JP2013029036A

JP2013029036A - 還元剤噴射弁の冷却システム

Info

Publication number: JP2013029036A
Application number: JP2011164048A
Authority: JP
Inventors: Shigehiro Ono; 成弘大野
Original assignee: Bosch Corp
Current assignee: Bosch Corp
Priority date: 2011-07-27
Filing date: 2011-07-27
Publication date: 2013-02-07

Abstract

【課題】還元剤噴射弁を効率的に冷却可能な還元剤噴射弁の冷却システムを提供する。
【解決手段】内燃機関の排気浄化装置に用いられ、還元剤タンク５１内の液体還元剤を吸い上げて圧送する還元剤圧送ポンプ５３と、圧送される前記液体還元剤を内燃機関１の排気管３内に噴射する還元剤噴射弁５５と、を備えた還元剤供給装置５０における前記還元剤噴射弁５５の過熱を防ぐための還元剤噴射弁５５の冷却システムにおいて、前記還元剤噴射弁５５の周囲に、冷媒を流通させる冷媒通路５９を設け、前記内燃機関１の気筒に燃料を噴射するための燃料噴射装置１０における燃料通路３１の途中に前記冷媒通路５９を介在させ、前記燃料を前記冷媒として用いるように構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の排気管内に還元剤を供給するための還元剤供給装置に備えられた還元剤噴射弁の過熱を防ぐための還元剤噴射弁の冷却システムに関する。

従来、車両等に搭載された内燃機関の排気通路に備えられる排気浄化装置として、排気に含まれる窒素酸化物（ＮＯ_X）の還元反応を促進するＮＯ_X浄化触媒と、ＮＯ_X浄化触媒よりも上流側の排気管内に液体還元剤を供給するための還元剤供給装置と、を備えた排気浄化装置が知られている。かかる排気浄化装置に用いられる還元剤供給装置の一態様として、還元剤タンク内の液体還元剤を吸い上げて圧送する還元剤圧送ポンプと、圧送される液体還元剤を排気管内に噴射する還元剤噴射弁とを備えたものがある。

ここで、液体還元剤を加圧して排気管内に直接噴射する場合においては、還元剤噴射弁は排気管に取り付けられて用いられる。還元剤噴射弁は、弁体の進退動を操作するアクチュエータや、樹脂部分等の耐熱温度の低い構成要素を有しているため、排気等の高熱に晒されることによる過熱を防ぐ必要がある。そのために、還元剤噴射弁の周囲に内燃機関の冷却水を流通可能に構成し、内燃機関の冷却水を冷媒として還元剤噴射弁の温度上昇を防ぐようにした還元剤供給装置が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。

特開２００９−０９７４７９号公報

ところで、還元剤噴射弁の温度を耐熱温度よりも低く保つ必要がある一方で、液体還元剤の凍結温度は例えば約−１１℃であるために、還元剤噴射弁は−５℃〜７０℃程度にすることが理想的である。しかしながら、内燃機関の冷却水は、言うまでも無く内燃機関の冷却を主目的とするものであって、通常の使用状態での冷却水の温度範囲は８０〜９０℃となっている。そのため、内燃機関の冷却水を冷媒として用いた場合には、冷却効率が悪いという問題があった。

本発明の発明者らはこのような問題にかんがみて、内燃機関の気筒に燃料を噴射するための燃料噴射装置における燃料通路の途中に、還元剤噴射弁の過熱を防ぐための冷媒通路を介在させて、燃料を冷媒として用いるように構成することによりこのような問題を解決できることを見出し、本発明を完成させたものである。すなわち、本発明は、還元剤噴射弁を効率的に冷却可能な還元剤噴射弁の冷却システムを提供することを目的とする。

本発明によれば、内燃機関の排気浄化装置に用いられ、還元剤タンク内の液体還元剤を吸い上げて圧送する還元剤圧送ポンプと、圧送される前記液体還元剤を内燃機関の排気管内に噴射する還元剤噴射弁と、を備えた還元剤供給装置における前記還元剤噴射弁の過熱を防ぐための還元剤噴射弁の冷却システムにおいて、前記還元剤噴射弁の周囲に、冷媒を流通させる冷媒通路を設け、前記内燃機関の気筒に燃料を噴射するための燃料噴射装置における燃料通路の途中に前記冷媒通路を介在させ、前記燃料を前記冷媒として用いるように構成したことを特徴とする還元剤噴射弁の冷却システムが提供され、上述した問題を解決することができる。

すなわち、本発明にかかる還元剤噴射弁の冷却システムは、少なくとも内燃機関の冷却水よりも低い温度に維持されている燃料を冷媒として還元剤噴射弁の冷却をすることとしているために、還元剤噴射弁の効率的な冷却を可能にすることができる。また、本発明にかかる還元剤噴射弁の冷却システムは、燃料噴射装置における燃料通路の途中に冷媒通路を介在させることとしているために、燃料通路のレイアウト変更のみを施すことによって、別途供給システムを構築することなく、燃料を用いた還元剤噴射弁の冷却システムを構成することができる。

また、本発明の還元剤噴射弁の冷却システムを構成するにあたり、前記燃料噴射装置は、少なくとも、前記燃料を加圧して圧送する高圧ポンプ部と、燃料タンク内の前記燃料を吸い上げて前記高圧ポンプ部に供給する低圧ポンプ部と、を備えており、前記高圧ポンプ部よりも前記燃料の流通方向の上流側の低圧燃料通路の途中に前記冷媒通路を介在させることが好ましい。

本発明の還元剤噴射弁の冷却システムにおいて、燃料噴射装置における高圧ポンプ部よりも燃料の流通方向の上流側の低圧燃料通路の途中に冷媒通路を介在させることとすれば、燃料温度が比較的低い状態の燃料を用いて、還元剤噴射弁を冷却することができる。

また、本発明の還元剤噴射弁の冷却システムを構成するにあたり、前記低圧ポンプ部と前記高圧ポンプ部との間に備えられた低圧燃料通路の途中に前記冷媒通路を介在させることが好ましい。

本発明の還元剤噴射弁の冷却システムにおいて、燃料噴射装置における低圧ポンプ部と高圧ポンプ部との間の低圧燃料通路の途中に冷媒通路を介在させることとすれば、正圧状態の燃料通路に冷媒通路を介在させることができ、燃料の圧送効率の低下を防ぐことができる。

本発明の実施の形態にかかる還元剤噴射弁の冷却システムの構成を概略的に示す図である。

以下、本発明にかかる還元剤噴射弁の冷却システムに関する実施の形態について、図面に基づいて具体的に説明する。

１．排気浄化装置の全体的構成
図１は、本発明の実施の形態にかかる還元剤噴射弁の冷却システムを備えた排気浄化装置９の構成を示す概略図である。この排気浄化装置９は、内燃機関１の排気通路に設けられ、内燃機関１から排出される排気中のＮＯ_Xを還元して、排気を浄化するための装置である。排気浄化装置９は、排気管３の途中に介装されたＮＯ_X浄化触媒７と、ＮＯ_X浄化触媒７よりも上流側で、排気管３内に液体還元剤を供給するための還元剤供給装置５０とを備えている。

ＮＯ_X浄化触媒７は、ＮＯ_Xの分解を促進する機能を有する触媒である。ＮＯ_X浄化触媒７としては、主にＮＯ_X選択還元触媒やＮＯ_X吸蔵触媒等が用いられる。ＮＯ_X選択還元触媒は、還元剤を吸着するとともに、流れ込むＮＯ_Xを還元剤によって選択的に還元する触媒である。ＮＯ_X選択還元触媒を用いる場合においては、尿素水溶液や未燃燃料（ＨＣ）が液体還元剤として用いられる。

また、ＮＯ_X吸蔵触媒は、排気の空燃比が燃料リーンの状態で排気中のＮＯ_Xを吸蔵する一方、排気の空燃比が燃料リッチの状態でＮＯ_Xを放出するとともに未燃燃料（ＨＣ）によって排気中のＮＯ_Xを還元する触媒である。ＮＯ_X吸蔵触媒を用いる場合においては、未燃燃料（ＨＣ）が液体還元剤として用いられる。

還元剤供給装置５０は、液体還元剤が収容される還元剤タンク５１と、還元剤タンク５１内の液体還元剤を吸い上げて圧送する還元剤圧送ポンプ５３と、圧送される液体還元剤を排気管３内に噴射する還元剤噴射弁５５とを備えている。還元剤圧送ポンプ５３及び還元剤噴射弁５５は、図示しない電子制御装置によって駆動制御が行われるものとなっている。

還元剤噴射弁５５は、電子制御装置による通電制御によって開弁動作が行われ、これにより液体還元剤が排気管３内に噴射される。本実施の形態にかかる還元剤噴射弁５５は、噴射孔を閉じる弁体の位置を操作するアクチュエータとして電磁ソレノイドを備え、電磁ソレノイドへの通電時に開弁する一方、非通電時に閉弁する、いわゆるオンオフ弁である。この還元剤噴射弁５５は、一噴射サイクル中に占める開弁時間の割合である噴射デューティ比が制御されることによって、液体還元剤の噴射量が調節されるようになっている。

２．還元剤噴射弁の冷却システム
次に、本実施の形態にかかる還元剤噴射弁の冷却システムについて説明する。
図１において、還元剤噴射弁５５は、冷却ジャケット５７内に装着されて、排気管３に取り付けられている。この冷却ジャケット５７には、還元剤噴射弁５５を冷却するための冷媒が流通可能な冷媒通路５９が形成されている。

還元剤噴射弁５５が装着された冷却ジャケット５７の冷媒通路５９は、内燃機関１の気筒に燃料を噴射するための蓄圧式燃料噴射装置１０における低圧燃料通路３１の途中に介在するように設けられている。燃料タンク１１内の燃料は、通常、外気温度よりも若干高い程度に維持されており、低圧燃料通路３１内を通過する燃料は、排気熱の影響を受けて加熱される還元剤噴射弁５５の温度よりも低い温度となっている。そのため、冷却ジャケット５７内では、直接、又は、排気管３を介して伝達される排気熱の影響によって加熱される還元剤噴射弁５５の有する熱量が、冷媒通路５９を流通する燃料に移動する。その結果、還元剤噴射弁５５の過熱が防止されて、還元剤噴射弁５５が熱害から守られるようになっている。

蓄圧式燃料噴射装置１０は、低圧ポンプ部１３と、高圧ポンプ部２０と、コモンレール１７と、燃料噴射弁５とを主たる構成要素として備えている。この蓄圧式燃料噴射装置１０は、低圧ポンプ部１３によって圧送される燃料を高圧ポンプ部２０で高圧化して、複数の燃料噴射弁５が接続されたコモンレール１７に供給し、燃料噴射弁５の通電操作に伴い燃料を噴射するものとなっている。

低圧ポンプ部１３は、通電制御で出力を調節可能な電磁式ポンプや、内燃機関１の駆動力を利用して駆動するギアポンプ等、特に限定されることなく種々の低圧ポンプを用いることができる。高圧ポンプ部２０は、内燃機関１の駆動力を利用して回転するカム２３の回転に伴ってプランジャ２３が上下動するとともに、プランジャ２３が上昇するときに加圧室２１内の燃料が加圧されて、コモンレール１７に向けて吐出されるように構成されている。

また、本実施の形態において、低圧ポンプ部１３と高圧ポンプ部２０との間には、高圧ポンプ部２０の加圧室２１に導入される燃料の流量を調節するための流量制御弁１５が設けられている。また、コモンレール１７には、コモンレール１７から低圧側に燃料を排出してコモンレール１７内の圧力を調節する圧力制御弁１９が設けられている。これらの流量制御弁１５及び圧力制御弁１９の一方又は双方を制御することによって、燃料の噴射圧力となるコモンレール１７内の圧力が調節される。

かかる蓄圧式燃料噴射装置１０において、低圧ポンプ部１３と高圧ポンプ部２０の間の燃料通路のうち、流量制御弁１５よりも上流側の低圧燃料通路３１の途中に冷媒通路５９が介在している。高圧ポンプ部２０によって燃料が高圧化される前の状態であれば、燃料温度が比較的低い状態となっているために、還元剤噴射弁５５を冷却する冷媒として、燃料を有効に利用することができる。通常、燃料タンク１１内の燃料の温度は外気温度よりも若干高い程度に維持されており、低圧燃料通路３１を流通する燃料の温度も同等の温度となっている。

また、本実施の形態にかかる還元剤噴射弁５５の冷却システムにおいては、低圧ポンプ部１３よりも下流側に冷媒通路５９を介在させてあるために、冷却ジャケット５７の位置まで燃料通路を配管した場合であっても、低圧ポンプ部１３から高圧ポンプ部２０への燃料の圧送効率が低下しないようになっている。具体的に言えば、低圧ポンプ部１３よりも上流側の燃料通路内は負圧状態となるために、低圧ポンプ部１３よりも上流側に冷媒通路５９を介在させた場合には、燃料タンク１１から低圧ポンプ部１３までの燃料通路が長くなって燃料が流通する際の抵抗が増しやすくなる。そうすると、燃料の流通状態に影響が出たり、燃料通路内に空気が入り込んでしまったりするおそれがあることから、正圧状態となっている低圧ポンプ部１３よりも下流側に冷媒通路５９を介在させるようにしている。

また、本実施の形態にかかる還元剤噴射弁５５の冷却システムにおいては、流量制御弁１５よりも上流側に冷媒通路５９を介在させてあるために、高圧ポンプ部２０の加圧室２１に導入される燃料の流量に影響が及ばないようになっている。

このように本実施の形態にかかる還元剤噴射弁５５の冷却システムにおいては、蓄圧式燃料噴射装置５０における低圧燃料通路３１の途中に冷媒通路５９を介在させてあるために、低圧燃料通路３１のレイアウト変更のみを施すことによって、別途特別の燃料供給システムを構築することなく、燃料を冷媒として用いて還元剤噴射弁５５を冷却することができる。また、本実施の形態にかかる還元剤噴射弁５５の冷却システムにおいては、内燃機関１の運転中に、必ず低圧燃料通路３１を燃料が流通することから、排気熱の影響を受けて還元剤噴射弁５５の温度が上昇しやすい状況において、常に冷却効果を得ることができる。

３．変形例
以上説明した本実施の形態にかかる還元剤噴射弁５５の冷却システムは、本発明の一態様を示すものであってこの発明を限定するものではなく、本実施の形態は本発明の範囲内で任意に変更することが可能である。本実施の形態にかかる還元剤噴射弁５５の冷却システムは、例えば、以下のように変更することができる。

（１）本実施の形態において説明した還元剤供給装置５０や排気浄化装置９、蓄圧式燃料噴射装置１０を構成する各要素の構成や種類等はあくまでも一例であって、任意に変更することが可能である。例えば、上述した蓄圧式燃料噴射装置１０は、コモンレール１７内の圧力を調節する手段として、流量制御弁１５及び圧力制御弁１９を備えているが、いずれか一方のみとされていてもよい。また、還元剤供給装置５０や排気浄化装置９の構成についても、説明した構成のものに限定されない。

（２）本実施の形態にかかる還元剤噴射弁５５の冷却システムにおいては、低圧ポンプ部１３よりも下流側、かつ、流量制御弁１５よりも上流側の低圧燃料通路３１の途中に冷媒通路５９を介在させることとしているが、蓄圧式燃料噴射装置１０内を流通する燃料の温度の状態や、低圧ポンプ部１３等の仕様によっては、他の位置の燃料通路の途中に冷媒通路５９を介在させることを妨げるものではない。

１：内燃機関、３：排気管、５：燃料噴射弁、７：ＮＯ_X浄化触媒、９：排気浄化装置、１０：蓄圧式燃料噴射装置、１１：燃料タンク、１３：低圧ポンプ部、１５：流量制御弁、１７：コモンレール、１９：圧力制御弁、２０：高圧ポンプ部、２１：加圧室、３１：低圧燃料通路、５０：還元剤供給装置、５１：還元剤タンク、５３：還元剤圧送ポンプ、５５：還元剤噴射弁、５７：冷却ジャケット、５９：冷媒通路

Claims

内燃機関の排気浄化装置に用いられ、還元剤タンク内の液体還元剤を吸い上げて圧送する還元剤圧送ポンプと、圧送される前記液体還元剤を内燃機関の排気管内に噴射する還元剤噴射弁と、を備えた還元剤供給装置における前記還元剤噴射弁の過熱を防ぐための還元剤噴射弁の冷却システムにおいて、
前記還元剤噴射弁の周囲に、冷媒を流通させる冷媒通路を設け、
前記内燃機関の気筒に燃料を噴射するための燃料噴射装置における燃料通路の途中に前記冷媒通路を介在させ、前記燃料を前記冷媒として用いるように構成したことを特徴とする還元剤噴射弁の冷却システム。
前記燃料噴射装置は、少なくとも、前記燃料を加圧して圧送する高圧ポンプ部と、燃料タンク内の前記燃料を吸い上げて前記高圧ポンプ部に供給する低圧ポンプ部と、を備えており、
前記高圧ポンプ部よりも前記燃料の流通方向の上流側の低圧燃料通路の途中に前記冷媒通路を介在させることを特徴とする請求項１に記載の還元剤噴射弁の冷却システム。
前記低圧ポンプ部と前記高圧ポンプ部との間に備えられた低圧燃料通路の途中に前記冷媒通路を介在させることを特徴とする請求項２に記載の還元剤噴射弁の冷却システム。