(57)【要約】【課題】尿素水を用いて内燃機関の排気ガスを浄化する、排気ガスの浄化装置において、コンパクトな構成を有しつつ、排気ガスと尿素とのミキシングを効率的に促進することができるものを提供する。【解決手段】内燃機関１２０の排気管１５０に関して、尿素水を循環させる尿素水循環装置１１０が設けられる。尿素水循環装置１１０は、噴射部１０と、尿素水タンク１１１と、噴射ポンプ（噴射装置）１１２と、回収ポンプ１１３と、尿素水配管１１４とを備える。噴射部１０は、尿素水を噴射する噴射口（流入口）１１と、噴射された尿素水を回収する回収口１２とを備える。回収口１２は、排気管１５０に流通した尿素水を排気管１５０から尿素水配管１１４（回収側配管１１４ｂ）へと回収する。【選択図】図１
2010242704.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
還元剤を用いて内燃機関の排気ガスを浄化する、排気ガスの浄化装置であって、
前記排気ガスが通過する排気経路に前記還元剤を流通させる流入口と、
流通した前記還元剤を前記排気経路から回収する回収口と、
を備える、排気ガスの浄化装置。
【請求項２】
前記流入口および前記回収口は、ともに前記排気経路の壁面に設けられている、請求項１に記載の排気ガスの浄化装置。
【請求項３】
前記回収口は、前記流入口からみて重力方向側に設けられ、
前記還元剤は、前記流入口から前記回収口まで連続して連なる状態で供給される
請求項１または２に記載の排気ガスの浄化装置。
【請求項４】
前記流入口は、前記還元剤を噴射する噴射口である
請求項１〜３のいずれか一項に記載の排気ガスの浄化装置。
【請求項５】
前記噴射口は、前記還元剤を前記回収口に向けて噴射する、請求項４に記載の排気ガスの浄化装置。
【請求項６】
前記噴射口は、
前記還元剤を第１の方向に噴射する第１噴射口と、
前記還元剤を、前記第１の方向とは異なる方向である第２の方向に噴射する第２噴射口と
を含む、請求項４または５に記載の排気ガスの浄化装置。
【請求項７】
複数の前記第１噴射口からなる第１噴射口群と、複数の前記第２噴射口からなる第２噴射口群とを備える、請求項６に記載の排気ガスの浄化装置。
【請求項８】
前記第１噴射口と、前記第２噴射口とは、互いに対向する方向に前記還元剤を噴射する、請求項７に記載の排気ガスの浄化装置。
【請求項９】
前記噴射口は、
前記還元剤を、前記第１の方向と直交する第３の方向に噴射する第３噴射口と、
前記還元剤を、前記第３の方向と対向する第４の方向に噴射する第４噴射口と
を含み、
前記第３噴射口および前記第４噴射口は、前記排気経路において、前記第１噴射口および前記第２噴射口の下流側もしくは上流側に設けられる
請求項６〜８のいずれか一項に記載の排気ガスの浄化装置。
【請求項１０】
前記排気経路内に、前記流入口と前記回収口とに渡って設けられる流通誘導部材を備え、
前記還元剤の少なくとも一部は前記流通誘導部材に沿って流通する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の排気ガスの浄化装置。
【請求項１１】
前記流通誘導部材は網である、請求項１０に記載の排気ガスの浄化装置。
【請求項１２】
前記排気経路または前記回収口は、噴射された前記還元剤を前記排気経路内に跳ね返して飛沫を拡散させる反射面を備える、請求項４〜９のいずれか一項に記載の排気ガスの浄化装置。
【請求項１３】
前記回収口は、噴射された前記還元剤の回収を促進する回収促進部を備える、請求項５に記載の排気ガスの浄化装置。
【請求項１４】
前記回収促進部は、
前記回収口の前記排気経路からの深さを大きくした大深度回収部、
前記還元剤をガイドするテーパ面、
前記還元剤の飛沫を遮蔽する遮蔽部
の少なくとも一つを含む、請求項１３に記載の排気ガスの浄化装置。
【請求項１５】
前記還元剤は尿素水であり、
前記排気ガスの浄化装置は選択還元触媒を備え、
前記流入口は、前記排気経路において前記選択還元触媒の上流側に設けられ、
前記選択還元触媒は、前記尿素水から発生する尿素またはアンモニアと、前記排気ガス中の窒素酸化物とによる還元反応を促進する
請求項１〜１４のいずれか一項に記載の排気ガスの浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は排気ガスの浄化装置に関し、とくに還元剤を用いて内燃機関の排気ガスを浄化するものに関する。
【背景技術】
【０００２】
車両の排気ガスを浄化する浄化装置として、尿素ＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction、選択還元触媒）システムが知られている。尿素ＳＣＲシステムは、ディーゼルエンジン等の内燃機関の排気ガス後処理システムとして用いられる。尿素および尿素から発生するアンモニアを還元剤として使用し、内燃機関から排出されるＮＯｘ（窒素酸化物）を還元してＮ２（窒素）およびＨ２Ｏ（水）にし、これによってＮＯｘを除去して排気ガスを浄化するものである。
【０００３】
尿素ＳＣＲシステムは、尿素を排気ガスと均一に混合させてＳＣＲ触媒に接触させることにより、還元反応を促進する。ここで、尿素ＳＣＲシステムの課題として、尿素をいかにして排気ガスと均一に混合させるかという点がある。均一に混合されなかった場合には、未反応のアンモニアが大気に排出されたり（アンモニアスリップ）、未反応のＮＯｘが残って浄化不足となったりする。
【０００４】
この課題を解決するために、従来から２点の方法がとられている。１点目は、尿素と排気ガスとのミキシングの時間を長くとるために、ＳＣＲ触媒の上流２ｍ程度から尿素を噴射する方法である。これは、車載スペースが多くとれるトラック等において用いられる方法である。
２点目は、尿素と排気ガスとのミキシングを促進する構造を設ける方法である。たとえば、ミキサーを用いて排気管中に乱流を積極的に生成する、噴射ノズルを排気管の中央に配置する、排気管中に多孔板を配置する、排気ガスを加熱する、排気ガスに超音波を放射する、等の手段がとられる。特許文献１は、このような方法の例を開示する。特許文献１の構成は、エアコンプレッサと連結して尿素水を噴射する添加ノズルと、排気ガスの流れを絞る絞り部と、ミキシングを促進する拡散板とを備える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１３２３９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の技術では、ミキシングを促進するための構成をコンパクトなものとすることができないという問題があった。
たとえば、ＳＣＲ触媒の上流２ｍ程度から尿素を噴射する方法では全体の構造が大型化してしまい、乗用車には用いることができない。また、尿素と排気ガスとのミキシングを促進する構造を設ける方法では、ミキサーや拡散板等を要するため、スペースを確保する必要が生じる。
【０００７】
この発明はこのような問題点を解消するためになされたものであり、コンパクトな構成を有しつつ、排気ガスと還元剤とのミキシングを効率的に促進することができる、排気ガスの浄化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係る排気ガスの浄化装置は、尿素水を用いて内燃機関の排気ガスを浄化する、排気ガスの浄化装置であって、排気ガスが通過する排気経路に尿素水を流通させる流入口と、流通した尿素水を排気経路から回収する回収口と、回収口および流入口を介して尿素水を循環させる尿素水循環装置とを備える。
【０００９】
この排気ガスの浄化装置は、尿素水を排気経路から回収する回収口を備えるので、排気経路内の全体に渡って尿素水を供給することができ、排気ガスと尿素とのミキシングを効率的に促進することができる。また、ミキサーや拡散板のような複雑な構造を排気管内に設ける必要がない。
【００１０】
尿素水循環装置は、尿素水を噴射する噴射装置を備え、流入口は、尿素水を噴射する噴射口であってもよい。
噴射口は、尿素水を回収口に向けて噴射してもよい。
噴射口は、尿素水を第１の方向に噴射する第１噴射口と、尿素水を、第１の方向とは異なる方向である第２の方向に噴射する第２噴射口とを含み、回収口は、排気経路において、第１噴射口および第２噴射口の下流側に設けられてもよい。このようにすると、噴射口のそれぞれから噴射され気化する尿素の量が互いに相補的なものとなり、一様に尿素を混合させることができる。
複数の第１噴射口からなる第１噴射口群と、複数の第２噴射口からなる第２噴射口群とを備え、第１噴射口群と第２噴射口群とは、排気経路において対向する位置に設けられ、第１噴射口と第２噴射口とは、排気経路において対向しない位置に設けられてもよい。このようにすると、排気ガスの全体に均等に尿素を混合することができる。
第１の方向と第２の方向とは互いに逆の方向であり、噴射口は、尿素水を、第１の方向と直交する第３の方向に噴射する第３噴射口と、尿素水を、第３の方向とは逆の方向である第４の方向に噴射する第４噴射口とを含み、第３噴射口および第４噴射口は、排気経路において、第１噴射口および第２噴射口の下流側に設けられ、回収口は、排気経路において、第１噴射口、第２噴射口、第３噴射口および第４噴射口の下流側に設けられてもよい。このようにすると、噴射口のそれぞれから噴射され気化する尿素の量が互いに相補的なものとなり、一様に尿素を混合させることができる。
【００１１】
排気経路内に設けられて流入口と回収口とを受け渡す支持部材を備え、尿素水の少なくとも一部は支持部材に沿って流通してもよい。このようにすると、尿素水が流通する範囲が広くなり、より効率的に尿素を気化させることができる。
支持部材は金属製の網であってもよい。
【００１２】
排気経路または回収口は、噴射された尿素水を排気経路内に跳ね返して飛沫を拡散させる反射面を備えてもよい。このようにすると、跳ね返された微小な液滴によってミキシングを促進することができる。
回収口は、噴射された尿素水を排気経路内に跳ね返さない非反射部を備えてもよい。このようにすると、ミキシングを的確に制御することができる。
非反射部は、回収口の排気経路からの深さを大きくした大深度回収部、尿素水を跳ね返さないようガイドするテーパ面、尿素水の飛沫を遮蔽する遮蔽部の少なくとも一つを含んでもよい。
【００１３】
排気ガスの浄化装置は選択還元触媒を備え、
流入口は、排気経路において選択還元触媒の上流側に設けられ、
選択還元触媒は、尿素水から発生する尿素またはアンモニアと、排気ガス中の窒素酸化物とによる還元反応を促進してもよい。
【発明の効果】
【００１４】
この発明に係る排気ガスの浄化装置は、尿素水を排気経路から回収する回収口を備えるので、排気経路内の全体に渡って尿素水を供給することができ、コンパクトな構成で、排気ガスと尿素とのミキシングを効率的に促進することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】この発明に係る排気ガスの浄化装置を含む構成を示す図である。
【図２】実施の形態１に係る噴射部の構成を示す断面図である。
【図３】実施の形態１に係る噴射部の構成を示す断面図である。
【図４】実施の形態２に係る流通部の構成を示す断面図である。
【図５】実施の形態２に係る流通部の構成を示す断面図である。
【図６】実施の形態３に係る噴射部の構成を示す断面図である。
【図７】実施の形態３に係る噴射部の構成を示す概略断面図である。
【図８】実施の形態４に係る噴射部の構成を示す概略断面図である。
【図９】実施の形態４の変形例に係る噴射部の構成を示す概略断面図である。
【図１０】実施の形態５に係る噴射部の構成を示す断面図である。
【図１１】実施の形態５に係る噴射部の構成を示す概略断面図である。
【図１２】実施の形態６に係る噴射部の構成を示す概略断面図である。
【図１３】実施の形態６の変形例に係る噴射部の構成を示す概略断面図である。
【図１４】実施の形態７に係る回収口の構成の一例を示す断面図である。
【図１５】実施の形態７の変形例に係る回収口の構成を示す断面図である。
【図１６】実施の形態７の変形例に係る回収口の構成を示す断面図である。
【図１７】実施の形態７の変形例に係る回収口の構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明に係る排気ガスの浄化装置１００を含む構成を示す。浄化装置１００は、内燃機関１２０の排気系に設けられ、還元剤として尿素水を用いて内燃機関１２０の排気ガスを浄化する。内燃機関１２０はたとえばディーゼルエンジンであり、シリンダ内で燃料を燃焼させ、その排気ガスを排気系に排出する。排気ガスにはＮＯｘ（窒素酸化物）が含まれており、浄化装置１００はこのＮＯｘを還元作用によって除去するものである。
【００１７】
内燃機関１２０の排気系には、排気経路として排気管１５０が設けられる。排気ガスは、この排気管１５０を通過して外部（たとえば大気）に排出される。排気管１５０には、排気ガスに含まれるＰＭ（粒子状物質）を除去するためのＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）１３０が設けられる。また、浄化装置１００は、排気管１５０においてＤＰＦ１３０の下流に、尿素およびアンモニアとＮＯｘとの還元反応を促進する触媒であるＳＣＲ触媒（選択還元触媒）１４０を備える。排気ガスは、内燃機関１２０から排気管１５０に流入し、ＤＰＦ１３０およびＳＣＲ触媒１４０を通って外部に排出される。すなわち、排気ガスは排気管１５０内を矢印Ａの方向に流れる。
【００１８】
排気管１５０において、ＤＰＦ１３０の下流かつＳＣＲ触媒１４０の上流となる位置に、排気管１５０に尿素水を流通させる噴射部１０が設けられる。この尿素水から気化する尿素と、尿素から発生するアンモニアとが、ＳＣＲ触媒１４０においてＮＯｘを還元する還元剤として作用することになる。なお、以下では尿素水から発生する還元剤として尿素のみを例示するが、アンモニアも同様に尿素水または尿素から発生し、還元剤として作用する。
【００１９】
噴射部１０に尿素水を供給するための装置として、尿素水循環装置１１０が設けられる。尿素水循環装置１１０は、噴射部１０の他に、尿素水を貯留する尿素水タンク１１１と、尿素水を排気管１５０内に噴射するために昇圧する噴射ポンプ（噴射装置）１１２と、尿素水を排気管１５０から回収するための回収ポンプ１１３と、これらを連結する配管である尿素水配管１１４とを備える。噴射ポンプ１１２は、尿素水を所定の供給フィード圧力に昇圧し、これを噴射部１０へと圧送する。
【００２０】
図２および図３は、噴射部１０の構成を示す断面図である。図２は排気管１５０の軸に沿った断面によるものであり、図３は図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面すなわち排気管１５０の軸に垂直な断面によるものである。なお排気ガスは矢印Ａの方向に流れるものとする。
噴射部１０は、尿素水を噴射する噴射口（流入口）１１と、噴射された尿素水を回収する回収口１２とを備える。噴射口１１はＳＣＲ触媒１４０の上流に設けられ、尿素水を尿素水配管１１４（供給側配管１１４ａ）から排気管１５０内に噴射して流通させる。噴射口１１はたとえば小孔であり、噴射ポンプ１１２によって昇圧された尿素水を噴流１３として噴射する。このように噴射口１１は簡素な構成であり、ノズルや電磁弁のような複雑な構造は不要である。
【００２１】
回収口１２は、排気管１５０に流通した尿素水を排気管１５０から尿素水配管１１４（回収側配管１１４ｂ）へと回収する。ここで、噴射口１１および回収口１２は、排気管１５０内に対向して設けられており、噴射口１１は噴流１３を回収口１２に向けて噴射する。たとえば噴射口１１は排気管１５０の鉛直上側の内壁に設けられ、回収口１２は排気管１５０の鉛直下側の内壁に設けられる。このような位置関係にすると噴流１３の方向が重力の方向に沿うため効率的であるが、噴射口１１および回収口１２が対向して設けられていればこのような位置関係でなくともよい。
また、噴流１３が排気ガスの流れまたは重力によって偏向する場合には、その偏向状態に応じて回収口１２の場所を適宜変更することができる。
【００２２】
なお、図１に示すように、回収口１２から回収された尿素水は回収ポンプ１１３によって尿素水タンク１１１へと圧送される。すなわち、尿素水循環装置１１０は、尿素水タンク１１１、噴射ポンプ１１２、供給側配管１１４ａ、噴射口１１、回収口１２、回収側配管１１４ｂ、および回収ポンプ１１３をこの順に介して、尿素水を循環させる。
【００２３】
図２および図３に示すように、噴射口１１から噴射された噴流１３が排気管１５０内を通過する際、噴流１３に含まれる尿素が気化し、これが排気ガスに混合される。
噴流１３は排気ガスによって攪拌作用を受け、その一部が微小な液滴１３ａとなって噴流１３から分離する。この攪拌作用は、排気ガスによるせん断作用や、排気ガスが噴流１３の液中を通過する際の後流による作用を含む。液滴１３ａは、その質量が小さく、またその表面積に比べても質量が小さいため、排気ガス中を浮遊し、排気ガスとともに排気管１５０内を通過してＳＣＲ触媒１４０へと向かう。その過程でも液滴１３ａから尿素が気化する。
【００２４】
ここで、排気ガスは多数の微小な液滴１３ａを含むので、尿素を効率的に発生させ、かつ発生した尿素を一様に排気ガスに混合することができる。すなわち、排気ガスと尿素とのミキシングを効率的に促進することができる。
また、噴流１３のうち液滴１３ａとして分離しなかった部分は、回収口１２に到達して回収されるので、排気管１５０内の全体に渡って尿素水を流通させつつアンモニアスリップを防止することができ、排気ガスと尿素とのミキシングを効率的に促進することができる。
【００２５】
尿素が混合された排気ガスがＳＣＲ触媒１４０に到達すると、ＳＣＲ触媒１４０は、還元剤である尿素と、排気ガス中のＮＯｘとによる還元反応を促進し、これによってＮＯｘを除去する。このようにして浄化装置１００は排気ガスの浄化を行う。
【００２６】
上述の実施の形態１では、ＤＰＦ１３０とＳＣＲ触媒１４０との間に排気管１５０の少なくとも一部が設けられ、これによってＤＰＦ１３０とＳＣＲ触媒１４０とが分離して配置される構成となっているが、ＤＰＦ１３０、噴射部１０およびＳＣＲ触媒１４０は同一のケーシング内に配置されてもよい。すなわち、単一の空間を形成するケーシング等の外壁を設け、この単一の空間内に、ＤＰＦ１３０、噴射部１０およびＳＣＲ触媒１４０を上流からこの順に配置してもよい。
このような構成であっても、噴射部１０によって排気ガスと尿素とのミキシングが効率的に行われるので、噴射部１０とＳＣＲ触媒１４０との間の距離を従来技術のように長くとる必要がなく、ケーシングのサイズを小さくすることができる。
【００２７】
従来のように尿素をノズルから噴射すると、尿素が排気通路全体に拡散する前に、排気ガスの流れに乗って下流側に流されてしまうという問題があった。これに対し、本願発明の実施の形態１によれば、回収口１２に向かって多量の尿素水を噴射することができるので、排気管１５０の全体に渡って尿素水を供給でき、結果として、尿素水を排気通路全体に拡散させることができる。したがって、実施の形態１に係る浄化装置１００はミキシングを効率的に促進することができる。
また、噴射口１１および回収口１２は、排気管１５０内に対向して設けられているため、特にスペースを小さくすることができる。
【００２８】
また、実施の形態１では、回収口１２は、流入口１１からみて重力方向側すなわち下方に設けられている。このため、従来技術のように噴射装置を用いて尿素水を加圧し、霧状に噴射するのではなく、尿素水を加圧せずに単に排気管１５０内に流入させることができる。尿素水の供給は、たとえば、流入口１１から回収口１２まで連続して連なる状態で行うことができる。すなわち、尿素水は、流入口１１から回収口１２まで、液体として連続している状態である。または、尿素水は、流入口１１から回収口１２まで、液体として分断されない状態である。または、流入口１１から回収口１２まで、尿素水中の水分子の水素結合が連続している状態である。
したがって、実施の形態１では尿素水を加圧する噴射装置が不要であり、構成がコンパクトなものとなる。
なお、回収口１２は、流入口１１からみて厳密に重力方向に設けられる必要はなく、重力に導かれた尿素水が到達し得る位置であればよい。
【００２９】
上述の実施の形態１では回収ポンプ１１３が設けられているが、尿素水タンク１１１が回収口１２よりも重力方向側（下側）に配置されていれば、回収ポンプ１１３は設けられなくともよい。
また、実施の形態１では噴射ポンプ１１２は尿素水を加圧した上で圧送するが、これは噴射口１１から尿素水が流出するように圧送するものであればよく、尿素水の加圧は行わないものであってもよい。
【００３０】
実施の形態１では還元剤として尿素水を用いるが、尿素水に代えてアンモニア水を用いても良い。すなわち、尿素水でなく（または尿素水に加えて）アンモニア水を流通させても良い。ただし、還元剤を回収口１２から回収する必要があるため、気相の還元剤を用いることは好ましくなく、還元剤は液相のものに限られる。
【００３１】
実施の形態２．
実施の形態１では、噴射部１０において、尿素水を噴流１３として噴射することで排気管１５０に尿素水を流通させた。実施の形態２では、噴射部１０に代えて、金網に尿素水を垂らして排気管１５０に供給する流通部を設けるものである。以下、実施の形態１との相違点を説明する。
図４および図５は、排気管１５０に尿素水を流通させる流通部２０の構成を示す断面図である。図４は排気管１５０の軸に沿った断面によるものであり、図５は図４のＶ−Ｖ線に沿った断面すなわち排気管１５０の軸に垂直な断面によるものである。なお排気ガスは矢印Ａの方向に流れるものとする。
【００３２】
流通部２０は、流入口２１と回収口２２とに渡って設けられる金網２４を備える。金網２４は、尿素水の流通を流入口２１から回収口２２へと誘導する、流通誘導部材である。金網２４は排気管１５０内に設けられ、流入口２１から排気管１５０に流入する尿素水の少なくとも一部は、この金網２４に沿って流れる尿素水流２３を形成し、回収口２２へと流れることになる。ここで、尿素水流２３は金網２４に沿って流れるので、噴射ポンプ１１２の吐出圧を高くする必要はなく、尿素水を流通部２０に弱い圧力で確実に尿素水流２３を回収口２２へと導くことができる。
【００３３】
流入口２１から流入した尿素水流２３が排気管１５０内を通過する際、尿素水流２３に含まれる尿素が気化し、これが排気ガスに混合される。また、尿素水流２３は、実施の形態１における噴流１３と同様に排気ガスによって攪拌作用を受け、その一部が微小な液滴２３ａとなって尿素水流２３から分離し、ここから尿素が気化する。さらに、金網２４は、図５に示すように互いに直交する方向に延びる複数のワイヤーが交差する形状であり、尿素水流２３を上下方向のみならず水平方向にも導くことができ、尿素水流２３が広がる範囲を広くしてより効率的に尿素を気化させることができる。この尿素が還元剤として作用し、ＮＯｘを還元する。
【００３４】
上述の実施の形態２では金網２４は金属製の網であるが、尿素水を流入口２１から回収口２２へと導く作用を有する流通誘導部材であれば金属でなくともよい。また、金網２４の代わりにステンレス製の網が用いられてもよく、また非金属製の網が用いられてもよい。また、実施の形態２では金網２４は鉛直方向のワイヤーおよび水平方向のワイヤーからなるが、ワイヤーが延びる方向はこれに限らない。たとえば左上から右下に延びるワイヤーおよび右上から左下に延びるワイヤーからなってもよい。また、ワイヤーは一方向のみに設けられてもよく、たとえば鉛直方向のワイヤーのみが設けられてもよい。
【００３５】
実施の形態３．
実施の形態１および２では、尿素水を一方向にのみ流通させた。実施の形態３では、２方向に尿素水を流通させるものである。以下、実施の形態１との相違点を説明する。
図６は、排気管１５０に尿素水を流通させる噴射部３０の構成を示す断面図であり、排気管１５０の軸に垂直な断面によるものである。図７は排気管１５０の軸に沿った断面を概略的に示す概略断面図である。なお排気ガスは矢印Ａの方向に流れるものとする。
【００３６】
噴射部３０は、尿素水を噴射する噴射口として、複数の第１噴射口３１と、複数の第２噴射口３２とを備える。複数の第１噴射口３１は、互いに等間隔に設けられ、それぞれ尿素水を方向Ｂ（第１の方向）に噴射する。複数の第２噴射口３２は、互いに等間隔に設けられ、それぞれ尿素水を方向Ｃ（第２の方向）に噴射する。ここで、方向Ｂと方向Ｃとは互いに逆の方向であり、たとえば方向Ｂは鉛直下向きであり、方向Ｃは鉛直上向きである。
また、噴射部３０は、回収口３５を備える。回収口３５は、第１噴射口３１および第２噴射口３２の下流側に設けられており、排気ガスの流れによって下流に流れる尿素水を回収する。
【００３７】
複数の第１噴射口３１は第１噴射口群３３を構成し、複数の第２噴射口３２は第２噴射口群３４を構成する。第１噴射口群３３と第２噴射口群３４とは、図７に示すように、排気管１５０において互いに対向する位置に設けられる。すなわち、排気管１５０の軸方向において同じ位置に設けられる。ただし、第１噴射口群３３に含まれる第１噴射口３１のそれぞれと、第２噴射口群３４に含まれる第２噴射口３２のそれぞれとは、図６に示すように、互いにずらして配置され、対向しない位置に設けられる。すなわち、第１噴射口３１から噴射される噴流と、第２噴射口３２から噴射される噴流とは、互いに平行に噴射されるが、排気管１５０の軸方向から見ると、水平方向に互いに所定量だけずらした位置に形成される。このようにして、排気管１５０には、方向Ｂの噴流と方向Ｃの噴流とが互い違いに発生することになる。
このような配置とすることで、排気管１５０における噴射部３０の占める空間を全体として小さくしつつ、第１噴射口３１および第２噴射口３２から同時に逆方向に噴射される尿素水の噴流を互いに交わらないものとすることができ、排気ガスの全体に均等に尿素を混合することができる。
【００３８】
尿素水の噴流は、排気管１５０中を通過するにつれて排気ガスによって加熱されるが、噴射された直後は温度が低く、尿素が比較的気化しにくい。すなわち、たとえば第１噴射口３１が排気管１５０の上側の内壁に下向きに設けられている場合、第１噴射口３１からの噴流について、内壁下端周辺を通過する排気ガスは、比較的高温の尿素水と接するので比較的多量の尿素が混合されるが、排気管１５０の内壁上端周辺を通過する排気ガスは、比較的低温の尿素水と接するので、混合される尿素の量は比較的少なくなる。しかしながら、第１噴射口３１と第２噴射口３２とは互いに逆向きに設けられているので、それぞれから噴射される尿素水から気化する尿素の量は互いに相補的なものとなり、結果として排気管１５０の軸に垂直な断面において部分的に尿素が混合されるということがなく、排気管１５０の軸に垂直な断面全体に一様に尿素を混合させることができる。したがって、排気ガスと尿素とのミキシングを効率的に促進することができる。
【００３９】
上述の実施の形態３では、第１噴射口３１と第２噴射口３２とは互いに逆の方向に尿素水を噴射するが、これは逆の方向でなくともよく、互いに異なる方向であって尿素水の噴流が互いに交わらない状態を実現するものであればどのような方向でもよい。
【００４０】
実施の形態４．
実施の形態４は、実施の形態３において、排気管が下方に向かう部分に噴射部を設けるものである。
図８は排気管１６０の軸に沿った断面を概略的に示す概略断面図である。排気管１６０は、その一部に鉛直下方向に向かう鉛直部１６０ａを有し、噴射部４０はこの鉛直部１６０ａに設けられる。なお排気ガスは矢印Ａの方向に流れるものとする。
【００４１】
噴射部４０は、複数の第１噴射口４１と、複数の第２噴射口４２とを備える。第１噴射口４１および第２噴射口４２は、実施の形態３における図６の第１噴射口３１および第２噴射口３２と同様の構成を有する。ただし、図８に示すように、第１噴射口４１は尿素水を方向Ｄ（第１の方向）に噴射し、第２噴射口４２は尿素水を方向Ｅ（第２の方向）に噴射する。ここで、方向Ｄおよび方向Ｅはいずれも水平方向であるが、互いに逆向きである。
また、噴射部４０は、第１回収口４３および第２回収口４４を備える。これらは、第１噴射口４１および第２噴射口４２の下流側すなわち下方に、所定の距離ΔＬをおいて設けられる。第１回収口４３は第１噴射口４１に対応し、第１噴射口４１から噴射される尿素水を回収する。第２回収口４４は第２噴射口４２に対応し、第２噴射口４２から噴射される尿素水を回収する。所定の距離ΔＬは、排気管１５０の内径、噴射ポンプ１１２の吐出圧、噴射口および回収口の位置、形状、大きさ等に応じ、適宜設計することができる。
【００４２】
このような配置によっても、実施の形態３と同様に、第１噴射口４１および第２噴射口４２それぞれから噴射される尿素水から気化する尿素の量は互いに相補的なものとなり、結果として排気ガスが噴射部４０を通過する際の位置にかかわらず一様に尿素を混合させることができる。
【００４３】
上述の実施の形態４では回収口として第１回収口４３および第２回収口４４を設けたが、変形例として回収口は１つのみとしてもよい。
図９は、このような変形例に係る断面を概略的に示す概略断面図である。排気管１７０は、その一部に鉛直下方向に向かう鉛直部１７０ａを有し、噴射部５０はこの鉛直部１７０ａに設けられる。なお排気ガスは矢印Ａの方向に流れるものとする。
【００４４】
噴射部５０は、複数の第１噴射口５１と、複数の第２噴射口５２とを備える。第１噴射口５１は尿素水を方向Ｆ（第１の方向）に噴射し、第２噴射口５２は尿素水を方向Ｇ（第２の方向）に噴射する。
また、噴射部４０は、単一の回収口５３を備える。回収口５３は、第１噴射口５１および第２噴射口５２の下流側すなわち下方、鉛直部１７０ａの終端部に設けられる。第１噴射口５１および第２噴射口５２から噴射された尿素水は、直接、または鉛直部１７０ａの内壁に衝突した後、回収口５３に達する。このように、単一の回収口５３によって、複数の方向に噴射される尿素水を効率的に回収することができる。
【００４５】
実施の形態５．
実施の形態５は、実施の形態３において尿素水の噴流の方向を４方向とするものである。
図１０は、排気管１５０に尿素水を流通させる噴射部６０の構成を示す断面図であり、排気管１５０の軸に垂直な断面によるものである。図１１は排気管１５０の軸に沿った断面を概略的に示す概略断面図である。なお排気ガスは矢印Ａの方向に流れるものとする。
【００４６】
噴射部６０は、尿素水を噴射する噴射口として、複数の第１噴射口６１、複数の第２噴射口６２、複数の第３噴射口６３、および複数の第４噴射口６４を備える。複数の第１噴射口６１は、互いに等間隔に設けられ、それぞれ尿素水を方向Ｈ（第１の方向）に噴射する。複数の第２噴射口６２は、互いに等間隔に設けられ、それぞれ尿素水を方向Ｉ（第２の方向）に噴射する。ここで、方向Ｈと方向Ｉとは互いに逆の方向であり、たとえば方向Ｈは鉛直下向きであり、方向Ｉは鉛直上向きである。
【００４７】
第３噴射口６３および第４噴射口６４は、排気管１５０において、第１噴射口６１および第２噴射口６２の下流側に設けられる。複数の第３噴射口６３は、互いに等間隔に設けられ、それぞれ尿素水を方向Ｊ（第３の方向）に噴射する。複数の第４噴射口６４は、互いに等間隔に設けられ、それぞれ尿素水を方向Ｋ（第４の方向）に噴射する。ここで、方向Ｊと方向Ｋとは互いに逆の方向である。また、方向Ｊおよび方向Ｋは、方向Ｈおよび方向Ｉとは直行する方向である。
また、噴射部６０は、回収口６９を備える。回収口６９は、第１噴射口６１、第２噴射口６２、第３噴射口６３、および第４噴射口６４の下流側に設けられており、排気ガスの流れによって下流に流れる尿素水を回収する。
【００４８】
複数の第１噴射口６１は、実施の形態３（図６）の複数の第１の噴射口３１と同様にして、第１噴射口群６５を構成する。また、複数の第２噴射口６２は、実施の形態３（図６）の複数の第２の噴射口３２と同様にして、第２噴射口群６６を構成する。すなわち、第１噴射口群６５および第２噴射口群６６は互いに対向する位置に設けられ、第１噴射口６１のそれぞれと、第２噴射口６２のそれぞれとは互いに対向しない位置に設けられる。
また、複数の第３噴射口６３は第３噴射口群６７を構成し、複数の第４噴射口６４は第４噴射口群６８を構成する。第３噴射口群６７と第４噴射口群６８とは、排気管１５０において互いに対向する位置に設けられる。すなわち、排気管１５０の軸方向において同じ位置に設けられる。ただし、第３噴射口群６７に含まれる第３噴射口６３のそれぞれと、第４噴射口群６８に含まれる第４噴射口６４のそれぞれとは、図１０に示すように、互いにずらして配置され、対向しない位置に設けられる。
このようにして、排気管１５０には、方向Ｈの噴流と方向Ｉの噴流とが互い違いに発生し、さらにその下流において、方向Ｊの噴流と方向Ｋの噴流とが互い違いに発生することになる。
【００４９】
このように、第１噴射口６１と第２噴射口６２とは互いに逆向きに設けられ、第３噴射口６３と第４噴射口６４とは互いに逆向きに設けられ、また、第１噴射口６１および第２噴射口６２と、第３噴射口６３および第４噴射口６４とは互いに直交する向きに設けられる。このため、それぞれの噴射口からの噴流から気化する尿素の量は互いに相補的なものとなり、結果として排気ガスが噴射部６０を通過する際の位置にかかわらず一様に尿素を混合させることができる。したがって、排気ガスと尿素とのミキシングを効率的に促進することができる。
【００５０】
上述の実施の形態５では、第３噴射口６３および第４噴射口６４は、第１噴射口６１および第２噴射口６２の下流側に設けられるが、これは逆であってもよい。すなわち、第３噴射口６３および第４噴射口６４は、第１噴射口６１および第２噴射口６２の上流側に設けられてもよい。
また、実施の形態５では、第１噴射口６１と第２噴射口６２とは互いに逆の方向に尿素水を噴射し、第３噴射口６３と第４噴射口６４とは互いに逆の方向に尿素水を噴射するが、これらは逆の方向でなくともよく、互いに異なる方向であって尿素水の噴流が互いに交わらない状態を実現するものであればどのような方向でもよい。
【００５１】
実施の形態６．
実施の形態６は、実施の形態５において、排気管が下方に向かう部分に噴射部を設けるものである。
図１２は、図８と同様の排気管１６０において、排気管１６０の軸に沿った断面を概略的に示す概略断面図である。噴射部７０は排気管１６０の鉛直部１６０ａに設けられる。なお排気ガスは矢印Ａの方向に流れるものとする。
【００５２】
噴射部７０は、複数の第１噴射口７１、複数の第２噴射口７２、複数の第３噴射口７３、および複数の第４噴射口（図示せず）を備える。これらの噴射口は、実施の形態５（図１０）における対応する噴射口と同様の構成を有する。ただし、噴射部７０は鉛直部１６０ａに設けられているので、これらの噴射口が噴射する尿素水の方向はいずれも水平方向となる。
また、噴射部７０は、第１噴射口７１、第２噴射口７２、第３噴射口７３および第４噴射口（図示せず）に対応して、第１回収口７５、第２回収口７６、第３回収口（図示せず）および第４回収口７８を備える。これらの回収口は、それぞれ対応する噴射口の下流側すなわち下方に、所定の距離ΔＬをおいて設けられる。
【００５３】
このような配置によっても、実施の形態５と同様に、各噴射口から噴射される尿素水から気化する尿素の量は互いに相補的なものとなり、結果として排気ガスが噴射部７０を通過する際の位置にかかわらず一様に尿素を混合させることができる。したがって、排気ガスと尿素とのミキシングを効率的に促進することができる。
【００５４】
上述の実施の形態６では、４つの噴射口にそれぞれ対応する４つの回収口を設けたが、変形例として回収口は１つのみとしてもよい。
図１３は、このような変形例に係る断面を概略的に示す概略断面図である。排気管１７０は、その一部に鉛直下方向に向かう鉛直部１７０ａを有し、噴射部８０はこの鉛直部１７０ａに設けられる。なお排気ガスは矢印Ａの方向に流れるものとする。
【００５５】
噴射部８０は、複数の第１噴射口８１、複数の第２噴射口８２、複数の第３噴射口８３および複数の第４噴射口（図示せず）を備える。また、噴射部８０は、単一の回収口８４を備える。回収口８４は、各噴射口の下流側すなわち下方、鉛直部１７０ａの終端部に設けられる。各噴射口から噴射された尿素水は、直接、または鉛直部１７０ａの内壁に衝突した後、回収口８４に達する。このように、単一の回収口８４によって、複数の方向に噴射される尿素水を効率的に回収することができる。
【００５６】
実施の形態７．
実施の形態７は、実施の形態１において、回収口１２の構成を様々に変形するものである。
図１４は、実施の形態７に係る回収口の構成の一例として、回収口２００の構成を示す。回収口２００は、深さＤ１の位置に反射面２０１を有する。反射面２０１は、回収口２００に向けて矢印Ｒ１の方向に噴射された尿素水を、排気管１５０の内部空間１５０ａに向けて（すなわち排気管１５０内に向けて）、たとえば矢印Ｒ２の方向に跳ね返し、これによって尿素水の飛沫を内部空間１５０ａ内に拡散させる。
なお、反射面２０１は、飛沫が拡散する程度に尿素水を反射するものであればよく、金属面やその他の構造によって実現することができる。また、反射のための加工が施された面を用いてもよい。
このような回収口２００とすることにより、尿素水の一部は回収口２００に到達した後反射面２０１によって跳ね返され、微小な液滴となって内部空間１５０ａに戻される。したがって、排気ガスに含まれる尿素水の微小な液滴を増加させ、排気ガスと尿素とのミキシングを効率的に促進することができる。
【００５７】
上述の実施の形態７において、反射面２０１は回収口２００に設けられるが、これは排気管１５０において尿素水の噴流を受ける位置であれば回収口２００以外の場所に設けられてもよい。すなわち、排気管１５０の内周面の一部が反射面を構成してもよい。
【００５８】
図１５は、実施の形態７に係る回収口の構成の変形例の一つとして、回収口２１０の構成を示す。回収口２１０は、非反射部として、内部空間１５０ａから所定の深さＤ２を有する大深度回収部２１１を含む。図１５の深さＤ２は、図１４の深さＤ１よりも大きく、回収口２１０に向けて矢印Ｒ３の方向に噴射された尿素水を跳ね返さないか、または少なくとも内部空間１５０ａには跳ね返さない程度に十分大きい深さとなっている。この場合、跳ね返された尿素水の飛沫は、たとえば矢印Ｒ４のような軌跡に沿って移動し、回収ポンプ１１３（図１）の吸引力を受けて回収側配管１１４ｂに入って回収される。この深さＤ２は、排気管１５０の材料、排気管１５０の内表面の状態、噴射ポンプ１１２の吐出圧等によって適宜設計可能である。
このように非反射部を備える回収口２１０とすることにより、尿素水の飛沫が内部空間１５０ａに戻ることを防止できるので、排気ガスに過量の尿素が混合されることを防ぎ、排気ガスと尿素との混合を的確に制御することができる。
【００５９】
図１６は、実施の形態７に係る回収口の構成の変形例の一つとして、回収口２２０の構成を示す。回収口２２０は、非反射部として、尿素水を跳ね返さないようガイドするテーパ面２２１を含む。テーパ面２２１は、回収口２２０に向けて矢印Ｒ５の方向に噴射された尿素水を跳ね返さないか、または少なくとも内部空間１５０ａには跳ね返さない角度をもって設けられる。この場合、跳ね返された尿素水の飛沫は、たとえば矢印Ｒ６のような軌跡に沿って移動し、回収ポンプ１１３（図１）の吸引力を受けて回収側配管１１４ｂに入って回収される。テーパ面２２１の角度、形状その他の構成は、排気管１５０の材料、排気管１５０の内表面の状態、噴射ポンプ１１２の吐出圧等によって適宜設計可能である。
このように非反射部を備える回収口２２０とすることにより、尿素水の飛沫が内部空間１５０ａに戻ることを防止できるので、排気ガスに過量の尿素が混合されることを防ぎ、排気ガスと尿素との混合を的確に制御することができる。
【００６０】
図１７は、実施の形態７に係る回収口の構成の変形例の一つとして、回収口２３０の構成を示す。回収口２３０は、非反射部として、尿素水の飛沫を遮蔽する遮蔽部２３１を含む。遮蔽部２３１は、回収口２３０に向けて矢印Ｒ７の方向に噴射された尿素水が跳ね返された場合、これが内部空間１５０ａに戻らないように受け止めて回収側配管１１４ｂへと導く。たとえば、矢印Ｒ７の方向に噴射された尿素水は、矢印Ｒ８に沿って跳ね返され、遮蔽部２３１に衝突して受け止められて遮蔽され、重力または回収ポンプ１１３（図１）の吸引力によって矢印Ｒ９に沿って回収側配管１１４ｂに入り、回収される。
このように非反射部を備える回収口２３０とすることにより、尿素水の飛沫が内部空間１５０ａに戻ることを防止できるので、排気ガスに過量の尿素が混合されることを防ぎ、排気ガスと尿素との混合を的確に制御することができる。
【００６１】
上述の実施の形態７の変形例に係る非反射部は、噴射された尿素水の反射（跳ね返り）を小さくして尿素水の回収を促進する回収促進部ということができる。
また、上述の実施の形態７の変形例に係る非反射部は、２つ以上を組み合わせて用いてもよい。たとえば、１つの回収口に、図１６のテーパ面２２１を、図１５の大深度回収部２１１のように深い位置に形成し、さらに図１７の遮蔽部を設けてもよい。
また、実施の形態７は、実施の形態１の回収口１２の構成を様々に変形するものであるが、実施の形態２〜６においても同様の変形を施すことができる。
【符号の説明】
【００６２】
１１  噴射口（流入口）、１２  回収口、１３  噴流（還元剤）、
２１  流入口、２２  回収口、２３  尿素水流（還元剤）、２４  金網（流通誘導部材）、
３１  第１噴射口、３２  第２噴射口、３３  第１噴射口群、３４  第２噴射口群、３５  回収口、
４１  第１噴射口、４２  第２噴射口、４３  第１回収口（回収口）、４４  第１回収口（回収口）、
５１  第１噴射口、５２  第２噴射口、５３  回収口、
６１  第１噴射口、６２  第２噴射口、６３  第３噴射口、６４  第４噴射口、６９  回収口、
７１  第１噴射口、７２  第２噴射口、７３  第３噴射口、７５  第１回収口（回収口）、７６  第２回収口（回収口）、７８  第４回収口（回収口）、
８１  第１噴射口、８２  第２噴射口、８３  第３噴射口、８４  回収口、
１００  浄化装置（排気ガスの浄化装置）、１１０  尿素水循環装置、１１２  噴射ポンプ（噴射装置）、１２０  内燃機関、１４０  ＳＣＲ触媒（選択還元触媒）、１５０，１６０，１７０  排気管（排気経路）、
２００  回収口、２０１  反射面、２１０  回収口、２１１  大深度回収部（回収促進部）、２２０  回収口、２２１  テーパ面（回収促進部）、２３０  回収口、２３１  遮蔽部（回収促進部）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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