(57)【要約】【課題】  排気通路に配置された還元剤供給ノズルを具備する内燃機関の排気浄化装置において、還元剤供給ノズルによって供給される還元剤の減量を抑制する。【解決手段】  還元剤供給ノズル２の噴孔２ａ近傍には撥油膜が形成され、撥油膜は、ポリエーテルサルフォンと、４弗化エチレン及び６弗化プロピレンの共重合体とを含んで形成される。【選択図】      図１
2006329010.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気通路に配置された還元剤供給ノズルを具備する内燃機関の排気浄化装置において、前記還元剤供給ノズルの噴孔近傍には撥油膜が形成され、前記撥油膜は、ポリエーテルサルフォンと、４弗化エチレン及び６弗化プロピレンの共重合体とを含んで形成されることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
排気通路に配置された還元剤供給ノズルと、前記還元剤供給ノズルの噴孔近傍を覆うカバーとを具備し、前記カバーは前記還元剤供給ノズルから噴射される還元剤が通過する開口を有し、前記カバーの外面において、少なくとも前記開口の近傍には撥油膜が形成され、前記撥油膜は、ポリエーテルサルフォンと、４弗化エチレン及び６弗化プロピレンの共重合体とを含んで形成されることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
排気通路に配置された還元剤供給ノズルと、前記還元剤供給ノズルの噴孔近傍を覆うカバーとを具備し、前記還元剤供給ノズルは還元剤として燃料を噴射するものであり、前記カバーは前記還元剤供給ノズルから噴射された燃料が通過する開口を有し、前記カバーの内面の少なくとも前記開口近傍には撥油膜が形成され、前記撥油膜は、ポリエーテルサルフォンと、４弗化エチレン及び６弗化プロピレンの共重合体とを含んで形成されることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
排気通路に配置された還元剤供給ノズルと、前記還元剤供給ノズルの噴孔近傍を覆うカバーとを具備し、前記還元剤供給ノズルは還元剤として燃料を噴射するものであり、前記カバーは前記還元剤供給ノズルから噴射された燃料が通過する開口を有し、前記排気通路は、少なくとも前記還元剤供給ノズルが配置された位置において略水平方向に延在しており、前記開口は前記カバーの排気下流側に設けられ、前記カバーの底壁の内面は、前記還元剤供給ノズルの噴孔の下側位置から排気下流側へ向けて斜め下方向に傾斜して前記開口の下側部分を形成する傾斜部分を有し、前記傾斜部分には撥油膜が形成され、前記撥油膜は、ポリエーテルサルフォンと、４弗化エチレン及び６弗化プロピレンの共重合体とを含んで形成されることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジン及び成層燃焼等の希薄燃焼を実施する火花点火エンジンにおいて、機関排気系には、例えば、ＮＯX吸収剤を担持させた触媒装置を配置することにより、大気中へのＮＯX放出量を抑制している。触媒装置に吸蔵されたＮＯXは、触媒装置のＮＯX許容吸蔵量に達する以前に触媒装置から放出させて還元浄化させなければならず、そのために、排気ガス中に還元剤を供給するための還元剤供給ノズルを配置することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、同様に、ＮＯXを選択還元する触媒においても、ＨＣを選択的にもしくはアンモニア化合物を選択的に還元する触媒においても、排気ガス中に還元剤を供給するための還元剤供給ノズルを配置することが提案されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−０２１５３９号公報
【特許文献２】特開２００２−０３０９２７号公報
【特許文献３】特開２００３−２７８５３０号公報
【特許文献４】特開２００４−１７６５８８号公報
【特許文献５】実開昭６３−１５１９７０号公報
【特許文献６】特開平１０−２７４１３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、還元剤供給ノズルを排気通路に単に配置すると、還元剤供給ノズルの噴孔近傍に排気ガス中のパティキュレートが付着堆積したり、又は、還元剤として使用される燃料がデポジットとなって堆積したりして、噴孔が狭められ又は閉鎖されることがあり、この時には、還元剤供給ノズルによって供給される還元剤が必要量より減量してしまう。その結果として、触媒装置から十分にＮＯXを放出及び還元させることができなくなる。また、ＮＯX選択還元触媒においてもＮＯX還元が、ＨＣやアンモニア化合物選択還元触媒においてはＨＣやアンモニア化合物を還元させることができなくなる。
【０００５】
従って、本発明の目的は、排気通路に配置された還元剤供給ノズルを具備する内燃機関の排気浄化装置において、還元剤供給ノズルによって供給される還元剤の減量を抑制することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明による請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置は、排気通路に配置された還元剤供給ノズルを具備する内燃機関の排気浄化装置において、前記還元剤供給ノズルの噴孔近傍には撥油膜が形成され、前記撥油膜は、ポリエーテルサルフォンと、４弗化エチレン及び６弗化プロピレンの共重合体とを含んで形成されることを特徴とする。
【０００７】
本発明による請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置は、排気通路に配置された還元剤供給ノズルと、前記還元剤供給ノズルの噴孔近傍を覆うカバーとを具備し、前記カバーは前記還元剤供給ノズルから噴射される還元剤が通過する開口を有し、前記カバーの外面において、少なくとも前記開口の近傍には撥油膜が形成され、前記撥油膜は、ポリエーテルサルフォンと、４弗化エチレン及び６弗化プロピレンの共重合体とを含んで形成されることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明による請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置は、排気通路に配置された還元剤供給ノズルと、前記還元剤供給ノズルの噴孔近傍を覆うカバーとを具備し、前記還元剤供給ノズルは還元剤として燃料を噴射するものであり、前記カバーは前記還元剤供給ノズルから噴射された燃料が通過する開口を有し、前記カバーの内面の少なくとも前記開口近傍には撥油膜が形成され、前記撥油膜は、ポリエーテルサルフォンと、４弗化エチレン及び６弗化プロピレンの共重合体とを含んで形成されることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明による請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置は、排気通路に配置された還元剤供給ノズルと、前記還元剤供給ノズルの噴孔近傍を覆うカバーとを具備し、前記還元剤供給ノズルは還元剤として燃料を噴射するものであり、前記カバーは前記還元剤供給ノズルから噴射された燃料が通過する開口を有し、前記排気通路は、少なくとも前記還元剤供給ノズルが配置された位置において略水平方向に延在しており、前記開口は前記カバーの排気下流側に設けられ、前記カバーの底壁の内面は、前記還元剤供給ノズルの噴孔の下側位置から排気下流側へ向けて斜め下方向に傾斜して前記開口の下側部分を形成する傾斜部分を有し、前記傾斜部分には撥油膜が形成され、前記撥油膜は、ポリエーテルサルフォンと、４弗化エチレン及び６弗化プロピレンの共重合体とを含んで形成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明による請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置によれば、還元剤供給ノズルの噴孔近傍には撥油膜が形成され、撥油膜は、ポリエーテルサルフォンと、４弗化エチレン及び６弗化プロピレンの共重合体とを含んで形成されるために、耐熱性が高く、高温となる還元剤供給ノズルの噴孔近傍への使用に適している。撥油膜の良好な撥油性によって、ＳＯＦ（可溶有機成分）をバインダとして堆積する排気ガス中のパティキュレートは還元剤供給ノズルの噴孔近傍に付着し難く、噴孔近傍へのパティキュレートの堆積が抑制されるために、還元剤供給ノズルによって供給される還元剤の減量を抑制することができる。また、還元剤として燃料が使用される場合において、撥油膜の良好な撥油性によって、液状燃料が噴孔近傍に付着し難く、噴孔近傍へのデポジットの堆積が抑制されるために、還元剤供給ノズルによって供給される還元剤の減量を抑制することができる。
【００１１】
本発明による請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置によれば、還元剤供給ノズルの噴孔近傍を覆うカバーが具備されているために、噴孔近傍への排気ガス中のパティキュレートの堆積が抑制される。また、高温となるカバーの外面において、還元剤を通過させる開口近傍には耐熱性の高い撥油膜が形成されているために、カバーの開口近傍にもパティキュレートが堆積することは抑制される。それにより、カバーの開口近傍にパティキュレートが堆積して開口を狭めたり又は閉鎖したりして還元剤供給ノズルによって供給される還元剤が必要量より減量することを抑制することができる。
【００１２】
また、本発明による請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置によれば、還元剤供給ノズルの噴孔近傍を覆うカバーが具備されているために、噴孔近傍への排気ガス中のパティキュレートの堆積が抑制される。また、還元剤供給ノズルは還元剤として燃料を噴射するものであり、カバーは還元剤供給ノズルから噴射された燃料が通過する開口を有し、高温となるカバーの内面の開口近傍には耐熱性の高い撥油膜が形成されおり、カバーの内面の開口近傍には燃料が付着することは抑制される。それにより、付着燃料がデポジットとなって堆積してカバーの開口を狭めたり又は閉鎖したりして還元剤供給ノズルによって供給される還元剤が必要量より減量することを抑制することができる。
【００１３】
また、本発明による請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置によれば、還元剤供給ノズルの噴孔近傍を覆うカバーが具備されているために、噴孔近傍への排気ガス中のパティキュレートの堆積が抑制される。また、排気通路は、還元剤供給ノズルが配置された位置において略水平方向に延在しており、還元剤供給ノズルから噴射された燃料が通過する開口はカバーの排気下流側に設けられ、カバーの底壁の内面は、還元剤供給ノズルの噴孔の下側位置から排気下流側へ向けて斜め下方向に傾斜して開口の下側部分を形成する傾斜部分を有し、高温となるカバーの底壁において傾斜部分には耐熱性の高い撥油膜が形成されている。それにより、排気通路内の排気ガスがカバーの外側を通過する際にカバー内の圧力が低下し、還元剤としての燃料の供給停止中において、還元剤供給ノズルの噴孔から燃料が吸い出されてカバーの底壁の内面における傾斜部分に垂れ落ちても、燃料は撥油膜によって傾斜部分に付着することはなく、傾斜部分によって確実に開口からカバー外へ排出される。
【００１４】
こうして、垂れ落ちた燃料がカバーの底壁上でデポジットとなって堆積し、還元剤供給ノズルの噴口を狭めたり又は閉鎖したりし、又は、還元剤供給ノズルから噴射された燃料が通過するカバーの開口を狭めたり又は閉鎖したりして、還元剤供給ノズルによって供給される還元剤が必要量より減量することを抑制することができる。また、カバーの開口は、排気下流側に設けられているために、排気上流側に設けられている場合に比較して、開口近傍及び開口から内側に位置する還元剤供給ノズルの噴孔近傍にパティキュレートを付着させ難くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１は本発明による内燃機関の排気浄化装置の一部を示す断面図である。ディーゼルエンジン及び成層燃焼等の希薄燃焼を実施する火花点火エンジンにおいて、機関排気系には、例えば、ＮＯX吸収剤を担持させた触媒装置（及び／又はパティキュレートフィルタ）を配置することにより、ＮＯXの大気中への放出量を抑制している。例えば、機関運転状態毎の気筒内から排出されるＮＯX量を積算することにより現在のＮＯX吸蔵量を推定し、これが触媒装置のＮＯX許容吸蔵量に達する直前には、排気ガス中の空燃比をリッチ空燃比（又は理論空燃比）として触媒装置からＮＯXを放出させて還元浄化しなければならない。また、排気ガス中のＳＯXもＮＯXと同様なメカニズムによりＮＯX吸収剤に吸蔵され、触媒装置のＮＯX許容吸蔵量を低減させるために、ＳＯX吸蔵量が所定量に達した時には、触媒装置の温度を高めると共に、排気ガス中の空燃比をリッチ空燃比（又は理論空燃比）として触媒装置からＳＯXを放出させなければならない。
【００１６】
そのために、本排気浄化装置は、触媒装置の上流側において、排気通路１に配置された還元剤供給ノズル２を具備している。還元剤供給ノズル２は、還元剤としての液状燃料３を噴射する噴孔２ａを有している。噴射された液状燃料は、微粒化及び気化されて排気ガスと混合され、排気ガス中の空燃比を所望リッチ空燃比とする。排気ガス中に含まれるパティキュレートが還元剤供給ノズル２の噴孔２ａ近傍に付着して堆積すると、噴孔２ａを狭めたり又は閉鎖したりするようになり、還元剤供給ノズル１が必要量の燃料を噴射して排気ガス中の空燃比を所望リッチ空燃比とすることが困難となる。
【００１７】
ところで、ＰＥＳ（ポリエーテルサルホン）とＦＥＰ（４弗化エチレン及び６弗化プロピレンの共重合体）とによって図３に示すような断面を有する被膜を形成すると、耐熱性及び耐久性に優れた良好な撥油膜とすることができる。図３において、１０は、フェライト系及びオーステナイト系ステンレス、高クロムモリブデン鋼、又は、アルミ合金等の金属基材である。この金属基材１０の撥油膜側表面１０ａは、ショットブラスト又は化学処理等によって適度の粗さとされる。この撥油膜側表面１０ａ上に密着性に優れた親油性（表面張力が大きい）を有するＰＥＳ３０のみからなる下層を配して（例えば、ＰＥＳを有機溶媒中に溶解させたＰＥＳ溶液として）８０から１８０°Ｃで３０分程度の一次焼成を行う。次いで、この下層と一体をなすように、ＰＥＳ３０の連続相中にＦＥＰ２０の離散相（粒子）が分散した上層を配して（例えば、ＰＥＳ溶液とＦＥＰを有機溶媒中に分散させたＦＥＰ分散液との混合液として）３５０から３８０°Ｃで３０分程度の二次焼成を行う。こうして、二次焼成により形成された上層表面は、典型的には、粒子径０．５μｍから５μｍ程度の微細なＦＥＰ粒子が、粒子径と同等程度の間隔で分散している。すなわち、本撥油膜は、基材表面に密着したＰＥＳの下層と、この下層のＰＥＳと一体を成すＰＥＳの連続相中にＦＥＰの拡散相が分散して成る上層とで構成され、この上層が撥油被膜の表面として露出している。
【００１８】
このように形成された撥油膜は、ＦＥＰ粒子２０がＨＣ等の油を撥油性により持ち上げ、ＦＥＰ粒子間に露出しているＰＥＳ３０が親油性によって持ち上げられた油を引っ張るために、撥油膜の僅かな傾斜によって、撥油膜上の油を良好に滑落させることができる。撥油膜におけるＰＥＳとＦＥＰとの重量比は任意として良いが、例えば、４０（ＰＥＳ）：６０（ＦＥＰ）から８０（ＰＥＳ）：２０（ＦＥＰ）とすれば良く、６０（ＰＥＳ）：４０（ＦＥＰ）から７５（ＰＥＳ）：２５（ＦＥＰ）とすることが好ましい。７０（ＰＥＳ）：３０（ＦＥＰ）とすることにより、撥油性能をほぼ最大とすることができ、約１７度の傾斜角度でも油滴を滑落させることができる。
【００１９】
本実施形態における還元剤供給ノズル２の噴孔２ａ近傍には、耐熱性及び耐久性に優れた前述の撥油膜が形成されており、それにより、排気ガス中のパティキュレートがＳＯＦ（可溶有機成分）をバインダとして還元剤供給ノズル２の噴孔２ａ近傍に付着しようとしても、これは撥油膜の良好な撥油性によって妨げられ、噴孔２ａ近傍へのパティキュレートの堆積が抑制されるために、還元剤供給ノズル２によって供給される燃料の減量を抑制することができる。
【００２０】
また、液状燃料が噴孔２ａ近傍に付着しようとしても、これは撥油膜による良好な撥油性によって妨げられ、液状燃料がデポジットとなって噴孔２ａ近傍に堆積することは抑制され、デポジットの堆積によって噴孔２ａが狭められたり又は閉鎖されたりして還元剤供給ノズル２による供給燃料が減量することを抑制することができる。また、燃料ではなく、還元剤として、アンモニア化合物、例えば尿素水が噴射される場合においても、尿素水が噴孔２ａ近傍に付着しようとしても、撥油膜による良好な撥油性によって妨げられる。それにより、噴孔２ａ近傍に付着した尿素水の水分が蒸発して噴孔２ａを詰まらせたり、また、尿素水がバインダとなって噴孔２ａ近傍に排気ガス中のパティキュレートが付着したりすることは抑制される。
【００２１】
本実施形態の還元剤供給ノズル２は、噴孔２ａ近傍に前述の撥油膜が形成されているために、カバー４を設けなくても、噴孔２ａ近傍へのパティキュレート及びデポジットの堆積を抑制することができる。しかしながら、カバー４によって、還元剤供給ノズル２の噴孔２ａを覆うことにより、パティキュレートを含む排気ガス流れが還元剤供給ノズル２の噴孔２ａ近傍と直接的に接触することが妨げられ、噴孔２ａ近傍へのパティキュレートの堆積をさらに抑制することができる。
【００２２】
還元剤供給ノズル２は、液状燃料ではなく、気体還元剤を噴射するようにしても良い。この場合において、カバー４によって噴孔２ａ近傍へのパティキュレートの堆積が十分に抑制されれば、噴孔２ａ近傍には燃料デポジットの堆積はないために、還元剤供給ノズル２の噴孔２ａ近傍には撥油膜を形成しなくても良い。しかしながら、カバー４には還元剤供給ノズル２の噴孔２ａから噴射される還元剤が通過する開口４ａが形成されており、この開口４ａ近傍に排気ガス中のパティキュレートが付着堆積すると、開口４ａを狭めたり又は閉鎖したりして、やはり、必要量の還元剤を供給することが困難となる。それにより、還元剤供給ノズル２が還元剤として燃料又はアンモニア化合物を供給する場合にも気体還元剤を供給する場合にも、カバー４の外面全体又はカバー４の外面の少なくとも開口４ａ近傍には、前述の撥油膜を形成し、パティキュレートの付着堆積を抑制することが好ましい。
【００２３】
カバー４の開口４ａは、排気ガス流の下流側に形成し、還元剤供給ノズル２の噴孔２ａから還元剤を排気下流側へ噴射することが好ましい。開口４ａを排気下流側とすることにより、排気上流側とする場合に比較して、排気ガス中のパティキュレートが開口４ａ近傍に付着し難くなる。また、還元剤を排気下流側へ噴射することにより、噴射された還元剤が排気ガス流によって還元剤供給ノズル２へ吹き返されることはなく、カバー４が設けられない場合にも、還元剤供給ノズル２の噴孔２ａは排気下流側へ向けて還元剤を噴射するように配置することが好ましい。
【００２４】
還元剤供給ノズル２が還元剤として液状燃料を噴射する場合には、噴射される燃料又はアンモニア化合物の一部がカバー４の内面に付着することがあり、この付着燃料がデポジットとなって堆積すると、カバー４の開口４ａを狭めたり又は閉鎖したりして必要量の還元剤を供給することが困難となる。それにより、カバー４の内面全体又はカバー４の内面の少なくとも開口４ａ近傍には前述の撥油膜を形成して、カバー４の内面に付着する燃料がカバー４の外へ排出されるようにし、又は、少なくともカバー４の内面の開口４ａ近傍には燃料デポジットが堆積しないようにすることが好ましい。還元剤供給ノズル２が還元剤としてアンモニア化合物を噴射する場合も同様である。
【００２５】
本実施形態において、排気通路１は、還元剤供給ノズル２が配置された位置において略水平方向に延在している。カバー４は円筒形状の側壁４１と、排気上流側から排気下流側へ向けて斜め下方向に傾斜する底壁４２とを有し、カバー４の排気下流側からの正面図である図２に示すように、側壁４１の排気下流側の一部が底壁４２まで切り欠かれて開口４ａが形成されている。カバー４の内面全体又は少なくとも底壁４２の内面には前述の撥油膜が形成されている。
【００２６】
排気通路１内の排気ガスがカバー４の外側を通過する際にカバー４内の圧力が低下するために、還元剤供給ノズル２によって燃料の供給が停止されている時に、還元剤供給ノズル２の噴孔２ａから燃料が吸い出されることが、また、還元剤供給ノズルのシート不良により洩れ出ることがある。このように吸い出された、あるいは、洩れ出た燃料は、噴孔２ａからカバー４の底壁４２の内面に垂れ落ちる。この燃料は、カバー４の底壁４２の内面上でデポジットとなって堆積すると、比較的早期に還元剤供給ノズル２の噴孔２ａ近傍まで成長して噴孔２ａを狭めたり又は閉鎖したりするおそれがある。
【００２７】
本実施形態において、カバー４の底壁４２の内面には前述の撥油膜が形成されており、また、底壁４２の内面は排気上流側から排気下流側へ向けて斜め下方向に傾斜して開口４ａの下側部分を形成するようになっている。それにより、底壁４２の内面に垂れ落ちた燃料は、底壁４２の内面の撥油性及び傾斜によって、直ぐに開口４ａからカバー４の外へ排出され、底壁４２の内面においてデポジットとなって堆積することはない。
【００２８】
還元剤供給ノズル２の噴孔２ａからの燃料の垂れ落ちに対して、底壁４２の内面は、全体的な傾斜面としなくても、還元剤供給ノズル２の噴孔２ａの下側位置から排気下流側へ向けて斜め下方向に傾斜して開口４ａの下側部分を形成する傾斜部分を有していれば良く、前述の撥油膜は、少なくともこの傾斜部分に形成すれば良い。このような構成は、還元剤供給ノズル２からアンモニア化合物が噴射される場合にも効果的である。
【００２９】
本発明は、他に、ＨＣ選択還元のように２００から４５０°Ｃ程度の排気ガス温度でＨＣを供給することにより脱硝する技術についても適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明による内燃機関の排気浄化装置の一部を示す断面図である。
【図２】図１の排気浄化装置におけるカバーの排気下流側からの正面図である。
【図３】撥油膜の拡大断面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１    排気通路
２    還元剤供給ノズル
２ａ    噴孔
４    カバー
４ａ    開口
【図１】
2006329010.tif 000003
【図２】
2006329010.tif 000004
【図３】
2006329010.tif 000005