JP7635696B2

JP7635696B2 - 排気浄化システム

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Publication number: JP7635696B2
Application number: JP2021172284A
Authority: JP
Inventors: 雅幸生田
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2021-10-21
Filing date: 2021-10-21
Publication date: 2025-02-26
Anticipated expiration: 2041-10-21
Also published as: JP2023062364A

Description

本発明は、排気浄化システムに関する。例えば、車両に搭載された内燃機関に適用される排気浄化システムに関する。

車両に搭載され、排気流路に酸化触媒及びＤＰＦ（微粒子捕集フィルタ）が介装された内燃機関が知られている。酸化触媒は、内燃機関の排気（燃焼ガス、排ガス）に含まれる一酸化炭素（ＣＯ）及び炭化水素（ＨＣ）等を酸化して浄化する。ＤＰＦは、排気に含まれる粒子状物質（ＰＭ）を捕集する。

ＤＰＦに堆積した粒子状物質の量（具体的には、その推定値）が閾値を超えると、ＤＰＦに高温の排気を流入させて粒子状物質を燃焼させる「ＤＰＦ再生処理」が実行される。ＤＰＦ再生処理の実行時に酸化触媒内部の温度を上昇させ、以て、酸化触媒から流出してＤＰＦに流入する排気の温度を上昇させるため、排気流路における酸化触媒よりも上流の位置に燃料添加弁（燃料噴射弁）が配設される場合がある。

この構成においては、酸化触媒の一部が局所的に非常に高温となることを回避するため、添加（噴射）された燃料が酸化触媒に流入するときに排気流路の径方向において均一に分散されていることが望ましい。そこで、例えば特許文献１では、排気管内における燃料添加弁から噴射された燃料が衝突する位置に衝突板を設ける態様が提案されている。この態様においては衝突板上を流れた燃料が霧状に周囲に飛散することが促される。

特開２０１０－１６８９０７号公報

ところで、内燃機関の小型化が求められる近年の状況において、排気流路における燃料添加弁から酸化触媒までの距離を充分に確保することが困難となる場合がある。この場合、上記態様が採用されたとしても、燃料が燃料添加弁にて噴射されてから酸化触媒に流入するまでの間に充分に拡散されない虞がある。

本発明は、このような点に鑑みて創案されたものであり、燃料添加弁から噴射された燃料を速やかに拡散させることができる排気浄化システムを提供することを目的とする。

本開示に係る排気浄化システムは、排気浄化装置、排気導入路、添加弁、及び衝突板を含む。排気浄化装置は、内燃機関の排気を浄化する。排気導入路は、排気浄化装置に排気を導入する。添加弁は、排気導入路を流れる排気に対して液体の添加剤を噴射する。衝突板は、排気導入路の内部に配設され、添加弁から噴射された添加剤が衝突する衝突領域を含む噴射表面を有する。衝突板は、排気の流路を噴射表面側と噴射表面の反対側とで分割するように構成されても良い。

更に、排気浄化システムは、排気によって下流へ移動した添加剤の液滴が衝突する１つ又は複数の液滴衝突壁を備えている。液滴衝突壁は、前記衝突領域よりも下流にある噴射表面の下流領域に形成された、排気に対して突出する突出部及び凹部の何れかの表面によって設けられている。複数の液滴衝突壁が、複数の突出部の表面によって設けられても良い。この場合、突出部は、排気の流通方向に略直交する方向に配列された上流突出列を構成するものを含んでも良い。加えて、突出部は、流通方向に沿って上流側から見たとき、「上流突出列を構成し且つ互いに隣接する突出部」の間に現れるように配置された下流突出部を含んでも良い。

添加弁から噴射された添加剤（例えば、燃料）は、排気導入路内で拡散して排気浄化装置（例えば、酸化触媒）に流入する。噴射された添加剤（特に、粒径が大きくて貫徹力の大きい液滴）が衝突板の衝突領域に衝突して飛散及び付着等が発生する。

衝突領域にて飛散した液滴の一部が下流領域（即ち、衝突板（噴射表面）上の衝突領域よりも排気導入路内の排気流に対して下流にある領域）にて液滴衝突壁に衝突し、飛散及び付着等が再び発生する。下流領域において複数の液滴衝突壁が形成されていれば、ある液滴の液滴衝突壁への衝突が複数回発生し、その度に粒径の小さい複数の液滴へ分割する可能性がある。或いは、下流領域に付着した液滴の排気による下流への移動が液滴衝突壁によって阻まれ、そこで気化する可能性がある。

換言すれば、衝突板上の下流領域に液滴衝突壁が形成されることによって添加剤の霧化（より粒径の小さい液滴への変化、微粒子化）及び気化が促進され、その結果、添加弁から噴射された添加剤の排気導入路内における拡散が促される。従って、排気導入路の下流端（即ち、排気浄化装置における排気の流入部）において、添加剤が排気導入路の径方向に均一に分散している可能性が高くなる。

本開示の他の特徴によると、衝突板は、噴射表面に対する裏面と、裏面に対向する排気導入路の内壁面と、の距離が下流に向かうほど小さくなるように配設されている。

この構成によれば、衝突板の裏面に衝突する排気の量が増加するので、衝突板の噴射表面に添加剤が付着することにより衝突板の温度が低下しても、排気から衝突板への熱エネルギーの移動が促され、その結果、衝突板の温度低下量が小さくなる。従って、噴射表面に付着した燃料の気化が促進される。

加えて、この構成によれば、衝突板の裏面が排気流路の絞りとして機能し、衝突板の裏面側の排気流速と、衝突板の噴射表面側の排気流速と、の差分が発生する。そのため、排気導入路における衝突板よりも下流の区間にて乱流が発生し、添加剤の拡散が更に促進される。

本開示の他の特徴によると、液滴衝突壁は、衝突板よりも下流にある排気導入路の内壁面に形成された、排気に対して突出する突出部及び凹部の何れかの表面によって設けられている。液滴衝突壁は、衝突板よりも下流にある排気導入路の内壁面に連続的に形成された、円環状凹部の表面によって設けられても良い。円環状凹部は、排気導入路の湾曲部に配設されても良い。

排気導入路における衝突板よりも排気流に対して下流の区間にて内壁に付着した添加剤の液滴が排気によって下流へ移動する場合がある。下流へ移動する液滴が排気導入路の内壁に形成された液滴衝突壁に衝突したり、液滴が更に下流へ移動することが液滴衝突壁によって阻まれたりすることで、液滴の霧化及び気化が更に促進される。

本開示の他の特徴によると、衝突板は、排気導入路の湾曲部に配設されている。この場合、複数ある突出部が、下流突出部を含み且つ流通方向に略直交する方向に配列された突出部である下流突出列を構成するものを含み、且つ、下流突出列の配列方向が、上流突出列の配列方向に対し、湾曲部に応じて傾斜していても良い。

排気導入路の湾曲部（即ち、排気導入路が曲がり管となっている箇所）にて排気の乱流が発生するので、添加剤が添加弁から乱流に対して噴射される。加えて、衝突板の噴射表面側の乱流となった排気流と、衝突板の裏面側の乱流となった排気流と、が合流する位置にて排気の乱流が更に激しくなる。従って、液滴の霧化及び気化が更に促進される。

排気浄化システムが適用されるエンジンシステムの概略構成図である。排気浄化システムの拡大図である。図２のIII－III端面図である。図２のIV－IV断面図である。排気浄化システムに含まれる衝突板の拡大図である。第２実施形態に係る衝突板の断面図である。

第１実施形態を、図１～図５を参照して説明する。説明中の同じ参照番号は、重複する説明をしないが同じ機能を有する同じ要素を意味する。本発明に係る排気浄化システムは、図１に示されるエンジンシステム１の排気流路に適用される。エンジンシステム１は、内燃機関２、吸気システム３、排気システム４、過給機６及びＥＣＵ７を含んでいる。本実施形態における内燃機関２は、車両（不図示）に駆動力源として搭載された４気筒ディーゼル機関である。

内燃機関２は、燃料噴射弁２１及びクランク角度センサ２２を含んでいる。燃料噴射弁２１は、コモンレール装置の蓄圧室（不図示）から供給される高圧の燃料をＥＣＵ７からの指示に応じて気筒内に噴射する。クランク角度センサ２２は、内燃機関２のクランクシャフト（不図示）が所定角度だけ回転する毎にパルス信号をＥＣＵ７へ出力する。

吸気システム３は、吸気管３１及び吸気マニホールド３２を含んでいる。吸気管３１の下流側の端部は、吸気マニホールド３２に接続されている。吸気マニホールド３２は、内燃機関２の各気筒に空気（新気）を導入する。

排気システム４は、排気マニホールド４１、排気管４２、燃料添加弁４３、第１酸化触媒４４、ＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）４５、尿素水添加弁４６、ＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）４７、第２酸化触媒４８、ＮＯｘセンサ５１ａ～５１ｂ、温度センサ５２ａ～５２ｄ及び差圧センサ５３を含んでいる。

排気マニホールド４１の下流側の端部は、排気管４２に接続されている。排気マニホールド４１は、内燃機関２の各気筒から排出された排気（燃焼ガス）を排気管４２に導入する。燃料添加弁４３、第１酸化触媒４４、ＤＰＦ４５、尿素水添加弁４６、ＳＣＲ４７及び第２酸化触媒４８のそれぞれは、この順番にて排気管４２に介装されている。

燃料添加弁４３は、ＥＣＵ７からの指示に応じて排気管４２内に燃料を噴射する。第１酸化触媒４４は、排気に含まれる一酸化炭素（ＣＯ）及び炭化水素（ＨＣ）等を酸化して浄化する酸化触媒（ＤＯＣ：Diesel Oxidation Catalyst）である。ＤＰＦ４５は、排気に含まれる粒子状物質（ＰＭ）を捕集する。

尿素水添加弁４６は、ＥＣＵ７からの指示に応じて排気管４２内に尿素水を噴射する。ＳＣＲ４７は、尿素水添加弁４６から噴射された尿素水の加水分解によって生じたアンモニアガスを用いて排気に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元して浄化する。第２酸化触媒４８は、ＳＣＲ４７から排出された残留アンモニアガスを酸化して浄化する。

ＮＯｘセンサ５１ａ、５１ｂは、排気に含まれる窒素酸化物の濃度であるＮＯｘ濃度を検出し、ＮＯｘ濃度を表す信号をＥＣＵ７へ出力する。ＮＯｘセンサ５１ａは、排気管４２におけるＤＰＦ４５と尿素水添加弁４６との間の位置に配設されている。ＮＯｘセンサ５１ｂは、排気管４２におけるＳＣＲ４７と第２酸化触媒４８との間の位置に配設されている。

温度センサ５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄは、排気温度を検出し、温度を表す信号をＥＣＵ７へ出力する。温度センサ５２ａは、排気管４２における燃料添加弁４３と第１酸化触媒４４との間の位置に配設されている。温度センサ５２ｂは、排気管４２における第１酸化触媒４４とＤＰＦ４５との間の位置に配設されている。温度センサ５２ｃは、排気管４２におけるＤＰＦ４５と尿素水添加弁４６との間の位置に配設されている。温度センサ５２ｄは、排気管４２におけるＳＣＲ４７と第２酸化触媒４８との間の位置に配設されている。

差圧センサ５３は、ＤＰＦ４５に流入する排気の圧力と、ＤＰＦ４５から流出した排気の圧力と、の差分である圧力差分Ｐｄを検出し、圧力差分Ｐｄを表す信号をＥＣＵ７へ出力する。

過給機６は、互いに連動するコンプレッサ６１及びタービン６２を含んでいる。コンプレッサ６１は、吸気管３１に介装されている。タービン６２は、排気管４２における燃料添加弁４３よりも上流の位置に介装されている。過給機６は、排気の圧力を用いてタービン６２を駆動（回転）させることによりコンプレッサ６１を駆動（回転）させ、内燃機関２の各気筒に吸入される空気を加圧する。

ＥＣＵ７は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及びＥＥＰＲＯＭを含む電子制御ユニット（Electronic Control Unit）である。ＣＰＵは、所定のプログラムを逐次実行することによってデータの読み込み、数値演算、及び演算結果の出力等を行う。ＲＯＭは、ＣＰＵが実行するプログラム及びマップ（ルックアップテーブル）等を記憶している。ＲＡＭは、ＣＰＵによって参照されるデータを一時的に記憶する。ＥＥＰＲＯＭは、ＥＣＵ７が作動を停止しても記憶したデータを保持する。

ＥＣＵ７は、アクセル開度センサ７１及び車速センサ７２と接続されている。アクセル開度センサ７１は、内燃機関２が搭載された車両の運転者が車両を加速させるために操作するアクセルペダル（不図示）の開度であるアクセルペダル開度Ａｐを検出し、アクセルペダル開度Ａｐを表す信号をＥＣＵ７へ出力する。車速センサ７２は、内燃機関２が搭載された車両の走行速度である車速Ｖｓを検出し、車速Ｖｓを表す信号をＥＣＵ７へ出力する。

ＥＣＵ７は、クランク角度センサ２２から入力されたパルス信号に基づいて内燃機関２の機関回転速度ＮＥを取得する。ＥＣＵ７は、クランク角度センサ２２から入力されたパルス信号と、カムポジションセンサ（不図示）から入力されたパルスと、に基づいて内燃機関２が備える特定の気筒のクランク角度ＣＡを取得する。

ＥＣＵ７は、アクセルペダル開度Ａｐ及び車速Ｖｓ等に基づいて内燃機関２に対する要求負荷Ｌｒを取得する。ＥＣＵ７は、クランク角度ＣＡによって表される燃料を噴射するタイミングとそのタイミングにおける燃料噴射量との（複数の）組合せを含む燃料噴射パターンを要求負荷Ｌｒ及び機関回転速度ＮＥ等に基づいて決定する。ＥＣＵ７は、燃料噴射パターンに従って各気筒の燃料噴射弁２１に燃料を噴射させる。

更に、ＥＣＵ７は、ＮＯｘセンサ５１ａ～５１ｂ、温度センサ５２ａ～５２ｄ及び差圧センサ５３の検出値等に基づいて燃料添加弁４３及び尿素水添加弁４６等を制御する「排気浄化処理」を実行する。排気浄化処理には「ＤＰＦ再生処理」が含まれている。

ＤＰＦ再生処理は、ＤＰＦ４５にて捕集されて堆積した粒子状物質の推定量が所定の閾値を超えた場合に堆積した粒子状物質を焼却して除去する処理である。ＤＰＦ再生処理は、燃料添加弁４３に燃料を噴射（吐出）させ、噴射された燃料が第１酸化触媒４４にて酸化することで温度が上昇した排気をＤＰＦ４５に流入させることにより実行される。ＥＣＵ７は、差圧センサ５３によって検出された圧力差分Ｐｄに基づいてＤＰＦ４５における粒子状物質の堆積量を推定する。ＥＣＵ７は、温度センサ５２ａ、５２ｂ、５２ｃによって検出された排気温度に基づいて燃料添加弁４３から噴射される燃料量及び噴射タイミング等を決定する。

図１及び図２に示すように燃料添加弁４３は、排気管４２におけるタービン６２と温度センサ５２ａとの間に位置する湾曲部４２ａに配設されている。燃料添加弁４３には、燃料供給管（不図示）によって燃料（即ち、液体の添加剤）が供給されている。図２において、温度センサ５２ａは取付け位置のみが示されている。軸線Ｌｃは排気管４２の長手方向の中心を表している。湾曲部４２ａ内には衝突板８１が配設されている。

排気管４２における湾曲部４２ａを含んでタービン６２から第１酸化触媒４４に至る区間は、便宜上「排気導入路」とも称呼される。排気導入路、並びに燃料添加弁４３、第１酸化触媒４４及び衝突板８１は、便宜上「排気浄化システム」とも総称される。この場合、第１酸化触媒４４は、便宜上「排気浄化装置」とも称呼される。

図３に示すように湾曲部４２ａにおける排気管４２内の排気流路は衝突板８１によって第１流路４２ａ１と第２流路４２ａ２とに分割されている。衝突板８１における第１流路４２ａ１を形成（画定）する表面は、噴射表面８１ａとも称呼される。燃料添加弁４３は、第１流路４２ａ１内の排気に対して燃料を噴射するように排気管４２に配設されている。図２～図４に示すように衝突板８１の表面（具体的には、噴射表面８１ａ）には、複数の突起８２が形成されている。図２における複数の突起８２と排気管４２の内壁面との間に描かれた一点鎖線は、衝突板８１の平面部分と両端の湾曲した部分（図３参照）との境界を示している。図４（及び後述される図６）においては温度センサ５２ａの図示が省略されている。

燃料添加弁４３は、図５に示される領域Ｒ１へ向けて燃料を噴射するように湾曲部４２ａに配設されている。噴射表面８１ａ上の領域Ｒ１には突起８２の１つである突起８２ａが配設されている。燃料添加弁４３から噴射された燃料の内、貫徹力の比較的強い液滴は、突起８２の表面を含む噴射表面８１ａに衝突する。燃料添加弁４３から噴射された燃料が（直接的に）衝突する噴射表面８１ａ上の領域は、便宜上「衝突領域」とも称呼され、概ね図５の領域Ｒ２によって表される。噴射表面８１ａ上の衝突領域よりも下流の領域は、便宜上「下流領域」とも称呼され、概ね領域Ｒ３によって表される。

下流領域にある突起８２のそれぞれは、便宜上「突出部」とも称呼される。突出部は、下流領域又は排気導入路の内壁にある、排気に対して突出し、排気の流路断面積がその場所において小さくなるように形成された凸部及び段差等（の表面）である。突出部及び後述される凹部の表面は、便宜上「液滴衝突壁」とも称呼される。

噴射表面８１ａに衝突した液滴の一部は、噴射表面８１ａにて反射（飛散、分散）して粒径がより小さい液滴となる。噴射表面８１ａに衝突した液滴の他の一部は、噴射表面８１ａに付着（残留）する。噴射表面８１ａにて飛散した液滴の一部は、下流に移動して飛散した位置よりも下流にある突起８２の表面（側面又は上面）に衝突する。噴射表面８１ａに付着した液滴の一部は、第１流路４２ａ１を流れる排気によって噴射表面８１ａから剥がされて（即ち、噴射表面８１ａから離間して）下流に移動して突起８２の表面に衝突する。液滴の突起８２への衝突が繰り返されると、液滴の霧化（微粒子化）が促進される。

噴射表面８１ａに付着した液滴の他の一部は、噴射表面８１ａ上を下流へ移動する。このとき、突起８２の表面（側面）によって液滴の下流方向への移動が阻まれる場合がある。突起８２によって液滴の下流への移動が阻まれると、その液滴が噴射表面８１ａ上に残留している時間が長くなる。そのため、液滴が噴射表面８１ａ上にて気化する可能性が高くなる。

図５に示される液滴Ｄｆは、噴射表面８１ａに付着した液滴の例である。本例において液滴Ｄｆは、第１流路４２ａ１を流れる排気によって噴射表面８１ａから剥がされて矢印Ａ１に沿って下流に移動して突起８２ｂに衝突して飛散し、分裂して粒径がより小さい複数の液滴となる。分裂した液滴の１つは排気中を矢印Ａ２に沿って移動して突起８２の他の１つに衝突する。一方、分裂した液滴の他の１つは噴射表面８１ａ上を矢印Ａ３に沿って移動して突起８２の他の１つに移動を阻まれる。次いで、その液滴は排気によって噴射表面８１ａ上を矢印Ａ４に沿って移動して突起８２の他の１つに移動を阻まれ、そこで気化する。

ところで、図４に示すように第２流路４２ａ２は、下流に向かうほど流路断面積が小さくなっている。換言すれば、衝突板８１における第２流路４２ａ２を形成する衝突板８１の表面（即ち、噴射表面８１ａの裏面８１ｂ）と、裏面８１ｂに対向する排気管４２の内壁面と、との距離である流路内距離Ｄｐが排気管４２の下流へ向かうほど小さくなっている。

流路内距離Ｄｐは、例えば、軸線Ｌｃを含み且つ裏面８１ｂと直交する平面によって排気管４２を切断して得られる断面図（即ち、図４）における裏面８１ｂと、裏面８１ｂ側の排気管４２と、の距離として表される。図４に示すように衝突板８１の上流側端部における流路内距離Ｄｐは、距離Ｄ１である。衝突板８１の下流側端部における流路内距離Ｄｐは、距離Ｄ２である。距離Ｄ２は距離Ｄ１より小さく（即ち、Ｄ１＞Ｄ２）、従って第２流路４２ａ２は下流に向かうほど流路断面積が小さくなっている。

流路内距離Ｄｐが下流へ向かうほど小さくなっているため、裏面８１ｂに衝突する排気の量が増加する。そのため、燃料添加弁４３から噴射された燃料が衝突することによって衝突板８１の温度が低下しても、裏面８１ｂが排気によって加熱される。その結果として衝突板８１の温度低下量が小さくなるので、噴射表面８１ａに付着している燃料の液滴（例えば、上述した矢印Ａ３及び矢印Ａ４に沿って噴射表面８１ａ上を移動した液滴）の気化が促進される。

加えて、第２流路４２ａ２の流路断面積が下流に向かうほど小さくなっているので、第２流路４２ａ２における排気の流速が上昇する。一方、第１流路４２ａ１の流路断面積が下流に向かうほど大きくなっているので、第１流路４２ａ１における排気の流速が減少する。そのため、衝突板８１の下流端近傍の第１流路４２ａ１と第２流路４２ａ２とが合流する箇所において乱流が発生し、燃料添加弁４３から噴射された燃料の拡散が促進される。

排気管４２における湾曲部４２ａ（具体的には、衝突板８１）と第１酸化触媒４４との間の区間には、凹部９１ａ、９１ｂが形成されている。凹部９１ａ、９１ｂのそれぞれは、排気管４２の内壁面に設けられた円環状凹部である。換言すれば、凹部９１ａが形成された区間における排気管４２の内径（即ち、軸線Ｌｃから内壁面までの距離）は、凹部９１ａと隣接する上流側及び下流側の区間よりも大きくなっている。同様に、凹部９１ｂが形成された区間における排気管４２の内径は、凹部９１ｂと隣接する上流側及び下流側の区間よりも大きくなっている。

燃料添加弁４３から噴射された燃料の液滴が排気管４２の内壁に付着し、排気と共に下流へ移動して凹部９１ａに入り込むと（即ち、凹部９１ａの底面及び側面を形成する排気管４２の内壁面に衝突すると）、液滴が飛散して霧化する。或いは、液滴が凹部９１ａに入り込み下流への移動が阻まれると、そこで液滴が気化する。同様に、排気管４２における凹部９１ａと凹部９１ｂとの間の区間の内壁に付着した燃料の液滴が凹部９１ｂに入り込むと、液滴の霧化及び気化が促進される。

排気導入路の内壁にある凹部９１ａ、９１ｂのそれぞれは、単に「凹部」とも称呼される。凹部は、下流領域又は排気導入路の内壁にある、排気の流路断面積がその場所において大きくなるように形成された、連続した溝（例えば、円環状凹部）及び局所的な窪み等（の表面）である。

次に、尿素水添加弁４６を用いて実行される排気浄化処理について説明する。図１に示すように尿素水添加弁４６は、排気管４２におけるＤＰＦ４５とＳＣＲ４７との間に位置する湾曲部４２ｂに配設されている。尿素水添加弁４６には、尿素水タンク（不図示）から尿素水（即ち、液体の添加剤）が供給されている。ＥＣＵ７は、所定の条件が成立すると、尿素水添加弁４６に尿素水を噴射させる。湾曲部４２ｂには、衝突板８１と同様の形状を有する衝突板８３が配設されている。

より具体的には、尿素水添加弁４６は、衝突板８３の尿素水添加弁４６に対向する表面である噴射表面上の噴射領域に対して尿素水を噴射（吐出）するように配設されている。衝突板８３の噴射表面上の噴射領域、及び噴射領域よりも下流にある噴射表面上の下流領域には、突起８２と同様の形状を有する複数の突起が設けられている。従って、衝突板８３に対して尿素水添加弁４６から尿素水が噴射されると、衝突板８１に対して燃料添加弁４３から燃料が噴射される場合と同様に、噴射された尿素水の霧化及び気化が促進される。

加えて、排気管４２における衝突板８３とＳＣＲ４７との間の区間には、凹部９１ａ、９１ｂと同様の２つの円環状凹部が形成されている。これらの円環状凹部によって、排気管４２の内壁面に付着した尿素水の霧化及び気化が促進される。なお、衝突板８３、及び衝突板８３の下流に設けられた円環状凹部について、衝突板８１及び凹部９１ａ、９１ｂと形状及び作用効果が類似しているので更に具体的な図示及び説明を省略する。

排気管４２における湾曲部４２ｂを含んでＤＰＦ４５からＳＣＲ４７に至る区間は、便宜上「排気導入路」とも称呼される。排気導入路、並びに尿素水添加弁４６、ＳＣＲ４７及び衝突板８３は、便宜上「排気浄化システム」とも総称される。この場合、ＳＣＲ４７は、便宜上「排気浄化装置」とも称呼される。

以上説明したように、燃料添加弁４３によって排気管４２内に噴射された燃料は、衝突板８１に配設された突起８２（特に、噴射表面８１ａの下流領域に設けられた突起８２）、及び凹部９１ａ、９１ｂによって霧化及び気化が促進される。加えて、衝突板８１が湾曲部４２ａに配設され且つ衝突板８１の裏面８１ｂが排気管４２の下流に向かうほど対向する排気管４２の内壁面と接近しているので、第１流路４２ａ１と第２流路４２ａ２との合流部において乱流が発生する。そのため、噴射された燃料が第１酸化触媒４４に流入するときに排気管４２の径方向において均一に分散され、その結果ＤＰＦ再生処理の実行時に第１酸化触媒４４の一部が局所的に高温となることが回避される。

同様に、尿素水添加弁４６から噴射された尿素水の霧化及び気化が、湾曲部４２ｂに配設された衝突板８３の下流領域に形成された突起、及び衝突板８３よりも下流に形成された円環状凹部によって促進される。その結果、ＳＣＲ４７に流入する尿素の濃度がＳＣＲ４７の径方向において均一に分散する。

＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態について説明する。第１実施形態においては、湾曲部４２ａに衝突板８１が配設されていた。これに対し、第２実施形態において、湾曲部４２ａには衝突板８４が配設されている。以下、この相違点について説明する。

図４に示される衝突板８１の断面と同様に、衝突板８４の断面が図６に示される。燃料添加弁４３は、衝突板８４の噴射表面８４ａへ向けて燃料を噴射する。噴射表面８４ａには複数の段差が形成されている。

より具体的に述べると、噴射表面８４ａの衝突領域を含む表面８４ａ１に隣接し且つ下流領域にある表面８４ａ２は、表面８４ａ１に対して略直交しており、そのため段差の１つが形成されている。衝突板８４の表面８４ａ１（及び排気管４２の他の内壁面）によって形成された排気流路が表面８４ａ２によって（局所的に）小さくなるので、表面８４ａ２によって形成される段差は、排気に対して突出している突出部に該当する。即ち、衝突板８４の下流領域には複数の突出部（本実施形態において、段差）が形成されている。

燃料添加弁４３から噴射され、噴射表面８４ａの表面８４ａ１に衝突又は付着した燃料の液滴は、下流に移動して１つ又は複数の突出部に衝突又は接触する可能性が高い。換言すれば、衝突板８４によって燃料の霧化及び気化が促進され、以て、第１酸化触媒４４に流入するときに燃料が排気管４２の径方向において均一に分散している可能性が高くなる。

以上、本発明の実施形態を上記の構造を参照して説明したが、本発明の目的を逸脱せずに多くの交代、改良、変更が可能であることは当業者であれば明らかである。従って本発明の形態は、添付された請求項の精神と目的を逸脱しない全ての交代、改良、変更を含み得る。本発明の形態は、前記特別な構造に限定されず、例えば下記のように変更が可能である。

衝突板８１は、排気流を第１流路４２ａ１と第２流路４２ａ２とに分割するように排気管４２内に配設されていた。換言すれば、第１流路４２ａ１及び第２流路４２ａ２のそれぞれの軸線Ｌｃ方向の長さは、衝突板８１の軸線Ｌｃ方向の長さと略等しかった。これに代えて、衝突板８１は、排気管４２内にステー（例えば、棒状の金属部材）及びワイヤー等によって排気管４２内に固定されても良い。

衝突板８１及び衝突板８３のそれぞれは、排気管４２の湾曲部４２ａ及び湾曲部４２ｂに配設されていた。これに代えて、衝突板８１及び衝突板８３の一方又は両方は、排気管４２の直線部分（区間）に配設されても良い。

衝突板８１の下流領域に形成された突出部は、複数の突起８２であった。これに代えて、下流領域に形成される突出部は、衝突板８１の下流領域から突出した２つの柱状部材と、衝突板８１から離間した位置にて柱状部材どうしを結ぶ棒状部材（梁部材）と、によって構成されても良い。或いは、衝突板８１の下流領域には、窪み及び溝等によって形成される凹部が設けられても良い。更に、衝突板８１の下流領域には、突出部及び凹部が共に設けられても良い。

排気管４２における衝突板８１と第１酸化触媒４４との間の区間に凹部９１ａ、９１ｂが形成されていた。これに代えて、排気管４２の内壁には、突起及び段差等によって形成される突出部が設けられても良い。或いは、凹部９１ａ、９１ｂは、割愛されても良い。更に、凹部９１ａ、９１ｂは、円環状凹部（即ち、排気管４２の内壁に沿って連続的に設けられた溝）であったが、円環状に配列された複数の窪みであっても良い。

エンジンシステム１は、過給機６（即ち、１つの過給機）を備えていた。これに代えて、エンジンシステム１が２つの過給機（過給機６及び追加過給機）を備えていても良い。例えば、タービン６２を通過せずに追加過給機のタービンを通過した排気が、排気管４２における衝突板８１と第１酸化触媒４４との間の区間に流入するようにエンジンシステム１が構成されても良い。

１…エンジンシステム
２…内燃機関
３…吸気システム
４…排気システム
６…過給機
７…ＥＣＵ
２１…燃料噴射弁
２２…クランク角度センサ
３１…吸気管
３２…吸気マニホールド
４１…排気マニホールド
４２…排気管
４２ａ…湾曲部
４２ａ１…第１流路
４２ａ２…第２流路
４２ｂ…湾曲部
４３…燃料添加弁
４４…第１酸化触媒
４５…ＤＰＦ
４６…尿素水添加弁
４７…ＳＣＲ
４８…第２酸化触媒
５１ａ、５１ｂ…ＮＯｘセンサ
５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄ…温度センサ
５３…差圧センサ
６１…コンプレッサ
６２…タービン
７１…アクセル開度センサ
７２…車速センサ
８１…衝突板
８１ａ…噴射表面
８１ｂ…裏面
８２、８２ａ、８２ｂ…突起
８３、８４…衝突板
８４ａ…噴射表面
８４ａ１、８４ａ２…表面
９１ａ、９１ｂ…凹部
Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４…矢印
Ｄ１、Ｄ２…距離
Ｄｆ…液滴
Ｌｃ…軸線
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３…領域

Claims

内燃機関の排気を浄化する排気浄化装置と、
前記排気浄化装置に前記排気を導入する排気導入路と、
前記排気導入路を流れる前記排気に対して液体の添加剤を噴射する添加弁と、
前記排気導入路の内部に配設され、前記添加弁から噴射された前記添加剤が衝突する衝突領域を含む噴射表面を有し、前記排気の流路を前記噴射表面側と前記噴射表面の反対側とで分割する衝突板と、
を含む排気浄化システムであって、
前記排気によって下流へ移動した前記添加剤の液滴が衝突する複数の液滴衝突壁を備え、
複数の前記液滴衝突壁は、
前記衝突領域よりも下流にある前記噴射表面の下流領域に形成された、前記排気に対して突出する複数の突出部の表面によって設けられ、
前記突出部は、前記排気の流通方向に略直交する方向に配列された上流突出列を構成するものを含み、且つ、
前記突出部は、前記流通方向に沿って上流側から見たとき、前記上流突出列を構成し且つ互いに隣接する前記突出部の間に現れるように配置された下流突出部を含む、
排気浄化システム。
請求項１に記載の排気浄化システムにおいて、
前記衝突板は、
前記排気導入路の湾曲部に配設され、
前記突出部は、前記下流突出部を含み且つ前記流通方向に略直交する方向に配列された前記突出部である下流突出列を構成するものを含み、且つ、
前記下流突出列の配列方向は、前記上流突出列の配列方向に対し、前記湾曲部に応じて傾斜している、
排気浄化システム。
内燃機関の排気を浄化する排気浄化装置と、
前記排気浄化装置に前記排気を導入する排気導入路と、
前記排気導入路を流れる前記排気に対して液体の添加剤を噴射する添加弁と、
前記排気導入路の内部に配設され、前記添加弁から噴射された前記添加剤が衝突する衝突領域を含む噴射表面を有する衝突板と、
を含む排気浄化システムであって、
前記排気によって下流へ移動した前記添加剤の液滴が衝突する１つ又は複数の液滴衝突壁を備え、
前記液滴衝突壁は、
前記衝突領域よりも下流にある前記噴射表面の下流領域に形成された、前記排気に対して突出する突出部及び凹部の何れかの表面によって設けられ、更に、
前記液滴衝突壁は、
前記衝突板よりも下流にある前記排気導入路の内壁面に連続的に形成された、円環状凹部の表面によって設けられている、
排気浄化システム。
請求項３に記載の排気浄化システムにおいて、
前記円環状凹部は、
前記排気導入路の湾曲部に配設された
排気浄化システム。