(57)【要約】【課題】燃料添加弁による燃料添加時期の自由度を拡大できる内燃機関の排気浄化装置を提供すること。【解決手段】この内燃機関１０の排気浄化装置２０は、排気マニホールド１７が一体化されているシリンダヘッド１１と、このシリンダヘッド１１を冷却するための冷却構造１９とを備える内燃機関１０に適用される。また、排気浄化装置２０は、内燃機関１０の排気通路１６上に配置されて排気を浄化する触媒装置２１と、触媒装置２１の上流側に配置されて排気に燃料を添加する燃料添加弁２２とを備える。また、燃料添加弁２２が排気マニホールド１７の幹部１７２であって冷却構造１９により冷却可能な位置に配置される。【選択図】        図１
2009024525.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気マニホールドが一体化されているシリンダヘッドと、前記シリンダヘッドを冷却するための冷却構造とを備える内燃機関に適用されると共に、前記内燃機関の排気通路上に配置されて排気を浄化する触媒装置と、触媒装置の上流側に配置されて排気に燃料を添加する燃料添加弁とを備える内燃機関の排気浄化装置であって、
前記排気マニホールドの部分のうち複数の燃焼室からの排気が一ヶ所に集合する部分を前記排気マニホールドの集合部と呼ぶと共に、当該集合部の下流側かつ前記シリンダヘッド内にある部分を排気マニホールドの幹部と呼ぶときに、
前記燃料添加弁が排気マニホールドの幹部であって前記冷却構造により冷却可能な位置に配置されることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記燃料添加弁が前記排気マニホールドの集合部に向けて燃料を噴射する請求項１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】
この発明は、内燃機関の排気浄化装置に関し、さらに詳しくは、燃料添加弁による燃料添加時期の自由度を拡大できる内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の内燃機関の排気浄化装置では、触媒装置における排気の浄化作用を促進させるために、排気に燃料を添加する構成が採用されている。
【０００３】
かかる構成を採用する従来の内燃機関の排気浄化装置として、特許文献１に記載される技術が知られている。従来の内燃機関の排気浄化装置は、冷却水循環経路を循環する過程でラジエータを通過した冷却水を、シリンダブロック内のウォータジャケット及びシリンダヘッド内のウォータジャケットの順に流通させる内燃機関に適用され、前記内燃機関の燃焼室に接続された排気通路に排気浄化触媒を設けるとともに、前記排気通路の前記排気浄化触媒よりも上流に、前記排気浄化触媒の排気浄化作用を促進させるための燃料を添加する排気燃料添加弁を設けた内燃機関の排気浄化装置において、前記排気燃料添加弁を前記シリンダヘッドに対し、噴孔を前記排気通路の前記燃焼室との接続部分近傍に臨ませた状態で取付けるとともに、ラジエータを通過し、かつ前記シリンダブロック内のウォータジャケットに流入する前の冷却水を、前記シリンダヘッド内のウォータジャケットの前記排気燃料添加弁よりも上流に導くバイパス通路を設けることを特徴とする。
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１３２５１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の内燃機関の排気浄化装置では、燃料添加弁（排気燃料添加弁）がその噴孔を排気通路の燃焼室との接続部分近傍（排気ポート）に臨ませた状態で取付けられるので、その燃料点火時期が燃焼室の排気タイミングによって制約されるという課題がある。
【０００６】
そこで、この発明は、上記に鑑みてされたものであって、燃料添加弁による燃料添加時期の自由度を拡大できる内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、この発明にかかる内燃機関の排気浄化装置は、排気マニホールドが一体化されているシリンダヘッドと、前記シリンダヘッドを冷却するための冷却構造とを備える内燃機関に適用されると共に、前記内燃機関の排気通路上に配置されて排気を浄化する触媒装置と、触媒装置の上流側に配置されて排気に燃料を添加する燃料添加弁とを備える内燃機関の排気浄化装置であって、前記排気マニホールドの部分のうち複数の燃焼室からの排気が一ヶ所に集合する部分を前記排気マニホールドの集合部と呼ぶと共に、当該集合部の下流側かつ前記シリンダヘッド内にある部分を排気マニホールドの幹部と呼ぶときに、前記燃料添加弁が排気マニホールドの幹部であって前記冷却構造により冷却可能な位置に配置されることを特徴とする。
【０００８】
この内燃機関の排気浄化装置では、排気浄化装置の燃料添加弁が排気マニホールドの幹部に配置されるので、燃料添加弁がいずれか一つの燃焼室の排気ポートに配置される構成と比較して、燃料添加弁による燃料添加時期の自由度（幅）が拡大される利点がある。
【０００９】
また、この発明にかかる内燃機関の排気浄化装置は、前記燃料添加弁が前記排気マニホールドの集合部に向けて燃料を噴射する。
【００１０】
排気マニホールドの集合部では、排気干渉などにより排気の流れが複雑化している。したがって、燃料添加弁が排気マニホールドの集合部に向けて燃料を噴射することにより、添加燃料の微粒化が促進される。これにより、排気への燃料添加が効率的に行われる利点がある。
【発明の効果】
【００１１】
この発明にかかる内燃機関の排気浄化装置では、排気浄化装置の燃料添加弁が排気マニホールドの幹部に配置されるので、燃料添加弁がいずれか一つの燃焼室の排気ポートに配置される構成と比較して、燃料添加弁による燃料添加時期の自由度（幅）が拡大される利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、この実施例の構成要素には、発明の同一性を維持しつつ置換可能かつ置換自明なものが含まれる。また、この実施例に記載された複数の変形例は、当業者自明の範囲内にて任意に組み合わせが可能である。
【実施例】
【００１３】
図１は、内燃機関１０および排気浄化装置２０を示す構成図である。図２は、図１に記載した排気浄化装置の変形例を示す説明図である。
【００１４】
［内燃機関］
内燃機関１０は、例えば、直列四気筒のディーゼルエンジンであり、車両に搭載されて動力を発生する（図１参照）。この内燃機関１０は、シリンダヘッド１１とシリンダブロック（図示省略）とが結合されて構成される。シリンダヘッド１１は、複数の燃焼室１２と、各燃焼室１２に接続される吸気ポート１３および排気ポート１４とを有する。また、シリンダヘッド１１には、燃焼室１２に燃料を噴射するインジェクタ（図示省略）と、燃焼室１２内の燃料に点火する点火プラグ（図示省略）とが各燃焼室１２に対してそれぞれ設けられる。一方、シリンダブロックは、シリンダヘッド１１側の各燃焼室１２に対応して設けられたシリンダボア（図示省略）を有する。これらのシリンダボアには、ピストン（図示省略）が往復可能に収容される。各吸気ポート１３は、吸気マニホールドにより一ヶ所に集められて吸気通路（吸気管）１５に接続される。内燃機関１０には、この吸気通路１５を介して各吸気ポート１３に吸気が供給される。なお、吸気通路１５の入口部には、吸入空気中のゴミや塵などを除去するためのエアフィルタ１５１が設けられる。各排気ポート１４は、排気マニホールド１７により一ヶ所に集められて排気通路（排気管）１６に接続される。この排気通路１６を介して内燃機関１０の排気が外部に排出される。
【００１５】
この内燃機関１０では、まず、吸気が吸気通路１５および吸気ポート１３を介して燃焼室１２（シリンダボア）内に導入されて圧縮され、また、インジェクタから燃焼室１２内に燃料が噴射されて混合気が形成される。次に、この混合気が点火プラグにより点火されて燃焼室内で燃焼し、その燃焼エネルギーによりピストンが駆動されてシリンダボア内を往復運動する。そして、このピストンの往復運動がクランクシャフトの回転運動に変換されて動力が発生する。また、燃焼室１２内の燃焼ガスが排気ポート１４、排気マニホールド１７および排気通路１６を介して外部に排出される。
【００１６】
また、この内燃機関１０は、過給機１８を有する（図１参照）。この過給機１８は、過給により内燃機関１０の高出力化（あるいは低燃費化）を実現する。過給機１８は、排気通路１６上に配置されるタービン１８１と、吸気通路１５上に配置される圧縮機１８２と、タービン１８１および圧縮機１８２を連結する回転軸１８３とを有する。この過給機１８では、排気通路１６を通る排気ガスによりタービン１８１が駆動され、その動力が回転軸１８３を介して圧縮機１８２に伝達されて圧縮機１８２が駆動される。そして、吸気通路１５内の空気が圧縮機１８２により圧縮されて供給（過給）されることにより、内燃機関１０の出力が高められる。
【００１７】
また、この内燃機関１０は、シリンダヘッド１１およびシリンダブロックを冷却するための冷却構造１９を有する（図１参照）。この冷却構造１９は、シリンダヘッド１１およびシリンダブロック内に設けられた冷媒通路１９１と、この冷媒通路１９１に冷媒を供給するための冷媒供給系１９２〜１９４とによって構成される。冷媒通路１９１は、例えば、燃焼室１２、シリンダボアおよび排気ポート１４に沿って設けられたウォータジャケットによって構成される。冷媒供給系１９２〜１９４は、例えば、ラジエータ１９２の冷却水を冷媒通路１９１に循環させるためのポンプ１９３および配管１９４によって構成される。この冷却構造１９では、冷媒が冷媒通路１９１を循環することにより、シリンダヘッド１１およびシリンダブロックが冷却されて、これらの熱破損が抑制される。
【００１８】
また、この内燃機関１０では、シリンダヘッド１１と排気マニホールド１７とが一体構造を有する（一体型排気マニホールド）（図１参照）。すなわち、シリンダヘッド１１に排気マニホールド１７が一体形成され、この排気マニホールド１７により、複数の排気ポート１４がシリンダヘッド１１内にて一ヶ所（排気マニホールド１７の集合部１７１）に集められている。そして、この排気マニホールド１７の集合部１７１の下流にある部分（排気マニホールド１７の幹部１７２）と、過給機１８のタービン１８１とが排気通路１６を介して連結される。かかる構成では、複数の燃焼室１２からの排気が排気マニホールド１７の集合部１７１に集められ、且つ、この集合部１７１がシリンダヘッド１１内に配置される。したがって、排気マニホールドの集合部がシリンダヘッドの外部にある構成（図示省略）と比較して、シリンダヘッド１１（燃焼室１２）からタービン１８１までの排気通路１６の長さが短縮される。また、シリンダヘッド１１とタービン１８１とを排気通路１６を介して直線的に連結する構成が可能となる。これにより、排気の圧力損失が低減されて、過給機１８の稼働効率が向上する。なお、排気マニホールド１７の集合部１７１および幹部１７２は、シリンダヘッド１１内であって冷却構造１９により冷却可能な位置に配置される。
【００１９】
［排気浄化装置］
排気浄化装置２０は、触媒装置２１と、燃料添加弁２２とを有する（図１参照）。触媒装置２１は、排気中の有害ガス（ＣＯ、ＣＨ、ＮＯｘ）を無害なガス（ＣＯ２、Ｈ２Ｏ、Ｎ２）に浄化するための触媒を有する。かかる触媒には、例えば、三元触媒（セラミックス担体の表面にアルミナがコーティングされ、このアルミナの表面に白金−ロジウム系の貴金属触媒物質が担持されて成る触媒）が採用される。燃料添加弁２２は、排気に燃料を添加（噴射）するための弁であり、排気の流路上（燃焼室１２の下流側）であって触媒装置２１の上流側に配置される。なお、燃料添加弁２２は、例えば、ソレノイドおよび樹脂部品によって構成される。
【００２０】
この排気浄化装置２０では、燃焼室１２からの排気が触媒装置２１の触媒により浄化されて排出される。また、燃料添加弁２２が燃焼室１２からの排気に燃料を添加することにより、この燃料が還元剤となって排気中の酸素濃度が低下する。また、添加された燃料により未燃燃料成分である炭化水素（ＨＣ）が触媒装置２１に供給される。これにより、排気浄化作用が促進される。なお、このような排気浄化装置２０は、例えば、ディーゼル車のＰＭ／ＮＯｘ同時低減触媒システム（ＤＰＮＲ：Diesel Particulate and NOx Reduction System）に採用される。
【００２１】
［燃料添加弁の配置］
この内燃機関１０では、上記のように、シリンダヘッド１１と排気マニホールド１７とが一体構造を有する（図１参照）。また、排気マニホールド１７が各燃焼室１２からの排気を一ヶ所に集める集合部１７１と、この集合部１７１の下流側にある幹部１７２とを有する。ここで、排気浄化装置２０の燃料添加弁２２は、排気マニホールド１７の幹部１７２に配置される。また、この幹部１７２がシリンダヘッド１１内であって冷却構造１９により冷却可能な位置に配置される。なお、燃料添加弁２２は、排気マニホールド１７の幹部１７２であれば、その周上のいずれの位置に配置されても良い。
【００２２】
［効果］
この内燃機関１０の排気浄化装置２０では、（１）排気浄化装置２０の燃料添加弁２２が排気マニホールド１７の幹部１７２に配置されるので（図１参照）、燃料添加弁がいずれか一つの燃焼室の排気ポートに配置される構成と比較して、燃料添加弁２２による燃料添加時期の自由度（幅）が拡大される利点がある。例えば、燃料添加弁がいずれか一つの燃焼室の排気ポートに配置される構成では、この燃焼室からの排気に燃料を添加する必要があるため、燃料添加時期が燃焼室での排気タイミングによって制約を受ける。これに対して、上記の構成では、いずれか一つの燃焼室１２にて排気行程が行われていれば、燃料添加弁２２による燃料添加が可能となる。
【００２３】
また、（２）排気マニホールド１７の幹部１７２では、各排気ポート１４よりも排気温度が高い。したがって、燃料添加弁２２が排気マニホールド１７の幹部１７２に配置されることにより、高温の排気に対して燃料を添加できる。すると、添加された燃料の気化（蒸発）が促進されて、排気通路上に配置された各種センサ（例えば、サーモセンサ）への添加燃料の付着が低減される。これにより、各種センサの機能が適正に確保される利点がある。例えば、各種センサに液体燃料が付着すると、これをバインダーとしてカーボン等が各種センサに付着する。すると、各種センサに不具合が発生するおそれがある。
【００２４】
また、（３）冷間始動時には、排気が低温なため、添加された燃料が気化し難い。この点において、この排気浄化装置２０では、排気マニホールド１７の幹部１７２がシリンダヘッド１１内に配置されるので、比較的高温の排気に対して燃料を添加できる。これにより、冷間始動時においても早期に排気浄化装置２０を稼働させ得る利点がある。
【００２５】
また、（４）既存の燃料添加弁は、ソレノイドおよび樹脂部品から成るため十分な冷却が必要である。この点において、この排気浄化装置２０では、燃料添加弁２２がシリンダヘッド１１の冷却構造１９により冷却可能な位置に配置されるので、燃料添加弁を冷却するための冷却構造を新たに設置する必要がない。これにより、製品の低コスト化あるいは簡素化が可能となる利点がある。
【００２６】
また、（５）燃料添加弁２２が排気マニホールド１７の幹部１７２に配置されるので、燃料添加弁が排気マニホールドの集合部に配置される構成と比較して、燃料添加弁２２の熱破損が防止される利点がある。例えば、エンジン稼働時には、排気マニホールドの集合部が非常に高温となるため、この位置に燃料添加弁が配置されると燃料添加弁が熱破損するおそれがある。
【００２７】
［変形例］
なお、この内燃機関１０の排気浄化装置２０では、燃料添加弁２２が排気マニホールド１７の集合部１７１に向けて燃料を噴射することが好ましい（図２参照）。すなわち、燃料添加弁２２が排気マニホールド１７の幹部１７２（集合部１７１の下流側かつ近傍）に配置され、かつ、その燃料の噴射方向が排気マニホールド１７の集合部１７１に向けられることが好ましい。
【００２８】
排気マニホールド１７の集合部１７１では、排気干渉などにより排気の流れが複雑化している。したがって、燃料添加弁２２が排気マニホールド１７の集合部１７１に向けて燃料を噴射することにより、添加燃料の微粒化が促進される。これにより、排気への燃料添加が効率的に行われる利点がある。
【００２９】
また、この内燃機関１０の排気浄化装置２０では、上記のように、燃料添加弁２２が排気マニホールド１７の幹部１７２に配置される（図１参照）。しかし、これに限らず、燃料添加弁２２が排気マニホールド１７の集合部１７１に配置されても良い（図示省略）。これにより、排気への燃料添加がさらに効率的に行われる利点がある。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
以上のように、この発明にかかる内燃機関の排気浄化装置は、燃料添加弁による燃料添加時期の自由度を拡大できる点で有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】内燃機関および排気浄化装置を示す構成図である。
【図２】図１に記載した排気浄化装置の変形例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００３２】
１０   内燃機関
１１   シリンダヘッド
１２   燃焼室
１３   吸気ポート
１４   排気ポート
１５   吸気通路
１５１ エアフィルタ
１６   排気通路
１７   排気マニホールド
１７１ 集合部
１７２ 幹部
１８   過給機
１８１ タービン
１８２ 圧縮機
１８３ 回転軸
１９   冷却構造
１９１ 冷媒通路
１９２ ラジエータ
１９３ ポンプ
１９４ 配管
２０   排気浄化装置
２１   触媒装置
２２   燃料添加弁
【図１】
2009024525.tif 000003
【図２】
2009024525.tif 000004