(57)【要約】【課題】排気管の途中に装備した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ある屈曲部９ａの曲がり方向外側に、該屈曲部９ａ上流の排気管９に沿うように燃料添加用インジェクタ１１を付設すると共に、該インジェクタ１１のノズル１１ａの先端部から屈曲部９ａ下流の排気管９に沿う方向に向け噴射空間１２を形成し、該噴射空間１２を介して屈曲部９ａ下流の排気管９内の流路に燃料を噴射し得るように構成する。【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ある屈曲部の曲がり方向外側に、該屈曲部上流の排気管に沿うように燃料添加用インジェクタを付設すると共に、該インジェクタのノズルの先端部から屈曲部下流の排気管に沿う方向に向け噴射空間を形成し、該噴射空間を介して屈曲部下流の排気管内の流路に燃料を噴射し得るように構成したことを特徴とする排気浄化装置。
【請求項２】
噴射空間がインジェクタのノズルの先端部を頂点とする円錐形状を成し且つその円錐形状の頂角がインジェクタのノズルの噴射角より大きく設定さ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】
インジェクタのノズルの噴霧中心が屈曲部下流の排気管の中心線に対し屈曲部上流に向かう側へ所要の傾斜角を有するように構成さ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。
【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。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。
【０００８】
例えば、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（例えば特許文献１参照）。
【０００９】
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、既に排気管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（例えば特許文献２参照）。
【００１０】
【特許文献１】
特開２００１−２８０１２５号公報
【特許文献２】
特開２０００−２４０４２９号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、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、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、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と考えられるが、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、インジェクタの熱対策については、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。
【００１２】
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。
【００１３】
【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ある屈曲部の曲がり方向外側に、該屈曲部上流の排気管に沿うように燃料添加用インジェクタを付設すると共に、該インジェクタのノズルの先端部から屈曲部下流の排気管に沿う方向に向け噴射空間を形成し、該噴射空間を介して屈曲部下流の排気管内の流路に燃料を噴射し得るように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。
【００１４】
而して、このようにすれば、インジェクタのノズルの先端部から噴射空間を介して排気管内の流路に燃料が添加されることになるので、インジェクタのノズルの先端部が高温の排気ガスに晒されなくなり、インジェクタのノズル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。
【００１５】
しかも、このようにインジェクタのノズルの先端部と排気管内の流路との間に噴射空間を介在させても、インジェクタ自体は屈曲部上流の排気管に沿うように付設されているので、排気管から大きく張り出さないコンパクトな付帯装備としてインジェクタを配置することが可能となる。
【００１６】
また、本発明においては、噴射空間がインジェクタの先端部を頂点とする円錐形状を成し且つその円錐形状の頂角がインジェクタのノズルの噴射角より大きく設定されていることが好ましい。
【００１７】
このようにすれば、インジェクタのノズルから噴射された燃料が、噴射空間の内周面に付着することなく全て排気管内の流路に噴射され、該流路を流れる排気ガス中に良好に添加されるので、インジェクタ内の電磁弁の開弁期間を電子制御することによる意図した通りの適切な制御量で効果的な燃料添加が実現されることになる。
【００１８】
更に、本発明においては、インジェクタのノズルの噴霧中心が屈曲部下流の排気管の中心線に対し屈曲部上流に向かう側へ所要の傾斜角を有するように構成されていることが好ましい。
【００１９】
このようにすれば、屈曲部上流からの排気ガスの流れに対する添加燃料の混合性が増し、排気管の屈曲部の曲がり方向外側に片寄りがちな排気ガスの主流の影響で添加燃料が屈曲部の曲がり方向内側に混合され難いという不具合が解消されることになる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１〜図３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。
【００２１】
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。
【００２２】
更に、排気管９におけるパティキュレートフィルタ１０より上流で略Ｌ字状に曲がっている屈曲部９ａの曲がり方向外側に、該屈曲部９ａ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９ａ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。
【００２３】
図２に示す如く、前記噴射空間１２は、インジェクタ１１のノズル１１ａの先端部を頂点とする円錐形状を成し且つその円錐形状の頂角αがインジェクタ１１のノズル１１ａの噴射角βより大きく設定されたものとなっている。
【００２４】
また、インジェクタ１１のノズル１１ａの噴霧中心は、屈曲部９ａ下流の排気管９の中心線に対し屈曲部９ａ上流に向かう側へ所要の傾斜角θを有するように構成されている。
【００２５】
尚、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が穿設されており、該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排水口１６が設けられている。
【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】
而して、このように排気浄化装置を構成すれば、インジェクタ１１のノズル１１ａの先端部から噴射空間１２を介して排気管９内の流路に燃料が添加されることになるので、ノズル１１ａの先端部が高温の排気ガス８に晒されなくなり、インジェクタ１１のノズル１１ａ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。
【００２８】
しかも、このようにインジェクタ１１のノズル１１ａの先端部と排気管９内の流路との間に噴射空間１２を介在させても、インジェクタ１１自体は屈曲部９ａ上流の排気管９に沿うように付設されているので、排気管９から大きく張り出さないコンパクトな付帯装備としてインジェクタ１１を配置することが可能となる。
【００２９】
ここで、排気管９内の流路に対するノズル１１ａの引込み量ｘ（図２参照）は、排気管９内の流路を流れる排気ガス８の温度により適宜に決まるものであり、インジェクタ１１のノズル１１ａの先端温度を耐熱保証限界（例えば１８０℃程度）に保持するのに必要なノズル１１ａの引込み量ｘは、排気管９側の排気温度が高くなるほど大きくとる必要がある（図３参照）。
【００３０】
ただし、排気温度に対する引込み量ｘの増減傾向は、インジェクタ１１のノズル１１ａの径や、ウォータジャケット１４側との伝熱面積等の様々な要因が複雑に関連することで変化するので、実装されるディーゼルエンジン１ごとに実測ベースで温度的に支障のない引込み量ｘを適切に設定することが好ましい。
【００３１】
他方、本形態例においては、噴射空間１２の円錐形状の頂角αがインジェクタ１１のノズル１１ａの噴射角βより大きく設定されているので、インジェクタ１１のノズル１１ａから噴射された燃料が、噴射空間１２の内周面に付着することなく全て排気管９内の流路に噴射されて、該流路を流れる排気ガス８中に良好に添加される。この結果、インジェクタ１１内の電磁弁の開弁期間を電子制御することによる意図した通りの適切な制御量で効果的な燃料添加が実現される。
【００３２】
更に、インジェクタ１１のノズル１１ａの噴霧中心が屈曲部９ａ下流の排気管９の中心線に対し屈曲部９ａ上流に向かう側へ所要の傾斜角θを有するようにしてあるので、屈曲部９ａ上流からの排気ガス８の流れに対する添加燃料の混合性が増し、排気管９の屈曲部９ａの曲がり方向外側に片寄りがちな排気ガス８の主流の影響で添加燃料が屈曲部９ａの曲がり方向内側に混合され難いという不具合が解消されることになる。
【００３３】
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。
【００３４】
【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。
【００３５】
（Ｉ）本発明の請求項１に記載の発明によれば、インジェクタのノズルの先端部と排気管内の流路との間に噴射空間を介在させたことにより、ノズルの先端部を高温の排気ガスに晒されないよう保護することができるので、インジェクタのノズル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、しかも、排気管から大きく張り出さない付帯装備としてインジェクタをコンパクトに配置することもできる。
【００３６】
（ＩＩ）本発明の請求項２に記載の発明によれば、インジェクタのノズルからの燃料を、噴射空間の内周面に付着させることなく全て排気管内の流路に噴射して、該流路を流れる排気ガス中に良好に添加することができるので、インジェクタ内の電磁弁の開弁期間を電子制御することによる意図した通りの適切な制御量で効果的な燃料添加を実現することができる。
【００３７】
（ＩＩＩ）本発明の請求項３に記載の発明によれば、屈曲部上流からの排気ガスの流れに対する添加燃料の混合性を大幅に向上することができるので、排気管の屈曲部の曲がり方向外側に片寄りがちな排気ガスの主流の影響で添加燃料が屈曲部の曲がり方向内側に混合され難いという不具合を解消することができる。
【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】排気温度とノズル引込み量との関係を示すグラフである。
【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  屈曲部
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
１１ａ  ノズル
１２    噴射空間
α    噴射空間の円錐形状の頂角
β    インジェクタの噴射角
θ    屈曲部下流の排気管中心線に対するインジェクタの噴霧中心の傾斜角
ｘ    排気管内の流路に対するノズルの引込み量
【図１】
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【図２】
2004197635.tif 000004
【図３】
2004197635.tif 000005