JP6891588B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は内燃機関の排気浄化装置に係り、特に、ディーゼルエンジンに主に適用される排気浄化装置に関する。

ディーゼルエンジンの排気通路には、排気中の粒子状物質を捕集するフィルタと、排気中のＮＯｘを還元除去する選択還元型ＮＯｘ触媒とが上流側から順に設けられる。フィルタの下流側でＮＯｘ触媒の上流側には尿素水を噴射する噴射弁が設けられる。ＮＯｘ触媒は、噴射弁から噴射された尿素水に由来するアンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘを還元する。

特開２０１０−１８０７２６号公報

ところで、排気浄化装置の構成として次のものが考えられる。すなわち、互いに平行に配置された第１および第２通路を、第１チャンバに同一方向から突き当てて接続し、第１通路内にフィルタを設置し、第２通路内に向かって噴射弁から尿素水を噴射する。

噴射弁から噴射された尿素水は、排気ガスと十分に混合され均質化されるのが望ましい。しかし上記構成において、第２通路内に噴射された尿素水と排気ガスの混合を促進するための有効な手段は未だ提案されていない。

なお、特許文献１では、尿素水と排気ガスの混合を促進するため次の構成を採用している。すなわち、互いに平行なフィルタ担体の出口側の出口室と、還元触媒担体の入口側の入口室とを、これら軸に対し垂直かつＳ字状に延びる連通管で連通させ、連通管の出口室付近で尿素水を噴射する。連通管から入口室に入った排気ガスと尿素水の混合流は、入口室内で旋回され、混合が促進される。しかし、この特許文献１の構成は前提構成が著しく異なるため、上記構成に採用することはできない。

そこで本発明は、かかる事情に鑑みて創案され、その目的は、噴射された尿素水と排気ガスの混合を促進できる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。

本発明の一の態様によれば、
第１チャンバと、
前記第１チャンバに同一方向から突き当てて接続され、互いに平行に配置された第１および第２通路と、
前記第１通路内に設置されたフィルタと、
前記第２通路に対向した前記第１チャンバの区画壁に設置され、前記第２通路内に向かって液体を噴射する噴射弁と、
を備えた内燃機関の排気浄化装置であって、
前記排気浄化装置は、前記第１通路から流出した排気ガスを前記第１チャンバを経て前記第２通路に流入させるよう構成され、
前記排気浄化装置は、前記第１チャンバ内に設置され、前記第１チャンバ内の排気ガスを前記第１通路から前記第２通路に向かう方向に対し側方に偏らせる偏流壁をさらに備え、
前記偏流壁は、前記第２通路内に排気ガスの旋回流を生成するように構成されている
ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置が提供される。

好ましくは、前記偏流壁は、前記第１通路から同軸に延びて前記第１チャンバ内を仕切る管状部材により形成され、前記管状部材は、その周方向に少なくとも一つの開口部を有し、前記第１通路の第１通路軸と前記第２通路の第２通路軸とを含む仮想平面に対し、一方側での前記開口部の合計面積は、他方側での前記開口部の合計面積より大きい。

好ましくは、前記管状部材は、前記フィルタの外管に一体に形成されている。

好ましくは、前記第１チャンバ内における前記他方側であって、前記管状部材の前記開口部がない周方向領域の半径方向外側に、センサが設置される。

好ましくは、前記センサはＮＯｘセンサである。

好ましくは、前記フィルタは、前記第１通路の第１通路軸の方向に挿抜することにより着脱可能である。

好ましくは、前記排気浄化装置は、前記第１チャンバと前記第１および第２通路とを収容しもしくは画成するケーシングをさらに備え、
前記ケーシングは、前記フィルタの挿抜時に前記フィルタが通過される通過穴と、前記通過穴を塞ぐ着脱可能な穴カバーとを有する。

好ましくは、前記排気浄化装置は、前記第２通路よりも下流側に設置された選択還元型ＮＯｘ触媒をさらに備え、
前記噴射弁は、尿素水を噴射する尿素水噴射弁である。

好ましくは、前記第１チャンバには、前記第１通路の下流端と前記第２通路の上流端とが突き当てて接続され、
前記排気浄化装置は、
前記第２通路に平行に配置された第３通路と、
前記第２通路の下流端と前記第３通路の上流端とが同一方向から突き当てて接続される第２チャンバと、
前記第３通路に平行に配置された第４通路と、
前記第３通路の下流端と前記第４通路の上流端とが同一方向から突き当てて接続される第３チャンバと、
をさらに備え、
前記ＮＯｘ触媒は前記第４通路内に設置される。

好ましくは、前記排気浄化装置は、
前記第１通路内において前記フィルタの上流側に設置された第１酸化触媒と、
前記第４通路内において前記ＮＯｘ触媒の下流側に設置された第２酸化触媒と、をさらに備える。

本発明によれば、噴射された尿素水と排気ガスの混合を促進できる。

本発明の実施形態に係る排気浄化装置の外観を示す斜視図である。 排気浄化装置の外観を示す正面図である。 排気浄化装置の内部構造を示す前方斜視図である。 排気浄化装置の内部構造を示す後方斜視図である。 排気浄化装置の内部構造を示す正面図である。 排気浄化装置の内部構造を示す図５のＶＩ−ＶＩ断面図である。 フィルタの固定部周辺の構造を示す分解斜視図である。 第１チャンバ内の排気ガスの流れを示す正面図である。 比較例における図６のＩＸ−ＩＸ断面相当図である。 他の実施形態に係る排気浄化装置の内部構造を示す正面図である。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。なお本発明は以下の実施形態に限定されない点に留意されたい。

図１および図２に、本発明の実施形態に係る排気浄化装置の外観を示す。排気浄化装置が適用される内燃機関（図示せず、エンジンともいう）は、車両に搭載されるディーゼルエンジンである。車両（図示せず）はトラック等の大型車両である。但し車両および内燃機関の種類、用途等に限定はなく、例えば車両は乗用車等の小型車両であってもよいし、エンジンはガソリンエンジンであってもよい。

便宜上、直交三軸の各方向、すなわち前後左右上下の各方向を図示の如く定める。但しこれら各方向が図示の配置に関して説明の便宜上定められたものに過ぎない点に留意されたい。

図示するように、排気浄化装置１は、後述の各部材をコンパクトに纏めて収容する密閉箱型のケーシング２を備える。ケーシング２内には装置入口管３からエンジンの排気ガスＧが導入される。浄化処理もしくは後処理後のケーシング２内の排ガスは、装置出口管４から外部に排出される。装置入口管３には図示しない上流側排気管がフランジ接続され、装置出口管４には図示しない下流側排気管がフランジ接続される。

ケーシング２の右側面部の前端部にはセンサ取付凹部５が設けられ、センサ取付凹部５の底面部にはセンサ挿通穴６が設けられる。仮想線で示すセンサ、本実施形態ではＮＯｘセンサ７が、その先端検出部をセンサ挿通穴６に挿通させた状態で、センサ取付凹部５の底面部に固定して取り付けられる。取付状態において、ＮＯｘセンサ７は斜め上向き状態でセンサ取付凹部５内に収容される。ＮＯｘセンサ７は、排気ガスのＮＯｘ濃度を検出するためのセンサである。

ケーシング２の前面部をなす前端壁１９の右上角部には、噴射弁取付凹部８が設けられ、噴射弁取付凹部８の底面部には噴射弁挿通穴９が設けられる。仮想線で示す噴射弁、本実施形態では尿素水を噴射する尿素水噴射弁（以下単に噴射弁という）１０が、噴孔を有するその先端部を噴射弁挿通穴９に挿通させた状態で、噴射弁取付凹部８の底面部に固定して取り付けられる。取付状態において、噴射弁１０は、噴孔を後に向けて前後方向に沿って配置され、その後端部が噴射弁取付凹部８内に収容される。

またケーシング２は、後述するフィルタの挿抜時にフィルタが通過される通過穴と、この通過穴を塞ぐ着脱可能な穴カバー１１とを有する。これら通過穴および穴カバー１１については後述する。通過穴と穴カバー１１は、ケーシング２の前面部の右下部で且つ噴射弁取付凹部８よりも下方の位置に設けられる。

また、ケーシング２前面部の左上部には、後述する第３チャンバを画成する凸部１２が設けられる。凸部１２は前方に丘状に膨らんで、横倒しの液滴状に形成される。またケーシング２は、装置出口管４が接続された出口室画成部１３も有する。ケーシング２には、排気浄化装置１を車体に取り付けるための複数（二つのみ図示）のブラケット９０，９１が設けられる。

次に、図３および図４を参照してケーシング２の内部の構造を説明する。図３は前方斜視図、図４は後方斜視図である。

図示するように、ケーシング２の内部には、４つの後処理部材、すなわち第１酸化触媒２１、フィルタ２２、選択還元型ＮＯｘ触媒２３、および第２酸化触媒２４が、ケーシング２内もしくは排気浄化装置１の排気流れ方向（図中矢示）における上流側から、この順番で設けられている。

第１酸化触媒２１は、排気ガス中の未燃成分（炭化水素ＨＣおよび一酸化炭素ＣＯ）を酸化して浄化すると共に、このときの反応熱で排気ガスを加熱昇温する。

フィルタ２２は、所謂ディーゼルパティキュレートフィルタ（DPF: Diesel Particulate Filter）または触媒付煤フィルタ（CSF: Caterized Soot Filter）と称されるもので、触媒を担持した連続再生式フィルタである。フィルタ２２は、ウォールフロー型とされ、排気中に含まれる粒子状物質（以下PM: Particulate Matterという）を捕集すると共に、捕集したＰＭを触媒反応により連続的に酸化して燃焼除去する。

選択還元型ＮＯｘ触媒（SCR: Selective Catalytic Reduction）２３は、噴射弁１０から噴射された尿素水に由来するアンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘを還元除去する。

第２酸化触媒２４は、アンモニアスリップ酸化触媒とも称され、ＮＯｘ触媒２３から排出された（スリップした）余剰アンモニアを酸化除去する。

また、ケーシング２の内部には、それぞれ排気ガスが流される第１通路２５、第１チャンバ２６、第２通路２７、第２チャンバ２８、第３通路２９、第３チャンバ３０、および第４通路３１が、上流側からこの順番で画成されている。第１〜第４通路２５，２７，２９，３１は金属管（本実施形態ではステンレス鋼管）の内部に形成され、第１〜第３チャンバ２６，２８，３０は金属製容器（本実施形態ではステンレス製容器）の内部に形成されている。以下、第１〜第４通路２５，２７，２９，３１を画成する管を第１〜第４通路管といい、第１〜第４通路管をそれぞれ符号２５Ａ，２７Ａ，２９Ａ，３１Ａで表す。また第１〜第３チャンバ２６，２８，３０を画成する容器を第１〜第３チャンバ容器といい、そのうち第２チャンバ容器を符号２８Ａで表す。

第１〜第４通路２５，２７，２９，３１は直線状かつ断面円形に形成され、第１および第４通路２５，３１は第２および第３通路２７，２９より大径とされる。第１通路２５内に、第１酸化触媒２１とフィルタ２２が直列に設置され、第４通路３１内に、ＮＯｘ触媒２３と第２酸化触媒２４が直列に設置される。

排気浄化装置１における排気ガスの流れを概略的に説明すると、装置後端部で装置入口管３から装置内部に導入された排気ガスは、まず第１通路２５内を後方から前方に流れ、このときに第１酸化触媒２１とフィルタ２２を順に通過する。その後排気ガスは、装置前端部の第１チャンバ２６内に入り、第１チャンバ２６を概ね上向きに通過し、第２通路２７内に入る。このとき排気ガスは前向きから後向きへとＵターンされる。そして排気ガスは、第２通路２７内を前方から後方に流れる。その後排気ガスは、装置後端部の第２チャンバ２８内に入り、第２チャンバ２８を横向きに通過し、第３通路２９内に入る。このとき排気ガスは後向きから前向きへとＵターンされる。そして排気ガスは、第３通路２９内を後方から前方に流れる。その後排気ガスは、装置前端部の第３チャンバ３０内に入り、第３チャンバ３０を概ね横向きに通過し、第４通路３１内に入る。このとき排気ガスは前向きから後向きへとＵターンされる。そして排気ガスは、第４通路３１内を前方から後方に流れ、このときにＮＯｘ触媒２３と第２酸化触媒２４を順に通過する。その後排気ガスは、出口室画成部１３の内部に形成された出口室３５を通過し、装置後端部の装置出口管４を通って装置外部に排出される。

次に、各部の詳細を説明する。

第１通路２５は、装置の右下部分に配置され、排気流れ方向に沿って後方から前方に延びる。第１通路２５のうち、第１酸化触媒２１よりも上流側ないし後側の部分は入口室３２となっている。この入口室３２に前述の装置入口管３から排気ガスが導入される。入口室３２と装置入口管３の接続箇所には、膨出部３３と、多数の孔からなる入口開口部３４とが設けられる。膨出部３３は、第１通路管２５Ａの外周面に取り付けられる。膨出部３３には装置入口管３が取り付けられ且つ連通されている。入口開口部３４は、第１通路管２５Ａの一部を開口して設けられ、膨出部３３内と入口室３２を連通させ、装置入口管３から膨出部３３に入った排気ガスを通過させて入口室３２に導入する。

図５にも示すように、第１チャンバ２６は、装置の前端部右側に概ね上下方向に延びて形成されている。第１チャンバ２６は、ケーシング２内部を前後に仕切る板状の仕切壁３６と、ケーシング２の前端壁１９（図１および図２参照）と、これら仕切壁３６および前端壁１９の間に位置されてこれらに接続された板状の第１周壁３７とにより、略密閉空間として画成されている。これら仕切壁３６、前端壁１９および第１周壁３７が第１チャンバ容器の大部分をなす。第１周壁３７は、第１通路２５の下流端と第２通路２７の上流端とを取り囲むように形成される。第１周壁３７は、その右側部が段差状に形成され、この段差部分に、センサ取付穴３８が設けられる。ＮＯｘセンサ７の先端検出部７Ａは、ケーシング２のセンサ挿通穴６に挿通された後、センサ取付穴３８に挿入され、気密状態で取り付けられる。ＮＯｘセンサ７の先端検出部７Ａは、第１通路２５の半径方向外側かつ右斜め上の位置で第１チャンバ２６内に露出される。

第２通路２７は、装置の右上部分に配置され、排気流れ方向に沿って前方から後方に延びる。第２通路２７は、第１通路２５の右斜め上に離間して配置され、第１通路２５と平行に配置されている。第２通路２７にＮＯｘ触媒２３が設けられておらず、また何等の後処理部材（触媒等）も設けられておらず、第２通路２７よりも下流側にＮＯｘ触媒２３が設けられている点に留意すべきである。

第１および第２通路２５，２７は、第１チャンバ２６に同一方向から突き当てて接続されている。すなわち、前方に位置する第１チャンバ２６に対し、第１通路２５の下流端と第２通路２７の上流端とが、後方から突き当てて接続されている。

第２チャンバ２８は、装置の後端部でかつ第１通路２５の真上の位置に配置され、排気流れ方向に沿って右側から左側へと延びる。第３通路２９は、装置の上部中央に配置され、排気流れ方向に沿って後方から前方に延びる。第３通路２９は、第２通路２７の左側に離間して配置され、第２通路２７と平行に配置されている。

第２および第３通路２７，２９は、第２チャンバ２８に同一方向から突き当てて接続されている。すなわち、後方に位置する第２チャンバ２８に対し、第２通路２７の下流端と第３通路２９の上流端とが、前方から突き当てて接続されている。

図５にも示すように、第３チャンバ３０は、装置の前端部に概ね左右方向に延びて形成され、横倒しの液滴状に形成されている。第３通路２９が小径、第４通路３１が大径であることに対応して、第３通路２９が開口する第３チャンバ３０の右側部分は小径の円形輪郭を有し、第４通路３１が開口する第３チャンバ３０の左側部分は大径の円形輪郭を有する。第３チャンバ３０は、前述の仕切壁３６と、前述のケーシング２の前端壁１９、特に凸部１２（図１および図２参照）と、これら仕切壁３６および前端壁１９の間に位置されてこれらに接続された板状の第２周壁３９とにより、略密閉空間として画成されている。これら仕切壁３６、前端壁１９および第２周壁３９が第３チャンバ容器をなす。第２周壁３９は、第３通路２９の下流端と第４通路３１の上流端とを取り囲むように形成される。第３チャンバ３０は第１チャンバ２６に隣接され、その隣接箇所では第１周壁３７と第２周壁３９が共用とされている。ＮＯｘ触媒２３は、その前端部の一部のみが第３チャンバ３０内に突出されるが、こうしてもＮＯｘ触媒２３の前面部全体に排気ガスが均一に当たるよう、ケーシング２の前端壁１９に凸部１２が設けられている。この凸部１２により、ＮＯｘ触媒前面部とケーシング前端壁１９との間に排気ガスが流れる十分な空間が確保される。

第４通路３１は、装置の左上部分に配置され、排気流れ方向に沿って前方から後方に延びる。第４通路３１は、第３通路２９の左側に離間して配置され、第３通路２９と平行に配置されている。第２酸化触媒２４よりも下流側ないし後側の位置において、第４通路管３１Ａは周方向の略半分が切り欠かれ、出口室３５に連通される。出口室画成部１３および出口室３５は装置の左下部分に形成される。装置出口管４は出口室３５に連通されると共に、出口室画成部１３から後向きに突出される。

第３および第４通路２９，３１は、第３チャンバ３０に同一方向から突き当てて接続されている。すなわち、前方に位置する第３チャンバ３０に対し、第３通路２９の下流端と第４通路３１の上流端とが、後方から突き当てて接続されている。

ところで、本実施形態のフィルタ２２は、装置前方から前後方向に挿抜することにより、着脱可能となっている。よってこれに関する構成を以下に説明する。

図６は、図５のＶＩ−ＶＩ断面図であり、特に、第１通路２５の中心軸である第１通路軸Ｃ１と、第２通路２７の中心軸である第２通路軸Ｃ２とを含む仮想平面Ｐで切断した場合の断面構造を示す図である。また図７は、フィルタ２２の固定部周辺の構造を示す分解斜視図である。なお図６は、必要な部分を誇張して分かり易く描いた模式図であり、図示の寸法、縮尺、相対配置等が必ずしも実物と一致しない点に留意されたい。

図示するように、第１通路軸Ｃ１と第２通路軸Ｃ２は平行であり、従って第１通路２５と第２通路２７、および第１通路管２５Ａと第２通路管２７Ａは平行である。第１通路管２５Ａはその前端位置において仕切壁３６に結合され、仕切壁３６とケーシング前端壁１９との間には第１チャンバ２６が画成されている。また第２通路管２７Ａも、その前端位置において仕切壁３６に結合されている。第１チャンバ２６から第２通路２７への排気ガスの導入をスムーズに行えるよう、第２通路２７の入口周辺の仕切壁３６には湾曲部４０が形成されている。

噴射弁１０は、ケーシング前端壁１９の噴射弁取付凹部８内に、第２通路軸Ｃ２と同軸もしくは略同軸に取り付けられている。噴射弁１０の噴孔４１を有する先端部４２は、噴射弁取付凹部８の噴射弁挿通穴９に前方から挿入され、第１チャンバ２６内に露出される。噴射弁１０は噴孔４１から、第２通路２７内に向かって第２通路軸Ｃ２の方向に尿素水Ｕを噴射する。言い換えれば、噴孔４１は第２通路軸Ｃ２の方向に指向されている。

噴射された尿素水Ｕは、まず第２通路２７内の排気ガスと混合される。次いで排気ガスが第２通路２７から第４通路３１へと流れる過程で、尿素水Ｕと排気ガスがさらに混合され、混合気は最終的にＮＯｘ触媒２３に供給される。このように比較的長い経路を経て尿素水Ｕが排気ガスと混合されるので、両者の混合を促進できる。

噴射弁取付凹部８を形成するケーシング前端壁１９は、第２通路２７に対向した第１チャンバ２６の区画壁をなす。噴射弁取付凹部８が第２通路２７の対向位置で第２通路２７に向かって凹まされているので、これに沿って排気ガスが案内され、第１チャンバ２６から第２通路２７への排気ガスの導入が容易となる。もっとも噴射弁取付凹部８は省略してもよい。

第１通路管２５Ａ内には、上流側すなわち後側に第１酸化触媒２１が、下流側すなわち前側にフィルタ２２が同軸で設置されている。これら第１酸化触媒２１およびフィルタ２２は、最外周部に位置された断面円形の金属製（本実施形態ではステンレス製）外管４３，４４と、外管４３，４４内に固定されＰｔ等の貴金属が担持されたセラミックス製担体４５，４６とをそれぞれ一体に有する。第１酸化触媒２１の外管４３は、第１通路管２５Ａ内に取り外し不能に嵌合固定される。他方、フィルタ２２の外管４４は、第１通路管２５Ａ内に前後スライド可能に嵌合される。

前後方向におけるフィルタ担体４６の前面の位置は、第１通路２５の下流端の位置、すなわち仕切壁３６の位置に略一致される。他方、フィルタ外管４４は、フィルタ担体４６よりも前方に延長され、第１チャンバ２６を通過し、ケーシング前端壁１９に設けられた前述の通過穴４７を通過し、通過穴４７よりも前方の位置まで延びる。この延長部は、第１通路２５から同軸に延びて第１チャンバ２６内を仕切る管状部材４８を形成する。管状部材４８は断面円形の管状に形成される。

図５にも示すように、管状部材４８は、その周方向に少なくとも一つ、本実施形態では複数の開口部すなわち連通穴４９を有する。これら連通穴４９により、第１通路２５と第１チャンバ２６が実質的に連通される。管状部材４８の前端には、半径方向外側に全周突出するフランジ部５２が一体に形成される。

ケーシング前端壁１９には、前方に突出して通過穴４７を画成する円筒部５０と、円筒部５０の前端から半径方向外側に全周突出するフランジ部５１とが一体に形成される。

また、管状部材４８の前端開口部は前述の穴カバー１１により閉止される。これにより第１通路２５と第１チャンバ２６は外部から閉鎖され、かつ、第１通路２５と第１チャンバ２６は連通穴４９の部分を除いて管状部材４８により互いに仕切られる。穴カバー１１は、管状部材４８の前端開口部に対向される中央部分が僅かに前方に膨出される。またその中央部分の外周側には、前記フランジ部５２に重ね合わされるフランジ部５３が一体に形成される。

ケーシング前端壁１９のフランジ部５１とフィルタ外管４４のフランジ部５２との間にはリング状の第１メタルガスケット５４が介在される。またフィルタ外管４４のフランジ部５２と穴カバー１１のフランジ部５３との間にはリング状の第２メタルガスケット５５が介在される。ケーシング前端壁１９のフランジ部５１の後方裏側には、上下二分割の半割リング状後側フランジ５６が重ね合わされる。穴カバー１１のフランジ部５３の前方表側にはリング状（半割リング状でもよい）の前側フランジ６０が重ね合わされる。これらが全て重ね合わされてボルト止めされることで、これらは一括してケーシング２に固定される。

他方、仕切壁３６に結合される第１通路管２５Ａの前端面部には、リング状の膨張黒鉛ガスケット５７を前方から嵌合受容するためのリング状受容部５８が設けられる。膨張黒鉛ガスケット５７は、フィルタ外管４４の外周部に予め嵌合される。組立状態において、膨張黒鉛ガスケット５７は、フィルタ外管４４の外周部に形成されたリング状鍔部５９と、受容部５８との間に挟まれ、鍔部５９により受容部５８に押し付けられる。これにより、第１通路管２５Ａとフィルタ外管４４の隙間からＰＭが第１チャンバ２６内に漏れ出すのを防止できる。

図７に示すように、前側フランジ６０の複数のボルト挿通穴（図示せず）にはそれぞれ後向きに複数の取付ボルト６１が挿通される。これら取付ボルト６１は、フランジ部５３、第２メタルガスケット５５、フランジ部５２、第１メタルガスケット５４、フランジ部５１の対応する複数のボルト挿通穴５３Ｈ，５５Ｈ，５２Ｈ，５４Ｈ，５１Ｈに前方から順次挿通される。そして取付ボルト６１は、後側フランジ５６の対応する複数の雌ネジ穴５６Ｈに締め込まれる。これにより、重ね合わされた複数の部材が一括してフランジ部５１に固定支持される。

また、各部材を位置決めして組立を容易にするため、後側フランジ５６には前向きに複数（本実施形態では二つ）の位置決めボルト６２が固設される。これら位置決めボルト６２は、フランジ部５１、第１メタルガスケット５４、フランジ部５２、第２メタルガスケット５５、フランジ部５３、前側フランジ６０の対応する複数の位置決めボルト挿通穴５１Ｋ，５４Ｋ，５２Ｋ，５５Ｋ，５３Ｋ（前側フランジ６０については図示せず）に後方から順次挿通され、取付ボルト６１の取付前に各部材を位置決めする。そして、前側フランジ６０の位置決めボルト挿通穴から突出した位置決めボルト６２の雄ネジ部に、ナット６２が締め込まれる。このナット６２と位置決めボルト６２の締結箇所においても各部材がフランジ部５１に固定される。

こうして、フィルタ２２が取り付けられると、膨張黒鉛ガスケット５７が鍔部５９により自ずと受容部５８に押し付けられ、第１通路管２５Ａとフィルタ外管４４の隙間がシールされる。

ここでフィルタ２２の取り付け方法および取り外し方法を簡単に説明する。取り付け方法に関し、上側の後側フランジ５６をフランジ部５１の後方裏側に配置し、その位置決めボルト６２を、フランジ部５１の位置決めボルト挿通穴５１Ｋに挿入し、前方に突出させる。次いで位置決めボルト６２の突出部分に前方から第１メタルガスケット５４の位置決めボルト挿通穴５４Ｋを嵌合させ、第１メタルガスケット５４を取り付ける。

次いで、膨張黒鉛ガスケット５７をフィルタ２２に後方から装着し、このフィルタ２２を前方から通過穴４７に挿入し、次いで第１通路管２５Ａにスライド挿入する。これと同時に、フィルタ２２の位置決めボルト挿通穴５２Ｋを位置決めボルト６２に嵌合させる。

次いで、第２メタルガスケット５５の位置決めボルト挿通穴５５Ｋを位置決めボルト６２に嵌合させ、穴カバー１１の位置決めボルト挿通穴５３Ｋを位置決めボルト６２に嵌合させ、前側フランジ６０の位置決めボルト挿通穴を位置決めボルト６２に嵌合させ、位置決めボルト６２にナット６２を仮締めする。これにより各部品が大凡位置決めされる。

次に、下側の後側フランジ５６をフランジ部５１の後方裏側に配置し、落ちないよう手で押さえながら、複数の取付ボルト６１を順次前方から各部品のボルト挿通穴に挿入し、後側フランジ５６の雌ネジ穴５６Ｈに締め込む。最後に、ナット６２を本締めすることで、フィルタ２２の取り付けが完了する。この取付完了と同時に、膨張黒鉛ガスケット５７は鍔部５９と受容部５８に密着されて隙間をシールする。

フィルタ２２の取り外し方法については、上記と逆の手順を実行することによりフィルタ２２を取り外すことが可能である。こうしてフィルタ２２は、装置前方から前後方向に挿抜することにより着脱可能である。これによりフィルタ２２がエンジン制御により再生できない場合、フィルタ２２を取り外して外部で再生することができる。またフィルタ２２が再生不能な程劣化した場合、フィルタ２２を取り外して交換することができる。

なお、図６に示した構造と類似の構造が他の通路およびチャンバにも適用される。

次に、本実施形態の特徴部分である管状部材４８について説明する。図５において管状部材４８は誇張して描かれている。

図５および図６に示すように、管状部材４８は、第１チャンバ２６を、管状部材４８の内側の領域である内側領域６５と、管状部材４８の外側の領域である外側領域６６とに仕切る。そして、第１通路２５内でフィルタ担体４６を通過した排気ガスは、内側領域６５に入り、連通穴４９を通過して、外側領域６６に入り、その後第２通路２７に入る。

図８に矢示するように、第１チャンバ２６内において排気ガスは、概ね、第１通路２５から第２通路２７に向かう方向、具体的には第１通路軸Ｃ１から第２通路軸Ｃ２に向かう方向（主方向という）に流れる。しかしながら本実施形態では、第１チャンバ２６内の排気ガスを同時に、主方向に対し側方に偏らせるようになっている。これを行うのが管状部材４８である。管状部材４８は特許請求の範囲にいう偏流壁に相当する。

より詳細には、管状部材４８には複数（本実施形態では五つ）の連通穴４９が設けられている。複数の連通穴４９は、第１通路軸Ｃ１を中心に図５の反時計回りに順に配置された第１連通穴４９Ａ、第２連通穴４９Ｂ、第３連通穴４９Ｃ、第４連通穴４９Ｄおよび第５連通穴４９Ｅを含む。これら連通穴４９は本実施形態では角が丸い四角形とされているが、他の形状であってもよい。

第１連通穴４９Ａは、管状部材４８の頂部に配置され、最も大きい周長すなわち角度長α１を有する。第２連通穴４９Ｂは最も小さい角度長α２を有する。第３連通穴４９Ｃは中間の角度長α３を有し、第４連通穴４９Ｃはそれより僅かに小さい角度長α４を有し、第５連通穴４９Ｃは第４連通穴４９Ｃと等しい角度長α５を有する。α１＞α３＞α４＝α５＞α２である。各連通穴の面積（大きさ）の順番は角度長の順番と同じである。

これら連通穴４９は、周方向に等間隔ではなくアンバランスに配置されている。ここで第１通路軸Ｃ１と第２通路軸Ｃ２を含む仮想平面Ｐに対し左側の領域Ｌと右側の領域Ｒとを規定すると、左側領域Ｌでの連通穴４９の合計面積は、右側領域Ｒでの連通穴４９の合計面積より大きくされる。具体的には、左側領域Ｌには、第１連通穴４９Ａの殆どの部分と、第２連通穴４９Ｂ、第３連通穴４９Ｃおよび第４連通穴４９Ｃの全部とが含まれるのに対し、右側領域Ｒには、第１連通穴４９Ａの極一部と第５連通穴４９Ｃしか含まれない。

よって図８に矢印で示すように、排気ガスは、左側領域Ｌにおいて右側領域Ｒよりも多く流れるようになり、主方向に対し左側に偏らせられる。そしてこの流量差に起因して、第１チャンバ２６内では、緩い時計回りの旋回流Ｓ１が生成される。

この旋回流Ｓ１を有する偏流の排気ガスが第２通路２７に入ると、第２通路２７内には、第２通路軸Ｃ２を中心とした旋回流Ｓ２が生成される。このように管状部材４８は、第２通路２７内に排気ガスの旋回流Ｓ２を生成するように構成されている。この旋回流Ｓ２の中に、噴射弁１０から尿素水が噴射されるので、噴射された尿素水は排気ガスと良好に攪拌および混合される。

従って本実施形態によれば、第１チャンバ２６に第１および第２通路２５，２７を同一方向から突き当てて接続した構成においても、第２通路２７内に噴射された尿素水と排気ガスの混合を著しく促進することが可能である。

ここで、本実施形態の利点を比較例と比較しつつさらに説明する。図示しない比較例において、管状部材４８および連通穴４９は設けられておらず、第１チャンバ２６内は何等仕切られていない。よって排気ガスは、単に第１通路２５から第１チャンバ２６内に入って第１チャンバ２６を通過し、第２通路２７に入るだけである。

この場合、第１チャンバ２６内の旋回流Ｓ１も第２通路２７内の旋回流Ｓ２も生成されない。すると、第２通路２７内に噴射された尿素水が排気ガスと上手く混合されず、尿素水は第２通路管２７Ａの特定箇所に局所的に当たり続ける傾向がある。この特定箇所の一例を図３および図６に符号Ｘで示す。

図９に示すように、尿素水Ｕが第２通路管２７Ａの特定箇所Ｘの内壁に局所的に当たり続けると、その内壁がやがて腐食したり摩耗したりする問題が生じる。また、その内壁に当たった尿素水Ｕは壁面を伝わって流下し、管内の底部に溜まる。この管内底部における排気ガスの流れが弱いことも相俟って、溜まった尿素水Ｕはやがて結晶化し、固体の白色堆積物Ｔとなって管内底部に蓄積する。すると白色堆積物Ｔが管内の通路面積を減少させ、通路抵抗を増大させ、エンジンの背圧を上昇させる。また、白色堆積物Ｔが一部剥離して下流側のＮＯｘ触媒２３に到達すると、ＮＯｘ触媒２３を損傷させてしまう。

これに対し、本実施形態では、尿素水を排気ガスと良好に混合させることができるので、上述の比較例の問題を一挙に解決することが可能である。すなわち、尿素水の局所当たりとこれに伴う第２通路管２７Ａの腐食摩耗、白色堆積物Ｔの生成、通路抵抗およびエンジン背圧の増大、ならびにＮＯｘ触媒２３の損傷を確実に抑制することができる。

また、図５および図８に示すように、右側領域ＲにはＮＯｘセンサ７の先端検出部７Ａが設置されている。この先端検出部７Ａは、管状部材４８の連通穴４９がない周方向領域（無穴領域という）の半径方向外側に設置されている。本実施形態では、第１連通穴４９Ａと第５連通穴４９Ｃの間に、比較的大きい角度長を有する無穴領域６３が形成され、この無穴領域６３の半径方向外側に先端検出部７Ａが設置されている。

これによれば、連通穴４９から外側領域６６に出た排気ガスが先端検出部７Ａに略軸方向に直接当たるのを防止し、ＮＯｘセンサ７の検出誤差を抑制できる。

その一方で、右側領域Ｒには第５連通穴４９Ｃが設けられ、第５連通穴４９Ｃから第２通路２７に向かう排気ガス経路の途中に、先端検出部７Ａが設置されている。よって、先端検出部７Ａに略側方から確実に排気ガスを当てることができ、ＮＯｘセンサ７の検出精度を向上できる。

加えて、右側領域Ｒにおいて第５連通穴４９Ｃから第２通路２７に向かう排気ガス経路の途中であって、かつ凹んだ箇所である凹所６４に、先端検出部７Ａが設置されている。よって、噴射弁１０から噴射された尿素水が逆流して先端検出部７Ａに当たるのを抑制でき、これもＮＯｘセンサ７の検出精度向上に繋がる。

次に、本発明の他の実施形態を説明する。なお前述の基本実施形態と同様もしくは共通の部分については図中同一符号を付して説明を割愛し、以下、基本実施形態との相違点を主に説明する。

図１０に示すように、本実施形態にあっては、管状部材４８および連通穴４９が設けられておらず、第１チャンバ２６内は仕切られていない。フィルタ２２の下流端は第１通路２５内に位置する。従って排気ガスは、図中矢示するように、単に第１通路２５から第１チャンバ２６内に入って第１チャンバ２６を通過し、第２通路２７に入るだけである。

本実施形態では、前記管状部材４８に代わって、よりシンプルな偏流板７０が、偏流壁をなすものとして第１チャンバ２６内に設けられる。偏流板７０は、右側領域Ｒにおいて第１周壁３７、仕切壁３６およびケーシング前端壁１９の少なくとも一つに固定され、第１周壁３７の右側部から仮想平面Ｐに向かって突出される。偏流板７０は、第１通路２５から第２通路２７に向かう排気経路の途中であって、右側領域Ｒおよび左側領域Ｌの一方、本実施形態ではＮＯｘセンサ７が設置される右側領域Ｒに設けられる。そして偏流板７０は、主方向に向かう排気ガスの流れに抵抗を与える。本実施形態では、ＮＯｘセンサ７が着座される第１周壁３７の段差部７１に沿うような形で偏流板７０が配置されるが、その設置位置は変更可能である。

これによれば、図中矢示するように、排気ガスが第１チャンバ２６内で第１通路２５から第２通路２７に向かう過程で、偏流板７０により、排気ガス全体が主方向に対し左側に偏らせられる。そしてこの排気ガスが第２通路２７に流入したとき、第２通路２７内には、基本実施形態と同様、第２通路軸Ｃ２を中心とした旋回流Ｓ２が生成される。この旋回流Ｓ２の中に尿素水が噴射されるので、噴射された尿素水と排気ガスとを良好に攪拌および混合できる。それ故、本実施形態も基本実施形態と同様、噴射された尿素水と排気ガスの混合を促進でき、混合不足に起因する上記諸問題を解決できる。

また、偏流板７０を段差部７１に沿って配置したので、ＮＯｘセンサ７の先端検出部７Ａに側方から当たる排気ガスの流れを強めることができ、ＮＯｘセンサ７の検出精度向上に有利である。また、先端検出部７Ａから第２通路２７に向かう排気経路の途中に、噴射弁１０から見て先端検出部７Ａまでの経路を遮るような形で、偏流板７０を配置したので、噴射弁１０から噴射された尿素水が逆流して先端検出部７Ａに当たるのを抑制でき、ＮＯｘセンサ７の検出精度向上に有利である。

なお、本実施形態のフィルタ２２は着脱可能ではないが、着脱可能であってもよい。

以上、本発明の実施形態を詳細に述べたが、本発明の実施形態は他にも様々考えられる。

（１）例えば、管状部材４８に設けられる開口部は連通穴４９以外の開口部、例えば切欠きであってもよい。また開口部は、少なくとも一つあればよく、一つのみでも構わない。開口部の形状、寸法、数等は任意に定めることが可能である。

（２）管状部材は、フィルタ外管と別体であってもよく、第１チャンバ内に着脱不能に固定されてもよい。フィルタは着脱可能であってもなくてもよい。

（３）センサは、ＮＯｘセンサ以外のセンサ、例えばＰＭセンサ、λセンサ、酸素センサ、Ａ／Ｆセンサ、温度センサ、または圧力センサであってもよい。

（４）噴射弁は、尿素水を噴射する尿素水噴射弁でなくてもよい。噴射弁は、排気ガスとの混合促進が要求される任意の液体（例えば燃料、他の還元剤、水等）を噴射する噴射弁であってよい。

前述の各実施形態の構成は、特に矛盾が無い限り、部分的にまたは全体的に組み合わせることが可能である。本発明の実施形態は前述の実施形態のみに限らず、特許請求の範囲によって規定される本発明の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が本発明に含まれる。従って本発明は、限定的に解釈されるべきではなく、本発明の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。

１ 排気浄化装置
２ ケーシング
７ ＮＯｘセンサ
１０ 噴射弁
１１ 穴カバー
１９ 前端壁
２１ 第１酸化触媒
２２ フィルタ
２３ 選択還元型ＮＯｘ触媒
２４ 第２酸化触媒
２５ 第１通路
２６ 第１チャンバ
２７ 第２通路
２８ 第２チャンバ
２９ 第３通路
３０ 第３チャンバ
３１ 第４通路
４４ 外管
４７ 通過穴
４８ 管状部材（偏流壁）
４９ 連通穴（開口部）
７０ 偏流板（偏流壁）
Ｃ１ 第１通路軸
Ｃ２ 第２通路軸
Ｐ 仮想平面
Ｌ 左側領域
Ｒ 右側領域

Claims (10)

1. 第１チャンバと、
   前記第１チャンバに同一方向から突き当てて接続され、互いに平行に配置された第１および第２通路と、
   前記第１通路内に設置されたフィルタと、
   前記第２通路に対向した前記第１チャンバの区画壁に設置され、前記第２通路内に向かって液体を噴射する噴射弁と、
   を備えた内燃機関の排気浄化装置であって、
   前記排気浄化装置は、前記第１通路から流出した排気ガスを前記第１チャンバを経て前記第２通路に流入させるよう構成され、
   前記排気浄化装置は、前記第１チャンバ内に設置され、前記第１チャンバ内の排気ガスを前記第１通路から前記第２通路に向かう方向に対し側方に偏らせる偏流壁をさらに備え、
   前記偏流壁は、前記第２通路内に排気ガスの旋回流を生成するように構成され、
   前記第１チャンバの区画壁には、前記第２通路に向かって凹まされた噴射弁取付凹部が形成され、前記噴射弁取付凹部の底面部に前記噴射弁が固定して取り付けられる
   ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
2. 前記偏流壁は、前記第１通路から同軸に延びて前記第１チャンバ内を仕切る管状部材により形成され、前記管状部材は、その周方向に少なくとも一つの開口部を有し、前記第１通路の第１通路軸と前記第２通路の第２通路軸とを含む仮想平面に対し、一方側での前記開口部の合計面積は、他方側での前記開口部の合計面積より大きい
   請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
3. 前記管状部材は、前記フィルタの外管に一体に形成されている
   請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
4. 前記第１チャンバ内における前記他方側であって、前記管状部材の前記開口部がない周方向領域の半径方向外側に、センサが設置される
   請求項２または３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
5. 前記センサはＮＯｘセンサである
   請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置。
6. 前記フィルタは、前記第１通路の第１通路軸の方向に挿抜することにより着脱可能である
   請求項１〜５のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
7. 前記第１チャンバと前記第１および第２通路とを収容しもしくは画成するケーシングをさらに備え、
   前記ケーシングは、前記フィルタの挿抜時に前記フィルタが通過される通過穴と、前記通過穴を塞ぐ着脱可能な穴カバーとを有する
   請求項６に記載の内燃機関の排気浄化装置。
8. 前記第２通路よりも下流側に設置された選択還元型ＮＯｘ触媒をさらに備え、
   前記噴射弁は、尿素水を噴射する尿素水噴射弁である
   請求項１〜７のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
9. 前記第１チャンバには、前記第１通路の下流端と前記第２通路の上流端とが突き当てて接続され、
   前記排気浄化装置は、
   前記第２通路に平行に配置された第３通路と、
   前記第２通路の下流端と前記第３通路の上流端とが同一方向から突き当てて接続される第２チャンバと、
   前記第３通路に平行に配置された第４通路と、
   前記第３通路の下流端と前記第４通路の上流端とが同一方向から突き当てて接続される第３チャンバと、
   をさらに備え、
   前記ＮＯｘ触媒は前記第４通路内に設置される
   請求項８に記載の内燃機関の排気浄化装置。
10. 前記第１通路内において前記フィルタの上流側に設置された第１酸化触媒と、
    前記第４通路内において前記ＮＯｘ触媒の下流側に設置された第２酸化触媒と、をさらに備える
    請求項９に記載の内燃機関の排気浄化装置。

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