專利名稱：排氣凈化裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣凈化裝置，具體地說，涉及從噴射嘴 向在排氣通路中流動(dòng)的排氣中噴射輔助劑而供給至排氣凈化設(shè)備的 排氣凈化裝置。
背景技術(shù)：
作為這種向排氣中噴射輔助劑而供給排氣凈化設(shè)備的排氣凈化裝置，已知例如具有SCR催化劑(選擇還原型NOx催化劑)的排氣 凈化裝置。如公知所示，SCR催化劑為了還原排氣中的NOx而需要 NH3 (氨)。在這種排氣凈化裝置中，從位于排氣通路的SCR催化 劑的上游側(cè)的噴射嘴，噴射尿素水溶液作為輔助劑即還原劑，利用使 尿素水溶液由排氣熱量及排氣中的水蒸汽加水分解而生成的NH3，獲 得SCR催化劑的NOx還原作用。SCR催化劑中的NOx的還原作用，受到尿素水溶液的供給狀態(tài) 較大的影響。即，為了獲得良好的還原作用，需要使尿素水溶液在排 氣中充分?jǐn)U散并霧化，同時(shí)，防止尿素水溶液附著到排氣通路等的壁 面上，而盡量均勻地將NH3供給至SCR催化劑的各部位。為了實(shí)現(xiàn)這種要求，提出在排氣通路中設(shè)置攪拌排氣的單元的多種方案，例如， 如日本國特開2006 — 29233號(hào)公報(bào)(以下簡稱專利文獻(xiàn)l)公示。在上述專利文獻(xiàn)1的排氣凈化裝置中，如其圖l、 2所示，在排 氣通路的噴射嘴的上游側(cè)，設(shè)置4個(gè)葉片作為攪拌單元。在排氣在葉 片裝置中流通時(shí)，通過葉片的作用產(chǎn)生渦流，由此促進(jìn)尿素水溶液向 排氣中的擴(kuò)散。為了利用上述葉片裝置產(chǎn)生適于促進(jìn)尿素水溶液擴(kuò)散的強(qiáng)渦 流，需要確保一定程度的較大的葉片面積，同時(shí)，為了以大角度變更 排氣的流通方向，需要將葉片角度設(shè)定得較大。但是，隨著葉片面積5的增加，葉片裝置的位置處的通路面積減小，同時(shí)，隨著葉片角度的 增加，排氣的流通方向以大角度變更而壓力損失增大。其結(jié)果，存在 發(fā)動(dòng)機(jī)的排壓增大，引起運(yùn)行性能降低的問題。而且，噴射出的尿素 水溶液的一部分，由于渦流的離心力而容易附著在排氣通路的內(nèi)周面 上。這種現(xiàn)象也成為妨礙尿素水溶液的擴(kuò)散及霧化的主要原因。因此，在上述專利文獻(xiàn)1的排氣凈化裝置中，因?yàn)槟蛩厮芤?的擴(kuò)散*霧化的促進(jìn)與發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣增大的抑制，存在矛盾的關(guān)系， 無法高水平地同時(shí)實(shí)現(xiàn)這二者，所以目前存在一個(gè)改良的余地。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明是鑒于上述課題提出的，其目的在于提供一種發(fā)動(dòng)機(jī)的 排氣凈化裝置，其可以使輔助劑的霧化'擴(kuò)散的促進(jìn)與發(fā)動(dòng)機(jī)的排壓 增大的抑制并存，實(shí)現(xiàn)良好的凈化性能。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣凈化裝置具有第1 殼體，其配置在發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣通路上；第2殼體，其配置在上述排氣 通路的上述第1殼體的下游側(cè)，收容排氣凈化設(shè)備；連結(jié)管，其將上 述第1殼體與第2殼體連通，并且具有插入上述第1殼體內(nèi)的插入部 分，該連結(jié)管通過在上述插入部分上設(shè)置使其內(nèi)外連通的多個(gè)通孔， 從而經(jīng)由各通孔，將上述第1殼體內(nèi)的排氣導(dǎo)入上述連結(jié)管內(nèi)，向上 述第2殼體引導(dǎo)；以及噴射嘴，其前端部插入配置在上述連結(jié)管內(nèi)， 利用上述前端部噴射上述排氣凈化設(shè)備所需的輔助劑。在本發(fā)明的排氣凈化裝置中，發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣在經(jīng)由排氣通路導(dǎo) 入第1殼體之后，在第1殼體內(nèi)，經(jīng)由連結(jié)管的各通孔被導(dǎo)入連結(jié)管 內(nèi)。被導(dǎo)入連結(jié)管中的排氣，由連結(jié)管向第2殼體引導(dǎo)，而流入排氣 凈化設(shè)備中。經(jīng)由連結(jié)管的各通孔被導(dǎo)入連結(jié)管內(nèi)部的排氣，在連結(jié) 管內(nèi)相互碰撞而被攪拌。因?yàn)橄鄬?duì)于該攪拌中的排氣，從噴射嘴噴射 輔助劑，所以輔助劑以被充分?jǐn)U散及霧化的狀態(tài)，輸送至第2殼體側(cè)。 另外，可以抑制從各通孔向連結(jié)管內(nèi)噴出的排氣附著在連結(jié)管的內(nèi)周 面上，并有助于輔助劑的擴(kuò)散及霧化的促進(jìn)。其結(jié)果，可以抑制輔助 劑被向下游側(cè)的排氣凈化設(shè)備的各部位供給時(shí)的偏斜，可以利用供給的輔助劑適當(dāng)?shù)匕l(fā)揮使用排氣凈化設(shè)備的排氣凈化作用。另外，因?yàn)檫@樣在連結(jié)管內(nèi)使排氣相互碰撞而獲得攪拌作用， 所以即使為了抑制排氣流通時(shí)的壓力損失增加而稍微擴(kuò)大通孔的總 開口面積，也不會(huì)妨礙攪拌作用。因此，可以高水平地同時(shí)實(shí)現(xiàn)輔助 劑的擴(kuò)散，霧化的促進(jìn)、和發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣增加的抑制。因此，本發(fā)明的發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣凈化裝置，可以抑制供給至排氣 凈化設(shè)備各部位的輔助劑的偏斜，實(shí)現(xiàn)良好的排氣凈化性能，同時(shí)， 可以抑制發(fā)動(dòng)機(jī)的排壓增大，實(shí)現(xiàn)良好的運(yùn)行性能。在本發(fā)明的發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣凈化裝置中，例如，第1殼體構(gòu)成大 致筒狀，第2殼體可以相對(duì)于第1殼體的中心軸線配置在側(cè)方。在這 種情況下，連結(jié)管以使其上游側(cè)部分從第1殼體的一個(gè)側(cè)面貫穿至另 一個(gè)側(cè)面的方式配置，在位于第1殼體內(nèi)的插入部分上形成通孔。此 外，在這種情況下，連結(jié)管的通孔也可以設(shè)置為，與配置于第l殼體 內(nèi)的排氣流動(dòng)方向上游側(cè)的通孔的直徑相比，使配置于下游側(cè)的通孔 的直徑較大。在按照這種方式改變通孔直徑的情況下，可以與排氣從 第1殼體向連結(jié)管流通的狀況不同相對(duì)應(yīng)，實(shí)現(xiàn)更良好的輔助劑的擴(kuò) 散及霧化。但是，連結(jié)管即使在插入部分實(shí)質(zhì)均勻地配置實(shí)質(zhì)相同直 徑的通孔，也可以實(shí)現(xiàn)良好的輔助劑的擴(kuò)散及霧化。在本發(fā)明的發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣凈化裝置中，例如，連結(jié)管也可以以 使通孔的總開口面積大于連結(jié)管的通路剖面積的方式設(shè)置通孔。由 此，可以更高效地抑制使排氣在通孔中流通而引起的發(fā)動(dòng)機(jī)的排壓增 加。在本發(fā)明的發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣凈化裝置中，例如，噴射嘴也可以沿 連結(jié)管的中心軸線，從排氣流動(dòng)方向的上游側(cè)向下游側(cè)噴射輔助劑。 由此，可以更高效地促進(jìn)輔助劑的擴(kuò)散'霧化，同時(shí)更可靠地抑制輔 助劑向連結(jié)管的內(nèi)周面的附著。在本發(fā)明的發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣凈化裝置中，例如，也可以為第1殼 體構(gòu)成大致筒狀，第2殼體配置在第1殼體的中心軸線方向上。在這 種情況下，連結(jié)管通過使一端與第2殼體連接，并從第2殼體向第1 殼體延伸設(shè)置，而使另一端側(cè)的部分貫穿位于第2殼體側(cè)的第1殼體的端部，從而插入第1殼體內(nèi)，另外，噴射嘴從位于第1殼體內(nèi)的連 結(jié)管的端部側(cè)，噴射輔助劑。在本發(fā)明的發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣凈化裝置中，例如，噴射嘴可以噴射 尿素水溶液作為輔助劑。在這種情況下，排氣凈化設(shè)備是選擇還原型 NOX催化劑，其使用由從噴射嘴噴射的尿素水溶液生成的氨，還原排氣中的NOx。由此，可以抑制供給選擇還原型NOx催化劑的氨的 偏斜，選擇還原型NOx催化劑發(fā)揮良好的排氣凈化功能。在本發(fā)明的發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣凈化裝置中，例如，噴射嘴也可以噴 射燃料作為輔助劑。在這種情況下，排氣凈化設(shè)備是前段氧化催化劑， 其通過使從噴射嘴噴射的燃料發(fā)生氧化反應(yīng)，使排氣溫度上升，而對(duì) 配置于下游側(cè)的柴油機(jī)顆粒物過濾器進(jìn)行強(qiáng)制再生?；蛘吲艢鈨艋O(shè) 備是前段氧化催化劑，其通過使從噴射嘴噴射的燃料發(fā)生氧化反應(yīng)，使排氣溫度上升，進(jìn)行配置于下游側(cè)的吸附型NOx催化劑的SOx凈 化。由此，可以抑制供給前段氧化催化劑的燃料的偏斜，通過前段氧 化催化劑中的燃料的氧化反應(yīng)，更高效地使排氣的溫度上升。


圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式涉及的發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣凈化裝置的 整體結(jié)構(gòu)圖。圖2是作為本發(fā)明的第1實(shí)施方式，表示第1及第2殼體的連接部分的局部放大剖面圖。圖3是與圖2相對(duì)應(yīng)，表示排氣流動(dòng)狀態(tài)的局部放大剖面圖。 圖4是作為本發(fā)明的第2實(shí)施方式，表示第1及第2殼體的連接部分的局部放大剖面圖。圖5是表示排氣流動(dòng)狀態(tài)的沿圖4中的V — V線的剖面圖。圖6是作為本發(fā)明的第3實(shí)施方式，表示第1及第2殼體的連接部分的局部放大剖面圖。
具體實(shí)施方式
對(duì)于本發(fā)明的第l實(shí)施方式涉及的發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣凈化裝置，以下參照附圖詳細(xì)地說明。
圖l是表示本實(shí)施方式的發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣凈化裝置的整體結(jié)構(gòu)圖。 發(fā)動(dòng)機(jī)1是直列6氣缸柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，本實(shí)施方式的發(fā)動(dòng)機(jī)1及排氣凈 化裝置2搭載在卡車上。圖1以與向卡車的實(shí)際搭載狀態(tài)相同的配置， 示意地表示發(fā)動(dòng)機(jī)l及排氣凈化裝置2，同時(shí)，部分地表示卡車的下 部。此外，在下面的說明中，以車輛作為主體，規(guī)定前后方向及左右 方向。
卡車采用梯形車架的底盤構(gòu)造。梯形車架構(gòu)成為，將在車體的
整個(gè)前后方向上延伸設(shè)置的一對(duì)縱梁3a，利用多個(gè)橫梁3b (在圖1 中僅表示1個(gè))連結(jié)。在該梯形車架上，除了發(fā)動(dòng)機(jī)1等動(dòng)力裝置之 外，還搭載構(gòu)成車體的駕駛室及貨箱3c等。在圖i中，部分地表示 梯形車架的左右一對(duì)的縱梁3a，同時(shí)，由雙點(diǎn)劃線表示載置于梯形 車架上的貨箱3c。在成為該貨箱3c的下方的底部，設(shè)置排氣凈化裝 置2。
發(fā)動(dòng)機(jī)1配置在構(gòu)成梯形車架的左右縱梁3a之間。在發(fā)動(dòng)機(jī)1 的各氣缸上設(shè)置燃料噴射閥4。各燃料噴射閥4從共用的公共油軌5 供給加壓燃料，隨著其闊門打開，向?qū)?yīng)的氣缸內(nèi)噴射燃料。在發(fā)動(dòng) 機(jī)1的進(jìn)氣側(cè)，安裝用于向發(fā)動(dòng)機(jī)1供給進(jìn)氣的進(jìn)氣歧管6。在與進(jìn) 氣歧管6連接的進(jìn)氣通路7上，從上游側(cè)開始安裝空氣凈化器8、渦 輪增壓器9的壓縮機(jī)9a、中間冷卻器IO。另一方面，在發(fā)動(dòng)機(jī)1的 排氣側(cè)，安裝用于排出發(fā)動(dòng)機(jī)1的排氣的排氣歧管12。在排氣歧管 12的出口 ，安裝與上述壓縮機(jī)9a同軸地機(jī)械連結(jié)的渦輪增壓器9的 渦輪機(jī)9b。渦輪機(jī)9b與排氣通路13連接，在排氣通路13上安裝上 述排氣凈化裝置2。
在發(fā)動(dòng)機(jī)1的后部結(jié)合變速器15，在變速器15的輸出軸上連結(jié) 驅(qū)動(dòng)軸16的前端。驅(qū)動(dòng)軸16在車體下方且在左右縱梁3a之間向后 方延伸設(shè)置，其后端經(jīng)由未圖示的差動(dòng)齒輪與左右后輪連接。
上述排氣通路13在車體下方的驅(qū)動(dòng)軸16和右側(cè)的縱梁3a之間， 向后方延伸設(shè)置。在一般的卡車中，排氣通道13直接延伸設(shè)置至車 體后部，在排氣通路13上直列配置排氣凈化裝置2的各結(jié)構(gòu)部件。但是，在本實(shí)施方式的卡車中，由于因貨箱長度的原因而下方的前后 空間不足，所以將排氣通路13的一部分配置在右側(cè)，向側(cè)方排出排 氣。與這種排氣通路13的配置相對(duì)應(yīng)，設(shè)置在排氣通路13上的排氣 凈化裝置2的布局也發(fā)生變化，下面對(duì)于排氣凈化裝置2的結(jié)構(gòu)進(jìn)行 詳細(xì)說明。
在驅(qū)動(dòng)軸16與右側(cè)的縱梁3a之間，排氣通路13與第1殼體17 連接。第l殼體17構(gòu)成具有沿前后方向(排氣流動(dòng)方向)的中心軸 線的圓筒狀。在第1殼體17內(nèi)的上游側(cè)配置前段氧化催化劑18，在 下游側(cè)設(shè)置用于收集排氣中的PM (顆粒物質(zhì))的壁流式DPF (柴油 機(jī)顆粒過濾器)19。此外，在第1殼體17內(nèi)，在DPF 19的下游側(cè) 形成稱為混合室20的空間。在排氣通路13的接近第1殼體17的位 置，設(shè)置后述的DPF 19的強(qiáng)制再生用的燃料噴射閥21。
圖2是表示排氣凈化裝置2中的第1及第2殼體的連接部分的 局部放大剖面圖。如圖1、2所示，在第l殼體17的與混合室20相 對(duì)應(yīng)的扭置，以沿左右方向貫穿第1殼體17 (即，橫穿第1殼體17 的中心軸線的方向)的方式，配置連結(jié)管22。連結(jié)管22構(gòu)成排氣通 路13的一部分，其直徑也設(shè)定為與排氣通路13大致相同。第1殼體 17與連結(jié)管22，在連結(jié)管22的貫穿位置處焊接。在從第1殼體17 的外周面露出的連結(jié)管22的左端焊接蓋體22b，由此，使連結(jié)管22 的左端密閉。
在連結(jié)管22的向混合室20內(nèi)露出的部分(插入部分)上，設(shè) 置使連結(jié)管22的內(nèi)外連通的多個(gè)通孔22a，經(jīng)由該通孔22a使混合 室20內(nèi)部與連結(jié)管22內(nèi)部相互連通。連結(jié)管22的各通孔22a的直 徑設(shè)定為完全相同，同時(shí)，各通孔22a均勻地分散配置于向混合室 20內(nèi)露出的部分上。全部通孔22a的總開口面積設(shè)定為大于連結(jié)管 22的通路剖面積。但是，總開口面積的設(shè)定不一定限定于此，總開 口面積也可以小于連結(jié)管22的通路剖面積。
在隔著右側(cè)的縱梁3a的、第1殼體17的右方位置，配置第2 殼體23，其構(gòu)成具有沿左右方向延伸的中心軸線的圓筒狀。上述連 結(jié)管22以從第1殼體17的外周面向右方凸出，并穿過縱梁3a下方
10而向前方彎曲的方式延伸設(shè)置。連結(jié)管22的右端，在成為第2殼體
23的左端側(cè)的位置，與第2殼體23的外周面焊接。在第2殼體23 內(nèi)的上游側(cè)(即，車輛左側(cè))，配置使用NH3 (氨)還原排氣中的 NOx的SCR催化劑(選擇還原型NOx催化劑)24。該SCR催化劑 24相當(dāng)于本發(fā)明的排氣凈化設(shè)備。在第2殼體23內(nèi)的下游側(cè)(即車 輛右側(cè))，設(shè)置后段氧化催化劑25。此外，在后段氧化催化劑25的 下游側(cè)，在第2殼體23上焊接排氣管26的一端，排氣管26的另一 端向左側(cè)彎曲而形成，并向車體側(cè)方開口。排氣管26構(gòu)成排氣通路 13的一部分。 —
在上述連結(jié)管22的蓋體22b上，以位于連結(jié)管22的中心軸線L 上的方式固定電磁式的噴射嘴27，噴射嘴27的前端部27a貫穿蓋體 22b而被插入連結(jié)管22內(nèi)。噴射嘴27可以將從未圖示的儲(chǔ)存箱加壓 輸送的尿素水溶液作為還原劑(輔助劑)，向連結(jié)管22內(nèi)噴入。噴 射嘴27噴射尿素水溶液的方向設(shè)定為，沿連結(jié)管22的中心軸線L 而指向第2殼體23側(cè)(即下游側(cè))。
發(fā)動(dòng)機(jī)1的各氣缸的燃料噴射閥2、強(qiáng)制再生用的燃料噴射閥 21、噴射嘴27等控制設(shè)備類，及未圖示的傳感器類，與ECU(電子 控制單元)31連接。上述控制設(shè)備根據(jù)來自傳感器類的檢測信息， 由ECU 31驅(qū)動(dòng)控制。例如，ECU 31根據(jù)轉(zhuǎn)速或負(fù)載等發(fā)動(dòng)機(jī)1的 運(yùn)行狀態(tài)，控制燃料噴射閥2的噴射量、噴射壓力、噴射定時(shí)，使發(fā) 動(dòng)機(jī)1運(yùn)行。
在發(fā)動(dòng)機(jī)1的運(yùn)行中，從發(fā)動(dòng)機(jī)1排出的排氣經(jīng)由排氣通路13 被導(dǎo)入第1殼體17內(nèi)，通過前段氧化催化劑18及DPF 19之后流入 混合室20內(nèi)。流入混合室20內(nèi)的排氣經(jīng)由連結(jié)管22的各通孔22a 被導(dǎo)入連結(jié)管22內(nèi)，在連結(jié)管22內(nèi)部流動(dòng)而流入第2殼體23內(nèi)。 然后，在排氣通過SCR催化劑24及后段氧化催化劑25后，經(jīng)由排 出管26被排出至大氣中。此時(shí)，在DPF 19中捕獲排氣中的PM，在 SCR催化劑24中還原排氣中的NOx。通過DPF 19及SCR催化劑24 的這些作用，排氣被凈化，以抑制向大氣中排出有害成分。為了使 DPF 19及SCR催化劑24適當(dāng)發(fā)揮這種凈化作用，ECU31對(duì)于DPF19執(zhí)行強(qiáng)制再生控制，對(duì)于SCR催化劑24由噴射嘴27執(zhí)行尿素水 溶液的供給控制。下面，對(duì)于這些控制詳細(xì)地進(jìn)行說明。
隨著PM的捕獲，DPF 19中的PM的堆積量逐漸增加。由DPF 19 捕獲的PM，在發(fā)動(dòng)機(jī)1以規(guī)定的運(yùn)行狀態(tài)(例如排氣溫度較高的運(yùn) 行狀態(tài))運(yùn)行時(shí)，通過使用由前段氧化催化劑18的排氣中的NO氧 化反應(yīng)生成的N02作為氧化劑，而連續(xù)地被燒卻去除(連續(xù)再生)。 另外，如果發(fā)動(dòng)機(jī)1長時(shí)間持續(xù)無法獲得這種DPF 19的連續(xù)再生作 用的運(yùn)行狀態(tài)，則DPF 19中的PM的堆積量會(huì)逐漸增加而超過容許 量。因此，假定這種狀況而ECU31在根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)1的運(yùn)行狀態(tài)推定 的PM的堆積量超過DPF 19的容許量之前，實(shí)施用于強(qiáng)制地?zé)齾s去 除堆積在DPF 19中的PM的強(qiáng)制再生。在該強(qiáng)制再生中使用排氣通 路13中的燃料噴射閥21。 ECU31通過使燃料噴射閥21噴射未燃燃 料，而向前段氧化催化劑18供給未燃燃料，通過利用該未燃燃料的 氧化反應(yīng)熱使下游側(cè)的DPF 19的溫度上升，從而燒卻去除堆積在 DPF19中的PM。也可以取代使用燃料噴射閥21供給未燃燃料，而 是通過在主噴射后的膨脹行程或排氣行程中的后噴射，向前段氧化催 化劑18噴射未燃燃料。
在尿素水溶液的供給控制中，ECU31根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)1的運(yùn)行狀態(tài) 或設(shè)置在噴射嘴27附近的未圖示的溫度傳感器的檢測值等，控制從 噴射嘴27噴射的尿素水溶液的噴射量。噴射的尿素水溶液在連結(jié)管 22內(nèi)流動(dòng)的過程中，利用排氣熱量及排氣中的水蒸汽而加水分解， 生成NH3。這樣生成的NH3被輸送至下游側(cè)的SCR催化劑24，在 SCR催化劑24中使用NH3將排氣中的NOx還原為無害的N2。在SCR 催化劑24中剩余的NH3由后段氧化催化劑25處理。后段氧化催化 劑25還進(jìn)行在DPF 19的PM的燃燒中產(chǎn)生的CO的處理。
上述SCR催化劑24中的NOx的還原作用，受到從噴射嘴27 的尿素水溶液的供給狀態(tài)很大的影響。因此，在本實(shí)施方式中，向以 上述方式設(shè)置多個(gè)通孔22a的連結(jié)管22內(nèi)噴射尿素水溶液。以下對(duì) 于這種結(jié)構(gòu)所起的作用效果進(jìn)行說明。
圖3是對(duì)應(yīng)于圖2而表示排氣流動(dòng)狀態(tài)的局部放大剖面圖。在第1殼體17的混合室20內(nèi)，排氣經(jīng)由各通孔22a被導(dǎo)入連結(jié)管22內(nèi)。如箭頭所示，在連結(jié)管22內(nèi)，排氣經(jīng)由周圍的各通孔22a從連結(jié)管22的全周向中心部集中， 一邊相互碰撞一邊向下游側(cè)的第2殼體23流動(dòng)。通過相互碰撞，排氣被強(qiáng)力地?fù)璋?，從噴射?7向該攪拌的排氣中噴射尿素水溶液。因此，噴射的尿素水溶液在充分?jǐn)U散到排氣中并霧化的狀態(tài)下，向第2殼體23側(cè)輸送。
另外，從連結(jié)管22的全周的各通孔22a噴出的排氣，在連結(jié)管22內(nèi)促進(jìn)尿素水溶液的擴(kuò)散'霧化作用，同時(shí)，抑制尿素水溶液向連結(jié)管22的內(nèi)周面附著。因?yàn)闀簳r(shí)附著在內(nèi)周面上的尿素水溶液很難擴(kuò)散到排氣中及霧化，所以其結(jié)果，這種附著抑制作用也有助于擴(kuò)散及霧化促進(jìn)。
此外，連結(jié)管22內(nèi)的攪拌作用，在排氣相互碰撞的中心部最強(qiáng)。因?yàn)槟蛩厮芤簭膰娚渥?7沿連結(jié)管22的中心軸線L噴射，所以其結(jié)果，在連結(jié)管22內(nèi)輸送過程中的尿素水溶液持續(xù)受到強(qiáng)烈的攪拌作用。因此，可以使尿素水溶液的擴(kuò)散及霧化的促進(jìn)更加可靠，同時(shí)可以更加可靠地抑制向連結(jié)管22的內(nèi)周面附著。
由于以上主要原因，噴射到連結(jié)管22內(nèi)的尿素水溶液在排氣內(nèi)充分?jǐn)U散及霧化，在連結(jié)管22內(nèi)因尿素水溶液加水分解而生成的NH3，被大致均勻地供給至下游側(cè)的SCR催化劑24的各部位。由此，可以最大限度發(fā)揮SCR催化劑24對(duì)NOx的還原作用，可靠地還原在排氣中包含的NOx，而凈化排氣。
另外，因?yàn)檫B結(jié)管22的通孔22a的總開口面積大于連結(jié)管22的通路剖面積，所以不會(huì)發(fā)生因使排氣在各通孔22a內(nèi)流通而使壓力損失增大的問題，可以事先防止由此引起的發(fā)動(dòng)機(jī)1的排壓增加。
艮P，根據(jù)本實(shí)施方式的排氣凈化裝置2，即使為了防止壓力損失增加而使通孔22a的總開口面積稍微增大，也不會(huì)妨礙利用上述各通孔22a獲得的排氣的攪拌作用。其結(jié)果，在本實(shí)施方式的排氣凈化裝置2中，尿素水溶液的擴(kuò)散'霧化的促進(jìn)與發(fā)動(dòng)機(jī)1的排壓增加的抑制不一定成為矛盾的關(guān)系。因此，本實(shí)施方式的排氣凈化裝置2可以高水平地同時(shí)實(shí)現(xiàn)尿素水溶液的擴(kuò)散'霧化的促進(jìn)、和發(fā)動(dòng)機(jī)1的排壓降低，同時(shí)實(shí)現(xiàn)良好的排氣凈化性能和運(yùn)行性能。
另外，在本實(shí)施方式的排氣凈化裝置2中，在以貫穿第1殼體
17的方式配置的連結(jié)管22的左端(相當(dāng)于上游側(cè))設(shè)置噴射嘴27。因此，如圖3所示，從噴射嘴27至SCR催化劑24的距離A較長，可以最大限度地確保尿素水溶液經(jīng)由連結(jié)管22內(nèi)而到達(dá)SCR催化劑24上的時(shí)間。其結(jié)果，該主要原因也有助于尿素水溶液的擴(kuò)散及霧化的促進(jìn)。
在混合室20中，因?yàn)樾枰灤┡渲眠B結(jié)管22，所以需要一定程度的容積，該混合室20設(shè)置在收容前段氧化催化劑18及DPF 19的第1殼體17內(nèi)的最下游側(cè)。因此，本實(shí)施方式的排氣凈化裝置2，與例如在發(fā)動(dòng)機(jī)1的排氣通路13上，與第1殼體17獨(dú)立地設(shè)置混合室20的情況相比，還具有可以使排氣凈化裝置2小型化的優(yōu)點(diǎn)。
下面，對(duì)于本發(fā)明的實(shí)施方式2涉及的發(fā)動(dòng)機(jī)1的排氣凈化裝置2'，參照附圖詳細(xì)地說明。在本實(shí)施方式的排氣凈化裝置2'中，與第1實(shí)施方式的排氣凈化裝置2相比，連結(jié)管41的結(jié)構(gòu)與圖2所示的連結(jié)管22不同，排氣凈化裝置2'的整體結(jié)構(gòu)如圖l所示，與第1實(shí)施方式的排氣凈化裝置2相同。因此，與第l實(shí)施方式相同結(jié)構(gòu)的位置標(biāo)注共通的部件編號(hào)而省略說明，下面對(duì)于與第1實(shí)施方式不同的方面重點(diǎn)說明。
圖4是表示第1殼體17和第2殼體23的連接部分的局部放大剖面圖。圖5是表示排氣流動(dòng)狀態(tài)的沿圖4中的V — V線的剖面圖。在第1殼體17的向混合室20內(nèi)露出的連結(jié)管22的部分(插入部分)上，設(shè)置多個(gè)通孔41a、 41b。各通孔41a、 41b與第1實(shí)施方式的各通孔22a同樣地，均勻地分散配置。通孔41a、 41b的總開口面積設(shè)定得大于連結(jié)管41的通路剖面積這一點(diǎn)，也與第1實(shí)施方式相同。但是，在本實(shí)施方式中，連結(jié)管41上的通孔41a、 41b分為大直徑孔和小直徑孔。具體地說，以包含連結(jié)管41的中心軸線L在內(nèi)而鉛直延伸的假想平面為界，在排氣的流動(dòng)方向的上游側(cè)(即DPF19側(cè))設(shè)置小直徑的通孔41a，在排氣流動(dòng)方向的下游側(cè)(即與DPF 19相反一側(cè))設(shè)置大直徑的通孔41b。
14這些各通孔41a、41b的直徑鑒于以下要素而設(shè)定。如圖5所示， 通過DPF 19后的排氣，對(duì)應(yīng)于連結(jié)管41的部位而向各通孔41a、41b 的流動(dòng)狀況不同。如圖5中箭頭所示，通過DPF 19后的排氣主要直 接向排氣流動(dòng)方向的上游側(cè)的通孔41a流動(dòng)，與之相對(duì)，通過DPF 19 后的排氣與第1殼體17的內(nèi)壁碰撞而以U字型回轉(zhuǎn)后，主要向排氣 流動(dòng)方向下游側(cè)的通孔41b流動(dòng)。由于這種不同，與排氣流動(dòng)方向上 游側(cè)的通孔41a相比，排氣很難向下游側(cè)的通孔41b流動(dòng)。這種流動(dòng) 狀況的差別，引起連結(jié)管41內(nèi)的排氣攪拌不均，進(jìn)而成為妨礙還原 劑(輔助劑)即尿素水溶液的擴(kuò)散及霧化的主要原因。
在本實(shí)施方式的排氣凈化裝置2，中，因?yàn)槿缟纤?，與排氣流 動(dòng)方向的上游側(cè)的通孔41a相比，下游側(cè)的通孔41b直徑較大，所以 排氣向這些各通孔41a、 41b流動(dòng)的狀況的差別減輕，在連結(jié)管41 內(nèi)，排氣被良好地?cái)嚢?。因此，在排氣?jīng)過各通孔41a、 41b被導(dǎo)入 連結(jié)管41內(nèi)時(shí)，可以最大限度獲得攪拌作用。由此，與第l實(shí)施方 式的排氣凈化裝置2相比，可以防止發(fā)動(dòng)機(jī)1的排壓增加，并且實(shí)現(xiàn) 更良好的尿素水溶液的擴(kuò)散'霧化。其結(jié)果，可以進(jìn)一步提高由SCR 催化劑24的NOx還原所起到的排氣凈化作用。
此外，在本實(shí)施方式中，作為連結(jié)管41的各通孔41a、 41b，設(shè) 定2種直徑，但直徑的種類不限于此。例如，也可以按照從上游側(cè)向 下游側(cè)，使各通孔41a、 41b的直徑逐漸擴(kuò)大的方式設(shè)定。
下面，對(duì)于本發(fā)明的實(shí)施方式3涉及的發(fā)動(dòng)機(jī)1的排氣凈化裝 置2"，參照附圖詳細(xì)地說明。在本實(shí)施方式的排氣凈化裝置2"中， 與第i實(shí)施方式的排氣凈化裝置2相比，第1殼體17和第2殼體23 的配置不同，與之相伴，第1殼體17相對(duì)于混合室20的連結(jié)管51 的連接狀態(tài)不同。由此，對(duì)于與第1實(shí)施方式相同結(jié)構(gòu)的位置標(biāo)注相 同的標(biāo)號(hào)并省略說明，下面，對(duì)于與第1實(shí)施方式不同的方面重點(diǎn)進(jìn) 行說明。
圖6是表示第1殼體17與第2殼體23的連接部分的局部放大 剖面圖。簡單地說，與不規(guī)則地配置排氣凈化裝置2"的第1及第2 實(shí)施方式不同，在本實(shí)施方式中，與一般的卡車同樣地，將排氣凈化裝置2"的各結(jié)構(gòu)部件直列配置。即，相對(duì)于收容前段氧化催化劑18
及DPF 19的第1殼體17，以在后方直列連續(xù)的方式配置第2殼體 23，在其內(nèi)部收容SCR催化劑24及后段氧化催化劑25。
在第1殼體17內(nèi)的DPF 19的下游側(cè)形成混合室20。連結(jié)管51 從與第1殼體17連接的位置開始，進(jìn)一步向前方延伸設(shè)置，插入混 合室20內(nèi)。在混合室20內(nèi)，在連結(jié)管51的前端焊接蓋體51b，由 此，使連結(jié)管51的前端封閉。在連結(jié)管51向混合室20內(nèi)露出的部 分(插入部分)上，設(shè)置使連結(jié)管51內(nèi)外連通的多個(gè)通孔51a。此 外，在本實(shí)施方式中，與第l實(shí)施方式相同地，使全部的各通孔51a 直徑相同，同時(shí)均勻地分散配置，但通孔51a的形狀及配置不限于此。 例如，也可以如第2實(shí)施方式所示，使通孔51a的直徑在上游側(cè)和下 游側(cè)不同，從而使各通孔51a的分布不均勻。
在第1殼體17的外周面的一側(cè)固定噴射嘴52。噴射嘴52的前 端部52a貫穿第1殼體17的壁面而延伸至混合室20內(nèi)的中心部，并 且向下游側(cè)彎曲而形成，貫穿蓋體51b的中心部而插入連結(jié)管51內(nèi)。
在按照上述方式構(gòu)成的本實(shí)施方式的排氣凈化裝置2"中，與上 述第l實(shí)施方式相同地，ECU31控制還原劑(輔助劑)即尿素水溶 液從噴射嘴27的供給狀態(tài)。另外，在混合室20內(nèi)，排氣經(jīng)由各通孔 51a被導(dǎo)入連結(jié)管51內(nèi)，在連結(jié)管51內(nèi)，排氣與第1實(shí)施方式同樣 地被攪拌。通過從噴射嘴27向這樣攪拌的排氣中噴射尿素水溶液， 可以促進(jìn)尿素水溶液的擴(kuò)散及霧化。由此，重復(fù)的說明省略，在本實(shí) 施方式中也可以獲得在第1實(shí)施方式中說明的各作用效果。
至此結(jié)束本發(fā)明的實(shí)施方式的說明，但本發(fā)明的方式不限于上 述實(shí)施方式。例如，在上述實(shí)施方式中，在具有SCR催化劑24的柴 油發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣凈化裝置中應(yīng)用本發(fā)明，但本發(fā)明的應(yīng)用對(duì)象不限于 此。例如，對(duì)于汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，因?yàn)橐泊嬖诩俣ㄏ”∪紵\(yùn)行時(shí)而設(shè)置 SCR催化劑24的情況，所以也可以將本發(fā)明應(yīng)用于這種汽油發(fā)動(dòng)機(jī)。
另外，在上述實(shí)施方式中，為了供給SCR催化劑24的尿素水 溶液的擴(kuò)散及霧化，利用在連結(jié)管22、 41、 51中對(duì)排氣的攪拌。但 是，這種排氣攪拌的利用方式不限于此。例如，從與上述實(shí)施方式的DPF 19相關(guān)的說明中可知，在利用前段氧化催化劑18使從燃料噴射
閥21供給的未燃燃料(輔助劑)氧化反應(yīng)，而使DPF 19升溫的強(qiáng) 制再生過程中，為了最大限度地由前段氧化催化劑18進(jìn)行未燃燃料 的氧化反應(yīng)，希望盡可能均勻地向前段氧化催化劑18的各部位供給 未燃燃料。因此，可以在前段氧化催化劑18的上游側(cè)，設(shè)置與上述 各實(shí)施方式相同的具有連結(jié)管的混合室20，通過從配置在該連結(jié)管 上的燃料噴射閥21，向在連結(jié)管內(nèi)攪拌的排氣中噴射未燃燃料，實(shí) 現(xiàn)未燃燃料的擴(kuò)散及霧化。在這種情況下，前段氧化催化劑18相當(dāng) 于本發(fā)明的排氣凈化設(shè)備。
另外，在作為其他NOx催化劑而公知的吸附型NOx催化劑中， 會(huì)發(fā)生取代NOx而吸附SOx (硫酸氧化物)，使凈化性能下降的現(xiàn) 象，即所謂的硫中毒。因此，必須在NOx催化劑的上游側(cè)配置前段 氧化催化劑，利用前段氧化催化劑中的未燃燃料(輔助劑)的氧化反 應(yīng)熱使NOx催化劑的溫度上升，執(zhí)行用于去除吸附的SOx的SOx 凈化。因此，為了該SOx凈化，可以在上述DPF 19的強(qiáng)制再生中采 用與應(yīng)用本發(fā)明的情況相同的結(jié)構(gòu)。在這種情況下，前段氧化催化劑 也相當(dāng)于本發(fā)明的排氣凈化設(shè)備。
另外，在上述實(shí)施方式中，在連結(jié)管22、 41、 51的全周設(shè)置通 孔22a、 41a、 41b、 51a，但不一定要在連結(jié)管的全周設(shè)置通孔。例 如，可以在連結(jié)管的外周面相互正對(duì)的2個(gè)位置，沿各自的長度方向 以列狀配置通孔。在這種情況下，可以通過在連結(jié)管內(nèi)使排氣碰撞而 得到良好的攪拌效果。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣凈化裝置，其特征在于，具有第1殼體，其配置在發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣通路上；第2殼體，其配置在上述排氣通路的上述第1殼體的下游側(cè)，收容排氣凈化設(shè)備；連結(jié)管，其將上述第1殼體與第2殼體連通，并且具有插入上述第1殼體內(nèi)的插入部分，該連結(jié)管通過在上述插入部分上設(shè)置使其內(nèi)外連通的多個(gè)通孔，從而經(jīng)由各通孔，將上述第1殼體內(nèi)的排氣導(dǎo)入上述連結(jié)管內(nèi)，向上述第2殼體引導(dǎo)；以及噴射嘴，其前端部插入配置在上述連結(jié)管內(nèi)，利用上述前端部噴射上述排氣凈化設(shè)備所需的輔助劑。
2. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣凈化裝置，其特征在于，上述第1殼體為大致筒狀，上述第2殼體相對(duì)于上述第1殼體的中心軸線，配置在側(cè)方，上述連結(jié)管配置為，使其上游側(cè)部分從上述第l殼體的一個(gè)側(cè)面貫穿至另一個(gè)側(cè)面，在位于上述第1殼體內(nèi)的上述插入部分上形成上述通孔。
3. 如權(quán)利要求2所述的發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣凈化裝置，其特征在于，上述連結(jié)管的上述通孔設(shè)置為，與配置于上述第1殼體內(nèi)的排氣流動(dòng)方向上游側(cè)的通孔的直徑相比，使配置于下游側(cè)的通孔的直徑較大。
4. 如權(quán)利要求2所述的發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣凈化裝置，其特征在于，上述連結(jié)管，使實(shí)質(zhì)上相同直徑的通孔，實(shí)質(zhì)上均勻地配置在上述插入部分上。
5. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣凈化裝置，其特征在于，上述連結(jié)管的上述通孔設(shè)置為，使上述通孔的總開口面積大于上述連結(jié)管的通路剖面積。
6. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣凈化裝置，其特征在于，上述噴射嘴沿上述連結(jié)管的中心軸線，從排氣流動(dòng)方向的上游側(cè)向下游側(cè)噴射輔助劑。
7. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣凈化裝置，其特征在于，上述第1殼體構(gòu)成大致筒狀，上述第2殼體配置在上述第1殼體的中心軸線方向上，上述連結(jié)管，通過使一端與上述第2殼體連接，并從上述第2殼體向上述第1殼體延伸設(shè)置，從而使另一端側(cè)的部分貫穿位于上述第2殼體側(cè)的上述第1殼體的端部，而插入上述第殼體內(nèi)，上述噴射嘴從位于上述第1殼體內(nèi)的上述連結(jié)管的端部側(cè)，噴射上述輔助劑。
8. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣凈化裝置，其特征在于，上述噴射嘴噴射尿素水溶液作為上述輔助劑，上述排氣凈化設(shè)備是選擇還原型NOx催化劑，其使用由從上述噴射嘴噴射的尿素水溶液生成的氨，還原排氣中的NOx。
9. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣凈化裝置，其特征在于，上述噴射嘴噴射燃料作為上述輔助劑，上述排氣凈化設(shè)備是前段氧化催化劑，其通過使從上述噴射嘴噴射的燃料發(fā)生氧化反應(yīng)，使排氣溫度上升，從而對(duì)配置于下游側(cè)的柴油機(jī)顆粒物過濾器進(jìn)行強(qiáng)制再生。
10. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣凈化裝置，其特征在于，上述噴射嘴噴射燃料作為上述輔助劑，上述排氣凈化設(shè)備是前段氧化催化劑，其通過使從上述噴射嘴噴射的燃料發(fā)生氧化反應(yīng)，使排氣溫度上升，從而進(jìn)行配置于下游側(cè)的吸附型NOx催化劑的SOX凈化。
全文摘要
本發(fā)明提供一種發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣凈化裝置，其具有第1殼體(17)，其配置在排氣通路(13)上；第2殼體(23)，其配置在第1殼體(17)的下游側(cè)，收容排氣凈化設(shè)備(24)；連結(jié)管(22、41、51)，其使第1殼體與第2殼體連通，具有插入第1殼體內(nèi)的插入部分；以及噴射嘴(27、52)，其利用插入配置在連結(jié)管(22、41、51)內(nèi)的前端部噴射輔助劑。通過在連結(jié)管(22、41、51)的插入部分設(shè)置使其內(nèi)外連通的多個(gè)通孔(22a、41a、41b、51a)，而經(jīng)由各連通孔，將第1殼體(17)內(nèi)的排氣導(dǎo)入連結(jié)管(22、41、51)內(nèi)，并向第2殼體(23)引導(dǎo)。
文檔編號(hào)F01N3/28GK101675222SQ20088001421
公開日2010年3月17日 申請(qǐng)日期2008年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月1日
發(fā)明者山崎聰, 平沼智, 齋藤真一, 武田好央, 藤田博昭 申請(qǐng)人:三菱扶?？蛙囍晔綍?huì)社