JP6344403B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の排気通路を区画する区画部材と、前記排気通路内の排気を浄化する排気浄化用触媒と、前記排気通路のうち前記排気浄化用触媒よりも上流側に添加剤を噴射する噴射弁と、を備えた内燃機関の排気浄化装置に関する。

たとえば特許文献１には、排気通路のうち排気浄化用触媒よりも上流側に添加剤を噴射する噴射弁として、上流側に向けて添加剤を噴射する噴射弁を備える排気浄化装置が記載されている。また、この装置は、噴射弁よりも上流側における排気管の壁面に環状突起が設けられ、噴射弁から噴射された添加剤は、環状突起よりも上流側の排気管の壁面に到達する（特許文献１における図３）。

特開２００６−７７６９１号公報

ところで、添加剤を上流側に向けて噴射する場合、上流側に配置されている部材に添加剤が付着しデポジットの要因となるおそれがある。また、たとえば上流側に過給機等を備える場合において、過給機等に添加剤が到達する場合には、添加剤が過給機等のシール部から内燃機関の外部に漏れ出すことを防ぐためにシール性能を高める必要が生じる。

本発明は、そうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、添加剤を上流側に向けて噴射する場合であっても、添加剤が上流に位置する部品に付着することを抑制できるようにした内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段およびその作用効果について記載する。
１．内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の排気通路を区画する区画部材と、前記排気通路内の排気を浄化する排気浄化用触媒と、前記排気通路のうち前記排気浄化用触媒よりも上流側に添加剤を噴射する噴射弁と、を備え、前記区画部材は、ベース区画部材と、該ベース区画部材の内周面から突出した縮小区画部材と、を備え、前記縮小区画部材の内周面によって区画される排気の流路断面積は、上流側から下流側に移行するにつれて縮小しており、当該縮小区画部材の先端部によって区画される開口部よりも下流側に、前記噴射弁が設けられており、前記噴射弁は、前記排気通路の上流側に向けて添加剤を噴射するものであって且つ、前記排気通路内の気体が標準状態にあって流速がゼロであると仮定した場合における、当該噴射弁が備える１または複数の噴射孔のそれぞれから噴射される前記添加剤の重心の軌跡である添加重心軌跡が、前記開口部から単位時間当たりに流出する排気の重心の移動方向に前記開口部を移動させたと仮定した場合に前記開口部が通る領域に入りつつも前記開口部から外れるように設定されている。

上記構成では、添加剤を上流側に向けて噴射する際に、添加重心軌跡が開口部から外れるように設定されている。この設定と、噴射弁から噴射された添加剤が開口部から流出する排気によって開口部に入るのを妨げられることとによって、添加剤が開口部の上流に位置する部品に付着することを抑制できる。

２．上記１記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記ベース区画部材は、前記排気通路を曲げる曲げ部を備え、前記曲げ部には、前記噴射弁の噴射孔を前記排気通路に連通させるための噴射弁連通孔が形成されており、前記開口部は、前記曲げ部における前記ベース区画部材の内周面によって区画される領域に配置されている。

上記構成によれば、噴射弁連通孔が曲げ部以外に形成されている場合や、曲げ部におけるベース区画部材の内周面によって区画される領域に開口部が配置されていない場合と比較して、噴射弁と開口部とを近づけることができる。このため、噴射弁から噴射された添加剤と排気との相対速度を大きくすることができ、ひいては添加剤の微粒化を促進することができる。

３．上記２記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記ベース区画部材のうちの前記曲げ部よりも上流側且つ当該曲げ部に隣接する部分の平面であって、前記ベース区画部材の内周面によって区画される排気通路の前記隣接する部分における延伸方向に直交する平面である基準平面において、前記ベース区画部材の前記内周面によって区画される図形の重心を通って且つ、前記基準平面における前記延伸方向に延びる直線と前記曲げ部との交点よりも上流側に前記噴射弁の噴射孔が配置されている。

開口部から流出した排気のうちベース区画部材の内周面に到達する排気の流量は、開口部直近と比較すると、それよりも下流側において大きくなる。これは、開口部から流出した排気が拡散するまでに排気がある程度流動する必要があるためである。ここで、上記構成では、噴射弁の噴射孔を上記上流側に配置したため、噴射弁の噴射孔が上記上流側に配置されない場合と比較して、噴射弁に到達する排気の流量を低減することができる。

４．上記３記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記縮小区画部材の前記先端部によって定まる前記開口部の閉ループ状の縁部を縁部とする２次元図形であって且つその面積を最小とする図形の重心である開口重心は、前記直線に対して該開口重心と線対称な点よりも前記噴射弁の前記噴射孔に近づく側に位置する。

上記構成では、開口重心を上記線対称な点よりも噴射弁の噴射孔に近づく側に位置させたことで、直線上に位置させたり、噴射弁の噴射孔から遠ざかる側に位置させる場合と比較すると、噴射弁と開口部から流出した直後の排気との距離が短くなる。このため、直線上に位置させたり、噴射弁の噴射孔から遠ざかる側に位置させたりする場合と比較すると、噴射弁から噴射された添加剤の飛散速度がさほど低下しない段階で添加剤が排気と混ざり合うこととなり、ひいては噴射弁から噴射された添加剤と排気とが混ざり合う際の相対速度をより大きくすることができる。

５．上記２〜４のいずれか１つに記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記噴射弁連通孔は、前記曲げ部のうち、前記ベース区画部材の前記内周面によって区画される排気通路から見て当該排気通路の延伸方向の変化方向とは逆方向に位置する部分に形成されており、前記縮小区画部材の内周面のうちの当該内周面によって区画される排気通路から見て前記逆方向に位置する部分は、前記開口部よりも上流側から前記開口部側に進むにつれて前記曲げ部と同一方向に湾曲している。

上記構成では、縮小区画部材の内周面の上記逆方向に位置する部分が開口部側に進むにつれて曲げ部と同一方向に湾曲しているため、湾曲していない場合と比較すると、排気を排気通路の延伸方向に沿って下流に流出させやすくなる。そして、上記逆方向に位置する部分に噴射弁連通孔が形成されていることから、開口部から流出した排気のうち噴射弁側に到達する量を低減することができ、ひいては、噴射弁の温度上昇を低減することができる。

６．上記１〜５のいずれか１つに記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記排気浄化用触媒は、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を備え、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒に流入する排気中のＨＣ濃度を規定範囲内の振幅および規定範囲内の周期で振動させるべく、燃焼室内の混合気の空燃比をリーンとした状態で、前記噴射弁から規定の時間周期で添加剤を噴射させる制御装置を備える。

上記制御装置による添加剤の添加制御によれば、窒素酸化物が硝酸塩のかたちでＮＯｘ吸蔵還元型触媒に吸収される前に添加剤によって窒素酸化物を還元浄化することが可能となる。そして、この浄化手法によれば、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の温度が高い場合であっても浄化率を高く維持することができる。ただし、これが可能となるためには、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒に到達する排気中の添加剤の濃度等を高精度に制御する必要が生じる。このため、噴射弁から噴射した添加剤が排気と混ざり合う際の不均一度合いを極力抑制することが望まれる。そしてこれには、排気に対する添加剤の相対速度を大きくして、添加剤を微粒化することが有効である。このため、相対速度を大きくする上で、縮小区画部材を備えることの利用価値が特に大きい。

内燃機関の排気浄化装置にかかる一実施形態の構成を示す図。 同実施形態におけるＮＯｘ還元処理を例示するタイムチャート。 同実施形態にかかる排気通路のうち特に曲げ部の断面図。 同実施形態にかかる噴射弁の噴射方向と排気の流動方向との関係を示す断面図。 同実施形態にかかる噴射弁の噴射方向と排気の流動方向との詳細を示す断面図。 図５の６−６断面図。 図５の７−７断面図。 同実施形態の作用を示す断面図。 同実施形態の変形例にかかる排気通路の断面図。

以下、内燃機関の排気浄化装置にかかる一実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図１に示すように、内燃機関１０の吸気通路１２からシリンダブロック１４等によって区画された各気筒１６に吸入された空気と、各気筒１６に設けられた燃料噴射弁１８から噴射された燃料との混合気は、燃焼室内で燃焼に供される。ここで燃料は、軽油であり、内燃機関１０は、ディーゼル機関である。各気筒１６において燃焼に供された混合気は、排気として、排気通路２０に排出される。なお、吸気通路１２には、過給機３０のコンプレッサホイール３２が設けられており、排気通路２０には、過給機３０のタービンホイール３４が設けられている。また、排気通路２０には、タービンホイール３４の上流側と下流側とを連通させる迂回通路２２が接続されており、迂回通路２２の下流側には、迂回通路２２を排気通路２０のうちタービンホイール３４の下流側と連通させるか遮断させるかを切り替えるウェストゲートバルブ２４が設けられている。

排気通路２０のうちタービンホイール３４よりも下流には、上流側から順に、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒（ＮＳＲ３６）および微粒子補集フィルタ（ＤＰＦ３８）が設けられている。ＮＳＲ３６は、ＮＳＲ３６に流入する排気中の酸素濃度が高い場合には、排気中のＮＯｘを吸収して貯蔵し（吸蔵し）、同排気中の酸素濃度が低い場合には、吸蔵していたＮＯｘを排気中のＣＯやＨＣと反応させて浄化させる性質を有する。詳しくは、ＮＳＲ３６は、たとえばアルミナ等の触媒担体に貴金属の触媒粒子が担持され、さらに、触媒担体にアルカリ金属やアルカリ土類金属等の塩基性層が形成されたものである。ここで、触媒粒子としては、たとえば白金およびロジウムを用いることができる。

また、内燃機関１０は、タービンホイール３４の下流であって且つＮＳＲ３６の上流側の排気に、添加剤として軽油を噴射する噴射弁４０を備えている。
上記ＮＳＲ３６等とともに排気浄化装置の構成要素である制御装置４２は、内燃機関１０の制御量（トルク、排気特性等）を制御するために、燃料噴射弁１８や噴射弁４０等の各種アクチュエータを操作する。すなわち、燃料噴射弁１８に操作信号ＭＳｑを出力して燃料噴射弁１８を操作し、噴射弁４０に操作信号ＭＳａを出力して、噴射弁４０を操作する。制御装置４２は、各気筒１６において燃焼に供される混合気の空燃比がリーンとなるように燃料噴射弁１８を操作する。

図２に、制御装置４２が所定の条件が成立することによって実行する添加剤の添加制御に関する、噴射弁４０を操作することによる添加剤の添加量と、ＮＳＲ３６に流入する直前の排気を対象排気としたときの排気空燃比との時間推移を示す。ここでは、対象排気の排気空燃比を、仮想混合気を用いて定義している。すなわち、仮想混合気を、新気および燃料のみからなって且つ燃焼させた場合に生成される排気の未燃燃料濃度および酸素濃度が対象排気の未燃燃料濃度および酸素濃度と同一となる混合気と定義し、排気空燃比を、仮想混合気の空燃比と定義している。ただし、ここで仮想混合気の燃焼には、未燃燃料濃度および酸素濃度の少なくとも一方がゼロまたはゼロと見なせる値となる燃焼に限らず、未燃燃料濃度および酸素濃度の双方がゼロよりも大きい状態となる燃焼も含まれることとする。

図２に示すように、制御装置４２は、規定の時間周期ΔＴで添加剤を排気に添加する。これにより、ＮＳＲ３６に流入する排気中のＨＣ濃度を規定範囲内の振幅および規定範囲内の周期で振動させる。これは、４００°Ｃ以上の高温領域においても高いＮＯｘ浄化率を維持することを狙ったものである。図２に示す添加剤の添加制御によれば、ＮＳＲ３６に流入する排気中のＨＣ濃度が低い期間の長さを制限し、排気中のＮＯが酸化されて活性を有する二酸化窒素が生成された後、硝酸塩の形でＮＳＲ３６内に吸収される前にＨＣ濃度を高くしてＮＳＲ３６において還元性中間体を生成させることができる。そして、再度、ＨＣ濃度が低くなり、酸素濃度が高くなることにより、還元性中間体を、活性を有した二酸化窒素と反応させることによりＮＯｘを浄化する。こうした制御を行う上で、制御装置４２は、上記規定範囲の振幅を２００〜１００００ｐｐｍとし、規定範囲の周期を、０．３〜５秒としている。なお、この制御およびＮＯｘ浄化のメカニズムについては、たとえば特許第４８９３８７６号に記載されている。

ここで、図３を用いて、本実施形態にかかる排気通路２０の構造を詳述する。
本実施形態では、排気通路２０を区画するベース区画部材５０が、タービンホイール３４の下流側における第１直管部５２と、噴射弁４０が添加剤を噴射する部分において排気通路を湾曲させる曲げ部５４と、ＮＳＲ３６が収容される第２直管部５６と、を備えている。ここで、第１直管部５２においては延伸方向Ｄｏ（１）が一定であり、第２直管部５６においても延伸方向Ｄｏ（２）が一定である。詳しくは、第１直管部５２におけるベース区画部材５０の内周面５０ａおよび第２直管部５６におけるベース区画部材５０の内周面５０ａは、いずれも円柱形状となっている。このため、延伸方向Ｄｏ（１）は、第１直管部５２の軸方向となり、延伸方向Ｄｏ（２）は、第２直管部５６の軸方向となる。また、本実施形態では、第１直管部５２の延伸方向Ｄｏ（１）と、第２直管部５６の延伸方向Ｄｏ（２）とが直交している。

曲げ部５４のうち、曲げ部５４における内周面５０ａによって区画される排気通路から見て当該排気通路の延伸方向の変化方向ΔＤｅｘとは逆方向Ｄｃｆに位置する部分（領域Ａｃｆ）には、噴射弁連通孔５０ｂが形成されている。なお、曲げ部５４における内周面５０ａによって区画される排気通路の延伸方向は、図３に示す曲線ＤｏＲの各点における接線方向のことである。噴射弁４０の噴射孔は、噴射弁連通孔５０ｂを介して、排気通路２０と連通されている。

ベース区画部材５０の内周面５０ａのうち第１直管部５２と曲げ部５４との接続部分からは、縮小区画部材６０が突出している。縮小区画部材６０の内周面６０ａによって区画される排気の流路断面積は、上流側から下流側に行くにつれて縮小している。また、縮小区画部材６０の先端部６０ｂによって区画される開口部ＯＰは、曲げ部５４におけるベース区画部材５０の内周面５０ａによって区画される領域内に配置されており、開口部ＯＰよりも下流側に噴射弁４０が設けられている。なお、開口部ＯＰの流路断面積は、第１直管部５２における流路断面積の１／２以下とされている。

噴射弁４０のうち噴射孔が形成された先端部Ｉｎｐは、図３に２点鎖線にて示す直線ＬＢと曲げ部５４における内周面５０ａとの交点ＣＰよりも上流側に配置されている。ここで、直線ＬＢは、第１直管部５２の軸線を含んで且つこれを延長した線である。また、直線ＬＢは、ベース区画部材５０のうちの曲げ部５４よりも上流側であって且つ曲げ部５４に隣接する部分において延伸方向Ｄｏ（１）に直交する基準平面Ｓｓを用いて次のように定義される。すなわち、直線ＬＢは、基準平面Ｓｓにおいて、ベース区画部材５０の内周面５０ａによって区画される図形の重心Ｂｃｇを通り、基準平面Ｓｓにおける延伸方向Ｄｏ（１）に平行な直線である。なお、図形の重心とは、「数学小辞典：矢野健太郎編、共立出版株式会社」に記載されているように、図形上に一様に質量を分布させたときの重心のこととする。ちなみに、ここでの質量は、２次元図形等にも適用可能な仮想的な質量である。

縮小区画部材６０の内周面６０ａのうち上記逆方向Ｄｃｆ側に位置する部分は、図３に領域ＴＡとして示すように、上流側から開口部ＯＰ側に進むにつれて、曲げ部５４と同一方向に湾曲している。

図３においては、説明の便宜上、縮小区画部材６０を、近接突出部６４および遠方突出部６２に区分して記載している。近接突出部６４は、縮小区画部材６０の内周面６０ａによって区画される排気通路から見て上記逆方向Ｄｃｆに位置する部分を含むものであるのに対し、遠方突出部６２は、逆方向Ｄｃｆに位置する部分を含まない。また、内周面６０ａによって区画される排気通路の延伸方向に直交する縮小区画部材６０の断面において、内周面６０ａのうち近接突出部６４と遠方突出部６２とのそれぞれの部分同士の長さは、互いに等しい。

上記開口部ＯＰの重心である開口重心Ｏｃｇは、直線ＬＢ上から外れており、詳しくは、直線ＬＢに対して開口重心Ｏｃｇと線対称な点Ｓｃｇと比較して、噴射弁４０の先端部Ｉｎｐに近づく側に位置している。なお、開口重心Ｏｃｇは、縮小区画部材６０の先端部６０ｂによって区画される開口部ＯＰの閉ループ状の縁部を縁部とする２次元図形であって面積が最小となる２次元図形Ｄ２の重心のこととする。

本実施形態では、図４に示すように、噴射弁４０は、排気通路の上流側に向けて添加剤を噴射する。ここで、「上流側に向けて添加剤を噴射する」とは、排気通路２０内において添加剤が噴射される部分における排気の流動方向Ｄｅと噴射弁４０から噴射される添加剤の噴射方向Ｄａとのなす角度θが鈍角となることとする。ここで、噴射方向Ｄａは、排気通路２０内の流体が標準状態にあって流速がゼロであると仮定した場合における噴射弁４０の１つの噴射孔から添加剤を噴射したと仮定した場合に飛散する添加剤の噴霧の重心の軌跡である添加重心軌跡Ｉｃｇによって定まる重心の変位方向とする。また、上記排気の流動方向Ｄｅとは、上流側から流入する単位流量の排気の重心の軌跡である排気重心軌跡Ｅｃｇによって定まる重心の変位方向とする。なお、本実施形態では、噴射弁４０は、複数の噴射孔を備えており、各噴射孔からの添加剤の噴射方向Ｄａと排気の流動方向Ｄｅとのなす角度θが鈍角とされる。このように、上流側に向けて添加剤を噴射するのは、排気に対する噴射弁４０から噴射される添加剤の相対速度を大きくすることを狙ったものである。

図５に、縮小区画部材６０によって区画される通路の開口部ＯＰから流出する排気と噴射弁４０から噴射される添加剤との関係を示す。
図５に示すように、排気通路２０内の気体が標準状態であって且つ流速がゼロであると仮定した場合において噴射弁４０から噴射される添加剤の飛散する領域のうち添加剤の密度が規定値以上となる領域である仮想飛散領域ＡＩが、領域ＡＥに入る。ここで、仮想飛散領域ＡＩは、仮想飛散領域ＡＩから外れて飛散する添加剤が無視しうる量となるように定義されている。また、領域ＡＥは、縮小区画部材６０の開口部ＯＰから単位時間当たりに流出する排気の重心の開口部ＯＰにおける移動方向Ｄｅｏに開口部ＯＰを移動させたと仮定した場合に開口部ＯＰが通る領域である。しかも、仮想飛散領域ＡＩの全体が、開口部ＯＰから外れて遠方突出部６２の外周面６２ｂに到達している。ちなみに、図５において、仮想飛散領域ＡＩが遠方突出部６２を貫通しているように記載しているのは、仮想飛散領域ＡＩの全域が遠方突出部６２の外周面６２ｂ側に接触することを模式的に示したものである。これにより、上記添加重心軌跡Ｉｃｇも、開口部ＯＰから外れて遠方突出部６２の外周面６２ｂに到達する。

図６に、図５の６−６断面を示し、図７に、図５の７−７断面を示す。ただし、図７に示す断面においては噴射弁４０を記載していない。図６および図７に示すように、本実施形態において、仮想飛散領域ＡＩは、一対の円錐状の領域である。これは、噴射弁４０の噴射孔によって、飛散方向を２つの方向に分離したためのものである。なお、１つの仮想飛散領域ＡＩに添加剤を飛散させる噴射孔は、実際には、４個である。すなわち、本実施形態では、噴射弁４０に、８個の噴射孔が形成されており、４個ずつの噴射孔が１つの仮想飛散領域ＡＩに添加剤を噴射する。なお、１つの仮想飛散領域ＡＩに添加剤を噴射する４個の噴射孔から飛散する添加剤は、互いに飛散の仕方が似ており、各１つの噴射孔から噴射される添加剤は、仮想飛散領域ＡＩの略全領域に到達する。ちなみに、図６、図７において、仮想飛散領域ＡＩが遠方突出部６２を貫通しているように記載しているのは、図５と同様、仮想飛散領域ＡＩの全域が遠方突出部６２の外周面６２ｂ側に接触することを模式的に示したものである。

ここで、本実施形態の作用を説明する。
図８に実線にて示すように、第１直管部５２から縮小区画部材６０の内周面６０ａによって区画された通路に流入した排気は、縮小区画部材６０の内周面６０ａによって区画された通路の流路断面積が漸減するにつれて、その流速を増大させる。そのため、開口部ＯＰから下流側に流出する際には、縮小区画部材６０を備えない場合と比較すると、排気の流速が高められている。しかも、ウェストゲートバルブ２４の開閉等に応じて第１直管部５２内で流速の偏りが生じても、第１直管部５２からの全ての排気を開口部ＯＰに集約することにより、開口部ＯＰから流出する排気は、流速の偏りが十分に抑制されたものとなる。

一方、噴射弁４０から噴射された添加剤は、開口部ＯＰから下流側に流入してきた排気にぶつかる。図８に示す飛散領域ＲＡＩは、このときの飛散領域を模式的に示したものである。添加剤が排気にぶつかることにより、添加剤は、排気と混ざり合う。特に、本実施形態では、噴射弁４０から噴射された添加剤と排気との相対速度が大きくなることから、添加剤の微粒化が促進され、排気中に添加剤が均一に混ざり合う。ここで、相対速度が大きくなるのは、上述したように、添加剤を上流側に向けて噴射することに加えて、縮小区画部材６０を備えて２重管構造とし、開口部ＯＰの流路断面積を第１直管部５２の流路断面積よりも小さくしているためである。このため、縮小区画部材６０を備えない場合と比較すると、低排気量での運転時であっても、添加剤にぶつかる排気の流速が十分に確保されている。さらに、開口部ＯＰを噴射弁４０に近づけて配置しているために、添加剤と衝突する排気の流速を十分に大きくすることができる。

しかも、上述した添加重心軌跡Ｉｃｇや仮想飛散領域ＡＩの設定のため、添加剤が開口部ＯＰの上流側に侵入することは十分に抑制される。特に、添加剤が上流側に侵入しやすい低排気量時においても、開口部ＯＰから流出する排気の流速が高められているため、開口部ＯＰの上流に添加剤が侵入する事態は生じにくい。

以上説明した本実施形態によれば、さらに以下に記載する作用効果が得られる。
（１）曲げ部５４におけるベース区画部材５０の内周面５０ａよって区画される領域に開口部ＯＰを配置するとともに、曲げ部５４に噴射弁連通孔５０ｂを形成した。これにより、噴射弁連通孔５０ｂが曲げ部５４以外に形成されている場合や、曲げ部５４におけるベース区画部材５０の内周面５０ａよって区画される領域に開口部ＯＰが配置されていない場合と比較して、噴射弁４０と開口部ＯＰとを近づけることができる。このため、噴射弁４０から噴射された添加剤と排気との相対速度を大きくすることができる。

また、開口部ＯＰを噴射弁４０に近づけて配置することにより、噴射弁４０の温度上昇を抑制することができる。これに対し、開口部ＯＰと噴射弁４０とを大きく離間させる場合には、噴射弁４０付近における排気の拡散度合いが大きくなるため、噴射弁４０を直撃する排気量が増加し、ひいては噴射弁４０の温度上昇が顕著となるおそれがある。

（２）開口部ＯＰから流出した排気のうちベース区画部材５０の内周面５０ａに到達する排気の流量は、開口部ＯＰ直近と比較すると、それよりも下流側において大きくなる。これは、開口部ＯＰから流出した排気が拡散するまでに排気がある程度流動する必要があるためである。ここで、本実施形態では、直線ＬＢと曲げ部５４との交点ＣＰよりも上流側に噴射弁４０の先端部Ｉｎｐを配置した。これにより、噴射弁４０の先端部Ｉｎｐが上記上流側に配置されない場合と比較して、噴射弁４０は、上流側に位置することとなる。このため、噴射弁４０に到達する排気の流量を低減することができる。

（３）開口重心Ｏｃｇを、直線ＬＢに対して線対称な点Ｓｃｇよりも噴射弁４０の先端部Ｉｎｐに近づく側に設定した。これにより、噴射弁４０の先端部Ｉｎｐを直線ＬＢ上に位置させたり、噴射弁４０から遠ざかる側に位置させる場合と比較すると、噴射弁４０から噴射された添加剤の飛散速度がさほど低下しない段階で添加剤が排気と混ざり合うこととなり、ひいては噴射弁４０から噴射された添加剤と排気とが混ざり合う際の相対速度をより大きくすることができる。

（４）排気通路から見て逆方向Ｄｃｆに位置する部分に噴射弁連通孔５０ｂを形成して且つ、縮小区画部材６０の内周面６０ａのうちの上記逆方向Ｄｃｆ側に位置する部分を、開口部ＯＰよりも上流側から開口部ＯＰ側に進むにつれて曲げ部５４と同一方向に湾曲させた。これにより、湾曲していない場合と比較すると、排気を噴射弁４０に向かうことなく排気通路の延伸方向に沿って下流に流出させやすくなる。このため、開口部ＯＰから流出した排気のうち噴射弁４０側に到達する量を低減することができ、ひいては、噴射弁４０の温度上昇を低減することができる。

特に、本実施形態では、直線ＬＢと曲げ部５４との交点ＣＰよりも上流側に噴射弁４０の先端部Ｉｎｐを配置したために、上記のように湾曲させることによって、開口部ＯＰから流出した排気のうち噴射弁４０側に到達する量を低減しやすい。

（５）燃焼室内の混合気の空燃比をリーンとした状態で、図２に示すように、噴射弁４０から規定の時間周期ΔＴで添加剤を噴射させた。この制御によって、窒素酸化物が硝酸塩のかたちでＮＳＲ３６に吸収される前に添加剤によって窒素酸化物を還元浄化するためには、ＨＣ濃度を高精度に制御する必要がある。これは、噴射弁４０によって添加された添加剤が排気と均質に混ざり合う必要があることを意味する。そして、均質に混ざり合わせるためには、排気に対する噴射弁４０から噴射された添加剤の相対速度を大きくして、添加剤を微粒化することが有効である。このため、相対速度を大きくする上で、縮小区画部材６０を備えることの利用価値が特に大きい。

＜その他の実施形態＞
なお、上記実施形態の各事項の少なくとも１つを、以下のように変更してもよい。
・「曲げ部における噴射弁の配置について」
上記実施形態では、直線ＬＢと曲げ部５４との交点ＣＰに対して上流側に噴射弁４０の先端部Ｉｎｐを配置したが、これに限らない。たとえば、図３の交点ＣＰ上に噴射弁４０の先端部Ｉｎｐを配置してもよい。こうした場合であっても、曲げ部５４のうち排気通路から見て上記逆方向Ｄｃｆに位置する部分に噴射弁連通孔５０ｂを形成するなら、領域ＴＡにおける縮小区画部材６０を、開口部ＯＰ側に進むにつれて曲げ部５４と同一方向に湾曲させることが有効である。すなわち、同一方向に湾曲させるなら、曲げ部５４におけるベース区画部材５０の内周面５０ａによって区画される排気通路に排気の流動方向を追従させやすくなるため、湾曲させない場合と比較して、噴射弁４０への排気の到達量を低減することが可能である。

・「噴射弁連通孔について」
噴射弁連通孔としては、噴射孔と排気通路との間に介在するものに限らず、たとえば、下記の「ベース区画部材について」の欄に記載した変形例のように、噴射弁の先端部を排気通路に突出させるための孔であってもよく（図９参照）、要は、噴射孔を排気通路に連通させるための孔であればよい。

上記実施形態では、ベース区画部材５０のうち排気通路から見て上記逆方向Ｄｃｆに位置する部分に噴射弁連通孔５０ｂを形成したが、これに限らない。たとえば、ベース区画部材５０のうち排気通路から見て延伸方向の変化方向ΔＤｅｘに位置する部分に噴射弁連通孔５０ｂを形成してもよい。

・「直管部について」
第１直管部５２におけるベース区画部材５０の内周面５０ａは、円柱形状に限らない。たとえば、延伸方向に直交する内周面５０ａの断面が楕円形状となるものであってもよい。第２直管部５６におけるベース区画部材５０の内周面５０ａは、円柱形状に限らない。たとえば、延伸方向に直交する内周面５０ａの断面が楕円形状となるものであってもよい。

・「近接突出部について」
上記実施形態では、縮小区画部材６０の内周面６０ａのうち近接突出部６４の部分を、開口部ＯＰ側に進むにつれて曲げ部５４と同一方向に湾曲させたがこれに限らない。たとえば、図３に示す縮小区画部材６０の内周面６０ａのうち近接突出部６４の部分を湾曲させずに直線状に形成してもよい。

・「開口部について」
開口重心Ｏｃｇを、直線ＬＢに対して線対称な点Ｓｃｇよりも噴射弁４０側に配置することは必須ではない。たとえば、直線ＬＢ上に位置するようにしてもよい。

上記実施形態では、開口部ＯＰの流路断面積が、ベース区画部材５０によって区画される排気通路２０のうちの基準平面Ｓｓにおける流路断面積の１／２以下となるようにしたが、これに限らない。たとえば、２／３以下であってもよい。

・「ベース区画部材について」
噴射弁が添加剤を噴射する部分を区画する部分が曲げ部であることは必須ではない。たとえば、図９に示すように、直管部分に噴射弁４０が添加剤を噴射してもよい。なお、図９において、図３に示した部材に対応する部材や、図４に示した軌跡、図５に示した領域には、同一の符号を付している。

・「縮小区画部材について」
上記実施形態では、縮小区画部材６０を、第１直管部５２と曲げ部５４との接続部分においてベース区画部材５０の内周面５０ａから突出するようにしたが、これに限らない。たとえば、第１直管部５２部分においてベース区画部材５０の内周面５０ａから突出させてもよい。ただし、この場合、縮小区画部材６０の内周面６０ａによって区画される通路の延伸方向における長さを上記実施形態と同一とする場合には、開口部ＯＰと噴射弁４０との距離が遠くなるため、上記長さを上記実施形態よりも伸長させることが望ましい。なお、この場合、ベース区画部材５０の内周面５０ａのうち曲げ部５４に隣接する部分を定義する上では、たとえば次のようにすればよい。すなわち、図３においてベース区画部材５０と縮小区画部材６０とで仮想的にハッチングの線種を変更しているように、縮小区画部材６０が突出している部分の上流および下流におけるベース区画部材５０の内周面５０ａを結ぶことによって、ベース区画部材５０を定めればよい。

上記実施形態では、下流に向かう方向において、ベース区画部材５０の内周面５０ａから縮小区画部材６０が突出し始める部分を、第１直管部５２の延伸方向Ｄｏ（１）に直交する１つの平面（基準平面Ｓｓ）内に収めたがこれに限らない。

・「添加重心軌跡について」
上記実施形態では、添加重心軌跡Ｉｃｇが遠方突出部６２の外周面６２ｂに到達するようにしたが、これに限らない。たとえば、図５に示すベース区画部材５０の内周面５０ａのうち点Ｐ部分に到達するようにしてもよい。

また、添加重心軌跡Ｉｃｇが開口部ＯＰから外れる設定としては、仮想飛散領域ＡＩの全体が開口部ＯＰから外れるものに限らない。たとえば、仮想飛散領域ＡＩの一部が開口部ＯＰに入るものであってもよい。この場合であっても、開口部ＯＰから排気がゼロよりも大きい流速を有して流出する際には、開口部ＯＰの上流側に添加剤が侵入することを十分に抑制することができる。

・「噴射弁の噴射孔について」
上記実施形態では、噴射弁が、噴射方向が略同一の４つの噴射孔が２組形成された構成としたが、これに限らない。たとえば、噴射方向が互いに異なる噴射孔が３個以上形成されたものであってもよい。また、噴射方向が略同一の噴射孔の数は、４個に限らず、３個以下または５個以上であってもよい。なお、噴射弁に形成された噴射孔が複数であることは必須ではない。

・「ＮＳＲを用いたＮＯｘの還元処理について」
図２に例示したものに限らない。たとえば、ＮＳＲ３６内に硝酸塩のかたちで吸蔵されているＮＯｘ吸蔵量が規定量に達することにより、噴射弁４０によって排気中に添加剤を噴射してＮＳＲ３６を昇温し、さらにＮＳＲ３６に未燃燃料を供給することによって、ＮＳＲ３６に吸蔵されているＮＯｘを還元する処理であってもよい。

・「排気浄化用触媒について」
ＮＯｘ吸蔵還元型触媒に限らない。たとえば、アンモニアを用いてＮＯｘを還元浄化する選択還元型触媒であってもよい。また、ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）と選択還元型触媒が一体化されたものであってもよい。こうした場合、噴射弁４０から噴射される添加剤を、たとえば尿素水とすればよい。また、たとえば、ＤＰＦに担持された酸化触媒であってもよい。こうした場合であっても、添加剤の微粒化を促進する上では、排気に対する添加剤の相対速度を大きくすることが有効である。

・「内燃機関について」
軽油を燃料とする圧縮着火式の内燃機関に限らない。たとえば、筒内噴射式燃料噴射弁を備えた火花点火式内燃機関であってもよい。この場合において、たとえば、リーン燃焼時に排出されるＮＯｘを吸蔵するためにＮＳＲを備える場合、上記実施形態と同様の構成を有した排気通路２０内に噴射弁４０によって燃料を噴射してＮＳＲに吸蔵されたＮＯｘを還元することができる。

ＣＰ…交点、ＯＰ…開口部、Ｓｓ…基準平面、Ｅｃｇ…排気重心軌跡、Ｉｃｇ…添加重心軌跡、Ｏｃｇ…開口重心、１０…内燃機関、１２…吸気通路、１４…シリンダブロック、１６…気筒、１８…燃料噴射弁、２０…排気通路、２２…迂回通路、２４…ウェストゲートバルブ、３０…過給機、３２…コンプレッサホイール、３４…タービンホイール、３６…ＮＳＲ、４０…噴射弁、４２…制御装置、５０…ベース区画部材、５０ａ…内周面、５０ｂ…噴射弁連通孔、５２…第１直管部、５４…曲げ部、５６…第２直管部、６０…縮小区画部材、６０ａ…内周面、６０ｂ…先端部、６２…遠方突出部、６２ｂ…外周面、６４…近接突出部。

Claims (3)

1. 内燃機関の排気通路を区画する区画部材と、
   前記排気通路内の排気を浄化する排気浄化用触媒と、
   前記排気通路のうち前記排気浄化用触媒よりも上流側に添加剤を噴射する噴射弁と、を備え、
   前記区画部材は、ベース区画部材と、該ベース区画部材の内周面から突出した縮小区画部材と、を備え、
   前記縮小区画部材の内周面によって区画される排気の流路断面積は、上流側から下流側に移行するにつれて縮小しており、当該縮小区画部材の先端部によって区画される開口部よりも下流側に、前記噴射弁が設けられており、
   前記噴射弁は、前記排気通路の上流側に向けて添加剤を噴射するものであって且つ、前記排気通路内の気体が標準状態にあって流速がゼロであると仮定した場合における、当該噴射弁が備える１または複数の噴射孔のそれぞれから噴射される前記添加剤の重心の軌跡である添加重心軌跡が、前記開口部から単位時間当たりに流出する排気の重心の移動方向に前記開口部を移動させたと仮定した場合に前記開口部が通る領域に入りつつも前記開口部から外れるように設定されており、
   前記ベース区画部材は、前記排気通路を曲げる曲げ部を備え、
   前記曲げ部には、前記噴射弁の噴射孔を前記排気通路に連通させるための噴射弁連通孔が形成されており、
   前記開口部は、前記曲げ部における前記ベース区画部材の内周面によって区画される領域に配置されており、
   前記ベース区画部材のうちの前記曲げ部よりも上流側且つ当該曲げ部に隣接する部分の平面であって、前記ベース区画部材の内周面によって区画される排気通路の前記隣接する部分における延伸方向に直交する平面である基準平面において、前記ベース区画部材の前記内周面によって区画される図形の重心を通って且つ、前記基準平面における前記延伸方向に延びる直線と前記曲げ部との交点よりも上流側に前記噴射弁の噴射孔が配置されており、
   前記縮小区画部材の前記先端部によって定まる前記開口部の閉ループ状の縁部を縁部とする２次元図形であって且つその面積を最小とする図形の重心である開口重心は、前記直線に対して該開口重心と線対称な点よりも前記噴射弁の前記噴射孔に近づく側に位置する内燃機関の排気浄化装置。
2. 内燃機関の排気通路を区画する区画部材と、
   前記排気通路内の排気を浄化する排気浄化用触媒と、
   前記排気通路のうち前記排気浄化用触媒よりも上流側に添加剤を噴射する噴射弁と、を備え、
   前記区画部材は、ベース区画部材と、該ベース区画部材の内周面から突出した縮小区画部材と、を備え、
   前記縮小区画部材の内周面によって区画される排気の流路断面積は、上流側から下流側に移行するにつれて縮小しており、当該縮小区画部材の先端部によって区画される開口部よりも下流側に、前記噴射弁が設けられており、
   前記噴射弁は、前記排気通路の上流側に向けて添加剤を噴射するものであって且つ、前記排気通路内の気体が標準状態にあって流速がゼロであると仮定した場合における、当該噴射弁が備える１または複数の噴射孔のそれぞれから噴射される前記添加剤の重心の軌跡である添加重心軌跡が、前記開口部から単位時間当たりに流出する排気の重心の移動方向に前記開口部を移動させたと仮定した場合に前記開口部が通る領域に入りつつも前記開口部から外れるように設定されており、
   前記ベース区画部材は、前記排気通路を曲げる曲げ部を備え、
   前記曲げ部には、前記噴射弁の噴射孔を前記排気通路に連通させるための噴射弁連通孔が形成されており、
   前記開口部は、前記曲げ部における前記ベース区画部材の内周面によって区画される領域に配置されており、
   前記噴射弁連通孔は、前記曲げ部のうち、前記ベース区画部材の前記内周面によって区画される排気通路から見て当該排気通路の延伸方向の変化方向とは逆方向に位置する部分に形成されており、
   前記縮小区画部材の内周面のうちの当該内周面によって区画される排気通路から見て前記逆方向に位置する部分は、前記開口部よりも上流側から前記開口部側に進むにつれて前記曲げ部と同一方向に湾曲している内燃機関の排気浄化装置。
3. 前記排気浄化用触媒は、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を備え、
   前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒に流入する排気中のＨＣ濃度を規定範囲内の振幅および規定範囲内の周期で振動させるべく、燃焼室内の混合気の空燃比をリーンとした状態で、前記噴射弁から規定の時間周期で添加剤を噴射させる制御装置を備える請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
   
   

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