JP2003254047A - 内燃機関の排気浄化システム - Google Patents

内燃機関の排気浄化システム

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 添加剤の漏れが生じたとき、添加剤の供給を
停止する内燃機関の排気浄化システムを提供する。 【解決手段】 排気浄化装置６１を機能させるために、
エンジン本体１０から排出された排気に燃料を添加する
添加弁装置６２は排気装置６０に設置されている。添加
弁装置６２は添加剤通路６３を経由して燃料ポンプ２か
ら供給された燃料を排気中に噴射する。燃料ポンプ２の
添加剤出口側と添加剤通路６３との間には安全装置７０
が設置されている。安全装置７０は、下流側すなわち添
加剤通路６３あるいは添加弁装置６２において燃料の漏
れが生じ、添加剤通路６３を流れる燃料の流量が所定値
よりも大きくなると、燃料ポンプ２の添加剤出口側を遮
断する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の排気浄
化システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、排気を浄化する排気浄化装置が設
置されている内燃機関が公知である。例えば、ＮＯｘ還
元触媒によりＮＯｘを還元して排気を浄化する場合、排
気浄化装置を機能させるために還元剤となる添加剤を必
要とする。還元触媒の排気入口側に還元剤を供給する装
置として、例えば特開昭４８−７１７６８号公報に開示
されている技術が公知である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】特開昭４８−７１７６
８号公報に開示されている従来技術の場合、排気浄化装
置を機能させるための添加剤として内燃機関の燃料（例
えば、軽油、ガソリンなどの炭化水素）が使用される。
しかしながら、万が一何らかの異常により添加剤が流れ
る流路あるいは添加装置から燃料の漏れが生じるおそれ
があり、その漏れが周囲に広がるおそれがある。
【０００４】そこで、本発明の目的は、添加剤の漏れが
生じたとき、添加剤の供給を停止する内燃機関の排気浄
化システムを提供することにある。また、本発明の他の
目的は、添加剤の漏れが広がることを防止する内燃機関
の排気浄化システムを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項１記載の
内燃機関の排気浄化システムによると、供給部の添加剤
出口側には安全装置が設置されている。安全装置は、添
加剤通路または添加弁装置における添加剤の流量が所定
値よりも大きくなると供給部の添加剤出口側を遮断す
る。すなわち、添加剤通路または添加弁装置における添
加剤の流量が所定値よりも大きくなると、供給部から添
加弁装置への添加剤の供給が停止される。したがって、
例えば添加剤通路あるいは添加弁装置からへ還元剤の漏
れが生じた場合、添加剤通路および添加弁装置への添加
剤の供給を停止することができる。
【０００６】本発明の請求項２記載の内燃機関の排気浄
化システムによると、安全装置はボディの内部を往復移
動する弁部材を有している。弁部材は供給部の添加剤出
口側と流体通路との間の圧力差により移動する。そし
て、シール部がシート部に着座することにより、流体通
路と添加剤通路との間は遮断される。したがって、供給
部から添加剤通路および添加弁装置への添加剤の供給を
確実に遮断することができる。また、例えば添加剤の漏
れなどにより添加剤通路あるいは添加弁装置への添加剤
の流量が増大すると、供給部の添加剤出口側と流体通路
との間の圧力差も大きくなる。そのため、絞り部の形状
または付勢部材の付勢力を調整することにより、添加剤
の流量が所定値よりも大きくなると安全装置が作動する
構成とすることができる。したがって、平常時は排気浄
化システムの作動に必要な添加剤の流量を確保でき、異
常時には添加剤の供給を停止することができる。
【０００７】本発明の請求項３記載の内燃機関の排気浄
化システムによると、カバー部材を備えている。カバー
部材は、添加弁装置と添加剤通路との接続部近傍、なら
びに添加剤通路の周囲を覆っている。したがって、添加
弁装置あるいは添加剤通路から添加剤の漏れが生じた場
合でも、添加剤の漏れが広がることを防止できる。
【０００８】本発明の請求項４記載の内燃機関の排気浄
化システムによると、防護部材を備えている。防護部材
は、排気管の添加弁装置および添加剤通路側に設置され
ている。したがって、添加弁装置あるいは添加剤通路か
ら添加剤の漏れが生じた場合でも、添加剤の漏れが広が
ることを防止できる。
【０００９】本発明の請求項５記載の内燃機関の排気浄
化システムによると、添加弁装置および添加剤通路はヘ
ッドカバーの内部に収容されている。したがって、添加
弁装置および添加剤通路から還元剤の漏れが生じた場合
でも、添加剤の漏れが広がることを防止できる。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を示す
複数の実施例を図面に基づいて説明する。 （第１実施例）本発明の第１実施例による内燃機関の排
気浄化システムを適用した車両用のディーゼルエンジン
システムを図１に示す。図１に示すようにディーゼルエ
ンジンシステム１は、内燃機関としてのエンジン本体１
０、吸気装置３０、排気装置４０、排気還流（ＥＧＲ）
装置５０および排気浄化システム６０から構成されてい
る。
【００１１】エンジン本体１０には、複数のシリンダ１
１が形成されている。本実施例の場合、エンジン本体１
０は四気筒である。エンジン本体１０は、図２に示すよ
うにシリンダ１１が形成されているシリンダブロック１
２と、シリンダブロック１２と一体に構成されているシ
リンダヘッド１３と、シリンダヘッド１３の反シリンダ
ブロック側を覆うヘッドカバー１４とを有している。ま
た、エンジン本体１０は、シリンダブロック１２に形成
されているシリンダ１１内を往復移動する可動部１５を
有している。シリンダヘッド１３には吸気ポート１６お
よび排気ポート１７が形成されている。吸気ポート１６
には吸気ポート１６を開閉する吸気バルブ１６１が設置
され、排気ポート１７には排気ポート１７を開閉する排
気バルブ１７１が設置されている。
【００１２】エンジン本体１０の各気筒にはそれぞれ燃
料を噴射するインジェクタ２１が設置されている。イン
ジェクタ２１は図１に示すようにコモンレール２２に接
続されている。コモンレール２２には燃料ポンプ２で加
圧された燃料である軽油が蓄圧状態で蓄えられている。
コモンレール２２に蓄圧状態で蓄えられている燃料は、
インジェクタ２１へ供給される。コモンレール２２から
インジェクタ２１へ供給された燃料は、エンジン本体１
０の各シリンダ１１の内部へ直接噴射される。
【００１３】吸気装置３０は、吸気管３１、吸気絞り弁
３２およびインタークーラ３３などを有している。吸気
管３１の途中には、ターボチャージャ９０の過給機９
１、インタークーラ３３および吸気絞り弁３２が設置さ
れている。吸気管３１は端部に吸気マニホールド３４を
有しており、吸気マニホールド３４はエンジン本体１０
に形成されている吸気ポート１６と接続されている。吸
気絞り弁３２は、吸気管３１の流路面積を調整する。吸
気絞り弁３２は、図示しないＥＣＵからの制御信号に応
じて所定の開度に調整される。
【００１４】エンジン本体１０には排気装置４０が接続
されている。排気装置４０は、排気管４１を有してい
る。排気管４１は端部に排気マニホールド４２を有して
おり、排気マニホールド４２はエンジン本体１０に形成
されている排気ポート１７と接続されている。排気装置
４０および排気ポート１７などから排気系が構成されて
いる。排気管４１の途中にはターボチャージャ９０の排
気タービン９２が設置されている。排気タービン９２
は、エンジン本体１０から排出された排気の流れにより
駆動される。排気タービン９２は吸気管３１に設置され
ている過給機９１に接続されている。排気タービン９２
は排気管４１を流れる排気により駆動される。これによ
り、過給機９１が駆動され、過給機９１は吸気管３１を
流れる吸気を加圧する。過給機９１により加圧された吸
気は、インタークーラ３３で冷却された後、エンジン本
体１０の各シリンダ１１へ吸入される。
【００１５】排気装置４０と吸気装置３０との間にはＥ
ＧＲ装置５０が設置されている。ＥＧＲ装置５０は、エ
ンジン本体１０から排出される排気の一部を吸気側へ還
流させる。ＥＧＲ装置５０は、ＥＧＲ管５１、ＥＧＲ弁
５２、ＥＧＲクーラ５３およびＥＧＲ触媒５４を有して
いる。ＥＧＲ管５１は吸気マニホールド３４と排気マニ
ホールド４２とを連通している。ＥＧＲ弁５２はＥＧＲ
管５１に設置されている。ＥＧＲ弁５２は、図示しない
ＥＣＵからの制御信号により所定の開度に制御され、Ｅ
ＧＲ管５１を流れる還流ガスの流量を調整する。ＥＧＲ
クーラ５３は、ＥＧＲ弁５２の排気マニホールド４２側
に設置されており、還流される還流ガスを冷却する。Ｅ
ＧＲ触媒５４は、還流ガスに含まれる未燃焼の炭化水素
成分を除去する。
【００１６】排気浄化システム６０は、排気浄化装置６
１、添加弁装置６２、供給装置および安全装置７０から
構成されている。排気浄化装置６１は、排気管４１のタ
ーボチャージャ９０の出口側に設置されている。排気浄
化装置６１は、図示しないＮＯｘ還元触媒とディーゼル
パティキュレートフィルタとを有している。ＮＯｘ還元
触媒は、例えばアルミナなどの担体にアルカリ金属、ア
ルカリ土類金属または希土類金属と貴金属とが担時され
ている。ＮＯｘ還元触媒は、排気に含まれる燃料が少な
いすなわち排気の空燃比がリーンのとき、ＮＯｘを吸蔵
する。一方、ＮＯｘ還元触媒は、排気に含まれる燃料が
多いすなわち排気の空燃比がリッチのとき、ＮＯｘを還
元する。すなわち、排気浄化装置６１は、添加弁装置６
２から排気へ添加された添加剤としての燃料を還元剤と
してＮＯｘを還元する。ディーゼルパティキュレートフ
ィルタは、例えば金属セラミックスあるいはセラミック
ス多孔質などのフィルタからなり、排気に含まれる粒子
状物質を捕集する。
【００１７】供給装置は、供給部として上述の燃料ポン
プ２、ならびに添加剤通路６３から構成されている。燃
料ポンプ２は、エンジン本体１０の駆動力により駆動さ
れ、燃料タンク３に蓄えられている燃料を圧送する。燃
料ポンプ２により加圧された燃料は、コモンレール２２
へ供給される。なお、燃料ポンプ２は低圧ポンプと高圧
ポンプとから構成されており、添加弁装置６２には低圧
ポンプから吐出された比較的低圧の燃料が供給される。
一方、コモンレール２２には高圧ポンプから吐出された
高圧の燃料が供給される。
【００１８】燃料ポンプ２の吐出側すなわち燃料出口側
には、安全装置７０が設置されている。燃料ポンプ２か
ら吐出された燃料は安全装置７０を経由して添加剤通路
６３へ供給される。添加剤通路６３の反安全装置側の端
部には添加弁装置６２が接続されている。添加弁装置６
２は、図２に示すようにエンジン本体１０のシリンダヘ
ッド１３に搭載されている。添加弁装置６２は燃料を噴
射するノズル部６２１を有しており、ノズル部６２１は
シリンダヘッド１３に形成されている排気ポート１７内
に突出して設置されている。添加弁装置６２は添加剤通
路６３に接続されており、燃料ポンプ２から吐出された
添加剤としての燃料は添加弁装置６２のノズル部６２１
から排気ポート１７を流れる排気へ噴射される。図示し
ないＥＣＵからの制御信号により添加弁装置６２の図示
しない電磁弁が開閉されることにより、添加弁装置６２
から排気への燃料の噴射は断続される。
【００１９】次に、安全装置７０について詳細に説明す
る。上述のように安全装置７０は、燃料ポンプ２の吐出
側と添加剤通路６３との間に設置されている。安全装置
７０は、図３に示すようにボディ７１、弁部材８０およ
び付勢部材としてのスプリング７２から構成されてい
る。ボディ７１は、燃料ポンプ２の吐出側に連通する吐
出通路７３と添加剤通路６３とを連通する流体通路７４
を有している。流体通路７４はボディ７１の内周側に形
成されており、添加剤通路６３側の端部の内壁にシート
部７５が形成されている。
【００２０】弁部材８０は、筒状の胴部８１と柱状の首
部８２とを有している。胴部８１は外周側がボディの内
壁と摺動可能な摺動部となっている。また、胴部８１の
外周側には溝部８３が形成されている。一方、胴部８１
の内周側には小径通路８４が形成されており、燃料ポン
プ２から吐出された燃料は吐出通路７３を経由して小径
通路８４へ流入する。胴部８１には、小径通路８４と溝
部８３とを連通する絞り部としてのオリフィス８５が形
成されている。オリフィス８５の流路面積は、小径通路
８４の流路面積および流体通路７４の流路面積と比較し
て小さく形成されている。そのため、オリフィス８５の
両端部すなわち小径通路８４側と流体通路７４側との間
に流量の差が生じると、小径通路８４と流体通路７４と
の間に圧力差が生じる。これにより、弁部材８０は流体
通路内を軸方向へ往復移動する。オリフィス８５は、使
用される燃料の粘度ならびに安全装置７０の作動特性を
考慮し、添加弁装置６２から噴射される燃料の流量に影
響を与えない形状に設定される。
【００２１】首部８２は胴部８１と一体に形成されてお
り、反胴部側の端部にシール部８６が形成されている。
シール部８６はシート部７５に着座可能であり、弁部材
８０の移動にともなってシール部８６がシート部７５に
着座することにより流体通路７４と添加剤通路６３との
間の連通が遮断される。スプリング７２は、胴部８１の
首部側の端面８１ａとボディ７１の壁面７１ａとの間に
設置されている。スプリング７２は、弁部材８０をシー
ル部８６とシート部７５とが離間する方向すなわち吐出
通路７３側へ付勢している。
【００２２】次に、安全装置７０の作動について説明す
る。安全装置７０の下流側すなわち添加剤通路６３もし
くは添加弁装置６２において燃料の漏れが生じた場合、
または添加弁装置６２の異常により添加弁装置６２から
燃料が噴射されたままの状態となると、添加剤通路６３
および流体通路７４を流れる燃料の流量が増大する。弁
部材８０にはオリフィス８５が形成されているため、燃
料ポンプ２から吐出された燃料の流れはオリフィス８５
により制限されている。その結果、流体通路７４へ流入
する燃料が不足し、添加剤通路６３および流体通路７４
の燃料の圧力は低下する。
【００２３】一方、小径通路８４には吐出通路７３を経
由して燃料ポンプ２から加圧された燃料が供給されるた
め、小径通路８４の燃料の圧力は低下しない。そのた
め、弁部材８０の小径通路８４側と流体通路７４側との
間には圧力差が生じる。このとき、小径通路８４の燃料
圧力は流体通路７４の燃料の圧力よりも高いため、圧力
差により弁部材８０にはシート部７５方向へ付勢する力
が加わる。
【００２４】流量の増大にともなって流体通路７４の圧
力が低下し、弁部材８０に加わる力がスプリング７２の
付勢力よりも大きくなると、弁部材８０はシート部７５
方向へ移動する。そして、弁部材８０のシール部８６が
シート部７５に着座すると、流体通路７４と添加剤通路
６３との間の連通が遮断される。これにより、燃料ポン
プ２から添加剤通路６３および添加弁装置６２への燃料
の供給は停止される。
【００２５】弁部材８０に加わる力は小径通路８４と流
体通路７４との間の圧力差によって変化する。小径通路
８４に供給される燃料の圧力は、燃料ポンプ２から供給
される燃料の圧力と同一であり一定である。そのため、
弁部材８０に加わる力は、流体通路７４の燃料の圧力に
よって変化する。流体通路７４の燃料の圧力は流体通路
７４および添加剤通路６３を流れる燃料の流量によって
変化する。したがって、スプリング７２の付勢力を調整
することにより、安全装置７０が作動するときの燃料の
流量を調整することができる。
【００２６】以上、説明したように本発明の第１実施例
では、燃料ポンプ２の吐出側に安全装置７０が設置され
ている。安全装置７０は、例えば添加剤通路６３および
添加弁装置６２など安全装置７０よりも下流側で燃料の
漏れなどが発生し、燃料の流量が増大した場合、燃料ポ
ンプ２から添加剤通路６３への燃料の流れを遮断する。
したがって、添加剤通路６３または添加弁装置６２など
から燃料の漏れが生じたとき、添加剤の供給を停止する
ことができる。
【００２７】また、第１実施例では、安全装置７０のス
プリング７２の付勢力を変更することにより安全装置７
０によって燃料の流れが遮断されるときの燃料の流量を
設定することができる。そのため、排気浄化システム６
０が適用されるディーゼルエンジンシステム１の特性に
合わせて安全装置７０の作動タイミングを容易に設定す
ることができる。
【００２８】（第２実施例）本発明の第２実施例を図４
に示す。第１実施例と実質的に同一の部位には同一の符
号を付し、説明を省略する。第２実施例では、添加剤通
路６３、ならびに添加剤通路６３と添加弁装置６２との
接続部の近傍がカバー部材７６により覆われている。カ
バー部材７６は筒状の部材であり、一方の端部が添加剤
通路６３と添加弁装置６２との接続部の近傍に位置し、
他方の端部が吸気側に位置している。カバー部材７６の
添加弁装置６２側の端部には例えばクリップなどの固定
部材７７が設置されている。これにより、カバー部材７
６の添加弁装置６２側の端部は添加弁装置６２に液密に
締め付けられている。
【００２９】第２実施例では、添加剤通路６３ならびに
添加剤通路６３と添加弁装置６２との接続部の近傍をカ
バー部材７６で覆うことにより、添加剤通路６３、添加
弁装置６２あるいは添加剤通路６３と添加弁装置６２と
の間で燃料が漏れた場合でも、漏れた燃料が周囲へ広が
ることを防止できる。
【００３０】（第３実施例）本発明の第３実施例を図５
に示す。第１実施例と実質的に同一の構成部位には同一
の符号を付し、説明を省略する。第３実施例では、エン
ジン本体１０に防護部材１８が設置されている。防護部
材１８は、板状に形成されており、排気管４１を覆って
いる。これにより、第３実施例では、添加弁装置６２あ
るいは添加剤通路６３から燃料が漏れた場合でも、漏れ
た燃料が周囲へ広がることを防止できる。
【００３１】（第４実施例）本発明の第４実施例を図６
に示す。第１実施例と実質的に同一の構成部位には同一
の符号を付し、説明を省略する。第４実施例では、ヘッ
ドカバー１９の容積が大きく形成されており、添加弁装
置６２および添加剤通路６３はヘッドカバー１９の内部
に収容されている。これにより、添加弁装置６２または
添加剤通路６３から漏れた燃料は、ヘッドカバー１９の
内部に保持される。ヘッドカバー１９はシリンダヘッド
１３に搭載されているため、ヘッドカバー１９の内部に
保持された燃料はシリンダヘッド１３に設置されている
図示しないカムなどの駆動系に流出する。そのため、漏
れた燃料は駆動系を潤滑する潤滑油と混合され、排気管
４１側へは流出しない。第４実施例では、添加弁装置６
２あるいは添加剤通路６３から燃料が漏れた場合でも、
漏れた燃料が周囲へ広がることを防止できる。
【００３２】以上説明した複数の実施例では、本発明の
排気浄化システムを車両用のコモンレール式のディーゼ
ルエンジンシステムに適用した。しかし、本発明は車両
用のコモンレール式のディーゼルエンジンシステムに限
らず、他の形式のディーゼルエンジンシステムあるいは
ガソリンエンジンシステムに適用することができる。ま
た、複数の実施例についてそれぞれ個々に説明したが、
各実施例を組み合わせて適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例による排気浄化システムを
適用したディーゼルエンジンシステムを示す模式図であ
る。
【図２】本発明の第１実施例による排気浄化システムを
適用したディーゼルエンジンシステムのエンジン本体の
近傍を示す模式的な断面図である。
【図３】本発明の第１実施例による排気浄化システムの
安全装置を示す模式的な断面図である。
【図４】本発明の第２実施例による排気浄化システムを
適用したディーゼルエンジンシステムのエンジン本体の
近傍を示す模式的な断面図である。
【図５】本発明の第３実施例による排気浄化システムを
適用したディーゼルエンジンシステムのエンジン本体の
近傍を示す模式的な断面図である。
【図６】本発明の第４実施例による排気浄化システムを
適用したディーゼルエンジンシステムのエンジン本体の
近傍を示す模式的な断面図である。
【符号の説明】
１ ディーゼルエンジンシステム １０ エンジン本体（内燃機関） １７ 排気ポート（排気系） １８ 防護部材 １９ ヘッドカバー ４０ 排気装置（排気系） ６０ 排気浄化システム ６１ 排気浄化装置 ６２ 添加弁装置 ６３ 添加剤通路 ７０ 安全装置 ７１ ボディ ７２ スプリング（付勢部材） ７４ 流体通路 ７５ シート部 ７６ カバー部材 ８０ 弁部材 ８５ オリフィス（絞り部） ８６ シール部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 遠藤 久志 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 (72)発明者 衣川 眞澄 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 (72)発明者 関口 清則 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 (72)発明者 小島 大輔 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 (72)発明者 成田 守男 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 Ｆターム(参考） 3G091 AA10 AA11 AA18 AA28 AB06 AB13 BA21 CA18 4D002 AA12 AC10 BA06 CA11 DA56 GA03 GB06

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 内燃機関の排気系に設置され、排気を浄
    化する排気浄化装置と、 前記排気系に設置され、前記排気浄化装置により排気を
    浄化するための添加剤を排気に添加する添加弁装置と、 前記添加剤を前記添加弁装置へ供給する供給部、ならび
    に前記供給部から前記添加弁装置へ供給される添加剤が
    流れる添加剤通路を有する供給装置と、 前記供給部の添加剤出口側に設置され、前記添加剤通路
    または前記添加弁装置における前記添加剤の流量が所定
    値よりも大きくなると、前記供給部の前記添加剤出口側
    を遮断する安全装置と、 を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化システ
    ム。
  2. 【請求項２】 前記安全装置は、前記供給部の前記添加
    剤出口側と前記添加剤通路とを連通する流体通路、なら
    びに前記流体通路の前記添加剤通路側の端部の内壁にシ
    ート部を有するボディと、 前記シート部に着座可能なシール部、ならびに前記供給
    部の前記添加剤出口側と前記流体通路とを連通する絞り
    部を有し、前記供給部の前記添加剤出口側と前記流体通
    路との間の圧力差により前記ボディの内部を往復移動す
    る弁部材と、 前記弁部材を前記シート部と前記シール部とが離間する
    方向へ付勢する付勢部材と、 を有することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排
    気浄化システム。
  3. 【請求項３】 前記添加弁装置と前記添加剤通路との接
    続部近傍、ならびに前記添加剤通路の周囲を覆うカバー
    部材を備え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システム。
  4. 【請求項４】 前記排気系の排気管の前記添加弁装置お
    よび前記添加剤通路側に設置され、前記排気管への前記
    添加剤の付着を防止する防護部材を備えることを特徴と
    する請求項１、２または３記載の内燃機関の排気浄化シ
    ステム。
  5. 【請求項５】 前記添加弁装置および前記添加剤通路
    は、前記内燃機関のヘッドカバーの内部に収容されてい
    ることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項記載
    の内燃機関の排気浄化システム。
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