JP2011106412A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】排気中のＮＯｘ浄化を好適に行いつつ装置の小型化を図る。
【解決手段】本ＳＣＲシステムには、エンジンの排気通路においてＳＣＲ触媒１３が設けられ、更にＳＣＲ触媒１３よりも上流側にＮＯｘ還元剤（アンモニア）を供給する還元剤供給部１５が設けられている。また、排気通路において還元剤供給部１５の上流側には、排気通路の排ガスに旋回流を発生させる旋回流発生部としてのサイクロン機構３０が設けられている。本システムにおいて特に、サイクロン機構３０は、排ガスが、排気通路の下流側から上流側へ流れる排気逆流領域を形成するものであり、該排気逆流領域に還元剤供給部１５がＮＯｘ還元剤を供給する。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関するものであり、特に還元剤としてのアンモニアにより排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を選択的に浄化する選択還元型触媒（ＳＣＲ触媒）を採用した排気浄化システムを好適に実現するものである。

近年、自動車等に適用されるエンジン（特にディーゼルエンジン）において、排気中のＮＯｘを高い浄化率で浄化する排気浄化システムとしてＳＣＲシステムの開発が進められており、一部実用化に至っている。ＳＣＲシステムとしては次の構成が知られている。すなわち、ＳＣＲシステムでは、エンジン本体に接続された排気管に選択還元型のＮＯｘ触媒が設けられ、その排気上流側にＮＯｘ還元剤（アンモニアやＨＣ等）を供給する還元剤供給弁が設けられている。そして、還元剤供給弁から排気管内に供給されたＮＯｘ還元剤と排気中のＮＯｘとがＮＯｘ触媒上で反応することにより、排気中のＮＯｘが選択的に還元・浄化される。

排気浄化システムにおいて良好なＮＯｘ浄化効果を得るには、ＮＯｘ還元剤が排気中で十分に分散されることが必要である。そこで、排気管中に供給されたＮＯｘ還元剤を分散させるための手段が種々提案されている（例えば特許文献１参照）。

特許文献１の排気浄化システムには、触媒へ向かう排ガスに旋回流を生じさせるための手段として、還元剤供給弁の下流部であって触媒の上流部の排気管部分に、渦巻状にねじった螺旋形の通路構造が構築されている。また、還元剤供給弁が、その先端部分の噴射部を触媒の入口端面へ向けるように配置されている。そして、この螺旋形の通路内を旋回している排ガス流へ還元剤供給弁からのＮＯｘ還元剤を噴射することにより、ＮＯｘ還元剤が触媒へ導入される前にＮＯｘ還元剤と排ガスとが十分に混合されるようにしている。

特開２００９−１５６０７５号公報

特許文献１のシステムでは、還元剤供給弁からのＮＯｘ還元剤を触媒に向けて供給している。この場合、排気中に供給されたＮＯｘ還元剤を触媒導入前に排気と十分に混合させるには、還元剤供給弁から触媒までの距離を十分に確保する必要がある。そのため、上記特許文献１ではシステムが大型化することが懸念される。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、排気中のＮＯｘ浄化を好適に行いつつ装置の小型化を図ることができる内燃機関の排気浄化装置を提供することを主たる目的とする。

本発明は、上記課題を解決するために、以下の手段を採用した。

本発明は、内燃機関の排気通路に設けられた選択還元型触媒と、前記排気通路において前記選択還元型触媒よりも上流側にＮＯｘ還元剤を供給する還元剤供給手段とを備える内燃機関の排気浄化装置に関するものである。請求項１に記載の発明は、前記還元剤供給手段の上流側に設けられ、前記排気通路の排ガスに旋回流を発生させる旋回流発生部を備え、前記旋回流発生部は、前記排ガスが前記排気通路の下流側から上流側へ流れる排気逆流領域を形成するものであり、該排気逆流領域に前記還元剤供給手段が前記ＮＯｘ還元剤を供給することを特徴とする。

選択還元型触媒により排気中のＮＯｘを選択的に浄化するシステムでは、排気通路において選択還元型触媒の上流側に還元剤供給手段を設け、その還元剤供給手段によりＮＯｘ還元剤を供給している。このとき、ＮＯｘ浄化率を高めるには、ＮＯｘ還元剤が触媒に導入される前にＮＯｘ還元剤を排気中に十分に分散させる必要がある。ところが、供給されたＮＯｘ還元剤が触媒に到達するまでの移動距離を十分に確保すべく還元剤供給手段と選択還元型触媒との距離を十分に保とうとすると、システムが大型化してしまうことが懸念される。

ここで、本発明者は、触媒上流側に排ガスの旋回流を発生させた場合、排気通路において遠心力による圧力勾配が生じ、これにより、排ガスが、触媒へ向かう方向とは逆方向に流れる領域が形成されることを見出し、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明では、排ガスの旋回流を発生させることによって排気通路に排ガスの逆流領域を形成し、その排気逆流領域に還元剤供給手段によりＮＯｘ還元剤を供給する。これにより、還元剤供給手段からのＮＯｘ還元剤が、逆流方向の排ガスの流れに乗って一旦触媒とは反対方向に移送された後、今度は旋回流に乗って触媒に向かう方向へ移送される。したがって、還元剤供給手段と選択還元型触媒とを近接して配置したとしても、排ガス中にＮＯｘ還元剤を拡散させるのに十分な距離を確保することができる。よって、本発明によれば、ＮＯｘの浄化能力を維持しつつシステムのコンパクト化を図ることができる。

具体的には、請求項２に記載の発明のように、前記旋回流発生部が、前記排気通路の径方向中央部に前記排気逆流領域を形成し、前記還元剤供給手段が、前記ＮＯｘ還元剤を放出する放出口を有し、該放出口が前記径方向中央部に配置されているものとするとよい。旋回流による圧力勾配は、その旋回心から放射方向に向かって圧力が増大することにより形成される。つまり、排気通路では、外周部に比べて中央部において圧力が低くなっている。ここで、排気通路の中央部について、軸線方向（排ガスの流れ方向）の圧力に着目すると、旋回流発生部の近傍では旋回流の流速がより早いため圧力が低く、旋回流発生部から離れるほど旋回流の流速が遅くなるため圧力が高くなっている。したがって、排気通路の中央部では、軸線方向の圧力勾配が形成されており、この圧力勾配により触媒から旋回流発生部へ向かう方向への排気の流れ（逆流）が生じる。

好ましくは、請求項３に記載の発明のように、前記排気通路が、所定の通路径からなる小径部と、前記小径部よりも下流側に設けられ該小径部よりも通路径が大きい大径部とを有し、前記旋回流発生部が前記小径部に配置され、前記選択還元型触媒が前記大径部に配置されているものとする。こうすることにより、触媒での通路径を旋回流発生部での通路径と同一径とする場合に比べ、触媒入口直前における旋回流の流速が小さくなる、すなわち排気通路の中央部の圧力が高くなる。よって、排気通路の中央部において旋回流発生部と触媒との間の圧力勾配を大きくすることができ、ひいては排ガスの逆流形成を好適に行うことができる。

請求項４に記載の発明では、前記還元剤供給手段が、前記小径部よりも下流側の前記排気逆流領域に前記ＮＯｘ還元剤を供給する。こうすれば、ＮＯｘ還元剤の逆流方向への移動距離が長くなり、ＮＯｘ還元剤を排気中に十分に分散させることができる。また、装置の小型化を好適に実施できる。

好ましくは、請求項５に記載の発明のように、前記小径部と前記大径部との間に排気下流側に向けて拡径する拡径部を有し、前記還元剤供給手段が、前記拡径部又は前記大径部における前記排気逆流領域に前記ＮＯｘ還元剤を供給するとよい。旋回流発生部と触媒との間に拡径部が設けられている場合、排気通路の拡径に沿って排気逆流領域が形成されることにより、排気逆流領域を排気通路の径方向に広げることができる。したがって、ＮＯｘ還元剤を確実に逆流方向の排ガス中に供給することができる。

請求項６に記載の発明のように、前記還元剤供給手段が、前記ＮＯｘ還元剤を放出する放出口を複数備えており、該放出口が、排ガスの流れ方向の異なる位置に配置されているものとしてもよい。排気逆流領域では、排ガスの流れ方向の各位置で旋回流の流速が相違し、これに起因して排ガスの逆流方向への流通状態がそれぞれの位置で相違することが考えられる。そこで、上記のとおり、排ガスの流れ方向の異なる複数位置でＮＯｘ還元剤を供給することにより、ＮＯｘ還元剤の分散状態を良好にすることが可能になる。

ＮＯｘ還元剤を液体状態で供給する場合と気体状態で供給する場合とを比較すると、気体の方が液体よりも軽いため、気体の方が排ガスの逆流に乗って移動しやすい。また、気体のＮＯｘ還元剤は液体のものに比べて排気中におけるＮＯｘ還元剤の分散性が低く、排気中への分散の促進を行う必要性が高い。したがって、請求項７に記載の発明のように、前記還元剤供給手段が、前記ＮＯｘ還元剤を気体状態で前記排気逆流領域に供給することにより、ＮＯｘ還元剤を排気中に均一に分散させるといった効果を好適に得ることができる。

ＳＣＲシステムの概要を示す構成図。 サイクロン機構を示す拡大断面図。 図２のＡ−Ａ断面図。 サイクロン機構下流側における排ガスの流れの様子を説明するための図。 ＳＣＲシステムの他の実施形態の一例を示す図。 ガス放出口の配置の他の実施形態の一例を示す図。 ガス放出口の配置の他の実施形態の一例を示す図。 サイクロン機構の他の実施形態の一例を示す図。 サイクロン機構の他の実施形態の一例を示す図。 サイクロン機構の他の実施形態の一例を示す図。 ＰＭ捕集器及びサイクロン機構を搭載するシステムの概略構成を示す図。 ＰＭ捕集器及びサイクロン機構を搭載するシステムの概略構成を示す図。

以下、本発明に係る排気浄化システムを具体化した実施形態について図面を参照しつつ説明する。本実施形態の排気浄化システムは、選択還元型触媒を用いて排ガス中のＮＯｘを浄化するものであり、ＳＣＲシステムとして構築されている。はじめに、図１を参照してこのシステムの構成について詳述する。図１は、本実施形態に係るＳＣＲシステムの概要を示す構成図である。

図１に示すように、本システムは、自動車に搭載されたディーゼルエンジンにより排出される排ガスを浄化対象として、排ガスを浄化するための各種アクチュエータ及び各種センサ、並びに電子制御ユニット（ＥＣＵ）４０等を有して構築されている。

図１のエンジン排気系には、エンジン本体に接続され排気通路を形成する断面円形の排気管１１が設けられており、その排気管１１に、排気上流側から順にＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）１２、選択還元型触媒（以下、ＳＣＲ触媒という）１３が配設されている。

ＤＰＦ１２は、排ガス中のＰＭ（粒子状物質）を捕集するＰＭ除去用フィルタである。ＤＰＦ１２に捕集されたＰＭは、ディーゼルエンジンにおけるメイン燃料噴射後のポスト噴射等により燃焼除去され（再生処理され）、これによりＤＰＦ１２の継続使用が可能になっている。

ＳＣＲ触媒１３は、還元剤供給部１５から供給されるアンモニア（ＮＨ3）によるＮＯｘの還元反応（排気浄化反応）を促進するものである。具体的には、例えば、
４ＮＯ＋４ＮＨ3＋Ｏ2→４Ｎ2＋６Ｈ2Ｏ …（式１）
６ＮＯ2＋８ＮＨ3→７Ｎ2＋１２Ｈ2Ｏ …（式２）
ＮＯ＋ＮＯ2＋２ＮＨ3→２Ｎ2＋３Ｈ2Ｏ …（式３）
といった反応を促進することにより、排ガス中のＮＯｘを還元してＮ2とＨ2Ｏとに変化させる。これにより、排ガス中のＮＯｘが大気中に放出されないようにしている。本システムでは、ＳＣＲ触媒１３が、断面円形状のケーシング１４内に形成された中空部の一部に充填されている。なお、ケーシング１４における中空部は、排気通路の一部を構成している。

還元剤供給部１５は、排気通路においてＳＣＲ触媒１３の上流側にＮＯｘ還元剤としてのアンモニアを供給するものであり、本実施形態では特に、アンモニアを気体状態で排気通路に供給するものとして構成されている。具体的には、還元剤供給部１５は、アンモニアガス（ＮＨ3ガス）の発生源を貯蔵するとともにそのガス発生源からアンモニアガスを発生させるＮＨ3ガス発生部１６と、ＮＨ3ガス発生部１６から発生されるＮＨ3ガスを排気通路に誘導するガス配管１７と、ガス配管１７の先端部に設けられガス配管１７内のアンモニアガスを放出するガス放出口１８とが設けられている。また、ガス配管１７の中途部分には、電磁式の開閉弁１９が設けられている。本システムでは、ＮＨ3ガス発生部１６におけるアンモニアの圧力や温度等を監視しつつ、開閉弁１９の開弁時間又は開度が調整されることにより、ガス放出口１８から排気通路に添加されるアンモニア量が調整される。

なお、ＮＨ3ガス発生部１６に貯蔵されるＮＨ3ガス発生源については、ＮＨ3ガスを発生可能であればその状態は特に限定せず、液体であってもよいし固体であってもよい。例えば、ＮＨ3ガス発生部１６を、液体アンモニアを貯蔵する高圧ボンベとしての液体貯蔵部と、液体貯蔵部内の液体アンモニアを減圧操作により気体アンモニアとする減圧部とを備えるものとする。この場合、液体から気体に状態変化したアンモニア（ＮＨ3ガス）が排気通路に供給される。あるいは、ＮＨ3ガス発生部１６を、固体尿素を貯蔵する固体貯蔵部と、固体貯蔵部内の固体尿素を加熱する加熱部とを備えるものとする。この場合、固体尿素の加熱により発生したアンモニアガスが排気通路に供給される。

その他、排気管１１には、ＳＣＲ触媒１３の下流側において、ＮＯｘ検出部（ＮＯｘセンサ）と排気温検出部（排気温センサ）とが内蔵された排気センサ２１が設けられている。この排気センサ２１により、ＳＣＲ触媒１３の下流側にて排ガス中のＮＯｘ量（ＳＣＲ触媒１３によるＮＯｘの浄化率）及び排ガスの温度が検出される。また、排気管１１においてＳＣＲ触媒１３の更に下流には、排ガス中のアンモニア（ＮＨ3）を除去するためのアンモニア除去装置２２（例えば酸化触媒）が設けられている。

上記システムにおいて、電子制御ユニットとして主体的に排気浄化に係る制御を行う部分がＥＣＵ４０である。ＥＣＵ４０は、周知の通りＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等よりなるマイクロコンピュータ（以下、マイコンという）を主体として構成され、ＲＯＭに記憶された各種の制御プログラムを実行する。すなわち、ＥＣＵ４０のマイコンは、前述した各種センサの検出値に基づいて、所望とされる態様で開閉弁１９などを作動させる。これにより、排気浄化に係る各種の制御を行う。

具体的には、ＥＣＵ４０のマイコンは、エンジン運転中において、排気センサ２１の検出信号に基づいてＳＣＲ触媒１３の下流側におけるＮＯｘ量を算出し、算出したＮＯｘ量に基づいて、ＳＣＲ触媒１３の上流側にガス放出口１８から排出されるアンモニア量を制御する。この場合、排気センサ２１で検出されるＮＯｘ量が多いほどアンモニアがより多く必要となる。一方、アンモニアが過剰に供給されると、ＮＯｘ還元反応に使用されず、ＳＣＲ触媒１３に吸着されない余剰分のアンモニアが排ガスに混じって大気放出されるおそれがある。そこで、マイコンは、排気センサ２１で検出されるＮＯｘ量に応じた適正量のアンモニアがガス放出口１８から排気通路に排出されるようアンモニア供給量を制御している。

ところで、排ガス中のＮＯｘ浄化を十分に行うには、還元剤供給部１５から放出されたアンモニアガスを排ガス中に均一に分散させ、これによりＳＣＲ触媒１３でのＮＯｘ還元反応が高効率で行われるようにする必要がある。そこで、本システムには、排気通路において、排気通路を通過する排ガスに旋回流を発生させることで排ガスとＮＯｘ還元剤とを混合させるための旋回流発生部としてのサイクロン機構３０が設けられている。

図２は、サイクロン機構３０を示す拡大断面図である。図２において、サイクロン機構３０は、排気管１１において、ＳＣＲ触媒１３及び還元剤供給部１５（ガス放出口１８）の上流側に配設されている。詳しくは、ＳＣＲ触媒１３が充填されたケーシング１４は、その排気上流側の端部において、排気管１１ａに対して図示しないボルト及びナットで締結されており、その排気管１１ａの中空部（排気通路）にサイクロン機構３０が取り付けられている。

サイクロン機構３０は、複数の（本実施形態では４枚の）フィン３１を備えている。図３に、フィン３１を説明するための図２のＡ−Ａ断面図を示す。図３に示すように、フィン３１は、排気管１１ａの軸線Ｌ１（図２参照）を中心とした周方向に等間隔で配置されており、これらの各フィン３１が、排ガスの流れ方向に対して角度αだけ傾いた状態になっている（図２参照）。隣接するフィン３１の間には、排ガスが通過可能な流通孔３３が形成されている。このフィン３１において、排気管１１ａの径方向における外縁部３１ａの少なくとも一部が、排気管１１ａの内周壁に溶接等により固定されている。

図２の説明に戻り、フィン３１の内縁部３１ｂにより、円錐状のコーン部３２が支持されている。コーン部３２は、その軸線が排気管１１ａの軸線Ｌ１に一致されており、先端部を排気上流側に向けている。また、各フィン３１の内縁部３１ｂにおいて、排気下流側にはキャップ部３４が設けられている。

排気管１１ａを通過する排ガスは、コーン部３２により排気通路の外周側に誘導される。これにより、排ガスの流れ方向が、軸線Ｌ１に沿った方向から外周方向に変更される。また、外周側に誘導された排ガスは、各フィン３１に衝突しつつ流通孔３３（図３参照）を通過する。このとき、排ガスが、フィン３１の角度αに沿って流通孔３３を通過することにより、フィン３１の下流側の排気通路において旋回流が発生する。

排ガスの旋回流は、排気管１１ａに連続するケーシング１４内でも発生する。ケーシング１４は、その排気上流側の端部が排気管１１ａと同一の内径ＲＳとなっており、その端部において排気管１１ａに接続されている。また、ケーシング１４には、排気管１１ａ側から排気下流側に向けてテーパ状に拡径する拡径部１４ａと、拡径部１４ａの排気下流側の端部における内径ＲＬと同一径を保持しつつ拡径部１４ａに連続する大径部１４ｂとが設けられている。なお、ケーシング１４の軸線は、排気管１１ａの軸線Ｌ１に一致している。

ケーシング１４の中空部において、排気下流側にはＳＣＲ触媒１３が充填されており、排気上流側には空間部１４ｃが形成されている。この空間部１４ｃには還元剤供給部１５のガス配管１７が配設されており、具体的には、空間部１４ｃのうちケーシング１４の大径部１４ｂにより形成される部分にガス放出口１８が配置されている。ガス放出口１８の配置について更に詳しく説明すると、本システムでは、排気管１１ａの軸線Ｌ１（ケーシング１４の軸線）上又はその近傍にガス放出口１８が配置されている。

ここで、サイクロン機構３０よりも下流側における排ガスの流れの様子について、図４を用いて詳しく説明する。サイクロン機構３０により排ガスの旋回流が発生されることにより、排気通路には遠心力による圧力勾配が形成され、旋回心から放射方向に向かって圧力が増大される。すなわち、図４（ａ）に示すように、サイクロン機構３０の排気下流側において、旋回心が位置する排気通路の中央部、すなわち排気管１１ａ及びケーシング１４の中央部では圧力が低くなっており、排気通路の外縁部、すなわち排気管１１ａ及びケーシング１４の内壁面付近では圧力が高くなっている。

排気管１１ａ及びケーシング１４の中央部では全体的に圧力が低くなっているが（破線で囲む低圧力部ＸＬｏｗ）、更にその低圧力部ＸＬｏｗの軸線方向に着目すると、その軸線方向（排ガスの流れ方向）において圧力勾配が形成されている。より具体的には、サイクロン機構３０の直近とＳＣＲ触媒１３の触媒入口直近とを比較した場合、サイクロン機構３０直近の方がより流速が速い旋回流が生起されているため、サイクロン機構３０直近では触媒入口直近よりも圧力が低くなっている。したがって、排気管１１ａ及びケーシング１４の中央部（低圧力部ＸＬｏｗ）では、その圧力勾配に起因して、ＳＣＲ触媒１３に向かう方向とは逆方向の排ガスの流れが生じている。換言すれば、サイクロン機構３０により、排ガスが排気通路の下流側から上流側へ流れる排気逆流領域が形成されている。

その様子を図４（ｂ）に示す。図４（ｂ）は、シミュレーションに基づく排気通路の圧力勾配を示す模式図である。図４（ｂ）に示すように、サイクロン機構３０の排気下流側における低圧力部ＸＬｏｗには、排ガスがＳＣＲ触媒１３へ向かう方向とは反対方向（図中の白抜き矢印の方向）に流れる排気逆流領域Ｙｒｅ（図中、一点鎖線で囲まれた領域）が形成されている。

特に本システムでは、サイクロン機構３０が排気管１１ａに設けられており、ＳＣＲ触媒１３が、排気管１１ａよりも内径が大きい大径部１４ｂに設けられている。そのため、ＳＣＲ触媒１３の触媒入口直前では、大径部１４ｂが排気管１１ａと同一径の場合に比べ、排気通路の中央部が高圧化されている。これにより、排気通路の中央部における圧力勾配が大きくなり、その結果、排ガスの逆流を好適に発生可能になっている。

本システムでは、図４（ｂ）に示すように、ケーシング１４内における排気通路の中央部の低圧力部ＸＬｏｗにおいて、特に排気逆流領域Ｙｒｅにおいて還元剤供給部１５のガス放出口１８を配置し、排気逆流領域Ｙｒｅにアンモニアガスを添加している。これにより、ガス放出口１８から放出されたＮＨ3ガスは、ＳＣＲ触媒１３へ向かう方向とは反対方向に流れる排ガスに乗って、一旦ガス放出口１８からサイクロン機構３０へ向かう方向へ誘導された後、今度は旋回流に乗ってＳＣＲ触媒１３へ向かう方向に誘導されることとなる。すなわち、ＮＨ3ガスは、ガス放出口１８→サイクロン機構３０側→ＳＣＲ触媒１３の経路を辿ってＳＣＲ触媒１３に到達する。なお、ＮＨ3ガスは、例えば尿素水などの液体に比べて軽量であり、排気逆流領域Ｙｒｅに添加されることにより、その領域Ｙｒｅにおける逆流方向の排ガスに乗ってガス放出口１８→サイクロン機構３０側へ移送される。したがって、本システムでは、ＮＯｘ還元剤としてのアンモニアを順方向（ガス放出口１８→ＳＣＲ触媒１３の方向）に流れる排ガスに対して供給する場合に比べ、ＮＨ3ガスが排気中に均一に分散するのに必要なＮＨ3の移動距離を十分に確保できる。また、ＮＨ3の移動距離を十分に確保しつつ、還元剤供給部１５のガス放出口１８とＳＣＲ触媒１３入口との距離ＬＡ（図２参照）を短くすることができる。つまり、本システムでは、ＮＯｘの浄化能力を維持しつつシステムのコンパクト化を図ることができる。

また特に、本システムには、サイクロン機構３０の下流側に拡径部１４ａが設けられており、サイクロン機構３０よりも下流側の排気通路の内径がＲＳからＲＬに拡径されている。そして、排気通路の拡径（ケーシング１４の拡径）に沿って排気逆流領域Ｙｒｅが形成されている。すなわち、図４（ｂ）に示すように、拡径部１４ａにおいて排気逆流領域Ｙｒｅが径方向にテーパ状に広がっており、その最大径を保持したまま大径部１４ｂに続いている。したがって、本システムによれば、ＮＨ3ガスを確実に逆流方向の排ガス中に添加可能となる。

なお、ケーシング１４の拡径に沿って排気逆流領域Ｙｒｅが拡大しているのは、例えば、サイクロン機構３０により生起された旋回流の流速が拡径部１４ａの径の拡大につれて低下することにより、ケーシング１４の内壁面近傍の排ガスが通路中央部の逆流方向の排ガスの流れに乗りやすくなっていることが考えられる。

以上詳述した本実施形態によれば、以下の優れた効果が得られる。

排気通路においてＳＣＲ触媒１３上流側にサイクロン機構３０を設け、そのサイクロン機構３０により排ガスの旋回流を発生させることによって排気通路に排ガスの逆流領域を形成し、その排気逆流領域Ｙｒｅに還元剤供給部１５によりＮＯｘ還元剤としてもアンモニアを供給する構成としたため、還元剤供給部１５から供給されるアンモニアを、逆流方向の排ガスの流れに乗って一旦ＳＣＲ触媒１３とは反対方向に移送させることができる。これにより、還元剤供給部１５とＳＣＲ触媒１３とを近接して配置したとしても、排ガス中にアンモニアを拡散させるのに十分な距離を確保することができる。したがって、ＮＯｘの浄化能力を維持しつつシステムのコンパクト化を図ることができる。

また、還元剤供給部１５のガス放出口１８を排気通路の径方向中央部に配置する構成としたため、排ガスの逆流領域に確実にアンモニアを供給することができる。

サイクロン機構３０を排気管１１に配置し、ＳＣＲ触媒１３を排気管１１よりも径が大きいケーシング１４に配置する構成としたため、排気通路の中央部の低圧力部ＸＬｏｗにおいてサイクロン機構３０側とＳＣＲ触媒１３側との圧力勾配を大きくすることができ、ひいては排ガスの逆流形成を好適に行うことができる。

ガス放出口１８をケーシング１４の大径部１４ｂに配置する構成としたため、アンモニアの供給をサイクロン機構３０からできるだけ離れた位置にて行うことができる。したがって、アンモニアの逆流方向への移動をできるだけ長くすることができ、その結果、アンモニアと排ガスとの混合を十分に行うことができる。また、装置の小型化を好適に行うことができる。

排気通路においてサイクロン機構３０とＳＣＲ触媒１３との間にテーパ状に拡径される拡径部１４ａを設ける構成としたため、排気逆流領域Ｙｒｅを排気通路の径方向に広げることができる。また、その拡径部１４ａよりも下流側にてアンモニアを供給する構成としたため、アンモニアを確実に逆流方向の排ガス中に添加することができる。

ＮＯｘ還元剤としてのアンモニアを気体状態で排気逆流領域Ｙｒｅに添加する構成を本発明に適用したため、ＮＯｘ還元剤を液体状態で添加する場合に比べ、還元剤を排ガスの逆流に確実に乗せることができ、還元剤の逆流方向への移動を好適に実施することができる。したがって、ＮＯｘ還元剤を排気中に均一に分散させるといった効果を好適に得ることができる。

（他の実施形態）
本発明は、上記実施形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施されてもよい。

・ガス放出口１８は、排気逆流領域Ｙｒｅに配置されていればその位置は大径部１４ｂ以外であってもよい。例えば、ガス放出口１８を拡径部１４ａ内に形成された排気逆流領域Ｙｒｅに配置する。あるいは、排気管１１ａ内に形成された排気逆流領域Ｙｒｅに配置する。

図５に、ＳＣＲシステムの他の実施形態の一例を示す。図５において、ケーシング１４にはＳＣＲ触媒１３が充填されている。排気管１１において、ＳＣＲ触媒１３の排気上流側には還元剤供給部１５が設けられ、還元剤供給部１５の更に上流側にサイクロン機構３０が設けられている。この構成においても、上記と同様に排気管１１内において排ガスの旋回流が生起されることにより、排気管１１内の中央部に排気逆流領域Ｙｒｅが形成される。本構成では、その排気逆流領域Ｙｒｅに還元剤供給部１５のガス放出口１８が配置されており、同領域ＹｒｅにＮＨ3ガスが添加される。

・ガス放出口１８を排ガスの流れ方向の異なる位置に複数設ける。具体的には、還元剤供給部１５には、複数の（例えば２つの）ガス配管１７ａ，１７ｂが設けられており、各配管１７ａ，１７ｂのガス放出口１８ａ，１８ｂが、排気通路においてＳＣＲ触媒１３の上流側であってサイクロン機構３０の下流側に、排ガスの流れ方向において異なる位置に配置されている。その一例を図６に示す。

図６では、一方のガス放出口１８ａが大径部１４ｂ内の排気逆流領域に配置され、他方のガス放出口１８ｂが拡径部１４ａ内の排気逆流領域に配置されている。なお、ガス放出口１８ａ，１８ｂのいずれかを排気管１１ａに配置してもよいし、あるいはガス放出口１８ａ，１８ｂの双方を大径部１４ｂ、拡径部１４ａ及び排気管１１ａのいずれかに配置してもよい。排気逆流領域Ｙｒｅでは、排ガスの流れ方向の各位置で旋回流の流速が相違すること等に起因して、排ガスの逆流方向への流通状態がそれぞれの位置で相違し、ガス放出口１８の配置位置によってＮＨ3ガスの逆流方向への移送状態が相違することが考えられる。したがって、上記のとおり、ガス放出口１８を排ガスの流れ方向において異なる位置に複数設け、それぞれの位置からＮＨ3ガスを排気逆流領域に添加することにより、ＮＨ3ガスを排気中に十分に分散可能となる。

・ガス放出口１８を排気通路の径方向の異なる位置に複数設ける。その一例を図７に示す。図７では、ガス配管１７の先端部に複数の（図７では２つの）ガス放出口１８ｃ，１８ｄが設けられており、このガス放出口１８ｃ，１８ｄが排気逆流領域Ｙｒｅにおいて径方向の異なる位置に配置されている。したがって、本構成によれば、排気逆流領域Ｙｒｅの径方向に対して幅広くＮＨ3ガスを供給することができる。

・上記実施形態では、サイクロン機構３０をＳＣＲ触媒１３の上流側の排気管１１ａに設けたが、ＳＣＲ触媒１３及び還元剤供給部１５の上流側であれば特に限定せず、例えばケーシング１４に設けてもよい。この場合、拡径部１４ａよりも排気上流側に設けるのが好ましい。拡径部１４ａよりも排気上流側に設けることにより、排気逆流領域Ｙｒｅを径方向に広げることができる。

・サイクロン機構３０の構成は、排ガスに旋回流を生起可能であれば上記に限定しない。例えば、サイクロン機構３０を、コーン部３２を設けずにフィン３１によって構成されるものとしてもよい。また、フィン３１の形状は特に限定しない。図８に、フィン３１の形状の他の一例を示す。図８のうち（ａ）はサイクロン機構３０を示す拡大断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。図８に示すフィン３１１は、円形状板３１２において径方向に形成された複数の切り目部分を円形状板３１２の表面から起立させた状態にすることで構成されている。円形状板３１２のうちフィン３１１を構成していない部分が排気管１１ａの内壁面に例えば溶接等により固着されることにより、排気管１１ａに対してフィン３１１が固定されている。また、隣接するフィン３１１の間には、排ガスが通過可能な流通孔３１３が形成されており、排ガスがその流通孔３１３を通過することにより旋回流が発生される。

・サイクロン機構３０の構成を、図９の示すように、帯状板を１回又は複数回（図９では１回）ねじって螺旋状に形成した螺旋部材３２１により構成してもよい。

・サイクロン機構３０を、フィン３１以外で構成することにより排ガスに旋回流を発生させる構成とする。例えば、還元剤供給部１５の上流から排気通路（排気管１１又はケーシング１４内）の内周面の接線方向に排ガスを流入させることにより排ガスに旋回流を発生させる。図１０（ａ）及び（ｂ）に、本実施形態のサイクロン機構３０の概略構成を示す。なお、図１０（ａ）及び（ｂ）では、径方向の断面図と軸線方向の断面図とを示している。

図１０（ａ）において、ケーシング１４には、サイクロン機構３０としての排気流入部３３１が接続されている。本実施形態において、排気流入部３３１は、ケーシング１４において空間部１４ｃと連通するようにして設けられた開口部１４ｄに対し、排気管１１をケーシング１４の内周面の接線方向に接続することにより構成されている。排気流入部３３１を通過する排ガスは、ケーシング１４の空間部１４ｃに導入される。このとき、ケーシング１４の内周面の接線方向に排ガスが流入することから、ケーシング１４の空間部１４ｃにおいては、排ガスがケーシング１４の内壁面に沿って旋回し、これにより旋回流が生起される。

あるいは、排気流入部３３１を排気通路に１つ設ける構成の図１０（ａ）に代えて、排気流入部３３１を２つ以上設ける構成としてもよい。例えば、図１０（ｂ）に示すように、ケーシング１４において開口部１４ｄを異なる２つの位置に設け、異なる方向から排ガスを排気通路に流入させる。このとき、図１０（ｂ）に示すように、排ガスの流入方向が１８０度異なるように排ガスを排気通路に流入させるとよい。

・排気通路に配設した電極間に高電圧を印加してコロナ放電を発生させることにより粒子状物質（ＰＭ）を静電凝集させるＰＭ捕集器を搭載する排気浄化システムを本発明に適用する。図１１及び図１２に、ＰＭ捕集器及びサイクロン機構を搭載するシステムの概略構成を示す。図１１において、ケーシング１４の空間部１４ｃには還元剤供給部１５のガス配管１７が配設されており、ガス配管１７の更に上流側にコロナ放電電極５１が配設されている。コロナ放電電極５１の先端部には放電部５１ａが設けられており、その放電部５１ａが排気通路の略中央部、すなわち排気逆流領域Ｙｒｅに配置されている。また、コロナ放電電極５１の下流側には、接地電極として機能する例えば中空円筒状の金属フィルタ５２が設けられている。

コロナ放電電極５１の電圧印加によりコロナ放電電極５１の先端部（放電部５１ａ）近傍でコロナ放電が発生されると、そのコロナ放電により放射される電子により排気中のＰＭが負に帯電される。また、帯電したＰＭは、接地電位となっている金属フィルタ５２に引き寄せられて静電捕集される。

本実施形態では、コロナ放電電極５１の放電部５１ａが排気逆流領域Ｙｒｅに配置されているため、ガス放出口１８から放出されたＮＨ3が、排ガスの逆流に乗って移動する際にコロナ放電により活性化（イオン化）される。したがって、この活性化されたアンモニア（ＮＨ2，ＮＨ）によりＳＣＲ触媒１３でのＮＯｘ還元が促進され、その結果、ＮＯｘ浄化率を向上させることができる。

なお、還元剤供給部１５のガス配管１７の位置は、コロナ放電電極５１よりも下流側であれば特に限定しない。例えば、コロナ放電電極５１の下流側であって金属フィルタ５２の上流側にガス配管１７を配置する。あるいは、図１２に示すように、金属フィルタ５２の中途部分からガス配管１７が排気通路に突出するようガス配管１７を配置する。

・本発明を、上述したＳＣＲシステム以外で具体化することも可能である。例えば、アンモニア発生源として尿素水溶液を用いその尿素水溶液からアンモニアを生成するシステム、アンモニア発生源として軽油などの燃料を用いるシステム、アンモニア以外の還元剤（ＨＣ等）を用いるシステムなどにおいて具体化することも可能である。

・車載ディーゼルエンジン用のＳＣＲシステムとして実用化する以外に、例えばガソリンエンジン、特にリーンバーンエンジン用のＳＣＲシステムとして実用化することも可能である。

１１…排気管、１２…ＤＰＦ、１３…ＳＣＲ触媒、１５…還元剤供給部（還元剤添加手段）、１７…ガス配管、１８…ガス放出口、３０…サイクロン機構、３１，３１１…フィン、４０…ＥＣＵ、ＸＬｏｗ…低圧力部、Ｙｒｅ…排気逆流領域。

Claims (7)

1. 内燃機関の排気通路に設けられた選択還元型触媒と、前記排気通路において前記選択還元型触媒よりも上流側にＮＯｘ還元剤を供給する還元剤供給手段とを備える内燃機関の排気浄化装置において、
   前記還元剤供給手段の上流側に設けられ、前記排気通路の排ガスに旋回流を発生させる旋回流発生部を備え、
   前記旋回流発生部は、前記排ガスが前記排気通路の下流側から上流側へ流れる排気逆流領域を形成するものであり、
   該排気逆流領域に前記還元剤供給手段が前記ＮＯｘ還元剤を供給することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
2. 前記旋回流発生部は、前記排気通路の径方向中央部に前記排気逆流領域を形成し、
   前記還元剤供給手段は、前記ＮＯｘ還元剤を放出する放出口を有し、
   該放出口が前記径方向中央部に配置されている請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
3. 前記排気通路は、所定の通路径からなる小径部と、前記小径部よりも下流側に設けられ該小径部よりも通路径が大きい大径部とを有し、
   前記旋回流発生部が前記小径部に配置され、前記選択還元型触媒が前記大径部に配置されている請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
4. 前記還元剤供給手段は、前記小径部よりも下流側の前記排気逆流領域に前記ＮＯｘ還元剤を供給する請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
5. 前記小径部と前記大径部との間に排気下流側に向けて拡径する拡径部を有し、
   前記還元剤供給手段は、前記拡径部又は前記大径部における前記排気逆流領域に前記ＮＯｘ還元剤を供給する請求項３又は４に記載の内燃機関の排気浄化装置。
6. 前記還元剤供給手段は、前記ＮＯｘ還元剤を放出する放出口を複数備えており、
   該放出口が、排ガスの流れ方向の異なる位置に配置されている請求項１乃至５のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
7. 前記還元剤供給手段は、前記ＮＯｘ還元剤を気体状態で前記排気逆流領域に供給する請求項１乃至６のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。

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