JP2008151039A

JP2008151039A - 排気浄化装置

Info

Publication number: JP2008151039A
Application number: JP2006340476A
Authority: JP
Inventors: Mitsutaka Kojima; 光高小島; Hiroyuki Kimura; 洋之木村; Kojiro Okada; 公二郎岡田; Megumi Shigahara; 恵信ヶ原; Michihiro Hatake; 道博畠; Kazuhito Kawashima; 川島　　一仁; Kazuo Koga; 一雄古賀; Kazuto Maehara; 和人前原; Hajime Ishii; 肇石井
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp; Mitsubishi Automotive Engineering Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp; Mitsubishi Automotive Engineering Co Ltd
Priority date: 2006-12-18
Filing date: 2006-12-18
Publication date: 2008-07-03

Abstract

【課題】排気浄化用触媒に向かって噴射される還元剤を触媒全体に均等に導入することができる排気浄化装置を提供する。
【解決手段】ディーゼルエンジンの排気ポートに連通する排気通路に介装される排気浄化用触媒３１と、前記排気浄化用触媒３１の上流に設けられて還元剤を噴射するインジェクタ３５とを具備する排気浄化装置であって、前記インジェクタ３５が前記排気浄化用触媒３１の上流側近傍の排気通路の側壁に設けられ且つ当該排気浄化用触媒３１（４１）の上流側端面４１ａに沿って前記還元剤を噴射するノズル３６を具備する。
【選択図】図２

Description

本発明は、エンジンから排出される排気ガスを浄化、すなわち、排気ガスから有害物質を除去（削減）する排気浄化装置に関する。

自動車等に搭載されるエンジン、特にディーゼルエンジンから排出される排気ガス中には、一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）等、環境に悪影響を与える虞のある汚染物質や、微粒子状物質（ＰＭ：Particulate Matter）等が多く含まれている。このため、一般的には、エンジンから排出される排気ガスが通過する排気通路に、例えば、上記汚染物質を分解（還元等）するための三元触媒や、ＰＭを捕捉するためのパティキュレートフィルタ等を設け、排気ガスができるだけ無害化された状態で大気中に放出されるようにしている。

このようなパティキュレートフィルタは、使用に伴ってフィルタ内にＰＭが堆積して通過抵抗が増大するため、必要に応じて再生処理を行う必要がある。このような再生処理としては、パティキュレートフィルタに加熱装置を配設し、加熱によりＰＭを燃焼さて除去することが行われていたが、パティキュレートフィルタの上流に設けられた酸化触媒に燃料（軽油）などの炭化水素系液体を流入させて発熱反応を生じさせ、この熱によりパティキュレートフィルタの再生処理を行う方法も提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、ディーゼルエンジンにおいては、排気ガスが酸化雰囲気であるため、三元触媒を用いた窒素酸化物（ＮＯｘ）の浄化が難しい。このため、ディーゼルエンジンには、排気ガス中のＮＯｘを効率的に浄化するために、例えば、ＮＯｘの吸着と還元とを繰り返し行ってＮＯｘを分解（還元）する、いわゆるＮＯｘ吸蔵触媒が多く採用されている。

このようなＮＯｘ吸蔵触媒は、吸着したＮＯｘを分解（還元）するため、ＮＯｘ吸蔵触媒に外部から還元剤を適宜供給する必要がある。このため、一般的には、燃料（軽油）等を還元剤として排気通路内に噴射することでＮＯｘ吸蔵触媒に供給するようにしている。その一例としては、例えば、排気通路に設けられたインジェクタによってＮＯｘ還元剤を、ＮＯｘ吸蔵触媒に向かって噴射するようにしたものがある（例えば、特許文献２参照）。

特開２００２−８９２３７号公報特開２００５−２１４１００号公報

ここで、特許文献１や特許文献２に記載されているように酸化触媒やＮＯｘ吸蔵触媒などの、複数の流路を束ねた形状を有するハニカム型触媒に向かって上流から燃料などの還元剤を噴射すると、還元剤がハニカム型触媒の端面に届くまでに十分に霧化、拡散されず、液滴状態で端面の一部の領域のみに付着するようになり、結果的にハニカム型触媒の一部の流路のみに供給されることになり、酸化触媒の触媒機能の一部分のみしか使用されなかったり、ＮＯｘ吸蔵触媒に吸着されているＮＯｘの一部分しか分解（還元）されなかったりするという虞がある。すなわち、噴射された還元剤の霧化、拡散が不十分であり、還元剤がハニカム触媒の一部分にしか行き届かないという課題がある。

また、このように噴射された還元剤が液滴状態でハニカム型触媒の端面の一部の領域に噴霧されると、還元剤の気化熱により局所的に触媒温度が低下し、還元能力が低下するという虞がある。

この場合、ハニカム型触媒の熱容量を小さくすると、局所的な触媒の温度低下を低減でき、また、局所的な温度低下がないので、ハニカム触媒の下流でリアルタイム検出される排気ガス温度による制御に悪影響を及ぼし難くなるが、エンジン停止やアイドルによって触媒が冷却し易いので、その後の運転時に浄化能力の悪化を生じ易いという課題がある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、排気浄化用触媒に向かって噴射される還元剤を触媒全体に均等に導入することができる排気浄化装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明の第１の態様は、エンジンの排気ポートに連通する排気通路に介装される排気浄化用触媒と、前記排気浄化用触媒の上流に添加剤を噴射するインジェクタとを具備する排気浄化装置であって、前記インジェクタが前記排気浄化用触媒の上流側近傍の排気通路の側壁に設けられて当該排気浄化用触媒の上流側端面に沿って前記添加剤を噴射するノズルを具備することを特徴とする排気浄化装置にある。

かかる第１の態様では、添加剤のインジェクタを排気浄化用触媒の上流側近傍の排気通路の側壁に設け且つ添加剤を排気浄化用触媒の上流側端面に沿って噴射するようにしたので、添加剤の噴射方向と排気ガスの流れ方向がほぼ直交するように交差し、添加剤が排気浄化用触媒の上流側端面のほぼ全体に噴霧され、添加剤が触媒の全体に均等に導入されることになる。また、インジェクタが排気通路の側壁に設けられているので、インジェクタ自体が排気ガスの流れを阻害することを抑制できる。

本発明の第２の態様は、第１の態様に記載の排気浄化装置において、前記ノズルからの添加剤の噴射方向が、前記インジェクタの設けられた側とは反対側の排気通路の側壁の方向であることを特徴とする排気浄化装置にある。

かかる第２の態様では、インジェクタの設けられた側とは反対側の排気通路の側壁に向かって添加剤が噴射されるので、噴射された添加剤及び側壁に当たって反射した添加剤が排気ガスと接触して気化し、排気浄化用触媒の上流側端面のほぼ全体に渡って噴霧されるようになり、添加剤が触媒の全体に均等に導入される。

本発明の第３の態様は、第１の態様に記載の排気浄化装置において、前記ノズルからの添加剤の噴射方向が、前記排気浄化用触媒の上流側端面に向けた方向であることを特徴とする排気浄化装置にある。

かかる第３の態様では、排気浄化用触媒の上流側端面に沿って当該上流側端面に向かう方向に添加剤が噴射されることにより、添加剤が排気浄化用触媒の上流側端面のほぼ全体に渡って噴霧され易くなり、添加剤が触媒の全体に均等に導入される。

本発明の第４の態様は、第１〜３の何れかの態様に記載の排気浄化装置において、前記ノズルが、前記排気浄化用触媒の上流側端面に沿った平面扇状に前記添加剤を噴射する噴射口を有することを特徴とする排気浄化装置にある。

かかる第４の態様では、排気浄化用触媒の上流側端面に沿って添加剤が平面扇状に噴射されるので、添加剤が排気浄化用触媒の上流側端面のほぼ全体に渡って噴霧され易くなる。

本発明の第５の態様は、第１〜４の何れかの態様に記載の排気浄化装置において、前記排気浄化用触媒の上流側の前記排気通路が湾曲しており、前記インジェクタが湾曲の外側の排気通路の側壁に設けられていることを特徴とする排気浄化装置にある。

かかる第５の態様では、インジェクタが湾曲した排気通路の湾曲の外側、すなわち、湾曲部の凸側の壁面に設けられるので、配置スペースが比較的容易に確保し易く、また、インジェクタから噴射直後の添加剤に比較的流速の大きな排気ガスが衝突することになり、排気浄化用触媒の上流側端面のほぼ全体に渡って噴霧され易い。

本発明の第６の態様は、第１〜５の何れかの態様に記載の排気浄化装置において、前記排気浄化用触媒の上流側の前記排気通路が、当該排気浄化用触媒に向かって内径の漸大するコーン部となっており、前記インジェクタがこのコーン部に設けられていることを特徴とする排気浄化装置にある。

かかる第６の態様では、コーン部の排気浄化用触媒近傍にインジェクタが設けられ、配置スペースが比較的容易に確保し易く、また、排気浄化用触媒の上流側端面のほぼ全体に渡って噴霧され易い。

かかる本発明では、インジェクタを排気浄化用触媒の近傍に配置して当該排気浄化用触媒の上流側端面に沿って還元剤を噴射するようにすることにより、インジェクタの配置スペースを特別設ける必要がなく、還元剤を排気浄化用触媒全体に亘って略均等に供給することができ、触媒効率を向上させることができる。

以下、実施形態に基づいて本発明について説明する。なお、図１は、実施形態１に係る排気浄化装置の概略構成を示す図であり、図２は、その要部の縦断面図である。

（実施形態１）
図１に示すように、本実施形態に係る排気浄化装置１０は、複数の排気浄化用触媒と排気浄化用フィルタとを有し、これら複数の排気浄化用触媒と排気浄化用フィルタとは、車両に搭載される多気筒ディーゼルエンジン（以下、単にエンジンという）１１の排気管（排気通路）１２に介装されている。

エンジン１１は、シリンダヘッド１３とシリンダブロック１４とを有し、シリンダブロック１４の各シリンダボア１５内には、ピストン１６が往復移動自在に収容されている。そして、このピストン１６とシリンダボア１５とシリンダヘッド１３とで燃焼室１７が形成されている。ピストン１６は、コンロッド１８を介してクランクシャフト１９に接続されており、ピストン１６の往復運動によってクランクシャフト１９が回転するようになっている。

またシリンダヘッド１３には吸気ポート２０が形成され、この吸気ポート２０には吸気マニホールド２１を含む吸気管（吸気通路）２２が接続されている。また、吸気ポート２０には吸気弁２３が設けられており、この吸気弁２３によって吸気ポート２０が開閉されるようになっている。また、シリンダヘッド１３には、排気ポート２４が形成され、この排気ポート２４には、排気マニホールド２５を含む排気管（排気通路）１２が接続されている。なお、排気ポート２４には排気弁２６が設けられており、吸気ポート２０と同様に、排気ポート２４はこの排気弁２６によって開閉されるようになっている。そして、これら吸気管２２及び排気管１２の途中には、ターボチャージャ２７が設けられ、排気管１２のターボチャージャ２７の下流側には、本実施形態に係る排気浄化装置１０を構成する排気浄化用触媒及び排気浄化用フィルタが介装されている。

ターボチャージャ２７は、図示しないタービンと、このタービンに連結されたコンプレッサとを有し、エンジン１１からターボチャージャ２７内に排気ガスが流れ込むと、排気ガスの流れによってタービンが回転し、このタービンの回転に伴ってコンプレッサが回転して吸気管２２ａからターボチャージャ２７内に空気を吸い込んで加圧するようになっている。そして、ターボチャージャ２７で加圧された空気は、吸気管２２ｂを介してエンジン１１の各吸気ポート２０に供給される。

なお、シリンダヘッド１３には、各気筒の燃焼室１７内に燃料を直噴射する電子制御式の燃料噴射弁２８が設けられており、この燃料噴射弁２８には、図示しないコモンレールから所定の燃圧に制御された高圧燃料が供給されるようになっている。

ここで、本実施形態では、ターボチャージャ２７の下流側の排気管１２に、排気浄化用触媒であるディーゼル酸化触媒（以下、単に酸化触媒と称する）３１及びＮＯｘ吸蔵触媒３２と、排気浄化用フィルタであるディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ：Diesel Particulate Filter：以下、ＤＰＦと称する）３３とが上流側から順に配されている。また、詳しくは後述するが、ターボチャージャ２７と酸化触媒３１との間の排気管１２ａには、添加材として還元剤である燃料（軽油）を酸化触媒３１に向かって噴射するインジェクタ３５が設けられている。

酸化触媒３１は、例えば、セラミックス材料で形成されたハニカム構造の担体に、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）等の貴金属が担持された触媒層を有する触媒本体部４１を具備し、この触媒本体部４１は、触媒保持マット４２を介して排気管１２ａに保持されている。ここで、触媒保持マット４２は、緩衝材として作用してセラミックス製の担体を保護するものである。

このような酸化触媒３１では、排気ガスが流入すると、排気ガス中の一酸化窒素（ＮＯ）が酸化されて二酸化窒素（ＮＯ_２）が生成されるとともにＨＣが酸化されて一酸化炭素（ＣＯ）あるいは二酸化炭素（ＣＯ_２）が生成される。また、酸化触媒３１における酸化反応が起こるには、酸化触媒３１が活性温度以上に温度を上昇させる必要があるため、酸化触媒３１は可及的にエンジン１１に近い位置に配されていることが好ましい。エンジン１１に近い位置に配置されることにより、酸化触媒３１がエンジン１１から排出される既燃ガスの熱によって加熱され、エンジン始動時等であっても、比較的短時間で酸化触媒３１を活性温度以上の温度に上昇させることができる。

ＮＯｘ吸蔵触媒３２は、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）からなるハニカム構造の担体に、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）等の貴金属が担持されると共に、吸蔵剤としてバリウム（Ｂａ）等のアルカリ金属、あるいはアルカリ土類金属が担持されてなる。そして、ＮＯｘ吸蔵触媒３２では、酸化雰囲気においてＮＯ_ｘ、すなわち、酸化触媒３１で生成されたＮＯ_２、また酸化触媒３１で酸化されずに排気ガス中に残存するＮＯを一旦吸蔵し、例えば、一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）等を含む還元雰囲気中において、ＮＯ_ｘを放出して窒素（Ｎ_２）等に還元する。

なお、酸化触媒３１で生成されたＮＯ_２の多くはＮＯｘ吸蔵触媒３２によって吸着・分解（還元）され、吸着・分解されなかった残りのＮＯ_２はＤＰＦ３３での反応により浄化されるようになっている。

通常、エンジン１１から排出される排気ガスは酸化雰囲気であるため、ＮＯｘ吸蔵触媒３２内が酸化雰囲気となり、ＮＯｘ吸蔵触媒３２ではＮＯ_ｘが吸着されるのみで吸着されたＮＯ_ｘが分解（還元）されることはない。このため、ＮＯｘ吸蔵触媒３２に所定量のＮＯ_ｘが吸着されると、ターボチャージャ２７と酸化触媒３１との間の排気管１２ａに固定されたインジェクタ３５から還元剤である燃料（軽油）が噴射されるようになっている。これにより、燃料が混合された排気ガスが酸化触媒３１で反応し、酸素を消費するとともに還元能力の高い一酸化炭素（ＣＯ）を生成することで、ＮＯｘ吸蔵触媒３２内が還元雰囲気となり、吸着されたＮＯ_ｘが分解（還元）される。

ここで、本発明では、図２に示すように、インジェクタ３５は、酸化触媒３１の上流側の近傍に設けられ、先端のノズル３６の図示しない噴射口からの噴射方向が触媒本体部４１の上流側端面４１ａに沿っており、具体的には、上流側端面４１ａ側に傾斜する方向、すなわち、上流側端面４１ａの平行な方向から上流側端面４１ａ方向に傾斜する方向に向かうように排気管１２ａに固定されている。ここで、ノズル３６の噴射口からの噴射方向とは、噴射口から徐々に広がる噴射領域の中央の方向をいい、本実施形態では噴射方向３７が、上流側端面４１ａの中央部から少し手前に向かう方向としてある。これにより、ノズル３６の噴射口から噴射された燃料（還元剤）の噴射領域が上流側端面４１ａの一番手前から中央の先の領域までとなり、且つ噴射された燃料（還元剤）は上流側端面４１ａとの成す角が小さい方向から上流側端面４１ａに噴射されるので、噴射位置からさらに先の方向に反射して滑るように移動して触媒本体部４１内に入り込み、触媒本体部４１の全体に均等に燃料（還元剤）が供給されることになる。また、このように全体に均一に供給された還元剤は、触媒本体部４１中で余剰な酸素を消費しつつ、追加後も排出ガス中に均等に混合され、下流に配置されたＮＯｘ吸蔵触媒３２、ＤＰＦ３３等に均等に供給される。

一般的には、インジェクタは排気浄化用触媒から相当の距離だけ離間して設けて噴射された還元剤が排気浄化用触媒に到達するまでに十分に拡散し霧化するようにするが、配置スペースの制限からこのような配置が取れない場合がある。例えば、本実施形態では、酸化触媒３１がターボチャージャ２７の直下に近接して設けられており、またこれらターボチャージャ２７と酸化触媒３１との間の排気管１２ａは略Ｌ字状に湾曲した湾曲管で構成されているので、酸化触媒３１から相当の距離だけ離間した位置にインジェクタ３５を設けることができない。そこで、本実施形態では、インジェクタ３５を酸化触媒３１の直ぐ近傍に設け且つそのノズル３６の噴射口からの噴射方向が触媒本体部４１の上流側端面４１ａに沿って且つ上流側端面４１ａ側に傾斜する方向に向かうようにすることにより、触媒本体部４１の上流側端面４１ａの全領域から均等に燃料（還元剤）が供給されることになる。

ここで、インジェクタ３５のノズル３６の形式は特に限定されず、噴射口からの噴射物が３次元方向に、例えば、円錐状にあるいは中空の円錐状であるコーン状に拡散するものでも、主に二次元方向に拡散して噴射物が平面状になるものでもよい。しなしながら、インジェクタ３５の配置位置及び噴射方向を考慮すると、平面状の噴射物となるようなノズル３６を有するものが、上流側端面４１ａ全体に還元剤を供給するためには好ましい。

図３にはインジェクタ３５として採用することができるノズルの構成を例示する。

図３（ａ）のインジェクタ３５Ａのノズル３６Ａは、噴射物をコーン状に噴射する噴射口を有する例であり、図３（ｂ）のインジェクタ３５Ｂのノズル３６Ｂは、噴射物を、主に上流側端面４１ａの平面に沿った方向に拡散して平面扇状に噴射する噴射口を有する例である。また、図３（ｃ）のインジェクタ３５Ｃのノズル３６Ｃは、複数、具体的には３つの噴射口を有する例である。このノズル３６Ｃは、それぞれの噴射口は噴射物を円錐状又はコーン状に噴射するが、３つの噴射口を合わせれば平面扇状に噴射するものである。

何れにしても上述したように、インジェクタを酸化触媒３１の上流側近傍に設けて触媒本体部４１の上流側端面に沿って還元剤を噴射するようにしたので、還元剤が触媒本体部４１全体に均等に導入されることになる。すなわち、燃料が均等に混合されていない状態で排気ガスが酸化触媒３１を通過した場合、酸化触媒３１で十分に酸素が消費されず、ＮＯｘ吸蔵触媒３２が還元雰囲気とならないため、吸着されたＮＯ_ｘが分解（還元）できない虞があり、また、燃料の濃度が高い部分でＮＯ_２の生成量が低下し、全体として所望量のＮＯ_２が生成されない虞があるが、本実施形態では、このような不都合が解消される。

ＤＰＦ３３は、例えば、セラミックス材料で形成されたハニカム構造のフィルタであり、ＤＰＦ３３内には、上流側端部が開放され下流側端部が閉塞された排気ガス通路３３ａと下流側端部が開放され上流側端部が閉塞された排気ガス通路３３ｂとが交互に配列されている。そして、排気ガスは、まず上流側端部が開放された排気ガス通路３３ａに流入し、隣接する排気ガス通路３３ｂとの間に設けられた多孔質の壁面から下流側端部が開放された排気ガス通路３３ｂに流入して下流側に流出し、この過程において排気ガス中の微粒子状物質（ＰＭ）が、壁面に衝突したり吸着されたりして捕捉される。

捕捉されたＰＭは、排気ガス中のＮＯ_２によって酸化（燃焼）されＣＯ_２として排出され、またＤＰＦ３３内に残存するＮＯ_２はＮ_２に分解されて排出されるようになっている。すなわち、ＤＰＦ３３では、排気ガスを浄化して、ＰＭ及びＮＯ_ｘの排出量を大幅に低減できるようになっている。また、ＰＭが燃焼されることで、ＤＰＦ３３の性能がある程度再生される。

ここで、通常は、上述したようにＮＯ_ｘはＮＯｘ吸蔵触媒３２で吸着されるため、ＤＰＦ３３に供給される排気ガス中のＮＯ_２の量は少なく、ＤＰＦ３３にはＰＭが徐々に堆積されていく。そして、ＤＰＦ３３に所定量のＰＭが堆積すると、排気管１２ａに固定されているインジェクタ３５から所定量の燃料が噴射されるようになっている。上述したように排気ガスに燃料が混合されると、ＮＯｘ吸蔵触媒３２では吸着されたＮＯ_ｘが還元されるため、その還元反応による反応熱でＤＰＦ３３の温度が上昇する。また、ＮＯｘ吸蔵触媒３２で吸着したＮＯ_ｘ（ＮＯ_２）の一部が還元されずにＤＰＦ３３に供給される。これにより、ＤＰＦ３３におけるＰＭの燃焼が促進されるようになっている。

なお、これら酸化触媒３１、ＮＯｘ吸蔵触媒３２及びＤＰＦ３３の上流側近傍及びＤＰＦ３３の下流側近傍には、それぞれ排気温センサ３８が設けられており、これら複数の排気温センサ３８によって、酸化触媒３１、ＮＯｘ吸蔵触媒３２及びＤＰＦ３３に流入する排気ガスの温度と、酸化触媒３１、ＮＯｘ吸蔵触媒３２及びＤＰＦ３３から排出される排気ガスの温度を検出している。さらに、酸化触媒３１及びＤＰＦ３３の上流側近傍には、排気ガス中の酸素濃度を検出するための酸素濃度センサ３９が設けられている。また、車両には、図示しないが電子制御ユニット（ＥＣＵ）が設けられており、このＥＣＵには、入出力装置、制御プログラムや制御マップ等の記憶を行う記憶装置、中央処理装置及びタイマやカウンタ類が備えられている。そして、このＥＣＵが、上記各センサからの情報に基づいて、エンジン１１及び排気浄化装置１０の総合的な制御を行っている。

以上説明した実施形態１では、図２に示すように、インジェクタ３５のノズル３６の噴射方向３７を上流側端面４１ａの中央部から少し手前に向かう方向とすることにより、触媒本体部４１の全体に均等に燃料（還元剤）が供給されるようにしたが、噴射方向がこれに限定されるものではない。上流側端面４１ａに対する傾斜する角度が小さい方向から上流側端面４１ａの全体の領域に還元剤ができるだけ均等に供給されるようにすれば、噴射方向は限定されないが、上流側端面４１ａの中央近傍からその手前の領域の何れかに向かう方向とするのが好ましい。これにより、上述した実施形態と同様な作用により上流側端面４１ａ全体に均等に還元剤が供給されるようになる。

（実施形態２）
本実施形態の要部縦断面を図４に示す。本実施形態は、インジェクタのノズルの噴射方向を上述した実施形態と異なる方向とした以外は、上述した実施形態と同じであり、重複する構成の説明は省略する。

実施形態１では、インジェクタ３５のノズル３６の噴射方向３７を触媒本体部４１の上流側端面４１ａに沿って且つ上流側端面４１ａ側に傾斜する方向としたが、噴射方向はこれに限定されず、インジェクタの設けられた側とは反対側の側壁の酸化触媒３１の近傍から触媒本体部４１の上流側端面４１ａの反対側の側壁近傍の領域の何れかに向かう方向としてもよく、本実施形態ではこのように設定した。

すなわち、図４に示すように、本実施形態では、インジェクタ３５Ｄを酸化触媒３１の上流側近傍に設ける点は上述した実施形態と同様であるが、ノズル３６Ｄは噴射方向３７Ｄがインジェクタ３５Ｄの設けられた側とは反対側の側壁の酸化触媒３１の近傍に向かう噴射口を有している。

本実施形態においても、インジェクタ３５Ｄのノズル３６Ｄの形式は特に限定されず、噴射口からの噴射物が３次元方向に、例えば、円錐状にあるいは中空の円錐状であるコーン状に拡散するものでも、主に二次元方向に拡散して噴射物が平面状になるものでもよい。本実施形態では、一例として図４（ｂ）に示すインジェクタ３５Ｄを用いた。このインジェクタ３５Ｄのノズル３６Ｄは、噴射物を、主に上流側端面４１ａの平面に沿った方向に拡散して平面扇状に噴射する噴射口を有する例である。

かかる本実施形態においては、ノズル３６Ｄの噴射口から噴射された燃料（還元剤）の噴射領域が反対側の側壁の上流側端面４１ａの近傍から、上流側端面４１ａの反対側の側壁近傍までの領域までとなるが、還元剤の上流側端面４１ａに直接付着せずに反対側の側壁に向かって噴射され、さらに、側壁に衝突した後に跳ね返ることになるが、このような飛行中の還元剤の液滴に交差する方向から排気ガスが衝突する。そして、還元剤は、排気ガスと共に液滴のまま又は気化した状態で触媒本体部４１内の流路に導入され、触媒本体部４１の全体に均等に燃料（還元剤）が供給されることになる。

（その他の実施形態）
上述した実施形態では、セラミックス製のハニカム構造体からなる担体を用いた例を示したが、排気浄化触媒の構成はこれに限定されず、例えば、メタル製担体を用いてもよい。

図５（ａ）にはメタル製ハニカム構造の担体を用いた触媒本体部４３を用いた酸化触媒の例を示す。この触媒本体部４３は、触媒保持マットを設けることなく、排気管１２ａに直接ろう付け等により固定されている。

ここで、メタル製ハニカム構造体は、一般には波板と薄板とを筒状に巻いた構造を有するものである。このようなメタル製ハニカム構造体は熱容量が小さく熱伝導率が大きいので、運転開始時に加熱され易く、排気ガスの温度が比較的低温時から触媒が活性化するという利点がある。特に、液滴状の還元剤が直接付着してもその周囲からの熱伝導が速いのでその部分の温度が低下し難く、付着した還元剤が気化し易く、また、排気ガスの温度が低下し難いという利点がある。

また、本実施形態においては、インジェクタのノズルから還元剤が触媒本体部４１の上流側端面４１ａに沿って噴射されるが、触媒保持マットに燃料が吸収保持されないという利点がある。すなわち、触媒本体部４１を保持している触媒保持マット４２は、一般的には、還元剤などが直接付着すると吸収して保持するような材質であり、場合によっては吸収保持された燃料などの還元剤が燃焼して消失する虞もあるが、本実施形態では、このような触媒保持マットへの還元剤の浸透、吸収が防止される。

なお、メタル製担体は、一般的には、セラミックス担体を用いた触媒より触媒効率が低いとされているので、触媒保持マットに伴う不都合を防止しつつ触媒効率を向上させるためには、触媒の入り口側のみにメタル製担体を用いてもよい。

図５（ｂ）にはこのようにメタル製担体及びセラミック製担体を用いた例を示す。この例に示す酸化触媒は、セラミック製担体を用いた触媒本体部４１Ａの上流側にメタル製担体を用いた触媒本体部４３Ａを設けたものである。セラミック製担体を用いた触媒本体部４１Ａは触媒保持マット４２Ａを介して保持されているが、メタル製担体を用いた触媒本体部４３Ａは、触媒保持マットを用いることなく、排気管１２ａに直接ろう付け等により固定されている。

このような実施形態では、還元剤が直接付着する虞のある上流側に触媒保持マットが必要ないメタル製担体を用いているので、図５（ａ）と同様に、触媒保持マットに還元剤が吸収保持される虞はなく且つ運転開始時に加熱され易く、排気ガスの温度が比較的低温時から触媒が活性化するという利点がある。

また、上述した実施形態においては、インジェクタの配置スペースの都合で略Ｌ字状に湾曲した湾曲管である排気管１２ａの湾曲の外側の酸化触媒３１近傍に設けたが、触媒近傍であれば、その位置は特に限定されない。

但し、図４の実施形態２では、排気ガスの流れの作用で触媒本体部４１へ還元剤を供給するように構成しているので、排気ガスの流れの早い湾曲の外側の排気管の側壁に設けるのが特に好ましい。勿論、湾曲していない排気管にも本発明を適用できることはいうまでもない。

さらに、上述した実施形態では、排気浄化装置の全体構成の一実施形態について説明したが、本発明は、この実施形態に限定されるものではない。例えば、上述の実施形態では、排気浄化装置１０として、排気管（排気通路）１２に、排気浄化用触媒である酸化触媒３１及びＮＯｘ吸蔵触媒３２と、排気浄化用フィルタであるとＤＰＦ３３を、上流側から酸化触媒３１、ＮＯｘ吸蔵触媒３２、ＤＰＦ３３の順で配置した例を挙げたが、これら排気浄化用触媒及び排気浄化用フィルタの配置及び種類は特に限定されるものではない。

例えば、図６（ａ）に示すように、ターボチャージャ２７の下流側の排気管１２に、ＮＯｘ吸蔵触媒３２、酸化触媒３１、ＤＰＦ３３の順で配置するようにしてもよい。また、例えば、図６（ｂ）に示すように、ターボチャージャ２７の下流側の排気管１２に、ＮＯｘ吸蔵触媒３２を設けずに、酸化触媒３１とＤＰＦ３３とを順に配置するようにしてもよい。さらに、例えば、図６（ｃ）に示すように、触媒機能を有するＤＰＦ３３Ａのみを設けた構成としてもよい。すなわち、排気浄化用触媒を兼ねる排気浄化用フィルタであるＤＰＦ３３Ａのみを設けた構成としてもよい。

また、上述した実施形態では、上流側近傍にインジェクタ３５を設けてその触媒本体部４１の上流側端面４１ａに沿って還元剤を噴射する構成を酸化触媒３１に適用したが、還元剤を上流側に噴射するインジェクタを設けた排気浄化用触媒であれば、何れの触媒にも適用できる。例えば、上述した実施例において、酸化触媒３１に適用した構造を、代わりにＮＯｘ吸蔵触媒３２に適用してもよく、また、両者に同様な構造を適用してもよい。

図７には、ＮＯｘ吸蔵触媒に本発明の構成を適用した場合の他の配置の例を示す。

図７（ａ）、（ｂ）は、本発明の構造を適用したＮＯｘ吸蔵触媒３２Ａ、３２Ｂを有するものである。図７（ａ）の例は、ＮＯｘ吸蔵触媒３２Ａの上流近傍にその触媒本体部５１の上流側端面５１ａに沿って還元剤を噴射するインジェクタ３５Ｅを設ける構成としたものである。また、このＮＯｘ吸蔵触媒３２Ａの下流側には、ＤＰＦ３３を介装した構成となっている。図７（ｂ）の例は、図７（ａ）と同様なＮＯｘ吸蔵触媒３２Ａの下流側に、同様な構成を有するインジェクタ３５Ｆ及びＮＯｘ吸蔵触媒３２Ｂ、並びに酸化触媒３１Ａを配置し、さらにその下流にＤＰＦ３３を介装したものである。

このようにＮＯｘ吸蔵触媒３２Ａ、３２Ｂに向かって噴射された還元剤は、触媒本体部５１の上流側端面５１ａに沿って噴射されるので、上述したように触媒本体部５１の全体に均等に供給されることになる。そして、図７（ａ）の構成では、インジェクタ３５Ｅから噴射された還元剤は、ＮＯｘ吸蔵触媒３２Ａに吸着されたＮＯ_ｘを還元するために供され、また、ＮＯｘ吸蔵触媒３２Ａへの還元剤の供給による排気ガス温度の上昇により、ＤＰＦ３３の再生を行うことができる。一方、図７（ｂ）の構成では、インジェクタ３５Ｅ又は３５Ｆからの還元剤の供給により、ＮＯｘ吸蔵触媒３２Ａ又は３２Ｂに吸着されているＮＯ_ｘを還元することができ、また、ＮＯｘ吸蔵触媒３２Ａ又は３２Ｂを通過して酸化触媒３１Ａに還元剤が導入されると、排気ガス温度が上昇し、ＤＰＦ３３が再生される。

また、上述した実施形態では、燃料（軽油）を還元剤としてＮＯｘ吸蔵触媒を分解（還元）することを例示したが、ＮＯｘ吸蔵触媒に吸着したＳ(硫黄)分を除去するものを還元剤（添加材）として用いても同様の効果が得られる。また、ＮＯｘ吸蔵触媒に限定されず、例えば、排気ガス中のＮＯ_ｘを選択的に触媒に吸着させ、還元剤としてアンモニアあるいは尿素をインジェクタ３５Ｇから噴射してＮＯ_ｘを分解（還元）する、いわゆるＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）等であってもよい。

また、上述した実施形態では、添加剤を還元剤としたが、噴射した燃料を燃焼させて触媒を昇温させるものでも同様の効果が得られる。

このＳＣＲを用いた構成の一例を図７（ｃ）に示す。この図の構成では、排気管１２に、酸化触媒３１Ａ、ＤＰＦ３３及びＳＣＲ３４が順番に配置されている。そして、ＳＣＲ３４の上流に還元剤としての尿素液を噴射するインジェクタ３５Ｇが配置され、インジェクタ３５Ｇから触媒本体部６１の上流側端面６１ａに沿って還元剤が噴射されるようになっている。これにより、インジェクタ３５Ｇから噴射された尿素液は、上述したように、触媒本体部６１の全体に均等に供給されることになる。

さらに、上述した実施形態では過給器としてターボチャージャを備えている吸排気系の構成の一例を示しているが、特にこれに限定されず、例えば、過給器は必ずしも設ける必要はない。また、排気通路と吸気通路とにわたり冷却排気ガスの再循環路を有する冷却排気ガス再循環装置、いわゆるＥＧＲ装置を設けるようにしてもよい。

本発明の一実施形態に係る排気浄化装置の概略構成図である。本発明の一実施形態に係る排気浄化装置の要部の縦断面図である。本発明の一実施形態に係る排気浄化装置のインジェクタの構成例を示す概略構成図である。本発明の一実施形態に係る排気浄化装置の変形例を示す要部の縦断面図である。本発明の一実施形態に係る排気浄化装置の変形例を示す要部の縦断面図である。本発明の一実施形態に係る排気浄化装置の変形例を示す概略構成図である。本発明の一実施形態に係る排気浄化装置の変形例を示す概略構成図である。

符号の説明

１０排気浄化装置
１１エンジン
１２排気管
２７ターボチャージャ
３１，３１Ａ酸化触媒
３２，３２Ａ，３２ＢＮＯｘ吸蔵触媒
３３ＤＰＦ
３４ＳＣＲ
３５，３５Ａ，３５Ｂ，３５Ｃ，３５Ｄ，３５Ｅ，３５Ｆ，３５Ｇインジェクタ
３６，３６Ａ，３６Ｂ，３６Ｃ，３６Ｄノズル
４１，４３，５１，６１触媒本体部
４１ａ，５１ａ，６１ａ上流側端面

Claims

エンジンの排気ポートに連通する排気通路に介装される排気浄化用触媒と、前記排気浄化用触媒の上流に添加剤を噴射するインジェクタとを具備する排気浄化装置であって、
前記インジェクタが前記排気浄化用触媒の上流側近傍の排気通路の側壁に設けられて当該排気浄化用触媒の上流側端面に沿って前記添加剤を噴射するノズルを具備することを特徴とする排気浄化装置。
請求項１に記載の排気浄化装置において、前記ノズルからの添加剤の噴射方向が前記インジェクタの設けられた側とは反対側の排気通路の側壁の方向であることを特徴とする排気浄化装置。
請求項１に記載の排気浄化装置において、前記ノズルからの添加剤の噴射方向が、前記排気浄化用触媒の上流側端面に向けた方向であることを特徴とする排気浄化装置。
請求項１〜３の何れかに記載の排気浄化装置において、前記ノズルが、前記排気浄化用触媒の上流側端面に沿った平面扇状に前記添加剤を噴射する噴射口を有することを特徴とする排気浄化装置。
請求項１〜４の何れかに記載の排気浄化装置において、前記排気浄化用触媒の上流側の前記排気通路が湾曲しており、前記インジェクタが湾曲の外側の排気通路の側壁に設けられていることを特徴とする排気浄化装置。
請求項１〜５の何れかに記載の排気浄化装置において、前記排気浄化用触媒の上流側の前記排気通路が、当該排気浄化用触媒に向かって内径の漸大するコーン部となっており、前記インジェクタがこのコーン部に設けられていることを特徴とする排気浄化装置。