专利名称：内燃机的排气净化装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及内燃机的排气净化装置。
背景技术：
在具备柴油机微粒过滤器(以下称作“DPF”)、选择性催化还原脱硝装置(以下称作“SCR装置”)、Ν0χ储存还原催化剂(以下称作“NSR催化剂”)的内燃机的排气净化装置中，在DPF、SCR装置、NSR催化剂的上游的排气通路内，配置有添加还原剂的添加剂供给装置，在DPF、SCR装置、NSR催化剂中，使从添加剂供给装置供给的添加剂与排气反应来进行排气净化，而为了防止添加剂在DPF、SCR装置、NSR催化剂白白通过，有效地利用添加剂，优选使添加剂与排气充分混合，并且使添加剂广阔地分散于排气通路的整个截面。因此，以往在添加剂供给装置的下游，且在DPF、SCR装置、NSR催化剂的上游侧配置分散板，以使添加剂与排气混合，使添加剂广阔地分散于排气通路的整个截面。但是，凭借配置分散板的方法无法避免排气气流的压损的上升。因此，在日本国专利公开2007-205308号公报中公开有如下的技术在从设置于内燃机排气通路的排气净化装置的上游侧供给用于净化排气中的特定成分的净化剂的内燃机的排气净化装置中，设置排气通路的截面积逐渐缩小的倾斜部，在排气气体经过倾斜部而会聚的部位的附近、且是排气通路的中央部附近配设喷射口，从该喷射口沿排气通路的径向喷射净化剂，由此提高净化剂的扩散性。在日本国专利公开2007-205308号公报的排气净化装置中，在排气气体的流速最大的部位，从排气通路的中心部附近沿径向喷射净化剂，因此能够防止净化剂附着在排气通路的内壁。但是，在这样的结构中，当排气的流速快的情况下，担心所喷射的净化剂会被流过排气通路中央附近的排气气流带走而导致扩散性下降。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够使向内燃机的排气净化装置供给的添加剂均勻地分散至排气中的方法。根据技术方案1所记载的发明，提供一种内燃机的排气净化装置，设置于内燃机排气通路的上游侧排气净化装置及下游侧排气净化装置由排气管连接，该排气管的截面积比上游侧排气净化装置的截面积及下游侧排气净化装置的截面积小，其中，上述内燃机的排气净化装置具备喷射机构，该喷射机构设置在上游侧排气净化装置与下游侧排气净化装置之间，朝排气通路内喷射与排气中的特定成分反应的添加剂；以及连接通路部，该连接通路部连接上游侧排气净化装置的催化剂的排气出口与排气管，将连接通路部形成为，使上游侧排气净化装置的排气气流方向中心轴线与排气管的排气气流方向中心轴线不一致， 将喷射机构配置在连接通路部，并以使添加剂到达连接通路部的对置的壁面的方式喷射添加剂，使添加剂与排气混合。即，在技术方案1的发明中，在DPF、SCR装置、NSR催化剂的前部具有上游侧排气净化装置的系统中，朝设置在前部的上游侧排气净化装置的催化剂与排气管之间的、从催化剂朝向排气管的连接通路部中供给添加剂，利用在从催化剂朝向排气管的连接通路部中产生的强漩涡流，在不会产生排气的压损的状态下使添加剂混合、蒸发至排气中。由于从催化剂朝向排气管的连接通路部的内部的容量比排气管的容量大，故借助使添加剂通过从催化剂朝向排气管的连接通路部，能促进添加剂的蒸发，并且利用该连接通路部内的强漩涡流、 连接通路部与排气管的汇合部的管径缩小所带来的效果，使添加剂有效地混合、蒸发。根据技术方案2所记载的发明，提供一种内燃机的排气净化装置，在技术方案1所记载的内燃机的排气净化装置的基础上，连接通路部具备通路截面积从上游侧排气净化装置的催化剂的排气出口截面积起逐渐缩小的通路部。即，在技术方案2的发明中，技术方案1中所记载的从催化剂朝向排气管的连接通路部的截面积逐渐缩小，在这种情况下，向逐渐缩小的通路部供给添加剂，利用在从催化剂朝向排气管的连接通路部中产生的强漩涡流，在不会产生排气的压损的状态下使添加剂混合、蒸发至排气中。在该情况下，由于从催化剂朝向排气管的连接通路部的内部的容量比排气管的容量大，故借助使添加剂通过从催化剂朝向排气管的连接通路部，能促进添加剂的蒸发，并且利用该连接通路部内的强漩涡流、连接通路部与排气管的汇合部的管径缩小所带来的效果，使添加剂有效地混合、蒸发。 根据技术方案3所记载的发明，提供一种内燃机的排气净化装置，在技术方案1或 2所记载的内燃机的排气净化装置的基础上，该内燃机的排气净化装置具备旁通通路，该旁通通路绕过上游侧排气净化装置并与连接通路部汇合，喷射机构朝汇合部喷射添加物。即，在技术方案3的发明中，在具备绕过上游侧排气净化装置而与连接通路部汇合的旁通通路的情况下，向汇合部附近添加添加剂，利用通过汇合所产生的排气漩涡流，使添加剂与排气有效地混合。在该情况下，为了避免炭烟堵塞添加剂的喷射机构，沿旁通气流流入连接通路部的流动方向喷射添加剂的方案是有利的。根据技术方案4所记载的发明，提供一种内燃机的排气净化装置，在技术方案1 3中任意一项所记载的内燃机的排气净化装置的基础上，下游侧排气净化装置具备进行基于尿素添加的选择性催化还原的催化剂，喷射机构向上游侧排气净化装置的催化剂的下端部喷射添加剂，使添加剂与催化剂的下端部碰撞。即，在技术方案4的发明中，当下游侧排气净化装置具备进行基于尿素添加的选择性催化还原的催化剂的情况下，即便以与上游侧的催化剂接触的方式喷射尿素，尿素也不会发热，因此使尿素积极地与上游侧的催化剂碰撞，利用上游侧的催化剂床温促进尿素的水解，提高由水解生成的氨气相对于排气的扩散性。此外，能够借助尿素与上游侧的催化剂碰撞所产生的混合效果来提高扩散性。根据技术方案5所记载的发明，提供一种内燃机的排气净化装置，在技术方案1 4中任意一项所记载的内燃机的排气净化装置的基础上，在连接通路部内设置分散板，该分散板促进所喷射的添加剂与排气的混合。即，在技术方案5的发明中，当在从催化剂朝向排气管的连接通路部中使添加剂混合、蒸发至排气中的情况下，在连接通路部内配置分散板，能够进一步促进添加剂相对于排气中的混合。由于连接通路部内的流速缓，故即便配置分散板，压损的产生也小。因此， 能够在连接通路部内促进排气与添加剂之间的混合而完成均勻化，能够缩短连接通路部下游的排气管的长度。根据技术方案6所记载的发明，提供一种内燃机的排气净化装置，在技术方案1 5中任意一项所记载的内燃机的排气净化装置的基础上，将连接通路部形成为，使排气管的排气气流方向中心轴线与上游侧排气净化装置的中心轴线既不平行也不交叉。即，在技术方案6的发明中，将连接通路部形成为，使排气管的排气气流方向中心轴线既不与上游侧排气净化装置的中心轴线平行、也不与上游侧排气净化装置的中心轴线交叉，使沿从上游侧的催化剂朝向排气管的连接通路部的壁面被分为2个方向而产生的强漩涡流不对称，加长一方的漩涡流的回旋距离，从而进一步提高了添加剂的混合效果。根据技术方案7所记载的发明，提供一种内燃机的排气净化装置，在技术方案1 6中任意一项所记载的内燃机的排气净化装置的基础上，内燃机的排气净化装置具备对添加添加剂时的喷射量或者喷射间隔进行控制的控制机构，控制机构基于所喷射的添加剂相对于排气通路壁面的附着面积、和壁面的温度或者排气温度，来确定所喷射的添加剂在排气管内不生成液膜的喷射条件，并使上游侧排气净化装置的催化剂的催化剂床温上升。即，以往，仅考虑下游侧排气净化装置的催化剂的入口的排气气体温度来进行添加剂的喷射控制，但是，即便是添加剂在下游侧排气净化装置的催化剂的跟前蒸发的情况下，也可能会在紧随喷射机构的排气管中生成液膜，成为添加剂积存、炭烟堆积的原因。因此，考虑作为液膜生成的主要因素的添加剂的附着面积、附着位置的壁温、添加剂的喷射量以及喷射间隔，使上游侧排气净化装置的催化剂的床温上升，以免在紧随添加剂的喷射机构的排气管中生成液膜。根据技术方案8所记载的发明，提供一种内燃机的排气净化装置，在技术方案1 7中任意一项所记载的内燃机的排气净化装置的基础上，内燃机的排气净化装置具备测定连接通路部的下游的排气管内的排气温度的温度传感器，基于所喷射的添加剂的气化潜热来修正测定的排气温度，求出上游侧排气净化装置的温度。S卩，为了防止因添加剂的附着而导致的误测，并且高精度地进行添加剂的气化潜热的修正，优选将排气温度传感器配置在添加剂可靠地蒸发了的连接通路部的下游的排气管内。因此，在技术方案8的发明中，将温度传感器配置在连接通路部的下游的排气管内， 通过对测定的温度进行添加剂的气化潜热的修正，由此求出上游侧排气净化装置的温度。根据技术方案9所记载的发明，提供一种内燃机的排气净化装置，在技术方案1或 2所记载的内燃机的排气净化装置的基础上，瞄准连接通路部的对置的壁面的、朝向排气管的弯曲部喷射添加剂。如此一来，添加剂与连接通路部的壁面大范围地接触，良好地促进添加剂相对于排气中的混合、蒸发，是有利的。根据各技术方案所记载的发明，能够起到使向内燃机的排气净化装置供给的添加剂均勻地分散至排气中的共通的效果。
图1中，(a)、(b)分别是对在将本发明应用于内燃机的排气净化装置的情况下的、 实施方式的概略结构进行说明的图，图2中，(a)、(b)分别是对产生不良情况的实施方式的概略结构进行说明的图，图3中，(a)、(b)是对在将本发明应用于内燃机的排气净化装置的情况下的、应该避开的范围进行说明的图，图4中，(a)是对在将本发明应用于内燃机的排气净化装置的情况下的、实施方式的概略结构进行说明的图，(b)是对产生不良情况的实施方式的概略结构进行说明的图，图5中，(a)、(b)、(c)、(d)、(e)分别是对在将本发明应用于内燃机的排气净化装置的情况下的、实施方式的概略结构进行说明的图，图6是对在将本发明应用于内燃机的排气净化装置的情况下的、实施方式的概略结构进行说明的图，图7 是对在将本发明应用于内燃机的排气净化装置的情况下的、其他实施方式的概略结构进行说明的图，图8是对在将本发明应用于内燃机的排气净化装置的情况下的、实施方式的概略结构进行说明的图，图9中，(a)是对在将本发明应用于内燃机的排气净化装置的情况下的、实施方式的概略结构进行说明的图，(b)是对因不同于本发明的结构而产生不良情况的情况进行说明的图，图10中，(a) (i)是对在将本发明应用于内燃机的排气净化装置的情况下的、实施方式的概略结构进行说明的图，图11中，(a)、(b)是对在将本发明应用于内燃机的排气净化装置的情况下的、其他实施方式的概略结构进行说明的图，图12是对在将本发明应用于内燃机的排气净化装置的情况下的、另外的实施方式的概略结构进行说明的图，图13是对在将本发明应用于内燃机的排气净化装置的情况下的、另外的实施方式的概略结构进行说明的图，图14是对在将本发明应用于内燃机的排气净化装置的情况下的、 另外的实施方式的概略结构进行说明的图，(a)是与图10(a)相同的图，(b)是与(a)进行比较而对本实施方式的概略结构进行说明的图，图15是对在将本发明应用于在内燃机的排气净化装置的情况下的、另外的实施方式的概略结构进行说明的图，图16是对在将本发明应用于内燃机的排气净化装置的情况下的、另外的实施方式的概略结构进行说明的流程图，图17是对图16的流程图进行补充的说明图，图18是对在将本发明应用于内燃机的排气净化装置的情况下的、另外的实施方式的概略结构进行说明的图，(a)是从连接通路部2 的截面方向进行观察的图，(b)是从连接通路部2的斜上方进行观察的立体图。
具体实施例方式以下，使用附图对本发明的实施方式进行说明。另外，在多个附图中，对相同或相当的部件标注相同的标号。图6与图7中示出本发明所涉及的内燃机的排气净化装置的整体装置结构。图6 是由氧化催化剂转换器(以下称作“00”)11、赂1 催化剂12、DPF 20构成的内燃机的排气净化装置的实施方式，图7是由DPF 13与SCR装置或NSR催化剂20'构成的内燃机的排气净化装置的实施方式。本发明所涉及的内燃机的排气净化装置具备设置于内燃机排气通路的上游侧排气净化装置1或者1'、下游侧排气净化装置20或者20'、以及喷射机构3， 该喷射机构3设置在上游侧排气净化装置1或者Γ与下游侧排气净化装置20或者20 ‘ 之间，用于向排气通路内喷射与排气中的特定成分反应的添加剂。上游侧排气净化装置1 或者1'与下游侧排气净化装置20或者20'之间由排气管7连接。排气管7的截面积比上游侧排气净化装置的截面积以及上游侧排气净化装置的截面积小。在这种情况下，设置连接上游侧排气净化装置1的催化剂12的排气出口或者上游侧排气净化装置1 ‘的催化剂 13的排气出口与排气管7的连接通路部2。图8是对上述的连接通路部2进行说明的图，图8所示的上游侧排气净化装置的催化剂10相当于图6的实施方式的上游侧排气净化装置1的催化剂12或者图7的实施方
6式的上游侧排气净化装置1'的催化剂13。即，连接通路部2形成为，使从上游侧排气净化装置的催化剂10流出的排气气流方向中心轴线与排气管7(参照图6、7)的排气气流方向中心轴线不一致。并且。喷射机构3的喷射口以向连接通路部2喷射添加剂的方式配置， 喷射机构的喷射压设定为内燃机运转时所喷射的添加剂到达对置的连接通路壁面的压力， 所喷射的添加剂随着排气的漩涡流与排气有效地混合。S卩，在DPF、SCR装置、NSR催化剂的前部具有上游侧排气净化装置的系统中，将添加剂供给至设置在前部的上游侧排气净化装置的催化剂10与排气管7(参照图6、7)之间的、从催化剂10朝向排气管7的连接通路部2中，利用在从催化剂10朝向排气管7的连接通路部2中产生的强漩涡流，在不会产生排气的压损的状态下使添加剂混合、蒸发至排气中。由于从催化剂10朝向排气管7的连接通路部2的内部的容量比排气管7的容量大，故借助使添加剂通过从催化剂10朝向排气管7的连接通路部2，能促进添加剂的蒸发，并且利用该连接通路部2内的强漩涡流、连接通路部2与排气管的汇合部的管径缩小所带来的效果，使添加剂有效地混合、蒸发。在该情况下，如图1的(a)、(b)所示，优选为，连接通路部2是通路截面积从上游侧排气净化装置的催化剂10的排气出口截面积起逐渐缩小的通路部，并且优选为将喷射机构3的喷射口配置为向排气通路截面积逐渐缩小的通路部喷射添加剂。S卩，如图1的(a)、(b)所示，从催化剂10朝向排气管7的连接通路部2的截面积逐渐缩小，向该逐渐缩径的通路部供给添加剂，利用在从催化剂10朝向排气管7的连接通路部2中产生的强漩涡流，在不会产生排气的压损的状态下使添加剂混合、蒸发至排气中。 在这种情况下，由于从催化剂10朝向排气管7的连接通路部2的内部的容量比排气管7的容量大，故借助使添加剂通过从催化剂10朝向排气管7的连接通路部2，能促进添加剂的蒸发，并且利用该连接通路部2内的强漩涡流、连接通路部2与排气管的汇合部的管径缩小所带来的效果，使添加剂有效地混合、蒸发。此外，如图1的(a)、(b)所示，优选将喷射机构3的喷射压设定为内燃机运转时所喷射的添加剂到达连接通路部2的对置的壁面的压力。图2的(a)、(b)中示出喷射压不足的情况。图2(a)中的喷射机构3的配置与图 1(a)中的喷射机构3的配置对应、图2(b)中的喷射机构3的配置与图1(b)中的喷射机构 3的配置对应，但是，在喷射压不足的图2的(a)、(b)的情况下，所喷射的添加剂在不利用在连接通路部2中产生的强漩涡流的状态下被向排气管7排出，因此无法使添加剂充分地混合、蒸发至排气中。S卩，如图3的(a)、(b)所示，在流过催化剂10整体的排气A中，存在从连接通路部 2向排气管直接流出的气流B，当如图2的(a)、(b)那样喷射压小的情况下，所喷射的添加剂随着气流B流出，因此无法与排气充分混合。针对喷射方向的设置也会导致上述状况。S卩，当沿图4(a)所示的喷射方向喷射添加剂的情况下，能够利用在连接通路部2中产生的强漩涡流有效地使添加剂混合、蒸发至排气中，而当沿图4(b)所示的喷射方向喷射添加剂的情况下，所喷射的添加剂随着气流B 向排气管7排出，因此无法与排气充分混合。图5的(a)、(b)、(c)、(d)、(e)是对所喷射的添加剂到达连接通路2的对置的壁面的情况进行说明的图。如图5的(a)、(b)所示，当将喷射方向与连接通路部2内的气流的流动方向所成的夹角设定为α时，在到达连接通路2的对置的壁面的情况下的喷射压与角度α之间存在如图5(d)那样的关系。S卩，角度α越小，换言之，喷射方向越趋向与连接通路部2内的排气气流方向相反的方向，则喷射压需设定得越大。并且，由于相对于排气气体流量( 的添加剂的供给量已确定，故如图5(c)所示，如果排气气体流量( 增大，则喷射压也必须增大。因此，排气气体量( 一旦确定，即可由图5(c)确定喷射压，并以能够获得该喷射压的方式依据图5(d)确定喷射方向。即，确定喷射口的安装方向。但是，如图5(c) 所示，由于待处理的排气气体量( 存在上限，故喷射机构3的喷射压存在上限，喷射机构3 的喷射压设定在上限喷射压以下。并且，当喷射方向与连接通路部2内的气流的流动方向所成的夹角α处于90度< α < 180度的范围时，可利用的排气气体的回旋距离变短，添加剂容易以未充分扩散于排气气体的状态流出，因此如图5(e)所示，优选增大喷雾角β， 从而促进添加剂相对于排气气体的混合、蒸发。在上述的结构中，在连接通路部2的上游，催化剂10的存在是不可缺少的。即，如图9(a)所示，当在连接通路部2的上游存在催化剂的情况下，排气气体流在连接通路部2 内扩散而产生气流C，从而产生图8所示的良好的漩涡流，而当如图9 (b)所示在连接通路部 2的上游不存在催化剂的情况下，在连接通路部2内产生死区容积(dead V0lUme)D，无法产生图8所示的良好的漩涡流。图10的(a) (i)是利用连接通路部2的俯视图对在连接通路部2内使添加剂与排气气体良好混合的各种实施方式进行说明的图。图10(a)示出连接通路部2内的排气气体的漩涡流E-E，排气气体在连接通路部2内被分为相互朝向相反方向的2个方向而回旋，之后从出口 4被排出，流向排气管7 (参照图6、7)。因此，当从喷射机构3如图10(b)那样喷射添加剂的情况下，添加剂随着漩涡流E-E如图10(c)那样扩散、混合。并且，当如图 10(d)所示那样沿连接通路部2内的直径方向插入冲孔板5的情况下，添加剂如图10(e)那样在被冲孔板5分散后随着漩涡流E-E扩散、混合。在该情况下，当将冲孔板如图所示沿将漩涡流E-E左右对称地分开的直径方向配置时，由于排气气体的中央流线与冲孔板平行， 故能够避免因插入冲孔板而产生压损。此外，如图10(f)所示，当使连接通路部2的形状变形，并朝变形部喷射添加剂而使添加剂与变形部碰撞的情况下，添加剂会如图10(g)那样扩散、混合。在此，当将添加剂向连接通路部2的出口 4喷射的情况下，无法像图10(b)、(c) 那样充分获得扩散距离，因此如图10(h)那样以大喷雾角喷射添加剂，使其如图10 (i)那样随着相互反向的漩涡流E-E，并利用漩涡流E-E汇合时的碰撞来提高添加剂的扩散性。图11的(a)、(b)中示出如下的实施方式该实施方式具备绕过上游侧排气净化装置而与连接通路部2汇合的旁通通路5，并将喷射机构3的喷射口配置为向汇合部喷射添加剂。S卩，在图11的(a)、(b)中，在具备绕过上游侧排气净化装置而与连接通路部2 汇合的旁通通路5的情况下，向汇合部附近添加添加剂，并利用因汇合而产生的排气漩涡流使添加剂与排气有效地混合。在该情况下，为了避免炭烟堵塞添加剂的喷射机构，如图 11(a)那样沿旁通气流流入连接通路部2的流动方向喷射添加剂的方案是有利的。当下游侧排气净化装置如图7的20'的SCR装置那样，具备进行基于尿素添加的选择性催化还原的催化剂的情况下，采用如下配置是有利的如图12所示，将喷射机构3的喷射口配置成向上游侧排气净化装置的催化剂10的下端部喷射尿素，并使尿素与催化剂10的下端部碰撞。S卩，在图12中，当下游侧排气净化装置如图7的20'的SCR装置那样具备进行基于尿素添加的选择性催化还原的催化剂的情况下，在选择性催化还原中所使用的尿素即便与上游侧的催化剂10接触也不会发热，因此使尿素积极地与上游侧的催化剂10碰撞，利用上游侧的催化剂床温促进尿素的水解，提高由水解产生的氨气相对于排气的扩散性。此外， 能够借助因尿素与上游侧的催化剂10碰撞而产生的混合效果来提高扩散性。在上述描述中，如图13所示，通过在连接通路部2内设置促进所喷射的添加剂与排气之间的混合的分散板6，能够进一步提高添加剂相对于排气气体的扩散性。S卩，当在从催化剂10朝向排气管7(参照图6、7)的连接通路部2中使添加剂混合、 蒸发至排气中的情况下，在连接通路部2内配置分散板6，进一步促进添加剂相对于排气中的混合。由于连接通路部2内排气气体的流速较缓，故即便配置分散板6，压损的产生也小。 因此，能够在连接通路部2内完成排气与添加剂之间的混合均勻化，能够缩短连接通路部2 的下游的排气管7的长度。并且，如图14(b)所示，当将连接通路部2形成为使排气管7 (参照图6、7)的排气气流方向中心轴线与上游侧排气装置的中心轴线既不平行也不交叉时，能够进一步促进添加剂相对于排气气体的混合。S卩，在图14(a)中配置成，在连接通路部2的俯视图中，漩涡流E_E左右对称地回旋，从排气出口 4流出，并流入排气管7，但是，如图14 (b)所示，形成为排气管7 (参照图6、 7)的排气气流方向中心轴线不经过连接通路部2的中心，使连接通路部2内的漩涡流E-E 不对称，一方的漩涡流E在连接通路部2内充分回旋。如此一来，能够进一步提高添加剂相对于在从上游侧的催化剂10(参照图8)朝向排气管7的连接通路部2中产生的强漩涡流的混合效果。在上述描述中，通过对添加时的喷射量或者喷射间隔进行控制而从喷射机构3喷射添加剂，但是，以往仅考虑下游侧排气净化装置的催化剂20、20'(参照图6、7)的入口的排气气体温度来进行添加剂的喷射控制。但是，即便是添加剂在下游侧排气净化装置的催化剂20、20'的跟前蒸发的情况下，也可能会在紧随喷射机构3的排气管7中生成液膜， 成为添加剂积存、炭烟堆积的原因。因此，考虑作为液膜生成的主要因素的添加剂的附着面积、附着位置的壁温、添加剂的喷射量以及喷射间隔，使上游侧排气净化装置1、1'的催化剂12、13的床温上升，以免在紧随添加剂的喷射机构3的排气管7中生成液膜。在上述情况下，如图15所示，所喷射的添加剂相对于排气通路2的壁面的附着面积S根据排气气体流量Ga、添加位置的不同而各异，因此预先在喷射控制机构中具备可根据所喷射的添加剂到达的壁面的面积和喷射时的排气气体流量( 求出添加剂相对于壁面的附着面积S的运转图。图16中示出基于上述的添加剂的喷射量或者喷射间隔的控制的流程图。即，在步骤100中确定添加剂相对于排气通路2的壁面的附着面积S，在步骤200中确定排气通路 2的壁面温度。壁面温度可依据排气温度传感器的检测值推定。在步骤300中依据附着面积S与壁面温度确定在排气管7不生成液膜的添加剂的最低添加间隔，并依据该添加剂的最低添加间隔逆运算下游侧排气净化装置的催化剂20、20'(参照图6、7)的目标床温T。 前进至步骤400，如果目标床温T在下游侧排气净化装置的催化剂20、20'的再生温度以下，则前进至步骤500，使上游侧排气净化装置1、1'的催化剂12、13的床温上升，直至达到催化剂20、20'的再生温度以上，当目标床温T达到催化剂20、20'的再生温度以上的情况下，前进至步骤600，开始喷射添加剂。在上述的控制中，如图17所示，当排气气体流量( 大的情况下，存在添加剂与排气气体流碰撞而微粒化的现象。即，难以在排气管7生成液膜。因此，相对于同一附着面积、同一壁温，排气气体流量( 越大，则添加剂相对于催化剂的最低添加间隔越长，即便上游侧排气净化装置1、1'的催化剂12、13的床温低，也不会在排气管7生成液膜。因此，在步骤300的确定添加剂的最低添加间隔的过程中，优选为根据排气气体流量( 对最低添加间隔进行修正。然而，以往，催化剂床温依据设置于催化剂下游的排气温度传感器的检测值、即通过催化剂后的排气温度推定。但是，在本发明中，当将排气温度传感器设置在连接通路2内时，担心液体的添加剂附着于排气温度传感器而导致误测，并且，由于添加剂在连接通路2 内未完全蒸发，故无法知晓蒸发量。因此，无法高精度地推定催化剂12、13的催化剂床温。 因此，优选为排气温度传感器设置于比连接通路部2更靠下游的排气管7，测定添加剂完全蒸发至排气气体中后的排气温度，并基于液体添加剂完全成为气体后的情况下的气化潜热来推定催化剂12、13的催化剂床温。在该情况下，如果排气温度传感器在排气管7中的设置位置过于远离连接通路部 2，则会因散热而导致排气温度降低，因此，排气温度传感器的设置位置优选为靠近连接通路部2，在一实施例中，偏好排气温度传感器的设置位置是从连接通路部2的出口朝下游偏离Omm 150mm的位置。图18是对在连接通路部2内使添加剂与排气气体良好地混合的又一实施方式进行说明的图，(a)是从连接通路部2的截面方向观察的图，(b)是从连接通路部2的斜上方观察的立体图。即，在该实施方式中，从喷射机构3瞄准连接通路部2的与喷射机构3对置的壁面的、朝向排气管的弯曲部喷射添加剂。如此一来，添加剂与连接通路部2的壁面大范围地接触，能够良好地促进添加剂相对于排气中的混合、蒸发，是有利的。标号说明Ul':上游侧排气净化装置；2 连接通路部；3 添加剂喷射机构；4、4':排气出口孔；5 旁通通路；6 分散板；7 排气管；10 催化剂；11 :CCo(氧化催化剂转换器)；12 NSR催化剂(NOx储存还原催化剂)；13 =DPF ；20 =DPF ；20' :SCR装置或者NSR催化剂；A 排气气流线；B 直通排气管的气流；C 在连接通路部扩展的排气气流；D 死区容积；E 漩涡流；S 燃料投影面积
权利要求
1.一种内燃机的排气净化装置，设置于内燃机排气通路的上游侧排气净化装置及下游侧排气净化装置由排气管连接，该排气管的截面积比上述上游侧排气净化装置的截面积及上述下游侧排气净化装置的截面积小，上述内燃机的排气净化装置的特征在于，上述内燃机的排气净化装置具备喷射机构，该喷射机构设置在上述上游侧排气净化装置与上述下游侧排气净化装置之间，朝排气通路内喷射与排气中的特定成分反应的添加剂；以及连接通路部，该连接通路部连接上述上游侧排气净化装置的催化剂的排气出口与上述排气管，将上述连接通路部形成为，使上述上游侧排气净化装置的排气气流方向中心轴线与上述排气管的排气气流方向中心轴线不一致，将上述喷射机构配置在上述连接通路部，并以使上述添加剂到达上述连接通路部的对置的壁面的方式喷射上述添加剂， 使上述添加剂与上述排气混合。
2.根据权利要求1所述的内燃机的排气净化装置，其特征在于，上述连接通路部具备通路截面积从上述上游侧排气净化装置的催化剂的排气出口截面积起逐渐缩小的通路部。
3.根据权利要求1或2所述的内燃机的排气净化装置，其特征在于，上述内燃机的排气净化装置具备旁通通路，该旁通通路绕过上述上游侧排气净化装置并与上述连接通路部汇合，上述喷射机构朝上述汇合部喷射上述添加物。
4 根据权利要求1 3中任意一项所述的内燃机的排气净化装置，其特征在于，上述下游侧排气净化装置具备进行基于尿素添加的选择性催化还原的催化剂，上述喷射机构向上述上游侧排气净化装置的催化剂的下端部喷射上述添加剂，使上述添加剂与上述催化剂的下端部碰撞。
5.根据权利要求1 4中任意一项所述的内燃机的排气净化装置，其特征在于， 在上述连接通路部内设置分散板，该分散板促进所喷射的上述添加剂与上述排气的混合。
6.根据权利要求1 5中任意一项所述的内燃机的排气净化装置，其特征在于，将上述连接通路部形成为，使上述排气管的排气气流方向中心轴线与上述上游侧排气净化装置的中心轴线既不平行也不交叉。
7.根据权利要求1 6中任意一项所述的内燃机的排气净化装置，其特征在于， 上述内燃机的排气净化装置具备对添加上述添加剂时的喷射量或者喷射间隔进行控制的控制机构，上述控制机构基于所喷射的上述添加剂相对于排气通路壁面的附着面积、 和上述壁面的温度或者排气温度，来确定所喷射的上述添加剂在上述排气管内不生成液膜的喷射条件，并使上述上游侧排气净化装置的催化剂的催化剂床温上升。
8.根据权利要求1 7中任意一项所述的内燃机的排气净化装置，其特征在于， 上述内燃机的排气净化装置具备测定上述连接通路部的下游的上述排气管内的排气温度的温度传感器，基于所喷射的上述添加剂的气化潜热来修正上述测定的排气温度，求出上述上游侧排气净化装置的温度。
9.根据权利要求1或2所述的内燃机的排气净化装置，其特征在于，瞄准上述连接通路部的对置的壁面的、朝向上述排气管的弯曲部喷射上述添加剂。
全文摘要
一种内燃机的排气净化装置，使供给至内燃机的排气净化装置的添加剂均匀地分散至排气中。上游侧排气净化装置及下游侧排气净化装置之间由排气管连接，该排气管的截面积比上游侧排气净化装置的截面积及下游侧排气净化装置的截面积小，该内燃机的排气净化装置具备连接通路部，该连接通路部连接上游侧排气净化装置的催化剂的排气出口与排气管，将连接通路部形成为，使上游侧排气净化装置的排气气流方向中心轴线与排气管的排气气流方向中心轴线不一致，将向排气通路内喷射添加剂的喷射机构配置在连接通路部，并以使添加剂到达连接通路部的对置的壁面的方式喷射添加剂。
文档编号B01D53/86GK102272420SQ201080004167
公开日2011年12月7日 申请日期2010年1月8日 优先权日2009年1月9日
发明者伊藤和浩, 福田光一朗, 美才治悠树 申请人:丰田自动车株式会社