專利名稱：內(nèi)燃機用的廢氣凈化裝置及渦流發(fā)生裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及內(nèi)燃機用的廢氣凈化裝置及渦流發(fā)生裝置。
背景技術：
內(nèi)燃機用的廢氣凈化裝置是用于對從內(nèi)燃機中排出的廢氣進行凈化的裝置。一 直以來，作為這種裝置，已知有一種裝置，該裝置具有排氣管，其用于使從內(nèi)燃機中排出的 廢氣流動；還原催化劑，其設置在該排氣管內(nèi)且用于對廢氣中所包含的氮氧化物進行還原 凈化；還原劑供給機構，其用于向在該還原催化劑的上游一側流動的廢氣噴射供給還原劑； 渦流發(fā)生機構，其設置在排氣管內(nèi)的還原催化劑的上游一側且用于使廢氣中產(chǎn)生渦流(例 如，參照日本特開2006-29233號公報)。圖8是表示這種現(xiàn)有技術所涉及的內(nèi)燃機用的廢氣凈化裝置之一例的圖，圖8(a) 為示意圖，圖8(b)為圖8(a)所示的主要部分V的放大立體圖。如圖8(a)所示，內(nèi)燃機用的廢氣凈化裝置10具有排氣管1 ；還原催化劑2 ；還原 劑噴射噴嘴3，向在還原催化劑2的上游一側流動的廢氣噴射供給還原劑(尿素水等)；渦 流發(fā)生機構4，其設置在排氣管1內(nèi)的還原催化劑2的上游一側(具體來說，通過還原劑噴 射噴嘴3，還原劑被朝向廢氣噴霧的位置(參照該圖的“還原劑噴霧部”)的上游一側)，且 用于使廢氣產(chǎn)生渦流。另外，如圖8(b)所示，渦流發(fā)生機構4具有支柱41和葉片42，該渦 流發(fā)生機構4是用于在廢氣中引起紊流或渦流，從而促進還原劑向廢氣中擴散的翅片結構 體。這種內(nèi)燃機用的廢氣凈化裝置10通過渦流發(fā)生機構4，從而在廢氣中產(chǎn)生紊流或 渦流，并促進了還原劑向廢氣中的擴散。其結果為，能夠以均勻的狀態(tài)向還原催化劑2供給 還原劑，并能夠確保一定水平以上的廢氣凈化性能。另外，只要能夠提高渦流發(fā)生機構4的回旋力，就能夠以更均勻的狀態(tài)向還原催 化劑供給還原劑，從而提高廢氣凈化性能。因此，優(yōu)選為提高渦流發(fā)生機構4的回旋力。另一方面，在廢氣通過渦流發(fā)生機構4時，由于通過渦流發(fā)生機構4產(chǎn)生較大的阻 力，因此需要渦流發(fā)生機構4具有一定的強度。但是，只要能夠降低由渦流發(fā)生機構4產(chǎn)生 的阻力，就能夠降低對渦流發(fā)生機構4所需要的強度，而且，也能夠改善內(nèi)燃機的燃料費。 因此，優(yōu)選為降低由渦流發(fā)生機構4產(chǎn)生的阻力。但是，只要提高渦流發(fā)生機構4的回旋力，就會具有由該渦流發(fā)生機構4所產(chǎn)生的 阻力增大的趨勢，相反，只要降低由渦流發(fā)生機構4所產(chǎn)生的阻力，就會具有該渦流發(fā)生機 構4的回旋力下降的趨勢。因此，對于現(xiàn)有技術來說，無法在提高渦流發(fā)生機構4的回旋力 的同時，降低由該渦流發(fā)生機構4產(chǎn)生的阻力。因此，一直以來，希望開發(fā)出一種內(nèi)燃機用的廢氣凈化裝置，其包括具有優(yōu)良的回 旋力且阻力較小的渦流發(fā)生機構。另外，不僅希望開發(fā)出這種內(nèi)燃機用的廢氣凈化裝置，而 且還希望開發(fā)出渦流發(fā)生裝置本身，其能夠設置在一般的排氣管內(nèi)，并具有優(yōu)良的回旋力 且阻力較小。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種內(nèi)燃機用的廢氣凈化裝置，其包括具有優(yōu)良的回旋力 且阻力較小的渦流發(fā)生機構，并且，本發(fā)明的目的還在于提供一種渦流發(fā)生裝置，其具有優(yōu) 良的回旋力且阻力較小。為了解決上述課題，本發(fā)明的內(nèi)燃機用的廢氣凈化裝置具有排氣管，其用于使從 內(nèi)燃機中排出的廢氣流動；還原催化劑，其設置在所述排氣管內(nèi)且對所述廢氣中包含的氮 氧化物進行還原凈化；還原劑供給機構，其對在所述還原催化劑的上游一側流動的所述廢 氣噴射供給還原劑；渦流發(fā)生機構，其設置在所述排氣管內(nèi)的所述還原催化劑的上游一側， 且用于使所述廢氣中產(chǎn)生渦流，其特征在于所述渦流發(fā)生機構具有將大致橢圓形狀的板 沿其長軸方向分割成兩部分而成的兩個葉片，這兩個葉片以所述板的短軸為中心軸且以相 互旋轉(zhuǎn)交叉的狀態(tài)(當該狀態(tài)下的兩個葉片的交叉角度為θ時，將90-θ χ 1/2所表示的 角度稱為翅片角)而成為一體化，將所述長軸方向配置成與所述廢氣的流動方向平行。另外，本發(fā)明是一種設置在排氣管內(nèi)的渦流發(fā)生裝置，其特征在于其具有將大致 橢圓形狀的板沿其長軸方向分割成兩部分而成的兩個葉片，這兩個葉片以所述板的短軸為 中心軸且以相互旋轉(zhuǎn)交叉的狀態(tài)而成為一體化，將所述長軸方向設成與所述廢氣的流動方 向平行。優(yōu)選為，將所述兩個葉片中的至少一個葉片，以其外緣的圓弧部與所述排氣管的 內(nèi)壁面相接觸的方式而構成，尤其是更優(yōu)選為，所述兩個葉片都構成為，其外緣的圓弧部與 所述排氣管的內(nèi)壁面相接觸。優(yōu)選為，所述兩個葉片中的至少一個葉片的所述長軸方向的兩端部，在與所述短 軸平行的方向上被切斷，尤其是更優(yōu)選為，所述兩個葉片的所述長軸方向的兩端部都在與 所述短軸平行的方向上被切斷。優(yōu)選為，所述兩個葉片的所述長軸方向的兩側分別通過連結部而成為一體化，在 這些連結部中的配置在所述排氣管內(nèi)的上游一側的連結部，以相互連結所述兩個葉片的上 游一側端部的方式而構成?！磁c相關文獻的對照〉本申請基于2008年9月19日申請的日本國特愿2008-241382號且要求享有其優(yōu) 先權，并引用了其內(nèi)容。


圖1是表示本發(fā)明實施方式的內(nèi)燃機用的廢氣凈化裝置的主要部分的圖。圖2是從圖1的各個方向(Α D)觀察渦流發(fā)生機構的圖。圖3是對于本發(fā)明的渦流發(fā)生機構及現(xiàn)有技術的渦流發(fā)生機構，分別比較了其翅 片規(guī)格(1 3)的回旋力及阻力大小的圖表。圖4是表示對各翅片規(guī)格的流動解析結果(流線)的圖。圖5是表示對各翅片規(guī)格的流動解析結果(回旋力)的圖。圖6是表示對各翅片規(guī)格的流動解析結果(阻力)的圖。圖7是表示對各翅片規(guī)格的流動解析結果(流速)的圖。
圖8是表示現(xiàn)有技術所涉及的內(nèi)燃機用的廢氣凈化裝置之一例的圖。圖9 (a)及(b)是分別表示從其他角度觀察配置在排氣管1內(nèi)的渦流發(fā)生機構50 時的狀態(tài)的圖。圖10 (a) (c)是分別表示從圖9所示E G的方向觀察渦流發(fā)生機構50時的 狀態(tài)的圖。圖11是在排氣管1內(nèi)配置渦流發(fā)生機構50時，使用“EFD V5”來表示在排氣管1 內(nèi)流動的廢氣狀態(tài)的圖。圖12 (a)及(b)是分別表示從其他角度觀察配置在排氣管1內(nèi)的渦流發(fā)生機構60 時的狀態(tài)的圖。圖13(a) (c)是分別表示從圖12所示H J的方向觀察渦流發(fā)生機構60時的 狀態(tài)的圖。圖14是在排氣管1內(nèi)配置渦流發(fā)生機構60時，使用“EFD V5”表示在排氣管1內(nèi) 流動的廢氣狀態(tài)的圖。圖15是表示翅片角和回旋力的關系圖。圖16是表示翅片角和壓力損失的關系圖。符號說明1排氣管2還原催化劑3還原劑噴射噴嘴40、50、60渦流發(fā)生機構410、420、510、520、610、620 葉片410a、420a、510a、520a、610a、620a 圓弧部510b、520b、610b、620b 上游一側端部510c、520c、610c、620c 下游一側端部431、432、531、532、631、632 連結部
具體實施例方式以下，對用于實施本發(fā)明的最佳方式進行說明。圖1是表示本發(fā)明實施方式的內(nèi)燃機用的廢氣凈化裝置的主要部分的圖。圖2是 從圖1的各個方向(A D)觀察渦流發(fā)生機構40的圖，圖2的(A) (D)分別對應于從圖 1的A D觀察渦流發(fā)生機構40的圖。此外，在圖1及圖2中，對與圖8相同的位置標注相 同的符號。如圖1所示，內(nèi)燃機用的廢氣凈化裝置100在排氣管1內(nèi)具有渦流發(fā)生機構40。 如圖2所示，渦流發(fā)生機構40具有兩個葉片410、420，所述葉片410、420是由大致橢圓形狀 的板沿其長軸方向分割成兩部分而成的，這兩個葉片410、420以所述板的短軸為中心軸且 以相互旋轉(zhuǎn)交叉的狀態(tài)通過連結部431、432而成為一體化，將所述長軸方向配置成與廢氣 的流動方向平行。葉片410、420都構成為其外緣的圓弧部410a、420a與排氣管1的內(nèi)壁面 相接觸。在這種內(nèi)燃機用的廢氣凈化裝置100中，通過構成了渦流發(fā)生機構40的兩個葉片410、420，從而在排氣管1內(nèi)流動的廢氣中產(chǎn)生雙螺旋狀的渦流。因此，內(nèi)燃機用的廢氣凈 化裝置100具有優(yōu)良的回旋力。另外，由于葉片410、420具有難以受到廢氣阻力的結構，因 而雙螺旋狀的渦流將會沿著葉片410、420的壁面順暢地流動。因此，內(nèi)燃機用的廢氣凈化 裝置100的阻力將會變小。此外，在圖1中，將渦流發(fā)生機構40設置在還原劑噴霧部(參照圖8)的上游一側。 但是，本發(fā)明并不限于圖1所示的實施方式，只要渦流發(fā)生機構40位于比還原催化劑2更 為上游的一側，其還可以被設置在還原劑噴霧部的下游一側。下面，參照圖3 圖7，對本發(fā)明的渦流發(fā)生機構與現(xiàn)有技術的渦流發(fā)生機構的不 同點進行說明。圖3是對于本發(fā)明的渦流發(fā)生機構(參照該圖的“本發(fā)明技術方案”)、以及現(xiàn)有 技術的渦流發(fā)生機構(參照該圖的“現(xiàn)有結構1、2”)的各個翅片規(guī)格(1 3)的回旋力及 阻力大小進行比較的圖表。另外，圖4 7都是表示關于圖3所示的各翅片規(guī)格的流動解 析結果的圖，分別是，圖4表示流線，圖5表示回旋力，圖6表示阻力，圖7表示流速。此外， 在圖6中，僅示出了在圖3的各翅片規(guī)格(1 3)中的關于1和2的翅片規(guī)格的流動解析 結果(阻力)，并沒有圖示關于3的翅片規(guī)格的流動解析結果(阻力)。首先，如圖3所示，在本發(fā)明技術方案的情況下，表現(xiàn)出回旋力為2. 2轉(zhuǎn)的較高數(shù) 值，并且表現(xiàn)出阻力為3. 2kPa的較低數(shù)值。對此，在表現(xiàn)出回旋力為2. 1轉(zhuǎn)的較高數(shù)值，且 具有與本發(fā)明技術方案相等的回旋力的現(xiàn)有結構1的情況下，其表現(xiàn)出阻力為65. IkPa的 較高數(shù)值。另一方面，在表現(xiàn)出阻力為3. 2kPa的較低數(shù)值，且具有與本發(fā)明技術方案相等 阻力的現(xiàn)有結構2的情況下，其表現(xiàn)出回旋力為0. 5轉(zhuǎn)的較低數(shù)值。另外，通過圖4 7所 示的流動解析結果可以判明，本發(fā)明技術方案的情況與現(xiàn)有結構1、2的情況不同，本發(fā)明 技術方案的回旋力較大、且阻力較小。于是，與現(xiàn)有技術所涉及的內(nèi)燃機用的廢氣凈化裝置10 (參照圖8)相比，本發(fā)明 實施方式所涉及的內(nèi)燃機用的廢氣凈化裝置100(參照圖1)，能夠獲得具有優(yōu)良的回旋力、 且阻力變小的優(yōu)良效果。其他實施方式以上說明是為了容易理解本發(fā)明而作出的說明，并不用于對本發(fā)明進行限定。本 發(fā)明能夠在不脫離其主旨、目的的情況下進行變更、改良，并且當然在本發(fā)明中也包含其等 同物。例如在以上的說明中，作為渦流發(fā)生機構，雖然列舉了渦流發(fā)生機構40的例子并 進行了說明，但也可以代替渦流發(fā)生機構40，或者與渦流發(fā)生機構40 —起使用圖9 圖11 所示的渦流發(fā)生機構50、以及圖12 圖14所示的渦流發(fā)生機構60。以下對這些渦流發(fā)生機構50及渦流發(fā)生機構60進行說明。<關于渦流發(fā)生機構50>首先，參照圖9 圖11，對渦流發(fā)生機構50進行詳細說明。此外，圖11是在排氣 管1內(nèi)配置了渦流發(fā)生機構50時，使用“EFD V5” ( “株式會社構造計劃研究所”制造)來 表示在排氣管1內(nèi)流動的廢氣狀態(tài)的圖。如圖9及圖10所示，渦流發(fā)生機構50具有將大致橢圓形狀的板沿其長軸方向分 割成兩部分而成的兩個葉片510、520，這兩個葉片510、520以板的短軸為中心軸且以相互旋轉(zhuǎn)交叉的狀態(tài)而成為一體化，將其長軸方向以與廢氣的流動方向平行的方式配置在排氣 管1內(nèi)。兩個葉片510、520都構成為其外緣的圓弧部510a、520a與排氣管1的內(nèi)壁面相接 觸。另外，兩個葉片510、520的長軸方向的兩端部(具體而言，葉片510的上游一側端部 510b、葉片510的下游一側端部510c、葉片520的上游一側端部520b、以及葉片520的下游 一側端部520c)都在與短軸平行的方向上被切斷。兩個葉片510、520的長軸方向的兩側分 別通過連結部531、532而成為一體化。在這些連結部531、532中，配置在排氣管1內(nèi)的下游一側的連結部531，以連結兩 個葉片510、520的下游一側的方式而構成，更具體地說，在比兩個葉片510、520的各下游一 側端部510c、520c更靠近上游一側的區(qū)域(即，在下游一側端部510c、520c與以上所述的 中心軸之間的區(qū)域)中，所述連結部531以相互連結兩個葉片510、520的下游一側的方式 而構成。另一方面，配置在排氣管1內(nèi)的上游一側的連結部532，以連結兩個葉片510、520 的上游一側的方式而構成，更具體地說，所述連結部532以相互連結兩個葉片510、520的各 上游一側的端部510b、520b的方式而構成。與連結部531相比，連結部532的結構為，其廢 氣的流動方向的寬度更厚。如圖11所示，當在排氣管1內(nèi)配置渦流發(fā)生機構50時，廢氣的回旋力將變得更為 優(yōu)良。此外，在圖11中，廢氣的流量為12001^/11，廢氣的溫度為5201，翅片角為52.5°。 此時的壓力損失為12. 998kPa。于是，在排氣管1內(nèi)配置了渦流發(fā)生機構50的情況下，廢氣 的阻力也會變小。<關于渦流發(fā)生機構60>然后，參照圖12 圖13，對渦流發(fā)生機構60進行詳細說明。此外，圖13是在排氣 管1內(nèi)配置了渦流發(fā)生機構60時，使用“EFD V5” ( “株式會社構造計劃研究所”制造)來 表示在排氣管1內(nèi)流動的廢氣狀態(tài)的圖。如圖12及圖13所示，渦流發(fā)生機構60具有與渦流發(fā)生機構50大致相同的結構， 具體地說，其具有將大致橢圓形狀的板沿其長軸方向分割成兩部分而成的兩個葉片610、 620，這兩個葉片610、620以板的短軸為中心軸且以相互旋轉(zhuǎn)交叉的狀態(tài)而成為一體化，其 長軸方向以與廢氣的流動方向平行的方式配置在排氣管1內(nèi)。另外，兩個葉片610、620與兩 個葉片510、520相同，都構成為其外緣的圓弧部610a、620a與排氣管1的內(nèi)壁面相接觸。而 且，渦流發(fā)生機構60與渦流發(fā)生機構50大致相同，其長軸方向的兩端部(具體而言，葉片 610的上游一側端部610b、葉片610的下游一側端部610c、葉片620的上游一側端部620b、 以及葉片620的下游一側端部620c)都在與短軸平行的方向上被切斷。兩個葉片610、620 的長軸方向的兩側分別通過連結部631、632而成為一體化。但是，渦流發(fā)生機構60具有與渦流發(fā)生機構50不同的結構，具體地說，渦流發(fā)生 機構60的兩端部被切斷成，大于渦流發(fā)生機構50的兩端部。如圖14所示，在排氣管1內(nèi)配置了渦流發(fā)生機構60的情況與在排氣管1內(nèi)配置 了渦流發(fā)生機構50的情況相同，其廢氣的回旋力均變得優(yōu)良。此外，與圖11相同，在圖14 中，廢氣的流量為12001^/11，廢氣的溫度為5201，翅片角為52.5°。但是，此時的壓力損失 為10. 209kPa。于是，在排氣管1內(nèi)配置了渦流發(fā)生機構60的情況下，其廢氣的阻力也會變
尤其是，由于渦流發(fā)生機構60的兩端部被切斷成大于渦流發(fā)生機構50的兩端部， 因此在排氣管1內(nèi)配置了渦流發(fā)生機構60的情況與在排氣管1內(nèi)配置了渦流發(fā)生機構 50的情況相比，在排氣管1的內(nèi)壁面和渦流發(fā)生機構60的兩端部之間形成有更大的間隙 (即，廢氣的流路)，其結果為，廢氣的阻力會降低。而且，由于渦流發(fā)生機構60比渦流發(fā)生 機構50更為小型化，因此在排氣管1內(nèi)配置渦流發(fā)生機構60的情況與在排氣管1內(nèi)配置 渦流發(fā)生機構50的情況相比，能夠?qū)崿F(xiàn)更為輕量化及緊湊化。確認實驗以下，為了確認本發(fā)明的效果(即，在使用了本發(fā)明的渦流發(fā)生機構的情況下，能 夠獲得優(yōu)良的回旋力、并且廢氣的阻力變小的效果)，進行了如下的確認實驗。即，在該確認 實驗中，使用圖15所示的兩種翅片，具體來說，使用新型翅片(本發(fā)明的渦流發(fā)生機構的一 個示例)及舊型翅片(現(xiàn)有技術的渦流發(fā)生機構的一個示例)，分別研究了翅片角和回旋力 之間的關系(參照圖15的流線圖)、以及翅片角和壓力損失之間的關系(參照圖16的圖 表)。如圖15所示，在新型翅片的翅片角為65°時，其回旋力與舊型翅片的翅片角為 45°時大致相同，二者的回旋力均優(yōu)良。另一方面，如圖16所示，在新型翅片的翅片角為 65°時，其壓力損失約為27kPa，而另一方面，在舊型翅片的翅片角為45°時，其壓力損失 約為44^ 。由此可以判斷出，在使用新型翅片的情況下，通過適當調(diào)節(jié)翅片角，能夠獲得與使 用舊型翅片大致相同的回旋力，并且與使用舊型翅片的情況相比，在使用新型翅片的情況 下，能夠減小廢氣的阻力，從而能夠降低壓力損失。工業(yè)上的實用性根據(jù)本發(fā)明，能夠提供一種內(nèi)燃機用的廢氣凈化裝置，其包括具有優(yōu)良的回旋力、 且阻力較小的渦流發(fā)生機構。而且，根據(jù)本發(fā)明，也能夠提供一種具有優(yōu)良的回旋力、且阻 力較小的渦流發(fā)生裝置。
權利要求
1.一種內(nèi)燃機用的廢氣凈化裝置，具有 排氣管，其用于使從內(nèi)燃機中排出的廢氣流動；還原催化劑，其設置在所述排氣管內(nèi)且對所述廢氣中包含的氮氧化物進行還原凈化； 還原劑供給機構，其對在所述還原催化劑的上游一側流動的所述廢氣噴射供給還原劑；渦流發(fā)生機構，其設置在所述排氣管內(nèi)的所述還原催化劑的上游一側，且用于使所述 廢氣中產(chǎn)生渦流，其特征在于所述渦流發(fā)生機構具有將大致橢圓形狀的板沿其長軸方向分割成兩部分而成的兩個 葉片，這兩個葉片以所述板的短軸為中心軸且以相互旋轉(zhuǎn)交叉的狀態(tài)而成為一體化，將所 述長軸方向配置成與所述廢氣的流動方向平行。
2.如權利要求1所述的內(nèi)燃機用的廢氣凈化裝置，其特征在于所述兩個葉片都構成為，其外緣的圓弧部與所述排氣管的內(nèi)壁面相接觸。
3.如權利要求1或2所述的內(nèi)燃機用的廢氣凈化裝置，其特征在于所述兩個葉片的所述長軸方向的兩端部，都在與所述短軸平行的方向上被切斷。
4.如權利要求1 3中任意一項所述的內(nèi)燃機用的廢氣凈化裝置，其特征在于 所述兩個葉片的所述長軸方向的兩側分別通過連結部而成為一體化，在這些連結部中的配置在所述排氣管內(nèi)的上游一側的連結部，以相互連結所述兩個葉 片的上游一側端部的方式而構成。
5.一種渦流發(fā)生裝置，其設置在排氣管內(nèi)，其特征在于其具有將大致橢圓形狀的板沿其長軸方向分割成兩部分而成的兩個葉片，這兩個葉片 以所述板的短軸為中心軸且以相互旋轉(zhuǎn)交叉的狀態(tài)而成為一體化，將所述長軸方向設置成 與所述廢氣的流動方向平行。
6.如權利要求5所述的渦流發(fā)生裝置，其特征在于 所述兩個葉片都構成為，其外緣的圓弧部與所述排氣管的內(nèi)壁面相接觸。
7.如權利要求5或6所述的內(nèi)燃機用的廢氣凈化裝置，其特征在于所述兩個葉片的所述長軸方向的兩端部，都在與所述短軸平行的方向上被切斷。
8.如權利要求5 7中任意一項所述的內(nèi)燃機用的廢氣凈化裝置，其特征在于 所述兩個葉片的所述長軸方向的兩側分別通過連結部而成為一體化，在這些連結部中的配置在所述排氣管內(nèi)的上游一側的連結部，以相互連結所述兩個葉 片的上游一側端部的方式而構成。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于，提供一種包括具有優(yōu)良的回旋力且阻力較小的渦流發(fā)生機構的內(nèi)燃機用的廢氣凈化裝置，并且其目的還在于提供一種具有優(yōu)良的回旋力且阻力較小的渦流發(fā)生裝置。本發(fā)明的內(nèi)燃機用的廢氣凈化裝置(100)具有排氣管(1)、還原催化劑(2)、還原劑供給機構(3)、渦流發(fā)生機構(40)。渦流發(fā)生機構(40)具有將大致橢圓形狀的板沿其長軸方向分割成兩部分而成的兩個葉片(410、420)，這兩個葉片(410、420)以板的短軸為中心軸且以相互旋轉(zhuǎn)交叉的狀態(tài)而成為一體化，將其長軸方向配置成與廢氣的流動方向平行。
文檔編號B01F5/00GK102137991SQ20098013398
公開日2011年7月27日 申請日期2009年8月31日 優(yōu)先權日2008年9月19日
發(fā)明者清水雅樹 申請人:東京濾器株式會社