專利名稱：發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣凈化裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種使用還原劑來(lái)還原除去排氣中的氮氧化物(NOx)的發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣凈化裝置，詳細(xì)地，涉及一種在排氣通路內(nèi)設(shè)置回旋氣流發(fā)生裝置，令排氣產(chǎn)生回旋氣流，以此提高排氣的凈化效率的發(fā)動(dòng)機(jī)排氣凈化裝置。
背景技術(shù)：
作為除去發(fā)動(dòng)機(jī)排氣中所含的NOx的催化劑凈化系統(tǒng)，以往人們提出了排氣凈化裝置。這種排氣凈化裝置中，在發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣通路內(nèi)設(shè)置NOx還原催化劑，通過(guò)從設(shè)置在NOx還原催化劑的排氣上游側(cè)的噴嘴噴射尿素水溶液等還原劑，令排氣與還原劑混合，用NOx還原催化劑令排氣中的NOx與還原劑產(chǎn)生催化還原反應(yīng)，從而將NOx凈化處理為無(wú)害成分(例如，參照專利文獻(xiàn)1)。
專利文獻(xiàn)1特開2001-20724號(hào)公報(bào)發(fā)明內(nèi)容但是，這種傳統(tǒng)的排氣凈化裝置中，在NOx還原催化劑的排氣上游側(cè)噴射還原劑時(shí)，存在還原劑與排氣的混合不充分之虞。如果還原劑與排氣的混合不充分的話，還原劑會(huì)不均勻地流入NOx還原催化劑，因此排氣的凈化效率可能降低。
因此，鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題點(diǎn)，本發(fā)明的目的是提供一種發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣凈化裝置，它通過(guò)在排氣通路內(nèi)設(shè)置回旋氣流發(fā)生裝置，令排氣中產(chǎn)生回旋氣流，從而提高排氣的凈化效率。
為了達(dá)成上述目的，第一發(fā)明的發(fā)動(dòng)機(jī)排氣凈化裝置的構(gòu)成包含有配設(shè)于發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣通路上、利用還原劑還原凈化排氣中的氮氧化物的還原催化劑；在上述排氣通路內(nèi)上述還原催化劑的排氣上游側(cè)噴射供給還原劑的噴嘴；設(shè)置在上述噴嘴的還原劑的噴射位置的排氣上游側(cè)、令排氣產(chǎn)生以上述排氣通路的軸心為中心進(jìn)行螺旋狀回旋的回旋氣流的回旋氣流發(fā)生裝置。
另外，上述回旋氣流發(fā)生裝置由相對(duì)排氣的流通方向、沿規(guī)定角度延伸的位于上述排氣通路上的多個(gè)葉片構(gòu)成。
此外，上述葉片通過(guò)在與上述排氣通路的橫截面大致同一形狀的薄板上切開切縫并拉起所形成。
此外，上述葉片設(shè)置于沿上述排氣通路的大致軸心向排氣下游側(cè)延伸的上述噴嘴的外周面及上述排氣通路的內(nèi)周面的至少其中一方。
另外，上述排氣通路形成為在上述噴嘴的排氣上游側(cè)能夠以與氣流垂直的面分割，上述葉片通過(guò)在將夾裝于將分割的排氣通路的分割處互相連接的凸緣間的墊片上切開切縫并拉起而形成。
此外，上述還原催化劑的直徑比其排氣上游側(cè)的上述排氣通路的橫截面的直徑大，上述排氣通路形成為，在流向上述還原催化劑的排氣流入部，其端部向著排氣下游側(cè)呈喇叭形直徑擴(kuò)大。
另外，上述還原催化劑的直徑比其排氣上游側(cè)的上述排氣通路的橫截面的直徑大，上述排氣通路形成為，至少在上述噴嘴和上述還原催化劑之間的一部分，向著排氣下游側(cè)呈大致錐形直徑擴(kuò)大。
第二發(fā)明的發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣凈化裝置的構(gòu)成具備有配設(shè)于發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣通路上、利用還原劑將排氣中的氮氧化物還原凈化的還原催化劑；在上述排氣通路內(nèi)，在上述還原催化劑的排氣上游側(cè)噴射供給還原劑的噴嘴；配設(shè)于上述噴嘴的排氣上游側(cè)并橫貫上述排氣通路的隔板，所述隔板的中央部具有令通過(guò)該排氣通路的排氣產(chǎn)生螺旋狀回旋的回旋氣流的回旋氣流發(fā)生裝置，該回旋氣流發(fā)生裝置的周邊區(qū)域散點(diǎn)狀形成有令排氣向下游側(cè)流出的排氣孔；構(gòu)成上述排氣通路一部分的連接排氣管，所述連接排氣管在內(nèi)部包含有上述回旋氣流發(fā)生裝置并與上述隔板接合，在上述回旋氣流發(fā)生裝置近旁的側(cè)面上，形成有將從隔板的排氣孔流出的排氣引入內(nèi)部的排氣導(dǎo)入孔。
上述隔板的回旋氣流發(fā)生裝置是由數(shù)個(gè)葉片構(gòu)成，該葉片以相對(duì)上述隔板中央部呈放射狀延伸的邊為折線切開多條切縫，將其外端向排氣下游側(cè)成規(guī)定角度彎折從而令排氣產(chǎn)生螺旋狀回旋的回旋氣流。
此外，上述連接排氣管的排氣導(dǎo)入孔這樣形成，其排氣上游側(cè)邊緣部比上述回旋氣流發(fā)生裝置的葉片前端部位于排氣上游側(cè)。
根據(jù)權(quán)利要求1涉及的發(fā)明，通過(guò)回旋氣流發(fā)生裝置，可令發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣產(chǎn)生以排氣通路的軸心為中心進(jìn)行螺旋狀回旋的回旋氣流。由于噴嘴向產(chǎn)生該回旋氣流的排氣噴射供給還原劑，因此可以促進(jìn)還原劑與排氣的混合。據(jù)此，由于大致均勻地混合有還原劑的排氣流入了還原催化劑，因而可以提高還原催化劑中的排氣凈化效率。
此外，由于回旋氣流發(fā)生裝置位于噴嘴噴射還原劑的位置的排氣上游側(cè)，因此噴嘴所噴射供給的還原劑不會(huì)附著在回旋氣流發(fā)生裝置上。因此，在回旋氣流發(fā)生裝置上不會(huì)析出還原劑的成分。
此外，根據(jù)權(quán)利要求2涉及的發(fā)明，通過(guò)令排氣沿著葉片通過(guò)，可以改變排氣的流通方向，令排氣產(chǎn)生回旋氣流。
根據(jù)權(quán)利要求3～5任意一項(xiàng)所涉及的發(fā)明，可以容易地形成葉片。特別是根據(jù)權(quán)利要求5所涉及的發(fā)明，僅需要改變墊片，就可以容易地令排氣產(chǎn)生回旋氣流。
此外，根據(jù)權(quán)利要求6涉及的發(fā)明，產(chǎn)生有回旋氣流的排氣會(huì)沿著呈喇叭形直徑擴(kuò)大的排氣通路的內(nèi)周面，邊擴(kuò)散邊流入直徑較排氣上游側(cè)的排氣通路的橫截面大的還原催化劑。據(jù)此，由于排氣會(huì)急速擴(kuò)散、大致均勻地流入還原催化劑，因此可以提高還原催化劑的排氣凈化效率。
根據(jù)權(quán)利要求7所涉及的發(fā)明，產(chǎn)生回旋氣流的排氣在通過(guò)至少噴嘴和還原催化劑之間的一部分呈大致錐形直徑擴(kuò)大的排氣通路時(shí)，一邊沿著排氣通路的內(nèi)周面回旋，一邊向排氣通路的徑向外方擴(kuò)散。據(jù)此，排氣在排氣通路內(nèi)充分?jǐn)U散，大致均勻地流入還原催化劑，因此可以提高還原催化劑的排氣凈化效率。
根據(jù)權(quán)利要求8所涉及的發(fā)明，在噴嘴的排氣上游側(cè)橫貫排氣通路的隔板中央部，設(shè)置回旋氣流發(fā)生裝置，令排氣產(chǎn)生呈螺旋狀回旋的回旋氣流，在隔板的回旋氣流發(fā)生裝置的周邊區(qū)域散點(diǎn)狀地設(shè)置排氣孔，同時(shí)在構(gòu)成排氣通路一部分的連接排氣管的側(cè)面設(shè)置排氣導(dǎo)入孔，通過(guò)上述的排氣孔和排氣導(dǎo)入孔將一部分排氣引入上述回旋氣流發(fā)生裝置的附近，據(jù)此，通過(guò)上述排氣的回旋氣流可以促進(jìn)噴嘴所噴射供給的還原劑與排氣的混合，提高排氣凈化效率，抑制排氣集中于回旋氣流發(fā)生裝置內(nèi)，降低排氣阻力。
此外，根據(jù)權(quán)利要求9所涉及的發(fā)明，在隔板上，以相對(duì)其中央部呈放射狀延伸的邊為折線切開多條切縫，將外端部向排氣下游側(cè)成規(guī)定角度彎折后形成多個(gè)葉片，從而可以通過(guò)簡(jiǎn)單的構(gòu)造令排氣產(chǎn)生螺旋狀回旋的回旋氣流。
根據(jù)權(quán)利要求10所涉及的發(fā)明，將上述連接排氣管的排氣導(dǎo)入孔形成為，使得該排氣上游側(cè)邊緣部比回旋氣流發(fā)生裝置的葉片前端部位于排氣上游側(cè)，由此可以維持排氣的回旋氣流。因此，可以進(jìn)一步促進(jìn)還原劑和排氣的混合，提高排氣的凈化效率。


圖1是第一發(fā)明的發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣凈化裝置的第一實(shí)施形態(tài)的概略構(gòu)成圖。
圖2是適用于上述實(shí)施形態(tài)的隔板的構(gòu)成例子的立體圖。
圖3是顯示上述實(shí)施形態(tài)中的排氣管及空間內(nèi)的排氣流，(a)為未設(shè)置隔板時(shí)的說(shuō)明圖，(b)為設(shè)置隔板時(shí)的說(shuō)明圖。
圖4是顯示葉片形狀的另一實(shí)施例的構(gòu)造圖。
圖5是顯示葉片形狀的又一實(shí)施例的構(gòu)造圖，(a)為主視圖，(b)為側(cè)面圖。
圖6是顯示排氣管形狀的其他的實(shí)施例的構(gòu)造圖。
圖7是顯示上述發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣凈化裝置的第二實(shí)施形態(tài)的概略構(gòu)成圖。
圖8是適用于上述實(shí)施形態(tài)的墊片的構(gòu)造例子的立體圖。
圖9是顯示第二發(fā)明的發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣凈化裝置的實(shí)施形態(tài)的概略構(gòu)成圖。
圖10是適用于上述實(shí)施形態(tài)的隔板的構(gòu)成例子的俯視圖。
圖11是上述實(shí)施形態(tài)下的擴(kuò)大氧化催化劑的外殼部分的截面圖。
圖12是上述實(shí)施形態(tài)下的葉片前端和排氣導(dǎo)入孔的排氣上游側(cè)邊緣部之間的位置關(guān)系的說(shuō)明圖。
圖13是圖12的各個(gè)位置關(guān)系中，噴嘴所噴射供給的尿素水溶液的擴(kuò)散狀態(tài)的說(shuō)明圖，(a)為圖12的(a)的位置關(guān)系的情況，(b)為圖12的(b)的位置關(guān)系的情況。
符號(hào)的說(shuō)明1......發(fā)動(dòng)機(jī)2......排氣管(排氣通路)2a......排氣管(連接排氣管)2b......端部4......NOx還原催化劑(還原催化劑)5......噴嘴5a......噴孔10......隔板11，12，13......葉片(回旋氣流發(fā)生裝置)11d......葉片的前端14......凸緣15......墊片17......排氣孔18......排氣導(dǎo)入孔18a......排氣上游側(cè)的邊緣部
具體實(shí)施例方式
以下根據(jù)附圖，詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)。
圖1所示為第一發(fā)明的發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣凈化裝置的第一實(shí)施形態(tài)的概略構(gòu)成圖。該排氣凈化裝置利用還原劑還原除去排氣中的氮氧化物(NOx)，它的構(gòu)成包含有配設(shè)在發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣通路上、利用還原劑還原凈化排氣中的氮氧化物的還原催化劑；在上述排氣通路內(nèi)、在上述還原催化劑的排氣上游側(cè)噴射供給還原劑的噴嘴；設(shè)置在上述噴嘴噴射還原劑的位置的排氣上游側(cè)、令排氣以上述排氣通路的軸心為中心螺旋狀地產(chǎn)生回旋的回旋氣流發(fā)生裝置。
發(fā)動(dòng)機(jī)1的排氣通路即排氣管2上，從排氣上游側(cè)起依次為將排氣中的一氧化氮氧化為二氧化氮的氧化催化劑3、將NOx還原凈化的NOx還原催化劑4。此外，在氧化催化劑3和NOx還原催化劑4之間的排氣管2a上，設(shè)置有將作為還原劑的尿素水溶液向排氣管2a內(nèi)噴射供給的噴嘴5。噴嘴5根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)供給尿素水溶液。另外，雖然本實(shí)施形態(tài)中使用尿素水溶液作為還原劑，但還可以使用氨水溶液、以烴為主成分的輕油等。
NOx還原催化劑4中，在形成為直徑較排氣管2a大的大致圓桶狀的外殼6內(nèi)，內(nèi)置有例如附載有沸石類活性成分的催化劑載體7。催化劑載體7設(shè)置為與外殼6的排氣上游側(cè)端部6a之間隔開第1規(guī)定間隔L1。從而，外殼6的內(nèi)部，在催化劑載體7的排氣上游側(cè)形成有空間8。在外殼6的排氣上游側(cè)端部6a的大致中心處，插入有排氣管2a，其上開口有作為排氣流入部的端部2b。排氣管2a設(shè)置為使得端部2b與催化劑載體7之間隔開第2規(guī)定間隔L2，同時(shí)，端部2b附近通過(guò)固定板9固定在外殼6上。此外，端部2b的內(nèi)周面在空間8內(nèi)向著排氣下游側(cè)呈喇叭形擴(kuò)大。另外，第2規(guī)定間隔L2可根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)1的規(guī)格、排氣管2a的內(nèi)徑、外殼6的內(nèi)徑等適宜地設(shè)定。第1規(guī)定間隔L1只要較第2規(guī)定間隔L2寬，使得呈喇叭形的端部2b裝入外殼6即可。
排氣管2a中，在噴嘴5的排氣上游側(cè)，設(shè)置有令排氣產(chǎn)生以排氣管2a的軸心為中心、呈螺旋狀回旋的回旋氣流的回旋氣流發(fā)生裝置。如圖2所示，上述隔板10上，通過(guò)將與排氣管2a的截面大致同樣形狀的薄板切開切縫并拉起，形成相對(duì)于排氣的流通方向以規(guī)定角度延伸、作為回旋氣流發(fā)生裝置的多個(gè)葉片11。葉片11的枚數(shù)和角度等可根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)1的規(guī)格、排氣管2a的內(nèi)徑、外殼6的內(nèi)徑等適宜地設(shè)定。
根據(jù)上述的構(gòu)造，發(fā)動(dòng)機(jī)1的排氣，通過(guò)葉片11，產(chǎn)生以排氣管2a的軸心為中心呈螺旋狀回旋的回旋氣流。之后，噴嘴5向產(chǎn)生了該回旋氣流的排氣中噴射供給與發(fā)動(dòng)機(jī)1的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)相適應(yīng)的量的尿素水溶液。從噴嘴5噴射出的尿素水溶液在排氣熱和排氣中的水蒸氣的作用下，加水分解生成氨。氨與排氣一邊混合一邊流入NOx還原催化劑4中。這樣，在NOx還原催化劑4中，氨與排氣中的NOx反應(yīng)，從而將排氣中的NOx凈化為水和無(wú)害的氣體。
此時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)1的排氣通過(guò)氧化催化劑3，由此排氣中的一氧化氮氧化成為二氧化氮。據(jù)此，排氣中的一氧化氮的比例減少，排氣中的一氧化氮和二氧化氮的比例接近NOx還原催化劑中凈化的最佳比例，因此可以提高NOx還原催化劑4中的排氣的凈化效率。
此外，由于是利用隔板10以及葉片11令排氣產(chǎn)生回旋氣流，尿素水溶液被噴射供給到產(chǎn)生了該種回旋氣流的排氣中，因此促進(jìn)尿素水溶液和排氣的混合。據(jù)此，在促進(jìn)尿素水溶液的加水分解的同時(shí)，排氣與尿素水溶液所生成的氨也大致均勻地混合。另外，由于排氣管2a的端部2b呈喇叭形擴(kuò)大，因此產(chǎn)生了回旋氣流的排氣會(huì)沿著喇叭形的排氣管2a的內(nèi)周面一邊擴(kuò)散一邊從端部2b流入空間8內(nèi)，在空間8內(nèi)急速擴(kuò)散。據(jù)此，大致均勻地混合有氨的排氣大致均勻地流入NOx還原催化劑4的催化劑載體7內(nèi)，因此可以提高NOx還原催化劑4中的排氣的凈化效率。
此外，由于隔板10位于噴嘴5的排氣上游，因此隔板10上不會(huì)附著噴嘴5所噴射出的尿素水溶液。因而隔板10上不會(huì)析出尿素水溶液的成分——尿素。
圖3是以端部2b形成喇叭形為前提，模擬了排氣管2a內(nèi)以及空間8內(nèi)的排氣氣流的圖示。圖3的(a)所示的是噴嘴5的排氣上游未設(shè)置隔板10時(shí)的排氣氣流，圖3的(b)所示的是噴嘴5的排氣上游設(shè)置有隔板10時(shí)的排氣氣流。因此可以判明，以端部2b形成喇叭形為前提，設(shè)置隔板10時(shí)，排氣在空間8內(nèi)更為擴(kuò)散，更為大致均勻地流入催化劑載體7內(nèi)。
此外，也可以代替設(shè)置隔板10，如圖4所示，在沿排氣管2a的大致軸心向排氣下游側(cè)延伸的噴嘴5的外周面，在噴射尿素水溶液的噴孔5a的排氣上游一側(cè)，作為回旋氣流發(fā)生裝置設(shè)置相對(duì)于排氣的流通方向以規(guī)定角度延伸的多個(gè)葉片12。此外，如圖5所示，也可以在噴孔5a的排氣上游側(cè)，在排氣管2a的內(nèi)周面，作為回旋氣流發(fā)生裝置設(shè)置相對(duì)于排氣的流通方向以規(guī)定角度延伸的多個(gè)葉片13。據(jù)此，與上述的隔板10以及葉片11相同，在噴射供給尿素水溶液之前，排氣已預(yù)先產(chǎn)生了回旋氣流，因此可以發(fā)揮同樣的效果。此外，通過(guò)在沿著排氣管2a的大致軸心向排氣下游側(cè)延伸的噴嘴5的外周面設(shè)置葉片12，同時(shí)在排氣管2a的內(nèi)周面設(shè)置葉片13，可以產(chǎn)生更強(qiáng)的回旋氣流，進(jìn)一步促進(jìn)尿素水溶液與排氣的混合。
此外，如圖6所示，也可以將排氣管2a設(shè)置為，在隔板10和NOx還原催化劑4之間，向著排氣下游側(cè)呈大致錐形擴(kuò)大，直至與NOx還原催化劑4的直徑大致相等。產(chǎn)生回旋氣流的排氣在通過(guò)呈錐形擴(kuò)大的排氣管2a時(shí)，會(huì)沿著排氣管2a的內(nèi)周面，一邊回旋一邊向排氣管2a的徑向外方擴(kuò)散。據(jù)此，由于排氣在排氣管2a內(nèi)充分?jǐn)U散、大致均勻地流入催化劑載體7內(nèi)，因此可以提高NOx還原催化劑4中的排氣的凈化效率。此時(shí)，如果令排氣管2a至少在噴嘴5和NOx還原催化劑4之間的一部分區(qū)域向著排氣下游側(cè)呈大致錐形擴(kuò)大的話，也能發(fā)揮同樣的效果。此外，令排氣管2a至少在噴嘴5和NOx還原催化劑4之間的一部分區(qū)域向著排氣下游側(cè)呈大致錐形擴(kuò)大的同時(shí)，用葉片12和葉片13中至少其中之一代替隔板10的話，也能發(fā)揮同樣的效果。
此外，如果是這樣的構(gòu)成，即如圖7所示，氧化催化劑3和噴嘴5之間的排氣管2a能夠以與排氣的氣流垂直的面分割，并利用凸緣14將分割的排氣管2a互相連接，此時(shí)，可在夾裝于凸緣14間的墊片15上形成葉片11。此時(shí)，例如如圖8所示，形成墊片15時(shí)，可利用用作排氣通路而被打通的中心的圓板部分，在墊片15上切開切縫并拉起，形成多個(gè)相對(duì)排氣的流通方向以規(guī)定的角度延伸的葉片11。據(jù)此，與隔板10相同，可以在噴射尿素水溶液之前令排氣預(yù)先產(chǎn)生回旋氣流。因此，在氧化催化劑3和噴嘴5之間被分割的排氣管2a通過(guò)凸緣14互相連接的結(jié)構(gòu)中，僅需改變墊片15，無(wú)需改變其它部件即可容易地發(fā)揮與如圖1所示的隔板10相同的效果。
接著，參照?qǐng)D9～圖13說(shuō)明第二發(fā)明的發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣凈化裝置。圖9為該發(fā)明的發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣凈化裝置的實(shí)施形態(tài)的概略構(gòu)成圖。該排氣凈化裝置的構(gòu)成具備有配設(shè)于發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣通路上、利用還原劑將排氣中的氮氧化物還原凈化的還原催化劑；在上述排氣通路內(nèi)，在上述還原催化劑的排氣上游側(cè)噴射供給還原劑的噴嘴；配設(shè)于上述噴嘴的排氣上游側(cè)并橫貫上述排氣通路的隔板，其中央部具有令通過(guò)該排氣通路的排氣產(chǎn)生螺旋狀回旋的回旋氣流的回旋氣流發(fā)生裝置，該回旋氣流發(fā)生裝置的周邊區(qū)域散點(diǎn)狀地形成有令排氣向下游側(cè)流出的排氣孔；構(gòu)成上述排氣通路一部分的連接排氣管，其內(nèi)部包含有上述回旋氣流發(fā)生裝置并與上述隔板接合，在上述回旋氣流發(fā)生裝置近旁的側(cè)面上，形成有將從所述隔板的排氣孔流出的排氣引入內(nèi)部的排氣導(dǎo)入孔。
一般情況下，以汽油或輕油為燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)1的排氣經(jīng)由作為排氣通路的排氣管2被排出至大氣中。詳細(xì)地，上述排氣管2中從排氣上游側(cè)起依次設(shè)置有一氧化氮(NO)的氧化催化劑3、作為還原催化劑的NOx還原催化劑4。
上述氧化催化劑3是將通過(guò)排氣管2內(nèi)的排氣中的NO以氧化反應(yīng)氧化生成NO2，附設(shè)有蜂窩型催化劑，該蜂窩型催化劑例如是在由陶瓷的堇青石(日文コ一デイライト)和不銹鋼等耐熱性、耐腐蝕性優(yōu)異的材料構(gòu)成、具有蜂窩狀橫截面的整體型(monolith)催化劑載體上，在氧化鋁等多孔性材料的表面載持有鉑等貴金屬。上述氧化催化劑3被收入在較排氣管2直徑大的大致圓筒狀的外殼16內(nèi)，通過(guò)上述排氣管2內(nèi)的排氣一邊與催化劑殼內(nèi)的催化劑接觸一邊流動(dòng)，使排氣中的NO發(fā)生氧化反應(yīng)(燃燒)成為NO2，從而提高下游側(cè)的NOx還原催化劑4中的NOx的除去率。此外，上述NO發(fā)生氧化反應(yīng)的同時(shí)，排氣中的烴(HC)、一氧化碳(CO)等也通過(guò)氧化反應(yīng)而減少。
此外，上述外殼16中，在排氣下游側(cè)裝配有外形與外殼的內(nèi)徑大致相等的圓形隔板10，它橫貫上述外殼16，連接了與裝有NOx還原催化劑4的外殼6相連接的連接排氣管2a，連通了兩個(gè)外殼16、6內(nèi)的空間16a、8，確保了排氣的通路。該隔板10上，如圖10所示，其中央部形成有多個(gè)作為回旋氣流發(fā)生裝置的葉片11(圖10中顯示4個(gè))，它們令排氣以連接排氣管2a的軸心為中心產(chǎn)生螺旋狀的回旋氣流，葉片11的周邊區(qū)域散點(diǎn)狀地形成有排氣孔17。此外，上述葉片11如圖10所示，以相對(duì)于上述隔板10中央部沿垂直方向延伸的邊11a為折線，切開大致勾狀的切縫11b，如圖11所示，令其外端部11c向排氣下游側(cè)(同圖中箭頭A所示)呈規(guī)定角度彎曲，形成大致螺旋槳型，令排氣產(chǎn)生回旋氣流。該葉片11的數(shù)量和角度可根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)1的規(guī)格、連接排氣管2a的內(nèi)徑或外殼16的內(nèi)徑等適宜地設(shè)定。
此外，上述連接排氣管2a的側(cè)面上，如圖11所示，上述葉片11的前端11d附近形成有排氣導(dǎo)入孔18，從隔板10的排氣孔17流出的排氣能夠通過(guò)上述排氣導(dǎo)入孔18，在連接排氣管2a內(nèi)被引入到上述葉片11的前端11d附近。該排氣導(dǎo)入孔18如圖12的(a)所示，較好的是，其排氣上游側(cè)邊緣部18a比上述葉片11的前端11d位于排氣上游側(cè)。
通過(guò)連接排氣管2a而與上述氧化催化劑3的外殼16相連接的NOx還原催化劑的外殼6內(nèi)裝有NOx還原催化劑4。該NOx還原催化劑4將通過(guò)排氣管2內(nèi)的排氣中的NOx以還原劑進(jìn)行還原凈化，例如，在具有陶瓷的堇青石和Fe-Cr-Al系的耐熱鋼構(gòu)成的蜂窩狀橫截面的整體型(monolith)催化劑載體上，附載有沸石類的活性成分。催化劑載體所負(fù)載的活性成分遇到還原劑后被活化，上述NOx還原催化劑4因而可以將排氣中的NOx有效地凈化為無(wú)害物質(zhì)。此外，上述外殼6成大致圓筒狀，其直徑比排氣管2大。
另外，上述外殼6中，在NOx還原催化劑的排氣上游側(cè)具備有與外殼6的內(nèi)徑大致相等的圓形固定板9，它橫貫上述外殼6，中央部形成有開口部，該開口部上固定有與上述氧化催化劑3的外殼16相連通的連接排氣管2a。該連接排氣管2a的端部2b向著排氣下游側(cè)(箭頭A方向)呈喇叭形擴(kuò)大。
此外，在上述NOx還原催化劑4的后段，設(shè)置有圖示中省略的脫氨用氧化催化劑，可以將NOx還原催化劑不能處理的氨進(jìn)行氧化處理，無(wú)臭化后排出。
另外，上述連接排氣管2a內(nèi)部的NOx還原催化劑4的上游側(cè)，安裝有噴嘴5，圖示省略的還原劑供給裝置通過(guò)噴嘴5將還原劑與壓力氣共同噴射入連接排氣管2a內(nèi)。在這里，噴嘴5的前端部位與排氣的流通方向(箭頭A的方向)大致平行地向下游側(cè)延伸，但也可以在連接排氣管2a內(nèi)與排氣的流通方向呈大致直角地突出。
上述噴嘴5所噴射供給的還原劑，例如尿素水溶液可通過(guò)連接排氣管2a內(nèi)的排氣熱和排氣中的水蒸氣加水分解，容易產(chǎn)生氨。所得到的氨在NOx還原催化劑4中與排氣中的NOx反應(yīng)，凈化為水和無(wú)害的氣體。此外，所使用的還原劑不僅局限于尿素水溶液，也可以是諸如氨水溶液等。
接著，對(duì)如此構(gòu)造的發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣凈化裝置的工作進(jìn)行說(shuō)明。
發(fā)動(dòng)機(jī)1啟動(dòng)后排出的排氣經(jīng)由排氣管2流入氧化催化劑3，通過(guò)該氧化催化劑3，排氣中的NO經(jīng)氧化反應(yīng)被氧化為NO2。含有該NO2的排氣通過(guò)外殼16內(nèi)的隔板的葉片11而回旋，成為回旋氣流后在連接排氣管2a內(nèi)沿箭頭A方向流動(dòng)。
同時(shí)，噴嘴5在連接排氣管2a內(nèi)向箭頭A方向噴射供給尿素水溶液。噴嘴5噴射供給的尿素水溶液通過(guò)排氣熱和排氣中的水蒸氣加水分解生成氨。氨和排氣一邊混合，一邊流入NOx還原催化劑4。這樣，在NOx還原催化劑4中，氨和排氣中的NOx反應(yīng)，從而將排氣中的NOx凈化為水和無(wú)害的氣體。
此時(shí)，由于尿素水溶液噴射供給到排氣的回旋氣流中，因此促進(jìn)了尿素水溶液和排氣的混合。因而，尿素水溶液的加水分解得到促進(jìn)的同時(shí)，排氣和尿素水溶液所生成的氨也大致均勻地得到混合。此外，由于連接排氣管2a的端部2b成喇叭形擴(kuò)大，因此回旋氣流的排氣一邊沿著成喇叭形擴(kuò)大的連接排氣管2a的端部2b的內(nèi)壁擴(kuò)散，一邊從端部2b向外殼6內(nèi)的NOx還原催化劑的上游側(cè)空間8內(nèi)急速擴(kuò)散。據(jù)此，通過(guò)大致均勻混合有氨的排氣大致均勻流入NOx還原催化劑4，進(jìn)一步促進(jìn)了NOx還原催化劑4的排氣的凈化作用。
此外，從上述氧化催化劑3流出的排氣的一部分從圖11所示的隔板10上的排氣孔17流入該隔板10與上述外殼16側(cè)面16b所構(gòu)成的空間16c，進(jìn)而，從形成于連接排氣管2a側(cè)面的排氣導(dǎo)入孔18被引入葉片11前端11d附近的連接排氣管2a內(nèi)。這樣，排氣并不集中在上述葉片11，其中一部分從上述排氣孔17分散流出，并從排氣導(dǎo)入孔18流入連接排氣管2a內(nèi)，因此降低了排氣阻力。
此時(shí)，如圖12的(a)所示，由于排氣導(dǎo)入孔18的排氣上游側(cè)的邊緣部18a位于比葉片11的前端11d更為上游側(cè)的位置，因此葉片11所產(chǎn)生的排氣的回旋氣流不會(huì)因?yàn)樯鲜雠艢鈱?dǎo)入孔18引入的排氣而打亂。圖13的(a)為圖12的(a)的位置關(guān)系情況下的實(shí)施例，葉片11的前端11d與排氣導(dǎo)入孔18的排氣上游側(cè)的邊緣部18a的間隔Δa為-2.5mm。這樣，排氣的回旋氣流得以維持，噴嘴5所噴射的尿素水溶液廣泛擴(kuò)散，大致均勻地流入NOx還原催化劑4中。
另一方面，如圖12的(b)所示，排氣導(dǎo)入孔18的排氣上游側(cè)的邊緣部18a位于距葉片11的前端11d僅Δb的排氣下游側(cè)位置時(shí)，如圖13的(b)所示，排氣的回旋氣流被排氣導(dǎo)入孔18引入的排氣所抑制，并抑制了噴嘴5所噴射的尿素水溶液的擴(kuò)散。此外，圖13的(b)為圖12的(b)的位置關(guān)系情況下的實(shí)施例，上述Δb為+13.2mm。這樣，排氣導(dǎo)入孔18的排氣上游側(cè)的邊緣部18a若位于葉片11的前端11d更為上游側(cè)的位置的話，可以維持排氣的回旋氣流。
如此，根據(jù)第二發(fā)明的發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣凈化裝置，通過(guò)在橫貫氧化催化劑3的外殼16配設(shè)的隔板10的中央部形成葉片11，令排氣產(chǎn)生螺旋狀回旋的回旋氣流，在隔板10的葉片11的周邊區(qū)域散點(diǎn)狀形成排氣孔17，同時(shí)，在內(nèi)部包含有葉片11并與隔板接合的連接排氣管2a的側(cè)面形成排氣導(dǎo)入孔18，將排氣的一部分經(jīng)由上述排氣孔17和排氣導(dǎo)入孔18引入上述葉片11的前端11d附近，可以維持上述葉片11所產(chǎn)生的排氣的回旋氣流并降低排氣阻力。因此，可以在促進(jìn)噴嘴5所噴射的尿素水溶液與排氣的混合的同時(shí)，促進(jìn)尿素水溶液的擴(kuò)散，令其大致均勻地流入NOx還原催化劑4，提高排氣的凈化效率。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣凈化裝置，其特征是，所述發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣凈化裝置的構(gòu)成包含有配設(shè)于發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣通路、利用還原劑對(duì)排氣中的氮氧化物進(jìn)行還原凈化的還原催化劑；在所述排氣通路內(nèi)，在所述還原催化劑的排氣上游側(cè)噴射供給還原劑的噴嘴；配設(shè)于所述噴嘴的還原劑的噴射位置的排氣上游側(cè)、令排氣產(chǎn)生以所述排氣通路的軸心為中心進(jìn)行螺旋狀回旋的回旋氣流的回旋氣流發(fā)生裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣凈化裝置，其特征是，所述回旋氣流發(fā)生裝置是在所述排氣通路中設(shè)置為相對(duì)于排氣的流通方向以規(guī)定角度延伸的多個(gè)葉片。
3.如權(quán)利要求2所述的發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣凈化裝置，其特征是，所述葉片，通過(guò)在與所述排氣通路的橫截面大致同一形狀的薄板上切開切縫并拉起而形成。
4.如權(quán)利要求2所述的發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣凈化裝置，其特征是，所述葉片設(shè)置在沿所述排氣通路的大致軸心向排氣下游側(cè)延伸的所述噴嘴的外周面及所述排氣通路的內(nèi)周面的至少其中一方上。
5.如權(quán)利要求2所述的發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣凈化裝置，其特征是，所述排氣通路形成為，在所述噴嘴的排氣上游側(cè)能夠以與氣流垂直的面分割，所述葉片通過(guò)在將所述排氣通路的分割處互相連接的凸緣間夾裝的墊片上切開切縫并拉起而形成。
6.如權(quán)利要求1～5中任意一項(xiàng)所述的發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣凈化裝置，其特征是，所述還原催化劑形成為直徑比其排氣上游側(cè)的所述排氣通路的橫截面的直徑大，所述排氣通路，在流向所述還原催化劑的排氣流入部，其端部向排氣下游側(cè)呈喇叭形直徑擴(kuò)大。
7.如權(quán)利要求1～5中任意一項(xiàng)所述的發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣凈化裝置，其特征是，所述還原催化劑形成為直徑比其排氣上游側(cè)的所述排氣通路的橫截面的直徑大，所述排氣通路，至少在所述噴嘴和所述還原催化劑之間的一部分向著排氣下游側(cè)呈大致錐形直徑擴(kuò)大。
8.一種發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣凈化裝置，其特征是，所述發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣凈化裝置的構(gòu)成包含有配設(shè)于發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣通路上、利用還原劑將排氣中的氮氧化物還原凈化的還原催化劑；在所述排氣通路內(nèi)，在所述還原催化劑的排氣上游側(cè)噴射供給還原劑的噴嘴；在所述噴嘴的排氣上游側(cè)橫貫所述排氣通路而配設(shè)的隔板，所述隔板在中央部具有令通過(guò)該排氣通路的排氣產(chǎn)生呈螺旋狀回旋的回旋氣流的回旋氣流發(fā)生裝置，該回旋氣流發(fā)生裝置的周邊區(qū)域散點(diǎn)狀形成有令排氣向下游側(cè)流出的排氣孔；構(gòu)成所述排氣通路一部分的連接排氣管，所述連接排氣管的內(nèi)部包含有所述回旋氣流發(fā)生裝置并與所述隔板接合，在所述回旋氣流發(fā)生裝置近旁的側(cè)面上，形成有將從所述隔板的排氣孔流出的排氣引入內(nèi)部的排氣導(dǎo)入孔。
9.如權(quán)利要求8所述的發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣凈化裝置，其特征是，所述隔板的回旋氣流發(fā)生裝置由多個(gè)葉片構(gòu)成，所述葉片這樣形成，以相對(duì)所述隔板中央部呈放射狀延伸的邊為折線切開多條切縫，令其外端部向排氣下游側(cè)成規(guī)定角度彎折從而令排氣產(chǎn)生螺旋狀回旋的回旋氣流。
10.如權(quán)利要求9所述的發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣凈化裝置，其特征是，所述連接排氣管的排氣導(dǎo)入孔這樣形成，使得其排氣上游側(cè)的邊緣部位于所述回旋氣流發(fā)生裝置的葉片前端部的排氣上游側(cè)。
全文摘要
位于發(fā)動(dòng)機(jī)(1)的排氣管(2)上，包含通過(guò)尿素水溶液還原凈化排氣中的氮氧化物的NOx還原催化劑(4)；在上述排氣管(2)的上述NOx還原催化劑(4)的排氣上游側(cè)噴射尿素水溶液的噴嘴(5)；位于該噴嘴(5)噴射尿素水溶液的位置的排氣上游側(cè)、令排氣以排氣管(2a)的軸心為中心產(chǎn)生螺旋狀回旋的回旋氣流的葉片(11)。通過(guò)此種構(gòu)造，在噴射供給尿素水溶液之前，排氣中已預(yù)先產(chǎn)生回旋氣流，因此可促進(jìn)尿素水溶液與排氣的混合。因此，在促進(jìn)尿素水溶液的加水分解的同時(shí)，排氣與尿素水溶液生成的氨均勻地被混合，因此可令均勻混合有氨的排氣流入NOx還原催化劑(4)中。
文檔編號(hào)F01N3/08GK1985080SQ20058002393
公開日2007年6月20日 申請(qǐng)日期2005年7月14日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月16日
發(fā)明者金谷勇, 本多幸太郎, 雨宮智子, 平田公信, 正木信彥, 尾花信也, 白井大輔, 平本均, 山田尚史 申請(qǐng)人:日產(chǎn)柴油機(jī)車工業(yè)株式會(huì)社, 東京濾器有限公司