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JP4136411B2 - Exhaust system of multi-cylinder internal combustion engine - Google Patents
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JP4136411B2 - Exhaust system of multi-cylinder internal combustion engine - Google Patents

Exhaust system of multi-cylinder internal combustion engine Download PDF

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  • Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)
  • Exhaust Silencers (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、NOx浄化用触媒装置に対して還元剤を噴射供給するための還元剤用インジェクタが取り付けられる多気筒内燃機関の排気系に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、内燃機関から排出される排気中の窒素酸化物(NOx)を低減するための技術が種々提案されている。例えば、特開2001−65333号公報には、排気中のNOxを還元して浄化するためのNOx浄化用触媒装置を排気系に備え、同触媒装置に対して燃料等の還元剤を別途供給するようにした排気浄化装置が提案されている。このように還元剤を触媒装置に供給することにより、例えば、ディーゼルエンジンや希薄空燃比下での燃焼を行うガソリンエンジン等、排気に残存する炭化水素(HC)や一酸化炭素(CO)などが比較的少ない内燃機関にあっても、その触媒装置のNOx浄化機能を確保することができるようになる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、こうした還元剤の供給は、例えば上記公報にも記載されるように、排気系に取り付けられた還元剤用インジェクタの噴口から燃料等の還元剤を排気系内に向けて噴射することにより行われている。このように還元剤の供給に際してインジェクタを用いることにより、その噴口から還元剤が微粒化されて噴射されるようになり、またその還元剤の調量操作についても比較的容易なものとなるため、触媒装置での還元作用が一層好適に行われるようになる。
【0004】
しかしながら、こうした還元剤用インジェクタは、排気ポート等、排気系にその噴口が露出するように取り付けられており、機関運転中は同噴口が常に排気と接触した状態に置かれている。従って、以下のような問題も無視できないものとなっている。
【0005】
即ち、還元剤用インジェクタの噴口に排気が接触すると、同排気に含まれるすすが噴口の周囲に付着し、これが排気熱等により変質して固化するようになる。そして、この固化したすすが、いわゆるデポジットとなって噴口近傍に堆積する結果、噴口の開口面積が減少してしまうようになる。このように噴口の開口面積が減少すると、十分な量の還元剤を触媒装置に供給することが困難になり、同触媒装置におけるNOx浄化機能の低下を招くおそれがある。
【0006】
この発明は、こうした従来の実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、還元剤用インジェクタの噴口付近におけるデポジットの堆積を抑制することのできる多気筒内燃機関の排気系を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための手段及びその作用効果について以下に記載する。
請求項1に記載の発明は、多気筒内燃機関の各気筒に対して各別に接続される分岐部と、各分岐部の下流側に接続される集合部と、該集合部の下流側に接続されるNOx浄化用触媒装置とを備え、前記分岐部のうちの特定の分岐部にはその内部に還元剤を噴射してこれを前記触媒装置に供給する還元剤用インジェクタが取り付けられる多気筒内燃機関の排気系において、前記特定の分岐部内に他の分岐部から伝播する排気圧脈動を抑制する内部壁が前記集合部の内壁からその内部に向けて延設されるものであるとしている。
【0008】
内燃機関の各気筒において間欠的な爆発が発生すると、それに起因して排気系内には排気圧脈動が発生するようになる。そして、こうした排気圧脈動が発生すると、それに伴って排気の流れについても脈動が生じるようになる。このため、排気圧脈動が還元剤用インジェクタの取付位置近傍にまで伝播すると、その還元剤用インジェクタの噴口には排気圧脈動の周期に合わせて排気流が繰り返し衝突するようになる。その結果、還元剤用インジェクタの噴口にはこうした排気流の衝突によってすすが徐々に付着し、デポジットの堆積を招くこととなる。
【0009】
上記構成によれば、集合部の内壁からその内部に向けて延設された内部壁により、還元剤用インジェクタが取り付けられた特定の分岐部内に向けて、その他の分岐部から排気圧脈動が伝播するのが抑制されるようになる。従って、この排気圧脈動の伝播に伴うすすの付着、更にはそれによって生じるデポジットの堆積を抑制することができ、こうしたデポジットの堆積に起因した還元剤用インジェクタの噴射特性変化、ひいては触媒装置のNOx浄化機能低下を好適に抑制することができるようになる。
【0010】
また、こうした排気圧脈動の伝播をより好適に抑制する上では、請求項2に記載の発明によるように、前記内部壁は前記特定の分岐部とこれに隣接する分岐部との間に位置する前記集合部の内壁から延設される、といった構成を採用するのが望ましい。
【0011】
更に、請求項3に記載の発明によるように、前記内部壁は前記特定の分岐部から前記集合部に流れ込む排気の流れ方向に沿って延設されるものとすることにより、こうした内部壁を集合部の内部に形成することによる排気抵抗の増大を極力抑制することができるようになる。
【0012】
また、本発明者らは、内部壁の延設方向における長さについて、上記排気圧脈動の伝播を効果的に抑制するうえで好適な範囲があることを種々の実験を通じて確認している。
【0013】
即ち、請求項4に記載の発明によるように、前記内部壁はその延設方向の長さLが前記特定の分岐部とこれに対応する気筒との接続位置から前記NOx浄化用触媒装置までの排気流れ方向における距離Lcに関してL≧0.10Lcなる関係を満たすように形成されるのが望ましい。このように内部壁の延設方向における長さについてその最小値を好適に規定することにより、上記排気圧脈動の伝播抑制効果を一層好適に奏することができるようになる。
【0014】
ここで、この内部壁の延設方向における長さを徐々に増大させていくと、還元剤用インジェクタが取り付けられる特定の分岐部は、その内部壁の延長によって他の分岐部から徐々に隔絶された状態となり、それらから独立した排気通路を形成するようになる。従って、他の分岐部から回り込む排気圧脈動を抑制するという点からすれば、こうした内部壁の延長によってこれが好適に抑制されるようになる。但しその反面、その特定の分岐部に対応する気筒に発生する排気圧脈動は、その内部壁の延長によって同内部壁により隔絶された空間、換言すれば特定の分岐部やこれに接続される集合部の内部からそれら外部に洩れにくくなる。従って、還元材用インジェクタが取り付けられる特定の分岐部において発生した排気圧脈動は、同気筒とNOx浄化用触媒装置との間で反射を繰り返すようになり、その減衰程度も自ずと小さなものとなる。このため、上記特定の分岐部に対応する気筒での燃焼爆発によって発生する排気圧脈動の影響を受けて、還元剤用インジェクタの噴口に付着するすすが増大するようになる。従って、内部壁を徐々に延長していくと、他の分岐部からの排気圧脈動の回り込みについては抑制されるようになるものの、還元剤用インジェクタが取り付けられる特定の分岐部において生じる排気圧脈動の影響が無視できないものとなる。
【0015】
そこで、請求項5に記載の発明によるように、前記内部壁は上記長さLが上記距離Lcに関して更にL≦0.32Lcなる関係を満たすように形成されるのが望ましい。このように内部壁の延設方向における長さについてその最大値を好適に規定することにより、上記特定の分岐部以外の他の分岐部から伝播する排気圧脈動の他、上述したような、その特定の分岐部に対応する気筒において発生する排気圧脈動についてもその悪影響を極力抑制することができるようになる。
【0016】
また、こうした排気系においては、集合部とNOx浄化用触媒装置との間に過給機が設けられる場合がある。この場合には、例えば請求項6に記載の発明によるように、前記内部壁はその延設方向の長さLが前記特定の分岐部とこれに対応する気筒との接続位置から前記過給機までの排気流れ方向における距離Ltに関してL≧0.10Ltなる関係を満たすように形成される、といった構成を採用するのが望ましい。
【0017】
同構成によれば、請求項4に記載される発明の作用効果と同様に、内部壁の延設方向における長さについてその最小値を好適に規定することにより、上記排気圧脈動の伝播抑制効果を一層好適に奏することができるようになる。
【0018】
また更に、請求項7に記載の発明によるように、前記内部壁は上記長さLが上記距離Ltに関して更にL≦0.32Ltなる関係を満たすように形成されるのが望ましい。
【0019】
同構成によれば、請求項5に記載の発明と同様に、内部壁の延設方向における長さについてその最大値を好適に規定することにより、上記特定の分岐部以外の他の分岐部から伝播する排気圧脈動の他、その特定の分岐部において発生する排気圧脈動についてもその悪影響を極力抑制することができるようになる。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、この発明にかかる多気筒内燃機関の排気系をコモンレール式4気筒ディーゼルエンジン(以下、単に「エンジン」という)の排気系に適用した一実施形態について図1〜図6に基づいて詳細に説明する。
【0021】
図1は、本実施形態にかかる排気系、並びにこれが適用されるエンジン1等の構成を示す概略構成図である。
図1に示されるように、エンジン1のシリンダヘッド2には、エンジン1の各気筒#1〜#4に対応して複数の燃料用インジェクタ3a〜3dが取り付けられている。シリンダヘッド2には、吸気バルブ(図示略)の開弁時に気筒#1〜#4と連通する吸気ポート(図示略)がそれら各気筒#1〜#4に対応して各別に形成されている。これら吸気ポートにはインテークマニホルド5が接続され、更にこのインテークマニホルド5は吸気管7を介して過給機9に接続されている。吸気管7の途中には、吸入空気の温度を低下させるためのインタークーラ10が設けられている。
【0022】
また、燃料用インジェクタ3a〜3dは、高圧燃料を蓄圧するコモンレール14にそれぞれ接続されている。このコモンレール14はサプライポンプ15に接続されており、燃料タンク(図示略)の燃料はこのサプライポンプ15からコモンレール14に圧送される。燃料用インジェクタ3a〜3dが開弁すると、このコモンレール14内の高圧燃料が同燃料用インジェクタ3a〜3dの噴口(図示略)から対応する各気筒#1〜#4内に噴射される。
【0023】
一方、図2に示されるように、シリンダヘッド2には、排気バルブ4の開弁時に気筒#1〜#4と連通する排気ポート8(同図2では第4気筒#4に接続される排気ポートのみを示す)が形成されている。この排気ポート8はエキゾーストマニホルド20を介して過給機9に接続されている。このエキゾーストマニホルド20は、各気筒#1〜#4の排気ポート8に対応してそれらに接続される4つの分岐管22a〜22dと、これら各分岐管22a〜22dの下流側が接続される集合管23とを備えている。尚、本実施形態において、排気ポート8及びこれに対応して接続される各分岐管22a〜22dは分岐部を構成し、また、エキゾーストマニホルド20の上記集合管23は、上記各分岐部の下流側に接続される集合部を構成している。
【0024】
また、排気系において過給機9の下流側にはNOx浄化用触媒装置13(以下、単に「触媒装置」という)が設けられている。この触媒装置13は、排気の空燃比がリーンの時は排気中のNOxを吸蔵し、空燃比がリッチになり、或いは還元剤が供給されると、その吸蔵したNOxを還元して同NOxを分解する機能を有した、いわゆるNOx吸蔵還元型の触媒装置である。
【0025】
ディーゼルエンジンでは、酸素過剰の雰囲気下で機関燃焼が行われているため、排気中に含まれるHCやCOは比較的少なく、従って空燃比がリッチになる機会が極めて少ない。このため、ディーゼルエンジンに搭載されるNOx吸蔵還元型触媒装置にあっては、NOxを還元する上で十分な量の還元剤を排気から得ることが難しい。このため、本実施形態では、燃料用インジェクタ3a〜3dとは別に、この触媒装置13に還元剤を供給するための還元剤用インジェクタ16を別途備えるようにしている。この還元剤用インジェクタ16はサプライポンプ15に接続され、同ポンプ15から燃料が供給されている。
【0026】
図2に示されるように、この還元剤用インジェクタ16は、その噴口17が第4気筒#4に対応する排気ポート8内に露出する状態でシリンダヘッド2に取り付けられている。還元剤用インジェクタ16の開弁に伴ってその噴口17から排気ポート8に噴射された燃料は、第4気筒#4から排出される排気とともに同排気ポート8をその下流側に流れ、触媒装置13に還元剤として供給される。こうした還元剤の供給が所定のタイミングをもって行われることにより、同触媒装置13のNOx浄化機能が長期間にわたって維持されるようになる。
【0027】
更に、本実施形態にかかる排気系では、還元剤用インジェクタ16の噴射特性変化を抑制し、こうした触媒装置13のNOx浄化機能を長期間にわたって維持するための機構を備えている。即ち、本実施形態では、還元剤用インジェクタ16が取り付けられる第4気筒#4の排気ポート8内に他の気筒#1〜#3から排気圧脈動が伝播するのを抑制するための内部壁30を集合管23の内部に形成するようにしている。
【0028】
図1に示されるように、この内部壁30は、第3及び第4気筒#3,#4の各分岐管22c,22dの間に位置する集合管23の内壁、換言すればこれら各分岐管22c,22dの内壁が繋がる部分を始点とし、同始点から同集合管23の内部に向けて延設されている。また、この内部壁30は、第4気筒#4に接続された排気ポート8に対応する分岐管22dから集合管23に流れ込む排気の流れ方向Aと略一致するようにその延設方向が設定されている。
【0029】
本実施形態では、こうした内部壁30が集合管23の内部に設けられているため、還元剤用インジェクタ16が取り付けられた第4気筒#4の排気ポート8内に向けて、その他の各気筒#1〜#3から伝播しようとする排気圧脈動(図3(a)の破線参照)が抑制されるようになる。その結果、この排気圧脈動の伝播に伴うすすの付着、更にはそれによって生じるデポジットの堆積についてもこれが好適に抑制されるようになる。
【0030】
また、この内部壁30は、還元剤用インジェクタ16が取り付けられる第4気筒#4とこれに隣接する第3気筒#3との間に位置しているため、近接した位置にあるため影響を受け易い第3気筒#3の排気圧脈動についてその伝播がより効果的に抑制される。
【0031】
加えて、第4気筒#4から排気ポート8、分岐管22dを通じて集合管23に向かう排気の流れ方向に沿って内部壁30を延設するようにしているため、こうした内部壁30を集合管23の内部に形成することによる排気抵抗の増大についても極力抑制されるようになる。
【0032】
更に、本発明者らは、この内部壁30の延設方向における長さLについてその最適な範囲を規定すべく以下のような実験を行った。まずここで、図2に示されるように、内部壁30の延設方向における長さを「内部壁長L」と定義する。更に、同じく図2に示されるように、第4気筒#4の排気ポート8において最も排気バルブ4寄りの位置(同バルブ4が着座する位置)、換言すれば第4気筒#4の排気ポート8と第4気筒#4との接続位置を始点とし、この始点から過給機9の接続位置までの排気流れ方向における距離を「管路長Lt」と定義する。そして、上記管路長Ltに対する内部壁長Lの比L/Ltを一定の管路長Ltのもとで種々変化させたときの還元剤用インジェクタ16の流量低下率Kを調べた。尚、この流量低下率Kは、一定の圧力のもとで還元剤用インジェクタ16から実際に噴射することのできる実最大噴射量Qと、同インジェクタ16の使用開始時における最大噴射量QMAX(或いは還元剤用インジェクタ16の公称最大噴射量)とに基づき以下の関係式で定義される。
【0033】
K = (QMAX−Q/QMAX)×100
この式から明らかなように、デポジットの堆積等に起因して還元剤用インジェクタ16から噴射することのできる還元剤(燃料)の量が減少すると、この流量低下率Kは増大するようになる。
【0034】
図4は、エンジン1を所定期間運転した後における流量低下率Kと上記比L/Ltとの関係を示す実験結果である。
同図に示されるように、上記比L/Ltが小さい場合、即ち内部壁長Lが管路長Ltに対して相対的に短く設定されている場合(L<0.10Lt)においては、流量低下率Kは上記比L/Ltの減少に伴って急激に増大するようになる。このように内部壁長Lが短くなると、図3(b)に実線にて示されるように、第3気筒#3の分岐管22c等、他の分岐管22a,22b,22cから第4気筒#4の分岐管22dに内部壁30を回り込むようにして伝播する排気圧脈動が避けきれなくなる。その結果、噴口17に対するすす付着量の増大、ひいてはデポジットの堆積量増大を招き、流量低下率Kもこれに伴って大きく増大するようになる。
【0035】
一方、上記比L/Ltが大きい場合、即ち内部壁長Lが管路長Ltに対して相対的に長く設定されている場合(L>0.32)においても、流量低下率Kは上記比L/Ltの増大に伴って急激に増大するようになる。
【0036】
図5はこの理由を確認するために行った実験の結果を示している。同図5は、還元剤用インジェクタ16の取付位置近傍で計測した排気圧Pの時間的推移を示している。ここで、同図5(a)は図3(b)に示されるように、内部壁30を省略した場合における排気圧Pの時間的推移、同図5(b)は図3(c)に示されるように、内部壁30を触媒装置13の位置まで延長した場合における排気圧Pの時間的推移をそれぞれ示している。また、同図5において、排気圧Pのピークが観察されるタイミングt1,t2,・・・,t5は、それぞれ第2気筒#2、第1気筒#1、第3気筒#3、第4気筒#4、並びに第2気筒#2での燃焼爆発タイミングにそれぞれ対応している。尚、図5(a),(b)において、「PL1」は同じレベルの排気圧Pを示している。
【0037】
この図5(a),(b)に示されるように、内部壁30を極めて長く設定して過給機9の位置まで延長した場合には、タイミングt1〜t3,t5にみられる排気圧Pのピークはいずれも所定レベルPL1を下回っている。即ち、内部壁30を省略した場合と比較して、第4気筒#4以外の気筒#1〜#3での燃焼爆発に起因して伝播する排気圧脈動は減少していることがわかる。一方、第4気筒#4の燃焼爆発(タイミングt4)については、これにより伝播する排気圧脈動が内部壁30を省略した場合と比較して増大していることがわかる。以上の点から内部壁30を極めて長く設定した場合に流量低下率Kが増大する理由は以下のように説明することができる。
【0038】
即ち、このように内部壁長Lが長くなると、図3(c)に示されるように、第4気筒#4に接続される分岐管22dは内部壁30によって他の気筒#1〜#3の分岐管22a〜22cから隔絶されるようになり、それらから略独立した状態になる。従って、第4気筒#4以外の第1〜3気筒#1〜#3での燃焼爆発に起因して伝播する排気圧脈動は減少するようになる。しかしながら、第4気筒#4での燃焼爆発に起因して伝播する排気圧脈動は、図3(c)に一点鎖線にて示されるように、内部壁30によって隔絶された空間から外部に洩れにくく、同第4気筒#4に接続される排気ポート8と過給機9との間で反射を繰り返すようになる。従って、第4気筒#4での燃焼爆発によって生じた排気圧脈動はその減衰が他の気筒#1〜#3の燃焼爆発によって発生した排気圧脈動と比較して小さなものとなる。その結果、第4気筒#4での燃焼爆発に伴って発生する排気圧脈動の影響を受けて、同第4気筒#4の排気ポート8に取り付けられた還元剤用インジェクタ16の噴口17にはすすが付着し易くなり、従って流量低下率Kの増大も避けきれないものとなる。
【0039】
また、図6は、第4気筒#4の燃焼爆発によって還元剤用インジェクタ16の取付位置近傍に発生する排気圧脈動の大きさと、これに隣接する第3気筒#3の燃焼爆発によって発生する排気圧脈動の大きさとについて内部壁長Lを種々変化させて測定した実験結果である。
【0040】
同図6から明らかなように、第4気筒#4の燃焼爆発によって還元剤用インジェクタ16の取付位置近傍に発生する排気圧脈動は、内部壁長Lの増大に伴って増大する傾向を示す。従って、この場合には、第4気筒#4の燃焼爆発により生じた排気圧脈動の伝播に起因してすすの付着が徐々に増大することとなる。一方、第3気筒#3の燃焼爆発によって発生する排気圧脈動に関してはその逆の傾向を示し、内部壁長Lの増大に伴って徐々に減少するようになる。従って、この場合には、第3気筒#3の燃焼爆発によって生じた排気圧脈動の影響、更に言えば第4気筒#4以外の気筒から回り込む排気圧脈動の伝播に起因してすすの付着が徐々に増大することとなる。
【0041】
これら各実験結果から上記内部壁長Lについては、還元剤用インジェクタ16の噴口17付近におけるデポジットの堆積を抑制するうえで最適な設定範囲が存在していることがわかる。本実施形態では、この内部壁長Lの最適設定範囲を先の図4に示す流量低下率Kと比L/LCとの関係の他、図5及び図6の実験結果に基づいて、
条件(1)・・・ L≧0.10Lt
条件(2)・・・ L≦0.32Lt
といった各条件の双方を満たすものとして設定している。
【0042】
ここで、条件(1)が満たされるように、内部壁長Lを設定した場合には、第3気筒#3の分岐管22c等、第4気筒#4以外の気筒に接続された他の分岐管22a,22b,22cから第4気筒#4の分岐管22dに回り込む排気圧脈動が効果的に抑制されるようになる。その結果、こうした排気圧脈動の回り込みに起因したすすの付着、ひいてはデポジットの堆積が抑制されるようになる。
【0043】
また、条件(2)が満たされるように、内部壁長Lを設定した場合には、第4気筒#4において発生する排気圧脈動が過給機9に反射して還元剤用インジェクタ16の噴口17に伝播するのが効果的に抑制される。その結果、こうした排気圧脈動の反射に起因したすすの付着、ひいてはデポジットの堆積が抑制されるようになる。
【0044】
従って、これら各条件(1),(2)の双方を満たすように、内部壁長Lを設定するようにした本実施形態によれば、これら各作用効果を併せて奏し得るようになる。
【0045】
以上説明した本実施形態によれば以下の作用効果を奏することができる。
・還元剤用インジェクタ16が取り付けられる第4気筒#4の分岐管22d内に他の気筒#1〜#3の分岐管22a〜22cから伝播する排気圧脈動を抑制する内部壁30を集合管23の内壁からその内部に向けて延設した。その結果、こうした排気圧脈動に起因する還元剤用インジェクタ16の噴口17に対するすすの付着、ひいては同噴口17近傍におけるデポジットの堆積を抑制することができ、還元剤用インジェクタ16の噴射特性を長期間にわたって維持することができるようになる。
【0046】
・還元剤用インジェクタ16が取り付けられる第4気筒#4とこれに隣接する第3気筒#3との間に位置して内部壁30を設けるようにした。従って、還元剤用インジェクタ16が取り付けられる第4気筒#4に最も近接した位置にあるためにその影響を受け易い第3気筒#3の排気圧脈動についても、その伝播をより効果的に抑制することができるようになる。
【0047】
・また、その内部壁30の延設方向についても、これを第4気筒#4から排気ポート8、分岐管22dを通じて集合管23に向かう排気の流れ方向に沿った方向に設定するようにしたため、このような内部壁30を集合管23の内部に形成することによる排気抵抗の増大を極力抑制することができるようになる。
【0048】
・内部壁長Lと管路長Ltとの関係において、先に示した条件式(1)が満たされるように、内部壁長Lを設定するようにしたため、他の気筒#1〜#3から回り込む排気圧脈動を効果的に抑制し、こうした排気圧脈動の回り込みに起因したすすの付着、ひいてはデポジットの堆積を抑制することができるようになる。
【0049】
・更に、内部壁長Lと管路長Ltとの関係において更に、先に示した条件(2)が満たされるように、内部壁長Lを設定するようにした。このため、第4気筒#4において発生する排気圧脈動が過給機9に反射して還元剤用インジェクタ16の噴口17に伝播するのを効果的に抑制し、これに起因したすすの付着、ひいてはデポジットの堆積を抑制することができるようになる。
【0050】
尚、上記実施形態は以下のようにその構成を変更して実施することもできる。・上記実施形態では、その排気系に過給機9を備えたものを一例として示したが、こうした過給機9を備えていないもの、即ちエキゾーストマニホルド20の下流側が触媒装置13に直接接続されるものであっても本発明を適用することができる。この場合、先の条件(1),(2)はそれぞれ以下のようになる。
【0051】
条件(3)・・・ L≧0.10Lc
条件(4)・・・ L≦0.32Lc
ここで、上記「Lc」は、先の管路長Ltに代わるものであり、第4気筒#4の排気ポート8において最も排気バルブ4寄りの位置、換言すれば第4気筒#4の排気ポート8と第4気筒#4との接続位置を始点とし、この始点から触媒装置13の接続位置までの排気流れ方向における距離を「管路長Lc」と定義する。このように構成を変更しても、上記実施形態に準じた作用効果を奏することができる。
【0052】
・上記変更例や先の実施形態では、内部壁長Lに関する条件として条件(1),(2)或いは条件(3),(4)の双方が満たされるようにしたが、例えば条件(1)のみが満たされるように内部壁長Lの長さを設定することもできる。
【0053】
・上記実施形態では、第4気筒#4に接続される排気ポート8に還元剤用インジェクタ16を取り付けるようにしたが、それ以外の気筒#1〜#3、例えば第3気筒#3に接続される排気ポートに同還元剤用インジェクタ16を取り付けるようにしてもよい。
【0054】
図7は、このように第3気筒#3の排気ポートに還元剤用インジェクタ16が取り付けられる場合の内部壁の構成例を示している。同図に示されるように、この場合には、内部壁31を第3及び第4気筒#3,#4の各分岐管22c,22dの間に位置する集合管23の内壁、換言すればこれら各分岐管22c,22dの内壁が繋がる部分を始点とし、同始点から同集合管23の内部に向けて延設されている。また、この内部壁31とは別の内部壁32を、第2及び第3気筒#2,#3の各分岐管22b,22cの間に位置する集合管23の内壁、換言すればこれら各分岐管22c,22dの内壁が繋がる部分を始点とし、同始点から同集合管23の内部に向けて延設されている。
【0055】
また、これら各内部壁31,32は、第3気筒#3に接続された排気ポートに対応する分岐管22cから集合管23に流れ込む排気の流れ方向Bと略一致するようにその延設方向が設定されている。更に、内部壁31の延設方向における長さL1、もう一方の内部壁32の延設方向における長さL2はそれぞれ以下の条件が満たされるように設定される。
【0056】
条件(5)・・・ L1,L2≧0.10Lb
条件(6)・・・ L1,L2≦0.32Lb
ここで、「Lb」は、先の実施形態或いはその変形例において示した「管路長Lt」或いは「管路長Lc」と同義である。即ち、エキゾーストマニホルドに過給機が接続される場合には、第3気筒#3の排気ポートにおいて最も排気バルブ寄りの位置、換言すれば第3気筒#3の排気ポートと第3気筒#3との接続位置を始点とし、この始点から過給機の接続位置までの排気流れ方向における距離を意味する。また、エキゾーストマニホルドに触媒装置が接続される場合には、上記始点から触媒装置の接続位置までの排気流れ方向における距離を意味する。このような構成を採用しても先の実施形態に準じた作用効果を得ることができる。
【0057】
・更に、上記変更例では、内部壁を第4気筒#4の分岐管22dと第3気筒#3の分岐管22cとの間と、第3気筒#3の分岐管22cと第2気筒#2の分岐管22bとの間とにそれぞれ内部壁31,32を設けるようにしたが、これら内部壁31,32のうち一方のみを設けるようにしてもよい。
【0058】
・また更に、上記変更例では、上記条件(5),(6)の双方が満たされるように、各内部壁31,32の延設方向における長さL1,L2を設定するようにしたが、例えばこれら長さL1,L2について条件(5)のみが満たされるように構成することもできる。
【0059】
・上記実施形態では、還元剤用インジェクタ16を排気ポートに取り付けるようにしたが、例えばこれを各分岐管22a〜22dに取り付けるようにすることもできる。
【0060】
・上記実施形態では、還元剤として機関燃焼に供される燃料を還元剤用インジェクタ16から噴射するようにしたが、この還元剤としては例えば、尿素、アンモニア化合物、シアヌル酸、ジメチルエーテル、メチルエーテル等々、他の還元作用を有するものを用いてもよい。
【0061】
・上記実施形態では、本発明をディーゼルエンジンの排気系に具体化するようにしたが、例えば、希薄燃焼を行うガソリンエンジン等、他の内燃機関の排気系に適用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】エンジンの排気系並びにその周辺構成を示す概略構成図。
【図2】還元剤用インジェクタの取付態様を示す断面図。
【図3】エキゾーストマニホルド内における排気脈動の伝播態様を示す概略図。
【図4】内部壁長と還元剤用インジェクタの流量低下率との関係を示すグラフ。
【図5】内部壁長の違いによる排気圧脈動の推移を示すグラフ。
【図6】内部壁長と排気圧脈動量との関係を示すグラフ。
【図7】還元剤用インジェクタの取付位置にかかる変更例を示す概略構成図。
【符号の説明】
#1〜#4…気筒、1…エンジン、2…シリンダヘッド、3a〜3d…燃料用インジェクタ、4…排気バルブ、5…インテークマニホルド、7…吸気管、8…排気ポート、9…過給機、10…インタークーラ、13…NOx浄化用触媒装置、14…コモンレール、15…サプライポンプ、16…還元剤用インジェクタ、17…噴口、20…エキゾーストマニホルド、22a〜22d…分岐管、23…集合管、30〜32…内部壁、L…内部壁長、Lt,Lc,Lb…管路長。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an exhaust system of a multi-cylinder internal combustion engine to which a reducing agent injector for injecting and supplying a reducing agent to a NOx purification catalyst device is attached.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, various techniques for reducing nitrogen oxide (NOx) in exhaust gas discharged from an internal combustion engine have been proposed. For example, in Japanese Patent Laid-Open No. 2001-65333, a NOx purification catalyst device for reducing and purifying NOx in exhaust gas is provided in an exhaust system, and a reducing agent such as fuel is separately supplied to the catalyst device. There has been proposed an exhaust emission control device. By supplying the reducing agent to the catalyst device in this manner, for example, hydrocarbon (HC), carbon monoxide (CO), etc. remaining in the exhaust, such as a diesel engine or a gasoline engine that performs combustion under a lean air-fuel ratio, etc. Even in a relatively small number of internal combustion engines, the NOx purification function of the catalyst device can be ensured.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, as described in the above publication, for example, such a reducing agent is supplied by injecting a reducing agent such as fuel from the injection port of a reducing agent injector attached to the exhaust system into the exhaust system. It has been broken. Thus, by using the injector when supplying the reducing agent, the reducing agent is atomized and injected from the nozzle, and the metering operation of the reducing agent is relatively easy. The reduction action in the catalyst device is more suitably performed.
[0004]
However, such a reducing agent injector is attached to an exhaust system such as an exhaust port so that its nozzle hole is exposed, and the nozzle is always in contact with the exhaust during engine operation. Therefore, the following problems cannot be ignored.
[0005]
That is, when the exhaust gas comes into contact with the injection port of the reducing agent injector, soot contained in the exhaust gas adheres to the periphery of the injection port, and this is denatured and solidified by exhaust heat or the like. The solidified soot becomes a so-called deposit and accumulates in the vicinity of the nozzle hole, resulting in a reduction in the opening area of the nozzle hole. When the opening area of the nozzle hole is reduced in this way, it becomes difficult to supply a sufficient amount of the reducing agent to the catalyst device, and the NOx purification function of the catalyst device may be lowered.
[0006]
The present invention has been made in view of such conventional circumstances, and an object of the present invention is to provide an exhaust system of a multi-cylinder internal combustion engine that can suppress deposit accumulation in the vicinity of the injection port of the reducing agent injector. is there.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
Means for solving the above-described problems and their effects are described below.
According to the first aspect of the present invention, a branch portion connected to each cylinder of the multi-cylinder internal combustion engine, a collecting portion connected to the downstream side of each branch portion, and a downstream side of the collecting portion are connected. Multi-cylinder internal combustion engine equipped with a reducing agent injector for injecting a reducing agent into a specific branch portion of the branching portion and supplying the same to the catalytic device In the exhaust system of the engine, an internal wall that suppresses exhaust pressure pulsation propagating from another branch portion extends from the inner wall of the collective portion toward the inside of the specific branch portion.
[0008]
When intermittent explosion occurs in each cylinder of the internal combustion engine, exhaust pressure pulsation is generated in the exhaust system due to the explosion. When such exhaust pressure pulsation occurs, pulsation also occurs in the exhaust flow. For this reason, when the exhaust pressure pulsation propagates to the vicinity of the attachment position of the reducing agent injector, the exhaust flow repeatedly collides with the nozzle of the reducing agent injector in accordance with the period of the exhaust pressure pulsation. As a result, soot gradually adheres to the injection port of the reducing agent injector due to the collision of the exhaust flow, and deposits are deposited.
[0009]
According to the above configuration, the exhaust pressure pulsation propagates from the other branch part toward the specific branch part to which the reducing agent injector is attached by the inner wall extending from the inner wall of the collecting part toward the inside. To be suppressed. Accordingly, it is possible to suppress the soot adhesion accompanying the propagation of the exhaust pressure pulsation, and the deposit accumulation caused by the soot, and the change in the injection characteristics of the reducing agent injector due to the deposit accumulation, and the NOx of the catalyst device. It becomes possible to suitably suppress the purification function deterioration.
[0010]
In order to more suitably suppress the propagation of the exhaust pressure pulsation, as described in claim 2, the inner wall is located between the specific branch portion and the branch portion adjacent thereto. It is desirable to adopt a configuration that extends from the inner wall of the gathering portion.
[0011]
Further, according to a third aspect of the invention, the inner walls are extended along the flow direction of the exhaust gas flowing into the collecting portion from the specific branch portion, thereby collecting the inner walls. An increase in exhaust resistance due to the formation inside the portion can be suppressed as much as possible.
[0012]
Further, the present inventors have confirmed through various experiments that there is a suitable range for effectively suppressing the propagation of the exhaust pressure pulsation with respect to the length of the inner wall in the extending direction.
[0013]
That is, according to the invention described in claim 4, the length L in the extending direction of the inner wall extends from the connection position between the specific branch portion and the corresponding cylinder to the NOx purification catalyst device. The distance Lc in the exhaust flow direction is preferably formed so as to satisfy the relationship L ≧ 0.10 Lc. Thus, by suitably defining the minimum value of the length in the extending direction of the inner wall, the effect of suppressing the propagation of the exhaust pressure pulsation can be more suitably achieved.
[0014]
Here, when the length in the extending direction of the inner wall is gradually increased, the specific branch portion to which the reducing agent injector is attached is gradually isolated from the other branch portions by the extension of the inner wall. As a result, an exhaust passage independent of them is formed. Therefore, from the viewpoint of suppressing exhaust pressure pulsation that circulates from another branch portion, such extension of the inner wall can be suitably suppressed. However, on the other hand, the exhaust pressure pulsation generated in the cylinder corresponding to the specific branching portion is a space isolated by the inner wall by extension of the inner wall, in other words, a specific branching portion or a set connected to the same. It becomes difficult to leak from the inside of the part to the outside. Therefore, the exhaust pressure pulsation generated in a specific branch portion to which the reducing material injector is attached is repeatedly reflected between the cylinder and the NOx purification catalyst device, and the degree of attenuation is naturally small. For this reason, under the influence of the exhaust pressure pulsation generated by the combustion explosion in the cylinder corresponding to the specific branch portion, the soot adhering to the injection port of the reducing agent injector increases. Therefore, if the inner wall is gradually extended, the exhaust pressure pulsation from other branch portions is suppressed, but the exhaust pressure pulsation generated in a specific branch portion to which the reducing agent injector is attached is suppressed. The effect of is not negligible.
[0015]
Therefore, according to the invention described in claim 5, it is desirable that the inner wall is formed so that the length L further satisfies the relationship L ≦ 0.32Lc with respect to the distance Lc. In this way, by suitably defining the maximum value of the length in the extending direction of the inner wall, in addition to the exhaust pressure pulsation propagating from other branch parts other than the specific branch part, as described above, An adverse effect of exhaust pressure pulsation generated in a cylinder corresponding to a specific branch portion can be suppressed as much as possible.
[0016]
In such an exhaust system, a supercharger may be provided between the collecting portion and the NOx purification catalyst device. In this case, for example, according to the invention described in claim 6, the supercharger has a length L in the extending direction of the inner wall from the connection position between the specific branch portion and the corresponding cylinder. It is desirable to adopt a configuration in which the distance Lt in the exhaust gas flow direction is formed so as to satisfy the relationship of L ≧ 0.10 Lt.
[0017]
According to this configuration, similarly to the operational effect of the invention described in claim 4, the effect of suppressing the propagation of the exhaust pressure pulsation by suitably defining the minimum value of the length in the extending direction of the inner wall. Can be more suitably achieved.
[0018]
Still further, according to the invention as set forth in claim 7, it is desirable that the inner wall is formed so that the length L further satisfies the relationship L ≦ 0.32Lt with respect to the distance Lt.
[0019]
According to this configuration, similarly to the invention according to claim 5, by suitably defining the maximum value of the length in the extending direction of the inner wall, the other branch portions other than the specific branch portion are defined. In addition to the propagating exhaust pressure pulsation, the adverse effect of the exhaust pressure pulsation generated at the specific branch portion can be suppressed as much as possible.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment in which an exhaust system of a multi-cylinder internal combustion engine according to the present invention is applied to an exhaust system of a common rail type four-cylinder diesel engine (hereinafter simply referred to as “engine”) will be described in detail with reference to FIGS. To do.
[0021]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram illustrating a configuration of an exhaust system according to the present embodiment and an engine 1 to which the exhaust system is applied.
As shown in FIG. 1, a plurality of fuel injectors 3 a to 3 d are attached to the cylinder head 2 of the engine 1 corresponding to the cylinders # 1 to # 4 of the engine 1. In the cylinder head 2, intake ports (not shown) that communicate with the cylinders # 1 to # 4 when the intake valves (not shown) are opened are individually formed corresponding to the cylinders # 1 to # 4. . Intake manifolds 5 are connected to these intake ports, and the intake manifold 5 is connected to a supercharger 9 via an intake pipe 7. An intercooler 10 for reducing the temperature of the intake air is provided in the middle of the intake pipe 7.
[0022]
The fuel injectors 3a to 3d are connected to a common rail 14 for accumulating high-pressure fuel, respectively. The common rail 14 is connected to a supply pump 15, and fuel in a fuel tank (not shown) is pumped from the supply pump 15 to the common rail 14. When the fuel injectors 3a to 3d are opened, the high-pressure fuel in the common rail 14 is injected into the corresponding cylinders # 1 to # 4 from the injection ports (not shown) of the fuel injectors 3a to 3d.
[0023]
On the other hand, as shown in FIG. 2, the cylinder head 2 has an exhaust port 8 (exhaust gas connected to the fourth cylinder # 4 in FIG. 2) communicating with the cylinders # 1 to # 4 when the exhaust valve 4 is opened. Only ports are shown). The exhaust port 8 is connected to a supercharger 9 via an exhaust manifold 20. The exhaust manifold 20 corresponds to the exhaust ports 8 of the cylinders # 1 to # 4 and is connected to the four branch pipes 22a to 22d, and the collecting pipe to which the downstream sides of the branch pipes 22a to 22d are connected. 23. In the present embodiment, the exhaust port 8 and the branch pipes 22a to 22d connected to the exhaust port 8 constitute a branch part, and the collecting pipe 23 of the exhaust manifold 20 is provided downstream of the branch part. It constitutes a collective part connected to the side.
[0024]
In the exhaust system, a NOx purification catalyst device 13 (hereinafter simply referred to as “catalyst device”) is provided downstream of the supercharger 9. When the air-fuel ratio of the exhaust gas is lean, the catalyst device 13 stores NOx in the exhaust gas, and when the air-fuel ratio becomes rich or when a reducing agent is supplied, the stored NOx is reduced and the NOx is reduced. This is a so-called NOx occlusion reduction type catalyst device having a function of decomposing.
[0025]
In a diesel engine, engine combustion is performed in an oxygen-excess atmosphere, so that HC and CO contained in the exhaust gas are relatively small, and therefore, there is very little opportunity for the air-fuel ratio to become rich. For this reason, in a NOx occlusion reduction type catalyst device mounted on a diesel engine, it is difficult to obtain a sufficient amount of reducing agent from exhaust gas for reducing NOx. Therefore, in the present embodiment, a reducing agent injector 16 for supplying a reducing agent to the catalyst device 13 is provided separately from the fuel injectors 3a to 3d. The reducing agent injector 16 is connected to a supply pump 15, and fuel is supplied from the pump 15.
[0026]
As shown in FIG. 2, the reducing agent injector 16 is attached to the cylinder head 2 in a state where the injection port 17 is exposed in the exhaust port 8 corresponding to the fourth cylinder # 4. The fuel injected from the nozzle 17 into the exhaust port 8 along with the opening of the reducing agent injector 16 flows to the downstream side of the exhaust port 8 together with the exhaust discharged from the fourth cylinder # 4. Supplied as a reducing agent. By supplying such a reducing agent at a predetermined timing, the NOx purification function of the catalyst device 13 is maintained for a long period of time.
[0027]
Furthermore, the exhaust system according to the present embodiment includes a mechanism for suppressing a change in the injection characteristic of the reducing agent injector 16 and maintaining the NOx purification function of the catalyst device 13 for a long period of time. That is, in this embodiment, the inner wall 30 for suppressing the exhaust pressure pulsation from propagating from the other cylinders # 1 to # 3 into the exhaust port 8 of the fourth cylinder # 4 to which the reducing agent injector 16 is attached. Is formed inside the collecting pipe 23.
[0028]
As shown in FIG. 1, the inner wall 30 is an inner wall of the collecting pipe 23 located between the branch pipes 22c and 22d of the third and fourth cylinders # 3 and # 4, in other words, each of these branch pipes. A portion where the inner walls of 22c and 22d are connected is a starting point, and extends from the starting point toward the inside of the collecting pipe 23. The extending direction of the internal wall 30 is set so as to substantially coincide with the flow direction A of the exhaust gas flowing into the collecting pipe 23 from the branch pipe 22d corresponding to the exhaust port 8 connected to the fourth cylinder # 4. ing.
[0029]
In the present embodiment, since such an inner wall 30 is provided inside the collecting pipe 23, the other cylinders # are directed toward the exhaust port 8 of the fourth cylinder # 4 to which the reducing agent injector 16 is attached. Exhaust pressure pulsations (see broken lines in FIG. 3A) that are to propagate from 1 to # 3 are suppressed. As a result, soot adhesion due to the propagation of the exhaust pressure pulsation and further deposit deposition caused thereby are suitably suppressed.
[0030]
Further, since the inner wall 30 is located between the fourth cylinder # 4 to which the reducing agent injector 16 is attached and the third cylinder # 3 adjacent to the fourth cylinder # 4, the inner wall 30 is influenced by the proximity. Propagation of the exhaust pressure pulsation of the third cylinder # 3, which is easy, is more effectively suppressed.
[0031]
In addition, since the internal wall 30 is extended along the flow direction of the exhaust gas from the fourth cylinder # 4 to the collecting pipe 23 through the exhaust port 8 and the branch pipe 22d, the inner wall 30 is connected to the collecting pipe 23. The increase in exhaust resistance due to the formation inside is suppressed as much as possible.
[0032]
Furthermore, the present inventors conducted the following experiment in order to define the optimum range of the length L in the extending direction of the inner wall 30. First, as shown in FIG. 2, the length of the inner wall 30 in the extending direction is defined as “inner wall length L”. Further, as shown in FIG. 2, the exhaust port 8 of the fourth cylinder # 4 is located closest to the exhaust valve 4 (position where the valve 4 is seated), in other words, the exhaust port 8 of the fourth cylinder # 4. And the connection position of the fourth cylinder # 4 as a starting point, and the distance in the exhaust flow direction from the starting point to the connection position of the supercharger 9 is defined as “pipe length Lt”. Then, the flow rate reduction rate K of the reducing agent injector 16 when the ratio L / Lt of the inner wall length L to the pipe length Lt was variously changed under the constant pipe length Lt was examined. The flow rate reduction rate K is determined by the actual maximum injection amount Q that can be actually injected from the reducing agent injector 16 under a constant pressure, and the maximum injection amount QMAX at the start of use of the injector 16 (or The nominal maximum injection amount of the reducing agent injector 16) is defined by the following relational expression.
[0033]
K = (QMAX−Q / QMAX) × 100
As is apparent from this equation, when the amount of reducing agent (fuel) that can be injected from the reducing agent injector 16 is reduced due to deposit accumulation or the like, the flow rate reduction rate K increases.
[0034]
FIG. 4 is an experimental result showing the relationship between the flow rate reduction rate K and the ratio L / Lt after the engine 1 has been operated for a predetermined period.
As shown in the figure, when the ratio L / Lt is small, that is, when the inner wall length L is set relatively short with respect to the pipe length Lt (L <0.10 Lt), the flow rate The decrease rate K increases rapidly as the ratio L / Lt decreases. When the inner wall length L becomes shorter in this way, as shown by a solid line in FIG. 3B, the branch pipe 22c of the third cylinder # 3, etc., the other branch pipes 22a, 22b, 22c to the fourth cylinder # The exhaust pressure pulsation that propagates around the inner wall 30 to the fourth branch pipe 22d cannot be avoided. As a result, an increase in the amount of soot attached to the nozzle hole 17 and, in turn, an increase in the amount of deposited deposits are caused, and the flow rate reduction rate K also increases greatly.
[0035]
On the other hand, when the ratio L / Lt is large, that is, when the inner wall length L is set to be relatively long with respect to the pipe length Lt (L> 0.32), the flow rate decrease rate K is It increases rapidly as L / Lt increases.
[0036]
FIG. 5 shows the results of an experiment conducted to confirm this reason. FIG. 5 shows the temporal transition of the exhaust pressure P measured in the vicinity of the attachment position of the reducing agent injector 16. Here, FIG. 5 (a) shows the time transition of the exhaust pressure P when the inner wall 30 is omitted, as shown in FIG. 3 (b), and FIG. 5 (b) shows FIG. 3 (c). As shown, the time transition of the exhaust pressure P when the inner wall 30 is extended to the position of the catalyst device 13 is shown. In FIG. 5, the timings t1, t2,..., T5 when the peak of the exhaust pressure P is observed are the second cylinder # 2, the first cylinder # 1, the third cylinder # 3, and the fourth cylinder, respectively. This corresponds to the combustion explosion timing in # 4 and the second cylinder # 2. In FIGS. 5A and 5B, “PL1” indicates the exhaust pressure P at the same level.
[0037]
As shown in FIGS. 5A and 5B, when the inner wall 30 is set to be very long and extended to the position of the supercharger 9, the exhaust pressure P seen at timings t1 to t3 and t5. All of the peaks are below the predetermined level PL1. That is, it can be seen that the exhaust pressure pulsation propagating due to the combustion explosion in the cylinders # 1 to # 3 other than the fourth cylinder # 4 is reduced as compared with the case where the inner wall 30 is omitted. On the other hand, regarding the combustion explosion (timing t4) of the fourth cylinder # 4, it can be seen that the exhaust pressure pulsation propagating thereby increases compared to the case where the inner wall 30 is omitted. From the above points, the reason why the flow rate decrease rate K increases when the inner wall 30 is set to be extremely long can be explained as follows.
[0038]
That is, when the inner wall length L becomes longer in this way, the branch pipe 22d connected to the fourth cylinder # 4 is connected to the other cylinders # 1 to # 3 by the inner wall 30 as shown in FIG. They are isolated from the branch pipes 22a to 22c and become substantially independent from them. Therefore, the exhaust pressure pulsation propagating due to the combustion explosion in the first to third cylinders # 1 to # 3 other than the fourth cylinder # 4 is reduced. However, the exhaust pressure pulsation propagating due to the combustion explosion in the fourth cylinder # 4 is unlikely to leak to the outside from the space isolated by the inner wall 30 as shown by a one-dot chain line in FIG. The reflection is repeated between the exhaust port 8 connected to the fourth cylinder # 4 and the supercharger 9. Therefore, the exhaust pressure pulsation generated by the combustion explosion in the fourth cylinder # 4 is smaller in attenuation than the exhaust pressure pulsation generated by the combustion explosion of the other cylinders # 1 to # 3. As a result, the nozzle 17 of the reducing agent injector 16 attached to the exhaust port 8 of the fourth cylinder # 4 is affected by the exhaust pressure pulsation caused by the combustion explosion in the fourth cylinder # 4. Soot tends to adhere, and therefore an increase in the flow rate reduction rate K is unavoidable.
[0039]
FIG. 6 shows the magnitude of the exhaust pressure pulsation generated near the attachment position of the reducing agent injector 16 due to the combustion explosion of the fourth cylinder # 4 and the exhaust generated by the combustion explosion of the third cylinder # 3 adjacent thereto. It is the experimental result which changed the internal wall length L variously about the magnitude | size of atmospheric pressure pulsation.
[0040]
As is apparent from FIG. 6, the exhaust pressure pulsation generated in the vicinity of the attachment position of the reducing agent injector 16 by the combustion explosion of the fourth cylinder # 4 tends to increase as the internal wall length L increases. Therefore, in this case, the soot adhesion gradually increases due to the propagation of the exhaust pressure pulsation caused by the combustion explosion of the fourth cylinder # 4. On the other hand, the exhaust pressure pulsation generated by the combustion explosion of the third cylinder # 3 shows the opposite tendency, and gradually decreases as the internal wall length L increases. Therefore, in this case, the soot adherence is caused by the influence of the exhaust pressure pulsation caused by the combustion explosion of the third cylinder # 3, that is, the propagation of the exhaust pressure pulsation coming from the cylinders other than the fourth cylinder # 4. It will gradually increase.
[0041]
From these experimental results, it can be seen that there is an optimum setting range for the inner wall length L in order to suppress deposit accumulation in the vicinity of the injection hole 17 of the reducing agent injector 16. In the present embodiment, the optimum setting range of the internal wall length L is based on the experimental results of FIGS. 5 and 6 in addition to the relationship between the flow rate decrease rate K and the ratio L / LC shown in FIG.
Condition (1): L ≧ 0.10 Lt
Condition (2): L ≦ 0.32Lt
It is set to satisfy both of the above conditions.
[0042]
Here, when the inner wall length L is set so as to satisfy the condition (1), other branches connected to cylinders other than the fourth cylinder # 4, such as the branch pipe 22c of the third cylinder # 3. Exhaust pressure pulsation that circulates from the pipes 22a, 22b, and 22c to the branch pipe 22d of the fourth cylinder # 4 is effectively suppressed. As a result, it is possible to suppress the soot adhesion and the deposit accumulation due to the wraparound of the exhaust pressure pulsation.
[0043]
Further, when the inner wall length L is set so that the condition (2) is satisfied, the exhaust pressure pulsation generated in the fourth cylinder # 4 is reflected on the supercharger 9 and the injection port of the reducing agent injector 16 Propagation to 17 is effectively suppressed. As a result, the soot adhesion due to the reflection of the exhaust pressure pulsation, and hence the deposit accumulation, are suppressed.
[0044]
Therefore, according to the present embodiment in which the inner wall length L is set so as to satisfy both of these conditions (1) and (2), these functions and effects can be achieved together.
[0045]
According to this embodiment described above, the following effects can be obtained.
An internal wall 30 that suppresses exhaust pressure pulsation propagating from the branch pipes 22a to 22c of the other cylinders # 1 to # 3 in the branch pipe 22d of the fourth cylinder # 4 to which the reducing agent injector 16 is attached is a collecting pipe 23 It extended from the inner wall to the inside. As a result, it is possible to suppress the soot adhesion to the injection nozzle 17 of the reducing agent injector 16 due to the exhaust pressure pulsation, and hence the deposition of deposits in the vicinity of the injection nozzle 17, and the injection characteristics of the reducing agent injector 16 can be improved over a long period. Can be maintained over.
[0046]
The inner wall 30 is provided between the fourth cylinder # 4 to which the reducing agent injector 16 is attached and the third cylinder # 3 adjacent thereto. Therefore, the propagation of the exhaust pressure pulsation of the third cylinder # 3, which is easily affected by the position closest to the fourth cylinder # 4 to which the reducing agent injector 16 is attached, is more effectively suppressed. Will be able to.
[0047]
Also, the extending direction of the inner wall 30 is set in the direction along the flow direction of the exhaust from the fourth cylinder # 4 to the collecting pipe 23 through the exhaust port 8 and the branch pipe 22d. By forming such an inner wall 30 inside the collecting pipe 23, an increase in exhaust resistance can be suppressed as much as possible.
[0048]
In the relationship between the inner wall length L and the pipe line length Lt, the inner wall length L is set so that the conditional expression (1) shown above is satisfied, so the other cylinders # 1 to # 3 It is possible to effectively suppress the exhaust pressure pulsation that wraps around, and to suppress the soot adhesion caused by the wraparound of the exhaust pressure pulsation, and thus the deposit accumulation.
[0049]
Furthermore, the inner wall length L is set so that the condition (2) described above is further satisfied in the relationship between the inner wall length L and the pipe line length Lt. For this reason, it is possible to effectively suppress the exhaust pressure pulsation generated in the fourth cylinder # 4 from being reflected on the supercharger 9 and propagating to the injection port 17 of the reducing agent injector 16, and soot adhesion resulting therefrom. As a result, deposit accumulation can be suppressed.
[0050]
In addition, the said embodiment can also be changed and implemented as follows. In the above embodiment, the exhaust system provided with the supercharger 9 is shown as an example, but the exhaust system not provided with the supercharger 9, that is, the downstream side of the exhaust manifold 20 is directly connected to the catalyst device 13. The present invention can be applied even if it is. In this case, the previous conditions (1) and (2) are as follows.
[0051]
Condition (3): L ≧ 0.10 Lc
Condition (4): L ≦ 0.32Lc
Here, “Lc” is a substitute for the previous pipe length Lt, and the position closest to the exhaust valve 4 in the exhaust port 8 of the fourth cylinder # 4, in other words, the exhaust port of the fourth cylinder # 4. A connection position between the cylinder 8 and the fourth cylinder # 4 is a starting point, and a distance in the exhaust flow direction from the starting point to the connection position of the catalytic device 13 is defined as a “pipe length Lc”. Even if the configuration is changed in this way, the effects according to the above-described embodiment can be obtained.
[0052]
In the above modified example and the previous embodiment, both the conditions (1) and (2) or the conditions (3) and (4) are satisfied as the conditions regarding the inner wall length L. For example, the condition (1) It is also possible to set the length of the inner wall length L so that only the above is satisfied.
[0053]
In the above embodiment, the reducing agent injector 16 is attached to the exhaust port 8 connected to the fourth cylinder # 4, but is connected to other cylinders # 1 to # 3, for example, the third cylinder # 3. The reducing agent injector 16 may be attached to the exhaust port.
[0054]
FIG. 7 shows a configuration example of the inner wall when the reducing agent injector 16 is attached to the exhaust port of the third cylinder # 3 in this way. As shown in the figure, in this case, the inner wall 31 is the inner wall of the collecting pipe 23 positioned between the branch pipes 22c and 22d of the third and fourth cylinders # 3 and # 4, in other words, these. A portion where the inner walls of the branch pipes 22c and 22d are connected is a starting point, and extends from the starting point toward the inside of the collecting pipe 23. Further, an inner wall 32 different from the inner wall 31 is used as an inner wall of the collecting pipe 23 located between the branch pipes 22b and 22c of the second and third cylinders # 2 and # 3, in other words, each of these branches. A portion where the inner walls of the pipes 22c and 22d are connected is a starting point, and extends from the starting point toward the inside of the collecting pipe 23.
[0055]
Further, the extending directions of these inner walls 31 and 32 are substantially the same as the flow direction B of the exhaust gas flowing into the collecting pipe 23 from the branch pipe 22c corresponding to the exhaust port connected to the third cylinder # 3. Is set. Furthermore, the length L1 in the extending direction of the inner wall 31 and the length L2 in the extending direction of the other inner wall 32 are set so as to satisfy the following conditions.
[0056]
Condition (5): L1, L2 ≧ 0.10 Lb
Condition (6): L1, L2 ≦ 0.32Lb
Here, “Lb” is synonymous with “pipe length Lt” or “pipe length Lc” shown in the previous embodiment or its modification. That is, when a turbocharger is connected to the exhaust manifold, the position closest to the exhaust valve in the exhaust port of the third cylinder # 3, in other words, the exhaust port of the third cylinder # 3 and the third cylinder # 3 This is the distance in the exhaust flow direction from the starting point to the connecting position of the turbocharger. Further, when the catalyst device is connected to the exhaust manifold, it means the distance in the exhaust flow direction from the start point to the connection position of the catalyst device. Even if such a configuration is adopted, the operational effects according to the previous embodiment can be obtained.
[0057]
Further, in the above modification, the inner walls are provided between the branch pipe 22d of the fourth cylinder # 4 and the branch pipe 22c of the third cylinder # 3, and the branch pipe 22c and the second cylinder # 2 of the third cylinder # 3. Although the inner walls 31 and 32 are provided between the inner wall 31 and the branch pipe 22b, only one of the inner walls 31 and 32 may be provided.
[0058]
-Furthermore, in the above modification, the lengths L1, L2 in the extending direction of the inner walls 31, 32 are set so that both of the conditions (5), (6) are satisfied. For example, it can also be configured such that only condition (5) is satisfied for these lengths L1, L2.
[0059]
In the above embodiment, the reducing agent injector 16 is attached to the exhaust port. However, for example, it can be attached to the branch pipes 22a to 22d.
[0060]
In the above embodiment, the fuel to be used for engine combustion as the reducing agent is injected from the reducing agent injector 16. Examples of the reducing agent include urea, ammonia compound, cyanuric acid, dimethyl ether, and methyl ether. Those having other reducing actions may be used.
[0061]
In the above embodiment, the present invention is embodied in an exhaust system of a diesel engine. However, the present invention can also be applied to an exhaust system of another internal combustion engine such as a gasoline engine that performs lean combustion.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an exhaust system of an engine and its peripheral configuration.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing an attachment mode of a reducing agent injector.
FIG. 3 is a schematic view showing a propagation mode of exhaust pulsation in the exhaust manifold.
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the internal wall length and the flow rate reduction rate of the reducing agent injector.
FIG. 5 is a graph showing the transition of exhaust pressure pulsation due to the difference in internal wall length.
FIG. 6 is a graph showing the relationship between the inner wall length and the exhaust pressure pulsation amount.
FIG. 7 is a schematic configuration diagram showing a modified example related to the attachment position of the reducing agent injector.
[Explanation of symbols]
# 1 to # 4 ... Cylinder, 1 ... Engine, 2 ... Cylinder head, 3a-3d ... Fuel injector, 4 ... Exhaust valve, 5 ... Intake manifold, 7 ... Intake pipe, 8 ... Exhaust port, 9 ... Supercharger DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Intercooler, 13 ... NOx purification catalyst apparatus, 14 ... Common rail, 15 ... Supply pump, 16 ... Reducing agent injector, 17 ... Injection hole, 20 ... Exhaust manifold, 22a-22d ... Branch pipe, 23 ... Collecting pipe 30 to 32 ... inner wall, L ... inner wall length, Lt, Lc, Lb ... pipe length.

Claims (7)

多気筒内燃機関の各気筒に対して各別に接続される分岐部と、各分岐部の下流側に接続される集合部と、該集合部の下流側に接続されるNOx浄化用触媒装置とを備え、前記分岐部のうちの特定の分岐部にはその内部に還元剤を噴射してこれを前記NOx浄化用触媒装置に供給する還元剤用インジェクタが取り付けられる多気筒内燃機関の排気系において、
前記特定の分岐部内に他の分岐部から伝播する排気圧脈動を抑制する内部壁が前記集合部の内壁からその内部に向けて延設される
ことを特徴とする多気筒内燃機関の排気系。
A branch portion connected to each cylinder of the multi-cylinder internal combustion engine, a collecting portion connected to the downstream side of each branch portion, and a NOx purification catalyst device connected to the downstream side of the collecting portion In an exhaust system of a multi-cylinder internal combustion engine to which a reducing agent injector for injecting a reducing agent into a specific branching portion of the branching portion and supplying the reducing agent to the NOx purification catalyst device is attached.
An exhaust system for a multi-cylinder internal combustion engine, characterized in that an inner wall for suppressing exhaust pressure pulsation propagating from another branch portion extends from the inner wall of the collective portion toward the inside of the specific branch portion.
前記内部壁は前記特定の分岐部とこれに隣接する分岐部との間に位置する前記集合部の内壁から延設される
請求項1記載の多気筒内燃機関の排気系。
The exhaust system of a multi-cylinder internal combustion engine according to claim 1, wherein the inner wall extends from an inner wall of the collective portion located between the specific branch portion and a branch portion adjacent to the specific branch portion.
前記内部壁は前記特定の分岐部から前記集合部に流れ込む排気の流れ方向に沿って延設される
請求項2記載の多気筒内燃機関の排気系。
3. The exhaust system of a multi-cylinder internal combustion engine according to claim 2, wherein the inner wall extends along a flow direction of exhaust gas flowing from the specific branch portion into the collecting portion.
前記内部壁はその延設方向の長さLが前記特定の分岐部とこれに対応する気筒との接続位置から前記NOx浄化用触媒装置までの排気流れ方向における距離Lcに関してL≧0.10Lcなる関係を満たすように形成される
請求項3記載の多気筒内燃機関の排気系。
The length L in the extending direction of the inner wall is L ≧ 0.10 Lc with respect to a distance Lc in the exhaust flow direction from the connection position between the specific branch portion and the corresponding cylinder to the NOx purification catalyst device. The exhaust system of a multi-cylinder internal combustion engine according to claim 3, which is formed so as to satisfy the relationship.
前記内部壁は上記長さLが上記距離Lcに関して更にL≦0.32Lcなる関係を満たすように形成される
請求項4記載の多気筒内燃機関の排気系。
The exhaust system of a multi-cylinder internal combustion engine according to claim 4, wherein the inner wall is formed so that the length L further satisfies a relationship of L≤0.32Lc with respect to the distance Lc.
前記排気系は前記集合部と前記NOx浄化用触媒装置との間に過給機が設けられるものであり、前記内部壁はその延設方向の長さLが前記特定の分岐部とこれに対応する気筒との接続位置から前記過給機までの排気流れ方向における距離Ltに関してL≧0.10Ltなる関係を満たすように形成される
請求項3記載の多気筒内燃機関の排気系。
In the exhaust system, a supercharger is provided between the collecting portion and the NOx purification catalyst device, and the length L in the extending direction of the inner wall corresponds to the specific branch portion. The exhaust system of a multi-cylinder internal combustion engine according to claim 3, wherein the exhaust system is formed so as to satisfy a relationship of L≥0.10Lt with respect to a distance Lt in the exhaust flow direction from a connection position with a cylinder to be operated to the supercharger.
前記内部壁は上記長さLが上記距離Ltに関して更にL≦0.32Ltなる関係を満たすように形成される
請求項6記載の多気筒内燃機関の排気系。
The exhaust system of a multi-cylinder internal combustion engine according to claim 6, wherein the inner wall is formed so that the length L further satisfies the relationship L ≦ 0.32Lt with respect to the distance Lt.
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