JP2016079960A - 排気ガス浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の排気通路に還元剤を噴射する噴射弁の噴孔プレートへの微小液滴の付着を抑制でき、噴孔プレートの温度上昇を抑制できる排気ガス浄化装置を提供する。【解決手段】内燃機関としてのディーゼルエンジン２の排気通路３にはＳＣＲＦ５が配置され、ＳＣＲＦ５の上流には酸化触媒４が配置される。ＳＣＲＦ５と酸化触媒４の間の排気通路は、旋回流で排気ガスを通過させるスパイラルミキサー３１に構成される。スパイラルミキサー３１は外筒３２とボス３３とボス３３回りに螺旋状に傾斜した傾斜面で構成された旋回流板３４とから構成される。外筒３２には、スパイラルミキサー３１内に還元剤としての尿素水を噴射する噴射弁６が設けられる。噴射弁６付近の旋回流板３４には、下流に通ずる孔３４１が形成される。また、酸化触媒４の出口から噴射弁６付近の排気通路には、排気ガスの流れ方向に沿って伸びたガイド板７１が配置される。【選択図】図１

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。

また、特許文献１には、旋回流型通路の一部を構成する第２のカップの通路における中心と外周間の尿素濃度の差異を小さくするために第１のカップに孔を形成することが記載されている。

米国特許出願公開第２０１２／０２１６５１３号明細書

噴射弁から噴射された還元剤のうち微小液滴は遠くまで飛ばず、その一部は噴射弁の周囲に漂うことになる。その結果、排気ガスの流量が少ない場合には噴射弁の噴孔プレートに微小液滴が付着し、その付着した微小液滴により尿素が析出して、噴霧の貫徹を妨げるなどの不具合に繋がるという問題点がある。逆にガス流量が多すぎる場合には、噴孔プレートへの排気ガスからの熱伝達が多く、噴射弁の温度が上がりすぎて噴射弁の不具合に繋がるという問題点もある。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、噴射弁の噴孔プレートへの微小液滴の付着を抑制できる排気ガス浄化装置を提供することを第１の課題とする。また、本発明は、噴射弁の噴孔プレートの温度上昇を抑制できる排気ガス浄化装置を提供することを第２の課題とする。

上記第１の課題を解決するために、本発明は、内燃機関の排気通路に配置された還元触媒と、
前記還元触媒の上流側にあって、旋回流で排気ガスが通過するように構成された旋回流型通路と、
前記旋廻流型通路の外周壁に取り付けられ、噴孔が形成された噴孔プレートを有し、前記噴孔から前記旋廻流型通路内に、前記還元触媒で還元反応を行わせるための還元剤を噴射する噴射弁とを備え、
前記噴孔プレート付近の前記旋廻流型通路には、前記旋廻流型通路の下流に通ずる孔が形成されたことを特徴とする。

本発明によれば、噴孔プレート付近の旋廻流型通路には、旋廻流型通路の下流に通ずる孔が形成されており、その孔により圧力の低い旋廻流型通路の下流への抜け道ができるので、その孔に向けて排気ガスの流れを局所的に集めることができる。その結果、孔に近い位置にある噴孔プレート付近の排気ガスの流量を増加させることができ、流量が増加した排気ガスにより、噴孔プレートへの還元剤の微小液滴の付着を抑制できる。

また、上記第２の課題を解決するために、本発明は、内燃機関の排気通路に配置された還元触媒と、
前記還元触媒の上流側にあって、旋回流で排気ガスが通過するように構成された旋回流型通路と、
前記旋廻流型通路の外周壁に取り付けられ、噴孔が形成された噴孔プレートを有し、前記噴孔から前記旋廻流型通路内に、前記還元触媒で還元反応を行わせるための還元剤を噴射する噴射弁と、
前記噴孔プレートの上流側の前記噴孔プレート付近に流れ込む排気ガスの通路に、排気ガスの流れ方向に沿って伸びたガイド板と、
を備えることを特徴とする。

本発明によれば、噴孔プレートの上流側の噴孔プレート付近に流れ込む排気ガスの通路に、排気ガスの流れ方向に沿って伸びたガイド板が設けられているので、ガイド板とこのガイド板を流れる排気ガスとの間の熱伝達により、噴孔プレートに流れ込む排気ガスの温度を下げることができる。よって、噴孔プレートの温度上昇を抑制できる。また、ガイド板は、排気ガスの流れ方向に沿って伸びているので、このガイド板により排気ガスの流れが阻害されることを抑制でき、温度が下げられた排気ガスを効率よく噴孔プレート付近に供給することができる。よって、噴孔プレートの温度上昇を抑制しつつ、噴孔プレートへの微小液滴の付着が促進してしまうのを抑制できる。

排気浄化システムの側面断面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線でスパイラルミキサーを切ったときの断面を上流側から見た図である。 噴射弁のノズルの拡大図である。 図２のＡ部の拡大図である。 図１のＢ矢視方向から見たときの図である。 本発明の作用効果を説明するための図であり、噴孔プレート付近を流れる排気ガスの様子及び噴孔プレートから尿素水噴霧が噴射されている様子を示した図である。 ガイド板間の間隔が下流にいくほど広くなるように、ガイド板を配置した図である。 ガイド板間の間隔が下流にいくほど狭くなるように、ガイド板を配置した図である。 旋回流板に半円状の孔を形成した例を示した図である。 旋回流板に略矩形状の孔を形成した例を示した図である。 比較例の噴孔プレート付近の構成を示した図である。

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（本発明の「排気ガス浄化装置」に相当）の側面断面図を示している。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、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の間の排気通路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３２と、その外筒３２の中心軸線Ｌ１付近に配置されてその中心軸線Ｌ１と同等の方向に伸びた棒状のボス３３と、外筒３２及びボス３３に溶接接続された旋回流板３４とを備えている。本実施形態では、ボス３３は、正面視円状であり、ボス３３の中心軸線Ｌ２と外筒３２の中心軸線Ｌ１とが一致する位置に配置されているが、中心軸線Ｌ２が中心軸線Ｌ１からずれた位置に配置されたとしても良い。なお、ボス３３が本発明における「軸部」に相当する。

旋廻流板３４は、排気ガスの流れを旋廻流に変更する機能を有した板である。詳細には、旋廻流板３４は、旋廻流板３４の外縁が外筒３２の内側の面に接続し、内縁がボス３３の正面視円状の側面に接続して、ボス３３の側面回りに螺旋状に傾斜した傾斜面で構成された板である。つまり、旋廻流板３４の外縁が描く線は外筒３２が伸びた方向に螺旋状に推移し、旋廻流板３４の内縁が描く線はボス３３が伸びた方向に螺旋状に推移する。なお、本実施形態では、旋廻流板３４は、排気ガスの旋回流が上流側（後述する図２の方向）から見て左回り（反時計回り）に発生するように、旋廻流板３４の傾斜面が調整されている。ただし、上流側から見て、右回り（時計回り）の旋回流を発生させるスパイラルミキサー（旋廻流板）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を切ったときの断面を矢視方向（上流側）から見たときの図である。図１のＩＩ−ＩＩ線は、スパイラルミキサー３１の入口領域（旋廻流板３４より上流領域）のうち噴射弁６が配置された位置において軸線Ｌ１に直交する線である。旋廻流板３４は、ボス３３回りに一回転分（３６０°分）の傾斜面から構成されている。すなわち、図２において外筒３２の円周を、ボス３３を中心としたアナログ時計の時間としてあらわしたときに、旋廻流板３４は、図２の６時方向に位置する旋廻流板３４の板縁３４２（実線）で螺旋が開始した後、同じく６時方向に位置する板縁３４３（破線）（板縁３４２の下流に位置する板縁）まで、ボス３３を中心に反時計回りに螺旋状に回転している。なお、一回転以外の回転分（一回転未満の回転分や、一回転以上の回転分）の旋廻流板を採用しても良い。

また、図１に示すように、螺旋開始を示す板縁３４２と螺旋終了を示す板縁３４３の間（厳密には板縁３４２、３４３、外筒３２及びボス３３の間）で開口３６が形成されている。その開口３６は、旋廻流板３４の傾斜面に沿って流れた旋廻流の出口となる部分であり、旋廻流の流れ方向に開いている。開口３６を通過した旋廻流の排気ガスが、ＳＣＲＦ５に供給される。

また、旋廻流板３４には、開口３６とは別に孔３４１が形成されている。この孔３４１の詳細は後述する。

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ための衝突板３５が設けられている。その衝突板３５は、旋廻流の流れが強くなる開口３６付近の領域において、衝突板３５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３５は、図２に示すように、螺旋方向（旋廻流の流れ方向）における開口３６の手前に位置する旋廻流板３４（図２では、およそ７時から９時の方向の範囲に位置する旋廻流板）の外周位置、つまり外筒３２に近い位置にて、旋廻流板３４の板面から起立する形で配置されている。なお、衝突板３５は、外筒３２の形状に沿って湾曲している。また、衝突板３５は、図１の想像線３５で示すように、螺旋開始を示す板縁３４２よりも上流に及ぶ形で配置されている。ここで、衝突板３５は、外筒３２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３３にさえぎられるのを避けることができる。なお、衝突板３５の周縁が旋回流板３４に溶接等で接続されている。また、衝突板３５と旋回流板３４とは、一体に成型されても良い。

衝突板３５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３２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、つまり旋廻流板３４の手前側（上流側）において外筒３２に取り付けられている。噴射弁６より上流側（外筒３２が伸びた方向における上流側）には旋廻流板３４は存在しておらず、そのために、噴射弁６と酸化触媒４の間の領域では、排気ガスは、外筒３２が伸びた方向（直線方向）に流れている。また、本実施形態では、噴射弁６は、外筒３２に直交する方向に取り付けられているが、直交以外の方向に傾けて取り付けられたとしても良い。

噴射弁６の取付及び構造についてさらに説明すると、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、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（図示外）やノズル６１（図１、図２参照）を開閉するための棒状のニードル（図示外）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が開弁方向に移動し、そのニードルの移動に伴いノズル６１から尿素水が噴射される。

図３はノズル６１の拡大図である。図３に示すように、ノズル６１の先端面を構成する噴孔プレート６２には、尿素水の噴射口となる噴孔６３が形成されている。図３では、２個の噴孔６３が形成されているが、噴孔６３は何個形成されたとしても良い。本実施形態では、噴射弁６は、噴孔プレート６２の正面方向からずれた、衝突板３５の方向に尿素水を噴射するが、そのために各噴孔６３の向きは衝突板３５の方向に調整されている。

また、噴射弁６は、円筒状のノズル６１の側面周囲を取り囲むように金属製のアダプタ６４を備える。そのアダプタ６４は噴射弁６の軸線Ｌ３（ノズル６１の軸線。図２参照）に対して側方（直角方向）に突出したフランジ部６４１を有する。そして、そのフランジ部６４１がボルト等で外筒３２に締結されている。このとき、アダプタ６４が締結される外筒３２の一部分には開口が形成されており、その開口に噴孔プレート６２が合うようになっている。つまり、スパイラルミキサー３１の内部から見て、外筒３２の開口から噴孔プレート６２が露出している。詳しくは、噴孔プレート６２は、外筒３２の内側の面に略一致した位置に配置される。つまり、噴孔プレート６２と外筒３２の間には、アダプタ６４以外の部品（排気ガスによる噴射弁６の温度上昇を防ぐために噴孔プレートを外筒から奥の位置に配置するための筒状部品）が介在していない。なお、上記「略一致」とは、噴孔プレート６２の面と外筒３２の内側の面とが完全に一致しているだけでなく、噴孔プレート６２が外筒３２の内側の面から若干（スパイラルミキサー３１内を流れる排気ガスの主流の通り道沿いの位置とみなせる程度であって、例えば数ｍｍ〜１、２ｃｍ程度）奥まった位置に配置される態様も含む趣旨である。

また、外筒３２の円周方向の位置のうち、旋廻流板３４の開口３６が形成された位置Ｘ（図２参照。図２の６時方向の位置）を螺旋端位置とすると、噴射弁６（噴孔プレート６２）は、その螺旋端位置Ｘよりも、ボス３３を挟んで螺旋端位置Ｘの反対側の位置（螺旋中間位置。図２の１２時方向の位置）に寄った位置に配置されている。本実施形態では、噴射弁６は、図２の１２時方向の位置（螺旋中間位置）に配置されているが、１２時方向の位置から多少ずれた位置に配置されたとしても良い。そして、噴射弁６は、螺旋中間位置付近から、開口３６付近に配置された衝突板３５に向けて尿素水を噴射するように配置される。噴射弁６を螺旋中間位置付近に設けることで衝突板３５の領域に容易に尿素水を噴射することができる。

アダプタ６４の内部には、ノズル６１及び後述するガイド板７１を冷却するための冷却水が流れる冷却通路６５が形成されている。また、アダプタ６４には冷却水入口６６及び冷却水出口６７が接続されている。そして、冷却水入口６６から冷却通路６５に冷却水が注入され、注入された冷却水が冷却通路６５を通った後、冷却水出口６７から出されることで、アダプタ６４が冷却され、冷却されたアダプタ６４によりノズル６１及びガイド板７１も冷却される。本実施形態では、冷却水によりノズル６１及びガイド板７１を冷却する水冷機構を示しているが、冷気によりノズル６１及びガイド板７１を冷却する空冷機構を採用しても良い。なお、水冷機構６５〜６７が本発明における「冷却機構」に相当する。また、アダプタ６４が本発明における「取付部」に相当する。

上記したように旋廻流板３４には、スパイラルミキサー３１の下流に通ずる孔３４１（外筒３２が伸びた方向に貫通する貫通孔）が形成されている。この孔３４１は、図１、図２に示すように、噴孔プレート６２付近に形成されており。詳しくは、孔３４１は、噴孔プレート６２より下流側に位置する旋回流板３４の外周位置のうち、噴孔プレート６２が位置する回転方向付近（図２において１２時方向付近）に形成される。言い換えると、孔３４１は、旋回流板３４のうち噴孔プレート６２に最も近い位置に形成される。

ここで、図４は、図２のＡ部の拡大図を示している。図４に示すように、本実施形態では、孔３４１は正面視で円形状となっている。また、本実施形態では、孔３４１は、図４の方向から見て、噴射弁６の軸線Ｌ３に重なる位置（図２において１２時方向の位置）に形成されているが、孔３４１の存在により噴孔プレート６２を通過する排気ガスの流量が増加するという効果が得られるのであれば、図４の位置に対して多少左右にずれた位置に形成されても良い。

また、孔３４１が大きいほど噴孔プレート６２への尿素水噴霧の付着の抑制効果を向上できるが、孔３４１が大きすぎると排気ガスの旋回流が弱まってしまう。そのため、孔３４１の大きさは、噴孔プレート６２への尿素水噴霧の付着の抑制効果が得られ、かつ、旋回流が弱まらないように適宜の大きさに設定される。また、本実施形態では、孔３４１は１個としているが、複数個であっても良い。

図５は、図１のＢ矢視図、つまり正面方向から噴孔プレート６２を見たときの噴孔プレート６２周辺の構造を示している。図１、図５に示すように、噴孔プレート６２の上流側には金属製（例えばステンレス製）のガイド板７１が設けられている。そのガイド板７１は平板状であり、また図５に示すように、複数（図５では４つ）設けられる。各ガイド板７１は、噴孔プレート６２に流れ込む排気ガスの通路に設けられる。詳しくは、酸化触媒４の出口４１（図５参照）付近から噴孔プレート６２付近までの間において、アダプタ６４の裏面６４２（図５参照）から排気通路内に、排気ガスの流れ方向である外筒３２が伸びた方向に板面が略平行となるように立設されている。言い換えると、ガイド板７１は、噴孔プレート６２の上流側において、外筒３２の円周方向のうち噴孔プレート６２が配置された方向（図２において１２時方向）に配置されている。

また、ガイド板７１は、アダプタ６４の裏面６４２に溶接等で接続されている。裏面６４２からのガイド板７１の突出長（ガイド板７１の上下幅）は、噴孔プレート６２に流れ込む排気ガス流の範囲に基づいて適宜に設定される。また、ガイド板７１の長さ（外筒３２が伸びた方向における長さ）は、上記したように、酸化触媒４の出口４１付近から噴孔プレート６２付近までの長さに設定されている。

さらに、図５に示すように、４つのガイド板７１は、互いに間隔を空けて並列に配置されている。図５では、４つのガイド板７１は等間隔に平行に配置されている。４つのガイド板７１の両端に位置する２つのガイド板７１間の間隔ｄ１（図５参照）は、例えば噴孔プレート６２の直径程度に設定される。外筒３２は、アダプタ６４の裏面６４２が位置する部分に開口が形成されており、ガイド板７１はその開口を介して排気通路内に配置されている。ガイド板７１は、アダプタ６４の水冷機構６５〜６７により冷却されている。

また、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。図６は、本発明の作用効果を説明するための図であり、図１の一部（噴孔プレート６２付近）を抜き出して、噴孔プレート６２付近を流れる排気ガスの様子及び噴孔プレート６２から尿素水噴霧が噴射されている様子を示した図である。

酸化触媒４を通過した排気ガスは、旋回流板３４に向かって真っすぐに（外筒３２が伸びた方向に）進行した後、旋回流板３４に当たる。旋回流板３４に当たった排気ガスは旋回流板３４、ボス３３及び外筒３２で囲まれた螺旋状の通路を流れることで、排気ガスの旋回流が発生する。また、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。噴射弁６からスパイラルミキサー３１内に供給された尿素水噴霧の大部分は、衝突板３５に衝突する。衝突板３５に衝突した尿素水噴霧は、排気ガスや衝突板３５から熱をもらって速やかに蒸発（微粒化）する。

衝突板３５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３４に囲まれた螺旋状の通路を通過し、旋回流となってＳＣＲＦ５の上流側表面に到達する。特に、衝突板３５は旋回流の流れが強くなっている開口３６付近の領域に配置されるので、衝突板３５付近に尿素水噴霧が滞留し、衝突板３５に尿素水噴霧が付着したり尿素が析出したりするのを抑制できる。また、ＳＣＲＦ５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、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。

一方、噴射弁６から噴射された尿素水噴霧の一部、特に微小粒径の噴霧は十分な貫徹力を持たず、噴孔プレート６２付近に浮遊する。しかし、本発明では、噴孔プレート６２付近の旋回流板３４に下流に通ずる孔３４１が形成されているので、圧力の低いスパイラルミキサー３１の下流への抜け道ができる。このため、図１の矢印Ｐの排気ガス流のように、孔３４１に向けて排気ガスの流れを局所的に集めることができ、孔３４１に近い位置にある噴孔プレート６２付近の排気ガスの流量を増加させることができる。これにより、図６に示すように、噴孔プレート６２付近に浮遊していた微小液滴８１を、排気ガスにより噴孔プレート６２付近から排出できる。特に噴孔プレート６２と外筒３２の間にはアダプタ６４以外の筒状部品が設けられておらず、噴孔プレート６２は外筒３２に近い位置に配置されているので、排気ガスを効果的に噴孔プレート６２付近に供給することができる。よって、噴孔プレート６２に尿素水が付着して、尿素水由来の析出物（シアヌル酸、アンメリド、アンメリン、メラミンなど）が堆積するのを抑制できる。

さらに、本発明では、噴孔プレート６２の上流側にガイド板７１が設けられており、このガイド板７１は水冷機構６５〜６７により冷却されているので、ガイド板７１間の通路を通過した排気ガスは、ガイド板７１により熱が奪われて、噴孔プレート６２に流れ込む排気ガスの温度を下げることができる。よって、排気ガスから噴孔プレート６２への熱伝達を抑制、つまり噴孔プレート６２の温度上昇を抑制でき、温度上昇による噴射弁の不具合（例えば、噴射弁６内の尿素水の特性が変化してしまう不具合など）を抑制できる。

また、各ガイド板７１は、排気ガスの流れに沿って互いに平行に配置されているので、排気ガスの流れが阻害されることを抑制でき、温度が下げられた排気ガスを効率よく噴孔プレート６２付近に供給することができる。よって、噴孔プレート６２の温度上昇を抑制しつつ、噴孔プレート６２付近に浮遊している微小液滴８１（図６参照）を効果的に噴孔プレート６２付近から排出できる。

また、ガイド板７１は、水冷機構６５〜６７を備えたアダプタ６４に接続されているので、ノズル６１とガイド板７１の両方を冷却することができる。ガイド板７１専用の冷却機構を設ける場合に比べて、構成を簡素にできる。

これに対して、図１１は、図１の孔３４１やガイド板７１が設けられていない比較例の噴孔プレート６２付近の構成を示している。図１１の比較例では、噴孔プレート６２付近の旋回流板に孔が形成されていないので、噴孔プレート６２付近の排気ガスの流量は弱く、噴孔プレート６２付近の微小液滴８２は噴孔プレート６２付近に浮遊したままとなる。そのため、噴孔プレート６２に微小液滴８２が付着して、付着した微小液滴８２により噴孔プレート６２に尿素由来の析出物が堆積して、この析出物により噴孔プレート６２から噴射される尿素水噴霧の貫徹を妨げるなどの不具合に繋がる。

また、比較例では、ガイド板が設けられていないので、高温の排気ガスが噴孔プレートに流れ込むことで、噴射弁の温度が上がりすぎて噴射弁の不具合に繋がるおそれがある。

以上説明したように、本実施形態によれば、噴射弁の噴孔プレートの温度上昇の抑制と、噴孔プレートへの尿素水付着の抑制の両立を図ることができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるわけではなく、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、複数のガイド板を互いに平行に配置していたが、噴孔プレートに流れ込む排気ガスの流量を調整したい場合には、図７、図８のように、各ガイド板を配置しても良い。図７、図８は、図５と同様に正面方向から噴孔プレート６２を見たときの噴孔プレート６２周辺の構造を示している。図７、図８においてガイド板以外は図５の構造と同じであり、図５から変更がない構成には図５と同一の符号を付している。

図７では、４つのガイド板７２を、噴孔プレート６２の上流側に、排気ガスの流れ方向に沿って配置する点で上記実施形態と同様であるが、４つのガイド板７２間の間隔が下流にいくほど（噴孔プレート６２に近づくほど）広くなっている点で上記実施形態と異なっている。すなわち、４つのガイド板７２のうちの両端に位置する２つのガイド板７２間の出口側の間隔ｄ３は、入口側の間隔ｄ２に比べて広くなっている。これによって、ガイド板７２間の出口から流出した排気ガスの流量範囲を、ガイド板７２間の入口に流入したときよりも広くでき、つまり単位体積当たりの排気ガスの流量を少なくできる。よって、噴孔プレート６２に流れ込む排気ガスの流量を、図５の構成に比べて少なくできる。

例えば、エンジンの種類や噴射弁の配置位置の影響で、噴孔プレート６２に流れ込む排気ガスの流量が多い場合には、図７のようにガイド板７２を配置することで、噴孔プレート６２に流れ込む排気ガスの流量を少なくでき、噴射弁の温度上昇をより一層抑制できる。

図８では、図７とは反対に、４つのガイド板７３間の間隔が下流にいくほど狭くなっている。すなわち、４つのガイド板７３のうち両端に位置する２つのガイド板７３間の出口側の間隔ｄ５は、入口側の間隔ｄ４に比べて狭くなっている。これによって、ガイド板７３間の出口から流出した排気ガスの流量範囲を、ガイド板７３間の入口に流入したときよりも狭くでき、つまり単位体積当たりの排気ガスの流量を多くできる。よって、噴孔プレート６２に流れ込む排気ガスの流量を、図５の構成に比べて多くできる。

例えば、エンジンの種類や噴射弁の配置位置の影響で、噴孔プレート６２に流れ込む排気ガスの流量が少ない場合には、図８のようにガイド板７３を配置することで、噴孔プレート６２に流れ込む排気ガスの流量を多くでき、噴孔プレート６２への尿素水の付着をより一層抑制できる。

また、上記実施形態では、旋回流板の孔は正面視で円形状であったが（図４参照）、孔はどのような形状であっても良い。例えば、図９に示すように、正面視で半円状の孔３４４を採用しても良い。図９では、旋回流板の外周縁に円弧状の切欠き３４４が形成され、この切欠き３４４と外筒の面とで略半円状が形成されている。また、例えば、図１０に示すように、正面視で略矩形状の孔３４５を採用しても良い。図１０では、旋回流板の外周縁に略凹状の切欠き３４５が形成され、この切欠き３４５と外筒の面とで略矩形状が形成されている。

また、上記実施形態では、ガイド板を４つ配置した例を示したが、ガイド板は１つ、２つ、３つ、５つ・・・など何個配置しても良い。ガイド板を多く配置するほど、排気ガスとガイド板との熱交換が促進され、排気ガスの温度を下げることができ、噴孔プレートの温度上昇の抑制効果を向上できる。ただし、ガイド板が多すぎると、ガイド板間の間隔が狭くなりすぎてしまい、排気ガスの流れが阻害されるので、このことを踏まえてガイド板の個数を設定するのが良い。

また、上記実施形態では、旋回流板の孔とガイド板の両方を備えた例を説明したが、どちらか一方のみを備えるようにしても良い。これにより、例えば孔のみを備えた構成では噴孔プレートへの尿素水の付着を抑制でき、例えばガイド板のみを備えた構成では噴孔プレートの温度上昇を抑制できる。

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、ガソリンエンジンの排気浄化システムに本発明を適用しても良い。

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）
３１ スパイラルミキサー（旋回流型通路）
３２ 外筒（旋回流型通路の外周壁）
３４１ 孔
５ ＳＣＲＦ（還元触媒）
６ 噴射弁
６２ 噴孔プレート
６３ 噴孔
７１〜７３ ガイド板

Claims (13)

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、旋回流で排気ガスが通過するように構成された旋回流型通路（３１）と、
   前記旋廻流型通路の外周壁（３２）に取り付けられ、噴孔（６３）が形成された噴孔プレート（６２）を有し、前記噴孔から前記旋廻流型通路内に、前記還元触媒で還元反応を行わせるための還元剤を噴射する噴射弁（６）とを備え、
   前記噴孔プレート付近の前記旋廻流型通路には、前記旋廻流型通路の下流に通ずる孔（３４１）が形成されたことを特徴とする排気ガス浄化装置（１）。
2. 前記旋廻流型通路は、
   前記旋廻流型通路の外周壁を構成する外筒（３２）と、
   前記外筒内に配置されて、排気ガスの流れを旋廻流に変更する機能を有した旋廻流板（３４）とを備え、
   前記孔は、前記外筒が伸びた方向における前記噴孔プレートより下流側の、前記噴孔プレート付近の前記旋廻流板に形成された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. 前記噴孔プレートの上流側の前記噴孔プレート付近に流れ込む排気ガスの通路に、排気ガスの流れ方向に沿って伸びたガイド板（７１〜７３）を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の排気ガス浄化装置。
4. 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、
   前記旋回流型通路及び前記噴射弁は、前記還元触媒と前記酸化触媒の間に配置され、
   前記ガイド板は、前記酸化触媒の出口（４１）と前記噴孔プレートの間に配置されたことを特徴とする請求項３に記載の排気ガス浄化装置。
5. 前記ガイド板は、互いに間隔を空けて並列に複数配置されたことを特徴とする請求項３又は４に記載の排気ガス浄化装置。
6. 複数の前記ガイド板（７１）は互いに平行に配置されたことを特徴とする請求項５に記載の排気ガス浄化装置。
7. 複数の前記ガイド板（７２）は、下流にいくほど前記間隔が広くなるように配置されたことを特徴とする請求項５に記載の排気ガス浄化装置。
8. 複数の前記ガイド板（７３）は、下流にいくほど前記間隔が狭くなるように配置されたことを特徴とする請求項５に記載の排気ガス浄化装置。
9. 前記ガイド板を冷却する冷却機構（６５〜６７）を備えることを特徴とする請求項３〜８のいずれか１項に記載の排気ガス浄化装置。
10. 前記噴射弁は、前記噴孔プレートを先端に有したノズル（６１）と、そのノズルの周囲を取り囲むように設けられ、前記旋廻流型通路の外周壁に取り付けられる取付部（６４）とを備え、前記取付部には冷却機構が備えられており、
    前記ガイド板は、前記取付部に接続されたことを特徴とする請求項９に記載の排気ガス浄化装置。
11. 前記旋廻流型通路は、前記外筒の中心軸線付近に軸部（３３）を備え、
    前記旋廻流板は、前記外筒の内側の面及び前記軸部に接続して、前記軸部回りに螺旋状に傾斜した傾斜面で構成された板であり、
    前記旋廻流板における螺旋開始の板縁（３４２）と螺旋終了の板縁（３４３）の間で開口（３６）が形成されており、
    前記外筒の円周方向における位置のうち前記開口が形成された位置を螺旋端位置、前記軸部を挟んで前記螺旋端位置の反対側の位置を螺旋中間位置として、
    前記噴射弁は、前記外筒のうちの前記螺旋端位置よりも前記螺旋中間位置に寄った位置に配置され、前記外筒内の前記開口付近の領域に向けて前記還元剤を噴射することを特徴とする請求項２に記載の排気ガス浄化装置。
12. 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、旋回流で排気ガスが通過するように構成された旋回流型通路（３１）と、
    前記旋廻流型通路の外周壁（３２）に取り付けられ、噴孔（６３）が形成された噴孔プレート（６２）を有し、前記噴孔から前記旋廻流型通路内に、前記還元触媒で還元反応を行わせるための還元剤を噴射する噴射弁（６）と、
    前記噴孔プレートの上流側の前記噴孔プレート付近に流れ込む排気ガスの通路に、排気ガスの流れ方向に沿って伸びたガイド板（７１〜７３）と、
    を備えることを特徴とする排気ガス浄化装置（１）。
13. 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１〜１２のいずれか１項に記載の排気ガス浄化装置。

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