JP4254721B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

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Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。
NOx吸収剤を担持したパティキュレートフィルタを排気管に2つ並列に配置し、NOx吸収剤に流入する排気の量を一方ずつ減少させてNOx吸収剤の機能再生処理を行う排気浄化装置が知られている(特許文献1参照)。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献2が存在する。
特許第2727906号公報 実公平7−16014号公報
NOx吸収剤としての吸蔵還元型のNOx触媒(以降、NOx触媒と略称する。)などが排気通路に複数並列に配置されている装置では、還元剤を供給する噴射ノズルとNOx触媒との距離が十分に確保できず、NOx触媒の一部に還元剤が偏って供給されるおそれがある。
そこで、本発明は、吸蔵還元型のNOx触媒への還元剤の偏った供給を抑制し、NOx触媒の機能再生を適切に実施することが可能な内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。
本発明の第一の内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の排気通路の一部を形成し、内部に吸蔵還元型のNOx触媒を収容するケーシングと、前記NOx触媒よりも上流側にてケーシング内に還元剤を供給する還元剤供給手段と、を備えた内燃機関の排気浄化装置において、前記還元剤供給手段は、前記ケーシング内に配置された噴射孔から前記NOx触媒の中心線と交差する方向に扁平に還元剤を噴射し、前記噴射孔からは、前記NOx触媒の上流側端面に対して垂直に広がる方向の幅よりも前記NOx触媒の上流側端面に対して水平に広がる方向の幅が広い形状を形成するように還元剤が噴射されることにより、上述した課題を解決する(請求項1)。
本発明の第一の内燃機関の排気浄化装置によれば、NOx触媒の上流側端面を横断する方向に扁平に還元剤が噴射されるので、NOx触媒の上流側端面に還元剤を分散させて供給することができる。そのため、NOx触媒の機能再生を適切に実施することができる。
本発明の第一の排気浄化装置において、前記噴射孔からは、前記NOx触媒の上流側端面に沿うように扁平に還元剤が噴射されてもよい(請求項2)。この場合、還元剤がNOx触媒の上流側端面と略平行に噴射されるので、還元剤をより分散させて供給することができる。
また、本発明の第一の排気浄化装置において、前記噴射孔からは、前記NOx触媒の上流側端面に到達した還元剤が該上流側端面上において所定方向に長くこの所定方向と直交する方向には幅が狭い形状を形成するように還元剤が噴射されてもよい(請求項)。すなわち、本発明における扁平な噴射の概念には、噴射孔から噴射された還元剤がNOx触媒の上流側端面上において楕円状、長円状のような所定方向に長くこの所定方向と直交する方向には幅が狭い扁平な形状を形成するもの含まれる。
本発明の第一の排気浄化装置において、前記噴射孔は、前記NOx触媒の外周よりも外側に配置されていてもよい(請求項)。このような位置は内燃機関から排出された高温の排気が直接流入し難いので、噴射孔に高温の排気が直接当たり難い。そのため、排気から還元剤供給手段への熱の伝達を抑えて還元剤供給手段の温度上昇を抑制することができる。
本発明の第一の排気浄化装置は、前記ケーシングの上流側に設けられ、前記NOx触媒の上流側端面に斜めに排気が導入されるように該上流側端面に対して傾斜した排気導入部を備え、前記還元剤供給手段は、前記NOx触媒に流入する排気と略平行に、かつこの排気の流れと同じ方向に還元剤を噴射してもよい(請求項)。噴射孔から噴射された還元剤の形状(以降、噴霧形状と略称する。)は排気流れの影響に受けて変形するが、このようにNOx触媒の上流側端面に斜めに排気が流入するものでは、この排気と略平行に、かつ排気の流れと同じ方向に還元剤を噴射することで、排気流れが噴霧形状に与える影響を抑制することができる。そのため、還元剤を排気流れのより上流側から供給し、NOx触媒に還元剤をより分散させて供給することができる。
本発明の第一の排気浄化装置は、前記NOx触媒への排気の流入を許可する位置とその流入を阻止する位置とに切替可能な排気制御バルブと、前記排気制御バルブの動作を制御する動作制御手段と、を備え、前記動作制御手段は、排気の空燃比を一時的にリッチ側に設定するリッチスパイク時に前記排気制御バルブを前記NOx触媒への排気の流入を阻止する位置に切り替え、その後前記NOx触媒の空間速度が低下し始めてから前記排気通路に還元剤が添加されるように前記還元剤供給手段の動作を制御してもよい(請求項)。排気の流速が遅いほど、還元剤の噴霧形状は排気流れの影響を受け難い。そこで、このようにNOx触媒の空間速度が低下、即ちNOx触媒に流入する排気の速度が低下し始めてから還元剤を供給することで、排気流れが還元剤の噴霧形状に与える影響を抑えることができる。そのため、還元剤の噴霧形状を安定させ、NOx触媒に還元剤をさらに分散させて供給することができる。
なお、本発明の空間速度は触媒の容量に対する触媒に流入する1時間あたりのガス量の比として与えられる。
本発明の第二の排気浄化装置は、内燃機関の排気通路を形成し、同一の上流管から分岐する複数の分岐管を有する排気管と、各分岐管にそれぞれ設けられるとともに吸蔵還元型のNOx触媒がそれぞれ収容されるケーシングと、各ケーシングにそれぞれ設けられ、前記NOx触媒よりも上流側にてケーシング内に還元剤を供給する還元剤供給手段と、を備えた内燃機関の排気浄化装置において、前記還元剤供給手段は、前記ケーシング内に配置された噴射孔から前記NOx触媒の中心線と交差する方向に扁平に還元剤を噴射し、前記噴射孔からは、前記NOx触媒の上流側端面に対して垂直に広がる方向の幅よりも前記NOx触媒の上流側端面に対して水平に広がる方向の幅が広い形状を形成するように還元剤が噴射されることにより、上述した課題を解決する(請求項)。
本発明の第二の排気浄化装置によれば、上述した第一の排気浄化装置と同様に、還元剤供給手段からNOx触媒に還元剤を分散させて供給することができる。
本発明の第二の排気浄化装置において、前記噴射孔からは、前記NOx触媒の上流側端面に沿うように扁平に還元剤が噴射されてもよい(請求項)。このようにNOx触媒の上流側端面と略平行に還元剤を噴射させることで、NOx触媒に還元剤をさらに分散させて供給することができる。
このように還元剤を扁平に噴射するために、前記噴射孔からは、前記NOx触媒の上流側端面に到達した還元剤が該上流側端面上において所定方向に長くこの所定方向と直交する方向には幅が狭い形状を形成するように還元剤が噴射されてもよい(請求項)。
本発明の第二の排気浄化装置において、前記噴射孔は、前記NOx触媒の外周よりも外側に配置されていてもよい(請求項10)。このような位置に噴射孔を配置することで、各還元剤供給手段の温度上昇を抑えることができる。
本発明の第二の排気浄化装置において、各ケーシングの上流側には各ケーシングに収容されているNOx触媒の上流側端面に斜めに排気が導入されるように該上流側端面に対して傾斜した排気導入部がそれぞれ設けられ、前記還元剤供給手段は、前記NOx触媒に流入する排気と略平行に、かつこの排気の流れと同じ方向に還元剤をそれぞれ噴射してもよい(請求項11)。このようにNOx触媒の上流側端面に排気がそれぞれ斜めに流入するものは、この排気流れと略平行に、かつ排気流れと同じ方向に還元剤を噴射することで、排気流れが還元剤の噴霧形状に与える影響を抑えることができる。そのため、排気流れのより上流側から還元剤を供給し、還元剤をNOx触媒にさらに分散させて供給することができる。
本発明の第二の排気浄化装置において、各分岐管にそれぞれ設けられ、各分岐管に設けられたNOx触媒への排気の流入を許可する位置とその流入を阻止する位置とに切り替え可能な排気制御バルブと、これらの排気制御バルブの動作を制御する動作制御手段と、を備え、前記動作制御手段は、NOx触媒に吸蔵されたNOxを還元させるべく排気の空燃比を一時的にリッチ側に設定するリッチスパイク時に、NOxを還元させるNOx触媒への排気の流入が阻止されるように各排気制御バルブの動作を制御し、その後このNOx触媒の空間速度が低下し始めてからこのNOx触媒に還元剤が添加されるように各還元剤供給手段の動作を制御してもよい(請求項12)。このような時期に還元剤を添加することで、排気流れが還元剤の噴霧形状に与える影響を抑え、還元剤の噴霧形状を安定させて還元剤をNOx触媒にさらに分散させて供給することができる。
本発明において吸蔵還元型のNOx触媒は、NOxを触媒にて保持できるものであればよく、吸収又は吸着いずれの態様でNOxが保持されるかは吸蔵の用語によって制限されない。また、後述するSOxの被毒についてもその態様を問わないものである。さらに、NOxやSOxの放出についてもその態様を問わない。
以上に説明したように、本発明によれば、還元剤がNOx触媒の中心線と交差する方向に扁平に噴射されるので、NOx触媒に還元剤を分散させて供給することができる。また、NOx触媒の上流側端面に排気が斜めに流入するものについては、この傾いて流入する排気と略平行に、かつ排気流れと同じ方向に還元剤を噴射することで、還元剤をより分散させてNOx触媒に供給することができる。そのため、NOx触媒の機能再生を適切に実施することができる。
図1は、本発明の排気浄化装置を内燃機関としてのディーゼルエンジン(以降、エンジンと略称する。)1に組み込んだ一形態の構成図を示している。エンジン1は、車両に動力源として搭載されるもので、そのシリンダ2には吸気通路3及び排気通路4が接続されている。吸気通路3には、ターボチャージャ5のコンプレッサ5a、吸気を冷却するためのインタークーラ6、吸気量調節用の絞り弁7が設けられ、排気通路4にはターボチャージャ5のタービン5bが設けられている。排気通路4は、排気管8によって形成されている。排気管8は、タービン5bの下流側において同一の上流管9から分岐する複数(図1では2つ)の分岐管10を有している。各分岐管10には、上流側から順に、スリット状の噴射孔11aを有する還元剤供給手段としての添加インジェクタ11と、前段触媒12と、吸蔵還元型のNOx触媒が担持されたパティキュレートフィルタ(以降、フィルタと略称する。)13と、分岐管10への排気の流入を許可する位置とその流入を阻止する位置とに切り替え可能な排気制御バルブ14とがそれぞれ設けられている。前段触媒12及びフィルタ13は、分岐管10の一部を形成するケーシング15にそれぞれ収容されている。即ち、図1のエンジン1は、排気通路4に前段触媒12及びフィルタ13を複数並列に備えている。なお、各分岐管10は、排気制御バルブ14の下流側にて共通の下流管16にそれぞれ接続される。前段触媒12としては、例えば、排気中のNOxを酸素過剰のリーン雰囲気で吸蔵し、理論空燃比又は酸素不足のリッチ雰囲気で吸蔵したNOxを放出するとともにこのNOxを還元浄化するNOx吸蔵還元型の排気浄化触媒が設けられる。従って、前段触媒12及びフィルタ13の両方が本発明の吸蔵還元型のNOx触媒に相当する。還元剤には、例えばエンジン1の燃料(軽油)が使用される。
上述したように吸蔵還元型のNOx触媒は、排気空燃比がリーンのときはNOxを吸蔵し、排気空燃比が理論空燃比又はリッチのときは吸蔵していたNOxを放出し、窒素(N)に還元する性質を有している。NOx触媒に吸蔵可能なNOx量には上限があるため、吸蔵されているNOx量がこの上限に達しないようにNOx触媒からNOxを放出させてNに還元させるNOx還元を所定の間隔で行い、NOx触媒の排気浄化性能を高い状態に維持する。また、NOx触媒は、排気中に含まれる硫黄酸化物(SOx)により被毒される。そのため、NOx触媒をNOx触媒から硫黄(S)が放出される温度域に昇温させるとともに排気の空燃比を理論空燃比又はリッチして硫黄被毒を回復させ、NOx触媒の機能を再生させるS再生を行う。添加インジェクタ11は、ケーシング15内に還元剤を添加することで排気空燃比を理論空燃比又はリッチ側に一時的に変化させるリッチスパイクを行い、これらNOx還元やS再生を実行するときに必要な還元雰囲気を生成する。なお、以降NOx還元とS再生とをまとめて機能再生処理と記述することもある。
図2は車両に搭載されたエンジン1の排気管8の状態を示し、図3は図2の排気管8の一部を拡大して示している。図3(a)は、添加インジェクタ11から噴射された還元剤の噴霧形状を前段触媒12の上流側から見た図を示し、図3(b)は、分岐管10の拡大図を示している。なお、図2の上側の線Aは車両のボンネットを示し、下側の線Bは最低地上高を示している。図2に示したように各分岐管10は、上流側が鉛直上方を向き、下流側が鉛直下方を向くようにそれぞれ配置される。そのため、図3に矢印で示したようにタービン5bから排出された排気は、各前段触媒12に鉛直上方から流入する。各ケーシング15の上流側には排気の流れに沿って漸次広がる排気導入部としてのコーン部17がそれぞれ設けられ、各コーン部17には前段触媒12及びフィルタ13の外周よりも外側に張り出す張出部18がそれぞれ設けられる。図3(b)に拡大して示したように添加インジェクタ11はこの張出部18に配置されるので、添加インジェクタ11の噴射孔11aは、前段触媒12の外周よりも外側に配置される。
図3(b)に示したように、添加インジェクタ11の噴射孔11aからは前段触媒12よりも上流側のケーシング15内に、前段触媒12の側方から前段触媒12の中心線CLと交差する方向に、また前段触媒12の上流側端面12aに沿うように扁平に還元剤が噴射される。言い換えると、噴射孔11aからは還元剤が前段触媒12の上流側端面12aと略平行に扁平に噴射される。なお、還元剤は、排気流れと直交する方向に扁平に噴射されてもよい。また、図3(a)に示したように、噴射孔11aからは、噴射された還元剤が噴射孔11aを中心に排気の流れを横断する方向に、広がるように噴射される。図4は、噴射孔11aから噴射される還元剤の噴霧形状を拡大して示している。図4に示したように、噴射孔11aからは、前段触媒12の上流側端面12aに対して垂直に広がる方向の幅L1よりも上流側端面12aに対して水平に広がる方向の幅L2が広い形状を形成するように還元剤が噴射される。
図1に戻って説明を続ける。エンジン1は、燃料供給装置20を備えている。燃料供給装置20は、シリンダ2内に燃料を噴射する燃料噴射弁21と、燃料噴射弁21から噴射する高圧の燃料を蓄えるコモンレール22と、不図示の燃料タンクからコモンレール22に燃料を供給する燃料ポンプ23とを備えている。図1に示したように添加インジェクタ11は、燃料ポンプ23と接続されており、各添加インジェクタ11からはエンジン1の燃料が還元剤として噴射される。
添加インジェクタ11及び排気制御バルブ14の動作は、エンジンコントロールユニット(ECU)30によって制御されている。ECU30は、例えば燃料噴射弁21の動作を制御して、シリンダ2内に噴射する燃料量を調整するなどしてエンジン1の運転状態をコントロールする周知のコンピュータユニットである。また、ECU30は、エンジン1の運転時にタービン5bから排出された排気が並列に設けられた2つの分岐管10のうちの一方に導かれるように各排気制御バルブ14の動作を制御する。なお、上述したようにNOx触媒の排気浄化性能を高い状態に維持するためには機能再生処理を所定の周期で実施する必要がある。この機能再生処理の実施時は、それまで排気が導かれていた一方の分岐管10から他方の分岐管10に排気が導かれるように、各排気制御バルブ14の動作が制御される。このように各排気制御バルブ14の動作を制御することで、ECU30は本発明の動作制御手段として機能する。
エンジン1の運転時における排気の流れを図2及び図3を用いて説明する。なお、図2及び図3の左側の分岐管10を分岐管10L、右側の分岐管10を分岐管10Rと記述する。また、分岐管10Lに設けられているものを添加インジェクタ11L、前段触媒12L、フィルタ13L、排気制御バルブ14Lと記述し、分岐管10Rに設けられているものを添加インジェクタ11R、前段触媒12R、フィルタ13R、排気制御バルブ14Rと記述する。例えば、ECU30は、エンジン1の運転時、排気制御バルブ14Rを開けて分岐管10Rへの排気の流入を許可し、排気制御バルブ14Lを閉じて分岐管10Lへの排気の流入を阻止する。このように各排気制御バルブ14の動作を制御することで排気を分岐管10Rに導き、前段触媒12R及びフィルタ13Rにて排気を浄化する。前段触媒12R及びフィルタ13Rに担持されているNOx触媒の機能再生処理を実施する場合、ECU30は排気制御バルブ14Rを閉じて分岐管10Rへの排気の流入を阻止するとともに排気制御バルブ14Lを開けて分岐管10Lへの排気の流入を許可する。このように各排気制御バルブ14の動作が制御されることで、排気は分岐管10Lに導かれる。その後、添加インジェクタ11Rから還元剤を噴射し、NOx触媒の機能再生処理を実施する。なお、分岐管10Lから分岐管10Rへの排気流れの切り替えは、前段触媒12L及びフィルタ13Lにそれぞれ担持されているNOx触媒の機能再生処理を実施する際に行われる。このようにECU30は、各分岐管10に交互に排気が流入するように各排気制御バルブ14の動作を制御する。
図5は、ECU30が各添加インジェクタ11の動作を制御するために実行する添加インジェクタ動作制御ルーチンを示している。図5の制御ルーチンは、エンジン1の運転中に所定の周期で繰り返し実行される。
図5の制御ルーチンにおいてECU30は、まずステップS11において排気が導かれている分岐管10のNOx触媒に対してリッチスパイクを行うことで機能再生処理を実施する機能再生条件が成立したか否か判断する。機能再生条件が成立したか否かは、例えばエンジン1から排出された排気の量の積算値に基づいて判断され、一方の分岐管10に導かれた排気量の積算値が予め設定された判定値を超えた場合に機能再生条件が成立したと判断する。機能再生条件が成立していないと判断した場合は、今回の制御ルーチンを終了する。一方、機能再生条件が成立していると判断した場合はステップS12に進み、ECU30は一方の分岐管10から他方の分岐管10に排気の流れが切り替えられたことを示す切替フラグがオンの状態であるか否か判断する。切替フラグがオンの状態であると判断した場合、ECU30はステップS13及びS14の処理をスキップしてステップS15に進む。一方、切替フラグがオフの状態であると判断した場合はステップS13に進み、ECU30は各排気制御バルブ14の動作を制御して一方の分岐管10から他方の分岐管10に排気の流れを切り替える。例えば図2の前段触媒12R及びフィルタ13RのNOx触媒の機能再生処理を実施する場合は、分岐管10Rから分岐管10Lに排気の流れが切り替わるように各排気制御バルブ14の動作を制御する。続くステップS14においてECU30は切替フラグをオンに切り替え、その後ステップS15に進む。
ステップS15においてECU30は、還元剤の噴射を開始する時期であるか否か判断する。還元剤の噴射を開始する時期であるか否かは、例えば切替フラグがオンに切り替えられてから予め設定された所定時間経過したか否かに基づいて判断され、所定時間経過した場合に還元剤の添加を開始する時期であると判断する。所定時間としては、例えば、排気制御バルブ14が閉じられることによってNOx触媒の機能再生処理を実施する側の分岐管10への排気が絞られ、前段触媒12及びフィルタ13の空間速度が低下し始める時間が設定される。還元剤の噴射を開始する時期ではないと判断した場合は、今回の制御ルーチンを終了する。一方、還元剤の噴射を開始する時期であると判断した場合はステップS16に進み、ECU30はNOx触媒の機能再生処理を実施する側の添加インジェクタ11の動作を制御し、NOx触媒に還元剤を供給する。続くステップS17においてECU30は切替フラグをオフに切り替える。その後、今回の制御ルーチンを終了する。
この実施形態では、図3(a)及び図3(b)に示したように添加インジェクタ11から還元剤が前段触媒12の側方から前段触媒12の中心線CLと交差する方向に扁平に噴射されるので、前段触媒12及びフィルタ13に還元剤を分散させて供給することができる。そのため、NOx触媒の機能再生処理を適切に実施し、前段触媒12及びフィルタ13の排気浄化性能を高い状態に維持することができる。また、図3(b)に示したように添加インジェクタ11は、その噴射孔11aが前段触媒12の外周よりも外側に、言い換えると排気流れの死角に配置されるので、タービン5bから排出された排気が噴射孔11aに当たり難い。そのため、排気から添加インジェクタ11への熱の伝達を抑制して添加インジェクタ11の温度上昇を抑え、添加インジェクタ11の信頼性を高めることができる。還元剤の噴射は、排気制御バルブ14によって分岐管10に流入する排気が絞られ、前段触媒12及びフィルタ13の空間速度が低下し始めてから行われる。そのため、排気流れが還元剤の噴霧形状に与える影響を抑えて還元剤の噴霧形状を安定させ、還元剤を前段触媒12の上流側端面12aにさらに分散させて供給することができる。添加インジェクタ11がケーシング15のコーン部17に設けられているので、添加インジェクタ11を排気通路4にコンパクトに配置することができる。
ECU30が実行する各排気制御バルブ14の動作制御方法は、各分岐管10に配置される前段触媒12及びフィルタ13の容量に応じて適宜変更してよい。例えば、エンジン1の排気を一方の分岐管10に配置された前段触媒12及びフィルタ13にて適切に浄化可能な場合は、上述した動作制御方法にて各排気制御バルブ14の動作が制御されてよい。一方、車両の大きさなどによって一方の分岐管10に配置可能な前段触媒12及びフィルタ13の容量が制限される場合は、例えば以下に示す制御方法によって各排気制御バルブ14の動作が制御されてもよい。
ECU30は、エンジン1の通常運転時、両方の排気制御バルブ14をそれぞれ開状態に維持し、両方の分岐管10に排気を流入させ、両方の分岐管10に配置された前段触媒12及びフィルタ13にてそれぞれ排気を浄化する。例えば図2の排気管8においては、排気制御バルブ14L、14Rをそれぞれ開状態に維持して分岐管10L、10Rにそれぞれ排気を流入させ、前段触媒12L、12R及びフィルタ13L、13Rによって排気を浄化する。一方、NOx触媒の機能再生処理を行う場合、ECU30は、機能再生処理を行う前段触媒12及びフィルタ13が配置されている方の排気制御バルブ14のみを閉状態に切り替え、その後前段触媒12及びフィルタ13の空間速度が低下し始めてから、これら前段触媒12及びフィルタ13に還元剤を供給する。例えば図2の排気管8において前段触媒12L及びフィルタ13Lの機能再生処理を行う場合、ECU30は、排気制御バルブ14Lのみを閉状態に切り替え、その後添加インジェクタ10Lの動作を制御して前段触媒12L及びフィルタ13Lに還元剤を供給する。
このように各分岐管10に配置可能な前段触媒12及びフィルタ13の容量が制限される場合は、通常運転時に両方の分岐管10にそれぞれ排気を流入させることによって、両方の分岐管10に配置された前段触媒12及びフィルタ13によって排気を適切に浄化することができる。一方、前段触媒12及びフィルタ13の機能再生処理時は、機能再生処理を行う前段触媒12及びフィルタ13が配置されている方の排気制御バルブ14のみを閉状態に切り替え、その後この前段触媒12及びフィルタ13の空間速度が低下し始めてから還元剤を供給するので、機能再生処理を適切に実施することができる。
図6は、本発明の排気浄化装置の他の実施形態を示している。図6(a)は添加インジェクタ11から噴射された還元剤の噴霧形状を前段触媒12の上流側から見た図を示し、図6(b)は、この実施形態の分岐管10の一部の拡大図を示している。なお、図6において図3と共通の部品には同一の参照符号を付し、説明を省略する。図6(b)に示したように、この実施形態では、前段触媒12の上流側端面12aに斜め上方から排気が流入するように、コーン部17が上流側端面12aに対して傾いて設けられている。また、図6(b)に示したように添加インジェクタ11は、傾いて設けられたコーン部17のうち前段触媒12の外周よりも外側に位置する場所に配置され、その噴射孔11aからは前段触媒12に流入する排気の流れと略平行に、かつ排気流れと同じ方向に還元剤が噴射される。
この実施形態によれば、前段触媒12に斜め上方から排気を流入させることで、コーン部17の高さを低くしつつ前段触媒12の上流側端面12aへの偏った排気の流入を抑制することができる。各添加インジェクタ11は、上流側端面12aに斜めに流入する排気流れと平行に、かつこの排気の流れ方向と同じ方向に還元剤を噴射するので、排気流れが還元剤の噴霧形状に与える影響を抑えることができる。そのため、還元剤を排気流れのより上流から供給できるので、上流側端面12aに還元剤をさらに分散させて供給することができる。また、各添加インジェクタ11は、噴射孔11aが前段触媒12の外周よりも外側に配置されるように設けられているので、排気から添加インジェクタ11への熱の伝達を抑制し、添加インジェクタ11の温度上昇を抑制することができる。そのため、添加インジェクタ11の信頼性を向上させることができる。
本発明は、上述した実施形態に限定されることなく、種々の形態にて実施してよい。例えば、本発明はディーゼルエンジンに限らず、ガソリンその他の燃料を利用する各種の内燃機関に適用してよい。
本発明の排気浄化装置に使用される添加インジェクタの噴射孔の形状はスリット状に限定されず、また噴霧形状も上述した形状に限定されない。例えば、添加インジェクタ11は、図7(a)に示したように噴霧形状が略円錐状に形成されるような形状の噴射孔11aを有していてもよい。この場合、図7(a)に示したように、噴射孔11aは、前段触媒12の上流側端面12aから還元剤の噴霧形状が略円錐状に維持される距離に、かつ噴射孔11aから噴射された還元剤が上流側端面12aとの交差時に上流側端面12a上に扁平に噴霧されるように配置される。図7(b)は、図7(a)の還元剤の噴霧形状を前段触媒12の上流側から見た図を示している。図7(b)に示したように、還元剤は上流側端面12a上にて所定方向に長くこの所定方向と直交する方向には幅が狭い形状を形成する。即ち、還元剤は、図7(b)に矢印L3で示した還元剤の噴射方向に長く、矢印L4で示したこの噴射方向と直交する方向には幅が狭い扁平な楕円状を形成する。このように本発明の還元剤の扁平な噴射には、前段触媒12の上流側端面12a上にて還元剤が扁平な形状を形成するものも含まれる。
本発明の排気浄化装置をディーゼルエンジンに組み込んだ一形態の構成を示す図。 車両に搭載された図1のエンジンの排気管の状態を示す図。 図2の排気管の一部を拡大して示した図で、(a)は添加インジェクタから噴射された還元剤の噴霧形状を前段触媒の上流側から見た図を示し、(b)は分岐管の一部を拡大して示している。 噴射孔から噴射された還元剤の噴霧形状を拡大して示す図。 ECUが実行する添加インジェクタ動作制御ルーチンを示すフローチャート。 本発明の排気浄化装置の他の実施形態を示す図。 本発明の排気浄化装置における還元剤噴霧形状の他の例を示す図で、(a)は(b)の下側から噴霧形状を見た図を示し、(b)は(a)の噴霧形状を前段触媒の上流側から見た図を示す。
符号の説明
1 ディーゼルエンジン(内燃機関)
4 排気通路
8 排気管
9 上流管
10 分岐管
11 添加インジェクタ(還元剤供給手段)
11a 噴射孔
12 前段触媒(NOx触媒)
12a 上流側端面
13 パティキュレートフィルタ(NOx触媒)
14 排気制御バルブ
15 ケーシング
17 コーン部(排気導入部)
30 エンジンコントロールユニット(動作制御手段)

Claims (12)

  1. 内燃機関の排気通路の一部を形成し、内部に吸蔵還元型のNOx触媒を収容するケーシングと、前記NOx触媒よりも上流側にてケーシング内に還元剤を供給する還元剤供給手段と、を備えた内燃機関の排気浄化装置において、
    前記還元剤供給手段は、前記ケーシング内に配置された噴射孔から前記NOx触媒の中心線と交差する方向に扁平に還元剤を噴射し、
    前記噴射孔からは、前記NOx触媒の上流側端面に対して垂直に広がる方向の幅よりも前記NOx触媒の上流側端面に対して水平に広がる方向の幅が広い形状を形成するように還元剤が噴射されることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
  2. 前記噴射孔からは、前記NOx触媒の上流側端面に沿うように扁平に還元剤が噴射され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. 前記噴射孔からは、前記NOx触媒の上流側端面に到達した還元剤が該上流側端面上において所定方向に長くこの所定方向と直交する方向には幅が狭い形状を形成するように還元剤が噴射され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。
  4. 前記噴射孔は、前記NOx触媒の外周よりも外側に配置されていることを特徴とする請求項1〜のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
  5. 前記ケーシングの上流側に設けられ、前記NOx触媒の上流側端面に斜めに排気が導入されるように該上流側端面に対して傾斜した排気導入部を備え、
    前記還元剤供給手段は、前記NOx触媒に流入する排気と略平行に、かつこの排気の流れと同じ方向に還元剤を噴射することを特徴とする請求項1〜のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
  6. 前記NOx触媒への排気の流入を許可する位置とその流入を阻止する位置とに切替可能な排気制御バルブと、前記排気制御バルブの動作を制御する動作制御手段と、を備え、
    前記動作制御手段は、排気の空燃比を一時的にリッチ側に設定するリッチスパイク時に前記排気制御バルブを前記NOx触媒への排気の流入を阻止する位置に切り替え、その後前記NOx触媒の空間速度が低下し始めてから前記排気通路に還元剤が添加されるように前記還元剤供給手段の動作を制御することを特徴とする請求項1〜のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
  7. 内燃機関の排気通路を形成し、同一の上流管から分岐する複数の分岐管を有する排気管と、各分岐管にそれぞれ設けられるとともに吸蔵還元型のNOx触媒がそれぞれ収容されるケーシングと、各ケーシングにそれぞれ設けられ、前記NOx触媒よりも上流側にてケーシング内に還元剤を供給する還元剤供給手段と、を備えた内燃機関の排気浄化装置において、
    前記還元剤供給手段は、前記ケーシング内に配置された噴射孔から前記NOx触媒の中心線と交差する方向に扁平に還元剤を噴射し、
    前記噴射孔からは、前記NOx触媒の上流側端面に対して垂直に広がる方向の幅よりも前記NOx触媒の上流側端面に対して水平に広がる方向の幅が広い形状を形成するように還元剤が噴射されることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
  8. 前記噴射孔からは、前記NOx触媒の上流側端面に沿うように扁平に還元剤が噴射されることを特徴とする請求項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
  9. 前記噴射孔からは、前記NOx触媒の上流側端面に到達した還元剤が該上流側端面上において所定方向に長くこの所定方向と直交する方向には幅が狭い形状を形成するように還元剤が噴射されることを特徴とする請求項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
  10. 前記噴射孔は、前記NOx触媒の外周よりも外側に配置されていることを特徴とする請求項7〜9のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
  11. 各ケーシングの上流側には各ケーシングに収容されているNOx触媒の上流側端面に斜めに排気が導入されるように該上流側端面に対して傾斜した排気導入部がそれぞれ設けられ、
    前記還元剤供給手段は、前記NOx触媒に流入する排気と略平行に、かつこの排気の流れと同じ方向に還元剤をそれぞれ噴射することを特徴とする請求項7〜10のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
  12. 各分岐管にそれぞれ設けられ、各分岐管に設けられたNOx触媒への排気の流入を許可する位置とその流入を阻止する位置とに切り替え可能な排気制御バルブと、これらの排気制御バルブの動作を制御する動作制御手段と、を備え、
    前記動作制御手段は、NOx触媒に吸蔵されたNOxを還元させるべく排気の空燃比を一時的にリッチ側に設定するリッチスパイク時に、NOxを還元させるNOx触媒への排気の流入が阻止されるように各排気制御バルブの動作を制御し、その後このNOx触媒の空間速度が低下し始めてからこのNOx触媒に還元剤が添加されるように各還元剤供給手段の動作を制御することを特徴とする請求項7〜11のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
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