(57)【要約】【課題】ポスト噴射の使用を極力減らしてエンジンオイルの希釈を抑制する。【解決手段】ターボチャージャ２のタービン２ｂ出口に備えたプレ酸化触媒９の下流側に燃料添加弁１１（第一の燃料添加弁）を設け、該燃料添加弁１１とディーゼルエンジン１（エンジン）側でのポスト噴射との少なくとも何れか一方の手段により燃料添加を行い得るようにした燃料添加装置に関し、前記プレ酸化触媒９の上流側に燃料添加弁１４（第二の燃料添加弁）を設け、該燃料添加弁１４によっても燃料添加を行い得るように構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターボチャージャのタービン出口に備えたプレ酸化触媒の下流側に第一の燃料添加弁を設け、該第一の燃料添加弁とエンジン側でのポスト噴射との少なくとも何れか一方の手段により燃料添加を行い得るようにした燃料添加装置であって、前記プレ酸化触媒の上流側に第二の燃料添加弁を設け、該第二の燃料添加弁によっても燃料添加を行い得るように構成したことを特徴とする燃料添加装置。
【請求項２】
第二の燃料添加弁を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配置すると共に、前記第二の燃料添加弁からの噴射燃料を衝突させて上流側へ跳ね返すリフレクタを前記第二の燃料添加弁とプレ酸化触媒との間に設けたことを特徴とする燃料添加装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料添加弁により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装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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は、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以前より行われている。
【０００３】
この種のパティキュレートフィルタは、コージェライトなど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。
【０００４】
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おいては、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。
【０００５】
この為、例えばアルミナに白金を担持させたものに適宜な量のセリウムなどの希土類元素を添加して成る酸化触媒を一体的にパティキュレートフィルタに担持させ、該パティキュレートフィルタ内に捕集されたパティキュレートの酸化反応を前記酸化触媒により促進して着火温度を低下せしめ、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できるようにしている。
【０００６】
ただし、このように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り、パティキュレートの堆積量が増加してきた段階でパティキュレートフィルタを強制的に加熱して捕集済みパティキュレートを焼却する必要がある。
【０００７】
より具体的には、パティキュレートフィルタの前段にフロースルー型の酸化触媒を備えると共に、該酸化触媒より上流側に燃料を添加するようにし、その添加燃料をパティキュレートフィルタの前段の酸化触媒で酸化反応させ、その反応熱により昇温した排気ガスをパティキュレートフィルタへと導入して触媒床温度を上げてパティキュレートを燃やし尽くし、パティキュレートフィルタの再生化を図るようにしている。
【０００８】
斯かるパティキュレートフィルタの強制再生を行う場合、アイドリング停車時を含む軽負荷時にあっては、排気温度が低すぎて酸化触媒の活性が十分に高まらないため、ターボチャージャのタービン出口にプレ酸化触媒を配置しておき、該プレ酸化触媒をタービン出口の未だ温度低下してない高温の排気ガスにより昇温して活性状態とし、エンジン側でポスト噴射（圧縮上死点付近で行われる燃料のメイン噴射に続く非着火のタイミングで行われる噴射）を追加して燃料添加を実施し、その添加燃料を前記プレ酸化触媒で酸化反応させることで排気温度を上昇させるようにしている。
【０００９】
そして、このようなプレ酸化触媒による排気昇温が実施された後、下流の酸化触媒が昇温して活性状態となったら、前記プレ酸化触媒の下流側に配置した燃料添加弁を併用し、該燃料添加弁からも燃料添加を実施してパティキュレートフィルタの強制再生を行うようにしており、また、排気温度の高い高負荷以上の運転条件においては、燃料添加弁による燃料添加に切り替えてパティキュレートフィルタの強制再生を行うようにしている。
【００１０】
即ち、パティキュレートフィルタの前段の酸化触媒が活性状態となって強制再生を実施できる温度条件が整った場合に、ポスト噴射だけでパティキュレートフィルタの強制再生のための燃料添加を賄おうとすると、プレ酸化触媒で必要以上の添加燃料が消費されてしまう虞れがあったため、該プレ酸化触媒の下流側に配置した燃料添加弁による燃料添加を行うようにしているのである。
【００１１】
尚、この種のパティキュレートフィルタの強制再生を図る方法に関しては、本発明と同じ出願人による下記の特許文献１や特許文献２でも説明されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００３−８３１３９号公報
【特許文献２】特開２００３−１５５９１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、前述した通り、軽負荷時におけるパティキュレートフィルタの強制再生ではポスト噴射が必須となっているが、斯かるポスト噴射をあまり多用してしまうと、非着火のタイミングで噴射された燃料の一部がエンジン底部のオイルパンに流れ落ちてエンジンオイルを希釈させてしまう事態を招く虞れがあった。
【００１４】
本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、ポスト噴射の使用を極力減らしてエンジンオイルの希釈を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、ターボチャージャのタービン出口に備えたプレ酸化触媒の下流側に第一の燃料添加弁を設け、該第一の燃料添加弁とエンジン側でのポスト噴射との少なくとも何れか一方の手段により燃料添加を行い得るようにした燃料添加装置であって、前記プレ酸化触媒の上流側に第二の燃料添加弁を設け、該第二の燃料添加弁によっても燃料添加を行い得るように構成したことを特徴とするものである。
【００１６】
而して、このようにすれば、アイドリング停車時を含む軽負荷時に、排気温度が低すぎてパティキュレートフィルタの強制再生を実施できない場合であっても、タービン出口の未だ温度低下してない高温の排気ガスに晒されたプレ酸化触媒は活性状態となっているので、ここに第二の燃料添加弁により燃料添加を実施（必要に応じてエンジン側でのポスト噴射を補助的に使用）すれば、その添加燃料が前記プレ酸化触媒で酸化反応することにより排気温度が上昇されてパティキュレートフィルタの強制再生を実施するための温度条件が整い、その結果としてポスト噴射の使用が大幅に低減されることになる。
【００１７】
そして、このようなプレ酸化触媒による排気昇温が実施された後、パティキュレートフィルタの強制再生を実施できる状態となったら、前記プレ酸化触媒の下流側に配置した第一の燃料添加弁からも燃料添加を実施し、パティキュレートフィルタの再生化を図るようにすれば良い。
【００１８】
更に、本発明においては、第二の燃料添加弁を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配置すると共に、前記第二の燃料添加弁からの噴射燃料を衝突させて上流側へ跳ね返すリフレクタを前記第二の燃料添加弁とプレ酸化触媒との間に設けるようにすると良い。
【００１９】
このようにすれば、第二の燃料添加弁からの噴射燃料がリフレクタに衝突して上流側へ跳ね返され、ターボチャージャのタービン出口から吐出される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結果、排気温度の低い軽負荷時であっても、添加燃料をＨＣガスとして良好に分散した状態でプレ酸化触媒に導くことが可能となり、添加燃料の大半がミストの状態でプレ酸化触媒に導かれてしまうような事態が未然に回避される。
【００２０】
即ち、第二の燃料添加弁から排気ガスの流れ方向に対し斜め下流側に燃料を噴射するだけでは、排気ガスの流れと同じ向きに噴射された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、添加燃料の蒸発と分散が良好に進まないままミストの状態でプレ酸化触媒に導かれて効率の良い酸化処理が望めなくなる懸念があるが、リフレクタに衝突させて上流側へ跳ね返すようにすれば、そのような懸念が払拭されることになる。
【００２１】
しかも、第二の燃料添加弁からの噴射燃料をリフレクタに衝突させて上流側へ跳ね返すようにした場合には、該リフレクタに衝突した時の衝撃により噴射燃料の一部の蒸発と分散を促すことも可能であり、上流側へ跳ね返されないままリフレクタの表面に残る燃料の蒸発も促すことが可能となる。
【発明の効果】
【００２２】
上記した本発明の燃料添加装置によれば、下記の如き種々の優れた効果を奏し得る。
【００２３】
（Ｉ）本発明の請求項１に記載の発明によれば、アイドリング停車時を含む軽負荷時に第二の燃料添加弁によりプレ酸化触媒の上流側に燃料添加を実施し、その添加燃料をプレ酸化触媒で酸化反応させて排気ガスの温度を上昇させることができるので、斯かる排気昇温の際にポスト噴射を必要に応じて補助的に使用するだけで済んで該ポスト噴射の使用を大幅に低減することができ、これによりポスト噴射によるエンジンオイルの希釈を著しく抑制することができる。
【００２４】
（ＩＩ）本発明の請求項２に記載の発明によれば、第二の燃料添加弁からの燃料をリフレクタに衝突させて上流側へ跳ね返すことにより、燃料の蒸発と分散を著しく促進することができるので、排気温度の低い軽負荷時であっても、添加燃料をＨＣガスとして良好に分散した状態でプレ酸化触媒に導くことができ、添加燃料の大半がミストの状態でプレ酸化触媒に導かれてしまうような事態を未然に回避することができて、ポスト噴射と大差無い燃料添加を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【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】本発明の別の形態例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【００２７】
図１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１はターボチャージャ２を装備したディーゼルエンジンを示しており、図示しないエアクリーナから導いた吸気３が吸気管４を通し前記ターボチャージャ２のコンプレッサ２ａへと送られ、該コンプレッサ２ａで加圧された吸気３’がインタクーラ（図示せず）へと送られて冷却され、吸気マニホールド（図示せず）を介しディーゼルエンジン１の各気筒に分配されるようにしてある。
【００２８】
一方、このディーゼルエンジン１の各気筒から排出された排気ガス５は、排気マニホールド６を介し前記ターボチャージャ２のタービン２ｂへと送られ、該タービン２ｂを駆動した後にエキゾーストコネクタ７を介し排気管８へと送り出されるようになっている。
【００２９】
ここで、エキゾーストコネクタ７と排気管８とを繋ぐ位置にプレ酸化触媒９が備えられており、該プレ酸化触媒９の下流側の排気管８には、該排気管８の内側から外側に向けて窪む噴霧ポケット１０を介し燃料添加弁１１（第一の燃料添加弁）が排気ガス５の流れ方向に対し斜め下流側へ燃料Ｆを噴射し得るよう装備されている。
【００３０】
また、この燃料添加弁１１より更に下流側の排気管８には、排気ガス５中のパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタ１２が備えられており、その前段には、パティキュレートフィルタ１２の強制再生に用いられる酸化触媒１３が備えられている。
【００３１】
そして、本形態例においては、以上に述べた既存の構成に加え、前記プレ酸化触媒９の上流側のエキゾーストコネクタ７内に、該エキゾーストコネクタ７の内側から外側に向けて窪む噴霧ポケット１３を介し燃料添加弁１４（第二の燃料添加弁）が排気ガス５の流れ方向に対し斜め下流側へ燃料Ｆを噴射し得るよう装備されているが、前記エキゾーストコネクタ７内には、前記燃料添加弁１４からの噴射燃料Ｆを衝突させて上流側へ跳ね返すリフレクタ１５が配設されており、結果的に前記燃料添加弁１４からの噴射燃料Ｆが排気ガス５の流れに対向して噴射されるようになっている。
【００３２】
而して、このようにすれば、アイドリング停車時を含む軽負荷時に、排気温度が低すぎて酸化触媒１３の活性が十分に高まらないためにパティキュレートフィルタ１２の強制再生を実施できない場合であっても、タービン２ｂ出口の未だ温度低下してない高温の排気ガス５に晒されたプレ酸化触媒９は活性状態となっているので、ここに燃料添加弁１４により燃料添加を実施（必要に応じてエンジン側でのポスト噴射を補助的に使用）すれば、その添加燃料Ｆが前記プレ酸化触媒９で酸化反応することにより排気温度が上昇されてパティキュレートフィルタ１２の強制再生を実施するための温度条件が整い、その結果としてポスト噴射の使用が大幅に低減されることになる。
【００３３】
この際、燃料添加弁１４から噴射される燃料Ｆは、リフレクタに衝突して上流側へ跳ね返され、ターボチャージャのタービン２ｂ出口から吐出される排気ガス５の流れに対し対向流として混ざり、排気ガス５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結果、排気温度の低い軽負荷時であっても、添加燃料ＦをＨＣガスとして良好に分散した状態でプレ酸化触媒９に導くことが可能となり、添加燃料Ｆの大半がミストの状態でプレ酸化触媒９に導かれてしまうような事態が未然に回避される。
【００３４】
即ち、燃料添加弁１４から排気ガス５の流れ方向に対し斜め下流側に燃料Ｆを噴射するだけでは、排気ガス５の流れと同じ向きに噴射された燃料Ｆが円滑に排気ガス５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、添加燃料Ｆの蒸発と分散が良好に進まないままミストの状態でプレ酸化触媒９に導かれて効率の良い酸化処理が望めなくなる懸念があるが、リフレクタに衝突させて上流側へ跳ね返すようにすれば、そのような懸念が払拭されることになる。
【００３５】
尚、前述のように、燃料添加弁１４からの噴射燃料Ｆをリフレクタに衝突させて上流側へ跳ね返すようにすれば、該リフレクタに衝突した時の衝撃により噴射燃料Ｆの一部の蒸発と分散を促すことも可能であり、上流側へ跳ね返されないままリフレクタの表面に残る燃料Ｆの蒸発も促すことが可能となる。
【００３６】
そして、このようなプレ酸化触媒９による排気昇温が実施された後、下流の酸化触媒１３が昇温して活性状態となったら、前記プレ酸化触媒９の下流側に配置した燃料添加弁１１からも燃料添加を実施し、その添加燃料Ｆを酸化触媒１３で酸化反応させることによる反応熱で排気ガス５を昇温してパティキュレートフィルタ１２へと導入し、その内部の捕集済みパティキュレートを燃焼除去してパティキュレートフィルタ１２の再生化を図るようにすれば良い。
【００３７】
以上に述べた通り、上記形態例によれば、アイドリング停車時を含む軽負荷時に燃料添加弁１４によりプレ酸化触媒９の上流側に燃料添加を実施し、その添加燃料Ｆをプレ酸化触媒９で酸化反応させて排気ガス５の温度を上昇させることができるので、斯かる排気昇温の際にポスト噴射を必要に応じて補助的に使用するだけで済んで該ポスト噴射の使用を大幅に低減することができ、これによりポスト噴射によるエンジンオイルの希釈を著しく抑制することができる。
【００３８】
また、特に本形態例においては、燃料添加弁１４からの燃料Ｆをリフレクタに衝突させて上流側へ跳ね返すことにより、燃料Ｆの蒸発と分散を著しく促進することができるので、排気温度の低い軽負荷時であっても、添加燃料ＦをＨＣガスとして良好に分散した状態でプレ酸化触媒９に導くことができ、添加燃料Ｆの大半がミストの状態でプレ酸化触媒９に導かれてしまうような事態を未然に回避することができて、ポスト噴射と大差無い燃料添加を実現することができる。
【００３９】
図２は本発明の別の形態例を示すもので、燃料添加弁１４からの燃料Ｆをリフレクタに衝突させて上流側へ跳ね返す替わりに、燃料添加弁１４から排気ガス５の流れの上流側に向けて燃料Ｆを噴射するようにした例を示しており、このようにした場合には、リフレクタに衝突させた時の衝撃により噴射燃料Ｆの一部の蒸発と分散を促すような作用効果を得られなくなるが、ターボチャージャのタービン２ｂ出口から吐出される排気ガス５の流れに対し対向流として噴射燃料Ｆを混ぜて該噴射燃料Ｆの蒸発と分散を著しく促進できるという点では図１の形態例と同様である。
【００４０】
尚、本発明の燃料添加装置は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、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。
【符号の説明】
【００４１】
１  ディーゼルエンジン（エンジン）
２  ターボチャージャ
２ｂ  タービン
５  排気ガス
８  排気管
９  プレ酸化触媒
１１  燃料添加弁（第一の燃料添加弁）
１４  燃料添加弁（第二の燃料添加弁）
１５  リフレクタ
Ｆ  燃料
【図１】
2014134157.tif 000003
【図２】
2014134157.tif 000004