(57)【要約】【課題】圧力損失の増加を抑えることができ、かつ応答性が良好な排気システムを提供する。【解決手段】内燃機関１の排気通路４に設けられて排気中の有害物質を浄化する排気浄化装置８と、排気浄化通路８を迂回するようにして排気通路４に接続されたバイパス通路１０とを有し、バイパス通路１０を閉じる一方で排気通路４を開く非バイパス状態とバイパス通路１０を開く一方で排気通路４を閉じるバイパス状態とを、バイパス通路１０を横切る方向に延びかつバイパス通路１０が閉じられるように広がる第１エアカーテン１０１を形成する第１エア噴射弁１１と排気通路４を横切る方向に延びかつ排気通路４が閉じられるように広がる第２エアカーテン１０２を形成する第２エア噴射弁１２とによって切り替える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設けられて排気中の有害物質を浄化する排気浄化装置と、前記排気浄化通路を迂回するようにして前記排気通路に接続されたバイパス通路と、前記バイパス通路を閉じる一方で前記排気通路を開く非バイパス状態と前記バイパス通路を開く一方で前記排気通路を閉じるバイパス状態とを切り替える通路切替手段とを備え、
前記通路切替手段は、前記非バイパス状態のときに前記バイパス通路を横切る方向に延びかつ前記バイパス通路が閉じられるように広がる第１のエアカーテンを形成でき、かつ前記バイパス状態のときに前記排気通路を横切る方向に延びかつ前記排気通路が閉じられるように広がる第２のエアカーテンを形成できるように構成されていることを特徴とする排気システム。
【請求項２】
前記通路切替手段は、前記第１のエアカーテンを形成可能な第１のエア噴射弁と、前記第２のエアカーテンを形成可能な第２のエア噴射弁とを有していることを特徴とする請求項１に記載の排気システム。
【請求項３】
前記通路切替手として、前記第１のエアカーテンを形成するための第１の噴孔と、前記第２のエアカーテンを形成するための第２の噴孔とが形成されたノズル部と、前記第１の噴孔を開通する一方で前記第２の噴孔を閉鎖する状態と、前記第１の噴孔を閉鎖する一方で前記第２の噴孔を開通する状態とを切り替える噴孔切替手段とを有したエア噴射弁が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の排気システム。
【請求項４】
前記通路切替手段は、前記排気浄化装置の上流側に位置する前記排気通路と前記バイパス通路との接続位置に向かって流れるエアを噴射することにより、前記第２のエアカーテンを形成することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の排気システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気通路に排気浄化装置が設けられた排気システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気通路に配置されたディーゼルパティキュレートフィルタを迂回するバイパス通路を設け、バイパス通路を閉鎖してフィルタに排気を通過させる状態とバイパス通路を開通してフィルタを迂回させる状態とを、排気通路に設けられた切り替えバルブにて切り替える排気システムがある（特許文献１）。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献２が存在する。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２８５８２５号公報
【特許文献２】特開平９−２２８８２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した排気システムでは、排気通路を開通した状態であっても閉鎖した状態であっても切り替えバルブの弁体や弁軸等の構成部品が排気通路内に存在するため圧力損失が増加し、切り替えバルブの上流側の排気通路内圧力（背圧）が上昇する。また、通路を切り替える際にはこのような構成部品を駆動する必要があるため、切り替えバルブの応答遅れが生じるおそれがある。
【０００５】
そこで、本発明は、圧力損失の増加を抑えることができ、かつ応答性が良好な排気システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の排気システムは、内燃機関の排気通路に設けられて排気中の有害物質を浄化する排気浄化装置と、前記排気浄化通路を迂回するようにして前記排気通路に接続されたバイパス通路と、前記バイパス通路を閉じる一方で前記排気通路を開く非バイパス状態と前記バイパス通路を開く一方で前記排気通路を閉じるバイパス状態とを切り替える通路切替手段とを備え、前記通路切替手段は、前記非バイパス状態のときに前記バイパス通路を横切る方向に延びかつ前記バイパス通路が閉じられるように広がる第１のエアカーテンを形成でき、かつ前記バイパス状態のときに前記排気通路を横切る方向に延びかつ前記排気通路が閉じられるように広がる第２のエアカーテンを形成できるように構成されていることにより、上述した課題を解決する（請求項１）。
【０００７】
この排気システムによれば、通路切替手段が第１のエアカーテンを形成することによりバイパス通路が閉じられる一方で排気通路が開かれるので、排気ガスを排気浄化装置に導くことができる。また、排気浄化装置を迂回させる必要があるときには通路切替手段が第２のエアカーテンを形成することによりバイパス通路が開かれる一方で排気通路が閉じられる。通路切替手段はエアカーテンによって通路を開閉するため、エアカーテンが形成されていない状態では排気ガスの通過の妨げになることはない。従って、従来の切り替えバルブにて通路を切り替える態様と比較して圧力損失の増加を抑えることができる。また、通路切替手段は従来の切り替えバルブのようにある程度の質量を持つ構成部品を排気通路内で駆動する必要がない。そのため、エアカーテンの形成とその停止を速やかに実行できるので、通路の切り替えの応答性を向上することができる。
【０００８】
通路切替手段が持つエアカーテンを形成する手段の具体的な形態は問わないが、例えば、前記通路切替手段は、前記第１のエアカーテンを形成可能な第１のエア噴射弁と、前記第２のエアカーテンを形成可能な第２のエア噴射弁とを有していてもよい（請求項２）。この態様によれば、第１のエアカーテンを形成するエア噴射弁と、第２のエアカーテンを形成するエア噴射弁とが別々に設けられているので、各エア噴射弁のレイアウトの自由度が向上する利点がある。また、前記通路切替手として、前記第１のエアカーテンを形成するための第１の噴孔と、前記第２のエアカーテンを形成するための第２の噴孔とが形成されたノズル部と、前記第１の噴孔を開通する一方で前記第２の噴孔を閉鎖する状態と、前記第１の噴孔を閉鎖する一方で前記第２の噴孔を開通する状態とを切り替える噴孔切替手段とを有したエア噴射弁が設けられていてもよい（請求項３）。この態様の場合には、一つのエア噴射弁で二種類のエアカーテンを形成することができるので、排気通路周りの限られたスペースを有効に活用できるようになる。
【０００９】
本発明の排気システムの一態様において、前記通路切替手段は、前記排気浄化装置の上流側に位置する前記排気通路と前記バイパス通路との接続位置に向かって流れるエアを噴射することにより、前記第２のエアカーテンを形成してもよい。この態様によれば、排気通路を閉鎖する第２のエアカーテンに衝突した排気ガスを積極的にバイパス通路へ誘導できる。これにより、通路の切り替えに伴う圧力損失の増加を抑えることが可能になる。
【発明の効果】
【００１０】
以上説明したように、本発明によれば、通路切替手段がエアカーテンによって通路を開閉するため、従来の切り替えバルブにて通路を切り替える態様と比較して圧力損失の増加を抑えることができる。またエアカーテンの形成とその停止を速やかに実行できるので、従来の切り替えバルブにて通路を切り替える態様と比較して通路の切り替えの応答性を向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
（第１の形態）
図１は本発明の排気システムが適用された内燃機関の一形態の全体構成を概略的に示している。内燃機関１は気筒２が一列に４つ並べられた直列４気筒のディーゼルエンジンとして構成されていて、各気筒２に吸気を導入するための吸気通路３と各気筒２から排出される排気を導くための排気通路４とを有している。各気筒２には燃料噴射弁５が一つずつ配置されていて、これらの燃料噴射弁５はコモンレール６に接続されている。コモンレール６には、内燃機関１にて駆動される不図示の燃料ポンプにより燃料としての軽油が所定の燃圧で圧送される。
【００１２】
吸気通路３には空気濾過用のエアクリーナ７が設けられ、排気通路４には排気中の有害物質を浄化するための排気浄化装置８が設けられている。排気浄化装置８は、窒素酸化物（ＮＯｘ）を吸蔵し、吸蔵したＮＯｘを所定量の燃料（炭化水素）の存在下で還元して浄化する機能を有した吸蔵還元型のＮＯｘ触媒コンバータとして構成されている。排気浄化装置８には、その温度に応じた信号を出力する温度センサ９が設けられる。排気通路４には排気浄化装置８を迂回するバイパス通路１０が接続されており、これらの通路４、１０の切り替えは通路切替手段として設けられた第１エア噴射弁１１及び第２エア噴射弁１２にて行われる。これらのエア噴射弁１１、１２が適宜操作されることにより、図２及び図３に示すように、バイパス通路１０を閉じる一方で排気通路４を開く非バイパス状態とバイパス通路１０を開く一方で排気通路を４閉じるバイパス状態とを切り替えることができる。
【００１３】
第１エア噴射弁１１はその先端がバイパス通路１０に臨むようにして設けられており、その先端にはバイパス通路１０を横切る方向に延びかつバイパス通路１０が閉じられるように広がる第１エアカーテン１０１を形成可能なノズル部１１ａが設けられている。ノズル部１１ａには第１エアカーテン１０１の形状に対応した形状を持つ噴孔１１ｂが形成されている。第１エア噴射弁１１はその噴孔１１ｂの閉鎖と開通とを切り替えることができる不図示のニードル部を有していて、そのニードル部は不図示のアクチュエータを介してエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）２０にて駆動制御される。ＥＣＵ２０は内燃機関１の運転状態を適正に制御するための周知のコンピュータである。一方、第２エア噴射弁１２も第１エア噴射弁１１と同様の構成を備えている。即ち、第２エア噴射弁１２はその先端が排気通路４に臨むようにして設けられており、その先端には排気通路４を横切る方向に延びかつ排気通路４が閉じられるように広がる第２エアカーテン１０２を形成可能なノズル部１２ａが設けられている。ノズル部１２ａには第２エアカーテン１０２の形状に対応した形状を持つ噴孔１２ｂが形成されている。第２エア噴射弁１２はその噴孔１２ｂの閉鎖と開通とを切り替えることができる不図示のニードル部を有していて、そのニードル部は不図示のアクチュエータを介してＥＣＵ２０にて駆動制御される。
【００１４】
図１に示すように、これらの噴射弁１１、１２へのエアの供給はエア供給装置１３にて行われる。エア供給装置１３は、エアフィルタ１９にて濾過されたエアを導くためのエア供給通路１４と、このエア供給通路１４から分岐して第１エア噴射弁１１及び第２エア噴射弁１２のそれぞれに接続される分岐通路１５、１６と、エア供給通路１４に設けられてエアを所定圧力に加圧するエアポンプ１７と、このエアポンプ１７と各分岐通路１５、１６の分岐位置との間に設けられたサージタンク１８とを備えている。エアポンプ１７は不図示の電動機を備えており、この電動機の出力をＥＣＵ２０が制御することによりエアポンプ１７の動作が制御される。なおエアポンプ１７の代りに内燃機関１のクランク軸の回転を駆動源としたエアポンプを設けてもよい。
【００１５】
図２に示すように、排気浄化装置８へ排気ガスを通過させる非バイパス状態においては、第１エア噴射弁１１の噴孔１１ｂが開通され、かつ第２エア噴射弁１２の噴孔１２ｂが閉鎖された状態に保持されるように、ＥＣＵ２０はこれらのエア噴射弁１１、１２をそれぞれ制御する。これによりバイパス通路１０に第１エアカーテン１０１が形成され、その第１エアカーテン１０１によってバイパス通路１０が閉じられる。そのため、図２の矢印線に示すように、バイパス通路１０への排気ガスの流入が第１エアカーテン１０１にて阻止される。
【００１６】
一方、図３に示すように、排気浄化装置８を迂回させるバイパス状態においては、図２とは反対に、第１エア噴射弁１１の噴孔１１ｂが閉鎖され、かつ第２エア噴射弁１２の噴孔１２ｂが開通された状態に保持されるように、ＥＣＵ２０はこれらのエア噴射弁１１、１２をそれぞれ制御する。この形態では、第２エア噴射弁１２の噴孔１２ｂの開口方向が
排気通路４とバイパス通路１０との接続位置Ｐに向かうように設定されているため、その接続位置Ｐに向かって流れるエアがその噴孔１２ｂから噴射されて第２エアカーテン１０２が形成される。これにより、図３の矢印線で示すように排気浄化装置８への排気ガスの流入を第２エアカーテン１０２にて阻止しつつ、第２エアカーテン１０２に衝突した排気ガスを積極的にバイパス通路１０へ誘導することができるようになる。
【００１７】
非バイパス状態からパイバス状態への切り替えは排気浄化装置８の温度に応じて実行される。ＥＣＵ２０は温度センサ９の出力に基づいて排気浄化装置８の温度が所定の限界温度を超えるおそれがあるか否かを判定する。ＥＣＵ２０は限界温度を超えるおそれがあると判定した場合には、図２の非バイパス状態から図３のバイパス状態へ切り替えられるように第１エア噴射弁１１及び第２エア噴射弁１２をそれぞれ制御する。これにより排気浄化装置８への酸素の供給が制限されて排気浄化装置８の触媒反応が休止する。そのため排気浄化装置８の過熱を回避することができる。限界温度に満たない場合には非バイパス状態に保持されように第１エア噴射弁１１及び第２エア噴射弁１２がＥＣＵ２０にてそれぞれ制御される。また、バイパス状態に切り替えた後に排気浄化装置８の温度が十分に低下したと判定した場合には、バイパス状態から非バイパス状態へ切り替えられるように第１エア噴射弁１１及び第２エア噴射弁１２をそれぞれ制御する。
【００１８】
以上の形態によれば、第１エアカーテン１０１を形成する第１エア噴射弁１１と、第２エアカーテン１０２を形成する第２エア噴射弁１２とが別々に設けられているので、各エア噴射弁のレイアウトの自由度が向上する利点がある。
【００１９】
（第２の形態）
次に、本発明の第２の形態を図４〜図８を参照して説明する。以下においては、第１の形態と同一構成には同一の参照符号を図面に付してその説明を省略する。図４は第２の形態に係る排気システムが適用された内燃機関の全体構成を概略的に示している。この形態は第１エアカーテン１０１と第２エアカーテン１０２とを一つのエア噴射弁３０で形成できるように構成されている。エア噴射弁３０はその先端が排気通路４とバイパス通路１０との接続位置Ｐに臨むように設けられていて、エア供給通路１４を介してエアが供給される。
【００２０】
図５及び図６はエア噴射弁３０の先端部の詳細を模式的に示した説明図である。これらの図に示したように、エア噴射弁３０の先端には、第１エアカーテン１０１及び第２エアカーテン１０２をそれぞれ形成可能なノズル部３１が設けられており、そのノズル部３１には第１エアカーテン１０１の形状に対応した形状を持つ第１の噴孔としての噴孔３２と、第２エアカーテン１０２の形状に対応した形状を持つ第２の噴孔としての噴孔３３とがそれぞれ形成されている。ノズル部３１の中心にはニードル部３４が摺動自在に挿入される挿入孔３５が形成されている。二つの噴孔３２、３３はその挿入孔３５にそれぞれ連通しており、これらの噴孔３２、３３はニードル部３４の位置に応じて閉鎖と開通とが切り替えられる。ニードル部３４の中心線方向にはエアが供給される縦孔３４ａが延びており、その縦孔３４ａの下端にはニードル部３４の外周に開口する横穴３４ｂが形成されている。ニードル部３４は不図示のアクチュエータにて駆動され、このアクチュエータはＥＣＵ２０に接続される。
【００２１】
以上の構成により、ＥＣＵ２０の制御によりニードル部３４が図５に示した位置に保持されると縦孔３４ａから噴孔３２までが開通する一方で噴孔３３が閉鎖されるため、噴孔３２からエアが噴射されて第１エアカーテン１０１が形成される。これにより、図７に示すように第１エアカーテン１０１にてバイパス通路が閉じられる一方で排気通路４が開かれた非バイパス状態となる。そのため、図７の矢印線で示すように、バイパス通路１０への排気ガスの流入が第１エアカーテン１０１にて阻止される。一方、ＥＣＵ２０の制御によりニードル部３４が図６に示した位置に保持されると縦孔３４ａから噴孔３３までが開通する一方で噴孔３２が閉鎖されるため、噴孔３３からエアが噴射されて第２エアカーテン１０２が形成される。これにより、図８に示すように排気浄化装置８への排気ガスの流入を第２エアカーテン１０２にて阻止することができる。この形態においても、非バイパス状態からバイパス状態への切り替えは排気浄化装置８の温度に応じて実行することができる。第２の形態によれば、一つのエア噴射弁３０で二種類のエアカーテン１０１、１０２を形成することができるので、排気通路４の周りの限られたスペースを有効に活用できるようになる。
【００２２】
本発明は以上の実施形態に限定されず、種々の形態で実現してもよい。本発明に係る排気浄化装置の構成に制限はない。従って、吸蔵還元型のＮＯｘ触媒コンバータの他、パティキュレートをフィルタで捕集するもの、或いはＮＯｘを吸蔵し、ＨＣの存在下で還元して浄化する機能を持つ触媒物質をフィルタに設け、パティキュレートの捕集とＮＯｘの浄化とを同時に実現できるものとして排気浄化装置を実施してもよい。
【００２３】
第２の形態に係るエア噴射弁の構造に制限はなく、例えば図９に示すエア噴射弁４０にて本発明を実施してもよい。エア噴射弁４０はその先端に設けられたノズル部４１と、そのノズル部４１に形成された第１の噴孔としての噴孔４２及び第２の噴孔としての噴孔４３と、これらの噴孔４２、４３をそれぞれ開閉できる噴孔切替手段としての弁体４４とを有している。弁体４４は弁軸４４ａを中心として図９の実線の位置から破線の位置までの間で回転することができるようになっている。弁体４４の回転駆動は不図示のアクチュエータで行われＥＣＵ２０にて制御される。非バイパス状態においては、実線で示すように噴孔４３が弁体４４にて閉鎖される一方で噴孔４２が開通されて第１エアカーテン１０１が形成される。他方、バイパス状態においては破線で示すように噴孔４２が弁体４４にて閉鎖される一方で噴孔４３が開通されて第２エアカーテン１０２が形成される。このようなエア噴射弁４０を用いても第２の形態と同等の効果を発揮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の排気システムが適用された内燃機関の一形態の全体構成を概略的に示した図。
【図２】図１の部分拡大図であって非バイパス状態を示した図。
【図３】図１の部分拡大図であってバイパス状態を示した図。
【図４】第２の形態に係る排気システムが適用された内燃機関の全体構成を概略的に示した図。
【図５】図４のエア噴射弁の先端部の詳細を示し、第１エアカーテンを形成した状態を示した図。
【図６】図４のエア噴射弁の先端部の詳細を示し、第２エアカーテンを形成した状態を示した図。
【図７】図４の部分拡大図であって非バイパス状態を示した図。
【図８】図４の部分拡大図であってバイパス状態を示した図。
【図９】エア噴射弁の他の形態を説明する説明図。
【符号の説明】
【００２５】
１  内燃機関
４  排気通路
８  排気浄化装置
１０  バイパス通路
１１  第１エア噴射弁（第１のエア噴射弁）
１２  第２エア噴射弁（第２のエア噴射弁）
３０  エア噴射弁
３１  ノズル部
３２  噴孔（第１の噴孔）
３３  噴孔（第２の噴孔）
３４  ニードル部（噴孔切替手段）
４０  エア噴射弁
４１  ノズル部
４２  噴孔（第１の噴孔）
４３  噴孔（第２の噴孔）
４４  弁体（噴孔切替手段）
１０１  第１のエアカーテン
１０２  第２のエアカーテン
Ｐ  接続位置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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