JP2009236016A - 内燃機関の排気浄化システム - Google Patents

Abstract

【課題】排気通路に設けられ、その外周側と排気通路の内周面との間に排気ガスを通過させる迂回流路が形成される小断面触媒を備えた排気浄化システムにおいて、小断面触媒から流出した排気ガスと迂回流路を通過した排気ガスとを好適に混合することの可能な技術を提供する。
【解決手段】エンジン１の排気管３に設けられるフィルタ４と、フィルタ４より上流の排気管３に設けられ、その外周面と排気管３の内周面との間に排気ガスを通過させる迂回流路３ｂが形成される燃料改質触媒７と、燃料改質触媒より上流の排気管３を流れる排気ガスに燃料を添加する燃料添加弁５と、燃料改質触媒７とフィルタ４との間の排気管３に設けられ、燃料改質触媒７から流出した排気ガスの圧力損失を低減させ、且つ迂回流路３ｂを通過した排気ガスの圧力損失を増加させる円筒部材１０と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化システムに関する。

近年、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下、「ＮＯｘ触媒」という）やパティキュレートフィルタ（以下、「フィルタ」という）等を含んで構成される排気浄化装置よりも上流側の排気通路に、排気ガスの全量ではなくその一部を通過させるよう形成された排気浄化触媒（以下、「小断面触媒」ともいう）を配置する技術が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。特許文献１には、還元剤としての燃料を改質させる改質触媒を排気通路の中央部に配置し、該改質触媒の外周に排気が流れる迂回流路を形成させる技術が開示されている。この従来技術においては、還元剤としての燃料（炭化水素：ＨＣ）を改質触媒において部分酸化させ、これにより生成されたＨ_２やＣＯをＮＯｘ触媒に供給することでＮＯｘの還元効率の向上を図っている。

また、一般に小断面触媒は排気浄化装置に比して熱容量を小さくすることができる。そこで、酸化能を有する小断面触媒に還元剤を供給し、排気浄化装置に流入する排気の温度を上昇させることによって同装置を昇温させる場合がある。これによれば、小断面触媒に比して熱容量の大きい排気浄化装置に直接還元剤を供給する場合に比べて、同装置を昇温に使用する還元剤の使用量を節約できるという利点がある。
特開２００５−１２７２５７号公報

しかしながら、小断面触媒における排気ガスの圧力損失は迂回流路における排気ガスの圧力損失に比べて大きく、小断面触媒から流出した排気ガス（以下、「触媒側排気ガス」ともいう）は迂回流路を通過した排気ガス（以下、「迂回側排気ガス」ともいう）に比して流速が著しく低下する。このように、触媒側排気ガスと迂回側排気ガスとにおける流速差が顕著となると、双方の排気ガスを排気通路内で充分に混合（ミキシング）することが困難となる。そのため、排気通路の断面方向に関して、排気浄化装置に流入する排気ガスの空燃比や、ガス温度が不均一となるという実情があった。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、排気通路に設けられ、その外周側と排気通路の内周面との間に排気ガスを通過させる迂回流路が形成される小断面触媒を備えた排気浄化システムにおいて、小断面触媒から流出した排気ガスと迂回流路を通過した排気ガスとを好適に混合することの可能な技術を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための本発明に係る内燃機関の排気浄化システムは、以下の手段を採用することを特徴とする。
すなわち、内燃機関の排気通路に設けられる排気浄化装置と、
前記排気浄化装置より上流の排気通路に設けられ、外周面と排気通路の内周面との間に排気ガスを通過させる迂回流路が形成される小断面触媒と、
前記小断面触媒より上流の排気通路を流れる排気ガスに還元剤を添加する還元剤添加手段と、
前記小断面触媒と前記排気浄化装置との間の排気通路に設けられ、該小断面触媒から流出した排気ガス（触媒側排気ガス）の圧力損失を低減させ、且つ前記迂回流路を通過した
排気ガス（迂回側排気ガス）の圧力損失を増加させる圧力損失調節手段と、
を備えることを特徴とする。

上記構成のように、圧力損失調節手段により迂回側排気ガスの圧力損失が増加させられると、圧力損失調節手段より下流側の排気通路に迂回側排気ガスが流れにくくなる。このため、圧力損失調節手段より下流側において迂回側排気ガスの流量が制限され、圧力損失調節手段の上流側に比べて下流側における迂回側排気ガスの流速を低下させることができる。

一方、圧力損失調節手段により触媒側排気ガスの圧力損失が低減させられると、圧力損失調節手段より下流側の排気通路に触媒側排気ガスが円滑に流れ易くなる。更に、圧力損失調節手段によって迂回側排気ガスの流量は制限されるため、圧力損失調節手段の下流側を流れる触媒側排気ガスの流量が増加し、その流速を好適に高めることができる。

これによれば、小断面触媒を通過している排気ガスの流速が迂回流路を通過している排気ガスの流速に比べて過度に遅くなっても、小断面触媒から流出した触媒側排気ガスと迂回流路を通過した迂回側排気ガスとの流速差を小さくすることができる。従って、本発明によれば、触媒側排気ガスと迂回側排気ガスとを圧力損失調節手段の下流の排気通路にて好適に混合（ミキシング）させることができる。そのため、排気浄化装置に流入する排気ガスの空燃比や、排気ガスの温度を、排気通路の断面方向に関して均一にすることができる。なお、本発明において排気通路の断面方向とは該排気通路の軸線方向に直交する方向を意味する。

また、本発明における圧力損失調節手段は以下の構成を例示することができる。すなわち、圧力損失調節手段は、排気通路の下流側に向かって流路断面積が拡大する拡大部を有してなる筒部材を含んで構成され、筒部材の上流側開口面は小断面触媒の下流側端面に対向して形成され、且つ該筒部材の下流側開口面は該小断面触媒の下流側端面に比して大きな流路断面積を有しても良い。

このような構成によれば、小断面触媒から流出した触媒側排気ガスは、筒部材の上流側開口面から該筒部材に流入し、拡大部の内部に形成される流路（以下、「拡大部内側流路」という）を通過して筒部材の下流側端面から排気通路に流出する。ここで、拡大部内側流路は下流側ほど、その断面積が大きくなるので、触媒側排気ガスに作用する流路抵抗を減少させることができる。このため、触媒側排気ガスに拡大部内側流路を通過させることによって、触媒側排気ガスの圧力損失を好適に低減させることができる。

また、上記のような構成によれば、筒部材における拡大部の外周面と排気通路の内周面との間に、迂回通路を通過した迂回側排気ガスが流通する流路（以下、「拡大部外側流路」という）が形成される。ここで、拡大部外側流路は下流側にいくほどその断面積が減少するため、迂回側排気ガスに作用する流路抵抗が増加する。このため、迂回側排気ガスに拡大部外側流路を通過させることによって、該迂回側排気ガスの圧力損失を好適に増加させることができる。

また、本発明において、圧力損失調節手段は、筒部材における拡大部の内周側に配置され且つ排気通路の下流側に向かって流路断面積が拡大する第二の筒部材を、更に含んで構成されても良い。このような構成によれば、筒部材に流入した触媒側排気ガスは、拡大部内に配置された第二の筒部材表面に沿って流れることになる。これによれば、触媒側排気ガスが筒部材の拡大部から流出する際に、この触媒側排気ガスを、排気通路における断面方向に関してより外側（つまり、排気通路の内周面方向）に向かって流出させることができる。つまり、拡大部外側流路を流れてくる迂回側排気ガスに向かって触媒側排気ガスを
排気通路の中心側から衝突させることができる。従って、上記構成によれば、触媒側排気ガスと迂回側排気ガスとのミキシング（混合）をより好適に促進させることができる。

ところで、還元剤添加手段から添加された還元剤は、その全てが必ずしも小断面触媒へと流入するとは限らず、該小断面触媒に導入されなかった還元剤は、迂回流路、拡大部外側流路を経由し、筒部材の拡大部内側流路から流出してくる触媒側排気ガスと排気通路にて合流する。ここで、還元剤添加手段が液滴状態の還元剤を排気ガスに添加する際、小断面触媒に導入されなかった還元剤は液滴状態のまま排気浄化装置まで到達する可能性が高くなる。そうすると、排気浄化装置の端面に液滴状態の還元剤が固着してしまう可能性が高まる。

そこで、本発明における還元剤添加手段が液滴状態の還元剤を排気ガスに添加する場合において、筒部材における拡大部の外周面であって且つ迂回流路を通過した排気ガスが衝突する部分には、該排気ガスに含まれる還元剤を蒸発させる還元剤蒸発促進部が形成されると好適である。

上記構成において、迂回側排気ガスに含まれる液滴状態の還元剤が還元剤蒸発促進部に衝突すると、この還元剤は該還元剤蒸発促進部に付着するとともに粒子間の表面張力によって還元剤は薄膜化する。このように、液滴状態の還元剤を還元剤蒸発促進部において薄膜化させることにより、排気ガスの熱によってこの還元剤を容易に液膜蒸発させることができる。これによれば、迂回側排気ガスに液滴状態の還元剤が含まれてしまう場合であっても、この還元剤を排気浄化装置まで到達させる前に蒸発させることができる。従って、排気浄化装置の端面に液滴状態の還元剤が固着してしまうことを好適に抑制することができる。

また、本発明の還元剤添加手段が液滴状態の還元剤を排気ガスに添加する場合において、迂回流路を通過した排気ガスに含まれる還元剤を蒸発させる還元剤蒸発促進手段を更に備えていても良い。これによれば、迂回側排気ガスに含まれる液滴状態の還元剤が排気浄化装置まで到達する前に蒸発させることができる。従って、液滴状態の還元剤が排気浄化装置の端面に固着してしまうことを好適に抑制することができる。

なお、本発明における課題を解決するための手段は、可能な限り組み合わせて使用することができる。

本発明にあっては、排気通路に設けられ、その外周側と排気通路の内周面との間に排気ガスを通過させる迂回流路が形成される小断面触媒を備えた排気浄化システムにおいて、小断面触媒から流出した排気ガスと迂回流路を通過した排気ガスとを好適に混合することの可能な技術を提供することができる。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を例示的に詳しく説明する。尚、本実施の形態に記載されている構成要素の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に特定的な記載がない限りは、発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

＜実施例１＞
図１は本実施例におけるエンジン１と、その排気系の概略構成を示した図である。図１に示すエンジン１は、４サイクル・ディーゼルエンジンである。エンジン１には、略円形断面を有する排気管３が接続されている。本実施例においては排気管３が本発明における
排気通路に相当する。

排気管３は図示しないマフラーに接続されており、排気管３の途中には、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下、単に「ＮＯｘ触媒」という）を担持し、エンジン１から排出された排気ガスに含まれる微粒子物質（ＰＭ）を捕集するパティキュレートフィルタ（以下、単に「フィルタ」という）４が設けられている。ＮＯｘ触媒は、流入する排気ガスの空燃比が酸素過剰（リーン）のときはＮＯｘを吸蔵し、流入する排気ガスの酸素濃度が低下すると吸蔵したＮＯｘを放出すると共に還元成分（例えば、燃料等）の存在下においてＮＯｘを還元する機能を有する。本実施例においてはフィルタ４が本発明における排気浄化装置に相当する。

フィルタ４より上流側の排気管３には、還元剤としての液滴状態の燃料を排気ガス中に添加する燃料添加弁５が設置されている。フィルタ４に堆積するＰＭの堆積量が増大すると、背圧が過度に増加する等によってエンジン１の出力が低下する虞がある。そこで、本実施例では、フィルタ４に堆積したＰＭを酸化、除去するＰＭ再生処理に際して、燃料添加弁５から排気管３を流れる排気ガスに還元剤としての燃料を添加させる。この燃料が排気ガスと共にフィルタ４に流入するとフィルタ４に担持されているＮＯｘ触媒において酸化され、その反応熱によってフィルタ４が昇温する。そして、フィルタ４の温度を、ＰＭを燃焼温度まで上昇させることによってＰＭの酸化、除去を行うことができる。本実施例では、上記ＮＯｘ触媒に代えて、酸化能を有するその他の触媒（例えば、酸化触媒）を採用することができる。

更に、本実施例では、排気管３における燃料添加弁５とフィルタ４との間に、燃料添加弁５から添加された燃料を改質させる燃料改質触媒７が設けられている。この燃料改質触媒７は、燃料（炭化水素：ＨＣ）を部分酸化させてＨ_２やＣＯを生成する機能を有する。このように、燃料添加弁５から添加された燃料を改質させてからフィルタ４（詳しくは、フィルタ４に担持されたＮＯｘ触媒）に供給することで、ＮＯｘ触媒における燃料の反応性を高め、フィルタ４の昇温をより円滑に行うことができる。

ここで、図２は、図１の部分拡大図である。図中のように、排気管３において燃料改質触媒７の設けられる部分は、内管３ａを含む二重管構造となっている。内管３ａは排気管３と同軸の軸線を有している。この内管３ａ内には、該内管３ａの内周面に接するように円柱形状に形成された燃料改質触媒７が収容されている。すなわち、燃料改質触媒７は排気管３に比べて小さな外径を有しており、排気管３の断面方向において略中央部に配置されている。ここでいう排気管３の断面方向とは、排気管３の軸線に直交する方向である。なお、本実施例における燃料改質触媒７は所謂メタル触媒であり、排気ガスの流れ方向に延びる多数の金属製（本実施例では、ステンレス製）セルがハニカム状に形成されており、このセルにＮＯｘ触媒が担持されている。排気管３に比べて径の小さい燃料改質触媒７は、排気管３を流れる全ての排気ガスを流通させる触媒に比べて該排気ガスの流通抵抗が増加する。上記メタル触媒は、触媒担体としてのセルをセラミックで形成する場合に比べてセルの薄肉化することができる。このため、排気ガスの流路抵抗が過度に大きくなることが抑制される。

ここで、内管３ａの外周面と排気管３の内周面との間、すなわち燃料改質触媒７の外周側には、該燃料改質触媒７に流入しなかった排気ガスが通過する迂回流路３ｂが形成されている。そのため、エンジン１から排出された排気ガスの一部は燃料改質触媒７を通過し、その他の排気ガスが迂回流路３ｂを通過（燃料改質触媒７を迂回）することになる。本実施例においては燃料改質触媒７が本発明における小断面触媒に相当する。

ここで、燃料添加弁５はその燃料噴射孔（不図示）から円錐状の噴霧を排気ガスに向か
って噴射する。本実施例では、燃料噴射孔から噴射される燃料の噴霧が燃料改質触媒７へと円滑に導入されるように燃料改質触媒７の上流側端面に対向するように燃料噴射孔が配置されている（図１において、格子ハッチングが燃料の噴霧を表す）。なお、本実施例では燃料の噴霧が燃料改質触媒７の上流側端面に到達した際に、燃料改質触媒７の上流側端面の直径より噴霧の直径が小さくなるように燃料の噴霧角等が調節される。本実施例においては燃料添加弁５が本発明における還元剤添加手段に相当する。

また、エンジン１には、該エンジン１の運転条件や運転者の要求に応じて運転状態を制御するための電子制御ユニットであるＥＣＵ（Electronic Control Unit）８が併設され
ている。このＥＣＵ８は、エンジン１の制御に係る各種演算処理を実行するＣＰＵ、その制御に必要なプログラムやデータの記憶されたＲＯＭ、ＣＰＵの演算結果等が一時記憶されるＲＡＭ、外部との間で信号を入・出力するための入・出力ポート等を備えて構成される。

ＥＣＵ８は、エンジン１の運転条件や運転者の要求に応じてエンジン１の運転状態を制御するユニットである。ＥＣＵ８にはアクセルペダルの踏み込み量に応じた電気信号を出力するアクセル開度センサ（不図示）、エンジン１のクランク角を検出するクランクポジションセンサ（不図示）等が電気配線を介して接続され、これらの出力信号がＥＣＵ８に入力される。そして、ＥＣＵ８は、これらの出力信号に基づいてエンジン１のエンジン負荷、機関回転数を検出することができる。また、燃料添加弁５はＥＣＵ８と電気配線を介して接続されており、ＥＣＵ８により燃料添加弁５の開閉弁、すなわち燃料添加に係る制御が行われる。

以上のように構成された排気浄化システムでは、例えばフィルタ４のＰＭ再生処理が実施される場合にＥＣＵ８が燃料添加弁５に燃料を添加させ、フィルタ４を昇温させる。そして、燃料添加弁５から排気ガスへと添加された燃料は、内管３ａに流入する排気ガスと混合された状態で燃料改質触媒７へと導かれ、改質される。このように改質された燃料を含んだ排気ガスは燃料改質触媒７（従って、内管３ａ）の下流にて、迂回通路３ｂを通過してきた排気ガスと合流する。こうして合流した排気ガスがフィルタ４へと流入すると、排気ガスに含まれる燃料がフィルタ４に担持されたＮＯｘ触媒において酸化され、その酸化熱を熱源としてフィルタ４が昇温する。

ここで、燃料改質触媒７（内管３ａ）の下流側における排気管３を流れる排気ガスのうち、燃料改質触媒７を通過した排気ガス、すなわち該燃料改質触媒７から流出した排気ガス（以下、「触媒側排気ガス」という）と、迂回流路３ｂを通過した排気ガス（以下、「迂回側排気ガス」という）とにおける流速の違いについて考える。燃料改質触媒７のセルは、該燃料改質触媒７を通過する排気ガスに対して大きな流路抵抗となるため、迂回流路３ｂを通過する排気ガスと比較して圧力損失が大きくなる。その結果、触媒側排気ガスの流速に比べて迂回側排気ガスの流速が顕著に高くなってしまうと予想される。

そうすると、燃料改質触媒７の下流にて触媒側排気ガスと迂回側排気ガスとを混合させようとしても、上記流速差に起因して両者の間に境界面が生じてしまい、フィルタ４に流入させるまでの間にこれらを充分にミキシング（混合）させることが困難となる。そうすると、フィルタ４に流入する排気ガスの空燃比（排気ガスにおける燃料の濃度）が断面方向において不均一になってしまう。また、燃料添加弁５からの添加燃料の一部は燃料改質触媒７において酸化されるため、触媒側排気ガスは迂回側排気ガスに比べて高温となる。そのため、両排気ガスの混合が不充分であると、フィルタ４に流入する排気ガスの温度がその断面方向において不均一となってしまう。その結果、フィルタ４をその断面方向において均等に昇温させることが困難となり、フィルタ４に堆積したＰＭをフィルタ４全体から満遍なく除去することが難しくなってしまう。

上記不具合を解消するため、本実施例に係る排気浄化システムでは、図２に示すように、燃料改質触媒７とフィルタ４との間の排気管３内に、触媒側排気ガスの圧力損失を低減させ、且つ迂回側排気ガスの圧力損失を増加させる圧力損失調節手段としての円筒部材１０が設けられている。

本実施例における円筒部材１０には、その上流端から下流端に亘り、排気管３の下流側に向かってテーパ状に拡径する拡径部１０ａが形成される。本実施例において円筒部材１０は排気管３と同軸の軸線（図中、破線により図示）を有し、この軸線と直交する内部断面は円形である。円筒部材１０は、拡径部１０ａの上流側開口面において燃料改質触媒７の下流側端面と対向しており、拡径部１０ａの上流側開口面の径は燃料改質触媒７における下流側端面の径と略等しい。また、円筒部材１０（従って、拡径部１０ａ）の下流側開口面の径は燃料改質触媒７における下流側端面の径に比べて大きくなるように形成されている。本実施例においては、円筒部材１０が本発明における筒部材に相当し、圧力損失調節手段を構成する。また、本実施例においては円筒部材１０の拡径部１０ａが本発明における筒部材の拡大部に相当する。

上記のように構成された円筒部材１０では、拡径部１０ａの内周側に触媒側排気ガスを通過させる触媒側排気ガス流路１０ｂが形成され、この触媒側排気ガス流路１０ｂは下流側ほどその断面積が大きくなっている。そのため、円筒部材１０の上流側開口面から触媒側排気ガス流路１０ｂへと流入した触媒側排気ガスは、該触媒側排気ガス流路１０ｂ（つまり、排気管３）の下流側に向かうほどその流路抵抗が減少する。従って、触媒側排気ガス流路１０ｂを通過した後における触媒側排気ガスの全圧を、通過前に比べて増加させることができるので、該触媒側排気ガスの圧力損失を低減させることができる。

一方、円筒部材１０における拡径部１０ａの外周側、すなわち拡径部１０ａの外周面と排気管３の内周面との間には、迂回側排気ガスを通過させる迂回側排気ガス流路３ｃが形成される。この迂回側排気ガス流路３ｃは、下流側に向かうほどその断面積が小さくなる（つまり、絞られる）。そのため、迂回側排気ガス流路３ｃを通過する迂回側排気ガスは、下流側に向かうほどその流路抵抗が増加する。これによれば、迂回側排気ガス流路３ｃを通過した後における迂回側排気ガスの全圧を、通過前に比べて減少させることができるので、該迂回側排気ガスの圧力損失を増加させることができる。

上記構成によれば、迂回側排気ガスの圧力損失を増加させることによって、円筒部材１０より下流の排気管３を流れる迂回側排気ガスの流量を制限することができる。逆に、触媒側排気ガスについてはその圧力損失を低減させることによって、円筒部材１０より下流の排気管３を流れる触媒側排気ガスの流量をより増加させることができる。その結果、排気管３における円筒部材１０の下流にて、触媒側排気ガスの流速と迂回側排気ガスとの流速差を小さくすることができる。これにより、触媒側排気ガスと迂回側排気ガスとを排気管３において好適に混合することができる。従って、フィルタ４に流入する排気ガスの空燃比や、温度を断面方向において均一にすることができる。そのため、フィルタ４全体をより均等に昇温させることができ、フィルタ４全体から満遍なくＰＭを除去することが可能となる。

ここで、燃料添加弁５から添加された燃料が迂回側排気ガスに含まれてしまう場合がある。すなわち、燃料改質触媒７の上流側端面の近傍では排気ガスの流れに乱れが生じ易く、燃料添加弁５から添加された燃料を含んだ排気ガスは少なからず迂回流路３ｂに流入する場合がある。従来では、このように迂回側排気ガスに含まれる燃料は、液滴状態のままフィルタ４まで到達する可能性が高く、この燃料がフィルタ４の上流側端面に付着、固着する虞があった。

これに対して、本実施例では、迂回側排気ガスに含まれた液滴状態の燃料を拡径部１０ａの外周面において液膜蒸発させることとした。すなわち、上記構成において迂回側排気ガス流路３ｃを通過する迂回側排気ガスは、円筒部材１０における拡径部１０ａの外周面（以下、「拡径部外周面」という）１０ｃに衝突しながら、該拡径部外周面１０ｃに沿って流れていく。その際、迂回側排気ガスに含まれた液滴状態の燃料は拡径部外周面１０ｃに付着すると共に、燃料粒子間の表面張力によって薄膜化する。

このように、薄いフィルム状に形成された液滴燃料は、排気ガスが熱を付与されることによって容易に液膜蒸発する。これによれば、迂回側排気ガスに含まれる燃料が液滴状態のままフィルタ４に到達することが抑制されるので、フィルタ４の上流側端面に燃料が固着することを抑制できる。本実施例においては拡径部外周面１０ｃが本発明における還元剤蒸発促進部、還元剤蒸発促進手段に相当する。なお、本実施例においては、迂回流路３ｂや、迂回側排気ガス流路３ｃに、迂回側排気ガスに含まれる液滴状態の燃料を蒸発させるための部材、装置等を別途設けるようにしても良い。この種の部材、装置としては上記流路を流れる排気ガスを衝突させる衝突板やこの排気ガスを昇温させるヒータ等を例示できる。

＜実施例２＞
次に、本実施の形態における実施例２について説明する。図３は、本実施例における排気浄化システムの概略構成を示した図である。図２に示した部材とその構成や、配置位置などが共通する部分については同一符号を付すことで詳しい説明を割愛する。本実施例では、図２に示した円筒部材１０の代わりに第二円筒部材２０が、燃料改質触媒７の下流側端面に配置されている。第二円筒部材２０は、円筒部材１０と同様の拡径部１０ａ及び該拡径部１０ａの上流端側に接続される円筒形状の接続部２０ａとを含んで構成されており、第二円筒部材２０の軸線は内管３ａ、燃料改質触媒７の軸線と一致している。

また、接続部２０ａは内管３ａと同一の断面形状を有する筒体であって、一端側において内管３ａの下流側開口端縁に接続され、他端側において拡径部１０ａに接続されている。そのため、第二円筒部材２０（従って、接続部２０ａ）の上流側開口面は燃料改質触媒７の下流側端面と対向すると共に、これら２つの平面が接した状態に形成されている。

更に、第二円筒部材２０における拡径部１０ａの内周側には、拡径部１０ａと同心状に形成され且つ排気管３の下流側に向かってテーパ状に拡径するテーパ管２１が配置されている。すなわち、第二円筒部材２０は接続部２０ａ、拡径部１０ａ、及びテーパ管２１によって構成されている。本実施例においては第二円筒部材２０が本発明における筒部材に相当し、圧力損失調節手段を構成する。また、拡径部１０ａとテーパ管２１の夫々が、本発明における拡大部と第二の筒部材に相当する。なお、図３においては拡径部１０ａの内周側に２つのテーパ管２１が配置されているが、その数は適宜変更することができる。

上記構成においては、燃料改質触媒７から流出した全ての触媒側排気ガスが第二円筒部材２０の接続部２０ａに導入される。このため、触媒側排気ガスが確実に触媒側排気ガス流路１０ｂへと導かれ、触媒側排気ガスの圧力損失をより好適に低減させることができる。

また、第二円筒部材２０の接続部２０ａを介して触媒側排気ガス流路１０ｂへと導入された触媒側排気ガスは、テーパ管２１に沿って下流側に向かって流れる。これによれば、第二円筒部材２０の拡径部１０ａから流出する触媒側排気ガスを、排気管３のより外周部側に向かって流出させることができる。そのため、迂回側排気ガス流路３ｃから第二円筒部材２０の下流の排気管３に流れてくる迂回側排気ガスに対して、触媒側排気ガスを排気
管３の軸線側から衝突させることができる。従って、上記構成においては、第二円筒部材２０の下流にて触媒側排気ガスと迂回側排気ガスとをより好適にミキシング（混合）することができる。

以上のように、本発明を実施するための実施形態を実施例１及び２において説明したが、上記の実施形態は本発明の本旨を逸脱しない範囲内において種々の変更を加え得る。例えば、本実施の形態では、燃料改質触媒７を円柱状に形成しているがこれに限定されるものではない。また、例えば、円筒部材１０、第二円筒部材２０は、触媒側排気ガスの圧力損失を低減させ且つ迂回側排気ガスの圧力損失を増加させることができれば、その形状や、配置方向等に種々の変更を加えても構わないのは勿論である。例えば、円筒部材１０や第二円筒部材２０は必ずしも円筒形状に形成されていなくても良い。また、円筒部材１０や第二円筒部材２０の拡径部１０ａ、或いは第二円筒部材２０のテーパ管２１は、必ずしもテーパ状に形成されていなくても構わない。例えば、拡径部１０ａの軸線上において異なる二点における触媒側排気ガス流路１０ｂの断面積の差と、当該二点間の距離との比率が変化するように、上記部材が形成されていても構わない。

また、燃料添加弁５の燃料噴射孔が、燃料改質触媒７の上流側端面に対向するように配置される場合を例示的に説明したが、燃料添加弁５の配置方法はこれに限定されるものではない。例えば、燃料添加弁５からの燃料を排気管３の内周壁に向かって噴射させ、燃料が該内周壁と衝突させてから燃料改質触媒７に導入させても良い。これによれば、燃料の粒子がより細かくなるので（微粒化されるので）、排気ガス中における燃料の分散性を高めることができる。

なお、このような構成においては、図２に示した燃料添加弁５からの燃料添加方法と比して、添加燃料が迂回側排気ガスに含まれる可能性が高まるとも考えられる。これに対して、本実施の形態においては、迂回側排気ガスに含まれた液滴状態の燃料を拡径部外周面１０ｃにおいて好適に液膜蒸発させることができる。従って、上記のような構成に本発明を適用することで、迂回側排気ガスに含まれる液滴状態の燃料がフィルタ４の上流側端面に固着することを抑制できるという作用効果を、より顕著に奏することができる。

また、燃料添加弁５から排気ガス中に添加する還元剤として液体燃料を採用しているが、他の種類の還元剤を排気ガスに添加させるようにしても良いのは勿論である。また、本実施の形態においては、燃料改質触媒７より上流を流れる排気ガスに燃料を添加する方法として燃料添加弁５からの燃料添加を行う方法を採用しているが、その他の方法を採用しても構わない。例えば、燃焼に供される燃料をエンジン１に供給する燃料噴射弁（不図示）からエンジン１への主噴射とは異なるタイミングでの燃料噴射（いわゆる副噴射）を行うことで、燃料の未燃成分を排気ガス中に添加させても良い。なお、副噴射としては、主噴射を行った後の膨張行程若しくは排気行程中に再度燃料を噴射するポスト噴射等が例示できる。また、このような副噴射と燃料添加弁５からの燃料添加を併用することで、還元成分を排気ガスへと添加しても良い。

また、本実施の形態においては、フィルタ４のＰＭ再生処理に際し、該フィルタ４を昇温させるために燃料添加弁５から燃料を添加する例を説明したが、これに限定されるものではない。例えば、フィルタ４に担持されているＮＯｘ触媒に吸蔵されているＮＯｘを還元するＮＯｘ還元処理、或いは硫黄酸化物（ＳＯｘ）によって被毒されたＮＯｘ触媒をＳＯｘ被毒から回復させるＳＯｘ被毒回復処理等に際して、本発明を適用することができる。それにより、フィルタ４に担持されたＮＯｘ触媒に流入する排気ガスの空燃比や、排気ガス温度を均一にすることができる。これによれば、ＮＯｘ触媒全体から満遍なくＮＯｘを還元し、また、ＳＯｘを放出させることができるので好適である。

実施例１におけるエンジンと、その排気系の概略構成を示した図である。 図１の部分拡大図である。 実施例２における排気浄化システムの概略構成を示した図である。

符号の説明

１・・・エンジン
３・・・排気管
３ａ・・内管
３ｂ・・迂回流路
３ｃ・・迂回側排気ガス流路
４・・・フィルタ
５・・・燃料添加弁
７・・・燃料改質触媒
８・・・ＥＣＵ
１０・・円筒部材
１０ａ・拡径部
１０ｂ・触媒側排気ガス流路
１０ｃ・拡径部外周面
２０・・第二円筒部材
２０ａ・接続部

Claims (5)

1. 内燃機関の排気通路に設けられる排気浄化装置と、
   前記排気浄化装置より上流の排気通路に設けられ、外周面と排気通路の内周面との間に排気ガスを通過させる迂回流路が形成される小断面触媒と、
   前記小断面触媒より上流の排気通路を流れる排気ガスに還元剤を添加する還元剤添加手段と、
   前記小断面触媒と前記排気浄化装置との間の排気通路に設けられ、該小断面触媒から流出した排気ガスの圧力損失を低減させ、且つ前記迂回流路を通過した排気ガスの圧力損失を増加させる圧力損失調節手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
2. 前記圧力損失調節手段は、排気通路の下流側に向かって流路断面積が拡大する拡大部を有してなる筒部材を含んで構成され、
   前記筒部材の上流側開口面は前記小断面触媒の下流側端面に対向して形成され、且つ該筒部材の下流側開口面は該小断面触媒の下流側端面に比して大きな流路断面積を有することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化システム。
3. 前記圧力損失調節手段は、前記筒部材における前記拡大部の内周側に配置され且つ排気通路の下流側に向かって流路断面積が拡大する第二の筒部材を、更に含んで構成されることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排気浄化システム。
4. 前記還元剤添加手段が液滴状態の還元剤を排気ガスに添加する場合において、
   前記筒部材における前記拡大部の外周面であって且つ前記迂回流路を通過した排気ガスが衝突する部分には、該排気ガスに含まれる還元剤を蒸発させる還元剤蒸発促進部が形成されることを特徴とする請求項２または３に記載の内燃機関の排気浄化システム。
5. 前記還元剤添加手段が液滴状態の還元剤を排気ガスに添加する場合において、
   前記迂回流路を通過した排気ガスに含まれる還元剤を蒸発させる還元剤蒸発促進手段を、更に備えることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の内燃機関の排気浄化システム。

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