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JP2009024525A - Exhaust gas purification device for internal combustion engine - Google Patents

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JP2009024525A
JP2009024525A JP2007186090A JP2007186090A JP2009024525A JP 2009024525 A JP2009024525 A JP 2009024525A JP 2007186090 A JP2007186090 A JP 2007186090A JP 2007186090 A JP2007186090 A JP 2007186090A JP 2009024525 A JP2009024525 A JP 2009024525A
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JP
Japan
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exhaust
internal combustion
combustion engine
fuel addition
fuel
Prior art date
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Pending
Application number
JP2007186090A
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Japanese (ja)
Inventor
Tetsuo Oshita
哲男 大下
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
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Abstract

【課題】燃料添加弁による燃料添加時期の自由度を拡大できる内燃機関の排気浄化装置を提供すること。
【解決手段】この内燃機関10の排気浄化装置20は、排気マニホールド17が一体化されているシリンダヘッド11と、このシリンダヘッド11を冷却するための冷却構造19とを備える内燃機関10に適用される。また、排気浄化装置20は、内燃機関10の排気通路16上に配置されて排気を浄化する触媒装置21と、触媒装置21の上流側に配置されて排気に燃料を添加する燃料添加弁22とを備える。また、燃料添加弁22が排気マニホールド17の幹部172であって冷却構造19により冷却可能な位置に配置される。
【選択図】 図1
An exhaust emission control device for an internal combustion engine capable of expanding the degree of freedom of fuel addition timing by a fuel addition valve.
An exhaust purification device 20 of an internal combustion engine 10 is applied to an internal combustion engine 10 including a cylinder head 11 in which an exhaust manifold 17 is integrated and a cooling structure 19 for cooling the cylinder head 11. The Further, the exhaust purification device 20 is disposed on the exhaust passage 16 of the internal combustion engine 10 to purify the exhaust, and a fuel addition valve 22 disposed on the upstream side of the catalyst device 21 to add fuel to the exhaust. Is provided. Further, the fuel addition valve 22 is disposed at a position that can be cooled by the cooling structure 19 in the trunk portion 172 of the exhaust manifold 17.
[Selection] Figure 1

Description

この発明は、内燃機関の排気浄化装置に関し、さらに詳しくは、燃料添加弁による燃料添加時期の自由度を拡大できる内燃機関の排気浄化装置に関する。   The present invention relates to an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine, and more particularly to an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine that can expand the degree of freedom of fuel addition timing by a fuel addition valve.

近年の内燃機関の排気浄化装置では、触媒装置における排気の浄化作用を促進させるために、排気に燃料を添加する構成が採用されている。   In recent internal combustion engine exhaust gas purification apparatuses, a configuration in which fuel is added to the exhaust gas is employed in order to promote the exhaust gas purification action of the catalyst device.

かかる構成を採用する従来の内燃機関の排気浄化装置として、特許文献1に記載される技術が知られている。従来の内燃機関の排気浄化装置は、冷却水循環経路を循環する過程でラジエータを通過した冷却水を、シリンダブロック内のウォータジャケット及びシリンダヘッド内のウォータジャケットの順に流通させる内燃機関に適用され、前記内燃機関の燃焼室に接続された排気通路に排気浄化触媒を設けるとともに、前記排気通路の前記排気浄化触媒よりも上流に、前記排気浄化触媒の排気浄化作用を促進させるための燃料を添加する排気燃料添加弁を設けた内燃機関の排気浄化装置において、前記排気燃料添加弁を前記シリンダヘッドに対し、噴孔を前記排気通路の前記燃焼室との接続部分近傍に臨ませた状態で取付けるとともに、ラジエータを通過し、かつ前記シリンダブロック内のウォータジャケットに流入する前の冷却水を、前記シリンダヘッド内のウォータジャケットの前記排気燃料添加弁よりも上流に導くバイパス通路を設けることを特徴とする。   As a conventional exhaust emission control device for an internal combustion engine that employs such a configuration, a technique described in Patent Document 1 is known. A conventional exhaust gas purification device for an internal combustion engine is applied to an internal combustion engine that circulates cooling water that has passed through a radiator in the course of circulating through a cooling water circulation path in the order of a water jacket in a cylinder block and a water jacket in a cylinder head. Exhaust gas in which an exhaust purification catalyst is provided in an exhaust passage connected to a combustion chamber of an internal combustion engine and fuel for promoting an exhaust purification action of the exhaust purification catalyst is added upstream of the exhaust purification catalyst in the exhaust passage. In the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine provided with a fuel addition valve, the exhaust fuel addition valve is attached to the cylinder head in a state where the injection hole faces the vicinity of the connection portion of the exhaust passage with the combustion chamber, Cooling water before passing through the radiator and flowing into the water jacket in the cylinder block is supplied to the cylinder. And providing a bypass passage for introducing upstream of the exhaust fuel addition valve of the water jacket in the head.

特開2006−132510号公報JP 2006-132510 A

しかしながら、従来の内燃機関の排気浄化装置では、燃料添加弁(排気燃料添加弁)がその噴孔を排気通路の燃焼室との接続部分近傍(排気ポート)に臨ませた状態で取付けられるので、その燃料点火時期が燃焼室の排気タイミングによって制約されるという課題がある。   However, in a conventional internal combustion engine exhaust purification device, the fuel addition valve (exhaust fuel addition valve) is attached with its injection hole facing the vicinity of the connection portion (exhaust port) with the combustion chamber of the exhaust passage. There is a problem that the fuel ignition timing is limited by the exhaust timing of the combustion chamber.

そこで、この発明は、上記に鑑みてされたものであって、燃料添加弁による燃料添加時期の自由度を拡大できる内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。   Accordingly, the present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide an exhaust purification device for an internal combustion engine that can expand the degree of freedom of fuel addition timing by a fuel addition valve.

上記目的を達成するため、この発明にかかる内燃機関の排気浄化装置は、排気マニホールドが一体化されているシリンダヘッドと、前記シリンダヘッドを冷却するための冷却構造とを備える内燃機関に適用されると共に、前記内燃機関の排気通路上に配置されて排気を浄化する触媒装置と、触媒装置の上流側に配置されて排気に燃料を添加する燃料添加弁とを備える内燃機関の排気浄化装置であって、前記排気マニホールドの部分のうち複数の燃焼室からの排気が一ヶ所に集合する部分を前記排気マニホールドの集合部と呼ぶと共に、当該集合部の下流側かつ前記シリンダヘッド内にある部分を排気マニホールドの幹部と呼ぶときに、前記燃料添加弁が排気マニホールドの幹部であって前記冷却構造により冷却可能な位置に配置されることを特徴とする。   In order to achieve the above object, an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention is applied to an internal combustion engine comprising a cylinder head integrated with an exhaust manifold and a cooling structure for cooling the cylinder head. And an exhaust purification device for an internal combustion engine comprising a catalyst device disposed on the exhaust passage of the internal combustion engine for purifying exhaust gas and a fuel addition valve disposed on the upstream side of the catalyst device for adding fuel to the exhaust gas. A portion of the exhaust manifold portion where exhaust from a plurality of combustion chambers gathers in one place is referred to as a collective portion of the exhaust manifold, and a portion downstream of the collective portion and within the cylinder head is exhausted. When called the trunk of the manifold, the fuel addition valve is arranged at a position that is the trunk of the exhaust manifold and can be cooled by the cooling structure. And butterflies.

この内燃機関の排気浄化装置では、排気浄化装置の燃料添加弁が排気マニホールドの幹部に配置されるので、燃料添加弁がいずれか一つの燃焼室の排気ポートに配置される構成と比較して、燃料添加弁による燃料添加時期の自由度(幅)が拡大される利点がある。   In the exhaust purification device of the internal combustion engine, since the fuel addition valve of the exhaust purification device is disposed at the trunk of the exhaust manifold, compared to the configuration in which the fuel addition valve is disposed at the exhaust port of any one combustion chamber, There is an advantage that the degree of freedom (width) of the fuel addition timing by the fuel addition valve is expanded.

また、この発明にかかる内燃機関の排気浄化装置は、前記燃料添加弁が前記排気マニホールドの集合部に向けて燃料を噴射する。   Also, in the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention, the fuel addition valve injects fuel toward a collection portion of the exhaust manifold.

排気マニホールドの集合部では、排気干渉などにより排気の流れが複雑化している。したがって、燃料添加弁が排気マニホールドの集合部に向けて燃料を噴射することにより、添加燃料の微粒化が促進される。これにより、排気への燃料添加が効率的に行われる利点がある。   In the exhaust manifold assembly, the exhaust flow is complicated due to exhaust interference and the like. Therefore, atomization of the added fuel is promoted by the fuel addition valve injecting the fuel toward the collecting portion of the exhaust manifold. Thereby, there exists an advantage by which the fuel addition to exhaust_gas | exhaustion is performed efficiently.

この発明にかかる内燃機関の排気浄化装置では、排気浄化装置の燃料添加弁が排気マニホールドの幹部に配置されるので、燃料添加弁がいずれか一つの燃焼室の排気ポートに配置される構成と比較して、燃料添加弁による燃料添加時期の自由度(幅)が拡大される利点がある。   In the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention, the fuel addition valve of the exhaust gas purification apparatus is disposed at the trunk of the exhaust manifold, so that the fuel addition valve is compared with the configuration in which the fuel addition valve is disposed at the exhaust port of any one combustion chamber. Thus, there is an advantage that the degree of freedom (width) of the fuel addition timing by the fuel addition valve is expanded.

以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、この実施例の構成要素には、発明の同一性を維持しつつ置換可能かつ置換自明なものが含まれる。また、この実施例に記載された複数の変形例は、当業者自明の範囲内にて任意に組み合わせが可能である。   Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments. Further, the constituent elements of this embodiment include those that can be replaced while maintaining the identity of the invention and that are obvious for replacement. In addition, a plurality of modifications described in this embodiment can be arbitrarily combined within a range obvious to those skilled in the art.

図1は、内燃機関10および排気浄化装置20を示す構成図である。図2は、図1に記載した排気浄化装置の変形例を示す説明図である。   FIG. 1 is a configuration diagram showing an internal combustion engine 10 and an exhaust purification device 20. FIG. 2 is an explanatory view showing a modification of the exhaust emission control device shown in FIG.

[内燃機関]
内燃機関10は、例えば、直列四気筒のディーゼルエンジンであり、車両に搭載されて動力を発生する(図1参照)。この内燃機関10は、シリンダヘッド11とシリンダブロック(図示省略)とが結合されて構成される。シリンダヘッド11は、複数の燃焼室12と、各燃焼室12に接続される吸気ポート13および排気ポート14とを有する。また、シリンダヘッド11には、燃焼室12に燃料を噴射するインジェクタ(図示省略)と、燃焼室12内の燃料に点火する点火プラグ(図示省略)とが各燃焼室12に対してそれぞれ設けられる。一方、シリンダブロックは、シリンダヘッド11側の各燃焼室12に対応して設けられたシリンダボア(図示省略)を有する。これらのシリンダボアには、ピストン(図示省略)が往復可能に収容される。各吸気ポート13は、吸気マニホールドにより一ヶ所に集められて吸気通路(吸気管)15に接続される。内燃機関10には、この吸気通路15を介して各吸気ポート13に吸気が供給される。なお、吸気通路15の入口部には、吸入空気中のゴミや塵などを除去するためのエアフィルタ151が設けられる。各排気ポート14は、排気マニホールド17により一ヶ所に集められて排気通路(排気管)16に接続される。この排気通路16を介して内燃機関10の排気が外部に排出される。
[Internal combustion engine]
The internal combustion engine 10 is, for example, an in-line four-cylinder diesel engine, and is mounted on a vehicle to generate power (see FIG. 1). The internal combustion engine 10 is configured by coupling a cylinder head 11 and a cylinder block (not shown). The cylinder head 11 has a plurality of combustion chambers 12 and an intake port 13 and an exhaust port 14 connected to each combustion chamber 12. The cylinder head 11 is provided with an injector (not shown) for injecting fuel into the combustion chamber 12 and an ignition plug (not shown) for igniting the fuel in the combustion chamber 12 for each combustion chamber 12. . On the other hand, the cylinder block has a cylinder bore (not shown) provided corresponding to each combustion chamber 12 on the cylinder head 11 side. Pistons (not shown) are reciprocally accommodated in these cylinder bores. Each intake port 13 is collected at one place by an intake manifold and connected to an intake passage (intake pipe) 15. Intake air is supplied to each intake port 13 through the intake passage 15 to the internal combustion engine 10. Note that an air filter 151 for removing dust and dirt in the intake air is provided at the inlet of the intake passage 15. Each exhaust port 14 is collected at one place by an exhaust manifold 17 and connected to an exhaust passage (exhaust pipe) 16. Exhaust gas from the internal combustion engine 10 is discharged to the outside through the exhaust passage 16.

この内燃機関10では、まず、吸気が吸気通路15および吸気ポート13を介して燃焼室12(シリンダボア)内に導入されて圧縮され、また、インジェクタから燃焼室12内に燃料が噴射されて混合気が形成される。次に、この混合気が点火プラグにより点火されて燃焼室内で燃焼し、その燃焼エネルギーによりピストンが駆動されてシリンダボア内を往復運動する。そして、このピストンの往復運動がクランクシャフトの回転運動に変換されて動力が発生する。また、燃焼室12内の燃焼ガスが排気ポート14、排気マニホールド17および排気通路16を介して外部に排出される。   In the internal combustion engine 10, first, intake air is introduced into the combustion chamber 12 (cylinder bore) via the intake passage 15 and the intake port 13 and compressed, and fuel is injected from the injector into the combustion chamber 12 to mix the mixture. Is formed. Next, this air-fuel mixture is ignited by a spark plug and burned in the combustion chamber, and the piston is driven by the combustion energy to reciprocate in the cylinder bore. Then, the reciprocating motion of the piston is converted into the rotational motion of the crankshaft to generate power. Further, the combustion gas in the combustion chamber 12 is discharged to the outside through the exhaust port 14, the exhaust manifold 17 and the exhaust passage 16.

また、この内燃機関10は、過給機18を有する(図1参照)。この過給機18は、過給により内燃機関10の高出力化(あるいは低燃費化)を実現する。過給機18は、排気通路16上に配置されるタービン181と、吸気通路15上に配置される圧縮機182と、タービン181および圧縮機182を連結する回転軸183とを有する。この過給機18では、排気通路16を通る排気ガスによりタービン181が駆動され、その動力が回転軸183を介して圧縮機182に伝達されて圧縮機182が駆動される。そして、吸気通路15内の空気が圧縮機182により圧縮されて供給(過給)されることにより、内燃機関10の出力が高められる。   The internal combustion engine 10 has a supercharger 18 (see FIG. 1). The supercharger 18 realizes high output (or low fuel consumption) of the internal combustion engine 10 by supercharging. The supercharger 18 includes a turbine 181 disposed on the exhaust passage 16, a compressor 182 disposed on the intake passage 15, and a rotating shaft 183 that connects the turbine 181 and the compressor 182. In the supercharger 18, the turbine 181 is driven by the exhaust gas passing through the exhaust passage 16, and the power is transmitted to the compressor 182 via the rotating shaft 183 to drive the compressor 182. The air in the intake passage 15 is compressed by the compressor 182 and supplied (supercharged), so that the output of the internal combustion engine 10 is increased.

また、この内燃機関10は、シリンダヘッド11およびシリンダブロックを冷却するための冷却構造19を有する(図1参照)。この冷却構造19は、シリンダヘッド11およびシリンダブロック内に設けられた冷媒通路191と、この冷媒通路191に冷媒を供給するための冷媒供給系192〜194とによって構成される。冷媒通路191は、例えば、燃焼室12、シリンダボアおよび排気ポート14に沿って設けられたウォータジャケットによって構成される。冷媒供給系192〜194は、例えば、ラジエータ192の冷却水を冷媒通路191に循環させるためのポンプ193および配管194によって構成される。この冷却構造19では、冷媒が冷媒通路191を循環することにより、シリンダヘッド11およびシリンダブロックが冷却されて、これらの熱破損が抑制される。   The internal combustion engine 10 has a cooling structure 19 for cooling the cylinder head 11 and the cylinder block (see FIG. 1). The cooling structure 19 includes a refrigerant passage 191 provided in the cylinder head 11 and the cylinder block, and refrigerant supply systems 192 to 194 for supplying refrigerant to the refrigerant passage 191. The refrigerant passage 191 is constituted by, for example, a water jacket provided along the combustion chamber 12, the cylinder bore, and the exhaust port 14. The refrigerant supply systems 192 to 194 include, for example, a pump 193 and a pipe 194 for circulating the cooling water of the radiator 192 to the refrigerant passage 191. In the cooling structure 19, the refrigerant circulates through the refrigerant passage 191, whereby the cylinder head 11 and the cylinder block are cooled, and these thermal damages are suppressed.

また、この内燃機関10では、シリンダヘッド11と排気マニホールド17とが一体構造を有する(一体型排気マニホールド)(図1参照)。すなわち、シリンダヘッド11に排気マニホールド17が一体形成され、この排気マニホールド17により、複数の排気ポート14がシリンダヘッド11内にて一ヶ所(排気マニホールド17の集合部171)に集められている。そして、この排気マニホールド17の集合部171の下流にある部分(排気マニホールド17の幹部172)と、過給機18のタービン181とが排気通路16を介して連結される。かかる構成では、複数の燃焼室12からの排気が排気マニホールド17の集合部171に集められ、且つ、この集合部171がシリンダヘッド11内に配置される。したがって、排気マニホールドの集合部がシリンダヘッドの外部にある構成(図示省略)と比較して、シリンダヘッド11(燃焼室12)からタービン181までの排気通路16の長さが短縮される。また、シリンダヘッド11とタービン181とを排気通路16を介して直線的に連結する構成が可能となる。これにより、排気の圧力損失が低減されて、過給機18の稼働効率が向上する。なお、排気マニホールド17の集合部171および幹部172は、シリンダヘッド11内であって冷却構造19により冷却可能な位置に配置される。   In the internal combustion engine 10, the cylinder head 11 and the exhaust manifold 17 have an integral structure (integrated exhaust manifold) (see FIG. 1). That is, the exhaust manifold 17 is integrally formed with the cylinder head 11, and the exhaust manifold 17 collects a plurality of exhaust ports 14 in one place (the collecting portion 171 of the exhaust manifold 17) in the cylinder head 11. A portion of the exhaust manifold 17 downstream of the collecting portion 171 (the trunk portion 172 of the exhaust manifold 17) and the turbine 181 of the supercharger 18 are connected via the exhaust passage 16. In such a configuration, the exhaust from the plurality of combustion chambers 12 is collected in the collecting portion 171 of the exhaust manifold 17, and the collecting portion 171 is disposed in the cylinder head 11. Therefore, the length of the exhaust passage 16 from the cylinder head 11 (combustion chamber 12) to the turbine 181 is shortened compared to a configuration (not shown) in which the exhaust manifold assembly is outside the cylinder head. In addition, a configuration in which the cylinder head 11 and the turbine 181 are linearly connected via the exhaust passage 16 is possible. Thereby, the pressure loss of exhaust gas is reduced, and the operating efficiency of the supercharger 18 is improved. Note that the collecting portion 171 and the trunk portion 172 of the exhaust manifold 17 are arranged in the cylinder head 11 at a position that can be cooled by the cooling structure 19.

[排気浄化装置]
排気浄化装置20は、触媒装置21と、燃料添加弁22とを有する(図1参照)。触媒装置21は、排気中の有害ガス(CO、CH、NOx)を無害なガス(CO、HO、N)に浄化するための触媒を有する。かかる触媒には、例えば、三元触媒(セラミックス担体の表面にアルミナがコーティングされ、このアルミナの表面に白金−ロジウム系の貴金属触媒物質が担持されて成る触媒)が採用される。燃料添加弁22は、排気に燃料を添加(噴射)するための弁であり、排気の流路上(燃焼室12の下流側)であって触媒装置21の上流側に配置される。なお、燃料添加弁22は、例えば、ソレノイドおよび樹脂部品によって構成される。
[Exhaust gas purification device]
The exhaust purification device 20 includes a catalyst device 21 and a fuel addition valve 22 (see FIG. 1). The catalyst device 21 has a catalyst for purifying harmful gases (CO, CH, NOx) in the exhaust gas into harmless gases (CO 2 , H 2 O, N 2 ). As such a catalyst, for example, a three-way catalyst (a catalyst in which alumina is coated on the surface of a ceramic carrier and a platinum-rhodium noble metal catalyst material is supported on the surface of the alumina) is employed. The fuel addition valve 22 is a valve for adding (injecting) fuel to the exhaust, and is disposed on the exhaust flow path (downstream of the combustion chamber 12) and upstream of the catalyst device 21. The fuel addition valve 22 is constituted by, for example, a solenoid and a resin component.

この排気浄化装置20では、燃焼室12からの排気が触媒装置21の触媒により浄化されて排出される。また、燃料添加弁22が燃焼室12からの排気に燃料を添加することにより、この燃料が還元剤となって排気中の酸素濃度が低下する。また、添加された燃料により未燃燃料成分である炭化水素(HC)が触媒装置21に供給される。これにより、排気浄化作用が促進される。なお、このような排気浄化装置20は、例えば、ディーゼル車のPM/NOx同時低減触媒システム(DPNR:Diesel Particulate and NOx Reduction System)に採用される。   In the exhaust purification device 20, the exhaust from the combustion chamber 12 is purified by the catalyst of the catalyst device 21 and discharged. Further, when the fuel addition valve 22 adds fuel to the exhaust gas from the combustion chamber 12, this fuel serves as a reducing agent to reduce the oxygen concentration in the exhaust gas. Also, hydrocarbon (HC), which is an unburned fuel component, is supplied to the catalyst device 21 by the added fuel. Thereby, the exhaust gas purification action is promoted. Such an exhaust purification device 20 is employed in, for example, a diesel particulate and NOx reduction system (DPNR) of a diesel vehicle.

[燃料添加弁の配置]
この内燃機関10では、上記のように、シリンダヘッド11と排気マニホールド17とが一体構造を有する(図1参照)。また、排気マニホールド17が各燃焼室12からの排気を一ヶ所に集める集合部171と、この集合部171の下流側にある幹部172とを有する。ここで、排気浄化装置20の燃料添加弁22は、排気マニホールド17の幹部172に配置される。また、この幹部172がシリンダヘッド11内であって冷却構造19により冷却可能な位置に配置される。なお、燃料添加弁22は、排気マニホールド17の幹部172であれば、その周上のいずれの位置に配置されても良い。
[Fuel addition valve arrangement]
In the internal combustion engine 10, as described above, the cylinder head 11 and the exhaust manifold 17 have an integral structure (see FIG. 1). Further, the exhaust manifold 17 has a collecting portion 171 that collects exhaust from each combustion chamber 12 in one place, and a trunk portion 172 on the downstream side of the collecting portion 171. Here, the fuel addition valve 22 of the exhaust purification device 20 is disposed in the trunk 172 of the exhaust manifold 17. Further, the trunk 172 is disposed in the cylinder head 11 at a position where it can be cooled by the cooling structure 19. The fuel addition valve 22 may be arranged at any position on the circumference of the trunk 172 of the exhaust manifold 17.

[効果]
この内燃機関10の排気浄化装置20では、(1)排気浄化装置20の燃料添加弁22が排気マニホールド17の幹部172に配置されるので(図1参照)、燃料添加弁がいずれか一つの燃焼室の排気ポートに配置される構成と比較して、燃料添加弁22による燃料添加時期の自由度(幅)が拡大される利点がある。例えば、燃料添加弁がいずれか一つの燃焼室の排気ポートに配置される構成では、この燃焼室からの排気に燃料を添加する必要があるため、燃料添加時期が燃焼室での排気タイミングによって制約を受ける。これに対して、上記の構成では、いずれか一つの燃焼室12にて排気行程が行われていれば、燃料添加弁22による燃料添加が可能となる。
[effect]
In the exhaust purification device 20 of the internal combustion engine 10, (1) since the fuel addition valve 22 of the exhaust purification device 20 is disposed on the trunk 172 of the exhaust manifold 17 (see FIG. 1), any one of the fuel addition valves is combusted. Compared with the configuration arranged in the exhaust port of the chamber, there is an advantage that the degree of freedom (width) of the fuel addition timing by the fuel addition valve 22 is expanded. For example, in a configuration in which the fuel addition valve is disposed in the exhaust port of any one combustion chamber, it is necessary to add fuel to the exhaust from this combustion chamber, so the fuel addition timing is restricted by the exhaust timing in the combustion chamber. Receive. On the other hand, in the above configuration, fuel can be added by the fuel addition valve 22 if the exhaust stroke is performed in any one of the combustion chambers 12.

また、(2)排気マニホールド17の幹部172では、各排気ポート14よりも排気温度が高い。したがって、燃料添加弁22が排気マニホールド17の幹部172に配置されることにより、高温の排気に対して燃料を添加できる。すると、添加された燃料の気化(蒸発)が促進されて、排気通路上に配置された各種センサ(例えば、サーモセンサ)への添加燃料の付着が低減される。これにより、各種センサの機能が適正に確保される利点がある。例えば、各種センサに液体燃料が付着すると、これをバインダーとしてカーボン等が各種センサに付着する。すると、各種センサに不具合が発生するおそれがある。   Further, (2) the exhaust temperature of the trunk 172 of the exhaust manifold 17 is higher than that of each exhaust port 14. Therefore, the fuel addition valve 22 is disposed on the trunk 172 of the exhaust manifold 17 so that fuel can be added to the high-temperature exhaust. Then, vaporization (evaporation) of the added fuel is promoted, and adhesion of the added fuel to various sensors (for example, a thermosensor) disposed on the exhaust passage is reduced. Thereby, there exists an advantage by which the function of various sensors is ensured appropriately. For example, when liquid fuel adheres to various sensors, carbon or the like adheres to the various sensors using this as a binder. Then, there is a risk that various sensors may malfunction.

また、(3)冷間始動時には、排気が低温なため、添加された燃料が気化し難い。この点において、この排気浄化装置20では、排気マニホールド17の幹部172がシリンダヘッド11内に配置されるので、比較的高温の排気に対して燃料を添加できる。これにより、冷間始動時においても早期に排気浄化装置20を稼働させ得る利点がある。   Further, (3) at the time of cold start, since the exhaust gas is at a low temperature, the added fuel is hardly vaporized. In this respect, in this exhaust purification device 20, since the trunk 172 of the exhaust manifold 17 is disposed in the cylinder head 11, fuel can be added to the relatively high temperature exhaust. Thereby, there exists an advantage which can operate the exhaust gas purification apparatus 20 at an early stage also at the time of cold start.

また、(4)既存の燃料添加弁は、ソレノイドおよび樹脂部品から成るため十分な冷却が必要である。この点において、この排気浄化装置20では、燃料添加弁22がシリンダヘッド11の冷却構造19により冷却可能な位置に配置されるので、燃料添加弁を冷却するための冷却構造を新たに設置する必要がない。これにより、製品の低コスト化あるいは簡素化が可能となる利点がある。   Further, (4) the existing fuel addition valve is composed of a solenoid and a resin part, so that sufficient cooling is required. In this respect, in this exhaust purification device 20, since the fuel addition valve 22 is disposed at a position that can be cooled by the cooling structure 19 of the cylinder head 11, it is necessary to newly install a cooling structure for cooling the fuel addition valve. There is no. This has the advantage that the cost of the product can be reduced or simplified.

また、(5)燃料添加弁22が排気マニホールド17の幹部172に配置されるので、燃料添加弁が排気マニホールドの集合部に配置される構成と比較して、燃料添加弁22の熱破損が防止される利点がある。例えば、エンジン稼働時には、排気マニホールドの集合部が非常に高温となるため、この位置に燃料添加弁が配置されると燃料添加弁が熱破損するおそれがある。   (5) Since the fuel addition valve 22 is disposed at the trunk portion 172 of the exhaust manifold 17, thermal damage to the fuel addition valve 22 can be prevented as compared with the configuration in which the fuel addition valve is disposed at the collection portion of the exhaust manifold. There are advantages to being. For example, when the engine is in operation, the exhaust manifold assembly is very hot, and if the fuel addition valve is disposed at this position, the fuel addition valve may be thermally damaged.

[変形例]
なお、この内燃機関10の排気浄化装置20では、燃料添加弁22が排気マニホールド17の集合部171に向けて燃料を噴射することが好ましい(図2参照)。すなわち、燃料添加弁22が排気マニホールド17の幹部172(集合部171の下流側かつ近傍)に配置され、かつ、その燃料の噴射方向が排気マニホールド17の集合部171に向けられることが好ましい。
[Modification]
In the exhaust purification device 20 of the internal combustion engine 10, it is preferable that the fuel addition valve 22 injects fuel toward the collecting portion 171 of the exhaust manifold 17 (see FIG. 2). That is, it is preferable that the fuel addition valve 22 is disposed on the trunk 172 of the exhaust manifold 17 (on the downstream side and in the vicinity of the collecting portion 171), and the fuel injection direction is directed to the collecting portion 171 of the exhaust manifold 17.

排気マニホールド17の集合部171では、排気干渉などにより排気の流れが複雑化している。したがって、燃料添加弁22が排気マニホールド17の集合部171に向けて燃料を噴射することにより、添加燃料の微粒化が促進される。これにより、排気への燃料添加が効率的に行われる利点がある。   In the collective portion 171 of the exhaust manifold 17, the exhaust flow is complicated due to exhaust interference and the like. Therefore, when the fuel addition valve 22 injects fuel toward the collecting portion 171 of the exhaust manifold 17, atomization of the added fuel is promoted. Thereby, there exists an advantage by which the fuel addition to exhaust_gas | exhaustion is performed efficiently.

また、この内燃機関10の排気浄化装置20では、上記のように、燃料添加弁22が排気マニホールド17の幹部172に配置される(図1参照)。しかし、これに限らず、燃料添加弁22が排気マニホールド17の集合部171に配置されても良い(図示省略)。これにより、排気への燃料添加がさらに効率的に行われる利点がある。   Further, in the exhaust purification device 20 of the internal combustion engine 10, the fuel addition valve 22 is disposed on the trunk 172 of the exhaust manifold 17 as described above (see FIG. 1). However, the present invention is not limited to this, and the fuel addition valve 22 may be disposed in the collecting portion 171 of the exhaust manifold 17 (not shown). Thereby, there is an advantage that the fuel is added to the exhaust gas more efficiently.

以上のように、この発明にかかる内燃機関の排気浄化装置は、燃料添加弁による燃料添加時期の自由度を拡大できる点で有用である。   As described above, the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention is useful in that the degree of freedom of fuel addition timing by the fuel addition valve can be expanded.

内燃機関および排気浄化装置を示す構成図である。It is a block diagram which shows an internal combustion engine and an exhaust gas purification apparatus. 図1に記載した排気浄化装置の変形例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the modification of the exhaust gas purification apparatus described in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

10 内燃機関
11 シリンダヘッド
12 燃焼室
13 吸気ポート
14 排気ポート
15 吸気通路
151 エアフィルタ
16 排気通路
17 排気マニホールド
171 集合部
172 幹部
18 過給機
181 タービン
182 圧縮機
183 回転軸
19 冷却構造
191 冷媒通路
192 ラジエータ
193 ポンプ
194 配管
20 排気浄化装置
21 触媒装置
22 燃料添加弁
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Internal combustion engine 11 Cylinder head 12 Combustion chamber 13 Intake port 14 Exhaust port 15 Intake passage 151 Air filter 16 Exhaust passage 17 Exhaust manifold 171 Collecting part 172 Trunk part 18 Supercharger 181 Turbine 182 Compressor 183 Rotating shaft 19 Cooling structure 191 Refrigerant path 192 Radiator 193 Pump 194 Piping 20 Exhaust purification device 21 Catalytic device 22 Fuel addition valve

Claims (2)

排気マニホールドが一体化されているシリンダヘッドと、前記シリンダヘッドを冷却するための冷却構造とを備える内燃機関に適用されると共に、前記内燃機関の排気通路上に配置されて排気を浄化する触媒装置と、触媒装置の上流側に配置されて排気に燃料を添加する燃料添加弁とを備える内燃機関の排気浄化装置であって、
前記排気マニホールドの部分のうち複数の燃焼室からの排気が一ヶ所に集合する部分を前記排気マニホールドの集合部と呼ぶと共に、当該集合部の下流側かつ前記シリンダヘッド内にある部分を排気マニホールドの幹部と呼ぶときに、
前記燃料添加弁が排気マニホールドの幹部であって前記冷却構造により冷却可能な位置に配置されることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
A catalytic device applied to an internal combustion engine comprising a cylinder head integrated with an exhaust manifold and a cooling structure for cooling the cylinder head, and disposed on an exhaust passage of the internal combustion engine to purify exhaust gas And an exhaust purification device for an internal combustion engine comprising a fuel addition valve arranged on the upstream side of the catalyst device to add fuel to the exhaust,
A portion of the exhaust manifold portion where exhaust from a plurality of combustion chambers gathers at one place is referred to as a collective portion of the exhaust manifold, and a portion downstream of the collective portion and within the cylinder head is a portion of the exhaust manifold. When we call executives
An exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine, wherein the fuel addition valve is disposed at a position that is a trunk portion of an exhaust manifold and can be cooled by the cooling structure.
前記燃料添加弁が前記排気マニホールドの集合部に向けて燃料を噴射する請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置。   The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the fuel addition valve injects fuel toward a collecting portion of the exhaust manifold.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014163291A (en) * 2013-02-25 2014-09-08 Mitsubishi Motors Corp Internal combustion engine of vehicle

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