(57)【要約】【課題】排気熱エネルギーを従来よりも効率良く活用して還元剤の気化を効果的に促進し得る排気浄化装置を提供する。【解決手段】パティキュレートフィルタ３の出側の端面を包囲し且つ該端面から出た排気ガス１を略直角な向きに方向転換させつつ集合せしめるガス集合室１６Ａと、該ガス集合室１６Ａで集められた排気ガス１を排気出口１７から抜き出して選択還元型触媒４の入側へ導く連通管１６Ｂとにより連絡流路１６の上流部分を構成し、該連絡流路１６の途中に排気ガス１の流れに尿素水を添加するインジェクタ１８を装備した排気浄化装置に関し、ガス集合室１６Ａの排気出口１７と対峙する位置にパティキュレートフィルタ３の軸心方向に対し略直角な向きでインジェクタ１８を配設し、該インジェクタ１８により噴射された尿素水を衝突させて気化を促すリアクタ１９をガス集合室１６Ａの排気出口１７に設ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
パティキュレートフィルタと、その下流側に備えられて酸素共存下でも選択的にＮＯxを還元剤と反応せしめる選択還元型触媒と、パティキュレートフィルタの出側から出た排気ガスを選択還元型触媒の入側に導く連絡流路とを備え、パティキュレートフィルタの出側の端面を包囲し且つ該端面から出た排気ガスを略直角な向きに方向転換させつつ集合せしめるガス集合室と、該ガス集合室で集められた排気ガスを排気出口から抜き出して前記選択還元型触媒の入側へ導く連通管とにより前記連絡流路の上流部分を構成し、該連絡流路の途中に排気ガスの流れに還元剤を添加するインジェクタを装備した排気浄化装置であって、前記ガス集合室の排気出口と対峙する位置に前記パティキュレートフィルタの軸心方向に対し略直角な向きで前記インジェクタを配設し、該インジェクタにより噴射された還元剤を衝突させて気化を促すリアクタを前記ガス集合室の排気出口に設けたことを特徴とする排気浄化装置。
【請求項２】
ガス集合室の真下から所要角度ずれた斜め下方に向けて排気出口を開口せしめ、該排気出口に対峙するよう前記ガス集合室の真上を避けてインジェクタを傾斜配置したことを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気浄化装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、排気管の途中に排気ガス中のパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタを備えると共に、該パティキュレートフィルタの下流側に酸素共存下でも選択的にＮＯxをアンモニアと反応させ得る選択還元型触媒を備え、該選択還元型触媒と前記パティキュレートフィルタとの間に還元剤として尿素水を添加してパティキュレートとＮＯxの同時低減を図ることが提案されている。
【０００３】
この場合、選択還元型触媒への尿素水の添加は、パティキュレートフィルタと選択還元型触媒との間で行われることになるため、排気ガス中に添加された尿素水がアンモニアと炭酸ガスに熱分解されるまでの十分な反応時間を確保しようとすれば、尿素水の添加位置から選択還元型触媒までの距離を長くする必要があるが、パティキュレートフィルタと選択還元型触媒とを十分な距離を隔てて離間配置させてしまうと、車両への搭載性が著しく損なわれてしまう。
【０００４】
このため、本発明と同じ出願人により図４に示す如きコンパクトな排気浄化装置（下記の特許文献１を参照）が既に提案されており、ここに図示している排気浄化装置では、エンジンからの排気ガス１が流通する排気管２の途中に、排気ガス１中のパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタ３と、該パティキュレートフィルタ３の下流側に酸素共存下でも選択的にＮＯxをアンモニアと反応させ得る性質を備えた選択還元型触媒４とをケーシング５，６により夫々抱持して並列に配置し、パティキュレートフィルタ３の出側と選択還元型触媒４の入側との間をＳ字構造の連絡流路７により接続し、パティキュレートフィルタ３の出側から排出された排気ガス１が逆向きに折り返されて隣の選択還元型触媒４の入側に導入されるようになっている。
【０００５】
ここで、前記連絡流路７は、パティキュレートフィルタ３の出側の端面を包囲し且つ該端面から出た直後の排気ガス１を略直角な向きに方向転換させつつ集合せしめるガス集合室７Ａと、該ガス集合室７Ａで集められた排気ガス１をパティキュレートフィルタ３の排気流れと逆向きに抜き出す連通管７Ｂと、該連通管７Ｂにより導かれた排気ガス１を略直角な向きに方向転換させつつ分散せしめ且つその分散された排気ガス１を選択還元型触媒４の入側に導入し得るよう該入側を包囲するガス分散室７ＣとによりＳ字構造を成すように構成されており、前記連通管７Ｂの入側端部の中心位置には、該連通管７Ｂ内に尿素水を添加するためのインジェクタ８が前記連通管７Ｂの出側へ向けて装備されている。
【０００６】
尚、ここに図示している例では、パティキュレートフィルタ３が抱持されているケーシング５内の前段に、排気ガス１中の未燃燃料分を酸化処理する酸化触媒９が装備されており、また、選択還元型触媒４が抱持されているケーシング６内の後段には、余剰のアンモニアを酸化処理するアンモニア低減触媒１０が装備されている。
【０００７】
そして、このような構成を採用すれば、パティキュレートフィルタ３により排気ガス１中のパティキュレートが捕集されると共に、その下流側の連通管７Ｂにおける入側端部でインジェクタ８から尿素水が排気ガス１中に添加されてアンモニアと炭酸ガスに熱分解され、選択還元型触媒４上で排気ガス１中のＮＯxがアンモニアにより良好に還元浄化される結果、排気ガス１中のパティキュレートとＮＯxの同時低減が図られることになる。
【０００８】
この際、パティキュレートフィルタ３の出側から排出された排気ガス１が連絡流路７により逆向きに折り返されてから隣の選択還元型触媒４の入側に導入されるようになっているので、尿素水の添加位置から選択還元型触媒４までの距離が長く確保され、尿素水からアンモニアが生成されるのに十分な反応時間が確保される。
【０００９】
しかも、パティキュレートフィルタ３と選択還元型触媒４とが並列に配置され、これらパティキュレートフィルタ３と選択還元型触媒４との間に沿うように連絡流路７が配置されているので、その全体構成がコンパクトなものとなって車両への搭載性が大幅に向上されることになる。
【００１０】
そして、下記の特許文献１にも開示されている通り、インジェクタ８により尿素水が添加される箇所には、図５及び図６に詳細を示す如き円筒状の連通管７Ｂにおける入側の開口部１１に対しガス集合室７Ａからの排気ガス１をガイドフィン１２，１３，１４により接線方向から導入せしめ、これにより排気ガス１に旋回流（スワール）を与えるミキサ構造１５が採用されており、この旋回流の中心にインジェクタ８から尿素水の添加を行うようにしている。
【００１１】
即ち、尿素水からアンモニアへの転化を更に効率良く進めるにあたっては、尿素水の気化を積極的に促進してアンモニア生成の実質的な化学反応を進める必要があるので、排気ガス１に旋回流を与えて該旋回流の中心にインジェクタ８から尿素水の添加を行い、該尿素水と連通管７Ｂの内周面とを効率良く接触させて、該連通管７Ｂの内周面からの受熱により尿素水の気化を促すようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２０１５−４８７１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、斯かる従来装置にあっては、連絡流路７の中で最も排気熱エネルギーが大きなガス集合室７Ａ内に尿素水を添加することが有効であると予想されていながらも、インジェクタ８が高温に晒されることで焼損する虞れがあったため、ガス集合室７Ａを避けて下流側の連通管７Ｂにおける入側端部にインジェクタ８を装備するようにしており、排気熱エネルギーを効率良く活用できていないものと考えられている。
【００１４】
このため、下流側の選択還元型触媒４でのアンモニア必要量を確保するために尿素水を多めに添加しているという状況にあり、これにより連通管７Ｂ内で気化しないまま残留する尿素水が増える虞れがあり、そのような気化しないまま残留した尿素水により腐食等の不具合を招くことが懸念されている。
【００１５】
本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、排気熱エネルギーを従来よりも効率良く活用して還元剤の気化を効果的に促進し得る排気浄化装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、パティキュレートフィルタと、その下流側に備えられて酸素共存下でも選択的にＮＯxを還元剤と反応せしめる選択還元型触媒と、パティキュレートフィルタの出側から出た排気ガスを選択還元型触媒の入側に導く連絡流路とを備え、パティキュレートフィルタの出側の端面を包囲し且つ該端面から出た排気ガスを略直角な向きに方向転換させつつ集合せしめるガス集合室と、該ガス集合室で集められた排気ガスを排気出口から抜き出して前記選択還元型触媒の入側へ導く連通管とにより前記連絡流路の上流部分を構成し、該連絡流路の途中に排気ガスの流れに還元剤を添加するインジェクタを装備した排気浄化装置であって、前記ガス集合室の排気出口と対峙する位置に前記パティキュレートフィルタの軸心方向に対し略直角な向きで前記インジェクタを装着し、該インジェクタにより噴射された還元剤を衝突させて気化を促すリアクタを前記ガス集合室の排気出口に設けたことを特徴とするものである。
【００１７】
而して、このようにした場合、パティキュレートフィルタの出側から出た排気ガスが略直角な向きに方向転換しながら最短距離で排気出口へ向かって流れる結果、ガス集合室内の排気出口と対峙する側に排気ガスの流れの澱みが生じ、ここに排気ガスによる熱影響が少ない領域ができてインジェクタが高温に晒され難くなるので、該インジェクタを既存の冷却機能により熱保護することが可能となり、連絡流路の中で最も排気熱エネルギーが大きなガス集合室へのインジェクタの装着が実現されることになる。
【００１８】
しかも、ガス集合室で集められた排気ガスが流れ込む排気出口にリアクタを設けたことにより、該リアクタを排気ガスの熱により効率良く加熱して高温化させ、ここにインジェクタから還元剤を噴射させて衝突させることで該還元剤の気化を効果的に促進することが可能となる。
【００１９】
更に、本発明においては、ガス集合室の真下から所要角度ずれた斜め下方に向けて排気出口を開口せしめ、該排気出口に対峙するよう前記ガス集合室の真上を避けてインジェクタを傾斜配置することが好ましく、このようにすれば、インジェクタに目詰まりを生じ易い上向きの姿勢を取らせなくて済み、また、局所的に温度が高まり易いガス集合室の真上に配置しなくても済む。
【発明の効果】
【００２０】
上記した本発明の排気浄化装置によれば、下記の如き種々の優れた効果を奏し得る。
【００２１】
（Ｉ）本発明の請求項１に記載の発明によれば、連絡流路の中で最も排気熱エネルギーが大きなガス集合室へインジェクタ及びリアクタを搭載し、排気熱エネルギーを効率良く活用して還元剤の気化を効果的に促進することができるので、還元剤の添加量を従来よりも削減することができ、しかも、気化しないまま残留した還元剤による腐食等の不具合を防止することもできる。
【００２２】
（ＩＩ）本発明の請求項２に記載の発明によれば、インジェクタに目詰まりを生じ易い上向きの姿勢を取らせることなく下向き又は横向きの姿勢でガス集合室に装着することができ、しかも、局所的に温度が高まり易いガス集合室の真上を避けて配置することもできるので、インジェクタの健全性を長期間に亘り維持させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明を実施する形態の一例を示す概略図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ方向の矢視図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ矢視の断面図である。
【図４】従来例を示す一部を切り欠いた概略図である。
【図５】図４の要部の詳細を示す断面図である。
【図６】図４の要部を拡大して示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【００２５】
図１は本発明を実施する形態の一例を示すもので、本形態例においては、前述した図４〜図６のものと略同様に構成した排気浄化装置となっており、エンジンからの排気ガス１が流通する排気管２の途中に、排気ガス１中のパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタ３と、該パティキュレートフィルタ３の下流側に酸素共存下でも選択的にＮＯxをアンモニアと反応させ得る性質を備えた選択還元型触媒４とをケーシング５，６により夫々抱持して並列に配置し、パティキュレートフィルタ３の出側から排出された排気ガス１を逆向きに折り返して隣の選択還元型触媒４の入側に導入する連絡流路１６を備えている。
【００２６】
ただし、この連絡流路１６には、先に図５及び図６で説明した如き排気ガス１に旋回流を与えるミキサ構造は採用されておらず、パティキュレートフィルタ３の出側の端面を包囲し且つ該端面から出た排気ガス１を略直角な向きに方向転換させつつ集合せしめるガス集合室１６Ａと、該ガス集合室１６Ａで集められた排気ガス１を排気出口１７から抜き出して前記選択還元型触媒４の入側へ導く連通管１６Ｂと、該連通管１６Ｂにより導かれた排気ガス１を略直角な向きに方向転換させつつ分散せしめ且つその分散された排気ガス１を選択還元型触媒４の入側に導入し得るよう該入側を包囲するガス分散室１６ＣとによりＳ字構造を成すように構成されている。
【００２７】
そして、図２に示す如く、前記ガス集合室１６Ａの排気出口１７は、前記ガス集合室１６Ａの真下から選択還元型触媒４に近づく側へ所要角度ずれた斜め下方に向けて開口するようになっており、該排気出口１７と対峙する前記ガス集合室１６Ａの斜め上方位置には、前記排気出口１７に向けて尿素水（還元剤）を噴射し得るようインジェクタ１８が傾斜配置され、前記ガス集合室１６Ａの排気出口１７には、前記インジェクタ１８により噴射された尿素水を衝突させて気化を促すリアクタ１９が設けられている。
【００２８】
ここで、図３に示す如く、前記リアクタ１９は、板状の整流板２０を所要の隙間を挟んで多段に配置した通気構造を成しており、これら各整流板２０が、パティキュレートフィルタ３の出側の端面から出て略直角な向きに方向転換する排気ガス１の流れに整流効果を与えるようなＶ字形の断面形状を有し、しかも、排気ガス１の流入方向と流出方向とが成す角度を略二等分するような方向へ傾斜配列されている。
【００２９】
尚、本形態例においても、パティキュレートフィルタ３が抱持されているケーシング５内の前段に、排気ガス１中の未燃燃料分を酸化処理する酸化触媒９が装備されており、また、選択還元型触媒４が抱持されているケーシング６内の後段には、余剰のアンモニアを酸化処理するアンモニア低減触媒１０が装備されている（図１参照）。
【００３０】
而して、このように構成した排気浄化装置においては、パティキュレートフィルタ３の出側から出た排気ガス１が略直角な向きに方向転換しながら排気出口１７へ向かって流れる際に、この排気ガス１が最短距離で排気出口１７へ向かって流れようとするため、ガス集合室１６Ａ内の排気出口１７と対峙する側に排気ガス１の流れの澱みが生じ、ここに排気ガス１による熱影響が少ない領域ができることになる。
【００３１】
このため、排気出口１７と対峙するガス集合室１６Ａの斜め上方位置に傾斜配置されているインジェクタ１８は高温に晒され難くなり、該インジェクタ１８を既存の冷却機能により熱保護することが可能となって、連絡流路１６の中で最も排気熱エネルギーが大きなガス集合室１６Ａへのインジェクタ１８の装着が実現されることになる。
【００３２】
しかも、ガス集合室１６Ａで集められた排気ガス１が流れ込む排気出口１７にリアクタ１９を設けたことにより、該リアクタ１９を排気ガス１の熱により効率良く加熱して高温化させ、ここにインジェクタ１８から尿素水を噴射させて衝突させることで該尿素水の気化を効果的に促進することが可能となる。
【００３３】
従って、上記形態例によれば、連絡流路１６の中で最も排気熱エネルギーが大きなガス集合室１６Ａへインジェクタ１８及びリアクタ１９を搭載し、排気熱エネルギーを効率良く活用して尿素水の気化を効果的に促進することができるので、尿素水の添加量を従来よりも削減することができ、しかも、気化しないまま残留した尿素水による腐食等の不具合を防止することもできる。
【００３４】
また、特に本形態例においては、ガス集合室１６Ａの真下から所要角度ずれた斜め下方に向けて排気出口１７を開口せしめ、該排気出口１７に対峙するよう前記ガス集合室１６Ａの真上を避けてインジェクタ１８を傾斜配置するようにしているので、インジェクタ１８に目詰まりを生じ易い上向きの姿勢を取らせることなく下向き又は横向きの姿勢でガス集合室１６Ａに装着することができ、しかも、局所的に温度が高まり易いガス集合室１６Ａの真上を避けて配置することもできるので、インジェクタ１８の健全性を長期間に亘り維持させることができる。
【００３５】
尚、本発明の排気浄化装置は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、図１〜図３を用いた形態例の説明では、還元剤が尿素水である場合について説明しているが、選択還元型触媒が、酸素共存下でも選択的にＮＯxをＨＣガスと反応せしめる性質を備えたものである場合には、還元剤が燃料であっても良いこと、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００３６】
１      排気ガス
３      パティキュレートフィルタ
４      選択還元型触媒
８      インジェクタ
１６    連絡流路
１６Ａ  ガス集合室
１６Ｂ  連通管
１７    排気出口
１８    インジェクタ
１９    リアクタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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