JP4888171B2 - 排気浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は、尿素ＳＣＲ（選択還元）システムに代表されるような、所定の添加剤に基づく排気浄化反応を触媒上で行うことによって排気を浄化する排気浄化装置に関し、詳しくは添加剤噴射弁から噴射される尿素水溶液等の添加剤に基づく排気浄化反応を触媒を通じて促進しつつ、その排気浄化反応によって排気を浄化する排気浄化装置に関する。

近年、発電所、各種工場、及び自動車（特にディーゼルエンジン搭載の自動車）等に適用されて、排気中のＮＯｘ（窒素酸化物）を高い浄化率で浄化する排気浄化装置として、尿素ＳＣＲ（選択還元）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。そして、この尿素ＳＣＲシステムとしては従来、例えば特許文献１に記載される装置（システム）が知られている。以下、図１７を参照して、この特許文献１に記載の装置をはじめ、従来一般の尿素ＳＣＲシステムに採用されている構成の一例についてその概略を説明する。

同図１７に示されるように、この装置（システム）は、大きくは、排気浄化反応を促進する触媒５１と、排気発生源（例えばエンジン）から排出される排気を触媒５１へ導く排気管５２と、この排気管５２の中途に設けられ、同排気管５２内を流れる排気に対して尿素水溶液（添加剤）を噴射供給する添加剤噴射弁５３とを有して構成されている。ここで、触媒５１は、ＮＯｘの還元反応（排気浄化反応）を促進するものである。また、添加剤噴射弁５３は、この触媒５１へ向かって尿素水溶液を噴射するように排気管５２に対して傾けて、すなわち先端の噴射口５３ａを触媒５１の方へ向けて配設されている。

こうした構成のもと、この装置では、排気管５２内を流れる排気中へ添加剤噴射弁５３により尿素水溶液を噴射供給し、排気の流れ（排気流）を利用してその排気共々尿素水溶液を下流の触媒５１へ供給するとともに、該触媒５１上でＮＯｘの還元反応を行うことによってその排気を浄化する。ＮＯｘの還元に際しては、尿素水溶液が排気熱で加水分解されることによりアンモニア（ＮＨ3）が生成され、触媒５１にて選択的に吸着された排気中のＮＯｘに対し、このアンモニアが添加される。そして、同触媒５１上で、そのアンモニアに基づく還元反応が行われることによって、ＮＯｘが還元、浄化されることになる。
特開２００３−２９３７３９号公報

ところで、こうした尿素ＳＣＲ（選択還元）システムでは一般に、尿素水溶液の加水分解により生成されるアンモニアガスと浄化対象にする排気との混合（ミキシング）の度合が高いほど、このアンモニアに基づく上記排気浄化反応において、より高い浄化力が発揮される。また、触媒５１上流側での尿素水溶液の加水分解が不十分であると、排気中のＮＯｘを浄化（還元）するために必要となる量のアンモニアが得られず、同システム（排気浄化装置）における浄化性能の低下、ひいてはエミッション（排気放出物）の悪化が発生する。特に同システムを自動車エンジンの排気系に搭載した場合、例えばエンジンの高速運転時等においては、大量の排気流量により排気流速が速くなるため、尿素水溶液が噴射供給されてから触媒５１に添加されるまでの時間が短くなる。このため、混合や加水分解のために必要な時間は容易には得られず、アンモニアガスと排気とを十分に混合させたり、ＮＯｘ浄化に必要な量のアンモニアを生成したりすることが困難になる。

そこで従来、例えば長い排気管を用いることで、尿素水溶液（添加剤）が排気中に噴射供給されてからその排気流に運ばれて触媒へ添加されるまでの距離（ひいては混合や加水分解のための時間）を長くするようにした装置（第１の従来装置）や、加水分解触媒を担持させたマフラ（消音装置）を触媒上流側に設けることで、尿素水溶液の加水分解、ひいてはアンモニアの生成を促進するようにした装置（第２の従来装置）等が提案されている。

しかしながら、第１の従来装置では、排気管長が長くなることによりシステムの大型化が避けられなくなる。また第２の従来装置では、大掛かりな構成の変更を伴うため、排気浄化システムとしての構成の複雑化を余儀なくされる上、システムの仕様等によっては、排気系以外の部分も含めたシステム全体についての大幅な設計変更すら必要になる可能性がある。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、装置構成の簡素化及び小型化を図りながら、添加剤と排気との混合を促進し、排気浄化に必要とされる混合度合をより確実に得るとともに、また添加剤の分解反応により生成物を得てこれを触媒上での排気浄化反応に用いる場合にあっては、その添加剤の分解反応を促進し、排気浄化に必要とされる量の生成物をより確実に得ることのできる排気浄化装置を提供することを主たる目的とするものである。

以下、上記課題を解決するための手段、及び、その作用効果について記載する。

第１の発明（第１の構成）では、排気通路内へ噴射口から添加剤（例えば尿素水溶液やアンモニア等の還元剤）を噴射する添加剤噴射弁と、該添加剤噴射弁の排気下流側に設けられ、少なくとも前記添加剤に基づく特定の排気浄化反応を促進する触媒とを備えて、該触媒の上流側にて浄化対象とする排気の中へ前記添加剤噴射弁により添加剤を噴射供給し、排気流を利用してその排気共々前記添加剤を下流の前記触媒へ供給するとともに、該触媒上で前記排気浄化反応を行うことによってその排気を浄化する排気浄化装置において、前記添加剤噴射弁が、１乃至複数の噴射口を有し、少なくともその噴射口の１つを通じて、前記排気流に直交する方向よりも排気上流側へ向かって前記添加剤を噴射供給するものであることを特徴とする。

また、第２の発明（第２２の構成）では、排気通路内へ噴射口から添加剤を噴射する添加剤噴射弁と、該添加剤噴射弁の排気下流側に設けられ、少なくとも前記添加剤に基づく特定の排気浄化反応を促進する触媒とを備えて、前記触媒の上流側にて浄化対象とする排気の中へ前記添加剤噴射弁により添加剤を噴射供給し、排気流を利用してその排気共々前記添加剤を下流の前記触媒へ供給するとともに、該触媒上で前記排気浄化反応を行うことによってその排気を浄化する排気浄化装置において、前記添加剤噴射弁は、１乃至複数の噴射口を有し、少なくともその噴射口の１つから噴射される噴霧の中心線が、前記排気流に直交する方向よりも排気上流側へ向かって延びるものであることを特徴とする。

こうした構成によれば、上記添加剤噴射弁により、少なくとも排気流に直交する方向よりは排気上流側へ向かって添加剤が噴射供給されることで、この添加剤は排気流に抗して噴射されるようになる。このため、排気流と該排気流に抗して噴射された添加剤との衝突により添加剤の微粒子化が促進され、また両者の衝突で局所的な乱流が形成されることによりそれら添加剤と排気との混合も促進される。またこの場合、添加剤が排気中に噴射供給されてからその排気流に運ばれて触媒へ添加されるまでの距離（ひいては時間）が、排気下流側へ向かって添加剤を噴射供給する場合（例えば図１７参照）のそれよりも長くなる。

このように、上記構成では、乱流の発生や混合時間の長期化により、添加剤と排気との混合が促進され、排気浄化に必要とされる混合度合をより確実に得ることができるようになる。また、添加剤の分解反応により生成物を得てこれを触媒上での排気浄化反応に用いる場合にあっても、添加剤の微粒子化や反応時間の長期化により、添加剤の分解反応が促進され、排気浄化に必要とされる量の生成物をより確実に得ることができるようになる。しかも上記構成であれば、添加剤噴射弁についてその配設態様や噴射形態等の一部を変更するだけで足りるため、基本的には、排気浄化装置としても、また同装置を含むシステム（例えば車載エンジンの制御システム）全体としても、簡素化及び小型化が図られることになる。

なお、上記添加剤噴射弁の噴射口の１つは、複数（例えば多数）の微噴孔の集合体（群噴孔）によって構成されるものであっても、ただ１つの噴孔によって構成されるものであってもよい。特定の方向に対する噴射（特定の方向の噴霧密度が高い場合、すなわち噴霧に拡がりのある場合も含む）を多数の噴孔にて共同で行う場合には、それらの噴孔をまとめて１つの噴射口とする。

上記のような構成により添加剤を排気流に抗して（逆方向に）噴射する場合には、添加剤を排気流に従って（順方向に）噴射する場合（例えば図１７参照）よりも大きな噴射圧力が必要になる。そして、前記添加剤噴射弁に大きな噴射圧力で噴射させるためには、通常、同噴射弁を駆動するための動力（駆動力）として、大きな力が必要になる。しかしながら、こうした排気浄化装置は必ずしも大きな駆動力の得られる環境で用いられるとは限らない。特に自動車等の移動体（交通手段）に搭載する場合には、コストと共にスペース等の制約も大きいため、こうした駆動力を確保することは容易ではない。そこで、上記第１の構成の装置に関しては、第２の構成のように、前記添加剤噴射弁として、前記排気流に直交する方向よりも排気上流側へ向かって添加剤を噴射する噴射口（配管先端とは限らず配管の側面に設けられることもある）の少なくとも１つへの添加剤供給量を、弁体（例えばニードル）が所定のシート部で離座及び着座することに基づいて可変とするものを採用するとともに、前記シート部を、その噴射口（弁体にて添加剤供給量が可変とされる噴射口）の近傍に配置した構成が特に有効になる。

こうした噴射弁は、一般的な使用態様として、弁体に付与する駆動力を制御することで、噴射時にはその弁体を離座（添加剤通路を開放）させることにより加圧された添加剤を噴射するとともに、噴射停止時にはその弁体を着座（添加剤通路を遮断）させることにより噴射を停止する、といった態様で使用される。すなわち、離着座を行うシート部で添加剤圧力が高く、それよりも下流（噴射方向）へ向かうほど、添加剤圧力は低下する。このため、実際に添加剤が噴射弁から（詳しくはその噴射口から）噴射される際の噴射圧力（添加剤圧力）は、シート部と噴射口との距離を近く（近傍）に設定した方が高くなる。上記第２の構成は、こうした点に鑑みてなされたものであり、噴射口の近傍にシート部を配置することで、当該噴射弁の駆動力によらず、噴射圧力を高めることが可能になる。

一方、排気温度の高い環境において添加剤を排気流に抗して噴射する場合には、排気が噴射弁に向かって来やすくなるため、前記添加剤噴射弁（特に前記シート部）に対する排気熱の影響も無視することができないものとなる。そこで、上記第１又は第２の構成の装置に関しては、第３の構成のように、前記添加剤噴射弁として、前記排気流に直交する方向よりも排気上流側へ向かって添加剤を噴射する噴射口の少なくとも１つへの添加剤供給量を、弁体（例えばニードル）が所定のシート部で離座及び着座することに基づいて可変とするものを採用する（この点については第２の構成と同様）とともに、前記シート部を、前記排気通路の壁面近傍に配置した構成が特に有効になる。

すなわち、例えば前記シート部を排気通路の軸中心に近づけると、排気熱の影響により、前記添加剤噴射弁の部材変形、熱処理の戻り（焼き戻し）等々が生じて、当該噴射弁の噴射特性への悪影響が懸念されるようになる。例えば弁体とシート面との離間度合（距離）に応じて添加剤噴射量が決定（調量）される場合などには、指令値と実際に噴射される量との誤差が大きくなるおそれがある。一方、前記シート部を前記排気通路から遠ざけると、シート部と噴射口とを互いに近づけて配置することは容易ではなくなり、上述のように、十分な噴射圧力を得ることが難しくなる。上記第３の構成の装置は、これらの点に鑑みて発明されたものであり、シート部を排気通路の壁面近傍に配置することで、排気熱の影響を抑制しつつ十分な噴射圧力を得やすくなる。また、通路壁面の近傍ということで、当該噴射弁の組付け性という面でも有利な環境となる。

そして、さらに組付け性を高める上では、第４の構成のように、上記第２又は第３の構成の装置において、前記添加剤噴射弁の弁機構を内包するハウジング（一体に形成されるハウジングでも、複数の部材からなるハウジングでも可）が、前記排気通路の壁面に対して直接的に取り付けられた構成とすることが有効である。このような構成であれば、排気通路（一般には配管）の壁面を利用することで、前記添加剤噴射弁の組付け（固定）が容易になる。

ところで、上記構成における添加剤噴射弁としては、添加剤の噴射方向を可変とする可動式の噴射弁も採用することができる。例えばエンジンの運転状態等に応じて回動して噴射方向を可変とする噴射弁であっても、少なくともその回動動作の一過程において、上記のように、排気流に直交する方向よりも排気上流側へ向かって添加剤が噴射供給されるものであれば、上記効果を得ることができる。しかし、定常的に上記効果を得る上では、第５の構成のように、上記第１〜４のいずれかの構成の装置において、前記添加剤噴射弁が、添加剤の噴射方向を一定に保つべく前記排気の排気通路に固定されており、前記噴射口の少なくとも１つが、前記排気流に直交する方向よりも排気上流側へ向かって開口されてなる構成が有効である。こうした構成であれば、上記排気上流側へ向かって開口された少なくとも１つの噴射口により、常に排気流に抗して添加剤を噴射することが可能になる。また、弁自体が固定されていることで、その特性も安定する。

なお、前記添加剤噴射弁の噴射口の数は、基本的には任意である。例えば添加剤を放射状に噴射する噴射弁であってもよい。ただし、装置構成についての簡素化を図る上では、第５の構成に記載の固定式の噴射弁であって、且つ、噴射口として、上記排気上流側へ向かって開口された１つの噴射口だけを備える構成とすることがより有効である。

また、上記第５の構成の装置においては、第６の構成のように、前記添加剤噴射弁が、排気流に直交する方向よりも排気上流側へ向かって開口された前記噴射口のほかに、前記排気流に直交する方向よりも排気下流側へ向かって開口された噴射口も備える構成とすることがより有効である。こうした構成であれば、排気上流側へ向かって開口された噴射口と排気下流側へ向かって開口された噴射口とで同時に、必要とする添加量を分岐して噴射したとしても、これら噴射口から噴射された各添加剤がそれぞれ触媒に到達する時期には時間差が生じることになる。すなわち、排気上流側へ向かって噴射された添加剤は、その噴射が排気流に抗して行われる分、排気流に乗って触媒に到達する他方の添加剤よりも、触媒に到達する時期が遅くなる。上記構成では、こうした時間差を利用して、単位時間あたりに触媒上で浄化する量を減らし、同触媒上での浄化効率を向上させることが可能になる。しかも、添加剤噴射弁の構造を一部変更するだけで、複雑な噴射時期制御によらず上記時間差を形成することができるため、こうした構成は低コスト化にも有利である。

ところで、上記第５又は第６の構成の装置においては、添加剤噴射による排気乱流の発生態様や排気管壁への添加剤付着量等を考慮して、上記添加剤噴射弁の噴射角度を最適な値に設定することが望ましい。しかしながら、前述した添加剤の微粒子化を促進する上では、第７の構成のように、前記添加剤噴射弁が、前記排気流とは真逆の方向へ向かって開口された噴射口を備える構成とすることがより有効である。こうした構成であれば、噴射供給時に添加剤がよりいっそう強く排気流の抵抗（圧力）を受けるようになるため、添加剤の微粒子化がより促進され、ひいては排気浄化に必要とされる混合度合をより確実に得ることが可能になる。

また、この第７の構成の装置については、第８の構成のように、前記添加剤噴射弁が排気通路内へ差し込まれたノズル（噴射管）を有し、このノズルが同排気通路内で曲がって前記噴射口の形成されたノズル出口面を前記排気流とは真逆の方向へ向けてなる構成とすることで、簡素な構造で容易に上記添加剤噴射弁を実現することができるようになる。

また、上記第７又は第８の構成の装置においては、第９の構成のように、前記添加剤噴射弁が、排気流とは真逆の方向へ向かって開口された前記噴射口のほかに、この噴射口の開口方向とは相反する方向である排気流の順方向へ向かって開口された噴射口も備える構成とすることがより有効である。こうした構成であれば、これら相反する方向に開口された２つの噴射口によって、触媒に添加剤が到達する時期について前述の時間差として大きな時間差を生じさせ、前述のように、触媒上での浄化効率を向上させることが可能になる。そしてこの場合も、複雑な噴射時期制御によらず上記時間差を形成することができるため、こうした構成も低コスト化に有利である。

さらに、この第９の構成の装置については、第１０の構成のように、前記相反する方向に開口する２つの噴射口が、互いに対向する態様で前記添加剤噴射弁のノズル（噴射管）側壁に設けられた構成とすることで、簡素な構造で上記添加剤噴射弁を実現することができるようになる。また、同ノズル側壁の対向する位置に噴射口を設けることで、添加剤噴射時にこれら噴射口にかかる圧力（噴射圧）を略等しくすることができるようになる。

第１１の構成では、上記第１〜１０のいずれかの構成の装置において、前記排気流に直交する方向よりも排気上流側へ向かって前記添加剤を噴射供給する噴射口の少なくとも１つが、水平方向よりも重力の逆方向へ向かって前記添加剤を噴射供給するものであることを特徴とする。

こうした構成であれば、添加剤噴射弁による噴射供給時において、添加剤が、排気流による抵抗（圧力）だけではなく、重力による抵抗も受けるようになる。このため、同添加剤の微粒子化がより促進され、ひいては排気浄化に必要とされる混合度合をより確実に得ることが可能になる。

一方、第１２の構成では、上記第１〜１０のいずれかの構成の装置において、前記排気流に直交する方向よりも排気上流側へ向かって前記添加剤を噴射供給する噴射口の少なくとも１つが、水平方向に沿って前記添加剤を噴射するものであることを特徴とする。

すなわち、重力方向へ向かって（順方向に）噴射すると、重力のアシスト（助力）を受けて、噴射が排気通路の底面（配管底面）に届き易くなる。このため、噴射添加剤が気化せずに液状のままで同底面に付着し易くなり、ひいてはエミッションの悪化を引き起こすことが懸念されるようになる。一方、重力方向に逆らって（逆方向に）噴射すると、排気流からの噴射抵抗に加えて重力も作用するようになるため、前述したように添加剤の微粒子化が促進され易くなる反面、噴射添加剤が押し返されて噴射弁に付着し易くもなる。そこで、噴射弁について用意された動力源（駆動力の大きさ）等に応じて、上記第１２の構成、すなわち水平方向に沿って噴射する構成を採用することも有効である。

そしてこの場合は、第１３の構成のように、前記添加剤噴射弁を１つ乃至２つ以上用いて、前記排気流に直交する方向よりも排気上流側へ向かって前記添加剤を噴射供給する噴射口の少なくとも２つにより、前記排気通路の対向する両壁面から、それぞれ水平方向に沿って前記添加剤を噴射供給する構成とすることが有効である。

前記排気通路の対向する両壁面から、それぞれ前記添加剤の噴射を行う場合、重力方向へ向かって噴射する噴射口と重力方向に逆らって噴射する噴射口とによって各噴射を行う構成なども考えられる。しかしこの場合、一方が重力のアシストを受けるとともに、他方が重力から抵抗を受けるようになるため、バランスの良い均一な噴射を行うことは難しくなる。この点、上記第１３の構成のように、対向面からの各噴射を、それぞれ水平方向に沿って噴射する噴射口によって行う構成とすれば、両方の噴射に対して同じ様に重力が作用するため、バランスの良い均一な噴射を行うことが容易となる。

ところで、排気温度の高い環境において添加剤を排気流に抗して噴射する場合には、前述したように、前記添加剤噴射弁に対する排気熱の影響が大きくなる。発明者は、前記排気流に直交する方向よりも排気上流側へ向かって噴射する噴射口の配設態様についてこれと、排気流との関係に注目し、排気熱による噴射弁の昇温（特に噴射口付近の過剰な昇温）を抑制すべく、次のような装置を発明した。

すなわち第１４の構成では、上記第１〜１３のいずれかの構成の装置において、前記排気流に直交する方向よりも排気上流側へ向かって噴射する噴射口の少なくとも１つが、前記排気流に直接的には当たらない態様（例えば同排気流を避けたり抑制したりする態様）で設けられた構成とする。こうした構成であれば、排気流が直接当たる場合に比べて、排気熱による噴射口の昇温、ひいては同噴射口付近の過剰な昇温（過熱）が抑制されるようになる。なお、こうした排気熱による影響（過熱）は、噴射弁のシート部で特に懸念される。したがって、こうした構成は、上記第２の構成の装置のように、前記シート部が噴射口の近傍に配置されている場合に適用して特に有効である。

そして、この第１４の構成の装置に関する具体的な構成としては、例えば第１５の構成の発明のように、
・前記排気流に直交する方向よりも排気上流側へ向かって噴射する噴射口の少なくとも１つが、前記排気の排出経路から外れた位置より排気中へ添加剤を噴射する態様で設けられた構成。
あるいは第１６の構成のように、
・前記排気流に直交する方向よりも排気上流側へ向かって噴射する噴射口の少なくとも１つが、前記排気通路の分岐路（同排気通路の内側又は外側で分岐して形成される通路）中から排気中へ添加剤を噴射する態様で設けられた構成。
あるいは第１７の構成のように、
・前記排気流に直交する方向よりも排気上流側へ向かって噴射する噴射口の少なくとも１つが、排気上流側に前記排気流の少なくとも一部を遮る部材を有する態様で設けられた構成。
といった構成の１つ、又は任意の組み合わせを用いることが有効である。これらの構成であれば、容易且つ的確に上記排気流を避けたり抑制したりすることができるようになる。なお、第１７の構成の装置において排気流を遮るために用いる部材は、排気流を完全に遮断する部材に限定されず、排気流の一部は通すような部材も用いることができる。こうした部材としては、例えばメッシュ（網目）構造の部材（必要に応じてフィルタ機能を持たせてもよい）などを用いることが有効である。

他方、前記添加剤噴射弁の耐熱性が十分確保される場合には、逆に排気流を噴射口へ向かわせることで、添加剤と排気との混合（ひいては添加剤分布の均一化）に特化した構成とすることができる。第１８の構成では、上記第１〜１３のいずれかの構成の装置において、前記排気の排気通路内で前記排気流の向きを前記添加剤噴射弁の噴射口の方へ強制的に変える手段を備えることを特徴とする。このような構成であれば、排気流の方向と添加剤噴射弁の噴射角度との関係の調整が容易となる。

なお、上記第１〜１８のいずれかの構成の装置において、前記添加剤噴射弁の耐熱性を確保する際には、第１９の構成のように、前記添加剤噴射弁に、同噴射弁の所定箇所（例えばシート部）を冷却する冷却装置（例えば空冷又は水冷等）を設けることも有効である。特に前記添加剤噴射弁について十分な耐熱性を得にくい環境である場合には、こうした構成を上記第１４〜１７の構成と併せて適用することが特に有効である。

第２０の構成では、第１〜１９のいずれかの構成の装置において、前記添加剤噴射弁が、ＰＭ除去用フィルタの下流側に設けられてなることを特徴とする。

排気上流側へ向かって添加剤を噴射供給する場合、排気流に対して添加剤噴射弁の噴射口を向けて添加剤を噴射することになるため、排気中のＰＭ（Particulate Matter、粒子状物質）等が添加剤噴射弁の噴射口に付着し易くなる。この点、上記構成であれば、添加剤噴射弁の上流側にてＰＭ除去用フィルタ（例えばＤＰＦ）により排気中のＰＭが除去されるようになるため、噴射口の汚染を低減して１つの添加剤噴射弁を長期にわたって使用することが可能になる。

第２１の構成では、上記第１〜２０のいずれかの構成の装置において、前記添加剤は尿素水溶液であり、前記触媒は、該尿素水溶液の加水分解により生成されるアンモニアを通じてＮＯｘ（窒素酸化物）を還元するＮＯｘ還元反応を前記排気浄化反応として促進するものであることを特徴とする。

前述の尿素ＳＣＲ（選択還元）システムに代表されるように、尿素水溶液を添加剤にしたＮＯｘ浄化装置は、排気中のＮＯｘ（窒素酸化物）を高い浄化率で浄化する排気浄化装置として期待されている。したがって本発明は、こうした尿素ＳＣＲシステムに適用して特に有益である。そして、こうしたシステムに本発明を適用した場合にも、ここまで述べてきたように、装置構成の簡素化及び小型化を図りながら、排気浄化装置としてより高い浄化性を得ることが可能になる。また、例えば自動車の分野でこの排気浄化装置を採用し、ディーゼルエンジン搭載の車両等にこの装置を装着した場合には、燃焼過程でＮＯｘの発生を許容して燃費及びＰＭを改善することなども可能になり、ひいては自動車の性能向上や排気クリーン化に大きく貢献することができるようになる。

なおここでは、説明の便宜上、第２〜２１のいずれかの構成を第１の構成の装置に適用した場合について説明した。しかしこれに準ずるかたちで、上記第２２の構成の装置に対しても、上記第２〜２１のいずれかの構成と同様の構成を適用することは可能である。

以下、本発明に係る排気浄化装置を具体化した一実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、本実施形態の装置も、先の図１７に例示した装置と同様、排気中のＮＯｘ（窒素酸化物）を浄化するものであり、尿素ＳＣＲ（選択還元）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（装置）の構成について詳述する。

図１は、本実施形態に係る尿素ＳＣＲシステム（排気浄化装置）の概要を示す構成図である。なお、この図１において、図中の矢印Ｘは水平方向の１つ（Ｘ方向）を、また矢印Ｙは重力方向（Ｙ方向）を指している。

同図１に示されるように、このシステムは、図示しない自動車（例えば乗用車）に搭載されたディーゼルエンジン（排気発生源）により排出される排気を浄化対象として、大きくは、この排気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ＥＣＵ（電子制御ユニット）２０等を有して構築されている。

具体的には、排気上流側から、ＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）１１、排気管１２（排気通路）、触媒１３、排気管１４（排気通路）、の順で配設され、排気管１２の中途に設けられた添加剤噴射弁１６によって、ＤＰＦ１１と触媒１３との間の排気管１２内を流れる排気に対して尿素水溶液（添加剤）を噴射供給するようになっており、排気の流れ（排気流）を利用してその排気共々尿素水溶液を下流の触媒１３へ供給するとともに、該触媒１３上でＮＯｘの還元反応を行うことによって、その排気が浄化されるようになっている。

ここで、ＤＰＦ１１は、排気中のＰＭ（Particulate Matter、粒子状物質）を捕集する連続再生式のＰＭ除去用フィルタであり、例えばメインの燃料噴射後のポスト噴射等で捕集ＰＭを繰り返し燃焼除去する（再生処理に相当）ことにより継続的に使用することができる。また、同ＤＰＦ１１は、図示しない白金系の酸化触媒を担持しており、ＰＭ成分の１つである可溶性有機成分（ＳＯＦ）と共に、ＨＣやＣＯを除去することができるようになっている。

触媒１３は、ＮＯｘの還元反応（排気浄化反応）を促進するものであり、例えば、
４ＮＯ＋４ＮＨ3＋Ｏ2→４Ｎ2＋６Ｈ2Ｏ …（式１）
６ＮＯ2＋８ＮＨ3→７Ｎ2＋１２Ｈ2Ｏ …（式２）
ＮＯ＋ＮＯ2＋２ＮＨ3→２Ｎ2＋３Ｈ2Ｏ …（式３）
のような反応を促進して排気中のＮＯｘを還元する。そして、これらの反応においてＮＯｘの還元剤となるアンモニア（ＮＨ3）を噴射供給するものが、同触媒１３の上流側の排気管１２の中途に設けられた添加剤噴射弁１６である。

この添加剤噴射弁１６は、添加剤の噴射通路となるノズル１６ａ（細管）を先端に有し、そのノズル出口面には、１つの噴射口１６ｂが形成されている。なお、この１つの噴射口１６ｂは、複数（例えば多数）の微噴孔の集合体（群噴孔）によって構成されるものであっても、ただ１つの噴孔によって構成されるものであってもよい。図４（ａ）及び（ｂ）に、この添加剤噴射弁１６の詳細構造を示す。

同図４（ａ）及び（ｂ）に示されるように、この添加剤噴射弁１６は、内開弁タイプの添加剤噴射弁であり、非通電時には、同図４（ａ）に示されるように閉弁状態となる、いわゆるノーマリクローズ型の添加剤噴射弁として構成されている。すなわち、この添加剤噴射弁１６では、ニードル１６ｃ（弁体）の後方に位置する図示しないソレノイドコイル（ニードル１６ｃの駆動装置に相当）に対する通電状態（通電／非通電）に応じて、図４（ａ）及び（ｂ）に示されるように、ニードル１６ｃが弁筒内（ハウジング１６ｄ内）を往復動（上下）する。そしてこれにより、ハウジング１６ｄの先端に必要な数だけ（ここでは軸中心に１つ）穿設された噴孔１６ｅ（出口面は噴射口１６ｂに相当）までの添加剤供給通路が、噴射口１６ｂの近傍に配置されたテーパ状のシート部（シート面）１６ｆで開閉される。換言すれば、ニードル１６ｃは、上記ソレノイドコイル（駆動装置）により駆動されてハウジング１６ｄ内を往復動し、その往復動に基づきシート部１６ｆに離座（図４（ｂ））及び着座（図４（ａ））する。そしてこの際、ニードル１６ｃの駆動制御は、いわゆるＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御を通じて行われる。すなわち、ニードル１６ｃの駆動装置（上記ソレノイドコイル）には、ＥＣＵ２０からパルス信号（通電信号）が送られる。そして、ニードル１６ｃのリフト量（シート部１６ｆからの離間度合）が、そのパルス幅（通電時間に相当）に基づいて可変制御され、その制御に際しては、通電時間が長いほどリフト量が大きくなり、リフト量が大きくなるほど噴射率（単位時間あたりに噴射される添加剤量）が大きくなる。このように、当該添加剤噴射弁１６は、ハウジング１６ｄに内包される上記弁機構のもと、排気流に直交する方向よりも排気上流側へ向かって添加剤を噴射する噴射口１６ｂへの添加剤供給量を、ニードル１６ｃがシート部１６ｆで離座及び着座することに基づいて可変とするように構成されている。

同添加剤噴射弁１６は、上記噴射口１６ｂを通じて、尿素水タンク１７ａ（図１）から供給される尿素水溶液（添加剤）を噴射（霧化）するものであり、この噴射弁１６には、尿素水タンク１７ａから逐次尿素水溶液が供給されている。すなわち、尿素水タンク１７ａの内部に貯蔵されている尿素水溶液が、同タンク１７ａ内に設置されたポンプ１７ｂによって汲み上げられ、配管１７ｃを通じて噴射弁１６へ供給されている。

ここで、配管１７ｃの中途には、尿素水圧レギュレータ１７ｄ、尿素水圧センサ１７ｅ、及びフィルタ１７ｆが設けられている。フィルタ１７ｆは尿素水溶液を濾過するものであり、ポンプ１７ｂからの尿素水溶液は、このフィルタ１７ｆにより異物が取り除かれた後、噴射弁１６へ供給される。また、尿素水圧センサ１７ｅは、噴射弁１６に対する尿素水溶液の供給圧力を検出するものであり、尿素水圧レギュレータ１７ｄはその供給圧力を調圧するものである。すなわち、この供給圧力が設定値を超えた場合には、同レギュレータ１７ｄにより、上記配管１７ｃ内の尿素水溶液が尿素水タンク１７ａへ戻されることになる。

このシステムにおいても、こうした添加剤噴射弁１６が、排気管１２に対して傾けて配設されている。ただし本実施形態では、この噴射弁１６が、排気上流側へ向かって尿素水溶液を噴射するように排気管１２に対して傾けて配設されている。より詳しくは、同噴射弁１６は、排気管１２の軸中心の真上（鉛直方向上）に設けられた取付け口にその先端が挿入されることで、同噴射弁１６の弁機構を内包するハウジング１６ｄ（図４）が、排気管１２の壁面に対して直接的に取り付けられている。すなわち、この噴射弁１６のシート部１６ｆ（図４）は、排気管１２（排気通路）の壁面近傍に配置されている。また、この噴射弁１６の噴射口１６ｂは、排気管１２の軸中心上を排気上流側（触媒１３の反対側）へ向かって開口された状態で、噴射方向を一定に保つべく排気管１２に固定されている。そうして上記尿素水溶液（添加剤）が、排気流に直交する方向（Ｙ方向と平行）よりも排気上流側へ、且つ、水平方向（Ｘ方向と平行）よりも重力方向（Ｙ方向）へ向かって、噴射されるようになっている。なお、添加剤噴射弁１６の噴射角度（前後及び左右）は、添加剤噴射による排気乱流の発生態様や排気管壁への添加剤付着量等を考慮して最適な値に設定することが望ましい。すなわち、排気管１２の軸中心へ向かう噴射に限られず、所定のオフセットを設けて、軸中心を外したところへ向かって尿素水溶液（添加剤）を噴射するようにしてもよい。また、同噴射弁１６に係る他のパラメータ、すなわち噴射パターン（例えば噴射時期や噴射回数等）や、噴霧形状、噴射量、噴射圧等についてもこれらは、実験等によって最適な値に設定することが望ましい。

また一方、触媒１３の下流側の排気管１４には、ＮＯｘセンサと排気温センサとが共に内蔵された排気センサ１８が設けられており、同触媒１３の下流側にて、排気中のＮＯｘ量（ひいては触媒１３によるＮＯｘの浄化率）、及び排気の温度を検出することができるようになっている。そして、この排気管１４のさらに下流には、余剰のアンモニア（ＮＨ3）を除去するためのアンモニア除去装置（例えば酸化触媒）や、排気中のアンモニア量を検出するためのアンモニアセンサ等が、必要に応じて設けられる。

こうしたシステムの中で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ＥＣＵ２０である。このＥＣＵ２０は、周知のマイクロコンピュータ（図示略）を備え、各種センサの検出値に基づいて所望とされる態様で上記噴射弁１６等をはじめとする各種アクチュエータを操作することにより、排気浄化に係る各種の制御を行うものである。具体的には、例えば添加剤噴射弁１６の通電時間やポンプ１７ｂの駆動量等を制御することにより、排気管１２内を流れる排気に対し、適切な時期に適正な量の尿素水溶液（添加剤）を噴射供給する。

こうした構成のもと、本実施形態に係る上記システム（装置）でも、先の図１７に例示した装置と同様、排気管１２の内側を流れる排気中へ噴射弁１６により尿素水溶液を噴射供給し、排気の流れ（排気流）を利用してその排気共々尿素水溶液を下流の触媒１３へ供給するとともに、該触媒１３上でＮＯｘの還元反応を行うことによってその排気を浄化する。ＮＯｘの還元に際しては、例えば、
（ＮＨ2）2ＣＯ＋Ｈ2Ｏ→２ＮＨ3＋ＣＯ2 …（式４）
のような反応をもって、尿素水溶液が排気熱で加水分解されることによりアンモニア（ＮＨ3）が生成され、触媒１３にて選択的に吸着された排気中のＮＯｘに対し、このアンモニアが添加される。そして、同触媒１３上で、そのアンモニアに基づく還元反応（上記反応式（式１）〜（式３））が行われることによって、ＮＯｘが還元、浄化されることになる。

次に、図２及び図３を併せ参照して、本実施形態の装置による排気浄化態様について説明する。なお、これら各図において、図２（ａ）及び図３（ａ）には、本実施形態の装置による排気浄化態様を示す。他方、図２（ｂ）及び図３（ｂ）には、本実施形態の装置との対比のため、図１に示した装置における噴射弁１６の配設態様を、排気下流側の触媒１３の方へ噴射口１６ｂを向けて設置（固定）するように変更した場合についてその装置の排気浄化態様を示す。また、これら各図においては、噴射弁１６の配設位置が上記両装置について同一である（向きのみが異なる）として示し、特に図２中の一点鎖線Ｐ１は、触媒１３からの距離が、両装置について等しいことを示している。さらに別の一点鎖線Ｐ２は、各装置について、それぞれ噴射口１６ｂから噴射される噴霧（図２及び図３中に点ハッチングで示す）の中心線を示している。

まず図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、図２（ａ）に示す本実施形態の装置では、噴射弁１６の噴射口１６ｂから噴射される噴霧の中心線（一点鎖線Ｐ２）が、排気流に直交する方向よりも排気上流側へ向かって延びるものとなり、図２（ｂ）に示す装置では、同中心線（一点鎖線Ｐ２）が、排気流に直交する方向よりも排気下流側へ向かって延びるものとなる。そして、本実施形態の装置では、尿素水溶液が排気中に噴射供給されてからその排気の流れ（排気流）に運ばれて触媒１３へ添加されるまでの距離ｄ１（図２（ａ））が、排気下流側へ向かって尿素水溶液を噴射供給する装置のそれ、すなわち距離ｄ２（図２（ｂ））よりも長くなる。このため、尿素水溶液の加水分解（分解反応）により生成されるアンモニアガスと浄化対象にする排気との混合（ミキシング）を行うための時間も長くなり、排気浄化に必要とされる混合度合をより確実に得ることができるようになる。さらに、尿素水溶液が加水分解（上記反応式（式４））を行うための時間（反応時間）も長くなるため、排気浄化に必要とされる量のアンモニア（添加剤による生成物）をより確実に得ることができるようにもなる。

また、図３（ｂ）に示すように、排気下流側へ向かって尿素水溶液を噴射供給する装置では、噴射した尿素水溶液が排気の流れ（排気流）に乗ってしまい、尿素水溶液はその流れに従って速やかに触媒１３に到達することになる。他方、本実施形態の装置では、図３（ａ）に示すように、尿素水溶液が排気流に抗して噴射されるようになるため、排気流と該排気流に抗して噴射された尿素水溶液との衝突により添加剤の微粒子化が促進され、また両者の衝突で局所的な乱流が形成されることによりそれら尿素水溶液と排気との混合も促進されることになる。したがって、こうした乱流が発生することによっても、排気浄化に必要とされる排気と尿素水溶液との混合度合やアンモニアの生成量をより確実に得ることができるようになる。

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。

（１）排気管１２（排気通路）内へ噴射口１６ｂから尿素水溶液（添加剤）を噴射する添加剤噴射弁１６と、その尿素水溶液に基づく排気浄化反応（上記反応式（式１）〜（式３））を促進する触媒１３とを備えて、該触媒１３の上流側にて排気管１２内の排気中へ噴射弁１６により尿素水溶液を噴射供給し、排気の流れ（排気流）を利用してその排気共々尿素水溶液を下流の触媒１３へ供給するとともに、該触媒１３上で上記排気浄化反応を行うことによってその排気を浄化する尿素ＳＣＲシステム（排気浄化装置）として、添加剤噴射弁１６が、上記噴射口１６ｂを通じて、排気流に直交する方向（図１中のＹ方向と平行）よりも排気上流側へ向かって尿素水溶液を噴射供給するように構成した。また、噴射弁１６の噴射口１６ｂから噴射される噴霧の中心線（図２中の一点鎖線Ｐ２）が、排気流に直交する方向よりも排気上流側へ向かって延びるように構成した。これにより、装置構成の簡素化及び小型化を図りながら、尿素水溶液と排気との混合を促進し、排気浄化に必要とされる混合度合をより確実に得るとともに、尿素水溶液の加水分解（分解反応）を促進し、排気浄化に必要とされる量のアンモニア（添加剤による生成物）をより確実に得ることができるようになる。

（２）添加剤噴射弁として、排気流に直交する方向よりも排気上流側へ向かって添加剤を噴射する噴射口１６ｂへの添加剤供給量を、弁体（ニードル１６ｃ）がシート部１６ｆで離座及び着座することに基づいて可変とするもの（添加剤噴射弁１６）を採用した（図４参照）。そしてシート部１６ｆを、その噴射口１６ｂの近傍に配置するようにした。こうした構成であれば、当該噴射弁１６の駆動力によらず、噴射圧力を高めることが可能になる。

（３）またシート部１６ｆを、排気管１２（排気通路）の壁面近傍に配置するようにした。こうすることで、排気熱の影響を抑制しつつ十分な噴射圧力を得やすくなる。

（４）添加剤噴射弁１６の弁機構を内包するハウジング１６ｄ（図４）を、排気管１２（排気通路）の壁面に対して直接的に取り付けるようにした。このような構成であれば、排気管１２（排気通路）の壁面を利用することで、添加剤噴射弁１６の組付け（固定）が容易になる。

（５）尿素水溶液を噴射する添加剤噴射弁１６を、その尿素水溶液の噴射方向を一定に保つべく排気管１２（浄化対象とする排気の排気通路）に固定するとともに、その噴射口１６ｂが、排気流に直交する方向よりも排気上流側へ向かって開口された構成とした。これにより、排気上流側へ向かって開口された噴射口１６ｂにより、常に排気流に抗して尿素水溶液を噴射することが可能になる。また、弁自体が固定されていることで、その特性も安定する。

（６）添加剤噴射弁１６の噴射口として、排気上流側へ向かって開口された１つの噴射口１６ｂだけを備える構成とした。これにより、同噴射弁１６の構造の簡素化が図られるようになる。

（７）添加剤噴射弁１６が、ＤＰＦ１１（ＰＭ除去用フィルタ）の下流側に設けられた構成とした。これにより、噴射口１６ｂの汚染が低減され、噴射弁１６を長期にわたって使用することが可能になる。

（８）触媒１３に対する添加剤として尿素水溶液を採用し、上記触媒１３が、この尿素水溶液の加水分解により生成されるアンモニアを通じてＮＯｘ（窒素酸化物）を還元するＮＯｘ還元反応（上記反応式（式１）〜（式３））を促進する構成とし、このシステム（装置）を、ディーゼルエンジン搭載の車両に装着した。これにより、燃焼過程でＮＯｘの発生を許容して燃費及びＰＭを改善することなども可能になり、ひいては自動車の性能向上や排気クリーン化に大きく貢献することができるようになる。

（９）本実施形態では、当該排気浄化装置を乗用車に適用した。現状、一般的な乗用車には、大型トラック等にみられるようなブレーキ圧を調整するためのエアー供給源等が搭載されていない。このため、乗用車では、添加剤噴射弁１６の駆動力の確保が難しい。しかしながら、上記構成であれば、こうした駆動力の確保しにくい場合にあっても、高い噴射圧力での噴射をより容易に行うことが可能になる。

なお、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しても良い。

・シート部が噴射口の近傍に配置されていない構成としてもよい。

例えば図５（符号等は図１に対応）に示すように、添加剤噴射弁１６に代えて、先のノズル１６ａよりも長いノズル１６１ａ（長管）を先端に備える添加剤噴射弁１６１を採用し、同ノズル１６１ａのノズル出口面（ノズル端面）にあって、排気流とは真逆の方向（矢印Ｘの逆方向）へ向かって開口された噴射口１６１ｂにより、排気流に抗して尿素水溶液を噴射する構成としてもよい。具体的には、排気管１２（排気通路）内へ差し込まれたノズル１６１ａが、排気管１２内で略直角に曲がって、噴射口１６１ｂの形成されたノズル出口面を排気流とは真逆の方向（矢印Ｘの逆方向）へ向けた状態で配設されている。こうした構成によれば、前記（１）及び（５）〜（９）の効果と同様の効果又は準ずる効果に加え、さらに以下の優れた効果が得られるようになる。

（１０）噴射口１６１ｂの形成されたノズル出口面を排気流とは真逆の方向へ向けたことで、噴射供給時に尿素水溶液（添加剤）がよりいっそう強く排気流の抵抗（圧力）を受けるようになり、添加剤の微粒子化がより促進され、ひいては排気浄化に必要とされる混合度合をより確実に得ることが可能になる。

（１１）比較的長いノズル１６１ａ（長管）を採用したことで、例えばノズル１６１ａの差し込み度合等の調整を通じて、噴射位置（特に深さ方向）をより容易に設定することが可能になる。また図５に示されるように、噴射位置を排気管１２の軸中心に設定することなども可能になる。

（１２）排気管１２（排気通路）内へ差し込まれたノズル１６１ａを、排気管１２内で曲がるように配置することにより、噴射口１６１ｂの形成されたノズル出口面を排気流とは真逆の方向へ向けるように構成したことで、排気流とは真逆の方向へ向かって噴射口１６１ｂの開口される上記構成（図５）が、より簡素な構成で実現されるようになる。

（１３）排気管１２内でノズル１６１ａを略直角に曲げた構成にしたことで、排気流とは真逆の方向へ向かって噴射口１６１ｂの開口される上記構成（図５）を実現する際に、その角度合わせが容易となる。

なお、排気管１２内でのノズル１６１ａの曲げ角度は、略直角に限られず、基本的には任意に設定することが可能である。この場合も、前記（１０）〜（１２）等の効果と同様の効果又は準ずる効果は得られる。

・例えば図６（符号等は図１に対応）に示すように、添加剤噴射弁１６に代えて、先のノズル１６ａよりも長いノズル１６２ａ（ストレートの長管）を先端に備える添加剤噴射弁１６２を採用し、排気流とは真逆の方向（矢印Ｘの逆方向）へ向かって開口された噴射口１６２ｂと、この噴射口１６２ｂの開口方向とは相反する方向である排気流の順方向（Ｘ方向）へ向かって開口された噴射口１６２ｃとにより、尿素水溶液を噴射する構成としてもよい。こうした構成によれば、前記（１）及び（５）〜（１２）の効果と同様の効果又は準ずる効果に加え、さらに以下の優れた効果が得られるようになる。

（１４）排気流に対して相反する方向に開口された２つの噴射口１６２ｂ，１６２ｃにより、触媒１３に尿素水溶液（添加剤）が到達する時期について時間差が形成されるようになり、触媒１３上での浄化効率を向上させることが可能になる。また、こうした構成であれば、複雑な噴射時期制御によらず上記時間差を形成することができるため、低コスト化にも有利である。

（１５）また、同図６に示す装置では、相反する方向に開口する２つの噴射口１６２ｂ，１６２ｃが、添加剤噴射弁１６２のノズル側壁（ノズル１６２ａの側壁）に設けられていることにより、同噴射弁１６２の構造の簡素化も図られるようになる。

（１６）また、噴射口１６２ｂ，１６２ｃが互いに対向する態様で設けられていることで、添加剤噴射時にこれら噴射口１６２ｂ，１６２ｃにかかる圧力（噴射圧）を略等しくすることができるようになる。

なお、相反する方向に開口する２つの噴射口１６２ｂ，１６２ｃを互いに対向する位置に配設する配置に限られず上下（ノズル１６２ａの軸方向）にずらして（例えば噴射口１６２ｂを噴射口１６２ｃよりも上又は下へずらす等して）配設した場合にも、前記（１４）及び（１５）等の効果と同様の効果又は準ずる効果は得られるようになる。

・例えば図７（符号等は図１に対応）に示すように、添加剤噴射弁１６に代えて、排気管１２内で二股に分かれるノズル１６３ａを先端に備える添加剤噴射弁１６３を採用し、二股のノズル１６３ａの各出口面（ノズル端面）に形成された、排気流に直交する方向（Ｙ方向と平行）よりも排気上流側へ向かって開口された噴射口１６３ｂと、同排気流に直交する方向よりも排気下流側へ向かって開口された噴射口１６３ｃとにより、それぞれ開口方向へ向かって尿素水溶液を噴射する構成としてもよい。こうした構成によっても、前記（１）、（５）〜（９）、（１１）、及び（１４）の効果に準ずる効果は得られるようになる。

・例えば図８（符号等は図１に対応）に示すように、排気管１２（浄化対象とする排気の排気通路）内で排気流の向きを添加剤噴射弁１６の噴射口１６ｂの方へ強制的に変える板状の排気流可変部材１９を備える構成としてもよい。具体的には、この装置においては、排気流可変部材１９が、噴射弁１６の噴射口１６ｂと同等、又はそれよりも上流側の、排気管１２壁面に設けられている。そして、この部材１９が排気流とぶつかることにより、同部材１９の配設角度（板と排気管１２壁面とのなす角度）に従ってその排気流の向きを噴射口１６ｂの方へ強制的に変えている。こうした構成によれば、前記（１）〜（９）の効果と同様の効果又は準ずる効果に加え、さらに以下の優れた効果が得られるようになる。

（１７）排気流の方向と添加剤噴射弁１６の噴射角度との関係の調整が容易となる。

なお、図８に例示した構成に限られず、排気流可変部材１９としては、排気管１２内で排気流の向きを噴射口１６ｂの方へ強制的に変えるものであれば、任意の形態のものを採用することができる。例えば排気流の方向を可変とする可動式の装置（例えば排気流可変部材１９の駆動によりエンジン運転状態に応じて排気流の方向を可変とする装置）なども、適宜に採用可能である。

・排気流に直交する方向よりも排気上流側へ向かって噴射する噴射口（複数ある場合は少なくとも１つ）が、排気流に直接的には当たらない態様で設けられた構成とすることも有効である。図９及び図１０に、その一例を示す。なお、図１０は図９の一部を拡大した図に相当するものであり、各図とも符号等は図１に対応したものとなっている。図９中の符号１００は、添加剤噴射弁１６の取付け部品を示している。

同図９及び図１０に示されるように、この例では、上記噴射口１６ｂを、排気管１２（排気通路）の分岐路中から排気中へ添加剤を噴射する態様で配設されたものとする。分岐管１２ａは、上記排気管１２の内側で排気上流へ向かって分岐して円筒状の分岐路を形成している（ただし分岐路の形状は円筒以外でも可）。こうした構成であれば、分岐管１２ａのうち、噴射口１６ｂの排気上流側に位置する部分が、排気流を遮る部材として機能し、排気流が噴射口１６ｂに当たりにくくなる（少なくとも直接的には当たらなくなる）。

また、例えば図１１（図１０に対応する模式図）に示すように、排気管１２が一体的に内側に突出して形成される板状の防護壁１２ｂを、上記噴射口１６ｂの排気上流側に設けることによっても、排気流を遮ることは可能である。なお、この防護壁１２ｂは、排気管１２とは別体に設けることも可能である。そして、こうして設けられる防護壁１２ｂは、排気流を完全に遮断する部材に限定されず、排気流の一部は通すような部材も用いることができる。例えばメッシュ（網目）構造の部材（必要に応じてフィルタ機能を持たせてもよい）などを用いることができる。

また、同図１２及び図１３（符号等は上記図９及び図１０に対応）に示されるように、噴射口１６ｂを設ける上記排気管１２の分岐管１２ｃ（分岐路）を、同排気管１２の外側で排気下流へ向かって分岐して円筒状の分岐路を形成するものとしてもよい（分岐路の形状は円筒以外でも可）。こうした構成であれば、上記噴射口１６ｂが、排気の排出経路（図１の排気管１４へ向かう経路）から外れた位置より、排気中へ添加剤を噴射するようになる。そして、排気流が噴射口１６ｂに当たりにくくなる（少なくとも直接的には当たらなくなる）。

これらの構成によれば、排気流が直接当たる場合（例えば図１参照）に比べて、排気熱による噴射口の昇温、ひいては同噴射口付近の過剰な昇温（過熱）が抑制されるようになる。なお、これらの構成（図１０、図１１、図１３）は、任意に組み合わせることができる。また、上述したような長いノズル（長管）を用いた場合にも適用可能である。ただし、排気熱による影響（過熱）が特に懸念される噴射弁のシート部を防護する観点から、シート部が噴射口の近傍に配置されている場合に適用して特に有効である。

・添加剤噴射弁の耐熱性を確保する際には、添加剤噴射弁に、同噴射弁の所定箇所を冷却する冷却装置を設けることも有効である。例えば図１４（図１２に対応する模式図）に示すように、添加剤噴射弁１６の取付け部品１００の内部に冷却水路１００ａを設けて、添加剤噴射弁１６のシート部を冷却する構造とする。こうすることで、添加剤噴射弁１６について十分な耐熱性を得やすくなる。なお、冷却装置の種類は任意であり、上記水冷式のものに限られず空冷式のものなども採用可能である。

・添加剤噴射弁１６，１６１〜１６３の配設位置は、重力方向へ向かって（順方向に）噴射する位置に限られず、噴射口の１つを通じて、排気流に直交する方向よりも排気上流側へ向かって添加剤を噴射供給するような位置であれば、その範囲で任意に設定することができる。

例えば図１５（符号等は図１に対応）に示すように、添加剤噴射弁１６を、水平方向（Ｘ方向と平行）よりも重力の逆方向（矢印Ｙの逆方向）へ向かって尿素水溶液を噴射供給するように配設した構成としてもよい。こうした構成によれば、前記（１）〜（９）の効果と同様の効果又は準ずる効果に加え、さらに以下の優れた効果が得られるようになる。

（１８）添加剤噴射弁１６による噴射供給時において、尿素水溶液（添加剤）が、排気流による抵抗（圧力）だけではなく、重力による抵抗も受けるようになる。このため、同尿素水溶液の微粒子化がより促進され、ひいては排気浄化に必要とされる混合度合をより確実に得ることが可能になる。

また、排気管１２の軸中心の真上（頂面又は底面）ではなく、軸中心の水平方向（側面）に噴射弁を設けるようにしてもよい。図１６（ａ）及び（ｂ）に、それぞれその一例を示す。なお、これら各図は、排気管１２をその軸方向（Ｘ方向と平行）から見た図に相当するものであり、各図とも符号等は図１に対応したものとなっている。

同図１６（ａ）に示すように、この例では、噴射口１６ｂが、水平方向（Ｙ方向に直交する方向）に沿って添加剤を噴射するようになっている。こうした構成であれば、重力の作用は、先の図１や図１５に示した構成よりも緩和されるようになる。このため、噴射弁について用意された動力源（駆動力の大きさ）等によっては、こうした構成が有効となる。

また、添加剤噴射弁を１つ乃至２つ以上用いて、排気流に直交する方向よりも排気上流側へ向かって添加剤を噴射供給する噴射口の少なくとも２つにより、排気通路の対向する両壁面から、それぞれ水平方向に沿って添加剤を噴射供給するようにしてもよい。例えば図１６（ｂ）に示すように、排気流に直交する方向よりも排気上流側へ向かって添加剤を噴射する２つの噴射口１６ｂにより、排気管１２の対向する両壁面から、それぞれ水平方向に沿って添加剤を噴射供給するようにする。こうすることで、各噴射口１６ｂからの噴射に対して同じ様に重力が作用するため、バランスの良い均一な噴射を行うことが容易となる。なおここでは、２つの噴射口１６ｂとして、１本の添加剤噴射弁１６のノズル１６ａを分岐させたものを想定しているが、これら噴射口は、異なる噴射弁の噴射口であってもよい。

なお、これら図１５や図１６に示したような配設位置を採用する場合においても、添加剤噴射弁１６の噴射角度は、添加剤噴射による排気乱流の発生態様や排気管壁への添加剤付着量等を考慮して最適な値に設定することが望ましい。すなわち、排気管１２の軸中心へ向かう噴射に限られず、所定のオフセットを設けて、軸中心を外したところへ向かって尿素水溶液（添加剤）を噴射するようにしてもよい。

・添加剤噴射弁の数は任意である。例えば上記図１及び図５〜図１５に示した装置についても、図１６（ｂ）に示した装置と同様、仕様（顧客の要求）や用途等に応じて２本以上の噴射弁を用いることができる。

・上記図５〜図１４に示した構成は、図１５に示した重力に逆らって噴射する装置や、図１６に示した水平方向に沿って噴射する装置についても適用可能である。

・噴射弁と触媒１３との距離や、噴射弁噴射口の深さ位置（頂面、底面、又は側面等の排気管壁面近傍や、排気管の軸中心近傍等）についてもこれは、実験等によって最適な距離や位置に設定することが望ましい。

・さらに触媒１３の上流側に対して、例えば加水分解触媒を担持させたマフラ（消音装置）等からなるアンモニア生成促進装置を設け、このアンモニア生成促進装置の上流側へ尿素水溶液を噴射供給するように構成してもよい。

・また、車載エンジンシステムに用いられる燃料噴射弁等においては空気圧を利用して燃料を微粒子化するエアーアシスト方式の噴射弁が知られている。このため、上記実施形態の装置においても、こうした技術を適用して、さらに添加剤の微粒子化を促進するようにしてもよい。ただし、こうした技術を適用するためには、エアー供給源が必要になる。ちなみに、大型トラック等においては、ブレーキ圧を調整するためにエアー供給源を搭載しているものもあるため、この排気浄化装置をそうした大型トラック等に適用する場合には、それをエアーアシストのためのエアー供給源として利用するようにしてもよい。また、こうして添加剤噴射弁１６の駆動力を確保することで、図５〜図７に例示したような長いノズルを用いることも容易となる。

・添加剤噴射弁の噴射口の数は、基本的には任意であり、例えば添加剤を放射状に噴射する噴射弁であってもよい。

・要は、少なくとも噴射口の１つを通じて、排気流に直交する方向よりも排気上流側へ向かって添加剤を噴射供給する添加剤噴射弁であれば、前記（１）の効果と同様の効果又は準ずる効果は得られ、所期の目的を達成することはできる。すなわち、例えばエンジンの運転状態等に応じて回動して噴射方向を可変とする噴射弁であっても、少なくともその回動動作の一過程において、上記のように、排気流に直交する方向よりも排気上流側へ向かって添加剤が噴射供給されるものであれば、前記（１）の効果と同様の効果又は準ずる効果は得ることができる。

・現状においては尿素ＳＣＲ（選択還元）システムとしての需要が主であるが、同様の添加剤及び触媒を用いて排気を浄化する場合には、他の用途についても本発明は同様に適用することができる。

本発明に係る排気浄化装置の一実施形態について、該装置のシステム構成の 概略を示す構成図。 （ａ）及び（ｂ）は、他の装置と対比しつつ本実施形態の装置による排気浄 化態様を示す模式図。 （ａ）及び（ｂ）は、他の装置と対比しつつ本実施形態の装置による排気浄 化態様を示す模式図。 本実施形態の装置に用いられる添加剤噴射弁の内部構造を模式的に示す内部側面図。 添加剤噴射弁についての変形例を示す構成図。 添加剤噴射弁について、さらに別の変形例を示す構成図。 添加剤噴射弁について、さらに別の変形例を示す構成図。 添加剤噴射弁について、さらに別の変形例を示す構成図。 添加剤噴射弁について、さらに別の変形例を示す構成図。 添加剤噴射弁について、さらに別の変形例を示す構成図。 添加剤噴射弁について、さらに別の変形例を示す構成図。 添加剤噴射弁について、さらに別の変形例を示す構成図。 添加剤噴射弁について、さらに別の変形例を示す構成図。 添加剤噴射弁について、さらに別の変形例を示す構成図。 添加剤噴射弁について、さらに別の変形例を示す構成図。 （ａ）及び（ｂ）は、それぞれ添加剤噴射弁についてさらに別の変形例を示す構成図。 従来一般の尿素ＳＣＲシステムに採用されている構成の一例についてその概略を示す構成図。

符号の説明

１１…ＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）、１２…排気管（排気通路）、１２ａ、１２ｃ…分岐管、１２ｂ…防護壁、１３…触媒、１６、１６１、１６２、１６３…添加剤噴射弁、１６ａ、１６１ａ、１６２ａ、１６３ａ…ノズル、１６ｂ、１６１ｂ、１６２ｂ、１６２ｃ、１６３ｂ、１６３ｃ…噴射口、１６ｃ…ニードル、１６ｄ…ハウジング、１６ｅ…噴孔、１６ｆ…シート部（シート面）、１９…排気流可変部材、２０…ＥＣＵ（電子制御ユニット）、１００…取付け部品、１００ａ…冷却水路。

Claims (16)

1. 排気通路内へ噴射口から添加剤を噴射する添加剤噴射弁と、該添加剤噴射弁の排気下流側に設けられ、少なくとも前記添加剤に基づく特定の排気浄化反応を促進する触媒とを備えて、前記触媒の上流側にて浄化対象とする排気の中へ前記添加剤噴射弁により添加剤を噴射供給し、排気流を利用してその排気共々前記添加剤を下流の前記触媒へ供給するとともに、該触媒上で前記排気浄化反応を行うことによってその排気を浄化する排気浄化装置において、
   前記添加剤噴射弁は、１乃至複数の噴射口を有し、少なくともその噴射口の１つを通じて、前記排気流に直交する方向よりも排気上流側へ向かって前記添加剤を噴射供給するものであるとともに、
   添加剤の噴射方向を一定に保つべく前記排気の排気通路に固定されており、
   前記排気流に直交する方向よりも排気上流側へ向かって前記添加剤を噴射供給する噴射口の少なくとも１つとして、前記排気流とは真逆の方向へ向かって開口された噴射口を備え、排気流とは真逆の方向へ向かって開口された前記噴射口のほかに、この噴射口の開口方向とは相反する方向である排気流の順方向へ向かって開口された噴射口も備え、
   これら前記相反する方向に開口する２つの噴射口が、互いに対向する態様で前記添加剤噴射弁のノズル側壁に設けられてなることを特徴とする排気浄化装置。
2. 前記添加剤噴射弁は排気通路内へ差し込まれたノズルを有し、このノズルが同排気通路内で曲がって前記噴射口の形成されたノズル出口面を前記排気流とは真逆の方向へ向けてなる請求項１に記載の排気浄化装置。
3. 前記添加剤噴射弁は、前記排気流に直交する方向よりも排気上流側へ向かって添加剤を噴射する噴射口の少なくとも１つへの添加剤供給量を、弁体が所定のシート部で離座及び着座することに基づいて可変とするものであり、前記シート部は、その噴射口の近傍に配置されてなる請求項１又は２に記載の排気浄化装置。
4. 前記添加剤噴射弁は、前記排気流に直交する方向よりも排気上流側へ向かって添加剤を噴射する噴射口の少なくとも１つへの添加剤供給量を、弁体が所定のシート部で離座及び着座することに基づいて可変とするものであり、前記シート部は、前記排気通路の壁面近傍に配置されてなる請求項１〜３のいずれか一項に記載の排気浄化装置。
5. 前記添加剤噴射弁の弁機構を内包するハウジングが、前記排気通路の壁面に対して直接的に取り付けられてなる請求項３又は４に記載の排気浄化装置。
6. 前記排気流に直交する方向よりも排気上流側へ向かって前記添加剤を噴射供給する噴射口の少なくとも１つは、水平方向よりも重力の逆方向へ向かって前記添加剤を噴射供給するものである請求項１〜５のいずれか一項に記載の排気浄化装置。
7. 前記排気流に直交する方向よりも排気上流側へ向かって前記添加剤を噴射供給する噴射口の少なくとも１つは、水平方向に沿って前記添加剤を噴射するものである請求項１〜５のいずれか一項に記載の排気浄化装置。
8. 前記添加剤噴射弁を１つ乃至２つ以上用いて、前記排気流に直交する方向よりも排気上流側へ向かって前記添加剤を噴射供給する噴射口の少なくとも２つにより、前記排気通路の対向する両壁面から、それぞれ水平方向に沿って前記添加剤を噴射供給するものである請求項７に記載の排気浄化装置。
9. 前記排気流に直交する方向よりも排気上流側へ向かって噴射する噴射口の少なくとも１つは、前記排気流に直接的には当たらない態様で設けられてなる請求項１〜８のいずれか一項に記載の排気浄化装置。
10. 前記排気流に直交する方向よりも排気上流側へ向かって噴射する噴射口の少なくとも１つは、前記排気の排出経路から外れた位置より、排気中へ添加剤を噴射する態様で設けられてなる請求項９に記載の排気浄化装置。
11. 前記排気流に直交する方向よりも排気上流側へ向かって噴射する噴射口の少なくとも１つは、前記排気通路の分岐路中から排気中へ添加剤を噴射する態様で設けられてなる請求項９又は１０に記載の排気浄化装置。
12. 前記排気流に直交する方向よりも排気上流側へ向かって噴射する噴射口の少なくとも１つは、排気上流側に前記排気流の少なくとも一部を遮る部材を有する態様で設けられてなる請求項９〜１１のいずれか一項に記載の排気浄化装置。
13. 前記排気の排気通路内で前記排気流の向きを前記添加剤噴射弁の噴射口の方へ強制的に変える手段を備える請求項１〜８のいずれか一項に記載の排気浄化装置。
14. 前記添加剤噴射弁には、同噴射弁の所定箇所を冷却する冷却装置が設けられてなる請求項１〜１３のいずれか一項に記載の排気浄化装置。
15. 前記添加剤噴射弁は、ＰＭ除去用フィルタの下流側に設けられてなる請求項１〜１４のいずれか一項に記載の排気浄化装置。
16. 前記添加剤は尿素水溶液であり、前記触媒は、該尿素水溶液の加水分解により生成されるアンモニアを通じてＮＯｘ（窒素酸化物）を還元するＮＯｘ還元反応を前記排気浄化反応として促進するものである請求項１〜１５のいずれか一項に記載の排気浄化装置。

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