CN102016253A - 内燃机的催化装置及排气净化系统 - Google Patents

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Abstract

本发明的课题是提供一种在将配备有具有氧化功能的催化剂的催化装置设置在内燃机的排气通路中的情况下，能够更有效地使排气升温的技术。在本发明中，设置在内燃机的排气通路(1)中、在使排气升温时从上游侧供应还原剂的催化装置(6)，至少包括具有氧化功能的第一及第二催化剂(4、5)。并且，第一催化剂(4)以排气在外周面与排气通路的内周面之间流动的方式形成。另外，第二催化剂(5)在比第一催化剂(4)更靠下游侧与该第一催化剂(4)隔开规定宽度(Ws)的空间(10)配置。

Description

内燃机的催化装置及排气净化系统
技术领域
本发明涉及内燃机的催化装置及排气净化系统。
背景技术
在内燃机的排气通路中设置有配备了具有氧化功能的催化剂的催化装置。当向该催化装置供应还原剂时，利用通过还原剂氧化产生的氧化热，可以使排气升温。
例如，在由吸留还原型NOX催化剂(下面称为NOX催化剂)、颗粒物过滤器(下面称为过滤器)等构成的排气净化装置的上游侧的排气通路中设置催化装置的情况下，在使排气净化装置的功能恢复等时，通过如上所述地向催化装置供应还原剂并使排气升温，可以使排气净化装置升温。
在特开2005-127257号公报中，记载了在比排气通路的NOX催化剂更靠上游侧，设置将被供应的燃料改性的改性催化剂的技术。并且，在该特开2005-127257号公报中，揭示了将改性催化剂配置在排气通路的中央部、在该改性催化剂的外周形成排气流动的迂回路径的技术。
在特开2004-162611号公报中，揭示了一种通过从上游侧向下游侧多级地配置每单位面积的单元(cell)数不同的多个催化剂，形成设置在比排气通路中的过滤器更靠上游侧的氧化催化剂的技术。
另外，在特开平6-106068号公报、特开2003-120264号公报、特开2006-161629号公报以及特表平9-504349号公报中，也揭示了有关设置在内燃机的排气通路中的氧化催化剂的结构或配置的技术。
发明内容
本发明的目的是提供一种在将配备了具有氧化功能的催化剂的催化装置设置于内燃机的排气通路中的情况下、能够更有效地使排气升温的技术。
在本发明中，催化装置设置在内燃机的排气通路中，在使排气升温时从上游侧供应还原剂，所述催化装置至少配备有具有氧化功能的第一及第二催化剂。并且，第一催化剂以排气在外周面与排气通路的内周面之间流动的方式形成。另外，第二催化剂在比第一催化剂更靠下游侧与第一催化剂隔开规定宽度的空间地配置。
更详细地说，根据第一个发明的内燃机的催化装置设于内燃机的排气通路中，在使排气升温时从上游侧被供应还原剂，其中，所述催化装置包括：
第一催化剂，所述第一催化剂具有氧化功能，并以排气在外周面与所述排气通路的内周面之间流动的方式形成，
第二催化剂，所述第二催化剂具有氧化功能，在比所述第一催化剂更靠下游侧与所述第一催化剂隔开规定宽度的空间配置，并且，以排气在外周面与所述排气通路的内周面之间流动的方式形成。
在本发明中，第一及第二催化剂以排气在它们的外周面与排气通路的内周面之间流动的方式形成。在这种情况下，与以在排气通路中流动的排气全部在催化剂内流动的方式形成各催化剂的情况相比，各催化剂的与排气流动方向垂直相交的方向的截面面积变小。借此，由于排气在各催化剂内通过时的流通阻力变大，所以，在各催化剂内流动的排气的流量变小。结果，供应给催化剂的还原剂在该催化剂内通过所花费的时间变长。从而，更容易促进在催化剂中的还原剂的改性反应、氧化反应。因此，能够促进排气的升温。
但是，当由于催化剂的与排气流动方向垂直相交的方向的截面面积变小、在该催化剂内流动的排气的流量变得过少时，向该催化剂中的下游侧供应的氧的供应量不足，因此，存在难以促进在催化剂中的下游侧的还原剂的氧化反应的情况。结果，存在着排气的有效升温变得困难、或者不被氧化就被排出到比催化剂更靠下游侧的还原剂的量增加的危险。
在本发明中，将催化剂分成第一催化剂和第二催化剂。借此，可以使第一催化剂在排气的流动方向上的长度较短。因此，可以抑制在第一催化剂中的下游侧氧的供应量不足。
进而，在本发明中，在比第一催化剂更靠下游侧与该第一催化剂隔开规定宽度的空间配置第二催化剂。在本发明中，由于在第一催化剂内流动的排气的流量少，所以，在第一催化剂的外周面与排气通路的内周面之间流动的排气的流量变得比在第一催化剂与第二催化剂之间的空间内流动的排气的流量多。结果，产生从第一催化剂的外周面与排气通路的内周面之间向第一催化剂与第二催化剂之间的空间的排气流。借此，由于在第一催化剂的外周面与排气通路的内周面之间流动的排气流入第二催化剂，所以，氧气被供应给第二催化剂。因此，可以抑制在配置在比第一催化剂更靠下游侧的第二催化剂中氧的供应量也不足。
另外，将在第一催化剂中通过还原剂氧化产生的热量以及在第一催化剂中被改性的还原剂供应给第二催化剂。即，在本发明中，被改性的还原剂以及氧被供应给活性更大的第二催化剂。从而，在第二催化剂中，更加促进还原剂的氧化。
如上所述，根据本发明，可以更加促进催化装置中的还原剂的氧化。因此，可以更有效地使排气升温。
另外，在本发明中，所谓规定宽度，指的是从第一催化剂的外周面与排气通路的内壁面之间通过的排气的至少一部分能够流入第二催化剂的前端部，并且，在第一催化剂中通过还原剂被氧化而产生的热量及在第一催化剂中被改性并从该第一催化剂排出的还原剂不会过分地扩散而是到达第二催化剂的宽度。
在本发明中，第一及第二催化剂的与轴向方向垂直相交的方向的截面面积(下面将该方向的截面面积简单地称为截面面积)可以比排气通路的截面面积小。
借此，排气在第一及第二催化剂的外周面与排气通路的内周面之间流动。
另外，在本发明中，第二催化剂的截面面积可以比第一催化剂的截面面积大。
这样，在第一催化剂的外周面与排气通路的内周面之间通过的排气易于流入第二催化剂。因此，易于将氧气供应给第二催化剂。
另外，包含于在第一催化剂的外周面与排气通路的内周面之间流动的排气中的还原剂或在第一催化剂中未被氧化就被排出的还原剂易于流入第二催化剂。从而，可以抑制还原剂未被氧化就向比催化装置更靠下游侧流出。
进而，在本发明中，如上所述，在从上游侧向催化装置供应还原剂的情况下，在第一催化剂中产生的热量及在第一催化剂中被改性的还原剂被供应给第二催化剂。因此，第二催化剂的温度容易变得比第一催化剂的温度高。在催化剂内，该催化剂的温度变得越高，则排气的流通阻力变得越大。因此，在第一催化剂的截面面积和第二催化剂的截面面积相同的情况下，存在着当通过向催化装置供应还原剂使得第一及第二催化剂升温时，在第二催化剂内的排气的流通阻力变得比第一催化剂内的排气的流通阻力高的危险。
如上所述，通过使第二催化剂的截面面积比第一催化剂的截面面积大，在向催化装置供应还原剂、第一及第二催化剂升温时，可以抑制第二催化剂内的排气的流通阻力过分上升。因此，可以抑制向第二催化剂的下游侧供应氧气变得困难的情况。从而，能够更加促进在第二催化剂中的还原剂的氧化。
在本发明中，第一及第二催化剂各自的截面面积可以从上游侧向下游侧逐渐变大。
在各催化剂中，在供应还原剂时，由于在上游侧还原剂被氧化而产生的热量向下游侧传递，另外，在上游侧被改性的还原剂被供应给下游侧。因此，在各催化剂中，越下游侧其温度越容易变高。从而，在各催化剂的截面面积在轴向方向上恒定的情况下，在向各催化剂供应还原剂时，在各催化剂中，存在着下游侧的排气的流通阻力变得比上游侧的排气的流通阻力高的危险。
如上所述，通过从上游侧向下游侧逐渐加大各催化剂的截面面积，可以抑制在向各催化剂供应还原剂、各催化剂升温时，在各催化剂的下游侧的排气的流通阻力过度上升。因此，可以抑制向各催化剂的下游侧供应氧气变得困难的情况。从而，可以更加促进在各催化剂中的还原剂的氧化。
在本发明中，第二催化剂的各个单元的截面面积，第一催化剂中的各个单元
借此，也和使第二催化剂的截面面积比第一催化剂的截面面积大的情况一样，可以抑制在向催化装置供应还原剂、第一及第二催化剂升温时，第二催化剂内的排气的流通阻力过分上升。因此，可以抑制向第二催化剂的下游侧供应氧气变得困难的情况。从而，能够更加促进在第二催化剂中的还原剂的氧化。
在本发明中，第一催化剂的截面面积可以从上游侧向下游侧逐渐变小。
借此，在第一催化剂中未被氧化就被排出的还原剂容易流入第二催化剂。从而，在第一催化剂中和在第二催化剂中，都可以抑制还原剂不被氧化就向比催化装置更靠下游侧流出。
另外，根据上面所述，在第一催化剂的外周面与排气通路的内周面之间通过的排气容易流入第二催化剂。因此，容易向第二催化剂供应氧气。
根据第二个发明的内燃机的发明的内燃机的排气净化系统，包括：
设置在内燃机的排气通路中的排气净化装置，
设置在所述排气通路中的比所述排气净化装置更靠上游侧的催化装置，
从比该催化装置更靠上游侧向所述催化装置供应还原剂的还原剂供应装置，
所述内燃机的排气净化系统，在使所述排气净化装置升温时，通过从所述还原剂供应装置向所述催化装置供应还原剂，使排气升温，其特征在于，
所述催化装置至少包括具有氧化功能的第一及第二催化剂，
所述第一催化剂以排气在外周面与所述排气通路的内周面之间流动的方式形成，
所述第二催化剂在比该第一催化剂更靠下游侧与该第一催化剂隔开规定宽度的空间配置。
在本发明中，借助在催化装置中由还原剂氧化所产生的热量，排气被升温，借助该排气的热量，排气净化装置升温。
根据本发明，和第一个发明一样，可以更加促进在催化装置中还原剂的氧化。因此，可以更有效地使排气升温。从而，排气净化装置的升温也能够更有效地进行。
另外，在本发明中，所谓规定宽度，和第一个发明一样，也是指在第一催化剂的外周面与排气通路的内壁面之间通过的排气的至少一部分能够流入第二催化剂的前端部，并且，在第一催化剂中由于还原剂氧化而产生的热量及在第一催化剂中被改性且从该第一催化剂排出的还原剂不会过分地扩散，而是到达第二催化剂的宽度。
在本发明中，和第一个发明一样，第一催化剂的截面面积可以比排气通路的截面面积小。
借此，排气在第一催化剂的外周面与排气通路的内周面之间流动。
在本发明中，和第一个发明一样，第二催化剂的截面面积可以比排气通路的截面面积小。
借此，不仅是第一催化剂，在第二催化剂中，催化剂的与排气流动方向垂直相交的方向的截面面积也变小。因此，更容易促进第二催化剂中的还原剂的改性反应、氧化反应。另外，排气在第二催化剂的外周面与排气通路的内周面之间流动。在这种情况下，借助在第二催化剂的外周面与排气通路的内周面之间流动的排气，将在第二催化剂中产生的热量传递给排气净化装置。因此，可以更加促进排气净化装置的升温。
在本发明中，和第一个发明一样，第二催化剂的截面面积可以比第一催化剂的截面面积大。
借此，容易向第二催化剂供应氧气，并且，可以抑制还原剂未被氧化就向比催化装置更靠下游侧流出。另外，可以抑制在通过向催化装置供应还原剂、第一及第二催化剂升温时，第二催化剂内的排气的流通阻力过度上升。
在本发明中，和第一个发明一样，第一及第二催化剂各自的截面面积可以从上游侧向下游侧逐渐变大。
借此，可以抑制在通过向各催化剂供应还原剂、各催化剂升温时，在各催化剂的下游侧中排气的流通阻力过分上升。
在本发明中，也和第一个发明一样，第二催化剂中的各个单元的截面面积可以比第一催化剂中的各个单元的截面面积大。
借此，可以抑制在向催化装置供应还原剂、第一及第二催化剂升温时，第二催化剂内排气的流通阻力过分上升。
在本发明中，和第一个发明一样，可以使第一催化剂的截面面积从上游侧向下游侧逐渐减小。
借此，可以抑制还原剂未被氧化就向比催化装置更靠下游侧流出的情况，并且，容易向第二催化剂供应氧气。
在本发明中，在排气通路中，可以以还原剂供应装置中的还原剂供应口与第一催化剂的上游侧端面对向的方式，将还原剂供应装置和催化装置接近地配置。
借此，可以抑制从还原剂供应装置供应的还原剂在到达第一催化剂的期间内过分地扩散。从而，能够利用更少量的还原剂使排气升温。另外，可以抑制从还原剂供应装置喷射的还原剂在催化装置中未被氧化就向比该催化装置更靠下游侧流出。
在上述结构的情况下，还原剂供应装置可以从还原剂供应口呈扇形或圆锥形喷射还原剂。在这种情况下，可以以在从还原剂供应装置的还原剂供应口喷射还原剂时，第一催化剂的上游侧端面位于形成扇形或圆锥形的还原剂的喷雾中的方式，配置还原剂供应装置和催化装置。
借此，可以将更多从还原剂供应装置喷射的还原剂供应给第一催化剂。
另外，在本发明中，还原剂供应装置也可以设置于与排气通路的轴向方向垂直相交的方向上排气的流量分布不均匀的部分。在这种情况下，在比还原剂供应装置更靠下游侧的排气通路中，更多排气流动的路径，成为从还原剂供应装置供应的还原剂流动的流通路径。
因此，在上述结构的情况下，第一催化剂配置于在与排气通路的轴向方向垂直相交的方向上排气流量多、并且成为从还原剂供应装置供应的还原剂的流通路径的位置。借此，可以抑制从还原剂供应装置供应的还原剂在到达第一催化剂的期间内过分地扩散。
附图说明
图1是表示根据实施例1的内燃机的排气净化系统的概略结构的图示。
图2是表示根据实施例1的催化装置的概略结构的图示。
图3是表示根据实施例1的催化装置的概略结构的图示。图3(a)是表示将导向件设置在第二催化剂的上游侧端面的情况的图示。图3(b)是表示将导向件设置于第一催化剂与第二催化剂之间的排气通路的内周面的情况的图示。图3(c)是表示将导向件设置于第一催化剂的下游侧端面的情况的图示。
图4是表示在实施例1中，在排气通路的曲线部分配置催化装置及燃料添加阀的情况的图示。
图5是表示根据实施例1的变形例的内燃机的排气净化系统的概略结构的图示。
图6是表示根据实施例2的催化装置的概略结构的图示。
图7是表示根据实施例2的变形例的催化装置的概略结构的图示。
图8是根据实施例3的第一及第二催化剂的与轴向方向垂直相交的方向的截面的图示。图8(a)是表示第一催化剂的与轴向方向垂直相交的方向的截面的图示。图8(b)是表示第二催化剂的与轴向方向垂直相交的方向的截面的图示。
图9是表示根据实施例4的催化装置的概略结构的图示。
图10是表示根据实施例1的内燃机的排气净化系统的一部分的概略结构的图示。
具体实施方式
下面，基于附图对于根据本发明的内燃机的催化装置及排气净化系统的具体的实施形式进行说明。
<实施例1>
这里，以将本发明应用于车辆驱动用的柴油发动机的情况为例进行说明。图1是表示根据本实施例的内燃机的排气净化系统的概略结构的图示。在该图1中，箭头表示排气的流动方向。
排气通路1的上游侧端部连接到内燃机上。在该排气通路1中设置过滤器2。在该过滤器2中携带有NOX催化剂3。在本实施例中，过滤器2相当于根据本发明的排气净化装置。另外，在排气通路1中，代替携带NOX催化剂3的过滤器2，也可以只设置NOX催化剂和过滤器中的一个，另外，也可以在排气流动的方向上串列地排列设置NOX催化剂和过滤器。另外，也可以设置NOx催化剂以外的催化剂。
在排气通路1中比过滤器2更靠上游侧，设置由第一及第二催化剂4、5构成的催化装置6。第一及第二催化剂4、5呈圆柱形的形状，是具有在轴向方向上延伸的多个单元的壁流型的氧化催化剂。
第一催化剂4的外径Dc1和第二催化剂5的外径Dc2相同，它们比排气通路1的内径dp小。即，第一催化剂4的截面面积和第二催化剂5的截面面积相同，这些截面面积比排气通路1的截面面积小。通过按照这种方式构成第一及第二催化剂4、5，排气在第一及第二催化剂4、5的外周面与排气通路1的内周面之间流动。另外，第一催化剂4中的各个单元的截面面积与第二催化剂5中的各个单元的截面面积相同。
第二催化剂5在比第一催化剂4更靠下游侧与该第一催化剂4隔开规定宽度Ws的空间10配置。这里，所谓规定宽度Ws指的是这样的宽度，即，采用该宽度，则在第一催化剂4的外周面与排气通路1的内壁面之间通过的排气的至少一部分能够流入第二催化剂5的前端部，并且在从后面描述的燃料添加阀7添加燃料时，该燃料在第一催化剂4中被氧化而产生的热量及在第一催化剂4中被改性且从该第一催化剂4排出的燃料不过度地扩散，而是到达第二催化剂5。该规定宽度Ws比第二催化剂5与过滤器2之间的距离小。
第一及第二催化剂4、5的外径Dc1、Dc2、规定宽度Ws，可以通过实验等预先确定。例如，可以使第一及第二催化剂4、5的外径Dc1、Dc2为排气通路1的内径dp的十分之五～十分之六的值，使规定宽度Ws为第一及第二催化剂4、5的外径Dc1、Dc2～排气通路1的内径dp左右的数值。
另外，第一及第二催化剂4、5并不局限于氧化催化剂，只要是有氧化功能的催化剂即可。另外，第一及第二催化剂4、5的轴线与排气通路1的轴线并不一定平行，只要是排气在各催化剂4、5的外周面与排气通路1的内周面之间流动的话，也可以以各个催化剂4、5的轴线与排气通路1的轴线相交的方式设置各催化剂4、5。另外，对于第一及第二催化剂4、5的形状，也并不局限于圆柱形。另外，催化装置6也可以由3个以上的催化剂构成。
在比催化装置6更靠上游侧的排气通路1中，设置有作为还原剂添加燃料的燃料添加阀7。该燃料添加阀7以喷射燃料的燃料喷射口7a与第一催化剂4的上游侧端面对向的方式靠近第一催化剂4配置。从燃料添加阀7的燃料喷射口7a呈圆锥形喷射燃料(在图1中，斜线部表示燃料的喷雾)。并且，在从燃料喷射口7a喷射燃料的情况下，第一催化剂4的上游侧端面位于形成圆锥形的燃料喷雾中。
另外，在本实施例中，燃料添加阀7相当于根据本发明的还原剂供应装置，燃料喷射口7a相当于根据本发明的还原剂供应口。
在本实施例中，在当使被捕集到过滤器2中的PM氧化并将其除去时、使吸留在NOX催化剂3中的SOX放出并使之还原时等，有必要使过滤器2升温的情况下，进行将流入该过滤器2的排气升温的排气升温控制。
根据本实施例的排气升温控制，通过从燃料添加阀7喷射燃料、将该燃料供应给催化装置6来实现。供应给催化装置6的燃料在第一及第二催化剂4、5中被氧化。利用这时产生的氧化热，使流入过滤器2的排气升温。即，在本实施例中，构成催化装置6的第一及第二催化剂4、5是使排气升温用的催化剂。
如上所述，在本实施例中，第一催化剂4及第二催化剂5的外径Dc1、Dc2比排气通路1的内径dp小。在这种情况下，与第一及第二催化剂4、5的外径Dc1、Dc2与排气通路1的内径dp相同或者在其以上的情况相比，可以减小各催化剂4、5的单元的截面面积。从而，由于当排气通过各催化剂4、5内时的排气的流通阻力变大，所以，在各催化剂4、5内流动的排气的流量变小。因此，在从燃料添加阀7供应燃料时，该燃料通过各催化剂4、5内所花费的时间变长，更容易促进各催化剂4、5中的燃料的改性反应、氧化反应。结果，促进了排气的升温。
另外，在本实施例中，用于使排气升温的催化剂被分成第一催化剂4和第二催化剂5两个。借此，可以使第一催化剂4的轴向方向的长度比较短。因此，由于第一催化剂4内的排气的流量少，所以可以抑制在其下游侧用于将燃料氧化的氧气的供应量不足。
进而，在本实施例中，第二催化剂5在比第一催化剂4更靠下游侧与该第一催化剂隔开规定宽度的空间10配置。借此，在第一催化剂4的外周面与排气通路1的内周面之间流过的排气流入第二催化剂5，向第二催化剂5供应氧气。因此，也可以抑制在第二催化剂5中用于将燃料氧化的氧气的供应量不足。另外，在第一催化剂4中通过燃料被氧化而产生的热量以及在第一催化剂4中被改性的燃料，被供应给第二催化剂5。即，向更加活性化的第二催化剂5中供应被改性的燃料和氧气。因此，在第二催化剂5中，可以更加促进燃料的氧化。
如上所述，根据本实施例，可以更加促进催化装置6中的燃料的氧化。因此，可以更有效地使排气升温。结果，可以利用更少量的燃料更快速地使过滤器2升温。
另外，在本实施例中，排气也在第二催化剂5的外周面与排气通路1的内周面之间流动。从而，利用在第二催化剂5的外周面与排气通路1的内周面之间流动的排气，将在第二催化剂5中燃料被氧化而产生的热量传递给过滤器2。从而，可以更加促进过滤器2的升温。
另外，在本实施例中，以燃料添加阀7中燃料喷射口7a与第一催化剂4的上游侧端面相对向的方式，靠近地配置燃料添加阀7和催化装置6。并且，在从燃料喷射口7a喷射燃料时，第一催化剂4的上游侧端面位于形成圆锥形的燃料的喷雾中。
借此，可以抑制从燃料添加阀7喷射的燃料在到达第一催化剂4的期间内过分地扩散，可以将更多的从燃料添加阀7喷射的燃料供应给第一催化剂4。从而，能够以更少量的燃料使排气升温。另外，可以抑制从燃料添加阀7喷射的燃料在催化装置6中未被氧化就向比该催化装置6更靠下游侧流出。
另外，在本实施例中，在进行排气升温控制的情况下，由于将在第一催化剂4中通过燃料氧化而产生的热量及在第一催化剂4中被改性的燃料供应给第二催化剂5，所以，与第一催化剂4相比，第二催化剂5的温度更容易升高。因此，可以将第二催化剂5作为比第一催化剂4热耐久性更高的催化剂(例如，将采用钯(Pd)的催化剂作为第二催化剂5)。借此，可以更加提高催化装置6的耐久性。
另一方面，也可以将第一催化剂4作为比第二催化剂5低温活性能力高的催化剂(例如，可以将采用铂(Pt)的催化剂作为第一催化剂4)。借此，可以更加促进在第一催化剂4中的燃料的改性及氧化。
另外，越促进在第一催化剂4中的燃料的改性，越容易促进在第二催化剂5中的燃料的氧化。因此，可以将第一催化剂4作为比第二催化剂5改性能力高的催化剂(例如，将采用铑(Rh)的催化剂作为第一催化剂)。借此，可以更迅速地使排气升温。
如上所述，在第一催化剂4和第二催化剂5中，通过利用各自的性能不同并且分别合适的贵金属，能够以更低的成本使催化装置6的性能上升。
另外，也可以将第一催化剂4作为带有电加热器或电热塞等加热装置的催化剂。借此，即使在排气温度低时，也可以促进在催化装置6中的燃料的氧化。另外，由于可以更加减小第一催化剂4，所以，可以减少用于第一催化剂4的贵金属的量。
在本实施例中，如图2所示，也可以将催化装置6的第一催化剂4和第二催化剂5以它们的轴线在排气通路1的径向方向上偏离的方式配置。借此，排气容易流入第二催化剂5。从而，容易向第二催化剂5供应用于将燃料氧化的氧气。另外，在图2中，箭头表示排气的流动方向。
另外，在本实施例中，如图3所示，也可以设置用于将在第一催化剂4的外周面与排气通路1的内周面之间流动的排气导向第二催化剂5的上游侧端面的导向件8。图3(a)表示在第二催化剂5的上游侧端面设置导向件8的情况。图3(b)表示将导向件8设置在第一催化剂4与第二催化剂5之间的排气通路1的内周面的情况。图3(c)表示在第一催化剂4的下游侧端面设置导向件8的情况。在该图3中，箭头表示排气的流动方向。
通过设置这样的导向件8，由于更多的排气流入第二催化剂5，所以，可以向该第二催化剂5更多地供应用于将燃料氧化的氧气。另外，由于包含于在第一催化剂4的外周面与排气通路1的内周面之间流动的排气内的燃料更容易流入第二催化剂5，所以，能够更加抑制在第一催化剂4和在第二催化剂5中燃料未被氧化就向比催化装置6更靠下游侧流出的情况。
在本实施例中，也可以在排气通路1的曲线部分配置催化装置6以及燃料添加阀7。在这种情况下，如图4所示，也可以以第一催化剂4和第二催化剂5的轴线与排气通路1的曲线的切线交叉的方式配置第一催化剂4和第二催化剂5。借此，排气容易流入第一催化剂4与第二催化剂5之间的空间10。即，排气容易流入第二催化剂5的上游侧端面。因此，容易向第二催化剂5供应用于将燃料氧化的氧气。另外，在图4中，箭头表示排气的流动方向。
<变形例>
图5是表示本实施例的变形例的图。在该变形例中，在比过滤器2更靠上游侧的排气通路1中设置有NOX催化剂9。另外，该NOX催化剂9只要是具有排气净化功能的催化剂即可。另外，在图5中，箭头表示排气的流动方向。
如该变形例那样，在将过滤器2及NOX催化剂9配置在排气通路1中的情况下，由于过滤器2比NOX催化剂9更远离内燃机，所以，该过滤器2比NOX催化剂9难以被排气升温。因此，在该变形例的情况下，如图5所示，在比NOX催化剂9更靠下游侧且在比过滤器2更靠上游侧的排气通路1中，设置催化装置6及燃料添加阀7。借此，即使在排气通路1中离内燃机更远的位置处配置过滤器2的情况下，也能够更有效地使过滤器2升温。
<实施例2>
图6是表示根据本实施例的催化装置6的概略结构的图示。在本实施例中，如图6所示，第二催化剂5的外径Dc2比第一催化剂4的外径Dc1大。即，第二催化剂5的截面面积比第一催化剂4的截面面积大。除这一点之外的结构，与实施例1一样。另外，在图6中，箭头表示排气的流动方向。
根据本实施例所述的结构，在第一催化剂4的外周面与排气通路1的内周面之间通过的排气容易流入第二催化剂5。因此，在进行排气升温控制时，能够向第二催化剂5更多地供应用于将燃料氧化的氧气。另外，在进行排气升温控制时，包含于在第一催化剂4的外周面与排气通路1的内周面之间流动的排气中的燃料容易流入第二催化剂5。因此，可以抑制在第一催化剂4中以及在第二催化剂5中燃料未被氧化就向比催化装置6更靠下游侧流出。
另外，如上所述，在进行排气升温控制的情况下，第二催化剂5的温度变得比第一催化剂4的温度高。并且，在催化剂内，该催化剂的温度变得越高，则排气的流通阻力变得越大。因此，在第一催化剂4的外径和第二催化剂5的外径相同的情况下，存在当通过排气升温控制使第一及第二催化剂4、5升温时，第二催化剂5内的排气的流通阻力变得比第一催化剂4内的排气的流通阻力高的危险。
如本实施例那样，通过使第二催化剂5的外径Dc2比第一催化剂4的外径Dc1大，在进行排气升温控制时，可以抑制第二催化剂5内的排气的流通阻力过分上升。因此，可以抑制难以向第二催化剂5的下游侧供应氧气。从而，可以更加促进在第二催化剂5中的燃料的氧化。
<变形例>
图7是表示根据本实施例的变形例的催化装置6的概略结构的图示。在本实施例中，如该图7所示，可以使第一及第二催化剂4、5各自的外径Dc1、Dc2从上游侧向下游侧逐渐变大。另外，在这种情况下，与第一催化剂4的下游侧端部的截面面积相比，第二催化剂5的上游侧端部的截面面积大。
当进行排气升温控制，从比它们更靠上游侧向各催化剂4、5供应燃料时，在各催化剂4、5中的上游侧通过燃料被氧化而产生的热量传递给各催化剂4、5中的下游侧，另外，在各催化剂4、5中的上游侧被改性的燃料被供应给各催化剂4、5的下游侧。因此，在各催化剂4、5中，越靠近下游侧其温度变得越高。从而，在各催化剂4、5的外径Dc1、Dc2在轴向方向上恒定的情况下，在进行排气升温控制时，在各催化剂4、5中，存在着下游侧的排气的流通阻力变得比上游侧的排气的流通阻力高的危险。
因此，通过使各催化剂4、5的外径Dc1、Dc2从上游侧向下游侧逐渐变大，在进行排气升温控制、各催化剂4、5升温时，可以抑制各催化剂4、5中的下游侧的排气的流通阻力过分上升。因此，可以抑制难以向各催化剂4、5中的下游侧供应氧气的情况。从而，可以更加促进在各催化剂4、5中的燃料的氧化。
<实施例3>
图8是表示根据本实施例的第一及第二催化剂4、5的与轴向方向垂直相交的方向的截面的图示。图8(a)表示第一催化剂4的与轴向方向垂直相交的方向的截面。图8(b)表示第二催化剂5的与轴向方向垂直相交的方向的截面。在本实施例中，如图8所示，第一催化剂4的外径Dc1和第二催化剂的外径Dc2相同，并且，第二催化剂5的单元5a的截面面积比第一催化剂4的单元4a的截面面积大。除这一点之外的结构与实施例1相同。
根据本实施例的结构，与如实施例2那样、第二催化剂5的外径Dc2比第一催化剂4的外径Dc1大的情况一样，可以抑制在进行排气升温控制且第一及第二催化剂4、5升温时，第二催化剂5内的排气的流通阻力过分上升。因此，可以抑制难以向第二催化剂5的下游侧供应氧气的情况。从而，可以更加促进在第二催化剂5中的燃料的氧化。
<实施例4>
图9是表示根据本实施例的催化装置6的概略结构的图示。如该图9所示，在本实施例中，第二催化剂5的外径Dc2从上游侧向下游侧逐渐变小。另外，在图9中，箭头表示排气的流动方向。
根据本实施例的结构，在第一催化剂4中未被氧化就被排出的燃料容易流入第二催化剂5，从而，可以抑制在第一催化剂4中和在第二催化剂5中燃料未被氧化就向比催化装置6更靠下游侧流出。另外，在第一催化剂4的外周面与排气通路1的内周面之间通过的排气容易流入第二催化剂5。因此，容易向第二催化剂5供应氧气。从而，可以更加促进在第二催化剂5中的燃料的氧化。
<实施例5>
图10是表示根据本实施例的内燃机的排气净化系统的概略结构的图示。虽然在图10中被省略了，但是，在本实施例中，在比催化装置6更靠下游侧的排气通路1中也设置有和实施例1同样的过滤器2。另外，在本实施例中，催化装置6以及燃料添加阀7各自的结构本身也和实施例1一样。因此，这里，只对与实施例1不同之处进行说明。在图10中，箭头表示排气的流动方向，斜线部表示从燃料添加阀7添加的燃料的喷雾。
在本实施例中，如图10所示，燃料添加阀7配置在排气通路1的曲线部分。并且，在紧靠该曲线部分的下游的排气通路1中的该曲线的外周侧，配置催化装置6的第一及第二催化剂4、5。
在排气通路1的弯曲部分，在排气通路1的径向方向上的排气流量分布不均匀。即，与曲线的内周侧相比，在曲线的外周侧有更多的排气流过。并且，这样，在排气流量分布不均匀的情况下，在比燃料添加阀7更靠下游侧的排气通路1中，更多的排气流过的路径成为从该燃料添加阀7喷射的燃料流过的流通路径。即，如图10所示，从燃料添加阀7喷射的燃料更多地在曲线的外周侧流动。
从而，通过在如图10所示的位置配置燃料添加阀7和第一及第二催化剂4、5，在排气通路1的径向方向上排气的流量多，在当进行排气升温控制时成为从燃料添加阀7喷射的燃料的流通路径的位置，配置第一及第二催化剂4、5。借此，和在图1所示的位置配置燃料添加阀7和第一及第二催化剂4、5的情况一样，可以抑制从燃料添加阀7喷射的燃料在到达第一催化剂4的期间内过分地扩散。因此，能够利用更少量的燃料使排气升温。另外，可以抑制从燃料添加阀7喷射的燃料在催化装置6中未被氧化就向比催化装置6更靠下游侧流出。
另外，在本实施例中，排气通路1的曲线部分相当于和根据本发明的排气通路中与轴向方向垂直相交的方向上的排气的流量分布不均匀的部分。
上面说明的实施例能够在可能的范围内进行组合。
工业上的利用可能性
根据本发明，在内燃机的排气通路中设置配备有具有氧化功能的催化剂的催化装置的情况下，可以更有效地使排气升温。

Claims (17)

1.一种内燃机的催化装置，所述内燃机的催化装置设置在内燃机的排气通路中，在使排气升温时从上游侧被供应还原剂，其中，所述内燃机的催化装置包括：
第一催化剂，所述第一催化剂具有氧化功能，并以排气在外周面与所述排气通路的内周面之间流动的方式形成，
第二催化剂，所述第二催化剂具有氧化功能，与所述第一催化剂隔开规定宽度的空间配置在比所述第一催化剂更靠下游侧，并且，以排气在外周面与所述排气通路的内周面之间流动的方式形成。
2.如权利要求1所述的内燃机的催化装置，其特征在于，所述第一及第二催化剂的与轴向方向垂直相交的方向的截面面积比所述排气通路的与轴向方向垂直相交的方向的截面面积小。
3.如权利要求2所述的内燃机的催化装置，其特征在于，所述第二催化剂的与轴向方向垂直相交的方向的截面面积比所述第一催化剂的与轴向方向垂直相交的方向的截面面积大。
4.如权利要求3所述的内燃机的催化装置，其特征在于，所述第一及第二催化剂各自的与轴向方向垂直相交的方向的截面面积从上游侧向下游侧逐渐变大。
5.如权利要求2至4中任何一项所述的内燃机的催化装置，其特征在于，所述第二催化剂中各个单元的与轴向方向垂直相交的方向的截面面积比所述第一催化剂中各个单元的与轴向方向垂直相交的方向的截面面积大。
6.如权利要求2所述的内燃机的催化装置，其特征在于，所述第一催化剂的与轴向方向垂直相交的方向的截面面积从上游侧向下游侧逐渐变小。
7.一种内燃机的排气净化系统，包括：
设置在内燃机的排气通路中的排气净化装置，
设置在所述排气通路中比所述排气净化装置更靠上游侧的催化装置，
从比所述催化装置更靠上游侧向所述催化装置供应还原剂的还原剂供应装置，
所述内燃机的排气净化系统，在使所述排气净化装置升温时，通过从所述还原剂供应装置向所述催化装置供应还原剂，使排气升温，其特征在于，
所述催化装置至少包括具有氧化功能的第一及第二催化剂，
所述第一催化剂以排气在外周面与所述排气通路的内周面之间流动的方式形成，
所述第二催化剂与所述第一催化剂隔开规定宽度的空间配置在比所述第一催化剂更靠下游侧。
8.如权利要求7所述的内燃机的排气净化系统，其特征在于，所述第一催化剂的与轴向方向垂直相交的方向的截面面积比所述排气通路的与轴向方向垂直相交的方向的截面面积小。
9.如权利要求8所述的内燃机的排气净化系统，其特征在于，所述第二催化剂的与轴向方向垂直相交的方向的截面面积比所述排气通路的与轴向方向垂直相交的方向的截面面积小。
10.如权利要求8或9所述的内燃机的排气净化系统，其特征在于，所述第二催化剂的与轴向方向垂直相交的方向的截面面积比所述第一催化剂的与轴向方向垂直相交的方向的截面面积大。
11.如权利要求10所述的内燃机的排气净化系统，其特征在于，所述第一及第二催化剂各自的与轴向方向垂直相交的方向的截面面积从上游侧向下游侧逐渐变大。
12.如权利要求8至11中任何一项所述的内燃机的排气净化系统，其特征在于，所述第二催化剂中各个单元的与轴向方向垂直相交的方向的截面面积比所述第一催化剂中各个单元的与轴向方向垂直相交的方向的截面面积大。
13.如权利要求8或9所述的内燃机的排气净化系统，其特征在于，所述第一催化剂的与轴向方向垂直相交的方向的截面面积从上游侧向下游侧逐渐变小。
14.如权利要求7至13中任何一项所述的内燃机的排气净化系统，其特征在于，在所述排气通路中，所述还原剂供应装置和所述催化装置以所述还原剂供应装置中的还原剂供应口与所述第一催化剂的上游侧端面对向的方式相互接近地配置。
15.如权利要求14所述的内燃机的排气净化系统，其特征在于，所述还原剂供应装置从所述还原剂供应口以扇形或圆锥形喷射还原剂，
以当从所述还原剂供应装置的还原剂供应口喷射还原剂时、所述第一催化剂的上游侧端面位于形成为扇形或圆锥形的还原剂的喷雾中的方式，配置所述还原剂供应装置和所述催化装置。
16.如权利要求7至13中任何一项所述的内燃机的排气净化系统，其特征在于，所述还原剂供应装置设置于所述排气通路中与轴向方向垂直相交的方向上的排气流量分布不均匀的部分，
所述第一催化剂配置于在与所述排气通路的轴向方向垂直相交的方向上排气流量多、并且成为从所述还原剂供应装置供应的还原剂的流通路径的位置。
17.如权利要求7至16中任何一项所述的内燃机的排气净化系统，其特征在于，所述规定宽度比所述催化装置与所述排气净化装置之间的距离短。
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