CN102933804B - 排气管内燃料喷射系统 - Google Patents

Abstract

提供一种能够防止废气中的燃料成分烧结堆积在燃料喷射阀顶端部的喷雾孔中的排气管内燃料喷射系统。一种通过排气接续器（50）将排气管（11）连接到发动机（10）上、用设置在排气接续器（50）中的燃料喷射阀（52）将燃料直接喷射到排气管（11）内的排气管内燃料喷射系统（5），将燃料喷射阀（52）的顶端部（52a）设置在排气接续器（50）内的排气通道（51）的内壁上，设置了燃料喷射阀（52）的顶端部（52a）的内壁从排气接续器（50）内的排气通道（51）向扩径方向突出，并且在排气接续器（50）内设置有用来冷却燃料喷射阀（52）的顶端部（52a）周围的冷却水通道（64）。

Description

排气管内燃料喷射系统

技术领域

本发明涉及为了进行用于捕集废气中的PM（ParticulateMatter，颗粒物）的DPF（DieselParticulateFilter，柴油机颗粒过滤器）的再生而用设置于排气接续器（adapter）的燃料喷射阀将燃料直接喷射到排气管内的排气管内燃料喷射系统。

背景技术

作为用被称为DPF的过滤器捕集从发动机排出的PM、减少向外部排出的PM量的废气净化系统，由DPF和设置在DPF上游侧的DOC（DieselOxidationCatalyst，柴油机氧化催化剂）构成的连续再生型DPF装置已为我们所知（例如参照专利文献1）。

该连续再生型DPF装置在废气温度为约350℃以上时，被DPF捕集的PM连续地燃烧被净化，DPF自我再生；但在废气温度低时，由于DOC的温度低下、DOC没活性化，因此将PM氧化使DPF自我再生变得困难。其结果，产生PM堆积在DPF上而DPF的网眼堵塞发展、排气压力上升的问题。

由于PM堆积量与计测DPF前后的排气压差的压差传感器的输出值成比例，因此当压差传感器的输出值超过规定的压差时，ECU（EngineControlUnit发动机控制单元）检测到过滤器的网眼堵塞，开始DPF再生。

废气净化系统通过在汽缸（筒）内进行燃料的多喷射（多级延迟喷射）或后喷射，强制地使流入DPF的废气的温度上升，进行将捕集在DPF上的PM燃烧除去的DPF再生。多喷射是为了使从发动机排出的废气的温度升温，使DOC升温到催化剂活性温度而进行的。后喷射是为了通过将大量的未燃燃料提供到废气中，用DOC使提供的未燃燃料氧化（燃烧）来使DPF入口处的废气温度上升到PM燃烧的温度以上而进行的。

如果开始DPF再生，则ECU控制燃料喷射或排气节气阀、排气制动阀，使废气温度上升，堆积在DPF上的PM被燃烧。在该DPF再生中，通过进行后喷射，由于机油中混入微量的燃料，因此产生被称之为所谓稀释的现象。由于该稀释存在机油的稀释加重和招致发动机故障的危险。

另一方面，为了防止上述后喷射引起的稀释的产生、提高再生控制效率，还提出过用设置在排气管中的燃料喷射阀将燃料直接喷射到排气管内的排气管内燃料喷射系统。在该排气管内燃料喷射系统中，最好在发动机组装后，在设置在发动机中的涡轮增压器的排气接续器中设置燃料喷射喷嘴。

先行技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2007-16713号公报

发明的概要

发明要解决的课题

但是，在上述排气管内燃料喷射系统中，由于在排气温度比较高的排气接续器中设置燃料喷射阀，因此担心废气中的燃料成分烧结堆积在燃料喷射阀顶端部的喷雾孔中，产生喷雾孔的堵塞。

发明内容

本发明就是为了解决上述问题，其目的就是要提供一种能够防止废气中的燃料成分烧结堆积在燃料喷射阀顶端部的喷雾孔中的排气管内燃料喷射系统。

用于解决课题的手段

为了达到上述目的，本发明为一种排气管内燃料喷射系统，通过排气接续器将排气管连接到发动机上，用设置于上述排气接续器的燃料喷射阀将燃料直接喷射到排气管内，其特征在于，将上述燃料喷射阀的顶端部设置在上述排气接续器内的排气通道的内壁上，设置了上述燃料喷射阀的顶端部的内壁从上述排气接续器内的排气通道向扩径方向突出，并且在上述排气接续器内设置了用来冷却上述燃料喷射阀的顶端部周围的冷却水通道。

优选具备：离开上述排气管的轴心方向规定的角度地延伸而形成于上述排气接续器、并且上述燃料喷射阀的顶端部同径地插入的插入孔，以及在上述排气接续器内的排气通道的内壁上向上述插入孔的顶端部缩径地设置的凹部；使上述燃料喷射阀的顶端部从上述插入孔的顶端部后退。

优选将用来引导上述发动机的冷却水使之循环的冷却水管线连接于上述冷却水通道。

优选为了将燃料向上述排气管一侧喷射，上述燃料喷射阀以离开上述排气管的轴心规定的角度延伸而设置。

优选上述凹部形成为从上述排气接续器内的排气通道向上述插入孔的顶端部缩径了的圆锥状。

发明的效果

根据本发明，能够防止废气中的燃料成分烧结堆积在燃料喷射阀顶端部的喷雾孔中，能够防止喷雾孔的堵塞。

附图说明

图1为表示具备本申请发明实施形态的排气管内燃料喷射系统的废气净化系统的图；

图2为概略地表示排气管内喷射系统中发动机周围的结构的立体图；

图3为表示排气接续器的一例的图，（a）为侧视图，（b）为正视图；

图4为表示排气接续器和排气管的连接部的结构的剖视图。

具体实施方式

下面根据附图详述用来实施本发明的形态。

首先参照图1说明具备本实施形态的排气管内燃料喷射系统5的废气净化系统1。该废气净化系统1在柴油发动机（以下也简称为“发动机”）10的排气管11中具备作为废气净化装置之一的连续再生型DPF（或者也称为DPD：DieselParticulateDefuser，柴油微粒滤清器）装置12。该连续再生型DPF装置12具备捕集废气中的PM的DPF12b和设置在该DPF12b上游侧的DOC12a。DPF12b包括CSF（CatalyzedSootFilter，催化滤烟器）。在连续再生型DPF装置12下游的排气管11中配置有消声器13。废气G用连续再生型DPF装置12净化，净化过的废气Gc经由消声器13排放到大气中。

DOC12a将白金等氧化催化剂载持在多孔质陶瓷的蜂窝结构等载持体上形成。DPF12b用交错地封堵多孔质陶瓷蜂窝通道的入口和出口的整体蜂窝型壁流式过滤器等形成。将白金或氧化铈等催化剂载持在该过滤器的部分上。废气G中的PM（粒子状物质）用多孔质陶瓷的壁捕集（收集）。

并且，为了推定DPF12b上的PM的堆积量，在连接在DPF12b前后的导通管上设置有用来检测DPF12b前后的压差的压差传感器31。并且，在连续再生型DPF装置12下游侧的排气管11上设置作为排气节流机构的排气节流阀14，在连续再生型DPF装置12上游侧的排气管11上设置排气制动器20。

在连续再生型DPF装置12内的DOC12a的上游侧，设置检测流入DOC12a的废气温度的DOC入口排气温度传感器32，在DOC12a与DPF12b之间设置检测流入DPF12b的废气温度的DPF入口排气温度传感器33。

在发动机10的进气管15中，从进气口到发动机10一侧设置有空气滤清器16、MAF传感器（吸入空气量传感器）17、涡轮增压器36的压缩机36b、进气节流阀（intakethrottle）18。进气节流阀18为用来调整向进气歧管37的进气量的器件。从排气歧管38排出的废气经过涡轮增压器36的涡轮36a和排气制动器20流入连续再生型DPF装置12。涡轮增压器36搭载在发动机10中，在该涡轮36a的出口侧，在形成排气通道51的后述的排气接续器50的下端部连接有排气管11的顶端部，并且在排气接续器50设置有用来将燃料直接喷射到排气管11内的燃料喷射阀52。

并且，在进气歧管37和排气歧管38上连接用来使从发动机10排出的废气的一部分回到进气歧管37的EGR管19，在该EGR管19上设置有冷却回到进气歧管37的废气的EGR冷却器39和调整回到进气歧管37的废气量即EGR量的EGR阀21。

来自MAF传感器17、DOC入口排气温度传感器32、DPF入口排气温度传感器33、车速传感器34、发动机转速传感器35的信号输入到进行整个发动机10的控制、并且还进行DPF再生控制的控制装置即ECU（电子控制单元）40，利用来自该ECU40的控制信号控制排气节流阀14、排气制动器20、进气节流阀18、EGR阀21、燃料喷射装置22、燃料喷射阀52等。

废气净化系统1具备总后喷（post）量计算部、累计稀释量运算部、再生间隔测定部和强制再生部，它们搭载在ECU40中。

总后喷量计算部算出1次DPF再生所需要的总后喷量。累计稀释量运算部累计计算每次DPF再生的稀释量，并且减去因行驶而减少的稀释量，运算累计稀释量。再生间隔测定部测定从DPF再生结束到下一次DPF再生开始的再生间隔。强制再生部在DPF12b的PM堆积量超过规定量时，如果满足累计稀释量不满规定的阈值、并且再生间隔在规定的阈值以上这样的条件（以下称为自动再生条件）的话，在车辆行驶中自动地进行DPF再生的自动再生。并且，强制再生部在自动再生过程中使自动再生灯（绿色）24点亮。

并且，强制再生部在DPF12b的PM堆积量超过规定量时，如果不满足自动再生条件，则敦促驾驶员在车辆停止中手动进行DPF再生的手动再生，在车辆停止中通过驾驶员的操作进行手动再生。强制再生部当DPF12b的PM堆积量超过规定量、并且不满足自动再生条件时，通过使手动再生灯（橙色）23点亮来敦促（警告）驾驶员手动再生。并且，强制再生部在手动再生过程中使手动再生灯（橙色）23点亮，显示处于手动再生过程中。而且，强制再生部通过驾驶员在停车中按压手动再生按钮（DPF手动再生执行开关）25执行手动再生。

其中，PM堆积量根据以压差传感器31检测到的DPF12b前后的压差或车速传感器34检测到的车速为基准计算的行驶距离来检测。即，强制再生部在DPF12b前后的压差超过规定的阈值时或者行驶距离超过规定的阈值时，判定DPF12b的PM堆积量超过规定量。

DPF再生中，当DOC入口排气温度传感器32或DPF入口排气温度传感器33检测到的废气温度比第1判定值（DOC的活性温度，例如250℃）低时，进行燃料的多喷射、后喷射或排气管内喷射，使从发动机10排出的废气的温度上升；当DOC入口排气温度传感器32或DPF入口排气温度传感器33检测到的废气温度变成了第1判定值以上时，实施进行后喷射或排气管内喷射的PM燃烧除去控制，进行DPF12b的强制再生。PM燃烧除去控制中，根据必要将多喷射、后喷射和排气管内喷射组合。另外，在手动再生过程中，在废气温度变成第1判定值以上之前关闭排气制动器20，使废气温度快速上升。并且，在手动再生过程中，在PM燃烧除去控制时关闭排气节流阀14进行排气节流，使废气温度上升。

在为了进行DPF再生而在涡轮增压器36的排气接续器50中设置燃料喷射阀52将燃料直接喷射到排气管11内的排气管内燃料喷射系统5中，由于排气管11的顶端部连接于排气接续器50的下端部，因此存在来自燃料喷射阀52的喷射燃料喷到该连接部分，燃料从连接部分渗出产生燃料渗漏的危险。因此，为了解决该问题，像图2～图4所示那样在排气接续器50的下端部设置用来连接排气管11的顶端凸缘部53的下部凸缘部54，并且使燃料不喷射到这些顶端凸缘部53和下部凸缘部54的凸缘面53a、54a上地遮蔽的筒状遮蔽部55以突出到排气管11内的状态被设置。遮蔽部55的外径d为例如70mm，遮蔽部55的突出长度h为例如16.5mm。

设置有用来使燃料不会因毛细管现象渗入遮蔽部55与排气管11之间的规定的间隙s。该间隙s为例如2.7mm。并且，在排气接续器50的下部凸缘部54与排气管11的顶端凸缘部53之间设置有实施了具有耐热性和易滑性质的钼涂层的密封垫56。

在排气接续器50的下部凸缘部54上植入有多个双头螺栓57，通过将螺母58拧在这些双头螺栓57上，排气管11的顶端凸缘部53连接在下部凸缘部54上。

另一方面，在排气接续器50上，为了使燃料容易与废气混合地将燃料向斜下方（即排气管11一侧）喷射到该排气通道51内，以离排气管11的轴心（轴心线）c规定的角度α延伸设置有燃料喷射阀52。在排气接续器50的上侧部设置有连接在涡轮增压器36的涡轮36a上的上部凸缘部59。并且，在排气接续器50的上下中间部设置用来安装燃料喷射阀52的燃料喷射阀安装部60，在该燃料喷射阀安装部60上设置有用来插入燃料喷射阀52的顶端部的插入孔61。

为了防止由于插入插入孔61中的燃料喷射阀52的顶端部52a的喷雾孔62暴露在高温废气中而使废气中的燃料成分附着堆积在喷雾孔62上，燃料喷射阀52的顶端部52a不与排气接续器50内的废气流接触地从排气接续器50内的排气通道51的内壁部向径向外方离开地配置。具体为，燃料喷射阀52的顶端部52a设置在排气接续器50内的排气通道51的内壁上，设置了燃料喷射阀52的顶端部的内壁从排气接续器50内的排气通道51向扩径方向突出地形成。在排气接续器50内设置有用来冷却燃料喷射阀52的顶端部52a周围的冷却水通道64。在排气接续器50的排气通道51的内壁部设置有从排气通道51向插入孔61的顶端部逐渐缩径的圆锥状的凹部63，并且燃料喷射阀52的顶端部52a还从插入孔61的顶端部与凹部63相交的边界后退地设置。冷却水通道64设置于燃料喷射阀安装部60，发动机10的冷却水通过冷却水管线65在该冷却水通道64中循环。

根据由上述结构构成的排气管内燃料喷射系统5，一种通过排气接续器50将排气管11连接到发动机10上、利用设置于排气接续器50的燃料喷射阀52将燃料直接喷射到排气管11内的排气管内燃料喷射系统5，由于在排气接续器50的下端部设置用来连接排气管11的顶端凸缘部53的下部凸缘部54、并且以向排气管11内突出的状态设置使燃料不喷射到这些顶端凸缘部53和下部凸缘部54的凸缘面53a、54a上地遮蔽的筒状遮蔽部55，因此燃料不会喷到凸缘面53a、54a上，能够防止从排气接续器50与排气管11的连接部分的燃料渗漏。

并且，由于设置了用来使燃料不渗入遮蔽部55与排气管11之间的规定的间隙s，因此能够进一步防止燃料渗漏。而且，由于在排气接续器50的下部凸缘部54与排气管11的顶端凸缘部53之间设置有实施了钼涂层的密封垫56，因此利用钼涂层的耐热性和易滑性质能够允许相对的顶端凸缘部53和下部凸缘部54的凸缘面53a、54a之间的震动引起的滑动并确保密封性。

尤其是因为将燃料喷射阀52的顶端部52a设置在排气接续器50内的排气通道51的内壁上、设置了燃料喷射阀52的顶端部52a的内壁从排气接续器50内的排气通道51向扩径方向突出，并且在排气接续器50内设置有用来冷却燃料喷射阀52的顶端部52a周围的冷却水通道64，因此能够防止废气中的燃料成分烧结堆积在燃料喷射阀52的顶端部52a的喷雾孔62中，能够防止喷雾孔62的堵塞。

而且，由于具备离开排气管11的轴心方向规定角度地延伸形成于排气接续器50、并且燃料喷射阀52的顶端部52a同径地插入的插入孔61，以及在排气接续器50内的排气通道51的内壁上向插入孔61的顶端部缩径设置的凹部63，使燃料喷射阀52的顶端部52a从插入孔61的顶端部后退，因此能够防止废气中的燃料成分烧结堆积在燃料喷射阀52的顶端部52a的喷雾孔62中，能够防止喷雾孔62堵塞。

而且，由于将用来引导发动机10的冷却水使之循环的冷却水管线65连接在冷却水通道64上，因此利用发动机10的冷却水能够容易地冷却。并且，由于排气管内直接喷射与后喷射不同不会引起稀释，因此在废气净化系统1中由于不会增加稀释量因此减少了手动再生要求频度，提高了使用者的便利性。

符号的说明

5．排气管内燃料喷射系统；10．柴油发动机；11．排气管；12．连续再生型DPF装置；12a．DOC；12b．DPF；36．涡轮增压器；50．排气接续器；52．燃料喷射阀；52a．燃料喷射阀的顶端部；61．插入孔；63．凹部；64．冷却水通道；65．冷却水管线。

Claims (5)

1.一种排气管内燃料喷射系统，通过排气接续器将排气管连接到发动机上，用设置于上述排气接续器的燃料喷射阀将燃料直接喷射到排气管内，其特征在于，

将上述燃料喷射阀的顶端部设置在上述排气接续器内的排气通道的内壁上，设置了上述燃料喷射阀的顶端部的内壁从上述排气接续器内的排气通道向扩径方向突出，并且在上述排气接续器内设置了用来冷却上述燃料喷射阀的顶端部周围的冷却水通道；

该排气管内燃料喷射系统具备：离开上述排气管的轴心方向规定的角度地延伸而形成于上述排气接续器、并且上述燃料喷射阀的顶端部同径地插入的插入孔，以及在上述排气接续器内的排气通道的内壁上向上述插入孔的顶端部缩径地设置的凹部；

使上述燃料喷射阀的顶端部从上述插入孔的顶端部和上述凹部相交的边界后退地设置，使其外周顶端接触上述插入孔。

2.如权利要求1所述的排气管内燃料喷射系统，其特征在于，将用来引导上述发动机的冷却水使之循环的冷却水管线连接于上述冷却水通道。

3.如权利要求1或2所述的排气管内燃料喷射系统，其特征在于，为了将燃料向上述排气管一侧喷射，上述燃料喷射阀以离开上述排气管的轴心规定的角度延伸而设置。

4.如权利要求1或2所述的排气管内燃料喷射系统，其特征在于，上述凹部形成为从上述排气接续器内的排气通道向上述插入孔的顶端部缩径了的圆锥状。

5.如权利要求3所述的排气管内燃料喷射系统，其特征在于，上述凹部形成为从上述排气接续器内的排气通道向上述插入孔的顶端部缩径了的圆锥状。