(57)【要約】【課題】ガイドパイプや添加弁の先端に添加剤の成分に由来するデポジットが堆積しにくい内燃機関の排気浄化装置を提供する。【解決手段】内燃機関の排気浄化装置は、触媒と、内燃機関から排出される排気を触媒に導く排気管１０と、排気管１０の湾曲した部分であるエルボ部１１に接続され、排気管１０から分岐しているガイドパイプ４１と、ガイドパイプ４１に挿入されてガイドパイプ４１を介して排気管１０に取り付けられている添加弁４０とを備える。そして、添加弁４０から噴射した添加剤を、ガイドパイプ４１を通じてエルボ部１１から排気管１０に導入し、触媒における反応を促進させる。また、この排気浄化装置は、排気管１０におけるエルボ部１１よりも上流側の部分から分岐してガイドパイプ４１に接続しており、ガイドパイプ４１内にエルボ部１１側に向けて排気を流入させるバイパスパイプ５０と、バイパスパイプ５０を温める電気ヒータ５１とを備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
触媒と、
内燃機関から排出される排気を前記触媒に導く排気管と、
前記排気管の湾曲した部分であるエルボ部に接続されており、前記排気管から分岐しているガイドパイプと、
前記ガイドパイプに挿入されて前記ガイドパイプを介して前記排気管に取り付けられている添加弁とを備え、
前記添加弁から噴射した添加剤を、前記ガイドパイプを通じて前記エルボ部から前記排気管に導入し、前記触媒における反応を促進させる内燃機関の排気浄化装置であり、
前記排気管における前記エルボ部よりも上流側の部分から分岐して前記ガイドパイプに接続しており、前記ガイドパイプ内に前記エルボ部側に向けて排気を流入させるバイパスパイプと、
前記バイパスパイプを温める電気ヒータとを備える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】
特許文献１には、排気管の湾曲した部分であるエルボ部に添加弁を取り付けた排気浄化装置が開示されている。この排気浄化装置では、この添加弁から噴射した添加剤を排気と混合し、排気管におけるこの添加弁よりも下流側に配設された触媒に添加剤を供給するようにしている。
【０００３】
ところで、排気管のエルボ部に排気管から分岐するようにガイドパイプを取り付け、ガイドパイプ内に添加弁の先端を挿入することによって、ガイドパイプを介して排気管に添加弁を取り付ける構成を採用することもできる。こうした構成を採用した場合には、添加弁から噴射された添加剤は、ガイドパイプを通じてエルボ部から排気管に導入されることになる。こうした構成を採用すれば、高温の排気が流れる排気管から離れた位置に添加弁を配設することができるため、添加弁が高温の排気に晒されにくくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１３３７７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、ガイドパイプには排気管から排気が流れ込むことがあり、添加弁から噴射された添加剤が排気管から流れ込んだ排気により添加弁に向かって吹き返されることがある。この場合、ガイドパイプや添加弁の先端に吹き返された添加剤が付着してしまう。そのため、ガイドパイプやガイドパイプ内の温度が低い場合には、付着した添加剤が時間をかけて凝固し、ガイドパイプや添加弁の先端に添加剤の成分に由来するデポジットが堆積するおそれがある。
【０００６】
本発明はこうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的はガイドパイプや添加弁の先端に添加剤の成分に由来するデポジットが堆積しにくい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】
【０００７】
上記課題を解決する内燃機関の排気浄化装置は、触媒と、内燃機関から排出される排気を前記触媒に導く排気管と、前記排気管の湾曲した部分であるエルボ部に接続されており、前記排気管から分岐しているガイドパイプと、前記ガイドパイプに挿入されて前記ガイドパイプを介して前記排気管に取り付けられている添加弁とを備える。そして、前記添加弁から噴射した添加剤を、前記ガイドパイプを通じて前記エルボ部から前記排気管に導入し、前記触媒における反応を促進させる。また、この排気浄化装置は、前記排気管における前記エルボ部よりも上流側の部分から分岐して前記ガイドパイプに接続しており、前記ガイドパイプ内に前記エルボ部側に向けて排気を流入させるバイパスパイプと、前記バイパスパイプを温める電気ヒータとを備える。
【０００８】
上記構成によれば、排気管を流れる排気の一部が、エルボ部よりも上流側の部分からバイパスパイプを通じてガイドパイプ内に流入するようになる。また、バイパスパイプは、エルボ部側に向けて排気を流入させるため、バイパスパイプを通じてガイドパイプ内に流入した排気はガイドパイプ内をエルボ部側に向かって流れ、排気管を流れる排気と合流する。
【０００９】
すなわち、上記構成によれば、ガイドパイプ内にエルボ部側に向かう排気の流れが生じるようになるため、排気管のエルボ部からガイドパイプに排気が流れ込みにくくなる。したがって、添加弁から噴射された添加剤が排気によって添加弁側に吹き返されにくくなり、ガイドパイプや添加弁の先端に添加剤が付着しにくくなる。
【００１０】
また、上述したようにガイドパイプやガイドパイプ内の温度が低い場合には、付着した添加剤が時間をかけて凝固するため、ガイドパイプや添加弁の先端にデポジットが堆積しやすい。これに対して、上記の排気浄化装置では、バイパスパイプに電気ヒータが設けられているため、電気ヒータによってバイパスパイプを温め、ガイドパイプ内に流入する排気を温めることができる。したがって、バイパスパイプを通じて流入する排気により、ガイドパイプやガイドパイプ内の温度を上昇させて、デポジットの堆積を抑制することができる。
【００１１】
すなわち、上記構成によれば、ガイドパイプや添加弁の先端への添加剤の付着を抑制するとともに、ガイドパイプ内をデポジットが堆積しにくい環境にすることができるため、ガイドパイプや添加弁の先端に添加剤の成分に由来するデポジットが堆積しにくくなる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】内燃機関の排気浄化装置の第１の実施形態についてその概略構成を示す模式図。
【図２】図１の排気浄化装置におけるバイパスパイプの構成を示す模式図。
【図３】図１の排気浄化装置における制御装置が実行するヒータ制御のフローチャート。
【図４】内燃機関の排気浄化装置の第２の実施形態におけるバイパスパイプの構成を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（第１の実施形態）
以下、内燃機関の排気浄化装置の第１の実施形態について、図１〜図３を参照して説明する。
【００１４】
図１に示すように、内燃機関の排気浄化装置では、還元剤を利用して排気中の窒素酸化物を還元浄化する触媒であるＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）触媒２０が排気管１０内に配設されている。ＳＣＲ触媒２０には、内燃機関から排出される排気が排気管１０を通じて導かれる。なお、図１の排気管１０内に表示された矢印は排気の流れる方向を示している。
【００１５】
排気管１０におけるＳＣＲ触媒２０よりも下流側には、排気中のアンモニアを酸化することにより浄化するアンモニア酸化触媒３０が配設されている。
そして、この排気浄化装置には、ＳＣＲ触媒２０に添加剤である尿素水を供給する添加弁４０が設けられている。排気管１０におけるＳＣＲ触媒２０よりも上流側の部分は、図１に示すように湾曲している。この湾曲した部分であるエルボ部１１には、排気管１０から分岐しているガイドパイプ４１が接続されており、添加弁４０はガイドパイプ４１に挿入されてガイドパイプ４１を介して排気管１０に取り付けられている。
【００１６】
添加弁４０は、供給パイプ４４を介してタンク４２に接続されている。供給パイプ４４にはポンプ４３が設けられており、このポンプ４３によってタンク４２に貯留されている尿素水が添加弁４０に供給される。
【００１７】
添加弁４０やポンプ４３は制御装置８０によって制御される。制御装置８０は、中央処理装置（ＣＰＵ）、各種プログラムやマップ等を予め記憶した読出専用メモリ（ＲＯＭ）、ＣＰＵの演算結果等を一時記憶するランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、入力インターフェース、出力インターフェース等を備えたマイクロコンピュータを中心に構成されている。
【００１８】
図１に示すように、この排気浄化装置の排気管１０には、排気の温度である排気温度ＴＨを検出する排気温度センサ７０が取り付けられている。排気温度センサ７０は、排気管１０におけるガイドパイプ４１の分岐点よりも上流側に配置されている。排気温度センサ７０の出力信号は制御装置８０に入力される。
【００１９】
制御装置８０は排気温度センサ７０等から入力された信号に基づいて、添加弁４０及びポンプ４３を制御する尿素水の添加制御を実行する。この添加制御は、排気温度センサ７０により検出される排気温度ＴＨがＳＣＲ触媒２０が活性化していると判断できる温度以上である場合に実行される。なお、この排気浄化装置では、排気温度ＴＨが例えば１８０℃以上である場合に、添加制御を実行する。
【００２０】
添加制御では、ポンプ４３を駆動して尿素水を添加弁４０に供給するとともに、添加弁４０を開弁させて、添加弁４０から尿素水を噴射する。添加弁４０から噴射された尿素水は、ガイドパイプ４１を通じてエルボ部１１から排気管１０に導入される。
【００２１】
また、排気管１０における添加弁４０とＳＣＲ触媒２０との間には、添加弁４０から噴射された尿素水を分散させ、尿素水の加水分解を促進する分散板６０が設けられている。
添加弁４０から噴射された尿素水は、排気の熱によって加水分解されてアンモニアとなる。そして、このアンモニアが還元剤として分散板６０を介してＳＣＲ触媒２０に供給される。ＳＣＲ触媒２０に供給されたアンモニアは、ＳＣＲ触媒２０に吸蔵されて窒素酸化物の還元に利用され、ＳＣＲ触媒２０における反応を促進させる。
【００２２】
図２に示すように、この排気浄化装置には、排気管１０におけるエルボ部１１よりも上流側の部分から分岐してガイドパイプ４１に接続されている２本のバイパスパイプ５０が配設されている。各バイパスパイプ５０は、ガイドパイプ４１内にエルボ部１１側に向けて排気が流入するように、ガイドパイプ４１に対して傾けた状態でガイドパイプ４１と接続されている。また、各バイパスパイプ５０には、バイパスパイプ５０を温める電気ヒータ５１がバイパスパイプ５０の外周を覆うように取り付けられている。
【００２３】
制御装置８０は排気温度センサ７０から入力された信号に基づいて、各電気ヒータ５１の電源のオン及びオフを切り替えるヒータ制御も実行する。
図３に示すように、制御装置８０は次のようにヒータ制御を実行する。まず、制御装置８０はステップＳ１１において、排気温度センサ７０により検出される排気温度ＴＨが１８０℃〜２５０℃の範囲内に含まれるか否かを判定する。なお、上記のように添加制御は排気温度ＴＨが１８０℃以上であるときに実行されるため、排気温度ＴＨが１８０℃〜２５０℃の範囲内に含まれる場合は、比較的排気温度ＴＨが低い状況下で添加弁４０から尿素水が噴射されている状態を示唆する。
【００２４】
ステップＳ１１において、排気温度ＴＨが１８０℃〜２５０℃の範囲内に含まれないと判定された場合（ステップＳ１１：ＮＯ）には、ステップＳ１４に移行し、制御装置８０は各電気ヒータ５１の電源をオフに設定する。なお、既に各電気ヒータ５１の電源がオフになっている場合には、オフの状態を維持する。そして、制御装置８０はこのヒータ制御を終了させる。一方、ステップＳ１１において、排気温度ＴＨが１８０℃〜２５０℃の範囲内に含まれると判定された場合（ステップＳ１１：ＹＥＳ）には、ステップＳ１２に移行し、制御装置８０は各電気ヒータ５１の電源をオンに設定する。
【００２５】
次に、制御装置８０はステップＳ１３において、排気温度ＴＨが２５０℃以上であるか否かを判定する。ステップＳ１３において、排気温度ＴＨが２５０℃未満であると判定された場合（ステップＳ１３：ＮＯ）には、制御装置８０はこのステップＳ１３の処理を繰り返す。一方、ステップＳ１３において、排気温度ＴＨが２５０℃以上であると判定された場合（ステップＳ１３：ＹＥＳ）には、ステップＳ１４に移行し、制御装置８０は各電気ヒータ５１の電源をオフに設定する。そして、制御装置８０はこのヒータ制御を終了させる。
【００２６】
このように、制御装置８０はステップＳ１１〜ステップＳ１４におけるヒータ制御を実行する。なお、制御装置８０は、このヒータ制御を内燃機関の運転が停止されるまで繰り返し実行する。
【００２７】
図１及び図２を参照して、内燃機関の排気浄化装置の作用について説明する。
内燃機関の運転にともない、内燃機関から排出される排気が排気管１０を流れる。内燃機関の排気浄化装置によれば、排気管１０を流れる排気の一部がエルボ部１１よりも上流側の部分から２本のバイパスパイプ５０を通じてガイドパイプ４１内に流入するようになる。
【００２８】
各バイパスパイプ５０はガイドパイプ４１内にエルボ部１１側に向けて排気が流入するように、ガイドパイプ４１に対して傾けて接続されている。そのため、バイパスパイプ５０を通じてガイドパイプ４１内に流入した排気はガイドパイプ４１内をエルボ部１１側に向かって流れ、排気管１０を流れる排気と合流する。
【００２９】
すなわち、この排気浄化装置によれば、ガイドパイプ４１内にエルボ部１１側に向かう排気の流れが生じるようになるため、排気管１０のエルボ部１１側からガイドパイプ４１に排気が流れ込みにくくなる。したがって、添加弁４０から噴射された尿素水が排気によって添加弁４０側に吹き返されにくくなり、ガイドパイプ４１や添加弁４０の先端に尿素水が付着しにくくなる。
【００３０】
なお、ガイドパイプ４１やガイドパイプ４１内の温度が低い場合には、付着した尿素水が加水分解せずに時間をかけて凝固するため、ガイドパイプ４１や添加弁４０の先端にデポジットが堆積しやすい。これに対して、この排気浄化装置では、各バイパスパイプ５０に電気ヒータ５１が設けられている。そして、制御装置８０が実行するヒータ制御により、ガイドパイプ４１やガイドパイプ４１内の温度が低いときに電気ヒータ５１によって各バイパスパイプ５０が温められるため、ガイドパイプ４１内に流入する排気を温めることができる。したがって、各バイパスパイプ５０を通じて流入する排気により、ガイドパイプ４１やガイドパイプ４１内の温度を上昇させて、デポジットの堆積を抑制することができる。
【００３１】
すなわち、第１の実施形態の内燃機関の排気浄化装置によれば、以下の効果が得られるようになる。
（１）ガイドパイプ４１や添加弁４０の先端への尿素水の付着を抑制するとともに、ガイドパイプ４１内をデポジットが堆積しにくい環境にすることができるため、ガイドパイプ４１や添加弁４０の先端に尿素水の成分に由来するデポジットが堆積しにくくなる。
【００３２】
（第２の実施形態）
次に、内燃機関の排気浄化装置の第２の実施形態について、図４を参照して説明する。
第２の実施形態における内燃機関の排気浄化装置では、バイパスパイプの構成が第１の実施形態と相違している。第２の実施形態の説明は第１の実施形態と共通する構成に同一の符号を付し、共通する構成については説明の一部または全部を省略する。
【００３３】
図４に示すように、この排気浄化装置には、排気管１０におけるエルボ部１１よりも上流側の部分から分岐してガイドパイプ４１に接続されている２本のバイパスパイプ１５０が配設されている。
【００３４】
各バイパスパイプ１５０は、排気管１０におけるエルボ部１１よりも上流側の部分と接続されている第１のパイプ１５１、ガイドパイプ４１に接続されている第３のパイプ１５３、第１のパイプ１５１と第３のパイプ１５３とを連結する第２のパイプ１５２により構成されている。
【００３５】
第３のパイプ１５３の内径は第２のパイプ１５２の内径よりも小さく、第２のパイプ１５２の内径は第１のパイプ１５１の内径よりも小さい。すなわち、各バイパスパイプ１５０は第１のパイプ１５１から第３のパイプ１５３にかけて先細りの形状を有する。また、各バイパスパイプ１５０における第３のパイプ１５３はガイドパイプ４１内にエルボ部１１側に向けて排気が流入するように、ガイドパイプ４１に対して傾けた状態で接続されており、ガイドパイプ４１の中心軸に対して第３のパイプ１５３の中心軸の延長線が形成する鋭角側の角度θは４５°以下である。
【００３６】
第２の実施形態の内燃機関の排気浄化装置によれば、第１の実施形態の内燃機関の排気浄化装置により得られる作用に加えて以下の作用が生じる。
各バイパスパイプ１５０が第１のパイプ１５１から第３のパイプ１５３にかけて先細りの形状を有するため、バイパスパイプ１５０を流れる排気の流速が第３のパイプ１５３側に向かうにつれて大きくなる。すなわち、バイパスパイプ１５０における第３のパイプ１５３を流れる排気の動圧が、第１のパイプ１５１及び第２のパイプ１５２を流れる排気の動圧よりも高くなる。
【００３７】
そのため、ガイドパイプ４１内にエルボ部１１側に向かって流入する排気の動圧が高くなり、排気管１０のエルボ部１１側からガイドパイプ４１に排気が一層流れ込みにくくなる。
【００３８】
したがって、第２の実施形態の内燃機関の排気浄化装置によれば、第１の実施形態の内燃機関の排気浄化装置により得られる効果に加えて以下の効果が生じる。
（２）添加弁４０から噴射された尿素水が排気によって添加弁４０側に一層吹き返されにくくなり、ガイドパイプ４１や添加弁４０の先端に尿素水が一層付着しにくくなる。
【００３９】
（３）ガイドパイプ４１に対して第３のパイプ１５３が形成する角度θが４５°以下であるため、ガイドパイプ４１内に流入する排気がエルボ部１１側に向けて流れやすくなっている。そのため、角度θが４５°よりも大きい構成と比較して、排気管１０のエルボ部１１側からガイドパイプ４１に排気が流れ込みにくくなる。
【００４０】
また、各バイパスパイプ１５０からガイドパイプ４１内に流入する排気は、角度θが４５°よりも大きい構成と比較して、添加弁４０側に向けて流入しにくい。そのため、添加弁の先端が高温の排気に晒されにくくなる。
【００４１】
なお、上記各実施形態はこれを適宜変更した以下の形態にて実施することもできる。
・上記第２の実施形態におけるバイパスパイプ１５０は先細りの形状になっていればよく、排気管１０と第１のパイプ１５１との接続部分からガイドパイプ４１と第３のパイプ１５３との接続部分にかけて徐々に内径が小さくなる先細りの形状であってもよい。
【００４２】
・上記各実施形態におけるバイパスパイプ５０，１５０は、排気管１０におけるエルボ部１１よりも上流側の部分から分岐してガイドパイプ４１に接続されていればよく、その本数は１本または３本以上であってもよい。
【００４３】
・分散板６０は、省略してもよい。
・添加剤として還元剤になる尿素水を噴射する排気浄化装置の例を示したが、尿素水以外の添加剤を噴射する排気浄化装置に上記各実施形態と同様の構成を適用することもできる。例えば、添加弁から燃料を噴射して添加弁よりも下流側に配設された酸化触媒に燃料を供給し、酸化反応を促進させる排気浄化装置において同様の構成を適用することもできる。
【００４４】
ガイドパイプ４１やガイドパイプ４１内の温度が低い場合には、付着した燃料が気化せずに排気中に含まれる煤等を取り込んでデポジットとなり、ガイドパイプ４１や添加弁４０の先端に堆積しやすい。これに対して、上記各実施形態と同様にバイパスパイプを設ける構成を適用すれば、ガイドパイプ４１や添加弁の先端への燃料の付着を抑制するとともに、ガイドパイプ４１内をデポジットが堆積しにくい環境にすることができるため、ガイドパイプ４１や添加弁の先端に燃料の成分に由来するデポジットが堆積しにくくなる。
【符号の説明】
【００４５】
１０…排気管、１１…エルボ部、２０…ＳＣＲ触媒（触媒）、４０…添加弁、４１…ガイドパイプ、５０，１５０…バイパスパイプ、５１…電気ヒータ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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