(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関から排出される排気ガスを流通させる排気管と、
前記排気管に設けられて、当該排気管内に尿素水を噴射するインジェクタと、
前記インジェクタよりも排気下流側の前記排気管に設けられて、前記尿素水から生成されるアンモニアを還元剤として排気ガス中の窒素化合物を還元浄化する選択的還元触媒を担持した担体と、を備え、
前記排気管は、前記担体よりも上流側に、屈曲管部と、該屈曲管部の下流に接続される直線状の直線管部と、を備えており、
前記インジェクタは、前記屈曲管部の屈曲外側に取り付けられると共に、前記直線管部内に前記尿素水を該直線管部の管軸方向に対して斜めに噴射し、
前記インジェクタの噴射軸と前記管軸方向とがなす角度を、
前記内燃機関から排出されて前記屈曲管部を屈曲外側に偏流して流れる排気ガスの温度が前記尿素水の蒸発を開始させる所定の気化温度に達した際に、前記直線管部内に噴射される前記尿素水の噴霧を前記直線管部の管内壁に付着させることなく前記管軸方向に沿って進ませる角度に設定した
ことを特徴とする排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気浄化装置に関し、特に、排気管内に還元剤溶液を噴射するインジェクタを備えた排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の排気浄化装置として、インジェクタから排気管内に尿素水を噴射すると共に、尿素水から加水分解により生成されるアンモニア（ＮＨ３）を還元剤として排気ガス中に含まれる窒素化合物（以下、ＮＯｘ）を還元浄化する選択的還元触媒（以下、ＳＣＲ触媒）を備えるものが知られている（例えば、特許文献１、２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−１９７０８４号公報
【特許文献２】特開２０１５−１５２００９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、一般的な排気管は、スペース上の制約等の理由から複数個所を屈曲して形成されている。このような屈曲部外側、或は、屈曲部外側の直下流側にインジェクタを設けると、インジェクタから噴射された尿素水の噴霧は屈曲部外側に偏流される排気ガスの影響を受けて、尿素水が排気管の内壁に付着する場合がある。
【０００５】
特に、排気ガス温度が低いエンジンの低負荷運転時に排気管の内壁に尿素水が付着して滞留すると、その後の排気ガス温度の上昇に伴い尿素水が蒸発（気化）する過程で発生する酸によって排気管の腐食を引き起こす課題がある。
【０００６】
本開示の技術は、尿素水の蒸発によって引き起こされる排気管の腐食を効果的に防止すること目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の技術は、内燃機関から排出される排気ガスを流通させる排気管と、前記排気管に設けられて、当該排気管内に還元剤溶液を噴射するインジェクタと、前記インジェクタよりも排気下流側の前記排気管に設けられて、前記還元剤溶液を用いて排気ガスを浄化する触媒を担持した担体と、を備え、前記内燃機関の運転状態に応じて変化する排気ガス温度が前記還元剤溶液の蒸発を開始させる所定の気化温度に達する際の排気ガス流れに対して、前記インジェクタから前記還元剤溶液が前記排気管の内壁に付着しない角度で噴射されるように、前記インジェクタが前記排気管に所定の角度で斜めに取り付けられたことを特徴とする。
【０００８】
また、前記排気管は、少なくともその一部に屈曲部を含み、前記インジェクタは、前記屈曲部の屈曲外側に取り付けられると共に、当該屈曲部下流の排気管内に前記還元剤溶液を管軸方向に対して斜めに噴射してもよい。
【０００９】
また、前記インジェクタは、前記還元剤溶液として尿素水を噴射し、前記触媒は、前記尿素水から排気熱により加水分解されて生成されるアンモニアを還元剤として排気ガス中の窒素化合物を浄化する選択的還元触媒であってもよい。
【発明の効果】
【００１０】
本開示の技術によれば、尿素水の蒸発によって引き起こされる排気管の腐食を効果的に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態に係る排気浄化装置を示す模式的な全体構成図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る排気浄化装置において、排気ガス温度が尿素水の蒸発を開始させる気化温度に達した際にインジェクタから尿素水を噴射した状態を説明する模式図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る排気浄化装置において、エンジンの高負荷運転時にインジェクタから尿素水を噴射した状態を説明する模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、添付図面に基づいて、本発明の一実施形態に係る排気浄化装置を説明する。同一の部品には同一の符号を付してあり、それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。
【００１３】
図１に示すように、ディーゼルエンジン（以下、単にエンジンという）１０の排気マニホールド１１には、上流配管１２が接続されている。また、上流配管１２の下流端には前段ケーシング２０が接続され、前段ケーシングの２０の下流側には後段ケーシング５０が配置されている。さらに、後段ケーシング４０の下流端には、排気ガスを大気に放出する放出配管１３が接続されている。
【００１４】
前段ケーシング２０及び後段ケーシング５０は、略円筒状に形成されており、互いに軸心が平行になるように並列に配置されている。前段ケーシング２０及び後段ケーシング５０は、これらの間に配置された第１〜３接続配管３０〜３２によって互いに接続されている。
【００１５】
前段ケーシング２０の内部には、排気上流側から順に、第１酸化触媒２１及び、フィルタ２２がクッション部材２３，２４を介して収容されている。
【００１６】
第１酸化触媒２１は、例えば、ハニカム構造体等のセラミック担体表面に酸化触媒成分を担持して形成されている。第１酸化触媒２１は、エンジン１０のポスト噴射や上流配管１２に設けられた図示しない排気管インジェクタの排気管噴射によって未燃燃料が供給されると、これを酸化して排気温度を上昇させる。
【００１７】
フィルタ２２は、例えば、多孔質性の隔壁で区画された多数のセルを排気の流れ方向に沿って配置し、これらセルの上流側と下流側とを交互に目封止して形成されている。フィルタ２２は、排気中の粒子状物質（ＰＭ）を隔壁の細孔や表面に捕集すると共に、ＰＭ堆積推定量が所定量に達すると、これを燃焼除去するフィルタ強制再生が実施される。
【００１８】
第１接続配管３０は、上流端から下流端に向かうに従い縮径する略Ｃ字状に屈曲されたエルボ管であって、その上流端には前段ケーシング２０の下流端が接続されている。また、第１接続配管３０の下流端には、第２接続配管３１の上流端が接続されている。さらに第１接続配管３０の下流側の屈曲部外側３０Ａには、尿素水噴射装置４０の一部を構成する尿素水インジェクタ４３が取り付けられている。
【００１９】
尿素水噴射装置４０は、尿素水を貯留する尿素水タンク４１と、尿素水タンク４１から尿素水を汲み上げる尿素水ポンプ４２と、第２接続配管３１内に向けて尿素水を噴射（噴霧）する尿素水インジェクタ４３とを備えている。尿素水インジェクタ４３から第２接続配管３１内に噴射された尿素水は、排気熱により加水分解されてアンモニア（ＮＨ３）に生成され、下流側のＳＣＲ触媒５１に還元剤として供給される。
【００２０】
第２接続配管３１は、略円筒状の直線配管であって、その軸心が前段ケーシング２０及び後段ケーシング５０の軸心と平行になるように配置されている。また、第２接続配管３１の下流端には、第３接続配管３２の上流端が接続されている。
【００２１】
第３接続配管３２は、上流端から下流端に向かうに従い拡径する略Ｃ字状に屈曲されたエルボ管であって、その下流端には、下段ケーシング５０の上流端が接続されている。
【００２２】
後段ケーシング５０の内部には、排気上流側から順に、ＳＣＲ触媒５１及び、第２酸化触媒５２がクッション部材５３，５４を介して収容されている。
【００２３】
ＳＣＲ触媒５１は、例えばハニカム構造体等のセラミック担体表面にゼオライト等を担持して形成されている。ＳＣＲ触媒５１は、尿素水インジェクタ４３から還元剤として供給されるアンモニアを吸着すると共に、吸着したアンモニアで通過する排気中からＮＯｘを選択的に還元浄化する。
【００２４】
第２酸化触媒５２は、例えば、ハニカム構造体等のセラミック担体表面に酸化触媒成分等を担持して形成されており、ＳＣＲ触媒５１から下流側にスリップしたアンモニアを酸化する機能を有している。
【００２５】
次に、図２に基づいて、本実施形態の尿素水インジェクタ４３の取り付け構造の詳細について説明する。
【００２６】
本実施形態において、尿素水インジェクタ４３は、その噴射軸が第２接続配管３１の管軸方向に対して所定の角度で傾斜するように、図示しないボルト等によって第１接続配管３０の屈曲部外側３０Ａに取り付けられている。
【００２７】
より詳しくは、エンジン１０の運転状態に応じて変化する排気ガス温度が尿素水の蒸発を開始させる所定の温度（例えば、約２５０〜３００℃、以下、単に気化温度という）に達した際の排気ガス流れに対して、尿素水インジェクタ４３は、その噴射軸と第２接続配管３１の管軸方向のなす角度が第２接続配管３１内に噴射される尿素水の噴霧を第２接続配管３１の内壁３１Ａに付着させることなく直線的に進ませる傾斜角度となるように、屈曲部外側３０Ａに取り付けられている。所定の角度は、エンジン１０の仕様や各排気管の内径等に応じて適宜最適な値に設定すればよい。
【００２８】
このように、尿素水インジェクタ４３の噴射軸と第２接続配管３１の管軸方向のなす角度を設定したことで、排気ガス温度が所定の気化温度、或は当該気化温度よりも低くなるエンジン１０の低負荷運転状態において、尿素水の噴霧が屈曲部外側３０Ａに偏流される排気ガスの影響を受けても、尿素水の噴霧は第２接続配管３１の内壁３１Ａに付着することなく管軸方向Ｘに沿って略直線的に進むようになる。
【００２９】
一方、排気ガス温度が気化温度域よりも高く、且つ排気流速が速くなるエンジン１０の高負荷運転状態においては、図３に示すように、尿素水インジェクタ４３から噴射される尿素水の噴霧は屈曲部外側３０Ａに偏流される排気ガスの影響によって第２接続配管３１の内壁３１Ａ側に押されることになる。しかしながら、排気ガス温度が高くなるエンジン１０の高負荷運転時は、排気熱によって尿素水の加水分解が促進されるため、尿素水インジェクタ４３から噴射される尿素水は、その大部分が内壁３１Ａに付着するよりも前にアンモニアに生成されて下流側のＳＣＲ触媒５１に供給される。
【００３０】
以上詳述したように、本実施形態の排気浄化装置によれば、エンジン１０の運転状態に応じて変化する排気ガス温度が尿素水の蒸発を開始させる気化温度に達した際の排気ガス流れに対して、尿素水の噴霧が第２接続配管３１の内壁３１Ａに付着しない角度で噴射されるように、尿素水インジェクタ４３を屈曲部外側３０Ａに取り付けたことで、尿素水の噴霧は内壁３１Ａに付着することなく第２接続配管３１内を管軸方向Ｘに沿って直線的に進むようになる。これにより、内壁３１Ａへの尿素水の付着を抑止することが可能となり、尿素水が蒸発する過程で発生する酸によって引き起こされる第２接続配管３１の腐食を効果的に防止することができる。
【００３１】
なお、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。
【００３２】
例えば、尿素水インジェクタ４３は屈曲部外側３０Ａに設けられるものとして説明したが、屈曲部外側３０Ａの直下流に位置する第２接続配管３１に設けられてもよい。この場合は、屈曲部外側３０Ａに偏流されて第２接続配管３１に流れ込む排気ガスの流れに対して、尿素水が第２接続配管３１の内壁３１Ａに付着しない角度で噴射されるように、尿素水インジェクタ４３を第２接続配管３１に所定の角度で斜めに取り付ければよい。
【００３３】
また、ＮＯｘ触媒はＳＣＲ触媒５１に限定されず、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒であってもよい。この場合は、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒よりも上流側に配置される排気管インジェクタを未燃燃料の噴霧が排気管内壁に付着することなく噴射される角度で取り付ければよい。
【００３４】
また、エンジン１０は、ディーゼルエンジンに限定されず、ガソリンエンジン等の他のエンジンにも広く適用することが可能である。
【符号の説明】
【００３５】
１０  エンジン
１１  排気マニホールド
１２  上流配管
２０  前段ケーシング
２１  第１酸化触媒
２２  フィルタ
３０  第１接続配管
３１  第２接続配管
３２  第３接続配管
４０  尿素水噴射装置
４１  尿素水タンク
４２  尿素水ポンプ
４３  尿素水インジェクタ
５０  後段ケーシング
５１  ＳＣＲ触媒
５２  第２酸化触媒
【図１】
0006729008.tif 000002
【図２】
0006729008.tif 000003
【図３】
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