(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディーゼル機関の排気管に装着した触媒装置に還元用燃料を添加するための燃料添加装置であって、前記触媒装置の上流の前記排気管内に設けたベンチュリと、燃料タンク内の燃料を前記ベンチュリに供給する燃料供給手段とを備えており、
前記燃料供給手段は、前記燃料タンク内に設けた燃料供給ポンプと、前記燃料タンク内に設けられ前記燃料供給ポンプから吐出された燃料を調量して前記ベンチュリに供給する燃料調量器と、前記燃料供給ポンプおよび前記燃料調量器を制御する制御装置とからなることを特徴とする燃料添加装置。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料添加装置において、前記燃料調量器は電磁弁により燃料通路を開閉する電磁開閉式燃料調量器であり、前記燃料通路を開閉する駆動周波数、またはデューティ比を変化させて調量することを特徴とする燃料添加装置。
【請求項３】
請求項１に記載の燃料添加装置において、前記燃料調量器は、内部にポンプ室を有するケーシングと、前記ポンプ室に収容され電磁ソレノイドで駆動されるピストンとを備え、前記ポンプ室に吸入した燃料を加圧して吐出する加圧式調量器であり、駆動周波数で吐出量が調量されることを特徴とする燃料添加装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ディーゼル機関の排気管に装着したＮＯX 還元用触媒に還元用燃料を供給するための燃料添加装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンで排出される窒素酸化物（ＮＯX ）を低減させるため、ＮＯX 還元用触媒の上流に還元用燃料を供給する方法が検討されている。この還元用燃料を排気管に装着された触媒装置に供給する方法は、供給燃料の調量が正確にでき、燃料が微粒化できることが重要である。また、触媒装置に燃料を供給するため車両の床下に配される燃料配管が増えるので、燃料配管が短くでき且つ燃料圧を低くできる構成が安全の確保の観点から望ましい。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この発明の目的は、供給燃料の正確な調量および微粒化が可能であるとともに、安全性を備えた触媒装置への燃料添加装置の提供にある。請求項１に記載の発明の課題は、簡単な構成で微粒化した燃料を触媒装置に供給できるとともに、燃料タンクからベンチュリまでの燃料パイプを低圧にでき安全性を向上させた燃料添加装置の提供にある。
【０００４】
請求項２に記載の発明の課題は、請求項１において、簡単な構成で供給する燃料量を正確に調量できる燃料調量器を備えた燃料添加装置の提供にある。請求項３に記載の発明の課題は、請求項１において、燃料供給ポンプの吐出圧を低下させることが可能で安全性を向上できる燃料添加装置の提供にある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、ディーゼル機関の排気管に装着した触媒装置に還元用燃料を添加するための燃料添加装置であって、前記触媒装置の上流の前記排気管内に設けたベンチュリと、燃料タンク内の燃料を前記ベンチュリに供給する燃料供給手段とを備えている。
【０００６】
そして特に、前記燃料供給手段は、前記燃料タンク内に設けた燃料供給ポンプと、前記燃料タンク内に設けられ前記燃料供給ポンプから吐出された燃料を調量して前記ベンチュリに供給する燃料調量器と、前記燃料供給ポンプおよび前記燃料調量器を制御する制御装置とからなることを特徴とする。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１において、前記燃料調量器は、電磁弁により燃料通路を開閉する電磁開閉式燃料調量器であり、前記燃料通路を開閉する駆動周波数、またはデューティ比を変化させ燃料の調量をすることを特徴とする。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、請求項１において、前記燃料調量器は、内部にポンプ室を有するケーシングとピストンとを有し、通電によってポンプ室に吸入した燃料を加圧して送出するソレノイド式であり、駆動周波数で調量することを特徴とする。
【０００９】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明では、触媒装置の上流の排気管内にベンチュリを設け、このベンチュリに燃料供給手段で燃料タンク内の燃料を供給しているので、簡単な構成で微粒化した燃料を触媒装置に供給できる。
【００１０】
また、燃料調量器は、燃料タンク内に燃料供給ポンプおよび該燃料供給ポンプから吐出された燃料を調量してベンチュリに供給する燃料調量器とからなり、燃料供給ポンプと燃料調量器とが燃料タンク内に収容されているので、燃料タンクからベンチュリまでの燃料パイプを低圧にでき安全性を向上できる。
【００１１】
請求項２に記載の発明では、燃料調量器は電磁弁により燃料通路を開閉する電磁開閉式燃料調量器となっており、燃料流路を開閉する駆動周波数、またはデューティ比を変化させて調量するので、簡単な構成で供給する燃料量を正確に調量できる。
【００１２】
請求項３に記載の発明では、燃料調量器は電磁ソレノイドで駆動されるピストンを備え、ポンプ室に吸入した燃料を加圧して吐出する加圧式調量器であり、駆動周波数で吐出量が調量されるので、燃料供給ポンプの吐出圧を低下させることが可能であり安全性が向上する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
［本発明］
図１はこの発明の燃料添加装置Ａの概略の構成を示す。ディーゼル機関の排気管１にはＮＯX を還元して排気を浄化するための触媒装置２が装着されている。この発明にかかる燃料添加装置Ａは、触媒装置２の上流側の排気管１内に設置したベンチュリ３、ベンチュリ３に燃料タンク４から燃料を供給するためのポンプ５、ポンプ５の吐出燃料を調量する燃料の調量器６、およびポンプ５および調量器６を制御する制御装置１０からなる。
【００１４】
図２は、第一実施例にかかる調量器６を示す。調量器６は電磁弁であって、一端に燃料の入り口６１、他端に吐出口６２を有するケーシング６３内に、リターンスプリング６４により閉弁方向に付勢された弁体６５、弁体６５を開弁方向に吸引する電磁コイル６６を設けた構造を有する。電磁コイル６６に通電がなされると弁体６５は吸引されて吐出口６２が開き、通電が停止するとスプリング６４により吐出口６２を閉じる。
【００１５】
第一実施例の動作を説明する。エンジン運転中の制御装置１０からの指令に基づき制御される適正な条件でポンプ５が駆動され、燃料は高圧パイプ１１から調量器６へ供給される。調量器６はエンジンの運転条件に見合った燃料量になるようにオン・オフ制御され、弁体６５で吐出口６２を開閉する。燃料量は、たとえば一定の駆動周波数でデューティ比を変えて吐出口６２の開口時間が制御され、還元用燃料が排気管１内のベンチュリ３に供給される。
【００１６】
調量された燃料は、吐出口６２から低圧パイプ１２に送出され、ベンチュリ３に至る。送出された燃料は自身では微粒化されていないため、ベンチュリ３を通る排気流で微粒化され、触媒装置２内のＮＯX 還元用触媒が担持された担体の表面に均一に付着し、ＮＯXの還元が行われる。
【００１７】
図３は他の実施例にかかる燃料の加圧送出式調量器７を示す。調量器７は、加圧送出式であり、吸入口７１と吐出口７２とを有するケーシング７３内に、ポンプ室７４を設けている。ポンプ室７４には、リターンスプリング７５、および該リターンスプリング７５により開弁方向に付勢されたピストン７６が摺動自在に収容されている。ピストン７６にはロッドを介してアーマチャ７７が一体に連結され、ケーシング７３にはアーマチャ７７を開弁方向に吸引する電磁コイル７８が装着されている。吸入口７１および吐出口７２には、逆止弁である吸入弁７ａおよび吐出弁７ｂが設けられている。
【００１８】
ポンプ室７４には、吸入弁７ａを介して、ポンプ５からの燃料が供給される。吸入弁７ａはポンプ５の締め切り圧以上の開弁圧に設定する。吐出弁７ｂの開弁圧は、ほとんど持たなくてもよく、逆止効果があればよい。調量器７のポンプ室７４へ供給された燃料は、コイル７８に通電されるとアーマチャ７７が吸引されて図示右方向に移動し、ピストン７６がポンプ室７４内の燃料を加圧する。ポンプ室７４は圧力が上昇し、吐出弁７ｂの開弁圧（たとえば５ｋｇ／ｃｍ2 ）以上になると吐出口７２から低圧パイプ１２に送出される。この実施例では、ポンプ５の圧送能力を大幅に低下できる利点がある。
【００１９】
［参考例１］
図４は、参考例１にかかる燃料添加装置Ｂを示す。この参考例では触媒装置２の上流の排気管１の内部に燃料を噴射する加圧送出式調量器７を排気管１に直接に設置している。加圧送出式調量器７は、電磁弁式の加圧ポンプであって、コイル７８に通電されるとアーマチャ７７を開弁方向（図示下方）に吸引してピストン７６を押し下げ、ポンプ室７４の燃料を加圧する。
【００２０】
ポンプ室７４の燃料が所定圧以上になると吐出弁７ｂが開弁し、排気管１内に微粒化された燃料が噴射される。ポンプ室７４内には、燃料タンク４内に設置したポンプ５から高圧パイプ１１を通り、燃料が吸入弁７ａを介して供給される。吐出弁７ｂは、ボール弁体１２ａとスプリング１２ｂとからなり、設定された開弁圧以上で噴射が行われる。
【００２１】
図５は参考例１としての上記調量器の他の形態としての加圧送出式調量器７Ａを示し、アーマチャ７７とコイル７８との駆動機構の代わりに、ケーシング７３内のピストン７６を駆動する圧電積層体７９を設置している。圧電積層体７９に通電がなされると伸長しピストン７６を押し下げ、ポンプ室７４の燃料を加圧する。燃料は、所定圧以上になると吐出弁７ｂが開弁し排気管１内に噴射される。
【００２２】
加圧送出式調量器７Ａは、印加する電圧で圧電積層体７９の伸長量を変え、周波数との複合で調量することもできる。応答性が早いことから、より急激な圧力変化を与えることができるため、燃料の微粒化に優れる。
【００２３】
［参考例２］
図６は、参考例２にかかる燃料添加装置Ｃを示す。この参考例では、触媒装置２の上流の排気管１内に燃料を噴射する吐出弁８を設けている。吐出弁８は、ボール弁８１、シート８２、スプリング８３、リテーニングナット８４からなる外開き弁で低圧パイプ１２と接続している。燃料タンク４内には、ポンプ５、加圧送出式調量器７が設けてある。
【００２４】
エンジン運転中は、ポンプ５により所定圧で加圧送出式調量器７へ燃料が供給される。調量器７はエンジン条件に見合った燃料量となるようにオン・オフ制御（駆動周波数制御）を行い燃料を加圧送出する。調量された燃料は吐出弁８から排気管１内へ微粒化された状態で噴射される。調量器７が加圧タイプのため、ポンプ５は低圧型でよい。また、吐出弁８との距離が長くても、圧力伝播ができるため設置場所に自由度があり、微粒化に効果がある。
【００２５】
図７は、上記参考例２の装置を一部変更した変形例にかかる燃料添加装置Ｃを示す。この変形例では、吐出弁８Ａは、加圧送出式調量器７Ａ（図５参照）から低圧パイプ１２を介して燃料が供給されるとともに、排気管１の中心に沿って下流側（触媒装置２側）に燃料を噴射するように設置されている。
【００２６】
この変形例では、吐出弁８Ａの噴射される向きを排気流れに平行にしているため、排気管１内に均一な噴霧を形成でき、触媒に均一に燃料を付着させることができる。調量器７Ａでは駆動周波数を変えることで噴射量を制御することに加えて印加する電圧で圧電積層体７９の伸長量を変え、周波数との複合で調量することもでき、応答性が速いことから、より急激な圧力変化を与えることができるため、微粒化に優れる。
【００２７】
［参考例３］
図８〜図１２は、参考例３としての装置の概略を示す。図８は、参考例３の第１形態にかかる燃料添加装置Ｄを示す。この形態では触媒装置２の上流の排気管１の内部に燃料を噴射する吐出弁８を設置し、ディーゼルエンジンの燃料噴射ポンプＰから燃料タンク４に戻される燃料を吐出弁８に導いている。燃料噴射ポンプＰは、図示しないエンジンの１／２の回転速度で駆動され、燃料タンク４からフィードパイプ１３により燃料を吸入する。
【００２８】
燃料噴射ポンプＰの余剰燃料は、リターンパイプ１４を経て燃料タンク４へ戻される。リターン流路であるリターンパイプ１４はその途中で分岐され、一方は遮断弁９へ、他方は分岐流路である添加燃料供給パイプ１５を経て吐出弁８に接続される。遮断弁９は制御装置１０により制御され、燃料タンク４へのリターンパイプ１４と接続されている。
【００２９】
遮断弁９は、図９に示す如く、流入口９１および流出口９２を有するケーシング９３内に、弁体９４を摺動自在に配している。ケーシング９３内には、弁体９４にロッドで連結されたアーマチャ９５、該アーマチャ９５を閉弁方向に吸引する電磁コイル９６、弁体９４を開弁方向に付勢するスプリング９７が配設されている。ケーシング９３内には、流入口９１に連通したリセス部９ａ、流出口９２に連通したスプリング室９ｂを有する。
【００３０】
リセス部９ａとスプリング室９ｂとは、スプリング室９ｂの上端外周に設けたシート部９ｃおよび弁体９４の下端外周に設けたテーパー状の当接面９ｄとで開閉自在に区画されている。弁体９４はスプリング９７で常時図上方に付勢されており、非通電状態ではスプリング室９ｂとリセス部９ａは連通している。電磁コイル９６に通電されるとアーマチャ９５が吸引されて弁体９４を押し下げ、当接面９ｄはシート部９ｃに着座し、スプリング室９ｂとリセス部９ａとは遮断する。
【００３１】
燃料噴射ポンプＰの運転中は、余剰燃料がリターンパイプ１４からタンク４に向けて流れる。遮断弁９は添加燃料を供給しないときは非通電状態で、リセス部９ａとスプリング室９ｂは連通しており、燃料はリターンパイプ１４からリセス部９ａ、スプリング室９ｂ、リターンパイプ１４を通りタンク４内に戻される。このとき、添加燃料供給パイプ１５にもリターン燃料が供給されるが、吐出弁８が開弁圧を有しているので排気管１内への燃料噴射はされない。
【００３２】
添加燃料を供給する場合には、遮断弁９に通電すると、弁体９４を押し下げ、当接面９ｄはシート部９ｃに着座し、スプリング室９ｂとリセス部９ａとは遮断する。このとき、リターンパイプ１４および添加燃料供給パイプ９内は急に流れを遮断されたことで圧力が上昇し、吐出弁８の開弁圧力を上回ると開弁し、排気管１内に噴射される。
【００３３】
しかし、遮断弁９を閉弁したままだとリターン燃料の戻り先がなく圧力が上昇し、吐出弁８からの噴射が継続してしまう。さらに噴射ポンプＰの悪影響を受けるので、適正な駆動回数で遮断弁９を制御する必要がある。すなわち、噴射量の制御はオン・オフ制御（駆動周波数制御）を行い、駆動ごとに水撃作用を利用し、燃料を吐出弁８に加圧送出する。駆動回数が多いほど添加燃料は多くなる。これらは制御装置１０からの指令に基づき制御される。調量された燃料は吐出弁８から排気管内に微粒化された状態で噴射される。
【００３４】
図１０は、参考例３の第２形態にかかる燃料添加装置Ｄを示す。この形態では、リターンパイプ１４と添加燃料供給パイプ１５との分岐の間に逆止弁１６を設けている。逆止弁１６は、上記水撃作用をより強力に発生させることができる。
【００３５】
図１１は、参考例３の第３形態にかかる燃料添加装置Ｄを示す。この形態では遮断弁９を燃料タンク４内に設けている。このため遮断弁９およびリターンパイプ１４の遮断弁９への接続部分が燃料タンク４内に位置し、燃料洩れなどに対する安全性に優れる。
【００３６】
図１２は、参考例３の第４形態にかかる燃料添加装置Ｄを示す。この形態では、リターンパイプ１４と添加燃料供給パイプ１５の分岐の間に逆止弁１６を設ける代わりに、脈動減衰装置１７を設け、水撃作用による脈動が燃料噴射ポンプＰに伝播することを防止している。脈動減衰装置１７としては、所定の容量を有するタンク、スプリングとダイヤフラムの組み合わせによるダンパー、またはアキュームレータなどが使用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の燃料添加装置の概略の構成図である。
【図２】第一実施例にかかる燃料調量器の断面図である。
【図３】他の実施例にかかる加圧式調量器の断面図である。
【図４】参考例１としての燃料添加装置の一形態を示す概略の構成図である。
【図５】参考例１としての燃料添加装置の他の形態を示す概略の構成図である。
【図６】参考例２としての燃料添加装置の一形態を示す概略の構成図である。
【図７】参考例２の変形例としての燃料添加装置の概略の構成図である。
【図８】参考例３としての燃料添加装置の第１形態を示す概略の構成図である。
【図９】遮断弁の断面図である。
【図１０】参考例３としての燃料添加装置の第２形態を示す概略の構成図である。
【図１１】参考例３としての燃料添加装置の第３形態を示す概略の構成図である。
【図１２】参考例３としての燃料添加装置の第４形態を示す概略の構成図である。
【符号の説明】
１ 排気管
１０ 制御装置
１４ リターンパイプ（リターン流路）
１５ 添加燃料供給パイプ（分岐流路）
１６ 逆止弁
１７ 脈動減衰装置
２ 触媒装置
３ ベンチュリ
４ 燃料タンク
５ ポンプ
６ 調量器
７ 加圧送出式調量器
７３ ケーシング
７４ ポンプ室
７６ ピストン
７９ 圧電積層体（圧電素子）
８ 吐出弁
９ 遮断弁
Ａ〜Ｄ 燃料添加装置
【図１】
0004470332.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0004470332.tif 000008
【図８】
0004470332.tif 000009
【図９】
0004470332.tif 000010
【図１０】
0004470332.tif 000011
【図１１】
0004470332.tif 000012
【図１２】
0004470332.tif 000013