(57)【要約】  排気ガス後処理装置のミキシング装置（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）は、フィルタ装置（２）の出口管（２３）に接続される入口部（３１Ｂ）と、ストレート管（３２）に接続される出口部（３１Ｃ）と、入口部（３１Ｂ）と出口部（３１Ｃ）との間に設けられ、入口部（３１Ｂ）から導入された排気ガスの流れ方向を出口部（３１Ｃ）側に変更する方向変換部（３１Ａ）と、方向変換部（３１Ａ）の外側に設けられ、インジェクタ（５）が取り付けられるインジェクタ取付部（６）とを有し、インジェクタ取付部（６）は、出口部（３１Ｃ）側に偏倚して設けられ、方向変換部（３１Ａ）は、インジェクタ取付部（６）と逆側の部分を外側に膨らますようにして形成された第１膨出部（３１Ｅ）を有している。
2014112063.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ガス中の粒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、
前記エルボー管は、
前記フィルタ装置の出口管に接続される入口部と、
前記ストレート管に接続される出口部と、
前記入口部と前記出口部との間に設けられ、前記入口部から導入された排気ガスの流れ方向を前記出口部側に変更する方向変換部と、
前記方向変換部の外側に設けられ、前記インジェクタが取り付けられるインジェクタ取付部とを有し、
前記インジェクタ取付部は、前記出口部側に偏倚して設けられ、
前記方向変換部は、前記インジェクタ取付部と逆側の部分を外側に膨らますようにして形成された第１膨出部を有している
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、
前記第１膨出部は、前記フィルタ装置の出口管の出口端と前記ストレート管の入口端との間に形成されている
ことを特徴とする還元剤水溶液ミキシング装置。
【請求項３】
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、
前記エルボー管内には、軸方向の一端が前記インジェクタ取付部の内壁に支持されるとともに、他端が前記ストレート管に向かって開放したミキシングパイプが設けられ、
前記第１膨出部では、前記ミキシングパイプの一端から中央部分に至る領域と対向する部分が外側に湾曲し、前記中央部分から前記他端に至る領域と対向する部分が内側に向かって延びている
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２に記載の還元剤水溶液ミキシング装置において、
前記エルボー管内には、軸方向の一端が前記インジェクタ取付部の内壁に支持されるとともに、他端が前記ストレート管に向かって開放したミキシングパイプが設けられ、
前記第１膨出部は、前記ミキシングパイプの一端から中央部分に至る領域と対向する入口側の入口側傾斜部と、前記中央部分から前記他端に至る領域と対向する出口側の出口側傾斜部とを有する
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１ないし請求項４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、
前記方向変換部は、前記ストレート管の軸線を挟んで前記第１膨出部とは反対側の部分を外側に膨らますようにして形成された第２膨出部を有している
ことを特徴とする還元剤水溶液ミキシング装置。
【請求項６】
請求項５に記載の還元剤水溶液ミキシング装置において、
前記方向変換部は、前記第１膨出部と前記第２膨出部との間に平坦面として形成された一対の側部を有している
ことを特徴とする還元剤水溶液ミキシング装置。
【請求項７】
請求項６に記載の還元剤水溶液ミキシング装置において、
前記エルボー管の入口部および出口部の流路断面は円形であり、
前記エルボー管の方向変換部での前記ストレート管の軸線に垂直な流路断面は、前記第１膨出部においては直線形状であり、前記第２膨出部においては半円形状であり、前記一対の側部においては直線形状である
ことを特徴とする還元剤水溶液ミキシング装置。
【請求項８】
請求項１ないし請求項７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、
前記インジェクタ取付部は、前記フィルタ装置の出口管の軸線より前記出口部側に位置するように偏倚されている
ことを特徴とする還元剤水溶液ミキシング装置。
【請求項９】
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８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。
【請求項１０】
請求項９に記載の排気ガス後処理装置において、
前記選択還元触媒装置は、前記還元剤水溶液ミキシング装置と並列に配置されている
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１，２）。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、特許文献１，２において、尿素水溶液を噴射するためのインジェクタは、ミキシング装置の上流端寄りに取り付けられている。従って、インジェクタに接続される尿素水溶液配管は、インジェクタに対してミキシング装置を構成するストレート管の軸線の延長線上に延出することになる。この場合、建設機械のように、排気ガス後処理装置をエンジンルームといった限られたスペース内に配置しようとすると、インジェクタから延出した尿素水溶液配管がエンジンルームを形成する壁面と干渉する。このため従来では、尿素水溶液配管がインジェクタに近接した位置でエルボー配管を用いて継がれており、略直角に折曲されてエンジンルーム内に収まるように配管されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１１／００７９００３号明細書
【特許文献２】特開２００８−２０８７２６号公報
【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、排気ガス後処理装置の大きさやエンジンルームの大きさによっては、尿素水溶液配管のエルボー配管ですら、エンジンルームの壁面と干渉することがある。そこで、ミキシング装置でのインジェクタの取付位置を、ミキシング装置のストレート管の軸線方向に沿って中央側にずらして設定し、インジェクタと壁面との間の隙間に余裕を持たせることが考えられる。【０００６】
しかし、特許文献１，２のように、ミキシング装置の上流側が排気ガスの流れ方向を変換するために折曲しており、この方向変換部分にインジェクタが取り付けられていると、単にインジェクタの取付位置をずらしただけでは、その方向変換部分での排気ガスの流路断面積が絞られてしまい、排気ガスをスムーズに流すことができないという問題が生じる。特に特許文献１の構造では、そのような問題が顕著である。【０００７】
本発明の目的は、排気ガスの流れを阻害することなく他との干渉を防止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】
【０００８】
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、前記エルボー管は、前記フィルタ装置の出口管に接続される入口部と、前記ストレート管に接続される出口部と、前記入口部と前記出口部との間に設けられ、前記入口部から導入された排気ガスの流れ方向を前記出口部側に変更する方向変換部と、前記方向変換部の外側に設けられ、前記インジェクタが取り付けられるインジェクタ取付部とを有し、前記インジェクタ取付部は、前記出口部側に偏倚して設けられ、前記方向変換部は、前記インジェクタ取付部と逆側の部分を外側に膨らますようにして形成された第１膨出部を有していることを特徴とする。
ここで、「下流」とは、排気ガスの流れ方向の下流側のことをいう。以下の記載で登場する「下流」についても同様である。また、後述の実施の形態で登場する「上流」とは、排気ガスの流れ方向の上流側のことをいう。「方向変換部の外側」とは、ストレート管の軸線方向において、エルボー管の出口部が設けられる側とは反対の側のことをいう。「インジェクタ取付部の逆側の分部」とは、エルボー管の方向変換部を挟んでインジェクタ取付部の反対側の部分をいう。【０００９】
第２発明に係る還元剤水溶液ミキシング装置では、前記第１膨出部は、前記フィルタ装置の出口管の出口端と前記ストレート管の入口端との間に形成されていることを特徴とする。【００１０】
第３発明に係る還元剤水溶液ミキシング装置では、前記エルボー管内には、軸方向の一端が前記インジェクタ取付部の内壁に支持されるとともに、他端が前記ストレート管に向かって開放したミキシングパイプが設けられ、前記第１膨出部では、前記ミキシングパイプの一端から中央部分に至る領域と対向する部分が外側に湾曲し、前記中央部分から前記他端に至る領域と対向する部分が内側に向かって延びていることを特徴とする【００１１】
第４発明に係る還元剤水溶液ミキシング装置では、前記エルボー管内には、軸方向の一端が前記インジェクタ取付部の内壁に支持されるとともに、他端が前記ストレート管に向かって開放したミキシングパイプが設けられ、前記第１膨出部は、前記ミキシングパイプの一端から軸方向の中央部分に至る領域と対向する入口側の入口側傾斜部と、前記中央部分から前記他端に至る領域と対向する出口側の出口側傾斜部とを有することを特徴とする。【００１２】
第５発明に係る還元剤水溶液ミキシング装置では、前記方向変換部は、前記ストレート管の軸線を挟んで前記第１膨出部とは反対側の部分を外側に膨らますようにして形成された第２膨出部を有していることを特徴とする。【００１３】
第６発明に係る還元剤水溶液ミキシング装置では、前記方向変換部は、前記第１膨出部と前記第２膨出部との間に平坦面として形成された一対の側部を有していることを特徴とする。【００１４】
第７発明に係る還元剤水溶液ミキシング装置では、前記エルボー管の入口部および出口部の流路断面は円形であり、前記エルボー管の方向変換部での前記ストレート管の軸線に垂直な流路断面は、前記第１膨出部においては直線形状であり、前記第２膨出部においては半円形状であり、前記一対の側部においては直線形状であることを特徴とする。【００１５】
第８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、前記フィルタ装置の出口管の軸線より前記出口部側に位置するように偏倚されていることを特徴とする。【００１６】
第９発明に係る排気ガス後処理装置では、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第１発明ないし第７発明のいずれか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。
ここで、「並列に配置」とは、排気ガスの流れ方向が互いに平行となる配置のことをいう。以下の記載で登場する「並列に配置」についても同様である。【００１７】
第１０発明に係る排気ガス後処理装置では、前記選択還元触媒装置は、前記還元剤水溶液ミキシング装置と並列に配置されていることを特徴とする。【００１８】
第１発明および第９発明によれば、エルボー管に第１膨出部を設けるので、エルボー管でのインジェクタ取付部を出口部側にずらして設けたとしても、エルボー管内での流路断面積が大幅に絞られることがなく、排気ガスの流れを阻害する心配がない。また、インジェクタ取付部をずらすことで、インジェクタやこれに接続される還元剤配管用のエルボー配管等をはみ出ないようにでき、他との干渉をも容易に防止できる。さらに、第１膨出部の膨出向きをインジェクタ取付部とは逆側にするため、第１膨出部と他とが干渉するおそれも少ない。【００１９】
第２発明によれば、流路断面を拡張する必要のある部分にのみ第１膨出部を設けるので、他の部分が無駄に拡張されることがなく、他との干渉をより確実に避けることができる。【００２０】
第３、第４発明によれば、第１膨出部として、ミキシングパイプの一端から中央部分に至るまでの部分、つまり外側に湾曲することになる入口側傾斜部と、ミキシングパイプの中央部分から先端側にかけての部分、つまり内側に向かって延びた出口側傾斜部を有しているので、ミキシングパイプに対応した部分の流路断面を確実に大きくでき、ミキシングパイプを設けた場合でも、流路抵抗を十分に小さくできるうえ、ここを通る排気ガスをミキシングパイプの内部に導入し易くできる。【００２１】
第５発明によれば、ストレート管の軸線を挟んで第１膨出部とは反対側に第２膨出部を設けるので、この第２膨出部側に回り込むように外気ガスを流れ易くでき、そこからミキシングパイプ内に入り込んだ排気ガスにて旋回流を生じ易くできて、インジェクタから噴射された還元剤水溶液をミキシングパイプ内でより確実に混合できる。【００２２】
第６発明によれば、第１膨出部と第２膨出部とは平坦な側部で連続することとなり、この側部が大きく外側に膨出することはない。従って、側部周辺での他との干渉を避けることができ、フィルタ装置や選択還元触媒装置をよりコンパクトに配置できる。【００２３】
第７発明によれば、流路断面としては馬蹄形となる。従って、ミキシングパイプを配置した場合でも、十分に大きな流路断面を確保でき、排気ガスの流が阻害されるのを防止でき、排気ガス流路での背圧が高くなるのを確実に抑制できて、エンジン等の燃費を軽減できる。【００２４】
第８発明によれば、インジェクタ取付部をフィルタ装置の出口管の軸線を越えて出口部側に偏倚させるので、インジェクタに接合されるエルボー配管と他との干渉をも防止でき、配置スペースとして制限の多いエンジンルームにも、フィルタ装置や選択還元触媒装置を含む排気ガス後処理を良好に配置できる。【００２５】
第１０発明によれば、フィルタ装置、還元剤水溶液ミキシング装置、および選択還元触媒装置が互いに並列に配置されるから、各装置での排気ガスの流れ方向を揃えることができ、排気ガス後処理装置を全体として一層コンパクトにできる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一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】ＤＰＦ装置の出口管の断面図であり、図２のIII-III線断面図。
【図４】上流側エルボー管の断面図であり、図２のIV-IV線断面図。
【図５】上流側エルボー管の断面図であり、図２のV-V線断面図。
【図６】上流側エルボー管の断面図であり、図２のVI-VI線断面図。
【図７】上流側エルボー管の断面図であり、図２のVII-VII線断面図。
【図８】上流側エルボー管の断面図であり、図２のVIII-VIII線断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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を具体的に説明する。
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。
【００３４】
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。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、所定箇所に複数の丸孔３４Ａ…を有する。これらの丸孔３４Ａから流入した排気ガスは、ミキシングパイプ３４の内部で旋回流となり、インジェクタ５から噴射した尿素水溶液と排気ガスとの混合を促進させる。
【００３５】
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θ（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。
【００３６】
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。
【００３７】
また、図２に示すように、本実施形態では、インジェクタ５がストレート管３２の軸線ＣＬ１の延長上に設けられている。上流側エルボー管３１でのインジェクタ５のインジェクタ取付部６は、インジェクタ５の尿素水溶液導入口５Ａが入口部３１Ｂでの出口部３１Ｃから最も離れた部分より出口部３１Ｃ側に位置するように偏倚（オフセット）されている。詳細には、インジェクタ取付部６は、ＤＰＦ装置２の出口管２３の軸線ＣＬ２に対して、出口部３１Ｃ側に大きく偏倚して設けられている。このため、排気ガス後処理装置１としては、インジェクタ５に取り付けられる尿素水溶液配管のエルボー配管５１が外方にはみ出さず、エンジンルームの壁面１Ａと干渉する心配がない。
【００３８】
なお、上流側エルボー管３１内においては、インジェクタ取付部６にミキシングパイプ３４が接合されるが、この接合部分の位置は、軸線ＣＬ２から出口管２３の内径Ｄの１／２ほどストレート管３２側にずれることになる。
【００３９】
さらに、本実施形態の上流側エルボー管３１では、インジェクタ取付部６が偏倚していることに起因して、上流側エルボー管３１内の排気ガス流路が絞られるのを防止するために、以下の構成が採用されている。
【００４０】
上流側エルボー管３１において、方向変換部３１Ａは、インジェクタ取付部６とは径方向の逆側の部分を膨らますようにして形成された第１膨出部３１Ｅを有している。この第１膨出部３１Ｅは、ＤＰＦ装置２の出口管２３の出口端とストレート管３２の入口端との間に形成されている。そして、第１膨出部３１Ｅは、ミキシングパイプ３４の一端から軸方向の中央部分に至る領域と対向する部分、つまり外側に湾曲した入口側の入口側傾斜部３１１と、ミキシングパイプ３４の中央部分から他端に至る領域と対向する部分、つまり内側に向かって延びた出口側の出口側傾斜部３１２とを有し、入口側傾斜部３１１から出口側傾斜部３１２へ移行する境界部分の膨出量が最も大きい。
【００４１】
このような第１膨出部３１Ｅでは、ストレート管３２の軸線ＣＬ１に対する入口側傾斜部３１１の傾斜は、出口側傾斜部３１２の軸線ＣＬ１に対する傾斜よりも緩やかであり、出口側傾斜部３１２での傾斜の方がきつい。このため、第１膨出部３１Ａは、上流から下流に向かうに従って、ミキシングパイプ３４との距離が次第に近づくように膨出しているが、その近づき方としては一様ではなく、第１段階として上流側の入口側傾斜部３１１で緩やかに近づき、第２段階として下流側の出口側傾斜部３１２でより急速に近づくようになっている。こうすることで、第１膨出部３１Ｅでの限られた流路長の中で、十分な流路断面を確保しつつ、排気ガスをストレート管３２の入口端に向けて淀みなく流すことが可能である。
【００４２】
この第１膨出部３１Ｅが設けられることにより、方向変換部３１Ａの入口部３１Ｂ側の流路断面積が十分に確保され、エンジンから排出される排気ガスの流れが阻害される心配がない。従って、排気ガスの流路中での背圧が高くなるのを防止でき、燃費を向上させることができる。
【００４３】
加えて、本実施形態の方向変換部３１Ａは、ストレート管３２の軸線ＣＬ１を挟んで第１膨出部３１Ｅとは反対側の部分を膨らますようにして形成された第２膨出部３１Ｇを有している。第２膨出部３１Ｇも、ＤＰＦ装置２の出口管２３の出口端とストレート管３２の入口端との間に形成されている。このような第２膨出部３１Ｇは、ミキシングパイプ３４の両端を除く中程に対応した位置では、軸線ＣＬ１に沿った所定長さにわたって軸線ＣＬ１から同じ距離だけ外側に膨出しており、この膨出部分が軸線ＣＬ１と略平行な平行部３１３となっている。
【００４４】
第２膨出部側３１Ｇを有することで、排気ガスを第２膨出部３１Ｇ側に回り込み易くでき、そこからミキシングパイプ３４内に入り込んだ排気ガスにて旋回流を生じ易くできて、インジェクタ５から噴射された尿素水溶液をミキシングパイプ３４内でより確実に混合できるようになっている。
【００４５】
図３ないし図８にはそれぞれ、ＤＰＦ装置２の出口管２３の断面および上流側エルボー管３１の断面が示されている。具体的には、図３は図２のIII-III線断面図、図４はIV-IV線断面図、図５はV-V線断面図、図６はVI-VI線断面図、図７はVII-VII線断面図、図８はVIII-VIII線断面図である。
【００４６】
図３において、出口管２３の流路断面は円形である。上流側エルボー管３１の方向変換部３１Ａでの断面のうち、入口部３１Ｂに近い内側の最初のくびれ部分と外側の傾斜面部分を通るIV-IV線での流路断面は、図４に示すように、くびれ部分側が傾斜面側よりも広い略台形状である。第１膨出部３１Ｅの略中央とインジェクタ取付部６に近い外側のくびれ分部を通るV-V線での流路断面は、図５に示すように、外側のくびれ部分側よりも第１膨出部３１Ｅ側が広い略６角形状である。
【００４７】
また、軸線ＣＬ１に対して直交する方向で、かつインジェクタ取付部６とミキシングパイプ３４との接合部分の近傍を通るVI-VI線での流路断面は、図６に示すように、略馬蹄形である。馬蹄形の中でも、入口部３１Ｂに近い側が多少窪んで形成されている。さらに、軸線ＣＬ１に対して直交する方向で、かつ第１、第２膨出部３１Ｅ，３１Ｇおよびミキシングパイプ３４の中央を通るVII-VII線での流路断面は、図７に示すように、略完全な馬蹄形である。
【００４８】
すなわち、方向変換部３１Ａは、第１膨出部３１Ｅと第２膨出部３１Ｇとの間に形成された一対の平坦な側部３１Ｈを有している。詳細に説明すると、方向変換部３１Ａでの軸線ＣＬ１に垂直な流路断面は、第１膨出部３１Ｅにおいては直線形状であり、第２膨出部３１Ｇにおいては半円形であり、各側部３１Ｈにおいては直線状である。
【００４９】
このような馬蹄形の流路断面のうち、図７に示す２点鎖線で囲まれた部分が第１膨出部３１Ｅによって拡張された流路である。第１膨出部３１Ｅから第２膨出部３１Ｇにかけての流路断面が馬蹄形に設けられることで、断面視において外方に膨らんだ一対の角部３１Ｆを含むこととなり、角部３１Ｆのない半円形の長孔形状等に設けられる場合に比してより大きな流路断面積が確保される。さらに下流側において、第１膨出部３１Ｅが終了した部分を通るVIII-VIII線での流路断面は、図８に示すように、円形に戻っている。そして、この円形部分に対応して内管３６の入り口側の端部が位置している。
【００５０】
また、第１膨出部３１Ｅを有する上流側エルボー管３１の流路断面は、インジェクタ取付部６が偏倚していることで、出口管２３の円形に対応した形状から、台形、六角形、馬蹄形へと連続的に変化しながら、最終的にストレート管３２に対応した円形に戻る。このため、出口管２３からストレート管３２まで流路断面を無理なく繋げることができる。
【００５１】
以下、図２に基づき、上流側エルボー管３１内での排気ガスの流れについて説明すると、ＤＰＦ装置２の出口管２３から流出した排気ガスは、上流側エルボー管３１の入口部３１Ｂから流入し、方向変換部３１Ａへと向かう。方向変換部３１Ａにおいて、その内側を通る排気ガスは、第１膨出部３１Ｅを通ってその内壁に倣って内管３６側に流れる。
【００５２】
一方、他の排気ガスの大部分は、ミキシングパイプ３４に向かうこととなる。ミキシングパイプ３４へと流れた排気ガスは、前述したように、丸孔３４Ａから流入してミキシングパイプ３４の内部で旋回流となり、インジェクタ５から噴射した尿素水溶液と混合される。この後、排気ガスは、その流れ方向を軸線ＣＬ１の方向に変えてストレート管３２へと向かう。
【００５３】
以上の本実施形態によれば、上流側エルボー管３１に設けられた第１膨出部３１Ｅにより、インジェクタ取付部６をストレート管３２側に偏倚しても、流路断面積が大幅に絞られることがなく、排気ガスの流れが阻害されるおそれがない。そして、インジェクタ取付部６を偏倚することで、尿素水溶液配管を構成するエルボー配管５１の外方へのはみ出しを防止できる。
【００５４】
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、前記実施形態では、上流側エルボー管３１に設けられたインジェクタ取付部６の位置は、出口管２３の軸線ＣＬ２を越えてストレート管３２側に大きくずれていたが、そのようなずれ量は、尿素水溶液配管のエルボー配管５１と他との干渉の度合を勘案して任意に決められてよく、前記実施形態程度に限定されるものではない。
【００５５】
前記実施形態では、上流側エルボー管３１において、第１膨出部３１Ｅの略中央を通る部分の流路断面の形状が馬蹄形であったが、長孔形状や台形形状などであってもよく、任意である。
【００５６】
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】
【００５７】
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】
【００５８】
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、５Ａ…還元剤溶液導入口、６…インジェクタ取付部、２３…出口管、３１…エルボー管である上流側エルボー管、３１Ａ…方向変換部、３１Ｂ…入口部、３１Ｃ…出口部、３１Ｅ…第１膨出部、３１Ｇ…第２膨出部、３１Ｈ…側部、３２…ストレート管、３１１…入口側傾斜部、３１２…出口側傾斜部、ＣＬ１，ＣＬ２…軸線。
【図１】
2014112063.tif 000003
【図２】
2014112063.tif 000004
【図３】
2014112063.tif 000005
【図４】
2014112063.tif 000006
【図５】
2014112063.tif 000007
【図６】
2014112063.tif 000008
【図７】
2014112063.tif 000009
【図８】
2014112063.tif 000010
【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、
前記エルボー管は、
前記フィルタ装置の出口管に接続される入口部と、
前記ストレート管に接続される出口部と、
前記入口部と前記出口部との間に設けられ、前記入口部から導入された排気ガスの流れ方向を前記出口部側に変更する方向変換部と、
前記方向変換部の外側に設けられ、前記インジェクタが取り付けられるインジェクタ取付部とを有し、
前記インジェクタ取付部は、前記インジェクタの還元剤水溶液導入口が前記入口部での前記出口部から最も離れた部分よりも前記出口部側に偏倚して設けられ、
前記方向変換部は、前記インジェクタ取付部と逆側の部分を外側に膨らますようにして形成された第１膨出部を有し、
前記第１膨出部は、前記フィルタ装置の出口管の出口端と前記ストレート管の入口端との間に形成され、
前記エルボー管内には、軸方向の一端が前記インジェクタ取付部の内壁に支持されるとともに、他端が前記ストレート管に向かって開放したミキシングパイプが設けられ、
前記第１膨出部では、前記ミキシングパイプの一端から中央部分に至る領域と対向する部分が外側に湾曲し、前記中央部分から前記他端に至る領域と対向する部分が内側に向かって延びている
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、
前記第１膨出部では、前記ミキシングパイプの一端から中央部分に至る領域と対向する部分が入口側の入口側傾斜部とされ、前記中央部分から前記他端に至る領域と対向する部分が出口側の出口側傾斜部とされ、
前記入口側傾斜部および前記出口側傾斜部は、排気ガスの流れ方向の上流から下流に向かうに従って前記ミキシングパイプとの距離が次第に近づくように傾斜しているとともに、
前記入口側傾斜部の傾斜は、前記出口側傾斜部の傾斜よりも緩やかである
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、
前記方向変換部は、前記ストレート管の軸線を挟んで前記第１膨出部とは反対側の部分を外側に膨らますようにして形成された第２膨出部を有している
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、
前記方向変換部は、前記第１膨出部と前記第２膨出部との間に平坦面として形成された一対の側部を有している
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、
前記エルボー管の入口部および出口部の流路断面は円形であり、
前記エルボー管の方向変換部での前記ストレート管の軸線に垂直な流路断面は、前記第１膨出部においては直線形状であり、前記第２膨出部においては半円形状であり、前記一対の側部においては直線形状である
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、
前記インジェクタ取付部は、前記フィルタ装置の出口管の軸線より前記出口部側に位置するように偏倚されている
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。
【請求項８】
請求項７に記載の排気ガス後処理装置において、
前記選択還元触媒装置は、前記還元剤水溶液ミキシング装置と並列に配置されている
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】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
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、前記エルボー管は、前記フィルタ装置の出口管に接続される入口部と、前記ストレート管に接続される出口部と、前記入口部と前記出口部との間に設けられ、前記入口部から導入された排気ガスの流れ方向を前記出口部側に変更する方向変換部と、前記方向変換部の外側に設けられ、前記インジェクタが取り付けられるインジェクタ取付部とを有し、前記インジェクタ取付部は、前記インジェクタの還元剤水溶液導入口が前記入口部での前記出口部から最も離れた部分よりも前記出口部側に偏倚して設けられ、前記方向変換部は、前記インジェクタ取付部と逆側の部分を外側に膨らますようにして形成された第１膨出部を有し、前記第１膨出部は、前記フィルタ装置の出口管の出口端と前記ストレート管の入口端との間に形成され、前記エルボー管内には、軸方向の一端が前記インジェクタ取付部の内壁に支持されるとともに、他端が前記ストレート管に向かって開放したミキシングパイプが設けられ、前記第１膨出部では、前記ミキシングパイプの一端から中央部分に至る領域と対向する部分が外側に湾曲し、前記中央部分から前記他端に至る領域と対向する部分が内側に向かって延びていることを特徴とする。
ここで、「下流」とは、排気ガスの流れ方向の下流側のことをいう。以下の記載で登場する「下流」についても同様である。また、後述の実施の形態で登場する「上流」とは、排気ガスの流れ方向の上流側のことをいう。「方向変換部の外側」とは、ストレート管の軸線方向において、エルボー管の出口部が設けられる側とは反対の側のことをいう。「インジェクタ取付部の逆側の分部」とは、エルボー管の方向変換部を挟んでインジェクタ取付部の反対側の部分をいう。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【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】００１０
【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】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
第２発明に係る還元剤水溶液ミキシング装置では、前記第１膨出部では、前記ミキシングパイプの一端から軸方向の中央部分に至る領域と対向する部分が入口側の入口側傾斜部とされ、前記中央部分から前記他端に至る領域と対向する部分が出口側の出口側傾斜部とされ、前記入口側傾斜部および前記出口側傾斜部は、排気ガスの流れ方向の上流から下流に向かうに従って前記ミキシングパイプとの距離が次第に近づくように傾斜しているとともに、前記入口側傾斜部の傾斜は、前記出口側傾斜部の傾斜よりも緩やかであることを特徴とする。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
第３発明に係る還元剤水溶液ミキシング装置では、前記方向変換部は、前記ストレート管の軸線を挟んで前記第１膨出部とは反対側の部分を外側に膨らますようにして形成された第２膨出部を有してい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】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
第４発明に係る還元剤水溶液ミキシング装置では、前記方向変換部は、前記第１膨出部と前記第２膨出部との間に平坦面として形成された一対の側部を有してい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】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
第５発明に係る還元剤水溶液ミキシング装置では、前記エルボー管の入口部および出口部の流路断面は円形であり、前記エルボー管の方向変換部での前記ストレート管の軸線に垂直な流路断面は、前記第１膨出部においては直線形状であり、前記第２膨出部においては半円形状であり、前記一対の側部においては直線形状であることを特徴とする。
【手続補正９】
【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６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、前記フィルタ装置の出口管の軸線より前記出口部側に位置するように偏倚されていることを特徴とする。
【手続補正１０】
【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７発明に係る排気ガス後処理装置では、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第１発明ないし第６発明のいずれか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。
ここで、「並列に配置」とは、排気ガスの流れ方向が互いに平行となる配置のことをいう。以下の記載で登場する「並列に配置」についても同様である。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
第８発明に係る排気ガス後処理装置では、前記選択還元触媒装置は、前記還元剤水溶液ミキシング装置と並列に配置されていることを特徴とする。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
第１発明および第７発明によれば、エルボー管に第１膨出部を設けるので、エルボー管でのインジェクタ取付部を出口部側にずらして設けたとしても、エルボー管内での流路断面積が大幅に絞られることがなく、排気ガスの流れを阻害する心配がない。また、インジェクタ取付部をずらすことで、インジェクタやこれに接続される還元剤配管用のエルボー配管等をはみ出ないようにでき、他との干渉をも容易に防止できる。さらに、第１膨出部の膨出向きをインジェクタ取付部とは逆側にするため、第１膨出部と他とが干渉するおそれも少ない。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
また、第１発明によれば、流路断面を拡張する必要のある部分にのみ第１膨出部を設けるので、他の部分が無駄に拡張されることがなく、他との干渉をより確実に避けることができる。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
また、第１、第２発明によれば、第１膨出部として、ミキシングパイプの一端から中央部分に至るまでの部分、つまり外側に湾曲することになる入口側傾斜部と、ミキシングパイプの中央部分から先端側にかけての部分、つまり内側に向かって延びた出口側傾斜部を有しているので、ミキシングパイプに対応した部分の流路断面を確実に大きくでき、ミキシングパイプを設けた場合でも、流路抵抗を十分に小さくできるうえ、ここを通る排気ガスをミキシングパイプの内部に導入し易くできる。
【手続補正１５】
【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３発明によれば、ストレート管の軸線を挟んで第１膨出部とは反対側に第２膨出部を設けるので、この第２膨出部側に回り込むように外気ガスを流れ易くでき、そこからミキシングパイプ内に入り込んだ排気ガスにて旋回流を生じ易くできて、インジェクタから噴射された還元剤水溶液をミキシングパイプ内でより確実に混合できる。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
第４発明によれば、第１膨出部と第２膨出部とは平坦な側部で連続することとなり、この側部が大きく外側に膨出することはない。従って、側部周辺での他との干渉を避けることができ、フィルタ装置や選択還元触媒装置をよりコンパクトに配置できる。
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
第５発明によれば、流路断面としては馬蹄形となる。従って、ミキシングパイプを配置した場合でも、十分に大きな流路断面を確保でき、排気ガスの流が阻害されるのを防止でき、排気ガス流路での背圧が高くなるのを確実に抑制できて、エンジン等の燃費を軽減できる。
【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
第６発明によれば、インジェクタ取付部をフィルタ装置の出口管の軸線を越えて出口部側に偏倚させるので、インジェクタに接合されるエルボー配管と他との干渉をも防止でき、配置スペースとして制限の多いエンジンルームにも、フィルタ装置や選択還元触媒装置を含む排気ガス後処理を良好に配置できる。
【手続補正１９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
第８発明によれば、フィルタ装置、還元剤水溶液ミキシング装置、および選択還元触媒装置が互いに並列に配置されるから、各装置での排気ガスの流れ方向を揃えることができ、排気ガス後処理装置を全体として一層コンパクトにできる。
【国際調査報告】
2014112063.tif 000011
2014112063.tif 000012
2014112063.tif 000013
2014112063.tif 000014