JP4936008B2

JP4936008B2 - 内燃機関の排気浄化装置

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Publication number: JP4936008B2
Application number: JP2008047168A
Authority: JP
Inventors: 洋之木村
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2008-02-28
Filing date: 2008-02-28
Publication date: 2012-05-23
Anticipated expiration: 2028-02-28
Also published as: JP2009203894A

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トラップ触媒や選択還元型ＮＯｘ触媒、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トラップ触媒の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トラップ触媒や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を噴射する構成がある。

一方、選択還元型ＮＯｘ触媒において、ＮＯｘを還元処理するために当該選択還元型ＮＯｘ触媒に向けて尿素水等の還元剤を供給する必要がある。
そこで、当該還元型ＮＯｘ触媒の上流に尿素添加インジェクタを設けて、当該尿素添加インジェクタより尿素水を噴射する構成もある。
例えば、排気浄化用触媒の排気上流側にある屈曲部の曲がり方向外側に、燃料添加インジェクタを付設するとともに、当該燃料添加インジェクタのノズル先端部から屈曲部下流の排気管に沿う方向に向け噴射空間を形成し、当該噴射空間を介して屈曲部下流の排気管内の流路に燃料を噴射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に開示された技術のように、燃料添加インジェクタは排気管から離間させた位置にあり、燃料添加インジェクタが僅かでも軸方向に回動して設けられた場合等には、ノズル先端から噴射される燃料噴射の向きにずれが生じ、噴射経路の内壁に燃料が多量に付着し、適正に排気浄化触媒に燃料を添加することができないという問題がある。

つまり、燃料噴射方向を適正なものとするためには、燃料添加インジェクタの組み付けに際して位置決めの精度を高くする必要がある。
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、触媒へ添加剤を供給する添加剤噴射弁において、位置決めにおける精度を高くする必要なく容易な作業で適正な位置に組み付けることができ、排気浄化装置の機能性を十分に確保する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、前記排気管に設けられ前記触媒に供給する添加剤を噴射する添加剤噴射弁と、一側端部が付勢手段により付勢されて前記添加剤噴射弁を挟持し、該一側端部と離間した位置で互いに回動自在に枢支された一対の挟持片から構成され、該添加剤噴射弁の軸周りにおける所定の向きで該添加剤噴射弁を固定する固定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、側面に該添加剤噴射弁の軸直方向に垂直をなし且つ平行な２つの挟持面を有しており、前記固定部材は、前記一対の挟持片の各一側端部が前記挟持面と当接して挟持す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、前記付勢手段は、端部が前記一対の挟持片のそれぞれの一側端部に接続されたＣ字状の弾性部材であ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、排気管内に設けられた触媒に添加剤を供給する添加剤噴射弁を、付勢手段により付勢されて挟持する固定部材により軸周りの所定の向きで固定する。
つまり、固定部材は付勢手段により付勢されて添加剤噴射弁を挟持することで、当該添加剤噴射弁と確実に当接して、当該添加剤噴射弁を軸周りの所定の向きで確実に固定することができる。

これにより、添加剤噴射弁から噴射される添加剤噴射の向きを、常に設計通りの適正な方向に固定することができる。したがって、当該添加剤は確実に触媒に供給され、排気浄化性能を確保することができる。
このことから、触媒へ添加剤を供給する添加剤噴射弁において、位置決めにおける精度を高くする必要なく容易な作業で適正な位置に組み付けることができ、排気浄化装置の機能性を十分に確保することができる。

また、固定部材について、一側端部で添加剤噴射弁を挟持し、該一側端部と離間した位置で互いに回動自在に枢支された一対の挟持片から構成することしている。
このように、固定部材は枢支部分を支点に一側端部で添加剤噴射弁を挟持する構成であることで、当該一側端部を互いに離間させることができ、取り付け及び取り外しの作業を容易に行うことができ、作業性を向上させることができる。

請求項２の内燃機関の排気浄化装置によれば、添加剤噴射弁の側面に軸直方向に垂直且つ平行な２つの挟持面を有しており、固定部材が、一対の挟持片の一側端部の側面で挟持面と当接して挟持することとしている。
このように、添加剤噴射弁の挟持面が固定部材の一側端部により挟持されることで、添加剤噴射弁の軸周りにおける向きにずれがある場合でも、一側端部に作用する付勢力により当該挟持面と一側端部とが全面で当接するよう当該軸周りにおける向きが修正される。

したがって、添加剤噴射弁の軸周りにおいて設計通りの所定の向きで確実に固定することができる。
請求項３の内燃機関の排気浄化装置によれば、付勢手段を、端部が一対の挟持片のそれぞれの一側端部に接続されたＣ字状の弾性部材としている。
これにより、簡易な構成で一対の挟持片の一側端部を付勢することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
図１乃至８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の要部拡大斜視図、図３には図１の要部拡大断面図、図４には図３のＡ−Ａ線に沿う断面図、図５には固定部材の斜視図、図６には図３のＢ−Ｂ線に沿う断面図、図７には燃料添加インジェクタ組付状態時の上面視図、図８には固定部材取付前の上面視図がそれぞれ示されており、以下これらの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トラップ触媒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トラップ触媒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トラップ触媒１４は、排気中のＮＯｘを吸蔵し、Ｈ２やＨＣやＣＯ等の添加剤が供給されＮＯｘトラップ触媒上で還元雰囲気が形成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には、上記酸化触媒１２及びＮＯｘ触媒１４へ供給する添加剤としての燃料を噴射する燃料添加インジェクタ２０（添加剤噴射弁）が支持部材２２を介して支持されている。
詳しくは図２乃至４に示すように、支持部材２２は、下端が排気管１０の屈曲部１０ａの上面部分に当接し、当該下端から排気管外側方向、即ち上方向に向かって延びている。

当該支持部材２２の下部内部には、半球状をなす噴射空間２４が形成されており、当該噴射空間２４の下端は排気管１０の屈曲部１０ａに穿設された開口部１０ｂを通じて排気管１０内と連通されている。
また、当該支持部材２２には、噴射空間２４の壁面上端から当該支持部材２２の上面に貫通した嵌合孔２６が穿設されている。

当該嵌合孔２６は燃料添加インジェクタ２０の下側半分の外形に合わせた形状をなしており、当該嵌合孔２６に燃料添加インジェクタ２０が嵌合されている。
燃料添加インジェクタ２０は、軸方向一側を下方として設けられており、円筒状の本体部３０、当該本体部３０の下端から下方に突出したノズル部３２、及び当該本体部３０の軸方向中央部に形成された鍔部３４から構成されている。

詳しくは、ノズル部３２の先端は支持部材２２の噴射空間２４に臨んでおり、当該ノズル部３２先端からは酸化触媒１２の排気上流側面に向かって二又に分かれた燃料噴射３６ａ、３６ｂが噴射される。
また、当該燃料添加インジェクタ２０の鍔部３４は、本体部３０に一体に外嵌された環状をなしている。そして、当該鍔部３４の軸方向上側であって、上面視において一側及び他側の両部分には、それぞれ本体部近傍に位置し軸直方向に垂直な弦から外側に切り欠かれた切欠部３４ａ、３４ｂが形成されている。なお、当該切欠部３４ａ、３４ｂの底面は、燃料添加インジェクタ２０が支持部材２２の嵌合部２６に嵌合されているときに、当該支持部材２２の上面と連続するよう形成されている。また、当該切欠部３４ａ、３４ｂの壁面（挟持面）は、上記二又の燃料噴射３６ａ、３６ｂの方向と対応して形成されている。

そして、当該燃料添加インジェクタ２０から噴射される燃料噴射３６ａ、３６ｂは、噴射通路２６内を通り排気管１０内へと流入し、上記酸化触媒１２に供給される。燃料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。さらに排気下流側にあるＮＯｘトラップ触媒１４に昇温された排気と酸化触媒１２で酸化しきらなかった未燃成分（Ｈ２やＨＣやＣＯ）が流入しＮＯｘトラップ触媒上で還元雰囲気が形成されることで、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。

以上のような構成をなす燃料添加インジェクタ２０は、支持部材２２に固定部材４０によって固定されている。
固定部材４０は、図３乃至８に示すように、一対の挟持片４２、４４及び弾性部材４６（付勢手段）から構成されている。
詳しくは、一対の挟持片４２、４４はそれぞれ一方向に長い形状をなし、略平行に対向している。そして、それぞれの挟持片４２、４４の長手方向略中央位置において、互いに接近する方向（以下、接近方向という）に膨出した枢支部４８ａ、４８ｂ、５０において枢支されている。

当該枢支部４８ａ、４８ｂ、５０は、一方の挟持片４２においては上下二片の枢支部４８ａ、４８ｂが形成され、他方の挟持片４４においては上下方向中央部に一片の枢支部５０が形成されており、当該一方の挟持片４２の枢支部４８ａ、４８ｂの間に、他方の挟持片４４の枢支部５０が位置している。
また、当該枢支部４８ａ、４８ｂ、５０は、それぞれ端部分が上面視半円形状をなしており、一対の挟持片４２、４４は当該枢支部４８ａ、４８ｂ、５０の端部形状に沿うように相互に回動可能である。

また、当該枢支部４８ａ、４８ｂ、５０の上面視中央位置には、上下方向に貫通する貫通孔５２ａ、５２ｂ、５４がそれぞれ穿設されている。さらに一方の挟持片４２における枢支部４８ａ上面には、当該貫通孔５２ａ周縁において僅かに球面状に凹んだ凹部５６が形成されている。
当該一対の挟持片４２、４４において、枢支部４８ａ、４８ｂ、５０より一側は僅かに下方に傾斜して延びている。そして、一側端部５８、６０においては、下面が側面視曲面状をなしており、支持部材２０上面及び燃料添加インジェクタ２０の切欠部３４ａ、３４ｂの底面と当接されている。

また、一対の挟持片４２、４４の枢支部４８ａ、４８ｂ、５０より他側には、下方に僅かに突出した突出部６２、６４が形成されている。そして、他側端部６６、６８は上面視においてそれぞれ接近側に幅が狭くなっており、側面視においては挟持片４２、４４の長手方向に僅かに長い長孔７０、７２が穿設されている。
一方、弾性部材４６は、Ｃ字状のリングばねであり、一対の挟持片４２、４４の他側端部６６、６８の長孔７０、７２を貫通し、一端が一方の挟持片４２の一側端部５８に接続され、他端が他方の挟持片４４の一側端部６０に接続されている。そして、当該弾性部材４６は、一対の挟持片４２、４４の一側端部５８、６０を接近方向に付勢するものである。

このように構成されている固定部材４０は、枢支部４８ａ、４８ｂ、５０の貫通孔５２ａ、５２ｂ、５４にボルト８０が挿入されている。そして、当該ボルト８０は、先端側が、支持部材２２において側方に膨出しているとともに上方に僅かに***した膨出部２０ａの螺合孔８２に螺合することで、固定部材４０を締結している。なお、当該ボルト８０の頭部と一方の挟持片４０の凹部５６との間には、当該凹部５６に合わせて下面が球面状をなすワッシャ８４が介装されている。

そして、固定部材４０の一側端部５８、６０では、接近方向側面が燃料添加インジェクタ２０の切欠部３４ａ、３４ｂの側面と当接しているともに、下面が当該切欠部３４ａ、３４ｂの底面及び支持部材２２の上面と当接しており、燃料添加インジェクタ２０を支持部材２２に固定している。また、固定部材４０の突出部６２、６４は、支持部材２２の膨出部２０ａの上面に形成されている係合部８６ａ、８６ｂに係合されている。

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における作用について説明する。
図８に示すように、燃料添加インジェクタ２０の組み付けの際には、まず燃料添加インジェクタ２０を支持部材２２の嵌合孔２６に嵌合する。このとき、燃料添加インジェクタ２０の軸周りにおける向きは、切欠部３４ａ、３４ｂの壁部の方向が支持部材２２に対して膨出部２２ａが形成されている方向と同方向となるよう合わせる。

また、固定部材４０は、図示しない治具または手動（以下治具等という）により一対の挟持片４２、４４の一側端部５８、６０を弾性部材４６の付勢力に抗して互いに離間させる。そして、当該固定部材４０を、一側端部５８、６０の間に燃料添加インジェクタ２０が位置するよう、且つ貫通孔５２ａ、５２ｂ、５４が膨出部２２ａの螺合孔８４の位置に合うよう移動させる。

さらに、当該固定部材４０の突出部６２、６４が膨出部２２ａの係合部８６ａ、８６ｂに係合するよう固定部材４０の下面を膨出部２２ａの上面に当接させ、一側端部５８、６０を燃料添加インジェクタ２０の切欠部３４ａ、３４ｂに合わせた後、当該一側端部５８、６０離間させている治具等を解除する。治具等が解除された一側端部５８、６０は弾性部材４６の付勢力により接近方向に移動し、燃料添加インジェクタ２０の切欠部３４ａ、３４ｂ壁面と当接し当該燃料添加インジェクタ２０を挟持する。

このとき、燃料添加インジェクタ２０が固定部材４０の一側端部５８、６０により挟持されることで、弾性部材４６による付勢力により当該一側端部５８、６０と切欠部３４ａ、３４ｂの壁面とが全面で当接するように燃料添加インジェクタ２０の軸周りにおける向きが修正される。
また、一側端部５８、６０の下面は、支持部材２２の上面及び切欠部３４ａ、３４ｂの底面と当接する。そして、当該一側端部５８、６０の下面は側面視曲面状をなしていることから支持部材２２の上面及び切欠部３４ａ、３４ｂの底面と片当たりすることなく、確実に下方に押圧するよう当接される。

さらに、固定部材４０の貫通孔５２ａ、５２ｂ、５４にボルト８０を挿入し、当該ボルト８０が締結されることで、燃料添加インジェクタ２０は支持部材２２に固定される。
一方、固定部材４０の取り外し時においては、ボルト８０を外し、固定部材４０の一側端部５８、６０を治具等で離間させて固定部材４０を離脱させる。
以上のように、固定部材４０は一対の挟持片４２、４４とリングばねの弾性部材４６からなる簡単な構成でありつつ、当該弾性部材４６による付勢力により燃料添加インジェクタ２０を挟持し、当該燃料添加インジェクタ２０を確実に固定させることができる。

燃料添加インジェクタ２０の切欠部３４ａ、３４ｂの壁面を固定部材４０の一側端部５８、６０により挟持することで、弾性部材４６による付勢力により当該一側端部５８、６０と切欠部３４ａ、３４ｂの壁面とが全面で当接するよう燃料添加インジェクタ２０の向きが修正され、燃料添加インジェクタ２０の軸周りにおいて設計通りの所定の向きで確実に固定することができる。

これにより、二又をなすような指向性を有した燃料噴射３６ａ、３６ｂであっても、常に設計通りの適正な方向に噴射させることができる。つまり、当該燃料噴射３６ａ、３６ｂは確実に酸化触媒及びＮＯｘ触媒に供給され、排気浄化性能を確保することができる。
また、固定部材４０は、燃料添加インジェクタ２０を挟持する一側端部５８、６０を離間させることができることで、取り付け及び取り外しの作業を容易に行うことができ、作業性を向上させることができる。

以上のことから、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置では、酸化触媒１２及びＮＯｘ触媒１４に燃料（ＨＣ）を供給する燃料添加インジェクタ２０において、位置決めにおける精度を高くする必要なく、容易な作業で適正な位置に組み付けることができ、排気浄化装置の機能性を十分に確保することができる。
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、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トラップ触媒１４、ＤＰＦ１６を備えた排気浄化装置であるが、燃料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トラップ触媒及び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２０から二又の燃料噴射３６ａ、３６ｂが噴射される構成であるが、燃料噴射の形状等はこれに限定されるものではない。
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、触媒に供給するものであれば何でもよく、例えば還元剤としてのガソリン、エタノール、尿素、アンモニアなどでもよい。また、還元剤以外の物質でもよく、例えば触媒冷却のための空気，窒素，二酸化炭素などや，パティキュレートフィルタに捕集した煤の燃焼除去を促進させるための空気やセリアなどでもよい。

また、上記実施形態では、一対の挟持片は一方向に長い構成をなしているが、当該挟持片はこのような形状に限られるものではなく、例えば枢支部から一側端部に向け円弧状に湾曲し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における挟持面である切欠部の壁面及び当該挟持面を挟持する一対の挟持片の一側端部の側面はそれぞれ平面をなしているが、このような形状に限られるものではなく、燃料添加インジェクタの挟持面及び一対の挟持片の一側端部の側面が、燃料添加インジェクタの位置決め可能に、それぞれ対応する形状をなしていればよい。
また、上記実施形態では、付勢手段としてＣ字状のリングばねを使用しているが、付勢手段はこれに限られるものではなく、例えば枢支部の一側または他側において、一対の枢支部に間を連結するコイルばねを設けても構わない。つまり、枢支部の一側に当該コイルばねを設けた場合には当該コイルばねの引っ張りにより、一方枢支部の他側にコイルばねを設けた場合にはばねの弾性により一側端部を付勢するものである。

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。本発明の実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置の要部拡大斜視図である。図１の要部拡大断面図である。図３のＡ−Ａ線に沿う断面図である。固定部材の斜視図である。図３のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。燃料添加インジェクタ組付状態時の上面視図である。固定部材取付前の上面視図である。

符号の説明

１エンジン（内燃機関）
１０排気管
１０ａ屈曲部
１２酸化触媒
２０燃料添加インジェクタ（添加剤噴射弁）
２２支持部材
３４鍔部
３４ａ、３４ｂ切欠部
４０固定部材
４２、４４挟持片
４６弾性部材（付勢手段）
５８、６０一側端部
８０ボルト

Claims

内燃機関の排気管内に設けられた触媒と、
前記排気管に設けられ前記触媒に供給する添加剤を噴射する添加剤噴射弁と、
一側端部が付勢手段により付勢されて前記添加剤噴射弁を挟持し、該一側端部と離間した位置で互いに回動自在に枢支された一対の挟持片から構成され、該添加剤噴射弁の軸周りにおける所定の向きで該添加剤噴射弁を固定する固定部材と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
前記添加剤噴射弁は、側面に該添加剤噴射弁の軸直方向に垂直をなし且つ平行な２つの挟持面を有しており、
前記固定部材は、前記一対の挟持片の各一側端部が前記挟持面と当接して挟持す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。
前記付勢手段は、端部が前記一対の挟持片のそれぞれの一側端部に接続されたＣ字状の弾性部材であ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。