(57)【要約】【課題】排気管の途中に装備したインジェクタを効率良く冷却して、該インジェクタの焼損や添加燃料の流路内での焼付きを確実に回避し得るようにした実用性の高い排気浄化装置を提供する。【解決手段】排気浄化用触媒を排気管９の途中に装備し、該排気管９の排気浄化用触媒より上流に排気ガス８中に燃料を添加するインジェクタ１１を配設すると共に、該インジェクタ１１の周囲に略同心状に筒形のウォータジャケット１４を形成し、該ウォータジャケット１４におけるインジェクタ１１の先端側に接線方向から冷却水を導入する給水口１５を設け、インジェクタ１１の基端側から接線方向に冷却水を排出する排水口１６を設ける。【選択図】　　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気浄化用触媒を排気管の途中に装備し、該排気管の排気浄化用触媒より上流に排気ガス中に燃料を添加するインジェクタを配設すると共に、該インジェクタの周囲に略同心状に筒形のウォータジャケットを形成し、該ウォータジャケットにおけるインジェクタの先端側に接線方向から冷却水を導入し且つ該インジェクタの基端側から接線方向に冷却水を排出し得るように冷却水の給排経路を構成したことを特徴とする排気浄化装置。
【請求項２】
インジェクタが先端部を下方に向けた傾斜状態で配置されており、該インジェクタの周囲を取り巻くウォータジャケットの最上部に排水口が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
【請求項３】
インジェクタの先端側で且つ排気管に対し離反する側にウォータジャケットへの給水口が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の排気浄化装置。
【請求項４】
ウォータジャケットにおけるインジェクタの基端側に、冷却水の給水口から排水口に向かう最短経路の流れが形成されないように流路を絞り込む流通抵抗部が形成されていることを特徴とする請求項１、２又は３に記載の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気浄化装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、排気管の途中に装備した排気浄化用触媒により排気浄化を図ることが行われている。この種の排気浄化用触媒としては、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を分解放出して還元浄化する性質を備えたＮＯｘ吸蔵還元触媒が知られている。
【０００３】
このＮＯｘ吸蔵還元触媒においては、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ため、定期的にＮＯｘ吸蔵還元触媒に流入する排気ガスの酸素濃度を低下させてＮＯｘを分解放出させる必要がある。例えば、ガソリン機関に使用した場合であれば、機関の運転空燃比を低下（機関をリッチ空燃比で運転）することにより、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やＣＯ等の還元成分を増加してＮＯｘの分解放出を促すことができる。
【０００４】
ただし、ＮＯｘ吸蔵還元触媒をディーゼル機関の排気浄化装置として使用した場合には、機関をリッチ空燃比で運転することが困難である。このため、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ことにより、その添加した燃料を高温の排気ガス中で熱分解させて多量の炭化水素を生成し、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る必要がある。
【０００５】
他方、ディーゼル機関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を排気管の途中に装備することが既に行われている。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、該パティキュレートの燃焼除去による低減化を図ることができる。
【０００６】
ただし、このような酸化触媒には活性温度領域があり、この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、酸化触媒が活性化しないためにパティキュレートが良好に燃焼除去されないという不具合が起こり得る。そこで、必要に応じ上流側の排気ガス中に燃料を添加し、この添加した燃料を高温の排気ガス中で熱分解させることで多量の炭化水素を生成し、この炭化水素を酸化触媒上で酸化反応させて反応熱により触媒床温度を積極的に上昇させることが提案されている。
【０００７】
以上に幾つかの例をあげて説明した通り、排気管の途中に装備した排気浄化用触媒（ＮＯｘ吸蔵還元触媒や酸化触媒、又はこれらを担持したパティキュレートフィルタ）の上流側に燃料を添加するという考え自体は従来より提案されているものである。例えば、特開２００１−２８０１２５号には、シリンダヘッドの排気ポートに燃料添加用インジェクタを装備して、該インジェクタによる排気ポート噴射で排気ガス中に燃料を添加し、その添加燃料をタービンで撹拌した上で排気浄化用触媒に供給するようにした手段が提案されており、このような排気ポート噴射で排気ガス中に燃料を添加する手段は既に一部の乗用車等で実用化に向けた開発が成されている。
【０００８】
ただし、ディーゼルエンジンを搭載した大型車両等においては、ＥＧＲ装置やターボチャージャの信頼性を確保する観点から、排気管途中の排気浄化用触媒の入側にインジェクタを装備して燃料添加を行うことが望まれており、既に特開２０００−２４０４２９号等に排気管の途中にインジェクタで燃料添加を行う手段が提案されている。
【０００９】
このように排気管の途中にインジェクタを装備するとした場合には、該インジェクタが高温の排気ガスに晒されることによる焼損や添加燃料の流路内での焼付きを確実に回避し得るようにするため、前記インジェクタに関して何らかの熱対策を講じる必要がある。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この種のインジェクタの排気管途中への装備自体が開発途上のことであり、前記インジェクタに関する最適な熱対策については、未だ実用性の高い具体的手段が提案されていないのが実情である。
【００１１】
本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、排気管の途中に装備したインジェクタを効率良く冷却して、該インジェクタの焼損や添加燃料の流路内での焼付きを確実に回避し得るようにした実用性の高い排気浄化装置を提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、排気浄化用触媒を排気管の途中に装備し、該排気管の排気浄化用触媒より上流に排気ガス中に燃料を添加するインジェクタを配設すると共に、該インジェクタの周囲に略同心状に筒形のウォータジャケットを形成し、該ウォータジャケットにおけるインジェクタの先端側に接線方向から冷却水を導入し且つ該インジェクタの基端側から接線方向に冷却水を排出し得るように冷却水の給排経路を構成したことを特徴とする排気浄化装置、に係るものである。
【００１３】
而して、このようにすれば、ウォータジャケットにおけるインジェクタの先端側に接線方向から導入された冷却水が、前記ウォータジャケット内で旋回流を成して流れ、インジェクタ側から効率良く熱を奪って昇温しつつインジェクタの基端側へ導かれて排出される。
【００１４】
この結果、排気管内に露出して最も高温条件下に晒されることになるインジェクタの先端部を、該先端部に極力近い位置へ昇温前の冷却水を旋回流として送り込むことで効果的に冷却することが可能となり、これによって、前記インジェクタの焼損や添加燃料の流路内での焼付きが確実に回避されることになる。
【００１５】
ここで、インジェクタが先端部を下方に向けた傾斜状態で配置されている場合には、ウォータジャケットの下側に冷たい冷却水を導入し、インジェクタを冷却して暖まった冷却水をウォータジャケットの上側から抜き出すという理にかなった冷却水の流し方を実現することが可能であり、更には、ウォータジャケットの最上部に排水口を設けることでエア抜きの利便性を高めることも可能である。
【００１６】
また、本発明においては、インジェクタの先端側で且つ排気管に対し離反する側にウォータジャケットへの給水口が設けられていることが好ましく、このようにすれば、熱負荷の高いインジェクタの先端部を優先的に冷却しながらも、ウォータジャケットへの導入初期の最も温度の低い冷却水による直接的な冷却作用を高温の排気管側に与えなくて済み、該排気管側の流路壁部における内外の温度差が極力小さく抑えられることになる。
【００１７】
即ち、ウォータジャケットと隣接した排気管の流路壁部は、その内外での温度差が大きいことから熱膨張差に起因した亀裂の発生が懸念されるため、冷却水を排気管から離れた位置に導入してウォータジャケット内を排気管側へ回り込ませる間に冷却水を昇温させ、これによって、ウォータジャケットと隣接した排気管の流路壁部における内外での温度差を極力小さく抑えるようにしているのである。
【００１８】
また、ウォータジャケットにおけるインジェクタの基端側に、冷却水の給水口から排水口に向かう最短経路の流れが形成されないように流路を絞り込む流通抵抗部が形成されていることが好ましい。
【００１９】
このようにすれば、冷却水が給水口から排水口に向かう最短経路で流れてウォータジャケット内を周回しないうちに排出されてしまうような効率の悪い冷却となる虞れがなくなり、冷却水が確実にウォータジャケット内で周回して効率の良いインジェクタの冷却が実現されることになる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【００２１】
図１〜図４は本発明を実施する形態の一例を示すもので、図１中における符号の１はターボチャージャ２を搭載したディーゼルエンジンを示しており、エアクリーナ３から導いた吸気４を吸気管５を通し前記ターボチャージャ２のコンプレッサ２ａへ導いて加圧し、その加圧された吸気４をインタークーラ６を介しディーゼルエンジン１の各気筒に分配して導入するようにしてある。
【００２２】
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７を介し排出された排気ガス８を排気管９を通して前記ターボチャージャ２のタービン２ｂへ送り、該タービン２ｂを駆動した排気ガス８を触媒再生型のパティキュレートフィルタ１０（排気浄化用触媒）を通してパティキュレートを捕集した上で車外へ排出するようにしてある。
【００２３】
更に、排気管９のパティキュレートフィルタ１０より上流の適宜位置、即ち、ここに図示する例においては、Ｌ字状に曲がっている排気管９の屈曲部に対し、該屈曲部上流の排気管９に沿うように燃料添加用のインジェクタ１１が先端部を下方に向けた傾斜状態で付設されており、該インジェクタ１１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、前記インジェクタ１１の先端部から屈曲部下流の排気管９に沿う方向に向けて形成された噴射空間１２を介し排気管９内の流路に噴射されるようになっている。
【００２４】
図２に示す如く、このインジェクタ１１を抱持しているボス部１３の内部には、前記インジェクタ１１と略同心状の筒形を成すウォータジャケット１４が穿設されている。
【００２５】
また、ボス部１３のウォータジャケット１４におけるインジェクタ１１先端側（下端側）で且つ排気管９に対し離反する側に、ウォータジャケット１４に対し接線方向から冷却水を導入し得るよう給水口１５が設けられ、前記ウォータジャケット１４におけるインジェクタ１１基端側（上端側）で且つ排気管９に対し近接する側に、ウォータジャケット１４から接線方向に冷却水を抜き出す排水口１６が設けられており、該排水口１６は結果的にウォータジャケット１４の最上部に位置するようになっている。尚、給水口１５及び排水口１６の向きは、インジェクタ１１の軸心方向から見た平面視でウォータジャケット１４の円形状に対し接線方向を成していれば良い。
【００２６】
そして、前記給水口１５に対しディーゼルエンジン１の冷却水の一部を供給し且つ前記排水口１６から抜き出した冷却水を図示しないサーモスタット（整温器）へ戻すようにしてある。
【００２７】
また、図３及び図４に示す如く、ウォータジャケット１４におけるインジェクタ１１の基端側には、冷却水の給水口１５から排水口１６に向かう最短経路の流れが形成されないように流路を絞り込む流通抵抗部１７が形成されている。
【００２８】
而して、このように排気浄化装置を構成すれば、ウォータジャケット１４におけるインジェクタ１１の先端側に接線方向から導入された冷却水が、前記ウォータジャケット１４内で旋回流を成して流れ、インジェクタ１１側から効率良く熱を奪って昇温しつつインジェクタ１１の基端側へ導かれて排出される。
【００２９】
この結果、排気管９内に露出して最も高温条件下に晒されることになるインジェクタ１１の先端部を、該先端部に極力近い位置へ昇温前の冷却水を旋回流として送り込むことで効果的に冷却することが可能となり、これによって、前記インジェクタ１１の焼損や添加燃料の流路内での焼付きが確実に回避されることになる。
【００３０】
また、ウォータジャケット１４の下側に冷たい冷却水を導入し、インジェクタ１１を冷却して暖まった冷却水をウォータジャケット１４の上側から抜き出すという理にかなった冷却水の流し方が実現され、しかも、ウォータジャケット１４の最上部に排水口１６が位置することでエア抜きの利便性も高められる。
【００３１】
更に、ウォータジャケット１４の給水口１５は、インジェクタ１１の先端側で且つ排気管９に対し離反する側に設けられているので、熱負荷の高いインジェクタ１１の先端部を優先的に冷却しながらも、ウォータジャケット１４への導入初期の最も温度の低い冷却水による直接的な冷却作用を高温の排気管９側に与えなくて済み、ウォータジャケット１４と隣接した排気管９の流路壁部９ａにおける内外の温度差が極力小さく抑えられることになる。
【００３２】
即ち、この排気管９の流路壁部９ａは、その内外での温度差が大きいことから熱膨張差に起因した亀裂の発生が懸念されるので、冷却水を排気管９から離れた位置に導入してウォータジャケット１４内を排気管９側へ回り込ませる間に冷却水を昇温させ、これによって、ウォータジャケット１４と隣接した排気管９の流路壁部９ａにおける内外での温度差を極力小さく抑えるようにしているのである。
【００３３】
また、特に本形態例においては、ウォータジャケット１４におけるインジェクタ１１の基端側に流通抵抗部１７が形成されているので、冷却水が給水口１５から排水口１６に向かう最短経路で流れてウォータジャケット１４内を周回しないうちに排出されてしまうような効率の悪い冷却となる虞れがなくなり、冷却水が確実にウォータジャケット１４内で周回して効率の良いインジェクタ１１の冷却が実現されることになる。
【００３４】
つまり、ウォータジャケット１４の下側の給水口１５から導入された冷却水が、その導入後に直ぐに上昇旋回流となって排水口１６に最短経路で向かう流れを形成してしまうと、ウォータジャケット１４の給水口１５から流れ方向に離れた底部に冷却水が新規導入され難い澱み領域が形成されてしまうので、優先的に冷却する必要のあるウォータジャケット１４の下側（インジェクタ１１の先端側の領域）で冷却水を極力周回させて確実にインジェクタ１１の先端部の冷却に寄与させるようにしているのである。
【００３５】
尚、ウォータジャケット１４の下側での冷却水の周回を促進するに際しては、給水口１５にインジェクタ１１の先端側（下端側）に向けた傾斜を付して冷却水の導入方向を積極的にウォータジャケット１４の下側に向けるようにすることも可能である。
【００３６】
従って、上記形態例によれば、排気管９の途中に装備したインジェクタ１１を効率良く冷却することができるので、該インジェクタ１１の焼損や添加燃料の流路内での焼付きを確実に回避することができ、また、ウォータジャケット１４の下側に冷たい冷却水を導入し、インジェクタ１１を冷却して暖まった冷却水をウォータジャケット１４の上側から抜き出すという理にかなった冷却水の流し方を実現することができ、エア抜きの利便性を高めることもできる。
【００３７】
更に、冷却水を排気管９から離れた位置に導入してウォータジャケット１４内を排気管９側へ回り込ませる間に冷却水を昇温させることができるので、熱負荷の高いインジェクタ１１の先端部を優先的に冷却しながらも、ウォータジャケット１４と隣接した排気管９の流路壁部９ａにおける内外での温度差を極力小さく抑えることができ、この内外の温度差で生じた熱膨張差による亀裂の発生を未然に回避することができる。
【００３８】
また、冷却水が給水口１５から排水口１６に向かう最短経路で流れてウォータジャケット１４内を周回しないうちに排出されてしまうような効率の悪い冷却となる虞れを確実に回避でき、冷却水を確実にウォータジャケット１４内で周回させて効率の良いインジェクタ１１の冷却を実現することができる。
【００３９】
尚、本発明の排気浄化装置は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、炭化水素の添加を要する排気浄化用触媒には、触媒再生型のパティキュレートフィルタ以外に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もの、酸化触媒等を採用しても良いこと、また、インジェクタにより添加される燃料には、一般的なディーゼルエンジン用燃料である軽油を用いる以外に、灯油等の異種燃料を用いても良いこと、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００４０】
【発明の効果】
上記した本発明の排気浄化装置によれば、下記の如き種々の優れた効果を奏し得る。
【００４１】
（Ｉ）本発明の請求項１に記載の発明によれば、排気管の途中に装備したインジェクタを効率良く冷却することができるので、該インジェクタの焼損や添加燃料の流路内での焼付きを確実に回避することができる。
【００４２】
（ＩＩ）本発明の請求項２に記載の発明によれば、ウォータジャケットの下側に冷たい冷却水を導入し、インジェクタを冷却して暖まった冷却水をウォータジャケットの上側から抜き出すという理にかなった冷却水の流し方を実現することができ且つエア抜きの利便性を高めることもできる。
【００４３】
（ＩＩＩ）本発明の請求項３に記載の発明によれば、冷却水を排気管から離れた位置に導入してウォータジャケット内を排気管側へ回り込ませる間に冷却水を昇温させることができるので、熱負荷の高いインジェクタの先端部を優先的に冷却しながらも、ウォータジャケットと隣接した排気管の流路壁部における内外での温度差を極力小さく抑えることができ、この内外の温度差で生じた熱膨張差による亀裂の発生を未然に回避することができる。
【００４４】
（ＩＶ）本発明の請求項４に記載の発明によれば、冷却水が給水口から排水口に向かう最短経路で流れてウォータジャケット内を周回しないうちに排出されてしまうような効率の悪い冷却となる虞れを確実に回避でき、冷却水を確実にウォータジャケット内で周回させて効率の良いインジェクタの冷却を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施する形態の一例を示す概略図である。
【図２】図１のインジェクタの設置個所の詳細を拡大して示す断面図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ矢視の断面図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ矢視の断面図である。
【符号の説明】
１　　ディーゼルエンジン
８　　排気ガス
９　　排気管
９ａ　　ウォータジャケットに隣接した排気管の流路壁部
１０　　触媒再生型のパティキュレートフィルタ（排気浄化用触媒）
１１　　インジェクタ
１４　　ウォータジャケット
１５　　給水口
１６　　排水口
１７　　流通抵抗部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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