JP2010031717A

JP2010031717A - 排気浄化装置

Info

Publication number: JP2010031717A
Application number: JP2008193656A
Authority: JP
Inventors: Goro Iijima; 吾郎飯島; Yoshihisa Takeda; 好央武田; Satoshi Hiranuma; 智平沼; Minehiro Murata; 峰啓村田
Original assignee: Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Current assignee: Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Priority date: 2008-07-28
Filing date: 2008-07-28
Publication date: 2010-02-12
Anticipated expiration: 2028-07-28
Also published as: JP5032409B2

Abstract

【課題】尿素水から生成される固形物の堆積を抑制すると共に良好な排気浄化効率を確保可能な排気浄化装置を提供する。
【解決手段】第１及び第２屈曲部３２ａ，３２ｂを有した連通路３２により上流側ケーシング３０と下流側ケーシング３４とを連通し、下流側ケーシング３４内にはアンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘを選択還元するアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒４０を収容する。上流側ケーシング３０から連通路３２に流入する排気中には、尿素水インジェクタ４４から尿素水を噴射する。第１屈曲部３２ａによって流動方向が変更される前の排気の一部が、第１屈曲部３２ａにおける連通路３２の内側壁面に達する前に衝突する位置に、衝突した排気の流動方向を第１屈曲部３２ａの下流側に向けて変更する衝突板５０を設けることにより、排気中に含まれる尿素水と連通路３２の内側壁面との衝突を抑制する。
【選択図】図１

Description

本発明は排気浄化装置に関し、特にアンモニアを還元剤としてアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒に供給するために、排気中に尿素水を供給する尿素水供給手段を備えた排気浄化装置に関する。

ディーゼルエンジン等のエンジンから排出される排気中には、大気汚染物質であるパティキュレートやＮＯｘ（窒素酸化物）などが含まれている。
そこでパティキュレートについては、エンジンの排気通路にパティキュレートフィルタを設け、排気中に含まれるパティキュレートをパティキュレートフィルタで捕集し、大気中にパティキュレートが放出されないようにする技術が従来より知られている。

またＮＯｘについては、エンジンの排気通路にアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒を配設し、還元剤としてアンモニアをアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒に供給することにより、ＮＯｘを選択還元して排気を浄化するようにした排気浄化装置が知られている。ここで用いられるアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒では、上流側の排気中に尿素水が供給され、この尿素水が排気の熱により加水分解して生じたアンモニアが供給される。そして、供給されたアンモニアと排気中のＮＯｘとの間の脱硝反応がアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒によって促進されることによりＮＯｘの還元が行われ、排気が浄化される。

このように、排気浄化装置に所望の排気浄化機能を発揮させるために、複数の排気浄化手段を採用するのが一般的であり、排気浄化手段を収容するためのケーシングは、採用する排気浄化手段に応じて複数に分割される場合がある。そして、例えば上述のようにパティキュレートの捕集及びＮＯｘの還元を効率的に行うため、パティキュレートフィルタ及びアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒を組み合わせ、排気浄化装置として用いるようにしたものが特許文献１などによって提案されている。

特許文献１の排気浄化装置は、上流側ケーシングと、上流側ケーシングの下流側に配設されて連通路で上流側ケーシングと連通された下流側ケーシングとで構成される。上流側ケーシング内には前段酸化触媒が収容されると共に、この前段酸化触媒の下流側にパティキュレートフィルタが収容されている。なお、前段酸化触媒は、排気中のＮＯ（一酸化窒素）を酸化させてＮＯ_２（二酸化窒素）を生成し、このＮＯ_２によってパティキュレートフィルタの連続再生を行うために使用される。

一方、下流側ケーシング内にはアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒が収容されると共に、このアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒の下流側にアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒から流出したアンモニアを無害化するための後段酸化触媒が収容されている。
そして、上流側ケーシングと下流側ケーシングとを連通する連通路には、連通路内の排気中に尿素水を噴射供給する尿素水インジェクタが設けられている。尿素水インジェクタから噴射された尿素水は、排気の熱により加水分解してアンモニアとなり、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒に還元剤として供給される。

このように、複数の排気浄化手段を収容するためにケーシングを２つに分割した場合、両ケーシングを連通するための連通路が設けられる。例えば、車両に搭載されたエンジンに用いられる排気浄化装置の場合には、車両搭載機器のレイアウトの都合上、上流側ケーシングと下流側ケーシングとは必ずしも直線的に配置されるわけではないため、連通路には両ケーシングの配置に対応して屈曲部が設けられる場合がある。
特開２００７−１６２４８７号公報

ところが、このような屈曲部を有した連通路が用いられる排気浄化装置において、連通路内を流動する排気中に尿素水が供給された場合、排気中で霧化した尿素水が屈曲部において連通路の内側壁面に衝突しやすくなる。連通路の内側壁面温度は連通路の外壁部分が外気に触れているため、内部を流動する排気の温度に比べて低くなっている。このため、排気中で霧化した尿素水が連通路の内側壁面に衝突すると、壁面上で液化した後、水分の蒸発によって固形の尿素などの固形物が生成され、連通路の内側壁面に堆積してしまうという問題がある。このような固形物が連通路に堆積すると、連通路における排気の流動抵抗が増大してエンジンの運転効率が低下するばかりでなく、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒に供給されるアンモニアの量が不足して、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒による排気浄化効率が低下するという問題が生じる。

このような問題を回避するためには、尿素水の供給を許可する排気温度の下限値を上昇させ、比較的高い排気温度でのみ尿素水を供給することにより、連通路の内側壁面に霧化した尿素水が衝突しても液化しにくくすると共に、堆積した固形物が再びガス化して消滅しやすくする必要がある。しかしながら、このように尿素水の供給を許可する排気温度の下限値を上昇させると、尿素水を供給可能なエンジンの運転領域が狭まるため、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒に十分なアンモニアを供給することができなくなり、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒の排気浄化効率が低下してしまうという問題がある。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、尿素水から生成される固形物の堆積を抑制すると共に良好な排気浄化効率を確保可能な排気浄化装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の排気浄化装置は、エンジンの排気通路に介装され、上記エンジンの排気を浄化する排気浄化手段を収容した第１ケーシングと、上記第１ケーシングの下流側の上記排気通路に介装された第２ケーシングと、屈曲部を有して上記第１ケーシングと上記第２ケーシングとを連通し、上記第１ケーシングから排出された排気を上記第２ケーシングに案内する連通路と、上記第２ケーシング内に収容され、アンモニアを還元剤として上記排気中のＮＯｘを選択還元するアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒と、上記連通路を介し上記第１ケーシングから上記第２ケーシングへと流動する排気中に尿素水を供給する尿素水供給手段と、上記屈曲部によって流動方向が変更される前の上記排気の少なくとも一部が、上記屈曲部における上記連通路の内側壁面に達する前に衝突する位置に設けられて、衝突した排気の流動方向を上記屈曲部の下流側に向けて変更する衝突板とを備えることを特徴とする（請求項１）。

このように構成された排気浄化装置によれば、第１ケーシング内を通過した排気は、連通路を通って第２ケーシング内に流入する。このとき、尿素水供給手段が連通路を通って第１ケーシングから第２ケーシングへと流動する排気中に尿素水を供給する。排気中に供給された尿素水は排気の熱によって加水分解し、アンモニアが生成される。こうして生成されたアンモニアは、下流側ケーシング内のアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒に流入し、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒では、排気中のアンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘが選択還元されることにより排気が浄化される。

尿素水供給手段から供給されて霧化した尿素水を含む排気の少なくとも一部は、屈曲部における連通路の内側壁面に達する前に屈曲部に設けられた衝突板に衝突し、衝突板によって屈曲部の下流側に向けて流動方向が変更される。このとき連通路の内側壁面は、外壁面と外気との接触などの理由により排気温度に比べて温度が低下しているが、屈曲部を通過する排気の少なくとも一部は、このような衝突板との衝突により、温度の低い屈曲部の内側壁面に接することなく第２ケーシングへ向けて流動する。従って、屈曲部を通過する際に、排気中に含まれる尿素水の連通路内側壁面への衝突に伴う尿素などの固形物の析出が抑制される。また、衝突板は連通路内を流動する排気に晒されているので、衝突板の温度は排気温度にほぼ等しくなり、排気中の尿素水が衝突板に衝突しても排気中の尿素水に大きな温度低下を生じることはない。この結果、尿素水を含む排気が屈曲部を通過する際に、屈曲部内における尿素などの固形物の堆積を確実に抑制することができる。

また、上記排気浄化装置において、上記衝突板は、一方の面側と他方の面側との間で排気の流通を可能とする複数の連通孔を備えていてもよい（請求項２）。
排気浄化装置をこのように構成した場合には、衝突板によって排気の流動方向が変更される際に、排気の一部が衝突板に設けられた複数の連通孔を介して衝突板の一方の面側と他方の面側との間で流動する。従って、このような衝突板では、排気が衝突する面とは反対側となる面に接する排気の量が、連通孔を有さない衝突板に比して増大するので、衝突板の両面が排気によって効果的に排気に晒されることになる。従って、エンジン始動の際などにおいて、衝突板の温度を速やかに排気温度近くまで昇温することができると共に、その後も排気温度にほぼ等しい温度に良好に維持することができる。

更に上記排気浄化装置において、上記連通孔は、上記排気の流動方向において上記衝突板の所定の上流端側領域と所定の下流端側領域とにのみ設けられてもよい（請求項３）。
排気浄化装置をこのように構成した場合にも、衝突板によって排気の流動方向が変更される際に、その一部は衝突板の所定の上流端側領域に設けられた連通孔を介し、衝突板の排気が衝突する面側とは反対の面側に流入する。また、衝突板の排気が衝突する面側とは反対の面側に流入した排気の少なくとも一部は、衝突板の所定の下流端側領域に設けられた連通孔を介し、衝突板の排気が衝突する面側に流入する。このような連通孔を介した排気の流動により、衝突板の両面が効果的に排気に晒される。従って、エンジン始動の際などにおいて、衝突板の温度を速やかに排気温度近くまで昇温することができると共に、その後も排気温度にほぼ等しい温度に良好に維持することができる。更に、衝突板の中間部分には連通孔が設けられていないので、衝突板によって排気の流動方向を屈曲部の下流側に向けて効果的に変更することができる。

或いは、上記排気浄化装置において、上記衝突板は、一方の面側と他方の面側との間で排気の流通を可能とする網目状のメッシュ部材を備えていてもよい（請求項４）。
排気浄化装置をこのように構成した場合には、衝突板によって排気の流動方向が変更される際に、その一部が衝突板を構成する網目状のメッシュ部材を介して衝突板の一方の面側と他方の面側との間で流動する。従って、この場合にも衝突板の両面が効果的に排気に晒され、エンジン始動の際などにおいて、衝突板の温度を速やかに排気温度近くまで昇温することができると共に、その後も排気温度にほぼ等しい温度に良好に維持することができる。

また、上記排気浄化装置において、上記連通路が複数の屈曲部を有する場合、上記衝突板は、上記連通路の屈曲部のうち最も上流側の屈曲部に設けられてもよい（請求項５）。
屈曲部に衝突板が設けられない場合、前述したように、排気中で霧化した尿素水は屈曲部において連通路の内側壁面に衝突して熱を奪われることにより固形物となるため、特に最初に衝突した部分に固形物が生成されやすい。そこで、連通路が複数の屈曲部を有する場合に、最も上流側の屈曲部に衝突板を設けることにより、排気中に含まれる尿素水の連通路への衝突に伴う尿素水からの固形物の生成及び堆積が良好に抑制される。

また、上記排気浄化装置において、上記第１ケーシングは筒状をなし、上記第２ケーシングは筒状をなすと共に、上記第１ケーシングの中心軸線に対して側方に配置され、上記連通路は、一端が上記第１ケーシングの側壁に接続され、他端が上記第２ケーシングの側壁に接続されていてもよく、上記尿素水供給手段は、上記第１ケーシングに接続された上記連通路内に向けて尿素水を噴射するようにしてもよい（請求項６）。

このように構成された排気浄化装置の場合、一端が第１ケーシングの側壁に接続された連通路は、屈曲部によって屈曲することにより、第１ケーシングの中心軸線に対して側方に配置された第２ケーシングの側壁に他端が接続される。

本発明の排気浄化装置によれば、霧化した尿素水を含んで屈曲部を通過する排気の少なくとも一部が衝突板と衝突することにより、排気温度より低い温度の屈曲部の内側壁面に接することなく第２ケーシングへ向けて流動するので、屈曲部を通過する際に排気中に含まれる尿素水の連通路内側壁面に対する衝突が抑制される。また衝突板の温度は、衝突板が排気に晒されることにより排気温度とほぼ等しくなっているので、排気中の尿素水が衝突板に衝突しても大きな温度低下を生じることはない。この結果、尿素水を含む排気が屈曲部を通過する際に、屈曲部内における尿素などの固形物の堆積を確実に抑制することができる。

従って、尿素水から生成される固形物の堆積防止のために尿素水の供給を許可する排気温度の下限値を上昇させる必要がなくなり、尿素水の供給が可能なエンジンの運転領域を狭めずにすむ。また、尿素水からの尿素などの固形物の生成に伴うアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒へのアンモニアの供給量不足を防止することができる。この結果、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒に必要とされるアンモニア供給量を確保することが可能となり、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒の排気浄化効率を良好に維持することができる。

また、請求項２の排気浄化装置のように衝突板に複数の連通孔を設けた場合には、このような衝突板において、排気が衝突する面とは反対側となるの面に接する排気の量が、連通孔などを介した排気の流動を行わない衝突板に比して増大するので、衝突板が効果的に排気に晒される。従って、エンジン始動の際などにおいて、衝突板の温度を速やかに排気温度近くまで昇温することができると共に、その後も排気温度にほぼ等しい温度に良好に維持することができる。

また、請求項３の排気浄化装置のように衝突板の所定の上流端側領域と所定の下流端側領域とにのみ連通孔を設けるようにした場合にも、連通孔を流動する排気によって衝突板を効果的に排気に晒すことができるので、エンジン始動の際などに衝突板の温度を速やかに排気温度近くまで昇温することができると共に、その後も排気温度にほぼ等しい温度に良好に維持することができる。更に、衝突板の中間部分には連通孔が設けられていないので、衝突板によって排気の流動方向を屈曲部の下流側に向けて効果的に変更することができる。

また、請求項４の排気浄化装置のように衝突板を網目状のメッシュ部材で構成する場合にも、このような衝突板において、排気が衝突する面とは反対側となる面に接する排気の量が、メッシュ部材などを介した排気の流動を行わない衝突板に比して増大するので、衝突板が効果的に排気に晒される。従って、エンジン始動の際などにおいて、衝突板の温度を速やかに排気温度近くまで昇温することができると共に、その後も排気温度にほぼ等しい温度に良好に維持することができる。

また、請求項５の排気浄化装置によれば、連通路が複数の屈曲部を有する場合に、排気中で霧化した尿素水から固形物が生成されやすい、最も上流側の屈曲部に衝突板を設けるようにしたので、排気中に含まれる尿素水の連通路内側壁面への衝突に伴う尿素水からの固形物の生成及び堆積を良好に抑制することができる。
また、請求項６の排気浄化装置によれば、第２ケーシングが第１ケーシングの中心軸線に対して側方に配置されると共に、連通路の一端が第１ケーシングの側壁に接続され、他端が第２ケーシングの側壁に接続されているので、連通路は比較的屈曲の度合いが大きい屈曲部を有することになる。屈曲の度合いが大きいほど、連通路内側壁面への尿素水の衝突による固形物の生成の可能性が増大するため、このような連通路を有した排気浄化装置に対して本発明は特に有効である。

以下、図面に基づき本発明の一実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る排気浄化装置が適用された４気筒のディーゼルエンジン（以下、エンジンという）の全体構成図を示しており、図１に基づき本発明に係る排気浄化装置の構成を説明する。
エンジン１は、車両駆動用の動力源として車両（図示せず）に搭載されている。エンジン１は、各気筒共通の高圧蓄圧室（以下コモンレールという）２を備えている。エンジン１では、図示しない燃料噴射ポンプから供給されてコモンレール２に蓄えられた高圧の燃料が、各気筒に設けられた燃料噴射弁４に供給され、各燃料噴射弁４からそれぞれの気筒内に燃料が噴射される。

吸気通路６にはターボチャージャ８が装備されており、図示しないエアクリーナから吸入された吸気は、吸気通路６からターボチャージャ８のコンプレッサ８ａへと流入し、コンプレッサ８ａで過給された吸気はインタークーラ１０及び吸気制御弁１２を介して吸気マニホールド１４に導入される。また、吸気通路６のコンプレッサ８ａより上流側には、エンジン１への吸入空気流量を検出するための吸気量センサ１６が設けられている。

一方、エンジン１の各気筒から排気が排出される排気ポート（図示せず）は、排気マニホールド１８を介して排気管２０に接続されている。なお、排気マニホールド１８と吸気マニホールド１４との間には、ＥＧＲ弁２２を介して排気マニホールド１８と吸気マニホールド１４とを連通するＥＧＲ通路２４が設けられている。
排気管２０は、ターボチャージャ８のタービン８ｂ及び排気絞り弁２６を経由して排気後処理装置２８に接続されている。また、タービン８ｂの回転軸はコンプレッサ８ａの回転軸と機械的に連結されており、タービン８ｂが排気管２０内を流動する排気を受けてコンプレッサ８ａを駆動するようになっている。

排気後処理装置２８は、筒状をなす上流側ケーシング（第１ケーシング）３０と、上流側ケーシング３０の下流側に連通路３２で連通されて筒状をなす下流側ケーシング（第２ケーシング）３４とで構成される。上流側ケーシング３０内には、前段酸化触媒３６が収容されると共に、この前段酸化触媒３６の下流側にはパティキュレートフィルタ（以下フィルタという）３８が収容されている。これら前段酸化触媒３６及びフィルタ３８は、本発明の排気浄化手段に相当する。

フィルタ３８は、排気中のパティキュレートを捕集してエンジン１の排気を浄化するために設けられる。フィルタ３８はハニカム型のセラミック体からなり、上流側と下流側とを連通する通路が多数並設されると共に、通路の上流側開口と下流側開口とが交互に閉鎖されており、エンジン１の排気が内部を流通することによって排気中のパティキュレートを捕集する。

前段酸化触媒３６は排気中のＮＯ（一酸化窒素）を酸化させてＮＯ_２（二酸化窒素）を生成するので、このように前段酸化触媒３６とフィルタ３８とを配置することにより、フィルタ３８に捕集され堆積しているパティキュレートは、前段酸化触媒３６から供給されたＮＯ_２と反応して酸化し、これによってフィルタ３８の連続再生が行われるようになっている。

一方、下流側ケーシング３４内には、排気中のアンモニアを還元剤として、排気中のＮＯｘ（窒素酸化物）を選択還元して排気を浄化するアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒（以下ＳＣＲ触媒という）４０が収容されると共に、このＳＣＲ触媒４０の下流側にはＳＣＲ触媒４０から流出したアンモニアを排気中から除去するための後段酸化触媒４２が収容されている。この後段酸化触媒４２は、フィルタ３８の強制再生でパティキュレートが焼却される際に発生するＣＯ（一酸化炭素）を酸化し、ＣＯ_２（二酸化炭素）として大気中に排出する機能も有している。

なお、上流側ケーシング３０のフィルタ３８下流側には、フィルタ３８から流出して連通路３２へと流入する排気中に尿素水を噴射供給する尿素水インジェクタ（尿素水供給手段）４４が設けられており、図示しない尿素水タンクから尿素水インジェクタ４４に対して尿素水が供給されるようになっている。また、尿素水インジェクタ４４の近傍には、フィルタ３８から流出して連通路３２に流入する排気の温度を検出する排気温度センサ４６が設けられている。

尿素水インジェクタ４４及び排気温度センサ４６は、図１に示されるように、円筒状の上流側ケーシング３０の周面から中心軸線に近づく方向に形成された段部に装着されている。このような位置に尿素水インジェクタ４４及び排気温度センサ４６を装着することにより、排気温度センサ４６の排気温度検出点を、フィルタ３８から流出する排気の中央部分に近づけて排気温度の検出精度を向上させると共に、尿素水インジェクタ４４から噴射された尿素水がフィルタ３８から流出する排気中にできるだけ均等に拡散するようにしている。

尿素水インジェクタ４４から噴射された尿素水は排気中で霧化し、排気の熱により加水分解してアンモニアとなってＳＣＲ触媒４０に供給される。ＳＣＲ触媒４０は、供給されたアンモニアと排気中のＮＯｘとの脱硝反応を促進することにより、ＮＯｘを還元して無害なＮ_２とする。なお、このときアンモニアがＮＯｘと反応せずにＳＣＲ触媒４０から流出した場合には、このアンモニアが後段酸化触媒４２によって排気中から除去されるようになっている。

図１に示される排気後処理装置２８は、上方から見たときの上流側ケーシング３０及び下流側ケーシング３４の配置に対応するものとなっており、車両への搭載の都合により、下流側ケーシング３４は、筒状をなす上流側ケーシング３０の中心軸線に対して側方に配置されている。
連通路３２の上流側端部は、フィルタ３８よりも下流側となる位置の上流側ケーシング３０の側壁に設けられた流出部３０ａを介して上流側ケーシング３０の側壁に接続されている。一方、連通路３２の下流側端部は、ＳＣＲ触媒４０よりも上流側となる位置の下流側ケーシング３４の側壁に設けられた流入部３４ａを介して下流側ケーシング３４の側壁に接続されている。そして、連通部３２には、このような接続を可能とするために、第１屈曲部３２ａ及び第１屈曲部３２ａより下流側の第２屈曲部３２ｂの２つの屈曲部を有している。

後段酸化触媒４２よりも下流側となる位置の下流側ケーシング３４の側壁には、流入部３４ａの延設方向に対して平面視で逆方向に延設された流出部３４ｂが設けられており、下流側ケーシング３４内を通過した排気を大気中に放出するためのテールパイプ４８が、流出部３４ｂを介して下流側ケーシング３４の側壁に接続されている。従って、排気管２０及びテールパイプ４８が本発明における排気通路に相当するものとなる。

尿素水インジェクタ４４は、上流側ケーシング３０の流出部３０ａに対向する位置に装着されており、図１中に一点鎖線で示すように、尿素水の噴射方向が連通路３２に向けられている。連通路３２の外側壁面が外気に晒されていることから、連通路３２の内側壁面は、内部を流動する排気の温度に比して低い温度にあり、排気中で霧化している尿素水が連通路３２の内側壁面に衝突すると、温度の低下により尿素水が再び液化して連通路３２の内側壁面に付着する可能性がある。内側壁面に付着した尿素水からは、尿素水の水分が排気の熱で蒸発することにより、尿素など（以下では総称して尿素という）の固形物が析出し、連通路３２の内側壁面に堆積する。

そこで本実施形態では、フィルタ３８から流出した後に連通路３２内に流入して下流側ケーシング３４に向けて流動する排気に対し、上述のようにして連通路３２内に向けて尿素水インジェクタ４４から尿素水を噴射することにより、噴射された尿素水が連通路３２の内側壁面に衝突するのをできるだけ回避するようにして、連通路３２の内側壁面への尿素の固形物の堆積を抑制している。

また、連通路３２は第１屈曲部３２ａ及び第２屈曲部３２ｂの２つの屈曲部を有しており、排気がこれら第１及び第２屈曲部３２ａ，３２ｂを通過する際には、排気が第１及び第２屈曲部３２ａ，３２ｂによって流動方向を変更するのに伴い、排気中で霧化した尿素水が第１及び第２屈曲部３２ａ，３２ｂの内側壁面に衝突する可能性がある。このような衝突が生じた場合、排気中で霧化している尿素水は衝突した連通路３２の内側壁面で液化し、上述したように尿素の固形物が析出して内側壁面に堆積していくことになる。特に第１屈曲部３２ａは、連通路３２の複数の屈曲部のうちで最も上流側に位置するため、排気中に含まれる尿素水の多くが最初に第１屈曲部３２ａにおいて連通路３２の内側壁面に衝突する可能性がある。従って、第１屈曲部３２ａは連通路３２の中でも尿素の堆積しやすい箇所となりうる。

このような連通路３２内における尿素の固形物の析出及び堆積が継続すると、連通路３２における排気流動抵抗が増大し、エンジン１の排圧が増大してエンジン１の運転効率が低下する上、ＳＣＲ触媒４０に供給されるアンモニアの量が必要量より減少してＳＣＲ触媒４０によるＮＯｘの選択還元が十分に行われなくなるおそれがある。そこで本実施形態では、第１屈曲部３２ａ及び第２屈曲部３２ｂの２つの屈曲部のうち、上述のように尿素の固形物が最も析出しやすい第１屈曲部３２ａにおいて、連通路３２内に詳細を後述する衝突板５０を設け、第１屈曲部３２ａにおける連通路３２の内側壁面への尿素水の衝突を抑制するようにしている。

なおエンジン１は、エンジン１の運転に必要とされる量の燃料を燃料噴射弁４から各気筒に供給するための燃料供給制御、及びＳＣＲ触媒４０に必要とされる量の尿素水を尿素水インジェクタ４４から供給するための尿素水供給制御など、エンジン１の運転性能や排気浄化性能を良好に維持するための制御全般を行うＥＣＵ５２が設けられている。これらの制御を行うため、ＥＣＵ５２の入力側には、吸気量センサ１６及び排気温度センサ４６のほか、エンジン１の回転速度を検出する回転速度センサ５４、及びアクセルペダル（図示せず）の踏込量を検出するアクセル開度センサ５６などの各種センサ類が接続されている。一方、ＥＣＵ５２の出力側には、上記の各種制御の対象として、燃料噴射弁４、吸気制御弁１２、ＥＧＲ弁２２、排気絞り弁２６及び尿素水インジェクタ４４などの各種デバイスが接続されている。

ＥＣＵ５２が行う尿素水供給制御については、既に広く知られているものであるので、ここではその詳細な説明を省略するが、ＥＣＵ５２は排気温度センサ４６の検出値に基づき、排気中に尿素水を支障なく供給可能な排気温度であると判定した場合に、各種センサの検出値などから求めたエンジン１からのＮＯｘ排出量に基づき、ＳＣＲ触媒４０に必要とされる量の尿素水を供給するよう、尿素水インジェクタ４４を制御する。

次に、連通路３２の第１屈曲部３２ａに設けられた衝突板５０について、図２及び図３に基づき詳細に説明する。なお、図２は衝突板５０が設けられた連通路３２の第１屈曲部３２ａ及びその周辺部分を示す概略断面図であり、図３は図２中のIII−III線に沿う概略断面図である。
連通路３２は、内部を排気が流動する内管３２ｃと、この内管３２ｃの外側に設けられて外壁面が外気に触れている外管３２ｄとからなる二重管で構成される。内管３２ｃと外管３２ｄとの間には空気層が形成されており、内管３２ｃ内を流動する排気の熱が外気中に逃げにくい構造となっている。図２に示されるように平板状の衝突板５０は、連通路３２内を流動する排気が第１屈曲部３２ａにおける内管３２ｃの内壁面に達する前に衝突可能な位置に設けられる。そして、図３に示されるように衝突板５０は、内管３２ｃの径方向の断面で見た場合に、内管３２ｃの円形をなす内壁面の２箇所に掛け渡されるように設けられることにより、その両面側に空間が形成されるようになっている。また、衝突板５０の上流端５０ａ及び下流端５０ｂは、それぞれ内管３２ｃの内壁面との間に間隙を有している。

尿素水インジェクタ４４から供給されて霧化した尿素水を含み、全体的な流動方向を図２中の矢印Ａの方向として第１屈曲部３２ａに流入する排気の大部分は、衝突板５０の第１の面５０ｃに衝突することにより、第１屈曲部３２ａの下流側の方向である矢印Ｂの方向に全体的な流動方向が変更されて第１屈曲部３２ａから流出するようになっている。このとき、第１屈曲部３２ａに流入する残りの排気は衝突板５０の上流端５０ａと内管３２ｃの内壁面との間隙を介して衝突板５０の第２の面５０ｄと内管３２ｃの内壁面との間の空間に流入し、衝突板５０の下流端５０ｂと内管３２ｃの内壁面との間隙を介して第１屈曲部３２ａの下流側に向け流出する。

第１屈曲部３２ａにおいて、前述したように内管３２ｃは内管３２ｃと外管３２ｄとの二重管構造によって外気と直接接触することはないものの、外管３２ｄの外壁面が外気と接しているので、内管３２ｃの内壁面は排気温度に比べて温度が低下している。しかし、上述したように、第１屈曲部３２ａに流入する排気の大部分は、衝突板５０の第１の面５０ｃに衝突することにより流動方向を変更されて第１屈曲部３２ａから流出するので、第１屈曲部３２ａを通過する際の排気中の尿素水と、排気温度より低い温度の第１屈曲部３２ａの内壁面との衝突が大きく抑制される。

また、衝突板５０は第２の面５０ｄと第１屈曲部３２ａにおける内管３２ｃの内壁面との間に空間を有しており、上述したように第１の面５０ｃ及び第２の面５０ｄがそれぞれ排気に晒されるので、衝突板５０はエンジン１の始動後速やかに排気温度近くまで昇温され、その後も排気温度にほぼ等しい温度に良好に維持される。このため、排気中に含まれる尿素水が衝突板５０に衝突しても大きな温度低下を生じることはない。

この結果、尿素水インジェクタ４４から供給されて霧化した尿素水を含む排気が第１屈曲部３２ａを通過する際に、第１屈曲部３２ａ内や衝突板５０における尿素の固形物の堆積を確実且つ良好に抑制することができる。
従って、ＥＣＵ５２が行う尿素水インジェクタ４４からの尿素水の供給制御では、尿素水から生成される固形物の第１屈曲部３２ａにおける堆積防止を目的として、尿素水の供給を許可する排気温度の下限値を上昇させる必要がなくなり、従来の尿素水供給制御に比して、尿素水の供給を可能とするエンジン１の運転領域を拡大することができる。また、尿素水からの尿素などの固形物の生成に伴うＳＣＲ触媒４０へのアンモニアの供給量不足を防止することができる。この結果、ＳＣＲ触媒４０に必要なアンモニア供給量を適切に確保することが可能となり、ＳＣＲ触媒４０の排気浄化効率を良好に維持することができる。

以上で本発明の一実施形態に係る排気浄化装置についての説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば衝突板については上記実施形態で用いた衝突板５０以外にも様々な衝突板を用いることができる。
そこで、衝突板を様々に変形した例を、図面に基づき以下に説明する。まず、上記実施形態の第１変形例について、図４乃至図６を用いて説明する。なお、上記実施形態で用いられた部材と実質的に同じ部材については、上記実施形態の対応する部材と同じ符号を用いて詳細な説明は省略するものとし、上記実施形態と相違する部分を中心に詳細に説明する。

図４は、第１変形例において衝突板１５０が設けられた連通路３２の第１屈曲部３２ａ及びその周辺部分を示す概略断面図である。また、図５は図４中のＶ−Ｖ線に沿う概略断面図であり、図６は衝突板１５０の平面図である。
第１変形例で用いられる衝突板１５０は、外形形状及び第１屈曲部３２ａに設けられる位置について、上記実施形態で用いた衝突板５０と同一である。上記実施形態では衝突板５０が単なる平板状の部材であったが、第１変形例では、排気が衝突する面である第１の面１５０ｃの側と、その反対側の面である第２の面１５０ｄの側との間で排気の流動を可能とする複数の連通孔１５２が衝突板１５０に設けられている点で、上記実施形態の衝突板５０と相違している。図６に示されるように連通孔１５２は、衝突板１５０の周縁部分を除くほぼ全面にわたって等間隔に設けられている。

尿素水インジェクタ４４から供給されて霧化した尿素水を含む排気は、全体的な流動方向を図４中の矢印Ａの方向として第１屈曲部３２ａに流入し、その大部分が衝突板１５０の第１の面１５０ｃに達する。第１の面１５０ｃに達した排気の一部は、上述した実施形態と同様に、衝突板１５０の第１の面１５０ｃに衝突することにより、全体的な流動方向が第１屈曲部３２ａの下流側の方向である矢印Ｂの方向に変更されて第１屈曲部３２ａから流出する。また第１の面１５０ｃに達した排気の残部は、連通孔１５２を介して第２の面１５０ｄ側に流動し、衝突板１５０の上流端１５０ａと内管３２ｃの内壁面との間隙を介して衝突板１５０の第２の面１５０ｄと内管３２ｃの内壁面との間の空間に流入した排気と合流する。更に、衝突板１５０の第２の面１５０ｄと内管３２ｃの内壁面との間の空間を流動する排気の一部は、連通孔１５２を介して衝突板１５０の第１の面１５０ｃ側へと流動する。

従って、衝突板１５０では第２の面１５０ｄに接する排気の量が、連通孔１５２を有さない場合に比して増大するので、衝突板１５０をエンジン１の始動後速やかに排気温度近くまで昇温することができると共に、その後も排気温度にほぼ等しい温度に良好に良好に維持することができる。また、衝突板１５０をこのように構成した場合においても、第１屈曲部３２ａを通過する際に排気が衝突板１５０と衝突して流動方向が変更されることにより、排気中の尿素水と排気温度より低い温度を有した第１屈曲部３２ａの内壁面との衝突が抑制される。

この結果、第１変形例においても、尿素水インジェクタ４４から供給された尿素水を含む排気が第１屈曲部３２ａを通過する際に、第１屈曲部３２ａ内や衝突板１５０における尿素の固形物の堆積を確実且つ良好に抑制することができる。
従って、ＥＣＵ５２が行う尿素水インジェクタ４４からの尿素水の供給制御では、尿素水から生成される固形物の第１屈曲部３２ａにおける堆積防止を目的として、尿素水の供給を許可する排気温度の下限値を上昇させる必要がなくなり、従来の尿素水供給制御に比して、尿素水の供給を可能とするエンジン１の運転領域を拡大することができる。また、尿素水からの尿素などの固形物の生成に伴うＳＣＲ触媒４０へのアンモニアの供給量不足を防止することができる。この結果、ＳＣＲ触媒４０に必要なアンモニア供給量を適切に確保することが可能となり、ＳＣＲ触媒４０の排気浄化効率を良好に維持することができる。

上記第１変形例では、複数の連通孔１５２を衝突板１５０のほぼ全面にわたり、等間隔で配置するようにしたが、連通孔１５２の配置はこれに限定されるものではなく、例えば間隔を不均一にしてもよい。また、連通孔１５２を円形以外の形状としてもよい。
以下では、連通孔の配置が上記第１変形例とは異なる衝突板を用いた第２変形例について、図７及び図８を用いて説明する。なお、前述の実施形態で用いた部材と実質的に同じ部材については、上記実施形態の対応する部材と同じ符号を用いて詳細な説明は省略するものとし、前述の実施形態及び上記第１変形例と相違する部分を中心に詳細に説明する。

図７は、第２変形例において衝突板２５０が設けられた連通路３２の第１屈曲部３２ａ及びその周辺部分を示す概略断面図であり、図８は衝突板２５０の平面図である。
第２変形例で用いられる衝突板２５０は、外形形状及び第１屈曲部３２ａに設けられる位置について、前述の実施形態で用いた衝突板５０及び上記第１変形例で用いた衝突板１５０と同一である。第２変形例では、複数の連通孔２５２の配置が第１変形例の衝突板１５０と相違している。即ち、図８に示されるように連通孔２５２は、衝突板２５０の上流端２５０ａ側の所定領域である上流端側領域２５０ｅ、及び衝突板２５０の下流端２５０ｂ側の所定領域である下流端側領域２５０ｆのみに設けられ、上流端側領域２５０ｅと下流端側領域２５０ｆとの間の中間領域２５０ｇには連通孔２５２が設けられていない点で第１変形例の衝突板１５０と相違する。

このような衝突板２５０が設けられた第２変形例では、上述した第１変形例と同様に第１の面２５０ｃと第２の面２５０ｄとの間で相互に連通孔２５２を介した排気の流動が生じるものの、連通孔２５２が設けられない中間領域２５０ｇでは、衝突板２５０の第１の面２５０ｃに達した排気が全て衝突板２５０に衝突することにより第１屈曲部３２ａの下流側に向けて偏向される。

このような連通孔２５２を介した第２の面２５０ｄ側への排気の流動により、衝突板２５０をエンジン１の始動後速やかに排気温度近くまで昇温することができると共に、その後も排気温度とほぼ等しい温度に良好に維持することができる。更に、衝突板２５０では連通孔２５２が設けられない中間領域２５０ｇを設けることにより、排気の流動方向を第１屈曲部３２ａの下流側の方向に向けて効果的に変更することが可能となる。

この結果、第２変形例においても、尿素水インジェクタ４４から供給された尿素水を含む排気が第１屈曲部３２ａを通過する際に、第１屈曲部３２ａ内や衝突板２５０における尿素の固形物の堆積を確実且つ良好に抑制することができる。
従って、ＥＣＵ５２が行う尿素水インジェクタ４４からの尿素水の供給制御では、尿素水から生成される固形物の第１屈曲部３２ａにおける堆積防止を目的として、尿素水の供給を許可する排気温度の下限値を上昇させる必要がなくなり、従来の尿素水供給制御に比して、尿素水の供給を可能とするエンジン１の運転領域を拡大することができる。また、尿素水からの尿素などの固形物の生成に伴うＳＣＲ触媒４０へのアンモニアの供給量不足を防止することができる。この結果、ＳＣＲ触媒４０に必要なアンモニア供給量を適切に確保することが可能となり、ＳＣＲ触媒４０の排気浄化効率を良好に維持することができる。

なお、第１変形例では衝突板１５０のほぼ全面に連通孔１５２を設ける一方で、第２変形例では上流端側領域２５０ｅ及び下流端側領域２５０ｆのみに連通孔２５２を設けるようにしたが、連通孔の数や位置により衝突板によって偏向される排気の量や、排気が衝突する面（第１の面）とは反対側となる面（第２の面）側に流動する排気の量を調整することが可能である。従って、予め実験などにより連通路３２内における排気の流動特性や尿素水からの固形物の生成状況などを把握し、連通孔の数や位置を適正に設定することもできる。

上記第１及び第２変形例では、複数の連通孔１５２を衝突板１５０に設けるようにしたが、第１の面側と第２の面側との間の排気の流動は、連通孔以外の手段によって行うようにしてもよく、その一例を第３変形例として以下に説明する。なお、前述の実施形態で用いた部材と実質的に同じ部材については、上記実施形態の対応する部材と同じ符号を用いて詳細な説明は省略するものとし、前述の実施形態、並びに上記第１及び第２変形例と相違する部分を中心に詳細に説明する。

図９は、第３変形例に用いられる衝突板３５０の平面図である。この衝突板３５０は、外形形状及び第１屈曲部３２ａに設けられる位置について、前述の実施形態で用いた衝突板５０、上記第１変形例で用いた衝突板１５０、及び第２変形例で用いた衝突板２５０と同一である。衝突板３５０は、第１及び第２変形例で設けられた複数の連通孔に代えて、図９に示されるように網目状のメッシュ部（メッシュ部材）３５２が設けられる。

このように衝突板３５０を構成した場合においても、衝突板３５０によって排気の流動方向が変更される際に、その一部が衝突板３５０を構成する網目状のメッシュ部３５２を介して衝突板３５０の一方の面側と他方の面側との間で流動する。従って、衝突板３５０の両面が効果的に排気に晒され、衝突板３５０をエンジン１の始動後速やかに排気温度近くまで昇温することができると共に、その後も排気温度とほぼ等しい温度に良好に維持することができる。また、第１屈曲部３２ａを通過する際に排気が衝突板３５０と衝突して流動方向が変更されることにより、排気中の尿素水と排気温度より低い温度を有する第１屈曲部３２ａの内壁面との衝突が抑制される。

この結果、第３変形例においても、尿素水インジェクタ４４から供給された尿素水を含む排気が第１屈曲部３２ａを通過する際に、第１屈曲部３２ａ内や衝突板３５０における尿素の固形物の堆積を確実且つ良好に抑制することができる。
従って、ＥＣＵ５２が行う尿素水インジェクタ４４からの尿素水の供給制御では、尿素水から生成される固形物の第１屈曲部３２ａにおける堆積防止を目的として、尿素水の供給を許可する排気温度の下限値を上昇させる必要がなくなり、従来の尿素水供給制御に比して、尿素水の供給を可能とするエンジン１の運転領域を拡大することができる。また、尿素水からの尿素などの固形物の生成に伴うＳＣＲ触媒４０へのアンモニアの供給量不足を防止することができる。この結果、ＳＣＲ触媒４０に必要なアンモニア供給量を適切に確保することが可能となり、ＳＣＲ触媒４０の排気浄化効率を良好に維持することができる。

なお、第３変形例では、衝突板３５０のほぼ全面にわたって網目状のメッシュ部３５２を設けるようにしたが、メッシュ部を設ける領域については必要に応じて任意に変更可能である。例えば、前述した第２変形例のように、衝突板３５０の上流端側及び下流端側のそれぞれの所定領域にのみメッシュ部を設けるようにしてもよい。また、第１及び第２変形例のような連通孔と第３変形例のようなメッシュ部とを組み合わせて用いるようにしてもよい。

衝突板の変形例についての説明は以上の通りであるが、本発明は前述した実施形態、或いは上記第１乃至第３変形例に限定されるものではなく、更に種々変更可能である。
例えば、前述した実施形態及び第１乃至第３変形例では連通路３２を二重管構造としたが、単一管構造の連通路を採用した場合においても、本発明を適用して同様の効果を得ることが可能である。

また、前述した実施形態及び第１乃至第３変形例では、第１屈曲部３２ａ及び第２屈曲部３２ｂのうち、最も上流側の第１屈曲部３２ａにのみ衝突板を設けるようにしたが、第２屈曲部３２ｂにも同様の衝突板を設けてもよい。更に、３つ以上の屈曲部を有した連通路を用いる場合にも、本発明を適用することが可能である。この場合にも、最も上流側の屈曲部にのみ同様の衝突板を設けてもよいし、上流側から所定個数の屈曲部、或いは全ての屈曲部に同様の衝突板を設けるようにしてもよい。

また、上記実施形態では、上流側ケーシング３０の中心軸線に対して側方に下流側ケーシング３４を配置するようにした排気後処理装置２８に本発明を適用したが、これらケーシングの配置はこれに限定されるものではない。例えば、上流側ケーシングの中心軸線の方向に下流側ケーシングを配置し、屈曲部を有した連通路で両ケーシングを連通するようにした排気後処理装置であっても、本発明を適用して同様の効果を得ることができる。

更に、上記実施形態では、上流側ケーシング３０内に前段酸化触媒３６及びフィルタ３８を収容すると共に、下流側ケーシング３４内にＳＣＲ触媒４０及び後段酸化触媒４２を収容するようにしたが、それぞれのケーシング内に収容される排気浄化のための部材は、これに限定されるものではなく、下流側ケーシング内にＳＣＲ触媒を収容すると共に、上流側ケーシングから屈曲部を有した連通路を介し下流側ケーシングに向けて流動している排気中に尿素水を供給するようにした排気後処理装置であれば、同様の効果を得ることができる。

また、上記実施形態では、エンジン１を４気筒のディーゼルエンジンとしたが、エンジン１の気筒数及び形式についてはこれに限定されるものではなく、尿素水を供給してＳＣＲ触媒で排気中のＮＯｘの選択還元を行うようにしたエンジンであれば同様に本発明を適用可能である。

本発明の一実施形態に係る排気浄化装置が適用されたエンジンシステムの全体構成図である。図１の排気浄化装置における連通路の要部を示す概略断面図である図２中のIII−III線に沿う概略断面図である。第１変形例について、連通路の要部を示す概略断面図である。図４中のＶ−Ｖ線に沿う概略断面図である。図４の第１変形例に用いられる衝突板の平面図である。第２変形例について、連通路の要部を示す概略断面図である。図７の第２変形例に用いられる衝突板の平面図である。第３変形例に用いられる衝突板の平面図である。

符号の説明

１エンジン
２０排気管（排気通路）
３０上流側ケーシング（第１ケーシング）
３２連通路
３２ａ第１屈曲部
３２ｂ第２屈曲部
３４下流側ケーシング（第２ケーシング）
３６前段酸化触媒（排気浄化手段）
３８パティキュレートフィルタ（排気浄化手段）
４０ＳＣＲ触媒（アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒）
４４尿素水インジェクタ（尿素水供給手段）
４８テールパイプ（排気通路）
５０，１５０，２５０，３５０衝突板
１５２，２５２連通孔
２５０ｅ上流端側領域
２５０ｆ下流端側領域
３５２メッシュ部（メッシュ部材）

Claims

エンジンの排気通路に介装され、上記エンジンの排気を浄化する排気浄化手段を収容した第１ケーシングと、
上記第１ケーシングの下流側の上記排気通路に介装された第２ケーシングと、
屈曲部を有して上記第１ケーシングと上記第２ケーシングとを連通し、上記第１ケーシングから排出された排気を上記第２ケーシングに案内する連通路と、
上記第２ケーシング内に収容され、アンモニアを還元剤として上記排気中のＮＯｘを選択還元するアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒と、
上記連通路を介し上記第１ケーシングから上記第２ケーシングへと流動する排気中に尿素水を供給する尿素水供給手段と、
上記屈曲部によって流動方向が変更される前の上記排気の少なくとも一部が、上記屈曲部における上記連通路の内側壁面に達する前に衝突する位置に設けられて、衝突した排気の流動方向を上記屈曲部の下流側に向けて変更する衝突板と
を備えることを特徴とする排気浄化装置。
上記衝突板は、一方の面側と他方の面側との間で排気の流通を可能とする複数の連通孔を備えることを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
上記連通孔は、上記排気の流動方向において上記衝突板の所定の上流端側領域と所定の下流端側領域とにのみ設けられていることを特徴とする請求項２に記載の排気浄化装置。
上記衝突板は、一方の面側と他方の面側との間で排気の流通を可能とする網目状のメッシュ部材を備えることを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
上記連通路は複数の屈曲部を有し、
上記衝突板は、上記連通路の屈曲部のうち最も上流側の屈曲部に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
上記第１ケーシングは筒状をなし、
上記第２ケーシングは筒状をなすと共に、上記第１ケーシングの中心軸線に対して側方に配置され、
上記連通路は、一端が上記第１ケーシングの側壁に接続され、他端が上記第２ケーシングの側壁に接続されており、
上記尿素水供給手段は、上記第１ケーシングに接続された上記連通路内に向けて尿素水を噴射することを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。