排気浄化装置の接続部構造
【課題】複雑な構造を用いることなく、パイプ内での還元剤の堆積を防止する。
【解決手段】上流側排気浄化装置１０の下流部に形成された排気流出空間１４内に配設された第二パイプ１６と、筒状ケーシング１１の周壁に設けられた還元剤添加装置３１とを備え、第一パイプは、出口パイプ１７と中間パイプ１９とから構成され、出口パイプ１７排気上流側端部は、排気流出空間１４と連通するように接続される。第二パイプ１６の一端１６ａは、前記周壁から間隔ＣＬをあけて配設され噴射口３１ａに向けて開口し、第二パイプ１６の他端１６ｂは、出口パイプ１７の排気上流側の開口端から第一パイプ１７，１９内に挿入されて、出口パイプ１７と中間パイプ１９の接続部よりも排気下流側まで延在して設けられ、第一パイプ１７，１９の内周面と第二パイプ１６の外周面との間には、排気流出空間１４と第一パイプ１７，１９とを連通する間隙１８が形成される。
【解決手段】上流側排気浄化装置１０の下流部に形成された排気流出空間１４内に配設された第二パイプ１６と、筒状ケーシング１１の周壁に設けられた還元剤添加装置３１とを備え、第一パイプは、出口パイプ１７と中間パイプ１９とから構成され、出口パイプ１７排気上流側端部は、排気流出空間１４と連通するように接続される。第二パイプ１６の一端１６ａは、前記周壁から間隔ＣＬをあけて配設され噴射口３１ａに向けて開口し、第二パイプ１６の他端１６ｂは、出口パイプ１７の排気上流側の開口端から第一パイプ１７，１９内に挿入されて、出口パイプ１７と中間パイプ１９の接続部よりも排気下流側まで延在して設けられ、第一パイプ１７，１９の内周面と第二パイプ１６の外周面との間には、排気流出空間１４と第一パイプ１７，１９とを連通する間隙１８が形成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気を浄化する排気浄化装置の接続部構造に関し、特に排気中の粒子状物質を捕集するフィルタと、ＮＯｘ（窒素酸化物）を除去する選択還元型触媒とを備えた排気浄化装置の接続部構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関（以下、エンジンという）、中でもディーゼルエンジンの排気中には、大気汚染物質である煤等の粒子状物質（Particulate Matter、以下、ＰＭと略称する）やＮＯｘ等が含まれている。そこで、エンジンの排気通路に、ＰＭを捕集するためのパティキュレートフィルタ（Diesel Particulate Filter、以下、ＤＰＦと略称する）を設置し、大気中にＰＭが放出されないようにする技術が従来知られている。さらに、エンジンの排気通路でＤＰＦの排気下流側に、ＮＯｘを除去するための選択還元型触媒（Selective Catalytic Reduction、以下、ＳＣＲと略称する）を設置し、還元剤としての尿素水をＳＣＲに流入する排気中に添加することにより、ＳＣＲにおいて排気中のＮＯｘを還元して排気を浄化するようにした技術も知られている。
【０００３】
ＳＣＲは、例えば、軸方向に互いに平行な微小な穴が複数連通したハニカム構造の担体に、触媒が担持されて構成されている。このＳＣＲを用いた排気浄化装置では、排気中に尿素水を添加する尿素水添加装置としてのノズルがＳＣＲの上流側に設けられる。ノズルから添加される尿素水は、排気管内やＳＣＲ上で排気熱によってアンモニアに分解され、ＮＯｘの還元剤として働く。ＳＣＲの近傍のアンモニアは、一旦ＳＣＲに吸着し、このアンモニアと排気中のＮＯｘとの間の脱硝反応がＳＣＲによって促進されることによりＮＯｘが窒素に還元される。
【０００４】
このようなＰＭの捕集及びＮＯｘの還元を効率的に行うため、ＤＰＦ及びＳＣＲ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、例えば特許文献１などに提案されている。特許文献１に記載の排気浄化装置は、図３に示すように、筒状の第一のケーシング６１を有する上流側排気浄化装置６０と、第一のケーシング６１の下流側に配設された筒状の第二のケーシング７１を有する下流側排気浄化装置７０と、第一のケーシング６１及び第二のケーシング７１を連結する中間パイプ６９と、還元剤を噴射する噴射ノズル６５とで構成されている。
【０００５】
筒状の第一のケーシング６１内には、その上流側に前段酸化触媒６２が配置され、前段酸化触媒６２の下流側にＤＰＦ６３が配置されている。また、ＤＰＦ６３の下流側には、排気流出空間６４が設けられている。なお、前段酸化触媒６２は、排気中のＮＯを酸化させてＮＯ2を生成し、このＮＯ2によってＤＰＦ６３でのＰＭの燃焼が行われる。
一方、筒状の第二のケーシング７１内には、その上流側にＳＣＲ７２が配置され、下流側にＳＣＲ７２から流出したアンモニアを酸化してＮ2とするための後段酸化触媒７３が配置されている。
【０００６】
第一のケーシング６１と第二のケーシング７１とを連通する中間パイプ６９は、その上流部６９ａが第一のケーシング６１の排気流出空間６４内に貫入され、中間パイプ６９の排気流出空間６４内にある挿入部分には、排気流出空間６４と連通パイプ６９の内部とを連通させる多数の貫通孔６６が貫設されている。これらの貫通孔６６を介して、第一のケーシング６１内に収納されているＤＰＦ６３を通過した排気を中間パイプ６９内部に導入して、第二のケーシング７１に向けて供給する。また、還元剤としての尿素水を中間パイプ６９内に噴射する噴射ノズル６５は、その噴射口６５ａが中間パイプ６９の上流端側に露出しており、中間パイプ６９内の下流側に向けて還元剤を噴射する。
【０００７】
このように構成された特許文献１に記載の排気浄化装置によれば、エンジンの排気は、排気通路５９を経て第一のケーシング６１に導入され、第一のケーシング６１の排気流出空間６４から中間パイプ６９の各貫通孔６６を経て中間パイプ６９内に導入される。そして、中間パイプ６９により第二のケーシング７１へと案内されて、排気浄化装置を流通する。このとき、エンジンの排気は、中間パイプ６９の各貫通孔６６を経て中間パイプ６９内に導入されるため、中間パイプ６９内で相互に衝突して攪拌される。この攪拌中の排気に向けて噴射ノズル６５から還元剤としての尿素水が噴射されるため、還元剤が十分に拡散された状態で下流側排気浄化装置７０に移送され、還元剤が略均等にＳＣＲ７２に供給される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−２７４８７８号公報
【特許文献２】特開２００９−９７４３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記の特許文献１に記載の排気浄化装置では、噴射ノズル６５から中間パイプ６９の下流側に向けて尿素水を噴射した場合、中間パイプ６９に設けられた複数の貫通孔６６を介して中間パイプ６９内に排気が導入される際に、各貫通孔６６の周辺で気流のよどみが発生するため、このよどみが起点となって、尿素水の一部が中間パイプ６９に設けられた各貫通孔６６の周囲に付着し、水分が蒸発することによって固形化した尿素が堆積してしまうことがある。このような堆積は、中間パイプ６９の内周面に不連続な面がある場合に起こり得る課題である。
【００１０】
この結果、排気の流動抵抗が増大したり、尿素水が中間パイプ６９に設けられた各貫通孔６６の周囲に付着することによって、ＳＣＲ７２に供給されるべきアンモニアの量が不足して、ＳＣＲ７２の排気浄化効率が低下したりするという課題が生じる。
また、複数の貫通孔６６から中間パイプ６９内に排気が導入されるため、噴射ノズル５８から噴射された尿素水を排気中に拡散させる点では有利であるが、中間パイプ６９内において還元剤の噴射口の近傍（すなわち、貫通孔６６が設けられている付近）を流通する排気の流速を確保することは困難であり、尿素が堆積してしまう場合があるという課題もある。
【００１１】
本件はこのような課題に鑑み案出されたもので、複雑な構造を用いることなく、パイプ内での還元剤の堆積を防止することができるようにした、排気浄化装置の接続部構造を提供することを目的とする。
なお、この目的に限らず、後述する発明を実施するための形態に示す各構成により導かれる作用効果であって、従来の技術によっては得られない作用効果を奏することも本件の他の目的として位置づけることができる。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
ここで開示する排気浄化装置の接続部構造は、上流側排気浄化装置で処理された排気を第一パイプ内に流入させ流入した前記排気に還元剤を添加して下流側排気浄化装置に送給する排気浄化装置における、前記上流側排気浄化装置と前記第一パイプとの接続部構造であって、前記上流側排気浄化装置の筒状ケーシング内の下流部に形成された排気流出空間と、前記排気流出空間内に配設された第二パイプと、前記筒状ケーシングの周壁に設けられ、前記排気流出空間内に噴射口を有し、前記第二パイプの内部に前記還元剤を添加する還元剤添加装置と、を備える。
【００１３】
また、前記第一パイプは、前記筒状ケーシングに固設された排気上流側の出口パイプと、前記出口パイプと前記下流側排気浄化装置とに接続された排気下流側の中間パイプとから構成され、前記出口パイプの排気上流側端部は、前記排気流出空間と連通するように接続され、前記第二パイプの一端は、前記周壁から間隔をあけて配設され前記噴射口に向けて開口し、前記第二パイプの他端は、前記出口パイプの排気上流側の開口端から第一パイプ内に挿入されて、前記出口パイプと前記中間パイプとの接続部よりも排気下流側まで延設される。そして、前記第一パイプの内周面と前記第二パイプの外周面との間には、前記排気流出空間と前記第一パイプとを連通する間隙が形成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
開示の排気浄化装置の接続部構造によれば、第二パイプに従来のような複数の連通孔を設けることなく、筒状ケーシングの周壁と第二パイプの一端との間隔から排気を第二パイプ内へ導入するため、簡素な構造ながら第二パイプ内での気流のよどみの発生を防ぎ、さらに流速を確保することができ、噴射された還元剤が堆積物となって第二パイプ内に堆積することを防止することができる。
【００１５】
また、第一パイプの内周面と第二パイプの外周面との間に設けられた間隙には還元剤を含まない排気が流通するため、この間隙内にも還元剤は堆積しない。つまり、この隙間の途中において出口パイプと中間パイプとの接続部にできる不連続な面での還元剤の堆積を防止することができる。
以上により、排気の流動抵抗が増大することを防止でき、また、供給されるべき還元剤の量が不足することもないため、排気浄化効率の低下も防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】一実施形態にかかる排気浄化装置の接続部構造を説明する図であり、図１（ａ）は図１の（ｂ）のＡ−Ａ矢視断面図、図１（ｂ）は図２の部分拡大断面図である。
【図２】一実施形態にかかる排気浄化装置を示す全体概略構成図である。
【図３】従来の課題を説明する部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
［１．構成］
［１−１．全体構成］
以下、図面により実施の形態について説明する。なお、以下に示す実施形態はあくまでも例示に過ぎず、以下の実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。
【００１８】
本実施形態にかかる排気浄化装置について、図２を用いて説明する。本排気浄化装置は、車両だけでなくエンジンを搭載した乗り物、例えば船舶等に適用することも可能であるが、ここでは、一般的な乗用車やトラック，バス等の車両に適用した例で説明する。
図２に示すように、エンジン４０は、ここでは直列６気筒機関のディーゼルエンジンとして構成されている。エンジン４０の各気筒には燃料噴射弁４１が設けられ、各燃料噴射弁４１はコモンレール４２から加圧燃料を供給され、開弁に伴って対応する気筒の筒内に燃料を噴射する。なお、エンジン４０はガソリンエンジンでもよく、気筒数はこれに限定されない。
【００１９】
エンジン４０の吸気側には吸気マニホールド４３が装着され、吸気マニホールド４３の上流端に接続された吸気通路４４には、上流側よりエアクリーナ４５，ターボチャージャ４６のコンプレッサ４６ａ及びインタークーラ４７が設けられている。また、エンジン４０の排気側には排気マニホールド４８が装着され、排気マニホールド４８の下流端には、コンプレッサ４６ａと同軸上に連結されたターボチャージャ４６のタービン４６ｂが接続されている。タービン４６ｂには排気通路４９が接続されている。この排気通路４９の途中に、排気浄化装置１が設けられている。
【００２０】
排気浄化装置１は、排気上流側に設けられた上流側排気浄化装置１０と、上流側排気浄化装置１０の排気下流側に設けられた下流側排気浄化装置２０とから構成され、上流側排気浄化装置１０と下流側排気浄化装置２０とは、第一パイプにより接続されている。なお、ここでは、第一パイプは、排気上流側に配設された出口パイプ１７と、排気下流側に配設され、出口パイプ１７に接続された中間パイプ１９とから構成されている。
【００２１】
上流側排気浄化装置１０は、円筒状の筒状ケーシング１１内に、上流側に配置される前段酸化触媒１２と、下流側に配置されるパティキュレートフィルタ（Diesel Particulate Filter、以下、ＤＰＦと略称する）１３とが内蔵されて構成されている。なお、以下、上流側排気浄化装置１０をＤＰＦ装置１０という。
下流側排気浄化装置２０は、筒状のケーシング２１内に、ケーシング２１の軸方向に直列に２つの触媒が配設されている。この触媒は、１つの担体に異なる触媒物質が担持（コート）されたもの、いわゆるゾーンコート触媒であり、排気上流側は選択還元型触媒（Selective Catalytic Reduction、以下、ＳＣＲと略称する）２２として、下流側は後段酸化触媒２３として構成されている。なお、以下、下流側排気浄化装置２０をＳＣＲ装置２０という。
【００２２】
また、ＤＰＦ装置１０の排気下流側には、尿素水添加ノズル（還元剤添加装置）３１が設けられ、尿素水添加ノズル３１は、図示しないタンクから圧送される還元剤としての尿素水をＳＣＲ装置２０に向かう排気中に噴射し添加する。この尿素水の添加量や添加のタイミングは、コントローラ〔ＥＣＵ，Engine (electronic) Control Unit〕３０により制御される。
【００２３】
コントローラ３０は、エンジン制御や排気浄化制御等にかかる各種演算処理を実行するＣＰＵ、その制御に必要なプログラムやデータの記憶されたＲＯＭ、ＣＰＵの演算結果等が一時的に記憶されるＲＡＭ、外部との間で信号を入出力するための入出力ポート等を備えて構成されている。
【００２４】
［１−２．排気浄化装置］
ＤＰＦ装置１０は、排気中に含まれる粒子状物質（Particulate Matter、以下、ＰＭと略称する）を捕集する機能と、捕集したＰＭを連続的に酸化させて除去する機能とを併せ持つ。なお、ＰＭとは、炭素からなる黒煙（すす）の周囲に燃え残った燃料や潤滑油の成分，硫黄化合物等が付着した粒子状の物質である。
【００２５】
前段酸化触媒１２は、排気中の成分に対する酸化性能を持った酸化触媒であり、金属，セラミックス等からなるハニカム状の担体に触媒物質を担持したものである。前段酸化触媒１２によって酸化される排気中の成分には、一酸化窒素（ＮＯ）や未燃燃料中の炭化水素（ＨＣ）等及び一酸化炭素（ＣＯ）が挙げられる。例えば、ＮＯが前段酸化触媒２２で酸化されると二酸化窒素（ＮＯ2）が生成される。
【００２６】
ＤＰＦ１３は、ＰＭを捕集する多孔質フィルタ（例えば、セラミックフィルタ）である。ＤＰＦ１３の内部は、多孔質の壁体によって排気の流通方向に沿って複数に分割されている。この壁体には、ＰＭの微粒子に見合った大きさの多数の細孔が形成される。排気が壁体の近傍や内部を通過する際に壁体内，壁体表面にＰＭが捕集され、排気が濾過される。このようなＤＰＦ１３の再生制御は、コントローラ３０によって制御される。
【００２７】
ＤＰＦ１３の下流側には混合室と称される排気流出空間１４が形成されている。排気流出空間１４内には、ＤＰＦ装置１０で処理された排気がＳＣＲ装置２０へ流出するための内側パイプ（第二パイプ）１６が設けられ、この内側パイプ１６には、出口パイプ１７を介して中間パイプ１９が接続されている。なお、詳細な接続部構造については後述する。
ＳＣＲ装置２０は、ここでは、そのケーシング２１の軸方向がＤＰＦ装置１０の筒状ケーシング１１の軸方向に対して直交するような向きで設けられ、平面視でＴ字型の配置となっているが、ＳＣＲ装置２０の配置はこれに限られず、車両等への搭載性や周囲の装置との配置関係等によって適宜設定可能である。
【００２８】
ＳＣＲ装置２０に内蔵されたＳＣＲ２２は、尿素添加型の窒素酸化物選択還元型触媒であり、尿素水添加ノズル３１から添加される尿素水をアンモニアに加水分解するとともに、アンモニアを吸着する機能を持ち、さらに吸着したアンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘをＮ2へと還元するものである。なお、ＳＣＲ２２に担持される触媒の種類は任意であり、例えばゼオライト系，バナジウム系等を用いることが考えられる。また、還元剤として尿素水以外を用いるものでもよい。
【００２９】
後段酸化触媒２３は、ＳＣＲ２２での還元反応における余剰分のアンモニアを除去するための酸化触媒である。
なお、ここでは、ＳＣＲ装置２０は、ＳＣＲ２２と後段酸化触媒２３とをケーシング２１の軸方向に直列に２組ずつ配設され、中間パイプ１９がケーシング２１の軸方向中心部に接続されている。また、排気出口はケーシング２１の両端部に設けられ、ＳＣＲ装置２０を通過した排気は出口パイプ２９から大気中へ放出されるよう構成されているが、ＳＣＲ装置２０の構成はこれに限られない。例えば、ＳＣＲ２２及び後段酸化触媒２３を１つずつ内蔵して構成されていてもよく、ケーシング２１の一端に排気入口を設け、他端に排気出口を設けて構成されていてもよく、また、ゾーンコート触媒でなくてもよい。
【００３０】
［１−３．排気浄化装置の接続部構造］
次に、ＤＰＦ装置１０と、内側パイプ１６，出口パイプ１７及び中間パイプ１９との接続部の構造について、図１（ａ）及び図１（ｂ）を用いて説明する。
図１（ａ）に示すように、内側パイプ１６，出口パイプ１７及び中間パイプ１９は、排気上流側からこの順に設けられ、それぞれの軸心を略一致させた状態で接続されている。
【００３１】
出口パイプ１７は、ＤＰＦ装置１０の筒状ケーシング１１と中間パイプ１９とを接続するパイプである。出口パイプ１７の排気上流端１７ａは、筒状ケーシング１１の周壁を貫通して挿入され、排気流出空間１４内に突出して配設されており、筒状ケーシング１１の周壁に溶接によって固設されている。また、出口パイプ１７の排気下流側は二重構造になっており、耐摩耗性を有する材質の球面ブッシュ（球面滑り軸受け）３３が、出口パイプ１７の内周面と中間パイプ１９の外周面との間に設けられている。球面ブッシュ３３は、耐摩耗性と気密性を有するリング状の部材である。
【００３２】
出口パイプ１７の二重構造になっている排気下流側は、球面ブッシュ３３の曲面部に摺接するように出口パイプ１７の外部へ向けて凸状になるように湾曲している。これにより、出口パイプ１７は、中間パイプ１９に対してフレキシブルに接続され、中間パイプ１９に曲げ変位が発生しても、フレキシブルにより曲げ変位を吸収できる。また、凸状に湾曲した部分から出口パイプ１７の外部に向けて垂直方向にフランジ１７ｆが設けられている。
【００３３】
中間パイプ１９は、筒状ケーシング１１に固設された出口パイプ１７とＳＣＲ装置２０のケーシング２１とを接続し、ＤＰＦ装置１０を流通した排気をＳＣＲ装置２０へ移送する、出口パイプ１７と内径の大きさが同一のパイプであり、排気上流側の一端の外周面に球面ブッシュ３３が設けられ、球面ブッシュ３３の排気下流側の側面に当接する位置から中間パイプ１９の外部に向けて垂直方向にフランジ１９ｆが設けられている。中間パイプ１９のフランジ１９ｆは、出口パイプ１７のフランジ１７ｆと複数のボルトとスプリングとからなる接続部材３２によりフレキシブルに接続され、排気が流通する流路を形成する。また、中間パイプ１９の排気下流側の他端にも、図２に示すようにフランジが設けられ、ＳＣＲ装置２０のケーシング２１に取り付けられたパイプと接続されている。
【００３４】
内側パイプ１６は、その外径の大きさが出口パイプ１７の内径よりも小さい平滑なパイプである。内側パイプ１６は、排気流出空間１４内であって、筒状ケーシング１１の軸方向と直交する方向に設けられている。内側パイプ１６は、その外周面が２つの支持部材１５によって筒状ケーシング１１の端壁１１ａに支持されることにより、排気流出空間１４内に配設される。
【００３５】
内側パイプ１６の排気上流側の一端（以下、上流端という）１６ａは、筒状ケーシング１１の周壁から間隔ＣＬをあけて配設され、尿素水添加ノズル３１の噴射口３１ａに向けて開口している。この間隔ＣＬは、ＤＰＦ装置１０で処理された排気が内側パイプ１６及び出口パイプ１７を介して中間パイプ１９内へ流入するためのものであり、その大きさは、流入する排気とその排気中に添加される尿素水の両方を考慮して適宜設定される。
【００３６】
内側パイプ１６の下流側は、筒状ケーシング１１の周壁から貫入された出口パイプ１７の排気上流端１７ａの開口から出口パイプ１７内へ挿入される。そして、内側パイプ１６は、その排気下流側の他端（以下、下流端という）１６ｂが出口パイプ１７と中間パイプ１９との接続部よりも排気下流側に位置するように延設されている。また、内側パイプ１６は、その軸心と出口パイプ１７及び中間パイプ１９との軸心が略一致するように配設されている。
【００３７】
内側パイプ１６の外径の大きさは、出口パイプ１７内に挿入された状態で出口パイプ１７の内周面と内側パイプ１６の外周面との間に間隙１８が形成される程度に小さいものである。ここでは、内側パイプ１６は出口パイプ１７と同心状に配置されており、この間隙１８は、内側パイプ１６の全周に略同一の大きさで形成され、排気流出空間１４と中間パイプ１９とを連通し、排気流出空間１４内の排気であって、尿素水を含まない排気を間隙１８内に流通させる。
【００３８】
なお、出口パイプ１７の二重構造部分の内側のパイプ（すなわち、筒状ケーシング１１の周壁から貫入されているパイプ）の排気下流端と、中間パイプ１９の排気上流端との間には、フレキシブルジョイントの構造上ギャップＧがあるが、間隙１８内を流通する排気には尿素水が含まれていないため、このギャップＧに尿素水が堆積することはない。
内側パイプ１６の軸心上であって筒状ケーシング１１の周壁には、ＳＣＲ装置２０内のＳＣＲ２２へ尿素水を添加する尿素水添加装置３１が固定され、その噴射口３１ａが内側パイプ１６の軸心上に尿素水の噴射中心を向けて設けられている。尿素水添加装置３１の噴霧口３１ａから噴射される尿素水は、図１（ａ）中に二点鎖線で範囲を示すように、内側パイプ１６内の上流部分へと流入される。
【００３９】
［２．作用，効果］
本実施形態にかかる排気浄化装置の接続部構造は上述のように構成されているので、還元剤としての尿素水の添加は以下のように実施される。
ＤＰＦ装置１０内において、前段酸化触媒１２及びＤＰＦ１３を通過した排気は、ＤＰＦ装置１０の下流部に形成された排気流出空間１４内に流入し、内側パイプ１６の上流端１６ａの開口から内側パイプ１６内に流れ込む。一方、内側パイプ１６の軸心上且つ筒状ケーシング１１の周壁に設けられた尿素水添加ノズル３１により、内側パイプ１６の軸心方向へ還元剤としての尿素水が添加されると、図１（ａ）中に二点鎖線で範囲を示すように、還元剤は内側パイプ１６内へ進入していく。
【００４０】
添加された還元剤は、内側パイプ１６の上流端１６ａから流入する排気の流れに包み込まれ、排気とともに内側パイプ１６内を流通し、中間パイプ１９内へ流れ込む。このとき、添加された尿素水は、内側パイプ１６及び中間パイプ１９内で径方向に拡散し、排気熱によって加水分解してアンモニアが生成される。生成されたアンモニアは、ＳＣＲ装置２０のＳＣＲ２２に供給され、ＮＯｘの還元が行われる。
【００４１】
排気流出空間１４内の排気は、内側パイプ１６の上流端１６ａからだけでなく、出口パイプ１７の内周面と内側パイプ１６の外周面との間隙１８へも流れ込む。この排気には尿素水は含まれておらず、間隙１８を流通する補助流となって、内側パイプ１６の下流端１６ｂにおいて内側パイプ１６内を流通した尿素水を含む主流の排気と混ざり合い、中間パイプ１９内を流通する。
【００４２】
すなわち、筒状ケーシング１１と内側パイプ１６，出口パイプ１７及び中間パイプ１９との接続部では、内側パイプ１６内を流通する排気流（主流）から分流した、間隙１８内を流通する排気流（補助流）が生成される。このとき、間隙１８は、内側パイプ１６の全周に略同一の大きさで形成されているため、補助流は均一な流れとなって間隙１８内を流通する。
【００４３】
したがって、本実施形態の排気浄化装置の接続部構造によれば、内側パイプ１６に従来技術のような複数の孔を設けることなく、筒状ケーシング１１の周壁と内側パイプ１６の上流端１６ａとの間隔ＣＬから排気を内側パイプ１６内へ導入するため、簡素な構造ながら内側パイプ１６内での気流のよどみの発生を防ぎ、流速を確保することができ、噴射された尿素水が堆積物となって内側パイプ１６内に堆積することを防止することができる。
【００４４】
また、出口パイプ１７の内周面と内側パイプ１６の外周面との間に設けられた間隙１８には尿素水を含まない排気が流通するため、間隙１８にも尿素水が堆積物となって堆積することはない。さらに、間隙１８に流通する排気は均一な補助流となるため、内側パイプ１６の下流端１６ｂの下流側において、内側パイプ１６内を流通した排気と間隙１８を流通した排気とが混合され、中間パイプ１９内での尿素の堆積も防止することができる。
【００４５】
また、内側パイプ１６の下流端１６ｂが、出口パイプ１７と中間パイプ１９との接続部よりも排気下流側まで延設されているため、出口パイプ１７と中間パイプ１９の接続部にできる不連続な面での尿素の堆積も防止することができる。
以上より、排気の流動抵抗が増大することを防止でき、また、供給されるべき還元剤の量が不足することもないため、排気浄化効率の低下を防止することができる。
【００４６】
［３．その他］
以上、一実施形態を説明したが、本構造は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。
例えば、上記実施形態では、出口パイプ１７が筒状ケーシング１１内に突出して設けられているが、出口パイプ１７は筒状ケーシング１１内に突出せずに設けられていてもよい。この場合であっても、間隙１８内を排気が流通し、補助流を形成することができる。
【００４７】
また、内側パイプ１６と、出口パイプ１７及び中間パイプ１９との軸心は、完全に一致していなくてもよく、内側パイプ１６の外周面と出口パイプ１７の内周面との間に間隙１８が形成されていればよい。
また、上記実施形態では、出口パイプ１７が筒状ケーシング１１へ水平方向よりもやや下方から斜め上向きに貫入しているが、出口パイプ１７の筒状ケーシング１１への貫入する方向は上記実施形態のものに限られず、周囲のフレームや装置等との配置関係により種々変更可能である。
【符号の説明】
【００４８】
１ 排気浄化装置
１０ ＤＰＦ装置（上流側排気浄化装置）
１１ 筒状ケーシング
１２ 前段酸化触媒
１３ ＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）
１４ 排気流出空間
１６ 内側パイプ（第二パイプ）
１６ａ 上流端（第二パイプの一端）
１６ｂ 下流端（第二パイプの他端）
１７ 出口パイプ（第一パイプ）
１８ 間隙
１９ 中間パイプ（第一パイプ）
２０ ＳＣＲ装置（下流側排気浄化装置）
２２ ＳＣＲ触媒（選択還元型触媒）
２３ 後段酸化触媒
３０ コントローラ
３１ 尿素水添加ノズル（還元剤添加装置）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気を浄化する排気浄化装置の接続部構造に関し、特に排気中の粒子状物質を捕集するフィルタと、ＮＯｘ（窒素酸化物）を除去する選択還元型触媒とを備えた排気浄化装置の接続部構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関（以下、エンジンという）、中でもディーゼルエンジンの排気中には、大気汚染物質である煤等の粒子状物質（Particulate Matter、以下、ＰＭと略称する）やＮＯｘ等が含まれている。そこで、エンジンの排気通路に、ＰＭを捕集するためのパティキュレートフィルタ（Diesel Particulate Filter、以下、ＤＰＦと略称する）を設置し、大気中にＰＭが放出されないようにする技術が従来知られている。さらに、エンジンの排気通路でＤＰＦの排気下流側に、ＮＯｘを除去するための選択還元型触媒（Selective Catalytic Reduction、以下、ＳＣＲと略称する）を設置し、還元剤としての尿素水をＳＣＲに流入する排気中に添加することにより、ＳＣＲにおいて排気中のＮＯｘを還元して排気を浄化するようにした技術も知られている。
【０００３】
ＳＣＲは、例えば、軸方向に互いに平行な微小な穴が複数連通したハニカム構造の担体に、触媒が担持されて構成されている。このＳＣＲを用いた排気浄化装置では、排気中に尿素水を添加する尿素水添加装置としてのノズルがＳＣＲの上流側に設けられる。ノズルから添加される尿素水は、排気管内やＳＣＲ上で排気熱によってアンモニアに分解され、ＮＯｘの還元剤として働く。ＳＣＲの近傍のアンモニアは、一旦ＳＣＲに吸着し、このアンモニアと排気中のＮＯｘとの間の脱硝反応がＳＣＲによって促進されることによりＮＯｘが窒素に還元される。
【０００４】
このようなＰＭの捕集及びＮＯｘの還元を効率的に行うため、ＤＰＦ及びＳＣＲ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、例えば特許文献１などに提案されている。特許文献１に記載の排気浄化装置は、図３に示すように、筒状の第一のケーシング６１を有する上流側排気浄化装置６０と、第一のケーシング６１の下流側に配設された筒状の第二のケーシング７１を有する下流側排気浄化装置７０と、第一のケーシング６１及び第二のケーシング７１を連結する中間パイプ６９と、還元剤を噴射する噴射ノズル６５とで構成されている。
【０００５】
筒状の第一のケーシング６１内には、その上流側に前段酸化触媒６２が配置され、前段酸化触媒６２の下流側にＤＰＦ６３が配置されている。また、ＤＰＦ６３の下流側には、排気流出空間６４が設けられている。なお、前段酸化触媒６２は、排気中のＮＯを酸化させてＮＯ2を生成し、このＮＯ2によってＤＰＦ６３でのＰＭの燃焼が行われる。
一方、筒状の第二のケーシング７１内には、その上流側にＳＣＲ７２が配置され、下流側にＳＣＲ７２から流出したアンモニアを酸化してＮ2とするための後段酸化触媒７３が配置されている。
【０００６】
第一のケーシング６１と第二のケーシング７１とを連通する中間パイプ６９は、その上流部６９ａが第一のケーシング６１の排気流出空間６４内に貫入され、中間パイプ６９の排気流出空間６４内にある挿入部分には、排気流出空間６４と連通パイプ６９の内部とを連通させる多数の貫通孔６６が貫設されている。これらの貫通孔６６を介して、第一のケーシング６１内に収納されているＤＰＦ６３を通過した排気を中間パイプ６９内部に導入して、第二のケーシング７１に向けて供給する。また、還元剤としての尿素水を中間パイプ６９内に噴射する噴射ノズル６５は、その噴射口６５ａが中間パイプ６９の上流端側に露出しており、中間パイプ６９内の下流側に向けて還元剤を噴射する。
【０００７】
このように構成された特許文献１に記載の排気浄化装置によれば、エンジンの排気は、排気通路５９を経て第一のケーシング６１に導入され、第一のケーシング６１の排気流出空間６４から中間パイプ６９の各貫通孔６６を経て中間パイプ６９内に導入される。そして、中間パイプ６９により第二のケーシング７１へと案内されて、排気浄化装置を流通する。このとき、エンジンの排気は、中間パイプ６９の各貫通孔６６を経て中間パイプ６９内に導入されるため、中間パイプ６９内で相互に衝突して攪拌される。この攪拌中の排気に向けて噴射ノズル６５から還元剤としての尿素水が噴射されるため、還元剤が十分に拡散された状態で下流側排気浄化装置７０に移送され、還元剤が略均等にＳＣＲ７２に供給される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−２７４８７８号公報
【特許文献２】特開２００９−９７４３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記の特許文献１に記載の排気浄化装置では、噴射ノズル６５から中間パイプ６９の下流側に向けて尿素水を噴射した場合、中間パイプ６９に設けられた複数の貫通孔６６を介して中間パイプ６９内に排気が導入される際に、各貫通孔６６の周辺で気流のよどみが発生するため、このよどみが起点となって、尿素水の一部が中間パイプ６９に設けられた各貫通孔６６の周囲に付着し、水分が蒸発することによって固形化した尿素が堆積してしまうことがある。このような堆積は、中間パイプ６９の内周面に不連続な面がある場合に起こり得る課題である。
【００１０】
この結果、排気の流動抵抗が増大したり、尿素水が中間パイプ６９に設けられた各貫通孔６６の周囲に付着することによって、ＳＣＲ７２に供給されるべきアンモニアの量が不足して、ＳＣＲ７２の排気浄化効率が低下したりするという課題が生じる。
また、複数の貫通孔６６から中間パイプ６９内に排気が導入されるため、噴射ノズル５８から噴射された尿素水を排気中に拡散させる点では有利であるが、中間パイプ６９内において還元剤の噴射口の近傍（すなわち、貫通孔６６が設けられている付近）を流通する排気の流速を確保することは困難であり、尿素が堆積してしまう場合があるという課題もある。
【００１１】
本件はこのような課題に鑑み案出されたもので、複雑な構造を用いることなく、パイプ内での還元剤の堆積を防止することができるようにした、排気浄化装置の接続部構造を提供することを目的とする。
なお、この目的に限らず、後述する発明を実施するための形態に示す各構成により導かれる作用効果であって、従来の技術によっては得られない作用効果を奏することも本件の他の目的として位置づけることができる。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
ここで開示する排気浄化装置の接続部構造は、上流側排気浄化装置で処理された排気を第一パイプ内に流入させ流入した前記排気に還元剤を添加して下流側排気浄化装置に送給する排気浄化装置における、前記上流側排気浄化装置と前記第一パイプとの接続部構造であって、前記上流側排気浄化装置の筒状ケーシング内の下流部に形成された排気流出空間と、前記排気流出空間内に配設された第二パイプと、前記筒状ケーシングの周壁に設けられ、前記排気流出空間内に噴射口を有し、前記第二パイプの内部に前記還元剤を添加する還元剤添加装置と、を備える。
【００１３】
また、前記第一パイプは、前記筒状ケーシングに固設された排気上流側の出口パイプと、前記出口パイプと前記下流側排気浄化装置とに接続された排気下流側の中間パイプとから構成され、前記出口パイプの排気上流側端部は、前記排気流出空間と連通するように接続され、前記第二パイプの一端は、前記周壁から間隔をあけて配設され前記噴射口に向けて開口し、前記第二パイプの他端は、前記出口パイプの排気上流側の開口端から第一パイプ内に挿入されて、前記出口パイプと前記中間パイプとの接続部よりも排気下流側まで延設される。そして、前記第一パイプの内周面と前記第二パイプの外周面との間には、前記排気流出空間と前記第一パイプとを連通する間隙が形成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
開示の排気浄化装置の接続部構造によれば、第二パイプに従来のような複数の連通孔を設けることなく、筒状ケーシングの周壁と第二パイプの一端との間隔から排気を第二パイプ内へ導入するため、簡素な構造ながら第二パイプ内での気流のよどみの発生を防ぎ、さらに流速を確保することができ、噴射された還元剤が堆積物となって第二パイプ内に堆積することを防止することができる。
【００１５】
また、第一パイプの内周面と第二パイプの外周面との間に設けられた間隙には還元剤を含まない排気が流通するため、この間隙内にも還元剤は堆積しない。つまり、この隙間の途中において出口パイプと中間パイプとの接続部にできる不連続な面での還元剤の堆積を防止することができる。
以上により、排気の流動抵抗が増大することを防止でき、また、供給されるべき還元剤の量が不足することもないため、排気浄化効率の低下も防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】一実施形態にかかる排気浄化装置の接続部構造を説明する図であり、図１（ａ）は図１の（ｂ）のＡ−Ａ矢視断面図、図１（ｂ）は図２の部分拡大断面図である。
【図２】一実施形態にかかる排気浄化装置を示す全体概略構成図である。
【図３】従来の課題を説明する部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
［１．構成］
［１−１．全体構成］
以下、図面により実施の形態について説明する。なお、以下に示す実施形態はあくまでも例示に過ぎず、以下の実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。
【００１８】
本実施形態にかかる排気浄化装置について、図２を用いて説明する。本排気浄化装置は、車両だけでなくエンジンを搭載した乗り物、例えば船舶等に適用することも可能であるが、ここでは、一般的な乗用車やトラック，バス等の車両に適用した例で説明する。
図２に示すように、エンジン４０は、ここでは直列６気筒機関のディーゼルエンジンとして構成されている。エンジン４０の各気筒には燃料噴射弁４１が設けられ、各燃料噴射弁４１はコモンレール４２から加圧燃料を供給され、開弁に伴って対応する気筒の筒内に燃料を噴射する。なお、エンジン４０はガソリンエンジンでもよく、気筒数はこれに限定されない。
【００１９】
エンジン４０の吸気側には吸気マニホールド４３が装着され、吸気マニホールド４３の上流端に接続された吸気通路４４には、上流側よりエアクリーナ４５，ターボチャージャ４６のコンプレッサ４６ａ及びインタークーラ４７が設けられている。また、エンジン４０の排気側には排気マニホールド４８が装着され、排気マニホールド４８の下流端には、コンプレッサ４６ａと同軸上に連結されたターボチャージャ４６のタービン４６ｂが接続されている。タービン４６ｂには排気通路４９が接続されている。この排気通路４９の途中に、排気浄化装置１が設けられている。
【００２０】
排気浄化装置１は、排気上流側に設けられた上流側排気浄化装置１０と、上流側排気浄化装置１０の排気下流側に設けられた下流側排気浄化装置２０とから構成され、上流側排気浄化装置１０と下流側排気浄化装置２０とは、第一パイプにより接続されている。なお、ここでは、第一パイプは、排気上流側に配設された出口パイプ１７と、排気下流側に配設され、出口パイプ１７に接続された中間パイプ１９とから構成されている。
【００２１】
上流側排気浄化装置１０は、円筒状の筒状ケーシング１１内に、上流側に配置される前段酸化触媒１２と、下流側に配置されるパティキュレートフィルタ（Diesel Particulate Filter、以下、ＤＰＦと略称する）１３とが内蔵されて構成されている。なお、以下、上流側排気浄化装置１０をＤＰＦ装置１０という。
下流側排気浄化装置２０は、筒状のケーシング２１内に、ケーシング２１の軸方向に直列に２つの触媒が配設されている。この触媒は、１つの担体に異なる触媒物質が担持（コート）されたもの、いわゆるゾーンコート触媒であり、排気上流側は選択還元型触媒（Selective Catalytic Reduction、以下、ＳＣＲと略称する）２２として、下流側は後段酸化触媒２３として構成されている。なお、以下、下流側排気浄化装置２０をＳＣＲ装置２０という。
【００２２】
また、ＤＰＦ装置１０の排気下流側には、尿素水添加ノズル（還元剤添加装置）３１が設けられ、尿素水添加ノズル３１は、図示しないタンクから圧送される還元剤としての尿素水をＳＣＲ装置２０に向かう排気中に噴射し添加する。この尿素水の添加量や添加のタイミングは、コントローラ〔ＥＣＵ，Engine (electronic) Control Unit〕３０により制御される。
【００２３】
コントローラ３０は、エンジン制御や排気浄化制御等にかかる各種演算処理を実行するＣＰＵ、その制御に必要なプログラムやデータの記憶されたＲＯＭ、ＣＰＵの演算結果等が一時的に記憶されるＲＡＭ、外部との間で信号を入出力するための入出力ポート等を備えて構成されている。
【００２４】
［１−２．排気浄化装置］
ＤＰＦ装置１０は、排気中に含まれる粒子状物質（Particulate Matter、以下、ＰＭと略称する）を捕集する機能と、捕集したＰＭを連続的に酸化させて除去する機能とを併せ持つ。なお、ＰＭとは、炭素からなる黒煙（すす）の周囲に燃え残った燃料や潤滑油の成分，硫黄化合物等が付着した粒子状の物質である。
【００２５】
前段酸化触媒１２は、排気中の成分に対する酸化性能を持った酸化触媒であり、金属，セラミックス等からなるハニカム状の担体に触媒物質を担持したものである。前段酸化触媒１２によって酸化される排気中の成分には、一酸化窒素（ＮＯ）や未燃燃料中の炭化水素（ＨＣ）等及び一酸化炭素（ＣＯ）が挙げられる。例えば、ＮＯが前段酸化触媒２２で酸化されると二酸化窒素（ＮＯ2）が生成される。
【００２６】
ＤＰＦ１３は、ＰＭを捕集する多孔質フィルタ（例えば、セラミックフィルタ）である。ＤＰＦ１３の内部は、多孔質の壁体によって排気の流通方向に沿って複数に分割されている。この壁体には、ＰＭの微粒子に見合った大きさの多数の細孔が形成される。排気が壁体の近傍や内部を通過する際に壁体内，壁体表面にＰＭが捕集され、排気が濾過される。このようなＤＰＦ１３の再生制御は、コントローラ３０によって制御される。
【００２７】
ＤＰＦ１３の下流側には混合室と称される排気流出空間１４が形成されている。排気流出空間１４内には、ＤＰＦ装置１０で処理された排気がＳＣＲ装置２０へ流出するための内側パイプ（第二パイプ）１６が設けられ、この内側パイプ１６には、出口パイプ１７を介して中間パイプ１９が接続されている。なお、詳細な接続部構造については後述する。
ＳＣＲ装置２０は、ここでは、そのケーシング２１の軸方向がＤＰＦ装置１０の筒状ケーシング１１の軸方向に対して直交するような向きで設けられ、平面視でＴ字型の配置となっているが、ＳＣＲ装置２０の配置はこれに限られず、車両等への搭載性や周囲の装置との配置関係等によって適宜設定可能である。
【００２８】
ＳＣＲ装置２０に内蔵されたＳＣＲ２２は、尿素添加型の窒素酸化物選択還元型触媒であり、尿素水添加ノズル３１から添加される尿素水をアンモニアに加水分解するとともに、アンモニアを吸着する機能を持ち、さらに吸着したアンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘをＮ2へと還元するものである。なお、ＳＣＲ２２に担持される触媒の種類は任意であり、例えばゼオライト系，バナジウム系等を用いることが考えられる。また、還元剤として尿素水以外を用いるものでもよい。
【００２９】
後段酸化触媒２３は、ＳＣＲ２２での還元反応における余剰分のアンモニアを除去するための酸化触媒である。
なお、ここでは、ＳＣＲ装置２０は、ＳＣＲ２２と後段酸化触媒２３とをケーシング２１の軸方向に直列に２組ずつ配設され、中間パイプ１９がケーシング２１の軸方向中心部に接続されている。また、排気出口はケーシング２１の両端部に設けられ、ＳＣＲ装置２０を通過した排気は出口パイプ２９から大気中へ放出されるよう構成されているが、ＳＣＲ装置２０の構成はこれに限られない。例えば、ＳＣＲ２２及び後段酸化触媒２３を１つずつ内蔵して構成されていてもよく、ケーシング２１の一端に排気入口を設け、他端に排気出口を設けて構成されていてもよく、また、ゾーンコート触媒でなくてもよい。
【００３０】
［１−３．排気浄化装置の接続部構造］
次に、ＤＰＦ装置１０と、内側パイプ１６，出口パイプ１７及び中間パイプ１９との接続部の構造について、図１（ａ）及び図１（ｂ）を用いて説明する。
図１（ａ）に示すように、内側パイプ１６，出口パイプ１７及び中間パイプ１９は、排気上流側からこの順に設けられ、それぞれの軸心を略一致させた状態で接続されている。
【００３１】
出口パイプ１７は、ＤＰＦ装置１０の筒状ケーシング１１と中間パイプ１９とを接続するパイプである。出口パイプ１７の排気上流端１７ａは、筒状ケーシング１１の周壁を貫通して挿入され、排気流出空間１４内に突出して配設されており、筒状ケーシング１１の周壁に溶接によって固設されている。また、出口パイプ１７の排気下流側は二重構造になっており、耐摩耗性を有する材質の球面ブッシュ（球面滑り軸受け）３３が、出口パイプ１７の内周面と中間パイプ１９の外周面との間に設けられている。球面ブッシュ３３は、耐摩耗性と気密性を有するリング状の部材である。
【００３２】
出口パイプ１７の二重構造になっている排気下流側は、球面ブッシュ３３の曲面部に摺接するように出口パイプ１７の外部へ向けて凸状になるように湾曲している。これにより、出口パイプ１７は、中間パイプ１９に対してフレキシブルに接続され、中間パイプ１９に曲げ変位が発生しても、フレキシブルにより曲げ変位を吸収できる。また、凸状に湾曲した部分から出口パイプ１７の外部に向けて垂直方向にフランジ１７ｆが設けられている。
【００３３】
中間パイプ１９は、筒状ケーシング１１に固設された出口パイプ１７とＳＣＲ装置２０のケーシング２１とを接続し、ＤＰＦ装置１０を流通した排気をＳＣＲ装置２０へ移送する、出口パイプ１７と内径の大きさが同一のパイプであり、排気上流側の一端の外周面に球面ブッシュ３３が設けられ、球面ブッシュ３３の排気下流側の側面に当接する位置から中間パイプ１９の外部に向けて垂直方向にフランジ１９ｆが設けられている。中間パイプ１９のフランジ１９ｆは、出口パイプ１７のフランジ１７ｆと複数のボルトとスプリングとからなる接続部材３２によりフレキシブルに接続され、排気が流通する流路を形成する。また、中間パイプ１９の排気下流側の他端にも、図２に示すようにフランジが設けられ、ＳＣＲ装置２０のケーシング２１に取り付けられたパイプと接続されている。
【００３４】
内側パイプ１６は、その外径の大きさが出口パイプ１７の内径よりも小さい平滑なパイプである。内側パイプ１６は、排気流出空間１４内であって、筒状ケーシング１１の軸方向と直交する方向に設けられている。内側パイプ１６は、その外周面が２つの支持部材１５によって筒状ケーシング１１の端壁１１ａに支持されることにより、排気流出空間１４内に配設される。
【００３５】
内側パイプ１６の排気上流側の一端（以下、上流端という）１６ａは、筒状ケーシング１１の周壁から間隔ＣＬをあけて配設され、尿素水添加ノズル３１の噴射口３１ａに向けて開口している。この間隔ＣＬは、ＤＰＦ装置１０で処理された排気が内側パイプ１６及び出口パイプ１７を介して中間パイプ１９内へ流入するためのものであり、その大きさは、流入する排気とその排気中に添加される尿素水の両方を考慮して適宜設定される。
【００３６】
内側パイプ１６の下流側は、筒状ケーシング１１の周壁から貫入された出口パイプ１７の排気上流端１７ａの開口から出口パイプ１７内へ挿入される。そして、内側パイプ１６は、その排気下流側の他端（以下、下流端という）１６ｂが出口パイプ１７と中間パイプ１９との接続部よりも排気下流側に位置するように延設されている。また、内側パイプ１６は、その軸心と出口パイプ１７及び中間パイプ１９との軸心が略一致するように配設されている。
【００３７】
内側パイプ１６の外径の大きさは、出口パイプ１７内に挿入された状態で出口パイプ１７の内周面と内側パイプ１６の外周面との間に間隙１８が形成される程度に小さいものである。ここでは、内側パイプ１６は出口パイプ１７と同心状に配置されており、この間隙１８は、内側パイプ１６の全周に略同一の大きさで形成され、排気流出空間１４と中間パイプ１９とを連通し、排気流出空間１４内の排気であって、尿素水を含まない排気を間隙１８内に流通させる。
【００３８】
なお、出口パイプ１７の二重構造部分の内側のパイプ（すなわち、筒状ケーシング１１の周壁から貫入されているパイプ）の排気下流端と、中間パイプ１９の排気上流端との間には、フレキシブルジョイントの構造上ギャップＧがあるが、間隙１８内を流通する排気には尿素水が含まれていないため、このギャップＧに尿素水が堆積することはない。
内側パイプ１６の軸心上であって筒状ケーシング１１の周壁には、ＳＣＲ装置２０内のＳＣＲ２２へ尿素水を添加する尿素水添加装置３１が固定され、その噴射口３１ａが内側パイプ１６の軸心上に尿素水の噴射中心を向けて設けられている。尿素水添加装置３１の噴霧口３１ａから噴射される尿素水は、図１（ａ）中に二点鎖線で範囲を示すように、内側パイプ１６内の上流部分へと流入される。
【００３９】
［２．作用，効果］
本実施形態にかかる排気浄化装置の接続部構造は上述のように構成されているので、還元剤としての尿素水の添加は以下のように実施される。
ＤＰＦ装置１０内において、前段酸化触媒１２及びＤＰＦ１３を通過した排気は、ＤＰＦ装置１０の下流部に形成された排気流出空間１４内に流入し、内側パイプ１６の上流端１６ａの開口から内側パイプ１６内に流れ込む。一方、内側パイプ１６の軸心上且つ筒状ケーシング１１の周壁に設けられた尿素水添加ノズル３１により、内側パイプ１６の軸心方向へ還元剤としての尿素水が添加されると、図１（ａ）中に二点鎖線で範囲を示すように、還元剤は内側パイプ１６内へ進入していく。
【００４０】
添加された還元剤は、内側パイプ１６の上流端１６ａから流入する排気の流れに包み込まれ、排気とともに内側パイプ１６内を流通し、中間パイプ１９内へ流れ込む。このとき、添加された尿素水は、内側パイプ１６及び中間パイプ１９内で径方向に拡散し、排気熱によって加水分解してアンモニアが生成される。生成されたアンモニアは、ＳＣＲ装置２０のＳＣＲ２２に供給され、ＮＯｘの還元が行われる。
【００４１】
排気流出空間１４内の排気は、内側パイプ１６の上流端１６ａからだけでなく、出口パイプ１７の内周面と内側パイプ１６の外周面との間隙１８へも流れ込む。この排気には尿素水は含まれておらず、間隙１８を流通する補助流となって、内側パイプ１６の下流端１６ｂにおいて内側パイプ１６内を流通した尿素水を含む主流の排気と混ざり合い、中間パイプ１９内を流通する。
【００４２】
すなわち、筒状ケーシング１１と内側パイプ１６，出口パイプ１７及び中間パイプ１９との接続部では、内側パイプ１６内を流通する排気流（主流）から分流した、間隙１８内を流通する排気流（補助流）が生成される。このとき、間隙１８は、内側パイプ１６の全周に略同一の大きさで形成されているため、補助流は均一な流れとなって間隙１８内を流通する。
【００４３】
したがって、本実施形態の排気浄化装置の接続部構造によれば、内側パイプ１６に従来技術のような複数の孔を設けることなく、筒状ケーシング１１の周壁と内側パイプ１６の上流端１６ａとの間隔ＣＬから排気を内側パイプ１６内へ導入するため、簡素な構造ながら内側パイプ１６内での気流のよどみの発生を防ぎ、流速を確保することができ、噴射された尿素水が堆積物となって内側パイプ１６内に堆積することを防止することができる。
【００４４】
また、出口パイプ１７の内周面と内側パイプ１６の外周面との間に設けられた間隙１８には尿素水を含まない排気が流通するため、間隙１８にも尿素水が堆積物となって堆積することはない。さらに、間隙１８に流通する排気は均一な補助流となるため、内側パイプ１６の下流端１６ｂの下流側において、内側パイプ１６内を流通した排気と間隙１８を流通した排気とが混合され、中間パイプ１９内での尿素の堆積も防止することができる。
【００４５】
また、内側パイプ１６の下流端１６ｂが、出口パイプ１７と中間パイプ１９との接続部よりも排気下流側まで延設されているため、出口パイプ１７と中間パイプ１９の接続部にできる不連続な面での尿素の堆積も防止することができる。
以上より、排気の流動抵抗が増大することを防止でき、また、供給されるべき還元剤の量が不足することもないため、排気浄化効率の低下を防止することができる。
【００４６】
［３．その他］
以上、一実施形態を説明したが、本構造は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。
例えば、上記実施形態では、出口パイプ１７が筒状ケーシング１１内に突出して設けられているが、出口パイプ１７は筒状ケーシング１１内に突出せずに設けられていてもよい。この場合であっても、間隙１８内を排気が流通し、補助流を形成することができる。
【００４７】
また、内側パイプ１６と、出口パイプ１７及び中間パイプ１９との軸心は、完全に一致していなくてもよく、内側パイプ１６の外周面と出口パイプ１７の内周面との間に間隙１８が形成されていればよい。
また、上記実施形態では、出口パイプ１７が筒状ケーシング１１へ水平方向よりもやや下方から斜め上向きに貫入しているが、出口パイプ１７の筒状ケーシング１１への貫入する方向は上記実施形態のものに限られず、周囲のフレームや装置等との配置関係により種々変更可能である。
【符号の説明】
【００４８】
１ 排気浄化装置
１０ ＤＰＦ装置（上流側排気浄化装置）
１１ 筒状ケーシング
１２ 前段酸化触媒
１３ ＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）
１４ 排気流出空間
１６ 内側パイプ（第二パイプ）
１６ａ 上流端（第二パイプの一端）
１６ｂ 下流端（第二パイプの他端）
１７ 出口パイプ（第一パイプ）
１８ 間隙
１９ 中間パイプ（第一パイプ）
２０ ＳＣＲ装置（下流側排気浄化装置）
２２ ＳＣＲ触媒（選択還元型触媒）
２３ 後段酸化触媒
３０ コントローラ
３１ 尿素水添加ノズル（還元剤添加装置）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上流側排気浄化装置で処理された排気を第一パイプ内に流入させ流入した前記排気に還元剤を添加して下流側排気浄化装置に送給する排気浄化装置における、前記上流側排気浄化装置と前記第一パイプとの接続部構造であって、
前記上流側排気浄化装置の筒状ケーシング内の下流部に形成された排気流出空間と、
前記排気流出空間内に配設された第二パイプと、
前記筒状ケーシングの周壁に設けられ、前記排気流出空間内に噴射口を有し、前記第二パイプの内部に前記還元剤を添加する還元剤添加装置と、をそなえ、
前記第一パイプは、前記筒状ケーシングに固設された排気上流側の出口パイプと、前記出口パイプと前記下流側排気浄化装置とに接続された排気下流側の中間パイプとから構成され、前記出口パイプの排気上流側端部は、前記排気流出空間と連通するように接続され、
前記第二パイプの一端は、前記周壁から間隔をあけて配設され前記噴射口に向けて開口し、前記第二パイプの他端は、前記出口パイプの排気上流側の開口端から第一パイプ内に挿入されて、前記出口パイプと前記中間パイプとの接続部よりも排気下流側まで延設され、
前記第一パイプの内周面と前記第二パイプの外周面との間には、前記排気流出空間と前記第一パイプとを連通する間隙が形成される
ことを特徴とする、排気浄化装置の接続部構造。
【請求項１】
上流側排気浄化装置で処理された排気を第一パイプ内に流入させ流入した前記排気に還元剤を添加して下流側排気浄化装置に送給する排気浄化装置における、前記上流側排気浄化装置と前記第一パイプとの接続部構造であって、
前記上流側排気浄化装置の筒状ケーシング内の下流部に形成された排気流出空間と、
前記排気流出空間内に配設された第二パイプと、
前記筒状ケーシングの周壁に設けられ、前記排気流出空間内に噴射口を有し、前記第二パイプの内部に前記還元剤を添加する還元剤添加装置と、をそなえ、
前記第一パイプは、前記筒状ケーシングに固設された排気上流側の出口パイプと、前記出口パイプと前記下流側排気浄化装置とに接続された排気下流側の中間パイプとから構成され、前記出口パイプの排気上流側端部は、前記排気流出空間と連通するように接続され、
前記第二パイプの一端は、前記周壁から間隔をあけて配設され前記噴射口に向けて開口し、前記第二パイプの他端は、前記出口パイプの排気上流側の開口端から第一パイプ内に挿入されて、前記出口パイプと前記中間パイプとの接続部よりも排気下流側まで延設され、
前記第一パイプの内周面と前記第二パイプの外周面との間には、前記排気流出空間と前記第一パイプとを連通する間隙が形成される
ことを特徴とする、排気浄化装置の接続部構造。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１２−９２７６９（Ｐ２０１２−９２７６９Ａ）
【公開日】平成２４年５月１７日（２０１２．５．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２４２０４３（Ｐ２０１０−２４２０４３）
【出願日】平成２２年１０月２８日（２０１０．１０．２８）
【出願人】（３０３００２１５８）三菱ふそうトラック・バス株式会社 (1,037)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月１７日（２０１２．５．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月２８日（２０１０．１０．２８）
【出願人】（３０３００２１５８）三菱ふそうトラック・バス株式会社 (1,037)
【Ｆターム（参考）】
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