(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
ディーゼルエンジンにおいて、排気ガスに含まれる粒子状物質を除去するパティキュレートフィルタを設置し、該パティキュレートフィルタの前段に、燃料を燃焼させることで、前記パティキュレートフィルタを通過する前の排気ガスを加熱するフィルタ再生用加熱装置を設け、
該フィルタ再生用加熱装置を、ディーゼルエンジンのフライホイールの上方に配置すると共に、前記フィルタ再生用加熱装置は、グロープラグとバーナー用噴射ノズルにより構成し、
該ディーゼルエンジンの燃料噴射ポンプから圧送された高圧燃料が、各高圧燃料供給パイプを介して各燃料噴射ノズルに供給され、該燃料噴射ノズルのそれぞれからの余剰燃料が、隣り合う燃料噴射ノズルを連結した余剰燃料パイプを介して、バーナー用燃料パイプによりグロープラグ用の取付け蓋に付設された燃料供給口へと供給され、
該余剰燃料が該燃料供給口から、前記取付け蓋におけるグロープラグの外周に穿設された冷却油孔へ供給され、前記グロープラグの周囲を冷却し、
該冷却油孔を通過してグロープラグを冷却したあとの余剰燃料は、他の連結パイプを介して、前記バーナー用噴射ノズルへと供給され、
該バーナー用噴射ノズルにおいて余剰となった燃料は、戻し管を介して、燃料タンクに戻される
ことを特徴とするディーゼルエンジン。
【背景技術】
【0002】
従前からディーゼルエンジンの排気ガス中に含まれる粒子状物質を除去するパティキュレートフィルタを設け、該パティキュレートフィルタを再生すべく高熱化するために、バーナー装置により高温ガスを供給する装置は公知とされているのである。
【0003】
ディーゼルエンジンの排気ガス中には、未燃炭化水素と煤が一体化した粒子状物質であるパティキュレートマター(PM)が含まれている。
【0004】
近年は、当該粒子状物質を大気中に放出することにより環境への影響が懸念されており、ディーゼルエンジン搭載の車両においては、排気ガス中の粒子状物質を除去するためのフィルタであるDPF(ディーゼル・パティキュレート・フィルタ)が設置されている場合が多いのである。
【0005】
ところがこのDPFは長時間使用していると、捕集した粒子状物質が蓄積されて、DPFの目詰まり状態が発生するのである。このようなDPFの目詰まり状態を防止するために、特許文献1・2・3に記載されているような、DPFに対して、高温ガスを一時的に供給することにより、DPFにより捕集したび微粒子(粒子状物質)を燃焼させる技術が公知とされているのである。
【0006】
具体的には、特許文献1・2・3ではディーゼルエンジンとDPFとの間に、フィルタ再生用加熱装置の一つであるバーナー装置を設置し、排気ガスと燃料とが混合された混合気を燃焼させて高温ガスを発生させ、当該高温ガスをDPFに供給することにより、粒子状物質を燃焼させるように構成しているのである。
しかし、バーナー装置をディーゼルエンジンに取り付けることで、ディーゼルエンジンの構造を複雑化してしまう恐れがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
本発明は、構造を複雑化させることなくフィルタ再生用加熱装置をディーゼルエンジンに取り付けることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【0010】
請求項1においては、ディーゼルエンジンにおいて、排気ガスに含まれる粒子状物質を除去するパティキュレートフィルタを設置し、該パティキュレートフィルタの前段に、燃料を燃焼させることで、前記パティキュレートフィルタを通過する前の排気ガスを加熱するフィルタ再生用加熱装置を設け、該フィルタ再生用加熱装置を、ディーゼルエンジンのフライホイールの上方に配置すると共に、前記フィルタ再生用加熱装置は、グロープラグとバーナー用噴射ノズルにより構成し、該ディーゼルエンジンの燃料噴射ポンプから圧送された高圧燃料が、各高圧燃料供給パイプを介して各燃料噴射ノズルに供給され、該燃料噴射ノズルのそれぞれからの余剰燃料が、隣り合う燃料噴射ノズルを連結した余剰燃料パイプを介して、バーナー用燃料パイプによりグロープラグ
用の取付け蓋に付設された燃料供給口へと供給され、該余剰燃料が
該燃料供給口から、前記取付け蓋におけるグロープラグの外周に穿設された冷却油孔へ供給され、前記グロープラグの周囲を冷却し、該冷却油孔を通過してグロープラグを冷却したあとの
余剰燃料は、他の連結パイプを介して、前記バーナー用噴射ノズルへと供給され、該バーナー用噴射ノズルにおいて余剰となった燃料は、戻し管を介して、燃料タンクに戻されるものである。
【発明の効果】
【0011】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【0012】
請求項1の如く構成したので、組立の簡易化と、直接固定の為の複雑な取付けステーを必要としなくなったのである。
また、燃料供給配管の取り回しの簡素化及び他の箇所に搭載するよりも、燃料供給配管の短縮と簡素化を図ることが可能である。
【0013】
また、現状のディーゼルエンジン1に対して、左右方向の長さの増加がほとんどなく、前後方向もバーナー装置31の厚みがフライホイールケースの厚みと同程度で済むので、前後方向の長さの増加も無いのである。
また、エンジン側面にバーナー装置を取り付けた場合と比較して、重心に近い位置にバーナー装置31を配置することとなり、ディーゼルエンジン1の重量バランスの安定を図ることが出来るのである。
【0014】
また、バーナー装置31がフライホイール5側の上方で、かつクランクシャフトの軸上となる為に、ディーゼルエンジンの重心の移動に影響を与え難いので、想定外の振動の発生も抑えることが出来たものである。
【0015】
また、バーナー装置31を構成するグロープラグ37用の燃料を冷却の為に使用することが可能となるので、冷却水や冷却オイルを供給する構造を用意する必要がなくなったのである。
【0016】
また、バーナー装置31を構成するグロープラグ37やバーナー用噴射ノズル36の組立や取付けが容易となったのである。
また、燃料供給用のポンプが1つで良いこととなるので、コストの削減、及び重量の低減に繋がるのである。
【発明を実施するための形態】
【0018】
図1から
図4において、本実施形態にかかるディーゼルエンジン1の本体の構成と、該ディーゼルエンジン1に付設されるフィルタ再生用加熱装置であるバーナー装置31の構成を説明する。なお、フィルタ再生用加熱装置は、本実施形態においてバーナー装置31としたが、燃料改質装置や電気ヒーター等であってもよい。バーナー装置31の構成を説明する。なお、前後方向については、
図3における図示上側(冷却ファン9側)を前方とし、図示下側を後方とする。また、左右方向については、同じく
図3における図示左側を左方とし、図示右側を右方とする。
【0019】
ディーゼルエンジン1は、シリンダブロック2を中心として、他の部品をシリンダブロック2に付設した構成としている。該シリンダブロック2の下面には、潤滑油溜まりを構成するオイルパン3が付設されている。また、シリンダブロック2の後面には、フライホイールケース4を付設し、該フライホイールケース4内で、フライホイール5をクランク軸6に固定して回転可能に構成している。
【0020】
シリンダブロック2の上部には、別体に構成したシリンダヘッド7が載置され、更に該シリンダヘッド7の上面には、ロッカーアームブラケット21が載置され、ロッカーアームブラケット21の上面には、シンリダヘッドカバー8が載置され、それらは載置された状態で固定されている。シリンダブロック2の前面には、ディーゼルエンジン1のクランク軸6より、プーリーとベルトを介して駆動される冷却ファン9が軸受支持されている。該冷却ファン9を駆動するベルトにより、オルタネータ11が駆動すべく支持されている。
【0021】
シリンダブロック2の右側面に付設された燃料供給ポンプ50により、燃料タンクからの燃料が、シリンダブロック2の右側面に付設された燃料噴射ポンプ10に供給される。該燃料噴射ポンプ10において、高圧化された燃料は、高圧燃料供給パイプ51・・を介して、気筒毎に固定されている燃料噴射ノズル12・・に供給される。該各高圧燃料供給パイプ51・・から、燃料噴射ノズル12・・に供給されて、該燃料噴射ノズル12・・において気筒内に噴射されない余剰燃料は、バーナー用燃料パイプ53により集めて、本発明のバーナー装置31に供給される。
【0022】
本発明においては、フライホイール5の側を後面とすると、該フライホイール5を配置するフライホイールケース4の上方の位置において、シリンダブロック2の取付面に対して、取付けステイ30を介してバーナー装置31を取り付けたものである。
【0023】
更に、取付けステイ30に付設された取付け座13に、DPFマフラー14が取り付けられている。このように、シリンダブロック2に固定した取付けステイ30により、バーナー装置31とDPFマフラー14の両方が支持されているのである。DPFマフラー14とシリンダブロック2との間に、バーナー装置31を固設した構成としているのである。
【0024】
前記取付けステイ30は、該シリンダブロック2の後面であって、前記フライホイールケース4の上方に位置し、後側から接当して固定されている。該取付けステイ30にバーナー装置31を取り付けた状態において、該バーナー装置31がフライホイールケース4の上方に位置するのである。なお、バーナー装置31は、シリンダブロック2に取り付けるのではなく、フライホイール5に取付けステイを介して、または直接に取り付けても良い。
【0025】
以上のように、バーナー装置31がフライホイール5側の上方で、かつクランク軸6の軸上に配置されている為、ディーゼルエンジン1の重心の移動に影響を与えずらくなり、想定外の振動の発生も抑えることが出来たものである。ディーゼルエンジン1の重心に近い位置にバーナー装置31を配置することとなり、ディーゼルエンジン1の重量バランスの安定を図ることが出来るのである。
【0026】
また、シリンダヘッド7の左側面には、排気マニホールド15が付設されており、該排気マニホールド15により多気筒のシリンダからの排気が集約されている。該排気マニホールド15により集約された排気が、排気曲がり管16と、第一連結管18とを介して、本発明のバーナー装置31に向けて供給される。
【0027】
そして、第一連結管18がバーナー装置31のケース本体32の入口連結部32aに連結されることにより、排気は第一連結管18からバーナー装置31のケース本体32の内部を通過する(
図8参照)。該ケース本体32を通過した排気ガスは、ケース本体32の出口連結部32bに連結された第二連結管19を介して、DPFマフラー14内に入る。
【0028】
さらに、DPFマフラー14内に入った排気ガスは、DPFマフラー14内に配置された排気ガスに含まれる粒子状物質を除去するフィルタであるDPF(図示省略)を通過し、さらにマフラー(図示省略)を通過した後に大気中に放出される。このとき、排気ガスの温度が所定値(本実施形態では摂氏600度)以上でなければ、DPFに炭化水素などの粒子状物質が蓄積してくるのである。つまり、ディーゼルエンジン1がアイドリング運転をしている際等、排気ガスの温度が所定値未満であれば、DPFに黒煙等の粒子状物質が蓄積してくるのである。
【0029】
そこで、本発明のバーナー装置31により、排気ガスの温度を、所定値以上に加熱して、DPFに付着する粒子状物質を燃焼させて、該DPFの目詰まりを解消させる必要があるのである。
【0030】
次に、
図4から
図8により、バーナー装置31の構成について、詳細に説明する。
【0031】
バーナー装置31は、主として、ケース本体32、グロープラグ取付け蓋33、着火装置34、噴射ノズル36によって構成される。
【0032】
バーナー装置31のケース本体32は、それ自体が取付けステイ30に対して、ボルトにより固定されており、更に該取付けステイ30を、シリンダブロック2の後面の加工面として構成された取付け面にボルトにより固定されているのである。
【0033】
ケース本体32の左側面には、第一連結管18を固定する為の入口連結部32aが開口されており、ケース本体32の右側面には、前記DPFマフラー14と繋がる第二連結管19と固定する為の出口連結部32bが開口されている。該第二連結管19から排出された排気ガスは、DPFマフラー14内に送られるのである。
【0034】
ケース本体32の下面には、ワイヤーハーネス41aが連結された温度センサ41が挿入固定されており、ケース本体32内の温度を検出して、制御部(図示省略)に情報を送信している。ケース本体32の上端は開口されており、当該開口を覆うようにグロープラグ取付け蓋33が配置される。
【0035】
着火装置34は、第一グロープラグ37aと第二グロープラグ37bの2本のグロープラグ37の先端を、ケース本体32の内部に挿入することで構成されている。2本のグロープラグ37は、グロープラグ取付け蓋33に嵌挿されることで支持されている。該グロープラグ37の一方の第一グロープラグ37aの先端は、燃料保持部321によって覆われている。該燃料保持部321は、噴射ノズル36から噴射される燃料を気化前の状態に保持するためのものである。
【0036】
2本のグロープラグ37の上端にはワイヤーハーネス38が付設されており、該ワイヤーハーネス38と電気的に接続された制御部(図示省略)からの適宜の指令によって、グロープラグ37に電力が供給されて着火がなされるように構成されている。
【0037】
噴射ノズル36は、ケース本体32の右側に設けられ、電磁式で圧力を発生する燃料噴射ノズルにより構成されている。噴射ノズル36は、電気的に接続された制御部からの適宜の指令によって、燃料を高圧にしてケース本体32内に噴霧するものである。
【0038】
したがって、制御部から該バーナー装置31内を加熱する指令が制御部から出ると、該噴射ノズル36が駆動され、ノズル部36aから燃料保持部321へと燃料が噴射されるとともに、グロープラグ37によって着火がなされる。該グロープラグ37による加熱により着火された燃料が火炎となり、当該火炎が入口連結部32aからの排気ガスとともに出口連結部32bへと案内される。
【0039】
以上のような構成において、本発明のグロープラグ37を含む着火装置34が、高温となり、グロープラグ37が早く劣化する恐れがある。その劣化を防止する為に、グロープラグ37が固定されているグロープラグ取付け蓋33の内部に冷却油孔33aをグロープラグ37の外周となるように穿設している。該冷却油孔33aにバーナー装置31の燃料を導入して、グロープラグ37の周囲の冷却を行っているのである。
【0040】
このように構成することで、バーナー装置31用の燃料を冷却の為に使用することとなるので、冷却水や冷却オイルを供給する構造を別途に用意する必要がなくなり、ディーゼルエンジン1全体の部品点数および重量の軽減に繋がる。また、流体である燃料でグロープラグ37を冷却する為、冷却効果が高くなるのである。
【0041】
なお、本実施形態では、
図1に示すように、DPFマフラー14をバーナー装置31に隣接して配置しているが、DPFマフラー14の配置は、これに限定するものではなく、ディーゼルエンジンの前、後、左、右、上、又は下等の他の位置でも良い。また、ディーゼルエンジンを搭載する本機(例えば、トラクター等の作業機等)に取り付けてもよい。
【0042】
図9に示す従前のバーナー装置31Aの構成においては、グロープラグ取付け蓋33の上方のグロープラグ37に冷却フィン39が嵌挿されている。当該冷却フィン39は、上方に突出するように複数の凸部が形成されバーナー装置31Aの放熱を促進するように構成されている。しかし、冷却フィン39をグロープラグ37に取り付ける構成とすると、本実施形態のバーナー装置31と比較してバーナー装置31Aの部品点数が多くなる。
【0043】
なお、本実施形態のバーナー装置31の冷却構造に加えて、従前の冷却フィン39をバーナー装置31に付設して、さらに、冷却効果を高める構成としてもよい。また、本実施形態のバーナー装置31は、二本のグロープラグ37a・37bを備えるものであるが、グロープラグを一本又は三本以上備えるように構成しても良い。
【0044】
次に、燃料噴射ノズル12からの余剰燃料を利用する本実施形態にかかるバーナー装置31の燃料の供給経路について説明する。
【0045】
図2と
図5と
図6とにおいて図示する如く、燃料噴射ポンプ10から圧送された高圧燃料は、各高圧燃料供給パイプ51・・・を介して各燃料噴射ノズル12・・・に供給される。該燃料噴射ノズル12のそれぞれからの余剰燃料が、隣り合う燃料噴射ノズル12を連結した余剰燃料パイプ52・52・52を介して、バーナー用燃料パイプ53により、グロープラグ取付け蓋33に設けた燃料供給口33bへ燃料を供給すべく構成している。
【0046】
該バーナー用燃料パイプ53から燃料供給口33bを介して、前述のグロープラグ取付け蓋33の冷却油孔33aに供給された燃料により、着火装置34のグロープラグ37が冷却される。該冷却油孔33aを通過して着火装置34を冷却したあとの燃料は、連結パイプ54を介して、噴射ノズル36へと供給される。噴射ノズル36において余剰となった燃料は、戻し管56を介して、燃料タンク(図示省略)に戻される構成となっている。
【0047】
図10と
図11に示す従前からあるディーゼルエンジン1Aは、本実施形態のディーゼルエンジン1とは異なり、バーナー装置31に燃料を供給するために別途のバーナー用燃料供給ポンプ57を取り付けたものである。
【0048】
このディーゼルエンジン1Aには、燃料噴射ポンプ10に燃料タンクから燃料を供給する燃料供給ポンプ50の他に、別のバーナー用燃料供給ポンプ57を配置し、送油パイプ58を介して、グロープラグ取付け蓋33の燃料供給口33bに供給するように構成されている。
【0049】
しかし、このような従前からのディーゼルエンジン1Aの構成では、本実施形態のディーゼルエンジン1と比較して、バーナー用燃料供給ポンプ57が別途に必要となり、コストのアップと、重量の増加に繋がるのである。
【0050】
つまり、本実施形態のバーナー装置31は、従前のものと比較して組立やディーゼルエンジン1の本体への取付けが容易となったのである。また、燃料供給用のポンプが1つで良いこととなるので、コストの削減、及び重量の低減に繋がるのである。
【0051】
本発明の実施形態のバーナー装置31は、
図1から
図4に示すように、フライホイールケース4の上方のシリンダブロック2の後面に配置している。しかし、
図12と
図13に示す従前のディーゼルエンジン1Bにおいては、バーナー装置31をシリンダブロック2の上方のシリンダヘッド7の左側面に配置しているのである。
【0052】
このようにディーゼルエンジン1Bを構成した場合には、燃料噴射ポンプ10の逆の側に、バーナー装置31が配置されるので、バーナー装置31に燃料を供給する為の燃料供給配管である送油パイプ58を取り回す必要がある。また、バーナー装置31の重みによって、ディーゼルエンジン1Bの重心が左へ偏るとともに、左右方向の幅が広くなってしまうのである。
【0053】
図14と
図15に示す従前のディーゼルエンジン1Cにおいては、バーナー装置31Aから冷却フィン39を取り除いたバーナー装置31Bが、シリンダブロック2の左側方に配置されている。この場合も、燃料噴射ポンプ10とは反対側にバーナー装置31Bが配置されることとなるので、燃料供給配管である送油パイプ58をディーゼルエンジン1Cに取り回す必要があるとともに、ディーゼルエンジン1Cの重心が左へ偏り、左右方向の幅が、更に大きくなるのである。
【0054】
つまり、本実施形態のディーゼルエンジン1は、
図12から
図15に示す、従前の各ディーゼルエンジン1B・1Cと比較して、燃料供給配管であるバーナー用燃料パイプ53の取り回しの簡素化及び他の箇所に搭載するよりも、燃料供給配管であるバーナー用燃料パイプ53の短縮と簡素化を図ることが可能である。また、本実施形態のディーゼルエンジン1は、左右方向の増加がほとんどなく、前後方向もバーナー装置31の厚みがフライホイールケース4の厚みと同程度で済むので、前後方向の長さの増加も無いのである。
【0055】
図16と
図17に示す従前の各種装置の配置を示すディーゼルエンジン1Dにおいては、DPFマフラー114が、フライホイール5(又は図示しないフライホイールケース)の上方であって、シリンダヘッド7の後側方に配置されている。さらに、DPFマフラー114の後側方には、バーナー装置31が配置される。
【0056】
また、シリンダヘッド107の左側面に配置された排気マニホールド115により多気筒のシリンダからの排気が集約されている。該排気マニホールド115により集約された排気が、排気曲がり管116と、第一連結管118とを介して、バーナー装置31に向けて供給される。
【0057】
そして、第一連結管118がバーナー装置31のケース本体32の入口連結部32a(
図5参照)に連結されることにより、排気は第一連結管118からバーナー装置31のケース本体32の内部を通過する。該ケース本体32を通過した排気ガスは、ケース本体32の出口連結部32b(
図5参照)に連結された第二連結管119を介して、DPFマフラー114内に入る。
【0058】
また、バーナー装置31は、シリンダブロック2の右側面に取り付けられたバーナー用燃料供給ポンプ157から送油パイプ158を介して、燃料が供給される。
【0059】
このような従前のディーゼルエンジン1Dにおける各種装置の配置では、シリンダヘッド7とバーナー装置31との間にDPFマフラー14が介在することとなる。そのため、前述のディーゼルエンジン1Cよりもさらに、ディーゼルエンジン1Dは、燃料供給配管である送油パイプ158をディーゼルエンジン1Dに取り回す必要がある。加えて、排気マニホールド115からバーナー装置31までの距離が遠くなる。つまり、排気マニホールド115に連結される排気曲がり管116及び第一連結管118の長さが長くなってしまい、バーナー装置31に供給される排気の温度を低下させ易くしてしまう。
【0060】
したがって、本実施形態のディーゼルエンジン1は、
図16及び
図17に示す、従前のディーゼルエンジン1Dと比較して、燃料供給配管であるバーナー用燃料パイプ53の取り回しの簡素化及び他の箇所に搭載するよりも、燃料供給配管であるバーナー用燃料パイプ53の短縮と簡素化を図ることが可能である。