JP2021025454A - 排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複雑な構造を必要とすることなく排気ガスに対する添加剤の混合性を向上すると共に、連絡配管を接続する作業を容易にする排気浄化装置を提供する。【解決手段】上流側ケーシング５と下流側ケーシング６を連通するようにフランジ１１を介して接続される連絡配管１７を備える排気浄化装置であって、連絡配管１７は、インジェクタ１０の下流に、排気ガス１の流路方向を変更する曲部１８を配し、曲部１８の出側に、外周面を凹ませて内周面に凸面２０ｂを形成する凹部２０を備え、凹部２０は、外周面の凹面２０ａにより、フランジ１１を介して上流側ケーシング５と連絡配管１７を接続する際の作業空間を形成すると共に、内周面の凸面２０ｂにより、排気ガス１の流れに旋回流を付与する曲面を形成するように構成される。【選択図】図１

Description

本発明は、排気浄化装置に関するものである。

近年、排気管の途中に排気ガス中のパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタを備えると共に、該パティキュレートフィルタの下流側に酸素共存下でも選択的にＮＯxをアンモニアと反応させ得る選択還元型触媒を備え、該選択還元型触媒と前記パティキュレートフィルタとの間に添加剤（還元剤）として尿素水を噴霧してパティキュレートとＮＯxの同時低減を図ることが提案されている。

この場合、選択還元型触媒への尿素水の添加は、パティキュレートフィルタと選択還元型触媒との間で行われることになるため、排気ガス中に添加された尿素水がアンモニアと炭酸ガスに熱分解されるまでの十分な反応時間を確保しようとすれば、尿素水の添加位置から選択還元型触媒までの距離を長くする必要があるが、パティキュレートフィルタと選択還元型触媒とを十分な距離を隔てて離間配置させてしまうと、車両への搭載性が著しく損なわれてしまう。

このため、図６に示す如きコンパクトな排気浄化装置が既に提案されており、排気浄化装置では、エンジンからの排気ガス１が流通する排気管２の途中に、排気ガス１中のパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタ３と、該パティキュレートフィルタ３の下流側に酸素共存下でも選択的にＮＯxをアンモニアと反応させ得る性質を備えた選択還元型触媒４とを備えるようにしている。

パティキュレートフィルタ３は、上流側ケーシング５の内部に配置されており、選択還元型触媒４は、１対一組の状態で下流側ケーシング６の内部に配置されている。また上流側ケーシング５と下流側ケーシング６は、並列に配置され、ガス集合室７、連絡配管８、ガス分散室９により連通可能に接続されている。

ガス集合室７は、上流側ケーシング５の出側端部に位置し、パティキュレートフィルタ３の出側端部を包囲し且つ該出側端部から出た直後の排気ガス１を略直角な向きに方向転換させつつ集合せしめるようになっている。またガス集合室７には、パティキュレートフィルタ３と選択還元型触媒４の間を流れる排気ガス１に対して尿素水を添加するインジェクタ１０が装備されている。

連絡配管（ミキシングパイプ）８は、上流側ケーシング５と下流側ケーシング６の間に位置すると共に、ガス集合室７の出口側及びガス分散室９の入口側にフランジ１１，１２を介して接続されている。また連絡配管８は、ガス集合室７側の近傍に位置する曲部１３と、曲部１３から上流側ケーシング５と略平行に延在する延在部１４とを備え、ガス集合室７で集められた排気ガス１をパティキュレートフィルタ３の排気流れと逆向きに抜き出して流すようになっている。

ガス分散室９は、下流側ケーシング６の入側端部に位置し、連絡配管８の延在部１４により導かれた排気ガス１を略直角な向きに方向転換させつつ分散せしめ、その分散された排気ガス１を選択還元型触媒４の入側端部に導入し得るようになっている。

尚、ここに図示している例では、パティキュレートフィルタ３が抱持されている上流側ケーシング５内の前段に、排気ガス１を酸化処理する酸化触媒１５が装備されており、また選択還元型触媒４が抱持されている下流側ケーシング６内の後段には、余剰のアンモニアを酸化処理するアンモニア低減触媒１６が装備されている。

そして、このような構成を採用すれば、上流側ケーシング５から下流側ケーシング６まで排気ガス流路がＳ字構造を成すようになり、パティキュレートフィルタ３の出側端部から排出された排気ガス１が逆向きに折り返されて隣の選択還元型触媒４の入側端部に導入される。そしてパティキュレートフィルタ３により排気ガス１中のパティキュレートが捕集されると共に、その下流側の連絡配管８の途中でインジェクタ１０から尿素水が排気ガス１中に添加されてアンモニアと炭酸ガスに熱分解され、選択還元型触媒４上で排気ガス１中のＮＯxがアンモニアにより良好に還元浄化される結果、排気ガス１中のパティキュレートとＮＯxの同時低減が図られるようになる。

この際、パティキュレートフィルタ３の出側端部から排出された排気ガス１が連絡配管８により逆向きに折り返されてから隣の選択還元型触媒４の入側端部に導入されるようになっているので、尿素水の添加位置から選択還元型触媒４までの距離が長く確保され、尿素水からアンモニアが生成されるのに十分な反応時間が確保される。

尚、この種のコンパクトに構成された排気浄化装置に関連する先行技術文献情報としては下記の特許文献１等がある。

特開２０１５−４８７１５号公報

しかしながら、斯かる従来構造にあっては、インジェクタ１０により尿素水が添加された直後に、連絡配管８の入側の曲部１３で排気ガス１の流れが急激に曲げられるため、曲部１３における曲がり方向外側に排気ガス１の流れが偏り、ここで流路壁面に尿素水が付着して排気ガス１とうまく混ざり合わなくなり、本来発揮されるべき触媒性能が十分に引き出されなくなる虞れがあった。

特許文献１においては、連絡配管の入側端部に対し排気ガスをガイドフィンにより接線方向から導入せしめて排気ガスに旋回流を与えたり、連絡配管の内周面にスパイラルレールを付設して排気ガスに旋回流を与えたりして排気ガスに対する尿素水の混合性を高める提案が成されているが、何れも複雑な構造が必要となってコストの高騰を招いてしまうことが避けられない。

更に、上流側ケーシング５と連絡配管８を接続する際には、ガス集合室７のフランジ１１ａと連絡配管８の入側フランジ１１ｂをボルト締結する必要がある一方で、フランジ１１１ａと入側フランジ１１ｂにおけるボルト締結位置の一部が、連絡配管８とガス集合室７の間に位置するため、ボルト締結の作業が困難であるという問題があった。

本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、複雑な構造を必要とすることなく排気ガスに対する添加剤の混合性を向上すると共に、連絡配管を接続する作業を容易にする排気浄化装置を提供することを目的としている。

本発明の排気浄化装置は、パティキュレートフィルタを内部に配する上流側ケーシングと、該上流側ケーシングと並列に位置して選択還元型触媒を内部に配する下流側ケーシングと、上流側ケーシングと下流側ケーシングを連通するようにフランジを介して接続される連絡配管と、前記パティキュレートフィルタと前記選択還元型触媒の間を流れる排気ガスに対し添加剤を噴霧するインジェクタとを備える排気浄化装置であって、
前記連絡配管は、前記インジェクタの下流に、排気ガスの流路方向を変更する曲部を配し、該曲部の出側に、外周面を凹ませて内周面に凸面を形成する凹部を備え、
該凹部は、外周面の凹面により、前記フランジを介して前記上流側ケーシング５と連絡配管を接続する際の作業空間を形成すると共に、内周面の凸面により、排気ガスの流れに旋回流を付与する曲面を形成するように構成されたことを特徴とするものである。

本発明の排気浄化装置において、前記凹部は、外周面が上方から下方へ向かって凹むように形成されることが好ましい。

本発明の排気浄化装置において、前記凹部は、曲部の出側で連絡配管を横切る方向に形成されることが好ましい。

本発明の排気浄化装置において、前記凹部は、作業空間に、前記フランジを固定するボルト締結の軸線上を少なくとも含むように形成されることが好ましい。

本発明の排気浄化装置において、前記凹部は、内周面の凸面により、排気ガスを上方から下方へ誘導し、前記連絡配管の曲部からの排気ガスの流れに合流させ、旋回流を付与するように形成されることが好ましい。

上記した本発明の排気浄化装置によれば、複雑な構造を必要とすることなく排気ガスに対する添加剤の混合性を向上すると共に、連絡配管を接続する作業を容易にすることができるという種々の優れた効果を奏し得る。

本発明を実施する形態の一例を示す概略図である。 図１の要部を拡大して示す斜視図である。 本発明を実施する形態の一例において凹部による排気ガスの流れを示す断面図である。 本発明を実施する形態の一例において凹部とボルト締結の軸線の関係を示す概念図である。 本発明を実施する形態の他例において凹部による排気ガスの流れを示す断面図である。 従来例を示す概略図である。

以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。

図１〜図５は本発明の実施の形態例を示すものであって、図中、図６と同一の符号を付した部分は同一物を表す。

本発明を実施する形態の一例を示す排気浄化装置は、パティキュレートフィルタ３を内部に配する上流側ケーシング５と、上流側ケーシング５と並列に位置して選択還元型触媒４を内部に配する下流側ケーシング６とを、ガス集合室７、連絡配管１７、ガス分散室９により連通可能に接続している。またガス集合室７には、パティキュレートフィルタ３から略直角な向きに方向転換して流れる排気ガス１に対し、排気ガス１が向かう方向へアンモニア等の添加剤（還元剤）を噴霧するインジェクタ１０を備えている。

連絡配管（ミキシングパイプ）１７は、上流側ケーシング５と下流側ケーシング６の間に配置されている。また連絡配管１７は、ガス集合室７の出口側に対し、ガス集合室７のフランジ１１ａと連絡配管１７の入側フランジ１１ｂをボルトＢやナットＮ（図２参照）により締結されていると共に、ガス分散室９の入口側に対し、ガス分散室９のフランジ１２ａと連絡配管１７の出側フランジ１２ｂをボルトＢやナット（図示せず）により締結されている。更に連絡配管１７は、インジェクタ１０の下流に位置するように入側フランジ１１ａの近傍に位置して排気ガス１の流路方向を変更する曲部１８と、曲部１８から上流側ケーシング５と略平行に延在して排気ガス１の流路方向をパティキュレートフィルタ３の排気流れと逆向きにする延在部１９とを備えている。ここで延在部１９は、図１に示すごとく直線状であっても良いし、図５に示す如く途中の湾曲部分を介して斜め方向へ向きを変える形状であっても良い。

連絡配管１７の曲部１８の出側には、外周面が上方から下方へ向かって凹むように形成された凹部２０を備え、凹部２０は、平面視で連絡配管１７の曲部１８の出側を横切る方向に形成されている。また凹部２０は、曲部１８の外周面に凹面２０ａを形成すると共に、曲部１８の内周面に凸面２０ｂを形成している。

外周面の凹面２０ａは、上流側ケーシング５と連絡配管１７を接続する際の作業空間を形成し、作業空間には、連絡配管１７の入側フランジ１１ｂを固定するボルト締結の軸線上を少なくとも含むようにしている。

内周面の凸面２０ｂは、平面を有することなく、曲面のみで構成されており、排気ガス１を上方から下方へ誘導し、曲部１８からの排気ガス１の流れに合流させ、旋回流を付与するようになっている。ここで、凹部２０は、外周面の凹面２０ａによる作用と、内周面の凸面２０ｂの作用とがバランス良くなるように設定することが好ましいが、排気ガス１の旋回流を考慮して内周面の凸面２０ｂの設定を重視しても良い。尚、外周面からの凹みが少ない場合には、外周面の凹面２０ａによる作業空間が小さくなると共に、内周面の凸面２０ｂにより排気ガス１の流れを誘導する作用が弱くなる。凹部２０の外周面からの凹みが大きい場合には、内周面の凸面２０ｂにより排気ガス１の流れが大幅に阻害される。

以下本発明の実施例の作用を説明する。

上流側ケーシング５と連絡配管１７を接続する際には、ガス集合室７のフランジ１１ａと連絡配管１７の入側フランジ１１ｂとをボルト締結して接続する。ここでボルト締結位置の一部は、平面視で連絡配管１７とガス集合室７（又は上流側ケーシング５）の間に位置するため、外周面の凹面２０ａによる作業空間を利用してボルト締結する。また連絡配管１７と下流側ケーシング６を接続する際には、ガス分散室９側のフランジ１２ａと連絡配管１７の出側フランジ１２ｂと従来と同様にボルト締結して接続する。

排気ガス１を処理する際には、上流側ケーシング５から下流側ケーシング６まで排気ガス流路がＳ字構造を成し、パティキュレートフィルタ３により排気ガス１中のパティキュレートが捕集されると共に、その下流側の連絡配管１７の途中でインジェクタ１０から尿素水が排気ガス１中に添加されてアンモニアと炭酸ガスに熱分解され、選択還元型触媒４上で排気ガス１中のＮＯxがアンモニアにより良好に還元浄化される結果、排気ガス１中のパティキュレートとＮＯxの同時低減が図られるようになる。尚、選択還元型触媒４が酸素共存下でも選択的にＮＯxをＨＣガスと反応させ得る性質を備えたもので、インジェクタ１０により噴霧される添加剤がＨＣ等の燃料である場合には、燃料のＨＣガスへの転化が促進されることになる。

同時に、排気ガス１は、曲部１８により曲がり方向外側に流れが偏る一方、内周面の凸面２０ｂにより該凸面２０ｂと対峙する側に向かう斜流が発生し、この斜流が曲部１８の曲がり方向外側を流れる排気ガス１の主流の向きを傾斜させる作用を及ぼし、この主流の流れが螺旋状を成すように流れることで旋回流が付与される。またガス分散室９から流れる排気ガス１に既に弱い旋回流を生じている場合には、同様に、内周面の凸面２０ｂにより該凸面２０ｂと対峙する側に向かう斜流が発生し、旋回流を付与して強い旋回流となる。そして旋回流により排気ガス１に対する添加剤の混合性が大幅に向上する。

従って、上記実施の形態例によれば、複雑な構造を必要とすることなく排気ガス１に対する添加剤の混合性を向上すると共に、連絡配管１７を接続する作業を容易にすることができる。

連絡配管１７の曲部１８の出側に形成された凹部２０は、内周面の凸面２０ｂにより、極めて簡単に排気ガス１の旋回流を形成することができ、従来提案されているような複雑な構造を採用しなくても、排気ガス１に対する添加剤の混合性を大幅に向上することができ、しかも、反応時間も長く確保できるので、選択還元型触媒４の触媒性能を十分に引き出して高い排気浄化効果を得ることができる。また例示している如き並列配置のパティキュレートフィルタ３と選択還元型触媒４とをＳ字構造に接続した排気浄化装置の場合、インジェクタ１０の直後に曲部１８が既に存在しているので、曲部１８をそのまま利用して凹部２０のみを新たに形成することで適用することが可能である。更に凹部２０は、外周面の凹面２０ａにより、連絡配管１７の入側フランジ１１ｂを介して上流側ケーシング５と連絡配管１７を接続する際の作業空間を形成するので、連絡配管１７を接続する作業を容易にすることができる。

上記実施の形態例において、凹部２０は、外周面が上方から下方へ向かって凹むように形成されると、排気ガス１の旋回流を好適に形成し、添加剤の混合性を向上することができる。また外周面が上方から下方へ凹み、内周面の凸面２０ｂが下方に向くので、内周面の下方位置の凹凸をなくし、連絡配管１７内に添加剤等が溜まり易くなる状態を減らすことができる。

上記実施の形態例において、凹部２０は、曲部１８の出側で連絡配管１７を横切る方向に形成されると、排気ガス１の旋回流を好適に形成し、添加剤の混合性を向上することができる。また凹部２０は連絡配管１７を横切る方向に形成されるので、上流側ケーシング５と連絡配管１７を接続する際の作業空間を適切に形成し、連絡配管１７を接続する作業を一層容易にすることができる。

上記実施の形態例において、凹部２０は、作業空間に、連絡配管１７の入側フランジ１１ｂを固定するボルト締結の軸線上を少なくとも含むように形成されると、上流側ケーシング５と連絡配管１７を接続する際の作業空間を好適に形成し、連絡配管１７を接続する作業を一層容易にすることができる。

上記実施の形態例において、凹部２０は、内周面の凸面２０ｂにより、排気ガス１を上方から下方へ誘導し、前記連絡配管１７の曲部１８からの排気ガス１の流れに合流させ、旋回流を付与するように形成されると、複雑な構造を必要とすることなく排気ガス１に対する添加剤の混合性を好適に向上することができる。

尚、本発明の排気浄化装置は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、添加剤は必ずしも選択還元型触媒への還元剤に限定されないこと、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

１ 排気ガス
３ パティキュレートフィルタ
４ 選択還元型触媒
５ 上流側ケーシング
６ 下流側ケーシング
１０ インジェクタ
１１ フランジ
１７ 連絡配管
１８ 曲部
２０ 凹部
２０ａ 凹面
２０ｂ 凸面

Claims (5)

1. パティキュレートフィルタを内部に配する上流側ケーシングと、該上流側ケーシングと並列に位置して選択還元型触媒を内部に配する下流側ケーシングと、上流側ケーシングと下流側ケーシングを連通するようにフランジを介して接続される連絡配管と、前記パティキュレートフィルタと前記選択還元型触媒の間を流れる排気ガスに対し添加剤を噴霧するインジェクタとを備える排気浄化装置であって、
   前記連絡配管は、前記インジェクタの下流に、排気ガスの流路方向を変更する曲部を配し、該曲部の出側に、外周面を凹ませて内周面に凸面を形成する凹部を備え、
   該凹部は、外周面の凹面により、前記フランジを介して前記上流側ケーシングと連絡配管を接続する際の作業空間を形成すると共に、内周面の凸面により、排気ガスの流れに旋回流を付与する曲面を形成するように構成されたことを特徴とする排気浄化装置。
2. 前記凹部は、外周面が上方から下方へ向かって凹むように形成されたことを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
3. 前記凹部は、曲部の出側で連絡配管を横切る方向に形成されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の排気浄化装置。
4. 前記凹部は、作業空間に、前記フランジを固定するボルト締結の軸線上を少なくとも含むように形成されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の排気浄化装置。
5. 前記凹部は、内周面の凸面により、排気ガスを上方から下方へ誘導し、前記連絡配管の曲部からの排気ガスの流れに合流させ、旋回流を付与するように形成されたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の排気浄化装置。

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