JP2013227940A - 還元剤添加システム - Google Patents

Abstract

【課題】ターボチャージャーのタービン下流でアンモニア系還元剤を添加弁から噴射する還元剤添加システムにおいて、背圧を高めずに排気を均一攪拌でき、尿素水を用いた場合も、その堆積を生じさせることなく、かつ排気管の長大化やポスト噴射をしなくても加水分解が迅速にできる還元剤添加システムの提供。
【解決手段】バイパス路２２を介してタービン上流側の高温高圧の排気が噴出部２４の排気導入室２４ａ内に導入され、噴出口２４ｂから排気管の中心軸Ａｘに対して平行方向でなくかつ交差しない方向に噴出される。このことにより高温高圧の排気は旋回状態で噴出される。このため背圧を高めずに尿素水を含む排気流を均一攪拌でき、固形物の堆積もない。しかも尿素の加水分解反応が促進され排気管の長大化やポスト噴射をしなくても加水分解が迅速にでき、下流のＳＣＲ触媒全体にアンモニアを均一に供給できる。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の排気管においてターボチャージャーのタービンよりも下流に配置した添加弁から排気管内の排気にアンモニア系還元剤を噴射することにより、排気管下流に配置された触媒にアンモニア系還元剤を供給する還元剤添加システムに関する。

内燃機関から排出されるＮＯｘ（窒素酸化物）を還元する窒素酸化物浄化装置として、ＳＣＲ（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｃａｔａｌｙｔｉｃ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）システムが知られている。このＳＣＲシステムでは、尿素水溶液（いわゆる尿素水）やアンモニアガスなどのアンモニア系還元剤を排気管内に噴射する。このことにより、下流に存在する窒素酸化物浄化用触媒において、アンモニアの還元作用により、排気に含まれるＮＯｘを選択的に窒素や水に還元している。尚、排気管内に尿素水を噴射した場合には、高温の排気中で尿素が加水分解することでアンモニアを発生させ、このアンモニアを触媒内での還元に利用している。

このようなアンモニア系還元剤を排気管内に噴射した場合、排気中でその濃度が排気管の径方向で偏っていると、下流の触媒では場所により還元作用に偏りが生じることがあり、このことで浄化効率が低下するおそれがある。またアンモニア系還元剤が噴射される位置から触媒までの距離が近いほど均一分散に必要な距離が確保できず分散性の低下が顕著になる。したがって下流の触媒全体に均一にアンモニア系還元剤を供給するためには、噴射後のアンモニア系還元剤を触媒に到達する前に排気流全体に迅速に均一分散する必要がある。

このようなアンモニア系還元剤の均一分散を行うために、排気管内にミキシング用のフィンやミキシングパイプを配置する技術が提案されている（例えば特許文献１〜４参照）。

特許文献１，２では、尿素水噴射ノズルの下流に、フィンを有するミキシングプレートを設けている。このフィンに排気を衝突させ、かつフィン間の開口を通過させることにより排気の流れを乱し、上流で排気中に噴射された尿素水と排気とを攪拌して尿素水が排気管内に拡散するようにしている。

更に特許文献２ではミキシングプレートに付着した尿素などの堆積状態を、ミキシングプレートの上下流に設けた２つの圧力センサの差圧に基づいて判定している。堆積物が所定量以上ではポスト噴射を実行して排気温を上昇させて堆積物を除去している。

特許文献３では、上流側にフィンと下流側に絞り口を設けたミキシング室を形成し、フィンと絞り口との間でノズルから尿素水を噴射し、排気中への尿素水の拡散・霧化を実行している。

特許文献４では、尿素水を噴射された排気をミキシングパイプを通過させることにより、混合性を高めている。更に排気経路を折り返すことにより、尿素水の噴射位置から触媒までの距離を長く確保し、尿素水からアンモニアが生成されるのに十分な反応時間を確保している。

特開２０１１−２０８５５６号公報（第４〜６頁、図１〜３） 特開２００９−２４６５５号公報（第８〜９頁、図１〜４） 特開２０１０−１９０８２号公報（第５〜７頁、図１） 特開２００８−１９６３２８号公報（第５〜７頁、図１，２）

特許文献１〜４のいずれの技術も、排気経路内にミキシング部材（フィン、パイプ）を配置しているため、圧力損失を生じて内燃機関の背圧を高める。このため内燃機関の燃費悪化の程度が大きい。

更に尿素水をミキシング部材の上流から噴射している特許文献１，２，４では、尿素水中の尿素が固化してミキシング部材に堆積して圧力損失がより悪化するおそれがある。
このために特許文献２ではポスト噴射により排気を高温化して堆積物を除去しているが、燃費の悪化を招く。特許文献４では排気経路を長くして加水分解反応を完了させているが、排気管の長大化のために内燃機関の重量増加を招くと共に、１８０°で２回折り曲げていることにより更に圧力損失が悪化する。

これら特許文献１〜４における問題点は、ターボチャージャーを備えた内燃機関に適用しても同様に生じる。
本発明は、ターボチャージャーのタービン下流でアンモニア系還元剤を添加弁から噴射する還元剤添加システムにおいて、背圧を高めずに排気を均一攪拌でき、尿素水を用いた場合も、その堆積を生じさせることなく、かつ排気管の長大化やポスト噴射をしなくても加水分解が迅速にできる還元剤添加システムの提供を目的とするものである。

以下、上記目的を達成するための手段及びその作用・効果について記載する。
請求項１に記載の還元剤添加システムでは、内燃機関の排気管においてターボチャージャーのタービンよりも下流に配置した添加弁から排気管内の排気にアンモニア系還元剤を噴射することにより、排気管下流に配置された触媒にアンモニア系還元剤を供給する還元剤添加システムであって、前記タービンと前記触媒との間における排気管の内壁に形成した噴出口から、前記タービンより上流側の排気を、排気管の中心軸に対して平行方向でなくかつ交差しない方向に向けて噴出させる排気噴出機構を備えたことを特徴とする。

排気噴出機構は、タービンと触媒との間における排気管の内壁に形成した噴出口から、タービンより上流側の排気を、排気管の中心軸に対して平行方向でなくかつ交差しない方向に向けて噴出させる。タービンより上流側の排気は高温高圧であることから、タービンを通過して低温低圧化した排気に対して勢いよく噴出される。

更にこの高温高圧の排気は、排気管の中心軸に対して平行方向でなく、かつ交差しない方向に向けて噴出されるため、排気流に平行に流れたり、あるいは排気管の内壁に垂直に衝突したりすることがなく、排気管の中心軸に対して捻れる。このことにより排気管の中心軸に対して旋回する排気流を生じる。

この旋回する高温高圧の排気流のために、タービン下流にて噴射されたアンモニア系還元剤は低温低圧の排気中にて攪拌される。このことによりアンモニア系還元剤は、排気管の径方向全域に均一分散する。したがって背圧を高めずに排気を均一に攪拌でき、下流の触媒全体にアンモニア系還元剤を均一に供給できる。

またこのようにアンモニア系還元剤は迅速に排気管内全体に均一分散されるため、添加弁による噴射位置と触媒との距離が近い場合であっても、十分な分散性を確保することができる。

更にアンモニア系還元剤が尿素水であった場合には、ミキシング部材により排気を攪拌しているのではなく、排気管の内壁から噴出する排気により攪拌しているため、堆積が生じる余地がない。しかも高温高圧の排気が低温低圧の排気中に旋回状態で導入されて攪拌されるため、尿素水中の尿素の加水分解反応が促進される。

このようにアンモニア系還元剤として尿素水を用いても、堆積を生じさせることなく、排気管の長大化やポスト噴射をしなくても加水分解が迅速にできる。
請求項２に記載の還元剤添加システムでは、請求項１に記載の還元剤添加システムにおいて、前記噴出口は、前記排気管の中心軸周りに複数設けられ、各噴出口からの排気噴出方向は、前記中心軸周りで同方向とされていることを特徴とする。

このように複数噴出口が設けられている場合には、排気管の中心軸周りで同方向とすることにより、排気中に生じる旋回流を強めることができる。
このことにより背圧を高めずに、アンモニア系還元剤を含む排気を、より均一にかつ高温下に攪拌できる。したがって、アンモニア系還元剤として尿素水を用いても、堆積を生じさせることなく、排気管の長大化やポスト噴射をしなくても加水分解が迅速にできる効果を高めることができる。

請求項３に記載の還元剤添加システムでは、請求項１又は２に記載の還元剤添加システムにおいて、前記アンモニア系還元剤は尿素水であることを特徴とする。
排気管内での排気旋回流は噴出口から噴出される高温高圧の排気が生じさせている。このためアンモニア系還元剤として尿素水を用いた場合にもその堆積が生じることがない。更に高温高圧の排気が旋回流を生じさせて尿素水を排気中に均一分散させることから、尿素の加水分解が促進されて触媒到達までに十分に加水分解してアンモニアに変化させることができる。このためポスト噴射が不要となり、排気管の長大化を招くこともない。

請求項４に記載の還元剤添加システムでは、請求項１〜３のいずれか一項に記載の還元剤添加システムにおいて、前記排気管周りには前記タービンより上流側の排気をバイパス路を介して導入する環状の排気導入室を備え、この排気導入室から前記噴出口に至る排気噴出通路が形成されていると共に、少なくとも前記排気噴出通路の前記噴出口側の方向が前記排気管の中心軸に対して平行方向でなくかつ交差しない方向とされていることを特徴とする。

このように排気噴出通路を形成することによって、噴出口から排気管の中心軸に対して平行方向でなくかつ交差しない方向に向けて高温高圧の排気を噴出させることができる。
請求項５に記載の還元剤添加システムでは、請求項４に記載の還元剤添加システムにおいて、前記バイパス路による前記排気導入室に対する排気の導入方向は、前記噴出口からの排気噴出により生じる前記排気管の中心軸周りにおける旋回と同じ回転方向とされていることを特徴とする。

このようにバイパス路から環状の排気導入室への排気の導入方向についても、噴出口からの排気噴出により生じる旋回と同じ回転方向にすることにより、排気管内に生じさせる旋回流と同方向の排気回転を、予め排気導入室内にて発生させることができる。したがってこの回転状態にある排気を、排気噴出通路を介して噴出口から噴出させると、排気管内での排気旋回が促進される。

このことにより背圧を高めずに、アンモニア系還元剤を含む排気を、より均一に攪拌できる。
請求項６に記載の還元剤添加システムでは、請求項４又は５に記載の還元剤添加システムにおいて、前記排気噴出機構は、前記バイパス路に設けたバルブ、及びこのバルブを制御する制御部を備えたことを特徴とする。

排気噴出機構は、上述したバイパス路、バルブ及び制御部を備える。このことにより必要に応じて制御部がバルブを制御することにより、タービンより上流側の排気を、バイパス路を介して排気噴出機構に導入できる。したがって上述した効果を生じると共に、排気エネルギーを効率的に利用できる。

請求項７に記載の還元剤添加システムでは、請求項６に記載の還元剤添加システムにおいて、前記制御部は、前記添加弁からのアンモニア系還元剤の添加期間に対応して、前記バルブを制御して前記タービンより上流側の排気を噴出させることを特徴とする。

アンモニア系還元剤の添加期間は触媒の状態により異なる。このためアンモニア系還元剤の添加期間に対応して、タービン上流側の排気を排気噴出機構に導入するタイミングを決定する。このことにより不必要に高温高圧の排気をタービン下流に噴出させることがなく、排気エネルギーを効率的に利用できる。

請求項８に記載の還元剤添加システムでは、請求項７に記載の還元剤添加システムにおいて、前記制御部は、前記添加弁によりアンモニア系還元剤として尿素水が添加される領域での排気温が基準温度よりも低温である場合に、前記バルブを制御して前記タービンより上流側の排気を噴出させることを特徴とする。

アンモニア系還元剤として尿素水を添加する場合に、タービン下流の排気温度が低くて尿素の迅速な加水分解が困難となる内燃機関運転状態では、タービン上流より高温高圧の排気を下流側で噴出させないと、尿素が析出して排気管内壁に固化状態で付着したり、触媒での還元作用が十分に行われなくなるおそれがある。

逆にタービン下流の排気温度が十分に高い運転状態では、タービン上流より高温高圧の排気を下流側で噴出させなくても、尿素水の水分気化による激しい膨張や尿素の迅速な加水分解反応により、アンモニアの迅速な生成と排気管内での均一分散とが実現される。

このため尿素水が添加される領域での排気温が基準温度よりも低温である場合に限って、制御部はバルブを制御してタービンより上流側の排気を噴出させる。このことにより必要以上に高温高圧の排気をタービン下流で噴出させることがないので、排気エネルギーをより効率的に利用できる。

実施の形態１の還元剤添加システムの構成図。 （Ａ），（Ｂ）実施の形態１の還元剤添加システムにおける排気噴出機構の噴出部の構成を説明する斜視図と縦断面図。 （Ａ），（Ｂ）実施の形態２の還元剤添加システムにおける排気噴出機構の噴出部の構成を説明する斜視図と縦断面図。 実施の形態３の還元剤添加システムの構成図。 実施の形態３のＥＣＵが実行する排気噴出制御処理のフローチャート。 実施の形態４のＥＣＵが実行する排気噴出制御処理のフローチャート。 （Ａ），（Ｂ）他の実施の形態の還元剤添加システムにおける排気噴出機構の噴出部の構成を説明する縦断面図。 （Ａ），（Ｂ）他の実施の形態の還元剤添加システムにおける排気噴出機構の噴出部の構成を説明する斜視図と縦断面図。

［実施の形態１］
〈実施の形態１の構成〉図１は、上述した発明が適用された還元剤添加システムの構成を表す。還元剤添加システムは、内燃機関、ここではディーゼルエンジン２の排気系に適用されている。ディーゼルエンジン２にはターボチャージャー４が設けられており、吸気管６側の吸気をコンプレッサ４ａにより過給し、インタークーラー８で冷却して、ディーゼルエンジン２の各気筒に供給している。

ディーゼルエンジン２の排気は、上記過給のためにタービン４ｂに回転エネルギーを与える。この後、排気は、タービン４ｂの下流側の排気管１２に、タービン４ｂの上流側に比較して低温低圧化して排出される。

タービン４ｂの下流側の排気管１２には尿素水添加弁１４が配置されている。この尿素水添加弁１４は、その噴射方向を、下流における排気管１２の中心に向けている。このことにより尿素水添加弁１４から噴射された尿素水（尿素水溶液）の液滴は、尿素水添加弁１４より下流の排気管１２内において、その中心軸に沿って流れる。尿素水添加弁１４へはポンプ１６を介して尿素水貯留タンク１８から尿素水が供給されている。

尿素水添加弁１４から排気中に噴射された尿素水の液滴は、排気管１２内を流れる排気中に分散して排気の熱により尿素が加水分解される。このことによりアンモニアが発生する。このアンモニアが還元剤として下流のＳＣＲ触媒２０にてＮＯｘ浄化を行う。

尚、尿素水添加弁１４及びポンプ１６は電子制御回路により駆動が制御される。ここではディーゼルエンジン２の運転状態に応じて駆動が制御されて、ディーゼルエンジン２から排出されるＮＯｘをＳＣＲ触媒２０において尿素水の加水分解により生じるアンモニアにより適切に浄化するようにしている。

排気系においては、タービン４ｂの上流側から下流側へ排気をバイパスするバイパス路２２が設けられている。このバイパス路２２はタービン４ｂ上流側の高温高圧の排気を、これと比較して低温低圧であるタービン４ｂの下流側へ、タービン４ｂを介さずに直接に導入する管路である。バイパス路２２とタービン４ｂの下流側の排気管１２との接続部には、噴出部２４が排気管１２の一部として配置されている。

図２に示すごとく、噴出部２４は、全体がリング状であり、ＳＣＲ触媒２０の上流側において、排気経路の全周を覆うように配置され、噴出部２４の内周側の壁部は排気管１２の内壁の一部を形成している。噴出部２４内部には環状の排気導入室２４ａが形成されており、この排気導入室２４ａに、バイパス路２２を介してタービン上流側の高温高圧の排気が導入される。

噴出部２４の内周面側には、排気導入室２４ａ内の高温高圧の排気を排気経路側に噴出させる噴出口２４ｂが形成されている。この噴出口２４ｂは、等位相間隔（ここでは９０°間隔）で複数、ここでは４つ配置されている。

排気導入室２４ａと噴出口２４ｂとの間は排気噴出通路２４ｃが形成されている。この排気噴出通路２４ｃは、少なくともその噴出口２４ｂ側部分の方向が排気管１２の中心軸Ａｘに対して平行方向でなく、かつ交差しない方向に設定されている。実際には排気噴出通路２４ｃの全長が、排気管１２の中心軸Ａｘに対して平行方向でなく、かつ交差しない方向に設定されている。

このことにより噴出口２４ｂからは、矢線にて示すごとく、高温高圧の排気が、排気管１２の中心軸Ａｘに対して平行方向でなく、かつ交差しない方向に向けて噴出する。すなわち中心軸Ａｘの周りを旋回するような軌道で高温高圧の排気が噴出する。

したがって、前述したごとく尿素水添加弁１４から噴射される尿素水は、高温高圧の排気が旋回している中心軸Ａｘに向かって噴出部２４の上流から流れ込むことになる。
〈実施の形態１の作用〉このような構成により、噴出口２４ｂから低温低圧の排気流内に勢いよく噴出した高温高圧の排気は、排気管１２の中心軸Ａｘに対して平行方向でなく、かつ交差しない方向に向けて噴出する。このためタービン４ｂから下流側の排気管１２を流れてくる低温低圧の排気に対して、その排気流に平行に流れたり、あるいは排気管１２の内壁に垂直に衝突したりすることがなく、中心軸Ａｘ周りに捻れた排気流を生じる。このことにより排気管１２の中心軸Ａｘ周りに一方向に旋回するようにして、タービン４ｂから排出された低温低圧の排気に合流する。

合流位置の低温低圧側の排気には、尿素水添加弁１４から噴射された尿素水が含まれているので、尿素水を含んだ排気は強制的に旋回させられて攪拌される。
このことにより尿素水の液滴は、排気流路径方向全域に均一分散する。したがって背圧を高めずに排気を攪拌できる。

しかもミキシング部材により排気を攪拌しているのではなく、高温高圧の排気により攪拌しているため、ミキシング部材に尿素などが固化状態で付着する余地がない。しかも高温高圧の排気が旋回流を生じさせて尿素水を均一分散させることから、触媒到達までに迅速に加水分解してアンモニアになる。
〈実施の形態１の効果〉
（１）噴出口２４ｂからの高温高圧の排気噴射により、尿素水液滴を含んだ排気が攪拌されるので、背圧を高めずに排気流を均一に攪拌できる。更に尿素水は迅速に排気管１２全体に均一分散されるため、尿素水添加弁１４による噴射位置とＳＣＲ触媒２０とが近距離であったとしても、ＳＣＲ触媒２０に到達するまでに排気中にアンモニアを十分に均一分散できる。

この攪拌は、ミキシング部材による攪拌ではなく排気による攪拌であるので、尿素などの固形物の堆積がミキシング部材に生じることがない。
しかも高温高圧の排気が低温低圧の排気中に導入されて攪拌されるため、尿素水中の尿素の加水分解反応が促進され、排気管１２の長大化やポスト噴射をしなくても加水分解が迅速にでき、下流のＳＣＲ触媒２０全体にアンモニアを均一に供給できる。

このように迅速に尿素が加水分解されるので、排気管１２の内壁にも尿素などの固形物の堆積が生じることがない。
［実施の形態２］
〈実施の形態２の構成〉図３に示すごとく本実施の形態では、噴出部１２４に対するバイパス路１２２の取り付け位置が、その軸方向を、排気管の中心軸Ａｘに向けているのではなく排気管の中心軸Ａｘから離れるようにオフセットされている。このことによりバイパス路１２２から排気導入室１２４ａへの排気の導入方向は、排気導入室１２４ａ内にて排気回転流が生じるようにされている。この排気回転流は、噴出口１２４ｂからの排気噴出により生じる排気管の中心軸Ａｘ周りにおける旋回と同じ回転方向とされている。

すなわち図３の（Ａ）及び（Ｂ）に示す配置では、噴出口１２４ｂからの排気噴出方向は左回りであるが、バイパス路１２２からの排気の導入方向についても、排気管の中心軸Ａｘに対して左回りとされ、バイパス路１２２から排気導入室１２４ａ内に導入された排気は、矢線にて示すごとく排気導入室１２４ａ内で左回転する。

したがって排気が左回転する排気導入室１２４ａから排気噴出通路１２４ｃを介して排気管内に高温高圧の排気が左回りに噴出される。
〈実施の形態２の作用〉このように排気導入室１２４ａには排気管内と同方向の排気回転流が予め発生しているので、この回転状態にある排気を、排気噴出通路１２４ｃを介して噴出口１２４ｂから噴出させると、排気管内での排気の旋回が促進され、より強い旋回状態となる。
〈実施の形態２の効果〉（１）前記実施の形態１の効果を生じるとともに、排気管内での排気旋回が促進されることで、前記実施の形態１の効果を高めることができる。

［実施の形態３］
〈実施の形態３の構成〉本実施の形態では図４に示すごとくの構成である。ここで制御部としてのＥＣＵ（電子制御ユニット）２３０は、前記実施の形態１と同様に、ディーゼルエンジンの運転状態やその他の情報に基づいて、尿素水添加弁２１４に対する制御と、尿素水貯留タンク２１８から尿素水を尿素水添加弁２１４へ圧送するポンプ２１６に対する制御とを実行している。

更に本実施の形態では、タービンの上流側の排気を下流側の排気管２１２内に導入する排気噴出機構２２６は、前記実施の形態１と同様にバイパス路２２２と噴出部２２４とを備えている。ただしバイパス路２２２には、バイパス路２２２を開閉するバルブ２２２ａと、これを駆動するアクチュエータ２２２ｂとが備えられている。

噴出部２２４における排気導入室２２４ａ、噴出口２２４ｂ及び排気噴出通路２２４ｃの構成は前記実施の形態１と同じである。噴出部２２４へのバイパス路２２２の取り付け位置は、前記実施の形態１のごとくオフセットなしでも良く、前記実施の形態２のごとくオフセット有りでも良い。

アクチュエータ２２２ｂは、ＥＣＵ２３０により制御される。このことにより、図５のフローチャートに示す排気噴出制御処理によるタイミングで、バイパス路２２２と噴出部２２４とを介して排気管２１２内に高温高圧の排気を旋回状態で噴出している。他の構成は前記実施の形態１と同じである。
〈実施の形態３の作用〉図５の処理に基づいて本実施の形態の作用を説明する。図５の処理は短時間周期、例えば１０ｍｓ毎に繰り返し実行される処理である。個々の処理内容に対応するフローチャート中のステップを「Ｓ〜」で表している。

本処理が開始されると、まずＥＣＵ２３０が別途実行している尿素水噴射処理において、尿素水噴射要求が有るか否かを判定する（Ｓ１００）。ここで尿素水噴射要求が無い場合には（Ｓ１００でＮＯ）、バイパス路２２２に設けられているバルブ２２２ａの閉指令をアクチュエータ２２２ｂに出力する（Ｓ１０４）。このことによりアクチュエータ２２２ｂではバルブ２２２ａが直前までに開状態であればバルブ２２２ａを閉じ、既にバルブ２２２ａが閉状態にあればその状態を維持する。したがって噴出部２２４から排気管２１２内部に、タービン上流の高温高圧の排気が噴出されることはない。

一方、尿素水噴射要求が有る場合には（Ｓ１００でＹＥＳ）、すなわちこの要求により尿素水添加弁２１４から尿素水が排気中に噴射される添加期間である場合には、バルブ２２２ａの開指令をアクチュエータ２２２ｂに出力する（Ｓ１０２）。このことによりアクチュエータ２２２ｂでは、バルブ２２２ａが直前までに閉状態であればバルブ２２２ａを開き、既にバルブ２２２ａが開状態にあればその状態を維持する。したがって噴出部２２４から排気管２１２内にタービン上流の高温高圧の排気が旋回状態で噴出される。

このことにより前記実施の形態１にて述べたごとく、高温高圧の排気が、尿素水添加弁２１４から噴射された尿素水の液滴を加熱しつつ旋回により効率的に攪拌する。このことで尿素が迅速に加水分解してアンモニアを生成すると共に、生成したアンモニアが排気管２１２の流路径方向の全域に均一分散し、下流のＳＣＲ触媒２２０全体に対してアンモニアを均一に供給する。
〈実施の形態３の効果〉（１）前記実施の形態１又は２の効果を生じる。これと共に、バイパス路２２２にバルブ２２２ａを備えて、尿素水の添加期間ではタービン上流の高温高圧の排気を噴出し、尿素水の添加期間でなければその排気噴出は停止している。このため不必要に高温高圧の排気をタービン下流側に噴出させることがないので、排気エネルギーを効率的に利用できる。

［実施の形態４］
〈実施の形態４の構成〉本実施の形態では前記実施の形態３の排気噴出制御処理（図５）の代わりに図６に示す排気噴出制御処理を同様な周期で実行する。後述する排気温センサの配置を除いては、他の構成は前記実施の形態３と同じであるので、図４も参照して説明する。
〈実施の形態４の作用〉図６の処理に基づいて本実施の形態の作用を説明する。本処理が開始されると、まず尿素水噴射要求が有るか否かを判定する（Ｓ２００）。この処理は前記図５のステップＳ１００の処理と同じである。ここで尿素水噴射要求が無い場合には（Ｓ２００でＮＯ）、バルブ２２２ａの閉指令をアクチュエータ２２２ｂに出力する（Ｓ２０４）。この処理は前記図５のステップＳ１０４の処理と同じである。このことにより噴出部２２４から排気管２１２内部に、タービン上流の高温高圧の排気が噴出されることはない。

尿素水噴射要求が有る場合には（Ｓ２００でＹＥＳ）、次に排気温が基準温度より低いか否かを判定する（Ｓ２０１）。ここで排気温は、タービンの下流側の排気管２１２における排気温であり、本実施の形態ではタービン下流側の排気管２１２に設けられた排気温センサから検出している。基準温度については、タービンを経てその下流側の排気管２１２へ流れ込む排気の温度が高いことにより、排気噴出機構２２６からの高温高圧の排気の噴出なしに、尿素水添加弁２１４から噴射される尿素水が、下流のＳＣＲ触媒２２０に到達するまでに十分に攪拌されてかつ加水分解される最低限の排気温が設定されている。

ここで実測された排気温が基準温度より低くなければ（Ｓ２０１でＮＯ）、タービンを経てきた排気により、尿素水の水分が気化して激しい膨張が生じると共に、迅速に尿素を加水分解することが可能なことから、バルブ２２２ａの閉指令をアクチュエータ２２２ｂに出力する（Ｓ２０４）。このことにより噴出部２２４から排気管２１２内部にタービン上流の高温高圧の排気が噴出されなくても、尿素水は迅速に加水分解され、アンモニアが均一分散されて下流のＳＣＲ触媒２２０に到達する。

一方、実測された排気温が基準温度より低くければ（Ｓ２０１でＹＥＳ）、タービンを経てきた排気による尿素水の膨張は激しくなく、尿素の加水分解も迅速になされない可能性があることから、バルブ２２２ａの開指令をアクチュエータ２２２ｂに出力する（Ｓ２０２）。このことにより噴出部２２４から排気管２１２内に、タービン上流の高温高圧の排気が旋回状態で噴出される。

したがって尿素水添加弁２１４から尿素水が噴射されている排気管２１２内に高温高圧の排気が高速に旋回状態で流れ込み、噴射された尿素水を加熱しつつ効率的に攪拌する。このことにより尿素水は十分に高温化されて迅速に加水分解反応が生じ、下流のＳＣＲ触媒２２０全体にアンモニアを均一に供給できる。
〈実施の形態４の効果〉（１）前記実施の形態３の効果を生じる。これと共に、タービン経由の排気が高温である場合には（Ｓ２０１でＮＯ）、噴出部２２４からの排気噴出は不要であることから、バルブ２２２ａを閉じて（Ｓ２０４）、不必要に高温高圧の排気をタービン下流側に噴出させていない。このため排気エネルギーの利用が、より効率的なものとなる。

［その他の実施の形態］
・図２，３に示したごとく前記各実施の形態では、噴出部２４，１２４，２２４の内側の壁部に形成した排気噴出通路２４ｃ，１２４ｃ，２２４ｃにおいて、その少なくとも噴出口２４ｂ，１２４ｂ，２２４ｂ側（実際には全体）の方向を、排気管の中心軸Ａｘに対して平行方向でなくかつ交差しない方向として排気管内に旋回流を生じさせていた。この旋回状態を更に強めるために図７のようにしても良い。

図７の（Ａ）では、排気噴出通路３２４ｃにガイドパイプ３２４ｄを嵌合することで、排気導入室３２４ａから噴出する排気を旋回状態に誘導する距離を長くしている。このことにより、より強い旋回を排気管内に形成できる。

図７の（Ｂ）では、排気噴出通路４２４ｃにガイドパイプ４２４ｄを嵌合すると共に、バイパス路４２２については前記図３に示したごとくオフセットしている。このことで、排気導入室４２４ａから噴出する排気の旋回を更に強くすることができる。

・図８の（Ａ），（Ｂ）に示すごとく、排気管の中心軸Ａｘに対して平行方向でなくかつ交差しない方向の他の例として、排気噴出通路５２４ｃの方向を排気上流側に傾けた形状としても良い。このことにより噴出部５２４の噴出口５２４ｂから噴出した高温高圧の排気は、矢線のごとく捻れるように上流側に噴出し、噴出部５２４から上流側に離れた位置に、尿素水を含む低温低圧の排気流に旋回流を生じさせることができる。

これとは逆に排気噴出通路５２４ｃの方向を排気下流側に傾けた形状にすることにより、噴出部５２４から下流側に離れた位置に旋回流を生じさせても良い。
・前記各実施の形態において、タービン上流の排気をタービン下流側の噴出部に導くためのバイパス路を断熱材で被覆しても良い。このことにより、タービン上流の排気をバイパス途中で冷却させることなく噴出させることができ、排気エネルギーの利用効率が一層高まる。

・排気噴出制御処理（図５，６）では、尿素水噴射要求がある場合、すなわち尿素水添加期間のみに限って高温高圧の排気を噴出部２２４から排気管内に噴出させたが、このように尿素水添加期間と排気噴出期間とを完全に同期させるのではなく、尿素水添加期間よりも少し長めに排気噴出期間を設定しても良い。このようにすることにより、尿素水添加期間の最後に噴射された尿素水における尿素の加水分解をより確実なものとすることができる。

・前記実施の形態４の排気噴出制御処理（図６）では、タービン下流の排気温に基づいて、排気噴出有無を判断（Ｓ２０１）していたが、これ以外に、ディーゼルエンジンの負荷によりタービン下流での排気温や排気流状態が変化するので、ディーゼルエンジンの負荷に基づいて排気噴出有無を判断しても良い。

２…ディーゼルエンジン、４…ターボチャージャー、４ａ…コンプレッサ、４ｂ…タービン、６…吸気管、８…インタークーラー、１２…排気管、１４…尿素水添加弁、１６…ポンプ、１８…尿素水貯留タンク、２０…ＳＣＲ触媒、２２…バイパス路、２４…噴出部、２４ａ…排気導入室、２４ｂ…噴出口、２４ｃ…排気噴出通路、１２２…バイパス路、１２４…噴出部、１２４ａ…排気導入室、１２４ｂ…噴出口、１２４ｃ…排気噴出通路、２１２…排気管、２１４…尿素水添加弁、２１６…ポンプ、２１８…尿素水貯留タンク、２２０…ＳＣＲ触媒、２２２…バイパス路、２２２ａ…バルブ、２２２ｂ…アクチュエータ、２２４…噴出部、２２４ａ…排気導入室、２２４ｂ…噴出口、２２４ｃ…排気噴出通路、２２６…排気噴出機構、２３０…ＥＣＵ、３２４ａ…排気導入室、３２４ｃ…排気噴出通路、３２４ｄ…ガイドパイプ、４２２…バイパス路、４２４ａ…排気導入室、４２４ｃ…排気噴出通路、４２４ｄ…ガイドパイプ、５２４…噴出部、５２４ｂ…噴出口、５２４ｃ…排気噴出通路、Ａｘ…排気管の中心軸。

Claims (8)

1. 内燃機関の排気管においてターボチャージャーのタービンよりも下流に配置した添加弁から排気管内の排気にアンモニア系還元剤を噴射することにより、排気管下流に配置された触媒にアンモニア系還元剤を供給する還元剤添加システムであって、
   前記タービンと前記触媒との間における排気管の内壁に形成した噴出口から、前記タービンより上流側の排気を、排気管の中心軸に対して平行方向でなくかつ交差しない方向に向けて噴出させる排気噴出機構を備えたことを特徴とする還元剤添加システム。
2. 請求項１に記載の還元剤添加システムにおいて、前記噴出口は、前記排気管の中心軸周りに複数設けられ、各噴出口からの排気噴出方向は、前記中心軸周りで同方向とされていることを特徴とする還元剤添加システム。
3. 請求項１又は２に記載の還元剤添加システムにおいて、前記アンモニア系還元剤は尿素水であることを特徴とする還元剤添加システム。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の還元剤添加システムにおいて、前記排気管周りには前記タービンより上流側の排気をバイパス路を介して導入する環状の排気導入室を備え、この排気導入室から前記噴出口に至る排気噴出通路が形成されていると共に、少なくとも前記排気噴出通路の前記噴出口側の方向が前記排気管の中心軸に対して平行方向でなくかつ交差しない方向とされていることを特徴とする還元剤添加システム。
5. 請求項４に記載の還元剤添加システムにおいて、前記バイパス路による前記排気導入室に対する排気の導入方向は、前記噴出口からの排気噴出により生じる前記排気管の中心軸周りにおける旋回と同じ回転方向とされていることを特徴とする還元剤添加システム。
6. 請求項４又は５に記載の還元剤添加システムにおいて、前記排気噴出機構は、前記バイパス路に設けたバルブ、及びこのバルブを制御する制御部を備えたことを特徴とする還元剤添加システム。
7. 請求項６に記載の還元剤添加システムにおいて、前記制御部は、前記添加弁からのアンモニア系還元剤の添加期間に対応して、前記バルブを制御して前記タービンより上流側の排気を噴出させることを特徴とする還元剤添加システム。
8. 請求項７に記載の還元剤添加システムにおいて、前記制御部は、前記添加弁によりアンモニア系還元剤として尿素水が添加される領域での排気温が基準温度よりも低温である場合に、前記バルブを制御して前記タービンより上流側の排気を噴出させることを特徴とする還元剤添加システム。