JP2012184731A - ディーゼルエンジン - Google Patents

Abstract

【課題】構造を複雑化させることなくフィルタ再生用加熱装置をディーゼルエンジンに取り付けることを課題とする。
【解決手段】排気ガスに含まれる粒子状物質を除去するフィルタ（ディーゼル・パティキュレート・フィルタ、ＤＰＦ）の前段に設け、燃料を燃焼させることで前記フィルタ（ＤＰＦ）を通過する前の排気ガスを加熱するフィルタ再生用加熱装置（バーナー装置３１）であって、該フィルタ再生用加熱装置（バーナー装置３１）を、フライホイール５の上方に配置した。
【選択図】図４

Description

本発明は、ディーゼルエンジンから排出される排出ガスを高温加熱するバーナー装置の技術に関する。

従前からディーゼルエンジンの排気ガス中に含まれる粒子状物質を除去するパティキュレートフィルタを設け、該パティキュレートフィルタを再生すべく高熱化するために、バーナー装置により高温ガスを供給する装置は公知とされているのである。

ディーゼルエンジンの排気ガス中には、未燃炭化水素と煤が一体化した粒子状物質であるパティキュレートマター（ＰＭ）が含まれている。

近年は、当該粒子状物質を大気中に放出することにより環境への影響が懸念されており、ディーゼルエンジン搭載の車両においては、排気ガス中の粒子状物質を除去するためのフィルタであるＤＰＦ（ディーゼル・パティキュレート・フィルタ）が設置されている場合が多いのである。

ところがこのＤＰＦは長時間使用していると、捕集した粒子状物質が蓄積されて、ＤＰＦの目詰まり状態が発生するのである。このようなＤＰＦの目詰まり状態を防止するために、特許文献１・２・３に記載されているような、ＤＰＦに対して、高温ガスを一時的に供給することにより、ＤＰＦにより捕集したび微粒子（粒子状物質）を燃焼させる技術が公知とされているのである。

具体的には、特許文献１・２・３ではディーゼルエンジンとＤＰＦとの間に、フィルタ再生用加熱装置の一つであるバーナー装置を設置し、排気ガスと燃料とが混合された混合気を燃焼させて高温ガスを発生させ、当該高温ガスをＤＰＦに供給することにより、粒子状物質を燃焼させるように構成しているのである。
しかし、バーナー装置をディーゼルエンジンに取り付けることで、ディーゼルエンジンの構造を複雑化してしまう恐れがある。

特開２００７−１５４７７２号公報 特開２００９−１３３２２１号公報 特開２０１０−２４９０１６号公報

本発明は、構造を複雑化させることなくフィルタ再生用加熱装置をディーゼルエンジンに取り付けることを課題とする。

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。

即ち、請求項１においては、排気ガスに含まれる粒子状物質を除去するフィルタの前段に設け、燃料を燃焼させることで前記フィルタを通過する前の排気ガスを加熱するフィルタ再生用加熱装置であって、該フィルタ再生用加熱装置を、フライホイールの上方に配置したものである。

請求項２においては、請求項１に記載のディーゼルエンジンであって、前記フィルタ再生用加熱装置の着火装置の周囲に、ディーゼルエンジンの燃料を循環させる冷却油孔を設け、着火装置を冷却するものである。

請求項３においては、請求項１記載のディーゼルエンジンであって、ディーゼルエンジンの燃料噴射ノズルへ、燃料噴射ポンプから高圧燃料を供給する経路において、前記燃料噴射ノズルへ供給した高圧油の戻り油を、バーナー用燃料パイプを介して、前記フィルタ再生用加熱装置に供給すべく構成したものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

請求項１においては、請求項１の如く構成したので、組立の簡易化と、直接固定の為の複雑な取付けステイを必要としなくなったのである。
また、燃料供給配管の取り回しの簡素化及び他の箇所に搭載するよりも、燃料供給配管の短縮と簡素化を図ることが可能である。
また、現状のディーゼルエンジン１に対して、左右方向の長さの増加がほとんどなく、前後方向もバーナー装置３１の厚みがフライホイールケースの厚みと同程度で済むので、前後方向の長さの増加も無いのである。また、エンジン側面にバーナー装置を取り付けた場合と比較して、重心に近い位置にバーナー装置３１を配置することとなり、ディーゼルエンジン１の重量バランスの安定を図ることが出来るのである。
また、バーナー装置３１がフライホイール５側の上方で、かつクランクシャフトの軸上となる為に、ディーゼルエンジンの重心の移動に影響を与えずらいので、想定外の振動の発生も抑えることが出来たものである。

請求項２の如く構成したので、バーナー装置３１用の燃料を冷却の為に使用することとなるので、冷却水や冷却オイルを供給する構造を用意する必要がなくなったのである。

請求項３の如く構成したので、バーナー装置３１の組立や取付けが容易となったのである。また、燃料供給用のポンプが１つで良いこととなるので、コストの削減、及び重量の低減に繋がるのである。

本発明の一実施形態にかかるバーナー装置３１を取付けステイ３０を介してディーゼルエンジン１に取り付けた構造を示す左側面図。 同じく右側面図。 同じく平面図。 同じくＤＰＦマフラー１４と取付け座１３とを取り外した状態の後側面図。 本発明の一実施形態にかかるバーナー装置３１の構成を示す後側面図。 同じく平面図。 同じく左側面図。 図６におけるＡ−Ａ線断面図。 従前からのバーナー装置３１Ａの着火装置３４の冷却構造を示す後側面図。 バーナー用燃料供給ポンプ５７によるバーナー装置３１への燃料供給を行うディーゼルエンジン１Ａの従前の配置例を示す平面図。 同じく右側面図。 バーナー装置３１をディーゼルエンジン１Ｂのシリンダヘッド７の左側面に取り付けた従前の配置例を示す左側面図。 同じく平面図。 バーナー装置３１Ｂをディーゼルエンジン１Ｃの左下側面に取り付けた従前の配置例を示す左側面図。 同じく平面図。 シリンダブロック２の後側面とバーナー装置３１との間にＤＰＦマフラー１４を介在させた従前のディーゼルエンジン１Ｄの配置例を示す左側面図。 同じく平面図。

図１から図４において、本実施形態にかかるディーゼルエンジン１の本体の構成と、該ディーゼルエンジン１に付設されるフィルタ再生用加熱装置であるバーナー装置３１の構成を説明する。尚、フィルタ再生用加熱装置は、本実施形態においてバーナー装置３１としたが、燃料改質装置や電気ヒーター等であってもよい。バーナー装置３１の構成を説明する。尚、前後方向については、図３における図示上側（冷却ファン９側）を前方とし、図示下側を後方とする。また、左右方向については、同じく図３における図示左側を左方とし、図示右側を右方とする。

ディーゼルエンジン１は、シリンダブロック２を中心として、他の部品をシリンダブロック２に付設した構成としている。該シリンダブロック２の下面には、潤滑油溜まりを構成するオイルパン３が付設されている。また、シリンダブロック２の後面には、フライホイールケース４を付設し、該フライホイールケース４内で、フライホイール５をクランク軸６に固定して回転可能に構成している。

シリンダブロック２の上部には、別体に構成したシリンダヘッド７が載置され、更に該シリンダヘッド７の上面には、ロッカーアームブラケット２１が載置され、ロッカーアームブラケット２１の上面には、シンリダヘッドカバー８が載置され、それらは載置された状態で固定されている。シリンダブロック２の前面には、ディーゼルエンジン１のクランク軸６より、プーリーとベルトを介して駆動される冷却ファン９が軸受支持されている。該冷却ファン９を駆動するベルトにより、オルタネータ１１が駆動すべく支持されている。

シリンダブロック２の右側面に付設された燃料供給ポンプ５０により、燃料タンクからの燃料が、シリンダブロック２の右側面に付設された燃料噴射ポンプ１０に供給される。該燃料噴射ポンプ１０において、高圧化された燃料は、高圧燃料供給パイプ５１・・を介して、気筒毎に固定されている燃料噴射ノズル１２・・に供給される。該各高圧燃料供給パイプ５１・・から、燃料噴射ノズル１２・・に供給されて、該燃料噴射ノズル１２・・において気筒内に噴射されない余剰燃料は、バーナー用燃料パイプ５３により集めて、本発明のバーナー装置３１に供給される。

本発明においては、フライホイール５の側を後面とすると、該フライホイール５を配置するフライホイールケース４の上方の位置において、シリンダブロック２の取付面に対して、取付けステイ３０を介してバーナー装置３１を取り付けたものである。

更に、取付けステイ３０に付設された取付け座１３に、ＤＰＦマフラー１４が取り付けられている。このように、シリンダブロック２に固定した取付けステイ３０により、バーナー装置３１とＤＰＦマフラー１４の両方が支持されているのである。ＤＰＦマフラー１４とシリンダブロック２との間に、バーナー装置３１を固設した構成としているのである。

前記取付けステイ３０は、該シリンダブロック２の後面であって、前記フライホイールケース４の上方に位置し、後側から接当して固定されている。該取付けステイ３０にバーナー装置３１を取り付けた状態において、該バーナー装置３１がフライホイールケース４の上方に位置するのである。尚、バーナー装置３１は、シリンダブロック２に取り付けるのではなく、フライホイール５に取付けステイを介して、または直接に取り付けても良い。

以上のように、バーナー装置３１がフライホイール５側の上方で、かつクランク軸６の軸上に配置されている為、ディーゼルエンジン１の重心の移動に影響を与えずらくなり、想定外の振動の発生も抑えることが出来たものである。ディーゼルエンジン１の重心に近い位置にバーナー装置３１を配置することとなり、ディーゼルエンジン１の重量バランスの安定を図ることが出来るのである。

また、シリンダヘッド７の左側面には、排気マニホールド１５が付設されており、該排気マニホールド１５により多気筒のシリンダからの排気が集約されている。該排気マニホールド１５により集約された排気が、排気曲がり管１６と、第一連結管１８とを介して、本発明のバーナー装置３１に向けて供給される。

そして、第一連結管１８がバーナー装置３１のケース本体３２の入口連結部３２ａに連結されることにより、排気は第一連結管１８からバーナー装置３１のケース本体３２の内部を通過する（図８参照）。該ケース本体３２を通過した排気ガスは、ケース本体３２の出口連結部３２ｂに連結された第二連結管１９を介して、ＤＰＦマフラー１４内に入る。

さらに、ＤＰＦマフラー１４内に入った排気ガスは、ＤＰＦマフラー１４内に配置された排気ガスに含まれる粒子状物質を除去するフィルタであるＤＰＦ（図示省略）を通過し、さらにマフラー（図示省略）を通過した後に大気中に放出される。このとき、排気ガスの温度が所定値（本実施形態では摂氏６００度）以上でなければ、ＤＰＦに炭化水素などの粒子状物質が蓄積してくるのである。つまり、ディーゼルエンジン１がアイドリング運転をしている際等、排気ガスの温度が所定値未満であれば、ＤＰＦに黒煙等の粒子状物質が蓄積してくるのである。

そこで、本発明のバーナー装置３１により、排気ガスの温度を、所定値以上に加熱して、ＤＰＦに付着する粒子状物質を燃焼させて、該ＤＰＦの目詰まりを解消させる必要があるのである。

次に図４から図８により、バーナー装置３１の構成について、詳細に説明する。

バーナー装置３１は、主として、ケース本体３２、グロープラグ取付け蓋３３、着火装置３４、噴射ノズル３６によって構成される。

バーナー装置３１のケース本体３２は、それ自体が取付けステイ３０に対して、ボルトにより固定されており、更に該取付けステイ３０を、シリンダブロック２の後面の加工面として構成された取付け面にボルトにより固定されているのである。

ケース本体３２の左側面には、第一連結管１８を固定する為の入口連結部３２ａが開口されており、ケース本体３２の右側面には、前記ＤＰＦマフラー１４と繋がる第二連結管１９と固定する為の出口連結部３２ｂが開口されている。該第二連結管１９から排出された排気ガスは、ＤＰＦマフラー１４内に送られるのである。

ケース本体３２の下面には、ワイヤーハーネス４１ａが連結された温度センサ４１が挿入固定されており、ケース本体３２内の温度を検出して、制御部（図示省略）に情報を送信している。ケース本体３２の上端は開口されており、当該開口を覆うようにグロープラグ取付け蓋３３が配置される。

着火装置３４は、第一グロープラグ３７ａと第二グロープラグ３７ｂの２本のグロープラグ３７の先端を、ケース本体３２の内部に挿入することで構成されている。２本のグロープラグ３７は、グロープラグ取付け蓋３３に嵌挿されることで支持されている。該グロープラグ３７の一方の第一グロープラグ３７ａの先端は、燃料保持部３２１によって覆われている。該燃料保持部３２１は、噴射ノズル３６から噴射される燃料を気化前の状態に保持するためのものである。

２本のグロープラグ３７の上端にはワイヤーハーネス３８が付設されており、該ワイヤーハーネス３８と電気的に接続された制御部（図示省略）からの適宜の指令によって、グロープラグ３７に電力が供給されて着火がなされるように構成されている。

噴射ノズル３６は、ケース本体３２の右側に設けられ、電磁式で圧力を発生する燃料噴射ノズルにより構成されている。噴射ノズル３６は、電気的に接続された制御部からの適宜の指令によって、燃料を高圧にしてケース本体３２内に噴霧するものである。

したがって、制御部から該バーナー装置３１内を加熱する指令が制御部から出ると、該噴射ノズル３６が駆動され、ノズル部３６ａから燃料保持部３２１へと燃料が噴射されるとともに、グロープラグ３７によって着火がなされる。該グロープラグ３７による加熱により着火された燃料が火炎となり、当該火炎が入口連結部３２ａからの排気ガスとともに出口連結部３２ｂへと案内される。

以上のような構成において、本発明のグロープラグ３７を含む着火装置３４が、高温となり、グロープラグ３７が早く劣化する恐れがある。その劣化を防止する為に、グロープラグ３７が固定されているグロープラグ取付け蓋３３の内部に冷却油孔３３ａをグロープラグ３７の外周となるように穿設している。該冷却油孔３３ａにバーナー装置３１の燃料を導入して、グロープラグ３７の周囲の冷却を行っているのである。

このように構成することで、バーナー装置３１用の燃料を冷却の為に使用することとなるので、冷却水や冷却オイルを供給する構造を別途に用意する必要がなくなり、ディーゼルエンジン１全体の部品点数および重量の軽減に繋がる。また、流体である燃料でグロープラグ３７を冷却する為、冷却効果が高くなるのである。

尚、本実施形態では、図１に示すように、ＤＰＦマフラー１４をバーナー装置３１に隣接して配置しているが、ＤＰＦマフラー１４の配置は、これに限定するものではなく、ディーゼルエンジンの前、後、左、右、上、又は下等の他の位置でも良い。また、ディーゼルエンジンを搭載する本機（例えば、トラクター等の作業機等）に取り付けてもよい。

図９に示す従前のバーナー装置３１Ａの構成においては、グロープラグ取付け蓋３３の上方のグロープラグ３７に冷却フィン３９が嵌挿されている。当該冷却フィン３９は、上方に突出するように複数の凸部が形成されバーナー装置３１Ａの放熱を促進するように構成されている。しかし、冷却フィン３９をグロープラグ３７に取り付ける構成とすると、本実施形態のバーナー装置３１と比較してバーナー装置３１Ａの部品点数が多くなる。

尚、本実施形態のバーナー装置３１の冷却構造に加えて、従前の冷却フィン３９をバーナー装置３１に付設して、さらに、冷却効果を高める構成としてもよい。
また、本実施形態のバーナー装置３１は、二本のグロープラグ３７ａ・３７ｂを備えるものであるが、グロープラグを一本又は三本以上備えるように構成しても良い。

次に、燃料噴射ノズル１２からの余剰燃料を利用する本実施形態にかかるバーナー装置３１の燃料の供給経路について説明する。

図２と図５と図６とにおいて図示する如く、燃料噴射ポンプ１０から圧送された高圧燃料は、各高圧燃料供給パイプ５１・・・を介して各燃料噴射ノズル１２・・・に供給される。該燃料噴射ノズル１２のそれぞれからの余剰燃料が、隣り合う燃料噴射ノズル１２を連結した余剰燃料パイプ５２・５２・５２を介して、バーナー用燃料パイプ５３により、グロープラグ取付け蓋３３に設けた燃料供給口３３ｂへ燃料を供給すべく構成している。

該バーナー用燃料パイプ５３から燃料供給口３３ｂを介して、前述のグロープラグ取付け蓋３３の冷却油孔３３ａに供給された燃料により、着火装置３４のグロープラグ３７が冷却される。該冷却油孔３３ａを通過して着火装置３４を冷却したあとの燃料は、連結パイプ５４を介して、噴射ノズル３６へと供給される。噴射ノズル３６において余剰となった燃料は、戻し管５６を介して、燃料タンク（図示省略）に戻される構成となっている。

図１０と図１１に示す従前からあるディーゼルエンジン１Ａは、本実施形態のディーゼルエンジン１とは異なり、バーナー装置３１に燃料を供給するために別途のバーナー用燃料供給ポンプ５７を取り付けたものである。

このディーゼルエンジン１Ａには、燃料噴射ポンプ１０に燃料タンクから燃料を供給する燃料供給ポンプ５０の他に、別のバーナー用燃料供給ポンプ５７を配置し、送油パイプ５８を介して、グロープラグ取付け蓋３３の燃料供給口３３ｂに供給するように構成されている。

しかし、このような従前からのディーゼルエンジン１Ａの構成では、本実施形態のディーゼルエンジン１と比較して、バーナー用燃料供給ポンプ５７が別途に必要となり、コストのアップと、重量の増加に繋がるのである。

つまり、本実施形態のバーナー装置３１は、従前のものと比較して組立やディーゼルエンジン１の本体への取付けが容易となったのである。また、燃料供給用のポンプが１つで良いこととなるので、コストの削減、及び重量の低減に繋がるのである。

本発明の実施形態のバーナー装置３１は、図１から図４に示すように、フライホイールケース４の上方のシリンダブロック２の後面に配置している。しかし、図１２と図１３に示す従前のディーゼルエンジン１Ｂにおいては、バーナー装置３１をシリンダブロック２の上方のシリンダヘッド７の左側面に配置しているのである。

このようにディーゼルエンジン１Ｂを構成した場合には、燃料噴射ポンプ１０の逆の側に、バーナー装置３１が配置されるので、バーナー装置３１に燃料を供給する為の燃料供給配管である送油パイプ５８を取り回す必要がある。また、バーナー装置３１の重みによって、ディーゼルエンジン１Ｂの重心が左へ偏るとともに、左右方向の幅が広くなってしまうのである。

図１４と図１５に示す従前のディーゼルエンジン１Ｃにおいては、バーナー装置３１Ａから冷却フィン３９を取り除いたバーナー装置３１Ｂが、シリンダブロック２の左側方に配置されている。この場合も、燃料噴射ポンプ１０とは反対側にバーナー装置３１Ｂが配置されることとなるので、燃料供給配管である送油パイプ５８をディーゼルエンジン１Ｃに取り回す必要があるとともに、ディーゼルエンジン１Ｃの重心が左へ偏り、左右方向の幅が、更に大きくなるのである。

つまり、本実施形態のディーゼルエンジン１は、図１２から図１５に示す、従前の各ディーゼルエンジン１Ｂ・１Ｃと比較して、燃料供給配管であるバーナー用燃料パイプ５３の取り回しの簡素化及び他の箇所に搭載するよりも、燃料供給配管であるバーナー用燃料パイプ５３の短縮と簡素化を図ることが可能である。また、本実施形態のディーゼルエンジン１は、左右方向の増加がほとんどなく、前後方向もバーナー装置３１の厚みがフライホイールケース４の厚みと同程度で済むので、前後方向の長さの増加も無いのである。

図１６と図１７に示す従前の各種装置の配置を示すディーゼルエンジン１Ｄにおいては、ＤＰＦマフラー１１４が、フライホイール５（又は図示しないフライホイールケース）の上方であって、シリンダヘッド７の後側方に配置されている。さらに、ＤＰＦマフラー１１４の後側方には、バーナー装置３１が配置される。

また、シリンダヘッド１０７の左側面に配置された排気マニホールド１１５により多気筒のシリンダからの排気が集約されている。該排気マニホールド１１５により集約された排気が、排気曲がり管１１６と、第一連結管１１８とを介して、バーナー装置３１に向けて供給される。

そして、第一連結管１１８がバーナー装置３１のケース本体３２の入口連結部３２ａ（図５参照）に連結されることにより、排気は第一連結管１１８からバーナー装置３１のケース本体３２の内部を通過する。該ケース本体３２を通過した排気ガスは、ケース本体３２の出口連結部３２ｂ（図５参照）に連結された第二連結管１１９を介して、ＤＰＦマフラー１１４内に入る。

また、バーナー装置３１は、シリンダブロック２の右側面に取り付けられたバーナー用燃料供給ポンプ１５７から送油パイプ１５８を介して、燃料が供給される。

このような従前のディーゼルエンジン１Ｄにおける各種装置の配置では、シリンダヘッド７とバーナー装置３１との間にＤＰＦマフラー１４が介在することとなる。そのため、前述のディーゼルエンジン１Ｃよりもさらに、ディーゼルエンジン１Ｄは、燃料供給配管である送油パイプ１５８をディーゼルエンジン１Ｄに取り回す必要がある。加えて、排気マニホールド１１５からバーナー装置３１までの距離が遠くなる。つまり、排気マニホールド１１５に連結される排気曲がり管１１６及び第一連結管１１８の長さが長くなってしまい、バーナー装置３１に供給される排気の温度を低下させ易くすくしてしまう。

したがって、本実施形態のディーゼルエンジン１は、図１６及び図１７に示す、従前のディーゼルエンジン１Ｄと比較して、燃料供給配管であるバーナー用燃料パイプ５３の取り回しの簡素化及び他の箇所に搭載するよりも、燃料供給配管であるバーナー用燃料パイプ５３の短縮と簡素化を図ることが可能である。

本発明は、ディーゼルエンジン１において装着されるパティキュレートフィルタの、再生を行うバーナー装置３１を、ディーゼルエンジン１のシリンダブロック２に取り付ける構成に関するものである。
本発明により、ディーゼルエンジン１に対して最適の位置に、バーナー装置３１を配置することが出来るのである。

１ ディーゼルエンジン
２ シリンダブロック
３ オイルパン
１０ 燃料噴射ポンプ
３０ 取付けステイ
３１ バーナー装置
３３ａ 冷却油孔
３６ 噴射ノズル
３７ グロープラグ
３９ 冷却フィン
４１ 温度センサ
５４ 連結パイプ
３２１ 燃料保持部

Claims (3)

1. 排気ガスに含まれる粒子状物質を除去するフィルタの前段に設け、燃料を燃焼させることで前記フィルタを通過する前の排気ガスを加熱するフィルタ再生用加熱装置であって、
   該フィルタ再生用加熱装置を、フライホイールの上方に配置したことを特徴とするディーゼルエンジン。
2. 請求項１に記載のディーゼルエンジンであって、前記フィルタ再生用加熱装置の着火装置の周囲に、ディーゼルエンジンの燃料を循環させる冷却油孔を設け、着火装置を冷却することを特徴とするディーゼルエンジン。
3. 請求項１記載のディーゼルエンジンであって、ディーゼルエンジンの燃料噴射ノズルへ、燃料噴射ポンプから高圧燃料を供給する経路において、前記燃料噴射ノズルへ供給した高圧油の戻り油を、バーナー用燃料パイプを介して、前記フィルタ再生用加熱装置に供給すべく構成したことを特徴とするディーゼルエンジン。

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