JP4181808B2

JP4181808B2 - 排気浄化装置

Info

Publication number: JP4181808B2
Application number: JP2002203047A
Authority: JP
Inventors: 眞一佐々木; 徳哉新田; 伸治鴨下
Original assignee: Hino Motors Ltd; Toyota Motor Corp
Current assignee: Hino Motors Ltd; Toyota Motor Corp
Priority date: 2002-07-11
Filing date: 2002-07-11
Publication date: 2008-11-19
Anticipated expiration: 2022-07-11
Also published as: JP2004044482A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気浄化装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、排気管の途中に装備した排気浄化用触媒により排気浄化を図ることが行われている。この種の排気浄化用触媒としては、排気空燃比がリーンの時に排気ガス中のＮＯxを酸化して硝酸塩の状態で一時的に吸蔵し、排気ガス中の酸素濃度が低下した時に未燃ＨＣやＣＯ等の介在によりＮＯxを分解放出して還元浄化する性質を備えたＮＯx吸蔵還元触媒が知られている。
【０００３】
このＮＯx吸蔵還元触媒においては、ＮＯxの吸蔵量が増大して飽和量に達してしまうと、それ以上のＮＯxを吸蔵できなくなるため、定期的にＮＯx吸蔵還元触媒に流入する排気ガスの酸素濃度を低下させてＮＯxを分解放出させる必要がある。例えば、ガソリン機関に使用した場合であれば、機関の運転空燃比を低下（機関をリッチ空燃比で運転）することにより、排気ガス中の酸素濃度を低下し且つ排気ガス中の未燃ＨＣやＣＯ等の還元成分を増加してＮＯxの分解放出を促すことができる。
【０００４】
ただし、ＮＯx吸蔵還元触媒をディーゼル機関の排気浄化装置として使用した場合には、機関をリッチ空燃比で運転することが困難である。このため、ＮＯx吸蔵還元触媒の上流側で排気ガス中に燃料を添加することにより、その添加した燃料を高温の排気ガス中で熱分解させて多量の炭化水素を生成し、この炭化水素を還元剤としてＮＯx吸蔵還元触媒上で酸素と反応させることで排気ガス中の酸素濃度を低下させる必要がある。
【０００５】
他方、ディーゼル機関から排出されるパティキュレート（Particulate Matter：粒子状物質）の低減対策として、パティキュレートフィルタに担持させた酸化触媒や、フロースルー型の酸化触媒といった排気浄化用触媒を排気管の途中に装備することが既に行われている。このような酸化触媒を使用すれば、パティキュレートフィルタに捕集されたパティキュレートや排気ガス中のパティキュレートの酸化反応を促進し、該パティキュレートの燃焼除去による低減化を図ることができる。
【０００６】
ただし、このような酸化触媒には活性温度領域があり、この活性下限温度を下まわるような排気温度での運転状態が続くと、酸化触媒が活性化しないためにパティキュレートが良好に燃焼除去されないという不具合が起こり得る。そこで、必要に応じ上流側の排気ガス中に燃料を添加し、この添加した燃料を高温の排気ガス中で熱分解させることで多量の炭化水素を生成し、この炭化水素を酸化触媒上で酸化反応させて反応熱により触媒床温度を積極的に上昇させることが提案されている。
【０００７】
以上に幾つかの例をあげて説明した通り、排気管の途中に装備した排気浄化用触媒（ＮＯx吸蔵還元触媒や酸化触媒、又はこれらを担持したパティキュレートフィルタ）の上流側に燃料を添加するという考え自体は従来より提案されているものである。例えば、特開２００１−２８０１２５号には、シリンダヘッドの排気ポートに燃料添加用インジェクタを装備して、該インジェクタによる排気ポート噴射で排気ガス中に燃料を添加し、その添加燃料をタービンで撹拌した上で排気浄化用触媒に供給するようにした手段が提案されており、このような排気ポート噴射で排気ガス中に燃料を添加する手段は既に一部の乗用車等で実用化に向けた開発が成されている。
【０００８】
ただし、ディーゼルエンジンを搭載した大型車両等においては、ＥＧＲ装置やターボチャージャの信頼性を確保する観点から、排気管途中の排気浄化用触媒の入側にインジェクタを装備して燃料添加を行うことが望まれており、既に特開２０００−２４０４２９号等に排気管の途中にインジェクタで燃料添加を行う手段が提案されている。
【０００９】
このように排気管の途中にインジェクタを装備するとした場合には、該インジェクタが高温の排気ガスに晒されることによる焼損や添加燃料の流路内での焼付きを確実に回避し得るようにするため、前記インジェクタに関して何らかの熱対策を講じる必要がある。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、単純にウォータポンプから冷却水の一部を導いてインジェクタの周囲を経由させてからサーモスタット（整温器）に戻すような冷却水の系統を新たに増設したのでは、水パイプの配索が複雑化し且つ部品点数も増えてしまうことになるため、コストの大幅な高騰を招いてしまうという不具合があった。
【００１１】
本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、排気管の途中に装備したインジェクタの焼損や添加燃料の流路内での焼付きを回避するための熱対策を安価に実現し得るようにした排気浄化装置を提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、排気浄化用触媒を排気管途中に装備し、該排気管の排気浄化用触媒より上流に排気ガス中に燃料を噴射するインジェクタを配設すると共に、該インジェクタの周囲にウォータジャケットを形成し、該ウォータジャケットに対しウォータポンプからシリンダブロックに向かう冷却水の一部を抜き出して導入し且つ前記ウォータジャケットから排出された冷却水をターボチャージャのセンターハウジング内を経由させてからサーモスタットに導くように構成したことを特徴とする排気浄化装置、に係るものである。
【００１３】
而して、このようにすれば、排気管の途中にインジェクタを装備しても、該インジェクタの周囲のウォータジャケットに、ウォータポンプからシリンダブロックに向かう冷却水の一部が導入されて前記インジェクタが冷却されることになるので、該インジェクタが高温の排気ガスに晒されることによる焼損や添加燃料の流路内での焼付きが確実に回避される。
【００１４】
また、インジェクタを冷却しただけの冷却水は、それほど高い温度まで昇温していないので、インジェクタ周囲のウォータジャケットから排出される冷却水を、前記インジェクタより熱負荷の大きなターボチャージャのセンターハウジングに導くことにより、該センターハウジングの冷却に十分に寄与せしめることが可能となる。
【００１５】
このようにインジェクタのウォータジャケットからターボチャージャのセンターハウジングを直列に経由する冷却水の系統としてサーモスタットに戻すようにすれば、ターボチャージャのセンターハウジングを冷却するために必要な冷却水の系統を兼用させてインジェクタの熱対策を施すことが可能となるので、水パイプの配索の複雑化や部品点数の増加を必要最小限に抑制することが可能となる。
【００１６】
ここで、ターボチャージャのセンターハウジングの冷却水の系統を兼用相手として選定しているのは、排気マニホールドの出口部に装備されるターボチャージャと、その下流側の排気管に装備されるインジェクタとの関係が、熱負荷の大きさからして都合が良いというだけでなく、相互が比較的近い配置関係にあり且つ高さ関係からしても温度上昇した冷却水をインジェクタより相対的に高所となるターボチャージャへ導くという理にかなった水パイプの配索が実現されるからでもあり、更には、このような高さ関係により水抜きやエア抜きの面での利便性が高くなるからでもある。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【００１８】
図１〜図３は本発明を実施する形態の一例を示すもので、図１中における符号の１はターボチャージャ２を搭載したディーゼルエンジンを示しており、エアクリーナ３から導いた吸気４を吸気管５を通し前記ターボチャージャ２のコンプレッサ２ａへ導いて加圧し、その加圧された吸気４をインタークーラ６を介しディーゼルエンジン１の各気筒に分配して導入するようにしてある。
【００１９】
また、このディーゼルエンジン１の各気筒から排気マニホールド７を介し排出された排気ガス８を排気管９を通して前記ターボチャージャ２のタービン２ｂへ送り、該タービン２ｂを駆動した排気ガス８を触媒再生型のパティキュレートフィルタ１０（排気浄化用触媒）を通してパティキュレートを捕集した上で車外へ排出するようにしてある。
【００２０】
更に、排気管９のパティキュレートフィルタ１０より上流の適宜位置、即ち、ここに図示する例においては、Ｌ字状に曲がっている排気管９の屈曲部に対し、該屈曲部上流の排気管９に沿うように燃料添加用のインジェクタ１１が付設されており、該インジェクタ１１の基端部に燃料タンク（図示せず）等から導かれた燃料の一部が、前記インジェクタ１１の先端部から屈曲部下流の排気管９に沿う方向に向けて形成された噴射空間１２を介し排気管９内の流路に噴射されるようになっている。
【００２１】
図２に示す如く、このインジェクタ１１を抱持しているボス部１３の内部には、前記インジェクタ１１と略同心状の筒形を成すウォータジャケット１４が穿設されている。
【００２２】
また、ボス部１３のウォータジャケット１４におけるインジェクタ１１先端側（下端側）で且つ排気管９に対し離反する側にウォータジャケット１４への給水口１５が設けられており、前記ウォータジャケット１４におけるインジェクタ１１基端側（上端側）で且つ排気管９に対し近接する側にウォータジャケット１４への排水口１６が設けられている。
【００２３】
そして、図３に示す如く、前記ウォータジャケット１４の給水口１５（図２参照）に対しウォータポンプ１７からシリンダブロック１８に向かう冷却水の一部を抜き出して導入し且つ前記ウォータジャケット１４の排水口１６（図２参照）から排出された冷却水をターボチャージャ２のセンターハウジング２ｃ（図１参照）内を経由させてからサーモスタット（整温器）１９に導くようにしてある。
【００２４】
前記サーモスタット１９においては、ボス部１３のウォータジャケット１４及びターボチャージャ２のセンターハウジング２ｃを順次経由して昇温した冷却水と、ディーゼルエンジン１のシリンダブロック１８及びシリンダヘッド２０を順次経由して昇温した冷却水とを合流させてラジエータ２１へと導くようになっている。
【００２５】
ただし、ディーゼルエンジン１の始動直後等における冷却水温度の低い時には、サーモスタット１９の作動でラジエータ２１からの戻りの水路を閉じ且つ前記ターボチャージャ２のセンターハウジング２ｃ及びシリンダヘッド２０からの冷却水をウォータポンプ１７に導く水路を開けることにより、冷却水をラジエータ２１を経由させずにウォータポンプ１７に直接送り込んでディーゼルエンジン１の過冷却を回避し得るようにしてある。
【００２６】
而して、このように排気浄化装置を構成すれば、排気管９の途中にインジェクタ１１を装備しても、該インジェクタ１１の周囲のウォータジャケット１４に、ウォータポンプ１７からシリンダブロック１８に向かう冷却水の一部が導入されて前記インジェクタ１１が冷却されることになるので、該インジェクタ１１が高温の排気ガス８に晒されることによる焼損や添加燃料の流路内での焼付きが確実に回避される。
【００２７】
また、インジェクタ１１を冷却しただけの冷却水は、それほど高い温度まで昇温していないので、インジェクタ１１周囲のウォータジャケット１４から排出される冷却水を、前記インジェクタ１１より熱負荷の大きなターボチャージャ２のセンターハウジング２ｃに導くことにより、該センターハウジング２ｃの冷却に十分に寄与せしめることが可能となる。
【００２８】
このようにインジェクタ１１のウォータジャケット１４からターボチャージャ２のセンターハウジング２ｃを直列に経由する冷却水の系統としてサーモスタット１９に戻すようにすれば、ターボチャージャ２のセンターハウジング２ｃを冷却するために必要な冷却水の系統を兼用させてインジェクタ１１の熱対策を施すことが可能となる。
【００２９】
ここで、ターボチャージャ２のセンターハウジング２ｃの冷却水の系統を兼用相手として選定しているのは、排気マニホールド７の出口部に装備されるターボチャージャ２と、その下流側の排気管９に装備されるインジェクタ１１との関係が、熱負荷の大きさからして都合が良いというだけでなく、相互が比較的近い配置関係にあり且つ高さ関係からしても温度上昇した冷却水をインジェクタ１１より相対的に高所となるターボチャージャ２へ導くという理にかなった水パイプの配索が実現されるからでもあり、更には、このような高さ関係により水抜きやエア抜きの面での利便性が高くなるからでもある（図１参照）。
【００３０】
従って、上記形態例によれば、ターボチャージャ２のセンターハウジング２ｃを冷却するために必要な冷却水の系統を兼用させてインジェクタ１１の熱対策を施すことができるので、水パイプの配索の複雑化や部品点数の増加を必要最小限に抑制することができ、排気管９の途中に装備したインジェクタ１１の焼損や添加燃料の流路内での焼付きを回避するための熱対策を安価に実現することができる。
【００３１】
尚、本発明の排気浄化装置は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、炭化水素の添加を要する排気浄化用触媒には、触媒再生型のパティキュレートフィルタ以外にＮＯx還元触媒（選択還元型触媒）やＮＯx吸蔵還元触媒、パティキュレートフィルタにＮＯx吸蔵還元触媒を組み合わせたもの、酸化触媒等を採用しても良いこと、また、インジェクタにより添加される燃料には、一般的なディーゼルエンジン用燃料である軽油を用いる以外に、灯油等の異種燃料を用いても良いこと、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００３２】
【発明の効果】
上記した本発明の排気浄化装置によれば、ターボチャージャのセンターハウジングを冷却するために必要な冷却水の系統を兼用させてインジェクタの熱対策を施すことができるので、水パイプの配索の複雑化や部品点数の増加を必要最小限に抑制することができ、排気管の途中に装備したインジェクタの焼損や添加燃料の流路内での焼付きを回避するための熱対策を安価に実現することができるという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施する形態の一例を示す概略図である。
【図２】図１のインジェクタの設置個所の詳細を拡大して示す断面図である。
【図３】図２のウォータジャケットに給排される冷却水の系統図である。
【符号の説明】
１ディーゼルエンジン
２ターボチャージャ
２ａコンプレッサ
２ｂタービン
２ｃセンターハウジング
８排気ガス
９排気管
１０触媒再生型のパティキュレートフィルタ（排気浄化用触媒）
１１インジェクタ
１４ウォータジャケット
１７ウォータポンプ
１８シリンダブロック
１９サーモスタット

Claims

排気浄化用触媒を排気管途中に装備し、該排気管の排気浄化用触媒より上流に排気ガス中に燃料を噴射するインジェクタを配設すると共に、該インジェクタの周囲にウォータジャケットを形成し、該ウォータジャケットに対しウォータポンプからシリンダブロックに向かう冷却水の一部を抜き出して導入し且つ前記ウォータジャケットから排出された冷却水をターボチャージャのセンターハウジング内を経由させてからサーモスタットに導くように構成したことを特徴とする排気浄化装置。
ターボチャージャがインジェクタよりも相対的に高所にもうけられていることを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。