JP2001065333A

JP2001065333A - 内燃機関の排気浄化装置

Info

Publication number: JP2001065333A
Application number: JP2000186893A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Ito; 和浩伊藤; Toshiaki Tanaka; 俊明田中
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1999-06-23
Filing date: 2000-06-21
Publication date: 2001-03-13
Anticipated expiration: 2020-06-21
Also published as: JP3552649B2

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、還元剤の存在下で窒素酸化物を浄
化するＮＯ_x触媒を具備した内燃機関の排気浄化装置に
おいて、還元剤添加装置から排気中に添加された還元剤
が排気再循環通路に流入するのを防止しつつ、還元剤を
ＮＯ_x触媒全体に均等に供給することが可能な技術を提
供し、窒素酸化物の効率的な浄化を実現することを課題
とする。【解決手段】本発明に係る排気浄化装置は、内燃機関
の排気通路に設けられ還元剤の存在下で窒素酸化物を浄
化するＮＯ_x触媒と、内燃機関のシリンダヘッドに設け
られ内燃機関の排気通路に向けて還元剤を噴射する還元
剤噴射手段と、ＮＯ_X触媒より上流の排気通路に設けら
れて排気中の還元剤を撹拌する撹拌器とを備え、撹拌器
によって還元剤を微粒子化しつつ排気と均質に混合させ
ることにより、ＮＯ_X触媒の全体に均等に還元剤を供給
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関から排出
される排気に含まれる窒素酸化物（ＮＯ_x）を浄化する
内燃機関の排気浄化装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】自動車などに搭載される内燃機関、特に
ディーゼルエンジンや希薄燃焼式ガソリンエンジンのよ
うに酸化過剰状態の混合気（リーン空燃比の混合気）に
よって運転される内燃機関では、排気中の窒素酸化物
（ＮＯ_x）量を低減させるべく様々な技術が提案されて
いる。排気中の窒素酸化物（ＮＯ_x）量を低減する技術
の１つとしては、例えば、内燃機関の排気系を流れる排
気の一部を吸気系へ再循環させる排気再循環装置（ＥＧ
Ｒ装置：Exhaust Gas Recirculation装置）が知られて
いる。

【０００３】このＥＧＲ装置は、排気中に含まれる水
（Ｈ₂Ｏ）や二酸化炭素（ＣＯ₂）等の不活性ガスを混合
気とともに内燃機関の燃焼室へ導入し、前記した不活性
ガスが持つ非燃焼性及び吸熱性を利用して混合気の最高
燃焼温度を低下させることにより、窒素酸化物（Ｎ
Ｏ_x）の発生を抑制し、以て内燃機関から排出される排
気に含まれる窒素酸化物（ＮＯ_x）量を低減するもので
ある。

【０００４】また、排気中に含まれる窒素酸化物（ＮＯ
_x）量を低減する他の技術としては、選択還元型ＮＯ_x触
媒や吸蔵還元型ＮＯ_x触媒のようなＮＯ_x触媒を内燃機関
の排気系に配置する技術が知られている。これは、前述
したＥＧＲ装置が窒素酸化物（ＮＯ_x）の発生自体を抑
制するのに対し、内燃機関で発生してしまった窒素酸化
物（ＮＯ_x）を大気中に放出する前に浄化するものであ
る。

【０００５】選択還元型ＮＯ_x触媒は、酸素過剰雰囲気
下で炭化水素（ＨＣ）等の還元剤が存在するときに、窒
素酸化物（ＮＯ_x）を還元または分解する触媒である。
この選択還元型ＮＯ_x触媒を用いて窒素酸化物（ＮＯ_x）
を浄化するには適量の還元剤が必要となるが、内燃機関
がリーン空燃比で運転されているときは、排気中の炭化
水素（ＨＣ）の量が極僅かとなるため、内燃機関がリー
ン空燃比で運転されているときに排気中の窒素酸化物
（ＮＯ_x）を浄化するには、選択還元型ＮＯ_x触媒に対し
て還元剤を別途供給する必要がある。

【０００６】吸蔵還元型ＮＯ_x触媒は、該吸蔵還元型Ｎ
Ｏ_x触媒に流入する排気の空燃比がリーン空燃比である
ときは排気中の窒素酸化物（ＮＯ_x）を吸蔵し、該吸蔵
還元型ＮＯ_x触媒に流入する排気の酸素濃度が低下し且
つ炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）等の還元剤が
存在するときは吸蔵していた窒素酸化物（ＮＯ_x）を放
出しつつ窒素（Ｎ₂）に還元する触媒である。この吸蔵
還元型ＮＯ_x触媒が吸蔵可能な窒素酸化物（ＮＯ_x）量に
は限りがあるため、内燃機関がリーン空燃比で長期間運
転されると、吸蔵還元型ＮＯ_x触媒のＮＯ_x吸蔵能力が飽
和し、排気中に含まれる窒素酸化物（ＮＯ_x）が浄化さ
れずに大気中へ放出されることになる。従って、吸蔵還
元型ＮＯ_x触媒を用いて窒素酸化物（ＮＯ_x）の浄化を行
う場合には、吸蔵還元型ＮＯ_x触媒のＮＯ_x吸蔵能力が飽
和する前に、吸蔵還元型ＮＯ_x触媒に流入する排気の空
燃比をリッチ空燃比として排気中の酸素濃度を低下させ
るとともに排気中に含まれる還元剤の量を増加させる必
要がある。

【０００７】そして、内燃機関の排気中に含まれる窒素
酸化物（ＮＯ_x）量を効率的に低減するために、例え
ば、特開平６−７４０２２号公報に記載された「内燃機
関の排気ガス浄化装置」のように、ＥＧＲ装置とＮＯ_x
触媒とを組み合わせる技術も提案されている。

【０００８】前記公報に記載された内燃機関の排気ガス
浄化装置は、内燃機関に連結された排気枝管（排気マニ
ホールド）の一の枝管に還元剤添加装置を取り付けると
ともに他の枝管に排気再循環通路（ＥＧＲパイプ）の排
気取入口を設け、又は、排気枝管（排気マニホールド）
の各枝管にＥＧＲパイプの排気取入口を設けるとともに
全ての枝管の集合部（ＥＧＲパイプの排気取入口より下
流）に還元剤添加装置を取り付けることにより、還元剤
添加装置とＥＧＲパイプの排気取入口との干渉を防止
し、還元剤添加装置から添加された還元剤がＥＧＲパイ
プに進入するのを防止しようとするものである。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記公
報に開示された排気ガス浄化装置では、還元剤添加装置
と排気浄化触媒とが離れて配置されることになるため、
還元剤添加装置から噴射された微粒子状の還元剤は、排
気浄化触媒に到達する過程において相互に衝突及び吸着
し合い、還元剤の粒子が粗大化し易く、還元剤が排気浄
化触媒全体に均等に供給されなくなる虞がある。

【００１０】本発明は上記したような問題点に鑑みてな
されたものであり、還元剤の存在下で排気中の窒素酸化
物（ＮＯ_X）を還元又は分解するＮＯ_x触媒を具備した内
燃機関の排気浄化装置において、還元剤添加装置から排
気中に添加された還元剤が排気再循環通路に流入するの
を防止しつつ、還元剤をＮＯ_x触媒全体に均等に供給す
ることが可能な技術を提供することにより、窒素酸化物
（ＮＯ_X）の効率的な浄化を実現することを目的とす
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記した課題
を解決するために以下のような手段を採用した。すなわ
ち、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関
の排気通路に設けられ、還元剤の存在下で排気中の窒素
酸化物を浄化するＮＯ_x触媒と、前記内燃機関のシリン
ダヘッドに設けられ、前記内燃機関の排気通路に向けて
還元剤を噴射する還元剤噴射手段と、前記ＮＯ_X触媒よ
り上流の排気通路に設けられ、排気中の還元剤を撹拌す
る撹拌器と、を備えることを特徴とする。

【００１２】このように構成された排気浄化装置では、
還元剤噴射手段から噴射された還元剤は、ＮＯ_X触媒上
流において撹拌器によって撹拌される。この場合、還元
剤は、撹拌により微粒子化され、排気と均質に混合する
ことになる。

【００１３】この結果、ＮＯ_X触媒には、還元剤と排気
とが均質に混合したガスが流入することになり、還元剤
及び排気がＮＯ_X触媒の全体に均等に行き渡ることにな
る。つまり、還元剤噴射手段とＮＯ_X触媒とが離れた位
置に配置された場合は、還元剤噴射手段から噴射された
微粒子状の還元剤は、ＮＯ_X触媒に到達する過程で相互
に衝突あるいは吸着し合うことで粗大化し、排気中に偏
在する場合があるが、本発明ではＮＯ_X触媒の直上流に
撹拌器を設けたことにより、排気と還元剤とが均質に混
ざり合ったガスがＮＯ_X触媒に流入することになり、そ
の結果、還元剤は、ＮＯ_X触媒の全体に均等に供給され
るようになる。

【００１４】一方、還元剤噴射手段は、高温の排気に晒
されるため耐久性を向上させる上で適度な冷却が必要で
あるが、本発明に係る排気浄化装置では、還元剤噴射手
段が内燃機関のシリンダヘッドに設けられるため、シリ
ンダヘッド内を循環する機関冷却水を利用して冷却する
ことが可能であり、内燃機関の外部に還元剤噴射手段が
設けられる場合に比して冷却水路の配管等を新たに付加
する必要がない。

【００１５】尚、上記した撹拌器としては、遠心過給の
タービンを例示することができる。その際、還元剤噴射
手段からの還元剤の噴射は、遠心過給機による吸気の過
給圧が所定圧以上となったときに行われることが好まし
い。

【００１６】これは、遠心過給機では排気によって回転
駆動されるタービンの回転力を駆動源とするコンプレッ
サが吸気の過給を行うため、吸気の過給圧が所定圧以上
であるときはコンプレッサ及びタービンの回転数が十分
に高く、還元剤の撹拌が良好に行われることになるから
である。

【００１７】また、還元剤噴射手段から排気中に還元剤
を噴射する場合には、還元剤噴射手段の噴射圧力を排気
の圧力より高くする必要があり、更に排気圧力の変動に
関わらず安定した噴射を行うために還元剤噴射手段の噴
射圧力と排気圧力との差圧を一定に保つことが好まし
い。これに対し、本発明に係る排気浄化装置は、還元剤
噴射手段が排気通路内の圧力に対する還元剤噴射圧力を
調整する調圧機構を具備するようにしてもよい。

【００１８】また、還元剤噴射手段は、内燃機関のシリ
ンダヘッドにおいて撹拌器に最も近い位置に配置される
ことが好ましく、例えば、シリンダヘッドに形成された
複数の排気ポートのうち撹拌器に最も近い位置の排気ポ
ートへ還元剤を噴射するように配置されるようにしても
よい。この場合、還元剤噴射手段から噴射された還元剤
は、排気ポートや排気ポート直下流の排気通路等に滞り
難くなり、速やかに撹拌器へ到達し易くなる。

【００１９】また、本発明において、内燃機関として
は、筒内直接噴射式の希薄燃焼式ガソリンエンジンやデ
ィーゼルエンジンを例示することができる。

【００２０】また、本発明において、ＮＯ_x触媒として
は、選択還元型ＮＯ_x触媒あるいは吸蔵還元型ＮＯ_x触媒
を例示することができる。

【００２１】選択還元型ＮＯ_x触媒は、該選択還元型Ｎ
Ｏ_x触媒に流入する排気が酸素過剰雰囲気であって還元
剤が存在するときに、排気中に含まれる窒素酸化物（Ｎ
Ｏ_x）を還元又は分解する触媒である。このような選択
還元型ＮＯ_x触媒としては、ゼオライトに銅（Ｃｕ）等
の遷移金属がイオン交換されて担持された触媒、ゼオラ
イト又はアルミナに貴金属が担持された触媒、チタニア
とゼオライトからなる担体上にバナジウムが担持された
触媒、等を例示することができる。

【００２２】吸蔵還元型ＮＯ_x触媒は、該吸蔵還元型Ｎ
Ｏ_x触媒に流入する排気の空燃比がリーン空燃比である
ときは排気中に含まれる窒素酸化物（ＮＯ_x）を吸蔵
し、該吸蔵還元型ＮＯ_x触媒に流入する排気の酸素濃度
が低下し且つ還元剤が存在するときは吸蔵していた窒素
酸化物（ＮＯ_x）を放出しつつ還元及び浄化する触媒で
ある。このような吸蔵還元型ＮＯ_x触媒としては、アル
ミナからなる担体上に、カリウム（Ｋ）、ナトリウム
（Ｎａ）、リチウム（Ｌｉ）、セシウム（Ｃｓ）のよう
なアルカリ金属と、バリウム（Ｂａ）、カルシウム（Ｃ
ａ）のようなアルカリ土類と、ランタン（Ｌａ）、イッ
トリウム（Ｙ）のような希土類との中から選ばれた少な
くとも一つと、白金（Ｐｔ）のような貴金属とが担持さ
れた触媒を例示することができる。

【００２３】また、本発明において、還元剤としては、
アンモニア由来の還元剤を採用することもでき、そのよ
うな還元剤としては尿素やカルバミン酸アンモニウムを
例示することができる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る内燃機関の排
気浄化装置の具体的な実施態様について図面に基づいて
説明する。ここでは、本発明に係る排気浄化装置を車両
駆動用のディーゼルエンジンに適用した場合を例に挙げ
て説明する。

【００２５】図１は、本発明に係る排気浄化装置を適用
する内燃機関の概略構成を示す図である。図１に示す内
燃機関１は、４つの気筒２を有する水冷式４気筒ディー
ゼルエンジンである。

【００２６】内燃機関１は、各気筒２の燃焼室に直接燃
料を噴射する燃料噴射弁３を備えている。各燃料噴射弁
３は、図示しない燃料ポンプから供給された燃料を所定
圧まで蓄圧する蓄圧室（コモンレール）４と連通し、コ
モンレール４で蓄圧された燃料が各燃料噴射弁３に印加
されるようになっている。この場合、燃料噴射弁３が開
弁されると、前記所定圧で燃料が噴射される。

【００２７】内燃機関１には、吸気枝管５が接続されて
おり、吸気枝管５の各枝管は、各気筒２の燃焼室と図示
しない吸気ポートを介して連通している。前記吸気枝管
５は、吸気管６に接続され、吸気管６は、エアクリーナ
ボックス７に連通している。前記エアクリーナボックス
７下流の吸気管６には、吸気管６内を流れる吸気の質量
に対応したエアフローメータ８が設けられている。

【００２８】前記吸気枝管５近傍の吸気管６には、該吸
気管６内を流れる吸気の流量を調節する吸気絞り弁９
と、ステッパモータ等で構成され前記吸気絞り弁９を開
閉駆動するアクチュエータ１０とが設けられている。

【００２９】前記エアフローメータ８と前記吸気絞り弁
９との間に位置する吸気管６には、排気の圧力を駆動源
として作動する遠心過給機（ターボチャージャ）１１の
コンプレッサハウジング１１ａが設けられ、コンプレッ
サハウジング１１ａ下流の吸気管６には、前記コンプレ
ッサハウジング１１ａ内で圧縮されて高温となった吸気
を冷却するためのインタークーラ１２が設けられてい
る。

【００３０】このように構成された吸気系では、エアク
リーナボックス７に流入した吸気は、該エアクリーナボ
ックス７内の図示しないエアクリーナによって吸気中の
塵や埃等が除去された後、吸気管６を介してコンプレッ
サハウジング１１ａに流入する。

【００３１】コンプレッサハウジング１１ａに流入した
吸気は、該コンプレッサハウジング１１ａに内装された
コンプレッサホイールの回転によって圧縮される。前記
コンプレッサハウジング１１ａ内で圧縮されて高温とな
った吸気は、インタークーラ１２にて冷却される。

【００３２】インタークーラ１２で冷却された吸気は、
必要に応じて吸気絞り弁９によって流量を調節されて吸
気枝管５に到達する。吸気枝管５に到達した吸気は、各
枝管を介して各気筒２の燃焼室へ分配され、各気筒２の
燃料噴射弁３から噴射された燃料を着火源として燃焼さ
れる。

【００３３】一方、内燃機関１には、排気枝管１３が接
続され、排気枝管１３の各枝管が図示しない排気ポート
を介して各気筒２の燃焼室と連通している。この排気枝
管１３と前記した吸気枝管５とは、排気枝管１３内を流
れる排気の一部を吸気枝管５へ再循環させる排気再循環
通路（ＥＧＲ通路）１７を介して連通されている。

【００３４】前記ＥＧＲ通路１７の途中には、該ＥＧＲ
通路１７内を流れる排気の流量を調節するＥＧＲ弁１８
が設けられている。このＥＧＲ弁１８が開弁されると、
排気枝管１３内を流れる排気の一部がＥＧＲ通路１７を
介して吸気枝管５へ導かれる。吸気枝管５に導かれた排
気は、該吸気枝管５の上流から流れてきた吸気とともに
各気筒２の燃焼室へ分配され、各燃料噴射弁３から噴射
された燃料を着火源として燃焼される。

【００３５】その際、燃焼室では、排気の再循環ガス
（ＥＧＲガス）に含まれる水分（Ｈ₂Ｏ）や二酸化炭素
（ＣＯ₂）等の不活性ガスにより、燃焼温度が低下し、
窒素酸化物（ＮＯ_X）の発生量が抑制される。

【００３６】次に、前記排気枝管１３は、前記遠心過給
機１１のタービンハウジング１１ｂと接続され、前記タ
ービンハウジング１１ｂは、排気管１４と接続されてい
る。前記排気管１４は、下流にて図示しないマフラーに
接続されている。前記排気管１４の途中には、二つの排
気浄化触媒１５、１６が配置されている。これら排気浄
化触媒１５、１６は、還元剤の存在下で窒素酸化物（Ｎ
Ｏ_x）を浄化可能となるＮＯ_x触媒であり、そのようなＮ
Ｏ_x触媒としては、該ＮＯ_x触媒に流入する排気が酸素過
剰雰囲気にあり且つ還元剤が存在するときに排気中の窒
素酸化物（ＮＯ_x）を還元又は分解する選択還元型ＮＯ_x
触媒、又は該ＮＯ_x触媒に流入する排気の空燃比がリー
ン空燃比のときは排気中の窒素酸化物（ＮＯ_x）を吸蔵
し、該ＮＯ_x触媒に流入する排気の酸素濃度が低下し且
つ還元剤が存在するときは吸蔵していた窒素酸化物（Ｎ
Ｏ_x）を放出しつつ還元及び浄化する吸蔵還元型ＮＯ_x触
媒等を例示することできる。ここでは、排気浄化触媒１
５、１６として、ゼオライト・シリカ系の選択還元型Ｎ
Ｏ_x触媒を例に挙げて説明する。尚、以下では、上流側
の排気浄化触媒１５を上流側選択還元型ＮＯ_X触媒１５
と称し、下流側の選択還元型ＮＯ_X触媒１６を下流側選
択還元型ＮＯ_X触媒１６と称する。

【００３７】前記した上流側及び下流側選択還元型ＮＯ
_X触媒１５、１６が排気中の窒素酸化物（ＮＯ_X）を浄化
するには、還元剤の存在が必要である。そこで、本実施
の形態に係る排気浄化装置には、前記上流側及び前記下
流側選択還元型ＮＯ_X触媒１５、１６へ還元剤を供給す
るための還元剤供給機構が併設されている。

【００３８】前記還元剤供給機構は、内燃機関１のシリ
ンダヘッドに取り付けられて排気枝管１３内の排気通路
へ還元剤を噴射する還元剤噴射装置２０と、還元剤とし
ての液状の尿素を貯蔵する還元剤貯蔵室２２と、還元剤
貯蔵室２２に貯蔵された還元剤を吸引して吐出する還元
剤ポンプ２３と、還元剤ポンプ２３から吐出された還元
剤を前記還元剤噴射装置２０へ導く還元剤供給管２１と
を備えている。

【００３９】前記還元剤噴射装置２０は、本発明に係る
還元剤噴射手段を実現するものであり、例えば、図２に
示すように、その噴孔が４つの気筒２の何れか１つの気
筒の排気ポート１０１に突出するようシリンダヘッド１
００に取り付けられた還元剤噴射弁２００を備えてい
る。

【００４０】前記還元剤噴射弁２００は、該還元剤噴射
弁２００の噴孔が排気枝管１３におけるＥＧＲ通路１７
の接続部位より下流であって、排気枝管１３における４
つの枝管の集合部に最も近い気筒２の排気ポート１０１
に突出するとともに、排気枝管１３の集合部へ向くよう
にシリンダヘッド１００に取り付けられることが好まし
い。これは、還元剤噴射弁２００から噴射された還元剤
がＥＧＲ通路１７へ流入するのを防止するとともに、前
記還元剤が排気枝管４５内に滞ることなく遠心過給機の
タービンハウジング１１ｂへ到達するようにするためで
ある。尚、図１に示す例では、内燃機関１の４つの気筒
２のうち１番（＃１）気筒２が排気枝管１３の集合部と
最も近い位置にあるため、１番（＃１）気筒２の排気ポ
ート１０１に還元剤噴射弁２００が取り付けられている
が、１番（＃１）気筒２以外の気筒２が排気枝管１３の
集合部と最も近い位置にあるときは、その気筒２の排気
ポート１０１に還元剤噴射弁２００が取り付けられるよ
うにする。

【００４１】また、前記還元剤噴射弁２００は、シリン
ダヘッド１００に形成されたウォータージャケット１０
２を貫通、あるいはウォータージャケット１０２に近接
して取り付けられるようにしてもよい。これは、還元剤
噴射弁２００が排気ポート１０１を流れる比較的高温の
排気に曝されるため、前記ウォータージャケット１０２
を流れる冷却水を利用して還元剤噴射弁２００を冷却す
ることにより、還元剤噴射弁２００の耐久性を向上させ
ることが可能となるからである。

【００４２】一方、前記還元剤噴射装置２０は、還元剤
供給管２１内の還元剤の圧力（すなわち、還元剤噴射弁
２００に印加される還元剤の圧力）を調整するプレッシ
ャーレギュレータ２０１を備えている。このプレッシャ
ーレギュレータ２０１は、前記排気枝管１３と排気圧力
導入管２０２を介して連通しており、前記排気枝管１３
の排気圧力と前記還元剤供給管２１内の還元剤圧力との
差圧が一定になるよう還元剤圧力を調整するようになっ
ている。

【００４３】このプレッシャーレギュレータ２０１によ
れば、内燃機関１の運転状態の変化等により排気枝管１
３内の排気圧力が変動した場合においても前記還元剤噴
射弁２００の噴射量を安定させることが可能となる。

【００４４】ここで、図１に戻り、内燃機関１には、デ
ジタルコンピュータからなり、双方向バスによって相互
に接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）、ＲＡＭ
（ランダムアクセスメモリ）、ＣＰＵ（セントラルプロ
セッサユニット）、入力ポート、出力ポート等を具備し
た機関制御用の電子制御ユニット（ＥＣＵ）２４が併設
されている。

【００４５】ＥＣＵ２４の入力ポートには、前述したエ
アフローメータ８に加え、吸気枝管５に取り付けられ該
吸気枝管５内の吸気の圧力（過給圧）に対応した電気信
号を出力する吸気圧センサ１９と、内燃機関１に取り付
けられ機関出力軸たるクランクシャフトが所定角度回転
する都度にパルス信号を出力するクランクポジションセ
ンサ２５、図示しないアクセルペダルの操作量（アクセ
ル開度）に対応した電気信号を出力するアクセル開度セ
ンサ２６等の各種センサが電気配線を介して接続されて
いる。

【００４６】ＥＣＵ２４の出力ポートには、前述した燃
料噴射弁３、アクチュエータ１０、ＥＧＲ弁１８、還元
剤噴射装置２０等が電気配線を介して接続されている。
ＥＣＵ２４は、上記した各種センサの出力信号に基づい
て内燃機関１の運転状態を判定し、判定された運転状態
に基づいて、燃料噴射制御やＥＧＲ制御等の基本制御を
実行するとともに、還元剤噴射装置２０の制御を実行す
る。

【００４７】ＥＣＵ２４のＲＯＭには、機関回転数とア
クセル開度と内燃機関１から排出されるＮＯ_X量との関
係を示すＮＯ_X排出量マップが記憶されている。このＮ
Ｏ_X排出量マップは、予め実験的に求められたものであ
る。

【００４８】ＥＣＵ２４は、このＮＯ_x排出量マップを
参照して、機関回転数とアクセル開度とに対応したＮＯ
_X排出量を算出する。ＥＣＵ２４は、算出されたＮＯ_X排
出量をパラメータとして還元剤の目標供給量（還元剤噴
射弁２００の開弁時間）を算出し、目標供給量に基づい
て還元剤噴射弁２００を制御する。

【００４９】以下、本実施の形態に係る排気浄化装置の
作用について述べる。ＥＣＵ２４は、クランクポジショ
ンセンサ２５がパルス信号を出力する時間的間隔に基づ
いて機関回転数を算出するとともに、アクセル開度セン
サ２６の出力信号（アクセル開度）を入力する。

【００５０】ＥＣＵ２４は、ＮＯ_X量排出マップへアク
セスして、前記機関回転数と前記アクセル開度とに対応
したＮＯ_X排出量を算出し、次いでＮＯ_X排出量をパラメ
ータとして還元剤の目標供給量、即ち還元剤噴射弁２０
０の開弁時間を算出する。

【００５１】一方、ＥＣＵ２４は、吸気圧センサ１９の
出力信号を入力し、遠心過給機１１による吸気の過給圧
が所定圧以上であるか否かを判別する。前記過給圧が前
記所定圧以上であると判定した場合は、ＥＣＵ２４は、
還元剤噴射弁２００に駆動電流を印加して還元剤噴射弁
２００を開弁させる。ＥＣＵ２４は、上記した開弁時間
の間、還元剤噴射弁２００に駆動電流を印加しつづけ、
目標供給量の還元剤を噴射させる。

【００５２】還元剤噴射弁２００が開弁された場合、還
元剤ポンプ２３から還元剤噴射弁２００へ供給された還
元剤は、プレッシャーレギュレータ２０１によって調圧
された圧力で排気枝管１３内へ噴射される。

【００５３】排気枝管１３内へ噴射された還元剤は、内
燃機関１の排気ポートから排出された排気とともに遠心
過給機１１のタービンハウジング１１ｂに導かれる。そ
の際、還元剤噴射弁２００は、排気枝管１３の集合部に
最も近い位置にある排気ポート、言い換えれば、タービ
ンハウジング１１ｂに最も近い位置にある排気ポートに
取り付けられており、更に還元剤噴射弁２００の噴孔が
排気枝管１３の集合部に向けられているため、該還元剤
噴射弁２００から噴射された還元剤の略全てが排気枝管
１３内に滞ることなく速やかにタービンハウジング１１
ｂへ到達することになる。

【００５４】このように還元剤噴射弁２００からタービ
ンハウジング１１ｂへ供給された還元剤は、タービンハ
ウジング１１ｂ内で回転するタービンホイールによって
撹拌されて排気と混合する。その際、遠心過給機１１に
よる吸気の過給圧が所定圧以上であり、タービンホイー
ルの回転数が十分に高いため、排気中の還元剤は、ター
ビンホイールの回転によって微粒子化され、排気と均質
に混合する。

【００５５】このようにタービンハウジング１１ｂ内で
均質に混合された排気及び還元剤は、タービンハウジン
グ１１ｂ直下流に位置する上流側選択還元型ＮＯ_X触媒
１５に流入し、上流側選択還元型ＮＯ_X触媒１５の全体
に均等に行き渡る。この結果、上流側選択還元型ＮＯ_X
触媒１５において排気中の窒素酸化物（ＮＯ_X）が効率
的に還元又は分解される。

【００５６】このように遠心過給機１１のタービンハウ
ジング１１ｂ及びタービンホイールは、本発明に係る撹
拌器を実現する。従って、本実施の形態によれば、還元
剤噴射弁２００と上流側選択還元型ＮＯ _X触媒１５とが
離れて配置される場合に、還元剤噴射弁２００から噴射
された還元剤が上流側選択還元型ＮＯ_X触媒１５に到達
する過程において相互に衝突あるいは吸着しあって還元
剤の粒子が粗大化しても、上流側選択還元型ＮＯ_X触媒
１５の直上流に配置された撹拌器によって還元剤が撹拌
されるため、上流側選択還元型ＮＯ_X触媒１５には、還
元剤と排気とが均質に混合されたガスが供給され、還元
剤が上流側選択還元型ＮＯ_X触媒１５の全体へ均等に供
給される。その結果、排気中の窒素酸化物（ＮＯ_X）を
効率的に還元及び分解することが可能となる。

【００５７】さらに、本実施の形態によれば、還元剤噴
射弁２００と上流側選択還元型ＮＯ _X触媒１５とを離れ
た位置に配置することが可能となるため、還元剤噴射弁
２００を内燃機関１のシリンダヘッド１００に配置し、
該シリンダヘッド１００のウォータージャケット１０１
内を流れる冷却水を利用して還元剤噴射弁２００を冷却
することが可能であり、冷却水の新たな配管を付加する
ことなく、還元剤噴射弁２００の熱害を防止することが
可能となる。

【００５８】

【発明の効果】本発明に係る排気浄化装置は、還元剤噴
射手段とＮＯ_X触媒との間、好ましくはＮＯ_X触媒の直上
流に、排気中の還元剤を撹拌する撹拌器を配置して構成
されるため、還元剤噴射手段とＮＯ_X触媒とが離れて配
置された場合であっても排気と還元剤とが均質に混合し
たガスをＮＯ_X触媒に供給することが可能となる。

【００５９】従って、本発明に係る排気浄化装置によれ
ば、ＮＯ_X触媒の全体にわたって還元剤を均等に供給す
ることが可能となり、排気中の窒素酸化物を効率的に浄
化することが可能となる。

【００６０】また、本発明に係る排気浄化装置によれ
ば、ＮＯ_X触媒から離れた位置にあるシリンダヘッドに
還元剤噴射手段を配置することが可能であり、シリンダ
ヘッド内を循環する冷却水を利用して還元剤噴射手段を
冷却することができ、冷却水の配管等を新たに付加する
ことなく還元剤噴射手段の冷却、ひいては還元剤噴射手
段の耐久性を向上させることも可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る排気浄化装置を適用する内燃機
関の概略構成を示す図

【図２】還元剤噴射装置の構成を示す図

【符号の説明】

１・・・・内燃機関１１・・・遠心過給機（ターボチャージャ）１１ａ・・コンプレッサハウジング１１ｂ・・タービンハウジング１２・・・インタークーラ１３・・・排気枝管１４・・・排気管１５・・・上流側選択還元型ＮＯ_X触媒１６・・・下流側選択還元型ＮＯ_X触媒１９・・・吸気圧センサ２０・・・還元剤噴射装置２１・・・還元剤供給管２２・・・還元剤貯蔵室２３・・・還元剤ポンプ２４・・・ＥＣＵ２５・・・クランクポジションセンサ２６・・・アクセル開度センサ１００・・シリンダヘッド１０１・・排気ポート１０２・・ウォータージャケット２００・・還元剤噴射弁２０１・・プレッシャーレギュレータ２０２・・排気圧力導入管

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ０２Ｂ 37/00 ３０２Ｆ０２Ｂ 37/00 ３０２ＺＦ０２Ｄ 23/00 Ｆ０２Ｄ 23/00 Ｎ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関の排気通路に設けられ、還元剤
の存在下で排気中の窒素酸化物を浄化するＮＯ_x触媒
と、前記内燃機関のシリンダヘッドに設けられ、前記内燃機
関の排気通路に向けて還元剤を噴射する還元剤噴射手段
と、前記ＮＯ_X触媒より上流の排気通路に設けられ、排気中
の還元剤を撹拌する撹拌器と、を備えることを特徴とす
る内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】前記撹拌器は、遠心過給機のタービンで
あることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排気浄
化装置。
【請求項３】前記還元剤噴射手段は、前記遠心過給機
による吸気の過給圧が所定圧以上であることを条件に還
元剤の噴射を実行することを特徴とする請求項２記載の
内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】前記還元剤噴射手段は、排気通路内の圧
力に対する還元剤噴射圧力を調整する調圧機構を具備す
ることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排気浄化
装置。
【請求項５】前記還元剤噴射手段は、前記シリンダヘ
ッドに形成された複数の排気ポートのうち前記撹拌器に
最も近い位置の排気ポートに還元剤を噴射することを特
徴とする請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置。