(57)【要約】【課題】内燃機関の排圧低減と還元剤の拡散・霧化の促進とを高次元で両立でき、もって、内燃機関の排圧を低減できると共に、触媒装置の各部位に還元剤を均等に供給して良好な浄化性能を達成できる内燃機関の排気浄化装置を提供する。【解決手段】排気通路のＳＣＲ触媒の上流側に、下流側に向けて拡径する拡大部２２ａ、拡大部２２ａから同一径で連続する大径部２２ｂ、大径部２２ｂから下流側に向けて縮径する縮小部２２ｃから構成されたケーシング２２を配設し、大径部２２ｂに旋回流を生起させるフィン装置２６を配置すると共に、フィン装置２６の下流側に尿素水溶液を噴射する噴射ノズル３４を配置する。通路断面積の大きな大径部２２ｂ内で旋回流を生起させて圧損増加を抑制した上で、その後に縮小部２２ｃで旋回流を増速させて良好な撹拌作用により尿素水溶液を拡散・霧化する。【選択図】図２
2008309000.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に配設された浄化装置と、
上記浄化装置の上流側の排気通路の一部を構成し、該排気通路から下流側に向けて拡径する拡大部、該拡大部から略同一径を保って下流側に連続する大径部、及び該大径部から下流側に向けて縮径して上記浄化装置側と接続される縮小部により構成されたケーシングと、
上記ケーシングの大径部内に配設され、該大径部を流通する排ガスに旋回流を生起させる旋回流発生手段と、
上記ケーシングの大径部内に配設され、該大径部を流通する排ガス中に上記浄化触媒の作動に要する還元剤を噴射する還元剤噴射手段と
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】
上記旋回流発生手段は、上記大径部内の軸線を中心とした外周側に上記排ガスに旋回流を生起させる複数のフィンが配設され、上記大径部の軸線近傍の上流側に上記排ガスを外周側に案内するノーズコーンが設けられたことを特徴とする請求項１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、詳しくは排気通路を流通する排ガス中に噴射ノズルから還元剤を噴射して下流側の浄化装置に供給する排気浄化装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の排ガス中に還元剤を噴射して下流側の浄化装置に供給する排気浄化装置としては、例えばＳＣＲ触媒（選択還元型ＮＯx触媒）を備えたものがある。周知のようにＳＣＲ触媒は排ガス中のＮＯxを還元するためにＮＨ３（アンモニア）を必要とすることから、排気通路のＳＣＲ触媒の上流側に配置した噴射ノズルから還元剤として尿素水溶液を噴射し、尿素水溶液が排気熱及び排ガス中の水蒸気により加水分解されて生成されるＮＨ３（アンモニア）を利用してＳＣＲ触媒によるＮＯx還元作用を得ている。
【０００３】
ＳＣＲ触媒のＮＯx還元作用は尿素水溶液の供給状態の影響を強く受け、良好な還元作用を得るには、排ガス中に尿素水溶液を十分に拡散・霧化させると共に、排気通路等の壁面への尿素水溶液の付着を防止して、ＳＣＲ触媒の各部位に均等にＮＨ３を供給する必要がある。このような要望を達成するために排気通路に排ガスを撹拌するための手段を設けた種々の対策が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
上記特許文献１の技術は、ＳＣＲ触媒に代えて内燃機関の排気通路に設けられたＮＯx還元用コンバータを対象としており、コンバータの上流側に配置した噴射ノズルから還元剤（未燃燃料）を噴射するものであるが、コンバータの各部位に均等に還元剤を供給することが要望される点では共通している。この目的のために、特許文献１の図２に示す第２実施形態では、排ガスを撹拌するための撹拌手段として、噴射ノズルの下流側に排気流れを横切る方向に棒状部材を配設し、排ガスを棒状部材に衝突させて撹拌することにより排ガス中への還元剤の拡散・霧化を促進している。
【特許文献１】特開２００２−２１３２３３号明細書（図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、この種の撹拌手段は排ガスの撹拌作用により還元剤の拡散・霧化を促進できる反面、排気通路内への設置により圧損を生じることから内燃機関の排圧を増加させて走行性能を低下させる要因となり得る。双方の条件は基本的にトレードオフの関係にあるが、上記特許文献１の技術では、排ガスを棒状部材に衝突させて撹拌作用を得る原理のため、例えば、撹拌作用の向上を目的として棒状部材の本数を増加させると、圧損と共に内燃機関の排圧が急増してしまい、結果として双方の条件を低次元でしか両立できなかった。
【０００６】
加えて、上記特許文献１の技術では、ごく狭い排気通路内に噴射ノズルから還元剤を噴射していることから、噴射ノズルの対向壁に還元剤が付着し易い傾向がある。そして、一旦付着した還元剤は排ガス中に拡散・霧化し難いことから、この現象も上記トレードオフの関する不具合を助長する要因となった。
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、内燃機関の排圧低減と還元剤の拡散・霧化の促進とを高次元で両立でき、もって、内燃機関の排圧を低減して良好な走行性能を実現できると共に、触媒装置の各部位に還元剤を均等に供給して良好な浄化性能を達成することが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】
【０００７】
上記目的を達成するため、請求項１の発明は、内燃機関の排気通路に配設された浄化装置と、浄化装置の上流側の排気通路の一部を構成し、排気通路から下流側に向けて拡径する拡大部、拡大部から略同一径を保って下流側に連続する大径部、及び大径部から下流側に向けて縮径して浄化装置側と接続される縮小部により構成されたケーシングと、ケーシングの大径部内に配設され、大径部を流通する排ガスに旋回流を生起させる旋回流発生手段と、ケーシングの大径部内に配設され、大径部を流通する排ガス中に浄化触媒の作動に要する還元剤を噴射する還元剤噴射手段とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
従って、内燃機関の排ガスは排気通路を経てケーシング内を流通して下流側の浄化装置に到達し、浄化装置で有害成分を浄化された後に大気中に排出される。ケーシング内を流通する過程で、まず、排ガスは拡大部から大径部に移送されて流速を低下させ、この大径部において旋回流発生手段により旋回流を生起されると共に、還元剤噴射手段から還元剤が噴射される。なお、旋回流発生手段と還元剤噴射手段とは何れを上流側としてもよい。
【０００９】
通路断面積の大きな大径部内では、還元剤噴射手段から対向壁までの還元剤の噴射距離を長く設定可能なため、噴射された還元剤の対向壁への付着が抑制される。また、大きな通路断面積を有する大径部内には大径の旋回流発生手段を設置可能であり、大径の旋回流発生手段によれば旋回流を生起するときの排ガスの圧損が低減され、且つ大径部内を流通するときの排ガス流速が低いことから、旋回流の生起に伴う圧損はさらに低減される。よって、このときには最小限の排ガスの圧損により排ガスに旋回流が生起される。
【００１０】
その後、排ガスは旋回流の撹拌作用により還元剤を拡散・霧化させながら大径部内を経て縮小部に導入される。縮小部では通路断面積が次第に小さくなることから、所謂旋回流の角運動量保存則に従って排ガスの旋回流は次第に増速され、排ガスの撹拌がさらに促進される。従って、上記大径部での還元剤の壁面付着の抑制と相俟って還元剤は排ガス中に良好に拡散・霧化され、下流側の浄化装置の各部位に均等に供給される。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１において、旋回流発生手段が、大径部内の軸線を中心とした外周側に排ガスに旋回流を生起させる複数のフィンが配設され、大径部の軸線近傍の上流側に排ガスを外周側に案内するノーズコーンが設けられたことを特徴とする。
従って、旋回流発生手段のフィンが大径部の軸線を中心とした外周側に位置することから、軸線に沿った排ガスの移送方向を外周側に変更する必要があるが、大径部の軸線近傍に位置するノーズコーンにより排ガスは円滑に外周側に案内されるため、この箇所を流通する際の排ガスの圧損が最小限に抑制される。
【発明の効果】
【００１２】
以上説明したように請求項１の発明の内燃機関の排気浄化装置によれば、内燃機関の排圧低減と還元剤の拡散・霧化の促進とを高次元で両立でき、もって、内燃機関の排圧を低減して良好な走行性能を実現できると共に、触媒装置の各部位に還元剤を均等に供給して良好な浄化性能を達成することができる。
請求項２の発明の内燃機関の排気浄化装置によれば、請求項１に加えて、排ガスを旋回流発生手段のフィンまで円滑に案内して、排ガスの圧損、ひいては内燃機関の排圧をさらに低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明をＳＣＲ触媒を備えた内燃機関の排気浄化装置に具体化した一実施形態を説明する。
図１は本実施形態の内燃機関の排気浄化装置が適用されたディーゼル機関を示す全体構成図であり、内燃機関１は直列６気筒機関として構成されている。内燃機関１の各気筒には燃料噴射弁２が設けられ、各燃料噴射弁２は共通のコモンレール３から加圧燃料を供給され、開弁に伴って対応する気筒の筒内に燃料を噴射する。
【００１４】
内燃機関１の吸気側には吸気マニホールド４が装着され、吸気マニホールド４に接続された吸気通路５には、上流側よりエアクリーナ６、ターボチャージャ７のコンプレッサ７ａ、インタクーラ８が設けられている。また、内燃機関１の排気側には排気マニホールド１０が装着され、排気マニホールド１０には上記コンプレッサ７ａと同軸上に連結されたターボチャージャ７のタービン７ｂが接続されている。タービン７ｂには排気通路１１が接続され、排気通路１１には、上流側から第１コンバータ１２、尿素噴射撹拌部１３、第２コンバータ１４が配設され、図示はしないがその下流側には消音器が設けられている。
【００１５】
第１コンバータ１２は前後方向（排ガスの流通方向）に沿った円筒状をなし、その内部の上流側には前段酸化触媒１５が配置され、下流側には排ガス中のＰＭ（パティキュレート・マター）を捕集するためのウォールフロー式のＤＰＦ（ディーセルパティキュレートフィルタ）１６が設置されている。排気通路１１の第１コンバータ１２の上流側位置には、ＤＰＦ１６の強制再生用の燃料噴射弁１７が設置されている。
【００１６】
第１コンバータ１２と同じく第２コンバータ１４も前後方向に沿った円筒状をなし、その内部の上流側にはＮＨ３（アンモニア）の供給により排ガス中のＮＯxを還元するＳＣＲ触媒（選択還元型ＮＯx触媒）１８が配置され、下流側には後段酸化触媒１９が設置されている。
第１及び第２コンバータ１２，１４を連結する排気通路１１を、以下の説明では上流側排気管２１ａ及び下流側排気管２１ｂと称する。これらの上流側及び下流側排気管２１ａ，２１ｂは他の排気通路１１の箇所と同様に断面円形のパイプ状をなし、その内径は、内燃機関１の排気量等の仕様を考慮した上で、排ガス流通時に排圧を大きく増加させない程度の寸法（例えば、６５mm）に設定されている。上記尿素噴射撹拌部１３は、これらの上流側及び下流側排気管１２，１４の間に配設されて排気通路１１の一部を構成している。
【００１７】
図２は尿素噴射撹拌部１３を示す拡大断面図、図３はフィン装置２６を示す図２のIII−III線断面図である。尿素噴射撹拌部１３のケーシング２２は、上流側排気管２１ａの後端（下流側）から連続しながら下流側に向けてコーン状に拡径する拡大部２２ａ、拡大部２２ａの後端から同一径を保って下流側に連続する大径部２２ｂ、及び大径部２２ｂの後端から連続しながら下流側に向けてコーン状に縮径して、その後端を下流側排気管２１ｂの前端（上流側）に接続された縮小部２２ｃから構成されている。上流側及び下流側排気管１２，１４に比較してケーシング２２の大径部２２ａは内径が大きく設定されている（例えば、９８mm）。上流側排気管２１ａからの排ガスは尿素噴射撹拌部１３のケーシング２２内を流通して下流側排気管２１ｂに移送されるが、ケーシング２２内の通路断面積の変化に応じて排ガスは流速を変化させながら流通することになり、上記内径の設定により大径部２２ｂでは排ガスの流速が大幅に低下する。
【００１８】
ケーシング２２の拡大部２２ａの前端は上流側排気管２１ａの後端に溶接され、ケーシング２２の縮小部２２ｃの後端は下流側排気管２１ｂの前端に溶接されている。また、ケーシング２２の拡大部２２ａの後端及び大径部２２ｂの前端にはそれぞれ四角板状のフランジ２３が溶接され、これらのフランジ２３が相互にボルト２４及びナット２５で締結されることにより拡大部２２ａと大径部２２ｂとが一体化されている。拡大部２２ａ及び大径部２２ｂのフランジ２３間には、四角板状をなすフィン装置２６（旋回流発生手段）のベース部２７の周囲が挟み込まれて共締めされ、これによりベース部２７は、尿素噴射撹拌部１３のケーシング２２内において排ガスの流通方向に対して直交する姿勢で配置されている。
【００１９】
ベース部２７は鋼板をプレス成型して製作されており、以下、このベース部２７を含めたフィン装置２６の構成を詳述する。ケーシング２２内においてベース部２７にはケーシング２２の軸線Ｌを中心とする円形状の透孔２８（図３に示す）が貫設され、透孔２８の周囲は扇状に４等分されてそれぞれフィン２９及びフィン支持部３０が形成されている。各フィン２９及びフィン支持部３０は透孔２８を中心とした周方向に交互に配列され、各フィン支持部３０に比較して各フィン２９は周方向に大幅に長く設定されている。各フィン２９は両側に位置するフィン支持部３０の内の一方（図３の時計周り側）に対して連続し、他方のフィン支持部３０（図３の反時計周り側）及びケーシング２２の内周壁に対してはプレス成型により分断されている。
【００２０】
結果として、ケーシング２２の内周側の等分４箇所からフィン支持部３０が内周に向けて延設され、これらのフィン支持部３０の一側縁にそれぞれ対応するフィン２９の基端が支持されている。各フィン２９は基端側のフィン支持部３０との境界から折曲され、これにより各フィン２９はケーシング２２の大径部２２ｂ内において、先端側を排ガス流通方向の下流側に指向させ、且つ同一周方向に角度αでベース部２７から起立させた姿勢をなしている。また、各フィン２９の折曲によりベース部２７には各フィン２９に対応する扇状の４つの流通孔３１が形成され、各流通孔３１を介して拡大部２２ａと大径部２２ｂとが連通している。
【００２１】
ケーシング２２の拡大部２２ａ内には、カップ状にプレス成型されたフィン装置２６のノーズコーン３２が配設され、ノーズコーン３２はケーシング２２の軸線Ｌ上で先端を上流側に指向させ、基端をベース部２７上に当接させた姿勢で配設されている。ノーズコーン３２の基端は円筒状をなしてベース部２７の透孔２８と略同一径に形成され、各フィン支持部３０の内周縁に対して溶接されることによりベース部２７上に固定されている。ケーシング２２の拡大部２２ａ内ではノーズコーン３２を中心としてリング状の案内路３３が形成され、この案内路３３はフィン装置２６の各流通孔３１を介して大径部２２ｂ内と連通している。
【００２２】
ケーシング２２のフィン装置２６より若干下流側の位置には、ケーシング２２の内外を貫通するように電磁式の噴射ノズル３４（還元剤噴射手段）が配置され、噴射ノズル３４は先端側をケーシング２２内の下流側に所定角度βで指向させた姿勢で固定されている。噴射ノズル３４は図示しないタンクから圧送される尿素水溶液を還元剤としてケーシング２２内に任意に噴射可能に構成されている。
【００２３】
上記した内燃機関１の各気筒の燃料噴射弁２、強制再生用の燃料噴射弁１７、尿素水溶液の噴射ノズル３４等のデバイス類、及び図示しないセンサ類はＥＣＵ４１（電子コントロールユニット）に接続され、センサ類からの検出情報に基づいてＥＣＵ４１により駆動制御される。例えばＥＣＵ４１は機関回転速度や負荷等の内燃機関１の運転状態に基づき、燃料噴射弁２の噴射量、噴射圧、噴射時期を制御して内燃機関１を運転する。
【００２４】
内燃機関１の運転中において、内燃機関１から排出された排ガスは排気マニホールド１０から排気通路１１を経て第１コンバータ１２内に導入され、内部の前段酸化触媒１５及びＤＰＦ１６を通過後に上流側排気管２１ａから尿素噴射撹拌部１３のケーシング２２内に導入される。さらに排ガスはケーシング２２内を流通後に下流側排気管２１ｂから第２コンバータ１４内に導入され、内部のＳＣＲ触媒１８及び後段酸化触媒１９を通過後に消音器を経て大気中に排出される。
【００２５】
上記ＤＰＦ１６では、排ガスが内部の通路の壁を流通して含有するＰＭが捕捉され、これによりＰＭの浄化が行われる。ＤＰＦ１６上のＰＭ捕集量はＰＭの捕集に伴って次第に増加するが、捕集されたＰＭは、内燃機関１が所定の運転状態（例えば、排ガス温度が比較的高い運転状態）のときに、前段酸化触媒１５上での酸化反応により排ガス中のＮＯから生成されたＮＯ2 を酸化剤として利用して連続的に焼却除去される。
【００２６】
また、このようなＤＰＦ１６の連続再生作用が得られない運転状態が継続されると、ＤＰＦ１６でのＰＭ捕集量が次第に増加して許容量を越えてしまうため、このような状況を想定して、ＥＣＵ４１は内燃機関１の運転状態から推定したＰＭ捕集量がＤＰＦ１６の許容量を越える以前に、ＤＰＦ１６上のＰＭを強制的に焼却除去する強制再生を実施する。この強制再生には、排気通路１１上の燃料噴射弁１７が利用され、燃料噴射弁１７から未燃燃料を噴射して前段酸化触媒１５上に供給し、その酸化反応熱により下流側のＤＰＦ１６を昇温してＰＭを焼却除去する。なお、メイン噴射後の膨張行程または排気行程でのポスト噴射により前段酸化触媒１５上に未燃燃料を供給するようにしてもよい。
【００２７】
一方、上記ＳＣＲ触媒１８にＮＯx浄化作用を発揮させるために、ＥＣＵ４１は内燃機関１の運転状態や噴射ノズル３４近傍に設置された図示しない温度センサの検出値等に基づき、噴射ノズル３４からの尿素水溶液の噴射量を制御する。噴射された尿素水溶液は尿素噴射撹拌部１３から下流側排気管２１ｂを流通する過程で、排気熱及び排ガス中の水蒸気により加水分解されてＮＨ３を生成して下流側のＳＣＲ触媒１８上に移送され、ＳＣＲ触媒１８上でＮＨ３を利用して排ガス中のＮＯxが無害なＮ２に還元される。なお、ＤＰＦ１６でのＰＭの燃焼で発生するＣＯやＳＣＲ触媒１８上での余剰ＮＨ３は後段酸化触媒１９により処理される。
【００２８】
そして、上記ＳＣＲ触媒１８上でのＮＯx還元作用は噴射ノズル３４からの尿素水溶液の供給状態の影響を強く受けることから、本実施形態では尿素噴射撹拌部１３により尿素水溶液の拡散・霧化を促進する構成を採っており、以下、当該構成による作用効果を説明する。
上記のように第１コンバータ１２を経た排ガスは尿素噴射撹拌部１３のケーシング２２を経て第２コンバータ１４内に導入され、尿素噴射撹拌部１３のケーシング２２内を流通する過程では、まず、拡大部２２ａからフィン装置２６の流通孔３１を経て大径部２２ｂに導入される。フィン装置２６の流通孔３１は各フィン２９に対応してケーシング２２の軸線Ｌを中心とした外周側に位置するため、軸線Ｌに沿った排ガスの移送方向を外周側に変更する必要があるが、ケーシング２２の軸線Ｌ上に位置するノーズコーン３２により排ガスは案内路３３を経て円滑に外周側に案内されるため、この箇所を流通する際の排ガスの圧損は最小限に抑制される。
【００２９】
フィン装置２６の流通孔３１を通過する際に、排ガスは各フィン２９に衝突した後にフィン角度αに倣って案内され、これにより大径部２２ｂ内で旋回流を生起する。大きな通路断面積を有する大径部２２ｂ内には大径のフィン装置２６を設置可能であり、大径のフィン装置２６のフィン２９によれば旋回流を生起するときの排ガスの圧損が低減され、且つ大径部２２ｂ内を流通するときの排ガスは流速が低いことから、旋回流の生起に伴う圧損はさらに低減される。よって、このときには最小限の排ガスの圧損により排ガスに旋回流が生起される。
【００３０】
その後、フィン装置２６を通過した直後に排ガスには噴射ノズル３４から尿素水溶液が噴射され、排ガスは旋回流の撹拌作用により尿素水溶液を拡散・霧化させながら大径部２２ｂ内を下流側へと移送されて縮小部２２ｃに導入される。縮小部２２ｃでは通路断面積が次第に小さくなることから、所謂旋回流の角運動量保存則に従って排ガスの旋回流は次第に増速される。即ち、通路断面積の大きな大径部２２ｂ内では排ガスの圧損を低減できるものの強い旋回流は期待できず、旋回流による撹拌作用にも限界がある。しかしながら、縮小部２２ｃに通過する過程で旋回流が増速することにより排ガスの撹拌が促進されるため、尿素水溶液は排ガス中に良好に拡散・霧化される。
【００３１】
排ガスと共に移送中の尿素水溶液は加水分解によりＮＨ３を生成するが、上記のように排ガス中への尿素水溶液の拡散・霧化が促進されることから、結果として生成されたＮＨ３は排ガスと共に第２コンバータ１４内のＳＣＲ触媒１８の各部位に均等に供給される。
一方、噴射ノズル３４からはケーシング２２内の対向壁に向けて尿素水溶液が噴射され、対向壁に到達するまでに旋回流に晒されて拡散・霧化する一方、対向壁に到達して付着した後には良好な拡散・霧化が望めなくなる。よって、噴射ノズル３４から対向壁までの尿素水溶液の噴射距離を可能な限り長く設定することが望ましいが、本実施形態では通路断面積の大きな大径部２２ｂで噴射ノズル３４から尿素水溶液を噴射していることから、ケーシング壁面への尿素水溶液の付着が極力抑制されて一層良好な拡散・霧化が実現される。
【００３２】
以上のように本実施形態の内燃機関１の排気浄化装置では、排ガス流速が低い大径部２２ｂにおいて大径のフィン装置２６により旋回流を生起させるため、旋回流を生起させるときの排ガスの圧損、ひいては内燃機関１の排圧増加を最小限に抑制でき、一方、その後に排ガスが縮小部２２ｃを流通する過程で旋回流を増速させるため、良好な撹拌作用により尿素水溶液を排ガス中に十分に拡散・霧化できる。しかも、通路断面積の大きな大径部２２ｂ内で尿素水溶液を噴射するため、尿素水溶液の壁面付着を抑制して一層良好な拡散・霧化を実現できる。結果として、一般にトレードオフの関係にある内燃機関１の排圧低減と尿素水溶液の拡散・霧化の促進とを高次元で両立でき、旋回流を生起するときの排圧増加を最小限に抑制して良好な走行性能を実現できると共に、ＳＣＲ触媒１８の各部位にＮＨ３を均等に供給して良好なＮＯx浄化性能を達成することができる。
【００３３】
図４はＳＣＲ触媒１８のＮＯx浄化率と排気通路１１の圧損との関係を従来技術と本実施形態の排気浄化装置とで比較した試験結果を示す図である。従来技術としては排気通路１１にフィン装置２６を備えないもの（図中に白抜き四角印で示す）と、本実施形態のように排気通路１１を拡径することなく単にフィン装置２６を設けたもの（図中に黒塗り四角印で示す）とが挙げられている。また、実施形態の排気浄化装置としては、フィン装置２６にノーズコーン３２を備えてベース部２７に対するフィン角度αを３０°に設定したもの（図中に黒塗り丸印で示す）と、同じくノーズコーン３２を備えてフィン角度αを６０°に設定したもの（図中に白抜き丸印で示す）と、ノーズコーン３２を備えずにフィン角度αを３０°に設定したもの（図中に白抜き三角印で示す）とが挙げられている。
【００３４】
従来技術では、フィン装置無しに対してフィン装置有りでは、圧損の増加と引き換えに尿素水溶液の拡散・霧化の促進によりＮＯx浄化率が向上するものの、破線で示すように双方の要件を高次元で達成することはできない。これに対して本実施形態の排気浄化装置では、フィン角度αの相違やノーズコーン３２の有無に応じてＮＯx浄化率と圧損との関係は変化するものの、実線で示すように双方の要件を高次元で達成でき、上記本実施形態の作用効果が裏付けられていることが判る。
【００３５】
また、拡大部２２ａではノーズコーン３２により排ガスを外周側に案内してフィン装置２６の流通孔３１を流通させるため、その際の圧損を低減でき、内燃機関１の排圧をさらに低減できるという利点も得られる。
加えて、尿素噴射撹拌部１３のケーシング２２は排気通路１１の他の箇所、例えば上流側排気管２１ａや下流側排気管２１ｂと比較すれば大径になるものの、第１及び第２コンバータ１２，１４等に比べると格段に小径であり、車両の床下での設置場所も限定されない。よって、尿素噴射撹拌部１３を設けても排気浄化装置の車両への搭載性はほとんど悪化せず、尿素噴射撹拌部１３の設置による弊害を未然に防止できるという利点もある。
【００３６】
以上で実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態に限定されるものではない。例えば上記実施形態では、ＳＣＲ触媒１８を備えたディーゼル機関１の排気浄化装置に具体化したが、適用対象はこれに限ることはない。例えばガソリン機関でも希薄燃焼運転時を想定してＳＣＲ触媒１８を備える場合があるため、このようなガソリン機関に適用してもよい。
【００３７】
また、上記実施形態では、ＳＣＲ触媒１８に供給する尿素水溶液の拡散・霧化のためにＳＣＲ触媒１８の上流側に尿素噴射撹拌部１３を設けたが、その利用態様はこれに限ることはない。例えば上記実施形態のＤＰＦ１６に関する説明からも明らかなように、燃料噴射弁１７から供給される未燃燃料を前段酸化触媒１５上で酸化反応させてＤＰＦ１６を昇温する強制再生では、前段酸化触媒１５による酸化反応を最大限に発揮させるために、未燃燃料を前段酸化触媒１５の各部位に均等に供給することが望ましい。そこで、前段酸化触媒１５の上流側に上記実施形態の尿素噴射撹拌部１３と同様のケーシング２２を設けて燃料噴射弁１７を設置し、燃料噴射弁１７から噴射された未燃燃料の排ガス中への拡散・霧化を促進するようにしてもよい。この場合には、ＤＰＦ１６が本発明の浄化装置に相当することになる。
【００３８】
また、本実施形態の排気浄化装置では備えていないが、ＳＣＲ触媒１８に代えてＮＯx浄化のために吸蔵型ＮＯx触媒を備えた場合には、吸蔵されたＮＯxを放出還元するＮＯxパージを要すると共に、ＮＯxに代えてＳＯx（硫黄酸化物）が吸蔵されたときの硫黄被毒対策として、ＮＯx触媒の上流側に配置した前段酸化触媒に未燃燃料を供給して酸化反応熱によりＮＯx触媒を昇温してＳＯxを除去するＳＯxパージを要する。そこで、このＮＯxパージやＳＯxパージのために、吸蔵型ＮＯx触媒及び前段酸化触媒の上流側に上記実施形態の尿素噴射撹拌部１３と同様のケーシング２２を設けて燃料噴射弁１７を設置し、燃料噴射弁１７から噴射された未燃燃料の拡散・霧化を促進するようにしてもよい。この場合には、吸蔵型ＮＯx触媒や前段酸化触媒が本発明の浄化装置に相当することになる。
【００３９】
また、上記実施形態では、フィン装置２６にノーズコーン３２を設けると共に、フィン装置２６の下流側に噴射ノズル３４を配置したが、これに限ることはない。例えばノーズコーン３２を省略してベース部２７の中心の透孔２８に排ガスを流通させてもよいし、透孔２８を閉塞してもよい。また、フィン装置２６と噴射ノズル３４の位置を逆転させてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】実施形態の内燃機関の排気浄化装置が適用されたディーゼル機関を示す全体構成図である。
【図２】尿素噴射撹拌部を示す拡大断面図である。
【図３】フィン装置を示す図２のIII−III線断面図である。
【図４】ＳＣＲ触媒のＮＯx浄化率と排気通路の圧損との関係を従来技術と本実施形態の排気浄化装置とで比較した試験結果を示す図である。
【符号の説明】
【００４１】
１      内燃機関
１６    ＤＰＦ（浄化装置）
１８    ＳＣＲ触媒（浄化装置）
２２    ケーシング
２２ａ  拡大部
２２ｂ  大径部
２２ｃ  縮小部
２６    フィン装置
２９    フィン
３４    噴射ノズル（還元剤噴射手段）
【図１】
2008309000.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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