JP4254721B2

JP4254721B2 - 内燃機関の排気浄化装置

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Publication number: JP4254721B2
Application number: JP2005029649A
Authority: JP
Inventors: 貴宣植田; 為俊水田; 孝司苅田; 富久小田; 国明新美
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2005-02-04
Filing date: 2005-02-04
Publication date: 2009-04-15
Anticipated expiration: 2025-02-04
Also published as: CN101052793A; US20080053075A1; EP1844219A1; US7703277B2; WO2006083026A1; JP2006214388A; CN100591897C; DE602006019054D1; EP1844219B1

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。

ＮＯｘ吸収剤を担持したパティキュレートフィルタを排気管に２つ並列に配置し、ＮＯｘ吸収剤に流入する排気の量を一方ずつ減少させてＮＯｘ吸収剤の機能再生処理を行う排気浄化装置が知られている（特許文献１参照）。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が存在する。
特許第２７２７９０６号公報実公平７−１６０１４号公報

ＮＯｘ吸収剤としての吸蔵還元型のＮＯｘ触媒（以降、ＮＯｘ触媒と略称する。）などが排気通路に複数並列に配置されている装置では、還元剤を供給する噴射ノズルとＮＯｘ触媒との距離が十分に確保できず、ＮＯｘ触媒の一部に還元剤が偏って供給されるおそれがある。

そこで、本発明は、吸蔵還元型のＮＯｘ触媒への還元剤の偏った供給を抑制し、ＮＯｘ触媒の機能再生を適切に実施することが可能な内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。

本発明の第一の内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の排気通路の一部を形成し、内部に吸蔵還元型のＮＯｘ触媒を収容するケーシングと、前記ＮＯｘ触媒よりも上流側にてケーシング内に還元剤を供給する還元剤供給手段と、を備えた内燃機関の排気浄化装置において、前記還元剤供給手段は、前記ケーシング内に配置された噴射孔から前記ＮＯｘ触媒の中心線と交差する方向に扁平に還元剤を噴射し、前記噴射孔からは、前記ＮＯｘ触媒の上流側端面に対して垂直に広がる方向の幅よりも前記ＮＯｘ触媒の上流側端面に対して水平に広がる方向の幅が広い形状を形成するように還元剤が噴射されることにより、上述した課題を解決する（請求項１）。

本発明の第一の内燃機関の排気浄化装置によれば、ＮＯｘ触媒の上流側端面を横断する方向に扁平に還元剤が噴射されるので、ＮＯｘ触媒の上流側端面に還元剤を分散させて供給することができる。そのため、ＮＯｘ触媒の機能再生を適切に実施することができる。

本発明の第一の排気浄化装置において、前記噴射孔からは、前記ＮＯｘ触媒の上流側端面に沿うように扁平に還元剤が噴射されてもよい（請求項２）。この場合、還元剤がＮＯｘ触媒の上流側端面と略平行に噴射されるので、還元剤をより分散させて供給することができる。

また、本発明の第一の排気浄化装置において、前記噴射孔からは、前記ＮＯｘ触媒の上流側端面に到達した還元剤が該上流側端面上において所定方向に長くこの所定方向と直交する方向には幅が狭い形状を形成するように還元剤が噴射されてもよい（請求項３）。すなわち、本発明における扁平な噴射の概念には、噴射孔から噴射された還元剤がＮＯｘ触媒の上流側端面上において楕円状、長円状のような所定方向に長くこの所定方向と直交する方向には幅が狭い扁平な形状を形成するものも含まれる。

本発明の第一の排気浄化装置において、前記噴射孔は、前記ＮＯｘ触媒の外周よりも外側に配置されていてもよい（請求項４）。このような位置は内燃機関から排出された高温の排気が直接流入し難いので、噴射孔に高温の排気が直接当たり難い。そのため、排気から還元剤供給手段への熱の伝達を抑えて還元剤供給手段の温度上昇を抑制することができる。

本発明の第一の排気浄化装置は、前記ケーシングの上流側に設けられ、前記ＮＯｘ触媒の上流側端面に斜めに排気が導入されるように該上流側端面に対して傾斜した排気導入部を備え、前記還元剤供給手段は、前記ＮＯｘ触媒に流入する排気と略平行に、かつこの排気の流れと同じ方向に還元剤を噴射してもよい（請求項５）。噴射孔から噴射された還元剤の形状（以降、噴霧形状と略称する。）は排気流れの影響に受けて変形するが、このようにＮＯｘ触媒の上流側端面に斜めに排気が流入するものでは、この排気と略平行に、かつ排気の流れと同じ方向に還元剤を噴射することで、排気流れが噴霧形状に与える影響を抑制することができる。そのため、還元剤を排気流れのより上流側から供給し、ＮＯｘ触媒に還元剤をより分散させて供給することができる。

本発明の第一の排気浄化装置は、前記ＮＯｘ触媒への排気の流入を許可する位置とその流入を阻止する位置とに切替可能な排気制御バルブと、前記排気制御バルブの動作を制御する動作制御手段と、を備え、前記動作制御手段は、排気の空燃比を一時的にリッチ側に設定するリッチスパイク時に前記排気制御バルブを前記ＮＯｘ触媒への排気の流入を阻止する位置に切り替え、その後前記ＮＯｘ触媒の空間速度が低下し始めてから前記排気通路に還元剤が添加されるように前記還元剤供給手段の動作を制御してもよい（請求項６）。排気の流速が遅いほど、還元剤の噴霧形状は排気流れの影響を受け難い。そこで、このようにＮＯｘ触媒の空間速度が低下、即ちＮＯｘ触媒に流入する排気の速度が低下し始めてから還元剤を供給することで、排気流れが還元剤の噴霧形状に与える影響を抑えることができる。そのため、還元剤の噴霧形状を安定させ、ＮＯｘ触媒に還元剤をさらに分散させて供給することができる。

なお、本発明の空間速度は触媒の容量に対する触媒に流入する１時間あたりのガス量の比として与えられる。

本発明の第二の排気浄化装置は、内燃機関の排気通路を形成し、同一の上流管から分岐する複数の分岐管を有する排気管と、各分岐管にそれぞれ設けられるとともに吸蔵還元型のＮＯｘ触媒がそれぞれ収容されるケーシングと、各ケーシングにそれぞれ設けられ、前記ＮＯｘ触媒よりも上流側にてケーシング内に還元剤を供給する還元剤供給手段と、を備えた内燃機関の排気浄化装置において、前記還元剤供給手段は、前記ケーシング内に配置された噴射孔から前記ＮＯｘ触媒の中心線と交差する方向に扁平に還元剤を噴射し、前記噴射孔からは、前記ＮＯｘ触媒の上流側端面に対して垂直に広がる方向の幅よりも前記ＮＯｘ触媒の上流側端面に対して水平に広がる方向の幅が広い形状を形成するように還元剤が噴射されることにより、上述した課題を解決する（請求項７）。

本発明の第二の排気浄化装置によれば、上述した第一の排気浄化装置と同様に、還元剤供給手段からＮＯｘ触媒に還元剤を分散させて供給することができる。

本発明の第二の排気浄化装置において、前記噴射孔からは、前記ＮＯｘ触媒の上流側端面に沿うように扁平に還元剤が噴射されてもよい（請求項８）。このようにＮＯｘ触媒の上流側端面と略平行に還元剤を噴射させることで、ＮＯｘ触媒に還元剤をさらに分散させて供給することができる。

このように還元剤を扁平に噴射するために、前記噴射孔からは、前記ＮＯｘ触媒の上流側端面に到達した還元剤が該上流側端面上において所定方向に長くこの所定方向と直交する方向には幅が狭い形状を形成するように還元剤が噴射されてもよい（請求項９）。

本発明の第二の排気浄化装置において、前記噴射孔は、前記ＮＯｘ触媒の外周よりも外側に配置されていてもよい（請求項１０）。このような位置に噴射孔を配置することで、各還元剤供給手段の温度上昇を抑えることができる。

本発明の第二の排気浄化装置において、各ケーシングの上流側には各ケーシングに収容されているＮＯｘ触媒の上流側端面に斜めに排気が導入されるように該上流側端面に対して傾斜した排気導入部がそれぞれ設けられ、前記還元剤供給手段は、前記ＮＯｘ触媒に流入する排気と略平行に、かつこの排気の流れと同じ方向に還元剤をそれぞれ噴射してもよい（請求項１１）。このようにＮＯｘ触媒の上流側端面に排気がそれぞれ斜めに流入するものは、この排気流れと略平行に、かつ排気流れと同じ方向に還元剤を噴射することで、排気流れが還元剤の噴霧形状に与える影響を抑えることができる。そのため、排気流れのより上流側から還元剤を供給し、還元剤をＮＯｘ触媒にさらに分散させて供給することができる。

本発明の第二の排気浄化装置において、各分岐管にそれぞれ設けられ、各分岐管に設けられたＮＯｘ触媒への排気の流入を許可する位置とその流入を阻止する位置とに切り替え可能な排気制御バルブと、これらの排気制御バルブの動作を制御する動作制御手段と、を備え、前記動作制御手段は、ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元させるべく排気の空燃比を一時的にリッチ側に設定するリッチスパイク時に、ＮＯｘを還元させるＮＯｘ触媒への排気の流入が阻止されるように各排気制御バルブの動作を制御し、その後このＮＯｘ触媒の空間速度が低下し始めてからこのＮＯｘ触媒に還元剤が添加されるように各還元剤供給手段の動作を制御してもよい（請求項１２）。このような時期に還元剤を添加することで、排気流れが還元剤の噴霧形状に与える影響を抑え、還元剤の噴霧形状を安定させて還元剤をＮＯｘ触媒にさらに分散させて供給することができる。

本発明において吸蔵還元型のＮＯｘ触媒は、ＮＯｘを触媒にて保持できるものであればよく、吸収又は吸着いずれの態様でＮＯｘが保持されるかは吸蔵の用語によって制限されない。また、後述するＳＯｘの被毒についてもその態様を問わないものである。さらに、ＮＯｘやＳＯｘの放出についてもその態様を問わない。

以上に説明したように、本発明によれば、還元剤がＮＯｘ触媒の中心線と交差する方向に扁平に噴射されるので、ＮＯｘ触媒に還元剤を分散させて供給することができる。また、ＮＯｘ触媒の上流側端面に排気が斜めに流入するものについては、この傾いて流入する排気と略平行に、かつ排気流れと同じ方向に還元剤を噴射することで、還元剤をより分散させてＮＯｘ触媒に供給することができる。そのため、ＮＯｘ触媒の機能再生を適切に実施することができる。

図１は、本発明の排気浄化装置を内燃機関としてのディーゼルエンジン（以降、エンジンと略称する。）１に組み込んだ一形態の構成図を示している。エンジン１は、車両に動力源として搭載されるもので、そのシリンダ２には吸気通路３及び排気通路４が接続されている。吸気通路３には、ターボチャージャ５のコンプレッサ５ａ、吸気を冷却するためのインタークーラ６、吸気量調節用の絞り弁７が設けられ、排気通路４にはターボチャージャ５のタービン５ｂが設けられている。排気通路４は、排気管８によって形成されている。排気管８は、タービン５ｂの下流側において同一の上流管９から分岐する複数（図１では２つ）の分岐管１０を有している。各分岐管１０には、上流側から順に、スリット状の噴射孔１１ａを有する還元剤供給手段としての添加インジェクタ１１と、前段触媒１２と、吸蔵還元型のＮＯｘ触媒が担持されたパティキュレートフィルタ（以降、フィルタと略称する。）１３と、分岐管１０への排気の流入を許可する位置とその流入を阻止する位置とに切り替え可能な排気制御バルブ１４とがそれぞれ設けられている。前段触媒１２及びフィルタ１３は、分岐管１０の一部を形成するケーシング１５にそれぞれ収容されている。即ち、図１のエンジン１は、排気通路４に前段触媒１２及びフィルタ１３を複数並列に備えている。なお、各分岐管１０は、排気制御バルブ１４の下流側にて共通の下流管１６にそれぞれ接続される。前段触媒１２としては、例えば、排気中のＮＯｘを酸素過剰のリーン雰囲気で吸蔵し、理論空燃比又は酸素不足のリッチ雰囲気で吸蔵したＮＯｘを放出するとともにこのＮＯｘを還元浄化するＮＯｘ吸蔵還元型の排気浄化触媒が設けられる。従って、前段触媒１２及びフィルタ１３の両方が本発明の吸蔵還元型のＮＯｘ触媒に相当する。還元剤には、例えばエンジン１の燃料（軽油）が使用される。

上述したように吸蔵還元型のＮＯｘ触媒は、排気空燃比がリーンのときはＮＯｘを吸蔵し、排気空燃比が理論空燃比又はリッチのときは吸蔵していたＮＯｘを放出し、窒素（Ｎ_２）に還元する性質を有している。ＮＯｘ触媒に吸蔵可能なＮＯｘ量には上限があるため、吸蔵されているＮＯｘ量がこの上限に達しないようにＮＯｘ触媒からＮＯｘを放出させてＮ_２に還元させるＮＯｘ還元を所定の間隔で行い、ＮＯｘ触媒の排気浄化性能を高い状態に維持する。また、ＮＯｘ触媒は、排気中に含まれる硫黄酸化物（ＳＯｘ）により被毒される。そのため、ＮＯｘ触媒をＮＯｘ触媒から硫黄（Ｓ）が放出される温度域に昇温させるとともに排気の空燃比を理論空燃比又はリッチして硫黄被毒を回復させ、ＮＯｘ触媒の機能を再生させるＳ再生を行う。添加インジェクタ１１は、ケーシング１５内に還元剤を添加することで排気空燃比を理論空燃比又はリッチ側に一時的に変化させるリッチスパイクを行い、これらＮＯｘ還元やＳ再生を実行するときに必要な還元雰囲気を生成する。なお、以降ＮＯｘ還元とＳ再生とをまとめて機能再生処理と記述することもある。

図２は車両に搭載されたエンジン１の排気管８の状態を示し、図３は図２の排気管８の一部を拡大して示している。図３（ａ）は、添加インジェクタ１１から噴射された還元剤の噴霧形状を前段触媒１２の上流側から見た図を示し、図３（ｂ）は、分岐管１０の拡大図を示している。なお、図２の上側の線Ａは車両のボンネットを示し、下側の線Ｂは最低地上高を示している。図２に示したように各分岐管１０は、上流側が鉛直上方を向き、下流側が鉛直下方を向くようにそれぞれ配置される。そのため、図３に矢印で示したようにタービン５ｂから排出された排気は、各前段触媒１２に鉛直上方から流入する。各ケーシング１５の上流側には排気の流れに沿って漸次広がる排気導入部としてのコーン部１７がそれぞれ設けられ、各コーン部１７には前段触媒１２及びフィルタ１３の外周よりも外側に張り出す張出部１８がそれぞれ設けられる。図３（ｂ）に拡大して示したように添加インジェクタ１１はこの張出部１８に配置されるので、添加インジェクタ１１の噴射孔１１ａは、前段触媒１２の外周よりも外側に配置される。

図３（ｂ）に示したように、添加インジェクタ１１の噴射孔１１ａからは前段触媒１２よりも上流側のケーシング１５内に、前段触媒１２の側方から前段触媒１２の中心線ＣＬと交差する方向に、また前段触媒１２の上流側端面１２ａに沿うように扁平に還元剤が噴射される。言い換えると、噴射孔１１ａからは還元剤が前段触媒１２の上流側端面１２ａと略平行に扁平に噴射される。なお、還元剤は、排気流れと直交する方向に扁平に噴射されてもよい。また、図３（ａ）に示したように、噴射孔１１ａからは、噴射された還元剤が噴射孔１１ａを中心に排気の流れを横断する方向に、広がるように噴射される。図４は、噴射孔１１ａから噴射される還元剤の噴霧形状を拡大して示している。図４に示したように、噴射孔１１ａからは、前段触媒１２の上流側端面１２ａに対して垂直に広がる方向の幅Ｌ１よりも上流側端面１２ａに対して水平に広がる方向の幅Ｌ２が広い形状を形成するように還元剤が噴射される。

図１に戻って説明を続ける。エンジン１は、燃料供給装置２０を備えている。燃料供給装置２０は、シリンダ２内に燃料を噴射する燃料噴射弁２１と、燃料噴射弁２１から噴射する高圧の燃料を蓄えるコモンレール２２と、不図示の燃料タンクからコモンレール２２に燃料を供給する燃料ポンプ２３とを備えている。図１に示したように添加インジェクタ１１は、燃料ポンプ２３と接続されており、各添加インジェクタ１１からはエンジン１の燃料が還元剤として噴射される。

添加インジェクタ１１及び排気制御バルブ１４の動作は、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）３０によって制御されている。ＥＣＵ３０は、例えば燃料噴射弁２１の動作を制御して、シリンダ２内に噴射する燃料量を調整するなどしてエンジン１の運転状態をコントロールする周知のコンピュータユニットである。また、ＥＣＵ３０は、エンジン１の運転時にタービン５ｂから排出された排気が並列に設けられた２つの分岐管１０のうちの一方に導かれるように各排気制御バルブ１４の動作を制御する。なお、上述したようにＮＯｘ触媒の排気浄化性能を高い状態に維持するためには機能再生処理を所定の周期で実施する必要がある。この機能再生処理の実施時は、それまで排気が導かれていた一方の分岐管１０から他方の分岐管１０に排気が導かれるように、各排気制御バルブ１４の動作が制御される。このように各排気制御バルブ１４の動作を制御することで、ＥＣＵ３０は本発明の動作制御手段として機能する。

エンジン１の運転時における排気の流れを図２及び図３を用いて説明する。なお、図２及び図３の左側の分岐管１０を分岐管１０Ｌ、右側の分岐管１０を分岐管１０Ｒと記述する。また、分岐管１０Ｌに設けられているものを添加インジェクタ１１Ｌ、前段触媒１２Ｌ、フィルタ１３Ｌ、排気制御バルブ１４Ｌと記述し、分岐管１０Ｒに設けられているものを添加インジェクタ１１Ｒ、前段触媒１２Ｒ、フィルタ１３Ｒ、排気制御バルブ１４Ｒと記述する。例えば、ＥＣＵ３０は、エンジン１の運転時、排気制御バルブ１４Ｒを開けて分岐管１０Ｒへの排気の流入を許可し、排気制御バルブ１４Ｌを閉じて分岐管１０Ｌへの排気の流入を阻止する。このように各排気制御バルブ１４の動作を制御することで排気を分岐管１０Ｒに導き、前段触媒１２Ｒ及びフィルタ１３Ｒにて排気を浄化する。前段触媒１２Ｒ及びフィルタ１３Ｒに担持されているＮＯｘ触媒の機能再生処理を実施する場合、ＥＣＵ３０は排気制御バルブ１４Ｒを閉じて分岐管１０Ｒへの排気の流入を阻止するとともに排気制御バルブ１４Ｌを開けて分岐管１０Ｌへの排気の流入を許可する。このように各排気制御バルブ１４の動作が制御されることで、排気は分岐管１０Ｌに導かれる。その後、添加インジェクタ１１Ｒから還元剤を噴射し、ＮＯｘ触媒の機能再生処理を実施する。なお、分岐管１０Ｌから分岐管１０Ｒへの排気流れの切り替えは、前段触媒１２Ｌ及びフィルタ１３Ｌにそれぞれ担持されているＮＯｘ触媒の機能再生処理を実施する際に行われる。このようにＥＣＵ３０は、各分岐管１０に交互に排気が流入するように各排気制御バルブ１４の動作を制御する。

図５は、ＥＣＵ３０が各添加インジェクタ１１の動作を制御するために実行する添加インジェクタ動作制御ルーチンを示している。図５の制御ルーチンは、エンジン１の運転中に所定の周期で繰り返し実行される。

図５の制御ルーチンにおいてＥＣＵ３０は、まずステップＳ１１において排気が導かれている分岐管１０のＮＯｘ触媒に対してリッチスパイクを行うことで機能再生処理を実施する機能再生条件が成立したか否か判断する。機能再生条件が成立したか否かは、例えばエンジン１から排出された排気の量の積算値に基づいて判断され、一方の分岐管１０に導かれた排気量の積算値が予め設定された判定値を超えた場合に機能再生条件が成立したと判断する。機能再生条件が成立していないと判断した場合は、今回の制御ルーチンを終了する。一方、機能再生条件が成立していると判断した場合はステップＳ１２に進み、ＥＣＵ３０は一方の分岐管１０から他方の分岐管１０に排気の流れが切り替えられたことを示す切替フラグがオンの状態であるか否か判断する。切替フラグがオンの状態であると判断した場合、ＥＣＵ３０はステップＳ１３及びＳ１４の処理をスキップしてステップＳ１５に進む。一方、切替フラグがオフの状態であると判断した場合はステップＳ１３に進み、ＥＣＵ３０は各排気制御バルブ１４の動作を制御して一方の分岐管１０から他方の分岐管１０に排気の流れを切り替える。例えば図２の前段触媒１２Ｒ及びフィルタ１３ＲのＮＯｘ触媒の機能再生処理を実施する場合は、分岐管１０Ｒから分岐管１０Ｌに排気の流れが切り替わるように各排気制御バルブ１４の動作を制御する。続くステップＳ１４においてＥＣＵ３０は切替フラグをオンに切り替え、その後ステップＳ１５に進む。

ステップＳ１５においてＥＣＵ３０は、還元剤の噴射を開始する時期であるか否か判断する。還元剤の噴射を開始する時期であるか否かは、例えば切替フラグがオンに切り替えられてから予め設定された所定時間経過したか否かに基づいて判断され、所定時間経過した場合に還元剤の添加を開始する時期であると判断する。所定時間としては、例えば、排気制御バルブ１４が閉じられることによってＮＯｘ触媒の機能再生処理を実施する側の分岐管１０への排気が絞られ、前段触媒１２及びフィルタ１３の空間速度が低下し始める時間が設定される。還元剤の噴射を開始する時期ではないと判断した場合は、今回の制御ルーチンを終了する。一方、還元剤の噴射を開始する時期であると判断した場合はステップＳ１６に進み、ＥＣＵ３０はＮＯｘ触媒の機能再生処理を実施する側の添加インジェクタ１１の動作を制御し、ＮＯｘ触媒に還元剤を供給する。続くステップＳ１７においてＥＣＵ３０は切替フラグをオフに切り替える。その後、今回の制御ルーチンを終了する。

この実施形態では、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示したように添加インジェクタ１１から還元剤が前段触媒１２の側方から前段触媒１２の中心線ＣＬと交差する方向に扁平に噴射されるので、前段触媒１２及びフィルタ１３に還元剤を分散させて供給することができる。そのため、ＮＯｘ触媒の機能再生処理を適切に実施し、前段触媒１２及びフィルタ１３の排気浄化性能を高い状態に維持することができる。また、図３（ｂ）に示したように添加インジェクタ１１は、その噴射孔１１ａが前段触媒１２の外周よりも外側に、言い換えると排気流れの死角に配置されるので、タービン５ｂから排出された排気が噴射孔１１ａに当たり難い。そのため、排気から添加インジェクタ１１への熱の伝達を抑制して添加インジェクタ１１の温度上昇を抑え、添加インジェクタ１１の信頼性を高めることができる。還元剤の噴射は、排気制御バルブ１４によって分岐管１０に流入する排気が絞られ、前段触媒１２及びフィルタ１３の空間速度が低下し始めてから行われる。そのため、排気流れが還元剤の噴霧形状に与える影響を抑えて還元剤の噴霧形状を安定させ、還元剤を前段触媒１２の上流側端面１２ａにさらに分散させて供給することができる。添加インジェクタ１１がケーシング１５のコーン部１７に設けられているので、添加インジェクタ１１を排気通路４にコンパクトに配置することができる。

ＥＣＵ３０が実行する各排気制御バルブ１４の動作制御方法は、各分岐管１０に配置される前段触媒１２及びフィルタ１３の容量に応じて適宜変更してよい。例えば、エンジン１の排気を一方の分岐管１０に配置された前段触媒１２及びフィルタ１３にて適切に浄化可能な場合は、上述した動作制御方法にて各排気制御バルブ１４の動作が制御されてよい。一方、車両の大きさなどによって一方の分岐管１０に配置可能な前段触媒１２及びフィルタ１３の容量が制限される場合は、例えば以下に示す制御方法によって各排気制御バルブ１４の動作が制御されてもよい。

ＥＣＵ３０は、エンジン１の通常運転時、両方の排気制御バルブ１４をそれぞれ開状態に維持し、両方の分岐管１０に排気を流入させ、両方の分岐管１０に配置された前段触媒１２及びフィルタ１３にてそれぞれ排気を浄化する。例えば図２の排気管８においては、排気制御バルブ１４Ｌ、１４Ｒをそれぞれ開状態に維持して分岐管１０Ｌ、１０Ｒにそれぞれ排気を流入させ、前段触媒１２Ｌ、１２Ｒ及びフィルタ１３Ｌ、１３Ｒによって排気を浄化する。一方、ＮＯｘ触媒の機能再生処理を行う場合、ＥＣＵ３０は、機能再生処理を行う前段触媒１２及びフィルタ１３が配置されている方の排気制御バルブ１４のみを閉状態に切り替え、その後前段触媒１２及びフィルタ１３の空間速度が低下し始めてから、これら前段触媒１２及びフィルタ１３に還元剤を供給する。例えば図２の排気管８において前段触媒１２Ｌ及びフィルタ１３Ｌの機能再生処理を行う場合、ＥＣＵ３０は、排気制御バルブ１４Ｌのみを閉状態に切り替え、その後添加インジェクタ１０Ｌの動作を制御して前段触媒１２Ｌ及びフィルタ１３Ｌに還元剤を供給する。

このように各分岐管１０に配置可能な前段触媒１２及びフィルタ１３の容量が制限される場合は、通常運転時に両方の分岐管１０にそれぞれ排気を流入させることによって、両方の分岐管１０に配置された前段触媒１２及びフィルタ１３によって排気を適切に浄化することができる。一方、前段触媒１２及びフィルタ１３の機能再生処理時は、機能再生処理を行う前段触媒１２及びフィルタ１３が配置されている方の排気制御バルブ１４のみを閉状態に切り替え、その後この前段触媒１２及びフィルタ１３の空間速度が低下し始めてから還元剤を供給するので、機能再生処理を適切に実施することができる。

図６は、本発明の排気浄化装置の他の実施形態を示している。図６（ａ）は添加インジェクタ１１から噴射された還元剤の噴霧形状を前段触媒１２の上流側から見た図を示し、図６（ｂ）は、この実施形態の分岐管１０の一部の拡大図を示している。なお、図６において図３と共通の部品には同一の参照符号を付し、説明を省略する。図６（ｂ）に示したように、この実施形態では、前段触媒１２の上流側端面１２ａに斜め上方から排気が流入するように、コーン部１７が上流側端面１２ａに対して傾いて設けられている。また、図６（ｂ）に示したように添加インジェクタ１１は、傾いて設けられたコーン部１７のうち前段触媒１２の外周よりも外側に位置する場所に配置され、その噴射孔１１ａからは前段触媒１２に流入する排気の流れと略平行に、かつ排気流れと同じ方向に還元剤が噴射される。

この実施形態によれば、前段触媒１２に斜め上方から排気を流入させることで、コーン部１７の高さを低くしつつ前段触媒１２の上流側端面１２ａへの偏った排気の流入を抑制することができる。各添加インジェクタ１１は、上流側端面１２ａに斜めに流入する排気流れと平行に、かつこの排気の流れ方向と同じ方向に還元剤を噴射するので、排気流れが還元剤の噴霧形状に与える影響を抑えることができる。そのため、還元剤を排気流れのより上流から供給できるので、上流側端面１２ａに還元剤をさらに分散させて供給することができる。また、各添加インジェクタ１１は、噴射孔１１ａが前段触媒１２の外周よりも外側に配置されるように設けられているので、排気から添加インジェクタ１１への熱の伝達を抑制し、添加インジェクタ１１の温度上昇を抑制することができる。そのため、添加インジェクタ１１の信頼性を向上させることができる。

本発明は、上述した実施形態に限定されることなく、種々の形態にて実施してよい。例えば、本発明はディーゼルエンジンに限らず、ガソリンその他の燃料を利用する各種の内燃機関に適用してよい。

本発明の排気浄化装置に使用される添加インジェクタの噴射孔の形状はスリット状に限定されず、また噴霧形状も上述した形状に限定されない。例えば、添加インジェクタ１１は、図７（ａ）に示したように噴霧形状が略円錐状に形成されるような形状の噴射孔１１ａを有していてもよい。この場合、図７（ａ）に示したように、噴射孔１１ａは、前段触媒１２の上流側端面１２ａから還元剤の噴霧形状が略円錐状に維持される距離に、かつ噴射孔１１ａから噴射された還元剤が上流側端面１２ａとの交差時に上流側端面１２ａ上に扁平に噴霧されるように配置される。図７（ｂ）は、図７（ａ）の還元剤の噴霧形状を前段触媒１２の上流側から見た図を示している。図７（ｂ）に示したように、還元剤は上流側端面１２ａ上にて所定方向に長くこの所定方向と直交する方向には幅が狭い形状を形成する。即ち、還元剤は、図７（ｂ）に矢印Ｌ３で示した還元剤の噴射方向に長く、矢印Ｌ４で示したこの噴射方向と直交する方向には幅が狭い扁平な楕円状を形成する。このように本発明の還元剤の扁平な噴射には、前段触媒１２の上流側端面１２ａ上にて還元剤が扁平な形状を形成するものも含まれる。

本発明の排気浄化装置をディーゼルエンジンに組み込んだ一形態の構成を示す図。車両に搭載された図１のエンジンの排気管の状態を示す図。図２の排気管の一部を拡大して示した図で、（ａ）は添加インジェクタから噴射された還元剤の噴霧形状を前段触媒の上流側から見た図を示し、（ｂ）は分岐管の一部を拡大して示している。噴射孔から噴射された還元剤の噴霧形状を拡大して示す図。ＥＣＵが実行する添加インジェクタ動作制御ルーチンを示すフローチャート。本発明の排気浄化装置の他の実施形態を示す図。本発明の排気浄化装置における還元剤噴霧形状の他の例を示す図で、（ａ）は（ｂ）の下側から噴霧形状を見た図を示し、（ｂ）は（ａ）の噴霧形状を前段触媒の上流側から見た図を示す。

符号の説明

１ディーゼルエンジン（内燃機関）
４排気通路
８排気管
９上流管
１０分岐管
１１添加インジェクタ（還元剤供給手段）
１１ａ噴射孔
１２前段触媒（ＮＯｘ触媒）
１２ａ上流側端面
１３パティキュレートフィルタ（ＮＯｘ触媒）
１４排気制御バルブ
１５ケーシング
１７コーン部（排気導入部）
３０エンジンコントロールユニット（動作制御手段）

Claims

内燃機関の排気通路の一部を形成し、内部に吸蔵還元型のＮＯｘ触媒を収容するケーシングと、前記ＮＯｘ触媒よりも上流側にてケーシング内に還元剤を供給する還元剤供給手段と、を備えた内燃機関の排気浄化装置において、
前記還元剤供給手段は、前記ケーシング内に配置された噴射孔から前記ＮＯｘ触媒の中心線と交差する方向に扁平に還元剤を噴射し、
前記噴射孔からは、前記ＮＯｘ触媒の上流側端面に対して垂直に広がる方向の幅よりも前記ＮＯｘ触媒の上流側端面に対して水平に広がる方向の幅が広い形状を形成するように還元剤が噴射されることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
前記噴射孔からは、前記ＮＯｘ触媒の上流側端面に沿うように扁平に還元剤が噴射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装置。
前記噴射孔からは、前記ＮＯｘ触媒の上流側端面に到達した還元剤が該上流側端面上において所定方向に長くこの所定方向と直交する方向には幅が狭い形状を形成するように還元剤が噴射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装置。
前記噴射孔は、前記ＮＯｘ触媒の外周よりも外側に配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記ケーシングの上流側に設けられ、前記ＮＯｘ触媒の上流側端面に斜めに排気が導入されるように該上流側端面に対して傾斜した排気導入部を備え、
前記還元剤供給手段は、前記ＮＯｘ触媒に流入する排気と略平行に、かつこの排気の流れと同じ方向に還元剤を噴射することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記ＮＯｘ触媒への排気の流入を許可する位置とその流入を阻止する位置とに切替可能な排気制御バルブと、前記排気制御バルブの動作を制御する動作制御手段と、を備え、
前記動作制御手段は、排気の空燃比を一時的にリッチ側に設定するリッチスパイク時に前記排気制御バルブを前記ＮＯｘ触媒への排気の流入を阻止する位置に切り替え、その後前記ＮＯｘ触媒の空間速度が低下し始めてから前記排気通路に還元剤が添加されるように前記還元剤供給手段の動作を制御することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
内燃機関の排気通路を形成し、同一の上流管から分岐する複数の分岐管を有する排気管と、各分岐管にそれぞれ設けられるとともに吸蔵還元型のＮＯｘ触媒がそれぞれ収容されるケーシングと、各ケーシングにそれぞれ設けられ、前記ＮＯｘ触媒よりも上流側にてケーシング内に還元剤を供給する還元剤供給手段と、を備えた内燃機関の排気浄化装置において、
前記還元剤供給手段は、前記ケーシング内に配置された噴射孔から前記ＮＯｘ触媒の中心線と交差する方向に扁平に還元剤を噴射し、
前記噴射孔からは、前記ＮＯｘ触媒の上流側端面に対して垂直に広がる方向の幅よりも前記ＮＯｘ触媒の上流側端面に対して水平に広がる方向の幅が広い形状を形成するように還元剤が噴射されることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
前記噴射孔からは、前記ＮＯｘ触媒の上流側端面に沿うように扁平に還元剤が噴射されることを特徴とする請求項７に記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記噴射孔からは、前記ＮＯｘ触媒の上流側端面に到達した還元剤が該上流側端面上において所定方向に長くこの所定方向と直交する方向には幅が狭い形状を形成するように還元剤が噴射されることを特徴とする請求項７に記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記噴射孔は、前記ＮＯｘ触媒の外周よりも外側に配置されていることを特徴とする請求項７〜９のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
各ケーシングの上流側には各ケーシングに収容されているＮＯｘ触媒の上流側端面に斜めに排気が導入されるように該上流側端面に対して傾斜した排気導入部がそれぞれ設けられ、
前記還元剤供給手段は、前記ＮＯｘ触媒に流入する排気と略平行に、かつこの排気の流れと同じ方向に還元剤をそれぞれ噴射することを特徴とする請求項７〜１０のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
各分岐管にそれぞれ設けられ、各分岐管に設けられたＮＯｘ触媒への排気の流入を許可する位置とその流入を阻止する位置とに切り替え可能な排気制御バルブと、これらの排気制御バルブの動作を制御する動作制御手段と、を備え、
前記動作制御手段は、ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元させるべく排気の空燃比を一時的にリッチ側に設定するリッチスパイク時に、ＮＯｘを還元させるＮＯｘ触媒への排気の流入が阻止されるように各排気制御バルブの動作を制御し、その後このＮＯｘ触媒の空間速度が低下し始めてからこのＮＯｘ触媒に還元剤が添加されるように各還元剤供給手段の動作を制御することを特徴とする請求項７〜１１のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。