(57)【要約】【課題】  燃料添加弁から噴射した燃料の壁面への付着を抑制して、ススの堆積を抑制できる内燃機関の排気浄化装置を提供する。【解決手段】  排気管２の途中に排気浄化用触媒１０を装備し、該排気浄化用触媒より上流にある前記排気管２の屈曲部２ａの曲がり方向外側に燃料添加弁保持部３０を付設すると共に、該燃料添加弁保持部３０に前記排気管の下流に沿う方向に向いている噴霧通路を形成し、前記燃料添加弁保持部３０に装着した燃料添加弁２０から噴射する燃料を前記噴霧通路を介して、前記屈曲部より下流の前記排気管内に供給するようにしている排気浄化装置において、前記燃料添加弁保持部３０が、前記排気管２とは別体で形成されている。燃料添加弁保持部が排気管と別体で形成されているので排気管内の表面処理を容易に行える。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気管の途中に排気浄化用触媒を装備し、該排気浄化用触媒より上流にある前記排気管の屈曲部の曲がり方向外側に燃料添加弁保持部を付設すると共に、該燃料添加弁保持部に前記排気管の下流に沿う方向に向いている噴霧通路を形成し、
前記燃料添加弁保持部に装着した燃料添加弁から噴射する燃料を前記噴霧通路を介して、前記屈曲部より下流の前記排気管内に供給するようにしている排気浄化装置において、
前記燃料添加弁保持部が、前記排気管とは別体で形成されていることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記排気管と前記燃料添加弁保持部との間に、断熱部材を配置した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。
【請求項３】
前記燃料添加弁から噴射された燃料が到達する付近の前記排気管に、さらにヒータを設置したことを特徴とする請求項２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】
本発明はディーゼルエンジン等の内燃機関の排気浄化技術に関する。より詳細には、排気管の途中に燃料添加弁を装備して下流側の排気浄化用触媒に燃料を供給して触媒機能の維持を図るようにしている排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気管の途中に、排気浄化のため排気浄化装置を配設する技術が知られている。例えば車両用のエンジンに適用されている排気浄化用触媒では、排気空燃比がリーンの時に排気ガス中のＮＯｘ（窒素酸化物）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を放出して還元浄化するＮＯｘ吸蔵還元触媒が知られている。
【０００３】
ところが、上記ＮＯｘ吸蔵還元触媒は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。そこで、このＮＯｘ吸蔵還元触媒に流入する排気ガスの酸素濃度を定期的に低下させて、吸蔵したＮＯｘを放出させて触媒機能の維持を図ることが必要である。
【０００４】
しかし、内燃機関の状態によっては排気ガスの酸素濃度を定期的に低下させることが困難であるという場合がある。一般にディーゼルエンジンの場合は、一般にリッチ空燃比で運転することが困難であるため、ＮＯｘ吸蔵還元触媒からＮＯｘの放出を促すことが難しい。
【０００５】
そこで、ＮＯｘ吸蔵還元触媒より上流側の排気管に燃料添加弁を配設し、この燃料添加弁からＮＯｘ吸蔵還元触媒に燃料を添加してＮＯｘの放出を促す技術が従来から提案されている。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と、燃料が高温の排気ガス中で熱分解されて多量の炭化水素を生成する。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てＮＯｘの放出を促すことができる。
【０００６】
また、ディーゼルエンジン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が排気管の途中に配備されている。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て燃焼除去によりパティキュレートの低減化を図ることができる。
【０００７】
ところが、酸化触媒には活性温度領域があるため、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、酸化触媒が活性化せずパティキュレートを効率良く除去できない場合がある。このような場合にも、前述したと同様に酸化触媒の上流側に燃料添加弁を設けて排気ガス中に燃料を添加するという技術で対処できる。すなわち、添加した燃料を高温の排気ガス中で熱分解して多量の炭化水素を生成させ、この炭化水素を酸化触媒上で酸化反応させたときの反応熱により触媒床温度を上昇させることでパティキュレートを低減できる。
【０００８】
このように排気管の途中に設けられた排気浄化用触媒（ＮＯｘ吸蔵還元触媒や酸化触媒、或いはこれらを担持したパティキュレートフィルタ）よりも上流側に燃料添加弁を配設して、燃料を添加すると排気浄化用触媒の機能維持を図ることができる。また、燃料添加弁を設けて燃料を添加することで排気浄化用触媒を活性温度内に維持することもできる。よって、燃料添加弁を排気浄化用触媒の上流に配置する技術に関して従来から複数の提案がある。
【０００９】
なお、例えばディーゼルエンジンを搭載した乗用車等では、排気マニホールド及びターボチャージャの直下で排気ガス温の高い所にスペースを確保して排気浄化用触媒を配置できる場合がある。この場合にはシリンダヘッドの排気ポートに燃料添加弁を配設して、排気ガス中に燃料を添加して排気浄化用触媒に供給できる。しかし、ディーゼルエンジンを搭載したトラック等の場合には、乗用車と同様の位置に排気浄化用触媒を設置するスペースを確保することが一般に困難である。そこで、ディーゼルエンジンを搭載したトラック等の場合は排気管途中に排気浄化用触媒を配置し、この排気浄化用触媒よりも上流側に燃料添加弁を配設して燃料添加を行うようにしている。例えば特許文献１は、このように搭載スペースの関係から排気管の途中に排気浄化用触媒を配置しているディーゼルエンジに適した排気浄化装置を開示している。
【００１０】
図４は、特許文献１の排気浄化装置１００について示した図ある。この排気浄化装置１００は、排気浄化用触媒（図示せず）より上流に位置する排気管１０１の屈曲部１０１ａの外側に、排気管１０１に沿うように燃料添加弁１０２を配置している。そして、燃料添加弁１０２のノズル１０３の先端部から屈曲部１０１ａより下流の排気管１０１に沿う方向に向けて噴霧通路１０４が形成されている。この噴霧通路１０４は排気管１０１から突出するように一体成形されたボス部１０５に内に形成されている。この排気浄化装置１００は、噴霧通路１０４を介して屈曲部１０１ａ下流の排気管１０１内の流路に燃料ＦＥを噴射する。この排気浄化装置１００は、排気管１０１から突出するように設けたボス部１０５が燃料添加弁１０２の燃料添加弁保持部となり、燃料添加弁１０２が排気ガスＥＧに晒されることがないので燃料添加弁の焼損やノズル１０３先端への燃料の焼付き等を防止できる。
【００１１】
さらに、この排気浄化装置１００には、ボス部１０５の内部に燃料添加弁１０２と略同心状の筒形を成すウォータジャケット１０６が配備されている。このウォータジャケット１０６にディーゼルエンジン（図示せず）からの冷却水の一部を供給して燃料添加弁１０２を冷却できるよう構成している。このように燃料添加弁１０２を冷却する構成を更に備えれば、焼損や噴射した燃料の焼付きを確実に回避できるのでより実用性の高い排気浄化装置となる。
【００１２】
【特許文献１】特開２００４−４４４８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
特許文献１で開示する排気浄化装置１００は、これ以前に提案されている排気浄化装置と比較すると燃料添加弁１０２の焼損やノズル１０３先端への燃料の焼付き等も防止できるという優れた構造を備えている。しかしながら、この排気浄化装置１００でも未だ改善すべき課題がある。
【００１４】
すなわち、排気浄化装置１００はボス部１０５にウォータジャケット１０６を設けて燃料添加弁１０２の焼損やノズル１０３先端への燃料の焼付きを予防している。しかしながら、排気管１０１及びボス部１０５は一般に鋳物等の熱伝導性の高い素材で一体に形成されている。そのためにウォータジャケット１０６による冷却効果が燃料添加弁１０２以外の周辺にも及んでしまう場合がある。
【００１５】
ところが、ノズル１０３から噴射した燃料ＦＥを排気浄化触媒で効率良く利用するためには、排気管２側をある程度の高い温度に維持することが必要である。ウォータジャケット１０６によって排気管２が過冷却されてしまった場合には、細かい霧状に噴射された燃料ＦＥが排気管２の内壁面で液滴（ミスト）状となって付着してしまう。すなわち、排気管２が過冷却されると、図４で模式的に示すように、液滴を中心にしてスス（煤）ＳＭやＨＣ（以下、単にススＳＭと称す）が堆積し易くなってしまう。
【００１６】
特に、上記のように排気管１０１とボス部１０５が鋳物で一体形成される場合には、熱伝導性が高く、しかも内壁面（表面）に多くの凹凸が存在しているのでススＳＭの堆積を助長することになる。このようなススＳＭの堆積を予防する対策として、内壁面の面粗度を上げる（平滑性を上げる）表面処理を行うことが考えられる。しかし、焼損等から燃料添加弁を保護するため、燃料添加弁１０２のノズル１０３を噴霧通路１０４内に臨むように配置した一体構造では形状が複雑で表面処理による効果を期待できない。すなわち、ススＳＭの堆積を予防できるまでに内壁面の面粗度を十分に上げることができない。
【００１７】
その結果、排気管１０１の壁面にススＳＭが堆積してしまい触媒機能の維持に十分な燃料を下流の浄化用触媒へ供給できなくなる。よって、触媒がその機能を十分に発揮しなくなり、ディーゼルエンジンのエミッションや燃費の悪化を招来してしまう。また、内壁面の面粗度が低いと噴霧通路１０４にもススが堆積し易くなる。この場合には、ノズル１０３から噴射される燃料の噴霧形状が悪化したり、添加燃料が不十分となったりするので同様にエミッションや燃費の悪化を招来することになる。
【００１８】
したがって、本発明の目的は、燃料添加弁から噴射した燃料の壁面への付着を抑制して、ススの付着、堆積を予防できる内燃機関の排気浄化装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記目的は、排気管の途中に排気浄化用触媒を装備し、該排気浄化用触媒より上流にある前記排気管の屈曲部の曲がり方向外側に燃料添加弁保持部を付設すると共に、該燃料添加弁保持部に前記排気管の下流に沿う方向に向いている噴霧通路を形成し、前記燃料添加弁保持部に装着した燃料添加弁から噴射する燃料を前記噴霧通路を介して、前記屈曲部より下流の前記排気管内に供給するようにしている排気浄化装置において、前記燃料添加弁保持部が、前記排気管とは別体で形成されていることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置によって達成できる。
【００２０】
本発明によると、燃料添加弁を保持する燃料添加弁保持部が排気管と別体で形成されているので、一体形成されている場合と比較して、排気管内の表面処理を容易に行える。よって、内壁面への燃料付着を確実に抑制できるので、スス付着、堆積を予防できる。したがって、燃料添加弁を冷却したときでも排気管や噴霧通路の内壁面にススが堆積するのを抑制できる。その結果、燃料を安定して供給できるようになるので、排気浄化用触媒の機能を維持して内燃機関のエミッション及び燃費の向上を図ることができる。
【００２１】
また、前記排気管と前記燃料添加弁保持部との間に、断熱部材を配置した構造を採用することがより好ましい。このように断熱材を配置しておけば燃料添加弁を冷却しても、排気管が過冷却されるのを防止できる。
【００２２】
さらに、前記燃料添加弁から噴射された燃料が到達する付近の前記排気管に、さらにヒータを設置した構造を採用してもよい。このようにヒータを設置しておけば燃料添加弁を冷却しても、排気管が過冷却されるのを確実に防止できる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によると、燃料添加弁から噴射した燃料の壁面への付着を抑制して、ススの付着、堆積を予防できる内燃機関の排気浄化装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置（以下、単に排気浄化装置と称する）について説明する。
【実施例１】
【００２５】
図１は、実施例１に係る排気浄化装置を適用したディーゼルエンジンについて示した図である。ディーゼルエンジン１は、ターボチャージャ３を搭載している。吸気ＮＡはエアクリーナ４及び吸気管５を介して前記ターボチャージャ３のコンプレッサ３ａへ導かれて加圧される。この加圧された吸気ＮＡは、さらにインタークーラ６を介してディーゼルエンジン１の吸気マニホールド７へ供給されて、各気筒（図示せず）へ分配されている。
【００２６】
また、このディーゼルエンジン１の各気筒から排出された排気ガスＥＧは、排気マニホールド８を介して前記ターボチャージャ３のタービン３ｂへ送られる。排気ガスＥＧは、タービン３ｂを駆動した後に下流側の排気管２へ排出される。      
【００２７】
このディーゼルエンジン１に適用されている本実施例に係る排気浄化装置は、排気管２の途中に装備した排気浄化用触媒１０と、この排気浄化用触媒１０の上流側に配備した燃料添加弁２０とを備えている。排気浄化用触媒１０はタービン３ｂを駆動した後の排気ガスＥＧを浄化してから機外へ排出するように、排気管２の所定位置に配設されている。上記燃料添加弁２０は排気ガスＥＧの流れる方向において排気浄化用触媒１０よりも上流側で排気管２が屈曲している屈曲部２ａの外側部に沿って付設されている。
【００２８】
排気浄化用触媒１０は、燃料を添加することによって機能維持（或いは再生）を図ることができる再生型の排気浄化構造を内部に含んでいる。このような再生型の触媒としては、例えば触媒再生型のパティキュレートフィルタ、ＮＯｘ還元触媒（選択還元型触媒）やＮＯｘ吸蔵還元触媒、ＮＯｘ吸蔵還元触媒を担持したパティキュレートフィルタ、酸化触媒等を採用できる。
【００２９】
図２は、燃料添加弁２０が装着される排気管２の屈曲部２ａの周辺を拡大して示した図である。屈曲部２ａの曲がり方向で外側に突出するようにして燃料添加弁保持部となるボス部３０が設けられている。このボス部３０は排気管２とは別体に形成されている。排気管２の屈曲部２ａの外側には開口２ｈが形成されている。この開口２ｈを外側から覆うようにボス部３０が設けられている。
【００３０】
燃料添加弁２０は、ノズル部２１を下側にした姿勢で上記ボス部３０に装着されている。ノズル部２１には燃料ＦＥを噴射する噴孔２２が形成されている。ボス部３０には排気管２を通過する排気ガスＥＧから外れるように（外側に突出するように）、略円錐状の噴霧通路３２が形成されている。この噴霧通路３２に噴孔２２が臨むようにして燃料添加弁２０が付設されている。すなわち、燃料添加弁２０は噴孔２２が形成されているノズル部２１の一部を噴霧通路３２内に突出させた状態でボス部３０に固定されている。図示する例では、ノズル部２１が噴霧通路３２の奥まった位置に配設されている。このように噴霧通路３２の奥側に燃料添加弁２０を配置すると、より確実に燃料添加弁２０を熱損や燃料の焼き付きから保護できる。燃料添加弁２０の基端部２０ａはディーゼルエンジン用の燃料ＦＥを圧送する不図示の燃料ポンプに接続されており、燃料ＦＥの一部を添加燃料として使用できるように構成されている。
【００３１】
さらに、ボス部３０は保持した燃料添加弁２０を冷却するためのウォータジャケット３１を備えている。このウォータジャケット３１は燃料添加弁２０を囲むようにリング状に配設されている。このウォータジャケット３１は、例えばディーゼルエンジン１の冷却水を利用するように配管接続されている。ボス部３０に冷却構造を備えることで、保持した燃料添加弁２０の焼損やノズル部２１の先端への燃料の焼付き等を防止する。
【００３２】
ところで、先に課題として指摘したように、ウォータジャケット３１を設けて燃料添加弁２０を冷却すると冷却効果が排気管２側にまで及んで噴射した燃料ＦＥが液滴化してススの付着や堆積を助長することが懸念される。しかし、本実施例の排気浄化装置が備えた構造では、ボス部３０が排気管２と別体に形成されている。このようにボス部３０を別体で形成すると以下で説明するようにススの付着、堆積を予防できる。
【００３３】
排気管２の屈曲部２ａの外側に噴霧通路３２を備えたボス部３０を設け、このボス部３０に燃料噴射弁２０を配置すると排気管２を通過する排気ガスＥＧから外れるので熱損や燃料の焼き付きから保護できる点で好ましい。しかし、ボス部周辺の構造が複雑となる。また、噴孔２２にから噴霧された燃料ＦＥが噴霧通路３２の壁面３２ＷＡに付着した場合にもススの堆積を助長してしまう。
【００３４】
さらに、排気管２は生産性、加工性、強度などの点から一般に鋳物で製造されている。排気管２やボス部３０を鋳物で形成している場合には、壁面の面粗度が一般に低い（平滑性が低い）ので、更にススＳＭの堆積を助長することになる。このような対処としては、例えば加圧した無数のショット材（金属粉、砂など）を壁面に叩きつけるショットピーニング処理など行うと、排気管２の壁面２ＷＡや噴霧通路３２の壁面３２ＷＡの面粗度を向上させてススの堆積を抑制できる。しかし、ボス部周辺の構造が上記のように複雑であるとショット材が隅々にまで届き難いので所望の状態にまで面粗度を向上させることができない。このような問題に対して、本実施例の排気浄化装置はボス部３０を別体構成とすることで対処している。なお、ボス部３０はボルト等の通常の締結具を用いて排気管２に固定すればよい。
【００３５】
図２は、排気官２にボス部３０を組付けた状態で示している。しかし、ボス部３０の組付け前にあっては、排気管２の開口２ｈは開放されている。同様に、ボス部３０を取付ける前では、噴霧通路３２も外側に開放された状態となっている。よって、排気管２及びボス部３０の内壁面に対して、平滑性を上げるショットピーニング加工等の表面処理を容易に行える。このように必要な表面処理を行ってからボス部３０を組付けることで、ボス部３０周辺の構造が複雑であっても面粗度を容易に向上させることができる。よって、従来と比較して、噴射した燃料ＦＥが仮に液滴化しても定位置に滞留することを抑制できる。その結果、排気管２の内壁面２ＷＡ等にススが付着、堆積するのを確実に予防できる。
【００３６】
さらに、ボス部３０が排気官２とは別体に形成されていることで、従来のようにこれらが一体に形成されている場合と比較して熱の伝導を抑制できる。よって、ウォータジャケット３１による冷却効果が排気管２側にまで及ぶことを抑制して、液滴の発生を予防できる。
【００３７】
さらに図２は、より好ましい構造として、排気管２とボス部３０との間に高い断熱性（高耐熱性）を備えたガスケット４０が配置してある。このようなガスケットとしては、バネ鋼板の表面に断熱材をコーティングしたガスケット、遮熱板を組合わせたガスケットなどを採用できる。排気管２とボス部３０との間に断熱部材を配置することにより、排気管２が過冷却されることをより確実に抑制できるので排気管内部のススの付着、堆積を予防できる。
【００３８】
さらに、従来のようにボス部を排気管と一体に製造する場合には、加工が困難であるのでボス部の形状が限定される。特に、ボス部内に形成する噴霧通路が小さいと噴射した燃料が壁面に付着し易く、ススの発生を助長する場合がある。これに対して、本実施例の構造ではボス部３０が別体であるので加工の自由度が大きい。よって、噴孔２２から噴霧される燃料ＦＥの噴霧角より十分に大きな噴霧通路３２を形成することが容易である。しかも、前記のように噴霧通路３２の内壁面の面粗度が高い。したがって、本実施例の排気浄化装置は噴霧通路３２内に発生するススも確実に抑制できる。
【実施例２】
【００３９】
図３は実施例２に係る排気浄化装置について示した図であり、実施例１について示す図２と同様に燃料添加弁２０が設置される排気管２の屈曲部２ａの周辺を拡大して示した図である。実施例１と同一の部位には同じ符号を付することで重複する説明を省略する。
【００４０】
この排気浄化装置は燃料添加弁２０の噴孔２２から噴射された燃料ＦＥが到達する付近の排気管２に電熱線を備えたヒータ５０が設置してある。このようにヒータ５０を設置しておけば排気管２が過冷却状態となったときに通電することで液滴の発生を抑制できる。
【００４１】
より好ましくは、図３で示すように、ヒータ５０を設置した付近の排気管２に温度センサ５１をセットし、この温度センサ５１の出力信号に基づいてコントローラ５２によりヒータ５０のオン・オフを制御する。温度センサ５１が検出した温度が所定温度以下であるときに、コントローラ５２がヒータに通電を行うように設定しておけば排気管２での液滴の発生を確実に防止できる。
【００４２】
以上説明したように、実施例の排気浄化装置によると、燃料添加弁保持部となるボス部３０が排気管２とは別体構成であるので、仮に壁面に燃料の液滴が発生しても定位置への滞留を予防できるので結果としてスス等の付着、堆積を抑制できる。よって、ボス部３０にウォータジャケット３１を設けて冷却しても、排気管２や噴霧通路３２でのススの発生を予防できる。その結果、十分な燃料ＦＥを下流の排気浄化用触媒１０に供給できるので、その機能が十分に発揮されディーゼルエンジン１のエミッション及び燃費を向上させることができる。
【００４３】
そして、排気管２とボス部３０との間にガスケット等の断熱部材を配置した場合には、ウォータジャケット３１による冷却効果が断熱部材によって遮断されるので確実に排気管２側での液滴の発生を予防できる。さらには、燃料ＦＥが付着し易い排気管２の周辺にヒータ５０を設置しておけば、排気管２側での液滴の発生をより確実に予防できる。よって、実施例の排気浄化装置によると排気管壁面でのスス等の付着、堆積を抑制することができる。
【００４４】
以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。上記実施例ではは、内燃機関の一例としてディーゼルエンジンに適用する場合について例示したが、ガソリンエンジン等の他の内燃機関に適用してもよいことは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】実施例１に係る排気浄化装置を適用したディーゼルエンジンについて示した図である。
【図２】燃料添加弁２０が設置される排気管２の屈曲部２ａの周辺を拡大して示した図である。
【図３】図３は実施例２に係る排気浄化装置について示した図である。
【図４】従来の排気浄化装置について示した図ある。
【符号の説明】
【００４６】
１                  ディーゼルエンジン（内燃機関）
２                  排気管
２ａ                排気管の屈曲部
１０                排気浄化用触媒
２０                燃料添加弁
２１                ノズル部
２２                噴孔
３０                ボス部（燃料添加弁保持部）
３１                ウォータジャケット
３２                噴霧通路
４０                ガスケット（断熱部材）
５０                ヒータ
ＦＥ                燃料
ＥＧ                排気ガス
ＳＭ                スス
【図１】
2007071161.tif 000003
【図２】
2007071161.tif 000004
【図３】
2007071161.tif 000005
【図４】
2007071161.tif 000006