JP2010090808A - 排気浄化装置および内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】還元剤等の添加部付近に二重構造の排気管を採用しても、添加した液剤を内管の周りに残留させることなく確実に気化させ、良好な排気浄化性を発揮できる排気浄化装置を提供する。
【解決手段】ＳＣＲ触媒ユニットの上流側の二重管構造の排気管１０が、尿素水を内部に導入する外側導入穴１１ａが形成された外管１１と、外側導入穴１１ａより上流側で外管１１に支持され、外側導入穴１１ａの近傍では外管１１との間に筒状の空間１２を形成する管壁１３ａを有するとともにそこに尿素水導入用の内側導入穴１３ｂが形成された内管１３と、両導入穴１１ａ、１３ｂより下流側で内管１３の下流側の端部１３ｃを支持するよう外管１１と内管１３の間に設けられ、筒状の空間１２に入った排気ガスおよび尿素水をＳＣＲ触媒ユニット側に通過させるとともに尿素水を拡散および気化させる外側拡散部材１４とを含んで構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、排気浄化装置および内燃機関の排気浄化装置、特に排気浄化用の触媒の上流側で還元剤や燃料を添加する排気浄化装置および内燃機関の排気浄化装置に関する。

従来、大気汚染物質である窒素酸化物（以下、ＮＯｘという）を排気ガス中から除去する排煙脱硝装置において、アンモニア（ＮＨ_３）を還元剤とする還元浄化の有効性が知られていたが、近時、これを応用した車両用内燃機関の排気浄化装置が提案されている。

この車両用内燃機関の排気浄化装置は、無害な尿素水（（ＮＨ_２）_２ＣＯ＋Ｈ_２Ｏ）をＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction；選択触媒還元）方式の触媒の上流側で排気ガス中に添加して高温の排気ガス中でアンモニアと炭酸ガス（ＣＯ_２）に加水分解させ、排気ガス中のＮＯｘをＳＣＲ触媒上でアンモニアと反応させることで還元浄化させるものであり、例えば排気ガス中の酸素濃度が高いディーゼル機関の排気ガスでもＮＯｘを選択的に還元し浄化することができる。

また、ディーゼル機関に代表される希薄燃焼方式の内燃機関の排気経路にＮＯｘ吸蔵・還元型のＮＯｘ触媒を設け、排気ガスの空燃比がリーンとなる通常時にはその触媒にＮＯｘを吸蔵させ、一方、排気ガス中への燃料の添加により排気ガスの空燃比を理論空燃比かそれ以上にリッチ化することで、触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元・放出させるとともに、排気中の一酸化炭素（ＣＯ）や炭化水素（ＨＣ）と酸化反応させて窒素（Ｎ_２）に浄化するようにしたものも知られている。

このように還元剤や燃料を排気ガスに添加する方式の排気浄化装置では、触媒の上流側で排気ガス中に添加した還元剤や燃料を効率よく反応させるため、例えばＳＣＲ触媒の上流側で排気ガス中に添加した還元剤としての尿素水を十分に熱分解させるために、還元剤や燃料の添加位置近傍から触媒までの排気管の保温性を良くする必要がある。

保温性向上を図る従来の排気浄化装置としては、還元剤供給用のノズルまたは排気管を保温性の二重構造としたもの（例えば、特許文献１参照）が知られている。

また、車両用でないが、煙道内に尿素水を噴射する噴射弁の噴孔部近傍に、煙道の壁面から煙道内に突出する蒸発筒を設けたもの（例えば、特許文献２参照）、あるいは、ＳＣＲ触媒の上流側で排気ガスの流れを分散・均一化するための通気孔を有するプレートを設けたもの（例えば、特許文献３参照）が、それぞれ知られている。

さらに、燃料添加方式のもので、中空の円筒形触媒を用いてその中空内に入る添加燃料の一部により発熱させて蓄熱機能を持たせるようにしたものも知られている（例えば、特許文献４参照）。
特開２００５−２２６５２８号公報 特開２００８−１４２１３号公報 特開２００５−２１４１８６号公報 特開２００７−２７０６４４号公報

しかしながら、上述のような従来の排気浄化装置および内燃機関の排気浄化装置にあっては、還元剤や燃料を排気ガス中に添加する添加位置近傍から触媒までの排気管の保温性を高めるためにその排気管を二重管構造とすることが非常に効果的ではあるものの、次のような問題があった。

還元剤や燃料の添加のために内管および外管にそれぞれ開口を形成する場合、例えば流れの悪い内管と外管の間（以下、内管の周りという）にも還元剤や燃料が入ることで、その内管の周りに排気浄化に寄与すべき還元剤や燃料が付着して固化したり不要な析出物を生じさせたりすることとなり、適量の添加量で排気浄化装置に最適な排気浄化性能を発揮させることが困難になっていた。

これに対し、還元剤が添加される部分の排気管を外管のみにしてその前後を二重管構造にすることができるが、その場合、内管の周りに還元剤が析出したり添加燃料が固化したりはしないものの、部品点数が増えてしまうばかりか、外管のみとなる一重管部分で保温性が低下してしまうという問題があった。

また、還元剤を排気ガス中に添加するためのノズルや導管部を外管および内管を貫通させて内管の中にその先端を位置させることもできるが、その場合、ノズルや導管部を外管に固定する場合には内管の周りに添加した還元剤や燃料が入り込む可能性があり、一方、ノズルや導管部を内管に固定する場合には内管の周りが外気に連通し得るから保温性が低下する可能性があった。なお、そのノズルや導管部を内管および外管に共に溶接固定するようなことがきわめて困難であったことはいうまでもない。

本発明は、上述のような従来の問題を解決するためになされたもので、還元剤等の添加部付近に二重構造の排気管を採用しても、添加した液剤を内管の周りに残留させることなく確実に気化させることができ、良好な排気浄化性を発揮することのできる排気浄化装置および内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。

本発明に係る排気浄化装置は、上記目的達成のため、（１）排気ガスが通る排気管路中に配置され前記排気ガスの特定の化学反応を促進する触媒ユニットと、前記特定の化学反応に寄与する液剤を前記触媒ユニットの上流側の排気管路中に噴射する添加弁と、を備え、前記触媒ユニットの上流側の排気管路が、二重管構造の排気管によって構成される排気浄化装置において、前記二重管構造の排気管が、前記液剤を内部に導入する外側導入穴が形成された外管と、前記外側導入穴より上流側で前記外管に支持され、前記外側導入穴の近傍では前記外管との間に筒状の空間を形成する管壁を有するとともに該管壁に前記液剤を導入する内側導入穴が形成された内管と、前記外側導入穴および前記内側導入穴より下流側で前記内管の下流側の端部を支持するよう前記外管と前記内管の間に設けられ、前記筒状の空間に入った前記排気ガスおよび前記液剤を前記触媒ユニット側に通過させるとともに前記液剤を拡散および気化させる外側拡散部材と、を含んで構成されているものである。

この構成により、二重管構造の排気管を用いることである程度の保温性が確保され、内管の周りの筒状の空間に入った排気ガスおよび液剤の一部が外側拡散部材を触媒ユニット側に通過するとき液剤が拡散および気化される。したがって、還元剤等の添加部付近に二重構造の排気管を採用しても、その内管の周りに添加物を残留させることなく確実に気化させることができ、ＮＯｘの選択還元による浄化性能に優れた排気浄化装置となる。また、内管の下流側の端部を外側拡散部材と予め一体化しておけば、外管内に組み込む際に、内管の回転方向の位置決めを外側拡散部材によって行なうことができ、排気管の組立てが容易化される。

上記（１）記載の構成を有する排気浄化装置においては、（２）前記外側拡散部材が、前記内管の下流側の端部を軸方向微小変位可能に支持しているのが好ましい。

この構成により、内管が熱により伸びても、その伸びを外側拡散部材との間で容易に吸収できることとなる。

上記（２）記載の構成を有する排気浄化装置においては、（３）前記外側拡散部材が、前記内管の下流側の端部に挿入された環状壁部を有し、該環状壁部と前記内管の下流側の端部との間には金属メッシュが介装されているのが好ましい。

この構成により、内管の熱伸びのみならず振動等も抑制できる。

上記（３）記載の構成を有する排気浄化装置においては、（４）前記環状壁部に、前記内管を通る前記排気ガスおよび前記液剤を前記触媒ユニット側に通過させるとともに前記液剤を拡散および気化させる内側拡散部材が支持されているのがよい。

この構成により、内管の内部でも、排気ガスおよび液剤が内側拡散部材を触媒ユニット側に通過するときに液剤が拡散および気化される。したがって、還元剤等の添加部付近に二重構造の排気管を採用しても、その内管の内部に添加物を残留させることなく確実に気化させることができる。

上記（４）記載の構成を有する排気浄化装置においては、（５）前記外側拡散部材および前記内側拡散部材が板金により一体に形成されているのが好ましい。

この構成により、簡素な構成で低コストとなり、組立ても容易化される。

上記（１）〜（５）記載の排気浄化装置においては、（６）前記二重管構造の排気管に結合する前記触媒ユニットのインレット部に前記外管の下流側の端部が挿入され、該外管の下流側の端部に前記外側拡散部材が固着されているのが好ましい。

この構成により、外側拡散部材の外周が外管の下流側の端部と触媒ユニットのインレット部とによって取り囲まれることになり、外側拡散部材が外管に支持されるものの、保温性が良好に保たれる。

また、本発明の内燃機関の排気浄化装置は、（７）上記のいずれか１つの排気浄化装置により内燃機関の排気ガスを浄化する内燃機関の排気浄化装置であって、前記液剤が尿素水を含み、前記触媒ユニットが排気ガス中の窒素酸化物を還元浄化する尿素添加型の選択還元触媒で構成されているものである。

この構成により、還元剤である尿素水の添加部付近に二重構造の排気管を採用しても、その内管の周りに尿素を残留・析出させることなく確実に気化させることができ、窒素酸化物の選択還元性能に優れた内燃機関の排気浄化装置となる。

本発明の内燃機関の排気浄化装置は、あるいは、（８）上記のいずれか１つの排気浄化装置により内燃機関の排気ガスを浄化する内燃機関の排気浄化装置であって、前記液剤が前記内燃機関の燃料を含み、前記触媒ユニットが、排気ガス中の窒素酸化物を吸蔵する一方、前記燃料が前記排気ガス中に添加されたときに窒素酸化物を還元放出して排気ガス中での酸化反応により浄化させる窒素酸化物吸蔵・還元型の触媒で構成されているものであってもよい。

この構成により、還元剤である尿素水の添加部付近に二重構造の排気管を採用しても、その内管の周りに尿素をその析出物を残留させることなく確実に気化させることができ、かつ、窒素酸化物の吸蔵・還元性能に優れた内燃機関の排気浄化装置となる。

本発明によれば、二重管構造の排気管を用いることである程度の保温性を確保しつつ、内管の周りの筒状の空間に入った排気ガスおよび液剤の一部が外側拡散部材を触媒ユニット側に通過するときにその液剤が拡散および気化されるようにしているので、還元剤等の添加部付近に二重構造の排気管を採用しても、添加した液剤を内管の周りに残留させることなく確実に気化させることができ、良好な排気浄化性を発揮することのできる排気浄化装置および内燃機関の排気浄化装置を提供することができる。

以下、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置の要部を示すその二重構造の排気管の断面図であり、図２は、一実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置における外側拡散部材を排気方向上流側から見た部分拡大図、図３は、一実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置における内管の内側導入口付近を添加液剤の噴射方向に見た部分拡大図、図４は一実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置の概略システム構成図である。

まず、その構成について説明する。

図１および図４に示すように、本実施形態の内燃機関の排気浄化装置は、車両用の多気筒のディーゼル機関１（内燃機関）に装備されており、ディーゼル機関１からの排気ガスが通る排気管路１ｅｐ中に配置されるＳＣＲ触媒ユニット２０を備えている。

このＳＣＲ触媒ユニット２０は、ディーゼル機関１の排気管路１ｅｐ中における後述する特定の化学反応、例えば排気ガス中のＮＯｘ成分の選択還元（窒素酸化物から酸素が奪われ窒素に浄化される反応）による排気の浄化を促進することができる公知の尿素添加型の選択還元触媒で構成されている。

本実施形態の排気浄化装置は、さらに、ＳＣＲ触媒ユニット２０に対して排気ガス中のＮＯｘ成分の還元浄化に寄与する尿素水（液剤）をＳＣＲ触媒ユニット２０の上流側の排気管路１ｅｐ中に噴射する尿素水添加弁２２と、予め貯留された尿素水を尿素水添加弁２２に供給する尿素水タンク２３と、ディーゼル機関１の運転状態を検出する複数のセンサ、例えばエンジン回転数センサ２５、スロットル開度センサ２６および冷却水温センサ２７と、ディーゼル機関１の運転状態に応じて尿素水添加弁２２を選択的に開弁させる尿素水添加制御機能を有する公知の電子制御回路（以下、ＥＣＵという）３０と、を備えている。

なお、尿素水添加弁２２により噴射される尿素水は、化学式（ＮＨ_２）_２ＣＯ＋Ｈ_２Ｏで表すことができるが、この尿素水が排気ガス中に添加されると、高温の排気ガス中でアンモニア（２ＮＨ_３）と炭酸ガス（ＣＯ_２）に加水分解され、そのアンモニアがＳＣＲ触媒ユニット２０内において排気ガス中のＮＯｘと結びつき、ＮＯｘを還元浄化させる次の（１）、（２）式のような特定の化学反応が生じることになる。
４ＮＨ_３＋４ＮＯ＋Ｏ_２ ――＞ ４Ｎ_２＋６Ｈ_２Ｏ ・・・（１）
４ＮＨ_３＋２ＮＯ_２＋Ｏ_２ ――＞ ３Ｎ_２＋６Ｈ_２Ｏ ・・・（２）
また、ここでは特に言及しないが、ＮＯｘの還元浄化をなす特定の化学反応を促進させるＳＣＲ触媒ユニット２０と共に、公知のＤＰＦ（ディーゼル・パティキュレート・フィルタ）装置や酸化触媒を併用することで、トレードオフの関係となるＰＭ低減とＮＯｘ低減との両立化が可能となる。

図１および図４に示すように、ＳＣＲ触媒ユニット２０の上流側の排気管路１ｅｐは、二重管構造の排気管１０によって構成されている。

この二重管構造の排気管１０は、尿素水を内部に導入する外側導入穴１１ａが形成された略円形断面の金属管である外管１１と、外側導入穴１１ａより上流側で外管１１に支持され、外側導入穴１１ａの近傍では外管１１との間に筒状の空間１２を形成する管壁１３ａを有するとともにその管壁１３ａに尿素水を導入する内側導入穴１３ｂが形成された略円形断面の金属管である内管１３と、外側導入穴１１ａおよび内側導入穴１３ｂより下流側で内管１３の下流側の端部１３ｃを支持するよう外管１１と内管１３の間に設けられた外側拡散部材１４と、を含んでいる。

外管１１は、内管１３を支持する上流側の端部内壁１１ｂと一体化されて最小径に絞られた一定長さの小径円筒部１１ｄと、その小径円筒部１１ｄから下流側になるほど直径が拡大するようテーパ状に形成されたテーパ部１１ｅと、テーパ部１１ｅの下流端（大径端）側に位置して内管１３との間に筒状の空間１２を形成する大径円筒部１１ｆと、この大径円筒部１１ｆから外方に突出しつつ略楕円形の外側導入穴１１ａに近づくほど断面積が大きくなる導入通路１１ｗを形成する導入管１１ｇと、を有している。

内管１３は、外管１１内に収納された略同一径の円形断面の管となっており、その軸方向の中央付近の管壁１３ａに尿素水を導入する略楕円形の内側導入穴１３ｂが形成されている。この内管１３の下流側の端部１３ｃは、外管１１の下流側の端部１１ｃよりわずかに上流側に位置するが、外管１１の下流側の端部１１ｃと共に、二重管構造の排気管１０に結合するＳＣＲ触媒ユニット２０のインレット部２１の内方に位置している。

外側拡散部材１４は、排気ガスの熱により加熱されることで高温になり、筒状の空間１２に入った排気ガスおよび尿素水をＳＣＲ触媒ユニット２０側に通過させるとき、その尿素水を拡散させるとともに迅速に気化（高温下で加水分解）させるようになっており、円周方向に離間する複数の小孔１４ｈおよび尿素水の気化を促進する複数の切起し片部１４ｐを有している。

この外側拡散部材１４は、例えば図２（ａ）に示すように、多数の小孔１４ｈと拡散のための板部分となる多数の切起し片部１４ｐとを有するものである。ただし、外側拡散部材１４は、同図（ｂ）に示すように、少なくとも円周方向に離間する多数の円形の小孔１４ｈのみを形成したものや、同図（ｃ）に示すように、多数の方形、扇形あるいは小判形の小孔１４ｈを形成したものであってもよい。また、多数の切起し片部１４ｐは、排気管の半径方向または軸線方向に対して傾斜した板面を有するものでもよい。すなわち、外側拡散部材１４の小孔１４ｈの形状や数、切起し片部１４ｐの有無や形状等は任意であるし、公知の他の拡散板と同様なものでもよい。

また、外側拡散部材１４は、小孔１４ｈおよび切起し片部１４ｐより半径方向の内方側に内管１３の下流側の端部１３ｃに挿入された環状壁部１４ａを有し、この環状壁部１４ａによって内管１３の下流側の端部１３ｃを内管１３の熱による伸縮を吸収できる程度に軸方向微小変位可能に支持している。そして、この環状壁部１４ａと内管１３の下流側の端部１３ｃとの間には、例えば環状の金属メッシュ１５が介装されている。

この金属メッシュ１５は、例えば細いステンレス線からなるチューブ状の網材を全体として環状にしたものであり、内管１３と外側拡散部材１４の環状壁部１４ａとのうちいずれか一方、例えば内管１３の下流側の端部１３ｃの内周に溶接により固着されている。また、この金属メッシュ１５は、内管１３と外側拡散部材１４の環状壁部１４ａとの間でそのチューブ形状が高扁平につぶれる程度に圧縮された状態で外側拡散部材１４の環状壁部１４ａに圧接し、内管１３と外側拡散部材１４の環状壁部１４ａを相対的な微小変位は許容するもののほぼ一体的に結合する機能を有している。

さらに、外側拡散部材１４の環状壁部１４ａには、内管１３を通る排気ガスおよび尿素水をＳＣＲ触媒ユニット２０側に通過させるときにその尿素水を拡散および気化させる略円板状の内側拡散部材１６が一体的に支持されている。

この内側拡散部材１６は、内管１３内で排気ガスの熱により加熱され、内管１３に入った排気ガスおよび尿素水をＳＣＲ触媒ユニット２０側に通過させるとき、その尿素水を拡散および気化させるようになっており、内管１３の軸線と直交する方向に離間する複数の小孔１６ｈおよび尿素水に接してその気化を促進する複数の切起し片部１６ｐを有している。

外側拡散部材１４と内側拡散部材１６とは、例えば内管１３と同様な金属からなる板金をプレス加工することによって一体に形成されている。

ところで、外管１１の下流側の端部１１ｃは、二重管構造の排気管１０に結合するＳＣＲ触媒ユニット２０のインレット部２１に挿入された状態で溶接されており、その外管１１の下流側の端部１１ｃの内周側に外側拡散部材１４の外周壁部１４ｃが溶接により固着されている。なお、これらの溶接部は、図１中において塗りつぶした黒色の楕円Ｐｓｗで示されている。
一方、外側拡散部材１４の外周壁部１４ｃは、外側拡散部材１４の環状壁部１４ａと同軸に形成され、かつ、小孔１４ｈが形成される外側拡散部材１４の環状の平板部１４ｂに対して環状壁部１４ａと同一の方向（図１中左側）に折り曲げられている。

すなわち、外側拡散部材１４は、周方向の各位置で略コの字形の断面形状を有するとともに、内周側の環状壁部１４ａの一端部（図１中左端部）に内側拡散部材１６が一体に結合されることで、図１に示すように、外側拡散部材１４の環状壁部１４ａおよび外周壁部１４ｃの図１中の左端部と内側拡散部材１６の一面とが同一平面上に位置し、かつ、外側拡散部材１４の環状壁部１４ａおよび外周壁部１４ｃに対して、外側拡散部材１４の環状の平板部１４ｂと内側拡散部材１６とは直交している。

また、外管１１に形成された外側導入穴１１ａと内管１３に形成された内側導入穴１３ｂとは、排気管１０の横断面中心点を通り排気管１０の中心軸線と一定角度θで交差する真線上にそれぞれの中心を持つ相似形または類似する略楕円形状をなしており、外側導入穴１１ａより内側導入穴１３ｂの方が大径の穴になっている。さらに、内管１３には、外側導入穴１１ａおよび内側導入穴１３ｂの中心を通る直線上に中心を持ち、内側導入穴１３ｂより更に大径に形成された追加の内側導入穴１３ｄが形成されている。

なお、図１に示すように、外管１１の上流側の端部である小径円筒部１１ｄには、内管１３の上流側の端部１３ｅに突合せるように上流側の排気管１７が挿入されており、この上流側の排気管１７は、より上流側の排気管あるいは触媒ユニットへの接続のためのフランジ部１７ｆを有している。

次に、二重管構造の排気管の組立ての手順について説明する。

内管１３と外側拡散部材１４（および内側拡散部材１６）とは外管１１内への挿入前に予め一体化され、その際に外側拡散部材１４および内側拡散部材１６の小孔１４ｈ、１６ｈおよび切起し片部１４ｐ、１６ｐの向きや配置が内管１３の内側導入穴１３ｂおよび追加の内側導入穴１３ｄに対して設計された位置に位置決めされる。

そして、このように外側拡散部材１４を組み付けた内管１３が外管１１内に挿入される際に、図３に示すように、外側拡散部材１４または内側拡散部材１６の向きを外管１１の外側導入穴１１ａまたは導入管１１ｇに対して調整することで、外側導入穴１１ａ、内側導入穴１３ｂおよび追加の内側導入穴１３ｄの中心を同一直線上に位置させるように、外管１１と内管１３の回転位置が調整される、といった手順で、二重管構造の排気管１０の組立てがなされる。外管１１と内管１３の軸方向の位置決めは、内管１３の外管１１内への挿入深さ、すなわち端部位置のずれ量を設計値に合わせることで可能である。

次に、その作用について説明する。

前述のように構成された本実施形態の内燃機関の排気浄化装置では、ディーゼル機関１の運転時にその排気ガスが排気管路１ｅｐ中を通して排気されると、その排気管路１ｅｐの途中に配置されたＳＣＲ触媒ユニット２０を通る。また、ＥＣＵ３０からの添加指令信号によりディーゼル機関１の運転状態に応じて尿素水添加弁２２が選択的に作動し、ＮＯｘを含む排気ガスに対して尿素水がＳＣＲ触媒ユニット２０の上流側で添加される。そして、その尿素水が高温の排気ガス中でアンモニアと炭酸ガスに加水分解され、排気ガス中のＮＯｘがＳＣＲ触媒ユニット２０内でアンモニアと反応する前述の特定の化学反応を生じて還元浄化される。したがって、排気ガス中の酸素濃度が高いディーゼル機関１の排気ガスであっても、ＮＯｘを選択的に還元し浄化することができる。

このような還元剤の添加による排気浄化が実行される状態において、二重管構造の排気管１０内では排気ガスの保温性が確保され、内管１３の中および内管１３の周りの筒状の空間１２に入った排気ガスおよび尿素水の一部が、内側拡散部材１６および外側拡散部材１４をＳＣＲ触媒ユニット２０側に通過するとき、排気ガスからの受熱によって高温となる内側拡散部材１６とそこからの熱伝導と排気ガスからの受熱とにより高温となる外側拡散部材１４とによって、尿素水が筒状の空間１２からの半径方向の外側へと拡散されるとともに確実に気化される。したがって、還元剤である尿素水の添加部付近に二重構造の排気管１０を採用しても、その内管１３の周りに添加された尿素水やその析出物を残留させることなく、尿素水を確実に気化させながら排気管１０より大径のＳＣＲ触媒ユニット２０側に向かって効率よく拡散させることができ、ＮＯｘの選択還元による浄化性能を高めることができる。

しかも、二重管構造の排気管１０の組立てに際しては、外管１１内への組込みに先立って内管１３の下流側の端部１３ｃを外側拡散部材１４と予め一体化しておけば、内管１３を外管１１内に組み込む際に内管１３の回転方向の位置決めを外側拡散部材１４によって行なうことができることから、組立て作業を容易にすることができる。

また、本実施形態では、外側拡散部材１４が、内管１３の下流側の端部１３ｃを軸方向微小変位可能に支持しているので、内管１３が高温になるときに熱伸びを生じても、その伸びを外側拡散部材１４との間で容易に吸収できる。

さらに、外側拡散部材１４が、内管１３の下流側の端部１３ｃに挿入された環状壁部１４ａを有し、その環状壁部１４ａと内管１３の下流側の端部１３ｃとの間には金属メッシュ１５が介装されているので、内管１３の熱伸びのみならず振動も有効に抑制できるし、外側拡散部材１４および内側拡散部材１６が板金により一体に形成されているので、簡素な構成で低コストの拡散部材付の二重排気管構造となり、その組立ても容易化される。

加えて、外側拡散部材１４の環状壁部１４ａに、内管１３を通る排気ガスおよび尿素水をＳＣＲ触媒ユニット２０側に通過させるとともに尿素水を拡散および気化させる内側拡散部材１６が支持されていることから、内管１３の内部でも、排気ガスおよび尿素水が内側拡散部材１６をＳＣＲ触媒ユニット２０側に通過するときに拡散および気化される。したがって、還元剤である尿素水の添加部付近に二重構造の排気管１０を採用しても、その内管１３の内部に添加した尿素水を残留させることなく確実に気化させることができる。

また、この二重管構造の排気管１０に結合するＳＣＲ触媒ユニット２０のインレット部２１に挿入された外管１１の下流側の端部１１ｃに外側拡散部材１４が固着されているので、外側拡散部材１４の外周が外管１１の下流側の端部１１ｃとＳＣＲ触媒ユニット２０のインレット部２１とによって取り囲まれることとなり、一方、内側拡散部材１６からの熱伝導もあることから、外側拡散部材１４が外管１１に支持されるものの、外側拡散部材１４近傍の筒状の空間１２内の保温性が良好に保たれる。

このように本実施形態においては、還元剤である尿素水の添加部付近に二重構造の排気管１０を採用しても、その内管１３の周りに尿素を残留・析出させることなく確実に気化させることができ、ＮＯｘの選択還元性能に優れた内燃機関の排気浄化装置となる。

なお、上述の実施形態においては、内燃機関の排気経路に尿素添加型のＳＣＲ触媒を配置し、添加弁から尿素を噴射するものとしたが、本発明は、添加弁から噴射される液剤が内燃機関の燃料、例えば軽油を含み、触媒ユニットが、排気ガス中の窒素酸化物を吸蔵する一方、燃料が排気ガス中に添加されたときに窒素酸化物を還元放出して排気ガス中での酸化反応により浄化させる窒素酸化物吸蔵・還元型の触媒で構成されているものとすることもでき、そのようにしても、その内管の周りに燃料やその固化による残留物を生じさせることなく確実に気化させることができ、ＮＯｘの吸蔵・還元性能に優れた内燃機関の排気浄化装置とすることができる。また、排気浄化のための特定の化学反応に寄与すべく排気ガス中に添加される液剤は、尿素水や燃料といった１種類の液剤である必要はなく、適当な比率で他の還元剤や燃料と混じったり他の目的のために添加される液剤と混じったりしたようなものであってもよい。

また、本発明の排気浄化装置は、他の高温の排気ガスを浄化する際に保温性確保のために二重管構造を採用し、かつ、特定の化学反応を生じさせるための液剤を排気ガス中に添加するものであれば、ディーゼル機関に限定されるものではないし、上述の実施形態のように内燃機関の排気ガスを浄化するものでなくとも、適用可能である。

さらに、上述の実施形態においては、二重管の具体的形状として排気管が一重から二重になる部分で外管の直径が拡大するものとしたが、排気管が一重から二重になる部分で内管の直径が縮小するようにしてもよいし、これらを併用することもできる。また、筒状の空間１２の上流側で内管１３に連通穴を設けて、筒状の空間１２に上流側からの排気ガスを導入するようにすることもできる。ただし、内管１３にその他の連通孔を多数設けるのは、保温性の確保の点から望ましくない。外側拡散部材１４および内側拡散部材１６を別体の部品として構成できることはいうまでもない。

以上説明したように、本発明によれば、二重管構造の排気管を用いることである程度の保温性を確保しつつ、内管の周りの筒状の空間に入った排気ガスおよび尿素水の一部が外側拡散部材を触媒ユニット側に通過するときにその尿素水が拡散および気化されるようにしているので、還元剤等の添加部付近に二重構造の排気管を採用しても、添加した尿素水を内管の周りに残留させることなく確実に気化させることができ、良好な排気浄化性を発揮することのできる排気浄化装置および内燃機関の排気浄化装置を提供することができるという効果を奏するものであり、排気浄化用の触媒の上流側で還元剤や燃料を添加する排気浄化装置および内燃機関の排気浄化装置全般に有用である。

本発明の一実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置の要部を示すその二重構造の排気管の断面図である。 本発明の一実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置における外側拡散部材を排気方向上流側から見た部分拡大図である。 本発明の一実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置における内管の内側導入口付近を添加液剤の噴射方向に見た部分拡大図である。 本発明の一実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置の概略システム構成図である。

符号の説明

１ ディーゼル機関（内燃機関）
１ｅｐ 排気管路
１０ 排気管
１１ 外管
１１ａ 外側導入穴
１１ｂ 上流側の端部内壁
１１ｃ 下流側の端部
１１ｇ 導入管
１２ 筒状の空間
１３ 内管
１３ａ 管壁
１３ｂ 内側導入穴
１３ｃ 下流側の端部
１３ｄ 追加の内側導入穴
１３ｅ 上流側の端部
１４ 外側拡散部材
１４ａ 環状壁部
１４ｂ 平板部
１４ｃ 外周壁部
１４ｈ、１６ｈ 小孔
１４ｐ、１６ｐ 切起し片部
１５ 金属メッシュ
１６ 内側拡散部材
１７ｆ フランジ部
２０ ＳＣＲ触媒ユニット（触媒ユニット、尿素添加型の選択還元触媒）
２１ インレット部
２２ 尿素水添加弁
２３ 尿素水タンク
３０ ＥＣＵ（電子制御回路、添加制御手段）

Claims (8)

1. 排気ガスが通る排気管路中に配置され前記排気ガスの特定の化学反応を促進する触媒ユニットと、前記特定の化学反応に寄与する液剤を前記触媒ユニットの上流側の排気管路中に噴射する添加弁と、を備え、前記触媒ユニットの上流側の排気管路が、二重管構造の排気管によって構成される排気浄化装置において、
   前記二重管構造の排気管が、前記液剤を内部に導入する外側導入穴が形成された外管と、前記外側導入穴より上流側で前記外管に支持され、前記外側導入穴の近傍では前記外管との間に筒状の空間を形成する管壁を有するとともに該管壁に前記液剤を導入する内側導入穴が形成された内管と、前記外側導入穴および前記内側導入穴より下流側で前記内管の下流側の端部を支持するよう前記外管と前記内管の間に設けられ、前記筒状の空間に入った前記排気ガスおよび前記液剤を前記触媒ユニット側に通過させるとともに前記液剤を拡散および気化させる外側拡散部材と、を含んで構成されていることを特徴とする排気浄化装置。
2. 前記外側拡散部材が、前記内管の下流側の端部を軸方向微小変位可能に支持し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. 前記外側拡散部材が、前記内管の下流側の端部に挿入された環状壁部を有し、該環状壁部と前記内管の下流側の端部との間には金属メッシュが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. 前記環状壁部に、前記内管を通る前記排気ガスおよび前記液剤を前記触媒ユニット側に通過させるとともに前記液剤を拡散および気化させる内側拡散部材が支持されていることを特徴とする請求項３に記載の排気浄化装置。
5. 前記外側拡散部材および前記内側拡散部材が板金により一体に形成されていることを特徴とする請求項４に記載の排気浄化装置。
6. 前記二重管構造の排気管に結合する前記触媒ユニットのインレット部に前記外管の下流側の端部が挿入され、該外管の下流側の端部に前記外側拡散部材が固着されていることを特徴とする請求項１ないし請求項５のうちいずれか１の請求項に記載の排気浄化装置。
7. 請求項１ないし請求項６のうちいずれか１の請求項に記載の排気浄化装置により内燃機関の排気ガスを浄化する内燃機関の排気浄化装置であって、
   前記液剤が尿素水を含み、
   前記触媒ユニットが排気ガス中の窒素酸化物を還元浄化する尿素添加型の選択還元触媒で構成されていることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
8. 請求項１ないし請求項６のうちいずれか１の請求項に記載の排気浄化装置により内燃機関の排気ガスを浄化する内燃機関の排気浄化装置であって、
   前記液剤が前記内燃機関の燃料を含み、
   前記触媒ユニットが、排気ガス中の窒素酸化物を吸蔵する一方、前記燃料が前記排気ガス中に添加されたときに窒素酸化物を還元放出して排気ガス中での酸化反応により浄化させる窒素酸化物吸蔵・還元型の触媒で構成されていることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。

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