JP2016138459A - 液体添加装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の排気管中に液体を噴射する液体添加装置において、噴孔形成面での液体付着量を低減できる液体添加装置を提供する。
【解決手段】内燃機関２の排気管３には、ＮＯｘ選択還元触媒としてのＳＣＲＦ７が配置される。ＳＣＲＦ７の上流には排気管３中に尿素水を添加する液体添加装置としての添加弁５が配置される。添加弁５の噴孔が形成されたノズル先端面５２（噴孔形成面）から、重力方向の成分を有する方向且つ排気管３中に伸びた棒状の液体案内部５４が設けられる。液体案内部５４は、噴孔からの尿素水噴霧の進路を妨害しない位置に設けられ、具体的には、ノズル先端面５２から離れるほど、各噴孔の噴射方向中心線に対する径方向の外側に広がるように設けられる。液体案内部５４は、ノズル先端面５２における噴孔から半径２ｍｍ以内の位置に固定される。液体案内部５４の先端付近は、ＳＣＲＦ７の再生によって周期的に４００℃以上に上昇する。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の排気管中に尿素水等の液体を添加する液体添加装置に関する。

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システムでは排気管に排気ガス中のＮＯｘを選択的に還元浄化するためのＮＯｘ選択還元触媒が設けられる。そのＮＯｘ選択還元触媒の上流には、排気管中に還元剤としての尿素水を噴射する添加弁が設けられる。そして、ＮＯｘ選択還元触媒において、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。

この種の添加弁においては、噴孔から噴射された尿素水の一部が直接横方向に流れて、噴孔が形成された噴孔形成面（噴孔プレート）に付着することがある。また、噴孔から一旦噴射された尿素水の微小噴霧が排気ガスの気流によって噴孔形成面に再付着することもある。さらに、添加弁の閉弁時に噴孔内からしみ出した尿素水が噴孔形成面に付着することもある。噴孔形成面に付着した尿素水はやがて水分が蒸発して固形化することで、噴霧形状に影響を及ぼしたり、噴霧の貫徹を阻害したりするといった不具合が発生してしまう。

噴孔の周辺へのデポジットの堆積を抑制する技術として、例えば特許文献１に開示された技術が公知である。この特許文献１の技術は、燃料噴射弁に関する技術であるが、噴孔プレートに、噴孔の燃料出口側に付着した燃料を噴孔群の外周側に案内する燃料案内部（案内溝）を設けるというものである。

特許第４２１４５２５号公報

しかしながら、特許文献１の技術では、噴孔形成面に付着する液体の位置をコントロールしているが、噴孔形成面における液体の付着量は低減できない。そのため、堆積物はいずれ噴孔付近まで迫り、噴霧形状の変化、噴射量の低下などを招くことになる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、内燃機関の排気管中に液体を噴射する液体添加装置において、噴孔形成面での液体付着量を低減できる液体添加装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明の液体添加装置は、燃機関の排気管中に液体を噴射する噴孔が形成された噴孔形成面と、
前記噴孔形成面又はその近傍から、重力方向の成分を有する方向且つ前記排気管中に伸びた棒状の液体案内部と、
を備えることを特徴とする。

本発明によれば、噴孔形成面又はその近傍から、重力方向の成分を有する方向且つ排気管中に伸びた棒状の液体案内部を備えるので、重力の作用により、噴孔形成面に付着した液体を液体案内部の先端側（噴孔形成面から離れた排気管中の位置）に案内することができる。よって、噴孔形成面での液体付着量を低減できる。なお、本発明における噴孔形成面の近傍とは、液体案内部が噴孔形成面に接触していないものの、噴孔形成面に付着した液滴が液体案内部の端部に当たる程度に、噴孔形成面に近い位置を意味する。つまり、上記近傍は、噴孔形成面に付着する液滴の大きさ程度に、噴孔形成面と液体案内部とが離れていることを意味する。また、液体案内部を棒状とすることで、排気ガスの熱を噴孔形成面に伝えにくくすることができ、噴孔形成面が高温になることによる不具合を抑制できる。特に、液体案内部の一端を、噴孔形成面に接触させないで、噴孔形成面の近傍に配置する場合には、より一層、排気ガスの熱を噴孔形成面に伝えにくくするができる。

第１実施形態の排気浄化システム１００の側面断面図である。 第１実施形態のノズル５１の拡大図である。 ノズル先端面における液体案内部の設置位置を説明する図である。 再生処理時における凹部８４付近の排気温を等高線で示した図である。 第２実施形態の排気浄化システム１０１の側面断面図である。 第２実施形態の添加弁１３のノズル先端面付近の拡大図である。 第３実施形態の排気浄化システム１０２の側面断面図である。 支持部材２０の斜視図である。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１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１００の側面断面図を示している。先ず、排気浄化システム１００の構成を説明する。排気浄化システム１００は、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１００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１００では、エンジン２に円筒状の排気管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管３中（排気通路）を流れて車両外に排出されるようになっている。

排気管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。酸化触媒４は、例えば、フロー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。

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ＳＣＲＦ７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ＳＣＲＦ７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。酸化触媒４による排気ガスの昇温は、例えば、エンジン２において動力を得るための主噴射の後に実施されるポスト噴射により酸化触媒４に供給される未燃燃料（ＨＣ）、又は酸化触媒４の前段（上流）の排気管３に設置される排気燃料インジェクタ（図示外）から酸化触媒４に供給される燃料（ＨＣ）が、酸化触媒４で燃焼することにより実施される。

酸化触媒４の下流の排気管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）７が配置されている。ＳＣＲＦ７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ＰＭ（粒子状物質）を捕獲する機能（ＤＰＦ機能）も有している。ＳＣＲＦ７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、ＳＣＲＦ７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ＰＭがＳＣＲＦ７に捕集される。

ＳＣＲＦ７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ＳＣＲＦ７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、ＳＣＲＦ７に代えて、通常のＳＣＲ触媒、すなわちＰＭ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）

また、ＳＣＲＦ７では無制限にＰＭを捕集できるわけではないので、定期的（周期的）にＳＣＲＦ７に捕集されたＰＭを燃焼除去する再生処理が行われる。この再生処理は、上述の酸化触媒４による排気ガスの昇温により行われる。なお、ＳＣＲＦ７が本発明のＮＯｘ選択還元触媒に相当する。

酸化触媒４とＳＣＲＦ７の間には、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６（スパイラルミキサー）が配置されている。スパイラルミキサー６は、後述する添加弁５から噴射された尿素水（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。

スパイラルミキサー６の前段（スパイラルミキサー６と酸化触媒４の間）には、排気管３に取り付けられる形で、排気管３中に尿素水（還元剤）を噴射する本発明の液体添加装置としての添加弁５が配置されている。本実施形態では、添加弁５は、その中心軸線Ｌ１が重力方向に平行となるように、言い換えると、ノズル先端面５２が重力方向（図１の下方向）に向くように、配置される。ただし、ノズル先端面５２の向きは、重力方向の成分を有するのであれば、重力方向に一致していなくても良く、つまり、斜め下向きであっても良い。また、後述する第２実施形態のように、添加弁５は、重力方向に対して横向きに、つまり、ノズル先端面５２の向きが重力方向に直交するように、配置されたとしても良い。また、図１では、添加弁５は、排気管３に直角に取り付けられているが、直角以外の角度（例えば、若干スパイラルミキサー６の方を向いた角度）で排気管３に取り付けられたとしても良い。

添加弁５の取付及び構造についてさらに説明すると、添加弁５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５は、電磁ソレノイド等からなる駆動部（図示外）と、尿素水を流通させる尿素水通路（図示外）や円筒状のノズル５１（図１、図２参照）を開閉するための棒状のニードル（図示外）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先端面５２から尿素水が噴射される。

図２はノズル５１の拡大図である。図２に示すように、ノズル５１の先端面を構成する噴孔プレート５２には、尿素水の噴射口となる噴孔５３が形成されている。なお、噴孔プレート５２の前面（ノズル先端面）は円形かつ平面状に形成されている。図２では、３個の噴孔５３が形成されているが、噴孔５３は何個形成されたとしても良い。これら３つの噴孔５３は、噴孔プレート５２の中心５２１を中心とした単一の同心円上に等間隔で配置されている。つまり、各噴孔５３と中心５２１間の距離は、３つの噴孔５３間で同じである。ただし、３つの噴孔５３は、単一の同心円上に配置されていなくても良い。つまり、中心５２１から各噴孔５３までの距離が噴孔５３間で異なっていても良い。また、各噴孔５３は、ノズル先端面５２の法線方向に尿素水が噴射されるように、孔の向きが設定されても良いし、その法線方向以外の斜め方向に尿素水が噴射されるように、孔の向きが設定されても良い。なお、ノズル先端面５２が本発明の噴孔形成面に相当する。

また、図１に示すように、円筒状のノズル５１の側面周囲を取り囲むように金属製のアダプタ８が設けられている。添加弁５はそのアダプタ８を介して排気管３に取り付けられている。アダプタ８は、添加弁５の中心軸線Ｌ１に対して側方（直角方向）に突出したフランジ部８５を有する。そのフランジ部８５がボルト等で排気管３に締結されている。このとき、アダプタ８が締結される排気管３の一部分には開口３１が形成されており、その開口３１にフランジ部８５の一部が嵌る形で、アダプタ８は排気管３に取り付けられる。

また、開口３１に配置されるアダプタ８の裏面８６には、ノズル５１の径よりも大きい径の凹部８４が形成されている。アダプタ８の内部には、凹部８４の底面に開口を形成する、ノズル５１の径と略同じ径の貫通孔８７が形成されている。ノズル５１は、ノズル先端面５２が貫通孔８７の開口（凹部８４の底面）に略一致するように、貫通孔８７に挿入されている。このように、ノズル先端面５２は、凹部８４の底面の位置において排気管３中に露出している。ノズル先端面５２を凹部８４に配置することで、ノズル先端面５２を排気ガスの主流から遠ざけることができ、排気ガスの熱がノズル先端面５２に伝わるのを抑制できる。

なお、本実施形態では、アダプタ８と排気管３の間には他の部品が介在していないが、アダプタ８と排気管３の間に筒状部材を介在させて、ノズル先端面５２をその筒状部材の内側にくるようにしても良い。これによって、より一層、ノズル先端面５２を排気ガスの主流から遠ざけることができ、ノズル先端面５２が高温になりすぎるのを抑制できる。

アダプタ８の内部には、ノズル５１を冷却するための冷却水（例えば１００℃前後のエンジン冷却水）が流れる冷却通路８３が形成されている。また、アダプタ８には、冷却通路８３に通ずる形で冷却水入口８１及び冷却水出口８２が接続されている。そして、冷却水入口８１から冷却通路８３に冷却水が注入され、注入された冷却水が冷却通路８３を通った後、冷却水出口８２から出されることで、アダプタ８及びその内部に配置されたノズル５１が冷却される。この冷却により、ノズル先端面５２は例えば１１０℃程度に冷却される。なお、本実施形態では、冷却水によりノズル５１を冷却しているが、冷気によりノズル５１を冷却しても良い。

図２に示すように、ノズル先端面５２には、ノズル先端面５２に付着した尿素液滴をノズル先端面５２の面外に案内するための、棒状の液体案内部５４が設けられている。詳しくは、液体案内部５４の一端５４ａ（根本）が、ノズル先端面５２のうち尿素液滴が溜まりやすい箇所において溶接等で固定されており、その一端５４ａから排気管中に真っ直ぐに伸びて、他端５４ｂ（先端）が排気管中で非固定（自由端）の状態になっている。このように、液体案内部５４は、ノズル先端面５２の外周縁よりも内側においてノズル先端面５２に支持されている。ノズル先端面５２の尿素液滴が溜まりやすい箇所は、ノズル５１のタイプによっても変わってくるが、例えば、噴孔５３から半径２ｍｍ以内（図３参照）とすることができる。この場合には、一端５４ａは、ノズル先端面５２の噴孔５３付近（噴孔５３から半径２ｍｍ以内）に接続される。

本実施形態では、液体案内部５４は、噴孔５３の個数分、つまり３個設けられている。ただし、液体案内部５４は、噴孔５３の個数以外の個数分、設けられたとしても良い。各液体案内部５４は、各噴孔５３の周囲（例えば噴孔５３から半径２ｍｍ以内）に固定されている。また、各液体案内部５４は、各噴孔５３から噴射される尿素水噴霧の進路を妨害しない位置に配置されている。なお、図２には、一つの噴孔５３からの尿素水噴霧５５のみを図示し、他の噴孔５３からの尿素水噴霧の図示を省略している。

尿素水噴霧５５の進路を妨害しないようにするために、液体案内部５４（一端５４ａ）は、ノズル先端面５２のうち、ノズル先端面５２の中心５２１を中心とした噴孔５３（噴孔５３の中心）を通る円の外側に固定される。本実施形態では、３つの噴孔５３は、中心５２１を中心とした単一の同心円上に形成されているので、３つの液体案内部５４はその同心円の外側に固定される。これによって、各液体案内部５４の直近の噴孔５３からの尿素水噴霧だけでなく、他の噴孔５３からの尿素水噴霧に対しても、尿素水噴霧の形状に影響を与えてしまうのを抑制できる。なお、同心円の内側に尿素液滴が溜まりやすい場合には、同心円の内側に液体案内部５４を固定しても良い。

また、図２の左側の液体案内部５４は、ノズル先端面５２から離れるほど、尿素水噴霧５５の噴射方向中心線５６に対する径方向Ｒ１（図２参照）の外側に広がるように、つまり噴射方向中心線５６から遠ざかるように、設けられる。同様に、図２の右側の液体案内部５４は、ノズル先端面５２から離れるほど、右側の噴孔５３から噴射された尿素水噴霧（図示外）の噴射方向中心線に対する径方向の外側に広がるように、設けられる。同様に、図２の真ん中の液体案内部５４は、ノズル先端面５２から離れるほど、真ん中の噴孔５３から噴射された尿素水噴霧（図示外）の噴射方向中心線に対する径方向の外側に広がるように、設けられる。このように、各液体案内部５４は、重力方向を下向きとして、ノズル先端面５２から斜め下方向（重力方向を有する方向）に伸びるように、設けられる。なお、図２では、各液体案内部５４は、ノズル先端面５２から離れるほど、ノズル５１の中心軸線Ｌ１に対する径方向Ｒ２の外側に広がるように、設けられているとも言える。

さらに、ＳＣＲＦ７の周期的な再生処理によって、液体案内部５４の先端５４ｂ付近における排気温は、周期的に３５０℃以上、より好ましくは４００℃以上に上昇する。つまり、液体案内部５４は、先端５４ｂ付近が３５０℃以上、より好ましくは４００℃以上に上昇する位置まで伸びている。ここで、図４は、再生処理時におけるアダプタ８の凹部８４付近の排気温を等高線で示している。なお、図４では、左から右に排気ガスが流れている例を示している。図４に示すように、ノズル先端面５２は冷却されているので、ノズル先端面５２付近の排気温は２００℃以下となっているのに対し、液体案内部５４の先端５４ｂ付近では４００℃を超えている。なお、図４では、液体案内部５４の先端５４ｂが凹部８４内に位置した例を示しているが、凹部８４の外側に位置しても良い。この場合には、より一層、先端５４ｂ付近を高温にでき、先端５４ｂ付近まで案内された尿素由来析出物（シアヌル酸、アンメリド、アンメリン、メラミンなど）を分解しやすくできる。

液体案内部５４の径が小さいほど、排気ガスの熱をノズル先端面５２に伝えにくくすることができる。ただし、径が小さすぎると、液体案内部５４の強度が弱くなる。よって、液体案内部５４の径は、排気ガスによる熱伝達と、強度とを考慮して適宜に定めることができる。また、液体案内部５４の断面形状は、円形、四角形などどのような断面形状であっても良い。

また、排気浄化システム１００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５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５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５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５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５で噴射させる。

以上が排気浄化システム１００の構成である。次に、排気浄化システム１００の作用効果を説明する。添加弁５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５に噴射させる。添加弁５から噴射された尿素水は、スパイラルミキサー６内で排気ガス中に分散して、ＳＣＲＦ７に到達する。なお、尿素水は、ＳＣＲＦ７の内部で又はＳＣＲＦ７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、ＳＣＲＦ７にて、アンモニアとＮＯｘとが反応して、ＮＯｘが還元浄化される。

また、噴孔５３から噴射された尿素水の一部が直接横方向に流れたり、添加弁５の閉弁時に噴孔５３から尿素水がしみ出たり、一旦噴射された尿素水の微小液滴が気流によってノズル先端面５２に舞い戻ってきたりするなどで、ノズル先端面５２の噴孔５３付近には尿素液滴が付着する。本発明では、噴孔５３付近に棒状の液体案内部５４が配置されており、その液体案内部５４は重力方向の成分を有する方向（斜め下方向）に伸びているので、噴孔５３付近に付着した尿素液滴は、重力によって液体案内部５４の先端５４ｂ側に案内される。よって、ノズル先端面５２での尿素液滴の付着量を低減できる。

先端５４ｂ側に案内された尿素液滴は、排気管３中に落ちるか、排気ガスの主流に晒されることで、液体案内部５４上で固体尿素として析出する。その固体尿素は、高温の排気ガスに晒されることで、シアヌル酸、アンメリド、アンメリン、メラミンなどの尿素由来析出物に変形（樹脂化）する。樹脂化した尿素由来析出物は４００℃以上で完全に分解するが、先端５４ｂ付近は、ＳＣＲＦ７の周期的な再生処理により周期的に４００℃以上に上昇するので、先端５４ｂ付近で析出した尿素由来析出物を完全に分解できる。よって、液体案内部５４に一定以上の量の尿素由来析出物が溜まるのを抑制でき、その尿素由来析出物がノズル先端面５２まで及んでしまうのを抑制できる。このように、本発明では、ノズル先端面５２に尿素由来析出物が堆積するのを抑制でき、その結果、噴霧形状に影響を及ぼしたり、噴霧の貫徹を阻害したりするといった不具合を抑制できる。

なお、先端５４ｂ付近が４００℃に至らないものの３５０℃程度に上昇する場合であっても、ある程度は尿素由来析出物を分解できるので、ノズル先端面５２に尿素由来析出物が堆積するのを抑制できる。

また、液体案内部５４は、噴孔５３が配置された同心円の外側、かつ、ノズル先端面５２から離れるほど、噴射方向中心線に対する径方向の外側に広がるように配置されるので、噴霧の進路を妨害するのを抑制でき、噴霧形状が変化してしまうのを抑制できる。また、液体案内部５４は、ノズル先端面５２に接触しているので、ノズル先端面５２に付着した液滴を液体案内部５４上に案内しやすくできる。さらに、液体案内部５４は、ノズル先端面５２に支持されているので、簡易な構成で液体案内部５４を支持することができる。

また、液体案内部５４は棒状に形成されているので、他の形状（例えば平板状）に形成された場合に比べて、排気ガスに晒される面積を小さくでき、その結果、液体案内部５４を介して排気ガスの熱がノズル先端面５２に伝わるのを抑制できる。これにより、ノズル５１の温度上昇を抑制でき、温度上昇による添加弁５の不具合（例えば、添加弁５内の尿素水の特性が変化してしまう不具合など）を抑制できる。また、ノズル先端面５２は、凹部８４に配置されているので、ノズル先端面５２を排気ガスの主流から遠ざけることができ、ノズル５１の温度上昇をより一層抑制できる。

また、液体案内部５４は、噴孔５３付近（噴孔５３から半径２ｍｍ以内）に固定されるので、噴孔５３からしみ出た尿素液滴や、噴孔５３から直接横方向に流れた尿素液滴を迅速にノズル先端面５２から除去できる。

これに対して、液体案内部５４が設けられていないとすると、ノズル先端面５２に付着した尿素液滴は表面張力によりノズル先端面５２に留まってしまい、それが樹脂化することで、噴霧形状に影響を及ぼしたり、噴霧の貫徹を阻害したりするといった不具合が発生する。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態を上記実施形態と異なる部分を中心に説明する。図５は、本実施形態の排気浄化システム１０１の側面断面図を示している。図５において図１の構成と同様の構成には同一の符号を付している。排気浄化システム１０１は、ディーゼルパティキュレートフィルタ１１（以下、ＤＰＦという）、ＳＣＲ触媒１２及び添加弁１３が第１実施形態と異なっており、それ以外の構成は第１実施形態と同様である。

酸化触媒４の下流の排気管３には、ＤＰＦ１１が設けられている。そのＤＰＦ１１は、排気ガス中のＰＭを捕集するフィルタである。ＤＰＦ１１は、例えば、コーディエライト等の耐熱性セラミックスをハニカム構造に成形して、ガス流路となる多数のセルを入口側または出口側が互い違いとなるように目封じして構成される。エンジン２から排出された排気ガスは、ＤＰＦ１１の多孔性の隔壁を通過しながら下流へ流れ、その間に排気ガスに含まれるＰＭが捕集されて次第に堆積する。また、ＤＰＦ１１に捕集されたＰＭを燃焼除去してＤＰＦ１１を再生させるために、酸化触媒４による排気ガスの昇温処理（再生処理）が周期的に行われる。

そのＤＰＦ１１の下流の排気管３には、本発明の液体添加装置としての添加弁１３、スパイラルミキサー６がこの順に配置されている。添加弁１３の詳細は後述する。さらに、スパイラルミキサー３の下流の排気管３には、ＤＰＦ機能を有しない通常のＳＣＲ触媒１２が配置されている。そのＳＣＲ触媒１２は、ＤＰＦ機能を有しない点以外は、図１のＳＣＲＦ７と同様である。すなわち、ＳＣＲ触媒１２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（上記式１、式２、式３）を起こさせて、ＮＯｘを水や窒素に分解する。なお、ＳＣＲ触媒１２が本発明のＮＯｘ選択還元触媒に相当する。

添加弁１３は、重力方向に直角な方向、すなわち横方向に配置されている。排気管３は、重力方向に直角な方向（横方向）に法線を有する壁部３２を有する。添加弁１３は、その壁部３２において、第１実施形態と同様のアダプタ８（図１参照）を介して横方向に取り付けられている。添加弁１３は、横方向に、つまり、スパイラルミキサー６の方向に、尿素水を添加する。なお、添加弁１３は、重力方向を下方向として斜め下方向に向くように配置されたとしても良い。添加弁１３は、後述する液体案内部以外は、図１の添加弁５と同様の構造を有する。

ここで、図６は、添加弁１３のノズル先端面付近の拡大図を示している。添加弁１３が横方向に配置されることにより、添加弁１３のノズル先端面１４は、重力方向に直角な方向に向いている。そのノズル先端面１４には、３つの噴孔１５が形成されている。これら噴孔１５は、中心１４１からの距離が噴孔１５間で同じ距離となる位置に配置されても良いし、異なる距離となる位置に配置されても良い。図６では、中心１４１よりも上側に１つの噴孔１５が、下側に２つの噴孔１５が配置された例を示している。なお、ノズル先端面１４が本発明の噴孔形成面に相当する。

また、ノズル先端面１４には棒状の液体案内部１６が配置されている。図６では、各噴孔１５の周囲に１つずつ、計３つの液体案内部１６が配置されている。なお、液体案内部１６は３つ以外の個数であっても良い。

液体案内部１６の一端１６ａは、ノズル先端面１４のうち尿素液滴が溜まりやすい位置に溶接等で固定されている。詳しくは、第１の液体案内部１６１は、上側の噴孔１５の周囲のうち、その噴孔１５よりも下側（ノズル先端面１４の中心側）の位置に固定されている。言い換えると、第１の液体案内部１６１は、中心１４１を中心とした、上側の噴孔１５を通る円の内側に固定されている。第２、第３の液体案内部１６２、１６３は、それぞれ、下側の噴孔１５の周囲のうち、その噴孔１５よりも下側（ノズル先端面１４の外周縁側）の位置に固定されている。言い換えると、第２、第３の液体案内部１６２、１６３は、中心１４１を中心とした、下側の噴孔１５を通る円の外側に固定されている。

また、各液体案内部１６は、重力方向を下方向として、ノズル先端面１４から排気管３中に斜め下方向に伸びるように設けられる。つまり、各液体案内部１６は、重力方向の成分を有する方向、且つ、ノズル先端面１４から離れるほど各噴孔１５の噴射方向中心線に対する径方向の外側に広がるように、伸びている。また、各液体案内部１６は、先端１６ｂ付近が周期的に４００℃以上に上昇する位置まで伸びている。なお、本実施形態では、ＤＰＦ１１で再生が行われた後の排気ガス（ＤＰＦ１１から流出後の排気ガス）により、先端１６ｂ付近が４００℃以上に上昇するのに対し、第１実施形態では、ＳＣＲＦ７で再生が行われる前の排気ガス（ＳＣＲＦ７に流入する前の排気ガス）により先端５４ｂ付近が４００℃以上に上昇する。

本実施形態の作用効果を説明すると、ノズル先端面１４の各噴孔１５付近には棒状の液体案内部１６が設けられているので、第１実施形態と同様の効果が得られる。すなわち、噴孔１５付近に付着した尿素液滴は、重力によって液体案内部１６の先端１６ｂ側に案内され、周期的な排気温の上昇により分解除去される。よって、ノズル先端面１４での尿素液滴の付着及び尿素由来析出物の堆積を低減でき、噴霧形状に影響を及ぼしたり、噴霧の貫徹を阻害したりするといった不具合を抑制できる。

また、各液体案内部１６は、各噴孔１５の下側に固定されているので、各噴孔１５から噴射された尿素液滴が液体案内部１６に当たってしまうのを抑制できる。また、ノズル先端面１４に付着した尿素液滴は、重力によって、各噴孔１５の下側に溜まりやすいと考えられる。この点、各液体案内部１６は各噴孔１５の下側に配置されているので、ノズル先端面１４に付着した尿素液滴を効率的に液体案内部１６に案内できる。

なお、重力によって、上側の噴孔１５周囲よりも、下側の噴孔１５周囲の方が尿素液滴が溜まりやすい場合には、第１の液体案内部１６１を省略しても良い。これによって、構成を簡素にできる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態を上記実施形態と異なる部分を中心に説明する。図７は、本実施形態の排気浄化システム１０２の側面断面図を示している。図７において図１の構成と同様の構成には同一の符号を付している。排気浄化システム１０２は、液体案内部が第１実施形態と異なっており、それ以外は第１実施形態と同様である。

図７に示すように、添加弁５の位置に、液体案内部付き支持部材２０が設けられている。図８は、この支持部材２０の斜視図を示している。支持部材２０は、排気管３の開口３１にはめ込まれる形で設けられる。詳しくは、支持部材２０には、開口３１にはめ込まれる円筒部２１が形成されている。図７に示すように、アダプタ８は、凹部８４の側壁を構成するとともに、開口３１にはめ込まれる側壁部８８を有する。円筒部２１は、その側壁部８８と開口３１の内面の間に挟み込まれる形で設けられる。

円筒部２１の一方の筒縁部には、円筒部２１の径方向外側に張り出した第１リング状部２２が接続されている。その第１リング状部２２は、円筒部２１の周方向全周と接続している。図７に示すように、第１リング状部２２は、アダプタ８のフランジ部８５と排気管３の外面の間に挟み込まれる形で設けられる。上記のように円筒部２１及び第１リング状部２２が設けられることで、支持部材２０は開口３１から抜けないように固定されている。

また、円筒部２１の第１リング状部２２が接続された反対側の筒縁部には、円筒部２１の径方向内側（円筒部２１の軸線Ｌ２側）に張り出した第２リング状部２３が接続されている。その第２リング状部２３は、円筒部２１の周方向全周と接続している。第２リング状部２３は、側壁部８８の先端面８８１（図７参照）に重なる形で設けられる。

また、第２リング状部２３は、凹部８４の開口と略同じ大きさに形成された円形の開口を形成する内周縁２３１を有する。その内周縁２３１には、Ｖ字に形成された棒状部２４が接続されている。その棒状部２４は、内周縁２３１の周方向に等間隔となるように３つ設けられている。各棒状部２４は、一端が内周縁２３１に接続して、その一端から軸線Ｌ２側の斜め下方向に伸びた支持用棒状部２５を有する。さらに、棒状部２４は、支持用棒状部２５の先端に接続して、その接続部２６ａからノズル先端面５２の方向（斜め上方向）に伸びた案内棒状部２６（液体案内部）を有する。なお、支持部材２０の案内棒状部２６以外の構成２１、２２、２３、２５が本発明の支持部材に相当する。

各案内棒状部２６は、ノズル先端面５２の近傍まで伸びている。すなわち、案内棒状部２６の接続部２６ａと反対側の端部２６ｂ（以下ノズル側端部という）は、ノズル先端面５２に接触しておらず、ノズル先端面５２に付着する液滴の大きさ程度の隙間（例えば１ｍｍ未満）を形成する位置に配置される。なお、ノズル側端部２６ｂはノズル先端面５２に非固定の状態で接触していても良い。

また、各ノズル側端部２６ｂは、ノズル先端面５２の尿素液滴が溜まりやすい位置の近傍に配置され、又はその位置に接触している。具体的には、例えば、各ノズル側端部２６ｂをノズル先端面５２に投影したときの位置は、図２の端部５４ａと同様の位置に定められる。すなわち、各ノズル側端部２６ｂは、ノズル先端面５２の面内方向における、３つの噴孔５３が配置される同心円の外側、且つ、各噴孔５３付近（噴孔５３から半径２ｍｍ以内）の位置に配置される。なお、図８では、案内棒状部２６は、噴孔５３の個数に合わせて３つ設けられているが、３つ以外の個数設けられたとしても良い。

また、各案内棒状部２６は、図２の液体案内部５４と同様の方向及び長さに伸びている。すなわち、案内棒状部２６は、重力方向を下方向として、ノズル先端面５２近傍から排気管３中に斜め下方向（重力方向の成分を有する方向）に、且つ、ノズル先端面５２から離れるほど各噴孔５３の噴射方向中心線に対する径方向の外側に広がるように、伸びている。さらに、案内棒状部２６は、先端２６ａ付近が周期的に４００℃以上に上昇する位置まで伸びている。

支持部材２０の各部２１〜２６は、例えば１枚の平板をプレス加工することで形成される。

本実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果が得られることに加えて、案内棒状部２６がノズル先端面５２に接触していないので、排気ガスの熱が案内棒状部２６を介してノズル先端面５２に伝わるのをより一層抑制できる。また、案内棒状部２６のノズル側端部２６ｂをノズル先端面５２の近傍に設ける場合、ノズル側端部２６ｂとノズル先端面５２の隙間を、ノズル先端面５２に付着する尿素液滴の大きさ程度としているので、その尿素液滴を案内棒状部２６に伝えることができる。また、案内棒状部２６は、添加弁５（ノズル先端面５２）以外の部材に支持され、具体的には、支持部材２０を介して開口３１の外側の排気管３に支持されるので、添加弁５の構成を従来から変更しなくても案内棒状部２６を設置できる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるわけではなく、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、還元剤として尿素水を用いる尿素ＳＣＲシステムに本発明を適用した例を説明したが、燃料（ＨＣ）を還元剤とするＨＣ−ＳＣＲのシステムに本発明を適用しても良い。この場合には、添加弁は、還元剤として燃料（ＨＣ）を添加する。これによれば、ノズル先端面での燃料付着量及び燃料由来の析出物の堆積を抑制できる。

また、上記実施形態では、ＳＣＲＦ又はＳＣＲ触媒に供給する還元剤を添加する添加弁に本発明を適用した例を説明したが、その還元剤以外の液体を添加する添加弁に本発明を適用しても良い。具体的には例えば、酸化触媒４を昇温させるために酸化触媒４の上流の排気管３中に燃料を噴射する排気燃料インジェクタに本発明を適用しても良い。これによれば、排気燃料インジェクタのノズル先端面での燃料付着量及び燃料由来の析出物の堆積を抑制できる。

また、第３実施形態では、支持用棒状部２５は案内棒状部２６の先端２６ａに接続することで、案内棒状部２６を先端位置で支持していたが、先端以外の位置で案内棒状部２６を支持しても良い。また、ガソリンエンジンの排気浄化システムに本発明を適用しても良い。

また、上記実施形態では、ノズル先端面は平面状となっていたが、円錐状、球面状であっても良い。この場合には、円錐状又は球面状のノズル先端面の中心に尿素液滴が溜まりやすいので、その中心に液体案内部を設けるのが好ましい。

２ ディーゼルエンジン（内燃機関）
３ 排気管
５、１３ 添加弁（液体添加装置）
５３、１５ 噴孔
５２、１４ ノズル先端面（噴孔形成面）
５４、１６、２６ 液体案内部、案内棒状部

Claims (8)

1. 内燃機関（２）の排気管（３）中に液体を噴射する噴孔（５３、１５）が形成された噴孔形成面（５２、１４）と、
   前記噴孔形成面又はその近傍から、重力方向の成分を有する方向且つ前記排気管中に伸びた棒状の液体案内部（５４、１６、２６）と、
   を備えることを特徴とする液体添加装置（５、１３）。
2. 前記液体案内部は、前記噴孔形成面から離れるほど、前記噴孔から噴射される液体の噴射方向中心線（５６）に対する前記噴孔の径方向の外側に広がるように設けられたことを特徴とする請求項１に記載の液体添加装置。
3. 前記液体案内部は、排気温が周期的に３５０℃以上に上昇する前記排気管中の位置まで伸びたことを特徴とする請求項１又は２に記載の液体添加装置。
4. 前記液体案内部（５４、１６）は、一端（５４ａ、１６ａ）が前記噴孔形成面（５２）に固定され、他端（５４ｂ、１６ｂ）が前記排気管中で非固定とされたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の液体添加装置。
5. 前記液体案内部（２６）は、一端（２６ｂ）が前記噴孔形成面（５２）又はその近傍の位置で非固定とされ、前記一端から重力方向の成分を有する方向且つ前記排気管中に伸びており、
   前記液体案内部を支持する支持部材（２１、２２、２３、２５）を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の液体添加装置。
6. 前記噴孔形成面の面内方向における、前記液体案内部の前記噴孔形成面側の端部と前記噴孔との距離が２ｍｍ以内であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の液体添加装置。
7. 前記液体添加装置より下流の前記排気管にはＮＯｘ選択還元触媒（７、１２）が設けられ、
   前記液体は、前記ＮＯｘ選択還元触媒においてＮＯｘを還元させるための還元剤であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の液体添加装置。
8. 前記還元剤は尿素水であることを特徴とする請求項７に記載の液体添加装置。

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