JP2013231364A - 排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の排気通路１に配設された排気浄化触媒（一例としてＳＣＲ触媒２）の上流側に、排気中に噴射された添加剤を排気と混合させるミキサー４を備える場合に、機関運転状態の変化による排気中の添加剤濃度分布の変化を抑制して、広い運転領域にわたって好適な浄化性能を得る。
【解決手段】ミキサー４を迂回してその上流側および下流側の排気通路１を連通させる迂回通路５と、この迂回通路５の断面積を、ミキサー４の上流側の排気通路（一例として上流側排気管１０）における排気の流量が多いときほど断面積が大きくなるように変更する通路面積可変手段（一例として弁板５１，５２および弁板動作機構６）と、を備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、自動車用のディーゼルエンジン等の内燃機関に装備される排気浄化装置に関し、特に排気通路に噴射した添加剤の排気との混合を促進するミキサーを備えたものに係る。

従来より、自動車等に搭載される内燃機関（以下、エンジンという場合もある）には、排気中の有害成分（例えばＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ等）を無害化するための排気浄化触媒が装備されている。特に、ディーゼルエンジンや直噴ガソリンエンジンのように希薄燃焼（リーンバーン）を行うものでは、酸素濃度の高い排気中においてＮＯｘを還元するための触媒を備えるものがある。

一例として選択還元型の触媒（Selective Catalytic Reduction：ＳＣＲ触媒）は、アンモニア（ＮＨ₃）等の還元剤とＮＯｘを選択的に反応させて、窒素と水に還元することができるので、このＳＣＲ触媒よりも上流側の排気中に尿素水（添加剤）を噴射し、発生したアンモニアを供給するというシステムが実用化されている（所謂尿素ＳＣＲであり、例えば特許文献１を参照）。なお、排気中に添加された燃料を還元剤として、ＮＯｘを選択的に還元するＳＣＲ触媒もある。

このようなＳＣＲ触媒によるＮＯｘの浄化性能を高めるためには、前記のように排気中へ噴射する添加剤をできるだけ広くかつ均一に分散させることが望ましい。そこで、前記の従来例ではＳＣＲ触媒よりも上流側の排気通路に、噴射された添加剤の排気との混合を促進するためのミキサーを配設している。

このミキサーは、放射状に延びる複数の旋回翼によって排気の流れに旋回成分を与えるものであり、その旋回翼に衝突するように添加剤を噴射して微粒化させるとともに、ミキサーの下流側に向かって螺旋状に旋回する排気の流れに乗せて分散させるようにしている。こうして微粒化させた添加剤を分散させることによって、ＳＣＲ触媒に流入する排気中の添加剤成分の濃度の均一化が図られる。

特開２０１１−１１１９２７号公報

ところが、一般的に自動車用のエンジンは、アイドルのような低負荷低回転域から高速走行時のような高負荷高回転域まで、広い運転領域にわたって使用されるものであり、この運転状態の変化に応じて排気の流量がかなり大きく変化する。このため、前記従来例のようにミキサーによって形成した排気の旋回流に乗せて添加剤を広く分散させるようにした場合、運転領域によってミキサーを流通する排気の流量が大きく変化する結果として、添加剤の分散状態も大きく変化してしまう。

つまり、排気の流量の少ない低負荷低回転域と流量の多い高負荷高回転域とでは、ＳＣＲ触媒に流入する排気中の添加剤成分（アンモニア等）の濃度分布が大きく変化してしまい、広い運転領域にわたって狙い通りの浄化性能を得ることは難しいのが実情である。

かかる点に鑑みて本発明の目的は、排気中に噴射した添加剤を排気と混合させるミキサーを備えた排気浄化装置において、機関の運転状態が変化しても、排気中の添加剤成分の濃度分布の変化を抑制し、広い運転領域にわたって好適な浄化性能を得ることにある。

前記の目的を達成するために本発明は、排気通路にミキサーを迂回する通路を設け、その断面積を調整することによって、ミキサーを流通する排気の流量の変化を緩和するようにした。

−解決手段−
具体的に本発明は、内燃機関の排気通路に配設された排気浄化触媒と、この排気浄化触媒よりも排気の流れの上流側において排気通路に噴射された添加剤の排気との混合を促進するミキサーと、を備えた排気浄化装置が対象である。そして、前記ミキサーを迂回してその上流側および下流側の排気通路を連通させる迂回通路と、この迂回通路の断面積を、前記ミキサーの上流側の排気通路における排気の流量が多いときほど断面積が大きくなるように変更する通路面積可変手段と、を備えるものである。

前記構成の排気浄化装置によれば、内燃機関の運転中に排気通路に噴射された添加剤がミキサーによって排気の流れと混合され、排気中に分散した状態で下流側の排気浄化触媒に供給される。そして、例えば機関の低負荷低回転で排気の流量が少ないときには、通路面積可変手段によって、ミキサーを迂回する通路の断面積が小さくされ、ミキサーを流通する排気の流量が確保される一方、排気の流量が多くなれば迂回通路の断面積が大きくされることによって、ミキサーを流通する排気の流量の増大が抑制される。

つまり、機関運転状態の変化によって排気の流量が大きく変化しても、ミキサーを流通する排気の流量の変化は緩和されることとなり、その下流側の排気浄化触媒に流入する排気中の添加剤成分の濃度分布の変化を抑制して、広い運転領域にわたって好適な浄化性能を安定的に得ることができる。

好ましい態様として前記通路面積可変手段は、前記迂回通路に設けた弁板と、前記ミキサーよりも上流側の排気の圧力を受けて動作し、この圧力の上昇に応じて前記迂回通路の断面積が増大するように前記弁板を変位させる弁板動作機構と、を備えることができる。こうすると、アクチュエータなどを用いることなく簡単な構造で、排気の流量の増大に応じて自動的に迂回通路の断面積を調整することができる。

また、前記迂回通路は、前記ミキサーの外周部とこれを離間して取り囲む排気通路の周壁との間に形成し、前記ミキサーの外周部を前記排気通路の周壁に支持する支持部を、周方向に互いに間隔をあけて複数、設けて、この支持部に前記弁板動作機構を配設してもよい。

このように迂回通路を排気通路の周壁とミキサーの外周部との間に形成した場合、排気通路の内周側に位置するミキサーに向けて添加剤を噴射し、この添加剤を衝突させて効率良く微粒化および分散させることができる。また、複数の支持部によってミキサーを周壁にしっかりと支持することができるとともに、その支持部に弁板動作機構を配設することで、迂回通路の断面積を確保しやすい。

前記弁板動作機構としては、前記ミキサーよりも上流側の排気の圧力を受けて下流側に向かい後退するピストン部材と、このピストン部材を上流側に向かって前進するように付勢するバネ部材と、当該ピストン部材の前進および後退動作を前記弁板に伝えて変位させる伝動部材と、を備えることが好ましい。

この弁板動作機構では、排気の流量が多くなってミキサーの上流側の圧力が上昇するのに連れて、ピストン部材が後退し、バネ部材からの付勢力との均衡によって停止することになるので、簡単な構造でありながら排気の圧力の上昇に応じて弁板の変位量を調整し、迂回通路の断面積を排気流量に応じて好適に調整することができる。

好ましくは、前記ミキサーの外周部および排気通路の周壁の少なくとも一方には、前記弁板を周方向に変位するようにガイドするガイド部を設けるとともに、前記伝動部材としては例えば薄い板バネやワイヤのように可撓性の大きなものを用いて、前記ピストン部材の前進および後退動作を前記弁板の周方向の変位に変換するように、前記伝動部材を湾曲させて配設してもよい。

また、前記ピストン部材に一対の伝動部材を取り付けて、これにより一対の弁板を接続し、当該ピストン部材の前進および後退動作に応じて前記一対の弁板が周方向に互いに反対向きに変位するように構成してもよい。

こうすれば、ピストン部材の前進および後退動作に応じて一対の弁板が、ミキサーの外周部に沿って互いに反対の向きに変位するようになるから、それぞれの弁板から伝動部材を介してピストン部材に加わる反力のうち、弁板の変位する周方向の成分は互いに打ち消し合うことになる。よって、ピストン部材には主にその前後方向の反力のみが作用するようになり、その動作を安定化させる上で有利になる。

また、前記一対の弁板を、前記ピストン部材の最後退位置において互いに少なくとも一部分が重なるように配置してもよく、こうすれば、迂回通路の断面積を最も大きくなるように調整する場合に、その断面積を十分に確保しやすい。

本発明に係る排気浄化装置によると、内燃機関の排気通路において添加剤の排気との混合を促進するミキサーを設ける場合に、このミキサーを迂回する通路を設け、その断面積を調整することによって、ミキサーを流通する排気流量の変化を緩和することができる。これにより、広い機関運転領域にわたって排気浄化触媒に流入する排気中の添加剤成分の濃度分布の変化を抑制し、好適な浄化性能を安定的に得ることができる。

本発明の実施形態に係る排気浄化装置の概略構成図である。 同排気浄化装置のミキサーによる排気の旋回流の形成を示す説明図である。 排気の流れ方向の上流側から見て、ミキサー、迂回通路、弁板等を示す正面図であり、同図(a)〜(c)はそれぞれ迂回通路の断面積が最小、中間、最大の状態を示す。 同ミキサーの支持部に配設された弁板動作機構の構造を拡大して示す正面図である。 同弁板動作機構の上方から見た断面図である。 同弁板動作機構の側方から見た断面図である。 同弁板動作機構の動作を示す図５相当図であり、同図(a)は、ピストン部材の後退によって弁板が開かれる途中の中間断面積の状態を、また、同図(b)は、ピストン部材が最後退位置にあって、弁板が全開となる最大断面積の状態をそれぞれ示す。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施形態は一例として、自動車に搭載されたディーゼルエンジン（内燃機関）に本発明を適用した場合について説明する。

図１は本発明の実施形態に係る排気浄化装置の概略構成を示し、この図１において排気通路１の途中には、酸素濃度の高い排気中においてＮＯｘを選択的に還元剤と反応させる性質を備えた選択還元型触媒（Selective Catalytic Reduction：ＳＣＲ触媒）２が配設されている。図の例ではＳＣＲ触媒２は、排気通路１の一部を構成する上流側排気管１０の下流側（排気の流れの下流側）の端部に接続された略円筒形状の触媒ケース２０と、その内部に同心状に収容された略円柱形状の触媒担体２１とからなる。なお、図示はしないが、触媒ケース２０の下流側の端部には、排気通路１の一部を構成する下流側排気管が接続されている。

図１に示すＳＣＲ触媒２において触媒ケース２０の上流側（排気の流れの上流側）の部分は、上流側排気管１０の端部から下流側に向かって徐々に通路断面積が拡大するラッパ状の拡大部２０ａとされており、排気の流れをスムーズに広げて触媒担体２１の前端面に導くことができる。また、触媒担体２１の外周面と触媒ケース２０の内周面との間には弾性体からなるマット２２が介在されて、触媒担体２１の熱膨張を吸収しながら触媒ケース２０に保持している。

一例として触媒担体２１は、排気の流通する方向に延びる多数の貫通孔（セル）が形成されたモノリシックタイプのもので、コージェライトやFe-Cr-Al系の耐熱鋼等によって形成されている。セルの壁面には触媒のコート層が形成されて、例えばゼオライト系の活性成分（触媒）が担持されている。その活性成分が還元剤の供給を受けて活性化し、排気中のＮＯｘを選択的に還元する。

このようなＳＣＲ触媒２を用いて排気中のＮＯｘを処理する手法のうち、還元剤としてアンモニア（ＮＨ₃）を使うものが所謂尿素ＳＣＲである。本実施形態ではＳＣＲ触媒２よりも上流側の排気管１０に、添加剤として尿素水を噴射する噴射ノズル３が配設されており、ここから噴出した尿素水（噴霧を破線Ｎで示す）が排気熱により加水分解してアンモニアを生成させる。アンモニアはＳＣＲ触媒２において排気中のＮＯｘと選択的に反応し、窒素および水が生成される。

なお、尿素水は、固体もしくは粉体の尿素の水溶液であり、図外の貯蔵タンクから供給管を通じて噴射ノズル３に供給される。好ましくは噴射ノズル３には、尿素水と共に圧縮空気を供給し、尿素水を霧化して噴射口３１より噴射するようにしてもよい。また、噴射ノズル３による尿素水の噴射量や噴射タイミングは、エンジンの運転状態に応じて制御するようにしてもよい。

図の例では上流側排気管１０は、図外のエンジンの排気マニホールド等から概ね下方に延びた後に、後方に向かい緩やかに湾曲して略水平に延びていて、その湾曲部分の外周側に噴射ノズル３が配設されている。すなわち、上流側排気管１０の周壁１１には、湾曲部分の外周側から分岐するノズル収容部１２が形成されており、このノズル収容部１２の外端に噴射ノズル３が取り付けられている。

前記ノズル収容部１２は、湾曲部分よりも下流側における上流側排気管１０の軸線ｍに沿うように、当該湾曲部分の外周側から略水平に前方に向かって延びていて、その外端には噴射ノズル３が、尿素水を概ね前記軸線ｍに沿って後方に噴射するよう、噴射口３１を排気の流れ方向の下流側に向けて配置されている。なお、図１中における破線矢印は、微粒化されて分散される尿素水を含む排気の流れを示し、実線矢印は、尿素水が添加される前の排気の流れを示す。

そうして尿素水を噴射する噴射ノズル３の直下流側（ＳＣＲ触媒２よりも排気流れ方向の上流側）には、尿素水の噴霧Ｎを排気中に分散させるためのミキサー４が配設されている。このミキサー４は、図２に示すように、中心軸４０から放射状に延びる複数（図の例では８個）の旋回翼４１を備えており、その間を通過する排気の流れに旋回成分を与えて、下流側に向かい螺旋状に旋回する排気流を形成する。図２には仮想線で示すが、複数の旋回翼４１の外周端はそれぞれ円筒状の外周部４２に連繋している。

また、ミキサー４の中心軸４０は、前記上流側排気管１０の軸線ｍ上に位置づけられ、複数の旋回翼４１は、噴射ノズル３からの尿素水の噴射領域に含まれるように位置している。このため、噴射ノズル３からの尿素水の噴霧Ｎは旋回翼４１に衝突してその微粒化が促進されるとともに、旋回翼４１に付着した尿素水の液膜が蒸発して、前記のようにミキサー４から下流側に向かう排気の旋回流に乗って分散されるようになる。

ところで、そのようにミキサー４によって排気の旋回流を形成し、上流側排気管１０内に噴射した尿素水を分散させるようにした場合、ミキサー４を流通する排気の流量が大きく変化すると、これにより尿素水の分散状態も大きく変化してしまう。すなわち、一般的に自動車用のエンジンは、アイドルのような低負荷低回転域から高速走行時のような高負荷高回転域まで、広い運転領域にわたって使用されるものであり、この運転状態の変化に応じて排気の流量がかなり大きく変化する。

そうすると、前記のようにミキサー４によって形成される排気の旋回流の強さや広がり度合いも大きく変化してしまう。例えば小流量で旋回流が弱いときには、尿素水を排気通路１の外周側まで分散させることが難しくなる一方、排気流量の増大によって旋回流が強くなり過ぎれば、今度は尿素水が外周側に偏ってしまう。この結果、エンジンの運転状態によって、ＳＣＲ触媒２に流入する排気中のアンモニア濃度分布が大きく変化してしまい、広い運転領域にわたって高い浄化性能を得ることができないという実情があった。

この点について本実施形態では、ミキサー４の外周部４２と上流側排気管１０の周壁１１との間に円環状の隙間を設けて、ミキサー４を迂回してその上流側および下流側の排気通路１を連通させる迂回通路５として機能させるとともに、この迂回通路５の断面積を調整することによって、ミキサー４を流通する排気の流量の変化を緩和するようにしたものである。

具体的には図３(a)〜(c)にそれぞれ示すように、本実施形態では、ミキサー４の外周部４２を上流側排気管１０の周壁１１に支持する支持部４３を、周方向に互いに等間隔をあけて複数（図の例では４個）、設けている。そして、それらの支持部４３によって区分された迂回通路５の各開口部５０（図３(a)には示さず）をそれぞれ開閉するように、各支持部４３毎に一対の弁板５１，５２を設けて、これを支持部４３から周方向の一側および他側に変位させるようにしている。

すなわち、図３(a)に示すように各支持部４３毎の一対の弁板５１，５２が、それぞれ支持部４３から最も大きく外側へ変位した状態では、隣り合う別の支持部４３の弁板５２，５１と端縁を突き合わせて、開口部５０を概ね閉じるようになり、このとき迂回通路５の断面積は最小になる。一方、図３(c)に示すように一対の弁板５１，５２が互いに前後に重なり合って、支持部４３の後側（排気の流れの下流側）に隠れるような状態では、各開口部５０が全開になって迂回通路５の断面積は最大になる。

そして、それら最小断面積および最大断面積の中間の状態として、各支持部４３毎の一対の弁板５１，５２が、ミキサー４の外周部４２および上流側排気管１０の周壁１１に沿って、互いに反対の向きに（即ち、周方向の一側および他側に）変位することにより、図３(b)に示すように迂回通路５の断面積が最小、最大の中間の大きさになる。すなわち、以下に説明するように各支持部４３毎の弁板動作機構６によって、ミキサー４よりも上流側の排気の圧力に応じて弁板５１，５２の位置が、全閉から全開まで連続的に変化するようになっている。

それぞれの支持部４３に配設された弁板動作機構６は同じものなので、以下では図４〜６を参照し、ミキサー４の上部の支持部４３に配設された弁板動作機構６について説明する。以下の説明では便宜上、排気通路１の軸線ｍを中心とする図４における半径方向の外方を上方、内方を下方と呼び、周方向の一側、例えば図３の反時計回りの側を左側と呼び、反対の周方向他側（図３の時計回りの側）を右側と呼ぶことにする。

なお、図４は、ミキサー４の上部の支持部４３に配設された弁板動作機構６の構造を拡大して示す正面図（前方から見た図）であり、図５、６はそれぞれ、上方および右側方から見た断面図である。これらの図４〜６に示すように弁板動作機構６は、ミキサー４の支持部４３内に配設されて、排気の上流側および下流側（即ち前後方向に）進退動作するピストン部材６０と、このピストン部材６０を前進するように付勢するバネ部材６１と、そのピストン部材６０の前進および後退動作を弁板５１，５２に伝えて変位させる伝動部材６２，６３と、を備えている。

図５に示すように上方から見るとミキサー４の支持部４３は、左右一対の側壁４３ａとその後端を繋ぐように一体に形成された後壁４３ｂとを有し、平面視ではコ字状をなす。左右の側壁４３ａの上端はいずれも上流側排気管１０の周壁１１に固定され、下端はミキサー４の外周部４２に固定されている。一方、支持部４３の後壁４３ｂの上下両端には、それぞれ排気管周壁１１およびミキサー外周部４２との間に隙間が形成されていて、後述するように伝動部材６２、６３の通過するスペースになる。

そして、前記支持部４３の左右一対の側壁４３ａの間に、矩形板状のピストン部材６０が配置され、その左右両側縁からそれぞれ後方に延びる折曲部６０ａの外面が、前記側壁４３ａの内面に摺接している。このピストン部材６０は、前面に上流側の排気の圧力を受けて後方に押圧される一方、後方に離間して対向する支持部４３の後壁４３ｂとの間には、バネ部材６１（図の例ではコイルバネであるが、これには限らない）が配設されている。よって、ピストン部材６０の位置は、排気の圧力による力とバネ力との均衡によって決まる。

一方、各支持部４３毎の一対の弁板５１，５２は、いずれも上縁（外周縁）および下縁（内周縁）が緩やかな円弧を描く概略矩形板状とされ、図５，６に示すように支持部４３の後壁４３ｂの後方にて互いに前後にずれて配置されている。一例として支持部４３から左側（周方向一側）に変位する一側の弁板５１が前側に、また、右側（周方向他側）に変位する他側の弁板５２が後側に配置されて、それぞれ、ミキサー４の外周部４２および上流側排気管１０の周壁１１に形成された周方向のガイド溝４２ａ，１１ａ（ガイド部）に沿って変位するようになっている。

そして、前記したピストン部材６０の前後方向への動作を弁板５１，５２の左右方向（周方向）の変位に変換して、当該弁板５１，５２を動作させるように、両者が伝動部材６２，６３によって連結されている。一例として伝動部材６２，６３は、大きな可撓性を有するとともに、力の伝達に必要な程度の曲げ剛性を有するワイヤである（薄い板バネであってもよい）。図５のように上方から見ると、左右一対の伝動部材６２，６３の前端部がそれぞれピストン部材６０の左右両側に固定され、そこから後方に延びた伝動部材６２，６３の後端部がそれぞれ内向きに湾曲して、弁板５１の前面に固定されている。

詳しくは、図５には仮想線で、また図６には実線で示す左側の伝動部材６２は、その前端部をピストン部材６０の左側上部に溶接等により固定され、ミキサー４の支持部４３の左側の側壁４３ａに沿って後方に延びた後に、支持部４３の後壁４３ｂの上端と排気管周壁１１との隙間を通過して右側に湾曲し、左側に位置する一側の弁板５１の前面の右側上部に溶接等により固定されている。

一方、図５には実線で、また図６には仮想線で示す右側の伝動部材６３は、その前端部をピストン部材６０の右側下部に溶接等により固定され、ミキサー４の支持部４３の右側の側壁４３ａに沿って後方に延びた後に、支持部４３の後壁４３ｂの下端とミキサー４の外周部４２との隙間を通過して左側に湾曲し、右側に位置する弁板５２の前面の左側下部に溶接等により固定されている。なお、図４にのみ示すが、右側の伝動部材６３が通過するよう、弁板５１の右側下部には切り欠き５１ａが形成されている。

かかる構造の弁板動作機構６においては、図５に示すように最前進位置にあるピストン部材６０の後退動作が、左右一対の伝動部材６２，６３によってそれぞれ左右の弁板５１，５２に伝達され、それらを互いに反対向きに変位させる。すなわち、図７(a)に示すようにピストン部材６０の後退に伴い左側の伝動部材６２は、その湾曲部位よりも前側の部分が短くなり、湾曲部位よりも右側の部分が長くなるので、この右側の部分が湾曲部位から右側に送り出されることになり、その右端部が固定されている左側の弁板５１を右側に変位させる。

同様に右側の伝動部材６３においても湾曲部位よりも前側の部分が短くなり、左側の部分が長くなって湾曲部位から左側に送り出されることで、その左端部が固定されている右側の弁板５２を左側に変位させる。こうして、左右一対の弁板５１，５２が左右両側から支持部４３の裏側に引き込まれてゆき、図７(b)に示すようにピストン部材６０が最後退位置に至ると、左右の弁板５１，５２は、互いに前後に重なり合って支持部４３の裏側に隠れる（後側に位置する）ようになる。

そのようにピストン部材６０の前進および後退動作に応じて左右一対の伝動部材６２，６３が弁板５１，５２を変位させる際に、それら伝動部材６２，６３を介してピストン部材６０には、前後方向のみならず左右方向への反力も作用することになるが、本実施形態では左右一対の伝動部材６２を介して作用する反対向きの反力が互いに打ち消し合うことになるので、結局、ピストン部材６０には主にその前後方向の反力のみが作用するようになり、その動作の安定化に有利になる。

したがって、本実施形態の排気浄化装置によると、まず、図示しないエンジンの運転中に排気通路１の上流側排気管１０に噴射ノズル３から尿素水（添加剤）が噴射されてミキサー４の旋回翼４１に衝突する。これにより微小な液滴になった尿素水が、旋回翼４１から下流側への排気の旋回流に乗って搬送され、広く分散されながらその蒸発が促進される。よって、ミキサー４の下流側のＳＣＲ触媒２に流入する排気中において還元剤成分であるアンモニアの濃度分布の均一化が図られる。

その際、エンジンの負荷や回転数が低くて排気の流量が比較的少ないときには、ミキサー４の上流側の排気の圧力が相対的に低くなるので、当該ミキサー４の支持部４３に配設されている弁板動作機構６のピストン部材６０は前寄りの位置にある。よって、弁板５１，５２が支持部４３から大きく左右に張り出した状態になり、迂回通路５の断面積が小さくなるので、ミキサー４を流通する排気の流量を確保することができ、前記のように旋回流によって尿素水を分散させ蒸発を促進する効果が担保される。

一方、エンジンの負荷や回転数が上昇して排気の流量が多くなれば、これに伴いミキサー４の上流側の排気の圧力が高くなるので、前記ピストン部材６０が後退する。この後退動作は伝動部材６２，６３によって弁板５１，５２に伝えられ、左右の弁板５１，５２が支持部４３の裏側に引き込まれてゆく。これにより迂回通路５の断面積が徐々に大きくなって、ミキサー４を迂回する排気の流量が多くなり、ミキサー４を流通する排気の流量の増大が緩和される。よって、排気の旋回流が強くなり過ぎることはない。

つまり、エンジンの運転状態の変化によって排気の流量が大きく変化しても、排気通路１のミキサー４を流通する排気の流量の変化を緩和して、尿素水の分散状態を常時、好適なものとすることができる。これにより、ＳＣＲ触媒２に流入する排気中のアンモニアの濃度分布の変化を抑制し、広い運転領域にわたって好適な浄化性能を安定的に得ることができる。

本実施形態では、弁板動作機構６において排気圧力の力とバネ力との均衡によりピストン部材６０を前進および後退させて、機械的に弁板５１，５２を変位させるようにしているので、簡単な構造でありながら排気流量の増大に応じて自動的に迂回通路５の断面積を調整することができる。よって、センサやアクチュエータなどを用いるものに比べて低コスト化が図られる。

また、本実施形態では、ミキサー４の外周部４２と上流側排気管１０の周壁１１との間に迂回通路５を形成しているので、排気通路１の中央付近に向けて噴射した尿素水を効率良くミキサー４（旋回翼４１）に衝突させて、その微粒化を促進することができる。しかも、ミキサー４の外周の迂回通路５を閉じれば、排気の流れが排気通路１の内周寄りに偏るので、外周側からノズル収容部１２への吹き返しが少なくなり、噴射ノズル３への悪影響を軽減できる効果もある。

さらに、本実施形態では、迂回通路５の開口部５０を開閉するための弁板５１，５２や弁板動作機構６をミキサー４の支持部４３に配設し、図３(c)や図７(b)に示すように迂回通路５の断面積を最大にするときには、弁板５１，５２が互いに重なり合った状態で支持部４３の裏側に隠れるようにしているので、迂回通路５の断面積を十分に大きくして、排気の流量が多いときでも排気圧力損失の増大を抑えることができる。

−他の実施形態−
本発明の構成は、上述した実施形態に限定されるものではなく、その他の種々の形態を包含している。例えば弁板動作機構６のピストン部材６０の動作を可撓性の伝動部材６２，６３ではなく、リンク機構やプッシュプルケーブルなどによって弁板５１，５２に伝えることも可能である。

また、通路面積可変手段を前記弁板５１，５２および機械的な弁板動作機構６によって構成する必要もなく、例えば排気の圧力や流量をセンサにより検出し、アクチュエータによって弁板を動作させる構成としてもよい。

また、迂回通路６をミキサー４の外周に形成する必要もなく、例えば排気通路１と並行して延びるバイパス排気管によってミキサー４を迂回するとともに、そのバイパス排気管を蝶弁等によって開閉する構造としてもよい。

さらに、上述の実施形態では排気浄化触媒としてＳＣＲ触媒２を用い、尿素水を添加する場合について説明したが、還元剤（添加剤）としては尿素水に限らず、アンモニア水溶液や炭化水素水溶液などが適用されていてもよい。例えばＮＳＲ触媒に添加剤として未燃燃料を供給するものにも、本発明は適用可能である。

また、上述の実施形態は、自動車に搭載されたディーゼルエンジンに本発明を適用した場合について説明したが、本発明はこれに限らず、自動車以外に搭載されるディーゼルエンジンにも適用可能である。また、ディーゼルエンジンに限らず、ガソリンエンジンに対しても本発明は適用可能である。

本発明は、排気浄化触媒よりも上流側の排気通路に噴射した添加剤の排気との混合を、ミキサーによって十分に促進することができるものであり、特に自動車に搭載されるディーゼルエンジン等に適用して優れた効果を奏する。

１ 排気通路
１０ 上流側排気管（排気浄化触媒よりも排気の流れの上流側の排気通路）
１１ 周壁
１１ａ ガイド溝（ガイド部）
２ ＳＣＲ触媒（排気浄化触媒）
４ ミキサー
４２ ミキサーの外周部
４２ａ ガイド溝（ガイド部）
４３ ミキサーの支持部
５ 迂回通路
５０ 迂回通路の開口部
５１，５２ 弁板（通路面積可変手段）
６ 弁板動作機構
６０ ピストン部材（弁板動作機構、通路面積可変手段）
６１ バネ部材（弁板動作機構、通路面積可変手段）
６２，６３ 伝動部材（弁板動作機構、通路面積可変手段）

Claims (7)

1. 内燃機関の排気通路に配設された排気浄化触媒と、この排気浄化触媒よりも排気の流れの上流側において排気通路に噴射された添加剤の排気との混合を促進するミキサーと、を備えた排気浄化装置であって、
   前記ミキサーを迂回してその上流側および下流側の排気通路を連通させる迂回通路と、
   前記迂回通路の断面積を、前記ミキサーの上流側の排気通路における排気の流量が多いときほど断面積が大きくなるように変更する通路面積可変手段と、を備えることを特徴とする排気浄化装置。
2. 請求項１に記載の排気浄化装置において、
   前記通路面積可変手段は、前記迂回通路に設けられた弁板と、前記ミキサーよりも上流側の排気の圧力を受けて動作し、この圧力の上昇に応じて前記迂回通路の断面積が増大するように前記弁板を変位させる弁板動作機構と、を備えている、排気浄化装置。
3. 請求項２に記載の排気浄化装置において、
   前記迂回通路が、前記ミキサーの外周部とこれを離間して取り囲む排気通路の周壁との間に形成され、
   前記ミキサーの外周部を前記排気通路の周壁に支持する支持部が、周方向に互いに間隔をあけて複数、設けられていて、この支持部に前記弁板動作機構が配設されている、排気浄化装置。
4. 請求項３に記載の排気浄化装置において、
   前記弁板動作機構は、
   前記ミキサーよりも上流側の排気の圧力を受けて下流側に向かい後退するピストン部材と、
   当該ピストン部材を上流側に向かって前進するように付勢するバネ部材と、
   前記ピストン部材の前進および後退動作を前記弁板に伝えて変位させる伝動部材と、を備えている、排気浄化装置。
5. 請求項４に記載の排気浄化装置において、
   前記ミキサーの外周部および排気通路の周壁の少なくとも一方に、前記弁板を周方向に変位するようにガイドするガイド部が設けられ、
   前記伝動部材は可撓性を有し、前記ピストン部材の前進および後退動作を前記弁板の周方向の変位に変換するように湾曲して配設されている、排気浄化装置。
6. 請求項５に記載の排気浄化装置において、
   前記ピストン部材には一対の伝動部材によって一対の弁板が接続され、当該ピストン部材の前進および後退動作に応じて前記一対の弁板が周方向に互いに反対向きに変位するように構成されている、排気浄化装置。
7. 請求項６に記載の排気浄化装置において、
   前記一対の弁板は、前記ピストン部材の最後退位置において互いに少なくとも一部分が重なるように配置されている、排気浄化装置。

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