排気管内燃料噴射システム
【課題】燃料噴射弁の先端部の噴霧孔に排気ガス中の燃料分が焼き付いて堆積するのを防止することができる排気管噴射システムを提供する。
【解決手段】エンジン10に排気アダプタ50を介して排気管11を接続し、前記排気アダプタ50に設けた燃料噴射弁52により排気管11内に燃料を直接噴射する排気管内燃料噴射システム5であって、前記燃料噴射弁52の先端部52aを前記排気アダプタ50内の排気通路51の内壁に設け、該燃料噴射弁52の先端部が設けられた内壁は前記排気アダプタ50内の排気通路51から拡径方向に突出していると共に、前記排気アダプタ50内に前記燃料噴射弁52の先端部52aの周りを冷却するための冷却水通路64を設けている。
【解決手段】エンジン10に排気アダプタ50を介して排気管11を接続し、前記排気アダプタ50に設けた燃料噴射弁52により排気管11内に燃料を直接噴射する排気管内燃料噴射システム5であって、前記燃料噴射弁52の先端部52aを前記排気アダプタ50内の排気通路51の内壁に設け、該燃料噴射弁52の先端部が設けられた内壁は前記排気アダプタ50内の排気通路51から拡径方向に突出していると共に、前記排気アダプタ50内に前記燃料噴射弁52の先端部52aの周りを冷却するための冷却水通路64を設けている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、排気ガス中のPM(Particulate Matter)を捕集するDPF(Diesel Particulate Filter)の再生を行うために排気アダプタに設けた燃料噴射弁により排気管内に燃料を直接噴射する排気管内燃料噴射システムに関する。
【背景技術】
【0002】
エンジンから排出されるPMをDPFと呼ばれるフィルタで捕集して、外部へ排出されるPMの量を低減する排気ガス浄化システムとして、DPFと、DPFの上流側に設けられたDOC(Diesel Oxidation Catalyst)とからなる連続再生型DPF装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
この連続再生型DPF装置では、排気ガス温度が約350℃以上の時には、DPFに捕集されたPMは連続的に燃焼して浄化され、DPFが自己再生されるが、排気ガス温度が低い場合には、DOCの温度が低下して活性化しないため、PMを酸化してDPFを自己再生することが困難となる。その結果、PMがDPFに堆積してDPFの目詰まりが進行し、排圧上昇の問題が生じる。
【0004】
PM堆積量は、DPF前後の排気の差圧を計測する差圧センサの出力値に比例するため、差圧センサの出力値が所定の差圧を超えたときに、ECU(Engine Control Unit)がフィルタの目詰まりを検出し、DPF再生を開始する。
【0005】
排気ガス浄化システムでは、シリンダ(筒)内において燃料のマルチ噴射(多段遅延噴射)やポスト噴射(後噴射)を行うことにより、DPFに流入する排気ガスの温度を強制的に上昇させて、DPFに捕集したPMを燃焼除去するDPF再生が行われている。マルチ噴射は、エンジンから排出される排気ガスの温度を昇温し、DOCを触媒活性温度まで昇温させるために行われる。ポスト噴射は、多量の未燃燃料を排気ガス中に供給し、供給した未燃燃料をDOCにて酸化(燃焼)させることで、DPF入口における排気ガス温度をPMが燃焼する温度以上に上昇させるために行われる。
【0006】
DPF再生が開始されると、ECUが燃料噴射や排気スロットル、排気ブレーキバルブを制御し、排気ガス温度を上昇させ、DPFに堆積したPMが燃焼される。このDPF再生においては、ポスト噴射を行うことにより、エンジンオイルに微量ながら燃料が混入するため、所謂ダイリューションと呼ばれる現象が発生する。このダイリューションにより、エンジンオイルの希釈が進むとエンジンの故障を招く虞がある。
【0007】
一方、前記ポスト噴射によるダイリューションの発生を防止し、再生制御効率を向上させるために、排気管に設けた燃料噴射弁により排気管内に燃料を直接噴射するようにした排気管内燃料噴射システムも提案されている。この排気管噴射システムにおいては、エンジンに設けられるターボチャージャの排気アダプタに燃料噴射ノズルを設けることがエンジンの組み立て上、好ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【特許文献1】特開2007−16713号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
しかしながら、前記排気管噴射システムにおいては、比較的に排気温度の高い排気アダプタに燃料噴射弁を設けるため、燃料噴射弁の先端部の噴霧孔に排気ガス中の燃料分が焼き付いて堆積し、噴霧孔の詰まりの発生が懸念される。
【0010】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、燃料噴射弁の先端部の噴霧孔に排気ガス中の燃料分が焼き付いて堆積するのを防止することができる排気管噴射システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0011】
前記目的を達成するために、本発明は、エンジンに排気アダプタを介して排気管を接続し、前記排気アダプタに設けた燃料噴射弁により排気管内に燃料を直接噴射する排気管内燃料噴射システムであって、
前記燃料噴射弁の先端部を前記排気アダプタ内の排気通路の内壁に設け、該燃料噴射弁の先端部が設けられた内壁は前記排気アダプタ内の排気通路から拡径方向に突出していると共に、前記排気アダプタ内に前記燃料噴射弁の先端部の周りを冷却するための冷却水通路を設けたことを特徴とする。
【0012】
前記排気アダプタに前記排気管の軸心方向から所定の角度に伸びて形成されると共に前記燃料噴射弁の先端部が同径に挿入される挿入孔と、前記排気アダプタ内の排気通路の内壁に前記挿入孔の先端部に向かって縮径して設けられた凹部とを備え、前記燃料噴射弁の先端部を前記挿入孔の先端部から後退させていることが好ましい。
【0013】
前記冷却水通路に前記エンジンの冷却水を導いて循環させるための冷却水配管を接続することが好ましい。
【発明の効果】
【0014】
本発明によれば、燃料噴射弁の先端部の噴霧孔に排気ガス中の燃料分が焼き付いて堆積するのを防止することができ、噴霧孔の詰まりを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【図1】本願発明の実施形態に係る排気管内燃料噴射システムを備えた排気ガス浄化システムを示す図である。
【図2】排気管内燃料噴射システムにおけるエンジン回りの構成を概略的に示す斜視図である。
【図3】排気アダプタの一例を示す図で、(a)は側面図、(b)は正面図である。
【図4】排気アダプタと排気管の接続部の構造を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0016】
以下に、本発明を実施するための形態を添付図面に基いて詳述する。
先ず、図1を参照して本実施の形態に係る排気管内燃料噴射システムを備えた排気ガス浄化システム1について説明する。この排気ガス浄化システム1は、ディーゼルエンジン(以下、単にエンジンともいう。)10の排気管11に排気ガス浄化装置の一つである連続再生型DPF(或いはDPD:Diesel Particulate Defuserともいう)装置12を備えている。この連続再生型DPF装置12は、排気ガス中のPMを捕集するDPF12bと、このDPF12bの上流側に設けられたDOC12aとを備えている。前記DPF12bは、CSF(Catalyzed Soot Filter)からなる。連続再生型DPF装置12の下流の排気管11には、サイレンサ13が配置されている。排気ガスGは、連続再生型DPF装置12により浄化されて、浄化された排気ガスGcとしてサイレンサ13を経由して大気中に放出される。
【0017】
前記DOC12aは、多孔質のセラミックのハニカム構造等の担持体に、白金等の酸化触媒を担持させて形成される。DPF12bは、多孔質のセラミックのハニカムのチャンネルの入口と出口を交互に目封じしたモノリスハニカム型ウオールフロータイプのフィルタ等で形成されている。このフィルタの部分に白金や酸化セリウム等の触媒を担持している。排気ガスG中のPM(粒子状物質)は、多孔質のセラミックの壁で捕集(トラップ)される。
【0018】
そして、前記DPF12b上のPMの堆積量を推定するために、DPF12bの前後に接続された導通管にはDPF12b前後の差圧を検出する差圧センサ31が設けられている。また、連続再生型DPF装置12の下流側の排気管11には、排気絞り手段としての排気スロットル弁14が設けられ、連続再生型DPF装置12の上流側の排気管11には、排気ブレーキ20が設けられている。
【0019】
連続再生型DPF装置12内のDOC12aの上流側には、DOC12aに流入する排気ガスの温度を検出するDOC入口排気温度センサ32が設けられ、DOC12aとDPF12bとの間には、DPF12bに流入する排気ガスの温度を検出するDPF入口排気温度センサ33が設けられている。
【0020】
エンジン10の吸気管15には、吸気口からエンジン10側にかけて、エアクリーナ16、MAFセンサ(吸入空気量センサ)17、ターボチャージャ36のコンプレッサ36b、吸気スロットル弁(インテークスロットル)18が設けられている。吸気スロットル弁18は、吸気マニホールド37への吸気量を調整するためのものである。排気マニホールド38から排出された排気ガスは、ターボチャージャ36のタービン36a、排気ブレーキ20を通って、連続再生型DPF装置12に流入するようになっている。ターボチャージャ36は、エンジン10に搭載されており、そのタービン36aに出口側の排気通路51を形成する後述の排気アダプタ50の下端部に排気管11の先端部が接続されていると共に、排気アダプタ50に排気管11内に燃料を直接噴射するための燃料噴射弁52が設けられている。
【0021】
また、吸気マニホールド37と排気マニホールド38には、エンジン10から排出される排気ガスの一部を吸気マニホールド37に戻すためのEGR管19が接続され、このEGR管19には、吸気マニホールド37に戻す排気ガスを冷却するEGRクーラ39と、吸気マニホールド37に戻す排気ガス量であるEGR量を調整するEGR弁21とが設けられている。
【0022】
MAFセンサ17、DOC入口排気温度センサ32、DPF入口排気温度センサ33、車速センサ34、エンジン回転数センサ35からの信号は、エンジン10の全般的な制御を行うと共に、DPF再生制御も行う制御装置であるECU(電子制御ユニット)40に入力され、このECU40からの制御信号により、排気スロットル弁14、排気ブレーキ20、吸気スロットル弁18、EGR弁21、燃料噴射装置22、燃料噴射弁52等が制御されるようになっている。
【0023】
排気ガス浄化システム1は、総ポスト量算出部と、蓄積ダイリューション量演算部と、再生インターバル測定部と、強制再生部とを備えており、これらはECU40に搭載されている。
【0024】
総ポスト量算出部は、1回のDPF再生に要した総ポスト量を算出するようになっている。蓄積ダイリューション量演算部は、DPF再生毎のダイリューション量を積算すると共に、走行によって減少するダイリューション量を減算して、蓄積ダイリューション量を演算するようになっている。再生インターバル測定部は、DPF再生終了から次のDPF再生開始までの再生インターバルを測定するようになっている。強制再生部は、DPF12bのPM堆積量が所定量を超えたとき、蓄積ダイリューション量が所定の閾値未満であり、かつ再生インターバルが所定の閾値以上であるという条件(以下、自動再生条件という)を満たせば、車両の走行中に自動でDPF再生する自動再生を行うようになっている。また、強制再生部は、自動再生中には、自動再生ランプ(緑色)24を点灯するようになっている。
【0025】
また、強制再生部は、DPF12bのPM堆積量が所定量を超えたとき、自動再生条件を満たさなければ、車両の停車中に手動でDPF再生する手動再生を行うようドライバーに促し、車両の停車中にドライバーの操作により手動再生を行うようになっている。強制再生部は、DPF12bのPM堆積量が所定量を超え、かつ自動再生条件が満たされないときには、手動再生ランプ(橙色)23を点滅させることで、ドライバーに手動再生を促す(警告する)ようになっている。また、強制再生部は、手動再生中には、手動再生ランプ(橙色)23を点灯させ、手動再生中であることを表示するようになっている。さらに、強制再生部は、ドライバーが停車中に手動再生ボタン(DPF手動再生実行スイッチ)25を押すことにより、手動再生を実行するようになっている。
【0026】
ここで、PM堆積量は、差圧センサ31で検出したDPF12b前後の差圧、或いは車速センサ34で検出した車速を基に演算した走行距離に基づいて検出される。つまり、強制再生部5は、DPF12b前後の差圧が所定の閾値を超えたとき、あるいは、走行距離が所定の閾値を超えたときに、DPF12bのPM堆積量が所定量を超えたと判断する。
【0027】
DPF再生では、DOC入口排気温度センサ32、あるいはDPF入口排気温度センサ33で検出される排気ガス温度が第1判定値(DOCの活性温度、例えば250℃)より低い時には、燃料のマルチ噴射とポスト噴射又は排気管内噴射を行って、エンジン10から排出される排気ガスの温度を上昇させ、DOC入口排気温度センサ32あるいはDPF入口排気温度センサ33で検出される排気ガス温度が第1判定値以上になったときに、ポスト噴射又は排気管内噴射を行うPM燃焼除去制御を実施し、DPF12bの強制再生を行う。PM燃焼除去制御では、必要に応じてマルチ噴射とポスト噴射又は排気管内噴射を組み合わせる。なお、手動再生においては、排気ガス温度が第1判定値以上となるまで排気ブレーキ20を閉じ、排気ガス温度を急速に上昇させるようになっている。また、手動再生においては、PM燃焼除去制御時に排気スロットル弁14を閉じて排気絞りを行い、排気ガス温度を上昇させるようになっている。
【0028】
DPF再生を行うために前記ターボチャージャ36の排気アダプタ50に燃料噴射弁52を設けて排気管11内に燃料を直接噴射するようにした排気管内燃料噴射システムにおいては、前記排気アダプタ50の下端部に前記排気管11の先端部が接続されるため、その接続部分に燃料噴射弁52からの噴射燃料がかかり、接続部分から燃料が滲み出して燃料漏れを生じる虞がある。そこで、この問題を解消するために、図2〜図4に示すように、前記排気アダプタ50の下端部には前記排気管11の先端フランジ部53を接続するための下部フランジ部54が設けられていると共に、これら先端フランジ部53及び下部フランジ部54のフランジ面53a,54aに燃料がかからないように遮蔽する筒状の遮蔽部55が前記排気管11内に突出した状態に設けられている。前記遮蔽部55の外径dは例えば70mmとされ、遮蔽部55の突出長さhは例えば16.5mmとされる。
【0029】
前記遮蔽部55と前記排気管11との間には毛細管現象で燃料を滲み込ませないための所定の隙間sが設けられている。この隙間sは、例えば2.7mmとされる。また、前記排気アダプタ50の下部フランジ部54と前記排気管11の先端フランジ部53との間には、耐熱性及び滑り易い性質を有するモリブデンコートを施したガスケット56が介設されている。
【0030】
前記排気アダプタ50の下部フランジ部54には複数のスタッドボルト57が植え込まれ、これらスタットボルト57にナット58をねじ込むことにより下部フランジ54に対して排気管11の先端フランジ部53が接続されている。
【0031】
一方、前記排気アダプタ50には、その排気通路51に対して燃料が排気ガスに混合され易いように燃料を斜め下方に向かって噴射するために、燃料噴射弁52が排気管11の軸心(軸心線)cから所定の角度αで伸びて設けられている。排気アダプタ50の上側部には、ターボチャージャ36のタービン36aに接続される上部フランジ部59が設けられている。また、排気アダプタ50の上下中間部には前記燃料噴射弁52を取付けるための燃料噴射弁取付け部60が設けられ、この燃料噴射弁取付け部60には燃料噴射弁52の先端部を挿入するための挿入孔61が設けられている。
【0032】
前記挿入孔61に挿入された燃料噴射弁52の先端部52aの噴霧孔62が高温の排気ガスに晒されることにより排気ガス中の燃料成分が噴霧孔62に付着堆積することを防止するために、前記燃料噴射弁52の先端部52aが前記排気アダプタ50内の排気ガス流に接しないように排気アダプタ50内の排気通路51の内壁部から径方向外方に離間させて配置されている。具体的には、前記燃料噴射弁52の先端部52aが前記排気アダプタ50内の排気通路51の内壁に設けられ、該燃料噴射弁52の先端部が設けられた内壁が前記排気アダプタ50内の排気通路51から拡径方向に突出して形成されている。前記排気アダプタ50内には前記燃料噴射弁52の先端部52aの周りを冷却するための冷却水通路64が設けられている。前記排気アダプタ50の排気通路51の内壁部には、排気通路51から前記挿入孔61の先端部に向かって漸次縮径した円錐状の凹部63が設けられていると共に、燃料噴射弁52の先端部52aが更に挿入孔61の先端部と前記凹部63とが交わる境界から後退させて設けられている。前記冷却水通路64は前記燃料噴射弁取付け部60に設けられ、この冷却水通路64には冷却水配管65を介してエンジンの冷却水が循環されるようになっている。
【0033】
以上の構成からなる排気管内燃料噴射システム5によれば、エンジン10に排気アダプタ50を介して排気管11を接続し、前記排気アダプタ50に設けた燃料噴射弁52により排気管11内に燃料を直接噴射する排気管内燃料噴射システム5であって、前記排気アダプタ50の下端部に前記排気管11の先端フランジ部53を接続するための下部フランジ部54を設けると共に、これら先端フランジ部53及び下部フランジ部54のフランジ面53a,54aに燃料がかからないように遮蔽する筒状の遮蔽部55を前記排気管11内に突出した状態に設けているため、フランジ面53a,54aに燃料がかかることがなく、排気アダプタ50と排気管11の接続部分からの燃料漏れを防止することができる。
【0034】
また、前記遮蔽部55と前記排気管11との間に燃料を滲み込ませないための所定の隙間sを設けているため、燃料漏れを更に防止することができる。更に、前記排気アダプタ50の下部フランジ部54と前記排気管11の先端フランジ部53との間にモリブデンコートが施されたガスケット56を介設しているため、モリブデンコートの耐熱性及び滑りやすい性質により対向する先端フランジ部53と下部フランジ部54のフランジ面53a,54a間の振動による滑りを許容しつつシール性を確保することができる。
【0035】
特に、前記燃料噴射弁52の先端部52aを前記排気アダプタ50内の排気通路51の内壁に設け、該燃料噴射弁52の先端部が設けられた内壁は前記排気アダプタ50内の排気通路51から拡径方向に突出していると共に、前記排気アダプタ50内に前記燃料噴射弁52の先端部52aの周りを冷却するための冷却水通路64を設けているため、燃料噴射弁52の先端部52aの噴霧孔62に排気ガス中の燃料分が焼き付いて堆積するのを防止することができ、噴霧孔62の詰まりを防止することができる。
【0036】
しかも、前記排気アダプタ50に前記排気管11の軸心方向から所定の角度に伸びて形成されると共に前記燃料噴射弁52の先端部52aが同径に挿入される挿入孔61と、前記排気アダプタ50内の排気通路51の内壁に前記挿入孔61の先端部に向かって縮径して設けられた凹部63とを備え、前記燃料噴射弁52の先端部52aを前記挿入孔61の先端部から後退させているため、燃料噴射弁52の先端部52aの噴霧孔62に排気ガス中の燃料分が焼き付いて堆積するのを防止することができ、噴霧孔62の詰まりを防止することができる。
【0037】
更に、前記冷却水通路64に前記エンジン10の冷却水を導いて循環させるための冷却水配管65を接続しているため、エンジン10の冷却水を利用して容易に冷却することができる。また、排気管内直接噴射ではポスト噴射と異なりダイリューションを起こさないため、排気ガス浄化システムにおいてダイリューション量の加算をしないことにすることにより手動再生要求頻度が減り、ユーザの利便性が向上する。
【符号の説明】
【0038】
5 排気管内燃料噴射システム
10 ディーゼルエンジン
11 排気管
12 連続再生型DPF装置
12a DOC
12b DPF
36 ターボチャージャ
50 排気アダプタ
52 燃料噴射弁
52a 燃料噴射弁の先端部
61 挿入孔
63 凹部
64 冷却水通路
65 冷却水配管
【技術分野】
【0001】
本発明は、排気ガス中のPM(Particulate Matter)を捕集するDPF(Diesel Particulate Filter)の再生を行うために排気アダプタに設けた燃料噴射弁により排気管内に燃料を直接噴射する排気管内燃料噴射システムに関する。
【背景技術】
【0002】
エンジンから排出されるPMをDPFと呼ばれるフィルタで捕集して、外部へ排出されるPMの量を低減する排気ガス浄化システムとして、DPFと、DPFの上流側に設けられたDOC(Diesel Oxidation Catalyst)とからなる連続再生型DPF装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
この連続再生型DPF装置では、排気ガス温度が約350℃以上の時には、DPFに捕集されたPMは連続的に燃焼して浄化され、DPFが自己再生されるが、排気ガス温度が低い場合には、DOCの温度が低下して活性化しないため、PMを酸化してDPFを自己再生することが困難となる。その結果、PMがDPFに堆積してDPFの目詰まりが進行し、排圧上昇の問題が生じる。
【0004】
PM堆積量は、DPF前後の排気の差圧を計測する差圧センサの出力値に比例するため、差圧センサの出力値が所定の差圧を超えたときに、ECU(Engine Control Unit)がフィルタの目詰まりを検出し、DPF再生を開始する。
【0005】
排気ガス浄化システムでは、シリンダ(筒)内において燃料のマルチ噴射(多段遅延噴射)やポスト噴射(後噴射)を行うことにより、DPFに流入する排気ガスの温度を強制的に上昇させて、DPFに捕集したPMを燃焼除去するDPF再生が行われている。マルチ噴射は、エンジンから排出される排気ガスの温度を昇温し、DOCを触媒活性温度まで昇温させるために行われる。ポスト噴射は、多量の未燃燃料を排気ガス中に供給し、供給した未燃燃料をDOCにて酸化(燃焼)させることで、DPF入口における排気ガス温度をPMが燃焼する温度以上に上昇させるために行われる。
【0006】
DPF再生が開始されると、ECUが燃料噴射や排気スロットル、排気ブレーキバルブを制御し、排気ガス温度を上昇させ、DPFに堆積したPMが燃焼される。このDPF再生においては、ポスト噴射を行うことにより、エンジンオイルに微量ながら燃料が混入するため、所謂ダイリューションと呼ばれる現象が発生する。このダイリューションにより、エンジンオイルの希釈が進むとエンジンの故障を招く虞がある。
【0007】
一方、前記ポスト噴射によるダイリューションの発生を防止し、再生制御効率を向上させるために、排気管に設けた燃料噴射弁により排気管内に燃料を直接噴射するようにした排気管内燃料噴射システムも提案されている。この排気管噴射システムにおいては、エンジンに設けられるターボチャージャの排気アダプタに燃料噴射ノズルを設けることがエンジンの組み立て上、好ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【特許文献1】特開2007−16713号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
しかしながら、前記排気管噴射システムにおいては、比較的に排気温度の高い排気アダプタに燃料噴射弁を設けるため、燃料噴射弁の先端部の噴霧孔に排気ガス中の燃料分が焼き付いて堆積し、噴霧孔の詰まりの発生が懸念される。
【0010】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、燃料噴射弁の先端部の噴霧孔に排気ガス中の燃料分が焼き付いて堆積するのを防止することができる排気管噴射システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0011】
前記目的を達成するために、本発明は、エンジンに排気アダプタを介して排気管を接続し、前記排気アダプタに設けた燃料噴射弁により排気管内に燃料を直接噴射する排気管内燃料噴射システムであって、
前記燃料噴射弁の先端部を前記排気アダプタ内の排気通路の内壁に設け、該燃料噴射弁の先端部が設けられた内壁は前記排気アダプタ内の排気通路から拡径方向に突出していると共に、前記排気アダプタ内に前記燃料噴射弁の先端部の周りを冷却するための冷却水通路を設けたことを特徴とする。
【0012】
前記排気アダプタに前記排気管の軸心方向から所定の角度に伸びて形成されると共に前記燃料噴射弁の先端部が同径に挿入される挿入孔と、前記排気アダプタ内の排気通路の内壁に前記挿入孔の先端部に向かって縮径して設けられた凹部とを備え、前記燃料噴射弁の先端部を前記挿入孔の先端部から後退させていることが好ましい。
【0013】
前記冷却水通路に前記エンジンの冷却水を導いて循環させるための冷却水配管を接続することが好ましい。
【発明の効果】
【0014】
本発明によれば、燃料噴射弁の先端部の噴霧孔に排気ガス中の燃料分が焼き付いて堆積するのを防止することができ、噴霧孔の詰まりを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【図1】本願発明の実施形態に係る排気管内燃料噴射システムを備えた排気ガス浄化システムを示す図である。
【図2】排気管内燃料噴射システムにおけるエンジン回りの構成を概略的に示す斜視図である。
【図3】排気アダプタの一例を示す図で、(a)は側面図、(b)は正面図である。
【図4】排気アダプタと排気管の接続部の構造を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0016】
以下に、本発明を実施するための形態を添付図面に基いて詳述する。
先ず、図1を参照して本実施の形態に係る排気管内燃料噴射システムを備えた排気ガス浄化システム1について説明する。この排気ガス浄化システム1は、ディーゼルエンジン(以下、単にエンジンともいう。)10の排気管11に排気ガス浄化装置の一つである連続再生型DPF(或いはDPD:Diesel Particulate Defuserともいう)装置12を備えている。この連続再生型DPF装置12は、排気ガス中のPMを捕集するDPF12bと、このDPF12bの上流側に設けられたDOC12aとを備えている。前記DPF12bは、CSF(Catalyzed Soot Filter)からなる。連続再生型DPF装置12の下流の排気管11には、サイレンサ13が配置されている。排気ガスGは、連続再生型DPF装置12により浄化されて、浄化された排気ガスGcとしてサイレンサ13を経由して大気中に放出される。
【0017】
前記DOC12aは、多孔質のセラミックのハニカム構造等の担持体に、白金等の酸化触媒を担持させて形成される。DPF12bは、多孔質のセラミックのハニカムのチャンネルの入口と出口を交互に目封じしたモノリスハニカム型ウオールフロータイプのフィルタ等で形成されている。このフィルタの部分に白金や酸化セリウム等の触媒を担持している。排気ガスG中のPM(粒子状物質)は、多孔質のセラミックの壁で捕集(トラップ)される。
【0018】
そして、前記DPF12b上のPMの堆積量を推定するために、DPF12bの前後に接続された導通管にはDPF12b前後の差圧を検出する差圧センサ31が設けられている。また、連続再生型DPF装置12の下流側の排気管11には、排気絞り手段としての排気スロットル弁14が設けられ、連続再生型DPF装置12の上流側の排気管11には、排気ブレーキ20が設けられている。
【0019】
連続再生型DPF装置12内のDOC12aの上流側には、DOC12aに流入する排気ガスの温度を検出するDOC入口排気温度センサ32が設けられ、DOC12aとDPF12bとの間には、DPF12bに流入する排気ガスの温度を検出するDPF入口排気温度センサ33が設けられている。
【0020】
エンジン10の吸気管15には、吸気口からエンジン10側にかけて、エアクリーナ16、MAFセンサ(吸入空気量センサ)17、ターボチャージャ36のコンプレッサ36b、吸気スロットル弁(インテークスロットル)18が設けられている。吸気スロットル弁18は、吸気マニホールド37への吸気量を調整するためのものである。排気マニホールド38から排出された排気ガスは、ターボチャージャ36のタービン36a、排気ブレーキ20を通って、連続再生型DPF装置12に流入するようになっている。ターボチャージャ36は、エンジン10に搭載されており、そのタービン36aに出口側の排気通路51を形成する後述の排気アダプタ50の下端部に排気管11の先端部が接続されていると共に、排気アダプタ50に排気管11内に燃料を直接噴射するための燃料噴射弁52が設けられている。
【0021】
また、吸気マニホールド37と排気マニホールド38には、エンジン10から排出される排気ガスの一部を吸気マニホールド37に戻すためのEGR管19が接続され、このEGR管19には、吸気マニホールド37に戻す排気ガスを冷却するEGRクーラ39と、吸気マニホールド37に戻す排気ガス量であるEGR量を調整するEGR弁21とが設けられている。
【0022】
MAFセンサ17、DOC入口排気温度センサ32、DPF入口排気温度センサ33、車速センサ34、エンジン回転数センサ35からの信号は、エンジン10の全般的な制御を行うと共に、DPF再生制御も行う制御装置であるECU(電子制御ユニット)40に入力され、このECU40からの制御信号により、排気スロットル弁14、排気ブレーキ20、吸気スロットル弁18、EGR弁21、燃料噴射装置22、燃料噴射弁52等が制御されるようになっている。
【0023】
排気ガス浄化システム1は、総ポスト量算出部と、蓄積ダイリューション量演算部と、再生インターバル測定部と、強制再生部とを備えており、これらはECU40に搭載されている。
【0024】
総ポスト量算出部は、1回のDPF再生に要した総ポスト量を算出するようになっている。蓄積ダイリューション量演算部は、DPF再生毎のダイリューション量を積算すると共に、走行によって減少するダイリューション量を減算して、蓄積ダイリューション量を演算するようになっている。再生インターバル測定部は、DPF再生終了から次のDPF再生開始までの再生インターバルを測定するようになっている。強制再生部は、DPF12bのPM堆積量が所定量を超えたとき、蓄積ダイリューション量が所定の閾値未満であり、かつ再生インターバルが所定の閾値以上であるという条件(以下、自動再生条件という)を満たせば、車両の走行中に自動でDPF再生する自動再生を行うようになっている。また、強制再生部は、自動再生中には、自動再生ランプ(緑色)24を点灯するようになっている。
【0025】
また、強制再生部は、DPF12bのPM堆積量が所定量を超えたとき、自動再生条件を満たさなければ、車両の停車中に手動でDPF再生する手動再生を行うようドライバーに促し、車両の停車中にドライバーの操作により手動再生を行うようになっている。強制再生部は、DPF12bのPM堆積量が所定量を超え、かつ自動再生条件が満たされないときには、手動再生ランプ(橙色)23を点滅させることで、ドライバーに手動再生を促す(警告する)ようになっている。また、強制再生部は、手動再生中には、手動再生ランプ(橙色)23を点灯させ、手動再生中であることを表示するようになっている。さらに、強制再生部は、ドライバーが停車中に手動再生ボタン(DPF手動再生実行スイッチ)25を押すことにより、手動再生を実行するようになっている。
【0026】
ここで、PM堆積量は、差圧センサ31で検出したDPF12b前後の差圧、或いは車速センサ34で検出した車速を基に演算した走行距離に基づいて検出される。つまり、強制再生部5は、DPF12b前後の差圧が所定の閾値を超えたとき、あるいは、走行距離が所定の閾値を超えたときに、DPF12bのPM堆積量が所定量を超えたと判断する。
【0027】
DPF再生では、DOC入口排気温度センサ32、あるいはDPF入口排気温度センサ33で検出される排気ガス温度が第1判定値(DOCの活性温度、例えば250℃)より低い時には、燃料のマルチ噴射とポスト噴射又は排気管内噴射を行って、エンジン10から排出される排気ガスの温度を上昇させ、DOC入口排気温度センサ32あるいはDPF入口排気温度センサ33で検出される排気ガス温度が第1判定値以上になったときに、ポスト噴射又は排気管内噴射を行うPM燃焼除去制御を実施し、DPF12bの強制再生を行う。PM燃焼除去制御では、必要に応じてマルチ噴射とポスト噴射又は排気管内噴射を組み合わせる。なお、手動再生においては、排気ガス温度が第1判定値以上となるまで排気ブレーキ20を閉じ、排気ガス温度を急速に上昇させるようになっている。また、手動再生においては、PM燃焼除去制御時に排気スロットル弁14を閉じて排気絞りを行い、排気ガス温度を上昇させるようになっている。
【0028】
DPF再生を行うために前記ターボチャージャ36の排気アダプタ50に燃料噴射弁52を設けて排気管11内に燃料を直接噴射するようにした排気管内燃料噴射システムにおいては、前記排気アダプタ50の下端部に前記排気管11の先端部が接続されるため、その接続部分に燃料噴射弁52からの噴射燃料がかかり、接続部分から燃料が滲み出して燃料漏れを生じる虞がある。そこで、この問題を解消するために、図2〜図4に示すように、前記排気アダプタ50の下端部には前記排気管11の先端フランジ部53を接続するための下部フランジ部54が設けられていると共に、これら先端フランジ部53及び下部フランジ部54のフランジ面53a,54aに燃料がかからないように遮蔽する筒状の遮蔽部55が前記排気管11内に突出した状態に設けられている。前記遮蔽部55の外径dは例えば70mmとされ、遮蔽部55の突出長さhは例えば16.5mmとされる。
【0029】
前記遮蔽部55と前記排気管11との間には毛細管現象で燃料を滲み込ませないための所定の隙間sが設けられている。この隙間sは、例えば2.7mmとされる。また、前記排気アダプタ50の下部フランジ部54と前記排気管11の先端フランジ部53との間には、耐熱性及び滑り易い性質を有するモリブデンコートを施したガスケット56が介設されている。
【0030】
前記排気アダプタ50の下部フランジ部54には複数のスタッドボルト57が植え込まれ、これらスタットボルト57にナット58をねじ込むことにより下部フランジ54に対して排気管11の先端フランジ部53が接続されている。
【0031】
一方、前記排気アダプタ50には、その排気通路51に対して燃料が排気ガスに混合され易いように燃料を斜め下方に向かって噴射するために、燃料噴射弁52が排気管11の軸心(軸心線)cから所定の角度αで伸びて設けられている。排気アダプタ50の上側部には、ターボチャージャ36のタービン36aに接続される上部フランジ部59が設けられている。また、排気アダプタ50の上下中間部には前記燃料噴射弁52を取付けるための燃料噴射弁取付け部60が設けられ、この燃料噴射弁取付け部60には燃料噴射弁52の先端部を挿入するための挿入孔61が設けられている。
【0032】
前記挿入孔61に挿入された燃料噴射弁52の先端部52aの噴霧孔62が高温の排気ガスに晒されることにより排気ガス中の燃料成分が噴霧孔62に付着堆積することを防止するために、前記燃料噴射弁52の先端部52aが前記排気アダプタ50内の排気ガス流に接しないように排気アダプタ50内の排気通路51の内壁部から径方向外方に離間させて配置されている。具体的には、前記燃料噴射弁52の先端部52aが前記排気アダプタ50内の排気通路51の内壁に設けられ、該燃料噴射弁52の先端部が設けられた内壁が前記排気アダプタ50内の排気通路51から拡径方向に突出して形成されている。前記排気アダプタ50内には前記燃料噴射弁52の先端部52aの周りを冷却するための冷却水通路64が設けられている。前記排気アダプタ50の排気通路51の内壁部には、排気通路51から前記挿入孔61の先端部に向かって漸次縮径した円錐状の凹部63が設けられていると共に、燃料噴射弁52の先端部52aが更に挿入孔61の先端部と前記凹部63とが交わる境界から後退させて設けられている。前記冷却水通路64は前記燃料噴射弁取付け部60に設けられ、この冷却水通路64には冷却水配管65を介してエンジンの冷却水が循環されるようになっている。
【0033】
以上の構成からなる排気管内燃料噴射システム5によれば、エンジン10に排気アダプタ50を介して排気管11を接続し、前記排気アダプタ50に設けた燃料噴射弁52により排気管11内に燃料を直接噴射する排気管内燃料噴射システム5であって、前記排気アダプタ50の下端部に前記排気管11の先端フランジ部53を接続するための下部フランジ部54を設けると共に、これら先端フランジ部53及び下部フランジ部54のフランジ面53a,54aに燃料がかからないように遮蔽する筒状の遮蔽部55を前記排気管11内に突出した状態に設けているため、フランジ面53a,54aに燃料がかかることがなく、排気アダプタ50と排気管11の接続部分からの燃料漏れを防止することができる。
【0034】
また、前記遮蔽部55と前記排気管11との間に燃料を滲み込ませないための所定の隙間sを設けているため、燃料漏れを更に防止することができる。更に、前記排気アダプタ50の下部フランジ部54と前記排気管11の先端フランジ部53との間にモリブデンコートが施されたガスケット56を介設しているため、モリブデンコートの耐熱性及び滑りやすい性質により対向する先端フランジ部53と下部フランジ部54のフランジ面53a,54a間の振動による滑りを許容しつつシール性を確保することができる。
【0035】
特に、前記燃料噴射弁52の先端部52aを前記排気アダプタ50内の排気通路51の内壁に設け、該燃料噴射弁52の先端部が設けられた内壁は前記排気アダプタ50内の排気通路51から拡径方向に突出していると共に、前記排気アダプタ50内に前記燃料噴射弁52の先端部52aの周りを冷却するための冷却水通路64を設けているため、燃料噴射弁52の先端部52aの噴霧孔62に排気ガス中の燃料分が焼き付いて堆積するのを防止することができ、噴霧孔62の詰まりを防止することができる。
【0036】
しかも、前記排気アダプタ50に前記排気管11の軸心方向から所定の角度に伸びて形成されると共に前記燃料噴射弁52の先端部52aが同径に挿入される挿入孔61と、前記排気アダプタ50内の排気通路51の内壁に前記挿入孔61の先端部に向かって縮径して設けられた凹部63とを備え、前記燃料噴射弁52の先端部52aを前記挿入孔61の先端部から後退させているため、燃料噴射弁52の先端部52aの噴霧孔62に排気ガス中の燃料分が焼き付いて堆積するのを防止することができ、噴霧孔62の詰まりを防止することができる。
【0037】
更に、前記冷却水通路64に前記エンジン10の冷却水を導いて循環させるための冷却水配管65を接続しているため、エンジン10の冷却水を利用して容易に冷却することができる。また、排気管内直接噴射ではポスト噴射と異なりダイリューションを起こさないため、排気ガス浄化システムにおいてダイリューション量の加算をしないことにすることにより手動再生要求頻度が減り、ユーザの利便性が向上する。
【符号の説明】
【0038】
5 排気管内燃料噴射システム
10 ディーゼルエンジン
11 排気管
12 連続再生型DPF装置
12a DOC
12b DPF
36 ターボチャージャ
50 排気アダプタ
52 燃料噴射弁
52a 燃料噴射弁の先端部
61 挿入孔
63 凹部
64 冷却水通路
65 冷却水配管
【特許請求の範囲】
【請求項1】
エンジンに排気アダプタを介して排気管を接続し、前記排気アダプタに設けた燃料噴射弁により排気管内に燃料を直接噴射する排気管内燃料噴射システムであって、
前記燃料噴射弁の先端部を前記排気アダプタ内の排気通路の内壁に設け、該燃料噴射弁の先端部が設けられた内壁は前記排気アダプタ内の排気通路から拡径方向に突出していると共に、前記排気アダプタ内に前記燃料噴射弁の先端部の周りを冷却するための冷却水通路を設けたことを特徴とする排気管内燃料噴射システム。
【請求項2】
前記排気アダプタに前記排気管の軸心方向から所定の角度に伸びて形成されると共に前記燃料噴射弁の先端部が同径に挿入される挿入孔と、前記排気アダプタ内の排気通路の内壁に前記挿入孔の先端部に向かって縮径して設けられた凹部とを備え、前記燃料噴射弁の先端部を前記挿入孔の先端部から後退させたことを特徴とする請求項1記載の排気管内燃料噴射システム。
【請求項3】
前記冷却水通路に前記エンジンの冷却水を導いて循環させるための冷却水配管を接続したことを特徴とする請求項1記載の排気管内燃料噴射システム。
【請求項1】
エンジンに排気アダプタを介して排気管を接続し、前記排気アダプタに設けた燃料噴射弁により排気管内に燃料を直接噴射する排気管内燃料噴射システムであって、
前記燃料噴射弁の先端部を前記排気アダプタ内の排気通路の内壁に設け、該燃料噴射弁の先端部が設けられた内壁は前記排気アダプタ内の排気通路から拡径方向に突出していると共に、前記排気アダプタ内に前記燃料噴射弁の先端部の周りを冷却するための冷却水通路を設けたことを特徴とする排気管内燃料噴射システム。
【請求項2】
前記排気アダプタに前記排気管の軸心方向から所定の角度に伸びて形成されると共に前記燃料噴射弁の先端部が同径に挿入される挿入孔と、前記排気アダプタ内の排気通路の内壁に前記挿入孔の先端部に向かって縮径して設けられた凹部とを備え、前記燃料噴射弁の先端部を前記挿入孔の先端部から後退させたことを特徴とする請求項1記載の排気管内燃料噴射システム。
【請求項3】
前記冷却水通路に前記エンジンの冷却水を導いて循環させるための冷却水配管を接続したことを特徴とする請求項1記載の排気管内燃料噴射システム。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図2】
【図3】
【図4】
【公開番号】特開2011−256851(P2011−256851A)
【公開日】平成23年12月22日(2011.12.22)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−134519(P2010−134519)
【出願日】平成22年6月11日(2010.6.11)
【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23年12月22日(2011.12.22)
【国際特許分類】
【出願日】平成22年6月11日(2010.6.11)
【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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