(57)【要約】【課題】燃焼室内の混合気の燃焼中に進行する化学反応を制御することにより、煤とＮＯｘとを同時に低減することが可能なディーゼルエンジンを提供する。【解決手段】燃料を燃焼室１１内に噴射し、噴射された燃料を含む混合気を燃焼室１１内で燃焼させるディーゼルエンジン１であって、燃焼室１１内の燃焼ガスに含まれ煤（Ｓｏｏｔ）の生成、成長に寄与するアセチレン（Ｃ2Ｈ2）から窒素酸化物（ＮＯｘ）の還元反応に関与するケテニルラジカル（ＨＣＣＯ）を生成する反応を促進する促進触媒１８を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料を燃焼室内に噴射し、噴射された燃料を含む混合気を前記燃焼室内で燃焼させるディーゼルエンジンであって、
前記燃焼室内の燃焼ガスに含まれ煤の生成、成長に寄与するアセチレンから窒素酸化物の還元反応に関与するケテニルラジカルを生成する反応を促進する促進触媒を備えることを特徴とするディーゼルエンジン。
【請求項２】
前記促進触媒は、前記燃焼室を区画形成するピストンに担持される請求項１に記載のディーゼルエンジン。
【請求項３】
前記促進触媒は、前記燃焼室内に添加剤として混入される請求項１に記載のディーゼルエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料を燃焼室内に噴射し、噴射された燃料を含む混合気を燃焼室内で燃焼させるディーゼルエンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンにおいては、煤及び窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出が問題となるため、これら煤及びＮＯｘの低減方法として燃料の高圧力噴射やＥＧＲ（排気再循環）等の燃焼制御が用いられている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１６７５６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
燃料の噴射圧力の高圧力化には機械的な制約があり、ＥＧＲには煤とＮＯｘとのトレードオフの関係が存在するため、燃料の高圧力噴射やＥＧＲによる煤とＮＯｘの同時低減には限界がある。そのため、煤及びＮＯｘの両方を効果的に低減する方法が必要とされている。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、燃焼室内の混合気の燃焼中に進行する化学反応を制御することにより、煤とＮＯｘとを同時に低減することが可能なディーゼルエンジンを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述の目的を達成するために、本発明に係るディーゼルエンジンは、燃料を燃焼室内に噴射し、噴射された燃料を含む混合気を前記燃焼室内で燃焼させるディーゼルエンジンであって、前記燃焼室内の燃焼ガスに含まれ煤の生成、成長に寄与するアセチレンから窒素酸化物の還元反応に関与するケテニルラジカルを生成する反応を促進する促進触媒を備えるものである。
【０００７】
前記促進触媒は、前記燃焼室を区画形成するピストンに担持されるものであっても良い。
【０００８】
前記促進触媒は、前記燃焼室内に添加剤として混入されるものであっても良い。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、燃焼室内の混合気の燃焼中に進行する化学反応を制御することにより、煤とＮＯｘとを同時に低減することが可能なディーゼルエンジンを提供することができるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第一実施形態に係るディーゼルエンジンの概略を示す構成図である。
【図２】本発明に関わる反応経路の説明図である。
【図３】本発明の第二実施形態に係るディーゼルエンジンの概略を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１２】
［第一実施形態］
第一実施形態に係るディーゼルエンジン１を図１に基づいて説明する。
【００１３】
図１に示すように、ディーゼルエンジン１は、シリンダ（気筒）２、シリンダヘッド３、ピストン４、吸気ポート５、排気ポート６、吸気弁７、排気弁８、図示しないＥＧＲ装置（排気再循環装置）、電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）９、燃料噴射ノズル１０等から構成される。シリンダ２とシリンダヘッド３とピストン４とで区画された空間に燃焼室１１が形成され、燃焼室１１内に燃料噴射ノズル１０から燃料（軽油）が直接噴射される。また、吸気ポート５には吸気管１２が接続され、排気ポート６には排気管１３が接続される。
【００１４】
ＥＣＵ９は、各種センサ類からディーゼルエンジン１の運転状態を読み取り、読み取ったディーゼルエンジン１の運転状態に基づき、ＥＧＲ装置のＥＧＲ弁及び燃料噴射ノズル１０等を制御する。各種センサ類としては、エンジン回転を検出するエンジン回転センサ１４、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ１５、排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサ（λセンサ）１６等が含まれ、それら各種センサ類の検出値がＥＣＵ９に入力される。
【００１５】
燃料噴射ノズル１０は、シリンダヘッド３の中心部に、シリンダ２の中心軸線に対して同軸上に配設されている。燃料噴射ノズル１０は、複数の噴口を有し、これら複数の噴口から燃料を燃焼室１１内（ピストン４のキャビティ１７内）に噴射する。また、燃料噴射ノズル１０にはコモンレールを介してサプライポンプ（図示せず）が接続されており、燃料噴射ノズル１０は、サプライポンプにより昇圧されて供給される高圧の燃料を燃焼室１１内に噴射するようになっている。
【００１６】
ここで、ディーゼルエンジン１は、燃焼室１１内の燃焼ガス中のアセチレン（Ｃ2Ｈ2）からケテニルラジカル（ＨＣＣＯ、又はＣ2ＨＯ）を生成する反応を促進する促進触媒１８を備える。
【００１７】
第一実施形態に係るディーゼルエンジン１においては、促進触媒１８は、燃焼室１１を区画形成するピストン４の頂部に担持されて触媒層１９を構成する。ピストン４に担持させる触媒（促進触媒１８）の種類は、煤（Ｓｏｏｔ）の生成、成長に寄与するＣ2Ｈ2からＨＣＣＯを生成する反応を促進する性質を有するものであれば良く、種々選択することができる。
【００１８】
次に、第一実施形態に係るディーゼルエンジン１の作用効果を説明する。
【００１９】
本発明に関わる反応経路を図２に示す。
【００２０】
シリンダ２内（即ち、燃焼室１１内）の燃料過濃領域において生成されるアセチレン（Ｃ2Ｈ2）は、重合反応により煤（Ｓｏｏｔ）の前駆物質である多環芳香族炭化水素類（ＰＡＨｓ）を生成、成長させ、さらには煤の成長にも関与する。一方、窒素酸化物（ＮＯｘ）の反応系には、Ｃ2Ｈ2と酸素（Ｏ2、Ｏ）との反応により生成されるケテニルラジカル（ＨＣＣＯ）によるＮＯｘの還元反応経路が存在する。
【００２１】
第一実施形態に係るディーゼルエンジン１においては、ピストン４に担持した促進触媒１８を用いて燃焼室１１内の燃焼ガス中のＣ2Ｈ2からＨＣＣＯを生成する反応を促進することにより、燃焼室１１内の混合気の燃焼過程における煤及びＮＯｘの反応系に対する制御を行う。
【００２２】
促進触媒１８が燃焼室１１内の燃焼ガス中のＣ2Ｈ2からＨＣＣＯを生成する反応（Ｃ2Ｈ2からＨＣＣＯへの反応）を促進することにより、Ｃ2Ｈ2から煤を生成する反応（Ｃ2Ｈ2からＳｏｏｔへの反応）は相対的に低下する。また、生成を促進されたＨＣＣＯはＮＯｘの還元反応（ＮＯｘからＮ2への反応）を促進するので、ＮＯｘの還元反応は相対的に増加する。このようにＮＯｘの還元反応が促進される一方でＣ2Ｈ2から煤を生成する反応は抑制されることにより、煤とＮＯｘとを同時に低減することが可能になる。
【００２３】
即ち、第一実施形態においては、ピストン４に促進触媒１８を担持させ、燃焼ガス中のアセチレン（Ｃ2Ｈ2）から窒素酸化物（ＮＯｘ）の還元反応（ＮＯｘからＮ2への反応）に関与するケテニルラジカル（ＨＣＣＯ）の生成（Ｃ2Ｈ2からＨＣＣＯへの反応）を促進し、代わりにアセチレン（Ｃ2Ｈ2）から煤（Ｓｏｏｔ）の前駆物質である多環芳香族炭化水素類（ＰＡＨｓ）の生成、成長を抑制することにより、煤とＮＯｘとの同時低減が可能になる。
【００２４】
［第二実施形態］
第二実施形態に係るディーゼルエンジン１を図３に基づいて説明する。なお、図１に示す第一実施形態と同一の構成要素には同一符号を付して、その説明を省略する。
【００２５】
第二実施形態に係るディーゼルエンジン１においては、促進触媒１８は燃焼室１１内に添加剤として混入される。燃焼室１１内に混入される触媒（促進触媒１８）の種類は、煤の生成、成長に寄与するＣ2Ｈ2からＨＣＣＯを生成する反応を促進する性質を有するものであれば良く、種々選択することができる。
【００２６】
図３（ａ）に示すディーゼルエンジン１では、吸気管１２に添加ノズル２０を配設し、この添加ノズル２０を用いて促進触媒１８を吸気管１２内の吸気に適宜添加する。また、図３（ｂ）に示すディーゼルエンジン１では、燃焼室１１に添加ノズル２１を配設し、この添加ノズル２１を用いて促進触媒１８を燃焼室１１内の吸気又は混合気に適宜添加する。
【００２７】
ＥＣＵ９は、例えば、エンジン回転センサ１４により検出されるエンジン回転と、アクセル開度センサ１５により検出されるアクセル開度に対応するエンジン負荷（燃料噴射量）とに基づいてＣ2Ｈ2の生成量を算出し、算出したＣ2Ｈ2の生成量に基づいて添加ノズル２０又は添加ノズル２１による促進触媒１８の添加タイミング及び添加量を決定する。
【００２８】
第二実施形態に係るディーゼルエンジン１においては、燃焼室１１内に混入させた促進触媒１８を用いて燃焼室１１内の燃焼ガス中のＣ2Ｈ2からＨＣＣＯを生成する反応を促進することにより、燃焼室１１内の混合気の燃焼過程における煤及びＮＯｘの反応系に対する制御を行う。
【００２９】
第二実施形態に係るディーゼルエンジン１によれば、上述の第一実施形態に係るディーゼルエンジン１と同様の作用効果を奏することができる。
【００３０】
即ち、第二実施形態においては、燃焼室１１内に促進触媒１８を混入させ、燃焼ガス中のアセチレン（Ｃ2Ｈ2）から窒素酸化物（ＮＯｘ）の還元反応（ＮＯｘからＮ2への反応）に関与するケテニルラジカル（ＨＣＣＯ）の生成（Ｃ2Ｈ2からＨＣＣＯへの反応）を促進し、代わりにＣ2Ｈ2から煤（Ｓｏｏｔ）の前駆物質である多環芳香族炭化水素類（ＰＡＨｓ）の生成、成長を抑制することにより、煤とＮＯｘとの同時低減が可能になる。
【００３１】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態には限定されず他の様々な実施形態を採ることが可能である。
【００３２】
例えば、上述の第二実施形態に係るディーゼルエンジン１において、促進触媒１８を燃料に添加する装置を燃料噴射ノズル１０又は燃料供給経路に配設し、この装置を用いて促進触媒１８を燃料噴射ノズル１０から噴射される燃料に適宜添加するようにしても良い。この場合は、促進触媒１８は、液体状の添加剤とすることが好ましい。
【００３３】
また、上述の第二実施形態に係るディーゼルエンジン１において、ＥＣＵ９は、空燃比センサ１６により検出される空燃比に基づいてＣ2Ｈ2の生成量を算出し、算出したＣ2Ｈ2の生成量に基づいて添加ノズル２０又は添加ノズル２１による促進触媒１８の添加タイミング及び添加量を決定するものであっても良い。
【符号の説明】
【００３４】
１  ディーゼルエンジン
４  ピストン
１１  燃焼室
１８  促進触媒
【図１】
2014080949.tif 000003
【図２】
2014080949.tif 000004
【図３】
2014080949.tif 000005