JP4947311B2

JP4947311B2 - 内燃機関の排気浄化装置

Info

Publication number: JP4947311B2
Application number: JP2008054728A
Authority: JP
Inventors: 和人前原; 一雄古賀; 肇石井; 洋之木村
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp; Mitsubishi Automotive Engineering Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp; Mitsubishi Automotive Engineering Co Ltd
Priority date: 2008-03-05
Filing date: 2008-03-05
Publication date: 2012-06-06
Anticipated expiration: 2028-03-05
Also published as: JP2009209822A

Description

本発明は、排気通路に設けられた触媒に添加剤を供給する添加剤噴射弁を備えた内燃機関の排気浄化装置に関する。

ディーゼルエンジンの排気通路には、排気中に含まれるＮＯｘ（窒素酸化物）やパティキュレートマター（以下、ＰＭという）が大気への放出されるのを防ぐため、ＮＯｘ吸蔵触媒やディーゼルパティキュレートフィルタ（以下、ＤＰＦという）等が設けられている。
当該ＮＯｘ吸蔵触媒のＮＯｘ吸蔵量やＤＰＦのＰＭ捕集量には限界があり、吸蔵されたＮＯｘを放出還元させる所謂ＮＯｘパージや、ＤＰＦに捕集されたＰＭを焼却除去する所謂強制再生を行う必要がある。

そこで、ＮＯｘ吸蔵触媒やＤＰＦの排気上流側に酸化触媒を設け、当該酸化触媒に向け燃料（ＨＣ）、尿素水等の添加剤を供給し、当該酸化触媒における酸化反応を利用してＮＯｘパージや強制再生を行う構成がある。
また、当該酸化触媒への燃料（ＨＣ）の供給には、当該酸化触媒の排気上流側に燃料添加インジェクタを設けて、当該燃料添加インジェクタより燃料（ＨＣ）を噴射する構成がある。

ただし、当該燃料添加インジェクタは、燃料噴射口が高温の排気に直接晒されると耐熱温度超えるおそれがある上、当該燃料噴射口付近に付着した燃料（ＨＣ）のカーボン化や排気中のデポジットの付着等により目詰まりを起こし、触媒への添加剤供給が不安定となるおそれがある。
そこで、排気管において、排気通路とは離間した位置に燃料添加用インジェクタを付設し、当該燃料添加用インジェクタより噴射される燃料噴射を円錐状の噴射空間（噴射通路）を通して排気管内に添加する構成が開示されている（特許文献１参照）。
特開２００４−１９７６３５号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示された技術では、燃料の噴射空間が燃料添加用インジェクタの燃料噴射口であるノズル先端部を頂点とし、燃料の噴射角より大きい頂角をなす円錐形状をなしているが、このような構成では噴射空間の壁面と燃料噴射との間隔が狭く、当該壁面に多量の燃料（ＨＣ）が付着するおそれがある。
そして、噴射空間の壁面に燃料（ＨＣ）が付着すれば、当該燃料（ＨＣ）のカーボン化によるデポジットや排気中のデポジットの付着等により当該デポジットが堆積して、噴射空間が閉塞され、燃料添加用インジェクタによる酸化触媒への燃料（ＨＣ）の添加が遮られるという問題がある。

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、その目的とするところは、添加剤噴射通路内の添加剤付着により堆積したデポジット等を良好に除去することができ、添加剤噴射弁から触媒への安定した添加剤供給を行うことのできる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。

上記した目的を達成するために、請求項１の内燃機関の排気浄化装置では、内燃機関の排気管内に設けられた触媒と、前記触媒の排気上流側に設けられ、基端が前記排気管内と連通しつつ網状のネット部材により覆われており、先端が排気管から離れた方向に延びた添加剤噴射通路と、前記添加剤噴射通路内に臨み、該添加剤噴射通路内を通して前記触媒へ添加剤を噴射する添加剤噴射弁と、前記添加剤噴射通路内に移動可能に設けられた可動部材とを備えたことを特徴としている。

請求項２の内燃機関の排気浄化装置では、請求項１において、前記可動部材は前記添加剤噴射弁と接触しない形状であることを特徴としている。
請求項３の内燃機関の排気浄化装置では、請求項１または２において、前記可動部材は、前記噴射通路の基端側及び先端側が開放され、前記添加剤噴射弁から噴射された添加剤が中空部内を通過する筒形状をなしていることを特徴としている。

請求項４の内燃機関の排気浄化装置では、請求項１乃至３のいずれかにおいて、前記可動部材は、酸化反応を生ずる触媒貴金属が担持されていることを特徴としている。

上記手段を用いる本発明の請求項１の内燃機関の排気浄化装置によれば、排気管内と連通する添加剤噴射通路を通して排気管内の触媒に添加剤を供給する添加剤噴射弁を有するとともに、当該添加剤噴射通路内を移動可能な可動部材を設ける。
当該可動部材は排気管の振動等により添加剤噴射通路内を移動することとなり、当該添加剤噴射通路内壁と頻繁に接触する。

そして、当該可動部材と噴射通路内壁との接触の衝撃により、当該可動部材及び当該噴射通路内面に付着した添加剤や堆積したデポジットが除去される。
これにより、添加剤噴射通路内の添加剤付着や堆積したデポジット等を良好に除去することができ、添加剤噴射弁から触媒への安定した添加剤供給行うことができる。
また、添加剤噴射通路の基端を網状のネット部材で覆う。

これにより、添加剤噴射弁より噴射される添加剤が排気管内に流入するのを妨げることなく、可動部材が添加剤噴射通路から可動部材の排気管内へ侵入するのを防止することできる。
請求項２の内燃機関の排気浄化装置によれば、可動部材を添加剤噴射通路内に臨んでいる添加剤噴射弁とは接触しない形状とする。

このように、可動部材は添加剤噴射通路内を移動可能である一方、当該添加剤噴射通路内に臨んでいる添加剤噴射弁とは接触しない形状とすることで、当該添加剤噴射弁の損傷を防止しつつ、添加剤噴射通路内のデポジット等を除去することができる。
請求項３の内燃機関の排気浄化装置によれば、前記可動部材は、前記噴射通路の基端側及び先端側が開放され、前記添加剤噴射弁から噴射された添加剤が中空部内を通過する筒形状とする。

このように可動部材を筒形状とすることで、添加剤噴射弁と接触することなく、添加剤噴射弁より噴射される添加剤が排気管内に流入するのを妨げることがない構成とすることができる。
請求項４の内燃機関の排気浄化装置によれば、可動部材に酸化反応を生ずる触媒貴金属を担持することとする。

これにより、当該可動部材に添加剤が付着した場合に、当該添加剤を酸化反応により燃焼させることができ、添加剤の付着を解消しデポジットの堆積を防止することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
まず、実施形態について説明する。
図１乃至３を参照すると、図１には本発明の実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成図、図２には図１の要部拡大縦断面図、図３には図２のＡ−Ａ線に沿う横断面図がそれぞれ示されており、以下同図に基づき説明する。

図１に示すエンジン（内燃機関）１は、軽油（ＨＣ）を燃料として駆動するディーゼルエンジンである。
当該エンジン１の側面には排気マニホールド２の一端が接続されており、当該排気マニホールド２の他端には過給機４が接続されている。
当該過給機４は、ターボチャージャであり、図示しない吸気通路にコンプレッサが設けられ、排気通路にはタービンが設けられている。

また、当該過給機４の排気下流側には、排気管１０が接続されている。
当該排気管１０内には排気上流側から順に、酸化触媒１２、ＮＯｘ吸蔵触媒１４、パティキュレートフィルタ（以下、ＤＰＦという）１６が設けられている。
詳しくは、排気管１０は過給機４との接続部分からエンジン１の横方向に延び、途中下方に屈曲された屈曲部１０ａが形成されている。

そして、当該屈曲部１０ａの排気下流側には酸化触媒１２が設けられている。当該酸化触媒１２は通路を形成する多孔質の壁にプラチナ（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）等の触媒貴金属を担持して形成されており、排気中のＣＯ、ＨＣ等をＣＯ_２及びＨ_２Ｏに変換させる酸化反応を生ずる機能を有している。
ＮＯｘ吸蔵触媒１４及びＤＰＦ１６は、横方向に延びた排気下流側部分の排気管１０内に設けられている。ＮＯｘ吸蔵触媒１４は、排気中のＮＯｘを吸蔵し、ＨＣ等の還元剤が供給されたときに吸蔵したＮＯｘを放出還元する所謂ＮＯｘパージが行われるものである。ＤＰＦ１６は、排気中のＰＭを捕集し、昇温されることで捕集したＰＭが焼却除去される所謂強制再生が行われるものである。

また、排気管１０の屈曲部１０ａの上面部分には、略上方に延びた支持部材２０が設けられている。当該支持部材２０の上部には酸化触媒１２へ添加剤としての燃料（ＨＣ）を噴射する燃料添加インジェクタ２２（添加剤噴射弁）が設けられている。
図２、３に示すように、支持部材２０の内部には、上壁部２４ａに燃料添加インジェクタ２２が臨み、当該燃料添加インジェクタ２２から噴射される燃料噴射２４が排気管１０内に流入するよう下端が排気管１０内と連通した筒形状の噴射通路２６（添加剤噴射通路）が形成されている。

詳しくは、当該噴射通路２６は、上壁部２６ａの中央部に上方に凹んだ凹部２６ｂが形成されており、当該凹部２６ｂに燃料添加インジェクタ２２の噴射口２２ａが酸化触媒１２側に指向して臨んでいる。
また、当該噴射通路２６の下端は、排気管１０の屈曲部１０ａ上面に穿設された開口部１０ｂを介して排気管１０内と連通されている。なお、支持部材２０の下端と排気管１０の開口部１０ｂの縁部分との間には網状のネット部材２８が介装されており、当該噴射通路２６の下端は当該ネット部材２８に覆われている。

また、噴射通路２６内には、当該噴射通路２６と同軸上に延び上下端が開放された中空の筒形状をなす可動部材３０が設けられている。
当該可動部材３０は、当該噴射通路２６よりも軸方向に短く、径方向においても僅かに小径に形成されている。そして、当該可動部材３０は、上記ネット部材２８により排気管内への侵入が防止されているのみで、特に固定されているものではなく、噴射通路２６内において当該噴射通路２６内壁との隙間の範囲内で自由に移動可能である。

さらに、当該可動部材３０の表面には上記酸化触媒１２と同様の触媒貴金属が担持されており、当該可動部材３０は酸化反応を生ずる機能を有している。
また、上記燃料添加インジェクタ２２から噴射される燃料噴射２４は、噴射通路２６内及び可動部材３０の中空部内を通る円錐状に噴射されるものである。なお、当該燃料噴射２４は、可動部材３０の中空部内において当該可動部材３０の移動可能範囲よりも内側を通るよう噴射される。そして、当該燃料噴射２４はネット部材２８を貫通して排気管１０内へと流入するものである。

また、図示しないＥＣＵが燃料添加インジェクタ２２と電気的に接続されており、当該ＥＣＵはＮＯｘ吸蔵触媒１４のＮＯｘ吸蔵量やＤＰＦ１６のＰＭ捕集量を検知し、ＮＯｘパージや強制再生が必要であると判定したときに当該燃料添加インジェクタ２２を制御し酸化触媒１２に燃料（ＨＣ）を添加させる。
以下このように構成された本発明の実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置の作用について説明する。

エンジン１の運転中に、ＮＯｘ吸蔵触媒１４のＮＯｘパージ、またはＤＰＦ１６の強制再生を行う際に、ＥＣＵの制御により燃料添加インジェクタ２２による燃料噴射２４が行われる。
当該燃料添加インジェクタ２２により噴射された燃料噴射２４は噴射通路２６内を通り排気管１０内へと流入し、酸化触媒１２に燃料（ＨＣ）が添加される。

燃料（ＨＣ）が添加された酸化触媒１２では酸化反応が生じ、当該酸化反応の熱により排気が昇温される。そして、排気下流側にあるＮＯｘ吸蔵触媒１４に昇温された排気と酸化触媒１２で酸化されなかった燃料（ＨＣ）が流入することで、ＮＯｘパージが行われる。また、ＤＰＦ１４においては、酸化触媒１２により昇温された排気が流入することでＰＭが焼却除去されて強制再生が行われる。

ここで、上記燃料添加インジェクタ２２から噴射される燃料噴射２４について詳しく説明する。
当該燃料噴射２４は支持部材２０の噴射通路２６内及び可動部材３０の中空部内を通り、ネット部材２８を貫通して排気管１０内へと流入する。つまり、当該ネット部材２８は、燃料噴射２４の排気管１０内への流入を妨げることなく、噴射通路２６内の可動部材３０の排気管１０内への侵入を防止することできる。

また、当該燃料噴射２４は筒形状の可動部材３０の中空部内を通り、ほとんどの燃料はそのまま排気管１０内に流入される。このように可動部材３０を筒形状とすることで、当該可動部材３０が燃料添加インジェクタ２２と接触することがない上、燃料噴射２４が排気管１０内に流入するのを妨げることはない。
なお、一部の燃料においては噴射通路２６の内壁や可動部材３０に付着するが、可動部材３０に付着した燃料（ＨＣ）は、当該可動部材３０に担持されている触媒貴金属による酸化反応により燃焼する。

また、当該可動部材３０は排気管１０の振動等により噴射通路２６内を自由に移動し、噴射通路２６の内壁に頻繁に接触する。なお、当該可動部材３０は中空の筒形状をなしていることで、移動した場合にも燃料添加インジェクタに接触することはない。
そして、可動部材３０と噴射通路２６内壁との接触の衝撃により、当該可動部材３０及び当該噴射通路２６内壁に付着した燃料（ＨＣ）や堆積したデポジット等は除去される。

このことから、本発明の実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置では、噴射通路２６内壁に付着した燃料や堆積したデポジット等を噴射通路２６内に設けた可動部材３０により良好に除去することができ、燃料添加インジェクタ２２から酸化触媒１２への安定した燃料（ＨＣ）供給を行うことができる。
以上で本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の実施形態についての説明を終えるが、実施形態は上記実施形態に限られるものではない。

上記実施形態では、噴射通路２６内に筒形状の可動部材３０を設けているが、当該可動部材３０は筒形状に限られるものではない。
例えば、上記実施形態の変形例として、図４、５に示すように、球体をなす３つの可動部材４０ａ、４０ｂ、４０ｃを設けても構わない。当該球体の可動部材は１つでもよいが、筒形状に比べて噴射通路２６’の内壁との接触時の接触面積が小さいことから複数個設けることが好ましい。なお、当該可動部材４０ａ、４０ｂ、４０ｃは燃料添加インジェクタ２２’と接触しないよう、少なくとも噴射通路２６’の上壁２６ａ’の凹部２６ｂ’よりも大きい径をなしている。これにより燃料添加インジェクタ２２’と接触することなく、当該燃料添加インジェクタ２２’の損傷を防止しつつ、噴射通路２６’内のデポジット等を除去することができる。

また、上記実施形態では、燃料添加インジェクタ２２は、排気管１０における屈曲部１０ａ、に設けられているが、添加剤噴射弁は当該部分に設けられるものに限られず、添加剤が触媒に供給可能なよう排気上流側に設けられる構成であればよい。
また、上記実施形態では、排気管１０内に酸化触媒１２、ＮＯｘ吸蔵触媒１４、ＤＰＦ１６を備えた排気浄化装置であるが、燃料（ＨＣ）を添加する触媒を備えた排気浄化装置であればよく、例えば、酸化触媒の排気下流側にＮＯｘ吸蔵触媒及びＤＰＦのいずれか一方のみを備えた構成であっても構わない。

また、上記実施形態では、燃料添加インジェクタから得られる噴射２４は円錐状として説明したが、噴射の形状は円錐に限定されるもではない。
さらに、上記実施形態では添加剤として燃料で説明したが、燃料に限らず尿素水等の添加剤でもよい。
また、添加剤としては上述した燃料や尿素水等の還元剤でなくともよく、例えば触媒冷却のための空気、窒素、二酸化炭素などでもよい。この場合、添加剤が噴射通路内に付着して堆積することは考え難いが、排気管から噴射通路に逆流する排気に含まれるＨＣ等によるデポジット堆積を除去することができる。

本発明の実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成図である。図１の要部拡大縦断面図である。図２のＡ−Ａ線に沿う横断面図である。変形例における要部拡大縦断面図である。図４のＢ−Ｂ線に沿う横断面図である。

符号の説明

１エンジン（内燃機関）
１０排気管
１０ａ屈曲部
１０ｂ開口部
１２酸化触媒
２０支持部材
２２燃料添加インジェクタ（添加剤噴射弁）
２４燃料噴射
２６噴射通路（添加剤噴射通路）
２８ネット部材
３０可動部材

Claims

内燃機関の排気管内に設けられた触媒と、
前記触媒の排気上流側に設けられ、基端が前記排気管内と連通しつつ網状のネット部材により覆われており、先端が排気管から離れた方向に延びた添加剤噴射通路と、
前記添加剤噴射通路内に臨み、該添加剤噴射通路内を通して前記触媒へ添加剤を噴射する添加剤噴射弁と、
前記添加剤噴射通路内に移動可能に設けられた可動部材と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
前記可動部材は前記添加剤噴射弁と接触しない形状であることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記可動部材は、前記噴射通路の基端側及び先端側が開放され、前記添加剤噴射弁から噴射された添加剤が中空部内を通過する筒形状をなしていることを特徴とする請求項１または２記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記可動部材は、酸化反応を生ずる触媒貴金属が担持されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載の内燃機関の排気浄化装置。