JP2015206262A - 燃料添加構造 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料添加弁の噴射口周囲におけるデポジットの形成を抑制し得る燃料添加構造を提供する。
【解決手段】エキゾーストコネクタ４の水平部４ａ（排気系路）の途中に燃料添加弁６を取り付け且つ該燃料添加弁６から水平部４ａ内を流れる排気ガス８に燃料（図中の矢印Ｆを参照）を添加するようにした燃料添加構造に関し、水平部４ａにおける燃料添加弁６と対向する位置に前記水平部４ａの内側から外側に向けて窪む溝部１０を形成すると共に、該溝部１０に向けて前記燃料添加弁６から燃料を噴射し得るように構成し、該燃料添加弁６からの噴射燃料を衝突させて上流側へ跳ね返し得るよう前記溝部１０に反射面９を形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、排気系路の途中に取り付けた燃料添加弁により前記排気系路内を流れる排気ガスに燃料を添加するようにした燃料添加構造に関するものである。

ディーゼルエンジンから排出されるパティキュレート（Particulate Matter：粒子状物質）は、炭素質から成る煤分と、高沸点炭化水素成分から成るＳＯＦ分（Soluble Organic Fraction：可溶性有機成分）とを主成分とし、更に微量のサルフェート（ミスト状硫酸成分）を含んだ組成を成すものであるが、この種のパティキュレートの低減対策として、排気ガスが流通する排気管の途中に、パティキュレートフィルタを装備することが行われている。

前記パティキュレートフィルタは、コージェライト等のセラミックから成る多孔質のハニカム構造となっており、格子状に区画された各流路の入口が交互に目封じされ、入口が目封じされていない流路については、その出口が目封じされるようになっており、各流路を区画する多孔質薄壁を透過した排気ガスのみが下流側へ排出されるようにしてある。

そして、排気ガス中のパティキュレートは、前記多孔質薄壁の内側表面に捕集されて堆積するので、目詰まりにより排気抵抗が増加しないうちにパティキュレートを適宜に燃焼除去してパティキュレートフィルタの再生を図る必要があるが、通常のディーゼルエンジンの運転状態にあっては、パティキュレートが自己燃焼するほどの高い排気温度が得られる機会が少ないため、酸化触媒を一体的に担持させた触媒再生型のパティキュレートフィルタが採用されている。

このような触媒再生型のパティキュレートフィルタを採用すれば、捕集されたパティキュレートの酸化反応が促進されて着火温度が低下し、従来より低い排気温度でもパティキュレートを燃焼除去することが可能となるが、斯かる触媒再生型のパティキュレートフィルタを採用した場合であっても、排気温度の低い運転領域では、パティキュレートの処理量よりも捕集量が上まわってしまうので、このような低い排気温度での運転状態が続くと、パティキュレートフィルタの再生が良好に進まずに該パティキュレートフィルタが過捕集状態に陥る虞れがある。

そこで、パティキュレートフィルタの前段に再生用の酸化触媒を別途配置し、パティキュレートの堆積量が増加してきた段階で前記酸化触媒より上流側の排気ガス中に燃料を添加してパティキュレートフィルタを積極的に強制再生することが行われている。

つまり、パティキュレートフィルタより上流側で添加された燃料が前段の酸化触媒を通過する間に酸化反応し、その反応熱で昇温した排気ガスの流入により直後のパティキュレートフィルタの触媒床温度が上げられてパティキュレートが燃やし尽くされ、パティキュレートフィルタの再生化が図られることになる。

この種の燃料添加を実行するための具体的手段としては、圧縮上死点付近で行われる燃料のメイン噴射に続いて圧縮上死点より遅い非着火のタイミングでポスト噴射を追加することで排気ガス中に燃料を添加するのが一般的である。

そして、このようにポスト噴射で燃料添加を行うと、燃料とエンジンオイルと煤分とＨＣガスとが高温高圧環境下で混ざり合うことでＨＣ重合が起こり易くなり、ＥＧＲクーラの出口等における急激な温度低下を伴う箇所でタール状の粘度の高い重合物が生成され、この重合物が吸気系や動弁系に悪影響を及ぼす虞れがあったため、ターボチャージャのタービンより下流の排気系路の途中に燃料添加弁を装備し、該燃料添加弁により燃料を排気系路内に直噴することで燃料添加を行うことが既に提案されている。

ただし、このような燃料添加弁による直噴方式を採用する場合、その噴射口を排気ガスの流れの上流側に向けてしまうと、煤分を含む排気ガスが前記噴射口に対し正面から勢い良く吹き付けて該噴射口が煤分により閉塞し易くなってしまうため、排気ガスの流れの上流側に噴射口を向けないように燃料を噴射するのが通常であるが、このように燃料を噴射した場合には、該燃料が円滑に排気ガスの流れに乗って微細化や拡散が起こらないまま進んでしまい易く、燃料添加弁から添加した燃料の蒸発と分散が良好に進まない虞れがある。

そこで、本発明者は、図３及び図４に示すように、ターボチャージャ１のタービン２出口と排気管３との間を接続しているエキゾーストコネクタ４の水平部４ａ（排気系路）の上側に、該水平部４ａの内側から外側に向けて窪む噴霧ポケット５を形成して該噴霧ポケット５内に燃料添加弁６を貫通配置すると共に、該燃料添加弁６と前記水平部４ａの直径方向に対向する下側に、前記燃料添加弁６からの噴射燃料（図中の矢印Ｆを参照）を衝突させて上流側へ跳ね返し得るように反射面７を形成した燃料添加構造を創案するに到った。

このようにすれば、燃料添加弁６からの燃料が反射面７に衝突して上流側へ跳ね返されることにより排気ガス８の流れに対し対向流として混ざり、排気ガス８の流れに正面からぶつかることで前記燃料の蒸発と分散が著しく促進されることになる。

尚、この種の燃料添加構造に関連する先行技術文献情報としては下記の特許文献１等がある。

特開２０１０−２０３２４８号公報

しかしながら、先の図３及び図４で提案している従来構造にあっては、エキゾーストコネクタ４の水平部４ａにおける下側の部位を該水平部４ａの外側から内側に隆起させて反射面７を形成し、噴射燃料の勢いを保つべく燃料添加弁６からの噴射距離があまり長くならないようにしていたため、結果的に前記反射面７が排気ガス８の流れに張り出して該流れを燃料添加弁６側へ偏向させてしまい、該燃料添加弁６の噴射口周囲に燃料の粒と煤分とが結びついたものが堆積してデポジットが発生し易くなるという問題が生じた。

尚、このデポジットを放置しておくと、最終的に燃料添加弁６の噴射口周囲が閉空間となって排気ガス８への燃料添加ができなくなってしまうため、燃料添加弁６の装着部分を定期的に分解して清掃しなければならず、その清掃作業に多大な労力と時間を要することから大きな作業負担となっていた。

本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、燃料添加弁の噴射口周囲におけるデポジットの形成を抑制し得る燃料添加構造を提供することを目的としている。

本発明は、排気系路の途中に燃料添加弁を取り付け且つ該燃料添加弁から排気系路内を流れる排気ガスに燃料を添加するようにした燃料添加構造であって、排気系路における燃料添加弁と対向する位置に前記排気系路の内側から外側に向けて窪む溝部を形成すると共に、該溝部に向けて前記燃料添加弁から燃料を噴射し得るように構成し、該燃料添加弁からの噴射燃料を衝突させて上流側へ跳ね返し得るよう前記溝部に反射面を形成したことを特徴とするものである。

而して、このようにすれば、燃料添加弁からの噴射燃料が反射面に衝突して上流側へ跳ね返されることで排気ガスの流れに対し対向流として混ざり、噴射燃料が排気ガスの流れに正面からぶつかることで蒸発と分散が著しく促進されることになる一方、排気系路の内側から外側に向けて窪む溝部に反射面が形成されているので、該反射面が排気ガスの流れに張り出さなくなって該流れが燃料添加弁側へ偏向しなくなり、燃料添加弁の噴射口周囲におけるデポジットの形成が抑制される。

また、本発明においては、前記反射面を前記燃料添加弁に対し排気系路の直径方向に対向する位置から円周方向にずらした位置に形成すると良く、このようにすれば、前記燃料添加弁からの距離が最も遠くなってしまう前記排気系路の直径方向に対向する位置を避け、より近い位置に前記反射面を形成することが可能となり、前記燃料添加弁からの距離を縮めて噴射燃料の勢いを保ち易くすることが可能となる。

更に、本発明においては、前記溝部を前記反射面に衝突して液化した燃料を貯留し得るように形成することが好ましく、このようにすれば、前記反射面に衝突して跳ね返されずにそのまま液化してしまった燃料が前記溝部に貯留され、ここで排気ガスからの熱を受けつつ徐々に蒸発されていくことになる。

上記した本発明の燃料添加構造によれば、下記の如き種々の優れた効果を奏し得る。

（Ｉ）本発明の請求項１に記載の発明によれば、燃料添加弁の噴射口を排気ガスの流れの上流側に向けないようにして該噴射口の煤分による閉塞を防止しながらも、燃料添加弁からの噴射燃料を反射面に衝突させて上流側へ跳ね返すことで排気ガスの流れに対し対向流として混ぜ、噴射燃料を排気ガスの流れに正面からぶつけることで蒸発と分散を著しく促進することができ、しかも、その反射面を排気ガスの流れに張り出させないようにして該流れの燃料添加弁側への偏向を防止することができて、燃料添加弁の噴射口周囲におけるデポジットの形成を抑制することができるので、燃料添加弁の装着部分を分解して清掃するといった面倒な清掃作業の頻度を大幅に減らすことができ、その清掃作業に要する労力と時間を削減して作業負担の大幅な軽減化を図ることができる。

（ＩＩ）本発明の請求項２に記載の発明によれば、排気系路の内側から外側に向けて窪む溝部に反射面を形成して該反射面を排気ガスの流れに張り出させないようにしても、燃料添加弁からの距離を縮めて噴射燃料の勢いを保ち易くすることができるので、噴射燃料を反射面に効果的に衝突させて良好に上流側へ跳ね返すことができる。

（ＩＩＩ）本発明の請求項３に記載の発明によれば、反射面に衝突して跳ね返されずにそのまま液化してしまった燃料を溝部に貯留し、ここで排気ガスからの熱により徐々に蒸発させることができるので、噴射燃料の分散蒸発性を確実に高く維持することができる。

本発明を実施する形態の一例を示す一部を切欠いた概略図である。 図１のＩＩ−ＩＩ矢視の断面図である。 従来例を示す一部を切欠いた概略図である。 図３のＩＶ−ＩＶ矢視の断面図である。

以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。

図１及び図２は本発明を実施する形態の一例を示すもので、本形態例においては、前述した図３及び図４の従来例の場合と同様に、ターボチャージャ１のタービン２出口と排気管３との間を接続しているエキゾーストコネクタ４の水平部４ａ（排気系路）の上側に、該水平部４ａの内側から外側に向けて窪む噴霧ポケット５を形成して該噴霧ポケット５内に燃料添加弁６を貫通配置するようにしているが、この燃料添加弁６からの距離が最も遠くなってしまう前記水平部４ａの直径方向に対向する位置から円周方向にずらした位置を反射面９とし、該反射面９に向けて前記燃料添加弁６から噴射燃料（図中の矢印Ｆを参照）を噴射し得るようにしてある。

ここで、前記反射面９は、前記エキゾーストコネクタ４の水平部４ａにおける燃料添加弁６と対向する位置で前記水平部４ａの内側から外側に向けて窪むように形成された溝部１０に形成されるようになっており、この溝部１０の下流側の部分を排気ガス８の流れ方向へ向かうに従い内側へ傾斜するように形成することで、前記反射面９が前記燃料添加弁６からの噴射燃料を衝突させて上流側へ跳ね返し得るようにしてある。

この際、前記溝部１０は、前記燃料添加弁６と支障なく対向させることが可能な位置であれば前記水平部４ａの円周方向の何れに形成しても良いが、ここでは前記水平部４ａの下側まで網羅させるように形成し、前記反射面９に衝突して液化した燃料を最下位置にて貯留し得るようにしてある。

尚、図示では前記溝部１０を一様なＶ字断面を成すように形成した場合を例示しているが、燃料添加弁６からの噴射燃料が衝突する位置に反射面９が形成されるようになっていれば良い。

而して、このようにすれば、燃料添加弁６からの噴射燃料が反射面９に衝突して上流側へ跳ね返されることで排気ガス８の流れに対し対向流として混ざり、噴射燃料が排気ガス８の流れに正面からぶつかることで蒸発と分散が著しく促進されることになる一方、前記水平部４ａの内側から外側に向けて窪む溝部１０に反射面９が形成されているので、該反射面９が排気ガス８の流れに張り出さなくなって該流れが燃料添加弁６側へ偏向しなくなり、燃料添加弁６の噴射口周囲におけるデポジットの形成が抑制される。

また、前記反射面９を前記燃料添加弁６に対し前記水平部４ａの直径方向に対向する位置から円周方向にずらした位置に形成しているので、前記燃料添加弁６からの距離が最も遠くなってしまう前記水平部４ａの直径方向に対向する位置を避け、より近い位置に前記反射面９を形成することが可能となり、前記燃料添加弁６からの距離を縮めて噴射燃料の勢いを保ち易くすることが可能となる。

更に、前記溝部１０を前記水平部４ａの下側まで網羅させるように形成し、その最下位置にて燃料を貯留し得るようにしてあるので、前記反射面９に衝突して跳ね返されずにそのまま液化してしまった燃料が前記溝部１０に貯留され、ここで排気ガス８からの熱を受けつつ徐々に蒸発されていくことになる。

従って、上記形態例によれば、燃料添加弁６の噴射口を排気ガス８の流れの上流側に向けないようにして該噴射口の煤分による閉塞を防止しながらも、燃料添加弁６からの噴射燃料を反射面９に衝突させて上流側へ跳ね返すことで排気ガス８の流れに対し対向流として混ぜ、噴射燃料を排気ガス８の流れに正面からぶつけることで蒸発と分散を著しく促進することができ、しかも、その反射面９を排気ガス８の流れに張り出させないようにして該流れの燃料添加弁６側への偏向を防止することができて、燃料添加弁６の噴射口周囲におけるデポジットの形成を抑制することができるので、燃料添加弁６の装着部分を分解して清掃するといった面倒な清掃作業の頻度を大幅に減らすことができ、その清掃作業に要する労力と時間を削減して作業負担の大幅な軽減化を図ることができる。

また、前記水平部４ａの内側から外側に向けて窪む溝部１０に反射面９を形成して該反射面９を排気ガス８の流れに張り出させないようにしても、燃料添加弁６からの距離を縮めて噴射燃料の勢いを保ち易くすることができるので、噴射燃料を反射面９に効果的に衝突させて良好に上流側へ跳ね返すことができる。

更に、反射面９に衝突して跳ね返されずにそのまま液化してしまった燃料を溝部１０に貯留し、ここで排気ガス８からの熱により徐々に蒸発させることができるので、噴射燃料の分散蒸発性を確実に高く維持することもできる。

尚、本発明の燃料添加構造は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、図示ではエキゾーストコネクタの水平部の上側に燃料添加弁を取り付けた例を示しているが、エキゾーストコネクタの水平部以外を排気系路として燃料添加弁を取り付けても良く、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

４ａ 水平部（排気系路）
６ 燃料添加弁
８ 排気ガス
９ 反射面
１０ 溝部

Claims (3)

1. 排気系路の途中に燃料添加弁を取り付け且つ該燃料添加弁から排気系路内を流れる排気ガスに燃料を添加するようにした燃料添加構造であって、排気系路における燃料添加弁と対向する位置に前記排気系路の内側から外側に向けて窪む溝部を形成すると共に、該溝部に向けて前記燃料添加弁から燃料を噴射し得るように構成し、該燃料添加弁からの噴射燃料を衝突させて上流側へ跳ね返し得るよう前記溝部に反射面を形成したことを特徴とする燃料添加構造。
2. 前記反射面を前記燃料添加弁に対し排気系路の直径方向に対向する位置から円周方向にずらした位置に形成したことを特徴とする請求項１に記載の燃料添加構造。
3. 前記溝部を前記反射面に衝突して液化した燃料を貯留し得るように形成したことを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料添加構造。

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