(57)【要約】【課題】内燃機関の排気浄化装置において、還元剤をより拡散させることができる技術を提供する。【解決手段】内燃機関の排気通路に設けられる触媒と、触媒よりも上流の排気通路に設けられ排気中に還元剤を供給する還元剤供給装置５と、を備え、触媒よりも上流の排気通路の少なくとも一部において排気通路が内側の通路２１と該内側の通路２１を囲む外側の通路２２との二重構造２０で構成され、内側の通路２１及び外側の通路２２の夫々に排気が流通し、外側の通路２２の少なくとも一部は内側の通路２１の周りを螺旋状に回る通路であり、還元剤供給装置５は外側の通路２２内に還元剤を供給する。【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る触媒と、
前記触媒よりも上流の排気通路に設けられ排気中に還元剤を供給する還元剤供給装置と、
を備え、
前記触媒よりも上流の排気通路の少なくとも一部において該排気通路が内側の通路と該内側の通路を囲む外側の通路との二重構造で構成され、前記内側の通路及び前記外側の通路の夫々に排気が流通し、前記外側の通路の少なくとも一部は前記内側の通路の周りを螺旋状に回る通路であり、前記還元剤供給装置は前記外側の通路内に還元剤を供給することを特徴とす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】
内燃機関の排気通路に吸蔵還元型ＮＯx触媒（以下、単にＮＯx触媒という。）を配置する技術が知られている。このＮＯx触媒は、流入する排気の酸素濃度が高いときに排気中
のＮＯxを吸蔵し、流入する排気の酸素濃度が低下し且つ還元剤が存在するときに吸蔵し
ていたＮＯxを還元する。
【０００３】
また、酸化能を有する触媒を担持または上流に備えたパティキュレートフィルタ（以下、単にフィルタという。）を備え、排気中の粒子状物質（以下、ＰＭという。）を捕集する技術が知られている。フィルタに捕集されているＰＭ量が一定量に達すると、酸化能を有する触媒に還元剤を供給し、該フィルタの温度を上昇させることによりＰＭを酸化させて除去することができる。このようにＰＭを除去することをフィルタの再生という。
【０００４】
そして、排気を螺旋状に通過させることにより、排気中に含まれるＰＭに遠心力を与え、排気浄化装置の外壁の内側に集塵する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２０００−１７０５１９号公報
【特許文献２】特表２００３−５０３１７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このようにＮＯxを還元したりフィルタの再生をしたりするために、例えば燃料の噴射
等により触媒に流入する排気の空燃比をリッチ空燃比とする。しかし、排気中に燃料を噴射したときに、燃料の拡散が不十分になる虞がある。このように燃料が拡散しないと、触媒に流入する排気の空燃比が高すぎたり低すぎたりする箇所ができる。このような場合、ＮＯx触媒においてＮＯxが十分に還元されない。また、フィルタの温度が十分に上昇しないため、フィルタの再生が困難となる。さらに、燃料噴射弁の噴孔が排気に臨んでいると該噴孔にデポジットが付着して燃料添加弁が詰まる虞がある。
【０００６】
本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、内燃機関の排気浄化装置において、還元剤をより拡散させることができ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】
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、以下の手段を採用した。すなわち、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触媒と、
前記触媒よりも上流の排気通路に設けられ排気中に還元剤を供給する還元剤供給装置と、
を備え、
前記触媒よりも上流の排気通路の少なくとも一部において該排気通路が内側の通路と該内側の通路を囲む外側の通路との二重構造で構成され、前記内側の通路及び前記外側の通路の夫々に排気が流通し、前記外側の通路の少なくとも一部は前記内側の通路の周りを螺旋状に回る通路であり、前記還元剤供給装置は前記外側の通路内に還元剤を供給することを特徴とする。
【０００８】
排気通路を二重構造とすると、内側の通路を流れる排気の温度低下を抑制できる。外側の通路内において、還元剤供給装置から還元剤が供給されると、螺旋状の排気の流れにより還元剤が拡散する。さらに、外側の通路が内側の通路の周りを螺旋状に囲むことで、外側の通路を流れる排気が内側の通路に流入したときに、該内側の通路で排気が螺旋状に流れる。この螺旋状の流れによっても還元剤の拡散が促進される。さらに、螺旋状の排気の流れにより還元剤が拡散するため、還元剤の噴射圧力を低くする等できるので、還元剤供給装置の簡略化が可能となる。
【０００９】
ここで、外側の通路は内側の通路よりも温度が低くなっている。この外側の通路に還元剤を供給することにより、還元剤供給装置の劣化や詰まりを抑制できる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置によれば、還元剤をより拡散させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
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。
【実施例１】
【００１２】
図１は、本実施例に係る内燃機関１とその排気系の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、水冷式の４サイクル・ディーゼルエンジンである。
【００１３】
内燃機関１には、燃焼室へ通じる排気通路２が接続されている。この排気通路２は、下流にて大気へと通じている。
【００１４】
前記排気通路２の途中には、吸蔵還元型ＮＯx触媒３（以下、ＮＯx触媒３という。）を担持したパティキュレートフィルタ４（以下、フィルタ４という。）が設けられている。
【００１５】
ＮＯx触媒３は、流入する排気の酸素濃度が高いときは排気中のＮＯxを吸蔵し、流入する排気の酸素濃度が低く且つ還元剤が存在するときは吸蔵していたＮＯxを還元する機能
を有する。また、フィルタ４は、排気中に含まれるＰＭを捕集する。
【００１６】
そして、フィルタ４よりも上流には、排気通路２の一部を該排気通路２の中心軸Ａ側と外壁２４側とに隔てる二重構造部２０が設けられている。ここで図２は、二重構造部２０の拡大図である。なお図２中の矢印は、排気の流れ方向を示している。
【００１７】
この二重構造部２０には、排気通路２の中心軸Ａ側と外壁２４側との間に隔壁２３が備わる。この隔壁２３は、排気通路２の中心軸Ａと重なる中心軸を持った円筒形状で、排気通路２の外壁２４よりも中心軸Ａ側に収められている。この隔壁２３は、排気通路２の外壁２４と接触せずに備えられている。
【００１８】
つまり、隔壁２３よりも中心軸Ａ側の通路（以下、内側通路２１という。）と、隔壁２３よりも外壁２４側の通路（以下、外側通路２２という。）と、が形成され、夫々に排気が流れる。なお、外側通路２２へ排気が流入し易いように、隔壁２３の上流側端部２３１は排気通路２の中心側且つ上流側に向けて屈曲している。また、外側通路２２から排気が流出し易いように、隔壁２３の下流側端部２３２は排気通路２の中心側かつ下流側に向けて屈曲している。
【００１９】
さらに、外側通路２２には、排気通路２の中心軸Ａを中心とした螺旋状の螺旋板２３３
が備わる。この螺旋板２３３の内側が隔壁２３に溶接され、外側が外壁２４に溶接される。これにより、外側通路２２は螺旋板２３３、隔壁２３、及び外壁２４で囲まれる螺旋状の通路となり、内側通路２１の周りを螺旋状に排気が流れる。
【００２０】
外側通路２２の入口には、該外側通路２２を流通する排気中に還元剤たる燃料（軽油）を添加する燃料添加弁５が取り付けられている。この燃料添加弁５の噴孔は、外側通路２２内にあり、且つ排気の流れ方向の下流側を向いている。つまり、内側通路２１を流れる温度の高い排気に直接晒されないように燃料添加弁５が取り付けられている。なお本実施例においては燃料添加弁５が、本発明における還元剤供給装置に相当する。
【００２１】
燃料添加弁５は、開弁することにより排気中へ燃料を噴射する。燃料添加弁５から外側通路２２内へ噴射された燃料は該外側通路２２を流れる排気の空燃比を低下させる。そして、燃料添加弁５からの燃料噴射は、ＮＯx触媒３に吸蔵されているＮＯxの還元時及び硫黄被毒回復時に行なわれる。また、フィルタ４の再生時にも燃料添加弁５からの燃料噴射が行なわれる。
【００２２】
なお、隔壁２３の下流側端部２３２よりもさらに下流側においても排気通路２が二重構造となっている。ここでは、隔壁の上流側端部及び下流側端部が排気通路２の外壁２４へ向けて屈曲し、且つ外壁２４に溶接されている。これにより、上記外側通路２２に相当する箇所は密閉されるため、排気が流れない。この密閉された箇所を以下、密閉部２３４と称する。そして、密閉部２３４には断熱材が充填されている。
【００２３】
このような構成により、排気の温度低下が抑制される。つまり外側通路２２を設けるのは、二重構造部２０の上流側に限られるため、排気の温度低下を抑制できる。これにより、ＮＯx触媒３及びフィルタ４の温度低下を抑制できる。また、ＮＯx触媒３の温度を速やかに活性温度まで上昇させることができる。
【００２４】
また、燃料添加弁５の噴孔が外側通路２２内にあるため、排気の温度が低い箇所に燃料添加弁５が取り付けられている。そのため、燃料添加弁５の噴孔が詰まることを抑制できる。
【００２５】
さらに、燃料添加弁５から噴射された燃料が外側通路２２内を排気と共に流れるため、該外側通路２２内で燃料を拡散させることができる。また、外側通路２２が螺旋状となっているため、外側通路２２から内側通路２１に流入する排気の流れが該内側通路２１内で渦を巻き、燃料の拡散がさらに促進される。
【００２６】
なお、外側通路２２の長さは、排気の温度の低下または燃料の拡散度合いに基づいて決定することができる。つまり、外側通路２２が長いと燃料の拡散度合いは高くなるが、排気の温度低下が大きくなる。一方、外側通路２２が短いと燃料の拡散度合いは低くなるが、排気の温度低下は小さくなる。これらを実験等により比較して外側通路２２の最適な長さを決定してもよい。また、隔壁２３の端部における屈曲角度及び長さも実験等により最適値を求めることができる。
【００２７】
このようにして燃料が排気中に拡散するので、燃料添加弁５から噴射する燃料の圧力を低くすることができるため、燃料添加弁５や燃料の供給管等をより簡素にできる。
【００２８】
なお、本実施例では密閉部２３４を備えているが、排気通路２を二重構造にできる区間が短いとき等には、密閉部２３４を有しなくてもよい。
【００２９】
また、下流側端部２３２を次のような形状にしてもよい。図３は、隔壁２３の下流側端
部２３２の他の形状を排気通路２の下流側から見た図である。隔壁２３の端部を排気通路２の中心側且つ下流側に向けて屈曲させて延ばし、該延ばした箇所に複数の穴２３５を開けている。このようにすることで、内側通路２１を流れる排気は、この複数の穴２３５を通過することができる。また、外側通路２２から内側通路２１へ排気が流入するときに、排気の一部が隔壁２３の端部に沿って内側通路２１の中心付近まで進むため、より広い範囲で燃料を拡散させることができる。ここで、隔壁２３の端部における屈曲角度、長さ、穴２３５の数等は実験等により最適値を求めることができる。なお、隔壁２３の上流側端部２３１も同様の形状にしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】実施例に係る内燃機関とその排気系の概略構成を示す図である。
【図２】二重構造部の拡大図である。
【図３】隔壁の下流側端部の他の形状を排気通路の下流側から見た図である。
【符号の説明】
【００３１】
１     内燃機関
２     排気通路
３     吸蔵還元型ＮＯx触媒
４     パティキュレートフィルタ
５     燃料添加弁
２０   二重構造部
２１   内側通路
２２   外側通路
２３   隔壁
２４   外壁
２３１ 上流側端部
２３２ 下流側端部
２３３ 螺旋板
２３４ 密閉部
２３５ 穴
【図１】
2009013862.tif 000003
【図２】
2009013862.tif 000004
【図３】
2009013862.tif 000005