(57)【要約】【課題】還元剤の霧化・拡散の促進と内燃機関の排圧低減とを高次元で両立できる内燃機関の排気浄化装置を提供する。【解決手段】第１のケーシング１７に形成した混合室２０内に連結パイプ２２を貫通して配置し、連結パイプ２２の一端を閉塞して尿素水溶液の噴射ノズル２７を設置すると共に、混合室２０内で連結パイプ２２に排ガスの圧損を生じない程度の多数の孔２２ａを貫設し、連結パイプ２２の他端を第２のケーシング２３に接続して内部にＳＣＲ触媒２４を収容する。混合室２０内の排ガスを各孔２２ａを経て連結パイプ２２内に導入して撹拌させ、その排ガス中に噴射ノズル２７から尿素水溶液を噴射して拡散・霧化の促進を図る。【選択図】図３
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【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第１のケーシングと、
上記排気通路の上記第１のケーシングの下流側に配設されて浄化装置を収容した第２のケーシングと、
上記第１のケーシングと第２のケーシングとを連結すると共に、上流側の端部が上記第１のケーシング内に挿入され、該挿入部分に内外を連通させる多数の孔が貫設されて、各孔を経て上記第１のケーシング内の排ガスを内部に導入して上記第２のケーシングに向けて案内する連結パイプと、
上記連結パイプ内に先端を挿入配置され、該先端より上記浄化触媒の作動に要する還元剤を噴射する噴射ノズルと
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】
上記第１のケーシングは、上記内燃機関の排ガスの流通方向に沿った略筒状をなし、
上記連結パイプは、上流側の端部が上記第１のケーシングの一側面から他側面に貫通するように配設され、該第１のケーシングの側方に配設された上記第２のケーシングに向けて排ガスを案内すると共に、上記第１のケーシング内において排ガスの流通方向の上流側に比して下流側が大径となるように上記多数の孔が貫設さ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。
【請求項３】
上記噴射ノズルは、上記連結パイプの軸線に沿って上流側から下流側に向けて還元剤を噴射することを特徴とする請求項１または２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攪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の技術では、その図１，２に示すように、排気通路の噴射ノズルの上流側に攪拌手段として４つのフィンを備えたフィン装置を設置し、排ガスがフィン装置を流通する際にフィンの作用で旋回流を生起させ、これにより排ガス中への尿素水溶液の拡散促進を図っている。
【特許文献１】特開２００６−２９２３３号明細書（図１，２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記フィン装置により尿素水溶液の拡散促進に好適な強い旋回流を生起するには、ある程度広いフィン面積を確保する必要があると共に、排ガスの流通方向を急角度で変更すべく大きなフィン角度を設定する必要がある。しかしながら、フィン面積の増加に伴ってフィン装置の位置での通路面積が絞られると共に、フィン角度の増加に伴って排ガスの流通方向が急角度で変更されて圧損が増大し、結果として内燃機関の排圧が増大して走行性能の低下を引き起こすという問題があった。加えて、噴射された尿素水溶液の一部は旋回流の遠心力により排気通路の内周面に付着し易く、この現象も尿素水溶液の拡散・霧化を妨げる要因になっていた。
【０００６】
従って、特許文献１の技術では、尿素水溶液の拡散・霧化の促進と内燃機関の排圧低減とがトレードオフの関係にあり、両者を高次元で両立することができず、今一つ改良の余地があった。
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、還元剤の霧化・拡散の促進と内燃機関の排圧低減とを両立でき、もって、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と共に、内燃機関の排圧を低減して良好な走行性能を実現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第１のケーシングと、排気通路の第１のケーシングの下流側に配設されて浄化装置を収容した第２のケーシングと、第１のケーシングと第２のケーシングとを連結すると共に、上流側の端部が第１のケーシング内に挿入され、挿入部分に内外を連通させる多数の孔が貫設されて、各孔を経て第１のケーシング内の排ガスを内部に導入して第２のケーシングに向けて案内する連結パイプと、連結パイプ内に先端を挿入配置され、先端より浄化触媒の作動に要する還元剤を噴射する噴射ノズルとを備えたものである。
【０００８】
従って、内燃機関の排ガスは排気通路を経て第１のケーシングに導入され、第１のケーシング内において連結パイプの各孔を経て連結パイプ内に導入され、連結パイプにより第２のケーシングへと案内されて浄化装置を流通する。連結パイプの各孔を経て内部に導入される排ガスは連結パイプ内で相互に衝突して撹拌され、この撹拌中の排ガスに噴射ノズルから還元剤が噴射されるため、還元剤が十分に拡散・霧化された状態で第２のケーシング側に移送される。また、各孔から連結パイプ内に噴出される排ガスにより還元剤が連結パイプの内周面に付着するのが防止されることも、還元剤の拡散・霧化に貢献する。結果として還元剤は下流側の浄化装置の各部位に均等に供給され、供給された還元剤により浄化装置による浄化作用が最大限に発揮される。
【０００９】
一方、このように連結パイプ内で排ガスを衝突させて撹拌作用を得ているため、排ガス流通時の圧損増加を防止すべく各孔の総開口面積を多少拡大しても撹拌作用が妨げられることはない。よって、還元剤の拡散・霧化の促進と内燃機関の排圧低減とを高次元で両立可能となる。
請求項２の発明は、請求項１において、第１のケーシングが、内燃機関の排ガスの流通方向に沿った略筒状をなし、連結パイプが、上流側の端部が第１のケーシングの一側面から他側面に貫通するように配設され、第１のケーシングの側方に配設された第２のケーシングに向けて排ガスを案内すると共に、第１のケーシング内において排ガスの流通方向の上流側に比して下流側が大径となるように多数の孔が貫設されたものである。
【００１０】
従って、第１のケーシング内の排ガスは連結パイプの部位に応じて各孔への流通状況を異にし、主に排ガス流通方向の上流側の孔には排ガスが直接的に流通するのに対して、主に排ガス流通方向の下流側の孔には排ガスがＵターンした後に流通する。この相違により、排ガス流通方向の上流側の孔に比して下流側の孔には排ガスが流通し難くなり、この流通状況の格差は、連結パイプ内での排ガスの撹拌ムラを引き起こすが、排ガスの流通方向の上流側の孔に比して下流側の孔を大径とすることにより、このような各孔への排ガスの流通状況の格差が軽減される。よって、連結パイプ内で排ガスは撹拌ムラを生じることなく良好に撹拌され、一層良好な還元剤の拡散・霧化が実現される。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項１または２において、噴射ノズルが、連結パイプの軸線に沿って上流側から下流側に向けて還元剤を噴射するものである。
従って、連結パイプ内で排ガスは相互に衝突して撹拌されることから、排ガスが衝突する連結パイプの中心部の撹拌作用が最も強いが、還元剤が噴射ノズルから連結パイプの軸線に沿って噴射されることから、結果として連結パイプ内を移送中の還元剤は強い撹拌作用に継続して晒され、その拡散・霧化の促進が一層確実なものになると共に、連結パイプの内周面への付着がより確実に防止される。
【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、還元剤の霧化・拡散の促進と内燃機関の排圧低減とを両立でき、もって、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と共に、内燃機関の排圧を低減して良好な走行性能を実現することができる。
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、連結パイプ内での排ガスの撹拌ムラを防止して良好に撹拌でき、もって、還元剤を一層良好に拡散・霧化して浄化装置の浄化性能を向上することができる。
【００１３】
請求項３の発明の内燃機関の排気浄化装置によれば、請求項１または２に加えて、連結パイプの中心部の強い撹拌作用を利用して、還元剤の拡散・霧化を一層促進すると共に、連結パイプの内周面への付着をより確実に防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
［第１実施形態］
以下、本発明をＳＣＲ触媒を備えたディーゼル機関の排気浄化装置に具体化した第１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を示す全体構成図である。本実施形態の排気浄化装置はトラックに搭載されており、図１ではトラックへの搭載状態と同様の配置で内燃機関１及び排気浄化装置２を示すと共に、トラックの床下を部分的に示している。なお、以下の説明では、車両を主体として前後方向及び左右方向を規定する。
【００１５】
トラックはラダーフレームのシャシー構造が採用されている。ラダーフレームは、車体の前後方向全体に延設した左右一対のサイドレール３ａを複数のクロスメンバ３ｂ（一つのみ図示）により連結して構成され、このラダーフレーム上に内燃機関１等のパワープラント、及び車体のキャビンや荷台３ｃ等が搭載されている。図１では、ラダーフレームの左右一対のサイドレール３ａが部分的に示されると共に、ラダーフレーム上に載置さられた荷台３ｃが二点鎖線で示され、この荷台３ｃ下側の床下に排気浄化装置２が設置されている。
【００１６】
内燃機関１はラダーフレームの左右のサイドレール３ａ間に位置し、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４が設けられ、各燃料噴射弁４は共通のコモンレール５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。
内燃機関１の吸気側には吸気マニホールド６が装着され、吸気マニホールド６に接続された吸気通路７には、上流側よりエアクリーナ８、ターボチャージャ９のコンプレッサ９ａ、インタクーラ１０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１２が装着され、排気マニホールド１２には上記コンプレッサ９ａと同軸上に連結されたターボチャージャ９のタービン９ｂが接続されている。タービン９ｂには排気通路１３が接続され、排気通路１３に上記排気浄化装置２が設けられている。
【００１７】
一方、内燃機関１の後部には変速機１５が結合され、変速機１５の出力軸にはプロペラシャフト１６の前端が連結されている。プロペラシャフト１６は車体の床下で左右のサイドレール３ａ間を後方に延設され、その後端は図示しないディファレンシャルギアを介して左右の後輪に接続されている。
上記排気通路１３は、車体の床下のプロペラシャフト１６と右側のサイドレール３ａとの間において後方に延設されている。一般的なトラックでは、そのまま排気通路１３が車体後部まで延設されて、排気通路１３上に排気浄化装置２の各構成部材が直列配置されるが、本実施形態のトラックでは荷台長さの関係で床下の前後スペースが十分でないため排気通路１３を右側に取り回して側方排気している。この排気通路１３の取り回しの関係で、排気通路１３上に設置された排気浄化装置２のレイアウトも変則的なものになっており、以下に詳述する。
【００１８】
プロペラシャフト１６と右側のサイドレール３ａとの間において、排気通路１３の後端には第１のケーシング１７が接続されている。第１のケーシング１７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１８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）１９が設置され、さらにＤＰＦ１９の下流側には混合室２０と称する空間が形成されている。なお、排気通路１３の第１のケーシング１７の上流側位置には、後述するＤＰＦ１９の強制再生用の燃料噴射弁２１が設置されている。
【００１９】
図２は第１及び第２のケーシングの接続部分を示す部分拡大断面図である。図１，２に示すように、第１のケーシング１７の混合室２０に対応する箇所には、第１のケーシング１７を左右方向に貫通するように連結パイプ２２が配設されている。連結パイプ２２は排気通路１３の一部を構成するものであり、その径も排気通路１３と略等しく設定されている。第１のケーシング１７に対する連結パイプ２２の貫通箇所は溶接されており、第１のケーシング１７の外周面から露出する連結パイプ２２の左端には蓋体２２ｂが溶接され、これにより連結パイプ２２の左端は閉鎖されている。
【００２０】
連結パイプ２２の混合室２０内への露出部分（挿入部分）には、連結パイプ２２の内外を連通させる多数の孔２２ａが貫設され、これらの孔２２ａを介して混合室２０内と連結パイプ２２内とが相互に連通している。連結パイプ２２の各孔２２ａは全て同一径に設定されると共に、混合室２０内への露出部分に均等に分散配置されている。また、各孔２２ａの総開口面積は、連結パイプ２２の通路断面積より大きく設定されている。但し、総開口面積の設定は必ずしもこれに限ることはなく、連結パイプ２２の通路断面積より小さくてもよい。
【００２１】
右側のサイドレール３ａを挟んだ第１のケーシング１７の右方位置には、左右方向に延びる円筒状をなす第２のケーシング２３が配設されている。上記連結パイプ２２の右端は第１のケーシング１７の外周面から右方に突出し、サイドレール３ａの下方を潜って前方に湾曲形成されて第２のケーシング２３の外周面の左側位置に溶接されている。第２のケーシング２３内の上流側（車両の左側）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２４（選択還元型ＮＯx触媒であり、本発明の浄化装置に相当）が配置されると共に、下流側（車両の右側）には後段酸化触媒２５が設置されている。さらに後段酸化触媒２５の下流側には排出パイプ２６の一端が溶接され、排出パイプ２６の他端は左側に湾曲形成されて車体側方に開口している。
【００２２】
一方、上記連結パイプ２２の蓋体２２ｂには、連結パイプ２２の軸線Ｌ上に位置するように電磁式の噴射ノズル２７が固定され、噴射ノズル２７の先端２７ａは蓋体２２ｂを貫通して連結パイプ２２内に挿入されている。噴射ノズル２７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連結パイプ２２内に任意に噴射可能であり、その噴射方向は、連結パイプ２２の軸線Ｌに沿って第２のケーシング２３側（下流側）に指向するように設定されている。
【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２１、噴射ノズル２７等のデバイス類、及び図示しないセンサ類はＥＣＵ５１（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ＥＣＵ３１により駆動制御される。例えばＥＣＵ３１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通路１３を経て第１のケーシング１７内に導入され、前段酸化触媒１８及びＤＰＦ１９を通過した後に混合室２０内に移送され、連結パイプ２２の各孔２２ａを経て連結パイプ２２内に導入されて内部を流通して第２のケーシング２３内に導入され、さらにＳＣＲ触媒２４及び後段酸化触媒２５を通過した後に排出パイプ２６を経て大気中に排出される。このとき、ＤＰＦ１９では排ガス中のＰＭが捕集され、ＳＣＲ触媒２４では排ガス中のＮＯxが還元され、これらの作用により大気中への有害成分の排出が防止される。このような浄化作用をＤＰＦ１９及びＳＣＲ触媒２４に発揮させるために、ＥＣＵ３１はＤＰＦ１９については強制再生制御を実行し、ＳＣＲ触媒２４については噴射ノズル２７による尿素水溶液の供給制御を実行しており、以下、これらの制御について詳述する。
【００２５】
ＰＭの捕集に伴ってＤＰＦ１９のＰＭ捕集量は次第に増加するが、捕集されたＰＭは、エンジン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１８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。また、このようなＤＰＦ１９の連続再生作用が得られない運転状態が継続されると、ＤＰＦ１９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、ＥＣＵ３１は内燃機関１の運転状態から推定したＰＭ捕集量がＤＰＦ１９の許容量を越える以前に、ＤＰＦ１９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１３上の燃料噴射弁２１が利用され、燃料噴射弁２１から未燃燃料を噴射して前段酸化触媒１８上に供給し、その酸化反応熱により下流側のＤＰＦ１９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１８上に未燃燃料を供給するようにしてもよい。
【００２６】
一方、ＥＣＵ３１は内燃機関１の運転状態や噴射ノズル２７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２７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連結パイプ２２内を移送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２４上に移送され、ＳＣＲ触媒２４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、ＤＰＦ１９でのＰＭの燃焼で発生するＣＯやＳＣＲ触媒２４上での余剰ＮＨ３は後段酸化触媒２５により処理される。
【００２７】
そして、上記ＳＣＲ触媒２４上でのＮＯx還元作用は噴射ノズル２７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、本実施形態では上記のように多数の孔２２ａを貫設した連結パイプ２２内に尿素水溶液を噴射する構成としており、以下、当該構成による作用効果を説明する。
図３は排ガス流通状態を表す図２に対応する部分拡大断面図である。第１のケーシング１７の混合室２０内において、排ガスは各孔２２ａを経て連結パイプ２２内に導入され、矢印で示すように、連結パイプ２２内では周囲の各孔２２ａを経て排ガスが全周より中心部に集約されて相互に衝突しながら下流側の第２のケーシング２３に向けて移送される。衝突により排ガスは強力に撹拌され、この撹拌中の排ガスに噴射ノズル２７から尿素水溶液が噴射されるため、尿素水溶液は排ガス中に十分に拡散・霧化された状態で第２のケーシング２３側に移送される。
【００２８】
また、連結パイプ２２内において全周の各孔２２ａから噴出される排ガスは尿素水溶液の拡散・霧化作用を奏すると共に、尿素水溶液が連結パイプ２２の内周面に付着するのを防止する作用も奏する。内周面に一旦付着した尿素水溶液は排ガス中に拡散・霧化し難いことから、この付着防止の作用も、結果として拡散・霧化の促進に貢献することになる。
加えて、連結パイプ２２内での撹拌作用は排ガスが衝突する中心部が最も強いが、尿素水溶液が噴射ノズル２７から連結パイプ２２の軸線Ｌに沿って噴射されることから、結果として連結パイプ２２内を移送中の尿素水溶液は強い撹拌作用に継続して晒されることになる。よって、尿素水溶液の拡散・霧化の促進が一層確実なものになると共に、連結パイプ２２の内周面への付着がより確実に防止される。
【００２９】
以上の要因により、連結パイプ２２内に噴射された尿素水溶液が排ガス内に十分に拡散・霧化され、連結パイプ２２内において尿素水溶液の加水分解により生成されたＮＨ３（アンモニア）は下流側のＳＣＲ触媒２４の各部位に均等に供給される。よって、ＳＣＲ触媒２４によるＮＯx還元作用が最大限に発揮され、排ガス中に含まれるＮＯxを確実に浄化することができる。
【００３０】
また、連結パイプ２２の各孔２２ａの総開口面積が連結パイプ２２の通路断面積より大きいことから、排ガスを各孔２２ａに流通させることで圧損が増大する弊害は発生せず、これによる内燃機関１の排圧増加を未然に防止することができる。
即ち、本実施形態の排気浄化装置２によれば、圧損増加を防止するために各孔２２ａの総開口面積を多少拡大しても、上記した各孔２２ａにより得られる排ガスの撹拌作用が妨げられることはなく、結果として尿素水溶液の拡散・霧化の促進と内燃機関１の排圧低減とは必ずしもトレードオフの関係にはならない。従って、尿素水溶液の拡散・霧化の促進と内燃機関１の排圧低減とを高次元で両立でき、良好なＮＯx浄化性能と走行性能とを共に実現することができる。
【００３１】
一方、第１ケーシング１７を貫通するように配置した連結パイプ２２の左端（上流側に相当）に噴射ノズル２７を設けているため、図３に示すように、噴射ノズル２７からＳＣＲ触媒２４までの距離Ａが長く、連結パイプ２２内を経て尿素水溶液がＳＣＲ触媒２４上に到達するまでの時間を最大限に確保できる。結果として、この要因も尿素水溶液の拡散・霧化の促進に貢献する。
【００３２】
加えて、混合室２０には連結パイプ２２を貫通配置する必要があることからある程度の容積を必要とするが、この混合室２０を前段酸化触媒１８及びＤＰＦ１９を収容した第１のケーシング１７の最下流に設けたため、例えば内燃機関１の排気通路１３に第１のケーシング１７とは別個に混合室２０を設けた場合に比較して排気浄化装置２をコンパクト化できるという利点も得られる。
［第２実施形態］
次に、本発明を別の内燃機関１の排気浄化装置２に具体化した第２実施形態を説明する。本実施形態の排気浄化装置２は第１実施形態のものと比較して図２に示した連結パイプ２２の構成が相違し、図１に示す全体的な構成は同一である。よって、同一構成の箇所は共通の部材番号を付して説明を省略し、相違点を重点的に説明する。
【００３３】
図４は第１及び第２のケーシング１７，２３の接続部分を示す部分拡大断面図、図５は排ガスの流通状態を示す図４のV−V線断面図である。第１のケーシング１７の混合室２０内において、連結パイプ４１の各孔４１ａ，４１ｂは第１実施形態のものと同様に均等に分散配置されており、その総開口面積が連結パイプ４１の通路断面積より大きく設定されている点も共通する。但し、本実施形態では、連結パイプ４１上の孔４１ａ，４１ｂが大径と小径とに大別され、連結パイプ４１の軸線Ｌを境界として、排ガスの流通方向の上流側（ＤＰＦ１９側）には小径の孔４１ａが貫設され、排ガス流通方向の下流側（反ＤＰＦ１９側）には大径の孔４１ｂが貫設されている。
【００３４】
これらの各孔４１ａ，４１ｂの径は、以下の点を鑑みて設定されたものである。図５に示すように、ＤＰＦ１９を通過後の排ガスは連結パイプ４１の部位に応じて各孔４１ａ，４１ｂへの流通状況を異にし、図中に矢印で示すように、主に排ガス流通方向の上流側の孔４１ａには、ＤＰＦ１９通過後の排ガスが直接的に流通するのに対して、主に排ガス流通方向の下流側の孔４１ｂには、ＤＰＦ１９を通過した排ガスが第１のケーシング１７の内壁に衝突してＵターンした後に流通する。この相違により、排ガス流通方向の上流側の孔４１ａに比して下流側の孔４１ｂには排ガスが流通し難くなり、この流通状況の格差は、連結パイプ４１内での排ガスの撹拌ムラを引き起こし、ひいては尿素水溶液の拡散・霧化を妨げる要因になり得る。
【００３５】
本実施形態の排気浄化装置では、上記のように排ガス流通方向の上流側の孔４１ａに比して下流側の孔４１ｂが大径とされているため、このような各孔４１ａ，４１ｂへの排ガスの流通状況の格差が軽減され、連結パイプ４１内で排ガスは良好に撹拌される。従って、各孔４１ａ，４１ｂを経て排ガスを連結パイプ４１内に導入したときに撹拌作用が最大限に得られ、これにより第１実施形態のものと比較して、内燃機関１の排圧増加を防止した上で、一層良好な尿素水溶液の拡散・霧化を実現してＳＣＲ触媒２４のＮＯx浄化作用をさらに向上させることができる。
【００３６】
なお、本実施形態では、連結パイプ４１の各孔４１ａ，４１ｂとして２種の径を設定したが、これに限ることはなく、例えば上流側から下流側に向けて各孔４１ａ，４１ｂの径を徐々に拡大するようにしてもよい。
［第３実施形態］
次に、本発明を別の内燃機関１の排気浄化装置２に具体化した第３実施形態を説明する。本実施形態の排気浄化装置２は第１実施形態のものと比較して第１のケーシング１７と第２のケーシング２３との配置が異なり、それに伴って第１のケーシング１７の混合室２０に対する連結パイプ２２の接続状態が相違する。よって、同一構成の箇所は共通の部材番号を付して説明を省略し、相違点を重点的に説明する。
【００３７】
図６は第１及び第２のケーシング１７，２３の接続部分を示す部分拡大断面図である。端的に述べると、排気浄化装置２を変則的に配置した第１及び第２実施形態とは相違し、本実施形態では、一般的なトラックと同様に排気浄化装置２の各構成部材を直列配置している。即ち、前段酸化触媒１８及びＤＰＦ１９を収容した第１のケーシング１７に対して後方に直列に連続するように第２のケーシング２３を配置し、その内部にＳＣＲ触媒２４及び後段酸化触媒２５を収容している。
【００３８】
第１のケーシング１７内のＤＰＦ１９の下流側には混合室２０が形成され、上記連結パイプ５１は第１のケーシング１７と接続箇所より前方に延設されて混合室２０内に挿入配置されている。混合室２０内において連結パイプ５１の前端には蓋体５１ｂが溶接され、これにより連結パイプ５１の前端が閉鎖されている。連結パイプ５１の混合室２０内への露出部分（挿入部分）には、連結パイプ５１の内外を連通させる多数の孔５１ａが貫設されている。なお、本実施形態では第１実施形態と同じく、各孔５１ａを全て同一径とすると共に均等に分散配置しているが、これに限ることはなく、第２実施形態のように孔５１ａの径を上流側と下流側とで相違させたり、或いは各孔５１ａの分布を不均一にしたりしてもよい。
【００３９】
第１のケーシング１７の外周面の一側には噴射ノズル５２が固定され、噴射ノズル５２の先端５２ａは第１のケーシング１７の壁面を貫通して混合室２０内の中心部まで延設された上で下流側に屈曲形成され、蓋体５１ｂの中心を貫通して連結パイプ５１内に挿入されている。
以上のように構成された本実施形態の排気浄化装置では、上記第１実施形態と同様に噴射ノズル２７からの尿素水溶液の供給状態がＥＣＵ３１により制御される。また、連結パイプ５１内での排ガスの撹拌も第１実施形態と同様に行われ、混合室２０内において排ガスが各孔５１ａを経て連結パイプ５１内に導入され、この撹拌中の排ガスに噴射ノズル２７から尿素水溶液が噴射されて、尿素水溶液の拡散・霧化が促進される。よって、重複する説明はしないが、第１実施形態で述べた各作用効果が本実施形態でも得られる。
【００４０】
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２４を備えたディーゼル機関１の排気浄化装置２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２４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。
【００４１】
また、上記実施形態では、ＳＣＲ触媒２４に供給する尿素水溶液の拡散・霧化のために連結パイプ２２，４１，５１での排ガスの撹拌を利用したが、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ＤＰＦ１９に関する説明からも明らかなように、燃料噴射弁２１から供給される未燃燃料を前段酸化触媒１８上で酸化反応させてＤＰＦ１９を昇温する強制再生では、前段酸化触媒１８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１８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１８の上流側に上記各実施形態と同様の連結パイプ２２，４１，５１を備えた混合室２０を設けると共に、その連結パイプ２２，４１，５１に燃料噴射弁２１を配置し、連結パイプ２２，４１，５１内で撹拌される排ガス中に燃料噴射弁２１から未燃燃料を噴射して拡散・霧化を図るようにしてもよい。この場合には、ＤＰＦ１９が本発明の浄化装置に相当することになる。
【００４２】
また、他のＮＯx浄化用触媒として公知の吸蔵型ＮＯx触媒では、ＮＯxの代わりにＳＯx（硫黄酸化物）が吸蔵されて浄化性能が低下する所謂硫黄被毒が生じるため、ＮＯx触媒の上流側に前段酸化触媒を配置して未燃燃料の酸化反応熱によりＮＯx触媒を昇温して吸蔵されているＳＯxを除去するＳＯxパージを実行する必要がある。そこで、このＳＯxパージのために、上記ＤＰＦ１９の強制再生と同様の構成を適用してもよい。この場合には、吸蔵型ＮＯx触媒が本発明の浄化装置に相当することになる。
【００４３】
また、上記実施形態では連結パイプ２２，４１，５１の全周に孔２２ａ，４１ａ，４１ｂ，５１ａを貫設したが、必ずしも全周に設ける必要はない。例えば、連結パイプ２２，４１，５１の１８０°対向する２位置で長手方向に孔２２ａ，４１ａ，４１ｂ，５１ａを列設してもよく、この場合でも連結パイプ２２，４１，５１内で排ガスの衝突による撹拌作用が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】実施形態の内燃機関の排気浄化装置を示す全体構成図である。
【図２】第１実施形態の第１及び第２のケーシングの接続部分を示す部分拡大断面図である。
【図３】排ガス流通状態を表す図２に対応する部分拡大断面図である。
【図４】第２実施形態の第１及び第２のケーシングの接続部分を示す部分拡大断面図である。
【図５】排ガスの流通状態を示す図４のV−V線断面図である。
【図６】第３実施形態の第１及び第２のケーシングの接続部分を示す部分拡大断面図である。
【符号の説明】
【００４５】
１      内燃機関
１３    排気通路
１７    第１のケーシング
２２，４１，５１  連結パイプ
２２ａ，４１ａ，４１ｂ，５１ａ  孔
２３    第２のケーシング
２４    ＳＣＲ触媒（浄化装置）
２７    噴射ノズル
２７ａ  先端
Ｌ      軸線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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