7582084 排気浄化装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-11-05

(45)【発行日】2024-11-13

(54)【発明の名称】排気浄化装置

(51)【国際特許分類】

   F01N 3/36 20060101AFI20241106BHJP

【ＦＩ】

F01N3/36 C

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2021096333

(22)【出願日】2021-06-09

(65)【公開番号】P2022188363

(43)【公開日】2022-12-21

【審査請求日】2023-09-18

(73)【特許権者】

【識別番号】000003218

【氏名又は名称】株式会社豊田自動織機

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】下笠 宏周

【審査官】小林 勝広

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１１－２２０３００（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２２－０３２５３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２２－０２５４７８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ０１Ｄ ５３／７３、５３／８６－５３／９０、

５３／９４、５３／９６

Ｆ０１Ｎ ３／００、３／０２、 ３／０４－ ３／３８、

９／００－１１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

内燃機関からの排気ガスが流れる流路と、
前記流路の下流側に接続され、前記排気ガスを浄化する排気浄化ユニットと、
前記流路内における前記排気浄化ユニットの上流側に燃料を噴射する燃料添加弁と、
前記流路を構成する本体と、
前記燃料添加弁から噴射された前記燃料が衝突するように前記流路内に設けられた燃料分散板とを備え、
前記本体と前記燃料分散板とは鋳造により一体成形されており、
前記燃料分散板は、前記流路の一部を上側の第１空間と下側の第２空間とに区画するとともに、前記流路の上流側から下流側に向かって下側に傾斜するように設けられ、
前記第１空間は、前記流路の上流側に位置する入口部と、前記流路の下流側に位置する出口部とを有し、前記入口部および前記出口部は、楕円状の断面形状を各々有し、
前記燃料は、前記燃料添加弁から前記第１空間に噴射される、排気浄化装置。

【請求項2】

内燃機関からの排気ガスが流れる流路と、
前記流路の下流側に接続され、前記排気ガスを浄化する排気浄化ユニットと、
前記流路内における前記排気浄化ユニットの上流側に燃料を噴射する燃料添加弁と、
前記燃料添加弁から噴射された前記燃料が衝突するように前記流路内に設けられた燃料分散板とを備え、
前記燃料分散板は、前記流路の一部を上側の第１空間と下側の第２空間とに区画するとともに、前記流路の上流側から下流側に向かって下側に傾斜するように設けられ、
前記第１空間は、前記流路の上流側に位置する入口部と、前記流路の下流側に位置する出口部とを有し、
前記燃料は、前記燃料添加弁から前記第１空間に噴射され、
前記燃料添加弁の上流側に設けられ、前記第１空間の流路断面積を縮小させるように前記第１空間の内方に向かって突出する壁部をさらに備えた、排気浄化装置。

【請求項3】

前記燃料分散板は、前記入口部および前記出口部とは異なる前記第１空間と前記第２空間とを連通させる開口を有する、請求項１または請求項２に記載の排気浄化装置。

【請求項4】

前記入口部の断面積は、前記出口部の断面積よりも小さい、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の排気浄化装置。

【請求項5】

前記第１空間は湾曲部を有し、
前記排気ガスは、第１方向に沿って前記第１空間に流入し、前記湾曲部を経て、前記第１方向と交差する第２方向に沿って前記第１空間から流出する、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の排気浄化装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本技術は、排気浄化装置に関する。

【背景技術】

【0002】

ディーゼルエンジンなどの内燃機関において、触媒の上流側に位置する排気通路に還元剤としての燃料を添加し、触媒において排気ガスを浄化することが従来から行われている。

【0003】

従来の排気浄化装置として、たとえば、特許文献１ないし７に記載のものを挙げることができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１１－２２０３００号公報

【文献】特開２００６－２１４３８９号公報

【文献】特開２００９－０６８４６０号公報

【文献】特開２００７－１５４８１７号公報

【文献】特開２０１０－０４８０９５号公報

【文献】特開２００７－０３２３９６号公報

【文献】特開２００８－２９１６８８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

排気ガスの浄化を促進するために、排気通路中に還元剤を均一に分散させたいという要請がある。他方、排気通路の設置スペースには一定の制約があり、限られた長さの排気通路中において還元剤の分散を促進することが求められる。従来の排気浄化装置は、この観点から、必ずしも十分な構造を備えたものとはいえない。

【0006】

本技術の目的は、排気通路内における還元剤の分散が促進され、還元剤を均一に分散させることが可能な排気浄化装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本技術の１つの実施の形態に係る排気浄化装置は、内燃機関からの排気ガスが流れる流路と、流路の下流側に接続され、排気ガスを浄化する排気浄化ユニットと、流路内に燃料を噴射する燃料添加弁と、燃料添加弁から噴射された燃料が衝突するように流路内に設けられた燃料分散板とを備える。燃料分散板は、流路の一部を上側の第１空間と下側の第２空間とに区画するとともに、流路の上流側から下流側に向かって下側に傾斜するように設けられる。

【0008】

上記構成においては、燃料添加弁から噴射された燃料が衝突するように流路内に設けられた燃料分散板により、燃料が微粒化されるため、燃料の分散が促進される。さらに、流路の上流側から下流側に向かって下側に傾斜するように燃料分散板を設けることにより、微粒化された燃料が燃料分散板上で滞留して液滴になることが抑制される。また、上述した燃料分散板の傾斜により、第１空間への排気ガスの流入量を絞ることができるので、燃料添加弁からの燃料の噴射流が第１空間内で乱されることが抑制され、燃料分散板への燃料の衝突が阻害されない。この結果、燃料が微粒化され、燃料の分散がさらに促進される。

【0009】

上記排気浄化装置において、燃料分散板は、第１空間と第２空間とを連通させる開口を有するものであってもよい。開口を設けることにより、燃料分散板に衝突した燃料が第２空間の排気流にも晒されて気化し、燃料の分散がさらに促進される。ただし、本技術の燃料分散板は、これに限定されるものではない。

【0010】

上記排気浄化装置において、第１空間は、流路の上流側に位置する入口部と、流路の下流側に位置する出口部とを有し、入口部の断面積は、出口部の断面積よりも小さくてもよい。入口部の断面積を相対的に小さくすることにより、第１空間への排気ガスの流入量を絞ることができるので、燃料添加弁からの燃料の噴射流が第１空間内で乱されることが抑制され、燃料衝突板への燃料の衝突が阻害されない。この結果、燃料が微粒化され、燃料の分散がさらに促進される。ただし、本技術の排気浄化装置は、これに限定されるものではない。

【0011】

上記排気浄化装置において、第１空間は湾曲部を有し、排気ガスは、第１方向に沿って第１空間に流入し、湾曲部を経て、第１方向と交差する第２方向に沿って第１空間から流出してもよい。ただし、本技術の排気浄化装置は、これに限定されるものではない。

【0012】

上記排気浄化装置は、燃料添加弁の上流側に設けられ、第１空間の流路断面積を縮小させるように第１空間の内方に向かって突出する壁部をさらに備えてもよい。燃料添加弁の上流側における第１空間の流路断面積を壁部によって縮小させることにより、第１空間への排気ガスの流入量を絞ることができるので、燃料添加弁からの燃料の噴射流が第１空間内で乱されることが抑制され、燃料衝突板への燃料の衝突が阻害されない。この結果、燃料が微粒化され、燃料の分散がさらに促進される。ただし、本技術の排気浄化装置は、これに限定されるものではない。

【発明の効果】

【0013】

本技術によれば、排気通路内における還元剤の分散が促進され、還元剤を均一に分散させることが可能な排気浄化装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本技術の排気浄化装置が適用される内燃機関およびその吸排気系統を模式的に示す図である。

【図2】本技術の排気浄化装置に含まれる排気通路内の構造を示す図である。

【図3】図２に示す排気通路内の構造を異なる角度から見た状態を断面図である。

【図4】図３に示す構造の変形例を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下に、本技術の実施の形態について説明する。なお、同一または相当する部分に同一の参照符号を付し、その説明を繰返さない場合がある。

【0016】

なお、以下に説明する実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本技術の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。また、以下の実施の形態において、各々の構成要素は、特に記載がある場合を除き、本技術にとって必ずしも必須のものではない。また、本技術は、本実施の形態において言及する作用効果を必ずしもすべて奏するものに限定されない。

【0017】

なお、本明細書において、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」および「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」、「有する（ｈａｖｅ）」の記載は、オープンエンド形式である。すなわち、ある構成を含む場合に、当該構成以外の他の構成を含んでもよいし、含まなくてもよい。

【0018】

図１は、１つの実施の形態に係る排気浄化装置が適用される内燃機関およびその吸排気系統を模式的に示す図である。

【0019】

図１に示すように、本実施の形態に係る排気浄化装置１が適用されるシステムは、エアクリーナ１００と、吸気通路２００と、内燃機関３００と、排気通路４００と、排気浄化ユニット５００と、燃料添加弁６００とを含む。

【0020】

エアクリーナ１００を通過した空気は、吸気通路２００を通じて内燃機関３００に供給される。内燃機関３００は、たとえば車両（図示せず）の走行用動力源として設けられたディーゼルエンジンである。

【0021】

排気通路４００には、内燃機関３００からの排気ガスが流れる。排気通路４００を流れた排気ガスは、排気浄化ユニット５００に達する。排気浄化ユニット５００は、たとえばＤＯＣ（Diesel Oxidation Catalyst）およびＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）を含む。これにより、排気ガスが浄化される。燃料添加弁６００は、排気通路４００内に向けて還元剤としての燃料を噴射する。

【0022】

図２は、排気浄化装置１における排気通路４００内の構造を示す図である。図３は、図２に示す排気通路４００内の構造を異なる角度（図２中の矢印IIIの方向）から見た状態を断面図である。

【0023】

図２，図３に示すように、排気通路４００は、本体４１０と燃料分散板４２０とを含む。本体４１０と燃料分散板４２０とは、たとえば鋳造により一体的に成形することが可能である。

【0024】

本体４１０は、排気通路４００を構成するように形成される。燃料分散板４２０は、燃料添加弁６００から噴射された燃料が衝突するように排気通路４００内に設けられる。燃料添加弁６００から噴射された燃料が燃料分散板４２０に衝突することにより、燃料が微粒化されるため、還元剤としての燃料の分散が促進され、還元剤を排気ガス中に均一に分散させることができる。

【0025】

燃料分散板４２０は、排気通路４００の一部を上側の第１空間４００Ａと下側の第２空間４００Ｂとに区画する。燃料分散板４２０の上側に位置する第１空間４００Ａには、上流側の入口部４２１から矢印Ａ（第１方向）に沿って排気ガスが流入し、下流側の出口部４２２から矢印Ｂ（第２方向）に沿って排気ガスが流出する。入口部４２１および出口部４２２は、たとえば略楕円状の断面形状を有する。

【0026】

図２に示すように、矢印Ａ（第１方向）と矢印Ｂ（第２方向）とは、互いに交差する異なる方向を向いている。すなわち、第１空間４００Ａは、入口部４２１と出口部４２２との間に湾曲部４２０Ａを有する。

【0027】

図３に示すように、燃料分散板４２０は、排気通路４００の上流側から下流側に向かって下側に傾斜するように設けられる。排気通路４００の上流側から下流側に向かって下側に傾斜するように燃料分散板４２０を設けることにより、燃料分散板４２０に衝突して微粒化された燃料が燃料分散板４２０上で滞留して液滴になることが抑制され、燃料の分散がさらに促進される。

【0028】

また、上述のとおり燃料分散板４２０を上流側から下流側に向かって下側に傾斜するように設けることにより、第１空間４００Ａの入口部４２１の高さ（Ｈ１）を低く抑えることができる。この結果、入口部４２１の断面積が縮小され、第１空間４００Ａへの排気ガスの流入量を絞ることができるので、燃料添加弁６００からの燃料の噴射流が第１空間４００Ａ内で乱されることが抑制され、燃料分散板４２０への燃料の衝突が阻害されない。この結果、燃料が微粒化され、燃料の分散がさらに促進される。

【0029】

このように、本実施の形態に係る排気浄化装置１においては、上述の燃料分散板４２０が設けられることにより、排気通路４００に噴射された燃料の分散が促進され、還元剤としての燃料を排気ガス中に均一に分散させることができる。この結果、排気浄化ユニット５００における排気ガスの浄化の効率を向上させることが可能となる。

【0030】

排気浄化ユニット５００における排気ガスの浄化の効率を向上させるための方策として、たとえば、排気通路４００を長くして、排気ガス中に燃料を均一に分散させやすくすることが考えられる。他方、排気通路４００を長くするためには、その搭載用空間を大きくする必要があり、排気浄化装置１の搭載の自由度が低下し得る。また、排気通路４００を長くした場合、排気浄化ユニット５００の触媒（ＤＯＣ）が内燃機関３００から離れ、触媒の早期暖気性および排気浄化装置１の冷間始動性が低下し得る。

【0031】

これに対し、本実施の形態に係る排気浄化装置１においては、排気通路４００を過度に長くすることなく、上述の燃料分散板４２０により、排気通路４００に噴射された燃料の分散を促進し、還元剤としての燃料を排気ガス中に均一に分散させることができる。

【0032】

燃料分散板４２０は、第１空間４００Ａと第２空間４００Ｂとを連通させる開口（図示せず）を有するものであってもよい。これにより、燃料分散板４２０に衝突した燃料が第２空間４００Ｂの排気流にも晒されて気化し、燃料の分散がさらに促進される。

【0033】

燃料添加弁６００と燃料分散板４２０との距離は、第１空間４００Ａに流入した排気ガスの流れによっても、噴射された燃料が燃料分散板４２０に衝突することが阻害されないように設定される。

【0034】

第１空間４００Ａの入口部４２１の断面積は、出口部４２２の断面積よりも小さいことが好ましい。

【0035】

入口部４２１の断面積を相対的に小さくすることにより、第１空間４００Ａへの排気ガスの流入量を絞ることができるので、燃料添加弁６００からの燃料の噴射流が第１空間４００Ａ内で乱されることが抑制され、燃料分散板４２０への燃料の衝突が阻害されない。この結果、燃料が微粒化され、燃料の分散がさらに促進される。

【0036】

ただし、入口部４２１の断面積と出口部４２２の断面積とが略同じであってもよいし、入口部４２１の断面積が出口部４２２の断面積よりも大きくてもよい。

【0037】

図４は、図３に示す構造の変形例を示す断面図である。図４に示す変形例においては、燃料添加弁６００の上流側に設けられ、第１空間４００Ａの流路断面積を縮小させるように第１空間４００Ａの内方に向かって突出する壁部４３０が設けられている。

【0038】

図４に示すように、燃料添加弁６００の上流側における第１空間４００Ａの流路断面積を壁部４３０によって縮小させることにより、第１空間４００Ａへの排気ガスの流入量を絞ることができるので、燃料添加弁６００からの燃料の噴射流が第１空間４００Ａ内で乱されることが抑制され、燃料分散板４２０への燃料の衝突が阻害されない。この結果、燃料が微粒化され、燃料の分散がさらに促進される。

【0039】

また、燃料添加弁６００の上流側において第１空間４００Ａの流路断面積を縮小させることにより、高温の排気ガスおよび煤が燃料添加弁６００の添加ポートに流入することが抑制され、燃料添加弁６００の添加ポートにおけるデポジットの生成が抑制される。デポジットの生成は、燃料添加弁６００の添加ポートの直径（Ｄ）を縮小することによっても得られる。

【0040】

以上、本技術の実施の形態について説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本技術の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0041】

１ 排気浄化装置、１００ エアクリーナ、２００ 吸気通路、３００ 内燃機関、４００ 排気通路、４００Ａ 第１空間、４００Ｂ 第２空間、４１０ 本体、４２０ 燃料分散板、４２０Ａ 湾曲部、４２１ 入口部、４２２ 出口部、４３０ 壁部、５００ 排気浄化ユニット、６００ 燃料添加弁。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】