JP4830570B2

JP4830570B2 - 排気ガス浄化システム

Info

Publication number: JP4830570B2
Application number: JP2006082207A
Authority: JP
Inventors: 竜介藤野
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2006-03-24
Filing date: 2006-03-24
Publication date: 2011-12-07
Anticipated expiration: 2026-03-24
Also published as: JP2007255343A

Description

本発明は、内燃機関の排気ガスを排気通路内に浄化剤を噴射して排気ガスを浄化又は排気ガス浄化装置の再生を行う排気ガス浄化システムに関する。

自動車に対する排ガス規制は厳しさを増し、エンジン側の技術開発だけでは追いつけない状況となりつつある。そのため、排気ガスを後処理装置によって浄化することが必要不可欠であり、ディーゼルエンジンや一部のガソリンエンジン等の内燃機関や様々な燃焼装置の排気ガス中からＮＯｘ（窒素酸化物）を還元除去するためのＮＯｘ触媒や、これらの排気ガス中の粒子状物質（パティキュレート・マター：以下、ＰＭ）を除去するディーゼルパティキュレートフィルタ装置（以下、ＤＰＦ装置）について、種々の研究や提案がなされている。

その中に、ディーゼルエンジン用のＮＯｘ低減触媒として、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒（Selective Catalystic Reduction：ＳＣＲ触媒）やＮＯｘ吸蔵還元型触媒とＮＯｘ直接還元型触媒がある。

アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒を備えた排気ガス浄化システムでは、エンジン出口からアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒までの排気管の中に尿素水溶液、アンモニア、アンモニア水等のアンモニア系溶液（ここでは「浄化剤」という）を噴射し、排気ガスとアンモニア系溶液を混合し、発生したアンモニアのＮＯｘとの選択的な還元反応により、ＮＯｘを浄化している。

この排気ガス浄化システムでは、現在は主にアンモニアを反応させるＳＣＲ触媒が主流であるが、添加する浄化剤は毒性のあるアンモニアの代りに排気ガス中でアンモニアに変化する無害の尿素水溶液を添加する方式に移行しつつある。

この尿素水溶液は排気管中に噴射すると、これ自身の熱容量と蒸発潜熱が大きいため、容易に気体にはならず、液滴状態のままとなり、この液滴状態が続くと排気ガス中での拡散性が著しく低下する。そのため、尿素噴霧が排気ガス中で偏り、十分に均一拡散できないままＳＣＲ触媒に尿素が到達し、尿素から変化したアンモニアが不均一に分散し、過剰な部分では未反応のアンモニアがそのまま大気中に排出し（アンモニアスリップ）、不足の部分では、未反応のＮＯｘがそのまま大気中に排出される。

また、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を備えた排気ガス浄化システムでは、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒は、酸化機能を持つ貴金属触媒と、アルカリ金属等のＮＯｘ吸蔵機能を持つＮＯｘ吸蔵材を担持しており、これらにより、排気ガス中の酸素濃度によってＮＯｘ吸蔵とＮＯｘ放出・浄化の二つの機能を発揮する。そして、ＮＯｘ吸蔵推定量がＮＯｘ吸蔵飽和量になった時に、排気ガスの空燃比をリッチ状態にして、ＮＯｘ吸蔵能力回復用の再生制御を行うが、この再生制御の一つに、排気管へ直接燃料等の炭化水素（ここでは「浄化剤」という）を供給する排気管内噴射リッチ制御がある。

また、ＮＯｘ直接還元型触媒を備えた排気ガス浄化システムでは、ＮＯｘ直接還元型触媒は、β型ゼオライト等の担体に触媒成分であるロジウム（Ｒｈ）やパラジウム（Ｐｄ）等の金属を担持し、ＮＯｘを直接還元する。そして、ＮＯｘ還元性能が悪化してくると、排気ガスの空燃比をリッチ空燃比にして、触媒の活性物質を再生して活性化するＮＯｘ還元性能回復用の再生制御を行うが、この再生制御の一つに、排気管へ直接燃料等の炭化水素（ここでは「浄化剤」という）を供給する排気管内噴射リッチ制御がある。

また、排気ガス中のＰＭ（粒子状物質）を捕集する連続再生型ＤＰＦを備えた排気ガス浄化システムでは、フィルタ部分に捕集され蓄積されたＰＭを燃焼除去してフィルタを再生するために、排気管内噴射により、排気管内に軽油燃料等の炭化水素（ここでは「浄化剤」という）を供給して、フィルタの上流側に配置した酸化触媒又はフィルタに担持された酸化触媒で、この炭化水素を酸化させることによって、フィルタの温度を上昇させてフィルタのＰＭを燃焼除去することが行われている。

これらの排気管内噴射においては、浄化剤が偏った状態で触媒や連続再生型ＤＰＦに到達すると、排気ガスのＮＯｘ浄化やＮＯｘ触媒の再生や連続再生型ＤＰＦの再生の効率が下がり、また、浄化剤が十分に消費されず、下流側に排出されてしまう。そのため、浄化剤を排気ガス中に略均一に供給し、排気ガスと浄化剤の混合濃度を均一化することが重要で、様々な工夫がなされている。

その一つに、排気中に還元剤を均一に拡散させるために、還元剤噴射装置（混入部）の下流位置の排気管内に、絞り部を設けて局所的に高流速で低圧の状態を造り、還元剤の気化を促すか、又は、還元剤噴射装置（混入部）の下流位置の排気管内に、撹拌部材を設けて乱流を起こし、排気流れの撹拌を促すエンジンの排気浄化構造も提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

しかしながら、絞り部を設けた場合には、還元剤が噴霧状態の場合には、絞り部で流れの方向が中心方向に変化するため、慣性力が作用している噴霧状態の還元剤が絞り部の壁面に衝突して液状に付着するという問題がある。また、撹拌部材を設けた場合には、同様に、噴霧状態の還元剤が撹拌部材に衝突して液状に付着するという問題がある。

更に、還元剤と排出ガスとの混合物を形成するための装置で、排出ガスと還元剤を導入可能な混合物形成領域を備え、この混合物形成領域の壁部を少なくとも部分的に、隆起部及び凹部を備えて、特に波形に形成して、言い換えれば、排気管に波形管を用いて渦流を起こして還元剤を混合する装置及び排出ガス浄化装置が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。

しかしながら、波形管を用いると、この凹部に煤が溜まり易く腐食の原因となったり、波形管は剛性が低くなるため、排気管の振動が誘因されたりするという問題がある。

また、圧縮空気と浄化剤を混合させて排気管中に噴霧させて、蒸発し易いように微細化を図るエアアシスト式という方法もあるが、この方法はエアタンクを装備している中・大型車でのみ可能な方法である。そのため、エアタンクを装備していない小型車では、均一拡散できるように、長い末広管を設けて蒸発と拡散ができる余地を与える方法が考えられている。しかしながら、この方法では、過渡運転による排ガス規制走行モードに対しては、応答性遅れのため排気ガス浄化制御が追随できなくなるという問題がある。そのため、浄化剤を如何に短時間で効率よく蒸発と拡散を行って均一に排気ガス浄化装置に到達させることが重要な課題となっている。
特開２００２−２１３２３３号公報特開２００４−５１０９０９号公報

本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、エアアシスト方式が採用できない小型車であっても、排気管内において短い距離で効率良く浄化剤の蒸発及び拡散を促進できて、浄化剤を均一化した状態で排気ガス浄化装置に到達させることができる排気ガス浄化システムを提供することにある。

上記のような目的を達成するための排気ガス浄化システムに関連する排気ガス浄化方法は、内燃機関の排気通路に配設された排気ガス浄化装置で消費される浄化剤を、排気管内噴射装置によって前記排気ガス浄化装置より上流側の前記排気通路内に供給して排気ガスに混入させる排気ガス浄化方法において、前記排気通路に遮蔽部材を設けると共に、前記遮蔽部材の下流側に前記浄化剤を噴射して、前記浄化剤の微粒化を促進させることを特徴とする。

なお、この遮蔽部材の下流側とは、噴射（又は噴霧）された浄化剤の少なくとも一部が遮蔽部材で生じる渦流に巻き込まれる範囲の下流側のことをいう。また、この遮蔽部材の形状は、排気通路の一部を狭くして、排気ガスの流れに渦流を発生できれば良く、特に限定されない。また、遮蔽部材の大きさは、排気通路の断面の多くを覆う必要はなく、浄化剤の噴射口に直接、排気ガスが当たることを妨げることができる程度の大きさと位置でよい。

この構成により、排気通路（排気管）に設けた遮蔽部材により、安定した排気ガスの流れを故意に乱流化及び低速化させ、渦流を発生させて、この渦流が発生する部分の近傍の排気ガス中に浄化剤を噴射する。噴射され微粒化された浄化剤は、遮蔽部材によって発生する渦流と戻り流による淀み領域で微粒化した浄化剤が滞留し、徐々に下流へ流れて行くため、浄化剤の噴霧が偏って生じる局部的な排気ガス温度の低下が起こらず、浄化剤の蒸発が効率よく行われる。そのため、浄化剤は、排気管内において、短い距離で効率良く蒸発及び拡散し均一化した状態で排気ガス浄化装置に到達するようになる。

従って、浄化剤の噴射位置と排気ガス浄化装置の距離が短い配置であっても、浄化剤を均一に拡散させて排気ガス浄化装置へ送ることができる。そのため、過渡運転による排ガス規制走行モードであっても、応答遅れが少なくなり、浄化制御や再生制御の追従性が向上する。また、この遮蔽部材を設ける構成、即ち、排気通路の断面積を不連続に変化させる構成は単純となる。

更に、上記の排気ガス浄化方法において、前記排気通路内に噴射された浄化剤を分散部材に衝突させて、前記浄化剤の微粒化を促進させると、より微粒化及び均一分散化できる。この分散部材としては、浄化剤が衝突する部分を、浄化剤の噴射方向に対して、適当に（例えば、３０°〜６０°）に傾斜させた衝突板等がある。なお、噴射方向を排気ガスの流れに平行な方向とした場合には、分散部材を円錐の頂点を浄化剤の噴射口に対向させた円錐形状の棒状体で形成することもできる。

なお、浄化剤が衝突する面の形状は、通常は加工が容易であるため、平面が用いられるが、噴射された浄化剤の拡散分布を最適にするために、円柱面や球面や円錐面等の曲面を使用することもできる。

そして、上記のような目的を達成するための排気ガス浄化システムは、内燃機関の排気通路に排気ガス浄化装置を備えると共に、前記排気ガス浄化装置の上流に設けられ、浄化剤を前記排気ガス浄化装置に供給する排気管内噴射装置を備えている排気ガス浄化システムにおいて、前記排気管内噴射装置の上流に設けられると共に、前記排気管内噴射装置の噴射口に対して前記排気通路の軸方向に流れる排気ガスを遮るように設けられ、かつ、前記排気通路の軸方向に流れる排気ガスが排気管内噴射装置の噴射口に直接当たらない位置に設けられる遮蔽部材を備えて構成する。

この構成により、遮蔽部材で発生する排気ガスの渦流部分に又はその近傍に浄化剤を噴射することができるので、この渦流により、排気ガスとの混合が促進され、この混合により、浄化剤の分散均一化と蒸発が短距離で効率良く行われる。そのため、排気管内噴射装置の噴射口と排気ガス浄化装置との間が短くても、浄化剤は、均一分散状態で排気ガス浄化装置に到達する。また、排気通路に遮蔽部材を設ける構成は、構造が単純となる。

また、上記の排気ガス浄化システムで、前記排気通路内において、前記浄化剤の噴射経路に前記浄化剤の微粒化を促進させる分散部材を設けて構成すると、排気通路内に噴射された浄化剤を分散部材に衝突させて、浄化剤の微粒化を促進させることができ、より微粒化及び均一分散化できる。この分散機構としては、噴射の衝突によって微粒化作用と噴射方向を分散化させる衝突部材等を用いることができる。

そして、上記の排気ガス浄化システムにおいて、前記排気ガス浄化装置がアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒を備えて形成され、前記浄化剤がアンモニア系溶液であるように構成される。このアンモニア系溶液としては、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒で使用されるアンモニア水、アンモニア水溶液、尿素水溶液等がある。

あるいは、上記の排気ガス浄化システムにおいて、前記排気ガス浄化装置が、上流側の酸化触媒と下流側のＮＯｘ吸蔵還元型触媒を備えて形成された排気ガス浄化装置、上流側の酸化触媒と下流側のＮＯｘ直接還元型触媒を備えて形成された排気ガス浄化装置、あるいは、酸化触媒を有する連続再生型ディーゼルパティキュレートフィルタを備えて形成された排気ガス浄化装置のいずれか一つで構成され、前記浄化剤が炭化水素であるように構成される。

これらの構成により、それぞれの排気ガス浄化システムにおいて、浄化剤を適宜、排気ガス中に均一的に混入して、排気ガス浄化装置に供給することができるので、効率よく、ＮＯｘの浄化、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒やＮＯｘ直接還元型触媒の再生、連続再生型ディーゼルパティキュレートフィルタの再生を行うことができる。

以上説明したように、本発明に係る排気ガス浄化システムによれば、排気管内において、短い距離で効率良く浄化剤の蒸発及び拡散を促進できて、浄化剤を均一分散状態で排気ガス浄化装置に供給することができる。

しかも、圧縮空気を使用しないので、エアアシスト方式が使えない小型車等においても使用可能となる。

以下、本発明に係る実施の形態の排気ガス浄化システムについて、図面を参照しながら説明する。

図１に、本発明の第１の実施の形態の排気ガス浄化システム１の構成を示す。この排気ガス浄化システム１では、エンジン（内燃機関）Ｅの排気通路４に、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒１１を有する排気ガス浄化装置１０が配置される。

このアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒１１は、コージェライトや酸化アルミニウムや酸化チタン等で形成されるハニカム構造の担持体（触媒構造体）に、チタニアーバナジウム、ゼオライト、酸化クロム、酸化マンガン、酸化モリブデン、酸化チタン、酸化タングステン等を担持して形成される。

このアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒１１では、酸素過剰の雰囲気で、排気通路４内に、尿素水溶液、アンモニア、アンモニア水等のアンモニア系溶液（浄化剤）Ｆを噴射して、アンモニアをアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒１１に供給して、排気ガス中のＮＯｘに対してアンモニアと選択的に反応させることにより、ＮＯｘを窒素に還元して浄化する。

そのため、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒１１の上流側の排気通路４に、ＮＯｘの還元剤となるアンモニア系溶液Ｆを噴射又は噴霧により供給するための排気管内噴射装置１３を設ける。この排気管内噴射装置１３は、図示しない貯蔵タンクから図示しない配管を経由して供給されてくるアンモニア系溶液Ｆを排気通路４内に直接噴射する。

また、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒１１の温度を測定するために、上流側温度センサー１５と下流側温度センサー１６を、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒１１の上流側と下流側、即ち、前後にそれぞれ配置する。この二箇所に設置した温度センサ１５、１６の温度差により、触媒１１内の温度差を推定する。

更に、排気ガス浄化システム１の制御装置が、エンジンＥの制御装置２０に組み込まれ、エンジンＥの運転制御と並行して、排気ガス浄化システム１の制御を行う。この排気ガス浄化システム１の制御装置は、排気管内噴射装置１３のアンモニア系溶液Ｆの噴射制御を行う。

この噴射制御では、エンジンＥの運転状態（回転数や負荷）によって、アンモニア系溶液Ｆの噴射量を変化させて、排気ガスＧの流量が変化しても、より効率よく排気ガスＧ中のＮＯｘを還元すると共に、排気ガス浄化装置１０の下流側の浄化された排気ガスＧｃ中へのアンモニアの流出（アンモニアスリップ）が極力少なくなるように制御する。

そして、本発明においては、図１〜図３に示すように、排気通路４における排気管内噴射装置１３の噴射口１３ａの上流側に遮蔽板（遮蔽部材）１４を設ける。この遮蔽板１４の形状や、排気通路４への突出量ｄや閉塞率や、幅Ｂや円弧の角度α等は特に限定せず、排気ガスＧが直接、噴射口１３ａに当たることを防ぐことができる大きさや配置で、かつ、排気通路の一部を狭くして、排気ガスの流れに渦流を発生できれば良い。また、遮蔽板１４と噴射口１３ａの距離は、噴射（又は噴霧）された浄化剤の少なくとも一部が遮蔽部材で生じる渦流に巻き込まれる範囲であれば良い。

なお、この遮蔽板１４の大きさと配置位置は、実験や数値計算によって定めることができるが、簡易的には、排気通路４の上流側の軸方向から見た場合に噴射口１３ａが遮蔽板１４によって遮られて見えないような大きさや配置とすればよい。

また、図１の構成では、排気管内噴射装置１３は、アンモニア系溶液Ｆを排気通路４の排気ガスＧの流れの方向に対して垂直方向に噴射するように噴射口（開口部）１３ａを排気通路４の内壁に沿って設ける。つまり、噴射口１３ａから噴射されるアンモニア系溶液Ｆの流れの向きを排気通路４の軸方向と垂直な方向にする。

また、アンモニア系溶液Ｆの噴射中心の傾斜角度、噴射の拡がり範囲、噴射口１３ａの位置等もそれぞれの排気ガス浄化システム１の構造に対応させて最適な構成を採用することができる。つまり、排気ガスＧの流れの方向に対して垂直方向に噴射する構成以外の、例えば、排気ガスＧの流れの方向に対して並行な方向に噴射する構成も採用できる。

この構成によれば、排気通路４の直線状部分に遮蔽板１４を設けて安定した排気ガスの流れに故意に渦流を発生させると共に、この遮蔽板１４の下流側近傍に排気管内噴射装置１３の噴射口１３ａを設けてアンモニア系溶液Ｆを噴射する構成により、アンモニア系溶液Ｆは、この遮蔽板１４で発生する渦流により排気ガスＧと混合し、拡散するので、排気ガス温度が均一化し、温度の低い部分が発生しないのでアンモニア系溶液Ｆの蒸発が効率よく行われ、排気通路４内において、短い距離で効率良く蒸発及び拡散し均一に排気ガス浄化装置１０に到達する。そのため、排気管内噴射装置１３の噴射口１３ａと排気ガス浄化装置１０の距離が短い配置であっても、アンモニア系溶液Ｆを均一に拡散させて排気ガス浄化装置１０へ供給することができる。

次に、第２の実施の形態について説明する。この第２の実施の形態においては、図４及び図５に示すように、第１の実施の形態の排気ガス浄化システム１の構成に加えて、排気通路４内において、アンモニア系溶液（浄化剤）Ｆの噴射経路にアンモニア系溶液Ｆの微粒化を促進させる分散部材としての衝突板１７、１７Ａを設ける。この衝突板１７、１７Ａの分散効果によりアンモニア系溶液Ｆの微粒化を促進させることができ、より微粒化及び均一分散化できる。

この衝突板１７、１７Ａは、この衝突板１７、１７Ａに噴射されてくるアンモニア系溶液Ｆを分散させる機能を有するものであれば良い。なお、この衝突板１７、１７Ａに噴射の分散機能に加えて、排気ガスＧの流れを渦流にする渦流発生機能を持たせると、アンモニア系溶液Ｆのより分散化、均一化を図ることができる。

図４に示す構成では、アンモニア系溶液Ｆが衝突する部分を、噴射方向に対して適当に（例えば、３０°〜６０°）に傾斜させた平面を有する衝突板１７で形成する。この衝突板１７は、アンモニア系溶液Ｆの噴射方向が排気ガスＧの流れ方向に垂直か垂直に近い角度となる時に大きな効果を奏することができる。

また、図５に示す構成では、円錐の頂点を浄化剤の噴射口に対向させた円錐形状の棒状体で衝突板１７Ａを形成する。また、遮蔽板１４は、噴射口１３ａ部分に対して流れを遮蔽できればよいので、この斜線部分のみで遮蔽して、その他の部分１４ａはこの遮蔽部分を支持する支持部１４ａで構成する。この構成は、アンモニア系溶液Ｆの噴射方向が排気ガスＧの流れ方向に平行か並行に近い角度となる時に大きな効果を奏することができる。

次に、第３及び第４の実施の形態の排気ガス浄化システムについて説明する。この第３及び第４の実施の形態の排気ガス浄化システムでは、排気ガス浄化装置１０は、上流側の酸化触媒と下流側のＮＯｘ吸蔵還元型触媒を備えて形成され、浄化剤が炭化水素であるように構成される。その他の構成は、それぞれ第１及び２の実施の形態と同様である。

この酸化触媒は、コージェライト、炭化ケイ素、又はステンレス等の構造材で形成されたモノリス触媒に、白金やロジウムやパラジウム等の触媒金属を担持して形成される。また、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒は、酸化機能を持つ白金（Ｐｔ）等の貴金属触媒と、アルカリ金属やアルカリ土類金属や希土類等のＮＯｘ吸蔵機能を持つＮＯｘ吸蔵材を担持し、これらにより、排気ガス中の酸素濃度によってＮＯｘ吸蔵とＮＯｘ放出・浄化の二つの機能を発揮する。

そして、このＮＯｘ吸蔵還元型触媒は、通常運転時にＮＯｘを触媒金属に吸蔵し、吸蔵能力が飽和に近づくと、適時、流入してくる排気ガスの空燃比をリッチ空燃比にして、吸蔵したＮＯｘを放出させると共に、放出されたＮＯｘを触媒の三元機能で還元する。

このＮＯｘ吸蔵還元型触媒を備えた排気ガス浄化システムでは、ＮＯｘ吸蔵推定量がＮＯｘ吸蔵飽和量になった時に、排気管内噴射装置１３により、排気通路４に直接燃料等の炭化水素（浄化剤）Ｆを供給する。この炭化水素Ｆを、上流側の酸化触媒で酸化することにより、排気ガスＧの空燃比をリッチ状態にして、吸収したＮＯｘを放出させる。この放出されたＮＯｘを貴金属触媒により還元させる。この再生処理により、ＮＯｘ吸蔵能力を回復する。

次に、第５及び第６の実施の形態の排気ガス浄化システムについて説明する。この第５及び第６の実施の形態の排気ガス浄化システムでは、排気ガス浄化装置１０は、上流側の酸化触媒と下流側のＮＯｘ直接還元型触媒を備えて形成され、浄化剤が炭化水素であるように構成される。その他の構成は、それぞれ第１及び第２の実施の形態と同様である。

この酸化触媒は、第３及び第４の実施の形態と同様に、コージェライト、炭化ケイ素、又はステンレス等の構造材で形成されたモノリス触媒に、白金やロジウムやパラジウム等の触媒金属を担持して形成される。ＮＯｘ直接還元型触媒は、β型ゼオライト等の担体に触媒成分であるロジウム（Ｒｈ）やパラジウム（Ｐｄ）等の金属を担持させて形成する。更に、金属の酸化作用を軽減し、ＮＯｘ還元能力の保持に寄与するセリウム（Ｃｅ）を配合したり、下層に三元触媒を設けて酸化還元反応、特に排気ガスリッチ状態におけるＮＯｘの還元反応を促進するようにしたり、ＮＯｘの浄化率を向上させるために単体に鉄（Ｆｅ）を加える等する。

そして、このＮＯｘ直接還元型触媒は、通常運転時のリーン状態でＮＯｘを直接還元するが、この還元の際に触媒の活性物質である金属に酸素（Ｏ₂）が吸着して還元性能が悪化する。そのため、ＮＯｘ還元性能が悪化してきた時に、排気管内噴射装置１３により、排気通路４に直接燃料等の炭化水素（浄化剤）Ｆを供給する。この炭化水素Ｆを、上流側の酸化触媒で酸化することにより、排気ガスＧの空燃比をリッチ状態にして、触媒の活性物質である金属を再生して活性化する。

次に、第７及び第８の実施の形態の排気ガス浄化システムについて説明する。この第７及び第８の実施の形態の排気ガス浄化システムでは、排気ガス浄化装置１０は、酸化触媒を有する連続再生型ディーゼルパティキュレートフィルタを備えて形成され、浄化剤が炭化水素であるように構成される。その他の構成は、それぞれ第１及び第２の実施の形態と同様である。

なお、この酸化触媒を有する連続再生型ディーゼルパティキュレートフィルタとしては、上流側の酸化触媒と下流側のフィルタとから形成されるものや、酸化触媒を担持したフィルタから形成されるもの等がある。

この上流側の酸化触媒は、第３及び第４の実施の形態と同様に、コージェライト、炭化ケイ素、又はステンレス等の構造材で形成されたモノリス触媒に、白金やロジウムやパラジウム等の触媒金属を担持して形成される。フィルタは、多孔質のセラミックのハニカムのチャンネルの入口と出口を交互に目封じした、即ち、市松模様状に目封じしたモノリスハニカム型ウォールスルータイプのフィルタで形成される。このフィルタで排気ガス中のＰＭ（粒子状物質）を捕集する。

また、酸化触媒を担持したフィルタは、モノリスハニカム型ウォールスルータイプのフィルタに、白金やロジウムやパラジウム等の触媒金属を担持して形成され、このフィルタで排気ガス中のＰＭを捕集する。

そして、フィルタ部分に捕集され蓄積されたＰＭを燃焼除去するために、排気管内噴射１３により、排気通路４内に軽油燃料等の炭化水素（浄化剤）Ｆを供給して、フィルタの上流側に配置した酸化触媒又はフィルタに担持された酸化触媒で、この炭化水素Ｆを酸化させることによって、フィルタの温度を上昇させてフィルタのＰＭを燃焼除去する。

上記の第１〜第８の実施の形態の排気ガス浄化システムによれば、浄化剤Ｆを排気通路４内に供給する排気ガス浄化システム１において、遮蔽板１４の下流側の近傍に噴射された浄化剤Ｆは、この遮蔽板１４や衝突板１７、１７Ａで発生する渦流により排気ガスとの混合が促進され、この混合により、浄化剤Ｆの分散均一化と蒸発が短距離で行われる。そのため、浄化剤Ｆは、短い距離で効率良く蒸発及び拡散し、均一化した状態で排気ガス浄化装置に到達する。

従って、浄化剤Ｆの噴射位置と排気ガス浄化装置１０の距離が短い配置であっても、浄化剤Ｆを均一に拡散させて排気ガス浄化装置１０へ供給することができる。

本発明の第２の実施の形態において、図４に示すように、遮蔽板（遮蔽部材）１４と衝突板（分散部材）１７を設けたものを実施例とし、図６に示すように、遮蔽板１４を設けず衝突板１７のみを設けたものを比較例１とした。また、図７に示すように、遮蔽板１４を設けず、段差４ｂと衝突板１７を設けたものを比較例２とした。

ここで、実施例１では、排気通路４の直径Ｄが９０ｍｍφで遮蔽板１４の形状は図３に示す円弧状の形状であり、その突出量ｄは１５ｍｍで、直径Ｄの１７％で、根本の広がり角度αは根本部に対して６０度である。比較例２では、小径部４ａの直径Ｄ１が５０ｍｍφ、大径部４ｃの直径Ｄ２が９０ｍｍφである。

実施例１における遮蔽板１４と噴射口１３ａとの距離は５０ｍｍで、比較例２における段差４ｂと噴射口１３ａとの距離は１４５ｍｍである。また、衝突板１７に関しては、いずれも、衝突板１７のアンモニア系溶液Ｆが衝突する面の中心は、壁面から１０ｍｍの距離に置かれ、その衝突面は排気ガスの流れに対しても、また、アンモニア系溶液Ｆの主噴射方向に対しても、４５°傾斜している。

この実施例と比較例１、２に関して、ＮＯｘ浄化試験を行った。このＮＯｘ浄化試験は、ガソリン１３モードの９モード目（定格回転の６０％回転、６０％トルク）で行った。この結果を図８と図９に示す。

図８及び図９に示す横軸の当量比とは、理想状態でＮＯｘと反応するアンモニアの比率である。当量比１の場合は、噴霧した尿素から発生するアンモニアの量が排気管中のＮＯｘと１：１で反応する量である。

このＮＯｘ浄化率を比較した図８によれば、実施例（実線Ａ）と比較例２（点線Ｃ）は、ほぼ理想状態のＮＯｘ浄化率で推移し、当量比１．０ではＮＯｘ浄化率が、目標ＮＯｘ浄化率９０％以上に対して、それぞれ９９％、９８％と目標値を上回っているが、それと比較して、比較例１（一点鎖線Ｂ）は当量比０．５付近から既に理想浄化率（当量比０．５の場合は浄化率５０％）を若干下回り始め、当量比１．０においても８２％というＮＯｘ浄化率となっていることが分かる。

また、図９によれば、アンモニアスリップは、実施例（実線Ａ）と比較例２（点線Ｃ）では当量比１．０付近まで殆ど出ていないが、ＮＯｘ浄化率が低い比較例１（一点鎖線Ｂ）では著しいことが分かる。

従って、排気管内噴射装置１３の上流側の近傍に遮蔽板１４を設けた排気管形状では、排気管に段差４ｂを設けることなく、段差付き排気管形状と同様に、高いＮＯｘ浄化率を得られることが分かる。

本発明に係る第１実施の形態の排気ガス浄化システムの全体構成を示す図である。排気管内噴射装置の上流側に遮蔽板を設けた構成を示す部分図である。遮蔽板と排気通路の関係を示す排気通路の断面図である。第２の実施の形態の衝突板で形成される分散部材を設けた構成を示す部分図である。第２の実施の形態の円錐を頭部に有する棒状体で形成される分散部材を設けた構成を示す部分図である。比較例１の遮蔽板を設けず分散部材を設けた構成を示す部分図である。比較例２の段差と分散部材を設けた構成を示す部分図である。実施例と比較例１、２のＮＯｘ浄化率を示す図である。実施例と比較例１、２のアンモニアスリップを示す図である。

符号の説明

Ｅエンジン
１排気ガス浄化システム
４排気通路
１０排気ガス浄化装置
１１アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒
１３排気管内噴射装置
１３ａ噴射口
１４遮蔽板（遮蔽部材）
１７衝突板（分散部材）
１７Ａ円錐形状の棒状体
Ｆアンモニア系溶液（浄化剤、液滴）
Ｇ排気ガス
Ｇｃ浄化された排気ガス

Claims

内燃機関の排気通路に排気ガス浄化装置を備えると共に、前記排気ガス浄化装置の上流に設けられ、浄化剤を前記排気ガス浄化装置に供給する排気管内噴射装置を備えている排気ガス浄化システムにおいて、前記排気管内噴射装置の上流に設けられると共に、前記排気管内噴射装置の噴射口に対して前記排気通路の軸方向に流れる排気ガスを遮るように設けられ、かつ、前記排気通路の軸方向に流れる排気ガスが排気管内噴射装置の噴射口に直接当たらない位置に設けられる遮蔽部材を備えたことを特徴とする排気ガス浄化システム。
前記排気通路内において、前記浄化剤の噴射経路に前記浄化剤の微粒化を促進させる分散部材を設けたことを特徴とする請求項１記載の排気ガス浄化システム。
前記排気ガス浄化装置がアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒を備えて形成され、前記浄化剤がアンモニア系溶液であ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システム。
前記排気ガス浄化装置が、上流側の酸化触媒と下流側のＮＯｘ吸蔵還元型触媒を備えて形成された排気ガス浄化装置、上流側の酸化触媒と下流側のＮＯｘ直接還元型触媒を備えて形成された排気ガス浄化装置、あるいは、酸化触媒を有する連続再生型ディーゼルパティキュレートフィルタを備えて形成された排気ガス浄化装置のいずれか一つで形成され、前記浄化剤が炭化水素であ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システム。