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技術 インジェクタ及び排気浄化装置

出願人 日新工業株式会社
発明者 木村公一吉澤幸子宮澤健一
出願日 2018年9月14日 (2年3ヶ月経過) 出願番号 2018-172632
公開日 2020年3月26日 (9ヶ月経過) 公開番号 2020-045774
状態 未査定
技術分野 排気の後処理 排気消音装置
主要キーワード 螺旋流路 噴出弁 制御羽根 噴出経路 整流羽根 金属製メッシュ 排気流路内 込開口
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (13)

課題

流路部材に対して精度良く簡単に取り付けできるインジェクタ及び排気浄化装置を提供することを目的とする。

解決手段

本発明のインジェクタ100は、内燃機関ENGからの排気流路Sに還元剤を添加するためのインジェクタ100であって、インジェクタ100は、筒状のインジェクタ本体10を備え、インジェクタ本体10は、一端に、還元剤を噴出するノズルが取り付けられるノズル取付部20を有し、他端に、噴出された還元剤を拡散する制御羽根30を有する。

概要

背景

従来、ディーゼルエンジン等の内燃機関における排気浄化装置として、尿素SCR(Selective Catalytic Reduction)システムが知られている。尿素SCRシステムは、還元剤となる尿素水排気流路内噴射するインジェクタと、インジェクタの下流における排気流路に設けられた還元触媒と、を備えている。
そして、従来の尿素SCRシステムにおいて、インジェクタによって尿素水が排気中に噴射されると、噴射された尿素水が熱分解及び加水分解の反応をして、アンモニア(NH3)が生成される。発生したアンモニアにより、排気中の窒素酸化物(NOx)は、還元触媒において、窒素(N2)と水(H2O)に還元される。このようにして、従来の排気浄化装置は、排気中の窒素酸化物を選択的に還元することにより浄化して、排気を無害にする。

また、従来、還元触媒より上流の排気流路に、上流側から流入した排気を拡径流路拡散するように流出させる拡散部材と、拡散部材よりも上流側に設けられた誘導部材と、を備えた排気浄化装置がある(例えば、特許文献1参照)。

概要

流路部材に対して精度良く簡単に取り付けできるインジェクタ及び排気浄化装置を提供することを目的とする。本発明のインジェクタ100は、内燃機関ENGからの排気流路Sに還元剤を添加するためのインジェクタ100であって、インジェクタ100は、筒状のインジェクタ本体10を備え、インジェクタ本体10は、一端に、還元剤を噴出するノズルが取り付けられるノズル取付部20を有し、他端に、噴出された還元剤を拡散する制御羽根30を有する。

目的

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、流路部材に対して精度良く簡単に取り付けできるインジェクタ及び排気浄化装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

内燃機関からの排気流路還元剤を添加するためのインジェクタであって、前記インジェクタは、筒状のインジェクタ本体を備え、前記インジェクタ本体は、一端に、前記還元剤を噴出するノズルが取り付けられるノズル取付部を有し、他端に、噴出された前記還元剤を拡散する制御羽根を有することを特徴とするインジェクタ。

請求項2

前記インジェクタ本体は、前記排気流路の上流側に取込開口部を有することを特徴とする請求項1に記載のインジェクタ。

請求項3

前記インジェクタ本体は、内側に突出する当て板を有することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のインジェクタ。

請求項4

前記制御羽根は、前記排気流路の流れ方向に対して斜めに交差する平坦面を有する交差羽根と、前記流れ方向に対して実質的に平行な平坦面を有する整流羽根と、を有することを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のインジェクタ。

請求項5

内燃機関からの排気流路に還元剤を添加するためのインジェクタを備えた排気浄化装置であって、前記インジェクタは、前記排気流路に突出する筒状のインジェクタ本体を備え、前記インジェクタ本体は一端に、前記還元剤を噴出するノズルが取り付けられるノズル取付部を有し、他端に、噴出された前記還元剤を拡散する制御羽根を有することを特徴とする排気浄化装置。

技術分野

0001

本発明は、インジェクタ及び排気浄化装置に関するものである。

背景技術

0002

従来、ディーゼルエンジン等の内燃機関における排気浄化装置として、尿素SCR(Selective Catalytic Reduction)システムが知られている。尿素SCRシステムは、還元剤となる尿素水排気流路内噴射するインジェクタと、インジェクタの下流における排気流路に設けられた還元触媒と、を備えている。
そして、従来の尿素SCRシステムにおいて、インジェクタによって尿素水が排気中に噴射されると、噴射された尿素水が熱分解及び加水分解の反応をして、アンモニア(NH3)が生成される。発生したアンモニアにより、排気中の窒素酸化物(NOx)は、還元触媒において、窒素(N2)と水(H2O)に還元される。このようにして、従来の排気浄化装置は、排気中の窒素酸化物を選択的に還元することにより浄化して、排気を無害にする。

0003

また、従来、還元触媒より上流の排気流路に、上流側から流入した排気を拡径流路拡散するように流出させる拡散部材と、拡散部材よりも上流側に設けられた誘導部材と、を備えた排気浄化装置がある(例えば、特許文献1参照)。

先行技術

0004

特開2014−100628号公報

発明が解決しようとする課題

0005

しかしながら、例えば、特許文献1に開示されているような排気浄化装置は、拡散部材と誘導部材とが別体であり、それぞれが独立した状態で排気流路を形成する流路部材ケーシング)の内壁に対して溶接によって取り付けられたものであるので、拡散部材と誘導部材との位置関係を精度良く配置するには、流路部材の内壁に対して拡散部材及び誘導部材を精度良く取り付ける必要があった。そして、流路部材の内壁に対する拡散部材及び誘導部材の取付位置による、拡散部材より下流における排気の流れへの影響は無視できないものであった。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、流路部材に対して精度良く簡単に取り付けできるインジェクタ及び排気浄化装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0006

上記目的を達成するために、以下の構成によって把握される。
(1)本発明のインジェクタは、内燃機関からの排気流路に還元剤を添加するためのインジェクタであって、前記インジェクタは、筒状のインジェクタ本体を備え、前記インジェクタ本体は、一端に、前記還元剤を噴出するノズルが取り付けられるノズル取付部を有し、他端に、噴出された前記還元剤を拡散する制御羽根を有する。
(2)上記(1)において、前記インジェクタ本体は、前記排気流路の上流側に取込開口部を有する。
(3)上記(1)又は(2)において、前記インジェクタ本体は、内側に突出する当て板を有する。
(4)上記(1)から(3)のいずれかにおいて、前記制御羽根は、前記排気流路の流れ方向に対して斜めに交差する平坦面を有する交差羽根と、前記流れ方向に対して実質的に平行な平坦面を有する整流羽根と、を有する。
(5)本発明の排気浄化装置は、内燃機関からの排気流路に還元剤を添加するためのインジェクタを備えた排気浄化装置であって、前記インジェクタは、前記排気流路に突出する筒状のインジェクタ本体を備え、前記インジェクタ本体は一端に、前記還元剤を噴出するノズルが取り付けられるノズル取付部を有し、他端に、噴出された前記還元剤を拡散する制御羽根を有する。

発明の効果

0007

本発明によれば、流路部材に対して精度良く簡単に取り付けできるインジェクタ及び排気浄化装置を提供できる。

図面の簡単な説明

0008

第1実施形態に係る排気浄化装置を正面から見た概略図である。
第1実施形態に係るインジェクタをケーシングに接続する際の説明図である。
第1実施形態に係るインジェクタがケーシングに接続された状態の説明図である。
図3におけるA矢視断面図である。
図4におけるB矢視断面図である。
図4におけるC矢視断面図である。
図4におけるD矢視断面図である。
図4におけるE矢視断面図である。
上流から見たインジェクタの斜視図である。
下流から見たインジェクタの斜視図である。
第2実施形態に係るインジェクタが直線状の流路を有するケーシングに接続された状態を示す説明図であり、(a)は正面から見た断面図であり、(b)は(a)におけるF矢視断面図である。
第3実施形態に係るインジェクタが螺旋状の流路を有するケーシングに接続された状態を示す説明図である。

実施例

0009

(第1実施形態)
以下、図面を参照して本発明を実施するための第1の形態(以下、第1実施形態)について詳細に説明する。なお、実施形態の説明の全体を通して同じ要素には同じ符号が付される。なお、以下では、特に説明のない限り、排気の流れ方向を基準として内燃機関側を上流又は上流側と呼び、反対側(外気側)を下流又は下流側と呼ぶ。

0010

図1は第1実施形態に係る排気浄化装置1を正面から見た概略図である。なお、図1における白抜き矢印は、排気が流れる方向を示している。図2は第1実施形態に係るインジェクタ100をケーシング60に接続する際の説明図である。

0011

第1実施形態に係る排気浄化装置1は、ディーゼルエンジン等の内燃機関ENGから排出される排気を浄化する装置であり、排気の流れの途中である、内燃機関ENGと外気との間に設けられる。排気浄化装置1は、例えば、尿素水(尿素水溶液)を還元剤として利用して、内燃機関ENGから排出された排気中の窒素酸化物NOxを選択的に還元する選択触媒還元(SCR:Selective Catalytic Reduction)タイプの浄化装置である。

0012

図1に示すように、排気浄化装置1は、気密な管状のケーシング60(流路部材)及びコンテナKの内側に、排気流路Sを形成している。排気流路Sの断面は、圧力損失をできる限り抑制するために円形状となっている。なお、ケーシング60の上流側及び下流側は、適宜、排気流路Sを内側に形成するコンテナKに連結されている。

0013

詳細には、排気浄化装置1は、排気流路Sに、酸化触媒(Diesel Oxidation Catalyst)DOCと、ディーゼル微粒子捕集フィルタ(Diesel Particulate Filter)DPFと、還元触媒が担持された選択触媒還元装置(Selective Catalytic Reduction)SCRと、を備えている。排気浄化装置1は、適宜、排気流路Sにおける選択触媒還元装置SCRより下流に配置され、アンモニアNH3が通り抜けて外気中に放出されるのを防止するための酸化触媒であるアンモニアスリップ触媒ASCを備えている。

0014

酸化触媒DOCは、排気中の有害成分の一つである炭化水素HC及び一酸化炭素COを酸化浄化するものであり、例えば、セラミックハニカム金属製メッシュ等に、炭化水素HC及び一酸化炭素COの酸化反応を促進させる白金又はパラジウム等の触媒成分を担持させたものである。

0015

ディーゼル微粒子捕集フィルタDPFは、排気ガス中の粒子状物質を捕集するフィルタである。

0016

選択触媒還元装置SCRは、例えば、コージライト等の多孔質セラミックス基材に、ゼオライト系酸化バナジウム系酸化タングステン系等の触媒を担持させたものである。

0017

また、排気浄化装置1は、内燃機関ENGからの排気流路Sに還元剤を添加するためのインジェクタ100を有している。

0018

そして、排気浄化装置1において、インジェクタ100によって還元剤となる尿素水が排気流路Sを流れる排気中に噴射されると、噴射された尿素水は熱分解及び加水分解の反応をして、アンモニアNH3が生成される。すると、生成されたアンモニアNH3により、排気中の窒素酸化物NOxは、選択触媒還元装置SCRにおいて、窒素N2と水H2Oに還元される。還元された窒素N2と水H2Oは、外気中に放出される。
このようにして、排気浄化装置1は、排気中の窒素酸化物NOxを選択的に還元することにより浄化して、排気を無害にする。

0019

ところで、ケーシング60は、図2に示すように、インジェクタ100が挿入される接続開口部60aを有している。なお、接続開口部60aには、インジェクタ100を直接接続してよく、インジェクタ100にケーシング接続片(不図示)が設けられている場合、インジェクタ100をそのケーシング接続片を介して接続してもよい。

0020

ここで、インジェクタ100は、排気流路Sに突出する筒状のインジェクタ本体10を備えている。インジェクタ100は、例えば、所定の板厚を有する鋼製パイプ素材として、切断加工及び曲げ加工により形成されている。インジェクタ本体10は、一端に、還元剤を噴出する噴出弁(不図示)が取り付けられるノズル取付部20を有し、他端に、噴出された還元剤を含む排気を拡散する制御羽根30を有している。
インジェクタ100は、このような構造であるので、ケーシング60に対して精度良く簡単に取り付けでき、ケーシング60の内壁に対して高い位置決め精度が要求される加工を要することなく、排気及び還元剤を誘導し、拡散できる。
加えて、インジェクタ100は、このような構造であるので、インジェクタ本体10がケーシング60を貫通するようにしてケーシング60に接続することができる。すなわち、インジェクタ本体10の上部(ノズル側)がケーシング60の外側に露出し、下部(制御羽根30側)が排気流路Sに突出した状態で、インジェクタ100をケーシング60に接続することができる。よって、排気流路Sにインジェクタ100の一部が露出するので、内燃機関ENGからの排気に、噴出された還元剤を、効率よく合流させることができる。
また、還元剤と合流した排気を、制御羽根30によって拡散することができるので、排気中に還元剤をムラのないように均質に混ぜることができるとともに、インジェクタ100より下流にある選択触媒還元装置SCRに対して、断面一様に流入させることができる。
さらに、インジェクタ本体10の下部は、高温である排気流路Sに突出しているので、突出している部分を高温に保つことができる。よって、還元剤である尿素水は、高温に保たれたインジェクタ本体10の下部に接する際に熱分解されやすくなるので、アンモニアNH3を効率よく生成できる。したがって、インジェクタ100によって、短距離(短時間)で排気と還元剤とを均質に混合でき、排気の還元効率を高くできる。
加えて、インジェクタ100をモジュール化してケーシング60に接続できるので、インジェクタ100を接続する箇所におけるケーシング60の形状(直線状、屈曲状、螺旋状等)又は排気流路Sの形状(直線状、屈曲状、螺旋状等)に応じて接続部の複雑な設計変更を要することがなく、インジェクタ100とケーシング60とを簡単に組み立てられる。そして、インジェクタ100に制御羽根30が設けられているので、制御羽根30に相当する機能部分をケーシング60に対して付加する加工の必要がなく、簡単に製造できる。

0021

次に、図3から図10を用いてインジェクタ100について更に詳細に説明する。
図3は、第1実施形態に係るインジェクタ100がケーシング60に接続された状態の説明図である。図4は、図3におけるA矢視断面図である。図5は、図4におけるB矢視断面図である。図6は、図4におけるC矢視断面図である。図7は、図4におけるD矢視断面図である。図8は、図4におけるE矢視断面図である。図9は、上流から見たインジェクタ100の斜視図である。図10は、下流から見たインジェクタ100の斜視図である。なお、図3及び図4において、白抜き矢印は排気の流れ方向SSを示す。

0022

図3及び図4に示すように、インジェクタ100は、ケーシング60の上部に備えられている。また、インジェクタ100は、上部(ノズル側)がケーシング60の外部に位置し、下部(制御羽根30側)がケーシング60の内部に位置するように、すなわち、インジェクタ100は、ケーシング60を貫通するようにして、ケーシング60に接続されている。なお、第1実施形態においては、インジェクタ100は、ケーシング60の上部に備えられているが、これに限らず、側部や下部に備えられてもよい。

0023

そして、図4から図8に示すように、インジェクタ100は、インジェクタ本体10と、インジェクタ本体10の一端に設けられ、タンク及びポンプ等の供給源(不図示)から供給された還元剤を噴出するノズル(不図示)を取り付け可能なノズル取付部20と、ノズルから噴出された還元剤の経路上に配置され、ノズルから噴出された還元剤を衝突により微細化する当て板40と、インジェクタ本体10の他端に設けられ、微細化された還元剤を排気流路Sにおける排気中に拡散する制御羽根30と、排気流路Sを流れる排気の一部を取り込む取込開口部50を備えている。なお、ノズルから噴出された還元剤の経路は、排気による流れがない場合、噴出方向INJを中心としてノズル先端から円錐状に拡がるような形状になり、排気による流れがある場合、その流れに押されて、噴出方向INJよりインジェクタ本体10の上方に向けて曲がった円錐状に拡がるような形状になる。
以下、インジェクタ100を構成する各部について、説明する。

0024

(インジェクタ本体10)
図4に示すように、インジェクタ本体10は、筒状であって、一端の開口11及び他端の開口12を有している。第1実施形態において、インジェクタ本体10は、直線状に形成されている。インジェクタ本体10の軸心Jは、軸心Jにおける上流側の直線状の軸心J1と、軸心Jにおける下流側の直線状の軸心J2とがつながった軸心Jであり、軸心J1は、ノズルからの還元剤の噴出方向INJと平行に配置され、軸心J2は、排気の流れ方向SSと平行に配置されている。これにより、ケーシング60の形状又は排気流路Sの形状が屈曲部を有する場合、その屈曲部に対して直線状のインジェクタ本体10を接続できる。よって、噴出方向INJが排気の流れ方向SSと交差していても、すなわち、平行になっていなくても、ノズルから噴出された還元剤を、排気と混合しながら滑らかに排気の流れ方向SSに沿うように誘導できる。

0025

インジェクタ本体10は、ケーシング60の内壁面に固定されるブラケット14を有している。ブラケット14は、鋼製の板材又は線材を曲げ加工したものでよく、ステンレススチール製のメッシュであってもよい。
また、インジェクタ本体10は、ケーシング60の接続開口部60aに対して溶接等の適宜の手段で固定されている。これにより、ケーシング60に対してインジェクタ本体10を、ブラケット14の位置と接続開口部60aの位置との2箇所で固定できるので、ケーシング60に対するインジェクタ本体10の位置決め精度を高められる。なお、インジェクタ本体10は、接続開口部60aに対して、ケーシング接続片(不図示)を介して固定してもよい。

0026

(ノズル取付部20)
ノズル取付部20は、図4及び図5に示すように、ノズルからの還元剤の噴出経路となる開口21を略中央に有し、複数の取付孔22aを周縁に有するフランジ22を備えている。そして、フランジ22には、取付孔22aが3箇所形成されており、これらの取付孔22aを利用して、ボルト等の固定具により、ノズルが取り付けられる。これにより、ノズルとインジェクタ100との位置関係を確実に規定できる。なお、取付孔22aの形成箇所は3箇所に限られない。なお、このような構造に限らず、ノズル取付部20は、ノズルからの還元剤の噴出経路となる開口21を有しており、インジェクタ本体10に対してノズルが取り付けられる構造であれば、クランプを用いる構造等、その他の構造であってもよい。

0027

また、ノズル取付部20は、他端に、インジェクタ本体10と接続する接続部23を有している。接続部23は、開口21に連通する内腔を有する。その内腔は、開口21側の径が小さく、インジェクタ本体10側になるにつれて径が大きくなっており、径の大きい部分がインジェクタ本体10に対して、ネジ、溶接又は接着等の適宜の手段で固定されている。

0028

(取込開口部50)
インジェクタ本体10は、図4に示すように、インジェクタ本体10を構成する周壁の一部に、排気を内側に取り込む取込開口部50を有している。なお、取込開口部50の数、配置及び開口面積は、取込開口部50から取り込まれる排気の流れ(向き、流速又は圧力)と、ノズルから噴出された還元剤の流れ(向き、流速又は圧力)と、排気の流れと還元剤の流れとが合流した後の流れと、をそれぞれ考慮して、圧力損失を抑制しつつ均質な混合がなされるように最適化されて設定されている。
そして、ノズルから噴出された還元剤がインジェクタ本体10の一端の開口11から入って他端の開口12を抜けるのと同時に、排気流路Sの上流側からの排気が取込開口部50から入って他端の開口12を抜けるようになっている。

0029

具体的には、取込開口部50は、図4及び図9に示すように、インジェクタ本体10の長手方向(軸心Jの方向)の略中央に配置されている。
取込開口部50は、内燃機関ENGからの排気を少ない抵抗(小さい圧力損失)でインジェクタ本体10の内側に取り込むのに十分な開口面積を有している。取込開口部50は、丸みを帯びた形状となっている。

0030

(当て板40)
当て板40は、インジェクタ本体10の内側に突出した板状体である。当て板40は、インジェクタ本体10の内側に突出しているので、ノズルから噴出された尿素水等の還元剤を衝突させて粒径を小さくし、微細化できる。また、当て板40はインジェクタ本体10の内側に突出しているので、排気の熱によって比較的高温に維持できる。このため、還元剤の熱分解及び加水分解を促進できる。
なお、当て板40は、噴出方向INJに見て、インジェクタ本体10の内壁面からインジェクタ本体10の軸心J近傍まで至る長さを有している。これにより、ノズルから噴出されたより広範囲の還元剤を当て板40に衝突させることができる。また、当て板40におけるインジェクタ本体10の軸心J側の端部は、インジェクタ本体10の長手方向における略中央(軸心J1と軸心J2との交点近傍)に位置するように配置され、取込開口部50に対向するように設けられている。これにより、取込開口部50から取り込まれた排気を、当て板40における還元剤が衝突する部分に直接的に当てることができるので、より効率的に排気と還元剤とを混合できる。

0031

当て板40は、図4から図7に示すように、還元剤の噴出方向INJから見て、インジェクタ本体10の周壁の上部に設けられている。これは、排気流路Sを流れる排気の流れの影響により、ノズルから噴出された還元剤が噴出方向INJに対して上方に押し流されることを見越して、押し流された還元剤が衝突するようにするためである。また、当て板40を、噴出方向INJを基準として、取込開口部50の反対側に設けることができる。よって、当て板40と、取込開口部50とを対向して配置できるため、インジェクタ本体10の長さを短縮でき、コンパクトにできる。

0032

当て板40は、インジェクタ本体10とは別体となるように、複数の舌片を取付部に一体に形成し、その取付部を溶接等の適宜の手段によってインジェクタ本体10の内壁面に固定する方法によって形成されている。

0033

当て板40は、図5から図7に示すように、インジェクタ本体10の周壁の上部に、噴出方向INJから見て、舌片が最上部と左部と右部の合計3箇所、互いに約60度の等間隔となるように設けられている。このように、舌片を互いに離して配置することで、当て板40ができるだけ高い温度を維持できるとともに、噴出された還元剤が衝突する機会を増やすことができる。なお、当て板40の数及び配置はこれに限らない。

0034

(制御羽根30)
制御羽根30は、当て板40によって微細化された還元剤を含むノズルから噴出された還元剤を、インジェクタ本体10の内側に取り入れられた排気とともに、排気流路Sにおける下流の排気中に拡散するものである。
制御羽根30は、図8から図10に示すように、インジェクタ本体10の他端に、整流羽根31と、交差羽根32とを備えている。整流羽根31及び交差羽根32は、板状体であり、インジェクタ本体10を形成する素材と共通である、円筒状の部品を素材として、その部品の端部に切り込みを入れた後に曲げ加工を施すことで形成できる。

0035

整流羽根31は、自由端部が、排気の流れ方向SSに対して実質的に平行な平坦面31sを有している。ここで、整流羽根31は、インジェクタ本体10の他端において、排気の流れ方向SSを基準とする対向する位置に、2つ設けられている。これにより、排気がインジェクタ本体10の他端から排気流路Sの下流側に向かう際に乱流が生じるのを抑制できるとともに、排気及び還元剤を、交差羽根32によって向きが変えられた、排気の流れ方向SSと交差する排気及び還元剤の流れと相まって、制御羽根30より下流の排気流路Sの流路断面に対して、より広域に一様に拡散できる。なお、整流羽根31の数及び配置は、これに限らず、整流羽根31は、なくてもよい。

0036

交差羽根32は、自由端部が、排気の流れ方向SSに対して斜めに交差する平坦面32sを有している。このように、平坦面32sは排気の流れ方向SSに対して斜めに交差するので、排気の流れ方向SSに流れる還元剤及び排気は、この平坦面32sによって向きが変えられて、螺旋状に拡散して流れるようになる。また、交差羽根32には、ノズルから噴出された還元剤が衝突するので、当て板40に衝突して微細化された還元剤を更に微細化させることができ、還元効率を高められる。
ここで、第1実施形態に係る交差羽根32は、インジェクタ本体10の他端において、排気の流れ方向を基準として対向する位置に、2つ設けられているが、これに限らず、単数であっても、2以外の複数であってもよい。

0037

交差羽根32の平坦面32sが排気の流れ方向SSと交差する角度は、インジェクタ本体10より下流の排気流路Sの流路断面の大きさ(下流の排気流路Sに配置された選択触媒還元装置SCRの大きさ)及びインジェクタ本体10より下流における排気の流れ(向き、流速又は圧力)の分布に応じて設定されている。

0038

また、第1実施形態のように、交差羽根32が複数で構成される場合において、それぞれの交差羽根32の平坦面32sが排気の流れ方向SSと交差する角度を、それぞれ異なる角度としてよい。これにより、インジェクタ本体10より下流の排気流路Sの流路断面に対して、より広域に一様に拡散できる。

0039

交差羽根32の平坦面32sは、螺旋形状に沿う曲面であってよい。これにより、インジェクタ本体10の内側にある排気の噴出方向INJの流れを、インジェクタ本体10の他端から排気流路Sの下流側に向かうにつれて、滑らかに変えることができる。

0040

したがって、整流羽根31と交差羽根32との協働により、インジェクタ本体10を通過する排気及び還元剤は、整流羽根31の自由端部における平坦面31sによって整流されて真っ直ぐに流れ、交差羽根32の自由端部における平坦面32sによって螺旋状に拡散して流れる。これにより、圧力損失を抑制しつつ、排気流路Sの中に、螺旋状の流れを形成でき、排気中に還元剤を効率的に混合しながら拡散できる。
このような制御羽根30によれば、添加された還元剤を微細化するとともに、還元剤の熱分解及び加水分解を促進し、微細化された還元剤の流れと排気の流れが合流した螺旋状の流れを生じさせることができ、排気流路Sを通る排気中に拡散させて混合させることができる。また、流速を高く維持できるので、還元剤及び生成されたアンモニアNH3がインジェクタ本体10及びケーシング60の内壁に付着したり、付着したままになったりすることを抑制できる。よって、排気中の窒素酸化物NOxを、短い流れの距離、すなわち、限られた狭い空間で効率的に還元できる。

0041

(インジェクタ100を用いた排気浄化装置1による作用)
以上説明したインジェクタ100を用いた排気浄化装置1によって排気が浄化されるまでの作用を、排気の流れに沿って説明する。

0042

図1に示すように、内燃機関ENGから排出された窒素酸化物NOxを含む排気は、排気浄化装置1に導かれる。

0043

続いて、排気浄化装置1に導かれた排気は、上流の排気流路Sに配置された酸化触媒DOCを通過する。その際、排気中の有害成分の一つである炭化水素HC及び一酸化炭素COは、酸化触媒DOCにより酸化浄化される。

0044

酸化触媒DOCを通過した排気は、上流の排気流路Sに配置されたディーゼル微粒子捕集フィルタDPFを通過する。その際、排気中の粒子状物質は、ディーゼル微粒子捕集フィルタDPFにより捕集される。

0045

ディーゼル微粒子捕集フィルタDPFを通過した排気は、ケーシング60に導かれる。

0046

排気流路Sに沿って流れる排気は、一部が取込開口部50を通過してインジェクタ本体10の内側に至る。
なお、取込開口部50を通過せず、インジェクタ本体10の内側に至らなかった排気は、インジェクタ本体10の外側を伝って、インジェクタ本体10の他端から出た排気と還元剤とが混合した流れに合流する。

0047

排気がこのように流れている間に、インジェクタ100に取り付けられたノズルから噴出されて霧状になった尿素水は、インジェクタ本体10の内部に突出するように設けられた当て板40に衝突して、粒径が更に微細化されるとともに、熱分解及び加水分解の反応をして、アンモニアNH3を生成する。

0048

生成されたアンモニアNH3は、インジェクタ本体10の内側に至った排気と合流し、互いに混ざり合いながら、制御羽根30に至る。

0049

制御羽根30に至った排気とアンモニアNH3は、制御羽根30によって、層流螺旋流とに分けられ、流速が過度に落とされることなく、均質に混ざり合いながら拡散していく。

0050

インジェクタ本体10を通過して互いに混ざり合って拡散された排気及びアンモニアNH3は、選択触媒還元装置SCRに至る。

0051

選択触媒還元装置SCRに至った、排気中の窒素酸化物NOx及びアンモニアNH3は、選択触媒還元装置SCRに担持された触媒の作用によって還元反応して分解され、窒素N2及び水H2Oになる。

0052

そして、選択触媒還元装置SCRを通過すると、排気流路Sにおいて選択触媒還元装置SCRより下流に配置されたアンモニアスリップ触媒ASCによって、選択触媒還元装置SCRを通過した排気に残存するアンモニアNH3は捕獲され、窒素N2と水H2Oは、適宜、外気中に放出される。

0053

このようにして、排気浄化装置1は、排気中の窒素酸化物NOxを効率的に浄化して、排気を無害にする。したがって、還元効率の高いインジェクタ100及び排気浄化装置1を提供でき、その結果、排気浄化装置1の全体をコンパクトにできる。

0054

(第2実施形態)
以下、図面を参照して本発明を実施するための第2の形態(以下、第2実施形態)について詳細に説明する。ここで、第2実施形態は、第1実施形態と比べて、ケーシングが有する流路の形状、すなわち、ケーシングの形状及びインジェクタ本体の軸心の形状が異なるので、以下では、主に両者の異なる部分を説明し、共通する部分については説明を省略する場合がある。

0055

図11は、第2実施形態に係るインジェクタ200が直線状の流路を有するケーシング70に接続された状態を示す説明図であり、(a)は正面から見た断面図であり、(b)は(a)におけるF矢視断面図である。

0056

図11(a)に示すように、第2実施形態に係る排気浄化装置1を構成するケーシング70は、第1実施形態に係るケーシング60が屈曲状であるのとは異なり、直線状になっている。

0057

また、第2実施形態に係る排気浄化装置1を構成するインジェクタ本体210の軸心Jは、第1実施形態に係るインジェクタ本体10の軸心Jが、一つの直線状であるのに対して、二つの直線(軸心J1及び軸心J2)がつながった折線状となっている。

0058

インジェクタ本体210は、一端に、還元剤を噴出するノズルが取り付けられるノズル取付部220を有し、他端に、噴出された還元剤を拡散する制御羽根230を有している。
また、インジェクタ本体210は、排気流路Sの上流側に取込開口部250を有している。
そして、インジェクタ本体210は、ケーシング70に対して、軸心Jにおける上流側の直線状の軸心J1が、ノズルからの還元剤の噴出方向INJと平行に配置され、軸心Jにおける下流側の直線状の軸心J2が、排気の流れ方向SSに沿って略平行になるように配置されている。ケーシング70が直線状であっても、モジュール化したインジェクタ本体210を固定することができる。この際、インジェクタ本体210の軸心Jが、二つの直線がつながった折線状となっているので、インジェクタ本体210は、直線状の軸心Jを有する鋼管等の素材から、取込開口部250の存在によって剛性の低下したインジェクタ本体210の長手方向における中央付近を中心に所望の角度で曲げ加工することによって簡単に製造できる。
なお、インジェクタ200は、ケーシング70の接続開口部70aに挿入された状態で、ケーシング接続片15を介して接続開口部70aに接続されている。

0059

(第3実施形態)
以下、図面を参照して本発明を実施するための第3の形態(以下、第3実施形態)について詳細に説明する。ここで、第3実施形態は、第1実施形態と比べて、インジェクタ本体の軸心の形状は共通し、ケーシングが有する流路の形状、すなわち、ケーシングの形状は異なるので、以下では、主に両者の異なる部分を説明し、共通する部分については説明を省略する場合がある。

0060

図12は、第3実施形態に係るインジェクタ300が螺旋状の流路を有するケーシング80に接続された状態を示す説明図である。

0061

図12に示すように、第3実施形態に係る排気浄化装置1を構成するケーシング80は、第1実施形態に係るケーシング60及び第2実施形態に係るケーシング70とは異なり、本流(内燃機関ENGから外気に向かう大きな流れ)となる排気の流れ方向SS(図12において紙面の表側から裏側に向かう方向)を中心として、螺旋状に流れる螺旋流路Rを有している。

0062

また、排気浄化装置1を構成するインジェクタ本体310の軸心Jは、第1実施形態に係るインジェクタ本体10の軸心Jの形状と同様に、一つの直線状となっている。

0063

インジェクタ本体310は、一端に、還元剤を噴出するノズルが取り付けられるノズル取付部320を有し、他端に、噴出された還元剤を拡散する制御羽根330を有している。
また、インジェクタ本体310は、排気流路Sの上流側に取込開口部350を有している。
そして、インジェクタ本体310は、ケーシング80に対して、軸心Jが、下流側の排気の流れ方向(螺旋流路Rの断面中心を通る線)に沿って、例えば、螺旋流路Rが成す曲線に接するように配置されている。このように、ケーシング80が本流の排気の流れ方向SSとは異なる方向に流れる螺旋流路Rを有していても、ケーシング80の側壁に対して、モジュール化したインジェクタ本体310を固定することができる。

0064

以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明に係るインジェクタ100、200、300及び排気浄化装置1は上述した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、変化が可能である。

0065

本発明によれば、インジェクタ100、200、300は、筒状のインジェクタ本体10、210、310を備え、インジェクタ本体10、210、310は、一端に、還元剤を噴出するノズルが取り付けられるノズル取付部20、220、320を有し、他端に、噴出された還元剤を拡散する制御羽根30、230、330を有するので、制御羽根30、230、330を一体化したインジェクタ100、200、300をモジュールとしてケーシング60、70、80に対して精度良く簡単に取り付けできる。また、還元剤と合流した排気を拡散して、ムラのないように均質に混ぜることができ、インジェクタ100、200、300より下流にある選択触媒還元装置SCRに対して、断面一様に流入させることができる。よって、流路部材(ケーシング60、70、80)に対して精度良く簡単に取り付けできるインジェクタ100、200、300及び排気浄化装置1を提供できる。

0066

1排気浄化装置
DOC酸化触媒
DPFディーゼル微粒子捕集フィルタ
SCR選択触媒還元装置
ASCアンモニアスリップ触媒
ENG内燃機関
100インジェクタ
200 インジェクタ
300 インジェクタ
10 インジェクタ本体
210 インジェクタ本体
310 インジェクタ本体
11 一端の開口
12 他端の開口
14ブラケット
15ケーシング接続片
20ノズル取付部
220 ノズル取付部
320 ノズル取付部
21 開口
22フランジ
22a取付孔
23 接続部
30制御羽根
230 制御羽根
330 制御羽根
31整流羽根
31s平坦面
32 交差羽根
32s 平坦面
40当て板
50 取込開口部
250 取込開口部
350 取込開口部
60 ケーシング
70 ケーシング
80 ケーシング
60a接続開口部
CO一酸化炭素
H2O 水
HC炭化水素
INJ噴出方向
J軸心
J1 軸心
J2 軸心
N2窒素
NH3アンモニア
NOx窒素酸化物
R螺旋流路
S排気流路
SS排気の流れ方向

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