(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気系に搭載される排気浄化装置であって、
還元剤が導入される導入部と、
前記導入部から導入された還元剤が噴射されるノズル部と、
前記ノズル部からの還元剤の噴射を断続する開閉弁、ならびに前記開閉弁を駆動する駆動手段を有する機能部と、
前記機能部とは別体に形成され、前記機能部を前記排気系に搭載するための保持搭載部と、を備え、
前記開閉弁は、軸方向へ往復移動可能な弁部材、および前記弁部材が着座または離座する弁ボディを有し、
前記ノズル部は、還元剤の流れ方向において前記弁ボディの下流側に前記弁ボディとは別体に形成され前記還元剤を噴射する噴孔が設けられているノズルボディを有し、
前記駆動手段は、通電することにより磁界を発生するコイル、磁性材料で形成され前記コアを覆うステータおよびステーハウジング、ならびに前記ステータに対向するコアを有し、
前記コイルへ通電すると、前記ステータ、前記ステータハウジングおよび前記コアに磁気回路が形成され、前記ステータと前記コアとの間に発生する磁気吸引力により前記コアが前記弁部材とともに前記ステータ側へ吸引され、前記弁部材が前記弁座から離座し、
前記保持搭載部は、前記開閉弁、前記駆動手段および前記ノズル部を保持していることを特徴とする排気浄化装置。
【請求項２】
前記保持搭載部は、前記機能部を保持するための保持手段と、前記導入部と、前記導入部から前記機能部へ還元剤を送出する送出ポートと、前記内燃機関の前記排気系に接続される搭載手段とを有することを特徴とする請求項１記載の排気浄化装置。
【請求項３】
前記保持搭載部は、前記機能部を収容可能に分割されている複数の収容部材からなることを特徴とする請求項１または２記載の排気浄化装置。
【請求項４】
前記複数の収容部材は、それぞれ相互に結合されていることを特徴とする請求項３記載の排気浄化装置。
【請求項５】
前記機能部は、前記複数の収容部材のいずれかに結合されていることを特徴とする請求項４記載の排気浄化装置。
【請求項６】
前記複数の収容部材の相互間、ならびに前記機能部と前記収容部材とは、溶接によりまたは機械的に結合されていることを特徴とする請求項４または５記載の排気浄化装置。
【請求項７】
前記機能部と前記保持搭載部との間は、液密にシールされていることを特徴とする請求項１または２記載の排気浄化装置。
【請求項８】
内燃機関の排気系に搭載される排気浄化装置であって、
還元剤が導入される導入部と、
前記導入部から導入された還元剤が噴射されるノズル部と、
前記ノズル部とは別体であって、前記ノズル部からの還元剤の噴射を断続する開閉弁、ならびに前記開閉弁を駆動する駆動手段を有する機能部と、
前記機能部を前記排気系に搭載するための保持搭載部と、
を備えることを特徴とする排気浄化装置。
【請求項９】
前記ノズル部は、前記排気系の排気の流れの下流側に開口する少なくとも一つの噴孔を有することを特徴とする請求項８記載の排気浄化装置。
【請求項１０】
前記ノズル部は、前記保持搭載部に結合されていることを特徴とする請求項８または９記載の排気浄化装置。
【請求項１１】
前記ノズル部は、前記機能部に結合されていることを特徴とする請求項８または９記載の排気浄化装置。
【請求項１２】
前記ノズル部と前記保持搭載部または前記機能部とは、溶接によりまたは機械的に結合されていることを特徴とする請求項１０または１１記載の排気浄化装置。
【請求項１３】
前記ノズル部と前記機能部との間は、液密にシールされていることを特徴とする請求項８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、内燃機関（以下、内燃機関を「エンジン」という。）から排出される排気を浄化する排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、特開平６−２６３２８号公報、特開２００１−６５３３３号公報および特開平１０−２１２９３１号公報に開示されているように、ディーゼルエンジンなどのエンジンから排出される排気に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を除去するため、エンジンの排気系に設置されているＮＯｘ触媒の入口側に還元剤を添加導入する排気浄化システムが公知である。還元剤としては、炭化水素系の還元剤が用いられ、ディーゼルエンジンの場合、燃料である軽油を還元剤として用いることができる。エンジンの排気系に設置される排気浄化システムは、上述のＮＯｘ触媒、ならびにＮＯｘ触媒の上流側に設置され還元剤である燃料を導入する排気浄化装置を備えている。
従来、排気浄化装置は、供給される電力に応答して駆動される電磁弁、燃料が供給される燃料配管、ならびに燃料が噴射されるノズル部などから構成されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の排気浄化システムの場合、排気浄化装置の電磁弁、燃料配管およびノズル部は、適用されるエンジンあるいは排気浄化システムごとに異なる構成および形態となっており、排気浄化装置単体としては構成されていない。そのため、排気浄化装置が適用されるエンジンにあわせて排気浄化装置の構成および形態を最適化できるという利点がある一方で、適用されるエンジンごとに排気浄化装置の設計および設定が必要となる。
その結果、排気浄化システムの排気浄化装置として製品の標準化をすることができず、排気浄化装置ひいては排気浄化システムのコスト上昇を招くという問題がある。
【０００４】
そこで、本発明の目的は、部品の標準化、ならびに適用されるエンジンにあわせた設定が容易な排気浄化装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１記載の排気浄化装置によると、開閉弁とソレノイドを有する機能部と、機能部をエンジンの排気系に搭載するための保持搭載部とは別体に構成されている。そのため、機能部を標準化した構成および形態とすることができ、適用されるエンジンにあわせて保持搭載部の構成および形態のみを変更することができる。したがって、適用されるエンジンにあわせた設定を容易に行うことができる。
【０００６】
本発明の請求項２記載の排気浄化装置によると、保持搭載部は、機能部には含まれていない保持手段、導入部、送出ポートおよび搭載手段を有している。そのため、機能部は開閉弁および駆動手段から構成され、機能部の標準化を容易に実施することができる。
本発明の請求項３記載の排気浄化装置によると、保持搭載部は機能部を収容可能な複数の収容部材からなっている。保持搭載部を複数の収容部材に分割して構成することにより、保持搭載部へ機能部を容易に収容することができる。
【０００７】
本発明の請求項４記載の排気浄化装置によると、複数の収容部材はそれぞれ結合されて保持搭載部を構成している。すなわち、保持搭載部に機能部を収容した後、複数の収容部材は結合される。そのため、保持搭載部および機能部の取り扱いが容易である。
本発明の請求項５記載の排気浄化装置によると、機能部は分割されている複数の収容部材のいずれかに結合されている。そのため、保持搭載部と機能部とは一体に構成され、保持搭載部および機能部の取り扱いが容易である。
【０００８】
本発明の請求項６記載の排気浄化装置によると、複数の収容部材の相互間、ならびに機能部と収容部材との間は、溶接により結合または例えばねじなどにより機械的に結合されている。そのため、保持機能部と機能部とを強固な一体の構成とすることができる。
本発明の請求項７記載の排気浄化装置によると、機能部と保持搭載部との間は液密にシールされている。そのため、還元剤の漏出を防止することができる。
【０００９】
本発明の請求項８記載の排気浄化装置によると、ノズル部は機能部とは別体に形成されている。そのため、適用されるエンジンにあわせてノズル部の構成および形態を変更することができる。したがって、適用されるエンジンにあわせた設定を容易に実施することができる。
本発明の請求項９記載の排気浄化装置によると、ノズル部に形成されている噴孔は、吸気系の排気の流れの下流側に形成されている。排気中に含まれる例えば微粒子などの異物は排気の流れに沿って運搬される。そのため、噴孔を下流側に形成することにより、排気中に含まれる異物による噴孔の目詰まりを防止することができる。
【００１０】
本発明の請求項１０または１１記載の排気浄化装置によると、ノズル部は保持搭載部または機能部に結合されている。そのため、ノズル部は保持搭載部または機能部と一体の構成となり、ノズル部の取り扱いが容易である。
本発明の請求項１２に記載の排気浄化装置によると、ノズル部と機能部または保持搭載部との間は、溶接により結合または例えばねじなどにより機械的に結合されている。そのため、ノズル部と機能部または保持搭載部とを強固な一体の構成とすることができる。
本発明の請求項１３記載の排気浄化装置によると、ノズル部と機能部との間は液密にシールされている。そのため、還元剤の漏出を防止することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を示す一実施例を図面に基づいて説明する。
本発明の一実施例による排気浄化装置を適用したディーゼルエンジンの排気浄化システムを図２に示す。本実施例では、４気筒のディーゼルエンジンに本発明の排気浄化装置を適用した例について説明する。
図２に示すように、排気浄化システム１は、主に排気浄化装置１０、ＮＯｘ触媒２および還元剤供給装置３から構成されている。
【００１２】
排気浄化装置１０は、ディーゼルエンジン５の排気系を構成する排気管６に搭載され、排気管６を流れる排気に還元剤を噴射する。排気浄化装置１０は、排気管６のＮＯｘ触媒２入口側に設置されている。なお、図示しない過給器を備えるディーゼルエンジンの場合、排気浄化装置１０は排気管６の途中に設置される過給器の入口側または出口側のいずれに設置してもよい。
【００１３】
排気系は、前述の排気管６と、排気管６からディーゼルエンジン５の各気筒５１に分岐している排気マニホールド６１とから構成されている。排気管６には、排気の流れ方向に排気浄化装置１０およびＮＯｘ触媒２が順に設置されている。
【００１４】
排気浄化装置１０は、ＥＣＵ７からの指令により還元剤の噴射を断続する。ＥＣＵ７には、ディーゼルエンジン５に設置されている各種のセンサから、吸気流量、吸気圧、ディーゼルエンジン５の回転数およびアクセル開度などの各種の情報が入力される。ＥＣＵ７は、入力された情報からディーゼルエンジン５の各気筒５１に噴射される燃料の噴射量を制御するとともに、排気浄化装置１０を制御する。ＥＣＵ７ではディーゼルエンジン５の回転数およびアクセル開度などに相関するＮＯｘ排出量が算出され、算出したＮＯｘ排出量に基づいてＥＣＵ７は排気浄化装置１０から噴射される還元剤の噴射量および噴射時期を設定する。そして、ＥＣＵ７は、設定された還元剤の噴射量および噴射時期に基づいて、排気浄化装置１０を制御する。
ＮＯｘ触媒２には、例えばＰｔやＰｄなどの貴金属系の活性成分がセラミックスあるいは金属酸化物などの担体に担持された触媒が使用される。ＮＯｘ触媒２は、例えばモノリスタイプまたはペレッタイプに成形されている。
【００１５】
還元剤供給装置３は、図示しない還元剤タンクおよび給送ポンプ、ならびに給送管８を有している。還元剤供給装置３は、還元剤タンクに蓄えられている還元剤を排気浄化装置１０へ供給する。還元剤タンクに蓄えられている還元剤は給送ポンプにより給送管８を経由して排気浄化装置１０へ供給される。還元剤としては、炭化水素系の還元剤が使用され、本実施例の場合、ディーゼルエンジン５の燃料である軽油が還元剤として使用される。
【００１６】
次に、排気浄化装置１０について詳細に説明する。
本実施例による排気浄化装置１０は、図１および図３に示すように機能部２０、保持搭載部７０およびノズル部８０から構成されている。
機能部２０は、ノズル部８０からの還元剤の噴射を断続する開閉弁３０と、開閉弁３０を駆動する駆動手段４０とから構成されている。また、機能部２０は筒部材２１を備えており、筒部材２１の内部には流体通路２２が形成されている。
【００１７】
開閉弁３０は、弁部材３１および弁ボディ３２を有している。弁部材３１には外周に当接部３３が形成されており、当接部３３は弁ボディ３２の内周に形成されている弁座部３４と当接可能である。当接部３３が弁座部３４から離座することにより還元剤の流れが開放され、当接部３３が弁座部３４へ着座することにより還元剤の流れが閉塞される。
【００１８】
駆動手段４０は、コイル４１、ステータ４２、ステータハウジング４３およびコア４４を有している。コイル４１は、ステータ４２およびステータハウジング４３に収容されており、通電されることにより磁界を発生する。コイル４１には端子部４５が接続されており、端子部４５の反コイル側の端部はコネクタ２３に設置されている。端子部４５はＥＣＵ７と電気的に接続されており、コイル４１にはＥＣＵ７から電力が供給される。
【００１９】
ステータ４２およびステータハウジング４３は、磁性材料から形成され、コイル４１に発生する磁界によりコア４４との間に磁気回路を形成する。ステータ４２とステータハウジング４３とは、例えば溶接により結合されている。ステータハウジング４３には内周側に弁室４６が形成されており、弁室４６には開閉弁３０の弁部材３１が軸方向へ往復移動可能に収容されている。ステータハウジング４３の端部には、弁ボディ３２が例えば溶接などにより結合されている。コア４４は、開閉弁３０の弁部材３１の反当接部側の端部に弁部材３１と一体に結合されている。コア４４には、還元剤が流れる流体通路４４１が形成されている。
【００２０】
ＥＣＵ７からコイル４１へ電力が供給されると、コイル４１には磁界が発生し、コイル４１の周囲に設置されているステータ４２、ステータハウジング４３およびコア４４には磁気回路が形成される。これにより、ステータ４２とコア４４との間には磁気吸引力が発生し、コア４４はステータ４２方向へ吸引される。そのため、弁部材３１は図１の上方へ移動し、当接部３３は弁座部３４から離座する。ステータハウジング４３と弁ボディ３２との間にはストッパ２４が設置されており、弁部材３１の図１の上方への移動は制限される。
【００２１】
ステータ４２は外周部にコイル４１が設置され、内周部には駆動手段のスプリング４７を収容する収容室４８が形成されている。スプリング４７は、一方の端部がステータ４２に当接し、他方の端部が弁部材３１と一体のコア４４に当接しており、弁部材３１を当接部３３が弁座部３４へ着座する方向へ付勢している。そのため、コイル４１への電力の供給が停止されると、ステータ４２とコア４４との間の磁気吸引力は消滅し、スプリング４７の付勢力により弁部材３１は図１の下方へ移動し、当接部３３は弁座部３４へ着座する。
【００２２】
筒部材２１は、内部に流体通路２２が形成されている。筒部材２１は、一方の端部が例えば溶接によりステータ４２と結合されている。
ステータ４２、ステータハウジング４３、筒部材２０およびコネクタ２３は、樹脂製のモールド２５により被覆されている。
【００２３】
保持搭載部７０は、収容部材としてそれぞれ別体に形成されているハウジングコネクタ７１およびハウジングボディ７２とを備えている。また、保持手段としてのハウジングコネクタ７１およびハウジングボディ７２は筒状に形成されており、内部に機能部２０が収容され保持されている。ハウジングコネクタ７１には、排気浄化装置１０を排気管６に固定するための搭載手段としてのクランプ台７３が形成されている。ハウジングコネクタ７１とハウジングボディ７２とは、例えば溶接によって結合されている。また、ハウジングボディ７２と機能部２０のステータハウジング４３とは、例えば溶接などにより接合されている。
【００２４】
ハウジングコネクタ７１には、燃料が導入される導入部７４が設置されている。導入部７４は給送管８に接続され、還元剤供給装置３から給送管８を経由して還元剤が供給される。ハウジングコネクタ７１の導入部７４の端部は送出ポート７５となっており、導入部７４から導入された還元剤は送出ポート７５から機能部２０の流体通路２２へ送出される。ハウジングコネクタ７１の内周部と筒部材２０の外周部との間にはシール部材であるＯリング２６が設置されている。Ｏリング２６は、ハウジングコネクタ７１と筒部材２０との間を液密にシールし、送出ポート７５から送出された還元剤が機能部２０と保持搭載部７０との間に漏出するのを防止する。また、ステータハウジング４３の外周側とハウジングボディ７２の内周側との間にもＯリング２７が設置されており、ステータハウジング４３とハウジングボディ７２との間を液密にシールし、還元剤の漏出を防止している。
【００２５】
ノズル部８０はノズルボディ８１を有しており、ノズルボディ８１はハウジングボディ７２の端部に設置されている。ノズルボディ８１は、リテーニングナット１１によるねじ止めによってハウジングボディ７２に結合されている。ハウジングボディ７２とノズルボディ８１との間には、ガスケット２８が設置されており、ハウジングボディ７２とノズルボディ８１との間を液密にシールし、Ｏリング２７とともに還元剤の漏出を防止している。
【００２６】
ノズルボディ８１には、内部にノズルサック８２および噴孔８３が形成されている。ノズルサック８２はノズルボディ８１の軸方向に沿って形成され、開閉弁３０の開放により送出された還元剤を噴孔８３へ給送する。噴孔８３は、一方の端部がノズルサック８２に開口し、他方の端部がノズルボディ８１の外周側に開口している。噴孔８３はノズルボディ８１の軸に対して所定の角度傾斜して形成されている。噴孔８３のノズルボディ８１外周側の開口は、排気管６を流れる排気の下流方向すなわちＮＯｘ触媒２側に位置している。
【００２７】
排気浄化装置１０は、図４に示すようにハウジングコネクタ７１のクランプ台７３にクランプ９０を嵌合させることにより排気管６の取付部６２に固定される。図３に示すように、機能部２０と保持搭載部７０とは、別体の構成となっているため、搭載されるディーゼルエンジン５の形態に合わせて機能部２０の形状を変更することなく保持搭載部７０の形状のみを変更可能である。
【００２８】
次に、本発明の一実施例による排気浄化装置１０の作動について説明する。
ディーゼルエンジン５の各気筒５１から排出された排気は、排気マニホールド６１により排気管６へ集められる。排気管６に集められた排気は、排気管６の内部をＮＯｘ触媒２方向へ流動する。
【００２９】
ＥＣＵ７では、ディーゼルエンジン５の回転数およびアクセル開度から排気に含まれるＮＯｘ排出量が算出され、排気浄化装置１０から噴射する還元剤の噴射量および噴射時期が設定される。そして、ＥＣＵ７は、設定された還元剤の噴射量および噴射時期に基づいてコイル４１にパルス電流を印加する。コイル４１に電流が印加されることにより、コイル４１には磁界が発生する。発生した磁界によってステータ４２、ステータハウジング４３およびコア４４に磁気回路が形成され、コア４４はステータ４２に吸引される。
【００３０】
コア４４がステータ４２に吸引されると、コア４４と一体に形成されている弁部材３１はスプリング４７の付勢力に抗して図１の上方へ移動し、弁座部３４から当接部３３が離座する。導入部７４から排気浄化装置１０へ導入された還元剤は、送出ポート７５から筒部材２１の流体通路２２へ流入し、ステータ４２に形成されている通孔４２１および収容室４８、コア４４に形成されている流体通路４４１、ステータハウジング４３に形成されている弁室４６、ならびにストッパ２４に形成されている流体通路２４１を経由してノズル部８０の入口側に供給される。弁座部３４から当接部３３が離座することにより、還元剤は弁座部３４と当接部３３との間を通過し、ノズル部８０のノズルサック８２を経由して噴孔８３から排気管６へ噴射される。
【００３１】
排気管６には、図４に示す矢印Ａの方向へディーゼルエンジン５の各気筒５１から排出された排気が流れており、排気浄化装置１０から噴射された還元剤は排気と混合される。還元剤が混合された排気はＮＯｘ触媒２へ給送され、排気に含まれるＮＯｘはＮＯｘ触媒２により還元される。ＮＯｘ触媒２を通過した排気は大気中に放出される。
【００３２】
排気浄化装置１０から所定時期に所定量の還元剤の噴射されると、ＥＣＵ７はコイル４１への電流の印加を停止する。そのため、ステータ４２とコア４４との間の磁気吸引力が消滅し、コア４４と一体の弁部材３１はスプリング４７の付勢力により図１の下方へ移動する。そして、当接部３３が弁座部３４へ着座することにより、還元剤の噴射は終了される。
【００３３】
以上、説明した本発明の一実施例による排気浄化装置１０によると、開閉弁３０ならびに開閉弁３０を駆動する駆動手段４０からなる機能部２０は、保持搭載部７０のハウジングコネクタ７１およびハウジングボディ７２、ならびにノズル部８０とは別体に構成されている。これにより、保持搭載部７０のハウジングコネクタ７１またはハウジングボディ７２の形態を変更するだけで、機能部２０の形状を変更することなく排気浄化装置１０を適用するエンジンの構成および形態に合わせて搭載することができる。例えば、排気浄化装置１０が排気管６に搭載される位置、排気管６の大きさ、ノズル部８０が排気管６へ突出している部位の形状、ならびに噴孔８３の大きさ、形状あるいは形成角度などは、機能部２０の仕様を変更することなく容易に設定することができる。したがって、排気浄化装置１０は、適用されるエンジンにかかわらず機能部２０の仕様を標準化することができる。また、機能部２０の仕様を標準化することにより、機能部２０を構成する部材の汎用性が向上し、排気浄化装置１０のコストを低減することができる。
【００３４】
また、本発明の一実施例による排気浄化装置１０によると、ノズル部８０に形成されている噴孔８３は、排気の流れの下流方向すなわちＮＯｘ触媒２側に開口して形成されている。そのため、排気中に含まれる微粒子などの異物が噴孔８３の周囲に付着することがなく、噴孔８３の目詰まりを防止することができる。
【００３５】
以上、説明した本発明の一実施例では、機能部のステータハウジングと保持搭載部のハウジングボディ、ならびにコネクタハウジングとハウジングボディとを溶接により結合し、保持搭載部のハウジングボディとノズル部のノズルボディとをリテーニングナットによりねじ結合する例について説明した。しかし、本発明では、溶接によって結合した部分をねじ結合や他の機械的な結合に変更することも可能であり、ねじ結合した部分を溶接あるいは他の機械的な結合に変更することも可能である。また、排気浄化装置の各部における液密をＯリングおよびガスケットにより確保しているが、他の手段によって液密を確保してもよく、Ｏリングあるいはガスケットに限るものではない。
【００３６】
さらに、本発明の一実施例では、機能部と保持搭載部およびノズル部とを別体に構成した場合について説明したが、機能部または保持搭載部にノズル部を一体に構成してもよい。また、ノズル部のみを別体として、機能部と保持搭載部とを一体に構成することも可能である。
さらに、本発明の一実施例では、排気浄化装置をディーゼルエンジンに適用する例について説明したが、ディーゼルエンジンに限らずガソリンエンジンなどたのエンジンへ適用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例による排気浄化装置を示す模式的な断面図である。
【図２】本発明の一実施例による排気浄化装置を適用した排気浄化システムを示す模式図である。
【図３】本発明の一実施例による排気浄化装置を機能部、保持搭載部およびノズル部に分離した状態を示す模式的な断面図である。
【図４】本発明の一実施例による排気浄化装置を排気管に搭載した搭載部分を示す模式的な断面図である。
【符号の説明】
５    ディーゼルエンジン（内燃機関）
６    排気管（排気系）
１０    排気浄化装置
２０    機能部
３０    開閉弁
３１    弁部材
３２    弁ボディ
４０    駆動手段
７０    保持搭載部
７１    ハウジングコネクタ（保持手段、収容部材）
７２    ハウジングボディ（保持手段、収容部材）
７３    クランプ台（搭載手段）
７４    導入部
７５    送出ポート
８０    ノズル部
８３    噴孔
【図１】
0003888518.tif 000002
【図２】
0003888518.tif 000003
【図３】
0003888518.tif 000004
【図４】
0003888518.tif 000005