(57)【要約】【課題】インジェクタから噴射される液体を排気ガス中に効果的に拡散させる。【解決手段】内燃機関１０から排出される排気ガスを流通させると共に、下流側に排気後処理装置２０，４０が設けられた排気管１２，１３と、排気管１２，１３の管壁に設けられて、排気管１２，１３内に液体を噴射するインジェクタ１５，１７と、インジェクタ１５，１７よりも上流側の排気管１２，１３に設けられ、インジェクタ１５，１７が液体を噴射する際に、排気管１２，１３内を流れる排気ガスの少なくとも一部をインジェクタ１５，１７の噴口１５Ａ，１７Ａに向けさせる風向ガイド機構６０，７０とを備えた。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関から排出される排気ガスを流通させると共に、下流側に排気後処理装置が設けられた排気管と、
前記排気管の管壁に設けられて、当該排気管内に液体を噴射するインジェクタと、
前記インジェクタよりも上流側の前記排気管に設けられ、前記インジェクタが液体を噴射する際に、前記排気管内を流れる排気ガスの少なくとも一部を前記インジェクタの噴口に向けさせる風向ガイド機構と、を備える
ことを特徴とする排気管構造。
【請求項２】
前記風向ガイド機構は、前記インジェクタよりも上流側の前記排気管内に回転可能に設けられたガイド板部材と、前記インジェクタが液体を噴射する際に、前記ガイド板部材の板平面の延長上に前記噴口が位置するように前記ガイド板部材を回転させるアクチェータとを含む
請求項１に記載の排気管構造。
【請求項３】
前記アクチュエータは、前記インジェクタが噴射を停止する際は、前記ガイド板部材の板平面が前記排気管の管軸方向と平行となるように前記ガイド板部材を回転させる
請求項２に記載の排気管構造。
【請求項４】
前記排気後処理装置は選択的還元触媒を含み、前記インジェクタは前記排気管内に尿素水を噴射する
請求項１から３の何れか一項に記載の排気管構造。
【請求項５】
前記排気後処理装置はＮＯｘ吸蔵還元型触媒を含み、前記インジェクタは前記排気管内に未燃燃料を噴射する
請求項１から３の何れか一項に記載の排気管構造。
【請求項６】
前記排気後処理装置は酸化触媒を含み、前記インジェクタは前記排気管内に未燃燃料を噴射する
請求項１から３の何れか一項に記載の排気管構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気管構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の排気管構造として、排気後処理装置よりも上流側の排気管に還元剤を噴射するインジェクタを備えるものがある。排気後処理装置としては、排気ガス中に含まれる窒素化合物（以下、ＮＯｘ）を浄化する選択的還元触媒（ＳＣＲ：Selective Catalytic Reduction）やＮＯｘ吸蔵還元型触媒（ＬＮＴ：Lean NOx Trap）、排気ガス中に含まれる一酸化炭素（ＣＯ）や炭化水素（ＨＣ）を酸化する酸化触媒（ＤＯＣ：Diesel Oxidation Catalyst）等を備えるものが知られている（例えば、特許文献１，２参照）。
【０００３】
ＳＣＲは、インジェクタから排気管内に噴射された尿素水が排気熱により加水分解されて生成されるアンモニアを還元剤として排気ガス中に含まれるＮＯｘを選択的に還元浄化する。ＬＮＴは、排気ガスがリーン雰囲気のときに排気ガス中に含まれるＮＯｘを吸蔵すると共に、インジェクタから噴射されるＨＣによって排気ガスがリッチ雰囲気になったときに、吸蔵していたＮＯｘをＨＣで還元浄化する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−１０７６３４号公報
【特許文献２】特開２０１３−２４０７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、ＳＣＲやＬＮＴの排気浄化効率を向上させるには、インジェクタの噴口近傍に流速の速い排気ガスを当てて、インジェクタから噴射される還元剤を排気ガス中に効果的に拡散させることで、触媒に供給される還元剤の分布の均一化を図ることが好ましい。
【０００６】
本開示の技術は、簡素な構成で、インジェクタから噴射される液体を排気ガス中に効果的に拡散させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の技術は、内燃機関から排出される排気ガスを流通させると共に、下流側に排気後処理装置が設けられた排気管と、前記排気管の管壁に設けられて、当該排気管内に液体を噴射するインジェクタと、前記インジェクタよりも上流側の前記排気管に設けられ、前記インジェクタが液体を噴射する際に、前記排気管内を流れる排気ガスの少なくとも一部を前記インジェクタの噴口に向けさせる風向ガイド機構と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
また、前記風向ガイド機構は、前記インジェクタよりも上流側の前記排気管内に回転可能に設けられたガイド板部材と、前記インジェクタが液体を噴射する際に、前記ガイド板部材の板平面の延長上に前記噴口が位置するように前記ガイド板部材を回転させるアクチェータとを含むことが好ましい。
【０００９】
また、前記アクチュエータは、前記インジェクタが噴射を停止する際は、前記ガイド板部材の板平面が前記排気管の管軸方向と平行となるように前記ガイド板部材を回転させることが好ましい。
【００１０】
また、前記排気後処理装置は選択的還元触媒を含み、前記インジェクタは前記排気管内に尿素水を噴射するものでもよい。
【００１１】
また、前記排気後処理装置はＮＯｘ吸蔵還元型触媒を含み、前記インジェクタは前記排気管内に未燃燃料を噴射するものでもよい。
【００１２】
前記排気後処理装置は酸化触媒を含み、前記インジェクタは前記排気管内に未燃燃料を噴射するものでもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本開示の技術によれば、簡素な構成で、インジェクタから噴射される液体を排気ガス中に効果的に拡散させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係る排気管構造が適用された機関排気系を示す模式的な全体構成図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る第１及び第２風向ガイド機構が第１姿勢に制御された状態を説明する模式図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る第１及び第２風向ガイド機構が第２姿勢に制御された状態を説明する模式図である。
【図４】他の実施形態に係る排気管構造を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、添付図面に基づいて、本発明の一実施形態に係る排気管構造を説明する。同一の部品には同一の符号を付してあり、それらの名称及び機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。
【００１６】
図１に示すように、ディーゼルエンジン（以下、単にエンジンという）１０の排気マニホールド１１には、上流配管１２が接続されている。上流配管１２の下流端には、前段後処理装置２０の前段ケーシング２０Ａが接続され、前段ケーシング２０Ａの下流端には接続配管１３が接続されている。接続配管１３の下流端には、後段後処理装置４０の後段ケーシング４０Ａが接続され、後段ケーシング４０Ａの下流端には、下流配管１４が接続されている。
【００１７】
上流配管１２は、略円筒状に形成されており、その管壁部には、上流配管１２内に未燃燃料（ＨＣ）を管軸方向に対して斜めに噴射する排気管インジェクタ１５が設けられている。また、上流配管１２の排気管インジェクタ１５よりも上流側には、詳細を後述する第１風向ガイド機構６０が設けられている。
【００１８】
前段後処理装置２０は、上流配管１２よりも拡径された略円筒状の前段ケーシング２０Ａ内に、排気上流側から順に、第１ＤＯＣ２１及び、パティキュレイト・フィルタ（以下、フィルタ）２２を備えている。
【００１９】
第１ＤＯＣ２１は、例えば、コーディエライトハニカム構造体等のセラミック製担体表面に触媒成分等を担持して形成されている。第１ＤＯＣ２１は、排気管インジェクタ１５によって未燃燃料が供給されると、これを酸化して排気温度を上昇させる。
【００２０】
フィルタ２２は、例えば、多孔質性の隔壁で区画された多数のセルを排気の流れ方向に沿って配置し、これらセルの上流側と下流側とを交互に目封止して形成されている。フィルタ２２は、排気ガス中の粒子状物質（ＰＭ）を隔壁の細孔や表面に捕集すると共に、ＰＭ堆積推定量が所定量に達すると、排気管インジェクタ１５から第１ＤＯＣ２１に未燃燃料が供給されて、排気ガス温度をＰＭ燃焼温度まで上昇させるフィルタ再生制御が実施される。
【００２１】
接続配管１３は、略円筒状に形成されており、その管壁部には、接続配管１３内に尿素水を管軸方向に対して斜めに噴射する尿素水インジェクタ１７が設けられている。尿素水インジェクタ１７から噴射された尿素水は、排気熱により加水分解されてアンモニアに生成され、下流側のＳＣＲ触媒４１に還元剤として供給される。また、接続配管１３の尿素水インジェクタ１７よりも上流側には、詳細を後述する第２風向ガイド機構７０が設けられている。
【００２２】
後段後処理装置４０は、接続配管１３よりも拡径された略円筒状の後段ケーシング４０Ａ内に、排気上流側から順に、ＳＣＲ４１及び、第２ＤＯＣ４２を備えている。
【００２３】
ＳＣＲ４１は、例えば多孔質セラミック担体にゼオライト等を担持して形成されている。ＳＣＲ４１は、尿素水インジェクタ１７から還元剤として供給されるアンモニアを吸着すると共に、吸着したアンモニアで通過する排気中からＮＯｘを選択的に還元浄化する。
【００２４】
第２ＤＯＣ４２は、例えば、コーディエライトハニカム構造体等のセラミック製担体表面に触媒成分等を担持して形成されており、ＳＣＲ４１から下流側にスリップしたアンモニアを酸化する機能を有している。
【００２５】
第１風向ガイド機構６０は、例えば、バタフライバルブ等であって、排気管インジェクタ１５よりも上流側の上流配管１２内に回転可能に設けられた平板状の第１バルブ本体６１と、第１バルブ本体６１を回転させる第１アクチュエータ６２とを備えている。第１アクチュエータ６２は、例えば、電動モータやロータリーソレノイドであって、その駆動は電気的に接続された電子制御ユニット（以下、ＥＣＵ）１００によって制御される。
【００２６】
第２風向ガイド機構７０は、例えば、バタフライバルブ等であって、尿素水インジェクタ１７よりも上流側の接続配管１３内に回転可能に設けられた平板状の第２バルブ本体７１と、第２バルブ本体７１を回転させる第２アクチュエータ７２とを備えている。第２アクチュエータ７２は、例えば、電動モータやロータリーソレノイドであって、その駆動は電気的に接続されたＥＣＵ１００によって制御される。
【００２７】
ＥＣＵ１００は、エンジン１０や各インジェクタ１５，１７等の各種制御を行うもので、公知のＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ、入力ポート、出力ポート等を備え構成されている。これら各種制御を行うため、ＥＣＵ１００には、各種センサ類のセンサ値が入力される。また、ＥＣＵ１００は、各インジェクタ１５，１７の噴射に応じて各アクチュエータ６２，７２の駆動を制御して、各バルブ本体６１，７１を回転させる風向制御も実施する。
【００２８】
より詳しくは、第１及び第２風向ガイド機構６０，７０は、各アクチュエータ６２，７２の駆動により各バルブ本体６１，７１が回転することで、図２に実線で示す第１姿勢と、図３に実線で示す第２姿勢とに切り替えられるように構成されている。なお、図２中の破線は第２姿勢を示し、図３中の破線は第１姿勢を示している。
【００２９】
図２に示す第１姿勢は、バルブ本体６１，７１の板平面の延長上にインジェクタ１５，１７の噴口１５Ａ，１７Ａが位置されるように、バルブ本体６１，７１の板平面を管軸方向に対して傾斜させた状態である。第１風向ガイド機構６０は、排気管インジェクタ１５が未燃燃料を噴射する際に第１姿勢に制御され、第２風向ガイド機構７０は、尿素水インジェクタ１７が尿素水を噴射する際に第１姿勢に制御される。
【００３０】
このように、各インジェクタ１５，１７の噴射時には、各風向ガイド機構６０，７０が排気ガスの流れをインジェクタ１５，１７の噴口１５Ａ，１７Ａに向ける第１姿勢に制御されることで、インジェクタ１５，１７の噴口１５Ａ，１７Ａ近傍に流速の速い排気ガスが当てられるようになる。これにより、未燃燃料や尿素水を排気ガス中に効果的に拡散させることができる。
【００３１】
一方、図３に示す第２姿勢は、バルブ本体６１，７１の板平面を管軸方向と略平行にした状態である。第１風向ガイド機構６０は、排気管インジェクタ１５が未燃燃料の噴射を停止する際に第２姿勢に制御され、第２風向ガイド機構７０は、尿素水インジェクタ１７が尿素水の噴射を停止する際に第２姿勢に制御される。
【００３２】
このように、各インジェクタ１５，１７の噴射停止時に、風向ガイド機構６０，７０をバルブ本体６１，７１の板平面が排気ガス流れ方向に向けられる第２姿勢に制御することで、排気ガスの流通抵抗が効果的に低減されるようになり、排圧上昇を抑制することができる。
【００３３】
以上詳述したように、本実施形態の排気管構造によれば、排気管インジェクタ１５が未燃燃料を噴射する際は、第１風向ガイド機構６０を第１姿勢に制御して、排気ガスの流れを排気管インジェクタ１５の噴口１５Ａに向けることで、排気管インジェクタ１５の噴口１５Ａ近傍に流速の速い排気ガスが当てられるようになる。これにより、排気管インジェクタ１５から噴射される未燃燃料を排気ガス中に効果的に拡散させることが可能になり、第１ＤＯＣ２１に供給される未燃燃料の分布の均一化を図ることができる。
【００３４】
同様に、尿素水インジェクタ１７が尿素水を噴射する際は、第２風向ガイド機構７０を第１姿勢に制御して、排気ガスの流れを尿素水インジェクタ１７の噴口１７Ａに向けることで、尿素水インジェクタ１７の噴口１７Ａ近傍に流速の速い排気ガスが当てられるようになる。これにより、尿素水インジェクタ１７から噴射される尿素水を排気ガス中に効果的に拡散させることが可能になり、アンモニアの生成効率を効果的に促進させつつ、ＳＣＲ４１に供給されるアンモニアの分布の均一化も図ることができる。
【００３５】
なお、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。
【００３６】
例えば、上流配管１２や接続配管１３の形状は、図示例の直線形状に限定されず、図４に示す湾曲形状であってもよい。この場合も、各インジェクタ１５，１７の噴射時に各風向ガイド機構６０，７０を第２姿勢（破線）から第１姿勢（実線）に変化させることで、上記実施形態と同様に、未燃燃料や尿素水を排気ガス中に効果的に拡散させることができる。
【００３７】
また、排気後処理装置のＮＯｘ触媒は、ＳＣＲ４１に限定されず、ＬＮＴであってもよい。ＮＯｘ触媒がＬＮＴの場合も、排気管インジェクタ１５から噴射される未燃燃料が排気ガス中に効果的に拡散されるようになり、ＮＯｘの浄化効率を向上することができる。
【００３８】
また、各風向ガイド機構６０，７０は、バタフライバルブに限定されず、排気ガスの流れを変化させられる部材であれば、ガイド板等であってもよい。
【００３９】
また、各インジェクタ１５，１７は、その噴射軸方向を管軸方向に対して傾斜させたものに限定されず、噴射軸方向を管軸方向に対して略垂直にしたものであってもよい。
【００４０】
また、エンジン１０はディーゼルエンジンに限定されず、ガソリンエンジン等の他のエンジンにも広く適用することができる。
【符号の説明】
【００４１】
１０  エンジン
１１  排気マニホールド
１２  上流配管
１３  接続配管
１４  下流配管
１５  排気管インジェクタ
１７  尿素水インジェクタ
２０  前段後処理装置
２１  第１ＤＯＣ
２２  フィルタ
４０  後段後処理装置
４１  ＳＣＲ
４２  第２ＤＯＣ
６０  第１風向ガイド機構
６１  第１バルブ本体
６２  第１アクチュエータ
７０  第２風向ガイド機構
７１  第２バルブ本体
７２  第２アクチュエータ
１００  ＥＣＵ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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