WO2012131874A1 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

内燃機関の排気浄化装置 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to an exhaust emission control device disposed in an exhaust passage of an internal combustion engine, and in particular, by supplying a reducing agent derived from ammonia from a urea addition valve to a selective catalytic reduction catalyst, nitrogen oxide (NO X ) in exhaust gas is reduced.
  • the present invention relates to an exhaust purification device for purification.
  • Patent Document 1 discloses an internal combustion engine that includes a selective reduction catalyst provided in an exhaust passage of an internal combustion engine, and an addition valve that adds a reducing agent derived from ammonia to exhaust before flowing into the selective reduction catalyst.
  • a heat recovery device is provided that recovers the heat of the exhaust gas flowing out from the selective catalytic reduction catalyst and transmits the recovered heat to the vicinity of the addition valve.
  • Patent Document 2 describes a technique of providing a heater in an exhaust passage from an addition valve to a selective reduction catalyst in an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine including a selective reduction catalyst and an addition valve.
  • Patent Document 3 discloses a catalyst carrier provided in an exhaust passage of an internal combustion engine, an addition valve for supplying fuel into the exhaust passage upstream of the catalyst carrier, a glow plug for igniting the fuel supplied from the addition valve, An exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine equipped with is described.
  • Patent Documents 1 and 2 described above are techniques aimed at removing a solid material derived from a reducing agent when it accumulates in the exhaust passage.
  • urea aqueous solution When urea aqueous solution is used as a reducing agent derived from ammonia, cyanuric acid or melanin may be generated in addition to urea crystals.
  • cyanuric acid or melanin When the urea aqueous solution collides with the wall surface of the exhaust passage, moisture is evaporated and solidified on the wall surface. Thereafter, when the solid is exposed to an atmosphere of about 200 ° C. to 400 ° C., urea crystals, cyanuric acid, and melanin are easily generated.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and its purpose is to produce a selective reduction catalyst provided in an exhaust passage of an internal combustion engine and an ammonia-derived catalyst into an exhaust passage upstream of the selective reduction catalyst.
  • an exhaust emission control device for an internal combustion engine that includes a reducing agent supply device that supplies a reducing agent
  • the present invention provides a technique that can suitably remove solid material derived from the reducing agent that accumulates on the wall surface of the exhaust passage.
  • the present invention relates to an exhaust gas of an internal combustion engine provided with a selective reduction catalyst provided in an exhaust passage of the internal combustion engine and a reducing agent supply device for supplying a reducing agent derived from ammonia to an exhaust passage upstream of the selective reduction catalyst.
  • a reducing agent supply device for supplying a reducing agent derived from ammonia to an exhaust passage upstream of the selective reduction catalyst.
  • solids are removed without inducing the formation of urea crystals, cyanuric acid, and melanin by applying a flame to the place where the reducing agent supplied from the reducing agent supply device comes into contact. .
  • the exhaust emission control device for an internal combustion engine is: A selective reduction catalyst disposed in an exhaust passage of the internal combustion engine; A reducing agent supply device for supplying a reducing agent derived from ammonia into the exhaust passage upstream of the selective catalytic reduction catalyst; A fuel supply device for supplying fuel into the exhaust passage upstream of the selective catalytic reduction catalyst; An ignition device for generating a flame by igniting the fuel supplied from the fuel supply device; With The reducing agent supply device, the fuel supply device, and the ignition device are arranged so that the flame reaches a collision point between the reducing agent supplied from the reducing agent supply device and a wall surface of the exhaust passage. did.
  • a flame generated by the fuel supply device and the ignition device is generated at a collision point between the reducing agent supplied from the reducing agent supply device and the wall surface of the exhaust passage. Directly hit.
  • the solid material derived from the reducing agent adheres or accumulates.
  • an atmosphere of about 200 ° C. to 400 ° C. (hereinafter referred to as “denaturing atmosphere”), it changes into a hardly fusible substance.
  • a urea aqueous solution is used as a reducing agent derived from ammonia, it changes to cyanuric acid or melanin.
  • the solid matter as described above is exposed to a sufficiently high temperature atmosphere as compared with the modified atmosphere. become. At that time, the atmosphere to which the solid matter is exposed is not gradually raised through the modified atmosphere, but is heated to an atmosphere higher in temperature than the modified atmosphere. As a result, the solid matter is melted and removed without being modified to cyanuric acid or melanin.
  • the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine of the present invention it is possible to suitably remove the solid material derived from the reducing agent that accumulates on the wall surface of the exhaust passage.
  • the flame generated by the fuel supply device and the ignition means reaches the reducing agent supply device, there is a possibility that the reducing agent supply device is thermally deteriorated. Therefore, in the reducing agent supply device, the fuel supply device, and the ignition device, the flame reaches the collision point between the reducing agent supplied from the reducing agent supply device and the wall surface of the exhaust passage, and the flame reaches the reducing agent supply device. May be arranged so as not to reach. In that case, the solid material derived from the reducing agent can be removed without causing the thermal deterioration of the reducing agent supply device.
  • An exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine includes a pre-stage catalyst disposed in an exhaust passage downstream from the fuel supply device and the ignition device and upstream from the reducing agent supply device, the fuel supply device and the ignition device.
  • a guide plate that guides the flame generated by the above-mentioned catalyst to the preceding catalyst and the collision location may be further provided.
  • the fuel supply device and the ignition device for raising the temperature of the upstream catalyst can be used together with the fuel supply device and the ignition device for removing the solid matter derived from the reducing agent.
  • the fuel supply device and the ignition device for removing the solid matter derived from the reducing agent can be used together with the fuel supply device and the ignition device for removing the solid matter derived from the reducing agent.
  • an internal combustion engine including a selective reduction catalyst provided in an exhaust passage of the internal combustion engine, and a reducing agent supply device that supplies a reducing agent derived from ammonia to an exhaust passage upstream of the selective reduction catalyst.
  • the solid material derived from the reducing agent that accumulates on the wall surface of the exhaust passage can be suitably removed.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an exhaust system of an internal combustion engine to which the present invention is applied.
  • the internal combustion engine 1 shown in FIG. 1 is a compression ignition type internal combustion engine (diesel engine), but may be a spark ignition type internal combustion engine (gasoline engine).
  • an exhaust passage 2 is connected to the internal combustion engine 1.
  • the exhaust passage 2 is a passage for circulating burned gas (exhaust gas) discharged from the cylinder of the internal combustion engine 1.
  • a turbine 3 of a centrifugal supercharger (turbocharger) is arranged in the middle of the exhaust passage 2.
  • a catalyst casing 4 is disposed in the exhaust passage 2 downstream from the turbine 3.
  • the catalyst casing 4 contains a catalyst carrier in which a selective reduction catalyst is supported in a cylindrical casing.
  • the catalyst carrier is, for example, a monolith type base material having a honeycomb-shaped cross section made of cordierite or Fe—Cr—Al heat resistant steel and coated with an active component (support) of alumina or zeolite. is there. Further, a noble metal catalyst (for example, platinum (Pt)) having an oxidizing ability is supported on the catalyst carrier.
  • a reducing agent addition valve 5, a fuel addition valve 6, and a glow plug 7 are attached to the exhaust passage 2 located between the turbine 3 and the catalyst casing 4.
  • the reducing agent addition valve 5 is disposed in a portion (dent) 20 that is recessed radially outward of the exhaust passage 2 in the exhaust passage 2 upstream from the catalyst casing 4, and the reducing agent addition valve 5 is disposed in the exhaust passage 2. It is not exposed.
  • the reducing agent addition valve 5 is connected to the reducing agent tank 51 through the first pump 50.
  • the first pump 50 sucks the reducing agent stored in the reducing agent tank 51 and pumps the sucked reducing agent to the reducing agent addition valve 5.
  • the reducing agent addition valve 5 injects the reducing agent pumped from the first pump 50 into the exhaust passage 2.
  • the reducing agent addition valve 5, the first pump 50, and the reducing agent tank 51 are an embodiment of the reducing agent supply apparatus according to the present invention.
  • the reducing agent stored in the reducing agent tank 51 is an ammonia-derived reducing agent.
  • an ammonia-derived reducing agent an aqueous solution of urea or ammonium carbamate can be used.
  • an aqueous urea solution is used as the ammonia-derived reducing agent.
  • ammonia (NH 3 ) When the urea aqueous solution is injected from the reducing agent addition valve 5, the urea aqueous solution is thermally decomposed and hydrolyzed in the exhaust gas or in the catalyst casing 4 to generate ammonia (NH 3 ).
  • the ammonia (NH 3 ) generated in this way is adsorbed or occluded by the selective reduction catalyst of the catalyst casing 4.
  • Ammonia (NH 3 ) adsorbed or occluded by the selective reduction catalyst reacts with nitrogen oxide (NO x ) contained in the exhaust gas to generate nitrogen (N 2 ) or water (H 2 O). That is, ammonia (NH 3 ) functions as a reducing agent for nitrogen oxides (NO x ).
  • the fuel addition valve 6 is disposed in the exhaust passage 2 upstream from the reducing agent addition valve 5.
  • the fuel addition valve 6 is connected to the fuel tank 61 via the second pump 60.
  • the fuel tank 61 is a tank that stores the fuel of the internal combustion engine 1.
  • the first pump 60 sucks the fuel stored in the fuel tank 61 and pumps the sucked fuel to the fuel addition valve 6.
  • the fuel addition valve 6 injects the fuel sent from the first pump 60 to the exhaust in the exhaust passage 2.
  • the fuel addition valve 6, the first pump 60, and the fuel tank 61 are an embodiment of the fuel supply apparatus according to the present invention.
  • the glow plug 7 is disposed so that the heat generating portion of the glow plug 7 is located in the vicinity of the injection port of the fuel addition valve 6 or on the flight path of the fuel injected from the fuel addition valve 6.
  • the glow plug 7 heats the heat generating portion by converting electric energy supplied from a battery or alternator (not shown) into heat energy.
  • the glow plug 7 ignites the fuel by causing the heat generating portion to generate heat when the fuel is injected from the fuel addition valve 6. In that case, the fuel is scattered in the exhaust passage 2 while burning with a flame. As a result, the temperature of the exhaust gas can be increased, and the substance attached to the wall surface of the exhaust passage 2 can be burned or melted.
  • the flame reaches a portion where the solid matter derived from the reducing agent added from the reducing agent addition valve 5 easily adheres or accumulates (the wall surface of the exhaust passage 2). Shall be arranged in such a way.
  • the solid matter is exposed to an atmosphere sufficiently higher than the modified atmosphere. It will be. Furthermore, the atmosphere to which the solid is exposed does not gradually rise through the modified atmosphere, but rises at a stretch to an atmosphere higher than the modified atmosphere. As a result, the solid is melted and removed without being modified into cyanuric acid or melanin.
  • the solid material derived from the reducing agent easily adheres or accumulates at a branch portion (portion indicated by arrow A in FIG. 1) between the exhaust passage 2 and the recess 20.
  • the fuel addition valve 6 and the glow plug 7 are configured such that the flame generated by the fuel addition valve 6 and the glow plug 7 (the flame indicated by the arrow F in FIG. 2) is the branched portion. It shall be arranged to reach A.
  • the fuel addition valve 6 is arranged so that the fuel injected from the fuel addition valve 6 is directed to the branch portion A.
  • the fuel addition valve 6 and the glow plug 7 are thus arranged, the solid material derived from the reducing agent adhering to or depositing on the wall surface of the exhaust passage 2 can be removed without changing to a hardly fusible substance.
  • the fuel addition valve 6 and the glow plug 7 can be operated regardless of the operating state of the internal combustion engine 1, they can be removed before the amount of deposit or deposit of solid matter derived from the reducing agent becomes excessive, It is also possible to prohibit the operation when the amount of deposit or deposit of solid matter derived from the reducing agent is too small.
  • the reducing agent addition valve 5 of the present embodiment is provided in the recessed portion 20 that is recessed outward in the radial direction of the exhaust passage 2 in the exhaust passage 2, the situation where the flame hits the reducing agent addition valve 5 is avoided. Can do. Therefore, the solid material derived from the reducing agent can be removed without causing the thermal deterioration of the reducing agent addition valve 5 or the like.
  • the difference between the first embodiment described above and the present embodiment is that the solid matter derived from the reducing agent is removed using a fuel addition valve and a glow plug for raising the catalyst temperature.
  • FIG. 3 is a diagram showing a schematic configuration of the exhaust system of the internal combustion engine 1 in the present embodiment.
  • a particulate filter 8 carrying an oxidation catalyst is disposed in the exhaust passage 2 downstream from the fuel addition valve 6 and the glow plug 7 and upstream from the reducing agent addition valve 5.
  • the particulate filter 8 is formed in a cylindrical shape having an outer diameter smaller than the inner diameter of the exhaust passage 2, and is arranged coaxially with the exhaust passage 2.
  • This particulate filter 8 is an embodiment of the preceding catalyst according to the present invention.
  • a columnar catalyst carrier may be disposed instead of the particulate filter 8, and an oxidation catalyst may be carried on the catalyst carrier.
  • the reducing agent addition valve 5 of the present embodiment is disposed in a hollow portion 21 that is recessed outward in the radial direction of the exhaust passage 2 in the straight portion of the exhaust passage 2, and the reducing agent addition valve 5 is disposed in the exhaust passage 2. It is not exposed.
  • the fuel addition valve 6 is also disposed in the hollow portion 22 that is recessed outward in the radial direction of the exhaust passage 2 in the straight portion of the exhaust passage 2 so that the fuel addition valve 6 is not exposed in the exhaust passage 2.
  • the glow plug 7 is configured such that the heat generating portion of the glow plug 7 is positioned near the injection hole of the fuel addition valve 6 or on the flight path of the fuel injected from the fuel addition valve 6. Placed in.
  • the fuel addition valve 6 is used to oxidize the PM collected by the particulate filter 8 or to activate the catalyst supported by the particulate filter 8.
  • the glow plug 7 When the glow plug 7 is activated, the flame generated by the fuel addition valve 6 and the glow plug 7 receives the pressure of the exhaust gas and reaches the vicinity of the particulate filter 8. In that case, the temperature of the particulate filter 8 and the temperature of the exhaust gas flowing into the particulate filter 8 quickly increase. As a result, the PM collected by the particulate filter 8 is oxidized, or the oxidation catalyst carried by the particulate filter 8 is activated quickly.
  • the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine of the present embodiment is provided with a guide plate 9 for guiding the flame generated by the fuel addition valve 6 and the glow plug 7 to the particulate filter 8 and the stepped portion B.
  • the guide plate 9 is disposed at a position downstream of the heat generating portion of the glow plug 7 on the flight path of the fuel injected from the fuel addition valve 6. At this time, the guide plate 9 is arranged so that the fuel or flame that has collided with the guide plate 9 reaches the stepped portion B through the gap between the particulate filter 8 and the exhaust passage 2.
  • the guide plate 9 is disposed substantially parallel to the axial direction of the exhaust passage 2.
  • the flame generated by the fuel addition valve 6 and the glow plug 7 (flame shown by the arrow F in FIG. 4)
  • the stepped portion B is reached through the gap between the particulate filter 8 and the exhaust passage 2.
  • the solid matter adhering to or depositing on the stepped portion B is removed without being modified into a hardly fusible substance such as cyanuric acid or melanin.
  • the heat of the flame is transmitted to the outer peripheral surface of the particulate filter 8, so that the temperature of the particulate filter 8 can be quickly raised. It becomes possible.

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Abstract

　本発明は、内燃機関の排気通路に設けられた選択還元型触媒と、選択還元型触媒より上流の排気通路へアンモニア由来の還元剤を供給する還元剤供給装置と、を備えた内燃機関の排気浄化装置において、排気通路の壁面などに堆積する還元剤由来の固形物を好適に除去することを課題とする。この課題を解決するために、本発明は、還元剤供給装置より上流の排気通路へ燃料を供給する燃料供給装置と、燃料供給装置から供給された燃料に着火することにより火炎を発生させる着火装置と、を設け、それら燃料供給装置及び着火装置により発生させられる火炎により還元剤由来の固形物を除去するようにした。

Description

内燃機関の排気浄化装置
　本発明は、内燃機関の排気通路に配置される排気浄化装置に関し、特に尿素添加弁から選択還元型触媒へアンモニア由来の還元剤を供給することにより、排気中の窒素酸化物（ＮＯＸ）を浄化する排気浄化装置に関する。
　特許文献１には、内燃機関の排気通路に設けられた選択還元型触媒と、選択還元型触媒へ流入する前の排気にアンモニア由来の還元剤を添加する添加弁と、を備えた内燃機関の排気浄化装置において、選択還元型触媒から流出する排気の熱を回収するとともに、回収された熱を添加弁の近傍へ伝達する熱回収装置を設ける技術について記述されている。
　特許文献２には、選択還元型触媒と添加弁を備えた内燃機関の排気浄化装置において、添加弁から選択還元型触媒へ至る排気通路にヒータを設ける技術について記述されている。
　特許文献３には、内燃機関の排気通路に設けられた触媒担体と、触媒担体より上流の排気通路内へ燃料を供給する添加弁と、添加弁から供給された燃料に着火するグロープラグと、を備えた内燃機関の排気浄化装置について記述されている。
特開２０１０－２７０６２４号公報 特開２００９－２６４２２２号公報 特開２００６－１１２４０１号公報
　上記した特許文献１，２に記述されている技術は、還元剤由来の固形物が排気通路内に堆積した場合に、該固形物を除去することを目的とした技術である。
　アンモニア由来の還元剤として尿素水溶液が使用される場合は、尿素結晶に加え、シアヌル酸やメラニンなどが生成される場合がある。たとえば、尿素水溶液が排気通路の壁面に衝突すると、壁面上で水分が蒸発して固形化する。その後、固形物が約２００℃から４００℃の雰囲気に曝されると、尿素結晶、シアヌル酸、メラニンが生成され易い。
　ところで、上記した特許文献１，２に記述された技術によれば、熱回収装置やヒータにより添加弁近傍や排気通路が加熱される過程において、前記した固形物が４００℃以下の雰囲気に曝される可能性がある。よって、尿素結晶、シアヌル酸、メラニンなどの生成量が却って増加する可能性がある。
　本発明は、上記したような実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、内燃機関の排気通路に設けられた選択還元型触媒と、選択還元型触媒より上流の排気通路へアンモニア由来の還元剤を供給する還元剤供給装置と、を備えた内燃機関の排気浄化装置において、排気通路の壁面などに堆積する還元剤由来の固形物を好適に除去することできる技術の提供にある。
　本発明は、内燃機関の排気通路に設けられた選択還元型触媒と、選択還元型触媒より上流の排気通路へアンモニア由来の還元剤を供給する還元剤供給装置と、を備えた内燃機関の排気浄化装置において、還元剤供給装置から供給される還元剤が接触する箇所に火炎を当てることにより、尿素結晶、シアヌル酸、及びメラニンなどの生成を誘発することなく、固形物を除去するようにした。
　詳細には、本発明に係わる内燃機関の排気浄化装置は、
　内燃機関の排気通路に配置された選択還元型触媒と、
　前記選択還元型触媒より上流の排気通路内へアンモニア由来の還元剤を供給する還元剤供給装置と、
　前記選択還元型触媒より上流の排気通路内へ燃料を供給する燃料供給装置と、
　前記燃料供給装置から供給された燃料に着火することにより火炎を発生させる着火装置と、
を備え、
　前記還元剤供給装置、前記燃料供給装置、及び前記着火装置は、前記還元剤供給装置から供給される還元剤と排気通路の壁面との衝突箇所へ前記火炎が到達するように配置されるようにした。
　このように構成された内燃機関の排気浄化装置によれば、還元剤供給装置から供給される還元剤と排気通路の壁面との衝突箇所には、燃料供給装置及び着火装置により発生させられる火炎が直接あたるようになる。
　排気通路の壁面において還元剤が衝突する箇所（以下、「衝突箇所」と記す）には、還元剤由来の固形物が付着又は堆積する。還元剤由来の固形物は、約２００℃から４００℃の雰囲気（以下、「変性雰囲気」と称する）に曝されると、難溶融性の物質に変化する。たとえば、アンモニア由来の還元剤として尿素水溶液が使用される場合は、シアヌル酸やメラニンなどに変化する。
　これに対し、燃料供給装置及び着火装置により発生させられる火炎が前記衝突箇所に直接照射されると、上記したような固形物が前記変性雰囲気に比して十分に高温な雰囲気に曝されることになる。その際、前記固形物が曝される雰囲気は、前記変性雰囲気を経て徐々に昇温するのではなく、前記変性雰囲気より高温な雰囲気に一気に昇温する。その結果、前記固形物がシアヌル酸やメラニンなどに変性することなく、溶融及び除去されるようになる。
　したがって、本発明の内燃機関の排気浄化装置によれば、排気通路の壁面などに堆積する還元剤由来の固形物を好適に除去することできる。
　なお、燃料供給装置及び着火手段により発生させられる火炎が還元剤供給装置に到達すると、還元剤供給装置の熱劣化などが発生する可能性がある。そのため、還元剤供給装置、燃料供給装置、及び着火装置は、還元剤供給装置から供給される還元剤と排気通路の壁面との衝突箇所へ前記火炎が到達し、且つ還元剤供給装置に前記火炎が到達しないように配置されるようにしてもよい。その場合、還元剤供給装置の熱劣化などを併発することなく、還元剤由来の固形物を除去することができる。
　本発明に係わる内燃機関の排気浄化装置は、前記燃料供給装置及び前記着火装置より下流、且つ前記還元剤供給装置より上流の排気通路に配置される前段触媒と、前記燃料供給装置及び前記着火装置により発生させられる火炎を前記前段触媒及び前記衝突箇所へ案内する案内板を更に備えるようにしてもよい。
　このような構成によれば、前段触媒を昇温させるための燃料供給装置及び着火装置と、還元剤由来の固形物を除去するための燃料供給装置及び着火装置と、を兼用することができる。その結果、部品点数の増加を抑えつつ、還元剤由来の固形物を好適に除去することが可能になる。
　本発明によれば、内燃機関の排気通路に設けられた選択還元型触媒と、選択還元型触媒より上流の排気通路へアンモニア由来の還元剤を供給する還元剤供給装置と、を備えた内燃機関の排気浄化装置において、排気通路の壁面などに堆積する還元剤由来の固形物を好適に除去することできる。
第１の実施例における内燃機関の排気系の概略構成を示す図である。 燃料添加弁及びグロープラグにより発生させられた火炎の飛行経路を示す図である。 第２の実施例における内燃機関の排気系の概略構成を示す図である。 燃料添加弁及びグロープラグにより発生させられた火炎の飛行経路を示す図である。
　以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。本実施形態に記載される構成部品の寸法、材質、形状、相対配置等は、特に記載がない限り発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
　＜実施例１＞
　先ず、本発明の第１の実施例について図１乃至図２に基づいて説明する。図１は、本発明が適用される内燃機関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、圧縮着火式の内燃機関（ディーゼルエンジン）であるが、火花点火式の内燃機関（ガソリンエンジン）であってもよい。
　図１において、内燃機関１には、排気通路２が接続されている。排気通路２は、内燃機関１の気筒内から排出される既燃ガス（排気）を流通させるための通路である。排気通路２の途中には、遠心過給機（ターボチャージャ）のタービン３が配置されている。タービン３より下流の排気通路２には、触媒ケーシング４が配置されている。
　前記触媒ケーシング４は、筒状のケーシング内に選択還元型触媒が担持された触媒担体を収容したものである。触媒担体は、たとえば、コーディライトやＦｅ－Ｃｒ－Ａｌ系の耐熱鋼から成るハニカム形状の横断面を有するモノリスタイプの基材に、アルミナ系又はゼオライト系の活性成分（担体）をコーティングしたものである。さらに、触媒担体には、酸化能を有する貴金属触媒（たとえば、白金（Ｐｔ））が担持されている。
　前記したタービン３と触媒ケーシング４との間に位置する排気通路２には、還元剤添加弁５と、燃料添加弁６と、グロープラグ７と、が取り付けられている。
　還元剤添加弁５は、触媒ケーシング４より上流の排気通路２において該排気通路２の径方向外側に窪んだ部分（窪み部）２０に配置され、該還元剤添加弁５が排気通路２内に露出しないようになっている。また、還元剤添加弁５は、第１ポンプ５０を介して還元剤タンク５１に接続されている。第１ポンプ５０は、還元剤タンク５１に貯留されている還元剤を吸引するとともに、吸引された還元剤を還元剤添加弁５へ圧送する。還元剤添加弁５は、第１ポンプ５０から圧送されてくる還元剤を排気通路２内へ噴射する。これら還元剤添加弁５、第１ポンプ５０、及び還元剤タンク５１は、本発明に係わる還元剤供給装置の一実施態様である。
　なお、還元剤タンク５１に貯留される還元剤は、アンモニア由来の還元剤である。アンモニア由来の還元剤としては、尿素やカルバミン酸アンモニウムなどの水溶液を用いることができる。本実施例では、アンモニア由来の還元剤として尿素水溶液を用いるものとする。
　還元剤添加弁５から尿素水溶液が噴射されると、排気中又は触媒ケーシング４において尿素水溶液が熱分解及び加水分解されてアンモニア（ＮＨ３）を生成する。このようにして生成されたアンモニア（ＮＨ３）は、触媒ケーシング４の選択還元型触媒に吸着又は吸蔵される。選択還元型触媒に吸着又は吸蔵されたアンモニア（ＮＨ３）は、排気中に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）と反応して窒素（Ｎ２）や水（Ｈ２Ｏ）を生成する。つまり、アンモニア（ＮＨ３）は、窒素酸化物（ＮＯｘ）の還元剤として機能する。
　燃料添加弁６は、前記還元剤添加弁５より上流の排気通路２に配置される。燃料添加弁６は、第２ポンプ６０を介して燃料タンク６１に接続されている。燃料タンク６１は、内燃機関１の燃料を貯留するタンクである。第１ポンプ６０は、燃料タンク６１に貯留されている燃料を吸引するとともに、吸引された燃料を燃料添加弁６へ圧送する。燃料添加弁６は、第１ポンプ６０から送られてくる燃料を排気通路２内の排気へ噴射する。燃料添加弁６、第１ポンプ６０、及び燃料タンク６１は、本発明に係わる燃料供給装置の一実施態様である。
　グロープラグ７は、該グロープラグ７の発熱部が前記燃料添加弁６の噴射口の近傍、或いは前記燃料添加弁６から噴射された燃料の飛行経路上に位置するように配置される。グロープラグ７は、図示しないバッテリやオルタネータから供給される電気エネルギを熱エネルギに変換することにより、発熱部を発熱させるものである。グロープラグ７は、前記燃料添加弁６から燃料が噴射されるときに発熱部を発熱させることにより、燃料を着火せしめる。その場合、燃料が火炎を伴って燃焼しつつ排気通路２内を飛散する。その結果、排気の温度を高めたり、排気通路２の壁面に付着した物質を燃焼又は溶融させたりすることができる。
　また、本実施例のグロープラグ７及び燃料添加弁６は、還元剤添加弁５から添加された還元剤に由来する固形物が付着又は堆積し易い部位（排気通路２の壁面）へ火炎が到達するように配置されるものとする。
　ここで、還元剤添加弁５から噴射される還元剤（尿素水溶液）が排気通路２の壁面に衝突すると、壁面上に固形物が析出される。このような固形物は、約２００℃から４００℃の雰囲気（変性雰囲気）に曝されると、シアヌル酸やメラニンなどの難溶融性の物質に変化する。そのため、排気温度の昇温やヒータによる加熱によって前記固形物を除去しようとすると、その昇温過程或いは加熱過程において前記固形物が変性雰囲気に曝され、シアヌル酸やメラニンの生成を促進させる虞があった。
　これに対し、燃料添加弁６及びグロープラグ７により発生させられる火炎が固形物の付着又は堆積し易い部位に照射されると、前記固形物が前記変性雰囲気より十分に高温な雰囲気に曝されることになる。さらに、前記固形物が曝される雰囲気は、前記変性雰囲気を経て徐々に昇温するのではなく、前記変性雰囲気より高温な雰囲気に一気に昇温する。その結果、前記固形物がシアヌル酸やメラニンなどに変性することなく、溶融及び除去される。
　なお、図１に示す例では、還元剤由来の固形物は、排気通路２と窪み部２０との分岐部分（図１中の矢印Ａが示す部位）に付着又は堆積し易い。そのため、前記燃料添加弁６及び前記グロープラグ７は、図２に示すように、これら燃料添加弁６及びグロープラグ７により発生させられる火炎（図２中の矢印Ｆが示す火炎）が前記分岐部分Ａへ到達するように配置されるものとする。具体的には、燃料添加弁６は、該燃料添加弁６から噴射された燃料が前記分岐部Ａを指向するように配置されるものとする。
　このように燃料添加弁６及びグロープラグ７が配置されると、排気通路２の壁面に付着又は堆積する還元剤由来の固形物を難熔融性の物質に変化させることなく除去することができる。また、燃料添加弁６及びグロープラグ７は、内燃機関１の運転状態に関わらず作動させることができるため、還元剤由来の固形物の付着量又は堆積量が過多となる前に除去したり、還元剤由来の固形物の付着量又は堆積量が過少であるときの作動を禁止したりすることも可能となる。
　ところで、燃料添加弁６及びグロープラグ７により発生させられた火炎が還元剤添加弁５にあたると、還元剤添加弁５の熱劣化などの弊害を招く可能性がある。しかしながら、本実施例の還元剤添加弁５は、排気通路２において該排気通路２の径方向外側へ窪んだ窪み部２０に設けられるため、前記火炎が還元剤添加弁５にあたる事態を回避することができる。よって、還元剤添加弁５の熱劣化などを併発することなく、還元剤由来の固形物を除去することができる。
　＜実施例２＞
　次に、本発明の第２の実施例について図３乃至図４に基づいて説明する。ここでは、前述した第１の実施例と異なる構成について説明し、同様の構成については説明を省略する。
　前述した第１の実施例と本実施例との相違点は、触媒昇温用の燃料添加弁及びグロープラグを用いて、還元剤由来の固形物を除去する点にある。
　図３は、本実施例における内燃機関１の排気系の概略構成を示す図である。図３において、前述した第１の実施例と同様の構成要素には同一に符号が付されている。図３において、燃料添加弁６及びグロープラグ７より下流、且つ還元剤添加弁５より上流の排気通路２には、酸化触媒が担持されたパティキュレートフィルタ８が配置されている。パティキュレートフィルタ８は、排気通路２の内径より小さな外径を有する円柱状に形成され、排気通路２と同軸に配置されている。このパティキュレートフィルタ８は、本発明に係わる前段触媒の一実施態様である。なお、パティキュレートフィルタ８の変わりに円柱状の触媒担体が配置され、該触媒担体に酸化触媒が担持されてもよい。
　また、本実施例の還元剤添加弁５は、排気通路２のストレート部分において該排気通路２の径方向外側へ窪んだ窪み部２１に配置され、該還元剤添加弁５が排気通路２内に露出しないようになっている。一方、燃料添加弁６も、排気通路２のストレート部分において該排気通路２の径方向外側に窪んだ窪み部２２に配置され、該燃料添加弁６が排気通路２内に露出しないようになっている。グロープラグ７は、前述した第１の実施例と同様に、該グロープラグ７の発熱部が燃料添加弁６の噴孔近傍又は燃料添加弁６から噴射された燃料の飛行経路上に位置するように配置される。
　このように構成された内燃機関の排気浄化装置において、パティキュレートフィルタ８に捕集されたＰＭを酸化させる場合、或いはパティキュレートフィルタ８に担持された触媒を活性させる場合などに、燃料添加弁６及びグロープラグ７が作動させられると、それら燃料添加弁６及びグロープラグ７によって発生させられた火炎が排気の圧力を受けてパティキュレートフィルタ８の近傍へ到達する。その場合、パティキュレートフィルタ８の温度、及びパティキュレートフィルタ８へ流入する排気の温度が速やかに上昇するようになる。その結果、パティキュレートフィルタ８に捕集されたＰＭが酸化されたり、パティキュレートフィルタ８に担持された酸化触媒が速やかに活性したりする。
　ところで、還元剤添加弁５から噴射された還元剤が排気通路２の壁面に衝突すると、該壁面上に還元剤由来の固形物が析出される。図３に示す例では、還元剤由来の固形物は、窪み部２１と排気通路２との境目の段差部分（図３中の矢印Ｂが示す部位）に付着又は堆積し易い。
　そこで、本実施例の内燃機関の排気浄化装置は、燃料添加弁６及びグロープラグ７により発生させられる火炎をパティキュレートフィルタ８と前記段差部分Ｂへ案内する案内板９を備えるようにした。案内板９は、燃料添加弁６から噴射された燃料の飛行経路上においてグロープラグ７の発熱部より下流の位置に配置される。その際、案内板９は、該案内板９に衝突した燃料又は火炎がパティキュレートフィルタ８と排気通路２との間隙を通って前記段差部分Ｂへ到達するように配置されるものとする。
　たとえば、図３に示す例では、燃料添加弁６から噴射された燃料は排気通路２の径方向へ飛行するため、案内板９は排気通路２の軸方向と略平行に配置される。このように案内板９が配置されると、図４に示すように、燃料添加弁６及びグロープラグ７により発生させられた火炎（図４中の矢印Ｆで示す火炎）は、案内板９と衝突した後にパティキュレートフィルタ８と排気通路２との間隙を通って前記段差部分Ｂへ到達する。その結果、前記段差部分Ｂに付着又は堆積した固形物は、シアヌル酸やメラニンなどの難熔融性の物質に変性することなく除去される。また、火炎がパティキュレートフィルタ８と排気通路２との間隙を通る際に、該火炎の熱がパティキュレートフィルタ８の外周面に伝達されるため、パティキュレートフィルタ８を速やかに昇温させることも可能となる。
　以上述べた実施例によれば、パティキュレートフィルタ８を昇温させるために火炎を発生する部品と、還元剤由来の固形物を除去するために火炎を発生する部品と、を共用することができる。その結果、部品点数の増加を抑えつつ、還元剤由来の固形物を好適に除去することが可能になる。
１     内燃機関
２     排気通路
３     タービン
４     触媒ケーシング
５     還元剤添加弁
６     燃料添加弁
７     グロープラグ
８     パティキュレートフィルタ
９     案内板
２０   窪み部
２１   窪み部
２２   窪み部
５０   第１ポンプ
５１   還元剤タンク
６０   第２ポンプ
６１   燃料タンク

Claims (3)

  1. 　内燃機関の排気通路に配置された選択還元型触媒と、
    　前記選択還元型触媒より上流の排気通路内へアンモニア由来の還元剤を供給する還元剤供給装置と、
    　前記選択還元型触媒より上流の排気通路内へ燃料を供給する燃料供給装置と、
    　前記燃料供給装置から供給された燃料に着火することにより火炎を発生させる着火装置と、
    を備え、
    　前記還元剤供給装置、前記燃料供給装置、及び前記着火装置は、前記還元剤供給装置から供給される還元剤と排気通路の壁面との衝突箇所へ前記火炎が到達するように配置される内燃機関の排気浄化装置。
  2. 　請求項１において、前記還元剤供給装置、前記燃料供給装置、及び前記着火装置は、前記火炎が前記衝突箇所に到達し、且つ前記還元剤供給装置に到達しないように配置される内燃機関の排気浄化装置。
  3. 　請求項１において、前記燃料供給装置及び前記着火装置より下流、且つ前記還元剤供給装置より上流の排気通路に配置され、前記排気通路より小さな外径を有する前段触媒と、
    　前記燃料供給装置及び前記着火装置により発生させられる火炎を前記前段触媒及び前記衝突箇所へ案内する案内板と、
    を更に備える内燃機関の排気浄化装置。
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