(57)【要約】【課題】  還元剤をＮＯｘ触媒等の浄化装置に向けてより積極的に送ることのできる内燃機関の排気浄化装置を提供する。【解決手段】  内燃機関の排気通路５２に設けられた浄化装置と、浄化装置の上流側に設けられた排気絞り弁２０と、浄化装置に還元剤を添加するための還元剤添加手段２１とを備えた内燃機関の排気浄化装置において、還元剤添加手段２１の還元剤の出口５１を、排気絞り弁２０が閉じられたときに形成される排気通路５２の絞り通路５３付近に位置させたことを特徴とする。排気通路５２の絞り通路５３付近において排気ガスの流速が増大され、この絞り通路５３付近に還元剤添加手段２１の還元剤の出口５１を位置させたので、その高流速の排気ガスを利用して、還元剤を、排気通路５２の壁面５４への付着を抑制しつつ、下流側の浄化装置に向けてより積極的に送ることができる。【選択図】  図２
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【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た浄化装置と、該浄化装置の上流側の前記排気通路に設けられた排気絞り弁と、前記浄化装置に還元剤を添加するための還元剤添加手段とを備えた内燃機関の排気浄化装置において、
前記還元剤添加手段の還元剤の出口を、前記排気絞り弁が閉じられたときに形成される前記排気通路の絞り通路付近に位置させたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記還元剤添加手段の還元剤の出口が、前記絞り通路の直下流側に位置され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】
前記排気絞り弁が閉じられたときに形成される前記排気絞り弁と前記排気通路の壁面との間の隙間により前記絞り通路が形成されることを特徴とする請求項１又は２記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記排気絞り弁に設けられた切り欠き又は穴により前記絞り通路が形成されることを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記排気通路が主通路と副通路とからなり、前記排気絞り弁が前記主通路のみを全閉可能であり、この主通路の全閉時に前記副通路が前記絞り通路をなすことを特徴とする請求項１又は２記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
前記排気絞り弁が、前記排気通路における前記絞り通路の反対側に回動軸を有することを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関の排気浄化装置に係り、特に、ディーゼルエンジンや希薄混合気の燃焼を行うガソリンエンジン等、リーン空燃比で燃焼を行う内燃機関の排気中のＮＯｘを効果的に除去するのに好適な排気浄化装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の排気浄化装置としては、例えば特許文献１及び２に開示されたものがある。この装置は、例えばディーゼルエンジンの排気通路に、酸素の存在下でＮＯｘを吸収するＮＯｘ触媒を配置し、このＮＯｘ触媒で排気中のＮＯｘを吸収し、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸収効率が低下した場合にＮＯｘ触媒へ還元剤を添加することにより、ＮＯｘ触媒からＮＯｘを放出させるとともに放出されたＮＯｘを還元浄化するものが知られている。即ち、この装置では、供給された還元剤はＮＯｘ触媒の触媒作用により燃焼して排気中の酸素を消費し、ＮＯｘ触媒の雰囲気酸素濃度を低下させ、これにより、ＮＯｘ触媒から吸収されたＮＯｘが放出されて還元剤により還元浄化される。
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−２９４１４５号公報
【特許文献２】特開２００３−２６９１４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記排気浄化装置において、ＮＯｘ触媒の雰囲気の酸素濃度を下げてＮＯｘ触媒から吸収したＮＯｘを放出させ還元浄化する時に（以下、このＮＯｘの放出及び還元浄化の操作をＮＯｘ触媒の「再生」操作という）、少ない還元剤の消費量でＮＯｘ触媒の再生を効率よく行うために、ＮＯｘ触媒の上流側に排気絞り弁を設置し、この排気絞り弁の開度を減少させて、ＮＯｘ触媒への排気流量を減少させている。
【０００５】
しかしながら、このように排気絞り弁の開度を減少させてＮＯｘ触媒への排気流量を減少させると、排気の流速も減少し、供給された還元剤がＮＯｘ触媒に到達しづらくなる。即ち、供給された還元剤がＮＯｘ触媒に到達する前に排気通路の壁面に付着することもあり、ＮＯｘ触媒の雰囲気の酸素濃度を再生に必要な程度にまで低下しづらいことが起こり得る。
【０００６】
そこで、本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、還元剤の添加を要するＮＯｘ触媒に代表されるような浄化装置に還元剤を添加する際、還元剤を浄化装置に向けてより積極的に送ることのできる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するための本発明の一形態は、内燃機関の排気通路に設けられた浄化装置と、該浄化装置の上流側の前記排気通路に設けられた排気絞り弁と、前記浄化装置に還元剤を添加するための還元剤添加手段とを備えた内燃機関の排気浄化装置において、前記還元剤添加手段の還元剤の出口を、前記排気絞り弁が閉じられたときに形成される前記排気通路の絞り通路付近に位置させたことを特徴とする。
【０００８】
この構成によれば、排気通路の絞り通路付近において排気ガスの流速が増大され、この絞り通路付近に還元剤添加手段の還元剤の出口を位置させたので、その高流速の排気ガスを利用して、還元剤を、排気通路の壁面への付着を抑制しつつ、下流側の浄化装置に向けてより積極的に送ることができる。
【０００９】
ここで、前記還元剤添加手段の還元剤の出口は、前記絞り通路の直下流側に位置されてもよい。
【００１０】
また、前記排気絞り弁が閉じられたときに形成される前記排気絞り弁と前記排気通路の壁面との間の隙間により前記絞り通路が形成されてもよい。
【００１１】
また、前記排気絞り弁に設けられた切り欠き又は穴により前記絞り通路が形成されてもよい。
【００１２】
また、前記排気通路が主通路と副通路とからなり、前記排気絞り弁が前記主通路のみを全閉可能であり、この主通路の全閉時に前記副通路が前記絞り通路をなしてもよい。
【００１３】
また、前記排気絞り弁が、前記排気通路における前記絞り通路の反対側に回動軸を有してもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、浄化装置に還元剤を添加する際、還元剤の浄化装置への到達を助長することができるという、優れた効果が発揮される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の好適一実施形態を添付図面に基づいて説明する。以下に説明する実施形態は、本発明を内燃機関としてのディーゼルエンジンに適用した形態である。
【００１６】
図１は、本実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成を示す図である。図中、ディーゼルエンジン１は直列４気筒であり、各気筒の燃焼室にはそれぞれ燃料噴射弁２から燃料（軽油）が噴射される。各燃料噴射弁２はコモンレール３に接続されており、コモンレール３には高圧燃料ポンプ４から燃料が供給される。高圧燃料ポンプ４には、燃料タンク６に貯留された燃料がフィードポンプ１５により供給される。高圧燃料ポンプ４は、コモンレール３内の燃料圧力がエンジン運転状態に応じた所定圧力となるように、電子制御ユニット（ＥＣＵ）５によって運転制御される。この燃料圧力のフィードバック制御を達成すべくコモンレール３には燃料圧力センサ４２が設けられ、この燃料圧力センサ４２の出力信号がＥＣＵ５に送られる。各燃料噴射弁２は、ＥＣＵ５によってエンジン運転状態に応じて開弁時期及び開弁時間を制御される。
【００１７】
また、ディーゼルエンジン１の各気筒には吸気枝管が接続されており、各吸気枝管は吸気マニホールド７を介して吸気管８に接続されている。吸気管８の途中にターボチャージャ９のコンプレッサ１０が設けられ、コンプレッサ１０にはエアクリーナ１２から吸入された空気がエアフロメータ１１を通じた後に送られる。エアフロメータ１１はここを流れる空気量に応じた出力信号をＥＣＵ５に出力し、ＥＣＵ５はエアフロメータ１１の出力信号に基づいて吸気量を演算する。コンプレッサ１０の下流側にはインタークーラ１３が設置されており、インタークーラ１３の下流側には吸気絞り弁１４が設けられている。吸気絞り弁１４は、ロータリソレノイド等の駆動手段を備え、ＥＣＵ５によってディーゼルエンジン１の運転状態に応じて開度制御される。
【００１８】
さらに、ディーゼルエンジン１の各気筒には排気枝管が接続されており、各排気枝管は排気マニホールド１７に接続され、排気マニホールド１７は前記ターボチャージャ９のタービン１８に接続され、タービン１８は排気管１９に接続されている。本実施形態において、排気枝管と排気マニホールド１７とタービン１８と排気管１９は排気通路を構成する。本実施形態において、タービン１８は可変容量型であり、その内部の可変ベーンの開度がＥＣＵ５によってディーゼルエンジン１の運転状態に応じて制御される。
【００１９】
ディーゼルエンジン１の排気ガスは排気マニホールド１７からターボチャージャ９のタービン１８を通って排気管１９に流れ、この時にタービン１８がコンプレッサ１０を駆動する。これにより、吸気はコンプレッサ１０により昇圧されて過給空気となって吸気管８を流れ、吸気マニホールド７を介して各気筒の燃焼室に供給される。タービン１８の可変ベーンの開度を変えることにより、タービン１８に流れる排気ガスの流速を変え、過給圧を比較的急速に変えることができる。図示しない排気バイパスのためのウェイストゲート装置も設けられ、ウェイストゲート装置のウェイストゲートバルブがＥＣＵ５により開閉制御されて過給圧が所定値以内に制限される。
【００２０】
本実施形態において、排気管１９は途中で二本に分岐され、その後一本に集合されている。即ち、排気管１９は第１排気管１９ａと第２排気管１９ｂとに分岐され、これら各排気管１９ａ、１９ｂに排気浄化のための種々の装置が等しく取り付けられて二系統の排気浄化装置が構築されている。第１排気管１９ａと第２排気管１９ｂとには、それぞれ上流側から順に、第１及び第２排気絞り弁２０ａ、２０ｂ及び第１及び第２添加ノズル２１ａ、２１ｂと、第１及び第２浄化ユニット２２ａ、２２ｂと、第１及び第２下流側排気温度センサ２３ａ、２３ｂと、第１及び第２下流側空燃比センサ２４ａ、２４ｂとが設けられている。
【００２１】
本実施形態において、第１及び第２浄化ユニット２２ａ、２２ｂは、それぞれ上流側から順に設けられた第１及び第２ＮＯｘ触媒３５ａ、３５ｂと、第１及び第２ＤＰＲ（ディーゼルパティキュレートリダクションフィルタ；Diesel Particulate Reduction Filter）１６ａ、１６ｂと、第１及び第２酸化触媒３６ａ、３６ｂとから構成されている。これら各要素については後に詳述する。第１及び第２連通管４３ａ、４３ｂが、第１及び第２ＮＯｘ触媒３５ａ、３５ｂ及び第１及び第２ＤＰＲ１６ａ、１６ｂの間の位置と、第１及び第２酸化触媒３６ａ、３６ｂ及び第１及び第２下流側排気温度センサ２３ａ、２３ｂの間の位置とを連通しており、これら第１及び第２連通管４３ａ、４３ｂに第１及び第２差圧センサ４４ａ、４４ｂがそれぞれ設けられている。ＥＣＵ５は、第１及び第２差圧センサ４４ａ、４４ｂの出力信号に基づいて第１及び第２連通管４３ａ、４３ｂの両端の位置における差圧（実質的には第１及び第２ＤＰＲ１６ａ、１６ｂの上下流側の差圧）を演算する。
【００２２】
排気管１９におけるタービン１８と分岐位置との間の部位には、上流側から順に、上流側空燃比センサ３７と、排気遮断弁（排気シャッター）２６と、上流側排気温度センサ３８とが設けられている。上流側排気温度センサ３８と前述の第１及び第２下流側排気温度センサ２３ａ、２３ｂとは、それぞれの部位における排気温度に応じた出力信号をＥＣＵ５に出力する。また上流側空燃比センサ３７と前述の第１及び第２下流側空燃比センサ２４ａ、２４ｂとは、それぞれの部位における空燃比に応じた出力信号をＥＣＵ５に出力する。排気遮断弁２６は、排気ブレーキのためのものであり、ＥＣＵ５により開閉制御され、通常運転時は全開とされるが、ＥＣＵ５に排気ブレーキ要求信号が入力されるとこれに応じて全閉とされる。
【００２３】
第１及び第２添加ノズル２１ａ、２１ｂは、主として、第１及び第２ＮＯｘ触媒３５ａ、３５ｂに吸収されたＮＯｘを放出させ還元浄化する際に、即ち、ＮＯｘ触媒の再生時に、排気ガスに還元剤を添加するためのものである。本実施形態において、還元剤にはディーゼルエンジン１の燃料である軽油が使用され、添加ノズル２１ａ、２１ｂには、燃料タンク６内の燃料がフィードポンプ１５により供給されている。燃料は高圧燃料ポンプ４を単に経由して燃料配管２５を通じて送られる。このように添加ノズル２１ａ、２１ｂには噴射圧相当の高圧ではなく低圧の燃料が供給されている。第１及び第２添加ノズル２１ａ、２１ｂは、ＥＣＵ５によって開弁時期及び開弁時間を制御され、開弁期間中は燃料を噴孔から噴射供給する。
【００２４】
第１及び第２排気絞り弁２０ａ、２０ｂはＥＣＵ５によって開度を制御されるようになっており、通常運転時には全開に保持され、主にＮＯｘ触媒３５ａ、３５ｂの再生時には所定開度に制御されて、第１及び第２浄化装置２２ａ、２２ｂに流入する排気ガスの流量を減少させる。排気絞り弁２０ａ、２０ｂは、ロータリーソレノイド駆動式等を採用することができる。
【００２５】
また、吸気マニホールド７と排気マニホールド１７とは、排気還流管２８によって接続されており、排気還流管２８には排気還流制御弁（以下、ＥＧＲ弁と略す）２９が設けられている。ＥＧＲ弁２９は、ＥＣＵ５によりディーゼルエンジン１の運転状態に応じて開度制御され、ＥＧＲ弁２９の開度に応じた流量の排気ガスを排気マニホールド１７から吸気マニホールド７に還流させる。ＥＧＲ弁２９は、リニアソレノイド駆動式等を採用することができる。ＥＧＲ弁２９の上流側の排気還流管２８に、還流される排気ガスを冷却するためのＥＧＲクーラ３９が設けられている。
【００２６】
ＥＣＵ５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、出力ポートを具備し、エンジンの燃料噴射量制御等の種々の制御を実行する。
【００２７】
かかる制御のために、ＥＣＵ５の入力ポートには、前記エアフロメータ１１からの入力信号、前記各排気温度センサ３８、２３ａ、２３ｂからの入力信号、及び前記各空燃比センサ３７、２４ａ、２４ｂからの入力信号などが入力されるほか、回転速度センサ３０からの入力信号と、アクセル開度センサ３１からの入力信号が入力される。回転速度センサ３０はディーゼルエンジン１の回転速度に応じた出力信号をＥＣＵ５に出力し、この出力信号からＥＣＵ５はエンジン回転速度を演算する。アクセル開度センサ３１はアクセル開度に応じた出力信号をＥＣＵ５に出力し、この出力信号からＥＣＵ５はエンジン負荷を演算する。
【００２８】
第１及び第２ＮＯｘ触媒３５ａ、３５ｂは、吸蔵還元型であり、例えばアルミナを担体とし、この担体上に例えばカリウム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、バリウムＢａ、カルシウムＣａのようなアルカリ土類、ランタンＬａ、イットリウムＹのような希土類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ている。かかるＮＯｘ触媒は、流入排気ガスの空燃比（以下、排気空燃比という）がリーンのときはＮＯｘを吸収し、流入排気ガス中の酸素濃度が低下すると吸収したＮＯｘを放出する。
【００２９】
この実施の形態では、内燃機関としてディーゼルエンジンが使用されており、ストイキ（理論空燃比、Ａ／Ｆ＝約１４．７）よりもはるかにリーン域で燃焼が行われるので、通常の運転状態では排気空燃比は非常にリーンであり、排気ガス中のＮＯｘはＮＯｘ触媒に吸収される。一方、第１及び第２添加ノズル２１ａ、２１ｂから還元剤としての燃料が供給され、排気中の酸素濃度が所定値（例えば理論空燃比（＝約１４．７）相当）まで低下すると、ＮＯｘ触媒は吸収したＮＯｘの放出を行う。供給された還元剤はＮＯｘ触媒の触媒作用により燃焼して排気中の酸素を消費し、ＮＯｘ触媒の雰囲気酸素濃度を低下させる。これにより、ＮＯｘ触媒から放出されたＮＯｘが還元剤により還元浄化される。このようなＮＯｘ触媒の再生を行う時期及び時間は、浄化ユニット２２ａ、２２ｂの下流側の空燃比センサ２４ａ、２４ｂで検出されたＯ２濃度に基づいてＥＣＵ５が決定する。
【００３０】
第１及び第２ＤＰＲ１６ａ、１６ｂは、排気ガス中に含まれる煤などの微粒子を捕集すると共に、この捕集した微粒子を触媒物質の働きで酸化燃焼させる排気浄化触媒の一種である。より詳しくは、触媒物質として活性化酸素放出剤を担持したフィルタ基材を備え、そのフィルタ基材上に捕集した微粒子を活性化酸素の酸化力にて酸化燃焼させることで浄化（除去）する排気浄化作用を備えている。
【００３１】
より具体的には、フィルタ基材は、コージライトのような多孔質材料から形成された排気ガス通過可能な隔壁を有している。隔壁の面および内部の細孔には、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）等によって形成された担体の層が設けられ、担体上には、白金（Ｐｔ）等の貴金属触媒の他、周囲に過剰酸素が存在するとその過剰酸素を吸蔵し、逆に酸素濃度が低下すると、その吸蔵した酸素を活性酸素の形で放出する活性酸素放出剤が担持されている。活性酸素放出剤としては、カリウム（Ｋ）等のアルカリ金属、バリウム（Ｂａ）等のアルカリ土類金属、ランタン（Ｌａ）等の希土類、およびセリウム（Ｃｅ）等の遷移金属から選ばれた少なくとも一つを用いるとよい。排気ガスが隔壁を通過する際、排気ガス中に含まれる煤などの微粒子は隔壁の表面及び内部に捕集される。そして、隔壁に捕集された微粒子は、隔壁（フィルタ基材）に流れ込む排気ガスの酸素濃度を複数回に亘り変化させることで増加する活性化酸素によって酸化され、ついには輝炎を発することなく燃え尽きてフィルタ基材上から除去される。
【００３２】
本実施形態では、第１及び第２ＤＰＲ１６ａ、１６ｂに流れ込む排気ガスの酸素濃度を変化させるにあたり、第１及び第２ＮＯｘ触媒３５ａ、３５ｂ同様、第１及び第２添加ノズル２１ａ、２１ｂから燃料を排気ガス中に供給することで排気ガスの酸素濃度を変化させている。このようなＤＰＲの再生を行う時期及び時間は、差圧センサ４４ａ、４４ｂで検出された差圧に基づいてＥＣＵ５が決定する。
【００３３】
このように、本実施形態では、１段目の第１及び第２ＮＯｘ触媒３５ａ、３５ｂにより排気ガス中に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化し、２段目の第１及び第２ＤＰＲ１６ａ、１６ｂにより排気ガス中に含まれる煤などの微粒子を浄化している。そしてさらに、３段目の酸化触媒により排気ガス中に含まれるＣＯ、ＨＣ等を浄化している。特に、第１及び第２ＮＯｘ触媒３５ａ、３５ｂはその再生時に還元剤としての燃料の添加を必要とし、また第１及び第２ＤＰＲ１６ａ、１６ｂも、捕集された微粒子を焼失させるために燃料の添加を必要とする。本発明は、このように還元剤たる燃料の定期的な添加ないし供給を必要とする触媒やフィルタ等の浄化装置を具備するものに好適に適用される。
【００３４】
ところで、例えばＮＯｘ触媒３５ａ、３５ｂの再生に際し、ＮＯｘ触媒の雰囲気酸素濃度を低下させることが必要であるが、これにはＮＯｘ触媒３５ａ、３５ｂへの排気ガス流量を減少させるのが好ましい。この方が少ない燃料量で効率よく雰囲気酸素濃度を低下させることができ、ひいては燃費の向上につながるからである。この点、第１及び第２ＤＰＲ１６ａ、１６ｂについても同様である。即ち、第１及び第２ＤＰＲ１６ａ、１６ｂへの排気ガスの酸素濃度を変化させてこれらＤＰＲ１６ａ、１６ｂを昇温させ、煤等の微粒子を燃やすには、ＤＰＲ１６ａ、１６ｂへの排気ガス流量（＝ＮＯｘ触媒３５ａ、３５ｂへの排気ガス流量）を減らした方が、より少ない燃料量で効率よく酸素濃度を低下させることができ、ひいては燃費の向上につながるからである。
【００３５】
このため、本実施形態では、まず、上述のような二系統の排気浄化装置が採用されている。即ち、排気浄化装置を二系統に分割することにより、各排気浄化装置に流れる排気ガス流量を単純に半減できる。そしてさらに、各系統にそれぞれ排気絞り弁２０ａ又は２０ｂを設けたので、一方の系統で排気絞り弁２０ａ又は２０ｂを閉じることによりその系統に流れる排気ガス流量を一層低減できる。このとき他方の系統では排気絞り弁２０ａ又は２０ｂを開放して排気抵抗の増加を防止できる。このように、ＮＯｘ触媒等の再生を片側の系統ずつ交互に行うことができ、再生時の燃料消費量を著しく低減できるほか、再生時の排気抵抗増加やこれに伴う出力低下等の問題を回避できる。
【００３６】
ところで、前に述べたように、排気絞り弁２０ａ、２０ｂの開度を減少させて排気ガスの流量を減少させると、排気ガスの流速も低下し、添加ノズル２１ａ、２１ｂから供給された還元剤としての燃料が下流側のＮＯｘ触媒３５ａ、３５ｂに到達しづらくなる。その結果、燃料が排気通路の壁面に付着することもあり、ＮＯｘ触媒３５ａ、３５ｂの雰囲気酸素濃度を再生に必要な程度にまで低下しづらいことが起こり得る。特にこのことは、排気ガス流量が元々少ないエンジンの低回転域において起こり易く、また、本実施形態で採用されているような、各系統の排気ガス流量が基本的に半分とされる二系統の排気浄化装置において起こり易い。
【００３７】
そこで、本実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置では、かかる問題を解決するため、特に添加ノズル２１ａ、２１ｂ、排気絞り弁２０ａ、２０ｂ及び排気通路の配置・形状等に以下の如き改良を加えている。
【００３８】
図２〜図７には添加ノズル及び排気絞り弁周辺における種々の構成が示されている。（ａ）が概略側面断面図、（ｂ）が（ａ）を右側から見たときの概略正面図である。（ａ）において、右側が排気ガスの上流側、左側が下流側である。以下の例は第１排気管１９ａ側に設けられた第１系統と、第２排気管１９ｂ側に設けられた第２系統とのいずれにも適用できる。好ましくは、両方の系統に適用するのがよい。以下の説明では、簡単のため、第１系統と第２系統との区別を無くし、排気管、添加ノズル、排気絞り弁、ＮＯｘ触媒、及びＤＰＲにそれぞれ１９、２１、２０、３５、１６の符号を与えることとする。
【００３９】
まず図２に示される第１の態様を説明する。この態様の主な特徴は、他の態様とも共通であるが、添加ノズル２１の燃料の出口即ち噴孔５１が、排気絞り弁２０が閉じられたときに形成される排気通路５２の絞り通路５３付近に位置されていることである。絞り通路５３付近では排気ガスの流速が高くなる。よってこのように噴孔５１を絞り通路５３付近に配置することで、その流速が高められた排気ガスを利用して、噴孔５１から噴射供給された燃料を比較的遠方まで到達させることができる。これにより、燃料を、排気通路５２の壁面５４への付着を抑制しつつ、図外下流側のＮＯｘ触媒３５及びＤＰＲ１６に向けてより積極的に送ることができる。
【００４０】
本実施形態において、排気通路５２は、直管状且つ断面円形の排気管１９により区画形成されており、従って排気通路５２は直線円筒形の壁面５４を有することになる。排気絞り弁２０は、バタフライ弁からなり、円盤状の弁体５５とこれに固定された回転軸５６とから構成される。回転軸５６は弁体５５の略中心を通って幅方向に伸び、排気通路５２を横断し、両端が排気管１９に回動可能に支持されている。図は排気絞り弁２０の全閉状態を示し、このとき弁体５５は、下部が上部より下流側に位置するよう傾斜され、その上部周縁部は排気通路５２の壁面５４に密着され、その下部周縁部は排気通路５２の壁面５４との間に三日月状の隙間を作る。この隙間が前記絞り通路５３を形成し、この絞り通路５３において排気ガスの流速は最大となる。なお、通常運転時等、排気絞り弁２０が全開とされるときは、弁体５５が図２（ａ）において時計回りに回転され、弁体５５が排気通路５２の軸方向に沿うよう保持される。弁体５５の周縁部は閉止時に壁面５４と良好に密着できるよう斜めに形成されている。
【００４１】
本実施形態において、添加ノズル２１は前記燃料噴射弁２と同様の構造であり、その噴孔５１が絞り通路５３の直下流側に位置されている。即ち、添加ノズル２１自体が排気絞り弁２０の直下流側に位置され、添加ノズル２１は噴孔５１のある先端部が上向きとされて排気通路５２の底壁面５４ａから上方に突出されている。その突出量Ｈ１は絞り通路５３の高さＨ２より大きい。噴孔５１は、添加ノズル２１の先端部に一つ配置されると共に、図外下流側のＮＯｘ触媒３５への燃料到達に有利なよう、下流側に向けられ、且つ斜め上向きとされている。特に噴孔５１は、そこから噴射された燃料Ｆが、絞り通路５３を通過した排気ガスの流れＦ２に沿うように指向されている。
【００４２】
上記構成によれば、噴孔５１を絞り通路５３付近に配置（特に本実施形態では絞り通路５３の直下流側に配置）したので、排気ガスの流速が高い位置に噴孔５１を位置付け、その高流速の排気ガスの勢いを利用して、またはその排気ガスに乗せて、噴孔５１から噴射供給された燃料を、排気通路５２の壁面５４への付着を抑制しつつ、下流側のＮＯｘ触媒３５さらにはＤＰＲ１６に向けてより積極的に送ることができる。従って、たとえ排気ガス流量が少ないエンジン１の低回転域においても、燃料のＮＯｘ触媒３５等への到達を促進することができる。また、このような配置により、噴射された燃料の分散性を向上できる。さらに、噴射した燃料が添加ノズル２１自体に付着することによる噴孔詰まりも未然に防止できる。この効果は、本実施形態のように、噴孔５１を下流側に向けることで一層促進される。即ち、噴孔５１が仮に上流側を向いていれば、噴射した燃料がその噴射直後に排気ガスの気流によって添加ノズル２１に押し戻されてしまい、燃料付着や噴孔詰まりの原因になってしまうであろう。
【００４３】
このように、上記構成によれば、還元剤の添加を要するＮＯｘ触媒等の浄化装置に還元剤を添加する際、還元剤を浄化装置に向けてより積極的に送ることができ、還元剤の浄化装置への到達を助長することができる。
【００４４】
なお、この態様では弁体５５の形状及び排気通路５２の断面形状がともに円形であったが、このような形状は任意に選択することができる。重要なのは互いがともに適合形状であることである。
【００４５】
次に、図３に示される第２の態様を説明する。なお以下の図３〜図７の態様の説明では図２の態様と異なる点について主に述べ、共通点については説明を簡単化ないし省略する。
【００４６】
この態様では、排気絞り弁２０の弁体５５の形状が前記第１の態様と異なる。即ち、弁体５５は、基本的には円盤状であるがその下端部に切り欠き部５７を有する。切り欠き部５７は三角形とされ、切り欠き部５７と排気通路５２の壁面５４（特に底壁面５４ａ）との間には三角形の隙間が形成される。この隙間が絞り通路５３を形成する。切り欠き部５７以外の弁体５５の周縁部は排気通路５２の壁面５４に密着され、互いの間が閉じられる。そしてこのようにしてできた絞り通路５３の直下流側に添加ノズル２１及びその噴孔５１が前記同様に配置されている。このようにすることでも前記同様の作用効果を得ることができる。
【００４７】
この態様では、切り欠き部５７即ち絞り通路５３の形状が三角形であるが、その形状は円形の一部、楕円形の一部、四角形等の他の形状とすることもできる。また図示例では切り欠き部５７の大きさが、（ｂ）図に見られるように、排気通路５２内に露出された添加ノズル２１の先端部より大きいが、それより小さくてもよい。
【００４８】
次に、図４に示される第３の態様を説明する。この態様も排気絞り弁２０の弁体５５の形状が前記第１及び第２の態様と異なる。即ち、弁体５５は、基本的には円盤状であるが、その下端部に穴５９を有する。穴５９はやや横広の楕円形とされる。弁体５５の周縁部は排気通路５２の壁面５４に全周密着され、穴５９により絞り通路５３が形成される。穴５９の高さ位置は添加ノズル２１の噴孔５１の高さ位置に合わせられている。この構成によっても前記同様の作用効果を得ることができる。
【００４９】
この態様では、穴５９の形状は楕円形であるが、円形、三角形、四角形等の他の形状とすることもできる。
【００５０】
次に、図５に示される第４の態様を説明する。この態様は、図２に示された第１の態様と比較して、特に排気通路５２の形状と噴孔５１の位置とが異なる。即ち、排気通路５２は、排気絞り弁２０付近の位置において、その一部即ち下端部が下方に窪まされ、これにより凹部６１が形成される。これは例えば排気管１９の一部即ち下端部を下方に拡径変形させることにより実現できる。凹部６１の底面６２は、上流側から下流側にかけて、最初は下方に落ち込んでいくスロープ面であり、その後、全閉時の弁体５５の下端エッジ６０の直前からその位置にかけて、排気通路５２の軸心に平行な面となり、その後徐々に上がっていくスロープ面となる。これに伴って凹部６１の断面も、上流側から下流側にかけて、最初は次第に大きくなり、その後一定となり、その後次第に小さくなる。この凹部６１の内壁面と弁体５５の下端エッジ６０との間の隙間（即ち、排気通路の内壁と排気絞り弁との間の隙間）により、絞り通路５３が形成される。添加ノズル２１は、弁体５５の下端エッジ６０のほぼ真下に設けられ、特にその噴孔５１は絞り通路５３に位置される。このようにすることでも前記同様の作用効果を得ることができる。
【００５１】
この態様では、凹部６１の断面形状が上下反転の台形であるが（（ｂ）図参照）、三角形、半円形等の他の形状とすることもできる。
【００５２】
次に、図６に示される第５の態様を説明する。この態様において、排気絞り弁２０は図２に示された第１の態様と同様であるが、排気通路５２の構造が異なる。即ち、排気通路５２は、主通路６４と副通路６５とから構成され、主通路６４は図２の排気通路５２と同様であるが、副通路６５は主通路６４の下方に排気絞り弁２０をバイパスして設けられている。このような排気通路５２は、例えば、主通路６４をなす排気管１９にバイパス管６６を溶接等により固定することで形成し得る。副通路６５は、入口部がノズル状に、また出口部がディフューザ状に形成され、排気絞り弁２０の位置付近が最小通路面積となる。この最小通路面積は主通路６４の通路面積より著しく小さい。排気絞り弁２０が全閉とされると、主通路６４は完全に閉止され、副通路６５により絞り通路５３が形成される。添加ノズル２１及びその噴孔５１の位置は図５に示された第４の態様と同様であり、特に、噴孔５１は、副通路６５の最小通路面積となる部位に位置される。これにより添加ノズル２１から排出された燃料の分散性、輸送性が向上する。以上の構成によっても前記同様の作用効果を得ることができる。
【００５３】
この態様では、副通路６５の断面形状が円形であるが、楕円形、四角形等の他の形状とすることもできる。
【００５４】
次に、図７に示される第６の態様を説明する。この態様は図２に示された第１の態様を基本とするが、特徴的なのは、排気絞り弁２０の回動軸５６が絞り通路５３をなす隙間の反対側に位置されることである。この態様において、排気絞り弁２０の弁体５５と排気通路５２とは、Ｕ字状の断面を有し（（ｂ）図参照）、排気通路５２の上端の位置に回動軸５６が排気通路５２を横断して設けられている。他の構成は図２の態様と同様であり、弁体５５の下方に三日月状の絞り通路５３が形成される。このようにすると、前記作用効果に加え次の作用効果を得ることができる。即ち、図２〜図６の態様では、排気絞り弁２０が全閉から開いたときに絞り通路５３以外の部分も開いてしまう。例えば図２〜図５の態様では弁体５５の上側が開き、図６の態様では弁体５５の下側も開いてしまう。これに対し本態様の場合、排気絞り弁２０が全閉から開くに従って、絞り通路５３の通路面積が拡大していくだけである。よって絞り通路５３の通路面積が排気絞り弁２０の開度とリニアな関係になり、排気絞り弁２０を通過する排気ガスの流量及び流速を排気絞り弁２０の開度に応じてリニアに制御できる。こうすると、排気絞り弁２０の中間開度をより積極的に利用できるようになり、使用範囲を拡大できる。またこの中間開度のときも噴孔５１側にしか排気ガスが流れないので前記作用効果は維持できる。
【００５５】
なお、この態様では弁体５５と排気通路５２とがＵ字状断面であるが、他の形状とすることもできる。
【００５６】
以上の各態様は必要に応じて適宜組み合わせることも可能である。例えば図３の態様と図４の態様とを組み合わせることが可能である。また、これら態様以外にも、例えば、排気管に穴を設けてこれを還元剤の出口としたり（つまり添加ノズルは排気通路内に突出されない）、排気絞り弁を一方向に移動可能なシャッター弁などで構成することが可能である。
【００５７】
本実施形態では、第１及び第２ＮＯｘ触媒３５ａならびに第１及び第２ＤＰＲ１６ａ、１６ｂのそれぞれが本発明にいう「浄化装置」に相当する。しかしながら、浄化性能を回復させるのに還元剤を必要とするものであれば、その形態は問わない。例えばＮＯｘ触媒とＤＰＲとを組み合わせたＤＰＮＲ（ディーゼルパティキュレート−ＮＯｘリダクションフィルタ；Diesel Particulate - ＮＯｘ Reduction Filter）とすることができる。ＮＯｘ触媒も吸蔵還元型に限らず、選択還元型などであってもよい。
【００５８】
また、本実施形態では還元剤添加手段として低圧燃料を噴射する添加ノズル２１ａ、２１ｂを用いた。しかしながら、還元剤添加手段は還元剤を添加するものであればよく、高圧燃料を噴射する添加ノズルや、キャブレターの如く絞り通路の流速を利用して圧力差で還元剤を引き込む装置などが使用可能である。
【００５９】
本発明は他にも様々な実施形態を採り得る。例えば、前記実施形態では二系統排気浄化装置を採用したが、本発明は一系統の排気浄化装置にも適用できる。また、前記実施形態において、浄化ユニット２２ａ（又は２２ｂ）における各装置の組み合わせや配列方法は種々変更できる。前記実施形態では、ＮＯｘ触媒３５ａ（３５ｂ）、ＤＰＲ１６ａ（１６ｂ）及び酸化触媒３６ａ（３６ｂ）を直列に並べたが、例えばＮＯｘ触媒のみ、ＤＰＲのみ、ＤＰＮＲのみ、ＮＯｘ触媒と酸化触媒とを直列に並べたもの、ＮＯｘ触媒とＤＰＲ又はＤＰＮＲとを直列に並べたものなどが可能である。本発明はディーゼルエンジンのみならず、リーン燃焼を行うガソリンエンジン等にも適用できる。前記実施形態では還元剤として燃料（軽油）を用いたが、排気中で炭化水素や一酸化炭素等の還元成分を発生するものであればよく、水素、一酸化炭素等の気体、プロパン、プロピレン、ブタン等の液体または気体の炭化水素、ガソリン、灯油等の液体燃料等が使用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成図である。
【図２】本実施形態の特徴部分である添加ノズル及び排気絞り弁周辺の構成を示し、第１の態様を示す。（ａ）は概略側面断面図、（ｂ）は概略正面図である。
【図３】本実施形態の特徴部分である添加ノズル及び排気絞り弁周辺の構成を示し、第２の態様を示す。（ａ）は概略側面断面図、（ｂ）は概略正面図である。
【図４】本実施形態の特徴部分である添加ノズル及び排気絞り弁周辺の構成を示し、第３の態様を示す。（ａ）は概略側面断面図、（ｂ）は概略正面図である。
【図５】本実施形態の特徴部分である添加ノズル及び排気絞り弁周辺の構成を示し、第４の態様を示す。（ａ）は概略側面断面図、（ｂ）は概略正面図である。
【図６】本実施形態の特徴部分である添加ノズル及び排気絞り弁周辺の構成を示し、第５の態様を示す。（ａ）は概略側面断面図、（ｂ）は概略正面図である。
【図７】本実施形態の特徴部分である添加ノズル及び排気絞り弁周辺の構成を示し、第６の態様を示す。（ａ）は概略側面断面図、（ｂ）は概略正面図である。
【符号の説明】
【００６１】
１  ディーゼルエンジン
１６  ＤＰＲ
１６ａ  第１ＤＰＲ
１６ｂ  第２ＤＰＲ
２０  排気絞り弁
２０ａ  第１排気絞り弁
２０ｂ  第２排気絞り弁
２１  添加ノズル
２１ａ  第１添加ノズル
２１ｂ  第２添加ノズル
３５  ＮＯｘ触媒
３５ａ  第１ＮＯｘ触媒
３５ｂ  第２ＮＯｘ触媒
５１  噴孔
５２  排気通路
５３  絞り通路
５４  壁面
５７  切り欠き部
５９  穴
６４  主通路
６５  副通路
５５  弁体
５６  回動軸
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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