(57)【要約】【課題】  軽量化を図ることができ、しかもススの堆積や過冷却の問題を抑制できるディーゼルエンジンの排気浄化システムを提供する。【解決手段】  ディーゼルエンジン１の排気管２に排気浄化用触媒１１を配置すると共に該排気浄化用触媒１１より上流側で前記排気管２が湾曲している湾曲部２ａに燃料添加弁３０を配設し、該燃料添加弁３０から添加燃料を噴射して前記排気浄化用触媒１１に供給する排気浄化システムであって、前記排気管２を金属パイプで形成すると共に、前記湾曲部２ａの外側に断熱材を用いて形成した燃料添加弁ホルダ２１を固定し該燃料添加弁ホルダ２１内に前記燃料添加弁３０を保持した。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディーゼルエンジンの排気管に排気浄化用触媒を配置すると共に該排気浄化用触媒より上流側で前記排気管が湾曲している湾曲部に燃料添加弁を配設し、該燃料添加弁から添加燃料を噴射して前記排気浄化用触媒に供給する排気浄化システムであって、
前記排気管を金属パイプで形成すると共に、前記湾曲部の外側に断熱材を用いて形成した燃料添加弁ホルダを固定し該燃料添加弁ホルダ内に前記燃料添加弁を保持したことを特徴とするディーゼルエンジンの排気浄化システム。
【請求項２】
前記燃料添加弁ホルダは金属製の外筒と内筒とを有し、該外筒と内筒との間に前記断熱材としてセラミック材が配備されていることを特徴とする請求項１に記載のディーゼルエンジンの排気浄化システム。
【請求項３】
前記外筒及び前記内筒は、前記セラミック材とインサート材を介して接合されていることを特徴とする請求項２に記載のディーゼルエンジンの排気浄化システム。
【請求項４】
前記燃料添加弁ホルダは、前記燃料添加弁を保持するホルダ本体部と該ホルダ本体部を前記湾曲部に固定するアダプタ部とを含み、前記ホルダ本体部とアダプタ部との少なくとも一方に前記断熱材としてセラミック材が配備されていることを特徴とする請求項１に記載のディーゼルエンジンの排気浄化システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はディーゼルエンジンの排気浄化技術に関し、特に排気管の途中に燃料添加弁を設けて燃料を排気浄化用触媒に供給して機能維持を図るようにした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の排気管の途中には排気浄化のため排気浄化用触媒を設けた排気浄化システムが採用されている。ここで使用される排気浄化用触媒として、例えば排気空燃比がリーンの時に排気ガス中のＮＯｘを酸化して硝酸塩の状態で一時的に吸蔵し、排気ガス中の酸素濃度が低下した時に未燃ＨＣやＣＯ等の介在によりＮＯｘを放出して還元浄化するＮＯｘ吸蔵還元触媒が知られている。
【０００３】
ところが、上記ＮＯｘ吸蔵還元触媒はＮＯｘの吸蔵量が増大して飽和量に達してしまうと、それ以上のＮＯｘを吸蔵できなくなる。そこで、このＮＯｘ吸蔵還元触媒に流入する排気ガスの酸素濃度を定期的に低下させて、吸蔵したＮＯｘを放出させて触媒機能の維持を図ることが必要である。
【０００４】
ガソリンエンジンの場合には運転空燃比（Ａ/Ｆ）を低下（リッチ空燃比で運転）させることにより、排気ガス中の酸素濃度を低下し且つ排気ガス中の未燃ＨＣ（炭化水素）やＣＯ等の還元成分を増加させてＮＯｘの放出を促すことができる。しかし、ディーゼルエンジンの場合には、リッチ空燃比で運転することが困難であるためにＮＯｘ吸蔵還元触媒からＮＯｘの放出を促すことが難しい。
【０００５】
そこで、ＮＯｘ吸蔵還元触媒より上流側の排気管に燃料添加弁を配設し、この燃料添加弁からＮＯｘ吸蔵還元触媒に燃料を添加してＮＯｘの放出を促す技術が従来から提案されている。ＮＯｘ吸蔵還元触媒の上流側で排気ガス中に燃料を添加すると、燃料が高温の排気ガス中で熱分解されて多量の炭化水素を生成する。この炭化水素を還元剤としてＮＯｘ吸蔵還元触媒上で酸素と反応させることで、排気ガス中の酸素濃度を低下させてＮＯｘの放出を促すことができる。
【０００６】
また、ディーゼルエンジンから排出されるパティキュレート（Particulate Matter：粒子状物質）の低減対策として、パティキュレートフィルタに担持させた酸化触媒やフロースルー型の酸化触媒といった排気浄化用触媒が排気管の途中に配備されている。このような酸化触媒を使用すれば、パティキュレートフィルタに捕集されたパティキュレートや排気ガス中のパティキュレートの酸化反応を促進して燃焼除去によりパティキュレートの低減化を図ることができる。
【０００７】
ところが、酸化触媒には活性温度領域があるため、活性下限温度を下まわるような排気温度での運転状態が続くと、酸化触媒が活性化せずパティキュレートを効率良く除去できない場合がある。このような場合にも、前述したと同様に酸化触媒の上流側に燃料添加弁を設けて排気ガス中に燃料を添加するという技術で対処できる。すなわち、添加した燃料を高温の排気ガス中で熱分解して多量の炭化水素を生成させ、この炭化水素を酸化触媒上で酸化反応させたときの反応熱により触媒床温度を上昇させることでパティキュレートを低減できる。
【０００８】
このように排気管の途中に設けられた排気浄化用触媒（ＮＯｘ吸蔵還元触媒や酸化触媒、或いはこれらを担持したパティキュレートフィルタ）よりも上流側に燃料添加弁を配設して、燃料を添加すると排気浄化用触媒の機能維持を図ることができる。そして、燃料添加弁を排気浄化用触媒の上流に配置する改良技術が従来から複数提案されている。
【０００９】
なお、ディーゼルエンジンを搭載した乗用車では、排気マニホールド及びターボチャージャの直下で排気ガス温の高い所にスペースを確保して排気浄化用触媒を配置できる場合がある。この場合にはシリンダヘッドの排気ポートに燃料添加弁を配設して、排気ガス中に燃料を添加して排気浄化用触媒に供給できる。しかし、ディーゼルエンジンを搭載したトラック等の場合には、乗用車と同様の位置に排気浄化用触媒を設置するスペースを確保することが一般に困難である。そこで、ディーゼルエンジンを搭載したトラック等の場合は排気管途中に排気浄化用触媒を配置し、この排気浄化用触媒よりも上流側に燃料添加弁を配設して燃料添加を行うようにしている。例えば特許文献１は、このように搭載スペースの関係から排気管の途中に排気浄化用触媒を配置しているディーゼルエンジに適した排気浄化システムを開示している。
【００１０】
図４は、特許文献１の排気浄化システム１００について示した図ある。この排気浄化システム１００は、排気浄化用触媒（図示せず）より上流に位置する排気管１０１の湾曲部１０１ａの外側に、排気管１０１に沿うように燃料添加弁１０２を付設している。そして、燃料添加弁１０２のノズル１０３の先端部から湾曲部１０１ａより下流の排気管１０１に沿う方向に向け噴射空間１０４を形成している。この噴射空間１０４は排気管１０１から突出するように取付けたボス部１０５に内に形成されている。この排気浄化システム１００は、噴射空間１０４を介して湾曲部１０１ａ下流より下流の排気管１０１内の流路に燃料ＦＥを噴射する。この浄化システム１００は、排気管１０１から突出するように形成したボス部１０５が燃料添加弁１０２の取付部となるので、燃料添加弁１０２が排気ガスＥＧに晒されることがないので燃料添加弁の焼損やノズル１０３先端への燃料の焼付き等を防止できる。
【００１１】
また、ボス部１０５の内部には燃料添加弁１０２と略同心状の筒形を成すウォータジャケット１０６が設けられている。このウォータジャケット１０６にディーゼルエンジン（図示せず）からの冷却水の一部を供給して燃料添加弁１０２を冷却できるよう構成している。
【００１２】
【特許文献１】特開２００４−１９７６３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
特許文献１の排気浄化システム１００は、これ以前に提案されている排気浄化システムと比較すると燃料添加弁１０２の焼損やノズル１０３先端への燃料の焼付き等を防止できるという優れた構造を備えている。しかしながら、この排気浄化システム１００でも未だ改善すべき複数の課題がある。
【００１４】
例えば燃料添加弁１０２を保持するため排気管１０１に取付けられるボス部１０５は鋳物で形成されている。ところが鋳物は重量が重いためディーゼルエンジンの振動を助長してしまう。そして、一般に鋳物の面は平滑性が低くキメが粗い（面粗度が荒い）ので、燃料添加弁から噴射した添加燃料が壁面に付着し易い。このように燃料が壁面に付着すると、排気ガスに含まれるスス（煤）が堆積し易くなる。このようにススが堆積すると燃料添加弁から噴射される燃料の噴射形状悪化を招来する。更に堆積しているススに燃料が吸収されてしまう場合がある。この場合には触媒機能の維持に必要な添加燃料が浄化用触媒まで到達し難くなるという問題が発生する。
【００１５】
さらに、ウォータジャケット１０６で冷却される範囲が燃料添加弁周部のボス部や排気管にまで及びこれらを冷し過ぎるとススの堆積を助長する場合がある。また、ウォータジャケット１０６へ冷却水を供給する配管系が必要となるので構造が複雑になってしまう。
【００１６】
したがって、本発明の目的は、軽量化を図ることができ、しかもススの堆積や過冷却の問題を抑制できるディーゼルエンジンの排気浄化システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記目的は、ディーゼルエンジンの排気管に排気浄化用触媒を配置すると共に該排気浄化用触媒より上流側で前記排気管が湾曲している湾曲部に燃料添加弁を配設し、該燃料添加弁から添加燃料を噴射して前記排気浄化用触媒に供給する排気浄化システムであって、前記排気管を金属パイプで形成すると共に、前記湾曲部の外側に断熱材を用いて形成した燃料添加弁ホルダを固定し該燃料添加弁ホルダ内に前記燃料添加弁を保持したディーゼルエンジンの排気浄化システムによって達成できる。
【００１８】
本発明によると、断熱材を用いて形成した燃料添加弁ホルダを金属パイプに固定する構造を採用するので、燃料添加弁を固定する構造部分を鋳物で作製した場合と比較して軽量化でき、断熱材を用いることによって燃料添加弁を排気ガスの熱から保護できる。よって、冷却水を供給して冷却する構成を省略できる。また、燃料添加弁ホルダを金属パイプとは別体で準備できるので、噴射した添加燃料が壁面に付着しないように加工することも容易となる。よって、軽量化を図ると共にススの堆積や過冷却の問題を抑制できるディーゼルエンジンの排気浄化システムを提供できる。
【００１９】
また、前記燃料添加弁ホルダは金属製の外筒と内筒とを有し、該外筒と内筒との間に前記断熱材としてセラミック材が配備されている構造とすることができる。そして、前記外筒及び前記内筒は、前記セラミック材とインサート材を介して接合されている構造を採用してもよい。
【００２０】
また、前記燃料添加弁ホルダは、前記燃料添加弁を保持するホルダ本体部と該ホルダ本体部を前記湾曲部に固定するアダプタ部とを含み、前記ホルダ本体部とアダプタ部との少なくとも一方に前記断熱材としてセラミック材が配備されている構造とこができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によると、軽量化を図ることができ、しかもススの堆積や過冷却を抑制できるディーゼルエンジンの排気浄化システムを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態に係るディーゼルエンジンの排気浄化システム（以下、単に排気浄化システムと称する）について説明する。図１は、排気浄化システムが適用されているディーゼルエンジンを示す図である。
【００２３】
ディーゼルエンジン１は、ターボチャージャ３を搭載している。エアクリーナ４を介して導入される吸気ＮＡを吸気管５を介して前記ターボチャージャ３のコンプレッサ３ａへ導いて加圧し、その加圧された吸気ＮＡをインタークーラ６を介してディーゼルエンジン１の吸気マニホールド７に供給し、各気筒（図示せず）に分配するように形成されている。
【００２４】
また、このディーゼルエンジン１の各気筒から排気マニホールド８を介し排出された排気ガスＥＧは、排気管２を通して前記ターボチャージャ３のタービン３ｂへ送られ、このタービン３ｂを駆動した後に排出される。なお、この排気管２はステンレスなどの金属パイプで形成されている。
【００２５】
このディーゼルエンジン１に適用されている排気浄化システムは、排気浄化装置１０と燃料添加装置２０とを含んでいる。排気浄化装置１０はタービン３ｂを駆動した後の排気ガスＥＧを浄化してから機外へ排出するように、排気管２の所定位置に配設されている。燃料添加装置２０は排気ガスＥＧの流れる方向において排気浄化装置１０よりも上流側で排気管２が湾曲している湾曲部２ａに配設されている。燃料添加装置２０は湾曲部２ａの外側に沿って固定されており、内部には排気管２内に向かって添加燃料を噴射する燃料添加弁３０を保持している。この燃料添加弁３０は、前述した従来の燃料添加弁（図４参照）と同様に排気管２を流れる排気ガスＥＧに晒されない位置に配設されることになる。
【００２６】
排気浄化装置１０の内部には、燃料を添加することによって機能維持（或いは再生）を図ることができる排気浄化用触媒１１が配設されている。このような再生型の触媒としては、例えば触媒再生型のパティキュレートフィルタ、ＮＯｘ還元触媒（選択還元型触媒）やＮＯｘ吸蔵還元触媒、パティキュレートフィルタにＮＯｘ吸蔵還元触媒を組み合わせた触媒、酸化触媒等を採用できる。
【００２７】
前述したように燃料添加装置２０は、排気管２の湾曲部２ａから外へ突出した状態で付設されている。燃料添加装置２０は、燃料添加弁３０と、この燃料添加弁３０を保持する燃料添加弁ホルダ２１とを含んでいる。本実施例の燃料添加弁ホルダ２１は、ホルダ本体部２１ａとアダプタ部２１ｂとの２つの部位によって構成されている。ホルダ本体部２１ａは略円筒状であり、中央部分に形成した空間内に燃料添加弁３０を差し込で保持する。アダプタ部２１ｂは排気管２にホルダ本体部２１ａを締結するための部材となる。図２は、図１のＡ−Ａ矢視での拡大断面図である。なお、図２では燃料添加弁３０の周部の構造を確認し易くするため、燃料添加弁を符号３０のみで示している。
【００２８】
ホルダ本体部２１ａは、燃料添加弁３０と直に接して保持する内筒２２、この内筒２２の外側に配備されている断熱用のセラミック２３、このセラミック２３を外側から覆う外筒２４を備えた構造である。内筒２２はステンレスなどの金属材料で形成されており、燃料添加弁３０をちょうど差し込む空間が中央に形成されている。セラミック２３は、この内筒２２を外部から包み込むように円筒状に配備されている。よって、セラミック２３により排気管２から伝達される熱を遮断して燃料添加弁３０を保護できる。さらに、このセラミック２３の外周をステンレスなどの金属材料で形成した外筒２４で覆っている。このようにホルダ本体部２１ａは、脆性のあるセラミック２３の前後を金属製の内外筒で挟み込むことで、断熱性及び耐衝撃性を備えた構造を実現する。また、このような構造は鋳物と比較して軽量となる。
【００２９】
なお、内筒２２とセラミック２３及びセラミック２３と外筒２４は、金属材とセラミックとを接合するインサート材２５、２６を用いて接続されている。よって、金属である内外筒２２、２４間にセラミック２３を安定に挟持した構造とすることができる。
【００３０】
また、上記内筒２２とセラミック２３とは略筒状であるが、外筒２４はアダプタ部２１ｂ側の一部が開放されている。よって、セラミック２３が外方に円弧状に突出した状態となっている。この突出した部分に対応するようにアダプタ部２１ｂ側が成型されており、セラミック２３とアダプタ部２１ｂとが接続されている。一方、外筒２４は外方に延出した接続用のブラケット部２７を備えている。このブラケット部２７によってアダプタ部２１ｂに固定されている。アダプタ部２１ｂは、例えばステンレス等の金属で所定形状に作製される。よって、外筒２４のブラケット部２７をボルト２８でアダプタ部２１ｂに固定することで、ホルダ本体部２１ａとアダプタ部２１ｂとを一体に固定できる。
【００３１】
また、アダプタ部２１ｂのホルダ本体部２１ａと反対側の面は、排気管２と対応するように円弧状に形成されている。アダプタ部２１ｂは溶接、ロウ付け等により排気管２の所定位置に固定される。このようにして、燃料添加弁ホルダ２１は排気管２の湾曲部２ａに固定される。なお、アダプタ部２１ｂは、外周部分をステンレスで形成し、内部にホルダ本体部２１ａ側と同様のセラミックを配備してもよい。この様にアダプタ部２１ｂにもセラミックを配備する構成を採用すると、排気管側から伝達される熱をより確実に遮断して燃料添加弁３０を熱損から保護できる。
【００３２】
燃料添加装置２０が固定される位置の排気管２には、燃料を内部に導き入れるための開口２ＨＬが形成されている。燃料添加装置２０には、この開口２ＨＬに対応する位置に、ホルダ本体部２１ａ及びアダプタ部２１ｂを貫通して燃料噴霧通路２０ＨＬが設けられている。この燃料噴霧通路２０ＨＬは横断面形状が例えば円形状或いは楕円形状であり、排気管２に近くなる程内径が大きくなる略円錐状の空間として形成することができる。また、燃料噴霧通路２０ＨＬは燃料添加弁３０から噴射される添加燃料の噴霧形状に応じて形成してもよく、燃料添加弁３０から噴射される添加燃料が内面に付着しないような形状に設計することがより好ましい。なお、燃料噴霧通路２０ＨＬはセラミック２３の部分にも形成されることになるが、この部分のセラミック表面に鏡面加工を施すことで噴射した燃料の付着を抑制できる。
【００３３】
図３は、ホルダ本体部２１ａの製造工程の大略を示した図である。図３は、図２におけるＢ−Ｂ矢視断面で工程の様子を示しており、（Ａ）は外筒２４内にセラミック２３をセットするときの状態、同（Ｂ）はセラミック２３内に内筒２２をセットするときの状態を示している。図３（Ａ）で示す工程では、真空加熱下で外筒２４とセラミック２３との間にインサート材２６を介在させて、外筒２４内にセラミック２３を押し込む（加圧する）ことにより、外筒２４とセラミック２３とを強固に接合することができる。さらに、図３（Ｂ）で示す工程では、同様に真空加熱下で内筒２２とセラミック２３との間にインサート材２５を介在させて、セラミック２３内に内筒２２を押し込むことにより、内筒２２とセラミック２３とを同様に強固に接合できる。そして、内筒２２内に燃料添加弁３０を差し込むことで、燃料添加装置２０を完成させることができる。
【００３４】
なお、図３（Ｂ）で示すように、燃料添加弁３０は排気管２の湾曲部２ａに沿うように配置され、燃料添加弁３０の先端部を下方に向けた状態で設置される。燃料添加弁３０の基端部に燃料タンク（図示せず）等から導かれた燃料の一部が、燃料添加弁３０の先端部から湾曲部２ａ下流の排気管２に沿う方向に向けて噴射されるようになっている。燃料添加弁３０の先端部から噴射される燃料は、前述の燃料噴霧通路２０ＨＬを介して排気管２内に導入される。排気管２内に入った添加燃料は排気浄化用触媒１１に供給されて機能維持に利用される。
【００３５】
以上説明したディーゼルエンジンの排気浄化システムでは、排気管２と燃料添加弁ホルダ２１とを別体に作製できるため、燃料噴霧通路２０ＨＬを高精度に加工することが容易となる。よって、燃料添加弁３０から噴射される添加燃料が通過する燃料添加弁ホルダ２１の燃料噴霧通路２０ＨＬ内の壁面を高い平滑性をもって形成できる。例えば前述したようにセラミック２３の部分には鏡面加工を施す等の処理を行うことで、燃料噴霧通路２０ＨＬの内壁面を平滑に形成してススの堆積を予防できる。また、排気管２をステンレスなどの金属パイプとすることによっても壁面へのススの堆積を抑制できる。さらに、本排気浄化システムの燃料添加弁ホルダ２１は、従来の鋳物を使用していた燃料添加弁の固定部と比較して軽量化されるため、ディーゼルエンジンからの振動の影響を軽減できる。
【００３６】
また、燃料添加弁３０が断熱構造の燃料添加弁ホルダ２１により保持されているので、燃料添加弁３０を外部から伝達される熱を遮断して過熱による障害を防止できる。よって、この排気浄化システムでは燃料添加弁３０を冷却するために冷却水を流す配管構成が不要であり構成を簡素化して、コスト低減を図ることができる。さらに冷却水を使用した場合に問題となる過冷却によるスス堆積の助長という問題も生じない。
【００３７】
さらに、前述した実施例では燃料添加弁ホルダ２１をホルダ本体部２１ａとアダプタ部２１ｂとに分割して形成しているので、それぞれの加工を容易に行って組付けることができる。但し、燃料添加弁ホルダ２１は一体形成としてもよい。燃料添加弁ホルダを一体で形成する場合には、前述したホルダ本体部２１ａ側の外筒部分とアダプタ部２１ｂとを一体的に作製するようにすればよい。この場合には部品点数を削減できる。
【００３８】
以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】排気浄化システムが適用されているディーゼルエンジンを示す図である。
【図２】図１のＡ−Ａ矢視での拡大断面図である。
【図３】ホルダ本体部の製造工程の大略を示した図である。
【図４】従来の排気浄化システムについて示した図ある。
【符号の説明】
【００４０】
１                  ディーゼルエンジン
２                  排気管
２ａ                排気管の湾曲部
１０                排気浄化装置
１１                排気浄化用触媒
２０                燃料添加装置
２１                燃料添加弁ホルダ
２１ａ              ホルダ本体部
２１ｂ              アダプタ部
２２                内筒
２３                セラミック
２４                外筒
２５，２６          インサート材
３０                燃料添加弁
ＦＥ                燃料（添加燃料）
ＥＧ                排気ガス
【図１】
2006077692.tif 000003
【図２】
2006077692.tif 000004
【図３】
2006077692.tif 000005
【図４】
2006077692.tif 000006