JP5349715B1 - 還元剤水溶液ミキシング装置およびこれを備えた排気ガス後処理装置 - Google Patents
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Abstract
ミキシング装置(3)は、フィルタ装置(2)の出口管(23)に装着され、フィルタ装置(2)から流れてくる排気ガスの流れ方向を変更するエルボー管(31)と、エルボー管(31)の下流側に接続され、フィルタ装置(2)の出口管(23)の軸線(CL2)と交差する方向に延びるストレート管(32)と、エルボー管(31)に取り付けられ、ストレート管(32)に向かってエルボー管(31)内部に還元剤水溶液を噴射するインジェクタ(5)とを備え、エルボー管(31)には、インジェクタ(5)がボルト(7)によって取り付けられるインジェクタ取付部(6)が設けられ、インジェクタ取付部(6)のインジェクタ(5)の取付面(6A)と当該インジェクタ(5)の噴射ノズル(51)の先端とが略同一面上に設けられ、インジェクタ取付部(6)には、噴射ノズル(51)の先端が表出するとともに、ストレート管(32)に向けて拡開したリセス(61)が設けられ、インジェクタ取付部(6)の内部には、リセス(61)の外周側に位置する断熱層(62)が設けられ、ボルト(7)の先端がインジェクタ(5)を外方側から貫通してインジェクタ取付部(6)の断熱層(62)に達している。
Description
本発明は、還元剤水溶液ミキシング装置およびこれを備えた排気ガス後処理装置に係り、選択還元触媒に尿素水溶液等の還元剤水溶液を供給して排気ガスを浄化する際に用いられる還元剤水溶液ミキシング装置およびこれを備えた排気ガス後処理装置に関する。
従来、エンジンの排気ガス中に含まれる窒素酸化物(NOx)を選択還元触媒(Selective Catalytic Reduction;以下「SCR」と記す)にて浄化する排気ガス後処理装置が知られている。このようなSCRに対しては、インジェクタから噴射された尿素水溶液が供給される。インジェクタは、SCRの上流側に設けられたミキシング装置の一部として取り付けられる(例えば特許文献1)。ミキシング装置内を流れる排気ガス中にインジェクタから尿素水溶液を噴射し、この尿素水溶液と排気ガスとをミキシング装置内で混ぜ合わせる。この結果、尿素水溶液が排気ガスの熱によって熱分解され、アンモニアが得られる。このアンモニアがSCRにて還元剤として用いられる。
ところで、ミキシング装置の中には、排気ガスによる熱がインジェクタに影響しないよう、インジェクタとこれが取り付けられる配管との間にブロック状のテーパ部材を介装したものがある。このテーパ部材では、テーパ面によってリセスが形成され、リセスの奥側にインジェクタの噴射ノズルが表出している(例えば特許文献2)。
しかし、このようなブロック部材を用いると、排気ガスからの熱影響は軽減できるが、排気管から噴射ノズルが遠ざかり、リセスが深くなるので、噴射ノズル回りに排気ガスが回り込み難くなり、液だれ等した尿素水溶液が滞留し易くなる。そして、滞留した尿素水溶液が結晶化して堆積すると、噴射ノズルからの尿素水溶液の噴射が阻害されるという問題が生じる。
しかし、このようなブロック部材を用いると、排気ガスからの熱影響は軽減できるが、排気管から噴射ノズルが遠ざかり、リセスが深くなるので、噴射ノズル回りに排気ガスが回り込み難くなり、液だれ等した尿素水溶液が滞留し易くなる。そして、滞留した尿素水溶液が結晶化して堆積すると、噴射ノズルからの尿素水溶液の噴射が阻害されるという問題が生じる。
そこで、そのような厚みの大きいブロック状のテーパ部材の代わりに、プレート状の断熱材を用いることも提案されている(例えば特許文献3)。特許文献3の提案によれば、インジェクタの噴射ノズルを排気管の開口部と略同一面上に設けることができるため、噴射ノズル回りに滞留する尿素水溶液を排気ガスの熱で分解可能であり、尿素水溶液の堆積を抑制できる。また、断熱材にて噴射ノズル回りを覆うことで、インジェクタへの排気ガスの熱影響も軽減できる。
しかしながら、特許文献3に記載の提案では、インジェクタを排気管に固定するためのボルトの先端が排気管の内部に露出するまで貫通している可能性があり、排気ガスに直接触れる構造になっている。このため、熱対策が十分とはいえず、排気ガスの熱がボルトを通してインジェクタに伝達され、その熱によってインジェクタ内の尿素水溶液が変質等し、悪影響を及ぼすという問題がある。
なお、これを防止するため、ボルトの先端を覆うように断熱材をさらに設けることも考えられるが、このような場合には、断熱材と噴射ノズルとの間に段差が生じることから、排気ガスが噴射ノズル側に回り込み難くなって尿素水溶液が滞留し易くなり、望ましくない。また、ボルトの先端を覆う断熱材を排気管内に確実に固定するための構造も複雑となり、組立性が阻害される可能性もある。
本発明の目的は、簡易な構造でインジェクタの噴射ノズル周辺での尿素水溶液の滞留を抑制できるとともに、インジェクタへの熱伝達をも確実に抑制できる還元剤水溶液ミキシング装置およびこれを備えた排気ガス後処理装置を提供することにある。
第1発明に係る還元剤水溶液ミキシング装置は、排気ガス中の粒子状物質を捕集するフィルタ装置と、前記フィルタ装置の下流側に配置された選択還元触媒装置との間に配置されるとともに、排気ガス中に還元剤水溶液を添加する還元剤水溶液ミキシング装置であって、前記フィルタ装置の出口管に装着され、前記フィルタ装置から流れてくる排気ガスの流れ方向を変更するエルボー管と、前記エルボー管の下流側に接続され、前記フィルタ装置の出口管の軸線と交差する方向に延びるストレート管と、前記エルボー管に取り付けられ、前記ストレート管に向かって前記エルボー管内部に還元剤水溶液を噴射するインジェクタとを備え、前記エルボー管には、前記インジェクタがボルトによって取り付けられるインジェクタ取付部が設けられ、前記インジェクタ取付部の前記インジェクタの取付面と当該インジェクタの噴射ノズルの先端とが略同一面上に設けられ、前記インジェクタ取付部には、前記噴射ノズルの先端が表出するとともに、前記ストレート管に向けて拡開したリセスが設けられ、前記インジェクタ取付部の内部には、前記リセスの外周側に位置する断熱層が設けられ、前記ボルトの先端が前記インジェクタを外方側から貫通して前記インジェクタ取付部の断熱層に達しており、前記インジェクタ取付部は、前記取付面が設けられたベースプレートと、前記ベースプレートにおける前記エルボー管の内方側に接合されたサブプレートとを備え、前記断熱層は、前記ベースプレートと前記サブプレートとが接合することで形成される閉空間内に設けられ、前記インジェクタ取付部には、前記噴射ノズルの先端を前記エルボー管内に表出させる噴射開口が設けられ、前記インジェクタ取付部と前記インジェクタとの間にはガスケットが介装され、前記ガスケットは、前記インジェクタ取付部の取付面に当接され、前記噴射開口に対応した内側開口を有する内側プレートと、前記インジェクタが当接され、前記噴射開口に対応した外側開口を有する外側プレートと、前記内側プレートおよび前記外側プレートの外周側で挟持される環状の外周側支持リングと、前記内側プレートの前記内側開口の周囲および前記外側プレートの前記外側開口の周囲回で挟持される環状の内周側断熱リングとを備え、前記ガスケットの内部には、前記内側プレート、前記外側プレート、前記外周側支持リング、および前記内周側断熱リングで覆われたガスケット内断熱空間が設けられ、前記インジェクタの前記噴射ノズルの先端から外周側に離間した位置には、前記ガスケットに当接される環状の当接部が設けられ、前記噴射ノズルの先端と前記当接部との間には、前記噴射開口を通して前記ストレート管内に向けて開放した噴射ノズル側断熱空間が設けられ、前記噴射ノズル側断熱空間が前記ガスケットで塞がれていることを特徴とする。
第2発明に係る還元剤水溶液ミキシング装置では、前記リセスの開度は、120〜140°であることが望ましい。
第3発明に係る還元剤水溶液ミキシング装置では、前記断熱層は空気層であることを特徴とする。
第4発明に係る排気ガス後処理装置は、排気ガス中の粒子状物質を捕集するフィルタ装置と、前記フィルタ装置の下流側において当該フィルタ装置と並列に配置された還元剤水溶液ミキシング装置と、前記還元剤水溶液ミキシング装置の下流側に配置され、排気ガス中の窒素酸化物を還元浄化する選択還元触媒装置とを備え、前記還元剤水溶液ミキシング装置は、以上に説明したいずれかの発明の還元剤水溶液ミキシング装置であることを特徴とする。
第1発明および第4発明によれば、インジェクタの噴射ノズルを囲うリセスの外周側に断熱層を設けるので、リセスを含むインジェクタ取付部の厚さを薄くし、リセスを浅くしても、排気ガスによる熱をインジェクタに伝達し難くでき、断熱性能を維持できる。そして、リセスを浅くすることで、リセスの内方に排気ガスを入り込み易くでき、噴射ノズル回りでの還元剤水溶液の滞留を確実に防止できる。さらに、インジェクタをインジェクタ取付部に取り付けるためのボルトの先端が断熱層に達しているので、ボルトの螺合量を十分に確保しつつ、ボルトを通して排気ガスの熱がインジェクタ側に伝達されるのを抑制できるうえ、構造も簡易である。
また、ベースプレートとサブプレートを互いに接合することで、閉空間を容易にでき、この閉空間内に断熱層を簡単に設けることができる。
さらに、ガスケットを介装することで、排気ガスの漏れを防止できるとともに、このガスケットに設けられたガスケット側断熱空間により、ガスケット自身に良好な断熱性能を付与でき、インジェクタへの熱影響を一層軽減できる。
そして、噴射ノズル回りに噴射ノズル側断熱空間を設けるため、噴射ノズル内の還元剤水溶液が過剰に加熱されるのを防止でき、還元剤水溶液の劣化を抑制できる。
また、ベースプレートとサブプレートを互いに接合することで、閉空間を容易にでき、この閉空間内に断熱層を簡単に設けることができる。
さらに、ガスケットを介装することで、排気ガスの漏れを防止できるとともに、このガスケットに設けられたガスケット側断熱空間により、ガスケット自身に良好な断熱性能を付与でき、インジェクタへの熱影響を一層軽減できる。
そして、噴射ノズル回りに噴射ノズル側断熱空間を設けるため、噴射ノズル内の還元剤水溶液が過剰に加熱されるのを防止でき、還元剤水溶液の劣化を抑制できる。
第2発明によれば、リセスの開度を最適に設定するので、リセスの深さを十分に浅くして排気ガスを良好に流入させることができ、かつ断熱性能も満足できる。なお、開度が90度よりも小さいと、リセスが深くなって十分に排気ガスを流入できない可能性がある。
第4発明によれば、断熱層が空気層であるから、高い断熱性能を発揮でき、リセスの深さを確実に浅くできる。
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図1には、本実施形態の排気ガス後処理装置1の平面図が示されている。なお、以下の説明において、「上流」とは、排気ガスの流れ方向の上流側をいい、「下流」とは、排気ガスの流れ方向の下流をいう。
図1には、本実施形態の排気ガス後処理装置1の平面図が示されている。なお、以下の説明において、「上流」とは、排気ガスの流れ方向の上流側をいい、「下流」とは、排気ガスの流れ方向の下流をいう。
図1において、排気ガス後処理装置1は、排気ガスの流れ方向における上流側から順に、フィルタ装置としてのディーゼル・パーティキュレート・フィルタ(Diesel particulate filter;以下「DPF」と記す)装置2と、還元剤水溶液ミキシング装置(以下、ミキシング装置と略す)3と、選択還元触媒(Selective Catalytic Reduction;以下「SCR」と記す)装置4とを備える。これらの装置2〜4は、図示しないディーゼルエンジンからの排気ガスが流通する排気管の途中に設けられる。また、油圧ショベルやホイールローダ、ブルドーザといった建設機械の場合、排気ガス後処理装置1がエンジンと共にエンジンルーム内に収容される。
DPF装置2は、円筒状のケース21の内部に円柱状のDPF22を収容した構成である。DPF22は、通過する排気ガス中の粒子状物質を捕集するものである。ケース21内においては、DPF22の上流側に酸化触媒を設けてもよい。酸化触媒は、その上流側で供給されるポスト噴射燃料やドージング燃料(共にディーゼルエンジンの燃料と同じ)を酸化活性化し、DPF22へ流入する排気ガスの温度をDPF22の再生可能温度まで上昇させる。この高温の排気ガスにより、DPF22で捕集された粒子状物質が自己燃焼して焼失し、DPF22が再生される。
ミキシング装置3は、排気ガス中に還元剤水溶液としての尿素水溶液を添加するものである。このようなミキシング装置3は、DPF装置2の出口管23に接続され、DPF装置2から流出した排気ガスの流れ方向を略90°変更するエルボー管としての上流側エルボー管31と、上流側エルボー管31の下流端に接続され、DPF装置2の出口管23の軸線CL2(図2)と交差する方向に延びるストレート管32と、ストレート管32の下流端に接続され、ストレート管32からの排気ガスの流れ方向をさらに略90°変更する下流側エルボー管33と、上流側エルボー管31に取り付けられ、ストレート管32に向かって上流側エルボー管31内部に尿素水溶液を噴射するインジェクタ5とを備える。下流側エルボー管33のさらに下流端にSCR装置4が接続される。
SCR装置4は、円筒状のケース41の内部に円柱状のSCR42を収容した構造である。SCR42は、ミキシング装置3で生成されたアンモニアを還元剤とすることで、排気ガス中の窒素酸化物を還元浄化するものである。ケース41内においては、SCR42の下流側にアンモニア低減触媒を設けてもよい。アンモニア低減触媒は、SCR42で未使用とされたアンモニアを酸化処理して無害化するものであり、排気ガスのエミッションをより低減させる。
インジェクタ5から排気ガス中に噴射された尿素水溶液は、排気ガスの熱によって熱分解され、アンモニアとなる。アンモニアは、還元剤として排気ガスと共にSCR装置4へ供給される。
以上に説明したDPF装置2、ミキシング装置3、およびSCR装置4は、それぞれの内部を流れる排気ガスの流れ方向が略平行となるように並設されている。この際、DPF装置2およびSCR装置4の内部を流れる排気ガスの流れの向きと、ミキシング装置3の内部を流れる排気ガスの流れの向きとは逆である。このため、それらの装置2〜4は平面視にて略S字形状に配置されることとなり、エンジンルームのような限られた配置スペースでも、エンジン上にマウントする等して確実に配置できるよう、全体としてコンパクトな排気ガス後処理装置1を構成している。
図2には、ミキシング装置3の断面図が示されている。図2に基づき、ミキシング装置3を説明する。
図2に示すミキシング装置3おいて、上流側エルボー管31で排気ガスの流れ方向を変える部分は、方向変換部31Aとされている。上流側エルボー管31は、DPF装置2の出口管23(図1)側に開口して接合される円形の入口部31Bと、ストレート管32側に開口して接続される円形の出口部31Cとを備え、これらの間に方向変換部31Aを有する。上流側エルボー管31の方向変換部31Aの外側には、インジェクタ取付部6が設けられている。このインジェクタ取付部6には、外側からインジェクタ5が取り付けられ、内側(方向変換部31Aの内部側)からミキシングパイプ34が取り付けられる。インジェクタ5の噴射ノズル51、ミキシングパイプ34はそれぞれ、ストレート管32の軸線CL1上に配置されている。
図2に示すミキシング装置3おいて、上流側エルボー管31で排気ガスの流れ方向を変える部分は、方向変換部31Aとされている。上流側エルボー管31は、DPF装置2の出口管23(図1)側に開口して接合される円形の入口部31Bと、ストレート管32側に開口して接続される円形の出口部31Cとを備え、これらの間に方向変換部31Aを有する。上流側エルボー管31の方向変換部31Aの外側には、インジェクタ取付部6が設けられている。このインジェクタ取付部6には、外側からインジェクタ5が取り付けられ、内側(方向変換部31Aの内部側)からミキシングパイプ34が取り付けられる。インジェクタ5の噴射ノズル51、ミキシングパイプ34はそれぞれ、ストレート管32の軸線CL1上に配置されている。
ストレート管32は、外管35およびその内部に配置された内管36を有する2重管構造になっている。外管35および内管36は共に円筒状である。内管36は、軸線方向の中程の位置にて、外管35に設けられた複数の支持用凹部35Aに溶接等され、下流側の端部にて、環状の支持部材35Bを介して外管35の内壁に溶接等されている。また、内管36の上流端は、上流側エルボー管31内に入り込んでいる。内管36の上流端の位置は、インジェクタ5から約25°の噴射角度θ1(図2の1点鎖線参照)で噴射される尿素水溶液が内管36の内側に確実に入り込むように設定されている。内管36の下流端側には、複数の開口36A…が設けられている。
ここで、外管35と内管36との間の空隙部分には、排気ガスが流れ込む。流れ込んだ排気ガスは、支持用凹部35Aが周方向に不連続に設けられていることで、支持用凹部35A間を通って支持部材35Bまで流れる。支持部材35Bは環状であることから、排気ガスは流れが止められ、ここから開口36Aを通って内管36内に入り込み、内部を流れる排気ガスと合流して下流側へと流れる。つまり、内管36は、その内部を流れる排気ガスと外周側を流れる排気ガスとによって良好に加熱される。このため、内管36の内部に噴射された尿素水溶液は、内壁に付着しても液滴化せずに確実に熱分解する。
ミキシングパイプ34は、軸方向の一端がインジェクタ取付部6の内壁に支持され、他端がストレート管32に向かって開放されている。また、ミキシングパイプ34は、上流側エルボー管31内において、インジェクタ5から噴射される尿素水溶液の周囲を囲うように配置されている。このようなミキシングパイプ34に対しては、上流側エルボー管31の入口部31Bに近い図中の下方から排気ガスがあたる。また、下方からの排気ガスは、方向変換部31Aにてその流れ方向が軸線CL1に沿った流れへと変換される。
ミキシングパイプ34は、その特徴的な構造として、軸方向の中央付近から先端側(ストレート管32側)にかけて設けられた複数の丸孔34A…と、軸方向の中央付近から基端側(インジェクタ5側)にかけて設けられた複数の切欠開口34Bとを有し、これらを通して内部に外気ガスが流入するようになっている。
丸孔34Aは、ミキシングパイプ34の軸方向において、略満遍なく設けられているが、周方向については、2つの領域に集約して設けられている。すなわち、円筒形のミキシングパイプ34を周方向に90°ずつ4等分した時、径方向に対向した位置にある2つの領域にのみ丸孔34Aが設けられ、互いに対向する他の2つの領域には丸孔34Aは設けられていない。このような配置で丸孔34Aが設けられることにより、丸孔34Aから流入した排気ガスは、ミキシングパイプ34内で旋回流となる。この結果、旋回流に向かって噴射される尿素水溶液は、ミキシングパイプ34内での排気ガスと良好に混合される。
切欠開口34Bは、ミキシングパイプ34の周方向に沿って設けられている。切欠開口34Bが基端側に設けられることで、これらを通ってミキシングパイプ34内に流入する排気ガスが噴射ノズル51に向かうようになる。しかも、切欠開口34Bの軸方向に沿った長さL2は、ミキシングパイプ34の全体の長さL1の約34%(L2/L1≒0.34)程度と大きい。従って、切欠開口34Bを通る排気ガスは、インジェクタ取付部6の内壁の表面をなぞるようにしてスムーズに流入し、噴射ノズル51に向かう(図3中の矢印参照)。
このようなミキシングパイプ34は、平板状の金属プレートに打抜加工を施す等して丸孔34Aおよび方形の切欠開口34Bを設けるとともに、所定の展開形状に打ち抜いたものを筒状に湾曲させてその突き合わせ部分を溶接することで製作される。ミキシングパイプ34の径寸法および長さ寸法は、インジェクタ5から噴射した尿素水溶液が接触しない大きさに設定されている(図2の1点鎖線で示されるθ1を参照)。
以下には、図3に基づき、インジェクタ取付部6について詳説する。
図3は、ミキシング装置3のインジェクタ取付部6を拡大して示す断面図である。図3において、インジェクタ取付部6は、上流側エルボー管31のインジェクタ取付開口31Dを塞ぐように当該インジェクタ取付開口31Dに溶接されている。このようなインジェクタ取付部6は、取付面6Aが設けられた円環状のベースプレート63と、ベースプレート63における上流側エルボー管31の内方側に接合された円環状のサブプレート64とを備える。このうちのベースプレート63の外周側がインジェクタ取付開口31Dの内面に溶接される。
図3は、ミキシング装置3のインジェクタ取付部6を拡大して示す断面図である。図3において、インジェクタ取付部6は、上流側エルボー管31のインジェクタ取付開口31Dを塞ぐように当該インジェクタ取付開口31Dに溶接されている。このようなインジェクタ取付部6は、取付面6Aが設けられた円環状のベースプレート63と、ベースプレート63における上流側エルボー管31の内方側に接合された円環状のサブプレート64とを備える。このうちのベースプレート63の外周側がインジェクタ取付開口31Dの内面に溶接される。
インジェクタ取付部6では、インジェクタ5の取付面6Aと噴射ノズル51の先端とが略同一面上に設けられている。このようなインジェクタ取付部6のベースプレート63には、噴射ノズル51の先端を上流側エルボー管31内に表出させる噴射開口6Bが設けられるとともに、噴射開口6Bからストレート管32に向けて拡開したリセス61が設けられている。リセス61のロート状の傾斜壁61Aは、各プレート63,64にわたって設けられている。つまり、各プレート63,64にはそれぞれ、傾斜部63A、64Aが設けられ、これらの傾斜部63A,64Aが略連続することで、傾斜壁61Aが形成されている。傾斜壁61Aの開度θ2は、特に限定されるものではないが、90°以上、好ましくは120〜140°程度と大きく、排気ガスがリセス61の奥側、つまり噴射ノズル51の周辺まで流れ込み易くなっている。
また、ベースプレート63の傾斜部63Aの外周側には、軸線CL1に対して直交する平坦な平坦部63Bが設けられている。サブプレート64は、周方向に連続した部分において、ベースプレート63側に開口した断面形状を有する。これらのプレート63,64をその内周および外周に沿って互いに溶接して接合することで、インジェクタ取付部6内に環状の閉空間65が形成されている。サブプレート64の傾斜部64Aの外周側にも、軸線CL1に対して直交する平坦な平坦部64Bが設けられ、この平坦部64Bにミキシングパイプ34の基端側が溶接によって接合されている。平坦部64Bは、ミキシングパイプ34を接合するために設けられているのではなく、閉空間65をより大きく設けるためにも役立っている。つまり、平坦部64Bが設けられず、傾斜部64だけが設けられたのでは、閉空間65の大きさが小さくなる。
加えて、本実施形態では、平坦部64Bが上流側エルボー管31の内面と略連続するように設けられており、サブプレート64全体がインジェクタ取付開口31D内に収容され、上流側エルボー管31内にはみ出さない構造になっている。従って、上流側エルボー管31の内面と平坦部64Bとの間には、排気ガスの流れを阻害する程の段差などはなく、排気ガスがリセス61を通して噴射ノズル51に向けてスムーズに流れることとなる。
インジェクタ取付部6の内部には、リセス61の外周側に位置する断熱層62が設けられている。断熱層62は、前記閉空間65内に設けられている。本実施形態での断熱層62は空気層からなり、閉空間65内の空気が断熱材として機能する。断熱層62を有することで、排気ガスに曝されるサブプレート64が加熱されても、ベースプレート63側に熱が伝達され難くなり、インジェクタ5への熱伝達が抑制される。換言すれば、断熱層62を有することで熱伝達が抑制されるため、その分インジェクタ取付部6の厚さ寸法T1を薄くでき、すなわち、リセス61の深さを浅くできる。従って、熱伝達を抑制しつつ、排気ガスがリセス61を通して噴射ノズル51側により流れ易くなり、噴射ノズル51回りでの尿素水溶液の熱分解を促進できる。
ベースプレート63には、表裏を貫通するボルト孔63Cが設けられている。ボルト孔63Cに外方から螺合するボルト7により、インジェクタ5が取付面6Aに固定される。なお、ボルト7は、図3にて1本のみが図示されているが、本実施形態では、3本のボルト7にてインジェクタ5が固定されている。ボルト7の先端は、閉空間65内に達して露出しているが、上流側エルボー管31内までは貫通していない。このため、ボルト7への熱伝達をも抑制可能となり、ボルト7を介して伝達される熱でインジェクタ5が加熱されるのを確実に抑制できる。
さらに、本実施形態では、排気ガスが噴射ノズル51回りから外部を漏れるのを防止するために、インジェクタ取付部6とインジェクタ5との間には、略6角形状のガスケット8が介装されている。
ガスケット8は、図3、図4A、図4Bに示すように、インジェクタ取付部6の取付面6Aに当接され、噴射開口6Bに対応した内側開口81Aを有する内側プレート81と、インジェクタ5が当接され、噴射開口6Bに対応した外側開口82Aを有する外側プレート82と、内側プレート81および外側プレート82の外周側で挟持される環状の外周側支持リング83と、内側プレート81の内側開口81Aの周囲および外側プレート82の外側開口82Aの周囲回で挟持される環状の内周側断熱リング84とを備える。
ガスケット8には、ボルト7が貫通する貫通孔8Aが設けられている。貫通孔8Aは、内外の各プレート81,82および外周側支持リング83を貫通している。ここで、各プレート81,82および外周側支持リング83は金属製であり、ボルト7の締付時に作用する軸力を確実に受けることが可能である。一方、内周側断熱リング84は、断熱性を有した材料からなる。
このようなガスケット8はさらに、各プレート81,82および各リング83,84で囲まれた空間がガスケット側断熱空間85となり、断熱層として機能する。このため、ガスケット8自身が熱伝達を抑制することとなり、この点でも、インジェクタ取付部6側からインジェクタ5へ熱が伝達されるのを抑えることができる。
加えて本実施形態では、インジェクタ5に設けられた環状の当接部52がガスケット8に当接されているが、この当接部52は、噴射ノズル51の先端に対して外周側に離間して設けられている。このため、噴射ノズル51と当接部52との間には、上流側エルボー管32内に向けて開放した噴射ノズル側断熱空間53が形成されている。この噴射ノズル側断熱空間53は、ガスケット8の内側プレート81の内側開口81A回りを形成する閉塞片部81Bで覆われている。閉塞片部81Bの内周縁が、噴射ノズル51の先端外周部分まで延設されていることで、噴射開口6Bと噴射ノズル51の先端外周との隙間を含む噴射ノズル側断熱空間53が確実に覆われる。閉塞片部81Bは、リセス61の奥壁を形成している部分であり、この部分に積極的に排気ガスを流れ込み易くしている本実施形態では、閉塞片部81Bが加熱されて高温になる。このため、閉塞片部81Bのインジェクタ5側に噴射ノズル側断熱空間53を設けることで、閉塞片部81Bからの熱をインジェクタ5へ伝達し難くしている。
以上に説明した本実施形態では、リセス61の周囲に断熱層62が設けられ、排気ガスによる熱がインジェクタ5に伝達され難くなっているので、インジェクタ5に対する断熱性能を良好にできる。また、そのような断熱層62を有することにより、インジェクタ取付部6を薄くでき、リセス61を浅くできる。従って、ミキシングパイプ34の切欠開口34Bから入り込んでくる排気ガスを、図3中に太矢印で示すように、リセス61の内部まで導き易くでき、尿素水溶液が滞留するのを抑制できる。また、インジェクタ5を取り付けるためのボルト7の先端は、インジェクタ取付部6内の断熱層62に達して露出していることから、ボルト7を介して排気ガスの熱がインジェクタ5へ伝達されるのを抑制できる。
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前記各実施形態では、断熱層62は空気層であったが、これに限定されない。つまり、耐熱性能と断熱性能との両方を満足する材料であれば、そのような材料を閉空間65内に充填して断熱層を形成してもよい。
例えば、前記各実施形態では、断熱層62は空気層であったが、これに限定されない。つまり、耐熱性能と断熱性能との両方を満足する材料であれば、そのような材料を閉空間65内に充填して断熱層を形成してもよい。
前記実施形態では、還元剤水溶液として尿素水溶液が用いられていたが、還元剤水溶液としてその他の液体が用いられた場合でも、本発明に含まれる。
本発明は、建設機械に搭載される還元剤水溶液ミキシング装置および排気ガス後処理装置として好適に利用できる。
1…排気ガス後処理装置、2…フィルタ装置であるDPF装置、3…還元剤水溶液ミキシング装置、4…選択還元触媒(SCR)装置、5…インジェクタ、6…インジェクタ取付部、6A…取付面、6B…噴射開口、8…ガスケット、23…出口管、31…エルボー管である上流側エルボー管、32…ストレート管、51…噴射ノズル、52…当接部、53…噴射ノズル側断熱空間、61…リセス、62…断熱層、63…ベースプレート、64…サブプレート、65…閉空間内、81…内側プレート、81A…内側開口、81B…閉塞片部、82…外側プレート、82A…外側開口、83…外周側支持リング、84…内周側断熱リング、85…ガスケット内断熱空間、θ2…開度。
Claims (4)
- 排気ガス中の粒子状物質を捕集するフィルタ装置と、前記フィルタ装置の下流側に配置された選択還元触媒装置との間に配置されるとともに、排気ガス中に還元剤水溶液を添加する還元剤水溶液ミキシング装置であって、
前記フィルタ装置の出口管に装着され、前記フィルタ装置から流れてくる排気ガスの流れ方向を変更するエルボー管と、
前記エルボー管の下流側に接続され、前記フィルタ装置の出口管の軸線と交差する方向に延びるストレート管と、
前記エルボー管に取り付けられ、前記ストレート管に向かって前記エルボー管内部に還元剤水溶液を噴射するインジェクタとを備え、
前記エルボー管には、前記インジェクタがボルトによって取り付けられるインジェクタ取付部が設けられ、
前記インジェクタ取付部の前記インジェクタの取付面と当該インジェクタの噴射ノズルの先端とが略同一面上に設けられ、
前記インジェクタ取付部には、前記噴射ノズルの先端が表出するとともに、前記ストレート管に向けて拡開したリセスが設けられ、
前記インジェクタ取付部の内部には、前記リセスの外周側に位置する断熱層が設けられ、
前記ボルトの先端が前記インジェクタを外方側から貫通して前記インジェクタ取付部の断熱層に達しており、
前記インジェクタ取付部は、前記取付面が設けられたベースプレートと、前記ベースプレートにおける前記エルボー管の内方側に接合されたサブプレートとを備え、
前記断熱層は、前記ベースプレートと前記サブプレートとが接合することで形成される閉空間内に設けられ、
前記インジェクタ取付部には、前記噴射ノズルの先端を前記エルボー管内に表出させる噴射開口が設けられ、
前記インジェクタ取付部と前記インジェクタとの間にはガスケットが介装され、
前記ガスケットは、前記インジェクタ取付部の取付面に当接され、前記噴射開口に対応した内側開口を有する内側プレートと、前記インジェクタが当接され、前記噴射開口に対応した外側開口を有する外側プレートと、前記内側プレートおよび前記外側プレートの外周側で挟持される環状の外周側支持リングと、前記内側プレートの前記内側開口の周囲および前記外側プレートの前記外側開口の周囲回で挟持される環状の内周側断熱リングとを備え、
前記ガスケットの内部には、前記内側プレート、前記外側プレート、前記外周側支持リング、および前記内周側断熱リングで覆われたガスケット内断熱空間が設けられ、
前記インジェクタの前記噴射ノズルの先端から外周側に離間した位置には、前記ガスケットに当接される環状の当接部が設けられ、
前記噴射ノズルの先端と前記当接部との間には、前記噴射開口を通して前記ストレート管内に向けて開放した噴射ノズル側断熱空間が設けられ、
前記噴射ノズル側断熱空間が前記ガスケットで塞がれている
ことを特徴とする還元剤水溶液ミキシング装置。 - 請求項1に記載の還元剤水溶液ミキシング装置において、
前記リセスの開度は、120〜140°である
ことを特徴とする還元剤水溶液ミキシング装置。 - 請求項1または請求項2に記載の還元剤水溶液ミキシング装置において、
前記断熱層は空気層である
ことを特徴とする還元剤水溶液ミキシング装置。 - 排気ガス中の粒子状物質を捕集するフィルタ装置と、
前記フィルタ装置の下流側において当該フィルタ装置と並列に配置された請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の還元剤水溶液ミキシング装置と、
前記還元剤水溶液ミキシング装置の下流側に配置され、排気ガス中の窒素酸化物を還元浄化する選択還元触媒装置とを備える
ことを特徴とする排気ガス後処理装置。
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