JP6182500B2 - 排気ガス浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は、排気ガス浄化装置に関し、詳細には内燃機関の排気通路に配置された還元触媒により排気ガス中の有害成分を還元浄化する排気ガス浄化装置に関する。

内燃機関の排気浄化システムの一つに尿素ＳＣＲシステムが知られている。その尿素ＳＣＲシステムでは排気通路に排気ガス中のＮＯｘを選択的に還元浄化するための還元触媒（ＳＣＲ触媒、ＮＯｘ選択還元触媒、ＳＣＲＦ）が設けられる。その還元触媒の上流には、排気ガス中に還元剤としての尿素水を排気通路に噴射する噴射弁が設けられる。そして、還元触媒において、尿素水から生成されたアンモニアでＮＯｘを窒素と水とに分解する還元反応が行われる。

還元触媒でＮＯｘの還元浄化を効果的に行うためには、噴射弁から噴射された液状の還元剤を微粒化して排気ガス中に広い範囲で分散させる必要がある。そこで、従来では、尿素水を効率よく分散（微粒化、蒸発）させるために、還元触媒の前段（上流）の排気通路を旋回流型通路とした技術の提案がある（特許文献１参照）。この特許文献１の技術では、旋回流型通路に尿素水が噴射され、噴射された尿素水及び排気ガスは旋回流型通路を旋回流で通過するので、尿素水及び排気ガスが還元触媒に到達するまでの距離、つまり尿素水の分散距離をかせぐことができる。

米国特許出願公開第２０１２／０２１６５１３号明細書

ところで、この種の排気浄化システムにおいては、還元剤の噴射量が多くなると旋回流型通路の通路壁に還元剤が蒸発せずに滞留してしまう。還元剤が通路壁に滞留すると壁温が低下し、より還元剤の蒸発が滞る。その結果、エミッション量に応じて供給すべき還元剤の還元触媒への到達量の精度が、通路壁に滞留した還元剤量によって大幅に悪化する。また、通路壁に滞留した還元剤は時間をおいて蒸発し還元触媒に到達することがあり、この場合には、想定した量より多い還元剤が還元触媒に供給されてしまい、還元浄化に寄与しない還元剤が還元触媒から下流側に放出されるスリップという現象が発生してしまう。

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、噴射弁から噴射された還元剤の還元触媒への供給精度を向上できる排気ガス浄化装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明の排気ガス浄化装置は、内燃機関（２）の排気通路（３）に配置された還元触媒（５）と、
前記還元触媒の上流側にあって、排気ガスが通過するように構成された通路部（３１）と、
前記還元触媒で還元反応を行わせるための還元剤を噴孔（６４）を介して前記通路部に噴射する噴射弁（６）と、
前記通路部に配置され、前記噴射弁から噴射された還元剤を衝突させるための衝突板（３１４）とを備え、
前記衝突板の板面における２つの幅方向を長手方向及びその長手方向と直交する方向としたとき、前記衝突板は前記長手方向の長さが前記長手方向と直交する方向の長さよりも長い形状となっており、
前記噴射弁には複数の噴孔（６４１〜６４４）が形成されており、
前記複数の噴孔は、前記複数の噴孔から噴射された還元剤が前記長手方向と直交する方向よりも前記長手方向に広がりながら前記衝突板に衝突するように配置されたことを特徴とする。

本発明によれば、通路部に衝突板が配置されているので、噴射弁から噴射された還元剤はその衝突板に衝突し、衝突した還元剤の一部は反発し微粒化してガス流に乗って下流の還元触媒に到達し、残りの大部分は衝突板上で熱をもらって蒸発し気化して下流の還元触媒に到達する。そして、本発明では、噴射弁には複数の噴孔が形成されており、それら複数の噴孔は、噴射された還元剤が衝突板の長手方向に直交する方向（短手方向）よりも長手方向に広がりながら衝突板に衝突するように配置されている。よって、噴射された還元剤を衝突板の長手方向の広い範囲に衝突させることができるととともに、衝突板から外れてしまう還元剤量を抑制できる。還元剤が衝突板の広い範囲に衝突することで、衝突板の各部で受け持つべき還元剤の蒸発に必要な熱量を減らすことができる。これにより、衝突板の各部の温度低下を抑制でき、衝突板に衝突した還元剤を効果的に微粒化できる。よって、通路部に還元剤が滞留してしまうのを抑制でき、還元触媒への還元剤の供給精度を向上できる。

排気浄化システムを示した図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線で排気通路を切ったときの断面図である。 衝突板の平面図である。 噴射弁の断面図である。 噴射弁のノズルの拡大図である。 噴射弁の先端面を正面から見たときの図である。 噴射弁から噴射された尿素水がどのように衝突板に衝突するかを模式的に示した図である。 噴射弁に６個の噴孔を形成した例を示した図である。 噴射弁に２個の噴孔を形成した例を示した図である。

以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。図１は、車両に搭載された排気浄化システム１を示している。先ず、排気浄化システム１の構成を説明する。排気浄化システム１は、本発明の「排気ガス浄化装置」に相当し、内燃機関としてのディーゼルエンジン２（以下、単にエンジンという）から排出される排気ガスを浄化するシステムである。詳細には、排気浄化システム１は、排気ガス中のＮＯｘを浄化する尿素ＳＣＲシステムを含む形で構成されている。その排気浄化システム１では、エンジン２に円筒状の排気通路３が接続されており、エンジン２から排出された排気ガスはその排気通路３を流れて車両外に排出されるようになっている。

排気通路３には、排気ガス中の有害成分の一つであるＨＣやＣＯを酸化浄化する酸化触媒４（ＤＯＣ：Diesel Oxidation Catalyst）が配置されている。酸化触媒４は、例えば、ウォールスルータイプのセラミック製ハニカムや金属製のメッシュなどに、ＨＣ、ＣＯの酸化反応を促進させる触媒成分（例えば、Ｐｔ（白金）やＰｄ（パラジウム）など）を担持した構造となっている。

酸化触媒４の活性は温度による依存性が高く、低温ではほとんど酸化作用はない。そのため、エンジン２の始動後に早めに酸化触媒４を暖めてＨＣやＣＯの酸化浄化を促進するために、酸化触媒４は後述するＳＣＲＦ５よりも上流（エンジン２に近い側）に配置されている。また、酸化触媒４は、酸化反応により排気ガスを昇温して、昇温した排気ガスによりＳＣＲＦ５に堆積した粒子状物質（ＰＭ、すす）を燃焼除去する役割も担っている。

酸化触媒４の下流の排気通路３には、排気ガス中のＮＯｘを選択的に還元浄化するＳＣＲＦ（Selective Catalytic Reduction Filter）５が配置されている。ＳＣＲＦ５は、ＮＯｘのＳＣＲ（選択触媒還元）を促進する触媒成分（ＳＣＲ触媒）を含有するとともに、排気ガス中の粒子状物質を捕獲する機能も有している。ＳＣＲＦ５は、例えば、ウォールスルータイプのセラミック製ハニカムに触媒成分を担持した構造となっている。排気ガスは、ＳＣＲＦ５の多孔性の隔壁を通過しながら下流に流れ、その間に排気ガス中の粒子状物質がＳＣＲＦ５に捕集される。

ＳＣＲＦ５に含有されている触媒成分は、尿素水から生成されたアンモニア（ＮＨ３）とＮＯｘとの還元反応として例えば下記式１、式２、式３の還元反応を促進させるものであり、例えばバナジウム、モリブデン、タングステン等の卑金属酸化物である。このように、排気ガスがＳＣＲＦ５を通過する間に、ＮＯｘは例えば下記式１、式２、式３により水や窒素に分解（浄化）する。なお、ＳＣＲＦ５に代えて、通常のＳＣＲ触媒、すなわち粒子状物質の捕集機能を有せず、ＮＯｘの還元浄化のみを行うタイプの触媒を採用しても良い。
４ＮＯ＋４ＮＨ３＋Ｏ２→４Ｎ２＋６Ｈ２Ｏ ・・・（式１）
６ＮＯ２＋８ＮＨ３→７Ｎ２＋３Ｈ２Ｏ ・・・（式２）
ＮＯ＋ＮＯ２＋２ＮＨ３→２Ｎ２＋３Ｈ２Ｏ ・・・（式３）

なお、ＳＣＲＦ５は無尽蔵にアンモニアを貯蔵できるわけではなく、ＳＣＲＦ５に貯蔵できるアンモニアの最大貯蔵量は、ＳＣＲＦ５の温度（触媒温度）によって変化する。触媒温度が急激に下がった場合や、ＳＣＲＦ５にアンモニア（尿素水）が過剰供給された場合には、ＳＣＲＦ５からアンモニアが放出されるアンモニアスリップという現象が発生する。そのため、ＳＣＲＦ５の下流の排気通路には、ＳＣＲＦ５から放出されたアンモニアを浄化するための酸化触媒が設けられることがある。

酸化触媒４とＳＣＲＦ５の間の通路部３１は、排気ガスを旋回流で通過させる、つまり旋回流を生じさせる旋回流型通路に構成されている。以下では、旋回流型通路をスパイラルミキサーという。スパイラルミキサー３１の長さ、つまり酸化触媒４とＳＣＲＦ５の間の長さは、例えば５０ｍｍ〜１００ｍｍ程度となっている。スパイラルミキサー３１は、後述する噴射弁６から噴射された尿素水（尿素水噴霧）を排気ガス中に分散させて、尿素水と排気ガスとの混じりを良くするための通路である。そのスパイラルミキサー３１は、該スパイラルミキサー３１の外周壁を構成する円筒状の外筒３１１と、その外筒３１１の中心軸線Ｌ１上に配置されてその中心軸線Ｌ１の方向に伸びた棒状のボス３１２と、外筒３１１及びボス３１２に溶接接続されてボス３１２の外周に沿ってスパイラル状（らせん状）に形成された旋回流板３１３とを備えている。なお、本実施形態では、排気ガスの旋回流は上流側から見て、右回り（時計回り）に発生する（後述する図２の方向（下流側からの方向）から見ると左回り）。ただし、上流側から見て、左回り（反時計回り）の旋回流を発生させるスパイラルミキサーを採用しても良い。

図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線でスパイラルミキサー３１を切ってそのスパイラルミキサー３１を下流側から見たときの断面図である。なお、ＩＩ−ＩＩ線は、スパイラルミキサー３１の出口部とＳＣＲＦ５の間の領域において軸線Ｌ１に直交する線である。図１、図２に示すように、スパイラルミキサー３１には、噴射弁６から噴射された尿素水を衝突させる一つの衝突板３１４が設けられている。その衝突板３１４は、噴射弁６が尿素水を噴射する領域であるスパイラルミキサー３１の入口領域にて、衝突板３１４の板表面（衝突面）が噴射弁６の側に向く形で、配置されている。具体的には、衝突板３１４は、旋回流板３１３の外周位置、つまり外筒３１１に近い位置にて、旋回流板３１３の板面から起立する形で配置されている。ここで、衝突板３１４は、外筒３１１の壁に沿って周方向に配置されているので、噴射された尿素水がスパイラルミキサー３１のボス３１２にさえぎられるのを避けることができる。なお、衝突板３１４の周縁が旋回流板３１３に溶接等で接続されている。また、衝突板３１４と旋回流板３１３とは、一体に成型されても良い。

ここで、図３は、衝突板３１４の平面図であり、図２のＡ矢視方向から見たときの衝突板３１４を示している。なお、Ａ矢視方向は、噴射弁６の軸線Ｌ４の方向、つまり噴射弁６の尿素水噴射方向である。図３に示すように、衝突板３１４は、図２のＡ矢視方向から見て四角形状に形成されている。具体的には、衝突板３１４の外周辺を構成する４辺３１４ａ〜３１４ｄを、対向する２辺同士で２組に分けたとき、一方の組を構成する２辺３１４ａ、３１４ｂが、他方の組を構成する２辺３１４ｃ、３１４ｄよりも長くなっている。以下では、辺３１４ａ、３１４ｂが伸びた方向Ｐ３を衝突板３１４の長手方向とし、辺３１４ｃ、３１４ｄが伸びた方向Ｐ４（方向Ｐ３に直角な方向）を衝突板３１４の短手方向（長手方向に直交する方向）という。このように、衝突板３１４は、長手方向Ｐ３の長さＸ１が短手方向Ｐ４の長さＸ２よりも長い形状となっている。なお、本実施形態では、短手方向Ｐ４に伸びた２辺３１４ｃ、３１４ｄは互いに平行となっている。また、それら２辺３１４ｃ、３１４ｄのうち一方の辺３１４ｃが他方の辺３１４ｄよりも長くなっている。つまり、衝突板３１４は、図２のＡ矢視方向から見て台形状に形成されている。

衝突板３１４は、その長手方向Ｐ３が外筒３１１の周方向Ｐ１（図２参照）に向き、短手方向Ｐ４が外筒３１１が伸びた方向Ｐ２（図１参照）に向くように、配置される。これによって、酸化触媒４とＳＣＲＦ５の間の狭い領域に配置されたスパイラルミキサー３１内に衝突板３１４を効果的に配置できる。別の言い方をすると、衝突板３１４を配置することによって、スパイラルミキサー３１の長さ、つまり外筒３１１の方向Ｐ２における長さが必要以上に長くなってしまうのを防止できる。

また、衝突板３１４は、例えば外筒３１１の断面形状（円状）の曲率や旋回流板３１３の曲率に応じた曲率の円弧状（図２の方向から見て円弧状）に形成されている。つまり、衝突板３１４は長手方向Ｐ３に沿って円弧状に形成されている。なお、衝突板３１４は、噴射弁６から噴射された尿素水が衝突するのであれば円弧状でなくても良いし、また、どこに接続されたとしても良い。例えば、衝突板３１４を他の部材を介して外筒３１１に接続しても良い。

また、衝突板３１４の大きさは、スパイラルミキサー３１内に尿素水が滞留するのを抑制することと、排気ガスの流れが阻害されるのを抑制することの両方を考慮して設定するのが好ましい。すなわち、衝突板３１４が大きいほど、噴射弁６から噴射された尿素水を衝突板３１４に衝突させやくなり、衝突板３１４から尿素水への熱伝達量が大きくなるので、尿素水を分散しやくできる。一方で、衝突板３１４が大きすぎると、衝突板３１４の存在により排気ガスが流れにくくなるので、エネルギー損失が大きくなる。

なお、衝突板３１４を含むスパイラルミキサー３１の各部材は、排気ガスや尿素水による腐食を防止するために耐腐食性のある金属（例えばステンレス）で形成されている。

スパイラルミキサー３１の外周壁、つまり外筒３１１には、スパイラルミキサー３１内に尿素水（還元剤）を噴射する噴射弁６が配置されている。具体的には、噴射弁６は、酸化触媒４とＳＣＲＦ５との間に設けられ、スパイラルミキサー３１の入口領域において外筒３１１が伸びた方向Ｐ２に直交する方向に尿素水を噴射するように、別の言い方をすると、その入口領域に配置された衝突板３１４に向けて尿素水を噴射するように、配置されている。噴射弁６が配置される外筒３１１の部分には開口が形成されており、その開口には噴射弁６を装着するための筒状部６２（図２参照）が取り付けられている。噴射弁６はその筒状部６２に装着されている。

図４は、噴射弁６をその軸線Ｌ４を通る平面で切ったとき図（断面図）を示している。噴射弁６は、ガソリンエンジンの筒内または吸気ポート内に燃料を噴射する燃料噴射弁（インジェクタ）と同様の構造を有している。すなわち、噴射弁６は、図４に示すように、電磁ソレノイド等からなる駆動部（図示外）と、尿素水を流通させる尿素水通路やノズル６１（先端噴出口）を開閉するための棒状のニードル６６を有する弁本部とを備えた電磁式開閉弁として構成されている。そして、電磁ソレノイドが通電されると、その通電に伴いニードル６６が開弁方向に移動し、そのニードル６６の移動に伴いノズル６１から尿素水が噴射される。なお、噴射弁６は円筒状の外側プレート６３を備え、ニードル６６はその外側プレート６３の空間６５に配置されている。ニードル６６の軸線Ｌ４が噴射弁６の軸線となる。なお、図４において、空間６５のニードル６６を除く部分（図４のハッチングの部分）は尿素水を示している。

図５はノズル６１の拡大図である。図５に示すように、ノズル６１の先端面６１１には、尿素水の噴射口となる複数の噴孔６４が形成されている。詳細には、本実施形態では、噴孔６４として４個の噴孔６４１〜６４４が形成されており、それら４個の噴孔６４１〜６４４から噴射された尿素水の噴霧が衝突板３１４の広い範囲に衝突するように、先端面６１１における各噴孔６４１〜６４４の配置位置が設定されている。ここで、図６は、図５のＢ矢視方向から見たときの図、つまり先端面６１１を正面から見たときの図である。

図６を参照して噴孔６４１〜６４４の配置位置を説明すると、４個の噴孔６４１〜６４４は、先端面６１１の中心６１２を通る所定の基準線Ｌ３に対して線対称となるように配置されている。なお、中心６１２は、噴射弁６の軸線Ｌ４上の点である（図４参照）。基準線Ｌ３は、中心６１２を通る先端面６１１上の線のうち、図３に示す衝突板３１４の軸線Ｌ２（以下、衝突板軸線という）と同一平面上にある線（言い換えると、衝突板軸線に平行な線）である。なお、図３の衝突板軸線Ｌ２は、衝突板３１４の板面に沿って通る線のうち、衝突板３１４の短手方向Ｐ４の中心を通る、長手方向Ｐ３に伸びた線である。言い換えると、衝突板軸線Ｌ２は、辺３１４ｃの中点と辺３１４ｄの中点の間を通る直線（図３の方向から見て直線）である。なお、上述したように衝突板３１４は円弧状に形成されている（湾曲している）ので、衝突板軸線Ｌ２は、湾曲した衝突板３１４の板面に沿って湾曲した線である。なお、噴射弁６は基準線Ｌ３を先端面６１１に設定できる位置に配置される。

図６に示すように、４個の噴孔６４１〜６４４のうち第１の噴孔６４１及び第２の噴孔６４２は、先端面６１１を基準線Ｌ３を境に２つの領域に分けたときの一方の領域に配置されている。また、第３の噴孔６４３及び第４の噴孔６４４は他方の領域に配置されている。そして、４個の噴孔６４１〜６４４の基準線Ｌ３の方向における配置幅を第１配置幅Ｘ３、その基準線Ｌ３の方向に直角な方向における配置幅を第２配置幅Ｘ４としたとき、第１配置幅Ｘ３のほうが第２配置幅Ｘ４よりも大きくなるように、噴孔６４１〜６４４が配置されている。つまり、第１の噴孔６４１と第２の噴孔６４２の間隔Ｘ３（第３の噴孔６４３と第４の噴孔６４４の間隔でもある）のほうが、第１の噴孔６４１と第４の噴孔６４４の間隔Ｘ４（第２の噴孔６４２と第３の噴孔６４３の間隔でもある）よりも大きい。さらに別の言い方をすると、噴孔６４１〜６４４は、衝突板３１４の短手方向Ｐ４（図３参照）よりも長手方向Ｐ３に相当する方向（基準線Ｌ３の方向）に長い配置幅となるように、配置されている。

また、噴孔６４１〜６４４は基準線Ｌ３に対して線対称に配置されているので、第１の噴孔６４１と第２の噴孔６４２の間隔と、第３の噴孔６４３と第４の噴孔６４４の間隔とが等しい。また、第１の噴孔６４１と第４の噴孔６４４の間隔と、第２の噴孔６４２と第３の噴孔６４３の間隔とが等しい。なお、４個の噴孔６４１〜６４４は、先端面６１１の中心６１２に対し外側方向に傾斜して穿孔されており、図５に示すように尿素水が中心６１２（軸線Ｌ４）から各々遠ざかるように噴射される。これによって、衝突板３１４の広い範囲に尿素水を衝突させることができる。

さらに、噴孔６４１〜６４４は、中心６１２を中心とした同一円周上に配置されている。また、各噴孔６４１〜６４４は互いに同じ大きさに形成されている。これによって、ニードル６６（図４参照）の軸線Ｌ４から同じ距離に各噴孔６４１〜６４４が配置されることになるので、ニードル６６の開弁時に各噴孔６４１〜６４４に供給される尿素水の圧力を噴孔６４１〜６４４間で均一にできる。そして、各噴孔６４１〜６４４は互いに同じ大きさに形成されているので、各噴孔６４１〜６４４から噴射される尿素水噴霧７１〜７４（図５参照）の状態（噴射量、粒径等）を噴孔６４１〜６４４間で均一にできる。

また、噴孔６４１〜６４４から噴射された尿素水の粒径が大きすぎると、尿素水が蒸発（微粒化）しにくくなる。反対に、尿素水の粒径が小さすぎると、噴孔６４１〜６４４から噴射された尿素水が、排気ガスの流れに乗って衝突板３１４から外れてしまう。つまり、尿素水は衝突板３１４に当たりにくくなり、尿素水の分散性が低下してしまう。そのため、尿素水を微粒化して排気ガス中の広い範囲で分散させるという観点では、噴孔６４１〜６４４からは大きすぎでもなく、小さすぎでもない適切な粒径の尿素水を噴射する必要がある。

具体的には、各噴孔６４１〜６４４から噴射される尿素水の噴霧の粒径がザウター平均粒径ＳＭＤ（Ｓａｕｔｅｒ Ｍｅａｎ Ｄｉａｍｅｔｅｒ）で１００μｍ〜２００μｍの範囲内に設定されるのが好ましい。この範囲内に設定することで、尿素水の分散性が向上するという知見を本発明者は得ている。各噴孔６４１〜６４４の大きさや、噴射弁６内における尿素水の圧力、ニードル６６のリフト量等を調整することで、尿素水の粒径を調整することができる。なお、ＳＭＤは、全粒子の全表面積に対する全粒子の全体積と同じ表面積対体積率を有する粒子径を指す。ザウター平均粒径をＤｓ、粒子数をｎ_ｉ、粒径をｄ_ｉとしたとき、Ｄｓは、Ｄｓ＝Σ（ｎ_ｉ・ｄ_ｉ ^３）／Σ（ｎ_ｉ・ｄ_ｉ ^２）で求めることができる。

なお、排気浄化システム１には、尿素水を貯蔵する尿素水タンク（図示外）、尿素水タンクと噴射弁６の間を繋ぐ配管（図示外）、尿素水タンクから尿素水を汲み上げて配管を通じて噴射弁６側に吐出するポンプ（図示外）、配管内の尿素水の圧力を所定圧力となるように調整するレギュレータ（図示外）、噴射弁６を駆動制御する制御回路（図示外）等が設けられている。その制御回路は、噴射弁６を間欠駆動して、エンジン２の運転状態に応じた尿素水量、言い換えるとエンジン２から排出されるＮＯｘ量に応じた尿素水量を噴射弁６で噴射させる。

以上が排気浄化システム１の構成である。次に、排気浄化システム１の作用を説明する。噴射弁６を制御する制御回路はエンジン２の運転状態に応じた量の尿素水を噴射弁６に噴射させる。図７は、衝突板３１４の平面図を示すとともに、噴射弁６から噴射された尿素水がどのように衝突板３１４に衝突するかを模式的に示した図である。図６で説明したように、噴孔６４１〜６４４は、衝突板３１４の長手方向Ｐ３に相当する第１配置幅Ｘ３のほうが、短手方向Ｐ４に相当する第２配置幅Ｘ４よりも大きくなるように配置されているので、図７に示すように、噴射弁６から噴射された尿素水噴霧７５〜７８は、短手方向Ｐ４よりも長手方向Ｐ３に広がりながら衝突板３１４の方に向かう。つまり、尿素水噴霧７５〜７８の長手方向Ｐ３における放射角のほうが、短手方向Ｐ４における放射角よりも大きい。また、噴孔６４１〜６４４は、互いに同じ大きさに形成され、かつ、同一円周状に配置されているので、各噴孔６４１〜６４４からは互いに同等の粒径、同等の量に尿素水が噴射される。

加えて、噴孔６４１〜６４４は、基準線Ｌ３（図６参照）に対して線対称に配置されているので、尿素水噴霧７５〜７８は衝突板３１４に広い範囲に均一に衝突する（図２も参照）。すなわち、衝突板３１４の辺３１４ａ及び辺３１４ｄに寄った領域３１４ｅと、辺３１４ａ及び辺３１４ｃに寄った領域３１４ｆと、辺３１４ｃ及び辺３１４ｂに寄った領域３１４ｇと、辺３１４ｂ及び辺３１４ｄに寄った領域３１４ｈとの全てに尿素水噴霧７５〜７８を衝突させることができる。領域３１４ｅに衝突する尿素水噴霧７５の大部分は、例えば第１の噴孔６４１から噴射された尿素水噴霧７１（図５参照）である。また、領域３１４ｆに衝突する尿素水噴霧７６の大部分は、例えば第２の噴孔６４２から噴射された尿素水噴霧７２（図５参照）である。また、領域３１４ｇに衝突する尿素水噴霧７７の大部分は、例えば第３の噴孔６４３から噴射された尿素水噴霧７３（図５参照）である。また、領域３１４ｈに衝突する尿素水噴霧７８の大部分は、例えば第４の噴孔６４４から噴射された尿素水噴霧７４（図５参照）である。

衝突板３１４に衝突した尿素水噴霧７５〜７８の一部は衝突板３１４で反発し、残りの大部分は排気ガスや衝突板３１４から熱をもらって蒸発（微粒化）する。この際、衝突板３１４の広い範囲に尿素水噴霧７５〜７８が衝突するので、狭い範囲で尿素水噴霧が衝突した場合に比べて、衝突板３１４の各部で受け持つべき尿素水噴霧の蒸発に必要な熱量を減らすことができる。その結果、衝突板３１４に衝突した尿素水噴霧７５〜７８を速やかに蒸発させることができる。別の言い方をすると、衝突板３１４に滞留してしまう尿素水量を抑制でき、衝突板３１４の温度低下を抑制できる。

衝突板３１４に衝突し微粒化した尿素水噴霧は、スパイラルミキサー３１内の広い範囲に満遍なく散らばって、排気ガスとともに旋回流板３１３に囲まれたスパイラル状の通路を通過し、旋回流となってＳＣＲＦ５の上流側表面に到達する。なお、尿素水は、ＳＣＲＦ５の内部で又はＳＣＲＦ５に到達する前に、加水分解によりアンモニア（ＮＨ３）に変換される。そして、ＳＣＲＦ５にて、アンモニアとＮＯｘとが反応して、ＮＯｘが還元浄化される。

以上説明したように、本実施形態によれば、噴射弁から噴射された尿素水を衝突板の広い範囲に均一に衝突させることができ、衝突板から外れてしまう尿素水量を抑制できるので、尿素水を分散させやすくできる。また、尿素水を衝突板の広い範囲に均一に衝突させることで、衝突板の温度低下を抑制でき、その結果、スパイラルミキサー内に尿素水が滞留してしまうのを抑制できる。よって、ＳＣＲＦへの尿素水（アンモニア）の応答性（供給精度）を向上でき、アンモニアスリップを抑制できる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載を逸脱しない限度で種々の変更が可能である。例えば、上記実施形態では、噴射弁の噴孔の個数を４個としたが、複数であれば何個であっても良く、例えば図８に示すように６個の噴孔６７を設けても良いし、図９に示すように２個の噴孔６８を設けても良い。図８、図９は、噴射弁の先端面６１１を正面から見たときの図を示している。なお、図８、図９において、図６と変更がない部分には同一符号を付している。図８の例において、６個の噴孔６７は基準線Ｌ３に対して線対称、かつ同一円周上に配置されている。図８の例では、基準線Ｌ３上に２個の噴孔６７を、基準線Ｌ３を境にして先端面６１１を２つの領域に分けたときの一方の領域に２個の噴孔６７を、他方の領域に２個の噴孔６７を配置している。これら６個の噴孔６７における第１配置幅（基準線Ｌ３の方向における配置幅）Ｘ５は、第２配置幅Ｘ６よりも大きい。このように、噴孔の個数を６個としたとしても上記実施形態と同様の効果が得られるとともに、４個の場合に比べて、一つ当たりの噴孔を小さくできるので、噴孔から噴射された尿素水を蒸発させやすくできる。

また、図９の例では、基準線Ｌ３上に２個の噴孔６８を配置している。この場合も、基準線Ｌ３に対して線対称に２個の噴孔６８が配置されたことになる。また、２個の噴孔６８は先端面６１１の中心６１２を中心とした同一円周上に配置されている。これら２個の噴孔６８における第１配置幅Ｘ７は、第２配置幅Ｘ８（噴孔６８の径）よりも大きい。このように、噴孔の個数を２個としたとしても上記実施形態と同様の効果が得られるとともに、４個、６個の場合に比べて、噴孔の形成に要するコストを削減できる。

また、上記実施形態では、衝突板の形状を平面視で台形状としていたが（図３参照）、長手方向、短手方向を観念できる形状であれば、台形状以外の形状（例えば、平面視で長方形状、平行四辺形状、通常の四角形（平行な２辺が存在しない四角形）、楕円状等）の衝突板を採用しても良い。また、上記実施形態では、基準線Ｌ３（図６参照）に対して線対称に複数の噴孔を配置した例を説明したが、衝突板の形状によっては線対称に配置されていなくても良い。

また、上記実施形態では、スパイラルミキサーのボスが、排気通路の中心軸線と同軸線上に配置された例を説明したが、その中心軸線からずれた位置にボスを配置しても良い。また、ＳＣＲ触媒の上流に、酸化触媒付のＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）を配置した排気浄化システムに本発明を適用しても良い。この場合、図１の酸化触媒４に代えて、酸化触媒付のＤＰＦが配置される。また、還元触媒（ＳＣＲＦ、ＳＣＲ触媒）の上流に酸化触媒が配置されていない排気浄化システムに本発明を適用しても良い。

また、上記実施形態では旋回流型の通路部を例に説明したが、本通路部の形態としては旋回流型でなくても良く、例えば、直線状に排気ガスが流れる通路部であっても良い。

１ 排気浄化システム（排気ガス浄化装置）
２ ディーゼルエンジン（内燃機関）
３ 排気通路
４ 酸化触媒
５ ＳＣＲＦ（還元触媒）
３１ スパイラルミキサー（通路部）
３１４ 衝突板
６ 噴射弁
６４、６４１〜６４４、６７、６８ 噴孔

Claims (9)

1. 内燃機関（２）の排気通路（３）に配置された還元触媒（５）と、
   前記還元触媒の上流側にあって、排気ガスが通過するように構成された通路部（３１）と、
   前記還元触媒で還元反応を行わせるための還元剤を噴孔（６４）を介して前記通路部に噴射する噴射弁（６）と、
   前記通路部に配置され、前記噴射弁から噴射された還元剤を衝突させるための衝突板（３１４）とを備え、
   前記衝突板の板面における２つの幅方向を長手方向及びその長手方向と直交する方向としたとき、前記衝突板は前記長手方向の長さが前記長手方向と直交する方向の長さよりも長い形状となっており、
   前記噴射弁には複数の噴孔（６４１〜６４４）が形成されており、
   前記複数の噴孔は、前記複数の噴孔から噴射された還元剤が前記長手方向と直交する方向よりも前記長手方向に広がりながら前記衝突板に衝突するように配置され、
   前記衝突板の前記長手方向と直交する方向の中心を通り、かつ前記長手方向に伸びた線である衝突板軸線と同一平面上にあって、前記噴射弁の先端面（６１１）上で当該先端面の中心（６１２）を通る線を基準線として、
   前記複数の噴孔は、前記基準線の方向における前記複数の噴孔の配置幅である第１配置幅のほうが、前記基準線の方向に直角な前記先端面内の方向における前記複数の噴孔の配置幅である第２配置幅よりも大きくなるように、前記先端面に配置されたことを特徴とする排気ガス浄化装置（１）。
2. 前記通路部は、旋回流で前記排気ガスが通過するように構成された旋回流型通路であることを特徴とする請求項１に記載の排気ガス浄化装置。
3. 前記還元触媒の上流の前記排気通路に配置された酸化触媒（４）を備え、
   前記旋回流型通路は、前記酸化触媒と前記還元触媒の間に備えられ、
   前記衝突板は、前記長手方向が前記旋回流型通路の外筒（３１１）の周方向に向くように配置されたことを特徴とする請求項２に記載の排気ガス浄化装置。
4. 前記複数の噴孔は同一円周上に配置されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の排気ガス浄化装置。
5. 前記複数の噴孔は、前記基準線に対して線対称となるように配置されたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の排気ガス浄化装置。
6. 前記複数の噴孔は、前記噴射弁の先端面の中心に対し外側方向に傾斜して穿孔されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の排気ガス浄化装置。
7. 前記噴孔から噴射される還元剤の噴霧の粒径がザウター平均粒径で１００μｍ〜２００μｍであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の排気ガス浄化装置。
8. 前記還元剤は尿素水であり、
   前記還元触媒は、尿素水から生成されたアンモニアで排気ガス中のＮＯｘを還元させる触媒であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の排気ガス浄化装置。
9. 内燃機関（２）の排気通路（３）に配置された還元触媒（５）と、
   前記還元触媒の上流の前記排気通路に配置された酸化触媒（４）と、
   前記還元触媒の上流側にあって、排気ガスが通過するように構成された通路部（３１）と、
   前記還元触媒で還元反応を行わせるための還元剤を噴孔（６４）を介して前記通路部に噴射する噴射弁（６）と、
   前記通路部に配置され、前記噴射弁から噴射された還元剤を衝突させるための衝突板（３１４）とを備え、
   前記衝突板の板面における２つの幅方向を長手方向及びその長手方向と直交する方向としたとき、前記衝突板は前記長手方向の長さが前記長手方向と直交する方向の長さよりも長い形状となっており、
   前記噴射弁には複数の噴孔（６４１〜６４４）が形成されており、
   前記複数の噴孔は、前記複数の噴孔から噴射された還元剤が前記長手方向と直交する方向よりも前記長手方向に広がりながら前記衝突板に衝突するように配置され、
   前記通路部は、前記酸化触媒と前記還元触媒の間に備えられた、旋回流で前記排気ガスが通過するように構成された旋回流型通路であり、
   前記衝突板は、前記長手方向が前記旋回流型通路の外筒（３１１）の周方向に向くように配置されたことを特徴とする排気ガス浄化装置（１）。
   

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