すなわち、少なくとも第一のガス流に添加剤が含まれるように、添加剤を供給してもよい。第一ガス流形成部は、排気通路の中心軸側に設けられており、第二ガス流形成部は、第一ガス流形成部よりも排気通路の壁面側に設けられている。第二ガス流形成部は、第一ガス流形成部と排気通路の壁面との間の空間としてもよい。分散部では、排気の流れ方向を変えることにより、たとえば排気通路の中心軸を中心として旋回する旋回流を発生させる。この旋回流は、第一ガス流形成部でのみ発生させてもよい。また、分散部において排気の流れ方向を変えることで、排気の乱れを強くしてもよい。
そして、第一ガス流形成部の外側に第二ガス流形成部を設けることにより、第一のガス流の周りに第二のガス流が形成される。さらに、第一ガス流形成部を通過した第一のガス流と、第二ガス流形成部を通過した第二のガス流と、が互いに干渉しあうことにより、第二のガス流が第一のガス流を中心軸側に押し戻す。このため、第一のガス流が排気通路の壁面に向かうことを抑制できるため、添加剤が排気通路の壁面付近に偏ることを抑制できる。
本発明においては、前記第一ガス流形成部に形成される排気の通路の断面積が、前記第二ガス流形成部に形成される排気の通路の断面積よりも大きくてもよい。
そうすると、第二ガス流形成部よりも第一ガス流形成部のほうが排気の抵抗が大きくなる。このため、第二のガス流の速度が、第一のガス流の速度よりも速くなる。これにより、第一のガス流は、第二のガス流によって、排気通路の壁面側から排気通路の中心軸側に押し戻されるので、第一のガス流が排気通路の壁面に向かうことをより抑制することができる。これにより、添加剤が排気通路の壁面付近に偏ることをより抑制できる。
本発明においては、前記第二ガス流形成部は、該第二ガス流形成部を通過する排気の流れ方向が、前記排気通路の中心軸側に向かう方向となるか、又は排気通路の壁面と平行となるように形成されてもよい。
すなわち、第二のガス流が排気通路の壁面に向かわないようにすることで、第二のガス流により第一のガス流を排気通路の中心軸方向に押し戻すことができる。このため、第一のガス流が排気通路の壁面に向かうことを抑制できる。これにより、添加剤が排気通路の壁面付近に偏ることをより抑制できる。
本発明によれば、内燃機関からの排気中に供給される添加剤の偏りを抑制して、添加剤をより均一に分散させることができる。
実施例に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成を示す図である。 分散器を排気の流れ方向の上流側から見た図である。 分散器を排気の流れ方向と平行に切断したときの断面図である。
以下、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。
＜実施例１＞
図１は、本実施例に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、ディーゼル機関であっても、また、ガソリン機関であってもよい。
内燃機関１には、排気通路２が接続されている。排気通路２の途中には、排気浄化触媒３（以下、単に「触媒３」という。）が設けられている。触媒３は、添加剤を供給することにより、温度が上昇したり、排気を浄化したり、または浄化能力が回復したりする触媒である。触媒３には、吸蔵還元型ＮＯx触媒、選択還元型ＮＯx触媒、三元触媒、酸化触媒、加水分解触媒などを例示できる。また、触媒３は、酸化機能を有する触媒としてもよい。さらに、粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタを備え、該パティキュレートフィルタを触媒３の担体としてもよい。また、パティキュレートフィルタよりも上流に触媒３を配置してもよい。
触媒３よりも上流側の排気通路２には、排気中へ添加剤を噴射する噴射弁４が設けられている。添加剤は、たとえば還元剤または酸化剤とすることができる。添加剤には、例えば、燃料または尿素水、アンモニアを用いることができる。添加剤に何を用いるのかは、触媒３の種類に応じて決まる。なお、本実施例においては噴射弁４が、本発明における供給部に相当する。
そして、噴射弁４よりも下流で且つ触媒３よりも上流の排気通路には、添加剤を排気中に分散させる分散器５が設けられている。なお、本実施例においては分散器５が、本発明における分散部に相当する。
ここで、図２は、分散器５を排気の流れ方向の上流側から見た図である。また、図３は、分散器５を排気の流れ方向と平行に切断したときの断面図である。
分散器５は、排気通路２の内径よりも小さな外径となるように、且つ、排気通路２の中心軸と同軸で中空の円筒形状となるように形成される筒部５１を備えている。この筒部５１の内周面から中心軸側に向かって同形状の複数の板５２が延びている。この複数の板５２は、筒部５１の中心軸を中心として等角度に放射状に配置される。筒部５１の内周面から板５２の先端に至る各板５２の中心軸は、筒部５１の中心軸方向と直交する。筒部５１の内周面から板５２の先端までの長さは筒部５１の半径よりも小さく、夫々の板５２が互いに接しないように設けられている。また、夫々の板５２は、筒部５１の中心軸に対して所定の角度で傾斜している。そして、板５２と板５２との間には、排気が流通することができるように隙間が設けられている。このように板５２を配置することで、排気が筒部５１の中心軸を中心として旋回する。
なお、板５２の形状や数、角度などは、実験等により求めてもよい。また、板５２の代わりに、排気に乱れを大きくするか、または排気を旋回させる他の部材を備えていてもよい。たとえば、筒部５１よりも中心軸側に一枚の板を設けても良い。この板に、複数の孔を設けてもよい。
また、筒部５１よりも外側には、該筒部５１の外壁と排気通路２の内壁とを接続して、該筒部５１を排気通路２内に固定させる固定部５３が複数設けられている。そして、筒部５１と排気通路２との間には排気が流通可能な空間が設けられる。
このように構成された分散器５では、筒部５１よりも内側及び筒部５１よりも外側に夫々排気が流通する。なお、本実施例では、筒部５１よりも内側を第一ガス流形成部５４と称し、筒部５１よりも外側を第二ガス流形成部５５と称する。また、第一ガス流形成部５４を通過するガス流を、第一ガス流と称し、第二ガス流形成部５５を通過するガス流を、第二ガス流と称する。
そして、排気が第一ガス流形成部５４を通過するときに、複数の板５２によって排気の流れる方向が変わり、排気は排気通路２の中心軸を中心として旋回する。そうすると、第一ガス流形成部５４に向かって添加剤を供給したときに、添加剤及び排気が旋回することにより、第一ガス流中に添加剤が分散する。ここで、仮に第二ガス流がないと仮定した場合には、第一ガス流中の添加剤が遠心力により排気通路２の壁面側に偏る虞がある。
これに対し、第一ガス流形成部５４において形成される排気の通路の断面積が、第二ガス流形成部５５において形成される排気の通路の断面積よりも大きくなるように、第一ガス流形成部５４及び第二ガス流形成部５５を形成している。そうすると、第二ガス流形成部５５よりも第一ガス流形成部５４のほうが排気の抵抗が大きくなる。すなわち、第一ガス流形成部５４を排気が通過するときの抵抗が、第二ガス流形成部５５を排気が通過するときの抵抗よりも大きくなるように、第一ガス流形成部５４及び第二ガス流形成部５５を形成している。このため、第二ガス流の速度が、第一ガス流の速度よりも速くなる。これにより、第一ガス流は、第二ガス流によって、排気通路２の壁面側から排気通路２の中心軸側に押し戻される。したがって、添加剤が排気通路２の壁面側に偏ることを抑制できる。なお、第一ガス流形成部５４及び第二ガス流形成部５５の最適な形状は、実験等により求めることができる。
また、第二ガス流形成部５５は、該第二ガス流形成部５５を通過する排気の流れ方向が、排気通路２の壁面から離れるか又は平行となるように形成されている。すなわち、第二ガス流が排気通路２の壁面に向かわないようにしている。たとえば、第一ガス流形成部５４を排気が通過するときの抵抗が、第二ガス流形成部５５を排気が通過するときの抵抗よりも大きくなるようにすることで、第二ガス流は排気通路２の中心軸方向に進むようになる。これにより、第一ガス流が排気通路２の壁面に向かうことを抑制できる。
このように、第一ガス流と第二ガス流とが分散器５よりも下流側で互いに干渉することで、添加剤が排気通路２の壁面付近に偏ることを抑制できる。また、添加剤の分散を短距離で行うことができるため、分散器５と触媒３との距離を近付けることができる。したがって、従来よりも分散器５の設置が容易になる。また、添加剤が排気通路２の壁面付近に偏ることを抑制できるため、触媒３の中心軸付近にも適切な量の添加剤を供給することができる。これにより、排気の浄化性能を向上させることができる。
１ 内燃機関
２ 排気通路
３ 排気浄化触媒
４ 噴射弁
５ 分散器
５１ 筒部
５２ 板
５３ 固定部
５４ 第一ガス流形成部
５５ 第二ガス流形成部

Claims (4)

  1. 内燃機関の排気通路に設けられる排気浄化触媒と、
    前記排気浄化触媒よりも上流の排気通路に設けられ、前記排気浄化触媒へ添加剤を供給する供給部と、
    前記排気浄化触媒と前記供給部との間に設けられ、前記添加剤を分散させる分散部と、
    を備える内燃機関の排気浄化装置において、
    前記分散部は、第一ガス流形成部と、第二ガス流形成部と、を備え、
    前記第一ガス流形成部及び前記第二ガス流形成部は、該第一ガス流形成部を通過した第一のガス流と、該第二ガス流形成部を通過した第二のガス流と、が互いに干渉しあうように形成される内燃機関の排気浄化装置。
  2. 前記第一ガス流形成部は、前記分散部の中心部に設けられ、前記第二ガス流形成部は、該中心部よりも外側に該第一ガス流形成部とは独立して設けられる請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
  3. 前記第一ガス流形成部に形成される排気の通路の断面積が、前記第二ガス流形成部に形成される排気の通路の断面積よりも大きい請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
  4. 前記第二ガス流形成部は、該第二ガス流形成部を通過する排気の流れ方向が、前記排気通路の中心軸側に向かう方向となるか、又は排気通路の壁面と平行となるように形成される請求項１から３の何れか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
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