(57)【要約】【課題】排気ガスの流量が多くなっても尿素水を良好に分散させて排気ガスとの混合性を高め得る排気浄化装置を提供する。【解決手段】ミキシングパイプ９Ｂの入側端部におけるパティキュレートフィルタ５の出側に近い位置に第一開口部１２を形成し且つ出側から遠い位置には第一開口部１２と直径方向に対峙する第二開口部１３を形成し、パティキュレートフィルタ５から出た全ての排気ガス３がミキシングパイプ９Ｂの入側端部の周囲を一方向に旋回するように流れを誘導する第一仕切板１６と、該第一仕切板１６により誘導される排気ガス３の流れを二分して旋回方向内側の流れを第一開口部１２に対し接線方向から導入せしめる第二仕切板１７と、残りの旋回方向外側の流れを第二開口部１３に対し接線方向から導入せしめる第三仕切板１８とをガス集合室９Ａの下流側端部９ａ内に設ける。【選択図】図２
2008215286.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パティキュレートフィルタと、その下流側に備えられて酸素共存下でも選択的にＮＯxをアンモニアと反応せしめる選択還元型触媒と、パティキュレートフィルタの出側から出た排気ガスを選択還元型触媒の入側に導く連絡流路と、該連絡流路の途中に尿素水を添加する尿素水添加手段とを備えた排気浄化装置であって、パティキュレートフィルタの出側端部を包囲し且つ該出側端部から出た排気ガスを略直角な向きに方向転換させつつ集合せしめるガス集合室と、該ガス集合室で集められた排気ガスを再び略直角な向きに方向転換させて抜き出すミキシングパイプとにより前記連絡流路の上流部分を構成し、ミキシングパイプの入側端部の周囲を所要の空間を隔てて被包し且つ該入側端部の開口端面を閉塞するようにガス集合室の下流側端部をミキシングパイプの入側端部と接続し、該ミキシングパイプの入側端部におけるパティキュレートフィルタの出側に近い位置に第一開口部を形成し且つ出側から遠い位置には前記第一開口部と直径方向に対峙する第二開口部を形成し、パティキュレートフィルタの出側から出た全ての排気ガスが前記第一開口部を最上流部としてミキシングパイプの入側端部の周囲を一方向に旋回するように流れを誘導する第一仕切板と、該第一仕切板により誘導される排気ガスの流れを二分して旋回方向内側の流れを前記第一開口部に対し接線方向から導入せしめる第二仕切板と、残りの旋回方向外側の流れを前記第二開口部に対し接線方向から導入せしめる第三仕切板とを前記ガス集合室の下流側端部内に設けたことを特徴とする排気浄化装置。
【請求項２】
ミキシングパイプの入側端部と、該ミキシングパイプの入側端部周囲を取り巻くガス集合室の下流側端部との間の空間を、前記ミキシングパイプの入側端部の周囲に誘導される排気ガスの流れに対応したスクロール形状を付して形成したことを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気浄化装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、排気管の途中に排気ガス中のパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタを備えると共に、該パティキュレートフィルタの下流側に酸素共存下でも選択的にＮＯxをアンモニアと反応させ得る選択還元型触媒を備え、該選択還元型触媒と前記パティキュレートフィルタとの間に還元剤として尿素水を添加してパティキュレートとＮＯxの同時低減を図ることが提案されている。
【０００３】
このようにする場合、選択還元型触媒への尿素水の添加がパティキュレートフィルタと選択還元型触媒との間で行われることになるため、排気ガス中に添加された尿素水がアンモニアと炭酸ガスに熱分解されるまでの十分な反応時間を確保しようとすれば、尿素水の添加位置から選択還元型触媒までの距離を長くする必要があるが、パティキュレートフィルタと選択還元型触媒とを十分な距離を隔てて離間配置させてしまうと、車両への搭載性が著しく損なわれるという不具合がある。
【０００４】
そこで、本発明者は、図３及び図４に示す如きコンパクトな排気浄化装置を創案し、これを特願２００７−２９９２３として既に出願しており、この既出願における排気浄化装置では、ディーゼルエンジン１から排気マニホールド２を介して排出される排気ガス３が流通する排気管４の途中に、排気ガス３中のパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタ５と、該パティキュレートフィルタ５の下流側に酸素共存下でも選択的にＮＯxをアンモニアと反応させ得る性質を備えた選択還元型触媒６とをケーシング７，８により夫々抱持して並列に配置すると共に、パティキュレートフィルタ５の出側端部と選択還元型触媒６の入側端部との間をＳ字構造の連絡流路９により接続し、パティキュレートフィルタ５の出側端部から排出された排気ガス３が逆向きに折り返されて隣の選択還元型触媒６の入側端部に導入されるようにしている。
【０００５】
図４に要部を拡大して示す如く、前記連絡流路９は、パティキュレートフィルタ５の出側端部を包囲し且つ該出側端部から出た直後の排気ガス３を略直角な向きに方向転換させつつ集合せしめるガス集合室９Ａと、該ガス集合室９Ａで集められた排気ガス３をパティキュレートフィルタ５の排気流れと逆向きに抜き出し且つその途中に尿素水添加用インジェクタ１１（尿素水添加手段）を備えたミキシングパイプ９Ｂと、該ミキシングパイプ９Ｂにより導かれた排気ガス３を略直角な向きに方向転換させつつ分散せしめ且つその分散された排気ガス３を選択還元型触媒６の入側端部に導入し得るよう該入側端部を包囲するガス分散室９ＣとによりＳ字構造を成すように構成されている。
【０００６】
尚、パティキュレートフィルタ５が抱持されているケーシング７内の前段には、排気ガス３中の未燃燃料分を酸化処理する酸化触媒１４が装備されており、また、選択還元型触媒６が抱持されているケーシング８内の後段には、余剰のアンモニアを酸化処理するアンモニア低減触媒１５が装備されている。
【０００７】
そして、このような構成を採用すれば、パティキュレートフィルタ５により排気ガス３中のパティキュレートが捕集されると共に、その下流側のミキシングパイプ９Ｂの途中で尿素水添加用インジェクタ１１から尿素水が排気ガス３中に添加されてアンモニアと炭酸ガスに熱分解され、選択還元型触媒６上で排気ガス３中のＮＯxがアンモニアにより良好に還元浄化される結果、排気ガス３中のパティキュレートとＮＯxの同時低減が図られることになる。
【０００８】
この際、パティキュレートフィルタ５の出側端部から排出された排気ガス３が連絡流路９により逆向きに折り返されてから隣の選択還元型触媒６の入側端部に導入されるようになっているので、前記連絡流路９の途中にある尿素水の添加位置から選択還元型触媒６までの距離が長く確保されると共に、排気ガス３の流れが折り返されることで乱流化して尿素水と排気ガス３との混合促進が図られる結果、尿素水からアンモニアが生成されるのに十分な反応時間が確保される。
【０００９】
しかも、パティキュレートフィルタ５と選択還元型触媒６とが並列に配置され、これらパティキュレートフィルタ５と選択還元型触媒６との間に沿うように連絡流路９が配置されているので、その全体構成がコンパクトなものとなって車両への搭載性が大幅に向上されることになる。
【００１０】
尚、本発明と関連する先行技術文献情報としては、例えば、下記の特許文献１等が既に存在している。
【特許文献１】特開２００５−１５５４０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、前述の図３及び図４に例示しているように、選択還元型触媒６への尿素水の添加をパティキュレートフィルタ５と選択還元型触媒６との間で行う場合には、ミキシングパイプ９Ｂの途中に上流側へ向け斜めに分岐するボス部１０を設け、該ボス部１０に対し尿素水添加用インジェクタ１１をミキシングパイプ９Ｂの外側から挿し入れて装着し、この尿素水添加用インジェクタ１１を高温の排気ガス３の流れに直接的に晒さないように保護しながら尿素水を添加していたため、図５に示す如く、排気ガス３の流量が多くなった場合には、尿素水添加用インジェクタ１１から添加された尿素水が、排気ガス３の流れの勢いに押されてミキシングパイプ９Ｂの内壁に沿うような偏った流れを形成し、尿素水の良好な分散を図ることができなくなるという問題があった。
【００１２】
本発明は、上述の実情に鑑みてなされたものであり、排気ガスの流量が多くなっても尿素水を良好に分散させて排気ガスとの混合性を高め得る排気浄化装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、パティキュレートフィルタと、その下流側に備えられて酸素共存下でも選択的にＮＯxをアンモニアと反応せしめる選択還元型触媒と、パティキュレートフィルタの出側から出た排気ガスを選択還元型触媒の入側に導く連絡流路と、該連絡流路の途中に尿素水を添加する尿素水添加手段とを備えた排気浄化装置であって、パティキュレートフィルタの出側端部を包囲し且つ該出側端部から出た排気ガスを略直角な向きに方向転換させつつ集合せしめるガス集合室と、該ガス集合室で集められた排気ガスを再び略直角な向きに方向転換させて抜き出すミキシングパイプとにより前記連絡流路の上流部分を構成し、ミキシングパイプの入側端部の周囲を所要の空間を隔てて被包し且つ該入側端部の開口端面を閉塞するようにガス集合室の下流側端部をミキシングパイプの入側端部と接続し、該ミキシングパイプの入側端部におけるパティキュレートフィルタの出側に近い位置に第一開口部を形成し且つ出側から遠い位置には前記第一開口部と直径方向に対峙する第二開口部を形成し、パティキュレートフィルタの出側から出た全ての排気ガスが前記第一開口部を最上流部としてミキシングパイプの入側端部の周囲を一方向に旋回するように流れを誘導する第一仕切板と、該第一仕切板により誘導される排気ガスの流れを二分して旋回方向内側の流れを前記第一開口部に対し接線方向から導入せしめる第二仕切板と、残りの旋回方向外側の流れを前記第二開口部に対し接線方向から導入せしめる第三仕切板とを前記ガス集合室の下流側端部内に設けたことを特徴とするものである。
【００１４】
而して、このようにすれば、パティキュレートフィルタの出側端部から出た排気ガスがガス集合室により略直角な向きに方向転換されつつ集められるが、この際に、第一仕切板によりミキシングパイプの入側端部の周囲を一方向に旋回するような流れが誘導され、しかも、その流れを二分する第二仕切板による整流作用も相俟って排気ガスの整流化が早い段階から図られることになり、前記第二仕切板により二分された旋回方向内側の流れが第一開口部に対し接線方向から導入される一方、旋回方向外側の流れが第二開口部に対し第三仕切板により接線方向から導入される。
【００１５】
この結果、ミキシングパイプの入側端部にて直径方向に対峙している第一開口部及び第二開口部に対し、整流化された排気ガスが夫々逆向きの接線方向から流れ込み、これら第一開口部及び第二開口部から流れ込む排気ガスによりミキシングパイプ内に効率良く旋回流が形成されるので、この旋回流によりミキシングパイプ内における尿素水の分散が促進されて排気ガスとの混合性が著しく向上されることになり、しかも、この排気ガスの旋回流は排気ガスの流量が多くなるほど形成され易くなるので、排気ガスの流量が多くなっても尿素水と排気ガスとの混合性は高く保たれることになる。
【００１６】
また、パティキュレートフィルタの出側端部から出た排気ガスをガス集合室により略直角な向きに方向転換させつつ集めるに際し、排気ガスを整流化しながら二つの大きな流れに分けて第一開口部及び第二開口部の二箇所から導入するようにしているので、排気ガスの流れが乱されたり流路断面積が極端に絞り込まれたりするような事態が未然に回避され、排気ガスがパティキュレートフィルタの出側端部からミキシングパイプの入側端部へと円滑に導かれる結果、排気抵抗の上昇が抑制されて圧力損失の低減化が図られることになる。
【００１７】
尚、尿素水の添加は、排気ガスの旋回流が形成される位置より上流側又は下流側の何れで行われても良く、何れで尿素水が添加された場合でも排気ガスの旋回流により尿素水の分散が促されることになる。
【００１８】
また、本発明においては、ミキシングパイプの入側端部と、該ミキシングパイプの入側端部周囲を取り巻くガス集合室の下流側端部との間の空間を、前記ミキシングパイプの入側端部の周囲に誘導される排気ガスの流れに対応したスクロール形状を付して形成することが好ましい。
【００１９】
このようにすれば、ミキシングパイプの入側端部の周囲を一方向に旋回するような排気ガスの流れがスクロール形状により更に誘導され、第一開口部及び第二開口部からミキシングパイプ内に導入される排気ガスが旋回流を形成し易くなるので、ミキシングパイプ内における尿素水と排気ガスとの混合性がより一層高められる。
【発明の効果】
【００２０】
上記した本発明の排気浄化装置によれば、下記の如き種々の優れた効果を奏し得る。
【００２１】
（Ｉ）本発明の請求項１に記載の発明によれば、ミキシングパイプ内に効率良く旋回流を形成して尿素水を良好に分散させることができるので、排気ガスの流量が多くなっても尿素水を良好に分散させて排気ガスとの混合性を高めることができ、選択還元型触媒に到るまでに尿素水のミスト粒子を効率良く微細化して早期にアンモニアと炭酸ガスに熱分解させることができる。
【００２２】
（ＩＩ）本発明の請求項１に記載の発明によれば、排気ガスの流れを乱したり流路断面積を極端に絞り込んだりするような事態を招くことなく、排気ガスをパティキュレートフィルタの出側端部からミキシングパイプの入側端部へと円滑に導くことができるので、排気抵抗の上昇を抑制して圧力損失の低減化を図ることができる。
【００２３】
（ＩＩＩ）本発明の請求項２に記載の発明によれば、ミキシングパイプの入側端部の周囲を一方向に旋回するような排気ガスの流れをスクロール形状により誘導することができるので、排気ガスの旋回流を更に形成し易くすることができ、ミキシングパイプ内における尿素水と排気ガスとの混合性をより一層高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【００２５】
図１及び図２は本発明を実施する形態の一例を示すもので、本形態例においては、前述した図３及び図４のものと略同様に構成した排気浄化装置に関し、連絡流路９の上流部分を構成しているガス集合室９Ａとミキシングパイプ９Ｂとを以下のように変更している。
【００２６】
即ち、ここに図示している例では、ミキシングパイプ９Ｂの入側端部の周囲を所要の空間を隔てて被包し且つ該入側端部の開口端面を閉塞するようにガス集合室９Ａの下流側端部９ａが前記ミキシングパイプ９Ｂの入側端部と接続されており、しかも、このミキシングパイプ９Ｂの入側端部と、該ミキシングパイプ９Ｂの入側端部周囲を取り巻くガス集合室９Ａの下流側端部９ａとの間の空間には、後述の第一仕切板１６によりミキシングパイプ９Ｂの入側端部の周囲を一方向に旋回するように誘導される排気ガス３の流れ（図１中における鎖線の矢印を参照）に対応したスクロール形状が付されている。
【００２７】
また、ミキシングパイプ９Ｂの入側端部におけるパティキュレートフィルタ５の出側に近い位置（図示例ではミキシングパイプ９Ｂの下端部）に第一開口部１２が形成されていると共に、パティキュレートフィルタ５の出側から遠い位置（図示例ではミキシングパイプ９Ｂの上端部）には前記第一開口部１２と直径方向に対峙する第二開口部１３が形成されている。
【００２８】
そして、前記ガス集合室９Ａの下流側端部内には、パティキュレートフィルタ５の出側から出た全ての排気ガス３が前記第一開口部１２を最上流部としてミキシングパイプ９Ｂの入側端部の周囲を一方向に旋回するように流れを誘導する第一仕切板１６と、該第一仕切板１６により誘導される排気ガス３の流れを二分して旋回方向内側の流れを前記第一開口部１２に対し接線方向から導入せしめる第二仕切板１７と、残りの旋回方向外側の流れを前記第二開口部１３に対し接線方向から導入せしめる第三仕切板１８とが夫々設けられている。
【００２９】
また、前記ガス集合室９Ａの下流側端部９ａにより閉塞されたミキシングパイプ９Ｂの入側端部の開口端面には、尿素水添加手段を成す尿素水添加用インジェクタ１１が同心状に装着されており、該尿素水添加用インジェクタ１１により前記ミキシングパイプ９Ｂの入側端部中心位置に尿素水が添加されるようになっている。
【００３０】
このように構成すれば、パティキュレートフィルタ５の出側端部から出た排気ガス３がガス集合室９Ａにより略直角な向きに方向転換されつつ集められるが、この際、第一仕切板１６によりミキシングパイプ９Ｂの入側端部の周囲を一方向に旋回するような流れが誘導されることになり、しかも、その流れを二分する第二仕切板１７による整流作用も相俟って排気ガス３の整流化が早い段階から図られる。
【００３１】
そして、前記第二仕切板１７により二分された旋回方向内側の流れが第一開口部１２に対し接線方向から導入される一方、旋回方向外側の流れが第二開口部１３に対し第三仕切板１８により接線方向から導入されるので、ミキシングパイプ９Ｂの入側端部にて直径方向に対峙している第一開口部１２及び第二開口部１３に対し、整流化された排気ガス３が夫々逆向きの接線方向から流れ込むことになる。
【００３２】
この結果、これら第一開口部１２及び第二開口部１３から流れ込む排気ガス３によりミキシングパイプ９Ｂ内に効率良く旋回流が形成され、この旋回流が最も勢い良く生じているミキシングパイプ９Ｂの入側端部中心位置に尿素水添加用インジェクタ１１から尿素水が添加され、その添加された尿素水が旋回流により排気ガス３中に良好に分散されて排気ガス３との混合性が著しく向上される。
【００３３】
ここで、ミキシングパイプ９Ｂ内における排気ガス３の旋回流は、排気ガス３の流量が多くなるほど形成され易くなるので、排気ガス３の流量が多くなっても尿素水と排気ガス３との混合性は高く保たれることになる。
【００３４】
また、パティキュレートフィルタ５の出側端部から出た排気ガス３をガス集合室９Ａにより略直角な向きに方向転換させつつ集めるに際し、排気ガス３を整流化しながら二つの大きな流れに分けて第一開口部１２及び第二開口部１３の二箇所から導入するようにしているので、排気ガス３の流れが乱されたり流路断面積が極端に絞り込まれたりするような事態が未然に回避され、排気ガス３がパティキュレートフィルタ５の出側端部からミキシングパイプ９Ｂの入側端部へと円滑に導かれ、これにより排気抵抗の上昇が抑制されて圧力損失の低減化が図られることになる。
【００３５】
従って、上記形態例によれば、ミキシングパイプ９Ｂ内に効率良く旋回流を形成して尿素水を良好に分散させることができるので、排気ガス３の流量が多くなっても尿素水を良好に分散させて排気ガス３との混合性を高めることができ、選択還元型触媒６（図４参照）に到るまでに尿素水のミスト粒子を効率良く微細化して早期にアンモニアと炭酸ガスに熱分解させることができる。
【００３６】
また、排気ガス３の流れを乱したり流路断面積を極端に絞り込んだりするような事態を招くことなく、排気ガス３をパティキュレートフィルタ５の出側端部からミキシングパイプ９Ｂの入側端部へと円滑に導くことができるので、排気抵抗の上昇を抑制して圧力損失の低減化を図ることができる。
【００３７】
更に、特に本形態例においては、ミキシングパイプ９Ｂの入側端部と、該ミキシングパイプ９Ｂの入側端部周囲を取り巻くガス集合室９Ａの下流側端部との間の空間を、前記ミキシングパイプ９Ｂの入側端部の周囲に誘導される排気ガス３の流れに対応したスクロール形状を付して形成しているので、ミキシングパイプ９Ｂの入側端部の周囲を一方向に旋回するような排気ガス３の流れをスクロール形状により誘導して排気ガス３の旋回流を更に形成し易くすることができ、ミキシングパイプ９Ｂ内における尿素水と排気ガス３との混合性をより一層高めることができる。
【００３８】
尚、本発明の排気浄化装置は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、尿素水の添加位置は必ずしも図示例に限定されないこと、また、図示例ではガス集合室で集められた排気ガスをミキシングパイプによりパティキュレートフィルタの排気流れと逆向きに抜き出す場合を例示しているが、ガス集合室で集められた排気ガスをミキシングパイプによりパティキュレートフィルタの排気流れと同じ向きに抜き出す構造にも同様に適用し得ること、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明を実施する形態の一例を一部を切り欠いて示す斜視図である。
【図２】図１をミキシングパイプの入側端部と対峙する向きから見た断面図である。
【図３】従来例を示す概略図である。
【図４】図３の要部を拡大して示す斜視図である。
【図５】従来の尿素水添加の問題を説明する断面図である。
【符号の説明】
【００４０】
３  排気ガス
４  排気管
５  パティキュレートフィルタ
６  選択還元型触媒
９  連絡流路
９Ａ  ガス集合室
９ａ  下流側端部
９Ｂ  ミキシングパイプ
１１  尿素水添加用インジェクタ（尿素水添加手段）
１２  第一開口部
１３  第二開口部
１６  第一仕切板
１７  第二仕切板
１８  第三仕切板
【図１】
2008215286.tif 000003
【図２】
2008215286.tif 000004
【図３】
2008215286.tif 000005
【図４】
2008215286.tif 000006
【図５】
2008215286.tif 000007