JP5067347B2 - Exhaust purification device - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関から排出される排気ガスを浄化するための排気浄化装置に関する。 The present invention relates to an exhaust emission control device for purifying exhaust gas discharged from an internal combustion engine.
従来、内燃機関から排出される排気ガス中に含まれる窒素酸化物(NOx)や一酸化炭素(CO),パティキュレートマター(炭素を含む粒子状物質,以下PMと略す)を除去して浄化するための手法が多数提案されている。具体的には、三元触媒を用いて排気ガス中の未燃燃料(HC),CO及びNOxを反応させ、二酸化炭素(CO2)や無害の窒素ガス(N2)へ還元する方法や、排気ガス中のPMをフィルタで捕集しつつ二酸化窒素(NO2)を用いて燃焼除去する方法、アンモニア(NH3)を用いてNOxを触媒上で還元させる方法などが公知である。 Conventionally, it is purified by removing nitrogen oxides (NO x ), carbon monoxide (CO), and particulate matter (hereinafter abbreviated as PM) contained in exhaust gas discharged from an internal combustion engine. Many techniques have been proposed to do this. Specifically, a method of reacting unburned fuel (HC), CO and NO x in exhaust gas using a three-way catalyst and reducing it to carbon dioxide (CO 2 ) or harmless nitrogen gas (N 2 ), A method of burning and removing PM in exhaust gas using nitrogen dioxide (NO 2 ) while collecting PM in exhaust gas using a filter, a method of reducing NO x on a catalyst using ammonia (NH 3 ), and the like are known.
上記のような排気浄化方法において、排気ガス中へ添加剤を供給するインジェクタ装置を排気通路に併設することによって、触媒やフィルタ上での酸化・還元反応を促進させるようにしたものがある。例えば、燃料(HC)を噴射する還元剤添加ノズルを排気管内に設け、噴射されたHCを排気浄化触媒に対する還元剤として作用させるとともにフィルタ温度を上昇させて、排気浄化触媒を活性化するものや、NOxとNH3とを反応させうる還元型触媒の上流側の排気管に尿素水〔CO(NH2)2〕の噴射弁を設けて還元型触媒上でのNOx還元反応を促すものなどが知られている。 Some exhaust purification methods as described above promote an oxidation / reduction reaction on a catalyst or a filter by providing an injector device for supplying an additive into exhaust gas in the exhaust passage. For example, a reducing agent addition nozzle for injecting fuel (HC) is provided in the exhaust pipe, and the injected HC acts as a reducing agent for the exhaust purification catalyst and the filter temperature is increased to activate the exhaust purification catalyst. , A urea water [CO (NH 2 ) 2 ] injection valve is provided in the exhaust pipe upstream of the reduction catalyst capable of reacting NO x and NH 3 to promote the NO x reduction reaction on the reduction catalyst Etc. are known.
ところで、このようなインジェクタ装置を排気ガスに晒した状態で排気通路内に設けると、熱による劣化やインジェクタ装置の噴孔での成分固化のおそれが生じやすくなる。そこで、インジェクタ装置の保護を図るべく、噴孔が排気ガスの流れに直接晒されないようにインジェクタ装置を配置することが提案されている。
例えば、特許文献1には、排気通路の側面に円錐形状の噴射空間を設けてその内部にインジェクタ装置の噴孔を配置し、噴射空間を介して添加剤を排気通路内へ供給する構成が開示されている。この技術では、排気ガスが流入しにくい形状の噴射空間を形成することによって、インジェクタ装置の排気ガス流への暴露を防止し、噴孔を保護している。
For example,
しかしながら、特許文献1の技術のような構造では、排気ガスが噴射空間の内部へ流入しにくいが故に、インジェクタ装置の噴孔近傍で蒸発した添加剤成分が噴射空間の内部壁面に付着しやすく、そのまま堆積しやすいという課題がある。例えば、HCを噴射するインジェクタ装置の場合、蒸発した燃料がバインダーとして作用し、排気通路側から僅かに流入してくるPMと結合して噴射空間の内壁にデポジット層を生成するおそれがある。このようなデポジット層は噴射空間自体の形状や容積を圧迫することになり、噴霧障害の原因となりかねない。
However, in the structure like the technique of
また、特許文献1に記載の技術では、インジェクタ装置から噴射される添加剤の噴射方向が一方向に固定されているため、均一な拡散濃度を確保できない場合が生じるという課題もある。すなわち、排気通路を流通する排気ガス流量はエンジンの運転状態に応じて変化するため、排気流量の増加によって噴射された添加剤が排気管内で押し流された場合には排気管内の排気流に対する垂直面上における添加剤の分布が不均一になってしまう。そのため、排気浄化触媒へ供給される添加剤の濃度にも偏りが生じ、良好な浄化効率が得られなくなるおそれがある。
Moreover, in the technique described in
本発明はこのような課題に鑑みてなされたもので、簡素な構成で噴射範囲を拡大し、以て噴霧障害の防止や浄化効率の向上を図ることができるようにした、排気浄化装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and provides an exhaust emission control device capable of expanding an injection range with a simple configuration, thereby preventing spray failure and improving purification efficiency. The purpose is to do.
本発明の排気浄化装置(請求項1)は、内燃機関の排気通路へ添加剤を噴射する添加剤噴射手段(インジェクタ)と、該添加剤の噴射方向に対して所定の角度で傾斜した(すなわち、該添加剤の噴射方向に非平行な)回転軸を中心として該添加剤噴射手段を回転駆動する回転駆動手段(アクチュエータ)とを備える。
換言すれば、内燃機関の排気通路の内部へ添加剤を供給する添加剤噴射手段と、該添加剤噴射手段を回転駆動する回転駆動手段と、該添加剤噴射手段上に形成され、該回転駆動手段による該回転駆動の回転軸に対して所定の角度で傾斜した方向(すなわち、回転軸に非平行な方向)へ該添加剤を噴射する噴孔とを備える。また、該添加剤噴射手段が、軸状に形成されるとともに、該回転駆動手段が、該添加剤噴射手段の中心軸を該回転軸として該添加剤噴射手段を回転駆動する。
An exhaust emission control device according to the present invention (Claim 1) is inclined at a predetermined angle with respect to an additive injection means (injector) for injecting an additive into an exhaust passage of an internal combustion engine and an injection direction of the additive (that is, , obtain Preparations and rotary drive means (actuator) for rotating the additive injection means about a non-parallel) rotational axis of the injection direction of the additives.
In other words, additive injection means for supplying the additive into the exhaust passage of the internal combustion engine, rotational drive means for rotationally driving the additive injection means, and rotational drive formed on the additive injection means direction inclined at a predetermined angle with respect to the axis of rotation of the rotary drive by means (i.e., the rotation axis non-parallel direction) obtaining Bei and injection hole for injecting the additive into. The additive injection means is formed in a shaft shape, and the rotation driving means rotationally drives the additive injection means with the central axis of the additive injection means as the rotation axis.
つまり、添加剤の噴射方向に対して所定の角度で傾斜した中心軸を持った軸状に形成され、内燃機関の排気通路へ該添加剤を噴射する添加剤噴射手段と、該添加剤噴射手段の中心軸に一致する回転軸を中心として該添加剤噴射手段を回転駆動する回転駆動手段とを備える。
さらに、該排気通路の壁面に一端が開口して該排気通路と連通し、他端に該添加剤噴射手段を配設する収容部をさらに備え、該添加剤噴射手段が、該収容部の内部から該収容部の外部へと該添加剤を噴射するとともに、該回転駆動手段が、該添加剤噴射手段を回転駆動して該添加剤の噴射方向を該収容部の壁面方向へと変更する。
That is, an additive injection unit that is formed in a shaft shape having a central axis inclined at a predetermined angle with respect to the injection direction of the additive, and that injects the additive into the exhaust passage of the internal combustion engine, and the additive injection unit And a rotation driving means for driving the additive injection means to rotate about a rotation axis coinciding with the central axis.
Further, the exhaust passage further includes a housing portion having one end opened to communicate with the exhaust passage and the other end disposed with the additive ejecting means, and the additive ejecting means is disposed inside the housing portion. thereby injecting the additive to the outside of the housing portion from the rotary drive means, to change the injection direction of the additives to the wall surface direction of the housing portion by rotationally driving the additive injection means .
また、本発明の排気浄化装置(請求項2)は、該添加剤噴射手段が、排気の流通方向及び該流通方向に対する直交方向のそれぞれに対して傾斜して配向されるとともに、該添加剤を噴射する一端側が他端側よりも該排気通路の下流側に位置するように配置されていることを特徴としている。
また、本発明の排気浄化装置(請求項3)は、請求項3又は4記載の構成に加え、該添加剤噴射手段から噴射される該添加剤に気泡を生じさせる超音波振動子と、該回転駆動手段によって該添加剤の噴射方向が該収容部の壁面方向へと変更されているときに、該超音波振動子を駆動する制御装置とをさらに備えたことを特徴としている。
The exhaust emission control device according to the present invention (Claim 2 ) is characterized in that the additive injecting means is oriented to be inclined with respect to each of the exhaust flow direction and the direction orthogonal to the flow direction, It is characterized by being arranged so that one end side to be injected is located on the downstream side of the exhaust passage from the other end side.
An exhaust emission control device according to the present invention (Claim 3 ) includes, in addition to the configuration according to
本発明の排気浄化装置(請求項1)によれば、回転軸を噴射方向に対して傾斜させる(非平行とする)ことにより、添加剤噴射手段を回転させることで噴射方向を容易に変更することができる。また、噴射方向が回転軸と平行でないため、回転によって変更される噴射位置(例えば噴孔)の変位と比較して噴射範囲の変位が大きくなる。したがって、一つの添加剤噴射手段でカバーされる噴射範囲を実質的に拡大することができる。 According to the exhaust emission control device of the present invention (Claim 1), the injection direction is easily changed by rotating the additive injection means by inclining the rotation axis with respect to the injection direction (non-parallel). be able to. Moreover, since the injection direction is not parallel to the rotation axis, the displacement of the injection range becomes larger than the displacement of the injection position (for example, the injection hole) changed by the rotation. Therefore, the injection range covered by one additive injection means can be substantially expanded.
これにより、例えば添加剤を排気通路側へ供給するための噴射方向と、壁面側へ供給するための噴射方向とを使い分けることが可能となり、壁面側に付着したデポジットを除去することができるようになる。あるいは、噴射される添加剤の分布が均一になるように噴射方向を制御することが可能となる。 Thereby, for example, it becomes possible to selectively use the injection direction for supplying the additive to the exhaust passage side and the injection direction for supplying the wall surface side, so that deposits attached to the wall surface side can be removed. Become. Alternatively, the injection direction can be controlled so that the distribution of the injected additive is uniform.
また、添加剤噴射手段を大きく移動させることなく回転駆動することができ、スペース効率を高めることができる。
なお、添加剤噴射手段の中心軸を回転軸と一致させなくても、噴射方向を変更することは可能である。
Further, it is possible to rotate the drive without moving largely to the accompanying pressure agent injection means, it is possible to enhance the space efficiency.
Note that the injection direction can be changed without matching the central axis of the additive injection means with the rotation axis.
また、収容部内に添加剤噴射手段を設けることで、添加剤噴射手段を排気熱から保護することができる。さらに、排気通路へと添加剤を噴射するために設けられているインジェクタを、デポジット洗浄用の機構としても利用することが可能となる。つまり、デポジット成分の剥離,除去機能という新たな機能をインジェクタに付与することができるようになり、状況に応じて機能を使い分けることが可能となる。
また、本発明の排気浄化装置(請求項2)によれば、添加剤噴射手段を排気通路に対して斜めに配置して排気の下流側へ配向させることにより、収容部の下流側の壁面に添加剤を供給しやすくすることができ、デポジットの除去効果を高めることができる。
Further, by providing the additive injection means yield capacity portion, it is possible to protect the additive injection means from the exhaust heat. Furthermore, the injector provided for injecting the additive into the exhaust passage can be used as a mechanism for deposit cleaning. That is, a new function of deposit component removal and removal functions can be added to the injector, and the functions can be used properly according to the situation.
Further, according to the exhaust emission control device of the present invention (Claim 2 ), the additive injection means is disposed obliquely with respect to the exhaust passage and is oriented downstream of the exhaust, whereby the downstream wall surface of the housing portion is provided. The additive can be easily supplied, and the deposit removing effect can be enhanced.
また、本発明の排気浄化装置(請求項3)によれば、気泡を含んだ添加剤を収容部の壁面へ噴射することにより、デポジットの剥離,除去性能を向上させることができる。なお、収容部の外部である排気通路側へ噴射される添加剤には気泡が含まれないため、下流側の触媒やフィルタの性能を確保することができる。 Further, according to the exhaust emission control device of the present invention (Claim 3 ), the deposit separation and removal performance can be improved by injecting the additive containing bubbles onto the wall surface of the housing portion. In addition, since the additive injected to the exhaust passage side outside the housing portion does not include bubbles, the performance of the downstream catalyst and filter can be ensured .
以下、図面により、一実施形態について説明する。
図1〜図5は、一実施形態に係る排気浄化装置を説明するためのものであり、図1は本発明に係る内燃機関の排気系の概略構成図、図2は本発明に係る排気浄化装置の全体構成を示す模式的な断面図、図3は本装置におけるインジェクタの断面図(図2のA−A断面図)、図4は本装置の制御内容を説明するためのフローチャートである。また、図5は本装置の作用を説明するための模式的な断面図であり、(a)は添加剤を収容部の壁面へ向けて噴射した状態を示し、(b)は添加剤が壁面で反射した状態を示すものである。
Hereinafter, an embodiment will be described with reference to the drawings.
1 to 5 are for explaining the exhaust gas purifying device according to an embodiment, FIG. 1 is a schematic diagram of an exhaust system of an internal combustion engine according to the present invention, FIG. 2 is an exhaust gas purification according to the
なお、図6は変形例としての排気浄化装置が適用された車両における内燃機関の排気系の概略構成図、図7は変形例としての排気浄化装置の全体構成を示す模式的な断面図である。 6 is a schematic configuration diagram of an exhaust system of an internal combustion engine in a vehicle to which an exhaust emission control device as a modification is applied, and FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing an overall configuration of the exhaust purification device as a modification. .
[1.全体構成]
図1に示すエンジン10は、軽油を燃料(HC)とするディーゼルエンジンであり、このエンジン10には排気通路11及び吸気通路12が接続されている。エンジン10の各気筒の燃焼室へは、吸気通路12を介して吸気が導入され、燃焼後の排気ガス(以下、単に排気ともいう)は排気通路11を介して外部へ排出されている。また、排気通路11上には、排気の流れの上流側から順に、ターボチャージャー(過給器)13,酸化触媒7及び触媒付きのフィルタ14が介装されている。
[1. overall structure]
An
ターボチャージャー13は、排気通路11及び吸気通路12のそれぞれを跨ぐように介装されており、排気通路11を流通する排気ガスの排気圧を利用してタービンを回転させ、その回転力を利用してコンプレッサを駆動することにより、吸気通路12からの吸気を圧縮してエンジン10への過給を行う過給器である。
酸化触媒7は、触媒貴金属を備えた触媒であり、排気中に含まれる酸化窒素(NO)を酸化して二酸化窒素(NO2)を生成し、このNO2を下流側のフィルタ14へ供給するものである。また、酸化触媒7は、排気中の未燃燃料(HC)を酸化させて酸化熱を発生させ、排気温度を上昇させるようにも機能している。また、酸化触媒7は、コーディエライト,セラミックス等からなるハニカム状の担体にアルミナ粉末が塗布(コーティング)された上にプラチナ,ロジウム,パラジウム等の触媒貴金属の微粒子が担持されたような、公知の構造を備えている。
The
The
フィルタ14は、排ガス中のパティキュレートマター(炭素Cを主体とする粒子状物質,PM)を捕集する多孔質フィルタ(例えば、セラミックフィルタ)である。図1中に模式的に示すように、フィルタ14の内部は壁体によって排気の流通方向に沿って複数に分割されており、排気がこの壁体を通過する際に壁体内や壁体表面へPMが捕集されて、排気が濾過されるようになっている。
The
また、フィルタ14上では、酸化触媒7で生成されたNO2を酸化剤として、捕集されたPMが所定の温度条件下で焼却されている。これにより、フィルタ14の壁体に蓄積されたPMが取り除かれて、フィルタ14が再生浄化されている。
On the
[2.インジェクタ]
ターボチャージャー13と酸化触媒7との間には、排気通路11の内側から外側へ向かって膨出した形状の台座11aが固設され、この台座11aに対して添加剤噴射手段として軸状のインジェクタ1(添加剤噴射弁)が取り付けられている。インジェクタ1は、排気通路11の内部へ添加剤としてのHCを噴射する装置である。なお、インジェクタ1と台座11aとの間には、図示しないベアリングが介装されており、インジェクタ1は台座11aに対して回動自在に支持されている。
[2. Injector]
Between the
図2に示すように、インジェクタ1の外形は軸Cを中心とした回転体形状となっており、その先端部1aには噴孔3が形成されている。また、噴孔3からの添加剤の噴射方向は軸Cに対して非平行であり、添加剤の噴射方向と軸Cの延在方向とのなす角度はθとなっている。さらに、インジェクタ1の外周には歯車1cが固設されている。歯車1cの中心軸はインジェクタ1の軸Cに一致している。
As shown in FIG. 2, the outer shape of the
インジェクタ1の軸Cは、排気の流通方向及びその直交方向のそれぞれに対して傾斜して配向されており、先端部1a(一端側)が基端部1b(他端側)よりも排気通路11の下流側に位置するように配置されている。つまり、インジェクタ1の先端部1aがやや排気の下流側に向かって傾斜した配置となっている。
なお、本実施形態ではインジェクタ1の先端部1aにおいて軸C上に位置する点から僅かにずれた位置に噴孔3が穿孔されているが、噴孔3の位置はこれに限定されない。
The axis C of the
In the present embodiment, the
台座11aはその排気通路11側から凹設された半球状の空間を内側に擁しており、インジェクタ1の噴孔3はこの空間に向けて設けられている。以下、この空間のことを収容部4と呼ぶ。また、収容部4を形成する壁面のうち、排気の流れの下流側の壁面に符号4aを付し、上流側の壁面に符号4bを付して説明する。噴孔3から噴射された添加剤は、収容部4を介して排気通路11内へと供給されている。
The
なお、収容部4は排気通路11の延在方向に対して略直交方向に外れた位置に設けられているため、排気の流れが流入しにくくなっている。特に、インジェクタ1の噴孔3が位置する収容部4の奥側(凹設された空間の底部近傍)には排気が直接流入しない。
インジェクタ1の基端部1bには、図示しないスイベルジョイントを介して添加剤供給装置5が接続されている。添加剤供給装置5は、超音波振動子5a及びサプライポンプ5bを備えて構成されている。サプライポンプ5bは、噴射される添加剤の噴射圧に応じて添加剤を加圧し、インジェクタ1へ送出している。また超音波振動子5aは、噴射される添加剤の内部に例えば、キャビテーション気泡を形成するための圧電素子(圧電セラミックス)である。なお、ここでいうキャビテーション気泡とは、超音波振動によって添加剤液中に生じる微細な気泡のことを意味している。これによりインジェクタ1は、液中にキャビテーション気泡を有する添加剤を噴射することができるようになっている。
In addition, since the
An
また、本排気浄化装置では、インジェクタ1自体を回転駆動するアクチュエータ2(回転駆動手段)がインジェクタ1に隣接して設けられている。アクチュエータ2は、図3に示すように、ウォーム2a及びモータ2bを備えて構成されている。モータ2bはウォーム2aを任意の回転量で駆動するものであり、ウォーム2aは歯車1cに対して回転可能に係合したねじ状歯車である。
Further, in the present exhaust purification apparatus, an actuator 2 (rotation drive means) that rotationally drives the
なお、歯車1c及びウォーム2aによっていわゆるウォームギヤが形成されている。歯車1cの中心軸が軸Cに一致しているため、アクチュエータ2による回転駆動の軸も軸Cに一致する。
図1に示すように、アクチュエータ2及び添加剤供給装置5は、制御装置6によってその動作が制御されている。制御装置6とは、マイクロコンピュータで構成された電子制御装置であり、周知のマイクロプロセッサやROM,RAM等を集積したLSIデバイスとして提供されている。
A so-called worm gear is formed by the
As shown in FIG. 1, the operations of the
まず、制御装置6はアクチュエータ2を駆動して、噴孔3からの添加剤の噴射方向を制御している。本排気浄化装置では、インジェクタ1の回転軸が添加剤の噴射方向に対して所定の角度θで傾斜しており、換言すれば、添加剤の噴射方向が軸Cに対して非平行となっているため、インジェクタ1を回転させることによって排気通路11に対する噴孔3の向きが変化し、それに伴って噴射方向も変化する。
First, the
例えば、図2中に矢印B1で示す排気通路11側へ向かう噴射方向と、矢印B2で示す収容部4の下流側壁面4aへ向かう噴射方向との間で変更することができるようになっている。なお、歯車1cが半回転するまでウォーム2aを回転駆動すれば、噴射方向を矢印B1方向から矢印B2方向へと(あるいは矢印B2方向から矢印B1方向へと)切り換えが可能である。
For example, it is possible to change between the injection direction toward the
本実施形態では、通常時に噴射方向を矢印B1方向へ設定するとともに、収容部4の壁面4a,4bへのデポジット成分の付着量が所定量以上になったと推定される第一所定条件が成立した場合に噴射方向を矢印B2方向へ変更するようなっている。またその後、デポジット成分の付着量が第二所定量未満になったと推定される第二所定条件が成立した場合に、噴射方向を矢印B1方向へ戻すようになっている。なお、添加剤の噴射方向の切り換え条件はこれに限定されず、例えば運転者のスイッチ操作に応じて切り換える構成としてもよい。
In the present embodiment, the injection direction is set in the direction of the arrow B1 at the normal time, and the first predetermined condition that the amount of deposit component deposited on the wall surfaces 4a and 4b of the
また、制御装置6は添加剤供給装置5を駆動して添加剤の内部のキャビテーション気泡を制御している。本実施形態では、添加剤の噴射方向が矢印B2方向に設定されているときにのみ超音波振動子5aを駆動するようになっている。
The
[3.フローチャート]
図4を用いて、本排気浄化装置における制御手順を説明する。このフローは、予め設定された所定の周期で繰り返し実施されている。
[3. flowchart]
A control procedure in the exhaust emission control device will be described with reference to FIG. This flow is repeatedly performed at a predetermined cycle set in advance.
まず、ステップA10では、前述の第一所定条件が成立したか否かが制御装置6で判定される。すなわちここでは、収容部4の壁面4a,4bへのデポジット成分の付着量が所定量以上であるか否かが判定される。第一所定条件が成立する場合にはステップA20へ進み、成立しない場合にはそのまま制御を終了する。
なお、ここで判定される第一所定条件の内容は任意である。デポジットは未燃燃料を主要素として形成されるため、デポジット成分の付着量はエンジンの未燃燃料の残留量やインジェクタ1からの噴射量に影響しうるパラメータに基づいて予測または推定するのが好適である。そのようなパラメータとしては、エンジン回転数,要求負荷,燃料噴射量,吸入空気量,空燃比,排気流量,バルブタイミング,点火時期,燃料性状,エンジン水温,外気温等が考えられるが、これらに限られるものではない。これらのパラメータは、それぞれ単独で用いてもよいし、複数種類のものを所定の関数によって組み合わせて使用してもよい。例えば、これらのようなパラメータに基づいて、所定の微小時間あたりの未燃燃料の残留量を求め、経時減少を考慮してこれを積算することにより、デポジット成分の付着量を推定することが可能である。
First, in step A10, the
The content of the first predetermined condition determined here is arbitrary. Since the deposit is formed mainly from unburned fuel, it is preferable to predict or estimate the deposit amount of deposit components based on parameters that may affect the residual amount of unburned fuel in the engine and the injection amount from the
続くステップA20では、制御装置6により添加剤供給装置5の超音波振動子5aが駆動され、添加剤液中にキャビテーション気泡が生成される。その後ステップA30で、制御装置6により添加剤の噴射方向が矢印B2方向へ設定され、続くステップA40においてアクチュエータ2が駆動された後、添加剤が噴射される。このステップA40では、デポジット成分の剥離,除去制御が実施されることになる。
In subsequent Step A20, the
これにより、図5(a)に示すように、インジェクタ1から噴射される添加剤が下流側壁面4aに直接衝突する。このとき、添加剤液中にはキャビテーション気泡が生成されているため、気泡が弾ける際に発生する衝撃波によりデポジット成分の剥離効率が高められることになり、下流側壁面4aに付着したデポジット成分が除去される。なお、一般にデポジット成分は、インジェクタ1よりも排気流によって下流側へ流されやすいため、上流側壁面4bよりも下流側壁面4aへの付着量が多い。
Thereby, as shown to Fig.5 (a), the additive injected from the
一方、図5(b)に示すように、添加剤の噴霧は下流側壁面4aで反射し、上流側壁面4bへも供給される。これにより、収容部4の全体に添加剤が供給されることになり、上流側壁面4bに付着したデポジット成分も剥離,除去される。
続くステップA50では、前述の第二所定条件が成立したか否かが制御装置6で判定される。すなわちここでは、収容部4の壁面4a,4bへのデポジット成分の付着量が第二所定量未満であるか否かが判定される。第二所定条件が成立しない場合にはデポジット成分の除去を継続すべくステップA20へ進んで上記の制御を繰り返す。一方、第二所定条件が成立すると、ステップA60へ進む。
On the other hand, as shown in FIG.5 (b), the spray of an additive reflects on the downstream
In the subsequent step A50, the
ステップA60では、制御装置6により添加剤供給装置5の超音波振動子5aの駆動が停止されるとともに添加剤の噴射も停止され、その後ステップA70において添加剤の噴射方向が矢印B1方向へ設定されてアクチュエータ2が駆動される。これにより、ステップA40で実施されたデポジット成分の剥離,除去制御が終了する。
In step A60, the
[4.効果]
このように、本排気浄化装置によれば、インジェクタ1の回転軸(すなわち軸C)と添加剤の噴射方向(すなわち矢印B1方向及び矢印B2方向)とを非平行に設定し、インジェクタ1自体を軸Cに対して回転可能とすることで、排気通路11に対する噴射方向を容易に変更することができる。また、添加剤の噴射方向が回転軸と平行でないため、インジェクタ1の回転によって変更される噴孔3の位置の変位に比較して、噴射範囲の変位が大きくなる。
[4. effect]
As described above, according to the present exhaust purification apparatus, the rotation axis of the injector 1 (that is, the axis C) and the injection direction of the additive (that is, the directions of the arrow B1 and the arrow B2) are set non-parallel to each other. By enabling rotation with respect to the axis C, the injection direction with respect to the
例えば、図5(a)に示すように、ステップA30でデポジット成分の剥離,除去を実施する際の噴射範囲R1はほぼ下流側壁面4aのみとなるのに対し、ステップA50で制御を終了した後の噴射範囲R2はほぼ排気流路11のみとなる。このように、一つのインジェクタ1でカバーされる噴射範囲を実質的に拡大することができる。
またこれにより、添加剤の噴射方向を容易に変更可能なため、本来排気通路11へと添加剤を噴射するために設けられているインジェクタ1を、デポジット洗浄用の機構としても利用することが可能となる。つまり、デポジット成分の剥離,除去機能という新たな機能をインジェクタ1に付与することができるようになり、状況に応じて機能を使い分けることが可能となる。
For example, as shown in FIG. 5 (a), the injection range R1 when the deposit component is peeled and removed in step A30 is substantially only the downstream
Further, since the injection direction of the additive can be easily changed, the
また、インジェクタ1の外形が軸Cを中心とした回転体形状(すなわち軸状)であり、かつ、アクチュエータ2の回転駆動の軸が軸Cに一致しているため、インジェクタ1を回転させたとしてもその見かけの位置は移動しない。つまり、台座11aの外部周りにインジェクタ1の可動範囲を見込んで予め空間を用意しておく必要がなく、スペース効率を高めることができる。
Further, since the outer shape of the
また、本排気浄化装置では、排気が直接流入しない収容部4の奥側にインジェクタ1が位置しているため、インジェクタ1を排気熱から保護することができる。さらに、インジェクタ1の先端部1aがやや排気の下流側に向かって傾斜した配置となっているため、収容部4の下流側壁面4aに添加剤を供給しやすくすることができ、デポジットの除去効果を高めることができる。
Moreover, in this exhaust purification apparatus, since the
さらに、本排気浄化装置では、キャビテーション気泡を含んだ添加剤が噴射されるため、キャビテーション効果を利用してデポジット成分の剥離,除去性能をさらに向上させることができる。なお、収容部4の外部である排気通路11側へ添加剤が噴射される際には超音波振動子5aが作動せず、添加剤にはキャビテーション気泡が含まれないため、下流側の酸化触媒7やフィルタ14へのエロージョン等の影響を与えるおそれがなく、排気浄化性能を確保することができる。
Furthermore, in this exhaust purification apparatus, since the additive containing cavitation bubbles is injected, it is possible to further improve the separation and removal performance of deposit components by utilizing the cavitation effect. It should be noted that when the additive is injected to the
[5.変形例]
図6に変形例としての排気浄化装置を示す。なお、前述の実施形態で説明されたものと同一の構成については同一の符号を用いて図中に示し、説明を省略する。
本変形例では、排気通路11の一部が略直角に屈曲されて、屈曲部8が形成されている。屈曲部8には、台座11a及びインジェクタ1が設けられている。また、屈曲部8の下流側には、SCR(Selective Catalytic Reduction)触媒7′及びフィルタ14が配置されている。
[5. Modified example]
An exhaust purification device as variable Katachirei in FIG. In addition, about the same structure as what was demonstrated by the above-mentioned embodiment, it shows in a figure using the same code | symbol, and abbreviate | omits description.
In this modification, a part of the
エンジン10にはエンジン回転数Neを検出する回転数センサ9が設けられている。ここで検出されたエンジン回転数Neは、制御装置6′へ伝達されるようになっている。
本変形例のSCR触媒7′は、尿素〔CO(NH2)2〕を還元剤とする触媒であり、加水分解された尿素から生じるアンモニア(NH3)によってNOxを還元するものである。また、フィルタ14は、排気中に含まれるPMを捕集するとともに、排気中に残留するNO2を酸化剤として、捕集されたPMを焼却している。
The
The
インジェクタ1′は、添加剤としての尿素水をSCR触媒7′へ供給するものである。インジェクタ1の外形の軸Cは、排気の流通方向及びその直交方向のそれぞれに対して傾斜して配向されている。また、インジェクタ1の噴孔3からの添加剤の噴射方向は軸Cに対して非平行となっており、図7に示すように、矢印D1方向及び矢印D2方向との間で変更することができるようになっている。矢印D1はSCR触媒7′の略中央の点Eを指向しており、矢印D2は矢印D1方向よりも屈曲の内側寄りとなっている。
The injector 1 'supplies urea water as an additive to the SCR catalyst 7'. An axis C of the outer shape of the
このような添加剤の噴射方向は、制御装置6′によって制御されている。制御装置6′は、排気通路11における排気流量に応じてアクチュエータ2を駆動し、噴孔3からの添加剤の噴射方向を調整している。ここでは、エンジン回転数Neに基づいて排気流量が推定されている。
制御装置6′は、推定された排気流量が予め設定された所定流量未満であるときには、噴射方向を矢印D1方向へ設定する。一方、排気流量が所定流量以上であるときには、噴射方向を矢印D2方向へと変更するようになっている。
The injection direction of such an additive is controlled by the control device 6 '. The
The
このような構成により、排気流量が少ない通常時には、尿素水をSCR触媒7′の略中央の点Eを中心とした範囲に満遍なく供給することができる。一方、排気流量が多い時には尿素水の噴射方向が屈曲の排気上流寄りへと変更されるため、尿素水の移動軌跡が排気流によって押し流されたとしても、SCR触媒7′へ到達する時点で点Eを中心とした範囲となるため、尿素水の分布は均一となる。つまり、排気流によって押し流される添加剤の供給範囲を補正することができ、所望の位置へ添加剤を供給することができる。これにより、尿素水の濃度の偏りを防止することができ、良好な浄化効率を得ることができる。 With such a configuration, during normal times when the exhaust gas flow rate is small, it is possible to supply urea water evenly in a range centered on the point E at the approximate center of the SCR catalyst 7 '. On the other hand, when the exhaust gas flow rate is large, the urea water injection direction is changed toward the bent upstream side of the exhaust gas. Therefore, even when the urea water movement locus is pushed away by the exhaust flow, the point is reached when it reaches the SCR catalyst 7 '. Since it becomes a range centering on E, the distribution of urea water becomes uniform. That is, the supply range of the additive pushed away by the exhaust flow can be corrected, and the additive can be supplied to a desired position. Thereby, the concentration deviation of urea water can be prevented, and good purification efficiency can be obtained.
[6.その他]
以上、一実施形態について説明したが、上述の実施形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
上述の実施形態ではアクチュエータ2のウォーム2aを回転駆動することによってインジェクタ1自体を回転させる構造が記載されているが、インジェクタ1を回転駆動するための具体的な構造はこれに限定されず、例えばステッピングモータを用いてインジェクタ1の先端部1aをインジェクタ1の本体に対して回転自在に構成してもよい。なお、本実施形態及び変形例に示すように、添加剤の噴射方向を軸Cに対称な二方向へと変更する場合、インジェクタ1を180°回転揺動させることができればそれらの二方向のなす角度を最大にすることができる。なお、インジェクタ1の噴射方向を変更させるという目的を達成するには、インジェクタ1を180°から最大でも360°回転揺動させることができるアクチュエータ2があれば十分であり、それ以上の回転駆動能力は不要である。
[6. Others]
Having described one embodiment, without being limited to the above embodiments described, it may be modified in various ways without departing from the spirit of it.
In the above-described embodiment, the structure in which the
また、上述の実施形態ではインジェクタ1の軸Cとアクチュエータ2によるインジェクタ1の回転軸とが一致しているが、これは必須の構成ではない。例えば、インジェクタ1の先端部1aのみを回転させるような場合には、必要に応じてこれらを離間させた構成とすることも考えられる。
また、上述の変形例では、エンジン回転数Neに基づいて排気流量を検出しているが、これに代えて排気通路11を流通する排気量を直接又は間接的に検出,推定する流量センサ等を用いることも可能である。
Although in the above-described embodiments are consistent and the
Further, in the above-described modification, the exhaust flow rate is detected based on the engine speed Ne, but instead of this, a flow sensor or the like that detects or estimates the exhaust amount flowing through the
また、上述の実施形態及び変形例では、酸化触媒7やSCR触媒7′に添加剤を供給する添加剤噴射手段を備えた排気浄化装置を例示したが、他の添加剤を用いる排気浄化システムへの適用も可能である。また、上述の実施形態は、ディーゼルエンジン10を備えた車両の排気系に本発明を適用したものであるが、ガソリンエンジンを備えた車両への適用も可能である。
Further, in the above-described embodiment and modification, the exhaust purification device including the additive injection means for supplying the additive to the
1,1′ インジェクタ(添加剤噴射手段)
1a 先端部
1b 基端部
1c 歯車
2 アクチュエータ(回転駆動手段)
2a ウォーム
2b モータ
3 噴孔
4 収容部
4a 下流側壁面
4b 上流側壁面
5 添加剤供給装置
5a 超音波振動子
5b サプライポンプ
6,6′ 制御装置
7 酸化触媒(排気浄化触媒)
7′ SCR触媒
8 屈曲部
9 回転数センサ(排気流量検出手段)
10 エンジン
11 排気通路
11a 台座
12 吸気通路
13 ターボチャージャー
14 フィルタ
1,1 'injector (additive injection means)
1a
7 '
10
Claims (3)
該添加剤噴射手段の中心軸に一致する回転軸を中心として該添加剤噴射手段を回転駆動する回転駆動手段と、
該排気通路の壁面に一端が開口して該排気通路と連通し、他端に該添加剤噴射手段を配設する収容部とを備え、
該添加剤噴射手段が、該収容部の内部から該収容部の外部へと該添加剤を噴射するとともに、
該回転駆動手段が、該添加剤噴射手段を回転駆動して該添加剤の噴射方向を該収容部の壁面方向へと変更する
ことを特徴とする、排気浄化装置。 Formed for jetting direction additives like shaft having a central axis inclined at a predetermined angle, and additive injection means for injecting the additive into the exhaust passage of the internal combustion engine,
A rotational drive means for rotationally driving the additive injection means about a rotation axis coinciding with the central axis of the additive injection means ;
One end is opened to the wall surface of the exhaust passage and communicates with the exhaust passage, and the other end is provided with a storage portion in which the additive injection means is disposed.
The additive injecting means injects the additive from the inside of the housing portion to the outside of the housing portion;
The exhaust emission control device, wherein the rotation driving means rotationally drives the additive injection means to change the injection direction of the additive to the wall surface direction of the housing portion .
ことを特徴とする、請求項1記載の排気浄化装置。 The additive injection means is oriented to be inclined with respect to each of the exhaust flow direction and the direction perpendicular to the flow direction, and one end side for injecting the additive is downstream of the exhaust passage from the other end side. The exhaust emission control device according to claim 1 , wherein the exhaust gas purification device is disposed so as to be located at a position.
該回転駆動手段によって該添加剤の噴射方向が該収容部の壁面方向へと変更されているときに、該超音波振動子を駆動する制御装置とをさらに備えた
ことを特徴とする、請求項1又は2記載の排気浄化装置。 An ultrasonic vibrator for generating bubbles in the additive ejected from the additive ejecting means;
The apparatus further comprises a control device that drives the ultrasonic transducer when the injection direction of the additive is changed to the wall surface direction of the container by the rotation driving means. The exhaust emission control device according to 1 or 2 .
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