JP5791489B2 - Exhaust gas purification device for internal combustion engine - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。詳しくは、液体と排ガスとの攪拌に用いるミキサーを備えた、内燃機関の排気浄化装置に関する。 The present invention relates to an exhaust emission control device for an internal combustion engine. More specifically, the present invention relates to an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine that includes a mixer used for stirring liquid and exhaust gas.
従来から、内燃機関の排気浄化装置に用いる、複数の旋回翼で構成されるミキサーが知られている。
この種のミキサーには、ミキサーの中央部が塞がれたものがある。
また、ミキサーの中央部にホール状の穴(センターホール)を設けたものもある(特許文献1参照)。
Conventionally, a mixer composed of a plurality of swirl blades used for an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine is known.
Some mixers of this type have a blocked central part of the mixer.
Some mixers have a hole (center hole) in the center (see Patent Document 1).
中央部が塞がれたタイプの従来のミキサーは、複数の旋回翼の形状が、一様に旋回方向に湾曲している。そのため、ミキサー後端側(下流側)から出るガス流は、概略、一様な旋回流となるが、ミキサー直後の中央部は、負圧状態となり、よどみが発生する。 In the conventional mixer of the type in which the central portion is closed, the shapes of the plurality of swirl vanes are uniformly curved in the swirl direction. Therefore, the gas flow exiting from the rear end side (downstream side) of the mixer is roughly a uniform swirl flow, but the central portion immediately after the mixer is in a negative pressure state, and stagnation occurs.
そのため、ミキサー直後の中央部には、例えば還元剤の液滴が滞留しやすくなり、ミキサー後端側中央部に析出が発生しやすくなる。
ミキサー後端側中央部に析出物が堆積すると、ミキサーの下流に配置される触媒に還元剤を正常に供給できなくなり、NOxの浄化率が悪化する。
また、析出物の堆積により流路断面積が減少するため、圧力損失が増大する。
Therefore, for example, a reducing agent droplet tends to stay in the central portion immediately after the mixer, and precipitation tends to occur in the central portion on the rear end side of the mixer.
If deposits accumulate at the central part on the rear end side of the mixer, the reducing agent cannot be normally supplied to the catalyst disposed downstream of the mixer, and the purification rate of NOx deteriorates.
In addition, the pressure loss increases because the cross-sectional area of the flow path decreases due to the accumulation of precipitates.
これに対して、センターホールタイプのミキサーは、ミキサー中央部に仕切りが無い為、ミキサー直後の中央部にもガス流が生成される。
そのため、還元剤および排ガスを均質にして触媒に導入することができ、中央部が塞がれたタイプの従来のミキサーに比べて、NOxの浄化率が向上する。
また、センターホールを通ってガスが抜けるため、中央部が塞がれたタイプの従来のミキサーに比べて、圧力損失が低減する。
On the other hand, since the center hole type mixer has no partition in the central portion of the mixer, a gas flow is also generated in the central portion immediately after the mixer.
Therefore, the reducing agent and the exhaust gas can be homogeneously introduced into the catalyst, and the NOx purification rate is improved as compared with the conventional mixer of the type in which the central portion is closed.
Further, since the gas escapes through the center hole, the pressure loss is reduced as compared with the conventional mixer of the type in which the central portion is closed.
しかしながら、センターホールタイプのミキサーは、ガスの均質性は改善するが、還元剤の噴射範囲が制限される。
すなわち、センターホールタイプのミキサーの場合、インジェクタで噴射した還元剤の液滴の一部が、ミキサーに衝突せずにセンターホールからすり抜けてしまい、触媒中央部への還元剤および排ガスの均質供給が悪化する。
However, the center hole type mixer improves the gas homogeneity, but the injection range of the reducing agent is limited.
That is, in the case of a center hole type mixer, some of the droplets of the reducing agent injected by the injector slip through the center hole without colliding with the mixer, and the homogeneous supply of reducing agent and exhaust gas to the center of the catalyst is achieved. Getting worse.
その対策として、センターホールタイプのミキサーは、インジェクタの噴霧を中空タイプやマルチホールタイプとして、インジェクタの噴射範囲が、センターホール以外のミキサーの領域に制限される。
しかし、この対策によっても、還元剤の液滴は、実際には、ガス流の影響によって剪断されて噴射の軌道が変わる。そのため、還元剤の液滴が、センターホール以外のミキサーの領域に確実に衝突するように管理することは、難しい。
As a countermeasure, in the center hole type mixer, the spray of the injector is made into a hollow type or a multi-hole type, and the injection range of the injector is limited to the area of the mixer other than the center hole.
However, even with this measure, the reducing agent droplet is actually sheared by the influence of the gas flow, and the jet trajectory changes. For this reason, it is difficult to manage the droplets of the reducing agent so as to surely collide with the region of the mixer other than the center hole.
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、内燃機関の排ガス(排気通路における還元剤と排ガスとの混合物等)を、圧力損失を低減しながら均質に攪拌したガス流として浄化のために供給することのできる、内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and purifies an exhaust gas of an internal combustion engine (such as a mixture of a reducing agent and exhaust gas in an exhaust passage) as a gas stream that is homogeneously stirred while reducing pressure loss. An object of the present invention is to provide an exhaust emission control device for an internal combustion engine that can be supplied for the purpose.
本発明の内燃機関の排気浄化装置(例えば、後述の排気浄化装置5)は、内燃機関(例えば、後述の内燃機関1)の排気通路(例えば、後述の排気管2)に設けられて排ガスを攪拌するためのミキサー(例えば、後述のミキサー20)を備え、前記ミキサーは、排ガスに旋回流を発生させるために、当該ミキサーの中心部(例えば、後述の中心軸22側)から前記排気通路の内周部(例えば、後述の環状枠21側)に向かって延びる複数の旋回翼(例えば、後述の旋回翼30)を備え、
前記旋回翼は、前記ミキサーの前端部から所定位置下流側で軸方向と直交する断面形状において、前記ミキサーの中心部側の端部と、前記ミキサーの前記排気通路内周部側の端部とを結ぶ直線に対して、前記両端部間の中間部が、前記旋回流の旋回方向に突出しているように構成される。
An exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine (for example, an exhaust
The swirl vane has a cross-sectional shape perpendicular to the axial direction at a predetermined position downstream from the front end of the mixer, and an end on the central side of the mixer, and an end on the inner peripheral side of the exhaust passage of the mixer An intermediate portion between the both end portions is configured to protrude in a swirling direction of the swirling flow with respect to a straight line connecting the two .
この発明によれば、内燃機関の排ガス(排気通路における還元剤と排ガスとの混合物等)を、圧力損失を低減しながら均質に攪拌したガス流として浄化のために供給することができる。
また、ミキサーの排気通路内周部側で隣接する2枚の旋回翼間に流入する排ガスは、一方の旋回翼により一方向に曲げられたのち、他方の旋回翼により方向を切り替えて旋回される。
これにより、ミキサーの排気通路内周部側に流入する排ガスを、適切かつ効果的に攪拌することができる。
According to the present invention, exhaust gas (a mixture of a reducing agent and exhaust gas in an exhaust passage) of an internal combustion engine can be supplied for purification as a homogeneously stirred gas stream while reducing pressure loss.
Further, the exhaust gas flowing between two adjacent swirl vanes on the inner peripheral side of the exhaust passage of the mixer is bent in one direction by one swirl blade and then swirled by changing the direction by the other swirl blade. .
Thereby, the exhaust gas flowing into the exhaust passage inner peripheral side of the mixer can be appropriately and effectively stirred.
この場合、前記旋回翼は、複数の貫通穴を備える、ことが好ましい。 In this case, it is preferable that the swirl vane includes a plurality of through holes.
この発明によれば、内燃機関の排気通路終端付近に設けられるサイレンサーによる消音機能の一部を、ミキサーの旋回翼にもたせることができる。 According to this invention, a part of the silencing function by the silencer provided in the vicinity of the exhaust passage end of the internal combustion engine can be provided to the swirl blades of the mixer.
この場合、前記複数の貫通穴は、前記旋回翼の後端側に設けられる、ことが好ましい。 In this case, it is preferable that the plurality of through holes are provided on a rear end side of the swirl vane.
この発明によれば、旋回翼の前端側には貫通穴が形成されないので、還元剤の液滴(尿素水)の加水分解に影響を及ぼさない。そして、旋回翼の後端側に形成される貫通穴によって、サイレンサーによる消音機能の一部を達成することができる。 According to the present invention, since no through hole is formed on the front end side of the swirl vane, hydrolysis of the reducing agent droplet (urea water) is not affected. A part of the silencing function by the silencer can be achieved by the through hole formed on the rear end side of the swirl vane.
この場合、前記排気通路の上流側から下流側に向けて、尿素供給手段(例えば、後述の尿素水噴射装置10)、前記ミキサー、SCR触媒(例えば、後述のNOx浄化触媒50)の順に配置される、ことが好ましい。
In this case, the urea supply means (for example, urea
この発明によれば、ミキサー後の流れが中央部は排ガスの流れと同じ方向の直線状の流れ、外周部は旋回流となる。そのため、SCR触媒前の円錐部で流れが全方向に拡散し、均一に尿素を供給することができる。
また、ミキサー後の中心部にガス流が確保されるので、還元剤の析出を抑制することができる。
インジェクタ噴射方向からみてミキサー流入口に旋回翼が抜けなく詰まった構造となっているため、噴射した還元剤を確実にスプラッシングでき、還元剤の霧化を促進することができる。
According to this invention, the flow after the mixer is a linear flow in the same direction as the flow of the exhaust gas at the center, and the swirling flow at the outer peripheral portion. Therefore, the flow diffuses in all directions at the conical portion in front of the SCR catalyst, and urea can be supplied uniformly.
Moreover, since a gas flow is ensured in the central part after the mixer, precipitation of the reducing agent can be suppressed.
Since the swirler blades are packed in the mixer inlet as seen from the injector injection direction, the injected reducing agent can be splashed reliably and atomization of the reducing agent can be promoted.
本発明のミキサーの製造方法は、内燃機関の排気通路に設けられて排ガスを攪拌するためのミキサーの製造方法であって、
排ガスに旋回流を発生させるために、前記ミキサーの中心部から前記排気通路の内周部に向かって延びる複数の旋回翼の形状を、前記ミキサーの前端部から所定位置下流側で軸方向と直交する断面形状において、前記ミキサーの中心部側の端部と、前記ミキサーの前記排気通路内周部側の端部とを結ぶ直線に対して、前記両端部間の中間部が、前記旋回流の旋回方向に突出している形状に形成し、
前記形成した複数の旋回翼を、前記ミキサーの環状枠内に配置し、
前記各旋回翼の外方端部を前記環状枠に固着する。
The method for producing a mixer of the present invention is a method for producing a mixer for stirring exhaust gas provided in an exhaust passage of an internal combustion engine,
In order to generate a swirling flow in the exhaust gas, the shape of a plurality of swirling blades extending from the central portion of the mixer toward the inner peripheral portion of the exhaust passage is orthogonal to the axial direction at a predetermined position downstream from the front end portion of the mixer. In the cross-sectional shape, the intermediate portion between the both ends of the straight line connecting the end portion on the central portion side of the mixer and the end portion on the inner peripheral portion side of the exhaust passage of the mixer is the swirling flow. Formed in a shape that protrudes in the turning direction ,
The plurality of swirl blades formed are arranged in an annular frame of the mixer,
The outer end of each swirl wing is fixed to the annular frame.
この発明によれば、ミキサーの旋回翼の形状を、ミキサーの前端部から所定位置下流側で軸方向と直交する断面形状において、ミキサーの中心部側の端部と、ミキサーの排気通路内周部側の端部とを結ぶ直線に対して、両端部間の中間部が、旋回流の旋回方向に突出している形状に形成する。
これにより、ミキサーの排気通路内周部側で隣接する2枚の旋回翼間に流入する排ガスは、一方の旋回翼により一方向に曲げられたのち、他方の旋回翼により方向を切り替えて旋回される。
したがって、ミキサーの排気通路内周部側に流入する排ガスを、適切かつ効果的に攪拌することができる。
According to this invention, the shape of the swirl vane of the mixer is a cross-sectional shape orthogonal to the axial direction at a predetermined position downstream from the front end portion of the mixer, and the end portion on the central portion side of the mixer and the inner peripheral portion of the mixer exhaust passage An intermediate portion between both end portions is formed in a shape protruding in the swirling direction of the swirling flow with respect to a straight line connecting the end portions on the side .
As a result, the exhaust gas flowing in between the two swirl blades adjacent on the inner peripheral side of the exhaust passage of the mixer is bent in one direction by one swirl blade, and then swirled by switching the direction by the other swirl blade. The
Therefore, the exhaust gas flowing into the inner peripheral side of the exhaust passage of the mixer can be appropriately and effectively stirred.
本発明によれば、内燃機関の排ガス(排気通路における還元剤と排ガスとの混合物等)を、圧力損失を低減しながら均質に攪拌したガス流として浄化のために供給することができる。
また、ミキサーの排気通路内周部側で隣接する2枚の旋回翼間に流入する排ガスは、一方の旋回翼により一方向に曲げられたのち、他方の旋回翼により方向を切り替えて旋回される。
これにより、ミキサーの排気通路内周部側に流入する排ガスを、適切かつ効果的に攪拌することができる。
According to the present invention, exhaust gas of an internal combustion engine (a mixture of a reducing agent and exhaust gas in an exhaust passage) can be supplied for purification as a homogeneously stirred gas stream while reducing pressure loss.
Further, the exhaust gas flowing between two adjacent swirl vanes on the inner peripheral side of the exhaust passage of the mixer is bent in one direction by one swirl blade and then swirled by changing the direction by the other swirl blade. .
Thereby, the exhaust gas flowing into the exhaust passage inner peripheral side of the mixer can be appropriately and effectively stirred.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図1は、本発明の内燃機関1の排気浄化装置5の一実施形態を示す概略的構成図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of an
排気浄化装置5は、内燃機関1の排気通路(排気管)2に、上流側から下流側に向けて順に配置される、尿素水噴射装置10、ミキサー20およびNOx浄化触媒50を備える。
最上流側に配置される尿素水噴射装置10は、最下流側に配置されるNOx浄化触媒50の上流側の排気管2内に、還元剤としての尿素水を噴射して供給する。
排気管2の尿素水噴射装置10とNOx浄化触媒50との間に配置されるミキサー20は、尿素水噴射装置10により噴射された尿素水と排ガスとを攪拌混合する。
The
The urea
The
尿素水噴射装置10は、尿素水タンク11と、尿素水タンク11から延びる尿素水供給管12と、尿素水供給管12の先端に取り付けられた尿素水噴射ノズル13と、図示しない尿素水ポンプと、を備える。尿素水噴射ノズル13は、図示しない噴射弁を備える。
尿素水噴射ノズル13は、排気管2の内部に配置され、ノズル先端から噴射した尿素水が後述する旋回翼30に衝突する位置に位置決めされる。
The urea
The urea
NOx浄化触媒50は、従来公知のいわゆるSCR(選択還元式)触媒であり、従来公知の調製方法により調製される。
NOx浄化触媒50は、尿素水噴射装置10により供給された尿素水が加水分解して生成したNH3を捕捉する。
NOx浄化触媒50は、少なくともNOx浄化機能を有し、捕捉しまたは供給されたNH3を用いて、排ガス中のNOxを還元浄化する。
The
The
The
図2は、排気管2内に配置された第1実施形態に係るミキサー20の前方(上流側)から見た端面図である。すなわち、図2は端面図であるため、ミキサー20の内部の構造(例えば旋回翼30の内部形状)は図示していない。
FIG. 2 is an end view of the
ミキサー20は、排気管2の内周面に嵌合される環状枠21と、環状枠21の中心に位置する中心軸22と、環状枠21と中心軸22とを結ぶ複数の旋回翼30と、を備える。
ミキサー20には、内燃機関1から排気管2内を流れてくる排ガス、および尿素水噴射装置10の尿素水噴射ノズル13から噴射される尿素水の液滴が、導入される。導入された尿素水の液滴は、後述する複数の旋回翼30に当たって細かくなりながら、排ガスとともに、複数の旋回翼30間に形成される流路を通る。このとき、ミキサー20は、旋回翼30がその流れ方向を調整することによって、排ガスおよび尿素水液滴を攪拌混合して、NOx浄化触媒50に供給する。
The
Exhaust gas flowing from the
図3は、ミキサー20の環状枠21を省略して示す前面側(上流側)から見た斜視図である。図4は、ミキサー20の側面図、図5は、図4のV−V線に沿ってとられた縦断正面図、図6は、ミキサー20の背面側(下流側)から見た斜視図である。
FIG. 3 is a perspective view seen from the front side (upstream side) of the
ミキサー20の旋回翼30は、ミキサー20の中心部側(すなわち、ミキサー20の中心軸22側)に流入する排ガスに、排ガスの流れと同じ方向の直線状の流れまたは弱い旋回流を発生させる。
ミキサー20の旋回翼30は、ミキサー20の排気管2の内周部側(すなわち、ミキサー20の環状枠21側)に流入する排ガスに、強い旋回流を発生させる。
The
The swirl vanes 30 of the
具体的には、図5に示すように、旋回翼30は、ミキサー20の前端部から所定位置下流側で軸方向と直交する断面形状において、ミキサー20の中心軸22側の端部と、ミキサー20の環状枠21側の端部とを結ぶ直線Rに対して、両端部間の中間部(突出部40)が、強い旋回流の旋回方向に突出している。これについては後述する。
Specifically, as shown in FIG. 5, the
以下、図7〜図11を参照して、旋回翼30の形状および旋回流の様子について説明する。
図7は、ミキサー20の1枚の旋回翼30の正面図であり、図8は平面図、図9は右側から後述する後方縁35を垂直方向からみた図、図10は左側面図である。図11は、旋回翼30が図10の43a〜43dの位置で発生させる旋回流を示す概略的平面図である。
Hereinafter, the shape of the
7 is a front view of one
図7〜図10に示すように、各旋回翼30は、1枚の板材を曲げ加工して形成される。曲げ加工前の板材30sの形状を図9に2点鎖線で示す。
各旋回翼30は、ミキサー20の前端側(上流側)に位置する前方縁31、ミキサー20の中心軸22側に位置する内方縁33、ミキサー20の後端側(下流側)に位置する後方縁35、およびミキサー20の環状枠21側に位置する外方縁37を備える。
As shown in FIGS. 7-10, each swirl |
Each
旋回翼30の前方縁31は、ミキサー20の中心軸22から環状枠21まで、半径方向に沿って直線状に延びる。
旋回翼30の内方縁33は、ミキサー20の中心軸22に沿って直線状に延びる。
旋回翼30の後方縁35は、ミキサー20の中心軸22から環状枠21まで、半径方向に沿って直線状に延びる。
旋回翼30の外方縁37は、ミキサー20の環状枠21の内周面に沿って曲線状に延びる。
The
An
The
The
前方縁31の内方端と、内方縁33の前方端とは、交点32で、互いにほぼ90°の角度をもって交わる。
内方縁33の後方端と、後方縁35の内方端とは、交点34で、互いにほぼ90°の角度をもって交わる。
後方縁35の外方端と、外方縁37の後方端とは、交点36で、互いにほぼ90°の角度をもって交わる。
外方縁37の前方端と、前方縁31の外方端とは、交点38で、互いにほぼ90°の角度をもって交わる。
The inner end of the
The rear end of the
The outer end of the
The front end of the
前方縁31は、図7では、紙面に平行に配置される。前方縁31は、図8では、紙面に垂直に配置される。前方縁31は、図9では、紙面に対して傾斜して配置される。すなわち、前方縁31の内方端である交点32で紙面に接し、前方縁31の外方端である交点38は、紙面から手前に浮き上がる。前方縁31は、図10では、紙面に平行に配置される。
In FIG. 7, the
内方縁33は、図7では、紙面に垂直に配置される。内方縁33は、図8では、紙面に平行に配置される。内方縁33は、図9では、紙面に平行に配置される。内方縁33は、図10では、紙面に平行に配置される。
In FIG. 7, the
後方縁35は、図7では、紙面に平行に配置される。後方縁35は、図8では、紙面に対して傾斜して配置される。すなわち、後方縁35の内方端である交点34で紙面に接し、後方縁35の外方端である交点36は、紙面から手前に浮き上がる。後方縁35は、図9では、紙面に平行に配置される。後方縁35は、図10では、紙面に対して傾斜して配置される。すなわち、後方縁35の内方端である交点34で紙面に接し、後方縁35の外方端である交点36は、紙面から手前に浮き上がる。
In FIG. 7, the
図7、図8に示すように、前方縁31と後方縁35との間には、ミキサー20の円周方向に沿って所定の角度が形成される。
図8に示すように、外方縁37は、ミキサー20の環状枠21の内周面に沿って、前方縁31との交点38から、後方縁35との交点36に向けて、大きな曲線を描くように形成される。
As shown in FIGS. 7 and 8, a predetermined angle is formed between the
As shown in FIG. 8, the
図5を参照して上述したように、旋回翼30は、前方縁31と後方縁35との中間において、内方縁33と外方縁37とを結ぶ直線に対して、両端部間の中間部が、強い旋回流の旋回方向に突出している。
この突出部40は、旋回翼30を構成する面の湾曲によって形成されるため、図7〜図10には線として現れない。
しかし、この突出部40は、旋回翼30ひいてはミキサー20にとって非常に重要な要素である。そこで、図9、図10に、ドットで描く帯として突出部40を表現する。
As described above with reference to FIG. 5, the
Since this
However, the
図9、図10に示すように、旋回翼30における突出部40は、前方縁31の外方端(交点38)と、後方縁35の外方端(交点36)とを、両外方端(交点38、26)よりも半径方向内方を通って湾曲して結ぶように、ほぼ形成される。
突出部40は、図9では、奥側に向かって突出する。突出部40は、図10では、手前側に向かって突出する。
As shown in FIGS. 9 and 10, the protruding
The
旋回翼30の突出部40を挟んで、ミキサー20の中心軸22側における旋回流(後述する排ガスの流れと同じ方向の直線状の流れ43a、弱い旋回流43b)と、ミキサー20の環状枠21側における旋回流(後述する強い旋回流43c、43d)とは、大きく異なり、全く別の軌跡を描く。以下、これについて説明する。
A swirl flow ( a
突出部40の最も内方付近よりも内方側の領域(内方側領域41)における旋回翼30の湾曲形状は、ほぼ、つぎのように形成される。
内方側領域41のうち、旋回翼30の内方縁33に近い領域では、ミキサー20の前端部から流入したガス流が、ほぼ直線状に流れるように、旋回翼30の湾曲形状は形成される。
The curved shape of the
The curved shape of the
具体的には、図10に符号43aで示すように、内方側領域41のうち旋回翼30の内方縁33に近い領域を流れるガス流は、図11に符号43aで示すように、実質的に排ガスの流れと同じ方向の直線状の流れ43aとして旋回翼30(ミキサー20)を通過する。
より詳細には、排ガスの流れと同じ方向の直線状の流れ43aは、図11において、ごくわずか左に動いて直線状に流れる。左への動きは、無視できる程度のものである。
Specifically, as indicated by
More specifically, the
内方側領域41のうち、旋回翼30の内方縁33から遠い領域では、ミキサー20の前端部から流入したガス流が、一旦方向をわずかに変え、その後方向を元に戻して流れるように、旋回翼30の湾曲形状は形成される。
In the region far from the
具体的には、図10に符号43bで示すように、内方側領域41のうち旋回翼30の内方縁33から遠い領域を流れるガス流は、図11に符号43bで示すように、弱い旋回流43bとして旋回翼30(ミキサー20)を通過する。
より詳細には、弱い旋回流43bは、図11において、一旦方向をわずかに左に変え、その後方向を元に戻して流れる。つまり、弱い旋回流43bは、基本的に、排ガスの流れと同じ方向の直線状の流れが左にシフトするものである。
Specifically, as indicated by
More specifically, the
突出部40の最も内方付近よりも外方側の領域(外方側領域42)における旋回翼30の湾曲形状は、ほぼ、つぎのように形成される。
外方側領域42のうち、旋回翼30の外方縁37から遠い領域では、ミキサー20の前端部から流入したガス流が、一方向に曲がった後、反対方向に大きく曲がって流れるように、旋回翼30の湾曲形状は形成される。
The curved shape of the
Of the
具体的には、図10に符号43cで示すように、外方側領域42のうち旋回翼30の外方縁37から遠い領域を流れるガス流は、図11に符号43cで示すように、強い旋回流43cとして旋回翼30(ミキサー20)を通過する。
より詳細には、強い旋回流43cは、図11において、まず右に曲がった後、左に曲がって元に戻すだけでなく、さらに大きく左に曲がって、左を向いて流れる。
Specifically, as indicated by
More specifically, in FIG. 11, the
外方側領域42のうち、旋回翼30の外方縁37に近い領域では、ミキサー20の前端部から流入したガス流が、一方向に大きく曲がった後、反対方向にさらに大きく曲がって流れるように、旋回翼30の湾曲形状は形成される。
Of the
具体的には、図10に符号43dで示すように、外方側領域42のうち旋回翼30の外方縁37に近い領域を流れるガス流は、図11に符号43dで示すように、さらに強い旋回流43d(強い旋回流の一態様)として旋回翼30(ミキサー20)を通過する。
より詳細には、さらに強い旋回流43dは、図11において、まず右に大きく曲がった後、左にさらに大きく曲がって、左を向いて流れる。
Specifically, as indicated by
More specifically, in FIG. 11, the
上記の旋回流における弱い、強いという表現は、単に旋回流の旋回の強さ(旋回R)の程度を表すのみならず、互いに本質的に異なる旋回流であることを表す。
第1に、弱い旋回流43bと、強い旋回流43c、43dとは、曲がる方向が異なる。弱い旋回流43bは、左に向いた後、元の向きに戻る。一方、強い旋回流43c、43dは、右に曲がった後、左に大きく曲がる。
The expression “weak” or “strong” in the above-mentioned swirling flow represents not only the degree of swirling strength (swirl R) of the swirling flow but also the swirling flows that are essentially different from each other.
First, the bending direction is different between the
第2に、弱い旋回流43bと、強い旋回流43c、43dとは、ミキサー20を出るときの流れ方向が異なる。弱い旋回流43bは、実質的にミキサー20の軸方向に沿って流れる。一方、強い旋回流43c、43dは、ミキサー20の円周方向に大きく旋回して流れる。
Second, the
このような、(弱い)旋回流43bと、(強い)旋回流43c、43dとの違いは、図13〜図16に示すような従来の旋回翼130において、捻りの角度を調整したとしても生じ得ない差異である。
図13〜図16では、図3〜図5、図9で示した対応する図に用いた符号に100を加えた符号を付けることによって、図3〜図5、図9における各部との対応関係を示す。
Such a difference between the (weak)
In FIGS. 13 to 16, by adding 100 to the reference numerals used in the corresponding diagrams shown in FIGS. 3 to 5 and 9, the correspondence with each part in FIGS. 3 to 5 and 9. Indicates.
本実施形態によれば、以下のような効果がある。
(1)旋回翼30が、ミキサー20の環状枠21側(排気管2の内周部側)に流入する排ガスに、強い旋回流43c、43dを発生させるのとは対照的に、ミキサー20の中心軸22側(中心部側)に流入する排ガスに、排ガスの流れと同じ方向の直線状の流れ43aまたは弱い旋回流43bを発生させる。そのため、ミキサー20の中心軸22側に流入する排ガスが旋回翼30と衝突することに伴う圧力損失は明らかに低減し、したがって、ミキサー20全体としての圧力損失を低減することができる。
According to this embodiment, there are the following effects.
(1) Contrary to the fact that the
(2)ミキサー20の中心軸22側に流入する排ガスは、排ガスの流れと同じ方向の直線状の流れ43aまたは弱い旋回流43bとして中心軸22の下流側に流れる。そのため、ミキサー20の下流側において、中心部側から排気管2の内周部側まで、均質な排ガスを供給することができる。
(2) Exhaust gas flowing into the
(3)旋回翼30は、前方縁31と後方縁35との中間において、内方縁33と外方縁37とを結ぶ直線に対して、両端部間の中間部が、強い旋回流の旋回方向に突出している。そのため、ミキサー20の環状枠21側で隣接する2枚の旋回翼30、30間に流入する排ガスは、一方の旋回翼30により一方向に曲げられたのち、他方の旋回翼30により方向を切り替えて旋回される。したがって、ミキサー20の環状枠21側に流入する排ガスを、適切かつ効果的に攪拌することができる。
(3) The
(4)内燃機関1の排気管2に、上流側から下流側に向けて、尿素水噴射装置10、ミキサー20およびNOx浄化触媒50が順に配置される。そのため、ミキサー20後の流速分布が、流路断面積において均一となる。したがって、NOx浄化触媒(SCR触媒)50に均一に尿素を供給することができる。
(4) The urea
(5)ミキサー20後の中心部にガス流が確保される。そのため、還元剤の析出を抑制することができる。
(5) A gas flow is secured in the center after the
(6)尿素水噴射ノズル(インジェクタ)13の噴射方向からみて、ミキサー20の流入口に旋回翼30が抜けなく詰まった構造となっている。そのため、噴射した還元剤を確実にスプラッシングでき、還元剤の霧化を促進することができる。
(6) When viewed from the injection direction of the urea water injection nozzle (injector) 13, the
次に、図12に示す旋回翼を参照して、ミキサーの第2実施形態について説明する。
図12に示すように、旋回翼30Aには、複数の貫通穴45が形成されている。
具体的には、複数の貫通穴45は、旋回翼30Aの後端側に形成されている。
この旋回翼30Aを複数備えるミキサーは、図示してないが、複数の貫通穴45を備える点を除いて、第1実施形態に係るミキサー20と同様のものである。
Next, a second embodiment of the mixer will be described with reference to the swirl vanes shown in FIG.
As shown in FIG. 12, a plurality of through
Specifically, the plurality of through
Although not shown, the mixer including a plurality of
第2実施形態に係るミキサーによれば、上記の効果に加えて、以下のような効果がある。
(7)ミキサーの旋回翼30Aに、複数の貫通穴45が形成される。そのため、内燃機関1の排気管2の終端付近に設けられるサイレンサーによる消音機能の一部を、ミキサーの旋回翼30Aにもたせることができる。
(8)複数の貫通穴45は、旋回翼30Aの後端側に形成される。そのため、旋回翼30Aの前端側には貫通穴45が形成されないので、還元剤の液滴(尿素水)の加水分解に影響を及ぼさない。そして、旋回翼30Aの後端側に形成される貫通穴45によって、サイレンサーによる消音機能の一部を達成することができる。
(9)ミキサーの圧力損失によるガス流量低下に対しては、サイレンサー等の流動抵抗を低減させることにより補填可能である。しかし、それでは排気騒音、排気音が悪化するという懸念がある。そこで、ミキサーの旋回翼30Aに消音機能の一部をもたせることにより、排気脈動(振動)低減による排気騒音低減効果が期待できる。
(10)複数の貫通穴45のパンチング加工により、旋回翼30Aの表面積を増やせる。そのため、還元剤の液滴(尿素水)の受熱面積を増大させて、尿素水の加水分解性能の向上および拡散性の維持・向上を狙いつつ、消音機能と両立させることができる。
(11)旋回翼30Aが複数の貫通穴45を備える消音機能付きのミキサーを用いることで、本来備えるサイレンサーの容量を低減させる。そのため、排ガス流量向上による出力維持および、サイレンサー部材低減によるコストの低減が可能である。
The mixer according to the second embodiment has the following effects in addition to the above effects.
(7) A plurality of through
(8) The plurality of through
(9) The gas flow rate drop due to the pressure loss of the mixer can be compensated by reducing the flow resistance of a silencer or the like. However, there is concern that exhaust noise and exhaust noise will deteriorate. Therefore, by providing a part of the silencing function to the
(10) By punching the plurality of through
(11) The volume of the silencer that is originally provided is reduced by using a mixer with a silencing function, in which the
次に、ミキサーの製造方法の実施形態について簡単に説明する。
上記の第1実施形態に係るミキサー20の場合、その製造方法は、少なくとも、
ミキサー20の中心軸22側に流入する排ガスに、排ガスの流れと同じ方向の直線状の流れ43aまたは弱い旋回流43を発生させる一方、ミキサー20の環状枠21側に流入する排ガスに、強い旋回流43c、43dを発生させるように、各旋回翼30の形状を形成する第1のステップと、
形成した複数の旋回翼30を、ミキサー20の環状枠21内に配置する第2のステップと、
各旋回翼30の外方縁37を環状枠21に固着する第3のステップと、を含む。
Next, an embodiment of a method for manufacturing a mixer will be briefly described.
In the case of the
While the exhaust gas flowing into the
A second step of disposing the plurality of
A third step of fixing the
各旋回翼30の内方縁33については、ミキサー20の中心軸22に固着することが好ましい。
The
上記の第2実施形態に係るミキサー20の場合、その製造方法の実施形態は、第1実施形態に係るミキサー20の製造方法の上記第1のステップにおいて、旋回翼30Aの後端側に、複数の貫通穴45を形成するステップを付加するだけでよい。
In the case of the
なお、上記の各実施形態では、排気浄化装置5が取り扱う還元剤の液滴として、尿素水を用いたが、これに限定されない。他の適宜の還元剤の液滴を用いることが可能であり、液滴に限定されることもない。
In each of the above embodiments, urea water is used as the reducing agent droplets handled by the exhaust
1…内燃機関
2…排気管(排気通路)
5…排気浄化装置
10…尿素水噴射装置(尿素供給手段)
20…ミキサー
21…環状枠
22…中心軸
30、30A…旋回翼
43a…排ガスの流れと同じ方向の直線状の流れ
43b…弱い旋回流
43c…強い旋回流
43d…強い旋回流
45…貫通穴
50…NOx浄化触媒(SCR触媒)
DESCRIPTION OF
5 ... Exhaust
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記ミキサーは、排ガスに旋回流を発生させるために、当該ミキサーの中心部から前記排気通路の内周部に向かって延びる複数の旋回翼を備え、
前記旋回翼は、前記ミキサーの前端部から所定位置下流側で軸方向と直交する断面形状において、前記ミキサーの中心部側の端部と、前記ミキサーの前記排気通路内周部側の端部とを結ぶ直線に対して、前記両端部間の中間部が、前記旋回流の旋回方向に突出している、
内燃機関の排気浄化装置。 A mixer provided in the exhaust passage of the internal combustion engine for stirring the exhaust gas;
The mixer includes a plurality of swirl vanes extending from a central portion of the mixer toward an inner peripheral portion of the exhaust passage in order to generate a swirl flow in the exhaust gas,
The swirl vane has a cross-sectional shape perpendicular to the axial direction at a predetermined position downstream from the front end of the mixer, and an end on the central side of the mixer, and an end on the inner peripheral side of the exhaust passage of the mixer With respect to the straight line connecting the two ends, the intermediate portion protrudes in the swirling direction of the swirling flow,
An exhaust purification device for an internal combustion engine.
排ガスに旋回流を発生させるために、前記ミキサーの中心部から前記排気通路の内周部に向かって延びる複数の旋回翼の形状を、前記ミキサーの前端部から所定位置下流側で軸方向と直交する断面形状において、前記ミキサーの中心部側の端部と、前記ミキサーの前記排気通路内周部側の端部とを結ぶ直線に対して、前記両端部間の中間部が、前記旋回流の旋回方向に突出している形状に形成し、
前記形成した複数の旋回翼を、前記ミキサーの環状枠内に配置し、
前記各旋回翼の外方端部を前記環状枠に固着する、
ミキサーの製造方法。 A method for manufacturing a mixer provided in an exhaust passage of an internal combustion engine for stirring exhaust gas,
In order to generate a swirling flow in the exhaust gas, the shape of a plurality of swirling blades extending from the central portion of the mixer toward the inner peripheral portion of the exhaust passage is orthogonal to the axial direction at a predetermined position downstream from the front end portion of the mixer. In the cross-sectional shape, the intermediate portion between the both ends of the straight line connecting the end portion on the central portion side of the mixer and the end portion on the inner peripheral portion side of the exhaust passage of the mixer is the swirling flow. Formed in a shape that protrudes in the turning direction ,
The plurality of swirl blades formed are arranged in an annular frame of the mixer,
Fixing the outer end of each swirl to the annular frame;
A method for manufacturing a mixer.
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