特許第6046163号(P6046163)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2022.1.31 β版

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6046163
(24)【登録日】2016年11月25日
(45)【発行日】2016年12月14日
(54)【発明の名称】排気管燃料噴射装置
(51)【国際特許分類】
   F01N 3/025 20060101AFI20161206BHJP
   F01N 3/36 20060101ALI20161206BHJP
   F01N 3/027 20060101ALI20161206BHJP
【FI】
   F01N3/025 101
   F01N3/36 AZAB
   F01N3/36 C
   F01N3/027 A
【請求項の数】3
【全頁数】9
(21)【出願番号】特願2014-551939(P2014-551939)
(86)(22)【出願日】2013年11月14日
(86)【国際出願番号】JP2013080779
(87)【国際公開番号】WO2014091864
(87)【国際公開日】20140619
【審査請求日】2015年6月8日
(31)【優先権主張番号】特願2012-269045(P2012-269045)
(32)【優先日】2012年12月10日
(33)【優先権主張国】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】512272672
【氏名又は名称】ボルボトラックコーポレーション
(74)【代理人】
【識別番号】100129425
【弁理士】
【氏名又は名称】小川 護晃
(74)【代理人】
【識別番号】100087505
【弁理士】
【氏名又は名称】西山 春之
(74)【代理人】
【識別番号】100168642
【弁理士】
【氏名又は名称】関谷 充司
(74)【代理人】
【識別番号】100099623
【弁理士】
【氏名又は名称】奥山 尚一
(74)【代理人】
【識別番号】100096769
【弁理士】
【氏名又は名称】有原 幸一
(74)【代理人】
【識別番号】100107319
【弁理士】
【氏名又は名称】松島 鉄男
(74)【代理人】
【識別番号】100114591
【弁理士】
【氏名又は名称】河村 英文
(74)【代理人】
【識別番号】100125380
【弁理士】
【氏名又は名称】中村 綾子
(74)【代理人】
【識別番号】100142996
【弁理士】
【氏名又は名称】森本 聡二
(74)【代理人】
【識別番号】100166268
【弁理士】
【氏名又は名称】田中 祐
(74)【代理人】
【識別番号】100170379
【弁理士】
【氏名又は名称】徳本 浩一
(74)【代理人】
【識別番号】100179154
【弁理士】
【氏名又は名称】児玉 真衣
(74)【代理人】
【識別番号】100180231
【弁理士】
【氏名又は名称】水島 亜希子
(74)【代理人】
【識別番号】100184424
【弁理士】
【氏名又は名称】増屋 徹
(72)【発明者】
【氏名】天野 貴文
【審査官】 櫻田 正紀
(56)【参考文献】
【文献】 特開2012−127320(JP,A)
【文献】 特開2007−023792(JP,A)
【文献】 特開2007−187006(JP,A)
【文献】 特開2011−214441(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
F01N 3/00 − 3/38, 9/00 − 13/20
B01D 46/42, 53/73,53/86 − 53/96
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
ディーゼルエンジンのディーゼル・パティキュレート・フィルタ再生のため、排気管内に燃料を噴射する排気管燃料噴射装置において、
前記ディーゼル・パティキュレート・フィルタの上流側の領域に配置された燃料噴射ノズルと、燃料噴射ノズルに燃料又は空気を選択的に供給する配管と、制御装置を有し、
制御装置は、ディーゼル・パティキュレート・フィルタを再生する場合、燃料噴射ノズルに燃料を供給し、ディーゼル・パティキュレート・フィルタの再生を中断する場合、排気温度がしきい値よりも低温になるまで、燃料噴射ノズルに空気を供給する機能を有することを特徴とする排気管燃料噴射装置。
【請求項2】
前記制御装置は、ディーゼル・パティキュレート・フィルタ上流側の領域がディーゼル・パティキュレート・フィルタ再生に必要な温度まで昇温していない場合には、燃料噴射ノズルに燃料を供給しない機能を有している請求項1の排気管燃料噴射装置。
【請求項3】
前記配管は、燃料供給源に連通する燃料供給配管と、空気を供給する空気供給配管と、を有し、前記燃料供給配管及び前記空気供給配管の合流点から燃料噴射ノズルの間の領域には分岐点及びバルブが設けられていない請求項1、請求項2の何れかの排気管燃料噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ディーゼルエンジンのディーゼル・パティキュレート・フィルタ再生のため、排気管内に燃料を噴射する装置に関する。
【背景技術】
【0002】
ディーゼルエンジンのディーゼル・パティキュレート・フィルタの再生のため、排気管に燃料を噴射して、燃料の酸化反応熱により捕獲した微粒子を燃焼除去する技術は良く知られている。
係る技術に関連して、ディーゼルエンジンのディーゼル・パティキュレート・フィルタ再生のため排気管内に燃料を噴射する排気管燃料噴射装置において、排気管内に噴射される燃料の供給系統の噴射ノズルの上流側(燃料供給源側)に分岐点を設け、当該分岐点における分岐側には燃料供給系統に残留した燃料を貯蔵する燃料貯蔵機構を設けた技術が提案されている(特許文献1参照)。
係る従来技術は有効な技術ではあるが、ディーゼル・パティキュレート・フィルタの再生処理の間に、何らかの理由により再生を中止する旨の制御信号(ディーゼル・パティキュレート・フィルタ再生中止信号)が発生した場合等の様に、ディーゼル・パティキュレート・フィルタの再生が中断した場合には、排気管に噴射する燃料の供給系統(燃料供給系統)に燃料が残存し、当該残存した燃料が炭化することによって燃料供給系統が閉塞する恐れが存在する。
【0003】
また、分岐点及び分岐点に連通する燃料貯蔵機構を設けなければならないため、燃料供給系統の構成が複雑化して、製造コストが高騰する、という問題が存在する。
さらに、分岐点及び分岐点に連通する燃料貯蔵機構の近傍領域において、燃料が炭化して燃料供給系統を閉塞してしまう恐れが存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2012−127287号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明は上述した従来技術の問題点に鑑みて提案されたものであり、ディーゼル・パティキュレート・フィルタの再生処理が中断しても、排気管に噴射する燃料を供給する燃料供給系統に燃料が残存することがなく、燃料の炭化による燃料供給系統の閉塞を防止することが出来る排気管燃料噴射装置の提供を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の排気管燃料噴射装置は、ディーゼルエンジンのディーゼル・パティキュレート・フィルタ再生のため、排気管内に燃料を噴射する排気管燃料噴射装置において、
ディーゼル・パティキュレート・フィルタ(23B)の上流側の領域に配置された燃料噴射ノズル(41)と、燃料噴射ノズル(41)に燃料又は空気を選択的に供給する配管(Lx、Lf、La)と、制御装置(50)を有し、
制御装置(50)は、ディーゼル・パティキュレート・フィルタ(23B)を再生する場合、燃料噴射ノズル(41)に燃料を供給し、ディーゼル・パティキュレート・フィルタ(23B)の再生を中断する場合、排気温度がしきい値よりも低温になるまで、燃料噴射ノズル(41)に空気を供給する機能を有することを特徴としている。
【0007】
本発明において、前記制御装置(50)は、ディーゼル・パティキュレート・フィルタ(23B)上流側の領域(ディーゼル・パティキュレート・フィルタ前部)がディーゼル・パティキュレート・フィルタ再生に必要な温度まで昇温していない場合には、燃料噴射ノズル(41)に燃料を供給しない機能を有しているのが好ましい。
【0008】
また本発明において、前記配管は、燃料供給源(46)に連通する燃料供給配管(Lf)と、空気を供給する空気供給配管(La)と、を有し、前記燃料供給配管(Lf)及び前記空気供給配管(La)の合流点(Px)から燃料噴射ノズル(41)の間の領域には分岐点及びバルブが設けられていないことが好ましい。
【0009】
排気管燃料噴射装置(40)を用いたディーゼル・パティキュレート・フィルタ再生方法では、ディーゼル・パティキュレート・フィルタ(23B)上流側の領域(ディーゼル・パティキュレート・フィルタ前部)の温度をディーゼル・パティキュレート・フィルタ再生に必要な温度まで昇温する昇温工程(S2)と、排気管(21)内に燃料を噴射するディーゼル・パティキュレート・フィルタ再生工程(S5)を有しており、
ディーゼル・パティキュレート・フィルタ再生工程(S5)では、燃料供給配管(Lx、Lf)内に燃料が残存しなくなるまで燃焼を続行している。
【0010】
そして、排気管燃料噴射装置(40)を用いたディーゼル・パティキュレート・フィルタ再生方法において、ディーゼル・パティキュレート・フィルタ(23B)上流側の領域(ディーゼル・パティキュレート・フィルタ前部)の温度がディーゼル・パティキュレート・フィルタ再生に必要な温度まで昇温しない場合には、ディーゼル・パティキュレート・フィルタ再生工程を実行せず、供給配管(Lx)内に燃料が残存しなくなるまで燃焼を続行する制御も実行しないのが好ましい。
【発明の効果】
【0011】
上述する構成を具備する本発明によれば、ディーゼル・パティキュレート・フィルタ(23B)を再生する場合、燃料噴射ノズル(41)に燃料を供給し、ディーゼル・パティキュレート・フィルタ(23B)の再生を中断する場合、排気温度がしきい値よりも低温になるまで、燃料噴射ノズル(41)に空気を供給する機能を有しているので、ディーゼル・パティキュレート・フィルタ再生を中断する旨の制御信号が発生しても、配管(Lx)内に燃料が残留してしまうことが防止され、残留した燃料の炭化により配管が閉塞することがない。
【0012】
そして本発明によれば、上述した従来技術(特許文献1)のように、残留した燃料を貯蔵する燃料貯蔵機構を設ける必要がないので、当該機構に残留した燃料が炭化して、配管系(Lx、Lf)を閉塞してしまうことが防止される。
【0013】
本発明において、ディーゼル・パティキュレート・フィルタ(23B)上流側の領域(ディーゼル・パティキュレート・フィルタ前部)がディーゼル・パティキュレート・フィルタ再生に必要な温度まで昇温していない場合には、燃料噴射ノズル(41)に燃料を供給しない様に構成すれば、温度が低く、ディーゼル・パティキュレート・フィルタ(23B)が再生されない条件下では、燃料噴射ノズル(41)に燃料が供給されず、燃焼しない燃料が配管(Lx)内で炭化して当該配管を閉塞してしまうことが防止される。
【0014】
また本発明において、前記配管は、燃料供給源(46)に連通する燃料供給配管(Lf)および空気を供給する空気供給配管(La)備えており、前記燃料供給配管(Lf)及び前記空気供給配管(La)の合流点(Px)から燃料噴射ノズル(41)の間の領域には分岐点及びバルブが設けられていない様に構成すれば、当該分岐点に連通する領域やバルブ近傍の領域に燃料が残留することもなく、当該領域に残留した燃料の炭化が防止される。
【図面の簡単な説明】
【0015】
図1】本発明の実施形態を示したブロック図である。
図2図1の実施形態における制御を示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0016】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
図1は、本発明の実施形態に係る排気管燃料噴射装置を含むディーゼルエンジンの吸気系および排気系の構成を示している。
図1において、ディーゼルエンジン1は、吸気マニホールド10と、排気マニホールド20とを有している。吸気マニホールド10には、吸気管11が接続されている。吸気管11には、上流側(空気取り入れ口側)から、エアクリーナ12、ターボチャージャ28のコンプレッサ28C、吸気を冷却するためのインタークーラ13、冷寒時や起動時に一時的に吸気量を絞るインテークシャッター14が介装されている。
【0017】
排気マニホールド20には、排気管21が接続されている。排気管21には、排気マニホールド20から下流に向かって、ターボチャージャ28の排気タービン28T、エキゾーストシャッター22、連続再生式ディーゼル・パティキュレート・フィルタ装置(以下、「DPF装置」と記載する)23、SCR触媒24及びアンモニア酸化触媒25が介装されている。
DPF装置23は、酸化触媒23Aとディーゼル・パティキュレート・フィルタ23Bとを備えている。そして、酸化触媒23AはCH(炭化水素)、COx(酸化炭素)を酸化する機能を有しており、ディーゼル・パティキュレート・フィルタ23Bは、排気中のPM(微粒子)を捕集・除去する機能を有している。
SCR触媒24は、尿素水溶液から生成されるアンモニア(還元剤)を用いて、NOx(窒素酸化物)を還元浄化する機能を有している。
符号30は、排気ガスの一部を、吸気に還流させるEGRシステムを示している。
【0018】
図1において符号40で示す領域が排気管燃料噴射装置である。
排気管燃料噴射装置40は、排気管内燃料噴射ノズル(以下、「燃料噴射ノズル」と言う)41と、燃料(たとえば軽油)供給バルブ42と、高圧エア供給バルブ43と、第1の温度センサ44と、第2の温度センサ45と、制御装置であるコントロールユニット50と、メーターパネル60内に配置されたモニタ70を備えている。
【0019】
排気管21におけるターボチャージャ28とDPF装置23との間の領域に、排気管内燃料噴射ノズル41のノズル噴孔が配置されている。そして排気管内燃料噴射ノズル41は、供給配管Lxを介して燃料供給バルブ42に連通しており、燃料供給バルブ42は燃料供給ラインLfを介して燃料供給源46に連通している。換言すれば、供給配管Lxは排気管内燃料噴射ノズル41〜燃料供給バルブ42間の配管であり、燃料供給ラインLfは燃料供給バルブ42〜燃料供給源46間の配管である。
そして、供給配管Lx(排気管内燃料噴射ノズル41と燃料供給バルブ42との間の領域)には、高圧エアラインLaとの合流点Pxが設けられている。
高圧エアラインLaには高圧エア供給バルブ43が介装されており、高圧エア供給源47に連通している。
【0020】
排気管21において、排気管内燃料噴射ノズル41とDPF装置23との間の領域に、流過する排気ガス温度を計測するための第1の温度センサ44が設置されている。
またDPF装置23において、酸化触媒23Aとディーゼル・パティキュレート・フィルタ23Bとの間の領域には、排気ガス温度を計測する第2の温度センサ45が設置されている。
【0021】
第1の温度センサ44と第2の温度センサ45は、入力信号ラインSiによってコントロールユニット50に接続されている。そして、各温度センサ44、45は、それぞれの検出結果を示す検出信号をコントロールユニット50に出力する機能を有している。
燃料供給バルブ42と高圧エア供給バルブ43は、制御信号ラインSoによってコントロールユニット50に接続されている。コントロールユニット50は、燃料供給バルブ42と高圧エア供給バルブ43に対して、バルブ開閉制御信号を出力する機能を有している。
また、コントロールユニット50は、モニタ70と制御信号ラインSoで接続されており、排気管燃料噴射装置40の稼働に関する情報信号を出力する機能を有している。
【0022】
図示の実施形態では、排気管21におけるDPF装置23とSCR触媒24との間の領域には、上流側から下流側に向かって、第3の温度センサSt3と、尿素水溶液を排気管21内に噴射するための噴射ノズルNnが設置されている。
第3の温度センサSt3は入力信号ラインSiによってコントロールユニット50に接続されており、第3の温度センサSt3の検出信号がコントロールユニット50に送られる。
【0023】
次に、図1を参照しつつ、図2のフローチャートに基づいて、排気管燃料噴射の制御について説明する。
図2のステップS1において、DPF装置23再生を開始したか否かが判断される。
DPF装置23の再生を開始したのであれば(ステップS1がYES)、ステップS2に進み、再生を開始しないのであれば(ステップS1がNO)、ステップS1に戻り、ステップS1が「NO」のループを繰り返す。
【0024】
ステップS2では、再生モード1(昇温モード)を実施する。再生モード1(昇温モード)では、ディーゼル・パティキュレート・フィルタ23Bが再生するのに十分な温度になるまで排気ガスを昇温させる。
第1の温度センサ44が計測する排気ガス温度が所定のしきい値(第1の温度センサ44におけるしきい値)に昇温し、且つ、第2の温度センサ45が計測する排気ガス温度が所定のしきい値(第2の温度センサ45におけるしきい値)に昇温するまで、再生モード1(昇温モード)が実行される。
ここで、排気ガス温度における当該「所定のしきい値」は、酸化触媒23Aにて燃料のHC(炭化水素)が反応する温度である。すなわち、「再生モード1(昇温モード)」は、排気ガス温度が、酸化触媒23Aにて燃料のHCが反応する温度に昇温する以前の段階における再生モード(昇温モード)である。
【0025】
排気ガス温度が第1の温度センサ44におけるしきい値まで昇温し且つ第2の温度センサ45におけるしきい値まで昇温するまでの間(再生モード1(昇温モード)を実行している間)、ステップS3において、例えばドライバーの操作による再生処理の停止等により、再生モード1(昇温モード)を中断したか否かを判断する。
再生モード1を中断したのであれば(ステップS3がYES)、ステップS4に進む。一方、再生モード1を中断していなければ(ステップS3がNO)、ステップS5に進む。
ステップS3において、再生中断の判断が下された場合、モニタ70には、「再生中断」のメッセージが表示される。
【0026】
ステップS4では排気管燃料噴射の制御を終了するのか否かを判断する。排気管燃料噴射の制御を終了するのであれば(ステップS4がYES)、未再生のままで制御を終了する。
この場合、排気ガス温度がディーゼル・パティキュレート・フィルタ23Bの再生に必要な温度にまでは昇温しておらず、燃料供給バルブ42を開かず、燃料噴射ノズル41から燃料を排気管21内に噴射しないので、排気管燃料噴射装置40内の供給配管Lx内に燃料が残存していても、当該燃料が炭化して、管路の閉塞を生じることはない。
一方、排気管燃料噴射の制御を続行するのであれば(ステップS4がNO)、ステップS1に戻り、再びステップS1以降を繰り返す。
ステップS5では、再生モード2(噴射モード)を実施する。すなわち、燃料噴射ノズル41から燃料を排気管21内に噴射し、昇温した排気ガスにより、ディーゼル・パティキュレート・フィルタ23Bを再生する。
ここで、「再生モード2(噴射モード)」は、排気ガス温度が、酸化触媒23Aにて燃料のHCが反応する温度に昇温した段階における再生モード(噴射モード)である。
【0027】
次のステップS6では、コントロールユニット50は、再生モード2(噴射モード)が、例えばドライバーの操作による再生処理の停止或いはエンジン停止等によって中断されたか否かを判断する。
再生モード2(噴射モード)が中断されたのであれば(ステップS6がYES)、ステップS7に進む。
一方、再生モード2(噴射モード)が中断されていないのであれば(ステップS6がNO)、ステップS10に進む。
【0028】
ステップ7(再生モード2(噴射モード)が中断された場合)は、モニタ70画面に、「再生モードを中断したが、残留燃料処理モードを実行する」旨のメッセージが表示される。そして、残留燃料処理モードを実施する。
「再生モード2(噴射モード)」では、再生を中断すると、そのまま供給配管Lx内の燃料が維持されてしまい、供給配管Lx内の燃料が炭化する恐れが存在する。
これに対して残留燃料処理モードでは、燃料供給バルブ42は遮断するが、燃料噴射ノズル41からの高圧エアと供給配管Lx内に残存している燃料を排気管21内に噴射する操作は実行する。すなわち、供給配管Lx内に燃料が残存しなくなるまで排気管21内に高圧エアと燃料が噴出され、ディーゼル・パティキュレート・フィルタ23Bの再生が続行される。これにより、排気管燃料噴射装置40の供給配管Lx内には燃料が残存しなくなる。従って、供給配管Lx内の燃料が炭化して、供給配管Lxを閉塞してしまうことが防止される。
【0029】
ステップS8では、コントロールユニット50は、残留燃料処理モードが終了したか否かを判断する。
残留燃料処理モードが終了したか否かは、例えば、第1及び第2の温度センサ44、45で計測された排気ガス温度が、それぞれの温度センサにおけるしきい値よりも低温になったか否かで判断することが出来る。或いは、図示しないタイマーによって、残留燃料処理モードが開始されてから所定時間(供給配管Lx内に燃料が残存しなくなるのに十分な時間)が経過したか否かを判断することにより、残留燃料処理モードが終了したか否かを判断することが出来る。
【0030】
残留燃料処理モードが終了したならば(ステップS8がYES)、DPF装置23の再生を停止させる処理を行い(ステップS9)、ステップS1まで戻り、再びステップS1以降を繰り返す。
一方、残留燃料処理モードが終了していなければ(ステップS8がNO)、ステップS7まで戻り、ステップS7が「NO」のループを繰り返す。
【0031】
ステップS6で再生モード2(噴射モード)が中断されていないと判断された場合には、ステップS10において、DPF装置23の再生が完了したか否かを判断する。DPF装置23の再生が完了したのであれば(ステップS10がYES)ステップS11に進み、DPF装置23の再生完了処理を行う。DPF装置23の再生完了処理は、例えば再生モード2(噴射モード)の開始から所定時間経過後に行なわれ、燃料噴射ノズル41から燃料と高圧エアの混合流体の噴射を停止させる。
DPF装置23の再生が完了していない場合には(ステップS10がNO)ステップS5に戻り、DPF装置23の再生処理を続行する。
ステップS11のDPF装置23の再生完了処理の後、ステップS12に進み、例えばドライバーがエンジンを停止するか否か(終了するか否か)を判断する。
終了するのであれば(ステップS12がYES)、エンジンを停止する。
一方、エンジンを停止しないのであれば(ステップS12がNO)、ステップS1まで戻り、ステップS1以降の上述した処理を繰り返す。
【0032】
図示の実施形態によれば、ディーゼル・パティキュレート・フィルタ23Bを再生している場合には、排気管燃料噴射装置40の供給配管Lx内に燃料が残存しなくなるまで燃焼を続行する機能を有しているので、ディーゼル・パティキュレート・フィルタ23Bの再生を中断する旨の制御信号が発生しても、供給配管Lx内の燃料が全て燃焼するまで、ディーゼル・パティキュレート・フィルタ23Bの再生処理を続行する。
そのため、供給配管Lx内に燃料が残留してしまうことが防止され、残留した燃料の炭化により排気管燃料噴射装置40内の配管系が閉塞することがない。
【0033】
また図示の実施形態によれば、上述した従来技術(特許文献1)のように、残留した燃料を貯蔵する燃料貯蔵機構を設ける必要がないので、当該機構に残留した燃料が炭化して、配管系を閉塞してしまうことが防止される。
【0034】
図示の実施形態はあくまでも例示であり、本発明の技術的範囲を限定する趣旨の記述ではないことを付記する。
【符号の説明】
【0035】
1・・・ディーゼルエンジン
10・・・吸気マニホールド
20・・・排気マニホールド
21・・・排気管
23・・・連続再生式ディーゼル・パティキュレート・フィルタ装置
24・・・SCR触媒
25・・・アンモニア酸化触媒
40・・・排気管燃料噴射装置
41・・・排気管内燃料噴射ノズル/燃料噴射ノズル
42・・・燃料供給バルブ
43・・・高圧エア供給バルブ
44・・・第1の排気温度センサ
45・・・第2の排気温度センサ
50・・・コントロールユニット
図2
図1