JP2010112314A - 内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】添加弁の取り付けに起因する構成の複雑化を抑制しつつ、多段式の過給機の過給特性の低下についてもこれを抑制することのできる内燃機関を提供する。
【解決手段】内燃機関は、排気通路３０に設けられる高圧タービンホイール４１を有する高圧過給機４０と、高圧タービンホイール４１の排気下流側に設けられる低圧タービンホイール５１を有する低圧過給機５０とを備える。低圧タービンホイール５１は低圧タービンハウジング５４により囲繞されている。また、低圧タービンホイール５１の排気下流側に設けられる排気浄化装置３３に対して排気上流側から還元剤としての機関燃料を添加する添加弁３４は、その噴孔３４Ａが高圧タービンホイール４１の排気下流側に位置するように低圧タービンハウジング５４に取り付けられる。
【選択図】図２

Description

本発明は、排気通路に設けられるタービンホイールを有する排気駆動式過給機と、タービンホイールの排気下流側に設けられる排気浄化装置と、排気浄化装置に対して添加剤を添加する添加弁とを備える内燃機関に関する。

従来、このような内燃機関としては、例えば特許文献１に記載のものが知られている。特許文献１に記載のものも含めて従来の内燃機関では、排気中の窒素酸化物（以下、「ＮＯｘ」）を排気浄化触媒に吸蔵させるとともに、排気浄化触媒に対して例えば機関燃料等の添加剤を添加することにより、吸蔵されているＮＯｘを還元浄化するようにしている。ここで、こうした添加弁の配設態様としては、排気通路においてタービンホイールの排気上流側、具体的には排気マニホルド内に添加弁の噴孔が位置するように同添加弁をシリンダヘッドに取り付けるものや、特許文献１に記載の技術のようにタービンホイールの排気下流側に接続される排気管内に添加弁の噴孔が位置するように同添加弁を取り付けるものが一般的である。

一方、吸気の過給特性の向上を図るべく、排気通路において複数のタービンホイールが排気の流れ方向に対して直列に設けられた、いわゆる多段式の過給機を備える内燃機関が知られている。具体的には、排気通路には、高圧タービンホイール及びその排気下流側に位置する低圧タービンホイールがそれぞれ設けられている。また、排気通路には、高圧タービンホイールを迂回する迂回通路、及び迂回通路への排気の流入態様を切り替える切替弁が設けられている。そして、切替弁を通じて迂回通路への排気の流入態様を切り替えることで、すなわち高圧タービンホイール及び低圧タービンホイールの駆動状態を切り替えることで、これらタービンホイールにそれぞれ対応する高圧コンプレッサホイール及び低圧コンプレッサホイールによる吸気の過給状態が切り替えらえるようになっている。
特開２００８―１２８０４６号公報

ところで、このような多段式の過給機を備える内燃機関に対して、排気浄化装置及びこれに対して添加剤を添加する添加弁を適用した場合には、以下の問題が生じるおそれがある。すなわち、排気マニホルド内に添加弁の噴孔が位置するように同添加弁を取り付ける構成にあっては、添加弁から添加される添加剤が、まずは高圧タービンホイールや切替弁の摺動部に付着することとなる。そのため、こうした添加剤の付着及び排気に含まれる物質の堆積に起因して上記摺動部の摺動不良が生じると、過給機の過給特性が低下するといった問題が生じるおそれがある。また、低圧タービンホイールの排気下流側に接続される排気管内に添加弁の噴孔が位置するように同添加弁を取り付ける構成にあっては、添加剤の上記摺動部への付着が生じないことから上述したような摺動不良の発生が生じることはないが、排気管に対して添加弁を取り付けるための取付部材等が必要となることから、排気系の構成、ひいては内燃機関の構成が複雑となるといった新たな問題が生じることとなる。

尚、こうした問題は、排気通路に高圧タービンホイールを迂回する迂回通路、及び迂回通路への排気の流入態様を切り替える切替弁を備える内燃機関に限られるものではなく、多段式の過給機を備える内燃機関であれば概ね共通して生じるものである。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、添加弁の取り付けに起因する構成の複雑化を抑制しつつ、多段式の過給機の過給特性の低下についてもこれを抑制することのできる内燃機関を提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
（１）請求項１に記載の発明は、排気通路に設けられる高圧タービンホイールを有する高圧過給機と、前記高圧タービンホイールの排気下流側に設けられる低圧タービンホイールを有する低圧過給機と、これらタービンホイールの少なくとも一方を囲繞するタービンハウジングと、前記低圧タービンホイールの排気下流側に設けられる排気浄化装置と、前記排気浄化装置の排気上流側から添加剤を添加する添加弁とを備える内燃機関であって、前記添加弁は、その噴孔が前記高圧タービンホイールの排気下流側に位置するように前記タービンハウジングに取り付けられてなることをその要旨としている。

同構成によれば、タービンハウジング自体に添加弁が取り付けられる構成とされることから、添加弁を取り付けるための特別な部材が不要となる。また、添加弁の噴孔は高圧タービンホイールの排気下流側に位置していることから、添加弁から添加される添加剤が高圧タービンホイールの摺動部に付着することを抑制することができ、添加剤の付着及び排気に含まれる物質の堆積に起因する上記摺動部の摺動不良の発生を抑制することができるようになる。従って、添加弁の取り付けに起因する内燃機関の構成の複雑化を抑制しつつ、多段式の過給機の過給特性の低下についてもこれを抑制することができるようになる。尚、添加弁の噴孔が低圧タービンホイールの上流側に位置するように添加弁を設ける場合、低圧タービンホイールの摺動部における摺動不良の発生が懸念される。しかしながら一般に、高圧タービンホイールに比べて低圧タービンホイールはその機構が簡易なものとされることから、添加弁の噴孔が高圧タービンホイールの上流側に位置するように添加弁を設ける場合に比べて、上述したような摺動不良は生じにくい。

（２）請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関において、前記添加弁は、その噴孔が排気上流側に指向するように設けられてなることをその要旨としている。
同構成によれば、排気の流れ方向の反対方向に対して添加剤が添加されることから、添加剤に対して排気の流れによる剪断力が作用することで添加剤の微粒化が促進されるようになる。このため、添加弁の添加圧力を低く抑えることができるようになる。

（３）請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の内燃機関において、前記排気通路において前記高圧タービンホイールを迂回する迂回通路と、前記迂回通路への排気の流入態様を切り替える切替弁とを備えてなることをその要旨としている。

こうした構成にあっては、添加弁の噴孔が高圧タービンホイールの上流側に位置するように添加弁を設けると、高圧タービンホイールの摺動部のみならず、切替弁の摺動部についても添加剤の付着及び排気に含まれる物質の堆積に起因する摺動不良の発生が問題となる。

この点、上記構成を備える内燃機関に対して請求項１に記載の発明を適用すれば、添加弁の噴孔は高圧タービンホイールの排気下流側に位置していることから、添加弁から添加される添加剤が切替弁の摺動部に付着することを抑制することができ、添加剤の付着及び排気に含まれる物質の堆積に起因する切替弁の摺動不良の発生についてもこれを抑制することができるようになる。従って、多段式の過給機の過給特性の低下を的確に抑制することができるようになる。

（４）請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の内燃機関において、前記排気通路において前記高圧タービンホイールの排気上流側には吸気通路に排気を再循環させるための排気再循環通路が接続され、同排気再循環通路には前記吸気通路に再循環される排気の流量を調節するための調節弁が設けられてなることをその要旨としている。

こうした構成にあっては、添加弁の噴孔が高圧タービンホイールの上流側に位置するように添加弁を設けると、高圧タービンホイールの摺動部のみならず、排気再循環通路に設けられる調節弁の摺動部についても添加剤の付着及び排気に含まれる物質の堆積に起因する摺動不良の発生が問題となる。

この点、上記構成を備える内燃機関に対して請求項１に記載の発明を適用すれば、添加弁の噴孔は高圧タービンホイールの排気下流側に位置していることから、添加弁から添加される添加剤が排気再循環通路を通じて調節弁の摺動部に付着することを抑制することができ、添加剤の付着及び排気に含まれる物質の堆積に起因する調節弁の摺動不良の発生についてもこれを抑制することができるようになる。

（５）請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の発明は、具体的には、請求項５に記載の発明によるように、前記高圧過給機は、固定容量型の過給機であるといった態様をもって具体化することができる。

（６）請求項６に記載の発明は、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の内燃機関において、前記高圧過給機は、そのタービンホイールに吹き付けられる排気の経路に可変ノズルベーンを備え、その可変ノズルベーンの開度を変更して排気の流速を調節することで過給圧を制御する可変容量型の過給機であることをその要旨としている。

こうした構成にあっては、特に、可変ノズルベーンの摺動部の構造が複雑なものとされることから、添加弁の噴孔が高圧タービンホイールの上流側に位置するように添加弁を設けると、添加剤の付着及び排気に含まれる物質の堆積に起因する上記摺動部の摺動不良の発生により過給特性が低下することとなる。

この点、上記構成を備える内燃機関に対して請求項１に記載の発明を適用すれば、添加弁の噴孔は高圧タービンホイールの排気下流側に位置していることから、添加弁から添加される添加剤が上記摺動部に付着することを抑制することができ、添加剤の付着及び排気に含まれる物質の堆積に起因する摺動部の摺動不良の発生を抑制することができるようになる。従って、高圧過給機が可変容量型の過給機とされる構成においても過給特性の低下を的確に抑制することができるようになる。

（７）請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の発明は、具体的には、請求項７に記載の発明によるように、前記添加弁は、その噴孔が前記高圧タービンの排気下流側であって且つ前記低圧タービンの排気上流側に位置するように取り付けられてなるといった態様をもって具体化することができる。

（８）請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の発明は、具体的には、請求項８に記載の発明によるように、前記添加弁は、その噴孔が前記低圧タービンの排気下流側に位置するように取り付けられてなるといった態様をもって具体化することができる。この場合、添加弁から添加される添加剤が低圧タービンホイールの摺動部に付着することについても抑制することができ、添加剤の付着及び排気に含まれる物質の堆積に起因する上記摺動部の摺動不良の発生についてもこれを抑制することができるようになる。

（９）請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載の発明は、具体的には、請求項９に記載の発明によるように、前記タービンハウジングは、前記高圧タービンホイールを囲繞する高圧タービンハウジングと、前記低圧タービンホイールを囲繞する低圧タービンハウジングとからなり、前記添加弁は、前記低圧タービンハウジングに設けられてなるといった態様を持って具体化することができる。

（１０）請求項１０に記載の発明は、排気通路に設けられる高圧タービンホイールを有する高圧過給機と、前記高圧タービンホイールの排気下流側に設けられる低圧タービンホイールを有する低圧過給機と、前記低圧タービンホイールを囲繞する低圧タービンハウジングと、前記排気通路において前記高圧タービンホイールを迂回する迂回通路と、前記迂回通路への排気の流入態様を切り替える切替弁と、前記低圧タービンホイールの排気下流側に設けられる排気浄化装置と、前記排気浄化装置の排気上流側から添加剤を添加する添加弁とを備える内燃機関において、前記添加弁は、その噴孔が前記切替弁の排気下流側であって且つ前記低圧タービンホイールの排気上流側に位置するように前記低圧タービンハウジングに設けられてなることをその要旨としている。

同構成によれば、低圧タービンハウジング自体に添加弁が取り付けられる構成とされることから、添加弁を取り付けるための特別な部材が不要となる。また、添加弁の噴孔は切替弁の排気下流側に位置していることから、添加弁から添加される添加剤が添加弁や高圧タービンホイールの摺動部に付着することを抑制することができ、添加剤の付着及び排気に含まれる物質の堆積に起因する上記摺動部の摺動不良の発生を抑制することができるようになる。従って、添加弁の取り付けに起因する内燃機関の構成の複雑化を抑制しつつ、多段式の過給機の過給特性の低下についてもこれを抑制することができるようになる。尚、添加弁の噴孔が低圧タービンホイールの上流側に位置することから、低圧タービンホイールの摺動部における摺動不良の発生が懸念される。しかしながら一般に、高圧タービンホイールに比べて低圧タービンホイールはその機構が簡易なものとされることから、添加弁の噴孔が高圧タービンホイールの上流側に位置するように添加弁を設ける場合に比べて、上述したような摺動不良は生じにくい。

（１１）請求項１〜請求項１０のいずれか一項に記載の発明は、具体的には、請求項１１に記載の発明によるように、前記排気浄化装置は、排気中の窒素酸化物を吸蔵するとともに、還元剤の添加により同吸蔵していた窒素酸化物を還元する触媒を備えるものであり、前記添加剤は窒素酸化物に対して還元剤として機能するものであるといった態様をもって具体化することができる。

（１２）請求項１〜請求項１１のいずれか一項に記載の発明は、具体的には、請求項１２に記載の発明によるように、前記排気浄化装置は、排気中の粒子状物質を捕集するフィルタを備えるものであり、前記添加剤は排気の温度を上昇させる昇温剤として機能するものであるといった態様を持って具体化することができる。

（１３）請求項１〜請求項１２のいずれか一項に記載の発明は、具体的には、請求項１３に記載の発明によるように、前記添加剤は、機関燃料であるといった態様をもって具体化することができる。このように、添加剤として機関燃料を採用すれば、添加剤を、請求項１１に記載の添加剤、すなわち窒素酸化物に対して還元剤として機能するものとすることができるとともに、請求項１２に記載の添加剤、すなわち排気の温度を上昇させる昇温剤として機能するものとすることもできる。

以下、図１及び図２を参照して、本発明に係る内燃機関を、２つのタービンホイールが排気通路において排気の流れ方向に対して直列に設けられた車載ディーゼルエンジン（以下、「内燃機関」）として具体化した一実施形態について説明する。

図１に、内燃機関の概略構成を示す。
同図に示すように、内燃機関の機関本体１０には、燃焼室に吸気を供給するための吸気通路２０、及び燃焼室からの排気を排出するための排気通路３０が接続されている。

吸気通路２０の主吸気通路２１には、吸気上流側から順に、エアクリーナ２３、低圧コンプレッサホイール５２、高圧コンプレッサホイール４２、インタークーラ２４、及び吸気制御弁２５が設けられている。

排気通路３０の主排気通路３１には、排気上流側から順に、高圧タービンホイール４１、低圧タービンホイール５１、及び排気浄化装置３３が設けられている。排気浄化装置３３は、排気中のＮＯｘを吸蔵するとともに、還元剤としての機関燃料が添加されることにより、吸蔵しているＮＯｘを還元浄化するＮＯｘ吸蔵還元触媒と、排気中の粒子状物質（ＰＭ）を捕集するフィルタとを備えている。尚、排気浄化装置３３の排気上流側から昇温剤としての機関燃料が添加されることにより、フィルタに流入する排気の温度が上昇することで同フィルタに捕集されているＰＭが焼却除去されるようになっている。

高圧タービンホイール４１と高圧コンプレッサホイール４２とは軸４３により連結されており、これらタービンホイール４１、コンプレッサホイール４２、及び軸４３によって高圧過給機４０が構成されている。また、低圧タービンホイール５１と低圧コンプレッサホイール５２とは軸５３により連結されており、これらタービンホイール５１、コンプレッサホイール５２、及び軸５３によって低圧過給機５０が構成されている。ここで、高圧過給機４０及び低圧過給機５０は共に、固定容量型のものであり、高圧タービンホイール４１は低圧タービンホイール５１に比べて膨張比が大きく設定されるとともに、高圧コンプレッサホイール４２は低圧コンプレッサホイール５２に比べて圧縮比が大きく設定されている。

また、排気通路３０には、主排気通路３１において高圧タービンホイール４１の排気上流側と同タービンホイール４１の排気下流側とを接続して高圧タービンホイール４１を迂回する排気側迂回通路３２が設けられている。また、排気側迂回通路３２には、同通路３２への排気の流入態様を切り替える排気側切替弁４５が設けられている。尚、排気側切替弁４５は電磁弁として構成されている。

また、吸気通路２０には、主吸気通路２１において高圧コンプレッサホイール４２の吸気上流側と同コンプレッサホイール４２の吸気下流側とを接続して高圧コンプレッサホイール４２を迂回する吸気側迂回通路２２が設けられている。また、吸気側迂回通路２２には、同通路２２への吸気の流入態様を切り替える吸気側切替弁４６が設けられている。尚、吸気側切替弁４６は電磁弁として構成されている。

また、内燃機関には、主排気通路３１において高圧タービンホイール４１の排気上流側と主吸気通路２１において吸気制御弁２５の吸気下流側とを接続して主吸気通路２１に排気を再循環させるための排気再循環通路（以下、「ＥＧＲ通路６１」）が設けられている。ＥＧＲ通路６１の途中には、主吸気通路２１に再循環される排気の流量を調節するためのＥＧＲ弁６２が設けられている。ＥＧＲ通路６１及びＥＧＲ弁６２によって排気再循環装置（以下、「ＥＧＲ装置６０」）が構成されている。尚、ＥＧＲ弁はＤＣモータにより駆動される電動弁として構成されている。

こうした構成を備える内燃機関において、例えば図中実線矢印にて示すように、排気側切替弁４５を通じて排気側迂回通路３２への排気の流入を禁止するとともに、吸気側切替弁４６を通じて吸気側迂回通路２２への吸気の流入を禁止するようにすれば、高圧タービンホイール４１が駆動され、これにより高圧コンプレッサホイール４２が駆動されるようになる。一方、図中破線矢印にて示すように、排気側切替弁４５を通じて排気側迂回通路３２への排気の流入を許容するとともに、吸気側切替弁４６を通じて吸気側迂回通路２２への吸気の流入を許容するようにすれば、低圧タービンホイール５１が駆動され、これにより低圧コンプレッサホイール５２が駆動されるようになる。このように、排気側迂回通路３２への排気の流入態様及び吸気側迂回通路２２への吸気の流入態様を機関運転状態に応じて適宜切り替えることにより、高圧過給機４０及び低圧過給機５０による吸気の過給状態が切り替えられるようになっている。

ところで、このような２段式の過給機を備える内燃機関において、仮に排気マニホルド内に添加弁の噴孔が位置するように同添加弁を取り付けるとすると、添加弁から添加される機関燃料が、まずは高圧タービンホイール４１や排気側切替弁４５の摺動部に付着することとなる。そのため、こうした機関燃料の付着及び排気に含まれる物質の堆積に起因して上記摺動部の摺動不良が生じると、高圧過給機４０の過給特性が低下するといった問題が生じる。また仮に、低圧タービンホイール５１の排気下流側に接続される排気管内に添加弁の噴孔が位置するように同添加弁を取り付けるとすると、機関燃料の上記摺動部への付着が生じないことから上述したような摺動不良の発生が生じることはないが、排気管に対して添加弁を取り付けるための取付部材等が必要となることから、排気系の構成、ひいては内燃機関の構成が複雑となるといった新たな問題が生じることとなる。

そこで、本実施形態では、添加弁３４を、その噴孔が高圧タービンホイール４１の排気下流側に位置するように低圧タービンホイール５１を囲繞する低圧タービンハウジングに取り付けるようにしている。これにより、添加弁３４の取り付けに起因する内燃機関の構成の複雑化を抑制しつつ、２段式の過給機４０，５０の過給特性の低下の抑制を図るようにしている。尚、添加弁３４には燃料タンクに貯留される燃料が供給されるようになっている。

次に、図２を参照して添加弁３４の配設態様について詳細に説明する。
図２に、添加弁３４を中心とした排気通路３０の断面構造を示す。
同図に示すように、機関本体１０の排気ポートには、排気マニホルド３５が接続されている。排気マニホルド３５の内部において主排気通路３１の途中からは排気側迂回通路３２が分岐している。また、排気マニホルド３５の主排気通路３１側の出口部３５Ａには、高圧タービンホイール４１を囲繞する高圧タービンハウジング４４の入口部４４Ａが接続されている。高圧タービンハウジング４４は主排気通路３１の一部を構成する。また、排気マニホルド３５の排気側迂回通路３２側の出口部３５Ｂには、低圧タービンホイール５１を囲繞する低圧タービンハウジング５４の迂回通路３２側の入口部５４Ｂが接続されている。低圧タービンハウジング５４は排気側迂回通路３２の一部を構成している。また、低圧タービンハウジング５４の入口部５４Ｂには、排気側迂回通路３２への排気の流入態様を切り替える排気側切替弁４５が設けられている。また、高圧タービンハウジング４４の出口部４４Ｃには、排気マニホルド３５の介設部３５Ｃを介して低圧タービンハウジング５４の高圧タービンホイール４１側の入口部５４Ｃが接続されている。また、低圧タービンハウジング５４の出口部５４Ｄには、排気管３６が接続されている。

ここで、添加弁３４は低圧タービンハウジング５４に取り付けられており、同弁３４の噴孔３４Ａは高圧タービンホイール４１の排気下流側であって且つ低圧タービンホイール５１の排気上流側に位置している。より詳細には、添加弁３４の噴孔３４Ａは、低圧タービンハウジング５４の内部において主排気通路３１と排気側迂回通路３２との合流位置よりも排気下流側に位置している。

また、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に対して機関燃料を微粒化した状態で添加する必要がある。そこで、本実施形態では、添加弁３４の噴孔３４Ａが排気上流側に指向するようにしている。これにより、排気の流れ方向の反対方向に対して機関燃料が添加されることから、機関燃料に対して排気の流れによる剪断力が作用することで機関燃料の微粒化が促進されるようになっている。

以上説明した本実施形態にかかる内燃機関によれば、以下に示す作用効果が得られるようになる。
（１）添加弁３４は、その噴孔３４Ａが高圧タービンホイール４１の排気下流側に位置するように低圧タービンハウジング５４に取り付けられることとした。このように、低圧タービンハウジング５４自体に添加弁３４が取り付けられる構成とされることから、添加弁３４を取り付けるための特別な部材が不要となる。また、添加弁３４の噴孔３４Ａは高圧タービンホイール４１の排気下流側に位置していることから、添加弁３４から添加される機関燃料が高圧タービンホイール４１の摺動部に付着することを抑制することができ、機関燃料の付着及び排気に含まれる物質の堆積に起因する上記摺動部の摺動不良の発生を抑制することができるようになる。従って、添加弁３４の取り付けに起因する内燃機関の構成の複雑化を抑制しつつ、２段式の過給機４０，５０の過給特性の低下についてもこれを抑制することができるようになる。

（２）添加弁３４は、その噴孔３４Ａが排気上流側に指向するように設けられることとした。これにより、排気の流れ方向の反対方向に対して機関燃料が添加されることから、機関燃料に対して排気の流れによる剪断力が作用することで機関燃料の微粒化が促進されるようになる。このため、添加弁３４の添加圧力を低く抑えることができるようになる。

（３）排気通路３０において高圧タービンホイール４１を迂回する排気側迂回通路３２と、同迂回通路３２への排気の流入態様を切り替える排気側切替弁４５とを備えることとした。こうした構成にあっては、仮に添加弁の噴孔が高圧タービンホイール４１の上流側に位置するように添加弁を設けるとすると、高圧タービンホイール４１の摺動部のみならず、排気側切替弁４５の摺動部についても機関燃料の付着及び排気に含まれる物質の堆積に起因する摺動不良の発生が問題となる。この点、本実施形態によれば、添加弁３４の噴孔３４Ａは高圧タービンホイール４１の排気下流側に位置していることから、添加弁３４から添加される機関燃料が排気側切替弁４５の摺動部に付着することを抑制することができ、機関燃料の付着及び排気に含まれる物質の堆積に起因する排気側切替弁４５の摺動不良の発生についてもこれを抑制することができるようになる。従って、２段式の過給機４０，５０の過給特性の低下を的確に抑制することができるようになる。

（４）排気通路３０において高圧タービンホイール４１の排気上流側には吸気通路２０に排気を再循環させるためのＥＧＲ通路６１が接続され、同通路６１には吸気通路２０に再循環される排気の流量を調節するためのＥＧＲ弁６２が設けられることとした。こうした構成にあっては、仮に添加弁の噴孔が高圧タービンホイール４１の上流側に位置するように添加弁を設けるとすると、高圧タービンホイール４１の摺動部のみならず、ＥＧＲ通路６１に設けられるＥＧＲ弁６２の摺動部についても機関燃料の付着及び排気に含まれる物質の堆積に起因する摺動不良の発生が問題となる。

この点、上記実施形態によれば、添加弁３４の噴孔３４Ａは高圧タービンホイール４１の排気下流側に位置していることから、添加弁３４から添加される機関燃料がＥＧＲ通路６１を通じてＥＧＲ弁６２の摺動部に付着することを抑制することができ、機関燃料の付着及び排気に含まれる物質の堆積に起因するＥＧＲ弁６２の摺動不良の発生についてもこれを抑制することができるようになる。

尚、本発明にかかる内燃機関は、上記実施の形態にて例示した構成に限定されるものではなく、これを適宜変更した例えば次のような形態として実施することもできる。
・上記実施形態では、排気浄化装置として、ＮＯｘを浄化するＮＯｘ吸蔵還元触媒と、ＰＭを捕集するフィルタとを共に備えるものについて例示したが、本発明に係る排気浄化装置はこれに限られるものではなく、ＮＯｘ吸蔵還元触媒のみを備えるものとしてもよい。この場合、上記実施形態において添加剤の一例として採用した機関燃料に代えて、尿素水溶液等の他の還元剤を採用することもできる。

・上記実施形態では、排気浄化装置としてＮＯｘ吸蔵還元触媒を備えるものについて例示したが、本発明に係る排気浄化装置はＮＯｘ吸蔵還元触媒を備えるものに限られるものではなく、これに代えて、ＰＭを捕集するＰＭフィルタのみを備えるものとしてもよい。こうした構成においても、上記実施形態において示した課題が同様にして生じることとから、本発明を適用することにより上記実施形態と同様の作用効果を奏することができるようになる。

・上記実施形態では、添加弁３４を低圧タービンハウジング５４に取り付けるようにしているが、これに代えて、図３に示すように、添加弁１３４を高圧タービンハウジング４４に取り付けるとともに、その噴孔１３４Ａが高圧タービンホイール４１の排気下流側に位置するようにしてもよい。また、図４に示すように、添加弁２３４を低圧タービンハウジング５４に取り付けるとともに、その噴孔２３４Ａが低圧タービンホイール５１の排気下流側に位置するようにしてもよい。この場合、添加弁２３４から添加される還元剤が低圧タービンホイール５１の摺動部に付着することについても抑制することができ、還元剤の付着及び排気に含まれる物質の堆積に起因する上記摺動部の摺動不良の発生についてもこれを抑制することができるようになる。また、図５に示すように、添加弁３３４を、低圧タービンハウジング５４に取り付けるとともに、その噴孔３３４Ａが排気側切替弁４５の排気下流側であって且つ低圧タービンホイール５１の排気上流側、より詳細には、排気側迂回通路３２において主排気通路３１と排気側迂回通路３２との合流位置よりも排気上流側に位置するようにすることもできる。

・上記実施形態では、高圧タービンハウジング４４と低圧タービンハウジング５４との間に排気マニホルド３５の介設部３５Ｃを設けるようにしているが、これに代えて、高圧タービンハウジング４４の出口部４４Ｃと低圧タービンハウジング５４の高圧タービンホイール４１側の入口部５４Ｃとを直接接続するようにしてもよい。

・上記実施形態では、高圧タービンハウジング４４と低圧タービンハウジング５４とを別体として形成しているが、これに代えて、高圧タービンハウジング及び低圧タービンハウジングを一体に形成してもよい。

・上記実施形態では、固定容量型の高圧過給機４０について例示したが、本発明に係る高圧過給機はこれに限られるものではなく、高圧過給機として、そのタービンホイールに吹き付けられる排気の経路に可変ノズルベーンを備え、その可変ノズルベーンの開度を変更して排気の流速を調節することで過給圧を制御する可変容量型のものを採用することもできる。高圧過給機を可変容量型のものとした場合には、特に、可変ノズルベーンの摺動部の構造が複雑なものとされることから、添加弁の噴孔が高圧タービンホイールの上流側に位置するように添加弁を設けると、還元剤の付着及び排気に含まれる物質の堆積に起因する上記摺動部の摺動不良の発生により過給特性が低下することとなる。この点、このような可変容量型の過給機を備える内燃機関に対して、本発明を適用すれば、還元剤の付着及び排気に含まれる物質の堆積に起因する摺動部の摺動不良の発生を抑制することができるようになる。従って、高圧過給機が可変容量型の過給機とされる構成においても過給特性の低下を的確に抑制することができるようになる。

・上記実施形態では、ＥＧＲ装置６０を備えるディーゼルエンジンについて例示したが、本発明に係る内燃機関はこれに限られるものではなく、ＥＧＲ装置を割愛することもできる。

・上記実施形態では、排気通路３０において高圧タービンホイール４１を迂回する排気側迂回通路３２、及び同通路３２への排気の流入態様を切り替える排気側切替弁４５を備える内燃機関について例示したが、本発明に係る内燃機関はこれに限られるものではなく、これら排気側迂回通路３２及び排気側切替弁４５を割愛することもできる。

・上記実施形態によるように、添加弁３４の噴孔３４Ａを排気上流側に指向するように設けることが、還元剤の微粒化を促進する上では望ましい。しかしながら、還元剤の微粒化が好適に行われるのであれば、図３〜図５に示すように、添加弁の噴孔を排気の流れ方向に対して垂直に設けるようにしてもよいし、排気の流れ方向に沿って設けるようにしてもよい。

・上記実施形態では、還元剤として機関燃料を採用しているが、本発明に係る還元剤はこれに限られるものではなく、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されているＮＯｘを還元することのできるものであれば、これを任意のものに置換することができる。

・上記実施形態では、２つのタービンホイール４１，５１を排気通路３０において排気の流れ方向に対して直列に設けるようにしているが、本発明に係るタービンホイールは２つに限られるものではなく、他に例えば、高圧タービンホイール４１と低圧タービンホイール５１との間に中圧タービンホイールを設けるようにしてもよい。即ち、中圧タービンホイールを有する中圧過給機を追加してもよい。この場合、添加弁の噴孔が高圧タービンホイールの排気下流側に位置するように同添加弁をタービンハウジングに取り付けるようにすればよい。

要するに、添加弁は、その噴孔が高圧タービンホイールの排気下流側に位置するようにタービンハウジングに取り付けられてなるものであればよい。

本発明に係る内燃機関の一実施形態について、内燃機関の概略構成を示す概略図。 同実施形態における添加弁を中心とした排気通路の断面構造に示す断面図。 本発明に係る内燃機関の変形例について、添加弁を中心とした排気通路の断面構造に示す断面図。 本発明に係る内燃機関の他の変形例について、添加弁を中心とした排気通路の断面構造に示す断面図。 本発明に係る内燃機関の他の変形例について、添加弁を中心とした排気通路の断面構造に示す断面図。

符号の説明

１０…機関本体、２０…吸気通路、２１…主吸気通路、２２…吸気側迂回通路、２３…エアクリーナ、２４…インタークーラ、２５…吸気制御弁、３０…排気通路、３１…主排気通路、３２…排気側迂回通路、３３…排気浄化装置、３４，１３４，２３４，３３４…添加弁、３４Ａ，１３４Ａ，２３４Ａ，３３４Ａ…噴孔、３５…排気マニホルド、３５Ａ…出口部、３５Ｂ…出口部、３５Ｃ…介設部、３６…排気管、４０…高圧過給機、４１…高圧タービンホイール、４２…高圧コンプレッサホイール、４３…軸、４４…高圧タービンハウジング、４４Ａ…入口部、４４Ｃ…出口部、４５…排気側切替弁、４６…吸気側切替弁、５０…低圧過給機、５１…低圧タービンホイール、５２…低圧コンプレッサホイール、５３…軸、５４…低圧タービンハウジング、５４Ｂ…入口部、５４Ｃ…入口部、５４Ｄ…出口部、６０…ＥＧＲ装置、６１…ＥＧＲ通路、６２…ＥＧＲ弁。

Claims (13)

1. 排気通路に設けられる高圧タービンホイールを有する高圧過給機と、前記高圧タービンホイールの排気下流側に設けられる低圧タービンホイールを有する低圧過給機と、これらタービンホイールの少なくとも一方を囲繞するタービンハウジングと、前記低圧タービンホイールの排気下流側に設けられる排気浄化装置と、前記排気浄化装置の排気上流側から添加剤を添加する添加弁とを備える内燃機関であって、
   前記添加弁は、その噴孔が前記高圧タービンホイールの排気下流側に位置するように前記タービンハウジングに取り付けられてなる
   ことを特徴とする内燃機関。
2. 請求項１に記載の内燃機関において、
   前記添加弁は、その噴孔が排気上流側に指向するように設けられてなる
   ことを特徴とする内燃機関。
3. 請求項１又は請求項２に記載の内燃機関において、
   前記排気通路において前記高圧タービンホイールを迂回する迂回通路と、前記迂回通路への排気の流入態様を切り替える切替弁とを備えてなる
   ことを特徴とする内燃機関。
4. 請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の内燃機関において、
   前記排気通路において前記高圧タービンホイールの排気上流側には吸気通路に排気を再循環させるための排気再循環通路が接続され、同排気再循環通路には前記吸気通路に再循環される排気の流量を調節するための調節弁が設けられてなる
   ことを特徴とする内燃機関。
5. 請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の内燃機関において、
   前記高圧過給機は、固定容量型の過給機である
   ことを特徴とする内燃機関。
6. 請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の内燃機関において、
   前記高圧過給機は、そのタービンホイールに吹き付けられる排気の経路に可変ノズルベーンを備え、その可変ノズルベーンの開度を変更して排気の流速を調節することで過給圧を制御する可変容量型の過給機である
   ことを特徴とする内燃機関。
7. 請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の内燃機関において、
   前記添加弁は、その噴孔が前記高圧タービンの排気下流側であって且つ前記低圧タービンの排気上流側に位置するように取り付けられてなる
   ことを特徴とする内燃機関。
8. 請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の内燃機関において、
   前記添加弁は、その噴孔が前記低圧タービンの排気下流側に位置するように取り付けられてなる
   ことを特徴とする内燃機関。
9. 請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載の内燃機関において、
   前記タービンハウジングは、前記高圧タービンホイールを囲繞する高圧タービンハウジングと、前記低圧タービンホイールを囲繞する低圧タービンハウジングとからなり、
   前記添加弁は、前記低圧タービンハウジングに設けられてなる
   ことを特徴とする内燃機関。
10. 排気通路に設けられる高圧タービンホイールを有する高圧過給機と、前記高圧タービンホイールの排気下流側に設けられる低圧タービンホイールを有する低圧過給機と、前記低圧タービンホイールを囲繞する低圧タービンハウジングと、前記排気通路において前記高圧タービンホイールを迂回する迂回通路と、前記迂回通路への排気の流入態様を切り替える切替弁と、前記低圧タービンホイールの排気下流側に設けられる排気浄化装置と、前記排気浄化装置の排気上流側から添加剤を添加する添加弁とを備える内燃機関において、
    前記添加弁は、その噴孔が前記切替弁の排気下流側であって且つ前記低圧タービンホイールの排気上流側に位置するように前記低圧タービンハウジングに設けられてなる
    ことを特徴とする内燃機関。
11. 請求項１〜請求項１０のいずれか一項に記載の内燃機関において、
    前記排気浄化装置は、排気中の窒素酸化物を吸蔵するとともに、還元剤の添加により同吸蔵していた窒素酸化物を還元する触媒を備えるものであり、
    前記添加剤は窒素酸化物に対して還元剤として機能するものである
    ことを特徴とする内燃機関。
12. 請求項１〜請求項１１のいずれか一項に記載の内燃機関において、
    前記排気浄化装置は、排気中の粒子状物質を捕集するフィルタを備えるものであり、
    前記添加剤は排気の温度を上昇させる昇温剤として機能するものである
    ことを特徴とする内燃機関。
13. 請求項１〜請求項１２のいずれか一項に記載の内燃機関において、
    前記添加剤は、機関燃料である
    ことを特徴とする内燃機関。

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