(57)【要約】【課題】排気通路から噴射弁までの距離が長くなることを抑制しつつも噴射弁の温度上昇を抑制できるようにした添加剤噴射装置、および排気浄化装置を提供する。【解決手段】添加剤噴射装置５０は、噴射弁５２と噴射弁５２を収容する水冷ホルダ６０と、水冷ホルダ６０を排気通路２０の区画部材２２に取り付ける取付部材７０とを備えている。取付部材７０は、ヒートシールド７６と、ホルダ側壁部６４に対向して配置されている取付側壁部７２と、ホルダ結合部６８に結合されている取付結合部７４とを備えている。取付側壁部７２は、ホルダ側壁部６４に接触することなくホルダ側壁部６４に対向して配置されている。【選択図】図６
2017141683.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路のうち排気浄化触媒の上流側に添加剤を噴射する噴射弁と、
前記噴射弁を収容し、該噴射弁を冷却する冷却水が充填される水冷ホルダと、
前記排気通路を区画する区画部材に前記水冷ホルダを取り付けるための取付部材と、を備え、
前記水冷ホルダは、前記噴射弁の先端部を当該水冷ホルダの外部に露出させるための噴射弁露出孔が形成されたホルダ底壁部と、該ホルダ底壁部から前記噴射弁の軸方向に延びるホルダ側壁部と、該ホルダ側壁部のうち前記ホルダ底壁部から離れた部分に設けられて且つ前記取付部材に結合されているホルダ結合部と、を備え、
前記取付部材は、前記ホルダ側壁部の外周に対向して配置されている取付側壁部と、該取付側壁部に設けられて且つ前記ホルダ結合部に結合されている取付結合部と、前記取付側壁部に設けられて且つ前記ホルダ底壁部に接触することなく前記ホルダ底壁部に対向して配置されているヒートシールドと、を備え、
前記ヒートシールドには、前記噴射弁から噴射された前記添加剤が前記排気通路側に移動することを可能とする連通孔が形成されており、
前記取付側壁部のうちの前記取付結合部よりも前記ヒートシールド側の部分が前記ホルダ側壁部に接触することなく前記ホルダ側壁部に対向して配置されている添加剤噴射装置。
【請求項２】
前記取付側壁部の内径は、前記ヒートシールド側から前記取付結合部側に移行するにつれて増大するか一定値を保ち、
前記取付側壁部の外径は、前記ヒートシールド側から前記取付結合部側に移行するにつれて増大するか一定値を保っている請求項１記載の添加剤噴射装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の添加剤噴射装置と、
前記排気浄化触媒と、
前記区画部材と、を備え、
前記連通孔は、前記排気通路の上流側に向けて開口されている排気浄化装置。
【請求項４】
前記排気通路を区画する前記区画部材には、通路側孔が形成されており、
前記ヒートシールドのうち前記連通孔を区画する縁部は、前記連通孔の径方向において、前記区画部材のうちの前記通路側孔を区画する縁部よりも内側に配置されており、前記ヒートシールドのうち前記ホルダ底壁部に対向する面とは逆側の面の一部が前記通路側孔に対向している請求項３記載の排気浄化装置。
【請求項５】
前記排気浄化触媒は、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒であり、
前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒に流入する排気中のＨＣ濃度を規定範囲内の振幅および規定範囲内の周期で振動させるべく、燃焼室内の混合気の空燃比をリーンとした状態で、前記噴射弁から規定の時間周期で添加剤を噴射させる制御装置を備える請求項３または４記載の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気通路のうち排気浄化触媒の上流側に添加剤を噴射する噴射弁と、前記噴射弁を収容し、該噴射弁を冷却する冷却水が充填される水冷ホルダと、前記排気通路を区画する区画部材に前記水冷ホルダを取り付けるための取付部材と、を備えた添加剤噴射装置、および添加剤噴射装置を備える排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
たとえば特許文献１には、ＮＯｘ触媒（排気浄化触媒）の上流に軽油を噴射する噴射弁を冷却するウォータジャケット（水冷ホルダ）を備えたものが記載されている。ここで、噴射弁および水冷ホルダを備えたインジェクタユニット（添加剤噴射装置）は、連絡管路（排気通路の区画部材）に取り付けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−９６２１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記添加剤噴射装置において、排気通路の排気からの熱を噴射弁が直接受ける場合には、水冷ホルダ内の冷却水による冷却効果だけでは噴射弁を十分に冷却できないおそれがある。そして、噴射弁を十分に冷却できない場合、噴射弁の先端部にデポジットが堆積したり、噴射弁のノズルニードルとボディとのシール性が低下して添加剤が漏れる事態が生じたりするおそれがある。これに対し、噴射弁が排気から直接受ける熱量を低減するために噴射弁を排気通路から大きく離間させる場合には、添加剤噴射装置が大型化するおそれがある。
【０００５】
本発明は、そうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、排気通路から噴射弁までの距離が長くなることを抑制しつつも噴射弁の温度上昇を抑制できるようにした添加剤噴射装置、および排気浄化装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以下、上記課題を解決するための手段およびその作用効果について記載する。
１．添加剤噴射装置は、内燃機関の排気通路のうち排気浄化触媒の上流側に添加剤を噴射する噴射弁と、前記噴射弁を収容し、該噴射弁を冷却する冷却水が充填される水冷ホルダと、前記排気通路を区画する区画部材に前記水冷ホルダを取り付けるための取付部材と、を備え、前記水冷ホルダは、前記噴射弁の先端部を当該水冷ホルダの外部に露出させるための噴射弁露出孔が形成されたホルダ底壁部と、該ホルダ底壁部から前記噴射弁の軸方向に延びるホルダ側壁部と、該ホルダ側壁部のうち前記ホルダ底壁部から離れた部分に設けられて且つ前記取付部材に結合されているホルダ結合部と、を備え、前記取付部材は、前記ホルダ側壁部の外周に対向して配置されている取付側壁部と、該取付側壁部に設けられて且つ前記ホルダ結合部に結合されている取付結合部と、前記取付側壁部に設けられて且つ前記ホルダ底壁部に接触することなく前記ホルダ底壁部に対向して配置されているヒートシールドと、を備え、前記ヒートシールドには、前記噴射弁から噴射された前記添加剤が前記排気通路側に移動することを可能とする連通孔が形成されており、前記取付側壁部のうちの前記取付結合部よりも前記ヒートシールド側の部分が前記ホルダ側壁部に接触することなく前記ホルダ側壁部に対向して配置されている。
【０００７】
上記構成では、ヒートシールドを備えることにより、備えない場合と比較して、噴射弁に到達する排気の流路が制限されるため、噴射弁に到達する高温の排気の流量を低減することが可能となる。このため、ヒートシールドを備えない場合と比較すると、噴射弁が排気に曝されることによる排気からの受熱量を低減することができる。
【０００８】
ただし、ヒートシールドを備える場合、ヒートシールドが排気から多量の熱を受ける。ここで、仮にホルダ側壁部と取付側壁部とが取付結合部よりもヒートシールド側において接触している場合、ヒートシールドが受けた熱は、取付側壁部を介してホルダ側壁部に伝達される。これに対し、上記構成では、ヒートシールドが受けた熱は、取付側壁部および取付結合部を介して水冷ホルダのホルダ結合部に伝達される。ここで、ホルダ結合部は、ホルダ側壁部のうちホルダ底壁部から離れた部分に設けられている。このため、ヒートシールドからホルダ結合部に伝達された熱の多くは、ホルダ底壁部や噴射弁の先端部に伝達される前に、水冷ホルダ内に充填される冷却水に奪われる。したがって、上記構成では、ホルダ側壁部と取付側壁部とが取付結合部よりもヒートシールド側において接触している場合と比較して、噴射弁の先端部に伝達される熱量を低減することができる。しかも、取付結合部よりも噴射弁の先端部を排気通路側に配置することができるため、排気通路から噴射弁までの距離が長くなることを抑制しつつも噴射弁の温度上昇を抑制できる。
【０００９】
２．上記１記載の添加剤噴射装置において、前記取付側壁部の内径は、前記ヒートシールド側から前記取付結合部側に移行するにつれて増大するか一定値を保ち、前記取付側壁部の外径は、前記ヒートシールド側から前記取付結合部側に移行するにつれて増大するか一定値を保っている。
【００１０】
上記構成では、取付側壁部がアンダーカットを備えないため、簡素な構造の金型を用いて取付部材を簡易に製造することができる。
３．排気浄化装置は、上記１または２記載の添加剤噴射装置を備え、請求項１または２記載の添加剤噴射装置と、前記排気浄化触媒と、前記区画部材と、を備え、前記連通孔は、前記排気通路の上流側に向けて開口されている。
【００１１】
上記構成では、連通孔が上流側に向けて開口しているため、噴射弁から噴射された添加剤は、排気通路の上流側に飛散する。そしてこの場合、連通孔が下流側に向けて開口している場合と比較して、排気に対する添加剤の相対速度を大きくすることができることから、排気と添加剤との衝突速度が大きくなり、添加剤を微粒化することが容易となる。ただし、連通孔が排気通路の上流側に向けられている場合、噴射弁が排気から直接熱を受けやすい。このため、ヒートシールドの利用価値が特に大きい。
【００１２】
４．上記３記載の排気浄化装置において、前記排気通路を区画する前記区画部材には、通路側孔が形成されており、前記ヒートシールドのうち前記連通孔を区画する縁部は、前記連通孔の径方向において、前記区画部材のうちの前記通路側孔を区画する縁部よりも内側に配置されており、前記ヒートシールドのうち前記ホルダ底壁部に対向する面とは逆側の面の一部が前記通路側孔に対向している。
【００１３】
仮に、取付部材にヒートシールドを設けることなく、区画部材の上記通路側孔の大きさを調整することによって、区画部材でヒートシールドを構成する場合、通路側孔は、添加剤の流路面積を確保しつつも排気による熱に対するシールド性能を確保する役割を担うこととなる。このため、通路側孔をある程度小さくする要求が生じる。一方、添加剤噴射装置を区画部材に取り付ける際の誤差を考慮すると、通路側孔の大きさには、上記誤差を考慮したマージンを設けることが要求される。そして、これら互いに背反な要求を満たすことは困難である。
【００１４】
これに対し、上記構成では、取付部材にヒートシールドを設け、ヒートシールドに連通孔を設けたため、連通孔によって、添加剤の流路面積を確保しつつも排気による熱に対するシールド性能を確保することができる。そして、通路側孔の大きさは、添加剤噴射装置を区画部材に取り付ける際の誤差を考慮して、連通孔を区画する縁部が通路側孔を区画する縁部よりも上記径方向において内側に配置されるように、大きく設定することができる。
【００１５】
５．上記３または４記載の排気浄化装置において、前記排気浄化触媒は、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒であり、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒に流入する排気中のＨＣ濃度を規定範囲内の振幅および規定範囲内の周期で振動させるべく、燃焼室内の混合気の空燃比をリーンとした状態で、前記噴射弁から規定の時間周期で添加剤を噴射させる制御装置を備える。
【００１６】
上記制御装置による添加剤の添加制御によれば、窒素酸化物が硝酸塩のかたちでＮＯｘ吸蔵還元型触媒に吸収される前に添加剤によって窒素酸化物を還元浄化することが可能となる。そして、この浄化手法によれば、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の温度が高い場合であっても浄化率を高く維持することができる。ただし、これが可能となるためには、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒に到達する排気中の添加剤の濃度等を高精度に制御する必要が生じる。このため、噴射弁から噴射した添加剤が排気と混ざり合う際の不均一度合いを極力抑制することが望まれる。そしてこれには、排気に対する添加剤の相対速度を大きくして、添加剤を微粒化することが有効である。このため、連通孔が排気通路の上流側に向けて開口されている構成の利用価値が特に大きい。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】排気浄化装置にかかる一実施形態の構成を示す図。
【図２】同実施形態におけるＮＯｘ還元処理を例示するタイムチャート。
【図３】同実施形態にかかる添加剤噴射装置の構成を示す断面図。
【図４】同実施形態にかかる取付部材の断面構成を示す断面図。
【図５】図４の５−５断面図。
【図６】同実施形態にかかる添加剤噴射装置を排気通路の区画部材に取り付けた断面図。
【図７】同実施形態の比較例の断面図。
【図８】同実施形態の変形例にかかる断面図。
【図９】同実施形態の変形例にかかる断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、添加剤噴射装置、および排気浄化装置にかかる一実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図１に示すように、内燃機関１０の吸気通路１２からシリンダブロック１４等によって区画された各気筒１６に吸入された空気と、各気筒１６に設けられた燃料噴射弁１８から噴射された燃料との混合気は、燃焼室内で燃焼に供される。ここで燃料は、軽油であり、内燃機関１０は、ディーゼル機関である。各気筒１６において燃焼に供された混合気は、排気として、排気通路２０に排出される。なお、吸気通路１２には、過給機３０のコンプレッサホイール３２が設けられており、排気通路２０には、過給機３０のタービンホイール３４が設けられている。
【００１９】
排気通路２０のうちタービンホイール３４よりも下流には、上流側から順に、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒（ＮＳＲ２４）および微粒子補集フィルタ（ＤＰＦ２６）が設けられている。ＮＳＲ２４は、ＮＳＲ２４に流入する排気中の酸素濃度が高い場合には、排気中のＮＯｘを吸収して貯蔵し（吸蔵し）、同排気中の酸素濃度が低い場合には、吸蔵していたＮＯｘを排気中のＣＯやＨＣと反応させて浄化させる性質を有する。詳しくは、ＮＳＲ２４は、たとえばアルミナ等の触媒担体に貴金属の触媒粒子が担持され、さらに、触媒担体にアルカリ金属やアルカリ土類金属等の塩基性層が担持されたものである。ここで、触媒粒子としては、たとえば白金およびロジウムを用いることができる。
【００２０】
また、内燃機関１０は、タービンホイール３４の下流であって且つＮＳＲ２４の上流側の排気に、添加剤として軽油を添加する添加剤噴射装置５０を備えている。添加剤噴射装置５０には、ラジエータ４２とともに内燃機関１０の冷却回路を構成する冷却通路４０が接続されている。
【００２１】
排気浄化装置の構成要素である制御装置４４は、内燃機関１０の制御量（トルク、排気特性等）を制御するために、燃料噴射弁１８や添加剤噴射装置５０等の各種アクチュエータを操作する。すなわち、燃料噴射弁１８に操作信号ＭＳｑを出力して燃料噴射弁１８を操作し、添加剤噴射装置５０に操作信号ＭＳａを出力して、添加剤噴射装置５０を操作する。制御装置４４は、各気筒１６において燃焼に供される混合気の空燃比がリーンとなるように燃料噴射弁１８を操作する。
【００２２】
図２に、添加剤噴射装置５０を操作することによる添加剤の添加量と、ＮＳＲ２４に流入する直前の排気を対象排気としたときの排気空燃比との時間推移を示す。ここでは、対象排気の排気空燃比を、仮想混合気を用いて定義している。すなわち、仮想混合気を、新気および燃料のみからなって且つ燃焼させた場合に生成される排気の未燃燃料濃度および酸素濃度が対象排気の未燃燃料濃度および酸素濃度と同一となる混合気と定義し、排気空燃比を、仮想混合気の空燃比と定義している。ただし、ここで仮想混合気の燃焼には、未燃燃料濃度および酸素濃度の少なくとも一方がゼロまたはゼロと見なせる値となる燃焼に限らず、未燃燃料濃度および酸素濃度の双方がゼロよりも大きい状態となる燃焼も含まれることとする。
【００２３】
図２に示すように、制御装置４４は、規定の時間周期ΔＴで添加剤を排気に添加する。これにより、ＮＳＲ２４に流入する排気中のＨＣ濃度を規定範囲内の振幅および規定範囲内の周期で振動させる。これは、４００°Ｃ以上の高温領域においても高いＮＯｘ浄化率を維持することを狙ったものである。図２に示す添加剤の添加制御によれば、ＮＳＲ２４に流入する排気中のＨＣ濃度が低い期間の長さを制限し、排気中のＮＯが酸化されて活性を有する二酸化窒素が生成された後、硝酸塩の形でＮＳＲ２４内に吸収される前にＨＣ濃度を高くしてＮＳＲ２４において還元性中間体を生成させることができる。そして、再度、ＨＣ濃度が低くなり、酸素濃度が高くなることにより、還元性中間体を、活性を有した二酸化窒素と反応させることによりＮＯｘを浄化する。こうした制御を行う上で、制御装置４４は、上記規定範囲の振幅を２００〜１００００ｐｐｍとし、規定範囲の周期を、０．３〜５秒としている。なお、この制御およびＮＯｘ浄化のメカニズムについては、たとえば特許第４８９３８７６号に記載されている。
【００２４】
図３に、添加剤噴射装置５０の構成を示す。
図３に示すように、添加剤噴射装置５０は、添加剤を噴射する噴射弁５２と、噴射弁５２を収容して且つ冷却水が充填される水冷ホルダ６０と、水冷ホルダ６０を排気通路２０に取り付ける取付部材７０とを備えている。
【００２５】
水冷ホルダ６０は、噴射弁５２の先端部を水冷ホルダ６０の外部に露出させるための噴射弁露出孔６６ａが形成されたホルダ底壁部６６と、ホルダ底壁部６６から噴射弁５２の軸方向ＤＡＸに延びるホルダ側壁部６４と、ホルダ底壁部６６に対向する蓋部６２と、を備えている。また、水冷ホルダ６０は、ホルダ側壁部６４のうちホルダ底壁部６６から離れた部分に設けられて且つ取付部材７０に結合されているホルダ結合部６８を備えている。ホルダ側壁部６４のうちホルダ結合部６８よりもホルダ底壁部６６側の部分は、略円筒形状を有している。また、ホルダ側壁部６４のうちホルダ結合部６８よりも蓋部６２側の部分には、水冷ホルダ６０内に冷却水を流入させる流入孔６４ｂと、水冷ホルダ６０から冷却水を流出させる流出孔６４ｃとが設けられている。なお、本実施形態では、水冷ホルダ６０をステンレス鋼によって形成している。
【００２６】
取付部材７０は、ホルダ側壁部６４に対向して配置される取付側壁部７２と、取付側壁部７２に設けられて且つホルダ結合部６８に結合されている取付結合部７４と、取付側壁部７２に設けられて且つホルダ底壁部６６に接触することなく対向して配置されているヒートシールド７６と、を備えている。取付側壁部７２の内周面７２ａは、ホルダ側壁部６４の外周面６４ａと接触することなく対向配置されている。なお、取付結合部７４とホルダ結合部６８とは、図１に模式的に示すように、Ｖクランプ８０にて結合されている。
【００２７】
ヒートシールド７６は円盤状の部材の中心部分に連通孔ＣＨが形成されたものである。なお、図３に示すように、連通孔ＣＨは、ヒートシールド７６の縁部７６ａによって区画される空間である。ヒートシールド７６の連通孔ＣＨの大きさは、ヒートシールド７６が噴射弁５２から噴射される添加剤の噴霧に干渉しない大きさ、すなわち噴射弁５２から噴射される添加剤の略全てが連通孔ＣＨを通過し、ヒートシールド７６の壁面に付着する添加剤の量が無視しうる量となる大きさに設定されている。
【００２８】
取付部材７０は、ステンレス鋼によって形成されている。特に、本実施形態では、取付部材７０全体が、焼結によって一体成形されている。
図４は、図３に記載した取付部材７０の断面であり、図５は、取付部材７０の中心軸Ｏに垂直な断面であり、詳しくは、図４の５−５断面である。図５に示すように、取付側壁部７２の内周面７２ａは、中心軸Ｏからの距離が一定の円形形状であり、外周面７２ｂも、中心軸Ｏからの距離が一定の円形形状である。図５には、図５に記載の断面における内周面７２ａの直径（内径Ｄｉｎ）および外周面７２ｂの直径（外径Ｄｏｕｔ）を記載している。なお、内周面７２ａおよび外周面７２ｂの断面が共通の中心軸Ｏを有した円形形状となるのは、図４に示した５−５断面のみに限らず、取付結合部７４とヒートシールド７６との間の部分において共通する構造である。図４に示すように、本実施形態では、取付側壁部７２の内周面７２ａおよび外周面７２ｂが、中心軸Ｏに平行な方向に対してわずかな角度δだけ傾いており、これにより、内径Ｄｉｎおよび外径Ｄｏｕｔは、いずれもヒートシールド７６から離れるほど増大している。なお、ヒートシールド７６がホルダ底壁部６６に対向する面は、中心軸Ｏに直交している。したがって、取付側壁部７２の内周面７２ａおよび外周面７２ｂは、ヒートシールド７６に垂直な方向に対して上記角度δだけ傾いていることになる。
【００２９】
図６に、添加剤噴射装置５０が排気通路２０を区画する区画部材２２に取り付けられた状態の拡大図を示す。
図６に示すように、排気通路２０のうち屈曲する部分を区画する区画部材２２には、通路側孔ＰＨが形成されている。通路側孔ＰＨの径ＤＭは、連通孔ＣＨの径ｄｍよりも大きい。そして、取付部材７０は、連通孔ＣＨを区画するヒートシールド７６の縁部７６ａが、区画部材２２のうち通路側孔ＰＨを区画する縁部２２ａよりも、連通孔ＣＨの径方向Ｄｒ内側に位置するように配置されており、ヒートシールド７６のうちホルダ底壁部６６に対向する面とは逆側の面７６ｂの一部が、通路側孔ＰＨに対向している。換言すれば、取付部材７０は、連通孔ＣＨの流路断面積が区画部材２２によって低減されることがないようにして、区画部材２２に取り付けられている。なお、取付部材７０は、たとえばヒートシールド７６側の外周部分等が溶接されることによって、区画部材２２に結合されている。
【００３０】
図６に示すように、本実施形態では、連通孔ＣＨが、排気通路２０の上流側に向けて開口されている。これは、排気に対する噴射弁５２から噴射される添加剤の相対速度を大きくするための設定である。すなわち、連通孔ＣＨを排気通路２０の上流側に向けて開口させる場合、噴射弁５２から噴射される添加剤の飛散方向Ｄａと排気通路２０内において添加剤が噴射される部分における排気の流動方向Ｄｅとがなす角度θは鈍角となるため、鋭角となる場合と比較して、相対速度が大きくなる。なお、飛散方向Ｄａは、排気通路２０内の流体の流速がゼロであるときに噴射弁５２から添加剤を噴射したと仮定した場合に１つの噴射孔から１回当たりに噴射される添加剤の噴霧の重心の変位方向とする。また、上記排気の流動方向Ｄｅとは、排気通路２０内において添加剤が噴射される部分に単位時間当たりに流入する排気の重心の変位方向とする。
【００３１】
ここで、本実施形態の作用を説明する。
添加剤噴射装置５０の上流から流動してきた排気が噴射弁５２に直接接触して与える熱量は、ヒートシールド７６を備えることにより備えない場合と比較して低減される。すなわち、ヒートシールド７６を備える場合、ヒートシールド７６および取付側壁部７２によって区画される空間に排気が侵入する際には、連通孔ＣＨを通過する必要があるため、噴射弁５２に到達する排気の流路が制限されることから、噴射弁５２に到達する排気の流量が低減され、ひいては噴射弁５２の受熱量が低減される。
【００３２】
ただし、ヒートシールド７６を設ける場合、排気の熱がヒートシールド７６に伝達される。そして、ヒートシールド７６が受けた熱は、取付側壁部７２および取付結合部７４を介して水冷ホルダ６０に伝達される。詳しくは、ホルダ結合部６８、ホルダ側壁部６４を介してホルダ底壁部６６に伝達される。この場合、図７に示すように、ホルダ側壁部６４と取付側壁部７２とが接触している場合と比較して、噴射弁５２の先端部に伝達される熱量を低減することができる。なお、図７は、本実施形態の比較例を示すものであり、図７において、図３に示した部材に対応する部材については、便宜上、同一の符号を付している。
【００３３】
噴射弁５２の先端部に伝達される熱量を低減することができることから、噴射弁５２の先端部にデポジットが堆積したり、噴射弁５２のノズルニードルとボディとのシール性が低下して添加剤が漏れる事態が生じたりすることを抑制することができる。しかも、取付結合部７４よりも噴射弁５２の先端部を排気通路２０側に配置することができるため、排気通路２０から噴射弁５２までの距離が長くなることを抑制しつつも噴射弁５２の温度上昇を抑制できる。
【００３４】
以上説明した本実施形態によれば、さらに以下に記載する作用効果が得られる。
（１）取付側壁部７２の内径Ｄｉｎを、ヒートシールド７６側から取付結合部７４側に移行するにつれて増大させ、取付側壁部７２の外径Ｄｏｕｔを、ヒートシールド７６側から取付結合部７４側に移行するにつれて増大させた。これにより、取付側壁部７２がアンダーカットを備えないため、簡素な構造の金型を用いて簡易に取付部材７０を製造することができる。
【００３５】
（２）仮に、取付部材７０にヒートシールド７６を設けることなく、区画部材２２の通路側孔ＰＨの大きさを調整することによって、区画部材２２でヒートシールド７６を構成する場合、通路側孔ＰＨは、添加剤の流路面積を確保しつつも排気による熱に対するシールド性能を確保する役割を担うこととなる。このため、通路側孔ＰＨを、ある程度小さくする要求が生じる。一方、ヒートシールド７６を備えない添加剤噴射装置を区画部材２２に取り付ける際の誤差を考慮すると、通路側孔ＰＨの大きさには、上記誤差を考慮したマージンを設けることが要求される。そして、これら互いに背反な要求を満たすことは困難である。
【００３６】
これに対し、本実施形態では、排気通路２０を区画する区画部材２２に通路側孔ＰＨを形成し、ヒートシールド７６のうち連通孔ＣＨを区画する縁部７６ａを、区画部材２２のうち通路側孔ＰＨを区画する縁部２２ａよりも径方向Ｄｒ内側に配置し、ヒートシールド７６の面７６ｂの一部を通路側孔ＰＨに対向させた。これにより、連通孔ＣＨによって、添加剤の流路面積を確保しつつも排気による熱に対するシールド性能を確保することができる。そして、通路側孔ＰＨの大きさは、添加剤噴射装置５０を区画部材２２に取り付ける際の誤差を考慮して、連通孔ＣＨを区画する縁部７６ａが区画部材２２の上記縁部２２ａよりも径方向Ｄｒ内側に配置されるように、大きく設定することができる。
【００３７】
（３）連通孔ＣＨを、排気通路２０の上流側に向けて開口されるように配置した。この場合、排気に対する噴射弁５２から噴射された添加剤の相対速度を大きくすることができることから、排気と添加剤との衝突速度が大きくなり、排気通路２０の下流側に向けて開口される場合と比較して、添加剤を微粒化することが容易となる。ただし、連通孔ＣＨが排気通路２０の上流側に向けられている場合、噴射弁５２が排気から直接熱を受けやすい。このため、ヒートシールド７６の利用価値が特に大きい。
【００３８】
（４）燃焼室内の混合気の空燃比をリーンとした状態で、図２に示すように、噴射弁５２から規定の時間周期ΔＴで添加剤を噴射させた。この制御によって、窒素酸化物が硝酸塩のかたちでＮＯｘ吸蔵還元型触媒に吸収される前に添加剤によって窒素酸化物を還元浄化するためには、ＨＣ濃度を高精度に制御する必要がある。これは、添加剤噴射装置５０によって添加された添加剤が排気と均質に混ざり合う必要があることを意味する。そして、均質に混ざり合わせるためには、排気に対する噴射弁５２から噴射された添加剤の相対速度を大きくして、添加剤を微粒化することが有効である。そのため、連通孔ＣＨを排気通路２０の上流側に向けて開口されるように配置する構成の利用価値が特に大きい。
【００３９】
ところで、噴射弁５２が排気から直接受ける熱量を低減する上では、ヒートシールド７６を設ける以外にも、噴射弁５２の先端部を排気通路２０から大きく離間させる手法もあり得る。ただし、この場合、添加剤噴射装置５０が大型化する。また、その場合、添加剤噴射装置５０のうち噴射弁５２よりも排気側の部分に付着してデポジットとなる添加剤が顕著となるおそれがある。これは、排気中への添加剤の添加量の制御性の低下を招く。さらに、噴射弁５２から噴射された添加剤が通路側孔ＰＨを通過するまでに周囲の気体から受ける抵抗の総量が大きくなるため、添加剤の飛散速度が低下し、ひいては排気に対する添加剤の相対速度の低下を招く。
【００４０】
＜その他の実施形態＞
なお、上記実施形態の各事項の少なくとも１つを、以下のように変更してもよい。
・「取付側壁部について」
上記実施形態では、ヒートシールド７６側から取付結合部７４側に行くにつれて、取付側壁部７２の内径Ｄｉｎが増大するようにしたが、これに限らない。たとえば、取付側壁部７２の内径Ｄｉｎを一定値としてもよい。この場合であっても、取付側壁部７２の内周面７２ａ側を区画する金型を抜くことは可能である。
【００４１】
上記実施形態では、ヒートシールド７６側から取付結合部７４側に行くにつれて、取付側壁部７２の外径Ｄｏｕｔが増大するようにしたが、これに限らない。たとえば、取付側壁部７２の外径Ｄｏｕｔを一定値としてもよい。この場合であっても、取付側壁部７２の外周面７２ｂ側を区画する金型を抜くことは可能である。
【００４２】
ヒートシールド７６側から取付結合部７４側に行くにつれて、取付側壁部７２の外径Ｄｏｕｔが増大するか一定値を保つかすることは必須ではない。図８に、外径Ｄｏｕｔが単調に増大せず一定値を保ちもしない例を示す。なお、図８において、図３等に示した部材に対応する部材については、便宜上、同一の符号を付している。
【００４３】
図８に示す例では、取付側壁部７２に突起部７２ｃを備えて、外径Ｄｏｕｔが拡大する段差部７２ｄを形成し、段差部７２ｄと区画部材２２とを接触させることによって、取付部材７０の排気通路２０側への変位を規制している。この場合、たとえば、図８に示す軸方向ＤＡＸに平行且つ取付部材７０の中心軸を通る平面において、外周面７２ｂを区画する金型を２分割したものを用いて取付部材７０を形成すればよい。もっとも、金型を用いて形成すること自体必須ではない。なお、図８に示す例では、取付側壁部７２は、区画部材２２と軸方向ＤＡＸにおいて接触する一方、ヒートシールド７６は、区画部材２２と軸方向ＤＡＸにおいて接触していない。
【００４４】
取付側壁部７２の外径Ｄｏｕｔと同様、取付側壁部７２の内径Ｄｉｎが、ヒートシールド７６側から取付結合部７４側に行くにつれて増大するか一定値を保つかすることは必須ではない。
【００４５】
・「取付部材について」
ヒートシールド７６と取付側壁部７２や取付結合部７４とが一体成型されたものであることは、必須ではない。図９に、それらが一体成型されていない例を示す。なお、図９において、図３等に示した部材に対応する部材については、便宜上、同一の符号を付している。
【００４６】
図９に示すように、ヒートシールド７６は、第１接合部７５と一体成型されており、第１接合部７５が第２接合部７７に溶接によって結合されて、第１接合部７５および第２接合部７７によって取付側壁部７２が構成されている。なお、軸方向ＤＡＸにおける第１接合部７５の長さを短くして、第１接合部７５がホルダ側壁部６４に対向しないようにしてもよい。
【００４７】
・「水冷ホルダと取付部材との結合手法について」
上記実施形態では、ホルダ結合部６８と取付結合部７４とを、Ｖクランプ８０によって結合したが、これに限らない。たとえば、ホルダ結合部６８と取付結合部７４とにボルトやナットの座面を形成するとともに、ボルトの挿入孔を形成して、ボルトによって締結してもよい。
【００４８】
・「ＮＳＲを用いたＮＯｘの還元処理について」
図２に例示したものに限らない。たとえば、ＮＳＲ２４内に硝酸塩のかたちで吸蔵されているＮＯｘ吸蔵量が規定量に達することにより、添加剤噴射装置５０によって排気中に添加剤を噴射してＮＳＲ２４を昇温し、さらにＮＳＲ２４に未燃燃料を供給することによって、ＮＳＲ２４に吸蔵されているＮＯｘを還元する処理であってもよい。
【００４９】
・「排気浄化触媒について」
ＮＯｘ吸蔵還元型触媒に限らない。たとえば、アンモニアを用いてＮＯｘを還元浄化する選択還元型触媒であってもよい。また、ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）と選択還元型触媒が一体化されたものであってもよい。こうした場合、噴射弁５２から噴射される添加剤を、たとえば尿素水とすればよい。また、たとえば、ＤＰＦに担持された酸化触媒であってもよい。こうした場合であっても、添加剤の微粒化を促進する上では、連通孔ＣＨを、排気通路２０の上流側に向けて開口させて排気に対する添加剤の相対速度を大きくすることが有効である。そしてその場合、噴射弁５２に伝達される熱量を低減する上では、上記添加剤噴射装置５０と同様の構造を有することが有効である。
【００５０】
・「連通孔ＣＨの配置について」
上記実施形態における連通孔ＣＨの開口方向を変更して、排気の流動方向Ｄｅに平行としてもよい。この場合であっても、連通孔ＣＨの絞りの効果によって、噴射弁５２の先端部に排気が加える熱量を低減することはできる。
【００５１】
また、連通孔ＣＨを、排気通路２０の下流側に向けて開口させてもよい。この場合であっても、噴射弁５２を排気通路２０に極力近づけつつも高温の排気が噴射弁５２に吹き付けられるのを抑制する上ではヒートシールド７６を備えることが有効であるが、ヒートシールド７６を備える場合、ヒートシールド７６から水冷ホルダ６０を介して噴射弁５２に伝達される熱量が増加する。このため、取付側壁部７２の内周面７２ａとホルダ側壁部６４の外周面６４ａとを接触させることなく対向させることが有効である。
【００５２】
・「内燃機関について」
軽油を燃料とする圧縮着火式の内燃機関に限らない。たとえば、筒内噴射式燃料噴射弁を備えた火花点火式内燃機関であってもよい。この場合において、たとえば、リーン燃焼時に排出されるＮＯｘを吸蔵するためにＮＳＲを備える場合、上記実施形態と同様の構成を有した添加剤噴射装置５０によって排気通路２０に燃料を噴射してＮＳＲに吸蔵されたＮＯｘを還元することができる。
【符号の説明】
【００５３】
１０…内燃機関、１２…吸気通路、１４…シリンダブロック、１６…気筒、１８…燃料噴射弁、２０…排気通路、２２…区画部材、２２ａ…縁部、２４…ＮＳＲ、３０…過給機、３４…タービンホイール、４０…冷却通路、４２…ラジエータ、４４…制御装置、５０…添加剤噴射装置、５２…噴射弁、６０…水冷ホルダ、６２…蓋部、６４…ホルダ側壁部、６４ａ…外周面、６４ｂ…流入孔、６４ｃ…流出孔、６６…ホルダ底壁部、６６ａ…噴射弁露出孔、６８…ホルダ結合部、７０…取付部材、７２…取付側壁部、７２ａ…内周面、７２ｂ…外周面、７２ｃ…突起部、７２ｄ…段差部、７４…取付結合部、７５…接合部、７６…ヒートシールド、７６ａ…縁部、７６ｂ…面、７７…接合部、７８…取付結合部、８０…Ｖクランプ。
【図１】
2017141683.tif 000003
【図２】
2017141683.tif 000004
【図３】
2017141683.tif 000005
【図４】
2017141683.tif 000006
【図５】
2017141683.tif 000007
【図６】
2017141683.tif 000008
【図７】
2017141683.tif 000009
【図８】
2017141683.tif 000010
【図９】
2017141683.tif 000011