(57)【要約】【課題】内燃機関の排気通路に排気浄化装置を直列に備えた内燃機関の排気浄化システムにおいて、各々の排気浄化装置に対して還元剤をより効率よく供給する。【解決手段】第１燃料添加弁（第２燃料添加弁）による添加燃料を含む第１分岐管側（第２分岐管側）から第１合流部（第２合流部）に流入する排気と、添加燃料を含まず排気管側から第１合流部（第２合流部）に流入する排気とを合流させることにより、添加燃料を排気中で撹拌させ、添加燃料を分散させる。そして、添加燃料分布領域ＡＨＣをより広範囲に拡大させることにより添加燃料供給期間を増大させる。【選択図】図２
2009013863.tif 000002
【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第１排気浄化装置と、
前記排気通路における前記第１排気浄化装置よりも下流側に設けられる第２排気浄化装置と、
前記排気通路における前記第１排気浄化装置の上流側の第１分岐部から分岐して、該第１分岐部よりも下流側であって該第１排気浄化装置よりも上流側の第１合流部において前記排気通路に合流する第１分岐通路と、
前記排気通路における前記第１排気浄化装置の上流側の第２分岐部から分岐して、前記排気通路における前記第１排気浄化装置よりも下流側であって前記第２排気浄化装置よりも上流側の第２合流部において前記排気通路に合流する第２分岐通路と、
前記排気通路における前記第１分岐部よりも下流側であって前記第１合流部よりも上流側の部分または前記第１分岐通路に設けられ、前記第１合流部に流入する前の排気に還元剤を添加する第１還元剤添加手段と、
前記排気通路における前記第１排気浄化装置よりも下流側であって前記第２合流部よりも上流側の部分または前記第２分岐通路に設けられ、前記第２合流部に流入する前の排気に還元剤を添加する第２還元剤添加手段と、
を備え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２】
前記第１排気浄化装置は排気中のＮＯｘを浄化するＮＯｘ触媒を含んで構成され、前記第２排気浄化装置は酸化触媒を担持したパティキュレートフィルタまたは、酸化触媒と該酸化触媒よりも下流側に設けられるパティキュレートフィルタとを含んで構成され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システム。
【請求項３】
前記第２分岐通路を通過する排気の流量を制御する流量制御手段を、更に備え、
前記流量制御手段は、前記第１還元剤添加手段が還元剤を排気に添加するときに、前記第１還元剤添加手段が還元剤を添加しないときと比べて前記第２分岐通路を通過する排気の流量を増量することを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項４】
前記第２分岐部は前記排気通路における前記第１分岐部よりも上流側の部分であることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項５】
前記排気通路における前記第１分岐部よりも下流側であって前記第１合流部よりも上流側の部分と前記第１分岐通路とは排気の流路面積が異なっており、前記第１還元剤添加手段は前記流路面積が小さい方の何れかに設けられることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項６】
前記排気通路における前記第１排気浄化装置よりも下流側であって前記第２合流部よりも上流側の部分と前記第２分岐通路とは排気の流路面積が異なっており、前記第２還元剤添加手段は前記流路面積が小さい方の何れかに設けられることを特徴とする請求項１から５の何れか１項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、内燃機関から排出される排気を浄化する排気浄化システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関から排出される排気に含まれるＮＯｘ、微粒子物質（ＰＭ：Particulate Matter）等を除去し、排気を浄化する目的で、内燃機関の排気通路に排気浄化装置が設けられる。この排気浄化装置として、排気中のＮＯｘを還元雰囲気において選択的に還元することで排気を浄化する選択還元型ＮＯｘ触媒や、排気中のＮＯｘを吸蔵、還元することで排気を浄化する吸蔵還元型ＮＯｘ触媒等が挙げられる。上記ＮＯｘ触媒に還元剤を供給する還元剤供給制御が行われることによりＮＯｘ触媒においてＮＯｘが還元される（以下、「ＮＯｘ還元処理」という。）。
【０００３】
更に、上記排気浄化装置として、排気中の微粒子物質を捕集して大気への微粒子物質の放出を抑制するパティキュレートフィルタ（以下、単に「フィルタ」ともいう。）が例示できる。係るフィルタにおいては、捕集された微粒子物質の堆積量が増加すると、フィルタの目詰まりによって機関性能が低下するので、フィルタの温度を上昇させて捕集された微粒子物質を酸化除去することとしている（以下、「ＰＭ再生処理」という。）。このＰＭ再生処理においては、フィルタが酸化触媒を担持している場合や、フィルタよりも上流側に酸化触媒が設けられる場合等に、酸化触媒に還元剤を供給し、該還元剤が酸化する時の反応熱によってフィルタを昇温させる場合がある。
【０００４】
上記のように排気浄化装置に対して還元剤を供給する制御に関連して、特許文献１には、内燃機関の排気通路にＮＯｘ触媒とフィルタを直列に配置し、ＮＯｘ触媒の直上流に設けられる還元剤添加弁から排気に還元剤（液体燃料）を添加する技術が開示されている。
【特許文献１】特開２００２−３４９２３６号公報
【特許文献２】特開２０００−２８２８４３号公報
【特許文献３】特開２０００−２２０４３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来技術においては、ＮＯｘ触媒の直上流に配置された還元剤添加弁から添加された還元剤が排気中で充分に分散する前に排気浄化装置としてのＮＯｘ触媒に流入する場合がある。その結果、還元剤がＮＯｘ触媒全体に満遍なく供給されず、ＮＯｘ触媒の全体においてＮＯｘを浄化することが困難となる場合があった。
【０００６】
また、還元剤の消費量を低減させる観点によれば、少ない還元剤でより多くのＮＯｘを還元することが望まれる。その為には、排気浄化装置に対して効率よく還元剤を供給する必要がある。
【０００７】
本発明は、上記従来技術に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、内燃機関の排気通路に排気浄化装置を直列に備えた内燃機関の排気浄化システムにおいて、各々の排気浄化装置に対して還元剤をより効率よく供給できる技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を達成するために本発明に係る内燃機関の排気浄化システムは、以下の手段を採用した。
すなわち、
内燃機関の排気通路に設けられる第１排気浄化装置と、
前記排気通路における前記第１排気浄化装置よりも下流側に設けられる第２排気浄化装置と、
前記排気通路における前記第１排気浄化装置の上流側の第１分岐部から分岐して、該第１分岐部よりも下流側であって該第１排気浄化装置よりも上流側の第１合流部において前記排気通路に合流する第１分岐通路と、
前記排気通路における前記第１排気浄化装置の上流側の第２分岐部から分岐して、前記排気通路における前記第１排気浄化装置よりも下流側であって前記第２排気浄化装置よりも上流側の第２合流部において前記排気通路に合流する第２分岐通路と、
前記排気通路における前記第１分岐部よりも下流側であって前記第１合流部よりも上流側の部分または前記第１分岐通路に設けられ、前記第１合流部に流入する前の排気に還元剤を添加する第１還元剤添加手段と、
前記排気通路における前記第１排気浄化装置よりも下流側であって前記第２合流部よりも上流側の部分または前記第２分岐通路に設けられ、前記第２合流部に流入する前の排気に還元剤を添加する第２還元剤添加手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００９】
本発明においては、第１排気浄化装置に対して還元剤を供給する場合に第１還元剤添加手段から還元剤が排気中に添加される。ここで、第１還元剤添加手段は、排気通路の第１分岐部よりも下流側であって第１合流部よりも上流側の部分（以下、この部分を「第１分流区間」ともいう。）、または第１分岐通路に設けられる。本発明では、第１還元剤添加手段によって排気に還元剤が添加された後の排気を第１排気浄化装置に流入させる前に、還元剤を含まない排気と第１合流部において合流させることとした。
【００１０】
すなわち、第１還元剤添加手段が第１分岐通路に設けられる場合には、還元剤が添加された後の排気が第１分岐通路から第１合流部に流入すると共に、還元剤を含まない排気が排気通路における第１分流区間から第１合流部に流入する。逆に、第１還元剤添加手段が排気通路の第１分流区間に設けられる場合には、還元剤が添加された後の排気が排気通路の第１分流区間から第１合流部に流入すると共に、還元剤を含まない排気が第１分岐通路から第１合流部に流入する。
【００１１】
上記の何れにおいても、還元剤を含む排気と含まない排気とが第１合流部において合流する際にぶつかり合うことで、排気の乱れが大きくなる。その結果、第１合流部において第１還元剤添加手段により添加された還元剤が排気中で撹拌されることによって、還元剤をより分散させることができる。更に、還元剤が添加された後の排気の流量は第１合流部において増大することになる。これにより、排気中における還元剤の分布領域（以下、「還元剤分布領域」という。）を第１還元剤添加手段が還元剤を添加した直後に比べて拡大することができる。
【００１２】
より詳しくは、還元剤分布領域を排気の流れ方向にも、排気通路の径方向にも拡大することができる。これによれば、第１排気浄化触媒に還元剤を供給することのできる期間（以下、この期間を「還元剤供給期間」という。）を長くすることができるので、還元剤の添加量（つまり、還元剤の添加期間）を増加することなく第１排気浄化装置における還元剤の反応期間をより長く延長できる。また、排気中の還元剤が排気通路の径方向へ充分に分散するため、還元剤を第１排気浄化装置全体に満遍なく供給できる。
【００１３】
一方、第２排気浄化装置に対して還元剤を供給する場合には、第２還元剤添加手段から還元剤が排気中に添加される。第２還元剤添加手段は、排気通路における第１排気浄化装置と第２合流部との間の部分（以下、この部分を「第２分流区間」ともいう。）、または第２分岐通路に設けられるため、第２還元剤添加手段により添加された還元剤を含んだ排
気と還元剤を含まない排気とが第２合流部において合流する。
【００１４】
その結果、第２還元剤添加手段により還元剤が添加された後の排気が第２合流部に流入する際に、排気中の還元剤を撹拌して分散させることができる。これにより、還元剤分布領域を拡大することができる。従って、第２排気浄化装置に対しても効率的に還元剤を供給することができる。
【００１５】
以上のように、本発明によれば、第１排気浄化装置と第２排気浄化装置とを直列に備えた内燃機関の排気浄化システムにおいて、各々の排気浄化装置に対して還元剤を効率よく供給することができる。その結果、各排気浄化装置に還元剤を供給する際の還元剤の消費量を低減することもできる。
【００１６】
ここで、第１分岐通路を通過する排気と第２分岐通路を通過する排気とを比較すると、前者は第１排気浄化装置を迂回せずに第１排気浄化装置に流入し、後者は第１排気浄化装置を迂回して第２排気浄化装置に流入する点で相違する。つまり、第１排気浄化装置と第２排気浄化装置とに流入する排気の流量は異なっており、第２排気浄化装置には内燃機関から排出される全ての排気が流入するのに対し、第１排気浄化装置に流入する排気の流量は第２分岐通路を通過する分だけ少ない。
【００１７】
本発明における第１排気浄化装置は、排気中のＮＯｘを浄化するＮＯｘ触媒を含んで構成されても良い。すなわち、第１還元剤添加手段から排気中に還元剤が添加され、ＮＯｘ触媒がリッチ雰囲気になることによってＮＯｘが還元される。本発明では、上述のように第１排気浄化装置に対する還元剤供給期間が延長されることによって、ＮＯｘ触媒をより長期に亘りリッチ雰囲気に維持できるので、ＮＯｘの浄化率を向上することができる。
【００１８】
更に、本発明に係る排気浄化システムによれば、内燃機関から排出された排気の一部は第２分岐通路を通過してＮＯｘ触媒を迂回するため、ＮＯｘ触媒を通過する排気の空間速度が低減されると共に、該ＮＯｘ触媒を通過する酸素量を低減することができる。
【００１９】
つまり、排気の空間速度を低減して還元剤をより長くＮＯｘ触媒内に滞留させることによって、ＮＯｘと還元剤との還元反応を促進することができる。また、ＮＯｘ触媒を通過する酸素量を低減することにより、ＮＯｘ触媒内の雰囲気をより少ない還元剤で容易にリッチ雰囲気にすることができる。これにより、ＮＯｘ還元処理におけるＮＯｘの還元効率をより一層向上させることができる。本発明におけるＮＯｘ触媒には、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒、選択還元型ＮＯｘ触媒、三元触媒等が例示できる。
【００２０】
また、本発明における第２排気浄化装置は、酸化触媒を担持したフィルタまたは、酸化触媒と該酸化触媒よりも下流側に設けられるフィルタとを含んで構成されても良い。すなわち、第２還元剤添加手段から還元剤を添加して、還元剤をフィルタに供給することによってフィルタを昇温し、フィルタに捕集された微粒子物質（ＰＭ）を酸化除去するＰＭ再生処理が実施される。より詳しくは、フィルタに供給された還元剤が酸化される際の反応熱によって、フィルタの温度を微粒子物質が酸化される温度まで上昇させることによって微粒子物質の酸化除去が行われる。
【００２１】
ここで、ＰＭ再生処理においては、フィルタに流入する酸素量が過度に少なくなると、微粒子物質の酸化反応が抑制されてしまう虞がある。これに対し、本発明においては、内燃機関から排出された全ての排気がフィルタに流入するので、微粒子物質の効率的な酸化除去のために充分な酸素をフィルタに流入させることができる。
【００２２】
そして、本発明においては、第２合流部において第２分岐通路からの排気と排気通路に
おける第２分流区間からの排気とを合流させる際に、還元剤と酸素とを排気中で充分に混ぜ合わせることができる。これにより、フィルタがより昇温し易くなるため、微粒子物質の酸化反応を促進することができる。
【００２３】
また、本発明に係る内燃機関の排気浄化システムにおいては、第２分岐通路を通過する排気の流量を制御する流量制御手段を、更に備え、流量制御手段は、第１還元剤添加手段が還元剤を排気に添加するときに、第１還元剤添加手段が還元剤を添加しないときと比べて第２分岐通路を通過する排気の流量を増量しても良い。これによれば、第１排気浄化装置（例えば、ＮＯｘ触媒）に対して還元剤を供給する際に、第１排気浄化装置を通過する排気の空間速度、および該第１排気浄化装置を通過する酸素量をより効果的に低減できる。
【００２４】
また、本発明においては、第２分岐部は排気通路における第１分岐部よりも上流側の部分であっても良い。すなわち、第２分岐通路は、排気通路における第１分岐部よりも上流側から分岐していても良い。これによれば、内燃機関からの全ての排気が一旦第２分岐部に流入するため、第２分岐通路に流入する排気の流量を可及的に多くすることができる。つまり、第１排気浄化装置を迂回する排気の流量を多くすることができる。従って、第１排気浄化装置（例えば、ＮＯｘ触媒）に対して還元剤を供給する際には、第１排気浄化装置を通過する排気の空間速度と該第１排気浄化装置を通過する酸素量とをより一層低減できる。
【００２５】
また、本発明においては、排気通路における第１分岐部よりも下流側であって第１合流部よりも上流側（第１分流区間）の部分と第１分岐通路とは排気の流路面積が異なっており、第１還元剤添加手段は流路面積が小さい方の何れかに設けられても良い。この場合には、第１合流部に流入する排気のうち、還元剤を含まない排気に対して還元剤を含む排気の流量を相対的に少なくすることができる。これによれば、還元剤を含む排気が第１合流部を通過し難くなるため、還元剤分布領域を排気流れ方向により効果的に拡張できる。従って、第１排気浄化装置に対する還元剤供給期間をより長期に亘り確保することができる。
【００２６】
また、本発明においては、排気通路における第１排気浄化装置よりも下流側であって第２合流部よりも上流側の部分（第２分流区間）と第２分岐通路とは排気の流路面積が異なっており、第２還元剤添加手段は流路面積が小さい方の何れかに設けられても良い。その場合には、第２合流部に流入する排気のうち、還元剤を含まない排気に対して還元剤を含む排気の流量を相対的に少なくすることができる。これにより、還元剤を含む排気が第２合流部を通過し難くなるため、還元剤分布領域を排気流れ方向により効果的に拡張できる。従って、第２排気浄化装置に対する還元剤供給期間をより長期に亘り確保することができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明にあっては、内燃機関の排気通路に排気浄化装置を直列に備えた内燃機関の排気浄化システムにおいて、各々の排気浄化装置に対して効率よく還元剤を供給することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を例示的に詳しく説明する。尚、本実施の形態に記載されている構成要素の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に特定的な記載がない限りは、発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【実施例１】
【００２９】
図１は、本実施例に係る内燃機関と、その排気系及び制御系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る。図１においては、内燃機関１の内部及びその吸気系は省略されている。
【００３０】
内燃機関１には、内燃機関１から排出される排気が流通する排気管５が接続され、この排気管５は下流にて図示しないマフラーに接続されている。また、排気管５の途中には、排気中のＮＯｘを浄化する吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下、「ＮＳＲ」という。）１０が配置されている。そして、排気管５におけるＮＳＲ１０の下流側には、酸化触媒が担持されたフィルタ（以下、「ＤＰＲ」という。）１１が配置されている。このＤＰＲ１１は、排気中の微粒子物質（ＰＭ）を捕集する。本実施例においては排気管５が本発明における排気通路に相当する。また、ＮＳＲ１０が本発明における第１排気浄化装置に相当し、ＤＰＲ１１が本発明における第２排気浄化装置に相当する。
【００３１】
また、ＮＳＲ１０よりも上流側の第１分岐部５ａにおいて、排気管５から第１分岐管６が分岐しており、該第１分岐管６は該第１分岐部５ａよりも下流側であってＮＳＲ１０よりも上流側の第１合流部５ｂにおいて排気管５に合流している。
【００３２】
また、第１分岐部５ａよりも更に上流側の第２分岐部５ｃにおいて、排気管５から第２分岐管７が分岐しており、ＮＳＲ１０とＤＰＲ１１との間の部分において排気管５に合流している。ここで、第１分岐管６および第２分岐管７は、排気管５よりも径が小さく構成されている。本実施例においては、第１分岐管６と第２分岐管７とが、それぞれ本発明における第１分岐通路、第２分岐通路に相当する。
【００３３】
第１分岐管６には、ＮＳＲ１０に対するＮＯｘ還元処理を行う際に、還元剤としての燃料を添加する第１燃料添加弁１２が設けられている。また、第２分岐管７には、ＤＰＲ１１に対するＰＭ再生処理を行う際に、還元剤としての燃料を添加する第２燃料添加弁１３が設けられている。本実施例においては第１燃料添加弁１２と第２燃料添加弁１３とが、それぞれ本発明における第１還元剤添加手段、第２還元剤添加手段に相当する。
【００３４】
以上述べたように構成された内燃機関１及びその排気系には、該内燃機関１及び排気系を制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）１５が併設さ
れている。このＥＣＵ１５は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態等を制御する他、内燃機関１のＮＳＲ１０、ＤＰＲ１１を含めた排気浄化システムに係る制御を行うユニットである。
【００３５】
ＥＣＵ１５には、内燃機関１の運転状態の制御に係るセンサ類が電気配線を介して接続され、これらの出力信号がＥＣＵ１５に入力される。また、第１燃料添加弁１２、第２燃料添加弁１３などが電気配線を介して接続され、ＥＣＵ１５によって制御される。また、ＥＣＵ１５には、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等が備えられており、ＲＯＭには、内燃機関１の種々の制御を行うためのプログラムや、データを格納したマップが記憶されている。後述する本実施例におけるＮＯｘ還元制御ルーチンも、ＥＣＵ１５内のＲＯＭに記憶されたプログラムの一つである。
【００３６】
次に、本実施例におけるＮＳＲ１０や、ＤＰＲ１１に対して還元剤としての燃料を供給する燃料供給制御について説明する。例えば、ＮＳＲ１０に吸蔵されたＮＯｘの量が増加するとＮＯｘの浄化能力が低下するため、第１燃料添加弁１２からの燃料供給制御によりＮＳＲ１０に燃料を供給し、同触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元するＮＯｘ還元処理が実行される。すなわち、ＮＳＲ１０に流入する排気の空燃比（以下、「流入排気空燃比」という。）をリッチ空燃比まで低下させ、ＮＳＲ１０に吸蔵されたＮＯｘが還元される。
【００３７】
また、ＤＰＲ１１に捕集されたＰＭの堆積量が増加するとＤＰＲ１１の目詰まりによって背圧が上昇し機関性能が低下するので、第２燃料添加弁１３からの燃料供給制御によってＤＰＲ１１の温度を上昇させ、ＰＭを酸化除去するＰＭ再生処理が実行される。すなわち、ＤＰＲ１１に担持された酸化触媒において添加燃料が酸化されるときの発熱によりＰＭの酸化除去が行われる。
【００３８】
ところで、燃料供給制御に係る燃費向上の観点からは、より少ない燃料添加量によってより多くのＮＯｘを還元し、あるいはより多くのＰＭを酸化除去することが望まれる。その為には、ＮＳＲ１０やＤＰＲ１１の有する触媒能力を最大限に利用すべく、ＮＳＲ１０やＤＰＲ１１に添加燃料を効率よく供給することが必要となる。そこで、本実施例における排気浄化システムでは、燃料供給制御を実行する際に、触媒（つまり、ＮＳＲ１０やＤＰＲ１１）内における添加燃料の反応時間をより長く、且つ添加燃料の反応性をより高めることができるシステム構成を採用することとした。
【００３９】
図１に示すように、第１燃料添加弁１２から添加燃料が添加された場合、添加燃料を含んだ排気は第１合流部５ｂにおいて、排気管５側から第１合流部５ｂに流入してくる排気と合流する。一方、第２燃料添加弁１３から添加燃料が添加された場合、添加燃料を含んだ排気は第２合流部５ｄにおいて、排気管５側から第２合流部５ｄに流入してくる排気と合流する。このように、本実施例においては、第１合流部５ｂや第２合流部５ｄにおいて、添加燃料を排気中で撹拌させることとした。これにより、ＮＳＲ１０やＤＰＲ１１に流入する前に、排気中の添加燃料が充分に分散される。
【００４０】
ここで、図２は、排気中における添加燃料の分布領域（以下、「添加燃料分布領域」という。）ＡＨＣの推移を説明するための説明図である。ここでは、第１燃料添加弁１２から添加燃料を添加する場合を例に説明する。図２（ａ）は、第１燃料添加弁１２からの燃料添加が終了した直後における添加燃料分布領域ＡＨＣを示した図である。図２（ｂ）は、添加燃料が添加された後の排気が第１合流部５ｂに流入した後における添加燃料分布領域ＡＨＣを示した図である。また、図中には添加燃料分布領域ＡＨＣをハッチングにて図示する。また、図中の矢印は排気の流れを表す。
【００４１】
図２（ａ）に示すように、燃料添加弁１２による燃料添加が終了した直後における添加燃料分布領域ＡＨＣの範囲は、第１燃料添加弁１２から燃料が添加されている期間と第１分岐管６を通過する排気の流速に依存している。そして、この添加燃料分布領域ＡＨＣは排気の流れと共に第１合流部５ｂの方向に移動してゆき、添加燃料を含んだ排気が第１合流部５ｂまで到達すると、排気管５を通過してくる添加燃料を含まない排気と合流することになる。
【００４２】
ここで、図中に渦巻きで示すように、第１分岐管６からの排気と排気管５を通過してくる排気とが合流することによって排気には乱れが大きくなっている。その結果、添加燃料を含む排気と含まない排気とが合流する際に排気中の添加燃料が撹拌され、添加燃料が排気中で分散することになる。また、添加燃料が添加された排気の流量は、第１合流部を通過する際に増大するため、図２（ｂ）に示すように、添加燃料分布領域ＡＨＣが拡大することになる。
【００４３】
これにより、ＮＳＲ１０に添加燃料を供給することのできる期間（以下、この期間を「添加燃料供給期間」という。）をより長くすることができる。また、第１合流部５ｂにおいて排気通路５の径方向へも添加燃料は充分に分散するため、ＮＳＲ１０における排気流れ方向との直行方向全体に満遍なく添加燃料を供給できる。ここでは、第１燃料添加弁１２による燃料添加が行われる場合を例に説明したが、第２燃料添加弁１３による燃料添加
が行われる場合も同様である。つまり、添加燃料を含む排気が第２合流部５ｄを通過する際に添加燃料が排気中で撹拌・分散する。従って、ＤＰＲ１１に対する添加燃料供給期間が延長され、かつＤＰＲ１１における排気流れ方向との直交方向全体に満遍なく添加燃料が供給される。
【００４４】
以上により、ＮＳＲ１０とＤＰＲ１１との何れに対して添加燃料を供給する場合においても、触媒内における添加燃料の反応時間を長くすることができるとともに、触媒全体における添加燃料の反応性を高めることができる。すなわち、ＮＳＲ１０に対するＮＯｘ還元処理においては、ＮＳＲ１０全体をリッチ雰囲気に長期に亘り維持することによってＮＯｘの浄化率を向上できる。また、ＤＰＲ１１に対するＰＭ再生処理においては、ＤＰＲ１１全体を効率よく昇温させることによって、堆積しているＰＭを満遍なく酸化除去することができる。
【００４５】
また、第１分岐管６は排気管５に比べて管径が小さいため、添加燃料が添加された第１分岐管６側から第１合流部５ｂに流入する排気の流量を、排気管５側を通過してくる排気の流量に比べて相対的に少なくすることができる。これにより、第１分岐管６からの添加燃料を含む排気が第１合流部５ｂに流入し難くなるため、添加燃料分布領域ＡＨＣを排気流れ方向に効果的に拡張することができる。同様に、第２分岐管７は排気管５に比べて管径が小さいため、添加燃料が添加された第２分岐管７側から第２合流部５ｄに流入する排気の流量を、排気管５側を通過してくる排気の流量に比べて相対的に少なくすることができる。これらによれば、ＮＳＲ１０及びＤＰＲ１１に対する添加燃料供給期間をより長く延長することができる。
【００４６】
ところで、本実施例における第２分岐管７は、排気管５におけるＮＳＲ１０の上流側と下流側とを接続しているため、第２分岐管７を通過する排気はＮＳＲ１０を迂回してＤＰＲ１１に流入する。従って、ＤＰＲ１１には内燃機関１から排出される全ての排気が流入するのに対し、ＮＳＲ１０に流入する排気の流量は、第２分岐管７を通過する分だけＤＰＲ１１に流入する流量よりも少なくなる。以下、上記相違点を中心にＮＳＲ１０及びＤＰＲ１１に対するそれぞれの燃料供給制御について、詳しく説明する。
【００４７】
まず、ＮＳＲ１０に対するＮＯｘ還元処理を行う際における、第１燃料添加弁１２からの燃料添加について説明する。本実施例では、第２分岐管７を通過する排気にＮＳＲ１０を迂回させることによって、ＮＳＲ１０を通過する酸素量を低減することができる。従って、より少ない添加燃料によって容易に流入排気空燃比を低下させることができる。
【００４８】
また、排気がＮＳＲ１０を通過する際の空間速度が低減するので、添加燃料をより長期に亘りＮＳＲ１０内に滞留させることができる。これらにより、ＮＯｘの還元性を向上させ、且つ還元反応を長期に亘り促進させることができるので、ＮＯｘの浄化を更に効率良く行うことができる。
【００４９】
次に、ＤＰＲ１１に対するＰＭ再生処理を行う際の、第２燃料添加弁１３からの燃料添加について説明する。ＰＭ再生処理においては、ＤＰＲ１１に流入する酸素量が過度に少なくなり過ぎると、ＰＭの酸化反応が抑制されてしまう虞がある。これに対し、本実施例においては、内燃機関１から排出される全ての排気がＤＰＲ１１に流入するため、ＤＰＲ１１に流入する酸素量が過度に不足することを抑制できる。また、第２合流部５ｄにおいて添加燃料を排気中において撹拌する際に、添加燃料と排気中の酸素とを効率よく混ぜ合わせることができる。これにより、ＤＰＲ１１がより昇温し易くなるのでＰＭの酸化除去を効率的に行うことができる。
【００５０】
以上のように、本実施例における排気浄化システムによれば、ＮＳＲ１０およびＤＰＲ
１１に対して効率よく添加燃料を供給することができるので、ＮＯｘおよびＰＭの浄化率を向上させることができる。また、より少ない添加燃料によってより多くのＮＯｘやＰＭを浄化できるので、還元剤として用いられる添加燃料の消費量を低減することができる。
【００５１】
なお、本実施例においては、第１分岐管６における第１燃料添加弁１２よりも下流側の部分、第２分岐管７における第２燃料添加弁１３よりも下流側の部分に添加燃料の気化・霧化を促進させるための熱容量の小さな酸化触媒を更に備えるようにしても良い。これによれば、添加燃料が軽質化されるのでＮＳＲ１０、ＤＰＲ１１における添加燃料の反応性を好適に向上することができる。
【００５２】
また、本実施例では、第１分岐管６、第２分岐管７を通過する排気の流量を調節するバルブを特段設けていない。この場合、第１分岐管６を通過する排気の流量は、内燃機関１から排出される排気の流量、第１分岐部５ａにおける第１分岐管６と排気管５との排気の分流比である第１分流比、第２分岐部５ｃにおける第２分岐管７と排気管５との排気の分流比である第２分流比、に応じて決定される。一方、第２分岐管７を通過する排気の流量は、内燃機関１から排出される排気の流量と第２分流比に応じて決定される。そして、第１分流比は排気管５及び第１分岐管６の管径、第２分流比は排気管５及び第２分岐管７の管径に応じて決定される。
【００５３】
本実施例においては、ＮＳＲ１０、ＤＰＲ１１に対して添加燃料を供給する際に内燃機関１からの排気の流量、第１分流比、第２分流比に基づいて第１分岐管６、第２分岐管７を通過する流量を推定し、それぞれの流量に応じて燃料添加量を決定しても良い。これにより、第１分岐管６と第２分岐管７との何れに酸化触媒を設ける場合においても、第１分岐管６及び第２分岐管７のそれぞれを通過する排気の流量に対して適切な量の添加燃料を添加することができる。これにより、例えば、酸化触媒が過度に昇温してしまい、劣化してしまうことを確実に抑制できる。
【実施例２】
【００５４】
次に、本発明に係る第２の実施例について説明する。図３は、本実施例に係る内燃機関と、その排気系及び制御系の概略構成を示す図である。ここで、実施例１の排気浄化システムと同一又は同等の構成部分については同一の符号を付して詳しい説明を省略する。
【００５５】
本実施例における排気浄化システムにおいては、第２分岐管が、第１分岐部５ａと第１合流部５ｂとの間の部分から分岐している。また、第２分岐管７における第２燃料添加弁１３よりも上流側には、該第２分岐管７を通過する排気の流量を調節する流量調節弁８が設けられている。本実施例においては流量調節弁８が本発明における流量制御手段に相当する。流量調節弁８はＥＣＵ１５に電気配線を介して接続され、ＥＣＵ１５によって制御される。
【００５６】
本実施例においては、ＮＳＲ１０に対するＮＯｘ還元処理において、第１燃料添加弁１２から添加燃料を添加するときには、添加しないときに比べて流量調節弁８が開弁方向に制御される。これによれば、第２分岐管７を通過することによってＮＳＲ１０を迂回する排気の流量が増大する。つまり、ＮＳＲ１０に対するＮＯｘ還元処理が行われる際、ＮＳＲ１０を通過する排気の空間速度および、該ＮＳＲ１０を通過する酸素量をより少なくすることができる。
【００５７】
以下、ＥＣＵ１５により行われるＮＯｘ還元処理に係る燃料供給制御について、図４のフローチャートを参照して説明する。図４は本実施例におけるＮＯｘ還元制御ルーチンを示すフローチャートである。本ルーチンはＥＣＵ１５内のＲＯＭに記憶されたプログラムであり、内燃機関１の稼働中は所定時間毎に実行される。
【００５８】
本ルーチンが実行されるとまず、ステップＳ１０１において、ＮＳＲ１０に対してＮＯｘの還元要求が出されているか否か判定される。ＮＯｘの還元要求は、例えば前回のＮＯｘ還元処理が終了してからの吸入空気量の積算値に基づいて出されても良い。また、排気管５に設けられる図示しないＮＯｘセンサの出力値に基づいて還元要求が出されるようにしても良い。本ステップにおいて肯定判定された場合にはステップＳ１０２に進み、否定判定された場合には本ルーチンを一旦終了する。
【００５９】
ステップＳ１０２では、流量調節弁８が開弁方向に制御される。ここで、流量調節弁８の開度を全開に変更されても良い。続くステップＳ１０３では、第１燃料添加弁１２に指令が出され、添加燃料が排気中に添加されることにより、ＮＳＲ１０に吸蔵されているＮＯｘが還元される。本ステップの処理が終わると、本ルーチンを一旦終了する。
【００６０】
本実施例によれば、第１分岐管６を通過する排気と第１分岐管６および第２分岐管７に流入せずに排気管５を流下してきた排気とが第１合流部５ｂにおいて合流する際に添加燃料が排気中で撹拌されるので、添加燃料分布領域ＡＨＣを燃料添加直後よりも拡大することができる。これにより、添加燃料供給期間が延長されるので、ＮＯｘの浄化率を向上できる。
【００６１】
以上のように、本実施１及び実施例２において本発明の実施形態を例示的に説明したが、これらに限定されるものではない。例えば、第１燃料添加弁１２を第１分岐管６に配置する代わりに、排気管５における第１分岐部５ａと第１合流部５ｂとの間に配置しても良い。この場合においても、添加燃料が添加された排気が第１合流部５ｂにおいて第１分岐通路からの排気と合流することにより、添加燃料を排気中で撹拌することができる。また、同様に、第２燃料添加弁１３を第２分岐管７に配置する代わりに、排気管５におけるＮＳＲ１０と第２合流部５ｄとの間の部分に配置しても良い。また、第１分岐管６及び第２分岐管７の管径が排気管５と同等、若しくは排気管５よりも大きく構成された排気浄化システムに本発明を適用してもよいのは勿論である。
【００６２】
また、本発明の第１排気装置としてのＮＳＲ１０の代わりに、選択還元型ＮＯｘ触媒や三元触媒を採用しても良い。また、第２排気浄化装置としてのＤＰＲ１１の代わりにＮＯｘ触媒を担持したフィルタを採用しても良いし、酸化触媒やＮＯｘ触媒の下流側にフィルタを直列に配置した構成としても良い。
【００６３】
また、第２分岐管７については、該第２分岐管７を通過する排気がＮＳＲ１０を迂回できれば良く、例えば第１合流部５ｂとＮＳＲ１０との間の部分において排気管５から分岐していても良い。その場合には、第２分岐部５ｃが第１合流部５ｂよりも下流側に位置することになる。その際には、第１燃料添加弁１２から添加された後の排気が第２分岐部５ｃを通過するまでは流量調節弁８の開度を略全閉に制御すると共に、上記排気が第２分岐部５ｃを通過した後に流量調節弁８の開弁制御を行うようにしても良い。これにより、第１燃料添加弁１２から添加された添加燃料が排気と共に第２分岐管７に流入することを精度良く抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】実施例１に係る内燃機関と、その排気系及び制御系の概略構成を示す図である。
【図２】実施例１における添加燃料分布領域ＡＨＣの推移を説明するための説明図である。図２（ａ）は、第１燃料添加弁からの燃料添加が終了した直後における添加燃料分布領域ＡＨＣを示した図である。図２（ｂ）は、添加燃料が添加された後の排気が第１合流部に流入した後における添加燃料分布領域ＡＨＣを示した図である。
【図３】実施例２に係る内燃機関と、その排気系及び制御系の概略構成を示す図である。
【図４】実施例２におけるＮＯｘ還元制御ルーチンを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００６５】
１・・・内燃機関
５・・・排気管
５ａ・・第１分岐部
５ｂ・・第１合流部
５ｃ・・第２分岐部
５ｄ・・第２合流部
６・・・第１分岐管
７・・・第２分岐管
８・・・流量調節弁
１０・・ＮＳＲ
１１・・ＤＰＲ
１２・・第１燃料添加弁
１３・・第２燃料添加弁
１５・・ＥＣＵ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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