JP2006307734A - Exhaust device of internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関の排気に関し、特に、内燃機関の排気を浄化する技術に関する。 The present invention relates to exhaust gas from an internal combustion engine, and more particularly to a technique for purifying exhaust gas from an internal combustion engine.
内燃機関の排気を浄化するための一方策として、一般に、排気装置の排気流路中に触媒が設けられる。触媒において、排気中に含まれる窒素酸化物(NOx)等の浄化を効率よく行うために、触媒の上流側の排気流路中に還元剤としての燃料(例えば軽油)を供給する技術が知られている(例えば特許文献1)。 As one measure for purifying the exhaust gas of the internal combustion engine, a catalyst is generally provided in the exhaust passage of the exhaust device. In a catalyst, in order to efficiently purify nitrogen oxides (NOx) and the like contained in exhaust gas, a technique for supplying fuel (for example, light oil) as a reducing agent into an exhaust passage upstream of the catalyst is known. (For example, Patent Document 1).
上記の従来技術では、還元剤としての燃料が排気流路中に供給されてから触媒に達する間の燃料の霧化や排気との混合が不十分となり、触媒における窒素酸化物等の浄化を効率良く行うことができない場合があった。 In the above prior art, the atomization of the fuel and the mixing with the exhaust gas from the time when the fuel as the reducing agent is supplied into the exhaust flow path to the catalyst becomes insufficient, and the purification of nitrogen oxides and the like in the catalyst is efficient. There was a case that could not be done well.
本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、内燃機関の排気装置において、排気の浄化を効率よく行うことを可能とする技術を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to provide a technique capable of efficiently purifying exhaust gas in an exhaust device of an internal combustion engine.
上記課題を解決するために、本発明の内燃機関の排気装置は、
排気タービン駆動式の過給機を有する内燃機関の排気装置であって、
排気流路と、
前記排気流路の前記過給機より下流側に設置された窒素酸化物を浄化する触媒と、
前記排気流路内に還元剤を供給する還元剤供給弁と、を備え、
前記還元剤供給弁は、前記過給機と前記触媒との間の前記排気流路内の所定の位置から、前記排気流路の上流側方向に向けて還元剤を噴射することを特徴とする。
In order to solve the above problems, an exhaust device for an internal combustion engine according to the present invention includes:
An exhaust system for an internal combustion engine having an exhaust turbine driven supercharger,
An exhaust passage;
A catalyst for purifying nitrogen oxides installed downstream of the supercharger in the exhaust passage;
A reducing agent supply valve for supplying a reducing agent into the exhaust passage,
The reducing agent supply valve injects the reducing agent from a predetermined position in the exhaust passage between the supercharger and the catalyst toward the upstream side of the exhaust passage. .
この内燃機関の排気装置では、還元剤が、過給機と触媒との間の排気流路内の所定の位置から排気流路の上流側方向に向けて噴射されるため、噴射された還元剤は、過給機の作用により排気流路内に発生した旋回乱流により、霧化および排気との混合が促進される。そのため、この内燃機関の排気装置では、排気の浄化を効率よく行うことができる。 In the exhaust device of the internal combustion engine, the reducing agent is injected from a predetermined position in the exhaust passage between the supercharger and the catalyst toward the upstream side of the exhaust passage. The turbulent flow generated in the exhaust flow path by the action of the supercharger promotes atomization and mixing with the exhaust. Therefore, the exhaust device of the internal combustion engine can efficiently purify the exhaust gas.
上記内燃機関の排気装置において、前記還元剤供給弁は、前記還元剤供給弁の噴射軸のベクトルと前記排気流路内の排気流方向のベクトルとのなす角が90度以上となるように構成されているとしてもよい。 In the exhaust system of the internal combustion engine, the reducing agent supply valve is configured such that an angle formed by a vector of an injection axis of the reducing agent supply valve and a vector in an exhaust flow direction in the exhaust passage is 90 degrees or more. It may be.
この構成によれば、還元剤供給弁によって、還元剤を排気流路の上流側方向に向けて噴射することができる。 According to this configuration, the reducing agent can be injected toward the upstream side of the exhaust passage by the reducing agent supply valve.
また、上記内燃機関の排気装置において、前記還元剤供給弁は、前記排気流路内に排気流が存在しないときに噴射された還元剤が前記過給機の排気タービンに直接到達するように、還元剤を噴射するよう構成されているとしてもよい。 Further, in the exhaust system of the internal combustion engine, the reducing agent supply valve is configured so that the reducing agent injected when there is no exhaust flow in the exhaust passage directly reaches the exhaust turbine of the supercharger. It may be configured to inject a reducing agent.
この構成によれば、還元剤供給弁によって、還元剤が、過給機の作用により排気流路内に発生した旋回乱流が比較的強い部分に噴射されるため、排気流路内に噴射された還元剤の霧化および排気との混合が強く促進される。従って、排気の浄化を効率よく行うことができる。 According to this configuration, the reducing agent is injected into the exhaust flow path by the reducing agent supply valve because the swirling turbulence generated in the exhaust flow path by the action of the supercharger is injected into a relatively strong portion. The atomization of the reducing agent and the mixing with the exhaust are strongly promoted. Therefore, the exhaust gas can be purified efficiently.
また、上記内燃機関の排気装置において、前記排気流路内の前記所定の位置と前記過給機の排気タービンとの間の距離は、前記排気流路の内径の5倍以下であるとしてもよい。 In the exhaust system for an internal combustion engine, a distance between the predetermined position in the exhaust passage and the exhaust turbine of the supercharger may be not more than five times an inner diameter of the exhaust passage. .
この構成によれば、還元剤供給弁によって、還元剤が、過給機の作用により排気流路内に発生した旋回乱流が残存している部分に燃料が噴射され、燃料の霧化および排気との混合が促進される。従って、排気の浄化を効率よく行うことができる。 According to this configuration, the reducing agent supply valve causes the reducing agent to be injected into the portion where the swirling turbulence generated in the exhaust passage due to the action of the supercharger remains, and the fuel is atomized and exhausted. Mixing with is promoted. Therefore, the exhaust gas can be purified efficiently.
また、上記内燃機関の排気装置において、さらに、
前記過給機の排気タービンより上流側に設置された可動部分を有する機構を備えるとしてもよい。
Further, in the exhaust device for the internal combustion engine,
A mechanism having a movable part installed upstream of the exhaust turbine of the supercharger may be provided.
この構成によれば、過給機の排気タービンより上流側に可動部分を有する機構が設置されている場合でも、当該可動部分の不具合の発生を抑制しつつ、燃料の霧化および排気との混合を促進することができ、排気の浄化を効率よく行うことができる。 According to this configuration, even when a mechanism having a movable part is installed upstream of the exhaust turbine of the turbocharger, fuel atomization and mixing with the exhaust are suppressed while suppressing the occurrence of the malfunction of the movable part. And the exhaust gas can be purified efficiently.
なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、内燃機関の排気装置および排気方法、内燃機関の排気浄化装置および排気浄化方法、内燃機関、内燃機関を備える車両等の移動体等の態様で実現することができる。 Note that the present invention can be realized in various modes, such as an exhaust device and an exhaust method for an internal combustion engine, an exhaust purification device and an exhaust purification method for an internal combustion engine, an internal combustion engine, a vehicle including an internal combustion engine, and the like. It can be realized in a mode such as a moving body.
次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
A.実施例:
B.変形例:
Next, embodiments of the present invention will be described in the following order based on examples.
A. Example:
B. Variations:
A.実施例:
図1は、本発明の実施例としてのエンジン10の構成を概略的に示した説明図である。エンジン10は、排気タービン駆動式の過給機(ターボチャージャ)200を有する自動車用ディーゼルエンジンである。エンジン10は、内部に中空円筒形状のシリンダ112を有するシリンダブロック110と、シリンダブロック110の上部に設けられたシリンダヘッド120と、シリンダ112内を上下に摺動するピストン114と、を備えており、これらの要素によって燃焼室130が形成されている。
A. Example:
FIG. 1 is an explanatory diagram schematically showing the configuration of an
シリンダヘッド120には、吸入空気が流入する吸気ポート122の開口部を開閉する吸気弁140と、排気ガスが流出する排気ポート124の開口部を開閉する排気弁150と、燃焼室内に燃料噴霧を噴射する燃料噴射弁160と、が設けられている。吸気弁140および排気弁150は、それぞれ電動アクチュエータ142および152によって駆動される。
The
排気ポート124には排気ガスが通過する排気流路180が接続されている。排気流路180には、過給機200と、過給機200の下流側に配置された排気に含まれる大気汚染物質を浄化するための触媒182と、が設けられている。本実施例では、触媒182として三元触媒が用いられる。また、排気流路180の過給機200と触媒182との間には、燃料噴射弁184が設けられている。燃料噴射弁184は、図示しない燃料タンクと接続されており、排気流路180内に燃料(軽油)を供給する。過給機200および燃料噴射弁184の詳細については、後述する。
An
吸気ポート122には吸入空気を導く吸気流路170が接続されている。吸気流路170には、エアクリーナ172と、上述の過給機200と、過給機200の下流側に配置された吸入空気を冷却するためのインタークーラ174と、が設けられている。吸気流路170には、また、サージタンク178とスロットル弁176とが設けられている。サージタンク178は、燃焼室130が空気を吸い込んだときに生じる圧力波を緩和させる機能を有している。スロットル弁176は、電動アクチュエータ177によって適切な開度に設定され、吸入空気量を調整する機能を有している。
An
ピストン114は、コネクティングロッド116を介してクランクシャフト118に接続されている。クランクシャフト118には、クランク角度を検出するクランク角センサ192が取り付けられている。
The
このエンジン10の動作は、エンジン制御ユニット(以下「ECU」と呼ぶ)190によって制御されている。ECU190は、エンジン回転速度Neやアクセル開度θacを検出し、これらに基づいてスロットル弁176の開度の制御や、燃料噴射弁160および184の燃料噴射制御、吸気弁140および排気弁150の駆動制御等を実行する。エンジン回転速度Neはクランク角センサ192によって検出され、アクセル開度θacはアクセルペダルに内蔵されたアクセル開度センサ194によって検出される。
The operation of the
図2は、本実施例のエンジン10の過給機200周辺の詳細構造を示す説明図である。また、図3は、図2の3−3断面を示す説明図である。図2に示すように、過給機200は、ハウジング210の内部に、タービン220とコンプレッサ230とを有している。タービン220とコンプレッサ230とは、シャフト240によって接続されている。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a detailed structure around the
排気ポート124(図1)より排出された排気は、排気流路180の過給機200および触媒182(図1)を通過した後、大気に放出される。このとき排気の流れによって、過給機200内部のタービン220が回転し、タービン220と接続されたコンプレッサ230も回転する。エアクリーナ172(図1)から吸い込まれた空気は、過給機200内部のコンプレッサ230の回転作用によって加圧され、インタークーラ174(図1)で冷却された後、吸気ポート122へと圧送される。図2には、排気および吸気の流れを破線の矢印を用いて示している。
Exhaust gas discharged from the exhaust port 124 (FIG. 1) passes through the
過給機200の内部には、また、可変ノズル機構250が設けられている。可変ノズル機構250は、羽根部252と、シャフト部254と、駆動部256と、を有している。羽根部252は、駆動部256に駆動さてシャフト部254を中心に回転する。羽根部252が回転することにより、図3に示すように、タービン220の上流側における排気の流路面積が変化する。図3(a)は、流路面積を増加させたときの状態を示しており、図3(b)は、流路面積を減少させたときの状態を示している。可変ノズル機構250は、このように、タービン220の上流側における排気の流路面積を変化させることにより、タービン220の容量を変化させることができる。
A
ここで、本実施例のエンジン10では、図2に示すように、排気流路180に燃料噴射弁184が設けられている。燃料噴射弁184は、触媒182(図1)における窒素酸化物の浄化の還元剤として、燃料を排気流路180内に供給する。
Here, in the
燃料噴射弁184による燃料の噴射は、排気流路180の上流側方向に向けて行われる。すなわち、燃料噴射弁184の噴射軸のベクトルと排気流路180内の排気流方向のベクトルとのなす角が90度以上となるように、噴射が行われる。図2には、燃料噴射弁184が燃料を噴射している様子を示している。噴射された燃料は、図2に実線の矢印で示すように、排気流によって下流側方向へと向きを変え、触媒182(図1)に供給される。
The fuel injection by the
また、本実施例のエンジン10における燃料噴射弁184は、排気流路180内に排気流が存在しないときに燃料噴射弁184から噴射された燃料がタービン220に直接到達するように、その位置、噴射角、噴射圧力等が設定されている。
In addition, the
本実施例のエンジン10では、上述したように、燃料噴射弁184から排気流路180の上流方向に向けて燃料が噴射される。そのため、噴射された燃料は、タービン220の回転によって排気流路180内に発生した旋回乱流により、霧化および排気との混合が促進される。特に、本実施例のエンジン10では、上述したように、排気流路180内に排気流が存在しないときに燃料噴射弁184から噴射された燃料がタービン220に直接到達するように、燃料噴射弁184が構成されているため、タービン220の回転により発生した旋回乱流が比較的強い部分に燃料が噴射される。そのため、排気流路180内に噴射された燃料の霧化および排気との混合が強く促進される。従って、本実施例のエンジン10では、排気流路180中に供給された還元剤としての燃料の霧化および排気との混合を促進することができ、排気の浄化を効率よく行うことができる。
In the
なお、燃料の霧化および排気との混合の促進のためには、排気経路中の過給機200よりも上流側の位置(例えば排気ポート124(図1)の位置)において燃料を噴射することも有効であると考えられる。しかし、本実施例のエンジン10における過給機200には、タービン220のすぐ上流側に可動部分を有する可変ノズル機構250が設けられており、過給機200よりも上流側の位置で燃料を噴射すると、噴射された燃料によって可変ノズル機構250の可動部分が固着し不具合が発生する恐れがある。本実施例のエンジン10では、このように、過給機200のタービン220より上流側の排気経路に可動部分を有する機構が設けられている場合でも、当該可動部分の不具合の発生を抑制しつつ、燃料の霧化および排気との混合を促進することができ、排気の浄化を効率よく行うことができる。
In order to promote fuel atomization and mixing with exhaust, fuel is injected at a position upstream of the
B.変形例:
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
B. Variations:
The present invention is not limited to the above-described examples and embodiments, and can be implemented in various modes without departing from the gist thereof. For example, the following modifications are possible.
B1.変形例1:
上記実施例において、必ずしも、燃料噴射弁184が、排気流路180内に排気流が存在しないときに燃料噴射弁184から噴射された燃料がタービン220に直接到達するように、設定されている必要は無い。代わりに、上記実施例において、燃料噴射弁184が、燃料噴射弁184の噴射孔の位置と過給機200のタービン220との間の距離が、排気流路180の内径の5倍以下となるように、設置されているとしてもよい。このような構成とすれば、タービン220の回転により発生した旋回乱流が残存している部分に燃料が噴射され、燃料の霧化および排気との混合が促進される。
B1. Modification 1:
In the above-described embodiment, the
B2.変形例2:
上記実施例において、エンジン10の構成は、あくまで一例であり、エンジン10の構成を他の構成とすることも可能である。例えば、エンジン10は、必ずしも可変ノズル機構250を備える必要は無い。また、エンジン10は、ディーゼルエンジンである必要はなく、ガソリンエンジン等の他の燃焼方式のエンジンであるとしてもよい。また、エンジン10を、自動車以外の他の移動体用として使用したり、定置式のエンジンとしたりすることも可能である。
B2. Modification 2:
In the said Example, the structure of the
10...エンジン
110...シリンダブロック
112...シリンダ
114...ピストン
116...コネクティングロッド
118...クランクシャフト
120...シリンダヘッド
122...吸気ポート
124...排気ポート
130...燃焼室
140...吸気弁
142...電動アクチュエータ
150...排気弁
152...電動アクチュエータ
160...燃料噴射弁
170...吸気流路
172...エアクリーナ
174...インタークーラ
176...スロットル弁
177...電動アクチュエータ
178...サージタンク
180...排気流路
182...触媒
184...燃料噴射弁
190...ECU
192...クランク角センサ
194...アクセル開度センサ
200...過給機
210...ハウジング
220...タービン
230...コンプレッサ
240...シャフト
250...可変ノズル機構
252...羽根部
254...シャフト部
256...駆動部
10 ...
192 ... Crank
Claims (6)
排気流路と、
前記排気流路の前記過給機より下流側に設置された窒素酸化物を浄化する触媒と、
前記排気流路内に還元剤を供給する還元剤供給弁と、を備え、
前記還元剤供給弁は、前記過給機と前記触媒との間の前記排気流路内の所定の位置から、前記排気流路の上流側方向に向けて還元剤を噴射することを特徴とする、内燃機関の排気装置。 An exhaust system for an internal combustion engine having an exhaust turbine driven supercharger,
An exhaust passage;
A catalyst for purifying nitrogen oxides installed downstream of the supercharger in the exhaust passage;
A reducing agent supply valve for supplying a reducing agent into the exhaust passage,
The reducing agent supply valve injects a reducing agent from a predetermined position in the exhaust passage between the supercharger and the catalyst toward the upstream side of the exhaust passage. An exhaust system for an internal combustion engine.
前記還元剤供給弁は、前記還元剤供給弁の噴射軸のベクトルと前記排気流路内の排気流方向のベクトルとのなす角が90度以上となるように構成されている、内燃機関の排気装置。 An exhaust system for an internal combustion engine according to claim 1,
The reducing agent supply valve is configured so that an angle formed by a vector of an injection axis of the reducing agent supply valve and a vector of an exhaust flow direction in the exhaust flow path is 90 degrees or more. apparatus.
前記還元剤供給弁は、前記排気流路内に排気流が存在しないときに噴射された還元剤が前記過給機の排気タービンに直接到達するように、還元剤を噴射するよう構成されている、内燃機関の排気装置。 An exhaust system for an internal combustion engine according to claim 1 or 2,
The reducing agent supply valve is configured to inject the reducing agent so that the reducing agent injected when there is no exhaust flow in the exhaust passage directly reaches the exhaust turbine of the supercharger. An exhaust device for an internal combustion engine.
前記排気流路内の前記所定の位置と前記過給機の排気タービンとの間の距離は、前記排気流路の内径の5倍以下である、内燃機関の排気装置。 An exhaust system for an internal combustion engine according to claim 1 or 2,
An exhaust system for an internal combustion engine, wherein a distance between the predetermined position in the exhaust passage and the exhaust turbine of the supercharger is not more than 5 times an inner diameter of the exhaust passage.
前記過給機の排気タービンより上流側に設置された可動部分を有する機構を備える、内燃機関の排気装置。 An exhaust device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 4, further comprising:
An exhaust system for an internal combustion engine, comprising a mechanism having a movable part installed upstream of an exhaust turbine of the supercharger.
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