JP5411710B2 - 後処理噴射器の詰まり防止装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃エンジンの排気システムと、内燃エンジンの排気ガス流に炭化水素及び／又はその他の物質を噴射する装置とに関する。

米国及び欧州の規制当局による厳しい排出規制により、ディーゼルエンジンの排気ガスに含まれるディーゼル粒子状物質（ＤＰＭ）やＮＯｘその他のガス成分の許容量が漸減している。ＵＳ０７及びＥｕｒｏ５規制が規定する排出レベルは非常に低く、現時点では、排気後処理装置を用いることによってのみ、これに準じることができる。ディーゼルエンジンの粒子排出レベルに準拠するために用いる装置の一例として、ディーゼル粒子濾過装置（ＤＰＦ）が挙げられる。ディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）を用い、炭化水素と一酸化炭素とが二酸化炭素と水蒸気とに変換される。ＤＯＣとＤＰＦ装置とを併用して再生を行っても、即ち、ＤＰＦ温度を上昇させて、回収された炭素粒子状物質を除去してもよい。排気ガス中のＮＯｘを減少させるために用いるシステムの例として、希薄ＮＯｘ吸収剤や選択触媒還元（ＳＣＲ）装置が挙げられる。

場合によっては、エンジン排気中に物質を噴射することで、後処理装置の機能を向上させたり、開始させたりすることが必要となる。例えば、場合によって、ディーゼル粒子フィルタでは、排気ガスの温度を上昇させてフィルタ内の回収粒子状物質を酸化させる、再生として既知のＮＯｘ除去処理が必要となる。再生を行うには、排気流内への炭化水素噴射を含む方法を用いる。

例えば、炭化水素を排気ガス中へ噴射し、噴射された炭化水素を触媒酸化させることによって排気ガス温度を上昇させる触媒装置を用いる方法がある。図１は、内燃エンジン５の概略図であり、内燃エンジン５は、排気ガスを大気中に放出するスタックパイプ又はテールパイプ１０と、排気後処理装置、本図ではディーゼル粒子フィルタ１２及びディーゼル酸化触媒１４とを含む排気システム配置を備える。図１には更に、ターボコンプレッサのタービン１８の排気側の下流で排気管に取り付けられた噴射装置１６を示す。噴射器１６から噴射された炭化水素は、排気ガスと混合され、触媒との接触により酸化されて熱エネルギを放出する。加熱されたガスがディーゼル粒子フィルタに流入することにより、蓄積した粒子状物質の大部分が酸化される。

排気管に噴射器を取り付ける場合の問題点は、排気ガス中の粒子状物質が、後処理装置よりも上流の段階では濾過されていないので、噴射器ノズルに堆積し、ノズルが詰まり易いことである。このように炭素類が付着し、詰まったり堆積したりすると、ノズルの出口が塞がり、ノズルにおいて乱流が生じる可能性がある。ノズルが詰まると浄化処理が必要となるので、メンテナンスコストが生じる上、その間車両を休止させる必要がある。

本発明により、ノズルの周囲に空気又は別のクリーンガスを積極的に流すことで、排気ガスがノズルに到達することを阻止し、詰まりを防止したり減少させたりすることができる。

本発明は、噴射器と排気管との間に取り付けられる、空気又は別のクリーンガスの流れをノズルに案内する装置を開示する。その最も簡便な実施形態において、本発明による装置は、噴射器ノズルと排気管開口とを接続するボアを有するプレート形状の部材を備える。プレート形状の部材は、空気供給源から空気を受け取る入口を有し、且つ、受け取った空気を少なくとも１つの出口に案内する通路を自身の内部に有する。少なくとも１つの出口は、ノズルを取り囲む空間に向かって空気が流れるよう配向されており、その空間は、少なくとも一部がボアによって画定されている。本装置を用いて、油圧ノズルを内部に配置した間隙へ向けて空気又はその他のガスを流すことにより、間隙の外の環境（すなわち排気管２０）に存在し得る粒子、物質又は他の汚染物質の侵入を防止することができる。

代替的実施形態として、詰まり防止装置を、別個の構成要素として構成するのではなく、ノズルの外側で噴射器に一体化させても、排気管２０の壁に一体化させてもよい。

本発明により、出口からの空気が噴射器ノズルを直接的又は間接的に取り囲むように、少なくとも１つの出口を、部材において形成することができる。少なくとも１つの出口は、空気がノズルに向かって流れるよう、ボアを画定する壁に設けられてよい。

少なくとも１つの出口を、孔として設けてもよい。代替的実施形態として、少なくとも１つの出口を、空気噴射口又はノズル形状の開口として設けてよい。また別の代替的実施形態として、少なくとも１つの出口を、ボアを画定する壁にスロットとして設けてもよい。なお、出口の形状として、その他の形状も適用可能である。

一実施形態において、ボアは、ノズルを収容する間隙を画定する形状であり、間隙は、ノズル周囲に空間を画定し、且つ、噴射器から排気管内へ炭化水素又はその他の物質を噴射するための開口に対して開いている。

別の実施形態において、プレート部材は、噴射器に面する側でボアを取り囲む凹状領域を有し、この凹状領域は、噴射器ノズルの周囲に環状ギャップを画定する。通路を介して、凹状領域及び環状ギャップに空気が案内され、ノズルの周囲にリングカーテン状の気流が生じる。噴射器本体とプレート上面との間の空間によって通路の一部が形成されていてもよい。

本発明による詰まり防止装置を用いて、排気管内の排気ガス圧力よりも高圧で空気又は別のガスを送り出すことで、排気ガスが噴射器ノズルに触れることを阻止することができる。

本発明による詰まり防止装置は、排気ガスがノズルに触れるのを防止又は阻止するのに十分な速度で、空気又は別のガスを噴射器ノズル近傍に送出する。

本発明の企図は、添付図面と関連させて以下の詳細な説明を参照することにより、十分に理解されよう。

後処理装置及び該装置の再生に用いる炭化水素噴射器を備える大型トラックの排気システムの概略図である。 本発明に係る、噴射装置と排気管との間に取り付けられた詰まり防止装置の一実施形態の断面図である。 図２の詰まり防止装置の上面図である。 図２の詰まり防止装置の底面図である。 本発明に係る、噴射装置と排気管との間に取り付けられた詰まり防止装置の代替的実施形態の断面図である。 図５の詰まり防止装置の上面図である。 図５の詰まり防止装置の底面図である。 本発明に係る詰まり防止装置の、２つの部品から成る代替的実施形態の断面図である。 図８の実施形態のインサート部品の側部断面図である。 図９のインサート部品の上面図である。

図２に、詰まり防止装置４０の第１実施形態を示し、ここでは、詰まり防止装置４０が、排気管２０と炭化水素噴射器１６との間で排気管２０に取り付けられている。本明細書では、本発明に係る装置４０を様々な実施形態を用いて図示し、その特徴を後述する。ここでは装置４０を、本体であり、噴射器と排気管との間の境界面を画定するプレート形状の構成要素とする。図２の詰まり防止装置４０は、その上面図が図３に、底面図が図４に示されている。

噴射器１６は、リム３２に取り囲まれたノズル３０を備える。リム３２は、この噴射器ノズルを配置するための空間又は間隙を画定する。絶縁要素３４又はスペーサ要素がリム３２の半径方向内側に配置され、噴射器１６と詰まり防止装置４０の上面４４とに挟持されている。リム３２と装置４０の上面４４との間には、第１ガスケット２３が配設され、これにより、噴射器本体１６と上面４４との間が密封状態になっている。詰まり防止装置４０と排気管２０との間は、第２ガスケット２４により密封されている。この噴射器１６と詰まり防止装置４０との組み合わせを、任意の従来手段、例えばねじ部品（図示せず）を用いて排気管２０に取り付けることができる。このねじ部品は、噴射器１６の取り付け孔及び詰まり防止装置の対応する取り付け孔４６、４８を貫通し、排気管２０の壁に形成されたねじ穴（図示せず）に固定される。

噴射器が図２のようなリム３２を有さない場合は、詰まり防止装置４０に直立したカラーを追加することにより、詰まり防止装置の上面から間隔をおいて噴射器を設け、噴射器ノズルの周囲に間隙を設けてよい。

図２、図３及び図４に示す詰まり防止装置４０は、スロート領域４２で交わる上向き円錐台形面又は面取り部５０と下向き円錐台形面又は面取り部５２とが画定する中央位置にボアを有する、プレート上の構成要素である。面取り面５０、５２及びスロート４２により、砂時計形状の空間が画定され、この空間と、噴射器リム３２及び絶縁要素３４に囲まれた空間とによって、ノズル３０用の間隙が画定される。面取り部５０、５２及びスロート４２を含むボアは、排気管２０の開口２６に対して整合し開いており、このボアを介して、炭化水素が噴射器１６から排気管内部２２に噴射される。ノズル３０からの噴霧パターン３６を、破線３６で示す。

詰まり防止装置４０は、空気又は別のガスを供給源（図示せず）から加圧状態で受け取る入口６０を有する。通路６２は、プレート部材４０内に設けられており、空気入口６０と上向き面取り部５０とを接続し、且つ、噴射器ノズル３０方向を向いた噴射口として出口６４を有する。空気は、噴射器ノズル３０近傍に気流を生じ、気流をノズル間隙から外向きに流出させるだけの量において、加圧状態で出口６４から噴射器ノズル３０に供給される。外向きの気流により、間隙内への排気ガスの侵入を防止し、ひいてはノズル３０の詰まりを防止することができる。供給源からの空気又はガスの圧力は、排気管内部２２の排気ガス圧力よりも高いことが好ましい。更に、少なくとも噴射器ノズル３０近傍の空気又はガス流の速度は、排気ガスが噴射器ノズル３０に触れるのを防止又は妨害できるだけの高速であることが望ましい。

代替的実施形態として、出口６４を、上向き面取り部５０上に配置された２つ以上の出口として形成し、出口供給用の通路６２を適宜変更してもよい。例えば、第２出口を、図２及び図３に示す出口６４と反対の位置に設けてもよい。２つ以上の出口を設ける場合、それらを上向き面取り部５０の周囲に等間隔をおいて配置してもよい。別の代替的実施形態として、出口（空気噴射口又はノズル）を、噴射器ノズル３０を取り囲んで渦パターン又は渦流が生じるよう配向してもよい。また別の代替的実施形態として、出口を、１つ以上の円弧形状又はスロット形状の出口として、或いは、上向き面取り部５０のリング形状の開口として形成してもよい。これらの代替的実施形態は、通路及び開口の形成後に接着される２枚のプレート内に、装置４０を作製する手順でも可能である。

図５に、詰まり防止装置８０の代替的実施形態の断面図を示す。図６は、図５の詰まり防止装置８０の上面図であり、図７はその底面図である。噴射器１６及び排気管２０は、図２のものと同一である。図５の実施形態では、絶縁要素が省略され、第２ガスケット２３によって詰まり防止装置８０の上面８２に対して噴射器１６が密封されている。

図５の詰まり防止装置８０は、その中央に直立ボス８４を有する。円錐台形ボア８６が、詰まり防止装置８０のボス８４及び本体内に形成されて、ボスの上面９０から下方に向けて放散、即ち拡大している。浅い座ぐり孔８８が、ボア８６に続くスロート又は入口を形成している。ボス８４は、このボス８４の上面９０と噴射器１６とを隔てるリム３２に対して、上面９０と噴射器１６との間に間隙又は中間領域が形成されるだけの高さを有する。スロート８８は、ノズル３０の周囲に間隙又は環状オリフィス９２を画定する。

空気供給源から空気を受け取るための入口９４が、詰まり防止装置の上面８２に設けられる。通路９６が、空気入口９４からボス８４の上面９０まで通じている。通路９６を通過する空気が、噴射器とボス８４の上面９０との間隙を満たし、環状オリフィス９２を介して、ノズル３０をリングカーテン状に取り囲んで流れる。この間隙への気流を改善するよう、通路９６において、ボス８４の上面９０に開口を追加してもよい。排気ディフューザ２２内へ進む空気の外向きの流れを生じるのに十分な量の空気が供給され、ボア領域８６への排気ガスの侵入が防止される。更に、この空気は、管内部２２内の排気ガス圧力よりも高圧で供給される。さらに、噴射器ノズル３０の近傍の空気速度は、排気ガスが噴射器ノズル３０に触れることを防止又は阻止するのに十分な高速である。

本発明において、空気供給源を、車両の空気圧系統、ターボ過給機、過給機系統又はその他適宜の空気供給源とすることが想起可能であろう。例えば、車両の電気系統から電力が供給される、専用の空気供給装置を設けることができよう。

ノズルに送られる気流は、連続流であっても、脈動流れであってもよい。

図８に、ベース１０１及びインサート部品１２０として設けられた本発明のプレート部材１００の代替的実施形態を示す。噴射器１６及び排気管２０は、その他の実施形態の場合と同様のものであり、また、その他の実施形態と同様、プレート部材１００が噴射器と排気管の開口２６との間に配置されている。本実施形態では、インサート部品を個別に設け、ボアを設けたり、受け取った空気用の内部通路を形成し易くしたりしている。

図９に、インサート部品１２０の一実施形態の前方断面図を示す。図１０には、図９のインサート部品１２０の上面図を示す。説明の便宜上、図９のインサート部品１２０を図８に含めて示している。インサート部品は、適宜の任意の方法でベース部材内に固定される。

プレート部材１００には、インサート部品１２０を収容する凹部又は座部１０２が設けられる。プレート部材１００は、空気供給源から空気を受け取るための入口１０４と、受け取った空気を座部１０２へ案内するために内部に形成された通路１０６とを有する。プレート部材１００は、排気管２０に向かって拡大し、且つ、排気管内の開口２６と整合する円錐台形状のボア１０８を有する。

インサート部品１２０は、３つの部分、即ち、インサート部品の上面１２４に開放している凹部１２２、凹部１２２に連通して噴射器１６のノズル３０と整合するように配置されたスロート１２６、及びスロートに連通し且つプレート部材１００内の円錐台形ボア１０８に向かって拡大する円錐台形孔１２８に形成されたボアを有する。インサート部品１２０の円錐台形孔１２８及びプレート部材１００の円錐台形ボア１０８により、スロート１２６から排気管２０の開口２６まで連続した円錐台形の出口が形成される。

インサート部材１２０は、出口１３２で終端する空気用の流路１３０も備えており、本例では、出口をスロート１２６に向かって開いた空気噴射口として形成する。流路１３０への入口１３４が、プレート部材１００に形成された通路１０６と整合され連通しており、この通路１０６を介して、案内された空気を受け取る。

エンジン及び本発明の装置を使用する排気管の動作特性に応じて、装置の空気圧力及び気流量を決定する必要があろう。現時点では、空気供給量は、特に調整されないものと考える。代替的に、空気供給量を調整すること又は能動的に制御することにより、上記のように車両の空気系統であってよい適宜の空気供給源から、空気が好適に供給されるよう構成してもよい。

詰まり防止装置は、図示の実施形態において、噴射器１６及び排気管２０間に配置された独立した構成要素として説明されているが、当業者に明らかなように、ノズルの外側で噴射器本体内に一体化されていても、排気管の壁に一体化されていてもよい。

以上、本発明の実施形態、構造、及び構成要素を例示してきたが、当業者には明らかなように、本発明の特許可能な範囲は添付の特許請求の範囲に基づいて解釈されるべきである。以上に例示した内容は、本発明の特許請求の範囲から逸脱することなく、等価物及び等価の措置により改変可能である。

Claims (10)

1. 内燃エンジンの排気後処理システムにおける排気後処理噴射器用の詰まり防止装置であって、
   排気管の開口と排気後処理噴射器との間に配置されるプレート形状の部材であって、
   該部材は、噴射器ノズルと前記排気管の開口とを整合するためのボアを有し、該ボアを介して前記ノズルから前記排気管の開口に気流が流れるよう構成されており、
   前記ボアが、前記部材の排気管側に向かって拡張する円錐台形部分に開いたスロート部分によって画定され、該スロート部分に対して少なくとも１つの出口が開いており、
   該部材は、空気供給源から空気を受け取る入口を有し、且つ、該入口から前記スロート部分によって画定された表面上に開口した前記少なくとも１つの出口に空気を案内するよう自身の内部に通路を有し、前記ノズルに向かって前記ボアにより画定された空間を通って空気を導くために配向された前記少なくとも１つの出口を備える、詰まり防止装置。
2. 前記少なくとも１つの出口が、空気が前記噴射器ノズルに向かって流れるよう、ボアが画定される表面に噴射口として配向されている、請求項１に記載の装置。
3. 前記少なくとも１つの出口が、前記ボアが画定される表面にスロットとして設けられている、請求項１に記載の装置。
4. 前記ボアが更に、前記部材の噴射器側に向かって拡張する第２円錐台形部分によって画定されており、
   該第２円錐台形部分と前記部材の排気管側に向かって拡張する前記円錐台形部分との連接部分によって、前記スロート部分が画定される、請求項１に記載の装置。
5. 前記ボアが、前記部材の上面の座ぐり孔によって画定され、且つ、前記部材の排気管側に向かって拡張するスロート部分に接続されており、
   該座ぐり孔が、前記噴射器ノズルを取り囲む環状空間を画定し、
   該スロート部分に対して前記少なくとも１つの出口が開いている、請求項１に記載の装置。
6. 前記部材の上面に更にボスを備え、該ボスには前記座ぐり孔が設けられている、請求項５に記載の装置。
7. 前記部材の上面に更にボスを備え、
   前記ボアが、自身の上面に設けられた座ぐり孔によって画定されており、且つ、該座ぐり孔からプレートの反対面に向かって拡張する円錐台形面に接続しており、
   該座ぐり孔が、前記噴射器ノズルを取り囲む環状空間を画定し、
   該環状空間へ気流が向かうよう前記少なくとも１つの出口が前記ボスの上面に設けられている、請求項１に記載の装置。
8. 前記ボスの上面と前記噴射器との間に間隙を形成するよう、前記部材が前記噴射器に取り付けられており、
   該間隙に前記出口から流入する気流が、前記環状空間に案内される、請求項７に記載の装置。
9. 前記部材が、インサート部分及び該インサート部分の座部を含むベース部分を有して設けられており、
   該インサート部分及びベース部分に整合された孔として前記ボアが設けられ、
   該インサート部分及びベース部分に整合された道として前記通路が設けられる、請求項１に記載の装置。
10. 詰まり防止装置を備えた排気管開口を有する内燃エンジンの排気後処理システムにおける排気後処理噴射器であって、
    排気管の開口において該開口に向けて配向されたノズルを有する排気後処理噴射器と、
    該噴射器と前記排気管の開口の間に配置されたプレート部材とを備えており、
    該プレート部材が、前記噴射器のノズルと整合され且つ自身の上部分が前記ノズルを取り囲む流れ空間を画定するボアを有し、該ボアを介して前記ノズルから前記排気管の開口に気流が流れるよう構成されており、
    前記ボアが、前記部材の排気管側に向かって拡張する円錐台形部分に開いたスロート部分によって画定され、該スロート部分に対して少なくとも１つの出口が開いて構成されており、
    該プレート部材が、空気を空気供給源から受け取る入口を有し、且つ、該入口から前記スロート部分によって前記少なくとも１つの出口開口へ空気を案内するよう自身の内部に通路を有しており、
    前記少なくとも１つの出口が、前記ノズルを取り囲む前記ボアにより画定された空間を通って空気を流すよう配向されている、排気後処理噴射器。

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