(57)【要約】【課題】排気抵抗を抑制しつつ、尿素水（還元剤）溜まりに起因する排気管の腐食を抑制できる内燃機関の排気浄化装置、及び、その装置に適用される管部材を提供する。【解決手段】内燃機関の排気浄化装置は、排気管１と、排気管１内に尿素水（還元剤）を噴射する噴射弁２と、噴射弁２の下流側に位置する排気管１内に設けられた選択還元型ＮＯｘ触媒３と、噴射弁２とＮＯｘ触媒３との間の位置における排気管１の一部を形成し、水平方向に延びる管部材１０と、管部材１０の内部に設けられ、水平方向に延び、還元剤溜まりを分散させるための分散板５０と、を備える。【選択図】図１
2019157826.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気が流通される排気管と、
前記排気管内に還元剤を噴射する噴射弁と、
前記噴射弁の下流側に位置する前記排気管内に設けられ、前記還元剤を用いて排気中の窒素酸化物を浄化する選択還元型ＮＯｘ触媒と、
前記噴射弁と前記ＮＯｘ触媒との間の位置における前記排気管の一部を形成し、水平方向に延びる管部材と、
前記管部材の内部に設けられ、水平方向に延び、還元剤溜まりを分散させるための分散板と、を備えた
ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記分散板の少なくとも一方の側部は、前記管部材の内周面に固定され、かつ、上方に曲げられている
請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記管部材は、その上流側端部の下方または上方に入口を有し、
前記噴射弁は、前記管部材の軸方向上流端の位置から下流側に向かって前記還元剤を噴射するように設けられ、
前記分散板は、上下方向に間隔を空けて複数設けられ、
複数の前記分散板は、前記入口が存する上方または下方の反対側に偏在される
請求項１または２記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記入口が存する上方または下方に位置する前記分散板の上流端は、前記入口が存する上方または下方の反対側に位置する前記分散板の上流端より上流側に位置される
請求項３記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記管部材は、前記排気管の残部から分割可能である
請求項１〜４何れか一項記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
内燃機関の排気が流通される排気管と、前記排気管内に還元剤を噴射する噴射弁と、前記噴射弁の下流側に位置する前記排気管内に設けられ、前記還元剤を用いて排気中の窒素酸化物を浄化する選択還元型ＮＯｘ触媒と、を備えた内燃機関の排気浄化装置に適用される管部材であって、
前記噴射弁と前記ＮＯｘ触媒との間の位置における前記排気管の一部を形成し、水平方向に延びて配置され、
水平方向に延びて還元剤溜まりを分散させるための分散板を内部に備えた
ことを特徴とする管部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、主として選択還元型ＮＯｘ触媒を備えた内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気浄化装置としては、排気管内に尿素水（還元剤）を噴射する噴射弁と、尿素水から生成されるアンモニアにより排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元し浄化する選択還元型ＮＯｘ触媒と、を備えた排気浄化装置が存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−０８４８５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の排気浄化装置においては、噴射弁とＮＯｘ触媒との間に位置する排気管の下面部に、噴射弁から噴射された尿素水の一部が液相状態で付着して、尿素水溜まりが生じる場合がある。この場合、尿素水溜まりに起因して排気管が腐食する虞がある。
【０００５】
これに対しては、排気管内に設けたミキサー装置によって、噴射弁から噴射された尿素水を排気と攪拌混合させて加水分解を促進させ、尿素水溜まりの発生を抑制する手法が知られている。しかしながら、この手法では、ミキサー装置によって排気抵抗が増大してしまう。
【０００６】
そこで、本開示は、かかる事情に鑑みて創案され、その目的は、排気抵抗を抑制しつつ、尿素水溜まりに起因する排気管の腐食を抑制できる内燃機関の排気浄化装置、及び、その装置に適用される管部材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示に係る内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の排気が流通される排気管と、前記排気管内に還元剤を噴射する噴射弁と、前記噴射弁の下流側に位置する前記排気管内に設けられ、前記還元剤を用いて排気中の窒素酸化物を浄化する選択還元型ＮＯｘ触媒と、前記噴射弁と前記ＮＯｘ触媒との間の位置における前記排気管の一部を形成し、水平方向に延びる管部材と、前記管部材の内部に設けられ、水平方向に延び、還元剤溜まりを分散させるための分散板と、を備えたことを特徴とする。
【０００８】
また、前記分散板の少なくとも一方の側部は、前記管部材の内周面に固定され、かつ、上方に曲げられていることが好ましい。
【０００９】
また、前記管部材は、その上流側端部の下方または上方に入口を有し、前記噴射弁は、前記管部材の軸方向上流端の位置から下流側に向かって前記還元剤を噴射するように設けられ、前記分散板は、上下方向に間隔を空けて複数設けられ、複数の前記分散板は、前記入口が存する上方または下方の反対側に偏在されることが好ましい。
【００１０】
また、前記入口が存する上方または下方に位置する前記分散板の上流端は、前記入口が存する上方または下方の反対側に位置する前記分散板の上流端より上流側に位置されることが好ましい。
【００１１】
また、前記管部材は、前記排気管の残部から分割可能であることが好ましい。
【００１２】
また、本開示に係る管部材は、内燃機関の排気が流通される排気管と、前記排気管内に還元剤を噴射する噴射弁と、前記噴射弁の下流側に位置する前記排気管内に設けられ、前記還元剤を用いて排気中の窒素酸化物を浄化する選択還元型ＮＯｘ触媒と、を備えた内燃機関の排気浄化装置に適用される管部材であって、前記噴射弁と前記ＮＯｘ触媒との間の位置における前記排気管の一部を形成し、水平方向に延びて配置され、水平方向に延びて還元剤溜まりを分散させるための分散板を内部に備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本開示に係る内燃機関の排気浄化装置及びその装置に適用される管部材によれば、排気抵抗を抑制しつつ、尿素水（還元剤）溜まりに起因する排気管の腐食を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】内燃機関の排気浄化装置の全体を示す概略構成図である。
【図２】図１に示した管部材及び分散板の拡大縦断面図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。
【図４】第１変形例に係る管部材及び分散板の拡大縦断面図である。
【図５】図４に示した継ぎ手管の縦断面図である。
【図６】第２変形例に係る排気浄化装置の全体を示す概略構成図である。
【図７】図６に示した管部材及び分散板の拡大縦断面図である。
【図８】第３変形例に係る管部材及び分散板の拡大縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、添付図面に基づいて、本開示の実施形態を説明する。なお、下記の実施形態では、図中に示す上下前後左右の各方向は、排気浄化装置を搭載した車両（不図示）の上下前後左右の各方向に一致する。但し、これらの方向は、説明の便宜上定められたものに過ぎないものとする。また、本実施形態において、「水平方向」とは、排気浄化装置が車両に搭載されて使用されたときの水平方向を意味する。
【００１６】
図１は、排気浄化装置１００の全体を示す前面視概略構成図である。図中において、白抜き矢印Ａは、排気管１内の排気の流れを示し、点線矢印Ｂは、噴射弁２から噴射された尿素水の流れを示す。
【００１７】
図１に示すように、排気浄化装置１００は、内燃機関（不図示）の排気が流通される排気管１と、排気管１内に尿素水（還元剤）を噴射する噴射弁２と、噴射弁２の下流側に位置する排気管１内に設けられたＮＯｘ触媒３と、を備える。
【００１８】
内燃機関は、車両に搭載された多気筒の圧縮着火式内燃機関、すなわちディーゼルエンジンである。但し、内燃機関の用途、種類等は任意である。
【００１９】
ＮＯｘ触媒３は、尿素水が加水分解することで生成されるアンモニア（ＮＨ3）を還元剤として排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化する選択還元型ＮＯｘ触媒である。
【００２０】
また、排気浄化装置１００は、噴射弁２とＮＯｘ触媒３との間の位置における排気管１の一部を形成し、水平方向に延びる管部材としての第１混合管１０を備える。また、排気浄化装置１００は、第１混合管１０の内部に設けられ、水平方向に延び、尿素水溜まりＰ（図３を参照）を分散させるための分散板５０を備える。
【００２１】
具体的には、排気管１は、噴射弁２とＮＯｘ触媒３との間の位置において、上流側から順に接続された第１混合管１０、第２混合管２０及び触媒ケーシング３０を有する。また、排気管１は、噴射弁２より上流側の位置において、第１混合管１０の上流端に接続された排気導入管４０を有する。これら混合管１０，２０、触媒ケーシング３０及び排気導入管４０は、耐尿素腐食性のステンレス材料からなる。
【００２２】
混合管１０，２０は、噴射弁２から噴射された尿素水を排気との間で混合させて、排気熱によってアンモニアに加水分解する機能を有する。触媒ケーシング３０は、上流側からＮＯｘ触媒３及びアンモニア酸化触媒４を内設する。アンモニア酸化触媒４は、ＮＯｘ触媒３でＮＯｘの還元に消費されなかった余剰のアンモニア（ＮＨ3）を酸化して、Ｎ2を生成する酸化触媒である。
【００２３】
本実施形態において、第１混合管１０は、上流端から下流端に向かって水平方向右向きに延び、第２混合管２０は、第１混合管１０の下流端の位置から上方に折曲されてＵ字状に折り返される。また、触媒ケーシング３０は、第２混合管２０の下流端の位置から水平方向左向きに延びる。他方、排気導入管４０は、第１混合管１０の上流側端部に向かって上方に延びる下流側端部を有する。
【００２４】
図２は、第１混合管１０及び分散板５０を示す拡大縦断面図であり、図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。図中において、符号Ｘは、水平方向右向きに延びる第１混合管１０の中心軸（管軸）を示すものとする。なお、本実施形態においては、第１混合管１０の軸方向上流側を左側、軸方向下流側を右側とする。
【００２５】
図２に示すように、第１混合管１０は、その上流側端部（図示、左側端部）の下方に入口１０ｉｎを有する。また、第１混合管１０は、その下流側端部（図示、右側端部）に出口１０ｏｕｔを有する。
【００２６】
具体的には、第１混合管１０は、上流側端部を下方に９０°屈曲させて入口１０ｉｎを形成する。また、第１混合管１０の軸方向上流端には、鉛直方向に延びた左側端壁部１１が形成される。
【００２７】
第１混合管１０の入口１０ｉｎは、ボルト及びナット（不図示）を用いて、排気導入管４０の出口４０ｏｕｔにフランジ接続される。また、第１混合管１０の出口１０ｏｕｔは、ボルト及びナット（不図示）を用いて、第２混合管２０の入口２０ｉｎにフランジ接続される。即ち、本実施形態の第１混合管１０は、排気管１の残部（ここでは、第２混合管２０及び排気導入管４０）から分割可能に構成される。但し、第１混合管１０は、溶接等によって、第２混合管２０及び排気導入管４０と一体的に形成されていても良い。
【００２８】
噴射弁２は、第１混合管１０の軸方向上流端の位置から下流側に向かって尿素水を噴射するように設けられる。具体的には、噴射弁２は、左側端壁部１１に貫通して形成された取付孔１２に挿入されて取り付けられ、第１混合管１０の管軸Ｘと同軸に尿素水を噴射する。なお、矢印Ａ及び矢印Ｂで示すように、噴射弁２から噴射された尿素水は、入口１０ｉｎから第１混合管１０に導入されて右方向に曲がる排気に押され、アウトコーナー側である上側に偏流される傾向がある。
【００２９】
分散板５０は、上下方向に間隔を空けて複数設けられる。具体的には、分散板５０は、管軸Ｘと平行に、等間隔で３枚設けられる。但し、各分散板５０は、等間隔で配置されなくても良い。また、分散板５０は、任意の枚数であって良く、１枚、２枚または４枚以上であっても良い。
【００３０】
また、分散板５０は、耐尿素腐食性のステンレス材料からなり、例えば厚さ１ｍｍ程度の薄い平板状に形成される。但し、分散板５０は、任意の材質及び厚さであって良い。
【００３１】
また、各分散板５０は、左側壁部１１から間隔を空けて配置される。即ち、第１混合管１０内において、各分散板５０と左側壁部１１との間の空間には、入口１０ｉｎから導入される排気の流れを妨げず、かつ導入された排気を水平方向右向きに円滑に曲げるための流路が画成される。
【００３２】
他方、図３に示すように、各分散板５０の側部５１，５２は、第１混合管１０の内周面１３に固定され、かつ、上方に曲げられている。
【００３３】
より詳しくは、各分散板５０の前側部５１及び後側部５２は、水平方向に対して上方に湾曲して形成され、内周面１３に溶接される。但し、分散板５０は、少なくとも一方の側部５１，５２が内周面１３に固定されていれば良い。また、側部５１，５２の断面形状は任意であって良く、例えば、角張った屈曲形状や、曲げられずに水平方向に延びた直線形状であっても良い。
【００３４】
また、各分散板５０は、第１混合管１０の入口１０ｉｎが存する下方の反対側、即ち上方に偏在されて配置される。ここで、「上方に偏在」とは、複数の分散板５０の高さ中心が管軸Ｘよりも上方に位置することを意味する。また、分散板５０が１枚の場合には、その分散板５０が管軸Ｘよりも上方に位置することを意味する。
【００３５】
より詳しくは、各分散板５０は、排気に押されて上側に偏流された尿素水を各分散板５０の上面に均等に付着させて、均等な尿素水溜まりＰを生成するように配置される。
【００３６】
また、図２に示すように、入口１０ｉｎが存する下方に位置する分散板５０の上流端５０ａは、入口１０ｉｎが存する下方の反対側、即ち上方に位置する分散板５０の上流端５０ａより上流側に位置される。より詳しくは、各分散板５０の上流端５０ａの位置は、上側の段から下側の段に向かうにつれて、水平方向左側、即ち上流側に位置するように配置される。これは、排気に押されて上側に偏流された尿素水に対して、上方の分散板５０よりも下方の分散板５０の方が尿素水を迎え入れ易くなるようにしたものである。
【００３７】
他方、各分散板５０の下流端５０ｂは、第１混合管１０の出口１０ｏｕｔの位置より下流側に配置される。但し、この下流端５０ｂの位置は、任意であって良く、例えば、出口１０ｏｕｔと同じ位置であっても良い。また、分散板５０毎に下流端５０ｂの位置を変えても良い。
【００３８】
次に、図１〜図３に基づいて、本実施形態に係る排気浄化装置１００及び第１混合管１０の作用効果を説明する。
【００３９】
図１に示すように、内燃機関の排気は、排気管１を通じて大気へと放出される。また、噴射弁２は、第１混合管１０の上流端から水平方向右側に向かって、第１混合管１０内に尿素水を噴射する。噴射された尿素水は、排気と混合されて第１混合管１０を右方向に流れる。その後、尿素水と混合された排気は、第２混合管２０を通じて、触媒ケーシング３０内に流入する。この過程で、噴射弁２から噴射された尿素水は、排気と混合されて蒸発しつつ、加水分解されてアンモニアを生成する。
【００４０】
触媒ケーシング３０内においては、アンモニアを含んだ排気が、ＮＯｘ触媒３を通過する。このとき、ＮＯｘ触媒３は、尿素水が加水分解されて生成されたアンモニアによって、ＮＯｘを還元して浄化する。また、ＮＯｘ触媒３でＮＯｘの還元に消費されなかった余剰のアンモニアは、アンモニア酸化触媒４と接触して酸化され、大気への放出が抑制される。
【００４１】
ここで、噴射弁２から噴射された尿素水の一部が、液相状態のまま、第１混合管１０の下面部に付着して溜まる虞がある。
【００４２】
図示しないが、仮に、第１混合管内に分散板が設けられていない場合には、第１混合管の下面部に溜まった尿素水に起因して第１混合管が腐食する虞がある。より詳しくは、この尿素水溜まりにおいては、尿素水の蒸発と供給が繰り返される過程で、尿素水に含まれるカルバミン酸アンモニウム（ＮＨ2ＣＯＯＮＨ4）等の濃度が上昇し、第１混合管を腐食させる可能性がある。また、尿素水溜まりが生じると、高濃度のＮＨ2ＣＯＯＮＨ4を含んだ白色堆積物が生成されるが、この白色堆積物は第１混合管を閉塞及び腐食させる原因となり得る。
【００４３】
この問題に対しては、排気管内にミキサー装置（不図示）を設けることで、噴射弁２から噴射された尿素水を排気と攪拌混合させて加水分解を促進させ、尿素水溜まりの発生を抑制する手法が知られている。しかしながら、この手法では、ミキサー装置によって、排気管内の排気抵抗及び圧力損失が増大してしまい、内燃機関の燃費が不利になる等の問題が生じる。また、白色堆積物によってミキサー装置が閉塞及び腐食する虞もある。
【００４４】
そこで、本実施形態では、図２及び図３に示すように、水平方向に延びる第１混合管１０内に、水平方向に延びる分散板５０を設けることで、第１混合管１０内に生じる尿素水溜まりＰを、複数の分散板５０と第１混合管１０の下面部とに分散させている。
【００４５】
これにより、尿素水が液相状態のまま付着して溜まる面積が増加することで、一箇所に溜まる水の量を減らし、その気化蒸発を促進できる。また、各分散板５０が第１混合管１０の軸方向に延びることで、排気が第１混合管１０を通過するときの排気抵抗を抑制できる。その結果、排気抵抗を抑制しつつ、尿素水溜まりに起因する排気管１の腐食を抑制することができる。また、白色堆積物による排気管１の閉塞及び腐食を抑制することが可能になる。
【００４６】
また、図３に示すように、分散板５０の側部５１，５２は、第１混合管１０の内周面１３に固定され、かつ、上方に曲げられている。そのため、例えば、分散板５０の側部５１，５２と内周面１３との溶接部分に、溜まった尿素水が接するのを抑制できる。その結果、側部５１，５２と内周面１３との溶接部分において、腐食が生じるのを抑制できる。
【００４７】
また、各分散板５０は、上方に偏在されて配置される。そのため、各分散板５０は、排気に押されて上側に偏流された尿素水を各分散板５０の上面に均等に溜めることができる。
【００４８】
また、図２に示すように、下方に位置する分散板５０の上流端５０ａは、上方に位置する分散板５０の上流端５０ａより上流側に位置される。これにより、排気に押されて上側に偏流された尿素水に対し、上方の分散板５０よりも下方の分散板５０の方が尿素水を迎え入れ易くできる。その結果、各分散板５０の上面に均等に尿素水溜まりＰ（図３を参照）を生じさせることができる。
【００４９】
また、第１混合管１０は、排気管１の残部（ここでは、第２混合管２０及び排気導入管４０）から分割可能に構成される。そのため、分散板５０または第１混合管１０が腐食した場合に、容易に交換することができる。
【００５０】
なお、本開示は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。
【００５１】
図示しないが、例えば、第１混合管は、その上流側端部の下方ではなく上方に入口を有していても良い。この場合、各分散板は、入口が存する上方の反対側、即ち下方に偏在されて配置されるのが好ましい。また、この場合、上方に位置する分散板の上流端は、下方に位置する分散板の上流端より上流側に位置されるのが好ましい。
【００５２】
また、図示しないが、第１混合管の入口は、上方または下方だけでなく、側方（前方または後方）等の任意の向きであっても良い。また、各分散板は、第１混合管の上下方向及び軸方向において、任意の位置に配置されても良い。
【００５３】
また、上述の実施形態は、以下のように変形することができる。なお、下記の説明において、上述の基本実施形態と同一の構成要素については同一の符号を用い、それらの詳細な説明は省略する。
【００５４】
（第１変形例）
図４は、第１変形例に係る管部材としての管継ぎ手６０を示す縦断面図である。また、図５は、管継ぎ手６０を第１混合管１０及び第２混合管２０から分割した状態を示す縦断面図である。
【００５５】
上述の実施形態では、第１混合管１０を管部材として説明した。これに対して、第１変形例では、図４に示すように、第１混合管１０と、第１混合管１０から分割可能な管継ぎ手６０とによって、管部材が構成される。また、図５に示すように、第１混合管１０を除いた管継ぎ手６０のみを管部材として解釈しても良い。
【００５６】
具体的には、図４に示すように、第１変形例の排気管１は、第１混合管１０と第２混合管２０との間に介在されて、これらを連結する管継ぎ手６０を有する。
【００５７】
管継ぎ手６０は、ボルト及びナット（不図示）を用いて、第１混合管１０の出口１０ｏｕｔと第２混合管２０の入口２０ｉｎとにフランジ接続される。また、管継ぎ手６０は、管継ぎ手６０の内側から水平方向左向きに突出するように分散板５０を備える。
【００５８】
また、図示しないが、分散板５０の少なくとも一方の側部は、第１混合管１０の内周面ではなく、管継ぎ手６０の内周面に固定され、かつ、上方に曲げられている。また、管継ぎ手６０と第１混合管１０とをフランジ接続する際には、水平方向左向きに突出した分散板５０が、第１混合管１０の出口１０ｏｕｔから内部に挿入される。
【００５９】
第１変形例によれば、分散板５０が腐食した場合に、管継ぎ手６０を交換すれば足り、第１混合管１０自体を交換する必要がないので、交換部品のコストを抑えることができる。
【００６０】
（第２変形例）
図６は、第２変形例の全体を示す前面視概略構成図であり、図７は、管部材としての混合管７０、及び分散板５０を示す拡大縦断面図である。
【００６１】
上述の実施形態では、混合管１０，２０及び排気導入管４０が全体として曲げられて形成されていた。これに対して、第２変形例では、図６に示すように、混合管７０及び排気導入管８０が水平方向に直線的に延びて形成される。
【００６２】
また、分散板５０は、混合管７０の内部に設けられ、水平方向に延びる。更に、噴射弁２は、混合管７０の上流側端部の上面から、斜め下方に向かって混合管７０内に尿素水を噴射するように設けられる。
【００６３】
また、図７に示すように、各分散板５０は、混合管７０の下方に偏在される。また、下方に位置する分散板５０の上流端５０ａは、上方に位置する分散板５０の上流端５０ａより上流側に位置される。かかる配置によれば、斜め下方に噴射されて下側に偏流されつつ下流側に流れる尿素水を、各分散板５０の上面に均等に付着させ、均等な尿素水溜まりを生成できる。
【００６４】
（第３変形例）
図８は、第３変形例に係る管部材としての第１混合管９０、及び分散板５０を示す拡大縦断面図である。
【００６５】
上述の実施形態では、水平方向に延びる混合管として、上流側端部を屈曲させた第１混合管１０を説明した。これに対して、図８に示すように、水平方向に直線的に延びる管本体９０ａと、管本体９０ａの上流側端部に接続される別体の入口管９０ｂとで、第１混合管９０を構成しても良い。なお、図示例では、入口管９０ｂが、管本体９０ａの軸方向上流端よりも下流に位置する下面側に接続されているが、この接続位置は任意であって良い。
【符号の説明】
【００６６】
１  排気管
２  噴射弁
３  選択還元型ＮＯｘ触媒
４  アンモニア酸化触媒
１０  第１混合管（管部材）
２０  第２混合管
３０  触媒ケーシング
４０  排気導入管
５０  分散板
１００  排気浄化装置
【図１】
2019157826.tif 000003
【図２】
2019157826.tif 000004
【図３】
2019157826.tif 000005
【図４】
2019157826.tif 000006
【図５】
2019157826.tif 000007
【図６】
2019157826.tif 000008
【図７】
2019157826.tif 000009
【図８】
2019157826.tif 000010