JP2009156073A - 内燃機関の排気ガス浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、添加剤噴射路内でのデポジットの生成を抑える内燃機関の排気ガス浄化装置を提供する。
【解決手段】本発明の内燃機関の排気ガス浄化装置は、エンジンから排出された排気ガスを外部へ導く排気通路と、前記排気通路の途中に設けられた触媒と、前記排気通路における前記触媒の上流側に接続された噴射路と、前記噴射路に設置され、当該噴射路内を通して前記触媒へ添加剤を供給する添加剤噴射弁と、前記排気通路と前記噴射路とが合流する部分に設けられ、前記排気通路を流れる排気ガスの一部を前記噴射路内に流入させる流入部とを具備している。
【選択図】図１

Description

本発明は、触媒に供給される添加剤の噴射を行う構造をもつ内燃機関の排気ガス浄化装置に関する。

ディーゼルエンジン車（車両）の排気ガスの浄化には、ディーゼルエンジンの排気ガス中に含まれるＮＯｘ（窒素酸化物）やＰＭ（パティキュレートマター）の大気への放出を防ぐために、ＮＯｘトラップ触媒や選択還元型ＮＯｘ触媒やディーゼルパティキュレートフィルタなどを組み合わせた排気ガス浄化装置が用いられる。
こうした排気ガス浄化装置には、エンジンから排気された排気ガスを外部へ排気する排気管部内に、前段触媒と呼ばれる、酸化触媒やＮＯｘトラップ触媒や選択還元型ＮＯｘ触媒などの触媒を設け、触媒の上流側、例えば酸化触媒の上流に、該触媒の反応に求められる燃料を噴射する燃料添加弁（還元剤を添加するもの）を設けた構造が採用される。

ところで、常に燃料添加弁を正常に機能させるためには、燃料添加弁の耐熱温度を超える使用を避けたり、噴射詰まりの要因となる燃料添加弁の先端部にデジポットが生成されるのを避けたりすることが求められる。
このためには、燃料添加弁を排気ガス流から遠ざけて、高温の排気ガスに、燃料が噴射する先端部が晒されないようにすることが有効である。そのため、排気ガス浄化装置では、特許文献１のように排気管部に、同排気管部から分かれて延びる燃料噴射路を設け、この燃料噴射路の先端部に燃料添加弁を設置して、燃料添加弁の燃料を、排気ガスから離れた地点から、燃料噴射路を通じて、排気管部内へ噴射させる技術が採用されつつある。
特開２００４− ４４４８３号公報

こうした排気ガス流から遠ざけた地点から燃料を噴射する構造は、燃料噴射路が排気管部から退避しているため、排気管部内を流れる排気ガスの流れが、燃料噴射路の内部までは波及しにくい。つまり、燃料噴射路内は澱んだ部分が生じやすい。このため、燃料噴射路で蒸発した燃料は、燃料噴射路で留まりやすい。
ところで、燃料噴射路内に留まった蒸発燃料は、バインダーとなり、排気ガスに含まれる煤を燃料噴射路の壁面に付着させ、デジポットを生成させる。

ところが、デジポットは、燃料が噴射される都度、燃料噴射路の壁面に堆積するために、堆積するデジポットで燃料噴射路内が塞がれるおそれがある。
そこで、本発明の目的は、添加剤噴射路内でのデジポットの生成を抑える内燃機関の排気ガス浄化装置を提供することにある。

請求項１に記載の発明は、上記目的を達成するために、添加剤噴射路と排気管部とが合流する合流部に、排気管部を流れる排気ガスの一部を添加剤噴射路内に流入させる流入部を設けた。
同構成によると、排気ガスによる添加剤噴射路内の流入により、デジポット等の生成の要因となる物質が添加剤噴射路外へ押し流される。

請求項２に記載の発明は、簡単な構造で、添加剤噴射路内の掃気が行えるよう、流入部には、合流部をなす添加剤噴射路の基端と、添加剤噴射路の基端から直上流の排気管部分との間を外側へ拡張して、排気管部から添加剤噴射路へ排気ガスの一部を導入させる排気ガス通路を構成し、添加剤噴射路へ導入される排気ガスの流れを掃気用の流れに変える掃気流形成部を設けた。

請求項３に記載の発明は、また別の簡単な構造で、添加剤噴射路内の掃気が行えるよう、流入部には、排気ガス導入管部で、添加剤噴射路の下流側と当該添加剤噴射路から直上流の排気管部分との間を連通させて、排気管部から添加剤噴射路へ排気ガスの一部を導入させる排気ガス通路を構成し、同排気ガス通路を通じて添加剤噴射路へ導入される排気ガスの流れを掃気用の流れに変える掃気流形成部を設けた。

請求項４に記載の発明は、さらに排気ガスで、効果的に添加剤噴射路内の掃気が行えるよう、掃気流形成部には、添加剤噴射路の壁面に排気ガス通路から導出する排気ガスと衝突する衝突部を形成し、衝突で生じる衝突流が添加剤噴射路内へ流れ込む構成を採用した。
請求項５に記載の発明は、同じく、掃気流形成部には、排気ガス通路の出口を、添加剤噴射路内にオフセットして開口させて、添加剤噴射路内において排気ガスの旋回流が形成される構成とした。

請求項６に記載の発明は、スペース的な制約などから、排気管部に屈曲部を形成し、同屈曲部に添加剤噴射弁が設置されたような場合、屈曲部を活用して、簡単に掃気構造が構築されるよう、屈曲部の途中から分かれた添加剤噴射路と、屈曲した排気管部分とが合流する合流部に流入部を設けた。
請求項７に記載の発明は、さらに別な簡単な構造で、添加剤噴射路内の掃気が行えるよう、添加剤噴射路は、排気管部に、排気管部とは別体な管部材を、先端部が排気管部内へ突き出るように設けた構成を用い、流入部として、排気ガス管部との合流部をなす管部材の先端部に、排気ガス通路から導出する排気ガスを受け入れる切欠き部を形成した構成を採用した。

請求項８に記載の発明は、添加剤噴射路内における掃気が十分に行えるよう、切欠き部には、管部材の先端部を斜めに切欠して導入口を構成し、該導入口から、排気ガス通路の出口からの排気ガスを受け入れるようにした。
請求項９に記載の発明は、同じく、切欠き部には、管部材の壁部に軸心方向に延びるスリットを形成して導入口を構成し、該導入口から、排気ガス通路の出口からの排気ガスを受け入れるようにした。

請求項１の発明によれば、排気ガスが添加剤噴射路内に流入することにより、添加剤噴射路内に添加剤や煤の滞留はなくなり、添加剤噴射路内におけるデジポットの生成を抑えることができる。
この結果、常に良好に添加剤添加弁から添加剤噴射が行え、常に良好に排気ガス浄化性能を維持することができる。

請求項２および請求項３の発明によれば、さらに、添加剤噴射路と排気管部との合流部に排気ガス通路を一体あるいは別体に設け、この排気ガス通路から添加剤噴射路へ導入される排気ガスの流れを掃気用の流れに変える掃気流形成部を設けるという簡単な構造で、添加剤噴射路内の掃気を行うことができる。
請求項４および請求項５の発明によれば、さらに、排気ガスの衝突で生ずる衝突流による押し流しや排気ガスの旋回流がもたらす吸い出しの作用により、効果的に添加剤や煤を添加剤噴射路内から外部へ排出させることができる。

請求項６の発明によれば、さらに、排気管部に形成された屈曲部に、添加剤噴射路や添加剤噴射弁が設置されるような場合、添加剤噴射路と屈曲部とがなす股部を活用して、簡単に添加剤噴射路内を掃気させる構造を構築させることができる。
請求項７の発明によれば、先端部に切欠き部が形成された管部材を用いるという簡単な構造で、添加剤噴射路内の掃気を行うことができる。

請求項８および請求項９の発明によれば、さらに、管部材の先端部を斜めに切欠いたり、先端部にスリットを形成したりする構造で、効果的に添加剤や煤を添加剤噴射路内から排出させることができる。

以下、本発明を図１〜図５に示す第１の実施形態にもとづいて説明する。
図１は内燃機関、例えばディーゼルエンジンの排気系を示している。同図中１は、ディーゼルエンジンのエンジン本体、１ａは同エンジン本体１のエキゾーストマニホールド（一部しか図示せず）、２はそのエキゾーストマニホールド１ａの出口に接続されたターボチャージャを示している。

ターボチャージャ２の排気出口には、排気ガス浄化装置３が設けられている。この排気ガス浄化装置３には、例えば、排気ガス中のＮＯｘ（窒素酸化物）を吸蔵し、定期的に吸蔵したＮＯｘを還元除去するＮＯｘ除去系３ａと、ＰＭ（パティキュレートマター）を捕集するＰＭ捕集系３ｂとを組み合わせた構造が用いられている。
例えば、ＮＯｘ除去系３ａには、ターボチャージャ１ａの排気出口から、下方へ向うように連結された、前段触媒となる酸化触媒５（本願の触媒に相当）が内蔵された触媒コンバータ６と、同触媒コンバータ６の後に横方向に連結された、ＮＯｘトラップ触媒８が内蔵された触媒コンバータ９と、後述する添加剤である触媒反応用の燃料を供給する燃料添加弁（添加剤噴射弁）２３とを組み合わせた構成が用いられている。また捕集系３ｂには、触媒コンバータ９に、パティキュレートフィルタ１１が内蔵された触媒コンバータ１２を連結した構成が用いられている。これらの触媒コンバータ６，９，１２や同コンバータ間をつなぐ接続部１３などから、ディーゼルエンジン（エンジン本体１）から排気された排気ガスを外部へ導く排気管部１５を構成している。つまり、排気ガスは、排気管部１５内に形成される排気ガス路１４を通じて排気される。

このうち触媒コンバータ６の酸化触媒５を収容している縦筒形のハウジングは、例えば、筒形の胴部１８の両端部に、入口口体１９ａと出口口体１９ｂを取着して構成される。このうち例えば上部側の入口口体１９ａは、ほぼＬ形に成形されていて、ターボチャージャ２と接続される入口部１７ａを横向きに配置させている。なお、下側の出口口体１９ｂは、下側へ突き出ていて、触媒コンバータ９と連通する出口部１７ｂを下向きに配置させている。このハウジング１７により、排気管部１５のうち、ディーゼルエンジンの排気側の直後の地点に、排気ガス浄化装置３を車両のエンジンルーム（図示しない）に収めるため、Ｌ形に屈曲した屈曲部１５ａを形成している。と共に屈曲部１５ａから下側に配置される胴部１８により、触媒設置スペースを確保している。酸化触媒５は、この屈曲部１５ａの直下に配置される胴部１８内に設置してある。

燃料添加弁２３は、この酸化触媒５へ、触媒反応に求められる燃料の噴射を果たすために、酸化触媒５の直上の地点、例えばスペース的な制約を避けるために屈曲部１５ａの外周側に設けられている。この燃料添加弁２３は、燃料を噴射する燃料噴射部を先端部にもつ。屈曲部１５ａの出口側の外周部分（屈曲した排気管部分）からは、屈曲部１５ａから離れる方向、すなわち外側へ延びる筒形部２４が分岐されている。燃料添加弁２３は、この屈曲部１５ａの途中から分かれた筒形部２４の先端部に、取付フランジ２４ａおよび台座２５を用いて設置してある。これにより、燃料添加弁２３の先端部の燃料噴射部を、筒形部２４の内部空間で形成される燃料噴射路２４ｂ（本願の添加剤噴射路に相当）に臨ませている。燃料噴射路２４ｂは、屈曲部１５ａの曲がり方向とは反対側へ傾いていて、燃料噴射路２４ｂを酸化触媒５の入口端面へ向けている。これにより、排気ガス流から遠ざけた地点から、触媒反応に求められる燃料が酸化触媒５へ噴射されるようにしている。但し、２５ａは、台座２５の内部に形成されている冷却水路を示している。

この噴射系の構造のうち、燃料噴射路２４と排気管部１５とが合流する合流部２６をなす地点、すなわち燃料噴射路２４ｂの基端と、これから直上流の曲がりながら立ち上がる排気管部分１５ｂとの間には、掃気部（本願の流入部に相当）３０が設けられている。掃気部３０は、屈曲部１５ａを流れる排気ガスの一部で燃料噴射路２４ｂ内を掃気させるものである。その掃気部３０の各部の断面が図２および図３に示され、同掃気部３０の各部の外観が図４および図５に示されている。

掃気部３０には、衝突流を発生させて、燃料噴射路２４ｂ内の蒸発燃料や煤などを排出させる衝突式が用いられている。この衝突式の掃気部３０には、掃気用として排気ガスを受け入れる排気ガス通路３３と、受け入れた排気ガスを掃気に適した排気ガス流にする掃気流形成部３６とを組み合わせた構造が用いられている。
具体的には、排気ガス通路３３は、図２〜図５に示されるように筒形部２４の基端部から、同基端部の直上流で鋭角的に交差する排気管部分１５ｂ（屈曲部１５ａの出口側の管部分）までの股部３５の上壁を外側へ拡張して、股部３５上の排気ガス路１４だけを局所的に拡張させてなる。図１〜図３中の２０は、その拡張した壁部分を示している。排気ガス通路３３は、図３および図５に示されるように屈曲部１５ａの流路断面より、かなり狭めた流路断面で形成される。これにより、排気ガス通路３３は、排気管部分１５ｂに開口する入口３３ａから排気ガスの一部を取り込んで、筒形部２４の基端部に開口する出口３３ｂから、該排気ガスが燃料噴射路２４ｂへ導入されるようにしてある。なお、排気ガス通路３３を形成しやすくするために、図５に示されるように入口口体１９ａには、排気ガス通路３３の幅方向中央を割り面２１とした半割り構造が採用してある。

掃気流形成部３６は、図２に示されるように燃料噴射路２４ｂの壁面に、排気ガス通路３３から導出する排気ガスと衝突する衝突部３７を形成する構造が用いてある。具体的には、衝突部３７は、燃料排気ガス通路３３の壁面のうち、出口３３ｂと向き合う壁面部分から構成してある。これにより、衝突部３７と衝突した排気ガスの衝突流が、燃料噴射路２４の壁面に沿って深部へ流れ込むようにしてある。この衝突流の流れ込みにより、排気ガスが燃料噴射路２４内を循環して、燃料噴射路２４内の蒸発燃料や煤などが押し出されるようにしている。

なお、燃料添加弁２３から噴射される燃料は、酸化触媒５の反応により還元剤を生成し、この還元剤でＮＯｘトラップ触媒８に吸蔵されたＮＯｘやＳＯｘを還元除去したり、同じく酸化触媒５の反応で得た熱により、パティキュレートフィルタ１１で捕集したＰＭを燃焼除去したりするのに用いるものである。そのため、燃料添加弁２３は、ディーゼルエンジンを制御する制御部、例えばＥＣＵ（図示しない）によって、ディーゼルエンジンの運転中、ＮＯｘやＳＯｘの還元除去、ＰＭの燃焼除去といった、触媒反応が求められるときに燃料が噴射されるようになっている。

つぎに、このように構成された排気ガス浄化装置３の作用を説明する。
ディーゼルエンジンの運転中、ディーゼルエンジンから排出された排気ガスは、図１に示されるようにエキゾーストマニホールド１ａ、ターボチャージャ２、屈曲部１５ａ、酸化触媒５、ＮＯｘトラップ触媒８およびパティキュレートフィルタ１１を通じて、外気へ排出される。

排気ガス中に含まれるＮＯｘは、ＮＯｘトラップ触媒８に吸蔵され、同じくＰＭは、パティキュレートフィルタ１１により捕集される。
吸蔵されたＮＯｘ、ＳＯｘや捕集されたＰＭを除去する時期となり、燃料添加弁２３が作動したとする。
すると、燃料添加弁２３の燃料噴射部から、ＮＯｘ、ＳＯｘやＰＭを除去するための燃料が、図１に示されるように燃料噴射路２４ｂを通じて、所定の時間、酸化触媒５の入口端面へ噴射される。これにより、還元剤が生成され、この還元剤でＮＯｘトラップ触媒８に吸蔵されたＮＯｘやＳＯｘが還元除去され、酸化触媒５の反応で得た熱により、パティキュレートフィルタ１１で捕集したＰＭが燃焼除去される。

このとき、図２、図４および図５中の矢印ａに示されるように屈曲部１５ａからは、排気ガス通路３３を通じて、排気ガスの一部が燃料噴射路２４ｂへ導出され続けている。この排気ガスは、燃料噴射路２４ｂの壁面（衝突部３７）と衝突する。当該衝突で生じた衝突流は、矢印ｂに示されるように燃料噴射路２４ｂの壁面に沿って深部へ流れ込む。
すると、図２に示されるように排気ガスは、燃料噴射路２４ｂの末端でターンして戻り、燃料噴射路２４ｂ内を循環し、燃料噴射路２４ｂの内部を掃気する。この掃気により、燃料噴射路２４ｂ内の蒸発燃料や煤（デジポット等の生成の要因となる物質）は燃料噴射路２４ｂ外へ押し流される。

したがって、燃料噴射路２４内には蒸発燃料や煤の滞留がなくなり、燃料噴射路２４ｂ内におけるデジポットの生成が抑えられる。この結果、常に良好に燃料添加弁２３は燃料噴射を行うことができ、常に良好に排気ガス浄化性能を維持できる。
しかも、掃気構造は、合流部２６に、拡張により排気ガス通路３３を形成し、同排気ガス通路３３により、導出された排気ガスを掃気に適した流れに変える構造なので、簡単である。そのうえ、衝突式の掃気構造は、排気ガスを衝突させるだけで、効果的に燃料噴射路２４ｂに滞留する蒸発燃料や煤などを掃気させることができる。特に屈曲部１５ａに燃料噴射路２４ｂや燃料添加弁２３が設置される場合、燃料噴射路２４ｂと排気管部分１５とがなす股部３５を活用して、簡単に燃料噴射路２４ｂ内を掃気する構造が構築できる。

図６〜図９は、本発明の第２の実施形態を示す。
本実施形態は、第１の実施形態の衝突式の掃気部とは別の旋回式の掃気部４０を用いて、燃料噴射路を掃気するようにしたものである。
具体的には、本実施形態の旋回式の掃気部４０は、掃気流形成部３６として、図８および図９に示されるように排気ガス通路３３の出口３３ｂを、燃料噴射路２４ｂの中央から側方へオフセットした地点、具体的には燃料噴射路２４ｂの接線方向の地点で開口させて、排気ガスが、燃料噴射路２４の下流側から、円周に沿いながら燃料噴射路２４ｂ内へ導入されるようにしたものである。

この排気ガスの導入により、図６〜図８に示されるように燃料噴射路２４ｂ内には、旋回流αが生じ、旋回流αの中心部に生じる負圧で、燃料噴射路２４ｂ内に滞留している蒸発燃料や煤が吸い出される。吸い出しは、旋回流αの流速が高い程、高い吸い出し性能が確保されるため、排気ガス通路３３の出口側には絞り部３３ｃが形成してある（図７に図示）。

こうした旋回流による吸い出しでも、効果的に燃料噴射路内から蒸発燃料や煤を流出させることができ、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。旋回流式も、簡単な構造である。
但し、図６〜図９において、第１の実施形態と同じ部分には同一符号を付して、その説明を省略した。

図１０および図１１は、本発明の第３の実施形態を示す。
本実施形態は、第１の実施形態のような一体構造の排気ガス通路３３でなく、別体構造の排気ガス通路４３を採用したものである。
具体的には、排気ガス通路４３は、パイプ部材で構成される排気ガス導入管部４５の一端部を、燃料噴射路２４ｂの下流側の地点に連通させ、他端部を、燃料噴射路２４ｂから直上流となる排気管分１５ｂに連通させて、両者間を排気ガス導入管部４５でつなぐことによって形されている。同構造でも簡単に掃気構造が構築できる。

なお、本実施形態は、別体構造の排気ガス通路４３を、第１の実施形態の衝突式の掃気部３０、すなわち燃料噴射路２４ｂの壁面（衝突部３７）に排気ガスを衝突させて、燃料噴射路２４ｂ内から蒸発燃料や煤を押し流す構造に適用してある。そのため、図１０および図１１において、第１の実施形態と同じ部分については同一符号を付して、その説明を省略した。

図１２および図１３は、本発明の第４の実施形態を示す。
本実施形態は、第３の実施形態で挙げた別体構造の排気ガス通路４３を、第２の実施形態で挙げた旋回流式の掃気部４０に適用したものである。
具体的には、パイプ部材で構成される排気ガス導入管部４５の一端部を燃料噴射路２４ｂに対し接線方向から連通させる。さらに一端部を下流側へ傾かせる。また他端部を、燃料噴射路２４ｂから直上流となる排気管分１５ｂと連通させて、排気ガス導入管部４５から燃料噴射路２４ｂ内へ導入された排気ガスが、旋回しながら下流へ流れるようにしたものである。同構造でも簡単に掃気構造が構築できる。

なお、図１２および図１３において、第２の実施形態と同じ部分には同一符号を付して、その説明を省略した。
図１４および図１５は、本発明の第５の実施形態を示す。
本実施形態は、第４の実施形態の変形例で、第４の実施形態のパイプ部材で形成されていた排気ガス導入管部４５を、屈曲部１５ａや筒形部２４と一体に成形したものである。

但し、図１４、図１５において、第４の実施形態と同じ部分には同一符号を付して、その説明を省略した。
図１６および図１７は、本発明の第６の実施形態を示す。
本実施形態は、第１〜５の実施形態とは異なり、別体な管部材５０を用いて燃料噴射路２４ｂを構成する構造で、屈曲部１５ａからの排気ガスの一部が燃料噴射路２４ｂ内へ導入されるようにしたものである。

具体的には、管部材５０は、先端となる一端部に排気ガスを受け入れる切欠き部５０ａを形成し、後端となる他端部に燃料添加弁２３が設置されるようにしてある。切欠き部５０ａには、図１６および図１７に示されるような管部材５０の先端部を斜めに切欠いた斜め切欠き部５１が採用してある。この管部材５０は、屈曲部１５ａの出口側に形成された挿入用の口部５２から挿入されて取着され、先端に形成されている斜め切欠き部５１の開口を、上流側へ向くように位置決めて、排気ガスを受け入れる導入口５３としてある。この管部部材５０の先端の斜め切欠き部５１が、屈曲部１５ａ内へ突き出るように配置され、排気管部１５との合流部２６をなしている。

同構造によると、図１６および図１７中の矢印ｃに示されるように屈曲部１５ａを流れる排気ガスの一部が、導入口５３から、管部材５０で形成される燃料噴射路２４ｂへ流れ込み、燃料噴射路２４ｂ内を掃気する。この掃気により、燃料噴射路２４ｂ内を滞留している蒸発燃料や煤（デジポット等の生成の要因となる物質）は、排気管部１５内へ押し流される。

それ故、第１、３の実施形態と同様、簡単な構造で、デジポットの生成を抑えることができる。特に斜め切欠き部５１を採用した管部材５０だと、先端の突き出し量を変えたり、斜め切欠き部５１の切欠き角度を変えたりすることによって、導入する排気ガス量が調整できるので、排気量など仕様の異なるエンジンに容易に対応できる。
但し、図１６および図１７において、第１の実施形態と同じ部分には同一符号を付して、その説明を省略した。

図１８〜図２０は、本発明の第７の実施形態を示す。
本実施形態は、切欠き部を、第６の実施形態で挙げた斜め切欠き部５１でなく、図１９に示されるような管部材５０の軸心方向に沿って延びるスリット５５から形成したものである。つまり、スリット５５の開口が、排気ガスを受け入れる導入口５６としてある。導入口５６は、図１８に示されるように排気ガス流に対し、正面に向くように位置決められている。このスリット５５が、屈曲部１５ａ内へ突き出るように配置され、排気管部１５との合流部２６をなしている。

こうした構造だと、図１８および図２０（ａ），（ｂ）中の矢印ｄに示されるように屈曲部１５ａを流れる排気ガスの一部がスリット５５で形成される導入口５６から、管部材５０で形成される燃料噴射路２４ｂへ流れ込み、燃料噴射路２４ｂ内を掃気する。この掃気により、燃料噴射路２４ｂ内を滞留している蒸発燃料や煤は、排気管部１５内へ押し流される。

それ故、第６の実施形態と同様、簡単な構造で、デジポットの生成を抑えることができる。しかも、スリット５５を採用した管部材５０でも、先端の突き出し量を変えたり、スリットの幅寸法を変えたりすることによって、導入する排気ガス量が調整でき、排気量など仕様の異なるエンジンに容易に対応できる。
また図２１の変形例に示されるように、スリット５５の向きを排気ガス流の正面でなく、横方向へずらして位置決めると、図２１（ａ），（ｂ）中の矢印ｅに示されるように屈曲部１５ａの排気ガスの一部が、スリット５５で形成される導入口５６から、管部材５０で形成される燃料噴射路２４ｂへ旋回しながら導入し、旋回流の中心部に生じる負圧で、燃料噴射路２４ｂ内で滞留している蒸発燃料や煤を吸い出せる。このため、スリット５５を形成する構造だと、仕様に応じて、衝突流を用いた掃気や旋回流を用いた掃気を使い分けることができる利点もある。

但し、図１８〜図２１において、第６の実施形態と同じ部分には同一符号を付して、その説明を省略した。
なお、本発明は上述したいずれの実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施しても構わない。例えば上述した実施形態では、屈曲部の外周側に燃料添加弁を設けた排気ガス浄化装置に本発明を適用したが、これに限らず、屈曲部の内周側に燃料添加弁を設けた排気ガス浄化装置に本発明を適用しても構わない。むろん、上述した実施形態のような屈曲部を有する排気管部をもつ排気ガス浄化装置でなく、屈曲部が無い排気管部をもつ排気ガス浄化装置にも、本発明を適用しても構わない。もちろん、上述した実施形態では、屈曲部の直下流の触媒として酸化触媒を用い、その下流にＮＯｘトラップ触媒、パティキュレートフィルタを設けた排ガス浄化装置に本発明を適用した例を挙げたが、これに限らず、他の浄化方式の排気ガス浄化装置、例えば屈曲部の直下流の触媒としてＮＯｘトラップ触媒を用い、その下流にＤＰＦを設け、ＮＯｘトラップ触媒の上流に添加弁を設けた排気ガス浄化装置でも、屈曲部の直下流の触媒としてＮＯｘトラップ触媒を用い、その下流にＮＯｘトラップ触媒、酸化触媒、パティキュレートフィルタを設け、ＮＯｘトラップ触媒の上流に添加弁を設けた排気ガス浄化装置や、または添加剤噴射弁の直下流に選択還元型触媒やパティキュレートフィルタを設けた排気ガス浄化装置などに本発明を適用しても構わない。

さらに、上述した実施形態では、添加剤として燃料を用いて説明したが、触媒に供給するものであれば何でもよく、例えば還元剤としての軽油，ガソリン，エタノール，ジメチルエーテル，天然ガス，プロパンガス，尿素，アンモニア，水素，一酸化炭素などでもよい。また、還元剤以外の物質でもよく、例えば触媒冷却のための空気，窒素，二酸化炭素などや，パティキュレートフィルタに捕集した煤の燃焼除去を促進させるための空気やセリアなどでもよい。

本発明の第１の実施形態に係る排気ガス浄化装置を示す一部断面した側面図。 添加剤噴射路の掃気状態を説明するための側断面図。 図１中のＡ−Ａ線に沿う排気管部および排気ガス通路の断面図。 流入構造の外観を示す斜視図。 同じく平面図。 本発明の第２の実施形態の要部の流入構造を、添加剤噴射路の掃気状態と共に示す側断面図。 同流入構造の外観を示す斜視図。 同じく平面図。 図７中のＢ−Ｂ線に沿う排気管部および排気ガス通路の断面図。 本発明の第３の実施形態の要部の流入構造を、添加剤噴射路の掃気状態と共に示す側断面図。 図１０中のＣ−Ｃ線に沿う添加剤噴射路および排気ガス通路の断面図。 本発明の第４の実施形態の要部の流入構造を、添加剤噴射路の掃気状態と共に示す側断面図。 図１２中のＤ−Ｄ線に沿う添加剤噴射路および排気ガス通路の断面図。 本発明の第５の実施形態の要部の流入構造を、添加剤噴射路の掃気状態と共に示す側断面図。 図１４中のＥ−Ｅ線に沿う断面図。 本発明の第６の実施形態の要部の流入構造を、添加剤噴射路の掃気状態と共に示す側断面図。 添加剤噴射路をなす管部材の先端部を拡大して示す斜視図。 本発明の第７の実施形態の要部の流入構造を、添加剤噴射路の掃気状態と共に示す側断面図。 添加剤噴射路をなす管部材の先端を拡大して示す斜視図。 同管部材内を掃気する排気ガスの流れを説明する断面図。 図２０とは異なる排気ガスの導入の仕方で得られる掃気を説明する断面図。

符号の説明

１ エンジン本体
３ 排気ガス浄化装置
１５ 排気管部
１５ａ 屈曲部
２３ 燃料添加弁
２４ｂ 燃料噴射路（添加剤噴射路）
２６ 合流部
３０ 掃気部（流入部）
３３，４３ 排気ガス通路
３５ 股部
３６ 掃気形成部
３７ 衝突部
５０ 管部材
５０ａ 切欠き部
５１ 斜め切欠き部
５５ スリット

本発明は、触媒に供給される添加剤の噴射を行う構造をもつ内燃機関の排気ガス浄化装置に関する。

ディーゼルエンジン車（車両）の排気ガスの浄化には、ディーゼルエンジンの排気ガス中に含まれるＮＯｘ（窒素酸化物）やＰＭ（パティキュレートマター）の大気への放出を防ぐために、ＮＯｘトラップ触媒や選択還元型ＮＯｘ触媒やディーゼルパティキュレートフィルタなどを組み合わせた排気ガス浄化装置が用いられる。
こうした排気ガス浄化装置には、エンジンから排気された排気ガスを外部へ排出する排気通路内に、前段触媒と呼ばれる、酸化触媒やＮＯｘトラップ触媒や選択還元型ＮＯｘ触媒などの触媒を設け、触媒の上流側、例えば酸化触媒の上流に、該触媒の反応に求められる燃料を噴射する燃料添加弁（還元剤を添加するもの）を設けた構造が採用される。

ところで、常に燃料添加弁を正常に機能させるためには、燃料添加弁の耐熱温度を超える使用を避けたり、噴射詰まりの要因となる燃料添加弁の先端部にデポジットが生成されるのを避けたりすることが求められる。
このためには、燃料添加弁を排気ガス流から遠ざけて、高温の排気ガスに、燃料が噴射する先端部が晒されないようにすることが有効である。そのため、排気ガス浄化装置では、特許文献１のように排気管部に、同排気管部から分かれて延びる燃料噴射路を設け、この燃料噴射路の先端部に燃料添加弁を設置して、燃料添加弁の燃料を、排気ガスから離れた地点から、燃料噴射路を通じて、排気管部内へ噴射させる技術が採用されつつある。
特開２００４− ４４４８３号公報

こうした排気ガス流から遠ざけた地点から燃料を噴射する構造は、燃料噴射路が排気通路から退避しているため、排気通路内を流れる排気ガスの流れが、燃料噴射路の内部までは到達しにくい。つまり、燃料噴射路内は澱んだ部分が生じやすいので、燃料噴射路で蒸発した燃料は、燃料噴射路で留まりやすい。
燃料噴射路内に留まった蒸発燃料は、バインダーとなり、排気ガスに含まれる煤を燃料噴射路の壁面に付着させ、デポジットを生成させる。このデポジットは、燃料が噴射される都度、燃料噴射路の壁面に堆積するために、堆積するデポジットで燃料噴射路内が塞がれるおそれがある。

そこで、本発明の目的は、添加剤噴射路内でのデポジットの生成を抑える内燃機関の排気ガス浄化装置を提供することにある。

請求項１の発明は、上記目的を達成するために、エンジンから排出された排気ガスを外部へ導く排気通路と、前記排気通路の途中に設けられた触媒と、前記排気通路における前記触媒の上流側に接続された噴射路と、前記噴射路に設置され、当該噴射路内を通して前記触媒へ添加剤を供給する添加剤噴射弁と、前記排気通路と前記噴射路とが合流する部分に設けられ、前記排気通路を流れる排気ガスの一部を前記噴射路内に流入させる流入部とを具備している。

請求項２の発明は、請求項１において、前記流入部が、前記排気通路を流れる排気ガスの一部を前記噴射路内に流入させる流入路と、同流入路から前記噴射路に流入された排気ガスの流れを、同噴射路内を掃気する流れに変える掃気流形成手段とを備えたことを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項１において、前記流入部が、前記噴射路と前記排気通路における同噴射路が接続される部分よりも上流側の部分とで形成される角部を外側へ拡張して形成されたことを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１において、前記流入部が、一端が前記噴射路に接続され、他端が前記排気通路における前記噴射路よりも上流側部分に接続された導入管部材であることを特徴とする。
請求項５の発明は、請求項２において、前記掃気流形成手段が、前記噴射路の壁面に、前記導入通路から導入された排気ガスが衝突する衝突部を備え、当該衝突で生じる排気ガスの流れによって前記噴射路内を掃気することを特徴とする。

請求項６の発明は、請求項２において、前記掃気流形成手段が、前記流入路が、前記噴射路内に排気ガスの旋回流を発生させるように前記噴射路の軸線に対してオフセットして同噴射路に開口し、当該旋回流によって前記噴射路内を掃気することを特徴とする。
請求項７の発明は、請求項１において、前記排気通路が、屈曲部を有し、前記噴射路が、前記排気通路における前記屈曲部の途中から外方へ分かれるように設けられることを特徴とする。

請求項８の発明は、請求項１において、前記噴射路が、前記排気通路とは別体なかつその先端部が前記排気通路内へ突き出るように設けられた管部材により形成され、前記流入部が、前記管部材の先端部に形成され、前記排気通路を流れる排気ガスの一部を受け入れる切欠き部であること特徴とする。
請求項９の発明は、請求項８において、前記切欠き部が、前記管部材の先端部を斜めに切欠して、前記排気通路を流れる排気ガスの一部を受け入れる導入口としてなることを特徴とする。

請求項１０の発明は、請求項８において、前記切欠き部が、前記管部材の壁部に軸心方向に延びるスリットを形成して、前記排気通路を流れる排気ガスの一部が同スリットから管部材の内部に入り込むことを特徴とする。

請求項１の発明によれば、排気ガスが前記噴射路内に流入することにより、該噴射路内に添加剤や煤の滞留は減少し、噴射路内におけるデポジットの生成を抑えることができる。この結果、常に良好に添加剤添加弁から添加剤噴射が行え、常に良好に排気ガス浄化性能を維持できる。
請求項２の発明によれば、前記流入部は、前記排気通路を流れる排気ガスの一部を前記噴射路内に流入させる流入路と、同流入路から前記噴射路に流入された排気ガスの流れを、同噴射路内を掃気する流れに変える掃気流形成手段を備えている。これにより、前記噴射路内の掃気を効果的に行うことができる。

請求項３の発明によれば、前記流入路は、前記噴射路と前記排気通路における同噴射路が接続される部分よりも上流側の部分とで形成される角部を外側へ拡張して形成されている。これにより、前記排気通路及び噴射路を製造するときに、これら排気通路及び噴射路の形状を変えるだけで、流入部を実現することができる。
請求項４の発明によれば、前記流入部は、一端が前記噴射路に接続され、他端が前記排気通路における前記噴射路よりも上流側部分に接続された導入管部材である。したがって、排気通路の形状自体を大きく変更することなく、導入管部材を設けることで、流入路を実現することができる。

請求項５の発明によれば、前記掃気流形成手段は、前記噴射路の壁面に、前記流入路から導入された排気ガスが衝突する衝突部を備え、当該衝突で生じる排気ガスの流れによって前記噴射路内を掃気するように構成される。これにより、簡単な構造で前記噴射路内の掃気を効果的に行うことができる。
請求項６の発明によれば、前記掃気流形成手段は、前記流入路が、前記噴射路内に排気ガスの旋回流を発生させるように前記噴射路の軸線に対してオフセットして同噴射路に開口し、当該旋回流によって前記噴射路内を掃気する。これにより、やはり簡単な構造で前記噴射路内の掃気を効果的に行うことができる。

請求項７の発明によれば、前記排気通路は、屈曲部を有し、前記噴射路は、前記排気通路における前記屈曲部の途中から外方へ延びている。これにより、添加剤の噴射路と屈曲部とがなす股部を活用して、簡単に噴射路内を掃気させる構造を構築させることができる。
請求項８の発明によれば、前記噴射路は、前記排気通路とは別体なかつその先端部が前記排気通路内へ突き出るように設けられた管部材により形成され、前記流入部は、前記管部材の先端部に形成され、前記排気通路を流れる排気ガスの一部を受け入れる切欠き部である。これにより、先端部に切欠き部が形成された管部材を用いるという簡単な構造で、添加剤の噴射路内の掃気を行うことができる。

請求項９の発明によれば、前記切欠き部は、前記管部材の先端部を斜めに切欠いて、前記排気通路を流れる排気ガスの一部を受け入れる導入口としている。これにより、簡単な構造で、添加剤の噴射路内の掃気を行うことができる。
請求項１０の発明によれば、前記切欠き部は、前記管部材の壁部に軸心方向に延びるスリットを形成して、前記排気通路を流れる排気ガスの一部が同スリットから管部材の内部に入り込むものである。これにより、添加剤の噴射路内の掃気を行うことができる。

以下、本発明を図１〜図５に示す第１の実施形態にもとづいて説明する。
図１は内燃機関、例えばディーゼルエンジンの排気系を示している。同図中１は、ディーゼルエンジンのエンジン本体、１ａは同エンジン本体１のエキゾーストマニホールド（一部しか図示せず）、２はそのエキゾーストマニホールド１ａの出口に接続されたターボチャージャを示している。

ターボチャージャ２の排気出口には、排気ガス浄化装置３が設けられている。この排気ガス浄化装置３には、例えば、排気ガス中のＮＯｘ（窒素酸化物）を吸蔵し、定期的に吸蔵したＮＯｘを還元除去するＮＯｘ除去系３ａと、ＰＭ（パティキュレートマター）を捕集するＰＭ捕集系３ｂとを組み合わせた構造が用いられている。
例えば、ＮＯｘ除去系３ａには、ターボチャージャ１ａの排気出口から、下方へ向うように連結された、前段触媒となる酸化触媒５が内蔵された触媒コンバータ６と、同触媒コンバータ６の後に横方向に連結された、ＮＯｘトラップ触媒８が内蔵された触媒コンバータ９と、後述する添加剤である触媒反応用の燃料を供給する燃料添加弁（添加剤噴射弁）２３とを組み合わせた構成が用いられている。また捕集系３ｂには、触媒コンバータ９に、パティキュレートフィルタ１１が内蔵された触媒コンバータ１２を連結した構成が用いられている。これらの触媒コンバータ６，９，１２や同コンバータ間をつなぐ接続部１３などから、ディーゼルエンジンのエンジン本体１から排気された排気ガスを外部へ導く排気通路１５を構成している。

このうち触媒コンバータ６の酸化触媒５を収容している縦筒形のハウジングは、例えば、筒形の胴部１８の両端部に、入口口体１９ａと出口口体１９ｂを取着して構成される。このうち例えば上部側の入口口体１９ａは、ほぼＬ形に成形されていて、ターボチャージャ２と接続される入口部１７ａを横向きに配置させている。なお、下側の出口口体１９ｂは、下側へ突き出ていて、触媒コンバータ９と連通する出口部１７ｂを下向きに配置させている。このハウジング１７により、排気通路１５のうち、ディーゼルエンジンの排気側の直後の地点に、排気ガス浄化装置３を車両のエンジンルーム（図示しない）に収めるため、Ｌ形に屈曲した屈曲部１５ａを形成している。すなわち、屈曲部１５ａから下側に配置される胴部１８により、触媒設置スペースを確保している。酸化触媒５は、この屈曲部１５ａの直下に配置される胴部１８内に設置してある。

燃料添加弁２３は、この酸化触媒５へ、触媒反応に求められる燃料の噴射を果たすために、酸化触媒５の直上の地点、例えばスペース的な制約を避けるために屈曲部１５ａの外周側に設けられている。この燃料添加弁２３は、燃料を噴射する燃料噴射部を先端部にもつ。屈曲部１５ａの出口側の外周部分（屈曲した排気通路部分）からは、屈曲部１５ａから離れる方向、すなわち外側へ延びる筒形部２４が分岐されている。燃料添加弁２３は、この屈曲部１５ａの途中から分かれた筒形部２４の先端部に、取付フランジ２４ａおよび台座２５を用いて設置してある。これにより、燃料添加弁２３の先端部の燃料噴射部を、筒形部２４の内部空間で形成される添加剤噴射路としての燃料噴射路２４ｂに臨ませている。燃料噴射路２４ｂは、屈曲部１５ａの曲がり方向とは反対側へ傾いていて、燃料噴射路２４ｂを酸化触媒５の入口端面へ向けている。これにより、排気ガス流から遠ざけた地点から、触媒反応に求められる燃料が酸化触媒５へ噴射されるようにしている。なお、２５ａは、台座２５の内部に形成されている冷却水路を示している。

この噴射系の構造のうち、燃料噴射路２４と排気通路１５とが合流する合流部２６をなす地点、すなわち燃料噴射路２４ｂの基端と、これから直上流の曲がりながら立ち上がる排気通路１５の部分１５ｂとの間には、流入部３０が設けられている。流入部３０は、屈曲部１５ａを流れる排気ガスの一部で燃料噴射路２４ｂ内を掃気させるものである。その流入部３０の各部の断面が図２および図３に示され、同流入部３０の各部の外観が図４および図５に示されている。

流入部３０は、排気通路１５を流れる排気ガスの一部を掃気用として受け入れる流入路３３と、受け入れた排気ガスを掃気に適した排気ガス流にする掃気流形成手段３６とを有している。
具体的には、流入路３３は、図２〜図５に示されるように筒形部２４の基端部から、同基端部の直上流で鋭角的に交差する排気通路の部分１５ｂ（屈曲部１５ａの出口側の管部分）までの股部３５の上壁を外側へ拡張して、股部３５上の排気通路１５だけを局所的に拡張させてなる。図１〜図３中の２０は、その拡張した壁部分を示している。流入路３３は、図３および図５に示されるように屈曲部１５ａの流路断面より、かなり狭めた流路断面で形成される。これにより、流入部３３は、部分１５ｂに開口する入口３３ａから排気ガスの一部を取り込んで、筒形部２４の基端部に開口する出口３３ｂから、該排気ガスが燃料噴射路２４ｂへ導入されるようにしてある。なお、流入路３３を形成しやすくするために、図５に示されるように入口口体１９ａには、流入路３３の幅方向中央を割り面２１とした半割り構造が採用してある。

掃気流形成手段３６は、図２に示されるように燃料噴射路２４ｂの壁面に、流入路３３から導出する排気ガスと衝突する衝突部３７を形成する構造が用いてある。具体的には、衝突部３７は、燃料噴射路２４ｂの壁面のうち、出口３３ｂと向き合う壁面部分である。これにより、衝突部３７と衝突した排気ガスの衝突流が、燃料噴射路２４の壁面に沿ってその深部へ流れ込むようにしてある。この衝突流の流れ込みにより、排気ガスが燃料噴射路２４内を循環して、燃料噴射路２４内の蒸発燃料や煤などが押し出されるようにしている。

なお、燃料添加弁２３から噴射される燃料は、酸化触媒５の反応により還元剤を生成し、この還元剤でＮＯｘトラップ触媒８に吸蔵されたＮＯｘやＳＯｘを還元除去したり、同じく酸化触媒５の反応で得た熱により、パティキュレートフィルタ１１で捕集したＰＭを燃焼除去したりするのに用いるものである。そのため、燃料添加弁２３は、ディーゼルエンジンを制御する制御部、例えばＥＣＵ（図示しない）によって、ディーゼルエンジンの運転中、ＮＯｘやＳＯｘの還元除去、ＰＭの燃焼除去といった、触媒反応が求められるときに燃料が噴射されるようになっている。

つぎに、このように構成された排気ガス浄化装置３の作用を説明する。
ディーゼルエンジンの運転中、ディーゼルエンジンから排出された排気ガスは、図１に示されるようにエキゾーストマニホールド１ａ、ターボチャージャ２、屈曲部１５ａ、酸化触媒５、ＮＯｘトラップ触媒８およびパティキュレートフィルタ１１を通じて、外気へ排出される。

排気ガス中に含まれるＮＯｘは、ＮＯｘトラップ触媒８に吸蔵され、同じくＰＭは、パティキュレートフィルタ１１により捕集される。
吸蔵されたＮＯｘ、ＳＯｘや捕集されたＰＭを除去する時期となり、燃料添加弁２３が作動したとする。
すると、燃料添加弁２３の燃料噴射部から、ＮＯｘ、ＳＯｘやＰＭを除去するための燃料が、図１に示されるように燃料噴射路２４ｂを通じて、所定の時間、酸化触媒５の入口端面へ噴射される。これにより、還元剤が生成され、この還元剤でＮＯｘトラップ触媒８に吸蔵されたＮＯｘやＳＯｘが還元除去され、酸化触媒５の反応で得た熱により、パティキュレートフィルタ１１で捕集したＰＭが燃焼除去される。

このとき、図２、図４および図５中の矢印ａに示されるように屈曲部１５ａからは、流入路３３を通じて、排気ガスの一部が燃料噴射路２４ｂへ導出され続けている。この排気ガスは、燃料噴射路２４ｂの衝突部３７と衝突する。当該衝突で生じた衝突流は、矢印ｂに示されるように燃料噴射路２４ｂの壁面に沿って深部へ流れ込む。
すると、図２に示されるように排気ガスは、燃料噴射路２４ｂの末端でターンして戻り、燃料噴射路２４ｂ内を循環し、燃料噴射路２４ｂの内部を掃気する。この掃気により、燃料噴射路２４ｂ内の蒸発燃料や煤、つまりデポジット等の生成の要因となる物質は燃料噴射路２４ｂ外へ押し流される。

したがって、燃料噴射路２４内には蒸発燃料や煤の滞留がなくなり、燃料噴射路２４ｂ内におけるデポジットの生成が抑えられる。この結果、常に良好に燃料添加弁２３は燃料噴射を行うことができ、常に良好に排気ガス浄化性能を維持できる。
しかも、合流部２６に、拡張により流入路３３を形成し、同流入路３３により、導出された排気ガスを掃気に適した流れに変える構造なので、簡単である。そのうえ、衝突式の掃気構造は、排気ガスを衝突させるだけで、効果的に燃料噴射路２４ｂに滞留する蒸発燃料や煤などを掃気させることができる。特に屈曲部１５ａに燃料噴射路２４ｂや燃料添加弁２３が設置される場合、燃料噴射路２４ｂと部分１５とがなす股部３５を活用して、簡単に燃料噴射路２４ｂ内を掃気する構造が構築できる。

図６〜図９は、本発明の第２の実施形態を示す。
本実施形態は、第１の実施形態の衝突式の掃気部とは別の旋回式の流入部４０を用いて、燃料噴射路２４ｂを掃気するようにしたものである。
具体的には、本実施形態の流入部４０は、掃気流形成手段３６として、図８および図９に示されるように流入部３３の出口３３ｂを、燃料噴射路２４ｂの中央から側方へオフセットした地点、具体的には燃料噴射路２４ｂの接線方向の地点で開口させて、排気ガスが、燃料噴射路２４の下流側から、円周に沿いながら燃料噴射路２４ｂ内へ導入されるようにしたものである。

この排気ガスの導入により、図６〜図８に示されるように燃料噴射路２４ｂ内には、旋回流αが生じ、旋回流αの中心部に生じる負圧で、燃料噴射路２４ｂ内に滞留している蒸発燃料や煤が吸い出される。吸い出しは、旋回流αの流速が高い程、高い吸い出し性能が確保されるため、図７に示すように、流入路３３の出口側には絞り部３３ｃが形成してある。

こうした旋回流による吸い出しでも、効果的に燃料噴射路内から蒸発燃料や煤を流出させることができ、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。旋回流式も、簡単な構造である。
なお、図６〜図９において、第１の実施形態と同じ部分には同一符号を付して、その説明を省略した。

図１０および図１１は、本発明の第３の実施形態を示す。
本実施形態は、第１の実施形態のような一体構造の流入路３３でなく、別体構造の流入路４３を採用したものである。
具体的には、流入路４３は、パイプ部材で構成される排気ガス導入管部材４５の一端部を、燃料噴射路２４ｂの下流側の地点に連通させ、他端部を、燃料噴射路２４ｂから直上流となる排気通路１５の部分１５ｂに連通させて、両者間を排気ガス導入管部材４５でつなぐことによって形成されている。同構造でも簡単に掃気構造が構築できる。

なお、流入路４３から燃料噴射路２４ｂ内に流入した排気ガスは、第１の実施形態の掃気流形成手段３６と同様に、燃料噴射路２４ｂの壁面の衝突部３７に排気ガスを衝突し、燃料噴射路２４ｂ内から蒸発燃料や煤を押し流すものである。そのため、図１０および図１１において、第１の実施形態と同じ部分については同一符号を付して、その説明を省略した。

図１２および図１３は、本発明の第４の実施形態を示す。
本実施形態は、第３の実施形態で挙げた別体構造の流入路４３を、第２の実施形態で挙げた旋回流式の流入部４０に適用したものである。
具体的には、パイプ部材で構成される排気ガス導入管部材４５の一端部を燃料噴射路２４ｂに対し接線方向から連通させる。つまり、導入管部材４５の一端部を噴射路２４ｂの中心線からオフセットした位置に連通させる。さらに、同一端部を噴射路２４ｂの下流側へ傾かせる。また他端部を、噴射路２４ｂから直上流となる排気通路分１５ｂと連通させて、排気ガス導入管部４５から噴射路２４ｂ内へ導入された排気ガスが、旋回しながら下流へ流れるようにしたものである。同構造でも簡単に掃気構造が構築できる。

なお、図１２および図１３において、第２の実施形態と同じ部分には同一符号を付して、その説明を省略した。
図１４および図１５は、本発明の第５の実施形態を示す。
本実施形態は、第４の実施形態の変形例で、第４の実施形態のパイプ部材で形成されていた排気ガス導入管部４５を、排気通路１５の屈曲部１５ａ及び噴射路２４ｂの筒形部２４と一体に成形したものである。

なお、図１４、図１５において、第４の実施形態と同じ部分には同一符号を付して、その説明を省略した。
図１６および図１７は、本発明の第６の実施形態を示す。
本実施形態は、第１〜５の実施形態とは異なり、排気通路１５を形成する部材とは別体な管部材５０を用いて燃料噴射路２４ｂを構成する構造で、屈曲部１５ａからの排気ガスの一部が燃料噴射路２４ｂ内へ導入されるようにしたものである。

具体的には、管部材５０は、先端部に排気ガス通路を流れる排気ガスの一部を受け入れる切欠き部５０ａを形成し、後端部に燃料添加弁２３が設置されている。切欠き部５０ａには、図１６および図１７に示されるような管部材５０の先端部を斜めに切欠いた斜め切欠き部５１が形成されている。この管部材５０は、屈曲部１５ａの出口側に形成された挿入用の口部５２から挿入されて取着され、先端に形成されている斜め切欠き部５１の開口が、排気通路１５の上流側へ向けて配置されており、同開口が排気ガスを受け入れる導入口５３となる。この管部材５０の先端の斜め切欠き部５１が、屈曲部１５ａ内へ突き出るように配置され、排気通路１５との合流部２６をなしている。

同構造によると、図１６および図１７中の矢印ｃに示されるように排気通路１５の屈曲部１５ａを流れる排気ガスの一部が、導入口５３から、管部材５０で形成される燃料噴射路２４ｂへ流れ込み、燃料噴射路２４ｂ内を掃気する。この掃気により、燃料噴射路２４ｂ内を滞留している蒸発燃料や煤などのデポジット等の生成の要因となる物質は、排気通路１５内へ押し流される。

それ故、第１、３の実施形態と同様、簡単な構造で、デポジットの生成を抑えることができる。特に斜め切欠き部５１を採用した管部材５０だと、先端の突き出し量を変えたり、斜め切欠き部５１の切欠き角度を変えたりすることによって、導入する排気ガス量が調整できるので、排気量など仕様の異なるエンジンに容易に対応できる。
なお、図１６および図１７において、第１の実施形態と同じ部分には同一符号を付して、その説明を省略した。

図１８〜図２０は、本発明の第７の実施形態を示す。
本実施形態は、切欠き部を、第６の実施形態で挙げた斜め切欠き部５１でなく、図１９に示されるような管部材５０の軸心方向に沿って延びるスリット５５から形成したものである。つまり、スリット５５の開口が、排気通路１５を流れる排気ガスの一部を受け入れる導入口５６としてある。導入口５６は、図１８に示されるように排気ガス流に対向するように配置されている。このスリット５５が、屈曲部１５ａ内へ突き出るように配置され、排気通路１５との合流部２６をなしている。

こうした構造だと、図１８および図２０（ａ），（ｂ）中の矢印ｄに示されるように排気ガス通路１５の屈曲部１５ａを流れる排気ガスの一部がスリット５５で形成される導入口５６から、管部材５０で形成される燃料噴射路２４ｂへ流れ込み、燃料噴射路２４ｂ内を掃気する。この掃気により、燃料噴射路２４ｂ内を滞留している蒸発燃料や煤は、排気通路１５内へ押し流される。

それ故、第６の実施形態と同様、簡単な構造で、デポジットの生成を抑えることができる。しかも、スリット５５を採用した管部材５０でも、先端の突き出し量を変えたり、スリットの幅寸法を変えたりすることによって、導入する排気ガス量が調整でき、排気量など仕様の異なるエンジンに容易に対応できる。
また図２１の変形例に示されるように、スリット５５の向きを排気ガス流の正面でなく、横方向へずらして位置決めると、図２１（ａ），（ｂ）中の矢印ｅに示されるように屈曲部１５ａの排気ガスの一部が、スリット５５で形成される導入口５６から、燃料噴射路２４ｂへ旋回しながら導入し、旋回流の中心部に生じる負圧で、燃料噴射路２４ｂ内で滞留している蒸発燃料や煤を吸い出せる。このため、スリット５５を形成する構造だと、仕様に応じて、衝突流を用いた掃気や旋回流を用いた掃気を使い分けることができる利点もある。

なお、図１８〜図２１において、第６の実施形態と同じ部分には同一符号を付して、その説明を省略した。
本発明は上述したいずれの実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施しても構わない。例えば上述した実施形態では、排気ガス通路の屈曲部の外周側に燃料添加弁を設けた排気ガス浄化装置に本発明を適用したが、これに限らず、屈曲部の内周側に燃料添加弁を設けた排気ガス浄化装置に本発明を適用しても構わない。むろん、上述した実施形態のような屈曲部を有する排気通路をもつ排気ガス浄化装置でなく、屈曲部が無い排気通路をもつ排気ガス浄化装置にも、本発明を適用しても構わない。もちろん、上述した実施形態では、屈曲部の直下流の触媒として酸化触媒を用い、その下流にＮＯｘトラップ触媒、パティキュレートフィルタを設けた排ガス浄化装置に本発明を適用した例を挙げたが、これに限らず、他の浄化方式の排気ガス浄化装置、例えば屈曲部の直下流の触媒としてＮＯｘトラップ触媒を用い、その下流にＤＰＦを設け、ＮＯｘトラップ触媒の上流に添加弁を設けた排気ガス浄化装置でも、屈曲部の直下流の触媒としてＮＯｘトラップ触媒を用い、その下流にＮＯｘトラップ触媒、酸化触媒、パティキュレートフィルタを設け、ＮＯｘトラップ触媒の上流に添加弁を設けた排気ガス浄化装置や、または添加剤噴射弁の直下流に選択還元型触媒やパティキュレートフィルタを設けた排気ガス浄化装置などに本発明を適用しても構わない。

さらに、上述した実施形態では、添加剤として燃料を用いて説明したが、触媒に供給するものであれば何でもよく、例えば還元剤としての軽油，ガソリン，エタノール，ジメチルエーテル，天然ガス，プロパンガス，尿素，アンモニア，水素，一酸化炭素などでもよい。また、還元剤以外の物質でもよく、例えば触媒冷却のための空気，窒素，二酸化炭素などや，パティキュレートフィルタに捕集した煤の燃焼除去を促進させるための空気やセリアなどでもよい。

本発明の第１の実施形態に係る排気ガス浄化装置を示す一部断面した側面図。 添加剤噴射路の掃気状態を説明するための側断面図。 図１中のＡ−Ａ線に沿う排気管部および排気ガス通路の断面図。 流入構造の外観を示す斜視図。 同じく平面図。 本発明の第２の実施形態の要部の流入構造を、添加剤噴射路の掃気状態と共に示す側断面図。 同流入構造の外観を示す斜視図。 同じく平面図。 図７中のＢ−Ｂ線に沿う排気管部および排気ガス通路の断面図。 本発明の第３の実施形態の要部の流入構造を、添加剤噴射路の掃気状態と共に示す側断面図。 図１０中のＣ−Ｃ線に沿う添加剤噴射路および排気ガス通路の断面図。 本発明の第４の実施形態の要部の流入構造を、添加剤噴射路の掃気状態と共に示す側断面図。 図１２中のＤ−Ｄ線に沿う添加剤噴射路および排気ガス通路の断面図。 本発明の第５の実施形態の要部の流入構造を、添加剤噴射路の掃気状態と共に示す側断面図。 図１４中のＥ−Ｅ線に沿う断面図。 本発明の第６の実施形態の要部の流入構造を、添加剤噴射路の掃気状態と共に示す側断面図。 添加剤噴射路をなす管部材の先端部を拡大して示す斜視図。 本発明の第７の実施形態の要部の流入構造を、添加剤噴射路の掃気状態と共に示す側断面図。 添加剤噴射路をなす管部材の先端を拡大して示す斜視図。 同管部材内を掃気する排気ガスの流れを説明する断面図。 図２０とは異なる排気ガスの導入の仕方で得られる掃気を説明する断面図。

１ エンジン本体
３ 排気ガス浄化装置
１５ 排気通路
１５ａ 屈曲部
２３ 燃料添加弁
２４ｂ 燃料噴射路（添加剤噴射路）
２６ 合流部
３０，４０ 流入部
３３，４３ 流入路
３５ 股部
３６ 掃気形成手段
３７ 衝突部
５０ 管部材
５０ａ 切欠き部
５１ 斜め切欠き部
５５ スリット

請求項１の発明は、上記目的を達成するために、エンジンから排出された排気ガスを外部へ導く排気通路と、前記排気通路の途中に設けられた触媒と、前記排気通路における前記触媒の上流側に接続された噴射路と、前記噴射路に設置され、当該噴射路内を通して前記触媒へ添加剤を供給する添加剤噴射弁と、前記排気通路を流れる排気ガスの一部を前記噴射路内に流入させる流入路と、前記流入路から前記噴射路に流入された排気ガスの流れを、前記噴射路内を掃気する流れに変える掃気流形成手段とを具備している。

請求項２の発明は、請求項１において、前記排気通路は、前記触媒の入口側に排気ガス流の向きを換える屈曲部を有し、前記噴射路は、前記屈曲部の途中から外方へ分かれるように基端部が接続され、前記流入路は、前記噴射路の基端部と同基端部から直上流の曲がりながら延びる排気通路部分との間でなす股部を外側へ拡張して形成されたことを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項１において、前記排気通路は、前記触媒の入口側に排気ガス流の向きを換える屈曲部を有し、前記噴射路は、前記屈曲部の途中から外方へ分かれるように基端部が接続され、前記流入路は、一端が、前記噴射路の基端部と同基端部から直上流の曲がりながら延びる排気通路部分との間でなす股部のうちの排気通路部分に接続され、他端が噴射路に接続された導入管部材であることを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１において、前記掃気流形成手段が、前記噴射路の壁面に、前記流入路から導入された排気ガスが衝突する衝突部を備え、当該衝突で生じる排気ガスの流れによって前記噴射路内を掃気することを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項１において、前記掃気流形成手段が、前記流入路が、前記噴射路内に排気ガスの旋回流を発生させるように前記噴射路の軸線に対してオフセットして同噴射路に開口し、当該旋回流によって前記噴射路内を掃気することを特徴とする。

請求項６の発明は、エンジンから排出された排気ガスを外部へ導く排気通路と、前記排気通路の途中に設けられた触媒と、前記排気通路における前記触媒の上流側に接続された噴射路と、前記噴射路に設置され、当該噴射路内を通して前記触媒へ添加剤を供給する添加剤噴射弁とを有した内燃機関の排気ガス浄化装置であって、前記噴射路は、前記排気通路とは別体なかつその先端部が前記排気通路内へ突き出るように設けられた管部材と、前記管部材の先端部に形成され、前記排気通路を流れる排気ガスの一部を受け入れる切欠き部とを有して形成され、前記切欠き部から前記排気通路を流れる排気ガスの一部を前記管部材の内部に入り込ませて当該前記管部材内を掃気する流れに変えることを特徴とする。
請求項７の発明は、請求項６において、前記切欠き部が、前記管部材の先端部を斜めに切欠して、前記排気通路を流れる排気ガスの一部を受け入れる導入口としてなることを特徴とする。

請求項８の発明は、請求項６において、前記切欠き部が、前記管部材の壁部に軸心方向に延びるスリットを形成して、前記排気通路を流れる排気ガスの一部が同スリットから管部材の内部に入り込むことを特徴とする。

請求項１の発明によれば、排気ガスで噴射路内が掃気されることにより、該噴射路内に添加剤や煤の滞留は減少し、噴射路内におけるデポジットの生成を抑えることができる。この結果、常に良好に添加剤添加弁から添加剤噴射が行え、常に良好に排気ガス浄化性能を維持できる。

請求項２の発明によれば、排気通路及び噴射路の形状を変えるだけで、流入部を実現することができる。
請求項３の発明によれば、排気通路の形状自体を大きく変更することなく、導入管部材を設けることで、流入路を実現することができる。

請求項４の発明によれば、噴射路の壁面に、流入路から導入された排気ガスが衝突する衝突部を備え、当該衝突で生じる排気ガスの流れによって噴射路内を掃気するから、簡単な構造で噴射路内の掃気を効果的に行うことができる。
請求項５の発明によれば、流入路を、噴射路内に排気ガスの旋回流を発生させるように噴射路の軸線に対してオフセットして同噴射路に開口し、当該旋回流によって噴射路内を掃気するから、やはり簡単な構造で前記噴射路内の掃気を効果的に行うことができる。

請求項６の発明によれば、先端部に切欠き部が形成された管部材を用いるという簡単な構造で、添加剤の噴射路内の掃気を行うことができる。

請求項７の発明によれば、管部材の先端部を斜めに切欠いて、排気通路を流れる排気ガスの一部を受け入れる導入口としているから、簡単な構造で、添加剤の噴射路内の掃気を行うことができる。
請求項８の発明によれば、管部材の壁部に軸心方向に延びるスリットを形成して、排気通路を流れる排気ガスの一部が同スリットから管部材の内部に入り込むようにしたから、同様に、添加剤の噴射路内の掃気を行うことができる。

Claims (9)

1. エンジンから排気された排気ガスを外部へ導く排気管部と、
   前記排気管部に設けられる触媒と
   前記触媒の上流側に設けられ、基端が前記排気管部と連通し、先端が排気管部から離れた方向に延びる添加剤噴射路と、
   前記添加剤噴射路に設置され、当該添加剤噴射路内を通して前記触媒へ添加剤を供給する添加剤噴射弁と、
   前記添加剤噴射路と前記排気管部とが合流する合流部に設けられ、前記排気管部を流れる排気ガスの一部を添加剤噴射路内に流入させる流入部と
   を具備したことを特徴とする内燃機関の排気ガス浄化装置。
2. 前記流入部は、
   前記添加剤噴射路の基端と前記添加剤噴射路の基端から直上流の排気管部分との間を外側へ拡張して構成され、前記排気管部から前記添加剤噴射路へ排気ガスの一部を導入させる排気ガス通路と、
   前記添加剤噴射路へ導入される排気ガスの流れを掃気用の流れに変える掃気流形成部と
   を有して構成されることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気ガス浄化装置。
3. 前記流入部は、
   前記添加剤噴射路の下流側と前記添加剤噴射路から直上流の前記排気管分との間を排気ガス導入管部で連通させて構成され、前記排気管部から前記添加剤噴射路へ排気ガスの一部を導入させる排気ガス通路と、
   前記添加剤噴射路へ導入される排気ガスの流れを掃気用の流れに変える掃気流形成部と
   を有して構成されることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気ガス浄化装置。
4. 前記掃気流形成部は、前記添加剤噴射路の壁面に、前記排気ガス通路から導出する排気ガスと衝突する衝突部を有し、当該衝突で生じる排気ガスの衝突流が前記添加剤噴射路内へ流れ込むようにしてあることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の内燃機関の排気ガス浄化装置。
5. 前記掃気流形成部は、前記添加剤噴射路内において排気ガスの旋回流が形成されるように、前記排気ガス通路の出口を、前記添加剤噴射路内にオフセットして開口させてなることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の内燃機関の排気ガス浄化装置。
6. 前記排気管部は、屈曲部を有して構成され、
   前記添加剤噴射路は、前記屈曲部の途中の排気管部分から分かれるように設けられ、
   前記流入部は、前記添加剤噴射路と前記屈曲した排気管部分とが合流する合流部に設けられる
   ことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一つに記載の内燃機関の排気ガス浄化装置。
7. 前記添加剤噴射路は、前記排気管部とは別体な管部材を有し、同管部材を前記排気管部に、先端部が前記排気管部内へ突き出るように設けて、前記排気管部と合流する合流部をなし、
   前記流入部は、前記合流部をなす前記管部材の先端部に、前記排気ガス通路から導出する排気ガスを受け入れる切欠き部を形成してなる特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気ガス浄化装置。
8. 前記切欠き部は、管部材の先端部を斜めに切欠して、前記排気ガス通路の出口からの排気ガスを受け入れる導入口としてなる請求項７に記載の内燃機関の排気ガス浄化装置。
9. 前記切欠き部は、管部材の壁部に軸心方向に延びるスリットを形成して、前記排気ガス通路の出口からの排気ガスを受け入れる導入口としてなる請求項７に記載の内燃機関の排気ガス浄化装置。

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