JP2009167965A - 排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】還元剤が噴射される噴射空間を形成する壁面へのデポジットの堆積を抑制した排気浄化装置を提供する。
【解決手段】排気管３ａ内に還元剤８を噴射する排気管インジェクタ５と、前記排気管３ａから突出し、前記排気管インジェクタ５から前記還元剤８が噴射される噴射空間を有する排気管フランジ６と、前記排気管インジェクタ５を保持し、前記排気管フランジ６に取り付けられる排気管インジェクタホルダ７とを備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、排気浄化装置に関する。

従来から内燃機関、例えばディーゼルエンジン等の排気中に存在するＮＯｘを浄化するために、排気系にＮＯｘ吸蔵触媒（以下、ＮＴＣという）を配置し、定期的なリッチ運転などによりＮＴＣへ還元剤を供給することにより、リーン運転期間中に吸蔵したＮＯｘを放出又は還元する排気浄化装置が知られている。そして、このような排気浄化装置の内、ＮＴＣに還元剤を供給する方法として、内燃機関の筒内でのリッチ燃焼に因らず、内燃機関の排気ポートからＮＴＣの入口までの間の排気管に排気管インジェクタを有する還元剤供給手段を配置して還元剤（例えば、燃料等）を供給する排気ガス浄化装置が知られている。

一般的に排気管インジェクタは耐熱温度が低いため、高温となる排気系に設置する場合、冷却水循環等の冷却機能を有する固定部に取付けられる。このような従来の排気浄化装置の一例が下記特許文献１に開示されている。ここで、従来の排気浄化装置の構成について説明する。従来の排気浄化装置は、下記特許文献１の図１に示されるように、排気浄化用触媒を排気管の途中に装備し、該排気管の排気浄化用触媒より上流にある屈曲部の曲がり方向外側に、該屈曲部上流の排気管に沿うように燃料添加用インジェクタ（排気管インジェクタ）を付設すると共に、該インジェクタのノズルの先端部から屈曲部下流の排気管に沿う方向に向け噴射空間を形成し、該噴射空間を介して屈曲部下流の排気管内の流路に燃料を噴射し得るように構成されている。インジェクタを抱持しているボス部（固定部）の内部には、前記インジェクタと略同心状の筒形を成すウォータジャケットが穿設されている。

特開２００４−１９７６３５号公報

しかしながら、上述した排気浄化装置では、排気管インジェクタ近傍の噴射空間を形成する壁面の温度がウォータジャケット内の冷却水により冷却されて低くなってしまう。このような場合、排気管インジェクタから噴射された還元剤の内、噴射空間を形成する壁面に付着した微量の還元剤が低温のため気化せずに排気中の粒子状物質（ＰＭ）を壁面に固定するバインダーとなることによりデポジットの堆積が発生してしまう。

また、このデポジットの堆積は、還元剤の噴射形状が噴射空間を形成する壁面に直接に接することがなくても、還元剤噴射時に生じる負圧により還元剤噴射方向とは逆方向に巻き込まれる還元剤が噴射空間を形成する壁面に付着することによっても発生する虞がある。

図５は、排気管インジェクタにより還元剤が噴射される噴射空間を形成する壁面にデポジットが堆積する様子を示した図である。図５（ａ）に示すように、噴射空間５１のような狭小な空間において排気管インジェクタ５０から噴射した還元剤５２によって図５（ａ）中に矢印Ｒで示すように高速の流れが作られると、その閉空間内の気体も図５（ａ）中に矢印Ｂで示すような粘性により引かれて図５（ａ）中に破線で示す位置に負圧が生じ、この負圧に貫徹力の弱い飛散した還元剤５２が図５（ａ）中に矢印Ｃで示すように引き寄せられると、図５（ｂ）に示すように、噴射空間５１を形成する壁面に飛散した還元剤５２が付着してデポジット５３として堆積してしまうためである。

以上のことから、本発明は、還元剤が噴射される噴射空間を形成する壁面へのデポジットの堆積を抑制した排気浄化装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するための第１の発明に係る排気浄化装置は、排気管内に添加剤を噴射する添加剤供給手段と、前記排気管から突出し、前記添加剤供給手段から前記添加剤が噴射される噴射空間を有する排気管フランジと、前記添加剤供給手段を保持し、前記排気管フランジに取り付けられる還元剤供給手段固定部材とを備えることにより、前記添加剤供給手段の温度が上昇することを防ぐことができるため、一般的に熱に弱い前記添加剤供給手段が熱により害されることを防ぐことができ、同時に、前記添加剤供給手段固定部材は排気管フランジとは別部材であるので排気管側フランジの温度が低下することを防ぐことができるため、排気管側フランジの内壁面、言い換えれば噴射空間を形成する壁面へのデポジットの堆積を抑制することができる。

上記の課題を解決するための第２の発明に係る排気浄化装置は、第１の発明に係る排気浄化装置において、前記添加剤供給手段は、前記添加剤供給手段の前記添加剤を噴射する噴口近傍のみを前記噴射空間内に露出することにより、前記添加剤供給手段の先端部の高温化を防ぐことができるため、前記添加剤供給手段の先端部が高温化することで、噴口内の残留還元剤の高沸点成分が残渣として生成されやすくなり、この残渣が噴射した還元剤で洗浄できずにデポジットとして堆積することによる噴口の目詰まりを抑制することができる。

上記の課題を解決するための第３の発明に係る排気浄化装置は、第１の発明又は第２の発明に係る排気浄化装置において、前記添加剤供給手段固定部材と前記排気管フランジとの間にガスケットを設置することにより、前記添加剤供給手段固定部材と排気管側フランジとの間から排気や噴射した添加剤が漏れることを防ぐだけでなく、排気管側フランジ側の熱が前記添加剤供給手段側に伝わりにくくすることができる。

上記の課題を解決するための第４の発明に係る排気浄化装置は、第１の発明から第３の発明のいずれかひとつに係る排気浄化装置において、前記添加剤供給手段固定部材は、冷却水路が形成されることにより、前記添加剤供給手段は十分に冷却されるものの、前記添加剤供給手段固定部材と排気管側フランジとは断熱されているため、前記添加剤供給手段固定部材により排気管側フランジが冷却されて温度が低下してしまうことがない。

上記の課題を解決するための第５の発明に係る排気浄化装置は、第１の発明から第４の発明のいずれかひとつに係る排気浄化装置において、前記添加剤供給手段は、該排気管フランジの内壁面及び該排気管フランジの前記添加剤供給手段固定部材側の開口部に、該排気管フランジよりも熱伝導率が高い素材で形成される伝熱部材を備え、前記伝熱部材の前記添加剤供給手段固定部材側の面には、前記添加剤供給手段の前記噴口近傍のみを前記噴射空間内に露出させる開口部が形成され、前記添加剤供給手段及び前記添加剤供給手段固定部材と前記伝熱部材とは接触しないことにより、前記添加剤供給手段及び前記添加剤供給手段固定部材への熱の伝導を最小限に抑え、かつ、噴射空間を形成する壁面を高温とすることによりデポジットの堆積を抑制することができる。

本発明によれば、添加剤（還元剤）が噴射される噴射空間を形成する壁面へのデポジットの堆積を抑制することができる。

以下、本発明に係る排気浄化装置について、図１〜図４を用いて説明する。ここで、図１は本発明の第１の実施例に係る排気浄化装置における排気管インジェクタの取り付け構造を示した断面図、図２は図１中Ａ−Ａで示す断面における断面図、図３は本発明の第２の実施例に係る排気浄化装置における排気管インジェクタの取り付け構造を示した断面図、図４は本発明の一実施形態に係る排気浄化装置の装置構成を示した模式図である。

始めに、本発明の一実施形態に係る排気浄化装置の装置構成について説明する。図４に示すように、内燃機関１における気筒の排気ポート２には、排気を導出するステンレス製の排気管３ａ，３ｂが接続されている。この排気管３ａ，３ｂには、排気中のＮＯｘを吸蔵して排気を浄化するＮＴＣ４が設置されている。なお、本実施形態においては、内燃機関１として、例としてディーゼルエンジンを想定している。また、排気管３ａ，３ｂは、ステンレス製としたが、これ以外の材料で製造してもよい事は言うまでもない。

排気ポート２とＮＴＣ４との間の排気管３ａには、燃料等の還元剤（添加剤）８を排気管３ａ内の排気中に供給する排気管インジェクタ５が配置される。また、排気ポート２とＮＴＣ４との間の排気管３ａには、還元剤８が噴射される空間（噴射空間）を有する排気管側フランジ６が排気管３から突出するように形成されている。

そして、排気管インジェクタ５は、排気管側フランジ６に排気管３ａとは別体の排気管インジェクタホルダ７（排気管インジェクタ固定部材）を介して取り付けられている。なお、排気管インジェクタホルダ７の構造等については後ほど詳述する。なお、排気管インジェクタ５には還元剤を供給するポンプ等（図示省略）が取り付けられ、これら排気管インジェクタ５やポンプ等により還元剤供給手段が構成されている。また、内燃機関１や排気管インジェクタ５等は、実際には中央演算処理装置やＲＯＭやＲＡＭ等を備えるＥＣＵにより制御されているが、ここでの図示による説明は省略する。

ところで、排気管インジェクタ５の先端部５ａは高温化することで、噴口５ｂ内の残留還元剤の高沸点成分が残渣として生成されやすくなり、この残渣を噴射した還元剤８で洗浄できない場合、デポジットとして堆積して噴口５ｂに目詰まりが生じるおそれがある。このため、排気管インジェクタ５は、排気管インジェクタ５の先端部５ａの噴口５ｂ（図１参照）の近傍のみを噴射空間内に露出するように設置することにより、排気管インジェクタ５の先端部５ａの高温化を防ぐことにより、噴口５ｂの目詰まりを抑制することもできる。

このように、本実施形態においては、排気管側フランジ６と排気管インジェクタホルダ７とが別部材により構成されているため、従来の排気浄化装置のように排気管と排気管インジェクタの固定部とが一体に成形されている場合に比べ、排気管３ａ側の熱が排気管インジェクタ５側に伝わりにくくなっている。

したがって、本実施形態に係る排気浄化装置によれば、排気管インジェクタ５の温度が上昇することを防ぐことができるため、一般的に熱に弱い排気管インジェクタ５が熱により害されることを防ぐことができ、同時に、排気管インジェクタホルダ７と排気管側フランジ６とは別部材であるので排気管側フランジ６の温度が低下することを防ぐことができるため、排気管側フランジ６の内壁面、言い換えれば還元剤８が噴射される噴射空間を形成する壁面へのデポジットの堆積を抑制することができる。

次に、本発明の第１の実施例に係る排気浄化装置における排気管インジェクタの取り付け構造について説明する。図１に示すように、排気管３ａに形成された排気管側フランジ６の上部には、排気管インジェクタ５を取り付けるための排気管インジェクタホルダ７が取り付けられる。本実施例においては、排気管インジェクタホルダ７は、アルミニウム製とし、ダイカスト法により製作したが、これ以外の材料や製法を用いて製造してもよい。

排気管インジェクタホルダ７と排気管側フランジ６との間にはガスケット１０を設置する。このガスケット１０は、排気管インジェクタホルダ７と排気管側フランジ６との間から排気や噴射した還元剤８が漏れることを防ぐだけでなく、排気管側フランジ６側の熱が排気管インジェクタ５側に伝わりにくくすることができる。

このように、本実施例においては、排気管インジェクタホルダ７と排気管側フランジ６との間にガスケット１０を設置することにより、排気管側フランジ６側の熱が排気管インジェクタ５側に伝わりにくくすることができる。なお、このガスケット１０の素材として、断熱性の素材を用いることにより、断熱性をより向上することも可能である。ガスケット１０に断熱性の素材を用いた場合、排気管側フランジ６側の熱が排気管インジェクタ５側により一層伝わりにくくすることができる。

排気管インジェクタホルダ７の内部には、排気管インジェクタ５を冷却するための冷却水９が流れる冷却水路７ａが形成されている。このように、本実施例においては、排気管インジェクタホルダ７の内部に冷却水路７ａが形成されているため、排気管インジェクタ５は十分に冷却されるものの、従来の排気浄化装置とは異なり、排気管インジェクタホルダ７と排気管側フランジ６とは断熱されているため、排気管インジェクタホルダ７により排気管側フランジ６が冷却されて温度が低下してしまうことがなく、噴射空間を形成する壁面へのデポジットの堆積は生じにくくなっている。

排気管インジェクタ５と排気管インジェクタホルダ７との上下方向における接触部分の間にはガスケット１１を設置する。このガスケット１１は、排気管インジェクタ５と排気管インジェクタホルダ７との間から排気や噴射した還元剤８が漏れることを防ぐだけでなく、排気管インジェクタ５から排気管インジェクタホルダ７へ熱を伝えることができるため、排気管インジェクタホルダ７による排気管インジェクタ５の冷却効率を高めることができる。

さらに、排気管インジェクタ５の先端部５ａと排気管インジェクタホルダ７との間には、円筒状の伝熱シリコンゴム１２を設置する。図２に示すように、この伝熱シリコンゴム１２は、剛体同士である排気管インジェクタ５の先端部５ａと排気管インジェクタホルダ７とをソフトタッチさせることにより、剛体接触による弊害を回避し、且つ排気管インジェクタ５から排気管インジェクタホルダ７へ効率よく熱を伝導させることができる。

このように、本実施例に係る排気浄化装置では、伝熱シリコンゴム１２を設置したため、排気管インジェクタ５の先端部５ａを排気管インジェクタホルダ７内部の冷却水９により、効率よく冷却することができる。これにより、排気管インジェクタ５の先端部５ａが高温化することで、噴口５ｂ内の残留還元剤の高沸点成分が残渣として生成されやすくなり、この残渣が噴射した還元剤８で洗浄できずにデポジットとして堆積することによる噴口５ｂの目詰まりを抑制することができる。

また、伝熱シリコンゴム１２は、部品の加工精度上の理由等から、従来から排気管インジェクタ５の先端部５ａと排気管インジェクタホルダ７との間にあいている隙間を利用して設置するため、部材の加工精度を高めることによるコストの上昇を伴うことなく、図２に示すように、排気管インジェクタホルダ７に排気管インジェクタ５を密着した状態で確実に保持させることができる。

排気管側フランジ６の内壁面及び排気管側フランジ６の排気管インジェクタホルダ７側の開口部とには、排気管側フランジ６側の熱を効率よく伝熱する伝熱部材１３を設置する。この伝熱部材１３は排気管インジェクタ５の噴口５ｂの近傍だけが排気管側フランジ６内に露出するように排気管インジェクタホルダ７側の面に開口部１３ａが設けられている。

そして、伝熱部材１３と排気管インジェクタ５及び伝熱部材１３と排気管インジェクタホルダ７とは接触しないようになっている。このため、排気管インジェクタ５及び排気管インジェクタホルダ７への熱の伝導を最小限に抑え、かつ、噴射空間を形成する壁面を高温とすることによりデポジットの堆積を抑制することができる。

次に、本発明の第２の実施例に係る排気管インジェクタの取り付け構造について説明する。なお、本実施例に係る排気浄化装置の装置構成は、第１の実施例に係る排気浄化装置の装置構成と略同様なため、ここでの詳細な説明は省略する。また、図３中の各部材には第１の実施例で用いた符号と同様の符号を付するものとする。

図３に示すように、排気管３ａに対し排気フランジ６を傾斜させて形成することで、図３中に矢印Ｅで示す排気の流れに沿うように、図３中に矢印Ｒで示すように還元剤８を噴射するようにすることもできる。これにより、排気の流れを妨げることなく排気中に還元剤８を効率よく噴射することができる。

また、排気管３ａに対し排気フランジ６を傾斜させて形成した場合、排気管インジェクタ５を排気管インジェクタ５の中心軸が排気管３ａと平行となるように、排気管インジェクタホルダ７を図３に示すような形状とすることで、排気管インジェクタ５を設置するスペースの省スペース化も図ることもできる。
なお、上記実施形態では、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燃料に限らず、尿素やアンモニア等の還元剤や空気等の二次エアでもよい。

本発明は、例えば、内燃機関、特にディーゼルエンジンの排気浄化装置における排気管インジェクタの取り付け構造に利用することが可能である。

本発明の第１の実施例に係る排気浄化装置における排気管インジェクタの取り付け構造を示した断面図である。 図１中Ａ−Ａで示す断面における断面図である。 本発明の第２の実施例に係る排気浄化装置における排気管インジェクタの取り付け構造を示した断面図である。 本発明の一実施形態に係る排気浄化装置の装置構成を示した模式図である。 排気管インジェクタにより還元剤が噴射される噴射空間を形成する壁面にデポジットが堆積する様子を示した図である。

符号の説明

１ 内燃機関
２ 排気ポート
３ａ，３ｂ 排気管
４ ＮＴＣ
５ 排気管インジェクタ
５ａ 排気管インジェクタの先端部
５ｂ 排気管インジェクタの先端部の噴口
６ 排気管側フランジ
７ 排気管インジェクタホルダ
７ａ 冷却水路
８ 還元剤
１０，１１ ガスケット
１２ 伝熱シリコンゴム
１３ 伝熱部材

Claims (5)

1. 排気管内に添加剤を噴射する添加剤供給手段と、
   前記排気管から突出し、前記添加剤供給手段から前記添加剤が噴射される噴射空間を有する排気管フランジと、
   前記添加剤供給手段を保持し、前記排気管フランジに取り付けられる還元剤供給手段固定部材と
   を備える
   ことを特徴とする排気浄化装置。
2. 前記添加剤供給手段は、前記添加剤供給手段の前記添加剤を噴射する噴口近傍のみを前記噴射空間内に露出する
   ことを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
3. 前記添加剤供給手段固定部材と前記排気管フランジとの間にガスケットを設置する
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の排気浄化装置。
4. 前記添加剤供給手段固定部材は、冷却水路が形成される
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の排気浄化装置。
5. 前記添加剤供給手段は、該排気管フランジの内壁面及び該排気管フランジの前記添加剤供給手段固定部材側の開口部に、該排気管フランジよりも熱伝導率が高い素材で形成される伝熱部材を備え、
   前記伝熱部材の前記添加剤供給手段固定部材側の面には、前記添加剤供給手段の前記噴口近傍のみを前記噴射空間内に露出させる開口部が形成され、
   前記添加剤供給手段及び前記添加剤供給手段固定部材と前記伝熱部材とは接触しない
   ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の排気浄化装置。

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