CN101175907A - 废气净化方法及废气净化系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种废气净化方法，在通过排气管内喷射装置(13)将由配设在内燃机(E)的排气通路(4)中的废气净化装置(10)消耗的净化剂(F)供给到上述废气净化装置(10)的上游侧的上述排气通路(4)内、使其混入到废气(G)中。在上述排气通路(4)中设有与该排气通路(4)的上游侧相比排气通路(4)扩大的台阶(4b)，在废气(G)的流动中产生涡流，并且对上述台阶(4b)的位置或其附近喷射上述净化剂(F)，促进上述净化剂(F)的微粒化。由此，在排气通路(4)内能够以较短的距离高效率地促进净化剂(F)的蒸发及扩散。并且，能够使净化剂在均匀化的状态下到达废气净化装置(10)。因此，废气净化系统(1)在小型车等中也能够使用。

Description

废气净化方法及废气净化系统
技术领域
本发明涉及废气净化方法及废气净化系统，在排气通路内对内燃机的废气喷射净化剂而将废气净化或者进行废气净化装置的再生。
背景技术
对于汽车的排气限制增加了严格性，成为仅通过发动机方面的技术开发不能赶上的状况。因此，将废气通过后处理装置净化是不可或缺的。对于用来从柴油发动机或一部分汽油发动机等的内燃机或各种燃烧装置的废气中将NOX(氮氧化物)还原除去的NOX催化剂、以及将这些废气中的粒子状物质(微粒物质：以下称作PM)除去的柴油机微粒过滤器装置(以下称作DPF装置)，进行了各种研究及提案。
其中，作为柴油发动机用的NOX减量催化剂有氨选择还原型NOX催化剂(Selective Catalystic Reduction：SCR催化剂)、NOX吸附还原型催化剂、NOX直接还原型催化剂。
在具备氨选择还原型NOX催化剂的废气净化系统中，对从发动机出口到氨选择还原型NOX催化剂的排气管之中喷射尿素水溶液、氨、氨水等的氨类溶液(这里称作“净化剂”)，将废气与氨类溶液混合。并且，通过与产生了氨的NOX的选择性还原反应，将NOX净化。
在具备NOX吸附还原型催化剂的废气净化系统中，NOX吸附还原型催化剂是担载具有氧化功能的贵金属催化剂、和碱性金属等的具有NOX吸附功能的NOX吸附材料而形成的。由此，根据废气中的氧浓度，发挥NOX吸附和NOX释放净化的两个功能。并且，在NOX吸附推测量变为NOX吸附饱和量时，使废气的空燃比成为富燃状态，进行NOX吸附能力恢复用的再现控制。在该再现控制的一个中，有向排气管直接供给燃料等的碳化氢(这里称作“净化剂”)的排气管内喷射富燃控制。
此外，在具备NOX直接还原型催化剂的废气净化系统中，NOX直接还原型催化剂在作为β型沸石等的担载体上担载作为催化剂成分的铑(Rh)或钯(Pd)等的金属，将NOX直接还原。并且，如果NOX还原功能恶化，则进行使废气的空燃比成为富燃空燃比、将催化剂的活性物质再生而活性化的NOX还原性能恢复用的再现控制。在该再现控制的一个中，有向排气管直接供给燃料等的碳化氢(这里称作“净化剂”)的排气管内喷射富燃控制。
此外，在具备捕集废气中的PM(粒子状物质)的连续再现型DPF的废气净化系统中，将被捕集积存在过滤器部分上的PM燃烧除去来再生过滤器。为此，通过排气管内喷射，对排气管内供给轻油燃料等的碳化氢(这里称作“净化剂”)，通过配置在过滤器的上游侧的氧化催化剂或担载在过滤器上的氧化催化剂，使该碳化氢氧化。通过该氧化，使过滤器的温度上升，进行将过滤器的PM燃烧除去的动作。
在这些排气管内喷射中，如果净化剂在偏倚的状态下到达催化剂或连续再生型DPF，则废气的NOX净化及NOX催化剂的再生及连续再生型DPF的再现的效率降低，并且净化剂没有被充分消费而被向下游侧排出。因此将净化剂大致均匀地供给到废气中、使废气与净化剂的混合浓度均匀化是重要的，并进行了各种努力。
其中之一，例如日本特开平2-223624号公报所述，提出了用筒状的气化促进用的引导部包围氨水喷雾嘴的、脱硝装置的氨混合装置。在该装置中，氨水喷雾嘴使其前端突出到形成排气通路的弯头内。此外，该嘴配设为，使氨水的方向成为与废气的流动方向相同的方向。
但是，在设在弯头内的情况下，废气在弯头内较大地弯曲。因此，离心力作用，被喷雾到废气中的净化剂冲撞到弯头的弯曲处的外侧面上。因此，有不能避免未气化的净化剂成为液态而附着到弯头的外侧面上的问题。
此外，如例如日本特开平6-235317号公报所记载的那样，还提出了使从喷雾装置的喷雾口到废气净化装置(净化材料)的距离为100mm～600mm、并且将碳化氢温度调节为300℃～400℃、以便能够在避免碳化氢的热分解的同时使喷雾的碳化氢充分地扩散的废气净化装置。
但是，在该结构中，由于喷雾口过于接近废气净化装置的入口、在废气净化装置内进行净化剂与废气的混合，所以有难于使净化剂与废气的混合均匀化的问题。
此外，如例如日本特开2002-213233号公报所记载的那样，还提出了为了使还原剂均匀地扩散到排气中、在还原剂喷射装置(混入部)的下游位置的排气管内设置节流部而局部地构造出高流速而低压的状态、促进还原剂的气化的发动机的排气净化构造、以及在还原剂喷射装置(混入部)的下游位置的排气管内设置搅拌部件而引起紊流、促进排气流动的搅拌的发动机的排气净化构造。
但是，在设有节流部的情况下，在还原剂为喷雾状态的情况下，由于在节流部中流动的方向向中心方向变化，所以有惯性力作用的喷雾状态的还原剂冲撞到节流部的壁面上而以液态附着的问题。此外，在设有搅拌部件的情况下，同样有喷雾状态的还原剂冲撞到搅拌部件上而以液态附着的问题。
进而，如例如日本特表平11-512165号公报所记载的那样，提出了将由压缩机压缩的压缩空气和尿素水等的反应剂(净化剂)混合、从喷雾器装置向排气管内喷雾、实现微粒化以使净化剂容易蒸发的内燃机的废气内的氮氧化物的削减方法及装置。
但是，该空气辅助方式带来的净化剂供给，仅在装备有空气箱及压缩机的中大型车中能够进行。因此，在小型卡车或乘用车中使用的情况下，由于没有装备空气箱，所以难以采用空气辅助方式。因此，在小型卡车或轿车中，无空气方式是优选的。但是，在该无空气方式中，已知一般难以进行喷射的尿素水溶液的均匀扩散性的确保。
作为该无空气方式之一，考虑设置较长的喇叭形管以使喷射到排气管内的净化剂能够均匀地扩散、带来能够进行蒸发和扩散的余地的方法。但是，在该方法中，由于从喷射位置到催化剂等的距离变长，所以在过渡运转的排气限制行驶模式中，由于有响应延迟，所以有不能充分地追随净化控制及再现控制的问题。
专利文献1：日本特开平2-223624号公报
专利文献2：日本特开平6-235317号公报
专利文献3：日本特开2002-213233号公报
专利文献4：日本特表平11-512165号公报
发明内容
本发明是为了解决上述问题而做出的，其目的是提供一种通过混合喷射压缩空气、能够在排气管内以较短的距离高效率地促进净化剂的蒸发及扩散、能够使净化剂在均匀化的状态下到达净化装置、在不使用将净化剂微粒化的空气辅助方式的小型车等中也能够使用的废气净化方法及废气净化系统。
用来达到上述那样的目的的废气净化方法，通过排气管内喷射装置将由配设在内燃机的排气通路中的废气净化装置消耗的净化剂供给到上述废气净化装置的上游侧的上述排气通路内，使其混入到废气中，其特征在于，在上述排气通路中设有与该排气通路的上游侧相比排气通路扩大的台阶，在废气的流动中产生涡流，并且对上述台阶的位置或其附近喷射上述净化剂，促进上述净化剂的微粒化。
另外，该所谓的台阶的附近，是指喷射(或喷雾)的净化剂的至少一部分被卷入到由台阶产生的涡流中的范围，包括台阶的上游侧、台阶部分和台阶的下游侧。
此外，该台阶的形状也可以均等地扩大，即，使上游侧的小截面积部的面积中心(重心)与下游侧的大截面积部的面积中心一致。但是，根据排气管内直接喷射装置的配置及喷射方向、喷射速度及废气的流速等，也可以不均等地扩大，即，使使上游侧的小截面积部的面积中心与下游侧的大截面积部的面积中心成为不一致的状态。换言之，在圆形配管的情况下，既可以将大径管同心地连接在小径管上，也可以偏心地连接。此外，在方形的筒状配管的情况下，既可以均等扩大、也可以不均等扩大、也可以部分扩大。
通过该结构，喷射到废气的涡流部分或其附近的净化剂通过在该台阶处产生的涡流促进与废气的混合。通过该混合，能够在短距离进行净化剂的分散均匀化和蒸发。因此，净化剂在排气管内以较短的距离高效率地蒸发及扩散。因此，净化剂可在均匀化的状态下到达废气净化装置。
即，在排气通路(排气管)中设置台阶，故意地在稳定的废气的流动中产生涡流，向产生该涡流的部分的附近的废气中喷射净化剂。喷射且被微粒化的净化剂在先进入到涡流区域后，一边与废气混合一边进行扩散，同时向下游侧流动。因此，能够防止净化剂相对于流动的横截面成为偏倚的状态。
因此，能够避免因净化剂的偏倚而引起的局部的废气温度的降低。并且，由于没有净化剂偏倚，废气的温度均匀化，且没有温度较低的部分，所以能够高效率地进行净化剂的蒸发。
因此，即使是净化剂的喷射位置与废气净化装置的距离配置得较短，也能够使净化剂均匀地扩散并向废气净化装置输送。因此，即使是过渡运转的排气限制行驶模式，响应延迟也变少，净化控制及再生控制的追随性提高。
此外，设置该台阶的结构，即、使排气通路的截面积不连续地变化的结构是简单的，并且与在排气通路内设置搅拌部件等的结构相比，没有由净化剂或废气中的粒子状物质(PM)等的附着而带来的排气通路的压力损失的增加的可能性。
进而，在上述废气净化方法中，如果使喷射到上述排气通路内的净化剂冲撞到分散部件上，促进上述净化剂的微粒化，则能够进一步地进行微粒化及均匀分散化。作为该分散部件，有使净化剂冲撞的部分相对于净化剂的喷射方向适当地(例如30°～60°)倾斜的冲撞板等。另外，在使喷射方向平行于废气的流动的方向的情况下，也可以将分散部件用使圆锥的顶点对置于净化剂的喷射口的圆锥形状的棒状体形成。
另外，净化剂冲撞的面的形状为了通常加工容易而使用平面，但为了使喷射的净化剂的扩散分布最合适，也可以使用圆柱面或球面、圆锥面等的曲面。
或者，用来达到上述目的的废气净化方法，通过排气管内喷射装置将由配设在内燃机的排气通路中的废气净化装置消耗的净化剂供给到上述废气净化装置的上游侧的上述排气通路内，使其混入到废气中，其特征在于，使喷射到上述排气通路内的净化剂冲撞到分散部件上，促进上述净化剂的微粒化。通过该结构，能够使喷射的净化剂微粒化或蒸发等，以均匀地分散的状态供给到废气净化装置中。
此外，用来达到上述那样的目的废气净化系统，在内燃机的排气通路中具备废气净化装置，并且具备将由该废气净化装置消耗的净化剂供给到上述废气净化装置的上游侧的上述排气通路内、使其混入到废气中的排气管内喷射装置，其特征在于，在上述排气通路中，在上述排气管内喷射装置的喷射口的位置或其附近的上述排气通路中设有与该排气通路的上游侧相比排气通路扩大的台阶。
通过该结构，由于能够对由台阶产生的废气的涡流部分或其附近喷射净化剂，所以通过该涡流可以促进与废气的混合。通过该混合，能够以短距离高效率地进行净化剂的分散均匀化和蒸发。因此，即使排气管内喷射装置的喷射口与废气净化装置之间较短，净化剂也能够以均匀分散状态到达废气净化装置。在排气通路中设有台阶的结构的构造较简单，并且没有因净化剂或废气中的粒子状物质(PM)等的附着而引起排气管的压力损失的增加的可能性。
此外，在上述废气净化系统中，如果在上述排气通路内构成为在上述净化剂的喷射路径中设有促进上述净化剂微粒化的分散部件，则使喷射到排气通路内的净化剂冲撞到分散部件，能够促进净化剂的微粒化，能够进一步微粒化及均匀分散化。作为该分散机构，使用由喷射的冲撞使微粒化作用与喷射方向分散化的冲撞部件等。
或者，用来达到上述那样的目的的废气净化系统，在内燃机的排气通路中具备废气净化装置，并且具备将由该废气净化装置消耗的净化剂供给到上述废气净化装置的上游侧的上述排气通路内、使其混入到废气中的排气管内喷射装置，其特征在于，该排气管内喷射装置构成为，在上述净化剂的喷射路径中设有促进上述净化剂的微粒化的分散部件。通过该结构，能够使喷射的净化剂微粒化及均匀分散化。
并且，在上述废气净化系统中，构成为，上述废气净化装置具备氨还原选择型NOX催化剂而形成，上述净化剂是氨类溶液。作为该氨类溶液，有在氨还原选择型NOX催化剂中使用的氨水、氨水溶液、尿素水溶液等。
或者，在上述废气净化系统中，构成为，上述废气净化装置由具备上游侧的氧化催化剂和下游侧的NOX吸附还原型催化剂而形成的废气净化装置、具备上游侧的氧化催化剂和下游侧的NOX直接还原型催化剂而形成的废气净化装置、或者具有氧化催化剂的连续再生型柴油机微粒过滤器而形成的废气净化装置的任一个构成，并且，上述净化剂是碳化氢。
通过这些结构，在各个废气净化系统中，能够将净化剂适当地、均匀地混入到废气中，并供给到废气净化装置中。因此，能够高效率地进行NOX的净化、NOX吸附还原型催化剂及NOX直接还原型催化剂的再现、连续再生型柴油机微粒过滤器的再现。
发明效果：
如上所述，根据有关本发明的废气净化方法及废气净化系统，在排气管内能够以较短的距离高效率地促进净化剂的蒸发及扩散，能够将净化剂以均匀分散状态供给到废气净化装置中。
并且，由于不使用压缩空气，所以在不使用空气辅助方式的小型车等中也能够使用。
附图说明
图1是表示有关本发明的实施方式的废气净化系统的整体结构的图。
图2是表示在排气通路的台阶的上游侧设有排气管内喷射装置的结构的局部图。
图3是表示在排气通路的台阶部位设有排气管内喷射装置的结构的局部图。
图4是表示在排气通路的台阶的下游侧设有排气管内喷射装置的结构的局部图。
图5是表示在排气通路的台阶附近设有由冲撞板形成的分散部件的结构的局部图。
图6是表示在排气通路的台阶附近设有由在头部具有圆锥的棒状体形成的分散部件的结构的局部图。
图7是表示没有排气通路的台阶而设有由冲撞板形成的分散部件的结构的局部图。
图8是表示没有排气通路的台阶而设有由在头部具有圆锥的棒状体形成的分散部件的结构的局部图。
图9是表示实施例的废气净化系统的排气通路的台阶与排气管内喷射装置的附近的结构的图。
图10是表示比较例1的废气净化系统的排气通路的台阶与排气管内喷射装置的附近的结构的图。
图11是表示比较例2的废气净化系统的排气通路的台阶与排气管内喷射装置的附近的结构的图。
图12是表示实施例与比较例1、2的NOX净化率的图。
图13是表示实施例与比较例1、2的氨滑移(ァンモニァスリップ)的图。
具体实施方式
以下，参照附图对有关本发明的实施方式的废气净化系统进行说明。
图1示出本发明的第1实施方式的废气净化系统1的结构。在该废气净化系统1中，在发动机(内燃机)E的排气通路4中配置有具有氨选择还原型NOX催化剂11的废气净化装置10。
该氨选择还原型NOX催化剂11是在由堇青石或氧化铝、氧化钛等形成的蜂窝构造的担载体(催化剂构造体)上担载二氧化钛钒、沸石、氧化铬、氧化锰、氧化钼、氧化钛、氧化钨等而形成的。
在该氨选择还原型NOX催化剂11中，在氧过剩的氛围中，将尿素水溶液、氨、氨水等的氨类溶液(净化剂)F喷射到排气通路4内，将氨供给到氨选择还原型NOX催化剂11中。并且，通过对于废气中的NOX与氨有选择地反应，将NOX还原净化为氮。
因此，为了将成为NOX的还原剂的氨类溶液F通过喷射或喷雾供给到氨选择还原型NOX催化剂11的上游侧的排气通路4中而设有排气管内喷射装置13。该排气管内喷射装置13将从未图示的储藏箱经由未图示的配管供给来的氨类溶液F直接喷射到排气通路4内。
此外，为了测量氨选择还原型NOX催化剂11的温度，将上游侧温度传感器15和下游侧温度传感器16分别设置在氨选择还原型NOX催化剂11的上游侧和下游侧，即前后。根据设置在该两处的温度传感器15、16的温度差来推测催化剂11内的温度差。
进而，废气净化系统1的控制装置被组装在发动机E的控制装置20中。该废气净化系统1的控制装置与发动机E的运转控制并行地进行废气净化系统1的控制。该废气净化系统1的控制装置进行排气管内喷射装置13的氨类溶液F的喷射控制。
在该喷射控制中，根据发动机E的运转状态(转速及负荷)，使氨类溶液F的喷射量变化。通过该喷射量F的变化，即使废气G的流量变化，也更高效率地将废气G中的NOX还原。此外，在该喷射控制中控制喷射量，以使氨向废气净化装置10的下游侧的被净化过的废气Gc中的流出(氨滑移)尽量变少。
并且，在本发明中，在排气通路4的排气管内喷射装置13的喷射口13a的附近，设有废气的通路的截面积从下游侧向上游侧不连续地变大的台阶4b。该台阶4b的上游侧连接到废气的通路的截面积为一定的作为小截面部的小径部4a上，下游侧连接在废气的通路的截面积为一定的作为大截面部的大径部4c上。该大径部4c连接在废气净化装置10上。
此外，在图1的结构中，排气管内喷射装置13沿着排气通路4的内壁设有喷射口(开口部)13a，以将氨类溶液F相对于排气通路4的废气G的流动的方向沿垂直方向喷射。即，使从喷射口13a喷射的氨类溶液F的流动的方向为与排气通路4的轴向垂直的方向。
此外，该喷射口13a与台阶4b的位置关系如图2所示，将喷射口13a设在台阶4b的上游侧，或者如图3所示那样，将喷射口13a设置在台阶4b的位置上，或者如图4所示那样将喷射口13a设置在台阶4b的下游侧。不管选择它们的哪一个，都可以根据废气G的流速范围、被喷射的氨类溶液F的流速、排气通路4的大小、台阶4b的大小及形状、台阶4b与废气净化装置10的距离等的关系来决定。另外，在图1～图3中用虚线表示的涡流单纯为了说明用而示意地表示，并不是表示数值计算结果及实验结果的推移。
此外，氨类溶液F的喷射中心的倾斜角度、喷射的扩散范围、喷射口13a的位置等也可以与各个废气净化系统1的构造相对应地采用最适当的结构。即，也可以采用图1到图4那样的与废气G的流动方向垂直的方向喷射的结构以外的结构。也可以采用例如图6所示那样的、沿与废气G的流动的方向并行的方向喷射的结构。
此外，该台阶4b的形状在图1～图4中均等地扩大，即上游侧的小径部4a与下游侧的大径部4c同心地形成。但是，根据排气管内直接喷射装置13的配置及喷射方向、喷射速度及废气G的流速等，也可以偏心地连接。此外，小径部4a与大径部4c的截面形状也可以不同。例如，也可以将小径部4a做成圆形管、将大径部4c做成椭圆形管等。总而言之，只要是能够将喷射到排气通路4内的氨类溶液F高效率地混合到废气G中、能够产生可分散及均匀化的涡流的形状就可以。
根据该结构，在排气通路4的直线状部分中设有台阶4b，在稳定的废气的流动中故意地产生涡流。与此同时，通过在该台阶4b的附近设置排气管内喷射装置13的喷射口13a而喷射氨类溶液F的结构，氨类溶液F通过由该台阶4b产生的涡流与废气G混合并扩散。因此，废气温度均匀化，不会产生温度较低的部分。因此，可高效地进行氨类溶液F的蒸发。并且，在排气通路4内，通过较短的距离，氨类溶液F高效率地蒸发及扩散，均匀地到达废气净化装置10中。因此，即使是排气管内喷射装置13的喷射口13a与废气净化装置10的距离较短的配置，也能够使氨类溶液F均匀地扩散，并向废气净化装置10供给。
此外，通常废气净化装置10的截面积形成得比排气通路4的截面积大，所以该台阶4b的下游侧的大径部4c也能够发挥承担用来进行废气净化装置10的安装的截面积扩大的一部分的效果。
接着，对第2实施方式进行说明。在该第2实施方式中，如图5及图6所示，除了第1实施方式的废气净化系统1的结构以外，还在排气通路4的氨类溶液(净化剂)F的喷射路径中，设有作为促进氨类溶液F的微粒化的分散部件的冲撞板17、17A。
该冲撞板17、17A只要具有使喷射到该冲撞板17、17A上的氨类溶液F分散的功能就可以。另外，如果在该冲撞板17、17A中除了喷射的分散功能以外还具有使废气G的流动变为涡流的涡流产生功能，则能够实现氨类溶液F的进一步分散化、均匀化。
在图5所示的结构中，由具有相对于喷射方向适当地(例如30°～60°)倾斜的平面的冲撞板17形成氨类溶液F冲撞的部分。
该冲撞板17在氨类溶液F的喷射方向与废气G的流动方向垂直或接近于垂直的角度时，能够发挥较大的效果。
此外，在图6所示的结构中，由使圆锥的顶点对置于净化剂的喷射口的圆锥形状的棒状体形成冲撞板17A。该结构在氨类溶液F的喷射方向与废气G的流动方向成为平行或接近并行的角度时能够发挥较大的效果。
通过该冲撞板17、17A的分散效果，能够促进氨类溶液F的微粒化，能够进一步微粒化及均匀分散化。
接着，对第3实施方式进行说明。在该第3实施方式中，如图7及图8所示，其构成为如下机构，与第2实施方式的废气净化系统的结构同样，在排气通路4中的氨类溶液(净化剂)F的喷射路径中设有促进氨类溶液F的微粒化的冲撞板17、17A，但在排气通路4中没有设置台阶。
该冲撞板17、17A可以是与第2实施方式的情况相同的结构，能够得到相同的作用效果。但是，在排气通路4中没有台阶4b，相应地不能利用台阶4b产生的涡流。但是，由于冲撞板17、17A自身产生涡流，所以能够利用该涡流的作用效果。该涡流的作用效果一般比由台阶4b产生的涡流的作用效果小。但是，通过将冲撞板17、17A的形状做成容易产生涡流的形状，能够得到需要的分散化及均匀化的效果。
接着，对第4～第6实施方式的废气净化系统进行说明。在该第4～第6实施方式的废气净化系统中，废气净化装置10具备上游侧的氧化催化剂和下游侧的NOX吸附还原型催化剂而被形成。此外，净化剂是碳化氢。其他结构分别与第1～第3实施方式相同。
该氧化催化剂是在由堇青石、碳化硅或不锈钢等的构造材料形成的整体催化剂上担载白金或铑、钯等的催化剂金属而被形成的。此外，NOX吸附还原型催化剂担载具有氧化功能的白金(Pt)等的贵金属催化剂、和碱性金属或碱土类金属、稀土类等的具有NOX吸附功能的NOX吸附材料。由此，根据废气中的氧浓度，能够发挥NOX吸附和NOX释放净化的两个功能。
并且，该NOX吸附还原型催化剂在通常运转时将NOX吸附到催化剂金属中，如果吸附能力接近于饱和，则适时地使流入的废气的空燃比成为富燃空燃比而释放所吸附的NOX，并且将所释放的NOX通过催化剂的三元功能还原。
在已具备该NOX吸附还原型催化剂的废气净化系统中，当NOX吸附推测量变为NOX吸附饱和量时，通过排气管内喷射装置13，直接将作为燃料等的碳化氢(净化剂)F供给到排气通路4中。通过将该碳化氢F用上游侧的氧化催化剂氧化，使废气G的空燃比成为富燃状态，使吸收了的NOX释放。使该被释放的NOX通过贵金属催化剂还原。通过该再生处理，将NOX吸附能力恢复。
接着，对第7～第9实施方式的废气净化系统进行说明。在该第7～第9实施方式的废气净化系统中，废气净化装置10具备上游侧的氧化催化剂和下游侧的NOX直接还原型催化剂而被形成。此外，净化剂是碳化氢。其他结构分别与第1～第3实施方式相同。
该氧化催化剂与第4～第6实施方式相同，是在由堇青石、碳化硅或不锈钢等的构造材料形成的整体催化剂上担载白金或铑、钯等的催化剂金属而被形成的。NOX直接还原型催化剂是在β型沸石等的担载体上担载作为催化剂成分的铑(Rh)或钯(Pd)等的金属而被形成的。进而，进行如下的动作。配合减轻金属的氧化作用、有利于NOX还原能力的保持的铈(Ce)。在下层中设置三元催化剂，促进氧化还原反应、特别是废气富燃状态下的NOX的还原反应。为了提高NOX的净化率而在单体中添加铁(Fe)。
并且，该NOX直接还原型催化剂在通常运转时的稀燃状态下将NOX直接还原。进行该还原时，作为催化剂的活性物质的金属中吸附氧(O2)而使还原性能恶化。因此，在NOX还原性能恶化时，通过排气管内喷射装置13，直接将作为燃料等的碳化氢(净化剂)F供给到排气通路4中。通过将该碳化氢F用上游侧的氧化催化剂氧化，使废气G的空燃比成为富燃状态。通过该富燃状态，将作为催化剂的活性物质的金属再现而活性化。
接着，对第10～12实施方式的废气净化系统进行说明。在该第10～12实施方式的废气净化系统中，废气净化装置10具备具有催化剂的连续再生型柴油机微粒过滤器而被形成。净化剂是碳化氢。其他结构分别与第1～3实施方式同样。
另外，作为具有该氧化催化剂的连续再生型柴油机微粒过滤器，有由上游侧的氧化催化剂和下游侧的过滤器形成的结构，以及由担载了氧化催化剂的过滤器形成的结构等。
该上游侧的氧化催化剂与第4～6实施方式相同，是在由堇青石、碳化硅、或不锈钢等的构造材料形成的整体催化剂上担载白金或铑、钯等的催化剂金属而被形成的。过滤器是由将多孔质的陶瓷的蜂窝的通道的入口和出口交替地封堵的、即以方格图案状封堵的整体蜂窝型壁流式的过滤器形成的。通过该过滤器捕集废气中的PM(粒子状物质)。
此外，担载有氧化催化剂的过滤器是在整体蜂窝型壁流式的过滤器上担载白金或铑、钯等的催化剂金属而形成的。通过该过滤器捕集废气中的PM。
并且，为了将被捕集而积存在过滤器部分上的PM燃烧除去，通过排气管内喷射装置13将轻油燃料等的碳化氢(净化剂)F供给到排气通路4内。通过将该碳化氢F用配置在过滤器的上游侧的氧化催化剂或担载在过滤器上的氧化催化剂氧化，使过滤器的温度上升而将过滤器的PM燃烧除去。
根据上述第1～12实施方式的废气净化系统，在将净化剂F供给到排气通路4内的废气净化系统1中，喷射到台阶4b部分或其附近的净化剂F通过由该台阶4b或冲撞板17、17A产生的涡流促进与废气的混合。通过该混合，能够在短距离内进行净化剂F的分散均匀化和蒸发。因此，净化剂F在短距离内高效率地蒸发及扩散。结果，净化剂F在均匀化的状态下到达废气净化装置。
此外，通过设在排气通路4内的冲撞板17、17A，使所喷射的净化剂F冲撞到冲撞板17、17A上，促进了净化剂F的微粒化，能够进一步微粒化及均匀分散化。
因此，即使是净化剂F的喷射位置与废气净化装置10的距离较短的配置，也能够将净化剂F以均匀扩散的状态向废气净化装置10供给。
实施例
在本发明的第2实施方式中，将设有台阶4b和冲撞板17的结构作为实施例，将图9所示的结构作为实施例，将如图10所示那样使台阶4b与冲撞板(分散部件)17的距离L变长的结构作为比较例1。此外，如图11所示，在比较例1中，将在下游侧设有较长的喇叭形管10a的结构作为比较例2。
这里，各例中，都是小径部4a的直径D1是50mmφb、大径部4c的直径D2是90mmφ、废气净化装置10的大径部4c的直径D3是239mmφ。并且，在实施例中，L1为145mm，L2为555mm，L3为154mm。在比较例1中，L1为670mm，L2为555mm，L3为154mm。在比较例2中，L1为670mm，L2为555mm，L3为870mm。
此外，关于冲撞板17，都是冲撞板17的氨类溶液F冲撞的面的中心从壁面隔开10mm的距离。冲撞板17的冲撞面相对于废气的流动、并且相对于氨类溶液F的主喷射方向都45°倾斜地放置。
关于该实施例与比较例1、2，进行了数值计算的喷雾解析和NOX净化试验。
该数值计算的喷雾解析都是在平均速度42.44m/s、脉动周期44.Hz、脉动振幅12.96m/s、紊流强度3.0％、废气温度550°K、废气密度0.646kg/m3、压力92.5Pa的条件、即在喷雾(所喷射的尿素)的蒸发变得良好的温度并且在催化剂活化温度以上的条件下进行的。根据该喷雾的分布及液滴的流动状态等的计算结果，可知如下的结果。
在实施例中，根据台阶4b附近的流速分布的计算结果可知，废气G一边从小径部4a向大径部4c扩散一边流动，即使是以稳定的流动流过小径部4a的废气G也在这里伴随着紊流和流速的变化而成为不稳定的流动。此外，可知在扩散的废气G到达大径部4c的壁面的位置附近，废气G的一部分沿着壁面逆流。即，在处于排气管内喷射装置(喷射器)13的上游的流场中，返回流(倒流)部分的废气G发生部分逆流而使流速降低，所以在废气流动不断扩散的区域的流场中，速度分布不稳定。
在该实施例中，在该台阶4b附近的废气流动扩散的位置上，与冲撞板(冲撞器)17一起地设置排气管内喷射装置13。利用该位置的流场的不稳定性来促进喷雾扩散。
此外，在表示喷雾变动的液滴的流动状态的计算结果中，可知如下的结果。如果是有台阶4b的排气管形状，则被喷射(或喷雾)的液滴F被取入到由返回流等滞留的部分中，并逐渐向下游流动。因此，蒸发高效率地进行，完全没有到达氨选择还原型NOX催化剂(SCR催化剂)11的液滴F。另外，根据其他计算结果可知，在没有设置台阶4b的情况下，喷射的液滴F在液滴状态下到达氨选择还原型NOX催化剂11。
在比较例1中，如果观察液滴F的流动状态的计算结果，则流场在排气管内喷射装置13的位置上非常稳定，并且由于流速较快，所以来自排气管内喷射装置13的液滴F被喷射到排气通路4中，在冲撞到冲撞板17之后立即随着流动而向下游方向流动。因此，所喷射的液滴F不会扩散到排气管4整体中，喷雾较浓的部分残留到最后。结果，喷雾较浓的部分以液滴的状态到达催化剂前面。
在比较例2中，如果观察液滴F的流动状态的计算结果，则排气管4的形状到喇叭形管10a的扩散部为止与比较例1相同，所以流场也同样稳定且流速较快，从排气管内喷射装置13喷射的液滴F不会扩散到整个排气管4中，而是在喷雾较浓的部分残留到最后的状态下到达扩散部10a。并且，通过将扩散部10a的长度L3延长，喷雾较浓的部分逐渐被扩大，在到达催化剂11的前面的时刻，喷雾浓度大致变得均匀。此外，由于能够确保用来进行喷雾蒸发的时间，所以可知不会像比较例1那样在液滴的状态下到达催化剂前面。
但是，在该比较例2的情况下，通过将扩散部长度L3延长，喷雾到达催化剂11的时间延长，有过渡运转时的响应性降低的问题、和由于扩散部的形状而在装置的车辆搭载时产生制约的问题。
此外，根据喷雾浓度分布的计算结果的比较可知，在实施例中，与比较例1相比，喷雾在均匀地分布的状态下到达催化剂11的前面。根据该结果也可知，喷雾的一部分在被取入而留在返回流中的同时逐渐向下游流动。
接着，对NOX净化试验的结果进行说明，该NOX净化试验是在汽油13模式的第9模式(额定旋转的60％旋转，60％转矩)下进行的。将其结果在图12和图13中表示。
图12所示的横轴的当量比是在理想状态下与NOX反应的氨的比率。在当量比为1的情况下，由喷雾的尿素产生的氨的量是与排气管中的NOX以1∶1反应的量。
根据比较该NOX净化率的图12可知，在实施例(实线A)和比较例2(单点划线C)中，以大致理想状态的NOX净化率推移，在当量比为1.0的情况下，NOX净化率在目标NOX净化率90％以上，分别为98％、99％，超过了目标值。但是，与它们相比较，在比较例1(虚线B)中，从当量比0.5附近已经稍稍开始低于理想净化率(在当量比0.5的情况下净化率是50％)，对当量比1.0，NOX净化率为82％。另外，汽油13模式整体的NOX净化率在实施例、比较例1、比较例2中分别为75％、87％、57％。
此外，根据图13可知，氨滑移相对于目标氨滑移20ppm，在实施例(实线A)和比较例2(单点划线C)中，虽然在当量比为1.0附近以较小的值推移，但在比较例1(虚线B)中如果当量比超过0.5则急剧地增加。
因此，在排气管内喷射装置13的上游侧的附近设有台阶4b的排气管形状中，可知能够不加长排气管的长度而得到较高的NOX净化率。
工业实用性
具有上述良好的效果的本发明的废气净化方法及废气净化系统能够作为汽车搭载的内燃机等的废气净化方法及废气净化系统而很有效地利用。

Claims (8)

1.一种废气净化方法，通过排气管内喷射装置将由配设在内燃机的排气通路中的废气净化装置消耗的净化剂供给到上述废气净化装置的上游侧的上述排气通路内，使其混入到废气中，其特征在于，
在上述排气通路中设有与该排气通路的上游侧相比排气通路扩大的台阶，在废气的流动中产生涡流，并且对上述台阶的位置或其附近喷射上述净化剂，促进上述净化剂的微粒化。
2.如权利要求1所述的废气净化方法，其特征在于，使喷射到上述排气通路内的净化剂冲撞到分散部件上，促进上述净化剂的微粒化。
3.一种废气净化方法，通过排气管内喷射装置将由配设在内燃机的排气通路中的废气净化装置消耗的净化剂供给到上述废气净化装置的上游侧的上述排气通路内，使其混入到废气中，其特征在于，
使喷射到上述排气通路内的净化剂冲撞到分散部件上，促进上述净化剂的微粒化。
4.一种废气净化系统，在内燃机的排气通路中具备废气净化装置，并且具备将由该废气净化装置消耗的净化剂供给到上述废气净化装置的上游侧的上述排气通路内、使其混入到废气中的排气管内喷射装置，其特征在于，
在上述排气通路中，在上述排气管内喷射装置的喷射口的位置或其附近的上述排气通路中设有与该排气通路的上游侧相比排气通路扩大的台阶。
5.如权利要求4所述的废气净化系统，其特征在于，在上述排气通路内，在上述净化剂的喷射路径中设有促进上述净化剂的微粒化的分散部件。
6.一种废气净化系统，在内燃机的排气通路中具备废气净化装置，并且具备将由该废气净化装置消耗的净化剂供给到上述废气净化装置的上游侧的上述排气通路内、使其混入到废气中的排气管内喷射装置，其特征在于，
在上述净化剂的喷射路径中设有促进上述净化剂微粒化的分散部件。
7.如权利要求4～6中任一项所述的废气净化系统，其特征在于，上述废气净化装置具备氨还原选择型NOX催化剂而形成，上述净化剂是氨类溶液。
8.如权利要求4～6中任一项所述的废气净化系统，其特征在于，上述废气净化装置由具备上游侧的氧化催化剂和下游侧的NOX吸附还原型催化剂而形成的废气净化装置、具备上游侧的氧化催化剂和下游侧的NOX直接还原型催化剂而形成的废气净化装置、或者具有氧化催化剂的连续再生型柴油机微粒过滤器而形成的废气净化装置的任一个构成，上述净化剂是碳化氢。
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