JP2012002086A - 排気浄化装置の接続部構造 - Google Patents

Abstract

【課題】複雑な構造を用いることなく、中間パイプ内での還元剤の堆積を抑制し、且つ還元剤の拡散効果を促進できる排気浄化装置の接続部構造を提供する。
【解決手段】上流側排気浄化装置１０の筒状ケーシング１１内の下流部に形成された排気流出空間１４と、筒状ケーシング１１の一側壁１１ａから排気流出空間１４内に上流部分１９ａを貫入された中間パイプ１９と、排気流出空間１４内に噴霧口１５ａを有し、中間パイプ１９の上流部分１９ａの内部に還元剤を噴霧するノズル１５と、をそなえ、中間パイプ１９の上流部分１９ａは排気流出空間１４に突出すると共に、筒状ケーシング１１の他側壁１１ｂとの間に排気流入用の間隙ＣＬが設けられている。
【選択図】図１

Description

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。

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に、ＮＯｘを除去するための選択還元型触媒（以下、ＳＣＲ触媒という）を設置し、還元剤としてアンモニアをＳＣＲ触媒に供給することにより、排気中のＮＯｘを還元して排気を浄化するようにした排気浄化触媒装置が用いられている。

このＳＣＲ触媒を用いた排気浄化触媒装置では、ＳＣＲ触媒の上流側の排気中に尿素水を供給することにより、排気熱によって尿素水から分解して生じたアンモニアがＳＣＲ触媒に供給される。ＳＣＲ触媒は、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、触媒金属が担持されている。ＳＣＲ触媒に供給されたアンモニアは、一旦ＳＣＲ触媒に吸着し、このアンモニアと排気中のＮＯｘとの間の脱硝反応がＳＣＲ触媒によって促進されることによりＮＯｘの還元が行われる。

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、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４に示すように、筒状の第１のケーシング６１を有する上流側排気浄化装置６０と、第１ケーシング６１の下流側に配設された筒状の第２のケーシング７１を有する下流側排気浄化装置７０と、第１のケーシング６１及び第２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。

筒状の第１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２のケーシング７１内には、その上流側にＳＣＲ触媒７２が配置され、下流側にＳＣＲ触媒７２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。また、第２のケーシング７１の軸方向両端部には、それぞれ空間７７ａ，７７ｂが設けられている。

第１のケーシング６１と第２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１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孔６６が貫設されている。これらの孔６６を介して、第１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２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。

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１のケーシング６１に導入され、第１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２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ＳＣＲ触媒７２に供給される。

しかしながら、このようにして噴射ノズル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、必ずしも噴射された尿素水の全量が排気中で霧化されるわけではない。これは、中間パイプ６９に設けられた複数の孔６６を介して中間パイプ６９内に排気が導入される際に、各孔６６の周囲の部材上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ためである。

この結果、排気の流動抵抗が増大して排気浄化装置の排気浄化効率が低下したり、尿素水が中間パイプ６９に設けられた各孔６６の周囲に付着することによって、ＳＣＲ触媒７２に供給されるべきアンモニアの量が不足して、ＳＣＲ触媒７２の排気浄化効率が低下したりするという課題が生じる。
そこで、この堆積物を生じるという課題を解決するために、下記の特許文献２に記載の排気浄化装置が提案されている。図５は、図４のＹ−Ｙ矢視断面図である。図５に示すように、特許文献２に記載の排気浄化装置は、噴射ノズル６５から噴射される還元剤が、排気流出口６７の内周、つまり、図５中に破線で示す中間パイプ６９の内周より径方向内方に向けて供給される。すなわち、噴射ノズル６９による尿素水の噴射は、図５中に示す２本の一点鎖線で挟まれた範囲内に向けられており、噴射ノズル６５の噴射口６５ａと、破線で示す排気流出口６７の内周とを結ぶ２本の二点鎖線より内側となっている。

特許文献２に記載の排気浄化装置によれば、噴射ノズル６５から噴射される尿素水の噴射角度を小さく設定するため、噴射ノズル６５から離れたところまで尿素水を噴射することができ、中間パイプ６９の内周、特に複数の孔６６の周囲での堆積物の発生を抑制することができる。

特開２００８−２７４８７８号公報 特開２００９−９７４３５号公報

しかしながら、上記の特許文献２に記載の排気浄化装置では、噴射ノズル６５から噴射される尿素水の噴射角度を小さく設定するため、中間パイプ６９の孔６６を介して導入される排気が中間パイプ６９内で相互に衝突して攪拌されても、その排気中で尿素水噴霧が拡散することについて不利になり、尿素水の加水分解で生じるアンモニアと排気の混合についても不利になる。ひいてはＳＣＲ触媒に流入するアンモニアと排気の混合均一性が低下するので、ＮＯx浄化率についても不利になる。

本発明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、中間パイプ内での還元剤の堆積を抑制し、且つ還元剤の拡散効果を促進できる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。

上記課題を解決するために、本発明の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中間パイプ内に流入させ流入した前記排気に還元剤を噴霧供給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中間パイプとの接続部の構造であって、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、前記筒状ケーシングの一側壁から前記排気流出空間内に上流部分を貫入された前記中間パイプと、前記排気流出空間内に噴霧口を有し、前記中間パイプの前記上流部分の内部に前記還元剤を噴霧するノズルとをそなえ、前記中間パイプの前記上流部分は前記排気流出空間に突出すると共に、前記筒状ケーシングの他側壁との間に排気流入用の間隙が設けられていることを特徴としている。

このとき、前記中間パイプの軸心上における前記間隙長さｃと、前記筒状ケーシングの内径Ｄと、前記中間パイプの内径ｄとが、以下の（式１），（式２）の関係を満たすことが好ましい。
Ｄ／４ ＜ｄ＜ Ｄ／２ ・・・（式１）
ｃ≧ｄ／４ ・・・（式２）

なお、前記中間パイプの前記上流部分は、下流部分と分割されているとは限らず、下流部分と一体であっても良い。この場合、前記排気流出空間に突出して前記筒状ケーシングに固設され、前記中間パイプの前記上流部分の前記排気流出空間内への挿入をガイドするガイドパイプが装備されていることが好ましい。

前記ガイドパイプは前記筒状ケーシングの前記一側壁の外部に突設され、前記ガイドパイプの下流端には、内部に前記中間パイプを装備した接続パイプの上流端が、それぞれのフランジ部を介して結合しており、前記中間パイプは、前記接続パイプに支持されて前記フランジ部による結合箇所を貫通して前記ガイドパイプの内から前記排気流出空間内に貫入していることが好ましい。

さらに、前記フランジ部による結合箇所において前記ガイドパイプは、前記接続パイプに対してフレキシブルジョイントを介して接続されることがより好ましい。
また、前記上流側排気浄化装置には、ディーゼルエンジンの排気に含まれる粒子状物質（ＰＭ）を捕集するフィルタ（ＤＰＦ）が備えられ、前記下流側排気浄化装置には、前記排気に含まれるＮOｘを処理する選択還元型触媒が備えられていることが好ましい。

本発明の排気浄化装置の接続部構造によれば、中間パイプに従来技術のような複数の孔を設けることなく、排気流入用の間隙から排気を中間パイプ内へ導入するため、簡素な構造ながら中間パイプ内での気流のよどみの発生を防ぎ、噴射された還元剤が堆積物となって中間パイプ内に堆積することを抑制することができる。このため、排気の流動抵抗が増大することもなく、また、供給されるべきアンモニアの量が不足することもないため、排気浄化効率の低下を抑制することができる。

また、排気流入用の間隙長さｃと、筒状ケーシングの内径Ｄと、中間パイプの内径ｄとが所定の関係を満たすように設定されている場合、排気流出空間から中間パイプ内へ流入する排気が、中間パイプの開口に対して全周方向から流れ込む際に圧力損失の増大を抑制することができる。なお、ノズルから噴霧される還元剤はこの排気の流れに包み込まれるため、偏りにくく、中間パイプ内で周方向に均等に拡散し易くなる。

また、中間パイプの上流部分にガイドパイプが設けられている場合、排気流出空間内へ中間パイプを挿入する際に、中間パイプの上流端がガイドされ、挿入し易くなるとともに、上流側排気浄化装置内に配設されているフィルタ（ＤＰＦ）を傷つけることを防止することができる。
また、ガイドパイプの下流端と接続パイプの上流端とがそれぞれのフランジ部を介して結合され、中間パイプが接続パイプに支持されてフランジ部による結合箇所を貫通して、ガイドパイプ内から排気流出空間内に貫入している場合、フランジ部においても中間パイプは継目なく連続しており段差がないため、パイプの結合部で堆積物を生じることはなく、さらに排気浄化効率の低下を抑制することができる。

さらに、ガイドパイプの下流端が接続パイプに対してフレキシブルジョイントを介して接続される場合、上流側排気浄化装置の筒状ケーシングと接続パイプに曲げ変位が発生しても、フレキシブルジョイントが曲げ変位を吸収することができるため、パイプ接続部に発生する応力を低減させることができる。

本発明の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、（ａ）は図２のＸ−Ｘ矢視断面図、（ｂ）は図１（ａ）の部分拡大図である。 本発明の一実施形態にかかる排気浄化装置を示す全体構成図である。 本発明の他の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断面図である。 従来の課題を説明する部分拡大断面図である。 図４のＹ−Ｙ矢視断面図である。

以下、図面により、本発明の実施の形態について説明する。
本発明の一実施形態にかかる排気浄化装置の接続部構造について、図１及び図２を用いて説明する。
まず、図２を用いて本実施形態にかかる排気浄化装置を説明する。図２は、本実施形態にかかる排気浄化装置を示す全体構成図である。本実施形態の排気浄化装置はトラックに搭載されており、図２ではトラックへの搭載状態での内燃機関１及び排気浄化装置２の配置を示すもので、トラックの床下要部を二点鎖線で示している。なお、以下の説明では、車両を主体として前後方向及び左右方向を規定する。

トラックはラダーフレームのシャーシ構造が採用されている。ラダーフレーム３０は、車体の前後方向全体に延設した左右一対のサイドレール３０ａを複数のクロスメンバ３０ｂ（１つのみ図示）により連結して構成され、このラダーフレーム３０上に内燃機関１等のパワープラント及び車体のキャビンや荷台３０ｃ等が搭載されている。図２では、ラダーフレーム３０の左右一対のサイドレール３０ａの一部、及び、ラダーフレーム３０上に設置された荷台３０ｃの一部を二点鎖線で示し、この荷台３０ｃの床下に排気浄化装置２が設置されている。

内燃機関１は、ラダーフレーム３０の左右のサイドレール３０ａ間に位置し、ここでは直列６気筒機関として構成されている。内燃機関１の各気筒には燃料噴射弁３１が設けられ、各燃料噴射弁３１はコモンレール３２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。
内燃機関１の吸気側には吸気マニホールド３３が装着され、吸気マニホールド３３に接続された吸気通路３４には、上流側よりエアクリーナ３５，ターボチャージャ３６のコンプレッサ３６ａ及びインタークーラ３７が設けられている。また、内燃機関１の排気側には排気マニホールド３８が装着され、排気マニホールド３８には、コンプレッサ３６ａと同軸上に連結されたターボチャージャ３６のタービン３６ｂが接続されている。タービン３６ｂには排気通路３９が接続され、排気通路３９の途中に排気浄化装置２が設けられている。

一方、内燃機関１の後部には変速機４０が結合され、変速機４０の出力軸にはプロペラシャフト４１の前端が連結されている。プロペラシャフト４１は車体の床下で左右のサイドレール３０ａ間を後方に向けて延設され、その後端は図示しないディファレンシャルギアを介して左右の後輪に接続されている。
排気通路３９は、右側のサイドレール３０ａの下側において後方に向けて延設されている。一般的なトラックでは、そのまま排気通路３９が車体後部まで延設されて、この排気通路３９の途中に排気浄化装置２の各構成部材が直列配置されるが、本実施形態のトラックでは荷台の長さの関係で床下の前後スペースに制限があるため、排気通路３９を右側に取り回して側方排気している。この排気通路３９の取り回しの関係により、排気通路３９の途中に設置された排気浄化装置２のレイアウトも変則的なものになっている。以下、詳述する。

排気通路３９の中流部には、排気の流れが車両の長手方向（車長方向）を向くように配置され、前後方向に沿った円筒状の筒状ケーシング１１を有する上流側排気浄化装置１０が、右側のサイドレール３０ａの下側に接続されている。筒状ケーシング１１の内部の上流側には前段酸化触媒１２が配置され、下流側には排気中に含まれる煤等の粒子状物質（Particulate Matter、以下、ＰＭと略称する）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）１３が配置され、さらに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。

筒状ケーシング１１の下流部に形成された排気流出空間１４には、中間パイプ１９の上流部分１９ａが筒状ケーシング１１の側壁面の一部（一側壁）１１ａに貫通して配設されている。中間パイプ１９は排気通路３９の一部を構成するものであり、最も一般的な円筒状パイプであって、その内径も排気通路３９と略等しく設定されている。
筒状ケーシング１１の側壁面で一側壁１１ａに対向する部分（他側壁）１１ｂには、電磁式のノズル１５が固定されており、ノズル１５の噴霧口１５ａは排気流出空間１４内に突設されている。ノズル１５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中間パイプ１９の上流部分１９ａ内部に噴霧する。上記した内燃機関１の各気筒の燃料噴射弁３１やノズル１５等のデバイス類及び図示しないセンサ類はＥＣＵ（電子コントロールユニット）４２に接続されており、燃料噴射弁３１やノズル１５等のデバイス類は、センサ類からの検出情報に基づいてＥＣＵ４２により駆動制御される。

上流側排気浄化装置１０内の前段酸化触媒１２及びＤＰＦ１３を通過した排気は、排気流出空間１４から中間パイプ１９の上流部分１９ａ内へ流入し、流入した排気にノズル１５から還元剤としての尿素水を噴霧供給して、下流側排気浄化装置２０に送給される。中間パイプ１９の下流部分１９ｂは、下流側排気浄化装置２０の筒状ケーシング２１の外周面に溶接されており、上流側排気浄化装置１０の出口部と下流側排気浄化装置２０の入口部とを連通している。

下流側排気浄化装置２０は、右側のサイドレール３０ａの外側で、車長方向に対して上流側排気浄化装置１０の側方に、排気の流れが車幅方向を向くように配置されて、Ｔ字型の配置となっている。なお、下流側排気浄化装置２０の配置はこれに限られるものではなく、右側のサイドレール３０ａの外側で、車長方向に対して上流側排気浄化装置１０の後端１０ａよりも後方にシフトして、排気の流れが車幅方向を向くように配置されて、平面視でＬ字型の配置としてもよい。

下流側排気浄化装置２０は、車幅方向に沿った筒状ケーシング２１の内部に、アンモニアの供給により排気中に含まれるＮＯｘを還元して排気を浄化する選択還元型触媒（ＳＣＲ触媒）２２と、アンモニアを無害化する後段酸化触媒２３とを備えて構成されている。さらに、下流側排気浄化装置２０には、排気通路３９の一部である出口パイプ２９が設けられ、出口パイプ２９は右側に湾曲形成されて車体側方に開口している。なお、出口パイプ２９は排気通路３９の一部を構成するものであり、最も一般的な円筒状パイプであって、その内径も排気通路３９と略等しく設定されている。

ここで、上流側排気浄化装置１０と中間パイプ１９との接続部の構造について、図１を用いて説明する。図１（ａ）は、本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２のＹ−Ｙ矢視断面図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）の部分拡大図である。
図１（ａ）に示すように、中間パイプ１９の上流部分１９ａの端部（上流端）１９ｃは開口しており、上流部分１９ａは筒状ケーシング１１の一側壁１１ａ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いる。中間パイプ１９の上流端１９ｃと筒状ケーシング１１の他側壁１１ｂとの間には、上流側排気浄化装置１０で処理された排気が中間パイプ１９内へ流入するためのクリアランス（間隙）ＣＬが設けられている。

なお、中間パイプ１９の軸心上におけるクリアランスＣＬの長さｃと、上流側排気浄化装置１０の筒状ケーシング１１の内径Ｄと、中間パイプ１９の内径ｄは、圧力損失の観点より、中間パイプ１９内の断面積Ｓ１とクリアランスＣＬの側面積Ｓ２との関係で、下記の式（１）〜（３）により決定される。
Ｓ１≦Ｓ２ ・・・（１）
ここで、
Ｓ１＝πｄ²／４ ・・・（２）
Ｓ２＝πｃｄ ・・・（３）
である。クリアランスＣＬの側面積Ｓ２が、中間パイプ１９内の断面積Ｓ１、つまり中間パイプ１９の開口の面積以上であれば、排気流出空間１４内の排気がスムーズに中間パイプ１９内へ流入することができ、圧力損失の増大を抑制できる。

なお、上記の式（２）及び（３）を、式（１）へ代入し、整理すると下記の式（４）となる。
ｃ≧ｄ／４ ・・・（４）

したがって、クリアランスＣＬの長さｃと中間パイプ１９の内径ｄとは、上記の式（４）の関係を満たすように設定されているほうがよい。

また、中間パイプ１９の内径ｄは、上流側排気浄化装置１０の筒状ケーシング１１の内径Ｄとの関係で、以下の式（５）の関係を満たすように設定されているほうがよい。
Ｄ／４ ＜ｄ＜ Ｄ／２ ・・・（５）

上記の式（５）を満たすように中間パイプ１９の内径ｄが設定されていれば、排気の流入及び中間パイプ１９内での排気の拡散が円滑に行われる。なお、一般的な筒状ケーシング１１及び中間パイプ１９であれば、上記の式（５）は満たすものと考えられる。

中間パイプ１９の軸心上且つ筒状ケーシング１１の他側壁１１ｂには、下流側排気浄化装置２０内のＳＣＲ触媒２２へ還元剤としての尿素水を噴霧供給するノズル１５が固定されており、中間パイプ１９の軸心上に還元剤の噴射中心を向けて設けられている。ノズル１５の噴霧口１５ａから噴射される還元剤は、図１（ａ）中に二点鎖線で示すように、中間パイプ１９の上流部分１９ａへと流入される。

ここで、ノズル１５から噴霧される還元剤の噴霧角をαとすると、還元剤が中間パイプ１９内へ確実に噴射されるように、クリアランスＣＬの長さｃは、最低限、下記の式（６）を満たすように設定される。
ｄ／２≧ｃ×ｔａｎ（α／２） ・・・（６）

ここで、噴射角αは排気流の中では変化することが考えられ、還元剤が中間パイプ１９内へより確実に噴射されるためには、ｃよりも一定マージンｍだけ大きい値（ｃ＋ｍ）について、式（６）´に示すようにαとｃとｄとの関係を設定する必要がある。
ｄ／２≧（ｃ＋ｍ）×ｔａｎ（α／２） ・・・（６）´

また、中間パイプ１９の上流部分１９ａには、中間パイプ１９の上流部分１９ａの排気流出空間１４内への挿入をガイドするためのガイドパイプ１６が、中間パイプ１９の外周から離隔して装備されている。ガイドパイプ１６は、筒状ケーシング１１の一側壁１１ａを貫通して排気流出空間１４内に突出し、筒状ケーシング１１との接触部分を溶着され、筒状ケーシング１１に固設されている。なお、ここでは、ガイドパイプ１６は筒状ケーシング１１の径方向断面の中心より手前まで突出して設けられているが、これに限るものではなく、中間パイプ１９の上流端１９ｃよりも突出しておらず、且つ、中間パイプ１９の上流部分１９ａを支持できる長さがあればよい。

また、ガイドパイプ１６は、筒状ケーシング１１の一側壁１１ａの外部にも突出しており、ガイドパイプ１６の下流端１６ｂは、中間パイプ１９の外周に隙間を介して設けられた接続パイプ１７と接続されている。接続パイプ１７は、中間パイプ１９の外周との隙間に弾力性を有する材質のブッシュＢを介して中間パイプ１９と固設されている。なお、ブッシュＢは間隔をあけて複数配設されており、ブッシュＢを介して中間パイプ１９と接続パイプ１７は二重管構造となっている。

ガイドパイプ１６の下流端１６ｂと接続パイプ１７の上流端１７ａとは、フレキシブルジョイント１８を介して接続されている。ここで、図１（ｂ）にフレキシブルジョイント１８部分の拡大図を示す。図１（ｂ）に示すように、中間パイプ１９の外周には、接続パイプ１７の上流端１７ａよりわずかに上流側に、中間パイプ１９の外周に対して垂直に突出した突起部１９Ｐが設けられている。この突起部１９Ｐは、中間パイプ１９の外周と接続パイプ１７の内周の隙間より短い長さで設けられており、この突起部１９Ｐには耐摩耗性を有する材質の球面ブッシュ（球面滑り軸受）ＳＢが配設されている。

ガイドパイプ１６の下流部分は、球面ブッシュＳＢの曲面部に摺接するようにガイドパイプ１６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、ガイドパイプ１６は、接続パイプ１７及び中間パイプ１９に対して、図1（ｂ）中に矢印Ａで示すように相対動する。また、この湾曲部分１６ｃから、ガイドパイプ１６の外部に向けて垂直方向にガイドパイプ１６の下流端１６ｂが延設されている。

一方、接続パイプ１７は、中間パイプ１９との間にブッシュＢを介して中間パイプ１９に固設されており、その上流端１７ａが接続パイプ１７の外周から外部に向けて垂直方向に延設されている。ガイドパイプ１６の下流端１６ｂと接続パイプ１７の上流端１７ａには、それぞれボルト穴が貫設され、ボルト１８Ｂが挿通されている。このボルト１８Ｂには、圧縮コイルスプリング１８Ｓが設けられており、ガイドパイプ１６の下流端１６ｂと接続パイプ１７の上流端１７ａとを接続しながら、このスプリング１８Ｓの弾性力により接続パイプ１７に固設されている中間パイプ１９の傾きを許容している。なお、中間パイプ１９は、ガイドパイプ１６の内周から離隔しているため、ある程度傾いてもガイドパイプ１６に影響されない。また、中間パイプ１９の外周とガイドパイプ１６の内周との隙間は、中間パイプ１９を挿入させるには十分な距離であって、過剰に中間パイプ１９の角度が変わらない程度の距離がよい。

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噴霧供給は以下のように実施される。
上流側排気浄化装置１０内において、前段酸化触媒１２及びＤＰＦ１３を通過した排気は、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内に流入し、その流れの方向を変えて旋回しながら中間パイプ１９の上流端１９ｃに対して全周方向から、中間パイプ１９内に流れ込む。

一方、中間パイプ１９の軸心上且つ筒状ケーシング１１の他側壁１１ｂに設けられたノズル１５により、中間パイプ１９の軸心方向へ還元剤としての尿素水が噴霧されると、図１（ａ）中に二点鎖線で示すように、還元剤は中間パイプ１９の上流部分１９ａへと進入していく。
このとき、噴霧された還元剤は、中間パイプ１９の上流端１９ｃから流入する排気の流れに包み込まれ、排気とともに中間パイプ１９の上流部分１９ａへ流入し、その後、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、下流側排気浄化装置２０内のＳＣＲ触媒２２に供給され、ＮＯｘの還元が行われる。

つまり、本実施形態の排気浄化装置の接続部構造によれば、中間パイプ１９に従来技術のような複数の孔を設けることなく、排気流入用の間隙から排気を中間パイプ内へ導入するため、パイプのコストを低減できるとともに、簡素な構造でありながら中間パイプ内での気流のよどみの発生を防止し、噴射された還元剤が堆積物となって中間パイプ内に堆積することを抑制することができる。このため、排気の流動抵抗が増大することもなく、また、供給されるべきアンモニアの量が不足することもないため、排気浄化効率の低下を抑制することができる。

また、ガイドパイプ１６の下流端１６ｂと接続パイプ１７の上流端１７ａとがそれぞれのフランジ部を介して結合され、中間パイプ１９が接続パイプ１７に支持されてフランジ部による結合箇所を貫通して、ガイドパイプ１６内から排気流出空間１４内に貫入した片持ち構造で形成されている。そのため、中間パイプ１９には段差がなく一体で設けられるため、パイプの結合部で堆積物を生じることはなく、さらに排気浄化効率の低下を抑制することができる。

また、中間パイプ１９の上流部分１９ａにガイドパイプ１６が設けられているため、排気流出空間１４内へ中間パイプ１９の上流部分１９ａを挿入する際に、中間パイプ１９の上流端１９ｃがガイドされ、挿入し易くなるとともに、上流側排気浄化装置１０内に配設されているＤＰＦ１３の端面を傷つけることを防止することができる。
さらに、ガイドパイプ１６の下流端１６ｂが接続パイプ１７に対してフレキシブルジョイント１８を介してフレキシブルに接続されている。そのため、上流側排気浄化装置１０の筒状ケーシング１１と接続パイプ１７に曲げ変位が発生しても、フレキシブルジョイント１８が曲げ変位を吸収することができるため、変位により接続パイプ１７に発生する応力を回避させることができる。

以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明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、図３に示すように、ガイドパイプ１６の排気流出空間１４内への突出部の長さを短く設定してもよい。この場合、構成がより簡素になるという利点があるが、中間パイプ１９を排気流出空間１４内へ挿入する際には細心の注意を払う必要がある。

また、図３に示すように、ガイドパイプ１６と接続パイプ１７とを、フレキシブルジョイントを介さず、一般的なフランジ部２８によって接続してもよい。この場合、構成がより簡素になるという利点があるが、接続パイプ１７に曲げ応力が発生する可能性があるため、例えば、下流側排気浄化装置２０の筒状ケーシング２１と接続パイプ１７との接続部にフレキシブルジョイントを用いてもよい。

さらに、ガイドパイプ１６の長さは上記実施形態で説明したものとし、ガイドパイプ１６と接続パイプ１７との接続部を図３に示すようにしてもよく、また、ガイドパイプ１６の長さを図３に示すように短く設定し、ガイドパイプ１６と接続パイプ１７との接続部を上記実施形態で説明したフレキシブルジョイント１８としてもよい。いずれの組み合わせであっても、複雑な構造を用いることなく、中間パイプ１９内での還元剤の堆積を抑制し、且つ還元剤の拡散効果を促進することができる。

１ 内燃機関（エンジン）
２ 排気浄化装置
１０ 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
１５ ノズル
１６ ガイドパイプ
１７ 接続パイプ
１８ フレキシブルジョイント
１９ 中間パイプ
２０ 下流側排気浄化装置
２２ ＳＣＲ触媒（選択還元型触媒）

Claims (6)

1. 上流側排気浄化装置で処理された排気を中間パイプ内に流入させ流入した前記排気に還元剤を噴霧供給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中間パイプとの接続部の構造であって、
   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、
   前記筒状ケーシングの一側壁から前記排気流出空間内に上流部分を貫入された前記中間パイプと、
   前記排気流出空間内に噴霧口を有し、前記中間パイプの前記上流部分の内部に前記還元剤を噴霧するノズルと、をそなえ、
   前記中間パイプの前記上流部分は前記排気流出空間に突出すると共に、前記筒状ケーシングの他側壁との間に排気流入用の間隙が設けられている
   ことを特徴とする、排気浄化装置の接続部構造。
2. 前記中間パイプの軸心上における前記間隙長さｃと、前記筒状ケーシングの内径Ｄと、前記中間パイプの内径ｄとが、以下の（式１），（式２）の関係を満たす
   ことを特徴とする、請求項１記載の排気浄化装置の接続部構造。
   Ｄ／４ ＜ｄ＜ Ｄ／２ ・・・（式１）
   ｃ≧ｄ／４ ・・・（式２）
3. 前記排気流出空間に突出して前記筒状ケーシングに固設され、前記中間パイプの前記上流部分の前記排気流出空間内への挿入をガイドするガイドパイプが装備されている
   ことを特徴とする、請求項１又は２記載の排気浄化装置の接続部構造。
4. 前記ガイドパイプは前記筒状ケーシングの前記一側壁の外部に突設され、
   前記ガイドパイプの下流端には、内部に前記中間パイプを装備した接続パイプの上流端が、それぞれのフランジ部を介して結合しており、
   前記中間パイプは、前記接続パイプに支持されて前記フランジ部による結合箇所を貫通して前記ガイドパイプの内から前記排気流出空間内に貫入している
   ことを特徴とする、請求項３記載の排気浄化装置の接続部構造。
5. 前記フランジ部による結合箇所において前記ガイドパイプは、前記接続パイプに対してフレキシブルジョイントを介して接続される
   ことを特徴とする、請求項４記載の排気浄化装置の接続部構造。
6. 前記上流側排気浄化装置には、ディーゼルエンジンの排気に含まれる粒子状物質（ＰＭ）を捕集するフィルタ（ＤＰＦ）が備えられ、
   前記下流側排気浄化装置には、前記排気に含まれるＮOｘを処理する選択還元型触媒が備えられている
   ことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の排気浄化装置の接続部構造。

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