JP2014005739A - 排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】還元剤噴射弁のノズルへのデポジットの堆積を従来よりも抑制できる排気浄化装置を提供する。
【解決手段】内燃機関の排気管４１に設けられ排出ガスＧを浄化する触媒と、触媒より上流側の排気管４１内に還元剤を噴射するノズル１０３を有する還元剤噴射弁５１と、還元剤噴射弁５１を排気管４１に支持する支持部材５２と、を備え、還元剤噴射弁５１から排出ガスＧに還元剤を添加することにより触媒の機能を回復する排気浄化装置であって、支持部材５２は、ノズル１０３の少なくとも一部を収容するノズル収容部１１１と、ノズル収容部１１１から排気管４１まで連通するとともに、ノズル１０３の先端面よりも先方向に位置し、ノズル収容部１１１の内径よりも小さい内径の透孔１１２ａを有するシュラウド部１１２と、を備え、ノズル１０３とシュラウド部１１２との間に間隙Ｓが設けられる。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。

従来、内燃機関を搭載した車両の排気管には、排出ガス中に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を吸蔵するＮＯｘ吸蔵還元型触媒や、ＰＭ（Particulate Matter）を捕捉するパティキュレートフィルタ（以下、ＰＭフィルタという）が設けられている。

ＮＯｘ吸蔵還元触媒は、使用によってＮＯｘ吸蔵量が増加すると、触媒としての処理能力が低下していく。そのため、ＮＯｘ吸蔵還元触媒により吸蔵されたＮＯｘを分解し、触媒の処理能力を再生させる再生処理を行う必要がある。その対策として、この再生処理機能を有する排気浄化装置を備えた内燃機関が開発されている（例えば、特許文献１参照）。

この種の排気浄化装置では、排気ポートに開口した還元剤噴射弁を備え、燃料ポンプにより吐出された燃料等の還元剤が還元剤噴射弁から排気ポートに噴射されるようになっている。排気ポートに噴射された還元剤は、排出ガスに混合されＮＯｘ吸蔵還元型触媒に供給される。この排気浄化装置によれば、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒に吸蔵されたＮＯｘが還元剤により浄化され、触媒としての処理能力が再生されるので、長期間使用されても排出ガスのＮＯｘ低減能の低下を抑制することができる。

一方、ＰＭフィルタは、使用によって内部にＰＭが堆積し通過抵抗が増大するため、適宜再生処理を行う必要がある。再生処理としては、例えば、ＰＭフィルタに燃料等の炭化水素系液体を流入させて発熱反応を生じさせ、発生した熱によりＰＭを焼失させる方法が提案されている。したがって、上述した排気浄化装置の利用により、ＰＭフィルタに還元剤として燃料を流入させることができるので、ＰＭフィルタにおいても再生処理を実現することができる。

特開２００１−２８０１２５号公報

しかしながら、従来の排気浄化装置にあっては、還元剤噴射弁のノズルが排気ポートに露出している。このため、ノズルが高温の排出ガスに晒されて、ノズルの先端部の温度が比較的高温になるので、ノズルおよびその周辺にデポジットが徐々に堆積し、ノズルの目詰まり等が発生する可能性があるという問題があった。

具体的には、ノズルの先端部の温度は比較的高温になるため、ノズルから噴射した還元剤がノズルの先端部に付着すると、付着した還元剤の揮発成分が蒸発し、残った成分が変質してデポジットとして徐々に堆積してしまう。また、付着した還元剤がバインダとして作用することにより、排出ガス中の煤等により構成されるスモークが付着して、デポジットとして徐々に堆積してしまう。ノズルの先端部にデポジットが堆積すると、ノズルの目詰まりが生じて排気通路に還元剤を良好に供給できなくなる可能性があるという問題があった。

本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、還元剤噴射弁のノズルへのデポジットの堆積を従来よりも抑制できる排気浄化装置を提供することを目的とする。

本発明に係る排気浄化装置は、上記目的達成のため、（１）内燃機関の排気管に設けられ排出ガスを浄化する触媒と、前記触媒より上流側の前記排気管内に還元剤を噴射するノズルを有する還元剤噴射弁と、前記還元剤噴射弁を前記排気管に対して支持する支持部材と、を備え、前記還元剤噴射弁から前記排出ガスに前記還元剤を添加することにより前記触媒の機能を回復する排気浄化装置であって、前記支持部材は、前記ノズルの少なくとも一部を収容するノズル収容部と、前記ノズル収容部から前記排気管まで連通するとともに、前記ノズルの先端面よりも先方向に位置し、前記ノズル収容部の内径よりも小さい内径の透孔を有するシュラウド部と、を備え、前記ノズルと前記シュラウド部との間に間隙が設けられるよう構成する。

本発明の構成により、ノズルの先端面よりも先方向に位置するシュラウド部が、ノズル収容部の内径よりも小さい内径の透孔を有するので、従来のようにシュラウド部を有しない場合に比べて、排出ガスがノズルに当たり難くなる。このため、従来よりもノズルの加熱を抑えることができる。ノズルが高温になることが抑制されるので、ノズルの先端部が高温になることに起因するデポジットの堆積を抑制し、ノズルの目詰まり等の発生を抑制することができる。

また、ノズルとシュラウド部との間に間隙が設けられているので、例えば、還元剤噴射弁と支持部材との間にシール材が設けられている場合は、還元剤噴射弁と支持部材とによりシール材を強固に押圧して変形させてもノズルとシュラウド部とは干渉しない。このため、還元剤噴射弁と支持部材とによりシール材を強固に押圧することができるので、シール材のシール性を向上することができる。あるいは、還元剤噴射弁と支持部材との間にシール材が設けられていない場合でも、ノズルとシュラウド部との間に間隙が設けられていることにより還元剤噴射弁と支持部材とを強固に密着させることができるので、還元剤噴射弁と支持部材との間のシール性を向上することができる。

ここで、ノズルとシュラウド部との間の間隙を小さくすると、当該間隙を流通してシュラウド部の内部に入り込む排出ガスの流量を低減できるので、ノズル温度の上昇を抑えることができる。したがって、間隙の大きさは所定値以下に設定することが好ましい。

上記（１）に記載の排気浄化装置においては、（２）前記ノズルの軸心が、前記シュラウド部の軸心に対して前記排出ガスの流れ方向に偏心しているよう構成する。

この構成により、ノズルの軸心がシュラウド部の軸心に対して排出ガスの流れ方向に偏心しているので、ノズルの軸心とシュラウド部の軸心とが一致する場合に比べて、排気管からシュラウド部の透孔に入り込んだ排出ガスのノズルに吹き当たる流量を減らすことができる。これにより、ノズルは加熱されにくくなるので、ノズルが高温になることが抑制され、ノズルの先端部が高温になることに起因するデポジットの堆積を抑制し、ノズルの目詰まり等の発生を抑制することができる。

上記（１）または（２）に記載の排気浄化装置においては、（３）前記シュラウド部の前記透孔の内径は、前記ノズルの外径より小さいよう構成する。この構成により、ノズルの先端面の一部がシュラウド部により覆われるので、排気管からシュラウド部の透孔に入り込んだ排出ガスがノズルに吹き当たる流量を減らすことができる。これにより、ノズルは加熱されにくくなるので、ノズルが高温になることが抑制され、ノズルの先端部が高温になることに起因するデポジットの堆積を抑制し、ノズルの目詰まり等の発生を抑制することができる。

上記（１）または（２）に記載の排気浄化装置においては、（４）前記シュラウド部は、前記ノズルの先端面の一部を覆うよう構成する。この構成により、ノズルの先端面の一部がシュラウド部により覆われるので、排気管からシュラウド部の透孔に入り込んだ排出ガスがノズルに吹き当たる流量を減らすことができる。これにより、ノズルは加熱されにくくなるので、ノズルが高温になることが抑制され、ノズルの先端部が高温になることに起因するデポジットの堆積を抑制し、ノズルの目詰まり等の発生を抑制することができる。

上記（１）から（４）までに記載の排気浄化装置においては、（５）前記ノズルの噴射方向は、前記排出ガスの流れ方向下流側であるよう構成する。この構成により、排気管からシュラウド部の透孔に入り込んだ排出ガスにより吹き飛ばされる還元剤の量を減らすことができる。これにより、ノズルの先端部に付着する還元剤の量を減らすことができるので、シュラウド部の透孔およびノズルの噴孔に付着する還元剤の量を減らすことができる。このため、本発明によれば、デポジットの堆積を抑制し、ノズルの目詰まり等の発生を抑制することができる。

本発明によれば、還元剤噴射弁のノズルへのデポジットの堆積を従来よりも抑制できる排気浄化装置を提供することができる。

本発明の実施の形態に係る排気浄化装置が搭載された内燃機関を示す概略図である。 本発明の実施の形態に係る排気浄化装置の還元剤噴射弁およびアタッチメントを示す縦断面図である。 本発明の実施の形態に係る排気浄化装置の還元剤噴射弁のノズルを示す縦断面図である。 本発明の実施の形態に係る排気浄化装置の還元剤噴射弁およびアタッチメントを示す拡大した縦断面図である。 本発明の実施の形態に係る排気浄化装置が搭載された内燃機関のＥＣＵを示す概略図である。 本発明の実施の形態に係る排気浄化装置の還元剤噴射弁のノズルの軸心がアタッチメントのシュラウド部の軸心に対して排出ガスの流れ方向下流側に偏心している変形例を示す縦断面図である。 本発明の実施の形態に係る排気浄化装置の還元剤噴射弁のノズルの軸心がアタッチメントのシュラウド部の軸心に対して排出ガスの流れ方向下流側に偏心している変形例を示す拡大した縦断面図である。 従来の排気浄化装置の還元剤噴射弁およびアタッチメントを比較例として示す縦断面図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。本実施の形態においては、本発明に係る排気浄化装置を内燃機関としての直列４気筒のディーゼルエンジン（以下、単にエンジンという）１に搭載した場合について説明する。ただし、内燃機関としてはディーゼルエンジンには限られず、ガソリンエンジンであってもよい。

まず、構成について説明する。

図１に示すように、エンジン１は、エンジン本体２と、吸気装置３と、排気装置４と、排気浄化装置５と、ターボ過給機６と、ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）装置７と、燃料供給装置８と、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）９とを備えている。

エンジン本体２は、シリンダヘッド２０と、図示しないシリンダブロックとを備えている。シリンダヘッド２０およびシリンダブロックは、４つのシリンダ２１を備えている。各シリンダ２１には、図示しないピストンにより燃焼室２１ａが画成されている。エンジン本体２は、燃焼室２１ａにおいて燃料と空気との混合気を所望のタイミングで燃焼させることによりピストンを往復動させ、図示しないクランクシャフトを回転させるようになっている。

吸気装置３は、吸気口管３０と、エアクリーナ３１と、吸気管３２と、エアフローメータ３３と、インタークーラ３４と、スロットルバルブ３５と、スロットルセンサ３６と、吸気マニホールド３７とを備えている。

エアクリーナ３１は、吸気装置３の上流部で、内蔵するフィルタにより吸入空気Ａから粉塵等を除去して清浄化するようになっている。吸気管３２は、エアクリーナ３１から吸気マニホールド３７まで、ターボ過給機６を挟んで接続している。エアフローメータ３３は、吸入空気Ａの流量を検出して、ＥＣＵ９に入力するようになっている。

インタークーラ３４は、ターボ過給機６より下流側の吸気管３２に設けられている。インタークーラ３４は、ターボ過給機６での圧縮および過給により昇温した吸入空気Ａを冷却するようになっている。

スロットルバルブ３５は、インタークーラ３４と吸気マニホールド３７との間に設けられるとともに、電子制御式で各シリンダ２１に供給される吸入空気量を調節するようになっている。スロットルバルブ３５には、スロットルバルブ３５の開度（以下、スロットル開度という）を制御可能なスロットルモータ３５ａが設けられている。スロットルモータ３５ａは、ＥＣＵ９に接続されるとともに、ＥＣＵ９の指示に従ってスロットル開度を変更するようになっている。スロットルセンサ３６は、ＥＣＵ９に接続されるとともに、スロットル開度を検出してＥＣＵ９に入力するようになっている。

吸気マニホールド３７は、吸気管３２と各シリンダ２１とを接続している。吸気マニホールド３７と各シリンダ２１との接続により、エンジン本体２と吸気装置３とが接続されている。吸気マニホールド３７と各シリンダ２１との間には、各燃焼室２１ａに導入される吸入空気Ａの流量を制御するための図示しない吸気弁が設けられている。吸気マニホールド３７に吸入された吸入空気Ａは、図示しないクランクシャフトの回転角に応じて吸気弁が開弁した際に燃焼室２１ａに導入されるようになっている。

排気装置４は、排気マニホールド４０と、排気管４１と、排気温度センサ４３と、テールパイプ４５と、空燃比センサ４６とを備えている。

排気マニホールド４０は、各シリンダ２１から排出された排出ガスＧを流通させる。この排気マニホールド４０と各シリンダ２１との接続により、エンジン本体２と排気装置４とが接続されている。排気マニホールド４０と各シリンダ２１との間には、各燃焼室２１ａから排出される排出ガスＧの流量を制御するための図示しない排気弁が設けられている。各燃焼室２１ａにおいて生成された排出ガスＧは、図示しないクランクシャフトの回転角に応じて排気弁が開弁した際に排気マニホールド４０へ排気されるようになっている。排気管４１は、排気マニホールド４０からテールパイプ４５まで、ターボ過給機６および排気浄化装置５を挟んで接続している。

テールパイプ４５は、排気浄化装置５の下流側に接続されている。テールパイプ４５の下流側端部は大気に開放されている。このため、排気浄化装置５を通過した排出ガスＧは、テールパイプ４５を経て大気に放出されるようになっている。

排気温度センサ４３は、排気浄化装置５の上流側、かつターボ過給機６の下流側に設けられてＥＣＵ９に接続されるとともに、排出ガスＧの温度を検出してＥＣＵ９に入力するようになっている。空燃比センサ４６は、排気浄化装置５の下流側に設けられてＥＣＵ９に接続されるとともに、排出ガスＧの酸素濃度を検出してＥＣＵ９に入力するようになっている。空燃比センサ４６は、ジルコニア素子等の検出素子からなり、酸素濃度差に応じた電力を検出することにより排出ガスＧの酸素濃度を検出するようになっている。

排気浄化装置５は、触媒としての排気後処理器５０と、還元剤噴射弁５１と、支持部材としてのアタッチメント５２とを備えている。排気浄化装置５は、還元剤噴射弁５１から排出ガスＧに還元剤を添加することにより、排気後処理器５０の機能を回復するようになっている。

排気後処理器５０は、触媒コンバータ５３および触媒担持型のＰＭフィルタ５４を有しており、エンジン１の排気管４１に設けられ排出ガスＧを浄化するようになっている。排気後処理器５０の構成は特に限られず、公知または新規のものを使用することができる。

触媒コンバータ５３は、ＮＯｘ吸蔵型のＮＯｘ触媒により構成されており、空燃比がリーン状態の場合における排出ガスＧが内部を流通すると、この排出ガスＧに含まれるＮＯｘを吸蔵するようになっている。また、触媒コンバータ５３は、空燃比がリッチ状態の場合における排出ガスＧが内部を流通すると、吸蔵したＮＯｘと排出ガスＧに含まれる炭化水素や一酸化炭素とを反応させ、窒素、二酸化炭素、水に分解することにより排出ガスＧを浄化するようになっている。

ＰＭフィルタ５４は、モノリス型やペレット型のフィルタにより構成されており、排出ガスＧに含まれる微粒子を捕集する。このＰＭフィルタ５４にも上述した吸蔵型のＮＯｘ触媒が備えられており、ＰＭフィルタ５４に捕捉されたＰＭは、当該触媒の酸化作用によって酸化されて除去されるようになっている。

図２および図３に示すように、還元剤噴射弁５１は、排気後処理器５０より上流側で、ターボ過給機６より下流側の排気管４１に設けられ、ホルダ１００と、ノズルボティ１０１と、ニードル弁１０２と、図示しないコアおよび電磁コイルとを備えている。ここでの還元剤噴射弁５１は、電磁式の燃料供給弁として利用される公知のあるいは新規の適宜な燃料供給弁を適用することができる。

ホルダ１００は、略円筒形状で、先端にノズル部１００ａと、ノズル部１００ａの基端側に連続する段部１００ｂとを有している。ノズル部１００ａの内部には、ノズルボディ１０１が収容されている。ノズル部１００ａおよびノズルボディ１０１を総称して、ノズル１０３と称する。すなわち、還元剤噴射弁５１は、排気後処理器５０より上流側の排気管４１内に還元剤を噴射するノズル１０３を有している。ホルダ１００の図示しない基端側は燃料供給装置８に接続され、ホルダ１００の内部に還元剤としての燃料が供給されるようになっている。

ノズルボディ１０１は、略円錐形状の先端部１０１ａと、先端部１０１ａに形成された噴孔１０１ｂとを備えている。噴孔１０１ｂは、ホルダ１００の内部に供給された還元剤を噴射可能になっている。噴孔１０１ｂは、排出ガスＧの流通方向に対して垂直よりも下流側を向いて形成されている。これにより、噴孔１０１ｂから噴射された燃料が、排出ガスＧにより噴き返されてノズル１０３の先端面１０３ａやその周辺に付着することを抑えられるので、その部位でのデポジットの堆積を抑制することができる。

ニードル弁１０２は、先端に形成された弁体部１０２ａと、弁体部１０２ａの近傍に形成された案内部１０２ｂとを備えている。ニードル弁１０２の弁体部１０２ａおよび案内部１０２ｂは、ノズルボディ１０１の内部で摺動可能になっている。弁体部１０２ａの先端面が噴孔１０１ｂを内側から閉塞することにより、ホルダ１００の内部に供給された還元剤が噴孔１０１ｂから噴射されなくなるようになっている。また、弁体部１０２ａの先端面が噴孔１０１ｂから離隔することにより、ホルダ１００の内部に供給された還元剤が噴孔１０１ｂから噴射されるようになっている。

また、ニードル弁１０２の基端側にはコアが結合されている。電磁コイルは、コアの周囲のホルダ１００に設けられ、ＥＣＵ９に接続されている。そして、電磁コイルに通電されることにより、コアが吸着され、ニードル弁１０２が摺動して噴孔１０１ｂの開閉状態を切り替えるようになっている。

アタッチメント５２は、例えば、ボルト等により排気管４１に固定されるとともに、還元剤噴射弁５１を排気管４１に対して支持するようになっている。アタッチメント５２は、図示しない水冷機構を用いて冷却水により冷却されるようになっている。アタッチメント５２の還元剤噴射弁５１を装着する構造は、公知のあるいは新規の適宜なものを利用することができる。

本実施の形態では、アタッチメント５２は、ホルダ１００の段部１００ｂを収容する段部収容部１１０と、ノズル部１００ａの少なくとも一部を収容するノズル収容部１１１と、シュラウド部１１２とを有している。段部１００ｂおよび段部収容部１１０の端面同士の間には、シール材としてメタルガスケット１２０が介在されている。還元剤噴射弁５１は、アタッチメント５２に対して軸方向に押圧されている。これにより、段部１００ｂと段部収容部１１０とがメタルガスケット１２０を挟んで押圧するので、メタルガスケット１２０におけるシール性を向上することができる。

シュラウド部１１２は、ノズル収容部１１１から排気管４１まで連通するとともに、ノズル１０３の先端面１０３ａよりも先方向に位置している。また、シュラウド部１１２は、ノズル収容部１１１の内径よりも小さい内径の透孔１１２ａを有しており、この透孔１１２ａが排気管４１に形成された開口４１ａに連通するように設けられている。

本実施の形態では、透孔１１２ａの内径は、ノズル部１００ａの外径よりも小さくされている。また、シュラウド部１１２の軸心Ｃ２と透孔１１２ａの軸心とは一致している。さらに、透孔１１２ａは、例えば断面円形とされている。このため、シュラウド部１１２がノズル１０３の先端面１０３ａより先方向に位置するので、排気管４１からの排出ガスＧがノズル１０３に当たり難くなり、ノズル１０３の高温化が抑制されるようになっている。また、透孔１１２ａの内部には、ノズルボディ１０１の先端部１０１ａが入り込むとともに、噴孔１０１ｂが位置するようになっている。

ノズル１０３とシュラウド部１１２との間には、間隙Ｓが設けられている。これにより、還元剤噴射弁５１とアタッチメント５２とによりメタルガスケット１２０を強固に押圧して変形させても、ノズル１０３とシュラウド部１１２とは干渉しない。このため、還元剤噴射弁５１とアタッチメント５２とによりメタルガスケット１２０を強固に押圧することができるので、メタルガスケット１２０のシール性を向上することができる。

ここで、間隙Ｓは、大きすぎると排出ガスＧが透孔１１２ａからノズル収容部１１１に流入しやすくなってしまうため、小さい方が好ましい。ただし、間隙Ｓが小さすぎると、組立誤差や熱膨張等によりノズル１０３とシュラウド部１１２とが接触して、還元剤噴射弁５１とアタッチメント５２とによりメタルガスケット１２０を十分に押圧できなくなって、メタルガスケット１２０のシール性が低下してしまう可能性がある。

そこで、間隙Ｓの大きさとしては、例えば、図４に示すように、軸方向の最小の間隙ＳをＳ１、斜め方向の最小の間隙ＳをＳ２、径方向の最小の間隙ＳをＳ３とした場合に、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３のいずれもが０．１５ｍｍ以上かつ１ｍｍ以下であることが好ましい。特に、Ｓ１およびＳ２については、０．１５ｍｍ以上かつ０．５ｍｍ以下であることがより好ましい。ただし、間隙Ｓの値としては、これらの数値に限られないことは勿論である。

さらに、ノズル１０３の軸心Ｃ１は、シュラウド部１１２の軸心Ｃ２に対して排出ガスＧの流れ方向の上流側に偏心して設けられている。これにより、ノズル１０３の軸心Ｃ１とシュラウド部１１２の軸心Ｃ２とが一致する場合（図８参照）に比べて、排気管４１からシュラウド部１１２の透孔１１２ａに入り込んだ排出ガスＧがノズル１０３に吹き当たる流量を減らすことができる。

ノズル１０３の軸心Ｃ１とシュラウド部１１２の軸心Ｃ２との偏心の大きさＤは、小さすぎると排出ガスＧがノズル１０３に吹き当たる流量を減らす効果が小さいので、大きい方が好ましい。ただし、偏心の大きさＤが大きすぎると、ノズル１０３とシュラウド部１１２とが接触してしまう可能性がある。そこで、偏心の大きさＤとしては、例えば、０．１５ｍｍ〜０．５ｍｍにすることが好ましい。偏心の大きさＤの値としては、これらの数値に限られないことは勿論である。

図１に示すように、ターボ過給機６は、吸入空気コンプレッサ６０および排気タービン６１を備えている。吸入空気コンプレッサ６０は吸気管３２に設けられている。排気タービン６１は排気管４１に設けられている。吸入空気コンプレッサ６０および排気タービン６１は、回転軸６３で結合されるとともに、一体回転するようになっている。

排気管４１で排出ガスＧが流通することにより、排気タービン６１が回転される。排気タービン６１の回転により、吸入空気コンプレッサ６０が回転される。さらに、吸入空気コンプレッサ６０の回転により吸入空気Ａが圧縮され、シリンダ２１に正圧の空気が供給されるようになっている。

ＥＧＲ装置７は、排気マニホールド４０から吸気マニホールド３７までを連通する連通管７０と、連通管７０の途中に配設されるＥＧＲクーラ７１と、電動式のＥＧＲ弁７２とを備えている。ＥＧＲ装置７は、排気マニホールド４０に排出された排出ガスＧの一部をＥＧＲクーラ７１により冷却し、吸気マニホールド３７へ再循環させるようになっている。また、ＥＣＵ９は、ＥＧＲ弁７２の開度を制御することにより再循環される排気量を調節するようになっている。排出ガスＧが燃焼室２１ａに再循環されると、燃焼室２１ａ内における混合気の燃焼温度が低下し、ＮＯｘの発生量が低減されるようになっている。

燃料供給装置８は、燃料タンク８０と、燃料フィルタ８１と、低圧燃料ポンプ８２と、燃料圧レギュレータ８３と、主燃料管８４と、高圧燃料ポンプ８５と、コモンレール８６と、燃料噴射弁８７とを備えている。

燃料タンク８０は、軽油等、炭化水素系の燃料を貯留するようになっており、内部に防錆処理が施された金属製または合成樹脂製の公知の燃料タンクにより構成されている。低圧燃料ポンプ８２は、燃料フィルタ８１を介して燃料タンク８０内に貯留する燃料を吸入し、燃料圧レギュレータ８３に圧送するようになっている。燃料圧レギュレータ８３は、低圧燃料ポンプ８２から吐出された燃料の圧力、すなわち燃圧が予め定められた設定値よりも高くなると、低圧燃料ポンプ８２から吐出された燃料の一部を燃料タンク８０に戻すようになっている。主燃料管８４は、燃料圧レギュレータ８３から高圧燃料ポンプ８５までを接続している。

高圧燃料ポンプ８５は、燃料圧レギュレータ８３から供給された燃料を高圧燃料にして吐出するようになっている。コモンレール８６は、高圧燃料ポンプ８５に接続されており、高圧燃料ポンプ８５から供給された高圧燃料を貯留するようになっている。

燃料噴射弁８７は、コモンレール８６に接続されるとともに、各シリンダ２１に対応してシリンダヘッド２０に設置されている。燃料噴射弁８７は、コモンレール８６から供給された燃料を各燃焼室２１ａにそれぞれ噴射するようになっている。すなわち、高圧燃料ポンプ８５からコモンレール８６へ供給される高圧燃料は、クランクシャフトの回転角に基づく燃料噴射弁８７の開弁により燃料噴射弁８７から対応する燃焼室２１ａへ噴射されるようになっている。

また、燃料圧レギュレータ８３と高圧燃料ポンプ８５との間の主燃料管８４には、分岐管８４ａが設けられている。分岐管８４ａは、排気浄化装置５の還元剤噴射弁５１に接続されており、低圧燃料ポンプ８２から吐出された燃料の一部を排気浄化装置５に供給するようになっている。

図５に示すように、ＥＣＵ９は、双方向性バスを介して互いに接続されているＣＰＵ（Central Processing Unit）９ａと、ＲＡＭ（Random Access Memory）９ｂと、ＲＯＭ（Read Only Memory）９ｃと、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory、登録商標）９ｄと、入力ポート９ｅと、出力ポート９ｆとを備えたマイクロコンピュータによって構成されている。

ＣＰＵ９ａは、ＲＡＭ９ｂの一時記憶機能を利用しつつ予めＲＯＭ９ｃに記憶されたプログラムやＥＥＰＲＯＭ９ｄに記憶されたデータに従って信号処理を行うことにより、エンジン１の出力制御や、後述する触媒機能回復制御等の各種制御を実行するようになっている。

ＥＣＵ９の入力ポート９ｅには、エアフローメータ３３と、スロットルセンサ３６と、排気温度センサ４３と、空燃比センサ４６とが接続されている。これらのセンサで検出された情報は、ＥＣＵ９に取り込まれるようになっている。

ＥＣＵ９の出力ポート９ｆには、スロットルモータ３５ａと、ＥＧＲ弁７２と、低圧燃料ポンプ８２と、還元剤噴射弁５１と、高圧燃料ポンプ８５と、燃料噴射弁８７とが接続されている。ＥＣＵ９は、エンジン１の運転制御、例えばスロットルバルブ３５やＥＧＲ弁７２等の開度制御等を実行するようになっている。

次に、動作について説明する。

エンジン１が作動中であるときは、燃料供給装置８により還元剤噴射弁５１に還元剤として燃料が供給される。ＥＣＵ９は還元剤噴射弁５１から還元剤を噴射すべきと判断していない通常のエンジン作動時には、ＥＣＵ９は還元剤噴射弁５１の電磁コイルに通電を行っていない。このため、還元剤噴射弁５１では、ニードル弁１０２の弁体部１０２ａが噴孔１０１ｂを内側から閉塞しているので、噴孔１０１ｂから還元剤が噴射されることはない。

ＥＣＵ９は、例えば、走行時間や走行距離、あるいは他の運転条件等に基づいて、排気後処理器５０の触媒としての機能が低下しているか否かを判断する。ＥＣＵ９が、排気後処理器５０の触媒としての機能が低下していると判断した場合は、ＥＣＵ９は還元剤噴射弁５１から還元剤を噴射するタイミングや噴射量および噴射時間を適宜設定する。そして、ＥＣＵ９は還元剤噴射弁５１の電磁コイルに所定時間の通電を行う。このため、還元剤噴射弁５１では、ニードル弁１０２が摺動して、弁体部１０２ａが噴孔１０１ｂを開放するので、噴孔１０１ｂから還元剤が噴射される。

ここで、ノズル１０３の先端面１０３ａよりも先方向に位置するシュラウド部１１２の透孔１１２ａが、ノズル１０３の外径よりも小さい内径を有するので、排出ガスＧがノズル１０３に当たり難くなる。また、ノズル１０３とシュラウド部１１２との間に間隙Ｓが設けられているので、シュラウド部１１２からノズル１０３への熱伝達を大幅に抑制することができる。これらの理由により、ノズル１０３の加熱が抑えられる。

そして、排出ガスＧに還元剤が噴射され、その下流側に配置された排気後処理器５０に還元剤が添加される。よって、排気後処理器５０の触媒としての機能が回復されるようになる。また、ＥＣＵ９は、還元剤の噴射を所定時間行った後、還元剤噴射弁５１の電磁コイルへの通電を停止して、還元剤噴射弁５１を再度閉塞状態にして還元剤の噴射を停止する。

以上のように、本実施の形態に係る排気浄化装置５によれば、ノズル１０３の先端面１０３ａよりも先方向に位置するシュラウド部１１２の透孔１１２ａが、ノズル１０３の外径よりも小さい内径を有するので、排出ガスＧがノズル１０３に当たり難くなる。これにより、ノズル１０３の加熱が抑えられるので、ノズル１０３の先端部が高温になることに起因するデポジットの堆積を抑制し、ノズル１０３の目詰まり等の発生を抑制することができる。

また、ノズル１０３とシュラウド部１１２との間に間隙Ｓが設けられているので、還元剤噴射弁５１とアタッチメント５２とによりメタルガスケット１２０を強固に押圧して変形させてもノズル１０３とシュラウド部１１２とは干渉しない。このため、還元剤噴射弁５１とアタッチメント５２とによりメタルガスケット１２０を強固に押圧することができるので、メタルガスケット１２０のシール性を向上することができる。

また、本実施の形態に係る排気浄化装置５によれば、ノズル１０３の軸心Ｃ１がシュラウド部１１２の軸心Ｃ２に対して排出ガスＧの流れ方向上流側に偏心している。このため、ノズル１０３の軸心Ｃ１とシュラウド部１１２の軸心Ｃ２とが一致する場合に比べて、排気管４１からシュラウド部１１２の透孔１１２ａに入り込んだ排出ガスＧがノズル１０３に吹き当たる流量を減らすことができる。これにより、ノズル１０３は加熱されにくくなるので、ノズル１０３が高温になることが抑制され、ノズル１０３の先端部が高温になることに起因するデポジットの堆積を抑制し、ノズル１０３の目詰まり等の発生を抑制することができる。

また、本実施の形態に係る排気浄化装置５によれば、噴孔１０１ｂの向き、すなわちノズル１０３からの還元剤の噴射方向は、排出ガスＧの流れ方向下流側となっている。このため、排気管４１からシュラウド部１１２の透孔１１２ａに入り込んだ排出ガスＧにより吹き飛ばされる還元剤の量を減らすことができる。これにより、ノズル１０３の先端部に付着する還元剤の量を減らすことができるので、シュラウド部１１２の透孔１１２ａおよびノズル１０３の噴孔１０１ｂに付着する還元剤の量を減らすことができる。このため、この排気浄化装置５によれば、デポジットの堆積を抑制し、ノズル１０３の目詰まり等の発生を抑制することができる。

上述した本実施の形態の排気浄化装置５においては、ノズル１０３の軸心Ｃ１がシュラウド部１１２の軸心Ｃ２に対して排出ガスＧの流れ方向上流側に偏心している場合について説明している。しかしながら、本発明に係る排気浄化装置においては、これに限られず、例えば、図６および図７に示すように、ノズル１０３の軸心Ｃ１がシュラウド部１１２の軸心Ｃ２に対して排出ガスＧの流れ方向下流側に偏心していてもよい。

この場合も、排気管４１からシュラウド部１１２の透孔１１２ａに入り込んだ排出ガスＧがノズル１０３に吹き当たる流量を減らすことができるので、ノズル１０３は加熱されにくくなって、ノズル１０３が高温になることが抑制される。よって、ノズル１０３の軸心Ｃ１がシュラウド部１１２の軸心Ｃ２に対して排出ガスＧの流れ方向上流側に偏心している場合と同様に、ノズル１０３の先端部が高温になることに起因するデポジットの堆積を抑制し、ノズル１０３の目詰まり等の発生を抑制することができる。すなわち、本実施の形態の排気浄化装置５によれば、ノズル１０３とシュラウド部１１２との偏心方向は、排出ガスの流れ方向であれば上流側でも下流側でも同様の効果を得ることができる。

あるいは、ノズル１０３の軸心Ｃ１とシュラウド部１１２の軸心Ｃ２とが排出ガスの流れ方向に対して直交する方向に偏心していたり、もしくはノズル１０３の軸心Ｃ１とシュラウド部１１２の軸心Ｃ２とが一致していてもよい。

また、上述した本実施の形態の排気浄化装置５においては、シュラウド部１１２の透孔１１２ａの内径はノズル１０３の外径より小さい場合について説明している。しかしながら、本発明に係る排気浄化装置においては、これに限られず、シュラウド部１１２の透孔１１２ａの内径は少なくともノズル収容部１１１の内径よりも小さければよい。透孔１１２ａの内径がノズル収容部１１１の内径よりも小さいことにより、ノズル１０３の先端面１０３ａの一部がシュラウド部１１２により覆われるので、排気管４１からシュラウド部１１２の透孔１１２ａに入り込んだ排出ガスＧがノズル１０３に吹き当たる流量を減らすことができる。

また、上述した本実施の形態の排気浄化装置５においては、シュラウド部１１２の透孔１１２ａは断面円形である場合について説明している。しかしながら、本発明に係る排気浄化装置においては、これに限られず、シュラウド部１１２は、断面円形以外の形状で、ノズル１０３の先端面１０３ａの一部を覆うように構成してもよい。

また、上述した本実施の形態の排気浄化装置５においては、ノズル１０３の噴射方向は排出ガスＧの流れ方向下流側である場合について説明している。しかしながら、本発明に係る排気浄化装置においては、これに限られず、ノズル１０３の噴射方向は排出ガスＧの流れ方向に垂直な方向や上流側であるようにしてもよい。この場合、還元剤がシュラウド部１１２を直撃しないような方向にする。

また、上述した本実施の形態の排気浄化装置５においては、段部１００ｂおよび段部収容部１１０の端面同士の間にメタルガスケット１２０が介在されている場合について説明している。しかしながら、本発明に係る排気浄化装置においては、これに限られず、メタルガスケット１２０の設置位置は他の位置であってもよく、あるいは、シール材としてメタルガスケット１２０以外の部材を適用してもよい。さらには、構成によっては、この種のシール材は必ずしも用いなくてもよい。

また、上述した本実施の形態の排気浄化装置５においては、シュラウド部１１２はアタッチメント５２と一体化されている場合について説明している。しかしながら、本発明に係る排気浄化装置においては、これに限られず、シュラウド部１１２とアタッチメント５２とが別部材であってもよい。この場合、アタッチメント５２に対して、シュラウド部１１２を嵌合、溶着、ねじ止め等の方法によって一体化する。

また、上述した本実施の形態の排気浄化装置５においては、アタッチメント５２を排気管４１にボルト止めにより装着した場合について説明している。しかしながら、本発明に係る排気浄化装置においては、これに限られず、アタッチメントと排気管とを一体形成するようにしてもよい。

また、上述した本実施の形態の排気浄化装置５においては、還元剤噴射弁５１を排気後処理器５０の上流側近傍の排気管４１に設置した場合について説明している。しかしながら、本発明に係る排気浄化装置においては、これに限られず、還元剤噴射弁５１をシリンダヘッド２０に直付けして、還元剤を排気ポートに噴射させるようにしてもよい。この場合、アタッチメントはシリンダヘッド２０になる。

また、上述した本実施の形態の排気浄化装置５においては、還元剤噴射弁５１から還元剤として燃料を噴射する場合について説明している。しかしながら、本発明に係る排気浄化装置においては、これに限られず、還元剤として尿素を適用してもよい。

また、上述した本実施の形態の排気浄化装置５においては、エンジン１がターボ過給機６やＥＧＲ装置７を備える場合について説明している。しかしながら、本発明に係る排気浄化装置においては、これに限られず、エンジン１はターボ過給機６やＥＧＲ装置７を備えなくてもよい。

以上のように、本発明に係る排気浄化装置は、還元剤噴射弁のノズルへのデポジットの堆積を従来よりも抑制できるという効果を奏するものであり、排気浄化装置に有用である。

エンジン１を作動させて、排気浄化装置５のノズル１０３およびその周囲の温度および排出ガスＧの流速を測定した。

（実施例）
図４に示すように、上述した本実施の形態のアタッチメント５２により、還元剤噴射弁５１が排気管４１に支持された。その結果、ノズルボディ１０１の先端部１０１ａにおける温度は２００℃、Ｐ１における温度は３２０℃、Ｐ１における排出ガスＧの流速は２０ｍ／ｓであった。

（比較例）
図８に示すように、従来と同様にシュラウド部１１２を有しないアタッチメント１５２により、還元剤噴射弁５１が排気管４１に支持された。還元剤噴射弁５１およびエンジン１の運転条件等は、比較例と同じものとした。計測点Ｐ２は、実施例のＰ１に相当する位置とした。その結果、ノズルボディ１０１の先端部１０１ａにおける温度は２７０℃、Ｐ２における温度は４０５℃、Ｐ２における排出ガスＧの流速は９６ｍ／ｓであった。

したがって、シュラウド部１１２を設けることにより、ノズルボディ１０１の先端部１０１ａにおける温度が大幅に低下した。また、シュラウド部１１２を設けることにより、Ｐ１における排出ガスＧの流速が大幅に遅くなり、そのためにＰ１における温度も大きく低下した。よって、本実施の形態のように、シュラウド部１１２を設けることにより、ノズル１０３の高温化を抑制できることが確認された。

１ エンジン（内燃機関）
２ エンジン本体
３ 吸気装置
４ 排気装置
５ 排気浄化装置
６ ターボ過給機
８ 燃料供給装置
９ ＥＣＵ
４１ 排気管
５０ 排気後処理器（触媒）
５１ 還元剤噴射弁
５２ アタッチメント（支持部材）
１００ａ ノズル部
１０１ ノズルボディ
１０３ ノズル
１０３ａ 先端面
１１１ ノズル収容部
１１２ シュラウド部
１１２ａ 透孔
Ｃ１ ノズルの軸心
Ｃ２ シュラウド部の軸心
Ｇ 排出ガス
Ｓ 間隙

Claims (5)

1. 内燃機関の排気管に設けられ排出ガスを浄化する触媒と、前記触媒より上流側の前記排気管内に還元剤を噴射するノズルを有する還元剤噴射弁と、前記還元剤噴射弁を前記排気管に対して支持する支持部材と、を備え、前記還元剤噴射弁から前記排出ガスに前記還元剤を添加することにより前記触媒の機能を回復する排気浄化装置であって、
   前記支持部材は、前記ノズルの少なくとも一部を収容するノズル収容部と、前記ノズル収容部から前記排気管まで連通するとともに、前記ノズルの先端面よりも先方向に位置し、前記ノズル収容部の内径よりも小さい内径の透孔を有するシュラウド部と、を備え、
   前記ノズルと前記シュラウド部との間に間隙が設けられることを特徴とする排気浄化装置。
2. 前記ノズルの軸心が、前記シュラウド部の軸心に対して前記排出ガスの流れ方向に偏心していることを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
3. 前記シュラウド部の前記透孔の内径は、前記ノズルの外径より小さいことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の排気浄化装置。
4. 前記シュラウド部は、前記ノズルの先端面の一部を覆うことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の排気浄化装置。
5. 前記ノズルの噴射方向は、前記排出ガスの流れ方向下流側であることを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の排気浄化装置。

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