JP2018112072A - 内燃機関の排気システム - Google Patents

Abstract

【課題】排気絞り弁の弁体を全閉にし且つインジェクタから液体を噴射したときのセンサの破損を抑制する。【解決手段】内燃機関の排気システムは、排気通路６を画成する排気管５と、排気管に設けられた排気絞り弁７と、排気管において排気絞り弁の下流側に設けられたセンサ８と、排気管においてセンサの下流側に設けられ、排気通路内に液体Ｌを噴射するインジェクタ９とを備える。排気絞り弁が、排気通路内に配置された弁体７Ａを有し、弁体が、その全閉時にセンサまたはその近傍に指向される弁体孔６０を有する。【選択図】図２

Description

本発明は内燃機関の排気システムに関する。

ディーゼルエンジン等の内燃機関の排気システムにおいて、排気管に上流側から順に、排気絞り弁とセンサとインジェクタとを設ける場合がある。周知のように、排気絞り弁は、排気管内の排気通路を開閉し、その全閉時に少量の排気ガスの通過を許容しつつ排気通路を略全閉に絞る装置である。センサは例えば、排気ガスの空気過剰率（λ）を検出するためのラムダセンサである。インジェクタは例えば、その下流側に設置されたパティキュレートフィルタの再生時等に、パティキュレートフィルタに供給する排気ガスを昇温する目的で、排気通路内に液体である燃料を噴射する装置である。

特開２０１１−６９３２１号公報

ところで、こうした排気システムでは、排気絞り弁の弁体を全閉にする一方で、インジェクタから燃料を噴射する状況が発生し得る。この場合、弁体の外周縁部の少なくとも一部と、排気管との間に隙間が形成され、その隙間を通じて排気ガスが流れる。

しかし、その隙間を通過した排気ガスに起因して、センサの下流側からセンサに向かってくるような排気ガスの逆流が生じることがある。すると、インジェクタから噴射された燃料の噴霧もしくは液滴の一部がその逆流に乗ってセンサに向かい、センサに付着し、センサを破損させる虞がある。

そこで本発明は、かかる事情に鑑みて創案され、その目的は、排気絞り弁の弁体を全閉にし且つインジェクタから液体を噴射したときのセンサの破損を抑制することができる内燃機関の排気システムを提供することにある。

本発明の一の態様によれば、
排気通路を画成する排気管と、
前記排気管に設けられた排気絞り弁と、
前記排気管において前記排気絞り弁の下流側に設けられたセンサと、
前記排気管において前記センサの下流側に設けられ、前記排気通路内に液体を噴射するインジェクタと、
を備え、
前記排気絞り弁が、前記排気通路内に配置された弁体を有し、前記弁体が、その全閉時に前記センサまたはその近傍に指向される弁体孔を有する
ことを特徴とする内燃機関の排気システムが提供される。

好ましくは、前記弁体の全閉時に、前記弁体の外周縁部の少なくとも一部と、前記排気管との間に隙間が形成され、
前記排気システムが、前記隙間を通過した排気ガスに起因して生成され前記センサに向かう排気ガスの逆流を、前記弁体孔を通過した排気ガスの流れによって抑制するように構成されている。

好ましくは、前記センサが、前記排気通路内に露出される検出素子を有し、
前記弁体孔が、前記弁体の全閉時に前記検出素子またはその近傍に指向される。

好ましくは、前記センサが、ラムダセンサ、ＮＯｘセンサ、ＰＭセンサおよび圧力センサのいずれかである。

好ましくは、前記弁体が、バタフライ式弁体、ポペット式弁体、スイング式弁体およびシャッター式弁体のいずれかである。

好ましくは、前記液体が燃料である。

好ましくは、前記排気システムが、
前記排気管において前記インジェクタの下流側に設けられた酸化触媒と、
前記排気管において前記酸化触媒の下流側に設けられたパティキュレートフィルタと、
前記パティキュレートフィルタのアイドル再生時に、前記排気絞り弁の前記弁体を全閉に制御し、かつ前記インジェクタから前記液体である燃料を噴射させる制御ユニットと、をさらに備える。

本発明によれば、排気絞り弁の弁体を全閉にし且つインジェクタから燃料を噴射したときのセンサの破損を抑制することができる。

本実施形態に係る内燃機関の構成を示す概略図である。 本実施形態に係る排気システムの構成を示す断面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。 本実施形態の作用を説明するための、図２と同様の断面図である。 本実施形態の作用を説明するための、図３と同様の断面図である。 第１変形例を示す断面図である。 第２変形例を示す断面図である。 第３変形例を示す断面図である。 第４変形例を示す断面図である。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。

図１に、本実施形態に係る内燃機関の構成を示す。本実施形態における内燃機関（エンジン）１は、車両に搭載された車両動力源としての圧縮着火式内燃機関すなわちディーゼルエンジンである。車両はトラック等の大型車両であるが、車両の種類、形式、用途等に特に限定はなく、例えば乗用車等の小型車両であってもよい。また必要に応じてエンジンの種類も変更できる。例えばエンジンはガソリンエンジンであってもよい。図示例は直列４気筒エンジンを示すが、エンジンのシリンダ配置形式、気筒数等は任意である。

エンジン１の各気筒には、筒内に燃料を直接噴射するための筒内インジェクタ２が設けられている。またエンジン１には、各気筒の排気ポートから排出された排気ガスを集合させるための排気マニホールド３が取り付けられている。排気マニホールド３の出口部に、ターボチャージャ４のタービン４Ｔの入口部が接続されている。タービン４Ｔの出口部には排気管５の上流端部が接続されており、排気管５はその内部に断面円形の排気通路６を画成する。なお４Ｃはターボチャージャ４のコンプレッサを示すが、本実施形態は排気システムの構成に特徴があるため、吸気システムの構成については説明および図示を省略し、以下、排気システムの構成について詳述する。

排気管５において、タービン４Ｔの下流側には、排気絞り弁の一例である排気ブレーキバルブ７が設けられ、排気ブレーキバルブ７の下流側にはセンサとしてのラムダセンサ８が設けられ、ラムダセンサ８の下流側にはインジェクタとしての排気管インジェクタ９が設けられている。排気ブレーキバルブ７は、排気通路６内に配置された弁体７Ａと、弁体７Ａを開閉作動させるアクチュエータ７Ｂとを備える。本実施形態ではバタフライ式の弁体７Ａが用いられ、空圧作動式のアクチュエータ７Ｂが用いられている。ラムダセンサ８は、排気ガスの空気過剰率λもしくは空燃比を検出するためのセンサである。排気管インジェクタ９は排気通路６内に液体としての燃料を噴射する装置である。なお排気ブレーキバルブ７は、排気管５内の排気通路６を開閉し、その全閉時に少量の排気ガスの通過を許容しつつ排気通路６を略全閉に絞る装置である。

排気ブレーキバルブ７はタービン４Ｔの直後の位置に配置されている。また排気ブレーキバルブ７、ラムダセンサ８および排気管インジェクタ９は互いに近接して配置され、これら全体がコンパクトにレイアウトされている。

排気管５において、排気管インジェクタ９から比較的離れたその下流側には、上流側から順に、酸化触媒（ＤＯＣ）１０、パティキュレートフィルタ（以下「ＤＰＦ」という）１１、ＮＯｘ触媒１２およびアンモニア酸化触媒１３がそれぞれ設けられている。これら酸化触媒１０、ＤＰＦ１１、ＮＯｘ触媒１２およびアンモニア酸化触媒１３はそれぞれ後処理装置をなす。

酸化触媒１０は、排気ガス中の未燃成分（炭化水素ＨＣおよび一酸化炭素ＣＯ）を酸化して浄化すると共に、このときの反応熱で排気ガスを加熱昇温し、また排気中のＮＯをＮＯ₂に酸化する。ＤＰＦ１１は、所謂連続再生式の触媒付きＤＰＦからなり、排気中に含まれる粒子状物質（ＰＭ）を捕集すると共に、捕集したＰＭを連続的に燃焼除去する。ＮＯｘ触媒１２は、本実施形態では選択還元型ＮＯｘ触媒（ＳＣＲ）からなり、ＮＯｘ触媒１２の上流側に設置された添加弁１４から尿素水が添加された場合に、当該尿素水に由来するアンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘを還元除去する。アンモニア酸化触媒１３は、ＮＯｘ触媒１２から排出された余剰アンモニアを酸化して浄化する。

また本実施形態において、制御ユニットもしくはコントローラをなす電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」という）１００が設けられる。ＥＣＵ１００はＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力ポートおよび記憶装置等を含む。ＥＣＵ１００は、予め記憶されたプログラムに従って、筒内インジェクタ２、排気ブレーキバルブ７（特にそのアクチュエータ７Ｂ）、排気管インジェクタ９および添加弁２５を制御するように構成されている。

センサ類に関して、上述のラムダセンサ８の他、エンジンの回転速度、具体的には毎分当たりの回転数（ｒｐｍ）を検出するための回転数センサ２１、およびアクセル開度を検出するためのアクセル開度センサ２２が設けられている。また、ＤＰＦ１１の前後の差圧を検出するための差圧センサ２３、および後述する手動再生の実行時に手動でオンされる再生スイッチ２４も設けられている。これらセンサ類の出力信号はＥＣＵ１００に送られる。

ＥＣＵ１００は、ラムダセンサ８により検出された空気過剰率の値を用いてエンジン１の各種制御および演算処理を実行する。例えばＥＣＵ１００は、その検出値を用いてＥＧＲの制御を行ったりする。

またＥＣＵ１００は、車両減速中、アクセル開度ゼロ、かつエンジン回転数が所定の復帰回転数より高いというフューエルカット実行条件が満たされたとき、筒内インジェクタ２の燃料噴射量をゼロとするフューエルカットを行い、車両をエンジンブレーキで減速させる。そしてこのとき、排気ブレーキバルブ７の作動条件が満たされていれば、併せて排気ブレーキバルブ７を作動させ、エンジンブレーキ力を増加させる。このときＥＣＵ１００はアクチュエータ７Ｂに閉弁指示信号を送って弁体７Ａを全閉に制御する。他方、排気ブレーキバルブ７の作動条件が満たされていない場合、ＥＣＵ１００は、アクチュエータ７Ｂに開弁指示信号を送って弁体７Ａを全開に制御し、排気ブレーキバルブ７を非作動状態とする。排気ブレーキバルブ７の作動条件は、例えば、フューエルカット実行条件が満たされ且つ図示しない排気ブレーキスイッチがオンのとき満たされ、それ以外のとき満たされないとすることができる。

またＥＣＵ１００は、差圧センサ２３により検出された差圧に基づきＤＰＦ１１に堆積したＰＭの量、すなわちＰＭ堆積量を推定する。そして、推定したＰＭ堆積量が所定の許容上限値を超えたと判断したとき、その堆積ＰＭを強制的に燃焼除去してＤＰＦ１１のＰＭ捕集能を回復させるフィルタ再生制御を実行する。このフィルタ再生制御の際、ＥＣＵ１００は、排気管インジェクタ９から燃料を噴射させる。するとこの燃料が酸化触媒１０により燃焼され、酸化触媒１０において排気ガスが昇温される。酸化触媒１０からは高温な排気ガスが排出される。この高温の排気ガスがＤＰＦ１１に供給され、ＤＰＦ１１内の堆積ＰＭが燃焼除去される。他方ＥＣＵ１００は、推定したＰＭ堆積量が、許容上限値より低い所定の許容下限値を下回ったと判断したとき、フィルタ再生制御を停止する。

以上は、ＤＰＦ１１の再生を自動的に行う自動再生の例であるが、この他に手動再生が行われる場合もある。すなわちＥＣＵ１００は、再生スイッチ２４がオンされたとき、推定したＰＭ堆積量が許容上限値を超えていなくても、強制的に前記フィルタ再生制御を実行する。但し、ＰＭ堆積量が許容上限値を超えると図示しない警告装置（例えば警告灯）が作動され、通常は、これに応じて運転者が再生スイッチ２４をオンする。よって再生スイッチ２４がオンされるタイミングは、やはりＰＭ堆積量が許容上限値を超えたタイミングが多い。

なお、ＮＯｘ触媒１２は、ＳＣＲでなく、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（ＬＮＴという）であってもよい。この場合、ＬＮＴに吸蔵されたＮＯｘおよび硫黄成分を除去するＬＮＴ再生制御を行ってもよく、このときにフィルタ再生制御時と同様、排気管インジェクタ９から燃料を噴射させてもよい。

次に、排気ブレーキバルブ７、ラムダセンサ８および排気管インジェクタ９を含む排気システムの構成について、図２および図３を参照しつつ説明する。図３は図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。

前述したように、排気管５には、排気ブレーキバルブ７、ラムダセンサ８および排気管インジェクタ９が、上流側からこの順番で、互いに近接して配置されている。排気管５は、図示する部分において屈曲形状を有するが、その形状は任意である。ここで排気管５は、管材により形成されたものに限らず、例えば鋳造品であってもよい。排気ガスが流通される排気通路６を画成する任意の部材を排気管５とすることができる。排気通路６は、その中心軸である通路軸Ｃ１に沿って延びている。

排気ブレーキバルブ７は、排気通路６内に配置され開閉可能なバタフライ式弁体７Ａと、弁体７Ａが固定されたバルブシャフト３１とを有する。バルブシャフト３１は、円形板状の弁体７Ａの直径に沿って弁体７Ａに取り付けられ、その両端部が排気管５の軸受部３２により回転可能に支持されている。バルブシャフト３１の一端部（図２の上端部）は図外の位置で前述のアクチュエータ７Ｂに連結され、アクチュエータ７Ｂによって回動される。この回動により、弁体７Ａは、図２および図３に示す全閉位置と、図３に仮想線で示す全開位置との間で、バルブ軸Ｃ２を中心として回動可能、すなわち開閉可能である。

ラムダセンサ８は、センサ本体３５と、センサ本体３５の先端部から突出された検出素子３６と、センサ本体３５に固定され検出素子３６を覆うセンサカバー３７と、センサカバー３７に設けられた複数のカバー孔３８とを備える。検出素子３６およびセンサカバー３７により検出部３９が形成される。検出素子３６は、カバー孔３８を通じて排気通路６内に露出される。またラムダセンサ８は、検出素子３６ひいては検出部３９が排気通路６内に配置されるように、排気管５に取り付けられる。

ラムダセンサ８の取付方法は任意である。本実施形態では、排気管５にセンサ取付用ボス４０が外側に突出して設けられ、ボス４０の中心部にセンサ取付穴４１が貫通して設けられている。センサ取付穴４１の基端部には雌ネジ４２が形成されている。センサ本体３５には、雄ネジ４３と、スパナ等の工具を係合させるための工具係合部４４とが設けられている。工具係合部４４に工具が係合され、雄ネジ４３が雌ネジ４２に締め付けられることによって、ラムダセンサ８がボス４０ひいては排気管５に取り付けられる。

この取付状態において、検出部３９が概ねセンサ取付穴４１内に隙間を隔てて収容され、検出部３９の先端部のみがセンサ取付穴４１から排気通路６内に突出される。もっとも、センサ取付穴４１が排気通路６と連通しているので、実質的には、検出部３９ないし検出素子３６の全体が排気通路６内に露出されることとなる。センサカバー３７は、排気通路６内の異物が検出素子３６に付着するのを抑制する。センサ本体３５、検出素子３６、センサカバー３７およびセンサ取付穴４１は、ラムダセンサ８の中心軸であるセンサ軸Ｃ３に同軸である。図３に示すようにセンサ軸Ｃ３は、概ね通路軸Ｃ１の方に向けられ、かつ、排気通路６の下流側に向かうよう僅かに傾斜されている。

ラムダセンサ８の内部構造および検出原理は周知なので、詳細な説明は割愛する。検出素子３６にはセラミックヒータ等の電熱ヒータが内蔵され、ラムダセンサ８が空気過剰率を検出可能となる（すなわち活性となる）所定の高温（例えば約７００℃）まで、検出素子３６が加熱されるようになっている。このヒータのオン・オフ、ひいては検出素子３６の温度は、ＥＣＵ１００によって制御される。

排気管インジェクタ９は、その先端面に噴孔４５を有し、この噴孔４５から、所定の噴霧角αおよび噴射圧力で、排気通路６内に燃料Ｌを噴射するようになっている。噴孔４５ないし噴霧中心Ｃ４は、概ね通路軸Ｃ１に向けられ、かつ、排気通路６の下流側に向かうよう僅かに傾斜されている。この噴霧中心Ｃ４に対し排気管インジェクタ９は同軸に配置される。

排気管インジェクタ９の取付方法も任意である。本実施形態では、排気管５にインジェクタ取付用ボス４６が外側に突出して設けられ、ボス４６の中心部にインジェクタ取付穴４７が貫通して設けられている。ボス４６の基端面には複数の雌ネジ穴４８が設けられている。排気管インジェクタ９には、噴孔４５よりやや基端側の位置にて拡径側に突出するフランジ４９と、雌ネジ穴４８に対応してフランジ４９に設けられた複数のボルト挿通孔５０とが設けられている。フランジ４９がボス４６の基端面に着座され、複数のボルト５１がボルト挿通孔５０に挿通された後、雌ネジ穴４８に締め付けられることによって、排気管インジェクタ９がボス４６ひいては排気管５に取り付けられる。

図２に示すように、排気通路６は、弁体７Ａの位置から下流側ないし前方に向かうに従って、一旦、図２の斜め下方に向かって屈曲された後、図２の上方に向かって緩く湾曲されている。ラムダセンサ８の検出部３９およびセンサ取付穴４１は、前者の屈曲部の直後の位置に配置されている。また排気管インジェクタ９は、後者の湾曲部の位置に概ね配置されている。

ここで図２の左側を前、右側を後、紙面厚さ方向手前側を左、紙面厚さ方向奥側を右、上側を上、下側を下と定義すると、ラムダセンサ８は排気管５の右側に配置され、排気管インジェクタ９は排気管５の下側に配置され、両者の通路軸Ｃ１回りの位相は約９０°異なっている。そしてバルブ軸Ｃ２は上下方向に延びている。

ところで、図２および図３に示すように、排気ブレーキバルブ７の弁体７Ａには、これを厚さ方向に貫通する複数の孔、すなわち弁体孔６０が設けられている。これら弁体孔６０は、弁体７Ａの全閉時に、ラムダセンサ８、特にその検出素子３６またはその近傍に指向されるように配置されている。

本実施形態において、弁体孔６０は三つであるが、その数は任意であり、一つ、二つまたは四つ以上であってもよい。また本実施形態において、三つの弁体孔６０は、上下方向に等間隔で互いに平行に並列配置され、その中央の一つは通路軸Ｃ１と同じ高さに位置され、ラムダセンサ８と略同じ高さ位置に配置されている。また三つの弁体孔６０は、通路軸Ｃ１に直交するバルブ軸Ｃ２から等しく所定距離を隔てた右側、つまりラムダセンサ８の設置側に配置されている。これにより、ラムダセンサ８の非設置側（左側）に配置した場合に比べ、弁体孔６０をラムダセンサ８により近づけることができる。もっとも、弁体孔６０の設置位置も変更可能であり、例えばラムダセンサ８の非設置側（左側）に配置してもよい。

図３に中央の弁体孔６０の孔軸Ｃ５を示す。これから分かるように本実施形態の弁体孔６０は、詳細には、センサ取付穴４１の直近かつ後方の位置に指向されている。しかしながらこの指向方向も微修正可能であり、例えばより後方の位置に指向されてもよいし、センサカバー３７ないし検出部３９に直接指向されてもよいし、カバー孔３８に指向されてもよい。

本実施形態において、弁体孔６０は、弁体７Ａの厚さ方向に沿って伸長されている。しかしながらこの伸長方向も変更可能であり、厚さ方向に対し所定の傾斜角で傾斜されて伸長されてもよい。

なお、最上および最下の二つの弁体孔６０は、図２から分かるように、センサ取付穴４１より高い位置および低い位置で、かつその直近後方の位置に指向されることとなる。しかしながらこの指向方向も微修正可能であり、例えば中央の一つと非平行とした上で、センサカバー３７ないし検出部３９に直接指向されてもよいし、カバー孔３８に指向されてもよい。センサ取付穴４１に対してさらに高い位置および低い位置に指向されてもよい。

これら三つの弁体孔６０のうち、任意の一つまたは二つを省略することも可能である。

次に、本実施形態の作用を説明する。

図４および図５に示すように、本実施形態の排気システムにおいては、排気ブレーキバルブ７の弁体７Ａを全閉とする一方で、排気管インジェクタ９から燃料Ｌを噴射する状況が発生し得る。この状況とは、例えば、エンジン１のアイドル運転中に前述のフィルタ再生制御を実行するような状況、すなわちＤＰＦ１１のアイドル再生を実行するような状況である。

ＤＰＦ１１のアイドル再生時、アクセル開度はアクセルペダル全閉相当のゼロ（０％）であり、このことを示すアクセル開度センサ２２の出力信号を受けてＥＣＵ１００はエンジン１をアイドル運転させる。このときは多くの場合、車両停止中、かつエンジン回転数が復帰回転数より低く、フューエルカット実行条件が満たされず、フューエルカットは実行されない。ＥＣＵ１００は、目標アイドル回転数を規定の回数数よりも若干高い回転数に設定し、その高い目標アイドル回転数にエンジン回転数を制御する。

そしてＥＣＵ１００は、排気ブレーキバルブ７を全閉に制御する。すると、全閉となった弁体７Ａより上流側の排気圧力が上昇し、エンジン１の負荷が高まる。これらアイドル回転数上昇と負荷増大との協働作用によって、筒内インジェクタ２の燃料噴射量が増加し、筒内から通常のアイドル運転時よりも高温の排気ガスが排出される。これにより、排気温度が比較的低いアイドル運転時であっても、排気温度を上昇させることが可能である。これはＤＰＦ１１の再生に有利である。なお、アイドル再生は自動再生と手動再生のいずれの時においても実行され得る。このように排気ブレーキバルブ７は、エンジンブレーキ力増加すなわち排気ブレーキという本来の目的に加え、排気ガスの昇温という別の目的のためにも使用されることができる。

図４および図５に示すように、弁体７Ａの全閉時、弁体７Ａの外周縁部６１の少なくとも一部と、排気管５との間には比較的狭い隙間６２が形成される。より詳しくは、弁体７Ａの外周縁部６１の略全周と、排気管５の内周面６３との間には比較的狭い半径方向の隙間６２が形成される。他方、弁体７Ａの上流側ないし手前で昇圧された排気ガスＧは、この隙間６２と、弁体７Ａに貫通形成された弁体孔６０とを通じて下流側に流れる。

このとき、図４および図５に矢示するように、隙間６２を通過した排気ガスの流れＦ１は、暫くの間は排気管５の内周面６３に沿って流れるが、やがて排気管内周面６３から剥離する剥離流Ｆ２を生じさせる。この剥離流Ｆ２は、排気通路６の中心側すなわち通路軸Ｃ１の方に向かった後、排気ガスＧの流れ方向とは逆方向に流れる逆流Ｆ３を生じさせる。そして剥離流Ｆ２に起因して、排気通路６内におけるラムダセンサ８付近の箇所には旋回流Ｆ４が生じる。旋回流Ｆ４は、排気通路６の半径方向外側では排気ガスＧの流れ方向すなわち順流方向に向かうが、排気通路６の半径方向内側では逆流方向に向かうような流れである。この旋回流Ｆ４も逆流Ｆ３の一種とみなせる。

逆流Ｆ３は、ラムダセンサ８の下流側からラムダセンサ８に向かってくるような流れである。他方、このときに排気管インジェクタ９から燃料Ｌが噴射されると、その燃料Ｌの噴霧もしくは液滴の上流側の一部Ｌ１が、逆流Ｆ３に乗ってラムダセンサ８に向かっていく。そしてその燃料噴霧の一部Ｌ１は、ラムダセンサ８のカバー孔３８からセンサカバー３７内に浸入し、検出素子３６に付着する虞がある。検出素子３６は、ヒータで加熱されて高温となっているので、液体である燃料噴霧の一部Ｌ１が検出素子３６に付着すると、その付着箇所で素子温度が急激に低下し、熱応力集中により検出素子３６が割れる（これを素子割れという）虞がある。このように、燃料噴霧の一部Ｌ１がラムダセンサ８、特に検出素子３６に付着すると、ラムダセンサ８が破損する虞がある。

しかしながら本実施形態では、弁体孔６０を通過した排気ガスの流れＦ５が、ラムダセンサ８に向かって流れるので、この流れＦ５により、ラムダセンサ８に向かってくる逆流Ｆ３を押し返し、抑制すると共に、ラムダセンサ８周辺における旋回流Ｆ４を弱めることができる。これにより、燃料噴霧の一部Ｌ１が逆流Ｆ３に乗ってラムダセンサ８に向かってくるのを抑制し、その燃料噴霧の一部Ｌ１がセンサカバー３７内に浸入し、検出素子３６に付着するのを抑制することができる。そして、素子割れによりラムダセンサ８の破損を効果的に抑制することができる。

本実施形態では図５に示すように、中央の弁体孔６０が、センサ取付穴４１およびラムダセンサ８の直近かつ後方の位置に指向されているので、弁体孔６０を通過した流れＦ５をその位置に到達させることができる。よって、センサ側の隙間６２通過後に排気管内周面６３に沿って流れる流れＦ１と共に、弁体孔６０通過後の流れＦ５を、後方からラムダセンサ８に当て、逆流Ｆ３および燃料噴霧の浸入付着を効果的に抑制することができる。

また、図４から分かるように、最上および最下の弁体孔６０を通過した流れＦ５は、ラムダセンサ８の上側および下側を通り抜けるような流れとなるので、これら流れＦ５により、逆流Ｆ３に乗って上側および下側から回り込んでくるような燃料噴霧の流れをも効果的に抑制できる。

また、弁体孔６０を通過した流れＦ５により、センサカバー３７へのゴミ付着を抑制し、カバー孔３８のゴミ詰まりを抑制できる。また弁体孔６０は、弁体７Ａの全閉時にその上流側圧力を所定値に調整する機能をも有する。以上の作用効果が得られるよう、弁体孔６０のサイズ、数、形状、配置等は最適に定められる。

弁体孔６０をバルブ軸Ｃ２に対して右側、すなわちラムダセンサ８の設置側に配置したので、そうでない場合に比べ、弁体孔６０をラムダセンサ８により接近させ、ラムダセンサ８に到達した流れＦ５の流速を増すことができる。これにより逆流Ｆ３を効果的に抑制し、センサカバー３７へのゴミ付着等も効果的に抑制できる。

次に、本実施形態の変形例を説明する。なお前述の基本実施例と同様の部分には図中同一符号を付して説明を割愛し、以下、基本実施例との相違点を主に説明する。

図６に示す第１変形例では、排気ブレーキバルブ７の弁体７１がポペット式弁体となっている。すなわち、弁体７１の中心部に弁軸７２が固定され、弁軸７２が前述のアクチュエータ（図示せず）により矢示の如く軸方向に移動されることで、弁体７１は開閉作動される。排気管５は、その内周面６３に固定されたリング状の弁座７３を有する。図６は全閉時の弁体７１を示し、このとき、弁体７１の外周縁部７４と弁座７３の間には上下方向の比較的狭い隙間７５が形成される。なお弁体７１の全開時には弁体７１が図示の位置より下方に位置され、隙間７５が拡大される。

弁体７１には、上述の弁体孔６０の如き弁体孔７６が設けられる。弁体孔７６はラムダセンサ８に向かって指向されている。図示例では、弁軸７２の軸方向に対し傾斜された一つの弁体孔７６が設けられているが、その個数や配置等は任意である。

基本実施例と同様、隙間７５を通過した排気ガスの流れＦ１は、暫くの間は排気管内周面６３に沿って流れるが、やがて排気管内周面６３から剥離し、ラムダセンサ８に向かう逆流Ｆ３を生じさせる。この逆流Ｆ３に乗って、排気管インジェクタ９から噴射された燃料噴霧の一部Ｌ１がラムダセンサ８に向かい、その検出素子３６に付着する虞がある。しかし、本変形例においても、弁体孔７６を通過した排気ガスの流れＦ５により、逆流Ｆ３を抑制し、燃料噴霧の一部Ｌ１が逆流Ｆ３に乗ってラムダセンサ８、特に検出素子３６に付着するのを抑制できる。よってラムダセンサ８の破損を効果的に抑制することができる。

なお、本変形例では略直角に曲がった排気管５の屈曲部下流側に弁体７１が配置されているが、前述したように、排気管５の形状や弁体７１の設置位置等は任意である。

次に、図７を参照して第２変形例を説明する。本変形例では、排気ブレーキバルブ７の弁体８１がスイング式弁体となっている。すなわち、円形板状の弁体８１の端部にバルブシャフト８２が固定され、バルブシャフト８２が排気管５に回転可能に支持される。バルブシャフト８２が前述のアクチュエータ（図示せず）により矢示の如く回動されることで、弁体８１は開閉作動される。図７は全閉時の弁体８１を示し、このとき、弁体８１の外周縁部８４の略全周と、排気管５との間に、比較的狭い半径方向の隙間８５が形成される。

弁体８１には、上述の弁体孔６０の如き弁体孔８６が設けられる。弁体孔８６はラムダセンサ８に向かって指向されている。図示例では一つの弁体孔８６が設けられているが、その個数等は任意であり、例えば基本実施例と同様に三つ設けられていてもよい。

基本実施例と同様、隙間８５を通過した排気ガスの流れＦ１は、暫くの間は排気管内周面６３に沿って流れるが、やがて排気管内周面６３から剥離し、ラムダセンサ８に向かう逆流Ｆ３を生じさせる。この逆流Ｆ３に乗って、排気管インジェクタ９から噴射された燃料噴霧の一部Ｌ１がラムダセンサ８に向かい、その検出素子３６に付着する虞がある。しかし、本変形例においても、弁体孔８６を通過した排気ガスの流れＦ５により、逆流Ｆ３を抑制し、燃料噴霧の一部Ｌ１が逆流Ｆ３に乗ってラムダセンサ８、特に検出素子３６に付着するのを抑制できる。よってラムダセンサ８の破損を効果的に抑制することができる。

なお、本変形例では排気管５が直管状であるが、前述したように、排気管５の形状は任意である。

次に、図８を参照して第３変形例を説明する。本変形例では、排気ブレーキバルブ７の弁体９１がシャッター式弁体となっている。すなわち、板状の弁体９１が、前述のアクチュエータ（図示せず）により矢示の如く排気管５の直交方向に往復移動されることで、弁体９１は開閉作動される。図８は全閉時の弁体９１を示し、このとき、弁体９１の外周縁部の一部である下端縁部９４と、排気管５との間に、比較的狭い半径方向の隙間９５が形成される。

弁体９１には、上述の弁体孔６０の如き弁体孔９６が設けられる。弁体孔９６はラムダセンサ８に向かって指向されている。図示例では一つの弁体孔９６が設けられているが、その個数等は任意であり、例えば基本実施例と同様に三つ設けられていてもよい。

基本実施例と同様、隙間９５を通過した排気ガスの流れＦ１は、暫くの間は排気管内周面６３に沿って流れるが、やがて排気管内周面６３から剥離し、ラムダセンサ８に向かう逆流Ｆ３を生じさせる。この逆流Ｆ３に乗って、排気管インジェクタ９から噴射された燃料噴霧の一部Ｌ１がラムダセンサ８に向かい、その検出素子３６に付着する虞がある。しかし、本変形例においても、弁体孔９６を通過した排気ガスの流れＦ５により、逆流Ｆ３を抑制し、燃料噴霧の一部Ｌ１が逆流Ｆ３に乗ってラムダセンサ８、特に検出素子３６に付着するのを抑制できる。よってラムダセンサ８の破損を効果的に抑制することができる。

なお、本変形例でも排気管５が直管状であるが、排気管５の形状は任意である。

次に、図９を参照して第４変形例を説明する。本変形例では、排気ブレーキバルブ７の弁体１０１が基本実施例と同様のバタフライ式弁体となっている。すなわち、円形板状の弁体１０１の中央部にその直径方向（図の紙面厚さ方向）に延びるバルブシャフト１０２が固定され、バルブシャフト１０２が排気管５に回転可能に支持される。バルブシャフト１０２が前述のアクチュエータ（図示せず）により矢示の如く回動されることで、弁体１０１は開閉作動される。

図９は全閉時の弁体１０１を示す。このとき、弁体１０１の外周縁部１０４のほぼ全周が、排気管内周面６３に固定されたバルブストッパ１０７，１０８に密着され、弁体外周縁部１０４と排気管内周面６３との間の隙間がほぼ閉じられるようになっている。そして弁体１０１には、ラムダセンサ８に向かって指向される弁体孔１０６が設けられる。

本変形例では、弁体１０１の全閉時に概ね弁体孔９６を通じてのみ、排気ガスが弁体１０１を通過される。これにより、弁体７Ａの全閉時にその上流側圧力を調整し易くできる可能性がある。弁体孔９６を通過した排気ガスの流れをＦ５で示す。

しかし、構造上の理由から、バルブストッパは、それぞれ略半円弧状の上部バルブストッパ１０７と下部バルブストッパ１０８に分割されている。弁体１０１の全閉時には、弁体外周縁部１０４の上流側の面すなわち後面が上部バルブストッパ１０７に密着され、弁体外周縁部１０４の下流側の面すなわち前面が下部バルブストッパ１０８に密着される。従って、弁体外周縁部１０４のうち、図の紙面厚さ方向手前側と奥側の左右側部付近、すなわちバルブシャフト１０２付近では、排気管内周面６３との間のシールが甘くなり、排気管内周面６３との間に僅かながら隙間（図示せず）ができる。排気管５内に回動可能な弁体１０１を設けた場合、弁体外周縁部１０４の全周において排気管内周面６３との間の隙間を完全に無くすのは困難である。

従って本変形例においても、その僅かな隙間を通過した排気ガスの流れＦ１が発生し得る。この流れＦ１は前記同様、暫くの間は排気管内周面６３に沿って流れるが、やがて排気管内周面６３から剥離し、ラムダセンサ８に向かう逆流Ｆ３を生じさせる。この逆流Ｆ３に乗って、排気管インジェクタ９から噴射された燃料噴霧の一部Ｌ１がラムダセンサ８に向かい、その検出素子３６に付着する虞がある。しかし、本変形例においても、弁体孔１０６を通過した排気ガスの流れＦ５により、逆流Ｆ３を抑制し、燃料噴霧の一部Ｌ１が逆流Ｆ３に乗ってラムダセンサ８、特に検出素子３６に付着するのを抑制できる。よってラムダセンサ８の破損を効果的に抑制することができる。

以上、本発明の実施形態を詳細に述べたが、本発明の実施形態は他にも種々考えられる。

（１）例えば、センサはラムダセンサ８以外のセンサであってもよく、例えばＮＯｘセンサ、ＰＭセンサおよび圧力センサのいずれかであってもよい。液体付着により破損する可能性のある任意のセンサをセンサとすることができる。なお周知のように、ＮＯｘセンサは、排気ガスのＮＯｘ濃度を検出するためのセンサであり、ＰＭセンサは、排気ガスのＰＭ濃度を検出するためのセンサである。

（２）インジェクタは、燃料以外の液体を噴射するものであってもよく、例えばＳＣＲへのアンモニア源として使用される尿素水を噴射するものであってもよい。

（３）排気絞り弁は、上述の排気ブレーキバルブ７に限定されず、例えば排気ブレーキ機能を有さず排気昇温機能のみを有する他の弁であってもよい。また排気絞り弁を作動させるアクチュエータは電動式または油圧式であってもよい。

本発明の実施形態は前述の実施形態のみに限らず、特許請求の範囲によって規定される本発明の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が本発明に含まれる。従って本発明は、限定的に解釈されるべきではなく、本発明の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。

１ 内燃機関
５ 排気管
６ 排気通路
７ 排気ブレーキバルブ
７Ａ，７１，８１，９１，１０１ 弁体
８ ラムダセンサ
９ 排気管インジェクタ
１０ 酸化触媒
１１ パティキュレートフィルタ
３６ 検出素子
６０，７６，８６，９６，１０６ 弁体孔
６１，７４，８４，９４，１０４ 外周縁部
６２，７５，８５，９５，１０５ 隙間
１００ 電子制御ユニット
Ｌ 燃料

Claims (7)

1. 排気通路を画成する排気管と、
   前記排気管に設けられた排気絞り弁と、
   前記排気管において前記排気絞り弁の下流側に設けられたセンサと、
   前記排気管において前記センサの下流側に設けられ、前記排気通路内に液体を噴射するインジェクタと、
   を備え、
   前記排気絞り弁が、前記排気通路内に配置された弁体を有し、前記弁体が、その全閉時に前記センサまたはその近傍に指向される弁体孔を有する
   ことを特徴とする内燃機関の排気システム。
2. 前記弁体の全閉時に、前記弁体の外周縁部の少なくとも一部と、前記排気管との間に隙間が形成され、
   前記隙間を通過した排気ガスに起因して生成され前記センサに向かう排気ガスの逆流を、前記弁体孔を通過した排気ガスの流れによって抑制するように構成された
   ことを特徴とする請求項１に内燃機関の排気システム。
3. 前記センサが、前記排気通路内に露出される検出素子を有し、
   前記弁体孔が、前記弁体の全閉時に前記検出素子またはその近傍に指向される
   ことを特徴とする請求項１または２に内燃機関の排気システム。
4. 前記センサが、ラムダセンサ、ＮＯｘセンサ、ＰＭセンサおよび圧力センサのいずれかである
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に内燃機関の排気システム。
5. 前記弁体が、バタフライ式弁体、ポペット式弁体、スイング式弁体およびシャッター式弁体のいずれかである
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に内燃機関の排気システム。
6. 前記液体が燃料である
   ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に内燃機関の排気システム。
7. 前記排気管において前記インジェクタの下流側に設けられた酸化触媒と、
   前記排気管において前記酸化触媒の下流側に設けられたパティキュレートフィルタと、
   前記パティキュレートフィルタのアイドル再生時に、前記排気絞り弁の前記弁体を全閉に制御し、かつ前記インジェクタから前記液体である燃料を噴射させる制御ユニットと、をさらに備える
   ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に内燃機関の排気システム。

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