JP5981240B2 - Exhaust purification equipment - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。 The present invention relates to an exhaust emission control device for an internal combustion engine.
従来、内燃機関を搭載した車両の排気管には、排出ガス中に含まれる窒素酸化物(NOx)を吸蔵するNOx吸蔵還元型触媒や、PM(Particulate Matter)を捕捉するパティキュレートフィルタ(以下、PMフィルタという)が設けられている。 Conventionally, in an exhaust pipe of a vehicle equipped with an internal combustion engine, a NOx occlusion reduction type catalyst that occludes nitrogen oxide (NOx) contained in exhaust gas, or a particulate filter (hereinafter referred to as PM) that captures PM (Particulate Matter). A PM filter).
NOx吸蔵還元触媒は、使用によってNOx吸蔵量が増加すると、触媒としての処理能力が低下していく。そのため、NOx吸蔵還元触媒により吸蔵されたNOxを分解し、触媒の処理能力を再生させる再生処理を行う必要がある。その対策として、この再生処理機能を有する排気浄化装置を備えた内燃機関が開発されている(例えば、特許文献1参照)。 When the NOx occlusion amount increases due to use of the NOx occlusion reduction catalyst, the processing capacity as the catalyst decreases. Therefore, it is necessary to perform a regeneration process for decomposing NOx stored by the NOx storage reduction catalyst and regenerating the processing capacity of the catalyst. As a countermeasure, an internal combustion engine having an exhaust purification device having this regeneration processing function has been developed (see, for example, Patent Document 1).
この種の排気浄化装置では、排気ポートに開口した還元剤噴射弁を備え、燃料ポンプにより吐出された燃料等の還元剤が還元剤噴射弁から排気ポートに噴射されるようになっている。排気ポートに噴射された還元剤は、排出ガスに混合されNOx吸蔵還元型触媒に供給される。この排気浄化装置によれば、NOx吸蔵還元型触媒に吸蔵されたNOxが還元剤により浄化され、触媒としての処理能力が再生されるので、長期間使用されても排出ガスのNOx低減能の低下を抑制することができる。 In this type of exhaust purification device, a reducing agent injection valve opened to the exhaust port is provided, and a reducing agent such as fuel discharged by a fuel pump is injected from the reducing agent injection valve to the exhaust port. The reducing agent injected into the exhaust port is mixed with the exhaust gas and supplied to the NOx storage reduction catalyst. According to this exhaust purification device, NOx occluded in the NOx occlusion reduction type catalyst is purified by the reducing agent, and the processing capacity as the catalyst is regenerated, so that the NOx reduction ability of the exhaust gas is reduced even when used for a long period of time. Can be suppressed.
一方、PMフィルタは、使用によって内部にPMが堆積し通過抵抗が増大するため、適宜再生処理を行う必要がある。再生処理としては、例えば、PMフィルタに燃料等の炭化水素系液体を流入させて発熱反応を生じさせ、発生した熱によりPMを焼失させる方法が提案されている。したがって、上述した排気浄化装置の利用により、PMフィルタに還元剤として燃料を流入させることができるので、PMフィルタにおいても再生処理を実現することができる。 On the other hand, the PM filter needs to be appropriately regenerated because PM accumulates inside and increases the passage resistance. As a regeneration process, for example, a method has been proposed in which a hydrocarbon-based liquid such as fuel is introduced into a PM filter to cause an exothermic reaction, and PM is burned off by the generated heat. Therefore, by using the above-described exhaust purification device, fuel can be caused to flow into the PM filter as a reducing agent, so that regeneration processing can also be realized in the PM filter.
しかしながら、従来の排気浄化装置にあっては、還元剤噴射弁のノズルが排気ポートに露出している。このため、ノズルが高温の排出ガスに晒されて、ノズルの先端部の温度が比較的高温になるので、ノズルおよびその周辺にデポジットが徐々に堆積し、ノズルの目詰まり等が発生する可能性があるという問題があった。 However, in the conventional exhaust purification device, the nozzle of the reducing agent injection valve is exposed to the exhaust port. For this reason, the nozzle is exposed to high temperature exhaust gas, and the temperature at the tip of the nozzle becomes relatively high. Therefore, deposits may gradually accumulate on the nozzle and its surroundings, causing clogging of the nozzle, etc. There was a problem that there was.
具体的には、ノズルの先端部の温度は比較的高温になるため、ノズルから噴射した還元剤がノズルの先端部に付着すると、付着した還元剤の揮発成分が蒸発し、残った成分が変質してデポジットとして徐々に堆積してしまう。また、付着した還元剤がバインダとして作用することにより、排出ガス中の煤等により構成されるスモークが付着して、デポジットとして徐々に堆積してしまう。ノズルの先端部にデポジットが堆積すると、ノズルの目詰まりが生じて排気通路に還元剤を良好に供給できなくなる可能性があるという問題があった。 Specifically, since the temperature at the tip of the nozzle is relatively high, when the reducing agent injected from the nozzle adheres to the tip of the nozzle, the volatile component of the attached reducing agent evaporates and the remaining component is altered. Then, it gradually accumulates as a deposit. Further, when the attached reducing agent acts as a binder, smoke composed of soot or the like in the exhaust gas adheres and gradually deposits as a deposit. When deposits are accumulated at the tip of the nozzle, the nozzle is clogged, and there is a problem that the reducing agent may not be satisfactorily supplied to the exhaust passage.
本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、還元剤噴射弁のノズルへのデポジットの堆積を従来よりも抑制できる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 to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide an exhaust purification device capable of suppressing deposit accumulation on a nozzle of a reducing agent injection valve as compared with the conventional one.
本発明に係る排気浄化装置は、上記目的達成のため、(1)内燃機関の排気管に設けられ排出ガスを浄化する触媒と、前記触媒より上流側の前記排気管内に還元剤を噴射するノズルを有する還元剤噴射弁と、前記還元剤噴射弁を前記排気管に対して支持する支持部材と、を備え、前記還元剤噴射弁から前記排出ガスに前記還元剤を添加することにより前記触媒の機能を回復する排気浄化装置であって、前記支持部材は、前記ノズルの少なくとも一部を収容するノズル収容部と、前記ノズル収容部から前記排気管まで連通するとともに、前記ノズルの先端面よりも先方向に位置し、前記ノズル収容部の内径よりも小さい内径の透孔を有するシュラウド部と、を備え、前記ノズルと前記シュラウド部との間に間隙が設けられ、前記ノズルの軸心が、前記ノズル収容部の軸心に対して前記排出ガスの流れの上流方向に偏心しているよう構成する。 In order to achieve the above object, an exhaust emission control apparatus according to the present invention includes (1) a catalyst provided in an exhaust pipe of an internal combustion engine for purifying exhaust gas, and a nozzle for injecting a reducing agent into the exhaust pipe upstream of the catalyst. And a support member for supporting the reducing agent injection valve with respect to the exhaust pipe, and adding the reducing agent to the exhaust gas from the reducing agent injection valve. The exhaust purifying apparatus recovering the function, wherein the support member communicates from a nozzle accommodating portion that accommodates at least a part of the nozzle to the exhaust pipe and from a front end surface of the nozzle. located above direction, and a shroud portion having a hole of inner diameter less than the inner diameter of the nozzle housing portion, while gap is provided between the nozzle and the shroud portion, the axis of the nozzle The configure so that decentered in the upstream direction of the flow of exhaust gases with respect to the axis of the nozzle housing portion.
本発明の構成により、ノズルの先端面よりも先方向に位置するシュラウド部が、ノズル収容部の内径よりも小さい内径の透孔を有するので、従来のようにシュラウド部を有しない場合に比べて、排出ガスがノズルに当たり難くなる。このため、従来よりもノズルの加熱を抑えることができる。ノズルが高温になることが抑制されるので、ノズルの先端部が高温になることに起因するデポジットの堆積を抑制し、ノズルの目詰まり等の発生を抑制することができる。 According to the configuration of the present invention, the shroud portion located in the forward direction from the tip surface of the nozzle has a through-hole having an inner diameter smaller than the inner diameter of the nozzle housing portion, so that compared with the conventional case without the shroud portion. , Exhaust gas is difficult to hit the nozzle. For this reason, heating of the nozzle can be suppressed as compared with the prior art. Since the temperature of the nozzle is suppressed, it is possible to suppress the accumulation of deposits resulting from the high temperature of the tip portion of the nozzle and to suppress the occurrence of clogging of the nozzle.
また、ノズルとシュラウド部との間に間隙が設けられているので、例えば、還元剤噴射弁と支持部材との間にシール材が設けられている場合は、還元剤噴射弁と支持部材とによりシール材を強固に押圧して変形させてもノズルとシュラウド部とは干渉しない。このため、還元剤噴射弁と支持部材とによりシール材を強固に押圧することができるので、シール材のシール性を向上することができる。あるいは、還元剤噴射弁と支持部材との間にシール材が設けられていない場合でも、ノズルとシュラウド部との間に間隙が設けられていることにより還元剤噴射弁と支持部材とを強固に密着させることができるので、還元剤噴 射弁と支持部材との間のシール性を向上することができる。さらに、この構成により、ノズルの軸心がノズル収容部の軸心に対して排出ガスの流れの上流方向に偏心しているので、ノズルの軸心とノズル収容部の軸心とが一致する場合に比べて、排気管からシュラウド部の透孔に入り込んだ排出ガスのノズルに吹き当たる流量を減らすことができる。これにより、ノズルは加熱されにくくなるので、ノズルが高温になることが抑制され、ノズルの先端部が高温になることに起因するデポジットの堆積を抑制し、ノズルの目詰まり等の発生を抑制することができる。 In addition, since a gap is provided between the nozzle and the shroud portion, for example, when a sealing material is provided between the reducing agent injection valve and the support member, the reducing agent injection valve and the support member Even if the sealing material is strongly pressed and deformed, the nozzle and the shroud portion do not interfere with each other. For this reason, since the sealing material can be firmly pressed by the reducing agent injection valve and the support member, the sealing performance of the sealing material can be improved. Alternatively, even when a sealant is not provided between the reducing agent injection valve and the support member, the reduction agent injection valve and the support member are strengthened by providing a gap between the nozzle and the shroud portion. Since the contact can be made, the sealing property between the reducing agent injection valve and the support member can be improved. Further, with this configuration, the nozzle axis is eccentric in the upstream direction of the exhaust gas flow with respect to the axis of the nozzle accommodating part, so that the nozzle axis coincides with the axis of the nozzle accommodating part. In comparison, it is possible to reduce the flow rate of the exhaust gas blown from the exhaust pipe into the through hole of the shroud portion. As a result, the nozzle is less likely to be heated, so that the nozzle is prevented from being heated to a high temperature, deposit accumulation due to the high temperature of the nozzle tip is suppressed, and clogging of the nozzle is suppressed. be able to.
ここで、ノズルとシュラウド部との間の間隙を小さくすると、当該間隙を流通してシュラウド部の内部に入り込む排出ガスの流量を低減できるので、ノズル温度の上昇を抑えることができる。したがって、間隙の大きさは所定値以下に設定することが好ましい。 Here, if the gap between the nozzle and the shroud portion is reduced, the flow rate of the exhaust gas flowing through the gap and entering the inside of the shroud portion can be reduced, so that an increase in nozzle temperature can be suppressed. Accordingly, the size of the gap is preferably set to a predetermined value or less.
上記(1)に記載の排気浄化装置においては、(2)前記シュラウド部の前記透孔の内径は、前記ノズルの外径より小さいよう構成する。この構成により、ノズルの先端面の一部がシュラウド部により覆われるので、排気管からシュラウド部の透孔に入り込んだ排出ガスがノズルに吹き当たる流量を減らすことができる。これにより、ノズルは加熱されにくくなるので、ノズルが高温になることが抑制され、ノズルの先端部が高温になることに起因するデポジットの堆積を抑制し、ノズルの目詰まり等の発生を抑制することができる。 In the exhaust emission control device according to (1 ) , ( 2 ) the inner diameter of the through hole of the shroud portion is configured to be smaller than the outer diameter of the nozzle. With this configuration, since a part of the tip surface of the nozzle is covered with the shroud portion, the flow rate at which the exhaust gas that has entered the through hole of the shroud portion from the exhaust pipe hits the nozzle can be reduced. As a result, the nozzle is less likely to be heated, so that the nozzle is prevented from being heated to a high temperature, deposit accumulation due to the high temperature of the nozzle tip is suppressed, and clogging of the nozzle is suppressed. be able to.
上記(1)に記載の排気浄化装置においては、(3)前記シュラウド部は、前記ノズルの先端面の一部を覆うよう構成する。この構成により、ノズルの先端面の一部がシュラウド部により覆われるので、排気管からシュラウド部の透孔に入り込んだ排出ガスがノズルに吹き当たる流量を減らすことができる。これにより、ノズルは加熱されにくくなるので、ノズルが高温になることが抑制され、ノズルの先端部が高温になることに起因するデポジットの堆積を抑制し、ノズルの目詰まり等の発生を抑制することができる。 In the exhaust emission control device described in (1 ) above, ( 3 ) the shroud portion is configured to cover a part of the tip surface of the nozzle. With this configuration, since a part of the tip surface of the nozzle is covered with the shroud portion, the flow rate at which the exhaust gas that has entered the through hole of the shroud portion from the exhaust pipe hits the nozzle can be reduced. As a result, the nozzle is less likely to be heated, so that the nozzle is prevented from being heated to a high temperature, deposit accumulation due to the high temperature of the nozzle tip is suppressed, and clogging of the nozzle is suppressed. be able to.
上記(1)から(3)までに記載の排気浄化装置においては、(4)前記ノズルの噴射方向は、前記排出ガスの流れ方向下流側であるよう構成する。この構成により、排気管からシュラウド部の透孔に入り込んだ排出ガスにより吹き飛ばされる還元剤の量を減らすことができる。これにより、ノズルの先端部に付着する還元剤の量を減らすことができるので、シュラウド部の透孔およびノズルの噴孔に付着する還元剤の量を減らすことができる。このため、本発明によれば、デポジットの堆積を抑制し、ノズルの目詰まり等の発生を抑制することができる。 In the exhaust emission control device according to the above (1) to ( 3 ), ( 4 ) the injection direction of the nozzle is configured to be downstream in the flow direction of the exhaust gas. With this configuration, it is possible to reduce the amount of the reducing agent blown off by the exhaust gas that has entered the through hole of the shroud portion from the exhaust pipe. Thereby, since the quantity of the reducing agent adhering to the front-end | tip part of a nozzle can be reduced, the quantity of the reducing agent adhering to the through-hole of a shroud part and the nozzle hole of a nozzle can be reduced. For this reason, according to the present invention, deposit accumulation can be suppressed and occurrence of nozzle clogging or the like can be suppressed.
本発明によれば、還元剤噴射弁のノズルへのデポジットの堆積を従来よりも抑制できる排気浄化装置を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the exhaust gas purification apparatus which can suppress deposit accumulation to the nozzle of a reducing agent injection valve more than before can be provided.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。本実施の形態においては、本発明に係る排気浄化装置を内燃機関としての直列4気筒のディーゼルエンジン(以下、単にエンジンという)1に搭載した場合について説明する。ただし、内燃機関としてはディーゼルエンジンには限られず、ガソリンエンジンであってもよい。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the present embodiment, a case will be described in which the exhaust emission control device according to the present invention is mounted on an in-line four-cylinder diesel engine (hereinafter simply referred to as an engine) 1 as an internal combustion engine. However, the internal combustion engine is not limited to a diesel engine, and may be a gasoline engine.
まず、構成について説明する。 First, the configuration will be described.
図1に示すように、エンジン1は、エンジン本体2と、吸気装置3と、排気装置4と、排気浄化装置5と、ターボ過給機6と、EGR(Exhaust Gas Recirculation)装置7と、燃料供給装置8と、ECU(Electronic Control Unit)9とを備えている。
As shown in FIG. 1, an
エンジン本体2は、シリンダヘッド20と、図示しないシリンダブロックとを備えている。シリンダヘッド20およびシリンダブロックは、4つのシリンダ21を備えている。各シリンダ21には、図示しないピストンにより燃焼室21aが画成されている。エンジン本体2は、燃焼室21aにおいて燃料と空気との混合気を所望のタイミングで燃焼させることによりピストンを往復動させ、図示しないクランクシャフトを回転させるようになっている。
The
吸気装置3は、吸気口管30と、エアクリーナ31と、吸気管32と、エアフローメータ33と、インタークーラ34と、スロットルバルブ35と、スロットルセンサ36と、吸気マニホールド37とを備えている。
The intake device 3 includes an
エアクリーナ31は、吸気装置3の上流部で、内蔵するフィルタにより吸入空気Aから粉塵等を除去して清浄化するようになっている。吸気管32は、エアクリーナ31から吸気マニホールド37まで、ターボ過給機6を挟んで接続している。エアフローメータ33は、吸入空気Aの流量を検出して、ECU9に入力するようになっている。
The
インタークーラ34は、ターボ過給機6より下流側の吸気管32に設けられている。インタークーラ34は、ターボ過給機6での圧縮および過給により昇温した吸入空気Aを冷却するようになっている。
The
スロットルバルブ35は、インタークーラ34と吸気マニホールド37との間に設けられるとともに、電子制御式で各シリンダ21に供給される吸入空気量を調節するようになっている。スロットルバルブ35には、スロットルバルブ35の開度(以下、スロットル開度という)を制御可能なスロットルモータ35aが設けられている。スロットルモータ35aは、ECU9に接続されるとともに、ECU9の指示に従ってスロットル開度を変更するようになっている。スロットルセンサ36は、ECU9に接続されるとともに、スロットル開度を検出してECU9に入力するようになっている。
The
吸気マニホールド37は、吸気管32と各シリンダ21とを接続している。吸気マニホールド37と各シリンダ21との接続により、エンジン本体2と吸気装置3とが接続されている。吸気マニホールド37と各シリンダ21との間には、各燃焼室21aに導入される吸入空気Aの流量を制御するための図示しない吸気弁が設けられている。吸気マニホールド37に吸入された吸入空気Aは、図示しないクランクシャフトの回転角に応じて吸気弁が開弁した際に燃焼室21aに導入されるようになっている。
The
排気装置4は、排気マニホールド40と、排気管41と、排気温度センサ43と、テールパイプ45と、空燃比センサ46とを備えている。
The exhaust device 4 includes an
排気マニホールド40は、各シリンダ21から排出された排出ガスGを流通させる。この排気マニホールド40と各シリンダ21との接続により、エンジン本体2と排気装置4とが接続されている。排気マニホールド40と各シリンダ21との間には、各燃焼室21aから排出される排出ガスGの流量を制御するための図示しない排気弁が設けられている。各燃焼室21aにおいて生成された排出ガスGは、図示しないクランクシャフトの回転角に応じて排気弁が開弁した際に排気マニホールド40へ排気されるようになっている。排気管41は、排気マニホールド40からテールパイプ45まで、ターボ過給機6および排気浄化装置5を挟んで接続している。
The
テールパイプ45は、排気浄化装置5の下流側に接続されている。テールパイプ45の下流側端部は大気に開放されている。このため、排気浄化装置5を通過した排出ガスGは、テールパイプ45を経て大気に放出されるようになっている。
The
排気温度センサ43は、排気浄化装置5の上流側、かつターボ過給機6の下流側に設けられてECU9に接続されるとともに、排出ガスGの温度を検出してECU9に入力するようになっている。空燃比センサ46は、排気浄化装置5の下流側に設けられてECU9に接続されるとともに、排出ガスGの酸素濃度を検出してECU9に入力するようになっている。空燃比センサ46は、ジルコニア素子等の検出素子からなり、酸素濃度差に応じた電力を検出することにより排出ガスGの酸素濃度を検出するようになっている。
The
排気浄化装置5は、触媒としての排気後処理器50と、還元剤噴射弁51と、支持部材としてのアタッチメント52とを備えている。排気浄化装置5は、還元剤噴射弁51から排出ガスGに還元剤を添加することにより、排気後処理器50の機能を回復するようになっている。
The exhaust emission control device 5 includes an
排気後処理器50は、触媒コンバータ53および触媒担持型のPMフィルタ54を有しており、エンジン1の排気管41に設けられ排出ガスGを浄化するようになっている。排気後処理器50の構成は特に限られず、公知または新規のものを使用することができる。
The exhaust after-
触媒コンバータ53は、NOx吸蔵型のNOx触媒により構成されており、空燃比がリーン状態の場合における排出ガスGが内部を流通すると、この排出ガスGに含まれるNOxを吸蔵するようになっている。また、触媒コンバータ53は、空燃比がリッチ状態の場合における排出ガスGが内部を流通すると、吸蔵したNOxと排出ガスGに含まれる炭化水素や一酸化炭素とを反応させ、窒素、二酸化炭素、水に分解することにより排出ガスGを浄化するようになっている。
The
PMフィルタ54は、モノリス型やペレット型のフィルタにより構成されており、排出ガスGに含まれる微粒子を捕集する。このPMフィルタ54にも上述した吸蔵型のNOx触媒が備えられており、PMフィルタ54に捕捉されたPMは、当該触媒の酸化作用によって酸化されて除去されるようになっている。
The
図2および図3に示すように、還元剤噴射弁51は、排気後処理器50より上流側で、ターボ過給機6より下流側の排気管41に設けられ、ホルダ100と、ノズルボティ101と、ニードル弁102と、図示しないコアおよび電磁コイルとを備えている。ここでの還元剤噴射弁51は、電磁式の燃料供給弁として利用される公知のあるいは新規の適宜な燃料供給弁を適用することができる。
As shown in FIGS. 2 and 3, the reducing
ホルダ100は、略円筒形状で、先端にノズル部100aと、ノズル部100aの基端側に連続する段部100bとを有している。ノズル部100aの内部には、ノズルボディ101が収容されている。ノズル部100aおよびノズルボディ101を総称して、ノズル103と称する。すなわち、還元剤噴射弁51は、排気後処理器50より上流側の排気管41内に還元剤を噴射するノズル103を有している。ホルダ100の図示しない基端側は燃料供給装置8に接続され、ホルダ100の内部に還元剤としての燃料が供給されるようになっている。
The
ノズルボディ101は、略円錐形状の先端部101aと、先端部101aに形成された噴孔101bとを備えている。噴孔101bは、ホルダ100の内部に供給された還元剤を噴射可能になっている。噴孔101bは、排出ガスGの流通方向に対して垂直よりも下流側を向いて形成されている。これにより、噴孔101bから噴射された燃料が、排出ガスGにより噴き返されてノズル103の先端面103aやその周辺に付着することを抑えられるので、その部位でのデポジットの堆積を抑制することができる。
The
ニードル弁102は、先端に形成された弁体部102aと、弁体部102aの近傍に形成された案内部102bとを備えている。ニードル弁102の弁体部102aおよび案内部102bは、ノズルボディ101の内部で摺動可能になっている。弁体部102aの先端面が噴孔101bを内側から閉塞することにより、ホルダ100の内部に供給された還元剤が噴孔101bから噴射されなくなるようになっている。また、弁体部102aの先端面が噴孔101bから離隔することにより、ホルダ100の内部に供給された還元剤が噴孔101bから噴射されるようになっている。
The
また、ニードル弁102の基端側にはコアが結合されている。電磁コイルは、コアの周囲のホルダ100に設けられ、ECU9に接続されている。そして、電磁コイルに通電されることにより、コアが吸着され、ニードル弁102が摺動して噴孔101bの開閉状態を切り替えるようになっている。
A core is coupled to the proximal end side of the
アタッチメント52は、例えば、ボルト等により排気管41に固定されるとともに、還元剤噴射弁51を排気管41に対して支持するようになっている。アタッチメント52は、図示しない水冷機構を用いて冷却水により冷却されるようになっている。アタッチメント52の還元剤噴射弁51を装着する構造は、公知のあるいは新規の適宜なものを利用することができる。
The
本実施の形態では、アタッチメント52は、ホルダ100の段部100bを収容する段部収容部110と、ノズル部100aの少なくとも一部を収容するノズル収容部111と、シュラウド部112とを有している。段部100bおよび段部収容部110の端面同士の間には、シール材としてメタルガスケット120が介在されている。還元剤噴射弁51は、アタッチメント52に対して軸方向に押圧されている。これにより、段部100bと段部収容部110とがメタルガスケット120を挟んで押圧するので、メタルガスケット120におけるシール性を向上することができる。
In the present embodiment, the
シュラウド部112は、ノズル収容部111から排気管41まで連通するとともに、ノズル103の先端面103aよりも先方向に位置している。また、シュラウド部112は、ノズル収容部111の内径よりも小さい内径の透孔112aを有しており、この透孔112aが排気管41に形成された開口41aに連通するように設けられている。
The
本実施の形態では、透孔112aの内径は、ノズル部100aの外径よりも小さくされている。また、シュラウド部112の軸心C2と透孔112aの軸心とは一致している。さらに、透孔112aは、例えば断面円形とされている。このため、シュラウド部112がノズル103の先端面103aより先方向に位置するので、排気管41からの排出ガスGがノズル103に当たり難くなり、ノズル103の高温化が抑制されるようになっている。また、透孔112aの内部には、ノズルボディ101の先端部101aが入り込むとともに、噴孔101bが位置するようになっている。
In the present embodiment, the inner diameter of the through
ノズル103とシュラウド部112との間には、間隙Sが設けられている。これにより、還元剤噴射弁51とアタッチメント52とによりメタルガスケット120を強固に押圧して変形させても、ノズル103とシュラウド部112とは干渉しない。このため、還元剤噴射弁51とアタッチメント52とによりメタルガスケット120を強固に押圧することができるので、メタルガスケット120のシール性を向上することができる。
A gap S is provided between the
ここで、間隙Sは、大きすぎると排出ガスGが透孔112aからノズル収容部111に流入しやすくなってしまうため、小さい方が好ましい。ただし、間隙Sが小さすぎると、組立誤差や熱膨張等によりノズル103とシュラウド部112とが接触して、還元剤噴射弁51とアタッチメント52とによりメタルガスケット120を十分に押圧できなくなって、メタルガスケット120のシール性が低下してしまう可能性がある。
Here, if the gap S is too large, the exhaust gas G tends to flow into the
そこで、間隙Sの大きさとしては、例えば、図4に示すように、軸方向の最小の間隙SをS1、斜め方向の最小の間隙SをS2、径方向の最小の間隙SをS3とした場合に、S1、S2、S3のいずれもが0.15mm以上かつ1mm以下であることが好ましい。特に、S1およびS2については、0.15mm以上かつ0.5mm以下であることがより好ましい。ただし、間隙Sの値としては、これらの数値に限られないことは勿論である。 Therefore, as the size of the gap S, for example, as shown in FIG. 4, the smallest gap S in the axial direction is S1, the smallest gap S in the oblique direction is S2, and the smallest gap S in the radial direction is S3. In this case, it is preferable that all of S1, S2, and S3 are 0.15 mm or more and 1 mm or less. In particular, S1 and S2 are more preferably 0.15 mm or more and 0.5 mm or less. However, as a matter of course, the value of the gap S is not limited to these values.
さらに、ノズル103の軸心C1は、シュラウド部112の軸心C2に対して排出ガスGの流れ方向の上流側に偏心して設けられている。これにより、ノズル103の軸心C1とシュラウド部112の軸心C2とが一致する場合(図8参照)に比べて、排気管41からシュラウド部112の透孔112aに入り込んだ排出ガスGがノズル103に吹き当たる流量を減らすことができる。
Furthermore, the axial center C1 of the
ノズル103の軸心C1とシュラウド部112の軸心C2との偏心の大きさDは、小さすぎると排出ガスGがノズル103に吹き当たる流量を減らす効果が小さいので、大きい方が好ましい。ただし、偏心の大きさDが大きすぎると、ノズル103とシュラウド部112とが接触してしまう可能性がある。そこで、偏心の大きさDとしては、例えば、0.15mm〜0.5mmにすることが好ましい。偏心の大きさDの値としては、これらの数値に限られないことは勿論である。
The magnitude D of the eccentricity between the axis C1 of the
図1に示すように、ターボ過給機6は、吸入空気コンプレッサ60および排気タービン61を備えている。吸入空気コンプレッサ60は吸気管32に設けられている。排気タービン61は排気管41に設けられている。吸入空気コンプレッサ60および排気タービン61は、回転軸63で結合されるとともに、一体回転するようになっている。
As shown in FIG. 1, the turbocharger 6 includes an
排気管41で排出ガスGが流通することにより、排気タービン61が回転される。排気タービン61の回転により、吸入空気コンプレッサ60が回転される。さらに、吸入空気コンプレッサ60の回転により吸入空気Aが圧縮され、シリンダ21に正圧の空気が供給されるようになっている。
As the exhaust gas G flows through the
EGR装置7は、排気マニホールド40から吸気マニホールド37までを連通する連通管70と、連通管70の途中に配設されるEGRクーラ71と、電動式のEGR弁72とを備えている。EGR装置7は、排気マニホールド40に排出された排出ガスGの一部をEGRクーラ71により冷却し、吸気マニホールド37へ再循環させるようになっている。また、ECU9は、EGR弁72の開度を制御することにより再循環される排気量を調節するようになっている。排出ガスGが燃焼室21aに再循環されると、燃焼室21a内における混合気の燃焼温度が低下し、NOxの発生量が低減されるようになっている。
The EGR device 7 includes a
燃料供給装置8は、燃料タンク80と、燃料フィルタ81と、低圧燃料ポンプ82と、燃料圧レギュレータ83と、主燃料管84と、高圧燃料ポンプ85と、コモンレール86と、燃料噴射弁87とを備えている。
The fuel supply device 8 includes a
燃料タンク80は、軽油等、炭化水素系の燃料を貯留するようになっており、内部に防錆処理が施された金属製または合成樹脂製の公知の燃料タンクにより構成されている。低圧燃料ポンプ82は、燃料フィルタ81を介して燃料タンク80内に貯留する燃料を吸入し、燃料圧レギュレータ83に圧送するようになっている。燃料圧レギュレータ83は、低圧燃料ポンプ82から吐出された燃料の圧力、すなわち燃圧が予め定められた設定値よりも高くなると、低圧燃料ポンプ82から吐出された燃料の一部を燃料タンク80に戻すようになっている。主燃料管84は、燃料圧レギュレータ83から高圧燃料ポンプ85までを接続している。
The
高圧燃料ポンプ85は、燃料圧レギュレータ83から供給された燃料を高圧燃料にして吐出するようになっている。コモンレール86は、高圧燃料ポンプ85に接続されており、高圧燃料ポンプ85から供給された高圧燃料を貯留するようになっている。
The high
燃料噴射弁87は、コモンレール86に接続されるとともに、各シリンダ21に対応してシリンダヘッド20に設置されている。燃料噴射弁87は、コモンレール86から供給された燃料を各燃焼室21aにそれぞれ噴射するようになっている。すなわち、高圧燃料ポンプ85からコモンレール86へ供給される高圧燃料は、クランクシャフトの回転角に基づく燃料噴射弁87の開弁により燃料噴射弁87から対応する燃焼室21aへ噴射されるようになっている。
The
また、燃料圧レギュレータ83と高圧燃料ポンプ85との間の主燃料管84には、分岐管84aが設けられている。分岐管84aは、排気浄化装置5の還元剤噴射弁51に接続されており、低圧燃料ポンプ82から吐出された燃料の一部を排気浄化装置5に供給するようになっている。
A
図5に示すように、ECU9は、双方向性バスを介して互いに接続されているCPU(Central Processing Unit)9aと、RAM(Random Access Memory)9bと、ROM(Read Only Memory)9cと、EEPROM(Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory、登録商標)9dと、入力ポート9eと、出力ポート9fとを備えたマイクロコンピュータによって構成されている。
As shown in FIG. 5, the
CPU9aは、RAM9bの一時記憶機能を利用しつつ予めROM9cに記憶されたプログラムやEEPROM9dに記憶されたデータに従って信号処理を行うことにより、エンジン1の出力制御や、後述する触媒機能回復制御等の各種制御を実行するようになっている。
The
ECU9の入力ポート9eには、エアフローメータ33と、スロットルセンサ36と、排気温度センサ43と、空燃比センサ46とが接続されている。これらのセンサで検出された情報は、ECU9に取り込まれるようになっている。
An
ECU9の出力ポート9fには、スロットルモータ35aと、EGR弁72と、低圧燃料ポンプ82と、還元剤噴射弁51と、高圧燃料ポンプ85と、燃料噴射弁87とが接続されている。ECU9は、エンジン1の運転制御、例えばスロットルバルブ35やEGR弁72等の開度制御等を実行するようになっている。
A
次に、動作について説明する。 Next, the operation will be described.
エンジン1が作動中であるときは、燃料供給装置8により還元剤噴射弁51に還元剤として燃料が供給される。ECU9は還元剤噴射弁51から還元剤を噴射すべきと判断していない通常のエンジン作動時には、ECU9は還元剤噴射弁51の電磁コイルに通電を行っていない。このため、還元剤噴射弁51では、ニードル弁102の弁体部102aが噴孔101bを内側から閉塞しているので、噴孔101bから還元剤が噴射されることはない。
When the
ECU9は、例えば、走行時間や走行距離、あるいは他の運転条件等に基づいて、排気後処理器50の触媒としての機能が低下しているか否かを判断する。ECU9が、排気後処理器50の触媒としての機能が低下していると判断した場合は、ECU9は還元剤噴射弁51から還元剤を噴射するタイミングや噴射量および噴射時間を適宜設定する。そして、ECU9は還元剤噴射弁51の電磁コイルに所定時間の通電を行う。このため、還元剤噴射弁51では、ニードル弁102が摺動して、弁体部102aが噴孔101bを開放するので、噴孔101bから還元剤が噴射される。
The
ここで、ノズル103の先端面103aよりも先方向に位置するシュラウド部112の透孔112aが、ノズル103の外径よりも小さい内径を有するので、排出ガスGがノズル103に当たり難くなる。また、ノズル103とシュラウド部112との間に間隙Sが設けられているので、シュラウド部112からノズル103への熱伝達を大幅に抑制することができる。これらの理由により、ノズル103の加熱が抑えられる。
Here, since the through-
そして、排出ガスGに還元剤が噴射され、その下流側に配置された排気後処理器50に還元剤が添加される。よって、排気後処理器50の触媒としての機能が回復されるようになる。また、ECU9は、還元剤の噴射を所定時間行った後、還元剤噴射弁51の電磁コイルへの通電を停止して、還元剤噴射弁51を再度閉塞状態にして還元剤の噴射を停止する。
Then, the reducing agent is injected into the exhaust gas G, and the reducing agent is added to the
以上のように、本実施の形態に係る排気浄化装置5によれば、ノズル103の先端面103aよりも先方向に位置するシュラウド部112の透孔112aが、ノズル103の外径よりも小さい内径を有するので、排出ガスGがノズル103に当たり難くなる。これにより、ノズル103の加熱が抑えられるので、ノズル103の先端部が高温になることに起因するデポジットの堆積を抑制し、ノズル103の目詰まり等の発生を抑制することができる。
As described above, according to the exhaust gas purification apparatus 5 according to the present embodiment, the inner diameter of the through
また、ノズル103とシュラウド部112との間に間隙Sが設けられているので、還元剤噴射弁51とアタッチメント52とによりメタルガスケット120を強固に押圧して変形させてもノズル103とシュラウド部112とは干渉しない。このため、還元剤噴射弁51とアタッチメント52とによりメタルガスケット120を強固に押圧することができるので、メタルガスケット120のシール性を向上することができる。
Further, since the gap S is provided between the
また、本実施の形態に係る排気浄化装置5によれば、ノズル103の軸心C1がシュラウド部112の軸心C2に対して排出ガスGの流れ方向上流側に偏心している。このため、ノズル103の軸心C1とシュラウド部112の軸心C2とが一致する場合に比べて、排気管41からシュラウド部112の透孔112aに入り込んだ排出ガスGがノズル103に吹き当たる流量を減らすことができる。これにより、ノズル103は加熱されにくくなるので、ノズル103が高温になることが抑制され、ノズル103の先端部が高温になることに起因するデポジットの堆積を抑制し、ノズル103の目詰まり等の発生を抑制することができる。
Further, according to the exhaust purification device 5 according to the present embodiment, the axis C1 of the
また、本実施の形態に係る排気浄化装置5によれば、噴孔101bの向き、すなわちノズル103からの還元剤の噴射方向は、排出ガスGの流れ方向下流側となっている。このため、排気管41からシュラウド部112の透孔112aに入り込んだ排出ガスGにより吹き飛ばされる還元剤の量を減らすことができる。これにより、ノズル103の先端部に付着する還元剤の量を減らすことができるので、シュラウド部112の透孔112aおよびノズル103の噴孔101bに付着する還元剤の量を減らすことができる。このため、この排気浄化装置5によれば、デポジットの堆積を抑制し、ノズル103の目詰まり等の発生を抑制することができる。
Further, according to the exhaust purification device 5 according to the present embodiment, the direction of the
上述した本実施の形態の排気浄化装置5においては、ノズル103の軸心C1がシュラウド部112の軸心C2に対して排出ガスGの流れ方向上流側に偏心している場合について説明している。しかしながら、本発明に係る排気浄化装置においては、これに限られず、例えば、図6および図7に示すように、ノズル103の軸心C1がシュラウド部112の軸心C2に対して排出ガスGの流れ方向下流側に偏心していてもよい。
In the exhaust purification apparatus 5 of the present embodiment described above, the case where the axial center C1 of the
この場合も、排気管41からシュラウド部112の透孔112aに入り込んだ排出ガスGがノズル103に吹き当たる流量を減らすことができるので、ノズル103は加熱されにくくなって、ノズル103が高温になることが抑制される。よって、ノズル103の軸心C1がシュラウド部112の軸心C2に対して排出ガスGの流れ方向上流側に偏心している場合と同様に、ノズル103の先端部が高温になることに起因するデポジットの堆積を抑制し、ノズル103の目詰まり等の発生を抑制することができる。すなわち、本実施の形態の排気浄化装置5によれば、ノズル103とシュラウド部112との偏心方向は、排出ガスの流れ方向であれば上流側でも下流側でも同様の効果を得ることができる。
Also in this case, the flow rate at which the exhaust gas G entering the through-
あるいは、ノズル103の軸心C1とシュラウド部112の軸心C2とが排出ガスの流れ方向に対して直交する方向に偏心していたり、もしくはノズル103の軸心C1とシュラウド部112の軸心C2とが一致していてもよい。
Alternatively, the axial center C1 of the
また、上述した本実施の形態の排気浄化装置5においては、シュラウド部112の透孔112aの内径はノズル103の外径より小さい場合について説明している。しかしながら、本発明に係る排気浄化装置においては、これに限られず、シュラウド部112の透孔112aの内径は少なくともノズル収容部111の内径よりも小さければよい。透孔112aの内径がノズル収容部111の内径よりも小さいことにより、ノズル103の先端面103aの一部がシュラウド部112により覆われるので、排気管41からシュラウド部112の透孔112aに入り込んだ排出ガスGがノズル103に吹き当たる流量を減らすことができる。
Further, in the above-described exhaust purification device 5 of the present embodiment, the case where the inner diameter of the through
また、上述した本実施の形態の排気浄化装置5においては、シュラウド部112の透孔112aは断面円形である場合について説明している。しかしながら、本発明に係る排気浄化装置においては、これに限られず、シュラウド部112は、断面円形以外の形状で、ノズル103の先端面103aの一部を覆うように構成してもよい。
Moreover, in the exhaust purification apparatus 5 of this Embodiment mentioned above, the case where the through-
また、上述した本実施の形態の排気浄化装置5においては、ノズル103の噴射方向は排出ガスGの流れ方向下流側である場合について説明している。しかしながら、本発明に係る排気浄化装置においては、これに限られず、ノズル103の噴射方向は排出ガスGの流れ方向に垂直な方向や上流側であるようにしてもよい。この場合、還元剤がシュラウド部112を直撃しないような方向にする。
Further, in the above-described exhaust purification device 5 of the present embodiment, the case where the injection direction of the
また、上述した本実施の形態の排気浄化装置5においては、段部100bおよび段部収容部110の端面同士の間にメタルガスケット120が介在されている場合について説明している。しかしながら、本発明に係る排気浄化装置においては、これに限られず、メタルガスケット120の設置位置は他の位置であってもよく、あるいは、シール材としてメタルガスケット120以外の部材を適用してもよい。さらには、構成によっては、この種のシール材は必ずしも用いなくてもよい。
Moreover, in the exhaust purification apparatus 5 of this Embodiment mentioned above, the case where the
また、上述した本実施の形態の排気浄化装置5においては、シュラウド部112はアタッチメント52と一体化されている場合について説明している。しかしながら、本発明に係る排気浄化装置においては、これに限られず、シュラウド部112とアタッチメント52とが別部材であってもよい。この場合、アタッチメント52に対して、シュラウド部112を嵌合、溶着、ねじ止め等の方法によって一体化する。
Further, in the above-described exhaust purification device 5 of the present embodiment, the case where the
また、上述した本実施の形態の排気浄化装置5においては、アタッチメント52を排気管41にボルト止めにより装着した場合について説明している。しかしながら、本発明に係る排気浄化装置においては、これに限られず、アタッチメントと排気管とを一体形成するようにしてもよい。
Moreover, in the exhaust purification apparatus 5 of this Embodiment mentioned above, the case where the
また、上述した本実施の形態の排気浄化装置5においては、還元剤噴射弁51を排気後処理器50の上流側近傍の排気管41に設置した場合について説明している。しかしながら、本発明に係る排気浄化装置においては、これに限られず、還元剤噴射弁51をシリンダヘッド20に直付けして、還元剤を排気ポートに噴射させるようにしてもよい。この場合、アタッチメントはシリンダヘッド20になる。
Further, in the above-described exhaust purification device 5 of the present embodiment, the case where the reducing
また、上述した本実施の形態の排気浄化装置5においては、還元剤噴射弁51から還元剤として燃料を噴射する場合について説明している。しかしながら、本発明に係る排気浄化装置においては、これに限られず、還元剤として尿素を適用してもよい。
Moreover, in the exhaust purification apparatus 5 of this Embodiment mentioned above, the case where fuel is injected as a reducing agent from the reducing
また、上述した本実施の形態の排気浄化装置5においては、エンジン1がターボ過給機6やEGR装置7を備える場合について説明している。しかしながら、本発明に係る排気浄化装置においては、これに限られず、エンジン1はターボ過給機6やEGR装置7を備えなくてもよい。
Further, in the above-described exhaust purification device 5 of the present embodiment, the case where the
以上のように、本発明に係る排気浄化装置は、還元剤噴射弁のノズルへのデポジットの堆積を従来よりも抑制できるという効果を奏するものであり、排気浄化装置に有用である。 As described above, the exhaust gas purification apparatus according to the present invention has an effect that deposit accumulation on the nozzle of the reducing agent injection valve can be suppressed as compared with the conventional one, and is useful for the exhaust gas purification apparatus.
エンジン1を作動させて、排気浄化装置5のノズル103およびその周囲の温度および排出ガスGの流速を測定した。
The
(実施例)
図4に示すように、上述した本実施の形態のアタッチメント52により、還元剤噴射弁51が排気管41に支持された。その結果、ノズルボディ101の先端部101aにおける温度は200℃、P1における温度は320℃、P1における排出ガスGの流速は20m/sであった。
(Example)
As shown in FIG. 4, the reducing
(比較例)
図8に示すように、従来と同様にシュラウド部112を有しないアタッチメント152により、還元剤噴射弁51が排気管41に支持された。還元剤噴射弁51およびエンジン1の運転条件等は、比較例と同じものとした。計測点P2は、実施例のP1に相当する位置とした。その結果、ノズルボディ101の先端部101aにおける温度は270℃、P2における温度は405℃、P2における排出ガスGの流速は96m/sであった。
(Comparative example)
As shown in FIG. 8, the reducing
したがって、シュラウド部112を設けることにより、ノズルボディ101の先端部101aにおける温度が大幅に低下した。また、シュラウド部112を設けることにより、P1における排出ガスGの流速が大幅に遅くなり、そのためにP1における温度も大きく低下した。よって、本実施の形態のように、シュラウド部112を設けることにより、ノズル103の高温化を抑制できることが確認された。
Therefore, by providing the
1 エンジン(内燃機関)
2 エンジン本体
3 吸気装置
4 排気装置
5 排気浄化装置
6 ターボ過給機
8 燃料供給装置
9 ECU
41 排気管
50 排気後処理器(触媒)
51 還元剤噴射弁
52 アタッチメント(支持部材)
100a ノズル部
101 ノズルボディ
103 ノズル
103a 先端面
111 ノズル収容部
112 シュラウド部
112a 透孔
C1 ノズルの軸心
C2 シュラウド部の軸心
G 排出ガス
S 間隙
1 engine (internal combustion engine)
2 Engine body 3 Intake device 4 Exhaust device 5 Exhaust purification device 6 Turbocharger 8
41
51 Reducing
Claims (4)
前記支持部材は、前記ノズルの少なくとも一部を収容するノズル収容部と、前記ノズル収容部から前記排気管まで連通するとともに、前記ノズルの先端面よりも先方向に位置し、前記ノズル収容部の内径よりも小さい内径の透孔を有するシュラウド部と、を備え、
前記ノズルと前記シュラウド部との間に間隙が設けられ、
前記ノズルの軸心が、前記ノズル収容部の軸心に対して前記排出ガスの流れの上流方向に偏心していることを特徴とする排気浄化装置。 A catalyst provided in an exhaust pipe of an internal combustion engine for purifying exhaust gas, a reducing agent injection valve having a nozzle for injecting a reducing agent into the exhaust pipe upstream of the catalyst, and the reducing agent injection valve in the exhaust pipe An exhaust purification device that recovers the function of the catalyst by adding the reducing agent to the exhaust gas from the reducing agent injection valve.
The support member communicates from the nozzle housing portion to the exhaust pipe, the nozzle housing portion containing at least a part of the nozzle, and is positioned in the forward direction from the tip surface of the nozzle. A shroud portion having a through hole with an inner diameter smaller than the inner diameter,
During gap is provided between the nozzle and the shroud portion,
Exhaust purification apparatus axis of the nozzle, characterized that you have eccentrically in the upstream direction of the flow of the exhaust gas with respect to the axis of the nozzle housing portion.
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