JP5352755B6 - 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
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 Download PDFInfo
- Publication number
- JP5352755B6 JP5352755B6 JP2013522024A JP2013522024A JP5352755B6 JP 5352755 B6 JP5352755 B6 JP 5352755B6 JP 2013522024 A JP2013522024 A JP 2013522024A JP 2013522024 A JP2013522024 A JP 2013522024A JP 5352755 B6 JP5352755 B6 JP 5352755B6
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- pipe
- aqueous solution
- outlet
- exhaust gas
- reducing agent
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 title claims abstract description 65
- 239000003638 reducing agent Substances 0.000 title claims abstract description 46
- 210000001513 Elbow Anatomy 0.000 claims abstract description 64
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 claims description 42
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims description 16
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 claims description 14
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N Nitrogen oxide Substances O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 229910052813 nitrogen oxide Inorganic materials 0.000 claims description 5
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N urea Chemical compound NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 50
- 239000004202 carbamide Substances 0.000 description 25
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 description 5
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 5
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 4
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 238000010531 catalytic reduction reaction Methods 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 230000037250 Clearance Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000035512 clearance Effects 0.000 description 1
- 230000000994 depressed Effects 0.000 description 1
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000002452 interceptive Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000006011 modification reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral Effects 0.000 description 1
- 230000002829 reduced Effects 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
Images
Abstract
排気ガス後処理装置のミキシング装置(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)は、フィルタ装置(2)の出口管(23)に接続される入口部(31B)と、ストレート管(32)に接続される出口部(31C)と、入口部(31B)と出口部(31C)との間に設けられ、入口部(31B)から導入された排気ガスの流れ方向を出口部(31C)側に変更する方向変換部(31A)と、方向変換部(31A)の外側に設けられ、インジェクタ(5)が取り付けられるインジェクタ取付部(6)とを有し、インジェクタ取付部(6)は、出口部(31C)側に偏倚して設けられ、方向変換部(31A)は、インジェクタ取付部(6)と逆側の部分を外側に膨らますようにして形成された第1膨出部(31E)を有している。
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1,2)。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、特許文献1,2において、尿素水溶液を噴射するためのインジェクタは、ミキシング装置の上流端寄りに取り付けられている。従って、インジェクタに接続される尿素水溶液配管は、インジェクタに対してミキシング装置を構成するストレート管の軸線の延長線上に延出することになる。この場合、建設機械のように、排気ガス後処理装置をエンジンルームといった限られたスペース内に配置しようとすると、インジェクタから延出した尿素水溶液配管がエンジンルームを形成する壁面と干渉する。このため従来では、尿素水溶液配管がインジェクタに近接した位置でエルボー配管を用いて継がれており、略直角に折曲されてエンジンルーム内に収まるように配管されている。
しかしながら、排気ガス後処理装置の大きさやエンジンルームの大きさによっては、尿素水溶液配管のエルボー配管ですら、エンジンルームの壁面と干渉することがある。そこで、ミキシング装置でのインジェクタの取付位置を、ミキシング装置のストレート管の軸線方向に沿って中央側にずらして設定し、インジェクタと壁面との間の隙間に余裕を持たせることが考えられる。
しかし、特許文献1,2のように、ミキシング装置の上流側が排気ガスの流れ方向を変換するために折曲しており、この方向変換部分にインジェクタが取り付けられていると、単にインジェクタの取付位置をずらしただけでは、その方向変換部分での排気ガスの流路断面積が絞られてしまい、排気ガスをスムーズに流すことができないという問題が生じる。特に特許文献1の構造では、そのような問題が顕著である。
本発明の目的は、排気ガスの流れを阻害することなく他との干渉を防止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、前記エルボー管は、前記フィルタ装置の出口管に接続される入口部と、前記ストレート管に接続される出口部と、前記入口部と前記出口部との間に設けられ、前記入口部から導入された排気ガスの流れ方向を前記出口部側に変更する方向変換部と、前記方向変換部の外側に設けられ、前記インジェクタが取り付けられるインジェクタ取付部とを有し、前記インジェクタ取付部は、前記インジェクタの還元剤水溶液導入口が前記入口部での前記出口部から最も離れた部分よりも前記出口部側に偏倚して設けられ、前記方向変換部は、前記インジェクタ取付部と逆側の部分を外側に膨らますようにして形成された第1膨出部を有し、前記第1膨出部は、前記フィルタ装置の出口管の出口端と前記ストレート管の入口端との間に形成され、前記エルボー管内には、軸方向の一端が前記インジェクタ取付部の内壁に支持されるとともに、他端が前記ストレート管に向かって開放したミキシングパイプが設けられ、前記第1膨出部では、前記ミキシングパイプの一端から中央部分に至る領域と対向する部分が外側に湾曲し、前記中央部分から前記他端に至る領域と対向する部分が内側に向かって延びていることを特徴とする。
ここで、「下流」とは、排気ガスの流れ方向の下流側のことをいう。以下の記載で登場する「下流」についても同様である。また、後述の実施の形態で登場する「上流」とは、排気ガスの流れ方向の上流側のことをいう。「方向変換部の外側」とは、ストレート管の軸線方向において、エルボー管の出口部が設けられる側とは反対の側のことをいう。「インジェクタ取付部の逆側の分部」とは、エルボー管の方向変換部を挟んでインジェクタ取付部の反対側の部分をいう。
ここで、「下流」とは、排気ガスの流れ方向の下流側のことをいう。以下の記載で登場する「下流」についても同様である。また、後述の実施の形態で登場する「上流」とは、排気ガスの流れ方向の上流側のことをいう。「方向変換部の外側」とは、ストレート管の軸線方向において、エルボー管の出口部が設けられる側とは反対の側のことをいう。「インジェクタ取付部の逆側の分部」とは、エルボー管の方向変換部を挟んでインジェクタ取付部の反対側の部分をいう。
第2発明に係る還元剤水溶液ミキシング装置では、前記第1膨出部では、前記ミキシングパイプの一端から軸方向の中央部分に至る領域と対向する部分が入口側の入口側傾斜部とされ、前記中央部分から前記他端に至る領域と対向する部分が出口側の出口側傾斜部とされ、前記入口側傾斜部および前記出口側傾斜部は、排気ガスの流れ方向の上流から下流に向かうに従って前記ミキシングパイプとの距離が次第に近づくように傾斜しているとともに、前記入口側傾斜部の傾斜は、前記出口側傾斜部の傾斜よりも緩やかであることを特徴とする。
第3発明に係る還元剤水溶液ミキシング装置では、前記方向変換部は、前記ストレート管の軸線を挟んで前記第1膨出部とは反対側の部分を外側に膨らますようにして形成された第2膨出部を有していることを特徴とする。
第4発明に係る還元剤水溶液ミキシング装置では、前記方向変換部は、前記第1膨出部と前記第2膨出部との間に平坦面として形成された一対の側部を有していることを特徴とする。
第5発明に係る還元剤水溶液ミキシング装置では、前記エルボー管の入口部および出口部の流路断面は円形であり、前記エルボー管の方向変換部での前記ストレート管の軸線に垂直な流路断面は、前記第1膨出部においては直線形状であり、前記第2膨出部においては半円形状であり、前記一対の側部においては直線形状であることを特徴とする。
第6発明に係る還元剤水溶液ミキシング装置では、前記インジェクタ取付部は、前記フィルタ装置の出口管の軸線より前記出口部側に位置するように偏倚されていることを特徴とする。
第7発明に係る排気ガス後処理装置では、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第1発明ないし第6発明のいずれか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。
ここで、「並列に配置」とは、排気ガスの流れ方向が互いに平行となる配置のことをいう。以下の記載で登場する「並列に配置」についても同様である。
ここで、「並列に配置」とは、排気ガスの流れ方向が互いに平行となる配置のことをいう。以下の記載で登場する「並列に配置」についても同様である。
第8発明に係る排気ガス後処理装置では、前記選択還元触媒装置は、前記還元剤水溶液ミキシング装置と並列に配置されていることを特徴とする。
第1発明および第7発明によれば、エルボー管に第1膨出部を設けるので、エルボー管でのインジェクタ取付部を出口部側にずらして設けたとしても、エルボー管内での流路断面積が大幅に絞られることがなく、排気ガスの流れを阻害する心配がない。また、インジェクタ取付部をずらすことで、インジェクタやこれに接続される還元剤配管用のエルボー配管等をはみ出ないようにでき、他との干渉をも容易に防止できる。さらに、第1膨出部の膨出向きをインジェクタ取付部とは逆側にするため、第1膨出部と他とが干渉するおそれも少ない。
また、第1発明によれば、流路断面を拡張する必要のある部分にのみ第1膨出部を設けるので、他の部分が無駄に拡張されることがなく、他との干渉をより確実に避けることができる。
また、第1、第2発明によれば、第1膨出部として、ミキシングパイプの一端から中央部分に至るまでの部分、つまり外側に湾曲することになる入口側傾斜部と、ミキシングパイプの中央部分から先端側にかけての部分、つまり内側に向かって延びた出口側傾斜部を有しているので、ミキシングパイプに対応した部分の流路断面を確実に大きくでき、ミキシングパイプを設けた場合でも、流路抵抗を十分に小さくできるうえ、ここを通る排気ガスをミキシングパイプの内部に導入し易くできる。
第3発明によれば、ストレート管の軸線を挟んで第1膨出部とは反対側に第2膨出部を設けるので、この第2膨出部側に回り込むように外気ガスを流れ易くでき、そこからミキシングパイプ内に入り込んだ排気ガスにて旋回流を生じ易くできて、インジェクタから噴射された還元剤水溶液をミキシングパイプ内でより確実に混合できる。
第4発明によれば、第1膨出部と第2膨出部とは平坦な側部で連続することとなり、この側部が大きく外側に膨出することはない。従って、側部周辺での他との干渉を避けることができ、フィルタ装置や選択還元触媒装置をよりコンパクトに配置できる。
第5発明によれば、流路断面としては馬蹄形となる。従って、ミキシングパイプを配置した場合でも、十分に大きな流路断面を確保でき、排気ガスの流が阻害されるのを防止でき、排気ガス流路での背圧が高くなるのを確実に抑制できて、エンジン等の燃費を軽減できる。
第6発明によれば、インジェクタ取付部をフィルタ装置の出口管の軸線を越えて出口部側に偏倚させるので、インジェクタに接合されるエルボー配管と他との干渉をも防止でき、配置スペースとして制限の多いエンジンルームにも、フィルタ装置や選択還元触媒装置を含む排気ガス後処理を良好に配置できる。
第8発明によれば、フィルタ装置、還元剤水溶液ミキシング装置、および選択還元触媒装置が互いに並列に配置されるから、各装置での排気ガスの流れ方向を揃えることができ、排気ガス後処理装置を全体として一層コンパクトにできる。
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。
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を具体的に説明する。
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。
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。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、所定箇所に複数の丸孔34A…を有する。これらの丸孔34Aから流入した排気ガスは、ミキシングパイプ34の内部で旋回流となり、インジェクタ5から噴射した尿素水溶液と排気ガスとの混合を促進させる。
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θ(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。
また、図2に示すように、本実施形態では、インジェクタ5がストレート管32の軸線CL1の延長上に設けられている。上流側エルボー管31でのインジェクタ5のインジェクタ取付部6は、インジェクタ5の尿素水溶液導入口5Aが入口部31Bでの出口部31Cから最も離れた部分より出口部31C側に位置するように偏倚(オフセット)されている。詳細には、インジェクタ取付部6は、DPF装置2の出口管23の軸線CL2に対して、出口部31C側に大きく偏倚して設けられている。このため、排気ガス後処理装置1としては、インジェクタ5に取り付けられる尿素水溶液配管のエルボー配管51が外方にはみ出さず、エンジンルームの壁面1Aと干渉する心配がない。
なお、上流側エルボー管31内においては、インジェクタ取付部6にミキシングパイプ34が接合されるが、この接合部分の位置は、軸線CL2から出口管23の内径Dの1/2ほどストレート管32側にずれることになる。
さらに、本実施形態の上流側エルボー管31では、インジェクタ取付部6が偏倚していることに起因して、上流側エルボー管31内の排気ガス流路が絞られるのを防止するために、以下の構成が採用されている。
上流側エルボー管31において、方向変換部31Aは、インジェクタ取付部6とは径方向の逆側の部分を膨らますようにして形成された第1膨出部31Eを有している。この第1膨出部31Eは、DPF装置2の出口管23の出口端とストレート管32の入口端との間に形成されている。そして、第1膨出部31Eは、ミキシングパイプ34の一端から軸方向の中央部分に至る領域と対向する部分、つまり外側に湾曲した入口側の入口側傾斜部311と、ミキシングパイプ34の中央部分から他端に至る領域と対向する部分、つまり内側に向かって延びた出口側の出口側傾斜部312とを有し、入口側傾斜部311から出口側傾斜部312へ移行する境界部分の膨出量が最も大きい。
このような第1膨出部31Eでは、ストレート管32の軸線CL1に対する入口側傾斜部311の傾斜は、出口側傾斜部312の軸線CL1に対する傾斜よりも緩やかであり、出口側傾斜部312での傾斜の方がきつい。このため、第1膨出部31Aは、上流から下流に向かうに従って、ミキシングパイプ34との距離が次第に近づくように膨出しているが、その近づき方としては一様ではなく、第1段階として上流側の入口側傾斜部311で緩やかに近づき、第2段階として下流側の出口側傾斜部312でより急速に近づくようになっている。こうすることで、第1膨出部31Eでの限られた流路長の中で、十分な流路断面を確保しつつ、排気ガスをストレート管32の入口端に向けて淀みなく流すことが可能である。
この第1膨出部31Eが設けられることにより、方向変換部31Aの入口部31B側の流路断面積が十分に確保され、エンジンから排出される排気ガスの流れが阻害される心配がない。従って、排気ガスの流路中での背圧が高くなるのを防止でき、燃費を向上させることができる。
加えて、本実施形態の方向変換部31Aは、ストレート管32の軸線CL1を挟んで第1膨出部31Eとは反対側の部分を膨らますようにして形成された第2膨出部31Gを有している。第2膨出部31Gも、DPF装置2の出口管23の出口端とストレート管32の入口端との間に形成されている。このような第2膨出部31Gは、ミキシングパイプ34の両端を除く中程に対応した位置では、軸線CL1に沿った所定長さにわたって軸線CL1から同じ距離だけ外側に膨出しており、この膨出部分が軸線CL1と略平行な平行部313となっている。
第2膨出部側31Gを有することで、排気ガスを第2膨出部31G側に回り込み易くでき、そこからミキシングパイプ34内に入り込んだ排気ガスにて旋回流を生じ易くできて、インジェクタ5から噴射された尿素水溶液をミキシングパイプ34内でより確実に混合できるようになっている。
図3ないし図8にはそれぞれ、DPF装置2の出口管23の断面および上流側エルボー管31の断面が示されている。具体的には、図3は図2のIII-III線断面図、図4はIV-IV線断面図、図5はV-V線断面図、図6はVI-VI線断面図、図7はVII-VII線断面図、図8はVIII-VIII線断面図である。
図3において、出口管23の流路断面は円形である。上流側エルボー管31の方向変換部31Aでの断面のうち、入口部31Bに近い内側の最初のくびれ部分と外側の傾斜面部分を通るIV-IV線での流路断面は、図4に示すように、くびれ部分側が傾斜面側よりも広い略台形状である。第1膨出部31Eの略中央とインジェクタ取付部6に近い外側のくびれ分部を通るV-V線での流路断面は、図5に示すように、外側のくびれ部分側よりも第1膨出部31E側が広い略6角形状である。
また、軸線CL1に対して直交する方向で、かつインジェクタ取付部6とミキシングパイプ34との接合部分の近傍を通るVI-VI線での流路断面は、図6に示すように、略馬蹄形である。馬蹄形の中でも、入口部31Bに近い側が多少窪んで形成されている。さらに、軸線CL1に対して直交する方向で、かつ第1、第2膨出部31E,31Gおよびミキシングパイプ34の中央を通るVII-VII線での流路断面は、図7に示すように、略完全な馬蹄形である。
すなわち、方向変換部31Aは、第1膨出部31Eと第2膨出部31Gとの間に形成された一対の平坦な側部31Hを有している。詳細に説明すると、方向変換部31Aでの軸線CL1に垂直な流路断面は、第1膨出部31Eにおいては直線形状であり、第2膨出部31Gにおいては半円形であり、各側部31Hにおいては直線状である。
このような馬蹄形の流路断面のうち、図7に示す2点鎖線で囲まれた部分が第1膨出部31Eによって拡張された流路である。第1膨出部31Eから第2膨出部31Gにかけての流路断面が馬蹄形に設けられることで、断面視において外方に膨らんだ一対の角部31Fを含むこととなり、角部31Fのない半円形の長孔形状等に設けられる場合に比してより大きな流路断面積が確保される。さらに下流側において、第1膨出部31Eが終了した部分を通るVIII-VIII線での流路断面は、図8に示すように、円形に戻っている。そして、この円形部分に対応して内管36の入り口側の端部が位置している。
また、第1膨出部31Eを有する上流側エルボー管31の流路断面は、インジェクタ取付部6が偏倚していることで、出口管23の円形に対応した形状から、台形、六角形、馬蹄形へと連続的に変化しながら、最終的にストレート管32に対応した円形に戻る。このため、出口管23からストレート管32まで流路断面を無理なく繋げることができる。
以下、図2に基づき、上流側エルボー管31内での排気ガスの流れについて説明すると、DPF装置2の出口管23から流出した排気ガスは、上流側エルボー管31の入口部31Bから流入し、方向変換部31Aへと向かう。方向変換部31Aにおいて、その内側を通る排気ガスは、第1膨出部31Eを通ってその内壁に倣って内管36側に流れる。
一方、他の排気ガスの大部分は、ミキシングパイプ34に向かうこととなる。ミキシングパイプ34へと流れた排気ガスは、前述したように、丸孔34Aから流入してミキシングパイプ34の内部で旋回流となり、インジェクタ5から噴射した尿素水溶液と混合される。この後、排気ガスは、その流れ方向を軸線CL1の方向に変えてストレート管32へと向かう。
以上の本実施形態によれば、上流側エルボー管31に設けられた第1膨出部31Eにより、インジェクタ取付部6をストレート管32側に偏倚しても、流路断面積が大幅に絞られることがなく、排気ガスの流れが阻害されるおそれがない。そして、インジェクタ取付部6を偏倚することで、尿素水溶液配管を構成するエルボー配管51の外方へのはみ出しを防止できる。
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、前記実施形態では、上流側エルボー管31に設けられたインジェクタ取付部6の位置は、出口管23の軸線CL2を越えてストレート管32側に大きくずれていたが、そのようなずれ量は、尿素水溶液配管のエルボー配管51と他との干渉の度合を勘案して任意に決められてよく、前記実施形態程度に限定されるものではない。
例えば、前記実施形態では、上流側エルボー管31に設けられたインジェクタ取付部6の位置は、出口管23の軸線CL2を越えてストレート管32側に大きくずれていたが、そのようなずれ量は、尿素水溶液配管のエルボー配管51と他との干渉の度合を勘案して任意に決められてよく、前記実施形態程度に限定されるものではない。
前記実施形態では、上流側エルボー管31において、第1膨出部31Eの略中央を通る部分の流路断面の形状が馬蹄形であったが、長孔形状や台形形状などであってもよく、任意である。
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、5A…還元剤溶液導入口、6…インジェクタ取付部、23…出口管、31…エルボー管である上流側エルボー管、31A…方向変換部、31B…入口部、31C…出口部、31E…第1膨出部、31G…第2膨出部、31H…側部、32…ストレート管、311…入口側傾斜部、312…出口側傾斜部、CL1,CL2…軸線。
Claims (8)
- 排気ガス中の粒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、
前記エルボー管は、
前記フィルタ装置の出口管に接続される入口部と、
前記ストレート管に接続される出口部と、
前記入口部と前記出口部との間に設けられ、前記入口部から導入された排気ガスの流れ方向を前記出口部側に変更する方向変換部と、
前記方向変換部の外側に設けられ、前記インジェクタが取り付けられるインジェクタ取付部とを有し、
前記インジェクタ取付部は、前記インジェクタの還元剤水溶液導入口が前記入口部での前記出口部から最も離れた部分よりも前記出口部側に偏倚して設けられ、
前記方向変換部は、前記インジェクタ取付部と逆側の部分を外側に膨らますようにして形成された第1膨出部を有し、
前記第1膨出部は、前記フィルタ装置の出口管の出口端と前記ストレート管の入口端との間に形成され、
前記エルボー管内には、軸方向の一端が前記インジェクタ取付部の内壁に支持されるとともに、他端が前記ストレート管に向かって開放したミキシングパイプが設けられ、
前記第1膨出部では、前記ミキシングパイプの一端から中央部分に至る領域と対向する部分が外側に湾曲し、前記中央部分から前記他端に至る領域と対向する部分が内側に向かって延びている
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、
前記第1膨出部では、前記ミキシングパイプの一端から中央部分に至る領域と対向する部分が入口側の入口側傾斜部とされ、前記中央部分から前記他端に至る領域と対向する部分が出口側の出口側傾斜部とされ、
前記入口側傾斜部および前記出口側傾斜部は、排気ガスの流れ方向の上流から下流に向かうに従って前記ミキシングパイプとの距離が次第に近づくように傾斜しているとともに、
前記入口側傾斜部の傾斜は、前記出口側傾斜部の傾斜よりも緩やかである
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、
前記方向変換部は、前記ストレート管の軸線を挟んで前記第1膨出部とは反対側の部分を外側に膨らますようにして形成された第2膨出部を有している
ことを特徴とする還元剤水溶液ミキシング装置。 - 請求項3に記載の還元剤水溶液ミキシング装置において、
前記方向変換部は、前記第1膨出部と前記第2膨出部との間に平坦面として形成された一対の側部を有している
ことを特徴とする還元剤水溶液ミキシング装置。 - 請求項4に記載の還元剤水溶液ミキシング装置において、
前記エルボー管の入口部および出口部の流路断面は円形であり、
前記エルボー管の方向変換部での前記ストレート管の軸線に垂直な流路断面は、前記第1膨出部においては直線形状であり、前記第2膨出部においては半円形状であり、前記一対の側部においては直線形状である
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ないし 請求項5のいずれかに記載の還元剤水溶液ミキシング装置において、
前記インジェクタ取付部は、前記フィルタ装置の出口管の軸線より前記出口部側に位置するように偏倚されている
ことを特徴とする還元剤水溶液ミキシング装置。 - 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6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。 - 請求項7に記載の排気ガス後処理装置において、
前記選択還元触媒装置は、前記還元剤水溶液ミキシング装置と並列に配置されている
ことを特徴とする排気ガス後処理装置。
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PCT/JP2013/050763 WO2014112063A1 (ja) | 2013-01-17 | 2013-01-17 | 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 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP5352755B1 JP5352755B1 (ja) | 2013-11-27 |
JP5352755B6 true JP5352755B6 (ja) | 2015-03-18 |
JPWO2014112063A1 JPWO2014112063A1 (ja) | 2017-01-19 |
Family
ID=
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
WO2014112063A1 (ja) | 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 | |
US9062589B2 (en) | Reductant aqueous solution mixing device and exhaust aftertreatment device provided with the same | |
US8991160B2 (en) | Reductant aqueous solution mixing device and exhaust aftertreatment device provided with the same | |
JP5349715B1 (ja) | 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 | |
JP5985822B2 (ja) | 排気浄化装置 | |
JP6053096B2 (ja) | 排気浄化装置 | |
JP4703260B2 (ja) | エンジンの排気浄化装置及びこれに用いられる排気管の構造 | |
EP3093463B1 (en) | Exhaust purification device | |
JP2018044528A (ja) | エンジンの排気浄化装置 | |
CN111742122B (zh) | 还原剂喷射装置 | |
JP5352755B6 (ja) | 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 | |
CN111263849B (zh) | 内燃机的排气净化装置 | |
US20190176099A1 (en) | Diesel exhaust fluid mixing body using variable cross-section switchback arrangement | |
JP5869888B2 (ja) | 排気浄化装置 | |
CN111183275B (zh) | 内燃机的排气净化装置 | |
JP2014109239A (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
JP2014040814A (ja) | 排気浄化装置 |