(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンから排出される排気ガスが流通する直線状の排気管と、
前記排気管内に管軸方向に対して斜めに還元剤を噴射する噴射ノズルと、
前記噴射ノズルよりも下流側の排気系に設けられて排気ガスを前記還元剤と反応させて浄化する還元触媒と、
前記噴射ノズルよりも下流側且つ、前記還元触媒よりも上流側の円筒状の前記排気管内に設けられて、前記還元剤を排気ガスと混合拡散させるミキサー部材と、を備え、
前記ミキサー部材は、その外周を前記排気管の内周に固定される楕円環状のリング部材と、前記リング部材内に格子状に配置されて排気ガスの通路を形成する複数枚の平板部材と、前記平板部材から所定の角度を為すとともに下流側に突出する複数枚のフィンと、を含み、当該フィンとは反対側の上流側面が前記噴射ノズルの噴射口面と対向するように前記排気管内に傾斜して配置され、
前記複数枚の平板部材は、前記排気管の軸線と所定の角度を為すことで、形成する排気ガスの通路を、前記排気管の軸線方向から前記噴射ノズルの噴射軸方向へと変化させる
ことを特徴とする排気浄化システム。
【請求項２】
前記ミキサー部材は、前記上流側面が前記噴射ノズルの噴射軸方向に対して垂直となるように前記排気管内に傾斜して配置される
請求項１に記載の排気浄化システム。
【請求項３】
前記平板部材は、前記噴射ノズルの噴射軸方向に沿って延びるように前記リング部材内に傾斜して配置される
請求項１又は２に記載の排気浄化システム。
【請求項４】
前記噴射ノズルが前記排気管内に尿素水を噴射し、
前記還元触媒が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に含まれる窒素化合物を還元浄化する選択的還元触媒である
請求項１から３の何れか一項に記載の排気浄化システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気浄化システムに関し、特に、還元触媒を備えた排気浄化システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の排気浄化システムとして、排気管内に尿素水を添加する噴射ノズルと、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）とを備えるものが知られている。
【０００３】
ＳＣＲ触媒に供給される還元剤の分布が偏ると、供給量が多い領域ではアンモニアが過剰となり、供給量が不足する領域ではＮＯｘを十分に還元浄化できないことになる。このため、還元効率を向上するには、還元剤を排気ガスに混合拡散させて、ＳＣＲ触媒に還元剤を均一に分布させる必要がある。例えば、特許文献１には、還元剤噴射ノズルとＳＣＲ触媒との間に複数枚のフィンを有するミキサープレートを設けることで、還元剤を排気ガス中に効率的に混合拡散させるようにした技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２４６５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１記載の技術では、ミキサープレートを排気管の管軸方向に対して垂直に配置すると共に、尿素水を噴射ノズルから排気管内に管軸方向に対して斜めに噴射している。このため、噴射ノズルから斜めに略円錐状に噴射された尿素水をプレートの全面に衝突させることができず、特に噴射ノズルから距離が離れたプレート領域を効率的に活用できない課題がある。
【０００６】
開示のシステムは、噴射ノズルから噴射される尿素水（還元剤）をミキサー部材の全体に効果的に衝突させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
開示のシステムは、エンジンから排出される排気ガスが流通する直線状の排気管と、前記排気管内に管軸方向に対して斜めに還元剤を噴射する噴射ノズルと、前記噴射ノズルよりも下流側の排気系に設けられて排気ガスを前記還元剤と反応させて浄化する還元触媒と、前記噴射ノズルよりも下流側且つ、前記還元触媒よりも上流側の前記排気管内に設けられて、前記還元剤を排気ガスと混合拡散させるミキサー部材と、を備え、前記ミキサー部材は、下流側に突出する複数枚のフィンを含むと共に、当該フィンとは反対側の上流側面が前記噴射ノズルの噴射口面と対向するように前記排気管内に傾斜して配置されることを特徴とする。
【０００８】
前記ミキサー部材は、前記上流側面が前記噴射ノズルの噴射軸方向に対して垂直となるように前記排気管内に傾斜して配置されてもよい。
【０００９】
前記直線配管は円筒状に形成され、前記ミキサー部材は、その外周を前記直線配管の内周に固定される楕円環状のリング部材と、前記リング部材内に格子状に配置される複数枚の平板部材と、前記平板部材と一体に形成されて所定の角度で折り曲げられた複数枚のフィンと、を備えてもよい。
【００１０】
前記噴射ノズルが前記直線配管内に尿素水を噴射し、前記還元触媒が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に含まれる窒素化合物を還元浄化する選択的還元触媒であってもよい。
【発明の効果】
【００１１】
開示のシステムによれば、噴射ノズルから噴射される尿素水（還元剤）をミキサー部材の全体に効果的に衝突させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係る排気浄化システム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ミキサー部材を示す模式的な斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る排気浄化システムの要部を示す模式的な断面図である。
【図４】他の実施形態に係る排気浄化システムの要部を示す模式的な断面図である。
【図５】他の実施形態に係るミキサーを示す模式的な正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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システムを説明する。同一の部品には同一の符号を付してあり、それらの名称及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。
【００１４】
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の排気系は、排気上流側から順に、排気マニホールド１１と、上流配管１２と、前段ケーシング２０と、直線配管１３と、後段ケーシング４０と、放出配管１４とを備えている。
【００１５】
上流配管１２は、略円筒状に形成されており、その上流端を排気マニホールド１１に接続されると共に、その下流端を前段ケーシング２０の上流側開口部に接続されている。
【００１６】
前段ケーシング２０は、略円筒状に形成されており、その内部には、排気上流側から順に、第１酸化触媒２１及び、フィルタ２２が収容されている。
【００１７】
第１酸化触媒２１は、例えば、コーディエライトハニカム構造体等のセラミック製担体表面に触媒成分等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のポスト噴射や図示しない排気管噴射ノズル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。
【００１８】
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。
【００１９】
直線配管１３は、略直線円筒状に形成されており、前段ケーシング２０の下流側開口部と後段ケーシング４０の上流側開口部とを接続する。直線配管１３には、尿素水噴射装置３０の一部を構成する噴射ノズル３３が設けられ、さらに、噴射ノズル３３よりも下流側の直線配管１３内には、詳細を後述するミキサープレート５０が設けられている。
【００２０】
尿素水噴射装置３０は、尿素水を貯留する尿素水タンク３１と、尿素水タンク３１から尿素水を汲み上げる尿素水ポンプ３２と、直線配管１３内に尿素水を噴射する噴射ノズル３３とを備えている。噴射ノズル３３から直線配管１３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４１に還元剤として供給される。
【００２１】
後段ケーシング４０は、略円筒状に形成されており、その内部には、排気上流側から順に、ＳＣＲ触媒４１及び、第２酸化触媒４２が収容されている。
【００２２】
ＳＣＲ触媒４１は、例えば多孔質セラミック担体にゼオライト等を担持して形成されている。ＳＣＲ触媒４１は、噴射ノズル３３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。
【００２３】
第２酸化触媒４２は、例えば、コーディエライトハニカム構造体等のセラミック製担体表面に触媒成分等を担持して形成されており、ＳＣＲ触媒４１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。
【００２４】
次に、図２に基づいて、本実施形態のミキサー部材５０の詳細構成について説明する。
【００２５】
図２に示すように、ミキサー部材５０は、楕円環状のリング部材５１と、リング部材５１の内部に格子状に配置されて排気ガスの通路を形成する複数枚の平板部材５３Ａ，Ｂと、平板部材５３Ａと一体に形成されて排気下流側に突出する複数枚のフィン５４Ａ，Ｂとを備えて構成されている。各フィン５４Ａ，Ｂは、平板部材５３Ａに略Ｖ字状の切り込みを入れて台形状に残された部位を所定の角度で折り曲げることで形成されている。また、各フィン５４Ａ，Ｂは、一の方向（図中Ａ方向）に折り曲げられたフィン５４Ａと、他の方向（図中Ｂ方向）に折り曲げられたフィン５４Ｂとが交互に並列するように形成されている。
【００２６】
このように、逆方向に折り曲げられたフィン５４Ａ，Ｂを交互に配置することで、ミキサー部材５０を通過する排気ガスに乱流を生じさせ、還元剤と排気ガスとの混合拡散が効果的に促進されるようになっている。また、複数枚のフィン５４Ａ，Ｂに尿素水を付着させて、通過する高温排気ガスと接触させることで、尿素水からアンモニアへの生成効率が効果的に向上されるようになっている。
【００２７】
次に、図３に基づいて、本実施形態の直線配管１３及びミキサー部材５０の配置構成について説明する。
【００２８】
図３に示すように、噴射ノズル３３は、その噴射軸Ｙが直線配管１３の管軸方向Ｘ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直線配管１３の座部１３Ａに固定されている。ミキサー部材５０は、その上流側面５０Ａ（フィン５４Ａ，Ｂとは反対側の側面）が管軸方向Ｘに対して傾斜し、且つ、噴射軸Ｙに対して垂直となるように、リング部材５１の外周を直線配管１３の内周に溶接等で固定されている。
【００２９】
すなわち、ミキサー部材５０は、その上流側面５０Ａが噴射ノズル３３の噴口３３Ａの開口面と略平行に対向するように直線配管１３内に取り付けられている。このように、ミキサー部材５０の上流側面５０Ａを噴射ノズル３３と正対させることで、噴射ノズル３３から略円錐状に噴射される尿素水（還元剤）が上流側面５０Ａの全面に均一に衝突するようになる。
【００３０】
以上詳述したように、本実施形態によれば、ミキサー部材５０を直線配管１３内に傾斜して取り付けて、その上流側面５０Ａを噴射ノズル３３の噴口３３Ａと正対させることにより、噴射ノズル３３から略円錐状に噴射される尿素水を上流側面５０Ａの全面に均一に衝突させることができる。これにより、ミキサー部材５０の全体を効率的に活用して排気ガスと還元剤との混合拡散を促進させることが可能となり、ＳＣＲ触媒４１の還元効率を確実に向上することができる。
【００３１】
また、ＳＣＲ触媒４１にアンモニア（還元剤）が均一に分布されることで、アンモニアスリップを効果的に抑制することが可能となり、下流側の第２酸化触媒４２の容量小型化や装置全体のコスト低減を効果的に図ることができる。
【００３２】
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。
【００３３】
例えば、図４に示すように、ミキサー部材５０の傾斜角度を上記実施形態よりも緩やかに設定してもよい。この場合、各フィン５４Ａ，Ｂの折り曲げ角度を噴射ノズル３３から離間するほど鋭角に設定することで、尿素水のフィン５４Ａ，Ｂへの付着を効果的に促進させることができる。
【００３４】
また、還元剤と排気ガスとを混合拡散させる機構は上記ミキサー部材５０に限定されず、図５に示すような、ハブ６１を中心に放射状に設けられた複数枚の翼（フィン）６２を備えたミキサー６０を適用することもできる。この場合もミキサー６０の上流側面が噴射ノズル３３（図３参照）と正対するように傾斜して設ければよい。
【００３５】
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に内燃機関にも広く適用することが可能である。
【符号の説明】
【００３６】
１０  エンジン
１１  排気マニホールド
１２  上流配管
１３  直線配管
２０  前段ケーシング
３０  尿素水噴射装置
３１  尿素水タンク
３２  尿素水ポンプ
３３  噴射ノズル
４０  後段ケーシング
４１  ＳＣＲ触媒
５０  ミキサー部材
５１  リング部材
５３Ａ，Ｂ  平板部材
５４Ａ，Ｂ  フィン
【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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