JP2010203248A - 内燃機関の排気管構造 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の排気流量の多少に関わらず排気中への添加剤の均一分散を可能とする内燃機関の排気管構造。
【解決手段】堰１４が凹状空間１０の排気上流側の縁部に形成され、これに対向する管壁内面４ｃに凹部１６が形成されていることから添加弁６の噴射口６ａの配置位置周辺に排気流が入り込まない空間を確保することができる。このため排気流量が多い場合のみでなく少ない場合も、これに対応して少量噴射される尿素水溶液１２は排気流が入り込まない凹状空間１０内にて十分に拡散でき、尿素水溶液１２が排気管２の内面に直ちに付着することがない。したがって尿素水溶液１２は凹状空間１０内での拡散後に排気流中に拡散して下流の触媒側へ運ばれるので、尿素水溶液１２あるいはこれから派生した尿素微粒子が排気中に偏らず、均一分散が行われる。こうして課題が達成される。
【選択図】図２

Description

本発明は、排気管内に添加弁から添加剤を噴射する内燃機関の排気管構造に関する。

ディーゼルエンジン用のＮＯｘ低減触媒として、選択還元型ＮＯｘ触媒（ＳＣＲ触媒）、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒、ＮＯｘ直接還元型触媒等の各種触媒が知られている。例えば尿素ＳＣＲ触媒を備えた排気浄化システムでは、ディーゼルエンジンの排気管に尿素水溶液を添加して排気と混合し、ＮＯｘを還元反応により浄化している（例えば特許文献１〜３参照）。

これら特許文献では添加剤を排気全体に均一に混合されるように排気流や添加剤（あるいは浄化剤）の噴射方向を考慮している。
特許文献１では浄化剤の排気管内導入位置よりも上流側にて排気流方向に対して傾斜させているが排気管内面からは垂直に立ち上がった遮蔽板を配置して排気に渦流を生じさせている。

特許文献２では排気管の曲がり部の外側に添加弁を配置する凹部を形成して、この凹部内から添加剤を対向する内壁へ向けて噴射すると共に、内壁に付着した添加剤は上流側の環状突起により排気中に導入し易くしている。

特許文献３では添加剤の噴射方向を、壁面形状によって排気流の直交方向に流れるように誘導して、排気全体との均一な混合を実行している。

特開２００７−３３２７９７号公報（第７〜８頁、図２〜７） 特開２００６−７７６９１号公報（第６〜７頁、図３） 特開２００８−１２８０４８号公報（第６〜８頁、図３〜６）

しかし特許文献１のごとくに排気管内壁に垂直に立ち上がった遮蔽板を形成しても、特にエンジンが低回転時などで排気流量が少ない場合には、遮蔽板にて十分に渦流状態とならない排気流が添加弁に到達して、添加弁から噴射される添加剤を排気流全体に十分に混合させることなく下流に流してしまう場合がある。

添加弁から噴射される添加剤を均一に排気中に分散させるために、特許文献２のごとく排気管内面から凹状に窪んで形成された部分（凹状空間）に添加弁を配置する場合がある。しかし、このような配置では排気流量が少ない場合には凹状空間上を排気流がそのまま通過せずに凹状空間内に入り込む。このように入り込んだ排気流が、排気流量の低下に対応して少量噴射される添加剤を直ちに排気管の管壁に付着させてしまう状態となり、噴射される添加剤を排気流全体へ分散することが困難となる。

特許文献３においては、一部分の壁面に沿って添加剤を噴射しているので、特に還元剤が少量となる低排気流量時には、排気管の一部の管壁に付着させてしまう状態となり添加剤を排気流全体へ分散することが困難である。

このように前記特許文献１〜３においては、排気流量が少ない場合の対策はなされておらず、低排気流量時に添加剤の均一分散が困難となるおそれがある。
本発明は、排気流量の多少に関わらず排気中への添加剤の均一分散を可能とする内燃機関の排気管構造を目的とするものである。

以下、上記目的を達成するための手段及びその作用・効果について記載する。
請求項１に記載の内燃機関の排気管構造は、排気管内に添加弁から添加剤を噴射する内燃機関の排気管構造であって、前記添加弁の噴射口配置位置の排気上流側に管壁内面から突出した堰と、前記堰が設けられた管壁内面とは対向する管壁内面に設けた凹部とを備えたことを特徴とする。

このような管壁内面から突出した堰が、添加弁の噴射口配置位置の排気上流側に設けられていることにより、管壁内面に沿って流れてきた排気は、添加弁の噴射口配置位置の直前で堰に到達する。この堰が設けられた管壁内面とは対向する管壁内面に凹部が設けられていることにより、排気流量の多少に関わらず排気は、添加弁の噴射口配置位置が存在する側の管壁内面から跳ね上げられて排気流は噴射口配置位置が存在する側の管壁内面から一旦離れる。このため、堰の下流において噴射口配置位置の周りに排気流が流れ込まない空間が形成される。したがって添加弁からの添加剤噴射は、このような排気流が入り込まない空間になされることになる。

排気流が入り込まない空間に噴射された添加剤は、いきなり排気流に運ばれることないので、この空間のほぼ全体に広がった後、この空間と排気流が流れる空間との境界面から排気流内に分散することになる。

特に内燃機関の排気流量が少ない場合には、噴射される添加剤の量も少ないが、このように添加剤が少ない場合にも、排気流が入り込まない空間内にて十分に添加剤が拡散するので、添加剤が排気管の管壁に直ちに付着するということがない。添加剤の拡散後に空間の境界面から排気流に更に拡散して運ばれることになるので、低排気流量時にも排気中への添加剤の均一分散が行われる。

このように排気流量の多少に関わらず排気中への添加剤の均一分散を可能とすることができる。
請求項２に記載の内燃機関の排気管構造では、請求項１に記載の内燃機関の排気管構造において、前記堰は、排気の流動方向に対向する前面が管壁内面に対して斜めに立ち上げられていることを特徴とする。

このように堰の前面が管壁内面に対して斜めに立ち上がっていることにより、渦流発生を抑制して円滑に排気の流れを誘導できる。このため堰の下流において噴射口配置位置の周りに排気流が流れ込まない空間を十分に形成でき、前述したごとく排気流量の多少に関わらず排気中への添加剤の均一分散を可能とすることができる。

請求項３に記載の内燃機関の排気管構造では、請求項１又は２に記載の内燃機関の排気管構造において、前記堰は、管壁自身が排気管内側へ窪んだ形状として形成されていることを特徴とする。

このように管壁内面に遮蔽板のような特別な部材を配置するのではなく、管壁自身の変形により堰を形成すれば、管壁以外の特別な部材を配置しなくても堰が形成できる。したがって排気管構造の簡素化が可能となり、かつ軽量化にも貢献できる。

請求項４に記載の内燃機関の排気管構造では、請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関の排気管構造において、前記凹部は、管壁自身が排気管外側へ膨らんだ形状として形成されていることを特徴とする。

このように凹部は管壁自身が排気管外側へ膨らんだ形状として形成され、管壁以外の特別な部材を配置しなくても形成できる。したがって排気管構造の簡素化が可能となり、かつ軽量化にも貢献できる。

請求項５に記載の内燃機関の排気管構造では、請求項１〜４のいずれか一項に記載の内燃機関の排気管構造において、前記堰は、両端が前記噴射口配置位置の両側部分に延長されていることを特徴とする。

このように噴射口配置位置の両側部分に堰を延長した状態とすることにより、噴射口配置位置の両側からの排気流の入り込みを阻止して、排気流を噴射口配置位置の周辺に入り込まないようにする作用を強めることができる。

請求項６に記載の内燃機関の排気管構造では、請求項１〜４のいずれか一項に記載の内燃機関の排気管構造において、前記堰は、両端が排気下流側に延長されることにより前記噴射口配置位置の周囲を囲んでいることを特徴とする。

このように堰を更に延長して噴射口配置位置の周囲を囲ませることにより、渦流なども含めて、より確実に排気流を噴射口配置位置の周辺に入り込まないようにすることができる。

請求項７に記載の内燃機関の排気管構造では、請求項１〜４のいずれか一項に記載の内燃機関の排気管構造において、前記堰と共に、前記噴射口配置位置の排気下流側にて管壁内面から突出した堰を設けて、排気上流側と下流側とで前記噴射口配置位置を２つの堰にて挟んでいることを特徴とする。

このように堰を排気上流側と共に下流側にも設けることにより、渦流なども含めて、より確実に排気流を噴射口配置位置の周辺に入り込まないようにすることができる。
請求項８に記載の内燃機関の排気管構造では、請求項１〜７のいずれか一項に記載の内燃機関の排気管構造において、前記噴射口配置位置は、排気管の曲がり部分における内側、又は排気管の曲がり部分の近傍における内側に配置されていることを特徴とする。

排気管の曲がり部分の内側、又はこの近傍位置の内側に噴射口配置位置を設定した場合には、排気管設計上などの制約から、噴射口配置位置へ排気流が入り込み易くなるような配置や形状となる場合がある。しかし、このような場合にも前述したごとくの堰及び凹部を設けることで、容易に噴射口配置位置へ排気流が入り込みにくくできる。したがって上述した制約が存在しても排気流量の多少に関わらず排気中への添加剤の均一分散を可能とすることができる。

請求項９に記載の内燃機関の排気管構造では、請求項１〜４のいずれか一項に記載の内燃機関の排気管構造において、前記噴射口配置位置は、管壁内面に形成した凹状空間内に配置されていると共に、前記堰は、前記凹状空間の排気上流側の縁部に形成されていることを特徴とする。

排気上流側の縁部に堰を形成した凹状空間内に噴射口配置位置を設定しても良い。このことにより噴射口配置位置の周辺に排気流が入り込まない空間を十分に確保することができ、排気流量の多少に関わらず排気中への添加剤の均一分散効果をより高めることができる。

請求項１０に記載の内燃機関の排気管構造では、請求項９に記載の内燃機関の排気管構造において、前記凹状空間は、管壁自身が排気管外側へ膨らんだ形状として形成されていることを特徴とする。

このように凹状空間は管壁自身が排気管外側へ膨らんだ形状として形成され、管壁以外の特別な部材を配置しなくても形成できる。したがって排気管構造の簡素化が可能となり、かつ軽量化にも貢献できる。

請求項１１に記載の内燃機関の排気管構造では、請求項９又は１０に記載の内燃機関の排気管構造において、前記堰は、両端が排気下流側に向けて前記凹状空間の両側部分の縁部に延長されていることを特徴とする。

このように堰の両端を凹状空間の両側部分の縁部に延長した状態とすることにより、凹状空間の両側からの排気流の入り込みを阻止して、排気流が噴射口配置位置の周辺に入り込まないようにする作用を強めることができる。

請求項１２に記載の内燃機関の排気管構造では、請求項９又は１０に記載の内燃機関の排気管構造において、前記堰は、両端が延長されることにより環状に前記凹状空間の全周を囲んでいることを特徴とする。

このように堰の両端を更に延長して環状に前記凹状空間の全周を囲ませることにより、より確実に排気流を噴射口配置位置の周辺に入り込まないようにすることができる。
請求項１３に記載の内燃機関の排気管構造では、請求項９又は１０に記載の内燃機関の排気管構造において、前記堰と共に、前記凹状空間の排気下流側の縁部に堰を設けて、排気上流側と下流側とで前記凹状空間を２つの堰にて挟んでいることを特徴とする。

このように堰を凹状空間の排気上流側の縁部と共に下流側の縁部にも設けることにより、渦流なども含めて、より確実に排気流を噴射口配置位置の周辺に入り込まないようにすることができる。

請求項１４に記載の内燃機関の排気管構造では、請求項９〜１３のいずれか一項に記載の内燃機関の排気管構造において、前記凹状空間は、排気管の曲がり部分における内側、又は排気管の曲がり部分の近傍における内側に形成されていることを特徴とする。

このような排気管の曲がり部分の内側、又はこの近傍位置の内側に凹状空間を形成した場合には、排気管の設計上や凹状空間の成形上などの制約から、凹状空間が排気流の入り込み易くなるような配置や形状となる場合がある。しかし、このような場合にも前述したごとくの堰及び凹部を設けることで容易に凹状空間内へ排気流が入り込みにくくできる。したがって上述した制約が存在しても排気流量の多少に関わらず排気中への添加剤の均一分散を可能とすることができる。

請求項１５に記載の内燃機関の排気管構造では、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の内燃機関の排気管構造において、前記添加剤は排気浄化用添加剤であることを特徴とする。

上述したごとくの構成及び作用により、排気流量の多少に関わらず排気中への排気浄化用添加剤の均一分散を可能とすることができる。
請求項１６に記載の内燃機関の排気管構造では、請求項１５に記載の内燃機関の排気管構造において、前記添加剤は水溶液の形態であることを特徴とする。

このような水溶液の形態での添加剤では水分蒸発前に排気管壁に付着し易くなり排気中への分散に時間を要するが、前述したごとく添加弁からの噴射後に排気流に運ばれるまで拡散や水分を蒸発する時間的余裕が存在するので、水溶液の形態でも排気流量の多少に関わらず排気中への排気浄化用添加剤の均一分散を可能とすることができる。

請求項１７に記載の内燃機関の排気管構造では、請求項１６に記載の内燃機関の排気管構造において、前記添加剤は尿素水溶液であることを特徴とする。
水溶液形態の添加剤としては、尿素水溶液を挙げることができ、この尿素水溶液を用いても、排気流量の多少に関わらず排気中への尿素の均一分散を可能とすることができる。

請求項１８に記載の内燃機関の排気管構造では、請求項１〜１７のいずれか一項に記載の内燃機関の排気管構造において、前記内燃機関はディーゼルエンジンであることを特徴とする。

内燃機関としてはディーゼルエンジンを挙げることができ、ディーゼルエンジンが発生するＮＯｘなどを排気流量の多少に関わらず十分に浄化できる。

実施の形態１の排気管の平面図。 図１におけるＡ−Ａ線断面図。 実施の形態１の排気管の要部斜視図。 実施の形態１の作用・効果を説明する縦断面図。 実施の形態２の排気管の要部斜視図。 実施の形態３の排気管の要部斜視図。 実施の形態４とその変形例の排気管の縦断面図。

［実施の形態１］
図１〜３はディーゼルエンジンの排気管２における添加剤噴射領域４を示している。図１は平面図、図２はそのＡ−Ａ線断面図、図３は要部斜視図である。

ディーゼルエンジンの排気ポートから排出された排気はエキゾーストマニホールドを介して実線の矢線のごとく図示左側から添加剤噴射領域４に導入されて図示右側に流れ出る。本実施の形態では添加剤噴射領域４は排気管２の曲がり部分４ａを含んでいるので、図２では左斜め上から排気が導入されて右側水平方向に排気が流れ出ている。したがって、この添加剤噴射領域４では図２において上側が曲がり部分４ａの内側に相当する。

この曲がり部分４ａの内側に添加弁６の噴射口配置位置８が設定されているが、更にここでは噴射口配置位置８は曲がり部分４ａにおける内側の管壁内面４ｂに形成した凹状空間１０内に配置されている。この凹状空間１０は、ほぼ曲がり部分４ａの中央あるいは近傍（ここではわずかに排気流下流側）に配置されているが、添加剤噴射領域４において更に下流の排気管２が直線状となっている位置に設けても良い。凹状空間１０は排気管２の管壁自身が排気管２の外側へ膨らんだ形状として形成されている。

上述した構成であることから、噴射口配置位置８に配置された添加弁６の噴射口６ａから噴射される排気浄化用添加剤、ここでは尿素水溶液１２は、二点鎖線に示すごとく凹状空間１０内に噴射されることになる。

凹状空間１０の排気上流側の縁部には、前面１４ａが管壁内面４ｂから斜めに立ち上がることにより管壁内面４ｂに突出している堰１４が形成されている。本実施の形態では凹状空間１０の上流側の縁部は全て堰１４が存在している。この堰１４は排気管２の管壁自身が排気管２の内側へ窪んだ形状として形成されている。尚、堰１４を形成しない形状では破線で示すごとくの位置が管壁の位置となる。

更にこの堰１４が存在する管壁内面４ｂに対向する管壁内面４ｃには凹部１６が形成されている。この凹部１６は排気管２の管壁自身が排気管２の外側へ膨らんだ形状として形成されている。尚、凹部１６を形成しない形状では破線で示すごとくの位置が管壁の位置となる。本実施の形態では凹部１６の窪み量は、堰１４の突出程度に対応させている。

このような添加剤噴射領域４にて、ディーゼルエンジンの高回転時などで排気流が高速に流れると、図４の(ａ)に示すごとく、堰１４の直前まで管路方向に沿って流れ込んだ排気流は、堰１４の前面１４ａに衝突する。このことにより排気流は曲がり部分４ａの内側から、斜めに離れるように誘導されて、曲がり部分４ａの外側に進路を変える。

曲がり部分４ａの外側、すなわち堰１４とは反対側の管壁内面４ｃ側には凹部１６が存在するので、排気流全体が凹状空間１０の位置に到達する直前に堰１４の前面１４ａに誘導されて円滑に外側に曲がる。このことにより排気は渦流発生を抑制した状態で実線の矢線で示すごとく凹状空間１０を飛び越えて、添加剤噴射領域４の下流側に流れる。したがって排気は凹状空間１０内に直接流れ込むことはなく、添加弁６から凹状空間１０内に噴射される尿素水溶液１２が、凹状空間１０の内面１０ａやその下流側の管壁内面４ｄに付着することが防止される。

ディーゼルエンジンの低回転時などで排気流が低速である場合も、図４の(ｂ)に示すごとく、上述したごとくの堰１４と凹部１６との作用により、排気流は凹状空間１０を飛び越えて、凹状空間１０内に直接流れ込むことなく、添加剤噴射領域４の下流側に流れる。このため排気の流速が低速であっても添加弁６から凹状空間１０内に噴射される尿素水溶液１２は凹状空間１０の内面１０ａやその下流側の管壁内面４ｄに付着しない。

しかし比較例として堰１４と凹部１６とが存在しない場合には、特に排気の流速が低速である場合に、図４の(ｂ)に破線の矢線で示すごとく、排気流が凹状空間１０内に入り込んで、排気流が直接的に尿素水溶液１２に衝突して、尿素水溶液１２を凹状空間１０の内面１０ａやその下流側の管壁内面４ｄに付着させる。排気流量が少ない場合は、これに対応して尿素水溶液１２の噴射量も少ないので、この付着が顕著となる。

このように尿素水溶液１２が付着した状態は排気管２においては凹状空間１０側に尿素水溶液１２が偏った状態であり、付着した尿素水溶液１２あるいは水が蒸発した後の尿素微粒子が排気中に偏った状態で混合して下流の触媒まで流れることになる。しかし本実施の形態ではこのような偏りは防止される。

以上説明した本実施の形態１によれば、以下の効果が得られる。
（イ）．上述したごとく、堰１４と凹部１６とにより、内燃機関の排気流量が多い場合のみでなく少ない場合にも、これに対応して少量噴射される尿素水溶液１２は排気流が入り込まない凹状空間１０内にて十分に拡散できる。特に堰１４の前面１４ａが管壁内面４ｂに対して斜めに立ち上げられていることにより、渦流発生を抑制して凹状空間１０内への排気流入り込み阻止をより確実なものとしているので、尿素水溶液１２が排気管２の内面（１０ａ，４ｄ）に直ちに付着するということがない。

したがって尿素水溶液１２は凹状空間１０内での拡散後に、凹状空間１０と排気流との境界面から排気流中に拡散して下流の触媒（ＳＣＲ触媒）側へ運ばれることになるので、排気流量が少ない時にも尿素水溶液１２あるいはこれから派生した尿素微粒子が排気中に偏らず、均一分散が行われる。このように排気流量の多少に関わらず排気中への、排気浄化用添加剤としての尿素の均一分散を可能とすることができる。

特に尿素が水溶液の形態であり、排気管２の内面（１０ａ，４ｄ）に付着し易い。このため水分の蒸発時間が必要であるが、前述したごとく添加弁６の噴射後に排気流に運ばれるまでに、拡散と共に蒸発する時間的余裕が存在する。したがって水溶液の形態でも排気流量の多少に関わらず排気中への排気浄化用添加剤の均一分散を可能とすることができる。

このことにより排気流量の多少に関わらず、ディーゼルエンジンが発生するＮＯｘなどを十分に浄化できる。
（ロ）．特に堰１４が凹状空間１０の排気上流側の縁部に形成されていることから、添加弁６の噴射口６ａの配置位置周辺に排気流が入り込まない空間を十分に確保することができる。したがって排気流量の多少に関わらず排気中への排気浄化用添加剤の均一分散効果をより高めることができる。

（ハ）．凹状空間１０は、排気管２の曲がり部分４ａにおける内側、又は曲がり部分４ａの近傍における内側に形成されている。このように凹状空間１０が配置されていると、排気管２の設計上や凹状空間１０の成形上などの制約から、凹状空間１０が排気流の入り込み易くなるような配置や形状となる場合がある。しかし、このような場合にも前述したごとくの堰１４及び凹部１６を設けることで、容易に凹状空間１０への排気流の入り込みをしにくくできる。したがって、上述した制約を受けても、排気流量の多少に関わらず排気中への排気浄化用添加剤の均一分散を可能とすることができる。

（ニ）．堰１４は排気管２の管壁自身が排気管２の内側へ窪んだ形状として形成され 、凹部１６及び凹状空間１０は排気管２の管壁自身が排気管２の外側へ膨らんだ形状として形成されている。したがって管壁以外の特別な部材を配置しなくてもこれらを形成でき、排気管構造の簡素化が可能となり、かつ軽量化にも貢献できる。

［実施の形態２］
図５の要部斜視図に本実施の形態の排気管１０２における添加剤噴射領域１０４の構成を示す。本実施の形態では、堰１１４の両端が噴射口配置位置１０８の両側部分に延長されている。すなわち凹状空間１１０の排気上流側の縁部に形成した前方堰１１４ａと、凹状空間１１０の両側に形成した側方堰１１４ｂとからなる。図５では噴射口配置位置１０８に隠れているが、噴射口配置位置１０８の反対側にも側方堰１１４ｂが存在する。

凹部１１６等の他の構成は前記実施の形態１と同じである。
以上説明した本実施の形態２によれば、以下の効果が得られる。
（イ）．前記実施の形態１の効果を生じると共に、側方堰１１４ｂが前方堰１１４ａの両側に連続して形成されているため、凹状空間１１０の両側からの排気流の入り込みを阻止して、排気流を噴射口配置位置１０８の周辺に入り込まないようにする作用を強めることができる。

［実施の形態３］
図６の要部斜視図に本実施の形態の排気管２０２における添加剤噴射領域２０４の構成を示す。本実施の形態では、堰２１４は前記実施の形態２の場合よりも更に延長されて凹状空間２１０の全周の縁部に形成されている。図６では噴射口配置位置２０８に隠れているが、噴射口配置位置２０８の反対側にも堰２１４が存在する。

凹部２１６等の他の構成は前記実施の形態１と同じである。
以上説明した本実施の形態３によれば、以下の効果が得られる。
（イ）．前記実施の形態２の効果を生じると共に、堰２１４が凹状空間２１０の全周を囲んでいるため、噴射口配置位置２０８周辺への排気流の入り込み阻止をより確実なものにできる。

［実施の形態４］
図７の(ａ)に示す縦断面図に、本実施の形態の排気管３０２における添加剤噴射領域３０４の構成を示す。本実施の形態では、噴射口配置位置３０８には、凹状空間は設けられておらず、添加弁３０６は図示するごとく噴射口３０６ａから排気管２内部に排気浄化用添加剤水溶液(ここでは尿素水溶液)３１２を噴射するように配置されている。この噴射口配置位置３０８の排気上流側には堰３１４が設けられている。他の構成は前記実施の形態１と同じである。

すなわち添加剤噴射領域３０４の曲がり部分３０４ａの内側に、添加弁３０６の噴射口配置位置３０８が設けられている。この噴射口配置位置３０８は、ほぼ曲がり部分３０４ａの中央あるいはわずかに排気流下流側であるが、更に下流の排気管３０２が直線状となっている位置に設けても良い。

ここで噴射口配置位置３０８に設けられた添加弁３０６の噴射口３０６ａから噴射される排気浄化用添加剤水溶液３１２は二点鎖線に示すごとく噴射口配置位置３０８における排気管３０２内の空間３１０に噴射される。

噴射口配置位置３０８の排気上流側には、前面３１４ａが管壁内面３０４ｂから斜めに立ち上がることにより管壁内面３０４ｂに突出している堰３１４が形成されている。この堰３１４は排気管３０２の管壁自身が排気管３０２の内側へ窪んだ形状として形成されている。尚、堰３１４を形成しない形状では破線で示すごとくの位置に管壁が形成される。

更にこの堰３１４が存在する管壁内面３０４ｂに対向する管壁内面３０４ｃには凹部３１６が形成されている。この凹部３１６は排気管３０２の管壁自身が排気管３０２の外側へ膨らんだ形状として形成されている。尚、凹部３１６を形成しない形状では破線で示すごとくの位置に管壁が形成される。本実施の形態では凹部３１６の窪み量は、堰３１４の突出程度に対応させている。

このような添加剤噴射領域３０４にて、ディーゼルエンジンの高回転時などで排気流が高速に流れると、実線の矢線にて示すごとく、堰３１４の直前まで管路方向に沿って流れ込んだ排気流は、堰３１４の前面３１４ａに衝突する。このことにより排気流は曲がり部分３０４ａの内側から、斜めに離れるように誘導されて、曲がり部分３０４ａの外側に進路を変える。

曲がり部分３０４ａの外側、すなわち堰３１４とは反対側の管壁内面３０４ｃ側には凹部３１６が存在するので、排気流全体が噴射口配置位置３０８における空間３１０の位置に到達する直前に堰３１４の前面３１４ａに誘導されて円滑に外側に曲がる。このことにより排気は渦流発生を抑制した状態で実線の矢線で示すごとく空間３１０を飛び越えて、添加剤噴射領域３０４の下流側に流れる。したがって排気は噴射口配置位置３０８に直接流れ込むことはなく、添加弁３０６から空間３１０内に噴射される排気浄化用添加剤水溶液３１２が、噴射口配置位置３０８の管壁内面３０８ａやその下流側の管壁内面３０４ｄに付着することが防止される。このことはディーゼルエンジンの排気流が低速でも同じである。

しかし比較例として破線で示したごとく堰３１４と凹部３１６とが存在しない場合には、特に排気流が低速である場合には排気流が直接的に排気浄化用添加剤水溶液３１２に衝突して噴射口配置位置３０８の管壁内面３０８ａやその下流側の管壁内面３０４ｄに排気浄化用添加剤水溶液３１２を付着させる。この付着された状態は排気管３０２においては噴射口配置位置３０８側に偏っており、付着された排気浄化用添加剤水溶液３１２あるいは水が蒸発した後の排気浄化用添加剤微粒子が排気中に偏った状態で混合して、下流の触媒まで流れることになる。しかし本実施の形態ではこのような偏りは防止される。したがって凹状空間は存在しないが、他の部分については前記実施の形態１の効果を生じる。

図７の(ｂ)の縦断面図に示す排気管４０２は、添加剤噴射領域４０４において噴射口配置位置４０８の排気上流側に堰４１４を設けると共に、その堰４１４の両端が噴射口配置位置４０８の両側部分に延長されている。したがって、図７の(ａ)に比較して、噴射口配置位置４０８での排気管４０２内の空間４１０に対する両側からの排気流の入り込みを阻止して、排気流を噴射口配置位置４０８の周辺に入り込まないようにする作用を強めることができる。

図７の(ｃ)の縦断面図に示す排気管５０２は、添加剤噴射領域５０４において噴射口配置位置５０８の全周を囲んで堰５１４を設けている。このことにより図７の(ａ)，(ｂ)に比較して噴射口配置位置５０８の周辺への排気流の入り込み阻止をより確実なものとできる。

［その他の実施の形態］
（ａ）．前記実施の形態においてはディーゼルエンジンの排気管での例を示したが、ガソリンエンジンにおいても排気浄化処理するために排気管で添加剤を噴射する場合にも適用でき、同様な効果を生じさせることができる。

（ｂ）．更に添加剤の均一拡散性を高めるために、添加剤噴射領域の直下に、格子状、網状などの分散板を設けても良い。
（ｃ）．添加剤としては尿素水溶液を挙げたが、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の場合は炭化水素などの還元剤を添加剤として用いるが、この場合にも本発明を適用することにより排気流量の多少に関わらず排気中への添加剤の均一分散が可能となる。これ以外の他の添加剤の場合も同様な効果を生じさせることができる。

（ｄ）．図６及び図７の(ｃ)の実施例では、堰は噴射口配置位置の周囲を囲んで全周形成したが、噴射口配置位置の排気上流側と排気下流側との２ヶ所として、排気流と平行な部分の堰は設けない構成でも良い。このように堰を排気上流側と共に下流側にも設けることにより、渦流なども含めて、より確実に排気流を噴射口配置位置の周辺に入り込まないようにすることができる。

２…排気管、４…添加剤噴射領域、４ａ…曲がり部分、４ｂ，４ｃ，４ｄ…管壁内面、６…添加弁、６ａ…噴射口、８…噴射口配置位置、１０…凹状空間、１０ａ…内面、１２…尿素水溶液、１４…堰、１４ａ…前面、１６…凹部、１０２…排気管、１０４…添加剤噴射領域、１０８…噴射口配置位置、１１０…凹状空間、１１４…堰、１１４ａ…前方堰、１１４ｂ…側方堰、１１６…凹部、２０２…排気管、２０４…添加剤噴射領域、２０８…噴射口配置位置、２１０…凹状空間、２１４…堰、２１６…凹部、３０２…排気管、３０４…添加剤噴射領域、３０４ａ…曲がり部分、３０４ｂ，３０４ｃ，３０４ｄ…管壁内面、３０６…添加弁、３０６ａ…噴射口、３０８…噴射口配置位置、３０８ａ…管壁内面、３１０…空間、３１２…排気浄化用添加剤水溶液、３１４…堰、３１４ａ…前面、３１６…凹部、４０２…排気管、４０４…添加剤噴射領域、４０８…噴射口配置位置、４１０…空間、４１４…堰、５０２…排気管、５０４…添加剤噴射領域、５０８…噴射口配置位置、５１４…堰。

Claims (18)

1. 排気管内に添加弁から添加剤を噴射する内燃機関の排気管構造であって、
   前記添加弁の噴射口配置位置の排気上流側に管壁内面から突出した堰と、
   前記堰が設けられた管壁内面とは対向する管壁内面に設けた凹部と、
   を備えたことを特徴とする内燃機関の排気管構造。
2. 請求項１に記載の内燃機関の排気管構造において、前記堰は、排気の流動方向に対向する前面が管壁内面に対して斜めに立ち上げられていることを特徴とする内燃機関の排気管構造。
3. 請求項１又は２に記載の内燃機関の排気管構造において、前記堰は、管壁自身が排気管内側へ窪んだ形状として形成されていることを特徴とする内燃機関の排気管構造。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関の排気管構造において、前記凹部は、管壁自身が排気管外側へ膨らんだ形状として形成されていることを特徴とする内燃機関の排気管構造。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の内燃機関の排気管構造において、前記堰は、両端が前記噴射口配置位置の両側部分に延長されていることを特徴とする内燃機関の排気管構造。
6. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の内燃機関の排気管構造において、前記堰は、両端が排気下流側に延長されることにより前記噴射口配置位置の周囲を囲んでいることを特徴とする内燃機関の排気管構造。
7. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の内燃機関の排気管構造において、前記堰と共に、前記噴射口配置位置の排気下流側にて管壁内面から突出した堰を設けて、排気上流側と下流側とで前記噴射口配置位置を２つの堰にて挟んでいることを特徴とする内燃機関の排気管構造。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の内燃機関の排気管構造において、前記噴射口配置位置は、排気管の曲がり部分における内側、又は排気管の曲がり部分の近傍における内側に配置されていることを特徴とする内燃機関の排気管構造。
9. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の内燃機関の排気管構造において、前記噴射口配置位置は、管壁内面に形成した凹状空間内に配置されていると共に、前記堰は、前記凹状空間の排気上流側の縁部に形成されていることを特徴とする内燃機関の排気管構造。
10. 請求項９に記載の内燃機関の排気管構造において、前記凹状空間は、管壁自身が排気管外側へ膨らんだ形状として形成されていることを特徴とする内燃機関の排気管構造。
11. 請求項９又は１０に記載の内燃機関の排気管構造において、前記堰は、両端が排気下流側に向けて前記凹状空間の両側部分の縁部に延長されていることを特徴とする内燃機関の排気管構造。
12. 請求項９又は１０に記載の内燃機関の排気管構造において、前記堰は、両端が延長されることにより環状に前記凹状空間の全周を囲んでいることを特徴とする内燃機関の排気管構造。
13. 請求項９又は１０に記載の内燃機関の排気管構造において、前記堰と共に、前記凹状空間の排気下流側の縁部に堰を設けて、排気上流側と下流側とで前記凹状空間を２つの堰にて挟んでいることを特徴とする内燃機関の排気管構造。
14. 請求項９〜１３のいずれか一項に記載の内燃機関の排気管構造において、前記凹状空間は、排気管の曲がり部分における内側、又は排気管の曲がり部分の近傍における内側に形成されていることを特徴とする内燃機関の排気管構造。
15. 請求項１〜１４のいずれか一項に記載の内燃機関の排気管構造において、前記添加剤は排気浄化用添加剤であることを特徴とする内燃機関の排気管構造。
16. 請求項１５に記載の内燃機関の排気管構造において、前記添加剤は水溶液の形態であることを特徴とする内燃機関の排気管構造。
17. 請求項１６に記載の内燃機関の排気管構造において、前記添加剤は尿素水溶液であることを特徴とする内燃機関の排気管構造。
18. 請求項１〜１７のいずれか一項に記載の内燃機関の排気管構造において、前記内燃機関はディーゼルエンジンであることを特徴とする内燃機関の排気管構造。

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