(57)【要約】  ミキシング装置（３）は、フィルタ装置（２）の出口管（２３）に装着され、フィルタ装置（２）から流れてくる排気ガスの流れ方向を変更するエルボー管（３１）と、エルボー管（３１）の下流側に接続され、フィルタ装置（２）の出口管（２３）の軸線（ＣＬ２）と交差する方向に延びるストレート管（３２）と、エルボー管（３１）に取り付けられ、ストレート管（３２）に向かってエルボー管（３１）内部に還元剤水溶液を噴射するインジェクタ（５）とを備え、エルボー管（３１）には、インジェクタ（５）がボルト（７）によって取り付けられるインジェクタ取付部（６）が設けられ、インジェクタ取付部（６）のインジェクタ（５）の取付面（６Ａ）と当該インジェクタ（５）の噴射ノズル（５１）の先端とが略同一面上に設けられ、インジェクタ取付部（６）には、噴射ノズル（５１）の先端が表出するとともに、ストレート管（３２）に向けて拡開したリセス（６１）が設けられ、インジェクタ取付部（６）の内部には、リセス（６１）の外周側に位置する断熱層（６２）が設けられ、ボルト（７）の先端がインジェクタ（５）を外方側から貫通してインジェクタ取付部（６）の断熱層（６２）に達している。
2014112067.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ガス中の粒子状物質を捕集するフィルタ装置と、前記フィルタ装置の下流側に配置された選択還元触媒装置との間に配置されるとともに、排気ガス中に還元剤水溶液を添加する還元剤水溶液ミキシング装置であって、
前記フィルタ装置の出口管に装着され、前記フィルタ装置から流れてくる排気ガスの流れ方向を変更するエルボー管と、
前記エルボー管の下流側に接続され、前記フィルタ装置の出口管の軸線と交差する方向に延びるストレート管と、
前記エルボー管に取り付けられ、前記ストレート管に向かって前記エルボー管内部に還元剤水溶液を噴射するインジェクタとを備え、
前記エルボー管には、前記インジェクタがボルトによって取り付けられるインジェクタ取付部が設けられ、
前記インジェクタ取付部の前記インジェクタの取付面と当該インジェクタの噴射ノズルの先端とが略同一面上に設けられ、
前記インジェクタ取付部には、前記噴射ノズルの先端が表出するとともに、前記ストレート管に向けて拡開したリセスが設けられ、
前記インジェクタ取付部の内部には、前記リセスの外周側に位置する断熱層が設けられ、
前記ボルトの先端が前記インジェクタを外方側から貫通して前記インジェクタ取付部の断熱層に達している
ことを特徴とする還元剤水溶液ミキシング装置。
【請求項２】
請求項１に記載の還元剤水溶液ミキシング装置において、
前記リセスの開度は、１２０〜１４０°である
ことを特徴とする還元剤水溶液ミキシング装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の還元剤水溶液ミキシング装置において、
前記インジェクタ取付部は、前記取付面が設けられたベースプレートと、前記ベースプレートにおける前記エルボー管の内方側に接合されたサブプレートとを備え、
前記断熱層は、前記ベースプレートと前記サブプレートとが接合することで形成される閉空間内に設けられている
ことを特徴とする還元剤水溶液ミキシング装置。
【請求項４】
請求項３に記載の還元剤水溶液ミキシング装置において、
前記インジェクタ取付部には、前記噴射ノズルの先端を前記エルボー管内に表出させる噴射開口が設けられ、
前記インジェクタ取付部と前記インジェクタとの間にはガスケットが介装され、
前記ガスケットは、前記インジェクタ取付部の取付面に当接され、前記噴射開口に対応した内側開口を有する内側プレートと、前記インジェクタが当接され、前記噴射開口に対応した外側開口を有する外側プレートと、前記内側プレートおよび前記外側プレートの外周側で挟持される環状の外周側支持リングと、前記内側プレートの前記内側開口の周囲および前記外側プレートの前記外側開口の周囲回で挟持される環状の内周側断熱リングとを備え、
前記ガスケットの内部には、前記内側プレート、前記外側プレート、前記外周側支持リング、および前記内周側断熱リングで覆われたガスケット内断熱空間が設けられている
ことを特徴とする還元剤水溶液ミキシング装置。
【請求項５】
請求項４に記載の還元剤水溶液ミキシング装置において、
前記インジェクタの前記噴射ノズルの先端から外周側に離間した位置には、前記ガスケットに当接される環状の当接部が設けられ、
前記噴射ノズルの先端と前記当接部との間には、前記噴射開口を通して前記ストレート管内に向けて開放した噴射ノズル側断熱空間が設けられ、
前記噴射ノズル側断熱空間が前記ガスケットで塞がれている
ことを特徴とする還元剤水溶液ミキシング装置。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の還元剤水溶液ミキシング装置において、
前記断熱層は空気層である
ことを特徴とする還元剤水溶液ミキシング装置。
【請求項７】
排気ガス中の粒子状物質を捕集するフィルタ装置と、
前記フィルタ装置の下流側において当該フィルタ装置と並列に配置された請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の還元剤水溶液ミキシング装置と、
前記還元剤水溶液ミキシング装置の下流側に配置され、排気ガス中の窒素酸化物を還元浄化する選択還元触媒装置とを備える
ことを特徴とする排気ガス後処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、還元剤水溶液ミキシング装置およびこれを備えた排気ガス後処理装置に係り、選択還元触媒に尿素水溶液等の還元剤水溶液を供給して排気ガスを浄化する際に用いられる還元剤水溶液ミキシング装置およびこれを備えた排気ガス後処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、エンジンの排気ガス中に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を選択還元触媒（Selective Catalytic Reduction；以下「ＳＣＲ」と記す）にて浄化する排気ガス後処理装置が知られている。このようなＳＣＲに対しては、インジェクタから噴射された尿素水溶液が供給される。インジェクタは、ＳＣＲの上流側に設けられたミキシング装置の一部として取り付けられる（例えば特許文献１）。ミキシング装置内を流れる排気ガス中にインジェクタから尿素水溶液を噴射し、この尿素水溶液と排気ガスとをミキシング装置内で混ぜ合わせる。この結果、尿素水溶液が排気ガスの熱によって熱分解され、アンモニアが得られる。このアンモニアがＳＣＲにて還元剤として用いられる。【０００３】
ところで、ミキシング装置の中には、排気ガスによる熱がインジェクタに影響しないよう、インジェクタとこれが取り付けられる配管との間にブロック状のテーパ部材を介装したものがある。このテーパ部材では、テーパ面によってリセスが形成され、リセスの奥側にインジェクタの噴射ノズルが表出している（例えば特許文献２）。
しかし、このようなブロック部材を用いると、排気ガスからの熱影響は軽減できるが、排気管から噴射ノズルが遠ざかり、リセスが深くなるので、噴射ノズル回りに排気ガスが回り込み難くなり、液だれ等した尿素水溶液が滞留し易くなる。そして、滞留した尿素水溶液が結晶化して堆積すると、噴射ノズルからの尿素水溶液の噴射が阻害されるという問題が生じる。【０００４】
そこで、そのような厚みの大きいブロック状のテーパ部材の代わりに、プレート状の断熱材を用いることも提案されている（例えば特許文献３）。特許文献３の提案によれば、インジェクタの噴射ノズルを排気管の開口部と略同一面上に設けることができるため、噴射ノズル回りに滞留する尿素水溶液を排気ガスの熱で分解可能であり、尿素水溶液の堆積を抑制できる。また、断熱材にて噴射ノズル回りを覆うことで、インジェクタへの排気ガスの熱影響も軽減できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２０８７２６号公報
【特許文献２】特開２００８−１４２１３号公報
【特許文献３】特開２００９−１３８６２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献３に記載の提案では、インジェクタを排気管に固定するためのボルトの先端が排気管の内部に露出するまで貫通している可能性があり、排気ガスに直接触れる構造になっている。このため、熱対策が十分とはいえず、排気ガスの熱がボルトを通してインジェクタに伝達され、その熱によってインジェクタ内の尿素水溶液が変質等し、悪影響を及ぼすという問題がある。【０００７】
なお、これを防止するため、ボルトの先端を覆うように断熱材をさらに設けることも考えられるが、このような場合には、断熱材と噴射ノズルとの間に段差が生じることから、排気ガスが噴射ノズル側に回り込み難くなって尿素水溶液が滞留し易くなり、望ましくない。また、ボルトの先端を覆う断熱材を排気管内に確実に固定するための構造も複雑となり、組立性が阻害される可能性もある。【０００８】
本発明の目的は、簡易な構造でインジェクタの噴射ノズル周辺での尿素水溶液の滞留を抑制できるとともに、インジェクタへの熱伝達をも確実に抑制できる還元剤水溶液ミキシング装置およびこれを備えた排気ガス後処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第１発明に係る還元剤水溶液ミキシング装置は、排気ガス中の粒子状物質を捕集するフィルタ装置と、前記フィルタ装置の下流側に配置された選択還元触媒装置との間に配置されるとともに、排気ガス中に還元剤水溶液を添加する還元剤水溶液ミキシング装置であって、前記フィルタ装置の出口管に装着され、前記フィルタ装置から流れてくる排気ガスの流れ方向を変更するエルボー管と、前記エルボー管の下流側に接続され、前記フィルタ装置の出口管の軸線と交差する方向に延びるストレート管と、前記エルボー管に取り付けられ、前記ストレート管に向かって前記エルボー管内部に還元剤水溶液を噴射するインジェクタとを備え、前記エルボー管には、前記インジェクタがボルトによって取り付けられるインジェクタ取付部が設けられ、前記インジェクタ取付部の前記インジェクタの取付面と当該インジェクタの噴射ノズルの先端とが略同一面上に設けられ、前記インジェクタ取付部には、前記噴射ノズルの先端が表出するとともに、前記ストレート管に向けて拡開したリセスが設けられ、前記インジェクタ取付部の内部には、前記リセスの外周側に位置する断熱層が設けられ、前記ボルトの先端が前記インジェクタを外方側から貫通して前記インジェクタ取付部の断熱層に達していることを特徴とする。【００１０】
第２発明に係る還元剤水溶液ミキシング装置では、前記リセスの開度は、１２０〜１４０°であることが望ましい。【００１１】
第３発明に係る還元剤水溶液ミキシング装置では、前記インジェクタ取付部は、前記取付面が設けられたベースプレートと、前記ベースプレートにおける前記エルボー管の内方側に接合されたサブプレートとを備え、前記断熱層は、前記ベースプレートと前記サブプレートとが接合することで形成される閉空間内に設けられていることを特徴とする。【００１２】
第４発明に係る還元剤水溶液ミキシング装置では、前記インジェクタ取付部には、前記噴射ノズルの先端を前記エルボー管内に表出させる噴射開口が設けられ、前記インジェクタ取付部と前記インジェクタとの間にはガスケットが介装され、前記ガスケットは、前記インジェクタ取付部の取付面に当接され、前記噴射開口に対応した内側開口を有する内側プレートと、前記インジェクタが当接され、前記噴射開口に対応した外側開口を有する外側プレートと、前記内側プレートおよび前記外側プレートの外周側で挟持される環状の外周側支持リングと、前記内側プレートの前記内側開口の周囲および前記外側プレートの前記外側開口の周囲回で挟持される環状の内周側断熱リングとを備え、前記ガスケットの内部には、前記内側プレート、前記外側プレート、前記外周側支持リング、および前記内周側断熱リングで覆われたガスケット内断熱空間が設けられていることを特徴とする。【００１３】
第５発明に係る還元剤水溶液ミキシング装置では、前記インジェクタの前記噴射ノズルの先端から外周側に離間した位置には、前記ガスケットに当接される環状の当接部が設けられ、前記噴射ノズルの先端と前記当接部との間には、前記噴射開口を通して前記ストレート管内に向けて開放した噴射ノズル側断熱空間が設けられ、前記噴射ノズル側断熱空間が前記ガスケットで塞がれていることを特徴とする。【００１４】
第６発明に係る還元剤水溶液ミキシング装置では、前記断熱層は空気層であることを特徴とする。【００１５】
第７発明に係る排気ガス後処理装置は、排気ガス中の粒子状物質を捕集するフィルタ装置と、前記フィルタ装置の下流側において当該フィルタ装置と並列に配置された還元剤水溶液ミキシング装置と、前記還元剤水溶液ミキシング装置の下流側に配置され、排気ガス中の窒素酸化物を還元浄化する選択還元触媒装置とを備え、前記還元剤水溶液ミキシング装置は、以上に説明したいずれかの発明の還元剤水溶液ミキシング装置であることを特徴とする。【００１６】
第１発明および第７発明によれば、インジェクタの噴射ノズルを囲うリセスの外周側に断熱層を設けるので、リセスを含むインジェクタ取付部の厚さを薄くし、リセスを浅くしても、排気ガスによる熱をインジェクタに伝達し難くでき、断熱性能を維持できる。そして、リセスを浅くすることで、リセスの内方に排気ガスを入り込み易くでき、噴射ノズル回りでの還元剤水溶液の滞留を確実に防止できる。さらに、インジェクタをインジェクタ取付部に取り付けるためのボルトの先端が断熱層に達しているので、ボルトの螺合量を十分に確保しつつ、ボルトを通して排気ガスの熱がインジェクタ側に伝達されるのを抑制できるうえ、構造も簡易である。【００１７】
第２発明によれば、リセスの開度を最適に設定するので、リセスの深さを十分に浅くして排気ガスを良好に流入させることができ、かつ断熱性能も満足できる。なお、開度が９０度よりも小さいと、リセスが深くなって十分に排気ガスを流入できない可能性がある。【００１８】
第３発明によれば、ベースプレートとサブプレートを互いに接合することで、閉空間を容易にでき、この閉空間内に断熱層を簡単に設けることができる。【００１９】
第４発明によれば、ガスケットを介装することで、排気ガスの漏れを防止できるとともに、このガスケットに設けられたガスケット側断熱空間により、ガスケット自身に良好な断熱性能を付与でき、インジェクタへの熱影響を一層軽減できる。【００２０】
第５発明によれば、噴射ノズル回りに噴射ノズル側断熱空間を設けるため、噴射ノズル内の還元剤水溶液が過剰に加熱されるのを防止でき、還元剤水溶液の劣化を抑制できる。【００２１】
第６発明によれば、断熱層が空気層であるから、高い断熱性能を発揮でき、リセスの深さを確実に浅くできる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る排気ガス後処理装置を示す平面図。
【図２】排気ガス後処理装置のミキシング装置を示す断面図。
【図３】ミキシング装置の要部を拡大して示す断面図。
【図４Ａ】ミキシング装置に用いられるガスケットを示す斜視図。
【図４Ｂ】ミキシング装置に用いられるガスケットを別の方向から見た状態を示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１には、本実施形態の排気ガス後処理装置１の平面図が示されている。なお、以下の説明において、「上流」とは、排気ガスの流れ方向の上流側をいい、「下流」とは、排気ガスの流れ方向の下流をいう。
【００２４】
図１において、排気ガス後処理装置１は、排気ガスの流れ方向における上流側から順に、フィルタ装置としてのディーゼル・パーティキュレート・フィルタ（Diesel particulate filter；以下「ＤＰＦ」と記す）装置２と、還元剤水溶液ミキシング装置（以下、ミキシング装置と略す）３と、選択還元触媒（Selective Catalytic Reduction；以下「ＳＣＲ」と記す）装置４とを備える。これらの装置２〜４は、図示しないディーゼルエンジンからの排気ガスが流通する排気管の途中に設けられる。また、油圧ショベルやホイールローダ、ブルドーザといった建設機械の場合、排気ガス後処理装置１がエンジンと共にエンジンルーム内に収容される。
【００２５】
ＤＰＦ装置２は、円筒状のケース２１の内部に円柱状のＤＰＦ２２を収容した構成である。ＤＰＦ２２は、通過する排気ガス中の粒子状物質を捕集するものである。ケース２１内においては、ＤＰＦ２２の上流側に酸化触媒を設けてもよい。酸化触媒は、その上流側で供給されるポスト噴射燃料やドージング燃料（共にディーゼルエンジンの燃料と同じ）を酸化活性化し、ＤＰＦ２２へ流入する排気ガスの温度をＤＰＦ２２の再生可能温度まで上昇させる。この高温の排気ガスにより、ＤＰＦ２２で捕集された粒子状物質が自己燃焼して焼失し、ＤＰＦ２２が再生される。
【００２６】
ミキシング装置３は、排気ガス中に還元剤水溶液としての尿素水溶液を添加するものである。このようなミキシング装置３は、ＤＰＦ装置２の出口管２３に接続され、ＤＰＦ装置２から流出した排気ガスの流れ方向を略９０°変更するエルボー管としての上流側エルボー管３１と、上流側エルボー管３１の下流端に接続され、ＤＰＦ装置２の出口管２３の軸線ＣＬ２（図２）と交差する方向に延びるストレート管３２と、ストレート管３２の下流端に接続され、ストレート管３２からの排気ガスの流れ方向をさらに略９０°変更する下流側エルボー管３３と、上流側エルボー管３１に取り付けられ、ストレート管３２に向かって上流側エルボー管３１内部に尿素水溶液を噴射するインジェクタ５とを備える。下流側エルボー管３３のさらに下流端にＳＣＲ装置４が接続される。
【００２７】
ＳＣＲ装置４は、円筒状のケース４１の内部に円柱状のＳＣＲ４２を収容した構造である。ＳＣＲ４２は、ミキシング装置３で生成されたアンモニアを還元剤とすることで、排気ガス中の窒素酸化物を還元浄化するものである。ケース４１内においては、ＳＣＲ４２の下流側にアンモニア低減触媒を設けてもよい。アンモニア低減触媒は、ＳＣＲ４２で未使用とされたアンモニアを酸化処理して無害化するものであり、排気ガスのエミッションをより低減させる。
【００２８】
インジェクタ５から排気ガス中に噴射された尿素水溶液は、排気ガスの熱によって熱分解され、アンモニアとなる。アンモニアは、還元剤として排気ガスと共にＳＣＲ装置４へ供給される。
【００２９】
以上に説明したＤＰＦ装置２、ミキシング装置３、およびＳＣＲ装置４は、それぞれの内部を流れる排気ガスの流れ方向が略平行となるように並設されている。この際、ＤＰＦ装置２およびＳＣＲ装置４の内部を流れる排気ガスの流れの向きと、ミキシング装置３の内部を流れる排気ガスの流れの向きとは逆である。このため、それらの装置２〜４は平面視にて略Ｓ字形状に配置されることとなり、エンジンルームのような限られた配置スペースでも、エンジン上にマウントする等して確実に配置できるよう、全体としてコンパクトな排気ガス後処理装置１を構成している。
【００３０】
図２には、ミキシング装置３の断面図が示されている。図２に基づき、ミキシング装置３を説明する。
図２に示すミキシング装置３おいて、上流側エルボー管３１で排気ガスの流れ方向を変える部分は、方向変換部３１Ａとされている。上流側エルボー管３１は、ＤＰＦ装置２の出口管２３（図１）側に開口して接合される円形の入口部３１Ｂと、ストレート管３２側に開口して接続される円形の出口部３１Ｃとを備え、これらの間に方向変換部３１Ａを有する。上流側エルボー管３１の方向変換部３１Ａの外側には、インジェクタ取付部６が設けられている。このインジェクタ取付部６には、外側からインジェクタ５が取り付けられ、内側（方向変換部３１Ａの内部側）からミキシングパイプ３４が取り付けられる。インジェクタ５の噴射ノズル５１、ミキシングパイプ３４はそれぞれ、ストレート管３２の軸線ＣＬ１上に配置されている。
【００３１】
ストレート管３２は、外管３５およびその内部に配置された内管３６を有する２重管構造になっている。外管３５および内管３６は共に円筒状である。内管３６は、軸線方向の中程の位置にて、外管３５に設けられた複数の支持用凹部３５Ａに溶接等され、下流側の端部にて、環状の支持部材３５Ｂを介して外管３５の内壁に溶接等されている。また、内管３６の上流端は、上流側エルボー管３１内に入り込んでいる。内管３６の上流端の位置は、インジェクタ５から約２５°の噴射角度θ１（図２の１点鎖線参照）で噴射される尿素水溶液が内管３６の内側に確実に入り込むように設定されている。内管３６の下流端側には、複数の開口３６Ａ…が設けられている。
【００３２】
ここで、外管３５と内管３６との間の空隙部分には、排気ガスが流れ込む。流れ込んだ排気ガスは、支持用凹部３５Ａが周方向に不連続に設けられていることで、支持用凹部３５Ａ間を通って支持部材３５Ｂまで流れる。支持部材３５Ｂは環状であることから、排気ガスは流れが止められ、ここから開口３６Ａを通って内管３６内に入り込み、内部を流れる排気ガスと合流して下流側へと流れる。つまり、内管３６は、その内部を流れる排気ガスと外周側を流れる排気ガスとによって良好に加熱される。このため、内管３６の内部に噴射された尿素水溶液は、内壁に付着しても液滴化せずに確実に熱分解する。
【００３３】
ミキシングパイプ３４は、軸方向の一端がインジェクタ取付部６の内壁に支持され、他端がストレート管３２に向かって開放されている。また、ミキシングパイプ３４は、上流側エルボー管３１内において、インジェクタ５から噴射される尿素水溶液の周囲を囲うように配置されている。このようなミキシングパイプ３４に対しては、上流側エルボー管３１の入口部３１Ｂに近い図中の下方から排気ガスがあたる。また、下方からの排気ガスは、方向変換部３１Ａにてその流れ方向が軸線ＣＬ１に沿った流れへと変換される。
【００３４】
ミキシングパイプ３４は、その特徴的な構造として、軸方向の中央付近から先端側（ストレート管３２側）にかけて設けられた複数の丸孔３４Ａ…と、軸方向の中央付近から基端側（インジェクタ５側）にかけて設けられた複数の切欠開口３４Ｂとを有し、これらを通して内部に外気ガスが流入するようになっている。
【００３５】
丸孔３４Ａは、ミキシングパイプ３４の軸方向において、略満遍なく設けられているが、周方向については、２つの領域に集約して設けられている。すなわち、円筒形のミキシングパイプ３４を周方向に９０°ずつ４等分した時、径方向に対向した位置にある２つの領域にのみ丸孔３４Ａが設けられ、互いに対向する他の２つの領域には丸孔３４Ａは設けられていない。このような配置で丸孔３４Ａが設けられることにより、丸孔３４Ａから流入した排気ガスは、ミキシングパイプ３４内で旋回流となる。この結果、旋回流に向かって噴射される尿素水溶液は、ミキシングパイプ３４内での排気ガスと良好に混合される。
【００３６】
切欠開口３４Ｂは、ミキシングパイプ３４の周方向に沿って設けられている。切欠開口３４Ｂが基端側に設けられることで、これらを通ってミキシングパイプ３４内に流入する排気ガスが噴射ノズル５１に向かうようになる。しかも、切欠開口３４Ｂの軸方向に沿った長さＬ２は、ミキシングパイプ３４の全体の長さＬ１の約３４％（Ｌ２／Ｌ１≒０．３４）程度と大きい。従って、切欠開口３４Ｂを通る排気ガスは、インジェクタ取付部６の内壁の表面をなぞるようにしてスムーズに流入し、噴射ノズル５１に向かう（図３中の矢印参照）。
【００３７】
このようなミキシングパイプ３４は、平板状の金属プレートに打抜加工を施す等して丸孔３４Ａおよび方形の切欠開口３４Ｂを設けるとともに、所定の展開形状に打ち抜いたものを筒状に湾曲させてその突き合わせ部分を溶接することで製作される。ミキシングパイプ３４の径寸法および長さ寸法は、インジェクタ５から噴射した尿素水溶液が接触しない大きさに設定されている（図２の１点鎖線で示されるθ１を参照）。
【００３８】
以下には、図３に基づき、インジェクタ取付部６について詳説する。
図３は、ミキシング装置３のインジェクタ取付部６を拡大して示す断面図である。図３において、インジェクタ取付部６は、上流側エルボー管３１のインジェクタ取付開口３１Ｄを塞ぐように当該インジェクタ取付開口３１Ｄに溶接されている。このようなインジェクタ取付部６は、取付面６Ａが設けられた円環状のベースプレート６３と、ベースプレート６３における上流側エルボー管３１の内方側に接合された円環状のサブプレート６４とを備える。このうちのベースプレート６３の外周側がインジェクタ取付開口３１Ｄの内面に溶接される。
【００３９】
インジェクタ取付部６では、インジェクタ５の取付面６Ａと噴射ノズル５１の先端とが略同一面上に設けられている。このようなインジェクタ取付部６のベースプレート６３には、噴射ノズル５１の先端を上流側エルボー管３１内に表出させる噴射開口６Ｂが設けられるとともに、噴射開口６Ｂからストレート管３２に向けて拡開したリセス６１が設けられている。リセス６１のロート状の傾斜壁６１Ａは、各プレート６３，６４にわたって設けられている。つまり、各プレート６３，６４にはそれぞれ、傾斜部６３Ａ、６４Ａが設けられ、これらの傾斜部６３Ａ，６４Ａが略連続することで、傾斜壁６１Ａが形成されている。傾斜壁６１Ａの開度θ２は、特に限定されるものではないが、９０°以上、好ましくは１２０〜１４０°程度と大きく、排気ガスがリセス６１の奥側、つまり噴射ノズル５１の周辺まで流れ込み易くなっている。
【００４０】
また、ベースプレート６３の傾斜部６３Ａの外周側には、軸線ＣＬ１に対して直交する平坦な平坦部６３Ｂが設けられている。サブプレート６４は、周方向に連続した部分において、ベースプレート６３側に開口した断面形状を有する。これらのプレート６３，６４をその内周および外周に沿って互いに溶接して接合することで、インジェクタ取付部６内に環状の閉空間６５が形成されている。サブプレート６４の傾斜部６４Ａの外周側にも、軸線ＣＬ１に対して直交する平坦な平坦部６４Ｂが設けられ、この平坦部６４Ｂにミキシングパイプ３４の基端側が溶接によって接合されている。平坦部６４Ｂは、ミキシングパイプ３４を接合するために設けられているのではなく、閉空間６５をより大きく設けるためにも役立っている。つまり、平坦部６４Ｂが設けられず、傾斜部６４だけが設けられたのでは、閉空間６５の大きさが小さくなる。
【００４１】
加えて、本実施形態では、平坦部６４Ｂが上流側エルボー管３１の内面と略連続するように設けられており、サブプレート６４全体がインジェクタ取付開口３１Ｄ内に収容され、上流側エルボー管３１内にはみ出さない構造になっている。従って、上流側エルボー管３１の内面と平坦部６４Ｂとの間には、排気ガスの流れを阻害する程の段差などはなく、排気ガスがリセス６１を通して噴射ノズル５１に向けてスムーズに流れることとなる。
【００４２】
インジェクタ取付部６の内部には、リセス６１の外周側に位置する断熱層６２が設けられている。断熱層６２は、前記閉空間６５内に設けられている。本実施形態での断熱層６２は空気層からなり、閉空間６５内の空気が断熱材として機能する。断熱層６２を有することで、排気ガスに曝されるサブプレート６４が加熱されても、ベースプレート６３側に熱が伝達され難くなり、インジェクタ５への熱伝達が抑制される。換言すれば、断熱層６２を有することで熱伝達が抑制されるため、その分インジェクタ取付部６の厚さ寸法Ｔ１を薄くでき、すなわち、リセス６１の深さを浅くできる。従って、熱伝達を抑制しつつ、排気ガスがリセス６１を通して噴射ノズル５１側により流れ易くなり、噴射ノズル５１回りでの尿素水溶液の熱分解を促進できる。
【００４３】
ベースプレート６３には、表裏を貫通するボルト孔６３Ｃが設けられている。ボルト孔６３Ｃに外方から螺合するボルト７により、インジェクタ５が取付面６Ａに固定される。なお、ボルト７は、図３にて１本のみが図示されているが、本実施形態では、３本のボルト７にてインジェクタ５が固定されている。ボルト７の先端は、閉空間６５内に達して露出しているが、上流側エルボー管３１内までは貫通していない。このため、ボルト７への熱伝達をも抑制可能となり、ボルト７を介して伝達される熱でインジェクタ５が加熱されるのを確実に抑制できる。
【００４４】
さらに、本実施形態では、排気ガスが噴射ノズル５１回りから外部を漏れるのを防止するために、インジェクタ取付部６とインジェクタ５との間には、略６角形状のガスケット８が介装されている。
【００４５】
ガスケット８は、図３、図４Ａ、図４Ｂに示すように、インジェクタ取付部６の取付面６Ａに当接され、噴射開口６Ｂに対応した内側開口８１Ａを有する内側プレート８１と、インジェクタ５が当接され、噴射開口６Ｂに対応した外側開口８２Ａを有する外側プレート８２と、内側プレート８１および外側プレート８２の外周側で挟持される環状の外周側支持リング８３と、内側プレート８１の内側開口８１Ａの周囲および外側プレート８２の外側開口８２Ａの周囲回で挟持される環状の内周側断熱リング８４とを備える。
【００４６】
ガスケット８には、ボルト７が貫通する貫通孔８Ａが設けられている。貫通孔８Ａは、内外の各プレート８１，８２および外周側支持リング８３を貫通している。ここで、各プレート８１，８２および外周側支持リング８３は金属製であり、ボルト７の締付時に作用する軸力を確実に受けることが可能である。一方、内周側断熱リング８４は、断熱性を有した材料からなる。
【００４７】
このようなガスケット８はさらに、各プレート８１，８２および各リング８３，８４で囲まれた空間がガスケット側断熱空間８５となり、断熱層として機能する。このため、ガスケット８自身が熱伝達を抑制することとなり、この点でも、インジェクタ取付部６側からインジェクタ５へ熱が伝達されるのを抑えることができる。
【００４８】
加えて本実施形態では、インジェクタ５に設けられた環状の当接部５２がガスケット８に当接されているが、この当接部５２は、噴射ノズル５１の先端に対して外周側に離間して設けられている。このため、噴射ノズル５１と当接部５２との間には、上流側エルボー管３２内に向けて開放した噴射ノズル側断熱空間５３が形成されている。この噴射ノズル側断熱空間５３は、ガスケット８の内側プレート８１の内側開口８１Ａ回りを形成する閉塞片部８１Ｂで覆われている。閉塞片部８１Ｂの内周縁が、噴射ノズル５１の先端外周部分まで延設されていることで、噴射開口６Ｂと噴射ノズル５１の先端外周との隙間を含む噴射ノズル側断熱空間５３が確実に覆われる。閉塞片部８１Ｂは、リセス６１の奥壁を形成している部分であり、この部分に積極的に排気ガスを流れ込み易くしている本実施形態では、閉塞片部８１Ｂが加熱されて高温になる。このため、閉塞片部８１Ｂのインジェクタ５側に噴射ノズル側断熱空間５３を設けることで、閉塞片部８１Ｂからの熱をインジェクタ５へ伝達し難くしている。
【００４９】
以上に説明した本実施形態では、リセス６１の周囲に断熱層６２が設けられ、排気ガスによる熱がインジェクタ５に伝達され難くなっているので、インジェクタ５に対する断熱性能を良好にできる。また、そのような断熱層６２を有することにより、インジェクタ取付部６を薄くでき、リセス６１を浅くできる。従って、ミキシングパイプ３４の切欠開口３４Ｂから入り込んでくる排気ガスを、図３中に太矢印で示すように、リセス６１の内部まで導き易くでき、尿素水溶液が滞留するのを抑制できる。また、インジェクタ５を取り付けるためのボルト７の先端は、インジェクタ取付部６内の断熱層６２に達して露出していることから、ボルト７を介して排気ガスの熱がインジェクタ５へ伝達されるのを抑制できる。
【００５０】
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前記各実施形態では、断熱層６２は空気層であったが、これに限定されない。つまり、耐熱性能と断熱性能との両方を満足する材料であれば、そのような材料を閉空間６５内に充填して断熱層を形成してもよい。
【００５１】
前記実施形態では、インジェクタ取付部６とインジェクタ５との間にガスケット８が介装されていたが、このようなガスケット８は必要に応じて設けられればよく、省略した場合でも本発明に含まれる。また、ガスケットを用いる場合でも、その構造や材料等は任意であり、前記実施形態に限定されない。
【００５２】
前記実施形態では、還元剤水溶液として尿素水溶液が用いられていたが、還元剤水溶液としてその他の液体が用いられた場合でも、本発明に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明は、建設機械に搭載される還元剤水溶液ミキシング装置および排気ガス後処理装置として好適に利用できる。
【符号の説明】
【００５４】
１…排気ガス後処理装置、２…フィルタ装置であるＤＰＦ装置、３…還元剤水溶液ミキシング装置、４…選択還元触媒（ＳＣＲ）装置、５…インジェクタ、６…インジェクタ取付部、６Ａ…取付面、６Ｂ…噴射開口、８…ガスケット、２３…出口管、３１…エルボー管である上流側エルボー管、３２…ストレート管、５１…噴射ノズル、５２…当接部、５３…噴射ノズル側断熱空間、６１…リセス、６２…断熱層、６３…ベースプレート、６４…サブプレート、６５…閉空間内、８１…内側プレート、８１Ａ…内側開口、８１Ｂ…閉塞片部、８２…外側プレート、８２Ａ…外側開口、８３…外周側支持リング、８４…内周側断熱リング、８５…ガスケット内断熱空間、θ２…開度。
【図１】
2014112067.tif 000003
【図２】
2014112067.tif 000004
【図３】
2014112067.tif 000005
【図４Ａ】
2014112067.tif 000006
【図４Ｂ】
2014112067.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成25年7月8日(2013.7.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ガス中の粒子状物質を捕集するフィルタ装置と、前記フィルタ装置の下流側に配置された選択還元触媒装置との間に配置されるとともに、排気ガス中に還元剤水溶液を添加する還元剤水溶液ミキシング装置であって、
前記フィルタ装置の出口管に装着され、前記フィルタ装置から流れてくる排気ガスの流れ方向を変更するエルボー管と、
前記エルボー管の下流側に接続され、前記フィルタ装置の出口管の軸線と交差する方向に延びるストレート管と、
前記エルボー管に取り付けられ、前記ストレート管に向かって前記エルボー管内部に還元剤水溶液を噴射するインジェクタとを備え、
前記エルボー管には、前記インジェクタがボルトによって取り付けられるインジェクタ取付部が設けられ、
前記インジェクタ取付部の前記インジェクタの取付面と当該インジェクタの噴射ノズルの先端とが略同一面上に設けられ、
前記インジェクタ取付部には、前記噴射ノズルの先端が表出するとともに、前記ストレート管に向けて拡開したリセスが設けられ、
前記インジェクタ取付部の内部には、前記リセスの外周側に位置する断熱層が設けられ、
前記ボルトの先端が前記インジェクタを外方側から貫通して前記インジェクタ取付部の断熱層に達しており、
前記インジェクタ取付部は、前記取付面が設けられたベースプレートと、前記ベースプレートにおける前記エルボー管の内方側に接合されたサブプレートとを備え、
前記断熱層は、前記ベースプレートと前記サブプレートとが接合することで形成される閉空間内に設けられ、
前記インジェクタ取付部には、前記噴射ノズルの先端を前記エルボー管内に表出させる噴射開口が設けられ、
前記インジェクタ取付部と前記インジェクタとの間にはガスケットが介装され、
前記ガスケットは、前記インジェクタ取付部の取付面に当接され、前記噴射開口に対応した内側開口を有する内側プレートと、前記インジェクタが当接され、前記噴射開口に対応した外側開口を有する外側プレートと、前記内側プレートおよび前記外側プレートの外周側で挟持される環状の外周側支持リングと、前記内側プレートの前記内側開口の周囲および前記外側プレートの前記外側開口の周囲回で挟持される環状の内周側断熱リングとを備え、
前記ガスケットの内部には、前記内側プレート、前記外側プレート、前記外周側支持リング、および前記内周側断熱リングで覆われたガスケット内断熱空間が設けられ、
前記インジェクタの前記噴射ノズルの先端から外周側に離間した位置には、前記ガスケットに当接される環状の当接部が設けられ、
前記噴射ノズルの先端と前記当接部との間には、前記噴射開口を通して前記ストレート管内に向けて開放した噴射ノズル側断熱空間が設けられ、
前記噴射ノズル側断熱空間が前記ガスケットで塞がれている
ことを特徴とする還元剤水溶液ミキシング装置。
【請求項２】
請求項１に記載の還元剤水溶液ミキシング装置において、
前記リセスの開度は、１２０〜１４０°である
ことを特徴とする還元剤水溶液ミキシング装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の還元剤水溶液ミキシング装置において、
前記断熱層は空気層である
ことを特徴とする還元剤水溶液ミキシング装置。
【請求項４】
排気ガス中の粒子状物質を捕集するフィルタ装置と、
前記フィルタ装置の下流側において当該フィルタ装置と並列に配置された請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の還元剤水溶液ミキシング装置と、
前記還元剤水溶液ミキシング装置の下流側に配置され、排気ガス中の窒素酸化物を還元浄化する選択還元触媒装置とを備える
ことを特徴とする排気ガス後処理装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
第１発明に係る還元剤水溶液ミキシング装置は、排気ガス中の粒子状物質を捕集するフィルタ装置と、前記フィルタ装置の下流側に配置された選択還元触媒装置との間に配置されるとともに、排気ガス中に還元剤水溶液を添加する還元剤水溶液ミキシング装置であって、前記フィルタ装置の出口管に装着され、前記フィルタ装置から流れてくる排気ガスの流れ方向を変更するエルボー管と、前記エルボー管の下流側に接続され、前記フィルタ装置の出口管の軸線と交差する方向に延びるストレート管と、前記エルボー管に取り付けられ、前記ストレート管に向かって前記エルボー管内部に還元剤水溶液を噴射するインジェクタとを備え、前記エルボー管には、前記インジェクタがボルトによって取り付けられるインジェクタ取付部が設けられ、前記インジェクタ取付部の前記インジェクタの取付面と当該インジェクタの噴射ノズルの先端とが略同一面上に設けられ、前記インジェクタ取付部には、前記噴射ノズルの先端が表出するとともに、前記ストレート管に向けて拡開したリセスが設けられ、前記インジェクタ取付部の内部には、前記リセスの外周側に位置する断熱層が設けられ、前記ボルトの先端が前記インジェクタを外方側から貫通して前記インジェクタ取付部の断熱層に達しており、前記インジェクタ取付部は、前記取付面が設けられたベースプレートと、前記ベースプレートにおける前記エルボー管の内方側に接合されたサブプレートとを備え、前記断熱層は、前記ベースプレートと前記サブプレートとが接合することで形成される閉空間内に設けられ、前記インジェクタ取付部には、前記噴射ノズルの先端を前記エルボー管内に表出させる噴射開口が設けられ、前記インジェクタ取付部と前記インジェクタとの間にはガスケットが介装され、前記ガスケットは、前記インジェクタ取付部の取付面に当接され、前記噴射開口に対応した内側開口を有する内側プレートと、前記インジェクタが当接され、前記噴射開口に対応した外側開口を有する外側プレートと、前記内側プレートおよび前記外側プレートの外周側で挟持される環状の外周側支持リングと、前記内側プレートの前記内側開口の周囲および前記外側プレートの前記外側開口の周囲回で挟持される環状の内周側断熱リングとを備え、前記ガスケットの内部には、前記内側プレート、前記外側プレート、前記外周側支持リング、および前記内周側断熱リングで覆われたガスケット内断熱空間が設けられ、前記インジェクタの前記噴射ノズルの先端から外周側に離間した位置には、前記ガスケットに当接される環状の当接部が設けられ、前記噴射ノズルの先端と前記当接部との間には、前記噴射開口を通して前記ストレート管内に向けて開放した噴射ノズル側断熱空間が設けられ、前記噴射ノズル側断熱空間が前記ガスケットで塞がれていることを特徴とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
第３発明に係る還元剤水溶液ミキシング装置では、前記断熱層は空気層であることを特徴とする。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
第４発明に係る排気ガス後処理装置は、排気ガス中の粒子状物質を捕集するフィルタ装置と、前記フィルタ装置の下流側において当該フィルタ装置と並列に配置された還元剤水溶液ミキシング装置と、前記還元剤水溶液ミキシング装置の下流側に配置され、排気ガス中の窒素酸化物を還元浄化する選択還元触媒装置とを備え、前記還元剤水溶液ミキシング装置は、以上に説明したいずれかの発明の還元剤水溶液ミキシング装置であることを特徴とする。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
第１発明および第４発明によれば、インジェクタの噴射ノズルを囲うリセスの外周側に断熱層を設けるので、リセスを含むインジェクタ取付部の厚さを薄くし、リセスを浅くしても、排気ガスによる熱をインジェクタに伝達し難くでき、断熱性能を維持できる。そして、リセスを浅くすることで、リセスの内方に排気ガスを入り込み易くでき、噴射ノズル回りでの還元剤水溶液の滞留を確実に防止できる。さらに、インジェクタをインジェクタ取付部に取り付けるためのボルトの先端が断熱層に達しているので、ボルトの螺合量を十分に確保しつつ、ボルトを通して排気ガスの熱がインジェクタ側に伝達されるのを抑制できるうえ、構造も簡易である。
また、ベースプレートとサブプレートを互いに接合することで、閉空間を容易にでき、この閉空間内に断熱層を簡単に設けることができる。
さらに、ガスケットを介装することで、排気ガスの漏れを防止できるとともに、このガスケットに設けられたガスケット側断熱空間により、ガスケット自身に良好な断熱性能を付与でき、インジェクタへの熱影響を一層軽減できる。
そして、噴射ノズル回りに噴射ノズル側断熱空間を設けるため、噴射ノズル内の還元剤水溶液が過剰に加熱されるのを防止でき、還元剤水溶液の劣化を抑制できる。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
第４発明によれば、断熱層が空気層であるから、高い断熱性能を発揮でき、リセスの深さを確実に浅くできる。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５１
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３】
2014112067.tif 000008
【国際調査報告】
2014112067.tif 000009
2014112067.tif 000010
2014112067.tif 000011
2014112067.tif 000012