(57)【要約】【課題】本発明は、酸化機能を有する触媒を備えた触媒装置を内燃機関の排気通路に設ける場合において、排気をより効率的に昇温させることが出来る技術を提供することを課題とする。【解決手段】内燃機関の排気通路１に設けられ排気を昇温させるときに上流側から還元剤が供給される触媒装置６が酸化機能を有する第一および第二触媒４、５を少なくとも備えている。そして、第一触媒４が、外周面と排気通路の内周面との間を排気が流れるように形成されている。また、第二触媒５が、第一触媒４より下流側に該第一触媒４と所定幅Ｗｓの空間１０を空けて配置されている。【選択図】図１
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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、排気を昇温させるときに上流側から還元剤が供給される内燃機関の触媒装置であって、
酸化機能を有し、外周面と前記排気通路の内周面との間を排気が流れるように形成された第一触媒と、
酸化機能を有し、該第一触媒より下流側に該第一触媒と所定幅の空間を空けて配置され且つ外周面と前記排気通路の内周面との間を排気が流れるように形成された第二触媒と、を備えていることを特徴とする内燃機関の触媒装置。
【請求項２】
前記第一および第二触媒の軸方向と垂直に交わる方向の断面積が前記排気通路の軸方向と垂直に交わる方向の断面積よりも小さいことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の触媒装置。
【請求項３】
前記第二触媒の軸方向と垂直に交わる方向の断面積が前記第一触媒の軸方向と垂直に交わる方向の断面積よりも大きいことを特徴とする請求項２記載の内燃機関の触媒装置。
【請求項４】
前記第一および第二触媒それぞれの軸方向と垂直に交わる方向の断面積が、上流側から下流側に向けて徐々に大きくなっていることを特徴とする請求項３記載の内燃機関の触媒装置。
【請求項５】
前記第二触媒における各セルの軸方向と垂直に交わる方向の断面積が、前記第一触媒における各セルの軸方向と垂直に交わる方向の断面積よりも大きいことを特徴とする請求項２から４の何れかに記載の内燃機関の触媒装置。
【請求項６】
前記第一触媒の軸方向と垂直に交わる方向の断面積が上流側から下流側に向けて徐々に小さくなっていることを特徴とする請求項２記載の内燃機関の触媒装置。
【請求項７】
内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化装置と、
前記排気通路における前記排気浄化装置よりも上流側に設けられた触媒装置と、
該触媒装置よりも上流側から前記触媒装置に還元剤を供給する還元剤供給装置と、を備え、
前記排気浄化装置を昇温させるときに、前記還元剤供給装置から前記触媒装置に還元剤を供給することで排気を昇温させる内燃機関の排気浄化システムにおいて、
前記触媒装置が、酸化機能を有する第一および第二触媒を少なくとも有し、
前記第一触媒が、外周面と前記排気通路の内周面との間を排気が流れるように形成されており、
前記第二触媒が、該第一触媒より下流側に該第一触媒と所定幅の空間を空けて配置されていることを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
【請求項８】
前記第一触媒の軸方向と垂直に交わる方向の断面積が前記排気通路の軸方向と垂直に交わる方向の断面積よりも小さいことを特徴とする請求項７記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項９】
前記第二触媒の軸方向と垂直に交わる方向の断面積が前記排気通路の軸方向と垂直に交わる方向の断面積よりも小さいことを特徴とする請求項８記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項１０】
前記第二触媒の軸方向と垂直に交わる方向の断面積が前記第一触媒の軸方向と垂直に交わる方向の断面積よりも大きいことを特徴とする請求項８または９記載の内燃機関の排気
浄化システム。
【請求項１１】
前記第一および第二触媒それぞれの軸方向と垂直に交わる方向の断面積が、上流側から下流側に向けて徐々に大きくなっていることを特徴とする請求項１０記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項１２】
前記第二触媒における各セルの軸方向と垂直に交わる方向の断面積が、前記第一触媒における各セルの軸方向と垂直に交わる方向の断面積よりも大きいことを特徴とする請求項８から１１の何れかに記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項１３】
前記第一触媒の軸方向と垂直に交わる方向の断面積が上流側から下流側に向けて徐々に小さくなっていることを特徴とする請求項８または９記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項１４】
前記排気通路において、前記還元剤供給装置における還元剤供給口と前記第一触媒の上流側端面とが対向するように前記還元剤供給装置と前記触媒装置とが近接して配置されていることを特徴とする請求項７から１３の何れかに記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項１５】
前記還元剤供給装置が還元剤供給口から扇状または円錐状に還元剤を噴射するものであって、
前記還元剤供給装置の還元剤供給口から還元剤が噴射されたときには扇状または円錐状に形成された還元剤の噴霧中に前記第一触媒の上流側端面が位置するように、前記還元剤供給装置と前記触媒装置とが配置されていることを特徴とする請求項１４に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項１６】
前記還元剤供給装置が、前記排気通路における軸方向と垂直に交わる方向における排気の流量の分布が偏っている部分に設けられており、
前記第一触媒が、前記排気通路の軸方向と垂直に交わる方向において排気の流量が多く前記還元剤供給装置から供給された還元剤の流通経路となる位置に配置されていることを特徴とする請求項７から１３の何れかに記載の内燃機関の排気浄化システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の触媒装置および排気浄化システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気通路には酸化機能を有する触媒を備えた触媒装置が設けられている。この触媒装置に還元剤を供給すると、還元剤が酸化することで生じる酸化熱によって排気を昇温させることが出来る。
【０００３】
例えば、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下、ＮＯｘ触媒と称する）やパティキュレートフィルタ（以下、フィルタと称する）等によって構成される排気浄化装置よりも上流側の排気通路に触媒装置が設けられている場合、排気浄化装置の機能を回復させるときなどにおいて、上記のように触媒装置に還元剤を供給し排気を昇温させることで排気浄化装置を昇温させることが出来る。
【０００４】
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、供給される燃料を改質する改質触媒を設ける技術が記載されている。そして、この特許文献１には、改質触媒を排気通路の中央部に配置し、該改質触媒の外周に排気が流れる迂回路を形成させる技術が開示されている。
【０００５】
特許文献２には、排気通路におけるフィルタよりも上流側に設けられる酸化触媒を、単位面積当たりのセル数が異なる複数の触媒を上流側から下流側に複数段配置することで形成する技術が開示されている。
【特許文献１】特開２００５−１２７２５７号公報
【特許文献２】特開２００４−１６２６１１号公報
【特許文献３】特開平６−１０６０６８号公報
【特許文献４】特開２００３−１２０２６４号公報
【特許文献５】特開２００６−１６１６２９号公報
【特許文献６】特表平９−５０４３４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、酸化機能を有する触媒を備えた触媒装置を内燃機関の排気通路に設ける場合において、排気をより効率的に昇温させることが出来る技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明では、内燃機関の排気通路に設けられ排気を昇温させるときに上流側から還元剤が供給される触媒装置が酸化機能を有する第一および第二触媒を少なくとも備えている。そして、第一触媒が、外周面と排気通路の内周面との間を排気が流れるように形成されている。また、第二触媒が、第一触媒より下流側に該第一触媒と所定幅の空間を空けて配置されている。
【０００８】
より詳しくは、第一の発明に係る内燃機関の触媒装置は、
内燃機関の排気通路に設けられ、排気を昇温させるときに上流側から還元剤が供給される内燃機関の触媒装置であって、
酸化機能を有し、外周面と前記排気通路の内周面との間を排気が流れるように形成された第一触媒と、
酸化機能を有し、該第一触媒より下流側に該第一触媒と所定幅の空間を空けて配置され且つ外周面と前記排気通路の内周面との間を排気が流れるように形成された第二触媒と、を備えていることを特徴とする。
【０００９】
本発明では、第一および第二触媒が、それらの外周面と排気通路の内周面との間を排気が流れるように形成されている。この場合、排気通路を流れる排気の全てが触媒内を流れるように各触媒が形成されている場合に比べて各触媒の排気が流れる方向と垂直に交わる方向の断面積が小さくなる。これにより、各触媒内を排気が通過するときの流通抵抗が大きくなるために、各触媒内を流れる排気の流量が少なくなる。その結果、触媒に供給された還元剤が該触媒内を通過するのにかかる時間が長くなる。従って、触媒における還元剤の改質反応や酸化反応がより促進され易くなる。そのため、排気の昇温を促進することが可能となる。
【００１０】
しかしながら、触媒の排気が流れる方向と垂直に交わる方向の断面積が小さくなることで該触媒内を流れる排気の流量が過剰に少なくなると、該触媒の下流側への酸素の供給量が不足し、そのために、触媒の下流側での還元剤の酸化反応が促進され難くなる場合がある。その結果、排気の効率的な昇温が困難となったり、酸化されずに触媒より下流側に排出される還元剤の量が増加したりする虞がある。
【００１１】
本発明では、触媒が第一触媒と第二触媒とに分かれている。これにより、第一触媒の排気の流れる方向の長さを比較的短くすることが出来る。そのため、第一触媒の下流側において酸素の供給量が不足することを抑制することが出来る。
【００１２】
さらに、本発明では、第二触媒が第一触媒より下流側に該第一触媒と所定幅の空間を空けて配置されている。本発明においては、第一触媒内を流れる排気の流量が少ないために、第一触媒の外周面と排気通路の内周面との間を流れる排気の流量が第一触媒と第二触媒との間の空間を流れる排気の流量よりも多くなる。その結果、第一触媒の外周面と排気通路の内周面との間から第一触媒と第二触媒との間の空間への排気の流れが生じる。これにより、第一触媒の外周面と排気通路の内周面との間を流れた排気が第二触媒に流入するために、第二触媒に酸素が供給されることになる。そのため、第一触媒より下流側に配置された第二触媒においても酸素の供給量が不足することを抑制することが出来る。
【００１３】
また、第二触媒には、第一触媒において還元剤が酸化することで生じた熱量および第一触媒において改質された還元剤が供給される。つまり、本発明では、より活性化した第二触媒に、改質された還元剤および酸素が供給されることになる。従って、第二触媒において、還元剤の酸化がより促進される。
【００１４】
以上により、本発明によれば、触媒装置における還元剤の酸化をより促進することが出来る。そのため、排気をより効率的に昇温させることが可能となる。
【００１５】
尚、本発明において、所定幅とは、第一触媒の外周面と排気通路の内壁面との間を通った排気の少なくとも一部が第二触媒の前端部に流入することが可能であり、且つ、第一触媒において還元剤が酸化されることで生じた熱量および第一触媒において改質され該第一触媒から排出された還元剤が過度に拡散されずに第二触媒に到達する幅である。
【００１６】
本発明では、第一および第二触媒の軸方向と垂直に交わる方向の断面積（以下、この方向の断面積を単に断面積と称する）が排気通路の断面積よりも小さくてもよい。
【００１７】
これにより、第一および第二触媒の外周面と排気通路の内周面との間を排気が流れるようになる。
【００１８】
また、本発明では、第二触媒の断面積が第一触媒の断面積よりも大きくてもよい。
【００１９】
これによれば、第一触媒の外周面と排気通路の内周面との間を通過した排気が第二触媒に流入し易くなる。そのため、第二触媒に酸素が供給され易くなる。
【００２０】
また、第一触媒の外周面と排気通路の内周面との間を流れる排気に含まれる還元剤や第一触媒において酸化されずに排出された還元剤が第二触媒に流入し易くなる。従って、還元剤が酸化されることなく触媒装置より下流側に流出することを抑制することが出来る。
【００２１】
さらに、本発明においては、上述したように、触媒装置に上流側から還元剤が供給された場合、第一触媒で生じた熱量および第一触媒において改質された還元剤が第二触媒に供給される。そのため、第二触媒の温度は第一触媒の温度よりも高くなり易い。触媒内においては、該触媒の温度が高くなるほど排気の流通抵抗が大きくなる。そのため、第一触媒の断面積と第二触媒の断面積とが同一の場合、触媒装置に還元剤が供給されることで第一および第二触媒が昇温したときに第二触媒内における排気の流通抵抗が第一触媒内における排気の流通抵抗よりも高くなる虞がある。
【００２２】
上記のように、第二触媒の断面積を第一触媒の断面積よりも大きくすることで、触媒装置に還元剤が供給されて第一および第二触媒が昇温したときに第二触媒内における排気の流通抵抗が過剰に上昇するのを抑制することが出来る。そのため、第二触媒の下流側に酸素が供給され難くなることを抑制することが出来る。従って、第二触媒での還元剤の酸化をより促進させることが可能となる。
【００２３】
本発明においては、第一および第二触媒それぞれの断面積が上流側から下流側に向けて徐々に大きくなっていてもよい。
【００２４】
各触媒において、還元剤が供給されると、上流側で還元剤が酸化されることで生じた熱量が下流側に伝達し、また、上流側で改質された還元剤が下流側に供給される。そのため、各触媒においては、下流側ほどその温度が高くなり易い。従って、各触媒の断面積が軸方向に一定の場合、各触媒に還元剤が供給されたときに、各触媒において、下流側の排気の流通抵抗が上流側の排気の流通抵抗よりも高くなる虞がある。
【００２５】
上記のように各触媒の断面積を上流側から下流側に向けて徐々に大きくすることで、各触媒に還元剤が供給されて各触媒が昇温したときに各触媒の下流側における排気の流通抵抗が過剰に上昇するのを抑制することが出来る。そのため、各触媒の下流側に酸素が供給され難くなることを抑制することが出来る。従って、各触媒での還元剤の酸化をより促進させることが可能となる。
【００２６】
本発明においては、第二触媒における各セルの断面積が、第一触媒における各セルの断面積よりも大きくてもよい。
【００２７】
これによっても、第二触媒の断面積を第一触媒の断面積よりも大きくした場合と同様、触媒装置に還元剤が供給されて第一および第二触媒が昇温したときに第二触媒内における排気の流通抵抗が過剰に上昇するのを抑制することが出来る。そのため、第二触媒の下流側に酸素が供給され難くなることを抑制することが出来る。従って、第二触媒での還元剤の酸化をより促進させることが可能となる。
【００２８】
本発明においては、第一触媒の断面積が上流側から下流側に向けて徐々に小さくなっていてもよい。
【００２９】
これによれば、第一触媒において酸化されずに排出された還元剤が第二触媒に流入し易くなる。従って、第一触媒においても第二触媒においても還元剤が酸化されることなく触媒装置より下流側に流出することを抑制することが出来る。
【００３０】
また、上記によれば、第一触媒の外周面と排気通路の内周面との間を通過した排気が第二触媒に流入し易くなる。そのために、第二触媒に酸素が供給され易くなる。
【００３１】
第二の発明に係る内燃機関の発明に係る内燃機関の排気浄化システムは、
内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化装置と、
前記排気通路における前記排気浄化装置よりも上流側に設けられた触媒装置と、
該触媒装置よりも上流側から前記触媒装置に還元剤を供給する還元剤供給装置と、を備え、
前記排気浄化装置を昇温させるときに、前記還元剤供給装置から前記触媒装置に還元剤を供給することで排気を昇温させる内燃機関の排気浄化システムにおいて、
前記触媒装置が、酸化機能を有する第一および第二触媒を少なくとも有し、
前記第一触媒が、外周面と前記排気通路の内周面との間を排気が流れるように形成されており、
前記第二触媒が、該第一触媒より下流側に該第一触媒と所定幅の空間を空けて配置されていることを特徴とする。
【００３２】
本発明においては、触媒装置において還元剤が酸化することで生じる熱量によって排気が昇温され、該排気の熱量によって排気浄化装置が昇温される。
【００３３】
本発明によれば、第一の発明と同様、触媒装置における還元剤の酸化をより促進することが出来る。そのため、排気をより効率的に昇温させることが可能となる。従って、排気浄化装置の昇温もより効率的に行うことが出来る。
【００３４】
尚、本発明においても、所定幅とは、第一の発明と同様、第一触媒の外周面と排気通路の内壁面との間を通った排気の少なくとも一部が第二触媒の前端部に流入することが可能であり、且つ、第一触媒において還元剤が酸化されることで生じた熱量および第一触媒において改質され該第一触媒から排出された還元剤が過度に拡散されずに第二触媒に到達する幅である。
【００３５】
本発明においても、第一の発明と同様、第一触媒の断面積が排気通路の断面積よりも小さくてもよい。
【００３６】
これによれば、第一触媒の外周面と排気通路の内周面との間を排気が流れるようになる。
【００３７】
本発明においても、第一の発明と同様、第二触媒の断面積が排気通路の断面積よりも小さくてもよい。
【００３８】
これにより、第一触媒のみならず、第二触媒においても、触媒の排気が流れる方向と垂直に交わる方向の断面積が小さくなる。そのため、第二触媒における還元剤の改質反応や酸化反応がより促進され易くなる。また、第二触媒の外周面と排気通路の内周面との間を排気が流れるようになる。この場合、第二触媒の外周面と排気通路の内周面との間を流れる排気によって第二触媒で生じた熱量が排気浄化装置に伝達される。そのため、排気浄化装置の昇温をより促進することが可能となる。
【００３９】
本発明においても、第一の発明と同様、第二触媒の断面積が第一触媒の断面積よりも大きくてもよい。
【００４０】
これにより、第二触媒に酸素が供給され易くなると共に、還元剤が酸化されることなく触媒装置より下流側に流出することを抑制することが出来る。また、触媒装置に還元剤が供給されることで第一および第二触媒が昇温したときに第二触媒内における排気の流通抵抗が過剰に上昇するのを抑制することが出来る。
【００４１】
本発明においても、第一の発明と同様、第一および第二触媒それぞれの断面積が上流側から下流側に向けて徐々に大きくなっていてもよい。
【００４２】
これにより、各触媒に還元剤が供給されることで各触媒が昇温したときに各触媒の下流側における排気の流通抵抗が過剰に上昇するのを抑制することが出来る。
【００４３】
本発明においても、第一の発明と同様、第二触媒における各セルの断面積が、第一触媒における各セルの断面積よりも大きくてもよい。
【００４４】
これによっても、触媒装置に還元剤が供給されて第一および第二触媒が昇温したときに第二触媒内における排気の流通抵抗が過剰に上昇するのを抑制することが出来る。
【００４５】
本発明においても、第一の発明と同様、第一触媒の断面積が上流側から下流側に向けて徐々に小さくなっていてもよい。
【００４６】
これによれば、還元剤が酸化されることなく触媒装置より下流側に流出することを抑制することが出来ると共に、第二触媒に酸素が供給され易くなる。
【００４７】
本発明においては、排気通路において、還元剤供給装置における還元剤供給口と第一触媒の上流側端面とが対向するように還元剤供給装置と触媒装置とが近接して配置されていてもよい。
【００４８】
これによれば、還元剤供給装置から供給される還元剤が第一触媒に到達するまでの間に過剰に拡散することを抑制することが出来る。従って、より少ない量の還元剤で排気を昇温させることが可能となる。また、還元剤供給装置から噴射される還元剤が触媒装置において酸化されずに該触媒装置よりも下流側に流出することを抑制することが出来る。
【００４９】
上記構成の場合においては、還元剤供給装置が還元剤供給口から扇状または円錐状に還元剤を噴射するものであってもよい。この場合、還元剤供給装置の還元剤供給口から還元剤が噴射されたときには扇状または円錐状に形成された還元剤の噴霧中に第一触媒の上流側端面が位置するように、還元剤供給装置と触媒装置とが配置されてもよい。
【００５０】
これにより、還元剤供給装置から噴射される還元剤のより多くを第一触媒に供給することが出来る。
【００５１】
また、本発明においては、還元剤供給装置が、排気通路における軸方向と垂直に交わる方向における排気の流量の分布が偏っている部分に設けられてもよい。この場合、還元剤供給装置より下流側の排気通路において、より多くの排気が流れる経路が、還元剤供給装置から供給された還元剤が流れる流通経路となる。
【００５２】
そのため、上記構成の場合、第一触媒が、排気通路の軸方向と垂直に交わる方向において排気の流量が多く還元剤供給装置から供給される還元剤の流通経路となる位置に配置さ
れる。これによっても、還元剤供給装置から供給される還元剤が第一触媒に到達するまでの間に過剰に拡散することを抑制することが出来る。
【発明の効果】
【００５３】
本発明によれば、酸化機能を有する触媒を備えた触媒装置を内燃機関の排気通路に設ける場合において、排気をより効率的に昇温させることが出来る
【発明を実施するための最良の形態】
【００５４】
以下、本発明に係る内燃機関の触媒装置および排気浄化システムの具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。
【００５５】
＜実施例１＞
ここでは、本発明を車両駆動用のディーゼルエンジンに適用した場合を例に挙げて説明する。図１は、本実施例に係る内燃機関の排気浄化システムの概略構成を示す図である。この図１において、矢印は排気の流れる方向を表している。
【００５６】
排気通路１は上流側端部が内燃機関に接続されている。該排気通路１にはフィルタ２が設けられている。該フィルタ２にはＮＯｘ触媒３が担持されている。本実施例においては、フィルタ２が本発明に係る排気浄化装置に相当する。尚、排気通路１に、ＮＯｘ触媒３が担持されたフィルタ２に代えて、ＮＯｘ触媒およびフィルタのうちいずれか一方のみを設けてもよく、また、ＮＯｘ触媒とフィルタとを排気の流れる方向に直列に並べて設けてもよい。また、ＮＯｘ触媒以外の触媒を設けてもよい。
【００５７】
排気通路１におけるフィルタ２より上流側には第一および第二触媒４、５によって構成される触媒装置６が設けられている。第一および第二触媒４、５は、円柱状の形状であって、軸方向に伸びた複数のセルを有するウォールフロー型の酸化触媒である。
【００５８】
第一触媒４の外径Ｄｃ１と第二触媒５の外径Ｄｃ２とは同一であり、これらは排気通路１の内径ｄｐよりも小さくなっている。つまり、第一触媒４の断面積と第二触媒５の断面積とは同一となっており、これらは排気通路１の断面積よりも小さくなっている。第一および第二触媒４、５がこのように構成されることで、第一および第二触媒４、５の外周面と排気通路１の内周面との間を排気が流れるようになる。また、第一触媒４における各セルの断面積と第二触媒５における各セルの断面積とは同一となっている。
【００５９】
第二触媒５は、第一触媒４より下流側に該第一触媒４と所定幅Ｗｓの空間１０を空けて配置されている。ここで、所定幅Ｗｓは、第一触媒４の外周面と排気通路１の内壁面との間を通った排気の少なくとも一部が第二触媒５の前端部に流入することが可能であり、且つ、後述する燃料添加弁７から燃料が添加されたときに該燃料が第一触媒４において酸化されることで生じた熱量および第一触媒４において改質され該第一触媒４から排出された燃料が過度に拡散されずに第二触媒５に到達する幅である。この所定幅Ｗｓは、第二触媒５とフィルタ２との間の距離よりも小さくなっている。
【００６０】
第一および第二触媒４、５の外径Ｄｃ１、Ｄｃ２、所定幅Ｗｓは、実験等によって予め定めることが出来る。例えば、第一および第二触媒４、５の外径Ｄｃ１、Ｄｃ２を排気通路１の内径ｄｐの５〜６割の値とし、所定幅Ｗｓを第一および第二触媒４、５の外径Ｄｃ１、Ｄｃ２〜排気通路１の内径ｄｐ程度の値としてもよい。
【００６１】
尚、第一および第二触媒４、５は、酸化触媒に限られるものではなく、酸化機能を有する触媒であればよい。また、第一および第二触媒４、５の軸線と排気通路１の軸線とは必ずしも平行でなくてもよく、各触媒４、５の外周面と排気通路１の内周面との間を排気が
流れれば、各触媒４、５の軸線と排気通路１の軸線とが交わるように各触媒４、５が設置されてもよい。また、第一および第二触媒４、５の形状についても円柱状に限られるものではない。また、触媒装置６は３つ以上の触媒で構成されてもよい。
【００６２】
触媒装置６より上流側の排気通路１には還元剤として燃料を添加する燃料添加弁７が設けられている。該燃料添加弁７は、燃料が噴射される燃料噴射口７ａが第一触媒４の上流側端面と対向するように第一触媒４に近接して配置されている。燃料添加弁７の燃料噴射口７ａからは燃料が円錐状に噴射される（図１においては、斜線部が燃料の噴霧を表している）。そして、燃料噴射口７ａから燃料が噴射された場合、円錐状に形成された燃料の噴霧中に第一触媒４の上流側端面が位置するようになっている。
【００６３】
尚、本実施例においては、燃料添加弁７が本発明に係る還元剤供給装置に相当し、燃料噴射口７ａが本発明に係る還元剤供給口に相当する。
【００６４】
本実施例では、フィルタ２に捕集されたＰＭを酸化させて除去するときやＮＯｘ触媒３に吸蔵されたＳＯｘを放出させて還元するとき等のようにフィルタ２を昇温させる必要がある場合、該フィルタ２に流入する排気を昇温する排気昇温制御を実行する。
【００６５】
本実施例に係る排気昇温制御は、燃料添加弁７から燃料を噴射し、該燃料を触媒装置６に供給することで実現される。触媒装置６に供給された燃料は第一および第二触媒４、５において酸化される。このときに生じる酸化熱によって、フィルタ２に流入する排気が昇温される。つまり、本実施例においては、触媒装置６を構成する第一および第二触媒４、５は排気を昇温させるための触媒である。
【００６６】
上述したように本実施例においては、第一触媒４および第二触媒５の外径Ｄｃ１、Ｄｃ２が排気通路１の内径ｄｐよりも小さくなっている。この場合、第一および第二触媒４、５の外径Ｄｃ１、Ｄｃ２が排気通路１の内径ｄｐと同一もしくはそれ以上の場合に比べて各触媒４、５のセルの断面積が小さくなる。これにより、各触媒４、５内を排気が通過するときの排気の流路通抵抗が大きくなるために各触媒４、５内を流れる排気の流量が少なくなる。そのため、燃料添加弁７から燃料が供給されたときに該燃料が各触媒４、５内を通過するのにかかる時間が長くなり、各触媒４、５における燃料の改質反応や酸化反応がより促進され易くなる。その結果、排気の昇温が促進されることになる。
【００６７】
また、本実施においては、排気を昇温させるための触媒が第一触媒４と第二触媒５との二つに分かれている。これにより、第一触媒４の軸方向の長さを比較的短くすることが出来る。そのため、第一触媒４内における排気の流量が少ないためにその下流側において燃料を酸化するための酸素の供給量が不足することを抑制することが出来る。
【００６８】
さらに、本実施例では、第二触媒５が第一触媒４より下流側に該第一触媒と所定幅の空間１０を空けて配置されている。これにより、第一触媒４の外周面と排気通路１の内周面との間を流れた排気が第二触媒５に流入し、第二触媒５に酸素が供給される。そのため、第二触媒５においても燃料を酸化するための酸素の供給量が不足することを抑制することが出来る。また、第二触媒５には、第一触媒４において燃料が酸化することで生じた熱量および第一触媒４において改質された燃料が供給される。つまり、より活性化した第二触媒５に、改質された燃料と酸素とが供給されることになる。そのため、第二触媒５において、燃料の酸化をより促進することが出来る。
【００６９】
以上により、本実施例によれば、触媒装置６における燃料の酸化をより促進することが出来る。そのため、排気をより効率的に昇温させることが可能となる。その結果、より少ない量の燃料でより速やかにフィルタ２を昇温することが出来る。
【００７０】
また、本実施例においては、第二触媒５の外周面と排気通路１の内周面との間にも排気が流れる。これにより、第二触媒５の外周面と排気通路１の内周面との間を流れる排気によって第二触媒５で燃料が酸化されることで生じた熱量がフィルタ２に伝達される。これによっても、フィルタ２の昇温をより促進することが可能となる。
【００７１】
また、本実施例においては、燃料添加弁７における燃料噴射口７ａと第一触媒４の上流側端面とが対向するように燃料添加弁７と触媒装置６とが近接して配置されている。そして、燃料噴射口７ａから燃料が噴射されたときには円錐状に形成された燃料の噴霧中に第一触媒４の上流側端面が位置するようになっている。
【００７２】
これによれば、燃料添加弁７から噴射される燃料が第一触媒４に到達するまでの間に過剰に拡散することを抑制することが出来、燃料添加弁７から噴射される燃料のより多くを第一触媒４に供給することが出来る。従って、より少ない量の燃料で排気を昇温させることが可能となる。また、燃料添加弁７から噴射される燃料が触媒装置６において酸化されずに該触媒装置６よりも下流側に流出することを抑制することが出来る。
【００７３】
また、本実施例においては、排気昇温制御が実行された場合、第二触媒５には、第一触媒４において燃料が酸化することで生じた熱量および第一触媒４において改質された燃料が供給されるため、第二触媒５の方が第一触媒４よりも温度が高くなり易い。そこで、第二触媒５を第一触媒４よりも熱耐久性の高い触媒としてもよい（例えば、第二触媒５をパラジウム（Ｐｄ）を用いた触媒とする）。これにより、触媒装置６の耐久性をより向上させることが出来る。
【００７４】
一方、第一触媒４を第二触媒５よりも低温活性能力の高い触媒としてもよい（例えば、第一触媒４を白金（Ｐｔ）を用いた触媒とする）。これにより、第一触媒４での燃料の改質および酸化をより促進させることが出来る。
【００７５】
また、第一触媒４での燃料の改質が促進されるほど第二触媒５での燃料の酸化が促進され易くなる。そこで、第一触媒４を第二触媒５よりも改質能力の高い触媒としてもよい（例えば、第一触媒をロジウム（Ｒｈ）を用いた触媒とする）。これにより、排気をより速やかに昇温させることが出来る。
【００７６】
上記のように、第一触媒４と第二触媒５とにおいて、それぞれ性能が異なり且つそれぞれに適した貴金属を用いることで、より低コストで触媒装置６の性能を上昇させることが出来る。
【００７７】
また、第一触媒４を電気ヒータやグロープラグ等の加熱装置付触媒としてもよい。これにより、排気の温度が低いときであっても、触媒装置６における燃料の酸化を促進させることが出来る。また、第一触媒４をより小さくすることが出来るため、第一触媒４に用いられる貴金属の量を少なくすることが出来る。
【００７８】
本実施例においては、図２に示すように、触媒装置６の第一触媒４と第二触媒５とをそれらの軸線が排気通路１の径方向にずれるように配置してもよい。これによれば、第二触媒５に排気が流入し易くなる。従って、第二触媒５に燃料を酸化するための酸素が供給され易くなる。尚、図２おいても、矢印は排気の流れる方向を表している。
【００７９】
また、本実施例においては、図３に示すように、第一触媒４の外周面と排気通路１の内周面との間を流れた排気を第二触媒５の上流側端面に導くためのガイド８を設けても良い。図３の（ａ）はガイド８を第二触媒５の上流側端面に設けた場合を示している。図３の
（ｂ）はガイド８を第一触媒４と第二触媒５との間の排気通路１の内周面に設けた場合を示している。図３の（ｃ）は第一触媒４の下流側端面にガイド８を設けた場合を示している。この図３おいても、矢印は排気の流れる方向を表している。
【００８０】
これらのようなガイド８を設けることで、第二触媒５により多くの排気が流入することになるため、該第二触媒５に燃料を酸化するための酸素をより多く供給することが可能となる。また、第一触媒４の外周面と排気通路１の内周面との間を流れる排気に含まれる燃料が第二触媒５に流入し易くなるため、第一触媒４でも第二触媒５でも燃料が酸化されずに触媒装置６より下流側に流出することをより抑制することが出来る。
【００８１】
本実施例においては、排気通路１のカーブ部分に触媒装置６および燃料添加弁７を配置してもよい。この場合、図４に示すように、第一触媒４および第二触媒５の軸線と排気通路１のカーブの接線とが交わるように第一触媒４および第二触媒５を配置してもよい。これにより、第一触媒４と第二触媒５との間の空間１０に排気が流入し易くなる。つまり、第二触媒５の上流側端面に排気が流入し易くなる。そのため、第二触媒５に燃料を酸化するための酸素が供給され易くなる。尚、図４おいても、矢印は排気の流れる方向を表している。
【００８２】
＜変形例＞
図５は本実施例の変形例を示す図である。この変形例では、フィルタ２よりも上流側の排気通路１にＮＯｘ触媒９が設けられている。尚、該ＮＯｘ触媒９は排気浄化機能を有する触媒であればよい。また、図５おいても、矢印は排気の流れる方向を表している。
【００８３】
この変形例のように、排気通路１にフィルタ２およびＮＯｘ触媒９が配置されている場合、フィルタ２の方がＮＯｘ触媒９よりも内燃機関から離れているため、該フィルタ２はＮＯｘ触媒９に比べて排気によって昇温され難い。そのため、この変形例の場合、図５に示すように、ＮＯｘ触媒９より下流側且つフィルタ２より上流側の排気通路１に触媒装置６および燃料添加弁７を設ける。これにより、排気通路１における内燃機関からより離れた位置にフィルタ２が配置されている場合であってもフィルタ２をより効率よく昇温させることが出来る。
【００８４】
＜実施例２＞
図６は、本実施例に係る触媒装置６の概略構成を示す図である。本実施例においては、この図６に示すように、第二触媒５の外径Ｄｃ２が第一触媒４の外径Ｄｃ１よりも大きくなっている。つまり、第二触媒５の断面積が第一触媒４の断面積よりも大きくなっている。この点以外の構成は実施例１と同様である。尚、図６においても、矢印は排気の流れる方向を表している。
【００８５】
本実施例のような構成によれば、第一触媒４の外周面と排気通路１の内周面との間を通過した排気が第二触媒５に流入し易くなる。そのため、排気昇温制御が行われたときに、第二触媒５に燃料を酸化するための酸素をより多く供給することが可能となる。また、排気昇温制御が行われたときに、第一触媒４の外周面と排気通路１の内周面との間を流れる排気に含まれる燃料が第二触媒５に流入し易くなる。そのため、第一触媒４でも第二触媒５でも燃料が酸化されずに触媒装置６より下流側に流出することをより抑制することが出来る。
【００８６】
また、上述したように、排気昇温制御が実行された場合、第二触媒５の温度は第一触媒４の温度よりも高くなる。そして、触媒内においては、該触媒の温度が高くなるほど排気の流通抵抗が大きくなる。そのため、第一触媒４の外径と第二触媒５の外径とが同一の場合、排気昇温制御されることで第一および第二触媒４、５が昇温したときに第二触媒５内
における排気の流通抵抗が第一触媒４内における排気の流通抵抗よりも高くなる虞がある。
【００８７】
本実施例のように、第二触媒５の外径Ｄｃ２を第一触媒４の外径Ｄｃ１よりも大きくすることで、排気昇温制御が実行されたときに第二触媒５内における排気の流通抵抗が過剰に上昇するのを抑制することが出来る。そのため、第二触媒５の下流側に酸素が供給され難くなることを抑制することが出来る。従って、第二触媒５での燃料の酸化をより促進させることが可能となる。
【００８８】
＜変形例＞
図７は、本実施例の変形例に係る触媒装置６の概略構成を示す図である。本実施例においては、この図７に示すように、第一および第二触媒４、５それぞれの外径Ｄｃ１、Ｄｃ２が上流側から下流側に向けて徐々に大きくなっていてもよい。尚、このような場合においても、第一触媒４の下流側端部の断面積よりも第二触媒５の上流側端部の断面積の方を大きくする。
【００８９】
排気昇温制御が実行され、各触媒４、５において、上流側から燃料が供給されると、上流側で燃料が酸化されることで生じた熱量が下流側に伝達し、また、上流側で改質された燃料が下流側に供給される。そのため、各触媒４、５においては、下流側ほどその温度が高くなる。従って、各触媒４、５の外径Ｄｃ１、Ｄｃ２が軸方向に一定の場合、排気昇温制御が実行されたときに、各触媒４、５において、下流側の排気の流通抵抗が上流側の排気の流通抵抗よりも高くなる虞がある。
【００９０】
そこで、各触媒４、５の外径Ｄｃ１、Ｄｃ２を上流側から下流側に向けて徐々に大きくすることで、排気昇温制御が実行されて各触媒４、５が昇温したときに各触媒４、５の下流側における排気の流通抵抗が過剰に上昇するのを抑制することが出来る。そのため、各触媒４、５の下流側に酸素が供給され難くなることを抑制することが出来る。従って、各触媒４、５での燃料の酸化をより促進させることが可能となる。
【００９１】
＜実施例３＞
図８は、本実施例に係る第一および第二触媒４、５の軸方向と垂直に交わる方向の断面を示す図である。図８の（ａ）は第一触媒４の軸方向と垂直に交わる方向の断面を示しており、図８の（ｂ）は第二触媒５の軸方向と垂直に交わる方向の断面を示している。本実施例においては、この図８に示すように、第一触媒４の外径Ｄｃ１と第二触媒の外径Ｄｃ２とは同一であり、且つ、第二触媒５のセル５ａの断面積が第一触媒４のセル４ａの断面積よりも大きくなっている。この点以外の構成は実施例１と同様である。
【００９２】
本実施例のような構成によれば、実施例２のように第二触媒５の外径Ｄｃ２を第一触媒４の外径Ｄｃ１よりも大きくした場合と同様、排気昇温制御が実行され第一および第二触媒４、５が昇温したときに第二触媒５内における排気の流通抵抗が過剰に上昇するのを抑制することが出来る。そのため、第二触媒５の下流側に酸素が供給され難くなることを抑制することが出来る。従って、第二触媒５での燃料の酸化をより促進させることが可能となる。
【００９３】
＜実施例４＞
図９は、本実施例に係る触媒装置６の概略構成を示す図である。この図９に示すように、本実施例においては、第二触媒５の外径Ｄｃ２が上流側から下流側に向けて徐々に小さくなっている。尚、図９においても、矢印は排気の流れる方向を表している。
【００９４】
本実施例のような構成によれば、第一触媒４において酸化されずに排出された燃料が第
二触媒５に流入し易くなる。従って、第一触媒４でも第二触媒５でも燃料が酸化されることなく触媒装置６より下流側に流出することを抑制することが出来る。また、第一触媒４の外周面と排気通路１の内周面との間を通過した排気が第二触媒５に流入し易くなる。そのため、第二触媒５に酸素が供給され易くなる。従って、第二触媒５での燃料の酸化をより促進させることが可能となる。
【００９５】
＜実施例５＞
図１０は、本実施例に係る内燃機関の排気浄化システムの概略構成を示す図である。この図１０では省略されているが、本実施例においても、実施例１と同様のフィルタ２が触媒装置６よりも下流側の排気通路１に設けられている。また、本実施例においても、触媒装置６および燃料添加弁７それぞれの構成自体は実施例１と同様である。そのため、ここでは実施例１と異なる点についてのみ説明する。図１０においても、矢印は排気の流れる方向を表しており、斜線部は燃料添加弁７から添加された燃料の噴霧を表している。
【００９６】
本実施例においては、図１０に示すように、燃料添加弁７が排気通路１のカーブ部分に配置されている。そして、該カーブ部分の直下流の排気通路１における該カーブの外周側に触媒装置６の第一および第二触媒４、５が配置されている。
【００９７】
排気通路１のカーブ部分においては、排気通路１の径方向における排気の流量の分布が偏る。即ち、カーブの内周側よりもカーブの外周側により多くの排気が流れる。そして、このように、排気の流量の分布が偏っている場合、燃料添加弁７よりも下流側の排気通路１において、より多くの排気が流れる経路が、該燃料添加弁７から噴射された燃料が流れる流通経路となる。つまり、図１０に示すように、燃料添加弁７から噴射された燃料のより多くがカーブの外周側を流れることになる。
【００９８】
従って、図１０に示すような位置に燃料添加弁７と第一および第二触媒４、５とを配置することで、排気通路１の径方向において排気の流量が多く、排気昇温制御が実行されたときに燃料添加弁７から噴射される燃料の流通経路となる位置に、第一および第二触媒４、５が配置されることになる。これによって、図１に示したような位置に燃料添加弁７と第一および第二触媒４、５とを配置した場合と同様、燃料添加弁７から噴射される燃料が第一触媒４に到達するまでの間に過剰に拡散することを抑制することが出来る。そのため、より少ない量の燃料で排気を昇温させることが可能となる。また、燃料添加弁７から噴射される燃料が触媒装置６において酸化されずに該触媒装置６よりも下流側に流出することを抑制することが出来る。
【００９９】
尚、本実施例においては、排気通路１のカーブ部分が、本発明に係る排気通路における軸方向と垂直に交わる方向における排気の流量の分布が偏っている部分に相当する。
【０１００】
以上説明した実施例は可能な限り組み合わせることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【０１０１】
【図１】実施例１に係る内燃機関の排気浄化システムの概略構成を示す図。
【図２】実施例１に係る触媒装置の概略構成を示す図。
【図３】実施例１に係る触媒装置の概略構成を示す図。図３の（ａ）はガイドを第二触媒の上流側端面に設けた場合を示す図。図３の（ｂ）はガイドを第一触媒と第二触媒との間の排気通路の内周面に設けた場合を示す図。図３の（ｃ）は第一触媒の下流側端面にガイドを設けた場合を示す図。
【図４】実施例１において、排気通路のカーブ部分に触媒装置および燃料添加弁を配置した場合を示す図。
【図５】実施例１の変形例に係る内燃機関の排気浄化システムの概略構成を示す図。
【図６】実施例２に係る触媒装置の概略構成を示す図。
【図７】実施例２の変形例に係る触媒装置の概略構成を示す図。
【図８】実施例３に係る第一および第二触媒の軸方向と垂直に交わる方向の断面を示す図である。図８の（ａ）は第一触媒の軸方向と垂直に交わる方向の断面を示す図。図８の（ｂ）は第二触媒の軸方向と垂直に交わる方向の断面を示す図。
【図９】実施例４に係る触媒装置の概略構成を示す図。
【図１０】実施例１に係る内燃機関の排気浄化システムの一部の概略構成を示す図。
【符号の説明】
【０１０２】
１・・・排気通路
２・・・パティキュレートフィルタ
３・・・吸蔵還元型ＮＯｘ触媒
４・・・第一触媒
４ａ・・セル
５・・・第二触媒
５ａ・・セル
６・・・触媒装置
７・・・燃料添加弁
７ａ・・燃料噴射口
８・・・ガイド
９・・・吸蔵還元型ＮＯｘ触媒
１０・・空間
【図１】
2008163861.tif 000003
【図２】
2008163861.tif 000004
【図３】
2008163861.tif 000005
【図４】
2008163861.tif 000006
【図５】
2008163861.tif 000007
【図６】
2008163861.tif 000008
【図７】
2008163861.tif 000009
【図８】
2008163861.tif 000010
【図９】
2008163861.tif 000011
【図１０】
2008163861.tif 000012