JP5602492B2 - 排気管 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関から排出される排気中の窒素化合物を、供給される還元剤によって還元浄化する排気浄化触媒を有する排気管に関する。

ディーゼルエンジン（内燃機関）から排出される排気中の窒素化合物（以下、ＮＯｘ）を還元浄化する排気浄化触媒として、例えば、選択還元型ＮＯｘ触媒（以下、ＳＣＲ触媒）や、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下、ＬＮＴ触媒）が知られている。

ＳＣＲ触媒は、還元剤として供給されるアンモニア（ＮＨ３）とＮＯｘとの還元反応を促進することで、排気中のＮＯｘを還元浄化する。また、ＬＮＴ触媒は、排気ガスをリーン雰囲気にして排気中のＮＯｘを吸蔵するとともに、還元剤として供給される燃料（ＨＣ）で排気をリッチ雰囲気にして、吸蔵したＮＯｘを放出することにより、排気中のＣＯ、ＨＣ、Ｈ２等でＮＯｘを還元浄化する。このような還元剤としてのアンモニアや燃料を排気浄化触媒に供給すべく、排気浄化触媒よりも上流側の排気管に還元剤噴射弁を設けた構造が採用される。

例えば、特許文献１には、ＳＣＲ触媒の上流側の排気通路に尿素水インジェクタを設け、この尿素水インジェクタから排気通路を流れる排ガスに尿素水を噴射して、ＳＣＲ触媒に還元剤であるアンモニアを供給する排気浄化装置が開示されている。

特開２００９−１４４６３６号公報

ところで、上述のような、上流側の排気通路に尿素水インジェクタ等の尿素水噴射手段を設け、この尿素水噴射手段から尿素水を排気浄化触媒に供給する構造においては、噴射された尿素水の一部は排気中で加水分解されずに排気管内の壁面に付着する。この付着した尿素水は排気管内の底部に集まりながら、排気管の下流側へと流され、排気浄化触媒の直上流に到達する。排気浄化触媒は、一般的に耐熱スポンジ等の支持部材を介し排気管に内設されているので、排気浄化触媒の直上流に到達した尿素水がこの支持部材に浸透する場合がある。

このように、支持部材に尿素水が浸透した状況で、例えば、排気管内を流れる排気の温度が上昇した場合、支持部材に浸透した尿素水が固体化して支持部材を膨張させる。そして、支持部材が膨張すると、支持部材で支持されている排気浄化触媒にも応力が生じ、この応力によって排気浄化触媒が破損する虞がある。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたもので、簡素な構成で、還元剤供給手段から噴射される還元剤が、排気浄化触媒の支持部材に浸透することを防止するとともに、支持部材の膨張によって排気浄化触媒が破損することを効果的に抑止できる排気管を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の排気管は、内燃機関から排出される排気中の窒素化合物を供給される還元剤によって還元浄化する排気浄化触媒を、支持部材を介して内設される排気管において、前記排気管は前記排気浄化触媒よりも上流側の内周面に、前記還元剤の前記支持部材への浸透を防止する堰部が設けられることを特徴とする。

また、前記排気管は上流側の内径よりも大径に形成された拡径部を有するとともに、前記排気浄化触媒は前記支持部材を介して前記拡径部に内設され、前記堰部は前記拡径部の上流端に隣接する前記内周面に設けられるようにしてもよい。

また、前記排気管は円筒状であるとともに、前記堰部は前記内周面の下部に周方向に沿って円弧状に形成されるようにしてもよい。

また、前記堰部と前記排気浄化触媒との間には、緩衝部材が設けられるようにしてもよい。

本発明の排気管によれば、簡素な構成で、還元剤供給手段から噴射される還元剤が、排気浄化触媒の支持部材に浸透することを防止できるとともに、支持部材の膨張によって排気浄化触媒が破損することを効果的に抑止することができる。

本発明の一実施形態に係る排気管の断面構造を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る排気管の構造を示す平面図である。 本発明の他の実施形態に係る排気管の構造を示す平面図である。 本発明の他の実施形態に係る排気管の断面構造を示す断面図である。 本発明の他の実施形態に係る排気管の断面構造を示す断面図である。 本発明の他の実施形態に係る排気管の断面構造を示す断面図である。

以下、図１，２に基づいて、本発明の一実施形態に係る排気管を説明する。同一の部品には同一の符号を付してあり、それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。

本実施形態に係る排気管１０は、図１，２に示すように、円筒状に形成されている。また、排気管１０は、図１に示すように、排気方向の上流側から順に、図示しない内燃機関であるディーゼルエンジン（以下、エンジン）の排気系に連接される接続管５０に接続され、この接続管５０の内径と略同径に形成された上流側排気管部１１と、上流側排気管部１１の内径よりも大径に形成された胴部（拡径部）１２と、上流側排気管部１１の内径と略同径に形成された下流側排気管部１３とを有する。

また、図１に示すように、排気管１０には、上流側から順に、排気中の窒素化合物（ＮＯｘ）を還元浄化する選択還元型ＮＯｘ触媒（以下、ＳＣＲ触媒）３０と、酸化触媒（以下、ＤＯＣ触媒）３１とが内設されている。

ＳＣＲ触媒３０は、エンジンから排出される排気が流入すると、この排気中に含まれるＮＯｘの還元反応を促進する。具体的には、上流側に設けられた尿素水噴射手段（不図示）から噴射された尿素水は排気によって加水分解されてアンモニアに生成される。ＳＣＲ触媒３０は、この生成されたアンモニアを吸着するとともに、排気ガスがＳＣＲ触媒３０内を通過する際に吸着したアンモニアでＮＯｘを還元浄化する。また、下流側に設けられたＤＯＣ触媒３１は、ＳＣＲ触媒３０から余剰のアンモニアがスリップすると、排気ガス中からこの余剰のアンモニアを酸化除去する。

このＳＣＲ触媒３０とＤＯＣ触媒３１とは、図１に示すように、マット部材（支持部材）２０を介して、胴部１２の内周面に支持されている。ここで、マット部材２０としては、例えば耐熱性を備えた耐熱スポンジ等が用いられる。

堰板（堰部）１５は、図１，２に示すように、短手方向断面を略Ｌ字状に形成されており、所定の高さＨからなる縦板部１５ａと横板部１５ｂとを備え構成されている。また、堰板１５の縦板部１５ａと横板部１５ｂとは、長手方向に円弧状に形成されており、縦板部１５ａを下流側に位置させて、横板部１５ｂを上流側排気管部１１内周面の下部に溶着することで、尿素水の上流側排気管部１１から胴部１２への流れを堰き止めるように固定されている。

また、図２に示すように、堰板１５は、排気管１０を軸方向から正面視した場合に、右端部１５ｃの法線Ｌ１と左端部１５ｄの法線Ｌ２とが、排気管１０の軸中心で互いに約９０度で交わるように、上流側排気管部１１内周面の下部に配置されている。

なお、図３に示すように、この堰板１５を上流側排気管部１１の内周面全周にわたって設けてもよい。また、縦板部１５ａの所定の高さＨは、縦板部１５ａの面積が排気の流れに大きな影響を与えない範囲で、排気管１０の内径やＳＣＲ触媒３０の容量等に応じて適宜調整して設定してもよい。また、本実施形態において、堰板１５は、図１，２に示すように、上流側排気管部１１内周面の胴部１２上流端に隣接する位置に設けられているが、例えば、この堰板１５を、上流側排気管部１１内周面の上流端に位置して設けることもできる。

堰板１５とＳＣＲ触媒３０との間には、図１に示すように、メッシュ状の緩衝部材１８が介装されている。この緩衝部材１８は、ＳＣＲ触媒３０の軸方向上流への移動を抑止するとともに、堰板１５の縦板部１５ａ背面がＳＣＲ触媒３０の前面部に当接することで、ＳＣＲ触媒３０が破損することを防止する。

なお、この緩衝部材１８は、堰板１５とＳＣＲ触媒３０との間の全周にわたって設けてもよく、部分的に設けるものであってもよい。

上述のような構成により、本発明の一実施形態に係る排気管１０によれば以下のような作用・効果を奏する。

排気中のＮＯｘを還元浄化すべく、接続管５０の上流部に設けられた尿素水噴射手段（不図示）から管内噴射された尿素水は、大部分が排気中で加水分解されてアンモニアに生成される。一方、尿素水噴射手段（不図示）から管内噴射された一部の尿素水は、加水分解されずに接続管５０の内周面に付着し、底部を流れながら排気管１０の上流側排気管部１１へと流れ込む。この上流側排気管部１１に流れ込んだ尿素水は、上流側排気管部１１内周面に設けられた堰板１５によって堰き止められる。

したがって、尿素水の胴部１２への侵入が阻止されるので、ＳＣＲ触媒３０やＤＯＣ触媒３１を胴部１２内に支持するマット部材２０に尿素水が浸透することを確実に防止できるとともに、マット部材２０の膨張によってＳＣＲ触媒３０やＤＯＣ触媒３１が破損することを効果的に抑止することができる。特に、堰板１５を上流側排気管部１１内周面の全周にわたって設けた場合（図３参照）は、排気管１０が左右上下に大きく振動した際も、尿素水の胴部１２への侵入を確実に阻止することができる。

また、堰板１５によって堰き止められ、上流側排気管部１１内周面の下部に滞留された尿素水は、時間の経過とともに、その大部分が排気によって加水分解され、アンモニアに生成された後にＳＣＲ触媒３０へと供給される。

したがって、尿素水のマット部材２０への浸透を確実に防止するとともに、加水分解されない無駄な尿素水を低減することができるので、尿素水のアンモニアへの生成効率が向上され、当然ながら、ＳＣＲ触媒３０のＮＯｘ還元浄化効率も向上することができる。

また、堰板１５を上流側排気管部１１内周面の全周ではなく下部にのみ設けた構造においては、排気管１０内の排気流れを阻害することなく、尿素水のマット部材２０への浸透を確実に防止することができる。

また、堰板１５とＳＣＲ触媒３０との間に、メッシュ状の緩衝部材１８を設けたので、ＳＣＲ触媒３０の軸方向上流への移動が抑止されるとともに、堰板１５の縦板部１５ａ背面によってＳＣＲ触媒３０の前面部が破損することを防止することができる。

なお、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。

例えば、上述の実施形態において、排気管１０の胴部１２内径は、上流側排気管部１１の内径よりも大径に形成されるものとして説明したが、図４に示すように、この胴部１２の内径を上流側排気管部１１や下流側排気管部１３の内径と略同径に形成してもよい。この場合も、上述の実施形態と同様の作用効果を奏することができる。

また、堰板１５の縦板部１５ａは、必ずしも鉛直方向に設ける必要はなく、例えば、図５に示すように、この縦板部１５ａを排気管１０の上流側に向けて傾斜するように設けてもよい。

また、必ずしも堰板１５は板部材である必要はなく、例えば、図６に示すように、上流側排気管部１１の一部を排気管１０の内側に突出させて、堰部１５を排気管１０と一体に形成してもよい。

また、上述の実施形態において、排気管１０はＳＣＲ触媒３０を備えるものとして説明したが、このＳＣＲ触媒３０は、例えば、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（ＬＮＴ触媒）であってもよい。この場合も、還元剤として供給される未燃燃料（ＨＣ）のマット部材２０への浸透を確実に防止することができる。

また、ＤＯＣ触媒３１は必ずしも必須ではなく、このＤＯＣ触媒３１を省略することもできる。

また、上述の実施形態において、排気管１０を円筒状のものとして説明したが、必ずしも円筒状である必要はなく、例えば断面が方形の排気管等を用いてもよい。

１０ 排気管
１２ 胴部（拡径部）
１５ 堰板（堰部）
１８ 緩衝部材
２０ マット部材（支持部材）
３０ ＳＣＲ触媒（排気浄化触媒）

Claims (4)

1. 内燃機関から排出される排気中の窒素化合物を供給される還元剤によって還元浄化する排気浄化触媒が支持部材を介して内設される排気管において、
   前記排気管は前記排気浄化触媒よりも上流側の内周面に、前記還元剤の前記支持部材への浸透を防止する堰部が設けられ、
   前記排気管は上流側の内径よりも大径に形成された拡径部を有すると共に、前記排気浄化触媒は前記支持部材を介して前記拡径部に内設され、前記堰部は前記拡径部の上流端に隣接する前記内周面に設けられる
   ことを特徴とする排気管。
2. 内燃機関から排出される排気中の窒素化合物を供給される還元剤によって還元浄化する排気浄化触媒が支持部材を介して内設される円筒状の排気管において、
   前記排気管は前記排気浄化触媒よりも上流側の内周面に、前記還元剤の前記支持部材への浸透を防止する堰部が設けられ、
   前記堰部は、短手方向断面をＬ字状に形成されて縦板部と横板部とを含むと共に、前記縦板部及び前記横板部が長手方向に円弧状に形成され、前記縦板部を前記横板部に対して下流側に位置させると共に、前記横板部の下面を前記排気浄化触媒よりも上流側の前記排気管の下側内周面に接触させて固定されている
   ことを特徴とする排気管。
3. 前記排気管は円筒状であるとともに、前記堰部は前記内周面の下部に周方向に沿って円弧状に形成される
   ことを特徴とする請求項１に記載の排気管。
4. 前記堰部と前記排気浄化触媒との間には、緩衝部材が設けられる
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の排気管。

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