(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気管に設けられた排気浄化手段と、
前記排気管における前記排気浄化手段の上流側に配置され、前記排気管内壁付近に飛散した燃料及び／又は前記排気管内壁に付着した燃料を前記排気管中心部へ再度飛散させる燃料再飛散手段と、
を備え、
前記燃料再飛散手段は、前記排気管内壁から前記排気管中心部に向かって突出した突出部であり、
前記突出部は、排気流れ方向下流に向かうほど前記排気管中心部へ向かって延び、前記排気管の排気流れ方向に対する垂直な断面方向で薄く、排気流れ方向に沿って平たい板状の部材であることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記排気管における前記燃料再飛散手段の上流側に配置され、前記排気浄化手段の浄化能力を回復させるために前記排気管を通過する排気に燃料を添加する燃料添加手段をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気におけるＮＯｘを浄化するために、内燃機関の排気系にＮＯｘ触媒を設けることが知られている。ここにおいて、例えば吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下、「ＮＯｘ触媒」という）の場合に、吸蔵されたＮＯｘの量が増加すると浄化性能が悪化する。そこで、浄化能力の回復を図るために、ＮＯｘ触媒に燃料を供給し、同ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを放出・還元するようにしている（以下、「ＮＯｘ還元処理」という。）。また、ＮＯｘ触媒に排気中のＳＯｘが吸蔵されることにより、浄化性能が劣化するいわゆるＳＯｘ被毒が発生することが知られており、このＳＯｘ被毒を解消するために、ＮＯｘ触媒に燃料を供給する場合もある（以下、「ＳＯｘ被毒回復処理」という。）。
【０００３】
また、内燃機関の排気における微粒子物質を捕集するために、内燃機関の排気系にパティキュレートフィルタ（以下、「フィルタ」という。）を設ける技術が知られている。かかるフィルタにおいても、捕集された微粒子物質の堆積量が増加すると、フィルタの目詰まりによって排気における背圧が上昇し機関性能が低下するので、フィルタの上流側の排気温度を上昇させることにより、捕集された微粒子物質を酸化除去するようにしている（以下、「フィルタの再生処理」という。また、ＮＯｘ還元処理、ＳＯｘ被毒回復処理、フィルタの再生処理を合わせて「ＮＯｘ還元処理など」という。）。
【０００４】
そして、上記フィルタの再生処理においてフィルタの上流側の排気温度を上昇させる方法として、フィルタの上流側に酸化能を有する酸化触媒を配置し、フィルタの再生処理時に、該酸化触媒に燃料を供給することにより、該酸化触媒において燃料の酸化反応を起し、フィルタの上流側の排気温度を上昇させる方法が知られている。
【０００５】
ここで、上記のＮＯｘ触媒やフィルタなどの排気浄化手段に燃料を供給するために、前記ＮＯｘ触媒やフィルタの上流側に燃料添加ノズルを備える技術が知られている。その技術に関し、排気浄化手段の上流側に、排気が衝突した際に後流渦を生成する部材を配置し、排気の密度の均一化を図ることが提案されている。このことにより、燃料添加ノズルから排気に添加された燃料を、効率良くＮＯｘ触媒やフィルタなどの排気浄化手段に供給しようとするものである（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
しかし、上記の従来技術においても、内燃機関の排気系に添加された燃料が、排気系の壁面などに付着することを充分に抑制することが困難な場合があった。また、排気系に添加された燃料を、充分に霧化させることが困難な場合があった。このように、内燃機関の排気系に添加される燃料を、効率的にＮＯｘ触媒やフィルタなどの排気浄化手段に作用させることが困難な場合があった。
【特許文献１】特開平１０−３０４３１号公報
【特許文献２】特開２００２−２１３２３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的とするところは、内燃機関の排気浄化装置において、排気管に供給された燃料をより効率的に排気浄化手段に作用させる技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明にあっては、以下の構成を採用する。すなわち、
内燃機関の排気管に設けられた排気浄化手段と、
前記排気管における前記排気浄化手段の上流側に配置され、前記排気管内壁付近に飛散した燃料及び／又は前記排気管内壁に付着した燃料を前記排気管中心部へ再度飛散させる燃料再飛散手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置である。
【０００９】
内燃機関の排気管に設けられた排気浄化手段には、当該排気浄化手段の排気浄化能力を回復させるために、排気浄化手段に燃料が供給される。ここで、供給される燃料は、排気浄化手段に到達する前に排気管の内壁に付着してしまったり、排気管での飛散中に凝集して霧化できず排気浄化手段での化学反応に供し難くなってしまったりする場合がある。
【００１０】
そこで、本発明では、排気管における排気浄化手段の上流側に燃料再飛散手段を配置し、排気管内壁付近に飛散した燃料や排気管内壁に付着した燃料を排気管中心部へ再度飛散させる。
【００１１】
これによると、排気管内壁付近に飛散した燃料や排気管内壁に付着した燃料は、排気管中心部へ再度飛散し、排気管内壁へ付着する燃料が削減されると共に排気管中心部で霧化が促進され、排気浄化手段での化学反応に供し易くなり、排気管に供給された燃料をより効率的に排気浄化手段に作用させることができる。また、無駄な燃料の消費も削減される。
【００１２】
前記燃料再飛散手段は、前記排気管内壁から前記排気管中心部に向かって突出した突出部であるとよい。
【００１３】
これによると、燃料再飛散手段を排気管内壁から排気管中心部に向かって突出した突出部という簡単な構成で設けることができる。
【００１４】
前記突出部は、排気流れ方向下流に向かうほど前記排気管中心部へ向かって延びるとよい。
【００１５】
これによると、排気管内壁付近に飛散した燃料や排気管内壁に付着した燃料は、排気管中の排気流れの影響を受け突出部に付着する。そして、突出部に付着した燃料は、排気管中の排気流れの影響を受け突出部上を排気管中心部方向へ移動し、突出部における排気管中心部側末端から排気中へ再度飛散することができる。
【００１６】
前記排気管における前記燃料再飛散手段の上流側に配置され、前記排気浄化手段の浄化能力を回復させるために前記排気管を通過する排気に燃料を添加する燃料添加手段をさらに備えるとよい。
【００１７】
これによると、燃料再飛散手段は、燃料添加手段から添加された燃料を排気中へ再度飛散させることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によると、内燃機関の排気浄化装置において、排気管に供給された燃料をより効率的に排気浄化手段に作用させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に本発明の具体的な実施例を説明する。
【実施例１】
【００２０】
実施例１では、本発明を車両駆動用エンジンに適用した場合について説明する。図１は、本実施例に係る内燃機関及びその排気系の概略構成を示す図である。
【００２１】
図１に示す内燃機関１は、直列４気筒の水冷式の４サイクル・ディーゼル機関である。
【００２２】
内燃機関１には、排気管２が接続されている。排気管２の下流の部位には、内燃機関１の気筒から排出される排気を浄化するためのフィルタ３が配置されている。なお、フィルタ３は、内燃機関１から排出される煤等の微粒子物質を捕集するもので、吸蔵還元型のＮＯｘ触媒が担持されたものである。フィルタ３が本発明の排気浄化手段に相当する。
【００２３】
排気管２におけるフィルタ３の上流の部位には、排気管２へ燃料を添加する燃料添加ノズル４が配置されている。燃料添加ノズル４が本発明の燃料添加手段に相当する。
【００２４】
排気管２における燃料添加ノズル４とフィルタ３との間の部位、すなわち排気管２における燃料添加ノズル４の下流かつフィルタ３の上流の部位には、排気管２内壁付近に飛散した燃料や排気管２内壁に付着した燃料などを排気管２中心部へ再度飛散させる突出部５が配置されている。突出部５が本発明の燃料再飛散手段に相当する。
【００２５】
以上の構成の内燃機関１には、内燃機関１を制御するための不図示の電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）が併設されている。このＥＣＵは、ＣＰＵ、ＲＯ
Ｍ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭなどからなる制御コンピュータである。ＥＣＵには、内燃機関１の燃料噴射弁、燃料添加ノズル４などが電気的に接続されている。そして、ＥＣＵによってこれら燃料噴射弁、燃料添加ノズル４などが制御される。
【００２６】
ところで、ＥＣＵは、ＲＯＭに記憶されたプログラムに従って動作し、燃料添加ノズル４を用いた燃料添加を実行する。
【００２７】
ここで、燃料添加とは、フィルタ３の排気浄化能力を回復させる処理時に、燃料添加ノズル４から排気管２内の排気中に燃料を添加するものである。上記フィルタ３の排気浄化能力を回復させる処理としては、ＮＯｘ還元処理、ＳＯｘ被毒回復処理、フィルタの再生処理といった「ＮＯｘ還元処理など」の処理が挙げられる。
【００２８】
なお、ＮＯｘ還元処理は、燃料添加ノズル４から排気中へ燃料を添加させることにより、フィルタ３に担持されたＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比をリッチ空燃比とし、ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを放出・還元する処理である。ＳＯｘ被毒回復処理は、燃料添加ノズル４から排気中へ燃料を添加させることにより、燃料をフィルタ３に担持されたＮＯｘ触媒において酸化させ、酸化の際に発生する熱によってフィルタ３の温度を高めると共に、フィルタ３に担持されたＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比をリッチ空燃比とし、ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＳＯｘを放出・還元させる処理である。フィルタの再生処理は、燃料添加ノズル４から排気中へ燃料を添加させることにより、ＳＯｘ被毒回復処理と同様にフィルタ３の温度を高め、フィルタ３に捕集された微粒子物質を酸化させ除去する処理である。
【００２９】
本実施例では、この燃料添加で排気管２に供給される燃料を、フィルタ３に到達する前に、排気管２に配置された突出部５によって排気管２中心部側へ再度飛散させている。
【００３０】
以下、図２を参照して突出部５を詳細に説明する。図２は、突出部５の概略構成を示しており、図２（ａ）は突出部５の縦断面図であり、図２（ｂ）は突出部５の図２（ａ）のＡ−Ａ断面矢視図である。
【００３１】
図２に示すように、突出部５は、排気管２内部において排気管２内壁から排気管２中心部側へ延びる板状の部材であり、本実施例では図２（ｂ）に示すように周方向に各９０°離れて４つ併設されている。このように突出部５は簡単な構成で設けることができ、装置のコストアップを抑制することができる。また、併設する突出部５は、飛散する燃料の状況によっては、排気流れ方向上下流にずらして配置することもできる。
【００３２】
この突出部５は、排気流れ方向下流に向かうほど排気管２中心部へ向かって延びている。このため、突出部５に付着した燃料は、排気管２中の排気流れの影響を受け突出部５上を排気管２中心部方向へ移動し、突出部５における排気管２中心部側末端から排気管２中心部の排気中へ再度飛散することができるようになっている。
【００３３】
ここで、内燃機関１においては、燃料添加によって供給される燃料は、フィルタ３に到達する前に排気管２の壁面などに付着してしまったり、排気管２での飛散中に凝集して霧化できずフィルタ３上での化学反応（ＮＯｘ還元処理でのＮＯｘの放出・還元、ＳＯｘ被毒回復処理及びフィルタの再生処理でのＮＯｘ触媒上の酸化反応）に供し難くなってしまったりする虞がある。
【００３４】
そこで、本実施例では、排気管２におけるフィルタ３の上流側に突出部５を配置し、排気管２内壁付近に飛散した燃料や排気管２内壁に付着した燃料を排気管２中心部へ再度飛散させる。
【００３５】
これによると、排気管２内壁付近に飛散した燃料や排気管２内壁に付着した燃料は、排気流れの影響を受けて、まず突出部５に付着する。そして、突出部５に付着した燃料は、排気流れの影響を受けて、突出部５の形状に沿って突出部５上を排気管２中心部方向へ移動する。そして、突出部５の排気管２中心部側末端から排気管２中心部の排気中へ再度飛散する。燃料が再度飛散すると、排気管２内壁へ付着する燃料が削減されると共に排気管２中心部で燃料の霧化が促進され、フィルタ３での化学反応に供し易くなり、排気管２に供給された燃料をより効率的にフィルタ３に作用させることができる。また、添加された燃料は、排気管２内壁へ付着する量が削減されると共に、より効率よくフィルタ３に作用し、有効利用されるため、燃料添加における無駄な燃料の消費も削減される。
【００３６】
なお、上記実施例では、周方向に４つ併設する突出部５を例示した。しかし、周方向に併設する数は、特に限定されるものではない。例えば、本実施例のように、燃料添加ノズルとして燃料噴射がほぼ円錐状に行われるコーン型ノズルの場合には、周方向に４つ若しくはそれ以上の突出部を配置してもよい。また、燃料添加ノズルとして燃料噴射が平面扇形状に行われるスリット型ノズルの場合には、噴射燃料が排気管内壁側へ広がる方向に１８０°離れた２つの突出部を配置してもよい。
【００３７】
さらに、上記実施例では、図２（ｂ）に示す排気流れ上流側面が四角形の突出部５を例示した。しかし、例えば、図３（ａ）に示す排気流れ上流側面が頂点を排気管２中心部側に向けた三角形の突出部５１でもよい。また、排気流れ上流側面の周が曲線の突出部、例えば図３（ｂ）に示す排気流れ上流側面が楕円の一部の突出部５２でもよい。また、排気管２内壁に付着した燃料を完全に内壁から剥離させる突出部、例えば図３（ｃ）に示す排気流れ上流側面が排気管２内壁を囲って排気管２中心部に４方向から突出する突出部５３（本例は単一体として示す）でもよい。以上のように添加燃料を排気管中心側へ再度飛散させることができるものであればよく、これらも本発明に包含されるものである。
【００３８】
また、添加燃料を排気管中心側へ再度飛散させるものとしては、排気管内に設けられる突出部の他、排気管を途中で大径化しその大径化される境界部から添加燃料を排気管中心
側へ再度飛散させるようなものであってもよい。
【００３９】
また、上記実施例は、燃料添加ノズル４からの燃料添加を行う例を挙げた。しかし、例えば、内燃機関１の気筒内へ燃料を噴射する燃料噴射弁を用いて、排気の排出と共に燃料噴射を行うこと（アフター噴射）による燃料添加にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】実施例１に係る排気浄化装置を適用する内燃機関及びその排気系の概略構成を示す図である。
【図２】実施例１に係る排気管に配置された突出部を示す図である。
【図３】他の例に係る排気管に配置された突出部を示す図である。
【符号の説明】
【００４１】
１     内燃機関
２     排気管
３     フィルタ
４     燃料添加ノズル
５，５１，５２，５３ 突出部
【図１】
0004682832.tif 000002
【図２】
0004682832.tif 000003
【図３】
0004682832.tif 000004