JP2012127311A - 還元剤の拡散器 - Google Patents

Abstract

【課題】従来に比べて析出物が発生し難い構造を有する還元剤の拡散器を提案する。
【解決手段】本提案に係る拡散器１０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ノズルから還元剤を噴射するようにした排気浄化装置で使用する拡散器であって、還元触媒上流の排気管４の内径よりも小径の外径とし、両端開口の一方を排気の流入口１１inとし且つ他方を排気の流出口１１outとして使用する筒部１１と、流入口１１inから離して筒部１１の中に設けられ、筒部内を流れる排気を掻き混ぜる拡散部１２と、を含んで構成され、筒部１１の流入口側端部分１１ａを排気管４に接続することにより排気管内に設置される。
【選択図】図２

Description

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。

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。

このタイプの排気浄化装置では、排気中に還元剤を均一拡散させるため、特許文献１にあるように、還元触媒上流の排気管中にミキサと呼ばれる拡散板を設けて排気を掻き混ぜ、ノズルから噴射された還元剤の拡散を促す技術が提案されている。拡散板は、特許文献１のようにパンチング孔を多数開けた金属板や格子状に形成した金属板、あるいは、特許文献２に開示されるような多数のフィンを切り立てた金属板である。

特開２００７−０７７９５７号公報 特開２００９−０２４６５４号公報

上記背景技術のように還元触媒上流の排気管中に拡散板を設ける場合、ノズルから噴射された還元剤が十分に分散する前に拡散板にぶつかることに起因して（還元剤濃度の片寄りが排気中にあるようなとき）、当該拡散板及びその手前の排気通路壁面に析出物（例えば尿素の結晶）が付着することがある。この析出物は排気温度の上昇で溶解し得るが、排気管を狭めて圧力損失等を招くことが懸念されるので、できるだけ析出を抑制した方が好ましい。

本発明はこの点に着目したもので、従来に比べて析出物が発生し難い構造を有する還元剤の拡散器を提案する。

上記課題を解決するために提案する還元剤の拡散器は、
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ノズルから還元剤を噴射するようにした排気浄化装置で使用する拡散器であって、
前記還元触媒上流の排気管の内径よりも小径の外径とし、両端開口の一方を排気の流入口とし且つ他方を排気の流出口として使用する筒部と、前記流入口から離して前記筒部内に設けられ、当該筒部内を流れる排気を掻き混ぜる拡散部と、を含んで構成され、
前記筒部の流入口側端部分を前記排気管に接続することにより前記排気管内に設置される。

上記提案に係る還元剤の拡散器は、還元触媒上流の排気管よりも細くした筒部内に、流入口から離して拡散部を設けている。当該筒部は、流入口側端部分を排気管に接続して排気管内に設置され、還元剤噴射後の排気を流入口から筒部内へ全量流入させて流径を細くするので、排気の流速を筒部の入口部分で増加させることができ、該流速の上がった排気を流入口から離れた拡散部へ送ることができる。流速が速まることで還元剤の分散が促されるので、拡散部へ到達するときには還元剤の分散が進み、筒部内において発生する析出物は、従来に比べて抑制される。

拡散器を適用する排気浄化装置の構成例を示す概略図。 拡散器の第１実施形態を示す断面図。 拡散器の第２実施形態を示す断面図。 拡散器の第３実施形態を示す断面図。

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ＰＭ捕集フィルタと還元触媒を直線状に並べたタイプ、図１Ｂは、排気流路を折り返してＰＭ捕集フィルタと還元触媒をＳ字状に並べたタイプの排気浄化装置である。

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４に設けられている。

この還元触媒上流の排気管４においてノズル３の下流側に、還元剤の拡散器１０が設置される。拡散器１０は、筒部１１及び拡散部１２を含んで構成され、筒部１１の流入口を上流側、流出口を下流側にして、排気管４内に設置されている。この拡散器１０の第１実施形態について、詳細を図２に示す。

第１実施形態に係る拡散器１０は、筒部１１が真っ直ぐな円筒管で、その両端開口の一方が流入口１１in、他方が流出口１１outとして使用され、筒部１１の外径は排気管４の内径よりも小径である。筒部１１は、流入口側端部分１１ａが、周設されたフランジ１１ｂを介して排気管４に接続されており、排気管４を流れる還元剤を含んだ排気が全量、流入口１１inから筒部１１内へ流入する。筒部１１の内径は排気管４の内径よりも小径なので、排気管４から筒部１１へ流入する排気の流径が細り、したがって筒部１１内で排気の流速は増加する。

筒部１１内には、流入口１１inから離して、すなわち本実施形態の場合は流入口１１inから最も離れた流出口側端部分１１ｃに、流出口１１outを塞ぐようにして拡散部１２が設けられている。拡散部１２は、例えば前述の特許文献２にあるような多数のフィンを切り立てた拡散板を使用して形成されたもので、筒部１１内を流れてきた排気を掻き混ぜて、還元剤を拡散させる働きをもつ。拡散部１２の位置は、図中に点線で示すように筒部１１の途中でもよいが、流入口１１inからできるだけ離しておいた方が析出物抑制の点では好ましい。このためには、筒部１１の軸方向の長さもできるだけ長い方がよく、図示のように流出口側端部分１１ｃに拡散部１２が設けられる場合、一例として図１Ｂの排気浄化装置では、排気管４が還元触媒へ向かって折れ曲がる直前に拡散部１２を位置させることのできる長さとする。

筒部１１を排気管４へ接続するフランジ１１ｂは、筒部１１の流入口側端部分１１ａの周縁外周に全周に渡って周設されたもので、排気管４の外周に周設されたフランジ部４ａに、ガスケット４ｂを介在させて挟み込まれてボルト等で締め付け固定される。すなわち、排気管４は、このフランジ部４ａでツーピースに分割されており、筒部１１のフランジ１１ｂ及びガスケット４ｂを挟み込んでフランジ部４ａの締結により互いに接続される。

流入口１１inを囲繞するフランジ１１ｂが排気管４へ固定されることにより、当該フランジ１１ｂより下流において、筒部１１をとり巻くように断熱層１３が形成される。すなわち、筒部１１の外周より突出したフランジ１１ｂが排気管４へ固定されるので、筒部１１をとり巻くように、筒部１１の外周面と排気管４の内周面との間に隙間が形成される。この隙間は、流れのない空間（空気層）となるので、筒部１１をとり巻く熱伝導の低い層が形成され、断熱層１３として機能する。排気管４は、走行風に曝されることにより冷やされるが、断熱層１３が筒部１１をとり巻いていることにより、筒部１１内を流れる排気は保温される。排気が保温されることで、触媒床温の温度低下を抑制することができるので、還元触媒における浄化効率が向上する。

以上の第１実施形態に係る拡散器１０によれば、筒部１１が、流入口側端部分１１ａを排気管４に接続して管内設置され、ノズル３による還元剤噴射後の排気を流入口１１inから内部へ全量流入させて流径を細くするので、排気の流速を筒部１１の入口部分で増加させることができ、該流速の上がった排気を流入口１１inから離れた拡散部１２へ送ることができる。流速が速まることで還元剤の分散が促されるので、拡散部１２へ到達するときには還元剤の分散が進む。ノズル３による還元剤噴射位置から拡散部１２までの距離を稼ぎ且つ排気流速を上げ、還元剤が十分に分散して排気中に濃度の濃い部分がなくなってから拡散部１２により拡散させることが可能となるので、筒部１１の内部において発生する析出物は、従来に比べて抑制される。また、筒部１１内に析出物が発生し堆積したとしても、当該拡散器１０をまるごと交換すれば対処できるので、整備が容易である。

図３に、拡散器１０の第２実施形態を示す。第２実施形態の拡散器１０は、筒部１１の流入口側端部分１１ａ’がラッパ状に拡がっている形態をもつ。その他は第１実施形態と同じである。流入口側端部分１１ａ’がラッパ状に拡がっていることにより、排気をスムーズに筒部１１内へ導く漏斗状の流入口１１inが形成される。第１実施形態の場合、フランジ１１ｂを周設した流入口側端部分１１ａが出隅となっているので、この部分の排気の流れが悪くなるが、第２実施形態ではここの流れが改善される。

図４には、拡散器１０の第３実施形態を示す。第３実施形態の拡散器１０は、筒部１１の流入口側端部分１１ａ’が第２実施形態と同じくラッパ状に拡がっていると共に、筒部１１の流出口側端部分１１ｃが拡散部１２よりもさらに下流側へ延長され、絞り加工されている。すなわち、筒部１１において拡散部１２よりも下流部分の内径が縮径され、拡散部１２の下流側に縮径部分１１ｄが形成されている。縮径部分１１ｄを通過するときに排気の流速が上がるので、排気中の還元剤拡散がいっそう促進される。縮径部分１１ｄ以外は第１及び第２実施形態と同じである。

１０ 拡散器
１１ 筒部
１１ａ，１１ａ’ 流入口側端部分
１１ｂ フランジ
１１ｃ 流出口側端部分
１１ｄ 縮径部分
１１in 流入口
１１out 流出口
１２ 拡散部
１３ 断熱層

Claims (4)

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ノズルから還元剤を噴射するようにした排気浄化装置で使用する、還元剤の拡散器であって、
   前記還元触媒上流の排気管の内径よりも小径の外径とし、両端開口の一方を排気の流入口とし且つ他方を排気の流出口として使用する筒部と、
   前記流入口から離して前記筒部内に設けられ、当該筒部内を流れる排気を掻き混ぜる拡散部と、
   を含んで構成され、
   前記筒部の流入口側端部分を前記排気管に接続することにより前記排気管内に設置される、拡散器。
2. 前記筒部の流入口側端部分の外周にフランジが周設され、該フランジが前記排気管に固定されることにより、当該フランジより下流において前記筒部の外周面と前記排気管の内周面との間に、前記筒部をとり巻く断熱層が形成される、請求項１記載の拡散器。
3. 前記筒部の流入口側端部分がラッパ状に拡がっている、請求項１又は請求項２記載の拡散器。
4. 前記筒部は、前記拡散部よりも下流部分の内径が縮径されている、請求項１〜３のいずれかに記載の拡散器。

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