JP2018112072A - Exhaust system for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は内燃機関の排気システムに関する。 The present invention relates to an exhaust system for an internal combustion engine.
ディーゼルエンジン等の内燃機関の排気システムにおいて、排気管に上流側から順に、排気絞り弁とセンサとインジェクタとを設ける場合がある。周知のように、排気絞り弁は、排気管内の排気通路を開閉し、その全閉時に少量の排気ガスの通過を許容しつつ排気通路を略全閉に絞る装置である。センサは例えば、排気ガスの空気過剰率(λ)を検出するためのラムダセンサである。インジェクタは例えば、その下流側に設置されたパティキュレートフィルタの再生時等に、パティキュレートフィルタに供給する排気ガスを昇温する目的で、排気通路内に液体である燃料を噴射する装置である。 In an exhaust system of an internal combustion engine such as a diesel engine, an exhaust throttle valve, a sensor, and an injector may be provided in the exhaust pipe in order from the upstream side. As is well known, an exhaust throttle valve is a device that opens and closes an exhaust passage in an exhaust pipe and restricts the exhaust passage to a substantially fully closed state while allowing a small amount of exhaust gas to pass when the exhaust passage is fully closed. The sensor is, for example, a lambda sensor for detecting an excess air ratio (λ) of exhaust gas. The injector is a device that injects liquid fuel into the exhaust passage for the purpose of raising the temperature of exhaust gas supplied to the particulate filter, for example, during regeneration of the particulate filter installed downstream thereof.
ところで、こうした排気システムでは、排気絞り弁の弁体を全閉にする一方で、インジェクタから燃料を噴射する状況が発生し得る。この場合、弁体の外周縁部の少なくとも一部と、排気管との間に隙間が形成され、その隙間を通じて排気ガスが流れる。 By the way, in such an exhaust system, a state in which fuel is injected from the injector may occur while the valve body of the exhaust throttle valve is fully closed. In this case, a gap is formed between at least a part of the outer peripheral edge of the valve body and the exhaust pipe, and the exhaust gas flows through the gap.
しかし、その隙間を通過した排気ガスに起因して、センサの下流側からセンサに向かってくるような排気ガスの逆流が生じることがある。すると、インジェクタから噴射された燃料の噴霧もしくは液滴の一部がその逆流に乗ってセンサに向かい、センサに付着し、センサを破損させる虞がある。 However, due to the exhaust gas passing through the gap, there may be a backflow of exhaust gas coming from the downstream side of the sensor toward the sensor. Then, a part of the spray or droplet of the fuel injected from the injector rides on the reverse flow and goes to the sensor, adheres to the sensor, and may damage the sensor.
そこで本発明は、かかる事情に鑑みて創案され、その目的は、排気絞り弁の弁体を全閉にし且つインジェクタから液体を噴射したときのセンサの破損を抑制することができる内燃機関の排気システムを提供することにある。 Accordingly, the present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide an exhaust system for an internal combustion engine that can prevent damage to the sensor when the valve body of the exhaust throttle valve is fully closed and liquid is injected from the injector. Is to provide.
本発明の一の態様によれば、
排気通路を画成する排気管と、
前記排気管に設けられた排気絞り弁と、
前記排気管において前記排気絞り弁の下流側に設けられたセンサと、
前記排気管において前記センサの下流側に設けられ、前記排気通路内に液体を噴射するインジェクタと、
を備え、
前記排気絞り弁が、前記排気通路内に配置された弁体を有し、前記弁体が、その全閉時に前記センサまたはその近傍に指向される弁体孔を有する
ことを特徴とする内燃機関の排気システムが提供される。
According to one aspect of the invention,
An exhaust pipe defining an exhaust passage;
An exhaust throttle valve provided in the exhaust pipe;
A sensor provided downstream of the exhaust throttle valve in the exhaust pipe;
An injector that is provided downstream of the sensor in the exhaust pipe and injects liquid into the exhaust passage;
With
The exhaust throttle valve has a valve body disposed in the exhaust passage, and the valve body has a valve body hole directed to the sensor or the vicinity thereof when fully closed. An exhaust system is provided.
好ましくは、前記弁体の全閉時に、前記弁体の外周縁部の少なくとも一部と、前記排気管との間に隙間が形成され、
前記排気システムが、前記隙間を通過した排気ガスに起因して生成され前記センサに向かう排気ガスの逆流を、前記弁体孔を通過した排気ガスの流れによって抑制するように構成されている。
Preferably, when the valve body is fully closed, a gap is formed between at least a part of the outer peripheral edge of the valve body and the exhaust pipe,
The exhaust system is configured to suppress the backflow of the exhaust gas generated due to the exhaust gas that has passed through the gap and directed toward the sensor by the flow of the exhaust gas that has passed through the valve body hole.
好ましくは、前記センサが、前記排気通路内に露出される検出素子を有し、
前記弁体孔が、前記弁体の全閉時に前記検出素子またはその近傍に指向される。
Preferably, the sensor has a detection element exposed in the exhaust passage,
The valve body hole is directed to the detection element or the vicinity thereof when the valve body is fully closed.
好ましくは、前記センサが、ラムダセンサ、NOxセンサ、PMセンサおよび圧力センサのいずれかである。 Preferably, the sensor is any one of a lambda sensor, a NOx sensor, a PM sensor, and a pressure sensor.
好ましくは、前記弁体が、バタフライ式弁体、ポペット式弁体、スイング式弁体およびシャッター式弁体のいずれかである。 Preferably, the valve body is any one of a butterfly valve body, a poppet valve body, a swing valve body, and a shutter valve body.
好ましくは、前記液体が燃料である。 Preferably, the liquid is a fuel.
好ましくは、前記排気システムが、
前記排気管において前記インジェクタの下流側に設けられた酸化触媒と、
前記排気管において前記酸化触媒の下流側に設けられたパティキュレートフィルタと、
前記パティキュレートフィルタのアイドル再生時に、前記排気絞り弁の前記弁体を全閉に制御し、かつ前記インジェクタから前記液体である燃料を噴射させる制御ユニットと、をさらに備える。
Preferably, the exhaust system is
An oxidation catalyst provided downstream of the injector in the exhaust pipe;
A particulate filter provided downstream of the oxidation catalyst in the exhaust pipe;
And a control unit for controlling the valve body of the exhaust throttle valve to be fully closed and injecting the fuel as the liquid from the injector during idle regeneration of the particulate filter.
本発明によれば、排気絞り弁の弁体を全閉にし且つインジェクタから燃料を噴射したときのセンサの破損を抑制することができる。 According to the present invention, it is possible to suppress damage to the sensor when the valve body of the exhaust throttle valve is fully closed and fuel is injected from the injector.
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
図1に、本実施形態に係る内燃機関の構成を示す。本実施形態における内燃機関(エンジン)1は、車両に搭載された車両動力源としての圧縮着火式内燃機関すなわちディーゼルエンジンである。車両はトラック等の大型車両であるが、車両の種類、形式、用途等に特に限定はなく、例えば乗用車等の小型車両であってもよい。また必要に応じてエンジンの種類も変更できる。例えばエンジンはガソリンエンジンであってもよい。図示例は直列4気筒エンジンを示すが、エンジンのシリンダ配置形式、気筒数等は任意である。 FIG. 1 shows a configuration of an internal combustion engine according to the present embodiment. An internal combustion engine (engine) 1 in the present embodiment is a compression ignition internal combustion engine, that is, a diesel engine as a vehicle power source mounted on a vehicle. The vehicle is a large vehicle such as a truck, but the type, type, application, etc. of the vehicle is not particularly limited, and may be a small vehicle such as a passenger car. You can also change the engine type as needed. For example, the engine may be a gasoline engine. Although the illustrated example shows an in-line four-cylinder engine, the cylinder arrangement type, the number of cylinders, and the like of the engine are arbitrary.
エンジン1の各気筒には、筒内に燃料を直接噴射するための筒内インジェクタ2が設けられている。またエンジン1には、各気筒の排気ポートから排出された排気ガスを集合させるための排気マニホールド3が取り付けられている。排気マニホールド3の出口部に、ターボチャージャ4のタービン4Tの入口部が接続されている。タービン4Tの出口部には排気管5の上流端部が接続されており、排気管5はその内部に断面円形の排気通路6を画成する。なお4Cはターボチャージャ4のコンプレッサを示すが、本実施形態は排気システムの構成に特徴があるため、吸気システムの構成については説明および図示を省略し、以下、排気システムの構成について詳述する。
Each cylinder of the engine 1 is provided with an in-cylinder injector 2 for directly injecting fuel into the cylinder. The engine 1 is also provided with an exhaust manifold 3 for collecting exhaust gases discharged from the exhaust ports of the cylinders. The inlet of the
排気管5において、タービン4Tの下流側には、排気絞り弁の一例である排気ブレーキバルブ7が設けられ、排気ブレーキバルブ7の下流側にはセンサとしてのラムダセンサ8が設けられ、ラムダセンサ8の下流側にはインジェクタとしての排気管インジェクタ9が設けられている。排気ブレーキバルブ7は、排気通路6内に配置された弁体7Aと、弁体7Aを開閉作動させるアクチュエータ7Bとを備える。本実施形態ではバタフライ式の弁体7Aが用いられ、空圧作動式のアクチュエータ7Bが用いられている。ラムダセンサ8は、排気ガスの空気過剰率λもしくは空燃比を検出するためのセンサである。排気管インジェクタ9は排気通路6内に液体としての燃料を噴射する装置である。なお排気ブレーキバルブ7は、排気管5内の排気通路6を開閉し、その全閉時に少量の排気ガスの通過を許容しつつ排気通路6を略全閉に絞る装置である。
In the
排気ブレーキバルブ7はタービン4Tの直後の位置に配置されている。また排気ブレーキバルブ7、ラムダセンサ8および排気管インジェクタ9は互いに近接して配置され、これら全体がコンパクトにレイアウトされている。
The
排気管5において、排気管インジェクタ9から比較的離れたその下流側には、上流側から順に、酸化触媒(DOC)10、パティキュレートフィルタ(以下「DPF」という)11、NOx触媒12およびアンモニア酸化触媒13がそれぞれ設けられている。これら酸化触媒10、DPF11、NOx触媒12およびアンモニア酸化触媒13はそれぞれ後処理装置をなす。
In the
酸化触媒10は、排気ガス中の未燃成分(炭化水素HCおよび一酸化炭素CO)を酸化して浄化すると共に、このときの反応熱で排気ガスを加熱昇温し、また排気中のNOをNO2に酸化する。DPF11は、所謂連続再生式の触媒付きDPFからなり、排気中に含まれる粒子状物質(PM)を捕集すると共に、捕集したPMを連続的に燃焼除去する。NOx触媒12は、本実施形態では選択還元型NOx触媒(SCR)からなり、NOx触媒12の上流側に設置された添加弁14から尿素水が添加された場合に、当該尿素水に由来するアンモニアを還元剤として排気中のNOxを還元除去する。アンモニア酸化触媒13は、NOx触媒12から排出された余剰アンモニアを酸化して浄化する。
The
また本実施形態において、制御ユニットもしくはコントローラをなす電子制御ユニット(以下「ECU」という)100が設けられる。ECU100はCPU、ROM、RAM、入出力ポートおよび記憶装置等を含む。ECU100は、予め記憶されたプログラムに従って、筒内インジェクタ2、排気ブレーキバルブ7(特にそのアクチュエータ7B)、排気管インジェクタ9および添加弁25を制御するように構成されている。
In the present embodiment, an electronic control unit (hereinafter referred to as “ECU”) 100 serving as a control unit or a controller is provided.
センサ類に関して、上述のラムダセンサ8の他、エンジンの回転速度、具体的には毎分当たりの回転数(rpm)を検出するための回転数センサ21、およびアクセル開度を検出するためのアクセル開度センサ22が設けられている。また、DPF11の前後の差圧を検出するための差圧センサ23、および後述する手動再生の実行時に手動でオンされる再生スイッチ24も設けられている。これらセンサ類の出力信号はECU100に送られる。
Regarding the sensors, in addition to the
ECU100は、ラムダセンサ8により検出された空気過剰率の値を用いてエンジン1の各種制御および演算処理を実行する。例えばECU100は、その検出値を用いてEGRの制御を行ったりする。
The
またECU100は、車両減速中、アクセル開度ゼロ、かつエンジン回転数が所定の復帰回転数より高いというフューエルカット実行条件が満たされたとき、筒内インジェクタ2の燃料噴射量をゼロとするフューエルカットを行い、車両をエンジンブレーキで減速させる。そしてこのとき、排気ブレーキバルブ7の作動条件が満たされていれば、併せて排気ブレーキバルブ7を作動させ、エンジンブレーキ力を増加させる。このときECU100はアクチュエータ7Bに閉弁指示信号を送って弁体7Aを全閉に制御する。他方、排気ブレーキバルブ7の作動条件が満たされていない場合、ECU100は、アクチュエータ7Bに開弁指示信号を送って弁体7Aを全開に制御し、排気ブレーキバルブ7を非作動状態とする。排気ブレーキバルブ7の作動条件は、例えば、フューエルカット実行条件が満たされ且つ図示しない排気ブレーキスイッチがオンのとき満たされ、それ以外のとき満たされないとすることができる。
In addition, the
またECU100は、差圧センサ23により検出された差圧に基づきDPF11に堆積したPMの量、すなわちPM堆積量を推定する。そして、推定したPM堆積量が所定の許容上限値を超えたと判断したとき、その堆積PMを強制的に燃焼除去してDPF11のPM捕集能を回復させるフィルタ再生制御を実行する。このフィルタ再生制御の際、ECU100は、排気管インジェクタ9から燃料を噴射させる。するとこの燃料が酸化触媒10により燃焼され、酸化触媒10において排気ガスが昇温される。酸化触媒10からは高温な排気ガスが排出される。この高温の排気ガスがDPF11に供給され、DPF11内の堆積PMが燃焼除去される。他方ECU100は、推定したPM堆積量が、許容上限値より低い所定の許容下限値を下回ったと判断したとき、フィルタ再生制御を停止する。
Further, the
以上は、DPF11の再生を自動的に行う自動再生の例であるが、この他に手動再生が行われる場合もある。すなわちECU100は、再生スイッチ24がオンされたとき、推定したPM堆積量が許容上限値を超えていなくても、強制的に前記フィルタ再生制御を実行する。但し、PM堆積量が許容上限値を超えると図示しない警告装置(例えば警告灯)が作動され、通常は、これに応じて運転者が再生スイッチ24をオンする。よって再生スイッチ24がオンされるタイミングは、やはりPM堆積量が許容上限値を超えたタイミングが多い。
The above is an example of automatic regeneration in which regeneration of the
なお、NOx触媒12は、SCRでなく、吸蔵還元型NOx触媒(LNTという)であってもよい。この場合、LNTに吸蔵されたNOxおよび硫黄成分を除去するLNT再生制御を行ってもよく、このときにフィルタ再生制御時と同様、排気管インジェクタ9から燃料を噴射させてもよい。
The
次に、排気ブレーキバルブ7、ラムダセンサ8および排気管インジェクタ9を含む排気システムの構成について、図2および図3を参照しつつ説明する。図3は図2のIII−III断面図である。
Next, the configuration of the exhaust system including the
前述したように、排気管5には、排気ブレーキバルブ7、ラムダセンサ8および排気管インジェクタ9が、上流側からこの順番で、互いに近接して配置されている。排気管5は、図示する部分において屈曲形状を有するが、その形状は任意である。ここで排気管5は、管材により形成されたものに限らず、例えば鋳造品であってもよい。排気ガスが流通される排気通路6を画成する任意の部材を排気管5とすることができる。排気通路6は、その中心軸である通路軸C1に沿って延びている。
As described above, in the
排気ブレーキバルブ7は、排気通路6内に配置され開閉可能なバタフライ式弁体7Aと、弁体7Aが固定されたバルブシャフト31とを有する。バルブシャフト31は、円形板状の弁体7Aの直径に沿って弁体7Aに取り付けられ、その両端部が排気管5の軸受部32により回転可能に支持されている。バルブシャフト31の一端部(図2の上端部)は図外の位置で前述のアクチュエータ7Bに連結され、アクチュエータ7Bによって回動される。この回動により、弁体7Aは、図2および図3に示す全閉位置と、図3に仮想線で示す全開位置との間で、バルブ軸C2を中心として回動可能、すなわち開閉可能である。
The
ラムダセンサ8は、センサ本体35と、センサ本体35の先端部から突出された検出素子36と、センサ本体35に固定され検出素子36を覆うセンサカバー37と、センサカバー37に設けられた複数のカバー孔38とを備える。検出素子36およびセンサカバー37により検出部39が形成される。検出素子36は、カバー孔38を通じて排気通路6内に露出される。またラムダセンサ8は、検出素子36ひいては検出部39が排気通路6内に配置されるように、排気管5に取り付けられる。
The
ラムダセンサ8の取付方法は任意である。本実施形態では、排気管5にセンサ取付用ボス40が外側に突出して設けられ、ボス40の中心部にセンサ取付穴41が貫通して設けられている。センサ取付穴41の基端部には雌ネジ42が形成されている。センサ本体35には、雄ネジ43と、スパナ等の工具を係合させるための工具係合部44とが設けられている。工具係合部44に工具が係合され、雄ネジ43が雌ネジ42に締め付けられることによって、ラムダセンサ8がボス40ひいては排気管5に取り付けられる。
The method of attaching the
この取付状態において、検出部39が概ねセンサ取付穴41内に隙間を隔てて収容され、検出部39の先端部のみがセンサ取付穴41から排気通路6内に突出される。もっとも、センサ取付穴41が排気通路6と連通しているので、実質的には、検出部39ないし検出素子36の全体が排気通路6内に露出されることとなる。センサカバー37は、排気通路6内の異物が検出素子36に付着するのを抑制する。センサ本体35、検出素子36、センサカバー37およびセンサ取付穴41は、ラムダセンサ8の中心軸であるセンサ軸C3に同軸である。図3に示すようにセンサ軸C3は、概ね通路軸C1の方に向けられ、かつ、排気通路6の下流側に向かうよう僅かに傾斜されている。
In this attached state, the
ラムダセンサ8の内部構造および検出原理は周知なので、詳細な説明は割愛する。検出素子36にはセラミックヒータ等の電熱ヒータが内蔵され、ラムダセンサ8が空気過剰率を検出可能となる(すなわち活性となる)所定の高温(例えば約700℃)まで、検出素子36が加熱されるようになっている。このヒータのオン・オフ、ひいては検出素子36の温度は、ECU100によって制御される。
Since the internal structure and detection principle of the
排気管インジェクタ9は、その先端面に噴孔45を有し、この噴孔45から、所定の噴霧角αおよび噴射圧力で、排気通路6内に燃料Lを噴射するようになっている。噴孔45ないし噴霧中心C4は、概ね通路軸C1に向けられ、かつ、排気通路6の下流側に向かうよう僅かに傾斜されている。この噴霧中心C4に対し排気管インジェクタ9は同軸に配置される。
The
排気管インジェクタ9の取付方法も任意である。本実施形態では、排気管5にインジェクタ取付用ボス46が外側に突出して設けられ、ボス46の中心部にインジェクタ取付穴47が貫通して設けられている。ボス46の基端面には複数の雌ネジ穴48が設けられている。排気管インジェクタ9には、噴孔45よりやや基端側の位置にて拡径側に突出するフランジ49と、雌ネジ穴48に対応してフランジ49に設けられた複数のボルト挿通孔50とが設けられている。フランジ49がボス46の基端面に着座され、複数のボルト51がボルト挿通孔50に挿通された後、雌ネジ穴48に締め付けられることによって、排気管インジェクタ9がボス46ひいては排気管5に取り付けられる。
The method of attaching the
図2に示すように、排気通路6は、弁体7Aの位置から下流側ないし前方に向かうに従って、一旦、図2の斜め下方に向かって屈曲された後、図2の上方に向かって緩く湾曲されている。ラムダセンサ8の検出部39およびセンサ取付穴41は、前者の屈曲部の直後の位置に配置されている。また排気管インジェクタ9は、後者の湾曲部の位置に概ね配置されている。
As shown in FIG. 2, the
ここで図2の左側を前、右側を後、紙面厚さ方向手前側を左、紙面厚さ方向奥側を右、上側を上、下側を下と定義すると、ラムダセンサ8は排気管5の右側に配置され、排気管インジェクタ9は排気管5の下側に配置され、両者の通路軸C1回りの位相は約90°異なっている。そしてバルブ軸C2は上下方向に延びている。
If the left side in FIG. 2 is defined as the front, the right side is the rear, the front side in the thickness direction of the paper is defined as left, the back side in the thickness direction of the paper is defined as right, the upper side is defined as up, and the lower side is defined as down. The
ところで、図2および図3に示すように、排気ブレーキバルブ7の弁体7Aには、これを厚さ方向に貫通する複数の孔、すなわち弁体孔60が設けられている。これら弁体孔60は、弁体7Aの全閉時に、ラムダセンサ8、特にその検出素子36またはその近傍に指向されるように配置されている。
2 and 3, the
本実施形態において、弁体孔60は三つであるが、その数は任意であり、一つ、二つまたは四つ以上であってもよい。また本実施形態において、三つの弁体孔60は、上下方向に等間隔で互いに平行に並列配置され、その中央の一つは通路軸C1と同じ高さに位置され、ラムダセンサ8と略同じ高さ位置に配置されている。また三つの弁体孔60は、通路軸C1に直交するバルブ軸C2から等しく所定距離を隔てた右側、つまりラムダセンサ8の設置側に配置されている。これにより、ラムダセンサ8の非設置側(左側)に配置した場合に比べ、弁体孔60をラムダセンサ8により近づけることができる。もっとも、弁体孔60の設置位置も変更可能であり、例えばラムダセンサ8の非設置側(左側)に配置してもよい。
In the present embodiment, the number of valve body holes 60 is three, but the number is arbitrary, and may be one, two, four or more. In the present embodiment, the three valve element holes 60 are arranged in parallel in parallel with each other at equal intervals in the vertical direction, and one of the centers is located at the same height as the passage axis C1 and is substantially the same as the
図3に中央の弁体孔60の孔軸C5を示す。これから分かるように本実施形態の弁体孔60は、詳細には、センサ取付穴41の直近かつ後方の位置に指向されている。しかしながらこの指向方向も微修正可能であり、例えばより後方の位置に指向されてもよいし、センサカバー37ないし検出部39に直接指向されてもよいし、カバー孔38に指向されてもよい。
FIG. 3 shows the hole axis C5 of the central
本実施形態において、弁体孔60は、弁体7Aの厚さ方向に沿って伸長されている。しかしながらこの伸長方向も変更可能であり、厚さ方向に対し所定の傾斜角で傾斜されて伸長されてもよい。
In this embodiment, the
なお、最上および最下の二つの弁体孔60は、図2から分かるように、センサ取付穴41より高い位置および低い位置で、かつその直近後方の位置に指向されることとなる。しかしながらこの指向方向も微修正可能であり、例えば中央の一つと非平行とした上で、センサカバー37ないし検出部39に直接指向されてもよいし、カバー孔38に指向されてもよい。センサ取付穴41に対してさらに高い位置および低い位置に指向されてもよい。
As can be seen from FIG. 2, the uppermost and lowermost two valve element holes 60 are directed to a position higher and lower than the
これら三つの弁体孔60のうち、任意の一つまたは二つを省略することも可能である。 Any one or two of these three valve body holes 60 may be omitted.
次に、本実施形態の作用を説明する。 Next, the operation of this embodiment will be described.
図4および図5に示すように、本実施形態の排気システムにおいては、排気ブレーキバルブ7の弁体7Aを全閉とする一方で、排気管インジェクタ9から燃料Lを噴射する状況が発生し得る。この状況とは、例えば、エンジン1のアイドル運転中に前述のフィルタ再生制御を実行するような状況、すなわちDPF11のアイドル再生を実行するような状況である。
As shown in FIGS. 4 and 5, in the exhaust system of the present embodiment, the
DPF11のアイドル再生時、アクセル開度はアクセルペダル全閉相当のゼロ(0%)であり、このことを示すアクセル開度センサ22の出力信号を受けてECU100はエンジン1をアイドル運転させる。このときは多くの場合、車両停止中、かつエンジン回転数が復帰回転数より低く、フューエルカット実行条件が満たされず、フューエルカットは実行されない。ECU100は、目標アイドル回転数を規定の回数数よりも若干高い回転数に設定し、その高い目標アイドル回転数にエンジン回転数を制御する。
During idle regeneration of the
そしてECU100は、排気ブレーキバルブ7を全閉に制御する。すると、全閉となった弁体7Aより上流側の排気圧力が上昇し、エンジン1の負荷が高まる。これらアイドル回転数上昇と負荷増大との協働作用によって、筒内インジェクタ2の燃料噴射量が増加し、筒内から通常のアイドル運転時よりも高温の排気ガスが排出される。これにより、排気温度が比較的低いアイドル運転時であっても、排気温度を上昇させることが可能である。これはDPF11の再生に有利である。なお、アイドル再生は自動再生と手動再生のいずれの時においても実行され得る。このように排気ブレーキバルブ7は、エンジンブレーキ力増加すなわち排気ブレーキという本来の目的に加え、排気ガスの昇温という別の目的のためにも使用されることができる。
Then, the
図4および図5に示すように、弁体7Aの全閉時、弁体7Aの外周縁部61の少なくとも一部と、排気管5との間には比較的狭い隙間62が形成される。より詳しくは、弁体7Aの外周縁部61の略全周と、排気管5の内周面63との間には比較的狭い半径方向の隙間62が形成される。他方、弁体7Aの上流側ないし手前で昇圧された排気ガスGは、この隙間62と、弁体7Aに貫通形成された弁体孔60とを通じて下流側に流れる。
As shown in FIGS. 4 and 5, when the
このとき、図4および図5に矢示するように、隙間62を通過した排気ガスの流れF1は、暫くの間は排気管5の内周面63に沿って流れるが、やがて排気管内周面63から剥離する剥離流F2を生じさせる。この剥離流F2は、排気通路6の中心側すなわち通路軸C1の方に向かった後、排気ガスGの流れ方向とは逆方向に流れる逆流F3を生じさせる。そして剥離流F2に起因して、排気通路6内におけるラムダセンサ8付近の箇所には旋回流F4が生じる。旋回流F4は、排気通路6の半径方向外側では排気ガスGの流れ方向すなわち順流方向に向かうが、排気通路6の半径方向内側では逆流方向に向かうような流れである。この旋回流F4も逆流F3の一種とみなせる。
At this time, as shown by arrows in FIGS. 4 and 5, the flow F1 of the exhaust gas that has passed through the
逆流F3は、ラムダセンサ8の下流側からラムダセンサ8に向かってくるような流れである。他方、このときに排気管インジェクタ9から燃料Lが噴射されると、その燃料Lの噴霧もしくは液滴の上流側の一部L1が、逆流F3に乗ってラムダセンサ8に向かっていく。そしてその燃料噴霧の一部L1は、ラムダセンサ8のカバー孔38からセンサカバー37内に浸入し、検出素子36に付着する虞がある。検出素子36は、ヒータで加熱されて高温となっているので、液体である燃料噴霧の一部L1が検出素子36に付着すると、その付着箇所で素子温度が急激に低下し、熱応力集中により検出素子36が割れる(これを素子割れという)虞がある。このように、燃料噴霧の一部L1がラムダセンサ8、特に検出素子36に付着すると、ラムダセンサ8が破損する虞がある。
The backflow F <b> 3 is a flow that comes from the downstream side of the
しかしながら本実施形態では、弁体孔60を通過した排気ガスの流れF5が、ラムダセンサ8に向かって流れるので、この流れF5により、ラムダセンサ8に向かってくる逆流F3を押し返し、抑制すると共に、ラムダセンサ8周辺における旋回流F4を弱めることができる。これにより、燃料噴霧の一部L1が逆流F3に乗ってラムダセンサ8に向かってくるのを抑制し、その燃料噴霧の一部L1がセンサカバー37内に浸入し、検出素子36に付着するのを抑制することができる。そして、素子割れによりラムダセンサ8の破損を効果的に抑制することができる。
However, in the present embodiment, the flow F5 of the exhaust gas that has passed through the
本実施形態では図5に示すように、中央の弁体孔60が、センサ取付穴41およびラムダセンサ8の直近かつ後方の位置に指向されているので、弁体孔60を通過した流れF5をその位置に到達させることができる。よって、センサ側の隙間62通過後に排気管内周面63に沿って流れる流れF1と共に、弁体孔60通過後の流れF5を、後方からラムダセンサ8に当て、逆流F3および燃料噴霧の浸入付着を効果的に抑制することができる。
In the present embodiment, as shown in FIG. 5, the central
また、図4から分かるように、最上および最下の弁体孔60を通過した流れF5は、ラムダセンサ8の上側および下側を通り抜けるような流れとなるので、これら流れF5により、逆流F3に乗って上側および下側から回り込んでくるような燃料噴霧の流れをも効果的に抑制できる。
Also, as can be seen from FIG. 4, the flow F5 that has passed through the uppermost and lowermost valve element holes 60 becomes a flow that passes through the upper side and the lower side of the
また、弁体孔60を通過した流れF5により、センサカバー37へのゴミ付着を抑制し、カバー孔38のゴミ詰まりを抑制できる。また弁体孔60は、弁体7Aの全閉時にその上流側圧力を所定値に調整する機能をも有する。以上の作用効果が得られるよう、弁体孔60のサイズ、数、形状、配置等は最適に定められる。
Further, the flow F5 that has passed through the
弁体孔60をバルブ軸C2に対して右側、すなわちラムダセンサ8の設置側に配置したので、そうでない場合に比べ、弁体孔60をラムダセンサ8により接近させ、ラムダセンサ8に到達した流れF5の流速を増すことができる。これにより逆流F3を効果的に抑制し、センサカバー37へのゴミ付着等も効果的に抑制できる。
Since the
次に、本実施形態の変形例を説明する。なお前述の基本実施例と同様の部分には図中同一符号を付して説明を割愛し、以下、基本実施例との相違点を主に説明する。 Next, a modification of this embodiment will be described. In addition, the same code | symbol is attached | subjected in the figure to the part similar to the above-mentioned basic embodiment, and description is omitted, and the difference from a basic embodiment is mainly demonstrated below.
図6に示す第1変形例では、排気ブレーキバルブ7の弁体71がポペット式弁体となっている。すなわち、弁体71の中心部に弁軸72が固定され、弁軸72が前述のアクチュエータ(図示せず)により矢示の如く軸方向に移動されることで、弁体71は開閉作動される。排気管5は、その内周面63に固定されたリング状の弁座73を有する。図6は全閉時の弁体71を示し、このとき、弁体71の外周縁部74と弁座73の間には上下方向の比較的狭い隙間75が形成される。なお弁体71の全開時には弁体71が図示の位置より下方に位置され、隙間75が拡大される。
In the first modification shown in FIG. 6, the
弁体71には、上述の弁体孔60の如き弁体孔76が設けられる。弁体孔76はラムダセンサ8に向かって指向されている。図示例では、弁軸72の軸方向に対し傾斜された一つの弁体孔76が設けられているが、その個数や配置等は任意である。
The
基本実施例と同様、隙間75を通過した排気ガスの流れF1は、暫くの間は排気管内周面63に沿って流れるが、やがて排気管内周面63から剥離し、ラムダセンサ8に向かう逆流F3を生じさせる。この逆流F3に乗って、排気管インジェクタ9から噴射された燃料噴霧の一部L1がラムダセンサ8に向かい、その検出素子36に付着する虞がある。しかし、本変形例においても、弁体孔76を通過した排気ガスの流れF5により、逆流F3を抑制し、燃料噴霧の一部L1が逆流F3に乗ってラムダセンサ8、特に検出素子36に付着するのを抑制できる。よってラムダセンサ8の破損を効果的に抑制することができる。
As in the basic embodiment, the flow F1 of the exhaust gas that has passed through the
なお、本変形例では略直角に曲がった排気管5の屈曲部下流側に弁体71が配置されているが、前述したように、排気管5の形状や弁体71の設置位置等は任意である。
In this modification, the
次に、図7を参照して第2変形例を説明する。本変形例では、排気ブレーキバルブ7の弁体81がスイング式弁体となっている。すなわち、円形板状の弁体81の端部にバルブシャフト82が固定され、バルブシャフト82が排気管5に回転可能に支持される。バルブシャフト82が前述のアクチュエータ(図示せず)により矢示の如く回動されることで、弁体81は開閉作動される。図7は全閉時の弁体81を示し、このとき、弁体81の外周縁部84の略全周と、排気管5との間に、比較的狭い半径方向の隙間85が形成される。
Next, a second modification will be described with reference to FIG. In this modification, the
弁体81には、上述の弁体孔60の如き弁体孔86が設けられる。弁体孔86はラムダセンサ8に向かって指向されている。図示例では一つの弁体孔86が設けられているが、その個数等は任意であり、例えば基本実施例と同様に三つ設けられていてもよい。
The
基本実施例と同様、隙間85を通過した排気ガスの流れF1は、暫くの間は排気管内周面63に沿って流れるが、やがて排気管内周面63から剥離し、ラムダセンサ8に向かう逆流F3を生じさせる。この逆流F3に乗って、排気管インジェクタ9から噴射された燃料噴霧の一部L1がラムダセンサ8に向かい、その検出素子36に付着する虞がある。しかし、本変形例においても、弁体孔86を通過した排気ガスの流れF5により、逆流F3を抑制し、燃料噴霧の一部L1が逆流F3に乗ってラムダセンサ8、特に検出素子36に付着するのを抑制できる。よってラムダセンサ8の破損を効果的に抑制することができる。
As in the basic embodiment, the flow F1 of the exhaust gas that has passed through the
なお、本変形例では排気管5が直管状であるが、前述したように、排気管5の形状は任意である。
In this modification, the
次に、図8を参照して第3変形例を説明する。本変形例では、排気ブレーキバルブ7の弁体91がシャッター式弁体となっている。すなわち、板状の弁体91が、前述のアクチュエータ(図示せず)により矢示の如く排気管5の直交方向に往復移動されることで、弁体91は開閉作動される。図8は全閉時の弁体91を示し、このとき、弁体91の外周縁部の一部である下端縁部94と、排気管5との間に、比較的狭い半径方向の隙間95が形成される。
Next, a third modification will be described with reference to FIG. In this modification, the
弁体91には、上述の弁体孔60の如き弁体孔96が設けられる。弁体孔96はラムダセンサ8に向かって指向されている。図示例では一つの弁体孔96が設けられているが、その個数等は任意であり、例えば基本実施例と同様に三つ設けられていてもよい。
The
基本実施例と同様、隙間95を通過した排気ガスの流れF1は、暫くの間は排気管内周面63に沿って流れるが、やがて排気管内周面63から剥離し、ラムダセンサ8に向かう逆流F3を生じさせる。この逆流F3に乗って、排気管インジェクタ9から噴射された燃料噴霧の一部L1がラムダセンサ8に向かい、その検出素子36に付着する虞がある。しかし、本変形例においても、弁体孔96を通過した排気ガスの流れF5により、逆流F3を抑制し、燃料噴霧の一部L1が逆流F3に乗ってラムダセンサ8、特に検出素子36に付着するのを抑制できる。よってラムダセンサ8の破損を効果的に抑制することができる。
Similar to the basic embodiment, the flow F1 of the exhaust gas that has passed through the
なお、本変形例でも排気管5が直管状であるが、排気管5の形状は任意である。
In addition, although the
次に、図9を参照して第4変形例を説明する。本変形例では、排気ブレーキバルブ7の弁体101が基本実施例と同様のバタフライ式弁体となっている。すなわち、円形板状の弁体101の中央部にその直径方向(図の紙面厚さ方向)に延びるバルブシャフト102が固定され、バルブシャフト102が排気管5に回転可能に支持される。バルブシャフト102が前述のアクチュエータ(図示せず)により矢示の如く回動されることで、弁体101は開閉作動される。
Next, a fourth modification will be described with reference to FIG. In this modification, the
図9は全閉時の弁体101を示す。このとき、弁体101の外周縁部104のほぼ全周が、排気管内周面63に固定されたバルブストッパ107,108に密着され、弁体外周縁部104と排気管内周面63との間の隙間がほぼ閉じられるようになっている。そして弁体101には、ラムダセンサ8に向かって指向される弁体孔106が設けられる。
FIG. 9 shows the
本変形例では、弁体101の全閉時に概ね弁体孔96を通じてのみ、排気ガスが弁体101を通過される。これにより、弁体7Aの全閉時にその上流側圧力を調整し易くできる可能性がある。弁体孔96を通過した排気ガスの流れをF5で示す。
In this modification, the exhaust gas is allowed to pass through the
しかし、構造上の理由から、バルブストッパは、それぞれ略半円弧状の上部バルブストッパ107と下部バルブストッパ108に分割されている。弁体101の全閉時には、弁体外周縁部104の上流側の面すなわち後面が上部バルブストッパ107に密着され、弁体外周縁部104の下流側の面すなわち前面が下部バルブストッパ108に密着される。従って、弁体外周縁部104のうち、図の紙面厚さ方向手前側と奥側の左右側部付近、すなわちバルブシャフト102付近では、排気管内周面63との間のシールが甘くなり、排気管内周面63との間に僅かながら隙間(図示せず)ができる。排気管5内に回動可能な弁体101を設けた場合、弁体外周縁部104の全周において排気管内周面63との間の隙間を完全に無くすのは困難である。
However, for structural reasons, the valve stopper is divided into an
従って本変形例においても、その僅かな隙間を通過した排気ガスの流れF1が発生し得る。この流れF1は前記同様、暫くの間は排気管内周面63に沿って流れるが、やがて排気管内周面63から剥離し、ラムダセンサ8に向かう逆流F3を生じさせる。この逆流F3に乗って、排気管インジェクタ9から噴射された燃料噴霧の一部L1がラムダセンサ8に向かい、その検出素子36に付着する虞がある。しかし、本変形例においても、弁体孔106を通過した排気ガスの流れF5により、逆流F3を抑制し、燃料噴霧の一部L1が逆流F3に乗ってラムダセンサ8、特に検出素子36に付着するのを抑制できる。よってラムダセンサ8の破損を効果的に抑制することができる。
Accordingly, also in the present modification, the exhaust gas flow F1 passing through the slight gap can be generated. The flow F1 flows along the exhaust pipe inner
以上、本発明の実施形態を詳細に述べたが、本発明の実施形態は他にも種々考えられる。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described in detail, various embodiment of this invention can be considered.
(1)例えば、センサはラムダセンサ8以外のセンサであってもよく、例えばNOxセンサ、PMセンサおよび圧力センサのいずれかであってもよい。液体付着により破損する可能性のある任意のセンサをセンサとすることができる。なお周知のように、NOxセンサは、排気ガスのNOx濃度を検出するためのセンサであり、PMセンサは、排気ガスのPM濃度を検出するためのセンサである。
(1) For example, the sensor may be a sensor other than the
(2)インジェクタは、燃料以外の液体を噴射するものであってもよく、例えばSCRへのアンモニア源として使用される尿素水を噴射するものであってもよい。 (2) The injector may inject liquid other than fuel, for example, may inject urea water used as an ammonia source to the SCR.
(3)排気絞り弁は、上述の排気ブレーキバルブ7に限定されず、例えば排気ブレーキ機能を有さず排気昇温機能のみを有する他の弁であってもよい。また排気絞り弁を作動させるアクチュエータは電動式または油圧式であってもよい。
(3) The exhaust throttle valve is not limited to the
本発明の実施形態は前述の実施形態のみに限らず、特許請求の範囲によって規定される本発明の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が本発明に含まれる。従って本発明は、限定的に解釈されるべきではなく、本発明の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。 The embodiment of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and includes all modifications, applications, and equivalents included in the concept of the present invention defined by the claims. Therefore, the present invention should not be construed as being limited, and can be applied to any other technique belonging to the scope of the idea of the present invention.
1 内燃機関
5 排気管
6 排気通路
7 排気ブレーキバルブ
7A,71,81,91,101 弁体
8 ラムダセンサ
9 排気管インジェクタ
10 酸化触媒
11 パティキュレートフィルタ
36 検出素子
60,76,86,96,106 弁体孔
61,74,84,94,104 外周縁部
62,75,85,95,105 隙間
100 電子制御ユニット
L 燃料
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (7)
前記排気管に設けられた排気絞り弁と、
前記排気管において前記排気絞り弁の下流側に設けられたセンサと、
前記排気管において前記センサの下流側に設けられ、前記排気通路内に液体を噴射するインジェクタと、
を備え、
前記排気絞り弁が、前記排気通路内に配置された弁体を有し、前記弁体が、その全閉時に前記センサまたはその近傍に指向される弁体孔を有する
ことを特徴とする内燃機関の排気システム。 An exhaust pipe defining an exhaust passage;
An exhaust throttle valve provided in the exhaust pipe;
A sensor provided downstream of the exhaust throttle valve in the exhaust pipe;
An injector that is provided downstream of the sensor in the exhaust pipe and injects liquid into the exhaust passage;
With
The exhaust throttle valve has a valve body disposed in the exhaust passage, and the valve body has a valve body hole directed to the sensor or the vicinity thereof when fully closed. Exhaust system.
前記隙間を通過した排気ガスに起因して生成され前記センサに向かう排気ガスの逆流を、前記弁体孔を通過した排気ガスの流れによって抑制するように構成された
ことを特徴とする請求項1に内燃機関の排気システム。 When the valve body is fully closed, a gap is formed between at least a part of the outer peripheral edge of the valve body and the exhaust pipe,
The exhaust gas that is generated due to the exhaust gas that has passed through the gap and that flows toward the sensor is suppressed by the flow of the exhaust gas that has passed through the valve body hole. The internal combustion engine exhaust system.
前記弁体孔が、前記弁体の全閉時に前記検出素子またはその近傍に指向される
ことを特徴とする請求項1または2に内燃機関の排気システム。 The sensor has a detection element exposed in the exhaust passage;
The exhaust system for an internal combustion engine according to claim 1 or 2, wherein the valve body hole is directed to the detection element or the vicinity thereof when the valve body is fully closed.
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に内燃機関の排気システム。 The exhaust system for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3, wherein the sensor is any one of a lambda sensor, a NOx sensor, a PM sensor, and a pressure sensor.
ことを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に内燃機関の排気システム。 The exhaust system for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 4, wherein the valve body is any one of a butterfly valve body, a poppet valve body, a swing valve body, and a shutter valve body. .
ことを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に内燃機関の排気システム。 The exhaust system for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 5, wherein the liquid is fuel.
前記排気管において前記酸化触媒の下流側に設けられたパティキュレートフィルタと、
前記パティキュレートフィルタのアイドル再生時に、前記排気絞り弁の前記弁体を全閉に制御し、かつ前記インジェクタから前記液体である燃料を噴射させる制御ユニットと、をさらに備える
ことを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に内燃機関の排気システム。 An oxidation catalyst provided downstream of the injector in the exhaust pipe;
A particulate filter provided downstream of the oxidation catalyst in the exhaust pipe;
And a control unit for controlling the valve body of the exhaust throttle valve to be fully closed and injecting the fuel as the liquid from the injector during idle regeneration of the particulate filter. The exhaust system for an internal combustion engine according to any one of 1 to 6.
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