(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
折返部を有する排気通路と、前記折返部に配置され前記排気通路中に還元剤を供給する還元剤供給部と、前記折返部よりも下流側の排気通路に配置され窒素酸化物を前記還元剤を用いて還元浄化する還元触媒と、を備えた排気浄化装置において、
前記排気浄化装置の筐体は、前記上流側の排気通路及び前記下流側の排気通路が収容された本体部と、前記上流側の排気通路の出口開口及び前記下流側排気通路の入口開口を有する前記本体部の側面に装着された蓋部と、を含み、前記折返部は前記本体部及び前記蓋部によって囲まれる空間からなっており、
前記蓋部における前記下流側排気通路の入口開口と対向する対向面に、前記還元剤が混合された排気ガスの流れ方向を前記下流側排気通路に向けるための誘導部が一体成形されており、前記誘導部は、前記対向面の一部が前記下流側排気通路側に張り出すようにして前記蓋部に形成された複数の段差部であることを特徴とする排気浄化装置。
【請求項２】
前記誘導部は、前記上流側排気通路の出口開口を中心として同心円状に配列された複数の誘導部を含む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、内燃機関の排気浄化装置に関し、特に、途中に折返部を有する排気通路を備え、折返部よりも下流側の排気通路中に備えられた還元触媒を用いて排気ガス中に含まれるＮＯXを還元除去する内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ディーゼルエンジン等の内燃機関から排出される排気ガス中には、環境汚染を促す黒煙微粒子（以下、ＰＭと称する）や窒素酸化物（以下、ＮＯXと称する）等が含まれており、これらの物質を除去するための技術が知られている。
このうち、ＮＯXを除去するための技術として、排気通路中に配置された還元触媒の上流側で還元剤を噴射し、排気ガスとともに還元触媒に流入させて、排気ガス中のＮＯXを窒素等に分解して放出する選択還元型（ＳＣＲ：Selective Catalytic Reduction）の排気浄化装置が知られている。
【０００３】
このような排気浄化装置の一態様として、排気中のＮＯX浄化機能を備え、内部で排気流れ方向を強制的に折り返す構造の消音装置が提案されている。より具体的には、図６に示すように、上流側排気通路３０９に、酸化触媒３１１と液体還元剤を噴射供給する噴射ノズル３１２を配置し、下流側排気通路３１０に、還元触媒３１３と還元剤酸化触媒３１４を配置し、折返部３０８に、孔３１５ａを周囲に設けたリング部材３１５を設け、孔３１５ａから排気を下流側に流して折返部壁面３０８ａに沿った排気流れを発生させて折返部３０８の鉛直面に渦を生成するようにした排気浄化機能付き消音装置３０１が開示されている（特許文献１参照）。
【０００４】
また、排気浄化装置の別の態様として、排気ガスの浄化性能に優れ、かつ限られた配置スペースに良好に配置できる内燃機関の排気ガス浄化装置が提案されている。より具体的には、図７に示すように、ＤＰＦ４１３及び尿素脱硝触媒４２３の両方を設け、排気ガス中のパーティキュレートの捕集、及びＮＯXの低減を同時に実現できるようにした排気浄化装置４０１であって、ＤＰＦ４１３及び尿素脱硝触媒４２３を並列に配置し（排気ガスの流れは直列）、これらを連通室４３０で連通させて排気浄化装置４０１全体をコ字型状とした内燃機関の排気浄化装置４０１が開示されている（特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２７３５８０号公報  （特許請求の範囲  図１）
【特許文献２】特開２００５−１５５４０４号公報  （特許請求の範囲  図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、ＮＯXの還元効率を高めるためには、還元剤が混合された排気ガスを還元触媒の入口面全体に均一に流入させ、還元触媒全体を利用して還元反応をさせることが望ましいとされる。しかしながら、特許文献１や特許文献２に記載の消音装置や排気浄化装置の構成の場合、折返部又は連通室から下流側の排気通路へ向かう排気ガスの進行方向が屈曲しているため、折返部や連通室内における排気ガスは、屈曲する外側を通過しやすくなっている。したがって、排気ガス中に供給された還元剤が混合された排気ガスは屈曲する外側を流れやすくなって、下流側排気通路に配置された還元触媒の入口面に対して不均一に流入するようになってしまう。
特に、特許文献１に記載された消音装置の場合、上流側の排気通路を通過した排気ガスが折返部に流入すると、急激に空間が広がり折返部内での流速が遅くなってしまうため、折返部内で排気ガス中に供給された還元剤が排気ガス中に拡散されにくく、また、慣性力によって、屈曲する外側を流れやすいという問題がある。
【０００７】
また、特許文献２の排気浄化装置では、還元剤を還元触媒へ均一に流入させるために、折返部内に排気ガスの流れの分布を整えるフローガイド等が設けられているが、このフローガイドは連通室４３０の壁面に板状のガイド板を溶接等によって固定した構成であり、製造上手間がかかったり、還元剤の噴霧が付着して結晶化しやすくなったりするおそれがある。
【０００８】
そこで、本発明の発明者らは鋭意努力し、排気通路に折返部を有する排気浄化装置において、還元剤混合排気ガスの流れを下流側排気通路に向けるための誘導部を蓋部の所定位置に一体成形することにより、このような問題を解決できることを見出し、本発明を完成させたものである。すなわち、本発明の目的は、排気通路の折返部を有し、コンパクトにされた内燃機関の排気浄化装置において、下流側の排気通路に配置された還元触媒に対して、還元剤を均一に分散させて流入させることができる排気浄化装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によれば、折返部を有する排気通路と、折返部に配置され排気通路中に還元剤を供給する還元剤供給部と、折返部よりも下流側の排気通路に配置され窒素酸化物を還元剤を用いて還元浄化する還元触媒と、を備えた排気浄化装置であって、排気浄化装置の筐体は、上流側の排気通路及び下流側の排気通路が収容された本体部と、上流側の排気通路の出口開口及び下流側排気通路の入口開口を有する本体部の側面に装着された蓋部と、を含み、折返部は本体部及び蓋部によって囲まれる空間からなっており、蓋部における下流側排気通路の入口開口と対向する対向面に、還元剤が混合された排気ガスの流れ方向を下流側排気通路に向けるための誘導部が一体成形されており、誘導部は、対向面の一部が下流側排気通路側に張り出すようにして蓋部に形成された複数の段差部であることを特徴とする排気浄化装置が提供され、上述した問題を解決することができる。
【００１０】
また、本発明の排気浄化装置を構成するにあたり、誘導部は、上流側排気通路の出口開口を中心として同心円状に配列された複数の誘導部を含むことが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の内燃機関の排気浄化装置によれば、排気通路が途中で折り返されて装置全体の小型化が図られた排気浄化装置において、折返部内における下流側排気通路の入口開口の前面を通過する還元剤混合排気ガスの流れを下流側排気通路に向けることができる。したがって、下流側排気通路に配置された還元触媒の入口面に対して、還元剤混合排気ガスを均一に分布させて流入させることができ、ＮＯXの還元効率を向上させることができる。
また、誘導部が蓋部に一体成形された構成であるために、製造段階において成型加工が容易であり、溶接等の手間を省略することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照して、本発明の排気浄化装置に関する実施形態について具体的に説明する。ただし、かかる実施形態は、本発明の一態様を示すものであり、この発明を限定するものではなく、本発明の範囲内で任意に変更することが可能である。
なお、それぞれの図中、同一の符号が付されているものについては同一の部材を表しており、適宜説明が省略されている。
【００１４】
１．排気浄化装置（消音装置）
図１は、本発明の実施の形態にかかる排気浄化装置１０の内部構造の一例を示しており、消音機能を持った排気浄化装置１０として構成されたものとなっている。
この排気浄化装置１０は、本体部１２と蓋部１１とによって筐体が構成され、全体として角型の排気浄化装置１０となっている。筐体の外周囲には、排気浄化装置１０を車両に固定するための固定フランジ部１５ａが複数設けられている。また、本体部１２及び蓋部１１にはそれぞれフランジ部１５ｂ、１５ｃが設けられ、本体部１２と蓋部１１とが図示しないネジ等を用いて固定されている。
【００１５】
このうち、本体部１２の側面（図中右側の面）１２ａに排気流入部１３及び排気排出部１４（図中、２点鎖線で示す）が設けられている。また、本体部１２の内部には、排気流入部１３に形成した多数の孔１６を介して排気流入部１３と連通する拡張室１７と、当該拡張室１７が配置された側の側面１２ａとは反対側の側面１２ｂで排気ガスの流れを折返す折返部１８と、拡張室１７と折返部１８とを連通する上流側排気通路２０と、折返部１８と排気排出部１４とを連通する下流側排気通路２１とが形成されている。折返部１８は、本体部１２の側面１２ｂと蓋部１１の内面１１ａとによって囲まれる空間からなり、上流側排気通路２０を介して流れ込む排気ガスの拡張室としての機能も有している。
このように排気通路が折り返されていることによって、排気浄化装置１０の全長が短くされ、装置全体の小型化が図られている。
【００１６】
上流側排気通路２０には、上流側酸化触媒２２及びディーゼルパティキュレートフィルタ２６が配設されている。ディーゼルパティキュレートフィルタ２６は、排気ガス中に含まれる粒子状物質等のパーティキュレートを捕集するためのものであり、上流側酸化触媒２２の下流側に配設されている。また、上流側酸化触媒２２は、排気ガス中のＮＯを酸化して還元剤と反応しやすいＮＯ2を生成するとともに、一酸化炭素（ＣＯ）を酸化して二酸化炭素（ＣＯ2）を生成し、ＣＯとＣＯ2との比率を還元触媒２４におけるＮＯXの還元効率が最適化されるように調整される。また、これらの酸化反応が生じる際に発生する酸化熱を利用して排気ガスを昇温させることができる。
上流側排気通路１９の出口開口１９ａには、周方向に複数の開口部としての孔２５ａを有し、当該孔２５ａを介して上流側排気通路１９から折返部１８に流入する排気ガスの流れ方向を規定する第１のリング状部材２５が配設されている。
【００１７】
また、下流側排気通路２１には、還元触媒２４及び下流側酸化触媒２５が配設されている。還元触媒２４は、排気ガス中に含まれるＮＯXを還元剤により還元浄化するために用いられる。また、下流側酸化触媒２５は、還元触媒２４を通過した液体還元剤を酸化浄化するために用いられ、還元触媒２４の下流側に配設されている。これらの上流側酸化触媒２２、下流側酸化触媒２５、ディーゼルパティキュレートフィルタ２６及び還元触媒２４については、それぞれ公知のものを使用することができる。
【００１８】
また、折返部１８には、図示しない拡散板が配置されるとともに、尿素水溶液や未燃燃料等の液体還元剤を噴射供給する還元剤供給部２３が配設されている。この還元剤供給部２３は、エアアシスト式の還元剤供給装置に接続された噴射ノズルや圧送される還元剤を直接噴射する還元剤噴射弁からなり、拡散板の上流側で還元剤が供給されるようになっている。還元剤供給部２３の配置位置については特に制限されるものではないが、排気ガス中への還元剤の分散効率を考慮して配置することが好ましい。
【００１９】
また、本実施形態の排気浄化装置１０では、折返部１８を構成する蓋部１１に、折返部１８内を通過する還元剤混合排気ガスの流れを、還元触媒２４が配設された下流側排気通路２１側に向けるための誘導部１９が一体成形されている。そのため、折返部１８を通過し、下流側排気通路２１側に導かれ、還元触媒２４の入口面に流入する還元剤混合排気ガスの流量分布のばらつきが抑えられるようになっている。この誘導部１９の形状は、還元剤混合排気ガスに抵抗を与えたり、排気ガスの圧力を部分的に上昇あるいは低下させたりすることができる形状のものであれば特に制限されるものではなく、種々の形態に構成することができる。
【００２０】
以下、図２〜図５に基づいて、蓋部１１に一体成形される誘導部１９の構成例を説明する。図２（ａ）は、図１に示す排気浄化装置１０の折返部１８の周辺を表す断面図であり、図２（ｂ）は、図１に示す排気浄化装置１０の折返部１８を構成する蓋部１１を矢印Ｘ方向から見た平面図である。また、図３〜図５は、別の構成の誘導部１９Ｂ〜１９Ｅが一体成形された蓋部１１Ｂ〜１１Ｅを示す図であり、それぞれ図２（ａ）及び（ｂ）に対応する断面図及び平面図である。
【００２１】
図２（ａ）〜（ｂ）は、還元触媒２４の入口面の対向面１１ｂに、還元触媒２４側に張り出すようにして第１の段部３１ａ、第２の段部３１ｂ及び第３の段部３１ｃを設けた誘導部１９Ａの例である。この第１〜第３の段部３１ａ〜３１ｃは、図２（ａ）に示すように、排気ガスの流れの上流側から下流側に向けて、段の高さ（対向面１１ｂからの張り出しの大きさ）が次第に高くなるような階段状とされている。したがって、還元剤が混合された排気ガスは、第１〜第３の段部３１ａ〜３１ｃに衝突するごとに抵抗を受け、一部の排気ガスの流れ方向が下向きに変化させられながら折返部１８を通過するようになる。
また、図２（ｂ）に示すように、第１〜第３の段部３１ａ〜３１ｃは、それぞれ、上流側排気通路２０の出口開口を中心とした同心円状に形成されている。誘導部１９Ａを同心円状に形成することにより、あらゆる方向に向かって流れる還元剤混合排気ガスを、それぞれ一定の間隔をもって誘導部１９Ａに衝突させることができる。
なお、段部の数や高さについては適宜設定することができる。
【００２２】
また、図３（ａ）〜（ｂ）は、還元触媒２４の入口面の対向面１１ｂに、還元触媒２４側に張り出すようにして複数の凹部３３を設けた誘導部１９Ｂの例である。この複数の凹部３３は、図３（ａ）に示すように、半球状に形成されている。また、図３（ｂ）に示すように、還元触媒２４の入口面の対向面１１ｂに、同じ大きさの凹部３３が縦横４つずつ均等に整列して配置されている。
このような凹部３３を形成した誘導部１９Ｂの場合、対向面１１ｂ側を通過する還元剤混合排気ガスは凹部３３によってその流れが遮られて、下流側排気通路２１の入口面に向けられるようになる。その結果、凹部３３が形成された領域では、下流側排気通路２１の入口面に向かって還元剤混合排気ガスの流れが形成されやすくなり、凹部がない場合に比べて、下流側排気通路２１へ流れ込みやすくなっている。
このように、蓋部１１Ｂの内面に複数の凹部３３を設けることによって、凹部３３が形成された領域においては、還元剤混合排気ガスが凹部３３に衝突して下流側排気通路２１に向けて流れるようになるために、下流側排気通路２１に配設された還元触媒２４の入口面全面に対して均一に流入させやすくなっている。
【００２３】
複数の凹部からなる誘導部として構成する場合において、凹部の数や大きさ、配置位置、平面形状あるいは立体形状、さらに、凹部が一体成形される蓋部の対向面の構成は適宜変更することができる。
例えば、図４（ａ）は、凹部３３の大きさを下流側（図中左側）に向かうほど小さくして、凹部３３によって絞られて形成される排気通路の通路面積が、還元剤混合排気ガスの流れの下流側になるほど大きくなるように構成した誘導部１９Ｃの例である。また、図４（ｂ）は、図４（ａ）の構成において、蓋部１１Ｄにおける下流側排気通路の入口開口に対向する対向面１１ｂを傾斜状にした誘導部１９Ｄの例である。
さらに、図５は、複数の凹部３３の配置位置を、上流側排気通路２０の出口開口を中心として同心円状に配置した誘導部１９Ｅの例である。
これらに例示されるように、蓋部と一体成形される誘導部の構成は様々な形態が考えられるが、折返部を通過する還元剤混合排気ガスの流れをＣＦＤ（流体数値計算）等を利用して分析し、折返部の形態に応じて誘導部の構成を設計することが好ましい。
【００２４】
次に、本実施形態の排気浄化装置１０における排気ガスの流れについて図１を参照しつつ説明する。
まず、排気流入部１３から流入した排気ガスは、多数の孔１６を介して拡張室１７に流入し、さらに上流側排気通路２０に流入する。上流側排気通路２０に流入した排気ガスは、上流側酸化触媒２２を通過し、排気ガス中のＮＯが酸化されて、より還元反応を生じやすいＮＯ2が生成される。その後、ディーゼルパティキュレートフィルタ２６を通過する際に排気ガス中の微粒子が捕集されて、折返部１８内に導かれる。
【００２５】
折返部１８内では、還元剤供給部２３から液体還元剤が噴射供給される。液体還元剤が混合された排気ガスは、折返部１８内を下流側排気通路２１に向けて流れるが、折返部１８内での排気ガスの流れ方向と下流側排気通路２１内での排気ガスの流れ方向は屈曲しているために、還元剤混合排気ガスは還元触媒２４の入口面の対向面１１ｂ側を流れやすくなる。この対向面１１ｂ側には、蓋部１１と一体成形された誘導部１９が備えられており、対向面１１ｂ側を流れる還元剤混合排気ガスは下流側排気通路２１に向けて流されるようになっている。そのため、還元剤混合排気ガスが、還元触媒２４の入口面に向けて均一に分散した状態で流れ込みやすくなる。
【００２６】
還元触媒２４中では、還元剤が加水分解して生成されたアンモニアとＮＯXが反応し、窒素、水等に分解される。そして、還元剤混合排気ガスが還元触媒２４の入口面全面に分散して流入するため、還元触媒２４の全面を利用してＮＯXを還元反応させることができる。還元触媒２４の下流側には下流側酸化触媒２５が配置されているために、生成されたアンモニアのうちＮＯXの還元に利用されなかった分については酸化されて、アンモニアがそのまま大気中に放出されないようにされる。
その後、ＮＯXの低減が図られた排気ガスは、排気排出部１４から導出される。
【００２７】
なお、下流側の排気通路に配置される還元触媒２４以外の、上流側酸化触媒２２、パティキュレートフィルタ２６、下流側酸化触媒２５については適宜省略することができる。この場合、上流側排気通路２０にスペースが確保されるのであれば、上流側排気通路２０に還元剤供給部２３としての噴射ノズルや還元剤噴射弁を備えることもできる。還元剤供給部２３が上流側排気通路２０に配置される場合であっても、還元剤混合排気ガスは、蓋部と一体成形された誘導部１９を備えた折返部１８を通過し下流側排気通路２１に流入するため、下流側排気通路２１に配置された還元触媒２４の入口面に対して、還元剤を均一に分散した状態で流入させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本実施形態の排気浄化装置の構成を説明するための図である。
【図２】蓋部と一体成形された段部からなる誘導部の例を説明するための図である。
【図３】蓋部と一体成形された凹部からなる誘導部の例を説明するための図である。
【図４】凹部からなる誘導部の構成例を説明するための図である。
【図５】凹部からなる誘導部の配置例を説明するための図である。
【図６】従来の排気浄化機能付き消音装置の構成を説明するための図である。
【図７】従来の排気浄化装置の構成を説明するための図である。
【符号の説明】
【００２９】
１０：排気浄化装置、１１：蓋部、１１ａ：蓋部の内面、１２：本体部、１２ａ・１２ｂ：本体部の側面、１３：排気流入部、１４：排気排出部、１５：フランジ部、１６：孔、１７：拡張室、１８：折返部、１９・１９Ａ・１９Ｂ・１９Ｃ・１９Ｄ：誘導部、２０：上流側排気通路、２０ａ：出口開口、２１：下流側酸化触媒、２２：上流側酸化触媒、２３：還元剤供給部、２４：還元触媒、２５：下流側酸化触媒、２６：パティキュレートフィルタ、３１ａ・３１ｂ・３１ｃ：段部、３３：凹部
【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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【図７】
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