JP7152385B2

JP7152385B2 - 排気ガス浄化装置及び旋回流発生部材

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Publication number: JP7152385B2
Application number: JP2019239610A
Authority: JP
Inventors: 辰俊大嵜
Original assignee: Futaba Industrial Co Ltd
Current assignee: Futaba Industrial Co Ltd
Priority date: 2019-12-27
Filing date: 2019-12-27
Publication date: 2022-10-12
Anticipated expiration: 2039-12-27
Also published as: JP2021107703A

Description

本開示は、排気ガス浄化装置及び旋回流発生部材に関する。

内燃機関の排気ガス成分に関する規制に対応することを目的として、内燃機関の排気ガス流路には、排気ガス浄化装置が設置される。排気ガス浄化装置には、ディーゼル機関であれば、例えばディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）、ディーゼル微粒子捕集フィルター（ＤＰＦ）、選択触媒還元（ＳＣＲ）用触媒等の排気ガス浄化部材が組み合わせて用いられる。

これらの排気ガス浄化部材のうち、ＳＣＲ用触媒（以下、「還元触媒」ともいう。）は、一般に他の触媒又はフィルターの下流に設置される。ＳＣＲは、還元剤と還元触媒とによって、排気ガス中のＮＯｘを還元し、無害な窒素に改質する方法である。

ＳＣＲにおいて、還元触媒を効率的に機能させ、排気ガスの浄化率を向上させるには、還元剤をミキシングして排気ガス中に均質に分散させることと、還元剤を含んだ排気ガスを偏りなく還元触媒に接触させることが必要である。

排気ガスに還元剤を分散させる方法として、排気ガスの流路内に拡散板を配置する方法がある。しかし、拡散板を流路に配置すると、圧損が高くなり排気ガスの流れが偏るという不都合が生じる。

そこで、排気ガスの流路中に２つの遮蔽部を有する旋回流発生部材を配置し、これによって生じる旋回流により還元剤を拡散させる排気ガス浄化装置が提案されている（特許文献１参照）。

特開２０１９－１２７８７９号公報

上記公報の排気ガス浄化装置では、第１遮蔽部と第２遮蔽部との間に位置する還元剤の噴射領域への排気ガスの流入速度が高くなるため、噴霧が偏り分散効果が不十分となる可能性がある。その結果、浄化性能の低下及び還元剤成分の析出物（つまりデポジット）が発生するおそれがある。

さらに、上記公報の排気ガス浄化装置では、第１遮蔽部と第２遮蔽部との間に噴射された還元剤の一部が、第１遮蔽部の開口部分から上流側に逆流し得る。そのため、逆流した還元剤が上流側の触媒に接触することによる触媒の割れや機能低下が発生するおそれがある。

本開示の一局面は、還元剤の分散性を高めると共に、還元剤の逆流を抑制できる排気ガス浄化装置を提供することを目的としている。

本開示の一態様は、内燃機関の排気ガス浄化装置である。排気ガス浄化装置は、排気ガス浄化部と、還元部と、還元剤供給部と、排気ガス管路と、旋回流発生部材と、を備える。排気ガス浄化部は、排気ガス中の環境汚染物質を改質又は捕集するように構成される。還元部は、排気ガスの流れ方向において排気ガス浄化部の下流側に設けられ、排気ガスを還元剤の存在下で還元するように構成される。還元剤供給部は、排気ガスの流れ方向において還元部よりも上流側で排気ガスに還元剤を供給するように構成される。排気ガス管路は、排気ガス浄化部の排出口と還元部の導入口とを連通する。旋回流発生部材は、排気ガス管路内に設置される。

旋回流発生部材は、排気ガス管路の中心軸方向における流れの一部を遮蔽するように構成された第１遮蔽部と、第１遮蔽部の下流側に配置される第２遮蔽部と、を有する。第２遮蔽部は、排気ガス管路の径方向中心に設けられた開口を有すると共に、開口の径方向外側における中心軸方向の流れを遮蔽するように構成された環状部と、環状部から第１遮蔽部まで延伸すると共に、環状部の開口の周方向における一部を囲う側壁部と、を有する。

第１遮蔽部は、中心軸方向から視て環状部の開口と重なると共に、排気ガス管路の内周面とは離間した中央部と、中央部から排気ガス管路の内周面まで延伸する周縁部と、周縁部に設けられた複数の貫通孔と、排気ガス管路の周方向において周縁部と離間して配置されたカバー部と、を有する。周縁部は、中心軸方向から視て、環状部の開口の外縁のうち側壁部に囲われていない開放部分の径方向外側の領域と少なくとも重なるように配置される。還元剤供給部は、側壁部に向かって還元剤を噴射するように構成される。カバー部は、中心軸方向から視て還元剤供給部による還元剤の噴射領域の少なくとも一部と重なる。

このような構成によれば、排気ガス管路の中心軸方向（以下、「第１方向」ともいう。）の排気ガスの流れが第１遮蔽部によって第２遮蔽部の側壁部の外側に誘導される。このように誘導された流れは側壁部によって２つの流れに分割されつつ、環状部の開口に向かって流れる。これにより、排気ガスの流路が伸びると共に、第１方向と平行な旋回軸を有する互いに逆向きの２つの旋回流が生じる。そのため、側壁部に向かって噴射された還元剤が効率よく拡散される。その結果、還元剤の蒸発が促進されると共に、分散性が向上する。さらに、排気ガスの流れの一部は、第１遮蔽部の複数の貫通孔を通過して、上記２つの旋回流に合流する。その結果、還元剤と排気ガスとの撹拌が効果的に行なわれる。

また、上述の構成では、カバー部によって還元剤の噴射領域への排気ガスの流入速度が低下する。その結果、還元剤の偏りが抑制され、還元剤の分散性が向上する。また、カバー部によって還元剤の上流側への逆流が抑制される。

本開示の一態様では、カバー部は、中心軸方向から視て、噴射領域の全体と重なってもよい。このような構成によれば、排気ガスの流れにおいて還元剤の偏りや滞留する部分が低減され、還元剤の分散性の向上効果が促進される。

本開示の一態様では、カバー部は、中心軸方向から視て、噴射領域の中心線に対して対称な形状を有してもよい。このような構成によれば、還元剤の噴射領域への排気ガスの流れが対称的になるため、還元剤の分散性の向上効果が促進される。

本開示の一態様は、カバー部を中心軸方向に貫通する少なくとも１つの補助貫通孔をさらに備えてもよい。このような構成によれば、還元剤の噴射領域における排気ガスの流動性が高まり、還元剤供給部の噴射口周辺におけるデポジットの発生を抑制できる。

本開示の一態様では、少なくとも１つの補助貫通孔は、中心軸方向から視て、噴射領域の中心線に対して対称に配置されてもよい。このような構成によれば、噴射領域における還元剤の拡散が対称的になるため、還元剤の分散性の向上効果が促進される。

本開示の一態様では、第１遮蔽部は、周縁部から排気ガス管路の内周面に沿って延伸する枠部をさらに有してもよい。カバー部は、枠部と中央部とに挟まれた空間に配置されてもよい。このような構成によれば、排気ガス管路の内周面近傍における還元剤の逆流を枠部によって抑制できる。

本開示の一態様では、環状部の開口の中心軸は、排気ガス管路の中心軸よりも噴射領域から遠い位置にあってもよい。このような構成によれば、還元剤供給部の噴射口から第２遮蔽部の側壁部までの距離を大きくすることができる。その結果、還元剤の側壁部への衝突による飛散を抑制して噴射領域における還元剤の偏りを低減できる。

本開示の別の態様は、内燃機関の排気ガス中の環境汚染物質を改質又は捕集するように構成された排気ガス浄化部と、排気ガスの流れ方向において排気ガス浄化部の下流側に設けられ、排気ガスを還元剤の存在下で還元するように構成された還元部と、排気ガスの流れ方向において還元部よりも上流側で排気ガスに還元剤を供給するように構成された還元剤供給部と、排気ガス浄化部の排出口と還元部の導入口とを連通する排気ガス管路と、を備える排気ガス浄化装置の排気ガス管路内に配置される旋回流発生部材である。

このような構成によれば、旋回流発生部材が配置された排気ガス浄化装置において、還元剤と排気ガスとの撹拌が効果的に行なわれる。また、カバー部によって還元剤の上流側への逆流が抑制される。

図１Ａは、実施形態の排気ガス浄化装置の模式的な部分透過斜視図であり、図１Ｂは、図１Ａの排気ガス浄化装置の模式的な中央断面図である。図２は、図１Ａの排気ガス浄化装置における旋回流発生部材の模式的な斜視図である。図３Ａは、図２の旋回流発生部材の模式的な平面図であり、図３Ｂは、図２の旋回流発生部材における第２遮蔽部の模式的な斜視図である。図４Ａは、図３Ａとは異なる実施形態における排気ガス浄化装置の旋回流発生部材の模式的な平面図であり、図４Ｂは、図３Ａ及び図４Ａとは異なる実施形態における排気ガス浄化装置の旋回流発生部材の一部を示す模式的な平面図であり、図４Ｃは、図３Ａ、図４Ａ及び図４Ｂとは異なる実施形態における排気ガス浄化装置の旋回流発生部材の一部を示す模式的な平面図である。図５Ａは、図１Ａとは異なる実施形態の排気ガス浄化装置の模式的な部分透過斜視図であり、図５Ｂは、図５Ａの排気ガス浄化装置の模式的な中央断面図である。図６Ａは、図５Ａの排気ガス浄化装置における旋回流発生部材の模式的な斜視図であり、図６Ｂは、図５Ａの旋回流発生部材の模式的な平面図である。図７Ａは、図３Ａとは異なる実施形態における排気ガス浄化装置の旋回流発生部材の模式的な平面図であり、図７Ｂは、図３Ａ及び図７Ａとは異なる実施形態における排気ガス浄化装置の旋回流発生部材の模式的な平面図である。図８Ａは、図３Ａ、図７Ａ及び図７Ｂとは異なる実施形態における排気ガス浄化装置の旋回流発生部材の模式的な平面図であり、図８Ｂは、図３Ａ、図７Ａ、図７Ｂ及び図８Ａとは異なる実施形態における排気ガス浄化装置の旋回流発生部材の模式的な平面図である。

以下、本開示が適用された実施形態について、図面を用いて説明する。
［１．第１実施形態］
［１－１．構成］
図１Ａ，１Ｂに示す排気ガス浄化装置（以下、単に「浄化装置」ともいう。）１は、内燃機関の排気ガス流路内に設けられ、排気ガス中の環境汚染物質を低減する。浄化装置１は、排気ガス浄化部２と、還元部３と、還元剤供給部４と、排気ガス管路５と、旋回流発生部材６とを備える。

浄化装置１が設けられる内燃機関は、特に限定されないが、浄化装置１はディーゼル機関の排気ガス浄化装置として特に好適に使用できる。ディーゼル機関としては、自動車、鉄道、船舶、建機等の輸送機器、発電施設などで駆動用又は発電用として用いられるものが挙げられる。

＜排気ガス浄化部＞
排気ガス浄化部２は、排気ガス中の環境汚染物質を改質又は捕集する。ここで、「環境汚染物質」とは、一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）、粒状物質（ＰＭ）、硫黄酸化物（ＳＯｘ）、炭化水素類（ＨＣ）等を意味する。

排気ガス浄化部２は、図１Ｂに示すように、排気ガスを浄化するための浄化用部材２Ａと、浄化用部材２Ａを収納した筒状のケーシング２Ｂとを有する。排気ガスは、ケーシング２Ｂの内部で浄化用部材２Ａに接触しながら、ケーシング２Ｂの中心軸方向に沿って流れる。

浄化用部材２Ａとしては、例えばディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）、ディーゼル微粒子捕集フィルター（ＤＰＦ）、ＮＯｘ吸着剤等が挙げられる。ＤＯＣは、排気ガスに含まれるＰＭ中の可溶有機成分（ＳＯＦ）、ＣＯ及びＨＣを酸化させる触媒である。ＤＰＦは、排気ガスに含まれるＰＭを捕集するフィルターである。ＮＯｘ吸着剤は、ＮＯｘを吸着除去する物質である。

浄化用部材２Ａは、一般にハニカム構造を有する筒状体が用いられる。排気ガスがハニカム構造内部を通過することで、排気ガス中の環境汚染物質は、浄化用部材２Ａが含む触媒金属によって改質されたり、浄化用部材２Ａに捕捉されたりする。

図１Ａ，１Ｂでは、排気ガス浄化部２は、内部での排気ガスの流れ方向が鉛直方向となるように、つまり筒状のケーシング２Ｂの中心軸が鉛直方向となる向きに配置されている。また、排気ガス浄化部２の排気ガスの排出口２Ｃは、排気ガスが鉛直方向に排出されるように形成されている。ただし、排気ガス浄化部２における排気ガスの流れ方向は鉛直方向に限定されず、水平方向でもよいし、水平方向に対し傾斜した方向であってもよい。

＜還元部＞
還元部３は、排気ガスを還元剤の存在下で還元する。具体的には、還元部３は、アンモニアと還元触媒とによって、排気ガス中のＮＯｘを還元し、無害な窒素に改質する。還元剤であるアンモニアは、一般に尿素水を排気ガス中に噴射し、この尿素水中の尿素を加水分解することで生成される。

還元部３は、還元触媒３Ａと、還元触媒３Ａを収納した筒状のケーシング３Ｂとを有する。還元触媒３Ａは、セラミック等の母材と、この母材に担持された金属触媒とから構成される。排気ガスは、ケーシング３Ｂの内部で還元触媒３Ａに接触しながら、ケーシング３Ｂの中心軸方向に沿って流れる。

還元部３は、排気ガスの流れ方向において排気ガス浄化部２の下流側に排気ガス管路５を介して連結されている。還元部３は、内部での排気ガスの流れ方向が排気ガス浄化部２と同じ方向となるように配置される。つまり、還元部３のケーシング３Ｂの中心軸は、排気ガス浄化部２のケーシング２Ｂの中心軸と一致する向きに配置される。

＜還元剤供給部＞
還元剤供給部４は、排気ガスの流れ方向において還元部３よりも上流側で排気ガスに還元剤を供給する。還元剤供給部４は、排気ガス管路５の内部に還元剤を噴射するように構成されている。

具体的には、還元剤供給部４は、後述する第２遮蔽部８の側壁部８Ｂに向かって還元剤を噴射するインジェクタを有する。このインジェクタは、排気ガス管路５の周面から、排気ガス管路５の中心軸に向かって還元剤である尿素水を噴射する。

還元剤供給部４のインジェクタは、公知のものを用いることができる。なお、図１Ａ，１Ｂでは、還元剤供給部４として、排気ガス管路５との接続管のみを図示しており、インジェクタ等の部材は図示を省略している。

＜排気ガス管路＞
排気ガス管路５は、排気ガス浄化部２の排出口２Ｃと還元部３の導入口３Ｃとを連通する管体である。つまり、排気ガス浄化部２から排出された排気ガスは、排気ガス管路５を通って還元部３に導入される。排気ガス管路５の内部には、旋回流発生部材６が配置されている。また、排気ガス管路５の周面には、還元剤供給部４が接続されている。

排気ガス管路５の中心軸方向は、排気ガス浄化部２のケーシング２Ｂ及び還元部３のケーシング３Ｂの中心軸方向と一致する。つまり、排気ガス管路５は、排気ガス浄化部２と還元部３との間に曲がりのないストレートな排気ガスの流路を形成している。

なお、本実施形態では、排気ガス管路５は直管であり、排気ガス浄化部２の排出口２Ｃと還元部３の導入口３Ｃとは同じ直径を有する。ただし、必ずしも排気ガス浄化部２の排出口２Ｃと還元部３の導入口３Ｃとは同径でなくてもよい。

＜旋回流発生部材＞
旋回流発生部材６は、排気ガス管路５内に設置され、排気ガスに複数の旋回流を発生させる。旋回流発生部材６は、図２に示すように、第１遮蔽部７と、第２遮蔽部８とを有する。

（第１遮蔽部）
第１遮蔽部７は、排気ガス管路５内を流れる排気ガスに対し、排気ガス管路５の中心軸方向に沿って下流側に向かう第１方向Ｄ１の流れの一部を遮蔽する板状の部材である。

第１遮蔽部７は、中央部７Ａと、周縁部７Ｂと、複数の貫通孔７Ｃと、枠部７Ｆと、カバー部７Ｇとを有する。第１遮蔽部７は、中央部７Ａと周縁部７Ｂと枠部７Ｆとカバー部７Ｇとによって、排気ガスの第１方向Ｄ１における流れの一部を遮蔽する。

中央部７Ａは、厚み方向が第１方向Ｄ１と一致する向きに配置された板状の部位である。中央部７Ａは、第１方向Ｄ１から視て、後述する環状部８Ａの開口８Ｃと重なる位置に配置されている。

具体的には、中央部７Ａは、環状部８Ａの開口８Ｃのうち、側壁部８Ｂと重なっていない部分（つまり、上流側から視認できる部分）を上流側から覆っている。中央部７Ａは、側壁部８Ｂと接続される一方で、排気ガス管路５の内周面とは離間して配置されている。

周縁部７Ｂは、中央部７Ａの外縁から排気ガス管路５の内周面まで径方向に延伸する部位である。周縁部７Ｂは、第１方向Ｄ１から視て、環状部８Ａの開口８Ｃの外縁のうち側壁部８Ｂに囲われていない開放部分８Ｄの径方向外側の領域と少なくとも重なるように配置されている。

本実施形態では、周縁部７Ｂは、第１方向Ｄ１から視て、側壁部８Ｂと一部重複して配置されている。周縁部７Ｂの上流側の面は、中央部７Ａの上流側の面よりも下流側にずれた位置に配置されている。つまり、中央部７Ａは、周縁部７Ｂに対し、上流側に突出している。

周縁部７Ｂの排気ガス管路５の周方向における第１端部７Ｄ及び第２端部７Ｅは、それぞれ、中央部７Ａから枠部７Ｆに向かって排気ガス管路５の径方向と平行に延伸している。また、周縁部７Ｂの排気ガス管路５の内周面との当接部７Ｊは、周縁部７Ｂの上流側の面から第１方向Ｄ１に沿って下流側に（つまり第２遮蔽部８に向かって）延伸している。

周縁部７Ｂの当接部７Ｊの周方向における長さ（つまり周縁部７Ｂの外縁の長さ、より厳密には第１端部７Ｄから第２端部７Ｅまでの長さ）Ｌは、排気ガス管路５の内周長さの１／２以下が好ましい。当接部分の長さＬが排気ガス管路５の内周長さの１／２超であると、第１遮蔽部７における開口領域が小さくなり、圧損が高くなるおそれがある。当接部分の長さＬが排気ガス管路５の内周長さの１／２以下であることで、上流から流れてくる排気ガスが衝突する側壁部８Ｂの領域が広くなるため、撹拌性能を確保しつつ、圧損を低減することができる。

複数の貫通孔７Ｃは、周縁部７Ｂに設けられている。複数の貫通孔７Ｃは、第１方向Ｄ１に沿って周縁部７Ｂを貫通している。複数の貫通孔７Ｃは、第１方向Ｄ１から視て、開口８Ｃよりも径方向外側に配置されている。

本実施形態では、複数の貫通孔７Ｃは、排気ガス管路５の中心からの距離が異なる２つの円弧上に等間隔で配置されている。複数の貫通孔７Ｃは、例えばパンチングによって形成できる。また、複数の貫通孔７Ｃの形状は円形に限定されない。

枠部７Ｆは、周縁部７Ｂから排気ガス管路５の内周面に沿って延伸している。枠部７Ｆは、周縁部７Ｂの当接部７Ｊと共に排気ガス管路５の内周面に当接するリングを構成している。枠部７Ｆは、周縁部７Ｂの第１端部７Ｄと第２端部７Ｅとを排気ガス管路５の周方向に連結している。

カバー部７Ｇは、排気ガス管路５の周方向において周縁部７Ｂと離間して配置された板状の部位である。カバー部７Ｇは、排気ガス管路５の周方向において、周縁部７Ｂの第１端部７Ｄと第２端部７Ｅとの間において中央部７Ａよりも還元剤供給部４に近い位置に配置されている。

カバー部７Ｇは、枠部７Ｆと中央部７Ａとに挟まれた空間において中央部７Ａと枠部７Ｆとを径方向に連結するように配置されている。カバー部７Ｇの排気ガス管路５の周方向における第１端部７Ｋ及び第２端部７Ｌは、それぞれ、中央部７Ａから枠部７Ｆに向かって排気ガス管路５の径方向に延伸している。

カバー部７Ｇは、中央部７Ａと枠部７Ｆとに挟まれた空間（つまり第１遮蔽部７の開口領域）を第１開口部７Ｈと第２開口部７Ｉとに分割している。第１開口部７Ｈ及び第２開口部７Ｉは、それぞれ、中央部７Ａと、枠部７Ｆと、周縁部７Ｂと、カバー部７Ｇとによって画定されている。

第１開口部７Ｈは、排気ガス管路５の周方向において周縁部７Ｂの第１端部７Ｄとカバー部７Ｇの第１端部７Ｋとに挟まれた部位である。第２開口部７Ｉは、排気ガス管路５の周方向において周縁部７Ｂの第２端部７Ｅとカバー部７Ｇの第２端部７Ｌとに挟まれた部位である。第１開口部７Ｈと第２開口部７Ｉとは、カバー部７Ｇを挟んで排気ガス管路５の周方向に並んで配置されている。

図３Ａに示すように、カバー部７Ｇは、第１方向Ｄ１から視て、還元剤供給部４による還元剤の噴射領域Ａの全体と重なるように配置されている。カバー部７Ｇは、第１方向Ｄ１から視て、噴射領域Ａの中心線に対して対称な形状を有している。カバー部７Ｇの第１端部７Ｋ及び第２端部７Ｌは、それぞれ、噴射領域Ａよりも排気ガス管路５の周方向における外側に位置している。

本実施形態では、還元剤供給部４による還元剤の噴射方向（つまり、噴射領域Ａの中心線）は、排気ガス管路５の中心軸と直交する。ただし、還元剤の噴射方向は、排気ガス管路５の中心軸と９０°以外の角度で交差してもよいし、排気ガス管路５の中心軸と交差しなくてもよい。

第１方向Ｄ１から視て、排気ガス管路５内における第１遮蔽部７が配置されていない領域（つまり、第１開口部７Ｈ及び第２開口部７Ｉ）の合計面積は、複数の貫通孔７Ｃの合計面積よりも大きい。

また、第１開口部７Ｈの周方向の長さ（つまり、カバー部７Ｇの第１端部７Ｋと周縁部７Ｂの第１端部７Ｄとの距離）と、第２開口部７Ｉの周方向の長さ（つまり、カバー部７Ｇの第２端部７Ｌと周縁部７Ｂの第２端部７Ｅとの距離）とは等しい。

カバー部７Ｇの排気ガス管路５の周方向における長さ（つまり幅の大きさ）は特に限定されないが、例えば、第１開口部７Ｈの周方向の長さ及び第２開口部７Ｉ第１開口部７Ｈの周方向の長さ以下とするとよい。

（第２遮蔽部）
第２遮蔽部８は、図３Ｂに示すように、環状部８Ａと、側壁部８Ｂとを有する板状の部材である。

環状部８Ａは、排気ガス管路５の径方向中心に設けられた開口８Ｃを有する。環状部８Ａは、開口８Ｃの径方向外側における第１方向Ｄ１の流れを遮蔽する部位である。環状部８Ａの外径は、排気ガス管路５の内径と一致する。また、環状部８Ａの排気ガス管路５の内周面との当接部８Ｈは、環状部８Ａの上流側の面から第１方向Ｄ１に沿って下流側に延伸している。

側壁部８Ｂは、環状部８Ａから第１遮蔽部７の中央部７Ａまで第１方向Ｄ１に延伸する部位である。側壁部８Ｂは、環状部８Ａの開口８Ｃの周方向における一部を囲っている。つまり、側壁部８Ｂは、開口８Ｃの周縁の一部から上流側に（つまり第１遮蔽部７に向かって）突出している。

側壁部８Ｂは、第１方向Ｄ１において第１遮蔽部７の第１開口部７Ｈ及び第２開口部７Ｉと重なる位置に配置されている。環状部８Ａの開口８Ｃの開放部分８Ｄ（つまり側壁部８Ｂに囲われていない部分）は、排気ガス管路５の中心軸を挟んで、還元剤供給部４とは反対側に配置されている。

第１方向Ｄ１から視て、開放部分８Ｄの周方向の中心位置は、側壁部８Ｂにおいて還元剤が噴射される領域と対向する（つまり排気ガス管路５の中心軸を挟んで反対側にある）とよい。

側壁部８Ｂの周方向の第１端部８Ｅ及び第２端部８Ｆは、それぞれ、第１方向Ｄ１において第１遮蔽部７の第１開口部７Ｈ及び第２開口部７Ｉとは重ならない。つまり、開放部分８Ｄは、全体が第１方向Ｄ１において第１遮蔽部７の周縁部７Ｂと重なっている。また、開放部分８Ｄには、環状部８Ａの内縁（つまり開口８Ｃの周縁）から上流側に向かって突出する段差部８Ｉが設けられている。

側壁部８Ｂは、接続部８Ｇを有する。接続部８Ｇは、側壁部８Ｂの上流端に設けられた環状の部位である。接続部８Ｇは、第１遮蔽部７の中央部７Ａにおける下流側の面に連結されている。

［１－２．作用］
以下、浄化装置１における旋回流の発生メカニズムについて説明する。
浄化装置１では、排気ガス浄化部２から排出された排気ガスは、流れの向きを変えずにそのまま排気ガス管路５に進入する。

排気ガス管路５内において、排気ガスはまず第１遮蔽部７の中央部７Ａによって流れが部分的に遮蔽される。つまり、排気ガスの流路が、第１開口部７Ｈと、第２開口部７Ｉと、複数の貫通孔７Ｃとに絞られる。

第１開口部７Ｈ又は第２開口部７Ｉを第１方向Ｄ１に沿って通過した排気ガスは、第２遮蔽部８の環状部８Ａに衝突する。これにより、側壁部８Ｂを迂回して開口８Ｃに向かう２つの旋回流が形成される。また、複数の貫通孔７Ｃを通過した排気ガスの流れが、この２つの旋回流に衝突する。

これにより、側壁部８Ｂに衝突して微粒化された還元剤が、排気ガスの流れに巻き込まれて拡散及び分散する。その結果、排気ガス管路５を通過した還元剤及び排気ガスが還元触媒３Ａと均質に接触する。

［１－３．効果］
以上詳述した実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（１ａ）第１方向Ｄ１の排気ガスの流れが第１遮蔽部７によって第２遮蔽部８の側壁部８Ｂの外側に誘導される。このように誘導された流れは側壁部８Ｂによって２つの流れに分割されつつ、環状部８Ａの開口８Ｃに向かって流れる。これにより、排気ガスの流路が伸びると共に、第１方向Ｄ１と平行な旋回軸を有する互いに逆向きの２つの旋回流が生じる。

そのため、側壁部８Ｂに向かって噴射された還元剤が効率よく拡散される。その結果、還元剤の蒸発が促進されると共に、分散性が向上する。さらに、排気ガスの流れの一部は、第１遮蔽部７の複数の貫通孔７Ｃを通過して、上記２つの旋回流に合流する。その結果、還元剤と排気ガスとの撹拌が効果的に行なわれる。

（１ｂ）中央部７Ａ、枠部７Ｆ及びカバー部７Ｇ、特にカバー部７Ｇによって還元剤の噴射領域Ａへの排気ガスの流入速度が低下する。その結果、還元剤の偏りが抑制され、還元剤の分散性が向上する。また、カバー部７Ｇによって還元剤の上流側への逆流が抑制される。

（１ｃ）カバー部７Ｇによって、第１遮蔽部７における第１方向Ｄ１の圧力分布のばらつきが低減されるので、排気ガス浄化部２における流速のばらつきが抑制される。その結果、排気ガス管路５に流入する排気ガスの温度の偏りが抑制されるため、還元剤の蒸発と分散が促進される。

（１ｄ）カバー部７Ｇが第１方向Ｄ１から視て還元剤の噴射領域Ａの全体と重なることで、排気ガスの流れにおいて還元剤の偏りや滞留する部分が低減され、還元剤の分散性の向上効果が促進される。

（１ｅ）カバー部７Ｇが第１方向Ｄ１から視て噴射領域Ａの中心線に対して対称な形状を有することで、還元剤の噴射領域Ａへの排気ガスの流れが対称的になるため、還元剤の分散性の向上効果が促進される。

（１ｆ）第１遮蔽部７が枠部７Ｆを有することで、排気ガス管路５の内周面近傍における還元剤の逆流を枠部７Ｆによって抑制できる。

［２．第２実施形態］
［２－１．構成］
第２実施形態の排気ガス浄化装置は、旋回流発生部材の構造を除いて、第１実施形態の排気ガス浄化装置と同じ構成である。

第２実施形態の排気ガス浄化装置は、図４Ａに示す旋回流発生部材１６を備える。旋回流発生部材１６は、第１遮蔽部１７と第２遮蔽部８とを有する。第２遮蔽部８は、第１実施形態と同様である。

第１遮蔽部１７は、中央部７Ａと、周縁部７Ｂと、複数の貫通孔７Ｃと、枠部７Ｆと、カバー部７Ｇと、第１補助貫通孔７Ｍ及び第２補助貫通孔７Ｎとを有する。中央部７Ａ、周縁部７Ｂ、複数の貫通孔７Ｃ、枠部７Ｆ、及びカバー部７Ｇは第１実施形態と同じものである。

第１補助貫通孔７Ｍ及び第２補助貫通孔７Ｎは、それぞれカバー部７Ｇを第１方向Ｄ１に貫通している。第１補助貫通孔７Ｍ及び第２補助貫通孔７Ｎは、第１方向Ｄ１から視て、噴射領域Ａの中心線に対して対称に配置されている。

第１補助貫通孔７Ｍ及び第２補助貫通孔７Ｎは噴射領域Ａと重ならなくてもよいし（図４Ａ参照）、第１補助貫通孔７Ｍ及び第２補助貫通孔７Ｎは噴射領域Ａと重なる領域を有してもよい（図４Ｂ、図４Ｃ参照）。

第１補助貫通孔７Ｍ及び第２補助貫通孔７Ｎは、排気ガス管路５の径方向において、それぞれ第１遮蔽部１７の中央部７Ａよりも還元剤供給部４及び枠部７Ｆに近い位置に配置されている。

第１補助貫通孔７Ｍ及び第２補助貫通孔７Ｎの形状は、図４Ａに示される円形に限定されず、図４Ｂに示される四角形であってもよい。また、第１補助貫通孔７Ｍ及び第２補助貫通孔７Ｎの形状は、四角形以外の多角形であってもよい。

さらに、第１遮蔽部１７は、図４Ｃに示すように、１つの補助貫通孔７Ｏを備えてもよい。補助貫通孔７Ｏは、第１方向Ｄ１から視て、噴射領域Ａを排気ガス管路５の周方向に横断するように配置され、噴射領域Ａの中心線に対して対称な形状を有する。

このように少なくとも１つの補助貫通孔が第１方向Ｄ１から視て噴射領域Ａの中心線に対して対称に配置されることで、噴射領域Ａにおける還元剤の拡散が対称的になるため、還元剤の分散性の向上効果が促進される。ただし、少なくとも１つの補助貫通孔は、必ずしも第１方向Ｄ１から視て噴射領域Ａの中心線に対して対称に配置されなくてもよい。

［２－２．効果］
以上詳述した実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（２ａ）少なくとも１つの補助貫通孔によって還元剤の噴射領域Ａにおける排気ガスの流動性が高まり、還元剤供給部４の噴射口周辺におけるデポジットの発生を抑制できる。

［３．第３実施形態］
［３－１．構成］
図５Ａ，５Ｂに示す排気ガス浄化装置２１は、排気ガス浄化部２と、還元部３と、還元剤供給部４と、排気ガス管路５と、旋回流発生部材２６とを備える。

排気ガス浄化装置２１の排気ガス浄化部２、還元部３、還元剤供給部４、及び排気ガス管路５は、第１実施形態の排気ガス浄化装置１と同じものである。旋回流発生部材２６は、第１遮蔽部２７と、第２遮蔽部２８とを有する。

図６Ａ，６Ｂに示すように、第１遮蔽部２７は、第１実施形態の第１遮蔽部７において、中央部７Ａの凸部（つまり第２遮蔽部２８の側壁部８Ｂが挿入される部分）の位置を還元剤供給部４から離れる方向にずらしたものである。

第２遮蔽部２８は、第１実施形態の第２遮蔽部８において、環状部８Ａの開口８Ｃと側壁部８Ｂとを還元剤供給部４から離れる方向にずらしたものである。具体的には、環状部８Ａの開口８Ｃの中心軸Ｐ２は、排気ガス管路５の中心軸Ｐ１よりも噴射領域Ａから遠い位置にある。

つまり、排気ガス管路５の中心軸Ｐ１及び開口８Ｃの中心軸Ｐ２は、還元剤供給部４から近い順に、排気ガス管路５の中心軸Ｐ１及び開口８Ｃの中心軸Ｐ２の順で配置されている。

［３－２．効果］
以上詳述した実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（３ａ）環状部８Ａの開口８Ｃの中心軸Ｐ２が排気ガス管路５の中心軸Ｐ１よりも噴射領域Ａから遠い位置にあることで、還元剤供給部４の噴射口から第２遮蔽部２８の側壁部８Ｂまでの距離を大きくすることができる。その結果、還元剤の側壁部８Ｂへの衝突による飛散を抑制して噴射領域Ａにおける還元剤の偏りを低減できる。

［４．他の実施形態］
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は、上記実施形態に限定されることなく、種々の形態を採り得ることは言うまでもない。

（４ａ）上記実施形態の排気ガス浄化装置において、カバー部は、必ずしも排気ガス管路の中心軸方向から視て噴射領域の中心線に対して対称な形状を有しなくてもよい。また、カバー部の第１端部及び第２端部は、必ずしも排気ガス管路の径方向と平行に延伸しなくてもよい。

（４ｂ）上記実施形態の排気ガス浄化装置において、第１遮蔽部は、必ずしも枠部を有しなくてもよい。例えば、図７Ａ，７Ｂ及び図８Ａ，８Ｂに示すように、カバー部７Ｇは、中央部７Ａから径方向に突き出した舌片状の部位であってもよい。

図７Ａ，７Ｂ及び図８Ａ，８Ｂでは、第１開口部７Ｈ及び第２開口部７Ｉは、それぞれ、中央部７Ａと、周縁部７Ｂと、カバー部７Ｇと、排気ガス管路５の内周面とによって画定される。

（４ｃ）上記実施形態の排気ガス浄化装置において、カバー部は、必ずしも排気ガス管路の中心軸方向から視て噴射領域の全体と重ならなくてもよい。つまり、カバー部は、噴射領域の一部のみと重なってもよい。

（４ｄ）上記実施形態の排気ガス浄化装置において、旋回流発生部材は、第１遮蔽部として形成された部品への第２遮蔽部として形成された部品の組み付けにより形成されてもよい。また、旋回流発生部材は、一体成形された一つの部材から構成されてもよい。

（４ｅ）上記実施形態の排気ガス浄化装置において、排気ガス浄化部及び／又は還元部の内径と、排気ガス管路の内径とは同じでなくてもよい。例えば、排気ガス浄化部の内径が排気ガス管路の内径よりも小さくてもよい。この場合、排気ガス管路は、下流から上流に向かって縮径するテーパ部を有する。

また、排気ガス浄化部と排気ガス管路との間に、さらに連結管が配置されていてもよい。この連結管は、湾曲していてもよい。このように湾曲した連結管を用いることで、排気ガス浄化部の配置の自由度が高められる。

（４ｆ）第２実施形態の排気ガス浄化装置の構成と、第３実施形態の排気ガス浄化装置の構成とは、組み合わせることができる。つまり、第３実施形態の第１遮蔽部２７のカバー部７Ｇに補助貫通孔を設けてもよい。

（４ｇ）上記実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素として分散させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に統合したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加、置換等してもよい。なお、特許請求の範囲に記載の文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。

１，２１…排気ガス浄化装置、２…排気ガス浄化部、２Ａ…浄化用部材、
２Ｂ…ケーシング、２Ｃ…排出口、３…還元部、３Ａ…還元触媒、３Ｂ…ケーシング、
３Ｃ…導入口、４…還元剤供給部、５…排気ガス管路、
６，１６，２６…旋回流発生部材、７，１７，２７…第１遮蔽部、７Ａ…中央部、
７Ｂ…周縁部、７Ｃ…貫通孔、７Ｄ，７Ｅ…端部、７Ｆ…枠部、７Ｇ…カバー部、
７Ｈ，７Ｉ…開口部、７Ｊ…当接部、７Ｋ，７Ｌ…端部、
７Ｍ，７Ｎ，７Ｏ…補助貫通孔、８，２８…第２遮蔽部、８Ａ…環状部、
８Ｂ…側壁部、８Ｃ…開口、８Ｄ…開放部分、８Ｅ，８Ｆ…端部、８Ｇ…接続部、
８Ｈ…当接部、８Ｉ…段差部。

Claims

内燃機関の排気ガス浄化装置であって、
排気ガス中の環境汚染物質を改質又は捕集するように構成された排気ガス浄化部と、
前記排気ガスの流れ方向において前記排気ガス浄化部の下流側に設けられ、前記排気ガスを還元剤の存在下で還元するように構成された還元部と、
前記排気ガスの流れ方向において前記還元部よりも上流側で前記排気ガスに前記還元剤を供給するように構成された還元剤供給部と、
前記排気ガス浄化部の排出口と前記還元部の導入口とを連通する排気ガス管路と、
前記排気ガス管路内に設置される旋回流発生部材と、
を備え、
前記旋回流発生部材は、
前記排気ガス管路の中心軸方向における流れの一部を遮蔽するように構成された第１遮蔽部と、
前記第１遮蔽部の下流側に配置される第２遮蔽部と、
を有し、
前記第２遮蔽部は、
前記排気ガス管路の径方向中心に設けられた開口を有すると共に、前記開口の径方向外側における前記中心軸方向の流れを遮蔽するように構成された環状部と、
前記環状部から前記第１遮蔽部まで延伸すると共に、前記環状部の前記開口の周方向における一部を囲う側壁部と、
を有し、
前記第１遮蔽部は、
前記中心軸方向から視て前記環状部の前記開口と重なると共に、前記排気ガス管路の内周面とは離間した中央部と、
前記中央部から前記排気ガス管路の内周面まで延伸する周縁部と、
前記周縁部に設けられた複数の貫通孔と、
前記排気ガス管路の周方向において前記周縁部と離間して配置されたカバー部と、
を有し、
前記周縁部は、前記中心軸方向から視て、前記環状部の前記開口の外縁のうち前記側壁部に囲われていない開放部分の径方向外側の領域と少なくとも重なるように配置され、
前記還元剤供給部は、前記側壁部に向かって前記還元剤を噴射するように構成され、
前記カバー部は、前記中心軸方向から視て、前記還元剤供給部による前記還元剤の噴射領域の少なくとも一部と重なる、排気ガス浄化装置。
請求項１に記載の排気ガス浄化装置であって、
前記カバー部は、前記中心軸方向から視て、前記噴射領域の全体と重なる、排気ガス浄化装置。
請求項１又は請求項２に記載の排気ガス浄化装置であって、
前記カバー部は、前記中心軸方向から視て、前記噴射領域の中心線に対して対称な形状を有する、排気ガス浄化装置。
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の排気ガス浄化装置であって、
前記カバー部を前記中心軸方向に貫通する少なくとも１つの補助貫通孔をさらに備える、排気ガス浄化装置。
請求項４に記載の排気ガス浄化装置であって、
前記少なくとも１つの補助貫通孔は、前記中心軸方向から視て、前記噴射領域の中心線に対して対称に配置される、排気ガス浄化装置。
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の排気ガス浄化装置であって、
前記第１遮蔽部は、前記周縁部から前記排気ガス管路の内周面に沿って延伸する枠部をさらに有し、
前記カバー部は、前記枠部と前記中央部とに挟まれた空間に配置される、排気ガス浄化装置。
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の排気ガス浄化装置であって、
前記環状部の前記開口の中心軸は、前記排気ガス管路の中心軸よりも前記噴射領域から遠い位置にある、排気ガス浄化装置。
内燃機関の排気ガス中の環境汚染物質を改質又は捕集するように構成された排気ガス浄化部と、
前記排気ガスの流れ方向において前記排気ガス浄化部の下流側に設けられ、前記排気ガスを還元剤の存在下で還元するように構成された還元部と、
前記排気ガスの流れ方向において前記還元部よりも上流側で前記排気ガスに前記還元剤を供給するように構成された還元剤供給部と、
前記排気ガス浄化部の排出口と前記還元部の導入口とを連通する排気ガス管路と、
を備える排気ガス浄化装置の前記排気ガス管路内に配置される旋回流発生部材であって、
前記排気ガス管路の中心軸方向における流れの一部を遮蔽するように構成された第１遮蔽部と、
前記第１遮蔽部の下流側に配置される第２遮蔽部と、
を備え、
前記第２遮蔽部は、
前記排気ガス管路の径方向中心に設けられた開口を有すると共に、前記開口の径方向外側における前記中心軸方向の流れを遮蔽するように構成された環状部と、
前記環状部から前記第１遮蔽部まで延伸すると共に、前記環状部の前記開口の周方向における一部を囲う側壁部と、
を有し、
前記第１遮蔽部は、
前記中心軸方向から視て前記環状部の前記開口と重なると共に、前記排気ガス管路の内周面とは離間した中央部と、
前記中央部から前記排気ガス管路の内周面まで延伸する周縁部と、
前記周縁部に設けられた複数の貫通孔と、
前記排気ガス管路の周方向において前記周縁部と離間して配置されたカバー部と、
を有し、
前記周縁部は、前記中心軸方向から視て、前記環状部の前記開口の外縁のうち前記側壁部に囲われていない開放部分の径方向外側の領域と少なくとも重なるように配置され、
前記還元剤供給部は、前記側壁部に向かって前記還元剤を噴射するように構成され、
前記カバー部は、前記中心軸方向から視て、前記還元剤供給部による前記還元剤の噴射領域の少なくとも一部と重なる、旋回流発生部材。