CN103109055A - 内燃机的排气净化装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种内燃机的排气净化装置，所述内燃机的排气净化装置具备：小截面催化剂（8），其被配置在内燃机的排气通道（3）中，且以使排气在其外周面与排气通道壁面之间流通的方式而被形成；燃料喷射阀（7），其朝向与所述小截面催化剂（8）相比靠上游的排气通道喷射液体的燃料；碰撞板（19），其被设置在与所述小截面催化剂（8）相比靠上游的排气通道中，且被设置在从所述燃料喷射阀（7）喷射的燃料所碰撞的位置处；加热装置（21），其能够使从所述燃料喷射阀（7）喷射的燃料点火，其中，所述小截面催化剂（8）及所述碰撞板（19）在所述排气通道内以偏向于预定方向的方式配置，并且所述燃料喷射阀（7）朝向所述碰撞板（19）在所述预定方向上喷射燃料。

Description

内燃机的排气净化装置
技术领域
本发明涉及一种内燃机的排气净化装置。
背景技术
为了向被配置在内燃机的排气通道中的排气净化催化剂供给燃料，存在从被设置在该催化剂的上游处的燃料喷射阀喷射液体的燃料（例如轻油、汽油）的情况。其目的在于，例如，由于燃料的燃烧或氧化而升温、催化剂上所堆积的PM（Particulate Matter：颗粒状物质）的氧化去除、在NOx吸留还原催化剂中进行还原、以及从硫中毒中恢复。为了对以这种目的而被供给的燃料进行转化，提出了一种如下的装置，即，在与作为目标的排气净化催化剂相比靠上游的排气通道内，配置小型的排气净化催化剂（小截面催化剂），并使排气在排气净化催化剂的外周面与排气通道壁面之间流通，从而向该小截面催化剂供给燃料（例如，专利文献1）。
被喷射至排气中的燃料的分散性能够通过使燃料的颗粒微粒化而提高。因此，存在如下的情况，即，在从燃料喷射阀喷射的喷雾所碰撞的位置处设置碰撞部件，通过使燃料与碰撞部件发生碰撞从而实现燃料的微粒化、雾化。作为这种碰撞部件，可以例示出以与燃料的喷射方向对置的方式而设置的碰撞部件（例如，碰撞板、扩散板等）。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2009-209804号公报
专利文献2：日本特开平2-149712号公报
专利文献3：日本特开2009-57954号公报
发明内容
发明所要解决的课题
在专利文献1所公开的装置中，将碰撞板固定在小截面催化剂上。小截面催化剂在排气通道内向下方偏心，碰撞板被固定在小截面催化剂的上游侧的端部的上端处，燃料从燃料喷射阀朝向该碰撞板向上方喷射。
但是，当燃料的喷射量过度增多时，燃料容易附着在碰撞部件上，从而存在朝向碰撞部件的表面的燃料滞留增多的可能性。该问题在专利文献2及专利文献3所公开的装置中也并未被解决。
本发明是鉴于上述实际情况而实施的，其目的在于，提供一种能够在如下的内燃机的排气净化装置中，抑制朝向碰撞部件的表面的燃料滞留的技术，其中，所述内燃机的排气净化装置通过使从燃料喷射阀喷射的燃料与被设置在排气通道中的碰撞部件发生碰撞，从而促进燃料的微粒化。
用于解决课题的方法
本发明的第一方式为一种内燃机的排气净化装置，其特征在于，具备：小截面催化剂，其被配置在内燃机的排气通道中，且以使排气在其外周面与排气通道壁面之间流通的方式而被形成；燃料喷射阀，其朝向与所述小截面催化剂相比靠上游的排气通道喷射液体的燃料；碰撞板，其被设置在与所述小截面催化剂相比靠上游的排气通道中，且被设置在从所述燃料喷射阀喷射的燃料所碰撞的位置处；加热装置，其能够使从所述燃料喷射阀喷射的燃料点火，其中，所述小截面催化剂及所述碰撞板在所述排气通道内以偏向于预定方向的方式配置，并且所述燃料喷射阀朝向所述碰撞板在所述预定方向上喷射燃料。
在该方式中，通过排气通道内的小截面催化剂向预定方向的偏向，从而在排气通道内形成了截面积较大的宽大侧迂回路径，并在该宽大侧迂回路径中形成有废气的主流。另一方面，由于所述燃料喷射阀朝向所述碰撞板在所述预定方向上喷射燃料，因此碰撞板中的附着燃料的表面将面对宽大侧迂回路径。因此，即使假设在碰撞板上附着了燃料，但由于碰撞板的附着燃料的表面被暴露于流速较大的主流中，因此也能够抑制附着的燃料在碰撞板的表面上的滞留。此外，由于具备能够使从所述燃料喷射阀喷射的燃料点火的加热装置，因此通过使附着在碰撞板的表面上或在其附近漂浮的燃料点火，从而能够抑制燃料的滞留，并能够使废气置于高温。
优选为，所述排气通道具有弯曲部，所述碰撞板的至少一部分被配置在所述弯曲部中，且在与所述弯曲部相同的方向上弯曲。当排气通道及碰撞板的弯曲以所述预定方向作为外侧时，由于通过离心力而使废气的主流朝向附着在碰撞板上的燃料偏向，因此能够适当地抑制朝向碰撞板的表面的燃料滞留。当排气通道及碰撞板的弯曲以所述预定方向作为内侧时，由于通过离心力而使主流的流速增大，因此能够适当地抑制朝向碰撞板的表面的燃料滞留。
优选为，所述碰撞板的后端部被固定在所述小截面催化剂的前端部中的、所述预定方向侧的端部上。在这种情况下，能够适当地将附着在碰撞板上的燃料向小截面催化剂引导。
优选为，所述碰撞板在与所述加热装置相比靠下游处具有通气孔。在这种情况下，通过穿过通气孔的火焰的传播，从而能够使小截面催化剂的外侧中的、碰撞板的下游侧的部分升温。
优选为，所述预定的方向为下方。
另外，本发明中的用于解决课题的方法能够在可能的范围内组合使用。
发明效果
根据本发明，能够在如下的内燃机的排气净化装置中，抑制附着在碰撞部件上的燃料的滞留，所述内燃机的排气净化装置通过使从燃料喷射阀喷射的燃料与被设置在排气通道中的碰撞部件碰撞，从而促进燃料的微粒化。
附图说明
图1为表示第一实施方式中的发动机及其进排气***的概要结构的示意图。
图2为第一实施方式中的发动机的排气***的局部详细图。
图3为沿着图2的A-A线的剖视图。
图4为第二实施方式中的发动机的排气***的局部详细图。
图5为第三实施方式中的发动机的排气***的局部详细图。
图6为第四实施方式中的发动机的排气***的局部详细图。
图7为表示第四实施方式中的碰撞板的俯视图。
具体实施方式
下面，参照附图，举例对用于实施此发明的方式进行详细说明。另外，本实施方式中所记载的结构要素的尺寸、材质、形状及其相对配置等，只要没有特别进行特定的记载，则并不表示将发明的技术范围限定于上述记载的含义。
＜第一实施方式＞
对用于实施本发明的第一实施方式进行说明。图1为图示了第一实施方式中的发动机1及其进排气***的概要结构的图。图1所示的发动机1为车载的四冲程柴油发动机。
在发动机1上连接有进气管2和排气管3（排气通道）。在进气管2的中途设置有空气流量计4，所述空气流量计4输出与在进气管2内流通的进气的流量相对应的信号。通过该空气流量计4，从而对朝向发动机1的进入空气量进行测定。
排气管3被连接在未图示的***上，且在排气管3的中途配置有氧化催化剂6和NOx催化剂26。氧化催化剂6为，使HC、CO等的未燃成分与O2发生反应从而成为CO、CO2、H2O等的催化剂，作为催化物质，例如可以使用Pt/CeO2、Mn/CeO2、Fe/CeO2、Ni/CeO2、Cu/CeO2等。NOx催化剂26优选为，由吸留还原型NOx催化剂（NSR：NOx Storage Reduction，氮氧化物储存还原）或选择还原型NOx催化剂（NCR：Selective Catalytic Reduction，选择催化还原）中的某一种催化剂构成。NOx催化剂26具有如下的功能，即，在流入的排气的氧浓度较高时对排气中的NOx进行吸留，而在流入的排气的氧浓度降低且存在还原成分（例如，燃料等）时对吸留着的NOx进行还原。
在排气管3中的氧化催化剂6的上游处，设置有将液体的燃料添加到排气中（轻油）的燃料喷射阀7。发动机1的燃料罐11经由燃料吸取管12而被连接在燃料泵13上。燃料泵13为机械式，并利用发动机1的未图示的输出轴（曲轴）的驱动力而进行工作。燃料泵13还经由燃料供给管14而被连接在燃料喷射阀7上。在上述结构中，通过燃料泵13经由燃料吸入管12而吸入存积在燃料罐11内的燃料，并向燃料供给管14喷出，从而使燃料被供给至燃料喷射阀7。
此外，在本实施方式中，在排气管3中的、燃料喷射阀7与氧化催化剂6之间的部分中，设置有对从燃料喷射阀7喷射的燃料进行转化的小型氧化催化剂8。该小型氧化催化剂8具有通过使燃料（碳氢化合物:HC）部分氧化，从而生成H2及CO的功能。小型氧化催化剂8例如能够以在由沸石制造的载体上负载铑等的方式构成。本实施方式中的小型氧化催化剂8相当于本发明中的小截面催化剂。
在图2中，小型氧化催化剂8的外径小于排气管3的内径，当小型氧化催化剂8被收纳在排气管3内时，排气能够穿过小型氧化催化剂8的外周面与排气管3的内周面之间的间隙（参照图3）。以下，将小型氧化催化剂8的外周面与排气管3的内周面之间的间隙称为“催化剂迂回路径”。小型氧化催化剂8为，从上游向下游连通了各个单元的所谓直流型。小型氧化催化剂8被配置在圆筒状外框8a内，该圆筒状外框8a通过被配置成大致放射状的多个支承条8b而被支承在排气管3内。小型氧化催化剂8除支承条8b以外实质上跨及整个圆周而被催化剂迂回路径包围。
如图3所示，排气管3被形成为大致圆筒形状。在与排气的流通方向正交的截面中，小型氧化催化剂8的中心或排气流通方向的轴心与排气管3的中心或排气流通方向的轴心相比而偏向于下方。因此，关于前文所述的催化剂迂回路径，在图中其上侧较宽且下侧较窄。以下，根据需要，将前者称为“宽大侧迂回路径3b”，将后者称为“狭小侧迂回路径3c”。
在燃料喷射阀7和小型氧化催化剂8之间，设置有电热塞21。电热塞21经由升压电路22而被连接在车载直流电源23上，并能够通过被通电时所产生的热量，而使从燃料喷射阀7供给的燃料点火。
在小型氧化催化剂8的前端部上，固定有碰撞板19。碰撞板19可以由SUS（Steel Use Stainless：标准不锈钢）等的耐热性及耐冲击性优异的材料形成。碰撞板19为大致导水管状，如图3所示，其与长度方向正交的截面为大致圆弧。碰撞板19在其后端部处被固定在小型氧化催化剂8的前端部中的下端部上。碰撞板19在排气管3内被配置在偏向下方的位置处。燃料喷射阀7朝向碰撞板19向下方喷射燃料。碰撞板19通过与燃料发生碰撞从而促进燃料的微粒化、雾化，进而提高分散性、扩散性。附着或漂浮在碰撞板19的上表面上的燃料的一部分通过电热塞21而被点火，作为其他的主要部分的液相的部分被供给至小型氧化催化剂8。排气管3具有弯曲部3a（参照图1），碰撞板19的大致前端侧的一半被配置在弯曲部3a内，并且在与弯曲部3a相同的方向上弯曲。也可以采用如下方式，即，在碰撞板整体被配置在排气管的弯曲部内时，碰撞板整体在与排气管相同的方向上弯曲。
在发动机1中具备气缸内燃料喷射阀9，所述气缸内燃料喷射阀9向气缸内供给用于该发动机1的燃烧的燃料。并且，在发动机1中，同时还设置有作为电子控制单元的ECU（Electronic Control Unit：电子控制单元）10，所述ECU10用于根据发动机1的运转条件及驾驶员的要求来对运转状态进行控制。该ECU10以具备CPU（Central Processing Unit：中央处理器）、ROM（Read OnlyMemory：只读存储器）、RAM（Random Access Memory：随机存取存储器）、输入和输出端口等的方式而构成，其中，所述CPU执行发动机1的控制所涉及的各种运算处理，所述ROM存储了该控制中所需的程序及数据，所述RAM临时存储了CPU运算结果等，所述输入和输出端口用于与外部之间对信号进行输入和输出。
在ECU10上，除空气流量计4以外，还经由电气布线而连接有曲轴位置传感器16和加速器开度传感器17等，所述曲轴位置传感器16对发动机1的曲轴转角进行检测，所述加速器开度传感器17输出与加速器开度相对应的电信号，这些输出信号被输入到ECU10中。此外，在ECU10上，经由电气布线而连接有燃料喷射阀7、气缸内燃料喷射阀9等，这些开闭阀通过ECU10而被控制。ECU10能够根据曲轴位置传感器16的输出值而对发动机转数进行检测，并根据加速器开度传感器17的输出值而对发动机1的发动机负载进行检测。
在本实施方式中，在实施通过燃料的点火而实现的升温处理、对小型氧化催化剂8及氧化催化剂6的氧化处理、对NOx催化剂26的NOx还原处理及SOx中毒恢复处理时，ECU10对燃料喷射阀7进行控制从而向排气中喷射燃料，并向小型氧化催化剂8、氧化催化剂6及NOx催化剂26供给该燃料。被供给的燃料的一部分通过电热塞21而被点火，而作为其他主要部分的液相的部分被供给至小型氧化催化剂8。燃料喷射阀7所喷射的燃料的喷射量能够根据前文所述的NOx还原处理、SOx中毒恢复处理、PM再生处理等而针对每一种控制进行设定。在ECU10的ROM内，针对上述处理的每种类别（由于燃料的点火而产生的升温处理、氧化处理、NOx还原处理、SOx中毒恢复处理、PM再生处理等）而存储有目标总喷射量计算映射表，所述目标总喷射量计算映射表用于对适合于发动机1的运转状态的目标总喷射量进行计算。而且，在实施燃料喷射控制时，ECU10对内燃机转数、加速器开度、吸入空气量进行检测，并将上述数据作为参数而访问目标总喷射量计算映射表，从而对目标总喷射量进行计算。ECU10以从燃料喷射阀7喷射目标总喷射量的燃料的方式，对该燃料喷射阀7的开阀时间进行计算。而且，ECU10通过向燃料喷射阀7（具体而言，使燃料喷射阀7进行开闭驱动的驱动机构（未图示））发出指令而使该燃料喷射阀7开阀，并在经过了计算出的开阀时间的时间点处使该燃料喷射阀7闭阀。
在以上文所述的方式构成的本实施方式中，燃料喷射阀7朝向碰撞板19向下方喷射燃料。碰撞板19通过使燃料发生碰撞，从而促进燃料的微粒化、雾化，进而提高分散性、扩散性。附着或漂浮在碰撞板19的上表面上的燃料的一部分通过电热塞21而被点火，而作为其他主要部分的液相的部分被供给至小型氧化催化剂8。通过燃料的微粒化，从而能够使更均匀地分散有燃料的状态下的排气流入小型氧化催化剂8。其结果为，能够提高小型氧化催化剂8中的燃料的转化效率。而且，通过使在小型氧化催化剂8中被适当地转化了的燃料供给至氧化催化剂6和/或NOx催化剂26，从而能够顺利地实施PM再生处理、NOx还原处理、SOx中毒恢复处理等。
通过排气管3内的小型氧化催化剂8向下方的偏向，从而在排气管3内且小型氧化催化剂8的上侧形成了截面积较大的宽大侧迂回路径3b，且在该宽大侧迂回路径3b中形成了废气的主流S1。在小型氧化催化剂8的下侧的狭小侧迂回路径3c中，形成了废气的副流S2。另一方面，由于燃料喷射阀7朝向碰撞板19向下方喷射燃料，因此碰撞板19的、能够附着燃料的表面（即上表面）将面对宽大侧迂回路径3b。因此，即使假设在碰撞板19上附着了燃料，但由于碰撞板19的附着燃料的表面暴露于流速较大的主流S1中，因此也能够抑制附着的燃料在碰撞板19的表面上的滞留。
此外，在本实施方式中，由于具备能够使从燃料喷射阀7喷射的燃料点火的电热塞21，因此通过使附着在碰撞板19的表面上或在其附近漂浮的燃料点火，从而能够抑制所附着的燃料F向碰撞板19的表面上的滞留，并且，通过宽大侧迂回路径3b中的火焰30而使主流S1的废气及小型氧化催化剂8的温度升为高温，并通过与小型氧化催化剂8相比靠下游处的混合，从而能够使从小型氧化催化剂8排出的转化后的燃料的温度也升为高温。
此外，在本实施方式中，排气管3具有弯曲部3a，碰撞板19的一部分被配置在弯曲部3a内且在与弯曲部3a相同的方向上弯曲。由于排气管3及碰撞板19的弯曲以下方为外侧，因此通过离心力而使废气的主流朝向附着在碰撞板19上的燃料偏向。因此，能够适当地抑制燃料向碰撞板19的表面上的滞留。
此外，由于碰撞板19的后端部被固定在小型氧化催化剂8的前端部中的、下侧的端部上，因此能够适当地将附着在碰撞板19上的燃料向小型氧化催化剂8引导。
＜第二实施方式＞
接下来，对本发明的第二实施方式进行说明。图4所示的第二实施方式为，将本发明应用于直线的排气管53中的改变例。被固定在小型氧化催化剂8上的碰撞板59与排气管53平行且并未弯曲。由于其余的结构与上述第一实施方式相同，因此标记相同的符号并省略其详细说明。
在第二实施方式中，能够得到与上述第一实施方式相同的效果。
＜第三实施方式＞
接下来，对本发明的第三实施方式进行说明。图5所示的第三实施方式为，与第一实施方式相反地，在以小型氧化催化剂8的偏向方向为内侧而进行弯曲的排气管63中应用了本发明的改变例。被固定在小型氧化催化剂8上的碰撞板69与排气管63平行，并且与排气管63同样，以小型氧化催化剂8的偏向方向（图中下侧）为内侧进行弯曲。由于其余的结构与上述第一实施方式相同，因此标记相同的符号并省略其详细说明。
在第三实施方式中，能够得到与上述第一实施方式相同的效果，而且，由于通过离心力而使主流81的流速增大，因此能够适当地抑制燃料F向碰撞板69的表面的滞留。
＜第四实施方式＞
接下来，对本发明的第四实施方式进行说明。图6所示的第四实施方式为，在碰撞板79上设置了狭缝79a（通气孔）的改变例。碰撞板79在与电热塞21相比靠下游侧处具有横向的狭缝79a。如图7所示，狭缝79a在碰撞板79的后端部附近延伸。由于其余的结构与上述第一实施方式相同，因此标记相同的符号并省略其详细说明。
由于在第四实施方式中设置了狭缝79a，因此能够提高副流82的分流比。此外，通过穿过狭缝79a的火焰30的传播，从而能够使小型氧化催化剂8的外侧中的、碰撞板79的下游侧的部分升温。另外，设置在碰撞板上的通气孔的位置、形状及数量可以根据所期望的副流82的流速和流量、以及来自下方的加热的所期望的热量来适当地进行选择，例如可以为多个圆孔。通气孔的位置优选为，与来自燃料喷射阀7的燃料所碰撞的位置相比靠下游侧处，更优选为，与电热塞21相比靠下游侧处。
本发明的实施方式并不限定于上述的各个方式，本发明包括由权利要求书所限定的本发明的思想所包含的全部改变例和应用例。因此，本发明不应当被限定性地解释，其也能够应用于属于本发明的思想的范围内的其他任意的技术。例如，小截面催化剂及碰撞板的偏向方向也可以不为下方，而为侧方或上方。
此外，在具有使从燃料喷射阀7喷射的燃料微粒化的功能、和向小型氧化催化剂8引导该燃料的功能的范围内，可以对碰撞板的配置方法及形状进行适当地变更。也可以采用如下方式，即，使碰撞板以与小型氧化催化剂8的前端部分离的方式而配置，从而使废气能够在碰撞板与小型氧化催化剂8之间流通。此外，还可以采用如下方式，即，配置冲孔金属板等来代替碰撞板19，使燃料与该冲孔金属板碰撞从而促进微粒化。碰撞板的纵截面也可以不为弧状而为直线状。此外，小型氧化催化剂（小截面催化剂）及排气管中的至少一方的截面可以为椭圆形或长圆形等的非圆形。存在于与小型氧化催化剂8相比靠下游侧处的其他催化剂装置的种类及顺序也为任意的种类及顺序。
符号说明
3   排气管；
3a  弯曲部；
6   氧化催化剂；
7   燃料供给阀；
8   小型氧化催化剂；
19  碰撞板；
21  电热塞；
26  NOx催化剂；
30  火焰；
S1  主流；
S2  副流。

Claims (5)

1.一种内燃机的排气净化装置，其特征在于，
具备：
小截面催化剂，其被配置在内燃机的排气通道中，且以使排气在其外周面与排气通道壁面之间流通的方式而被形成；
燃料喷射阀，其朝向与所述小截面催化剂相比靠上游的排气通道喷射液体的燃料；
碰撞板，其被设置在与所述小截面催化剂相比靠上游的排气通道中，且被设置在从所述燃料喷射阀喷射的燃料所碰撞的位置处；
加热装置，其能够使从所述燃料喷射阀喷射的燃料点火，
其中，所述小截面催化剂及所述碰撞板在所述排气通道内以偏向于预定方向的方式配置，并且所述燃料喷射阀朝向所述碰撞板在所述预定方向上喷射燃料。
2.如权利要求1所述的内燃机的排气净化装置，其特征在于，
所述排气通道具有弯曲部，
所述碰撞板的至少一部分被配置在所述弯曲部中，且在与所述弯曲部相同的方向上弯曲。
3.如权利要求1或2所述的内燃机的排气净化装置，其特征在于，
所述碰撞板的后端部被固定在所述小截面催化剂的前端部中的、所述预定方向侧的端部上。
4.如权利要求3所述的内燃机的排气净化装置，其特征在于，
所述碰撞板在与所述加热装置相比靠下游侧处具有通气孔。
5.如权利要求1或2所述的内燃机的排气净化装置，其特征在于，
所述预定的方向为下方。
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