(57)【要約】【課題】噴射された尿素水の加熱を促進する。【解決手段】内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の排気ガスが流される排気通路と、排気通路に配置された触媒と、触媒の上流側に設けられ、排気通路内に還元剤を噴射する噴射弁と、噴射弁の下流側かつ触媒の上流側に位置する排気通路の一部により形成され、噴射弁から噴射された還元剤と排気ガスを混合するための混合通路１０と、混合通路の下流側に位置する排気通路の一部により形成された下流側通路１３と、混合通路を画成する混合通路管１０Ｐと、下流側通路を画成する下流側通路管１３Ｐとを備える。下流側通路管１３Ｐが混合通路管１０Ｐに接触される。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気ガスが流される排気通路と、
前記排気通路に配置された触媒と、
前記触媒の上流側に設けられ、前記排気通路内に還元剤を噴射する噴射弁と、
前記噴射弁の下流側かつ前記触媒の上流側に位置する前記排気通路の一部により形成され、前記噴射弁から噴射された還元剤と排気ガスを混合するための混合通路と、
前記混合通路の下流側に位置する前記排気通路の一部により形成された下流側通路と、
前記混合通路を画成する混合通路管と、
前記下流側通路を画成する下流側通路管と、
を備え、
前記下流側通路管が前記混合通路管に接触される
ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記下流側通路が、前記触媒の下流側に位置する前記排気通路の一部により形成される
請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記下流側通路管が前記混合通路管に面接触される
請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記下流側通路管が、前記混合通路管の断面形状に沿った断面形状の凹状部を有し、前記凹状部が前記混合通路管の外周面に面接触される
請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記混合通路管が、円形の断面形状を有し、前記凹状部が、円弧状の断面形状を有する
請求項４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】
本発明は内燃機関の排気浄化装置に係り、特に、ディーゼルエンジンに主に適用される排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンの排気通路には、排気中のＮＯｘ（窒素酸化物）を還元除去する選択還元型ＮＯｘ触媒が設けられる。ＮＯｘ触媒の上流側には尿素水を噴射する噴射弁が設けられる。ＮＯｘ触媒は、尿素水を加水分解して得られるアンモニアＮＨ3とＮＯｘを反応させ、排気中のＮＯｘを窒素Ｎ2に還元する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−４０１４９号公報
【特許文献２】特開２００３−１２０２６０号公報
【特許文献３】特開２０１６−１８６２２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＮＯｘ触媒を高効率で作動させるには、尿素水の加水分解を促進し、尿素水の単位容量当たりのアンモニア生成量すなわちアンモニア生成効率をできるだけ高い水準に維持することが望ましい。そして尿素水の加水分解を促進するためには、排気通路内に噴射された尿素水の加熱を可能な限り促進することが好ましい。
【０００５】
そこで本発明は、かかる事情に鑑みて創案され、その目的は、噴射された尿素水の加熱を促進できる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一の態様によれば、
内燃機関の排気ガスが流される排気通路と、
前記排気通路に配置された触媒と、
前記触媒の上流側に設けられ、前記排気通路内に還元剤を噴射する噴射弁と、
前記噴射弁の下流側かつ前記触媒の上流側に位置する前記排気通路の一部により形成され、前記噴射弁から噴射された還元剤と排気ガスを混合するための混合通路と、
前記混合通路の下流側に位置する前記排気通路の一部により形成された下流側通路と、
前記混合通路を画成する混合通路管と、
前記下流側通路を画成する下流側通路管と、
を備え、
前記下流側通路管が前記混合通路管に接触される
ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置が提供される。
【０００７】
好ましくは、前記下流側通路が、前記触媒の下流側に位置する前記排気通路の一部により形成される。
【０００８】
好ましくは、前記下流側通路管が前記混合通路管に面接触される。
【０００９】
好ましくは、前記下流側通路管が、前記混合通路管の断面形状に沿った断面形状の凹状部を有し、前記凹状部が前記混合通路管の外周面に面接触される。
【００１０】
好ましくは、前記混合通路管が、円形の断面形状を有し、前記凹状部が、円弧状の断面形状を有する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、噴射された尿素水の加熱を促進できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態に係る排気浄化装置の全体構造を示す縦断側面図である。
【図２】排気浄化装置の縦断後面図であり、図１のＩＩ−ＩＩ断面図である。
【図３】排気浄化装置の縦断前面図であり、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。
【図４】図２のＩＶ部詳細断面図である。
【図５】変形例を示す図２のＩＶ部詳細断面相当図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。なお本発明は以下の実施形態に限定されない点に留意されたい。
【００１４】
図１〜図３に、本発明の実施形態に係る排気浄化装置の全体構造を示す。図１は縦断側面図（図２のＩ−Ｉ断面図）、図２は縦断後面図（図１のＩＩ−ＩＩ断面図）、図３は縦断前面図（図１のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図）である。便宜上、直交三軸の各方向、すなわち前後左右上下の各方向を図示の如く定める。但しこれら各方向が図示の配置に関して説明の便宜上定められたものに過ぎない点に留意されたい。
【００１５】
排気浄化装置が適用される内燃機関（図示せず、エンジンともいう）は、車両に搭載されるディーゼルエンジンである。車両（図示せず）はトラック等の大型車両である。但し車両および内燃機関の種類、用途等に限定はなく、例えば車両は乗用車等の小型車両であってもよいし、エンジンはガソリンエンジンであってもよい。
【００１６】
図示するように、排気浄化装置１は、後述する複数の部材（触媒等）をコンパクトに纏めてキャニング（canning）状態で収容する密閉箱型のケーシング２を備える。本実施形態のケーシング２は直方体形状とされる。ケーシング２の後端壁２Ｒには、ケーシング２内にエンジンの排気ガスＧを導入するための装置入口管３と、ケーシング２内から排気ガスＧを排出するための装置出口管４とが取り付けられている。但し装置入口管３と装置出口管４の設置位置は任意に設定できる。
【００１７】
ケーシング２内では、金属製（本実施形態ではステンレス製）の複数の管および板が溶接等で取り付けられることにより、適宜空間が仕切られ、これにより排気ガスＧが流される排気通路５が画成されている。ここで「排気通路」とは、排気ガスＧが流される任意の空間をいい、その形状は任意である。管状であってもよいしチャンバ状であってもよい。排気通路５は排気ガスＧを前後方向に複数回折り返すように構成されている。
【００１８】
ケーシング２内には、ケーシング２内を前後に仕切る前側隔壁板６と後側隔壁板７とが設けられている。前側隔壁板６とケーシング２の前端壁２Ｆとの間に前端チャンバ８Ｆが画成されている。後側隔壁板７とケーシング２の後端壁２Ｒとの間に後端チャンバ８Ｒが画成されている。前側隔壁板６と後側隔壁板７の間に中間チャンバ８Ｍが画成されている。
【００１９】
以下、ケーシング２内における排気ガスＧのメインの流れを概略説明する。このメインの流れは図１〜図３に矢示する通りである。
【００２０】
装置入口管３内を前方に流れてきた排気ガスは、そのまま、ケーシング２内左下に配置され前後方向に延びる第１通路９内を直進し、このときに第１酸化触媒２１とフィルタ２２を順に通過する。その後排気ガスは、前端チャンバ８Ｆ内に配置された送り管１９Ｐ内の送り通路１９を通じて、ケーシング２内中心部に配置された混合通路としての第２通路１０内に入る。このときに排気ガスは前向きから後向きへ折り返される。そして排気ガスは、第２通路１０内を前方から後方に流れた後、後端チャンバ８Ｒ内に入り、ここで図２に示すように二方向に分岐して、ケーシング２内右下に配置された第３通路１１と、ケーシング２内左上に配置された第４通路１２とに入る。このときに排気ガスは後向きから前向きへ折り返される。
【００２１】
排気ガスは、第３および第４通路１１，１２内を後方から前方に流れ、このときにＮＯｘ触媒２３と第２酸化触媒２４を順に通過する。その後排気ガスは、前端チャンバ８Ｆ内に入り、図３に示すように、ケーシング２内右上に配置された第５通路１３へと集約される。このときに排気ガスは前向きから後向きへ折り返される。その後排気ガスは、第５通路１３内を前方から後方に流れ、そのまま装置出口管４へと直進して排出される。
【００２２】
このように排気通路５は、第１通路９、第２通路１０、第３通路１１、第４通路１２、第５通路１３、送り通路１９、前端チャンバ８Ｆおよび後端チャンバ８Ｒを含む。
【００２３】
第２通路１０の上流端の位置には、還元剤としての尿素水を噴射する噴射弁１４が設けられている。噴射弁１０は、第２通路１０と同軸に後向きに配置され、第２通路１０の軸方向後方に向かって尿素水を噴霧状に噴射する。
【００２４】
噴射弁１４は、尿素水の供給対象物である選択還元型ＮＯｘ触媒２３の上流側に配置される。そして噴射弁１４の下流側かつＮＯｘ触媒２３の上流側に位置する第２通路１０は、噴射弁１０から噴射された尿素水と排気ガスを混合するための混合通路としての役割を果たす。
【００２５】
排気通路５には４種類の後処理部材、すなわち第１酸化触媒２１、フィルタ２２、選択還元型ＮＯｘ触媒２３および第２酸化触媒２４が、上流側から順に直列に配置されている。
【００２６】
第１酸化触媒２１は、排気ガス中の未燃成分（炭化水素ＨＣおよび一酸化炭素ＣＯ）を酸化して浄化すると共に、このときの反応熱で排気ガスを加熱昇温する。
【００２７】
フィルタ２２は、所謂ディーゼルパティキュレートフィルタ（DPF: Diesel Particulate Filter）または触媒付煤フィルタ（CSF: Caterized Soot Filter）と称されるもので、触媒を担持した連続再生式フィルタである。フィルタ２２は、ウォールフロー型とされ、排気中に含まれる粒子状物質（以下PM: Particulate Matterという）を捕集すると共に、捕集したＰＭを触媒反応により連続的に酸化して燃焼除去する。
【００２８】
選択還元型ＮＯｘ触媒（SCR: Selective Catalytic Reduction）２３は、尿素水を加水分解して得られるアンモニアＮＨ3とＮＯｘを反応させ、排気中のＮＯｘを窒素Ｎ2に還元する。
【００２９】
第２酸化触媒２４は、アンモニアスリップ酸化触媒とも称され、ＮＯｘ触媒２３から排出された（スリップした）余剰アンモニアを酸化除去する。
【００３０】
本実施形態において、ＮＯｘ触媒２３および第２酸化触媒２４の組み合わせは、第３通路１１と第４通路１２に互いに並列して計二つ設けられる。また図１に示すように、各組み合わせにおいて、ＮＯｘ触媒２３は上流側担体２３Ａの全体と、下流側担体２３Ｂの上流側部分とに形成され、第２酸化触媒２４は下流側担体２３Ｂの下流側部分にゾーンコートにより形成されている。但し両触媒の担体を個別にしても構わない。
【００３１】
第１〜第５通路９〜１３および送り通路１９は、第１〜第５通路管９Ｐ〜１３Ｐおよび送り通路管１９Ｐにより画成されている。本実施形態において、第１〜第４通路９〜１２は直線状かつ断面円形、送り通路１９は直線状かつ断面長円形とされている。また第５通路１３は例えば図２に示すように、ケーシング２の右上コーナー部に沿う断面Ｌ字状かつ直線状に形成されている。各通路に対応する各管も同じ形状である。なお各通路および各管の形状は適宜変更可能である。
【００３２】
排気流れ方向に沿って、第１通路管９Ｐは後端壁２Ｒから前端壁２Ｆまで延び、第２通路管１０Ｐは前端壁２Ｆから後側隔壁板７まで延び、第３通路管１１Ｐおよび第４通路管１２Ｐは後側隔壁板７から前側隔壁板６まで延び、第５通路管１３Ｐは前側隔壁板６から後端壁２Ｒまで延びている。従って、前端チャンバ８Ｆ内は、第１通路９の部分と、第２通路１０の部分と、送り通路１９の部分と、それ以外の部分とに仕切られる。また後端チャンバ８Ｒ内は、第１通路９の部分と、第５通路１３の部分と、それ以外の部分とに仕切られる。
【００３３】
さて、ＮＯｘ触媒２３を高効率で作動させるには、尿素水の加水分解を促進し、尿素水の単位容量当たりのアンモニア生成量すなわちアンモニア生成効率をできるだけ高い水準に維持することが望ましい。そして尿素水の加水分解を促進するためには、排気通路５内に噴射された尿素水の加熱を可能な限り促進することが好ましい。
【００３４】
このため本実施形態では、混合通路たる第２通路１０を独立して設け、この中で、噴射された尿素水と排気ガスをできるだけ混合させるようにしている。この混合の促進により、排気ガスの熱による尿素水の加熱を促進することができ、尿素水の加水分解を促進することができる。
【００３５】
本実施形態の第２通路１０には、混合を促進するための特別な部材等は特に設けられていない。しかしながら、そうした部材等を設けて混合をより積極的に行うようにしても構わない。なお混合促進と排気抵抗とはトレードオフの関係にあるため、本実施形態の構成は排気抵抗を低減する上で有利である。
【００３６】
一方、本実施形態において、混合通路を画成する混合通路管が第２通路管１０Ｐにより形成される。また第２通路１０の下流側に位置する排気通路５の一部により下流側通路が形成され、下流側通路が下流側通路管により画成される。本実施形態は、この下流側通路管が第２通路管１０Ｐに接触される点に特徴がある。
【００３７】
本実施形態の場合、下流側通路管は第５通路管１３Ｐとされ、従って下流側通路は第５通路１３とされる。図２および図４に示すように、第５通路管１３Ｐは第２通路管１０Ｐに接触されている。なお図４は図２のＩＶ部詳細断面図である。
【００３８】
第５通路１３には、触媒等の加熱を終え後に装置外へと排出される、廃熱を含む排気ガスが流されている。本実施形態では、第５通路管１３Ｐが第２通路管１０Ｐに接触されているので、第５通路１３内の廃熱を第５通路管１３Ｐ、第２通路管１０Ｐ、第２通路１０内の排気ガスおよび尿素水へと順に伝達し、第２通路１０内の尿素水を加熱することができる。従って、第５通路１３内の廃熱を有効利用して第２通路１０内の尿素水の加熱を促進し、尿素水の加水分解を促進することができる。そしてアンモニア生成効率を高め、ＮＯｘ触媒を高効率で作動させ、排気浄化性能を高めることができる。
【００３９】
本実施形態において、第２通路管１０Ｐは、入手容易かつ低コストの断面円形の直管により形成されている。この第２通路管１０Ｐにできるだけ多くの熱を伝達できるよう、第５通路管１３Ｐは第２通路管１０Ｐに面接触されている。特に、第５通路管１３Ｐは、第２通路管１０Ｐの断面形状に沿った断面形状、具体的には円弧状の断面形状の凹状部３１を有し、この凹状部３１が第２通路管１０Ｐに面接触されている。凹状部３１は、第２通路管１０Ｐの周方向の所定角度範囲（本実施形態では約９０°）に亘り、第２通路管１０Ｐの外周面に面接触されている。また凹状部３１は、図２から理解されるように、断面Ｌ字状の第５通路管１３Ｐの内側コーナー部に形成されている。
【００４０】
図１から理解されるように、第２通路管１０Ｐおよび第５通路管１３Ｐは、長手方向ないし前後方向における両者のオーバーラップ範囲の全長に亘り、つまり前側隔壁板６と後側隔壁板７の間の全長に亘り、面接触されている。こうして第２通路管１０Ｐの周方向および長手方向の所定範囲に亘り、第５通路管１３Ｐが面接触され、両者の間に大きな接触面積が得られ、比較的大量の熱を尿素水に伝達できる。
【００４１】
このように本実施形態では、第５通路管１３Ｐが第２通路管１０Ｐに接触されるので、第５通路１３内の廃熱を有効利用して第２通路１０内の尿素水の加熱を促進することができる。
【００４２】
第２通路管１０Ｐと第５通路管１３Ｐの接触部は溶接されるのが好ましい。これにより実質的な接触面積を拡大し、熱伝達量を増加できる。
【００４３】
ところで、下流側通路は第５通路１３に限らない。図５は本実施形態の変形例を示し、この変形例では、下流側通路に、第３通路１１も含まれている。従って下流側通路管には、第３通路管１１Ｐも含まれ、第５通路管１３Ｐに加え第３通路管１１Ｐも、第２通路管１０Ｐに接触されている。
【００４４】
前述したように、第３通路管１１Ｐの内部にはＮＯｘ触媒２３と第２酸化触媒２４が設けられている。そしてこれら触媒２３，２４は、断熱緩衝材としてのマット３２を介して、第３通路管１１Ｐの内周面に支持されている。第３通路管１１Ｐも断面円形の直管により形成されているので、第３通路管１１Ｐは第２通路管１０Ｐに線接触されている。長手方向ないし前後方向については、第２通路管１０Ｐおよび第３通路管１１Ｐのオーバーラップ範囲の全長、つまり前側隔壁板６と後側隔壁板７の間の全長に亘り、第３通路管１１Ｐが第２通路管１０Ｐに線接触されている。
【００４５】
ＮＯｘ触媒２３と第２酸化触媒２４の熱が、マット３２により概ね減衰されるものの、第３通路管１１Ｐに幾分か伝達される。本変形例では、第３通路管１１Ｐが第２通路管１０Ｐに接触されているので、第３通路管１１Ｐの熱も第２通路管１０Ｐ、第２通路１０内の排気ガスおよび尿素水へと順に伝達し、第２通路１０内の尿素水を加熱することができる。従って本変形例では、ＮＯｘ触媒２３と第２酸化触媒２４の熱をも利用して第２通路１０内の尿素水の加熱を促進することができる。
【００４６】
なお図示しないが、第２通路管１０Ｐに、第３通路管１１Ｐの断面形状に沿った断面形状、具体的には円弧状の断面形状の凹状部を形成し、この凹状部を第３通路管１１Ｐに面接触させてもよい。
【００４７】
本変形例では、下流側通路が、ＮＯｘ触媒２３の下流側に位置する排気通路５の一部により形成された第１の下流側通路（第５通路１３）と、ＮＯｘ触媒２３が設置される排気通路５の一部により形成された第２の下流側通路（第３通路１１）とを含む。下流側通路管が、第１の下流側通路を画成する第１の下流側通路管（第５通路管１３Ｐ）と、第２の下流側通路を画成する第２の下流側通路管（第３通路管１１Ｐ）とを含む。第１の下流側通路管と第２の下流側通路管とが混合通路管（第２通路管１０Ｐ）に接触される。
【００４８】
他の変形例に関し、同様の考え方で、ＮＯｘ触媒２３および第２酸化触媒２４が設置される別の通路管すなわち第４通路管１２Ｐも、第２通路管１０Ｐに接触させてもよい。また、第２通路管１０Ｐに接触される通路管から第２酸化触媒２４を省略してもよい。第２通路管１０Ｐに対し、第５通路管１３Ｐを接触させず、第３通路管１１Ｐおよび第４通路管１２Ｐの少なくとも一方を接触させてもよい。各接触部の態様は、面接触が好ましいが、線接触または点接触であってもよい。第５通路管１３Ｐを断面円形に形成し、これに面接触する凹状部を第２通路管１０Ｐに設けてもよい。同様に、断面円形の第３通路管１１Ｐおよび第４通路管１２Ｐの少なくとも一方に面接触する凹状部を第２通路管１０Ｐに設けてもよい。
【００４９】
以上、本発明の実施形態を詳細に述べたが、本発明の実施形態は他にも様々考えられる。
【００５０】
（１）本発明は、上述のような密閉箱型ケーシングを有する排気浄化装置のみならず、通常の排気浄化装置にも適用可能である。
【００５１】
（２）触媒は、必ずしもＮＯｘ触媒でなくてもよく、選択還元型ＮＯｘ触媒でなくてもよい。また触媒に供給する還元剤も、触媒の種類に応じて変更可能である。
【００５２】
本発明の実施形態は前述の実施形態のみに限らず、特許請求の範囲によって規定される本発明の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が本発明に含まれる。従って本発明は、限定的に解釈されるべきではなく、本発明の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。
【符号の説明】
【００５３】
１  排気浄化装置
５  排気通路
１０  第２通路
１０Ｐ  第２通路管
１１  第３通路
１１Ｐ  第３通路管
１２  第４通路
１２Ｐ  第４通路管
１３  第５通路
１３Ｐ  第５通路管
１４  噴射弁
２３  ＮＯｘ触媒
３１  凹状部
【図１】
2019065785.tif 000003
【図２】
2019065785.tif 000004
【図３】
2019065785.tif 000005
【図４】
2019065785.tif 000006
【図５】
2019065785.tif 000007