JP2009024679A - 内燃機関の排気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】排気系に添加剤を添加する添加弁の詰まりを抑制することができる内燃機関の排気装置を提供する。
【解決手段】外管３３と該外管３３の内部に配置された内管３４とを有し該内管３４内部を内燃機関からの排気ガスが通過可能であると共に、該排気ガスを浄化する触媒コンバータを有する二重管構造の排気通路３と、触媒コンバータの浄化能力を回復させるための添加剤を添加する添加弁６と、排気ガスの排気方向に対して触媒コンバータより上流側の排気通路に設けられ、単管構造の取付管７１を介して添加弁６を排気通路３に取り付け可能とする取付手段７とを備えることを特徴とする。
【選択図】図１−１

Description

本発明は、内燃機関の排気装置に関し、特に、二重管構造の排気通路において触媒より上流に添加弁が設けられる内燃機関の排気装置に関するものである。

一般的に内燃機関は、排気通路内に設置される触媒コンバータにより燃焼室から排出される排気ガスを浄化するようにしている。例えば、冷間運転、始動運転、低速低負荷運転等のように、燃焼室の温度および排気温度が低くなる運転条件では、排気ガス中における粒子状物質（ＰＭ：Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ）や窒素酸化物（ＮＯｘ）の混入量が多くなりやすいうえ、触媒コンバータの触媒床温度が低く浄化能力が不十分となることがある。このようなことから、触媒コンバータのＮＯｘ吸収量が飽和したときにＮＯｘを積極的に還元させて触媒コンバータを回復させることが望まれている。

このため、例えば、ＮＯｘ吸収剤を用いる触媒コンバータを有するディーゼルエンジンにおいて、排気通路において前記触媒コンバータより上流に、必要に応じてＮＯｘ還元剤（軽油）を添加することにより、燃料を熱分解させることで炭化水素を発生させ、この炭化水素を還元剤として触媒コンバータにおけるＮＯｘ吸収剤に吸収されたＮＯｘの還元を促進させるようにしているものがある。また、ＰＭ除去が可能なパティキュレートフィルタ等の触媒コンバータを有するディーゼルエンジンにおいて、排気通路において前記触媒コンバータより上流に、必要に応じて燃料（軽油）を添加することにより、この燃料を熱分解させることで炭化水素を発生させ、この炭化水素を触媒コンバータで反応させることで、触媒コンバータの触媒床温度を昇温させるようにしているものもある。
なお、このような触媒コンバータの浄化能力を回復させるための添加剤を添加する添加弁に関する技術として下記の特許文献１、特許文献２が開示されている。

一方、近年、内燃機関の排気通路を構成する排気マニホールドなどの排気管は、排気ガス規制、高耐熱性、軽量化等の要求から、例えば、ステンレス（ＳＵＳ）製の二重管構造を採用した排気管が主流となりつつある。すなわち、内燃機関からの排気ガスが通過する排気管を外管と該外管の内部に配置された内管とによる二重管構造とすることで、排気ガスは内管内部を通過することとなり、この結果、外管と内管との間の中間層により断熱が促進され排気ガスの保温性が向上し、この結果、例えば、触媒コンバータの暖機性を高めることが可能となる。

特開２００５−８３１９６号公報 特開２００６−９０２５９号公報

ところで、上記のような特許文献１又は特許文献２に記載されたような媒コンバータの浄化能力を回復させるための添加剤を添加する添加弁と、二重管構造の排気管とを組み合わせた場合、添加弁への入熱量が増加し過度に温度上昇するおそれがあり、このため、添加弁のノズル部の先端に残留添加剤（残留軽油）が固化し添加弁が詰まってしまうおそれがある。すなわち、添加弁を二重管構造の排気管に取り付ける場合、排気管が二重であるがために排気管における添加弁の取付部分にて上記のように断熱が促進されると共に、この取付部分が外管と内管とに接触していることから、結果的に添加弁への入熱量が増加し、この結果、添加弁のノズル部の先端が高温となり、残留添加剤が固化・ガム化し、添加弁のノズル部の先端がこの固化・ガム化した残留添加剤により詰まってしまうおそれがあった。

そこで本発明は、排気系に添加剤を添加する添加弁の詰まりを抑制することができる内燃機関の排気装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明による内燃機関の排気装置は、外管と該外管の内部に配置された内管とを有し該内管内部を内燃機関からの排気ガスが通過可能であると共に、該排気ガスを浄化する触媒コンバータを有する二重管構造の排気通路と、前記触媒コンバータの浄化能力を回復させるための添加剤を添加する添加弁と、前記排気ガスの排気方向に対して前記触媒コンバータより上流側の前記排気通路に設けられ、単管構造の取付管を介して前記添加弁を前記排気通路に取り付け可能とする取付手段とを備えることを特徴とする。

請求項２に係る発明による内燃機関の排気装置では、前記取付手段は、前記排気通路のうち前記内燃機関の複数の排気ポートに接続される排気マニホールドに設けられることを特徴とする。

請求項３に係る発明による内燃機関の排気装置では、前記排気通路及び前記取付手段は、ステンレス鋼板材により構成されることを特徴とする。

請求項４に係る発明による内燃機関の排気装置では、前記取付手段は、前記取付管に接続される取付フランジと、前記取付フランジに接続され前記添加弁を保持する取付ハウジングとを有することを特徴とする。

本発明に係る内燃機関の排気装置によれば、単管構造の取付管を介して添加弁を二重管構造の排気通路に取り付け可能とする取付手段を設けたので、排気系に添加剤を添加する添加弁の詰まりを抑制することができる。

以下に、本発明に係る内燃機関の排気装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、或いは実質的に同一のものが含まれる。

図１−１は、本発明の実施例に係る内燃機関の排気装置が備える添加弁取付部の要部断面図（図４に示すＡ−Ａ断面図）、図１−２は、本発明の実施例に係る内燃機関の排気装置が備える添加弁取付部の図１−１に示すＢ−Ｂ要部断面図、図２は、本発明の実施例に係る内燃機関の排気装置が排気マニホールドの平面図、図３は、本発明の実施例に係る内燃機関の排気装置が排気マニホールドのヘッド側フランジから見た正面図、図４は、本発明の実施例に係る内燃機関の排気装置が備える添加弁取付部の取付フランジの正面図、図５は、本発明の実施例に係る内燃機関の排気装置が適用されたエンジンを示す概略構成図である。

図５に示すように、排気装置１は、排気ガスを浄化する触媒コンバータ４を有する二重管構造の排気通路３と、触媒コンバータ４の浄化能力を回復させるための添加剤を添加する添加弁６とを備える。本実施例では本発明に係る内燃機関の排気装置１を内燃機関としてのエンジン１００に適用して説明する。このエンジン１００は、乗用車、トラックなどの車両に搭載されるディーゼルエンジン１００（以下、特に断りのない限り「エンジン１００」と略記する。）である。

エンジン１００は、直列四気筒型ディーゼルエンジンとされており、基本的には、吸気系から供給される空気と燃料供給系から供給される燃料とを適宜の空燃比で混合してなる混合気を燃焼室１０２に噴射して燃焼させた後、燃焼室１０２内の排気ガスを排気系から大気放出させるようになっている。

エンジン１００の吸気系は、シリンダヘッド１０１の複数の吸気ポート１０３に接続される吸気マニホールド１２１に吸気管１２２を接続してなる吸気通路に、吸気方向の上流側から順にエアクリーナ１２３、エアフローメータ１２４、スロットルバルブ１２５を配置した構成である。エアフローメータ１２４は、エアクリーナ１２３を介して吸気管１２２に流入する空気量に応じた電気信号を出力する。

エンジン１００の燃料供給系は、燃料供給路１３１に、燃料供給方向の上流側から順に燃料タンク１３２、サプライポンプ１３３、コモンレール１３４、複数のインジェクタ１３５・・・を配置した構成である。燃料タンク１３２内の燃料は、サプライポンプ１３３により吸い出されてコモンレール１３４に供給され、コモンレール１３４からインジェクタ１３５・・・を経て燃焼室１０２に噴射される。サプライポンプ１３３は、エンジン１００の図示しないクランクシャフトによって駆動される。

エンジン１００の排気系は、シリンダヘッド１０１の複数の排気ポート２に接続される排気マニホールド３１に排気管３２を接続して構成される排気通路３からなる。この排気通路３には、触媒コンバータ４が設けられている。この触媒コンバータ４については、後述で詳細に説明する。

また、このエンジン１００は、さらに、ターボチャージャ１０４、インタークーラ１０５、排気再循環装置としてのＥＧＲ装置１０６を備えている。

ターボチャージャ１０４は、排気ガスを利用して吸入空気を昇圧するものであり、コンプレッサ１０４ａとタービン１０４ｂを備えている。コンプレッサ１０４ａは、吸気管１２２におけるエアフローメータ１２４の下流に配置されており、タービン１０４ｂは、排気マニホールド３１の集合部と排気管３２との間に配置されている。

インタークーラ１０５は、ターボチャージャ１０４で昇圧した吸入空気を冷却するものであり、ターボチャージャ１０４のコンプレッサ１０４ａとスロットルバルブ１２５との間に配置されている。

ＥＧＲ装置１０６は、排気の一部（ＥＧＲガス）を吸気系に戻して燃焼室１０２へ再度供給することによりＮＯｘを低減させるものであり、ＥＧＲ通路１０６ａに、その上流からＥＧＲ触媒コンバータ１０６ｂ、ＥＧＲクーラ１０６ｃ、ＥＧＲバルブ１０６ｄを配置した構成である。

ＥＧＲ通路１０６ａは、排気系から吸気系へ燃焼室１０２をバイパスして連接するバイパス通路からなる。ＥＧＲ触媒コンバータ１０６ｂは、ＥＧＲ通路１０６ａに流入した排気ガスに含まれる未燃焼ガスを除去してＥＧＲクーラ１０６ｃの詰まりを防止するものである。ＥＧＲクーラ１０６ｃは、例えばＥＧＲガスとエンジン１００の冷却液との間で熱交換を行うことによりＥＧＲガスの温度を下げる熱交換器からなる。ＥＧＲバルブ１０６ｄは、ＥＧＲ通路１０６ａ内を排気系側から吸気系側に流れる排気ガスの量を制御するものである。

触媒コンバータ４は、排気通路３を構成する排気管３２の間に介装されており、この実施例では、いわゆるＤＰＮＲ（Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ−ＮＯｘ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ）が用いられている。このＤＰＮＲからなる触媒コンバータ４は、排気ガス中の粒子状物質（ＰＭ：Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ）や窒素酸化物（ＮＯｘ）を共に低減するものであり、ケース４ａ内にハニカム構造体４ｂを収納配置した構成である。

ケース４ａは、その中間部分が円筒形状とされていて、その一端部分と他端部分がそれぞれ端縁へ向けて漸次縮径するテーパ形状とされている。このケース４ａの中間部分にハニカム構造体４ｂが配置されている。ハニカム構造体４ｂは、詳細に図示していないが、例えば多孔質セラミック基材にＮＯｘ吸蔵還元型の三元触媒を担持させた構成であり、原理的には、ＰＭやＮＯｘを含む排気ガスが流入すると、ＰＭが多孔質セラミック基材の微細孔に捕捉され、ＮＯｘが多孔質セラミック基材の微細孔を通る際に吸蔵され、Ｎ_２やＣＯ_２を排出するようになっている。

通常、触媒コンバータ４の触媒床は、排気ガスの空燃比（以下、排気空燃比と称す）が理論空燃比よりもリーンのときはＮＯｘを吸収し、排気空燃比が理論空燃比あるいはそれよりもリッチになって流入排気ガス中の酸素濃度が低下するときに吸収したＮＯｘをＮＯ_２又はＮＯとして放出する。そして、触媒コンバータ４の触媒床から放出されたＮＯｘ（ＮＯ_２又はＮＯ）は直ちに排気ガス中の未燃ＨＣやＣＯと反応してＮ_２に還元される。

このエンジン１００は、マイクロコンピュータを中心として構成される電子制御ユニット（ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ、以下、特に断りのない限り「ＥＣＵ５」と略記する。）５により運転状態に応じて各部の駆動が制御されている。ＥＣＵ５は、中央処理制御装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）等から構成されている。

ここで、エンジン１００の排気装置１が備える排気通路３は、上述したように二重管構造により構成され、この二重管構造の排気通路３に触媒コンバータ４の浄化能力を回復させるための添加剤を添加する添加弁６が設けられている。

具体的には、排気通路３の排気マニホールド３１は、図１−１乃至図３に示すように、外管３３と内管３４とを含んで構成されている。すなわち、排気マニホールド３１は、内管３４が外管３３の内部に配置されることで二重管構造をなし、エンジン１００からの排気ガスは、この内管３４の内部を通過可能である。なお、この排気装置１は、排気通路３の排気管３２も排気マニホールド３１と同様に二重管構造をなしているが、ここではその詳細な説明は省略する。

排気マニホールド３１の外管３３及び内管３４は、熱伝導性が比較的低く、したがって断熱性に優れるステンレス鋼板材により形成される。そして、この外管３３と内管３４とによる二重管構造の排気マニホールド３１は、ヘッド側フランジ３５と、排気管側フランジ３６と、集合前パイプ部３７と、排出パイプ部３８とを備える。

集合前パイプ部３７は、一端側でヘッド側フランジ３５に開口を有するようにエンジン１００の各燃焼室１０２（各気筒）の排気ポート２に対応して４つ設けられる。４つの集合前パイプ部３７は、他端側で集合し排出パイプ部３８の一端側に連通する。排出パイプ部３８は、他端側で排気管側フランジ３６に開口を有するように１つ設けられる。そして、この排気マニホールド３１は、ヘッド側フランジ３５を介してシリンダヘッド１０１に取り付けられ各集合前パイプ部３７内側の通路が各排気ポート２に連通する一方、排気管側フランジ３６に排気管３２が接続され排出パイプ部３８内側の通路が排気管３２内側の通路に連通する。したがって、各燃焼室１０２から排気される排気ガスは、各気筒の排気ポート２を通って排気マニホールド３１の各集合前パイプ部３７に排出され内管３４内で集合し、排出パイプ部３８を通って排気管３２に排出される。

なお、この排気マニホールド３１は、図１−１、図１−２に示すように、内管３４の肉厚が外管３３の肉厚よりも薄く設定されている。このため、この排気マニホールド３１は、相対的に肉厚が厚い外管３３にて適正な強度を確保することができると共に、相対的に肉厚が薄い内管３４にて熱容量を小さくし、エンジン始動時において下流側に設けられる触媒コンバータ４の温度を早期に上昇させることができる。

そして、本実施例の添加弁６は、排気通路３のうち排気マニホールド３１に設けられている。この添加弁６は、エンジン１００の排気系に添加剤（例えばディーゼルエンジン用燃料である軽油）を供給することにより、触媒コンバータ４の浄化能力を回復させるものである。添加弁６は、図１−１乃至図４に示すように、取付手段としての添加弁取付部７を介して排気マニホールド３１に取り付けられる。この添加弁取付部７は、排気ガスの排気方向に対して触媒コンバータ４より上流側の排気マニホールド３１に設けられ、添加弁６を排気マニホールド３１に取り付け可能とするものである。添加弁取付部７は、上述した排気マニホールド３１と同様に、熱伝導性が比較的低く、したがって断熱性に優れるステンレス鋼板材により構成される。

そして、添加弁６は、この添加弁取付部７を介して排気マニホールド３１の集合部分へ向けて添加剤を供給するように排気マニホールド３１に取り付けられる。なお、この添加弁取付部７及び添加弁６は、排気マニホールド３１の４つの集合前パイプ部３７のうち図２中の左端に位置する集合前パイプ部３７に配置されている一方、４つの集合前パイプ部３７のうち図２中の右端に位置する集合前パイプ部３７に上述したＥＧＲ装置１０６（図５参照）のＥＧＲ通路１０６ａが設けられている。つまり、添加弁６は、ＥＧＲ装置１０６において、排気通路３内の排気ガスを再循環させるＥＧＲ通路１０６ａから最も離れた位置に配置される。また、添加弁６は、添加剤供給路８を介してサプライポンプ１３３（図５参照）に接続され、低圧用のインジェクタが用いられる。なお、この添加弁６、添加剤供給路８、サプライポンプ１３３、ＥＣＵ５は、添加剤供給装置を構成しており、この添加剤供給装置による添加剤の供給タイミングや供給量は、ＥＣＵ５により制御される。

ここで、通常、ディーゼルエンジンの場合、ストイキ（理論空燃比）よりもリーン域で燃焼を行うので、排気ガス中のＮＯｘは触媒コンバータ４の触媒床に吸収され、触媒コンバータ４からのＮＯｘ排出量は極めて少なくなる。しかしながら、エンジン１００の運転時間の累積に伴い、触媒コンバータ４によるＮＯｘ吸収能力が飽和する。そこで、ＥＣＵ５は、エンジン１００の運転累積時間や運転状態の履歴情報に基づいて触媒コンバータ４が吸収していたＮＯｘ量を推定し、その推定ＮＯｘ量が予め設定しておいた所定値（触媒コンバータ４のＮＯｘ吸収能力が飽和する前の適宜値）を越えたときに、排気ガス中に添加弁６から所定時間だけ所定量の添加剤を噴射させるようにする。この添加弁６から噴射される添加剤としての燃料（軽油）は、排気ポート２から排出される排気ガスとともに排気マニホールド３１の集合部へ向かい、ターボチャージャ１０４のタービン１０４ｂによってさらに霧状とされる。この霧状の燃料は、触媒コンバータ４の上流にて高温の排気ガス中で熱分解されて、多量の炭化水素を生成するとともに、排気ガス中の酸素濃度を低下させるので、触媒コンバータ４に吸収されていたＮＯｘを放出させ、Ｎ_２に還元する。これにより、触媒コンバータ４の浄化能力が回復することになる。

なお、ＥＣＵ５は、図示していないアクセル開度センサの出力信号（スロットルバルブ１２５の開度に比例した出力電圧）に基づいてエンジン１００の負荷を演算し、また、図示していないクランク角センサ（クランクシャフトが一定角度回転する毎にパルスを出力するもの）からの出力パルスに基づいてエンジン１００の回転数を演算し、これら負荷と回転数によってエンジン１００の運転状態を判別する。

具体的には、排気管３２において触媒コンバータ４の上流側には、図５に示すように、排気温センサ５ａが設けられており、この排気温センサ５ａは、触媒コンバータ４に流入する排気ガスの温度に対応した電気信号をＥＣＵ５に出力する。ＥＣＵ５は、排気温センサ５ａからの出力に基づき、触媒コンバータ４の上流の雰囲気温度を認識し、触媒コンバータ４の触媒床温度を推定することにより、触媒コンバータ４が所期の浄化能力を発揮するか否かを判断する。

一般的に、エンジン１００の冷間運転、始動運転あるいは低速低負荷運転等のように、燃焼室１０２の温度および排気温度が低い運転条件になると、触媒コンバータ４の触媒床温度およびその上流の雰囲気温度は低くなるので、触媒コンバータ４の浄化能力が低下する傾向となる。ここで、ＥＣＵ５は、排気温センサ５ａの出力に基づき、触媒コンバータ４の触媒床温度が所定の基準値よりも低いと判断すると、添加弁６を動作させることにより添加剤供給路８を通じて供給されるサプライポンプ１３３内の高圧燃料を排気マニホールド３１内に噴射させる。この添加弁６から噴射される添加剤としての燃料は、排気ポート２から排出される排気ガスとともに排気マニホールド３１の集合部へ向かい、ターボチャージャ１０４のタービン１０４ｂによってさらに霧状とされる。この霧状の燃料は、触媒コンバータ４の上流にて高温の排気ガス中で熱分解されて、多量の炭化水素を生成するので、この炭化水素が触媒コンバータ４内で反応され、その反応熱で触媒コンバータ４が昇温されるようになる。これにより、触媒コンバータ４の浄化能力が向上することになる。

このとき、添加弁６は、上述したように、排気マニホールド３１にて、排気マニホールド３１内の排気ガスを再循環させるＥＧＲ通路１０６ａから最も離れた位置に配置されることから、添加弁６から添加された添加剤がＥＧＲ装置１０６（図５参照）によってエンジン１００の吸気系へ回り込むことを抑制または防止できるので、添加剤を触媒コンバータ４の浄化能力回復に有効利用できるようになる。また、添加弁６は、ターボチャージャ１０４のタービン１０４ｂよりも上流に配置されることから、排気通路３に添加された添加剤が、ターボチャージャ１０４（図５参照）のタービン１０４ｂ（図５参照）による攪拌作用などによって霧状にされやすくなり微粒化が促進される。

そして、エンジン１００からの排気ガスが通過する排気通路３を二重管構造とすることで、排気ガスは内管３４内部を通過することとなり、この結果、外管３３と内管３４との間の中間層が断熱層として作用することで断熱が促進され排気ガスの保温性が向上し、この結果、触媒コンバータ４の暖機性をさらに高めることができる。

ところで、上述したような触媒コンバータ４の浄化能力を回復させるための添加剤を添加する添加弁６と、二重管構造の排気マニホールド３１とを組み合わせた場合、添加弁６への入熱量が増加し過度に温度上昇するおそれがあり、このため、この添加弁６のノズル部６ａの先端に残留添加剤（残留軽油）が固化し添加弁６が詰まってしまうおそれがある。すなわち、添加弁６を二重管構造の排気マニホールド３１に取り付ける場合、排気マニホールド３１が二重であるがために排気マニホールド３１における添加弁６の添加弁取付部７にて上記のように断熱が促進されると共に、この添加弁取付部７が外管３３と内管３４とに接触することで、結果的に添加弁６への入熱量が増加し、この結果、添加弁６のノズル部６ａの先端が高温となり、残留添加剤が固化・ガム化し、添加弁６のノズル部６ａの先端がこの固化・ガム化した残留添加剤により詰まってしまうおそれがある。

そこで、本実施例のエンジン１００の排気装置１は、図１−１、図１−２に示すように、単管構造の取付管７１を介して添加弁６を二重管構造の排気通路３の排気マニホールド３１に取り付け可能とする取付手段としての添加弁取付部７を設けることで、排気系に添加剤を添加する添加弁６の詰まりを抑制している。つまり、二重管構造の排気マニホールド３１に対する添加弁６の取り付け部分を単管構造とすることで、添加弁６への入熱量を少なくし、ノズル部６ａの先端温度が過度に上がらないようにし昇温を抑制することで、添加弁６の詰まりを抑制している。

具体的には、添加弁取付部７は、図１−１、図１−２、図４に示すように、取付管７１と、取付フランジ７２と、取付ハウジング７３とを備える。取付管７１は、単管構造をなし、排気マニホールド３１の４つの集合前パイプ部３７のうち図２中の左端に位置する集合前パイプ部３７から側方に突出するように設けられる。この取付管７１は、両端面が開口している。そして、取付管７１は、一端側が内管３４に接続されると共に内管３４内部に開口する一方、他端側に取付フランジ７２に接続される。取付フランジ７２は、取付管７１の他端が接続される部位に開口７２ａが設けられている。取付ハウジング７３は、取付フランジ７２にボルト等により締結されることで、フランジ結合により接続される。取付ハウジング７３は、凹部に添加弁６のノズル部６ａが挿入されることで、この添加弁６を保持するホルダとして機能するものである。したがって、添加弁取付部７は、単管構造の取付管７１を介して添加弁６を排気通路３の排気マニホールド３１に取り付け可能とする。添加弁６は、ノズル部６ａの先端が取付フランジ７２の開口７２ａ及び取付管７１側を向くように、取付ハウジング７３により支持される。なお、取付フランジ７２と取付ハウジング７３とのフランジ結合部には、排気マニホールド３１から添加弁６への熱伝導を軽減するための断熱用のガスケット９を介在させている。また、取付ハウジング７３は、添加弁６のノズル部６ａの外方を囲うように円弧状の空洞としてジャケット部１０が形成されている。このジャケット部１０は、不図示の冷却水供給通路を介してエンジン冷却水が供給されることで、添加弁６のノズル部６ａを冷却するものである。

上記のように構成されるエンジン１００の排気装置１では、添加弁６のノズル部６ａから噴射される添加剤は、取付フランジ７２の開口７２ａ及び取付管７１を通って排気マニホールド３１の内管３４内に供給される。このとき、添加弁６が単管構造の取付管７１を介して二重管構造の排気マニホールド３１に取り付けられることから、例えば、取付フランジ７２が排気マニホールド３１の二重管（外管３３及び内管３４）の両方に接触して設けられる場合と比較して、取付フランジ７２と取付管７１との接触面積が小さくなることで伝熱面積が抑制される。そして、取付フランジ７２と取付管７１との伝熱面積（接触面積）が抑制されることで、排気マニホールド３１、取付管７１、取付フランジ７２及び取付ハウジング７３を介した添加弁６への入熱量や取付フランジ７２から添加弁６のノズル部６ａへの入熱量が抑制され、添加弁６に排気熱が伝わることが抑制される。さらに、二重管構造で構成することで断熱が促進されている排気マニホールド３１において、この添加弁取付部７の取付管７１が単管構造で構成されることから、この取付管７１にて、部分的に断熱の促進が抑制される。この結果、添加弁６の温度上昇を抑制することができるので、添加弁６のノズル部６ａの先端が高温になることによる残留軽油のガム化し、固着することを抑制することができる。

以上で説明した本発明の実施例に係るエンジン１００の排気装置１によれば、外管３３と外管３３の内部に配置された内管３４とを有しこの内管３４内部をエンジン１００からの排気ガスが通過可能であると共に、この排気ガスを浄化する触媒コンバータ４を有する二重管構造の排気通路３と、触媒コンバータ４の浄化能力を回復させるための添加剤を添加する添加弁６と、排気ガスの排気方向に対して触媒コンバータ４より上流側の排気通路３に設けられ、単管構造の取付管７１を介して添加弁６を排気通路３の排気マニホールド３１に取り付け可能とする添加弁取付部７とを備える。

したがって、添加弁取付部７により単管構造の取付管７１を介して添加弁６を二重管構造の排気通路３の排気マニホールド３１に取り付けることから、取付フランジ７２と取付管７１との伝熱面積（接触面積）が抑制されることで、添加弁６への入熱量が抑制され、添加弁６に排気熱が伝わることが抑制されると共に、この取付管７１にて、部分的に断熱の促進が抑制される。この結果、添加弁６の温度上昇を抑制することができるので、添加弁６のノズル部６ａの先端が高温になることによる残留軽油のガム化し、固着することを抑制することができ、よって、排気系に添加剤を添加する添加弁６の詰まりを抑制することができる。

さらに、以上で説明した本発明の実施例に係るエンジン１００の排気装置１によれば、添加弁取付部７は、排気通路３のうちエンジン１００の複数の排気ポート２に接続される排気マニホールド３１に設けられる。したがって、添加弁６が排気マニホールド３１に設けられることから、添加弁６から排気通路３の排気マニホールド３１に添加される添加剤が触媒コンバータ４に到達するまでに排気ガスにさらされている期間が相対的に長くなるので、この添加剤の微粒化を促進することができる。また、添加弁６は、ターボチャージャ１０４のタービン１０４ｂよりも上流に配置されることから、排気通路３に添加された添加剤が、ターボチャージャ１０４（図５参照）のタービン１０４ｂ（図５参照）による攪拌作用などによって霧状にされやすくなり微粒化が促進されるので、触媒コンバータ４に対する浄化能力回復作用が向上することができる。

さらに、以上で説明した本発明の実施例に係るエンジン１００の排気装置１によれば、排気通路３及び添加弁取付部７は、ステンレス鋼板材により構成される。したがって、排気通路３及び添加弁取付部７の熱伝導性が比較的低く、したがって断熱性に優れるステンレス鋼板材により形成されることから、添加弁６のノズル部６ａの先端の温度上昇をより効果的に抑制することができる。

さらに、以上で説明した本発明の実施例に係るエンジン１００の排気装置１によれば、添加弁取付部７は、取付管７１に接続される取付フランジ７２と、取付フランジ７２に接続され添加弁６を保持する取付ハウジング７３とを有する。したがって、添加弁６を取付ハウジング７３を介して取付フランジ７２に支持することができる。そして、取付フランジ７２と取付ハウジング７３とが別体に構成されていることから、取付フランジ７２から取付ハウジング７３への伝熱が抑制されるので、結果的に添加弁６への入熱量も抑制することができる。

なお、上述した本発明の実施例に係る排気装置１は、上述した実施例に限定されず、特許請求の範囲に記載された範囲で種々の変更が可能である。以上の説明では、排気装置１を直列四気筒型ディーゼルエンジン１００に適用した場合で説明したが、これに限らず、種々の内燃機関に適用することができる。

また、以上の説明では、添加弁６は、排気通路３のうち排気マニホールド３１に設けられるものとして説明したが、添加弁６は、排気管３２のタービン１０４ｂより下流側、触媒コンバータ４より上流側に設けてもよい。この場合、タービン１０４ｂなどに添加剤が付着することを防止することができ、この結果、デポジットなどを抑制することができる。また、以上の説明では、添加剤は、炭化水素（ＨＣ）成分を含むものが好ましく、例えば対象となるエンジン１００で使用する種類の燃料（軽油、ガソリン等）あるいはその他の異種の燃料等、さらには灯油等とすることができる。

さらに、以上の説明では、触媒コンバータ４としていわゆるＤＰＮＲを用いるものとして説明したが、触媒コンバータ４としては、ＮＯｘ吸収剤を使用するタイプや、ＮＯｘ浄化だけでなく、排気ガス中における粒子状物質（ＰＭ：Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ）を捕捉するタイプがある。触媒コンバータ４は、例えば、ＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｆｉｌｔｅｒ）、ＮＯｘ吸蔵還元触媒、酸化触媒等とすることも可能である。触媒コンバータ４をＤＰＦとする場合、添加剤の添加により、上記作用に加えて、触媒コンバータ４上流の排気ガス中で添加剤が熱分解されて多量の炭化水素が生成されるので、この炭化水素が触媒コンバータ４内で反応して、その反応熱で触媒コンバータ４が昇温するようになる。これにより、触媒コンバータ４内に既に捕捉されているＰＭが焼却されることになって、触媒コンバータ４の浄化能力が回復するようになる。さらに、触媒コンバータとして２種以上の触媒コンバータを併用してもよい。また、触媒コンバータ４は、内燃機関を希薄燃焼型ガソリンエンジンとする場合には触媒コンバータ４として三元触媒コンバータとすることも可能である。

また、以上の説明では、ターボチャージャ１０４およびＥＧＲ装置１０６を備えるものとして説明したが、いずれか一方または両方を備えない構成であっても本発明を適用できる。

以上のように、本発明に係る内燃機関の排気装置は、排気系に添加剤を添加する添加弁の詰まりを抑制するものであり、二重管構造の排気通路において触媒より上流に添加弁が設けられる種々の内燃機関の排気装置に適用して好適である。

本発明の実施例に係る内燃機関の排気装置が備える添加弁取付部の要部断面図（図４に示すＡ−Ａ断面図）である。 、本発明の実施例に係る内燃機関の排気装置が備える添加弁取付部の図１−１に示すＢ−Ｂ要部断面図である。 本発明の実施例に係る内燃機関の排気装置が排気マニホールドの平面図である。 本発明の実施例に係る内燃機関の排気装置が排気マニホールドのヘッド側フランジから見た正面図である。 本発明の実施例に係る内燃機関の排気装置が備える添加弁取付部の取付フランジの正面図である。 本発明の実施例に係る内燃機関の排気装置が適用されたエンジンを示す概略構成図である。

符号の説明

１ 排気装置
２ 排気ポート
３ 排気通路
４ 触媒コンバータ
５ ＥＣＵ
６ 添加弁
６ａ ノズル部
７ 添加弁取付部（取付手段）
３１ 排気マニホールド
３２ 排気管
３３ 外管
３４ 内管
３５ ヘッド側フランジ
３６ 排気管側フランジ
３７ 集合前パイプ部
３８ 排出パイプ部
７１ 取付管
７２ 取付フランジ
７３ 取付ハウジング
１００ エンジン（内燃機関）
１０２ 燃焼室
１０３ 吸気ポート
１０４ ターボチャージャ
１０６ ＥＧＲ装置

Claims (4)

1. 外管と該外管の内部に配置された内管とを有し該内管内部を内燃機関からの排気ガスが通過可能であると共に、該排気ガスを浄化する触媒コンバータを有する二重管構造の排気通路と、
   前記触媒コンバータの浄化能力を回復させるための添加剤を添加する添加弁と、
   前記排気ガスの排気方向に対して前記触媒コンバータより上流側の前記排気通路に設けられ、単管構造の取付管を介して前記添加弁を前記排気通路に取り付け可能とする取付手段とを備えることを特徴とする、
   内燃機関の排気装置。
2. 前記取付手段は、前記排気通路のうち前記内燃機関の複数の排気ポートに接続される排気マニホールドに設けられることを特徴とする、
   請求項１に記載の内燃機関の排気装置。
3. 前記排気通路及び前記取付手段は、ステンレス鋼板材により構成されることを特徴とする、
   請求項１乃至請求項２に記載の内燃機関の排気装置。
4. 前記取付手段は、前記取付管に接続される取付フランジと、前記取付フランジに接続され前記添加弁を保持する取付ハウジングとを有することを特徴とする、
   請求項１乃至請求項３のいずれか１項に内燃機関の排気装置。

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