JP6787606B1 - 排気浄化装置、流路形成部材、及び筒状部材 - Google Patents

Abstract

【課題】筒状部材内で旋回流を効率的に生成する。【解決手段】内燃機関から排出される排気の排気流路を形成し、第１軸上に排気の導入口中心を有する流路形成部材と、筒状の形態であり、排気流路の一部に設けられる筒状部材とを備え、筒状部材は、一端側が筒状部材内に還元剤を噴霧するノズルに接続され、他端側が開口し、筒状部材における還元剤の噴霧口中心は、第１軸とは異なる第２軸上に位置し、排気流路のうちの筒状部材に至るまでの排気流路部分は、第２軸の方向に視て、第１軸上の点と第２軸とを結ぶ線分に対して任意の一方側に偏る形態である、排気浄化装置が開示される。【選択図】図１

Description

本開示は、排気浄化装置、流路形成部材、及び筒状部材に関する。

従来、ディーゼルエンジン等の内燃機関における排気浄化装置として、尿素ＳＣＲ（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｃａｔａｌｙｔｉｃ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）システムが知られている。尿素ＳＣＲシステムは、還元剤となる尿素水を排気流路内に噴射して尿素水を排気に混合させるミキシングパイプと、ミキシングパイプの下流における排気流路に設けられた還元触媒と、を備える。

そして、従来の尿素ＳＣＲシステムにおいて、ミキシングパイプ内で尿素水が排気中に噴射されると、噴射された尿素水が熱分解及び加水分解の反応をして、アンモニア（ＮＨ_３）が生成される。発生したアンモニアにより、排気中の窒素酸化物（ＮＯ_ｘ）は、還元触媒において、窒素（Ｎ_２）と水（Ｈ_２Ｏ）に還元される。このようにして、従来の排気浄化装置は、排気中の窒素酸化物を選択的に還元することにより浄化して、排気を実質的に無害にする。

また、従来、排気流路におけるミキシングパイプよりも上流側にガイドフィンを備えた排気浄化装置がある（例えば、特許文献１参照）。

特開２００９−１０３０１９号公報

しかしながら、上記のような従来技術では、ミキシングパイプのような筒状部材内で旋回流を効率的に生成することが難しい。

そこで、１つの側面では、本発明は、筒状部材内で旋回流を効率的に生成することを目的とする。

１つの側面では、内燃機関から排出される排気の排気流路を形成し、第１軸上に排気の導入口中心を有する流路形成部材と、
筒状の形態であり、前記排気流路の一部に設けられる筒状部材とを備え、
前記筒状部材は、一端側が前記筒状部材内に還元剤を噴霧するノズルに接続され、他端側が開口し、
前記筒状部材における前記還元剤の噴霧口中心は、前記第１軸とは異なる第２軸上に位置し、
前記排気流路のうちの前記筒状部材に至るまでの排気流路部分は、前記第２軸の方向に視て、前記第１軸上の点と前記第２軸とを結ぶ線分に対して任意の一方側に偏る形態である、排気浄化装置が開示される。

１つの側面では、本発明によれば、筒状部材内で旋回流を効率的に生成することが可能となる。

本実施形態に係る排気浄化装置を正面から見た概略図である。 排気の導入口側から排気浄化装置を示す斜視図である。 ケーシングの斜視図である。 第１ケーシングとガイド部材とを示す斜視図である。 第２ケーシングとガイド部材とを示す斜視図である。 Ｘ１側から視たインジェクタの斜視図である。 Ｘ２側から視たインジェクタの斜視図である。 ノズル取付部の単品状態を示す斜視図である。 バッフルの単品状態を示す斜視図である。 接続管の単品状態を示す斜視図である。 出口部品とともに、バッフル及び接続管を示す斜視図である。 排気浄化装置におけるケーシング内の排気等の流れの説明図である。 制御羽根の拡散作用の説明図である。 排気流路部分及び尿素水噴霧空間を通る斜視断面図である。 図１３に示す排気流路（尿素水噴霧空間に至るまでの排気流路部分）及びそこでの排気の流れの模式図である。 比較例による尿素水噴霧空間に至るまでの排気流路部分及びそこでの排気の流れの模式図である。

以下、図面を参照して第１の形態（以下、本実施形態）について詳細に説明する。なお、実施形態の説明の全体を通して同じ要素には同じ符号が付される。なお、以下では、特に説明のない限り、排気の流れ方向を基準として内燃機関側を上流又は上流側と呼び、反対側（外気側）を下流又は下流側と呼ぶ。

図１は本実施形態に係る排気浄化装置１を正面から見た概略図である。なお、図１における白抜き矢印は、排気が流れる大まかな方向（排気の流れ方向）を示している。なお、排気は、後述するように旋回を伴う態様（図１１参照）で、白抜き矢印に沿って流れる。

本実施形態に係る排気浄化装置１は、ディーゼルエンジン等の内燃機関ＥＮＧから排出される排気を浄化する装置であり、排気の流れの途中である、内燃機関ＥＮＧと外気との間に設けられる。排気浄化装置１は、例えば、尿素水（尿素水溶液）を還元剤として利用して、内燃機関ＥＮＧから排出された排気中の窒素酸化物ＮＯｘを選択的に還元する選択触媒還元（ＳＣＲ：Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｃａｔａｌｙｔｉｃ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）タイプの浄化装置である。

図１に示すように、排気浄化装置１は、気密な管状のケーシング６０（流路部材）、コンテナＫ０，コンテナＫ等の内側に、排気流路Ｓを形成している。排気流路Ｓの断面は、圧力損失をできる限り抑制するために円形状となっている。

詳細には、排気浄化装置１は、排気流路Ｓに、酸化触媒（Ｄｉｅｓｅｌ Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ Ｃａｔａｌｙｓｔ）ＤＯＣと、ディーゼル微粒子捕集フィルタ（Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｆｉｌｔｅｒ）ＤＰＦと、還元触媒が担持された選択触媒還元装置（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｃａｔａｌｙｔｉｃ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）ＳＣＲと、を備える。排気浄化装置１は、適宜、排気流路Ｓにおける選択触媒還元装置ＳＣＲより下流に配置され、アンモニアＮＨ_３が通り抜けて外気中に放出されるのを防止するための酸化触媒であるアンモニアスリップ触媒ＡＳＣを備える。

酸化触媒ＤＯＣは、排気中の有害成分の一つである炭化水素ＨＣ及び一酸化炭素ＣＯを酸化浄化するものであり、例えば、セラミック製ハニカムや金属製メッシュ等に、炭化水素ＨＣ及び一酸化炭素ＣＯの酸化反応を促進させる白金又はパラジウム等の触媒成分を担持させたものである。

ディーゼル微粒子捕集フィルタＤＰＦは、排気ガス中の粒子状物質を捕集するフィルタである。

選択触媒還元装置ＳＣＲは、例えば、コージライト等の多孔質セラミックス基材に、ゼオライト系、酸化バナジウム系、酸化タングステン系等の触媒を担持させたものである。なお、図１では、選択触媒還元装置ＳＣＲは、１つだけであるが、排気の流れ方向ＳＳに間隔をおいて複数設けられてもよい。

本実施形態では、排気浄化装置１は、ケーシング６０と、ガイド部材７０と、インジェクタ１００と、バッフル１２０と、接続管１３０と、出口部品１４０とを有する。なお、本実施形態では、ケーシング６０、ガイド部材７０、バッフル１２０、接続管１３０、及び出口部品１４０は、内燃機関ＥＮＧから排出される排気の排気流路Ｓを形成する流路形成部材の一例を実現する。

そして、排気浄化装置１において、インジェクタ１００によって尿素水が排気流路Ｓを流れる排気中に噴射されると、噴射された尿素水は熱分解及び加水分解の反応をして、アンモニアＮＨ_３が生成される。すると、生成されたアンモニアＮＨ_３により、排気中の窒素酸化物ＮＯ_ｘは、選択触媒還元装置ＳＣＲにおいて、窒素Ｎ_２と水Ｈ_２Ｏに還元される。還元された窒素Ｎ_２と水Ｈ_２Ｏは、外気中に放出される。

このようにして、排気浄化装置１は、排気中の窒素酸化物ＮＯ_ｘを選択的に還元することにより浄化して、排気を実質的に無害にする。

（ケーシング６０）
図２は、排気の導入口６０ｂ側から排気浄化装置１を示す斜視図である。図３は、ケーシング６０の斜視図であり、図４Ａは、第１ケーシング６１とガイド部材７０とを示す斜視図であり、図４Ｂは、第２ケーシング６２とガイド部材７０とを示す斜視図である。図２等には、互いに直交する３方向であるＸ方向、Ｙ方向、及びＺ方向が定義されている。以下では、Ｘ方向の負側をＸ１側と称し、Ｘ方向の正側をＸ２側と称する場合があり、Ｙ方向の負側をＹ１側と称し、Ｙ方向の正側をＹ２側と称する場合がある。なお、図２等では、見易さのために、複数存在する同一属性の部位には、一部のみしか参照符号が付されていない場合がある。

ケーシング６０は、第１ケーシング６１と、第２ケーシング６２とを含む。第１ケーシング６１と第２ケーシング６２とは互いに接続され一体化される。この場合、第１ケーシング６１と第２ケーシング６２とは、第１ケーシング６１のＸ２側端部全体に第２ケーシング６２のＸ１側端部全体が嵌合する態様で、Ｘ方向に接続される。

第１ケーシング６１は、Ｚ方向で軸心Ｊ側に位置する第１部位６１１と、Ｚ方向で軸心Ｉ側に位置する第２部位６１２と、接続部６１３とを含む。軸心Ｊと軸心Ｉとは互いに平行であり（Ｘ方向に略平行であり）、Ｚ方向でオフセットする。なお、軸心Ｉの方向は、コンテナＫ０における排気の流れ方向ＳＳに対応する。

第１部位６１１及び第２部位６１２とは、Ｚ方向で隣接する。第１部位６１１及び第２部位６１２は、図４Ａに示すように、それぞれの内部空間がＺ方向で連通する態様で互いに対して接続される。

第１部位６１１は、インジェクタ１００が配置される円柱状の空間（軸心Ｊを中心とした円柱状の空間）の一部を形成する。

第１部位６１１は、図２及び図３に示すように、Ｘ１側端部に、インジェクタ１００が挿入される接続開口部６０ａを有する。接続開口部６０ａは、円形の形態であり、その中心が噴霧口中心Ｏ１（後述）と同心である。なお、接続開口部６０ａには、インジェクタ１００を直接接続してよく、インジェクタ１００にケーシング接続片（不図示）が設けられている場合、インジェクタ１００をそのケーシング接続片を介して接続してもよい。

第２部位６１２は、図２及び図３に示すように、Ｘ１側端部に、内燃機関ＥＮＧからの排気の導入口６０ｂを有する。導入口６０ｂは、円形の形態であり、その中心が導入口中心を画成する。第２部位６１２は、軸心Ｉ（第１軸の一例）上に導入口中心Ｏ２を有する。

接続部６１３は、Ｚ方向で第１部位６１１と第２部位６１２との間に位置し、第１部位６１１と第２部位６１２とを接続する。接続部６１３は、図４Ａに示すように、Ｙ２側ではＹ２側に凸状になる態様で膨らむ湾曲面を有するのに対して、Ｙ１側ではＹ２側に凸状になる態様で膨らむ湾曲面を有する。これは、後述のガイド部材７０の第２湾曲部位７２の凸状の向きと同じである。なお、接続部６１３は、Ｙ２側の湾曲面の方がＹ１側の湾曲面よりも曲率半径が大きい。

第１部位６１１、第２部位６１２、及び接続部６１３は、図４Ａに示すように、開口部６１ｃを形成する。開口部６１ｃは、接続開口部６０ａ及び導入口６０ｂを囲繞する形態である。

第２ケーシング６２は、Ｚ方向で軸心Ｊ側に位置する第３部位６２１と、Ｚ方向で軸心Ｉ側に位置する第４部位６２２と、接続部６２３とを含む。

第３部位６２１及び第４部位６２２とは、Ｚ方向で隣接する。第３部位６２１及び第４部位６２２は、図４Ｂに示すように、それぞれの内部空間がＺ方向で連通する態様で互いに対して接続される。

第３部位６２１は、図３及び図４Ｂに示すように、Ｘ２側端部に、バッフル１２０が接続される接続開口部６２ａを有する。接続開口部６２ａは、円形の形態であり、その中心が軸心Ｊと同心である。

第３部位６２１は、第１ケーシング６１の第１部位６１１と同様、インジェクタ１００が配置される円柱状の空間（軸心Ｊを中心とした円柱状の空間）の一部を形成する。第３部位６２１は、第１ケーシング６１の第１部位６１１にＸ方向で接続することで、第１部位６１１と協動して、インジェクタ１００が配置される円柱状の空間（以下では、「尿素水噴霧空間Ｓ１」とも称する）を形成する。なお、尿素水噴霧空間Ｓ１は、排気流路Ｓの一部の区間を形成する。

第４部位６２２は、Ｘ２側端部が閉塞される。従って、第２ケーシング６２は、Ｘ２側では、接続開口部６２ａのみで開口する。第４部位６２２は、第１ケーシング６１の第２部位６１２にＸ方向で接続することで、第２部位６１２と協動して、軸心Ｉを中心とした円柱状の空間を包含する空間を形成する。なお、第４部位６２２と第２部位６１２とが画成する空間は、排気流路Ｓの一部の区間を形成する。

接続部６２３は、Ｚ方向で第３部位６２１と第４部位６２２との間に位置し、第３部位６２１と第４部位６２２とを接続する。接続部６２３は、上述した第１ケーシング６１の接続部６１３と同様、図４Ｂに示すように、Ｙ２側ではＹ２側に凸状になる態様で膨らむ湾曲面を有するのに対して、Ｙ１側ではＹ２側に凸状になる態様で膨らむ湾曲面を有する。これは、後述のガイド部材７０の第２湾曲部位７２の凸状の向きと同じである。なお、接続部６２３は、Ｙ２側の湾曲面の方がＹ１側の湾曲面よりも曲率半径が大きい。

接続部６２３は、第１ケーシング６１の接続部６１３とＸ方向で接続することで、接続部６１３と協動して、排気流路Ｓの一部の区間を形成する空間を形成する。

（ガイド部材７０）
ガイド部材７０は、ケーシング６０内に設けられる。ガイド部材７０は、ケーシング６０内のＹ１側に設けられ、排気流路ＳにおけるＹ１側の境界を画成する。すなわち、ガイド部材７０は、上述した第１ケーシング６１及び第２ケーシング６２により形成される空間内に設けられる。

本実施形態では、ガイド部材７０は、第１ケーシング６１の接続部６１３と第２ケーシング６２の接続部６２３と協動して、排気流路Ｓにおける尿素水噴霧空間Ｓ１に至る排気の流れを、軸心Ｉの方向に視て蛇行させる機能を有する。すなわち、ガイド部材７０は、第１ケーシング６１の接続部６１３と第２ケーシング６２の接続部６２３と協動して、導入口６０ｂから導入された排気が尿素水噴霧空間Ｓ１に至るまでの排気流路部分Ｓ０を、軸心Ｉの方向に視て、Ｙ２側に凸状に湾曲（蛇行）させる機能を有する。以下、このような機能を、「蛇行流路形成機能」とも称する。蛇行流路形成機能の詳細は、図１３以降を参照して後述する。

ガイド部材７０は、図４Ａ及び図４Ｂに示すように、Ｘ１側の端部が第１ケーシング６１のＸ１側の側面部に接続され、Ｘ２側の端部が第２ケーシング６２のＸ２側の側面部に接続される。すなわち、ガイド部材７０は、第１ケーシング６１と第２ケーシング６２のそれぞれに突き当たる態様で、第１ケーシング６１及び第２ケーシング６２により形成される空間のＸ方向の端から端まで延在する。

ガイド部材７０は、図４Ａ及び図４Ｂに示すように、軸心Ｊまわりに位置する第１湾曲部位７１と、軸心Ｉまわりに位置する第２湾曲部位７２と、接続湾曲部７３とを含む。

第１湾曲部位７１は、略等断面でＸ方向に延在する。第１湾曲部位７１は、軸心Ｊの方向に視て、軸心Ｊ側に曲率中心を有し、例えば、軸心Ｊ上又はその近傍に曲率中心を有する。

第２湾曲部位７２は、略等断面でＸ方向に延在する。第２湾曲部位７２は、軸心Ｉの方向に視て、軸心Ｉ側に曲率中心を有し、例えば、軸心Ｉ上又はその近傍に曲率中心を有する。

接続湾曲部７３は、略等断面でＸ方向に延在する。接続湾曲部７３は、第１湾曲部位７１と第２湾曲部位７２との間に位置し、第１湾曲部位７１と第２湾曲部位７２とを接続する。接続湾曲部７３は、軸心Ｉの方向に視て、Ｙ１側に曲率中心を有する。従って、接続湾曲部７３は、軸心Ｉの方向に視て、Ｙ２側に凸状となる態様で湾曲する。これにより、接続湾曲部７３は、軸心Ｉの方向に視て、第１湾曲部位７１とＳ字状をなす態様で接続し、第２湾曲部位７２とＳ字状をなす態様で接続する。

（インジェクタ１００）
図５は、Ｘ１側から視たインジェクタ１００の斜視図である。図６は、Ｘ２側から視たインジェクタ１００の斜視図である。

インジェクタ１００は、インジェクタ本体１０と、インジェクタ本体１０の一端に設けられ、タンク及びポンプ等の供給源（不図示）から供給された尿素水を噴霧するノズル（不図示）を取り付け可能なノズル取付部２０と、インジェクタ本体１０の他端に設けられ、微細化された尿素水を排気流路Ｓにおける排気中に拡散する制御羽根３０を備える。なお、ノズルから噴霧された尿素水の経路は、排気による流れがない場合、噴霧方向ＩＮＪを中心としてノズル先端から円錐状に拡がるような形状になる（図１２を参照して後述）。排気による流れがある場合、ノズルから噴霧された尿素水は、排気と混合しながら軸心Ｊまわりを旋回しつつ軸心Ｊの方向に進む（図１１を参照して後述）。

インジェクタ１００は、内燃機関ＥＮＧからの排気流路Ｓに尿素水を添加するための部材である。インジェクタ１００は、ケーシング６０と協動して、排気及び尿素水を誘導し、拡散する機能を有する。この機能の詳細は後述する。

インジェクタ１００は、尿素水噴霧空間Ｓ１内に配置されるインジェクタ本体１０（筒状部材の一例）を備える。インジェクタ本体１０は、例えば、所定の板厚を有する鋼製のパイプを素材として、切断加工及び曲げ加工により形成されている。インジェクタ１００は、インジェクタ本体１０のＸ１側端部に、尿素水を噴霧する噴霧弁（不図示）が取り付けられるノズル取付部２０を有し、インジェクタ本体１０のＸ２側端部に、噴霧された尿素水を含む排気を拡散する制御羽根３０を有する。

インジェクタ１００は、インジェクタ本体１０がケーシング６０を貫通するようにしてケーシング６０に接続される。すなわち、インジェクタ本体１０のＸ１側端部（ノズル側）の一部だけがケーシング６０の外側に露出し、Ｘ２側端部（制御羽根３０側）が尿素水噴霧空間Ｓ１内に延在する状態で、インジェクタ１００をケーシング６０に接続できる。よって、排気流路Ｓにインジェクタ１００の一部が露出するので、内燃機関ＥＮＧからの排気に、噴霧された尿素水を、合流させることができる。

インジェクタ１００は、尿素水と合流した排気を、制御羽根３０によって拡散することができるので、排気中に尿素水をムラのないように均質に混ぜることができるとともに、インジェクタ１００より下流にある選択触媒還元装置ＳＣＲに対して、断面一様に流入させることができる。

また、インジェクタ本体１０は、高温である排気流路Ｓ（尿素水噴霧空間Ｓ１）に延在するので、高温に保つことができる。よって、尿素水は、高温に保たれたインジェクタ本体１０に接する際に熱分解されやすくなるので、アンモニアＮＨ_３を効率よく生成できる。したがって、インジェクタ１００によって、短距離（短時間）で排気と尿素水とを均質に混合でき、排気の還元効率を高めることができる。

（インジェクタ本体１０）
図５に示すように、インジェクタ本体１０は、軸心Ｊを中心軸とする中空の円筒状の形態である。インジェクタ本体１０は、一端の開口１１及び他端の開口１２を有する。本実施形態において、インジェクタ本体１０は、直線状に形成されている。インジェクタ本体１０の軸心Ｊは、ノズルからの尿素水の噴霧方向ＩＮＪと平行であり、噴霧口中心Ｏ１を通る。インジェクタ本体１０は、ケーシング６０の内壁面に固定される。

また、インジェクタ本体１０は、ケーシング６０の接続開口部６０ａに対して溶接等の適宜の手段で固定されている。なお、インジェクタ本体１０は、接続開口部６０ａに対して、ケーシング接続片（不図示）を介して固定してもよい。

インジェクタ本体１０は、図５及び図６に示すように、インジェクタ本体１０を構成する周壁の一部に、開口部５０を有する。なお、開口部５０の数、配置及び開口面積は、開口部５０から取り込まれる排気の流れ（向き、流速又は圧力）と、ノズルから噴霧された尿素水の流れ（向き、流速又は圧力）と、排気の流れと尿素水の流れとが合流した後の流れと、をそれぞれ考慮して、圧力損失を抑制しつつ均質な混合がなされるように最適化されて設定されている。本実施形態では、開口部５０の数、配置及び開口面積は、後述する旋回流（図１１参照）がインジェクタ本体１０内で発生するように適合される。

本実施形態では、一例として、開口部５０は、軸心Ｊの方向に並ぶ４つの円形開口部５１と、比較的広い周範囲に延在する矩形開口部５２とを含む。なお、４つの円形開口部５１は、図５に示す周位置以外の他の周位置にも設けられる（図１３参照）。

そして、ノズルから噴霧された尿素水がインジェクタ本体１０の一端の開口１１から入って他端の開口１２を抜けるのと同時に、排気流路Ｓの上流側からの排気が開口部５０を通ってインジェクタ本体１０に入りインジェクタ本体１０の他端の開口１２を抜けるようになっている。

（ノズル取付部２０）
図７は、ノズル取付部２０の単品状態を示す斜視図である。

ノズル取付部２０は、図２及び図５に示すように、ノズルからの尿素水の噴霧経路となる開口２１を略中央に有し、複数の取付孔２２ａを周縁に有するフランジ２２を備える。開口２１は、例えば円形の形態であり、その中心が噴霧口中心Ｏ１を画成する。ノズル取付部２０は、軸心Ｊ（第２軸の一例）上に噴霧口中心Ｏ１を有する。

フランジ２２には、取付孔２２ａが３箇所形成されており、これらの取付孔２２ａを利用して、ボルト等の固定具により、ノズルが取り付けられる。これにより、ノズルとインジェクタ１００との位置関係を確実に規定できる。なお、取付孔２２ａの形成箇所は３箇所に限られない。なお、このような構造に限らず、ノズル取付部２０は、ノズルからの尿素水の噴霧経路となる開口２１を有しており、インジェクタ本体１０に対してノズルが取り付けられる構造であれば、クランプを用いる構造等、その他の構造であってもよい。

また、ノズル取付部２０は、フランジ２２に接続される本体部２４を有する。本体部２４は、軸心Ｊを中心軸とする中空の円筒状の形態であり、中空内部は開口２１に連通する。

本実施形態では、本体部２４は、図７に示すように、接続部２４１と、大径部２４２と、テーパ部２４３とを含む。接続部２４１は、軸心Ｊの方向での一端（Ｘ１側端部）がフランジ２２に接続され、他端（Ｘ２側端部）が大径部２４２に接続される。接続部２４１は、フランジ２２側から徐々に拡径する態様で大径部２４２に接続される。テーパ部２４３は、軸心Ｊの方向での一端（Ｘ１側端部）が大径部２４２に接続され、他端（Ｘ２側端部）が開口する。テーパ部２４３は、接続部２４１とは対称に、他端側から徐々に拡径する態様で大径部２４２に接続される。すなわち、テーパ部２４３は、他端側に向けて縮径するテーパ状の形態である。テーパ部２４３は、噴霧された尿素水の流れを制御する機能を有する。
なお、本実施形態では、大径部２４２は、外径がインジェクタ本体１０の内径と略同じである。本体部２４は、大径部２４２がネジ、溶接又は接着等の適宜の手段で固定されている。この場合、本体部２４は、接続部２４１、大径部２４２、及びテーパ部２４３のうち、接続部２４１のみがインジェクタ本体１０から露出する。

（制御羽根３０）
制御羽根３０は、ノズルから噴霧された尿素水を、インジェクタ本体１０の内側に取り入れられた排気とともに、排気流路Ｓにおける下流の排気中に拡散する機能を有する。

制御羽根３０は、図６に示すように、インジェクタ本体１０の他端に、複数の羽根３２を備える。複数の羽根３２は、板状体であり、インジェクタ本体１０を形成する素材と共通である、円筒状の部品を素材として、その部品の端部に切り込みを入れた後に曲げ加工を施すことで形成できる。

複数の羽根３２は、自由端部が、排気の流れ方向ＳＳに対して斜めに交差する。このように、複数の羽根３２は排気の流れ方向ＳＳに対して斜めに交差するので、排気の流れ方向ＳＳに流れる尿素水及び排気は、この複数の羽根３２によって向きが変えられて、螺旋状に拡散して流れるようになる。また、複数の羽根３２には、ノズルから噴霧された尿素水が衝突するので、尿素水を微細化させることができ、還元効率を高められる。

ここで、本実施形態に係る複数の羽根３２は、インジェクタ本体１０の他端において、排気の流れ方向ＳＳを基準として対向する位置に、３つ設けられているが、これに限らず、単数であっても、３つ以外の複数であってもよい。

複数の羽根３２が排気の流れ方向ＳＳと交差する角度は、インジェクタ本体１０より下流の排気流路Ｓの流路断面の大きさ（下流の排気流路Ｓに配置された選択触媒還元装置ＳＣＲの大きさ）及びインジェクタ本体１０より下流における排気の流れ（向き、流速又は圧力）の分布に応じて設定されている。

また、本実施形態のように、複数の羽根３２のそれぞれが排気の流れ方向ＳＳと交差する角度を、それぞれ異なる角度としてよい。これにより、インジェクタ本体１０より下流の排気流路Ｓの流路断面に対して、より広域に一様に拡散できる。

複数の羽根３２は、螺旋形状に沿う曲面を有してもよい。これにより、インジェクタ本体１０の内部での排気の旋回流れ（後述）を、インジェクタ本体１０の他端から排気流路Ｓの下流側でも維持できる。

このような制御羽根３０によれば、添加された尿素水を微細化するとともに、尿素水の熱分解及び加水分解を促進し、微細化された尿素水の流れと排気の流れが合流した螺旋状の流れを生じさせることができ、排気流路Ｓを通る排気中に拡散させて混合させることができる。また、螺旋状に進むことにより、短い流れの距離、すなわち、限られた狭い空間で、排気中の窒素酸化物ＮＯ_ｘを効率的に還元できる。

なお、変形例では、制御羽根３０が省略されてもよい。この場合、インジェクタ本体１０は、開口１２側の端部がテーパ状の絞り形態であってもよい。

（バッフル１２０）
図８は、バッフル１２０の単品状態を示す斜視図である。

バッフル１２０は、図８に示すように、軸心Ｊを中心軸とする中空の円筒状の形態である。バッフル１２０は、Ｘ１側端部がケーシング６０（第２ケーシング６２の接続開口部６２ａ）に接続され、ケーシング６０のＸ２側におけるケーシングの一部を形成する。バッフル１２０は、Ｘ１側端部がインジェクタ本体１０のＸ２側の開口１２に対してわずかな隙間を介して対向する。

バッフル１２０は、図８に示すように、Ｘ２側に縮径するテーパ部１２１を有し、テーパ部１２１には、周方向に沿って複数の開口１２２を有する。複数の開口１２２は、円形の開口形状であるが、他の形状であってもよい。バッフル１２０は、インジェクタ本体１０よりもＸ２側において、尿素水が混合された排気の流れを制御する機能を有する。

（接続管１３０）
図９は、接続管１３０の単品状態を示す斜視図である。

接続管１３０は、図２及び図９に示すように、軸心Ｊを中心軸とする中空の円筒状の形態であり、Ｘ２側に向けて拡径する。接続管１３０は、Ｘ１側端部がバッフル１２０に接続され、Ｘ２側端部がコンテナＫに接続される。この場合、接続管１３０は、図９に示すように、バッフル１２０のＸ２側端部が接続管１３０内まで延在する態様（接続管１３０内に挿入される態様）で、バッフル１２０に接続される。

（出口部品１４０）
図１０は、出口部品１４０とともに、バッフル１２０及び接続管１３０を示す斜視図である。

出口部品１４０は、軸心Ｊを中心軸とする円環状の形態であり、Ｘ２側に向けて縮径する。出口部品１４０は、Ｘ１側端部が接続管１３０の径方向内側に位置し、Ｘ２側端部が接続管１３０から露出する。出口部品１４０は、コンテナＫに導入される、尿素水が混合された排気の流れを制御する機能を有する。

（インジェクタ１００を用いた排気浄化装置１による作用）
以上説明したインジェクタ１００を用いた排気浄化装置１によって排気が浄化されるまでの作用を、図１、図１１、及び図１２を参照しつつ、排気の流れに沿って概説する。

図１１は、排気浄化装置１におけるケーシング６０内の排気等の流れの説明図であり、排気浄化装置１の断面図である。図１１には、排気等の流れが矢印Ｒ１〜Ｒ３で模式的に示される。図１２は、制御羽根３０の拡散作用の説明図であり、図１１と同様の排気浄化装置１の断面図である。図１２には、尿素水の径方向の広がりがハッチング範囲１１００、１１０１で示されている。ハッチング範囲１１００は、制御羽根３０に当たる前の広がりを模式的に示し、ハッチング範囲１１００は、制御羽根３０に当たった後の広がりを模式的に示す。

図１に示すように、内燃機関ＥＮＧから排出された窒素酸化物ＮＯ_ｘを含む排気は、排気浄化装置１に導かれる。

続いて、排気浄化装置１に導かれた排気は、上流の排気流路Ｓに配置された酸化触媒ＤＯＣを通過する。その際、排気中の有害成分の一つである炭化水素ＨＣ及び一酸化炭素ＣＯは、酸化触媒ＤＯＣにより酸化浄化される。

酸化触媒ＤＯＣを通過した排気は、上流の排気流路Ｓに配置されたディーゼル微粒子捕集フィルタＤＰＦを通過する。その際、排気中の粒子状物質は、ディーゼル微粒子捕集フィルタＤＰＦにより捕集される。

ディーゼル微粒子捕集フィルタＤＰＦを通過した排気は、ケーシング６０の導入口６０ｂを介してケーシング６０内の排気流路Ｓに導かれる。ケーシング６０内の排気流路Ｓに導かれた排気は、図１１にて矢印Ｒ１で示すように、軸心Ｉの方向に沿った流れから、Ｚ方向の成分を得て、排気流路部分Ｓ０を通って尿素水噴霧空間Ｓ１（インジェクタ１００）に向かう。矢印Ｒ１で示す流れの詳細は、図１３以降を参照して後述する。

尿素水噴霧空間Ｓ１に到達した排気は、一部が開口部５０を通過してインジェクタ本体１０の内側に至る。

なお、開口部５０を通過せず、インジェクタ本体１０の内側に至らなかった排気は、インジェクタ本体１０の外側を伝って、インジェクタ本体１０の他端から出た排気と尿素水とが混合した流れに合流する。

インジェクタ本体１０の内側では、図１１にて矢印Ｒ２及び矢印Ｒ３で模式的に示すように、軸心Ｊまわりに旋回しながらＸ２側へと進む。本実施形態では、径方向内側の比較的弱い旋回流（矢印Ｒ２）と、径方向外側の比較的強い旋回流（矢印Ｒ３）とを含む二重旋回流が実現される。これにより、排気に尿素水を効率的に作用させることができる。

排気がこのように流れている間に、インジェクタ１００に取り付けられたノズルから噴霧されて霧状になった尿素水は、インジェクタ本体１０の内部を旋回しながら流れる排気によって、粒径が更に微細化されるとともに、熱分解及び加水分解の反応をして、アンモニアＮＨ_３を生成する。

生成されたアンモニアＮＨ_３は、インジェクタ本体１０の内側に至った排気と合流し、互いに混ざり合いながら、制御羽根３０に至る。

制御羽根３０に至った排気とアンモニアＮＨ_３は、制御羽根３０によって、均質に混ざり合いながら拡散していく。また、インジェクタ１００に取り付けられたノズルから噴霧されて霧状になった尿素水のうちの、熱分解及び加水分解の反応せずに制御羽根３０に至った尿素水は、制御羽根３０に衝突し、粒径が更に微細化されるとともに、熱分解及び加水分解の反応をする。これにより、アンモニアＮＨ_３が生成され、上記と同様に、制御羽根３０によって、排気と均質に混ざり合いながら拡散していく。図１２には、制御羽根３０によって排気と尿素水とアンモニアＮＨ_３が径方向に拡散されている様子が模式的に示される。

インジェクタ本体１０を通過して互いに混ざり合って拡散された排気及びアンモニアＮＨ_３は、選択触媒還元装置ＳＣＲに至る。

選択触媒還元装置ＳＣＲに至った、排気中の窒素酸化物ＮＯ_ｘ及びアンモニアＮＨ_３は、選択触媒還元装置ＳＣＲに担持された触媒の作用によって還元反応して分解され、窒素Ｎ_２及び水Ｈ_２Ｏになる。

そして、選択触媒還元装置ＳＣＲを通過すると、排気流路Ｓにおいて選択触媒還元装置ＳＣＲより下流に配置されたアンモニアスリップ触媒ＡＳＣによって、選択触媒還元装置ＳＣＲを通過した排気に残存するアンモニアＮＨ_３は捕獲され、窒素Ｎ_２と水Ｈ_２Ｏは、適宜、外気中に放出される。

このようにして、排気浄化装置１は、排気中の窒素酸化物ＮＯ_ｘを効率的に浄化して、排気を実質的に無害にする。したがって、還元効率の高いインジェクタ１００及び排気浄化装置１を提供でき、その結果、排気浄化装置１の全体をコンパクトにできる。

（蛇行流路形成機能）
次に、図１３以降を参照して、排気浄化装置１におけるケーシング６０内での排気等の流れ及びそれに関連する構成について詳説する。

図１３は、排気流路部分Ｓ０及び尿素水噴霧空間Ｓ１を通る斜視断面図である。図１４は、図１３に示す排気流路Ｓ（尿素水噴霧空間Ｓ１に至るまでの排気流路部分Ｓ０）及びそこでの排気の流れの模式図である。図１５は、比較例による尿素水噴霧空間Ｓ１に至るまでの排気流路部分Ｓ０’）及びそこでの排気の流れの模式図である。

本実施形態では、図１３及び図１４に示すように、排気流路部分Ｓ０は、軸心Ｊの方向に視て、軸心Ｉと軸心Ｊとを結ぶ線分Ｌ１４に対してＹ２側に偏る形態である。具体的には、排気流路部分Ｓ０は、軸心Ｊの方向に視て、Ｙ２側に膨らむ形態である。これにより、図１４で矢印Ｒ１にて示すように、排気流路部分Ｓ０の湾曲形状に沿った蛇行した流れ（すなわち線分Ｌ１４の側に曲率中心を有する湾曲した流れ）を、排気流路部分Ｓ０内の排気に生じさせることができる。すなわち、ガイド部材７０の接続湾曲部７３は、図１４に示すように、線分Ｌ１４の側に曲率中心を有する湾曲形態であり、ケーシング６０（接続部６１３）も、線分Ｌ１４の側に曲率中心を有する湾曲形態であり、排気流路部分Ｓ０は全体が線分Ｌ１４の側に曲率中心を有する湾曲形態となる。

このような排気流路部分Ｓ０内の排気の流れは、上述したインジェクタ本体１０内の旋回流（矢印Ｒ２、矢印Ｒ３参照）を効率的に促進できる。これにより、インジェクタ本体１０内の旋回流が効率的に促進されるので、排気に尿素水を効率的に作用させることができる。以下、このように排気流路部分Ｓ０内の排気の流れが、インジェクタ本体１０内の旋回流を促進させる機能を、「旋回流促進機能」とも称する。

排気流路部分Ｓ０は、好ましくは、旋回流促進機能を高めるために、軸心Ｊの方向に視て、曲率中心側の境界が、線分Ｌ１４に対してＹ２側に位置する。すなわち、排気流路部分Ｓ０は、好ましくは、旋回流促進機能を高めるために、湾曲部分全体が線分に対して線分Ｌ１４に対してＹ２側に位置する。これにより、排気流路部分Ｓ０の全体としての湾曲半径を小さくしやすくなり、旋回流促進機能を高めることができる。なお、曲率中心側の境界は、ガイド部材７０により形成され、特にガイド部材７０の接続湾曲部７３により形成される。

また、本実施形態では、ケーシング６０及びガイド部材７０（特に排気流路部分Ｓ０を形成する部分）と、インジェクタ本体１０とは、排気流路部分Ｓ０における湾曲した流れがインジェクタ本体１０内の軸心Ｊまわりの旋回流を促進するように、連通される。例えば、図１３に示すように、インジェクタ本体１０は、矩形開口部５２が排気流路部分Ｓ０に開口するように配置される。これにより、排気流路部分Ｓ０からの排気が矩形開口部５２を介してインジェクタ本体１０内に導入されやすくなり、インジェクタ本体１０内の軸心Ｊまわりの旋回流が促進される。

ここで、図１５で示す比較例では、尿素水噴霧空間Ｓ１に至るまでの排気流路部分Ｓ０’は、本実施形態とは異なり、軸心Ｊの方向に視て、Ｙ２側に膨らむことなく、軸心Ｉと軸心Ｊとを結ぶ線分に関して実質的に対称である。この場合、図１５に矢印Ｒ１’で示すように、軸心Ｊの方向に視て、軸心Ｉから軸心Ｊに向かった直線状の（最短距離の）排気の流れが実現される。このような直線状（最短距離）の排気の流れは、軸心Ｊまわりの旋回流を生む作用を実質的に有さない。これに対して、本実施形態によれば、上述したように、湾曲（蛇行）しつつ軸心Ｉに向かって流れるので、軸心Ｊまわりの旋回流を生むことができる。

以上、各実施形態について詳述したが、特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。また、前述した実施形態の構成要素を全部又は複数を組み合わせることも可能である。

例えば、上述した実施形態では、排気流路部分Ｓ０は、軸心Ｊの方向に視て、軸心Ｉと軸心Ｊとを結ぶ線分Ｌ１４に対してＹ２側に偏る形態であるが、逆であってもよい。すなわち、排気流路部分Ｓ０は、軸心Ｊの方向に視て、軸心Ｉと軸心Ｊとを結ぶ線分Ｌ１４に対してＹ１側に偏る形態であってもよい。

また、上述した実施形態では、軸心Ｊと軸心Ｉとは互いに平行であるが、平行でなくてもよい。

１ 排気浄化装置
ＤＯＣ 酸化触媒
ＤＰＦ ディーゼル微粒子捕集フィルタ
ＳＣＲ 選択触媒還元装置
ＡＳＣ アンモニアスリップ触媒
ＥＮＧ 内燃機関
１００ インジェクタ
１０ インジェクタ本体
１１ 開口
１２ 開口
２０ ノズル取付部
２１ 開口
２２ フランジ
２２ａ 取付孔
２３ 接続部
３０ 制御羽根
５０ 開口部
６０ ケーシング
６０ａ 接続開口部
ＩＮＪ 噴霧方向
Ｊ 軸心
Ｉ 軸心
Ｓ 排気流路
ＳＳ 排気の流れ方向

Claims (10)

1. 内燃機関から排出される排気の排気流路を形成し、第１軸上に排気の導入口中心を有し、前記第１軸とは異なる第２軸上に排気が導出される第２接続開口部中心を有する流路形成部材と、
   筒状の形態であり、前記排気流路の一部に設けられ、排気を内側に取り込む開口部を周壁に有する筒状部材とを備え、
   前記筒状部材は、一端側が前記筒状部材内に還元剤を噴霧するノズルに接続され、他端側が前記第２接続開口部側に開口し、更に、前記他端側の先端が内側に曲げられて、前記還元剤を螺旋状に拡散する制御羽根を形成し、
   前記筒状部材における前記還元剤の噴霧口中心は、前記第２軸上に位置し、
   前記流路形成部材は、前記導入口及び前記ノズルが接続される第１接続開口部を有する第１部材と、前記第１部材に嵌合し、前記第２接続開口部を有する第２部材とを含み、
   前記排気流路のうちの前記筒状部材に至るまでの排気流路部分は、前記第２軸の方向に視て、前記第１軸上の前記排気の導入口中心と前記第２軸上の前記還元剤の噴霧口中心を結ぶ線分に対して一方側に偏る形態である、排気浄化装置。
2. 前記筒状部材が有する前記開口部は、複数の円形開口部と、前記円形開口部よりも大きい矩形開口部とを含み、前記第２軸の方向に視て、前記第２軸まわりの旋回流を、前記筒状部材内の排気に生じさせる、請求項１に記載の排気浄化装置。
3. 前記筒状部材は、内側に前記ノズルを取り付けるノズル取付部が設けられ、
   前記ノズル取付部は、前記筒状部材の他端側に向けて縮径するテーパ部を含み、
   前記ノズル取付部の前記テーパ部は、噴霧された還元剤の流れを制御する、請求項１又は２に記載の排気浄化装置。
4. 前記排気流路部分は、前記第２軸の方向に視て、前記線分の側に曲率中心を有する湾曲した流れを、前記排気流路部分内の排気に生じさせるガイド部材が設けられ、
   前記ガイド部材は、前記第２軸の方向に視て、前記第１軸側に向かって凸状の第１湾曲部位と、前記第２軸側に向かって凸状の第２湾曲部位と、前記第１湾曲部位と前記第２湾曲部位との間に位置し、前記一方側に向かって凸状の接続湾曲部とを含む、請求項１〜３のうちのいずれか１項に記載の排気浄化装置。
5. 前記第２接続開口部に接続される、円筒状のバッフルを更に備え、
   前記バッフルは、更に下流側に向かって縮径するテーパ部を有し、
   前記バッフルの前記テーパ部は、周方向に沿って複数の開口を有する、請求項１〜４のうちのいずれか１項に記載の排気浄化装置。
6. 前記排気流路部分は、前記第２軸の方向に視て、前記一方側に膨らむ形態である、請求項１〜５のうちのいずれか１項に記載の排気浄化装置。
7. 前記排気流路部分は、前記第２軸の方向に視て、前記線分の側に曲率中心を有する湾曲状の形態である、請求項１〜６のうちのいずれか１項に記載の排気浄化装置。
8. 前記第２軸の方向に視て、前記排気流路部分のうちの曲率中心側の境界は、前記線分に対して前記一方側に位置する、請求項１〜７のうちのいずれか１項に記載の排気浄化装置。
9. 請求項１〜８のうちのいずれか１項に記載の排気浄化装置で用いられる流路形成部材。
10. 請求項１〜８のうちのいずれか１項に記載の排気浄化装置で用いられる筒状部材。

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