JP2011144747A - ディーゼルエンジンの排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】添加インジェクタの耐久性や信頼性の向上と、デポジットの堆積抑制とを両立させることができるディーゼルエンジンの排気浄化装置を提供する。
【解決手段】排気浄化装置は、エンジン１１の排気管路２２に設けられたＤＰＦ２５と、ＤＰＦ２５よりも排気管路２２の上流側部分に設けられた燃料添加用の添加インジェクタと、エンジンの冷却水の一部を循環させて冷却する冷却水循環通路３８と、冷却水循環通路３８の管路３５に設けられて冷却水の流れを制御する制御弁３７を備える。ＥＣＵ３９は、温度センサ３０により検出された排気温及びエアフローメータ２４により検出された排気流量に基づいて、排気管路２２の添加インジェクタが設けられた箇所の周囲におけるデポジットの堆積が抑制されるように、排気温が基準温度以下で、かつ排気流量が基準排気流量以下のときに制御弁３７の開度を最小にするように制御弁３７の制御を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、ディーゼルエンジンの排気浄化装置に係り、詳しくはディーゼルエンジンの排気通路に燃料を噴射する添加インジェクタの冷却を行う構成に特徴を有するディーゼルエンジンの排気浄化装置に関する。

従来、エンジンの排気通路に介装されたＮＯｘ触媒と、ＮＯｘ触媒よりも排気通路の上流側部分に設けられたＮＯｘ還元剤添加用のインジェクタとを備えたディーゼルエンジンの排気浄化装置において、還元剤添加用インジェクタの耐久性を向上可能な排気浄化装置が提案されている（特許文献１参照）。この排気浄化装置では、インジェクタに設けられた冷却水通路と、前記冷却水通路とエンジンの冷却水経路とを接続する循環通路と、エンジンで駆動されて冷却水を前記循環通路を介して前記冷却水通路と前記エンジンの冷却水経路との間で循環させるためのポンプとを備える。また、前記ポンプに加えて、前記循環通路に介装されて冷却水を循環させる電動ポンプをさらに設ける構成も開示されている。この装置では、インジェクタの温度に応じてポンプ及び電動ポンプを適宜駆動し、冷却水流量を制御してインジェクタを冷却する。また、エンジンを停止させた直後にヒートソークバックが発生してインジェクタの温度が上昇した場合であっても、インジェクタを良好に冷却することが可能である。

また、内燃機関の排気通路に配設された還元触媒の排気上流側に尿素溶液を還元剤として還元剤噴射弁から噴射し、還元触媒で排気ガス中の窒素酸化物を還元浄化する排気浄化装置の還元剤供給装置が提案されている（特許文献２参照。）。この還元剤供給装置では、還元剤噴射弁を冷却するために内燃機関の冷却水の少なくとも一部を循環させるための冷却水循環通路と、冷却水循環通路を流れる冷却水の流量を調節するための流量制御手段と、還元剤噴射弁の温度を検出するための温度検出手段と、還元剤噴射弁の温度に基づいて流量制御手段を制御するための制御手段とを備えている。そして、還元剤噴射弁の熱損傷を防ぐとともに、尿素溶液が冷却され過ぎることによる尿素溶液の結晶化を防止するように、冷却水循環通路を流れる冷却水の流量が調節される。

また、ディーゼルエンジンの排気浄化装置として、排気中に含まれる粒子状物質を排気通路途中の捕集器であるＤＰＦ（ディーゼル・パティキュレイト・フィルタ）によって捕集するとともに、排気通路に燃料（ＨＣ）を添加インジェクタから噴射して、捕集された粒子状物質を燃焼除去してＤＰＦを再生する再生制御を行うものが知られている。添加インジェクタは、先端部が高温の排気に直接晒されると耐熱温度を超える虞がある上、燃料噴射口付近に付着した燃料（ＨＣ）のカーボン化や排気中の粒子状物質の付着等によるデポジットの堆積により目詰まりを起こし、燃料の添加供給が不安定となる虞がある。そこで、添加インジェクタの周囲に冷却水を循環させて先端部を冷却水によって冷却することで信頼性を保つようにしている。しかし、循環する冷却水により、添加インジェクタが装着されている部位周辺も冷却されるため、デポジットの堆積を促進してしまう。また、デポジットの堆積量が増加すると、堆積したデポジットにより、添加インジェクタ先端の詰りや、噴霧干渉などの機能障害が発生するため、その堆積を抑制する必要がある。

特開平９−９６２１２号公報 特開２００９−９７４７９号公報

特許文献１の排気浄化装置では、エンジンの冷却水を用いてインジェクタの冷却を行うことによりインジェクタの耐久性向上が可能になる。しかし、インジェクタの冷却に伴う排気通路上へのデポジット堆積に関しては何ら配慮がなされていない。一方、特許文献２では、還元剤噴射弁の熱損傷の防止だけでなく、還元剤としての尿素溶液が冷却され過ぎることによる尿素の結晶化の防止を目的としている。しかし、特許文献２においても排気通路上へのデポジット堆積に関しては何ら配慮がなされていない。また、尿素溶液が過冷却にならない温度は、例えば還元剤噴射弁の先端温度が１００〜１１０℃程度でよく、尿素溶液が過冷却にならないように制御することと、還元剤噴射弁の熱損傷防止のために還元剤噴射弁を冷却制御することとは必ずしもトレードオフの関係とは言えない。そのため、還元剤噴射弁の温度を検出し、その温度に基づいて冷却水循環通路を流れる冷却水の流量を調節することで目的を達成できる。

これに対して、排気通路に堆積するデポジットは、低排気温、低排気流量において堆積し易いため、デポジットの堆積抑制には高排気温、高排気流量が好ましい。一方、高排気温、高排気流量は、添加インジェクタの先端に対しては厳しく、添加インジェクタの耐久性や信頼性の向上に関しては高排気温、高排気流量でない方が好ましい。即ち、添加インジェクタの信頼性確保及び劣化抑制に好適な温度と、デポジット堆積抑制に好適な温度とはトレードオフの関係にある。したがって、単に添加インジェクタの温度に基づいて冷却水の流量調整を行うのでは、添加インジェクタの耐久性や信頼性の向上と、デポジットの堆積抑制とを両立させることはできない。

本発明は前記従来の問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、添加インジェクタの耐久性や信頼性の向上と、デポジットの堆積抑制とを両立させることができるディーゼルエンジンの排気浄化装置を提供することにある。

前記の目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、エンジンの排気通路に設けられた排気浄化部と、前記排気浄化部よりも前記排気通路の上流側部分に設けられた燃料添加用の添加インジェクタとを備えたディーゼルエンジンの排気浄化装置である。そして、前記添加インジェクタを前記エンジンの冷却水の一部を循環させて冷却する冷却水循環通路と、前記冷却水循環通路に設けられて冷却水の流れを制御する制御弁と、前記排気通路の前記添加インジェクタが設けられた箇所の周囲における排気温を検出するための排気温検出手段と、前記排気通路の排気流量を検出するための排気流量検出手段とを備える。また、前記排気温検出手段により検出された排気温及び前記排気流量検出手段により検出された排気流量に基づいて、前記排気通路の前記添加インジェクタが設けられた箇所の周囲におけるデポジットの堆積が抑制されるように、前記排気温が基準温度以下で、かつ前記排気流量が基準排気流量以下のときに前記制御弁の開度を最小にするように前記制御弁の制御を行う制御手段を備える。

この発明では、添加インジェクタは、エンジンの冷却水の一部が冷却水循環通路を流れることにより冷却される。冷却水循環通路を流れる冷却水の流量は制御弁により制御される。制御手段は、排気温検出手段により検出された排気温及び排気流量検出手段により検出された排気流量に基づいて、排気通路の前記添加インジェクタが設けられた箇所の周囲におけるデポジットの堆積が抑制されるように、排気温が基準温度以下で、かつ排気流量が基準排気流量以下のときに制御弁の開度を最小にするように制御弁の制御を行う。したがって、添加インジェクタの耐久性や信頼性の向上と、デポジットの堆積抑制とを両立させることができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記制御弁は、オン・オフ弁であり、前記制御手段は、前記排気温が基準温度以下で、かつ前記排気流量が基準排気流量以下のときに前記制御弁を全閉状態とし、それ以外のときには前記制御弁を全開状態とするように前記制御弁の制御を行う。

この発明では、制御弁としてオン・オフ弁が使用されている。そして、制御弁は、排気温が基準温度以下で、かつ排気流量が基準排気流量以下のときに全閉状態になり、それ以外のときには全開状態になるよう制御される。即ち、制御弁のオン・オフ動作（全開・全閉動作）によって添加インジェクタの冷却が制御されるため、制御弁の開度を調整して制御を行う場合に比べて制御が簡単になる。また、制御弁の構造も簡単になってコストも低くなる。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記制御手段は、前記排気通路の前記添加インジェクタが設けられた箇所の周囲におけるデポジットの堆積量、排気温、排気流量との関係を示すマップに基づいて、前記制御弁の開閉の基準となる前記排気温及び排気流量の値を決定する。この発明では、制御手段はマップに基づいて制御弁の開閉の基準となる排気温及び排気流量の値を容易に決定することができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の発明において、前記排気浄化部は、排気中に含まれる浮遊粒子状物質の捕集を行うＤＰＦ（ディーゼル・パティキュレイト・フィルタ）である。この発明では、ＤＰＦを備えたディーゼルエンジンの排気浄化装置において、添加インジェクタの耐久性や信頼性の向上と、デポジットの堆積抑制とを両立させることができる。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の発明において、前記添加インジェクタは、その先端部が前記排気通路から窪んだ凹部に位置するように設けられ、前記排気温検出手段は、その検知部が前記凹部に位置するように設けられた温度センサである。この発明では、添加インジェクタの先端部に対する影響が大きな排気温を精度良く検出することが可能になる。

請求項６に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記制御手段は、前記排気温が基準温度以下で、かつ前記排気流量が基準排気流量以下のときに前記制御弁を全閉状態とし、それ以外のときには前記排気温に応じて前記制御弁の開度を調整するように前記制御弁の制御を行う。この発明では、制御弁として開度を調整して流量を制御可能な制御弁（流量制御弁）が使用される。そして、制御弁は、排気温が基準温度以下で、かつ排気流量が基準排気流量以下のときに全閉状態になり、それ以外のときには排気温に応じて開度を調整するように制御される。

本発明によれば、添加インジェクタの耐久性や信頼性の向上と、デポジットの堆積抑制とを両立させることができるディーゼルエンジンの排気浄化装置を提供することができる。

排気浄化装置の概略構成図。 添加インジェクタの取り付け部の断面図。 排気温、排気流量及びデポジット堆積量との関係を示すマップ。 冷却制御のフローチャート。

以下、本発明を過給機を備えたディーゼルエンジンに具体化した一実施形態を図１〜図４にしたがって説明する。
図１に示すように、エンジン１１は複数の気筒１２を備えており、シリンダヘッド１３には気筒１２毎に燃料噴射弁１４が取り付けられている。

シリンダヘッド１３にはインテークマニホールド１５及びエキゾーストマニホールド１６が接続されている。インテークマニホールド１５は吸気通路（吸気管）１７に接続されており、吸気通路１７にはエアクリーナ１８が設けられている。吸気通路１７の途中には過給機１９のコンプレッサ２０が設けられている。過給機１９は、排気流によって作動される公知の可変ノズル式ターボチャージャである。可変ノズル式ターボチャージャは、排気流の作用によりタービン２１に生じる回転トルクを駆動源としてコンプレッサ２０を駆動させ、空気を圧送する。エキゾーストマニホールド１６は、出口が過給機１９のタービン２１を介して排気管路２２に接続されている。エキゾーストマニホールド１６及び排気管路２２により排気通路が構成される。

吸気通路１７には過給機１９より下流側にインタクーラ１７ａが設けられ、インタクーラ１７ａとインテークマニホールド１５の入口との間に、吸入空気量を調整するためのスロットル弁２３が設けられている。また、吸気通路１７には過給機１９より上流側に、吸入空気量を検出するエアフローメータ２４が設けられている。

排気管路２２には排気浄化部として、排気中に含まれる浮遊粒子状物質（以下、ＰＭという。）が大気中に放出されないようにＰＭの捕集を行うＤＰＦ２５（ディーゼル・パティキュレイト・フィルタ）が使用されている。

タービン２１とＤＰＦ２５との間にはインジェクタユニット２６が設けられている。図２に示すように、インジェクタユニット２６は、ハウジング２７と添加インジェクタ２８とを備えている。排気管路２２のハウジング２７を取り付ける部分２２ａは外側に突出された状態に形成されており、部分２２ａには排気管路２２を外部と連通させる孔２２ｂが形成されている。ハウジング２７は、その長手方向が排気管路２２と直交する方向に延びる状態で、孔２２ｂを覆うように部分２２ａに固定されている。添加インジェクタ２８は、燃料（例えば、軽油）を噴霧状態で噴射するように形成されている。ハウジング２７には添加インジェクタ２８から噴霧状態で噴射される燃料が付着するのを避けるために、添加インジェクタ２８の先端部側から孔２２ｂに向かって拡径となる空間２７ａが形成されている。孔２２ｂ及び空間２７ａが、排気管路２２から窪んだ凹部を構成する。添加インジェクタ２８は先端（噴射口）が空間２７ａ内に位置する状態でハウジング２７に装着されている。即ち、添加インジェクタ２８は、その先端部が排気管路２２から窪んだ凹部に位置するように設けられている。なお、添加インジェクタ２８は、その長手方向が排気管路２２と直交する方向に延びる状態でハウジング２７に装着されているが、燃料（例えば、軽油）の噴射方向は排気管路２２と直交する方向ではなく、排気管路２２の下流側に向かって噴射するように形成されている。

図２に示すように、ハウジング２７には排気温検出手段としての温度センサ３０が取り付けられている。温度センサ３０は、検知部３０ａが孔２２ｂ内に、即ち排気管路２２から窪んだ凹部に位置するように設けられている。温度センサ３０は、排気管路２２の添加インジェクタ２８が設けられた箇所の周囲における排気温を検出する。

図２に示すように、ハウジング２７には添加インジェクタ２８の加熱を防止する冷却水が流れる冷却水通路２９が設けられている。そして、エンジン１１の冷却水の一部が入口部２９ａから冷却水通路２９に流入して、出口部２９ｂから流出することにより、添加インジェクタ２８の冷却が行われるようになっている。

エンジン１１には、エンジン１１の駆動時に、冷却水を熱交換器であるラジエータ３１を介してエンジン１１内に循環させる冷却水循環手段が設けられている。詳しくは、図１に示すように、エンジン１１のウォータジャケット（図示せず）にラジエータ３１の給水口から延びる管路３２接続され、一方、ウォータポンプ３３の取水口にラジエータ３１の排水口から延びる管路３４が接続されている。これにより、エンジン１１を冷却した冷却水が管路３２を介してラジエータ３１で熱交換されて冷却され、管路３４を介して再びエンジン１１のウォータジャケット内に吐出されるようになっている。

ウォータポンプ３３の吐出口側には、一端がインジェクタユニット２６の冷却水通路２９の入口部２９ａに接続された管路３５の他端が接続されている。また、管路３２から分岐するようにして管路３６が延びており、この管路３６の先端は、冷却水通路２９の出口部２９ｂに接続されている。これにより、ラジエータ３１を経てウォータポンプ３３から吐出された冷却水は、エンジン１１内を循環するのみならず、管路３５を介してインジェクタユニット２６内にも流入するようになっている。管路３５の途中には制御弁３７が設けられている。制御弁３７として電磁制御式のオン・オフ弁が使用されており、制御弁３７のオンの状態（開状態）で冷却水通路２９を経て冷却水が循環し、制御弁３７のオフの状態（閉状態）で冷却水通路２９への冷却水の供給が停止される。管路３５、冷却水通路２９、管路３６、ラジエータ３１、管路３４は、ディーゼルエンジンの冷却水の一部を循環させて添加インジェクタ２８を冷却する冷却水循環通路３８を構成する。

添加インジェクタ２８及び制御弁３７は、制御手段としてのＥＣＵ（電子制御ユニット）３９により制御される。ＥＣＵ３９は、エンジン１１の制御を行うとともに、添加インジェクタ２８の噴射制御及び制御弁３７の開閉制御も行う。ＥＣＵ３９にはエアフローメータ２４及び温度センサ３０の検出信号が入力される。排気流量は吸入空気量と相関性を有するため、この実施形態ではＥＣＵ３９は、エアフローメータ２４の検出信号から排気流量を演算する。即ち、エアフローメータ２４は、排気流量検出手段を構成する。

排気管路２２に堆積するデポジットは、低排気温、低排気流量で堆積し易く、添加インジェクタ２８の先端温度は高排気温、高排気流量で厳しくなる。即ち、添加インジェクタ２８の耐久性や信頼性に好適な温度と、デポジット堆積抑制に好適な温度とはトレードオフの関係にある。ＥＣＵ３９には、冷却水通路２９への冷却水の循環継続・停止、即ち制御弁３７のオン・オフを判断するためのマップが記憶されている。

マップの作成は、排気管路２２へのデポジットの堆積量と、排気温及び排気流量との関係を種々の排気温及び排気流量の組み合わせについて実験で求め、その結果を縦軸に排気温、横軸に排気流量とした座標上に表す。そして、図３に示すように、同じデポジット堆積量となる排気温及び排気流量の組み合わせを示す点を通る曲線から、適切な曲線を選んだものをマップ用曲線に決定することで行われる。図３における各線はそれぞれデポジット堆積量が同じになる排気温及び排気流量の状態を示し、矢印の先端側の線程、堆積量が増加するように表わされている。ＥＣＵ３９は、エアフローメータ２４及び温度センサ３０の検出信号と、前記マップとから制御弁３７をオンにすべきかオフにすべきかを判断し、添加インジェクタ２８の冷却制御を行う。

次に前記のように構成された装置の作用を説明する。
エンジン１１が運転されるとウォータポンプ３３が作動される。この状態で制御弁３７が開状態であれば、冷却水が管路３５及び制御弁３７を経てインジェクタユニット２６の冷却水通路２９内に流入する。そして、添加インジェクタ２８を冷却した後、管路３６を経てラジエータ３１に環流する。また、エンジン１１を冷却した冷却水は、管路３２を介してラジエータ３１で熱交換されて冷却され、管路３４を介して再びエンジン１１のウォータジャケット内に吐出される。一方、制御弁３７が閉状態であれば、冷却水はインジェクタユニット２６の冷却水通路２９への流入が遮断され、冷却水はラジエータ３１とエンジン１１の循環経路との間で循環される。

また、エンジン１１が運転され、排気が排気管路２２内を流れると、排気中に含まれる浮遊粒子状物質（ＰＭ）がＤＰＦ２５に捕集される。そして、ＤＰＦ２５のＰＭ捕集状態に基づき、ＥＣＵ３９から添加インジェクタ２８に作動信号が出力されると、添加インジェクタ２８から燃料（例えば、軽油）が排気管路２２の下流側に向けて噴霧状態で噴射される。これにより、ＤＰＦ２５に捕集されたＰＭが燃焼されてＤＰＦ２５の捕集機能が再生（復活）される。

添加インジェクタ２８は先端が排気管路２２に面して設けられているため、冷却が良好に行われないと、過熱により劣化したり、燃料噴射口付近に付着した燃料（ＨＣ）のカーボン化により目詰まりを起こして信頼性が低下したりする。添加インジェクタ２８の過熱を防止するため冷却水通路２９に冷却水が供給される。冷却水が添加インジェクタ２８のみを冷却することができれば問題はない。しかし、冷却水は添加インジェクタ２８だけでなく、添加インジェクタ２８が装着されている部位周辺も冷却する。その結果、添加インジェクタ２８の先端付近の排気管路２２の壁面に、排気中に含まれるＰＭと燃料とが固化してデポジットとなって堆積することが促進される。そして、デポジットの堆積量が増大すると、添加インジェクタ２８の詰りや、噴霧干渉などの機能障害が発生して添加燃料が噴霧状態にならずに液滴状態で下流へ送られるすり抜けＨＣの発生等の支障を来すため、デポジットの堆積を抑制する必要がある。

排気管路２２へのデポジットの堆積量と、排気温及び排気流量との関係は、図３に示すようになる。図３における各線はそれぞれデポジット堆積量が同じになる排気温及び排気流量の状態を示し、矢印の先端側の線程、堆積量が増加するように表わされている。この図は、エンジン１１の排気量などによって異なり、実験で求められる。図３から、低排気温、低排気流量でデポジットが堆積し易いことが分かる。

一方、添加インジェクタ２８の先端温度は高排気温、高排気流量で厳しくなる。したがって、添加インジェクタ２８の先端温度に対して有利な冷却状態と、デポジット堆積が促進され難い冷却状態とはトレードオフの関係にあるため、デポジット堆積の抑制と添加インジェクタ２８の信頼性を両立させるように添加インジェクタ２８の周りに流れる冷却水の制御が行われる。

ＥＣＵ３９は、図４のフローチャートに従って制御弁３７のオン・オフ制御、即ち開閉制御を行う。ＥＣＵ３９は、図４のフローチャートに示す処理を所定周期で繰り返し実行する。

ＥＣＵ３９は、先ずステップＳ１において、排気温及び排気流量を読み込む。排気温は温度センサ３０の検出信号から読み込み、排気流量はエアフローメータ２４の検出信号に基づいて読み込む。次にＥＣＵ３９は、ステップＳ２で排気温が予め設定された基準温度以下か否かを判断する。基準温度は予め実験で求められ、ＥＣＵ３９のメモリにマップとして記憶されている。基準温度はエンジン１１の排気量等によっても異なるが、例えば、２００℃程度に設定される。ＥＣＵ３９は、ステップＳ２で排気温が基準温度以下であればステップＳ３に進み、排気温が基準温度以下でなければステップＳ４に進む。

ステップＳ２で排気温が基準温度以下でない状態とは、継続すれば添加インジェクタ２８が過熱になる状態であるということであるため、添加インジェクタ２８を冷却する必要がある。そこで、ＥＣＵ３９は、ステップＳ４に進んで制御弁３７にオン信号（開指令）を出力する。その結果、制御弁３７が全開状態に保持されて冷却水が冷却水通路２９を流れる状態になり、添加インジェクタ２８の過熱が防止される。

ＥＣＵ３９は、ステップＳ３で排気流量が基準値以下か否かを判断する。基準値は予め実験で求められ、ＥＣＵ３９のメモリにマップとして記憶されている。基準値はエンジン１１の排気量及び排気温によって異なる。ＥＣＵ３９は、ステップＳ３で排気流量が基準値以下であればステップＳ５に進み、基準値以下でなければステップＳ４に進む。ステップＳ３で排気流量が基準値以下でない状態とは、添加インジェクタ２８の冷却を行ってもデポジットの堆積が促進し難い状態ということであるため、添加インジェクタ２８の冷却を優先させてもよい。そこで、ＥＣＵ３９は、添加インジェクタ２８の冷却を優先させるためにステップＳ４に進んで制御弁３７にオン信号（開指令）を出力する。また、ステップＳ３で排気流量が基準値以下であるということは、デポジットの堆積が促進され易い状態であることを意味するため、ＥＣＵ３９はステップＳ５に進んで、制御弁３７にオフ信号（閉指令）を出力して制御を終了する。制御弁３７にオフ信号（閉指令）が出力されると、制御弁３７が全閉状態になり、冷却水通路２９を流れる冷却水による冷却が中断され、デポジットの堆積が促進され易い状態から抜け出す。

以上の処理が所定周期で繰り返し実行されることにより、添加インジェクタ２８の先端部の温度が、添加インジェクタ２８の使用を継続すると信頼性や耐久性が悪くなる温度以下になり、かつ排気管路２２の添加インジェクタ２８が設けられた箇所の周囲におけるデポジットの堆積が抑制されるように制御弁３７の制御が行われる。そして、制御弁３７は、排気温が基準温度以下で、かつ排気流量が基準排気流量以下のときに全閉状態となり、それ以外のときには全開状態となる。そのため、制御弁３７に流量制御弁を使用して制御弁の開度を調整して制御を行う場合に比べて制御が簡単になる。

この実施形態では以下の効果を有する。
（１）排気浄化装置は、エンジン１１の排気管路２２に設けられた排気浄化部（ＤＰＦ２５）と、排気浄化部よりも排気管路２２の上流側部分に設けられた燃料添加用の添加インジェクタ２８と、添加インジェクタ２８をエンジン１１の冷却水の一部を循環させて冷却する冷却水循環通路３８とを備える。また、冷却水循環通路３８に設けられて冷却水の流れを制御する制御弁３７と、排気管路２２の添加インジェクタ２８が設けられた箇所の周囲における排気温を検出するための排気温検出手段（温度センサ３０）と、排気管路２２の排気流量を検出するための排気流量検出手段（エアフローメータ２４）とを備える。さらに、排気温検出手段により検出された排気温及び排気流量検出手段により検出された排気流量に基づいて、排気管路２２の添加インジェクタ２８が設けられた箇所の周囲におけるデポジットの堆積が抑制されるように、排気温が基準温度以下で、かつ排気流量が基準排気流量以下のときに制御弁３７の開度を最小にするように制御弁３７の制御を行う制御手段（ＥＣＵ３９）を備える。したがって、添加インジェクタ２８の耐久性や信頼性の向上と、デポジットの堆積抑制とを両立させることができる。また、デポジットの生成を抑制することができ、添加インジェクタ２８先端のデポジット詰りを低減でき、すり抜けＨＣ、添加インジェクタの噴孔詰りといった機能障害を低減できる。

（２）制御弁３７は、オン・オフ弁である。そして、ＥＣＵ３９は、排気温が基準温度以下で、かつ排気流量が基準排気流量以下のときに制御弁３７を全閉状態とし、それ以外のときには制御弁３７を全開状態とするように制御弁３７の制御を行う。したがって、制御弁に流量制御弁を使用する場合に比べて、制御が簡単になり、制御弁３７の構造も簡単になり、コストも低くなる。

（３）ＥＣＵ３９は、排気管路２２の添加インジェクタ２８が設けられた箇所の周囲におけるデポジットの堆積量、排気温、排気流量との関係を示すマップに基づいて、制御弁３７の開閉の基準となる排気温及び排気流量の値を決定する。したがって、ＥＣＵ３９はマップに基づいて制御弁３７の開閉の基準となる排気温及び排気流量の値を容易に決定することができる。

（４）排気浄化部は、排気中に含まれる浮遊粒子状物質の捕集を行うＤＰＦ２５（ディーゼル・パティキュレイト・フィルタ）である。したがって、ＤＰＦ２５を備えたディーゼルエンジンの排気浄化装置において、添加インジェクタ２８の耐久性や信頼性の向上と、デポジットの堆積抑制とを両立させることができる。

（５）添加インジェクタ２８は、その先端部が排気通路（排気管路２２）から窪んだ凹部（空間２７ａ）に位置するように設けられ、排気温検出手段は、その検知部３０ａが排気通路から窪んだ凹部（孔２２ｂ）に位置するように設けられた温度センサ３０である。したがって、添加インジェクタ２８の先端部に対する影響が大きな排気温を精度良く検出することが可能になる。

実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように構成してもよい。
○ 排気浄化装置は、エンジン１１の排気管路２２に設けられた排気浄化部と、排気浄化部よりも排気管路２２の上流側部分に設けられた燃料添加用の添加インジェクタ２８とを備えたものであればよい。例えば、排気浄化部としてＤＰＦ２５に代えて、ＤＰＮＲ（ディーゼル・パティキュレイト・ＮＯｘ・リダクションシステム）を用いてもよい。ＤＰＦ２５ではＰＭは捕集できるが、排気に含まれるＮＯｘ（窒素酸化物）を除去することはできない。しかし、ＤＰＮＲの場合はＰＭ及びＮＯｘの両者を低減することができる。

○ 排気浄化部としてＮＯｘの低減を主目的としたＮＯｘ触媒を設けるとともに、吸着したＮＯｘを還元するため、ＮＯｘ触媒に外部から還元剤として適量の燃料（例えば、軽油）を添加インジェクタにより間欠的に排気通路に噴射することでＮＯｘ触媒を還元雰囲気にする構成の排気浄化装置に適用してもよい。

○ 添加インジェクタ２８は、その長手方向に向かって燃料を噴射する構成とし、その長手方向が排気管路２２と斜めに交差する方向に延びる状態でハウジング２７に装着され、燃料を排気管路２２の下流側に向かって噴射するようにしてもよい。

○ 添加インジェクタ２８は、排気浄化部が設けられている箇所より排気通路の上流側に設けられればよく、例えば、タービン２１より上流側や、エキゾーストマニホールド１６の部分に設けてもよい。添加インジェクタ２８をエキゾーストマニホールド１６に設ける場合、燃料をエキゾーストマニホールド１６の出口側に向けて噴射するように取り付けるのが好ましい。

○ 過給機１９を備えていないディーゼルエンジンに適用したり、排気通路に排出された排気の一部をディーゼルエンジンの吸気系に戻す排気再循環装置を備えたディーゼルエンジンに適用したりしてもよい。

○ 制御弁３７は、冷却水循環通路３８を流れる冷却水の流れを、添加インジェクタ２８の先端部の温度が、添加インジェクタ２８の使用を継続すると信頼性や耐久性が悪くなる温度以下になり、かつ排気通路の添加インジェクタ２８が設けられた箇所の周囲におけるデポジットの堆積が抑制されるように制御可能であればよい。そのため、制御弁３７は、オン・オフ弁に限らず、開度を調整して流量を制御する流量制御弁（流量調整弁）を用いてもよい。例えば、流量制御弁の開度を複数段階で変更するとともに、各開度の変更段階に対して排気温の基準温度や排気流量の基準値を予め実験等で決めておき、各基準温度や基準値に基づいて開度調整して、冷却制御を行う調整するようにする。制御弁３７に流量制御弁を使用した場合は、オン・オフ弁を使用する場合に比べてハンチング現象が生じ難い。しかし、開度調整での制御に比べて、オン・オフ弁のように全開、全閉で制御する場合の方が、制御が簡単になる。

○ ウォータポンプ３３の他に、電動ポンプを設けて、電動ポンプの駆動によっても冷却水が冷却水循環通路３８を流れることができるように構成してもよい。この場合、エンジンを停止させた直後にヒートソークバックが発生して排気温が上昇した場合であっても、添加インジェクタ２８を良好に冷却することができる。

○ 排気通路の排気流量を検出するための排気流量検出手段として吸入空気量を検出するエアフローメータ２４を使用する代わりに排気流量を直接検出するエアフローメータを設けてもよい。しかし、吸入空気量を検出するエアフローメータ２４を使用すれば、排気流量検出専用の排気流量検出手段を設ける必要がない。

○ 排気通路の添加インジェクタが設けられた箇所の周囲における排気温を検出するための排気温検出手段は、その排気温を直接検出するセンサに限らない。例えば、予めエンジン１１の運転状態と排気温との関係を調べておき、エンジン１１の運転状態から排気温を演算するようにしたり、排気温と所定の関係がある箇所の温度を検出して、その温度に基づいて排気温を演算するようにしたりしてもよい。

○ ＥＣＵ３９は、デポジットの堆積量、排気温、排気流量の関係を示すマップから直接制御弁３７の開閉の基準となる排気温及び排気流量の値を決定する代わりに、そのマップに相当するデポジットの堆積量、排気温、排気流量の関係式に基づいて、制御弁３７の開閉の基準となる排気温及び排気流量の値を決定するようにしてもよい。

○ 添加インジェクタ２８は、その先端部が排気通路から窪んだ凹部に位置するように設けられる必要はなく、排気通路内に突出する状態や排気通路内面と同一面上に位置する状態に設けられてもよい。

○ 温度センサ３０は検知部３０ａが直接排気に接触する状態ではなく、排気通路の外に位置するように設けてもよい。その場合、温度センサ３０の検出温度と、それに対応する実際の排気温との関係を予め試験で求めておき、補正をして使用したり、マップや関係式の排気温を補正して使用したりする。

１１…エンジン、２２…排気通路を構成する排気管路、２２ｂ…排気通路から窪んだ凹部を構成する孔、２４…排気流量検出手段としてのエアフローメータ、２５…排気浄化部としてのＤＰＦ、２７ａ…排気通路から窪んだ凹部を構成する空間、２８…添加インジェクタ、２９…冷却水通路、３０…排気温検出手段としての温度センサ、３０ａ…検知部、３７…制御弁、３８…冷却水循環通路、３９…制御手段としてのＥＣＵ。

Claims (6)

1. エンジンの排気通路に設けられた排気浄化部と、前記排気浄化部よりも前記排気通路の上流側部分に設けられた燃料添加用の添加インジェクタとを備えたディーゼルエンジンの排気浄化装置であって、
   前記添加インジェクタを前記エンジンの冷却水の一部を循環させて冷却する冷却水循環通路と、
   前記冷却水循環通路に設けられて冷却水の流れを制御する制御弁と、
   前記排気通路の前記添加インジェクタが設けられた箇所の周囲における排気温を検出するための排気温検出手段と、
   前記排気通路の排気流量を検出するための排気流量検出手段と、
   前記排気温検出手段により検出された排気温及び前記排気流量検出手段により検出された排気流量に基づいて、前記排気通路の前記添加インジェクタが設けられた箇所の周囲におけるデポジットの堆積が抑制されるように、前記排気温が基準温度以下で、かつ前記排気流量が基準排気流量以下のときに前記制御弁の開度を最小にするように前記制御弁の制御を行う制御手段と
   を備えることを特徴とするディーゼルエンジンの排気浄化装置。
2. 前記制御弁は、オン・オフ弁であり、前記制御手段は、前記排気温が基準温度以下で、かつ前記排気流量が基準排気流量以下のときに前記制御弁を全閉状態とし、それ以外のときには前記制御弁を全開状態とするように前記制御弁の制御を行う請求項１に記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。
3. 前記制御手段は、前記排気通路の前記添加インジェクタが設けられた箇所の周囲におけるデポジットの堆積量、排気温、排気流量との関係を示すマップに基づいて、前記制御弁の開閉の基準となる前記排気温及び排気流量の値を決定する請求項２に記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。
4. 前記排気浄化部は、排気中に含まれる浮遊粒子状物質の捕集を行うＤＰＦ（ディーゼル・パティキュレイト・フィルタ）である請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。
5. 前記添加インジェクタは、その先端部が前記排気通路から窪んだ凹部に位置するように設けられ、前記排気温検出手段は、その検知部が前記凹部に位置するように設けられた温度センサである請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。
6. 前記制御手段は、前記排気温が基準温度以下で、かつ前記排気流量が基準排気流量以下のときに前記制御弁を全閉状態とし、それ以外のときには前記排気温に応じて前記制御弁の開度を調整するように前記制御弁の制御を行う請求項１に記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。

Images