JP2009257217A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ターボチャージャのタービンから流出した排気に還元剤を添加し、該タービンより下流の排気通路に設けられる排気浄化触媒に還元剤を供給する排気浄化装置において、排気中の還元剤を充分に分散させることのできる技術を提供する。
【解決手段】エンジン１の排気管３に配置されたタービンハウジング５ｂ及び吸気管に配置されたコンプレッサハウジング５ａを有するターボチャージャ５と、タービンハウジング５ｂより下流の排気管３に設けられ排気管３を流れる排気の一部が通過するように形成された燃料改質触媒７と、燃料改質触媒７の前端面に配置されタービンハウジング５ｂから流出した排気の一部を燃料改質触媒７の前端面に導く導入管８と、導入管８に導入された排気に燃料を添加する燃料添加装置１０と、を備えることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。

内燃機関の排気通路に配置される排気浄化触媒に還元剤（例えば、燃料等）を供給する際、同触媒の上流を流れる排気に還元剤を添加する方法が公知である。特許文献１には、排気通路におけるＮＯｘ触媒よりも上流側に、燃料を改質する改質触媒を設けた排気浄化装置が開示されている。特許文献１に開示の改質触媒は排気通路の断面中央部に配置されており、改質触媒の外周には排気を流通させる迂回路が形成されている。

特許文献２には、過給機のタービンより上流の排気通路に燃料添加弁、改質触媒をこれらの順で直列に配置し、タービンより下流の排気通路にＮＯｘ触媒を配置した排気浄化装置が開示されている。この技術では、改質触媒で改質された燃料を高濃度に含む排気ガスと低濃度に含む排気ガスとがタービンにて撹拌される。これによれば、ＮＯｘ触媒に流入する排気ガスに含まれる燃料の濃度をより均一にすることができる。
特開２００５−１２７２５７号公報 特開２００５−１２７２６０号公報 特開平９−３８４６７号公報 特開２００７−１７７６７２号公報

しかしながら、タービンより上流を流れる排気に還元剤を添加することが困難となる場合もある。そのような場合、タービンより下流の排気通路に配置される排気浄化触媒に対して、タービンと同触媒との間を流れる排気に対して還元剤を単純に添加するのでは、排気中における還元剤を充分に分散させることが難しい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、ターボチャージャのタービンから流出した排気に還元剤を添加し、該タービンより下流の排気通路に設けられる排気浄化触媒に還元剤を供給する排気浄化装置において、排気中の還元剤を充分に分散させることのできる技術を提供することである。

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装置は、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配置されたタービン及び内燃機関の吸気通路に配置されたコンプレッサを有するターボチャージャと、
前記タービンより下流の排気通路に設けられ、該排気通路を流れる排気の一部が通過するように形成された排気浄化触媒と、
前記排気浄化触媒の前端面に配置され、前記タービンから流出した排気の一部を該排気浄化触媒の前端面に導く筒体と、
前記筒体に導入された排気に還元剤を添加する還元剤添加装置と、
を備えることを特徴とする。

ターボチャージャのタービンに流入した排気は、タービン内部に介装されたタービンホイールを回転させるため、タービンから流出する排気には旋回流が形成される。従って、タービンから流出した排気は、排気通路の内面に沿って旋回しながら、螺旋状に下流側に
向かって流れていく。

本発明における筒体は、タービンから流出した排気の一部を排気浄化触媒の前端面に導く。ここで、タービンから流出した排気には旋回流が形成されているため、筒体に導入された排気は筒体の内面に沿って引き続き旋回しながら排気浄化触媒の前端部に向かって流れていく。

本発明では、上記のように筒体に導入され、且つ旋回流が形成されている排気に対して還元剤が添加されるので、この還元剤を旋回流によって好適に撹拌させることができる。その結果、筒体に導入された排気中において還元剤を好適に分散させることができる。また、排気中で充分に分散、拡散されている状態の還元剤を排気浄化触媒に供給することができるので、排気浄化触媒の利用効率を向上させることができる。ここで、排気浄化触媒の利用効率とは、例えば、触媒上で反応する還元剤の量と還元剤添加装置が添加する還元剤の添加量との比率で表しても良い。

また、本発明においては、筒体の側面には開口部が形成されており、還元剤添加装置は、筒体に導入された排気に開口部を通じて還元剤を添加しても良い。これによれば、筒体の内面に沿って旋回しながら排気浄化触媒の前端面に向かって流れる排気中へ確実に還元剤を添加することができる。

ここで、排気通路の断面方向において筒体が配置される位置と、筒体を流れる排気に形成される旋回流の強度について考える。本明細書において、排気通路の断面方向とは、排気通路の軸線（軸中心線）に対して直交する方向である。また、旋回流の強度とは、旋回流の勢いの強さを表す概念であり、その強度が高いほど排気が旋回する勢いが強いことを意味する。

ここで、排気通路におけるタービンと筒体との間の部分を流れる排気は、排気通路の軸線を中心として、排気通路の内面に沿って旋回する。従って、旋回流の強度は、排気通路の軸線から排気通路の内面側に向かって近づくほど高くなる。

そこで、本発明において、筒体は、排気通路の軸線から排気通路内面側に偏心して配置されていると好適である。これによれば、筒体内に、より強度の高い旋回流を形成することができる。つまり、筒体内に導入された排気を該筒体の内面に沿って、より勢い良く旋回させることができる。これによれば、還元剤添加装置によって添加された還元剤をより激しく撹拌することができるので、排気中に添加された還元剤をより好適に分散させることができる。

また、本発明においては、筒体の一部は、排気通路内面に外接しているとより好適である。ここで、排気通路におけるタービンと筒体との間の部分を流れる排気に形成される旋回流の強度は、排気通路の内面近傍が最も高くなる。従って、本発明によれば、旋回流の強度が最も高くなる部位を流れる排気を筒体内に導くことができる。その結果、筒体内に形成される旋回流の強度を可及的に高めることができるので、還元剤添加装置によって添加された還元剤をより好適に分散させることができる。

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、ターボチャージャのタービンから流出した排気に還元剤を添加し、該タービンより下流の排気通路に設けられる排気浄化触媒に還元剤を供給する排気浄化装
置において、排気中の還元剤を充分に分散させることのできる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。

＜第一の実施形態＞
本発明を実施するための第一の実施形態について説明する。図１は本実施形態におけるエンジン１及びその吸排気系の概略構成を示した図である。また、図２は、本実施形態における排気浄化装置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吸気管２および排気管３が接続されている。吸気管２にはターボチャージャ５のコンプレッサハウジング５ａが設置されている。吸気管２におけるコンプレッサハウジング５ａよりも下流側にはスロットル弁４が設けられている。本実施例においては吸気管２と排気管３とが、本発明における吸気通路と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の途中にはターボチャージャ５のタービンハウジング５ｂが設置されている。排気管３におけるタービンハウジング５ｂより下流側には吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下、単に「ＮＯｘ触媒」という）６が設けられている。ＮＯｘ触媒６は、流入する排気の酸素濃度が高いときは排気中のＮＯｘを吸蔵し、流入する排気の酸素濃度が低下し且つ還元成分（例えば、燃料等）が存在するときは吸蔵していたＮＯｘを還元する機能を有する。

エンジン１には、該エンジン１の燃焼に供される燃料を気筒内に供給する筒内燃料噴射弁２０が備えられている。エンジン１には、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
）９が併設されている。このＥＣＵ９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。

ＥＣＵ９には、エンジン１のクランク角に応じた電気信号を出力するクランクポジションセンサ２１、アクセル開度に応じた電気信号を出力するアクセル開度センサ２２、吸気管２を流通する吸気の質量に応じた電気信号を出力するエアフローメータ（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ＥＣＵ９に入力される。ＥＣＵ９は、入力された上記センサからの出力信号に基づいてエンジン１のエンジン回転数、エンジン負荷、吸入空気量等を検出することができる。また、ＥＣＵ９には、スロットル弁４、筒内燃料噴射弁２０等が電気配線を介して接続され、これらの開度、開閉状態等がＥＣＵ９によって制御される。

タービンハウジング５ｂより下流側であって且つＮＯｘ触媒６より上流側の排気管３には、燃料を改質するための燃料改質触媒７が設けられている。燃料改質触媒７は、後述する燃料添加装置１０から供給される燃料（炭化水素：ＨＣ）を部分酸化させることによって、Ｈ_２やＣＯを生成する機能を有する。燃料改質触媒７は、例えばゼオライト製の担体にロジウム等を担持させて構成することができる。

図２を参照して、燃料改質触媒７及びその周辺の構成について具体的に説明する。図中
の二点鎖線は排気管３の軸線（軸中心線）を表している。ここで、排気管３における軸線に平行であり、この排気管３の上流側から下流側に向かって流れる排気の方向を「排気主流方向」と称する。燃料改質触媒７が設けられる部分の排気管３には内管３ａが設けられ、いわゆる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おり、円筒形状に形成されている。このような形状特性を有する内管３ａは、排気管３の軸線に直交する断面内において中央に配置されている。

内管３ａには、円柱形状に形成された燃料改質触媒７の外周面が、該内管３ａの内周面に接するように収容されている。ここで、燃料改質触媒７の軸線は、排気管３及び内管３ａの軸線と同軸である。本実施形態においては燃料改質触媒７が本発明における排気浄化触媒に相当する。

燃料改質触媒７の前端面には、タービンハウジング５ｂから流出した排気の一部を燃料改質触媒７の前端面へと導く導入管８が設けられている。導入管８は、内管３ａと同一断面形状を有する円筒部材であり、排気管３、内管３ａ、燃料改質触媒７と同軸上に配置されている。ここで、導入管８は、「周壁部８ａ」、上流端開口部を形成する縁部である「上流端縁部８ｂ」、下流端開口部を形成する縁部である「下流端縁部８ｃ」、周壁部８ａに形成された開口部である「周壁開口部８ｄ」によって構成される。

ここで、上流端縁部８ｂ（下流端縁部８ｃ）上の異なる３点から決定される仮想平面の法線方向は排気主流方向に一致している。また、下流端縁部８ｃは内管３ａ上流端の縁部と突き合わせられた状態で接続されており、周壁開口部８ｄは円形状に形成されている。本実施形態においては導入管８が本発明における筒体に相当する。また、本実施形態においては周壁部８ａが本発明における筒体の側面に相当し、周壁開口部８ｄが本発明における筒体の側面に形成された開口部に相当する。

上記構成の排気浄化装置では、導入管８の外周面と内管３ａの外周面とは連続的に形成されており、これらの外径は排気管３の内径と比較して小さい。これにより、導入管８及び内管３ａの外周面と排気管３の内周面との間には排気が導入管８及び燃料改質触媒７を迂回する迂回通路３ｂが形成される。そして、タービンハウジング５ｂから流出した排気は、その一部が導入管８に対して上流端開口部から流入し、残りの排気が迂回通路３ｂを通過することになる。

次に、本実施形態における燃料添加装置１０について説明する。燃料添加装置１０の詳細構成は後述するが、概略としては導入管８に導入された排気、すなわち該導入管８内を流れる排気に還元剤としての燃料を添加する。導入管８を流れる排気は燃料改質触媒７の前端面へと導かれるため、燃料添加装置１０によって添加された燃料が同触媒７に供給される。そして、燃料改質触媒７に供給された燃料は、該燃料改質触媒７において部分酸化され、還元成分として好適なＨ_２やＣＯが生成される。そして、燃料改質触媒７において改質された燃料が下流側に配置されたＮＯｘ触媒６へと供給され、ＮＯｘ触媒６の排気浄化能の回復処理に供される。排気浄化能の回復処理とは、ＮＯｘ触媒６に吸蔵されたＮＯｘを還元させるＮＯｘ還元処理や、硫黄酸化物（ＳＯｘ）による被毒を回復させるＳＯｘ被毒回復処理等を例示できる。本実施形態においては燃料添加装置１０が本発明における還元剤添加装置に相当する。

次に、燃料添加装置１０の詳細構成について説明する。燃料添加装置１０は、燃料噴射弁１１、燃料吸引管１３、燃料ポンプ１４、燃料供給管１５を備えている。燃料噴射弁１１の先端には燃料の噴射孔１２が形成されており、燃料噴射弁１１の軸線は排気管３の軸線と直交している。燃料噴射弁１１はＥＣＵ９と電気配線を介して接続されており、燃料噴射弁１１の開閉弁や、開弁時間等がＥＣＵ９によって制御される。

燃料吸引管１３は、その一端がエンジン１の燃料タンク１６に接続され、他端が燃料ポンプ１４に接続されている。また、燃料供給管１５は、その一端が燃料ポンプ１４に接続されており他端が燃料噴射弁１１に接続されている。燃料ポンプ１４は機械式のメカニカルポンプであり、エンジン１の図示しない出力軸（クランクシャフト）の駆動力を利用して作動する。また、燃料ポンプ１４は、モータ（不図示）からの駆動力を得て作動する電気式のサプライポンプであっても良く、この場合には燃料ポンプ１４に供給される電力の調整によって燃料の吐出圧が制御される。

上記構成の燃料添加装置１０では、燃料ポンプ１４が燃料吸入管１３を介して燃料タンク１６に貯留されている燃料を吸入し、燃料供給管１５へと吐出する。そして、燃料供給管１５へと吐出された燃料は燃料噴射弁１１へと供給される。そして、ＥＣＵ９からの制御信号によって燃料噴射弁１１が開弁されると、燃料噴射弁１１の噴射孔１２から燃料が排気中に向かって噴射される。

次に、燃料噴射孔１１の噴射孔１２、導入管８の周壁部８ａに形成された周壁開口部８ｄとの関係について言及し、燃料噴射弁１１から噴射される燃料の導入管８内への添加方法について説明する。噴射孔１２は、導入管８における周壁部８ａ外周に形成された迂回通路３ｂ内に臨んで配置されており、噴射孔１２から周壁開口部８ｄに向かって燃料が噴射される。

周壁開口部８ｄは、噴射孔１２から噴射された燃料の噴霧が周壁部８ａへと衝突せず、且つ導入管８内に導入されるように、その開口位置、開口径等が決定されている。本実施形態においては、周壁開口部８ｄの端縁と噴射孔１２とを結んだ場合に形成される円錐形状の頂角を、噴射孔１２から噴射される噴霧の噴射角よりも大きくすることとした。これにより、周壁開口部８ｄを通じて、燃料噴射弁１１の噴射孔１２から噴射された燃料を、導入管８内に導入された排気に好適に添加することができる。

ここで、上述したＮＯｘ触媒６に対する排気浄化能の回復処理においてＮＯｘや、ＳＯｘの還元反応を促進させるには、燃料改質触媒７における燃料の改質効率（利用効率）を向上させることが好ましい。燃料の改質効率とは、燃料改質触媒７で改質される燃料の量と同触媒に供給される燃料の量との比率として表すことができる。ここで、燃料改質触媒７に燃料を供給する際にこの燃料を排気中で充分に分散させておくと、燃料の改質効率を向上させることができる。

そこで、本実施形態においては、導入管８内に導入された排気に旋回流を形成させ、この旋回流によって燃料を撹拌することによって燃料の分散を促進させることとした。すなわち、エンジン１から排出された排気がタービンハウジング５ｂに流入すると、該タービンハウジング５ｂ内に介装されているブレード（羽根）の付いたタービンホイール（不図示）を回転させる。そのため、タービンハウジング５ｂから流出した排気には旋回流が形成される。ここでいう、排気の旋回流とは、排気管３の周方向に回転する排気の流れをいう。

上記のように排気に形成される旋回流の旋回軸は、排気管３の軸線と一致する。つまり、タービンハウジング５ｂより下流の排気管３を流れる排気は、排気管３の軸線を中心として排気管３内周面に沿って旋回しながら下流側の導入管８に向かって流れていく。別の言い方をすると、タービンハウジング５ｂから流出した排気は、排気管３の内周面に沿って螺旋状に排気主流方向に向かって流れていく。

図３は、図２における線Ａ−Ａの断面を示した図である。図中の格子ハッチングは、燃
料噴射弁１１から噴射された燃料の噴霧を模式的に表したものである。本実施形態では、導入管８及び排気管３ａの軸線は同軸であるため、旋回流の形成された排気は導入管８内へと円滑に導入される。これにより、導入管８より上流の排気管３において形成されていた旋回流は、導入管８内においても継続して形成される。その結果、導入管８に導入された排気は、周壁部８ａ内周面に沿って旋回しながら燃料改質触媒７の前端面に向かって流れていく。

ここで、導入管８内の排気に形成される旋回流の旋回軸（螺旋軸ということもできる）は導入管８の軸線に一致し、排気の旋回方向は図中破線矢印ａ，ｂで示すように導入管８の周方向に一致する。一方、燃料噴射弁１１の噴射孔１２から噴射され、周壁開口部８ｄから導入管８内に導入された燃料の噴霧は、導入管８の径方向中心側に向かって進行する。このため、導入管８内に形成された排気の旋回流に対して側方から燃料の噴霧が衝突する。これによれば、導入管８を流れる排気に添加された燃料をその旋回流によって好適に撹拌させることができ、以って排気中における燃料の分散、拡散を促進させることができる。

なお、導入管８内において形成される旋回流の旋回軸は、導入管８の軸線に一致するため、導入管の軸線側から周壁部８ａ内周面側に向かって近づくほど旋回流の強度が高くなる。ここで、旋回流の強度とは、旋回流の勢いの強さを表す概念であり、その強度が高いほど排気が旋回する勢いが強いことを意味する。従って、図３においては、周壁部８ａ内周面から遠い部分に形成される破線矢印ａの旋回流の強度に比べて、周壁部８ａ内周面により近い部分に形成される破線矢印ｂの旋回流の強度の方が高い。

本実施形態では、導入管８内への燃料の導入は、周壁部８ａに形成された周壁開口部８ｄを通じて行われる。上述したように、導入管８内に形成される旋回流の強度は周壁部８ａ内周部近傍が最も高くなる。従って、本実施形態にかかる構成によれば、旋回流の強度が非常に高くなる部分に燃料を添加することができるので、排気中における燃料をより好適に分散させることができる。

また、本実施形態では、周壁開口部８ｄが周壁部８ａに開口されているため、周壁開口部８ｄは上流端縁部８ｂと接していない。つまり、周壁開口部８ｄは、上流端縁部８ｂと下流端縁部８ｃとの間の部位に形成されている。これによれば、周壁開口部８ｄから導入管８内に添加された燃料が気化することで膨脹しても、導入管８の上流端開口部から多量の燃料が流出する虞はない。従って、燃料噴射弁１１から噴射された燃料を好適に燃料改質触媒７へと供給することができる。

また、本実施形態においては、燃料噴射弁１１の噴射孔１２から噴射された燃料を、迂回通路３ｂを横断させた後に導入管８内に導入している。燃料の噴霧の勢い、つまり噴霧の貫徹力は、噴射孔１２からの距離が離れるほど弱まるのが一般である。このため、導入管８を流れる排気の流速が過度に高すぎる場合には、周壁開口部８ｄから導入管８内に燃料を導入させることが困難になるとも考えられる。

これに対し、本実施形態に係る構成によれば、迂回通路３ｂを流れる排気の流速に比べて導入管８内を流れる排気の流速を遅くすることができる。これは、導入管８が燃料改質触媒７の前端面に配置されており、該導入管８内を流れる排気の流速は燃料改質触媒７を通過する排気の流速に律速されるからである。その結果、周壁開口部８ｄにおいて、迂回通路３ｂ側から導入管８内部に向かって燃料を導入させ易く、導入管８内に導入された排気への燃料添加を円滑に行うことができる。

なお、本実施形態においては、排気管３、導入管８は円筒形状に形成され、燃料改質触
媒７は円柱形状に形成されているが、これらの形状に関しては上記実施形態のものに限定されるものではない。排気管３、導入管８を流れる排気に形成された旋回流を好適に維持するためには、これらが本実施形態のように円形の内面形状を有することが好ましいが、排気の旋回流を維持できる範囲内でこれらの内面形状を適宜変更しても構わない。また、導入管８の周壁部８ａに開口される周壁開口部８ｄは、円形状に形成されていなくても構わないのは勿論である。

＜変形例＞
次に、本実施形態における変形例について説明する。図４は、図２に示した排気浄化装置の第一の変形例を示した図である。本変形例における燃料添加装置１０は、燃料噴射弁１１と導入管８とを接続する燃料導入管２３を有しており、燃料導入管２３を介して燃料噴射弁１１からの燃料を導入管８内に添加することとした。本変形例における燃料導入管２３は円筒形状に形成されており、一端が燃料噴射弁１１の外周側面に接続され、他端が周壁部８ａの周壁開口部８ｄ端縁に接続されている。また、燃料導入管２３は、噴射孔１２から噴射された燃料の噴霧が燃料導入管２３の内周面に衝突しないように、噴射孔１２側から周壁開口部８ｄ側に向かってテーパ状に拡径している。

本変形例においては、燃料噴射弁１１の噴射孔１２が燃料導入管２３内に噴射され、該燃料導入管２３を介して導入管８を流れる排気中に添加される。つまり、燃料噴射弁１１からの燃料が迂回通路３ｂに噴射されないため、該迂回通路３ｂを通過する排気の影響を受けずに、燃料を導入管８内に確実に導入させることができる。

図５は、図２に示した排気浄化装置の第二の変形例を示した図である。本変形例では、導入管８の周壁部８ａに周壁開口部８ｄが形成されない点で、図２に示した排気浄化装置と相違する。また、燃料噴射弁１１は、図示のよう略Ｌ型形状に形成されており、噴射孔１２は導入管８内部に臨んでいる。このような構成によっても、導入管８に導入された排気に燃料を添加することができる。従って、導入管８に形成された排気の旋回流によって燃料を好適に撹拌し、排気中における燃料の分散、拡散を好適に促進させることができる。

図６は、図２に示した排気浄化装置の第三の変形例を示した図である。図中に示した矢印ａは、図２において説明した「排気主流方向」を表したものである。また、図示の矢印ｂは、燃料噴射弁１１の噴射孔１２から噴射される燃料の噴射方向を表す。この噴射方向は燃料の噴霧中心が指向する方向である。図示のように、本変形例において、燃料噴射弁１１の軸線は排気管３の軸線に対して傾斜しており、燃料の噴射方向と排気主流方向とが成す角度が鋭角となるように燃料噴射弁１１が配置されている。これによれば、燃料噴射弁１１は、迂回通路３ｂに対して、排気管３の軸線方向下流側に向けて燃料を噴射することになる。

ここで、導入管８内において形成された排気の旋回流は、導入管８の軸線を旋回軸として排気主流方向に向かって流れていく。上記構成によれば、導入管８内に添加される燃料は、周壁開口部８ｄから導入管８の軸線方向下流側に向けて添加される。これによれば、導入管８内に添加された燃料を排気の旋回流に好適に乗せることができるので、この燃料を導入管８において好適に分散させることができる。

＜第二の実施形態＞
次に、本発明を実施するための第二の実施形態について説明する。本実施形態においてエンジン１やその他ハードウェアの基本構成について第一の実施形態と共通する部分は、同一符号を付すことで説明を割愛する。本実施形態では、タービンハウジング５ｂと導入管８との間の排気管３において、径方向の位置の変化によって、排気に形成される旋回流
の強度が相違する点について着目した。

すなわち、タービンハウジング５ｂと導入管８との間の排気管３を流れる排気は、排気管３の内周面に沿って旋回しており、その旋回流中心は排気管３の軸線に一致する。そして、排気管３内の径方向の変位に応じた旋回流の強度の違いについて考えると、排気管３の軸線から排気管３内周面側に向かって近づくほど旋回流の強度が高くなる。そこで、本実施形態においては、導入管８内により強度の高い旋回流を形成させるべく、導入管８の配置位置を排気管３の軸線から排気管３内周面側に偏心させる。なお、上記の配置位置とは、排気管３の軸線に直交する断面内における配置位置である。

図７は、本実施形態における排気浄化装置の概略構成を示した図である。図８は、図７における線Ｂ−Ｂの断面を示した図である。図７に図示した一点鎖線は導入管８及び内管３ａの軸線を表し、二点差線は排気管３の軸線を表す。本実施形態において、導入管８及び内管３ａの軸線は同軸であり、且つ排気管３の軸線に対して偏心している。本実施形態では、燃料噴射弁１１の噴射孔１２が周壁開口部８ｄを通じて導入管８内に臨むように、導入管８及び内管３ａを排気管３内周面に対して外接させている。

また、図８における破線矢印は、導入管８内に形成された旋回流を模式的に表したものであり、鎖線矢印は、迂回通路３ｂに形成された旋回流を模式的に表したものである。上述したように、導入管８の上流端開口部よりも上流側の位置では、排気に形成される旋回流の強度は排気管３内周面近傍で最も高くなる。本実施形態においては導入管８の上流端開口部が排気管３内周面近傍に開口するため、導入管８内に導入された排気に形成される旋回流の強度を可及的に高めることができる。従って、導入管８を流れる排気中での燃料の分散、拡散を可及的に促進させることができ、燃料改質触媒７における燃料の改質効率を向上させることができる。

また、本実施形態にかかる上記構成においては、燃料噴射弁１１の噴射孔１２が導入管８内に臨んで配置されるため、燃料を直接導入管８内の排気に添加することができる。従って、燃料噴射弁１１から噴射された燃料を確実に、燃料改質触媒７に供給することができる。

なお、本実施形態においては、導入管８と排気管３内周面とが接する部分は、同一部材によって一体的に形成されていても良いのは勿論である。また、本実施形態において、導入管８内へ可及的に強度の高い旋回流を形成させるべく導入管８を排気管３内周面に対して外接させているが、導入管８の軸線と排気管３の軸線とを偏心させる度合い（程度）は適宜変更することができる。導入管８の軸線を排気管３の軸線に対して偏心させることで、これらを偏心させない場合に比べて旋回流の強度を高めることができるという作用効果を奏する。

また、上述した本発明の実施形態においては、導入管８と内管３ａとを別部材としているがこれに限定される趣旨ではなく、本発明の本旨を逸脱しない範囲内において実施形態には種々の変更を加え得る。例えば、導入管８及び内管３ａを同一部材によって構成しても良い。また、導入管８の下流端縁部８ｃと内管３ａとは必ずしも接続されている必要はなく、これらが近接していても良い。その際、下流端縁部８ｃを導入管８の軸線方向に沿って燃料改質触媒７の前端面へと投影したときの投影部が、燃料改質触媒７の前端面内の領域に含まれるように、導入管８を配置すると好適である。これによれば、導入管８内に添加された燃料が、導入管８と内管３ａ（或いは、燃料改質触媒の前端面）との隙間から迂回通路３ｂにすり抜けてしまうことを抑制できる。つまり、導入管８に導入された排気に添加された燃料を燃料改質触媒７へと確実に供給することができる。

また、上述した実施形態のように、燃料添加装置１０によって添加される燃料を導入管８内に形成させた旋回流によって好適に撹拌するには、タービンハウジング５ｂから流出する際に形成された旋回流が導入管８内に導入されるまで、その旋回流の強度を一定以上の強度に維持する必要がある。ここで、タービンハウジング５ｂと導入管３との間において排気管３の軸線方向が急激に変化すると、排気の旋回する勢いが弱まる虞がある。

従って、図１に示したエンジン１の排気系のように、排気管３におけるタービンハウジング５ｂと導入管８との間の部分には、屈曲部を設けないことが好ましい。また、排気管３に屈曲部を設ける場合には、屈曲部の前後（上流側と下流側）において排気管３の軸線方向が変化する角度を緩やかにすると好適である。その場合、許容される上記角度は予め実験的に求めておくことができ、適宜の値（例えば４５°程度であっても良い）を採用することができる。

第一の実施形態におけるエンジンと、その吸排気系の概略構成を示した図である。 第一の実施形態における排気浄化装置の概略構成を示した図である。 図２における線Ａ−Ａの断面を示した図である。 図２に示した排気浄化装置の第一の変形例を示した図である。 図２に示した排気浄化装置の第二の変形例を示した図である。 図２に示した排気浄化装置の第三の変形例を示した図である。 第二の実施形態における排気浄化装置の概略構成を示した図である。 図７における線Ｂ−Ｂの断面を示した図である。

符号の説明

１・・・エンジン
２・・・吸気管
３・・・排気管
３ａ・・内管
３ｂ・・迂回通路
５・・・ターボチャージャ
５ａ・・コンプレッサハウジング
５ｂ・・タービンハウジング
６・・・吸蔵還元型ＮＯｘ触媒
７・・・燃料改質触媒
８・・・導入管
８ａ・・周壁部
８ｂ・・上流端縁部
８ｃ・・下流端縁部
８ｄ・・周壁開口部
９・・・ＥＣＵ
１０・・燃料添加装置
１１・・燃料噴射弁
１２・・噴射孔

Claims (4)

1. 内燃機関の排気通路に配置されたタービン及び内燃機関の吸気通路に配置されたコンプレッサを有するターボチャージャと、
   前記タービンより下流の排気通路に設けられ、該排気通路を流れる排気の一部が通過するように形成された排気浄化触媒と、
   前記排気浄化触媒の前端面に配置され、前記タービンから流出した排気の一部を該排気浄化触媒の前端面に導く筒体と、
   前記筒体に導入された排気に還元剤を添加する還元剤添加装置と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
2. 前記筒体の側面には開口部が形成されており、
   前記還元剤添加装置は、前記筒体に導入された排気に前記開口部を通じて還元剤を添加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装置。
3. 前記筒体は、排気通路の軸線から排気通路内面側に偏心して配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
4. 前記筒体の一部は、排気通路内面に外接していることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置。

Images