JP5263000B2 - 内燃機関の排気通路構造 - Google Patents

Description

本発明は、添加弁から小型触媒に添加剤を添加する内燃機関の排気通路構造に関する。

内燃機関の排気通路内に配置された吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の排気流れ方向上流側に、燃料を添加する燃料添加弁を備える技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。この技術では、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒よりも排気流れ上流側の排気に燃料を添加することで、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比を通常運転時よりも低下させ、所謂ＮＯｘ還元制御やＳＯｘ被毒回復制御を実施する。

特開２００８−２３１９２６号公報

ところで、内燃機関の排気通路内に配置される触媒として、排気通路の内壁面から離間する小型触媒を用いる場合がある。この場合には、添加剤を効率よく小型触媒に供給することが困難である。解決策として小型触媒に添加剤を添加する添加弁を近づけることも考えられるが、小型触媒に添加弁を近づけ過ぎると、添加弁周辺にススが堆積するおそれが生じる。

本発明は上記問題点に鑑みたものであり、本発明の目的は、内燃機関の排気通路構造において、添加弁周辺にススが堆積することを回避しつつ、添加弁から添加剤を効率よく小型触媒に供給する技術を提供することにある。

本発明にあっては、以下の構成を採用する。すなわち、本発明は、
内燃機関の排気通路内に、前記排気通路の内壁面から離間して配置される小型触媒と、
前記排気通路の外側に設けられ、前記排気通路内へ開口する添加弁通路と、
前記添加弁通路内に配置され、前記小型触媒に添加剤を添加する添加弁と、
前記小型触媒の排気流れ方向上流側に接続される、排気流れ方向に内部中空の管状部材と、
を備え、
前記添加弁通路内の前記添加弁から添加される添加剤の添加指向方向に最初に交わる前記管状部材の部分に、前記添加弁から添加される添加剤を前記管状部材内に導入させる添加剤導入部を設けることを特徴とする内燃機関の排気通路構造である。

本発明によると、添加弁通路内の添加弁から添加される添加剤を、管状部材の添加剤導入部を介して管状部材内に導入することができる。管状部材内では、添加剤が外に漏れ難く小型触媒の排気流れ方向上流端に案内される。これにより、添加剤を効率よく小型触媒に供給することができる。

一方、添加弁は排気通路の外側に設けられた添加弁通路内に設けられており、添加弁が小型触媒と離間している。これにより、小型触媒に添加弁を近づけ過ぎることに起因して添加弁周辺にススが堆積することを回避することができる。

前記小型触媒及び前記管状部材を前記排気通路内に保持する保持部材を備え、前記保持部材は、前記添加弁通路の開口と前記添加剤導入部とが対向する空間における前記添加弁通路の開口の排気流れ方向と直交する最大幅の領域を避けて配置されるとよい。また、前記小型触媒及び前記管状部材を前記排気通路内に保持する保持部材を備え、前記保持部材は、前記添加剤導入部よりも排気流れ方向下流側で前記管状部材又は前記小型触媒を固定するとよい。

本発明によると、添加剤導入部から添加弁通路側へ流通する排気を、保持部材によって添加弁通路へ案内してしまい添加弁通路へ流入させてしまうことを回避することができる。これにより、添加剤導入部から添加弁通路側へ流通する排気が添加弁通路へ流入することに起因して添加弁周辺にススが堆積することを回避することができる。

前記添加剤導入部の排気流れ方向上流側に、排気流れ方向下流側が排気流れ方向上流側よりも前記添加弁通路に接近する気流調整板を備えるとよい。

本発明によると、気流調整板によって添加剤導入部周辺から添加弁通路側の小型触媒と排気通路の内壁面との間へ流通する排気の流れを滑らかにすることができる。よって、小型触媒を配置することに起因する排気通路の排気圧力損失の上昇で生成される添加剤導入部から添加弁通路側へ流通する排気の流れを弱めることができ、当該排気を添加弁通路へ流入させてしまうことを抑制することができる。これにより、添加剤導入部から添加弁通路側へ流通する排気が添加弁通路へ流入することに起因して添加弁周辺にススが堆積することを抑制することができる。

前記添加剤導入部における排気流れ方向下流側端を、前記添加弁通路の開口における排気流れ方向下流側端に対して、前記添加剤導入部から前記添加弁通路側へ流通する排気を前記添加弁通路へ流入させない所定距離を隔てて排気流れ方向下流側に設定するとよい。

ここで、所定距離とは、添加剤導入部から添加弁通路側へ流通する排気を添加弁通路へ流入させないようにする距離であり、予め実験や検証等により求められる。

本発明によると、添加剤導入部から添加弁通路側へ流通する排気を添加弁通路へ流入させてしまうことを回避することができる。これにより、添加剤導入部から添加弁通路側へ流通する排気が添加弁通路へ流入することに起因して添加弁周辺にススが堆積することを回避することができる。

本発明によると、内燃機関の排気通路構造において、添加弁周辺にススが堆積することを回避しつつ、添加弁から添加剤を効率よく小型触媒に供給することができる。

実施例１に係る内燃機関及びその排気系の概略構成を示す図である。 実施例１に係る排気通路構造の概略構成を示す図である。 実施例１に係る管状部材を示す斜視図である。 燃料導入部から添加弁通路側へ流通する排気を添加弁通路へ流入させてしまう場合を示す図である。 実施例２の構成例１に係る排気流れ方向上流側から見た保持部材の概略構成を示す図である。 実施例２の構成例２に係る排気流れ方向上流側から見た保持部材の概略構成を示す図である。 実施例２の構成例３に係る保持部材の概略構成を示す図である。 実施例２の構成例４に係る排気流れ方向上流側から見た保持部材の概略構成を示す図である。 実施例２の構成例５に係る保持部材の概略構成を示す図である。 実施例２の構成例６に係る保持部材の概略構成を示す図である。 実施例２の構成例７に係る上方から見た保持部材の概略構成を示す図である。 実施例２の構成例７に係る排気流れ方向上流側から見た保持部材の概略構成を示す図である。 実施例３に係る排気通路構造の概略構成を示す図である。 実施例４に係る排気通路構造の概略構成を示す図である。

以下に本発明の具体的な実施例を説明する。

＜実施例１＞
図１は、本実施例に係る内燃機関の排気通路構造を適用する内燃機関及びその排気系の概略構成を示している。図２は、本実施例に係る排気通路構造の概略構成を示している。図１に示す内燃機関１は、４つの気筒を有する水冷式の４ストロークサイクル・ディーゼルエンジンである。内燃機関１は車両に搭載されている。なお、本実施例では、ディーゼルエンジンを例に挙げて説明するが、ガソリンエンジン等他のエンジンにも本発明を適用することができる。

内燃機関１には、排気通路２が接続されている。排気通路２内には、小型触媒３が配置されている。小型触媒３は、排気通路２の内壁面から離間している。すなわち、円柱状の小型触媒３の外周径が、排気通路２の内壁面の径よりも小さい。このため、小型触媒３と排気通路２の内壁面との間（小型触媒３の脇）を、排気が流通する。

小型触媒３は、酸化機能を有し当該小型触媒３に添加剤としての燃料等の還元剤が供給されることで排気を昇温したり排気を改質したりする。なお、小型触媒３は、上記作用の他の作用を奏するように添加剤が供給されるものであってもよい。このため、本実施例では還元剤である燃料を用いる例を挙げるが、本発明の添加剤としてはこれに限られるものではない。

小型触媒３よりも排気流れ方向上流側の排気通路２の外側には、排気通路２内へ開口する添加弁通路４が取り付けられている。添加弁通路４内には、小型触媒３に燃料を添加する燃料添加弁５が配置されている。燃料添加弁５から添加された燃料は、小型触媒３へ供給される。なお、添加弁通路４の内径は、燃料添加弁５から添加される燃料の添加指向方向を阻害しない大きさである。本実施例の燃料添加弁５が本発明の添加弁に相当する。

小型触媒３の排気流れ方向上流側には、排気流れ方向に内部中空の管状部材６が隣接して接続されている。管状部材６の外径は、小型触媒３の外径と同径である。管状部材６は、添加弁通路４内の燃料添加弁５から添加される燃料の添加指向方向を覆う領域に設けられる。

管状部材６は、図３に示すように、添加弁通路４内の燃料添加弁５から添加される燃料の添加指向方向に最初に交わる部分に、燃料導入部７を有する。燃料導入部７は、孔で形成されており、燃料添加弁５から添加される燃料を管状部材６内に導入させることができる。また、管状部材６は、図示下側である、添加弁通路４内の燃料添加弁５から添加される燃料の添加指向方向に最後に交わる部分で、燃料添加弁５から添加される燃料を受け止めるので、燃料を管状部材６内に留めることができる。管状部材６内では、燃料が外に漏
れ難く、燃料が小型触媒３の排気流れ方向上流端に案内される。これにより、燃料を効率よく小型触媒３に供給することができる。なお、燃料導入部７は、燃料添加弁５から添加される燃料の添加指向方向が変化することも考慮して、その範囲は添加指向方向よりも広いものであってもよい。本実施例の燃料導入部７が本発明の添加剤導入部に相当する。なお、燃料導入部７は、燃料添加弁５から添加される燃料を管状部材６内に導入させることができる形状であればよく、その形状は孔に限定されない。

排気通路２及び上記排気通路２に配置される機器が内燃機関１の排気系を構成している。

以上述べたように構成された内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニットであるＥＣＵ８が併設されている。このＥＣＵ８は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態を制御するユニットである。ＥＣＵ８には、アクセルペダルの踏み込み量に応じた電気信号を出力するアクセル開度センサ９、及び内燃機関１の機関回転数を検出するクランクポジションセンサ１０が電気配線を介して接続され、これら各種センサの出力信号がＥＣＵ８に入力される。一方、ＥＣＵ８には、燃料添加弁５が電気配線を介して接続されており、ＥＣＵ８により燃料添加弁５が制御され、添加燃料量や添加タイミング等が指示される。

以上説明した本実施例によると、添加弁通路４内の燃料添加弁５から添加される燃料を、管状部材６の燃料導入部７を介して管状部材６内に導入することができる。管状部材６内では、燃料が管状部材６の外に漏れ難く、燃料が小型触媒３の排気流れ方向上流端に案内される。これにより、燃料を効率よく小型触媒３に供給することができる。

一方、燃料添加弁５は排気通路２の外側に設けられた添加弁通路４内に設けられており、燃料添加弁５が小型触媒３と離間している。これにより、小型触媒３に燃料添加弁５を近づけ過ぎることに起因して燃料添加弁５周辺にススが堆積することを回避することができる。

したがって、本実施例によると、燃料添加弁５周辺にススが堆積することを回避しつつ、燃料添加弁５から燃料を効率よく小型触媒３に供給することができる。

＜実施例２＞
次に、実施例２を説明する。本実施例では、上記実施例で説明した小型触媒３及び管状部材６を排気通路２内に保持する保持部材について説明する。本実施例では、その特徴部分について説明し、上記実施例で説明したその他の部分については説明を省略する。

小型触媒３及び管状部材６は、排気通路２の内壁面から離間して配置されるため、排気通路２の内壁面と小型触媒３及び管状部材６とを離しつつ、小型触媒３及び管状部材６を保持する保持部材を備える必要がある。

しかし、図４に示すように、保持部材の配置位置によっては、図示矢印の燃料導入部７から添加弁通路４側へ流通する排気Ｃ１を、保持部材によって添加弁通路４へ案内してしまい添加弁通路４へ流入させてしまうおそれがある。そうなると、燃料導入部７から添加弁通路４側へ流通する排気が添加弁通路４へ流入することに起因して燃料添加弁５周辺にススが堆積するおそれが生じる。

そこで、本実施例では、図５及び図６に示すように、保持部材１１は、添加弁通路４の開口と燃料導入部７とが対向する排気通路２の空間における、添加弁通路４の開口の排気流れ方向と直交する最大幅の領域を避けて配置される。或いは、当該空間に保持部材１１
を配置する場合には、図７に示すように、保持部材１１は、燃料導入部７よりも排気流れ方向下流側で管状部材６を固定する。

図５の構成例１では、保持部材１１は、添加弁通路４の開口と燃料導入部７とが対向する小型触媒３の上部空間Ｓ１を避けて、小型触媒３の左右の側部空間に２つ配置される。保持部材１１は、板部材であり、排気の流れを変化させないように、板部材の平面を排気流れ方向と平行に配置され、排気流れ方向と平行に排気通路２の内壁面及び管状部材６と溶接される。

図６の構成例２では、保持部材１１は、添加弁通路４の開口と燃料導入部７とが対向する排気通路２の空間における、添加弁通路４の開口の排気流れ方向と直交する最大幅の領域Ｓ２を避けて、小型触媒３の左右の側部空間及び下部空間に３つ配置される。保持部材１１は、図５の構成例１と同様な板部材である。

図７の構成例３では、保持部材１１は、添加弁通路４の開口と燃料導入部７とが対向する小型触媒３の上部空間に配置されるが、燃料導入部７の排気流れ方向下流側端７ａよりも排気流れ方向下流側で管状部材６を固定する。保持部材１１の排気通路２の内壁面に取り付けられる位置は、管状部材６を固定した位置よりも排気流れ方向下流側である。なお、保持部材１１は、図５の構成例１と同様な板部材である。なお、図７に示すように保持部材１１が燃料導入部７よりも排気流れ方向下流側で管状部材６を固定する手法は、図５及び図６に示す保持部材１１の構造に併せて実施されてもよい。また、図７に示す保持部材１１は、管状部材６ではなく管状部材６よりも排気流れ方向下流側の小型触媒３を固定するものでもよい。さらに、図７に示す保持部材１１以外の保持部材をさらに備えていてもよい。

以上説明した本実施例によると、燃料導入部７から添加弁通路４側へ流通する排気を、保持部材１１によって添加弁通路４へ案内してしまい添加弁通路４へ流入させてしまうことを回避することができる。これにより、燃料導入部７から添加弁通路４側へ流通する排気が添加弁通路４へ流入することに起因して燃料添加弁５周辺にススが堆積することを回避することができる。

なおここで、保持部材１１の他の構造について説明する。

図８の構成例４では、保持部材１１が管状部材６と溶接できない場合に、板部材である保持部材１１の面圧等の張りで、３つの保持部材１１の中心に小型触媒３及び管状部材６を配置する。保持部材１１の配置位置等は、図６の構成例２と同様である。

図９の構成例５では、管状部材６に取り付けられた第１取付部１１ａと、排気通路２の内壁面に取り付けられた第２取付部１１ｂと、を備え、第１、第２取付部１１ａ，１１ｂの両者を溶接等で接続する。なお、図９の構成例５は、保持部材１１の配置位置が図７の構成例３と同様な場合を示しているが、保持部材１１の配置位置が図５の構成例１や図６の構成例２の場合に適用してもよい。

図１０の構成例６では、排気通路２が製造時に添加弁通路４側とその下流側とで、図示破線Ｄ１のように分割されており、この分割された排気通路２に、管状部材６に取り付けられた保持部材１１を挟み込んで固定する。なお、図１０の構成例６は、保持部材１１の配置位置が図７の構成例３と同様な場合を示しているが、保持部材１１の配置位置が図５の構成例１や図６の構成例２の場合に適用してもよい。

図１１及び図１２の構成例７では、保持部材１１は、上から見た図１１に示すように、
小型触媒３及び管状部材６の燃料導入部７を除いた排気流れ方向の長さを有し、図１２に示すように、添加弁通路４の開口と燃料導入部７とが対向する小型触媒３の上部空間における、添加弁通路４の開口の排気流れ方向と直交する最大幅の領域Ｓ２を避けて、小型触媒３の右上、右下、左上、左下に４つ配置される。保持部材１１は、板部材であり、排気の流れを変化させないように、板部材の平面を排気流れ方向と平行に配置される。また、保持部材１１は、排気通路２の内壁面及び管状部材６に接触する端部に設けられた溶接面積を有する溶接部１１ｃで、排気流れ方向と平行に排気通路２の内壁面及び管状部材６と溶接される。

以上のような構造の保持部材１１であってもよい。また、それ以外の他の構造の保持部材１１を用いてもよい。保持部材１１は、要は、小型触媒３及び管状部材６の脇を流れる排気を添加弁通路４側に曲げない構成であればよい。また、本実施例では、小型触媒３及び管状部材６の排気流れ上流側の保持位置に設けられる保持部材１１について説明したが、これと同様に小型触媒３の排気流れ下流側の保持位置にも保持部材１１が設けられる。

＜実施例３＞
次に、実施例３を説明する。本実施例では、上記実施例で説明した管状部材６に設けられる気流調整板について説明する。本実施例では、その特徴部分について説明し、上記実施例で説明したその他の部分については説明を省略する。

小型触媒３を配置することに起因する排気通路２の排気圧力損失の上昇で、乱流が生じて燃料導入部７から添加弁通路４側へ流通する排気の流れが生成されるおそれがある。そうなると、燃料導入部７から添加弁通路４側へ流通する排気が添加弁通路４へ流入することに起因して燃料添加弁５周辺にススが堆積するおそれが生じる。

そこで、本実施例では、図１３に示すように、管状部材６における燃料導入部７の排気流れ方向上流側に、排気流れ方向下流側が排気流れ方向上流側よりも添加弁通路４に接近する気流調整板１２を備える。気流調整板１２は、排気流れ方向上流側から排気流れ方向下流側が水平以上直角未満の予め実験や検証等で求められた角度θを有しており、気流調整板１２の排気流れ方向下流側端は、燃料導入部７の排気流れ方向下流側端よりも排気流れ方向上流側である。

本実施例によると、図１３の図示矢印のように、気流調整板１２によって燃料導入部７周辺から添加弁通路４側の小型触媒３と排気通路２の内壁面との間へ流通する排気Ｃ２の流れを滑らかにすることができる。すなわち、気流調整板１２によって、小型触媒３を配置することに起因する排気通路２の排気圧力損失の上昇での乱流が生じ難くなる。よって、小型触媒３を配置することに起因する排気通路２の排気圧力損失の上昇で生成される燃料導入部７から添加弁通路４側へ流通する排気（図４のＣ１に相当）の流れを弱めることができ、当該排気を添加弁通路４へ流入させてしまうことを抑制することができる。これにより、燃料導入部７から添加弁通路４側へ流通する排気が添加弁通路４へ流入することに起因して燃料添加弁５周辺にススが堆積することを抑制することができる。

なお、本実施例は、上記実施例とその特徴部分が異なるものであるので、上記実施例とどのように組み合わせてもよい。

＜実施例４＞
次に、実施例４を説明する。本実施例では、上記実施例で説明した小型触媒３及び管状部材６と添加弁通路４との配置位置の設定について説明する。本実施例では、その特徴部分について説明し、上記実施例で説明したその他の部分については説明を省略する。

実施例１の図２に示す構成であっても、図４に示すように、燃料導入部７から添加弁通路４側へ流通する排気Ｃ１を、添加弁通路４へ流入させてしまうおそれがある。そうなると、燃料導入部７から添加弁通路４側へ流通する排気が添加弁通路４へ流入することに起因して燃料添加弁５周辺にススが堆積するおそれが生じる。

そこで、本実施例では、図１４に示すように、燃料導入部７における排気流れ方向下流側端７ａを、添加弁通路４の開口における排気流れ方向下流側端４ａに対して、燃料導入部７から添加弁通路４側へ流通する排気を添加弁通路４へ流入させない所定距離Ｌ１を隔てて排気流れ方向下流側に設定する。

ここで、所定距離Ｌ１とは、燃料導入部７から添加弁通路４側へ流通する排気を添加弁通路４へ流入させないようにする距離であり、予め実験や検証等により求められる。

本実施例によると、所定距離Ｌ１が設定されていることにより、燃料導入部７から添加弁通路４側へ流通する排気を添加弁通路４へ流入させてしまうことを回避することができる。これにより、燃料導入部７から添加弁通路４側へ流通する排気が添加弁通路４へ流入することに起因して燃料添加弁５周辺にススが堆積することを回避することができる。

なお、本実施例は、上記実施例とその特徴部分が異なるものであるので、上記実施例とどのように組み合わせてもよい。

本発明に係る内燃機関の排気通路構造は、上述の実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更を加えてもよい。

１ 内燃機関
２ 排気通路
３ 小型触媒
４ 添加弁通路
４ａ 添加弁通路の排気流れ方向下流側端
５ 燃料添加弁
６ 管状部材
７ 燃料導入部
７ａ 燃料導入部の排気流れ方向下流側端
８ ＥＣＵ
９ アクセル開度センサ
１０ クランクポジションセンサ
１１ 保持部材
１１ａ 第１取付部
１１ｂ 第２取付部
１１ｃ 溶接部
１２ 気流調整板

Claims (2)

1. 内燃機関の排気通路内に、前記排気通路の内壁面から離間して配置される小型触媒と、
   前記排気通路の外側に設けられ、前記排気通路内へ開口する添加弁通路と、
   前記添加弁通路内に配置され、前記小型触媒に添加剤を添加する添加弁と、
   前記小型触媒の排気流れ方向上流側に接続される、排気流れ方向に内部中空の管状部材と、
   前記小型触媒及び前記管状部材を前記排気通路内に保持する保持部材と、
   を備え、
   前記添加弁通路内の前記添加弁から添加される添加剤の添加指向方向に最初に交わる前記管状部材の部分に、前記添加弁から添加される添加剤を前記管状部材内に導入させる添加剤導入部を設け、
   前記保持部材は、前記添加弁通路の開口と前記添加剤導入部とが対向する空間における前記添加弁通路の開口の排気流れ方向と直交する最大幅の領域を避けて配置され、
   前記保持部材は、前記添加剤導入部よりも排気流れ方向下流側で前記管状部材又は前記小型触媒を固定し、
   前記添加剤導入部の排気流れ方向上流側に、排気流れ方向下流側が排気流れ方向上流側よりも前記添加弁通路に接近する気流調整板を備えることを特徴とする内燃機関の排気通路構造。
2. 前記添加剤導入部における排気流れ方向下流側端を、前記添加弁通路の開口における排気流れ方向下流側端に対して、前記添加剤導入部から前記添加弁通路側へ流通する排気を前記添加弁通路へ流入させない所定距離を隔てて排気流れ方向下流側に設定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気通路構造。

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