(57)【要約】【課題】尿素水からアンモニアへの転化を従来より効率良く行わせることが可能な尿素水ミキシング構造を提供する。【解決手段】排気ガス１中に含まれるＮＯxをアンモニアと反応せしめる選択還元型触媒４と、該選択還元型触媒４より上流で排気ガス１中に尿素水を添加するインジェクタ８（尿素水添加手段）と、該インジェクタ８から前記選択還元型触媒４までの間を繋ぐミキシングパイプ７Ｂとを備え、該ミキシングパイプ７Ｂ内を流れる排気ガス１に対し前記インジェクタ８により尿素水を添加して混合させるようにした尿素水ミキシング構造に関し、ミキシングパイプ７Ｂの内周面に該ミキシングパイプ７Ｂの中心軸と同心の螺旋軌道に沿うようにスパイラル突起１６を形成し、前記ミキシングパイプ７Ｂ内に排気ガス１の旋回流を形成し得るように構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ガス中に含まれるＮＯxをアンモニアと反応せしめる選択還元型触媒と、該選択還元型触媒より上流で排気ガス中に尿素水を添加する尿素水添加手段と、該尿素水添加手段から前記選択還元型触媒までの間を繋ぐミキシングパイプとを備え、該ミキシングパイプ内を流れる排気ガスに対し前記尿素水添加手段により尿素水を添加して混合させるようにした尿素水ミキシング構造であって、ミキシングパイプの内周面に該ミキシングパイプの中心軸と同心の螺旋軌道に沿うようにスパイラル突起を形成し、前記ミキシングパイプ内に排気ガスの旋回流を形成し得るように構成したことを特徴とする尿素水ミキシング構造。
【請求項２】
ミキシングパイプの入側端部の円周方向適宜位置に開口部を形成すると共に、該開口部に対し排気ガスを前記入側端部の接線方向から導入せしめるようガイドフィンを配設してミキサ構造を構成し、該ミキサ構造による排気ガスの旋回流内に尿素水を添加し得るように前記尿素水添加手段を前記ミキシングパイプの入側端部の中心位置に出側端部側へ向けて配設したことを特徴とする請求項１に記載の尿素水ミキシング構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、尿素水ミキシング構造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】
この場合、選択還元型触媒への尿素水の添加は、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てしまう。
【０００４】
このため、本発明と同じ出願人により図３に示す如きコンパクトな排気浄化装置（下記の特許文献１を参照）が既に提案されており、ここに図示している排気浄化装置では、エンジンからの排気ガス１が流通する排気管２の途中に、排気ガス１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３と、該パティキュレートフィルタ３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４とをケーシング５，６により夫々抱持して並列に配置し、パティキュレートフィルタ３の出側端部と選択還元型触媒４の入側端部との間をＳ字構造の連絡流路７により接続し、パティキュレートフィルタ３の出側端部から排出された排気ガス１が逆向きに折り返されて隣の選択還元型触媒４の入側端部に導入されるようになっている。
【０００５】
ここで、前記連絡流路７は、パティキュレートフィルタ３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１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７Ａと、該ガス集合室７Ａで集められた排気ガス１をパティキュレートフィルタ３の排気流れと逆向きに抜き出すミキシングパイプ７Ｂと、該ミキシングパイプ７Ｂにより導かれた排気ガス１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１を選択還元型触媒４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７ＣとによりＳ字構造を成すように構成されており、前記ミキシングパイプ７Ｂの入側端部の中心位置には、該ミキシングパイプ７Ｂ内に尿素水を添加するためのインジェクタ８が前記ミキシングパイプ７Ｂの出側端部側へ向けて装備されている。
【０００６】
尚、ここに図示している例では、パティキュレートフィルタ３が抱持されているケーシング５内の前段に、排気ガス１中の未燃燃料分を酸化処理する酸化触媒９が装備されており、また、選択還元型触媒４が抱持されているケーシング６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１０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３により排気ガス１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７Ｂの途中でインジェクタ８から尿素水が排気ガス１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４上で排気ガス１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１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３の出側端部から排出された排気ガス１が連絡流路７により逆向きに折り返されてから隣の選択還元型触媒４の入側端部に導入されるようになっているので、尿素水の添加位置から選択還元型触媒４までの距離が長く確保され、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３と選択還元型触媒４とが並列に配置され、これらパティキュレートフィルタ３と選択還元型触媒４との間に沿うように連絡流路７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】
そして、下記の特許文献１にも開示されている通り、インジェクタ８により尿素水が添加される箇所には、図４及び図５に詳細を示す如き円筒状のミキシングパイプ７Ｂにおける入側端部の開口部１１に対しガス集合室７Ａからの排気ガス１をガイドフィン１２，１３，１４により接線方向から導入せしめ、これにより排気ガス１に旋回流（スワール）を与えるミキサ構造１５が採用されており、この旋回流の中心にインジェクタ８から尿素水の添加を行うことで該尿素水の排気ガス１に対する混合性を高めてアンモニアへの転化を促すようにしてある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００８−１９６３２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、単にミキシングパイプ７Ｂの入側端部の開口部１１に排気ガス１をガイドフィン１２，１３，１４により接線方向から導入せしめるだけでは、ミキシングパイプ７Ｂの入側端部で生じた排気ガス１の旋回流の勢いを出側端部まで効果的に持続させることが難しく、ミキシングパイプ７Ｂの出側端部に到るまでに旋回流の勢いが衰えてしまうため、これまで以上のＮＯx浄化性能を求めて尿素水の添加量を増大させた場合に、添加した全ての尿素水を効率良くアンモニアへ転化させることができなくなる懸念があった。
【００１３】
本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、尿素水からアンモニアへの転化を従来より効率良く行わせることが可能な尿素水ミキシング構造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】
【００１４】
本発明は、排気ガス中に含まれるＮＯxをアンモニアと反応せしめる選択還元型触媒と、該選択還元型触媒より上流で排気ガス中に尿素水を添加する尿素水添加手段と、該尿素水添加手段から前記選択還元型触媒までの間を繋ぐミキシングパイプとを備え、該ミキシングパイプ内を流れる排気ガスに対し前記尿素水添加手段により尿素水を添加して混合させるようにした尿素水ミキシング構造であって、ミキシングパイプの内周面に該ミキシングパイプの中心軸と同心の螺旋軌道に沿うようにスパイラル突起を形成し、前記ミキシングパイプ内に排気ガスの旋回流を形成し得るように構成したことを特徴とするものである。
【００１５】
而して、このようにすれば、排気ガスがミキシングパイプ内を流れる際に、該ミキシングパイプ内のスパイラル突起により螺旋軌道に沿う方向に流れを案内され、これにより排気ガスの旋回流がミキシングパイプ内に形成されると共に、この旋回流がミキシングパイプの出側端部に到るまで形成され続けるので、ミキシングパイプの全長に亘り排気ガスの旋回流が勢い良く持続され、排気ガスに対し尿素水添加手段から添加される尿素水の混合性が著しく向上されると共に、排気ガスの流れが螺旋軌道に沿う流れとなることで尿素水の移動距離が増えて反応時間が長く確保され、尿素水のアンモニアへの転化が従来より効率良く行われる。
【００１６】
また、本発明においては、ミキシングパイプの入側端部の円周方向適宜位置に開口部を形成すると共に、該開口部に対し排気ガスを前記入側端部の接線方向から導入せしめるようガイドフィンを配設してミキサ構造を構成し、該ミキサ構造による排気ガスの旋回流内に尿素水を添加し得るように前記尿素水添加手段を前記ミキシングパイプの入側端部の中心位置に出側端部側へ向けて配設することが好ましい。
【００１７】
このようにすれば、ミキシングパイプの入側端部における開口部に対し排気ガスがガイドフィンにより接線方向から導入されることで旋回流が直ちに形成され、その旋回流の勢いがスパイラル突起により効果的に持続されることになるので、ミキシングパイプの入側端部の中心位置から尿素水添加手段を介して尿素水を添加すると、該尿素水が排気ガスの旋回流内に良好に分散されて尿素水の混合性の更なる向上が図られ、尿素水のアンモニアへの転化がより一層促進されることになる。
【発明の効果】
【００１８】
上記した本発明の尿素水ミキシング構造によれば、下記の如き種々の優れた効果を奏し得る。
【００１９】
（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のスパイラル突起により螺旋軌道に沿う方向に排気ガスの流れを案内して旋回流を形成することができ、しかも、その旋回流の勢いをミキシングパイプの全長に亘り持続させることができるので、尿素水添加手段から添加される尿素水を良好に分散させて排気ガスとの混合性を著しく向上することができると共に、排気ガスの流れを螺旋軌道に沿う流れとして尿素水の移動距離を増やすことで反応時間を長く確保することができ、これにより尿素水のアンモニアへの転化を従来より効率良く行わせることができる。
【００２０】
（ＩＩ）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への導入直後から排気ガスの旋回流を形成してスパイラル突起により前記旋回流の勢いを持続させることができ、ミキシングパイプの入側端部の中心位置から尿素水添加手段を介して尿素水を添加することで該尿素水を排気ガスの旋回流内に良好に分散させることができるので、尿素水の混合性の更なる向上を図ることができ、尿素水のアンモニアへの転化をより一層促進することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明を実施する形態の一例を示す一部を切り欠いた概略図である。
【図２】図１の要部を拡大して示す斜視図である。
【図３】従来例を示す一部を切り欠いた概略図である。
【図４】図３の要部の詳細を示す断面図である。
【図５】図３の要部を拡大して示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【００２３】
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〜図５のものと略同様に構成した排気浄化装置に適用するための尿素水ミキシング構造として、パティキュレートフィルタ３の出側端部と選択還元型触媒４の入側端部との間を接続するＳ字構造の連絡流路７のミキシングパイプ７Ｂの内周面に、該ミキシングパイプ７Ｂの中心軸と同心の螺旋軌道に沿うようにスパイラル突起１６が形成が形成されており（図示ではミキシングパイプ７Ｂの外周面側を溝状に凹ませることで反転形状としてスパイラル突起１６を形成している）、前記ミキシングパイプ７Ｂ内に排気ガス１の旋回流を形成し得るように構成している。
【００２４】
ここで、先の図３〜図５で詳細を説明した通り、ミキシングパイプ７Ｂの入側端部の中心位置には、該ミキシングパイプ７Ｂ内に尿素水を添加するためのインジェクタ８（尿素水添加手段）が前記ミキシングパイプ７Ｂの出側端部側へ向けて装備されており、前記インジェクタ８により尿素水が添加される箇所には、円筒状のミキシングパイプ７Ｂにおける入側端部の開口部１１に対しガス集合室７Ａからの排気ガス１をガイドフィン１２，１３，１４により接線方向から導入せしめ、これにより排気ガス１に旋回流（スワール）を与えるミキサ構造１５が採用されている。
【００２５】
而して、このように尿素水ミキシング構造を構成すれば、排気ガス１がミキシングパイプ７Ｂ内を流れる際に、該ミキシングパイプ７Ｂ内のスパイラル突起１６により螺旋軌道に沿う方向に流れを案内され、これにより排気ガス１の旋回流がミキシングパイプ７Ｂ内に形成されると共に、この旋回流がミキシングパイプ７Ｂの出側端部に到るまで形成され続けるので、ミキシングパイプ７Ｂの全長に亘り排気ガス１の旋回流が勢い良く持続され、排気ガス１に対しインジェクタ８から添加される尿素水の混合性が著しく向上されると共に、排気ガス１の流れが螺旋軌道に沿う流れとなることで尿素水の移動距離が増えて反応時間が長く確保され、尿素水のアンモニアへの転化が従来より効率良く行われる。
【００２６】
また、特に本形態例においては、ミキシングパイプ７Ｂの入側端部の円周方向適宜位置に開口部１１を形成すると共に、該開口部１１に対し排気ガス１を前記入側端部の接線方向から導入せしめるようガイドフィン１２，１３，１４を配設してミキサ構造１５を構成し、該ミキサ構造１５による排気ガス１の旋回流内に尿素水を添加し得るように前記インジェクタ８を前記ミキシングパイプ７Ｂの入側端部の中心位置に出側端部側へ向けて配設することが好ましい。
【００２７】
このようにすれば、ミキシングパイプ７Ｂの入側端部における開口部１１に対し排気ガス１がガイドフィン１２，１３，１４により接線方向から導入されることで旋回流が直ちに形成され、その旋回流の勢いがスパイラル突起１６により効果的に持続されることになるので、ミキシングパイプ７Ｂの入側端部の中心位置からインジェクタ８を介して尿素水を添加すると、該尿素水が排気ガス１の旋回流内に良好に分散されて尿素水の混合性の更なる向上が図られ、尿素水のアンモニアへの転化がより一層促進されることになる。
【００２８】
従って、上記形態例によれば、ミキシングパイプ７Ｂ内のスパイラル突起１６により螺旋軌道に沿う方向に排気ガス１の流れを案内して旋回流を形成することができ、しかも、その旋回流の勢いをミキシングパイプ７Ｂの全長に亘り持続させることができるので、インジェクタ８から添加される尿素水を良好に分散させて排気ガス１との混合性を著しく向上することができると共に、排気ガス１の流れを螺旋軌道に沿う流れとして尿素水の移動距離を増やすことで反応時間を長く確保することができ、これにより尿素水のアンモニアへの転化を従来より効率良く行わせることができる。
【００２９】
また、ミキシングパイプ７Ｂの入側端部への導入直後から排気ガス１の旋回流を形成してスパイラル突起１６により前記旋回流の勢いを持続させることができ、ミキシングパイプ７Ｂの入側端部の中心位置からインジェクタ８を介して尿素水を添加することで該尿素水を排気ガス１の旋回流内に良好に分散させることができるので、尿素水の混合性の更なる向上を図ることができ、尿素水のアンモニアへの転化をより一層促進することができる。
【００３０】
尚、本発明の尿素水ミキシング構造は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、図示ではパティキュレートフィルタと選択還元型触媒とを並列に配置した場合における選択還元型触媒の入側に適用した場合を例示しているが、尿素水添加手段から選択還元型触媒までの間をミキシングパイプで繋ぐようにした構成が採用されていれば、図示とは異なる様々なレイアウトの排気浄化装置について適用することが可能であること、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。
【符号の説明】
【００３１】
１  排気ガス
４  選択還元型触媒
７Ｂ  ミキシングパイプ
８  インジェクタ（尿素水添加手段）
１１  開口部
１２  ガイドフィン
１３  ガイドフィン
１４  ガイドフィン
１５  ミキサ構造
１６  スパイラル突起
【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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