JP5567921B2

JP5567921B2 - 排気ガス浄化装置

Info

Publication number: JP5567921B2
Application number: JP2010161912A
Authority: JP
Inventors: 遊大景山; 功大原
Original assignee: Hino Motors Ltd; Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Hino Motors Ltd; Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2010-07-16
Filing date: 2010-07-16
Publication date: 2014-08-06
Anticipated expiration: 2030-07-16
Also published as: JP2012021507A; WO2012008572A1

Description

本発明は、内燃機関から排出される排気ガス中の窒素酸化物等を還元剤により還元浄化する後処理装置を有する排気ガス浄化装置に関する。

ディーゼルエンジン（内燃機関）から排出される排気ガス中の窒素化合物（以下、ＮＯｘ）を還元浄化する後処理装置として、例えば、選択還元型ＮＯｘ触媒（以下、ＳＣＲ触媒）や、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下、ＬＮＴ触媒）が知られている。

ＳＣＲ触媒は、還元剤として供給されるアンモニア（ＮＨ₃）とＮＯｘとの還元反応を促進することで、排気ガス中のＮＯｘを還元浄化する。また、ＬＮＴ触媒は、排気ガスをリーン雰囲気にして排気ガス中のＮＯｘを吸蔵するとともに、還元剤として供給される未燃燃料（ＨＣ）で排気ガスをリッチ雰囲気にして、吸蔵したＮＯｘを放出することにより、排気ガス中のＣＯ、ＨＣ、Ｈ₂等でＮＯｘを還元浄化する。

このような還元剤としてのアンモニアや未燃燃料を後処理装置に供給すべく、後処理装置の上流側の排気管に還元剤噴射弁を設けた構造が採用される。

しかし、排気ガス浄化装置を設けることができる車体のスペースは限られている。そのため、例えば、特許文献１に示されるように、排気管をＬ字状に屈曲させて、排気管筒内を流れる排気ガスに旋回流を生じさせるとともに、この屈曲部に還元剤噴射手段と、噴射される還元剤を通過させる開口部とを設け、排気管内の旋回流に還元剤を噴射して混合させることで、排気管の下流側に設けた後処理装置に効率よく還元剤を供給する構造が知られている。

特開２００９−３６１０９号公報

ところで、上述のような、還元剤噴射弁から噴射された還元剤を、排気管の屈曲部に設けられた開口部を通過させて、排気管筒内を流れる排気ガスの旋回流と混合させる構造においては、噴射された還元剤が旋回流に流されて開口部近傍の排気管筒面に向けて押される傾向にある。

そのため、噴射された還元剤の一部が開口部近傍の排気管筒面に付着して、筒面を伝わりながら開口部へと流れ込む場合がある。そして、開口部に還元剤が流れ込むと、この開口部周縁の排気管や還元剤噴射弁の腐食を引き起こす可能性がある。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたもので、簡素な構成で、還元剤供給手段から噴射される還元剤が、排気管に形成された還元剤を通過させる開口部に流れ込むことを抑制するとともに、開口部に流れ込む還元剤によって開口部周縁の排気管が腐食することを効果的に防止できる排気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、本発明の排気ガス浄化装置は、内燃機関の排気系に設けられ、還元剤供給手段から供給される還元剤によって排気中の窒素化合物を還元浄化する後処理装置を含む排気ガス浄化装置であって、前記内燃機関から排出される排気を導出する第１の排気管部と、有底筒状に形成されるとともに、底部の他端側を前記後処理装置に連接され、前記底部に前記還元剤供給手段から噴射される還元剤を通過させる開口部を有するとともに、前記底部と隣接する側部に前記第１の排気管部と連通する導入口を有する第２の排気管部とを備え、前記底部の内側面には、前記開口部の周縁から放射状に延びる複数の隆起部が設けられることを特徴とする。

また、前記隆起部は、前記底部の内側面から前記隆起部の頂上部に向かって傾斜する側面傾斜部を有するようにしてもよい。

また、前記第２の排気管部には、前記底部の外側面との間に空間を形成する板部材が設けられるとともに、前記還元剤供給手段は、前記板部材の外側部に固定されるようにしてもよい。

本発明の排気ガス浄化装置によれば、簡素な構成で、還元剤供給手段から噴射される還元剤が、排気管に形成された還元剤を通過させる開口部に流れ込むことを抑制することができるとともに、開口部に流れ込む還元剤によって開口部周縁の排気管が腐食することを効果的に防止することができる。

本発明の一実施形態に係る排気ガス浄化装置を示す概略図である。本発明の一実施形態に係る排気ガス浄化装置の要部の一部を示す、図１のＡ−Ａ断面図である。本発明の一実施形態に係る排気ガス浄化装置の要部の一部断面を示す斜視図である。本発明の一実施形態に係る排気ガス浄化装置の要部の一部断面を示す上視図である。本発明の一実施形態に係る排気ガス浄化装置の要部の一部を示す側面図である。本発明の一実施形態に係る排気ガス浄化装置の要部の一部を示す斜視図である。本発明の他の実施形態に係る排気ガス浄化装置を示す概略図である。本発明の他の実施形態に係る排気ガス浄化装置の要部の一部を示す、図７のＢ−Ｂ断面図である。

以下、図１〜６に基づいて、本発明の一実施形態に係る排気ガス浄化装置を説明する。同一の部品には同一の符号を付してあり、それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。

図１に示すように、排気ガス浄化装置１は、排気ガス流れの上流側から順に、内燃機関であるディーゼルエンジン（以下、エンジン）１０と、エンジン１０から排出される排気ガスを導出する接続管１１と、前段酸化触媒（以下、前段ＤＯＣ触媒）３１とディーゼル・パティキュレート・フィルタ（以下、ＤＰＦ触媒）３２とを有する前段後処理装置１２と、前段後処理装置１２に対して長手方向が略９０度に位置して配置される排気ガス整流室１３と、上流端に尿素水噴射手段（還元剤供給手段）１６が設けられる排気管（第２の排気管部）１４と、選択還元型ＮＯｘ触媒（以下、ＳＣＲ触媒）３３と後段酸化触媒（以下、後段ＤＯＣ触媒）３４とを有する後段後処理装置（後処理装置）１５とを備え構成されている。

なお、本実施形態に係る接続管１１と前段後処理装置１２と排気ガス整流室１３とは、本発明の第１の排気管部を構成する。

接続管１１は、図１に示すように、上流側をエンジン１０の排気マニホールド（不図示）に接続され、下流側は屈曲部１１ａを介して前段後処理装置１２に接続されている。

前段後処理装置１２のＤＰＦ触媒３２は、接続管１１から流れ込む排気ガス中の粒子状物質（以下、ＰＭ）を捕集する。また、ＤＰＦ触媒３２は、排気管内噴射手段（不図示）の排気噴射やエンジン１０のポスト噴射によって、上流側に設けた前段ＤＯＣ触媒３１に燃料が供給され、この前段ＤＯＣ３１触媒が酸化反応によって昇温されることで、堆積したＰＭを燃焼除去する。

排気ガス整流室１３は、図２に示すように、前段後処理装置１２の下流側に接続される前段整流室１３ａと、排気管１４が接続される後段整流室１３ｂとを備えている。また、この前段整流室１３ａと後段整流室１３ｂとの間には、前段整流室１３ａの排気ガスを後段整流室１３ｂへと導出する連通部１３ｃが設けられる。すなわち、排気ガス整流室１３は、上流側から順に配置された前段整流室１３ａと、連通部１３ｃと、後段整流室１３ｂとによって一体に形成されている。

また、後段整流室１３ｂの壁面部には、図３，４に示すように、排気管１４の上流側面部１４ａを挿通する２つの取付け孔２０，２１が形成されている。また、後段整流室１３ｂの内側壁面には、図２に示すように、排気ガスの流れを導入口４０に向けて整流する３つのフィン１３ｅ，１３ｆ，１３ｇが設けられる。この３つのフィン１３ｅ，１３ｆ，１３ｇは、導入口４０に排気ガスを排気管１４の接線方向から流し入れることで、排気管１４筒内の排気ガスに旋回流（図２の矢印Ｘ）を生じさせる。

排気管（第２の排気管部）１４は、図３，４に示すように、有底円筒状に形成されており、上流側面部１４ａには排気ガス整流室１３から排気ガスを導入する導入口４０が設けられている。

導入口４０は、図４に示すように、排気管１４の軸方向に延びる右側縁部４１と、排気管１４の周方向に延びる上流側縁部４２と、排気管１４の軸方向に延びるとともに下方に傾斜した左側縁部４３と、排気管１４の周方向に向かって延びるとともに下流側へ傾斜した下流側縁部４４とを有して方形に形成されている。

左側縁部４３は、図５に示すように、排気管１４を排気ガス整流室１３の上流側から側面視した場合に、上流端４３ａが下流端４３ｂよりも上方に位置するように傾斜する。また、下流側縁部４４は、図４に示すように、左側縁部４３の下流端４３ｂ（以下、下流側縁部４４の左端４３ｂともいう）から、左側縁部４３の相対対辺である右側縁部４１に向かって延びるとともに、排気管１４の下流側に傾斜する。すなわち、図４に示すように、導入口４０を上方から平面視した場合に、下流側縁部４４の左端４３ｂは右側端４４ｃに対して排気管１４の上流側に位置する。

また、図４に示すように、左側縁部４３と下流側縁部４４との間には、導入口４０の他の角部よりも曲率半径の大きい曲線部Ｒが設けられている。この曲線部Ｒによって、左側縁部４３と下流側縁部４４とは滑らかに連続するように形成されている。

排気管１４の上流側面部１４ａは、図３に示すように、導入口４０を下方にした状態で、排気ガス整流室１３の取付け孔２０，２１に挿通される。すなわち、排気管１４は、排気ガス整流室１３と互いに長手方向が交差（例えば、９０度）するように後段整流室１３ｂに接続されている。このように、排気管１４と排気ガス整流室１３とを互いに長手方向が交差するように接続することによって、排気ガス整流室１３から導入口４０を介して排気管１４内に流入する排気ガスに、排気管１４筒内で旋回流が生じる。

排気管１４の上流端筒内には、図３，４に示すように、排気管１４の底部を形成する蓋部材５０が設けられている。この蓋部材５０は、有底円筒状に形成されており、図３に示すように蓋部材５０底部の外側面５３を排気管１４の下流側に向けた状態で、排気管１４の上流端筒内（導入口４０に隣接する排気管１４の筒内）に嵌挿される。すなわち、蓋部材５０底部の外側面５３は、蓋部材５０が排気管１４の筒内に嵌挿された状態で、排気管１４底部の内側面を形成する。

蓋部材５０の中心部には、図６に示すように、後述する尿素水噴射手段１６から排気管１４の軸方向に略円錐状に噴射される尿素水を通過させる開口部６０が、所定の径で形成されている。ここで、開口部６０の所定の径は、尿素水噴射手段１６から略円錐状に噴射される尿素水の径に合わせて適宜調整して設定することができる。また、蓋部材５０底部の外側面（排気管１４底部の内側面）５３には、開口部６０の周縁部から放射状に延びるとともに、排気管１４の軸方向下流側に突出させた４つの隆起部５１が形成されている。

隆起部５１は、図６に示すように、蓋部材５０底部の外側面（排気管１４底部の内側面）５３から所定の高さＨに突出して形成されている。また、隆起部５１の側面は、蓋部材５０底部の外側面（排気管１４底部の内側面）５３から頂上部５１ａに向かって傾斜する傾斜部（側面傾斜部）５１ｂが形成されている。すなわち、隆起部５１の短手方向の断面は、蓋部材５０底部の外側面（排気管１４底部の内側面）５３から頂上部５１ａに向かって次第に小さくなるように形成されている。なお、所定の高さＨは、導入口４０の開口面積に応じて適宜調整して設定することができる。

また、隆起部５１は、頂上部５１ａの長手方向が蓋部材５０の周方向に対して直交するように、蓋部材５０底部の外側面（排気管１４底部の内側面）５３に配置されている。すなわち、導入口４０から流入し排気管１４の上流部筒内で旋回する排気ガス流（図６の矢印Ｘ）は、隆起部５１の傾斜部５１ｂに当たりながら上昇され（図６の矢印Ｙ参照）、排気管１４の軸方向下流へと指向される。

蓋部材５０の筒内には、図４に示すように、蓋部材５０底部の内側面５４との間に空間を形成する平板円盤状のプレート（板部材）７０が嵌挿されている。このプレート７０の背面側には、後述する尿素水噴射手段１６が、図示しないボルト等によって取り付けられている。また、プレート７０の中心部には、尿素水噴射手段１６から排気管１４の軸方向に略円錐状に噴射される尿素水を通過させる噴射孔７１が設けられている。なお、プレート７０は、必ずしも蓋部材５０の筒内に嵌挿される必要はなく、例えば、蓋部材５０よりも上流側に位置する排気管１４の筒内に嵌挿されてもよい。

尿素水噴射手段（還元剤供給手段）１６は、図示しない尿素水供給管、尿素水戻り管、フィードポンプ、圧力制御弁、貯留タンク等を備え構成されている。この尿素水噴射手段１６は、後段後処理装置１５のＳＣＲ触媒３３に還元剤であるアンモニアを供給すべく、排気管１４の軸方向下流に向けて尿素水を円錐状に噴射する。

一方、排気管１４の下流側には、図１に示すように、屈曲部１４ｂを介して後段後処理装置１５が接続されている。後段後処理装置（後処理装置）１５のＳＣＲ触媒３３は、排気管１４から流入する排気ガス中に含まれるＮＯｘの還元反応を促進する。具体的には、尿素水噴射手段１６から噴射された尿素水は排気ガスによって加水分解されてアンモニアに生成される。ＳＣＲ触媒３３は、この生成されたアンモニアを吸着するとともに、排気ガスがＳＣＲ触媒３３内を通過する際に吸着したアンモニアでＮＯｘを還元浄化する。

また、ＳＣＲ触媒３３の下流側に配設された後段ＤＯＣ触媒３４は、ＳＣＲ触媒３３から余剰のアンモニアがスリップすると、排気ガス中からこの余剰のアンモニアを酸化除去する。

上述のような構成により、本発明の一実施形態に係る排気ガス浄化装置１によれば以下のような作用・効果を奏する。

エンジン１０から排出された排気ガスは、接続管１１を介して前段後処理装置１２へと導入される。前段後処理装置１２に流入した排気ガスは、ＤＰＦ触媒３２によって排気ガス中のＰＭを捕集されながら、排気ガス整流室１３へと導入される。

排気ガス整流室１３の前段整流室１３ａに流入した排気ガスは、図２に示すように、連通部１３ｃを介して後段整流室１３ｂへと流れ込み、３つのフィン１３ｅ，１３ｆ，１３ｇによって整流されながら導入口４０へと導入される。

導入口４０から排気管１４筒内へと流れ込む大部分の排気ガスは、３つのフィン１３ｅ，１３ｆ，１３ｇによって排気管１４の接線方向から流入する。この接線方向から流入した排気ガスは、排気管１４の上流部筒内で時計回りに旋回しながら、蓋部材５０に形成された隆起部５１の傾斜部５１ｂに当たることで上昇され、排気管１４の軸方向下流へと流される（図４の矢印Ｙ参照）。

この様な状態で、尿素水噴射手段１６から尿素水が噴射されると、大部分の尿素水は傾斜部５１ｂに当たって排気管１４の軸方向下流へと流される上昇流（図４の矢印Ｙ）によって、排気管１４の下流側に流される。その後、下流側に流された尿素水は、排気管１４筒内を旋回しながら下流に進む排気ガス（図４の矢印Ｚ）によって更に下流側へと流される。尿素水は、この排気ガス中で加水分解されてアンモニアに生成されＳＣＲ触媒３３へと供給される。

また、尿素水噴射手段１６から噴射された一部の尿素水は、排気管１４の上流部筒内を流れる旋回流（図４の矢印Ｘ）によって排気管１４の筒内に付着するが、その付着する位置は、上昇流（図４の矢印Ｙ）によって、蓋部材（排気管１４の底部）５０から離間した下流側の筒内（例えば、図４のＡ点）まで到達する。

したがって、尿素水噴射手段１６から噴射される尿素水が、蓋部材５０近傍の排気管１４筒内に付着することが抑制されるので、付着した尿素水が蓋部材５０の外側面５３を伝わって開口部６０へと流れ込むことを抑止できるとともに、尿素水によって開口部６０周縁の排気管１４や、プレート７０の噴射孔７１が腐食することを効果的に防止することができる。当然ながら、尿素水噴射手段１６が開口部６０や噴射孔７１に流れ込む尿素水によって腐食を引き起こすことも防止することができる。

また、尿素水噴射手段１６は、蓋部材５０との間に空間を形成するプレート７０の背面にボルト等で取り付けられることで、排気管１４の上流端部に設けられている。

したがって、尿素水噴射手段１６が、排気ガスの熱によって影響を受けることや、排気ガスの熱によって故障することを効果的に防止することができる。

なお、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。

例えば、上述の実施形態において、蓋部材５０底部の外側面（排気管１４底部の内側面）５３には、４つの隆起部５１が形成されるものとして説明したが、この隆起部５１の数は１〜３つでもよく、また、５つ以上であってもよい。

また、隆起部５１は側面に傾斜部５１ｂを有するものとし説明したが、必ずしも側面を傾斜させる必要はなく、例えば、蓋部材５０底部の外側面（排気管１４底部の内側面）５３に略垂直な縦壁を有するものであってもよい。

また、上述の実施形態において、排気管１４の底部は、蓋部材５０が排気管１４の上流側筒内に嵌挿されることで形成されるものとして説明したが、この蓋部材５０を排気管１４の一部として一体に形成してもよい。この場合も、上述の実施形態と同様の作用効果を奏することができる。

また、上述の実施形態において、排気管１４は円筒状のものとして説明したが、必ずしも円筒状である必要はなく、断面が方形の排気管等を用いてもよい。この場合も、上述の実施形態と同様の作用効果を奏することができる。

また、上述の実施形態において、後段後処理装置１５はＳＣＲ触媒３３を備えるものとして説明したが、このＳＣＲ触媒３３に替えて、例えば、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（ＬＮＴ触媒）を適用することもできる。ＬＮＴ触媒の場合は、尿素水噴射手段１６ではなく、未燃燃料を供給する排気管内噴射手段を用いればよい。この場合も、未燃燃料の開口部６０への流れ込みを効果的に防止することができる。

また、前段後処理装置１２は必ずしも必須ではなく、例えば、図７，８に示すように、前段後処理装置１２と排気ガス整流室１３とを省略して、接続管（第１の排気管部）１１でエンジン１０の吸気マニホールド（不図示）と排気管１４とを直接接続するように構成することもできる。この場合は、排気管１４と接続管１１とを、互いに軸が交差するように接続するか、もしくは、互いに軸がねじれの位置となるように接続すればよい。

１排気ガス浄化装置
１０エンジン（内燃機関）
１１接続管（第１の排気管部）
１２前段後処理装置（第１の排気管部）
１３排気ガス整流室（第１の排気管部）
１４排気管（第２の排気管部）
１５後段後処理装置
１６尿素水噴射手段（還元剤供給手段）
４０導入口
５０蓋部材（第２の排気管部の底部）
５１隆起部
５１ｂ傾斜部（側面傾斜部）
６０開口部
７０プレート（板部材）

Claims

内燃機関の排気系に設けられ、還元剤供給手段から供給される還元剤によって排気中の窒素化合物を還元浄化する後処理装置を含む排気ガス浄化装置であって、
前記内燃機関から排出される排気を導出する第１の排気管部と、
有底筒状に形成されるとともに、底部の他端側を前記後処理装置に連接され、前記底部に前記還元剤供給手段から噴射される還元剤を通過させる開口部を有するとともに、前記底部と隣接する側部に前記第１の排気管部と連通する導入口を有する第２の排気管部と、を備え、
前記底部の内側面には、前記開口部の周縁から放射状に延びる複数の隆起部が設けられる
ことを特徴とする排気ガス浄化装置。
前記隆起部は、前記底部の内側面から前記隆起部の頂上部に向かって傾斜する側面傾斜部を有する
ことを特徴とする請求項１記載の排気ガス浄化装置。
前記第２の排気管部には、前記底部の外側面との間に空間を形成する板部材が設けられるとともに、前記還元剤供給手段は、前記板部材の外側部に固定される
ことを特徴とする請求項１又は２記載の排気ガス浄化装置。