JP2010270624A - 内燃機関の排気装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】内燃機関１の排気通路７に、排気中の有害物質を選択的に浄化するための選択還元触媒１０と、この選択還元触媒１０の排気流入側に還元剤を噴射するための添加弁１４とが設けられる排気装置において、仮に添加弁１４から噴射される還元剤が添加弁１４の近傍（１６）に固形析出物として固着したとしても、それを除去可能とする。
【解決手段】前記排気装置には、必要に応じて、排気通路７において選択還元触媒１０の下流側の排気熱を回収して添加弁１４の近傍（１６）に伝達するための排熱回収装置２０が設けられる。添加弁１４の上流側に設置されるフィルタ９の再生処理を実行開始した場合、選択還元触媒１０を通過した排気が通常時より高温となる。この高温の排気の熱を排熱回収装置２０により添加弁１４の近傍（１６）に伝達すると、仮に添加弁１４の近傍に還元剤の固形析出物が固着していても、それが溶融されて除去される。
【選択図】図１
【解決手段】前記排気装置には、必要に応じて、排気通路７において選択還元触媒１０の下流側の排気熱を回収して添加弁１４の近傍（１６）に伝達するための排熱回収装置２０が設けられる。添加弁１４の上流側に設置されるフィルタ９の再生処理を実行開始した場合、選択還元触媒１０を通過した排気が通常時より高温となる。この高温の排気の熱を排熱回収装置２０により添加弁１４の近傍（１６）に伝達すると、仮に添加弁１４の近傍に還元剤の固形析出物が固着していても、それが溶融されて除去される。
【選択図】図１
Description
本発明は、内燃機関の排気通路に、排気中の有害物質を選択的に浄化するための選択還元触媒と、この選択還元触媒の排気流入側に還元剤を噴射するための添加弁とが設けられる排気装置に関する。
内燃機関からの排気中には、窒素酸化物（ＮＯｘ）等が含まれている。ここで、内燃機関とは、ディーゼルエンジンに限らず、ガソリンエンジンも含む。参考までに、いわゆる筒内直接噴射方式のガソリンエンジンの場合には、運転条件によって排気中にＮＯｘが含まれる。
従来から、内燃機関からの排気中のＮＯｘを減少させるために、内燃機関の排気通路に、還元触媒を設けることが知られている（例えば特許文献１〜３参照。）。
特許文献１に係る従来例では、内燃機関の排気システム（排気通路）３にＳＣＲ触媒コンバータ４を設け、このＳＣＲ触媒コンバータ４の排気流入側に還元剤としての気体アンモニアを供給するように構成している。この従来例では、その明細書の段落００２３に示されているように、液状アンモニアを貯留する圧力容器７およびその充填物（液状アンモニア）を排気熱で加熱するようになっている。
特許文献２に係る従来例では、内燃機関の排気管２に還元触媒３を設け、この還元触媒３の排気流入側に噴射ノズル４から還元剤としての尿素水溶液を噴射させるように構成している。この従来例では、その明細書の段落００２５に示されているように、還元剤タンク７内の尿素水溶液をエンジン冷却水の熱で加熱するようになっている。なお、エンジン冷却水の熱は、ヒートパイプ１２を介して還元剤タンク７内の尿素水溶液に伝達するようになっている。
特許文献３に係る従来例では、エンジンの排気導管内に設けられるＳＣＲ触媒に、排気ガスと還元剤（アンモニアガスを含むガス状の加水分解生成物）とを流入させるように構成している。この従来例では、その明細書の段落００２５に示されているように、排気導管を囲むような反応容器（６，７，１０）を設け、この反応容器（６，７，１０）内に供給される尿素の水溶液を、高温排気ガスで加熱してガス状のアンモニアを生成するようにしている。
上記特許文献１，２に係る従来例は、いずれも、容器７，７内の還元剤を加熱する形態であり、特許文献１に係る従来例の場合は気体アンモニアを早期に生成することを目的としており、また、特許文献２に係る従来例の場合はタンク７内の尿素水溶液の凍結を回避することを目的としている。
上記特許文献３に係る従来例は、反応容器（６，７，１０）内で尿素の水溶液を排気ガスの熱で加熱することによりガス状のアンモニアを生成することが記載されている。
ところで、例えば弁により尿素水溶液を還元触媒の排気流入側に噴射する際に、この噴射した尿素水溶液が、弁の近傍、例えば弁の噴射口や弁からの尿素水溶液の噴射先となる排気管の内壁面等にも付着するために、そこに例えばシアヌル酸、メラミン、尿素結晶等の固形析出物が固着しやすくなる。特に、前記弁の近傍が低温の場合に前記固形析出物が固着しやすくなる。
このような現象が繰り返されると、経時的に前記固形析出物が堆積することになり、ひいては前記堆積物が邪魔になって還元触媒に十分な量の還元剤を供給することができなくなるおそれがある。
このような事情に鑑み、本発明は、内燃機関の排気通路に、排気中の有害物質を選択的に浄化するための選択還元触媒と、この選択還元触媒の排気流入側に還元剤を噴射するための添加弁とが設けられる排気装置において、仮に添加弁から噴射される還元剤が噴射先の壁面に固形析出物として固着したとしても、それを除去可能とすることを目的としている。
本発明は、内燃機関の排気通路に、排気中の有害物質を選択的に浄化するための選択還元触媒と、この選択還元触媒の排気流入側に還元剤を噴射するための添加弁とが少なくとも設けられる排気装置であって、前記選択還元触媒あるいは前記排気通路において前記添加弁よりも排気流れ方向の上流側に設置される排気浄化装置から通常時より高温の排気が排出される場合に、この高温の排気の熱を必要に応じて前記添加弁の近傍に伝達するための熱伝達手段が設けられている、ことを特徴としている。
なお、添加弁の近傍とは、例えば添加弁の噴射口や添加弁からの還元剤の噴射先となる排気通路の内壁面等を含む。
参考までに、選択還元触媒としては、例えばＮＯｘ選択還元触媒が挙げられる。このＮＯｘ選択還元触媒は、公知のように酸素共存下でも選択的に排気中のＮＯｘを還元剤（還元剤）と反応させてＮＯｘから酸素（Ｏ2）を取り除き窒素（Ｎ）に戻す還元作用を行う性質を有している。このＮＯｘ選択還元触媒は、一般的に、Selective Catalytic Reduction（ＳＣＲ）触媒と呼ばれる。
添加弁は、ＮＯｘ選択還元触媒の排気流入側に還元剤としての尿素水溶液を供給するものである。この尿素水溶液は、排気通路内の排気熱により加水分解されてアンモニア（ＮＨ3）を容易に発生する。この発生したアンモニアは、ＮＯｘ選択還元触媒において排気中のＮＯｘと反応して、水（Ｈ2Ｏ）と無害な窒素（Ｎ）とに分解される。
排気浄化装置としては、例えば排気中の粒子状物質を捕集するフィルタが挙げられる。このフィルタは、捕集量が一定量以上になると、捕集作用が著しく低下するので、再生処理を行うのが好ましい。このフィルタの再生処理とは、例えば適宜の方法で排気通路に燃料を供給して、この燃料を排気通路内で燃焼させることにより、排気を高温化（例えば６００℃）させてから、この高温の排気をフィルタに流入させるような形態とすることによって行うことができる。この場合、排気浄化装置（フィルタ）から排出される排気が通常時（フィルタの非再生時）より高温となる。そのため、この場合には、排気浄化装置（フィルタ）より下流側に設置される選択還元触媒からの排気も、通常時より高温となる。なお、内燃機関の温間運転においてフィルタの非再生時にフィルタから排出される排気の温度を通常温度と言う。
ところで、内燃機関の運転を繰り返し行うことに伴い、添加弁から噴射される還元剤の固形析出物（例えばシアヌル酸、メラミン、尿素結晶等）が添加弁の近傍に固着して堆積することがある。このような固形析出物が経時的に堆積すると、それが邪魔になって、添加弁により噴射された還元剤が選択還元触媒に到達しにくくなるおそれがある。
そこで、本発明では、添加弁の近傍に固形析出物が堆積したとしても、選択還元触媒あるいは排気浄化装置から通常時より高温の排気が排出される場合に、この高温の排気の熱を熱伝達手段により添加弁の近傍に伝達させる処理を行う。これにより、前記堆積している固形析出物を溶融して、除去することが可能になる。そのため、添加弁により噴射された還元剤を選択還元触媒に安定的に到達させることが可能になり、選択還元触媒による還元能力を可及的に高めるうえで有利になる。
好ましくは、前記熱伝達手段は、前記選択還元触媒の下流側に設けられかつ内部に封入される流体を排気熱で蒸発させるための受熱部と、前記受熱部で蒸発された流体を受け入れて当該流体の熱を添加弁の近傍に伝達させるための放熱部と、前記放熱部での熱交換に伴い凝縮される液相状の流体を前記受熱部へ戻すための還流経路に設けられる弁装置とを含むループ式ヒートパイプ構造の排熱回収装置とされる。
なお、ループ式ヒートパイプ構造とは、受熱部と放熱部との間で流体を相転移させながら循環させることによって、排気熱の回収と放熱とを繰り返すようなもののことである。
ここでは、排熱回収装置がループ式ヒートパイプ構造であることを特定したうえで、受熱部と放熱部とを分離設置可能に特定している。これにより、例えば受熱部を、放熱部の設置場所よりも遠くで、排気熱が可及的に高温となる部位に設置することが可能になるので、排気熱を有効に回収することが可能になり、前記添加弁の近傍を速やかに昇温させることが可能になる。
そして、弁装置を開放すると、放熱部から液相状の流体を受熱部へ戻せるようになるから、流体が相転移しながら循環できるようになる。この状態が、排熱回収装置の熱伝達動作を実行している状態である。
その一方で、弁装置を閉塞すると、放熱部から液相状の流体を受熱部へ戻せなくなるから、流体が循環できなくなる。この状態が、排熱回収装置の熱伝達動作を停止した状態である。
好ましくは、前記排気浄化装置は、排気中の粒子状物質を捕集するためのフィルタとされ、前記熱伝達手段は、前記弁装置の開度を制御する制御装置をさらに含み、前記制御装置は、前記フィルタを粒子状物質の燃焼温度にまで昇温させてフィルタを再生する処理の実行を認識した場合に、前記添加弁の近傍の温度あるいは圧力が、前記還元剤の固形析出物の溶融温度に基づき設定される閾値以上であるか否かを判定し、否定判定したときに前記弁装置を開放する一方、肯定判定したときに前記弁装置を閉塞する処理を行う。
この場合、要するに、フィルタ再生時に例えば前記熱伝達対象となる添加弁近傍の温度が前記還元剤の固形析出物の溶融温度に到達するまで排熱回収装置の熱伝達動作を実行させるようにし、添加弁近傍の温度が前記還元剤の固形析出物の溶融温度に到達すると排熱回収装置の熱伝達動作を停止させるようにしている。
これにより、フィルタ再生に伴い選択還元触媒から排出される通常時より高温の排気熱で添加弁の近傍に固着している固形析出物を溶融して除去することが可能になる。しかも、添加弁の近傍を必要以上に加熱せずに済むようになる。
しかも、弁装置を制御装置で制御する構成にしているから、弁装置の開閉条件についての自由度を拡大することが可能になる。
好ましくは、前記熱伝達手段は、前記排気浄化装置を通過した通常時より高温の排気を前記添加弁の近傍に導くためのバイパス路と、前記排気通路において前記排気浄化装置と前記添加弁との間に設けられかつ必要に応じて前記通常時より高温の排気を前記選択還元触媒側へスルーさせる排気本流経路あるいはスルー量を制限して前記バイパス路に導入させるバイパス経路を確保するための弁装置とを含む構成とされる。
ここでは、熱伝達手段について排気を添加弁の近傍に直接供給させることにより添加弁の近傍を加熱可能とする構成に特定している。
この場合、弁装置を開放すると、フィルタ再生に伴い排気浄化装置から排出される通常時より高温の排気をバイパス路から添加弁の近傍に導入させることが可能になる。そのため、添加弁の近傍に固着している還元剤の固形析出物を溶融させることが可能になる。また、弁装置を閉塞すると、フィルタ再生に伴い排気浄化装置から排出される通常時より高温の排気を排気通路において選択還元触媒側へスルーさせることが可能になる。そのため、添加弁の近傍を過剰に加熱しない状態になる。
好ましくは、前記排気浄化装置は、排気中の粒子状物質を捕集するためのフィルタとされ、前記熱伝達手段は、前記弁装置の開度を制御する制御装置をさらに含み、前記制御装置は、前記フィルタを粒子状物質の燃焼温度にまで昇温させてフィルタを再生する処理の実行を認識した場合に、前記添加弁の近傍の温度あるいは圧力が、前記還元剤の固形析出物の溶融温度に基づき設定される閾値以上であるか否かを判定し、否定判定したときに前記弁装置を開放する一方、肯定判定したときに前記弁装置を閉塞する処理を行う。
この構成では、要するに、フィルタ再生時において、例えば前記熱伝達対象となる添加弁近傍の温度が前記還元剤の固形析出物の溶融温度に到達するまで弁装置を閉塞してバイパス経路を確保するから、フィルタを通過した通常時より高温の排気の熱で添加弁の近傍に固着している固形析出物を溶融して除去することが可能になる。
一方、フィルタ再生時において、例えば前記熱伝達対象となる添加弁近傍の温度が前記還元剤の固形析出物の溶融温度に到達すると、弁装置を開放して排気本流経路を開放するから、フィルタを通過した通常時より高温の排気の熱で添加弁の近傍を必要以上に加熱せずに済むようになる。
しかも、弁装置を制御装置で制御する構成にしているから、弁装置の開閉条件についての自由度を拡大することが可能になる。
ところで、前記制御装置は、前記添加弁の近傍の温度が内燃機関の温間運転時での温度未満である場合に前記弁装置を開放して、前記温度以上になった場合に前記弁装置を閉塞する処理をさらに行うようにすることが可能である。
従来例で説明したが、内燃機関の冷間始動時等のように熱伝達対象となる添加弁の近傍が比較的低温となる状況において、前記添加弁から噴射される還元剤が添加弁の近傍に付着すると、そこに還元剤の固形析出物（例えばシアヌル酸、メラミン、尿素結晶等）が固着しやすくなる。
そこで、例えば前記熱伝達対象となる添加弁近傍の温度が、例えば比較的低温である場合に例えば内燃機関の温間運転時の温度に到達するまで熱伝達手段による熱伝達動作を実行させて、内燃機関の温間運転時の温度に到達すると熱伝達手段による熱伝達動作を停止させるようにする。
これにより、添加弁の近傍を熱伝達手段で昇温させるように構成していない場合に比べて、添加弁の近傍の昇温を促進させることが可能になる。そのため、添加弁近傍の温度が、例えば低温である状況において、添加弁から還元剤を噴射させたとしても、この還元剤の固形析出物が添加弁の近傍に固着することを抑制または防止することが可能になる。
好ましくは、前記排気通路において選択還元触媒より排気流れ方向の上流側には、前記添加弁からの還元剤の噴射先を排気通路の排気流れ方向に対し斜め下流側へ向けさせるためのガイド通路が外側に突出する状態で設けられ、このガイド通路の外側突出端に前記添加弁が取り付けられる。
この排気管に付設されるガイド通路の内壁面は、添加弁の近傍に含まれるものとする。このガイド通路の内壁面には、添加弁から噴射される還元剤が付着することがある。
ここで、仮にガイド通路の内壁面に固形析出物が堆積したとしても、前記構成のように熱伝達手段による熱伝達動作を実行させることにより、前記ガイド通路の内壁面を昇温させるようにすれば、前記固形析出物を除去することが可能になる。
本発明によれば、内燃機関の排気通路に、排気中の有害物質を選択的に浄化するための選択還元触媒と、この選択還元触媒の排気流入側に還元剤を噴射するための添加弁とが設けられる排気装置において、仮に添加弁から噴射される還元剤が添加弁の近傍に固形析出物として固着したとしても、それを除去することが可能になる。
このように、固形析出物を除去することが可能になるので、添加弁により噴射された還元剤を選択還元触媒に安定的に到達させることが可能になり、選択還元触媒による還元能力を可及的に高めるうえで有利になる。
以下、本発明を実施するための最良の実施形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
図１から図３に本発明の一実施形態を示している。ここでまず、図１を参照して、本発明に係る内燃機関の排気装置の概略構成を説明する。
図１に示す内燃機関１は、例えば筒内直接噴射型の直列４気筒ディーゼルエンジンとされている。この内燃機関１には、インテークマニホールド２、エキゾーストマニホールド３、ターボチャージャ（過給機）４、インタークーラ５、ＥＧＲ装置６等が装備されている。
この内燃機関１は、インテークマニホールド２を含む吸気系から吸入される空気が燃焼室（図示省略）に供給されるとともに、燃焼室に燃料噴射弁（図示省略）から燃料を直接噴射し、適宜のタイミングで燃焼させるようになっており、燃焼後の排気がエキゾーストマニホールド３および排気管７を含む排気通路から排出される。
この実施形態での排気装置には、主として、酸化触媒８、パティキュレートフィルタ９、ＮＯｘ選択還元触媒１０、還元剤供給装置１１が設けられている。詳しくは、エキゾーストマニホールド３に連結される排気管７において、排気流れ方向の上流側から順に、酸化触媒８と、パティキュレートフィルタ９と、ＮＯｘ選択還元触媒１０とが配置されている。
酸化触媒８は、排気中に含まれる炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）を酸化して浄化する。パティキュレートフィルタ９は、排気通路としての排気管７を通過する排気中に含まれるＰＭを主として捕集する。ＰＭは、Particulate Matterの略であり、カーボンを主成分とする粒子状物質のことである。
このパティキュレートフィルタ９としては、例えば一般的に公知のＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）、ＤＰＲ（Diesel Particulate active Reduction system）あるいはＤＰＮＲ（Diesel Particulate−NOx Reduction system）等とすることが可能である。
なお、ＤＰＦは、多孔質部材を設けた構成とされている。また、ＤＰＲは、例えば多孔質セラミックからなるハニカム構造体に酸化触媒（例えば白金等の貴金属を主成分とするもの）を担持させた構成である。
ＤＰＮＲは、前記ＤＰＲの機能に加えて窒素酸化物（ＮＯｘ）を除去することが可能なものであり、例えば多孔質セラミック構造体に酸化触媒（例えば白金等の貴金属を主成分とするもの）とＮＯｘ吸蔵還元触媒とを担持させたものである。このＤＰＮＲは、排気ガス中のＰＭを多孔質の壁を通過する際に捕集され、また、排気ガスの空燃比がリーンの場合、排気ガス中のＮＯｘはＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵され、空燃比がリッチになると吸蔵したＮＯｘは還元・放出される。
また、パティキュレートフィルタ９の上流側に酸化触媒８を設置しているのは、パティキュレートフィルタ９を効率良く再生可能とするためである。つまり、酸化触媒８の上流側で排気中に燃料（ＨＣ）を添加すると、この燃料が酸化触媒８で酸化反応されることになり、その反応熱で昇温した排気でパティキュレートフィルタ９の触媒床温度が昇温されるようになり、これによってパティキュレートフィルタ９に蓄積したＰＭが燃焼除去されるのである。
ＮＯｘ選択還元触媒１０は、公知のように酸素共存下でも選択的に排気中のＮＯｘを還元剤（還元剤）と反応させてＮＯｘから酸素（Ｏ2）を取り除き窒素（Ｎ）に戻す還元作用を行う性質を有している。このＮＯｘ選択還元触媒１０は、ＳＣＲ触媒と呼ばれるもので、ＳＣＲは、Selective Catalytic Reductionの略である。
還元剤供給装置１１は、排気管７においてＮＯｘ選択還元触媒１０の排気流入側に還元剤を供給するものであり、タンク１２と、ポンプ１３と、添加弁１４とを含んで構成されている。
なお、前記還元剤としては、例えば尿素水溶液、アンモニア水溶液や炭化水素水溶液等が挙げられる。
タンク１２は、還元剤を貯留するものであり、ポンプ１３は、タンク１２内の還元剤を添加弁１４へ供給するものである。添加弁１４は、排気管７においてＮＯｘ選択還元触媒１０の排気流入側に還元剤を噴射するものである。添加弁１４とタンク１２とは、連通路１５で連通連結されており、この連通路１５の途中にポンプ１３が設けられている。
この添加弁１４の設置形態について説明する。まず、排気管７においてＮＯｘ選択還元触媒１０より排気流れ方向の上流側には、斜め姿勢のガイド通路１６が外側に突出する状態で設けられている。このガイド通路１６は、添加弁１４により噴射される還元剤を排気管７内の排気流れ方向に対し斜め下流側へ向けさせるような姿勢とされている。添加弁１４は、このようなガイド通路１６の外端に取り付けられている。
さらに、排気管７においてＮＯｘ選択還元触媒１０より排気流れ方向の上流側には、添加弁１４により噴射された還元剤を排気管７の広域に分散させるための分散板１７が設けられている。
この添加弁１４から排気管７内に霧状に噴射供給された還元剤としての例えば尿素水溶液は、排気管７内の排気熱により加水分解されてアンモニア（ＮＨ3）を容易に発生する。この発生したアンモニアは、ＮＯｘ選択還元触媒１０において排気中のＮＯｘと反応して、水（Ｈ2Ｏ）と無害な窒素（Ｎ）とに分解される。
さらに、上述したような排気系には、熱伝達手段としての排熱回収装置２０が設けられている。この排熱回収装置２０は、排気管７においてＮＯｘ選択還元触媒１０を通過した排気の熱を回収して、添加弁１４の近傍（例えば添加弁１４による還元剤の噴射先となるガイド通路１６の内壁面や添加弁１４の噴射口）に伝達させるように用いられる。
具体的に、排熱回収装置２０は、主として、受熱部２１、放熱部２２、移送路２３、還流路２４を含むループ式ヒートパイプ構造になっている。なお、ループ式ヒートパイプ構造とは、受熱部２１と放熱部２２との間で流体を相転移させながら循環させることによって、排気熱の回収と放熱とを繰り返すようなもののことである。
図示例の排熱回収装置２０は、受熱部２１と放熱部２２とが離隔して配置されるセパレートタイプを例に挙げている。
この排熱回収装置２０の内部は、真空状態とされていて、そこに適量の流体が封入されている。流体は、例えば純水等とされる。水の沸点は、１気圧で１００℃であるが、排熱回収装置２０内を減圧（例えば０．０１気圧）しているため、沸点は、例えば５〜１０℃となる。なお、流体は、純水の他に、例えばアルコール、フロロカーボン、フロン等とすることが可能である。また、排熱回収装置２０の主要構成要素は、例えば高耐食性を備えるステンレス材で形成されている。
受熱部２１は、内部に封入される液相状の流体を排気の熱で蒸発させるものである。この受熱部２１は、多数の排気通路と多数の流体通路とが交互に隣り合わせに配置された構成になっている。
放熱部２２は、受熱部２１で蒸気とされた気相状の流体を受け入れて、この流体の潜熱で加熱対象（例えばガイド通路１６）を加熱するものである。この放熱部２２内の気相状の流体は、前記熱交換に伴い凝縮されて液相状となり、受熱部２１に戻される。
この放熱部２２は、中空環状に形成されたケースからなり、それがガイド通路１６の外径側に取り付けられる。この放熱部２２の内部環状空間には、高温の気相状の流体が供給されることで、この流体と加熱対象（ガイド通路１６）との間で熱交換が行われる。
移送路２３は、受熱部２１で蒸発された気相状の流体を放熱部２２へ移送するための配管である。還流路２４は、放熱部２２で凝縮した液相状の流体を受熱部２１へ戻すための配管である。
なお、図には記載していないが、実際には、移送路２３は、受熱部２１で蒸発されて気相状となった流体を放熱部２２へ送り出しやすくするために適宜の上り勾配をつけるのが好ましく、また、還流路２４は、放熱部２２で凝縮されて液相状となった流体を受熱部２１へ戻しやすくするために適宜の下り勾配をつけるのが好ましい。
ところで、還流路２４において放熱部２２寄りには、弁装置２５が設けられている。この弁装置２５は、詳細に図示していないが、例えば電磁弁等のように、弁体を駆動するための駆動源をアクチュエータとして、このアクチュエータを制御装置３０で制御する構成とされている。
この弁装置２５を開放すると、放熱部２２で凝縮された液相状の流体を還流路２４から受熱部２１へ戻せるので、受熱部２１から気相状の流体を放熱部２２へ移送できるようになり、放熱部２２により添加弁１４の近傍に熱を伝達できる状態になる。一方、弁装置２５を閉塞すると、放熱部２２で凝縮された液相状の流体を還流路２４から受熱部２１へ戻せなくなる。この場合、受熱部２１内に液相状の流体が戻せなくなるので、排気熱を回収できなくなって、受熱部２１から気相状の流体を放熱部２２へ移送できなくなる。この状態では、添加弁１４の近傍に熱を伝達できない状態になる。
前記の制御装置３０は、主としてＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性メモリ等を有する一般的に公知のＥＣＵ（Electronic Control Unit）である。この制御装置３０は、例えば、添加弁１４により還元剤を噴射させるための処理と、排熱回収装置２０により排気熱を回収して前記熱伝達対象部位に伝達するための処理と、パティキュレートフィルタ９を再生温度にまで昇温させて当該フィルタ９を再生するための処理と、排熱回収装置２０の熱伝達動作を実行または停止させるための処理とを少なくとも必要に応じて実行する。
但し、前記各処理は、制御装置３０のみで行う形態に限定されるものではない。例えば前記各処理を、図示していないが、内燃機関１に備えるＥＦＩ＿ＥＣＵやその他のＥＣＵで別々に行わせる形態にすることが可能である。
次に、上述した排気装置の基本的な作用について説明する。
つまり、内燃機関１の運転に伴い内燃機関１からエキゾーストマニホールド３を経て排気管７へ排出される排気は、酸化触媒８、パティキュレートフィルタ９ならびにＮＯｘ選択還元触媒１０により浄化される。
ここで、パティキュレートフィルタ９からＮＯｘ選択還元触媒１０に排気が流入する際には、その排気に対し、還元剤供給装置１１により噴射供給される還元剤としての尿素水溶液の粒子が混合される。このように尿素水溶液の粒子が混合された排気がＮＯｘ選択還元触媒１０に流入することで、ＮＯｘ選択還元触媒１０による排気中のＮＯｘの分解作用が高められる。
このとき、添加弁１４から噴射された還元剤が、ＮＯｘ選択還元触媒１０の上流側に設置してある分散板１７に衝突すると、この還元剤が広域に分散されることになって、ＮＯｘ選択還元触媒１０内に流入することになる。そのため、ＮＯｘ選択還元触媒１０の内部において前記分散された還元剤の吸着分布が大きく広がるようになるので、ＮＯｘ選択還元触媒１０によるＮＯｘの分解作用が高められることになり、ＮＯｘ選択還元触媒１０を通過する排気中のＮＯｘ濃度が低減されるようになる。
参考までに、還元剤供給装置１１による還元剤（尿素水溶液）の噴射供給量は、フィードフォワード制御、ならびにフィードバック制御される。これらの制御には、ＮＯｘセンサ３１，３２の出力が用いられる。
一方のＮＯｘセンサ３１は、排気管７においてパティキュレートフィルタ９と添加弁１４との間に設けられている。他方のＮＯｘセンサ３２は、ＮＯｘ選択還元触媒１０の下流側に設けられている。上流側のＮＯｘセンサ３１を、前段ＮＯｘセンサと呼び、また、下流側のＮＯｘセンサ３２を後段ＮＯｘセンサと呼ぶことにする。
前段ＮＯｘセンサ３１は、ＮＯｘ選択還元触媒１０に流入する排気中のＮＯｘ濃度に対応する電気信号を出力するものである。この前段ＮＯｘセンサ３１からの出力は、制御装置３０により、ＮＯｘ選択還元触媒１０によるＮＯｘ分解作用を適正とするように、還元剤供給装置１１による還元剤（尿素水溶液）の噴射供給量をフィードフォワード制御するのに利用される。
後段ＮＯｘセンサ３２は、ＮＯｘ選択還元触媒１０を通過した排気中のＮＯｘ濃度に対応する電気信号を出力するものである。この後段ＮＯｘセンサ３２からの出力は、制御装置３０により、ＮＯｘ選択還元触媒１０によるＮＯｘ分解作用を補正するために、還元剤供給装置１１による還元剤（尿素水溶液）の噴射供給量をフィードバック制御するのに利用される。
次に、図２および図３を参照して、制御装置３０による各種処理を実行するための動作について説明する。
まず、図２を参照して、内燃機関１の冷間始動時の動作について説明する。制御装置３０は、内燃機関１の冷間始動を検知したときに、図２に示すフローチャートにエントリーする。
ステップＳ１では、排熱回収装置２０の熱伝達動作を実行させる。つまり、弁装置２５を開放することにより、放熱部２２から受熱部２１へ液相状の流体を戻せる状態にする。これにより、受熱部２１で蒸発された高温の気相状の流体を放熱部２２へ継続的に供給できるようになるので、放熱部２２から添加弁１４の近傍（例えば添加弁１４の噴射口やガイド通路１６の内壁面）に熱を伝達できるようになる。その結果、添加弁１４の近傍が昇温することになる。
続くステップＳ２では、排熱回収装置２０による熱伝達対象つまり添加弁１４の近傍（例えば放熱部２２が設置されるガイド通路１６）の温度を温度センサ３３の検出出力に基づいて検知し、この検知値Ｔ1が第１閾値ＴA以上であるか否かを判定する。ここで、第１閾値ＴAとしては、内燃機関１の温間運転時における温度に基づいて、例えば２００℃〜３００℃、好ましくは２５０℃に設定される。
ここで、ステップＳ２で否定判定した場合には、肯定判定するまで繰り返す。これにより、排熱回収装置２０により回収した熱で添加弁１４の近傍（例えば添加弁１４の噴射口やガイド通路１６の内壁面）を比較的早期に昇温させることが可能になる。
一方、ステップＳ２で肯定判定した場合には、続くステップＳ３において排熱回収装置２０の熱伝達動作を停止させる。つまり、弁装置２５を閉塞することにより、放熱部２２から受熱部２１へ液相状の流体を戻せない状態にする。これにより、受熱部２１内の流体が無くなると、この受熱部２１から放熱部２２へ高温の気相状の流体を供給できなくなるので、放熱部２２からガイド通路１６に熱を伝達できなくなる。そのため、添加弁１４の近傍（例えば添加弁１４の噴射口やガイド通路１６の内壁面）を過剰に加熱することを防止できる。
このように、内燃機関１の始動が冷間での始動であっても、つまり添加弁１４の近傍（例えば添加弁１４の噴射口やガイド通路１６の内壁面）が低温であっても、排熱回収装置２０により回収した熱で添加弁１４の近傍（例えば添加弁１４の噴射口やガイド通路１６の内壁面）を速やかに昇温させることが可能になる。そのため、仮に、冷間始動してから早い段階において添加弁１４により還元剤を噴射させる処理を実行したとしても、この噴射された還元剤が固形析出物として添加弁１４の近傍（例えば添加弁１４の噴射口やガイド通路１６の内壁面）に固着しにくくなると言える。
次に、図３を参照して、パティキュレートフィルタ９の再生処理を実行したときについて説明する。制御装置３０は、パティキュレートフィルタ９の再生処理の実行開始を検知したときに、図３に示すフローチャートにエントリーする。
なお、パティキュレートフィルタ９の再生処理としては、例えば適宜の方法で排気管７に燃料を供給して、この燃料を排気管内や酸化触媒８内で燃焼させることにより、排気を高温化（例えば６００℃）させてから、この高温の排気をパティキュレートフィルタ９に流入させるような形態とすることによって行う。
ステップＳ１１では、排熱回収装置２０による熱伝達対象つまり添加弁１４の近傍（例えば放熱部２２が設置されるガイド通路１６）の温度を温度センサ３３の検出出力に基づいて検知し、この検知値Ｔ1が第１閾値ＴA以上でかつ第２閾値ＴB以上であるか否かを判定する。ここで、第２閾値ＴBとしては、添加弁１４から噴射される還元剤の固形析出物の溶融温度に基づいて例えば５００℃〜６００℃、好ましくは５５０℃に設定される。
なお、固形析出物としては、シアヌル酸、メラミン、尿素結晶等がある。シアヌル酸の融点は、４００〜５００℃、メラミンの融点は、３５４℃、尿素結晶の融点は、１３２７℃である。そこで、これらの融点を考慮して総合的に判断して前記第２閾値ＴBを設定するのが好ましい。
ここで、検知値Ｔ1が第１閾値ＴA以上でかつ第２閾値ＴB未満である場合には、前記ステップＳ１１で否定判定して、ステップＳ１２に移行する。
このステップＳ１２では、排熱回収装置２０の熱伝達動作を実行させる。つまり、弁装置２５を開放することにより、放熱部２２から受熱部２１へ液相状の流体を戻せる状態にしてから、前記ステップＳ１１に戻る。これにより、受熱部２１で蒸発された高温の気相状の流体を放熱部２２へ継続的に供給できるようになるので、放熱部２２からガイド通路１６に熱を伝達できるようになる。その結果、添加弁１４の近傍の温度が昇温することになる。
一方、検知値Ｔ1が第１閾値ＴA以上でかつ第２閾値ＴB以上である場合には、前記ステップＳ１１で肯定判定して、ステップＳ１３において排熱回収装置２０の熱伝達動作を停止させる。つまり、弁装置２５を閉塞することにより、放熱部２２から受熱部２１へ液相状の流体を戻せない状態にしてから、このフローチャートを終了する。これにより、受熱部２１内の流体が無くなると、この受熱部２１から放熱部２２へ高温の気相状の流体を供給できなくなるので、放熱部２２からガイド通路１６に熱を伝達できなくなる。そのため、添加弁１４の近傍（例えば添加弁１４の噴射口やガイド通路１６の内壁面）を過剰に加熱することを防止できる。
このように、パティキュレートフィルタ９の再生処理を行う場合には、パティキュレートフィルタ９を通過する排気熱が、内燃機関１の温間運転においてパティキュレートフィルタ９の非再生時の温度（通常温度と言う）より高温（例えば６００℃）になる。このときに、排熱回収装置２０による熱伝達動作を実行すると、前記通常温度より高温の排気熱を回収して添加弁１４の近傍に伝達させることが可能になるので、添加弁１４の近傍の温度がパティキュレートフィルタ９の非再生時に比べて速やかに溶融温度に到達させることが可能になる。
したがって、この場合、仮に添加弁１４の近傍（例えば添加弁１４の噴射口やガイド通路１６の内壁面）に固形析出物が堆積していても、この固形析出物を速やかに溶融して除去することが可能になる。これにより、この後は、固形析出物が邪魔にならないので、添加弁１４により噴射された還元剤をＮＯｘ選択還元触媒１０に安定的に到達させることが可能になる。
さらに、図示していないが、内燃機関１の運転を停止した場合について説明する。例えば内燃機関１の運転を停止した場合に、弁装置２５を開放することにより、排気熱をガイド通路１６に伝達可能な状態にする。これにより、内燃機関１を停止した後も、排熱回収装置２０における受熱部２１が熱を持ち続ける限り、放熱部２２からガイド通路１６に熱を伝達することが可能になり、ガイド通路１６の内壁面やその近傍（添加弁１４の噴射口も含む領域）が保温されることになる。
そのために、ガイド通路１６の内壁面や添加弁１４の噴射口を通じて連通路１５に熱が伝導されることになって、この連通路１５が保温されるので、内燃機関１の停止から所定時間が経過するまでの間は、外気が低温となる状況において連通路１５の内部に存在する還元剤の凍結を防止できるようになる。
なお、連通路１５は、金属製あるいは合成樹脂製とされるが、合成樹脂製とする場合には金属製とする場合に比べて熱伝導性が悪いので、その場合には、図１に示すように、ガイド通路１６と連通路１５とに熱伝導に優れた熱伝導部材１８を例えば接合等で取り付けることが好ましい。この場合には、内燃機関１の運転中、運転停止後において、ガイド通路１６の熱が熱伝導部材１８を通じて連通路１５に伝導される。そのため、内燃機関１の運転中には、連通路１５内の還元剤を昇温させることが可能になるので、添加弁１４からの噴射時に還元剤の気化を促進することが可能になる。内燃機関１の運転停止後には、連通路１５内の還元剤が保温されることが可能になるので、特に外気が低温となる状況において連通路１５の内部に存在する還元剤の凍結防止を図るうえで有利となる。
以上説明したように、本発明に係る内燃機関１の排気装置は、排気管７においてＮＯｘ選択還元触媒１０を通過した排気の熱を回収して添加弁１４の近傍（例えばガイド通路１６の内壁面等）に伝達するためのループ式ヒートパイプ構造の排熱回収装置２０を装備することにより、下記するような状況において優れた作用、効果が得られることになる。
つまり、上述したように、仮に添加弁１４の近傍（例えば添加弁１４の噴射口やガイド通路１６の内壁面）に固形析出物が経時的に堆積していても、パティキュレートフィルタ９の再生処理を実行するときに、排熱回収装置２０で添加弁１４の近傍を速やかに昇温させるようにしているから、当該添加弁１４の近傍に堆積している固形析出物を除去することが可能になる他、ガイド通路１６の内壁面や添加弁１４の噴射口を過剰に加熱することも防止することが可能になる。つまり、パティキュレートフィルタ９の再生が一般的に定期的に行われるので、このパティキュレートフィルタ９を再生する毎に前記添加弁１４の近傍に固着している固形析出物を除去することが可能になる。
この他、上述したように、内燃機関１の冷間始動時には、排熱回収装置２０で添加弁１４の近傍（例えば添加弁１４の噴射口やガイド通路１６の内壁面）を速やかに昇温させることができるから、内燃機関１の冷間始動直後に、添加弁１４からの還元剤噴射によって還元剤の固形析出物がガイド通路１６の内壁面や添加弁１４の噴射口に固着することを抑制または防止することが可能になる。
さらに、上述したように、内燃機関１の運転停止後において所定期間は、還元剤供給装置１１の連通路１５の内部で還元剤が凍結することを防止できるようになる。
なお、本発明は、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、特許請求の範囲内および当該範囲と均等の範囲で包含されるすべての変形や応用が可能である。以下で例を挙げる。
（１）上記実施形態に示した排熱回収装置２０において、受熱部２１、放熱部２２、移送路２３、還流路２４の詳細な構成は特に限定されるものではない。また、例えば移送路２３と還流路２４は、いわゆるウィックと呼ばれる単一の配管に置き換えることが可能である。このウィックと呼ばれる配管は、二重管構造であって、中央部分を気相状の流体が通され、外径側を液相状の流体が毛細管現象で送られるようになっている。
（２）図４を参照して、本発明の他の実施形態を説明する。この実施形態では、上記実施形態で例示した排熱回収装置２０の代わりに、熱伝達手段として、パティキュレートフィルタ９の再生処理の実行時に、パティキュレートフィルタ９を通過する通常時より高温の排気を必要に応じてガイド通路１６に導入させる形態にしている。
具体的には、前記熱伝達手段は、バイパス通路４１と、弁装置４２とを含む構成になっている。バイパス通路４１は、排気管７においてパティキュレートフィルタ９の下流側位置とガイド通路１６の途中位置とを連通するものである。弁装置４２は、排気管７とバイパス通路４１の上流部との接続部位の下流側に設置されている。この弁装置４２は、詳細に図示していないが、例えば電磁弁等のように、弁体を駆動するための駆動源をアクチュエータとして、このアクチュエータを制御装置３０で制御する構成とされている。
制御装置３０は、パティキュレートフィルタ９の再生処理の実行開始を検知したときに、例えば添加弁１４の近傍（例えば添加弁１４の噴射口やガイド通路１６の内壁面）の温度を温度センサ３３の検出出力に基づいて検知し、この検知値Ｔ1が第２閾値ＴB以上であるか否かを判定する。
ここで、制御装置３０は、否定判定した場合に、弁装置４２を開放状態とすることにより、パティキュレートフィルタ９の再生処理の実行開始に伴い当該パティキュレートフィルタ９を通過した通常時より高温の排気を堰き止めてバイパス通路４１のみに導入させる状態、つまりバイパス経路を確保する。これにより、排気の熱で添加弁１４の近傍の温度が速やかに昇温されることになる。
また、制御装置３０は、肯定判定した場合に、弁装置４２を閉塞することにより、パティキュレートフィルタ９の再生に伴い当該パティキュレートフィルタ９を通過した通常時より高温の排気をバイパス通路４１に導入させずにＮＯｘ選択還元触媒１０側へスルーさせる状態、つまり排気本流経路を確保する。これにより、添加弁１４の近傍（例えば添加弁１４の噴射口やガイド通路１６の内壁面）が過剰に加熱されずに済むようになる。
このような構成の場合にも、上記実施形態で説明したように、内燃機関１の冷間始動されたときに、添加弁１４の近傍（例えば添加弁１４の噴射口やガイド通路１６の内壁面）に、添加弁１４から噴射される還元剤の固形析出物が固着することを抑制または防止するための処理を行うようにすることが可能である。
この処理は、上記実施形態と略同様であるが、制御装置３０は、内燃機関１が冷間始動されたときに、まず、弁装置４２を閉塞することによりバイパス経路を確保する。これにより、パティキュレートフィルタ９を通過した排気がバイパス通路４１からガイド通路１６に導入されるので、この排気の熱により添加弁１４の近傍（例えば添加弁１４の噴射口やガイド通路１６の内壁面）の昇温が促進されることになる。
この後、制御装置３０は、添加弁１４の近傍の温度を温度センサ３３の検出出力に基づいて検知し、この検知値Ｔ1が第１閾値ＴA以上であるか否かを判定する。
ここで、制御装置３０は、否定判定した場合に、弁装置４２を閉塞した状態を継続して添加弁１４の近傍を昇温させ続けるが、肯定判定した場合には、弁装置４２を開放することにより排気本流経路を確保する。これにより、パティキュレートフィルタ９を通過した排気がガイド通路１６に導入されずにＮＯｘ選択還元触媒１０側へ流されるようになるので、添加弁１４の近傍が過剰に加熱されずに済む。
（３）上記各実施形態で例示した内燃機関１の型式は特に限定されるものではなく、また、ターボチャージャ４およびＥＧＲ装置６のいずれか一方または両方を無くしたものであっても本発明を適用することができる。
（４）上記各実施形態では、排気流れ方向の上流側から順に、酸化触媒８と、パティキュレートフィルタ９と、ＮＯｘ選択還元触媒１０とを配置した例を挙げている。しかしながら、本発明は、これに限定されるものではなく、排気管７に酸化触媒８を設置していない場合にも本発明を適用することができる。
この場合、パティキュレートフィルタ９の再生処理としては、上記実施形態で説明した方法と基本的に同様であるが、排気管７への燃料供給形態について供給直後に燃料を燃焼可能とするようにする。この場合、排気管７へ燃料を供給すると、この燃料がパティキュレートフィルタ９の入口に到達する前に素早く燃焼されることになって、排気を高温化させることが可能になり、この高温の排気がパティキュレートフィルタ９に流入するようになる。このことから、酸化触媒８はパティキュレートフィルタ９を再生するための必須の手段とはならないのである。
（５）上記各実施形態では、制御装置３０が行う判定処理での判定情報について添加弁１４近傍の温度とした例を挙げているが、前記判定情報を添加弁１４近傍の圧力とすることが可能である。その場合には、温度センサ３３の代わりに、適宜の圧力センサを用いる必要がある。
（６）上記各実施形態では、弁装置２５，４２について、例えば電磁弁等のように弁体を駆動するための駆動源をアクチュエータとして、このアクチュエータを制御装置３０で制御する構成とした例を挙げている。しかしながら、本発明は、これに限定されるものではなく、弁装置２５，４２は、自己作動式の弁装置に置き換えることができる。この自己作動式の弁装置は、弁体の駆動源として例えばサーモスタットやダイアフラムスプリング等を用いるものが知られており、この駆動源は予め設定される条件に従い自動的に作動して弁体を開閉動作させる。
サーモスタットを駆動源とする感熱タイプの弁装置では、添加弁１４の近傍の温度が適宜の設定値未満であることを感知した場合に弁体を自動的に開いて、前記設定値以上であることを感知した場合に弁体を自動的に閉じるような構成になっている。この設定値は上記実施形態での第２閾値ＴBとすることができる。その場合、
ダイアフラムスプリングを駆動源とする感圧タイプの弁装置では、添加弁１４の近傍の圧力が適宜の設定値未満であることを感知した場合に、ダイアフラムスプリングが自然状態になって弁体を自動的に開いた状態とする一方で、前記設定値以上であることを感知した場合に、ダイアフラムスプリングが弾性変形して弁体を自動的に閉じる状態とするような構成になっている。
ダイアフラムスプリングを駆動源とする感圧タイプの弁装置では、添加弁１４の近傍の圧力が適宜の設定値未満であることを感知した場合に、ダイアフラムスプリングが自然状態になって弁体を自動的に開いた状態とする一方で、前記設定値以上であることを感知した場合に、ダイアフラムスプリングが弾性変形して弁体を自動的に閉じる状態とするような構成になっている。
このような自己作動式の弁装置を用いる場合、弁体を駆動するための駆動源としてのアクチュエータ（不図示）や制御装置（３０）、ならびに感知対象となる情報（温度あるいは圧力）の検出手段（温度センサ３３等）が不要になるので、設備コストを安く抑えるうえで有利となる。また、弁装置２５，４２は、全開と全閉とに切り換わる開閉弁の他、弁開度を任意に調整可能とする流量制御弁とすることも可能である。
１ 内燃機関
２ インテークマニホールド
３ エキゾーストマニホールド（排気通路の一構成要素）
７ 排気管（排気通路の一構成要素）
９ パティキュレートフィルタ
１０ ＮＯｘ選択還元触媒
１１ 還元剤供給装置
１４ 添加弁
１６ ガイド通路
２０ 排熱回収装置
２１ 受熱部
２２ 放熱部
２３ 移送路
２４ 還流路
２５ 弁装置
３０ 制御装置
３３ 温度センサ
２ インテークマニホールド
３ エキゾーストマニホールド（排気通路の一構成要素）
７ 排気管（排気通路の一構成要素）
９ パティキュレートフィルタ
１０ ＮＯｘ選択還元触媒
１１ 還元剤供給装置
１４ 添加弁
１６ ガイド通路
２０ 排熱回収装置
２１ 受熱部
２２ 放熱部
２３ 移送路
２４ 還流路
２５ 弁装置
３０ 制御装置
３３ 温度センサ
Claims (6)
- 内燃機関の排気通路に、排気中の有害物質を選択的に浄化するための選択還元触媒と、この選択還元触媒の排気流入側に還元剤を噴射するための添加弁とが少なくとも設けられる排気装置であって、
前記選択還元触媒あるいは前記排気通路において前記添加弁よりも排気流れ方向の上流側に設置される排気浄化装置から通常時より高温の排気が排出される場合に、この高温の排気の熱を必要に応じて前記添加弁の近傍に伝達するための熱伝達手段が設けられている、ことを特徴とする内燃機関の排気装置。 - 請求項１に記載の内燃機関の排気装置において、
前記熱伝達手段は、前記選択還元触媒の下流側に設けられかつ内部に封入される流体を排気熱で蒸発させるための受熱部と、前記受熱部で蒸発された流体を受け入れて当該流体の熱を添加弁の近傍に伝達させるための放熱部と、前記放熱部での熱交換に伴い凝縮される液相状の流体を前記受熱部へ戻すための還流経路に設けられる弁装置とを含むループ式ヒートパイプ構造の排熱回収装置とされる、ことを特徴とする内燃機関の排気装置。 - 請求項２に記載の内燃機関の排気装置において、
前記排気浄化装置は、排気中の粒子状物質を捕集するためのフィルタとされ、
前記熱伝達手段は、前記弁装置の開度を制御する制御装置をさらに含み、
前記制御装置は、前記フィルタを粒子状物質の燃焼温度にまで昇温させてフィルタを再生する処理の実行を認識した場合に、前記添加弁の近傍の温度あるいは圧力が、前記還元剤の固形析出物の溶融温度に基づき設定される閾値以上であるか否かを判定し、否定判定したときに前記弁装置を開放する一方、肯定判定したときに前記弁装置を閉塞する処理を行う、ことを特徴とする内燃機関の排気装置。 - 請求項１に記載の内燃機関の排気装置において、
前記熱伝達手段は、前記排気浄化装置を通過した通常時より高温の排気を前記添加弁の近傍に導くためのバイパス路と、
前記排気通路において前記排気浄化装置と前記添加弁との間に設けられかつ必要に応じて前記通常時より高温の排気を前記選択還元触媒側へスルーさせる排気本流経路あるいはスルー量を制限して前記バイパス路に導入させるバイパス経路を確保するための弁装置とを含む構成とされる、ことを特徴とする内燃機関の排気装置。 - 請求項４に記載の内燃機関の排気装置において、
前記排気浄化装置は、排気中の粒子状物質を捕集するためのフィルタとされ、
前記熱伝達手段は、前記弁装置の開度を制御する制御装置をさらに含み、
前記制御装置は、前記フィルタを粒子状物質の燃焼温度にまで昇温させてフィルタを再生する処理の実行を認識した場合に、前記添加弁の近傍の温度あるいは圧力が、前記還元剤の固形析出物の溶融温度に基づき設定される閾値以上であるか否かを判定し、否定判定したときに前記弁装置を開放する一方、肯定判定したときに前記弁装置を閉塞する処理を行う、ことを特徴とする内燃機関の排気装置。 - 請求項１から５のいずれか１つに記載の内燃機関の排気装置において、
前記排気通路において選択還元触媒より排気流れ方向の上流側には、前記添加弁からの還元剤の噴射先を排気通路の排気流れ方向に対し斜め下流側へ向けさせるためのガイド通路が外側に突出する状態で設けられ、
このガイド通路の外側突出端に前記添加弁が取り付けられる、ことを特徴とする内燃機関の排気装置。
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| JP2009121231A JP2010270624A (ja) | 2009-05-19 | 2009-05-19 | 内燃機関の排気装置 |
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Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012090801A1 (ja) * | 2010-12-27 | 2012-07-05 | ボッシュ株式会社 | 排気浄化システム及び排気浄化システムの制御方法 |
| WO2012131874A1 (ja) | 2011-03-28 | 2012-10-04 | トヨタ自動車株式会社 | 内燃機関の排気浄化装置 |
| WO2013072982A1 (ja) * | 2011-11-14 | 2013-05-23 | トヨタ自動車株式会社 | 内燃機関の排気浄化装置 |
| WO2013121520A1 (ja) * | 2012-02-14 | 2013-08-22 | トヨタ自動車株式会社 | 内燃機関の排気浄化装置 |
| JP2016121605A (ja) * | 2014-12-24 | 2016-07-07 | 三菱ふそうトラック・バス株式会社 | 車両の排気浄化装置 |
| US9421496B2 (en) | 2011-04-28 | 2016-08-23 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Exhaust gas purification apparatus for internal combustion engine |
| DE102016123417A1 (de) | 2015-12-11 | 2017-06-14 | Denso Corporation | Abgasreinigungsvorrichtung einer Verbrennungskraftmaschine |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5931508U (ja) * | 1982-08-25 | 1984-02-27 | 日産自動車株式会社 | 自動車用暖房装置 |
| JP2004011512A (ja) * | 2002-06-06 | 2004-01-15 | Sango Co Ltd | エンジンの排熱回収装置 |
| JP2004353523A (ja) * | 2003-05-28 | 2004-12-16 | Hitachi Ltd | エンジン用排気ガス処理装置および排気ガス処理方法 |
| JP2005344549A (ja) * | 2004-06-01 | 2005-12-15 | Mazda Motor Corp | エンジンの排気浄化装置 |
| JP2006017043A (ja) * | 2004-07-02 | 2006-01-19 | Nissan Diesel Motor Co Ltd | 排気浄化装置 |
| JP2008138594A (ja) * | 2006-12-01 | 2008-06-19 | Bosch Corp | Ｎｏｘ浄化装置 |
-
2009
- 2009-05-19 JP JP2009121231A patent/JP2010270624A/ja active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5931508U (ja) * | 1982-08-25 | 1984-02-27 | 日産自動車株式会社 | 自動車用暖房装置 |
| JP2004011512A (ja) * | 2002-06-06 | 2004-01-15 | Sango Co Ltd | エンジンの排熱回収装置 |
| JP2004353523A (ja) * | 2003-05-28 | 2004-12-16 | Hitachi Ltd | エンジン用排気ガス処理装置および排気ガス処理方法 |
| JP2005344549A (ja) * | 2004-06-01 | 2005-12-15 | Mazda Motor Corp | エンジンの排気浄化装置 |
| JP2006017043A (ja) * | 2004-07-02 | 2006-01-19 | Nissan Diesel Motor Co Ltd | 排気浄化装置 |
| JP2008138594A (ja) * | 2006-12-01 | 2008-06-19 | Bosch Corp | Ｎｏｘ浄化装置 |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012090801A1 (ja) * | 2010-12-27 | 2012-07-05 | ボッシュ株式会社 | 排気浄化システム及び排気浄化システムの制御方法 |
| JP5087188B2 (ja) * | 2010-12-27 | 2012-11-28 | ボッシュ株式会社 | 排気浄化システム及び排気浄化システムの制御方法 |
| US9255511B2 (en) | 2010-12-27 | 2016-02-09 | Bosch Corporation | Exhaust purification system and method for controlling exhaust purification system |
| WO2012131874A1 (ja) | 2011-03-28 | 2012-10-04 | トヨタ自動車株式会社 | 内燃機関の排気浄化装置 |
| US9421496B2 (en) | 2011-04-28 | 2016-08-23 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Exhaust gas purification apparatus for internal combustion engine |
| WO2013072982A1 (ja) * | 2011-11-14 | 2013-05-23 | トヨタ自動車株式会社 | 内燃機関の排気浄化装置 |
| WO2013121520A1 (ja) * | 2012-02-14 | 2013-08-22 | トヨタ自動車株式会社 | 内燃機関の排気浄化装置 |
| CN104114823A (zh) * | 2012-02-14 | 2014-10-22 | 丰田自动车株式会社 | 内燃机的排气净化装置 |
| JP2016121605A (ja) * | 2014-12-24 | 2016-07-07 | 三菱ふそうトラック・バス株式会社 | 車両の排気浄化装置 |
| DE102016123417A1 (de) | 2015-12-11 | 2017-06-14 | Denso Corporation | Abgasreinigungsvorrichtung einer Verbrennungskraftmaschine |
| DE102016123417B4 (de) | 2015-12-11 | 2023-10-19 | Denso Corporation | Abgasreinigungsvorrichtung einer Verbrennungskraftmaschine |
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