JP5671227B2 - 内燃機関の排気システム - Google Patents

Description

本発明は内燃機関の排気システム、具体的には、車両の排気システムに関し、排気システムは、排気ガスを浄化するために排気ガスが流れる挿入部材と、排気ガスが流れ、排気ガスが流れる挿入部材の上流に配置され、少なくとも１つの透過壁を含み、排気システムのチャネル壁上に配置され、排気システムの内側に半径方向に突き出ている混合チャンバと、酸化性液体を気化し、蒸気を混合チャンバ内に導入する気化装置と、少なくとも部分的に混合チャンバ内に突き出ている点火装置とを含む。

排気ガスを浄化するために、車両の排気システムは挿入部材、例えば、触媒コンバータまたは、上流で接続された触媒コンバータを有するディーゼル微粒子除去装置を有する。微粒子除去装置は定期的に再生する必要がある。再生に必要な高温に達するために、ほとんどの場合、微粒子除去装置は、排気ガスの温度が上昇する、微粒子除去装置の上流に接続された酸化触媒コンバータを有する。再生のために、微粒子除去装置の上流に再生作用物として作用する蒸気を導入することが知られている。

しかし、酸化触媒コンバータは、エンジンのコールドスタートおよび始動期間の間は到達しない特定の温度においてのみ作動する。この期間に汚染物質の値の増加が生じることが知られている。

本発明の目的は、エンジンの暖機運転期間であっても効果的に作動する排気システムを提供することである。具体的には、本発明による排気システムは、低温でディーゼル微粒子除去装置の再生を可能にすることを意図している。

本発明によれば、最初に述べたタイプの排気システムでは、気化装置ユニットは、酸化性蒸気の自動点火が表面で生じるように構成され、加熱可能なグロー要素を含むように形成される。気化装置を点火装置と組み合わせることによって、追加の点火要素が必要でなくなり、その結果、製造費用が低減する。酸化性液体は、気化プロセス中または気化プロセス開始直後に直接点火されるので、信頼性ある点火がさらに確実となる。

さらに、本発明によれば、最初に述べたタイプの排気システムでは、点火装置は、酸化性蒸気を点火するために点火火花を発生する１つ以上の点火用電極を含むように構成される。酸化性液体または気化した酸化性液体と排気ガスとの混合物は、酸化性蒸気が排気ガスチャネルまたは挿入部材に送り込まれる前に、依然として混合チャンバの内部で点火される。点火火花は酸化性蒸気を確実に点火する。

点火電極は、例えば、混合チャンバに半径方向に対向して位置するチャネル壁部分上に配置されてもよい。このようにして、点火電極は、混合チャンバの外側に配置され、単に混合チャンバ内に突き出ている。これは、電極を別々に製造することができ、極めて小型であるため、気化装置の辺りに位置付けることができるということを意味している。

本実施形態で採用される電極は、例えば、自動車の分野で一般的に用いられている点火プラグであってもよい。その結果、製造費用したがって生産コストが低減する。

好ましくは、排気システムのチャネル壁に開口が設けられ、その開口を通して点火プラグがガス誘導チャネル内に突き出る。点火プラグは、例えば、各開口に設けられたねじまたは別個の締結要素によって、開口の周縁に固定されてもよい。このようにして、点火プラグを簡単な方法で取り付けまたは交換することができる。

点火火花をより大きくまたはより長くするために、点火火花はまた２つの電極間で発生させてもよい。これによって、点火火花の大きさと長さを確保し、変化させることができ、改善された信頼性のある点火効果を達成できる。

さらに、混合チャンバ内に電極を配置することによって、酸化性液体の流入方向に対して点火火花を理想的に向けることができ、その結果、より効果的な点火が発生する。好ましくは、電極は、酸化性液体が混合チャンバに流入する方向に対して、点火火花が略横方向または略垂直に向くように配置される。

好ましい実施形態では、点火装置および／または気化装置に対して電子制御手段が設けられている。気化装置上の電子制御手段によって、酸化性液体の量と気化装置の温度の両方を調節することができ、その結果、酸化性液体の消費量を制御することができる。さらに、点火装置の電子制御手段は、必要に応じて点火火花を発生させ、その結果、排気システムをより効果的に作動させることができる。

電子制御手段は、例えば、温度および／または排気ガス流量に応じて、点火装置および／または気化装置を駆動する。酸化性蒸気の量を調節して、排気ガスの温度が挿入部材の再生に理想的な温度範囲で維持されるようにすることができる。ガス誘導チャネル内の温度が十分に高くなると、制御手段は酸化性蒸気の供給を減らし、必要な場合、酸化性蒸気の点火を一時停止するか、または温度が低すぎる場合は、酸化性蒸気を供給および／または点火を起動することができる。より高速でより高温の排気ガスの場合はその結果として多量の排気ガス流が生じるので、排気ガス流を、制御手段の表示器として同様に利用してもよい。

制御手段は、より具体的には、温度および／または排気ガス流に応じて混合チャンバに導入される蒸気量を制御する。酸化性蒸気の量によって、排気システム内の燃焼、したがって排気ガスの温度を特に効果的に制御することができ、その結果、排気ガス流において再生に理想的な温度が常に達成される。

好ましい実施形態においては、気化装置は、グロー要素、具体的には、混合チャンバの辺りまたは混合チャンバ内で好ましくは終端するグロープラグを含む。グロー要素は、酸化性液体の気化に必要な高温を発生する。

好ましくは、グロー要素は異なる温度まで、すなわち確実に液体を気化する第１温度レベルと、蒸気の自動点火をもたらす第２温度レベルまで加熱することができる。結果的に、液体を気化し、蒸気を点火するのに１つの構成部品しか必要とされなくなる。

排気システムの挿入部材は、好ましくはディーゼル微粒子除去装置を含み、酸化触媒コンバータは、例えば、ディーゼル微粒子除去装置の上流の流れ方向に配置される。蒸気の点火時に微粒子除去装置が自由に燃焼する場合には、触媒コンバータは省かれてもよい。

気化液体は、例えば、燃料、具体的にはディーゼル燃料であってもよい。

さらなる利点および特徴は、添付の図面と併せてなされる以下の説明から明らかとなる。

本発明による排気システムの概略図を示している。 気化装置の辺りにおける本発明による排気システムの断面図を示している。 図１からの排気システムの斜視図を示している。

図１は、内燃機関の、具体的には、自動車の内燃機関の排気システムを示している。参照符号２は、ディーゼル微粒子除去装置４を収容している排気ガス移送パイプを示している。ディーゼル微粒子除去装置４には、排気ガスが流れ、基板または挿入部材としても知られ、除去装置本体を構成する本体６が配置されている。ディーゼル微粒子除去装置４の上流には、除去装置本体の基板に取り付けられるか、または別個の本体として構成される酸化触媒コンバータ８が位置付けられている。

パイプ２の壁面は、排気システム１０のチャネル壁１２を構成し、その壁１２の内部にガス誘導チャネル１４が画定されている。

ディーゼル微粒子除去装置４の上流には、気化装置１６と、随意に、気化装置１６の辺りでガス誘導方向に同様に配置されている点火装置１８とが設けられている。

図２による断面図で明らかなように、気化装置１６および点火装置１８はチャネル壁１２に取り付けられている。

ガス誘導チャネル１４内には、チャネル壁１２に固定され、周囲面全体に開口２３を有する円筒形壁２２によって画定された混合チャンバ２０が配置されており、上記開口により排気ガスが混合チャンバを通って流れることができる（詳細には図３を参照のこと）。

点火装置１８は、混合チャンバ２０と半径方向に対向するチャネル壁１４の壁部分に固定され、混合チャンバ２０内に突き出た自由端を有する。気化装置１６も同様である。

気化装置１６は、グロー要素２４と、酸化性液体がグロー要素２４に供給される供給ライン２６とを有する。酸化性液体は、グロー要素２４によって気化され、軸方向の流入方向Ｅで混合チャンバ２０に到達する。

混合チャンバ２０内では、気化した液体が、流れる排気ガスと混合される。十分な高温において、酸化性蒸気は、排気ガスに含有される残留酸素で燃焼し、これにより排気ガスの温度が上昇する。その結果、気化装置１６の下流で流れ方向に配置された酸化触媒コンバータ８が作動温度まで加熱される。

酸化性液体または酸化性蒸気の点火は、混合チャンバ２０内に突き出た点火装置１８によってもたらされてもよい。点火装置１８は、ここでは、２つの点火プラグ２８を有し、各点火プラグは、電極３０によって混合チャンバ２０内に突き出ている。点火プラグ２８はそれぞれチャネル壁１２内の開口３２に固定され、それぞれ電極３０によって混合チャンバ２０内に突き出ている。触媒コンバータが加熱されると、流入方向Ｅに対して横方向に向く点火火花Ｚが電極３０間で発生し、点火火花は、酸化性蒸気または酸化性蒸気と排気ガスからなる混合物を点火する。

点火装置１８の起動は、ここでは電子制御手段により達成されてもよく、この電子制御手段は、例えば、排気ガスの温度を検査し、温度が再生に十分でない場合は、点火装置を駆動して、点火火花Ｚを発生させる。しかしながら、制御プロセスは、他の測定変数（例えば、排気ガス流量）に応じて達成されてもよい。しかし、制御手段を備えない実施形態もまた考えられる。

気化装置１６はさらに、例えば排気ガスの温度に応じて酸化性液体の供給を調節する制御手段を有するようにされている。制御手段は、グロー要素２４の温度も同様に調節してもよく、このようにして、酸化性液体の気化量を制御してもよい。

ここでは、点火装置１８の点火プラグ２８はそれぞれ開口３２に配置され、それぞれ電極３０によって混合チャンバ２０内に突き出ている。これによって、点火プラグ２８を迅速に交換できる。しかし、点火プラグ２８は、任意の他の方法で、排気システム１０上に配置されてもよい。

ここで示された点火プラグ２８に代わって、他の電極３０が用いられてもよい。具体的には、２つの電極３０を有する単一の点火プラグ２８を設けることもできる。

電極３０は、点火火花Ｚを発生する任意の所望の方法で、混合チャンバ２０内に突き出ていてもよい。具体的には、点火火花Ｚは、酸化性液体の流入方向Ｅに対して横方向に向いている必要はない。

点火装置１８は、必ずしも、混合チャンバ２０と半径方向に対向して位置するチャネル壁１２の一部分に配置されていなくてもよい。点火装置１８は、任意の所望の方法で排気システム１０上に配置されてもよい。具体的には、点火装置１８が気化装置１６上に配置されるかまたは、気化装置１６に一体化されることが考えられる。

混合チャンバ２０の形状および大きさは、混合チャンバの壁２２の開口２３と同様に、所望通りに変化してもよい。より具体的には、混合チャンバ２０は円筒形の設計である必要はない。

酸化性蒸気の点火は、点火装置１８によってではなく、気化装置１６によってもたらされてもよい。この場合、点火は、酸化性蒸気の自動点火がその表面上で生じる程度まで加熱可能なグロー要素２４によってもたらされる。この目的を達成するために、グロー要素２４は、例えば、グロー要素２４の端部において、一方では気化のために、他方では気化とそれに続く蒸気／気体の混合物の自動点火のために、異なる温度レベルまで加熱される。本実施形態では、点火装置１８は、随意に省かれてもよい。

Claims (14)

1. 車両の内燃機関の排気システム（１０）であって、
   排気ガスを浄化するために排気ガスが流れる挿入部材と、
   排気ガスが流れ、排気ガスが流れる前記挿入部材の上流に配置された混合チャンバ（２０）であり、排気システム（１０）の排気パイプ（２）のチャネル壁（１２）に配置され、周囲面全体に複数の開口（２３）を有する透過壁（２２）が前記排気システム（１０）の内側に前記チャネル壁（１２）の半径方向に突き出している混合チャンバ（２０）と、
   燃料を気化し、前記燃料の蒸気を前記混合チャンバ（２０）の前記透過壁（２２）内に導入する気化装置（１６）と、
   前記排気パイプ（２）の前記チャネル壁（１２）に配置され、前記燃料の蒸気を点火するための点火火花（Ｚ）を発生する１つ以上の点火用電極（３０）を含み、当該点火用電極（３０）が前記混合チャンバ（２０）の透過壁（２２）まで延伸し当該透過壁（２２）で囲まれている点火装置（１８）と、
   を備えることを特徴とする、排気システム（１０）。
2. 前記点火用電極（３０）は、前記チャネル壁（１２）の半径方向に前記混合チャンバ（２０）と対向して位置するチャネル壁部分に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の排気システム。
3. 前記点火用電極（３０）は、点火プラグ（２８）であることを特徴とする、請求項１または２に記載の排気システム。
4. 前記排気システム（１０）の前記チャネル壁（１２）に開口（３２）が設けられ、前記点火プラグ（２８）は前記開口（３２）を通って前記排気パイプ（２）内に突き出ていることを特徴とする、請求項３に記載の排気システム。
5. 前記点火火花（Ｚ）は、２つの電極（３０）の間で発生することを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の排気システム。
6. 前記点火火花（Ｚ）は、前記混合チャンバ（２０）への前記燃料の流入方向（Ｅ）に対して、略横方向または略垂直に向いていることを特徴とする、請求項５に記載の排気システム。
7. 電子制御手段が前記点火装置（１８）および／または前記気化装置（１６）に設けられていることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の排気システム。
8. 前記電子制御手段は、前記挿入部材内の排気ガスの温度および／または排気ガス流量に応じて、前記点火装置（１８）を駆動して前記蒸気を点火することを特徴とする、請求項７に記載の排気システム。
9. 前記電子制御手段は、前記挿入部材の排気ガスの温度および／または排気ガス流量に応じて、前記混合チャンバ（２０）に導入される蒸気の量を制御することを特徴とする、請求項７または８に記載の排気システム。
10. 前記気化装置（１６）は、前記混合チャンバ（２０）内で終端する加熱可能なグロー要素（２４）を含むことを特徴とする、請求項１から９のいずれか一項に記載の排気システム。
11. 前記グロー要素（２４）は、異なる温度まで、すなわち前記燃料を確実に気化する第１温度レベルと、前記蒸気の自動点火をもたらす第２温度レベルまで加熱できることを特徴とする、請求項１０に記載の排気システム。
12. 前記挿入部材はディーゼル微粒子除去装置（４）を含むことを特徴とする、請求項１から１１のいずれか一項に記載の排気システム。
13. 前記挿入部材内で、前記ディーゼル微粒子除去装置（４）の流れ方向の上流に、酸化触媒コンバータ（８）が配置されていることを特徴とする、請求項１２に記載の排気システム。
14. 前記燃料は、ディーゼル燃料であることを特徴とする、請求項１から１３のいずれか一項に記載の排気システム。

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