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(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】
(24)【登録日】2024-09-02
(45)【発行日】2024-09-10
(54)【発明の名称】排ガス浄化装置
(51)【国際特許分類】
   F01N 3/24 20060101AFI20240903BHJP
   F01N 3/08 20060101ALI20240903BHJP
   B01D 53/94 20060101ALI20240903BHJP
【FI】
F01N3/24 N
F01N3/08 B
F01N3/24 C
B01D53/94 222
B01D53/94 ZAB
B01D53/94 245
B01D53/94 280
B01D53/94 400
【請求項の数】 5
(21)【出願番号】P 2021096696
(22)【出願日】2021-06-09
(65)【公開番号】P2022188563
(43)【公開日】2022-12-21
【審査請求日】2023-08-31
(73)【特許権者】
【識別番号】391002498
【氏名又は名称】フタバ産業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000578
【氏名又は名称】名古屋国際弁理士法人
(72)【発明者】
【氏名】大嵜 辰俊
【審査官】佐々木 淳
(56)【参考文献】
【文献】米国特許出願公開第2016/0131007(US,A1)
【文献】特開2018-115586(JP,A)
【文献】特開2017-218963(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
F01N 3/00- 3/38
B01D 53/94
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
内燃機関の排ガス浄化装置であって、
排ガスの浄化用部材を収納するよう構成された第1ケーシングと、
前記排ガスの流れ方向において前記第1ケーシングの下流側に設けられ、前記排ガスを還元剤の存在下で還元する還元触媒を収納するよう構成された第2ケーシングと、
前記排ガスの流れ方向において前記第2ケーシングよりも上流側で前記排ガスに前記還元剤を供給するために用いられる噴射口と、
前記第1ケーシングの排出口と前記第2ケーシングの導入口とを連通する排ガス管路と、
前記排ガス管路内に設置される旋回流発生部材と、を備え、
前記噴射口は、前記排ガス管路に設けられ、噴射口の軸線に沿って延びる筒状の部位であり、
前記旋回流発生部材は、
前記排ガスの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遮蔽部の前記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、
前記排ガス管路の内周面に隣接し、且つ、該内周面に沿って周回するように延伸する環状部と、
前記環状部の内側であって、前記環状部の前記上流側に設けられた頂部と、
前記環状部の内周縁から前記頂部の外周縁へと広がり、前記頂部の外周の一部にわたって延伸する側壁部と、
前記頂部と前記環状部との間に設けられ、前記側壁部に対面し、前記第2遮蔽部の前記上流側と前記下流側とを連通する開口部と、を有し、
前記第1遮蔽部は、
前記排ガス管路の内周面から離れた位置に設けられており、前記頂部に対面する中央部と、
前記中央部から前記排ガス管路の内周面まで広がり、前記中央部の外周の一部にわたって延伸する周縁部と、
前記周縁部に設けられた少なくとも1つの貫通孔と、
前記排ガス管路の周方向において前記周縁部から離れて配置されたカバー部と、を有し、
前記側壁部は、前記噴射口の軸線の延長線上に位置し、
記噴射口の正面に位置する前記還元剤の噴射領域の少なくとも一部は、前記カバー部の前記下流側に位置し、
前記頂部及び前記側壁部は、前記第1遮蔽部から離れて配置されている、
排ガス浄化装置。
【請求項2】
請求項1に記載の排ガス浄化装置であって、
前記頂部の中心は、前記排ガス管路の中心軸よりも前記噴射口から遠い位置にある、
排ガス浄化装置。
【請求項3】
請求項1又は請求項2に記載の排ガス浄化装置であって、
前記頂部と前記中央部とのうちの少なくとも一方には、前記下流側に窪んだ凹部が形成されている、
排ガス浄化装置。
【請求項4】
請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の排ガス浄化装置であって、
前記排ガス管路の中心軸を含む前記第2遮蔽部の断面において、前記環状部の内周縁から前記頂部の外周縁まで直線状に延びる線を、基準傾斜ラインとし、
前記側壁部における前記還元剤の噴射領域に位置する部分を、噴射領域部とし、
前記噴射領域部の少なくとも一部は、前記断面において前記基準傾斜ラインよりも前記中心軸側に位置する
排ガス浄化装置。
【請求項5】
請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の排ガス浄化装置であって、
前記第2遮蔽部は、前記開口部を通過する前記排ガスの流れを妨げる少なくとも1つの阻害部をさらに備える
排ガス浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、排ガス浄化装置関する。
【背景技術】
【0002】
ディーゼル機関からの排ガスを浄化する排ガス浄化装置では、選択触媒還元(SCR)用触媒が用いられる場合がある。SCRとは、還元剤とSCR用触媒(以後、還元触媒とも記載)とによって、排ガス中のNOxを還元し、無害な窒素に改質する方法である。還元触媒は、一般に他の触媒又はフィルターの下流に設置される。
【0003】
SCRにおいて、還元触媒を効率的に機能させ、排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ガス中に均質に分散させることと、還元剤を含んだ排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。そこで、特許文献1では、還元触媒の上流側に排ガスの流れ方向に並ぶ2つの遮蔽部を配置し、これらの遮蔽部により複数の旋回流を発生させることで還元剤を拡散させる排ガス浄化装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開2018-115586号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかし、特許文献1の排ガス浄化装置では、上流側の遮蔽部と下流側の遮蔽部とが接合されており、これらの遮蔽部が溶接される場合、熱変形等によりこれらの遮蔽部の間に微小な隙間が生じる場合がある。このため、これらの遮蔽部の接合部分の周辺で排ガス流れが滞る恐れがあり、その結果、還元剤の気化や分散が妨げられたり、還元剤成分の析出物(換言すれば、デポジット)が発生したりするおそれがある。
【0006】
本開示の一局面は、還元剤の気化や分散を促進すると共に、デポジットを抑制することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本開示の一態様は、内燃機関の排ガス浄化装置であって、第1ケーシングと、第2ケーシングと、噴射口と、排ガス管路と、旋回流発生部材と、を備える。第1ケーシングは、排ガスの浄化用部材を収納するよう構成される。第2ケーシングは、排ガスの流れ方向において第1ケーシングの下流側に設けられ、排ガスを還元剤の存在下で還元する還元触媒を収納するよう構成される。噴射口は、排ガスの流れ方向において第2ケーシングよりも上流側で排ガスに還元剤を供給するために用いられる。排ガス管路は、第1ケーシングの排出口と第2ケーシングの導入口とを連通する。旋回流発生部材は、排ガス管路内に設置される。
【0008】
また、旋回流発生部材は、第1遮蔽部と、第2遮蔽部と、を有する。第1遮蔽部は、排ガスの流れの一部を遮蔽するように構成される。第2遮蔽部は、第1遮蔽部の下流側に配置される。
【0009】
また、第2遮蔽部は、環状部と、頂部と、側壁部と、開口部と、を有する。環状部は、排ガス管路の内周面に隣接し、且つ、内周面に沿って周回するように延伸する。頂部は、環状部の内側であって、環状部の上流側に設けられる。側壁部は、環状部の内周縁から頂部の外周縁へと広がり、頂部の外周の一部にわたって延伸する。開口部は、頂部と環状部との間に設けられ、側壁部に対面し、第2遮蔽部の上流側と下流側とを連通する。
【0010】
また、第1遮蔽部は、中央部と、周縁部と、少なくとも1つの貫通孔と、カバー部と、を有する。中央部は、排ガス管路の内周面から離れた位置に設けられており、頂部に対面する。周縁部は、中央部から排ガス管路の内周面まで広がり、中央部の外周の一部にわたって延伸する。少なくとも1つの貫通孔は、周縁部に設けられる。カバー部は、排ガス管路の周方向において周縁部から離れて配置される。噴射口は、側壁部の正面に位置し、噴射口の正面に位置する還元剤の噴射領域の少なくとも一部は、カバー部の下流側に位置する。頂部及び側壁部は、第1遮蔽部から離れて配置されている。
【0011】
上記構成によれば、第2遮蔽部の頂部及び側壁部は第1遮蔽部から離れて配置されている。このため、第1遮蔽部と第2遮蔽部の頂部及び側壁部とを溶接する必要が無く、熱変形や製造時のばらつきの影響等によりこれらの部位の間に微小な隙間が生じるのを抑制できるため、排ガスの流れが滞るのを抑制できる。また、第2遮蔽部の頂部及び側壁部と第1遮蔽部との間に間隔が形成されるため、排ガスの流速を向上させることができ、これにより、第1及び第2遮蔽部の間で排ガスの流れが滞るのを抑制できる。その結果、噴射口を介して供給される還元剤の気化や分散を促進できると共に、デポジットを抑制できる。
【0012】
本開示の一態様では、頂部の中心は、排ガス管路の中心軸よりも噴射口から遠い位置にあってもよい。
上記構成によれば、第2遮蔽部の側壁部を噴射口から遠ざけることができる。このため、噴射口を介して供給された還元剤が側壁部に衝突して跳ね返るのを抑制でき、還元剤の気化や分散を促進できる。
【0013】
本開示の一態様では、頂部と中央部とのうちの少なくとも一方には、下流側に窪んだ凹部が形成されていてもよい。
上記構成によれば、中央部及び/又は頂部の表面積が広くなり、還元剤が中央部及び/又は頂部と衝突する機会が多くなる。これにより、還元剤の気化が促進されると共に、還元剤の分散性が向上する。
【0014】
本開示の一態様では、排ガス管路の中心軸を含む第2遮蔽部の断面において、環状部の内周縁から頂部の外周縁まで直線状に延びる線を、基準傾斜ラインとしてもよい。側壁部における還元剤の噴射領域に位置する部分を、噴射領域部としてもよい。噴射領域部の少なくとも一部は、断面において基準傾斜ラインよりも中心軸側に位置してもよい。
【0015】
上記構成によれば、第2遮蔽部の側壁部における噴射領域部を噴射口から遠ざけることができる。このため、噴射口を介して供給された還元剤が噴射領域部に衝突して跳ね返るのを抑制でき、その結果、還元剤の気化や分散を促進できる。
【0016】
本開示の一態様は、第2遮蔽部は、開口部を通過する排ガスの流れを妨げる少なくとも1つの阻害部をさらに備えてもよい。
上記構成によれば、開口部を通過する排ガスの流速を好適に低減できる。このため、排ガスの流速が過度に向上したり、還元剤が偏ったりするのを抑制でき、その結果、還元剤の気化や分散を促進できる。
【0017】
本開示の一態様では、上述した排ガス浄化装置における旋回流発生部材を単独で構成しても良い。このような場合であっても、旋回流発生部材を排ガス浄化装置に用いることで、還元剤の気化や分散を促進できると共に、デポジットを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【0018】
図1】第1実施形態の排ガス浄化装置の部分透過斜視図である。
図2】第1実施形態の排ガス浄化装置の中心軸に沿った断面図である。
図3】第1実施形態の旋回流発生部材の斜視図である。
図4】第1実施形態の第1遮蔽部の正面図である。
図5】第1実施形態の第2遮蔽部の正面図である。
図6】第2実施形態の排ガス浄化装置の中心軸に沿った断面図である。
図7】第2実施形態の排ガス浄化装置の中心軸に沿った断面図である。
図8】第3実施形態の排ガス浄化装置の中心軸に沿った断面図である。
図9】第3実施形態の旋回流発生部材の斜視図である。
図10】第4実施形態の排ガス浄化装置の中心軸に沿った断面図である。
図11】第4実施形態の旋回流発生部材の斜視図である。
図12】第4実施形態の第2遮蔽部の正面図である。
図13】第5実施形態の排ガス浄化装置の中心軸に沿った断面図である。
図14】第5実施形態の第2遮蔽部の正面図である。
図15】第5実施形態の第2遮蔽部の正面図である。
図16】第6実施形態の排ガス浄化装置の中心軸に沿った断面図である。
図17】第6実施形態の旋回流発生部材の斜視図である。
図18】第6実施形態の第2遮蔽部の正面図である。
【発明を実施するための形態】
【0019】
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。
[第1実施形態]
[1.全体の構成]
図1、2に示す排ガス浄化装置1(以後、単に浄化装置とも記載)は、内燃機関の排ガス流路内に設けられ、排ガス中の環境汚染物質を低減する。浄化装置1は、排ガス浄化部2と、還元部3と、噴射口4と、排ガス管路5と、旋回流発生部材6とを備える。
【0020】
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。
【0021】
[2.排ガス浄化部]
排ガス浄化部2は、排ガス中の環境汚染物質を改質又は捕集する(図2参照)。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。
【0022】
排ガス浄化部2は、排ガスを浄化するための浄化用部材2Aと、浄化用部材2Aを収納する筒状の第1ケーシング2Bとを有する。排ガスは、第1ケーシング2Bの内部で浄化用部材2Aに接触しながら、第1ケーシング2Bの中心軸2Dに沿って流れる。
【0023】
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。
【0024】
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。排ガスがハニカム構造内部を通過することで、排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。
【0025】
第1実施形態では、一例として、排ガス浄化部2は、内部での排ガスの流れ方向が鉛直方向となるように、つまり筒状の第1ケーシング2Bの中心軸2Dが鉛直方向となる向きに配置されている。また、排ガス浄化部2の排ガスの排出口2Cは、排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、排ガス浄化部2における排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。
【0026】
[3.還元部]
還元部3は、排ガスを還元剤の存在下で還元する(図2参照)。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。
【0027】
還元部3は、還元触媒3Aと、還元触媒3Aを収納した筒状の第2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。排ガスは、第2ケーシング3Bの内部で還元触媒3Aに接触しながら、第2ケーシング3Bの中心軸3Dの方向に沿って流れる。
【0028】
還元部3は、排ガスの流れ方向において排ガス浄化部2の下流側に排ガス管路5を介して連結されている。還元部3は、内部での排ガスの流れ方向が排ガス浄化部2と同じ方向となるように配置される。つまり、還元部3の第2ケーシング3Bの中心軸3Dは、排ガス浄化部2の第1ケーシング2Bの中心軸2Dと一致する向きに配置される。
【0029】
[4.噴射口]
噴射口4は、還元部3の上流側に位置する排ガス管路5の側壁から外側に突出し、排ガス管路5の内部に連通する管状の部位であり、図示しない還元剤供給部が設けられるよう構成されている(図2参照)。噴射口4に設けられた還元剤供給部は、噴射口4を介して排ガス管路5内に還元剤を噴射する。
【0030】
具体的には、還元剤供給部は、後述する第2遮蔽部8における側壁部8Dの噴射領域部8E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、排ガス管路5の内周面から、排ガス管路5の中心軸5Aに向かって還元剤である尿素水を噴射する。
【0031】
[5.排ガス管路]
排ガス管路5は、排ガス浄化部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(図2参照)。つまり、排ガス浄化部2から排出された排ガスは、排ガス管路5を通って還元部3に導入される。排ガス管路5の内部には、旋回流発生部材6が配置されている。また、排ガス管路5の内周面には、噴射口4を介して還元剤供給部が接続されている。
【0032】
排ガス管路5の排ガス流れ方向に直交する断面は、一例として円形であり、該断面の中心を通過する排ガス管路5の中心軸5Aは、第1及び第2ケーシング2B、3Bの中心軸2D、3Dと一致する。つまり、排ガス管路5は、排ガス浄化部2と還元部3との間に曲がりのないストレートな排ガスの流路を形成している。
【0033】
また、以後、排ガス管路5の排ガス流れ方向に直交する断面における直交する2つの軸線であって、中心軸5Aと直交する軸線を、縦軸5B及び横軸5Cとする(図4、5参照)。縦軸5Bは、上述した噴射口4の略中心を通過し、還元剤供給部による還元剤の噴射領域Aの中心線は、縦軸5Bと一致する。
【0034】
なお、第1実施形態では、排ガス管路5は直管であり、排ガス浄化部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。しかし、排ガス浄化部2の排出口2Cの直径と還元部3の導入口3Cの直径とは、異なっていても良い。この場合、排ガス管路5の形状は、排出口2C及び導入口3Cの各々の直径に応じて定められる。
【0035】
[6.旋回流発生部材]
旋回流発生部材6は、排ガス管路5内に設置され、排ガスに複数の旋回流を発生させる(図3参照)。旋回流発生部材6は、第1遮蔽部7と、第2遮蔽部8とを有する。なお、第1及び第2遮蔽部7、8は、互いに離れて配置されており、例えば溶接又は圧入により、排ガス管路5に固定される。
【0036】
<第1遮蔽部>
第1遮蔽部7は、排ガス管路5内において、排ガス管路5の中心軸5Aに沿って下流側に向かう排ガスの流れの一部を遮蔽する板状の部材である(図3、4参照)。
【0037】
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、排ガス管路5の中心軸5Aの方向の流れの一部を遮蔽する。
【0038】
中央部7Aは、厚み方向が中心軸5Aと一致する向きに配置された板状の部位である。また、中央部7Aは、排ガス管路5の内周面から離れており、上流側に突出する凸部として形成されていると共に、上流側に突出する中央部7Aの頂部は、扁平な形状を有する。中央部7Aは、中心軸5Aに沿って視認すると円形であり、後述する第2遮蔽部8の頂部8Bと重なる位置に配置されている(図5参照)。中央部7Aの中心7Lは、一例として縦軸5B上又はその付近に位置する。また、中央部7Aは、中心7Lが中心軸5Aよりも噴射口4から遠くに位置するよう、偏心して設けられている。
【0039】
周縁部7Bは、中央部7Aの外周縁から排ガス管路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、中心軸5Aの方向に視て、後述する第2遮蔽部8の開口部8Hと、環状部8Aにおける開口部8Hの外側に位置する部分と、側壁部8Dとに重なるように配置されている。
【0040】
周縁部7Bは、中央部7Aの外周の一部にわたって延伸する。また、周縁部7Bの排ガス管路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に向かって排ガス管路5の径方向に延伸している。また、周縁部7Bにおける排ガス管路5の内周面との当接部7Jは、周縁部7Bの上流側の面から中心軸5A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。
【0041】
複数の貫通孔7Cは、周縁部7Bに設けられており、周縁部7Bを貫通している。複数の貫通孔7Cは、円形であり、例えばパンチングによって形成できる。無論、複数の貫通孔7Cの形状は、円形に限定されない。また、周縁部7Bには、1つの貫通孔が設けられていても良い。
【0042】
枠部7Fは、周縁部7Bから排ガス管路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、排ガス管路5の周方向に延び、周縁部7Bの第1端部7Dと第2端部7Eとに連結する。
【0043】
カバー部7Gは、排ガス管路5の周方向において周縁部7Bから離れて配置された板状の部位である。カバー部7Gは、排ガス管路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との間に位置し、中央部7Aよりも噴射口4に近い位置に配置されている。また、縦軸5Bは、カバー部7Gの周方向の中心に位置する。
【0044】
カバー部7Gは、中央部7Aから枠部7Fへと径方向に延伸しており、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。
【0045】
第1開口部7Hは、排ガス管路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とに挟まれた部位である。第2開口部7Iは、排ガス管路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を挟んで排ガス管路5の周方向に並んで配置されている。
【0046】
図4に示すように、カバー部7Gは、中心軸5Aの方向に視ると、噴射領域Aよりも幅が広く、還元剤供給部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、中心軸5Aの方向に視て、噴射領域Aの中心線(換言すれば、縦軸5B)に対して略対称な形状を有している。
【0047】
第1実施形態では、還元剤供給部による還元剤の噴射方向(つまり、噴射領域Aの中心線)は、排ガス管路5の中心軸5Aと直交する。ただし、還元剤の噴射方向は、中心軸5Aと90°以外の角度で交差してもよいし、中心軸5Aと交差しなくてもよい。
【0048】
<第2遮蔽部>
第2遮蔽部8は、第1遮蔽部7の下流側に設けられ、環状部8Aと、頂部8Bと、側壁部8Dと、開口部8Hとを有する板状の部材である(図3、5参照)。
【0049】
環状部8Aは、排ガス管路5の内周面に隣接し、且つ、該内周面に沿って周回するように延伸する部位であり、中心軸5Aの方向における排ガスの流れを遮蔽する部位である。環状部8Aの外径は、排ガス管路5の内径と一致する。また、環状部8Aの排ガス管路5の内周面との当接部8Iは、環状部8Aの外周縁から中心軸5Aに沿って下流側に延伸している。
【0050】
頂部8Bは、円形の扁平な部位であり、中心軸5Aに直交する。また、頂部8Bは、中心軸5Aの方向に視ると環状部8Aの内側に位置すると共に、環状部8Aの上流側に位置する。頂部8Bの中心8Cは、一例として、縦軸5B上又はその付近に位置する。また、頂部8Bは、中心8Cが中心軸5Aよりも噴射口4から遠くに位置するよう、偏心して設けられている。
【0051】
頂部8Bは、第1遮蔽部7の下流側の外面に中央部7Aにより形成されている窪みの内側に位置し、中心軸5Aに沿って第1遮蔽部7の中央部7Aに対面する。そして、頂部8Bは、中央部7Aに対し間隔を開けて配置される。
【0052】
側壁部8Dは、環状部8Aの内周縁の一部分から頂部8Bの外周縁まで中心軸5Aに沿って延伸する部位である。側壁部8Dは、頂部8Bの外周の一部にわたって延伸する。すなわち、中心軸5Aの方向に視ると、側壁部8Dは、頂部8Bの外側に位置し、頂部8Bの外周に沿って第1端部8Fから第2端部8Gにわたって延伸する。また、中心軸5Aの方向に視ると、側壁部8Dは、第1遮蔽部7の第1開口部7H及び第2開口部7Iと重なっており、側壁部8Dの第1端部8F及び第2端部8Gは、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。また、側壁部8Dもまた、第1遮蔽部7の中央部7Aに対し間隔を開けて配置される。
【0053】
また、側壁部8Dは、噴射口4の正面に位置する噴射領域部8Eを有する。噴射領域部8Eは、還元剤供給部による還元剤の噴射領域Aに位置する。また、側壁部8D全体は、円錐の側面状に広がる。そして、噴射領域部8Eは、全体として、中心軸5Aに沿った断面において、環状部8Aの内周縁から頂部8Bの外周縁まで直線状に延びており、上流側に向かうに従い中心軸5Aに接近するように傾斜する後述する基準傾斜ラインを形成する(図2参照)。
【0054】
開口部8Hは、頂部8Bと環状部8Aとの間に形成され、第2遮蔽部8の上流側と下流側とを連通する部位である。中心軸5Aの方向に視ると、開口部8Hは、頂部8Bの外側に位置し、側壁部8Dの第1端部8Fから第2端部8Gまで周方向に延伸し、中心軸5Aを挟んで側壁部8Dに対面する。また、開口部8Hは、中心軸5Aの方向に視ると、第1遮蔽部7の周縁部7Bと重なる。また、中心軸5Aの方向に視ると、開口部8Hの周方向の中心位置は、縦軸5B上に位置し、中心軸5Aを挟んで噴射口4に対面する。
【0055】
[7.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、排ガス浄化部2から排出された排ガスは、流れの向きを変えずにそのまま排ガス管路5に進入する。
【0056】
排ガス管路5内において、排ガスはまず第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。
【0057】
第1開口部7H又は第2開口部7Iを中心軸5Aに沿って通過した排ガスは、第2遮蔽部8の環状部8Aに衝突する。これにより、側壁部8Dを迂回して開口部8H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を通過した排ガスの流れが、この2つの旋回流に衝突する。
【0058】
これにより、側壁部8Dの噴射領域部8Eに衝突して微粒化された還元剤が、排ガスの流れに巻き込まれて拡散及び分散する。その結果、排ガス管路5を通過した還元剤及び排ガスが還元触媒3Aと均質に接触する。
【0059】
[8.効果]
(1)第1実施形態によれば、第2遮蔽部8の頂部8B及び側壁部8Dは、第1遮蔽部7から離れて配置されている。このため、第1遮蔽部7と第2遮蔽部8の頂部8B及び側壁部8Dとを溶接する必要が無く、熱変形や製造時のばらつきの影響等によりこれらの部位の間に微小な隙間が生じるのを抑制できるため、排ガスの流れが滞るのを抑制できる。また、第2遮蔽部8の頂部8B及び側壁部8Dと第1遮蔽部7との間に間隔が形成されるため、排ガスの流速を向上させることができ、これにより、第1及び第2遮蔽部7、8の間で排ガスの流れが滞るのを抑制できる。その結果、噴射口4を介して供給される還元剤の気化や分散を促進できると共に、デポジットを抑制できる。
【0060】
(2)また、第2遮蔽部8の頂部8Bの中心8Cは、排ガス管路5の中心軸5Aよりも噴射口4の反対側に偏心している。このため、第2遮蔽部8の側壁部8Dの噴射領域部8Eを、噴射口4から遠ざけることができる。その結果、噴射口4を介して供給された還元剤が噴射領域部8Eに衝突して跳ね返るのを抑制でき、還元剤の気化や分散を促進できる。
【0061】
[第2実施形態]
[1.全体の構成]
第2実施形態の浄化装置1は、第1実施形態と同様の構成を有する(図6、7参照)。しかし、第1実施形態では、第2遮蔽部8の側壁部8Dにおける噴射領域部8Eは、中心軸5Aに沿った断面において基準傾斜ライン8Jを形成する。一方、第2実施形態の噴射領域部8Eは、中心軸5Aに向かって窪んでおり、噴射領域部8Eの少なくとも一部は、該断面において、基準傾斜ライン8Jよりも中心軸5A側に突出するように湾曲する。第2実施形態の浄化装置1は、この点において第1実施形態と相違する。
【0062】
具体的には、例えば、噴射領域部8Eにおける縦軸5Bに交差する部分の全体が、上記断面において基準傾斜ライン8Jよりも中心軸5A側に位置しても良い(図6参照)。また、例えば、該部分の一部が、上記断面において基準傾斜ライン8Jよりも中心軸5A側に位置しても良い(図7参照)。また、図6、7に示すように、噴射領域部8Eにおける窪みの深さは、適宜定められる。
【0063】
[2.効果]
第2実施形態によれば、第2遮蔽部8の噴射領域部8Eは中心軸5Aに向かって窪んでいるため、噴射領域部8Eを噴射口4から遠ざけることができる。このため、噴射口4を介して供給された還元剤が噴射領域部8Eに衝突して跳ね返るのを抑制でき、還元剤の気化や分散を促進できる。
【0064】
[第3実施形態]
[1.全体の構成]
第3実施形態の浄化装置1は、第1実施形態と同様の構成を有するが、第1遮蔽部7における中央部7Aと、第2遮蔽部8における頂部8B及び側壁部8Dとにおける偏心の度合いが第1実施形態よりも大きい点で、第1実施形態と相違する(図8、9参照)。つまり、中央部7Aの中心7L及び頂部8Bの中心8Cは、第1実施形態に比べ噴射口4からより遠くに位置する。
【0065】
このため、第1遮蔽部7の周縁部7Bにおける噴射口4の反対側に位置する部分は、第1実施形態に比べその径方向の幅が狭くなっており、該部分には複数の貫通孔7Cが設けられていない。また、第2遮蔽部8の環状部8Aは、側壁部8Dの第1端部8Fの付近から第2端部8Gの付近まで周方向に延伸し、開口部8Hは、当接部8Iの付近に位置する。
【0066】
また、周縁部7Bにおける噴射口4側の部分は、第1実施形態に比べその径方向の幅が広くなっており、該部分に形成されている第1及び第2開口部7H、7Iの幅もまた、第1実施形態に比べ広くなっている。
【0067】
また、カバー部7Gは、第1実施形態のカバー部7Gに比べ幅が狭くなっており、中心軸5Aの方向に視て、還元剤供給部による還元剤の噴射領域Aの一部と重なるように配置される。つまり、中心軸5Aの方向に視た場合において、噴射領域Aの一部は、カバー部7Gと重ならない領域に達する。
【0068】
[2.効果]
第3実施形態によれば、第1実施形態に比べ、第2遮蔽部8の噴射領域部8Eを噴射口4からより一層遠ざけることができる。その結果、より一層、噴射口4を介して供給された還元剤が噴射領域部8Eに衝突して跳ね返るのを抑制でき、還元剤の気化や分散を促進できる。
【0069】
[第4実施形態]
[1.全体の構成]
第4実施形態の浄化装置1は、第1実施形態と同様の構成を有するが、第1遮蔽部7の中央部7Aと第2遮蔽部8の頂部8Bとに、それぞれ、下流側に窪む凹部7K、8Kが設けられている点で第1実施形態と相違する(図10、11参照)。凹部7K、8Kは、中心軸5Aに沿って視認すると円形であり、重なるように配置されていると共に、凹部7K、8Kの間には隙間が形成されている。
【0070】
なお、凹部7K、8Kの深さは、中央部7A及び頂部8Bの板厚よりも大きい。また、中央部7Aの凹部7Kは、少なくとも、頂部8Bの上流側の外面に凹部8Kにより形成される窪みの内側の空間に達する程度の深さを有する。また、第4実施形態では、一例として、凹部7K、8Kの深さは、中央部7Aが上流側に突出する高さよりも小さい。しかし、これに限らず、凹部7K、8Kの深さは、中央部7Aの突出する高さよりも大きくても良い。また、この場合、凹部7K、8Kの深さを、頂部8Bと環状部8Aとの間の中心軸5Aの方向の距離以下とするのが好適である。
【0071】
[2.変形例]
第4実施形態の浄化装置1の第2遮蔽部8における開口部8Hには、排ガスの流れを妨げる第1阻害部8Lが設けられていても良い(図12参照)。
【0072】
第1阻害部8Lは、開口部8Hにおける周方向の中央に位置し、環状部8Aの内周縁から頂部8Bの外周縁まで直線状に延びる帯状の部位である。中心軸5Aの方向に視ると、第1阻害部8Lは、縦軸5Bに沿って延びており、中心軸5Aを挟んで噴射口4に対面する。また、開口部8Hは、第1阻害部8Lにより、周方向に並ぶ2つの開口に区画される。
【0073】
[3.効果]
(1)第4実施形態によれば、第1遮蔽部7の中央部7Aと第2遮蔽部8の頂部8Bとに凹部7K、8Kを設けたことで、中央部7A及び頂部8Bの表面積が広くなり、還元剤が中央部7A及び頂部8Bと衝突する機会が多くなる。これにより、還元剤の気化が促進されると共に、還元剤の分散性が向上する。また、凹部7K、8Kにより、中央部7Aと頂部8Bとの間を流下する排ガスの流速を低減できる。このため、排ガスの流速が過度に向上したり、還元剤が偏ったりするのを抑制でき、その結果、還元剤の気化や分散を促進できる。また、凹部7K、8Kは下流側に突出しているため、中央部7Aが排ガス管路5から上流側にはみ出し、中央部7Aが浄化用部材2Aに当接するのを抑制できる。
【0074】
(2)また、変形例によれば、第2遮蔽部8における第1阻害部8Lにより、開口部8Hを通過する排ガスの流速を好適に低減できる。このため、旋回流発生部材6を流下する排ガスの流速が過度に向上するのを抑制でき、還元剤の気化や分散を促進できる。
【0075】
[第5実施形態]
[1.全体の構成]
第5実施形態の浄化装置1は、第1実施形態と同様の構成を有するが、第2遮蔽部8において第1実施形態と相違する(図13参照)。以下では、第5実施形態の浄化装置1における第1実施形態との相違点について説明する。
【0076】
[2.第2遮蔽部]
第2遮蔽部は、第1実施形態と同様の環状部8Aと、頂部8Bと、側壁部8Dと、開口部8Hとを有する(図14参照)。
【0077】
しかし、第5実施形態では、頂部8Bは略半円状であり、中心軸5Aの方向に視ると、頂部8Bの外周縁における直径を形成する直径部分は、横軸5Cに沿って延びる。そして、側壁部8Dは、環状部8Aの内周縁の一部分から直径部分まで延伸する。また、側壁部8Dにおける噴射領域部8Eは、中心軸5Aに向かって窪んでおり、噴射領域部8Eは、中心軸5Aに沿った断面において、基準傾斜ライン8Jよりも中心軸5A側に突出するように湾曲する。また、第5実施形態においても、頂部8Bは、中心8Cが中心軸5Aよりも噴射口4から遠くに位置するよう、偏心して設けられている。なお、頂部8Bの中心8Cとは、例えば、頂部8Bの重心であっても良い。
【0078】
また、開口部8Hは、中心軸5Aの方向に視ると、頂部8Bの外周縁における円弧状に延びる円弧部分に沿って設けられる。そして、開口部8Hには、排ガスの流れを妨げる複数の第2及び第3阻害部8M、8Nが設けられる。
【0079】
第2阻害部8Mは、環状部8Aの内周縁から頂部8Bの円弧部分まで直線状に延びる帯状の部位である。第5実施形態では、開口部8Hには、一例として4つの第2阻害部8Mが、間隔を開けて周方向に並んで設けられている。そして、開口部8Hにおける隣り合う第2阻害部8Mの間の部分には、排ガスが通過する開口が形成される。また、側壁部8Dの第1端部8Fと第1阻害部8Lとの間と、第2端部8Gと第1阻害部8Lとの間とにも、同様の開口が形成される。
【0080】
つまり、開口部8Hは、中心軸5Aの方向に視ると、4つの第2阻害部8Mにより、周方向に並ぶ5つの開口に区画される。これらの開口は、縦軸5Bを中心に線対称に配置されており、中央の開口は、縦軸5Bと交差すると共に、中心軸5Aを挟んで噴射口4に対面する。そして、中央の開口は、板状の第3阻害部8Nにより閉鎖されている。第3阻害部8Nは、複数の貫通孔が設けられている。
【0081】
なお、開口部8Hにおける他の開口に第3阻害部8Nを設けても良いし、複数の開口、又はすべての開口に、第3阻害部8Nを設けても良い。また、開口部8Hにおけるいずれの開口にも、第3阻害部8Nを設けない構成としても良い(図15参照)。また、開口部8Hの形状及び数は、適宜定められ得る。
【0082】
[3.効果]
(1)第5実施形態によれば、第2遮蔽部8における第2阻害部8M、又は、第2及び第3阻害部8M、8Nにより、開口部8Hを通過する排ガスの流速を好適に低減できる。このため、旋回流発生部材6を流下する排ガスの流速が過度に向上するのを抑制でき、還元剤の気化や分散を促進できる。
【0083】
(2)また、第2遮蔽部の頂部8Bは半円状であり、頂部8Bの中心8Cは、中心軸5Aよりも噴射口4の反対側に偏心して設けられている。このため、側壁部8Dにおける傾斜が緩やかになり、側壁部8Dの噴射領域部8Eを噴射口4からより遠ざけることができる。その結果、噴射口4を介して供給された還元剤が噴射領域部8Eに衝突して跳ね返るのを抑制でき、還元剤の気化や分散を促進できる。
【0084】
[第6実施形態]
[1.全体の構成]
第6実施形態の浄化装置1は、第5実施形態と同様の構成を有するが、第1遮蔽部7の中央部7Aと第2遮蔽部8の頂部8Bとに、それぞれ、下流側に窪む凹部7K、8Kが設けられている点で第5実施形態と相違する(図16~18参照)。凹部7K、8Kは、中心軸5Aに沿って視認すると略楕円形であり、横軸5Cに沿って延びると共に、互いに重なるように配置されている。また、凹部7K、8Kの間には、隙間が形成されている。なお、凹部7K、8Kが窪む深さは、第4実施形態と同様に定められる。
【0085】
[2.効果]
第6実施形態によれば、第1遮蔽部7の中央部7Aと第2遮蔽部8の頂部8Bとに凹部7K、8Kが設けられていると共に、第2遮蔽部8の開口部8Hには第2、第3阻害部8M、8Nが設けられている。このため、第4実施形態と同様にして、凹部7K、8Kにより還元剤の気化が促進されると共に、排ガスの流速の過度な向上が抑制される。さらに、第5実施形態と同様にして、第2、第3阻害部8M、8Nにより、排ガスの流速の過度な向上や還元剤の偏りが抑制される。したがって、還元剤の気化や分散を促進できる。
【0086】
[他の実施形態]
(1)第1~第6実施形態では、第2遮蔽部8の頂部8Bは、中心8Cが中心軸5Aよりも噴射口4から遠くに位置するよう、偏心して設けられる。しかし、頂部8Bの中心8Cは、中心軸5A上、又は、中心軸5Aよりも噴射口4側に位置していても良い。このような構成を有する場合であっても、同様の効果が得られる。
【0087】
(2)第4、第6実施形態において、第1遮蔽部7の中央部7Aと、第2遮蔽部8の頂部8Bとのうちの一方に、凹部を設けても良い。このような構成を有する場合であっても、中央部7A又は頂部8Bの表面積が広くなり、還元剤が中央部7A又は頂部8Bと衝突する機会が多くなる。これにより、還元剤の気化が促進されると共に、還元剤の分散性が向上する。また、中央部7Aと頂部8Bとの間を流下する排ガスの流速を低減できるため、旋回流発生部材6を流下する排ガスの流速が過度に向上したり、還元剤が偏ったりするのが抑制され、その結果、還元剤の気化や分散を促進できる。
また、凹部7K、8Kに替えて、第1遮蔽部7の中央部7Aと、第2遮蔽部8の頂部8Bとのうちの双方又は一方に、上流側に突出する凸部を設けても良い。
【0088】
(3)上記実施形態における1つの構成要素が有する複数の機能を、複数の構成要素によって実現したり、1つの構成要素が有する1つの機能を、複数の構成要素によって実現したりしてもよい。また、複数の構成要素が有する複数の機能を、1つの構成要素によって実現したり、複数の構成要素によって実現される1つの機能を、1つの構成要素によって実現したりしてもよい。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又は置換してもよい。
【符号の説明】
【0089】
1…排ガス浄化装置、2…排ガス浄化部、2A…浄化用部材、2B…第1ケーシング、2D…中心軸、3…還元部、3A…還元触媒、3B…第2ケーシング、3D…中心軸、4…噴射口、5…排ガス管路、5A…中心軸、6…旋回流発生部材、7…第1遮蔽部、7A…中央部、7B…周縁部、7C…複数の貫通孔、7G…カバー部、7K…凹部、8…第2遮蔽部、8A…環状部、8B…頂部、8C…中心、8D…側壁部、8E…噴射領域部、8H…開口部、8J…基準傾斜ライン、8K…凹部、8L~8N…第1~第3阻害部。
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9
図10
図11
図12
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図17
図18