(57)【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る排気浄化触媒と、
前記排気浄化触媒よりも上流の排気通路に設けられ、前記排気浄化触媒へ添加剤を供給する供給部と、
前記排気浄化触媒と前記供給部との間に設けられ、前記添加剤を分散させる分散部と、
を備える内燃機関の排気浄化装置において、
前記排気通路は、前記分散部よりも下流で且つ前記排気浄化触媒よりも上流において断面積が下流側ほど大きくなる拡大部を備え、
前記拡大部は、第一所定角度で拡大する第一拡大部と、該第一拡大部よりも下流側において該第一所定角度よりも大きな第二所定角度で拡大する第二拡大部と、を備え、
前記第一拡大部及び前記第二拡大部は、該第一拡大部と該第二拡大部との境から、前記排気浄化触媒までの距離が、排気の流量が多い箇所よりも少ない箇所で短くなるように形成される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関する。
【背景技術】
【０００２】
選択還元型ＮＯx触媒（以下、単に「ＮＯx触媒」ともいう。）と、その上流側に還元剤として機能する添加剤（尿素水）を噴射する噴射弁と、を備えたＳＣＲシステムにおいて、選択還元型ＮＯx触媒と、噴射弁との間に、尿素水を分散させるための分散器を備える
技術が知られている（例えば、特許文献２参照。）。この分散器により排気及び尿素水が旋回するため、尿素水と排気との混合及び気化が促進される。
【０００３】
ところで、分散器により還元剤が排気通路の壁面方向に向かって進むと、該壁面に還元剤が付着する虞がある。そして、排気通路の壁面の温度は排気の温度よりも低いために、該壁面に付着した還元剤は加水分解されないまま壁面を伝わってＮＯx触媒に到達する虞
がある。この還元剤は、ＮＯxの還元に寄与しないため、ＮＯxの浄化率が低下する虞がある。
【０００４】
また、排気通路の形状によっては、分散器に対して排気が偏って流入するため、分散器を通過した後の排気が均一に分散するとは限らない。そして、分散器の下流側では、流量が少ないために淀みが生じる箇所や、流量が多い箇所が存在する場合もある。そうすると、還元剤が均一に分散しないために、還元剤がＮＯx触媒に偏って供給される。このため
、ＮＯxの浄化が十分に行われる箇所と、不十分な箇所とが存在することになり、ＮＯx浄化率が低くなる原因となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１４４６４４号公報
【特許文献２】特開２００８−１２８１１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、添加剤をより均一に触媒へ供給することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を達成するために本発明による内燃機関の排気浄化装置は、
内燃機関の排気通路に設けられる排気浄化触媒と、
前記排気浄化触媒よりも上流の排気通路に設けられ、前記排気浄化触媒へ添加剤を供給する供給部と、
前記排気浄化触媒と前記供給部との間に設けられ、前記添加剤を分散させる分散部と、
を備える内燃機関の排気浄化装置において、
前記排気通路は、前記分散部よりも下流で且つ前記排気浄化触媒よりも上流において断面積が下流側ほど大きくなる拡大部を備え、
前記拡大部は、第一所定角度で拡大する第一拡大部と、該第一拡大部よりも下流側において該第一所定角度よりも大きな第二所定角度で拡大する第二拡大部と、を備え、
前記第一拡大部及び前記第二拡大部は、該第一拡大部と該第二拡大部との境から、前記排気浄化触媒までの距離が、排気の流量が多い箇所よりも少ない箇所で短くなるように形成される。
【０００８】
ここで、供給部より添加剤が供給されると、添加剤は分散部に流入する。分散部では、たとえば排気の流れ方向を変えたり、排気の乱れを強くしたりしてもよい。拡大部は、拡大の度合いが比較的小さい第一拡大部と、拡大の度合いが比較的大きい第二拡大部とを備えている。第一拡大部よりも第二拡大部のほうが下流側に設けられており、第一拡大部と第二拡大部との境では、拡大する角度が急激に変わる。
【０００９】
なお、第一拡大部及び第二拡大部は、それぞれ下流側に向けて一定の度合いで拡大してもよい。この場合、第一拡大部よりも第二拡大部のほうが、拡大の度合いが大きくなる。また、第一拡大部よりも第二拡大部のほうが、排気通路の中心軸に対する角度が大きいとしてもよい。
【００１０】
このように、第一拡大部及び第二拡大部の角度を調整すると、仮に添加剤が排気通路の壁面に付着しても、第一拡大部と第二拡大部との境において添加剤が拡大部から脱離し易くなる。このため、添加剤が排気通路の壁面を伝わって排気浄化触媒へ到達することを抑制できる。
【００１１】
ところで、排気通路の形状によっては、分散部に流入する排気に偏りがあり、排気の流量の多い箇所と少ない箇所とが存在することがある。そして、排気の流量の少ない箇所においては、排気が淀んでしまい、それよりも下流側の排気浄化触媒へ添加剤が届き難くなる。
【００１２】
これに対し、第二拡大部の上流端から排気浄化触媒までの距離を、排気の流量が多い箇所よりも少ない箇所で短くなるように形成する。そうすると、排気の流量が少ない箇所においては、多い箇所よりも、第一拡大部と第二拡大部との境が排気浄化触媒に近くなる。これにより、第一拡大部と第二拡大部との境よりも下流側では、排気の偏りが改善される。すなわち、排気の流量が多い側においては、第一拡大部に沿って流れてきた排気が、比較的上流側で拡大部から離れるため、第二拡大部に沿って排気が流れることを抑制できる。このため、排気浄化触媒の外周側に排気が偏ることを抑制できる。
【００１３】
一方、排気の流量が少ない側においては、排気浄化触媒により近い位置まで第一拡大部に沿って排気が流れる。これにより、排気が排気浄化触媒の外周側へ広がることを促進させることができる。
【００１４】
また、第一拡大部を伝ってきた添加剤は、第一拡大部と第二拡大部との境から排気中に放出される。このときには、排気の流れのコアンダ効果により、排気浄化触媒の外周面側に向かって排気及び添加剤が進む。
【００１５】
このように、排気の流量が少ない箇所ほど、第一拡大部と第二拡大部との境が排気浄化触媒の外周面側に近付くため、該排気浄化触媒の外周面側において排気が淀むことを抑制できる。一方、排気の流量が多い箇所においては、第一拡大部と第二拡大部との境が排気浄化触媒の外周面から離れているため、排気浄化触媒の外周面側に集中して排気が流入することを抑制できる。
【００１６】
なお、第一拡大部の下流端又は第二拡大部の上流端から排気浄化触媒までの距離が、排気の流量が多い箇所よりも少ない箇所で短くなるように形成してもよい。この距離は、排気の流量に応じて連続的に変わっていてもよく、段階的に変わっていてもよい。
【００１７】
このようにして、排気の流量をより均一に近付けることができる。そして、排気浄化触媒に均一に添加剤を供給することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、添加剤をより均一に触媒へ供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施例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２】第一拡大部と第二拡大部との境界線が触媒の上流側端面と平行になっている場合の内燃機関の排気浄化装置の概略構成を示す図である。
【図３】突出部を設けた場合の内燃機関の排気浄化装置の概略構成を示す図である。
【図４】第一拡大部と第二拡大部との境界線が触媒の上流側端面と平行になっている場合であって、突出部を設けた場合の内燃機関の排気浄化装置の概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。
【００２１】
＜実施例１＞
図１は、本実施例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１に示す内燃機関１は、ディーゼル機関であっても、また、ガソリン機関であってもよい。
【００２２】
内燃機関１には、排気通路２が接続されている。排気通路２の途中には、排気浄化触媒３（以下、単に「触媒３」という。）が設けられている。触媒３は、添加剤を供給することにより、温度が上昇したり、排気を浄化したり、または浄化能力が回復したりする触媒である。触媒３には、吸蔵還元型ＮＯx触媒、選択還元型ＮＯx触媒、三元触媒、酸化触媒、加水分解触媒などを例示できる。また、触媒３は、酸化機能を有する触媒としてもよい。さらに、粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタを備え、該パティキュレートフィルタを触媒３の担体としてもよい。また、パティキュレートフィルタよりも上流に触媒３を配置してもよい。
【００２３】
触媒３よりも上流側の排気通路２には、排気中へ添加剤を噴射する噴射弁４が設けられている。添加剤は、たとえば還元剤または酸化剤とすることができる。添加剤には、例えば、燃料または尿素水、アンモニアを用いることができる。添加剤に何を用いるのかは、触媒３の種類に応じて決まる。なお、本実施例においては噴射弁４が、本発明における供給部に相当する。
【００２４】
また、噴射弁４よりも下流で且つ触媒３よりも上流の排気通路には、添加剤を排気中に分散させる分散器５が設けられている。分散器５は、排気の流れの乱れを大きくしたり、排気の流れの方向を変えたりして、排気中に添加剤を広く分散させる。分散器５は、たとえば、複数の孔を設けた板であってもよい。また、分散器５は、排気の流れに対する傾きが異なる複数の板を備えていてもよい。また、分散器５は、排気通路２の中心軸Ａを中心とする旋回流を発生させるものであってもよい。分散器５の材料には、たとえば金属または樹脂を用いることができる。なお、本実施例においては分散器５が、本発明における分散部に相当する。
【００２５】
ここで、分散器５よりも上流の排気通路２において排気通路２の中心軸Ａと直交する面で切断したときの該排気通路２の断面積は、触媒３が備わる箇所において排気通路２の中心軸Ａと直交する面で切断したときの該排気通路２の断面積（触媒３の断面積としてもよい。）よりも小さい。このため、分散器５よりも下流側で且つ触媒３よりも上流側において、排気通路２の断面積が下流側ほど大きくなる拡大部２１を設けている。
【００２６】
拡大部２１は、排気通路２の上流側に位置する第一拡大部２１１と、該第一拡大部２１１に隣接して排気通路２の下流側に位置する第二拡大部２１２とを備えて構成されている。そして、第一拡大部２１１が拡大していく角度（第一所定角度θ１）よりも、第二拡大部２１２が拡大していく角度（第二所定角度θ２）のほうが大きくなるように第一拡大部２１１及び第二拡大部２１２が形成されている。第一拡大部２１１及び第二拡大部２１２の形状は、それぞれ円錐形状の一部としてもよい。第一所定角度θ１及び第二所定角度θ２は、一の母線と、該一の母線と排気通路２の中心軸Ａを挟んで対向する他の母線と、のなす角としてもよい。第一所定角度θ１及び第二所定角度θ２は、排気通路２の中心軸Ａを通る面で第一拡大部２１１及び第二拡大部２１２を切断したときに切断される箇所がなす角としてもよい。なお、排気通路２の中心軸Ａとのなす角が、第一拡大部２１１よりも第二拡大部２１２のほうが大きいとしてもよい。このように、拡大部２１は、第一拡大部２１１と第二拡大部２１２との境において、排気通路２の中心軸Ａに向かって凹んでいる。すなわち、拡大部２１は、第一拡大部２１１と第二拡大部２１２との境において排気通路２の内側へ向かって折れ曲がっている。
【００２７】
第一拡大部２１１と第二拡大部２１２との境界線２１３は、拡大部２１を一周している。この境界線２１３は同一平面上にあり、この平面は、触媒３の上流側端面及び排気通路２の中心軸に対して傾斜している。すなわち、境界線２１３上の各点から触媒３までの距離が、境界線２１３上の位置によって異なる。これは、拡大部２１において、拡大する角度が変化する位置が、排気の流れ方向（排気通路２の中心軸Ａ方向）又は排気通路２の半径方向にずれているとしてもよい。なお、境界線２１３は、同一平面上になくてもよい。たとえば、境界線２１３は、曲面上に存在していてもよい。
【００２８】
この境界線２１３上の各点と触媒３の上流側端面との距離は、排気の流量（流速としてもよい）に応じて決定される。すなわち、境界線２１３の傾斜角度が排気の流量の分布に応じて決定される。ここで、図１に示すように、分散器５よりも上流側で排気通路２が曲がっていると、排気通路２の曲率中心に近い側と遠い側とで排気の流量に差が生じる。そして、本実施例においては、排気通路２の曲率中心に最も近い箇所において、境界線２１３と触媒３との距離Ｌ２が最も短くなるようにし、排気通路２の曲率中心から最も遠い箇所において、境界線２１３と触媒３との距離Ｌ１が最も長くなるように、該境界線２１３を設定している。
【００２９】
なお、実験またはＣＡＥ等により排気の流量の分布を求め、排気の流量が多い箇所ほど、境界線２１３と触媒３との距離を長くしてもよい。また、境界線２１３と触媒３との距離は、実験またはＣＡＥ等により最適値を求めることができる。
【００３０】
このように構成された排気浄化装置では、分散器５によって添加剤の進行方向が変えられて、該添加剤が排気通路２の壁面に付着することがある。排気通路２の壁面に付着した添加剤は、排気に押されて第一拡大部２１１の壁面を伝わり、下流側へ移動する。そして、第一拡大部２１１と第二拡大部２１２との境界線２１３付近においては、排気の流れる方向が、第一拡大部２１１に沿った方向となっている。このため、境界線２１３を通過した排気は、第二拡大部２１２から離れて下流側へ進む。そして、第一拡大部２１１に沿って伝わってきた添加剤は、境界線２１３において、排気により第一拡大部２１１の壁面の延長線方向に押される。このため、境界線２１３において添加剤が拡大部２１から離れる。これにより、添加剤を再度排気の流れに乗せることができる。
【００３１】
なお、境界線２１３よりも下流側では、コアンダ効果により、排気の流れが、第一拡大部２１１の延長線方向よりも第二拡大部２１２側に向く。このため、添加剤が触媒３の外周方向に分散され易くなる。このように、拡大部２１が拡大する角度を途中で大きくすることにより、添加剤を広い範囲に分散させることができる。
【００３２】
また、分散器５よりも上流側で排気通路２は曲がっている。このため、排気通路２の曲率中心に近い側と遠い側とで排気の流量（流速としてもよい）に差が生じる。これは、排気に遠心力が働いて、曲率中心から遠い側へより多くの排気が流れることによる。すなわち、排気通路２の曲率中心に近い側よりも遠い側のほうが、排気の流量が多くなる。そして、曲率中心に近い側では、拡大部２１において排気が淀む虞がある。
【００３３】
これに対し、本実施例では、排気の流量が少ない箇所において、境界線２１３と触媒３との距離Ｌ２が短くなるようにし、排気の流量が多い箇所において、境界線２１３と触媒３との距離Ｌ１が長くなるように、該境界線２１３を設定している。すなわち、排気通路２の曲率中心に近いほど、境界線２１３と触媒３との距離を短くしている。これにより、排気の流量が多い側では、触媒３の外周方向に排気が多く流れることを抑制し、排気の流量が少ない側では、触媒３の外周方向に排気が多く流れることを促進させることができる。すなわち、排気の流量が多い側（排気通路２の曲率中心から遠い側）では、境界線２１３と触媒３との距離が長いために、排気が第一拡大部２１１に沿って進む距離が短くなるので、排気が触媒３に到達するまでに拡大部２１に沿う方向の力が弱まる。これにより、排気が排気通路２の外周方向に広がることを抑制できる。一方、排気の流量が少ない側（排気通路２の曲率中心に近い側）では、境界線２１３と触媒３との距離が短いために、排気が第一拡大部２１１に沿って進む距離が長くなるので、排気が第一拡大部２１１に沿って触媒３の近くまで進む。これにより、排気が排気通路２の外周方向に広がることを促進させることができる。このようにして、排気の流れが排気通路２の曲率中心から遠い側に偏ることを抑制できる。
【００３４】
以上説明したように本実施例によれば、添加剤が排気通路２の壁面に付着したまま触媒３に到達することを抑制できる。また、排気の流れが偏ることを抑制できる。これらにより、触媒３へより均一に排気および添加剤が流入する。たとえば、触媒３が吸蔵還元型ＮＯx触媒または選択還元型ＮＯx触媒の場合には、ＮＯx浄化率をより高めることができる
。
【００３５】
なお、図２に示すように、第一拡大部２２１と第二拡大部２２２との境界線２２３が、触媒３の上流側端面と平行になっていても良い。ここで、図２は、第一拡大部２２１と第二拡大部２２２との境界線２２３が触媒３の上流側端面と平行になっている場合の内燃機関の排気浄化装置の概略構成を示す図である。主に図１と異なる箇所について説明する。なお、排気通路２の中心軸Ａと直交する断面と拡大部２２との交線を境界線２２３としてもよい。
【００３６】
図１と同様に、第一拡大部２２１が拡大していく角度θ２１よりも、第二拡大部２２２が拡大していく角度θ２２のほうが大きくなるように第一拡大部２２１及び第二拡大部２２２が形成されている。そして、境界線２２３と、触媒３との距離Ｌは、境界線２２３のどの点をとってみても同じである。このようにしても、第一拡大部２２１に沿って伝わる添加剤を、境界線２２３において再度排気の流れに乗せることができるため、添加剤をより広い範囲に分散させることができる。
【００３７】
また、図３に示したように、第一拡大部２１１と第二拡大部２１２との境界線２１３よりも下流側に第一拡大部２１１を突出させる突出部２１４を設けてもよい。ここで、図３は、突出部２１４を設けた場合の内燃機関の排気浄化装置の概略構成を示す図である。主に図１と異なる箇所について説明する。
【００３８】
突出部２１４は、第一拡大部２１１の延長線上に設けられている。なお、第一拡大部２１１を排気の下流側方向に延長して突出部２１４としてもよい。この延長する長さの最適
値は、実験またはＣＡＥ等により求めることができる。
【００３９】
このように突出部２１４を設けることにより、第一拡大部２１１に沿って伝わる添加剤が、突出部２１４の下流端から第二拡大部２１２に伝わることが抑制されるため、添加剤をより確実に排気の流れに乗せることができる。
【００４０】
さらに、図２に示した排気浄化装置についても突出部を備えることができる。ここで、図４は、第一拡大部２２１と第二拡大部２２２との境界線２２３が触媒３の上流側端面と平行になっている場合であって、突出部２２４を設けた場合の内燃機関の排気浄化装置の概略構成を示す図である。このようにしても、添加剤をより確実に排気の流れに乗せることができる。
【００４１】
なお、本実施例では、拡大部２１において、拡大する角度が変化するのは１回のみであるが、２回以上変化してもよい。また、拡大部は、排気通路２の中心軸Ａと平行になる箇所を含んでいてもよい。
【符号の説明】
【００４２】
１     内燃機関
２     排気通路
３     排気浄化触媒
４     噴射弁
５     分散器
２１   拡大部
２１１ 第一拡大部
２１２ 第二拡大部
２１３ 境界線
【図１】
0005760799.tif 000002
【図２】
0005760799.tif 000003
【図３】
0005760799.tif 000004
【図４】
0005760799.tif 000005