(57)【要約】【課題】還元剤と排気との混合を促進するとともに、排気管や還元触媒からの熱損失を低減することができる内燃機関の排気浄化装置を提供する。【解決手段】排気通路の途中に、還元触媒を収容する内筒ケーシング部、及び、内筒ケーシング部の周囲に所定の空隙を介して配置された外筒ケーシング部からなる二重管構造部が設けられ、液体還元剤が混合された排気が、排気導入部を介して外筒ケーシング部内に導入された後、旋回流となって空隙を一端側方向に流れ、さらに排気流入口から内筒ケーシング部に流入し、還元触媒中を他端側方向に流れた後に排気流出口から下流側に流出するように構成した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に備えられて還元成分を吸着するとともに排気中のＮＯXを前記還元成分を用いて選択的に浄化する還元触媒と、前記還元触媒よりも排気の流れの上流側で前記排気通路内に前記還元成分由来の液体還元剤を噴射する還元剤供給装置と、を備えた内燃機関の排気浄化装置において、
前記排気通路の途中に、前記還元触媒を収容する内筒ケーシング部、及び、前記内筒ケーシング部の周囲に所定の空隙を介して配置された前記外筒ケーシング部からなる二重管構造部が設けられ、
前記内筒ケーシング部は、一端側に排気流入口を有するとともに他端側に排気流出口を有し、前記外筒ケーシング部は、前記他端側の径方向側面に排気導入部が接続されており、
前記還元剤供給装置は、前記二重管構造部よりも上流側で排気通路内に前記液体還元剤を供給可能に設けられ、
前記液体還元剤が混合された排気が、前記排気導入部を介して前記外筒ケーシング部内に導入された後、旋回流となって前記空隙を一端側方向に流れ、さらに前記排気流入口から前記内筒ケーシング部に流入し、前記還元触媒中を前記他端側方向に流れた後に前記排気流出口から下流側に流出するように構成したことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記排気導入部は、その延在方向が前記外筒ケーシング部の軸心からずらされて前記外筒ケーシング部に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記排気導入部が、前記内筒ケーシング部内の前記還元触媒の他端側端部位置に合わせて、あるいは、前記他端側端部位置よりもさらに他端側で前記外筒ケーシング部に接続されることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気中の窒素酸化物（ＮＯX）を、還元触媒中で還元剤を用いて選択的に浄化する内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両等に搭載された内燃機関から排出される排気を浄化するための排気浄化装置として、還元剤を吸着する機能を有するとともに、流入する排気中に含まれるＮＯXを選択的に還元剤と反応させて浄化する還元触媒と、還元触媒よりも上流側で排気通路中に液体還元剤を供給する還元剤供給装置とを備えた排気浄化装置が実用化されている。
【０００３】
このような排気浄化装置において、還元触媒中でのＮＯX浄化効率を向上させるためには、還元剤を排気中に均一に分散させて還元触媒中に流入させることが効果的である。そのために、液体還元剤の供給位置から還元触媒までの距離を空けて、その区間において排気と還元剤との混合が促進されるように構成した排気浄化装置がある（例えば、特許文献１及び２を参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１５９６９３号公報（図１）
【特許文献２】特開２０１１−０９９４１５号公報（図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した特許文献１及び２に記載の排気浄化装置は、液体還元剤の供給位置から還元触媒までの排気管の長さを単に長くしているものであり、混合促進には効果があるものの、排気熱の外気への熱伝達による熱損失が生じやすいものとなっている。また、還元触媒が収容された箇所が外部に露出した構成となっているために、走行風や液体の付着等によって、還元触媒自体から外気への熱伝達も生じやすく、還元触媒内の温度分布が不均一になりやすいものとなっている。
【０００６】
したがって、本発明は、還元剤と排気との混合を促進するとともに、排気管や還元触媒からの熱損失を低減することができる内燃機関の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】
【０００７】
本発明によれば、内燃機関の排気通路に備えられて還元成分を吸着するとともに排気中のＮＯXを前記還元成分を用いて選択的に浄化する還元触媒と、前記還元触媒よりも排気の流れの上流側で前記排気通路内に前記還元成分由来の液体還元剤を噴射する還元剤供給装置と、を備えた内燃機関の排気浄化装置において、前記排気通路の途中に、前記還元触媒を収容する内筒ケーシング部、及び、前記内筒ケーシング部の周囲に所定の空隙を介して配置された前記外筒ケーシング部からなる二重管構造部が設けられ、前記内筒ケーシング部は、一端側に排気流入口を有するとともに他端側に排気流出口を有し、前記外筒ケーシング部は、前記他端側の径方向側面に排気導入部が接続されており、前記還元剤供給装置は、前記二重管構造部よりも上流側で排気通路内に前記液体還元剤を供給可能に設けられ、前記液体還元剤が混合された排気が、前記排気導入部を介して前記外筒ケーシング部内に導入された後、旋回流となって前記空隙を一端側方向に流れ、さらに前記排気流入口から前記内筒ケーシング部に流入し、前記還元触媒中を前記他端側方向に流れた後に前記排気流出口から下流側に流出するように構成したことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置が提供され、上述した問題を解決することができる。
【０００８】
すなわち、本発明の内燃機関の排気浄化装置は、排気中に液体還元剤を供給した後、排気が所定の流れを形成しつつ流れた後に、還元触媒中に流入することとなる。したがって、排気と還元剤とを効率的に混合することができる。また、内筒ケーシング部及び外筒ケーシング部からなる二重管構造部のうちの内筒ケーシング部内に還元触媒が収容される構成となっていることから、排気熱を有効利用して還元触媒の昇温が可能であるとともに触媒温度を均一に保つことができる。したがって、ＮＯX浄化効率を向上させることができる。
【０００９】
さらに、本発明の内燃機関の排気浄化装置は、内筒ケーシング部及び外筒ケーシング部からなる二重管構造部を備えていることから、排気浄化装置をコンパクトなものとすることができ、搭載スペースの限られた産業用機械等への搭載性を向上させることができる。
【００１０】
また、本発明の内燃機関の排気浄化装置において、前記排気導入部は、その延在方向が前記外筒ケーシング部の軸心からずらされて前記外筒ケーシング部に接続されていることが好ましい。
このように排気浄化装置を構成することにより、外筒ケーシング部内に流入した排気が旋回流となって流れて還元触媒中に流入することとなり、排気と還元剤とをより効率的に混合することができる。
【００１１】
また、本発明の内燃機関の排気浄化装置において、前記排気導入部が、前記内筒ケーシング部内の前記還元触媒の他端側端部位置に合わせて、あるいは、前記他端側端部位置よりもさらに他端側で前記外筒ケーシング部に接続されることが好ましい。
このように排気浄化装置を構成することにより、二重管構造部に導入される排気熱を、還元触媒全体に効率よく伝達することができるようになり、ＮＯX浄化効率の低下を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態にかかる内燃機関の排気浄化装置の全体的構成を示す図である。
【図２】二重管構造部を軸方向に見た図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明にかかる内燃機関の排気浄化装置に関する実施の形態について、図面に基づいて具体的に説明する。
なお、それぞれの図中において同じ符号が付されているものは、特に説明がない限り同一の構成要素を示しており、適宜説明が省略されている。
【００１４】
図１及び図２は、本発明の実施の形態にかかる内燃機関の排気浄化装置１０の全体的構成を説明するために示す図である。図１は、排気浄化装置１０を側方から見た図であり、このうち外筒ケーシング部３１については軸心に沿って切断された状態で示されている。また、図２は、排気浄化装置１０を構成する二重管構造部３０を図１中の矢印Ｘの方向に見た図を示している。
【００１５】
図１において、一点鎖線で示す上流側排気管１１ａは、図示しない内燃機関に接続されている。内燃機関としては、代表的にはディーゼルエンジンが挙げられる。上流側排気管１１ａには排気浄化装置１０が接続され、排気浄化装置１０の下流側にはさらに一点鎖線で示す下流側排気管１１ｂが接続されている。
【００１６】
本実施の形態にかかる排気浄化装置１０は、排気導入部３５を有する二重管構造部３０と、還元剤供給装置２０とを備えている。
還元剤供給装置２０は、貯蔵タンク２１内の液体還元剤を圧送するポンプ２３と、ポンプ２３によって圧送される液体還元剤を排気通路内に噴射する還元剤噴射弁２５とを備えている。ポンプ２３及び還元剤噴射弁２５は、図示しない電子制御装置によって駆動制御が行われる。液体還元剤としては、尿素水溶液や未燃燃料等が用いられる。
【００１７】
二重管構造部３０は、排気導入部３５が接続された外筒ケーシング部３１と、還元触媒１５を収容する内筒ケーシング部３２とにより構成されている。外筒ケーシング部３１は、内筒ケーシング部３２の周囲に空隙１７を介して配置されている。この空隙１７は、排気導入部３５を介して外筒ケーシング部３１内に流入する排気が内筒ケーシング部３２内に流入するまでの排気通路となる。
【００１８】
排気導入部３５は、その延在方向Ａが外筒ケーシング部３１の軸心Ｐからずらされて、外筒ケーシング部３１の径方向側面に接続されている（図２を参照）。排気導入部３５には屈曲部分が設けられており、この屈曲部分に還元剤噴射弁２５が固定されている。したがって、還元剤噴射弁２５は、二重管構造部３０に向かって流れる排気に対して、液体還元剤を噴射可能となっている。
【００１９】
内筒ケーシング部３２は、外筒ケーシング部３１内において、排気導入部３５が設けられた端部側（図１の右方向）とは反対側の端部に排気流入口３２ａを有している。また、内筒ケーシング部３２の他端側は外筒ケーシング部３１の外部に位置し、この他端に、下流側排気管１１ｂに連通する排気流出口３２ｂを有している。
【００２０】
内筒ケーシング部３２内に収容された還元触媒１５は、還元剤供給装置２０によって供給された液体還元剤から生成される還元剤を用いて、排気中に含まれるＮＯXを選択的に還元する触媒である。例えば、液体還元剤が尿素水溶液の場合には、この尿素水溶液が分解することにより生成されるアンモニアが還元触媒１３に吸着され、排気中のＮＯXとの還元反応に用いられる。
【００２１】
このように構成された排気浄化装置１０では、上流側排気管１１ａから流れてくる排気に対して、排気導入部３５内において液体還元剤が混合され、液体還元剤が混合された排気が開口部３５ａを介して外筒ケーシング部３１内に導入される。排気導入部３５は、その延在方向Ａが外筒ケーシング部３１の軸心Ｐからずらされているために、外筒ケーシング部３１内に流入した排気は、内筒ケーシング部３２の外周の空隙１７内をらせん状に旋回しながら排気流入口３２ａの方向に流れる。この間に、排気と還元剤の混合が促進され、還元剤は排気中に均一に分散されることとなる。
【００２２】
その後、排気流入口３２ａに流入した排気は還元触媒１５中を通過して排気流出口３２ｂから下流側排気管１１ｂに流出する。還元触媒１５中では、排気中のＮＯXは還元剤と反応し、分解させられる。
【００２３】
この間、空隙１７を流れる排気の熱は、還元触媒１５を加熱する。また、還元触媒１５中を通過する排気によっても、還元触媒１５は加熱される。つまり、本実施の形態にかかる排気浄化装置１０の構成によれば、還元触媒１５は、排気熱によって、長さ方向及び径方向において、全体的に均一に加熱される。また、二重管構造部３０の内筒ケーシング部３２内に還元触媒１５が収容されていることから、走行風や大量の水の付着等の外乱の影響によって熱を奪われることが少なくなっている。そのため、還元触媒１５の温度を、活性化温度以上に保持することが容易となり、ＮＯX浄化効率の低下を防ぐことができる。
【００２４】
特に、内燃機関の始動時においては、触媒温度を速やかに上昇させることができ、内燃機関の始動後、速やかにＮＯXの浄化が開始されることとなる。さらには、二重管構造部３０の内筒ケーシング部３２内に還元触媒１５が収容されていることから、内燃機関の停止後においても、空隙１７内の空気層で断熱され、還元触媒１５の温度低下を遅らせることができる。したがって、著しく長い時間を空けずに内燃機関を再始動する場合においては、還元触媒１５を速やかに活性化させることができ、ＮＯXの浄化の開始を早めることができる。
【符号の説明】
【００２５】
１０：排気浄化装置、１１ａ：上流側排気管、１１ｂ：下流側排気管、１５：還元触媒、１７：空隙、２０：還元剤供給装置、２１：貯蔵タンク、２３：ポンプ、２５：還元剤噴射弁、３０：二重管構造部、３１：外筒ケーシング部、３２：内筒ケーシング部、３２ａ：排気流入口、３２ｂ：排気流出口、３５：排気導入部、３５ａ：開口部
【図１】
2014031743.tif 000003
【図２】
2014031743.tif 000004