JP2019218924A - Exhaust emission control device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、車両に搭載されたエンジンの排気が流通する排気管と、この排気管のボス部に取り付けられたインジェクタとを備えた排気浄化装置に関する。 The present invention relates to an exhaust gas purification device including an exhaust pipe through which exhaust gas of an engine mounted on a vehicle flows, and an injector attached to a boss of the exhaust pipe.
従来、車両に搭載されたエンジンの排気を浄化する排気浄化装置として、排気管内に添加剤を噴射するインジェクタを備えたものが知られている。例えば、インジェクタにより排気管内に尿素水を噴射し、この尿素水の熱分解によって生成されるアンモニア(NH3)を利用して、排気中の窒素酸化物(NOx)を窒素(N2)に還元するものが普及している。 2. Description of the Related Art Conventionally, as an exhaust gas purification device that purifies exhaust gas of an engine mounted on a vehicle, a device provided with an injector that injects an additive into an exhaust pipe is known. For example, urea water is injected into the exhaust pipe by an injector, and ammonia (NH3) generated by thermal decomposition of the urea water is used to reduce nitrogen oxides (NOx) in the exhaust gas to nitrogen (N2). Is widespread.
ところで、前述したようなインジェクタが排気管の外側に突出して設けられると、インジェクタと排気管の近傍に配置される他の機器との干渉が問題となりうる。そこで、排気管においてインジェクタが取り付けられるボス部を、排気管の内側に向けて凹ませた形状とすることが提案されている(例えば特許文献1参照)。このようにボス部を凹ませれば、インジェクタの突出量が低減されることから、排気浄化装置及びその周辺機器のレイアウトの自由度が向上しうる。 Incidentally, if the injector as described above is provided to protrude outside the exhaust pipe, interference between the injector and other devices arranged near the exhaust pipe may be a problem. Therefore, it has been proposed that a boss portion of the exhaust pipe to which the injector is attached is formed to be concave toward the inside of the exhaust pipe (for example, see Patent Document 1). When the boss portion is recessed in this manner, the amount of projection of the injector is reduced, so that the degree of freedom in the layout of the exhaust gas purification device and its peripheral devices can be improved.
しかしながら、前述したようにボス部を凹ませた構成とすると、インジェクタの突出量は低減されるものの、ボス部が凹む分だけ排気通路が短くなる。これにより、排気が添加剤と混ざり合いながら流れる距離が短縮されることから、排気と添加剤との混合が十分に行われないおそれがある。 However, when the boss is recessed as described above, the amount of protrusion of the injector is reduced, but the exhaust passage is shortened by the recess of the boss. As a result, the distance that the exhaust gas flows while mixing with the additive is shortened, and there is a possibility that the exhaust gas and the additive are not sufficiently mixed.
本件の排気浄化装置は、前述したような課題に鑑み創案されたものであり、レイアウトの自由度を高めつつ、排気と添加剤との混合を促進することを目的の一つとする。 The exhaust gas purifying device of the present invention has been made in view of the above-described problems, and has as its object to promote mixing of exhaust gas and additives while increasing the degree of freedom in layout.
ここで開示する排気浄化装置は、車両に搭載されたエンジンの排気が内部を流通する排気管と、前記排気管内に排気浄化用の添加剤を噴射するインジェクタと、を備え、前記排気管は、前記インジェクタが取り付けられるボス部と前記インジェクタから噴射された前記添加剤を前記排気と混合させる筒状の混合部とを有し、前記ボス部は、前記排気管の内側に向かって凹んだ有底筒状であり、前記インジェクタの先端が配置される貫通孔が形成された底部と前記底部の外縁から前記排気管の外側に向かって延設された周壁部とを有し、前記混合部は、前記排気を内部に取り入れるための複数の孔部を有するとともに前記底部から前記周壁部と離隔する方向に延在し、前記周壁部及び前記混合部の各外周には、前記排気が流通可能な空間が設けられている。
これにより、インジェクタの突出量が低減されるとともに、周壁部及び混合部の各外周に設けられた空間に排気が回り込むことで混合部内の排気に乱流が生じやすくなる。
The exhaust purification device disclosed herein includes: an exhaust pipe through which the exhaust of an engine mounted on a vehicle flows, and an injector that injects an exhaust purification additive into the exhaust pipe. A boss portion to which the injector is attached, and a cylindrical mixing portion that mixes the additive injected from the injector with the exhaust gas, wherein the boss portion has a bottom with a concave portion toward the inside of the exhaust pipe. It is cylindrical, and has a bottom part in which a through hole in which the tip of the injector is arranged is formed, and a peripheral wall part extending toward the outside of the exhaust pipe from an outer edge of the bottom part. A space having a plurality of holes for taking the exhaust gas therein and extending from the bottom in a direction away from the peripheral wall portion, and a space through which the exhaust gas can flow around each of the peripheral wall portion and the mixing section. Provided It has been.
Accordingly, the amount of protrusion of the injector is reduced, and turbulence is easily generated in the exhaust gas in the mixing unit by the exhaust gas flowing into the space provided on each of the peripheral wall and the outer periphery of the mixing unit.
開示の排気浄化装置によれば、レイアウトの自由度を高めつつ、排気と添加剤との混合を促進することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to the exhaust gas purification device of this indication, mixing of exhaust gas and an additive can be promoted, increasing the freedom of layout.
図面を参照して、実施形態としての排気浄化装置について説明する。以下に示す実施形態はあくまでも例示に過ぎず、以下の実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。本実施形態の各構成は、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。また、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせることができる。 An exhaust gas purifying apparatus as an embodiment will be described with reference to the drawings. The embodiments described below are merely examples, and there is no intention to exclude various modifications and application of techniques not explicitly described in the following embodiments. Each configuration of the present embodiment can be variously modified and implemented without departing from the spirit thereof. Further, they can be selected as needed, or can be appropriately combined.
[1.構成]
[1−1.全体構成]
本実施形態に係る排気浄化装置1は、エンジンを搭載した車両に設けられ、このエンジンの排気を浄化するものである。本実施形態では、排気浄化装置1がディーゼルエンジンの排気を浄化する場合について説明する。以下の説明では、排気浄化装置1が適用された車両を基準にして、前後方向及び左右方向を定める。また、重力が作用する方向を下方とし、この逆方向を上方とする。なお、排気浄化装置1が適用された車両は水平な路面上にあるものとする。
[1. Constitution]
[1-1. overall structure]
The exhaust gas purification device 1 according to the present embodiment is provided in a vehicle equipped with an engine, and purifies exhaust gas from the engine. In the present embodiment, a case where the exhaust gas purification device 1 purifies exhaust gas from a diesel engine will be described. In the following description, the front-rear direction and the left-right direction are determined based on the vehicle to which the exhaust emission control device 1 is applied. Further, the direction in which gravity acts is defined as a downward direction, and the opposite direction is defined as an upward direction. It is assumed that the vehicle to which the exhaust emission control device 1 is applied is on a horizontal road surface.
図1に示すように、排気浄化装置1は、車両に搭載されたエンジンの排気が流通する排気管2と、排気管2内に添加剤を噴射するインジェクタ3とを備えている。インジェクタ3は、排気管2に設けられたボス部4に取り付けられている。以下、排気管2,インジェクタ3,ボス部4について順に説明する。
As shown in FIG. 1, the exhaust gas purification device 1 includes an
[1−2.排気管]
排気管2は、エンジンの気筒から車両の外部へと排気を導くためのものである。ここでは、排気の流れ方向を基準として上流及び下流を定める。排気管2は、前段酸化触媒51及びDPF(Diesel Particulate Filter)52が設けられた第一ユニット10と、SCR(Selective Catalytic Reduction)53及び後段酸化触媒54が設けられた第二ユニット20とを含んで構成される。本実施形態では、第一ユニット10が第二ユニット20の左方に隣接して配置される場合を例示する。また、第一ユニット10の左方には、前後方向に延びるプロペラシャフト(図示略)が隣接して配置される。
[1-2. Exhaust pipe]
The
第一ユニット10は、第二ユニット20の直上流に設けられる。第一ユニット10は、前段酸化触媒51に排気を送り込む第一入口部11と、前段酸化触媒51を収容する前段ケース部12と、DPF52を収容するDPFケース部13と、DPF52を通過した排気を受ける第一出口部14と、排気に乱流を生じさせる混合部15とで構成される。
The
第一入口部11,前段ケース部12,DPFケース部13及び混合部15は何れも、両端の開口が互いに逆方向を向く略円筒状に形成される。一方、第一出口部14は、下流側の端部が略平板状の端壁部14aで塞がれた略有底円筒状に形成される。第一入口部11,前段ケース部12,DPFケース部13及び第一出口部14は、何れも軸心が前後方向に沿う姿勢とされ、前方から後方に向かってこの順に配置される。
Each of the
これに対し、混合部15は、軸心が左右方向に沿う姿勢とされ、その左側の部分が第一出口部14に入り込んだ状態で配置される。混合部15のうち、第一出口部14内に配置される部分には、排気を混合部15の内部に取り入れるための複数の孔部15hが形成される。混合部15は、孔部15hから流入した排気と、インジェクタ3から噴射された添加剤との混合を促進する機能をもつ。
On the other hand, the
第二ユニット20は、SCR53に排気を送り込む第二入口部21と、SCR53及び後段酸化触媒54を収容するSCRケース部22と、SCR53及び後段酸化触媒54を通過した排気を下流側へ送る第二出口部23とで構成される。第二入口部21及び第二下口部23は何れも、緩やかに湾曲した略円筒状に形成される。第二入口部21の上流端は、混合部15の下流端に接続される。
The
SCRケース部22は、SCR53及び後段酸化触媒54を収容する部位が略円筒状に形成され、その軸心が前後方向に沿う姿勢とされる。第二入口部21,SCRケース部22及び第二出口部23は、後方から前方に向かってこの順に配置される。なお、SCRケース部22内では、SCR53が後段酸化触媒54よりも上流側に配置される。
The
エンジンの排気は、第一入口部11を通って前段ケース部12に流入し、前段酸化触媒51を通過した後にDPFケース部13内のDPF52を通過して第一出口部14に流れる。そして、この排気は、混合部15の孔部15hから混合部15内に流れ、インジェクタ3から噴射された添加剤と混ざり合いながら第二入口部21に流れる。このように、排気は、第一出口部14の内部で混合部15に流れ込むことで、その流れ方向が後方へ向かう方向から右方へ向かう方向へと略90°変更されて、第二入口部21へと到達する。続いて、この排気は、SCRケース部22に流入し、SCR53及び後段酸化触媒54を順に通過した後に第二出口部23から下流側へと流れる。
The exhaust gas of the engine flows into the
ここで、第一出口部14の詳細な構成について説明する。
本実施形態の第一出口部14は、その内側に向かって凹んだ凹部14bと、凹部14bから更に内側に向かって凹んだボス部4とを有する。本実施形態では、凹部14b及びボス部4が、第一出口部14の左側の部位に形成されている場合を例示する。すなわち、凹部14b及びボス部4は何れも、第一出口部14において、プロペラシャフトから離隔する方向(右方)に向かって凹んだ部位である。
Here, a detailed configuration of the
The
凹部14b及びボス部4は、インジェクタ3の突出量(第一ユニット10の左側面から左側へ突出する長さ)を低減する機能をもつ。具体的には、凹部14b及びボス部4のそれぞれが凹むことによって形成される空間にインジェクタ3が配置されることで、インジェクタ3の左方への突出量が低減され、インジェクタ3とプロペラシャフトとの干渉が抑制される。
The
第一出口部14は、ボス部4を除く部分が二重の構造とされている。具体的には図2に示すように、第一出口部14は、内壁材41と、内壁材41よりも一回り大きく形成されて内壁材41の外側に配置された外壁材42とを有する。内壁材41及び外壁材42は何れも、前述した凹部14bを構成するように略筒状に形成されている。
The
内壁材41は、ボス部4が配置される空間(孔部)を囲む環状の第一縁部43と、混合部15が配置される空間(孔部)を囲む環状の第二縁部44とを有する。第一縁部43にはボス部4が固定され、第二縁部44には混合部15の外周面が固定される。なお、図示は省略するが、第一出口部14の端壁部14aも同様に、内壁材と外壁材とで二重の構造とされている。
The
[1−3.インジェクタ]
図2に示すように、インジェクタ3は、その基端に設けられた供給孔31に供給される添加剤を、その先端に設けられた噴射孔32から混合部15内に噴射するものである。本実施形態のインジェクタ3は、添加剤の単位時間当たりの噴射量を所定量に調整したうえで、混合部15の軸心C1に沿って添加剤を噴射する。また、本実施形態では、インジェクタ3が圧縮空気を用いない所謂エアレス式のものであるとともに、水冷式の構造をもつ場合について説明する。なお、図2には、インジェクタ3の断面を簡素化して示している。
[1-3. Injector]
As shown in FIG. 2, the
インジェクタ3が噴射する添加剤としては、尿素水,アンモニア水,無水アンモニア(NH3)が挙げられる。インジェクタ3が尿素水を噴射する場合、排気管2内では、尿素水の熱分解によってNH3が生成される。また、インジェクタ3がアンモニア水を噴射する場合、排気管2内では、アンモニア水の加水分解によってNH3が生成される。すなわち、インジェクタ3が尿素水,アンモニア水,無水アンモニアの何れを噴射する場合も、排気管2内ではNH3が排気と混ざり合って流れる。排気と混ざり合ったNH3は、SCR53で還元剤として機能し、排気中の窒素酸化物(NOx)を窒素(N2)に還元する。
Examples of additives injected by the
供給孔31と噴射孔32とは、同一の軸心C2上に設けられる。インジェクタ3は、この軸心C2に沿って添加剤を噴射する。以下、この軸心C2を「インジェクタ3の軸心C2」ともいい、供給孔31から噴射孔32に向かう方向(すなわち、インジェクタ3が添加剤を噴射する方向)を噴射方向Dともいう。
The
インジェクタ3の軸心C2は、インジェクタ3がボス部4に取り付けられた状態で、混合部15の軸心C1上に位置する。言い換えると、インジェクタ3は、混合部15と同一軸心上に位置する(すなわち、インジェクタ3の軸心C2が混合部15の軸心C1と重なる)ように、ボス部4に対して位置決めされる。また、本実施形態のインジェクタ3は、噴射方向Dが水平方向に対して下降傾斜する姿勢でボス部4に取り付けられている。より具体的には、本実施形態の噴射方向Dは、左方から右方に向かって下降傾斜する方向である。なお、インジェクタ3は、ボス部4に取り付けられた状態で、ボス部4よりも第一出口部14の外側(本実施形態では左方)に突出する。
The axis C2 of the
[1−4.ボス部]
ボス部4は、第一出口部14の内側へ向かって凹んだ有底筒状に形成される。本実施形態のボス部4は、鋳造により、第一出口部14の他の部位とは別体で形成されている。ボス部4は、略平板状に形成された底部5と、略円筒状に形成された周壁部6とを有する。
[1-4. Boss]
The boss portion 4 is formed in a bottomed cylindrical shape that is concave toward the inside of the
底部5は、その法線が左方から右方に向かって下降傾斜する姿勢で、内壁材41の第一縁部43よりも第一出口部14の内側(右方)に配置される。底部5の外周面は、円柱面状に形成される。底部5の外周面には、混合部15の左端部が例えば溶接により固定される。なお、混合部15は、このように底部5に固定された状態では、底部5から周壁部6と離隔する方向に延在する。
The
底部5には、インジェクタ3の噴射孔32が配置される貫通孔7が形成される。貫通孔7は、底部5の略中心に設けられ、その軸心C3は、底部5の法線と平行に延び、混合部15及びインジェクタ3のそれぞれがボス部4に取り付けられた状態では混合部15及びインジェクタ3の各軸心C1,C2と重なる(一致する)。
In the
周壁部6は、底部5の外縁から第一出口部14の外側に向かって延設される。本実施形態の周壁部6は、その縁部6aが斜め上方を向く開口をなす。すなわち、周壁部6の縁部6aがなす開口の軸心は、第一出口部14の外側に向かって上り傾斜している。また、周壁部6の縁部6aの外周面は、円柱面状に形成される。周壁部6の縁部6aの外周面は、内壁材41の第一縁部43に固定される。ボス部4は、このように周壁部6の縁部6aが内壁材41の第一縁部43に固定されることで、第一出口部14の他の部位(ボス部4以外の部位)と一体化される。
The peripheral wall portion 6 extends from the outer edge of the
本実施形態の周壁部6の縁部6aは、円形状に形成され、混合部15,インジェクタ3,貫通孔7のそれぞれと同一軸心上に配置されている。すなわち、周壁部6の縁部6aがなす円の中心は、混合部15とインジェクタ3と貫通孔7とのそれぞれの軸心C1,C2,C3上に位置する。なお、周壁部6の縁部6aは、周壁部6の端面から内壁材41の第一縁部43が固定される部位までを含む端部を指す。
The
周壁部6は、縁部6aを除く部位が内壁材41と非接触に設けられる。すなわち、ボス部4が内壁材41に固定された状態で、周壁部6の外周には排気が流通可能な空間S1が設けられる。また、底部5に固定された混合部15の外周にも同様に、排気が流通可能な空間S2が設けられる。空間S1,S2は、周壁部6及び混合部15をそれぞれ囲むように、周壁部6及び混合部15の全周にわたって設けられている。
The peripheral wall portion 6 is provided so that a portion other than the
[2.作用,効果]
排気浄化装置1によれば、ボス部4が排気管2の内側に向かって窪んだ有底筒状であるため、ボス部4に取り付けられたインジェクタ3の突出量を低減することができる。これにより、排気浄化装置1とその近傍に配置される機器(例えば前述したプロペラシャフト)との干渉を防止しやすくすることができる。よって、排気浄化装置1及びその周辺機器のレイアウトの自由度を向上させることができる。
[2. Action, effect]
According to the exhaust gas purification device 1, since the boss portion 4 has a bottomed cylindrical shape depressed toward the inside of the
また、排気管2にはボス部4の底部5から周壁部6と離隔する方向に延在する筒状の混合部15が設けられており、周壁部6及び混合部15の各外周には排気が流通可能な空間S1,S2が設けられているため、排気管2内で空間S1,S2に排気を回り込ませることができる。排気が周壁部6の外周の空間S1に回り込んでから混合部15の外周の空間S2へと流れることで、混合部15に流入する排気に乱流が生じやすくなる。また、排気が混合部15の外周の空間S2に回り込むことで、混合部15の全周から混合部15内に排気が取り入れられるため、混合部15内で排気に乱流が生じやすくなる。これらより、インジェクタ3から噴射された添加剤と排気との混合を促進することができ、排気浄化性能の向上に寄与することができる。以上のように、排気浄化装置1によれば、レイアウトの自由度を向上させつつ、排気と添加剤との混合を促進することができる。
Further, the
[3.変形例]
排気管2の形状,配置は前述したものに限定されない。例えば、排気管2の第一出口部14は凹部14bが省略された形状であってもよいし、第一ユニット10は第二ユニット20の右方に配置されてもよい。また、ボス部4の周壁部6は角筒状であってもよいし、周壁部6の縁部6aがなす開口は斜め上方以外を向いていてもよい。
[3. Modification]
The shape and arrangement of the
前述したインジェクタ3の構成,配置は一例である。インジェクタ3は、圧縮空気を用いて添加剤を噴射する方式のものであってもよいし、水冷式の構造が省略されてもよい。また、インジェクタ3は、その噴射方向Dが下降傾斜する姿勢とされてなくてもよい。
前述した前段酸化触媒51,DPF52,SCR53及び後段酸化触媒54は、排気浄化装置1で浄化する排気の成分に応じて適宜設けられればよく、これらの一部が省略されてもよい。また、排気管2内には、これら以外の触媒やフィルタが更に設けられてもよい。
The configuration and arrangement of the
The above-described first-
なお、インジェクタ3の下流に酸化触媒及びフィルタを設けるとともに、インジェクタ3によって噴射する添加剤として未燃燃料を採用してもよい。この場合、インジェクタ3から噴射された未燃燃料が酸化触媒において酸化することで排気温度が上昇するため、フィルタに捕集された排気中のPM(Particulate Matter;粒子状物質)を燃焼させることができる。よって、排気の浄化を促進することができる。
Note that an oxidation catalyst and a filter may be provided downstream of the
1 排気浄化装置
2 排気管
3 インジェクタ
4 ボス部
5 底部
6 周壁部
7 貫通孔
15 混合部
15h 孔部
S1,S2 空間
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (1)
前記排気管内に排気浄化用の添加剤を噴射するインジェクタと、を備え、
前記排気管は、前記インジェクタが取り付けられるボス部と前記インジェクタから噴射された前記添加剤を前記排気と混合させる筒状の混合部とを有し、
前記ボス部は、前記排気管の内側に向かって凹んだ有底筒状であり、前記インジェクタの先端が配置される貫通孔が形成された底部と前記底部の外縁から前記排気管の外側に向かって延設された周壁部とを有し、
前記混合部は、前記排気を内部に取り入れるための複数の孔部を有するとともに前記底部から前記周壁部と離隔する方向に延在し、
前記周壁部及び前記混合部の各外周には、前記排気が流通可能な空間が設けられていることを特徴とする、排気浄化装置。 An exhaust pipe through which the exhaust of the engine mounted on the vehicle flows,
An injector for injecting an exhaust gas purification additive into the exhaust pipe,
The exhaust pipe has a boss portion to which the injector is attached and a cylindrical mixing portion that mixes the additive ejected from the injector with the exhaust gas,
The boss portion is a bottomed cylindrical shape that is recessed toward the inside of the exhaust pipe, and a bottom portion having a through hole in which a tip of the injector is disposed and an outer edge of the bottom portion, which extends outward from the exhaust pipe. Having a peripheral wall portion extended
The mixing section has a plurality of holes for taking the exhaust gas therein and extends in a direction away from the peripheral wall from the bottom,
An exhaust gas purification device, wherein a space through which the exhaust gas can flow is provided on each outer periphery of the peripheral wall portion and the mixing portion.
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