6981156 内燃機関の排気浄化装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6981156

(24)【登録日】2021年11月22日

(45)【発行日】2021年12月15日

(54)【発明の名称】内燃機関の排気浄化装置

(51)【国際特許分類】

   F01N 3/24 20060101AFI20211202BHJP

   F01N 3/08 20060101ALI20211202BHJP

【ＦＩ】

   F01N3/24 N

   F01N3/08 B

   F01N3/24 L

【請求項の数】6

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2017-193019(P2017-193019)

(22)【出願日】2017年10月2日

(65)【公開番号】特開2019-65782(P2019-65782A)

(43)【公開日】2019年4月25日

【審査請求日】2020年10月1日

(73)【特許権者】

【識別番号】000000170

【氏名又は名称】いすゞ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100128509

【弁理士】

【氏名又は名称】絹谷 晴久

(74)【代理人】

【識別番号】100119356

【弁理士】

【氏名又は名称】柱山 啓之

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 朝幸

【審査官】 菅野 京一

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２０１０／０１３９２５８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２００８／００６６４５１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２００９／０２２９２５４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００５−０７６４５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第０１／０１２９６０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１１−１０６４２３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０１Ｎ ３／００−３／３８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

内燃機関の排気ガスが流される排気通路と、
前記排気通路に配置された触媒と、
前記触媒の上流側に設けられ、前記排気通路内に還元剤を噴射する噴射弁と、
前記噴射弁の下流側かつ前記触媒の上流側の位置における前記排気通路の内部に設けられ、排気ガスの流れを順流方向から逆流方向に折り返し、その後順流方向に折り返すように構成された折り返し通路と、
を備え、
前記折り返し通路が、
前記排気通路内の周縁部を閉じると共に、上流側に向かって突出する連通管を有する閉鎖部材と、
前記連通管の入口部を上流側から隙間を隔てて覆うカバー部材と、
により画成される
ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。

【請求項2】

前記カバー部材が、先端側が上流側に向けられた先細り形状の部分を有する
請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。

【請求項3】

前記先細り形状が円錐形状である
請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。

【請求項4】

前記連通管の前記入口部が、その周方向に分割された複数の分割片を有し、前記複数の分割片は、半径方向内側および外側へと交互に折曲されている
請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。

【請求項5】

内燃機関の排気ガスが流される排気通路と、
前記排気通路に配置された触媒と、
前記触媒の上流側に設けられ、前記排気通路内に還元剤を噴射する噴射弁と、
前記噴射弁の下流側かつ前記触媒の上流側の位置における前記排気通路の内部に設けられ、排気ガスの流れを順流方向から逆流方向に折り返し、その後順流方向に折り返すように構成された折り返し通路と、
を備え、
前記排気通路が、半径方向内側に位置された内側排気通路と、前記内側排気通路の半径方向外側に隣接して位置され、前記内側排気通路を囲繞し、前記内側排気通路から排出された排気ガスを逆方向に流す外側排気通路とを含み、
前記折り返し通路が、前記内側排気通路内に配置される
ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。

【請求項6】

内燃機関の排気ガスが流される排気通路と、
前記排気通路に配置された触媒と、
前記触媒の上流側に設けられ、前記排気通路内に還元剤を噴射する噴射弁と、
前記噴射弁の下流側かつ前記触媒の上流側の位置における前記排気通路の内部に設けられ、排気ガスの流れを順流方向から逆流方向に折り返し、その後順流方向に折り返すように構成された折り返し通路と、
前記噴射弁の下流側かつ前記折り返し通路の上流側の位置に設けられ、排気ガスの熱を蓄熱する蓄熱部材と、
を備え、
前記蓄熱部材は、先端側が上流側に向けられた先細り形状の部分を有し、当該部分に複数の開口部を有する
ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

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。

【背景技術】

【0002】

ディーゼルエンジンの排気通路には、排気中のＮＯｘ（窒素酸化物）を還元除去する選択還元型ＮＯｘ触媒が設けられる。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、尿素水を加水分解して得られるアンモニアＮＨ₃とＮＯｘを反応させ、排気中のＮＯｘを窒素Ｎ₂に還元する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】国際公開第２０１０／０５３０３３号

【特許文献2】特開２００８−１４４６４４号公報

【特許文献3】特開２００６−７７５７６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ＮＯｘ触媒を高効率で作動させるには、尿素水の加水分解を促進し、尿素水の単位容量当たりのアンモニア生成量すなわちアンモニア生成効率をできるだけ高い水準に維持することが望ましい。そして尿素水の加水分解を促進するためには、排気通路内に噴射された尿素水と排気ガスの混合を可能な限り促進することが好ましい。

【0005】

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。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一の態様によれば、
内燃機関の排気ガスが流される排気通路と、
前記排気通路に配置された触媒と、
前記触媒の上流側に設けられ、前記排気通路内に還元剤を噴射する噴射弁と、
前記噴射弁の下流側かつ前記触媒の上流側の位置における前記排気通路の内部に設けられ、排気ガスの流れを順流方向から逆流方向に折り返し、その後順流方向に折り返すように構成された折り返し通路と、
を備えた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。

【0007】

好ましくは、前記折り返し通路が、
前記排気通路内の周縁部を閉じると共に、上流側に向かって突出する連通管を有する閉鎖部材と、
前記連通管の入口部を上流側から隙間を隔てて覆うカバー部材と、
により画成される。

【0008】

好ましくは、前記カバー部材が、先端側が上流側に向けられた先細り形状の部分を有する。

【0009】

好ましくは、前記先細り形状が円錐形状である。

【0010】

好ましくは、前記連通管の前記入口部が、その周方向に分割された複数の分割片を有し、前記複数の分割片は、半径方向内側および外側へと交互に折曲されている。

【0011】

好ましくは、前記排気通路が、半径方向内側に位置された内側排気通路と、前記内側排気通路の半径方向外側に隣接して位置され、前記内側排気通路を囲繞し、前記内側排気通路から排出された排気ガスを逆方向に流す外側排気通路とを含み、
前記折り返し通路が、前記内側排気通路内に配置される。

【0012】

好ましくは、前記噴射弁の下流側かつ前記折り返し通路の上流側の位置に設けられ、排気ガスの熱を蓄熱する蓄熱部材をさらに備える。

【0013】

好ましくは、前記蓄熱部材は、先端側が上流側に向けられた先細り形状の部分を有し、当該部分に複数の開口部を有する。

【発明の効果】

【0014】

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。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の第１実施形態に係る排気浄化装置の全体構造を示す縦断側面図である。

【図2】排気浄化装置の縦断後面図であり、図１のＩＩ−ＩＩ断面図である。

【図3】排気浄化装置の縦断前面図であり、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。

【図4】第２通路の内部の構成を示す縦断側面図である。

【図5】第２実施形態における第２通路の内部の構成を示す縦断側面図である。

【図6】第２実施形態に係る排気浄化装置の全体構造を示す縦断側面図である。

【図7】第３実施形態における第２通路の内部の構成を示す縦断側面図である。

【図8】蓄熱部材の縦断前面図であり、図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ断面図である。

【図9】連通管の縦断前面図であり、図７のＩＸ−ＩＸ断面図である。

【図10】分割片の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

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。

【0017】

［第１実施形態］
図１〜図３に、本発明の第１実施形態に係る排気浄化装置の全体構造を示す。図１は縦断側面図（図２のＩ−Ｉ断面図）、図２は縦断後面図（図１のＩＩ−ＩＩ断面図）、図３は縦断前面図（図１のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図）である。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。

【0018】

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。

【0019】

図示するように、排気浄化装置１は、後述する複数の部材（触媒等）をコンパクトに纏めてキャニング（canning）状態で収容する密閉箱型のケーシング２を備える。本実施形態のケーシング２は直方体形状とされる。ケーシング２の後端壁２Ｒには、ケーシング２内にエンジンの排気ガスＧを導入するための装置入口管３と、ケーシング２内から排気ガスＧを排出するための装置出口管４とが取り付けられている。但し装置入口管３と装置出口管４の設置位置は任意に設定できる。

【0020】

ケーシング２内では、金属製（本実施形態ではステンレス製）の複数の管および板が溶接等で取り付けられることにより、適宜空間が仕切られ、これにより排気ガスＧが流される排気通路５が画成されている。ここで「排気通路」とは、排気ガスＧが流される任意の空間をいい、その形状は任意である。管状であってもよいしチャンバ状であってもよい。排気通路５は排気ガスＧを前後方向に複数回折り返すように構成されている。

【0021】

ケーシング２内には、ケーシング２内を前後に仕切る前側隔壁板６と後側隔壁板７とが設けられている。前側隔壁板６とケーシング２の前端壁２Ｆとの間に前端チャンバ８Ｆが画成されている。後側隔壁板７とケーシング２の後端壁２Ｒとの間に後端チャンバ８Ｒが画成されている。前側隔壁板６と後側隔壁板７の間に中間チャンバ８Ｍが画成されている。

【0022】

以下、ケーシング２内における排気ガスＧのメインの流れを概略説明する。このメインの流れは図１〜図３に矢示する通りである。

【0023】

装置入口管３内を前方に流れてきた排気ガスは、そのまま、ケーシング２内左下に配置され前後方向に延びる第１通路９内を直進し、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、前端チャンバ８Ｆ内に配置された送り管１９Ｐ内の送り通路１９を通じて、ケーシング２内中心部に配置された混合通路としての第２通路１０内に入る。このときに排気ガスは前向きから後向きへ折り返される。そして排気ガスは、第２通路１０内を前方から後方に流れた後、後端チャンバ８Ｒ内に入り、ここで図２に示すように二方向に分岐して、ケーシング２内右下に配置された第３通路１１と、ケーシング２内左上に配置された第４通路１２とに入る。このときに排気ガスは後向きから前向きへ折り返される。

【0024】

排気ガスは、第３および第４通路１１，１２内を後方から前方に流れ、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、前端チャンバ８Ｆ内に入り、図３に示すように、ケーシング２内右上に配置された第５通路１３へと集約される。このときに排気ガスは前向きから後向きへ折り返される。その後排気ガスは、第５通路１３内を前方から後方に流れ、そのまま装置出口管４へと直進して排出される。

【0025】

このように排気通路５は、第１通路９、第２通路１０、第３通路１１、第４通路１２、第５通路１３、送り通路１９、前端チャンバ８Ｆおよび後端チャンバ８Ｒを含む。

【0026】

第２通路１０の上流端の位置には、還元剤としての尿素水を噴射する噴射弁１４が設けられている。噴射弁１０は、第２通路１０と同軸に後向きに配置され、第２通路１０の軸方向後方に向かって尿素水を噴霧状に噴射する。

【0027】

噴射弁１４は、尿素水の供給対象物である選択還元型ＮＯｘ触媒２３の上流側に配置される。そして噴射弁１４の下流側かつＮＯｘ触媒２３の上流側に位置する第２通路１０は、噴射弁１０から噴射された尿素水を排気ガスと混合させる混合通路としての役割を果たす。

【0028】

排気通路５には４種類の後処理部材、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、上流側から順に直列に設けられている。

【0029】

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。

【0030】

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。

【0031】

選択還元型ＮＯｘ触媒（SCR: Selective Catalytic Reduction）２３は、尿素水を加水分解して得られるアンモニアＮＨ₃とＮＯｘを反応させ、排気中のＮＯｘを窒素Ｎ₂に還元する。

【0032】

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。

【0033】

本実施形態において、ＮＯｘ触媒２３および第２酸化触媒２４の組み合わせは、第３通路１１と第４通路１２に互いに並列して計二つ設けられる。また図１に示すように、各組み合わせにおいて、ＮＯｘ触媒２３は上流側担体２３Ａの全体と、下流側担体２３Ｂの上流側部分とに形成され、第２酸化触媒２４は下流側担体２３Ｂの下流側部分にゾーンコートにより形成されている。但し両触媒の担体を個別にしても構わない。

【0034】

第１〜第５通路９〜１３および送り通路１９は、第１〜第５通路管９Ｐ〜１３Ｐおよび送り通路管１９Ｐにより画成されている。本実施形態において、第１〜第４通路９〜１２は直線状かつ断面円形、送り通路１９は直線状かつ断面長円形とされている。また第５通路１３は例えば図２に示すように、ケーシング２の右上コーナー部に直線状に形成されている。各通路に対応する各管も同じ形状である。しかしながら各通路および各管の形状は適宜変更可能である。

【0035】

排気流れ方向に沿って、第１通路管９Ｐは後端壁２Ｒから前端壁２Ｆまで延び、第２通路管１０Ｐは前端壁２Ｆから後側隔壁板７まで延び、第３通路管１１Ｐおよび第４通路管１２Ｐは後側隔壁板７から前側隔壁板６まで延び、第５通路管１３Ｐは前側隔壁板６から後端壁２Ｒまで延びている。従って、前端チャンバ８Ｆ内は、第１通路９の部分と、第２通路１０の部分と、送り通路１９の部分と、それ以外の部分とに仕切られる。また後端チャンバ８Ｒ内は、第１通路９の部分と、第５通路１３の部分と、それ以外の部分とに仕切られる。

【0036】

次に、図４を参照して、本実施形態の主な特徴である第２通路１０の内部の構成を説明する。

【0037】

前述したように、第２通路１０の上流端には後方に向かって尿素水Ｕを噴射する噴射弁１４が設けられている。そして前端チャンバ８Ｆ内に位置する第２通路１０の左下側面部には送り通路１９が接続され、ここから第２通路１０内に排気ガスＧが導入される。

【0038】

尿素水噴霧と排気ガスＧは第２通路１０内を後方下流側に進むにつれて次第に混合されていく。本実施形態ではこうした混合を促進するため、折り返し通路３０が第２通路１０の内部に設けられている。折り返し通路３０は、図中矢示するように、排気ガスＧの流れを順流方向から逆流方向に折り返し、その後順流方向に折り返すように構成されている。本実施形態において、順流方向とは前方から後方に向かう流れの向きをいい、逆流方向とは後方から前方に向かう流れの向きをいう。

【0039】

具体的には折り返し通路３０は、閉鎖部材３１とカバー部材３２により画成されている。これらは第２通路１０の中心軸Ｃと同軸に配置される。

【0040】

閉鎖部材３１は、第２通路１０内の周縁部を閉じると共に、上流側（前側）に向かって突出する連通管３３をその中心部に有する。連通管３３は、閉鎖部材３１の上流側と下流側を連通させるためのものである。本実施形態において連通管３３は閉鎖部材３１に一体に形成されているが、別体で形成して溶接等により固着しても構わない。閉鎖部材３１は全体として、板状かつリング状の部材とされ、下流側（後側）に向かって凸となる湾曲断面形状、具体的には半円形の断面形状を有する。これにより閉鎖部材３１は、１回目の折り返しを行う排気ガスＧのアウトコーナー側をスムーズに案内することができる。

【0041】

カバー部材３２は、連通管３３を上流側から隙間を隔てて覆う。カバー部材３２は、先端側が上流側に向けられた先細り形状の部分を有する。ここで「先細り形状」とは、基端側から先端側に向かって延びると共に、先端側に向かうにつれ徐々に縮径する形状をいう。先細り形状には、錐体、錘台、半球状、ドーム状等の各形状が含まれる。錐体形状には、円錐、四角錐、多角錘等の各形状が含まれる。錘台形状には、円錐台、四角錐台、多角錘台等の各形状が含まれる。先細り形状については、これら各形状から任意の形状を採用できるが、本実施形態では加工の容易性等を考慮して円錐形状を採用している。

【0042】

カバー部材３２は、短い直管状の下流端部（後端部）３２Ａを除いたほぼ全体部分が円錐形状とされている。カバー部材３２は板材により形成されている。カバー部材３２の最大外径は、第２通路管１０Ｐの内径より小さく、連通管３３の外径より大きくされる。なお本実施形態ではカバー部材３２の最大外径が下流端部３２Ａにより規定される。下流端部３２Ａは、連通管３３の外周部を半径方向外側から隙間を隔てて覆う。また連通管３３の前方にもカバー部材３２との間に隙間が形成される。カバー部材３２の裏側には、中心部が連通管３３内に向かって突出された湾曲凸板３４が溶接等により一体的に固着されている。カバー部材３２は図示しない複数の支柱により第２通路１０内に同軸状態で保持される。

【0043】

本実施形態において、折り返し通路３０は第２通路１０の出口部に設けられている。そして連通管３３は後端チャンバ８Ｒ内に開口している。

【0044】

図示するように、折り返し通路３０において排気ガスＧが１回目の折り返しをなすとき、排気ガスＧのアウトコーナー側は閉鎖部材３１により案内され、排気ガスＧのインコーナー側はカバー部材３２の下流端部３２Ａにより案内される。そして排気ガスＧが２回目の折り返しをなすとき、排気ガスＧのアウトコーナー側はカバー部材３２および湾曲凸板３４により案内され、排気ガスＧのインコーナー側は連通管３３の入口端により案内される。

【0045】

こうして排気ガスＧは、折り返し通路３０を通過するとき２回折り返され、第２通路１０内の最外周部から内周側に向かって１回折り返された後、さらに内周側に向かってもう１回折り返され、その後後端チャンバ８Ｒ内に直進する。

【0046】

本実施形態では、こうした折り返し通路３０を第２通路１０の内部に設けたので、第２通路１０の限られた前後長範囲内で、実質的な通路長を拡大し、尿素水噴霧と排気ガスＧの混合通路長を拡大できる。よって、噴射された尿素水と排気ガスの混合を確実に促進することが可能である。またこれにより、排気ガスによる尿素水の加熱を促進し、尿素水の加水分解を促進し、アンモニア生成効率を高め、ＮＯｘ触媒を高効率で作動させることが可能となる。そして排気浄化性能を高めることができる。

【0047】

また、排気ガスＧが１回目の折り返しをなすとき、排気ガスＧのアウトコーナー側が湾曲された閉鎖部材３１により案内されるので、折り返しをスムーズになすことができる。同様に、排気ガスＧが２回目の折り返しをなすとき、排気ガスＧのアウトコーナー側が、円錐形のカバー部材３２の裏側（後側）と、湾曲状の湾曲凸板３４とにより案内されるので、折り返しをスムーズになすことができる。よって排気ガスＧが折り返し通路３０を通過するときの圧力損失を最小限に止めることができる。

【0048】

加えて、カバー部材３２が先細り形状（本実施形態では円錐形状）とされているので、後方に向かう排気ガスＧをスムーズに外周側に案内することができる。そしてカバー部材３２は、高温の排気ガス中に常時曝されているので、排気ガスの熱を蓄熱する蓄熱体としても機能する。この蓄熱した高温のカバー部材３２に尿素水（または尿素水と排気ガスの混合気）が当たったときに尿素水を加熱し、その加水分解を促進することができる。

【0049】

本実施形態では、円錐形カバー部材３２の裏側の空間を利用して折り返し通路３０を形成するので、空間の利用効率を高めることができる。

【0050】

また折り返し通路３０を第２通路１０の出口部に設け、カバー部材３２を噴射弁１４から最大限離間させたので、尿素水をカバー部材３２の手前でできるだけ蒸発させてからカバー部材３２に到達させることができる。よって、カバー部材３２に尿素水の液滴が付着してカバー部材３２の温度が低下し、その蓄熱効果が失われることを可能な限り抑制できる。

【0051】

本実施形態の排気浄化装置１は、密閉箱型のケーシング２内に複数回折り返す排気通路５を形成し、その排気通路５内に複数の後処理部材（触媒等）を配置したので、マフラー（消音器）としても機能する。よって別途マフラーを設けずに済み、製造コストを低減できる。

【0052】

なお、本実施形態の折り返し通路３０はあくまで排気通路５の内部に形成されたものであって、排気通路５自体を折り返すことにより形成されたものではない。従って、第２通路１０から後端チャンバ８Ｒを経て第３および第４通路１１，１２に入るときの折り返しは、本実施形態の折り返し通路３０とは無関係である。

【0053】

本実施形態は次のような変形例も可能である。例えば必要に応じて折り返し通路３０を複数設けることも可能である。上記の閉鎖部材３１は連通管３３を含め、全体として湾曲断面形状であったが、角張った断面形状としてもよい。湾曲凸板３４は省略してもよい。但し湾曲凸板３４があると、カバー部材３２の円錐先端裏側まで排気ガスが浸入するのを防止し、より早いタイミングでスムーズに排気ガスを折り返すことができるので、好ましい。連通管３３は、中心部に一つのみだけでなく、複数設けられてもよい。

【0054】

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態を説明する。なお第１実施形態と同様の部分には図中同一符号を付して説明を割愛し、以下、第１実施形態との相違点を主に説明する。

【0055】

図５に示すように、本実施形態は第２通路１０付近の構成が第１実施形態と主に相違する。すなわち、第２通路１０は、その中心軸Ｃを基準として、半径方向内側に位置する内側第２通路４１と、半径方向外側に位置する外側第２通路４２とを含む。外側第２通路４２は、内側第２通路４１の半径方向外側に隣接して位置され、内側第２通路４１を囲繞し、内側第２通路４１の出口部から排出された排気ガスを、内側第２通路４１内の流れ方向とは逆方向に流す。折り返し通路３０は内側第２通路４１内に配置される。

【0056】

内側第２通路４１と外側第２通路４２は中心軸Ｃと同軸に配置される。内側第２通路４１と外側第２通路４２はそれぞれ内側第２通路管４１Ｐと外側第２通路管４２Ｐにより画成される。よってこれら内側および外側第２通路管４１Ｐ，４２Ｐは同軸の二重管である。外側第２通路管４２Ｐの下流端（後端）は、前述の湾曲凸板３４に類似の湾曲凸板４３により閉止される。湾曲凸板４３は湾曲凸板３４と前後対称的に配置される。

【0057】

折り返し通路３０は、内側第２通路４１の出口部付近に配置され、第１実施形態より若干上流側に配置されている。

【0058】

この構成によれば、送り通路１９から内側第２通路４１に導入された排気ガスＧは、内側第２通路４１内を後方に向かって流れ、折り返し通路３０を通過し、内側第２通路４１から排出される。その後、湾曲凸板４３に当たって折り返され、外側第２通路４２内に入り、外側第２通路４２内を前方に向かって流れ、前端チャンバ８Ｆに排出される。排気ガスＧが内側第２通路４１から外側第２通路４２に折り返されるとき、排気ガスＧのアウトコーナー側が湾曲凸板４３により案内されるので、折り返しをスムーズになすことができる。

【0059】

本実施形態では、内側第２通路４１の半径方向外側に外側第２通路４２を二重管状に設けたので、第２通路１０の限られた前後長範囲内で、実質的な通路長をさらに拡大し、尿素水と排気ガスＧの混合通路長をさらに拡大できる。よって尿素水と排気ガスの混合をさらに促進することが可能である。

【0060】

また、外側第２通路４２を流れる排気ガスにより、内側第２通路４１内の排気ガスおよび尿素水を保温もしくは加熱することができるので、尿素水の加水分解をさらに促進することができる。

【0061】

その余の作用効果は第１実施形態と同様である。

【0062】

ちなみに、本実施形態では第２通路１０から排出される排気ガスＧの向きが第１実施形態と逆となり、排気ガスＧが前端チャンバ８Ｆ内に排出される。従ってケーシング２内の構成が図６に示すように若干変更されている。

【0063】

すなわち、第３および第４通路１１，１２内におけるＮＯｘ触媒２３と第２酸化触媒２４の配置が前後逆とされる。第５通路１３は省略され、その第５通路１３のあった前側隔壁板６と後側隔壁板７の位置は閉じられている。

【0064】

外側第２通路４２から前端チャンバ８Ｆ内に排出された排気ガスＧは、二方向に分岐して、第３通路１１と第４通路１２に入る。このときに排気ガスは前向きから後向きへ折り返される。そして排気ガスは、第３および第４通路１１，１２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、後端チャンバ８Ｒ内に入り、後端チャンバ８Ｒ内で装置出口管４へと集約され、排出される。

【0065】

本実施形態においては、内側第２通路４１および外側第２通路４２がそれぞれ特許請求の範囲にいう内側排気通路および外側排気通路に相当する。

【0066】

変形例に関し、外側第２通路管４２Ｐの下流端（後端）は単なる平板により閉止されていてもよい。

【0067】

［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態を説明する。

【0068】

図７に示すように、本実施形態も、第２通路１０付近の構成が第１実施形態と相違する。なお全体構成は図１に示したものと同様である。

【0069】

第２通路１０および第２通路管１０Ｐは、第１実施形態のものよりも前後長が短くされ、それら後端部の位置が後側隔壁板７よりも前方に位置されている。そしてその代わりに、連通管３３が後方に延長され、後側隔壁板７の位置まで延びている。

【0070】

閉鎖部材３１は、第２通路管１０Ｐの後端部を半径方向内側に向かって断面半円状に折曲することにより、第２通路管１０Ｐに一体に形成されている。カバー部材３２の直管状下流端部３２Ａが、複数の支柱５１を介して第２通路管１０Ｐに連結される。本実施形態では湾曲凸板３４が省略されている。

【0071】

連通管３３は、閉鎖部材３１と別体で形成され、閉鎖部材３１の中心開口部３１Ａに溶接等で固着される。連通管３３の入口部３３Ｂが中心開口部３１Ａに対し上流側（前側）に突出される。中心開口部３１Ａより下流側（後側）の位置では、連通管３３にテーパ状拡径部３３Ａが形成され、排気ガスＧの排出をスムーズに行えるようになっている。

【0072】

本実施形態では、カバー部材３２とは別の蓄熱体、すなわち蓄熱部材５２が追加して設けられている。蓄熱部材５２は、噴射弁１４の下流側かつ折り返し通路３０の上流側の位置に設けられている。特に蓄熱部材５２は、第２通路１０内におけるカバー部材３２よりも上流側の位置に設けられ、カバー部材３２よりも噴射弁１４に近い位置に設けられている。

【0073】

蓄熱部材５２は、カバー部材３２と同様、先端側が上流側に向けられた先細り形状の部分を有する。ここでは先細り形状として、加工の容易性等を考慮して円錐台形状を採用している。

【0074】

蓄熱部材５２は、第２通路１０の全断面に亘って設けられ、そのほぼ全体部分である円錐台形状の先細り部５５を有すると共に、その先細り部５５に複数の開口部５３を有する。

【0075】

より詳細には、蓄熱部材５２は板材により形成され、先細り部５５は中心軸Ｃに同軸の円錐台形状とされる。その円錐台の底部をなす基端部５４が、中心軸Ｃに垂直なリング状とされ、第２通路管１０Ｐの内周面に溶接等で固着される。基端部５４から上流側に向かって先細りとなる先細り部５５には、図８にも示すように、前後に長い略三角状もしくは台形状の開口部５３が、全周に亘って複数形成される。これにより開口部５３の間にはフィン５６が形成される。本実施形態においてフィン５６は先細り部５５の周方向に沿っている。

【0076】

円錐台の頂部をなす蓄熱部材５２の先端部５７には、中心軸Ｃに垂直な先端板５８が固設されている。先端板５８は、先端部５７を塞ぐ役割と、排気ガスの流れを前面で受けて蓄熱する役割と、噴射弁１４から噴射された尿素水を当てて尿素水の加熱を促進する役割とを有する。

【0077】

他方、連通管３３の入口部３３Ｂは、その周方向に分割された複数の分割片３３Ｃを有する。図９および図１０にも示すように、これら複数の分割片３３Ｃは、周方向に向かうにつれ、半径方向内側および外側へと交互に折曲されている。

【0078】

より具体的には、連通管３３の入口部３３Ｂの前端から所定距離後方までの間に、周方向等間隔で複数のスリットが設けられ、このスリットの位置を境に入口部３３Ｂが半径方向内側および外側へと交互に折曲される。これにより、交互に向きの異なる複数の分割片３３Ｃが形成される。

【0079】

この構成によれば、送り通路１９から内側第２通路４１に導入された排気ガスＧは、内側第２通路４１内を後方に向かって流れた後、蓄熱部材５２に当たって複数の開口部５３を通過し、蓄熱部材５２の内側に入る。そしてカバー部材３２に案内されつつ、折り返し通路３０に至り、折り返し通路３０を通過した後、連通管３３を通じて後端チャンバ８Ｒに排出される。

【0080】

排気ガスが蓄熱部材５２を通過する際、排気ガスの熱が蓄熱部材５２に伝達され、蓄熱部材５２が蓄熱される。この蓄熱部材５２に、排気ガス中の尿素水が当たることにより、尿素水が加熱され、その加水分解が促進される。その後も同様に尿素水がカバー部材３２に当たるので、これにより尿素水の加熱および加水分解がさらに促進される。

【0081】

排気ガスが蓄熱部材５２を通過する際、排気ガスの流れが幾分乱れるので、排気ガスと尿素水の混合を促進できる。

【0082】

他方、排気ガスが連通管３３の入口部３３Ｂに入るとき、排気ガスは図９に矢示するように、分割片３３Ｃの間の隙間３３Ｄからも入ってくる。連通管３３の軸方向に素直に入ってくる流れと、これとは別方向から隙間３３Ｄを通って入ってくる流れとが衝突するため、入口部３３Ｂの内部に流れの乱れが生じ、これにより排気ガスと尿素水の混合を促進できる。

【0083】

その余の作用効果は第１実施形態と同様である。

【0084】

このように、本実施形態では蓄熱部材５２を設けたので、尿素水および排気ガスの混合と尿素水の加熱とを促進し、尿素水の加水分解を促進することができる。また、連通管３３の入口部３３Ｂに複数の分割片３３Ｃを設けたので、尿素水および排気ガスの混合を促進し、尿素水の加水分解を促進できる。

【0085】

蓄熱部材５２を先細り形状（本実施形態では円錐台形状）にしたので、蓄熱部材５２を設けたことによる排気抵抗の増加を可能な限り抑制できる。また分割片３３Ｃは、連通管３３の管端部を切り込んで折り曲げ加工するだけなので、加工が容易である。

【0086】

本実施形態の変形例に関し、例えば蓄熱部材５２の開口部５３の形状を変えてもよく、例えば円形や四角形等とすることができる。また連通管３３に関しては、例えば複数の分割片３３Ｃを別体で設けて溶接等で固着することが考えられる。本実施形態と第２実施形態を組み合わせ、本実施形態の第２通路１０を二重管構造にしてもよい。

【0087】

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。

【0088】

（１）本発明に係る折り返し通路は、上述のような密閉箱型ケーシングを有する排気浄化装置のみならず、通常の排気浄化装置にも適用可能である。

【0089】

（２）触媒は、必ずしもＮＯｘ触媒でなくてもよく、選択還元型ＮＯｘ触媒でなくてもよい。また触媒に供給する還元剤も、触媒の種類に応じて変更可能である。

【0090】

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。

【符号の説明】

【0091】

１ 排気浄化装置
５ 排気通路
１０ 第２通路
１４ 噴射弁
２３ ＮＯｘ触媒
３０ 折り返し通路
３１ 閉鎖部材
３２ カバー部材
３３ 連通管
３３Ｂ 入口部
３３Ｃ 分割片
４１ 内側第２通路
４２ 外側第２通路
５２ 蓄熱部材
５３ 開口部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】