(57)【要約】【課題】  ＮＯｘ触媒等の排気浄化手段の還元効率を十分に高めることが可能な排気浄化装置を提供する。【解決手段】  本発明は、内燃機関の排気を浄化する排気浄化装置１であって、燃料１３を噴射するインジェクタ１２と、インジェクタ１２から噴射された燃料１３を改質させる燃料改質触媒１１と、燃料改質触媒１１の下流側に配置されるターボチャージャー８とを排気管７内に具備する。そして、燃料改質触媒１１上で排気流れの方向を横断する方向に関してインジェクタ１２により噴射された燃料１３の濃度に濃淡が生じるように構成されている。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気を浄化する排気浄化装置であって、燃料を噴射する燃料噴射手段と、前記燃料噴射手段から噴射された前記燃料を改質させる燃料改質触媒と、前記燃料改質触媒の下流側に配置される過給機とを排気通路内に具備し、前記燃料改質触媒上で排気流れの方向を横断する方向に関して前記燃料噴射手段により噴射された燃料の濃度に濃淡が生じるように構成されていることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記排気通路は、気筒毎に設けられた分岐部とこれらが集合する集合部とを有し、前記過給機は、前記集合部の下流側に設けられており、前記燃料改質触媒は、前記集合部から前記過給機までの前記排気通路内に設けられてい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。
【請求項３】
前記燃料噴射手段は、前記燃料の噴射範囲を前記燃料改質触媒の端面の一部に制限して該燃料を噴射することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記燃料の噴射範囲が、前記燃料改質触媒の端面の中央部に制限されていることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記燃料の噴射範囲が、前記燃料改質触媒の端面の外周部に制限されていることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
前記過給機よりも上流側の前記排気通路内に、前記排気通路内にて排気流れを旋回させる旋回流形成手段が設けられており、前記燃料噴射手段が、その旋回の中心又は外周に向けて前記燃料を噴射することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項７】
前記排気通路は曲がり部を有しており、前記燃料噴射手段及び前記燃料改質触媒が前記曲がり部に関して上流側と下流側にそれぞれ配置されていることを特徴とする請求項１又は２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、内燃機関の排気ガスを浄化する排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気ガスを浄化する装置として、排気ガス中のＮＯｘを吸収するＮＯｘ触媒等の排気浄化手段を備え、そのＮＯｘ吸収力が飽和に達する前に還元剤を供給し、ＮＯｘを放出してＮ２に還元するものが知られている。この還元剤としては軽油等の燃料が用いられているが、ＮＯｘ触媒等の排気浄化手段に燃料をそのまま添加しても還元効率を十分に高めることができない。そこで、還元剤として好適なＨ２やＣＯを生成するように当該燃料（ＨＣ）を改質させることが好ましい。
【０００３】
従来、添加燃料を改質させる排気浄化装置としては、ＮＯｘ触媒の上流側に熱容量の相違する２つの触媒を組み合わせた燃料改質触媒を設け、これら各触媒へ還元剤としての燃料を内燃機関の運転条件に応じて選択的に噴射し、当該燃料の改質を安定化させるものが知られている（例えば特許文献１）。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乃至４がある。
【特許文献１】特開平１１−３５０９４１号公報
【特許文献２】特開平６−５０１３３号公報
【特許文献３】特開平９−２０９７４２号公報
【特許文献４】特開平５−２２２９２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１に代表される従来の排気浄化装置において、燃料を効率よく改質させるためには、空燃比（Ａ／Ｆ）を５程度にして燃料改質触媒へ燃料を供給することが好ましく、そして、下流側のＮＯｘ触媒等の排気浄化手段の還元効率を高めるためには、このような空燃比ではリッチすぎるため良好な還元効率を得ることができないとの知見を得た。
ところが、従来の排気浄化装置では、燃料改質触媒への燃料供給をＡ／Ｆ５程度のかなりリッチな状態で実行すると、燃料の改質は促進するものの下流側に位置するＮＯｘ触媒等の排気浄化手段へ供給される排気ガスの濃度が不均一となり、排気浄化手段の還元効率を十分に高めることができない。また、これとは反対に、ＮＯｘ触媒等の排気浄化手段に好適な空燃比に合わせて燃料改質触媒へ燃料供給をしたのでは燃料の改質が促進せず、結果として排気浄化手段の還元効率を十分に高めることができない。
【０００５】
そこで、本発明は、ＮＯｘ触媒等の排気浄化手段の還元効率を十分に高めることが可能な排気浄化装置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】
【０００６】
本発明の排気浄化装置は、内燃機関の排気を浄化する排気浄化装置であって、燃料を噴射する燃料噴射手段と、前記燃料噴射手段から噴射された前記燃料を改質させる燃料改質触媒と、前記燃料改質触媒の下流側に配置される過給機とを排気通路内に具備し、前記燃料改質触媒上で排気流れの方向を横断する方向に関して前記燃料噴射手段により噴射された燃料の濃度に濃淡が生じるように構成されていることにより、上述した課題を解決する（請求項１）。
【０００７】
本発明の排気浄化装置によれば、燃料改質触媒を通過する排気ガスのうち燃料を高濃度に含む部分では燃料の改質が促進され、低濃度に含む部分では一部の燃料が改質される。そして、改質後の燃料を高濃度に含む排気ガスと低濃度に含む排気ガスとが燃料改質触媒の下流に設置された過給機にて混合されることにより、ＮＯｘ触媒等の排気浄化手段に導入される排気ガスは、還元に好適な空燃比に均一化される。従って、燃料改質触媒及びＮＯｘ触媒等の排気浄化手段のそれぞれに好適な空燃比で燃料が供給されることになるので、ＮＯｘ触媒等の排気浄化手段の還元効率を十分に高めることができる。
【０００８】
本発明の排気浄化装置において、前記排気通路は、気筒毎に設けられた分岐部とこれらが集合する集合部とを有し、前記過給機は、前記集合部の下流側に設けられており、前記燃料改質触媒は、前記集合部から前記過給機までの前記排気通路内に設けられていてもよい（請求項２）。この場合は、気筒毎に生成された排気ガスを燃料改質触媒へ全量導入することができるので、燃料改質触媒の温度が上昇しやすく燃料の改質効率がより向上する。従って、内燃機関の始動直後のいわゆるエミッションの低減に有効である。
【０００９】
本発明の排気浄化装置において、前記燃料噴射手段は、前記燃料の噴射範囲を前記燃料改質触媒の端面の一部に制限して該燃料を噴射してもよい（請求項３）。この場合は、燃料改質触媒上で排気流れの方向を横断する方向に関して燃料の濃度に濃淡を容易に生じさせることができる。この場合において、燃料の噴射範囲が、燃料改質触媒の端面の中央部に制限されていてもよいし（請求項４）、燃料改質触媒の端面の外周部に制限されていてもよい（請求項５）。
【００１０】
本発明の排気浄化装置において、過給機よりも上流側の排気通路内に、排気通路内にて排気流れを旋回させる旋回流形成手段が設けられており、燃料噴射手段が、その旋回の中心又は外周に向けて燃料を噴射してもよい（請求項６）。この場合は、噴射された燃料を旋回流に乗せて、燃料改質触媒の端面の外周において噴射された燃料を高濃度に含む部分を作ることができる。また、旋回の中心に向けて噴射角を絞って燃料を噴射することにより、旋回流に乗せることなく燃料改質触媒の端面の中央部において燃料を高濃度に含む部分を作ることもできる。
【００１１】
本発明の排気浄化装置において、前記排気通路は曲がり部を有しており、前記燃料噴射手段及び前記燃料改質触媒が前記曲がり部に関して上流側と下流側にそれぞれ配置されていてもよい（請求項７）。この場合は、噴射された燃料が遠心力によって曲がり部の外側へ偏り噴射された燃料を高濃度に含む領域ができるので、燃料改質触媒上で排気流れの方向を横断する方向に関して燃料の濃度に濃淡を生じさせることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ＮＯｘ触媒等の排気浄化手段の還元効率を十分に高めることが可能な排気浄化装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の排気浄化装置１を内燃機関としてのディーゼルエンジン２に適用した第１の実施形態を示している。エンジン２は排気系と吸気系とを有する。吸気系はシリンダブロック３に接続された吸気マニホールド５を含んで構成される。
【００１４】
本発明の排気浄化装置１は上記排気系に適用されている。上記排気系は、排気通路としての排気管７を含んで構成されている。排気管７の途中には、その上流から下流に向かって、過給機としてターボチャージャー８及びＮＯｘ触媒１０がそれぞれ設けられている。排気管７に設けられたＮＯｘ触媒１０は、排気ガスの空燃比がリーンのときはＮＯｘを吸収し、排気ガスの酸素濃度が低下すると吸収したＮＯｘを放出しＮ２に還元するいわゆる吸蔵還元型の触媒である。本実施の形態ではＮＯｘ触媒を用いたが、これに替えて排気浄化手段として、ディーゼルパティキュレートフィルタにＮＯｘ吸着剤を付加し、浮遊粒子状物質（ＰＭ）とＮＯｘの同時削減を可能とする触媒を用いてもよい。
【００１５】
上記排気管７は、シリンダブロック３に接続され気筒４毎に設けられた分岐部７ａとこれら分岐部７ａが集合する集合部７ｂとを有している。この集合部７ｂからターボチャージャー８までの排気管７内に、燃料改質触媒１１が取り付けられている。燃料改質触媒１１はロジウム等の金属製のベースに例えばゼオライト等が担持されて構成されている。なお、図２においては、燃料改質触媒１１を排気管７の曲がり部２１の下流側に取り付けている態様が示されているが、この上流側に取り付けてもよい。
【００１６】
この燃料改質触媒１１は、燃料噴射手段としてのインジェクタ１２にて噴射された燃料１３を改質させるものである。燃料１３が燃料改質触媒１１を通過すると、Ｈ２やＣＯを生成する反応が起こり燃料１３は改質する。改質した燃料は、ＮＯｘ触媒１０がＮＯｘを放出するための還元剤として、ターボチャージャー８の下流側に設けられた上記ＮＯｘ触媒１０へ供給される。
【００１７】
上記インジェクタ１２は、その燃料噴射範囲が燃料改質触媒１１の端面１１ａの中央部に制限されるように構成されている。従って、燃料改質触媒１１上で排気流れの方向を横断する方向に関して噴射された燃料１３の濃度に濃淡が生じることになる。なお、燃料１３の噴射の時期及び噴射量等の制御については、主としてエンジン２の運転状態を制御する図示しないエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）に行わせることができる。また、図２に示したように、インジェクタ１２による燃料の噴射範囲が端面１１ａの外周部に制限されるように、中空の噴射ノズルを有するインジェクタに変更してもよい。排気管７の内壁側の排気ガスの流量は排気管７の中心側よりも少ないため、図２に示したように燃料の噴射範囲を制限すれば、燃料１３を高濃度に含む部分を図１に示した態様に比較して作りやすくなる利点がある。
【００１８】
以上の実施の形態によれば、燃料１３の噴射範囲が上記のように制限されているため、燃料１３の噴射が制限されている領域では、燃料１３を改質するのに好適な空燃比（Ａ／Ｆ５程度）にて排気ガスが導入されるので、噴射された燃料１３の改質は促進される。一方、改質された燃料のＮＯｘ触媒１０への供給については、燃料改質触媒１１より改質された燃料を高濃度に含む排気ガスと低濃度に含む排気ガスとが、燃料改質触媒１１の下流側に配置されたターボチャージャー８のタービン８ａにて攪拌されて排気ガスの濃度が比較的均一化されるため、ＮＯｘ触媒１０の還元効率を十分に高めることができる。特に本実施の形態においては、ターボチャージャー８の通過後の排気ガスの空燃比Ａ／Ｆが１４程度のいわゆるスライトリッチ状態になるように、インジェクタ１２による燃料の噴射量及び噴射角を設定している。従って、ＮＯｘ触媒の還元効率が更に向上する。
【００１９】
（第２の実施の形態）
図３は、本発明の排気浄化装置１を内燃機関としてのディーゼルエンジン２に適用した第２の実施形態を示している。本実施の形態の説明においては、第１の実施の形態と同一の構成には同一の符号を付して詳しい説明は省略する。
【００２０】
本実施の形態では、燃料改質触媒１１の上流側の排気管７内壁に、排気ガスを旋回させる旋回流形成手段としてのフィン２０が設けられている。フィン２０の個数及び設置角度等の諸条件は適宜に選択すればよい。以上の構成により、集合部７ｂ内の排気ガスの流れは、図示したように旋回流Ｆとなって燃料改質触媒１１に到達する。そこで、その旋回中心Ｃに向けて、インジェクタ１２によって燃料１３を噴射すれば、噴射された燃料１３は、排気ガスの旋回流Ｆに乗って燃料改質触媒１１の端面１１ａに導入される。このため、燃料改質触媒１１ａの端面の外周部において、燃料１３を高濃度に含む部分が形成され、燃料改質の効率を高めることができる。
【００２１】
なお、図３においては、旋回流の中心Ｃに向けて燃料１３を噴射する態様を示したが、好適には旋回流Ｆに乗り易くなるように燃料１３を旋回方向へ向けて噴射してもよい。更に、インジェクタ１２による燃料１３の噴射角度θを絞り込んで（小さくして）、燃料１３を旋回中心Ｃへ向けて噴射することにより、燃料１３を旋回流Ｆに乗せることなく燃料改質触媒１１に導入することができる。従って、燃料改質触媒１１の端面１１ａの中央部において、燃料１３を高濃度に含む部分が形成される。また、燃料改質触媒１１の取り付け位置については、これを曲がり部２１の上流側の排気管７内に取り付けてもよい。
【００２２】
以上の実施形態においては、燃料改質触媒１１上で排気流れの方向を横断する方向に関して噴射された燃料の濃度に濃淡が生じるように構成されているので、第１の実施の形態と同様にＮＯｘ触媒１０の還元効率を十分に高めることができる。また、ターボチャージャー８の通過後の空燃比Ａ／Ｆが１４程度のいわゆるスライトリッチ状態になるように、インジェクタ１２による燃料の噴射量及び噴射角を設定し、ＮＯｘ触媒１０の還元効率を更に向上させることもできる。
【００２３】
（第３の実施の形態）
図４は、本発明の排気浄化装置１を内燃機関としてのディーゼルエンジン２に適用した第３の実施形態を示している。本実施の形態の説明においては、第１の実施の形態と同一の構成には同一の符号を付して詳しい説明は省略する。
【００２４】
本実施の形態においては、燃料改質触媒１１を排気管７の曲がり部２１の下流側に設けるとともに、インジェクタ１２を曲がり部２１の上流側に設けている。これにより、排気ガスの流れＦに乗った燃料１３は遠心力により曲がり部２１の外側の領域２２に偏り、燃料改質触媒１１の端面１１ａの片側に燃料１３を高濃度に含む部分が形成される。
【００２５】
以上の実施形態においては、燃料改質触媒１１上で排気流れの方向を横断する方向に関して噴射された燃料の濃度に濃淡が生じるように構成されているので、第１の実施の形態と同様にＮＯｘ触媒１０の還元効率を十分に高めることができる。また、ターボチャージャー８の通過後の空燃比Ａ／Ｆが１４程度のいわゆるスライトリッチ状態になるように、インジェクタ１２による燃料の噴射量及び噴射角を設定し、ＮＯｘ触媒の還元効率を更に向上させることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係る排気浄化装置の第１の実施形態を示した図。
【図２】第１の実施形態において、燃料の噴射範囲を燃料改質触媒の端面の外周に制限する他の例を示した図。
【図３】本発明に係る排気浄化装置の第２の実施形態を示した図。
【図４】本発明に係る排気浄化装置の第３の実施形態を示した図。
【符号の説明】
【００２７】
１  排気浄化装置
２  エンジン（内燃機関）
４  気筒
７  排気管（排気通路）
７ａ  分岐部
７ｂ  集合部
８  ターボチャージャー（過給機）
１１  燃料改質触媒
１１ａ  端面
１２  インジェクタ（燃料噴射手段）
１３  燃料
２０  旋回流形成手段
２１  曲がり部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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