JP2008240722A - 排気ガス浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】排気ガス中への添加剤の混合性及び拡散性に優れる排気ガス浄化装置を提供する。
【解決手段】排気ガス浄化体２を排気ガス流路の途中に備え、排気ガス浄化体２よりも上流側の排気ガス流路５に、混合室６と混合室６内に添加剤Ｂを供給する供給手段７とを備えた排気ガス浄化装置１において、混合室６は、拡径部６ａと縮径部６ｂと環状壁６ｃとで形成され、拡径部６ａと縮径部６ｂのうち少なくとも一方に対し添加剤Ｂが直接噴射されるよう、供給手段７の先端部７ａを、拡径部６ａと縮径部６ｂのうち少なくとも一方に指向して設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、ディーゼルエンジン等の内燃機関に装着される排気ガス浄化装置に関する。

ディーゼルエンジン等の内燃機関に装着される排気ガス浄化装置として、排気ガス中に含まれる粒子状物質（パティキュレート・マター、以下、ＰＭと称す）を捕集するために、排気管の途中にディーゼルパティキュレートフィルタ（以下、ＤＰＦと称す）を設けたものや、排気ガス中に含まれる窒素酸化物（以下、ＮＯｘと称す）の量を低減するために、ＮＯｘ還元触媒担体を設けたものが知られている。

従来、排気ガス浄化装置の浄化性能の向上を図るために、排気ガス中に添加剤を供給することが行われている。例えば、ＤＰＦ内に堆積したＰＭを除去するために、軽油等の燃料を添加剤として排気ガス中に供給することにより、ＰＭを焼失させＤＰＦを再生させることが行われている。

また、ＮＯｘ還元触媒担体においては、例えば、尿素（還元剤）等の添加剤を排気ガス中に供給することにより、ＮＯｘ還元触媒担体に吸蔵されたＮＯｘを還元して排気ガスを浄化することが行われている。

ところで、上記のように排気ガス中に添加剤を供給する場合、添加剤を排気ガス中に均一に混合及び拡散させるとともに、ＤＰＦや触媒担体等の上流側端面に添加剤を均一に行き渡らせることが、浄化性能の向上に対し必要不可欠である。例えば、特許文献１には、触媒よりも上流側の排気管に混合室を配置するとともに、その混合室内に添加剤（還元剤）を供給するノズルを配置して、混合室内にて添加剤を排気ガス中に均一に混合させる排気ガス浄化装置が提案されている。

しかしながら、特許文献１に記載の排気ガス浄化装置では、排気ガスが混合室内において滞留を起こすことにより、添加剤が排気ガス中にある程度混合されるものの、添加剤の一部が、混合されずにそのまま触媒の上流側端面の中央部に集中して流れるおそれがある。そこで、特許文献２には、排気通路に段差を設けて渦流を発生させ、段差の位置又はその近傍に添加剤（浄化剤）を噴射するとともに、排気通路内に設けた分散部材（衝突板）に添加剤を衝突させる排気ガス浄化装置が提案されている。

しかしながら、特許文献２に記載の排気ガス浄化装置のように、分散部材を設けると、圧力損失の増加、排気ガス浄化装置の構造の複雑化、分散部材の部品点数の増加を招く問題がある。
特開平５−２７２３３１号公報 特開２００６−３２２３２７号公報

本発明は上記問題に鑑み、排気ガス中への添加剤の混合性及び拡散性に優れる排気ガス浄化装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、１番目の発明では、排気ガス浄化体を排気ガス流路の途中に備え、前記排気ガス浄化体よりも上流側の前記排気ガス流路に、混合室と該混合室内に添加剤を供給する供給手段とを備えた排気ガス浄化装置において、前記混合室は、拡径部と縮径部と環状壁とで形成され、前記拡径部と前記縮径部のうち少なくとも一方に対し前記添加剤が直接噴射されるよう、前記供給手段の先端部を、前記拡径部と前記縮径部のうち少なくとも一方に指向して設けた。

２番目の発明では、１番目の発明において、 前記拡径部と前記縮径部のうち少なくとも一方が、前記排気ガス流路に対し略直交して形成されている。

３番目の発明では、１又は２番目の発明において、前記排気ガス浄化装置を車両に搭載した状態において、前記拡径部と前記縮径部のうち少なくとも一方の上方部に前記添加剤が直接噴射されるよう、前記供給手段の先端部を、前記上方部に指向して設けた。

本発明によれば、排気ガス中への添加剤の混合性及び拡散性に優れる排気ガス浄化装置を提供することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、図１乃至図１０に示す実施形態に基づいて説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る排気ガス浄化装置を示す構成図であり、図２は図１における混合室の斜視図である。排気ガス浄化装置１は以下のように構成されている。ＤＰＦやＮＯｘ還元触媒担体等の排気ガス浄化体２が、ワイヤメッシュやアルミナ製マット等の保持部材３を介してケーシング４に内装されている。ケーシング４の上流側（図中、左側）は、テーパ状のコーン４ａが形成されており、そこに管状の排気ガス流路５が接続されている。そして、排気ガス流路５の途中には、排気ガスと添加剤とを混合及び拡散するために、排気ガス流路５よりも大きい流路断面積を有する混合室６が設けられている。

混合室６は、図１及び図２を参照して、拡径部６ａと縮径部６ｂと環状壁６ｃとで構成されている。そして、縮径部６ｂの内壁面に対し添加剤が直接噴射されるよう、添加剤の供給手段たる供給ノズル７が、その先端部７ａを縮径部６ｂに指向して環状壁６ｃに貫設されている。噴射後に拡散する添加剤噴霧が、全て縮径部６ｂの内壁面に衝突することが望ましい。

次に、本実施形態における排気ガスと添加剤との混合及び拡散について、図１を参照して説明する。図示しない内燃機関から排出された排気ガスＧは、混合室６内に流入すると、拡径部６ａにより渦流Ａが発生する。特に、拡径部６ａが排気ガス流路５に対し略直交して形成されているため、渦流Ａが積極的に発生する。一方、供給ノズル７から噴射された添加剤Ｂは、縮径部６ｂに衝突し、その衝突と反射によって混合室６内に速やかに拡散される。したがって、混合室６自身のボリューム（大容積）によるミキシング作用に加え、渦流Ａの作用と、添加剤Ｂの衝突反射による拡散作用により、添加剤を排気ガス中へ十分に混合及び拡散できる。

また、添加剤に軽油等の液体燃料を用いた場合、液体燃料が、排気ガス熱によって高温となった縮径部６ａに衝突することにより、液体燃料の気化が促進され、添加剤を排気ガス中へ十分に混合及び拡散できる。

拡径部６ａと縮径部６ｂのうち、どちらに添加剤を直接噴射するかは、適宜設定すればよい。また、例えば、内燃機関の状況や排気ガスの状態により、拡径部６ａと縮径部６ｂの温度が高温になりにくく、衝突した添加剤が気化されにくい場合には、排気ガス浄化装置１を車両に搭載した状態（図１の上下方向が車両の上下方向と同じ）において、例えば、図１に示すように、縮径部６ｂの上方部（排気ガス流路５の開口端部５ａよりも上方）に添加剤Ｂを直接噴射すると、重力により添加剤が下方へ滴下しながら排気ガス中に混合される。

図３は、本発明の第２の実施形態に係る排気ガス浄化装置を示す構成図である。第１の実施形態と同様の構成には、同一の符号を付与しその説明を省略する。排気ガス浄化装置１１は、混合室６と排気ガス浄化体２との間における排気ガス流路５に、多数の通気孔８ａが形成された多孔パイプ８を内装したものである。そして、混合室６内にて添化剤が混合された排気ガスを、更にパイプ８の通気孔８ａを通過させて拡散させることにより、添加剤を排気ガス中へよりいっそう混合及び拡散できる。

図４は、本発明の第３の実施形態に係る排気ガス浄化装置を示す構成図である。第１の実施形態と同様の構成には、同一の符号を付与しその説明を省略する。排気ガス浄化装置２１は、混合室６と排気ガス浄化体２との間における排気ガス流路５の一部に拡径部５ａを設け、拡径部５ａ内に、前記多孔パイプ８よりも大径の多孔パイプ９を設けたものである。本実施形態においても、第２の実施形態と同様の作用効果を得ることができ、更に排気ガスの圧力損失が少ない点で第２の実施形態よりも有効である。

図５は、本発明の第４の実施形態に係る排気ガス浄化装置を示す構成図であり、図６は、図５におけるＣ−Ｃ線断面図である。第１の実施形態と同様の構成には、同一の符号を付与しその説明を省略する。排気ガス浄化装置３１は、混合室６と排気ガス浄化体２との間における排気ガス流路５の一部にミキサ部１０を設けたものである。ミキサ部１０内に湾曲状の変流板１０ａ，１０ｂが設けられている。そして、混合室６内にて添加剤が混合された排気ガスは、ミキサ部１０内を通過する際に、変流板１０ａ，１０ｂに衝突しながらスムーズに蛇行して流れるため、添加剤を排気ガス中へよりいっそう混合及び拡散できる。尚、変流板の形状は平板状でも構わず、また、変流板の大きさ、枚数、配置は、適宜設定すればよい。

図７は、本発明の第５の実施形態に係る排気ガス浄化装置を示す構成図である。第１の実施形態と同様の構成には、同一の符号を付与しその説明を省略する。排気ガス浄化装置４１は、混合室１２の拡径部１２ａと縮径部１２ｂを、排気ガス流路５に対し傾斜させたものである。拡径部１２ａと縮径部１２ｂの傾斜角度を適宜設定することにより、第１の実施形態で述べた渦流Ａと、添加剤Ｂの衝突反射による拡散とをチューニングし、混合及び拡散の最適化を図ることができる。また、拡径部１２ａと縮径部１２ｂを、傾斜したものと第１の実施形態で述べた排気ガス流路５に対し略直交するものとを混在させて１つの混合室に形成しても構わない。

図８は、本発明の第６の実施形態に係る排気ガス浄化装置を示す構成図である。第１の実施形態と同様の構成には、同一の符号を付与しその説明を省略する。排気ガス浄化装置５１は、混合室１３の拡径部１３ａと縮径部１３ｂを球面状に形成したものである。

図９は、本発明の第７の実施形態に係る排気ガス浄化装置を示す構成図である。第１の実施形態と同様の構成には、同一の符号を付与しその説明を省略する。排気ガス浄化装置６１は、排気ガス浄化担体２を内装するケーシング１４内に混合室１５を一体的に設けたものである。縮径部１６ｂ有する縮径部材１６を，ケーシング１４内に固設することにより、混合室１５が形成される。本実施形態においても、第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

図１０は、本発明の第８の実施形態に係る排気ガス浄化装置を示す構成図である。第１の実施形態と同様の構成には、同一の符号を付与しその説明を省略する。排気ガス浄化装置７１は、混合室１７の上流側に接続される排気ガス流路１８と、下流側に接続される排気ガス流路１９とを、ＯＦ分、オフセットして配置したものである。これにより、混合室１７内を通過する排気ガスの流路長を長く稼ぐことができ、添加剤を排気ガス中へよりいっそう混合及び拡散できる。

以上、本発明の実施形態を説明してきたが、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲の変更があっても本発明に包含される。例えば、混合室を、排気ガス流路に対し同心、偏心，傾斜させて配置しても構わない。また、１つの混合室に複数の供給ノズルを設けても構わない。また、供給ノズルの先端部は、排気ガス流路に対し、３次元的に任意の角度で設置されればよい。また、混合室の排気ガス流路に直交する断面形状は、真円、楕円、長円等の円断面や多角形断面等、任意である。また、ケーシング内に複数の排気ガス浄化体を直列配置しても構わない。また、排気ガス浄化体としては、添加剤を噴射して排気ガスを浄化するものであれば何を採用しても構わない。

本発明の第１の実施形態に係る排気ガス浄化装置の構成図 本発明の第１の実施形態に係る排気ガス浄化装置の混合室の斜視図 本発明の第２の実施形態に係る排気ガス浄化装置の構成図 本発明の第３の実施形態に係る排気ガス浄化装置の構成図 本発明の第４の実施形態に係る排気ガス浄化装置の構成図 本発明の第４の実施形態に係る排気ガス浄化装置のＣ−Ｃ線拡大断面図 本発明の第５の実施形態に係る排気ガス浄化装置の構成図 本発明の第６の実施形態に係る排気ガス浄化装置の構成図 本発明の第７の実施形態に係る排気ガス浄化装置の構成図 本発明の第８の実施形態に係る排気ガス浄化装置の構成図

符号の説明

１，１１，２１，３１，４１，５１，６１，７１，８１ 排気ガス浄化装置
２ 排気ガス浄化体
５，１８，１９ 排気ガス流路
６，１２，１３，１５，１７，２０ 混合室
６ａ，１２ａ，１３ａ，１６ａ，１７ａ 拡径部
６ｂ，１２ｂ，１３ｂ，１６ｂ，１７ｂ 縮径部
６ｃ，１２ｃ，１３ｃ，１７ｃ 環状壁
７ 供給ノズル（供給手段）
７ａ 先端部
８，９ 多孔パイプ
１０ ミキサ部

Claims (3)

1. 排気ガス浄化体を排気ガス流路の途中に備え、前記排気ガス浄化体よりも上流側の前記排気ガス流路に、混合室と該混合室内に添加剤を供給する供給手段とを備えた排気ガス浄化装置において、
   前記混合室は、拡径部と縮径部と環状壁とで形成され、前記拡径部と前記縮径部のうち少なくとも一方に対し前記添加剤が直接噴射されるよう、前記供給手段の先端部を、前記拡径部と前記縮径部のうち少なくとも一方に指向して設けたことを特徴とする排気ガス浄化装置。
2. 前記拡径部と前記縮径部のうち少なくとも一方が、前記排気ガス流路に対し略直交して形成されていることを特徴とする請求項１に記載の排気ガス浄化装置。
3. 前記排気ガス浄化装置を車両に搭載した状態において、前記拡径部と前記縮径部のうち少なくとも一方の上方部に前記添加剤が直接噴射されるよう、前記供給手段の先端部を、前記上方部に指向して設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の排気ガス浄化装置。

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