(57)【要約】【課題】触媒システムにおいて、簡素な構成でインジェクターを冷却する。【解決手段】触媒システム１０は、エンジンの排気管３５に介装されてエンジンの排気を浄化する触媒１と、排気管３５内に排気浄化用の添加剤を噴射するインジェクター２と、内部に液状の冷媒を貯留するとともにインジェクター２の外面に当接して設けられた冷却部４を有する冷却装置３と、を備えている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気管に介装され、前記エンジンの排気を浄化する触媒と、
前記排気管内に排気浄化用の添加剤を噴射するインジェクターと、
内部に液状の冷媒を貯留するとともに前記インジェクターの外面に当接して設けられた冷却部を有する冷却装置と、を備えた
ことを特徴とする、触媒システム。
【請求項２】
前記冷却部が、前記インジェクターに外嵌されている
ことを特徴とする、請求項１記載の触媒システム。
【請求項３】
前記冷却装置が、前記冷却部と連通したパイプ状であるとともに上方に向かって延設された放熱部を有する
ことを特徴とする、請求項１又は２記載の触媒システム。
【請求項４】
前記冷却装置が、前記放熱部の上端部を封鎖可能な弁体を有する
ことを特徴とする、請求項３記載の触媒システム。
【請求項５】
前記放熱部が、蛇行形状である
ことを特徴とする、請求項３又は４記載の触媒システム。
【請求項６】
前記放熱部が、上方へいくほど前記排気管から離隔して設けられている
ことを特徴とする、請求項３〜５の何れか１項に記載の触媒システム。
【請求項７】
前記触媒が、前記エンジンの排気に含まれる窒素酸化物を前記添加剤により還元する還元触媒であって、
前記インジェクターが、前記エンジンの作動中は前記添加剤として尿素水を噴射するとともに、前記エンジンの停止中は前記尿素水の噴射を停止する
ことを特徴とする、請求項１〜６の何れか１項に記載の触媒システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの排気管内に介装された触媒に向かって排気浄化用の添加剤を噴射するインジェクターを備えた触媒システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、エンジンの排気を触媒で浄化する触媒システムが知られている。具体的には、排気に含まれる窒素酸化物（NOx）を還元触媒で還元させるものや、排気に含まれる粒子状物質（PM）を酸化触媒で酸化（燃焼）させるものである。このような触媒システムには、触媒よりも排気流れの上流側で尿素水や未燃燃料といった添加剤を噴射するインジェクターが設けられる。
【０００３】
ところで、インジェクターは排気の熱により高温化する可能性があることから、インジェクターを冷却する種々の技術が提案されている。例えば特許文献１には、冷却水の循環路が形成された冷却部材に燃料噴射弁（インジェクター）を装着し、循環路を流れる冷却水により燃料噴射弁を冷却するようにした技術が開示されている。この技術では、冷却部材に給水口及び排水口が設けられ、給水口から導入された冷却水が循環路を流れたのちに排水口から排出されるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開2007-315312号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述したように冷却部材内の循環路で冷却水を循環させるには、冷却水が流通可能な回路（循環経路）や、冷却水を圧送するポンプ等が必要となる。すなわち、触媒システムのインジェクターを冷却するための構成が複雑化し、部品点数の増加や重量の増大等を招きやすいという課題がある。
【０００６】
本件の触媒システムは、上述したような課題に鑑み創案されたものであり、簡素な構成でインジェクターを冷却することを目的の一つとする。なお、この目的に限らず、後述する発明を実施するための形態に示す各構成により導かれる作用効果であって、従来の技術によっては得られない作用効果を奏することも本件の他の目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）ここで開示する触媒システムは、エンジンの排気管に介装されて前記エンジンの排気を浄化する触媒と、前記排気管内に排気浄化用の添加剤を噴射するインジェクターと、内部に液状の冷媒を貯留するとともに前記インジェクターの外面に当接して設けられた冷却部を有する冷却装置と、を備えている。
【０００８】
（２）前記冷却部が、前記インジェクターに外嵌されていることが好ましい。
（３）前記冷却装置が、前記冷却部と連通したパイプ状であるとともに上方に向かって延設された放熱部を有することが好ましい。なお、ここでいう「上方」とは、重力方向（鉛直下方）の反対方向である鉛直上方成分を含む方向を意味する。つまり、前記放熱部は、必ずしも鉛直上方に延設されていなくてもよく、鉛直上方に対して傾斜していてもよい。
【０００９】
（４）前記冷却装置が、前記放熱部の上端部を封鎖可能な弁体を有することが好ましい。
（５）前記放熱部が、蛇行形状であることが好ましい。
（６）前記放熱部が、上方へいくほど前記排気管から離隔して設けられていることが好ましい。
【００１０】
（７）前記触媒が、前記エンジンの排気に含まれる窒素酸化物を前記添加剤により還元する還元触媒であることが好ましい。この場合、前記インジェクターが、前記エンジンの作動中は前記添加剤として尿素水を噴射するとともに、前記エンジンの停止中は前記尿素水の噴射を停止することが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
開示の触媒システムよれば、冷却装置において液状の冷媒を貯留する冷却部が、インジェクターの外面に当接して設けられるため、簡素な構成でインジェクターを冷却することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態に係る触媒システムが適用されたエンジンの模式図である。
【図２】図１の触媒システムを説明するための模式的な斜視図である。
【図３】冷却装置の作用を説明するための図（図２の触媒システムにおける冷却装置及びインジェクターの縦断面図）である。
【図４】第一変形例に係る冷却装置及びインジェクターの正面図（インジェクターの軸方向から視た図）である。
【図５】第二変形例に係る冷却装置及びインジェクターの正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図面を参照して、実施形態としての触媒システムについて説明する。なお、以下に示す実施形態はあくまでも例示に過ぎず、以下の実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。以下の説明では、重力の方向（鉛直下方）を単に「下方」といいい、この逆方向（鉛直上方）を単に「上方」という。
【００１４】
［１．構成］
本実施形態の触媒システム１０は、図１に示すエンジン３０に適用される。このエンジン３０は、例えば軽油を燃料とするディーゼルエンジンであり、図示しない車両に搭載される。エンジン３０には、例えば、排気の一部を吸気側に再循環させる排気再循環システム（図示略）や、吸気通路３１と排気通路３２とに跨って配置されたターボチャージャー３３が設けられる。なお、吸気通路３１は吸気管３４の内部の空間であり、排気通路３２は排気管３５の内部の空間である。図１には、エンジン３０に設けられる複数のシリンダーのうちの一つを例示する。
【００１５】
エンジン３０の排気通路３２におけるタービン３３Ａよりも排気流れの下流側には、排気を浄化するための装置として、前段浄化システム２０と、後段浄化システムとしての触媒システム１０とが介装される。前段浄化システム２０には、酸化触媒２１及びフィルター２２が設けられる。酸化触媒２１は、排気中の酸化窒素（NO）を酸化して二酸化窒素（NO2）を生成し、これを下流側のフィルター２２へ供給するものである。また、酸化触媒２１は、排気中の未燃燃料（HC）を酸化させて酸化熱を発生させ、排気温度を上昇させるようにも機能する。
【００１６】
フィルター２２は、排気中の粒子状物質（PM）を捕集する機能と、捕集したPMを酸化させて除去する機能とを併せ持つ多孔質体（DPF；Diesel Particulate Filter）である。排気中のPMはフィルター２２により捕集され、例えば酸化触媒２１で生成されたNO2を酸化剤として、所定の温度条件下で焼却される。これにより、フィルター２２に蓄積されたPMが取り除かれて、フィルター２２が再生浄化される。
【００１７】
触媒システム１０は、排気を浄化する触媒１と、排気管３５内に排気浄化用の添加剤を噴射するインジェクター２と、インジェクター２を冷却する冷却装置３とを備えている。本実施形態の触媒１は、尿素添加型のNOx選択還元触媒である。すなわち、触媒１は、排気流れの上流側から供給される尿素の加水分解により生じたアンモニア（NH3）を用いて、排気に含まれる窒素酸化物（NOx）を還元する機能を持つ。
【００１８】
また、本実施形態のインジェクター２は、添加剤としての尿素水を霧状に噴射する噴射弁である。インジェクター２は、排気通路３２における触媒１よりも上流側に配置され、エンジン３０の作動と連動して触媒１が存在する下流側に向かって尿素水を噴射する。つまり、インジェクター２は、エンジン３０の作動中は尿素水を断続的に噴射し、エンジン３０の停止中は尿素水の噴射を停止する。
【００１９】
本実施形態の排気管３５のうち、前段浄化システム２０と触媒１とを繋ぐ部分３５ａは、下流側に向かって斜め下方へ延びた後に略水平方向へ延びるように鈍角に曲がった形状とされている。本実施形態のインジェクター２は、排気管３５のこのように曲がった部分３５ａのカーブの外側に取り付けられている。したがって、インジェクター２の上方には、排気管３５の一部が斜めに延在する。
【００２０】
図２に示すように、本実施形態のインジェクター２は、互いに異なる外径を持ち同軸上に位置する複数の筒状の部位２ａ〜２ｄを有する。インジェクター２は、これらの部位２ａ〜２ｄのうち、噴孔が形成された先端部２ａのみを排気管３５の内部に突出させた状態で、排気管３５の外部に固定されている。
【００２１】
インジェクター２において、先端部２ａに隣接する固定部２ｂは、インジェクター２を排気管３５に固定するための部位であり、最も大きな外径を持つ。また、先端部２ａと逆側の基端部２ｄは、図示しないタンクから尿素水が供給される部位であり、例えばホースが接続される。本実施形態のインジェクター２は、固定部２ｂと基端部２ｄとの間の中間部２ｃが、基端部２ｄよりも大きな外径を持つ円筒状に形成されている。
【００２２】
冷却装置３は、インジェクター２を冷却するための冷媒を貯留（収容）可能な内部空間を有し、インジェクター２に着脱可能となるように形成される。冷却装置３は、冷媒を圧送するポンプや冷媒が循環する回路等を有さず、蓋付きの容器（タンク）に準えることができる。本実施形態の冷却装置３は、外観形状が円筒状の冷却部４と、冷却部４の上部から上方に向かって延設された放熱部５と、放熱部５の上端部に取り付けられた弁体６とを有する。
【００２３】
図２に実線で示すように、本実施形態の冷却装置３は、インジェクター２の軸Ｃの方向における基端部２ｄ側からインジェクター２に対して装着される。具体的には、冷却装置３は、冷却部４がインジェクター２の基端部２ｄ側においてインジェクター２の軸Ｃの延長線上に位置決めされたのち、軸Ｃに沿って中間部２ｃの外周まで移動されることにより、インジェクター２に取り付けられる。すなわち、冷却装置３は、冷却部４の中心軸がインジェクター２の軸Ｃと一致するように取り付けられる。このため、放熱部５は、冷却部４の外周面のうち上方を向く部分から上方へ延設される。
【００２４】
図３に示すように、冷却部４及び放熱部５は、何れも中空状であって、内部の空間が互いに連通している。冷却部４は、インジェクター２を冷却するための部位であり、液状の冷媒を内部に貯留する。本実施形態では、冷却部４の内部空間が液状の冷媒で満たされている場合を例示する。
【００２５】
本実施形態の冷却部４は、軸方向寸法が同一な大小二つの円筒を同軸上に配置し、これらの円筒の両端部を円環状の平面で塞いだ形状に形成されている。すなわち、冷却部４は、軸方向から見た外観形状が円環状（ドーナツ型，トーラス）である。なお、冷却部４の内部空間は、内筒の外周面と外筒の内周面と円環状の平面（端面）とで区画された空間である。
【００２６】
本実施形態の冷却部４は、インジェクター２の中間部２ｃに外嵌される。つまり、冷却部４はインジェクター２の外面に当接して設けられる。本実施形態の冷却装置３がインジェクター２に装着された状態では、冷却部４の内筒の内周面の全体がインジェクター２の中間部２ｃの外周面に面接触する。
【００２７】
放熱部５は、冷却部４の内部において温度上昇した冷媒を放熱させるための部位であり、内部を冷媒が流通可能なパイプ状に形成される。本実施形態の放熱部５は、排気管３５から離隔するように、冷却部４から斜め上方に向かって延設されている。また、本実施形態の放熱部５は、直線状に延びており、上方へいくほど排気管３５から離隔して設けられている。
【００２８】
弁体６は、放熱部５から液状の冷媒が漏れ出ることを防止するための部品である。本実施形態の弁体６は、放熱部５内の圧力（冷却装置３の内部空間の圧力）に応じて自動的に開閉する調圧弁である。つまり、弁体６は、放熱部５の上端部を封鎖可能である。弁体６は、放熱部５内の圧力が所定圧以下の場合に閉弁し、所定圧を超えると開弁することで、放熱部５から圧力を逃がす機能を持つ。なお、調圧弁の構造は周知であるため、ここでは詳細な説明を省略する。
【００２９】
［２．作用及び効果］
（１）上述した触媒システム１０では、冷却装置３において液状の冷媒を貯留する冷却部４が、インジェクター２の外面（中間部２ｃの外周面）に当接して（面接触した状態で）設けられる。このため、図３中に太矢印Ａ１で示すように、インジェクター２の熱は、その外面から冷却部４内の冷媒に伝達される。これにより、インジェクター２が冷却される。また、図３中に白抜き矢印Ａ２で示すように、液状の冷媒は、インジェクター２から伝達された熱によって生じる対流により、冷却装置３の内部空間内を循環する。このため、冷媒を循環させるための回路やポンプ等を設けなくても、冷却装置３の冷却性能を確保することができる。
【００３０】
したがって、触媒システム１０によれば、簡素な構成でインジェクター２を冷却することができる。これにより、インジェクター２の高温化を抑制することができるとともに、省スペース化，軽量化，コスト削減に寄与することができる。なお、冷却装置３は、インジェクター２に対して後付け可能（着脱可能）であるため、上述した触媒システム１０によれば、既存のエンジンにも容易に適用することができる。
【００３１】
（２）上述した冷却装置３では、冷却部４がインジェクター２に外嵌されている。このため、図３中に太矢印Ａ１で示すように、インジェクター２の熱は、その外周面から冷却部４内の冷媒に伝達される。つまり、冷却部４をインジェクター２に外嵌させることで、インジェクター２を周方向の広域にわたって冷却することができる。このため、冷却装置３の冷却性能を高めることができる。特に、上述した冷却部４は内筒を有し、この内筒の内周面の全体がインジェクター２の外面に当接して設けられるため、インジェクター２を周方向の全域にわたって冷却することができる。このため、冷却装置３の冷却性能をより高めることができる。
【００３２】
（３）上述した冷却装置３には、冷却部４と連通したパイプ状の放熱部５が上方に向かって延設されている。このため、冷却部４内の冷媒は、上述したように対流によって上方へと流れると放熱部５に流入する。また、図３中に破線の矢印Ａ３で示すように、冷却装置３内で気化した冷媒も上方へと流れて放熱部５に集まる。放熱部５では、その外周面にあたる空気によって、内部の冷媒が冷却される。このように、上述した触媒システム１０によれば、対流や気化により放熱部５に集まった冷媒を、空気（外気）により冷却することができる。このため、冷却装置３の冷却性能を更に高めることができる。
【００３３】
また、液状の冷媒は、放熱部５で冷却されると対流により再び冷却部４へと流下する。同様に、気体状の冷媒は、放熱部５で冷却されることにより液化すると、放熱部５内で滴下し、冷却部４へと流下する。このように、冷媒は、放熱部５で冷却されることで、冷却装置３内における循環を促進される。上述した触媒システム１０によれば、このように冷媒の循環が放熱部５で促進されることによっても、冷却装置３の冷却性能を更に高めることができる。
【００３４】
（４）上述した冷却装置３には、放熱部５の上端部を封鎖可能な弁体６が設けられる。放熱部５の上端部を弁体６で封鎖することで、冷媒の放出を抑制することができる。また、上述したように冷媒が気化したとしても、気体状の冷媒を放熱部５内に留めておくことができるため、気体状の冷媒の液化を促進して、液化した冷媒をインジェクター２の冷却に再び利用することができる。なお、弁体６が上述したような調圧弁であれば、冷媒が気化した場合にも、放熱部５内の圧力を適切に保つことができる。
【００３５】
（５）上述した冷却装置３では、放熱部５が上方へいくほど排気管３５から離隔して設けられている。このため、放熱部５が排気管３５から受ける熱の影響を低減することができる。つまり、放熱部５の放熱性能を向上させることができる。これにより、冷却装置３の冷却性能を更に高めることができる。
【００３６】
（６）上述した触媒システム１０では、触媒１が尿素添加型のNOx還元触媒である。一般に、エンジン３０の排気は２００℃以上に上昇するのに対し、尿素水は沸点が約１０４℃であることから排気の熱により沸騰する可能性がある。ただし、エンジン３０の作動中は、インジェクター２が尿素水を断続的に噴射することから、尿素水はインジェクター２内で静止することがなく、比較的沸騰しにくい。
【００３７】
これに対し、エンジン３０の停止中は、インジェクター２が尿素水の噴射を停止することから、尿素水がインジェクター２内で静止した状態となり、沸騰しやすくなる。しかしながら、上述した触媒システム１０によれば、冷却装置３でインジェクター２を冷却することができるため、エンジン３０の停止中であっても、簡素な構成で尿素水の沸騰を抑制することができる。
【００３８】
［３．変形例］
上述した実施形態に関わらず、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。本実施形態の各構成は、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせてもよい。
【００３９】
冷却装置３の構成や、冷却部４及び放熱部５の各形状は、上述したものに限定されない。例えば、上述した冷却装置３に代えて、図４及び図５にそれぞれ示すような冷却装置１３，２３を適用してもよい。なお、以下の説明では、上述した実施形態で説明した要素と同一又は対応する要素に同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００４０】
図４に示すように、第一変形例に係る冷却装置１３は、上述した円環状の冷却部４に代えて、インジェクター２の外面に当接する面（内周面）がＣ字状の冷却部１４を有する。この冷却部１４は、その形状以外は上述した実施形態の冷却部４と同様に構成されている。すなわち、冷却部１４は、液状の冷媒を内部に貯留するとともに、インジェクター２の外面に当接して設けられている。また、この冷却部１４も、インジェクター２の中間部２ｃに外嵌される。
【００４１】
本変形例の冷却部１４は、内周面がＣ字状であることから、冷却装置１３がインジェクター２に装着された状態では、インジェクター２の中間部２ｃの外周面全体ではなく、その片側のほぼ半分に当接する。なお、図４に示す本変形例では、冷却部１４の外面のうちのインジェクター２に当接しない部分が何れも平面である場合を例示するが、冷却部１４の外面が全て曲面状であってもよい。
【００４２】
本変形例のように冷却部１４の内周面をＣ字状に形成すれば、図４中に白抜き矢印で示すように、冷却装置１３をインジェクター２に対して横方向（インジェクター２の軸Ｃの方向と直交する方向）から取付可能になる。このため、冷却装置１３の取付作業性を向上させることができる。なお、上述した冷却部４，１４の何れを適用する場合であっても、冷却部４，１４をインジェクター２に外嵌させることにより、冷却部４，１４とインジェクター２との接触面積を確保しやすくすることができる。このため、冷却装置３，１３の冷却性能を向上させることができる。
【００４３】
また、上述した実施形態では、斜め方向に延設された放熱部５を例示したが、本変形例の冷却装置１３は、上述した放熱部５に代えて、鉛直方向に延設された放熱部１５を有する。例えば冷却装置１３の上方に排気管３５が延在しない場合には、このように放熱部１５を鉛直上方に延設することにより、冷却装置１３の形状を簡素化することができる。
【００４４】
また、第二変形例に係る冷却装置２３では、図５に示すように、上述した冷却部４の上部から上方に向かって延設されたパイプ状の放熱部２５が蛇行形状に形成されている。放熱部２５が蛇行形状である場合には、冷却部４の上面から弁体６までの高さ寸法を、例えば図３や図４に示す冷却装置３，１３と同等にしても、放熱部２５の長さ（パイプ長）を増大させることができる。これにより、放熱部２５の表面積を確保しやすくなるため、放熱部２５の放熱性能をより向上させることができる。したがって、冷却装置２３の冷却性能を更に高めることができる。
【００４５】
なお、放熱部５，１５，２５は、冷却装置３，１３，２３に必須の構成ではない。冷却装置３，１３，２３は、少なくとも冷却部４，１４を有していれば、上述したようにインジェクター２の熱をその外面から冷却部４，１４内の冷媒に伝達させることができるため、簡素な構成でインジェクター２を冷却することができる。
【００４６】
また、冷却部４，１４は、上述した形状以外の形状に形成されてもよいし、インジェクター２に外嵌されなくてもよい。冷却部４，１４は、少なくとも、液状の冷媒を内部に貯留するとともにインジェクター２の外面に当接して設けられればよい。また、冷却部４，１４は、インジェクター２の中間部２ｃ以外の部位に当接して設けられてもよい。
【００４７】
上述した実施形態では、弁体６が調圧弁である場合について説明したが、弁体６の種類や構造は特に限定されない。弁体６は、例えばラジエータキャップのような密閉弁であってもよい。弁体６が密閉弁であれば、放熱部５，１５，２５内の圧力を適切に保ちつつ、冷却装置３，１３，２３から冷媒が放出されることを防止できるため、冷媒の補充を不要とすることができる。なお、液状の冷媒が放熱部５，１５，２５から漏出する虞がない場合には、冷却装置３，１３，２３から弁体６を省略してもよい。
【００４８】
冷却部４，１４に貯留される液状の冷媒の種類は特に限定されない。ただし、冷媒の粘性が低いほど、上述したような対流が生じやすくなるため、冷媒の循環性を向上させることができ、冷却装置３，１３，２３の冷却性能をより高めることができる。また、冷媒の沸点が高いほど、上述したような気化が抑制されるため、冷却装置３，１３，２３の内圧が上昇しにくくなる。なお、冷媒として水（例えば水道水）を適用すれば、気化したとしても無害であり、さらに補充が容易であるため管理がしやすくなる。
【００４９】
また、上述した実施形態では、触媒１が尿素添加型のNOx還元触媒であって、インジェクター２から噴射される添加剤が尿素水である場合を例示したが、触媒１及び添加剤の各種類は上述したものに限定されない。例えば、インジェクター２で噴射される添加剤がアンモニア水溶液であってもよい。
【００５０】
また、上述した実施形態では、触媒システム１０が前段浄化システム２０の下流側に設けられる後段浄化システムである場合について詳述したが、本触媒システムを前段浄化システムとして適用してもよい。つまり、本触媒システムの触媒は、排気中のNOを酸化する酸化触媒であってもよい。この場合、インジェクターで噴射される添加剤としては、例えば未燃燃料を適用することができる。
【符号の説明】
【００５１】
１  触媒
２  インジェクター
３，１３，２３  冷却装置
４，１４  冷却部
５，１５，２５  放熱部
６  弁体
１０  触媒システム
３０  エンジン
３５  排気管
【図１】
2018127895.tif 000003
【図２】
2018127895.tif 000004
【図３】
2018127895.tif 000005
【図４】
2018127895.tif 000006
【図５】
2018127895.tif 000007