(57)【要約】      （修正有）【課題】長い間エンジンを停止していた状態で、エンジン始動を行った初期の場合、噴射ノズル内にある析出された還元剤の結晶を早急に溶かして、排気ガス中に混在する窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元浄化することを目的とする。【解決手段】エンジンの排気系に配設され、還元触媒の前記排気系上流に液体還元剤を噴射供給する噴射ノズル６を備え、該噴射ノズル６を早急に暖めるために、平面部が前記排気ガスの流れに沿うようにした平板状の受熱フィン１５を前記噴射ノズル６に配置した排気ガス浄化装置。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気系に配設され、液体還元剤により前記エンジンの排気ガス中に含まれる窒素酸化物を還元浄化する還元触媒と、該還元触媒の前記排気系上流に液体還元剤を噴射供給する噴射ノズルを備え、平面部が前記排気ガスの流れに沿うように平板状の受熱フィンを前記噴射ノズルに配設したことを特徴とする排気ガス浄化装置。
【請求項２】
前記受熱フィンの前記平面部は前記排気ガスが流れる排気管の軸線と平行であることを特徴とする請求項１記載の排気ガス浄化装置。
【請求項３】
前記噴射ノズルは前記排気管の外周部から軸線近傍に向かって延在する縦部と、前記軸線近傍位置で軸線に沿って前記排気系下流側に向けて延在し、前記還元剤を噴射する噴射孔を有する横部とを備えた略Ｌ字状に形成され、前記縦部に中央部を外嵌させ外周部が円形状に形成された受熱フィンを配設したことを特徴とする請求項１又は２記載の排気ガス浄化装置。
【請求項４】
前記噴射ノズルは前記排気管の外周部から軸線近傍に向かって延在する縦部と、前記軸線近傍位置で軸線に沿って前記排気系下流側に向けて延在し、前記還元剤を噴射する噴射孔を有する横部とを備えた略Ｌ字状に形成され、前記受熱フィンは受熱フィンの平面部と、前記縦部の軸線と、前記横部の軸線とが同一平面内に位置すると共に、前記噴射ノズルの前記縦部と前記横部との屈曲した外側の前記縦部及び前記横部の略全域にわたり連続した平板状で且つ、Ｌ字型に配設されたことを特徴とする請求項１又は２記載の排気ガス浄化装置。
【請求項５】
前記受熱フィンの前記排気系上流側先端部の板厚が薄く、下流側に向けて滑らかに板厚を増加させたことを特徴とする請求項１乃至４記載の排気ガス浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体還元剤を用いて、排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元浄化するエンジン排気ガス浄化装置（以下「排気ガス浄化装置」と記す）に関し、特に液体還元剤の噴射ノズルの目詰まりを防止する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンの排気に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元浄化する還元剤を還元触媒の排気系上流側において噴射ノズルから尿素水が噴射供給される技術が実用化されている。還元剤は常温において、液体状態で貯蔵タンクに貯蔵され、エンジンの運転状態に応じて必要量が噴射ノズルから噴射供給される。
ところが、排気熱の影響で噴射ノズルの温度が上昇して、液体還元剤の温度が溶媒の沸点以上になると、溶媒のみが蒸発して還元剤の溶質が噴射ノズル内で析出して、噴射ノズルの目詰まりが発生して還元剤の噴射ができなくなる。
その対応技術として、特開２００５−１２７３１８号公報（特許文献１）が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１２７３１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
先行技術文献によると、排気ガスの熱の影響を受ける噴射ノズルにおいては液体還元剤の温度が溶媒の沸点以上となって溶質が析出した場合、温度が更に上昇して溶質の融点を越えたときには溶質が融解するので、噴孔の目詰まりは解消することができる。
一方、排気ガスの熱の影響を受け難い部分、例えば噴射ノズルに液体還元剤を供給する配管においては、その温度が溶媒の沸点以上に上昇するものの、溶質の融解点以上に上昇しないことがある。この場合には、噴射ノズル及びその配管内で溶質が析出されたままの状態になるので、噴射ノズルから還元剤が供給されない状態になる。
【０００５】
しかしながら、長い間エンジンを停止していた状態で、エンジン始動を行った初期の場合、エンジンの排気ポートから排出された排気ガスの温度はエンジンの暖気運転完了時に比べ低く、更に、エンジン本体、排気マニホールド、排気管等は常温（外気温）に近い温度になっており、還元剤を噴射する噴射ノズルまで流れてくると温度はかなり低下している。
このような状態の排気管中の排気ガスに噴射ノズルを曝しても、噴射ノズルは排気ガスの熱を吸収して、還元剤の析出した溶質をすぐに溶かすことができない。
従って、長い間エンジンを停止していた状態で、エンジン始動を行った初期の場合、噴射ノズル内にある析出された還元剤の結晶が溶融するまで排気ガス中に混在する窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元浄化することができないという問題があった。
【０００６】
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、還元剤を噴射する噴射ノズルの受熱温度を早く且つ、高く上昇させて、析出した還元剤の溶質を早急に溶かし、良好な窒素酸化物（ＮＯｘ）浄化性能を発揮させることのできる内燃機関の排気ガス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】
【０００７】
本発明はかかる目的を達成するもので、エンジンの排気系に配設され、液体還元剤により前記エンジンの排気ガス中に含まれる窒素酸化物を還元浄化する還元触媒と、該還元触媒の前記排気系上流に液体還元剤を噴射供給する噴射ノズルを備え、平面部が前記排気ガスの流れに沿うように平板状の受熱フィンを前記噴射ノズルに配置したことを特徴とする。
【０００８】
排気ガスの熱を受熱フィンにて受熱して、噴射ノズルへの熱伝導を促進させることにより、尿素の結晶を溶融させ、噴射ノズルの噴口の目詰まりを早期解消させる。
また、受熱フィンは平板状で、排気ガスの流れに沿うように配設したので、排気ガスの流れの乱れ発生量を抑制させて、受熱フィンの排気ガスからの熱伝導を向上させると共に、排気圧力の上昇を防止し、エンジン出力低下を防止する。
【０００９】
また、本願発明において好ましくは、前記受熱フィンの前記平面部は前記排気ガスが流れる排気管の軸線と平行であると良い。
【００１０】
受熱フィンの平板状面を排気ガスが流れる排気管の軸線と平行にしたので、排気ガスが受熱フィンの平板状面から剥離することなく流れるので、排気ガスの熱が平板状受熱フィンへ効率よく熱伝導され、尿素水噴射ノズルが加温されて尿素結晶の溶融が促進される。
【００１１】
また、本願発明において好ましくは、前記噴射ノズルは前記排気管の外周部から該排気管の軸線近傍に向かって延在する縦部と、前記軸線近傍位置で軸線に沿って前記排気系下流側に向けて延在し、前記還元剤を噴射する噴射孔を有する横部とを備えた略Ｌ字状に形成され、前記縦部に中央部を外嵌させ外周部が円形状に形成された受熱フィンを配設すると良い。
【００１２】
受熱フィンの外形を円形状にしたのでノズル断面の外周から均等に加温される。従って、尿素結晶の溶融が外周部から均等に始まるので溶融完了までの時間が短縮できる。
【００１３】
また、本願発明において好ましくは、前記噴射ノズルは前記排気管の外周部から軸線近傍に向かって延在する縦部と、前記軸線近傍位置で軸線に沿って前記排気系下流側に向けて延在し、前記還元剤を噴射する噴射孔を有する横部とを備えた略Ｌ字状に形成され、前記受熱フィンは受熱フィンの平面部と、前記縦部の軸線と、前記横部の軸線とが同一平面内に位置すると共に、前記ノズルの前記縦部と前記横部との屈曲した外側の前記縦部及び前記横部の略全域にわたり連続した平板状で且つ、Ｌ字型に形成されると良い。
【００１４】
排気管内に位置する噴射ノズルの屈曲した外側略全域に受熱フィンを設けたので、ノズル全域に亘り、同時に加温されるので溶融完了までの時間が短縮できる。
【００１５】
また、本願発明において好ましくは、前記受熱フィンの前記排気系上流側先端部の板厚が薄く、下流側に向けて滑らかに板厚を増加させると良い。
【００１６】
受熱フィンの排気系上流側先端部の板厚を薄くしたので、排気ガスが受熱フィンの先端部に当接した際に、排気ガスの流れの乱れを最小限にすることができる。
更に、受熱フィンの平面部を流れる排気ガスの乱れを防止し且つ、排気ガス流が受熱フィンの表面から剥離し難い断面形状にしたので、排気ガスが効率よく受熱フィンに熱伝導することができ、ノズル加温を促進させることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、内燃機関の排気管に配設された還元剤を噴射する噴射ノズルが受熱する受熱温度を高く且つ、早く上昇させて、析出した還元剤の溶質を早急に溶かし、良好な窒素酸化物（ＮＯｘ）浄化性能を発揮する内燃機関の排気ガス浄化装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る排気ガス浄化装置の基本構成図を示す。
【図２】（Ａ）は本発明の第１実施形態にかかる噴射ノズル外観を示し、（Ｂ）〜（Ｄ）は受熱フィン詳細形状を示す。
【図３】（Ａ）は本発明の第２実施形態にかかる噴射ノズル外観を示し、（Ｂ）は（Ａ）のＸ−Ｘ断面詳細形状を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。
但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００２０】
（第１実施形態）
図１は本発明に係る排気ガス浄化装置の基本構成図を示し、エンジン１の排気は排気マニホールドからターボチャージャ１０に排出され、ターボチャージャ１０の排気タービンにて駆動してエアクリーナ１１で埃、水滴等を除去した吸気を排気タービンと同軸上に設けられた吸気コンプレッサにて吸気を加圧する。加圧された吸気は発熱して膨張するので、インタークーラ１２で冷却され空気密度を高くして、エンジン１に吸引されエンジン内で燃料の燃焼に活用され、排気マニホールドを経て、ターボチャージャ１０を駆動する。
ターボチャージャ１０は車両の燃料消費量を抑制するため吸気を圧縮し、圧縮により発熱した空気をインタークーラ１２で冷却し、空気密度を高くして、エンジン１の燃焼室内での燃焼圧力を高くして出力トルクを高くしている。
【００２１】
そのため、エンジン１の燃焼室内の燃焼圧力が高くなるに伴い、排気ガス中に含まれるＮＯｘ濃度が高くなる。ターボチャージャ１０から排出された排気ガスは前段酸化触媒４でＨＣ（炭化水素）及びＣＯ（一酸化炭素）の無害化される。次に本願発明に係る噴射ノズル６から排気ガス中に還元剤である尿素水を噴射して、ＮＯｘ還元触媒にて水（Ｈ２Ｏ）及び窒素（Ｎ）に還元反応され無害化される。その後方で第２の酸化触媒５にて更に浄化され、大気中に放出される。
【００２２】
ところが、有害なＮＯｘを還元反応させる尿素水（３２．５％）の尿素の結晶融点は約１３３℃以上、尿素水の溶媒の沸点が１００℃である。前述の通り、尿素水の溶媒が沸騰（蒸発）すると、尿素が析出する。
一方、エンジン１を停止すると、エンジン１稼動中に噴射ノズル６まで送られてきていた還元剤はそのまま噴射ノズル６内に残る。エンジン１が停止した直後は排気管１３内の残留熱が１００℃以上ある場合が多く、噴射ノズル６内に残った還元剤は排気管１３内及び周囲が冷えるまでに、溶媒が蒸発して還元剤（尿素）の結晶が析出することもある。
従って、噴射ノズル６の目詰まりを防止して、噴射ノズル６から還元剤を適宜噴射できるようにするには、エンジン１の始動後、速やかに噴射ノズル６の温度を上げて還元剤（尿素）の結晶を溶解させる必要がある。
図２（Ａ）は排気系統のＮＯｘ還元触媒上流側に配置された噴射ノズル６の詳細図である。
排気系の浄化装置２内を流れる排気ガスの熱を利用して、噴射ノズル６の温度を早期に略１３３℃以上に維持するため、受熱フィン１５が配設されている。
【００２３】
噴射ノズル６は排気管１３の外周部から排気管１３の略中心軸線まで伸びた縦部６１と、その縦部６１端部位置から排気系下流側に向け屈曲した横部６２とからなり、その横部６２先端部にラジアル方向に向けて噴孔１４が複数配設されている。
尚、噴孔１４は横部６２の先端部に排気系下流側に向け、尿素水が拡散するように噴射ノズル６から噴射してもよい。
受熱フィン１５は噴射ノズル６の縦部６１に中央部が外嵌した円盤状を成し、排気ガスの流れに沿って複数枚配設されている。
受熱フィン１５は排気ガスからの受熱を良くするための条件として、受熱面積の大きさ、受熱面を流れる排気ガスが速く且つ、受熱表面を滑らかに流れ、受熱表面から排気ガス流が剥離しないようにすることが望ましい。
本実施形態では、受熱フィン１５を円形状にしたので、受熱フィン１５が受熱した熱がノズル外周全体から均等に伝熱するので、尿素が析出していた場合には、尿素の溶融を早くすることができる。
また、受熱フィン１５の特に排気系上流側先端の断面を円弧状にしたので、排気ガスが該先端部に衝突した際に、排気ガスの乱れが生じないように上下に分かれて、受熱フィン１５の平面を剥離しないように滑らかに流れ排気ガスから受熱フィン１５への伝熱を促進させることができる。
尚、受熱フィン１５の先端の断面は薄いほど排気ガスの乱れが生じないように上下に分かれてよい効果が得られる。
【００２４】
図２の（Ｂ）〜（Ｄ）は受熱フィンの詳細断面を示し、受熱面を流れる排気ガスが速く且つ、受熱表面を滑らかに流れ、受熱表面から排気ガス流が剥離しないようにすることを考慮した受熱フィンの断面を例示したもので、（Ｂ）はフィンの板厚が略同じで、円形状の外周端縁は円弧状の断面をしている。（Ｃ）は排気系の上流側の板厚を薄く、排気系の下流側を厚くしたウェッジ形状で全体は円形状をなし、外周端縁の断面は円弧状の断面をしている。
（Ｄ）は排気系の上流側の板厚を薄く、排気系の下流側を厚くした流線形状で全体は円板状をなし、外周端縁は円弧状の断面をしている。
従って、排気ガスが該先端部に衝突した際に、排気ガスが乱れないようにして排気ガスが滑らかに上下に分かれて受熱フィンの表面に沿って流れるため、排気ガスから受熱フィン１５への伝熱を促進させることができる。
【００２５】
（第２実施形態）
図３の（Ａ）に示すように、噴射ノズル６は排気管１３の外周部から排気管１３の略中心軸線まで伸びた縦部６１と、その縦部６１端部位置から排気系下流側に向け屈曲した横部６２とからなり、その横部６２先端部にラジアル方向に向けて噴孔１４が複数配設されている。
受熱フィン１６は噴射ノズル６の縦部６１と横部６２の軸線とを含む同一平面内に位置すると共に、縦部６１と横部６２が屈曲した外側の縦部６１及び横部６２の略全域にわたり連続した平板状で且つ、Ｌ字型である。また、図３の（Ｂ）（（Ａ）のＸ−Ｘ断面）に示すように、受熱フィン１６の排気系上流側先端部の板厚は薄く、噴射ノズル６の外周面取付け部側は厚くしてある。
尚、受熱フィン１６の断面形状は、図２（Ｂ）〜（Ｄ）で示したようにフィンの板厚が略同の平板状又は、排気系の上流側の先端部板厚を薄く、排気系の下流側の噴射ノズル外周面取付け部側を厚くした流線形状又は、三角形状にしても同様の効果を得ることができる。
【００２６】
本実施形態によると排気管１３内に位置する噴射ノズルの縦部６１及び横部６２略全域に連続して受熱フィン１６を設けることができるので、噴射ノズル６全域が同時に加温されるので溶融完了までの時間が短縮できる。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
特に尿素水が析出して、尿素水噴射ノズルの目詰まりが発生した際に、目詰まりを早急に解消する必要のある排気ガス浄化装置の利用に適している。
【符号の説明】
【００２８】
１  エンジン
２  浄化装置
３  ＮＯｘ還元触媒
４  前段酸化触媒
５  後段酸化触媒
６  噴射ノズル
８  還元剤供給装置
９  尿素水タンク
１５、１６  受熱フィン
６１  縦部
６２  横部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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