(57)【要約】【課題】排気ガスの流量が変化しても液体を分散させることができ、かつ、部品点数を増加させない内燃機関の排気浄化装置を提供する。【解決手段】内燃機関の排気浄化装置１は、排気管１０と、触媒５０前で排気管１０内に液体を噴射する添加装置２０と、排気管１０内に設けられ添加装置２０から噴射された液体の流路に配置される分散板３０と、分散板３０を排気管１０内で移動可能に保持するレール１１と、分散板３０に接続されて排気管１０内の排気ガスの流れを受けて分散板３０をレール１１に沿って移動させる受圧部と、分散板３０の位置を位置決めする弾性体からなる付勢手段としてのスプリング１２とを備える。【選択図】図１
2020020314.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気管と、
触媒前で前記排気管内に液体を噴射する添加装置と、
前記排気管内に設けられ前記添加装置から噴射された液体の流路に配置される分散板と、
前記分散板を前記排気管内で移動可能に保持するレールと、
前記分散板に接続されて前記排気管内の排気ガスの流れを受けて前記分散板を前記レールに沿って移動させる受圧手段と、
前記分散板の位置を位置決めする弾性体からなる付勢手段とを備えた、内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記排気管内の排気ガスの流量が大きくなると、排気ガスの流れに直交する方向における前記分散板と前記添加装置との距離が小さくなるように前記レールが前記分散板を移動可能に保持する、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記排気管内の排気ガスの流量が大きくなると、排気ガスの流れに対する前記分散板の傾斜が大きくなるように前記レールが前記分散板を移動可能に保持する、請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
排気ガスの流れに対して前記分散板が平行な方向を保ったまま前記レールが前記分散板を移動可能に保持する、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関の排気浄化装置は、たとえば特開２０１１−２３６７４６号公報（特許文献１）に開示されている。
特許文献１では、排気管内における還元触媒より上流側であって還元剤噴射装置から噴射された液体の還元剤が吹き付けられる位置に分散部材が設置される。さらに、分散部材が排気管内で回転可能に設けられる構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−２３６７４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の内燃機関の排気浄化装置では、排気管内で分散板の位置が固定されている場合には、排気ガスの流量が変化した場合に分散板において還元剤を分散させることが困難であった。さらに排気管内で分散部材を回転可能にする場合には回転させるためのアクチュエータが必要であり部品点数が増加するという問題があった。
【０００５】
そこで、この発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、排気ガスの流量が変化しても液体を分散させることができ、かつ、部品点数を増加させない内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
内燃機関の排気浄化装置は、排気管と、触媒前で排気管内に液体を噴射する添加装置と、排気管内に設けられ添加装置から噴射された液体の流路に配置される分散板と、分散板を排気管内で移動可能に保持するレールと、分散板に接続されて排気管内の排気ガスの流れを受けて分散板をレールに沿って移動させる受圧手段と、分散板の位置を位置決めする弾性体からなる付勢手段とを備える。
【０００７】
このように構成された内燃機関の排気浄化装置は、レールと、排気ガスの流れを受けて分散板をレールに沿って移動させる受圧手段とが設けられるため、排気ガスの流量が変化しても流束に応じて適切な位置に分散板を位置決めすることができる。その結果分散板により液体を分散させることができる。さらにアクチュエータを用いずに分散板を移動させるため部品点数を増加させることがない。
【０００８】
好ましくは、排気管内の排気ガスの流量が大きくなると、排気ガスの流れに直交する方向における分散板と添加装置との距離が小さくなるようにレールが分散板を移動可能に保持する。排気ガスの流量が大きくなると、添加装置から噴射された液体は排気ガスの流れと直交する方向に拡散しにくいので、分散板を添加装置に近づけることで確実に分散板で液体を分散させることができる。
【０００９】
好ましくは、排気管内の排気ガスの流量が大きくなると、排気ガスの流れに対する分散板の傾斜が大きくなるようにレールが分散板を移動可能に保持する。分散板の傾斜を大きくすることで排気ガス内の液体と分散板とが接触しやすくなり、液体を確実に分散板で、分散させることができる。
【００１０】
好ましくは、排気ガスの流れに対して分散板が平行な方向を保ったままレールが分散板を移動可能に保持する。分散板が排気ガスの流れと平行に保たれるため、排気ガスの流れを阻害することが無く、排気抵抗を増加させない。
【発明の効果】
【００１１】
排気ガスの流量が変化しても液体を分散させることができ、かつ、部品点数を増加させない内燃機関の排気浄化装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施の形態１に従った内燃機関の排気浄化装置１の模式図である。
【図２】図１中の矢印ＩＩで示す方向から見た内燃機関の排気浄化装置１の斜視図である。
【図３】図１中の矢印ＩＩＩで示す方向から見た内燃機関の排気浄化装置１の平面図である。
【図４】図３中の矢印ＩＶで示す方向から見た内燃機関の排気浄化装置１の正面図である。
【図５】図３中の矢印Ｖで示す方向から見た内燃機関の排気浄化装置１の側面図である。
【図６】排気流量が最大のときの実施の形態１に従った内燃機関の排気浄化装置１の模式図である。
【図７】実施の形態２に従った内燃機関の排気浄化装置１の正面図である。
【図８】実施の形態３に従った内燃機関の排気浄化装置１の側面図である。
【図９】実施の形態４に従った内燃機関の排気浄化装置１の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の各実施形態について図を参照して説明する。以下の説明においては、図中の同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は繰り返さない。
【００１４】
（実施の形態１）
（構成）
図１は、実施の形態１に従った内燃機関の排気浄化装置１の模式図である。図１で示すように、内燃機関の排気浄化装置１は、筒状の排気管１０と、排気管１０に設けられて排気管１０内に液体を噴射して噴霧２１を形成する添加装置２０と、添加装置２０から噴射される噴霧２１が衝突する分散板３０とを有する。
【００１５】
排気管１０は、内燃機関から排出される排気ガスを案内するものである。排気管１０内を矢印１９で示す方向に内燃機関の排気が流れる。排気管１０の下流には触媒５０が存在する。
【００１６】
触媒５０は、排気管５０内を流れる排気中の有害な成分が無害な成分へ化学変化する際の活性化エネルギーを低下させる。これにより、排気中の有害な成分が無害な成分へ化学変化しやすくなる。
【００１７】
触媒５０として、たとえばＳＣＲ（Selective Catalystic Reduction）触媒がある。ＳＣＲ触媒は、排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元剤である尿素を用いて還元して窒素と水に分解する。触媒５０はＤＰＦ（Diesel particulate filter）であってもよい。ＤＰＦはディーゼルエンジンの排気ガス中の粒子状物質を捕集するものである。
【００１８】
触媒５０がＳＣＲ触媒である場合には、添加装置２０は排気ガス中に還元剤である尿素を噴射する。添加装置２０は内燃機関の運転中常時尿素を噴射しているわけではなく、排気管１０のＮＯｘの濃度が所定の値を超えると尿素を噴射してＮＯｘを還元することができる。触媒５０がＤＰＦである場合には、添加装置２０は排気ガス中に軽油を噴射する。
【００１９】
添加装置２０から噴射された液体の尿素は添加装置２０の噴射口から広がって噴霧２１を形成する。噴霧２１は、霧状の尿素水溶液により構成される。噴霧２１は矢印１９で示す排気の流れに従って下流側へ流れる。
【００２０】
噴霧２１を広い範囲に分散させるための分散板３０は排気管１０内で可動に設けられている。分散板３０は中実の板材であってもよい。分散板３０は多孔体またはメッシュ体等、液体を透過しうるものであってもよい。
【００２１】
排気管１０にはレール１１が設けられている。レール１１は、排気管１０内で分散板３０を案内するためのものであり、レール１１の延びる方向に分散板３０が移動することが可能である。
【００２２】
図２は、図１中の矢印ＩＩで示す方向から見た内燃機関の排気浄化装置１の斜視図である。図２で示す方に一対のレール１１が互いに平行に配置されている。一対のレール１１は直線状に延びている。
【００２３】
スプリング１２がレール１１内に設けられている。レール１１にガイド３２が嵌り合う。一対のガイド３２の間に受圧部３１が設けられる。受圧部３１に分散板３０が接続されている。スプリング１２は、この実施の形態ではコイルバネであるが、弾性力によりガイド３２の位置を決定できるものであればよい。たとえば、スプリング１２をコイルバネでなく板バネで構成してもよい。
【００２４】
ガイド３２はスプリング１２から矢印１３で示す方向にバネ力が加えられている。受圧部３１は排気の流れから矢印１９で示す方向に力を受ける。受圧部３１が受ける力がバネ力よりも大きくなると、受圧部３１およびそれに接続されたガイド３２および分散板３０はスプリング１２を圧縮する方向に移動する。受圧部３１の形状は円柱状、角柱状などのさまざまな形状を採用してもよい。分散板３０により受圧部３１が構成されていてもよい。
【００２５】
図３は、図１中の矢印ＩＩＩで示す方向から見た内燃機関の排気浄化装置１の平面図である。図３で示す状態では、スプリング１２が最も伸びた状態である。排気ガスの流量が少ない状態では受圧部３１が排気ガスの流れから受ける力が小さい。その結果スプリング１２を縮めることができない。添加装置２０から噴射された噴霧２１が分散板３０に向かって進み、分散板３０と衝突する。噴霧２１の形状は、図３で示すように円形状であってもよく、放射状であってもよい。添加装置２０に複数の噴口が設けられ、これらの噴口から流体が噴射される場合には、各々の噴口から流体が噴射され、全体として見れば添加装置から放射状に流体が噴射されて噴霧２１を形成する。
【００２６】
図４は、図３中の矢印ＩＶで示す方向から見た内燃機関の排気浄化装置１の正面図である。図４は排気流れの上流側から見た図面である。図４で示すように、円筒状の排気管１０の最も高い部分に添加装置２０が設けられている。レール１１は円筒形状に沿って排気管１０の両側に設けられている。
【００２７】
図５は、図３中の矢印Ｖで示す方向から見た内燃機関の排気浄化装置１の側面図である。レール１１は左上方向に延びているため、分散板３０が下流側に移動する場合には分散板３０は添加装置２０に近づく側に移動する。すなわち、排気ガスの流れと直交する方向における分散板３０と添加装置２０との距離は、分散板３０が下流側に移動するにつれて近くなる。
【００２８】
図６は、排気流量が最大のときの実施の形態１に従った内燃機関の排気浄化装置１の模式図である。排気ガスの流量が最大となると、矢印１９で示す方向に受圧部３１が受ける力が大きくなりスプリング１２を圧縮する。これに伴って、レール１１上を分散板３０が移動する。分散板３０は流れに平行な状態を保ったまま移動する。排気の流量が最大であるため噴霧２１も下流側へ向かって流されるものの、分散板３０が下流側かつ添加装置２０に近づく方向に移動しているため、分散板３０に噴霧２１を衝突されることができる。
【００２９】
実施の形態１に従った内燃機関の排気浄化装置１は、排気管１０と、触媒５０前で排気管１０内に液体を噴射する添加装置２０と、排気管１０内に設けられ添加装置２０から噴射された液体の流路に配置される分散板３０と、分散板３０を排気管１０内で移動可能に保持するレール１１と、分散板３０に接続されて排気管１０内の排気ガスの流れを受けて分散板３０をレール１１に沿って移動させる受圧部３１と、分散板３０の位置を位置決めする弾性体からなる付勢手段としてのスプリング１２とを備える。排気管１０内の排気ガスの流量が大きくなると、排気ガスの流れに直交する方向における分散板３０と添加装置２０との距離が小さくなるようにレール１１が分散板３０を移動可能に保持する。
【００３０】
（効果）
可動する分散板３０はレール１１に沿って移動する。移動のために必要な力は矢印１９で示す排気ガスの流れに起因する力と、矢印１３で示すばね力であり、アクチュエータを用いる必要がない。その結果、部品点数を増加させることなく、必要な位置に分散板３０を移動させて分散板３０によって噴霧２１を分散させることができる。これにより、噴霧２１をさらに微粒化して液体の拡散および蒸発を促進できる。
【００３１】
分散板３０は排気ガスの流れに平行に配置されるため、分散板３０が傾斜している場合と比較して排気ガスの流れに対して抵抗とならない。
【００３２】
レール１１が排気管１０の外側に設けられているため、排気管１０内の排気ガスの流れの抵抗を増加させることが無い。
【００３３】
分散板３０は排気ガスの流れの下流に近づくにつれて上側に移動するため添加装置２０との距離が近くなる。排気ガスの流量が大きくなると添加装置２０から噴射された噴霧２１は排気管１０の中央部分に到達することなく下流に流されるが、分散板３０が上方向（排気ガスの流れと直交する方向において添加装置２０に近づく方向）に移動することで、分散板３０に噴霧２１を衝突させることができる。
【００３４】
（実施の形態２）
図７は、実施の形態２に従った内燃機関の排気浄化装置１の正面図である。図７で示すように、実施の形態２の内燃機関の排気浄化装置１では、排気管１０の外形状が角形である。角形であるためにレール１１を排気管１０の内部に設けることが可能である。そのため、排気管１０外部のスペースにレール１１が張り出すことを防止できる。
【００３５】
この実施の形態では排気管１０の断面形状は長方形の角を丸めた形状とされているが、角の曲率半径は必要に応じて適宜変更することができる。さらに、排気管１０の外形状が角形であり、レール１１が排気管１０の外側に設けられていてもよい。
【００３６】
（実施の形態３）
図８は、実施の形態３に従った内燃機関の排気浄化装置１の側面図である。図８で示すように、実施の形態３に従った内燃機関の排気浄化装置１においてはレール１１が矢印３９で示す方向に湾曲して設けられている点で、実施の形態１に従った内燃機関の排気浄化装置１と異なる。湾曲の曲率は一定であってもよく、曲率が変化していてもよい。排気ガスの流量が最も少ない状態では、排気ガスの流れに対して平行に分散板３０が配置される。これに対して排気ガスの流量が最大になった状態では点線で示すように分散板３０は排気ガスの流れに対して傾斜するように配置される。排気管１０内の排気ガスの流量が大きくなると、排気ガスの流れ方向に対する分散板３０の傾斜が大きくなるようにレール１１が分散板３０を移動可能に保持する。最も排気ガスの流量が大きい状態において分散板３０の傾斜が大きくなるため、この状態で確実に噴霧を分散させることができる。
【００３７】
（実施の形態４）
図９は、実施の形態４に従った内燃機関の排気浄化装置１の側面図である。図９で示すように、実施の形態４に従った内燃機関の排気浄化装置１においてはレール１１が矢印１９示す排気ガスの流れ方向と平行に設けられている点で、実施の形態１に従った内燃機関の排気浄化装置１と異なる。排気ガスの流量が最も少ない状態（分散板３０が点線で示される）および排気ガスの流量が最大になった状態（分散板３０が実線で示される）のいずれであっても、分散板３０は排気ガスの流れに対して平行に配置される。すなわち、排気ガスの流れに対して分散板３０が平行な方向を保ったままレール１１が分散板３０を移動可能に保持する。
【００３８】
分散板３０が常に排気ガスの流れ方向と平行であるため、分散板３０が排気ガスの流れの抵抗にならない。そのため、排気抵抗を低減することができる。
【００３９】
さらに排気抵抗を低減することで、排気ガスの流れを利用したターボチャージャーにおいて多くの排気のエネルギーを回収することができる。
【００４０】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００４１】
１  排気浄化装置、１０  排気管、１１  レール、１２  スプリング、２０  添加装置、２１  噴霧、３０  分散板、３１  受圧部、３２  ガイド、５０  触媒。
【図１】
2020020314.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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