JP5510480B2

JP5510480B2 - 内燃機関の排気浄化装置

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Publication number: JP5510480B2
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Inventors: 健一辻本; 三樹男井上
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Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。

ディーゼルエンジンやガソリンエンジンなどの内燃機関は、機関本体で燃料が燃焼され、汚染物を含む排気ガスが排出される。有害な汚染物としては、例えば、一酸化炭素（ＣＯ）、未燃炭化水素（ＨＣ）、窒素酸化物（ＮＯ_Ｘ）またはパティキュレート（ＰＭ）などを挙げることができる。

内燃機関には、排気を浄化するために排気処理装置が取り付けられる。排気処理装置には、一酸化炭素などを酸化するための酸化触媒、窒素酸化物を除去するためのＮＯ_Ｘ吸蔵触媒、パティキュレート（粒子状物質）を除去するためのパティキュレートフィルタ等が含まれる。排気処理装置には、それぞれの機能を発揮するための温度等の運転条件を有する。

特開２００６−１１２４０１号公報においては、エンジンの排気ガスを浄化するための触媒を早期に昇温するための触媒昇温装置が開示されている。この触媒昇温装置は、排気ガス流路内において触媒担体よりも上流側に、燃料を噴射する噴射口を有する添加弁と、燃料を着火させるための発熱部を備えた着火手段とを有している。添加弁および着火手段は、噴射口から噴射された燃料が発熱部に直接接触する位置に配設されることが開示されている。

特開２００６−１１２４０１号公報

内燃機関の排気浄化装置に配置される排気処理装置は、早期に昇温することが好ましい場合がある。例えば、酸化触媒においては、酸化反応を生じるための活性化温度があり、この活性化温度まで早期に昇温できることが好ましい。上記公報に開示の装置のように、酸化触媒の上流側に燃料を噴射して燃焼させることにより、酸化触媒を短時間に昇温することができる。

ここで、酸化触媒等の排気処理装置が配置される機関排気通路には、機関本体から流出される排気ガスが流れる。機関排気通路に噴射した燃料を着火して火炎を生成しようとする場合に、機関排気通路を流れる排気ガスの状態により機関排気通路内で着火できない場合がある。例えば、機関排気通路の所定の温度や所定の酸素濃度の条件下で、機関排気通路の排気ガスの流速が大きいと、機関排気通路内に噴射された燃料を着火することができない場合があった。さらに、着火して火炎が生成されても燃焼が不安定になる場合があった。機関排気通路に噴射された燃料が着火されなかったり燃焼が不安定であったりすると、多くの未燃燃料を含んだ排気ガスが大気中に排出されるという問題があった。

本発明は、機関排気通路で燃料を燃焼させる排気浄化装置において、着火性能および燃焼安定性に優れた内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様における内燃機関の排気浄化装置は、壁部を有し、機関排気通路の少なくとも一部を形成する排気管と、機関排気通路に配置され、排気ガスを浄化する排気処理装置と、機関排気通路において排気処理装置よりも上流側に配置され、機関排気通路内に燃料を噴射するための燃料供給手段と、機関排気通路の内部に配置されている発熱部を有し、燃料供給手段から噴射された燃料を着火するための着火手段とを備える。壁部は、排気管の内側または外側のいずれか一方に向かって突出する変形部を有し、変形部は、機関排気通路を上流側から見たときに発熱部の全体を隠す外形寸法を有する。この構成により、着火性能および燃焼安定性を向上させることができる。

上記発明において、変形部は、着火手段よりも上流側に着火手段から間隔を隔てて配置され、排気管の内側に突出する凸部を含み、凸部は、機関排気通路の一部を遮断することが好ましい。または、変形部は、排気管の外側に突出する凹部を含み、着火手段は、発熱部が凹部の内部に配置されていることが好ましい。

本発明の第２の態様における内燃機関の排気浄化装置は、機関排気通路に配置され、排気ガスを浄化する排気処理装置と、機関排気通路において排気処理装置よりも上流側に配置され、温度の上昇する発熱部を有する着火手段と、着火手段よりも上流側に配置され、発熱部に向けて燃料を噴射する燃料供給手段とを備え、燃料供給手段および着火手段は、発熱部に直接衝突することなく発熱部の側方を通過する燃料を、機関排気通路の壁部で反射して発熱部に向けるように配置されている。この構成により、着火性能および燃焼安定性を向上させることができる。

本発明の第３の態様における内燃機関の排気浄化装置は、機関排気通路に配置され、排気ガスを浄化する排気処理装置と、機関排気通路において排気処理装置よりも上流側に配置され、機関排気通路内に燃料を噴射するための燃料供給手段と、機関排気通路の内部に配置されている発熱部を有し、燃料供給手段から噴射された燃料を着火するための着火手段とを備え、機関排気通路の一部を遮断し、発熱部に衝突する排気ガスの流速を低減させる阻害部材を、着火手段よりも上流側に着火手段から間隔を隔てて配置する。この構成により、着火性能および燃焼安定性を向上させることができる。

上記発明において、阻害部材は、機関排気通路を上流側から見たときに発熱部の全体が隠れる外形寸法を有することが好ましい。この構成により、排気ガスの流れを効果的に阻害することができる。

本発明の第４の態様における内燃機関の排気浄化装置は、機関排気通路に配置され、排気ガスを浄化する排気処理装置と、機関排気通路において排気処理装置よりも上流側に配置され、温度の上昇する発熱部を有する着火手段と、着火手段よりも上流側に配置され、発熱部に向けて燃料を噴射する燃料供給手段とを備え、発熱部に直接衝突することなく発熱部の側方を通過する燃料を捕獲し、発熱部に向けて反射させる燃料反射板を、燃料の噴射方向にあたる機関排気通路内に配置する。この構成により、着火性能および燃焼安定性を向上させることができる。

上記発明においては、燃料反射板は、燃料を反射させる反射面を有し、反射面が発熱部に対向するように配置されていることが好ましい。この構成により、燃料を効果的に反射することができる。

本発明によれば、機関排気通路で燃料を燃焼させる排気浄化装置において、着火性能および燃焼安定性に優れた内燃機関の排気浄化装置を提供することができる。

圧縮着火式の内燃機関の全体図である。実施の形態１における第１の排気浄化装置の排気管の部分の概略断面図である。燃料供給弁から供給される燃料の着火領域を示すグラフである。実施の形態１における第１の排気浄化装置の燃料供給弁、グロープラグおよび板状部材の概略斜視図である。実施の形態１における第２の排気浄化装置の燃料供給弁、グロープラグおよび板状部材の概略斜視図である。実施の形態１における第２の排気浄化装置のグロープラグおよび板状部材の概略正面図である。実施の形態１における第３の排気浄化装置の燃料供給弁、グロープラグおよび板状部材の概略斜視図である。実施の形態１における第３の排気浄化装置のグロープラグおよび板状部材の概略正面図である。実施の形態１における第４の排気浄化装置の燃料供給弁、グロープラグおよび板状部材の概略斜視図である。実施の形態１における第５の排気浄化装置の排気管の部分の概略断面図である。実施の形態２における第１の排気浄化装置の排気管の部分の概略断面図である。実施の形態２における第１の排気浄化装置のグロープラグと板状部材の概略斜視図である。実施の形態２における第１の排気浄化装置のグロープラグと板状部材の概略正面図である。実施の形態２における第２の排気浄化装置の排気管の部分の概略断面図である。実施の形態２における第３の排気浄化装置の排気管の部分の概略断面図である。実施の形態２における第４の排気浄化装置の排気管の部分の概略断面図である。実施の形態３における排気浄化装置の排気管の部分の概略断面図である。実施の形態３における排気浄化装置の燃料供給弁、グロープラグおよび板状部材の概略斜視図である。

（実施の形態１）
図１から図１０を参照して、実施の形態１における内燃機関の排気浄化装置について説明する。

図１に、本実施の形態における圧縮着火式の内燃機関の全体図を示す。この内燃機関には、本実施の形態における第１の排気浄化装置が配置されている。本実施の形態においては、ディーゼルエンジンを例に取り上げて説明する。内燃機関は、機関本体１を備える。機関本体１は、各気筒の燃焼室２と、各燃焼室２内に夫々燃料を噴射するための電子制御式の燃料噴射弁３と、吸気マニホールド４と、排気マニホールド５とを含む。

吸気マニホールド４は、吸気ダクト６を介して排気ターボチャージャ７のコンプレッサ７ａの出口に連結されている。コンプレッサ７ａの入口は、吸入空気量検出器８を介してエアクリーナ９に連結されている。吸気ダクト６内にはステップモータにより駆動されるスロットル弁１０が配置され、更に吸気ダクト６の周りには吸気ダクト６内を流れる吸入空気を冷却するための冷却装置１１が配置されている。図１に示される実施例では機関冷却水が冷却装置１１内に導かれ、機関冷却水によって吸入空気が冷却される。

一方、排気マニホールド５は、排気ターボチャージャ７の排気タービン７ｂの入口に連結されている。排気タービン７ｂの出口は、排気管１２を介して排気浄化触媒としての酸化触媒１３に連結されている。酸化触媒１３下流の機関排気通路内には排気ガス中のパティキュレートを捕集するためのパティキュレートフィルタ１６が配置されている。また、図１に示される実施例では、パティキュレートフィルタ１６の下流の機関排気通路内に、ＮＯ_Ｘ吸蔵触媒１７が配置されている。これらの酸化触媒１３、パティキュレートフィルタ１６およびＮＯ_Ｘ吸蔵触媒１７は、排気を浄化する機能を有する排気処理装置として機能する。

酸化触媒１３の上流の機関排気通路内には、即ち排気管１２内には、排気管１２内に燃料を供給するための燃料供給手段として、燃料供給弁１５が配置されている。燃料供給弁１５は、燃料を供給したり停止したりする燃料供給作用を有するように形成されている。燃料供給弁１５と酸化触媒１３との間には、グロープラグ５１が配置されている。グロープラグ５１は、周りを加熱したり停止したりすることができるように形成されている。グロープラグ５１は、燃料供給弁１５から噴射される燃料を着火する着火手段として機能する。

排気マニホールド５と吸気マニホールド４との間には、排気ガス再循環（ＥＧＲ）を行うためにＥＧＲ通路１８が配置されている。ＥＧＲ通路１８内には電子制御式のＥＧＲ制御弁１９が配置されている。また、ＥＧＲ通路１８の周りにはＥＧＲ通路１８内を流れるＥＧＲガスを冷却するための冷却装置２０が配置されている。図１に示される実施例では機関冷却水が冷却装置２０内に導かれ、機関冷却水によってＥＧＲガスが冷却される。

それぞれの燃料噴射弁３は、燃料供給管２１を介してコモンレール２２に連結されている。このコモンレール２２は、電子制御式の吐出量可変な燃料ポンプ２３を介して燃料タンク２４に連結されている。燃料タンク２４内に貯蔵されている燃料は、燃料ポンプ２３によってコモンレール２２内に供給される。コモンレール２２内に供給された燃料は、それぞれの燃料供給管２１を介して燃料噴射弁３に供給される。

電子制御ユニット３０は、デジタルコンピュータからなる。本実施の形態における電子制御ユニット３０は、排気浄化装置の制御手段として機能する。電子制御ユニット３０は、双方性バス３１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３４、入力ポート３５および出力ポート３６を備える。

パティキュレートフィルタ１６の下流には、酸化触媒１３又はパティキュレートフィルタ１６の温度を検出するための温度センサ２６が配置されている。ＮＯ_Ｘ吸蔵触媒１７の下流にはＮＯ_Ｘ吸蔵触媒１７の温度を検出するための温度センサ２７が配置されている。これら温度センサ２６，２７の出力信号は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。

また、パティキュレートフィルタ１６には、パティキュレートフィルタ１６の前後差圧を検出するための差圧センサ２８が取付けられている。この差圧センサ２８および吸入空気量検出器８の出力信号は、夫々対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。アクセルペダル４０には、アクセルペダル４０の踏込み量Ｌに比例した出力電圧を発生する負荷センサ４１が接続されている。負荷センサ４１の出力電圧は、対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。更に入力ポート３５にはクランクシャフトが例えば１５°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ４２が接続されている。一方、出力ポート３６は、対応する駆動回路３８を介して燃料噴射弁３、スロットル弁１０の駆動用ステップモータ、ＥＧＲ制御弁１９および燃料ポンプ２３に接続されている。さらに、出力ポート３６は、対応する駆動回路３８を介して燃料供給弁１５およびグロープラグ５１に接続されている。本実施の形態における燃料供給弁１５およびグロープラグ５１は、電子制御ユニット３０により制御されている。

図２に、本実施の形態の第１の排気浄化装置の燃料供給弁およびグロープラグが配置されている排気管の概略断面図を示す。排気管１２は、筒状に形成されている。本実施の形態における排気管１２は、直線状に形成されている。燃料供給弁１５は、酸化触媒１３およびグロープラグ５１の上流側に配置されている。グロープラグ５１は、燃料供給弁１５と酸化触媒１３との間に配置されている。

本実施の形態における燃料供給弁１５は、燃料を放射状に噴射する様に噴射口が形成されている。燃料は、下流に向かうほど広がるように噴射される。本実施の形態における排気浄化装置は、機関本体１の燃料である軽油が燃料供給弁１５から噴射されるように形成されている。燃料については、この形態に限られず機関本体の燃料とは異なる燃料が供給されていても構わない。

グロープラグ５１は、燃料供給弁１５から供給される燃料を加熱するように配置されている。グロープラグ５１は、温度が上昇する発熱部５１ａを有する。この装置例における発熱部５１ａは、グロープラグ５１の先端に形成されている。発熱部は、燃料を着火できる温度まで発熱する部分である。図２に示す例においては、グロープラグ５１の先端の径が小さくなる部分が発熱部５１ａである。発熱部５１ａの全体が排気管１２の内部に配置されている。なお、発熱部は、着火手段の先端に配置されていなくても構わない。

燃料供給弁１５は、発熱部５１ａに向けて燃料を噴射するように形成されている。燃料供給弁１５の噴射口は、グロープラグ５１の発熱部５１ａに向いている。グロープラグ５１は、発熱部５１ａが燃料供給弁１５から噴射される燃料と接触する位置に配置されている。

本実施の形態におけるグロープラグ５１および燃料供給弁１５は、それぞれが棒状に形成されている。グロープラグ５１および燃料供給弁１５は、排気管１２の周方向のうち、一の方向から排気管１２に挿入されている。なお、グロープラグ５１および燃料供給弁１５は、任意の形状のものを採用することができる。また、グロープラグ５１および燃料供給弁１５のそれぞれは、排気管１２の周方向のうち任意の方向に配置されていても構わない。

酸化触媒１３は、排気浄化を行うための酸化能力を有する触媒である。酸化触媒１３は、例えば、円筒形状のケース本体の内部に排気ガスの流れ方向に伸びる隔壁を有する基体を備える。基体は、例えばハニカム構造に形成されている。基体の表面には、例えば多孔質酸化物粉末よりなるコート層が形成され、このコート層に白金Ｐｔ等の貴金属触媒が担持されている。

本実施の形態における内燃機関の排気浄化装置は、燃料供給弁１５から噴射された燃料をグロープラグ５１により加熱して、火炎を生成することができる。ここで、排気管１２の内部の雰囲気に依存して、火炎の生成が可能な場合と生成不可能な場合とが生じる。すなわち、機関本体から排出される排気ガスの状態に応じて、燃料の着火が可能な運転領域と着火が不可能な運転領域とが存在する。火炎を生成できるか否かについては、例えば、排気ガスの酸素濃度および排気ガスの流量に依存する。

図３に、燃料供給弁から噴射された燃料が着火する範囲を説明するグラフを示す。横軸が排気ガスの酸素濃度であり、縦軸が排気ガスの流量である。排気ガスの酸素濃度については、着火可能な濃度以上になると着火を行うことができる。また、排気ガスの酸素濃度が高いほど容易に着火する。排気ガスの流量については、流量が小さいほど容易に着火できる。これに対して、排気ガスの流量が大きいと着火が不安定になる。または、燃料の燃焼が不安定になる。図３に示すように、着火が可能な領域が画定される。また、着火が可能な領域のうち着火が容易な領域が区分される。

図４に、本実施の形態における第１の排気浄化装置の燃料供給弁、グロープラグおよび板状部材の概略斜視図を示す。図２および図４を参照して、本実施の形態における排気浄化装置は、燃料供給弁１５から噴射された燃料のうち、発熱部５１ａに直接衝突することなく発熱部５１ａの側方を通過する燃料を捕獲し、発熱部５１ａに向けて燃料を反射させる板状部材５２を備える。板状部材５２は、燃料の進行方向を変える燃料反射板として機能する。板状部材５２は、燃料供給弁１５からの燃料の噴射方向にあたる排気管１２の内部に配置されている。すなわち、板状部材５２は、排気管１２の内部において、噴射された燃料が衝突する位置に配置されている。

板状部材５２は、平板状に形成されている。板状部材５２は、燃料を反射させる反射面５２ａを有する。本実施の形態においては、板状部材５２の主面が反射面５２ａである。板状部材５２は、反射面５２ａが発熱部５１ａと対向するように配置されている。板状部材５２は、発熱部５１ａと排気管１２の壁部との間に配置されている。板状部材５２は、反射面５２ａが矢印９０に示す排気ガスの流れ方向と略平行になるように配置されている。グロープラグ５１は、排気管１２の周方向のうち一の方向から挿入され、板状部材５２は、反射面５２ａがこの一の方向とほぼ垂直になるように配置されている。なお、板状部材５２は、平面形状が四角形に形成されているが、この形態に限られず、任意の平面形状を採用することができる。

図４を参照して、本実施の形態における排気浄化装置は、板状部材５２を支持する支持部材５９を含む。支持部材５９は、排気管１２に固定されている。板状部材５２の支持については、この形態に限られず、任意の構成により排気管に支持することができる。たとえば、板状部材の一部分が延長して、この延長部分が排気管に固定されていても構わない。

図１、図２および図４を参照して、内燃機関が駆動すると機関本体１から排気ガスが機関排気通路に向けて排出される。排気ガスは、矢印９０に示すように、排気管１２の延びる方向に沿って流れる。本実施の形態においては、排気管１２の内部で排気ガスが直線的に流れる。

燃料供給弁１５から噴射された燃料は、一部が直接にグロープラグ５１の発熱部５１ａに向かって発熱部５１ａに衝突する。燃料の他の部分は、発熱部５１ａに向かう方向から逸れて、発熱部５１ａの側方に向かう。本実施の形態においては、矢印９１に示すように、発熱部５１ａの側方を通過する燃料を板状部材５２にて捕獲し、発熱部５１ａに向けて反射することができる。特に、排気ガスの流れ方向における発熱部５１ａの側方に到達する燃料を反射して、発熱部５１ａに向けることができる。即ち、発熱部５１ａの上流側を通過する燃料を反射して、発熱部５１ａに向けることができる。このため、発熱部５１ａに多くの燃料を集めることができて、燃料の着火性能を向上させることができる。より広い温度範囲、より広い排気ガスの流速範囲またはより広い排気ガスの酸素濃度範囲で燃料を着火することができる。また、着火した燃料の燃焼を安定させることができる。すなわち、燃焼中に消火してしまうことを抑制することができる。

板状部材５２は、反射面５２ａが発熱部５１ａに対向するように形成されている。この構成により、多くの燃料を反射することができる。また、板状部材５２は、排気ガスの流れ方向に対して略平行になるように配置されている。この構成により、排気管１２の内部に板状部材５２を配置したときに、排気ガスの流路断面積が小さくなることを抑制することができる。板状部材の配置としては、この形態に限られず、たとえば排気ガスの流れ方向に対して傾斜するように配置されていても構わない。また、板状部材に排気ガスを流通させる貫通穴が形成されていても構わない。

本実施の形態における排気浄化装置は、広い運転範囲で安定した燃焼を行うことができて、グロープラグの下流に配置されている排気処理装置を素早く昇温することができる。図２に示す装置例のように、排気処理装置が酸化触媒１３の場合には、酸化触媒１３を速やかに昇温させることができる。酸化触媒が活性温度未満の場合には、速やかに活性温度以上にすることができて排気ガスの処理を行なうことができる。また、酸化触媒は、活性化温度以上の場合にも温度が高くなるにしたがって酸化能力が向上する。このため、酸化触媒が酸化活性化温度以上の場合に、火炎を生成して速やかに昇温することにより、短時間で酸化触媒の処理能力を向上させることができる。または、グロープラグの下流に配置されている酸化触媒が未活性状態の場合に、未燃燃料が大気中に放出されることを抑制することができる。

グロープラグの下流に配置されている排気処理装置がパティキュレートフィルタの場合には、蓄積するパティキュレートを燃焼させるために短時間で昇温することができる。排気処理装置がＮＯ_Ｘ吸蔵触媒の場合には、ＮＯ_Ｘと共に蓄積するＳＯ_Ｘを放出するために短時間で昇温することができる。図１の装置例のように、パティキュレートフィルタ１６またはＮＯ_Ｘ吸蔵触媒１７の上流に酸化触媒１３が配置されている場合には、酸化触媒１３の温度を上昇させて排気ガスを高温にすることができて、この排気ガスによりパティキュレートフィルタ１６またはＮＯ_Ｘ吸蔵触媒１７を昇温することができる。さらに、グロープラグの下流に還元剤が必要な排気処理装置が配置されている場合には、燃焼安定性が向上することにより、軽質な未燃炭化水素等の還元剤を排気処理装置に供給することができる。

本実施の形態における燃料供給弁は、間欠的に燃料を噴射するように制御されている。燃料を間欠的に噴射することにより、供給される燃料同士の間に空気を介在させることができる。すなわち、間欠的に供給された燃料が多くの空気と接触して燃焼する。この結果、燃焼特性が向上して火炎の温度を高くすることができる。または、未燃燃料を燃焼することができる。燃料供給弁からの燃料の供給は、この形態に限られず、連続的に燃料を噴射するように制御されていても構わない。

図５に、本実施の形態における第２の排気浄化装置の燃料供給弁、グロープラグおよび板状部材の概略斜視図を示す。図６に、本実施の形態における第２の排気浄化装置のグロープラグおよび板状部材の概略正面図を示す。第２の排気浄化装置は、板状部材５３を備える。板状部材５３は、湾曲した形状を有する。板状部材５３は、凹んだ形状を有し、内側に反射面５３ａを有する。反射面５３ａは、発熱部５１ａに対向している。板状部材５３は、反射面５３ａが排気ガスの流れ方向に対して略平行になるように配置されている。湾曲した形状としては、たとえば、断面形状が放物線状や円弧状に形成することができる。

板状部材５３が湾曲していることにより、矢印９２に示すように、発熱部５１ａから逸れる燃料を、発熱部５１ａに向かうように反射することができる。このため、多くの燃料を発熱部５１ａに集めることができる。特に、排気ガスの流れ方向に垂直な方向における発熱部５１ａの側方に到達する燃料を発熱部５１ａに集めることができる。

図７に、本実施の形態における第３の排気浄化装置の燃料供給弁、グロープラグおよび板状部材の概略斜視図を示す。図８に、本実施の形態における第３の排気浄化装置のグロープラグおよび板状部材の概略正面図を示す。第３の排気浄化装置は、板状部材５４を備える。

板状部材５４は、平板状に形成されている。板状部材５４は、反射面５４ａが、排気ガスの流れ方向とほぼ平行になるように配置されている。また、板状部材５４は、反射面５４ａが、グロープラグ５１の挿入されている方向とほぼ平行になるように配置されている。板状部材５４は、グロープラグ５１を挟むようにグロープラグ５１の両側に配置されている。反射面５４ａは、発熱部５１ａに対向している。

図８を参照して、板状部材５４を配置することになり、矢印９３に示すように、発熱部５１ａの側方を通過する燃料を、板状部材５４の反射面５４ａで反射させて発熱部５１ａに向けることができる。このため、多くの燃料を発熱部５１ａに集めることができる。特に、排気ガスの流れ方向に垂直な方向における発熱部５１ａの側方に到達する燃料を発熱部５１ａに集めることができる。

図９に、本実施の形態における第４の排気浄化装置の燃料供給弁、グロープラグおよび板状部材の概略斜視図を示す。第４の排気浄化装置は、板状部材５５を備える。板状部材５５は、断面形状がＵ字形に形成されている。板状部材５５は、平板部５５ａと湾曲部５５ｂとを有する。板状部材５５は、本実施の形態における第２の排気浄化装置の板状部材５３と第３の排気浄化装置の板状部材５４とを組み合わせた形状を有する。板状部材５５を採用することにより、排気ガスの流れ方向における発熱部５１ａの側方を通過する燃料と、排気ガスの流れ方向に垂直な方向における発熱部５１ａの側方を通過する燃料とを反射して発熱部５１ａに集めることができる。

燃料反射板としては、上記の形態に限られず、発熱部の側方を通過する燃料を反射して発熱部に向けるように形成されていれば構わない。また、本実施の形態においては、発熱部の側方を通過する燃料のうち一部の燃料を反射しているが、この形態に限られず、発熱部の側方を通過する全ての燃料を反射して発熱部に向けるように形成されていても構わない。

次に、図１０を参照して、本実施の形態における第５の排気浄化装置について説明する。図１０は、第５の排気浄化装置の燃料供給弁およびグロープラグが配置されている排気管の概略断面図である。燃料供給弁１５およびグロープラグ５１は、排気管１２の周方向のうち、一の方向から挿入されている。すなわち、燃料供給弁１５およびグロープラグ５１は、排気管１２の周方向のうち同じ方向に配置されている。

第５の排気浄化装置は、燃料供給弁１５から噴射された燃料のうち、発熱部５１ａに直接衝突することなく発熱部５１ａの側方を通過する燃料を、排気管１２の壁部で反射して発熱部５１ａに向けるように形成されている。この装置例においては、燃料の一部が排気管１２の壁部で反射して発熱部５１ａに向かうように、グロープラグ５１と燃料供給弁１５とを離して配置している。

燃料供給弁１５から噴射された燃料の一部は、矢印９４に示すように、排気管１２の壁部で反射して発熱部５１ａに向かって進行する。この結果、発熱部５１ａの周りに多くの燃料を集めることができて、着火性能および燃焼安定性が向上する。

グロープラグ５１および燃料供給弁１５の配置については、燃料が排気管１２の壁部で反射して発熱部５１ａに向かうように配置されていれば構わない。たとえば、グロープラグ５１が挿入されている方向と反対側の壁部近傍まで発熱部５１ａを挿入して、排気管１２の壁部で反射する燃料が発熱部５１ａに向かうように配置されていても構わない。

本実施の形態における燃料供給弁は、噴射口がグロープラグの発熱部に向くように形成されているが、燃料供給弁の噴射口は、グロープラグの発熱部と異なる方向に向くように形成することができる。例えば、燃料供給弁の噴射口を、対向する機関排気通路の壁部に向くように形成することができる。

本実施の形態においては、燃料供給手段として燃料を噴射する燃料供給弁が採用されているが、この形態に限られず、燃料供給手段は、機関排気通路の内部に燃料を供給できるように形成されていれば構わない。

本実施の形態においては、着火手段としてグロープラグが採用されているが、この形態に限られず、供給される燃料を着火することが出来る任意の装置を採用することができる。例えば、着火手段として、点火プラグまたはセラミックヒーターなどが採用されていても構わない。

本実施の形態における排気処理装置としては、酸化触媒、ＮＯ_Ｘ吸蔵触媒およびパティキュレートフィルタを例に取り上げて説明したが、この形態に限られず、排気を浄化するための任意の装置に本発明を適用することができる。また、それぞれの排気処理装置を単独または複数組み合わせて配置しても構わない。

本実施の形態においては、内燃機関としてディーゼルエンジンを例に取り上げて説明したが、この形態に限られず、任意の内燃機関の排気浄化装置に本発明を適用することができる。

（実施の形態２）
図１１から図１６を参照して、実施の形態２における内燃機関の排気浄化装置について説明する。

図１１は、本実施の形態における第１の排気浄化装置の排気管の部分の概略断面図である。本実施の形態における第１の排気浄化装置は、グロープラグ５１の上流側にグロープラグ５１から間隔を隔てて配置されている阻害部材を備える。

第１の排気浄化装置においては、排気管１２の内部に阻害部材として、板状部材５６が配置されている。板状部材５６は平板状に形成されている。板状部材５６は、機関排気通路の断面の一部に配置されている。板状部材５６は、機関排気通路の一部を遮断している。板状部材５６の周りには、排気流路が形成されている。板状部材５６は、燃料供給弁１５とグロープラグ５１との間に配置されている。グロープラグ５１は、発熱部５１ａの全体が排気管１２の内部に配置されている。なお、グロープラグは、発熱部の一部が排気管の内部に配置されていても構わない。

図１２に、本実施の形態における第１の排気浄化装置のグロープラグと板状部材の概略斜視図を示す。図１３に、機関排気通路を上流側から見たときのグロープラグと板状部材の概略正面図を示す。板状部材５６は、支持部材５９により排気管１２に支持されている。

板状部材５６は排気ガスの流れを阻害する阻害面５６ａを有する。板状部材５６は、阻害面５６ａが矢印９０に示す排気ガスの流れ方向に対して、ほぼ垂直になるように配置されている。板状部材５６は、グロープラグ５１の発熱部５１ａの排気ガスの流れを阻害するようにグロープラグ５１に近接している。また、板状部材５６は、噴射された燃料が燃焼するときに排気ガスから空気を取り込むことができるように、グロープラグ５１から離れて配置されている。

図１３を参照して、板状部材５６は、板状部材５６をグロープラグ５１の発熱部５１ａに向かって投影したときに、発熱部５１ａの全体が投影領域の内部に含まれるように配置されている。すなわち、板状部材５６は、機関排気通路の上流側から見たときに、発熱部５１ａの全体が板状部材５６に隠れる外形寸法を有する。

グロープラグ５１の発熱部５１ａの上流側に、阻害部材としての板状部材５６を配置することにより、発熱部５１ａに衝突する排気ガスの流れを阻害することができる。排気ガスが発熱部５１ａに衝突する時の速度を低下させることができる。このため、発熱部５１ａが排気ガスにより冷却されることを抑制することができて、発熱部５１ａの温度を高くすることができる。この結果、グロープラグ５１の発熱部５１ａにおける着火性能を向上させることができる。または、火炎を生成したときの燃焼安定性を向上させることができる。

また、阻害面５６ａが排気ガスの流れに対して略垂直になるように板状部材５６が配置されていることにより、効果的に排気ガスの流れを妨げることができる。板状部材は、この配置に限られず、たとえば、阻害面が排気ガスの流れに対して傾斜するように配置されていても構わない。

図１４は、本実施の形態における第２の排気浄化装置の排気管の部分の概略断面図である。第２の排気浄化装置は、阻害部材としての板状部材５８がグロープラグ５１および燃料供給弁１５の上流側に配置されている。板状部材５８は、発熱部５１ａに衝突する排気ガスの流速を低減する外形寸法を有する。このように、阻害部材は、燃料供給弁の上流側に配置されていても構わない。

本実施の形態における阻害部材は、平板状に形成されているが、この形態に限られず、例えば、湾曲するように形成されていても構わない。また、本実施の形態における板状部材は、平面形状が四角形に形成されているが、この形態に限られず、任意の形状を有する板状部材を採用することができる。または、阻害部材は板状に限られず、塊状に形成されていても構わない。阻害部材としては、着火手段の発熱部に衝突する排気ガスの流速を低減できるように形成されていれば構わない。

また、本実施の形態における板状部材は、支持部材を介して排気管に支持されているが、この形態に限られず、任意の構成により板状部材を支持することができる。たとえば板状部材が排気管の壁部に向かって延びて排気管に直接的に固定されていても構わない。

図１５に、本実施の形態における第３の排気浄化装置の概略断面図を示す。図１５は、第３の排気浄化装置の排気管の部分の概略断面図である。第３の排気浄化装置において、機関排気通路を構成する排気管１２は、壁部が変形した変形部を有する。変形部は、排気管１２の径方向に突出するように形成されている。第３の排気浄化装置において、排気管１２の壁部は、変形部としての凹部１２ａを有する。凹部１２ａは、排気管１２の壁部が外側に突出することにより形成されている。

凹部１２ａは、排気管１２の周方向のうちグロープラグ５１が配置されている方向と反対側に形成されている。グロープラグ５１は、発熱部５１ａの全体が凹部１２ａの内部に配置されている。グロープラグ５１は、燃料供給弁１５よりも下流に配置されている。グロープラグ５１は、排気管１２の周方向のうち、燃料供給弁１５が配置されている方向と反対側から排気管１２に挿入されている。このため、グロープラグ５１の発熱部５１ａに向かって、燃料供給弁１５から燃料を噴射することができる。

第３の排気浄化装置においては、排気管１２を上流側から見たときに、発熱部５１ａが凹部１２ａの内部に隠れる様に形成されている。凹部１２ａは、発熱部５１ａの全体が隠れる外形寸法を有する。凹部１２ａの内部に発熱部５１ａが配置されていることにより、排気ガスが発熱部５１ａに衝突するときの衝突速度を低下させることができる。この結果、着火性能および燃焼安定性を向上させることができる。

図１６に、本実施の形態における第４の排気浄化装置の概略断面図を示す。図１６は、第４の排気浄化装置の排気管の部分の概略断面図である。第４の排気浄化装置においては、排気管１２に変形部として凸部１２ｂが形成されている。凸部１２ｂは、排気管１２の壁部が内側に突出することにより形成されている。凸部１２ｂは、グロープラグ５１の上流側にグロープラグ５１から間隔を隔てて配置されている。グロープラグ５１は、燃料供給弁１５よりも下流に配置されている。グロープラグ５１は、排気管１２の周方向のうち、燃料供給弁１５が配置されている方向に対して反対側に配置されている。

凸部１２ｂは、上流側から見たときに、グロープラグ５１の発熱部５１ａの全体を隠す外形寸法を有する。凸部１２ｂは、矢印９０に示す排気ガスの流れを妨げて、発熱部５１ａに衝突する排気ガスの衝突速度を低下させるようにグロープラグ５１に近接している。また、凸部１２ｂは、燃料が燃焼するときに排気ガスに含まれる酸素を取り込めるように、発熱部５１ａから離れて配置されている。

第４の排気浄化装置においては、排気管１２の壁部が変形部としての凸部１２ｂを有することにより、グロープラグ５１の発熱部５１ａに衝突する排気ガスの衝突速度を低下させることができる。この結果、着火性能および燃焼安定性を向上させることができる。

本実施の形態における排気管の変形部は、排気管の周方向のうち燃料供給弁が配置されている方向と反対側に形成されているが、この形態に限られず、たとえば排気管の周方向のうち、燃料供給弁が配置されている方向と同じ方向にグロープラグが配置され、更に変形部が形成されていても構わない。

その他の構成等については、実施の形態１と同様であるので、ここでは説明を繰り返さない。

（実施の形態３）
図１７および図１８を参照して、実施の形態３における内燃機関の排気浄化装置について説明する。

図１７は、本実施の形態における排気浄化装置の排気管の部分の概略断面図である。図１８は、本実施の形態における燃料供給弁、グロープラグおよび板状部材の概略斜視図である。本実施の形態おける排気浄化装置は、板状部材５７を備える。板状部材５７は、断面形状がＬ字状に形成されている。板状部材５７は、平板部５７ａおよび平板部５７ｂを有する。板状部材５７は、平板部５７ａと平板部５７ｂとが略垂直になるように形成されている。

燃料供給弁１５およびグロープラグ５１は、板状部材５７および排気管１２で囲まれる領域に配置されている。平板部５７ａは、グロープラグ５１が配置されている位置よりも上流側に配置されている。平板部５７ａは、排気ガスの流れを阻害する阻害面を有する。平板部５７ａは、この阻害面が矢印９０に示す排気ガスの流れ方向に対して略垂直になるように配置されている。平板部５７ａは、排気管１２に固定されている。平板部５７ｂは、燃料を反射させる反射面を有し、この反射面が矢印９０に示す排気ガスの流れ方向に対して略平行になるように配置されている。

本実施の形態の排気浄化装置は、板状部材５７の平板部５７ａ，５７ｂにより、発熱部５１ａの側方を通過する燃料を反射させて発熱部５１ａに向けることができる。板状部材５７の平板部５７ｂで一度燃料を反射させてグロープラグ５１の発熱部５１ａに向けることができる。また、矢印９５に示すように、燃料を平板部５７ａで反射させた後に平板部５７ｂで反射させて、発熱部５１ａに燃料を集めることができる。すなわち、平板部５７ａは、排気ガスの流れを阻害する機能に加えて、燃料を反射させる機能も有する。このように、板状部材５７は、燃料の一部を反射して発熱部に向ける燃料反射板として機能する。この結果、燃料の着火性能を向上させ、さらに、燃焼安定性を向上させることができる。

また、平板部５７ａは、排気管１２を上流側から見たときにグロープラグ５１の発熱部５１ａの全体を隠す外形寸法を有する。板状部材５７は、排気ガスの流れを阻害する阻害部材として機能する。板状部材５７は、発熱部５１ａに衝突する排気ガスの衝突速度を低減させることができる。この結果、燃料の着火性能を向上させ、さらに、燃焼安定性を向上させることができる。

その他の構成、作用および効果については、実施の形態１または実施の形態２と同様であるので、ここでは説明を繰り返さない。

上記のそれぞれの実施の形態は、組み合わせることができる。上述のそれぞれの図において、同一または相当する部分には同一の符号を付している。なお、上記の実施の形態は例示であり発明を限定するものではない。また、実施の形態においては、特許請求の範囲に含まれる範囲での変更が意図されている。

１２排気管
１２ａ凹部
１２ｂ凸部
１３酸化触媒
１５燃料供給弁
１６パティキュレートフィルタ
１７ＮＯ_Ｘ吸蔵触媒
２６温度センサ
２７温度センサ
２８差圧センサ
３０電子制御ユニット
５１グロープラグ
５１ａ発熱部
５２〜５８板状部材
５２ａ反射面
５３ａ反射面
５４ａ反射面
５５ａ平板部
５５ｂ湾曲部
５６ａ阻害面
５７ａ，５７ｂ平板部
５９支持部材

Claims

壁部を有し、機関排気通路の少なくとも一部を形成する排気管と、
前記機関排気通路に配置され、排気ガスを浄化する排気処理装置と、
前記機関排気通路において前記排気処理装置よりも上流側に配置され、前記機関排気通路内に燃料を噴射するための燃料供給手段と、
前記機関排気通路の内部に配置されている発熱部を有し、前記燃料供給手段から噴射された燃料を着火するための着火手段とを備え、
前記壁部は、前記排気管の内側に向かって突出する変形部を有し、
前記変形部は、前記機関排気通路を上流側から見たときに前記発熱部の全体を隠す外形寸法を有し、
前記変形部は、前記着火手段よりも上流側に前記着火手段から間隔を隔てて配置され、前記排気管の内側に突出する凸部を含み、
前記凸部は、前記機関排気通路の一部を遮断し、
前記着火手段の前記排気管の径方向の内側には前記凸部が延びておらずに排気ガスが流通し、前記排気管の周方向のうち前記燃料供給手段が配置されている方向に対して反対側に前記着火手段が配置されていることを特徴とする、内燃機関の排気浄化装置。