排気ガス浄化方法及び排気ガス浄化システム
【課題】排気管内において、噴射位置に残留しがちであった浄化剤を、均一化した状態で排気ガス浄化装置へと効率よく搬送することができ、結果として浄化剤の拡散性を高めることができる排気ガス浄化方法及び排気ガス浄化システムを提供する。
【解決手段】内燃機関Ｅの排気通路４に配設された排気ガス浄化装置１０で消費される浄化剤Ｆを、排気管内噴射装置１３によって前記排気ガス浄化装置１０より上流側の前記排気通路４内に供給して排気ガスＧに混入させる排気ガス浄化方法において、前記排気通路４に上流側が下流側よりも排気通路の断面積が連続して大きくなる傾斜部５を設け、排気ガスＧが前記傾斜部５を通過して集束する部位の近傍で、かつ、前記排気通路４の中心部近傍に配設した前記排気管内噴射装置１３の噴射口１３ａから、前記浄化剤Ｆを前記排気通路４の径方向に噴射する。
【解決手段】内燃機関Ｅの排気通路４に配設された排気ガス浄化装置１０で消費される浄化剤Ｆを、排気管内噴射装置１３によって前記排気ガス浄化装置１０より上流側の前記排気通路４内に供給して排気ガスＧに混入させる排気ガス浄化方法において、前記排気通路４に上流側が下流側よりも排気通路の断面積が連続して大きくなる傾斜部５を設け、排気ガスＧが前記傾斜部５を通過して集束する部位の近傍で、かつ、前記排気通路４の中心部近傍に配設した前記排気管内噴射装置１３の噴射口１３ａから、前記浄化剤Ｆを前記排気通路４の径方向に噴射する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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方法及び排気ガス浄化システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
この一つに、上流側に酸化触媒を備えたＮＯｘ吸蔵還元型触媒の再生制御に関して、機関排気通路内に排気浄化触媒を配置すると共に、この排気浄化装置の上流に還元剤噴射ノズルを配置し、還元剤を供給する内燃機関の排気浄化装置において、還元剤噴射方向が排気通路軸線に対し平行をなし、排気流れ方向に対向するように還元剤噴射ノズルを配置し、還元剤の半径方向への拡散を促進する内燃機関の排気浄化装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【００１０】
また、排気中のＮＯｘを還元剤により還元浄化する還元触媒に、この還元触媒の上流に配置した噴射ノズルから還元剤を供給するエンジンの排気浄化装置において、噴射ノズルの噴孔を排気上流に向けて排気系の配管の上壁部側や底壁部側に取り付け、この噴孔から排気流に逆らって還元剤を噴射して、還元剤を排気中で拡散、混合させると共に、噴射ノズルに還元剤が析出するのを防止して、エンジンの排気浄化装置が有する機能の維持、適正化を図るエンジンの排気浄化装置が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
【００１１】
しかしながら、これらの排気流に逆らって還元剤を噴射するだけでは、浄化剤を、均一化した状態で排気ガス浄化装置へと効率よく搬送することができず、還元剤が排気ガスに十分に拡散して均一化するまでに長い距離が必要になるという問題がある。
【特許文献１】特開２０００−１４５４３４号公報
【特許文献２】特開２００５−２１４１７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
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、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方法及び排気ガス浄化システムにおいて、排気管内での浄化剤の拡散性を高めることができて、噴射位置に残留しがちであった浄化剤を、均一化した状態で排気ガス浄化装置へと効率よく搬送することができる排気ガス浄化方法及び排気ガス浄化システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記のような目的を達成するための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、前記排気通路に上流側が下流側よりも排気通路の断面積が連続して大きくなる傾斜部を設け、排気ガスが前記傾斜部を通過して集束する部位の近傍で、かつ、前記排気通路の中心部近傍に配設した前記排気管内噴射装置の噴射口から、前記浄化剤を前記排気通路の径方向に噴射することを特徴とする。
【００１４】
なお、この集束する部位の近傍とは、排ガスの流れが集中する位置の近傍であり、傾斜部の最下流部分、即ち、傾斜部の終端部分とその上流側と下流側も含む。
【００１５】
また、この傾斜部の形状は、上流側から下流側に向けて縮まる方向に傾斜した形状であり、均等に拡大、即ち、上流側の大断面積部の面積中心（重心）と下流側の小断面積部の面積中心とを一致させてもよいが、排気管内直接噴射装置の配置や噴射方向、噴射速度や排気ガスの流速等によっては、不均等に拡大、即ち、上流側の大断面積部の面積中心と下流側の小断面積部の面積中心とを不一致の状態にしてもよい。言い換えれば、円形配管の場合には、円錐形状管の上流側に大径管を下流側に小径管を配置し、その間が同心となるように円錐形状管を形成してこの３つを接続してもよく、偏心するように円錐形状管を形成してこの３つを接続してもよい。また、角形の筒状配管の場合には、均等拡大でも、不均等拡大でも、一部拡大であってもよい。
【００１６】
また、浄化剤を排気通路の径方向に噴射するとは、浄化剤の噴射中心線が排気通路の中心軸方向に直交するということであり、噴射はこの噴射中心線の周囲に拡がり範囲を持っていてもよい。
【００１７】
この構成により、排気ガスの集束する部位の近傍（集束する部位を含む）において、径方向、即ち、流れの方向に略直交する方向に噴射された浄化剤は、この部分で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が行われる。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。
【００１８】
つまり、排気通路（排気管）に排気ガスの流れが集束する部分を設け、この部分の近傍で、且つ、排気通路の中心部近傍において浄化剤を径方向に噴射する。これにより、集束した排気ガスの流れが排気通路の内壁に沿って流れていく際に、この内壁に向かって噴射される浄化剤を均一に混合しながら排気ガス浄化装置へと搬送する。
【００１９】
従って、噴射された浄化剤は、径方向に短距離分散するだけで、排気ガス全体に混合する。そのため、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。
【００２０】
また、この傾斜部を設ける構成、即ち、排気通路の断面積を連続に変化させる構成は単純で、また、排気ガスの流速が最大になる部位で、排気通路の中心部近傍から径方向に浄化剤を噴射するので、排気通路の内壁への浄化剤の付着も防止できる。
【００２１】
上記の排気ガス浄化方法において、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場合には、大きな効果を奏することができる。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。
【００２２】
更に、上記の排気ガス浄化方法において、前記排気ガス浄化装置が、前記アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒の上流側に、ディーゼルパティキュレートフィルタ装置を備え、該ディーゼルパティキュレートフィルタ装置の後部を前記傾斜部とした装置であって、前記ディーゼルパティキュレートフィルタ装置と前記アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒との間に配設した前記排気管内噴射装置の前記噴射口から、前記浄化剤を前記排気通路の径方向に噴射する。
【００２３】
この構成では、ディーゼルパティキュレートフィルタ装置側の接続部をアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒側の排気通路よりも大きい断面積で形成し、この大断面積の接続部に連続的に断面積が縮小する傾斜部を設ける。この構成により、ディーゼルパティキュレートフィルタ装置のフィルタ保持ケース（キャニングケース）の内周に沿って流れる排気ガスの流れと中央の排気ガスの流れとが衝突して流れの乱れが大きく生じる部位に浄化剤を噴射するので、浄化剤の拡散性を高めて、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒のＮＯｘ浄化率を高めることができる。
【００２４】
また、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、該排気ガス浄化装置で消費される浄化剤を前記排気ガス浄化装置の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管内噴射装置を備えた排気ガス浄化システムにおいて、前記排気通路に上流側が下流側よりも排気通路の断面積が連続して大きくなる傾斜部を設けると共に、排気ガスが前記傾斜部を通過して集束する部位の近傍で、かつ、前記排気通路の中心部近傍に、前記浄化剤を前記排気通路の径方向に噴射する前記排気管内噴射装置の噴射口を配設して構成する。
【００２５】
この構成により、排気ガスの流れの集束部位の近傍に浄化剤を流れの中心から放射状に径方向に放射状に噴射することができる。この集束部位では、排気ガスの流れの乱れが大きいので、浄化剤の拡散性が高まり、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、排気通路に傾斜部を設ける構成は、構造が単純で、また、浄化剤を排気通路の中心部近傍から噴射するので、内壁の付着の恐れが無い。
【００２６】
また、上記の排気ガス浄化システムは、前記排気ガス浄化装置を、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒を備えて形成し、前記浄化剤をアンモニア系溶液とする。
【００２７】
更に、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を、前記アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒の上流側に、ディーゼルパティキュレートフィルタ装置を備えて形成すると共に、該ディーゼルパティキュレートフィルタ装置の後部を前記傾斜部とし、前記排気管内噴射装置の噴射口を前記ディーゼルパティキュレートフィルタ装置と前記アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒との間に配設して構成する。
【００２８】
あるいは、上記の排気ガス浄化システムは、前記排気ガス浄化装置を、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し、前記浄化剤を炭化水素とする。
【００２９】
これらの構成のそれぞれの排気ガス浄化システムにおいても、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。
【発明の効果】
【００３０】
以上説明したように、本発明に係る排気ガス浄化方法及び排気ガス浄化システムによれば、傾斜部の下流側の排気ガスの流れが集束する部位近傍で、排気通路の内壁に沿った流れと中央部の流れとが衝突して流れの乱れが大きくなる部位に浄化剤を流れの中心から径方向に噴射するので、浄化剤の拡散性を高めて、短い距離で効率良く浄化剤の拡散を促進できて、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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
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。
【００３２】
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、上流側から順に、ディーゼルパティキュレートフィルタ装置（以下、ＤＰＦ装置という）と、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。
【００３３】
このＤＰＦ装置６は、排気ガスＧ中のＰＭ（粒子状物質）を捕集するための装置であり、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。
【００３４】
また、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−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。
【００３５】
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。
【００３６】
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（アトマイザ）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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
そして、本発明においては、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒１１の上流側の排気通路４に下流側が上流側よりも排気通路４の断面積が連続して小さくなる傾斜部５を設ける。なお、ＤＰＦ装置６の断面積は、通常は、排気通路４の断面積よりも大きく形成されるので、図１では、ＤＰＦ装置６の後部をこの傾斜部５として利用している。
【００４１】
それと共に、排気ガスＧがこの傾斜部５を通過して集束する部位の近傍、言い換えれば、傾斜部５の最小断面積部の近傍で、かつ、排気通路４の中心部近傍に、浄化剤Ｆを排気通路４の径方向に噴射する排気管内噴射装置１３の噴射口１３ａを配設する。
【００４２】
また、この配設した排気管内噴射装置１３の噴射口１３ａから、浄化剤Ｆを排気通路４の径方向に噴射するように構成する。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。この場合、アンモニア系溶液Ｆの噴射中心線Ｆｃは、排気通路４の中心軸方向に直交させるが、噴射の拡がり範囲等は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。
【００４３】
また、図２に示すように噴射管１３ｂの先端の噴射口１３ａを上流側に設けたり、図３に示すように、噴射口１３ａを下流側に設ける。これらのいずれを選ぶかは、排気ガスＧの流速範囲と、噴射されるアンモニア系溶液Ｆの流速と、排気通路４の大きさ、傾斜部５の大きさや形状、傾斜部５とアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒１１との距離等との関係によって定められる。
【００４４】
また、この傾斜部５の形状は、図１〜図３では、均等に拡大、即ち、上流側の大径部４ａと下流側の小径部４ｂは同心で形成しているが、排気管内直接噴射装置１３の配置や噴射方向、噴射速度や排気ガスＧの流速等によっては、偏心させて接続してもよい。
【００４５】
また、傾斜部５は、上流側から下流側に向けて縮まる方向に傾斜した形状に形成されるが、図１〜図３では、均等に拡大、即ち、上流側の大断面積部の面積中心（重心）と下流側の小断面積部の面積中心とを一致させているが、排気管内直接噴射装置１３の配置や噴射方向、噴射速度や排気ガスＧの流速等によっては、不均等に拡大、即ち、上流側の大断面積部の面積中心と下流側の小断面積部の面積中心とを不一致の状態にしてもよい。
【００４６】
言い換えれば、円形配管の場合には、円錐形状管の上流側に大径管を下流側に小径管を配置し、その間が同心となるように円錐形状管を形成してこの３つを接続してもよく、偏心するように円錐形状管を形成してこの３つを接続してもよい。また、角形の筒状配管の場合には、均等拡大でも、不均等拡大でも、一部拡大であってもよい。
【００４７】
また、傾斜部５の入口と出口の断面形状が異なってもよく、例えば、入口を円形管とし、出口を楕円形管等としてもよい。要は、排気通路４内に噴射されたアンモニア系溶液Ｆを効率よく、排気ガスＧに混合でき、分散、均一化できる形状であればよい。
【００４８】
この構成によれば、排気通路４に傾斜部５を設けて、排気ガスＧの集束する部位の近傍（集束する部位を含む）において、アンモニア系溶液Ｆを、径方向、即ち、流れの方向に略直交する方向に噴射するので、この部分で排気ガスＧとの混合が促進され、この混合により、アンモニア系溶液Ｆの分散均一化が行われる。そのため、アンモニア系溶液Ｆは、排気通路４内において、短い距離で効率良く拡散し均一化した状態でアンモニア系溶液Ｆに到達するようになる。
【００４９】
そのため、排気管内噴射装置１３の噴射口１３ａとアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒１１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アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒１１へ供給することができる。
【００５０】
つまり、排気通路（排気管）４に下流側に向かって断面積が連続的に小さくなる傾斜部５を設けることにより、排気ガスＧの流れが集束する部分を設け、この部分の近傍で、且つ、排気通路４の中心部近傍において浄化剤Ｆを径方向に噴射することにより、集束した排気ガスＧの流れが排気通路４の内壁に沿って流れていく際に、この内壁に向かって噴射される浄化剤Ｆを均一に混合しながら排気ガス浄化装置１０へと搬送する。そのため、噴射された浄化剤Ｆは、径方向に短距離分散するだけで、排気ガスＧ全体に混合する。
【００５１】
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。
【００５２】
また、この傾斜部５を設ける構成、即ち、排気通路４の断面積を連続に変化させる構成は単純で、また、排気ガスＧの流速が最大になる部位で、排気通路４の中心部近傍から径方向に浄化剤を噴射するので、排気通路４の内壁への浄化剤の付着も防止できる。
【００５３】
なお、上記では、ＤＰＦ装置６の後部を傾斜部５として利用する構成を示したが、排気ガス浄化装置１０の上流側にＤＰＦ装置６等の傾斜部５を有するものが配置されていない場合には、排気ガス浄化装置１０の上流側の排気通路４において、排気通路４の流路断面積を大きく形成し、この流路断面積を徐々に小さくして傾斜部を設ければよい。
【００５４】
更に、上記では、ＤＰＦ装置６を上流側に、排気ガス浄化装置１０を下流側に配置した例で説明したが、本発明は、排気ガス浄化装置を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し、浄化剤として炭化水素が使用される場合や、排気ガス浄化装置を、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し、浄化剤として炭化水素が使用される場合や、更に、排気ガス浄化装置を、酸化触媒を有する連続再生型ＤＰＦ装置を備えて形成し、浄化剤として炭化水素が使用される場合にも、適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の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。
【図２】排気通路の傾斜部に排気管内噴射装置を設けた構成を示す部分図である。
【図３】排気管内噴射装置の他の構成を示す部分図である。
【符号の説明】
【００５６】
Ｅ エンジン
１ 排気ガス浄化システム
４ 排気通路
５ 傾斜部
５ａ 排気ガスの流れの集束部
６ ＤＰＦ装置
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
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
【技術分野】
【０００１】
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方法及び排気ガス浄化システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
この一つに、上流側に酸化触媒を備えたＮＯｘ吸蔵還元型触媒の再生制御に関して、機関排気通路内に排気浄化触媒を配置すると共に、この排気浄化装置の上流に還元剤噴射ノズルを配置し、還元剤を供給する内燃機関の排気浄化装置において、還元剤噴射方向が排気通路軸線に対し平行をなし、排気流れ方向に対向するように還元剤噴射ノズルを配置し、還元剤の半径方向への拡散を促進する内燃機関の排気浄化装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【００１０】
また、排気中のＮＯｘを還元剤により還元浄化する還元触媒に、この還元触媒の上流に配置した噴射ノズルから還元剤を供給するエンジンの排気浄化装置において、噴射ノズルの噴孔を排気上流に向けて排気系の配管の上壁部側や底壁部側に取り付け、この噴孔から排気流に逆らって還元剤を噴射して、還元剤を排気中で拡散、混合させると共に、噴射ノズルに還元剤が析出するのを防止して、エンジンの排気浄化装置が有する機能の維持、適正化を図るエンジンの排気浄化装置が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
【００１１】
しかしながら、これらの排気流に逆らって還元剤を噴射するだけでは、浄化剤を、均一化した状態で排気ガス浄化装置へと効率よく搬送することができず、還元剤が排気ガスに十分に拡散して均一化するまでに長い距離が必要になるという問題がある。
【特許文献１】特開２０００−１４５４３４号公報
【特許文献２】特開２００５−２１４１７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
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、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方法及び排気ガス浄化システムにおいて、排気管内での浄化剤の拡散性を高めることができて、噴射位置に残留しがちであった浄化剤を、均一化した状態で排気ガス浄化装置へと効率よく搬送することができる排気ガス浄化方法及び排気ガス浄化システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記のような目的を達成するための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、前記排気通路に上流側が下流側よりも排気通路の断面積が連続して大きくなる傾斜部を設け、排気ガスが前記傾斜部を通過して集束する部位の近傍で、かつ、前記排気通路の中心部近傍に配設した前記排気管内噴射装置の噴射口から、前記浄化剤を前記排気通路の径方向に噴射することを特徴とする。
【００１４】
なお、この集束する部位の近傍とは、排ガスの流れが集中する位置の近傍であり、傾斜部の最下流部分、即ち、傾斜部の終端部分とその上流側と下流側も含む。
【００１５】
また、この傾斜部の形状は、上流側から下流側に向けて縮まる方向に傾斜した形状であり、均等に拡大、即ち、上流側の大断面積部の面積中心（重心）と下流側の小断面積部の面積中心とを一致させてもよいが、排気管内直接噴射装置の配置や噴射方向、噴射速度や排気ガスの流速等によっては、不均等に拡大、即ち、上流側の大断面積部の面積中心と下流側の小断面積部の面積中心とを不一致の状態にしてもよい。言い換えれば、円形配管の場合には、円錐形状管の上流側に大径管を下流側に小径管を配置し、その間が同心となるように円錐形状管を形成してこの３つを接続してもよく、偏心するように円錐形状管を形成してこの３つを接続してもよい。また、角形の筒状配管の場合には、均等拡大でも、不均等拡大でも、一部拡大であってもよい。
【００１６】
また、浄化剤を排気通路の径方向に噴射するとは、浄化剤の噴射中心線が排気通路の中心軸方向に直交するということであり、噴射はこの噴射中心線の周囲に拡がり範囲を持っていてもよい。
【００１７】
この構成により、排気ガスの集束する部位の近傍（集束する部位を含む）において、径方向、即ち、流れの方向に略直交する方向に噴射された浄化剤は、この部分で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が行われる。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。
【００１８】
つまり、排気通路（排気管）に排気ガスの流れが集束する部分を設け、この部分の近傍で、且つ、排気通路の中心部近傍において浄化剤を径方向に噴射する。これにより、集束した排気ガスの流れが排気通路の内壁に沿って流れていく際に、この内壁に向かって噴射される浄化剤を均一に混合しながら排気ガス浄化装置へと搬送する。
【００１９】
従って、噴射された浄化剤は、径方向に短距離分散するだけで、排気ガス全体に混合する。そのため、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。
【００２０】
また、この傾斜部を設ける構成、即ち、排気通路の断面積を連続に変化させる構成は単純で、また、排気ガスの流速が最大になる部位で、排気通路の中心部近傍から径方向に浄化剤を噴射するので、排気通路の内壁への浄化剤の付着も防止できる。
【００２１】
上記の排気ガス浄化方法において、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場合には、大きな効果を奏することができる。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。
【００２２】
更に、上記の排気ガス浄化方法において、前記排気ガス浄化装置が、前記アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒の上流側に、ディーゼルパティキュレートフィルタ装置を備え、該ディーゼルパティキュレートフィルタ装置の後部を前記傾斜部とした装置であって、前記ディーゼルパティキュレートフィルタ装置と前記アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒との間に配設した前記排気管内噴射装置の前記噴射口から、前記浄化剤を前記排気通路の径方向に噴射する。
【００２３】
この構成では、ディーゼルパティキュレートフィルタ装置側の接続部をアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒側の排気通路よりも大きい断面積で形成し、この大断面積の接続部に連続的に断面積が縮小する傾斜部を設ける。この構成により、ディーゼルパティキュレートフィルタ装置のフィルタ保持ケース（キャニングケース）の内周に沿って流れる排気ガスの流れと中央の排気ガスの流れとが衝突して流れの乱れが大きく生じる部位に浄化剤を噴射するので、浄化剤の拡散性を高めて、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒のＮＯｘ浄化率を高めることができる。
【００２４】
また、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、該排気ガス浄化装置で消費される浄化剤を前記排気ガス浄化装置の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管内噴射装置を備えた排気ガス浄化システムにおいて、前記排気通路に上流側が下流側よりも排気通路の断面積が連続して大きくなる傾斜部を設けると共に、排気ガスが前記傾斜部を通過して集束する部位の近傍で、かつ、前記排気通路の中心部近傍に、前記浄化剤を前記排気通路の径方向に噴射する前記排気管内噴射装置の噴射口を配設して構成する。
【００２５】
この構成により、排気ガスの流れの集束部位の近傍に浄化剤を流れの中心から放射状に径方向に放射状に噴射することができる。この集束部位では、排気ガスの流れの乱れが大きいので、浄化剤の拡散性が高まり、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、排気通路に傾斜部を設ける構成は、構造が単純で、また、浄化剤を排気通路の中心部近傍から噴射するので、内壁の付着の恐れが無い。
【００２６】
また、上記の排気ガス浄化システムは、前記排気ガス浄化装置を、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒を備えて形成し、前記浄化剤をアンモニア系溶液とする。
【００２７】
更に、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を、前記アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒の上流側に、ディーゼルパティキュレートフィルタ装置を備えて形成すると共に、該ディーゼルパティキュレートフィルタ装置の後部を前記傾斜部とし、前記排気管内噴射装置の噴射口を前記ディーゼルパティキュレートフィルタ装置と前記アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒との間に配設して構成する。
【００２８】
あるいは、上記の排気ガス浄化システムは、前記排気ガス浄化装置を、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し、前記浄化剤を炭化水素とする。
【００２９】
これらの構成のそれぞれの排気ガス浄化システムにおいても、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。
【発明の効果】
【００３０】
以上説明したように、本発明に係る排気ガス浄化方法及び排気ガス浄化システムによれば、傾斜部の下流側の排気ガスの流れが集束する部位近傍で、排気通路の内壁に沿った流れと中央部の流れとが衝突して流れの乱れが大きくなる部位に浄化剤を流れの中心から径方向に噴射するので、浄化剤の拡散性を高めて、短い距離で効率良く浄化剤の拡散を促進できて、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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
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。
【００３２】
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、上流側から順に、ディーゼルパティキュレートフィルタ装置（以下、ＤＰＦ装置という）と、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。
【００３３】
このＤＰＦ装置６は、排気ガスＧ中のＰＭ（粒子状物質）を捕集するための装置であり、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。
【００３４】
また、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−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。
【００３５】
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。
【００３６】
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（アトマイザ）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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
そして、本発明においては、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒１１の上流側の排気通路４に下流側が上流側よりも排気通路４の断面積が連続して小さくなる傾斜部５を設ける。なお、ＤＰＦ装置６の断面積は、通常は、排気通路４の断面積よりも大きく形成されるので、図１では、ＤＰＦ装置６の後部をこの傾斜部５として利用している。
【００４１】
それと共に、排気ガスＧがこの傾斜部５を通過して集束する部位の近傍、言い換えれば、傾斜部５の最小断面積部の近傍で、かつ、排気通路４の中心部近傍に、浄化剤Ｆを排気通路４の径方向に噴射する排気管内噴射装置１３の噴射口１３ａを配設する。
【００４２】
また、この配設した排気管内噴射装置１３の噴射口１３ａから、浄化剤Ｆを排気通路４の径方向に噴射するように構成する。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。この場合、アンモニア系溶液Ｆの噴射中心線Ｆｃは、排気通路４の中心軸方向に直交させるが、噴射の拡がり範囲等は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。
【００４３】
また、図２に示すように噴射管１３ｂの先端の噴射口１３ａを上流側に設けたり、図３に示すように、噴射口１３ａを下流側に設ける。これらのいずれを選ぶかは、排気ガスＧの流速範囲と、噴射されるアンモニア系溶液Ｆの流速と、排気通路４の大きさ、傾斜部５の大きさや形状、傾斜部５とアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒１１との距離等との関係によって定められる。
【００４４】
また、この傾斜部５の形状は、図１〜図３では、均等に拡大、即ち、上流側の大径部４ａと下流側の小径部４ｂは同心で形成しているが、排気管内直接噴射装置１３の配置や噴射方向、噴射速度や排気ガスＧの流速等によっては、偏心させて接続してもよい。
【００４５】
また、傾斜部５は、上流側から下流側に向けて縮まる方向に傾斜した形状に形成されるが、図１〜図３では、均等に拡大、即ち、上流側の大断面積部の面積中心（重心）と下流側の小断面積部の面積中心とを一致させているが、排気管内直接噴射装置１３の配置や噴射方向、噴射速度や排気ガスＧの流速等によっては、不均等に拡大、即ち、上流側の大断面積部の面積中心と下流側の小断面積部の面積中心とを不一致の状態にしてもよい。
【００４６】
言い換えれば、円形配管の場合には、円錐形状管の上流側に大径管を下流側に小径管を配置し、その間が同心となるように円錐形状管を形成してこの３つを接続してもよく、偏心するように円錐形状管を形成してこの３つを接続してもよい。また、角形の筒状配管の場合には、均等拡大でも、不均等拡大でも、一部拡大であってもよい。
【００４７】
また、傾斜部５の入口と出口の断面形状が異なってもよく、例えば、入口を円形管とし、出口を楕円形管等としてもよい。要は、排気通路４内に噴射されたアンモニア系溶液Ｆを効率よく、排気ガスＧに混合でき、分散、均一化できる形状であればよい。
【００４８】
この構成によれば、排気通路４に傾斜部５を設けて、排気ガスＧの集束する部位の近傍（集束する部位を含む）において、アンモニア系溶液Ｆを、径方向、即ち、流れの方向に略直交する方向に噴射するので、この部分で排気ガスＧとの混合が促進され、この混合により、アンモニア系溶液Ｆの分散均一化が行われる。そのため、アンモニア系溶液Ｆは、排気通路４内において、短い距離で効率良く拡散し均一化した状態でアンモニア系溶液Ｆに到達するようになる。
【００４９】
そのため、排気管内噴射装置１３の噴射口１３ａとアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒１１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アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒１１へ供給することができる。
【００５０】
つまり、排気通路（排気管）４に下流側に向かって断面積が連続的に小さくなる傾斜部５を設けることにより、排気ガスＧの流れが集束する部分を設け、この部分の近傍で、且つ、排気通路４の中心部近傍において浄化剤Ｆを径方向に噴射することにより、集束した排気ガスＧの流れが排気通路４の内壁に沿って流れていく際に、この内壁に向かって噴射される浄化剤Ｆを均一に混合しながら排気ガス浄化装置１０へと搬送する。そのため、噴射された浄化剤Ｆは、径方向に短距離分散するだけで、排気ガスＧ全体に混合する。
【００５１】
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。
【００５２】
また、この傾斜部５を設ける構成、即ち、排気通路４の断面積を連続に変化させる構成は単純で、また、排気ガスＧの流速が最大になる部位で、排気通路４の中心部近傍から径方向に浄化剤を噴射するので、排気通路４の内壁への浄化剤の付着も防止できる。
【００５３】
なお、上記では、ＤＰＦ装置６の後部を傾斜部５として利用する構成を示したが、排気ガス浄化装置１０の上流側にＤＰＦ装置６等の傾斜部５を有するものが配置されていない場合には、排気ガス浄化装置１０の上流側の排気通路４において、排気通路４の流路断面積を大きく形成し、この流路断面積を徐々に小さくして傾斜部を設ければよい。
【００５４】
更に、上記では、ＤＰＦ装置６を上流側に、排気ガス浄化装置１０を下流側に配置した例で説明したが、本発明は、排気ガス浄化装置を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し、浄化剤として炭化水素が使用される場合や、排気ガス浄化装置を、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し、浄化剤として炭化水素が使用される場合や、更に、排気ガス浄化装置を、酸化触媒を有する連続再生型ＤＰＦ装置を備えて形成し、浄化剤として炭化水素が使用される場合にも、適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の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。
【図２】排気通路の傾斜部に排気管内噴射装置を設けた構成を示す部分図である。
【図３】排気管内噴射装置の他の構成を示す部分図である。
【符号の説明】
【００５６】
Ｅ エンジン
１ 排気ガス浄化システム
４ 排気通路
５ 傾斜部
５ａ 排気ガスの流れの集束部
６ ＤＰＦ装置
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
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
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、
前記排気通路に上流側が下流側よりも排気通路の断面積が連続して大きくなる傾斜部を設け、排気ガスが前記傾斜部を通過して集束する部位の近傍で、かつ、前記排気通路の中心部近傍に配設した前記排気管内噴射装置の噴射口から、前記浄化剤を前記排気通路の径方向に噴射することを特徴とする排気ガス浄化方法。
【請求項２】
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記載の排気ガス浄化方法。
【請求項３】
前記排気ガス浄化装置が、前記アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒の上流側に、ディーゼルパティキュレートフィルタ装置を備え、該ディーゼルパティキュレートフィルタ装置の後部を前記傾斜部とした装置であって、前記ディーゼルパティキュレートフィルタ装置と前記アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒との間に配設した前記排気管内噴射装置の前記噴射口から、前記浄化剤を前記排気通路の径方向に噴射す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方法。
【請求項４】
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、該排気ガス浄化装置で消費される浄化剤を前記排気ガス浄化装置の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管内噴射装置を備えた排気ガス浄化システムにおいて、
前記排気通路に上流側が下流側よりも排気通路の断面積が連続して大きくなる傾斜部を設けると共に、排気ガスが前記傾斜部を通過して集束する部位の近傍で、かつ、前記排気通路の中心部近傍に、前記浄化剤を前記排気通路の径方向に噴射する前記排気管内噴射装置の噴射口を配設したことを特徴とする排気ガス浄化システム。
【請求項５】
前記排気ガス浄化装置を、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒を備えて形成し、前記浄化剤をアンモニア系溶液とすることを特徴とする請求項４記載の排気ガス浄化システム。
【請求項６】
前記排気ガス浄化装置を、前記アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒の上流側に、ディーゼルパティキュレートフィルタ装置を備えて形成すると共に、該ディーゼルパティキュレートフィルタ装置の後部を前記傾斜部とし、前記排気管内噴射装置の噴射口を前記ディーゼルパティキュレートフィルタ装置と前記アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒との間に配設したことを特徴とする請求項４又は５に記載の排気ガス浄化システム。
【請求項７】
前記排気ガス浄化装置を、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し、前記浄化剤を炭化水素とすることを特徴とする少なくとも請求項４〜６のいずれか１項に記載の排気ガス浄化システム。
【請求項１】
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、
前記排気通路に上流側が下流側よりも排気通路の断面積が連続して大きくなる傾斜部を設け、排気ガスが前記傾斜部を通過して集束する部位の近傍で、かつ、前記排気通路の中心部近傍に配設した前記排気管内噴射装置の噴射口から、前記浄化剤を前記排気通路の径方向に噴射することを特徴とする排気ガス浄化方法。
【請求項２】
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記載の排気ガス浄化方法。
【請求項３】
前記排気ガス浄化装置が、前記アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒の上流側に、ディーゼルパティキュレートフィルタ装置を備え、該ディーゼルパティキュレートフィルタ装置の後部を前記傾斜部とした装置であって、前記ディーゼルパティキュレートフィルタ装置と前記アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒との間に配設した前記排気管内噴射装置の前記噴射口から、前記浄化剤を前記排気通路の径方向に噴射す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方法。
【請求項４】
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、該排気ガス浄化装置で消費される浄化剤を前記排気ガス浄化装置の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管内噴射装置を備えた排気ガス浄化システムにおいて、
前記排気通路に上流側が下流側よりも排気通路の断面積が連続して大きくなる傾斜部を設けると共に、排気ガスが前記傾斜部を通過して集束する部位の近傍で、かつ、前記排気通路の中心部近傍に、前記浄化剤を前記排気通路の径方向に噴射する前記排気管内噴射装置の噴射口を配設したことを特徴とする排気ガス浄化システム。
【請求項５】
前記排気ガス浄化装置を、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒を備えて形成し、前記浄化剤をアンモニア系溶液とすることを特徴とする請求項４記載の排気ガス浄化システム。
【請求項６】
前記排気ガス浄化装置を、前記アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒の上流側に、ディーゼルパティキュレートフィルタ装置を備えて形成すると共に、該ディーゼルパティキュレートフィルタ装置の後部を前記傾斜部とし、前記排気管内噴射装置の噴射口を前記ディーゼルパティキュレートフィルタ装置と前記アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒との間に配設したことを特徴とする請求項４又は５に記載の排気ガス浄化システム。
【請求項７】
前記排気ガス浄化装置を、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し、前記浄化剤を炭化水素とすることを特徴とする少なくとも請求項４〜６のいずれか１項に記載の排気ガス浄化システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００７−２０５３０８（Ｐ２００７−２０５３０８Ａ）
【公開日】平成１９年８月１６日（２００７．８．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２７４６１（Ｐ２００６−２７４６１）
【出願日】平成１８年２月３日（２００６．２．３）
【出願人】（００００００１７０）いすゞ自動車株式会社 (1,721)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年８月１６日（２００７．８．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年２月３日（２００６．２．３）
【出願人】（００００００１７０）いすゞ自動車株式会社 (1,721)
【Ｆターム（参考）】
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