JP2004263661A

JP2004263661A - 内燃機関の排気ガス浄化装置

Info

Publication number: JP2004263661A
Application number: JP2003057066A
Authority: JP
Inventors: Ryosuke Koshimura; 亮介越村
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2003-03-04
Filing date: 2003-03-04
Publication date: 2004-09-24

Abstract

【課題】内燃機関のシリンダから排気される排気ガスに還元剤を噴射するインジェクタを有する、内燃機関の排気ガス浄化装置において、インジェクタの噴射口の詰まりを確実に防止できる構成を提供する。
【解決手段】インジェクタ１１０は、還元剤（炭化水素）の噴射口１１１と、当該噴射口１１１に還元剤を供給する供給経路１１２と、を備える。当該供給経路１１２の中途には、エアポンプ１２０からの圧縮空気を導入する、空気供給経路１１４が接続される。インジェクタ１１０は、還元剤の噴射口１１１から還元剤を噴射した直後に、同一の噴射口１１１から空気が噴射されるように、ＥＣＵ８０によって制御される。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関のシリンダから排気される排気ガスに還元剤を噴射するインジェクタを有する、内燃機関の排気ガス浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンから直接排出される排気には窒素酸化物（以下、ＮＯｘ）が含まれているが、このＮＯｘは大気汚染物質であり、浄化してから大気中に排出する必要がある。
【０００３】
排気中のＮＯｘを浄化する技術としては、炭化水素（以下、ＨＣ）等を還元剤として、還元触媒でＮＯｘを浄化することが行われている。ここで、ＨＣはエンジンの排気中にも含まれているがその量は少なく、還元触媒の還元効率が悪い。このため、エンジンの排気中にインジェクタで還元剤（例えば、エンジン燃料やアルコール等）を供給してＨＣの量を増やし、還元触媒の還元効率を向上させることが行われている。
【０００４】
しかし、排気浄化装置のインジェクタの先端は、高温のエンジン排気に直接さらされる形となる。また、還元剤の気化を促進して還元効率の向上を図る観点からは、温度の高い排気ガス中に還元剤を添加することが望ましく、そのためインジェクタは、温度が低下する前の排気ガスが存在する、排気バルブの近傍に配置されることが一般である。
【０００５】
この結果、インジェクタの噴射口の部分は相当の高温となり、噴射しきれず噴射口の周囲に付着した還元剤の残滓が炭化して噴射口が詰まり、所望のタイミングで還元剤が噴射できなくなるおそれがある。
また、排気ガスに含まれるパティキュレートが噴射口周囲に付着して噴射口が詰まるおそれもあり、これも、還元剤の噴射ができなくなるトラブルの原因となってしまう。
【０００６】
この問題を解決するものとして、特許文献１に開示される技術がある。この技術は、インジェクタ（１１０）のノズル（１１２）の周囲の小穴（４５ａ）から、エアポンプ（１２０）の圧縮空気を送り込み、エアージェットとして噴出させるものである。これにより、インジェクタ（１１０）のノズル（１１２）近傍を浄却するとともに、ノズル（１１２）に付着するパティキュレートを吹き飛ばすことで、インジェクタ（１１０）の目詰まりを防止できる。
【０００７】
【特許文献１】
実開平６−２８２１８号公報（図２）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、還元剤の残滓は噴射口の周囲よりも噴射口の内部に溜まることが多く、また、パティキュレートが噴射口の内部に入り込む可能性も否定できない。この場合、エアージェットを周囲から噴射しても噴射口の奥に入り込んだ還元剤やパティキュレートを吹き飛ばすことは困難であり、噴射口が詰まるトラブルを完全に回避することはできなかった。
【０００９】
また、噴射口の近傍にウォータージャケットを設置する構成や、噴射口の部分に直接排気ガスが当たらないように壁部を設ける構成も知られているが、これによっても噴射口近傍の冷却効果は不十分なことが多く、還元剤の残滓が炭化することを確実に防止できるものとは言えなかった。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【００１１】
即ち、請求項１においては、内燃機関のシリンダから排気される排気ガスに還元剤を噴射するインジェクタを有する、内燃機関の排気ガス浄化装置であって、前記インジェクタは、還元剤の噴射口と、当該噴射口に還元剤を供給する供給経路と、当該供給経路の中途に接続する空気供給経路と、を少なくとも備えるものである。
【００１２】
請求項２においては、前記空気供給経路には、当該内燃機関の過給機からの空気が供給されるものである。
【００１３】
請求項３においては、前記インジェクタは、その前記噴射口から還元剤を噴射した直後に、前記空気供給経路からの空気を前記噴射口から噴射するものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明の一実施形態に係る内燃機関の全体的な構成を示した説明図、図２は炭化水素を添加するインジェクタの構成を示す断面図である。
図３はインジェクタが炭化水素を噴射する様子を示した断面図、図４はインジェクタが空気を噴射する様子を示した断面図である。
【００１５】
図１に示すディーゼル式の内燃機関１は、シリンダブロック１０及びシリンダヘッド２０を備えるとともに、前記シリンダヘッド２０内部に設けられている吸気ポート３２に連通させる吸気マニホールド３０と、同じくシリンダヘッド２０内部に設けられている排気ポート４２に連通させる排気マニホールド４０と、を備えている。
【００１６】
シリンダブロック１０に形成されている複数のシリンダ室には、吸気マニホールド３０から吸気ポート３２を介して空気が供給されるとともに、主噴射装置により燃料が噴射され、燃焼が行われる。燃焼を終えた排ガスは、排気ポート４２から排気マニホールド４０を介して排気される。
【００１７】
排気マニホールド４０においては、前記シリンダ室の数（気筒数）だけ分岐した分岐管４０ａ〜４０ｄが、一本の排気管４５に集約される構成になっている。還元触媒６０は、この排気管４５の管路の中途に配設される。
【００１８】
還元触媒６０は、多孔質セラミック構造体に、ＮＯｘ吸蔵還元触媒を組み合わせたものである。本実施形態では還元触媒６０は、排気ガス中のパティキュレートを捕集するための図示しないフィルタと組み合わせて用いられる。
【００１９】
インジェクタ１１０は還元触媒６０の上流側に配置され、内燃機関の燃料ポンプ７０からＨＣ（具体的には、エンジン燃料）の供給を受けて、排気マニホールド４０内の排気ガスにＨＣを添加する。インジェクタ１１０は、排気ガス中のＨＣ濃度を増大させて、排気ガス中に含まれるＮＯｘを前記還元触媒６０で還元しやすいようなＨＣ濃度となるよう調整する役割を果たす。インジェクタ１１０の詳細な構成は後述する。
【００２０】
ＥＧＲパイプ５０は、排気マニホールド４０に連通する吸入口５２と、吸気マニホールド３０に連通する吐出口５４を備える。このＥＧＲパイプ５０は、排気ガスの一部を吸気系に還流させて燃焼ガスの温度を下げ、ＮＯｘの生成を抑制する役割を果たす。
【００２１】
排気マニホールド４０の管壁には穴４７が設けられ、この穴４７に、前記インジェクタ１１０が挿入される。このインジェクタ１１０は、ＨＣの噴射口１１１と、当該噴射口１１１に連通しながら延設される供給経路１１２と、を備えている。供給経路１１２の上流側にはバルブ１１３を備えており、このバルブ１１３は、ＥＣＵ８０からの制御信号に基づいて開弁し、図３に示すように、燃料ポンプ７０からのＨＣを、供給経路１１２及び噴射口１１１を介して排気マニホールド４０の管路内に霧化させながら噴射する。
【００２２】
前記バルブ１１３の詳細な構成は図示しないが、前記ＥＣＵ８０に電気的に接続されるソレノイドバルブとされている。ただし、プランジャー等を備えてインジェクタ１１０自体が還元剤に噴射圧力を与えるように構成することもでき、この場合は、前記燃料ポンプ７０を省略することができる。
【００２３】
インジェクタ１１０からのＨＣの噴射量は、前記バルブ１１３の開弁時間によって調節可能である。ＥＣＵ８０は、排気ガス中のＮＯｘ濃度を計測するためのセンサ等からの信号に基づいて、前記バルブ１１３の開弁時間を制御する。
【００２４】
そして本実施形態では、前記供給経路１１２の中途に空気供給経路１１４が接続されている。また、内燃機関の適宜の位置にはエアポンプ１２０が設置されており、このエアポンプ１２０の吐出側が前記供給経路１１２に接続される。また、供給経路１１２には開閉弁１１５が設けられており、この開閉弁１１５の開弁動作によって、図４に示すように、エアポンプ１２０からの圧縮空気が供給経路１１２へ導入され、噴射口１１１から噴射される。
【００２５】
このように本実施形態では、圧縮空気がＨＣの供給経路１１２を通って、ＨＣが噴射される噴射口と同一の噴射口（噴射口１１１）から噴射される形となるので、噴射し切れずに噴射口１１１の内部に付着して残っているＨＣを、排気マニホールド４０の管路内に確実に吹き飛ばすことができる。従って、ＨＣが噴射口１１１の内部に残って炭化して詰まることを、確実に防止できる。
【００２６】
また、排気ガス中のパティキュレートが噴射口１１１内に侵入した場合でも、前記噴射口１１１から空気が噴射されることで、噴射口１１１の外へ確実に吹き飛ばすことができ、この意味でも、噴射口１１１の詰まりを確実に防止することができる。
【００２７】
また、前記バルブ１１３及び開閉弁１１５は前記ＥＣＵ８０に電気的に接続されており、本実施形態ではＥＣＵ８０は、バルブ１１３が開弁してＨＣを噴射し、ＨＣを所定の量噴射した後は、バルブ１１３を閉弁させ、それと同時に（あるいは、僅かな時間をおいて）開閉弁１１５を開弁するよう制御される。
【００２８】
この制御の結果、ＨＣが噴射口１１１から噴射された直後のタイミングで圧縮空気が当該噴射口１１１から噴射されるから、噴射口１１１に残ったＨＣの残滓が炭化する前に、圧縮空気で確実に吹き飛ばすことができる。従って、噴射口１１１の詰まりは一層確実に防止される。
【００２９】
なお、過給機付きのエンジンの場合は、エアポンプ１２０の代わりに、当該過給機からの圧縮空気を前記空気供給経路１１４に導く構成としても良い。
即ち、過給機付きのエンジンは、エンジンからの排気をタービンの羽根に導いてタービンを駆動し、タービンに備えられる遠心式コンプレッサを回して吸入空気を圧縮しながら燃焼室に送り込むのが一般の構成であるが、当該コンプレッサによって圧縮された空気の一部を、適宜の経路を介して前記空気供給経路１１４に送り込む構成とするのである。
この場合はエアポンプ１２０が不要となるので、構成が簡素化され、製造コストを低減できる利点がある。
【００３０】
以上に本実施形態の排気ガス浄化装置を説明したが、本発明の技術的範囲は以上の実施形態の構成に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、例えば以下に示すような様々な変容が可能である。
【００３１】
（１）本実施形態のインジェクタ１１０は、エンジン燃料を還元剤として排気マニホールド４０に噴射する構成としているが、還元剤としては、アルコール等の他の炭化水素を用いることが可能である。また炭化水素以外にも、尿素など、他のものを還元剤として使用することが可能である。
【００３２】
（２）本実施形態のインジェクタ１１０は、排気マニホールド４０の合流部近傍に単一で配置する構成としているが、還元触媒６０より上流側である限り、配置位置はこれに限定されない。例えば、それぞれの排気ポート４２近傍にインジェクタ１１０を配置すれば、より高温の排気ガスに還元剤を添加できることとなって、還元剤の気化・拡散が促進されて還元効率を向上させることができる。
【００３３】
（３）本実施形態では排気ガス浄化装置をディーゼルエンジンに適用したものであるが、本発明は、火花点火式エンジンを含め、内燃機関一般に適用することが可能である。
【００３４】
【発明の効果】
本発明は、以上のように構成したので、以下に示すような効果を奏する。
【００３５】
即ち、請求項１に示すように、内燃機関のシリンダから排気される排気ガスに還元剤を噴射するインジェクタを有する、内燃機関の排気ガス浄化装置であって、前記インジェクタは、還元剤の噴射口と、当該噴射口に還元剤を供給する供給経路と、当該供給経路の中途に接続する空気供給経路と、を少なくとも備えるので、
還元剤の噴射口と同一の噴射口から空気が噴射される構成となるので、噴射口の内部に還元剤の残滓や排気ガスのパティキュレートが付着した場合でも、空気を噴射することで確実に除去することができる。従って、噴射口の詰まりを防止でき、噴射口から還元剤が噴射できないトラブルを回避できる。
【００３６】
請求項２に示すように、前記空気供給経路には、当該内燃機関の過給機からの空気が供給されるので、
前記噴射口から空気を噴射するための噴射圧力を与える特別の構成を不要とでき、構成を簡素化することができる。
【００３７】
請求項３に示すように、前記インジェクタは、その前記噴射口から還元剤を噴射した直後に、前記空気供給経路からの空気を前記噴射口から噴射するので、
前記噴射口の内部に還元剤の残滓が付着した場合でも、それが高温で炭化する前に、空気で吹き飛ばして除去できる。従って、噴射口内で還元剤が炭化して詰まることを一層確実に防止でき、噴射口から還元剤が噴射できないトラブルを確実に回避できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る内燃機関の全体的な構成を示した説明図。
【図２】炭化水素を添加するインジェクタの構成を示す断面図。
【図３】インジェクタが炭化水素を噴射する様子を示した断面図。
【図４】インジェクタが空気を噴射する様子を示した断面図。
【符号の説明】
１内燃機関
４０排気マニホールド
６０還元触媒
８０ＥＣＵ
１１０インジェクタ
１１１噴射口
１１２供給経路
１１４空気供給経路

Claims

内燃機関のシリンダから排気される排気ガスに還元剤を噴射するインジェクタを有する、内燃機関の排気ガス浄化装置であって、
前記インジェクタは、
還元剤の噴射口と、
当該噴射口に還元剤を供給する供給経路と、
当該供給経路の中途に接続する空気供給経路と、
を少なくとも備えることを特徴とする、内燃機関の排気ガス浄化装置。
請求項１に記載の内燃機関の排気ガス浄化装置であって、
前記空気供給経路には、当該内燃機関の過給機からの空気が供給されることを特徴とする、内燃機関の排気ガス浄化装置。
請求項１又は請求項２に記載の内燃機関の排気ガス浄化装置であって、
前記インジェクタは、その前記噴射口から還元剤を噴射した直後に、前記空気供給経路からの空気を前記噴射口から噴射することを特徴とする、内燃機関の排気ガス浄化装置。