JP2008127998A

JP2008127998A - 内燃機関の排気浄化装置

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Publication number: JP2008127998A
Application number: JP2006310215A
Authority: JP
Inventors: Minehiro Murata; 峰啓村田; Yoshihisa Takeda; 好央武田; Hiroaki Fujita; 博昭藤田; Satoshi Hiranuma; 智平沼
Original assignee: Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Current assignee: Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Priority date: 2006-11-16
Filing date: 2006-11-16
Publication date: 2008-06-05

Abstract

【課題】排ガスの撹拌と排圧増大の抑制とを両立させて、エンジンの運転領域に関わらず排圧の増大によるトラブルを未然に防止した上で、排ガスの撹拌により還元剤の拡散を十分に促進して良好な浄化性能を実現できる内燃機関の排気浄化装置を提供する。
【解決手段】排気通路１１のＳＣＲ触媒の上流側に、排ガスの拡散性の高い低速側フィン装置４３を備えた低速流路３５及び拡散性が低い高速側フィン装置４４を備えた高速流路３６を独立して形成して、切換弁により排ガスを選択的に流通可能とし、エンジン１の低速運転領域では低速流路３５側に切換え、高速運転領域では高速流路３６側に切換える。
【選択図】図１

Description

本発明は内燃機関（以下、エンジンと称する）の排気浄化装置に係り、詳しくは排気通路に還元剤供給手段を設けて下流側の還元触媒に還元剤を供給する排気浄化装置に関するものである。

この種の還元剤を利用して排ガス中の有害成分を浄化する排気浄化装置としては、例えばＳＣＲ触媒（選択還元型ＮＯx触媒）を備えたものがあり、排気通路のＳＣＲ触媒の上流側に噴射ノズルを配置し、噴射ノズルから噴射した尿素水溶液が排気熱及び排ガス中の水蒸気により加水分解されて生成されるＮＨ_３（アンモニア）を利用して、ＳＣＲ触媒上で排ガス中のＮＯxを還元している。この種の排気浄化装置において、排ガス中への尿素水溶液の拡散状況はＳＣＲ触媒の浄化性能に対して大きな影響を及ぼすことから、噴射ノズルの近傍に排ガスを撹拌するために撹拌手段を設けた対策が講じられる場合がある（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１の技術では、その図１，２に示すように、排気通路の噴射ノズルの上流側に撹拌手段として４つのフィンを備えたフィン装置を設置し、排ガスがフィン装置を流通する際にフィンの作用で旋回流を生起させ、これにより排ガス中への尿素水溶液の拡散促進を図っている。
特開２００６−２９２３３号明細書（図１，２）

上記フィン装置が旋回流を生起させる原理は、排ガスの流通方向をフィンにより変化させることで得られるため、排ガスに強い旋回流を生起すべく、例えばフィン角度を深く設定（排ガスの流通方向に対してフィンを急角度（角度大）に配置）して排ガスの流通方向を急激に変化させるほど、エンジンの排圧は増大してしまい、旋回流の生起と排圧増大の抑制とはトレードオフの関係にある。

一方、エンジンの運転領域に応じて排気通路を流通する排ガス流量は大幅に変化し、エンジンの高回転・高負荷域ではフィン装置による排圧増大が無視できないものとなる。従って、特許文献１の排気浄化装置では、高回転高負荷域での排圧増大からエンジンを保護する目的で、排ガス流通方向に対してフィン角度を浅く（角度小）設定せざるを得ず、必然的に排ガス流量が低下する中低回転・中低負荷域では旋回流が弱められてしまう。通常エンジンは中低回転・中低負荷域で常用されるため、結果として肝心の常用域で十分な旋回流が得られず、尿素水溶液の拡散不足により良好なＮＯx浄化性能を達成できないという問題があった。

本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、排ガスの撹拌と排圧増大の抑制とを両立させて、エンジンの運転領域に関わらず排圧の増大によるトラブルを未然に防止した上で、排ガスの撹拌により還元剤の拡散を十分に促進して良好な浄化性能を実現することができる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１の発明は、内燃機関の排気通路の一部を構成し、排気通路に設けられた還元触媒の上流側で相互に独立した流路を形成して、それぞれ内燃機関側と還元触媒側とを連通する第１の流路及び第２の流路と、内燃機関の排ガスを第１の流路または第２の流路に選択的に流通させる流路切換手段と、排気通路の還元触媒の上流側に設けられ、排気通路内に還元剤を供給する還元剤供給手段と、第１の流路に設けられて内部を流通する排ガスを撹拌する第１の撹拌手段と、第２の流路に設けられて内部を流通する排ガスを撹拌し、撹拌による排ガスの拡散性が第１の撹拌手段より低く設定された第２の撹拌手段と、内燃機関の運転領域に基づき流路切換手段を切換える制御手段とを備えたものである。

従って、内燃機関の運転領域に基づき制御手段により流路切換手段が切換えられて、内燃機関の排ガスが第１の流路または第２の流路に選択的に流通して内部の第１の撹拌手段または第２の撹拌手段により撹拌されると共に、還元剤供給手段から供給された還元剤が排ガス中に拡散し、この状態で還元触媒に到達して浄化作用に利用される。
撹拌手段により排ガスを撹拌する原理は、排ガスの流通方向を撹拌手段により変化させることで得られるため、強い撹拌作用（良好な拡散性）を得るには排ガスの流通方向を急激に変化させることになり、必然的に排圧の増大を生じ、排ガスの撹拌と排圧増大の抑制とはトレードオフの関係にある。第１の撹拌手段は排ガスの撹拌を優先して排ガスの拡散性を高めた特性であり、第２の撹拌手段は排圧増大の抑制を優先して排ガスの拡散性を低めた特性である。

一方、内燃機関の運転領域に応じて排ガス流量は変化し、本発明者は、排ガス流量に応じて排ガスの撹拌と排圧増大の抑制との必要性が変化する現象に着目した。従って、排ガスの拡散性が異なる第１の撹拌手段と第２の撹拌手段とを内燃機関の運転領域に応じて選択的に適用することにより、現在の運転領域に対して最適な撹拌手段が適用されることになり、結果として排ガスの撹拌と排圧増大の抑制とを両立可能となる。

請求項２の発明は、請求項１において、制御手段が、内燃機関が所定の低速運転領域のときに排ガスを第１の流路に流通させるように流路切換手段を切換え、内燃機関が所定の高速運転領域のときに排ガスを第２の流路に流通させるように流路切換手段を切換えるものである。
従って、排ガス流量が少ない低速運転領域では、排ガスの流速の低下と相俟って撹拌手段の撹拌により排ガスの拡散性を向上させる要求が高まる反面、排圧が増大する虞は低い。このときには第１の流路への切換により排ガスの拡散性が高い第１の撹拌手段により排ガスの撹拌が行われるため、排ガスは良好に撹拌されて排ガス中への還元剤の拡散が促進されると共に、第１の撹拌手段の撹拌により排圧が増大しても問題は生じない。

これに対して排ガス流量が多い高速運転領域では、排ガスの流速の増加と相俟って元々排ガスの拡散性が高くて撹拌手段による撹拌の必要はそれほどない反面、排圧増大を抑制する必要性が高い。このときには第２の流路への切換により排ガスの拡散性が低い第２の撹拌手段により排ガスの撹拌が行われるため、撹拌による排圧の増大が最小限に抑制されると共に、第２の撹拌手段による撹拌でも還元剤の拡散が不足することはない。

請求項３の発明は、内燃機関の排気通路に設けられた還元触媒と、排気通路の還元触媒の上流側に設けられ、排気通路内に還元剤を供給する還元剤供給手段と、排気通路の還元触媒の上流側に設けられて内部を流通する排ガスを撹拌すると共に、撹拌による排ガスの拡散性を可変可能な可変撹拌手段と、内燃機関の運転領域に基づき可変撹拌手段の拡散性を制御する制御手段とを備えたものである。

従って、内燃機関の排ガスは排気通路を流通して可変撹拌手段により撹拌されると共に、還元剤供給手段から供給された還元剤が排ガス中に拡散し、この状態で還元触媒に到達して浄化作用に利用され、このときの可変撹拌手段による排ガスの拡散性が制御手段により内燃機関の運転状態に応じて切換えられる。
撹拌手段により排ガスを撹拌する原理は、排ガスの流通方向を撹拌手段により変化させることで得られるため、強い撹拌作用（良好な拡散性）を得るには排ガスの流通方向を急激に変化させることになり、必然的に排圧の増大を生じ、排ガスの撹拌と排圧増大の抑制とはトレードオフの関係にある。可変拡散手段によれば排ガスの拡散性を制御することで、排ガスの撹拌を優先した特性とすることも排圧増大の抑制を優先した特性とすることも可能となる。

一方、内燃機関の運転領域に応じて排ガス流量は変化し、本発明者は、排ガス流量に応じて排ガスの撹拌と排圧増大の抑制との必要性が変化する現象に着目した。従って、可変撹拌手段の拡散性を内燃機関の運転領域に応じて制御することにより、現在の運転領域に対して最適な撹拌手段が適用されることになり、結果として排ガスの撹拌と排圧増大の抑制とを両立可能となる。

請求項４の発明は、請求項３において、制御手段が、内燃機関が所定の低速運転領域のときに可変撹拌手段の拡散性を増加側に制御し、内燃機関が所定の高速運転領域のときに可変撹拌手段の拡散性を低下側に制御するものである。
従って、排ガス流量が少ない低速運転領域では、排ガスの流速の低下と相俟って撹拌手段の撹拌により排ガスの拡散性を向上させる要求が高まる反面、排圧が増大する虞は低い。このときには可変撹拌手段の拡散性が増加側に制御されるため、排ガスは良好に撹拌されて排ガス中への還元剤の拡散が促進されると共に、排ガスの拡散性の増加により排圧が増大しても問題は生じない。

これに対して排ガス流量が多い高速運転領域では、排ガスの流速の増加と相俟って元々排ガスの拡散性が高くて撹拌手段による撹拌の必要はそれほどない反面、排圧増大を抑制する必要性が高い。このときには可変撹拌手段の拡散性が低下側に制御されるため、撹拌による排圧の増大が最小限に抑制されると共に、排ガスの拡散性が低下しても還元剤の拡散が不足することはない。

以上説明したように請求項１，２の発明の内燃機関の排気浄化装置によれば、内燃機関の運転領域に応じた最適な撹拌手段を排ガスの撹拌に適用することにより、排ガスの撹拌と排圧増大の抑制とを両立させ、もって、内燃機関の運転領域に関わらず排圧の増大によるトラブルを未然に防止した上で、排ガスの撹拌により還元剤の拡散を十分に促進して良好な浄化性能を実現することができる。

請求項３，４の発明の内燃機関の排気浄化装置によれば、内燃機関の運転領域に応じて可変撹拌手段の拡散性を制御することにより、排ガスの撹拌と排圧増大の抑制とを両立させ、もって、内燃機関の運転領域に関わらず排圧の増大によるトラブルを未然に防止した上で、排ガスの撹拌により還元剤の拡散を十分に促進して良好な浄化性能を実現することができる。

［第１実施形態］
以下、本発明をディーゼルエンジンの排気浄化装置に具体化した第１実施形態を説明する。
図１は本実施形態のディーゼルエンジンの排気浄化装置を示す全体構成図であり、エンジン１は直列６気筒機関として構成されている。エンジン１の各気筒には燃料噴射弁２が設けられ、各燃料噴射弁２は共通のコモンレール３から加圧燃料を供給され、機関の運転状態に応じたタイミングで開弁して各気筒の筒内に燃料を噴射する。

エンジン１の吸気側には吸気マニホールド４が装着され、吸気マニホールド４に接続された吸気通路５には、上流側よりエアクリーナ６、ターボチャージャ７のコンプレッサ７ａ、インタクーラ８、アクチュエータ９ａにより開閉駆動される吸気絞り弁９が設けられている。また、エンジン１の排気側には排気マニホールド１０が装着され、排気マニホールド１０には上記コンプレッサ７ａと同軸上に連結されたターボチャージャ７のタービン７ｂを介して排気通路１１が接続されている。

エンジン１の運転中においてエアクリーナ６を経て吸気通路５内に導入された吸気はターボチャージャ７のコンプレッサ７ａにより加圧された後にインタクーラ８、吸気絞り弁９、吸気マニホールド４を経て各気筒に分配され、各気筒の吸気行程で筒内に導入される。筒内では所定のタイミングで燃料噴射弁２から燃料が噴射されて圧縮上死点近傍で着火・燃焼し、燃焼後の排ガスは排気マニホールド１０を経てタービン７ｂを回転駆動した後に排気通路１１を経て外部に排出される。

一方、吸気マニホールド４と排気マニホールド１０とはＥＧＲ通路１７により接続され、ＥＧＲ通路１７にはアクチュエータ１８ａにより開閉駆動されるＥＧＲ弁１８及びＥＧＲクーラ１９が設けられている。エンジン１の運転中にはＥＧＲ弁１８の開度に応じて排気マニホールド１０側から吸気マニホールド４側に排ガスの一部がＥＧＲガスとして還流される。

吸気マニホールド４にはアクチュエータ２０ａにより開閉駆動されるスワール弁２０が各気筒の吸気ポートに対応して設けられ、各スワール弁２０の閉弁時には筒内にスワール流が生起される。
上記排気通路１１には本発明の排気浄化装置が設けられている。上記ターボチャージャ７のタービン７ｂには第１パイプ３１aを介して上流側ケーシング３２が接続され、上流側ケーシング３２内の上流側には前段酸化触媒３３が収容され、下流側にはウォールフロー式のＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）３４が収容されている。後述するようにＤＰＦ３４は排ガス中のパティキュレート（以下、ＰＭと称する）を捕集する作用を奏する。

上流側ケーシング３３の下流側の排気通路１１は低速流路３５（第１の流路）と高速流路３６（第２の流路）とに分岐し、この分岐箇所には切換弁３７（流路切換手段）が配設され、切換弁３７の切換に応じて上流側ケーシング３２が低速流路３５側或いは高速流路３６側と選択的に接続される。低速流路３５及び高速流路３６は相互に独立した流路を形成しながら車両後方に向けて所定距離だけ延設された後に相互に合流し、合流箇所には第２パイプ３１ｂを介して下流側ケーシング３９が接続されている。下流側ケーシング３９内の上流側にはＳＣＲ触媒４０（還元触媒）が収容され、下流側には後段酸化触媒４１が収容され、後述するようにＳＣＲ触媒４０は排ガス中のＮＯxを浄化する作用を奏する。

本実施形態では、低速流路３５及び高速流路３６の通路断面積を同一に設定しているが、後述するようにエンジン１の低速運転領域で使用される低速流路３５に比較して高速運転領域で使用される高速流路３６の方が大量の排ガスを流通させる必要があることから、低速流路３５に対して高速流路３６の通路断面積を大きく設定してもよい。
下流側ケーシング３９の下流側は第３パイプ３１ｃを介して図示しない消音器が接続され、消音器の後端は大気に開放されている。上記第２パイプ３１ｂには噴射ノズル４２（還元剤供給手段）が設置され、噴射ノズル４２は、図示しないタンクから圧送される尿素水溶液を還元剤として第２パイプ３１ｂ内に任意に噴射可能に構成されている。

上記低速流路３５内及び高速流路３６内には、排ガスに旋回流を生起させるためのフィン装置４３，４４（撹拌手段）がそれぞれ設置されている。以下、低速流路３５内のものを低速側フィン装置４３（第１の撹拌手段）と称し、高速流路３６内のものを高速側フィン装置４４（第２の撹拌手段）と称するが、これらのフィン装置４３，４４は排ガスに対する拡散性（フィン装置による排ガスの撹拌の度合を意味する）を相互に相違させており、以下、その構成を詳述する。

図２は低速側フィン装置４３を示す斜視図であり、全体として円盤状をなすように鋼板をプレス成型して製作され、低速流路３５を閉鎖する姿勢で配置・固定されている。低速側フィン装置４３上を４等分に区画した扇状の領域は、それぞれ扇状の１辺を起点として他の２辺をプレス成型により打ち抜かれて排気下流側に向けて折曲されている。これにより低速側フィン装置４３には、上流側と下流側とを連通させる４つの流通孔４３ａが形成されると共に、各流通路に対応して４枚のフィン４３ｂが立設されている。排ガスの流通方向に対して各フィン４３ｂは同一方向に所定角度をなし、この低速側フィン装置４３ではフィン角度がαに設定されている。

また、図３は高速側フィン装置４４を示す斜視図であり、基本的な形状は低速側フィン装置４３と相違することなく、４つの流通孔４４ａ及びフィン４４ｂを備え、フィン角度のみが異なっている。即ち、高速側フィン装置４４のフィン角度は、低速側フィン装置４３のフィン角度αに比較して小さな角度β（＜α）に設定されている。
一方、上記吸気絞り弁９、排気絞り弁１２、ＥＧＲ弁１８、スワール弁２０の各アクチュエータ９ａ，１２ａ，１８ａ，２０a、燃料噴射弁２、燃料ノズル１４、噴射ノズル４２、エンジン１の吸入空気量Ｑaを検出するエアフローセンサ５２はＥＣＵ５１（電子コントロールユニット）に接続され、センサ類からの検出情報に基づいてＥＣＵ５１により駆動制御される。例えばＥＣＵ５１は機関回転速度や負荷等のエンジン１の運転状態に基づいて燃料噴射弁２の噴射量、噴射圧、噴射時期を制御してエンジン１を運転すると共に、アクチュエータ１８ａによりＥＧＲ弁１８の開度を制御してＥＧＲ還流量を調整し、アクチュエータ２０ａによりスワール弁２０の開度を制御してスワール流を調整する。

また、ＥＣＵ５１はＤＰＦ３４の強制再生のためのポスト噴射、或いはＳＣＲ触媒４０によるＮＯx浄化のための噴射ノズル３８からの尿素供給等を制御しており、以下、これらのＤＰＦ３４によるパティキュレートの浄化作用及びＳＣＲ触媒４０によるＮＯxの浄化作用について述べる。
ＤＰＦ３４は排ガス中のＰＭを捕集する作用を奏し、エンジン１の排ガス温度が比較的高い運転状態では、前段酸化触媒３３の酸化作用により排ガス中のＮＯからＮＯ₂が生成されて、ＮＯ₂の酸化反応によりＤＰＦ３４に捕集されたＰＭが連続的に焼却除去されることで、ＤＰＦ３４の再生が図られる。一方、このような連続再生作用が得られない運転状態が継続したときには、ＥＣＵ５１によりメイン噴射の後にポスト噴射が適宜実行され、前段酸化触媒３２での酸化反応でＤＰＦ３４を昇温してＰＭが焼却除去されることでＤＰＦ３４が強制的に再生される。なお、強制再生でのＰＭ燃焼の際に生じるＣＯは後段酸化触媒４１によりＣＯ₂に酸化される。

また、ＳＣＲ触媒４０はＮＯx浄化のためにＮＨ_３（アンモニア）の供給を要するため、ＥＣＵ５１はエンジン１の運転状態や図示しない温度センサにより検出される噴射ノズル４２近傍の温度等に基づき、噴射ノズル４２からの尿素水溶液の噴射量を制御する。噴射された尿素水溶液は排気熱及び排ガス中の水蒸気により加水分解されてＮＨ_３を生成し、このＮＨ_３によりＳＣＲ触媒４０上では排ガス中のＮＯxが無害なＮ_２に還元されてＮＯxの浄化が行われる一方、このときの余剰ＮＨ₃が後段酸化触媒４１によりＮＯに酸化される。

なお、ＳＣＲ触媒４０の上流側に尿素をＮＨ_３に加水分解する作用を奏する加水分解触媒を配置してもよいし、或いは、噴射ノズル４２から尿素水溶液に代えてアンモニア水溶液を噴射するようにしてもよい。
また、尿素水溶液の噴射制御と並行して、ＥＣＵ５１は切換弁３７により排ガスの流路を低速流路３５と高速流路３６との間で切換え、これによりエンジン１の運転領域に応じた適切なフィン装置４３，４４により排ガスに旋回流を生起させており、以下、このＥＣＵ５１の流路の切換制御について説明する。

ＥＣＵ５１はエアフローセンサ５２により検出されるエンジン１の吸入空気量Ｑaを予め設定された判定値Ｑa0と比較し、吸入空気量Ｑaが判定値Ｑa0未満のとき、即ち、エンジン１が低速運転領域にあるときには、切換弁３７を駆動制御して上流側ケーシング３２を低速流路３５側と接続させる。その結果、上流側ケーシング３２の前段酸化触媒３３及びＤＰＦ３４を流通後の排ガスが低速流路３５側に案内されて、低速側フィン装置４３により排ガスに旋回流が生起される。図２に示すように低速側フィン装置４３のフィン角度αは大きな値（フィン角度が深い）に設定されていることから、排ガスは流通方向を急激に変化されて比較的強い旋回流を生起する。この旋回流は低速流路３５から第２パイプ３１ｂに到達した時点でも維持されており、旋回流中に噴射ノズル４２から尿素水溶液が噴射されて霧化・拡散され、上記のようにＳＣＲ触媒４０上でＮＨ_３を利用したＮＯxの浄化が行われる。

また、吸入空気量Ｑaが判定値Ｑa0以上のとき、即ち、エンジン１が高速運転領域にあるときには、ＥＣＵ５１は切換弁３７を駆動制御して上流側ケーシング３２を高速流路３６側と接続させる。その結果、上流側ケーシング３２の前段酸化触媒３３及びＤＰＦ３４を流通後の排ガスが高速流路３６側に案内されて、高速側フィン装置４４により排ガスに旋回流が生起される。図３に示すように高速側フィン装置４４のフィン角度αは小さな値（フィン角度が浅い）に設定されていることから、排ガスは流通方向を緩やかに変化されて比較的弱い旋回流を生起し、この旋回流中に噴射ノズル４２から尿素水溶液が噴射されて霧化・拡散されてＳＣＲ触媒４０上でのＮＯx浄化に利用される。

以上のエンジン運転領域に応じたフィン装置４３，４４の選択は、以下に述べる知見に基づくものである。
エンジン１の低速運転領域では排ガス流量が少なく、このとき排ガスの流速の低下と相俟ってフィン装置４３，４４の旋回流により排ガスの拡散性を向上させる要求が高まる一方、排ガス流量が少ない状況ではエンジン１の排圧が増大する虞は低い。これに対して、エンジン１の高速運転領域では排ガス流量が多く、排ガスの流速の増加と相俟って元々排ガスの拡散性が高いため、フィン装置４３，４４の旋回流により排ガスの拡散性を向上させる必要はそれほどない一方、排ガス流量が多い状況ではエンジン１の排圧が増大して許容値を上回る虞が生じる。このように旋回流の生起と排圧増大の抑制との双方の必要性はトレードオフの関係にあってエンジン１の運転領域に応じて変化し、エンジン１の運転領域は排ガス流量と相関する吸入空気量Ｑaに基づいて判別可能である。

以上の知見に基づき本実施形態では、独立して形成した低速流路３５と高速流路３６とに低速側フィン装置４３及び高速側フィン装置４４を設けて、切換弁３７の切換に応じて何れか一方のフィン装置４３，４４を選択可能に構成した上で、吸入空気量Ｑaに基づくエンジン１の運転領域（低速運転領域か高速運転領域か）に応じて切換弁３７を駆動制御し、運転領域から要求される要件（旋回流の生起を重視するか排圧増大の抑制を重視するか）に適合するフィン装置４３，４４を選択するように構成した。

従って、低速運転領域では図２に示す低速側フィン装置４３により比較的強い旋回流が生起されるため、排ガスの拡散性が低下傾向となるこの低速運転領域でも拡散性を向上して尿素水溶液を排ガス中に十分に拡散できる。また、大きなフィン角度αが設定された低速側フィン装置４３では排圧が増大し易いが、元々排ガス流量が少ない低速運転領域では排圧がエンジン１の許容値を越える虞は全くない。

一方、高速運転領域では図３に示す小さなフィン角度βが設定された高速側フィン装置４４が適用されるため、旋回流の生起に伴う排圧の増大は最小限に抑制されてエンジン１の許容値を越える事態を未然に防止できる。また、高速側フィン装置４４により生起される旋回流は比較的弱いものであるが、元々高速運転領域では排ガスの拡散性が高いため、排ガス中への尿素水溶液の拡散不足が生じる虞は一切ない。

従って、本実施形態のエンジン１の排気浄化装置によれば、旋回流の生起と排圧増大の抑制とを両立させて、エンジン１の運転領域に関わらず排圧の増大によるトラブルを未然に防止した上で、排ガスの撹拌により尿素水溶液の拡散を十分に促進して良好なＮＯx浄化性能を実現することができる。
なお、エンジン１の排気流量は吸入空気量Ｑaから判定する他に、エンジン１の回転速度Ｎe及び燃料噴射量Ｑから推定することもできる。よって、予め設定されたマップに基づき回転速度Ｎe及び燃料噴射量Ｑからエンジン１の運転領域を判定し、判定した運転領域に対応するフィン装置４３，４４を選択するようにしてもよい。

また、本実施形態では低速流路３５と高速流路３６との分岐部に切換弁３７を設けたが、これに代えて両流路３５，３６の合流部に切換弁３７を設けてもよい。
また、本実施形態では第２パイプ３１ｂに単一の噴射ノズル４２を設けたが、これに限ることはなく、例えば低速流路３５と高速流路３６とに個別に噴射ノズル４２を設けて切換弁３７の切換に応じて何れか一方の噴射ノズル４２を選択的に作動させてもよい。さらに、このように両流路３５，３６の個別に噴射ノズル４２を設ける場合、それぞれの噴射ノズル４２の位置はフィン装置４３，４４の下流側に限定されず上流側に配置してもよい。
［第２実施形態］
次に、本発明を別のディーゼルエンジン１の排気浄化装置に具体化した第２実施形態を説明する。

本実施形態の排気浄化装置は、第１実施形態で述べたものに比較して全体的な構成が共通であり、相違点はフィン装置及びその周辺の排気通路の構成にある。従って、構成が共通の箇所は同一部材番号を付して説明を省略し、相違点を重点的に述べる。
図４は本実施形態の排気浄化装置を示す部分的な構成図であり、図示しない箇所は第１実施形態のものと同様である。本実施形態では第１実施形態のように排気通路１１を低速流路３５と高速流路３６とに分岐させずに１本の流路とし、単一のフィン装置を設けている。即ち、上流側ケーシング３２と下流側ケーシング３９とは第２パイプ３１ｂにより直接的に接続され、この第２パイプ３１ｂに上記噴射ノズル４２と共に可変フィン装置６１（可変撹拌手段）が配置されている。勿論、可変フィン装置６１と噴射ノズル４２との位置関係は図示に限定されるものではなく、双方の位置を逆転させてもよい。

図５は可変フィン装置６１を示す斜視図であり、本実施形態の可変フィン装置６１はフィン角度を変更可能に構成されている。詳述すると、第２パイプ３１ｂ内には一対の支軸６２が９０度交差した状態で配設され、両支軸６２は中央の交差点を相互に溶接されると共に、両支軸６２の両端はそれぞれ第２パイプ３１ｂの内周壁に溶接されている。各支軸６２により第２パイプ３１ｂ内は４等分に区画され、これにより形成された扇状の各流路６３を排ガスが流通する。交差点を中心として支軸６２の４箇所にはそれぞれフィン６４の基端側が軸支され、各フィン６４は四角板状をなして基端側から排気下流側に向けて延設され、支軸６２を中心として先端側を揺動し得る。

全てのフィン６４を内包するように第２パイプ３１ｂ内には円環状をなす操作リング６５が配設され、操作リング６５は各フィン６４の先端側に対してピン６６により相対回動可能に軸支されている。操作リング６５の一側には操作ロッド６７の一端が連結され、操作ロッド６７の他端は、第２パイプ３１ｂの内周壁を貫通して外部に配置されたアクチュエータ６８に連結されている。

アクチュエータ６８により操作ロッド６７が軸方向に操作されると、矢印で示すように操作リング６５が周方向に操作されて、各フィン６４が支軸６２を中心として一斉に同一方向に揺動操作される。アクチュエータ６８によるフィン６４の可動範囲は、第１実施形態で述べた低速側フィン装置４３のフィン角度αと高速側フィン装置４４のフィン角度βとの間に相当するように設定され、各フィン６４はアクチュエータ６８の一方のストロークエンドで角度αに調整され、他方のストロークエンドで角度βに調整される。なお、必ずしも第１実施形態と同一のフィン角度に設定する必要はなく、異なるフィン角度に設定してもよい。

このアクチュエータ６８によるフィン角度の制御は、ＥＣＵ５１により以下の手順で実行される。
フィン角度の制御は第１実施形態と同じくエンジン１の吸入空気量Ｑaに基づいて実行されるが、無段階でフィン角度を調整可能な本実施形態の可変フィン装置６１の特徴を活かして、吸入空気量Ｑaに対応するフィン角度（実際はアクチュエータ６８の作動量）を算出して、その算出値に基づいてアクチュエータ６８を駆動制御している。具体的には、低速運転領域に相当する吸入空気量Ｑａでは各フィンは大きな角度αに制御され、これにより排ガスの流通方向が急激に変化されて強い旋回流を生起する。この運転領域から吸入空気量Ｑaが増大するに従って次第にフィン角度が縮小され、それに伴ってフィンによる排ガスの流通方向の変化が次第に緩やかなものとなり、高速運転領域に相当する吸入空気量Ｑａでは小さな角度βに制御されて、生起される旋回流は弱いものとなると共に、排圧の増大は抑制される。

以上のＥＣＵ５１のフィン角度の制御によれば、第１実施形態と同様の作用効果が得られ、重複する説明はしないが、旋回流の生起と排圧増大の抑制とを両立させて、エンジン１の運転領域に関わらず排圧の増大によるトラブルを未然に防止した上で、排ガスの撹拌により尿素水溶液の拡散を十分に促進して良好なＮＯx浄化性能を実現することができる。

しかも、フィン角度を無段階で制御しているため、常にエンジン１の運転領域に対して最適なフィン角度をもって旋回流を生起でき、もって、旋回流の生起と排圧増大の抑制とを第１実施形態より一層高次元で両立させることができる。
なお、本実施形態の構成を採った場合、必ずしもフィン角度を無段階で制御する必要はなく、例えば第１実施形態と同様に角度αと角度βとの２位置間で切換制御してもよい。

以上で実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態に限定されるものではない。例えば上記各実施形態では、ＮＯx浄化用にＳＣＲ触媒４０を備えたディーゼルエンジン１の排気浄化装置に具体化したが、還元剤の供給を要する還元触媒を備えたエンジンであればこれに限ることはない。例えば排ガス中のＮＯxを吸蔵する吸蔵型ＮＯx触媒を排気通路に備え、吸蔵したＮＯxをＮＯx触媒から放出還元するために、還元剤として燃料を排気通路内に噴射するＮＯxパージを定期的に実行する必要があるエンジンに適用してもよい。この場合には図１においてＳＣＲ触媒４０を吸蔵型ＮＯx触媒に置換した構成となるが、第１実施形態或いは第２実施形態のフィン装置４３，４４，６１等の構成を採ることにより、各実施形態と同様に、旋回流の生起による排ガス中への燃料の拡散促進と排圧増大の抑制とを両立できる作用効果が得られる。

また、上記各実施形態では、撹拌手段として排ガスに旋回流を生起させるフィン装置４３，４４，６１を設けたが、撹拌手段の構成はこれに限定されるものではない。例えば排ガスを撹拌する作用は、排ガス流通方向に対して所定角度に邪魔板を配置することでも得られ、邪魔板の角度に応じて排ガスの撹拌作用と排圧の発生状況とが変化する。従って、第１実施形態のように低速運転領域用の深い角度の邪魔板と高速運転領域用の浅い角度の邪魔板とを個別の流路に設けて、吸入空気量Ｑaなどに応じて切換えるようにしてもよいし、第２実施形態のように邪魔板の角度を吸入空気量Ｑaなどに応じて制御するようにしてもよい。

第１実施形態のディーゼルエンジンの排気浄化装置を示す全体構成図である。第１実施形態の低速側フィン装置を示す斜視図である。第１実施形態の高速側フィン装置を示す斜視図である。第２実施形態のディーゼルエンジンの排気浄化装置を示す部分的な構成図である。第２実施形態の可変フィン装置を示す斜視図である。

符号の説明

１エンジン（内燃機関）
１１排気通路
３５低速流路（第１の流路）
３６高速流路（第２の流路）
３７切換弁（流路切換手段）
４０ＳＣＲ触媒（還元触媒）
４２噴射ノズル（還元剤供給手段）
４３低速側フィン装置（第１の撹拌手段）
４４高速側フィン装置（第２の撹拌手段）
５１ＥＣＵ（制御手段）
６１可変フィン装置（可変撹拌手段）

Claims

内燃機関の排気通路の一部を構成し、該排気通路に設けられた還元触媒の上流側で相互に独立した流路を形成して、それぞれ上記内燃機関側と上記還元触媒側とを連通する第１の流路及び第２の流路と、
上記内燃機関の排ガスを上記第１の流路または第２の流路に選択的に流通させる流路切換手段と、
上記排気通路の上記還元触媒の上流側に設けられ、該排気通路内に還元剤を供給する還元剤供給手段と、
上記第１の流路に設けられて内部を流通する排ガスを撹拌する第１の撹拌手段と、
上記第２の流路に設けられて内部を流通する排ガスを撹拌し、該撹拌による排ガスの拡散性が上記第１の撹拌手段より低く設定された第２の撹拌手段と、
上記内燃機関の運転領域に基づき上記流路切換手段を切換える制御手段と
を備えたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
上記制御手段は、上記内燃機関が所定の低速運転領域のときに排ガスを上記第１の流路に流通させるように上記流路切換手段を切換え、上記内燃機関が所定の高速運転領域のときに排ガスを上記第２の流路に流通させるように上記流路切換手段を切換えることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置。
内燃機関の排気通路に設けられた還元触媒と、
上記排気通路の上記還元触媒の上流側に設けられ、該排気通路内に還元剤を供給する還元剤供給手段と、
上記排気通路の上記還元触媒の上流側に設けられて内部を流通する排ガスを撹拌すると共に、該撹拌による排ガスの拡散性を可変可能な可変撹拌手段と、
上記内燃機関の運転領域に基づき上記可変撹拌手段の拡散性を制御する制御手段と
を備えたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
上記制御手段は、上記内燃機関が所定の低速運転領域のときに上記可変撹拌手段の拡散性を増加側に制御し、上記内燃機関が所定の高速運転領域のときに上記可変撹拌手段の拡散性を低下側に制御することを特徴とする請求項３記載の内燃機関の排気浄化装置。