JP2019218924A

JP2019218924A - 排気浄化装置

Info

Publication number: JP2019218924A
Application number: JP2018118205A
Authority: JP
Inventors: 英明大賀; Hideaki Oga; 雅之片渕; Masayuki Katabuchi
Original assignee: Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Current assignee: Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Priority date: 2018-06-21
Filing date: 2018-06-21
Publication date: 2019-12-26

Abstract

【課題】レイアウトの自由度を高めつつ、排気と添加剤との混合を促進する。【解決手段】排気浄化装置は、車両に搭載されたエンジンの排気が内部を流通する排気管２と、排気管２内に排気浄化用の添加剤を噴射するインジェクタ３とを備えている。排気管２は、インジェクタ３が取り付けられるボス部４と、インジェクタ３から噴射された添加剤を排気と混合させる筒状の混合部１５とを有する。ボス部４は、排気管２の内側に向かって凹んだ有底筒状であり、インジェクタ３の先端が配置される貫通孔７が形成された底部５と、底部５の外縁から排気管２の外側に向かって延設された周壁部６とを有する。混合部１５は、排気を内部に取り入れるための複数の孔部１５ｈを有し、底部５から周壁部６と離隔する方向に延在する。周壁部６及び混合部１５の各外周には、排気が流通可能な空間Ｓ１，Ｓ２が設けられている。【選択図】図２

Description

本発明は、車両に搭載されたエンジンの排気が流通する排気管と、この排気管のボス部に取り付けられたインジェクタとを備えた排気浄化装置に関する。

従来、車両に搭載されたエンジンの排気を浄化する排気浄化装置として、排気管内に添加剤を噴射するインジェクタを備えたものが知られている。例えば、インジェクタにより排気管内に尿素水を噴射し、この尿素水の熱分解によって生成されるアンモニア（NH3）を利用して、排気中の窒素酸化物（NOx）を窒素（N2）に還元するものが普及している。

ところで、前述したようなインジェクタが排気管の外側に突出して設けられると、インジェクタと排気管の近傍に配置される他の機器との干渉が問題となりうる。そこで、排気管においてインジェクタが取り付けられるボス部を、排気管の内側に向けて凹ませた形状とすることが提案されている（例えば特許文献１参照）。このようにボス部を凹ませれば、インジェクタの突出量が低減されることから、排気浄化装置及びその周辺機器のレイアウトの自由度が向上しうる。

米国特許出願公開第２０１１／００７９００３号明細書

しかしながら、前述したようにボス部を凹ませた構成とすると、インジェクタの突出量は低減されるものの、ボス部が凹む分だけ排気通路が短くなる。これにより、排気が添加剤と混ざり合いながら流れる距離が短縮されることから、排気と添加剤との混合が十分に行われないおそれがある。

本件の排気浄化装置は、前述したような課題に鑑み創案されたものであり、レイアウトの自由度を高めつつ、排気と添加剤との混合を促進することを目的の一つとする。

ここで開示する排気浄化装置は、車両に搭載されたエンジンの排気が内部を流通する排気管と、前記排気管内に排気浄化用の添加剤を噴射するインジェクタと、を備え、前記排気管は、前記インジェクタが取り付けられるボス部と前記インジェクタから噴射された前記添加剤を前記排気と混合させる筒状の混合部とを有し、前記ボス部は、前記排気管の内側に向かって凹んだ有底筒状であり、前記インジェクタの先端が配置される貫通孔が形成された底部と前記底部の外縁から前記排気管の外側に向かって延設された周壁部とを有し、前記混合部は、前記排気を内部に取り入れるための複数の孔部を有するとともに前記底部から前記周壁部と離隔する方向に延在し、前記周壁部及び前記混合部の各外周には、前記排気が流通可能な空間が設けられている。
これにより、インジェクタの突出量が低減されるとともに、周壁部及び混合部の各外周に設けられた空間に排気が回り込むことで混合部内の排気に乱流が生じやすくなる。

開示の排気浄化装置によれば、レイアウトの自由度を高めつつ、排気と添加剤との混合を促進することができる。

実施形態に係る排気浄化装置の上面図である。図１の排気浄化装置における要部の断面図（図１のＡ−Ａ矢視断面図）である。

図面を参照して、実施形態としての排気浄化装置について説明する。以下に示す実施形態はあくまでも例示に過ぎず、以下の実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。本実施形態の各構成は、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。また、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせることができる。

［１．構成］
［１−１．全体構成］
本実施形態に係る排気浄化装置１は、エンジンを搭載した車両に設けられ、このエンジンの排気を浄化するものである。本実施形態では、排気浄化装置１がディーゼルエンジンの排気を浄化する場合について説明する。以下の説明では、排気浄化装置１が適用された車両を基準にして、前後方向及び左右方向を定める。また、重力が作用する方向を下方とし、この逆方向を上方とする。なお、排気浄化装置１が適用された車両は水平な路面上にあるものとする。

図１に示すように、排気浄化装置１は、車両に搭載されたエンジンの排気が流通する排気管２と、排気管２内に添加剤を噴射するインジェクタ３とを備えている。インジェクタ３は、排気管２に設けられたボス部４に取り付けられている。以下、排気管２，インジェクタ３，ボス部４について順に説明する。

［１−２．排気管］
排気管２は、エンジンの気筒から車両の外部へと排気を導くためのものである。ここでは、排気の流れ方向を基準として上流及び下流を定める。排気管２は、前段酸化触媒５１及びＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）５２が設けられた第一ユニット１０と、ＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）５３及び後段酸化触媒５４が設けられた第二ユニット２０とを含んで構成される。本実施形態では、第一ユニット１０が第二ユニット２０の左方に隣接して配置される場合を例示する。また、第一ユニット１０の左方には、前後方向に延びるプロペラシャフト（図示略）が隣接して配置される。

第一ユニット１０は、第二ユニット２０の直上流に設けられる。第一ユニット１０は、前段酸化触媒５１に排気を送り込む第一入口部１１と、前段酸化触媒５１を収容する前段ケース部１２と、ＤＰＦ５２を収容するＤＰＦケース部１３と、ＤＰＦ５２を通過した排気を受ける第一出口部１４と、排気に乱流を生じさせる混合部１５とで構成される。

第一入口部１１，前段ケース部１２，ＤＰＦケース部１３及び混合部１５は何れも、両端の開口が互いに逆方向を向く略円筒状に形成される。一方、第一出口部１４は、下流側の端部が略平板状の端壁部１４ａで塞がれた略有底円筒状に形成される。第一入口部１１，前段ケース部１２，ＤＰＦケース部１３及び第一出口部１４は、何れも軸心が前後方向に沿う姿勢とされ、前方から後方に向かってこの順に配置される。

これに対し、混合部１５は、軸心が左右方向に沿う姿勢とされ、その左側の部分が第一出口部１４に入り込んだ状態で配置される。混合部１５のうち、第一出口部１４内に配置される部分には、排気を混合部１５の内部に取り入れるための複数の孔部１５ｈが形成される。混合部１５は、孔部１５ｈから流入した排気と、インジェクタ３から噴射された添加剤との混合を促進する機能をもつ。

第二ユニット２０は、ＳＣＲ５３に排気を送り込む第二入口部２１と、ＳＣＲ５３及び後段酸化触媒５４を収容するＳＣＲケース部２２と、ＳＣＲ５３及び後段酸化触媒５４を通過した排気を下流側へ送る第二出口部２３とで構成される。第二入口部２１及び第二下口部２３は何れも、緩やかに湾曲した略円筒状に形成される。第二入口部２１の上流端は、混合部１５の下流端に接続される。

ＳＣＲケース部２２は、ＳＣＲ５３及び後段酸化触媒５４を収容する部位が略円筒状に形成され、その軸心が前後方向に沿う姿勢とされる。第二入口部２１，ＳＣＲケース部２２及び第二出口部２３は、後方から前方に向かってこの順に配置される。なお、ＳＣＲケース部２２内では、ＳＣＲ５３が後段酸化触媒５４よりも上流側に配置される。

エンジンの排気は、第一入口部１１を通って前段ケース部１２に流入し、前段酸化触媒５１を通過した後にＤＰＦケース部１３内のＤＰＦ５２を通過して第一出口部１４に流れる。そして、この排気は、混合部１５の孔部１５ｈから混合部１５内に流れ、インジェクタ３から噴射された添加剤と混ざり合いながら第二入口部２１に流れる。このように、排気は、第一出口部１４の内部で混合部１５に流れ込むことで、その流れ方向が後方へ向かう方向から右方へ向かう方向へと略９０°変更されて、第二入口部２１へと到達する。続いて、この排気は、ＳＣＲケース部２２に流入し、ＳＣＲ５３及び後段酸化触媒５４を順に通過した後に第二出口部２３から下流側へと流れる。

ここで、第一出口部１４の詳細な構成について説明する。
本実施形態の第一出口部１４は、その内側に向かって凹んだ凹部１４ｂと、凹部１４ｂから更に内側に向かって凹んだボス部４とを有する。本実施形態では、凹部１４ｂ及びボス部４が、第一出口部１４の左側の部位に形成されている場合を例示する。すなわち、凹部１４ｂ及びボス部４は何れも、第一出口部１４において、プロペラシャフトから離隔する方向（右方）に向かって凹んだ部位である。

凹部１４ｂ及びボス部４は、インジェクタ３の突出量（第一ユニット１０の左側面から左側へ突出する長さ）を低減する機能をもつ。具体的には、凹部１４ｂ及びボス部４のそれぞれが凹むことによって形成される空間にインジェクタ３が配置されることで、インジェクタ３の左方への突出量が低減され、インジェクタ３とプロペラシャフトとの干渉が抑制される。

第一出口部１４は、ボス部４を除く部分が二重の構造とされている。具体的には図２に示すように、第一出口部１４は、内壁材４１と、内壁材４１よりも一回り大きく形成されて内壁材４１の外側に配置された外壁材４２とを有する。内壁材４１及び外壁材４２は何れも、前述した凹部１４ｂを構成するように略筒状に形成されている。

内壁材４１は、ボス部４が配置される空間（孔部）を囲む環状の第一縁部４３と、混合部１５が配置される空間（孔部）を囲む環状の第二縁部４４とを有する。第一縁部４３にはボス部４が固定され、第二縁部４４には混合部１５の外周面が固定される。なお、図示は省略するが、第一出口部１４の端壁部１４ａも同様に、内壁材と外壁材とで二重の構造とされている。

［１−３．インジェクタ］
図２に示すように、インジェクタ３は、その基端に設けられた供給孔３１に供給される添加剤を、その先端に設けられた噴射孔３２から混合部１５内に噴射するものである。本実施形態のインジェクタ３は、添加剤の単位時間当たりの噴射量を所定量に調整したうえで、混合部１５の軸心Ｃ１に沿って添加剤を噴射する。また、本実施形態では、インジェクタ３が圧縮空気を用いない所謂エアレス式のものであるとともに、水冷式の構造をもつ場合について説明する。なお、図２には、インジェクタ３の断面を簡素化して示している。

インジェクタ３が噴射する添加剤としては、尿素水，アンモニア水，無水アンモニア（NH3）が挙げられる。インジェクタ３が尿素水を噴射する場合、排気管２内では、尿素水の熱分解によってNH3が生成される。また、インジェクタ３がアンモニア水を噴射する場合、排気管２内では、アンモニア水の加水分解によってNH3が生成される。すなわち、インジェクタ３が尿素水，アンモニア水，無水アンモニアの何れを噴射する場合も、排気管２内ではNH3が排気と混ざり合って流れる。排気と混ざり合ったNH3は、ＳＣＲ５３で還元剤として機能し、排気中の窒素酸化物（NOx）を窒素（N2）に還元する。

供給孔３１と噴射孔３２とは、同一の軸心Ｃ２上に設けられる。インジェクタ３は、この軸心Ｃ２に沿って添加剤を噴射する。以下、この軸心Ｃ２を「インジェクタ３の軸心Ｃ２」ともいい、供給孔３１から噴射孔３２に向かう方向（すなわち、インジェクタ３が添加剤を噴射する方向）を噴射方向Ｄともいう。

インジェクタ３の軸心Ｃ２は、インジェクタ３がボス部４に取り付けられた状態で、混合部１５の軸心Ｃ１上に位置する。言い換えると、インジェクタ３は、混合部１５と同一軸心上に位置する（すなわち、インジェクタ３の軸心Ｃ２が混合部１５の軸心Ｃ１と重なる）ように、ボス部４に対して位置決めされる。また、本実施形態のインジェクタ３は、噴射方向Ｄが水平方向に対して下降傾斜する姿勢でボス部４に取り付けられている。より具体的には、本実施形態の噴射方向Ｄは、左方から右方に向かって下降傾斜する方向である。なお、インジェクタ３は、ボス部４に取り付けられた状態で、ボス部４よりも第一出口部１４の外側（本実施形態では左方）に突出する。

［１−４．ボス部］
ボス部４は、第一出口部１４の内側へ向かって凹んだ有底筒状に形成される。本実施形態のボス部４は、鋳造により、第一出口部１４の他の部位とは別体で形成されている。ボス部４は、略平板状に形成された底部５と、略円筒状に形成された周壁部６とを有する。

底部５は、その法線が左方から右方に向かって下降傾斜する姿勢で、内壁材４１の第一縁部４３よりも第一出口部１４の内側（右方）に配置される。底部５の外周面は、円柱面状に形成される。底部５の外周面には、混合部１５の左端部が例えば溶接により固定される。なお、混合部１５は、このように底部５に固定された状態では、底部５から周壁部６と離隔する方向に延在する。

底部５には、インジェクタ３の噴射孔３２が配置される貫通孔７が形成される。貫通孔７は、底部５の略中心に設けられ、その軸心Ｃ３は、底部５の法線と平行に延び、混合部１５及びインジェクタ３のそれぞれがボス部４に取り付けられた状態では混合部１５及びインジェクタ３の各軸心Ｃ１，Ｃ２と重なる（一致する）。

周壁部６は、底部５の外縁から第一出口部１４の外側に向かって延設される。本実施形態の周壁部６は、その縁部６ａが斜め上方を向く開口をなす。すなわち、周壁部６の縁部６ａがなす開口の軸心は、第一出口部１４の外側に向かって上り傾斜している。また、周壁部６の縁部６ａの外周面は、円柱面状に形成される。周壁部６の縁部６ａの外周面は、内壁材４１の第一縁部４３に固定される。ボス部４は、このように周壁部６の縁部６ａが内壁材４１の第一縁部４３に固定されることで、第一出口部１４の他の部位（ボス部４以外の部位）と一体化される。

本実施形態の周壁部６の縁部６ａは、円形状に形成され、混合部１５，インジェクタ３，貫通孔７のそれぞれと同一軸心上に配置されている。すなわち、周壁部６の縁部６ａがなす円の中心は、混合部１５とインジェクタ３と貫通孔７とのそれぞれの軸心Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３上に位置する。なお、周壁部６の縁部６ａは、周壁部６の端面から内壁材４１の第一縁部４３が固定される部位までを含む端部を指す。

周壁部６は、縁部６ａを除く部位が内壁材４１と非接触に設けられる。すなわち、ボス部４が内壁材４１に固定された状態で、周壁部６の外周には排気が流通可能な空間Ｓ１が設けられる。また、底部５に固定された混合部１５の外周にも同様に、排気が流通可能な空間Ｓ２が設けられる。空間Ｓ１，Ｓ２は、周壁部６及び混合部１５をそれぞれ囲むように、周壁部６及び混合部１５の全周にわたって設けられている。

［２．作用，効果］
排気浄化装置１によれば、ボス部４が排気管２の内側に向かって窪んだ有底筒状であるため、ボス部４に取り付けられたインジェクタ３の突出量を低減することができる。これにより、排気浄化装置１とその近傍に配置される機器（例えば前述したプロペラシャフト）との干渉を防止しやすくすることができる。よって、排気浄化装置１及びその周辺機器のレイアウトの自由度を向上させることができる。

また、排気管２にはボス部４の底部５から周壁部６と離隔する方向に延在する筒状の混合部１５が設けられており、周壁部６及び混合部１５の各外周には排気が流通可能な空間Ｓ１，Ｓ２が設けられているため、排気管２内で空間Ｓ１，Ｓ２に排気を回り込ませることができる。排気が周壁部６の外周の空間Ｓ１に回り込んでから混合部１５の外周の空間Ｓ２へと流れることで、混合部１５に流入する排気に乱流が生じやすくなる。また、排気が混合部１５の外周の空間Ｓ２に回り込むことで、混合部１５の全周から混合部１５内に排気が取り入れられるため、混合部１５内で排気に乱流が生じやすくなる。これらより、インジェクタ３から噴射された添加剤と排気との混合を促進することができ、排気浄化性能の向上に寄与することができる。以上のように、排気浄化装置１によれば、レイアウトの自由度を向上させつつ、排気と添加剤との混合を促進することができる。

［３．変形例］
排気管２の形状，配置は前述したものに限定されない。例えば、排気管２の第一出口部１４は凹部１４ｂが省略された形状であってもよいし、第一ユニット１０は第二ユニット２０の右方に配置されてもよい。また、ボス部４の周壁部６は角筒状であってもよいし、周壁部６の縁部６ａがなす開口は斜め上方以外を向いていてもよい。

前述したインジェクタ３の構成，配置は一例である。インジェクタ３は、圧縮空気を用いて添加剤を噴射する方式のものであってもよいし、水冷式の構造が省略されてもよい。また、インジェクタ３は、その噴射方向Ｄが下降傾斜する姿勢とされてなくてもよい。
前述した前段酸化触媒５１，ＤＰＦ５２，ＳＣＲ５３及び後段酸化触媒５４は、排気浄化装置１で浄化する排気の成分に応じて適宜設けられればよく、これらの一部が省略されてもよい。また、排気管２内には、これら以外の触媒やフィルタが更に設けられてもよい。

なお、インジェクタ３の下流に酸化触媒及びフィルタを設けるとともに、インジェクタ３によって噴射する添加剤として未燃燃料を採用してもよい。この場合、インジェクタ３から噴射された未燃燃料が酸化触媒において酸化することで排気温度が上昇するため、フィルタに捕集された排気中のPM（Particulate Matter；粒子状物質）を燃焼させることができる。よって、排気の浄化を促進することができる。

１排気浄化装置
２排気管
３インジェクタ
４ボス部
５底部
６周壁部
７貫通孔
１５混合部
１５ｈ孔部
Ｓ１，Ｓ２空間

Claims

車両に搭載されたエンジンの排気が内部を流通する排気管と、
前記排気管内に排気浄化用の添加剤を噴射するインジェクタと、を備え、
前記排気管は、前記インジェクタが取り付けられるボス部と前記インジェクタから噴射された前記添加剤を前記排気と混合させる筒状の混合部とを有し、
前記ボス部は、前記排気管の内側に向かって凹んだ有底筒状であり、前記インジェクタの先端が配置される貫通孔が形成された底部と前記底部の外縁から前記排気管の外側に向かって延設された周壁部とを有し、
前記混合部は、前記排気を内部に取り入れるための複数の孔部を有するとともに前記底部から前記周壁部と離隔する方向に延在し、
前記周壁部及び前記混合部の各外周には、前記排気が流通可能な空間が設けられていることを特徴とする、排気浄化装置。