JP5020185B2 - 排気浄化装置 - Google Patents

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、上記屈曲部に設けられ、上記連通路の内部から外部への放熱を抑制する放熱抑制部材とを備え、上記連通路は、内部を上記エンジンの排気が流動する内管と、上記内管との間に空間を有して上記内管の外側に設けられた外管とからなる二重管構造を有すると共に、複数の屈曲部を有し、上記放熱抑制部材は、上記複数の屈曲部のうち、最も上流側の屈曲部のみに設けられ、当該屈曲部において上記内管と上記外管との間に介装された断熱材であ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一部は、屈曲部を通過する際に、尿素水と共に連通路の内側壁面に衝突しながら流動方向を変えて屈曲部の下流側に向けて流動する。屈曲部には、連通路の内部から外部への放熱を抑制する放熱抑制部材が設けられているので、屈曲部における連通路の内側壁面の温度は、内部を流動する排気の温度からの低下が抑制されている。従って、排気が屈曲部を通過する際に、排気中に含まれる尿素水が連通路の内側壁面に衝突しても、連通路の内側壁面上における固形の尿素などの固形物の生成が抑制される。

そして、連通路が二重管構造となっていることにより連通路の内部から外部への放熱が抑制されて、内管の内壁面温度の低下が抑制されるのに加えて、屈曲部において内管と外管との間に介装された断熱材によって連通路の内部から外部への放熱が抑制される。従って、屈曲部においては内管の内壁面温度の低下がより効果的に抑制され、排気に含まれる尿素水が内管の内壁面に衝突しても、内管の内壁面上における固形の尿素などの固形物の生成がより一層抑制される。
屈曲部に放熱抑制部材が設けられない場合には、前述したように、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、連通路に設けられる複数の屈曲部のうち、最も上流側の屈曲部のみに放熱抑制部材を設けることにより、断熱材の使用量を抑えながら、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。

具体的には、上記排気浄化装置において上記断熱材は、上記内管と上記外管との間の空間のうち、上記屈曲部に流入した排気が上記屈曲部において衝突する上記内管の内壁面の領域の少なくとも一部を覆う領域に介装されてもよい（請求項２）。
排気浄化装置をこのように構成した場合、内管と外管との間に断熱材が介装されている領域における内管の内壁面温度が、連通路の二重管構造及び断熱材の介装によって良好に抑制される。ここで、このような断熱材が介装されている領域は、屈曲部に流入した排気が屈曲部において衝突する内管の内壁面の領域の少なくとも一部を覆う領域であるので、排気に含まれる尿素水が内管の内壁面に衝突しても、この領域においては内管の内壁面上における固形の尿素などの固形物の生成を確実に抑制することができる。

より具体的には、上記排気浄化装置において上記断熱材は、上記屈曲部における上記内管と上記外管との間の空間のうち、上記屈曲部が屈曲する方向に対して外側となる領域に介装されてもよい（請求項３）。
屈曲部に流入した排気及び排気中に含まれる尿素水は、その多くが屈曲部の屈曲方向に対して外側となる内管内壁面の領域に衝突する。従って、屈曲部における内管と外管との間の空間のうち、屈曲部が屈曲する方向に対して外側となる領域に断熱材を介装することにより、内管の内壁面上における固形の尿素などの固形物の生成を効果的に抑制することができる。

また、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。

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、連通路の内部から外部への放熱を抑制する放熱抑制部材を屈曲部に設けることにより、屈曲部における連通路の内側壁面の温度は、内部を流動する排気の温度からの低下が抑制されている。このため、排気が屈曲部を通過する際に、排気中に含まれる尿素水が連通路の内側壁面に衝突しても、連通路の内側壁面上における固形の尿素などの固形物の生成及び堆積を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、連通路を二重管構造とすると共に屈曲部において内管と外管との間に断熱材を介装しているので、二重管構造による連通路の内部から外部への放熱の抑制により、内管の内壁面温度の低下が抑制されるのに加え、断熱材によって連通路の内部から外部への放熱が抑制される。従って、屈曲部においては内管の内壁面温度の低下が一層効果的に抑制され、排気に含まれる尿素水が内管の内壁面に衝突しても、内管の内壁面上における固形の尿素などの固形物の生成をより良好に抑制することができる。
更に、連通路の複数の屈曲部のうち、排気中で霧化した尿素水から固形物の生成されやすい、最も上流側の屈曲部のみに放熱抑制部材を設けることで、断熱材の使用量を抑えながら、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２の排気浄化装置のように、屈曲部に流入した排気が屈曲部において衝突する内管の内壁面の領域の少なくとも一部を覆う領域に断熱材を介装した場合、断熱材が介装される領域においては、内管の内壁面上における固形の尿素などの固形物の生成を確実に抑制することができる。
更に、請求項３の排気浄化装置のように、屈曲部における内管と外管との間の空間のうち、屈曲部が屈曲する方向に対して外側となる領域に断熱材を介装した場合、排気及び排気中の尿素水が衝突しやすい領域における内管の内壁面の温度低下が良好に抑制され、内管の内壁面上における固形の尿素などの固形物の生成を効果的に抑制することができる。

また、請求項４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に基づき本実施形態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。

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ＥＣＵ５０が設けられている。これらの制御を行うため、ＥＣＵ５０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５２、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５４などの各種センサ類が接続されている。一方、ＥＣＵ５０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。

ＥＣＵ５０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、ＥＣＵ５０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。

尿素水インジェクタ４４から供給された尿素水が連通路３２の内側壁面に衝突しないようにするため、連通路３２内に向けて尿素水を噴射するのは前述したとおりであるが、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、排気が連通路３２を通過する際には、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の内部から外部への放熱を抑制して、連通路３２の内側壁面の温度低下を抑制するための構成を備えている。

以下では、連通路３２に設けられたこのような構成について、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。

第１屈曲部３２ａにおける内管３２ｃと外管３２ｄとの間の空間のうち、第１屈曲部３２ａに流入した排気が第１屈曲部３２ａにおいて衝突する内管３２ｃの内壁面の領域の大部分を覆う領域には、図２及び図３に示されるように、断熱材（放熱抑制部材）５６が介装されている。この断熱材５６は、例えば耐熱性を有したグラスウール或いはロックウールからなる。断熱材５６が設けられている部分においては、内管３２ｃと外管３２ｄとからなる二重管構造に加え、このような断熱材５６が設けられることにより、断熱材５６のない部分に比して連通路３２の内部から外部への放熱がより一層抑制され、内管３２ｃの内壁面の温度低下が良好に抑制されるようになっている。

全体的な流動方向を図２中の矢印Ａの方向に向けて第１屈曲部３２ａに流入し、第１屈曲部３２ａにおける内管３２ｃの内壁面に衝突する排気の大部分は、排気の進行方向に位置する内管３２ｃの内壁面、即ち第１屈曲部３２ａが屈曲する方向に対して外側となる内管３２ｃの内壁面に衝突する。そこで、図２に示されるように断熱材５６は、全体的な流動方向を矢印Ａの方向として第１屈曲部３２ａに流入した排気の進行方向に位置する内管３２ｃの領域の大部分を覆うように、第１屈曲部３２ａにおける内管３２ｃと外管３２ｄとの間に介装されている。

また、図３は図２中のIII−III線に沿う断面図であって、図３の紙面上において上方が屈曲方向に対して外側となるが、断熱材５６は図３に示される断面において、内管３２ｃの中心軸線より上となる部分、即ち内管３２ｃの周のうちの上半分を覆うように設けられている。
このような領域に断熱材５６を設けることにより、第１屈曲部３２ａに流入した排気が第１屈曲部３２ａにおいて衝突する内管３２ｃの内壁面の領域の大部分、即ち排気中の尿素水が衝突しやすい内管３２ｃの内壁面の領域が、内管３２ｃと外管３２ｄとの間に介装された断熱材５６によって覆われ、その温度低下が確実に抑制されることになる。

これにより、排気中に含まれる尿素水が排気と共に第１屈曲部３２ａに流入して第１屈曲部３２ａにおける内管３２ｃの内壁面に衝突しても、排気中の尿素水からの尿素などの固形物の析出及び堆積を良好且つ確実に抑制することができる。
従って、ＥＣＵ５０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。

更に、本実施形態では、上述のように第１屈曲部３２ａにおける排気中の尿素水と内管３２ｃ内壁面との衝突が発生しやすい領域にのみ断熱材５６を設けるようにしたので、断熱材５６の使用量を抑えながら、排気中の尿素水からの尿素などの固形物の析出及び堆積を効果的に抑制することができる。従って、排気浄化装置の材料コストを低く抑えることが可能となる。

なお、断熱材５６が設けられる領域は上述の領域に限定されるものではなく、第１屈曲部３２ａにおける尿素水からの固形物の析出状況や内管３２ｃの内壁面の温度分布などを予め実験などによって把握し、第１屈曲部３２ａにおいて内管３２ｃの内壁面温度低下に起因した尿素水からの固形物の析出の可能性が高いと考えられる領域に断熱材５６を設けるようにすればよい。但し、本実施形態で採用した領域に断熱材５６を設けるようにした場合には、上述したように尿素水と内管３２ｃ内壁面との衝突が発生しやすい領域に断熱材５６を設けるようにしたので、尿素などの固形物の析出及び堆積を良好且つ確実に抑制することができるという効果を顕著に得ることができる。また、排気浄化装置の材料コストは増加するものの、第１屈曲部３２ａの周方向全周に断熱材５６を設けるようにしてもよい。

以上で本発明の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、種々変更可能である。

例えば上記実施形態では、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。 本発明の一実施形態に係る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。

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）
４０ ＳＣＲ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）
５６ 断熱材（放熱抑制部材）

Claims (4)

1. 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、
   上記屈曲部に設けられ、上記連通路の内部から外部への放熱を抑制する放熱抑制部材と
   を備え、
   上記連通路は、内部を上記エンジンの排気が流動する内管と、上記内管との間に空間を有して上記内管の外側に設けられた外管とからなる二重管構造を有すると共に、複数の屈曲部を有し、
   上記放熱抑制部材は、上記複数の屈曲部のうち、最も上流側の屈曲部のみに設けられ、当該屈曲部において上記内管と上記外管との間に介装された断熱材である
   ことを特徴とする排気浄化装置。
2. 上記断熱材は、上記内管と上記外管との間の空間のうち、上記屈曲部に流入した排気が上記屈曲部において衝突する上記内管の内壁面の領域の少なくとも一部を覆う領域に介装さ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。
3. 上記断熱材は、上記屈曲部における上記内管と上記外管との間の空間のうち、上記屈曲部が屈曲する方向に対して外側となる領域に介装さ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。
4. 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。

Images