JP2009167910A - 排気通路構造 - Google Patents

Abstract

【課題】添加剤噴射装置から噴射される尿素水を簡単な構成で排気ガス中に効率よく分散させて排気ガス浄化装置に対する霧化を促進することができる排気通路構造を提供する。
【解決手段】排気ガス浄化装置２の上流側に、尿素水を噴射する噴射ノズル３が設けられた排気系路の構造において、排気ガス浄化装置２と添加剤噴射装置３との間に、その排気ガス浄化装置２と添加剤噴射装置３とを車両運転時の振動により相対変位させる継手機構５を設ける。この継手機構５を、枝管１１の長手方向略中間部付近に設けている。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンの排気通路に配置された排気ガス浄化装置の上流側において排気通路内に添加剤を噴射するようにした排気通路構造に関する。

一般に、エンジン、特にディーゼルエンジンの排気ガス中には、一酸化窒素などの燃焼によって生じる窒素酸化物（以下では、ＮＯｘという）などの有害物質が含まれており、大気の汚染を防ぐために、このような有害物質の排出量を低減させることが強く要請されている。また、燃焼室内に直接ガソリンを噴射する方式の、いわゆる筒内噴射ガソリン機関からも、運転条件によっては排気ガスとともにＮＯｘが排出される場合があり、同様の要請が存在する。

そのため、排気ガスとともに排出されるＮＯｘを浄化する上で、三元触媒を備えた排気ガス浄化装置を排気通路に設けることが行われている。

しかし、このような三元触媒を備えた排気ガス浄化装置では、エンジンの種類によって十分な効果が得られないことがある。例えば、希薄燃焼（リーンバーン）を行うディーゼルエンジンでは、排気ガスが酸素過剰雰囲気にあるため、燃料成分（ＨＣ）と酸素とが反応（燃焼）し易く、三元触媒によるＮＯｘの十分な浄化が困難となる。

そこで、排気通路に選択還元型のＮＯｘ触媒を備えた排気ガス浄化装置を設け、この排気ガス浄化装置よりも上流側において、排気ガス中に尿素を添加する添加剤噴射装置を設けることによって、排気ガス中のＮＯｘを効率よく浄化することが行われている（例えば、特許文献１参照）。

ところで、排気ガス中へ添加される尿素等の添加剤は、排気ガス浄化装置によるＮＯｘの浄化性能を高める上で、排気ガス中に効率よく分散させる必要がある。

そのため、従来より、添加剤噴射装置の噴射ノズルに超音波振動噴射弁を併設し、噴射ノズルから噴射される添加剤に超音波振動を付与することで、添加剤の噴射範囲を超音波振動により拡散させ、排気ガス中に添加剤を効率よく分散させて排気ガス浄化装置に対する霧化を促進するようにしたものが知られている（例えば、特許文献２参照）。
特開２００５−１１３６８８号公報 特開２０００−３５２３０６号公報

ところが、上記従来のものでは、添加剤噴射装置の噴射ノズルに超音波振動噴射弁が併設されているため、超音波振動噴射弁のスリーブ内で振動子を超音波振動させる上で、振動子に接続された超音波トランスデューサに電力を供給する超音波ジェネレータ等が必要となり、構造が非常に複雑なものとなる。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、添加剤噴射装置から噴射される添加剤を簡単な構成で排気ガス中に効率よく分散させて排気ガス浄化装置に対する霧化を促進することができる排気通路構造を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明では、エンジンの排気通路に配置された排気ガス浄化装置の上流側に、上記排気通路内に添加剤を噴射する添加剤噴射装置が設けられた排気通路構造を前提とする。そして、上記排気ガス浄化装置と上記添加剤噴射装置との間に、その排気ガス浄化装置と添加剤噴射装置とを運転時の振動により相対変位させる継手機構を設けている。

この特定事項により、排気通路において排気ガス浄化装置と添加剤噴射装置とが運転時の振動により相対変位するので、添加剤噴射装置から噴射された添加剤の噴射範囲は、運転時の振動（例えば、路面からの振動やエンジンのロール時の振動等）によって排気通路内の排気ガス浄化装置に対し相対変位して拡散されることになる。これにより、継手機構を設けるだけの簡単な構成で、添加剤噴射装置から噴射された添加剤を排気ガス中に効率よく分散させて排気ガス浄化装置に対する霧化を促進することが可能となる。

特に、継手機構を特定するものとして、以下の構成が掲げられる。つまり、上記添加剤噴射装置を上記排気通路に基端が連結された枝管の先端に設け、上記継手機構を、上記枝管の途中に設けている。

この特定事項により、枝管の基部側（排気通路側）に対し添加剤噴射装置が相対変位するので、排気通路に入力された振動周波数に対し添加剤噴射装置をダイナミックダンパとして機能させることが可能となる上、添加剤噴射装置の噴射口付近での析出物を運転時の振動により振り落とすことが可能となる。その上、運転時の振動により枝管の基端に作用する添加剤噴射装置の負荷が継手機構により緩和され、枝管の基端を保護することが可能となる。

これに対し、上記排気通路に、上記添加剤噴射装置が設けられた上流側排気管と、上記排気ガス浄化装置が設けられた下流側排気管とを設け、上記継手機構を、上記上流側排気管と上記下流側排気管との間に設けている場合には、上流側排気管と下流側排気管とが相対変位するので、上流側排気管と下流側排気管との間での振動を継手機構によって抑制することが可能となる。

以上、要するに、排気ガス浄化装置と上記添加剤噴射装置との間に、その排気ガス浄化装置と添加剤噴射装置とを運転時の振動により相対変位させる継手機構を設けることで、添加剤噴射装置からの添加剤の噴射範囲を運転時の振動によって排気通路内の排気ガス浄化装置に対し相対変位して拡散させ、継手機構を設けるだけの簡単な構成で、添加剤噴射装置から噴射された添加剤を排気ガス中に効率よく分散させて排気ガス浄化装置に対する霧化を促進することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。

図１は本発明の実施例１に係る排気通路構造を用いた車両用ディーゼルエンジンの排気通路を示している。この図１において、排気通路１の途中には、排気ガス浄化装置２が設けられている。この排気ガス浄化装置２は、酸素共存下でも選択的に排気ガス中のＮＯｘを還元剤（添加剤）と反応させる性質を備えた選択還元型触媒２１を装備している。この選択還元型触媒２１は、排気通路１内を流れる排気ガス中のＮＯｘを還元剤により還元浄化するもので、セラミックのコーディライトやＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ系の耐熱鋼から成るハニカム形状の横断面を有するモノリスタイプの触媒担体に、例えばゼオライト系の活性成分が担持されている。そして、上記触媒担体に担持された活性成分は、還元剤の供給を受けて活性化し、ＮＯｘを効果的に無害物質に浄化させる。この場合、選択還元型触媒２１を使ったＮＯｘ低減手法をＳＣＲ（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｃａｔａｌｙｔｉｃ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）と呼び、還元剤として尿素を使うものは特に尿素ＳＣＲと呼ばれている。

そして、排気ガス浄化装置２（選択還元型触媒２１）の排気ガス流れ方向の上流側には、還元剤としての尿素水（添加剤）を噴射する添加剤噴射装置３の噴射ノズル３１が配設されている。この噴射ノズル３１は、排気通路１の周壁部の上方位置、つまり排気通路１の周壁部上端に基端が連結された枝管１１の先端位置に設けられ、その噴射口３２より尿素水を排気ガス浄化装置２の排気ガス流れ方向上流側に供給している。そして、噴射ノズル３１の噴射口３２は、噴射された尿素水が排気通路１を横切るように、排気通路１の周壁部上方位置より排気ガスの流れ方向に対し斜め下流側に向けて配置、つまり排気通路１の軸線ｍに対し適宜の角度（例えば略４５°）で排気ガスの流れ方向下流側に斜めに傾斜して配置されている。この場合、尿素水は、貯蔵タンクに貯留され、合成樹脂製の供給管を介して噴射ノズル３に供給される。なお、図１中における破線は、噴射口３２から噴射された尿素水の噴射範囲を示し、この噴射範囲は、噴射軸線（図１に一点鎖線で示す）に対し４．５°ずつ角度を有して９°に設定されている。

また、噴射ノズル３１の噴射口３２から噴射供給された尿素水は、排気通路１内の排気熱により加水分解してアンモニアを容易に発生する。得られたアンモニアは、選択還元型触媒２１において排気中のＮＯｘと反応し、水および無害なガスに浄化される。尿素水は、固体もしくは粉体の尿素の水溶液で、貯蔵タンクに貯留されており、供給管を通じて噴射ノズル３に供給されるようになっている。なお、噴射ノズル３１で噴射供給する還元剤（添加剤）としては、尿素水の他に、アンモニア水溶液や炭化水素水溶液などが適用されていてもよい。

噴射ノズル３１の排気ガス流れ方向の直下流側（選択還元型触媒２１よりも排気ガス流れ方向上流側）には、噴射ノズル３１より排気通路１内に噴射された尿素水を排気ガス中に分散する板状の分散板４が設けられている。この分散板４は、排気ガスを流れ方向に仕切るように鉛直面状に切り立った状態で配置され、その外周端が排気通路１の周壁に取り付けられている。この場合、噴射口３２から噴射された尿素水の噴射軸線は、分散板４の中心（排気通路１の軸線）とほぼ合致している。

そして、排気ガス浄化装置２と添加剤噴射装置３との間には、その排気ガス浄化装置２と添加剤噴射装置３とを車両運転時の振動（例えば、路面からの振動やエンジンのロール時の振動等）により相対変位させる継手機構５が設けられている。この継手機構５は、枝管１１の途中、つまり枝管１１の長手方向略中間部付近に設けられている。

継手機構５は、添加剤噴射装置３を支持する支持部５１ａを有するとともに、略半球面を有するガスケット５２およびボルト挿通孔を有する第１フランジ５１と、枝管１１の先端の外周面に設けられ、ボルト挿通孔を有すると共にガスケット５２の略半球面と当接可能な第２フランジ５３とを備えている。そして、両フランジ５１，５３を向かい合うように配置し第２フランジ５３をガスケット５２の略半球面に当接させた状態で、第１フランジ５１側からバネ５４を介してボルト５５を挿通し第２フランジ５３側にてナット５６で締結している。このボルト５５にはバネ押え５５ａが設けられ、バネ５４はこのバネ押え５５ａと第１フランジ５１との間に配設されている。この継手機構５では、ガスケット５２の略半球面に第２フランジ５３が摺動可能に接触し、またバネ押え５５ａと第１フランジ５１との間にバネ５４が配設されているため、添加剤噴射装置３を支持する第１フランジ５１と枝管１１の第２フランジ５３とが車両運転時の振動によって相対変位するようになっている。そして、ガスケット５２の略半球面とこの半球面に当接する第２フランジ５３の当接面とは、互いに異なる曲率の面に形成され、互いの面同士を線で当接させることによって両面間のシール性が図られるようになっている。

この場合、噴射ノズル３１から噴射された尿素水の噴射範囲は、排気ガス浄化装置２側となる枝管１１の第２フランジ５３と添加剤噴射装置３側となる第１フランジ５１との車両運転時の振動による相対変位によって、±１°程度変位している。

したがって、上記実施例１では、排気ガス浄化装置２と添加剤噴射装置３との間に設けた継手機構５によって、排気ガス浄化装置２側となる第２フランジ５３に対し添加剤噴射装置３側となる第１フランジ５１が車両運転時の振動により相対変位するので、噴射ノズル３１から噴射された尿素水の噴射範囲は、運転時の振動（例えば、路面からの振動やエンジンのロール時の振動等）によって排気通路１内の分散板４の中心に対し±１°程度変位して拡散されることになる。これにより、継手機構５を設けるだけの簡単な構成で、噴射ノズル３１から噴射された尿素水を排気ガス中に効率よく分散させて排気ガス浄化装置２に対する霧化を促進することができる。

また、継手機構５が枝管１１の長手方向略中間部付近に設けられているので、枝管１１の基部側（排気通路１側）となる第２フランジ５３に対し添加剤噴射装置３が相対変位するので、排気通路１に入力された振動周波数に対し添加剤噴射装置３をダイナミックダンパとして機能させることができる上、添加剤噴射装置３の噴射口３２付近での析出物を車両運転時の振動により振り落とすことができる。その上、車両運転時の振動により枝管１１の基端に作用する添加剤噴射装置３の負荷が継手機構５により緩和され、枝管１１の基端を保護することができる。

次に、本発明の実施例２を図２に基づいて説明する。

この実施例では、継手機構を設ける位置を変更している。なお、継手機構を除くその他の構成は上記実施例１の場合と同じであり、同一部分については同じ符号を付して、その詳細な説明は省略する。

すなわち、本実施例２では、図２に示すように、排気通路１は、添加剤噴射装置３が設けられた枝管１１が連結される上流側排気管１２と、排気ガス浄化装置２が設けられた下流側排気管１３とを備えている。そして、上流側排気管１２と下流側排気管１３との間に継手機構６が設けられている。

この継手機構６は、上流側排気管１２の下流端の外周面設けられ、かつ略半球面を有するガスケット６２およびボルト挿通孔を有する第１フランジ６１と、下流側排気管１３の上流端の外周面に設けられ、ボルト挿通孔を有すると共にガスケット６２の略半球面と当接可能な第２フランジ６３とを備えている。そして、両フランジ６１，６３を向かい合うように配置し第２フランジ６３をガスケット６２の略半球面に当接させた状態で、第１フランジ６１側からバネ６４を介してボルト６５を挿通し第２フランジ６３側にてナット６６で締結している。このボルト６５にはバネ押え６５ａが設けられ、バネ６４はこのバネ押え６５ａと第１フランジ６１との間に配設されている。この継手機構６では、ガスケット６２の略半球面に第２フランジ６３が摺動可能に接触し、またバネ押え６５ａと第１フランジ６１との間にバネ６４が配設されているため、添加剤噴射装置３が枝管１１を介して連結された上流側排気管１２の第１フランジ６１と下流側排気管１３の第２フランジ６３とが車両運転時の振動によって相対変位するようになっている。

この場合、噴射ノズル３１から噴射された尿素水の噴射範囲（図２に破線で示す範囲）は、排気ガス浄化装置２側となる下流側排気管１３の第２フランジ６３と添加剤噴射装置３側となる上流側排気管１２の第１フランジ６１との車両運転時の振動による相対変位によって、±１°程度変位している。

したがって、上記実施例２では、排気ガス浄化装置２と添加剤噴射装置３との間に設けた継手機構６によって、添加剤噴射装置３側となる上流側排気管１２の第１フランジ６１と排気ガス浄化装置２側となる下流側排気管１３の第２フランジ６３とが車両運転時の振動により相対変位するので、噴射ノズル３１から噴射された尿素水の噴射範囲は、運転時の振動（例えば、路面からの振動やエンジンのロール時の振動等）によって排気通路１内の分散板４の中心に対し±１°程度変位して拡散されることになる。これにより、継手機構６を設けるだけの簡単な構成で、噴射ノズル３１から噴射された尿素水を排気ガス中に効率よく分散させて排気ガス浄化装置２に対する霧化を促進することができる。

しかも、上流側排気管１２と下流側排気管１３とが相対変位することにより、上流側排気管１２と下流側排気管１３との間での振動を継手機構６によって抑制することができる。

次に、本発明の実施例３を図３に基づいて説明する。

この実施例では、継手機構の構成を変更している。なお、継手機構を除くその他の構成は上記実施例２の場合と同じであり、同一部分については同じ符号を付して、その詳細な説明は省略する。

すなわち、本実施例３では、図３に示すように、継手機構７は、上流側排気管１２と下流側排気管１３との間に設けられている。

この継手機構７は、上流側排気管１２および下流側排気管１３の材厚（例えば１．２ｍｍ程度）に対し薄い材厚（例えば０．３ｍｍ程度）に形成された可撓性を有するフレキシブルパイプ７１を備え、このフレキシブルパイプ７１によって、添加剤噴射装置３側となる上流側排気管１２と、排気ガス浄化装置２側となる下流側排気管１３とを車両運転時の振動により相対変位させるようにしている。

この場合、噴射ノズル３１から噴射された尿素水の噴射範囲（図３に破線で示す範囲）は、排気ガス浄化装置２側となる下流側排気管１３と添加剤噴射装置３側となる上流側排気管１２との車両運転時の振動による相対変位によって、±１°程度変位している。

したがって、上記実施例３では、排気ガス浄化装置２と添加剤噴射装置３との間に設けたフレキシブルパイプ７１よりなる継手機構７によって、添加剤噴射装置３側となる上流側排気管１２と排気ガス浄化装置２側となる下流側排気管１３とが車両運転時の振動により相対変位するので、噴射ノズル３１から噴射された尿素水の噴射範囲は、運転時の振動（例えば、路面からの振動やエンジンのロール時の振動等）によって排気通路１内の分散板４の中心に対し±１°程度変位して拡散されることになる。これにより、継手機構７を設けるだけの簡単な構成で、噴射ノズル３１から噴射された尿素水を排気ガス中に効率よく分散させて排気ガス浄化装置２に対する霧化を促進することができる。

なお、本発明は、上記各実施例に限定されるものではなく、その他種々の変形例を包含している。例えば、上記各実施例では、選択還元型触媒２１を備えた排気ガス浄化装置２の上流側において噴射ノズル３１の噴射口３２から排気ガス中に尿素を噴射させたが、排気通路にゼオライト系触媒を備えた排気ガス浄化装置を設け、この排気ガス浄化装置よりも上流側において噴射ノズルの噴射口から排気ガス中に燃料成分（ＨＣ成分）を噴射するようにしてもよいのはもちろんである。

また、上記各実施例では、噴射ノズル３１の排気ガス流れ方向の直下流側に分散板４を設けたが、枝管よりも上流側における排気通路内において排気ガスに乱流や旋回流を発生させる手段が設けられている場合などには分散板を設けなくてもよく、継手機構による添加剤噴射装置と排気ガス浄化装置との間での相対変位によって噴射ノズルから噴射された尿素水を排気ガス中に効率よく分散させて排気ガス浄化装置に対する霧化を促進することが可能となる。

また、上記実施例１で用いた継手機構５がフレキシブルパイプにより構成されていてもよいのはもちろんである。

更に、上記各実施例では、ディーゼルエンジンの排気通路に添加剤分散板構造を適用した場合について述べたが、運転条件によっては排気ガスとともにＮＯｘが排出される筒内噴射ガソリンエンジンの排気通路に添加剤分散板構造が適用されていてもよいのはいうまでもない。

本発明の実施例１に係る排気通路構造を側方から見た断面図である。 本発明の実施例２に係る排気通路構造を側方から見た断面図である。 本発明の実施例３に係る排気通路構造を側方から見た断面図である。

符号の説明

１ 排気通路
２ 排気ガス浄化装置
１１ 枝管
１２ 上流側排気管（排気管）
１３ 下流側排気管（排気管）
５，６，７ 継手機構

Claims (3)

1. エンジンの排気通路に配置された排気ガス浄化装置の上流側に、上記排気通路内に添加剤を噴射する添加剤噴射装置が設けられた排気通路構造であって、
   上記排気ガス浄化装置と上記添加剤噴射装置との間には、その排気ガス浄化装置と添加剤噴射装置とを運転時の振動により相対変位させる継手機構が設けられていることを特徴とする排気通路構造。
2. 請求項１に記載の排気通路構造において、
   上記添加剤噴射装置は、上記排気通路に基端が連結された枝管の先端に設けられており、
   上記継手機構は、上記枝管の途中に設けられていることを特徴とする排気通路構造。
3. 請求項１に記載の排気通路構造において、
   上記排気通路は、上記添加剤噴射装置が設けられた上流側排気管と、上記排気ガス浄化装置が設けられた下流側排気管とを備えており、
   上記継手機構は、上記上流側排気管と上記下流側排気管との間に設けられていることを特徴とする排気通路構造。

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