(57)【要約】【課題】内燃機関の排気通路に還元触媒が配置され、還元触媒の上流側排気通路の一部を旋回流型通路とした排気ガス浄化装置において、添加弁から添加された還元剤の還元触媒への供給精度を向上する。【解決手段】内燃機関としてのディーゼルエンジン２の排気通路３には、還元触媒としてのＳＣＲＦ５と、そのＳＣＲＦ５の上流に酸化触媒４が配置される。酸化触媒４とＳＣＲＦ５の間の排気通路３１は旋回流で排気ガスを通過させるスパイラルミキサー（旋回流型通路）となっている。スパイラルミキサー３１の外筒３１１には、スパイラルミキサー３１内に還元剤としての尿素水を添加する添加弁６が設けられる。添加弁６には、噴射角が異なる２つの噴孔が形成されている。スパイラルミキサー３１内の、各噴孔の噴射角に応じた位置には、各噴孔から添加された尿素水を衝突させる２つの衝突板３１４ａ、３１４ｂが設けられる。【選択図】図１
2015110929.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関（２）の排気通路（３）に配置された還元触媒（５）と、
前記還元触媒の上流側にあって、旋回流で排気ガスが通過するように構成された旋回流型通路（３１、３２、３３）と、
前記還元触媒で還元反応を行わせるための還元剤を噴孔を介して前記旋回流型通路に噴射する噴射弁（６）とを備え、
前記噴射弁には噴射角が異なる複数の前記噴孔（６１１、６１２）が形成され、
前記旋回流型通路は、前記噴射弁の各噴孔の噴射角に応じた位置に設置された、各噴孔から噴射された各還元剤を衝突させる複数の衝突面を形成する衝突板（３１４）を有することを特徴とする排気ガス浄化装置（１）。
【請求項２】
前記複数の衝突面は、前記複数の衝突面の間を排気ガスが通過可能な部材（３１５）により相互に連結されたことを特徴とする請求項１に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項３】
前記複数の衝突面は大きさが異なっており、
前記噴射弁の各噴孔は、各噴孔に割り当てられた前記衝突面が大きいほど多量の前記還元剤を噴射するように設定された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装置。
【請求項４】
前記還元剤は尿素水であり、
前記還元触媒は、尿素水から生成されたアンモニアで排気ガス中のＮＯｘを還元させる触媒であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の排気ガス浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気ガス浄化装置に関し、詳細には内燃機関の排気通路に配置された還元触媒により排気ガス中の有害成分を還元浄化する排気ガス浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気浄化システムの一つに尿素ＳＣＲシステムが知られている。その尿素ＳＣＲシステムでは排気通路に排気ガス中のＮＯｘを選択的に還元浄化するための還元触媒（ＳＣＲ触媒、ＮＯｘ選択還元触媒、ＳＣＲＦ）が設けられる。その還元触媒の上流には、排気ガス中に還元剤としての尿素水を排気通路に噴射する噴射弁（添加弁）が設けられる。そして、還元触媒において、尿素水から生成されたアンモニアでＮＯｘを窒素と水とに分解する還元反応が行われる。
【０００３】
還元触媒でＮＯｘの還元浄化を効果的に行うためには、噴射弁から噴射された液状の還元剤を微粒化して排気ガス中に広い範囲で分散させる必要がある。そこで、従来では、尿素水を効率よく分散（微粒化、蒸発）させるために、還元触媒の前段（上流）の排気通路を旋回流型通路とした技術の提案がある（特許文献１参照）。この特許文献１の技術では、旋回流型通路に尿素水が噴射され、噴射された尿素水及び排気ガスは旋回流型通路を旋回流で通過するので、尿素水及び排気ガスが還元触媒に到達するまでの距離、つまり尿素水の分散距離をかせぐことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１２／０２１６５１３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、この種の排気浄化システムにおいては、還元剤の噴射量が多くなると旋回流型通路の通路壁に還元剤が蒸発せずに滞留してしまう。還元剤が通路壁に滞留すると壁温が低下し、より還元剤の蒸発が滞る。その結果、エミッション量に応じて供給すべき還元剤の還元触媒への到達量の精度が、通路壁に滞留した還元剤量によって大幅に悪化する。また、通路壁に滞留した還元剤は時間をおいて蒸発し還元触媒に到達することがあり、この場合には、想定した量より多い還元剤が還元触媒に供給されてしまい、還元浄化に寄与しない還元剤が還元触媒から下流側に放出されるスリップという現象が発生してしまう。
【０００６】
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、噴射弁から噴射された還元剤の還元触媒への供給精度を向上できる排気ガス浄化装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の排気ガス浄化装置は、内燃機関の排気通路に配置された還元触媒と、
前記還元触媒の上流側にあって、旋回流で排気ガスが通過するように構成された旋回流型通路と、
前記還元触媒で還元反応を行わせるための還元剤を噴孔を介して前記旋回流型通路に噴射する噴射弁とを備え、
前記噴射弁には噴射角が異なる複数の前記噴孔が形成され、
前記旋回流型通路は、前記噴射弁の各噴孔の噴射角に応じた位置に設置された、各噴孔から噴射された各還元剤を衝突させる複数の衝突面を形成する衝突板を有することを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、旋回流型通路に衝突板が設置されているので、噴射弁の噴孔から噴射された還元剤の大部分が衝突板に衝突し、衝突した還元剤の一部は反発し微粒化してガス流に乗って下流の還元触媒に到達し、残りの大部分は衝突板上で熱をもらって蒸発し気化して下流の還元触媒に到達する。そして、本発明では、噴射弁には噴射角が異なる複数の噴孔が形成されており、各噴孔に応じた位置ごとに還元剤を衝突させる衝突面を形成しているので、１つの噴孔から噴射させる還元剤の噴射量を減らすことができ、結果、１つの衝突面で受け持つべき還元剤の蒸発に必要な熱量を減らすことができる。そのため、各衝突面の温度低下を抑制でき、旋回流型通路に還元剤が滞留してしまうのを抑制できる。ゆえに、還元触媒への還元剤の供給精度を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】排気浄化システムを示した図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線で排気通路を切ったときの断面図である。
【図３】添加弁のノズルの拡大図である。
【図４】衝突板の面積の考え方を説明する図であり、添加弁、衝突板及び尿素水噴霧を示した図である。
【図５】式９中のｋと、尿素水温度ＴＭとの関係を示した図である。
【図６】変形例１に係るスパイラルミキサーの断面図である。
【図７】変形例２に係るスパイラルミキサーの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。図１は、車両に搭載された排気浄化システム１を示している。先ず、排気浄化システム１の構成を説明する。排気浄化システム１は、本発明の「排気ガス浄化装置」に相当し、内燃機関としてのディーゼルエンジン２（以下、単にエンジンという）から排出される排気ガスを浄化するシステムである。詳細には、排気浄化システム１は、排気ガス中のＮＯｘを浄化する尿素ＳＣＲシステムを含む形で構成されている。その排気浄化システム１では、エンジン２に円筒状の排気通路３が接続されており、エンジン２から排出された排気ガスはその排気通路３を流れて車両外に排出されるようになっている。
【００１１】
排気通路３には、排気ガス中の有害成分の一つであるＨＣやＣＯを酸化浄化する酸化触媒４（ＤＯＣ：Diesel Oxidation Catalyst）が配置されている。その酸化触媒４は、排気通路３の通路壁との間で隙間が無い状態で配置される。酸化触媒４は、例えば、ウォールスルータイプのセラミック製ハニカムや金属製のメッシュなどに、ＨＣ、ＣＯの酸化反応を促進させる触媒成分（例えば、Ｐｔ（白金）やＰｄ（パラジウム）など）を担持した構造となっている。
【００１２】
酸化触媒４の活性は温度による依存性が高く、低温ではほとんど酸化作用はない。そのため、エンジン２の始動後に早めに酸化触媒４を暖めてＨＣやＣＯの酸化浄化を促進するために、酸化触媒４は後述するＳＣＲＦ５よりも上流（エンジン２に近い側）に配置されている。また、酸化触媒４は、酸化反応により排気ガスを昇温して、昇温した排気ガスによりＳＣＲＦ５に堆積した粒子状物質（ＰＭ、すす）を燃焼除去する役割も担っている。
【００１３】
なお、図１では図示していないが、エンジン２と酸化触媒４の間には、例えば排気ガスからエネルギーを回収する過給器のタービン（可変ノズルターボ（ＶＮＴ））（図示外）が配置されている。
【００１４】
酸化触媒４の下流の排気通路３には、排気ガス中のＮＯｘを選択的に還元浄化するＳＣＲＦ（Selective Catalytic Reduction Filter）５が配置されている。そのＳＣＲＦ５は、排気通路３の通路壁との間で隙間が無い状態で配置される。ＳＣＲＦ５は、ＮＯｘのＳＣＲ（選択触媒還元）を促進する触媒成分（ＳＣＲ触媒）を含有するとともに、排気ガス中の粒子状物質を捕獲する機能も有している。ＳＣＲＦ５は、例えば、ウォールスルータイプのセラミック製ハニカムに触媒成分を担持した構造となっている。排気ガスは、ＳＣＲＦ５の多孔性の隔壁を通過しながら下流に流れ、その間に排気ガス中の粒子状物質がＳＣＲＦ５に捕集される。
【００１５】
ＳＣＲＦ５に含有されている触媒成分は、尿素水から生成されたアンモニア（ＮＨ３）とＮＯｘとの還元反応として例えば下記式１、式２、式３の還元反応を促進させるものであり、例えばバナジウム、モリブデン、タングステン等の卑金属酸化物である。このように、排気ガスがＳＣＲＦ５を通過する間に、ＮＯｘは例えば下記式１、式２、式３により水や窒素に分解（浄化）する。なお、ＳＣＲＦ５に代えて、通常のＳＣＲ触媒、すなわち粒子状物質の捕集機能を有せず、ＮＯｘの還元浄化のみを行うタイプの触媒を採用しても良い。
４ＮＯ＋４ＮＨ３＋Ｏ２→４Ｎ２＋６Ｈ２Ｏ      ・・・（式１）
６ＮＯ２＋８ＮＨ３→７Ｎ２＋３Ｈ２Ｏ      ・・・（式２）
ＮＯ＋ＮＯ２＋２ＮＨ３→２Ｎ２＋３Ｈ２Ｏ      ・・・（式３）
【００１６】
なお、ＳＣＲＦ５は無尽蔵にアンモニアを貯蔵できるわけではなく、ＳＣＲＦ５に貯蔵できるアンモニアの最大貯蔵量は、ＳＣＲＦ５の温度（触媒温度）によって変化する。触媒温度が急激に下がった場合や、ＳＣＲＦ５にアンモニア（尿素水）が過剰供給された場合には、ＳＣＲＦ５からアンモニアが放出されるアンモニアスリップという現象が発生する。そのため、ＳＣＲＦ５の下流の排気通路には、ＳＣＲＦ５から放出されたアンモニアを浄化するための酸化触媒が設けられることがある。
【００１７】
酸化触媒４とＳＣＲＦ５の間の排気通路３１は、排気ガスを旋回流で通過させる、つまり旋回流を生じさせる旋回流型通路に構成されている。以下では、旋回流型通路をスパイラルミキサーという。スパイラルミキサー３１の長さ、つまり酸化触媒４とＳＣＲＦ５の間の長さは、例えば５０ｍｍ〜１００ｍｍ程度となっている。スパイラルミキサー３１は、後述する添加弁６から添加された尿素水（尿素水噴霧）を排気ガス中に分散させて、尿素水と排気ガスとの混じりを良くするための通路である。そのスパイラルミキサー３１は、該スパイラルミキサー３１の外周壁を構成する円筒状の外筒３１１と、その外筒３１１の中心軸線Ｌ１上に配置されてその中心軸線Ｌ１の方向に伸びた棒状のボス３１２と、外筒３１１及びボス３１２に溶接接続されてボス３１２の外周に沿ってスパイラル状（らせん状）に形成された旋回流板３１３とを備えている。
【００１８】
図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線（スパイラルミキサー３１の入口領域において軸線Ｌ１に直交する線）でスパイラルミキサー３１を切ったときの断面図である。図１、図２に示すように、スパイラルミキサー３１には、添加弁６から添加された尿素水を衝突させる衝突板３１４が設けられている。後述するように、添加弁６には尿素水の噴射角が異なる複数の噴孔が形成されているが、衝突板３１４は添加弁６の各噴射角に応じた位置に複数設けられている。具体的には、本実施形態では、２つの衝突板３１４ａ、３１４ｂ（２つの衝突面）が設けられている。
【００１９】
各衝突板３１４ａ、３１４ｂは旋回流板３１３に溶接等で接続されている。各衝突板３１４ａ、３１４ｂは、添加弁６が尿素水を添加する領域であるスパイラルミキサー３１の入口領域にて、衝突板３１４ａ、３１４ｂの板表面（衝突面）が添加弁６の側に向く形で、旋回流板３１３に接続されている。具体的には、スパイラルミキサー３１の中で最も上流側に配置された旋回流板３１３ａの板面に第１の衝突板３１４ａの周縁が接続されている。また、第１の衝突板３１４ａは、第２の衝突板３１４ｂよりもスパイラルミキサー３１の半径方向内側（ボス３１２寄り）の位置に配置されている。つまり、第１の衝突板３１４ａは、第２の衝突板３１４ｂよりも内側の位置にて、最上流の旋回流板３１３ａの板面から起立する形で配置されている。
【００２０】
また、図１に示すように、最上流の旋回流板３１３ａよりも下流に配置された旋回流板３１３ｂの板面には、第２の衝突板３１４ｂの周縁が接続されている。第２の衝突板３１４ｂは、第１の衝突板３１４ａよりも半径方向外側（外筒３１１寄り）の位置に配置されている。つまり、第２の衝突板３１４ｂは、第１の衝突板３１４ａよりも外側の位置にて、下流側の旋回流板３１３ｂの板面から起立する形で配置されている。なお、第２の衝突板３１４ｂは下流側の旋回流板３１３ｂに接続されているが、第２の衝突板３１４ｂの一部がスパイラルミキサー３１の入口領域（尿素水の添加領域）に入り込んでいる。
【００２１】
また、各衝突板３１４ａ、３１４ｂは、例えば外筒３１１の断面形状（円状）の曲率や旋回流板３１３の曲率に応じた曲率の円弧状（図２の方向から見て円弧状）に形成されている。なお、衝突板３１４ａ、３１４ｂは、添加弁６から添加された尿素水が衝突するのであれば円弧状でなくても良いし、また、どこに接続されたとしても良い。例えば、各衝突板３１４ａ、３１４ｂを、他の部材を介して外筒３１１に接続しても良い。
【００２２】
また、各衝突板３１４ａ、３１４ｂの面積（大きさ）は、スパイラルミキサー３１内に尿素水が滞留するのを抑制することと、排気ガスの流れが阻害されるのを抑制することの両立を図ることができるように、設定されている。その面積の考え方の詳細は後述する。なお、衝突板３１４ａ、３１４ｂを含むスパイラルミキサー３１の各部材は、排気ガスや尿素水による腐食を防止するために耐腐食性のある金属（例えばステンレス）で形成されている。
【００２３】
スパイラルミキサー３１の外周壁、つまり外筒３１１には、スパイラルミキサー３１内に尿素水（還元剤）を添加する本発明の「噴射弁」としての添加弁６が配置されている。具体的には、添加弁６は、スパイラルミキサー３１の入口領域において外筒３１１が延びた方向に直交する方向に尿素水を噴射するように、別の言い方をすると、その入口領域に配置された各衝突板３１４ａ、３１４ｂに向けて尿素水を噴射するように、配置されている。添加弁６が配置される外筒３１１の部分には開口が形成されており、その開口には添加弁６を装着するための筒状部６２（図２参照）が取り付けられている。添加弁６はその筒状部６２に装着されている。
【００２４】
添加弁６は、ガソリンエンジンの筒内または吸気ポート内に燃料を噴射する燃料噴射弁（インジェクタ）と同様の構造を有している。すなわち、添加弁６は、電磁ソレノイド等からなる駆動部と、尿素水を流通させる尿素水通路やノズル６１（先端噴出口、図３参照）を開閉するためのニードルを有する弁本部とを備えた電磁式開閉弁として構成されている。そして、電磁ソレノイドが通電されると、その通電に伴いニードルが開弁方向に移動し、そのニードルの移動に伴いノズル６１から尿素水が噴射される。
【００２５】
図３はノズル６１の拡大図である。図３に示すように、ノズル６１の先端面には、尿素水の噴射口となる噴孔として、第１の噴射角で尿素水７１を噴射する第１の噴孔６１１と、第１の噴射角とは異なる第２の噴射角で尿素水７２を噴射する第２の噴孔６１２とが形成されている。なお、図３では、第１の噴孔６１１、６１２は単一の噴孔として図示しているが、第１の噴射角に設定された複数の噴孔から第１の噴孔６１１が構成されたとしても良い。同様に、第２の噴射角に設定された複数の噴孔から第２の噴孔６１２が構成されたとしても良い。
【００２６】
第１の噴孔６１１から噴射された尿素水７１が第１の衝突板３１４ａに衝突するように、第１の噴孔６１１の噴射角（第１の噴射角）及び第１の衝突板３１４ａの設置位置が調整されている。第２の噴孔６１２から噴射された尿素水７２が第２の衝突板３１４ｂに衝突するように、第２の噴孔６１２の噴射角（第２の噴射角）及び第２の衝突板３１４ｂの設置位置が調整されている。つまり、第１の噴孔６１１からは第１の衝突板３１４ａの方に向けて尿素水７１が噴射され、第２の噴孔６１２からは第２の衝突板３１４ｂの方に向けて尿素水７２が噴射される。ここで、それぞれの衝突板３１４ａ、３１４ｂは、添加弁６の各噴孔６１１、６１２に応じた位置に設置されているが、各噴孔６１１、６１２に応じた位置とは、各噴孔６１１、６１２から噴射された尿素水が各衝突板３１４ａ、３１４ｂに衝突するように、各噴孔６１１、６１２から噴射される尿素水の方向に各衝突板３１４ａ、３１４ｂが位置していることを意味する。
【００２７】
なお、排気浄化システム１には、尿素水を貯蔵する尿素水タンク（図示外）、尿素水タンクと添加弁６の間を繋ぐ配管（図示外）、尿素水タンクから尿素水を汲み上げて配管を通じて添加弁６側に吐出するポンプ（図示外）、配管内の尿素水の圧力を所定圧力となるように調整するレギュレータ（図示外）、添加弁６を駆動制御する制御回路（図示外）等が設けられている。その制御回路は、添加弁６を間欠駆動して、エンジン２の運転状態に応じた尿素水量、言い換えるとエンジン２から排出されるＮＯｘ量に応じた尿素水量を添加弁６で噴射させる。
【００２８】
次に、衝突板３１４の面積の考え方の詳細を説明する。図４は、衝突板３１４の面積の考え方を説明する図であり、添加弁６、衝突板３１４及び尿素水噴霧を示している。なお、図４には、尿素水噴霧として、１つの噴孔（第１の噴孔６１１又は第２の噴孔６１２）から噴射される尿素水噴霧を符号「７」で示し、その尿素水噴霧７のうち衝突板３１４に到達する尿素水噴霧を符号「７３」で示し、衝突板３１４に到達しない尿素水噴霧を符号「７４」で示している。また、衝突板３１４に到達した尿素水噴霧７３のうち衝突板３１４で反発（反射）する噴霧を符号７５で示し、衝突板３１４に滞留する尿素水（滞留尿素水）を符号「７６」で示している。さらに、滞留尿素水７６が衝突板３１４から熱をもらって蒸発した場合に、その蒸発した噴霧を符号「７７」で示している。
【００２９】
１つの噴孔（第１の噴孔６１１又は第２の噴孔６１２）からｍ（ｇ）の尿素水噴霧７が噴射され、そのｍ（ｇ）の尿素水噴霧７のうちの滞留尿素水７６の割合をξ（０＜ξ＜１）とすると、滞留尿素水７６を全て蒸発させるのに必要な熱量Ｑは、以下の式４で示される。なお、式４において、ｑｖは尿素水の気化熱であり、ｃは尿素水の比熱であり、ΔＴは滞留尿素水７６を蒸発させるまでに必要な温度上昇である。また、ｋ＝（ｑｖ＋ｃΔＴ）×ξである。
Ｑ＝（ｑｖ＋ｃΔＴ）×ξ×ｍ＝ｋ×ｍ    ・・・（式４）
【００３０】
熱量Ｑは、以下の式５のように、排気ガスから滞留尿素水７６への熱伝達量Ｑｇと、衝突板３１４から滞留尿素水７６への熱伝達量Ｑｆとによってまかなわれる。
Ｑ＝Ｑｇ＋Ｑｆ    ・・・（式５）
【００３１】
また、熱伝達量Ｑｇは以下の式６で示される。なお、式６において、ｈｇは排気ガスから滞留尿素水７６への熱伝達率であり、β×Ｓ（０＜β＜１、Ｓは衝突板３１４の総面積）は尿素水で濡れた衝突板３１４の面積、つまり滞留尿素水７６の面積である。また、Ｔｇは排気ガスの温度であり、Ｔｍは滞留尿素水７６の温度である。
Ｑｇ＝ｈｇ×β×Ｓ×（Ｔｇ−Ｔｍ）    ・・・（式６）
【００３２】
平衡状態では、熱伝達量Ｑｆは、排気ガスから衝突板３１４に伝達される熱量と等しい。したがって、熱伝達量Ｑｆは以下の式７で示される。なお、式７において、ｈｆは排気ガスから衝突板３１４への熱伝達率であり、２×Ｓは衝突板３１４の両面の面積であり、Ｔｆは衝突板３１４の温度である。なお、式７中のβ×Ｓ、Ｔｇは、式６中のβ×Ｓ、Ｔｇと同じである。
Ｑｆ＝ｈｆ×（２−β）Ｓ×（Ｔｇ−Ｔｆ）    ・・・（式７）
【００３３】
式６、式７中のＴｇを排気浄化特性から決まる添加許容最低ガス温ＴＧとし、添加量ｍ（噴射量）を最大添加量Ｍとし、衝突板３１４での尿素水の蒸発速度を保つべく衝突板３１４の温度Ｔｆを最低衝突板温度ＴＦに保つことを条件とすると、上記式４〜式７及びＴＧ、Ｍ、ＴＦから、以下の式８を導出できる。なお、式８において、尿素水温度Ｔｍ（式６参照）として添加弁６の温度ＴＭ（添加弁６での尿素水の温度）を用いている。
ｋ×Ｍ＝ｈｇ×β×Ｓ×（ＴＧ−ＴＭ）＋ｈｆ×（２−β）Ｓ×（ＴＧ−ＴＦ）    ・・・（式８）
【００３４】
式８から、衝突板３１４の面積Ｓの式を求めると以下の式９となる。なお、式９において、αは、スパイラルミキサー３１の容積や排気浄化システム１を搭載する車種などに応じた補正係数であり、例えば、０．８〜１．２の値をとる。また、ｋは、上述したように、ｋ＝（ｑｖ＋ｃΔＴ）×ξであるが、ΔＴ＝尿素水の沸点−尿素水温度ＴＭとすると、ｋは尿素水温度ＴＭに対して図５のように変化、つまり尿素水温度ＴＭが高いほど小さい値となる。
【００３５】
【数１】
2015110929.tif 000003
【００３６】
式６、式７より、面積Ｓが大きいほど滞留尿素水７６（図４参照）への熱伝達量Ｑｇ、Ｑｆが大きくなるので、滞留尿素水７６を蒸発させやすくできる。しかし、面積Ｓが大きくなると、衝突板３１４の存在により排気ガスが流れにくくなるので、エネルギー損失が大きくなってしまう（高圧損）。反対に、面積Ｓが小さいと、排気ガスのエネルギー損失は小さくなるものの（低圧損）、熱伝達量Ｑｇ、Ｑｆが小さくなってしまい、滞留尿素水７６の蒸発速度が低下してしまう。式９によれば、添加弁６から多量の尿素水（最大添加量Ｍの尿素水）が添加された場合であっても、滞留尿素水７６の蒸発速度を一定レベルに保持できる必要最小限の面積Ｓ（最低衝突板温度ＴＦに保持できる面積Ｓ）を求めることができる。
【００３７】
図１、図２の各衝突板３１４ａ、３１４ｂの面積は式９により求めた面積に設定されている。第１の衝突板３１４ａの面積を求める際には、式９の最大添加量Ｍとして、第１の噴孔６１１から添加される尿素水７１（図３参照）の最大添加量Ｍ１を用いる。同様に、第２の衝突板３１４ｂの面積を求める際には、式９の最大添加量Ｍとして、第２の噴孔６１２から添加される尿素水７２（図３参照）の最大添加量Ｍ２を用いる。
【００３８】
また、第１の衝突板３１４ａの面積と第２の衝突板３１４ｂの面積は同じでも良いし、異ならせても良い。同じの場合には、第１の噴孔６１１からの最大添加量Ｍ１と、第２の噴孔６１２からの最大添加量Ｍ２とが同じとなるように、それら噴孔６１１、６１２を設計する。面積を異ならせる場合には、例えば、スパイラルミキサー３１の外筒３１１側に位置する第２の衝突板３１４ｂのほうを、第１の衝突板３１４ａよりも大きくする。外筒３１１側の第２の衝突板３１４ｂを大きくしたほうが、スパイラルミキサー３１内の空間を有効に使うことができ、排気ガスの流れが阻害されるのを抑制できる。この場合、第２の噴孔６１２からの最大添加量Ｍ２のほうが、第１の噴孔６１１からの最大添加量Ｍ１よりも多くなるように、それら噴孔６１１、６１２を設計する。
【００３９】
以上が排気浄化システム１の構成である。次に、排気浄化システム１の作用を説明する。添加弁６を制御する制御回路はエンジン２の運転状態に応じた量の尿素水を添加弁６に添加させる。添加弁６から尿素水が添加されると、第１の噴孔６１１から添加された尿素水７１（図２参照）の大部分は第１の衝突板３１４ａに衝突する。第１の衝突板３１４ａの面積は式９により最適な面積に設定されているので、第１の衝突板３１４ａに衝突した尿素水７１は、排気ガスや第１の衝突板３１４ａから熱をもらって速やかに蒸発（微粒化）する。同様に、第２の噴孔６１２から添加された尿素水７２（図２参照）の大部分は第２の衝突板３１４ｂに衝突する。第２の衝突板３１４ｂの面積は式９により最適な面積に設定されているので、第２の衝突板３１４ｂに衝突した尿素水７２は、排気ガスや第２の衝突板３１４ｂから熱をもらって速やかに蒸発（微粒化）する。
【００４０】
各衝突板３１４ａ、３１４ｂに衝突し微粒化した尿素噴霧は、スパイラルミキサー３１内の広い範囲に満遍なく散らばって、排気ガスとともに旋回流板３１３に囲まれたスパイラル状の通路を通過し、旋回流となってＳＣＲＦ５の上流側表面に到達する。なお、尿素水は、ＳＣＲＦ５の内部で又はＳＣＲＦ５に到達する前に、加水分解によりアンモニア（ＮＨ３）に変換される。そして、ＳＣＲＦ５にて、アンモニアとＮＯｘとが反応して、ＮＯｘが還元浄化される。
【００４１】
以上説明したように、本実施形態によれば、添加弁による尿素水の添加方向（噴射角）を２方向に分けているので、１方向当たりの添加量を減らすことができ、尿素水を分散させやすくできる。そして、各添加方向（噴射角）ごとに衝突板を設けているので、１つの衝突板で受け持つべき尿素水の蒸発に必要な熱量を減らすことができ、衝突板を必要以上に大きくしなくても衝突板の温度低下を抑制できる。よって、スパイラルミキサー内に尿素水が滞留してしまうのを抑制でき、その結果、ＳＣＲＦへの尿素水（アンモニア）の応答性を向上でき、アンモニアスリップを抑制できる。また、各衝突板は互いに分離しているので、衝突板間で熱の授受を抑えることができる。
【００４２】
（変形例１）
以下、本実施形態の排気浄化システムの変形例を説明する。図６は、変形例１に係るスパイラルミキサー３２の断面図である。図６において、図２のスパイラルミキサー３１と同一の構成には同一の符号を付している。図６のスパイラルミキサー３２では、図２と同様に、添加弁からは２方向に尿素水が添加され、各方向ごとに尿素水を衝突させる衝突板３１４ｃ、３１４ｄ（衝突面）が設けられる。それら衝突板３１４ｃ、３１４ｄが連結部材３１５により互いに連結されている。その連結部材３１５には、排気ガスを通すための複数の穴３１６が形成されている。つまり、連結部材３１５はパンチングメタル状に形成されている。
【００４３】
これら衝突板３１４ｃ、３１４ｄ、連結部材３１５は、例えば、１枚の金属平板（ステンレス板）の一部をパンチングメタル状に加工した後、そのパンチングメタル状の部分を境にして図６のように段差状に加工することで、得られる。
【００４４】
このように、変形例１では、２つの衝突板３１４ｃ、３１４ｄが連結されているので、それら衝突板３１４ｃ、３１４ｄをスパイラルミキサー３２内に容易に設置することができる。別の言い方をすると、衝突板３１４ｃ、３１４ｄの位置決めが容易となる。また、連結部材３１５はパンチングメタル状となっているので、衝突板３１４ｃ、３１４ｄ間の熱の授受を極力抑えることができる。また、排気ガスは、衝突板３１４ｃ、３１４ｄ間、つまり連結部材３１５を通過することができるので、圧損の増加を抑えることができる。
【００４５】
なお、連結部材３１５に代えて、衝突板３１４ｃ、３１４ｄを例えば棒材で連結しても良い。これによっても、衝突板３１４ｃ、３１４ｄを容易に設置できるとともに、圧損の増加を抑えることができる。
【００４６】
（変形例２）
図７は、変形例２に係るスパイラルミキサー３３の断面図である。図７において、図２のスパイラルミキサー３１と同一の構成には同一の符号を付している。図７のスパイラルミキサー３３では、添加弁６は、尿素水の噴霧を３方向に噴射するように構成、つまり異なる噴射角に設定された３つの噴孔が形成されている。そして、各噴霧が衝突する３つの衝突板３１４ｅ、３１４ｆ、３１４ｇが設けられている。各衝突板３１４ｅ、３１４ｆ、３１４ｇの面積は、式９により設定されている。
【００４７】
このように、噴霧を３つに分割し、各噴霧ごとに衝突板を設けることで、１つの噴孔から添加する尿素水量をさらに減らすことができ、１つの衝突板で受け持つべき尿素水の蒸発に必要な熱量をさらに減らすことができるので、より一層、スパイラルミキサー内に尿素水が滞留するのを抑制できる。なお、噴霧の分割数及び衝突板の設置数は２つ、３つに限らず、何個であっても良い。
【００４８】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載を逸脱しない限度で種々の変更が可能である。例えば、上記実施形態では、スパイラルミキサーのボスが、排気通路の中心軸線と同軸線上に配置された例を説明したが、その中心軸線からずれた位置にボスを配置しても良い。また、ＳＣＲ触媒の上流に、酸化触媒付のＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）を配置した排気浄化システムに本発明を適用しても良い。この場合、図１の酸化触媒４に代えて、酸化触媒付のＤＰＦが配置される。また、還元触媒（ＳＣＲＦ、ＳＣＲ触媒）の上流に酸化触媒が配置されていない排気浄化システムに本発明を適用しても良い。
【符号の説明】
【００４９】
１  排気浄化システム（排気ガス浄化装置）
２  ディーゼルエンジン（内燃機関）
３  排気通路
４  酸化触媒
５  ＳＣＲＦ（還元触媒）
３１、３２、３３  スパイラルミキサー（旋回流型通路）
３１４  衝突板
６  添加弁（噴射弁）
６１１、６１２  噴孔
【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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