JP5090890B2

JP5090890B2 - エンジンの排気浄化装置

Info

Publication number: JP5090890B2
Application number: JP2007330116A
Authority: JP
Inventors: 博昭藤田; 智平沼; 真一斎藤; 峰啓村田; 聡山崎; 康子鈴木
Original assignee: Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Current assignee: Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Priority date: 2007-12-21
Filing date: 2007-12-21
Publication date: 2012-12-05
Anticipated expiration: 2027-12-21
Also published as: JP2009150338A

Description

本発明はエンジンの排気浄化装置に係り、詳しくは排気通路を流通する排ガス中に噴射ノズルから還元剤を噴射して下流側の後処理装置に供給する排気浄化装置に関するものである。

この種の排ガス中に還元剤を噴射して下流側の後処理装置に供給する排気浄化装置としては、例えば選択還元型のＮＯx触媒を備えたものがある。周知のように選択還元型のＮＯx触媒は排ガス中のＮＯxを還元するためにアンモニア（ＮＨ_３）を必要とすることから、排気通路のＮＯx触媒の上流側に配置した噴射ノズルから還元剤として尿素水溶液を噴射し、尿素水溶液が排気熱及び排ガス中の水蒸気により加水分解されて生成されるアンモニアを利用してＮＯx還元作用を得ている。

ＮＯx触媒のＮＯx還元作用は尿素水溶液の供給状態の影響を強く受け、良好な還元作用を得るには、排ガス中に尿素水溶液を十分に拡散させて、ＮＯx触媒の各部位に均等にアンモニアを供給する必要がある。このような要望を達成するために排気通路に排ガスを撹拌するための手段を設けた種々の対策が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
上記特許文献１の技術では、その図１，２に示すようにエンジンの排気管の下流側にＮＯx触媒を収容したケースを接続し、排気管に尿素水溶液の噴射ノズルを設けると共に、排気管の噴射ノズルの排気上流側に４枚のフィンを備えたフィン装置を配設し、排ガスがフィン装置を流通する際にフィンの作用で旋回流を生起させ、これにより噴射ノズル噴射された尿素水溶液の排ガス中への拡散促進を図っている。
特許第３８９２４５２号明細書（図１，２）

上記フィン装置により尿素水溶液の拡散促進に好適な強い旋回流を生起するには、ある程度広いフィン面積を確保する必要があると共に、排ガスの流通方向を急角度で変更すべく大きなフィン角度を設定する必要がある。しかしながら、フィン面積の増加に伴ってフィン装置の位置での通路面積が絞られると共に、フィン角度の増加に伴って排ガスの流通方向が急角度で変更されて圧損が増大し、結果としてエンジンの排圧が増大して走行性能の低下を引き起こすという問題があった。

従って、特許文献１の技術では、尿素水溶液の拡散の促進とエンジンの排圧低減とがトレードオフの関係にあり、両者を高次元で両立することができず、今一つ改良の余地があった。
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、還元剤の拡散の促進とエンジンの排圧低減とを両立でき、もって、後処理装置の各部位に還元剤を均等に供給して良好な浄化性能を達成できると共に、エンジンの排圧を低減して良好な走行性能を実現することができるエンジンの排気浄化装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１の発明は、エンジンの排気通路に配設されて内部にエンジンからの排ガスが導入される上流側ケーシングと、単一のケーシング内を隔壁により区画して上流側ケーシングと共に形成され、内部に還元剤の供給を受けて浄化作用を奏する後処理装置を収容した下流側ケーシングと、円筒状をなして上流側ケーシングと下流側ケーシングとの並設方向に対して軸線を略直交させた姿勢で上流側ケーシング内に配設されて、一端を後処理装置の入口に対して斜めに面する隔壁の傾斜面に接続されて傾斜面に形成された連通孔を介して内部を下流側ケーシング内と連通させ、上流側ケーシング内の排ガスを外周面に列設された多数の孔を介して内部に導入すると共に、各孔に対応するように列設されたフィンにより各孔を流通する排ガスを所定方向に案内して内部で旋回流を生起させる一方、他端を上流側ケーシングの外壁を貫通して外部への開口端を閉塞された円筒フィンと、上流側ケーシング外で円筒フィンの閉塞箇所に配設され、円筒フィン内に還元剤を噴射する噴射ノズルとを備えたものである。

従って、上流側ケーシング内を流通する排ガスは円筒フィンの各孔を経て内部に流入し、その際にフィンにより所定方向に案内されて円筒フィン内で旋回流を生起する。この旋回流を生起した排ガス中に噴射ノズルから還元剤が噴射され、噴射された還元剤は排ガスと撹拌されながら下流側ケーシングに移送されて、内部の後処理装置は還元剤の供給を受けて浄化作用を奏する。

円筒フィンでは、通路断面積に関係なく全周の広い面積にフィンを設けることが可能であり、これにより広いフィン面積をもって排ガスに強い旋回流を生起して、噴射ノズルから噴射された還元剤を排ガス中に良好に拡散できるため、後処理装置の各部位に均等に還元剤を供給可能となる。また、フィン面積の拡大により通路面積が絞られることがなく、旋回流の強化を目的としてフィン角度を増加させる必要もないことから、排ガスの圧損を抑制可能となる。
また、ケーシング内を隔壁により区画して上流側及び下流側ケーシングとして機能させているため、車体への設置の際には単一のケーシングとして取り扱うことが可能となる。
しかも、傾斜面が斜状に配置されていることから連通孔は楕円形状をなして、下流側ケーシング内に対する円筒フィンの開口面積が拡大されると共に、傾斜面と共に連通孔が後処理装置の入口に対して斜めに面しているため、円筒フィン内からの排ガスを円滑に後処理装置に導くことが可能となる。

好ましくは、円筒状をなす円筒フィンの軸線に沿って噴射ノズルから還元剤を噴射するように構成することが望ましい。円筒フィンでは、全周の孔より排ガスを導入して中心ほど角速度が大きくなる旋回流が生起されるため、このように構成すれば、軸線に沿って噴射された還元剤が最も角速度が高い排ガスに晒され続けて良好に撹拌される。
また、別の態様として好ましくは、後処理装置を選択還元型のＮＯx触媒とし、噴射ノズルを還元剤として尿素水溶液を噴射するように構成することが望ましい。従って、この場合には、排ガス中に尿素水溶液が良好に拡散するため、尿素水溶液が排気熱及び排ガス中の水蒸気により加水分解されて生成されるアンモニアをＮＯx触媒の各部位に均等に供給してＮＯx浄化性能を向上可能となる。

請求項２の発明は、請求項１において、円筒フィンの各孔が、それぞれ円筒フィンの軸線方向に延びるスリット状をなして円筒フィンの外周面に列設され、各孔に対応する形状のフィンを円筒フィンの内周側または外周側に折曲することにより形成されたものである。
従って、スリットの形成と同時にフィンが形成されるため、円筒フィンの製作工程が簡略化される。

好ましくは、円筒フィンの各孔及び各スリットを台形状または四角状に形成することが望ましい。

以上説明したように請求項１の発明のエンジンの排気浄化装置によれば、還元剤の拡散の促進とエンジンの排圧低減とを両立でき、もって、後処理装置の各部位に還元剤を均等に供給して良好な浄化性能を達成できると共に、エンジンの排圧を低減して良好な走行性能を実現でき、さらに上流側及び下流側ケーシングを単一のケーシングとすることにより、排気浄化装置を車体に容易に設置でき、しかも円筒フィン内からの排ガスを円滑に後処理装置に導いて排ガスの圧損を低減することができる。

請求項２の発明のエンジンの排気浄化装置によれば、請求項１に加えて、スリットの形成と同時にフィンを形成して、円筒フィンの製作工程を簡略化することができる。

［第１実施形態］
以下、本発明を選択還元型のＮＯx触媒を備えたディーゼルエンジンの排気浄化装置に具体化した第１実施形態を説明する。
図１は本実施形態のエンジンの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１ではトラックへの搭載状態と同様の配置でエンジン１及び排気浄化装置２を示すと共に、トラックの床下を部分的に示している。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。

トラックの車体フレーム３としては、前後方向に延設した左右一対のサイドメンバ３ａを複数のクロスメンバ３ｂ（１本のみ図示）により相互に連結した所謂ラダーフレームが採用され、この車体フレーム３上にエンジン１等のパワープラント、及びキャビンや荷台３ｃ等が搭載されている。図１では、車体フレーム３が部分的に示されると共に、車体フレーム３上に載置された荷台３ｃが二点鎖線で示され、この荷台３ｃの下側の床下に排気浄化装置２が設置されている。

エンジン１は車体フレーム３の左右のサイドメンバ３ａ間に位置し、直列６気筒ディーゼルエンジンとして構成されている。エンジン１の各気筒には燃料噴射弁４が設けられ、各燃料噴射弁４は共通のコモンレール５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。
エンジン１の吸気側には吸気マニホールド６が装着され、吸気マニホールド６に接続された吸気管７には、上流側よりエアクリーナ８、ターボチャージャ９のコンプレッサ９ａ、インタクーラ１０が設けられている。また、エンジン１の排気側には排気マニホールド１２が装着され、排気マニホールド１２には上記コンプレッサ９ａと同軸上に連結されたターボチャージャ９のタービン９ｂが接続されている。タービン９ｂには排気管１３（排気通路）が接続され、排気管１３に上記排気浄化装置２が設けられている。

一方、エンジン１の後部には変速機１５が結合され、変速機１５の出力軸にはプロペラシャフト１６の前端が連結されている。プロペラシャフト１６は車体の床下で左右のサイドメンバ３ａ間を後方に延設され、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。
上記排気管１３は、車体の床下のプロペラシャフト１６と右側のサイドメンバ３ａとの間において後方に延設されており、その後端には上記排気浄化装置２のケーシング２２が接続されると共に、排気管１３のケーシング２２より若干上流位置には、後述するＤＰＦ２８の強制再生用の燃料噴射弁２１が設置されている。ケーシング２２は前後方向に沿った円筒状をなし、ケーシング２２の下流端には排気管２３（排気通路）の前端が接続され、排気管２３は右方に湾曲形成されて後端を車両右側に開口させている。なお、車体フレーム３上の排気浄化装置２の配置はこれに限ることはなく、例えば右側のサイドメンバ３ａの右側方に排気浄化装置２を配置してもよい。

排気浄化装置２のケーシング２２は外観上では単一のものであるが、ケーシング２２内は隔壁２４により前後に区画されていることから、実質的にケーシング２２は前後一対のケーシングと見なすことができる。そこで、以下の説明では、隔壁２４により区画されたケーシング２２内の前側の空間を上流側ケーシング２２ａと称し、後側の空間を下流側ケーシング２２ｂと称する。隔壁２４はケーシング２２内の前後方向の略中央位置で平面視においてクランク状をなし、左右に面した中央面２４ａ、中央面２４ａの前端と連続する前後に面した右面２４ｂ、同じく中央面２４ａの後端と連続する前後に面した左面２４ｃから構成されている。

上流側ケーシング２２ａ内の上流側には前段酸化触媒２７が配設され、下流側には排ガス中のＰＭ（パティキュレートマター）を捕集するためのウォールフロー式のＤＰＦ（ディーセルパティキュレートフィルタ）２８が配設されている。また、下流側ケーシング２２ｂ内の上流側にはアンモニア（ＮＨ_３）の供給により排ガス中のＮＯxを還元する選択還元型ＮＯxのＮＯx触媒２９（後処理装置）が配設され、下流側には後段酸化触媒３０が配設されている。

図２はケーシング２２内の隔壁２４周辺の構成を示す部分拡大断面図である。上流側ケーシング２２ａ内において隔壁２４の中央面２４ａの左側には円筒フィン３３が配設されている。円筒フィン３３は同一径で左右方向に延びる円筒状をなし、その軸線Ｌは上流側及び下流側ケーシング２２ａ，２２ｂの並設方向と直交している。円筒フィン３３の右端は中央面２４ａに溶接され、円筒フィン３３の内部は中央面２４ａに形成された連通孔３４を介して下流側ケーシング２２ｂ内と連通している。円筒フィン３３の左端は上流側ケーシング２２ａの外壁を貫通して外部で開口し、その開口端は蓋体３５が溶接されて閉塞されている。蓋体３５には円筒フィン３３の軸線Ｌ上に位置するように噴射ノズル３６が配設され、噴射ノズル３６の先端３６ａ（図３に示す）は蓋体３５を貫通して円筒フィン３３内に突出している。噴射ノズル３６は図示しないタンクから圧送される尿素水溶液を還元剤として円筒フィン３３内に任意に噴射可能であり、その噴射方向は、円筒フィン３３の軸線Ｌに沿って隔壁２４の連通孔３４の中心部を指向している。

図３は円筒フィン３３の内部構造を示す図２に対応する断面図、図４は円筒フィン３３のフィン形状を示す図２のIV−IV線断面図である。なお、図４は円筒フィン３３の外周面の一部を示しているが、円筒フィン３３は全周において同様の構成をなしている。
上流側ケーシング２２ａ内において円筒フィン３３の外周面には、左右方向に延びる多数のスリット３８が周方向に列設されており、各スリット３８は左右方向に長い台形状をなし、これらのスリット３８を介して円筒フィン３３の内周側と外周側（上流側ケーシング２２ａ内）とが連通している。各スリット３８は、台形の下底（平行な２辺の内の長辺側とする）以外の３辺を周囲より切り離した上で、下底を基点として台形状の領域を円筒フィン３３の内周側に折曲して形成されており、内周側に所定角度αで折曲された台形状の領域をフィン３９としている。結果として、各フィン３９はスリット３８と対応するように円筒フィン３３の内周面に列設され、円筒フィン３３は所謂サーキュラーフィンとして構成されている。各フィン３９の角度αは、後述するように各スリット３８を経て円筒フィン３３内に導入される排ガスを所定方向に案内して効率的に旋回流を生起するために好適な角度として設定されている。

本実施形態では、適切な肉厚の直管を円筒フィン３３の素材とし、台形状の下底を基点として各スリット３８を円筒フィン３３の内周側に打ち抜き、その際に各スリット３８と対応して所定角度αのフィン３９を形成している。この製作手順によれば、スリット３８の形成と同時にフィン３９を形成可能なことから、円筒フィン３３の製作工程を簡略化することができる。但し、スリット３８及びフィン３９を形成する手法はこれに限ることはなく、例えば各スリット３８と各フィン３９とを個別に形成してもよい。

一方、エンジン１の各気筒の燃料噴射弁４、強制再生用の燃料噴射弁２１、噴射ノズル３６等のデバイス類、及び図示しないセンサ類はＥＣＵ４１（電子コントロールユニット）に接続され、センサ類からの検出情報に基づいてＥＣＵ４１により駆動制御される。例えばＥＣＵ４１は機関回転速度や負荷等のエンジン１の運転状態に基づき、燃料噴射弁４の噴射量、噴射圧、噴射時期を制御してエンジン１を運転する。

運転中のエンジン１から排出された排ガスは排気管１３を経て上流側ケーシング２２ａ内に導入され、前段酸化触媒２７及びＤＰＦ２８を流通した後、下流側に位置する円筒フィン３３の各スリット３８を経て内部に流入する。円筒フィン３３内において排ガスには噴射ノズル３６から尿素水溶液が噴射され、この尿素水溶液と共に排ガスは円筒フィン３３内を右方に移送されて連通孔３４を経て下流側ケーシング２２ｂ内に排出される。その後、排ガスはＮＯx触媒２９及び後段酸化触媒３０を通過し、排気管２３を経て車両右側から外部に排出される。

このとき、ＤＰＦ２８では排ガス中のＰＭが捕集され、これにより大気中へのＰＭの排出が防止される。ＰＭの捕集に伴ってＤＰＦ２８のＰＭ捕集量は次第に増加するが、捕集されたＰＭは、エンジン１が所定の運転状態（例えば、排ガス温度が比較的高い運転状態）のときに、前段酸化触媒２７上での酸化反応により排ガス中のＮＯから生成されたＮＯ₂を酸化剤として利用して連続的に焼却除去される（連続再生）。

また、ＤＰＦ２８の連続再生作用が得られない運転状態が継続されると、ＰＭの堆積によりＤＰＦ２８が目詰まりを生じてしまうため、このような状況を想定して、ＥＣＵ４１はエンジン１の運転状態から推定したＰＭ捕集量がＤＰＦ２８の許容量を越える以前に、ＤＰＦ２８上のＰＭを強制的に焼却除去する（強制再生）。この強制再生には燃料噴射弁２１から噴射される未燃燃料が利用され、噴射された未燃燃料を前段酸化触媒２７上に供給して、その酸化反応熱により下流側のＤＰＦ２８を昇温してＰＭを焼却除去する。なお、メイン噴射後の膨張行程または排気行程でのポスト噴射により前段酸化触媒２７上に未燃燃料を供給するようにしてもよい。

一方、ＥＣＵ４１はエンジン１の運転状態や噴射ノズル３６近傍に設置された図示しない温度センサの検出値等に基づき、噴射ノズル３６からの尿素水溶液の噴射量を制御する。噴射された尿素水溶液は排ガスと共に円筒フィン３３内から下流側ケーシング２２ｂ内を経てＮＯx触媒２９まで移送されるが、この過程において排気熱及び排ガス中の水蒸気により加水分解されてアンモニアを生成する。このようにして生成されたアンモニアを利用してＮＯx触媒２９上で排ガス中のＮＯxが無害なＮ_２に還元される。なお、ＤＰＦ２８でのＰＭの燃焼により発生するＣＯ，ＨＣ、及びＮＯx触媒２４上で生じた余剰アンモニアは後段酸化触媒３０により処理される。

そして、上記ＮＯx触媒２９上で良好なＮＯx還元作用を実現するには、ＮＯx触媒２９の各部位に均一にアンモニアを供給する必要があり、そのためには尿素水溶液を排ガス中に良好に拡散させることが重要となる。この対策として本実施形態ではケーシング２２内に円筒フィン３３を設けており、以下、当該円筒フィン３３による作用効果を詳述する。
ＤＰＦ２８を流通後の排ガスは円筒フィン３３の各スリット３８を経て内部に流入するが、各スリット３８を経た直後に対応するフィン３９の傾斜に沿って案内されることにより、円筒フィン３３の周方向の速度成分を付与される。従って、図４に示すように排ガスは、円筒フィン３３の全周の各スリット３８から同一周方向に向けて斜めに流入して、周方向に旋回しながら円筒フィン３３の中心（軸線Ｌ）に向けて集約される。これと並行して排ガスが順次円筒フィン３３内を右方へと移送されることから、結果として排ガスは円筒フィン３３の軸線Ｌに沿った旋回流を生起しながら右方に移送される。円筒フィン３３内から隔壁２４の連通孔３４を経て下流側ケーシング２２ｂ内に排出されると、排ガスは円筒フィン３３の内周面に拘束されなくなり旋回半径を拡大するものの、依然として旋回流を維持してそのままＮＯx触媒２９に流入する。

以上のように円筒フィン３３内で旋回流を生起した排ガス中に噴射ノズル３６から尿素水溶液が噴射され、噴射された尿素水溶液は排ガスと撹拌されながら、円筒フィン３３内、連通孔３４、下流側ケーシング２２ｂ内を順次移送された後にＮＯx触媒２９に到達する。移送中の尿素水溶液は旋回流の撹拌作用により排ガス中に拡散することは勿論であるが、以下の要因により尿素水溶液の拡散は一層促進される。

まず、本実施形態の円筒フィン３３では、通路面積に関わらず広いフィン面積を設定可能である。即ち、特許文献１の技術では排気管の通路面積を確保するためにフィン面積が制限されたが、本実施形態では、円筒フィン３３内の通路断面積（特許文献１の排気管の通路面積に相当）に関係なく円筒フィン３３の全周にスリット３８と共にフィン３９を設けることが可能であり、必要ならば円筒フィン３３の全長を延長したり径を拡大したりして、さらにフィン面積を拡大することもできる。これにより広いフィン面積をもって円筒フィン３３内の排ガスに強い旋回流を生起でき、噴射ノズル３６から噴射された尿素水溶液を排ガス中に良好に拡散することができる。

一方、円筒フィン３３は外周面の各スリット３８を経て全周より排ガスを導入して内部で旋回流を生起させている。この旋回流は中心ほど角速度が大きくなる所謂自由渦と称されるものであり、例えば排気管内に設けたフィン装置により旋回流を生起する特許文献１の技術のように、角速度はほぼ一定で外周ほど速度が高くなる速度分布とは全く異なる。そして、噴射ノズル３６からは中心と一致する軸線Ｌに沿って尿素水溶液が噴射されることから、尿素水溶液は最も角速度が高い排ガスに晒され続けて良好に撹拌される。

また、旋回流が円筒フィン３３の外周側より中心に集約されるように流動することにより、噴射ノズル３６から噴射された素水溶液は外周側に飛散することなく常に円筒フィン３３内の中心付近で排ガスと撹拌される。一旦円筒フィン３３の内周面に付着した尿素水溶液は排ガス中に拡散し難くなるが、このような事態を未然に回避して尿素水溶液の拡散を一層良好にすることができる。

さらに、円筒フィン３３内から下流側ケーシング２２ｂ内に排出された後も排ガスは旋回流を維持するが、狭い円筒フィン３３内から広い下流側ケーシング２２ｂ内に排出されることにより、排ガスは旋回半径を急激に拡大して流動状況を急変させる。従って、円筒フィン３３内での移送中だけでなく、この円筒フィン３３内から下流側ケーシング２２ｂ内に排出される際にも排ガスは十分に撹拌される。

以上の各要因により、排ガス中に尿素水溶液が十分に拡散され、尿素水溶液の加水分解により生成されたアンモニアがＮＯx触媒２９の各部位に均等に供給される。よって、ＮＯx触媒２９によるＮＯx還元作用を最大限に発揮して、排ガス中に含まれるＮＯxを効率的に浄化することができる。
一方、上記のように円筒フィン３３の採用によりフィン面積を拡大して強い旋回流を生起しているため、特許文献１の技術のようにフィン面積の拡大により通路面積が絞られることがなく、また、旋回流の強化を目的としてフィン角度を増加させる必要もない。従って、これらの要因によって排ガスの圧損が増大する事態を未然に防止でき、もってエンジン１の排圧を低減して良好な走行性能を実現することができる。

加えて、上流側ケーシング２２ａ内に配置した円筒フィン３３の左端（上流側に相当）に噴射ノズル３６を設けているため、図３に示すように、噴射ノズル３６からＮＯx触媒２９までの距離が長く、排ガス内への尿素水溶液の拡散時間を十分に確保することができる。結果として、この要因も尿素水溶液の拡散促進に貢献する。
一方、図１から明らかなように、ケーシング２２内を隔壁２４により前後に区画して上流側及び下流側ケーシング２２ａ，２２ｂとして機能させているため、車体フレーム３上では前後方向に長い単一のケーシング２２として取り扱うことができる。従って、車体フレーム３上への燃料タンクやスペアタイヤ等の走行用装備の設置を制限することなく、排気浄化装置２を車体フレーム３に容易に設置できるという効果もある。

以上で第１実施形態の説明を終えるが、この第１実施形態の排気浄化装置２の構成は種々に変更可能であり、以下、その別例を説明する。
図５は円筒フィン３３の各フィン３９を外周側に折曲した別例を示す図２に対応する断面図、図６は別例の円筒フィン３３のフィン形状を示す図５のVI−VI線断面図である。
第１実施形態の円筒フィン３３ではフィン３９を内周側に折曲したが、この別例では、フィン３９を外周側に折曲している。なお、円筒フィン３３の全周に各フィン３９が列設されていること、スリット３８及びフィン３９が左右方向の長い台形状をなしていること等は第１実施形態と同様である。このような別例では、ＤＰＦ２８を流通後の排ガスが各フィン３９の傾斜に沿って案内された直後に対応するスリット３８を経て円筒フィン３３内に流入し、この排ガスの流入過程に関しては第１実施形態と若干相違するが、これにより円筒フィン３３内に生起される旋回流の特性については第１実施形態と相違ない。

図７は他の別例の円筒フィン３３のフィン形状を示す図６に対応する断面図である。
この別例は、第１実施形態のフィン形状と図５，６に示す別例のフィン形状とを組み合わせたものであり、円筒フィン３３の外周面に残したベース部５０の一端側を内周側に折曲してフィン５１ａを形成し、ベース部５０の他端側を外周側に折曲してフィン５１ｂを形成している。この別例でも円筒フィン３３内に第１実施形態と同様の旋回流を生起できる。

図８は隔壁２４の形状を変更した別例を示す図２に対応する断面図である。
この別例では、第１実施形態の隔壁２４の中央面２４ａ及び右面２４ｂを斜状に配置された傾斜面６１に変更しており、傾斜面６１はＮＯx触媒２９の入口に対して斜めに面している。円筒フィン３３は傾斜面６１に形成された連通孔６２を関して下流側ケーシング２２ｂ内に開口しているが、傾斜面６１が斜状に配置されていることから連通孔６２は楕円形状をなして、下流側ケーシング２２ｂ内に対する円筒フィン３３の開口面積が拡大されている。また、ＮＯx触媒２９の入口に対して連通孔３４が直交する第１実施形態と異なり、傾斜面６１と共に連通孔６２がＮＯx触媒２９の入口に対して斜めに面している。従って、円筒フィン３３内からの排ガスを円滑にＮＯx触媒２９に導いて、この箇所での排ガスの圧損を低減することができる。

図９は下流側ケーシング２２ｂにも円筒フィン３３を配設した別例を示す図２に対応する断面図である。
この別例では、上流側ケーシング２２ａ内と同様に下流側ケーシング２２ｂ内にも同一形状の円筒フィンを同一配置で配設しており（以下、上流側円筒フィン７１、下流側円筒フィン７２と区別する）、双方の円筒フィン７１，７２の内部を相互に連通させている。従って、上流側円筒フィン７１内で旋回流を生起した排ガスは右方に位置する下流側円筒フィン７２内へと移送され、この下流側円筒フィン７２のスリットを流通して下流側ケーシング２２ｂ内に排出される。下流側円筒フィン７２の作用はフィン３９の傾斜方向によって異なり、上流側円筒フィン７１と同一方向にフィン３９の傾斜が設定されている場合には、排ガスが旋回流を妨げられることなく下流側円筒フィン７２の各スリット３８を流通することから、その際の排ガスの圧損を一層低減できるという効果が得られる。また、上流側円筒フィン７１と逆方向にフィン３９の傾斜が設定されている場合には、下流側円筒フィン７２の各スリット３８を流通する際に排ガスが旋回流とは逆方向に案内されることから、その際に排ガスを急激に撹拌して尿素水溶液の拡散を一層促進できるという効果が得られる。
［第２実施形態］
次に、本発明を別の選択還元型のＮＯx触媒を備えたディーゼルエンジン１の排気浄化装置２に具体化した第２実施形態を説明する。本実施形態の排気浄化装置２は第１実施形態のものに対してケーシング２２の構成を変更したものであり、排気浄化装置２以外の車両側の構成に関しては第１実施形態と相違ない。従って、共通の構成の箇所は同一部材番号を付して説明を省略し、相違点を重点的に述べる。

図１０は本実施形態のエンジン１の排気浄化装置２を示す全体構成図、図２は上流側及び下流側ケーシング７１，７２の連結箇所の構成を示す部分拡大断面図である。
端的に表現すると、ケーシング２２を一体化した第１実施形態に対して、本実施形態では上流側及び下流側ケーシング７１，７２を独立させており、それに付随して円筒フィン７３の配置状態を変更している。

第１実施形態の上流側ケーシング２２ａと同じく、本実施形態の上流側ケーシング７１は前後方向に沿った円筒状をなして車体フレーム３上の同一位置に設置され、その上流端には排気管１３の後端が接続されている。上流側ケーシング７１内に前段酸化触媒１８及びＤＰＦ１９が収容されている点も相違ないが、本実施形態ではＤＰＦ１９の下流側に空間７４が形成され、この箇所を上流側ケーシング７１の下流端としている。

上流側ケーシング７１の空間７４内には、上流側ケーシング７１を左右方向に貫通するように円筒フィン７３が配設され、円筒フィン７３の周囲は上流側ケーシング７１に対して溶接されている。第１実施形態と同じく、円筒フィン７３の左端には蓋体３５及び噴射ノズル３６が取り付けられ、円筒フィン７３の外周にはスリット３８及びフィン３９が周方向に列設されている。円筒フィン７３の右端は上流側ケーシング７１から突出して同一径を保って右方に延設され、この延設箇所が排気管７５（排気通路）として機能している。排気管７５は前方に湾曲形成されて下流側ケーシング７２の外周面に溶接され、下流側ケーシング７２は左右方向に沿った円筒状をなして右側方に向けて延設されている。下流側ケーシング７２内にはＮＯx触媒２９及び後段酸化触媒３０が収容され、下流側ケーシング７２の下流端には排気管７６（排気通路）が接続され、排気管７６の後端は車両右側に開口している。

以上のように構成されたエンジン１の排気浄化装置２では、エンジン１から排出された排ガスが上流側ケーシング７１内で前段酸化触媒２７及びＤＰＦ２８を流通し、その後に空間７４内で円筒フィン７３のスリット３８を経てフィン３９により案内されながら内部に流入し、その排ガス中に噴射ノズル３６から尿素水溶液が噴射される。さらに尿素水溶液と共に排ガスは円筒フィン７３内を右方に移送されて、排気管７５を経て下流側ケーシング７２内に導入され、ＮＯx触媒２９及び後段酸化触媒３０を流通した後に排気管７６を経て外部に排出される。

そして、このときの円筒フィン７３による作用は第１実施形態と同様であり、重複する説明はしないが、通路面積に関わらず広いフィン面積を設定できることから、円筒フィン７３内の排ガスに強い旋回流を生起して排ガス中に尿素水溶液を良好に拡散でき、もってＮＯx触媒２９の各部位に均等にアンモニアを供給してＮＯxを効率的に浄化することができる。また、フィン面積の拡大により通路面積が絞られることがなく、旋回流の強化を目的としてフィン角度を増加させる必要もないことから、エンジン１の排圧を低減して良好な走行性能を実現することができる。

しかも、本実施形態では、湾曲した排気管７５を経て上流側ケーシング７１から下流側ケーシング７２に排ガスを移送しているため、湾曲箇所を通過する際に、排ガス中に拡散している尿素水溶液が遠心力で外周側に偏在してしまう傾向がある。この現象は尿素水溶液の拡散の観点からは好ましいことではないが、円筒フィン７３により生起された旋回流により排気管７５内の排ガスを絶えず周方向に移動させることで、遠心力の影響を軽減して尿素水溶液の外周側への偏在を抑制することができる。この点も尿素水溶液の拡散、ひいてはＮＯx浄化性能の向上に貢献する。

一方、図１０から明らかなように、上流側ケーシング７１に対して下流側ケーシング７２はサイドメンバ３ａを挟んだ右側方に位置しているため、全体としての排気浄化装置２の設置に要するスペースは、例えば第１実施形態のものに比較して前後方向に短縮化される。このため、車体フレーム３の前後長が短い車両に対しても搭載できるという効果もある。

以上で実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態に限定されるものではない。例えば上記実施形態では、選択還元型のＮＯx触媒２９を備えたディーゼルエンジン１の排気浄化装置２に具体化したが、適用対象はこれに限ることはない。例えばガソリンエンジンでも希薄燃焼運転時を想定してＮＯx触媒２９を備える場合があるため、このようなガソリンエンジンに適用してもよい。

また、上記実施形態では、ＮＯx触媒２９に供給する尿素水溶液の拡散のために円筒フィン３３，７３による旋回流を利用したが、その利用態様はこれに限ることはない。例えば上記実施形態のＤＰＦ２８に関する説明からも明らかなように、燃料噴射弁２１から供給される未燃燃料を前段酸化触媒２７上で酸化反応させてＤＰＦ２８を昇温する強制再生では、前段酸化触媒２７による酸化反応を最大限に発揮させるために、未燃燃料を前段酸化触媒２７の各部位に均等に供給することが望ましい。そこで、前段酸化触媒２７の上流側に上記各実施形態と同様の円筒フィン３３，７３を設けると共に、その円筒フィン３３，７３に燃料噴射弁２１を配置し、円筒フィン３３，７３内で旋回流を生起した排ガス中に燃料噴射弁２１から未燃燃料を噴射して拡散を図るようにしてもよい。この場合には、ＤＰＦ２８が本発明の後処理装置に相当することになる。

また、他のＮＯx浄化用触媒として公知の吸蔵型ＮＯx触媒では、ＮＯxの代わりにＳＯx（硫黄酸化物）が吸蔵されて浄化性能が低下する所謂硫黄被毒が生じるため、ＮＯx触媒の上流側に前段酸化触媒を配置して未燃燃料の酸化反応熱によりＮＯx触媒を昇温して吸蔵されているＳＯxを除去するＳＯxパージを実行する必要がある。そこで、このＳＯxパージのために、上記ＤＰＦ２８の強制再生と同様の円筒フィン３３，７３に関する構成を適用してもよい。この場合には、吸蔵型ＮＯx触媒が本発明の後処理装置に相当することになる。

また、上記実施形態では、上流側ケーシング２２ａ，７１を前段酸化触媒２７及びＤＰＦ２８の収容に利用したが、上流側ケーシング２２ａ，７１の用途はこれに限ることはなく、例えば消音器のケーシングとしてもよい。
また、上記実施形態では、円筒フィン３３，７３に左右方向に長い台形状をなすスリット３８を形成したが、円筒フィン３３，７３内に排ガスを流入可能なものであれば、その形状はこれに限定されることはなく、例えば各スリット３８を左右方向に分割して複数の孔としてもよい。

第１実施形態のエンジンの排気浄化装置を示す全体構成図である。ケーシング内の隔壁周辺の構成を示す部分拡大断面図である。円筒フィンの内部構造を示す図２に対応する断面図である。円筒フィンのフィン形状を示す図２のIV−IV線断面図である。円筒フィンの各フィンを外周側に折曲した別例を示す図２に対応する断面図である。別例の円筒フィンのフィン形状を示す図５のVI−VI線断面図である。他の別例の円筒フィンのフィン形状を示す図６に対応する断面図である。隔壁の形状を変更した別例を示す図２に対応する断面図である。下流側ケーシングにも円筒フィンを配設した別例を示す図２に対応する断面図である。第２実施形態のエンジンの排気浄化装置を示す全体構成図である。上流側及び下流側ケーシングの連結箇所の構成を示す部分拡大断面図である。

符号の説明

１エンジン
１３,２３,７５,７６排気管（排気通路）
２２ａ，７１上流側ケーシング
２２ｂ，７２下流側ケーシング
２４隔壁
２９ＮＯx触媒（後処理装置）
３３，７３円筒フィン
３４，６２連通孔
３６噴射ノズル
６１傾斜面
Ｌ軸線

Claims

エンジンの排気通路に配設されて内部にエンジンからの排ガスが導入される上流側ケーシングと、
単一のケーシング内を隔壁により区画して上記上流側ケーシングと共に形成され、内部に還元剤の供給を受けて浄化作用を奏する後処理装置を収容した下流側ケーシングと、
円筒状をなして上記上流側ケーシングと上記下流側ケーシングとの並設方向に対して軸線を略直交させた姿勢で該上流側ケーシング内に配設されて、一端を上記後処理装置の入口に対して斜めに面する上記隔壁の傾斜面に接続されて該傾斜面に形成された連通孔を介して内部を下流側ケーシング内と連通させ、該上流側ケーシング内の排ガスを外周面に列設された多数の孔を介して内部に導入すると共に、各孔に対応するように列設されたフィンにより各孔を流通する排ガスを所定方向に案内して内部で旋回流を生起させる一方、他端を上記上流側ケーシングの外壁を貫通して外部への開口端を閉塞された円筒フィンと、
上記上流側ケーシング外で上記円筒フィンの閉塞箇所に配設され、上記円筒フィン内に還元剤を噴射する噴射ノズルと
を備えたことを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
上記円筒フィンの各孔は、それぞれ円筒フィンの軸線方向に延びるスリット状をなして該円筒フィンの外周面に列設され、各孔に対応する形状のフィンを上記円筒フィンの内周側または外周側に折曲することにより形成されたことを特徴とする請求項１記載のエンジンの排気浄化装置。