專利名稱：內燃機的排氣凈化裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及內燃機的排氣凈化裝置。
背景技術：
從內燃機排出的廢氣中，含有氮氧化物(NOx)和煤等粒狀物質，為了將這些成分凈化，有種種措施。作為這種構成中的一例，可舉出一種排氣凈化裝置，其在內燃機排氣通道內設置具有NOx吸附還原作用的催化劑或微粒過濾器(以下，稱為“NOx儲存還原催化劑”)，并且在該催化劑的排氣上游側設置有向內燃機排氣通道內供給還原劑的還原劑供給裝置。
在這種排氣凈化裝置中，當NOx儲存還原催化劑的NOx儲存量較多時，從還原劑供給裝置向內燃機排氣通道內供給還原劑，且在使NOx從NOx儲存還原催化劑脫離的同時使 NOx還原凈化。
此處，在從還原劑供給裝置供給還原劑時，為了在全部NOx儲存還原催化劑中進行最佳的NOx在NOx儲存還原催化劑中的脫離、還原，需要使供給的還原劑均勻地流入到 NOx儲存還原催化劑內。因此，提出了使供給的還原劑在沿內燃機排氣通道內流動的廢氣中均勻地擴散的各種技術。
例如，在專利文獻1公開的排氣凈化裝置中，在還原劑供給裝置與排氣凈化催化劑之間的排氣管內設置有縮小排氣流的截面積的節流部。這種排氣凈化裝置中，利用節流部來加速廢氣流動，從而在廢氣中產生紊流，由此使從還原劑供給裝置供給的還原劑擴散。
另外，在專利文獻2公開的排氣凈化裝置中，在排氣凈化催化劑上游側的催化凈化器內設置有前端被蓋上蓋子且具有多個穿孔的排氣導入管和具備多個穿孔的分隔壁。進而，在專利文獻3公開的排氣凈化裝置中，在還原劑供給裝置和排氣凈化催化劑之間的排氣管內設置有相互錯開配置的多個擴散板。這些排氣凈化裝置都是利用排氣導入管及分隔壁、或擴散板來使廢氣中產生紊流，由此使從還原劑供給裝置供給的還原劑在廢氣中擴散。
專利文獻1 日本專利申請特開2002-213233號公報 專利文獻2 日本專利申請特開2003-184544號公報 專利文獻3 日本專利申請特開2005-325747號公報 然而，上述專利文獻1 3所述的排氣凈化裝置中所采用的節流部、排氣導入管及分隔壁、擴散板，都是通過阻礙廢氣流動來使廢氣中產生紊流。因此，雖然通過在內燃機排氣通道內設置這些構成要素來能夠使還原劑在廢氣中擴散，但隨之導致廢氣的壓力損失增大。當這樣地廢氣的壓力損失增大時，導致廢氣不易從內燃機的燃燒室流出，其結果，可能造成內燃機輸出降低和耗油率變差等。
發明內容
為此，本發明的目的在于提供一種內燃機的排氣凈化裝置，其能夠在抑制廢氣壓力損失增大的同時使從還原劑供給裝置供給的還原劑在廢氣中擴散。
作為用于解決上述課題的裝置，本發明提供各技術方案記載的內燃機的控制裝置。
本發明第1方案的內燃機的排氣凈化裝置具備從內燃機排出的廢氣流過的上游側排氣通道、被配置在該上游側排氣通道的下游側且相對于上游側排氣通道形成角度的下游側排氣通道、向在上游側排氣通道內經過的廢氣中供給還原劑的還原劑供給單元、以及設置在下游側排氣通道內的排氣凈化單元，該排氣凈化裝置的特征在于，在劃定下游側排氣通道的內壁面的與上游側排氣通道出口相對置的部分設置流向偏轉部，該流向偏轉部位于排氣凈化單元的上游側，并且形成為將流入到該流向偏轉部的廢氣的至少一部分氣流的下游側排氣通道軸線方向上的速度分量定向為與朝向排氣凈化單元的方向相反的方向。
根據本方案，因在內壁面上形成的流向偏轉部的作用而被定向為與朝向排氣凈化單元的方向相反的方向的廢氣與其它的廢氣發生碰撞。通過這種碰撞，在廢氣中產生紊流， 并促進還原劑與廢氣的混合。另外，由于流向偏轉部只是改變廢氣流的方向，因此實質上并未設置將廢氣流節流的構成要素，幾乎不會增大廢氣的壓力損失。
從而，根據本方案，能夠通過在廢氣中產生紊流來促進還原劑與廢氣的混合。另外，實質上并未設置將廢氣流節流的構成要素。因此，能夠在抑制廢氣壓力損失增大的情況下使從還原劑供給裝置供給的還原劑在廢氣中擴散。
本發明第2方案是，在劃定上述流向偏轉部的壁面的靠近排氣凈化單元一側的區域具有朝向下游側排氣通道的徑向外側且向著與朝向排氣凈化單元的方向相反的方向傾斜的部分。
本發明第3方案的內燃機的排氣凈化裝置具備從內燃機排出的廢氣流過的上游側排氣通道、被配置在該上游側排氣通道的下游側且相對于上游側排氣通道形成角度的下游側排氣通道、向在上游側排氣通道內經過的廢氣中供給還原劑的還原劑供給單元、以及設置在下游側排氣通道內的排氣凈化單元，該排氣凈化裝置的特征在于，在劃定下游側排氣通道的內壁面的與上游側排氣通道出口相對置的部分設置有流向偏轉部，該流向偏轉部位于排氣凈化單元的上游側，該流向偏轉部的壁面形成為與該流向偏轉部的壁面的一部分觸碰而使得朝向排氣凈化單元的方向的速度分量增大了的廢氣的至少一部分與該流向偏轉部的壁面的其它部分觸碰，而使該廢氣的該方向上的速度分量降低。
根據本方案，因流向偏轉部的壁面的一部分的作用而使得朝向排氣凈化單元的方向的速度分量增大了的廢氣與流向偏轉部的壁面的其它部分觸碰，由此使該廢氣的朝向排氣凈化單元的方向的速度分量降低。這樣，通過與上述壁面的其它部分碰撞來降低朝向排氣凈化單元的方向的速度分量，而在廢氣中產生紊流，并促進還原劑與廢氣的混合。另外， 由于流向偏轉部只是改變廢氣流的方向，因此實質上并未設置將廢氣流節流的構成要素， 幾乎不會增大廢氣的壓力損失。
從而，根據本方案，能夠通過在廢氣中產生紊流來促進還原劑與廢氣的混合。另外，實質上并未設置將廢氣流節流的構成要素。因此，能夠在抑制廢氣壓力損失增大的同時使從還原劑供給裝置供給的還原劑在廢氣中擴散。
本發明第4方案是，在劃定上述流向偏轉部的壁面的遠離排氣凈化裝置一側的區域具有朝向下游側排氣通道的徑向外側且向朝向排氣凈化單元的方向傾斜的部分。
本發明第5方案是，上述流向偏轉部具備突出部，該突出部是劃定下游側排氣通道的內壁面自身朝向下游側排氣通道的徑向外側突出而形成的。
根據本方案，即使從還原劑供給單元供給的還原劑未被充分氣化而以液滴的狀態從上游側排氣通道流出，也能夠在突出部內接受這種液滴并使之蒸發，因此能夠抑制還原劑以液滴狀態流入到排氣凈化單元并附著于其上的情況發生。
本發明第6方案是，上述突出部在下游側排氣通道圓周方向上的截面為大致半橢圓形。
本發明第7方案是，面向上述下游側排氣通道的上述突出部的入口面積大于上游側排氣通道的截面積。
本發明第8方案是，上述突出部在下游側排氣通道軸線方向上的高度大于上游側排氣通道的直徑。
本發明第9方案是，上述突出部沿著上述下游側排氣通道圓周方向延伸。
本發明第10方案是，上述突出部在下游側排氣通道徑向上的深度隨著遠離與上述上游側排氣通道出口相對置的區域而減小。
本發明第11方案是，上述突出部的外周形成為大致半橢圓形。
本發明第12方案是，上述突出部傾斜成如下狀態從與上述上游側排氣通道出口相對置的區域起，隨著遠離下游側排氣通道圓周方向，該突出部越接近于排氣凈化單元側。
本發明第13方案是，上述上游側排氣通道以在其出口附近使其中心軸線從突出部內穿過的方式延伸。
本發明第14方案是，上述上游側排氣通道在其出口附近相對于下游側排氣通道的中心軸線傾斜地延伸。
本發明第15方案是，上述上游側排氣通道在其出口附近相對于下游側排氣通道的中心軸線垂直地延伸。
本發明第16方案是，上述上游側排氣通道進入到下游側排氣通道內而延伸。
本發明第17方案是，上述上游側排氣通道出口進入到上述突出部內。
本發明第18方案是，上述流向偏轉部具備突出部，該突出部是劃定下游側排氣通道的內壁面自身朝向下游側排氣通道的徑向外側突出而形成的，且該突出部在下游側排氣通道圓周方向上的截面為大致矩形。
本發明第19方案是，上述流向偏轉部具備突出部，該突出部是從劃定下游側排氣通道的內壁面朝向下游側排氣通道的徑向內側突出的。
本發明第20方案是，上述上游側排氣通道由排氣岐管或與排氣岐管直接連接的排氣管劃定，上述下游側排氣通道是在收納排氣凈化單元的催化凈化器的上游部分設置的錐形部。
以下，通過附圖和本發明的優選實施方式的記載，能夠進一步充分理解本發明。
圖1是搭載有本發明的排氣凈化裝置的內燃機整體的示意圖。
圖2A及圖2B是圖1所示的第一實施方式的催化凈化器的放大圖。
圖3A及圖IBB是第二實施方式的催化凈化器的放大圖。
圖4A及圖4B是第三實施方式的催化凈化器的放大圖。
圖5A及圖5B是第四實施方式的催化凈化器的放大圖。
圖6A及圖6B是第五實施方式的催化凈化器的放大圖。
圖7A及圖7B是第六實施方式的催化凈化器的放大圖。
圖8A及圖8B是第七實施方式的催化凈化器的放大圖。
圖9A及圖9B是第八實施方式的催化凈化器的放大圖。
具體實施例方式以下，參照附圖詳細說明本發明的實施方式。在以下說明中，對于同樣的構成要素附加相同的附圖標記。
圖1是搭載有本發明的排氣凈化裝置的內燃機整體的示意圖。參照圖1，1是內燃機本體，2是汽缸體，3是在汽缸體2內往返移動的活塞，4是固定在氣缸體2上的汽缸蓋，5 是在活塞3與汽缸蓋4之間形成的燃燒室，6是進氣門，7是進氣口，8是排氣門，9是排氣口。 如圖1所示，在汽缸蓋4的內壁面中央部配置有火花塞10，在汽缸蓋4內壁面周邊部配置有燃料噴射閥11。另外，在活塞3的頂面上形成從燃料噴射閥11的下方延伸到火花塞10的下方的內腔12。
各汽缸的進氣口 7經由各個對應的進氣支管13與穩壓罐14連接，穩壓罐14經由進氣管道15及空氣流量計16與空氣過濾器(未圖示)連接。在進氣管道15內配置有被步進馬達17驅動的節流閥18。另一方面，各汽缸的排氣口 9與排氣岐管19連接，該排氣岐管19與內置NOx儲存還原催化劑20的催化凈化器21連接。并且，在本實施方式中，在催化凈化器21內內置NOx儲存還原催化劑20，但只要是為了凈化廢氣而需要供給還原劑的裝置，則可以是內置任意排氣凈化單元。作為這種排氣凈化單元，可以舉出氧化催化劑、三效催化劑、微粒過濾器等。
在排氣岐管19上設有向在排氣岐管19內流動的廢氣中供給還原劑的還原劑供給裝置22。另外，排氣岐管19和穩壓罐14經由再循環廢氣(以下稱為EGR氣體)導管沈而相互連接，并且在該EGR氣體導管沈內配置EGR氣體控制閥27。
圖2A及圖2B是圖1所示的催化凈化器21的放大圖。圖2A是從圖2B的線A看的剖視側視圖，圖2B是從圖2A的線B看的剖視俯視圖。如圖2A及圖2B所示，催化凈化器 21具備殼體30，在該殼體30內收納NOx儲存還原催化劑20。殼體30具有收納NOx儲存還原催化劑20的催化劑收納部31、以及設置在催化劑收納部31上游側的錐形部32。這些殼體30的催化劑收納部31及錐形部32都劃定使廢氣流動的排氣通道(下游側排氣通道)。
在本實施方式中，NOx儲存還原催化劑20與殼體30 (催化劑收納部31及錐形部 32)同軸配置，它們的軸線L大致垂直地延伸。從而，由殼體30(即，催化劑收納部31及錐形部32)劃定的排氣通道也大致垂直地延伸。在以下的說明中，將NOx儲存還原催化劑20 的排氣上游側作為上方，且將排氣下游側作為下方來進行說明。此外，NOx儲存還原催化劑 20及殼體30的軸線L不一定要大致垂直地延伸，也可以配置成沿水平等任何方向延伸。另外，NOx儲存還原催化劑20及殼體30也不一定要同軸配置。
如圖2A及圖2B所示，排氣岐管19與殼體30連接。具體地說，排氣岐管19在殼體30的錐形部32的上方部分貫通錐形部32的壁面而延伸。從而，排氣岐管19進入到錐形部32內。如圖2A及圖2B所示，排氣岐管19在貫通錐形部32的壁面的部位相對于軸線L傾斜。另外，排氣岐管19在錐形部32內彎曲，且使排氣岐管19的出口附近的部分(以下， 稱為“岐管出口附近部分”)19a相對于軸線L垂直延伸，即相對于錐形部32的壁面垂直延伸。如圖2A及圖2B所示，排氣岐管19的出口與錐形部32的內壁面的一部分相面對。這樣構成的排氣岐管19劃定使從內燃機本體1排出的廢氣流動的排氣通道(上游側排氣通道)。
在與排氣岐管19的出口相面對的錐形部32的內壁面的部分，設有朝向殼體30的徑向突出的突出部35。如圖2A的側視剖視圖所示，突出部35的上側壁面3 朝向殼體30 的徑向外側而向下方傾斜，突出部35的下側壁面3 朝向殼體30的徑向外側而向上方傾斜。特別是，在本實施方式中，殼體30圓周方向上的突出部35的截面成為大致半橢圓形。
另外，如圖2B所示，該突出部35從與排氣岐管19的出口相面對的區域朝向殼體 30的圓周方向兩側延伸。如果將從沒有突出部35時的錐形部32的內壁面起直到向殼體 30的徑向最突出的突出部的部分為止的長度設為突出部35的深度D，則突出部35的深度D 從與排氣岐管19的出口相面對的區域起隨著向殼體30的圓周方向遠離，該區域漸漸變淺。 即，突出部35的深度D在與排氣岐管19的出口相面對的區域最深，且從此處起隨著向圓周方向擴展而逐漸變淺。尤其是，如圖2B所示，在本實施方式中，形成為突出部35的外周大致呈半橢圓形。另外，在本實施方式中，突出部35在殼體30的圓周方向上跨越半個圓周以上部分而延伸。
以下說明廢氣在這樣構成的排氣岐管19及殼體30內的流動。圖2A及圖2B中的箭頭表示廢氣的流動。在排氣岐管19內，流動有從內燃機本體1排出且由還原劑供給裝置 22供給還原劑的廢氣。從而，在圖2A及圖2B的排氣岐管19內流動的廢氣中，包含有尚未與廢氣充分混合的還原劑。
在排氣岐管19內流動的包含還原劑的廢氣，從排氣岐管19的出口流出后流入到突出部35內。在岐管出口附近部分19a的下部流過的廢氣與突出部35的下側壁面3 碰撞。通過這種碰撞，使廢氣的流動方向朝向上方。另一方面，在岐管出口附近部分19a的上部流過的廢氣與突出部35的上側壁面3 碰撞。通過這種碰撞，使廢氣的流動方向朝向下方。
如果這樣與突出部35的下側壁面3 碰撞的廢氣的流動方向朝向上方，而與突出部35的上側壁面3 碰撞的廢氣的流動方向朝向下方，則這些廢氣會相互碰撞。這樣，通過兩股廢氣相互碰撞而使廢氣得以攪拌，從而促進廢氣中所含的還原劑與廢氣的混合。
另外，與突出部35的下側壁面3 碰撞而使其流動方向朝向上方的廢氣，即使不與與突出部35的上側壁面3 碰撞而流動方向朝向下方的廢氣碰撞，也會與突出部35的上側壁面3 碰撞。通過這個與上側壁面35a的碰撞，使廢氣的朝向上方的速度分量降低， 并且由此使廢氣得以攪拌，促進廢氣中所含的還原劑與廢氣的混合。
同樣，與突出部35的上側壁面3 碰撞而使其流動方向朝向下方的廢氣，即使不與與突出部35的下側壁面3 碰撞而流動方向朝向下方的廢氣碰撞，也會與突出部35的下側壁面3 碰撞。通過這個與上側壁面35b的碰撞，使廢氣的朝向下方的速度分量降低， 并且由此使廢氣得以攪拌，促進廢氣中所含的還原劑與廢氣混合。
流入到突出部35內的廢氣與突出部35的壁面碰撞而改變上下方向的流動朝向， 并且如圖2B中箭頭所示，廢氣沿著突出部35的壁面朝向殼體30的圓周方向兩側流動。由此，使流入到突出部35內的廢氣在整個殼體30內均勻地擴散。因此，均勻地混合有還原劑的廢氣均勻地流入到NOx儲存還原催化劑20內。從而，在NOx儲存還原催化劑20中，能夠使全部NOx儲存還原催化劑20與還原劑均勻地進行反應，例如能夠最有效地進行被儲存在 NOx儲存還原催化劑20中的NOx的凈化。
在此，根據本實施方式的排氣岐管19及殼體30，在促進廢氣中所含的還原劑與廢氣之間的混合時，沒有設置用于縮小廢氣流路面積的部件。因此，即使廢氣在上述構成的排氣岐管19及殼體30內流動，也幾乎不會發生壓力損失。從而，根據本發明的實施方式，能夠在幾乎沒有廢氣壓力損失的情況下，促進廢氣中所含的還原劑與廢氣的混合。
另外，在排氣岐管19內流過的廢氣中的還原劑有時在排氣岐管19的出口處并未充分氣化，而是以液滴的狀態從排氣岐管19流出。然而，在本實施方式的排氣岐管19及殼體30中，即使還原劑以液滴的狀態從排氣岐管19流出，其大部分也會流入到突出部35內。 而且，因在突出部35內產生的廢氣紊流而使得流入到突出部35內的液滴容易蒸發。因此， 即使還原劑以液滴狀態從排氣岐管19流出的情況下，也能夠抑制還原劑以液滴狀態流入到NOx儲存還原催化劑20并附著于NOx儲存還原催化劑20的情況。
并且，在上述實施方式中，突出部35是從與排氣岐管19的出口相面對的區域起在圓周方向兩側延伸大致相同的長度。但是，突出部35并一定要在圓周方向兩側延伸相同的長度，也可以是一邊的長度比另一邊更長地延伸。
另外，在上述實施方式中，突出部35從與排氣岐管19的出口相面對的區域起向圓周方向延伸，即在與軸線L垂直的平面上延伸。但是，突出部35也可以相對于圓周方向傾斜地延伸，即相對于與軸線L垂直的平面傾斜地延伸。例如，突出部35也可以傾斜成如下狀態從與排氣岐管19的出口相面對的區域起隨著沿圓周方向遠離，該突出部越來越位于下側。
以下，參照圖3A及圖;3B說明本發明的第二實施方式。圖3A及圖是第二實施方式的催化凈化器21的與圖2A及圖2B同樣的放大圖。第二實施方式的排氣凈化裝置的構成基本上與第一實施方式的排氣凈化裝置的構成相同。其中，在第一實施方式的排氣凈化裝置中，在殼體30圓周方向上的突出部35的截面為大致半橢圓形，而第二實施方式的排氣凈化裝置中，在殼體30圓周方向上的突出部40的截面為大致矩形。
如圖3A所示，突出部40具有與軸線L平行地延伸的垂直壁面40a、與該垂直壁面 40a的上部連接而與軸線L垂直地延伸的上方水平壁面40b、和與該垂直壁面40a的下部連接而與軸線L垂直地延伸的下方水平壁面40c。
下面，說明廢氣在這樣構成的排氣岐管19及殼體30內的流動。在排氣岐管19內流過的包含還原劑的廢氣從排氣岐管19的出口流出后流入到突出部40內。由于突出部40 的下方水平壁面40c與岐管出口附近部分19a大致平行地延伸，因此流過岐管出口附近部分19a的下部的廢氣難以與突出部40的下方水平壁面40c碰撞，但即便如此，因其中一部分具有朝向下方的速度分量，因此仍會與下方水平壁面40c碰撞。通過這種碰撞，使廢氣的流動方向朝向上方，且與從排氣岐管19流入到突出部40內的廢氣發生碰撞。
另一方面，由于突出部40的上方水平壁面40b也與岐管出口附近部分19a大致平行地延伸，因此流過岐管出口附近部分19a的上部的廢氣難以與突出部40的上方水平壁面 40b碰撞，但即便如此，因其中一部分具有朝向上方的速度分量，因此仍會與上方水平壁面40b碰撞。通過這種碰撞，使廢氣的流動方向朝向下方，且與從排氣岐管19流入到突出部 40內的廢氣發生碰撞。
這樣，通過廢氣彼此相互碰撞，使廢氣得以攪拌，從而促進廢氣中所含的還原劑與廢氣的混合。另外，在本實施方式中，也沒有設置用于縮小廢氣流路截面積的部件，因此能夠在幾乎不增加廢氣的壓力損失的情況下，促進廢氣中所含的還原劑與廢氣的混合。
另外，如上所述，與突出部40的下方水平壁面40c碰撞而使流動方向朝向上方的廢氣的一部分會與突出部40的上方水平壁面40b碰撞。通過這個與上方水平壁面40b的碰撞，使廢氣的朝向上方的速度分量降低，并且使廢氣得以攪拌，促進廢氣中所含的還原劑與廢氣的混合。另外，與突出部40的上方水平壁面40b碰撞而使流動方向朝向下方的廢氣的一部分會與突出部40的下方水平壁面40c碰撞。通過與該下方水平壁面40c的碰撞，使廢氣的朝向下方的速度分量降低，并且由此使廢氣得以攪拌，促進廢氣中所含的還原劑與廢氣的混合。
以下，參照圖4A及圖4B說明本發明的第三實施方式。圖4A及圖4B是第三實施方式的催化凈化器21的與圖2A及圖2B同樣的放大圖。第三實施方式的排氣凈化裝置的構成基本上與第一實施方式的排氣凈化裝置的構成相同。其中，在第二實施方式的排氣凈化裝置中，在殼體30圓周方向上的突出部35的截面為大致半橢圓形，而第三實施方式的排氣凈化裝置中，在殼體30圓周方向上的突出部45的截面為大致圓形。
如圖4A所示，突出部45具有朝向殼體30的徑向外側先向上方傾斜后再向下方傾斜的上側壁面4 和朝向殼體30的徑向外側先向下方傾斜后再向上方傾斜的下側壁面 45b。
下面說明廢氣在這樣構成的排氣岐管19及殼體30內的流動。在排氣岐管19內流過的包含還原劑的廢氣從排氣岐管19的出口流出后流入到突出部45內。由于突出部45 的下側壁面4 先向下方傾斜后再向上方傾斜，因此流過岐管出口附近部分19a的下部的廢氣流入到突出部45，這樣首先沿著下側壁面4 的向下方傾斜的部分流動。然后，與突出部45的下側壁面45b的向上方傾斜的部分碰撞。通過這種碰撞，使廢氣的流動方向朝向上方。
另一方面，由于突出部45的上側壁面4 先向上方傾斜后再向下方傾斜，因此流過岐管出口附近部分19a的上部的廢氣流入到突出部45，這樣首先沿著上側壁面45a的向上方傾斜的部分流動。然后，與突出部45的上側壁面45a的向下方傾斜的部分碰撞。通過這種碰撞，使廢氣的流動方向朝向下方。
然后，與突出部45的下側壁面4 碰撞而朝向上方流動的廢氣和與突出部45的上側壁面4 碰撞而朝向下方流動的廢氣相互碰撞，由此促進廢氣中所含的還原劑與廢氣的混合。
另外，因與突出部45的下側壁面4 的向上方傾斜的部分碰撞而使流動方向朝向上方的廢氣，即使不與因與突出部45的上側壁面4 的向下方傾斜的部分碰撞而使流動方向朝向下方的廢氣碰撞，也會與突出部45的上側壁面4 碰撞。通過這個與上側壁面4 的碰撞，使廢氣的朝向上方的速度分量降低，并且由此使廢氣得以攪拌，促進廢氣中所含的還原劑與廢氣的混合。
另一方面，因與突出部45的上側壁面4 的向下方傾斜的部分碰撞而使流動方向朝向下方的廢氣，即使不與因與突出部45的下側壁面4 的向上方傾斜的部分碰撞而使流動方向朝向上方的廢氣碰撞，也會與突出部45的下側壁面4 碰撞。通過這個與下側壁面 45b的碰撞，使廢氣的朝向下方的速度分量降低，并且由此使廢氣得以攪拌，促進廢氣中所含的還原劑與廢氣的混合。
另外，在本實施方式中也沒有設置用于縮小廢氣流路截面積的部件，因此能夠在幾乎不增加廢氣壓力損失的情況下，促進廢氣中所含的還原劑與廢氣的混合。
然而，利用上述第一實施方式到第三實施方式所示的任一形狀的突出部，都能夠在幾乎不增加廢氣壓力損失的情況下，促進還原劑與廢氣的混合。在此，可以認為無論采用上述哪一種突出部形狀，流過岐管出口附近部分19a的下部的廢氣與突出部的下側壁面碰撞，而使其流動方向朝向上方，由此來促進還原劑與廢氣之間的混合等。因而，可以說突出部只要能夠使其壁面的一部分能夠將流入到突出部的廢氣的至少一部分氣流在殼體30軸線方向上的速度分量朝向上方，則可以是任意形狀。
另外，可以認為無論采用第一實施方式到第三實施方式所示的哪一種形狀的突出部，流過岐管出口附近部分19a的上部的廢氣都與突出部的上側壁面碰撞而使其流動方向朝向下方，并與流入到突出部的其它廢氣發生碰撞，由此來促進還原劑與廢氣之間的混合等。因而，可以說突出部只要形成為能夠使與其壁面觸碰而使得朝向下方的速度分量增大了的廢氣的至少一部分與即使與突出部的壁面觸碰也未增大朝向下方的速度分量的廢氣產生碰撞，則可以是任意形狀。
另外，可以認為無論采用第一實施方式到第三實施方式所示的哪一種形狀的突出部，流過岐管出口附近部分19a的上部的廢氣都與突出部的上側壁面碰撞而使其流動方向朝向下方，然后通過與突出部的下側壁面間的碰撞，來使廢氣的朝向下方的速度分量降低， 由此來促進還原劑與廢氣之間的混合等。同樣地，可以認為流過岐管出口附近部分19a的下部的廢氣都與突出部的下側壁面碰撞而使其流動方向朝向上方，然后通過與突出部的上側壁面間的碰撞，來使廢氣的朝向上方的速度分量降低，由此來促進還原劑與廢氣之間的混合等。因而，可以說突出部只要形成為能夠使與其壁面的一部分觸碰而使得朝向排氣凈化單元的方向的速度分量增大了的廢氣的至少一部分與突出部的壁面的其它部分觸碰，而使該廢氣在該方向上的速度分量降低，則可以是任意形狀。
下面，參照圖5A及圖5B說明本發明的第四實施方式。圖5A及圖5B是第四實施方式的催化凈化器21的與圖2A及圖2B同樣的放大圖。第四實施方式的排氣凈化裝置的構成基本上與第一實施方式的排氣凈化裝置的構成相同。其中，第一實施方式的排氣凈化裝置中，岐管出口附近部分19a相對于軸線L垂直地延伸，而本實施方式中，岐管出口附近部分50a相對于軸線L傾斜地延伸。
如圖5A所示，本實施方式的排氣岐管50在殼體30的錐形部32的上方部分貫通錐形部32的壁面而延伸。如圖5A所示，排氣岐管50在貫通錐形部32的壁面的部位，相對于殼體30的軸線L傾斜。另外，排氣岐管50在錐形部32內呈直線地延伸。因此，岐管出口附近部分50a也相對于軸線L傾斜地延伸，并且相對于錐形部32的壁面傾斜地延伸。
另外，如圖5A及圖5B所示，岐管出口附近部分50a朝向突出部35延伸。換言之， 岐管出口附近部分50a以其軸線M進入到突出部35內的方式延伸。
下面說明廢氣在這種構成的排氣岐管50及殼體30內的流動。由于岐管出口附近
11部分50a朝向突出部35延伸，因此流過排氣岐管50的含有還原劑的廢氣從排氣岐管50的出口流出并流入到突出部35內。在岐管出口附近部分50a的下部流過的廢氣與突出部35 的下側壁面3 碰撞。通過這種碰撞，使廢氣的流動方向朝向上方。另一方面，流過岐管出口附近50a的上部的廢氣沿著突出部35的上側壁面流動而使其流動方向朝向下方，或者與上側壁面3 碰撞而使其流動方向朝向下方。
這樣，與下側壁面3 碰撞而使流動方向朝向上方的廢氣與沿著上側壁面3 流動或與之碰撞而使流動方向朝向下方的廢氣之間相互碰撞，由此促進廢氣中所含的還原劑與廢氣的混合。另外，與下側壁面3 碰撞而使流動方向朝向上方的廢氣與上側壁面3 碰撞，并且與上側壁面3 碰撞而使流動方向朝向下方的廢氣與下側壁面3 碰撞，由此也能夠促進廢氣中所含的還原劑與廢氣的混合。而且，在本實施方式中也沒有設置用于縮小廢氣流路截面積的部件，因此能夠在幾乎不增大廢氣壓力損失的情況下促進廢氣中所含的還原劑與廢氣的混合。
另外，在本實施方式中，優選構成為使突出部35相對于圓周方向傾斜地延伸，即相對于與軸線L垂直的平面傾斜地延伸。尤其是，通過使突出部35以從與排氣岐管19的出口相面對的區域起隨著沿圓周方向遠離使該突出部越來越位于下側的方式傾斜，而能夠使相對于突出部35傾斜地流入的廢氣容易在突出部35內沿圓周方向流動。
下面參照圖6A及圖6B說明本發明的第五實施方式。圖6A及圖6B是第五實施方式的催化凈化器21的與圖2A及圖2B同樣的放大圖。第五實施方式的排氣凈化裝置的構成基本上與第四實施方式的排氣凈化裝置的構成相同。其中，在第四實施方式的排氣凈化裝置中，排氣岐管50貫通錐形部32的壁面而延伸到錐形部32內，而第五實施方式的排氣凈化裝置中，排氣岐管陽不貫通錐形部32的壁面，因而不延伸到錐形部32內。
如圖6A所示，本實施方式的排氣岐管55的出口部分與殼體30的錐形部32直接連接。另外，排氣岐管陽相對于軸線L傾斜地延伸，并且相對于錐形部32的壁面傾斜地延伸。進而，如圖6A所示，岐管出口附近部分5 朝向突出部35延伸。換言之，岐管出口附近部分55a以其軸線M進入到突出部35內的方式延伸。
在這樣構成的排氣岐管55及殼體30內，岐管出口附近部分5 朝向突出部35延伸，因此流過排氣岐管50的含有還原劑的廢氣的大部分從排氣岐管55的出口流出而流入到突出部35內。在岐管出口附近部分50a的下部流過的廢氣與突出部35的下側壁面3 碰撞而使其流動方向朝向上方。另一方面，在岐管出口附近部分50a的上部流過的廢氣沿著突出部35的下側壁面3 流動或與上側壁面3 碰撞而使其流動方向朝向下方。這些廢氣相互碰撞，由此促進廢氣中所含的還原劑與廢氣的混合。
另外，由于從排氣岐管55的出口到突出部35為止的距離遠離，因此從排氣岐管 55的出口流出的廢氣的一部分不會流入到突出部35，而是直接流入到NOx儲存還原催化劑 20。在此，當廢氣流入到突出部35時，廢氣的流動方向會急劇變化，因此會產生一些壓力損失。相對于此，由于從排氣岐管55的出口流出的廢氣的一部分直接流入到NOx儲存還原催化劑20，因此減少了流入到突出部35的廢氣流量，從而也能夠降低壓力損失。另外，本實施方式中也沒有設置用于縮小廢氣流路截面積的部件。因此，本實施方式能夠在進一步抑制廢氣壓力損失增大的情況下促進廢氣中所含的還原劑與廢氣的混合。
然而，無論是上述第一實施方式、第五實施方式及第六實施方式所示的哪一形狀的排氣岐管，都能夠在幾乎不增加廢氣壓力損失的情況下促進還原劑與廢氣的混合。此處， 可以認為無論采用上述實施方式所示的哪一種形狀的突出部，岐管出口附近部分都朝向突出部，即以其軸線M進入到突出部內的方式延伸，由此來促進還原劑與廢氣之間的混合等。 因而，可以說排氣岐管只要是其出口附近部分的軸線M穿過突出部內的方式延伸，則可以是任意形狀。
下面，參照圖7A及圖7B來說明本發明的第六實施方式。圖7A及圖7B是第六實施方式的催化凈化器21的與圖2A及圖2B同樣的放大圖。第六實施方式的排氣凈化裝置的構成基本上與第一實施方式的排氣凈化裝置的構成相同。其中，第一實施方式的排氣凈化裝置中，突出部35是在殼體30的圓周方向上的跨越半個圓周以上部分延伸，而本實施方式中，突出部60是在殼體30的圓周方向上只在半個圓周以下部分延伸。
下面，說明廢氣在這樣構成的排氣岐管19及殼體30內的流動。與第一實施方式的突出部35同樣，流入到突出部60內的廢氣與突出部60的壁面碰撞而改變上下方向的流動方向，由此促進還原劑與廢氣的混合。
另一方面，本實施方式中，突出部60在殼體30圓周方向上的寬度W較小，因此與第一實施方式的突出部35不同，流入到突出部60的廢氣難以沿著突出部60的壁面而朝向殼體30的圓周方向兩側流動。因此，在突出部60內，流入的廢氣不會沿圓周方向擴散，因此會產生較大的紊流，由此也能夠促進還原劑與廢氣的混合。
若這樣將突出部60的入口在圓周方向上的寬度W縮小，則能夠更有效地使還原劑與廢氣混合。但是，如果將突出部60的入口在圓周方向上的W過度縮小，比排氣岐管19的出口直徑d還小，則會使突出部60的入口的寬度W成為節流部，導致廢氣的壓力損失增大。 因此，優選為使突出部60的入口的寬度W比排氣岐管19的出口直徑d大。
同樣，如果使突出部60的入口在上下方向上的高度(殼體30軸線方向上的高度) 也比排氣岐管19的出口直徑d小，則會使突出部60的入口的高度h成為節流部，導致廢氣的壓力損失增大。因此，優選為使突出部60的入口的高度h比排氣岐管19的出口直徑d 大。
更確切地說，在與殼體30 (錐形部32)內的空間相面對的突出部60的入口的截面積X比排氣岐管19的出口的截面積還小時，突出部60的入口成為節流部。從而，為了防止突出部60的入口的節流部導致廢氣的壓力損失增大，需要使突出部60的入口的截面積X 比排氣岐管19的出口的截面積小。
下面，參照圖8A及圖8B說明本發明的第七實施方式。圖8A及圖8B是第七實施方式的催化凈化器21的與圖2A及圖2B同樣的放大圖。第七實施方式的排氣凈化裝置的構成基本上與第一實施方式的排氣凈化裝置的構成相同。其中，在第一實施方式的排氣凈化裝置中，排氣岐管19的出口不進入到突出部35內，而本實施方式中，排氣岐管19的出口進入到突出部35內。
此處，有時從還原劑供給裝置22供給的還原劑的一部分不會分散于在排氣岐管 19內流動的廢氣中，而作為液滴在排氣岐管19內流動。這種液滴狀態的還原劑從排氣岐管 19的出口沿重力方向落下，而流入到NOx儲存還原催化劑20。如果還原劑不與廢氣混合而以液滴狀態流入到NOx儲存還原催化劑20，則有可能不能將廢氣充分地凈化。因此，需要例如還原劑以液滴狀態流入到NOx儲存還原催化劑20。
在本實施方式中，如上所述，排氣岐管19的出口進入到突出部35內。因此，即使還原劑以液滴狀態從排氣岐管19的出口沿重力方向落下，該還原劑也不直接落到NOx儲存還原催化劑20上，而附著于突出部35的下側壁面3 上。
此處，如上所述，由于在突出部35內會產生廢氣的紊流，因此能夠使附著于突出部35的下側壁面3 上的液滴狀態的還原劑蒸發，然后與廢氣混合。從而，根據本實施方式，即使從還原劑供給裝置22供給的還原劑的一部分以液滴狀態從排氣岐管19的出口流出，也能夠使該還原劑與廢氣適當地混合。
下面，參照圖9A及圖9B說明本發明的第八實施方式。圖9A及圖9B是第八實施方式的催化凈化器21的與圖2A及圖2B同樣的放大圖。第八實施方式的排氣凈化裝置的構成基本上與第一實施方式的排氣凈化裝置的構成相同。其中，第一實施方式的排氣凈化裝置中，在與排氣岐管19的出口相面對的錐形部32的內壁面的部分設置突出部35，而本實施方式中，設置朝向殼體30的徑向內側突出的兩個突起部件71、72。
如圖9A的側面剖視圖所示，上側突起部件71的下側壁面71a朝向殼體30的徑向外側而向下方傾斜，而且上側突起部件71的上側壁面71b朝向殼體30的徑向外側而向上方傾斜。另一方面，下側突起部件72的上側壁面7 朝向殼體30的徑向外側而向上方傾斜，而且下側突起部件72的下側壁面72b朝向殼體30的徑向外側而向下方傾斜。在圖示的實施方式中，上側突起部件71的下側壁面71a及下側突起部件72的上側壁面7 彎曲成凹狀。
另外，如圖9B所示，這些突起部件71、72從與排氣岐管19的出口相面對的區域起朝向殼體30的圓周方向兩側延伸。如果將從沒有突起部件71、72時的錐形部32的內壁面起到在殼體30的徑向最突出的突起部件71、72的深度設為D，則突起部件71、72的深度 D從與排氣岐管19的出口相面對的區域起隨著沿殼體30的圓周方向遠離該區域而漸漸變淺。尤其是如圖9B所示，在本實施方式中，突起部件71、72的內周形成大致半橢圓形。另外，在本實施方式中，突起部件71、72在殼體30的圓周方向在跨越半個圓周以上部分延伸。
即使是這樣構成的排氣岐管19及殼體30，也能夠得到與圖2A及圖2B所示的第一實施方式同樣的效果。即，在排氣岐管19內流過的包含還原劑的廢氣從排氣岐管19的出口流出后流入到兩個突起部件71、72之間的空間內。在岐管出口附近部分19a的下部流過的廢氣與下側突起部件72的上側壁面7 碰撞。通過這種碰撞，使廢氣的流動方向朝向上方。另一方面，在岐管出口附近部分19a的上部流過的廢氣與上側突起部件71的下側壁面 71a碰撞。通過這種碰撞，使廢氣的流動方向朝向下方。
如果這樣與下側突起部件72的上側壁面7 碰撞的廢氣的流動方向朝向上方，而與上側突起部件71的下側壁面71a碰撞的廢氣的流動方向朝向下方，則這些廢氣相互碰撞。這樣，通過兩股廢氣相互碰撞而使廢氣得以攪拌，由此促進廢氣中所含的還原劑與廢氣的混合。
另外，與下側突起部件72的上側壁面7 碰撞而使其流動方向朝向上方的廢氣， 即使不與與上側突起部件71的下側壁面71a碰撞而使流動方向朝向下方的廢氣碰撞，也會與下側突起部件72的上側壁面7 碰撞。通過這個與上側壁面72a的碰撞，使廢氣的朝向上方的速度分量降低，并且使廢氣得以攪拌，促進廢氣中所含的還原劑與廢氣的混合。這一點對于與上側突起部件71的下側壁面71a碰撞而使其流動方向朝向下方的廢氣而言也是同樣。
并且，在上述第八實施方式中，在殼體30的內壁面上設置有與殼體30分體的突起部件71、72，但也可以使殼體30的內壁面自身以向殼體30的徑向內側突出的方式變形，從而在殼體30的內壁面上設置突起部分。總之，本實施方式的排氣凈化裝置能夠具備從劃定殼體30的內壁面朝向殼體30的徑向內側突出的突起部。
總結以上實施方式，可以說在殼體30內壁面上與排氣岐管出口附近部分19a相面對的部分設置流向偏轉部(例如，在上述殼體30的內壁面上設置的突出部35、40、45、60及突起部71、72)，流向偏轉部位于NOx儲存還原催化劑20的上游側，并且形成為使流入到流向偏轉部的廢氣的至少一部分氣流在殼體30軸線方向上的速度分量定向為與朝向NOx儲存還原催化劑20的方向相反的方向。
或者，在殼體30的內壁面上與排氣岐管出口附近部分19a相面對的部分設置流向偏轉部，流向偏轉部位于NOx儲存還原催化劑20的上游側，并且流向偏轉部的壁面形成為 與流向偏轉部的壁面的局部觸碰而使得朝向NOx儲存還原催化劑20方向的速度分量增大了的廢氣的至少一部分與流向偏轉部的壁面的其它部分觸碰，而使廢氣在該方向上的速度分量降低。
另外，上述實施方式中，將與內燃機本體1連接的排氣岐管19直接與催化凈化器 21的殼體30連接，但也可以是將直接或間接與排氣岐管19連接的排氣管與催化凈化器21 的殼體30連接。
另外，也可以將上述各實施方式彼此組合來構成排氣凈化裝置。例如，可以將第二實施方式與第四實施方式的排氣凈化裝置組合，從而構成在殼體30圓周方向的突出部的截面為矩形、且岐管出口附近部分相對于軸線L傾斜地延伸的排氣凈化裝置。另外，例如可以將第二實施方式與第八實施方式的排氣凈化裝置組合，從而構成上側突起部件71的下側壁面71a及下游側突起部件72的上側壁面7 相對于殼體30的軸線方向垂直的排氣凈直 ο 以上，基于特定的實施方式說明了本發明，但本領域普通技術人員可以在不脫離本發明權利要求書及構思的范圍內進行各種變更和修改等。
附圖標記說明如下 19,50,55...排氣岐管；19a、50a、5fe...岐管出口附近部分；20. .. NOx儲存還原催化劑；21...催化凈化器；30...殼體；31...催化劑收納部；32...錐形部；35、40、45、 60...突出部。
權利要求
1.一種內燃機的排氣凈化裝置，具備上游側排氣通道，其中流過從內燃機排出的廢氣；下游側排氣通道，其被配置在該上游側排氣通道的下游側且相對于上游側排氣通道形成角度；還原劑供給單元，其向在上游側排氣通道內經過的廢氣中供給還原劑；以及排氣凈化單元，其設置在下游側排氣通道內，該排氣凈化裝置的特征在于，在劃定下游側排氣通道的內壁面的與上游側排氣通道出口相對置的部分設置有流向偏轉部，該流向偏轉部位于排氣凈化單元的上游側，并且形成為使流入到該流向偏轉部的廢氣的至少一部分氣流在下游側排氣通道軸線方向上的速度分量定向為與朝向排氣凈化單元的方向相反的方向。
2.根據權利要求1所述的內燃機的排氣凈化裝置，其特征在于，在劃定上述流向偏轉部的壁面的靠近排氣凈化單元一側的區域，具有朝向下游側排氣通道的徑向外側且向著與朝向排氣凈化單元的方向相反的方向傾斜的部分。
3.一種內燃機的排氣凈化裝置，具備上游側排氣通道，其中流過從內燃機排出的廢氣；下游側排氣通道，其被配置在該上游側排氣通道的下游側且相對于上游側排氣通道形成角度；還原劑供給單元，其向在上游側排氣通道內經過的廢氣中供給還原劑；以及排氣凈化單元，其設置在下游側排氣通道內，該排氣凈化裝置的特征在于，在劃定下游側排氣通道的內壁面的與上游側排氣通道出口相對置的部分設置有流向偏轉部，該流向偏轉部位于排氣凈化單元的上游側，該流向偏轉部的壁面形成為與該流向偏轉部的壁面的一部分觸碰而使得朝向排氣凈化單元的方向的速度分量增大了的廢氣的至少一部分與該流向偏轉部的壁面的其它部分觸碰，而使該廢氣的該方向上的速度分量降低。
4.根據權利要求3所述的內燃機的排氣凈化裝置，其特征在于，劃定上述流向偏轉部的壁面的遠離排氣凈化單元的一側的區域，具有朝向下游側排氣通道的徑向外側且向朝向排氣凈化單元的方向傾斜的部分。
5.根據權利要求1 4中任一項所述的內燃機的排氣凈化裝置，其特征在于，上述流向偏轉部具備突出部，該突出部是劃定下游側排氣通道的內壁面自身朝向下游側排氣通道的徑向外側突出而形成的。
6.根據權利要求5所述的內燃機的排氣凈化裝置，其特征在于，上述突出部在下游側排氣通道圓周方向上的截面為大致半橢圓形。
7.根據權利要求5或6所述的內燃機的排氣凈化裝置，其特征在于，面向上述下游側排氣通道的上述突出部的入口面積大于上游側排氣通道的截面積。
8.根據權利要求7所述的內燃機的排氣凈化裝置，其特征在于，上述突出部在下游側排氣通道軸線方向上的高度大于上游側排氣通道的直徑。
9.根據權利要求5 8中任一項所述的內燃機的排氣凈化裝置，其特征在于，上述突出部沿著上述下游側排氣通道圓周方向延伸。
10.根據權利要求9所述的內燃機的排氣凈化裝置，其特征在于，上述突出部在下游側排氣通道徑向上的深度隨著遠離與上述上游側排氣通道出口相對置的區域而減小。
11.根據權利要求9或10所述的內燃機的排氣凈化裝置，其特征在于，上述突出部的外周形成為大致半橢圓形。
12.根據權利要求9 11中任一項所述的內燃機的排氣凈化裝置，其特征在于，上述突出部傾斜成從與上述上游側排氣通道出口相對置的區域起，隨著沿下游側排氣通道圓周方向遠離，該突出部越接近于排氣凈化單元側。
13.根據權利要求5 12中任一項所述的內燃機的排氣凈化裝置，其特征在于，上述上游側排氣通道以在其出口附近其中心軸線從突出部內穿過的方式延伸。
14.根據權利要求5 13中任一項所述的內燃機的排氣凈化裝置，其特征在于，上述上游側排氣通道在其出口附近相對于下游側排氣通道的中心軸線傾斜地延伸。
15.根據權利要求5 13中任一項所述的內燃機的排氣凈化裝置，其特征在于，上述上游側排氣通道在其出口附近相對于下游側排氣通道的中心軸線垂直地延伸。
16.根據權利要求5 15中任一項所述的內燃機的排氣凈化裝置，其特征在于，上述上游側排氣通道進入到下游側排氣通道內而延伸。
17.根據權利要求5 16中任一項所述的內燃機的排氣凈化裝置，其特征在于，上述上游側排氣通道出口進入到上述突出部內。
18.根據權利要求1或3所述的內燃機的排氣凈化裝置，其特征在于，上述流向偏轉部具備突出部，該突出部是劃定下游側排氣通道的內壁面自身朝向下游側排氣通道的徑向外側突出而形成的，且該突出部在下游側排氣通道圓周方向上的截面為大致矩形。
19.根據權利要求1 18中任一項所述的內燃機的排氣凈化裝置，其特征在于，上述流向偏轉部具備突出部，該突出部是劃定下游側排氣通道的內壁面朝向下游側排氣通道的徑向內側突出而形成的。
20.根據權利要求1 19中任一項所述的內燃機的排氣凈化裝置，其特征在于，上述上游側排氣通道由排氣岐管或與排氣岐管直接連接的排氣管劃定，上述下游側排氣通道是在收納排氣凈化單元的催化凈化器的上游部分設置的錐形部。
全文摘要
一種內燃機的排氣凈化裝置，具備排氣岐管(19)；被配置在排氣岐管(19)的下游側且相對于排氣岐管(19)形成角度并且內置NOx儲存還原催化劑(20)的催化凈化器(21)；向在排氣岐管內經過的廢氣中供給還原劑的還原劑供給單元(22)。在催化凈化器的殼體(30)內壁面的與排氣岐管出口相對置的部分設置朝向殼體(30)徑向外側突出的突出部(35)。劃定突出部的壁面的一部分形成為將流入到突出部的廢氣中的至少一部分氣流的在殼體軸線方向上的速度分量定向為與朝向NOx儲存還原催化劑的方向相反的方向。根據本發明，能夠在抑制廢氣壓力損失增大的同時使從還原劑供給單元供給的還原劑在廢氣中擴散。
文檔編號F01N3/36GK102187070SQ200980141610
公開日2011年9月14日 申請日期2009年10月22日 優先權日2008年11月5日
發明者井上三樹男, 辻本健一 申請人:豐田自動車株式會社