排気管内液体噴射システム、排気ガス浄化システム、排気管内液体噴射方法及び排気ガス浄化方法
【課題】内燃機関の排気通路の排気ガス浄化装置の上流側に液体噴射装置を備えた内燃機関で、排気通路内に噴射した液体が、排気通路の内周側へ付着するのを防止でき、液体の消費量の悪化を抑制できると共に、曲管部における排気ガスの流れを良くして、排気ガス浄化装置に至るまでの圧力損失を低減することができる、排気管内液体噴射システム等を提供する。
【解決手段】液体噴射装置２５を曲管部２２に装着し、この曲管部２２の下流の横断面積を増加した部分２４に流路制御弁２６を設け、この流路制御弁２６を、閉じた時には、曲管部２２の排気ガスＧの流れを内周側に流すと共に排気ガスＧの流通路を絞り、開いた時には、曲管部２２の排気ガスＧの流れを流路制御弁２６の弁体２６ｂの外周側と内周側に２分して流すように構成する。
【解決手段】液体噴射装置２５を曲管部２２に装着し、この曲管部２２の下流の横断面積を増加した部分２４に流路制御弁２６を設け、この流路制御弁２６を、閉じた時には、曲管部２２の排気ガスＧの流れを内周側に流すと共に排気ガスＧの流通路を絞り、開いた時には、曲管部２２の排気ガスＧの流れを流路制御弁２６の弁体２６ｂの外周側と内周側に２分して流すように構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気通路に、燃料や尿素等の還元剤等の液体を噴射して、排気ガス浄化装置の再生、又は、排気ガスの浄化を行うための、排気管内液体噴射システム、排気ガス浄化システム、排気管内液体噴射方法及び排気ガス浄化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
軽油やガソリンを燃料とする自動車搭載の内燃機関等の排気ガスを浄化するために、内燃機関の排気通路に排気ガス浄化装置（後処理装置）を設けて、排気通路の排気ガスを浄化して大気環境の悪化を抑制している。
【０００３】
この排気ガス浄化装置としては、未燃炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）を酸化する酸化触媒（ＤＯＣ）、ＮＯｘを浄化するＮＯｘ吸蔵還元型触媒（ＬＮＴ）、アンモニアを生成する尿素等の還元剤でＮＯｘを浄化する選択還元型ＮＯｘ触媒（ＳＣＲ）、微粒子状物質（ＰＭ）を浄化するＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）や触媒付きＤＰＦ（ＣＳＦ）等が用いられている。
【０００４】
この酸化触媒では、排気ガス温度が低く排気ガスを昇温する必要がある場合には、燃料等のＨＣ（炭化水素）を排気管内に供給して、このＨＣを酸化触媒で酸化して、この酸化熱により排気ガスを昇温している。
【０００５】
また、ＮＯ吸蔵還元型触媒は、アルカリ又はアルカリ土類金属を貴金属と共に担持して、排気ガス空燃比がリーン状態でＮＯを酸化して硝酸塩として触媒上に吸着及び吸蔵して排気ガス中のＮＯｘを浄化している。この吸着反応を維持するために、略定期的に、排気ガスの空燃比状態をリッチ状態に変更して、ＮＯｘを放出させると共に放出されたＮＯｘを還元している。このＮＯｘ吸蔵能力を回復するために、排気ガスの空燃比をリッチ状態にする必要があり、このリッチ状態を排気ガス中に燃料等のＨＣを噴射及び供給することで実現している。
【０００６】
また、ＮＯ吸蔵還元型触媒では、燃料中の硫黄成分により、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ吸蔵能力が低下するが、このＮＯｘ吸蔵能力の低下に伴う浄化率の悪化を防止するために、硫黄被毒からの回復のために硫黄除去による硫黄被毒回復処理を行っている。この硫黄被毒回復処理に際しても、より高温でリッチ状態にする必要があるので、排気ガス中への燃料等のＨＣの噴射及び供給を行っている。
【０００７】
また、選択還元型ＮＯｘ触媒では、排気管内に供給された尿素溶液等の還元剤を加水分解して得られるアンモニアにより、排気ガス中のＮＯｘを還元している。更に、ＤＰＦや触媒付きＤＰＦでは、ＤＰＦに捕集したＰＭを燃焼除去するＰＭ強制再生のために、排気管内に燃料等のＨＣを供給して、この酸化熱により排気ガスを昇温し、昇温した排気ガスによりＤＰＦを昇温してＰＭを燃焼除去している。
【０００８】
この燃料等の液体の供給に関しては、従来技術では、排気管内液体噴射システムを設けて、噴射弁（インジェクター）等により排気ガスより高い圧力で燃料を噴射している。この排気管内液体噴射システムでは噴射弁を通過する燃料等の液体が高温により固化して目詰まりが生じないように、水循環による冷却構造を必要としている。
【０００９】
また、図６に示すように、この噴射弁２０は、排気通路１０に上流側直管部１１の下流側に曲管部１２を設けて、更にその下流側に配置した下流側直管部１３の方向へ燃料等の液体を噴射する構造としている（例えば、特許文献１及び２参照。）。
【００１０】
この構成によれば、液体の噴射弁の装着部を曲管部の部位としているので、噴射された液体が排気管の内壁への付着するのを防止するように、燃料や尿素等の液体の噴射方向を排気ガスの流れの方向と同じにすることができる。
【００１１】
しかしながら、図６及び図７に示すように、排気通路１０の曲管部２２における排気ガスＧの流れを見ると、曲管部２２の外周側にはガス流れに遠心力が作用し高圧となる一方、内周側には低圧部分が発生し、曲管部２２を通過する排気ガスＧにはその断面で高圧の外周側から低圧の内周側へ排気ガスＧが循環する流れを生じている。
【００１２】
つまり、排気ガス配管形状に曲がり部２２があると、その外側はガスのもつ質量と曲げ半径に応じた遠心力が発生する。この結果、外側は内側よりもガス圧が高くなる。図６のＣ−Ｄ断面を図７に示すが、図７の断面で排気ガスＧの流れを考えると、ガスは高圧側から低圧側へ排気管内周面に沿って流れる。曲管部２２の横断面内の中央部分では内側から外側へ流出するような流れが生成されるが、ここに液滴状の燃料等の液体Ｆが供給されると、液滴は外側へ押し出された後に、排気管の内周面に沿って再び内側へ戻るように流れるので、排気管内周面に付着し易い。
【００１３】
この排気ガスＧの流れは曲管部２２に発生し、排気通路１０に噴射された液体Ｆが排気ガス通路１０の下流側直管２３の内周面に付着すると、付着した分量だけ不足するので、液体Ｆ（例えば、触媒還元に必要な燃料）の供給量を補足するよう液体供給量を増加せねばならず、液体Ｆの消費量が増加する。
【００１４】
また、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の硫黄除去処理では、触媒温度を７００℃以上に加熱する必要があるが、排気通路１０の下流側直管２３の内周面への燃料の付着により、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒への燃料供給量が低下すると、触媒の昇温が抑制され、不十分な硫黄除去となり、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ浄化性能を悪化させてしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開２００６−９０２５９公報
【特許文献２】特開２００６−７７６９１公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明は、上記の状況を鑑みてなされたものであり、その目的は、内燃機関の排気通路の排気ガス浄化装置の上流側に液体噴射装置を備えた内燃機関で、排気ガス通路内に噴射した燃料等の液体が、排気ガス通路の曲管部とこの曲管部の下流側の直管において、内周側へ付着するのを防止でき、液体の消費量の悪化を抑制できると共に、曲管部における排気ガスの流れを良くして、排気ガス浄化装置に至るまでの圧力損失を低減することができる、排気管内液体噴射システム、排気ガス浄化システム、排気管内液体噴射方法及び排気ガス浄化方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記の目的を達成するための本発明の排気管内直接液体噴射システムは、内燃機関の排気通路の排気ガス浄化装置の上流側に液体噴射装置を備えた排気管内液体噴射システムにおいて、前記液体噴射装置の装着部を曲管部の部位とし、この曲管部の下流部位の横断面積を増加し、この横断面増加部分に流路制御弁を設けると共に、該流路制御弁の制御装置を設け、前記流路制御弁を、閉じた時には前記曲管部の排気ガスの外周側の流れを遮って排気ガスの流れを内周側に流すと共に排気ガスの流通路を絞り、開いた時には前記曲管部の排気ガスの流れを前記流路制御弁の弁体の外周側と内周側に２分して流すように構成する。
【００１８】
この構成によれば、流路制御弁により、排気ガスの流れを内周側に流したり、外周側と内周側に２分して流したりすることにより、排気ガス浄化装置の状態に応じて、排気ガス流量を絞って排気ガスの流量を減らしたり、排気ガスを２分して曲管部外周側と内周側に流して排気ガスの流れを良くして、排気ガス浄化装置に至るまでの圧力損失を低減できる。また、液体噴射時に排気管内に噴射する液体を２分した排気ガスの流れの外周側を流れる排気ガス中に噴射することにより、液体の排気管内周面への付着を防止することができ、液体の消費量の悪化を抑制できる。
【００１９】
上記の排気管内液体噴射システムにおいて、前記流路制御弁の弁体を下流側に設けた回転軸を中心に回転可能に設けると共に、前記流路制御弁を閉じる時には、前記弁体の前端を前記曲管部の外周側部分に付くように回転移動させ、前記流路制御弁を開く時には、前記弁体の前端を前記曲管部の内周側に回転移動させるように構成する。
【００２０】
この構成によれば、比較的簡単な構成で、流路制御弁を形成できる。例えば、制御弁形状を上流側に向けた半円形とすると共に、曲管部の下流部位の横断面を単純円形構造ではなく、例えば、二円を並べた共通接線で結んだ長円構造のように形成して、下流部位の横断面積を増加する。
【００２１】
上記の排気管内液体噴射システムにおいて、前記液体が燃料であり、かつ、前記制御装置が、前記排気ガス浄化装置への燃料の供給に際しては、前記排気ガス浄化装置に担持された触媒が活性化温度より低くて、前記触媒を加熱する場合には、排気管内直接燃料噴射を行わずにシリンダ内燃料噴射でのポスト噴射により燃料を前記排気ガス浄化装置に供給する第１制御を行い、前記触媒が活性化温度以上になった場合及び硫黄除去制御の場合には、排気管内直接燃料噴射により前記排気ガス浄化装置に燃料を供給する第２制御を行うと共に、前記第１制御では、前記流路制御弁を閉じて、排気ガスを前記曲管部の内周側に流し、前記第２制御では、排気ガスを前記曲管部の外周側と内周側に２分して流す制御を行うように構成する。
【００２２】
この構成によれば、第１制御において、流路制御弁を閉じて排気ガス流量を絞ることで、排気ガス流量を減らすことができる。これにより、内燃機関のシリンダ内で噴射した燃料と排気ガス中の酸素との反応時間、即ち、噴射された燃料の燃焼時間と、燃焼により発熱した熱量の触媒への伝達時間を長くし、触媒の昇温時間を短縮することができる。
【００２３】
また、第２制御において、流路制御弁の制御軸を一定角度だけ回転させ、曲管部の内周側のガス流を抑制するようにガス流を曲管部の外周側へ流し、外周側と内周側との圧力差が生じることを抑制する。これにより、曲管部での排気ガスの流れを良くし、排気ガス浄化装置に至るまでの圧力損失を低減することができる。また、液体噴射時に排気管内に噴射する液体は外周側を流れる排気ガス中に噴射されることになるので、液体の排気管内周面への付着を防止することができ、液体の消費量の悪化を抑制できる。
【００２４】
上記の排気管内液体噴射システムにおいて、前記制御装置が、エンジン回転数と負荷により変化する排気ガスの流量と温度に応じて、前記流路制御弁の下流側において前記流路制御弁の弁体の外周側を通る流れと前記流路制御弁の弁体の内周側を通る流れとの間で圧力差が小さくなるように前記流路制御弁の弁開度を制御する。この弁開度の制御は、予め設定した弁開度のための調整角度の制御値の読み込みにより行う。この構成によれば、より精度良く流路制御弁の流出端部における両側の圧力差を小さくすることができ、渦流の発生を抑制でき、圧力損失の増加を防止できる。
【００２５】
上記の目的を達成するための本発明の排気ガス浄化システムは、上記の排気管内液体噴射システムを用いて構成される。この構成によれば、上記と同様の効果を奏する排気ガス浄化システムを提供することができる。
【００２６】
そして、上記の目的を達成するための本発明の排気管内直接液体噴射方法は、内燃機関の排気通路の排気ガス浄化装置の上流側に液体噴射装置を備え、前記液体噴射装置の装着部を曲管部の部位とし、この曲管部の下流部位の横断面積を増加し、この横断面増加部分に流路制御弁を設けると共に、前記流路制御弁を閉じた時には、前記曲管部の排気ガスの外周側の流れを遮って、排気ガスの流れを内周側に流すと共に排気ガスの流通路を絞り、前記流路制御弁を開いた時には、前記曲管部の排気ガスの流れを前記流路制御弁の弁体の外周側と内周側に２分して流すように構成し、前記液体を燃料とした排気管内液体噴射システムの排気管内液体噴射方法において、前記排気ガス浄化装置への燃料の供給に際しては、前記排気ガス浄化装置に担持された触媒が活性化温度より低くて、前記触媒を加熱する場合には、排気管内直接燃料噴射を行わずにシリンダ内燃料噴射でのポスト噴射により燃料を前記排気ガス浄化装置に供給する第１制御を行い、前記触媒が活性化温度以上になった場合及び硫黄除去制御の場合には、排気管内直接燃料噴射により前記排気ガス浄化装置に燃料を供給する第２制御を行うと共に、前記第１制御では、流路制御弁を閉じて、排気ガスを曲管部の内周側に流し、前記第２制御では、排気ガスを曲管部の外周側と内周側に２分して流すことを特徴とする方法である。
【００２７】
この方法によれば、流路制御弁により、排気ガスの流れを内周側に流したり、外周側と内周側に２分して流したりすることにより、排気ガス浄化装置の状態に応じて、排気ガス流量を絞って排気ガスの流量を減らしたり、排気ガスを２分して曲管部外周側と内周側に流して排気ガスの流れを良くして、排気ガス浄化装置に至るまでの圧力損失を低減できる。
【００２８】
また、第１制御において、流路制御弁を閉じて排気ガス流量を絞ることで、排気ガス流量を減らすことができる。これにより、内燃機関のシリンダ内で噴射した燃料と排気ガス中の酸素との反応時間、即ち、噴射された燃料の燃焼時間と、燃焼により発熱した熱量の触媒への伝達時間を長くし、触媒の昇温時間を短縮することができる。
【００２９】
更に、第２制御において、流路制御弁の制御軸を一定角度だけ回転させ、曲管部の内周側のガス流を抑制するようにガス流を曲管部の外周側へ流し、外周側と内周側との圧力差が生じることを抑制する。これにより、曲管部での排気ガスの流れを良くし、排気ガス浄化装置に至るまでの圧力損失を低減することができる。また、液体噴射時に排気管内に噴射する液体は外周側を流れる排気ガス中に噴射されることになるので、液体の排気管内周面への付着を防止することができ、液体の消費量の悪化を抑制できる。
【００３０】
上記の排気管内液体噴射方法において、エンジン回転数と負荷により変化する排気ガスの流量と温度に応じて、前記流路制御弁の下流側において前記流路制御弁の弁体の外周側を通る流れと前記流路制御弁の弁体の内周側を通る流れとの間で圧力差が小さくなるように前記流路制御弁の弁開度を制御する。この構成によれば、より精度良く流路制御弁の流出端部における両側の圧力差を小さくすることができ、渦流の発生を抑制でき、圧力損失の増加を防止できる。
【００３１】
また、上記の目的を達成するための本発明の排気ガス浄化方法は、上記の排気管内液体噴射方法を用いる方法である。この方法によれば、上記と同様の効果を奏する排気ガス浄化方法を提供することができる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明に係る排気管内液体噴射システム、排気ガス浄化システム、排気管内液体噴射方法及び排気ガス浄化方法によれば、流路制御弁により、排気ガスの流れを内周側に流したり、外周側と内周側に２分して流したりすることにより、排気ガス浄化装置の状態に応じて、排気ガス流量を絞って排気ガスの流量を減らしたり、排気ガスを２分して曲管部外周側と内周側に流して排気ガスの流れを良くして、排気ガス浄化装置に至るまでの圧力損失を低減できる。
【００３３】
また、液体噴射時に排気管内に噴射する液体を２分した排気ガスの流れの外周側を流れる排気ガス中に噴射することにより、液体の排気管内周面への付着を防止することができ、液体の消費量の悪化を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施の形態の排気ガス浄化システムの構成を示した図である。
【図２】本発明の実施の形態の排気管内液体噴射システムの構成を示した縦断面図である。
【図３】図２のＡ−Ｂ断面を示した横断面図である。
【図４】図２の管内液体噴射システムで流路制御弁を閉じた状態を示した縦断面図である。
【図５】図２の管内液体噴射システムで流路制御弁を開いた状態を示した縦断面図である。
【図６】従来技術の排気管内液体噴射システムの構成を示した縦断面図である。
【図７】図６のＣ−Ｄ断面内のガスの流れを示した横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、本発明に係る実施の形態の排気管内液体噴射システム、排気ガス浄化システム、排気管内液体噴射方法及び排気ガス浄化方法について、図面を参照しながら説明する。図１に、本発明の実施の形態の排気ガス浄化システム１の構成を示す。
【００３６】
この排気ガス浄化システム１では、エンジン（内燃機関）２の吸気マニホールド３に吸気通路４が接続して設けられている。この吸気通路４にはターボチャージャ５のコンプレッサ５ａが設けられ、空気Ａを圧縮している。更に、このターボチャージャ５のタービン５ｂが排気マニホールド６の出口に設けられ、タービン５ｂには、排気通路１０が接続して設けられている。更に、排気マニホールド６と吸気通路４とを接続するＥＧＲ通路７が設けられ、このＥＧＲ通路７にＥＧＲクーラ８とＥＧＲ弁９とが設けられている。
【００３７】
また、排気通路１０に排気管内液体噴射システム２０が設けられている。この下流の排気通路１０に温度センサ１１と排気ガス浄化装置１２が設けられている。更に、燃料供給ポンプ１３が設けられ、燃料ライン１４経由で、燃料タンク（図示しない）から燃料Ｆをシリンダ内及び燃料噴射弁２５に供給する。更に、ＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）と呼ばれる制御装置３０が設けられ、エンジン２の運転全般の制御及び排気ガス浄化装置１２の再生制御等を行う。
【００３８】
この排気ガス浄化装置１２は、排気ガスＧ中の有害成分を浄化する触媒を担持したＮＯｘ浄化触媒ユニット等の幾つかの排気ガス浄化ユニットの組み合わせで形成される。この実施の形態では、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を担持したＮＯｘ浄化触媒ユニットを有して構成される。
【００３９】
このＮＯｘ吸蔵還元型触媒は、排気ガス中のＮＯｘを浄化するために、モノリス触媒で形成される。このモノリス触媒のコージェライトハニカム等の担持体に酸化アルミニウム、酸化チタン等の触媒コート層を設ける。この触媒コート層に、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）等の触媒金属と、バリウム（Ｂａ）等のＮＯｘ吸蔵材（ＮＯｘ吸蔵物質）とからなるＮＯｘ吸蔵還元触媒を担持させて構成される。
【００４０】
このＮＯｘ吸蔵還元型触媒は、酸素濃度が高い排気ガスの状態、即ち、リーン空燃比状態の時に、排気ガス中のＮＯｘをＮＯｘ吸蔵材が吸蔵することにより、排気ガス中のＮＯｘを浄化し、酸素濃度が低いか空燃比が１より小さいリッチ空燃比状態か、あるいは、空燃比が１のストイキ空燃比状態の時に、吸蔵したＮＯｘを放出すると共に、この放出されたＮＯｘを触媒金属の触媒作用により還元することにより、大気中へのＮＯｘの流出を防止する。
【００４１】
このＮＯｘ吸蔵還元型触媒は、リーン空燃比状態が継続すると、ＮＯｘ吸蔵材が硝酸塩に変化してしまうため、ＮＯｘ吸蔵能力が飽和する前に、排気ガスＧをリッチ空燃比状態にする再生制御を行って、吸蔵したＮＯｘを放出及び還元して、ＮＯｘ吸蔵能力を回復している。
【００４２】
なお、この実施の形態では、排気ガス浄化装置１２としてＮＯｘ吸蔵還元型触媒を担持したＮＯｘ浄化ユニットを用いた例を示すが、これに限定されず、排気通路１０に対して排気管内直接液体噴射を行う必要がある排気ガス浄化装置であればよい。例えば、硫黄被毒を回復する必要がある酸化触媒（ＤＯＣ）や、尿素等の還元剤を供給する必要がある選択還元型ＮＯｘ触媒（ＳＣＲ）や、ＰＭ強制再生のために排気ガスを昇温させる必要のあるＤＰＦ又は触媒付きＤＰＦ等の排気ガス浄化ユニットであってもよい。
【００４３】
次に、排気管内液体噴射システム２０について説明する。この排気管内液体噴射システム２０は、図１〜図５に示すように、排気通路１０の一部として設けられた、上流側直管２１、曲管部２２、下流側直管２３及び横断面積増加部２４とからなる配管部分と、曲管部２２に設けられた液体噴射装置である燃料噴射弁（インジェクター）２５と、エンジンの制御装置（ＥＣＵ）３０により弁開度を制御される流路制御弁２６が設けられている。
【００４４】
この配管部分の横断面積増加部２４は、図３の横断面図に示すように、排気ガス流通断面積を増加するように、その断面を単純な円形形状ではなく、二円を並べて共通接線で結んだ長円構造とする。この構造が比較的簡単な構成となるので、好ましいが、その他の形状、例えば、楕円形状等であってもよい。
【００４５】
また、燃料噴射弁２５は、噴射された燃料Ｆが排気ガスＧの流れと同一方向になるように、曲管部２２に装着する。更に、燃料噴射弁２５に燃料供給ライン２５ａを設けて燃料供給ポンプ１３から燃料（液体）Ｆを供給する。また、燃料Ｆの固化による目詰まりを抑制するように、燃料Ｆの気化を防止のために、燃料噴射弁２５を水冷する構造（図示しない）を設ける。
【００４６】
この流路制御弁２６は、回転軸（駆動軸）２６ａ周りに回動する弁体２６ｂとこの弁体２６ｂを回転駆動する制御弁駆動モータ２６ｃと、弁体２６ｂの回転角度（弁開度）θを検出する磁気検出プローグ２６ｄを有するエンコーダを備えて構成される。この弁体２６ｂは例えば半円形状や半楕円形状に形成し、曲管部２２の曲げに関して内側に配置する。
【００４７】
言い換えれば、流路制御弁２６の弁体２６ｂを下流側に設けた回転軸２６ａを中心に回転可能に設ける。それと共に、流路制御弁２６を閉じる時には、弁体２６ｂの前端を曲管部２２の外周側部分に付くように回転移動させ、流路制御弁２６を開く時には、弁体２６ｂの前端を曲管部２２の内周側に回転移動させるように構成する。この構成によれば、比較的簡単な構成で、流路制御弁２６を形成できる。
【００４８】
それと共に、回転軸２６ａを回転中心として、流路制御弁２６を閉じた時には、図４に示すように、曲管部２２の排気ガスＧの外周側の流れを遮って、排気ガスＧの流れを内周側に流すと共に排気ガスＧの流通路を絞る。つまり、弁体２６ｂが曲管部２２の外側へ張り出して弁開度θ１となり、排気ガスＧが曲管部２２の内側のみを通過させる。
【００４９】
また、流路制御弁２６を開いた時には、図５に示すように、曲管部２２の排気ガスＧの流れを流路制御弁２６の弁体２６ｂの外周側と内周側に２分して流す。つまり、弁体２６ｂが曲管部２２の内側に回動して弁開度θ２となり、排気ガスＧを２分して弁体２６ｂの外周側と内周側の両方に流す。
【００５０】
更に、エンジン回転数や負荷によって変わる排気ガスの流量や温度に応じて流路制御弁２６の弁角度θを調整する。この弁開度θの調整角度は予め設定した制御値の読み込みにより行う。この流路制御弁２６の制御のための制御装置が設けられるが、この制御装置はエンジン全体の制御を行う制御装置（ＥＣＵ）に組み込まれる。
【００５１】
次に、上記の排気管内液体噴射システム２０及び排気ガス浄化システム１における、排気管内液体噴射方法及び排気ガス浄化方法について説明する。この排気管内液体噴射システム２０において、排気ガス浄化装置１２への燃料Ｆの供給に際しては、排気ガス浄化装置１２に担持されたＮＯｘ吸蔵還元型触媒が活性化温度より低くて、このＮＯｘ吸蔵還元型触媒を加熱する場合には、排気管内直接燃料噴射を行わずにシリンダ内燃料噴射でのポスト噴射により燃料Ｆを排気ガス浄化装置１２に供給する第１制御を行う。この第１制御では、流路制御弁２６を閉じて、排気ガスＧを曲管部２２の内周側に流す。即ち、エンジン始動後のＮＯｘ吸蔵還元型触媒の加熱処理時に、流路制御弁２６を曲管部２２の外側へ倒し、排気ガスＧを曲管部２２の内側のみに通過させる。
【００５２】
また、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒が活性化温度以上になった場合及びＮＯｘ吸蔵還元型触媒の硫黄除去制御の場合には、排気管内直接燃料噴射により排気ガス浄化装置１２に燃料Ｆを供給する第２制御を行う。この第２制御では、排気ガスＧを曲管部２２の外周側と内周側に２分して流す。即ち、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の触媒温度がＮＯｘ浄化に十分な温度域となった後では、排気ガスＧが曲管部２２の外側にも流れ込むように弁角度θを変更する。
【００５３】
これにより、第１制御において、流路制御弁２６を閉じて排気ガスＧの流量を絞ることで、排気ガスＧの流量を減らすことができる。これにより、エンジン２のシリンダ内で噴射した燃料Ｆと排気ガスＧ中の酸素との反応時間、即ち、噴射された燃料Ｆの燃焼時間と、燃焼により発熱した熱量のＮＯｘ吸蔵還元型触媒への伝達時間を長くし、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の昇温時間を短縮することができる。
【００５４】
また、第２制御において、流路制御弁の制御軸を一定角度だけ回転させ、曲管部２２の内周側のガス流を抑制するようにガス流を曲管部２２の外周側へ流し、外周側と内周側との圧力差が生じることを抑制する。これにより、曲管部２２での排気ガスＧの流れを良くし、排気ガス浄化装置１２に至るまでの圧力損失を低減することができる。また、燃料噴射時に排気通路１０内に噴射する燃料Ｆは曲管部２２の外周側を流れる排気ガスＧ中に噴射されることになるので、燃料Ｆの排気通路１０の内周面への付着を防止することができ、燃料Ｆの消費量の悪化を抑制できる。
【００５５】
また、流路制御弁２６を開いた時に、エンジン回転数と負荷により変化する排気ガスＧの流量と温度に応じて、流路制御弁２６の下流側において流路制御弁２６の弁体２６ｂの外周側を通る流れと流路制御弁２６の弁体２６ｂの内周側を通る流れとの間で圧力差が小さくなるように流路制御弁２６の弁開度θを制御する。
【００５６】
この弁開度θの制御は、予め設定した弁開度θのための調整角度の制御値の読み込みにより行う。例えば、排気ガスＧの流量と温度をベースにした弁開度のマップデータを用いて、検出された排気ガスＧの流量と温度から弁開度を算出したり、エンジン回転数と負荷をベースにした弁開度のマップデータを用いてその時のエンジン回転数と負荷から弁開度を算出したりする。
【００５７】
これによれば、より精度良く流路制御弁２６の流出端部における両側の圧力差を小さくすることができ、渦流の発生を抑制でき、圧力損失の増加を防止できる。
【００５８】
従って、本発明に係る排気管内液体噴射システム、排気ガス浄化システム、排気管内液体噴射方法及び排気ガス浄化方法によれば、流路制御弁３２により、排気ガスＧの流れを内周側に流したり、外周側と内周側に２分して流したりすることにより、排気ガス浄化装置１６の状態に応じて、排気ガスＧの流量を絞って減らしたり、排気ガスＧを２分して曲管部１２の外周側と内周側に流すことにより、曲管部１２における排気ガスＧの流れを良くすることができるので、排気ガス浄化装置１６に至るまでの圧力損失を低減できる。
【００５９】
また、燃料噴射時に排気通路１０内に噴射する燃料Ｆを２分した排気ガスＧの流れの外周側を流れる排気ガスＧ中に噴射することにより、燃料Ｆの排気通路１０の内周面への付着を防止することができ、燃料Ｆの消費量の悪化を抑制できる。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明の排気管内液体噴射システム、排気ガス浄化システム、排気管内液体噴射方法及び排気ガス浄化方法は、排気ガス浄化装置の状態に応じて、排気ガス流量を絞って排気ガスの流量を減らしたり、排気ガスを２分して曲管部外周側と内周側に流して排気ガスの流れを良くしたりして、排気ガス浄化装置に至るまでの圧力損失を低減できる。
【００６１】
そのため、乗用車やトラックやバス等に搭載されるガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関の排気ガス浄化に際して使用される、排気管内液体噴射システム、排気ガス浄化システム、排気管内液体噴射方法及び排気ガス浄化方法として利用できる。
【符号の説明】
【００６２】
１ 排気ガス浄化システム
２ エンジン（内燃機関）
１０ 排気通路
１２ 排気ガス浄化装置
２０ 排気管内液体噴射システム
２１ 上流側直管
２２ 曲管部
２３ 下流側直管
２４ 横断面積増加部
２５ 燃料噴射弁（液体噴射装置）
２６ 流路制御弁
２６ａ 回転軸（駆動軸）
２６ｂ 弁体
３０ 制御装置（ＥＣＵ）
Ａ 空気
Ｆ 燃料
Ｇ 排気ガス
θ、θ１、θ２ 弁開度
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気通路に、燃料や尿素等の還元剤等の液体を噴射して、排気ガス浄化装置の再生、又は、排気ガスの浄化を行うための、排気管内液体噴射システム、排気ガス浄化システム、排気管内液体噴射方法及び排気ガス浄化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
軽油やガソリンを燃料とする自動車搭載の内燃機関等の排気ガスを浄化するために、内燃機関の排気通路に排気ガス浄化装置（後処理装置）を設けて、排気通路の排気ガスを浄化して大気環境の悪化を抑制している。
【０００３】
この排気ガス浄化装置としては、未燃炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）を酸化する酸化触媒（ＤＯＣ）、ＮＯｘを浄化するＮＯｘ吸蔵還元型触媒（ＬＮＴ）、アンモニアを生成する尿素等の還元剤でＮＯｘを浄化する選択還元型ＮＯｘ触媒（ＳＣＲ）、微粒子状物質（ＰＭ）を浄化するＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）や触媒付きＤＰＦ（ＣＳＦ）等が用いられている。
【０００４】
この酸化触媒では、排気ガス温度が低く排気ガスを昇温する必要がある場合には、燃料等のＨＣ（炭化水素）を排気管内に供給して、このＨＣを酸化触媒で酸化して、この酸化熱により排気ガスを昇温している。
【０００５】
また、ＮＯ吸蔵還元型触媒は、アルカリ又はアルカリ土類金属を貴金属と共に担持して、排気ガス空燃比がリーン状態でＮＯを酸化して硝酸塩として触媒上に吸着及び吸蔵して排気ガス中のＮＯｘを浄化している。この吸着反応を維持するために、略定期的に、排気ガスの空燃比状態をリッチ状態に変更して、ＮＯｘを放出させると共に放出されたＮＯｘを還元している。このＮＯｘ吸蔵能力を回復するために、排気ガスの空燃比をリッチ状態にする必要があり、このリッチ状態を排気ガス中に燃料等のＨＣを噴射及び供給することで実現している。
【０００６】
また、ＮＯ吸蔵還元型触媒では、燃料中の硫黄成分により、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ吸蔵能力が低下するが、このＮＯｘ吸蔵能力の低下に伴う浄化率の悪化を防止するために、硫黄被毒からの回復のために硫黄除去による硫黄被毒回復処理を行っている。この硫黄被毒回復処理に際しても、より高温でリッチ状態にする必要があるので、排気ガス中への燃料等のＨＣの噴射及び供給を行っている。
【０００７】
また、選択還元型ＮＯｘ触媒では、排気管内に供給された尿素溶液等の還元剤を加水分解して得られるアンモニアにより、排気ガス中のＮＯｘを還元している。更に、ＤＰＦや触媒付きＤＰＦでは、ＤＰＦに捕集したＰＭを燃焼除去するＰＭ強制再生のために、排気管内に燃料等のＨＣを供給して、この酸化熱により排気ガスを昇温し、昇温した排気ガスによりＤＰＦを昇温してＰＭを燃焼除去している。
【０００８】
この燃料等の液体の供給に関しては、従来技術では、排気管内液体噴射システムを設けて、噴射弁（インジェクター）等により排気ガスより高い圧力で燃料を噴射している。この排気管内液体噴射システムでは噴射弁を通過する燃料等の液体が高温により固化して目詰まりが生じないように、水循環による冷却構造を必要としている。
【０００９】
また、図６に示すように、この噴射弁２０は、排気通路１０に上流側直管部１１の下流側に曲管部１２を設けて、更にその下流側に配置した下流側直管部１３の方向へ燃料等の液体を噴射する構造としている（例えば、特許文献１及び２参照。）。
【００１０】
この構成によれば、液体の噴射弁の装着部を曲管部の部位としているので、噴射された液体が排気管の内壁への付着するのを防止するように、燃料や尿素等の液体の噴射方向を排気ガスの流れの方向と同じにすることができる。
【００１１】
しかしながら、図６及び図７に示すように、排気通路１０の曲管部２２における排気ガスＧの流れを見ると、曲管部２２の外周側にはガス流れに遠心力が作用し高圧となる一方、内周側には低圧部分が発生し、曲管部２２を通過する排気ガスＧにはその断面で高圧の外周側から低圧の内周側へ排気ガスＧが循環する流れを生じている。
【００１２】
つまり、排気ガス配管形状に曲がり部２２があると、その外側はガスのもつ質量と曲げ半径に応じた遠心力が発生する。この結果、外側は内側よりもガス圧が高くなる。図６のＣ−Ｄ断面を図７に示すが、図７の断面で排気ガスＧの流れを考えると、ガスは高圧側から低圧側へ排気管内周面に沿って流れる。曲管部２２の横断面内の中央部分では内側から外側へ流出するような流れが生成されるが、ここに液滴状の燃料等の液体Ｆが供給されると、液滴は外側へ押し出された後に、排気管の内周面に沿って再び内側へ戻るように流れるので、排気管内周面に付着し易い。
【００１３】
この排気ガスＧの流れは曲管部２２に発生し、排気通路１０に噴射された液体Ｆが排気ガス通路１０の下流側直管２３の内周面に付着すると、付着した分量だけ不足するので、液体Ｆ（例えば、触媒還元に必要な燃料）の供給量を補足するよう液体供給量を増加せねばならず、液体Ｆの消費量が増加する。
【００１４】
また、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の硫黄除去処理では、触媒温度を７００℃以上に加熱する必要があるが、排気通路１０の下流側直管２３の内周面への燃料の付着により、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒への燃料供給量が低下すると、触媒の昇温が抑制され、不十分な硫黄除去となり、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ浄化性能を悪化させてしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開２００６−９０２５９公報
【特許文献２】特開２００６−７７６９１公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明は、上記の状況を鑑みてなされたものであり、その目的は、内燃機関の排気通路の排気ガス浄化装置の上流側に液体噴射装置を備えた内燃機関で、排気ガス通路内に噴射した燃料等の液体が、排気ガス通路の曲管部とこの曲管部の下流側の直管において、内周側へ付着するのを防止でき、液体の消費量の悪化を抑制できると共に、曲管部における排気ガスの流れを良くして、排気ガス浄化装置に至るまでの圧力損失を低減することができる、排気管内液体噴射システム、排気ガス浄化システム、排気管内液体噴射方法及び排気ガス浄化方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記の目的を達成するための本発明の排気管内直接液体噴射システムは、内燃機関の排気通路の排気ガス浄化装置の上流側に液体噴射装置を備えた排気管内液体噴射システムにおいて、前記液体噴射装置の装着部を曲管部の部位とし、この曲管部の下流部位の横断面積を増加し、この横断面増加部分に流路制御弁を設けると共に、該流路制御弁の制御装置を設け、前記流路制御弁を、閉じた時には前記曲管部の排気ガスの外周側の流れを遮って排気ガスの流れを内周側に流すと共に排気ガスの流通路を絞り、開いた時には前記曲管部の排気ガスの流れを前記流路制御弁の弁体の外周側と内周側に２分して流すように構成する。
【００１８】
この構成によれば、流路制御弁により、排気ガスの流れを内周側に流したり、外周側と内周側に２分して流したりすることにより、排気ガス浄化装置の状態に応じて、排気ガス流量を絞って排気ガスの流量を減らしたり、排気ガスを２分して曲管部外周側と内周側に流して排気ガスの流れを良くして、排気ガス浄化装置に至るまでの圧力損失を低減できる。また、液体噴射時に排気管内に噴射する液体を２分した排気ガスの流れの外周側を流れる排気ガス中に噴射することにより、液体の排気管内周面への付着を防止することができ、液体の消費量の悪化を抑制できる。
【００１９】
上記の排気管内液体噴射システムにおいて、前記流路制御弁の弁体を下流側に設けた回転軸を中心に回転可能に設けると共に、前記流路制御弁を閉じる時には、前記弁体の前端を前記曲管部の外周側部分に付くように回転移動させ、前記流路制御弁を開く時には、前記弁体の前端を前記曲管部の内周側に回転移動させるように構成する。
【００２０】
この構成によれば、比較的簡単な構成で、流路制御弁を形成できる。例えば、制御弁形状を上流側に向けた半円形とすると共に、曲管部の下流部位の横断面を単純円形構造ではなく、例えば、二円を並べた共通接線で結んだ長円構造のように形成して、下流部位の横断面積を増加する。
【００２１】
上記の排気管内液体噴射システムにおいて、前記液体が燃料であり、かつ、前記制御装置が、前記排気ガス浄化装置への燃料の供給に際しては、前記排気ガス浄化装置に担持された触媒が活性化温度より低くて、前記触媒を加熱する場合には、排気管内直接燃料噴射を行わずにシリンダ内燃料噴射でのポスト噴射により燃料を前記排気ガス浄化装置に供給する第１制御を行い、前記触媒が活性化温度以上になった場合及び硫黄除去制御の場合には、排気管内直接燃料噴射により前記排気ガス浄化装置に燃料を供給する第２制御を行うと共に、前記第１制御では、前記流路制御弁を閉じて、排気ガスを前記曲管部の内周側に流し、前記第２制御では、排気ガスを前記曲管部の外周側と内周側に２分して流す制御を行うように構成する。
【００２２】
この構成によれば、第１制御において、流路制御弁を閉じて排気ガス流量を絞ることで、排気ガス流量を減らすことができる。これにより、内燃機関のシリンダ内で噴射した燃料と排気ガス中の酸素との反応時間、即ち、噴射された燃料の燃焼時間と、燃焼により発熱した熱量の触媒への伝達時間を長くし、触媒の昇温時間を短縮することができる。
【００２３】
また、第２制御において、流路制御弁の制御軸を一定角度だけ回転させ、曲管部の内周側のガス流を抑制するようにガス流を曲管部の外周側へ流し、外周側と内周側との圧力差が生じることを抑制する。これにより、曲管部での排気ガスの流れを良くし、排気ガス浄化装置に至るまでの圧力損失を低減することができる。また、液体噴射時に排気管内に噴射する液体は外周側を流れる排気ガス中に噴射されることになるので、液体の排気管内周面への付着を防止することができ、液体の消費量の悪化を抑制できる。
【００２４】
上記の排気管内液体噴射システムにおいて、前記制御装置が、エンジン回転数と負荷により変化する排気ガスの流量と温度に応じて、前記流路制御弁の下流側において前記流路制御弁の弁体の外周側を通る流れと前記流路制御弁の弁体の内周側を通る流れとの間で圧力差が小さくなるように前記流路制御弁の弁開度を制御する。この弁開度の制御は、予め設定した弁開度のための調整角度の制御値の読み込みにより行う。この構成によれば、より精度良く流路制御弁の流出端部における両側の圧力差を小さくすることができ、渦流の発生を抑制でき、圧力損失の増加を防止できる。
【００２５】
上記の目的を達成するための本発明の排気ガス浄化システムは、上記の排気管内液体噴射システムを用いて構成される。この構成によれば、上記と同様の効果を奏する排気ガス浄化システムを提供することができる。
【００２６】
そして、上記の目的を達成するための本発明の排気管内直接液体噴射方法は、内燃機関の排気通路の排気ガス浄化装置の上流側に液体噴射装置を備え、前記液体噴射装置の装着部を曲管部の部位とし、この曲管部の下流部位の横断面積を増加し、この横断面増加部分に流路制御弁を設けると共に、前記流路制御弁を閉じた時には、前記曲管部の排気ガスの外周側の流れを遮って、排気ガスの流れを内周側に流すと共に排気ガスの流通路を絞り、前記流路制御弁を開いた時には、前記曲管部の排気ガスの流れを前記流路制御弁の弁体の外周側と内周側に２分して流すように構成し、前記液体を燃料とした排気管内液体噴射システムの排気管内液体噴射方法において、前記排気ガス浄化装置への燃料の供給に際しては、前記排気ガス浄化装置に担持された触媒が活性化温度より低くて、前記触媒を加熱する場合には、排気管内直接燃料噴射を行わずにシリンダ内燃料噴射でのポスト噴射により燃料を前記排気ガス浄化装置に供給する第１制御を行い、前記触媒が活性化温度以上になった場合及び硫黄除去制御の場合には、排気管内直接燃料噴射により前記排気ガス浄化装置に燃料を供給する第２制御を行うと共に、前記第１制御では、流路制御弁を閉じて、排気ガスを曲管部の内周側に流し、前記第２制御では、排気ガスを曲管部の外周側と内周側に２分して流すことを特徴とする方法である。
【００２７】
この方法によれば、流路制御弁により、排気ガスの流れを内周側に流したり、外周側と内周側に２分して流したりすることにより、排気ガス浄化装置の状態に応じて、排気ガス流量を絞って排気ガスの流量を減らしたり、排気ガスを２分して曲管部外周側と内周側に流して排気ガスの流れを良くして、排気ガス浄化装置に至るまでの圧力損失を低減できる。
【００２８】
また、第１制御において、流路制御弁を閉じて排気ガス流量を絞ることで、排気ガス流量を減らすことができる。これにより、内燃機関のシリンダ内で噴射した燃料と排気ガス中の酸素との反応時間、即ち、噴射された燃料の燃焼時間と、燃焼により発熱した熱量の触媒への伝達時間を長くし、触媒の昇温時間を短縮することができる。
【００２９】
更に、第２制御において、流路制御弁の制御軸を一定角度だけ回転させ、曲管部の内周側のガス流を抑制するようにガス流を曲管部の外周側へ流し、外周側と内周側との圧力差が生じることを抑制する。これにより、曲管部での排気ガスの流れを良くし、排気ガス浄化装置に至るまでの圧力損失を低減することができる。また、液体噴射時に排気管内に噴射する液体は外周側を流れる排気ガス中に噴射されることになるので、液体の排気管内周面への付着を防止することができ、液体の消費量の悪化を抑制できる。
【００３０】
上記の排気管内液体噴射方法において、エンジン回転数と負荷により変化する排気ガスの流量と温度に応じて、前記流路制御弁の下流側において前記流路制御弁の弁体の外周側を通る流れと前記流路制御弁の弁体の内周側を通る流れとの間で圧力差が小さくなるように前記流路制御弁の弁開度を制御する。この構成によれば、より精度良く流路制御弁の流出端部における両側の圧力差を小さくすることができ、渦流の発生を抑制でき、圧力損失の増加を防止できる。
【００３１】
また、上記の目的を達成するための本発明の排気ガス浄化方法は、上記の排気管内液体噴射方法を用いる方法である。この方法によれば、上記と同様の効果を奏する排気ガス浄化方法を提供することができる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明に係る排気管内液体噴射システム、排気ガス浄化システム、排気管内液体噴射方法及び排気ガス浄化方法によれば、流路制御弁により、排気ガスの流れを内周側に流したり、外周側と内周側に２分して流したりすることにより、排気ガス浄化装置の状態に応じて、排気ガス流量を絞って排気ガスの流量を減らしたり、排気ガスを２分して曲管部外周側と内周側に流して排気ガスの流れを良くして、排気ガス浄化装置に至るまでの圧力損失を低減できる。
【００３３】
また、液体噴射時に排気管内に噴射する液体を２分した排気ガスの流れの外周側を流れる排気ガス中に噴射することにより、液体の排気管内周面への付着を防止することができ、液体の消費量の悪化を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施の形態の排気ガス浄化システムの構成を示した図である。
【図２】本発明の実施の形態の排気管内液体噴射システムの構成を示した縦断面図である。
【図３】図２のＡ−Ｂ断面を示した横断面図である。
【図４】図２の管内液体噴射システムで流路制御弁を閉じた状態を示した縦断面図である。
【図５】図２の管内液体噴射システムで流路制御弁を開いた状態を示した縦断面図である。
【図６】従来技術の排気管内液体噴射システムの構成を示した縦断面図である。
【図７】図６のＣ−Ｄ断面内のガスの流れを示した横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、本発明に係る実施の形態の排気管内液体噴射システム、排気ガス浄化システム、排気管内液体噴射方法及び排気ガス浄化方法について、図面を参照しながら説明する。図１に、本発明の実施の形態の排気ガス浄化システム１の構成を示す。
【００３６】
この排気ガス浄化システム１では、エンジン（内燃機関）２の吸気マニホールド３に吸気通路４が接続して設けられている。この吸気通路４にはターボチャージャ５のコンプレッサ５ａが設けられ、空気Ａを圧縮している。更に、このターボチャージャ５のタービン５ｂが排気マニホールド６の出口に設けられ、タービン５ｂには、排気通路１０が接続して設けられている。更に、排気マニホールド６と吸気通路４とを接続するＥＧＲ通路７が設けられ、このＥＧＲ通路７にＥＧＲクーラ８とＥＧＲ弁９とが設けられている。
【００３７】
また、排気通路１０に排気管内液体噴射システム２０が設けられている。この下流の排気通路１０に温度センサ１１と排気ガス浄化装置１２が設けられている。更に、燃料供給ポンプ１３が設けられ、燃料ライン１４経由で、燃料タンク（図示しない）から燃料Ｆをシリンダ内及び燃料噴射弁２５に供給する。更に、ＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）と呼ばれる制御装置３０が設けられ、エンジン２の運転全般の制御及び排気ガス浄化装置１２の再生制御等を行う。
【００３８】
この排気ガス浄化装置１２は、排気ガスＧ中の有害成分を浄化する触媒を担持したＮＯｘ浄化触媒ユニット等の幾つかの排気ガス浄化ユニットの組み合わせで形成される。この実施の形態では、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を担持したＮＯｘ浄化触媒ユニットを有して構成される。
【００３９】
このＮＯｘ吸蔵還元型触媒は、排気ガス中のＮＯｘを浄化するために、モノリス触媒で形成される。このモノリス触媒のコージェライトハニカム等の担持体に酸化アルミニウム、酸化チタン等の触媒コート層を設ける。この触媒コート層に、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）等の触媒金属と、バリウム（Ｂａ）等のＮＯｘ吸蔵材（ＮＯｘ吸蔵物質）とからなるＮＯｘ吸蔵還元触媒を担持させて構成される。
【００４０】
このＮＯｘ吸蔵還元型触媒は、酸素濃度が高い排気ガスの状態、即ち、リーン空燃比状態の時に、排気ガス中のＮＯｘをＮＯｘ吸蔵材が吸蔵することにより、排気ガス中のＮＯｘを浄化し、酸素濃度が低いか空燃比が１より小さいリッチ空燃比状態か、あるいは、空燃比が１のストイキ空燃比状態の時に、吸蔵したＮＯｘを放出すると共に、この放出されたＮＯｘを触媒金属の触媒作用により還元することにより、大気中へのＮＯｘの流出を防止する。
【００４１】
このＮＯｘ吸蔵還元型触媒は、リーン空燃比状態が継続すると、ＮＯｘ吸蔵材が硝酸塩に変化してしまうため、ＮＯｘ吸蔵能力が飽和する前に、排気ガスＧをリッチ空燃比状態にする再生制御を行って、吸蔵したＮＯｘを放出及び還元して、ＮＯｘ吸蔵能力を回復している。
【００４２】
なお、この実施の形態では、排気ガス浄化装置１２としてＮＯｘ吸蔵還元型触媒を担持したＮＯｘ浄化ユニットを用いた例を示すが、これに限定されず、排気通路１０に対して排気管内直接液体噴射を行う必要がある排気ガス浄化装置であればよい。例えば、硫黄被毒を回復する必要がある酸化触媒（ＤＯＣ）や、尿素等の還元剤を供給する必要がある選択還元型ＮＯｘ触媒（ＳＣＲ）や、ＰＭ強制再生のために排気ガスを昇温させる必要のあるＤＰＦ又は触媒付きＤＰＦ等の排気ガス浄化ユニットであってもよい。
【００４３】
次に、排気管内液体噴射システム２０について説明する。この排気管内液体噴射システム２０は、図１〜図５に示すように、排気通路１０の一部として設けられた、上流側直管２１、曲管部２２、下流側直管２３及び横断面積増加部２４とからなる配管部分と、曲管部２２に設けられた液体噴射装置である燃料噴射弁（インジェクター）２５と、エンジンの制御装置（ＥＣＵ）３０により弁開度を制御される流路制御弁２６が設けられている。
【００４４】
この配管部分の横断面積増加部２４は、図３の横断面図に示すように、排気ガス流通断面積を増加するように、その断面を単純な円形形状ではなく、二円を並べて共通接線で結んだ長円構造とする。この構造が比較的簡単な構成となるので、好ましいが、その他の形状、例えば、楕円形状等であってもよい。
【００４５】
また、燃料噴射弁２５は、噴射された燃料Ｆが排気ガスＧの流れと同一方向になるように、曲管部２２に装着する。更に、燃料噴射弁２５に燃料供給ライン２５ａを設けて燃料供給ポンプ１３から燃料（液体）Ｆを供給する。また、燃料Ｆの固化による目詰まりを抑制するように、燃料Ｆの気化を防止のために、燃料噴射弁２５を水冷する構造（図示しない）を設ける。
【００４６】
この流路制御弁２６は、回転軸（駆動軸）２６ａ周りに回動する弁体２６ｂとこの弁体２６ｂを回転駆動する制御弁駆動モータ２６ｃと、弁体２６ｂの回転角度（弁開度）θを検出する磁気検出プローグ２６ｄを有するエンコーダを備えて構成される。この弁体２６ｂは例えば半円形状や半楕円形状に形成し、曲管部２２の曲げに関して内側に配置する。
【００４７】
言い換えれば、流路制御弁２６の弁体２６ｂを下流側に設けた回転軸２６ａを中心に回転可能に設ける。それと共に、流路制御弁２６を閉じる時には、弁体２６ｂの前端を曲管部２２の外周側部分に付くように回転移動させ、流路制御弁２６を開く時には、弁体２６ｂの前端を曲管部２２の内周側に回転移動させるように構成する。この構成によれば、比較的簡単な構成で、流路制御弁２６を形成できる。
【００４８】
それと共に、回転軸２６ａを回転中心として、流路制御弁２６を閉じた時には、図４に示すように、曲管部２２の排気ガスＧの外周側の流れを遮って、排気ガスＧの流れを内周側に流すと共に排気ガスＧの流通路を絞る。つまり、弁体２６ｂが曲管部２２の外側へ張り出して弁開度θ１となり、排気ガスＧが曲管部２２の内側のみを通過させる。
【００４９】
また、流路制御弁２６を開いた時には、図５に示すように、曲管部２２の排気ガスＧの流れを流路制御弁２６の弁体２６ｂの外周側と内周側に２分して流す。つまり、弁体２６ｂが曲管部２２の内側に回動して弁開度θ２となり、排気ガスＧを２分して弁体２６ｂの外周側と内周側の両方に流す。
【００５０】
更に、エンジン回転数や負荷によって変わる排気ガスの流量や温度に応じて流路制御弁２６の弁角度θを調整する。この弁開度θの調整角度は予め設定した制御値の読み込みにより行う。この流路制御弁２６の制御のための制御装置が設けられるが、この制御装置はエンジン全体の制御を行う制御装置（ＥＣＵ）に組み込まれる。
【００５１】
次に、上記の排気管内液体噴射システム２０及び排気ガス浄化システム１における、排気管内液体噴射方法及び排気ガス浄化方法について説明する。この排気管内液体噴射システム２０において、排気ガス浄化装置１２への燃料Ｆの供給に際しては、排気ガス浄化装置１２に担持されたＮＯｘ吸蔵還元型触媒が活性化温度より低くて、このＮＯｘ吸蔵還元型触媒を加熱する場合には、排気管内直接燃料噴射を行わずにシリンダ内燃料噴射でのポスト噴射により燃料Ｆを排気ガス浄化装置１２に供給する第１制御を行う。この第１制御では、流路制御弁２６を閉じて、排気ガスＧを曲管部２２の内周側に流す。即ち、エンジン始動後のＮＯｘ吸蔵還元型触媒の加熱処理時に、流路制御弁２６を曲管部２２の外側へ倒し、排気ガスＧを曲管部２２の内側のみに通過させる。
【００５２】
また、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒が活性化温度以上になった場合及びＮＯｘ吸蔵還元型触媒の硫黄除去制御の場合には、排気管内直接燃料噴射により排気ガス浄化装置１２に燃料Ｆを供給する第２制御を行う。この第２制御では、排気ガスＧを曲管部２２の外周側と内周側に２分して流す。即ち、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の触媒温度がＮＯｘ浄化に十分な温度域となった後では、排気ガスＧが曲管部２２の外側にも流れ込むように弁角度θを変更する。
【００５３】
これにより、第１制御において、流路制御弁２６を閉じて排気ガスＧの流量を絞ることで、排気ガスＧの流量を減らすことができる。これにより、エンジン２のシリンダ内で噴射した燃料Ｆと排気ガスＧ中の酸素との反応時間、即ち、噴射された燃料Ｆの燃焼時間と、燃焼により発熱した熱量のＮＯｘ吸蔵還元型触媒への伝達時間を長くし、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の昇温時間を短縮することができる。
【００５４】
また、第２制御において、流路制御弁の制御軸を一定角度だけ回転させ、曲管部２２の内周側のガス流を抑制するようにガス流を曲管部２２の外周側へ流し、外周側と内周側との圧力差が生じることを抑制する。これにより、曲管部２２での排気ガスＧの流れを良くし、排気ガス浄化装置１２に至るまでの圧力損失を低減することができる。また、燃料噴射時に排気通路１０内に噴射する燃料Ｆは曲管部２２の外周側を流れる排気ガスＧ中に噴射されることになるので、燃料Ｆの排気通路１０の内周面への付着を防止することができ、燃料Ｆの消費量の悪化を抑制できる。
【００５５】
また、流路制御弁２６を開いた時に、エンジン回転数と負荷により変化する排気ガスＧの流量と温度に応じて、流路制御弁２６の下流側において流路制御弁２６の弁体２６ｂの外周側を通る流れと流路制御弁２６の弁体２６ｂの内周側を通る流れとの間で圧力差が小さくなるように流路制御弁２６の弁開度θを制御する。
【００５６】
この弁開度θの制御は、予め設定した弁開度θのための調整角度の制御値の読み込みにより行う。例えば、排気ガスＧの流量と温度をベースにした弁開度のマップデータを用いて、検出された排気ガスＧの流量と温度から弁開度を算出したり、エンジン回転数と負荷をベースにした弁開度のマップデータを用いてその時のエンジン回転数と負荷から弁開度を算出したりする。
【００５７】
これによれば、より精度良く流路制御弁２６の流出端部における両側の圧力差を小さくすることができ、渦流の発生を抑制でき、圧力損失の増加を防止できる。
【００５８】
従って、本発明に係る排気管内液体噴射システム、排気ガス浄化システム、排気管内液体噴射方法及び排気ガス浄化方法によれば、流路制御弁３２により、排気ガスＧの流れを内周側に流したり、外周側と内周側に２分して流したりすることにより、排気ガス浄化装置１６の状態に応じて、排気ガスＧの流量を絞って減らしたり、排気ガスＧを２分して曲管部１２の外周側と内周側に流すことにより、曲管部１２における排気ガスＧの流れを良くすることができるので、排気ガス浄化装置１６に至るまでの圧力損失を低減できる。
【００５９】
また、燃料噴射時に排気通路１０内に噴射する燃料Ｆを２分した排気ガスＧの流れの外周側を流れる排気ガスＧ中に噴射することにより、燃料Ｆの排気通路１０の内周面への付着を防止することができ、燃料Ｆの消費量の悪化を抑制できる。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明の排気管内液体噴射システム、排気ガス浄化システム、排気管内液体噴射方法及び排気ガス浄化方法は、排気ガス浄化装置の状態に応じて、排気ガス流量を絞って排気ガスの流量を減らしたり、排気ガスを２分して曲管部外周側と内周側に流して排気ガスの流れを良くしたりして、排気ガス浄化装置に至るまでの圧力損失を低減できる。
【００６１】
そのため、乗用車やトラックやバス等に搭載されるガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関の排気ガス浄化に際して使用される、排気管内液体噴射システム、排気ガス浄化システム、排気管内液体噴射方法及び排気ガス浄化方法として利用できる。
【符号の説明】
【００６２】
１ 排気ガス浄化システム
２ エンジン（内燃機関）
１０ 排気通路
１２ 排気ガス浄化装置
２０ 排気管内液体噴射システム
２１ 上流側直管
２２ 曲管部
２３ 下流側直管
２４ 横断面積増加部
２５ 燃料噴射弁（液体噴射装置）
２６ 流路制御弁
２６ａ 回転軸（駆動軸）
２６ｂ 弁体
３０ 制御装置（ＥＣＵ）
Ａ 空気
Ｆ 燃料
Ｇ 排気ガス
θ、θ１、θ２ 弁開度
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路の排気ガス浄化装置の上流側に液体噴射装置を備えた排気管内液体噴射システムにおいて、
前記液体噴射装置の装着部を曲管部の部位とし、この曲管部の下流部位の横断面積を増加し、この横断面増加部分に流路制御弁を設けると共に、該流路制御弁の制御装置を設け、
前記流路制御弁を、閉じた時には前記曲管部の排気ガスの外周側の流れを遮って排気ガスの流れを内周側に流すと共に排気ガスの流通路を絞り、開いた時には前記曲管部の排気ガスの流れを前記流路制御弁の弁体の外周側と内周側に２分して流すように構成したことを特徴とする排気管内液体噴射システム。
【請求項２】
前記流路制御弁の弁体を下流側に設けた回転軸を中心に回転可能に設けると共に、前記流路制御弁を閉じる時には、前記弁体の前端を前記曲管部の外周側部分に付くように回転移動させ、前記流路制御弁を開く時には、前記弁体の前端を前記曲管部の内周側に回転移動させるように構成したことを特徴とする請求項１記載の排気管内液体噴射システム。
【請求項３】
前記液体が燃料であり、かつ、前記制御装置が、前記排気ガス浄化装置への燃料の供給に際しては、前記排気ガス浄化装置に担持された触媒が活性化温度より低くて、前記触媒を加熱する場合には、排気管内直接燃料噴射を行わずにシリンダ内燃料噴射でのポスト噴射により燃料を前記排気ガス浄化装置に供給する第１制御を行い、前記触媒が活性化温度以上になった場合及び硫黄除去制御の場合には、排気管内直接燃料噴射により前記排気ガス浄化装置に燃料を供給する第２制御を行うと共に、前記第１制御では、前記流路制御弁を閉じて、排気ガスを前記曲管部の内周側に流し、前記第２制御では、排気ガスを前記曲管部の外周側と内周側に２分して流す制御を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の排気管内液体噴射システム。
【請求項４】
前記制御装置が、エンジン回転数と負荷により変化する排気ガスの流量と温度に応じて、前記流路制御弁の下流側において前記流路制御弁の弁体の外周側を通る流れと前記流路制御弁の弁体の内周側を通る流れとの間で圧力差が小さくなるように前記流路制御弁の弁開度を制御することを特徴とする請求項１，２又は３記載の排気管内液体噴射システム。
【請求項５】
請求項１，２，３又は４記載の排気管内液体噴射システムを用いたことを特徴とする排気ガス浄化システム。
【請求項６】
内燃機関の排気通路の排気ガス浄化装置の上流側に液体噴射装置を備え、前記液体噴射装置の装着部を曲管部の部位とし、この曲管部の下流部位の横断面積を増加し、この横断面増加部分に流路制御弁を設けると共に、前記流路制御弁を閉じた時には、前記曲管部の排気ガスの外周側の流れを遮って、排気ガスの流れを内周側に流すと共に排気ガスの流通路を絞り、前記流路制御弁を開いた時には、前記曲管部の排気ガスの流れを前記流路制御弁の弁体の外周側と内周側に２分して流すように構成し、前記液体を燃料とした排気管内液体噴射システムの排気管内液体噴射方法において、
前記排気ガス浄化装置への燃料の供給に際しては、前記排気ガス浄化装置に担持された触媒が活性化温度より低くて、前記触媒を加熱する場合には、排気管内直接燃料噴射を行わずにシリンダ内燃料噴射でのポスト噴射により燃料を前記排気ガス浄化装置に供給する第１制御を行い、前記触媒が活性化温度以上になった場合及び硫黄除去制御の場合には、排気管内直接燃料噴射により前記排気ガス浄化装置に燃料を供給する第２制御を行うと共に、前記第１制御では、流路制御弁を閉じて、排気ガスを曲管部の内周側に流し、前記第２制御では、排気ガスを曲管部の外周側と内周側に２分して流すことを特徴とする排気管内液体噴射方法。
【請求項７】
エンジン回転数と負荷により変化する排気ガスの流量と温度に応じて、前記流路制御弁の下流側において前記流路制御弁の弁体の外周側を通る流れと前記流路制御弁の弁体の内周側を通る流れとの間で圧力差が小さくなるように前記流路制御弁の弁開度を制御することを特徴とする請求項６記載の排気管内液体噴射方法。
【請求項８】
請求項６又は７記載の排気管内液体噴射方法を用いたことを特徴とする排気ガス浄化方法。
【請求項１】
内燃機関の排気通路の排気ガス浄化装置の上流側に液体噴射装置を備えた排気管内液体噴射システムにおいて、
前記液体噴射装置の装着部を曲管部の部位とし、この曲管部の下流部位の横断面積を増加し、この横断面増加部分に流路制御弁を設けると共に、該流路制御弁の制御装置を設け、
前記流路制御弁を、閉じた時には前記曲管部の排気ガスの外周側の流れを遮って排気ガスの流れを内周側に流すと共に排気ガスの流通路を絞り、開いた時には前記曲管部の排気ガスの流れを前記流路制御弁の弁体の外周側と内周側に２分して流すように構成したことを特徴とする排気管内液体噴射システム。
【請求項２】
前記流路制御弁の弁体を下流側に設けた回転軸を中心に回転可能に設けると共に、前記流路制御弁を閉じる時には、前記弁体の前端を前記曲管部の外周側部分に付くように回転移動させ、前記流路制御弁を開く時には、前記弁体の前端を前記曲管部の内周側に回転移動させるように構成したことを特徴とする請求項１記載の排気管内液体噴射システム。
【請求項３】
前記液体が燃料であり、かつ、前記制御装置が、前記排気ガス浄化装置への燃料の供給に際しては、前記排気ガス浄化装置に担持された触媒が活性化温度より低くて、前記触媒を加熱する場合には、排気管内直接燃料噴射を行わずにシリンダ内燃料噴射でのポスト噴射により燃料を前記排気ガス浄化装置に供給する第１制御を行い、前記触媒が活性化温度以上になった場合及び硫黄除去制御の場合には、排気管内直接燃料噴射により前記排気ガス浄化装置に燃料を供給する第２制御を行うと共に、前記第１制御では、前記流路制御弁を閉じて、排気ガスを前記曲管部の内周側に流し、前記第２制御では、排気ガスを前記曲管部の外周側と内周側に２分して流す制御を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の排気管内液体噴射システム。
【請求項４】
前記制御装置が、エンジン回転数と負荷により変化する排気ガスの流量と温度に応じて、前記流路制御弁の下流側において前記流路制御弁の弁体の外周側を通る流れと前記流路制御弁の弁体の内周側を通る流れとの間で圧力差が小さくなるように前記流路制御弁の弁開度を制御することを特徴とする請求項１，２又は３記載の排気管内液体噴射システム。
【請求項５】
請求項１，２，３又は４記載の排気管内液体噴射システムを用いたことを特徴とする排気ガス浄化システム。
【請求項６】
内燃機関の排気通路の排気ガス浄化装置の上流側に液体噴射装置を備え、前記液体噴射装置の装着部を曲管部の部位とし、この曲管部の下流部位の横断面積を増加し、この横断面増加部分に流路制御弁を設けると共に、前記流路制御弁を閉じた時には、前記曲管部の排気ガスの外周側の流れを遮って、排気ガスの流れを内周側に流すと共に排気ガスの流通路を絞り、前記流路制御弁を開いた時には、前記曲管部の排気ガスの流れを前記流路制御弁の弁体の外周側と内周側に２分して流すように構成し、前記液体を燃料とした排気管内液体噴射システムの排気管内液体噴射方法において、
前記排気ガス浄化装置への燃料の供給に際しては、前記排気ガス浄化装置に担持された触媒が活性化温度より低くて、前記触媒を加熱する場合には、排気管内直接燃料噴射を行わずにシリンダ内燃料噴射でのポスト噴射により燃料を前記排気ガス浄化装置に供給する第１制御を行い、前記触媒が活性化温度以上になった場合及び硫黄除去制御の場合には、排気管内直接燃料噴射により前記排気ガス浄化装置に燃料を供給する第２制御を行うと共に、前記第１制御では、流路制御弁を閉じて、排気ガスを曲管部の内周側に流し、前記第２制御では、排気ガスを曲管部の外周側と内周側に２分して流すことを特徴とする排気管内液体噴射方法。
【請求項７】
エンジン回転数と負荷により変化する排気ガスの流量と温度に応じて、前記流路制御弁の下流側において前記流路制御弁の弁体の外周側を通る流れと前記流路制御弁の弁体の内周側を通る流れとの間で圧力差が小さくなるように前記流路制御弁の弁開度を制御することを特徴とする請求項６記載の排気管内液体噴射方法。
【請求項８】
請求項６又は７記載の排気管内液体噴射方法を用いたことを特徴とする排気ガス浄化方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−１８０８６３（Ｐ２０１０−１８０８６３Ａ）
【公開日】平成２２年８月１９日（２０１０．８．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２７６５８（Ｐ２００９−２７６５８）
【出願日】平成２１年２月９日（２００９．２．９）
【出願人】（００００００１７０）いすゞ自動車株式会社 (1,721)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年８月１９日（２０１０．８．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月９日（２００９．２．９）
【出願人】（００００００１７０）いすゞ自動車株式会社 (1,721)
【Ｆターム（参考）】
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