(57)【要約】【課題】燃費の悪化を抑えつつ排気燃料添加弁を冷却して、噴孔の詰りや噴霧状態の悪化を十分に抑制することのできる内燃機関の排気浄化装置を提供する。【解決手段】エンジンの排気浄化装置は、燃焼室１３に接続された排気通路１４途中の排気浄化用触媒コンバータと、排気通路１４の触媒コンバータよりも上流に排気浄化作用を促進させるための燃料を添加する排気燃料添加弁３６とを備える。上記排気浄化装置において、排気燃料添加弁３６をシリンダヘッド４５に対し、噴孔３６Ａを排気通路１４の燃焼室１３との接続部分近傍（排気ポート２７）に臨ませた状態で取付ける。さらに、ラジエータ４８を通過し、かつシリンダブロック４３内のウォータジャケット４４に流入する前の冷却水を、シリンダヘッド４５内のウォータジャケット４６の排気燃料添加弁３６よりも上流に導くバイパス通路５１を設ける。【選択図】      図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却水循環経路を循環する過程でラジエータを通過した冷却水を、シリンダブロック内のウォータジャケット及びシリンダヘッド内のウォータジャケットの順に流通させる内燃機関に適用され、
前記内燃機関の燃焼室に接続された排気通路に排気浄化触媒を設けるとともに、前記排気通路の前記排気浄化触媒よりも上流に、前記排気浄化触媒の排気浄化作用を促進させるための燃料を添加する排気燃料添加弁を設けた内燃機関の排気浄化装置において、
前記排気燃料添加弁を前記シリンダヘッドに対し、噴孔を前記排気通路の前記燃焼室との接続部分近傍に臨ませた状態で取付けるとともに、ラジエータを通過し、かつ前記シリンダブロック内のウォータジャケットに流入する前の冷却水を、前記シリンダヘッド内のウォータジャケットの前記排気燃料添加弁よりも上流に導くバイパス通路を設けることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記バイパス通路の下流端は、前記シリンダヘッド内のウォータジャケットに対し、前記排気燃料添加弁の上流近傍で接続されている請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記バイパス通路の途中に冷却手段が設けられている請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記冷却手段は放熱器を備える請求項３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】
本発明は内燃機関の排気浄化装置に関し、より詳しくは、内燃機関の排気通路に排気浄化触媒を設けるとともに、排気通路の排気浄化触媒よりも上流に、排気浄化触媒の排気浄化作用を促進させるための燃料を添加する排気燃料添加弁を設けた内燃機関の排気浄化装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼル機関に代表される希薄燃焼式内燃機関では、窒素酸化物（ＮＯｘ）等の排出を低減するため種々の対策が講じられている。この対策の一つに、吸蔵還元型のＮＯｘ触媒及び排気燃料添加弁を備えて構成される排気浄化装置を使用した排気浄化技術がある。
【０００３】
ＮＯｘ触媒は、排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を主として浄化する排気浄化触媒である。より詳しくは、排気中の酸素濃度が高いときにその排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を吸蔵し、排気中の酸素濃度が低いとき、すなわちＮＯｘ触媒に流れ込む排気の空燃比が低いときに、その吸蔵していた窒素酸化物（ＮＯｘ）を排気中の未燃燃料成分（ＣＯ、ＨＣ）と反応させることで、無害な窒素（Ｎ2 ）に浄化する排気浄化作用を有している。
【０００４】
一方、排気燃料添加弁はＮＯｘ触媒上流の排気管に取付けられており、酸素過剰状態で燃焼が行われる希薄燃焼式内燃機関において、その排気中に、還元剤である機関燃料を供給することで排気中の酸素濃度を低下させる。併せて未燃燃料成分である炭化水素（ＨＣ）をＮＯｘ触媒に供給することで、上記の排気浄化作用を促進させる。
【０００５】
ところで、排気燃料添加弁は、噴孔を排気通路に臨ませた状態で取付けられるため、その噴孔周辺は高温の排気ガスに晒される。このため、噴孔周辺の高温化に伴い排気中及び機関燃料（還元剤）中に含まれるデポジット成分が噴孔周辺で固化し、噴孔の詰りや噴霧状態の悪化等を引起こすおそれがある。そこで、排気燃料添加弁を適度に冷却する必要がある。
【０００６】
この点、例えば特許文献１では、排気管に代えてシリンダヘッドに排気燃料添加弁を取付けることが記載されている。一方、一般的な内燃機関では、空気及び燃料の混合気の燃焼に伴い発生する熱により機関各部が過熱されるのを防止するために、冷却装置が設けられている。この冷却装置が水冷式である場合、同冷却装置は、内燃機関のシリンダブロック及びシリンダヘッドにそれぞれ設けられたウォータジャケット、ラジエータ等によって構成される。
【０００７】
この冷却装置では、ラジエータで放熱されて温度の低くなった冷却水が、シリンダブロック内のウォータジャケット、及びシリンダヘッド内のウォータジャケットを順に流れる。冷却水が両ウォータジャケットを通過する過程で、シリンダブロックの熱及びシリンダヘッドの熱がそれぞれ冷却水によって奪われる。このようにして熱を奪って昇温した冷却水はラジエータを通過する過程で放熱される。放熱により温度の低くなった冷却水は、再びシリンダブロック内のウォータジャケットに送られる。従って、特許文献１に記載された排気浄化装置では、上記のように排気燃料添加弁をシリンダヘッドに取付けることで、同シリンダヘッド内のウォータジャケットを流れる冷却水によって排気燃料添加弁を冷却することが可能である。
【０００８】
また、特許文献２には、排気との接触に起因した排気燃料添加弁の過熱を抑制するために、排気浄化作用を促進させるときの噴射形態とは異なる冷却用の噴射形態で排気燃料添加弁の開弁動作を制御する技術が記載されている。この技術によれば、冷却用の噴射形態で機関燃料（還元剤）が噴射されることによって、すなわち、排気温度に比べて十分に低い温度の機関燃料（還元剤）が噴射されることで、排気燃料添加弁自らが冷却される。
【特許文献１】特開２００２−３０９２７号公報（第６頁、図１、図２）
【特許文献２】特開２００３−３２８７４４号公報（第５頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところが、上記特許文献１に記載された排気浄化装置では、シリンダヘッド内のウォータジャケットを流れる冷却水によって排気燃料添加弁をある程度冷却することができるものの、その冷却能力は十分ではない。これは、シリンダヘッド内のウォータジャケットを流れる冷却水は、シリンダブロック内のウォータジャケットを流れた直後のものであり、その通過の過程でシリンダブロックから奪った熱により昇温しているからである。そのため、こうして昇温した冷却水によっては、排気燃料添加弁の噴孔の詰りや噴霧状態の悪化を十分抑制することができないおそれがある。
【００１０】
また、特許文献２に記載された排気浄化装置では、排気浄化作用を促進させるための通常の噴射形態に加え、冷却用の噴射形態で排気燃料添加弁の開弁動作が制御されるため、排気浄化作用に必要な量以上の燃料、すなわち余分な燃料が噴射されることとなり、このことが燃費の悪化を招く一因となっている。
【００１１】
本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、燃費の悪化を抑えつつ排気燃料添加弁を冷却して、噴孔の詰りや噴霧状態の悪化を十分に抑制することのできる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明では、冷却水循環経路を循環する過程でラジエータを通過した冷却水を、シリンダブロック内のウォータジャケット及びシリンダヘッド内のウォータジャケットの順に流通させる内燃機関に適用され、前記内燃機関の燃焼室に接続された排気通路に排気浄化触媒を設けるとともに、前記排気通路の前記排気浄化触媒よりも上流に、前記排気浄化触媒の排気浄化作用を促進させるための燃料を添加する排気燃料添加弁を設けた内燃機関の排気浄化装置において、前記排気燃料添加弁を前記シリンダヘッドに対し、噴孔を前記排気通路の前記燃焼室との接続部分近傍に臨ませた状態で取付けるとともに、ラジエータを通過し、かつ前記シリンダブロック内のウォータジャケットに流入する前の冷却水を、前記シリンダヘッド内のウォータジャケットの前記排気燃料添加弁よりも上流に導くバイパス通路を設けている。
【００１３】
上記の構成によれば、内燃機関の燃焼室で発生した排気は、排気通路を通過する過程で排気浄化触媒によって浄化される。また、排気燃料添加弁から排気通路の排気浄化触媒よりも上流に添加された燃料により、その排気浄化触媒の排気浄化作用が促進される。
【００１４】
ところで、排気燃料添加弁の噴孔周辺は排気通路を流れる高温の排気に晒されて高温となる。このため、排気中及び燃料中に含まれるデポジット成分が噴孔周辺で固化し、噴孔の詰りや噴霧状態の悪化等を引起こすおそれがある。この点、請求項１に記載の発明では、排気燃料添加弁がシリンダヘッドに対し、噴孔を排気通路の燃焼室との接続部分近傍に臨ませた状態で取付けられている。一方で、シリンダヘッド内にはウォータジャケットが設けられていて、そこを冷却水が流通している。そのため、この冷却水によって排気燃料添加弁が冷却される。
【００１５】
さらに、請求項１に記載の発明では、ラジエータを通過し、かつシリンダブロック内のウォータジャケットに流入する前の冷却水の一部が、バイパス通路によってシリンダヘッド内のウォータジャケットの排気燃料添加弁よりも上流に導かれる。このバイパス通路を経由した冷却水の温度は、シリンダブロック内のウォータジャケットを通過した直後の冷却水よりも低い。冷却水は、シリンダブロック内のウォータジャケットを通過する過程でシリンダブロックの熱を奪って昇温するからである。
【００１６】
そのため、こうしたバイパス通路のない場合よりも温度の低い冷却水が排気燃料添加弁の周辺を流れることとなり、同排気燃料添加弁、特に噴孔周辺が効率よく冷却される。その結果、排気燃料添加弁の噴孔周辺が高温の排気に晒されるが、上記冷却により、排気中や燃料中のデポジット成分が噴孔周辺で固化して、噴孔が詰ったり噴霧状態が悪化したりするのを抑制することができる。
【００１７】
また、上記のように噴孔周辺の温度が低くなることから、噴孔周辺の冷却のために、排気浄化作用促進時の噴射形態とは異なる冷却用の噴射形態で排気燃料添加弁を作動させなくてすむ。あるいは、冷却用噴射形態での燃料の噴射量が少なくてすむ。その結果、排気浄化作用に必要な量以上の燃料、すなわち余分な燃料が噴射されることに起因する燃費の悪化を抑制することができる。
【００１８】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の発明において、前記バイパス通路の下流端は、前記シリンダヘッド内のウォータジャケットに対し、前記排気燃料添加弁の上流近傍で接続されているとする。
【００１９】
上記の構成によれば、ラジエータを通過して温度の低くなった冷却水が、シリンダヘッド内のウォータジャケットについて排気燃料添加弁の上流近傍に導かれる。そのため、バイパス通路からシリンダヘッド内のウォータジャケットに流入した冷却水が、排気燃料添加弁周辺に到達するまでにシリンダヘッド等から受ける熱の影響を小さくし、温度の低い冷却水によって排気燃料添加弁を効率よく冷却し、噴孔の詰りや噴霧状態の悪化を確実に抑制することができるようになる。
【００２０】
上述した効果は、排気燃料添加弁が、シリンダヘッド内のウォータジャケットについて下流側の箇所に取付けられた場合に特に有効である。これは、冷却水がウォータジャケットを流れる過程でシリンダヘッドの熱を奪い昇温することから、排気燃料添加弁がその冷却水から受ける影響度合いが大きくなり排気燃料添加弁の温度も高くなるからである。
【００２１】
請求項３に記載の発明では、請求項１又は２に記載の発明において、前記バイパス通路の途中に冷却手段が設けられているとする。
上記の構成によれば、ラジエータを通過して温度の低くなった冷却水は、バイパス通路を流れる過程で冷却手段によって冷却される。そのため、冷却手段の作用を受けた後の冷却水の温度はさらに低くなる。そして、こうして十分温度の低くなった冷却水が、バイパス通路からシリンダヘッド内のウォータジャケット内に流入し、同ウォータジャケットを流れることで、排気燃料添加弁がより一層冷却されることとなる。
【００２２】
請求項４に記載の発明では、請求項３に記載の発明において、前記冷却手段は放熱器を備えるとする。
上記の構成によれば、ラジエータを通過した後の冷却水がバイパス通路を通過する際に、その冷却水の熱が放熱器によってバイパス通路外の空気に放散される。この放散により、冷却水の温度が放熱器を通過する前よりも低くなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
（第１実施形態）
以下、本発明を具体化した第１実施形態について、図１及び図２を参照して説明する。
図１は、車両に搭載された水冷式のディーゼルエンジン（以下、単にエンジンという）１１、及びその排気浄化装置３５の構成を示している。エンジン１１は、一列に配列された複数（ここでは４つ）の気筒を有している。これらの気筒を区別するために、図１中右端に配置された気筒を第１気筒♯１とし、左側へ順に、第２気筒♯２、第３気筒♯３とし、図１中左端に配置された気筒を第４気筒♯４とする。
【００２４】
エンジン１１は、大きくは吸気通路１２、燃焼室１３、及び排気通路１４を備えて構成されている。吸気通路１２の最上流部には、同吸気通路１２に吸入された空気を浄化するエアクリーナ１５が設けられている。エンジン１１においては、エアクリーナ１５から吸気下流側に向けて順に、ターボチャージャ１６のコンプレッサ１６Ａ、インタークーラ１７、及び吸気絞り弁１８が配設されている。吸気通路１２は、吸気絞り弁１８の吸気下流側に設けられた吸気マニホールド１９において分岐されており、この分岐部分を通じて、エンジン１１の気筒毎の燃焼室１３に接続されている。
【００２５】
エンジン１１には、燃焼室１３内での燃焼に供される燃料を噴射する燃料噴射弁２１が気筒毎に設けられている。各燃料噴射弁２１には、高圧燃料を蓄圧する高圧燃料配管であるコモンレール２６が接続されている。このコモンレール２６には、燃料ポンプ２５から吐出された高圧燃料が供給される。
【００２６】
一方、排気通路１４の各燃焼室１３との接続部分は排気ポート２７となっている。排気通路１４には、各燃焼室１３から排気ポート２７を通じて排出された排気を集合させるための排気マニホールド２８、及びターボチャージャ１６のタービン１６Ｂが設けられている。
【００２７】
エンジン１１には、排気の一部を吸気中に再循環させる排気再循環（ＥＧＲ）装置２９が設けられている。ＥＧＲ装置２９は、排気通路１４と吸気通路１２とを連通させるＥＧＲ通路３１を備える。ＥＧＲ通路３１の途中には、再循環される排気を浄化するＥＧＲクーラ触媒３２、再循環される排気を冷却するＥＧＲクーラ３３、再循環される排気の流量を調整するＥＧＲ弁３４が配設されている。
【００２８】
こうしたエンジン１１では、吸気通路１２に吸入された空気が、エアクリーナ１５で浄化された後、ターボチャージャ１６のコンプレッサ１６Ａに導入される。コンプレッサ１６Ａでは、導入された空気が圧縮され、インタークーラ１７に吐出される。圧縮によって高温となった空気は、インタークーラ１７にて冷却された後、吸気絞り弁１８及び吸気マニホールド１９を介して気筒毎の燃焼室１３に分配供給される。こうした吸気通路１２内の空気の流量は吸気絞り弁１８の開度制御を通じて調整される。
【００２９】
空気の導入された燃焼室１３では、各気筒の圧縮行程において燃料噴射弁２１から燃料が噴射される。そして、吸気通路１２を通じて導入された空気と燃料噴射弁２１から噴射された燃料との混合気が燃焼室１３内で燃焼される。
【００３０】
各燃焼室１３での燃焼により生じた排気は、排気マニホールド２８を通じてターボチャージャ１６のタービン１６Ｂに導入される。この導入された排気の流勢によってタービン１６Ｂが駆動されると、吸気通路１２に設けられたコンプレッサ１６Ａが連動して駆動され、上記空気の圧縮が行われる。
【００３１】
一方、上記燃焼により生じた排気の一部はＥＧＲ通路３１に導入される。ＥＧＲ通路３１に導入された排気は、ＥＧＲクーラ触媒３２で浄化され、ＥＧＲクーラ３３で冷却された後、吸気通路１２における吸気絞り弁１８の吸気下流側の空気中に再循環される。こうして再循環される排気の流量は、ＥＧＲ弁３４の開度制御を通じて調整される。
【００３２】
上記のようにしてエンジン１１が構成されている。次に、このエンジン１１から排出される排気を浄化するための排気浄化装置３５について説明する。排気浄化装置３５は、排気燃料添加弁３６を備えるほか、排気浄化触媒として３つの触媒コンバータ（第１触媒コンバータ３７、第２触媒コンバータ３８、及び第３触媒コンバータ３９）を備えて構成されている。
【００３３】
第１触媒コンバータ３７はタービン１６Ｂの排気下流側に配設されている。第１触媒コンバータ３７には吸蔵還元型のＮＯｘ触媒が担持されており、排気中の窒素酸化物ＮＯｘを吸蔵するとともに、還元剤となる未燃燃料成分の供給によりその吸蔵した窒素酸化物ＮＯｘを還元して浄化する。第２触媒コンバータ３８は第１触媒コンバータ３７の排気下流側に配設されている。第２触媒コンバータ３８は、排気中のガス成分の通過を許容し、同排気中の微粒子物質ＰＭの通過を阻止する多孔質材によって形成されており、吸蔵還元型のＮＯｘ触媒が担持されている。第３触媒コンバータ３９は第２触媒コンバータ３８の排気下流側に配設されている。第３触媒コンバータ３９には、排気中の炭化水素ＨＣ及び一酸化炭素ＣＯの酸化を通じて排気の浄化を行う酸化触媒が担持されている。
【００３４】
排気燃料添加弁３６は、その先端の噴孔３６Ａを排気通路１４に臨ませた状態で設けられている。排気燃料添加弁３６は、燃料通路４１を通じて燃料ポンプ２５に接続されており、同燃料ポンプ２５から供された燃料を還元剤として排気中に噴射して添加する。この添加された燃料により、排気を一時的に還元雰囲気とし、第１触媒コンバータ３７及び第２触媒コンバータ３８に吸蔵されている窒素酸化物ＮＯｘを還元浄化する。さらに、第２触媒コンバータ３８では微粒子物質ＰＭの浄化も同時に実行する。
【００３５】
一方、エンジン１１では、各燃焼室１３での混合気の燃焼に伴い熱エネルギーが発生し、その一部が動力に変換される。動力に変換されない熱エネルギーの一部は排気とともに、あるいは摩擦損失として失われ、残りはエンジン１１の各部に吸収される。この吸収された熱によりエンジン１１の各部が過熱するのを防止するために、水冷式の冷却装置が設けられている。
【００３６】
次に、図２を用いて冷却装置４２について説明すると、エンジン１１の主要部をなすシリンダブロック４３及びシリンダヘッド４５の各内部には、冷却水の通路であるウォータジャケット４４，４６がそれぞれ設けられている。なお、図２では説明の便宜上、シリンダブロック４３及びシリンダヘッド４５が分離して図示されている。また、同図２における「ＩＮ側」は吸気側を示し、「ＥＸ側」は排気側を示している。
【００３７】
前者のウォータジャケット４４の入口４４Ａは、シリンダブロック４３の排気側（図２の下側）において第１気筒♯１の近傍に設けられている。また、同ウォータジャケット４４の出口４４Ｂは、シリンダブロック４３の吸気側（図２の上側）において第１気筒♯１の近傍に設けられている。そして、入口４４Ａを通じてウォータジャケット４４に流入した冷却水は、矢印で示すように第４気筒♯４側へ向けてシリンダブロック４３の排気側の壁面に沿って流れる。冷却水は、シリンダブロック４３の第４気筒♯４側の端部に至ると、第４気筒♯４の周りを流れながら向きを変える。その後、冷却水は、第１気筒♯１に向けてシリンダブロック４３の吸気側の壁面に沿って流れて出口４４Ｂに至る。
【００３８】
後者のウォータジャケット４６の入口４６Ａは、シリンダヘッド４５の排気側（図２の下側）において、第１気筒♯１に対応する箇所に設けられている。また、同ウォータジャケット４６の出口４６Ｂは、シリンダヘッド４５の第４気筒♯４側の端部に設けられている。そして、ウォータジャケット４４の出口４４Ｂから入口４６Ａを通じてウォータジャケット４６に流入した冷却水は、各燃焼室１３の周りを経由して、矢印で示すように第４気筒♯４側へ向けて流れる。冷却水は、シリンダヘッド４５の第４気筒♯４側の端部に至ると、出口４６Ｂからウォータジャケット４６の外部へ流出する。
【００３９】
上記ウォータジャケット４６の出口４６Ｂ及びウォータジャケット４４の入口４４Ａは、ラジエータ通路４７によって接続されており、このラジエータ通路４７の途中にラジエータ４８が設けられている。ウォータジャケット４４の入口４４Ａの近傍、すなわち第１気筒♯１の近傍にはウォータポンプ（Ｗ／Ｐ）４９が設けられている。ウォータポンプ４９はエンジン１１によって駆動され、ラジエータ通路４７内の冷却水を吸引してウォータジャケット４４側へ吐出する。これらの吸引及び吐出により、冷却水はウォータポンプ４９を起点としてラジエータ通路４７及びウォータジャケット４４，４６を図２の反時計周り方向に循環する（図２の矢印参照）。この循環中、冷却水は、ウォータジャケット４４，４６を通過する過程でシリンダブロック４３及びシリンダヘッド４５のそれぞれの熱を吸収し昇温する。そして、昇温した冷却水がラジエータ４８を通過する際に、その冷却水の熱が放射される。この放熱によって温度の低くなった冷却水は、ウォータポンプ４９によって再びシリンダブロック４３内のウォータジャケット４４に送られる。本実施形態では、前述したウォータジャケット４４，４６及びラジエータ通路４７によって冷却水循環経路が構成されている。
【００４０】
ところで、上記排気燃料添加弁３６の噴孔３６Ａは排気通路１４に臨ませられることから、排気燃料添加弁３６において噴孔３６Ａの周辺が高温の排気に晒されて高温になりやすい。この高温化に伴い排気中及び燃料（還元剤）中に含まれるデポジット成分が固化し、噴孔３６Ａの詰りや噴霧状態の悪化等を引起こすおそれがある。こうした不具合を解消するためには、排気燃料添加弁３６、特に噴孔３６Ａの周辺を適度に冷却する必要がある。なお、冷却対象となる噴孔３６Ａの周辺とは、排気燃料添加弁３６における噴孔３６Ａの近傍だけでなく、シリンダヘッド４５における排気燃料添加弁３６の取付け部分や、その近傍も含まれる。
【００４１】
一方、前述したようにシリンダヘッド４５内にはウォータジャケット４６が設けられていて、同ウォータジャケット４６内を冷却水が流通している。そこで、第１実施形態では、この冷却水を利用して排気燃料添加弁３６を冷却するようにしている。詳しくは、排気燃料添加弁３６は、シリンダヘッド４５における第１気筒♯１の排気ポート２７の近傍に配設されている。この箇所は、上述したウォータポンプ４９に近い箇所であり、またウォータジャケット４６内での冷却水の流れについて最も上流の箇所である。そして、排気燃料添加弁３６は、その噴孔３６Ａを同排気ポート２７に臨ませた状態でシリンダヘッド４５に取付けられている。
【００４２】
さらに、ラジエータ通路４７において、ウォータジャケット４４の入口４４Ａとウォータポンプ４９との間からバイパス通路５１が分岐している。このバイパス通路５１は、シリンダブロック４３内のウォータジャケット４４を迂回して、シリンダヘッド４５内のウォータジャケット４６に対し第１気筒♯１の上流近傍で合流している。なお、バイパス通路５１は図２に示すように、シリンダブロック４３の外部及びシリンダヘッド４５の外部に設けられてもよいし、それらシリンダブロック４３の内部及びシリンダヘッド４５の内部に設けられてもよい。前者の場合には、ラジエータ通路４７とウォータジャケット４６とを外部配管によって繋ぎ、その外部配管の内部空間をバイパス通路５１とする。また、後者の場合には、シリンダブロック４３の内部及びシリンダヘッド４５の内部にバイパス通路５１を構成する通路をそれぞれ形成する。第１実施形態では、バイパス通路５１の上流端と下流端とが接近していて通路長が短いため、このバイパス通路５１をシリンダブロック４３やシリンダヘッド４５の内部に設けることは、比較的容易に実現可能である。
【００４３】
上記のようにして第１実施形態の排気浄化装置３５が構成されている。この排気浄化装置３５では、燃焼室１３での混合気の燃焼に伴い排気が発生するが、その排気は、図１に示すように、排気通路１４を通過する過程で第１〜第３触媒コンバータ３７〜３９によって浄化される。また、排気燃料添加弁３６から排気通路１４の第１触媒コンバータ３７よりも上流に燃料が添加されることで、触媒コンバータ３７，３８の排気浄化作用が促進される。
【００４４】
また、排気燃料添加弁３６の噴孔３６Ａが排気通路１４内に露出しているため、その噴孔３６Ａの周辺が、排気通路１４を流れる高温の排気に晒される。この点、第１実施形態では、排気燃料添加弁３６がシリンダヘッド４５に対し、噴孔３６Ａを排気ポート２７に臨ませた状態で取付けられている。一方で、シリンダヘッド４５内のウォータジャケット４６には冷却水が流通している。そのため、この冷却水によって排気燃料添加弁３６が冷却される。
【００４５】
さらに、図２に示すように、ラジエータ４８を通過し、かつシリンダブロック４３内のウォータジャケット４４に流入する前の冷却水の一部が、バイパス通路５１によってシリンダヘッド４５内のウォータジャケット４６の排気燃料添加弁３６よりも上流に導かれ、ウォータジャケット４６を流れるもともとの冷却水に加わる。このバイパス通路５１を経由した冷却水の温度は、シリンダブロック４３内のウォータジャケット４４を通過した冷却水よりも低い。冷却水は、シリンダブロック４３内のウォータジャケット４４を通過すると、その通過の際にシリンダブロック４３の熱を奪って昇温するからである。そして、バイパス通路５１からの冷却水が加わったウォータジャケット４６内の冷却水は、そのウォータジャケット４６の下流側へ流れ、その途中で排気燃料添加弁３６の周辺を通って、噴孔周辺の熱を奪う。
【００４６】
特に、第１実施形態では、バイパス通路５１を流れる冷却水はウォータジャケット４６において排気燃料添加弁３６の上流近傍に導かれる。そのため、バイパス通路５１の下流端がウォータジャケット４６に対し、排気燃料添加弁３６の上流側へ比較的大きく離れた箇所に接続された場合に比べ、同バイパス通路５１の下流端から排気燃料添加弁３６までの距離が短くなる。ウォータジャケット４６において、バイパス通路５１の下流端との接続箇所よりも下流を流れる冷却水が、排気燃料添加弁３６の周辺に至るまでにシリンダヘッド４５から受ける熱の影響が小さくなり、より温度の低い冷却水が排気燃料添加弁３６の近傍を流れることとなる。
【００４７】
そのため、こうしたバイパス通路５１のない場合（特許文献１に相当）よりも温度の低い冷却水が排気燃料添加弁３６の周辺を流れることとなり、同排気燃料添加弁３６、特に噴孔３６Ａの周辺が効率よく冷却されて、同噴孔周辺の温度が十分に低くなる。その結果、排気中や燃料中のデポジット成分が噴孔３６Ａの周辺で固化して、同噴孔３６Ａが詰ったり噴霧状態が悪化したりする不具合が起りにくくなる。
【００４８】
また、上記のように噴孔３６Ａの周辺の温度が十分に低くなることから、特許文献２とは異なり、噴孔周辺の冷却のために、排気浄化作用を促進させるときの噴射形態とは異なる冷却用の噴射形態で排気燃料添加弁３６の開弁動作を制御しなくてすむ。あるいは、仮にそうした制御を行うにしても、バイパス通路５１を流れる冷却水によって排気燃料添加弁３６が既に冷却されているため、上記冷却用の噴射形態での燃料噴射によって下げなければならない温度代が小さくなる。そのため、冷却用の噴射形態で噴射する燃料量が少なくてすむ。
【００４９】
以上詳述した第１実施形態によれば、次の効果が得られる。
（１）排気燃料添加弁３６をシリンダヘッド４５に対し、噴孔３６Ａを排気ポート２７に臨ませた状態で取付けている。そのため、シリンダヘッド４５内のウォータジャケット４６を流れる冷却によって排気燃料添加弁３６を冷却することができる。
【００５０】
（２）上記（１）に関連するが、冷却水はシリンダヘッド４５内のウォータジャケット４６を気筒配列方向に流れる過程で、燃焼室１３等で発生する熱を奪って昇温する。この冷却水の温度はウォータジャケット４６の上流側で低く、下流側ほど高くなる。この点、第１実施形態では、排気燃料添加弁３６をウォータジャケット４６の上流側に位置する第１気筒♯１の近傍に配置している。この位置はウォータジャケット４６の中でも冷却水温の最も低い箇所に相当する。そのため、こうした箇所に排気燃料添加弁３６を配置することで、上記（１）の効果をより確実に奏することができる。
【００５１】
（３）ラジエータ通路４７においてウォータポンプ４９の下流から分岐して、シリンダブロック４３内のウォータジャケット４４を迂回し、シリンダヘッド４５内のウォータジャケット４６に対し排気燃料添加弁３６よりも上流に繋がるバイパス通路５１を追加している。そのため、ラジエータ４８を通過し、かつシリンダブロック４３内のウォータジャケット４４に流入する前の温度の低い冷却水を、ウォータジャケット４６の排気燃料添加弁３６よりも上流に導いて、排気燃料添加弁３６、特に噴孔３６Ａの周辺をさらに冷却することができる。この冷却により、排気中や燃料中のデポジット成分が噴孔３６Ａの周辺で固化することに起因する噴孔３６Ａの詰りや、噴霧状態の悪化を抑制することができる。
【００５２】
（４）上記（３）に関連するが、噴孔３６Ａの周辺の温度が十分低くなるため、冷却用の噴射形態で排気燃料添加弁３６の開弁動作を作動させなくてすむ、あるいは、同噴射形態で噴射すべき燃料量が少なくてすむ。そのため、排気浄化作用に必要な量以上の燃料、すなわち余分な燃料が噴射されることに起因する燃費の悪化を抑制することができる。
【００５３】
（５）バイパス通路５１の下流端を、シリンダヘッド４５内のウォータジャケット４６に対し、排気燃料添加弁３６の上流近傍で接続している。そのため、バイパス通路５１の下流端がウォータジャケット４６に対し、排気燃料添加弁３６の上流側へ比較的大きく離れた箇所に接続された場合に比べ、排気燃料添加弁３６を効率よく冷却して、噴孔３６Ａの詰りや噴霧状態の悪化を確実に抑制することができる。
【００５４】
（６）ウォータポンプ４９に最も近い気筒（第１気筒♯１）に対応する排気ポート２７に排気燃料添加弁３６の噴孔３６Ａを臨ませている。そのため、ラジエータ通路４７のウォータポンプ４９の下流から分岐して、ウォータジャケット４６の排気燃料添加弁３６上流に接続されるバイパス通路５１をできるだけ短く構成することができる。このことは、バイパス通路５１の付加に伴う排気浄化装置３５のコストアップを抑制するうえで有効である。
【００５５】
（第２実施形態）
次に、本発明を具体化した第２実施形態について、図３及び図４を参照して説明する。第２実施形態では、排気燃料添加弁３６の取付け位置、及びバイパス通路５１の下流端のウォータジャケット４６に対する接続位置が第１実施形態と異なっている。従って、図３及び図４において、第１実施形態と同様の部材、箇所等については同一の符号を付して説明を省略し、相違点を中心に説明する。
【００５６】
図３に示すように、排気燃料添加弁３６の取付け位置は、シリンダヘッド４５における第４気筒♯４に対応する箇所に変更されている。排気燃料添加弁３６は、噴孔３６Ａを第４気筒♯４の排気ポート２７に臨ませた状態でシリンダヘッド４５に取付けられている。第４気筒♯４は、全気筒♯１〜♯４の中でもウォータポンプ４９から最も離れた箇所に位置する。
【００５７】
また、図４に示すようにバイパス通路５１の下流端の接続位置は、上記第４気筒♯４の近傍に変更されている。ここでは、バイパス通路５１の下流端は、第３気筒♯３と第４気筒♯４との中間部分でウォータジャケット４６に接続されている。この接続位置は、ウォータジャケット４６内の冷却水の流れ方向について、排気燃料添加弁３６の上流近傍に相当する。従って、バイパス通路５１の通路長は、上記第１実施形態でのバイパス通路５１の通路長よりも長くなる。
【００５８】
なお、バイパス通路５１は同図４に示すように、シリンダブロック４３の外部及びシリンダヘッド４５の外部に設けられてもよいし、それらシリンダブロック４３の内部及びシリンダヘッド４５の内部に設けられてもよい。この点は、第１実施形態と同様である。ただし、バイパス通路５１をシリンダヘッド４５等の外部に設定するために外部配管を用いる場合には、排気マニホールド２８からできるだけ離して配置して、その排気マニホールド２８から放散される熱の影響を受けにくくすることが望ましい。
【００５９】
上記構成の第２実施形態の排気浄化装置３５によると、第１実施形態と同様にして、排気燃料添加弁３６からの燃料添加によって触媒コンバータ３７，３８の排気浄化作用が促進される。また、バイパス通路５１を流れる温度の低い冷却水によって排気燃料添加弁３６が冷却される。そのため、上述した（１）〜（５）と同様の効果に加え、次の効果が得られる。
【００６０】
（７）気筒配列方向について排気燃料添加弁３６に最も近い気筒である第４気筒♯４は、ウォータジャケット４６内の冷却水の流れ方向について最も下流に位置する。第４気筒♯４の近傍の冷却水は、ウォータジャケット４６を流れる過程で昇温している。そのため、排気燃料添加弁３６を第１気筒♯１の近傍に配置する場合に比べて、同排気燃料添加弁３６が高温となりやすく、従ってデポジット成分の固化に起因する噴孔３６Ａの詰りや噴霧状態の悪化も起りやすくなる。
【００６１】
この点、第２実施形態では、バイパス通路５１の下流端を、ウォータジャケット４６について第４気筒♯４の近傍に接続している。そのため、ラジエータ４８にて冷却されて温度の低くなった冷却水をバイパス通路５１によって、ウォータジャケット４６について排気燃料添加弁３６の上流近傍に導くことができる。排気燃料添加弁３６がより高温となりやすい状況下にありながら、ラジエータ通路４７を流れる冷却水を有効に利用して、上記噴孔３６Ａの詰りや噴霧状態の悪化を解消できるほどまで同排気燃料添加弁３６を効果的に冷却することができる。
【００６２】
（８）上記（７）に関連するが、排気燃料添加弁３６を第４気筒♯４の近傍に配置した場合にはその近傍の冷却水の温度が高く、排気燃料添加弁３６の温度も高くなる傾向にある。そのため、特許文献２のような冷却用の噴射形態で排気燃料添加弁３６の作動を制御する場合には、より多くの燃料を同排気燃料添加弁３６から噴射させることとなり、燃費悪化がより顕著となる。これに対し、第２実施形態では、上記（４）で説明したように、冷却用の噴射形態で排気燃料添加弁３６を作動させることが不要となるため、より大きな燃費悪化抑制効果が得られる。
【００６３】
（第３実施形態）
次に、本発明を具体化した第３実施形態について説明する。第３実施形態では、バイパス通路５１が、シリンダブロック４３の外部及びシリンダヘッド４５の外部に設けられた外部配管５２の内部空間によって構成されている。さらに、図４において二点鎖線で示すように、外部配管５２の途中には、冷却手段として、外部配管５２の外部の空気による熱伝導を利用して、バイパス通路５１を流れる冷却水の熱を空気中に放散する機能を有する放熱器５３が設けられている。放熱器５３としては周知の構造を有するもの、例えば、多数のフィンを取付けて表面積を大きくした構造を有するものが挙げられる。また、放熱器５３として、外部配管５２に向けて送風する空冷ファンを有するものや、さらにはエンジン１１が車両等の移動体に搭載されている場合には、走行風を外部配管５２に導く構造を有するもの等を用いてもよい。
【００６４】
上記構成の第３実施形態の排気浄化装置３５によると、外部配管５２内のバイパス通路５１を流れる冷却水は、放熱器５３を通過する。この通過の際、冷却水の熱が放熱器５３によって外部配管５２の外部の空気へ放散される。この放散により冷却水の温度が放熱器５３を通過する前よりも低くなって、バイパス通路５１からシリンダヘッド４５内のウォータジャケット４６内に流入する。この温度の低くなった冷却水によって排気燃料添加弁３６が冷却される。
【００６５】
従って、第３実施形態によると、上述した（１）〜（５），（７），（８）と同様の効果が得られるほか、次の効果も得られる。
（９）バイパス通路５１の途中に放熱器５３を設けている。そのため、こうした放熱器５３を設けない場合よりも低い温度の冷却水を、ウォータジャケット４６において排気燃料添加弁３６の上流近傍に導いて、同排気燃料添加弁３６の温度をより効果的に下げることができる。これに伴い、上述した噴孔３６Ａの詰り及び噴霧状態の悪化を抑制する効果や、燃費悪化を抑制する効果が一層確実となる。
【００６６】
なお、本発明は次に示す別の実施形態に具体化することができる。
・第１実施形態におけるバイパス通路５１についても、第３実施形態と同様にして放熱器５３等の冷却手段を設けてもよい。
【００６７】
・排気燃料添加弁３６を、シリンダヘッド４５において、前記各実施形態とは異なる箇所に取付けてもよい。要は、噴孔３６Ａが排気通路１４の燃焼室１３との接続箇所近傍（排気ポート２７）に臨むように取付けられればよい。
【００６８】
なお、上記のように、排気燃料添加弁３６の取付け位置を変更した場合には、それに合わせてバイパス通路５１の下流端のウォータジャケット４６に対する接続位置を変更することが望ましい。この場合の接続位置は、排気燃料添加弁３６の上流近傍であることが望ましい。
【００６９】
・バイパス通路５１を流れる冷却水の冷却効果を得るために必要な条件は、同冷却水自体が排気燃料添加弁３６の周辺を流れること、又はウォータジャケット４６をもともと流れていた冷却水と、バイパス通路５１から合流する冷却水とが混合して、もともとのものよりも温度の低くなった冷却水が排気燃料添加弁３６の周辺を流れることである。
【００７０】
前者の条件を満たすためには、上記各実施形態で説明したように、バイパス通路５１の下流端をウォータジャケット４６に対し排気燃料添加弁３６の上流近傍に接続することが重要である。一方、後者の条件を満たす観点からは、バイパス通路５１の下流端は、ウォータジャケット４６に対し少なくとも排気燃料添加弁３６よりも上流で接続されればよい。このような場合でも、バイパス通路５１のない場合よりも排気燃料添加弁３６の温度を下げることができる。
【００７１】
・冷却手段としては、前述した放熱器５３に限らず、バイパス通路５１を流れる冷却水を積極的に冷却して、その冷却水の温度を低下させるものを用いてもよい。
・前記各実施形態では、シリンダヘッド４５を冷却するために、冷却水を気筒配列方向へ流通させるいわゆる縦流れ冷却方式を採用した。本発明は、こうした方式以外にも、冷却水を気筒配列方向に交差（直交）する方向へ流通させる、いわゆる横流れ冷却方式を採用したエンジンにも適用可能である。
【００７２】
・本発明は、ディーゼルエンジン以外にも、排気浄化触媒及び排気燃料添加弁を備える希薄燃焼式内燃機関に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明を具体化した第１実施形態について、エンジン及び排気浄化装置の構成を示す略図。
【図２】図１の排気浄化装置における排気燃料添加弁を冷却する作用を示す説明図。
【図３】本発明の第２実施形態について、エンジン及び排気浄化装置の構成を示す略図。
【図４】図３の排気浄化装置における排気燃料添加弁を冷却する作用を示す説明図。
【符号の説明】
【００７４】
１１…ディーゼルエンジン（内燃機関）、１３…燃焼室、１４…排気通路、３５…排気浄化装置、３６…排気燃料添加弁、３６Ａ…噴孔、３７…第１触媒コンバータ（排気浄化触媒）、３８…第２触媒コンバータ（排気浄化触媒）、３９…第３触媒コンバータ（排気浄化触媒）、４３…シリンダブロック、４４，４６…ウォータジャケット、４５…シリンダヘッド、４８…ラジエータ、５１…バイパス通路、５３…放熱器（冷却手段）。
【図１】
2006132510.tif 000003
【図２】
2006132510.tif 000004
【図３】
2006132510.tif 000005
【図４】
2006132510.tif 000006