JP3525787B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は内燃機関の排気浄化
装置に関し、詳細には流入する排気空燃比がリーンのと
きに排気中のＮＯ_X を吸収し、流入する排気中の酸素濃
度が低下したときに吸収したＮＯ_X を放出するＮＯ_X 吸
蔵還元触媒を備えた内燃機関の排気浄化装置に関する。 【０００２】 【従来の技術】流入する排気空燃比がリーンのときに排
気中のＮＯ_X を吸収し、流入する排気中の酸素濃度が低
下したときに吸収したＮＯ_X を放出するＮＯ_X 吸蔵還元
触媒が知られている。ＮＯ_X 吸蔵還元触媒はリーン空燃
比雰囲気下で排気中のＮＯ_X を吸収するが、吸収したＮ
Ｏ_X 量が増大し飽和量に到達するとそれ以上ＮＯ_X を吸
収できなくなる。このため、ＮＯ_X 吸蔵還元触媒を用い
た排気浄化装置では定期的にＮＯ_X 吸蔵還元触媒に流入
する排気の酸素濃度を低下させてＮＯ_X 吸蔵還元触媒か
ら吸収したＮＯ_X を放出させる必要がある。ＮＯ_X 吸蔵
還元触媒をガソリン機関の排気浄化装置として使用した
場合には、機関の運転空燃比を低下させると（すなわち
機関をリッチ空燃比で運転すると）排気中の酸素濃度が
低下するとともに排気中の未燃ＨＣ、ＣＯ成分が増大す
るため、上記ＮＯ_X 吸蔵還元触媒からＮＯ_X が放出さ
れ、放出されたＮＯ_X がＮＯ_X 吸蔵還元触媒上でＨＣ、
ＣＯにより還元される。 【０００３】ところが、ディーゼル機関はリッチ空燃比
で運転することが困難であるため、ＮＯ_X 吸蔵還元触媒
をディーゼル機関の排気浄化装置として使用した場合に
は、他の手段を用いて排気中の酸素濃度を低下させるこ
とが必要となる。ＮＯ_X 吸蔵還元触媒をディーゼル機関
の排気浄化装置として使用した場合にＮＯ_X 吸蔵還元触
媒から吸収したＮＯ_X を放出させる方法としては、通常
ＮＯ_X 吸蔵還元触媒の上流側の排気通路に液体炭化水素
等の還元剤を供給する方法が用いられる。上流側の排気
通路に還元剤が供給されると、還元剤は排気中に分散し
て排気とともにＮＯ_X 吸蔵還元触媒に流入する。この還
元剤はＮＯ_X 吸蔵還元触媒上で排気中の酸素と反応し酸
化されるため、ＮＯ_X 吸蔵還元触媒の雰囲気酸素濃度が
低下し、ＮＯ_X 吸蔵還元触媒から吸収したＮＯ_X が放出
される。更に、放出されたＮＯ_X はＮＯ_X 吸蔵還元触媒
上で排気中の還元剤により還元浄化されるようになる。 【０００４】ＮＯ_X 吸蔵還元触媒に関するものではない
が、排気通路に配置した触媒の上流側の排気通路に還元
剤を供給する装置の例としては特開平７−１０２９５０
号公報に記載されたものがある。同公報の装置は、内燃
機関の排気通路に排気中のすすを除去するスートトラッ
プと、このスートトラップ下流側の排気通路に脱硝触媒
とを配置したものであり、ＮＯ_X の還元に必要とされる
還元剤をスートトラップ上流側排気通路に噴射する噴射
ノズルを備えている。同公報の装置は、排気と接触して
高温になる噴射ノズル内で還元剤が気化することにより
ノズルのベーパーロックが生じることを防止するため
に、ノズル近傍の配管周囲に冷却水を流通する冷却通路
を設け、ノズルに供給される還元剤を冷却するようにし
ている。 【０００５】 【発明が解決しようとする課題】ＮＯ_X 吸蔵還元触媒上
流側の排気通路に還元剤を噴射するノズルと、加圧還元
剤供給源とノズルとを接続する配管上に配置した制御弁
とを備え、この制御弁を開閉することによりノズルから
の還元剤噴射を制御するようにした内燃機関の排気浄化
装置では、制御弁の熱による動作不良や破損が生じやす
くなる問題がある。通常、ノズルからの還元剤噴射を制
御する制御弁としては、電磁弁等の応答速度の早いアク
チュエータを有する弁が使用される。ところが、このよ
うな制御弁は許容作動温度が比較的低いものが多く、高
温になる排気通路に近接して配置すると排気通路の熱影
響により動作不良や破損が生じやすくなる問題がある。
この、制御弁の作動信頼性低下を防止するためには、制
御弁が排気通路からの熱の影響を受けないように、制御
弁を排気通路から充分な距離をおいて設置すれば良い
が、この場合には制御弁とノズルとを接続する配管長が
長くなり別の問題を生じることがある。 【０００６】すなわち、ノズルからの還元剤噴射を行う
時には制御弁は開弁し、制御弁とノズルとを接続する接
続配管を介してノズルに加圧還元剤を供給し、ノズルか
らの還元剤噴射を終了するときには制御弁は閉弁してノ
ズルへの還元剤供給を停止する。ところが、制御弁とノ
ズルとを接続する接続配管の長さが長くなると制御弁閉
弁時に制御弁とノズルとの間に高圧の還元剤が多量に残
留するようになる。このため、噴射終了後も配管中に残
留した還元剤がノズルから排気通路内に洩出してしまう
場合が生じる。 【０００７】特に、噴射した還元剤の霧化を良好にする
ためにスワールノズルを使用した場合には、後述するよ
うにノズル噴孔を閉鎖する弁体が存在しないため制御弁
閉弁後に配管中の還元剤がノズルから洩出しやすくな
る。このため、制御弁とノズルとの間の配管容積（デッ
ドボリューム）が大きいと洩出する還元剤の量も多くな
る。ＮＯ_X 吸蔵還元触媒に還元剤を供給する場合に噴射
終了後にノズルから多量の還元剤が洩出すると、ＮＯ_X
吸蔵還元触媒には吸収したＮＯ_X の還元に必要な量以上
の還元剤が供給されるようになる。この場合、過剰な還
元剤はＮＯ_X の還元に使用されないまま触媒下流側に流
出するようになり、排気性状が悪化する問題が生じる問
題がある。 【０００８】すなわち、ノズルからの還元剤噴射を制御
する制御弁については、作動の信頼性を確保するために
は制御弁を排気通路からできるだけ遠い距離に設置する
必要があり、還元剤の洩出による排気性状の悪化を防止
するためには制御弁は排気通路（ノズル）にできるだけ
近い距離に設置する必要がある、という相反した設置場
所の条件が要求されることになる。 【０００９】前述の特開平７−１０２９５０号公報の装
置は、ノズルのベーパーロックを防止するためにノズル
の近傍に還元剤を冷却する冷却通路を設けている。しか
し、同公報の装置では還元剤を冷却するためにに冷却水
を循環させる手段が必要となり冷却装置の構成が複雑に
なる問題がある。更に、仮に複雑な構成の冷却装置を設
けたとしても、上記公報の装置のように還元剤を冷却す
るだけでは制御弁に対する熱影響を排除して制御弁を排
気通路近傍に配置可能とすることはできない。 【００１０】すなわち、ＮＯ_X 吸蔵還元触媒からのＮＯ
_X の放出と還元浄化のための操作（以下、「ＮＯ_X 吸蔵
還元触媒の再生操作」と呼ぶ）は、ある期間毎に短時間
だけ実行される操作である。このため、ノズルからの還
元剤噴射もある期間毎に短時間行われることになり、そ
れ以外の比較的長い期間は制御弁は制御弁中を通る還元
剤の流れが停止した状態に保持される。このため、上記
公報の装置のように還元剤を冷却しても還元剤の流れが
ない状態では制御弁は還元剤によっては冷却されず、制
御弁の温度が上昇してしまい制御弁の作動の信頼性を充
分に確保することは困難である。 【００１１】本発明は上記問題に鑑み、制御弁への排気
通路の熱影響を排除して排気通路に近い位置に制御弁を
配置可能とすることにより、制御弁の作動信頼性を高く
維持しながら排気性状の悪化を簡易に防止可能な内燃機
関の排気浄化装置を提供することを目的としている。 【００１２】 【課題を解決するための手段】本発明によれば、内燃機
関の排気通路に配置され、流入する排気の空燃比がリー
ンのときに排気中のＮＯ_Xを吸収し流入する排気の酸素
濃度が低下したときに吸収したＮＯ_Xを放出するＮＯ_X吸
蔵還元触媒と、該ＮＯ_X吸蔵還元触媒の上流側の排気通
路に還元剤を噴射するノズルと、該ノズルに加圧還元剤
を供給する還元剤供給源と、該還元剤供給源から前記ノ
ズルへの加圧還元剤の供給を制御する制御弁と、前記制
御弁周囲に形成された冷却通路と、前記還元剤供給源か
らの加圧還元剤を制御弁冷却用の冷却剤として前記冷却
通路に供給し、前記冷却通路通過後の還元剤を前記還元
剤供給源に循環させる還元剤循環手段と、を備えた内燃
機関の排気浄化装置において、前記還元剤循環手段は、
前記ノズルからの還元剤噴射時に前記還元剤供給源から
前記冷却通路を経て還元剤供給源に循環する還元剤流路
の流路抵抗を前記還元剤供給源から前記ノズルに至る還
元剤流路の流路抵抗より大きくする流量制御手段を備え
た内燃機関の排気浄化装置が提供される。 【００１３】すなわち、本発明では、制御弁周囲に冷却
通路が形成されており、この冷却通路には還元剤供給源
から供給される還元剤が常時循環している。このため、
ノズルから噴射を行っていないときにも制御弁は還元剤
により効果的に冷却されるようになり、制御弁を排気通
路近傍に配置した場合でも排気通路の熱影響による制御
弁の作動信頼性の低下が生じない。また、冷却剤として
ノズルから噴射するために還元剤供給源から供給される
還元剤を使用するため冷却水を別途導入する必要がなく
なり、装置全体の構成が簡素化される。 【００１４】 【００１５】更に、本発明ではノズルからの還元剤噴射
時（すなわち制御弁開弁時）には冷却通路を流れる還元
剤の流路抵抗を、制御弁を通ってノズルに流れる還元剤
の流動抵抗より大きくする流量制御手段が設けられてい
るため、還元剤噴射時には還元剤供給源からノズルに還
元剤が優先的に流れるようになる。このため、冷却通路
に還元剤を循環させたことによりノズルから噴射される
還元剤の圧力が低下してノズルでの還元剤の霧化状態が
悪化することが防止される。 【００１６】 【発明の実施の形態】以下、添付図面を用いて本発明の
一実施形態について説明する。図１は、本発明の排気浄
化装置を自動車用ディーゼル機関に適用した場合の実施
形態の概略構成を示す図である。図１において、１は自
動車用ディーゼル機関を示す。機関１の各気筒排気ポー
トは排気マニホルド３１を介して共通の排気通路３に接
続され、排気通路３上には後述するＮＯ_X 吸蔵還元触媒
７が配置されている。図１に９で示すのはＮＯ_X吸蔵還
元触媒７再生操作時にＮＯ_X 吸蔵還元触媒７に還元剤を
供給する還元剤供給装置である。還元剤供給装置９は、
ＮＯ_X 吸蔵還元触媒７の排気入口近傍に配置された還元
剤噴射弁９１に加圧還元剤を供給しＮＯ_X 吸蔵還元触媒
７に流入する排気中に還元剤を噴射することによりＮＯ
_X 吸蔵還元触媒７に流入する排気中の酸素濃度を低下さ
せ、触媒７から吸収したＮＯ_X を放出させるとともに、
放出されたＮＯ_X を還元浄化する。後述するように、本
実施形態では還元剤として機関１の燃料（軽油）が使用
される。還元剤供給装置９は、図示しない機関燃料系統
から供給された燃料を加圧する燃料ポンプ９２を備え、
機関１の燃料を加圧して還元剤噴射弁９１から排気通路
３内に噴射する。 【００１７】図１に３０で示すのは、機関１の電子制御
ユニット（ＥＣＵ）である。本実施形態では、ＥＣＵ３
０はＲＡＭ、ＲＯＭ、ＣＰＵを備えた公知の構成のマイ
クロコンピュータとして構成され、機関１の燃料噴射
量、燃料噴射時期等の基本制御を行う他、還元剤供給装
置９を制御して後述するＮＯ_X 吸蔵還元触媒７からのＮ
Ｏ_X の放出及び還元浄化操作（ＮＯ_X 吸蔵還元触媒の再
生操作）時に噴射弁９１を制御して排気通路３に燃料を
噴射する。 【００１８】ＮＯ_X 吸蔵還元触媒７の再生操作を行うた
め、ＥＣＵ３０の入力ポートには、機関のアクセルペダ
ル近傍に配置されたアクセル開度センサ３３から運転者
のアクセルペダル踏込み量（アクセル開度、ＡＣＣＰ）
に応じた電圧信号が、また、機関クランク軸近傍に配置
されたクランク回転角センサ３５からクランク軸一定回
転角度毎に回転パルス信号が入力されている。ＥＣＵ３
０は、クランク回転角センサ３５から入力するパルス信
号の時間間隔に基づいて一定時間毎に機関１の回転数Ｎ
Ｅを算出する。 【００１９】また、ＥＣＵ３０の出力ポートは、図示し
ない駆動回路を介して還元剤噴射弁９１に接続され、噴
射弁９１の開弁時間（噴射量）を制御している。本実施
形態のＮＯ_X 吸蔵還元触媒７は、アルミナ等の担体上に
例えばカリウムＫ、ナトリウムＮa 、リチウムＬi 、セ
シウムＣs のようなアルカリ金属、バリウムＢa 、カル
シウムＣa のようなアルカリ土類、ランタンＬa 、セリ
ウムＣｅ、イットリウムＹのような希土類から選ばれた
少なくとも一つの成分と、白金Ｐｔのような貴金属とを
担持したものである。ＮＯ_X 吸蔵還元触媒は流入する排
気ガスの空燃比がリーンのときに、排気中のＮＯ_X （Ｎ
Ｏ₂ 、ＮＯ）を硝酸イオンＮＯ₃ ^- の形で吸収し、流入
排気ガスの酸素濃度が低下すると吸収したＮＯ_X を放出
するＮＯ_X の吸放出作用を行う。 【００２０】この吸放出のメカニズムについて、以下に
白金ＰｔおよびバリウムＢａを使用した場合を例にとっ
て説明するが他の貴金属、アルカリ金属、アルカリ土
類、希土類を用いても同様なメカニズムとなる。流入排
気中の酸素濃度が増大すると（すなわち排気の空燃比が
リーン空燃比になると）、これら酸素は白金Ｐｔ上にＯ
₂ ^- またはＯ^2-の形で付着し、排気中のＮＯ_X は白金Ｐ
ｔ上のＯ₂ ^- またはＯ^2-と反応し、これによりＮＯ₂ が
生成される。また、流入排気中のＮＯ₂ 及び上記により
生成したＮＯ₂ は白金Ｐｔ上で更に酸化されつつ触媒中
に吸収されて吸収剤として機能する酸化バリウムＢａＯ
と結合しながら硝酸イオンＮＯ₃ ^- の形で触媒内に拡散
する。このため、リーン雰囲気下では排気中のＮＯ_X が
ＮＯ_X 吸蔵還元触媒内に硝酸塩の形で吸収されるように
なる。 【００２１】また、流入排気中の酸素濃度が低下すると
（すなわち、排気の空燃比が低下すると）、白金Ｐｔ上
でのＮＯ₂ 生成量が減少するため反応が逆方向に進むよ
うになり、触媒内の硝酸イオンＮＯ₃ ^- はＮＯ₂ の形で
ＮＯ_X 吸蔵還元触媒から放出されるようになる。この場
合、排気中にＨＣ、ＣＯ等の成分が存在すると白金Ｐｔ
上でこれらの成分によりＮＯ₂ が還元される。 【００２２】本実施形態では、機関１としてディーゼル
機関が使用されているため機関の排気空燃比はリーンで
あり、通常運転中は排気通路３のＮＯ_X 吸蔵還元触媒７
にはリーン空燃比の排気が流入し排気中のＮＯ_X がＮＯ
_X 吸蔵還元触媒７に吸収される。また、ＮＯ_X 吸蔵還元
触媒７上流側の排気通路３に還元剤が供給されるとＮＯ
_X 吸蔵還元触媒７には還元剤を含んだ排気が流入し、還
元剤の一部はＮＯ_X 吸蔵還元触媒７の白金Ｐｔ上で酸素
と反応する。これにより、ＮＯ_X 吸蔵還元触媒７の雰囲
気中の酸素濃度が低下するとともに、還元剤の酸化によ
り未燃ＨＣ、ＣＯ等の成分が発生する。還元剤の酸化に
よりＮＯ_X 吸蔵還元触媒７の雰囲気酸素濃度が低下する
と、上述したメカニズムによりＮＯ_X 吸蔵還元触媒７か
らＮＯ_Xが放出され排気中のＨＣ、ＣＯ成分により還元
される。 【００２３】上記ＮＯ_X 吸蔵還元触媒からのＮＯ_X の放
出、還元浄化操作（ＮＯ_X 吸蔵還元触媒の再生操作）に
使用される還元剤としては、排気中でＨ₂ 等の還元成分
やＨＣ、ＣＯ成分を生成するものが使用され、例えば水
素、一酸化炭素等の気体、プロパン、プロピレン、ブタ
ン等の液体又は気体の炭化水素、ガソリン、軽油、灯油
等の液体燃料等が使用できる。本実施形態では、内燃機
関１としてディーゼル機関が使用されているため、補
給、貯蔵の便を考慮して還元剤として機関１の燃料（軽
油）を使用するようにしている。 【００２４】本実施形態ではＥＣＵ３０は、例えば機関
負荷状態（アクセル開度ＡＣＣＰと回転数ＮＥ）とに基
づいて単位時間あたりに機関１から排出されるＮＯ_X 量
を算出する。そして、この単位時間あたりの排出量に所
定の吸収率を乗じた量のＮＯ _X をＮＯ_X 吸蔵還元触媒７
の単位時間あたりのＮＯ_X 吸収量として算出する。ＥＣ
Ｕ３０は、この単位時間あたりのＮＯ_X 吸収量を積算す
ることによりＮＯ_X 吸蔵還元触媒７に吸蔵されたＮＯ_X
量を算出するとともに、算出された吸蔵ＮＯ_X量が所定
値に到達する毎に還元剤供給装置９からＮＯ_X 吸蔵還元
触媒７上流側の排気通路に還元剤（燃料）を供給してＮ
Ｏ_X 吸蔵還元触媒７の再生操作を行う。これにより、Ｎ
Ｏ_X 吸蔵還元触媒７が吸収したＮＯ_X で飽和して、それ
以上排気中のＮＯ_X を吸収できなくなることが防止され
る。 【００２５】図２は、本実施形態の還元剤噴射弁９１の
概略構造を説明する図である。図２において、噴射弁９
１はノズル９１ａ、制御弁９１ｂ及びこれらを接続する
接続配管９１ｃを備えている。ノズル９１ａはＮＯ_X 吸
蔵還元触媒７上流側の排気通路３の管壁を貫通して設置
される。制御弁９１ｂ入口ポートは燃料ポンプ９２吐出
口に供給配管９３を介して接続され、制御弁９１ｂ出口
ポートは接続配管９１ｃを介してノズル９１ａに接続さ
れている。制御弁９１ｂが開弁すると燃料ポンプ９２か
ら圧送される加圧燃料は接続配管９１ｃに流入し、ノズ
ル９１ａから排気通路３に噴射される。また、制御弁９
１ｂが閉弁すると、加圧燃料の供給は遮断され、ノズル
９１ａからの燃料噴射は停止する。 【００２６】本実施形態では、制御弁９１周囲には制御
弁冷却用の燃料が流れる冷却ジャケット９５が設けられ
ている。冷却ジャケット９５の一端には制御弁入口ポー
ト側の供給配管９３から分岐した冷却用燃料入口配管９
５ａが接続され、他端には冷却用燃料出口配管９５ｂが
接続されている。出口配管９５ｂは、燃料系統の低圧部
分（例えば燃料ポンプ９２の吸入配管または燃料タン
ク）に接続されている。このため、冷却ジャケット９５
には制御弁９１ｃの開閉にかかわらず常時燃料が流入
し、出口配管９５ｂから流出している。すなわち、冷却
ジャケット９５内には燃料が常時流通している。 【００２７】図３はノズル９１ａの概略構造を説明する
断面図である。本実施形態では、燃料のＮＯ_X 吸蔵還元
触媒７上での反応性を高めるためノズル９１ａとして噴
射燃料の微粒化向上が可能なスワールノズルが使用され
ている。図３(A) は、スワールノズル９１ａの軸線に沿
った断面を示す。図３(A) において、９１１はノズルボ
ディ、９１３はノズルボディ９１１に嵌挿、固定された
略円筒状のノズルピースを示している。ノズルピース９
１３中心には軸線方向に燃料通路９１３ａが設けられて
いる。この燃料通路９１３ａは接続配管９１ｃを介して
制御弁９１ｂに接続されており、制御弁９１開弁時には
燃料ポンプ９２から燃料通路９１３ａに加圧燃料が供給
される。 【００２８】図３(A) に９１３ｂで示すのは、スプリン
グ９１３ｃにより、燃料通路９１３ａを閉鎖する方向に
押圧付勢されるチェックボール、９１３ｄはチェックボ
ール９１３ｂの下側で燃料通路９１３ａに接続するよう
に半径方向に穿設された燃料通路である。図３(B) はノ
ズルピース９１３の図３(A) のＢ−Ｂ線方向矢視図であ
る。図３(B) に示すように、ノズルピース９１３は両側
面に平面状の切り欠きが形成されており、ノズルボディ
９１１の内周とノズルピース９１３外周との間にこの平
面状の切欠き部により、半径方向燃料通路９１３ｄに接
続する燃料通路９１３ｅが形成されている。 【００２９】また、ノズルピース９１３下部はその外周
部がノズルボディ９１１内周と密接するように装着され
ている。ノズルピース９１３下面には図３(B) に示すよ
うに、スワール生成溝９１３ｆが形成されており、燃料
通路９１３ｅとノズルボディ９１１中心の噴射孔９１５
とを接続する噴射通路として機能している。図３(B)に
示すように、噴射通路９１３ｆはノズルピース９１３下
面外周から、ノズルピース９１３中心軸線に対してやや
偏心した位置を指向するように設けられており、噴射通
路９１３ｆから噴射された燃料は噴射孔９１５の内周面
接線方向に入射するようになっている。 【００３０】制御弁９１ｂが開弁すると、燃料ポンプ９
２から加圧燃料が配管９１ｃを介してノズルピース９１
３の燃料通路９１３ａに流入する。配管９１ｃ内の燃料
圧力によりチェックボール９１３ｂに作用する力がスプ
リング９１３ｃの付勢力を越えるとチェックボール９１
３ｂは下方に移動し、燃料が燃料通路９１３ａから半径
方向燃料通路９１３ｄに流入する。これにより、加圧燃
料は半径方向燃料通路９１３ｄからノズルピース両側の
平面状切欠により形成される燃料通路９１３ｅに流入
し、噴射通路９１３ｆから噴射孔９１５を通って排気通
路３に噴射される。前述したように、ノズルピース９１
３の噴射通路９１３ｆは、ノズルピース９１３の噴射孔
９１５中心軸線に対して偏心した方向を指向しているた
め、噴射通路９１３を通る燃料は噴射孔９１５内周接線
方向の速度を付与される。このため、噴射燃料は噴射孔
９１５内で旋回流（スワール）を生成しながら噴射孔９
１５接線方向に噴射されるようになり、排気通路３内に
噴射された燃料は極めて微細な粒子となる。これによ
り、噴射された燃料は排気熱で直ちに蒸発、気化して下
流側のＮＯ_X 吸蔵還元触媒７に到達するようになり、Ｎ
Ｏ_X 吸蔵還元触媒７上での還元剤としての燃料の反応性
が向上する。 【００３１】上記のように、ノズル９１ａに供給される
燃料を制御弁９１ｂを開閉して制御することによりノズ
ル９１からの燃料噴射を制御する場合には、制御弁９１
ｂとノズル９１ａとを接続する接続配管の長さが長いと
前述した燃料噴射終了後のノズル９１からの燃料洩出の
問題が生じる可能性がある。特に、本実施形態のように
燃料の霧化を良好にするためにスワールノズル９１ａを
使用した場合には他の形式の燃料噴射弁を使用した場合
に較べて燃料の洩出の問題が生じやすくなる。すなわ
ち、通常の燃料噴射弁では燃料噴射停止時にはニードル
等の弁体が噴射孔を閉塞する構造とされているため、噴
射弁上流側に多少の高圧燃料が残留していた場合でも噴
射停止後の燃料洩出は生じにくくなっている。これに対
して、スワールノズルでは図３(A) に示したようにニー
ドル等の弁体を備えておらず、燃料噴射終了後も噴射孔
９１５は開放されたままになってしまう。このため、接
続配管９１ｃ内に残留した燃料が噴射終了後も噴射孔９
１５から洩出しやすくなっている。このため、スワール
ノズルを使用した場合には特に、制御弁９１ｂをできる
だけ排気通路３（ノズル９１ａ）に近接して配置し、接
続配管９１ｃの容積を少なくすることが好ましい。 【００３２】一方、制御弁９１ｂを排気通路３に近接し
て配置すると、前述したように高温の排気通路からの入
熱により作動不良、破損等が生じやすくなり、作動の信
頼性が低下する問題がある。本実施形態では、この制御
弁９１ｂの熱による作動信頼性の低下を防止し、制御弁
９１ｂを排気通路３に近接して配置することを可能とす
るために冷却ジャケット９５を設け、燃料により常時制
御弁９１ｂを冷却している。 【００３３】前述したように、冷却ジャケット９５には
常時低温の燃料が流通しているため、排気通路３からの
入熱は燃料により運び去られ制御弁９１ｂの温度は上昇
しない。このため、排気通路３に近接して制御弁９１ｂ
を配置しても制御弁９１ｂは比較的低い温度に維持され
るようになり、高温による作動不良や破損が生じること
が防止される。 【００３４】ところで、図２に示したように冷却ジャケ
ット９５に制御弁９１ｂ入口側の供給配管９３から冷却
剤としての燃料を供給していると、制御弁９１ｂが開弁
しノズル９１ａからの燃料噴射が行われる時には、供給
配管９３からは冷却ジャケット９５とノズル９１ａとの
両方に燃料が供給されることになり、ノズル９１ａに供
給される燃料の圧力が低下してしまう可能性がある。ノ
ズル９１ａに供給される燃料圧力が低下すると、ノズル
９１から噴射された燃料の霧化が悪化し噴射された燃料
が気化しにくくなる問題が生じる。そこで、本実施形態
では制御弁９１ｂ開弁時に供給配管９３内の燃料が優先
的に制御弁９１ｂを通って流れるように、冷却ジャケッ
ト出口配管９５ｂの径を小さく設定している。出口配管
９５ｂの径を小さく設定することにより、供給配管９３
から冷却ジャケット９５と出口配管９５ｂとを通って燃
料系統に循環する燃料の流路抵抗が、制御弁９１ｂから
ノズル９１ａに流れる燃料の流路抵抗より大きくなる。
これにより、制御弁９１ｂ開弁時には供給配管９３内の
燃料は制御弁９１ｂ側に優先的に供給されるようにな
り、燃料圧力の低下が生じることが防止される。なお、
本実施形態では、出口配管９５ｂの径を小さく設定する
ようにしているが、出口配管９５ｂの配管径を小さくす
る代わりに入口配管９５ａの径を小さく設定する、或い
は流路抵抗調節用のオリフィスを入口配管９５ａまたは
出口配管９５ｂに挿入する等により循環する冷却用燃料
の流路抵抗を増大させるようにしても良い。また、配管
９５ａ、９５ｂの径や挿入するオリフィス径は、実際の
燃料系統の構成に合わせて制御弁９１ｂ開弁時に充分に
高い燃料圧力が維持されるように実験により決定するこ
とが好ましい。 【００３５】次に、本発明の別の実施形態について説明
する。前述の実施形態では制御弁９１ｂの冷却ジャケッ
ト９５の出口配管９５ｂの径を小さく設定することによ
り冷却用燃料の流路抵抗を大きく設定しているが、本実
施形態では、出口配管径を小さく設定する代わりに、冷
却ジャケット９５の入口配管９５ａまたは出口配管９５
ｂにレリーフ弁を設けた点が相違している。 【００３６】図４は、冷却ジャケット９５の入口配管に
レリーフ弁９５ｃを設けた場合を示す図２と同様な図で
ある。図４において、図２と同じ参照符号は同一の要素
を示すものとする。図４のレリーフ弁９５ｃは、例えば
図３(A) に示したスワールノズルのチェックボール９１
３ｂと同様な形式とされ、チェックボール９５１と、こ
のチェックボールを入口配管９５ａに流入する燃料圧力
に抗して配管９５ａを閉塞する方向に付勢するスプリン
グ９５３とを備えている。また、レリーフ弁９５ｃの開
弁圧力（チェックボール９５１がスプリング９５３の付
勢力に抗して移動し、配管９５ａを開放する燃料圧力）
は、スワールノズル９１ａのチェックボール９１３ｂの
開弁圧力より高く設定されている。これにより、制御弁
９１ｂの開弁により供給配管９５内の燃料圧力が低下す
るとレリーフ弁９５ｃは閉弁し燃料は制御弁９１ｂにの
み供給されるようになる。また、レリーフ弁９５ｃの開
弁圧力はノズル９１ａのチェックボール９１３ｂの開弁
圧力より高く設定されているため、レリーフ弁９５ｃが
閉弁する燃料圧力でもノズル９１ａからは燃料が正常に
噴射され噴射燃料の霧化は良好に維持される。 【００３７】本実施形態では、制御弁開弁時に冷却ジャ
ケット９５を通って循環する燃料を完全に停止（すなわ
ち流路抵抗を無限大に）することによりノズル９１ａに
供給される燃料の圧力を確実に充分な高圧に維持するこ
とが可能となっている。なお、本実施形態においてもレ
リーフ弁９５ｃは出口配管９５ｂ上に設けても良いこと
は言うまでもない。 【００３８】 【発明の効果】本発明によれば、ノズルからの還元剤の
噴射を制御する制御弁への排気通路からの熱影響を防止
して排気通路に近い位置に制御弁を配置可能とすること
により、制御弁の作動信頼性を高く維持しながら簡易に
排気性状の悪化を防止することを可能とする効果を奏す
る。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明を自動車用ディーゼル機関に適用した実
施形態の概略構成を説明する図である。 【図２】図１の還元剤噴射弁の構成例を説明する図であ
る。 【図３】スワールノズルの構成を説明する図である。 【図４】還元剤噴射弁の図１とは異なる構成例を説明す
る図である。 【符号の説明】 １…ディーゼル機関 ３…排気通路 ７…ＮＯ_X 吸蔵還元触媒 ９…還元剤供給装置 ３０…電子制御ユニット（ＥＣＵ） ９１…還元剤噴射弁 ９１ａ…ノズル ９１ｂ…制御弁 ９５…冷却ジャケット ９５ａ…入口配管 ９５ｂ…出口配管 ９５ｃ…レリーフ弁

フロントページの続き (72)発明者 田原 淳 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自 動車株式会社内 (56)参考文献 特表2002−525491（ＪＰ，Ａ) 特表2002−503783（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F01N 3/08 - 3/28

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 内燃機関の排気通路に配置され、流入す
   る排気の空燃比がリーンのときに排気中のＮＯ_Xを吸収
   し流入する排気の酸素濃度が低下したときに吸収したＮ
   Ｏ_Xを放出するＮＯ_X吸蔵還元触媒と、該ＮＯ_X吸蔵還元
   触媒の上流側の排気通路に還元剤を噴射するノズルと、
   該ノズルに加圧還元剤を供給する還元剤供給源と、該還
   元剤供給源から前記ノズルへの加圧還元剤の供給を制御
   する制御弁と、前記制御弁周囲に形成された冷却通路
   と、前記還元剤供給源からの加圧還元剤を制御弁冷却用
   の冷却剤として前記冷却通路に供給し、前記冷却通路通
   過後の還元剤を前記還元剤供給源に循環させる還元剤循
   環手段と、を備えた内燃機関の排気浄化装置において、 前記還元剤循環手段は、前記ノズルからの還元剤噴射時
   に前記還元剤供給源から前記冷却通路を経て還元剤供給
   源に循環する還元剤流路の流路抵抗を前記還元剤供給源
   から前記ノズルに至る還元剤流路の流路抵抗より大きく
   する流量制御手段を備えた内燃機関の排気浄化装置。