JP2015048824A - 添加剤注入装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】ガス流れを整流できるとともに添加剤のガスへの分散性を向上できる添加剤注入装置を提供する。
【解決手段】添加剤注入装置10は、ガスが流通する、湾曲した形状の管本体4と、管本体4の湾曲の外側4aに配置され、ガス流れの下流側に向けて添加剤を噴射するインジェクタ20と、インジェクタ20の噴射口21に臨む一端31、および、一端31と反対側の他端32を有し、インジェクタ20が噴射する添加剤を案内する案内管30とを備えている。案内管30には、他端32において、管本体4の湾曲の内側4bに向く一部分が切り欠かれた切り欠き部34が形成されている。
【選択図】図3
【解決手段】添加剤注入装置10は、ガスが流通する、湾曲した形状の管本体4と、管本体4の湾曲の外側4aに配置され、ガス流れの下流側に向けて添加剤を噴射するインジェクタ20と、インジェクタ20の噴射口21に臨む一端31、および、一端31と反対側の他端32を有し、インジェクタ20が噴射する添加剤を案内する案内管30とを備えている。案内管30には、他端32において、管本体4の湾曲の内側4bに向く一部分が切り欠かれた切り欠き部34が形成されている。
【選択図】図3
Description
本発明は、添加剤注入装置に関し、特に、ガス流れ中に添加剤を注入する添加剤注入装置に関する。
従来、ディーゼルエンジンの排ガスの排気経路下流側に向かって液体還元剤を噴射するインジェクタを取付け可能な排気管が提案されている(たとえば、特開2006−329019号公報(特許文献1)参照)。特許文献1には、ディーゼルエンジンの排気経路を構成する管本体に、インジェクタが噴射した液体還元剤を案内する真直ぐな案内管が設けられている構成が開示されている。
ガス流れ中に添加剤を注入する場合、たとえば、エンジンの排気経路に排ガス処理用の添加剤を噴射する場合には、ガス流れの整流および添加剤の十分な拡散が必要とされている。特許文献1に記載の装置では、排気管の曲がり部分においてインジェクタが設置されているため、インジェクタの設置位置において排気管内のガス流れの偏流が発生しており、ガス流れの整流は不十分である。ガス流れの偏流に伴って、排気管内に注入された添加剤も偏り、したがって添加剤がガス流れ中に均一に分散されず、目標の添加剤分散性が得られない問題があった。
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、ガス流れを整流できるとともに添加剤のガスへの分散性を向上できる、添加剤注入装置を提供することである。
本発明に係る添加剤注入装置は、ガスが流通する管本体と、添加剤を噴射するインジェクタと、インジェクタが噴射する添加剤を案内する案内管とを備えている。管本体は、湾曲した形状を有している。インジェクタは、管本体の湾曲の外側に配置されている。インジェクタは、ガス流れの下流側に向けて添加剤を噴射する。案内管は、インジェクタの噴射口に臨む一端、および、一端と反対側の他端を有している。案内管には、他端において、管本体の湾曲の内側に向く一部分が切り欠かれた切り欠き部が形成されている。
上記添加剤注入装置において好ましくは、案内管は、管本体と接合する接合部を有しており、切り欠き部は、接合部から他端までの範囲が切り欠かれた形状に形成されている。
上記添加剤注入装置において好ましくは、案内管の、管本体の湾曲の外側に向く部分は、円錐面形状に形成されており、切り欠き部は、他端において、円錐面の中心軸よりも管本体の湾曲の内側に向く部分が切り欠かれた形状に形成されている。
上記添加剤注入装置において好ましくは、案内管の円錐面形状のテーパ角度は、インジェクタの噴射口のスプレー角度が案内管に干渉しない角度とされている。好ましくは、テーパ角度は、スプレー角度が案内管に干渉しない最小角度とされている。
上記添加剤注入装置において好ましくは、管本体に対しガス流れの下流側に連結された直管部をさらに備えており、案内管の他端は、直管部のガス流れの上流側の端部に配置されている。
本発明の添加剤注入装置によると、ガス流れの整流および添加剤のガスへの分散性向上を実現することができる。
以下、図面に基づいてこの発明の実施の形態を説明する。なお、以下の実施の形態において、同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。
図1は、ガスの排気経路の概略を示す模式図である。図1に示すように、エンジン1からの排気ガスは、曲がり管形状の管本体4および直管形状の直管部5を経て、チャンバ2の内部に配置されている排気浄化用触媒3へ流れる。一方、添加剤注入装置10により、管本体4内を流れるガス中に添加剤が注入される。添加剤は混合器7においてガスと混合されて拡散し、チャンバ2内でガス中に均一に分散した添加剤が排気浄化用触媒3に供給される。排気浄化用触媒3において、ガス中に含有される公害物質が添加剤と反応することにより、公害物質の濃度が減少する。公害物質の量が適正値に低下したガスは、排気管6から排出される。
図2は、添加剤注入装置10の構成の概略を示す模式図である。図3は、図2に示す案内管30付近を拡大して示す模式図である。図4は、添加剤注入装置10をガス流れの下流側から見た模式図である。図2〜4を参照して、添加剤注入装置10は、添加剤を噴射するインジェクタ20と、インジェクタ20が噴射する添加剤を案内する案内管30とを主に備えている。
エンジン1からの排気ガスが流通する管本体4は、湾曲した形状を有している。図2〜4中の符号4aは、管本体4の湾曲の外側を示し、符号4bは、管本体4の湾曲の内側を示している。管本体4は、管本体4の周辺に他の機器が配置されることによって配置上の制約をうけており、そのため湾曲した形状を有している。
管本体4内を流れるガス中に添加剤を注入するインジェクタ20は、管本体4の湾曲の外側4aに配置されている。インジェクタ20は、噴射口21を有している。インジェクタ20は、噴射口21から、管本体4の内部を流れるガスの流れの下流側に向けて、添加剤を噴射する。排気浄化用触媒3におけるガス温度の低下を抑制して排気浄化用触媒3の活性を維持するために、添加剤の注入位置から排気浄化用触媒3までの距離をできるだけ小さくする必要があり、そのためインジェクタ20は、曲がり管形状の管本体4に設けられている。
添加剤はたとえば、尿素水、ハイドロカーボン、アンモニアなどの、ガス中に含まれる窒素酸化物(NOx)と化学反応してNOxを還元するための還元剤である。排気浄化用触媒3はたとえば、NOx吸蔵還元触媒または選択的還元触媒である。
案内管30は、細長の形状を有しており、一端31と他端32とを有している。一端31は、インジェクタ20の噴射口21に臨んでいる側の、案内管30の一方の端部である。他端32は、一端31と反対側の、案内管30の他方の端部である。案内管30の他端32は、ガスの排気経路内に配置されている。管本体4のガス流れの下流側には、直管部5が連結されている。図3に示すように、案内管30の他端32は、管本体4と直管部5との連結部分に配置されている。案内管30の他端32は、直管部5の、ガス流れの上流側の端部に配置されている。ガスの排気経路を形成する管が曲がり管形状から直管形状に変化する位置に、案内管30の他端32が設けられている。
案内管30は、管本体4と一体の構造物として設けられている。管本体4と案内管30とが一体に成形されてもよく、または管本体4に案内管30がたとえば溶接されて一体に取り付けられてもよい。案内管30は、接合部36を有している。接合部36において、案内管30は、管本体4と接合している。図3中の上側、すなわち、管本体4の湾曲の内側4bに向く側において、接合部36は一端31に設けられている。図3中の下側、すなわち、管本体4の湾曲の外側4aに向く側において、接合部36は一端31と他端32との間に設けられている。
図5は、案内管30の側面図である。図6は、図5中の矢印VI方向から見た案内管30の端面図である。図7は、図5中の矢印VII方向から見た案内管30の端面図である。図5および図7を参照して、案内管30には、その一部分が切り欠かれた切り欠き部34が形成されている。切り欠き部34は、接合部36から他端32までの範囲が切り欠かれた形状に形成されている。切り欠き部34は、案内管30の他端32の一部分が切り欠かれた形状に形成されている。一端31には切り欠き部34は形成されておらず、そのため、図6に示すように、一端31側から見た案内管30の端面は円形状を有している。
図2〜4を併せて参照して、切り欠き部34は、管本体4の湾曲の内側4bに向く案内管30の一部分が切り欠かれた形状に形成されている。案内管30の、管本体4の湾曲の外側4aに向く部分33は、円錐面形状に形成されている。図5中に示す一点鎖線は、当該円錐面形状の中心軸を示している。切り欠き部34は、他端32において、円錐面の中心軸よりも管本体4の湾曲の内側4bに向く部分が切り欠かれた形状に形成されている。そのため、図7に示すように、他端32側から見た案内管30の端面は半円形状を有している。
案内管30は、円錐面形状の筒の一部が切り欠かれた形状を有している。そのため、切り欠き部34が形成されていない部分において、案内管30は、円錐面形状に形成されている。案内管30の、管本体4の湾曲の外側4aに向く部分33は、一端31から他端32までの範囲で、円錐面形状に形成されている。案内管30の、管本体4の湾曲の内側4bに向く部分は、一端31から切り欠き部34までの範囲で、円錐面形状に形成されている。案内管30の円錐面形状は、当該円錐面形状の中心軸(図5中の一点鎖線)に対して、テーパ角度θを形成している。
案内管30に切り欠き部34が形成されているために、図2〜4に示すように、管本体4の湾曲の外側4aに向く側の案内管30の一部が、より長く管本体4の内部空間に突き出している。湾曲した形状の管本体4の内部ではガスの排気経路も湾曲しており、ガス流れの偏りの発生し易い湾曲の外側4aにおいて、案内管30はガスの排気経路内に延在しており、管本体4と直管部5との境目にまで延びて配置されている。案内管30の、管本体4の湾曲の外側4aに向く部分33は、図4に示すように、管本体4の湾曲の内側4bに向かって凹形状に形成されている。他端32において典型的に示されるように、案内管30の円錐面形状の外側が管本体4の湾曲の外側4aに向いており、案内管30の円錐面形状の内側が管本体4の湾曲の内側4bに向いている。
図2に示す直管部5は、中心軸に対して対称な形状、たとえば円筒形状に形成されている。案内管30は、直管部5の中心軸と、図5中の一点鎖線で示す案内管30の中心軸とが同一の直線上にあるように、配置されている。案内管30と直管部5とは、互いに同軸に配置されている。
図8は、インジェクタ20から添加剤が噴射される様子を示す模式図である。図8には、管本体4内のガスの流れがない状態での、インジェクタ20の噴射口21から噴射される添加剤の理論上のスプレー形状が、符号50で示されている。噴射口21には、フルコーンスプレーノズルが設けられている。噴射口21から噴射される添加剤のスプレーパターンは、フルコーン(充円錐)形状である。このフルコーン形状の中心軸は、案内管30の中心軸と一致している。案内管30と直管部5とが互いに同軸に配置されているために、添加剤のスプレーパターンのフルコーン形状の中心軸は、直管部の中心軸と一致している。
添加剤のスプレーパターンのフルコーン形状の中心軸は、直管部5の中心軸に対してずれていても構わない。たとえば、直管部5の中心軸に対して添加剤のスプレーパターンのフルコーン形状の中心軸が傾斜していてもよく、直管部5の中心軸からずれた位置に噴射口21が配置されていてもよい。添加剤のスプレーパターンのフルコーン形状を直管部5と同軸にすれば、直管部5の下流側に配置されている排気浄化用触媒3に対して、より均一に添加剤を供給できるので好ましい。
図8に示すように、添加剤は、スプレー角度αを形成して噴射口21から噴射される。噴射口21から噴射される添加剤は、スプレー角度αの範囲で広がって噴射される。案内管30は、噴射口21から噴射される添加剤との干渉を回避可能な形状に形成されている。案内管30の円錐面形状のテーパ角度θは、噴射口21のスプレー角度αが案内管30に干渉しない角度とされている。
噴射口21から噴射される添加剤が案内管30の他端32に到達したとき、添加剤の円錐状の広がりが案内管30の他端32によって妨げられないように、噴射口21は最適に選定されており、かつ、案内管30は最適に設計されている。望ましくは、案内管30の円錐面形状のテーパ角度θは、噴射口21から噴射される添加剤のスプレー角度αが案内管30に干渉しない最小の角度とされている。
次に、本実施の形態の添加剤注入装置10の作用効果について説明する。
本実施の形態によれば、図2〜4に示すように、案内管30には、他端32において、管本体4の湾曲の内側4bに向く一部分が切り欠かれた切り欠き部34が形成されている。案内管30を円筒形状または円錐面形状とせずに切り欠き部34が形成されている形状とすることにより、案内管30のうち、切り欠き部34の形成されていない側である管本体4の湾曲の外側4aに向く部分33(図2〜4中の下側の部分)が、管本体4内部を流れるガスを案内するガイドベーンとして機能する。より具体的には、湾曲の外側4aに向く部分33は、管本体4内を湾曲の外側4aに向かって流れようとするガスの一部を受け、湾曲の内側4bへ向けて流れるように管本体4内でガスを案内する。これにより、ガス流れが整流される。
本実施の形態によれば、図2〜4に示すように、案内管30には、他端32において、管本体4の湾曲の内側4bに向く一部分が切り欠かれた切り欠き部34が形成されている。案内管30を円筒形状または円錐面形状とせずに切り欠き部34が形成されている形状とすることにより、案内管30のうち、切り欠き部34の形成されていない側である管本体4の湾曲の外側4aに向く部分33(図2〜4中の下側の部分)が、管本体4内部を流れるガスを案内するガイドベーンとして機能する。より具体的には、湾曲の外側4aに向く部分33は、管本体4内を湾曲の外側4aに向かって流れようとするガスの一部を受け、湾曲の内側4bへ向けて流れるように管本体4内でガスを案内する。これにより、ガス流れが整流される。
管本体4内部のガス流れが整流されることにより、曲がり管形状の管本体4の湾曲の外側4aにガスが偏って流れることが抑制される。そのため、インジェクタ20からガス流れ中に噴射される添加剤が管本体4の湾曲の外側4aに偏って流れることも抑制されて、管本体4内に添加剤が良好に拡散される。その結果、下流側の排気浄化用触媒3には、均一に拡散された添加剤が供給されるので、添加剤のばらつきに起因した排気浄化用触媒3の性能低下を防止することができる。したがって、目標とする排気浄化用触媒3のガス処理性能を達成することができる。
添加剤の注入に用いられる案内管30に切り欠き部34を形成する形状変更によって、管本体4内のガス流れの整流を達成できる。そのため、曲がり管形状の管本体4の形状変更、または管本体4内への整流板の新設などの、ガス流れの整流のための追加対策を必要としない。したがって、より生産性に優れた低コストな添加剤注入装置10を実現することができる。
また図5に示す本実施の形態のように、切り欠き部34は、案内管30が管本体4と接合する接合部36から他端32までの範囲が切り欠かれた形状に形成されていてもよい。このようにすれば、案内管30のうち、管本体4の湾曲の内側4bに向く部分におけるより広い範囲が切り欠かれて切り欠き部34が形成されていることになる。そのため、案内管30のより広い範囲において、管本体4を流れるガスが整流される。すなわち、管本体4を流れるガスのうち、より多くの量のガスが、案内管30によって湾曲の内側4bへ向けて流れることになる。したがって、ガス流れをより効率よく整流することができる。
また図5,7に示す本実施の形態のように、案内管30の、管本体4の湾曲の外側4aに向く部分33は、円錐面形状に形成されており、切り欠き部34は、他端32において、円錐面の中心軸よりも管本体4の湾曲の内側4bに向く部分が切り欠かれた形状に形成されていてもよい。このようにすれば、図7に示すように、他端32側から見た案内管30の端面が半円形状を有していることになる。これにより、他端32においてより多くの量のガスを湾曲の内側4bへ向けて流すことができるので、ガス流れをより効率よく整流することができる。
また図8に示す本実施の形態のように、案内管30の円錐面形状のテーパ角度θは、インジェクタ20の噴射口21のスプレー角度αが案内管30に干渉しない角度とされていてもよい。このようにすれば、案内管30が噴射口21から噴射される添加剤の拡散の妨げとなることを回避できるので、管本体4内に添加剤をさらに良好に拡散することができる。
また図8に示す本実施の形態のように、案内管30の円錐面形状のテーパ角度θは、インジェクタ20の噴射口21のスプレー角度αが案内管30に干渉しない最小の角度とされていてもよい。案内管30と添加剤との干渉を避けることにより上述した通り添加剤の拡散性を向上できるが、テーパ角度θが大きくなると、案内管30によってガスを湾曲の内側4bへ向けて流す整流効果が小さくなる。そのため、テーパ角度θを最小の角度とすれば、案内管30は、添加剤の拡散を妨げることなく、ガス流れの整流作用を発揮することができる。したがって、より効率的にガス流れの偏流を低減することができる。
また図2,3に示す本実施の形態のように、案内管30の他端32は、管本体4に対しガス流れの下流側に連結された直管部5の、ガス流れの上流側の端部に配置されていてもよい。他端32が直管部5まで延びる案内管30を管本体4の内部に設けることにより、曲がり管形状の管本体4から直管部5に到達するまで、案内管30によってガスが案内される。そのため、案内管30はガス流れの整流作用をさらに顕著に発揮することができるので、ガス流れの偏流をさらに低減することができる。
以上のように本発明の実施の形態について説明を行なったが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。この発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
本発明は、車両に搭載されたエンジン排ガス中に尿素水などの液体還元剤を注入する添加剤注入装置に、特に有利に適用され得る。
1 エンジン、2 チャンバ、3 排気浄化用触媒、4 管本体、4a 湾曲の外側、4b 湾曲の内側、5 直管部、6 排気管、7 混合器、10 添加剤注入装置、20 インジェクタ、21 噴射口、30 案内管、31 一端、32 他端、34 切り欠き部、36 接合部、50 スプレー形状、α スプレー角度、θ テーパ角度。
Claims (6)
- ガスが流通する、湾曲した形状の管本体と、
前記管本体の湾曲の外側に配置され、ガス流れの下流側に向けて添加剤を噴射するインジェクタと、
前記インジェクタの噴射口に臨む一端、および、前記一端と反対側の他端を有し、前記インジェクタが噴射する添加剤を案内する案内管とを備え、
前記案内管には、前記他端において、前記管本体の湾曲の内側に向く一部分が切り欠かれた切り欠き部が形成されている、添加剤注入装置。 - 前記案内管は、前記管本体と接合する接合部を有し、
前記切り欠き部は、前記接合部から前記他端までの範囲が切り欠かれた形状に形成されている、請求項1に記載の添加剤注入装置。 - 前記案内管の、前記管本体の湾曲の外側に向く部分は、円錐面形状に形成されており、
前記切り欠き部は、前記他端において、円錐面の中心軸よりも前記管本体の湾曲の内側に向く部分が切り欠かれた形状に形成されている、請求項1または2に記載の添加剤注入装置。 - 前記案内管の円錐面形状のテーパ角度は、前記インジェクタの噴射口のスプレー角度が前記案内管に干渉しない角度とされている、請求項3に記載の添加剤注入装置。
- 前記テーパ角度は、前記スプレー角度が前記案内管に干渉しない最小角度とされている、請求項4に記載の添加剤注入装置。
- 前記管本体に対しガス流れの下流側に連結された直管部をさらに備え、
前記案内管の前記他端は、前記直管部のガス流れの上流側の端部に配置されている、請求項1〜5のいずれか1項に記載の添加剤注入装置。
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JP2013183154A JP2015048824A (ja) | 2013-09-04 | 2013-09-04 | 添加剤注入装置 |
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