JP5984598B2 - Fuel addition structure - Google Patents
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Description
本発明は、排気系路の途中に取り付けた燃料添加弁により前記排気系路内を流れる排気ガスに燃料を添加するようにした燃料添加構造に関するものである。 The present invention relates to a fuel addition structure in which fuel is added to exhaust gas flowing in the exhaust system path by a fuel addition valve attached in the middle of the exhaust system path.
ディーゼルエンジンから排出されるパティキュレート（Particulate Matter：粒子状物質）は、炭素質から成る煤分と、高沸点炭化水素成分から成るＳＯＦ分（Soluble Organic Fraction：可溶性有機成分）とを主成分とし、更に微量のサルフェート（ミスト状硫酸成分）を含んだ組成を成すものであるが、この種のパティキュレートの低減対策として、排気ガスが流通する排気管の途中に、パティキュレートフィルタを装備することが行われている。 Particulate matter (particulate matter) discharged from a diesel engine is mainly composed of a soot fraction composed of carbon and a SOF fraction (Soluble Organic Fraction) composed of a high-boiling hydrocarbon component. Furthermore, it has a composition containing a small amount of sulfate (mist-like sulfuric acid component). As a measure to reduce this type of particulates, a particulate filter can be installed in the middle of the exhaust pipe through which exhaust gas flows. Has been done.
前記パティキュレートフィルタは、コージェライト等のセラミックから成る多孔質のハニカム構造となっており、格子状に区画された各流路の入口が交互に目封じされ、入口が目封じされていない流路については、その出口が目封じされるようになっており、各流路を区画する多孔質薄壁を透過した排気ガスのみが下流側へ排出されるようにしてある。 The particulate filter has a porous honeycomb structure made of a ceramic such as cordierite, and the inlets of the respective channels partitioned in a lattice shape are alternately sealed, and the channels are not sealed. The outlet is sealed, and only the exhaust gas that has permeated through the porous thin wall defining each flow path is discharged to the downstream side.
そして、排気ガス中のパティキュレートは、前記多孔質薄壁の内側表面に捕集されて堆積するので、目詰まりにより排気抵抗が増加しないうちにパティキュレートを適宜に燃焼除去してパティキュレートフィルタの再生を図る必要があるが、通常のディーゼルエンジンの運転状態にあっては、パティキュレートが自己燃焼するほどの高い排気温度が得られる機会が少ないため、酸化触媒を一体的に担持させた触媒再生型のパティキュレートフィルタが採用されている。 Then, the particulates in the exhaust gas are collected and deposited on the inner surface of the porous thin wall, so that the particulates are appropriately burned and removed before the exhaust resistance increases due to clogging. It is necessary to regenerate, but in normal diesel engine operating conditions, there are few opportunities to obtain exhaust temperatures that are high enough for particulates to self-combust. A type of particulate filter is used.
このような触媒再生型のパティキュレートフィルタを採用すれば、捕集されたパティキュレートの酸化反応が促進されて着火温度が低下し、従来より低い排気温度でもパティキュレートを燃焼除去することが可能となるが、斯かる触媒再生型のパティキュレートフィルタを採用した場合であっても、排気温度の低い運転領域では、パティキュレートの処理量よりも捕集量が上まわってしまうので、このような低い排気温度での運転状態が続くと、パティキュレートフィルタの再生が良好に進まずに該パティキュレートフィルタが過捕集状態に陥る虞れがある。 By adopting such a catalyst regeneration type particulate filter, the oxidation reaction of the collected particulates is promoted, the ignition temperature is lowered, and it is possible to burn and remove the particulates even at an exhaust temperature lower than before. However, even when such a catalyst regeneration type particulate filter is adopted, the trapped amount exceeds the particulate processing amount in the operation region where the exhaust temperature is low, so such a low value. If the operation state at the exhaust gas temperature continues, there is a possibility that the particulate filter will fall into an over trapped state without the particulate filter regenerating well.
そこで、パティキュレートフィルタの前段に再生用の酸化触媒を別途配置し、パティキュレートの堆積量が増加してきた段階で前記酸化触媒より上流側の排気ガス中に燃料を添加してパティキュレートフィルタを積極的に強制再生することが行われている。 Therefore, an oxidation catalyst for regeneration is separately arranged in the front stage of the particulate filter, and when the accumulated amount of particulates has increased, fuel is added to the exhaust gas upstream of the oxidation catalyst to actively use the particulate filter. Forced regeneration is performed.
つまり、パティキュレートフィルタより上流側で添加された燃料が前段の酸化触媒を通過する間に酸化反応し、その反応熱で昇温した排気ガスの流入により直後のパティキュレートフィルタの触媒床温度が上げられてパティキュレートが燃やし尽くされ、パティキュレートフィルタの再生化が図られることになる。 In other words, the fuel added on the upstream side of the particulate filter undergoes an oxidation reaction while passing through the preceding oxidation catalyst, and the catalyst bed temperature of the particulate filter immediately after that rises due to the inflow of exhaust gas heated by the reaction heat. As a result, the particulates are burned out, and the particulate filter is regenerated.
この種の燃料添加を実行するための具体的手段としては、圧縮上死点付近で行われる燃料のメイン噴射に続いて圧縮上死点より遅い非着火のタイミングでポスト噴射を追加することで排気ガス中に燃料を添加するのが一般的である。 As a specific means for executing this kind of fuel addition, post-injection is added at the timing of non-ignition later than the compression top dead center following the main injection of fuel performed near the compression top dead center. It is common to add fuel to the gas.
ただし、このようにポスト噴射で燃料添加を行うと、燃料とエンジンオイルと煤分とＨＣガスとが高温高圧環境下で混ざり合うことでＨＣ重合が起こり易くなり、ＥＧＲクーラの出口等における急激な温度低下を伴う箇所でタール状の粘度の高い重合物が生成され、この重合物が吸気系や動弁系に悪影響を及ぼす虞れがあったため、ターボチャージャのタービンより下流の排気系路の途中に燃料添加弁を装備し、該燃料添加弁により燃料を排気系路内に直噴することで燃料添加を行うことも既に提案されている。 However, when fuel is added by post injection in this way, fuel, engine oil, apportionment, and HC gas are mixed in a high temperature and high pressure environment, so that HC polymerization is likely to occur and abruptly occurs at the outlet of the EGR cooler. A tar-like high-viscosity polymer is generated at a location with a decrease in temperature, and this polymer may have an adverse effect on the intake system and valve system, so the middle of the exhaust system downstream of the turbocharger turbine. It has also been proposed to add a fuel addition valve by directly injecting fuel into the exhaust system by using the fuel addition valve.
尚、この種の排気管途中に添加弁を装備した構造に関連する先行技術文献情報としては下記の特許文献１等がある。
Incidentally, as prior art document information related to a structure in which an addition valve is provided in the middle of this type of exhaust pipe, there is the following
しかしながら、排気系路内へ燃料添加を行うにあたり、前述の如き燃料添加弁による直噴方式を採用すると、宅配便やコンビニエンスストア等への商品を配送する運搬車両等では、短時間の走行を挟んで停車を繰り返すような運行形態となり、排気ガスの温度が低く且つ流れも遅い運転状態が間欠的に連続することになるため、燃料添加弁の噴射口周囲に燃料の粒と煤分とが結びついたものが堆積して筒状のデポジットが形成されてしまうという問題があった。 However, if the fuel injection valve is used to add fuel to the exhaust system, the direct injection method using the fuel addition valve as described above will not allow a short period of travel in transport vehicles that deliver products to courier and convenience stores. The operation state is such that the vehicle is repeatedly stopped and the operation state in which the exhaust gas temperature is low and the flow is slow is intermittently continuous, so that fuel particles and apportioning are connected around the injection port of the fuel addition valve. There is a problem that the deposits are accumulated and a cylindrical deposit is formed.
尚、このデポジットを放置しておくと、最終的に燃料添加弁の噴射口周囲が閉空間となって排気ガスへの燃料添加ができなくなってしまうため、燃料添加弁の装着部分を定期的に分解して清掃しなければならず、その清掃作業に多大な労力と時間を要することから大きな作業負担となっていた。 If this deposit is left unattended, the area around the injection port of the fuel addition valve will eventually become a closed space, making it impossible to add fuel to the exhaust gas. Since it has to be disassembled and cleaned, and the cleaning work requires a lot of labor and time, it has been a heavy work load.
本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、燃料添加弁の噴射口周囲におけるデポジットの形成を抑制し得る燃料添加構造を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a fuel addition structure capable of suppressing the formation of deposits around the injection port of a fuel addition valve.
本発明は、排気系路の途中に燃料添加弁を取り付け且つ該燃料添加弁から排気系路内を流れる排気ガスに燃料を添加するようにした燃料添加構造であって、排気系路における燃料添加弁の取付位置に前記排気系路の内側から外側に向けて窪む噴霧ポケットを形成し、該噴霧ポケット内に前記燃料添加弁のノズル部を貫通配置して排気ガスの流れ方向に対し斜め下流側へ燃料を噴射し得るように構成すると共に、前記排気系路内における噴霧ポケットと対峙する位置に排気ガスの流れを噴霧ポケット側へ偏向させて該噴霧ポケット内に上流側へ還流する渦流を形成し且つ燃料添加弁のノズル部からの噴射燃料を衝突させて上流側へ跳ね返すスロープ部を設けたことを特徴とするものである。 The present invention provides a fuel addition structure in which a fuel addition valve is attached in the middle of an exhaust system path, and fuel is added to the exhaust gas flowing through the exhaust system path from the fuel addition valve. A spray pocket recessed from the inside to the outside of the exhaust system passage is formed at the valve mounting position, and the nozzle portion of the fuel addition valve is disposed through the spray pocket so as to be obliquely downstream with respect to the exhaust gas flow direction. And a vortex flow that deflects the flow of exhaust gas to the spray pocket side at a position facing the spray pocket in the exhaust system path and returns to the upstream side in the spray pocket. A slope portion is provided which is formed and collides with the injected fuel from the nozzle portion of the fuel addition valve and rebounds upstream .
而して、このようにすれば、スロープ部により排気ガスの流れが噴霧ポケット側へ偏向されて該噴霧ポケット内に上流側へ還流する渦流が形成されるので、この渦流により燃料の粒と煤分とが結びついて次々と堆積していく過程が阻害されてデポジットの形成が抑制されることになる。 Thus, since the flow of the exhaust gas is deflected to the spray pocket side by the slope portion and a vortex flow returning to the upstream side is formed in the spray pocket, the vortex flow causes fuel particles and soot to flow. The process of depositing one after the other is inhibited, and the formation of deposits is suppressed.
この際、排気ガスの流れを噴霧ポケット側へ偏向させるスロープ部の傾斜角や長さ、その偏向された排気ガスの流れを呼び込む噴霧ポケット側の窪み形状等を適宜に選定して、デポジットの形成を抑制するのに最も効果的な渦流が噴霧ポケット内に形成されるように調整する必要があることは勿論である。 At this time, the slope angle and length of the slope portion for deflecting the exhaust gas flow to the spray pocket side, the depression shape on the spray pocket side for drawing the deflected exhaust gas flow, etc. are appropriately selected to form a deposit. Of course, it is necessary to adjust so that the most effective eddy current can be formed in the spray pocket.
また、噴霧ポケット内に燃料添加弁のノズル部を貫通配置して排気ガスの流れ方向に対し斜め下流側へ燃料を噴射させるようにしているので、煤分を含む排気ガスが燃料添加弁のノズル部の噴射口に対し正面から勢い良く吹き付けることが回避され、噴射口の煤分による閉塞が防止されることになる。 In addition, since the fuel addition valve nozzle portion is disposed through the spray pocket so that the fuel is injected obliquely downstream with respect to the flow direction of the exhaust gas, the exhaust gas including apportioning is caused by the nozzle of the fuel addition valve. Therefore, it is possible to prevent the spray port from being sprayed from the front side vigorously and to prevent the spray port from being blocked due to apportionment.
更に、本発明においては、燃料添加弁のノズル部からの噴射燃料を衝突させて上流側へ跳ね返し得るようにスロープ部を形成しているので、燃料添加弁のノズル部からの噴射燃料が、スロープ部に衝突して上流側へ跳ね返されることで排気ガスの流れに対し対向流として混ざり、排気ガスの流れに正面からぶつかることで蒸発と分散が著しく促進されることになる。 Further, in the present invention, since the slope portion is formed so that the fuel injected from the nozzle portion of the fuel addition valve can collide and rebound to the upstream side, the injected fuel from the nozzle portion of the fuel addition valve is By colliding with the part and rebounding to the upstream side, it mixes as an opposite flow with respect to the flow of exhaust gas, and by striking the flow of exhaust gas from the front, evaporation and dispersion are significantly promoted.
即ち、燃料添加弁のノズル部の噴射口が煤分により閉塞しないよう排気ガスの流れ方向に対し斜め下流側へ燃料を噴射すると、排気ガスの流れと同じ向きに燃料が噴射されることになって、該燃料が円滑に排気ガスの流れに乗って微細化や拡散が起こらないまま進んでしまい、燃料の蒸発と分散が悪くなってしまうが、排気ガスの流れに対し対向流として混ぜれば、このような不具合を回避することが可能となる。 That is, if fuel is injected obliquely downstream with respect to the flow direction of the exhaust gas so that the injection port of the nozzle portion of the fuel addition valve is not blocked by apportionment, the fuel is injected in the same direction as the flow of the exhaust gas. Then, the fuel smoothly rides on the flow of exhaust gas and proceeds without being refined or diffused, and the evaporation and dispersion of the fuel worsen, but if mixed with the exhaust gas flow as a counter flow, Such a problem can be avoided.
尚、燃料の蒸発と分散が促進されると、燃料がＨＣガスとなって良好に分散した状態で酸化触媒に到り、該酸化触媒にて効果的に酸化反応を起こして効率良く排気ガスを昇温することが可能となるので、パティキュレートフィルタの強制再生を極力少ない時間のうちに完了することが可能となる。 When the evaporation and dispersion of the fuel is promoted, the fuel reaches the oxidation catalyst in a well dispersed state as HC gas. The oxidation catalyst effectively causes an oxidation reaction to efficiently exhaust the exhaust gas. Since the temperature can be raised, the forced regeneration of the particulate filter can be completed in as little time as possible.
上記した本発明の燃料添加構造によれば、下記の如き種々の優れた効果を奏し得る。 According to the fuel addition structure of the present invention described above, various excellent effects as described below can be obtained.
（Ｉ）本発明の請求項１に記載の発明によれば、燃料添加弁の噴射口周囲におけるデポジットの形成を抑制することができるので、燃料添加弁の装着部分を分解して清掃するといった面倒な清掃作業の頻度を大幅に減らすことができ、その清掃作業に要する労力と時間を削減して作業負担の大幅な軽減化を図ることができる。 (I) According to the first aspect of the present invention, since it is possible to suppress the formation of deposit around the injection port of the fuel addition valve, it is troublesome to disassemble and clean the mounting portion of the fuel addition valve. The frequency of the cleaning work can be greatly reduced, and the labor and time required for the cleaning work can be reduced, and the work load can be greatly reduced.
（ＩＩ）本発明の請求項１に記載の発明によれば、噴霧ポケット内に燃料添加弁のノズル部を貫通配置して排気ガスの流れ方向に対し斜め下流側へ燃料を噴射させるようにしているので、煤分を含む排気ガスが燃料添加弁のノズル部の噴射口に対し正面から勢い良く吹き付けることを回避でき、燃料添加弁のノズル部の噴射口が煤分により閉塞してしまうことを確実に防止することができる。
(II) According to the invention described in
（ＩＩＩ）本発明の請求項１に記載の発明によれば、燃料添加弁のノズル部からの燃料をスロープ部に衝突させて上流側へ跳ね返すことにより排気ガスの流れに対し対向流として混ぜるとができ、排気ガスの流れに正面からぶつけることで前記燃料の蒸発と分散を著しく促進することができる。
(III) According to the invention described in
以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図１は本発明を実施する形態の一例を示すもので、図中１は排気系路、２は該排気系路１の途中に取り付けられた燃料添加弁を示し、該燃料添加弁２から排気系路１内を流れる排気ガス３に燃料Ｆが添加されるようになっている。
FIG. 1 shows an example of an embodiment for carrying out the present invention. In the figure, 1 is an exhaust system path, 2 is a fuel addition valve attached in the middle of the
ここで、排気系路１における燃料添加弁２の取付位置には、前記排気系路１の内側から外側に向けて窪む噴霧ポケット４が形成されており、該噴霧ポケット４内に前記燃料添加弁２のノズル部５が貫通配置されて排気ガス３の流れ方向に対し斜め下流側へ燃料Ｆを噴射し得るように構成されている。
Here, a spray pocket 4 that is recessed from the inside to the outside of the
図１に図示している例の場合、噴霧ポケット４は、頂点を排気ガス３の流れ方向上流側に片寄らせたピラミッド形の窪みとなっており、その頂点付近に燃料添加弁２のノズル部５が貫通配置されるようになっていて、該ノズル部５の貫通位置から下流側にかけて前記排気ガス３の流れ方向に対し傾斜角θ1の勾配を持つ傾斜面４ａが形成されている。
In the case of the example shown in FIG. 1, the spray pocket 4 is a pyramid-shaped depression whose apex is offset toward the upstream side in the flow direction of the exhaust gas 3, and the nozzle portion of the
一方、前記排気系路１内における噴霧ポケット４と対峙する位置には、排気ガス３の流れを噴霧ポケット４側へ偏向させて該噴霧ポケット４内に上流側へ還流する渦流６を形成するスロープ部７が設けられており、しかも、このスロープ部７は、燃料添加弁２のノズル部５からの噴射燃料Ｆを衝突させて上流側へ跳ね返し得るように形成されている。
On the other hand, at a position facing the spray pocket 4 in the
即ち、このスロープ部７は、排気ガス３の流れ方向に対し傾斜角θ2の勾配を持つように形成されており、ここに排気ガス３の流れが乗り上げて噴霧ポケット４側に偏向されるようになっている。
That is, the
而して、このようにすれば、スロープ部７により排気ガス３の流れが噴霧ポケット４側へ偏向されて該噴霧ポケット４内に上流側へ還流する渦流６が形成されるので、この渦流６により燃料Ｆの粒と煤分とが結びついて次々と堆積していく過程が阻害されてデポジット８（図２参照）の形成が抑制されることになる。
In this way, since the flow of the exhaust gas 3 is deflected toward the spray pocket 4 by the
この際、排気ガス３の流れを噴霧ポケット４側へ偏向させるスロープ部７の傾斜角θ2や長さ、その偏向された排気ガス３の流れを呼び込む噴霧ポケット４側の窪み形状（傾斜面４ａの傾斜角θ1や長さ）等を適宜に選定して、デポジット８の形成を抑制するのに最も効果的な渦流６が噴霧ポケット４内に形成されるように調整する必要があることは勿論である。尚、噴霧ポケット４内に効果的な渦流６を形成することでデポジット８の形成を抑制できることは本発明者の鋭意研究により見いだされた事実である。
At this time, the inclination angle θ 2 and the length of the
もし仮にスロープ部７をなくして噴霧ポケット４内に渦流６が形成されない構成としたならば、図２に示す如く、燃料添加弁２のノズル部５から噴射される燃料Ｆの方向に延びる筒状のデポジット８が形成されてしまうことになり、そのまま放置したならば、最終的には図２で未だ塞がっていないデポジット８の先端部分も塞がって燃料添加が不可能となってしまう。
If the
また、噴霧ポケット４内に燃料添加弁２のノズル部５を貫通配置して排気ガス３の流れ方向に対し斜め下流側へ燃料Ｆを噴射させるようにしているので、煤分を含む排気ガス３が燃料添加弁２のノズル部５の噴射口に対し正面から勢い良く吹き付けることが回避され、噴射口の煤分による閉塞が防止されることになる。
Further, since the
更に、本形態例においては、燃料添加弁２のノズル部５からの噴射燃料Ｆを衝突させて上流側へ跳ね返し得るようにスロープ部７が形成されているので、燃料添加弁２のノズル部５からの噴射燃料Ｆが、スロープ部７に衝突して上流側へ跳ね返されることで排気ガス３の流れに対し対向流として混ざり、排気ガス３の流れに正面からぶつかることで蒸発と分散が著しく促進されることになる。
Further, in this embodiment, the
即ち、燃料添加弁２のノズル部５の噴射口が煤分により閉塞しないよう排気ガス３の流れ方向に対し斜め下流側へ燃料Ｆを噴射すると、排気ガス３の流れと同じ向きに燃料Ｆが噴射されることになって、該燃料Ｆが円滑に排気ガス３の流れに乗って微細化や拡散が起こらないまま進んでしまい、燃料Ｆの蒸発と分散が悪くなってしまうが、排気ガス３の流れに対し対向流として混ぜれば、このような不具合を回避することが可能となる。
That is, when the fuel F is injected obliquely downstream with respect to the flow direction of the exhaust gas 3 so that the injection port of the
尚、燃料Ｆの蒸発と分散が促進されると、燃料ＦがＨＣガスとなって良好に分散した状態で酸化触媒に到り、該酸化触媒にて効果的に酸化反応を起こして効率良く排気ガス３を昇温することが可能となるので、パティキュレートフィルタの強制再生を極力少ない時間のうちに完了することが可能となる。 When the evaporation and dispersion of the fuel F are promoted, the fuel F becomes an HC gas and reaches the oxidation catalyst in a well dispersed state. The oxidation catalyst effectively causes an oxidation reaction to efficiently exhaust the fuel F. Since the temperature of the gas 3 can be increased, the forced regeneration of the particulate filter can be completed in as little time as possible.
従って、上記形態例によれば、燃料添加弁２の噴射口周囲におけるデポジット８の形成を抑制することができるので、燃料添加弁２の装着部分を分解して清掃するといった面倒な清掃作業の頻度を大幅に減らすことができ、その清掃作業に要する労力と時間を削減して作業負担の大幅な軽減化を図ることができる。
Therefore, according to the above-described embodiment, the formation of the
また、噴霧ポケット４内に燃料添加弁２のノズル部５を貫通配置して排気ガス３の流れ方向に対し斜め下流側へ燃料Ｆを噴射させるようにしているので、煤分を含む排気ガス３が燃料添加弁２のノズル部５の噴射口に対し正面から勢い良く吹き付けることを回避でき、燃料添加弁２のノズル部５の噴射口が煤分により閉塞してしまうことを確実に防止することができる。
Further, since the
更に、燃料添加弁２のノズル部５からの燃料Ｆをスロープ部７に衝突させて上流側へ跳ね返すことにより排気ガス３の流れに対し対向流として混ぜるとができ、排気ガス３の流れに正面からぶつけることで前記燃料Ｆの蒸発と分散を著しく促進することができる。
Further, the fuel F from the
尚、本発明の燃料添加構造は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、噴霧ポケットの形状は図示例に限定されないこと、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。 The fuel addition structure of the present invention is not limited to the above-described embodiment. The shape of the spray pocket is not limited to the illustrated example, and various changes can be made without departing from the scope of the present invention. Of course, it can be added.
１ 排気系路
２ 燃料添加弁
３ 排気ガス
４ 噴霧ポケット
５ ノズル部
６ 渦流
７ スロープ部
Ｆ 燃料
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