(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関と、
前記内燃機関の排気通路に設置される排気浄化触媒と、
前記内燃機関と前記排気浄化触媒との間に設けられ、燃料及び空気を含む混合気を燃焼させることで前記排気浄化触媒を加熱可能な加熱装置とを備えた排気浄化システムであって、
前記加熱装置は、
燃焼空間を覆う内壁と、
前記内壁の外側に設けられた外壁と、
前記外壁と内壁との間に設けられ、空気が供給される空気通路と、
自身の先端部にて、前記燃焼空間内で前記混合気を着火するスパークプラグと、
を備え、
前記スパークプラグは、少なくとも一部が前記空気通路内に配置されるとともに、自身の先端部が前記燃焼空間に露出するようにして設けられており、
前記スパークプラグは、
筒状の主体金具と、
前記主体金具の内周に設けられた絶縁体と、
前記先端部において前記主体金具の内周面と前記絶縁体の外周面との間に形成される空間部とを備え、
前記主体金具は、前記空気通路と前記空間部とを連通する孔部を有し、
前記空間部と前記燃焼空間とがつながっていることを特徴とする排気浄化システム。
【請求項２】
前記燃焼空間に対して燃料を供給する燃料供給装置を備え、
前記燃料供給装置から前記内燃機関と前記燃焼空間との間に位置する前記排気通路に対して燃料を供給することで、前記内燃機関からの排気ガスにより前記燃焼空間に供給する燃料を加熱可能としたことを特徴とする請求項１に記載の排気浄化システム。
【請求項３】
前記燃焼空間に対して空気を供給する空気供給装置を備え、
前記空気供給装置から前記内燃機関と前記燃焼空間との間に位置する前記排気通路に対して空気を供給することで、前記内燃機関からの排気ガスにより前記燃焼空間に供給する空気を加熱可能としたことを特徴とする請求項１又は２に記載の排気浄化システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関から排出される排気ガスを浄化する排気浄化システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンやガソリンエンジン等の内燃機関の排気ガスには、例えば、窒素酸化物（ＮＯX）や粒子状物質（パティキュレート）などの成分が含まれており、内燃機関の排気通路には、これらの成分を除去するための排気浄化装置が取付けられる。
【０００３】
排気浄化装置には、ＮＯXを還元・浄化するためのＮＯX触媒や、パティキュレートを捕集するためのパティキュレートフィルタに担持され、捕集されたパティキュレートの燃焼除去を促進するための酸化触媒などの排気浄化触媒が設けられる。また、排気浄化触媒は、所定の高温域において活性な状態となるため、排気通路における排気浄化触媒の上流側に、当該触媒を加熱するための加熱装置が設けられ得る。
【０００４】
このような加熱装置としては、排気ガスが流れ、排気浄化触媒に連通される管体と、当該管体に取付けられる点火手段とを備え、点火手段により管体内に供給された燃料に着火することで、高温の燃焼ガスを排気浄化触媒へと導入するものが提案されている（例えば、特許文献１等参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−１２２０１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、前記点火手段としては、先端部に間隙を有しており、当該間隙に電圧を印加することで火花放電を発生可能なスパークプラグを用いることが考えられる。点火手段としてスパークプラグを用いることで、燃料への着火タイミングを任意に変更することができ、ひいては排気浄化触媒の加熱タイミングをより容易に制御することができる。
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１に記載の技術においては、排気ガスや燃焼ガスにより前記管体が著しく高温となってしまい、ひいては管体に取付けられるスパークプラグが極めて高温に過熱されてしまうおそれがある。スパークプラグが過熱されてしまうと、前記間隙を形成する部材（例えば、中心電極）等の急速消耗や溶損等が生じやすくなってしまい、着火性が急速に低下してしまったり、使用可能期間が短くなってしまったりするおそれがある。
【０００８】
本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、その目的は、スパークプラグの過熱を効果的に抑制することで、過熱に起因するスパークプラグの不具合をより確実に防止することができる排気浄化システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
以下、上記目的を解決するのに適した各構成につき、項分けして説明する。なお、必要に応じて対応する構成に特有の作用効果を付記する。
【００１０】
構成１．本構成の排気浄化システムは、内燃機関と、
前記内燃機関の排気通路に設置される排気浄化触媒と、
前記内燃機関と前記排気浄化触媒との間に設けられ、燃料及び空気を含む混合気を燃焼させることで前記排気浄化触媒を加熱可能な加熱装置とを備えた排気浄化システムであって、
前記加熱装置は、
燃焼空間を覆う内壁と、
前記内壁の外側に設けられた外壁と、
前記外壁と内壁との間に設けられ、空気が供給される空気通路と、
自身の先端部にて、前記燃焼空間内で前記混合気を着火するスパークプラグと、
を備え、
前記スパークプラグは、少なくとも一部が前記空気通路内に配置されるとともに、自身の先端部が前記燃焼空間に露出するようにして設けられており、
前記スパークプラグは、
筒状の主体金具と、
前記主体金具の内周に設けられた絶縁体と、
前記先端部において前記主体金具の内周面と前記絶縁体の外周面との間に形成される空間部とを備え、
前記主体金具は、前記空気通路と前記空間部とを連通する孔部を有し、
前記空間部と前記燃焼空間とがつながっていることを特徴とする。
【００１１】
上記構成１によれば、スパークプラグの少なくとも一部が、空気が供給される空気通路内に配置されている。従って、スパークプラグを効果的に冷却することができ、スパークプラグの過熱をより確実に防止することができる。その結果、スパークプラグのうち燃焼空間に露出する先端部の急速消耗や溶損等をより確実に防止することができ、着火性の低下を抑制しつつ、スパークプラグをより長期間に亘って使用することが可能となる。
【００１３】
前記空間部を形成する絶縁体の外周面の広範囲に亘って燃料が付着してしまう（つまり、燃料かぶりが生じてしまう）と、スパークプラグにおいて点火不良が生じやすくなってしまうおそれがある。
【００１４】
この点、上記構成１によれば、空気通路を流れる空気が、孔部及び空間部を通って燃焼空間へと噴射するように構成されている。従って、噴射される空気によって絶縁体の外周面に対する燃料の付着をより確実に防止することができ、ひいては燃料かぶりによる点火不良をより一層確実に防止することができる。その結果、排気浄化触媒をより確実に加熱することができる。
【００１５】
構成２．本構成の排気浄化システムは、上記構成１において、前記燃焼空間に対して燃料を供給する燃料供給装置を備え、
前記燃料供給装置から前記内燃機関と前記燃焼空間との間に位置する前記排気通路に対して燃料を供給することで、前記内燃機関からの排気ガスにより前記燃焼空間に供給する燃料を加熱可能としたことを特徴とする。
【００１６】
着火性の向上を図るという点では、燃焼空間に供給される燃料を加熱し、その揮発性を高めることが考えられる。ところが、燃料を加熱するための加熱手段を設けると、システムの複雑化やコストの増大といった事態を招いてしまうおそれがある。
【００１７】
この点、上記構成２によれば、内燃機関と燃焼空間との間に位置する排気通路へと燃料を供給することにより、当該燃料が排気ガスにより加熱された上で、燃焼空間へと供給される。すなわち、特段の加熱手段を設けることなく、加熱された燃料を燃焼空間へと供給することができる。これにより、システムの簡素化やコストの増大抑制を図りつつ、着火性の向上を図ることができ、排気浄化触媒をより一層確実に加熱することができる。
【００１８】
構成３．本構成の排気浄化システムは、上記構成１又は２において、前記燃焼空間に対して空気を供給する空気供給装置を備え、
前記空気供給装置から前記内燃機関と前記燃焼空間との間に位置する前記排気通路に対して空気を供給することで、前記内燃機関からの排気ガスにより前記燃焼空間に供給する空気を加熱可能としたことを特徴とする。
【００１９】
上記構成３によれば、別途の加熱手段を設けることなく、排気ガスにより燃焼空間へ供給される空気を加熱することができる。その結果、システムの簡素化やコストの増大抑制を図りつつ、着火性をより一層向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】排気浄化システムの概略構成を示すブロック図である。
【図２】加熱装置の構成を示す断面模式図である。
【図３】スパークプラグ等の構成を示す一部破断拡大正面図である。
【図４】第２実施形態における排気浄化システムの概略構成を示すブロック図である。
【図５】燃焼空間への空気の供給を説明するための加熱装置等の断面模式図である。
【図６】別の実施形態における空気供給管等の構成を示す断面模式図である。
【図７】別の実施形態における排気浄化システムの概略構成を示すブロック図である。
【図８】別の実施形態における加熱装置の構成を示す断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に、実施形態について図面を参照しつつ説明する。
〔第１実施形態〕
排気浄化システム１は、図１に示すように、ディーゼルエンジン等の内燃機関２と、排気浄化触媒３と、内燃機関２及び排気浄化触媒３の間に設けられた加熱装置４と、空気供給装置５と、燃料供給装置６とを備える。
【００２２】
前記排気浄化触媒３は、内燃機関２の排気ガスが通過する排気通路７の途中に設けられ、排気ガス中のＮＯXを還元・浄化するＮＯX触媒や、排気ガスに含まれる煤等の粒子状物質を捕捉するディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）に担持された酸化触媒などにより構成されている。また、排気浄化触媒３は、所定の高温域にあるときに活性状態となるため、排気ガス中の有害物質をより確実に浄化すべく、前記加熱装置４により加熱されるようになっている。
【００２３】
前記空気供給装置５は、外部の空気を取り込み、前記加熱装置４に供給するものであって、例えば、エアポンプ等（図示せず）により構成されている。
【００２４】
また、燃料供給装置６は、燃料ポンプや燃料ノズル等（図示せず）により構成されており、内燃機関２の燃料タンク（図示せず）から燃料（軽油）を加熱装置４に供給する。本実施形態において、燃料供給装置６は、排気通路７のうち、内燃機関２と加熱装置４との間に位置する排気通路７Ａに対して燃料を噴射することで、燃料を加熱装置４に供給するようになっている。
【００２５】
前記加熱装置４は、排気通路７の途中に設けられ、図２に示すように、燃焼空間ＣＳを覆う金属製の内壁１１、及び、内壁１１の外側に設けられた金属製の外壁１２からなるケース１３と、内壁１１及び外壁１２の間に設けられ、空気が流通する空気通路１４と、自身の先端部にて火花放電を発生可能なスパークプラグ２１とを備えている。
【００２６】
前記ケース１３は、内燃機関２からの排気ガスや燃料供給装置６からの燃料が燃焼空間ＣＳへと流入する際に通過する流入口１３Ａと、排気浄化触媒３及び燃焼空間ＣＳを連通する流出口１３Ｂとを備えている。また、内壁１１は、前記空気通路１４内の空気を燃焼空間ＣＳへと流入させる複数の流入口１１Ａを備えている。燃焼空間ＣＳ内では、スパークプラグ２１における火花放電により、流入口１３Ａから流入する燃料と流入口１１Ａから流入する空気とを含む混合気に対して着火がなされる。これにより、高温の燃焼ガスが流出口１３Ｂを通って排気浄化触媒３側へと流入し、排気浄化触媒３が加熱される。
【００２７】
また、前記外壁１２には空気の取入口１２Ａが設けられており、前記空気供給装置５から供給された空気は、取入口１２Ａから空気通路１４に流入する。そして、空気通路１４を流通した空気は、空気の流通経路の下流側に設けられた外壁１２の排出口１２Ｂから排出される。
【００２８】
さらに、図３に示すように、外壁１２に設けられ、内周面に雌ねじが形成されたねじ孔１２Ｃと、内壁１１に設けられ、自身の中心軸が前記ねじ孔１２Ｃの中心軸と一致する連通孔１１Ｃとからなる取付孔１３Ｃに対して前記スパークプラグ２１が装着されている。
【００２９】
スパークプラグ２１は、筒状をなす絶縁体としての絶縁碍子２２と、絶縁碍子２２の外周に配置された筒状の主体金具２３と、絶縁碍子２２の先端側に挿通され、先端部が絶縁碍子２２の先端から突出する円柱状の中心電極２４と、絶縁碍子２２の後端側に挿通され、前記中心電極２４と電気的に接続された端子電極２５とを備えている。
【００３０】
絶縁碍子２２は、アルミナ等を焼成して形成されており、径方向外側に膨出形成された大径部２２Ａが主体金具２３の内周面に対して係止された状態で、主体金具２３に固定されている。
【００３１】
主体金具２３は、径方向外側に膨出し、レンチ等の工具を係合可能な座部２６と、当該座部２６の先端側に形成されたねじ部（雄ねじ部）２７とを備えており、前記ねじ孔１２Ｃにねじ部２７が螺合されることで、スパークプラグ２１がケース１３に装着されている。また、主体金具２３の先端部には、径方向内側に突き出した環状の突出部２８が形成されており、当該突出部２８と中心電極２４の外周面との間に、火花放電間隙２９が形成されている。端子電極２５を介して中心電極２４に高電圧を印加することで、火花放電間隙２９において火花放電を生じさせることができるようになっている。
【００３２】
さらに、スパークプラグ２１は、ケース１３に装着された状態において、その少なくとも一部（本実施形態では、スパークプラグ２１のうち、ねじ部２７の先端から突出部２８の後端までの間に位置する部位）が空気通路１４内に配置されており、自身の先端部（火花放電間隙２９）が燃焼空間ＣＳに露出している。また、前記座部２６は、外壁１２のうち前記ねじ孔１２Ｃが内周に形成された筒状の台座部１２Ｄに対して、金属製のガスケット３０を介して間接的に接触している。
【００３３】
加えて、スパークプラグ２１の先端部において、絶縁碍子２２の外周面と主体金具２３の内周面との間には環状の空間である空間部３１が形成されている。さらに、主体金具２３には、周方向に沿って均等な間隔で、空気通路１４と空間部３１とを連通する複数の孔部３２が設けられている。これにより、空気通路１４内の空気が、前記孔部３２及び空間部３１を通って前記燃焼空間ＣＳへと噴射するようになっている。
【００３４】
以上詳述したように、本実施形態によれば、スパークプラグ２１の少なくとも一部が空気通路１４内に配置されている。従って、スパークプラグ２１を効果的に冷却することができ、スパークプラグ２１の過熱をより確実に防止することができる。その結果、スパークプラグ２１のうち燃焼空間ＣＳに露出する中心電極２４や主体金具２３の急速消耗等をより確実に防止することができ、着火性や耐久性の低下を効果的に抑制できる。
【００３５】
また、本実施形態では、空気通路１４により燃焼空間ＣＳと隔離されるとともに、空気通路１４を流通する空気により冷却された金属製の外壁１２に対して、スパークプラグ１のねじ部２７が直接接触し、かつ、座部２６がガスケット３０を介して接触している。従って、スパークプラグ２１の冷却効率をより一層向上させることができ、スパークプラグ２１の過熱をより一層確実に防止することができる。
【００３６】
加えて、空気通路１４を流れる空気が、孔部３２及び空間部３１を通って燃焼空間ＣＳへと噴射するように構成されている。従って、噴射される空気によって絶縁碍子２２の外周面に対する燃料の付着をより確実に防止することができ、ひいては燃料かぶりによる点火不良をより一層確実に防止することができる。その結果、排気浄化触媒３をより確実に加熱することができる。
【００３７】
さらに、本実施形態では、内燃機関２と燃焼空間ＣＳとの間に位置する排気通路７Ａへと燃料を供給することにより、当該燃料が排気ガスにより加熱された上で、燃焼空間ＣＳへと供給されるようになっている。これにより、特段の加熱手段を設けることなく、加熱された燃料を燃焼空間ＣＳへと供給することが可能となり、システムの簡素化やコストの増大抑制を図りつつ、着火性の向上を図ることができる。その結果、排気浄化触媒３を一層確実に加熱することができる。
〔第２実施形態〕
次に、第２実施形態について上記第１実施形態との相違点を中心に説明する。上記第１実施形態においては、空気通路１４及び燃焼空間ＣＳの双方に対して、空気供給装置５から空気が供給されるように構成されている。これに対して、本第２実施形態における排気浄化システム１は、図４に示すように、エアポンプ等からなる第２空気供給装置８を備えており、空気通路１４に対して空気供給装置５から空気が供給され、燃焼空間ＣＳに対して第２空気供給装置８から空気が供給される。
【００３８】
そして、本第２実施形態では、図５に示すように、排気通路７のうち内燃機関２と燃焼空間ＣＳとの間に位置する排気通路７Ａに対して第２空気供給装置８から空気が供給される。これにより、内燃機関２からの排気ガスにより空気が加熱され、加熱された空気が燃焼空間ＣＳに流入することとなる。
【００３９】
以上、本第２実施形態によれば、特段の加熱手段を設けることなく、内燃機関２の排気ガスにより燃料及び空気の双方を加熱することができる。その結果、コストの増大を招くことなく、着火性をより一層向上させることができ、ひいては排気浄化触媒３をより一層確実に加熱することができる。
【００４０】
尚、上記実施形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施してもよい。勿論、以下において例示しない他の応用例、変更例も当然可能である。
【００４１】
（ａ）上記実施形態におけるスパークプラグ２１の構成は例示であって、加熱装置４に装着されるスパークプラグ２１の構成はこれに限定されるものではない。従って、例えば、主体金具２３の先端部に棒状の接地電極を設け、当該接地電極と前記中心電極２４との間に火花放電間隙を形成するスパークプラグを用いることとしてもよい。
【００４２】
（ｂ）上記実施形態では、主体金具２３に孔部３２が設けられているが、孔部３２を設けることなく主体金具を構成することとしてもよい。
【００４３】
（ｃ）上記実施形態では、１つのスパークプラグ２１が加熱装置４に装着されているが、複数のスパークプラグ２１を加熱装置４に装着することとしてもよい。
【００４４】
（ｄ）上記第２実施形態では、空気通路１４に空気を供給する空気供給装置５と、燃焼空間ＣＳに空気を供給する第２空気供給装置８とが設けられているが、図６に示すように、空気供給装置５から加熱装置４側へと空気を送るための空気供給管９を２つに枝分かれさせ、一方の空気供給管９Ａを内燃機関２と燃焼空間ＣＳとの間に位置する排気通路７Ａに対して接続し、他方の空気供給管９Ｂを空気通路１４（流入口１２Ａ）に接続することとしてもよい。この場合には、上記第２実施形態と同様の作用効果が奏されるとともに、第２空気供給装置８が不要となり、設備の簡素化やコストの削減を図ることができる。
【００４５】
（ｅ）上記実施形態では、空気通路１４に空気を供給するために、空気供給装置５が設けられているが、図７及び図８に示すように、空気供給装置５を設けることなく、排気浄化システムを構成することとしてもよい。
【００４６】
（ｆ）上記実施形態では、スパークプラグ１にガスケット３０が設けられているが、ガスケット３０を設けることなく、座部２６をケース１３（外壁１２）に直接接触させることとしてもよい。また、上記実施形態において、ガスケット３０は金属により構成されているが、ガスケット３０を構成する素材は、特に限定されるものではなく、例えば、金属以外の無機物質によりガスケット３０を構成することとしてもよい。
【符号の説明】
【００４７】
１…排気浄化システム、２…内燃機関、３…排気浄化触媒、４…加熱装置、５…空気供給装置、６…燃料供給装置、７…排気通路、１１…内壁、１２…外壁、１４…空気通路、２１…スパークプラグ、２２…絶縁碍子（絶縁体）、２３…主体金具、３１…空間部、３２…孔部、ＣＳ…燃焼空間。
【図１】
0005626974.tif 000002
【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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