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JP5017065B2 - 排気浄化装置 - Google Patents

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Description

本発明は、排気浄化装置に関するものである。
近年、排気管の途中に排気ガス中のパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタを備えると共に、該パティキュレートフィルタの下流側に酸素共存下でも選択的にＮＯxをアンモニアと反応させ得る選択還元型触媒を備え、該選択還元型触媒と前記パティキュレートフィルタとの間に還元剤として尿素水を添加してパティキュレートとＮＯxの同時低減を図ることが提案されている。
この場合、選択還元型触媒への尿素水の添加は、パティキュレートフィルタと選択還元型触媒との間で行われることになるため、排気ガス中に添加された尿素水がアンモニアと炭酸ガスに熱分解されるまでの十分な反応時間を確保しようとすれば、尿素水の添加位置から選択還元型触媒までの距離を長くする必要があるが、パティキュレートフィルタと選択還元型触媒とを十分な距離を隔てて離間配置させてしまうと、車両への搭載性が著しく損なわれてしまう。
このため、図２に示す如きコンパクトな排気浄化装置が既に提案されており、ここに図示している排気浄化装置では、ディーゼルエンジン１から排気マニホールド２を介して排出される排気ガス３が流通する排気管４の途中に、排気ガス３中のパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタ５と、該パティキュレートフィルタ５の下流側に酸素共存下でも選択的にＮＯxをアンモニアと反応させ得る性質を備えた選択還元型触媒６とをケーシング７，８により夫々抱持して並列に配置すると共に、パティキュレートフィルタ５の出側端部と選択還元型触媒６の入側端部との間を接続し且つその上流側にインジェクタ１１を備えたＳ字構造の連絡流路９を設け、この連絡流路９を通しパティキュレートフィルタ５の出側端部から排出された排気ガス３が逆向きに折り返されて隣の選択還元型触媒６の入側端部に導入されるようにしている。
そして、この連絡流路９の直伸部位を成しているミキシングパイプ１０の入側端部には、該ミキシングパイプ１０の中心位置に尿素水を添加し得るようインジェクタ１１が同心状に装着されており、例えば、図３に示す如く、ミキシングパイプ１０の入側端部におけるパティキュレートフィルタ５の出側寄りの側面に形成した開口部１２に対し排気ガス３をガイドフィン１３等で案内して接線方向から導入せしめ、これによりミキシングパイプ１０内に旋回流を形成してインジェクタ１１で添加した尿素水の分散を促進し得るようになっている。
尚、図２中において、パティキュレートフィルタ５が抱持されているケーシング７内の前段には、排気ガス３中の未燃燃料分を酸化処理する酸化触媒１４が装備されており、パティキュレートの堆積量が増加してきた段階で前記酸化触媒１４より上流側の排気ガス３中に燃料を添加し、その添加燃料を前記酸化触媒１４を通過する間に酸化反応させ、その反応熱で排気ガス３を昇温して直後のパティキュレートフィルタ５の触媒床温度を上げ、これにより捕集済みパティキュレートを積極的に燃焼除去してパティキュレートフィルタ５の強制再生を図り得るようにしてある。
また、選択還元型触媒６が抱持されているケーシング８内の後段には、前記選択還元型触媒６を未反応のまま通過した余剰のアンモニアを酸化処理し得るようアンモニア低減触媒１５が装備されており、アンモニアが排気ガス３に随伴されて車外へ排出されてしまう事態を未然に防止し得るようになっている。
而して、このような構成を採用すれば、パティキュレートフィルタ５により排気ガス３中のパティキュレートが捕集されると共に、ミキシングパイプ１０の入側端部でインジェクタ１１から尿素水が排気ガス３中に添加されてアンモニアと炭酸ガスに分解され、選択還元型触媒６上で排気ガス３中のＮＯxがアンモニアにより良好に還元浄化される結果、排気ガス３中のパティキュレートとＮＯxの同時低減が図られることになる。
この際、パティキュレートフィルタ５の出側端部から排出された排気ガス３が連絡流路９により逆向きに折り返されてから隣の選択還元型触媒６の入側端部に導入されるようになっているので、インジェクタ１１による尿素水の添加位置から選択還元型触媒６までの距離が長く確保される結果、尿素水からアンモニアが生成されるのに十分な反応時間が確保される。
しかも、パティキュレートフィルタ５と選択還元型触媒６とが並列に配置され、これらパティキュレートフィルタ５と選択還元型触媒６との間に沿うように連絡流路９が配置されているので、その全体構成がコンパクトなものとなって車両への搭載性が大幅に向上されることになる。
尚、本発明と関連する先行技術文献情報としては、例えば、下記の特許文献１等が既に存在している。
特開２００５−１５５４０４号公報
しかしながら、このようにパティキュレートフィルタ５と選択還元型触媒６とを並列に配置してＳ字構造の連絡流路９で連結した構造では、パティキュレートフィルタ５の強制再生時等にパティキュレートフィルタ５側と選択還元型触媒６側とで熱膨張差が大きくなるため、パティキュレートフィルタ５側と選択還元型触媒６側との間に相対的な熱歪みが生じ易くなり、これらを接続しているＳ字構造の連絡流路９の連結部や屈曲部等に応力が集中して破損を招く虞れがあった。
そこで、本発明者らは、連絡流路９におけるパティキュレートフィルタ５及び選択還元型触媒６の軸心方向に延びる直伸部位を成しているミキシングパイプ１０の途中に、その軸心方向に拡縮自在な蛇腹部を形成することを創案するに到ったが、このような蛇腹部の形成により連絡流路９の直伸部位の内周に多数の環状溝が連続的に形成されてしまうため、これより上流のミキシングパイプ１０の入側端部でインジェクタ１１から添加された尿素水のミストが前記環状溝に衝突し易くなり、ここに衝突した尿素水がアンモニアまで分解されないまま尿素の固形化物として析出してしまうことが懸念された。
本発明は、上述の実情に鑑みてなされたものであり、尿素の析出を生じることなくパティキュレートフィルタ側と選択還元型触媒側との熱膨張差を確実に吸収し得る排気浄化装置を提供することを目的としている。
本発明は、パティキュレートフィルタと、その下流側に備えられて酸素共存下でも選択的にＮＯxをアンモニアと反応せしめる選択還元型触媒とを互いの入側端部同士が同じ方向を向くように並列に配置し、パティキュレートフィルタの出側端部から排出された排気ガスを逆向きに折り返して隣の選択還元型触媒の入側端部に導入するＳ字構造の連絡流路を備え、該連絡流路の上流に尿素水を添加し得るように構成した排気浄化装置であって、連絡流路におけるパティキュレートフィルタ及び選択還元型触媒の軸心方向に延びる直伸部位の途中を、該直伸部位の上流側管路及び下流側管路の何れか一方を成す内管と他方を成す外管とを挿脱自在に重複せしめた二重管部として構成し、該二重管部における外管の終端を内管の外周に固着し且つ前記外管の適宜位置に軸心方向に拡縮自在な蛇腹部を形成し、内管の終端外周に外管の内周と摺動自在に当接して排気ガスの侵入を防ぐシール環を外嵌装着したことを特徴とするものである。
而して、このようにすれば、パティキュレートフィルタの強制再生時等にパティキュレートフィルタ側と選択還元型触媒側との熱膨張差が大きくなっても、その熱膨張差は二重管部の蛇腹部が拡縮することで吸収され、パティキュレートフィルタ側と選択還元型触媒側との間の相対的な熱歪みの発生が回避されるので、パティキュレートフィルタ側と選択還元型触媒側とを接続している連絡流路の連結部や屈曲部等への応力集中が回避される。
一方、蛇腹部が形成されている外管の内側には、前記蛇腹部の反転形状を成す多数の環状溝が連続的に形成されることになるが、これらの環状溝は内管により被覆されて排気ガスの流れに晒されないようになっているため、尿素水のミストの前記環状溝への衝突が起こらなくなり、ここに衝突した尿素水がアンモニアまで分解されないまま尿素の固形化物として析出する事態が防止される。
しかも、内管の終端外周には、外管の内周と摺動自在に当接して排気ガスの侵入を防ぐシール環が外嵌装着されているので、内管と外管との間の隙間に排気ガスが尿素水のミストを伴って入り込む虞れがなくなり、また、このシール環により内管の終端が外管の内周に対し同心状に保持されるので、蛇腹部が拡縮しても内管と外管との相対的な変位が軸心方向に案内されて前記蛇腹部での屈曲変位が阻止される。
上記した本発明の排気浄化装置によれば、下記の如き種々の優れた効果を奏し得る。
（Ｉ）尿素の析出を生じることなくパティキュレートフィルタ側と選択還元型触媒側との熱膨張差を確実に吸収することができ、この熱膨張差に起因して生じるパティキュレートフィルタ側と選択還元型触媒側との間の相対的な熱歪みを防止して連絡流路の連結部や屈曲部等への応力集中を回避することができる。
（ＩＩ）内管と外管との間の隙間への排気ガスの侵入をシール環により防ぐことができるので、内管と外管との間に尿素水のミストが随伴されて尿素が析出する虞れを未然に回避でき、しかも、シール環により内管の終端を外管の内周に対し同心状に保持することができるので、蛇腹部が拡縮しても内管と外管との相対的な変位を軸心方向に案内して蛇腹部での屈曲変位を阻止することができ、連絡流路における直伸部位の強度低下を防ぐことができる。
以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
図１は本発明を実施する形態の一例を示すもので、本形態例においては、前述した図２及び図３のものと略同様に構成した排気浄化装置に関し、連絡流路９のミキシングパイプ１０（パティキュレートフィルタ５及び選択還元型触媒６（図２参照）の軸心方向に延びる直伸部位）の途中を、該ミキシングパイプ１０の上流側管路を成す内管１６と、下流側管路を成す外管１７とを挿脱自在に重複せしめた二重管部１８として構成している。
そして、この二重管部１８における外管１７の終端を内管１６の外周に固着すると共に、該外管１７の適宜位置に軸心方向に拡縮自在な蛇腹部１９を形成し、内管１６の終端外周に外管１７の内周と摺動自在に当接して排気ガス３の侵入を防ぐシール環２０を外嵌装着している。
而して、このようにすれば、パティキュレートフィルタ５の強制再生時等にパティキュレートフィルタ５側と選択還元型触媒６側との熱膨張差が大きくなっても、その熱膨張差は二重管部１８の蛇腹部１９が拡縮することで吸収され、パティキュレートフィルタ５側と選択還元型触媒６側との間の相対的な熱歪みの発生が回避されるので、パティキュレートフィルタ５側と選択還元型触媒６側とを接続している連絡流路９の連結部や屈曲部等への応力集中が回避される。
一方、蛇腹部１９が形成されている外管１７の内側には、前記蛇腹部１９の反転形状を成す多数の環状溝が連続的に形成されることになるが、これらの環状溝は内管１６により被覆されて排気ガス３の流れに晒されないようになっているため、尿素水のミストの前記環状溝への衝突が起こらなくなり、ここに衝突した尿素水がアンモニアまで分解されないまま尿素の固形化物として析出する事態が防止される。
しかも、内管１６の終端外周には、外管１７の内周と摺動自在に当接して排気ガス３の侵入を防ぐシール環２０が外嵌装着されているので、内管１６と外管１７との間の隙間に排気ガス３が尿素水のミストを伴って入り込む虞れがなくなり、また、このシール環２０により内管１６の終端が外管１７の内周に対し同心状に保持されるので、蛇腹部１９が拡縮しても内管１６と外管１７との相対的な変位が軸心方向に案内されて前記蛇腹部１９での屈曲変位が阻止される。
従って、上記形態例によれば、尿素の析出を生じることなくパティキュレートフィルタ５側と選択還元型触媒６側との熱膨張差を確実に吸収することができ、この熱膨張差に起因して生じるパティキュレートフィルタ５側と選択還元型触媒６側との間の相対的な熱歪みを防止して連絡流路９の連結部や屈曲部等への応力集中を回避することができる。
また、内管１６と外管１７との間の隙間への排気ガス３の侵入をシール環２０により防ぐことができるので、内管１６と外管１７との間に尿素水のミストが随伴されて尿素が析出する虞れを未然に回避でき、しかも、シール環２０により内管１６の終端を外管１７の内周に対し同心状に保持することができるので、蛇腹部１９が拡縮しても内管１６と外管１７との相対的な変位を軸心方向に案内して蛇腹部１９での屈曲変位を阻止することができ、連絡流路９におけるミキシングパイプ１０の強度低下を防ぐことができる。
尚、本発明の排気浄化装置は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、連絡流路の途中に尿素水を添加するための構造は必ずしも図示例に限定されないこと、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
本発明を実施する形態の一例を示す断面図である。 従来例を示す概略図である。 図２のミキシングパイプの入側端部と対峙する向きから見た断面図である。
符号の説明
３ 排気ガス
５ パティキュレートフィルタ
６ 選択還元型触媒
９ 連絡流路
１０ ミキシングパイプ（直伸部位）
１６ 内管
１７ 外管
１８ 二重管部
１９ 蛇腹部
２０ シール環

Claims (1)

  1. パティキュレートフィルタと、その下流側に備えられて酸素共存下でも選択的にＮＯxをアンモニアと反応せしめる選択還元型触媒とを互いの入側端部同士が同じ方向を向くように並列に配置し、パティキュレートフィルタの出側端部から排出された排気ガスを逆向きに折り返して隣の選択還元型触媒の入側端部に導入するＳ字構造の連絡流路を備え、該連絡流路の上流に尿素水を添加し得るように構成した排気浄化装置であって、連絡流路におけるパティキュレートフィルタ及び選択還元型触媒の軸心方向に延びる直伸部位の途中を、該直伸部位の上流側管路及び下流側管路の何れか一方を成す内管と他方を成す外管とを挿脱自在に重複せしめた二重管部として構成し、該二重管部における外管の終端を内管の外周に固着し且つ前記外管の適宜位置に軸心方向に拡縮自在な蛇腹部を形成し、内管の終端外周に外管の内周と摺動自在に当接して排気ガスの侵入を防ぐシール環を外嵌装着したことを特徴とする排気浄化装置。
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