JP2011241708A - 排気ガス浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の運転状況に応じて添加剤と排気ガスとの適切な混合を図ることが可能な排気ガス浄化装置の提供にある。
【解決手段】第１浄化体を内蔵する第１排気管１１と、第１排気管１１を収容する外筒体１３と、外筒体１３に備えられ、第１排気管１１の出口と対向する対向壁１７と、第１排気管１１の出口と対向壁１７との間に形成される混合室１９と、第１排気管１１と外筒体１３との間には形成される反転通路２０と、第２浄化体を内蔵し、反転通路２０の出口側と連通する第２排気管１４と、反転通路２０から分岐される分岐部と第２浄化体の入口側とを連通するバイパス管２４と、分岐部に対向しつつ流路方向に沿って延在する通路分割体２７と、通路分割体２７と分岐部との間に形成されるバイパス側通路部２６Ａと、第１排気管１１と対向して形成される第１排気管側通路部２６Ｂと、バイパス側通路部２６Ａを開閉する開閉体２８と、を備えた。
【選択図】 図１

Description

この発明は、排気ガス浄化装置に関し、特に、種類の異なる第１浄化体および第２浄化体を備えた排気ガス浄化装置に関する。

従来の排気ガス浄化装置としては、例えば、特許文献１に開示された省スペース形の排ガス後処理装置が存在する。
特許文献１に開示された排ガス後処理装置は、外被管内に保持され貫流可能であるハニカム構造物を備えている。
この排ガス後処理装置では、排ガスがハニカム構造物の往流領域内に流入し、ハニカム構造物から出た排ガスが流れ反転手段により方向転換された後、還流領域を通って逆流する。
ハニカム構造体は、往流領域では酸化触媒コンバータとして、また還流領域では粒子フィルタとして動作してもよいとされ、また、流れ反転手段内に尿素のような還元剤をガス流に入れる試薬供給ユニットを設けてもよいとしている。
この排ガス後処理装置によれば、組込スペースが僅かとなり、きわめて良好に排ガスの後処理が実施される。

別の従来技術として、例えば、特許文献２に開示された内燃機関の排気ガス浄化装置を挙げることができる。
この排気ガス浄化装置は、第１後処理装置および第２後処理装置により排気ガスの浄化を行う装置であり、連通室形成部、触媒装着部および流入出部を連結して構成される。
流入出部は入口室および出口室に区画され、これらは外筒部および内筒部によって区画されている。
内筒部の下流端は内ケースと嵌合しており、内ケース内にはＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）が内蔵されている。
出口室は内筒部を覆う外筒部等により形成され、外筒部には出口管が設けられており、出口管内には酸化触媒が備えられている。
外筒部は円筒状の外ケースと接続されており、外ケースは内ケースを同心円状に覆うとともに、内部に尿素脱硝触媒（ＤｅＮＯｘ触媒）を内蔵している。
外ケースと連結されるカバーが備えられており、カバー内に連通室が形成され、連通室は第１、第２処理装置への排気ガスの流出入方向を変更する。
カバーの中央部には還元剤としての尿素を噴射する還元剤供給装置が取り付けられている。

この排気ガス浄化装置によれば、エンジンの排気ガスは入口室に流入し、ＤＰＦを通過して連通室へ出る。
連通室では、ＤＰＦにより浄化された排気ガスの流れが反転され、第２後処理装置内に供給される。
この際、連通室内では尿素が還元剤供給装置から噴射され、尿素が噴霧された状態で排気ガスは第２後処理装置内に供給される。
第２後処理装置内では排気ガス中に噴霧された尿素から生成されるアンモニアと排気ガス中のＮＯｘとを尿素脱硝触媒により反応させ、排気ガス中のＮＯｘを窒素と水とに分解して浄化する。

特表２００６−５１５４０１号公報 ＷＯ２００６／０５７３０５号公報

しかしながら、特許文献１、２に開示された従来技術では、排気ガスの流れ反転時（往流から還流時）に混合室内の排気ガスに添加される添加剤が内燃機関の運転状態によっては排気ガスと充分に混合されないという問題がある。
特に、内燃機関が高負荷運転状態と比較して低負荷運転状態のときには、添加される添加剤が排気ガスと混合され難いという傾向が存在する。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたもので、本発明の目的は、内燃機関の運転状態に応じて添加剤と排気ガスとの適切な混合を図ることが可能な排気ガス浄化装置の提供にある。

上記の課題を解決するために、本発明は、内燃機関から排出される排気ガスを浄化する第１浄化体と、第１浄化体を内蔵する第１排気管と、前記第１排気管を収容する外筒体と、 前記外筒体に備えられ、前記第１排気管の出口と対向する対向壁と、前記対向壁に備えられ、添加剤を噴射する添加剤噴射弁と、前記第１排気管の出口と対向壁との間に形成される混合室と、前記第１排気管と前記外筒体との間に形成される反転通路と、前記第１浄化体の通過後の排気ガスを浄化する第２浄化体と、前記第２浄化体を内蔵し、前記反転通路の出口側と連通する第２排気管と、前記外筒体において前記反転通路から分岐される分岐部と前記第２排気管における前記第２浄化体の入口側とを連通するバイパス管と、前記反転通路にて前記分岐部に対向しつつ前記排気ガスの流路方向に沿って延在する通路分割体と、前記反転通路において前記通路分割体と前記分岐部との間に形成されるバイパス側通路部と、前記反転通路において前記通路分割体と前記第１排気管との間に形成され、前記第１排気管と対向して形成される第１排気管側通路部と、前記混合室と前記通路分割体との間に設けられ、前記バイパス側通路部を開閉する開閉体と、を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、バイパス側通路部が開閉体により閉じられると、排気ガスはバイパス管を通らないので、第２浄化体へ至る排気ガスの経路が長くなり、例えば、内燃機関の低負荷時のように反転通路における流速が小さい場合でも添加剤と排気ガスが混合され易くなる。
バイパス側通路部が開閉体により開かれると、バイパス側通路を通る排気ガスの一部がバイパス管を通るから、例えば、内燃機関の高負荷時のように反転通路における圧力損失が大きくなる場合でも圧力損失を低減する。
反転通路におけるバイパス側通路部を内燃機関の運転状態に応じて開閉体により開閉すれば、混合室内にて添加された添加剤と排気ガスとの適切な混合を図ることが可能となる。

また、本発明は、上記の排気ガス浄化装置において、前記開閉体による前記バイパス側通路部の開閉度を可変制御するアクチュエータを備えてもよい。

この場合、バイパス側通路部は開閉体により開閉されるが、開閉体によるバイパス側通路部の開閉度は内燃機関の運転状態に応じてアクチュエータにより可変制御される。
バイパス側通路部の開閉度が可変制御されることにより、バイパス側通路部を通る排気ガスの流量が制御され、排気ガスの流量制御により添加剤と排気ガスとのより適切な混合を図ることが可能となる。

また、本発明は、上記の排気ガス浄化装置において、前記排気ガスの温度を検出する温度センサと、前記排気ガスの流量を検出するガス流量センサと、前記温度センサと前記ガス流量センサと接続され、検出された排気ガスの温度および排気ガスの流量に基づき、前記アクチュエータを制御するコントローラと、を備えてもよい。
ここで、温度センサおよびガス流量センサは、排気ガス浄化装置内に設けられたものや直接的に測定するものだけに限定されない。温度センサおよびガス流量センサは、例えば、内燃機関のターボ出口における排気ガスの温度を測定する温度センサや、内燃機関の吸気部のガス流量を測定するガス流量センサといった、排気ガス浄化装置外のセンサや間接的な量を測定するセンサによって排気ガスの温度、ガス流量を検出するものを含む。

内燃機関の運転状態は、燃料噴射量と回転数により把握できるが、それぞれ温度センサと排気ガス流量を用いて把握可能である。この場合、コントローラは、温度センサにより検出された排気ガスの温度およびガス流量センサにより検出された排気ガスの流量に基づき、内燃機関の運転状態を把握し、アクチュエータを制御する。
このため、排気ガスの温度および流量に応じてバイパス側通路部の開閉度が可変制御され、バイパス側通路部を通る排気ガスの流量が制御される。
これにより、内燃機関の運転状態に応じた添加剤と排気ガスとのより適切な混合を図ることが可能となる。

また、本発明は、上記の排気ガス浄化装置において、前記コントローラは、検出された排気ガスの温度が第１の温度以上であって、かつ、排気ガスの流量が第１の流量以上のとき、前記開閉体が前記バイパス側通路部を開くように前記アクチュエータを制御してもよい。

この場合、排気ガスの温度が第１の温度以上であって、かつ、排気ガスの流量が第１の流量以上であるとき、内燃機関は高負荷運転状態にある。
高負荷運転状態では、バイパス側通路部に排気ガスを通してバイパス管に排気ガスを通しても、混合室において添加剤と排気ガスとの適切な混合を行うことができる。

また、本発明は、上記の排気ガス浄化装置において、前記コントローラは、検出された排気ガスの温度が第２の温度未満であって、かつ、排気ガスの流量が第２の流量未満のとき、前記開閉体が前記バイパス側通路部を閉じるように前記アクチュエータを制御してもよい。

この場合、排気ガスの温度が第２の温度未満であって、かつ、排気ガスの流量が第２の流量未満であるとき、内燃機関は低負荷運転状態にある。
低負荷運転状態では、バイパス側通路部に排気ガスを通さないようにして、混合室の圧力損失を小さくする。
これにより、内燃機関が低負荷運転状態であっても、混合室において添加剤と排気ガスを混合し易くなる。

また、本発明は、上記の排気ガス浄化装置において、前記通路分割体は、前記反転通路において前記外筒体の内面に沿って周方向に湾曲して形成され、前記外筒体の周方向に対して前記分岐部を中心にして半周以下の範囲内で延在してもよい。

この場合、反転通路におけるバイパス側通路部と第１排気管側通路部をの流路断面の半分以下の範囲で設定することができる。

また、本発明は、上記の排気ガス浄化装置において、前記開閉体は、前記通路分割体と前記外筒体との間の前記バイパス側通路部の断面を塞ぐ円弧状の外形を有してもよい。

この場合、通路分割体がバイパス通路部の断面を塞ぐとき、通路分割体がほぼ隙間無くバイパス側通路部の断面を塞ぐことができる。

また、本発明は、上記の排気ガス浄化装置において、前記第１浄化体は酸化触媒を備え、 前記第２浄化体はＳＣＲ触媒を備え、前記添加剤はＳＣＲ触媒用の還元剤であってもよい。

この場合、排気ガスは酸化触媒により浄化された後、添加された還元剤と適切に混合される。
ＳＣＲ触媒は混合後の排気ガスに含まれるＮＯｘをアンモニアにより窒素と水に分解することができる。

また、本発明は、上記の排気ガス浄化装置において、前記第１浄化体は酸化触媒を備え、 前記第２浄化体はＤＰＦを備え、前記添加剤はＤＰＦ再生用の燃料であってもよい。

この場合、排気ガスは酸化触媒により浄化された後、添加されたＤＰＦ再生用の燃料と適切に混合される。
ＤＰＦではＤＰＦ再生用の燃料が燃焼して、ＤＰＦに堆積したパティキュレートマター（以下「ＰＭ」と表記する）が焼失し、ＤＰＦを再生することができる。

本発明は、内燃機関の運転状態に応じて添加剤と排気ガスとの適切な混合を図ることが可能な排気ガス浄化装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係る排気ガス浄化装置を破断して示す側面図である。 図１におけるＡ−Ａ線矢視図である。 図１におけるＢ−Ｂ線矢視図である。 バイパス管に排気ガスを通す状態の排気ガス浄化装置を破断して示す側面図である。 図４におけるＣ−Ｃ線矢視図である。

以下、本発明の実施形態に係る排気ガス浄化装置を図面に基づいて説明する。
この実施形態に係る排気ガス浄化装置は、内燃機関としてのディーゼルエンジンが搭載される車両に適用した例である。
図１に示す排気ガス浄化装置１０は、ディーゼルエンジン（図示せず）の排気流路に設けられている。
排気ガス浄化装置１０は、第１浄化体としての酸化触媒１２を収容する第１排気管１１と、第１排気管１１を収容する外筒体１３と、外筒体１３と連通するとともに第２浄化体としてのＳＣＲ（Selective Catalytic reduction）触媒２２を内蔵する第２排気管１４と、を備えている。
第１排気管１１は、排気ガス浄化装置１０における排気ガスの入口であり、第２排気管１４は、排気ガス浄化装置１０における出口である。
外筒体１３の内部には、第１排気管１１と第２排気管１４とを連通する空間部が形成されている。

第１排気管１１の殆どは外筒体１３の内部に収容されているが、第１排気管１１の入口端１１Ａは外筒体１３から突出しており、ディーゼルエンジン側の排気管（図示せず）と接続されている。
第１排気管１１の出口端１１Ｂは外筒体１３の内部に位置する。
第１排気管１１は、入口端１１Ａと出口端１１Ｂとの間に設けられ、外筒体１３内に収容される大径管部１１Ｃを備えている。
大径管部１１Ｃには酸化触媒１２が内蔵されている。

酸化触媒１２は断面形状が円形であり、押出成形により形成されるハニカム状のコーディエライト等の触媒担体と、触媒担体の表面に担持させた酸化触媒成分と有する。
酸化触媒１２はディーゼルエンジンの排気ガス中に含まれる一酸化炭素を酸化させて二酸化炭素とする浄化機能を有する。

外筒体１３は、第１排気管１１が貫通される貫通孔１６を有する孔壁部１３Ａと、第１排気管１１の出口端１１Ｂと対向する対向壁１７を有する端壁部１３Ｂと、大径管部１１Ｃを同心円状に覆う円筒状の周壁部１３Ｃと、を備えている。
端壁部１３Ｂが備える対向壁１７には添加剤噴射弁としての還元剤噴射ノズル１８が設置されており、還元剤噴射ノズル１８のノズル先端は第１排気管１１の出口端１１Ｂへ向けられている。
この実施形態の添加剤としての還元剤はＳＣＲ触媒用のアンモニアである。
第１排気管１１と第２排気管１４とを連通する空間部のうち、第１排気管１１の出口端１１Ｂと対向壁１７との間に形成される空間部は混合室１９を構成する。
混合室１９は、第１排気管１１からの排気ガスの流れを反転させる空間部として機能するほか、第１排気管１１の出口端１１Ｂから出た排気ガスと還元剤としてのアンモニアとを混合する空間部として機能する。

第１排気管１１と第２排気管１４とを連通する空間部における第１排気管１１と周壁部１３Ｃとの間に形成される空間部は、図２に示すように環状の反転通路２０を構成する。
反転通路２０は第１排気管１１の大径管部１１Ｃの周囲に断面環状に形成された通路である。
反転通路２０は混合室１９と連通し、混合室１９における排気ガスを第２排気管１４へ向けて通す通路である。
反転通路２０における排気ガスの流れ方向は、第１排気管１１における排気ガスの流れ方向と反対方向となる。

外筒体１３における第１排気管１１と第２排気管１４とを連通する空間部のうち、反転通路２０と孔壁部１３Ａとの間に形成される空間部は、出口室２１を構成する。
出口室２１は反転通路２０の出口側と連通するほか、第２排気管１４と連通する。
第２排気管１４は、第１排気管１１および反転通路２０の排気ガスの流れ方向と直角方向に排気ガスを通す通路を形成している。
第２排気管１４の内部には、ＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）１５と、第２浄化体としてのＳＣＲ触媒２２が内蔵されている。

ＤＰＦ１５は押出成形により形成されたハニカム状のフィルタを備えており、ＤＰＦ１５は排気ガス中のＰＭ（Particulate Matter）を捕集する。
ＳＣＲ触媒２２は、選択的触媒還元方式の触媒であり、ゼオライト系材料により形成された触媒成分と、この触媒成分を担持する触媒担体を備えている。
ＳＣＲ触媒２２は、アンモニアの還元作用により酸化触媒１２の通過後の排気ガスに含まれるＮＯｘを浄化する浄化機能を有する。
この実施形態ではＳＣＲ触媒２２とＤＰＦ１５が一体化されていることから、一体化されたＤＰＦ１５とＳＣＲ触媒２２をＤＰＦ／ＳＣＲ複合体２３とする。

この実施形態の排気ガス浄化装置１０は、外筒体１３における周壁部１３Ｃと第２排気管１４とを繋ぐバイパス管２４を備えている。
バイパス管２４の一方の端部は、周壁部１３Ｃの径方向において第２排気管１４の形成側（図１において周壁部１３Ｃの下部側）であって、外筒体１３の長手方向中央に接続されて反転通路２０から分岐される分岐部２０Ａと連通しており、バイパス管２４の他方の端部は、第２排気管１４におけるＤＰＦ／ＳＣＲ複合体２３の入口側と接続され、第２排気管１４と連通する。
つまり、バイパス管２４は反転通路２０から分岐され、第２排気管１４におけるＤＰＦ／ＳＣＲ複合体２３の入口側と連通する。
従って、バイパス管２４は反転通路２０を通る排気ガスの一部を反転通路２０の途中から第２排気管１４へ通すことが可能である。

図２に示すように、この実施形態の排気ガス浄化装置１０では、反転通路２０は周壁部１３Ｃおよび大径管部１１Ｃの上半分により形成される上部側通路空間２５と、周壁部１３Ｃおよび大径管部１１Ｃの下半分により形成される下部側通路空間２６とを有する。
下部側通路空間２６には、断面円弧状の湾曲板である通路分割体２７が設置されており、通路分割体２７は、分岐部２０Ａと対向しつつ下部側通路空間２６の通路方向（流路方向）に沿って延在しており、バイパス側通路部２６Ａと第１排気管側通路部２６Ｂとに上下分割する。
通路分割体２７は、反転通路２０において外筒体１３の内面に沿って周方向に湾曲して形成されており、また、外筒体１３の周方向に対して分岐部２０Ａを中心にして半周以下の範囲内で延在する。
通路分割体２７は固定部材２７Ａにより大径管部１１Ｃおよび周壁部１３Ｃに対して固定されている。
バイパス側通路部２６Ａは、反転通路２０において通路分割体２７と分岐部２０Ａとの間に形成されており、排気ガスをバイパス管２４へ通すことが可能な通路である。
また、第１排気管側通路部２６Ｂは、反転通路２０において通路分割体２７と第１排気管１１との間に形成されている。
第１排気管側通路部２６Ｂは第１排気管１１と対向しており、排気ガスをバイパス管２４へ通さないようにした通路である。

図１および図３に示すように、バイパス側通路部２６Ａの入口には、バイパス側通路部２６Ａの入口を開閉する開閉体２８が備えられている。
開閉体２８は略半裁リング状の開閉板２９と開閉板２９を支持する支持杆３０を備えている。
開閉板２９は、通路分割体２７と外筒体１３との間のバイパス側通路部２６Ａの断面を塞ぐ円弧状の外形を有していると言える。
支持杆３０は外筒体１３の外部に設置されているアクチュエータ３１により昇降する。
このため、アクチュエータ３１の作動により開閉板２９が昇降してバイパス側通路部２６Ａの入口を開放したり閉鎖したりすることが可能である。

アクチュエータ３１はコントローラ３２と通信可能な状態にて接続されておりコントローラ３２の指令により制御される。
コントローラ３２、は第２排気管１４を通る排気ガスの温度を検出する温度センサ３３と通信可能な状態にて接続されているほか、第２排気管１４を通る排気ガスの流量を検出するガス流量センサ３４と通信可能な状態にて接続されている。
従って、温度センサ３３により検出された排気ガスの温度の信号およびガス流量センサ３４により検出された排気ガスの流量の信号はコントローラ３２へ伝達される。
コントローラ３２は、温度センサ３３により検出された排気ガスの温度およびガス流量センサ３４により検出された排気ガスの流量に基づきアクチュエータ３１を制御する。

この実施形態では、コントローラ３２において、排気ガスの温度について第１の温度を予め設定し、また、排気ガスのガス流量についても第１の流量を予め設定している。
コントローラ３２は、温度センサ３３により検出された排気ガスの温度が第１の温度以上であって、ガス流量センサ３４により検出された排気ガスの流量が第１の流量以上の場合には、バイパス側通路部２６Ａの入口を開放するようにアクチュエータ３１を制御する。

また、コントローラ３２において、排気ガスの温度について第２の温度を予め設定し、また、排気ガスの流量についても第２の流量を予め設定している。
コントローラ３２は、温度センサ３３により検出された排気ガスの温度が第２の温度未満であって、ガス流量センサ３４により検出された排気ガスの流量が第２の流量未満の場合には、バイパス側通路部２６Ａの入口を閉鎖するようにアクチュエータ３１を制御する。

なお、温度センサ３３により検出された排気ガスの温度が第１の温度未満かつ第２の温度以上であって、ガス流量センサ３４により検出された排気ガスの流量が第１の流量未満かつ第２の流量以上の場合には、コントローラ３２は排気ガスの温度および流量に対応してバイパス側通路部２６Ａの入口の開閉度を開閉体２８により可変制御するようにアクチュエータ３１を制御する。
これらの第１の温度・流量、第２の温度・流量はエンジン特性や排気経路等による添加剤の分散特性によって変わり、予め行われる試験等の結果によって定められる値である。

次に、排気ガス浄化装置１０による排気ガスの浄化について説明する。
車両走行時には、ディーゼルエンジンのエキゾーストマニホールドを通る排気ガスがディーゼルエンジン側の排気管を通って第１排気管１１に導入される。
第１排気管１１を通る排気ガスは酸化触媒１２を通過するが、酸化触媒１２は排気ガス中の一酸化炭素を触媒作用により酸化して二酸化炭素を生成する。また、酸化触媒１２は排気ガス中のＮＯを触媒作用によりＮＯ_２を生成する。
酸化触媒１２により浄化された排気ガスは第１排気管１１の出口端１１Ｂから混合室１９に達する。
混合室１９では出口端１１Ｂからの排気ガスが対向壁１７に衝突し、混合室１９における排気ガスは第１排気管１１を通る排気ガスの流れとは反転する方向の流れを形成する。

また、還元剤としてのアンモニアが還元剤噴射ノズル１８より混合室１９内に噴射され、噴射されたアンモニアは排気ガスと混合する。
混合室１９においてアンモニアが混合された排気ガスは反転通路２０へ向かう。
排気ガスと混合されたアンモニアは、排気ガスが反転通路２０を通り出口室２１から第２排気管１４を通るまでに排気ガス中に分散する。

アンモニアを含む排気ガスは第２排気管１４を通り、ＤＰＦ／ＳＣＲ複合体２３を通過する。
ＤＰＦ／ＳＣＲ複合体２３を通過するとき、ＤＰＦ１５は排気ガス中に含まれるＰＭを捕集する。
また、ＳＣＲ触媒２２とアンモニアは排気ガスに含まれるＮＯｘを還元作用により窒素と水とに生成し、排気ガスを浄化する。
ＤＰＦ／ＳＣＲ複合体２３により浄化された排気ガスは車外と連通する排気管を通じて車外に排出される。

ところで、低速走行時やアイドリンク時では、ディーゼルエンジンは低回転であって低負荷運転状態と言え、高速走行時は高回転であって高負荷運転状態であると言える。
ディーゼルエンジンが高負荷運転状態にある場合は、排気ガスの圧力は低負荷運転状態と比較すると高圧である。
ディーゼルエンジンが高負荷運転状態であるか否かは、第２排気管１４における排気ガスの温度が第１の温度以上であって、排気ガスの流量が第１の流量以上であるか否かにより判断することができる。
温度センサ３３が検出した排気ガスの温度が第１の温度以上であって、ガス流量センサ３４が検出した排気ガスの流量が第１の流量以上の場合、高負荷運転状態とされる。

ディーゼルエンジンが低負荷運転状態であるか否かは、第２排気管１４における排気ガスの温度が第２の温度未満であって、排気ガスの流量が第２の流量未満であるか否かにより判断することができる。
温度センサ３３が検出した排気ガスの温度が第２の温度未満であって、ガス流量センサ３４が検出した排気ガスのガス流量が第２の流量未満の場合、低負荷運転状態とされる。

この実施形態の排気ガス浄化装置１０はディーゼルエンジンの運転状態に応じた制御を行う。
まず、低負荷運転状態の場合について説明する。
第２排気管１４における排気ガスの温度およびガス流量が低負荷運転状態の条件を満たすとき、コントローラ３２は、開閉体２８が反転通路２０におけるバイパス側通路部２６Ａの入口を閉鎖するようにアクチュエータ３１を制御する。
低負荷運転状態では、第１排気管１１の出口端１１Ｂから混合室１９へ達する排気ガスの流速は小さいから、出口端１１Ｂからの排気ガスが対向壁１７と衝突しても、気体であるアンモニアと排気ガスとは充分に混合され難い。

低負荷運転状態では、図１および図３に示すように、開閉体２８はバイパス側通路部２６Ａ側へ変位され、反転通路２０におけるバイパス側通路部２６Ａの入口は閉鎖される。
バイパス側通路部２６Ａの閉鎖により、反転通路２０を通る排気ガスはバイパス管２４をほとんど通ることなく出口室２１へ向かう。
バイパス管２４へ排気ガスをほとんど通さないようにすることで、バイパス管２４へ排気ガスの一部を通す場合と比べて、反転通路２０から第２排気管１４へ至る排気ガスの経路が長くなる。
反転通路２０から第２排気管１４へ至る排気ガスの経路が長くなることは、低負荷運転状態のように反転通路２０における排気ガスの流速が小さい場合であっても、排気ガスに対するアンモニアの分散を促進し、排気ガスにおけるアンモニアの分散性が向上する。

次に、高負荷運転状態の場合について説明すると、第２排気管における排気ガスの温度およびガス流量が高負荷運転状態の条件を満たすとき、コントローラ３２は、開閉体２８が反転通路２０におけるバイパス側通路部２６Ａの入口を開放するようにアクチュエータ３１を制御する。
高負荷運転状態では、第１排気管１１の出口端１１Ｂから混合室１９へ達する排気ガスの流速は大きいから、出口端１１Ｂからの排気ガスが対向壁１７と衝突することにより、アンモニアと排気ガスとはよく混合される。

高負荷運転状態では、図４および図５に示すように、開閉体２８は第１排気管１１側へ変位され、反転通路２０におけるバイパス側通路部２６Ａの入口は開放される。
バイパス側通路部２６Ａの開放により、反転通路２０を通る排気ガスの一部がバイパス管２４を通り易くなる。
バイパス管２４へ排気ガスの一部を通さない場合は混合室１９および反転通路２０における圧力損失が増大するが、バイパス管２４へ排気ガスの一部を通り易くすることで、反転通路２０における圧力損失が低減される。
バイパス管２４を排気ガスが通り易くなることから、ＤＰＦ／ＳＣＲ複合体２３の入口側においてバイパス管２４の排気ガスが反転通路２０からの排気ガスと合流され、合流により排気ガスとアンモニアとの混合がより均一となる。
反転通路２０から第２排気管１４へ至る排気ガスの経路が多様化することで、排気ガスに対するアンモニアの混合を促進することができるほか、反転通路２０の排気ガスの圧力損失を低減することが可能である。

次に、高負荷運転状態でも低負荷運転状態でもない運転状態の場合について説明する。
温度センサ３３により検出された排気ガスの温度が第１の温度未満かつ第２の温度以上または、ガス流量センサ３４により検出された排気ガスの流量が第１の流量未満かつ第２の流量以上の場合には、ディーゼルエンジンは高負荷運転状態でも低負荷運転状態でもない運転状態である。
このとき、コントローラ３２は第２排気管１４における排気ガスの温度および流量に対応してバイパス側通路部２６Ａの入口の開閉度を可変制御するようにアクチュエータ３１を制御する。
ディーゼルエンジンの運転状態が低負荷運転状態に近い場合には、バイパス側通路部２６Ａの入口の開度を小さくしてバイパス側通路部２６Ａを通る排気ガスの流量を少なくする。
逆に、ディーゼルエンジンの運転状態が高負荷運転状態に近い場合には、バイパス側通路部２６Ａの入口の開度を大きくバイパス側通路部２６Ａを通る排気ガスの流量を多くする。
なお、高負荷運転状態でも低負荷運転状態でもない運転状態の場合のバイパス側通路部２６Ａの入口の開度は、予め行われる試験等の結果によって定められるマップデータに基づいて制御される。

上記の実施形態は以下の作用効果を奏する。
（１）バイパス側通路部２６Ａが開閉体２８により閉じられると、排気ガスはバイパス管２４をほとんど通らないので、バイパス管２４へ排気ガスの一部を通す場合と比べて、反転通路２０から第２排気管１４へ至る排気ガスの経路が長くなりアンモニアと排気ガスが混合され易くなる。バイパス側通路部２６Ａが開閉体２８により開かれると、バイパス側通路部２６Ａを通る排気ガスの一部がバイパス管２４を通り易くなるため、反転通路２０における圧力損失が低減される。また、バイパス管２４を排気ガスが通ることから、ＤＰＦ／ＳＣＲ複合体２３の入口側においてバイパス管２４の排気ガスが反転通路２０からの排気ガスと合流され、合流により排気ガスとアンモニアとの混合がより均一となる。バイパス側通路部２６Ａをディーゼルエンジンの運転状態に応じて開閉体２８により開閉することにより、混合室１９内にて添加されたアンモニアと排気ガスとの適切な混合を図ることが可能となる。
（２）バイパス側通路部２６Ａは開閉体２８により開閉されるが、開閉体２８によるバイパス側通路部２６Ａの開閉度はアクチュエータ３１により可変制御される。バイパス側通路部２６Ａの開閉度が可変制御されることにより、バイパス側通路部２６Ａを通る排気ガス流量が制御され、アンモニアと排気ガスとのより適切な混合を図ることが可能となる。

（３）コントローラ３２は、温度センサ３３により検出された排気ガスの温度およびガス流量センサ３４により検出された排気ガスの流量に基づき、アクチュエータ３１を制御する。このため、ディーゼルエンジンの運転状態に応じてバイパス側通路部２６Ａの開閉度が可変制御され、バイパス側通路部２６Ａを通る排気ガスの流量が制御される。これにより、ディーゼルエンジンの運転状態に応じたアンモニアと排気ガスとのより適切な混合を図ることが可能となる。
（４）コントローラ３２は、検出された排気ガスの温度が第１の温度以上であって、かつ、排気ガスの流量が第１の流量以上のとき、開閉体２８がバイパス側通路部２６Ａを開くように、アクチュエータ３１を制御する。このため、排気ガスの温度が第１の温度以上であって、かつ、排気ガスの流量が第１の流量以上であるとき、ディーゼルエンジンは高負荷運転状態にある。高負荷運転状態では、バイパス側通路部２６Ａに排気ガスを通してバイパス管２４に排気ガスを通しても、混合室１９においてアンモニアと排気ガスとの適切な混合を行うことができる。

（５）コントローラ３２は、検出された排気ガスの温度が第２の温度未満であって、かつ、排気ガスの流量が第２の流量未満のとき、開閉体２８がバイパス側通路部２６Ａを閉じるように、アクチュエータ３１を制御してもよい。排気ガスの温度が第２の温度未満であって、かつ、排気ガスの流量が第２の流量未満であるとき、ディーゼルエンジンは低負荷運転状態にある。低負荷運転状態では、バイパス側通路部２６Ａに排気ガスを通さないようにして、反転通路２０から第２排気管１４へ至る排気ガスの経路を長くする。これにより、ディーゼルエンジンが低負荷運転状態であっても、混合室１９においてアンモニアと排気ガスを混合し易くなる。

なお、上記の各実施形態に係る排気ガス浄化装置は、本発明の一実施形態を示すものであり、本発明は、上記の各実施形態に限定されるものではなく、下記のように発明の趣旨の範囲内で種々の変更が可能である。
○ 上記の実施形態では、第２浄化体としてＳＣＲ触媒とＤＰＦが一体化されたＤＰＦ／ＳＣＲ複合体としたが、第２浄化体はＳＣＲ触媒単独としてもよいし、あるいはＤＰＦ単独としてもよい。第２浄化体をＳＣＲ触媒単独とする場合、添加剤噴射弁は還元剤を噴射する還元剤噴射弁とすることが好ましい。また、ＤＰＦ／ＳＣＲ複合体であって第２浄化体をＤＰＦとする場合には添加剤噴射弁はＤＰＦ再生用の燃料を噴射する燃料噴射ノズルとすることが好ましい。また、ＤＰＦ／ＳＣＲ複合体の場合には、添加剤噴射弁としての還元剤噴射弁と燃料噴射ノズルを近接して設けるようにしてもよい。
○ 上記の実施形態では、断面形状が円形の第１浄化体としたが、第１浄化体の断面形状は特に円形に限定されない。第１浄化体の断面形状は、例えば、多角形、楕円、長円としてもよく、自由に設定することができる。
○ 上記の実施形態では、バイパス管を反転通路の通路方向における中間付近に設けたが、反転通路の通路方向におけるバイパス管を設ける位置は特に限定されず、例えば、通路分割体の混合室側の端部寄りあるいは第２排気管側の端部寄りに設けてもよい。
○ 上記の実施形態では、通路分割体は反転通路における下側通路空間をほぼ半分に分割したが、通路分割体による分割割合は特に限定されない。例えば、バイパス側通路部が第１排気管側通路部よりも狭い通路になるように分割されてもよいし、その逆にバイパス側通路部が第１排気管側通路部よりも広い通路となるように分割してもよい。
○ 上記の実施形態では、還元剤として気体であるアンモニアを用いたが、還元剤はアンモニアに限らず、例えば、液体である尿素水としてもよい。還元剤として尿素水を用いる場合、排気ガスと混合しやすいが尿素水を加熱分解する熱を考慮する必要がある。
○ 上記の実施形態では、内燃機関の運転状態を把握するための温度センサとガス流量センサを第２排気管に設けるようにしたが、温度センサおよびガス流量センサは、例えば、排気ガス浄化装置の上流側である内燃機関のエキゾーストマニホールド等に設置してもよい。また、内燃機関に付属され、例えば、ターボ出口の温度を測定する温度センサや吸気部のガス流量を測定するガス流量センサを用いてもよい。この場合、内燃機関に付属のセンサを用いるため、新たにセンサを設ける必要がない。

１０ 排気ガス浄化装置
１１ 第１排気管
１１Ａ 入口端
１１Ｂ 出口端
１２ 酸化触媒（第１浄化体）
１３ 外筒体
１４ 第２排気管
１５ ＤＰＦ
１７ 対向壁
１８ 還元剤噴射ノズル（添加剤噴射弁）
１９ 混合室
２０ 反転通路
２０Ａ 分岐部
２２ ＳＣＲ触媒（第２浄化体）
２３ ＤＰＦ／ＳＣＲ複合体
２４ バイパス管
２６ 下部側通路空間
２６Ａ バイパス側通路部
２７ 通路分割体
２８ 開閉体
２９ 開閉板
３１ アクチュエータ
３２ コントローラ
３３ 温度センサ
３４ ガス流量センサ

Claims (9)

1. 内燃機関から排出される排気ガスを浄化する第１浄化体と、
   第１浄化体を内蔵する第１排気管と、
   前記第１排気管を収容する外筒体と、
   前記外筒体に備えられ、前記第１排気管の出口と対向する対向壁と、
   前記対向壁に備えられ、添加剤を噴射する添加剤噴射弁と、
   前記第１排気管の出口と対向壁との間に形成される混合室と、
   前記第１排気管と前記外筒体との間に形成される反転通路と、
   前記第１浄化体の通過後の排気ガスを浄化する第２浄化体と、
   前記第２浄化体を内蔵し、前記反転通路の出口側と連通する第２排気管と、
   前記外筒体において前記反転通路から分岐される分岐部と前記第２排気管における前記第２浄化体の入口側とを連通するバイパス管と、
   前記反転通路にて前記分岐部に対向しつつ前記排気ガスの流路方向に沿って延在する通路分割体と、
   前記反転通路において前記通路分割体と前記分岐部との間に形成されるバイパス側通路部と、
   前記反転通路において前記通路分割体と前記第１排気管との間に形成され、前記第１排気管と対向して形成される第１排気管側通路部と、
   前記混合室と前記通路分割体との間に設けられ、前記バイパス側通路部を開閉する開閉体と、を備えたことを特徴とする排気ガス浄化装置。
2. 前記開閉体による前記バイパス側通路部の開閉度を可変制御するアクチュエータを備えたことを特徴とする請求項１記載の排気ガス浄化装置。
3. 前記排気ガスの温度を検出する温度センサと、
   前記排気ガスの流量を検出するガス流量センサと、
   前記温度センサと前記ガス流量センサと接続され、検出された排気ガスの温度および排気ガスの流量に基づき、前記アクチュエータを制御するコントローラと、を備えたことを特徴とする請求項２記載の排気ガス浄化装置。
4. 前記コントローラは、検出された排気ガスの温度が第１の温度以上であって、かつ、排気ガスの流量が第１の流量以上のとき、前記開閉体が前記バイパス側通路部を開くように前記アクチュエータを制御することを特徴とする請求項３記載の排気ガス浄化装置。
5. 前記コントローラは、検出された排気ガスの温度が第２の温度未満であって、かつ、排気ガスの流量が第２の流量未満のとき、前記開閉体が前記バイパス側通路部を閉じるように前記アクチュエータを制御することを特徴とする請求項３記載の排気ガス浄化装置。
6. 前記通路分割体は、前記反転通路において前記外筒体の内面に沿って周方向に湾曲して形成され、前記外筒体の周方向に対して前記分岐部を中心にして半周以下の範囲内で延在することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項記載の排気ガス浄化装置。
7. 前記開閉体は、前記通路分割体と前記外筒体との間の前記バイパス側通路部の断面を塞ぐ円弧状の外形を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項記載の排気ガス浄化装置。
8. 前記第１浄化体は酸化触媒を備え、
   前記第２浄化体はＳＣＲ触媒を備え、
   前記添加剤はＳＣＲ触媒用の還元剤であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項記載の排気ガス浄化装置。
9. 前記第１浄化体は酸化触媒を備え、
   前記第２浄化体はＤＰＦを備え、
   前記添加剤はＤＰＦ再生用の燃料であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項記載の排気ガス浄化装置。

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