JP2009024642A - 内燃機関の排気浄化システム - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の排気通路に、排気管同士を揺動可能に連結するボールジョイントなどの自由連結部材が設けられている場合に、排気浄化装置に供給する目的で還元剤添加弁から排気に添加された還元剤が、自由連結部材から外部に漏れ出すことをより確実に抑制できる技術を提供する。
【解決手段】内燃機関１の排気管５に、ＮＳＲ１０とＤＰＮＲ１１が直列に設けられており、それらの間にボールジョイント３が配置されている。この場合に、ＤＰＮＲ１１のＮＯx還元処理、ＳＯx被毒回復処理またはＰＭ再生処理の際に排気に還元剤を添加する燃料添加弁１４を、排気管５におけるボールジョイント３の下流側に配置した。
【選択図】図３

Description

本発明は内燃機関の排気浄化システムに関する。

内燃機関の排気にはＮＯxなどの有害物質が含まれている。これらの有害物質の排出を
低減するために、内燃機関の排気系に、排気中のＮＯxを浄化するＮＯx触媒を設けることが知られている。この技術において例えば吸蔵還元型ＮＯx触媒を設けた場合には、吸蔵
されたＮＯxの量が増加すると浄化能力が低下するため、リッチスパイク制御を行うこと
により吸蔵還元型ＮＯx触媒に還元剤を供給し、同触媒に吸蔵されたＮＯxを還元放出することが行われる（以下、「ＮＯx還元処理」という。）。

また、ＮＯx触媒に排気中のＳＯxが吸蔵されて浄化能力が低下するＳＯx被毒を解消す
るために、ＮＯx触媒の床温を上昇させるとともに還元剤を供給する場合もある（以下、
「ＳＯx被毒回復処理」という。）。このＳＯx被毒回復処理において還元剤は、ＮＯx触
媒の床温を上昇させるためにも用いられる。

また、ＮＯx触媒として選択還元型ＮＯx触媒が設けられた場合には、上流から還元剤としての尿素水を供給することも知られている。

さらに、内燃機関の排気にはカーボンを主成分とする微粒子物質（ＰＭ：Particulate Matter）が含まれている。これらの微粒子物質の大気への放散を防止するために内燃機関の排気系に微粒子物質を捕集するパティキュレートフィルタ（以下、「フィルタ」という。）を設ける技術が知られている。

かかるフィルタにおいては、捕集された微粒子物質の堆積量が増加すると、フィルタの目詰まりによって排気における背圧が上昇し機関性能が低下するので、フィルタの温度を上昇させて捕集された微粒子物質を酸化除去することとしている（以下、「ＰＭ再生処理」という。）。この場合にも、フィルタの温度を上昇させるために、フィルタに還元剤としての燃料を供給する場合がある。

上記のように、吸蔵還元型ＮＯx触媒に対するＮＯx還元処理、ＳＯx被毒回復処理また
は、選択還元型ＮＯx触媒におけるＮＯxの還元処理や、フィルタに対するＰＭ再生処理を行う場合に、還元剤添加弁を排気通路中に備えており、還元剤添加弁から排気中に還元剤を添加して吸蔵還元型ＮＯx触媒やフィルタに供給することが行なわれている。

ところで、一般に、内燃機関の排気ポートに接続された排気管は、車輌の後端部までに亘って配設されるのが通例であって、これを一連の剛体として構成して車輌に固定した場合、車輌の撓みにより、排気管に曲げや捩じりなどの大きな応力が作用し、これが排気管の耐久性を低下させる原因となる。このため、排気管には、上流側の排気管と下流側の排気管との間に、球面軸受などによりなるフレキシブルジョイントが設けられているのが一般であった。

しかし、このようなフレキシブルジョイントを備えた排気系においては、例えば、フレキシブルジョイントの下流側でバタフライバルブを閉じた時など、フレキシブルジョイントに高圧の排気圧力が作用した場合に、フレキシブルジョイントの部分から排気ガスが外部に漏れてしまう場合があった。そうすると、バタフライバルブを閉じても、所望のように、排気圧力を高めることができない場合があった。

このような問題に対して、排気管におけるフレキシブルジョイントをバタフライバルブの下流に配置することで、バタフライバルブを閉じたときのフレキシブルジョイントからの排気ガスの漏れを防止する技術（特許文献１参照。）が提案されている。

また、フレキシブルチューブより上流側の排気管に開度調整可能な排気ブレーキを設けると共に、パティキュレートフィルタの直後に出口絞り弁を設け、排気絞り機能をフレキシブルチューブの前後に分散配置する技術（特許文献２参照。）が提案されている。これにより、フレキシブルチューブに高圧が作用することを回避することとしている。

しかし、フレキシブルジョイントやフレキシブルチューブに高圧が作用する場合は他にも考えられ、排気ガスの漏れを完全に防止することは困難であった。そうすると、先述の排気浄化装置に還元剤を供給するために還元剤が排気中に添加された場合に、フレキシブルジョイントやフレキシブルチューブから排気とともに還元剤が外部に漏れ出してしまうおそれがあった。
実開平６−１７１８号公報 特開２００３−９０２０９号公報 特開平６−１０８８３２号公報

本発明の目的とするところは、内燃機関の排気通路に、排気通路の構成要素同士を高自由度に連結する自由連結部材が設けられている場合に、排気浄化装置に供給する目的で排気に添加された還元剤が、自由連結部材から外部に漏れ出すことをより確実に抑制できる技術を提供することである。

上記目的を達成するための本発明においては、内燃機関の排気通路に、排気通路の構成要素同士を高自由度に連結する自由連結部材が設けられている場合に、排気浄化装置の浄化性能の回復処理や昇温処理の際に排気に還元剤を添加する還元剤添加手段を、排気通路において自由連結部材の下流側に配置させたことを最大の特徴とする。

より詳しくは、内燃機関からの排気が通過する排気通路に設けられ、前記排気を浄化する排気浄化装置と、
前記排気通路に設けられ、前記排気浄化装置の浄化能力の回復処理において前記排気通路を通過する排気に還元剤を添加することにより、前記排気浄化装置に還元剤を供給する還元剤添加手段と、
前記排気通路に設けられ、前記排気通路の構成要素同士を、該構成要素同士の位置関係が変更可能なように連結する自由連結部材と、を備えた内燃機関の排気浄化システムであって、
前記還元剤添加手段は、前記排気通路において前記自由連結部材の下流側に配置されたことを特徴とする。

ここで排気通路を構成する構成要素とは、例えば排気管や排気浄化装置など、排気が通過することが想定されている要素を意味する。そして、構成要素同士の位置関係が変更可能なように連結するとは、例えば連結部材で連結される排気管同士の角度、軸方向の距離、軸と垂直方向と距離の少なくとも一つが変化可能なように連結されることを意味する。すなわち、本発明の前提となる排気浄化システムにおいては、排気管などの排気通路の構成要素同士が高自由度に連結され、内燃機関の振動が排気通路全体及び車輌に伝達されることを抑制するとともに、排気通路の構成要素自体の耐久性を向上させている。

しかしながら、このような排気通路においては、排気通路の構成要素同士の位置関係が変化した場合に自由連結部材における気密性が低下して、排気通路を通過する排気が漏れ出すおそれがあった。特に、還元剤添加手段から排気に添加された還元剤が自由連結部材から排気通路外に漏れ出した場合は、有害な成分が大気中に放散されるおそれがある。そこで、本発明においては、還元剤添加手段を、排気通路における自由連結部材の下流側に設けることとし、還元剤添加手段から排気に添加された還元剤が、自由連結部材を通過しないようにした。

そうすれば、自由連結部材から排気が排気通路外に漏れ出すことがあっても、還元剤または還元剤の蒸発成分が排気通路外に漏れ出すことを抑制できる。

また、本発明においては、前記排気通路における前記自由連結部材の上流側に設けられ、排気を浄化し若しくは前記排気浄化装置における排気の浄化を補助する上流排気浄化装置と、前記上流排気浄化装置の温度を上昇させる昇温手段と、をさらに備えるようにしてもよい。

ここで、前記排気浄化装置の作用を補助するとは、例えば触媒反応によって排気の温度を上昇させ、下流側の前記排気浄化装置の暖機を促進したり、浄化能力の再生を行なったりすることを意味する。この上流排気浄化装置の例としては、各種排気浄化触媒、フィルタの他、酸化能を有する酸化触媒が挙げられる。

この構成において、昇温手段が上流排気浄化装置の温度を昇温させた場合について考える。この場合には、上流排気浄化装置から排気通路の下流側に排出される排気の温度が上昇し、排気の圧力も上昇する。そうすると、排気通路内の排気が自由連結部材から排気通路外により漏れ出し易くなる。従って、この構成において、還元剤添加手段を自由連結部材より排気通路の下流側に配置すれば、還元剤が自由連結部材から排気通路外へ漏れ出す不都合をより顕著に抑制することができる。

また、上記において、前記上流排気浄化装置は酸化能を有する酸化触媒を含み、前記昇温手段は、前記酸化触媒に還元剤としての燃料を供給する燃料供給装置としてもよい。

この場合、上流排気浄化装置である酸化触媒を昇温させるときには、燃料供給装置から燃料を酸化触媒に供給する。これにより酸化触媒において酸化還元反応を生じさせ、その反応熱によって酸化触媒の温度を上昇させる。この構成においては酸化触媒の温度が上昇した際に排気の温度も上昇して排気圧力が上昇するので、排気通路内の排気が自由連結部材から排気通路外により漏れ出し易くなる。従って、この構成において、還元剤添加手段を自由連結部材より排気通路の下流側に配置することによっても、還元剤が自由連結部材から排気通路外へ漏れ出す不都合をより顕著に抑制することができる。なお、燃料供給装置は、酸化触媒のさらに上流側に設けられた、酸化触媒専用の燃料添加弁であってもよいし、内燃機関における副噴射によって燃料を供給する装置であってもよい。

また、上記においては、上流排気浄化装置は吸蔵還元型ＮＯx触媒または排気中の微粒
子物質を捕集するフィルタをさらに含み、燃料供給装置は前記上流排気浄化装置の上流側の前記排気通路を通過する排気に燃料を添加する上流燃料添加弁であってもよい。

この場合には、上流排気浄化装置に対してＮＯx還元処理、ＳＯx被毒回復処理、ＰＭ再生処理などの浄化能力の再生処理を行なう必要がある。本発明においてはその際に、上流燃料添加弁から燃料を吸蔵還元型ＮＯx触媒またはフィルタに供給して、温度を上昇させ
る。そうすると、吸蔵還元型ＮＯx触媒またはフィルタから排出された排気の温度が上昇
するとともに排気の圧力も上昇し、排気通路内の排気が自由連結部材から排気通路外により漏れ出し易くなる。従って、この構成において、還元剤添加手段を自由連結部材より排気通路の下流側に配置することによっても、還元剤が自由連結部材から排気通路外へ漏れ出す不都合をより顕著に抑制することができる。

また、上記において、前記排気浄化装置は選択還元型ＮＯx触媒を含み、前記還元剤添
加手段から添加される還元剤は尿素水としてもよい。

この構成においては、尿素水あるいはアンモニアが自由連結部材から排気通路外に漏れ出すことを抑制できる。また、尿素水が無駄に消費されることを抑制することができる。

また、上記において、前記排気浄化装置は、排気中の微粒子物質を捕集するフィルタを含むようにしてもよい。

この構成においては、フィルタに捕集され堆積する微粒子物質の量が増加すると、排気の背圧が上昇して、自由連結部材から漏れ出す排気の量が増加するおそれがある。従って、この構成においては、還元剤添加手段を自由連結部材より排気通路の下流側に配置することによる効果をより顕著にすることができる。

また、前記排気通路には、排気の通過方向が変更される屈曲部が設けられ、前記自由連結部材は前記屈曲部に配置されるようにしてもよい。

ここで、排気通路が屈曲する部分に自由連結部材が配置されている場合について考える。この場合は、排気通路の自由連結部材の上流側における振動のモードと、下流側における振動のモードの各々がより複雑となり、自由連結部材で連結されている排気通路の構成要素同士の変位の方向、振幅、周波数、位相などがより大きく異なるようになる。そうすると、自由連結部材における気密性がより低下し易く、より排気漏れが生じ易い。従って、この構成においても、還元剤添加手段を自由連結部材より排気通路の下流側に配置することによる効果をより顕著にすることができる。

また、本発明においては、前記内燃機関は多気筒内燃機関であり、その気筒の並び方向が車輌の進行方向と略垂直方向となるように前記車輌に搭載されるようにしてもよい。

一般に内燃機関が車輌に対して横置きすなわち、気筒の並び方向が進行方向と略垂直方向となるように搭載された場合は、排気通路は、内燃機関から、車輌の進行方向に対して前後方向に延びるように配置される。そうすると、排気管は車輌における他の搭載物との関係で、一旦大きく屈曲して車輌の床下まで配管され、その後さらに屈曲して車輌の後端まで延びるように床下に配管される。これに対し、内燃機関が車輌に対して縦置きすなわち、気筒の並び方向が進行方向と略平行方向となるように搭載された場合は、排気通路は、内燃機関から、車輌の進行方向に対して左右方向に延びるように配置される。そして、この場合には比較的余裕をもって排気通路を車輌後端まで配管することができ、屈曲部分を少なくすることができる。

そうすると、内燃機関が車輌に対して横置きすなわち、気筒の並び方向が進行方向と略垂直方向となるように搭載された場合は、排気通路の自由連結部材の上流側における振動のモードと、下流側における振動のモードの各々がより複雑となり、自由連結部材で連結されている排気通路の構成要素同士の変位の方向、振幅、周波数、位相などがより大きく異なり易くなる。その結果、自由連結部材における気密性がより低下し易く、排気漏れがより生じ易くなる。従って、この構成においては、還元剤添加手段を自由連結部材より排気通路の下流側に配置することによる効果をより顕著にすることができる。

なお、本発明における課題を解決するための手段は、可能な限り組み合わせて使用することができる。

本発明にあっては、内燃機関の排気通路に、排気通路の構成要素同士を高自由度に連結する自由連結部材が設けられている場合に、排気浄化装置に供給する目的で排気に添加された還元剤が、自由連結部材から外部に漏れ出すことをより確実に抑制することができる。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を例示的に詳しく説明する。

図１は、本実施例に係る内燃機関と、その排気系及び制御系の概略構成を示す図である。なお、図１においては、内燃機関１の内部及びその吸気系は省略されている。

図１において、内燃機関１には、内燃機関１から排出される排気が流通する排気管５が接続され、この排気管５は下流にて図示しないマフラーに接続されている。また、排気管５の途中には、排気中の微粒子物質を捕集するフィルタに吸蔵還元型ＮＯx触媒が担持さ
れたＤＰＮＲ１１が配置されている。

なお、排気管５におけるＤＰＮＲ１１の上流側には、ＤＰＮＲ１１のＮＯx還元処理、
ＳＯx被毒回復処理、ＰＭ再生処理の際に、還元剤としての燃料を排気中に添加する燃料
添加弁１４が配置されている。上記においてＤＰＮＲ１１は排気浄化装置に相当する。また、燃料添加弁１４は還元剤供給手段に相当する。

また、上述した内燃機関１及びその排気系には、該内燃機関１及び排気系を制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）２５が併設されている。こ
のＥＣＵ２５は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態等を制御する他、内燃機関１のＤＰＮＲ１１を含めた排気浄化システムに係る制御を行うユニットである。

ＥＣＵ２５には、図示しないエアフローメータ、クランクポジションセンサや、アクセルポジションセンサなどの内燃機関１の運転状態の制御に係るセンサ類が電気配線を介して接続され、出力信号がＥＣＵ２５に入力されるようになっている。一方、ＥＣＵ２５には、内燃機関１内の図示しない燃料噴射弁等が電気配線を介して接続される他、本実施例における燃料添加弁１４が電気配線を介して接続され、ＥＣＵ２５によって制御されるようになっている。

ここで、内燃機関１の振動を排気管５を介して車輌に伝達させないため、また、排気管５全体に過大な応力が作用して排気管５の耐久性が低下することを回避するために、排気管５には、自由連結部材としてのボールジョイント３が設けられている。このボールジョイント３は、図２に示すように、球面の拡開部３０ａを有する第１フランジ３０と、ガスケットのシール部３１ａを支持する第２フランジ３１とを、ボルト３２とスプリング３３で付勢して連結させたものである。

ここで、ボールジョイント３より上流側の排気管５を上流排気管５ａ、ボールジョイント３より下流側の排気管５を下流排気管５ｂとすると、このボールジョイント３により、
上流排気管５ａと下流排気管５ｂとを、図２（ｂ）に示すように弾性的に揺動可能に連結することができる。従って、内燃機関１の振動が上流排気管５ａから下流排気管５ｂに伝達されることを抑制できるとともに、排気管５の全体に過大な応力が作用することを抑制できる。

しかし、一方で、上流排気管５ａにおけるシール部３１ａと、下流排気管５ｂに設けられた拡開部３０ａとの間には振動によって隙間が生じ易い状態となっている。そのため、ボールジョイント３に生じた隙間から排気が排気管５の外部に漏れ出す場合があった。特に本実施例ではボールジョイント３の下流側にＤＰＮＲ１１を備えているため、ＤＰＮＲ１１に捕集された微粒子物質の量が多くなり、ＤＰＮＲ１１による背圧が上昇している状態ではこの傾向が顕著になる。さらに、この状態においてＤＰＮＲ１１のＮＯx還元処理
やＳＯx被毒回復処理、ＰＭ再生処理（ＰＭ再生処理を実施する場合は、通常ＤＰＮＲ１
１への微粒子物質の堆積により背圧が上昇している状態である。）を実施する際には、燃料添加弁１４から排気中に添加された還元剤としての燃料がボールジョイント３から排気管５の外部に漏れ出してしまい、未燃燃料を大気中に放散してしまうおそれがあった。

そこで、本実施例においては、図１に示すように燃料添加弁１４を排気管５におけるボールジョイント３の下流側に配置することとしている（以下、この配置を「還元剤漏れ出し防止配置」という。）。これによれば、燃料添加弁１４から排気中に添加された燃料はボールジョイント３を通過しないので、ボールジョイント３から排気管５の外部に未燃燃料が漏れ出すことをより確実に抑制できる。

なお、上記の実施例においては、内燃機関１の排気浄化装置としてＤＰＮＲ１が備えられている例について説明した。しかし、排気浄化装置として他の装置、例えばＮＯx触媒
が担持されていないフィルタを備えるようにしてもよいことはもちろんである。

また、排気浄化装置として吸蔵還元型ＮＯx触媒ＮＳＲや、選択還元型ＮＯx触媒ＳＣＲを備えるようにしてもよい。これらが備えられている場合は排気浄化装置への微粒子物質の堆積により背圧が上昇する可能性は低いが、内燃機関１の運転状態においてはボールジョイント３における排気の圧力が上昇することも充分に有り得るので、還元剤漏れ出し防止配置を採用することで充分な効果を得ることができる。排気浄化装置として選択還元型ＮＯx触媒ＳＣＲを備えた場合には還元剤添加手段として燃料添加弁１４でなく尿素水添
加弁を備えるのがよい。

ここで、還元剤漏れ出し防止配置を採用することで、燃料添加弁１４の設置部分に内燃機関１の振動や熱が伝達されづらくなるので、燃料添加弁１４の設置部分の溶接割れや燃料添加弁１４の熱劣化などを抑制できるという副次的な効果もある。また、還元剤漏れ出し防止配置を採用することで、燃料添加弁１４を排気管５において比較的下流側に設置することとなる。従って、燃料タンクが車輌後方に配置されている場合には、燃料タンクから燃料添加弁１４までの配管の取り回し距離を短く抑えることも可能となる。

また、還元剤漏れ出し防止配置を採用した場合、ボールジョイント３と排気浄化装置としてのＤＰＮＲ１１との間の間隔は、少なくとも４０ｃｍ以上とすることが望ましい。そうすれば、ボールジョイント３の直下流に燃料添加弁１４を配置した場合に、燃料の排気との充分なミキシング距離を確保することができ、ＤＰＮＲ１１に供給する燃料を充分に排気と混合させることができるからである。

なお、本実施例において排気通路は、排気管５とＤＰＮＲ１１を含んで構成される。また、ＤＰＮＲ１１のＮＯx還元処理、ＳＯx被毒回復処理、ＰＭ再生処理は浄化能力の回復処理に相当する。

次に、本発明における実施例２について説明する。本実施例においては、排気管５の上流側と下流側にＮＳＲ１０とＤＰＮＲ１１とを直列に配置して構成された排気通路に対して、還元剤漏れ出し防止配置を適用した例について説明する。

図３には、本実施例における内燃機関及びその排気系、制御系についての概略図を示す。図３において、図１で示した構成要素と同等の構成要素については同一の符号を付加して説明は省略する。図３においては、図１で示した構成に加えて上流排気管５ａにＮＳＲ１０及び、ＮＳＲ１０専用の燃料添加弁である上流燃料添加弁１６が設けられている。

ここで、ＮＳＲ１０に対するＳＯx被毒回復処理を実施する場合について考える。この
場合には、上流燃料添加弁１６から排気中に燃料が添加されることで、ＮＳＲ１０に流入する排気の空燃比をリッチ化するとともにＮＳＲ１０に供給された燃料によってＮＳＲ１０の温度を上昇させる。

そうした場合、ＮＳＲ１０の温度は６００℃程度まで上昇するため、ＮＳＲ１０の下流側の排気の温度も上昇する。そうすると、排気のガス膨張により排気の圧力が上昇し、ボールジョイント３から漏れ出す排気の量が多くなってしまう場合があった。すなわち、本実施例のように、排気管５に直列に設けられたＮＳＲ１０とＤＰＮＲ１１の間にボールジョイント３が配置された構成においては、例えばＮＳＲ１０のＳＯx被毒回復処理の際に
、ボールジョイント３からの排気の漏れ出しの危険性がより増大する。

これに対し本実施例においては、燃料添加弁１４をボールジョイント３の下流側に配置する還元剤漏れ出し防止配置を採用しているため、上述したＤＰＮＲ１１のＳＯx被毒回
復処理の他、ＮＯx再生処理、ＰＭ再生処理などの際にも燃料添加弁１４から添加された
燃料がボールジョイント３から外部に漏れ出すことを抑制できる。

このように、上流排気管５ａに昇温による浄化能力の再生処理が必要な上流排気浄化装置が配置された場合には、高温の排気によってボールジョイント３における排気の圧力が上昇し、ボールジョイント３からの排気の漏れ出しが生じ易くなる。かかる構成に対し、還元剤漏れ出し防止配置を適用することで、排気管５の外部への燃料の漏れ出しを抑制できるという効果をより顕著に奏することが可能となる。

さらに、下流排気管５ｂに設けられた排気浄化装置に微粒子物質が堆積することよって背圧の上昇が生じる場合には、さらにボールジョイント３における排気の圧力が上昇し、ボールジョイント３からの排気の漏れ出しが極めて生じ易くなる。かかる構成に対し、還元剤漏れ出し防止配置を適用することで、排気管５の外部への燃料の漏れ出しをさらに効果的に抑制することが可能となる。

なお、本実施例において上流燃料添加弁１６から排気中に添加された燃料の量は、ＮＳＲ１０で略完全に消費される程度としており、ボールジョイント３には到達しないようにしている。

また、本実施例において、排気通路は排気管５、ＮＳＲ１０及びＤＰＮＲ１１を含んで構成される。また、ＮＳＲ１０は上流排気浄化装置に相当する。上流燃料添加弁１６は昇温装置及び燃料供給装置に相当する。

次に、本発明における実施例３について説明する。本実施例においては、排気管５が途
中で屈曲した例であって、その屈曲部にボールジョイントが設けられた例について説明する。

図４には、本実施例における内燃機関１及びその排気系、制御系の概略構成について示す。本実施例の排気系においては、排気管１５は途中で大きく屈曲している。すなわち、内燃機関１に図示しない排気マニホールドを経由して接続された上流排気管１５ａは、車輌の下側に向かって延びている。これは、内燃機関１の図示しない排気マニホールドの直下流にはマニバータ装置２０を設け、その後排気管１５を車輌の床下に這い回す際に通常採用される配置であり、排気管１５が車輌の床下に回り込む際に排気管１５は大きく屈曲され、床下に配置された下流排気管１５ｂには床下浄化装置２１が設けられる。

また、本実施例においては、排気管１５における屈曲部１５ｃにおいてボールジョイント１３が設けられている。このようにボールジョイント１３が屈曲部１５ｃに設けられた場合は、ボールジョイント１３が排気管１５の直線部分に設けられた場合と比較して、上流排気管１５ａと下流排気管１５ｂの振動モードがより複雑となるため、ボールジョイント１３で連結される上流排気管１５ａと下流排気管１５ｂの変位の方向、振幅、周波数、位相などがより大きく異なるようになる。

そうすると、ボールジョイント１３における気密性がより低下し易くなる。また、屈曲部１５ｃにおいて、排気管１５の外周側では内周側と比較して排気の流速が平均的に早くなるので、ボールジョイント３からの排気の漏れ出し量が増加し易い。

このような構成に対して還元剤漏れ出し防止配置を適用し、燃料添加弁２４をボールジョイント１３の下流側に配置すれば、ボールジョイント１３から排気管１５の外部への燃料の漏れ出しを抑制できるという効果をより顕著にすることが可能となる。

次に、上記のマニバータ装置２０と、床下浄化装置２１との組合せが、具体的にどのような組合せの際に、どのような効果があるかについて説明する。

まず第１にマニバータ装置２０がＮＳＲで、床下浄化装置２１が排気中の微粒子物質を捕集するフィルタである場合について説明する。この場合は、マニバータ装置２０としてのＮＳＲのＳＯx被毒回復処理を行う必要があるので、その際には排気温度が高温となり
ボールジョイント３からの排気の漏れ出し量が多くなる。また、この場合は床下浄化装置２１であるフィルタに排気中の微粒子物質が捕集され堆積すると背圧が上昇するので、このことによってもボールジョイント３からの排気の漏れ出し量が多くなる。従って、このような組合せにおいて還元剤漏れ出し防止配置を採用すれば、ボールジョイント１３から排気管１５の外部への燃料の漏れ出しを抑制できるという効果をより顕著にすることが可能となる。

第２に、マニバータ装置２０が排気中の微粒子物質を捕集するフィルタで、床下浄化装置２１がＮＳＲである場合について説明する。この場合には、マニバータ装置２０としてのフィルタのＰＭ再生処理を行う必要があるので、その際には排気温度が高温となりボールジョイント１３からの排気の漏れ出し量が多くなる。従って、このような組合せにおいて還元剤漏れ出し防止配置を採用すれば、より効果的に、ボールジョイント１３から排気管５の外部への燃料の漏れ出しを抑制することが可能となる。

第３に、マニバータ装置２０が酸化触媒ＣＣｏであり、床下浄化装置２１がフィルタまたはＮＳＲ、あるいは両方の機能を有するＤＰＮＲである場合について説明する。この場合には、マニバータ装置２０の早期暖機のために排気温度が上昇することがある。また、マニバータ装置２０に上流燃料添加弁２６から燃料を供給することでマニバータ装置２０
の下流の排気温度が上昇することがある。その場合にはボールジョイント１３からの排気の漏れ出し量が多くなる。また、床下浄化装置２１であるフィルタに排気中の微粒子物質が堆積すると背圧が上昇するので、このことによってもボールジョイント１３からの排気の漏れ出し量が多くなる。従って、このような組合せにおいて還元剤漏れ出し防止配置を採用することによっても、ボールジョイント１３から排気管５の外部への燃料の漏れ出しを抑制できるという効果をより顕著にすることが可能となる。

第４に、マニバータ装置２０が選択還元型ＮＯx触媒ＳＣＲであり、床下浄化装置２１
がフィルタである組合せについて説明する。この場合は、床下浄化装置２１であるフィルタに排気中の微粒子物質が堆積すると背圧が上昇するので、このことによってボールジョイント１３からの排気の漏れ出し量が多くなる。従って、このような組合せにおいても、還元剤漏れ出し防止配置を採用することで、ボールジョイント３から排気管１５の外部への燃料の漏れ出しを抑制することが可能となる。なお、この場合には上流燃料添加弁２６からは燃料でなく尿素水が還元剤として排気に添加される。

第５に、マニバータ装置２０がフィルタであり、床下浄化装置２１が選択還元型ＮＯx
触媒ＳＣＲである場合について説明する。この場合には、マニバータ装置２０としてのフィルタのＰＭ再生処理を行う必要があるので、その際には排気温度が高温となりボールジョイント１３からの排気の漏れ出し量が多くなる。また、この場合は、床下浄化装置２１としてのＳＣＲに還元剤としての尿素水を供給する必要があるので、燃料添加弁２４からは尿素水が排気に添加される。そうすると、還元剤としての燃料ではなく、尿素水やアンモニアがボールジョイント１３から漏れ出すおそれがある。このような組合せにおいて還元剤漏れ出し防止配置を採用すれば、ボールジョイント１３から排気管１５の外部への尿素水やアンモニアの漏れ出しを抑制できるという効果をより顕著にすることが可能となる。

第６に、マニバータ装置２０がＣＣｏであり、床下浄化装置２１がＳＣＲまたはフィルタとＳＣＲの両方の機能を有するようにした場合について説明する。この場合は、マニバータ装置２０の早期暖機のために排気温度が上昇することがある。そうするとボールジョイント１３からの排気の漏れ出し量が多くなる。また、この場合も、燃料添加弁から排気に還元剤としての尿素水が添加されるので、還元剤としての尿素水やアンモニアがボールジョイント１３から漏れ出すおそれがある。このような組合せにおいて還元剤漏れ出し防止配置を採用すれば、ボールジョイント１３から排気管１５の外部への尿素水やアンモニアの漏れ出しを抑制できるという効果をより顕著にすることが可能となる。

なお、本実施例において、排気通路は排気管１５、マニバータ装置２０及び床下浄化装置２１を含んで構成される。また、マニバータ装置２０は上流排気浄化装置に相当する。床下浄化装置２１は排気浄化装置に相当する。燃料添加弁２４は還元剤添加手段に相当する。上流燃料添加弁２６は昇温装置及び燃料供給装置に相当する。ボールジョイント１３は自由連結部材に相当する。

次に、実施例４について説明する。本実施例は、実施例３で説明した排気浄化システムを、実際に車輌に搭載した場合についての実施例であり、車輌における内燃機関の搭載方向が、内燃機関の気筒の配列方向が車輌の進行方向と垂直となるような方向である場合に、還元剤漏れ出し防止配置を適用する例である。

図５は、車輌に搭載された内燃機関の気筒の配列方向が車輌の進行方向と平行である場合における排気管の這い回しの概略図である。同じく図６は、車輌に搭載された内燃機関の気筒の配列方向が車輌の進行方向と垂直の方向である場合における排気管の這い回しの
概略図である。図５（ａ）及び図６（ａ）は、それぞれの場合の平面図、図５（ｂ）及び図６（ｂ）は、それぞれの場合の側面図である。図５及び図６において一点鎖線で示すのは車輌の外形の概略である。

図５から分かるように、内燃機関１における気筒２の配列方向が車輌１００の進行方向に対して平行である場合（この配置はＦＲ車において通常採用される。）には、排気管１５は内燃機関１に対して、車輌１００の進行方向に向かって左右方向に延びるように接続されている。この場合は、車輌１００において、他の搭載物が排気管１５の這い回しの障害となることも少ないことから、排気管１５を大きな角度で屈曲させることもなく、排気管１５の這い回しを比較的単純にすることができる。

これに対し、図６から分かるように、内燃機関１における気筒２の配列方向が車輌１００の進行方向に対して垂直な方向である場合（この配置はＦＦ車において通常採用される。）には、排気管１５は内燃機関１に対して、車輌１０１の進行方向に向かって前後方向に延びるように接続されている。この場合は、車輌１０１において、他の搭載物が排気管１５の這い回しの障害となることも考慮し、排気管１５を大きな角度で屈曲させて車輌下側に延ばし、排気管１５が車輌１０１の床下に達した時点でさらに大きな角度で屈曲させて、車輌１０１の床下を後端部まで排気管１５を這わせている。

そうすると、排気管１５の這い回しが複雑になるため、内燃機関１の振動または車輌１０１の振動に起因する上流排気管１５ａ及び、下流排気管１５ｂの振動モードもより複雑になり、ボールジョイント１３における排気の漏れ出しの可能性が増加する傾向があった。

そこで、本実施例においては図６に示すように、特に、内燃機関１が、気筒２の配列方向が車輌１０１の進行方向に対して垂直の方向となるように車輌に搭載された場合に、還元剤漏れ出し防止配置を適用することとした。そうすれば、より効果的に還元剤の排気管１５外への漏れ出しを抑制することができる。

なお、上記の実施例においては、自由連結部材としてボールジョイントを用いた例について説明したが、ボールジョイントと同等または類似の機能を有する他の部材を自由連結部材として用いてもよい。例えば、図７に示すようなフレキシブルパイプ２３を用いてもよい。

このフレキシブルパイプ２３は上流排気管１５ａと下流排気管１５ｂとを接続する波状のベローズ２３ａを備え、ベローズ２３ａの外周を覆うようにアウタカバー２３ｂが設けられ、ベローズ２３ａ及びアウタカバー２３ｂは排気通路１５に溶接して固定されている。これにより、ベローズ２３ａ及びアウタカバー２３ｂの弾性の範囲内で、上流排気管１５ａと下流排気管１５ｂとを変位可能に連結することができる。

しかし、このフレキシブルパイプ２３においても、ベローズ２３ａ、アウタカバー２３ｂは耐久性に劣るため、この部分から排気の漏れ出しが生じるおそれがある。また、ベローズ２３ａ及びアウタカバー２３ｂと排気通路１５との溶接部分から排気の漏れ出しが生じるおそれもある。これに対し、還元剤漏れ出し防止配置を採用することにより、還元剤がフレキシブルパイプ２３から漏れ出すことを抑制することができる。

本発明の実施例１に係る内燃機関と、その排気系及び制御系の概略構成を示した図である。 本発明の実施例に係るボールジョイントの概略構成を示した図である。 本発明の実施例２に係る内燃機関と、その排気系及び制御系の概略構成を示した図である。 本発明の実施例３に係る内燃機関と、その排気系及び制御系の概略構成を示した図である。 内燃機関の気筒の配列が車輌の進行方向と平行な場合における、排気管の這い回しの例を示す図である。 内燃機関の気筒の配列が車輌の進行方向と垂直な場合における、排気管の這い回しの例を示す図である。 本発明の実施例におけるフレキシブルパイプの概略構成を示した図である。

符号の説明

１・・・内燃機関
２・・・気筒
３、１３・・・ボールジョイント
５、１５・・・排気管
５ａ、１５ａ・・・上流排気管
５ｂ、１５ｂ・・・下流排気管
１０・・・ＮＳＲ
１１・・・ＤＰＮＲ
１４・・・燃料添加弁
１５ｃ・・・屈曲部
１６、２６・・・上流燃料添加弁
２０・・・マニバータ装置
２１・・・床下浄化装置
２３・・・フレキシブルパイプ
２３ａ・・・ベローズ
２３ｂ・・・アウタカバー
２５・・・ＥＣＵ
３０・・・第１フランジ
３０ａ・・・拡開部
３１・・・第２フランジ
３１ａ・・・シール部
３２・・・ボルト
３３・・・スプリング
１００、１０１・・・車輌

Claims (8)

1. 内燃機関からの排気が通過する排気通路に設けられ、前記排気を浄化する排気浄化装置と、
   前記排気通路に設けられ、前記排気浄化装置の浄化能力の回復処理において前記排気通路を通過する排気に還元剤を添加することにより、前記排気浄化装置に還元剤を供給する還元剤添加手段と、
   前記排気通路に設けられ、前記排気通路の構成要素同士を、該構成要素同士の位置関係が変更可能なように連結する自由連結部材と、を備えた内燃機関の排気浄化システムであって、
   前記還元剤添加手段は、前記排気通路において前記自由連結部材の下流側に配置されたことを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
2. 前記排気通路における前記自由連結部材の上流側に設けられ、排気を浄化し若しくは前記排気浄化装置の作用を補助する上流排気浄化装置と、
   前記上流排気浄化装置の温度を上昇させる昇温手段と、
   をさらに備える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システム。
3. 前記上流排気浄化装置は酸化能を有する酸化触媒を含み、前記昇温手段は、前記酸化触媒に還元剤としての燃料を供給する燃料供給装置である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システム。
4. 前記上流排気浄化装置は吸蔵還元型ＮＯx触媒または排気中の微粒子物質を捕集するフ
   ィルタをさらに含み、前記燃料供給装置は前記上流排気浄化装置の上流側の前記排気通路を通過する排気に燃料を添加する上流燃料添加弁であることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の排気浄化システム。
5. 前記排気浄化装置は選択還元型ＮＯx触媒を含み、前記還元剤添加手段から添加される
   還元剤は尿素水であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化システム。
6. 前記排気浄化装置は、排気中の微粒子物質を捕集するフィルタを含むことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化システム。
7. 前記排気通路には、排気の通過方向が変更される屈曲部が設けられ、
   前記自由連結部材は前記屈曲部に配置されたことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化システム。
8. 前記内燃機関は多気筒内燃機関であり、その気筒の並び方向が車輌の進行方向と略垂直方向となるように前記車輌に搭載されたことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化システム。

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