(57)【要約】  排気ガス処理装置と前記排気ガス処理装置の上流に位置する液体噴射装置を有する排気管路（２）用の排気装置（１）は、固体閉鎖面を有する絞り部材（７）と前記絞り部材（７）に動作可能に接続された乱流発生部材（８）を組み込んだ単一の可動部（６）と、前記可動部（６）が格納位置にあって前記排気管路（２）内で背圧が最小になる第１位置、前記可動部が拡張位置にあって背圧が最大になる第２位置、又は選択的に、前記乱流発生部材（８）が前記排気管路（２）に少なくとも部分的に侵入することにより排気ガス流中に乱流が発生する乱流発生位置に前記可動部がある少なくとも１つの中間位置の間で、前記可動部（６）の位置を制御する作動手段とで構成されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ガス処理装置と前記排気ガス処理装置の上流に位置する液体噴射装置を有する排気管路（２）用の排気装置（１）であって、
固体閉鎖面を有する絞り部材（７）と、前記絞り部材（７）に動作可能に接続された乱流発生部材（８）を組み込んだ単一の可動部（６）と、
前記可動部（６）が格納位置にあって前記排気管路（２）内で背圧が最小になる第１位置、前記可動部が拡張位置にあって背圧が最大になる第２位置、又は選択的に、前記乱流発生部材（８）が前記排気管路（２）に少なくとも部分的に侵入することにより排気ガス流中に乱流が発生する乱流発生位置に前記可動部がある少なくとも１つの中間位置の間で、前記可動部（６）の位置を制御する作動手段とを備える排気装置（１）。
【請求項２】
前記可動部（６）は、前記排気管路（２）に対して横方向に動作可能であり、
前記可動部（６）が完全格納位置にあって前記排気管路（２）内の背圧が最小になる第１極限位置、前記可動部（６）が完全拡張位置にあって背圧が最大になる第２極限位置、又は選択的に、前記乱流発生部材（８）が前記排気管路（２）に少なくとも部分的に侵入して排気ガスの流れの中に乱流を発生させる乱流発生位置に前記可動部がある少なくとも１つの中間位置の間で移動可能である、請求項１に記載の排気装置。
【請求項３】
前記乱流発生部材（８）が前記絞り部材（７）から延在している、請求項１又は請求項２に記載の排気装置。
【請求項４】
前記乱流発生部材（８）が、前記排気管路（２）の断面と少なくとも等しい表面を有する、請求項３に記載の排気装置。
【請求項５】
前記乱流発生部材（８）が、少なくとも１つの開口部を画定するストリップの配列から成る、請求項２又は請求項３に記載の排気装置。
【請求項６】
前記ストリップの配列が二組の垂直なストリップから成る、請求項５に記載の排気装置。
【請求項７】
少なくとも１つの前記ストリップが、前記乱流発生部材（８）の下流側にスポイラを備える、請求項４に記載の排気装置。
【請求項８】
前記排気管路（２）は、前記可動部（６）が前記第２位置にある時に前記乱流発生部材（８）を収容するハウジング（１２）を備える、請求項１〜請求項７のいずれかに記載の排気装置。
【請求項９】
前記絞り部材（７）が前記排気管路（２）の断面と少なくとも等しい表面を有する、請求項１〜請求項８のいずれかに記載の排気装置。
【請求項１０】
前記可動部（６）は、排気ガス流路内で軸方向に動作可能であり、
前記可動部（６）が完全格納位置にあって前記排気管路（２）内の背圧が最小になる第１極限位置、前記可動部（６）が完全拡張位置にあって背圧が最大になる第２極限位置、又は選択的に、前記乱流発生部材（８）が前記排気管路（２）に少なくとも部分的に侵入することにより排気ガス流中に乱流が発生する乱流発生位置に前記可動部がある少なくとも１つの中間位置の間で移動可能である、請求項１に記載の排気装置。
【請求項１１】
前記可動部（６）は、前記排気弁の断面と等しい表面を有する絞り部材（７）と、前記絞り部材（７）から延在する少なくとも１つの突出部材を有する乱流発生部材（８）から成る、請求項１０に記載の排気装置。
【請求項１２】
前記乱流発生部材（８）がストリップの配列から成る、請求項１１に記載の排気装置。
【請求項１３】
少なくとも１つの前記ストリップがスポイラ（１０）を備える、請求項１２に記載の排気装置。
【請求項１４】
前記排気管路（２）は、前記可動部（６）が完全格納位置にある時に前記可動部（６）を取り囲む壁（１４）を備える、請求項１０〜請求項１３のいずれかに記載の排気装置。
【請求項１５】
請求項１〜請求項１４のいずれかに記載の排気装置を含む、内燃エンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃エンジン用の排気装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃エンジンにおいて燃料燃焼時に形成される排気ガスには、例えば窒素酸化物（ＮＯｘ）、一酸化炭素（ＣＯ）、未燃焼炭化水素（ＨＣ）、煤煙等の望ましくない物質が、ある程度含まれている。
【０００３】
そのため、車両には、排気ガス中の望ましくない物質を処理し、大気汚染を減らすための様々なシステムが備えられている。
【０００４】
排気ガス処理は、いわゆる選択接触還元（ＳＣＲ）が一般的である。排気ガスに還元剤としてアンモニアを添加し、特定の触媒コンバータで処理し、窒素酸化物と共に非毒性物質である水と窒素に変換する。アンモニアは、尿素の状態で水溶液に導入され、加水分解によって得られる。通常、尿素は触媒コンバータの上流において、排気ガス中に噴霧される。そのため、尿素噴射装置は、触媒コンバータの上流の排気管路に取り付けられている。
【０００５】
ＳＣＲシステムによる排気ガス処理を効果的に行うための要素の１つとして、高温排気ガス中への添加剤（この場合は尿素液滴）を均一に混合することが挙げられる。排気ガスへの尿素の混合が不十分な場合、尿素が結晶化する恐れがある。これにより、触媒コンバータで行われるＮＯｘ還元に悪影響が及び、触媒コンバータ内で生じる還元反応が不完全になり、最終的には、未処理のＮＯｘが空気中に廃棄される。
【０００６】
単に排気ガス中に尿素を噴射するだけでは、排気ガス流に尿素液滴を均一に混合することは到底できない。このような理由で、ＳＣＲ触媒コンバータを備えるエンジンに、排気管路を、或いは、大部分は層状である排気流に乱流を発生させる混合器を備えることによって、排気ガスに尿素液滴が均一に混合され易くなる。
【０００７】
混合器により、ＳＣＲ触媒コンバータは効率的に機能するものの、排気ガス流が妨げられるので、エンジン効率と、特に燃料消費に悪影響が及ぶことがある。
【０００８】
排気ガスに関する別の問題として、排気ブレーキに関する問題がある。
【０００９】
トラック等の産業車両を駆動させるエンジン、概してディーゼルエンジンは、一般的に排気ブレーキを備えている。既存の排気ブレーキは、設計は異なっていても、原則的に、排気マニホルドに背圧が生じるよう作動する。
【００１０】
排気ブレーキにより、燃焼後にエンジンシリンダによって放出される排気ガスの流れが部分的又は全体的に閉鎖される。その結果、排気マニホルド及びエンジンシリンダ内で、排気ガスが圧縮される。排気背圧により、ピストンエンジンの運動が弱まり、車両が減速する。
【００１１】
汚染物質除去処理の効率を高めるためには、排気ガス中に添加物をより均一に混合することが効果的である。同時に、車両、特に大型車両を減速させるためには、排気ガスを何らかの形で抑止することが望ましいが、排気ガス流の乱れを防止することも望ましい。つまり、例えば排気ガス混合器や排気ブレーキ等のエンジン排気管路に装置を付加すると、最終的にエンジン効率が悪くなり、燃料消費が増加することがある。
【００１２】
すなわち、エンジンシリンダで発生した排気ガスを、汚染物質を低減させる装置で処理する前に排気ガスを処理する方法には、改善の余地があることが明らかである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
従って、本発明の目的は、内燃エンジンの作動モードが、添加物が十分均一に行き渡らないものであっても、排気ガス中の液体添加物が均一に行き渡るようにし、且つ、燃料消費の低減に役立つ補助的な制動手段を開示することである。
【００１４】
本発明の更なる目的は、構造及び機能の複雑化を最小限に抑えながら、車体構造に組み込むことができる排気ガス装置を開示することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、排気ガス処理装置と該排気ガス処理装置の上流に位置する液体噴射装置を有する排気管路用の排気装置に関する。この排気装置は、排気管路の断面と少なくとも実質的に等しい閉鎖面を有する絞り部材と、この絞り部材に動作可能に接続された乱流発生部材を組み込んだ単一の可動部を含む。この排気装置は更に、この可動部が格納位置にあって背圧が排気管路内で最小になる第１位置と、シャッタ部材が拡張位置にあって背圧が最大になる第２位置の間で、可動部の位置を制御する作動手段を含む。この作動手段は、乱流発生部材が排気管路に少なくとも部分的に侵入していることにより排気ガス流中に乱流が発生する乱流発生位置において、可動部が設けられる第１位置と第２位置との間の少なくとも１つの中間位置に、可動部を選択的に配置することができる。
【００１６】
このように、本発明により、動作ユニットが単一であることによって、大幅な設計変更を必要とすることなく、車体構造に組み込むことのできる排気装置を開示する。本発明による排気装置は更に、２つの機能的な効果、すなわち（ｉ）排気ガス流に乱流を発生させること、（ｉｉ）位置によって、排気ガス流を少なくとも部分的に遮断することができるが、車両の作動状態が、排気流に乱流を発生させることも排気管路を遮断することも必要としない場合、排気を妨げることがない（従って、燃料消費に悪影響がない）ことを兼ね備えている。
【００１７】
本発明の一実施形態において、可動部は、排気管路に対して横方向に動作可能であり、可動部が完全格納位置にあって排気管路内で背圧が最小になる第１極限位置、可動部が完全拡張位置にあって背圧が最大になる第２極限位置、或いは、選択的に、乱流発生部材が排気管路に少なくとも部分的に侵入していることにより排気ガス流に乱流が発生する乱流発生位置において、可動部がある少なくとも１つの中間位置の間で、移動可能である。
【００１８】
乱流発生部材は、絞り部材から延在していることが好ましい。
【００１９】
乱流発生部材は、排気管路の断面と少なくとも等しい表面を有するので、排気管路の全断面が乱流発生部材によって覆われる位置に可動部を好適に配置することができる。その結果、排気ガス流中で乱流が均一に発生する。
【００２０】
乱流発生部材は、例えばストリップの配列から成り、これにより、少なくとも１つの開口部が画定される。排気ガスは、この少なくとも１つの開口部を通過すると、層流から乱流に変化する。
【００２１】
実使用において、ストリップの配列を二組の垂直ストリップとしてもよい。
【００２２】
排気ガス流中の乱流を増加させるために、乱流発生部材の下流側において、少なくとも１つのストリップにスポイラを備えてもよい。
【００２３】
排気管路に、可動部が第２極限位置にある時に乱流発生部材を収容するハウジングを備えると好都合である。こうすることで、車両が補足的な制動動力を必要とする作動状態にある時に、絞り部材によって排気管路を完全に密封することができる。
【００２４】
更に、この絞り部材は、排気管路の断面と少なくとも実質的に等しい表面を有しているが、本発明によるこの特徴により、排気管路を実質的又は完全に密封することができるので、背圧を最小にすることができる。
【００２５】
本発明の更なる実施形態において、可動部は、排気ガス流路内で軸方向に動作可能であり、この可動部が完全格納位置にあって排気管路内の背圧が最小となる第１極限位置、この可動部が完全拡張位置にあって背圧が最大となる第２極限位置、或いは、選択的に、或いは、選択的に、乱流発生部材が排気管路に少なくとも部分的に侵入していることにより排気ガス流に乱流が発生する乱流発生位置において、可動部がある少なくとも１つの中間位置の間で、移動可能である。
【００２６】
排気管路を密封して背圧を最大にするために、この可動部に、排気弁の断面と等しい表面を有する絞り部材と、この絞り部材から延在する少なくとも１つの突出部材を備えてもよい。
【００２７】
排気ガス流中に乱流を発生させる突出部材は、この絞り部材から垂直に延在するストリップの配列から成る。
【００２８】
排気ガスの流中で発生する乱流を更に激しくするため、少なくとも１つの外ストリップはスポイラを備えてもよい。
【００２９】
更に、可動部が完全格納位置にある時の排気ガス流をできるだけ層状に維持するために、排気管路に、この可動部が完全格納位置にある時に可動部を取り囲む壁を備えてもよい。
【００３０】
本発明はまた、上記のような排気装置を含む内燃エンジンに関する。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明による排気装置の実施形態の機能的構成を例示する概略図である。
【図２】本発明による排気装置の実施形態の機能的構成を例示する概略図である。
【図３】本発明による排気装置の実施形態の機能的構成を例示する概略図である。
【図４】従来技術による排気管路の液体噴射装置下流の断面図である。
【図５】本発明による排気装置を有する排気管路の液体噴射装置下流の断面図である。
【図６】本発明による排気装置の実施形態の機能的構成を例示する概略図である。
【図７】本発明による排気装置の実施形態の機能的構成を例示する概略図である。
【図８】本発明による排気装置の実施形態の機能的構成を例示する概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
図１〜図３は、本発明の第１実施形態を例証する、内燃エンジンの排気管路である。排気管路は、内燃エンジン（図示せず）のシリンダヘッドに接続されており、燃焼室の外へ排気ガスを案内する。排気管路には、一般的に、エンジン出力を増加させるためのターボ過給機と、汚染物質を低減するための１つ又は複数の排気ガス処理装置と、騒音を低減するための消音器を組み込むことができる。
【００３３】
図１には、ターボ過給機を含む内燃エンジンの下流、且つ、例えばＳＣＲ触媒コンバータなどの排気ガス処理装置３の上流に位置する排気管路２の一部が概略的に示されている。排気管路２の断面は、円形、楕円形、その他の形状であってもよい。
【００３４】
ディーゼルエンジンの場合、排気ガス処理装置３には、ＳＣＲ触媒コンバータが含まれる。排気ガス処理装置には、ディーゼル粒子フィルタＤＰＦも含まれる。
【００３５】
従来技術において周知であるように、排気管路２は、排気ガス処理装置内で行われる汚染物質除去処理に供される液体を排気ガス流に噴霧する噴射装置４を備えている。車両にＳＣＲ触媒コンバータが取り付けられている場合、排気ガスに噴射される液体は、尿素と水との溶液である。排気ガスに取り込まれる尿素は、ＳＣＲ触媒コンバータ内で行われる酸化反応に還元剤として供され、排気ガスに含まれるＮＯｘが水と窒素に転換される。
【００３６】
図１〜図３に例証する実施形態において、排気管路２には、排気管路２に対して横方向に配置された排気装置１も取り付けられている。
【００３７】
排気装置１は、作動手段により制御される単一の可動部６から成る。
【００３８】
可動部６は、絞り部材７と、絞り部材７の自由端の乱流発生部材８を含んでいる。絞り部材７は、金属又は複合材料の固体片から成り、この上に、乱流発生部材が取り付けられている。複数の開口部９を画定するストリップ又はブレードの配列により、乱流発生部材８を形成することができる。乱流発生部材８は、例えば、グリッドを形成する二組の垂直ストリップから成る。ストリップは、金属製であっても複合材料製であってもよい。１つ又は全てのストリップに、スポイラ１０を備えることができる。乱流発生部材８上に見られるスポイラ１０を、ストリップ内に形成すると好適である。図面からわかるように、可動部６は、２つの部分要素、すなわち固体要素である絞り部材７と、複数の開口部を備えた乱流発生部材８を含む単一要素である。
【００３９】
図１〜図３の実施形態において、可動部６は、排気ガス流に対してギロチンのように実質的に垂直に配向されている。なお、排気管路２には、ハウジング１２が可動部６に正反対に向き合うように設けられている。ハウジング１２は、少なくとも乱流発生部材を収容するように寸法決めされる。
【００４０】
作動手段（図示せず）は、空気圧、電動又は油圧アクチュエータから成る。例えば、車両ＣＡＮバスを介して、例えばＣＰＵ、ＲＡＭ及びＲＯＭを搭載した車両制御装置によってアクチュエータを制御することができる。
【００４１】
車両制御装置が作動手段に対して働くと、それに応じて、可動部６は、２つの極限位置間で直線的に移動する。
【００４２】
可動部６の位置を、アクチュエータにより制御することができる。車両制御装置から作動手段に伝達される命令に応じて、可動部６を、排気管路２内の様々な位置に配置することができる。
【００４３】
図１に示す第１極限位置を、完全格納位置とする。この位置では、可動部６は、排気管路２に全く干渉しない、つまり、可動部６の先端を形成する乱流発生部材の先端が排気管路２の内面と一直線になる。
【００４４】
図３に示す第２極限位置を、完全拡張位置とする。この位置では、可動部６は、排気管路２に押し込まれる。つまり、絞り部材７により排気管路２が実質的又は完全に密封される一方で、乱流発生部材８がハウジング１２に収容される。
【００４５】
可動部６を、例えば図２に示すように、第１位置、すなわち可動部６が完全に格納された極限位置と、第２位置、すなわち可動部６が完全に拡張された極限位置の間の少なくとも１つの中間位置に配置することもできる。複数の中間位置が考えられるが、作動手段により可動部を任意の中間位置に好適に配置することにより、排気流内で発生する乱流の量を非常に正確に制御することができる。
【００４６】
以上より明らかなように、可動部６は、複数の段階において非常に有用である。
【００４７】
まず、可動部６により、排気管路２内に効率的に乱流を発生させることができる。エンジンの作動状態によっては、排気ガスがＳＣＲコンバータに入る前に、尿素を排気ガスに噴射することが必要になる。通常、エンジンが低温で動作している場合及び／又はエンジンが低い回転数で動作している場合、尿素が排気ガスに十分に混合されず、ＳＣＲコンバータに上述のような悪影響が及ぶ可能性がある。
【００４８】
このように、尿素が排気ガスと十分に混合されていない状態及びその他の作動状態でエンジンが動作している場合、車両制御装置から作動手段に、作動手段に乱流発生部材８が排気管路２内に挿入される位置に可動部６を配置することを要求する命令を伝達することができる。排気ガスが乱流発生部材８を通過し、可動部６の下流において、可動部６における排気ガス流が主に乱流となる。代替的に、乱流発生部材８に設けられた複数の開口部９により、層状の排気ガス流中に渦を形成することもできる。
【００４９】
図４及び図５を用いて、排気ガス中に尿素液滴を均一に混合するときの、乱流発生部材８による効果を例証する。
【００５０】
図４は、尿素液滴が主に尿素噴射ノズルの周囲に限定され、排気ガスと混合することができない状態である。
【００５１】
対照的に、図５は、状態が大幅に改善され、排気ガス中に尿素が均一に混合された状態である。図５においては、排気ガス流中で尿素が実質的に均一に混合されている。排気ガスに尿素が混合された結果、触媒効果が改善される。
【００５２】
本発明の好適な実施形態において、乱流発生部材８は排気管路２と等しい断面を有することにより、排気ガスの流中で乱流が万遍なく発生し、排気ガス中の尿素が均一に混合さる。その結果、確実にＳＣＲ触媒コンバータ内での反応を効率的に生じることができる。
【００５３】
排気装置１の更なる利点は、必要に応じて、排気ブレーキとして作動し得ることである。図３のように、可動部６は、排気ガスの流れを遮断する絞り部材７を含んでいる。排気装置１がこのような特徴を有すると、車両の運転者が車両をブレーキにより車両を減速する際に有利であることがわかっている。運転者が車両のブレーキペダルを作動させると、それに応じて、車両制御装置から作動手段に命令が伝達され、絞り部材７が部分的又は全体的に排気管路２を遮断するような位置に可動部６を配置することができる。このように、可動部６により、車両を減速させる一因となる背圧が形成される。
【００５４】
図示の排気装置１について、車両の作動状態によって排気ガス処理が必要となる場合に、排気装置１を用いることにより、排気ガス処理の効率が向上し、排気ガスの処理方法が大幅に改善される。排気装置１は、排気ガス流を妨げることがないので、排気ガス流の速度及び／又は温度によって尿素溶液滴と排気ガスが適切に混合される場合も、燃料消費に悪影響が生じない。更に、本発明による排気装置１の更なる態様として、排気ブレーキとしての機能も、単一の機能ユニットとしての排気装置１に組み込まれている。すなわち、本発明の排気装置１は、単一の機能ユニットに２つの機能を兼ね備えている。
【００５５】
図６〜図８は、本発明の更なる実施形態において、可動部６が、排気ガスの流中で実質的に軸方向に移動する状態を示している。本発明のこの実施形態において、可動部６には、乱流発生部材８と作動手段を備えた絞り部材７が組み込まれている。
【００５６】
絞り部材７は、排気流に対して垂直に配向されている。絞り部材７は、金属製又は複合材料製の固体片から成る。絞り部材７の片側には、作動手段、すなわち車両制御装置に接続された空気圧、油圧又は電動アクチュエータが、取り付けられており、絞り部材７の反対側には、乱流発生部材８が備えられている。乱流発生部材８は、スポイラを有してもよい、例えばストリップの配列のような突出部材から成る。
【００５７】
図６のように、可動部６が完全格納位置にある時、排気装置１が排気ガス流に影響を及ぼすことは殆どない。この位置において、可動部６を、可動部６が完全格納位置にある時に排気ガスの流れをできるだけ層状に維持するよう成形され寸法決めされた壁１４によって取り囲んでもよい。
【００５８】
図７は、中間位置、すなわち乱流発生部材８が排気管路２に侵入して排気ガス流を妨げる位置にある可動部６を示している。排気ガス中に乱流を発生させることにより、尿素と排気ガスを良好に混合することができる。排気ガス中の可動部６の位置によっては、排気流内の乱流が多かれ少なかれ重要になる。従って、本発明では、車両の作動モードに応じて排気流内の乱流の程度を調整することを可能にする。
【００５９】
図８のように、可動部６が完全拡張位置にある時、可動部６は排気ブレーキとして作用する。
【００６０】
本発明により、次のような２つの機能的効果を兼ね備える排気装置１を開示する。その効果とは、すなわち（ｉ）排気ガス流中に乱流を発生させること、（ｉｉ）排気流内の位置に応じて、排気ガスの流れをせき止めることができる一方、車両の作動状態が排気流に乱流を発生させることも排気管路２を遮断することも必要としない場合は、排気流を妨げない（従って、燃料消費に悪影響を及ぼさない）こと。
【００６１】
本発明の実施形態は、図面を用いて例示した実施形態に限らず、これに様々な変更を加えても添付の特許請求の範囲内であると認められる。例えば、上述の実施形態において、乱流発生部材に様々な変更を加えることができる。本発明は、汚染物質の除去処理に先立って任意で行われる、例えばダスト微粒子フィルタ上流へ燃料を噴射するといった、排気ガスへ液相の添加剤を噴射する場合にも好適である。更に、排気装置の位置は、図示のように、噴射装置の上流ではなく下流でもよいが、もちろん排気ガス処理装置の上流のままでもよい。
【図１】
2010533258.tif 000003
【図２】
2010533258.tif 000004
【図３】
2010533258.tif 000005
【図４】
2010533258.tif 000006
【図５】
2010533258.tif 000007
【図６】
2010533258.tif 000008
【図７】
2010533258.tif 000009
【図８】
2010533258.tif 000010
【国際調査報告】
2010533258.tif 000011
2010533258.tif 000012