排気浄化装置の排気管構造
【課題】還元触媒上流の排気管について構造を工夫し、該排気管を流れる排気中に噴射された還元剤を均一に拡散させる。
【解決手段】エンジンの排気系に還元触媒（ＳＣＲ）を配置し、該還元触媒よりも上流の排気中に還元剤を噴射する排気浄化装置の排気管構造であって、還元触媒よりも上流の排気管１０において、排気中の還元剤を拡散させるための拡散部材１１を設けると共に、拡散部材１１を配置した部位よりも管内径を細くした縮径部１２，１３を、拡散部材配置部位の上流側及び下流側に形成し、上流側の縮径部１２よりも上流で排気中に還元剤を噴射するようにした排気管構造とする。
【解決手段】エンジンの排気系に還元触媒（ＳＣＲ）を配置し、該還元触媒よりも上流の排気中に還元剤を噴射する排気浄化装置の排気管構造であって、還元触媒よりも上流の排気管１０において、排気中の還元剤を拡散させるための拡散部材１１を設けると共に、拡散部材１１を配置した部位よりも管内径を細くした縮径部１２，１３を、拡散部材配置部位の上流側及び下流側に形成し、上流側の縮径部１２よりも上流で排気中に還元剤を噴射するようにした排気管構造とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの排気浄化装置であって、還元触媒の上流で排気中に還元剤（その前駆体を含む）を噴射する方式の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンの排気に含まれるＮＯｘ（窒素酸化物）を除去する排気浄化装置としてＳＣＲ式の排気浄化装置が使用されている。この排気浄化装置は、排気系に還元触媒を配設し、該還元触媒の上流において排気中にノズルから還元剤を噴射して添加することにより、排気中のＮＯｘと還元剤とを触媒還元反応させて、ＮＯｘを無害成分に浄化処理するものである。その還元反応は、ＮＯｘと反応性が良好なアンモニアを用いるものが主流であり、このための還元剤としては、排気熱及び排気中の水蒸気により加水分解してアンモニアを容易に発生する尿素水溶液やアンモニア水溶液などの液体還元剤が用いられる。
【０００３】
また、最近では、ＮＯｘ除去に加えてＰＭ捕集の機能も備えたＳＣＲ式の排気浄化装置も実現されている。この場合、還元触媒及びこの還元触媒の上流排気中に液体還元剤を噴射するノズルに加えてさらに、ＰＭを捕集するフィルタも配置しなければならず、ノズル及び還元触媒にＰＭ捕集フィルタを加えたレイアウトを工夫して省スペース化を図る必要がある。そこで、たとえば特許文献１，２のように、排気流路を折り返す形式とした排気浄化装置が提案されている。
【０００４】
特許文献１，２に開示された排気浄化装置は、ＰＭ捕集フィルタを収納した上流側の第１の筐体と還元触媒を収納した下流側の第２の筐体とを平行に並べ、これら筐体の遠端部どうしを接続する排気管（連通管）中にノズルから還元剤を噴射する構造を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４２８６８８７号公報
【特許文献２】特許第４２８６８８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一例としてあげた上記構造の排気浄化装置では、平行に並べた２つの筐体の遠端部どうしを結ぶことにより排気管を長くとり、この還元触媒上流の排気管中に噴射される還元剤の均一拡散を図っている。ところが、還元剤を噴射する排気管が長いことに起因して、例えば４ｔトラック程度の比較的排気量の少ないエンジンに採用した場合に、当該排気管中の排気流量が少なくて還元剤が均一拡散し難いといった改善点が見出されている。
【０００７】
本発明はこの点に着目したもので、還元触媒上流の排気管について構造を工夫し、該排気管を流れる排気中に噴射された還元剤を、上記のような場合でも均一に拡散させることができるようにするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために提案するのは、エンジンの排気系に還元触媒を配置し、該還元触媒よりも上流の排気中に還元剤を噴射するようにしてある排気浄化装置の排気管構造であって、前記還元触媒よりも上流の排気管において、排気中の還元剤を拡散させるための拡散部材を設けると共に、該拡散部材を配置した部位よりも管内径を細くした縮径部を、前記拡散部材配置部位の上流側及び下流側に形成し、そして、前記上流側の縮径部よりも上流で排気中に還元剤を噴射するようにした、排気管構造である。
【発明の効果】
【０００９】
上記提案に係る排気浄化装置の排気管構造によると、まず、拡散部材手前の縮径部において排気の流速が高まるので、これよりも上流で排気中に噴射された還元剤の拡散が促進される。そして、この後に流径が広がりつつ拡散部材とぶつかることで排気流が掻き混ぜられ、還元剤の均一な拡散が促された後、拡散部材後方の縮径部を通って再び排気の流速が高められ、還元剤の拡散がさらに促進される。すなわち、排気管中に拡散部材を配置すると共に該拡散部材の前後に管内径を細めた縮径部を形成したことにより、排気流量が少ない場合であっても、従来に比べて還元剤が均一に拡散する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】排気浄化装置の構成例を示す概略図。
【図２】還元触媒上流の排気管の実施形態を示した断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１に、エンジンの排気系に組み込まれる排気浄化装置の構成例を２つ示している。図１Ａは触媒及びフィルタを直線状に並べたタイプ、図１Ｂは、前述の特許文献１，２にあるような、排気流路を折り返して触媒及びフィルタをＳ字状に並べたタイプの排気浄化装置である。
【００１２】
当該排気浄化装置は、ＮＯｘ除去に加えてＰＭ捕集の機能も備えたＳＣＲ式の排気浄化装置であり、エンジンの排気系において、排気流の上流から下流へ、酸化触媒（ＤＯＣ）、ＰＭ捕集フィルタ（ＤＰＦ）、還元触媒（ＳＣＲ）、アンモニアスリップ触媒（ＡＳＣ）を直列に並べてある（順番はこれに限らない）。このうち、酸化触媒及びＰＭ捕集フィルタは上流側の第１の筐体１内に収容され、還元触媒及びアンモニアスリップ触媒は下流側の第２の筐体２内に収容される。還元剤（前駆体を含む）としては例えば尿素水溶液が使用され、当該還元剤を排気中へ噴射するノズル３が、第１及び第２の筐体１，２を連結する連通管としての排気管１０に設けられている。この、還元触媒よりも上流の排気管１０に、拡散部材１１及び縮径部１２，１３が設けられる。これら拡散部材１１及び縮径部１２，１３の具体例について、図２に示してある。
【００１３】
拡散部材１１は、例えば特開２００９−２４６５４号公報にあるようなミキサープレートであり、拡散部材１１を通過する排気の流れを掻き混ぜて、還元剤を排気中に均一に拡散させる働きをもつ。拡散部材１１は、排気管１０の中間部位外周に周設されたフランジ１０ａに周縁を挟持されて設置されている。そして、排気管１０において、拡散部材１１を配置した部位の上流側に縮径部１２、下流側に縮径部１３がそれぞれ形成される。
【００１４】
両縮径部１２，１３は、排気管１０の該当部位を、例えば絞り加工することによって細くした部位である。すなわち、縮径部１２，１３は、拡散部材１１を配置した部位の管内径ｄ１よりも細い管内径ｄ２を有する。本実施形態においては、両縮径部１２，１３が同じ管内径ｄ２として形成されているが、両者の管内径は、管内径ｄ１よりも細ければ異なっていてもよい。
【００１５】
ＰＭ捕集フィルタから排出された排気は、上流側の縮径部１２を通って流速が高められた後、拡散部材１１を通過し、下流側の縮径部１２で再び流速が高められ、そして還元触媒へ流入する。還元剤は、ノズル３により、上流側の縮径部１２よりも上流で排気中に噴射されるので、還元剤噴射後の排気は、縮径部１２→拡散部材１１→縮径部１３を順に通過して還元触媒へ流入する。したがって、還元剤噴射後の排気は、まず縮径部１２において流速が高められ、これにより還元剤の排気中拡散が促進される。そして、縮径部１２を通過すると排気管１０の管内径がｄ２からｄ１へ広がるので、排気は、流径が広がりつつ拡散部材１１にぶつかり、これにより排気流が強く掻き混ぜられて、還元剤の均一な拡散が促される。拡散部材１１を通過すると、再び管内径の細くなった縮径部１３があって排気の流速が高められるので、還元剤の排気中拡散がさらに促進される。すなわち、排気管１０中に拡散部材１１を配置すると共に拡散部材１１の前後に管内径を細めた縮径部１２，１３を形成したことにより、排気流量が少ない場合であっても、従来に比べて還元剤を均一に拡散させることができる。
【００１６】
図１Ｂに示すＳ字状タイプの排気浄化装置におけるように、還元触媒上流の排気管１０が比較的長い場合、当該排気管１０を流れる間に排気の温度が低下し、還元触媒の反応にとって好ましくない場合がある。そこで、図２Ａ，Ｂに示すように、縮径部１２，１３の外周に保温層１４を形成し、排気温度を維持する形態とすることもできる。
【００１７】
図２Ａの保温層１４は、縮径部１２，１３の周囲、すなわち、縮径した排気管１０の外周にグラスウール等の保温材を巻き付けて形成されている。保温材は、接着剤で外周面に接着するか、ベルトなどで締め付け固定することができる。この場合の排気管１０は単管（管壁が一重）であり、縮径部１２，１３の外周面は、その他の部位よりも凹んでいる。したがって、縮径部１２，１３に保温層１４を加えた外径がその他の部位の外径から出っ張ることもなく、排気管１０をほぼ一様な外径で仕上げることができる。なお、図２Ａの実施形態では、保温層１４の周囲をさらに外套管１５で覆って保温材脱落を防止し、保温効果を高めてある。
【００１８】
図２Ｂの場合、排気管１０が管壁二重の二重管であり、その内外の管壁のうち、内壁管の該当部位を絞り加工することで、縮径部１２，１３が形成されている。これにより、縮径部１２，１３の周囲において内壁管と外壁管との間隔が広くなって空気層が形成されており、この空気層が保温層１４として機能する。加工の容易さやコスト的に見て、図２Ｂの形態よりは図２Ａの形態の方が優れていると言える。
【符号の説明】
【００１９】
１０ 排気管
１１ 拡散部材
１２ 上流側の縮径部
１３ 下流側の縮径部
１４ 保温層
１５ 外套管
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの排気浄化装置であって、還元触媒の上流で排気中に還元剤（その前駆体を含む）を噴射する方式の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンの排気に含まれるＮＯｘ（窒素酸化物）を除去する排気浄化装置としてＳＣＲ式の排気浄化装置が使用されている。この排気浄化装置は、排気系に還元触媒を配設し、該還元触媒の上流において排気中にノズルから還元剤を噴射して添加することにより、排気中のＮＯｘと還元剤とを触媒還元反応させて、ＮＯｘを無害成分に浄化処理するものである。その還元反応は、ＮＯｘと反応性が良好なアンモニアを用いるものが主流であり、このための還元剤としては、排気熱及び排気中の水蒸気により加水分解してアンモニアを容易に発生する尿素水溶液やアンモニア水溶液などの液体還元剤が用いられる。
【０００３】
また、最近では、ＮＯｘ除去に加えてＰＭ捕集の機能も備えたＳＣＲ式の排気浄化装置も実現されている。この場合、還元触媒及びこの還元触媒の上流排気中に液体還元剤を噴射するノズルに加えてさらに、ＰＭを捕集するフィルタも配置しなければならず、ノズル及び還元触媒にＰＭ捕集フィルタを加えたレイアウトを工夫して省スペース化を図る必要がある。そこで、たとえば特許文献１，２のように、排気流路を折り返す形式とした排気浄化装置が提案されている。
【０００４】
特許文献１，２に開示された排気浄化装置は、ＰＭ捕集フィルタを収納した上流側の第１の筐体と還元触媒を収納した下流側の第２の筐体とを平行に並べ、これら筐体の遠端部どうしを接続する排気管（連通管）中にノズルから還元剤を噴射する構造を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４２８６８８７号公報
【特許文献２】特許第４２８６８８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一例としてあげた上記構造の排気浄化装置では、平行に並べた２つの筐体の遠端部どうしを結ぶことにより排気管を長くとり、この還元触媒上流の排気管中に噴射される還元剤の均一拡散を図っている。ところが、還元剤を噴射する排気管が長いことに起因して、例えば４ｔトラック程度の比較的排気量の少ないエンジンに採用した場合に、当該排気管中の排気流量が少なくて還元剤が均一拡散し難いといった改善点が見出されている。
【０００７】
本発明はこの点に着目したもので、還元触媒上流の排気管について構造を工夫し、該排気管を流れる排気中に噴射された還元剤を、上記のような場合でも均一に拡散させることができるようにするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために提案するのは、エンジンの排気系に還元触媒を配置し、該還元触媒よりも上流の排気中に還元剤を噴射するようにしてある排気浄化装置の排気管構造であって、前記還元触媒よりも上流の排気管において、排気中の還元剤を拡散させるための拡散部材を設けると共に、該拡散部材を配置した部位よりも管内径を細くした縮径部を、前記拡散部材配置部位の上流側及び下流側に形成し、そして、前記上流側の縮径部よりも上流で排気中に還元剤を噴射するようにした、排気管構造である。
【発明の効果】
【０００９】
上記提案に係る排気浄化装置の排気管構造によると、まず、拡散部材手前の縮径部において排気の流速が高まるので、これよりも上流で排気中に噴射された還元剤の拡散が促進される。そして、この後に流径が広がりつつ拡散部材とぶつかることで排気流が掻き混ぜられ、還元剤の均一な拡散が促された後、拡散部材後方の縮径部を通って再び排気の流速が高められ、還元剤の拡散がさらに促進される。すなわち、排気管中に拡散部材を配置すると共に該拡散部材の前後に管内径を細めた縮径部を形成したことにより、排気流量が少ない場合であっても、従来に比べて還元剤が均一に拡散する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】排気浄化装置の構成例を示す概略図。
【図２】還元触媒上流の排気管の実施形態を示した断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１に、エンジンの排気系に組み込まれる排気浄化装置の構成例を２つ示している。図１Ａは触媒及びフィルタを直線状に並べたタイプ、図１Ｂは、前述の特許文献１，２にあるような、排気流路を折り返して触媒及びフィルタをＳ字状に並べたタイプの排気浄化装置である。
【００１２】
当該排気浄化装置は、ＮＯｘ除去に加えてＰＭ捕集の機能も備えたＳＣＲ式の排気浄化装置であり、エンジンの排気系において、排気流の上流から下流へ、酸化触媒（ＤＯＣ）、ＰＭ捕集フィルタ（ＤＰＦ）、還元触媒（ＳＣＲ）、アンモニアスリップ触媒（ＡＳＣ）を直列に並べてある（順番はこれに限らない）。このうち、酸化触媒及びＰＭ捕集フィルタは上流側の第１の筐体１内に収容され、還元触媒及びアンモニアスリップ触媒は下流側の第２の筐体２内に収容される。還元剤（前駆体を含む）としては例えば尿素水溶液が使用され、当該還元剤を排気中へ噴射するノズル３が、第１及び第２の筐体１，２を連結する連通管としての排気管１０に設けられている。この、還元触媒よりも上流の排気管１０に、拡散部材１１及び縮径部１２，１３が設けられる。これら拡散部材１１及び縮径部１２，１３の具体例について、図２に示してある。
【００１３】
拡散部材１１は、例えば特開２００９−２４６５４号公報にあるようなミキサープレートであり、拡散部材１１を通過する排気の流れを掻き混ぜて、還元剤を排気中に均一に拡散させる働きをもつ。拡散部材１１は、排気管１０の中間部位外周に周設されたフランジ１０ａに周縁を挟持されて設置されている。そして、排気管１０において、拡散部材１１を配置した部位の上流側に縮径部１２、下流側に縮径部１３がそれぞれ形成される。
【００１４】
両縮径部１２，１３は、排気管１０の該当部位を、例えば絞り加工することによって細くした部位である。すなわち、縮径部１２，１３は、拡散部材１１を配置した部位の管内径ｄ１よりも細い管内径ｄ２を有する。本実施形態においては、両縮径部１２，１３が同じ管内径ｄ２として形成されているが、両者の管内径は、管内径ｄ１よりも細ければ異なっていてもよい。
【００１５】
ＰＭ捕集フィルタから排出された排気は、上流側の縮径部１２を通って流速が高められた後、拡散部材１１を通過し、下流側の縮径部１２で再び流速が高められ、そして還元触媒へ流入する。還元剤は、ノズル３により、上流側の縮径部１２よりも上流で排気中に噴射されるので、還元剤噴射後の排気は、縮径部１２→拡散部材１１→縮径部１３を順に通過して還元触媒へ流入する。したがって、還元剤噴射後の排気は、まず縮径部１２において流速が高められ、これにより還元剤の排気中拡散が促進される。そして、縮径部１２を通過すると排気管１０の管内径がｄ２からｄ１へ広がるので、排気は、流径が広がりつつ拡散部材１１にぶつかり、これにより排気流が強く掻き混ぜられて、還元剤の均一な拡散が促される。拡散部材１１を通過すると、再び管内径の細くなった縮径部１３があって排気の流速が高められるので、還元剤の排気中拡散がさらに促進される。すなわち、排気管１０中に拡散部材１１を配置すると共に拡散部材１１の前後に管内径を細めた縮径部１２，１３を形成したことにより、排気流量が少ない場合であっても、従来に比べて還元剤を均一に拡散させることができる。
【００１６】
図１Ｂに示すＳ字状タイプの排気浄化装置におけるように、還元触媒上流の排気管１０が比較的長い場合、当該排気管１０を流れる間に排気の温度が低下し、還元触媒の反応にとって好ましくない場合がある。そこで、図２Ａ，Ｂに示すように、縮径部１２，１３の外周に保温層１４を形成し、排気温度を維持する形態とすることもできる。
【００１７】
図２Ａの保温層１４は、縮径部１２，１３の周囲、すなわち、縮径した排気管１０の外周にグラスウール等の保温材を巻き付けて形成されている。保温材は、接着剤で外周面に接着するか、ベルトなどで締め付け固定することができる。この場合の排気管１０は単管（管壁が一重）であり、縮径部１２，１３の外周面は、その他の部位よりも凹んでいる。したがって、縮径部１２，１３に保温層１４を加えた外径がその他の部位の外径から出っ張ることもなく、排気管１０をほぼ一様な外径で仕上げることができる。なお、図２Ａの実施形態では、保温層１４の周囲をさらに外套管１５で覆って保温材脱落を防止し、保温効果を高めてある。
【００１８】
図２Ｂの場合、排気管１０が管壁二重の二重管であり、その内外の管壁のうち、内壁管の該当部位を絞り加工することで、縮径部１２，１３が形成されている。これにより、縮径部１２，１３の周囲において内壁管と外壁管との間隔が広くなって空気層が形成されており、この空気層が保温層１４として機能する。加工の容易さやコスト的に見て、図２Ｂの形態よりは図２Ａの形態の方が優れていると言える。
【符号の説明】
【００１９】
１０ 排気管
１１ 拡散部材
１２ 上流側の縮径部
１３ 下流側の縮径部
１４ 保温層
１５ 外套管
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気系に還元触媒を配置し、該還元触媒よりも上流の排気中に還元剤を噴射するようにしてある排気浄化装置の排気管構造であって、
前記還元触媒よりも上流の排気管において、排気中の還元剤を拡散させるための拡散部材を設けると共に、該拡散部材を配置した部位よりも管内径を細くした縮径部を、前記拡散部材配置部位の上流側及び下流側に形成し、
前記上流側の縮径部よりも上流で排気中に還元剤を噴射するようにした、排気管構造。
【請求項２】
前記縮径部の外周に保温層が形成されている、請求項１記載の排気管構造。
【請求項３】
前記保温層として、前記縮径部の周囲に保温材が巻き付けられている、請求項２記載の排気管構造。
【請求項１】
エンジンの排気系に還元触媒を配置し、該還元触媒よりも上流の排気中に還元剤を噴射するようにしてある排気浄化装置の排気管構造であって、
前記還元触媒よりも上流の排気管において、排気中の還元剤を拡散させるための拡散部材を設けると共に、該拡散部材を配置した部位よりも管内径を細くした縮径部を、前記拡散部材配置部位の上流側及び下流側に形成し、
前記上流側の縮径部よりも上流で排気中に還元剤を噴射するようにした、排気管構造。
【請求項２】
前記縮径部の外周に保温層が形成されている、請求項１記載の排気管構造。
【請求項３】
前記保温層として、前記縮径部の周囲に保温材が巻き付けられている、請求項２記載の排気管構造。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１２−１２７２３２（Ｐ２０１２−１２７２３２Ａ）
【公開日】平成２４年７月５日（２０１２．７．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２７８１７０（Ｐ２０１０−２７８１７０）
【出願日】平成２２年１２月１４日（２０１０．１２．１４）
【出願人】（０００００３９０８）ＵＤトラックス株式会社 (1,028)
【出願人】（０００２２０８０４）東京濾器株式会社 (84)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月５日（２０１２．７．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月１４日（２０１０．１２．１４）
【出願人】（０００００３９０８）ＵＤトラックス株式会社 (1,028)
【出願人】（０００２２０８０４）東京濾器株式会社 (84)
【Ｆターム（参考）】
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