專(zhuān)利名稱(chēng)：內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化系統(tǒng)的制作方法
內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化系統(tǒng)技術(shù)區(qū)域本發(fā)明涉及內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
向配置在內(nèi)燃機(jī)的排氣通路上的排氣凈化裝置供給還原劑時(shí)，從設(shè)置在相比排氣 凈化裝置更靠上游一側(cè)的排氣通路上的還原劑添加閥向排氣中添加還原劑的方法已公知。并且，近年來(lái)出現(xiàn)了在還原劑添加閥和排氣凈化裝置間配置前置催化劑的情況， 該前置催化劑使流過(guò)排氣通路的排氣的僅一部分通過(guò)其，而不是全部量的排氣。例如在專(zhuān) 利文獻(xiàn)1中公開(kāi)有如下的構(gòu)成在將作為還原劑的燃料添加到排氣中的燃料添加閥與吸留 還原型NOx催化劑(以下簡(jiǎn)稱(chēng)為“NOx催化劑”)間的排氣通路上，配置了具有比排氣通路 小的截面積的重整催化劑。如此構(gòu)成的排氣凈化系統(tǒng)中，從燃料添加閥向排氣中添加的燃料在重整催化劑中 被重整后，從該重整催化劑流出。然后，該排氣和未流入重整催化劑(迂回)的排氣在重整 催化劑下游匯合后，流入NOx催化劑。在進(jìn)行對(duì)NOx催化劑的NOx還原處理時(shí)，為了用NOx 催化劑全體無(wú)遺漏地還原NOx，期望的是使燃料的濃度分布處于均勻的狀態(tài)的排氣流入該 NOx催化劑中?，F(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專(zhuān)利文獻(xiàn)專(zhuān)利文獻(xiàn)1 日本特開(kāi)2005-127257號(hào)公報(bào)專(zhuān)利文獻(xiàn)2 日本特開(kāi)平9-38467號(hào)公報(bào)專(zhuān)利文獻(xiàn)3 日本特開(kāi)2005-127260號(hào)公報(bào)專(zhuān)利文獻(xiàn)4 日本特開(kāi)2007-177672號(hào)公報(bào)然而，使來(lái)自還原劑添加閥的還原劑與排氣一起向前置催化劑導(dǎo)入時(shí)，很難做到 排氣中的還原劑的濃度分布在該催化劑的截面方向(與軸線(xiàn)方向正交的方向)上均勻。于 是從前置催化劑流出的排氣，在還原劑的濃度分布不均勻的狀態(tài)下與迂回該前置催化劑的 排氣匯合。這樣一來(lái)使流入排氣凈化裝置的排氣中含有的還原劑的濃度分布均勻化時(shí)遇到 了困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述問(wèn)題作出的，其目的在于提供一種在內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化系統(tǒng)中 可以使還原劑的濃度分布均勻的狀態(tài)的排氣流入到排氣凈化裝置的技術(shù)，該內(nèi)燃機(jī)的排氣 凈化系統(tǒng)向使流過(guò)排氣通路的一部分而不是其全部量通過(guò)的前置催化劑供給還原劑。為解決上述課題與本發(fā)明相關(guān)的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化系統(tǒng)的特征是采用了以下的 機(jī)構(gòu)。即，一種內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化系統(tǒng)，其特征在于，包括排氣凈化裝置，其設(shè)置在內(nèi) 燃機(jī)的排氣通路上；前置催化劑，其設(shè)置在相比上述排氣凈化裝置更靠上游一側(cè)的排氣通路上，使流過(guò)該排氣通路的排氣的一部分通過(guò)該前置催化劑，而不是全部量的排氣通過(guò)該 前置催化劑；還原劑添加機(jī)構(gòu)，其設(shè)置在相比上述前置催化劑更靠上游一側(cè)，向流向該前置 催化劑的排氣中添加還原劑；和劃分部件，其在從上述前置催化劑的下游端至該前置催化 劑與上述排氣凈化裝置間的預(yù)定位置為止的區(qū)間，將排氣通路的截面劃分為催化劑側(cè)通路 和迂回側(cè)通路，使得從上述前置催化劑流出的排氣即催化劑流出排氣通過(guò)所述催化劑側(cè)通 路，并且使得繞過(guò)該前置催化劑的排氣即催化劑迂回排氣通過(guò)所述迂回側(cè)通路。在本發(fā)明中的排氣凈化系統(tǒng)中，從還原劑添加機(jī)構(gòu)向排氣中添加的還原劑通過(guò)前 置催化劑之后供給給排氣凈化裝置。在上述結(jié)構(gòu)中，被劃分部件劃分的催化劑側(cè)通路和迂 回通路中，首先在催化劑側(cè)通路中與催化劑迂回排氣隔斷狀態(tài)的催化劑流出排氣在催化劑 側(cè)通路中混合。因此，即使是針對(duì)流入前置催化劑的排氣還原劑的濃度分布產(chǎn)生了偏移的 情況下，該排氣也在催化劑側(cè)通路中被混合。即，使包含在催化劑流出排氣中的還原劑的混 合在催化劑側(cè)通路中得到促進(jìn)。由此，在使催化劑流出排氣和催化劑迂回排氣匯合之前，就 能使催化劑流出排氣中的還原劑的濃度分布變得均勻。在這里，從被劃分部件劃分的催化劑側(cè)通路向排氣通路流出的催化劑流出排氣與 通過(guò)迂回側(cè)通路而來(lái)的催化劑迂回排氣在劃分部件的下游被混合。此時(shí)，與催化劑迂回排 氣被混合的催化劑流出排氣中的還原劑的濃度分布均勻。從而即使在催化劑流出排氣和催 化劑迂回排氣匯合后，也能在排氣通路截面使還原劑的濃度分布變得更均勻。如上所述，在上述結(jié)構(gòu)中，向排氣中添加的還原劑在供給到排氣凈化裝置為止，從 排氣通路的截面內(nèi)比較狹窄的范圍向?qū)拸V的范圍階段性地分散。其結(jié)果，能使還原劑濃度 分布變得均勻的排氣流入到排氣凈化裝置中。其中，劃分部件在從前置催化劑下游端至該前置催化劑與排氣凈化裝置間的預(yù)定 位置為止的區(qū)間，將排氣通路的截面劃分為催化劑側(cè)通路和迂回通路。在這里，預(yù)定位置是 相比在排氣通路中的前置催化劑更靠下游側(cè)且相比排氣凈化裝置更靠上游一側(cè)的部分。該 預(yù)定位置預(yù)先通過(guò)實(shí)驗(yàn)等求出恰當(dāng)?shù)奈恢?，以使流入排氣凈化裝置的排氣中含有的還原劑 的濃度分布變得更為均勻即可。并且，期望的是在上述劃分部件和上述排氣凈化裝置間的排氣通路中至少在一部 分形成有擴(kuò)大部，該擴(kuò)大部與配置有該劃分部件的部分相比使排氣通路的截面積擴(kuò)大。在 該擴(kuò)大部中，通過(guò)擴(kuò)大排氣的流路面積，以產(chǎn)生從排氣通路的中心側(cè)向外周側(cè)的排氣的流 動(dòng)。從而包含在該排氣中的還原劑的混合進(jìn)一步被促進(jìn)。由此，在流入排氣凈化裝置的排 氣中，可使還原劑的濃度分布更均勻。并且，還包括渦輪增壓器，其具有在相比上述還原劑添加機(jī)構(gòu)更靠上游的排氣通 路上配置的渦輪以及在內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣通路上配置的壓縮機(jī)；和筒體，其配置在上述前置催 化劑的前端面，將從上述渦輪流出的排氣的一部分引導(dǎo)到該前置催化劑的前端面，上述還 原劑添加機(jī)構(gòu)向被導(dǎo)入到上述筒體的排氣中添加還原劑。由于流入渦輪增壓器的渦輪的排氣使在介于渦輪內(nèi)部安裝的渦輪機(jī)葉輪旋轉(zhuǎn)，因 此在從渦輪流出的排氣中形成有旋流。因此，從渦輪流出的排氣沿著排氣通路的內(nèi)表面回 旋的同時(shí)向下游側(cè)螺旋狀地流動(dòng)。筒體將從渦輪流出的排氣的一部分向前置催化劑的前端面引導(dǎo)。在這里，由于從 渦輪流出的排氣中形成有旋流，因而被導(dǎo)入到筒體的排氣繼續(xù)沿著筒體的內(nèi)表面回旋的同時(shí)向前置催化劑的前端部流動(dòng)。在該結(jié)構(gòu)中，由于針對(duì)如上所述地被導(dǎo)入到筒體中且形成有旋流的排氣添加還原 劑，因而可以通過(guò)旋流使該還原劑攪拌得更恰當(dāng)。其結(jié)果，在被導(dǎo)入到筒體的排氣中可以使 還原劑分散得更恰當(dāng)。并且，可以將在排氣中充分分散、擴(kuò)散狀態(tài)的還原劑供給給前置催化 劑，因而可以提高前置催化劑的利用效率。在這里，前置催化劑的利用效率是指，例如可以 表示在催化劑上反應(yīng)的還原劑的量與還原劑添加機(jī)構(gòu)所添加的還原劑的添加量之比率。并且，在上述筒體的側(cè)面形成有開(kāi)口部，上述還原劑添加機(jī)構(gòu)通過(guò)上述開(kāi)口部向 被導(dǎo)入到上述筒體的排氣中添加還原劑。由此，可以準(zhǔn)確地向沿著筒體的內(nèi)表面回旋的同 時(shí)向前置催化劑的前端面流動(dòng)的排氣中添加還原劑。在這里，考慮在排氣通路的截面方向配置有筒體的位置和在流過(guò)筒體的排氣中形 成的旋流的強(qiáng)度。在本說(shuō)明書(shū)中，排氣通路的截面方向是指與排氣通路的軸線(xiàn)(軸中心線(xiàn)) 正交的方向。并且，旋流強(qiáng)度是表示旋流的勢(shì)力強(qiáng)度的概念，該強(qiáng)度越強(qiáng)意味著排氣回旋的 勢(shì)力越強(qiáng)。流過(guò)排氣通路中渦輪與筒體之間的部分的排氣以排氣通路的軸線(xiàn)作為中心，沿 著排氣通路的內(nèi)表面回旋。因此，從排氣通路的軸線(xiàn)越靠近排氣通路的內(nèi)表面?zhèn)龋鞯膹?qiáng) 度變得越強(qiáng)。在這里，筒體優(yōu)選從排氣通路的軸線(xiàn)偏向排氣通路的內(nèi)表面?zhèn)鹊剡M(jìn)行配置。由此， 在筒體內(nèi)可以形成強(qiáng)度更強(qiáng)的旋流。即，可以使被導(dǎo)入到筒體內(nèi)的排氣沿著該筒體的內(nèi)表 面而勢(shì)力更強(qiáng)地旋轉(zhuǎn)。由此，可以將通過(guò)還原劑添加機(jī)構(gòu)添加的還原劑攪拌得更為劇烈，因 此可以使添加到排氣中的還原劑分散得更恰當(dāng)。并且，筒體的一部分優(yōu)選與排氣通路內(nèi)表面外接。在這里，流過(guò)排氣通路的渦輪與 筒體之間部分的排氣中所形成的旋流的強(qiáng)度，排氣通路的內(nèi)表面附近最高。因此，可將流過(guò) 旋流的強(qiáng)度最大部位的排氣引導(dǎo)到筒體內(nèi)。其結(jié)果，可以盡可能地提高筒體內(nèi)所形成的旋 流的強(qiáng)度，因此可以使通過(guò)還原劑添加機(jī)構(gòu)添加的還原劑分散得更為恰當(dāng)。其中，為解決本發(fā)明中課題的機(jī)構(gòu)可以盡可能配合使用。在本發(fā)明中，在向前置催化劑供給還原劑的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化系統(tǒng)中，能使還原 劑的濃度分布均勻狀態(tài)的排氣流入排氣凈化裝置，該前置催化劑使流過(guò)排氣通路的排氣的 一部分通過(guò)，而不是全部量。


圖1是表示實(shí)施例1中發(fā)動(dòng)機(jī)及其排氣系統(tǒng)的簡(jiǎn)要結(jié)構(gòu)的圖。圖2是圖1的部分放大圖。圖3是用于說(shuō)明第一混合促進(jìn)部 第三混合促進(jìn)部的概念圖。圖3(a)是用于說(shuō) 明第一混合促進(jìn)部的概念圖。圖3(b)是用于說(shuō)明第二混合促進(jìn)部的概念圖。圖3(c)是用 于說(shuō)明第三混合促進(jìn)部的概念圖。圖4是在實(shí)施例1的變形例中發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣系統(tǒng)的部分放大圖。圖5是在實(shí)施例2中發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣系統(tǒng)的部分放大圖。圖6是在實(shí)施例2的變形例中發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣系統(tǒng)的部分放大圖。圖7是表示在實(shí)施例3中發(fā)動(dòng)機(jī)及其進(jìn)排氣系統(tǒng)的簡(jiǎn)要結(jié)構(gòu)的圖。圖8是在實(shí)施例3中發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣系統(tǒng)的部分放大圖。
圖9是在圖8中A-A向視方向剖視圖。圖10是表示圖8所示的排氣系統(tǒng)的第一變形例的圖。圖11是表示圖8所示的排氣系統(tǒng)的第二變形例的圖。圖12是表示圖8所示的排氣系統(tǒng)的第三變形例的圖。圖13是在實(shí)施例4中發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣系統(tǒng)的部分放大圖。圖14是在圖13中B-B向視方向剖視圖。符號(hào)說(shuō)明1...發(fā)動(dòng)機(jī)
3...排氣管
3a.. 內(nèi)管
3b...迂回通路
3c...迂回側(cè)通路
3d...錐形部
4...吸留還原型NOx催化劑
5...燃料添加閥
6...渦輪增壓器
6b.. 渦輪殼體
7...小徑催化劑
7a...催化劑內(nèi)部通路
8...遮蔽管
8a...催化劑側(cè)通路
10...ECU
28...導(dǎo)入管
28a...外周壁部
28b...上游端邊緣部
28c...下游端邊緣部
28d...外周壁開(kāi)口部
具體實(shí)施例方式下面參照附圖舉例詳細(xì)說(shuō)明用于實(shí)施本發(fā)明的方式。其中，本實(shí)施方式所記載的 結(jié)構(gòu)要素的尺寸、材質(zhì)、形狀、其相對(duì)配置等如沒(méi)有特定的記載，不以?xún)H限于發(fā)明的技術(shù)范 圍為宗旨O實(shí)施例1對(duì)用于實(shí)施本發(fā)明的實(shí)施例1進(jìn)行說(shuō)明。圖1是表示本實(shí)施例中的發(fā)動(dòng)機(jī)1及其 排氣系統(tǒng)的簡(jiǎn)要結(jié)構(gòu)的圖。并且圖2是圖1的部分放大圖。圖1中表示的發(fā)動(dòng)機(jī)1為四循 環(huán)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)。在發(fā)動(dòng)機(jī)1上連接有具有大致圓形截面的排氣管3。在本實(shí)施例中排氣管 3相當(dāng)于本發(fā)明中的排氣通路。排氣管3連接在圖中未圖示的消聲器上，在排氣管3的中途設(shè)置有吸留還原型NOx 催化劑(下面簡(jiǎn)稱(chēng)為“NOx催化劑”)4。NOx催化劑4具有如下的功能當(dāng)所流入的排氣的空燃比為氧過(guò)剩(稀薄)時(shí)吸留NOx、當(dāng)所流入的排氣的氧濃度降低時(shí)，將所吸留的NOx釋 放的同時(shí)在存在還原成分(例如燃料等)的條件下還原NOx。在本實(shí)施例中NOx催化劑4 相當(dāng)于本發(fā)明中的排氣凈化裝置。并且，在相比NOx催化劑4更靠上游一側(cè)的排氣管3上設(shè)置有燃料添加閥5，該燃 料添加閥5通過(guò)從噴射孔(未圖示)噴射液體的燃料(輕油)的噴霧以向排氣中添加燃料。 從燃料添加閥5添加到排氣中的燃料用于還原被吸留到NOx催化劑4的NOx的NOx的還原 處理、使SOx中毒恢復(fù)的SOx中毒恢復(fù)處理等的恢復(fù)NOx催化劑4的排氣凈化能力的處理 上。并且，來(lái)自燃料添加閥5的燃料還用于升高NOx催化劑4的溫度。并且，在燃料添加閥5和NOx催化劑4間的排氣管3上配置有形成圓柱形狀的小 徑催化劑7，該小徑催化劑7具有相比排氣管3的內(nèi)徑更小的外徑。本實(shí)施例中的小徑催 化劑7具有部分氧化排氣中燃料的未燃燒成分(烴HC)生成H2、CO的功能。進(jìn)行上述的 NOx還原處理、SOx中毒恢復(fù)處理等時(shí)，將從燃料添加閥5添加的液體的燃料進(jìn)行重整后向 NOx催化劑4供給，能夠提高在NOx催化劑4中的燃料的反應(yīng)性。如參照?qǐng)D2對(duì)小徑催化劑7詳細(xì)敘述，則為在排氣管3中設(shè)置有小徑催化劑7的 部分形成包含內(nèi)管3a的雙重管構(gòu)造。內(nèi)管3a具有與排氣管3同軸的軸線(xiàn)(圖中用雙點(diǎn)劃 線(xiàn)表示)。并且，小徑催化劑7以與內(nèi)管3a的內(nèi)周面接觸的方式收容在內(nèi)。該小徑催化劑 7配置在排氣管3的截面方向上大致中央，其軸線(xiàn)與排氣管3、內(nèi)管3a的軸線(xiàn)相一致。這里 所說(shuō)的排氣管3的截面方向是指與排氣管3的軸線(xiàn)正交的方向。并且，本實(shí)施例中的小徑 催化劑7是所謂的金屬催化劑，在沿著小徑催化劑7的軸線(xiàn)方向上呈蜂窩狀地形成有多個(gè) 的金屬制成(在本實(shí)施例中是不銹鋼制成)的單元。因此流入小徑催化劑7的排氣將流過(guò) 被多個(gè)單元隔開(kāi)的通路(下面稱(chēng)“催化劑內(nèi)部通路”)7a。在如上所述地小徑催化劑7的周邊構(gòu)造中，在內(nèi)管3a的外周面與排氣管3的內(nèi)周 面之間(因此為小徑催化劑7的外周側(cè))形成有使未流入小徑催化劑7的排氣通過(guò)的迂回 排氣通路3b。因此，從發(fā)動(dòng)機(jī)1排出的廢氣的一部分通過(guò)催化劑內(nèi)部通路7a，剩下的排氣 通過(guò)迂回通路3b以迂回小徑催化劑7。即小徑催化劑7形成為使流過(guò)排氣管3的排氣的一 部分通過(guò)，而不是全部量。在本實(shí)施例中小徑催化劑7相當(dāng)于本發(fā)明中的前置催化劑。并且，說(shuō)明小徑催化劑7的上游端面7b與從燃料添加閥5的噴射孔噴射的燃料的 噴霧之間的關(guān)系，從燃料添加閥5的噴射孔噴射出大致呈圓錐狀的噴霧(圖2中用方格陰 影表示)。并且燃料添加閥5的噴射孔與該小徑催化劑7的上游端面7b相對(duì)地進(jìn)行配置， 以使得從該噴射孔噴射的燃料的噴霧順利地被導(dǎo)入到小徑催化劑7。在本實(shí)施例中燃料添 加閥5相當(dāng)于本發(fā)明中的還原劑添加機(jī)構(gòu)。并且，在發(fā)動(dòng)機(jī)1上并列設(shè)置有根據(jù)該發(fā)動(dòng)機(jī)1的駕駛條件、駕駛員的請(qǐng)求控制駕 駛狀態(tài)的電子控制單元，即ECU (Electronic Control Unit) 10。該ECUlO包括執(zhí)行與發(fā)動(dòng) 機(jī)1的控制相關(guān)各種運(yùn)算處理的CPU、存儲(chǔ)該控制所需的程序、數(shù)據(jù)的ROM、暫時(shí)存儲(chǔ)CPU的 運(yùn)算結(jié)果等的RAM、用于與外部之間輸入輸出信號(hào)的輸入輸出端口等而構(gòu)成。燃料添加閥5 經(jīng)由電線(xiàn)與E⑶10相連接，通過(guò)該E⑶10控制。即進(jìn)行上述的NOx還原處理、SOx中毒恢復(fù) 處理、升溫處理等時(shí)，通過(guò)E⑶10從燃料添加閥5進(jìn)行燃料的添加。在這里，以對(duì)NOx催化劑4進(jìn)行NOx還原處理的情況為例，說(shuō)明通過(guò)燃料添加閥5 進(jìn)行燃料添加相關(guān)的控制。NOx催化劑4中的NOx的吸留容量是有限度的，因而在NOx吸留量到達(dá)到該吸留容量之前的恰當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)，執(zhí)行還原凈化被吸留的NOx的NOx還原處理。如 上所述，在NOx還原處理中，需要使流入NOx催化劑4的廢氣的氧濃度降低至理論空燃比或 加濃空燃比的同時(shí)供給NOx還原成分。在本實(shí)施例中，通過(guò)來(lái)自燃料添加閥5的燃料添加 控制，使流入NOx催化劑4的排氣的空燃比在較短的周期內(nèi)瞬間(短時(shí)間)變濃，從而對(duì)被 吸留在NOx催化劑4的NOx進(jìn)行還原凈化。在這里，在圖1的結(jié)構(gòu)中，排氣管3在小徑催化劑7的上游側(cè)彎曲。因此在小徑催 化劑7的上游端面7b的附近，在排氣管3的徑向(截面方向)上產(chǎn)生局部的排氣流量的差。 并且，在小徑催化劑7的上游端面7b上，排氣不斷地與單元的端部邊沖撞的同時(shí)被導(dǎo)入到 催化劑內(nèi)部通路7a，因而在排氣的流動(dòng)中容易產(chǎn)生紊流。因此流入小徑催化劑7的排氣的 燃料濃度在小徑催化劑7的徑向上變得不均勻的可能性高。在過(guò)去，直接將從小徑催化劑7的催化劑內(nèi)部通路7a流出的排氣(下面稱(chēng)“催化 劑流出排氣”)和通過(guò)迂回通路3b的排氣(下面簡(jiǎn)稱(chēng)“催化劑迂回排氣”)在小徑催化劑7 的下游端面7c匯合。但是，由于在小徑催化劑7內(nèi)形成的催化劑內(nèi)部通路7a被多個(gè)單元 相互細(xì)長(zhǎng)地分隔，因此上述排氣的燃料濃度分布的偏移在催化劑流出排氣中也被維持。這 樣一來(lái)將燃料濃度不均勻的狀態(tài)的催化劑流出排氣與催化劑迂回排氣混合，匯合后的排氣 到達(dá)NOx催化劑4為止，難以使排氣中的燃料濃度分布變得均勻。因而現(xiàn)實(shí)情況是難以從 NOx催化劑4整體無(wú)遺漏地對(duì)NOx進(jìn)行還原。因此，在本實(shí)施例中的排氣凈化系統(tǒng)中，為了消除上述缺陷采用以下的構(gòu)成。如圖 2所示，在小徑催化劑7的下游端面7c上配置有具有和內(nèi)管3a同一外形(即圓筒形狀)的 遮蔽管8。該遮蔽管8配置在與上述排氣管3、內(nèi)管3a、小徑催化劑7同軸上。在圖2中，遮 蔽管8的上游端與內(nèi)管3a的下游端以抵接的狀態(tài)相連接。并且，遮蔽管8由導(dǎo)熱系數(shù)比較 高的材料構(gòu)成。在遮蔽管8的內(nèi)周側(cè)上形成有僅使催化劑流出排氣通過(guò)的催化劑側(cè)通路8a，在外 周側(cè)(即遮蔽管8的外周面和排氣管3的內(nèi)周面之間)上形成有僅使催化劑迂回排氣通過(guò) 的迂回側(cè)通路3c，該催化劑迂回排氣是通過(guò)迂回通路3b而來(lái)的。并且，遮蔽管8在從小徑 催化劑7的下游端面7c至該小徑催化劑7和NOx催化劑4之間的位置X為止的區(qū)間，將排 氣管3的截面劃分為催化劑側(cè)通路8a和迂回側(cè)通路3c。在本實(shí)施例中，位置X如圖所示地 被設(shè)定在排氣管3中相比小徑催化劑7 (具體為小徑催化劑7的下游端面7c)更靠向下游 側(cè)且相比NOx催化劑4更靠向上游側(cè)的位置上。在本實(shí)施例中位置X和遮蔽管8各自相當(dāng) 于在本發(fā)明中的預(yù)定位置和劃分部件。并且如圖2所示，在本實(shí)施例的排氣管3上，在從遮蔽管8的下游端(即位置X) 與NOx催化劑4的上游端面4a間(中途)的位置至NOx催化劑4的上游端面4a，形成有內(nèi) 徑逐漸擴(kuò)大的錐形部3d。因而錐形部3d的截面積比在設(shè)有遮蔽管8的部分的排氣管3的 截面積還大。在本實(shí)施例中錐形部3相當(dāng)于本發(fā)明中的擴(kuò)大部。在本實(shí)施例中，通過(guò)根據(jù)上述結(jié)構(gòu)在排氣管3內(nèi)從上游側(cè)形成的后述的第一混合 促進(jìn)部 第三混合促進(jìn)部中促進(jìn)排氣中的燃料的混合，從而消除在催化劑流出排氣中產(chǎn)生 的燃料的濃度分布的偏移。圖3是用于說(shuō)明第一混合促進(jìn)部 第三混合促進(jìn)部的概念圖。 圖3(a)是用于說(shuō)明第一混合促進(jìn)部的概念圖、圖3(b)是用于說(shuō)明第二混合促進(jìn)部的概念 圖、圖3(c)是用于說(shuō)明第三混合促進(jìn)部的概念圖。在各圖中，將與各混合促進(jìn)部相對(duì)應(yīng)的部分用陰影表示。如各圖所示，第一混合促進(jìn)部形成在催化劑側(cè)通路8a(即遮蔽管8內(nèi)周側(cè)區(qū)域) 上，第二混合促進(jìn)部形成在從遮蔽管8的下游端至錐形部3d的上游端面為止的區(qū)間的排氣 管3內(nèi)部。并且，第三混合促進(jìn)部形成在排氣管3的錐形部3d上。本實(shí)施例中的第一混合 促進(jìn)部 第三混合促進(jìn)部在排氣管3的截面內(nèi)所占的區(qū)域，按其順序階段式地?cái)U(kuò)大。在該 圖中，針對(duì)在排氣管3的截面內(nèi)所占的區(qū)域，按第一混合促進(jìn)部 第三混合促進(jìn)部的順序， 從排氣管3的截面中心側(cè)向內(nèi)周面?zhèn)瘸蕯U(kuò)大的形態(tài)。參照?qǐng)D3(a)對(duì)第一混合促進(jìn)部中的燃料的混合狀態(tài)進(jìn)行說(shuō)明。在第一混合促進(jìn) 部中，將催化劑流出排氣以與催化劑迂回排氣隔斷的狀態(tài)攪拌，以促進(jìn)該催化劑流出排氣 中的燃料的混合。圖中的箭頭用于分別模擬表示通過(guò)在小徑催化劑7的內(nèi)形成的催化劑內(nèi) 部通路7a的排氣的流動(dòng)、從催化劑內(nèi)部通路7a向催化劑側(cè)通路8a導(dǎo)入后的催化劑流出排 氣的流動(dòng)。圖中如用虛線(xiàn)箭頭表示，催化劑內(nèi)部通路7a被多個(gè)單元沿小徑催化劑7的軸線(xiàn)方 向(與排氣管3的軸線(xiàn)方向一致)細(xì)長(zhǎng)地分割。因此通過(guò)催化劑內(nèi)部通路7a的排氣只允 許向上述軸線(xiàn)方向流動(dòng)。但是如該排氣流入催化劑側(cè)通路8a(第一混合促進(jìn)部)，則如圖中 實(shí)線(xiàn)箭頭所示，允許向排氣管3的徑向移動(dòng)。由此通過(guò)各個(gè)催化劑內(nèi)部通路7a而來(lái)的排氣 在第一混合促進(jìn)部中相互混合，也促進(jìn)了該排氣中含有的燃料的混合。其結(jié)果，在催化劑流 出排氣與催化劑迂回排氣混合之前，可以先把催化劑流出排氣中產(chǎn)生的燃料的濃度分布的 偏移消除。即可以把催化劑流出排氣中的燃料的濃度分布變得均勻。然后，參照?qǐng)D3(b)對(duì)第二混合促進(jìn)部中的燃料的混合狀態(tài)進(jìn)行說(shuō)明。在這里，從 催化劑側(cè)通路8a (第一混合促進(jìn)部)流出的催化劑流出排氣在排氣管3的遮蔽管8的下游 與通過(guò)迂回通路3b、迂回側(cè)通路3c而來(lái)的催化劑迂回排氣匯合。在第二混合促進(jìn)部中，將 第一混合促進(jìn)部中燃料的濃度分布已改善的(濃度分布變得均勻了的)狀態(tài)的催化劑流出 排氣與催化劑迂回排氣混合。在催化劑流出排氣和催化劑迂回排氣中，如對(duì)比各自的流速和溫度，則催化劑流 出排氣相比催化劑迂回排氣流速更低且溫度更高。即在排氣管3中的截面中央側(cè)和外周 側(cè)，排氣的流速差以及溫度差變得顯著。這樣一來(lái)在催化劑流出排氣和催化劑迂回排氣匯 合的邊界部周邊上形成有渦流，以促進(jìn)催化劑流出排氣與催化劑迂回排氣的混合。在本實(shí) 施例中，不像以往那樣將燃料濃度中存在偏移的催化劑流出排氣與催化劑迂回排氣混合， 而是將在第一混合促進(jìn)部中燃料的濃度分布變得均勻后的催化劑流出排氣與催化劑迂回 排氣混合。因而在所述排氣被混合而形成的排氣(下面稱(chēng)“混合排氣”)中也可以使燃料濃 度變得更均勻。其中，本實(shí)施例中的遮蔽管8的構(gòu)成材料如上所述導(dǎo)熱系數(shù)高。因此利用在小徑 催化劑7產(chǎn)生的燃料的反應(yīng)熱、從催化劑流出排氣等賦予的熱，遮蔽管8變成高溫。因而從 變?yōu)楦邷氐恼诒喂?的外周面向通過(guò)比該外周面溫度低的迂回側(cè)通路3c的催化劑迂回排 氣放熱。其結(jié)果，通過(guò)迂回側(cè)通路3c的催化劑迂回排氣中，越是流過(guò)遮蔽管8附近的排氣 溫度越高，越是流過(guò)排氣管3內(nèi)周面附近的排氣溫度變低。這樣一來(lái)在通過(guò)迂回側(cè)通路3c 的催化劑迂回排氣中形成了局部的溫度差，因而在催化劑迂回排氣中產(chǎn)生紊流。該排氣到 達(dá)第二混合促進(jìn)部之后，該排氣的紊流還在延續(xù)。因而可以更為恰當(dāng)?shù)卮龠M(jìn)在第二混合促
9進(jìn)部中進(jìn)行的催化劑流出排氣與催化劑迂回排氣的混合。接著，參照?qǐng)D3(c)對(duì)第三混合促進(jìn)部中的燃料的混合狀態(tài)進(jìn)行說(shuō)明。第三混合促 進(jìn)部由于形成在排氣管3的錐形部3d上，因此相比第二混合促進(jìn)部混合排氣的流路面積增 大。因而如圖中箭頭所示，在第三混合促進(jìn)部中，朝向排氣管3的徑向擴(kuò)大的方向產(chǎn)生混合 排氣的流動(dòng)。這樣一來(lái)包含在混合排氣中的燃料也從排氣管3的中心側(cè)朝向外周側(cè)分散。 因此在第三混合促進(jìn)部中，在錐形部3d的截面全區(qū)域，可以使混合排氣中的燃料的濃度分 布變得均勻。如上所述，根據(jù)本實(shí)施例的結(jié)構(gòu)，即使是從添加閥5進(jìn)行燃料添加時(shí)流入小徑催 化劑7的排氣中燃料的濃度分布產(chǎn)生偏移的情況，也可以在第一混合促進(jìn)部 第三混合促 進(jìn)部中將燃料階段性地混合到排氣中。因此可以向NOx催化劑4流入燃料的濃度分布均勻 的排氣。由此，在NOx還原處理、SOx中毒恢復(fù)處理中，可以從全部的NOx催化劑4無(wú)遺漏 地還原N0x、S0x。并且在進(jìn)行提高NOx催化劑4溫度的控制時(shí)，可以對(duì)全部的NOx催化劑4 均勻地進(jìn)行升溫。其中，在本實(shí)施例中，作為用于實(shí)施本發(fā)明的方式，對(duì)第一混合促進(jìn)部 第三混合 促進(jìn)部從排氣管3的上游側(cè)依次形成的結(jié)構(gòu)例進(jìn)行了說(shuō)明，但是如下述結(jié)構(gòu)也無(wú)妨。即在 上述結(jié)構(gòu)的排氣管3中沒(méi)有必要一定要設(shè)置錐形部3d。也可以在第一混合促進(jìn)部中，在使 催化劑流出排氣以與催化劑迂回排氣隔斷的狀態(tài)使該催化劑流出排氣中的燃料的濃度分 布均勻，并在第二混合促進(jìn)部中將該催化劑流出排氣和催化劑迂回排氣混合，由此可以使 混合排氣中燃料的濃度分布變得均勻。并且，針對(duì)本實(shí)施例中遮蔽管8的下游端所在位置X，如其在排氣管3的小徑催化 劑7的下游端面7c與NOx催化劑4的上游端面4a之間的部分，則可以設(shè)定恰當(dāng)?shù)奈恢?。?該位置X變更，則在排氣管3的長(zhǎng)度方向(即軸線(xiàn)方向)上第一混合促進(jìn)部 第三混合促 進(jìn)部各自所形成的區(qū)間的比例發(fā)生變化。更具體說(shuō)明的話(huà)，如將位置X變更為相比排氣管 3更靠下游側(cè)，則第一混合促進(jìn)部的形成區(qū)間變長(zhǎng)，第二混合促進(jìn)部以及第三混合促進(jìn)部的 形成區(qū)間變短。相反，如將位置X變更為相比排氣管3更靠上游側(cè)，則第一混合促進(jìn)部的形 成區(qū)間變短，第二混合促進(jìn)部以及第三混合促進(jìn)部的形成區(qū)間變長(zhǎng)。因此相當(dāng)于配置有遮 蔽管8的下游端的位置的位置X可以預(yù)先通過(guò)實(shí)驗(yàn)等找出恰當(dāng)?shù)奈恢茫允沽魅隢Ox催化 劑4的排氣，即包含在混合排氣中的燃料的濃度分布變得更均勻。并且，在本實(shí)施例的排氣凈化系統(tǒng)中，小徑催化劑7、遮蔽管8、排氣管3等各構(gòu)成 部件的形狀、相對(duì)位置關(guān)系等，可在不脫離本發(fā)明的主旨的范圍內(nèi)可以施加各種變更。例如 遮蔽管8是圓筒形狀以外的形狀也無(wú)妨。并且在本實(shí)施例中，通過(guò)遮蔽管8將排氣管3的 截面完全劃分為催化劑側(cè)通路8a和迂回側(cè)通路3c，但是如可以將催化劑側(cè)通路8中的大部 分催化劑流出排氣與催化劑迂回排氣隔斷，則可以采用其它結(jié)構(gòu)。并且，在圖1至圖3所示的結(jié)構(gòu)例中，將排氣管3 (包含錐形部3d)、小徑催化劑7、 遮蔽管8的軸線(xiàn)設(shè)為同軸，但這不是本質(zhì)性的東西。例如圖4所示，小徑催化劑7以及遮蔽 管8的軸線(xiàn)與排氣管3的軸線(xiàn)可以?xún)A斜地設(shè)置。由此，從第一混合促進(jìn)部(催化劑側(cè)通路 8a)流出的催化劑流出排氣與通過(guò)迂回側(cè)通路3c而來(lái)的催化劑迂回排氣可以在第二混合 促進(jìn)部中更加良好地混合。其中除了圖4的結(jié)構(gòu)以外，在不脫離本發(fā)明的主旨的范圍內(nèi)，可 對(duì)實(shí)施方式適當(dāng)施加各種變更。
實(shí)施例2下面對(duì)用于實(shí)施本發(fā)明的實(shí)施例2進(jìn)行說(shuō)明。針對(duì)在本實(shí)施例中作為適用對(duì)象的 發(fā)動(dòng)機(jī)1、其它硬件的基本結(jié)構(gòu)，在對(duì)圖1至圖3共有的部分標(biāo)注相同標(biāo)號(hào)以省略說(shuō)明。圖 5是本實(shí)施例中的發(fā)動(dòng)機(jī)1的排氣系統(tǒng)的部分放大圖。本實(shí)施例中的發(fā)動(dòng)機(jī)1的排氣系統(tǒng)， 錐形部3d的軸線(xiàn)Ll相對(duì)小徑催化劑7的軸線(xiàn)L2傾斜。其中，配置在相比錐形部3d更靠 上游一側(cè)的排氣管3的軸線(xiàn)、遮蔽管8的軸線(xiàn)雖然與小徑催化劑7的軸線(xiàn)L2同軸，但這些 不是本實(shí)施例中的本質(zhì)性的東西。在上述的結(jié)構(gòu)中，構(gòu)成為使流經(jīng)排氣管3的錐形部3d，即上述的第三混合促進(jìn)部 的混合排氣在該錐形部3d內(nèi)壁面碰撞。這樣一來(lái)，與錐形部3d內(nèi)壁面碰撞了的混合排氣 向軸線(xiàn)Ll的方向前進(jìn)的勢(shì)力被減弱，發(fā)生如圖中箭頭所示的渦流。由此，在第三混合促進(jìn) 部中，混合排氣中燃料的混合進(jìn)一步被促進(jìn)。因此，可以使流入NOx催化劑4的混合排氣中 的燃料的濃度分布變得更加均勻。變形例接著，對(duì)與本實(shí)施例涉及的實(shí)施方式的變形例進(jìn)行說(shuō)明。圖6是本變形例中的發(fā) 動(dòng)機(jī)1的排氣系統(tǒng)的部分放大圖。在該圖中與圖5涉及的結(jié)構(gòu)的區(qū)別點(diǎn)是第二混合促進(jìn)部 和第三混合促進(jìn)部共享。即，本變形例中的錐形部3d在從遮蔽管8的下游端所在的部分 (位置X)至NOx催化劑4的上游端面4a，朝向下游側(cè)呈錐形狀形成。由此，可以起到與圖 5所示的結(jié)構(gòu)同樣的作用效果的同時(shí)還可以使發(fā)動(dòng)機(jī)1的排氣系統(tǒng)變得更為緊湊。即能在 更為緊湊的空間里實(shí)現(xiàn)包含在混合排氣中的添加燃料的混合。其中，上述的實(shí)施例中的小徑催化劑7以燃料的重整催化劑和功能為例進(jìn)行了說(shuō) 明，但是其它種類(lèi)的催化劑(例如氧化催化劑等)也無(wú)妨。這在后述的各實(shí)施例中也一樣。實(shí)施例3對(duì)用于實(shí)施本發(fā)明的實(shí)施例3進(jìn)行說(shuō)明。圖7是表示本實(shí)施例中的發(fā)動(dòng)機(jī)1及其 進(jìn)排氣系統(tǒng)的簡(jiǎn)要結(jié)構(gòu)的圖。并且，圖8是本實(shí)施例中的發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣系統(tǒng)的部分放大圖。 在本實(shí)施例中，對(duì)于跟實(shí)施例1以及2共同的結(jié)構(gòu)要素標(biāo)注相同的參照標(biāo)號(hào)，以省略詳細(xì)說(shuō) 明。在發(fā)動(dòng)機(jī)1上連接有具有大致圓形截面的進(jìn)氣管2以及排氣管3。在進(jìn)氣管2上設(shè)置 有渦輪增壓器6的壓縮機(jī)殼體6a。在相比進(jìn)氣管2中的壓縮機(jī)殼體6a更靠下游的一側(cè)上 設(shè)置有節(jié)流閥24。在本實(shí)施例中進(jìn)氣管2和排氣管3相當(dāng)于本發(fā)明中的進(jìn)氣通路和排氣通 路。排氣管3連接在未圖示的消聲器上，在排氣管3的中途上設(shè)置有渦輪增壓器6的 渦輪殼體6b。在相比排氣管3的渦輪殼體6b更靠下游的一側(cè)上設(shè)置有NOx催化劑4。在 發(fā)動(dòng)機(jī)1上設(shè)有將供給給該發(fā)動(dòng)機(jī)1的燃燒的燃料向氣缸內(nèi)供給的缸內(nèi)燃料噴射閥9。在E⑶10上經(jīng)由電線(xiàn)連接有根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)1的曲柄角輸出電信號(hào)的曲柄位置傳感器 21、輸出根據(jù)加速器開(kāi)度的電信號(hào)的加速器開(kāi)度傳感器22、輸出根據(jù)流通進(jìn)氣管2的進(jìn)氣 的質(zhì)量的電信號(hào)的空氣流量計(jì)(未圖示)等，所述輸出信號(hào)輸入到ECU10。ECUlO可以根據(jù) 所輸入的來(lái)自上述傳感器的輸出信號(hào)檢測(cè)出發(fā)動(dòng)機(jī)1的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)、發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷、進(jìn)入空 氣量等。并且在E⑶10上，經(jīng)由電線(xiàn)連接有節(jié)流閥24、缸內(nèi)燃料噴射閥9等，它們的開(kāi)度、開(kāi) 閉狀態(tài)由ECUlO來(lái)控制。在本實(shí)施例中小徑催化劑7設(shè)置在相比渦輪殼體6b更靠下游的 一側(cè)且相比NOx催化劑4更靠上游一側(cè)的排氣管3上。
參照?qǐng)D8對(duì)小徑催化劑7及其周邊的結(jié)構(gòu)具體地進(jìn)行說(shuō)明。圖中的雙點(diǎn)劃線(xiàn)表示 排氣管3的軸線(xiàn)(軸中心線(xiàn))。在這里，將與排氣管3的軸線(xiàn)平行且從該排氣管3的上游側(cè) 向下游側(cè)流動(dòng)的排氣的方向稱(chēng)為“排氣主流方向”(圖中箭頭Y)。在本實(shí)施例中，設(shè)置有小 徑催化劑7的部分的排氣管3也為設(shè)有內(nèi)管3a的所謂的雙重管構(gòu)造。內(nèi)管3a具有與排氣 管3同軸的軸線(xiàn)，其形成圓筒狀。具有這種形狀特性的內(nèi)管3a配置在與排氣管3的軸線(xiàn)正 交的截面內(nèi)的中央。在內(nèi)管3a中，形成圓柱形狀的小徑催化劑7的外周面以?xún)?nèi)接于該內(nèi)管3a的內(nèi)周 面的形式收納在其中。在這里，小徑催化劑7的軸線(xiàn)與排氣管3以及內(nèi)管3a的軸線(xiàn)同軸。 其中，對(duì)于相比小徑催化劑7更下游側(cè)的結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1相同。即，在小徑催化劑7的下游 端面7c上配置有遮蔽管8，利用該遮蔽管8將排氣管3的截面劃分為催化劑側(cè)通路8a和迂 回側(cè)通路3c。在小徑催化劑7的前端面(上游端面7b)上設(shè)置有導(dǎo)入管28，該導(dǎo)入管28將從 渦輪殼體6b流出的排氣的一部分向小徑催化劑7的上游端面7b引導(dǎo)。導(dǎo)入管28為具有 與內(nèi)管3a相同截面形狀的圓筒部件，與排氣管3、內(nèi)管3a、小徑催化劑7同軸上配置。在這 里，導(dǎo)入管28由“外周壁部28a”、形成上游端開(kāi)口部的邊緣部即“上游端邊緣部28b”、形成 下游端開(kāi)口部的邊緣部即“下游端邊緣部28c”、在外周壁部28a上形成的開(kāi)口部即“外周壁 開(kāi)口部28d”構(gòu)成。在這里，上游端邊緣部28b(下游端邊緣部28c)上三個(gè)不同的點(diǎn)確定的假想平面 的法線(xiàn)方向與排氣主流方向一致。并且，下游端邊緣部28c和內(nèi)管3a上游端的邊緣部以對(duì) 接的狀態(tài)相連接，外周壁開(kāi)口部28d呈圓形狀。在本實(shí)施例中導(dǎo)入管28相當(dāng)于本發(fā)明中的 筒體。并且在本實(shí)施例中外周壁部28a相當(dāng)于本發(fā)明中的筒體的側(cè)面、外周壁開(kāi)口部28d 相當(dāng)于在本發(fā)明中的筒體側(cè)面上形成的開(kāi)口部。在上述結(jié)構(gòu)的排氣凈化系統(tǒng)中，導(dǎo)入管28的外周面和內(nèi)管3a的外周面是連續(xù)形 成的，所述外徑比排氣管3的內(nèi)徑小。由此，在導(dǎo)入管28以及內(nèi)管3a的外周面和排氣管3 的內(nèi)周面之間形成有排氣迂回導(dǎo)入管28以及小徑催化劑7的迂回通路3b。并且，從渦輪殼 體6b流出的排氣其一部分從上游端邊緣部28b向?qū)牍?8流入，剩下的排氣通過(guò)迂回通 路3b。接著，對(duì)本實(shí)施例中的燃料添加裝置30進(jìn)行說(shuō)明。燃料添加裝置30的詳細(xì)結(jié)構(gòu) 會(huì)在后面說(shuō)明，但作為概略向?qū)氲綄?dǎo)入管28的排氣，即流經(jīng)該導(dǎo)入管28內(nèi)的排氣添加作 為還原劑的燃料。由于流過(guò)導(dǎo)入管28的排氣被引導(dǎo)到小徑催化劑7的上游端面7b，因而利 用燃料添加裝置30添加的燃料被供給給該催化劑7。并且，被供給給小徑催化劑7的燃料 在小徑催化劑7中被部分氧化，并生成適合作還原成分的H2、CO。并且，在小徑催化劑7中 被重整的燃料供給給在下游側(cè)配置的NOx催化劑4，以供NOx催化劑4的排氣凈化能力的恢 復(fù)處理。排氣凈化能力的恢復(fù)處理可例舉還原被吸留在NOx催化劑4中的NOx的NOx還原 處理、恢復(fù)基于硫磺氧化物(SOx)的中毒的SOx中毒恢復(fù)處理等。接著，對(duì)燃料添加裝置30的詳細(xì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明。燃料添加裝置30具有燃料添加 閥5 (與還原劑添加機(jī)構(gòu)相對(duì)應(yīng))、燃料吸引管33、燃料泵34、燃料供給管35。在燃料添加 閥5的前端形成有燃料的噴射孔5a，燃料添加閥5的軸線(xiàn)與排氣管3的軸線(xiàn)正交。燃料添 加閥5經(jīng)由電線(xiàn)與E⑶10相連接，燃料添加閥5的開(kāi)閉閥、開(kāi)閥時(shí)間等由E⑶10來(lái)控制。
燃料吸引管33其一端連接在發(fā)動(dòng)機(jī)1的燃料箱36上，另一端連接在燃料泵34上。 并且燃料供給管35其一端連接在燃料泵34上，另一端連接在燃料添加閥5上。燃料泵34 為機(jī)械式的機(jī)械泵，利用未圖示的發(fā)動(dòng)機(jī)1的輸出軸(曲柄軸)的驅(qū)動(dòng)力工作。并且燃料 泵34可以是得到來(lái)自馬達(dá)(未圖示)的驅(qū)動(dòng)力工作的電氣式的供給泵，在這種情況下利用 調(diào)整供給給燃料泵34的電力來(lái)控制燃料的排出壓力。在上述結(jié)構(gòu)的燃料添加裝置30中，燃料泵34經(jīng)由燃料吸入管33吸入被吸留在燃 料箱36的燃料，并向燃料供給管35排出。并且，排出到燃料供給管35的燃料供給給燃料 添加閥5。并且，根據(jù)來(lái)自ECUlO的控制信號(hào)，使燃料添加閥5開(kāi)閥時(shí)，從燃料添加閥5的噴 射孔5a向排氣中噴射燃料。接著，中的在燃料添加閥5的噴射孔5a、導(dǎo)入管28的外周壁部上形成的外周壁開(kāi) 口部18d之間的關(guān)系，對(duì)從燃料添加閥5噴射的燃料向?qū)牍?8內(nèi)添加的方法進(jìn)行說(shuō)明。 噴射孔5a面對(duì)迂回通路3b內(nèi)配置，該迂回通路3b形成于導(dǎo)入管28中的外周壁部28a的 外周上，燃料從噴射孔5a向外周壁開(kāi)口部28d噴射。外周壁開(kāi)口部28d的開(kāi)口位置、開(kāi)口徑等的確定要滿(mǎn)足從噴射孔5a噴射的燃料的 噴霧不與外周壁部28a碰撞且向?qū)牍?8內(nèi)導(dǎo)入。在本實(shí)施例中，將連結(jié)外周壁開(kāi)口部 28d的端緣和噴射孔5a時(shí)形成的圓錐形狀的頂角設(shè)置得比從噴射孔5a噴射的噴霧的噴射 角大。由此，可以通過(guò)外周壁開(kāi)口部28d向被導(dǎo)入到導(dǎo)入管28內(nèi)的排氣中恰當(dāng)?shù)靥砑訌娜?料添加閥5的噴射孔5a噴射的燃料。在這里，針對(duì)上述NOx催化劑4的排氣凈化能力的恢復(fù)處理中，為了促進(jìn)N0x、S0x 的還原反應(yīng)，優(yōu)選提高小徑催化劑7中燃料的重整效率(利用效率)。燃料的重整效率可以 表示為被小徑催化劑7重整的燃料的量與供給給該催化劑的燃料的量之比。在這里，向小 徑催化劑7供給燃料時(shí)如使該燃料充分地在排氣中分散，則可以提高燃料的重整效率。在這里，在本實(shí)施例中，導(dǎo)入到導(dǎo)入管28內(nèi)的排氣中形成有旋流，利用該旋流攪 拌燃料，以促進(jìn)燃料的分散。即，如從發(fā)動(dòng)機(jī)1排出的排氣流入渦輪殼體6b，則使具有介于 該渦輪殼體內(nèi)6b內(nèi)安裝的葉片(葉輪)的渦輪葉輪(未圖示)。因而從渦輪殼體6b流出 的排氣中形成有旋流。這里所說(shuō)的排氣的旋流是指在排氣管3的圓周方向旋轉(zhuǎn)的排氣的流 動(dòng)。如上所述在排氣中形成的旋流的回旋軸與排氣管3的軸線(xiàn)一致。即，流過(guò)相比渦 輪殼體6b更下游的排氣管3的排氣，以排氣管3的軸線(xiàn)為中心沿著排氣管3的內(nèi)周面回旋 的同時(shí)向下游側(cè)的導(dǎo)入管28流動(dòng)。換一種說(shuō)法，從渦輪殼體6b流出的排氣沿著排氣管3 的內(nèi)周面呈螺旋狀地向排氣主流方向流動(dòng)。圖9是圖8中的A-A向視方向剖視圖。圖中的方格陰影用于示意性地表示從燃料 添加閥5噴射的燃料的噴霧。在本實(shí)施例中，由于導(dǎo)入管28以及排氣管3a的軸線(xiàn)為同軸， 因而形成有旋流的排氣順利地向?qū)牍?8內(nèi)導(dǎo)入。由此，在相比導(dǎo)入管28更上游的排氣 管3上形成的旋流，繼續(xù)在導(dǎo)入管28內(nèi)形成。其結(jié)果，向?qū)牍?8內(nèi)導(dǎo)入的排氣沿著外周 壁部28a內(nèi)周面回旋的同時(shí)向小徑催化劑7的上游端面7b流動(dòng)。在這里，導(dǎo)入管28內(nèi)排氣中形成的旋流的回旋軸(也可以稱(chēng)為螺旋軸)與導(dǎo)入管 28的軸線(xiàn)一致，排氣的回旋方向如圖中用虛線(xiàn)箭頭a、b所示與導(dǎo)入管28的圓周方向一致。 另一方面，從燃料添加閥5的噴射孔5a噴射并從外周壁開(kāi)口部28d向?qū)牍?8內(nèi)導(dǎo)入的燃料的噴霧，向?qū)牍?8的徑向中心側(cè)前進(jìn)。因此，針對(duì)導(dǎo)入管28內(nèi)形成的排氣的旋流， 燃料的噴霧從側(cè)方碰撞。由此，向流過(guò)導(dǎo)入管28的排氣中添加的燃料可以利用該旋流恰當(dāng) 地?cái)嚢?，以促進(jìn)排氣中燃料的分散、擴(kuò)散。由此，可以提高小徑催化劑7中的燃料的重整效率。并且，從小徑催化劑7流出的燃料在已述的第一混合促進(jìn)部 第三混合促進(jìn)部中 階段性地在排氣中混合。即流入小徑催化劑7之前是在導(dǎo)入管28中促進(jìn)排氣中的燃料的 分散、擴(kuò)散，從小徑催化劑7流出后是利用各混合促進(jìn)部促進(jìn)排氣中的燃料的混合。因此， 可以向NOx催化劑4流入燃料的濃度分布均勻的排氣。在NOx還原處理、SOx中毒恢復(fù)處 理中，可以由全部的NOx催化劑4無(wú)遺漏地還原NOx、SOx0其中，在導(dǎo)入管28內(nèi)形成的旋流的回旋軸與導(dǎo)入管28的軸線(xiàn)一致。因而從導(dǎo)入 管28的軸線(xiàn)側(cè)越向外周壁部28a的內(nèi)周面?zhèn)瓤拷?，旋流的?qiáng)度變得越強(qiáng)。在這里，旋流的 強(qiáng)度是表示旋流的勢(shì)力強(qiáng)度的概念，該強(qiáng)度越強(qiáng)意味著排氣回旋的勢(shì)力越強(qiáng)。因此在圖9 中，跟離外周壁部28a內(nèi)周面遠(yuǎn)的部分上形成的虛線(xiàn)箭頭a的旋流的強(qiáng)度相比，離外周壁部 28a內(nèi)周面更近的部分上形成的虛線(xiàn)箭頭b的旋流的強(qiáng)度更強(qiáng)。本實(shí)施例中，通過(guò)形成于外周壁部28a上的外周壁開(kāi)口部28d向?qū)牍?8內(nèi)導(dǎo)入 燃料。如上所述，形成于導(dǎo)入管28內(nèi)的旋流的強(qiáng)度在外周壁部28a內(nèi)周面附近變得最強(qiáng)。 因此，根據(jù)本實(shí)施例涉及的結(jié)構(gòu)，由于能向旋流的強(qiáng)度變得非常強(qiáng)的部分添加燃料，因此能 使排氣中的燃料更好地分散。并且在本實(shí)施例中，由于外周壁開(kāi)口部28d在外周壁部28a上開(kāi)口，因而外周壁開(kāi) 口部28d沒(méi)有與上游端邊緣部28b相接觸。即，外周壁開(kāi)口部28d形成于上游端邊緣部28b 與下游端邊緣部28c之間的部位上。由此，即使得從外周壁開(kāi)口部28d向?qū)牍?8內(nèi)添加 的燃料氣化而膨脹，也不用擔(dān)心從導(dǎo)入管28的上游端邊緣部28b流出大量燃料。因此可以 將從燃料添加閥5噴射的燃料更恰當(dāng)?shù)叵蛐酱呋瘎?供給。并且在本實(shí)施例中，將從燃料添加閥5的噴射孔5a噴射的燃料橫穿迂回通路3b 后向?qū)牍?8內(nèi)導(dǎo)入。燃料的噴霧的勢(shì)力即噴霧的穿透力一般隨著離噴射孔5a的距離增 大越來(lái)越弱。因此，當(dāng)流過(guò)導(dǎo)入管28的排氣的流速過(guò)快時(shí)會(huì)出現(xiàn)很難從外周壁開(kāi)口部28d 向?qū)牍?8內(nèi)導(dǎo)入燃料的情況。對(duì)此，根據(jù)本實(shí)施例中涉及的結(jié)構(gòu)，可以讓流過(guò)導(dǎo)入管28內(nèi)的排氣的流速比流過(guò) 迂回通路3b的排氣的流速慢。這是因?yàn)閷?dǎo)入管28配置在小徑催化劑7的上游端面7b上， 流過(guò)該導(dǎo)入管28內(nèi)的排氣的流速受控于通過(guò)小徑催化劑7的排氣的流速。其結(jié)果，在外周 壁開(kāi)口部28d中，容易從迂回通路3b向?qū)牍?8內(nèi)部導(dǎo)入燃料，可以使向?qū)牍?8內(nèi)導(dǎo) 入的排氣中燃料的添加順利地進(jìn)行。其中，在本實(shí)施例中，排氣管3、導(dǎo)入管28形成圓筒形狀，小徑催化劑7形成圓柱形 狀，但是針對(duì)它們的形狀，不限于上述實(shí)施例中的形狀。為了更好地維持在流過(guò)導(dǎo)入管28 的排氣中形成的旋流，它們優(yōu)選如本實(shí)施例一樣具有圓形的內(nèi)表面形狀，但是在可以維持 排氣的旋流的范圍內(nèi)適當(dāng)?shù)馗淖兯鼈兊膬?nèi)表面形狀也無(wú)妨。并且，在導(dǎo)入管28的外周壁部 28a上形成開(kāi)口的外周壁開(kāi)口部28d也可以不形成圓形狀。并且，在本實(shí)施例中的結(jié)構(gòu)中， 在小徑催化劑7的下游端面7c上配置了遮蔽管8，但是也可以省略該遮蔽管8的配置。這 是因?yàn)榧词乖谛酱呋瘎?的下游上沒(méi)有配置遮蔽管8時(shí)，也可以利用其旋流將流過(guò)導(dǎo)入管28的排氣中添加的燃料攪拌，以促進(jìn)排氣中燃料的分散、擴(kuò)散。變形例然后對(duì)本實(shí)施例中的變形例進(jìn)行說(shuō)明。圖10是表示圖8所示的排氣系統(tǒng)的第一 變形例的圖。本變形例中的燃料添加裝置30具有連接燃料添加閥5和導(dǎo)入管28的燃料導(dǎo) 入管29，經(jīng)由燃料導(dǎo)入管29將來(lái)自燃料添加閥5的燃料向?qū)牍?8內(nèi)添加。本變形例中 的燃料導(dǎo)入管29形成圓筒形狀，其一端連接在燃料添加閥5的外周側(cè)面上，另一端連接在 外周壁部28a的外周壁開(kāi)口部28d端緣上。并且，燃料導(dǎo)入管29從噴射孔5a側(cè)向外周壁 開(kāi)口部28d呈錐形狀擴(kuò)徑，以防止從噴射孔5a噴射的燃料的噴霧與燃料導(dǎo)入管29的內(nèi)周 面碰撞。在本變形例中，燃料添加閥5的噴射孔5a向燃料導(dǎo)入管29內(nèi)噴射燃料，并經(jīng)由該 燃料導(dǎo)入管29向流過(guò)導(dǎo)入管28的排氣中添加燃料。即，來(lái)自燃料添加閥5的燃料不噴射 到迂回通路3b上，因而可以不受通過(guò)該迂回通路3b的排氣的影響，能準(zhǔn)確地向?qū)牍?8 內(nèi)導(dǎo)入燃料。圖11是表示圖8所示的排氣系統(tǒng)的第二變形例的圖。在本實(shí)施例中，與圖8所示 結(jié)構(gòu)的不同點(diǎn)是在導(dǎo)入管28的外周壁部28a上沒(méi)有形成有外周壁開(kāi)口部28d。并且，燃料 添加閥5如圖所示形成大致L型形狀，噴射孔5a面對(duì)導(dǎo)入管28內(nèi)部。通過(guò)這種結(jié)構(gòu)也可 以向被導(dǎo)入到導(dǎo)入管28的排氣中添加燃料。因此，可以利用在導(dǎo)入管28中形成的排氣的 旋流，將燃料恰當(dāng)?shù)財(cái)嚢?，以恰?dāng)?shù)卮龠M(jìn)排氣中燃料的分散、擴(kuò)散。圖12是表示圖8所示的排氣系統(tǒng)的第三變形例的圖。圖中所示的箭頭Y用于表 示圖8中說(shuō)明的“排氣主流方向”。并且，圖中的箭頭Z表示從燃料添加閥5的噴射孔5a噴 射的燃料的噴射方向。該噴射方向是燃料的噴霧中心所指向的方向。如圖所示，在本變形 例中，以燃料添加閥5的軸線(xiàn)相對(duì)排氣管3的軸線(xiàn)傾斜，且燃料的噴射方向與排氣主流方向 所成的角度成為銳角的方式配置燃料添加閥5。由此，燃料添加閥5朝向排氣管3的軸線(xiàn)方 向下游側(cè)針對(duì)迂回通路3b噴射燃料。在這里，在燃料管28內(nèi)形成的排氣的旋流，以導(dǎo)入管28的軸線(xiàn)為回旋軸向排氣主 流方向流動(dòng)。根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，向?qū)牍?8內(nèi)添加的燃料從外周壁開(kāi)口部28d向?qū)牍?8 的軸線(xiàn)方向下游側(cè)添加。由此，可以把向?qū)牍?8內(nèi)添加的燃料恰當(dāng)?shù)卮畛伺艢獾男鳎?因而可以使該燃料在導(dǎo)入管28中更好地分散。實(shí)施例4接著，對(duì)用于實(shí)施本發(fā)明的實(shí)施例4進(jìn)行說(shuō)明。在本實(shí)施例中，對(duì)于與實(shí)施例3相 同的結(jié)構(gòu)要素標(biāo)注相同的參照符號(hào)以省略詳細(xì)說(shuō)明。這里以與實(shí)施例3的不同點(diǎn)為中心進(jìn) 行說(shuō)明。流過(guò)渦輪殼體6b與導(dǎo)入管28之間的排氣管3的排氣，沿著排氣管3的內(nèi)周面回 旋，該旋流中心與排氣管3的軸線(xiàn)一致。并且，如考慮根據(jù)排氣管3內(nèi)的徑向位移的旋流的 強(qiáng)度差異，則從排氣管3的軸線(xiàn)越向排氣管3內(nèi)周面?zhèn)瓤拷?，旋流的?qiáng)度越強(qiáng)。因此在本實(shí) 施例中，使導(dǎo)入管28的配置位置從排氣管3的軸線(xiàn)偏向排氣管3內(nèi)周面?zhèn)?，以使在?dǎo)入管 28內(nèi)形成強(qiáng)度更強(qiáng)的旋流。其中，上述的配置位置是與排氣管3的軸線(xiàn)正交的截面內(nèi)的配 置位置。圖13是本實(shí)施例中的發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣系統(tǒng)的部分放大圖。圖14是圖13中的B-B向視方向的剖視圖。在圖13中所示的單點(diǎn)劃線(xiàn)表示導(dǎo)入管28以及內(nèi)管3a的軸線(xiàn)，雙點(diǎn)劃 線(xiàn)表示排氣管3的軸線(xiàn)。在本實(shí)施例中，導(dǎo)入管28以及內(nèi)管3a的軸線(xiàn)為同軸且相對(duì)排氣 管3的軸線(xiàn)偏向一方。在本實(shí)施例中，使導(dǎo)入管28以及內(nèi)管3a與排氣管3內(nèi)周面外接，以 使燃料添加閥5的噴射孔5a通過(guò)外周壁開(kāi)口部28d與導(dǎo)入管28內(nèi)面對(duì)。并且，圖14中的虛線(xiàn)箭頭用于示意性地表示在導(dǎo)入管28內(nèi)形成的旋流，單點(diǎn)劃 線(xiàn)箭頭用于示意性地表示在迂回通路3b中形成的旋流。如上所述，在相比導(dǎo)入管28的上 游端開(kāi)口部更靠上游一側(cè)的位置中，排氣中形成的旋流的強(qiáng)度在排氣管3的內(nèi)周面附近最 強(qiáng)。在本實(shí)施例中，由于導(dǎo)入管28的上游端開(kāi)口部在排氣管3內(nèi)周面附近開(kāi)口，因而能盡 可能地提高向?qū)牍?8內(nèi)導(dǎo)入的排氣中形成的旋流的強(qiáng)度。因此，能盡可能地促進(jìn)流過(guò)導(dǎo) 入管28的排氣中的燃料的分散、擴(kuò)散，以提高小徑催化劑7中的燃料的重整效率。并且，在本實(shí)施例涉及的上述結(jié)構(gòu)中，由于燃料添加閥5的噴射孔5a與導(dǎo)入管28 內(nèi)面對(duì)，因而可以直接向?qū)牍?8內(nèi)的排氣中添加燃料。因此，可將從燃料添加閥5噴射 的燃料可靠地向小徑催化劑7供給。其中，在本實(shí)施例中，導(dǎo)入管28與排氣管3內(nèi)周面接觸的部分當(dāng)然可以用相同的 部件形成一體。并且在本實(shí)施例中，導(dǎo)入管28與排氣管3內(nèi)周面外接，以向?qū)牍?8內(nèi)盡 可能形成強(qiáng)度強(qiáng)的旋流，但是使導(dǎo)入管28的軸線(xiàn)與排氣管3的軸線(xiàn)偏移的程度可以適當(dāng)?shù)?變更。如通過(guò)使導(dǎo)入管28的軸線(xiàn)相對(duì)排氣管3的軸線(xiàn)偏移，與不使它們偏移的情況相比， 能起到提高旋流的強(qiáng)度的作用效果。并且在實(shí)施例3以及4中，雖然導(dǎo)入管28和內(nèi)管3分別用了不同的部件，但是不 限于此，在不離開(kāi)本發(fā)明的主旨范圍內(nèi)，可以針對(duì)實(shí)施方式施加各種變更。例如導(dǎo)入管28 以及內(nèi)管3a可以由相同的部件構(gòu)成。并且導(dǎo)入管28的下游端邊緣部28c和內(nèi)管3a沒(méi)有 必要一定相連接，只要它們靠近地進(jìn)行配置即可。此時(shí)，導(dǎo)入管28優(yōu)選配置成，將下游端邊 緣部28c沿著導(dǎo)入管28的軸線(xiàn)方向投影到小徑催化劑7的上游端面7b時(shí)的投影部包含在 上游端面7b內(nèi)的區(qū)域。由此，能抑制向?qū)牍?8內(nèi)添加的燃料從導(dǎo)入管28與內(nèi)管3a(或 者小徑催化劑7的上游端面7b)間的間隙漏進(jìn)迂回通路3b。即，可將被導(dǎo)入到導(dǎo)入管28的 排氣中添加的燃料可靠地向小徑催化劑7供給。并且，通過(guò)燃料添加裝置30添加的燃料利用導(dǎo)入管28內(nèi)形成的旋流恰當(dāng)?shù)財(cái)嚢?時(shí)，有必要使其旋流的強(qiáng)度維持一定以上的強(qiáng)度，以使得從渦輪殼體6b流出時(shí)形成的旋流 被導(dǎo)入到導(dǎo)入管28內(nèi)。在這里，如在渦輪殼體6b與導(dǎo)入管3之間排氣管3的軸線(xiàn)方向急劇 變化，則會(huì)有排氣回旋的勢(shì)力減弱的擔(dān)憂(yōu)。因此，如圖7所示的發(fā)動(dòng)機(jī)1的排氣系統(tǒng)一樣， 優(yōu)選的是不在排氣管3中渦輪殼體6b與導(dǎo)入管28之間的部分設(shè)有彎曲部。并且，在排氣 管3上設(shè)置有彎曲部時(shí)，期望的是讓在彎曲部前后(上游側(cè)和下游側(cè))使排氣管3的軸線(xiàn) 方向變化的角度變緩。此時(shí)，可以預(yù)先通過(guò)實(shí)驗(yàn)求出容許的上述角度，采用恰當(dāng)?shù)闹?例如 45°左右也可)。
權(quán)利要求
1.一種內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化系統(tǒng)，其特征在于，包括 排氣凈化裝置，其設(shè)置在內(nèi)燃機(jī)的排氣通路上；前置催化劑，其設(shè)置在相比上述排氣凈化裝置更靠上游一側(cè)的排氣通路上，使流過(guò)該 排氣通路的排氣的一部分通過(guò)該前置催化劑，而不是全部量的排氣通過(guò)該前置催化劑；還原劑添加機(jī)構(gòu)，其設(shè)置在相比上述前置催化劑更靠上游一側(cè)，向流向該前置催化劑 的排氣中添加還原劑；和劃分部件，其在從上述前置催化劑的下游端至該前置催化劑與上述排氣凈化裝置間的 預(yù)定位置為止的區(qū)間，將排氣通路的截面劃分為催化劑側(cè)通路和迂回側(cè)通路，使得從上述 前置催化劑流出的排氣即催化劑流出排氣通過(guò)所述催化劑側(cè)通路，并且使得繞過(guò)該前置催 化劑的排氣即催化劑迂回排氣通過(guò)所述迂回側(cè)通路。
2.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化系統(tǒng)，其特征在于，在上述劃分部件和上述 排氣凈化裝置間的排氣通路中至少在一部分形成有擴(kuò)大部，該擴(kuò)大部與配置有該劃分部件 的部分相比使排氣通路的截面積擴(kuò)大。
3.如權(quán)利要求1或2所述的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化系統(tǒng)，其特征在于， 還包括渦輪增壓器，其具有在相比上述還原劑添加機(jī)構(gòu)更靠上游的排氣通路上配置的渦輪以 及在內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣通路上配置的壓縮機(jī)；和筒體，其配置在上述前置催化劑的前端面，將從上述渦輪流出的排氣的一部分引導(dǎo)到 該前置催化劑的前端面，上述還原劑添加機(jī)構(gòu)向被導(dǎo)入到上述筒體的排氣中添加還原劑。
4.如權(quán)利要求3所述的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化系統(tǒng)，其特征在于， 在上述筒體的側(cè)面形成有開(kāi)口部，上述還原劑添加機(jī)構(gòu)通過(guò)上述開(kāi)口部向被導(dǎo)入到上述筒體的排氣中添加還原劑。
5.如權(quán)利要求3或4記載的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化系統(tǒng)，其特征在于，上述筒體以從排氣通 路的軸線(xiàn)偏向排氣通路內(nèi)表面?zhèn)鹊姆绞竭M(jìn)行配置。
6.如權(quán)利要求5所述的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化系統(tǒng)，其特征在于，上述筒體的一部分外接 在排氣通路內(nèi)表面。
全文摘要
提供一種可以使還原劑的濃度分布均勻的狀態(tài)的排氣流入到排氣凈化裝置的內(nèi)燃機(jī)的排氣凈化系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括小徑催化劑(7)，其設(shè)置在相比NOx催化劑(4)更靠上游一側(cè)的排氣管(3)上，使流過(guò)該排氣管(3)的排氣的一部分通過(guò)，而不是全部量；燃料添加閥(5)，其設(shè)置在相比小徑催化劑(7)更靠上游一側(cè)，向流向該小徑催化劑(7)的排氣添加燃料；和遮蔽管(8)，其在從小徑催化劑(7)的下游端至該小徑催化劑(7)與NOx催化劑(4)的下游端之間的預(yù)定位置為止的區(qū)間，將排氣管(3)的截面劃分為使催化劑流出排氣通過(guò)的催化劑側(cè)通路(8a)和使催化劑迂回排氣通過(guò)的迂回側(cè)通路(3c)。
文檔編號(hào)B01D53/94GK102007277SQ200980113320
公開(kāi)日2011年4月6日 申請(qǐng)日期2009年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月17日
發(fā)明者井上三樹(shù)男, 辻本健一 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車(chē)株式會(huì)社