(57)【要約】【課題】  オイルダイリューションを抑えながら選択還元型ＮＯｘ触媒が必要とする量のＨＣを供給することができるディーゼル機関の排気浄化装置を提供する。【解決手段】  燃焼室５内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁１７と、排気中のＮＯｘをＨＣ存在下で還元浄化するよう排気通路１１に設けられた選択還元型のＮＯｘ触媒１６と、を備えたディーゼル機関の排気浄化装置において、前記燃料噴射弁１７は、主噴射とは別に前記ＮＯｘ触媒１６へのＨＣ供給用の副噴射を行うと共に同副噴射による噴射燃料が前記燃焼室５を形成するピストンキャビティ４ａ壁面に直接衝突するよう前記副噴射の噴射時期が吸気上死点近傍に設定される。【選択図】        図１
2006022711.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室内に燃料を直接噴射する燃料噴射装置と、
排気中のＮＯｘをＨＣ存在下で還元浄化するよう排気経路に設けられた選択還元型のＮＯｘ触媒と、
を備えたディーゼル機関の排気浄化装置において、
前記燃料噴射装置は、主噴射とは別に前記ＮＯｘ触媒へのＨＣ供給用の副噴射を行うと共に同副噴射による噴射燃料が前記燃焼室を形成するピストンキャビティ壁面に直接衝突するよう前記副噴射の噴射時期を吸気上死点近傍に設定した
ことを特徴とするディーゼル機関の排気浄化装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記副噴射の噴射時期は、排気弁が開いている時期を含むことを特徴とするディーゼル機関の排気浄化装置。
【請求項３】
請求項１において、
前記副噴射の噴射時期は、吸気上死点前３０°から吸気上死点後３０°の範囲に設定されていることを特徴とするディーゼル機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディーゼル機関の排気系に選択還元型のＮＯｘ触媒を備えた排気浄化装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼル機関から排出される排気ガスには、ＨＣ（炭化水素）、ＣＯ（一酸化炭素）、ＮＯｘ（窒素酸化物）及びＰＭ（Particulate Matter：パティキュレート）等の汚染物質が含まれる。これらの物質による大気汚染を抑制するため、ＥＧＲ（排気ガス還流）及びコモンレール式高圧燃料噴射などの燃焼技術、又は酸化触媒、選択還元型ＮＯｘ触媒などによる後処理技術が開発されている。
【０００３】
ところで、選択還元型ＮＯｘ触媒はＨＣを還元剤とするため、ＨＣ排出量の少ないディーゼル機関への適用は難しい（通常ディーゼル機関のＨＣ排出量は、ガソリン機関の１／３０〜１／５０）。そこで、従来では、ディーゼル機関に選択還元型ＮＯｘ触媒を用いるために、選択還元型ＮＯｘ触媒上流の排気管に燃料噴射弁を設けて排気管内に燃料（軽油）を噴射する排気管燃料噴射や燃焼室内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁より主噴射とは別に膨張行程へ燃料（軽油）を噴射する、いわゆるポスト噴射等によってＨＣを強制的に供給していた。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−１６６４４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、排気管燃料噴射の場合、排気管に燃料噴射弁を装着するため、噴射システムの複雑化とそれによるコストアップを招来する一方、ポスト噴射の場合は、ＨＣを供給するためにポスト噴射時期を遅れ側に設定（噴射時期が早いとポスト燃料が燃焼するため）していることから、気筒内壁面への燃料付着等に起因したオイルダイリューションが増大し、ライナー潤滑が悪化したり、オイル粘性が低下して機関の耐久信頼性の確保が困難であるという問題点があった。
【０００６】
そこで、特許文献１には、排気中のＮＯｘを還元浄化するＮＯｘ触媒において、ＮＯｘを還元するのに必要なＨＣ量を得るために、主噴射とは別に、吸気行程もしくは圧縮行程初期に副噴射を行なう技術が開示されている。そして、この特許文献１においては、副噴射された燃料は気筒内で極めて薄い混合気を形成し、一部は気筒内壁面に付着し、これらは一部が燃焼し多くは未燃のまま排出されるとされている。
【０００７】
しかしながら、特許文献１に開示された技術にあっては、気筒内壁面に付着した燃料はエンジンオイルに混入し易くオイルダイリューションを招く問題がある。このため、改良の余地があり、ＮＯｘ触媒へのＨＣの供給効率を更に向上させることが要求される。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、オイルダイリューションを抑えながら選択還元型ＮＯｘ触媒が必要とする量のＨＣを供給することができるディーゼル機関の排気浄化装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するための本発明に係るディーゼル機関の排気浄化装置は、燃焼室内に燃料を直接噴射する燃料噴射装置と、排気中のＮＯｘをＨＣ存在下で還元浄化するよう排気経路に設けられた選択還元型のＮＯｘ触媒と、を備えたディーゼル機関の排気浄化装置において、前記燃料噴射装置は、主噴射とは別に前記ＮＯｘ触媒へのＨＣ供給用の副噴射を行うと共に同副噴射による噴射燃料が前記燃焼室を形成するピストンキャビティ壁面に直接衝突するよう前記副噴射の噴射時期を吸気上死点近傍に設定したことを特徴とする。
また、前記副噴射の噴射時期は、排気弁が開いている時期を含むと好適である。
また、前記副噴射の噴射時期は、吸気上死点前３０°から吸気上死点後３０°の範囲に設定されていると好適である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、副噴射による燃料が燃焼室を形成するピストンキャビティ壁面に直接衝突するよう副噴射の噴射時期を吸気上死点近傍に設定しているため、気筒内壁面への燃料付着等は抑制されオイルダイリューションの発生を有効に防止できる。また、吸気上死点近傍（例えば吸気上死点前３０°から吸気上死点後３０°の範囲）では筒内圧が大気圧に近いため副噴射燃料がピストンキャビティ壁面に直接衝突して付着し易く、付着燃料は燃焼しづらいので大半が未燃のまま排出されＮＯｘ触媒へのＨＣ供給効率を効率よく向上できる。また、副噴射の噴射時期は、排気弁が開いている時期を含むことで、副噴射燃料の一部がそのまま排気経路に掃き出され易くなるので、より一層ＮＯｘ触媒へのＨＣ供給効率が高まる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明に係るディーゼル機関の排気浄化装置を実施例により図面を用いて詳細に説明する。
【実施例】
【００１２】
図１は本発明の一実施例を示すディーゼル機関の排気浄化装置の概略構成図、図２はパイロット噴射時期とＴＨＣ／ＮＯｘとの関係を示すグラフ、図３はＴＨＣと触媒入口＆出口温度及びＮＯｘ浄化効率との関係を示すグラフ、図４は燃料噴射時期のタイムチャート、図５は副噴射を行なう運転領域を示すグラフである。
【００１３】
図１に示すように、多気筒ディーゼル機関（以下、単にエンジンという）１はシリンダヘッド２とシリンダライナ付きシリンダブロック３とを有し、シリンダブロック３の各シリンダボア内にはピストン４が往復動自在に収装される。ピストン４の頂面にはピストンキャビティ４ａが形成され、このピストン頂面とシリンダボア壁面（気筒内壁面）とシリンダヘッド下面とで燃焼室５が形成される。
【００１４】
シリンダヘッド２には、吸気弁６で開閉される吸気ポート７が形成され、この吸気ポート７には吸気マニホールドを含む吸気通路８が接続される。また、シリンダヘッド２には、排気弁９で開閉される排気ポート１０が形成され、この排気ポート１０には排気マニホールドを含む排気通路１１が接続される。
【００１５】
吸気通路８と排気通路１１との間にはターボチャージャ１２が介装され、その加圧された吸気がインタークーラ１３で冷却されて燃焼室５に供給されるようになっている。また、インタークーラ１３下流の吸気通路８とターボチャージャ１２上流の排気通路１１がＥＧＲ通路１４で接続され、該ＥＧＲ通路１４に介装したＥＧＲ制御弁１５により排気還流量が制御されるようになっている。さらに、ターボチャージャ１２下流の排気通路１１には、排気中のＮＯｘをＨＣ存在下で還元浄化し得る選択還元型のＮＯｘ触媒１６が介装される。
【００１６】
また、シリンダヘッド２には、各気筒の燃焼室５内に燃料を直接噴射する電磁式の燃料噴射弁（燃料噴射装置）１７が設けられ、この燃料噴射弁１７にはコモンレール１８から所定の燃圧に制御された高圧燃料が供給されるようになっている。図中１９はコモンレール１８に図示しない燃料タンクからの燃料を供給する燃料供給ポンプでエンジン１に連動して回転駆動される。
【００１７】
前記燃料噴射弁１７は電子制御ユニット（ＥＣＵ）２０により駆動制御される。即ち、電子制御ユニット２０には、アクセル開度を検出するセンサからのアクセル開度信号、エンジン回転数（及びクランク角度）を検出するセンサからのエンジン回転数信号等の各種信号が入力し、これらアクセル開度とエンジン回転数に基づいて目標燃料噴射量、目標噴射時期を検索し、これら目標とする燃料噴射量、噴射時期となるように、燃料噴射弁１７における電磁弁の開閉時期を決定している。
【００１８】
そして、前記電子制御ユニット２０は、図４に示す燃料噴射時期のタイムチャートでも解るように、選択還元型のＮＯｘ触媒１６においてＮＯｘを還元するのに必要なＨＣ量を得るために、前記燃料噴射弁１７に、圧縮上死点近傍で行なわれる燃料の主噴射とは別に、吸気上死点近傍（例えば吸気上死点前３０°から吸気上死点後３０°の範囲）で燃料の副噴射を行なわせるようになっている。燃料の副噴射を行なわせる運転領域は、図５の副噴射を行なう運転領域を示すグラフでも解るように、エンジン１の中速・中負荷域に行なうと好適である。
【００１９】
このようにして本実施例では、吸気上死点近傍で燃料の副噴射を行なわせることで、副噴射された燃料の大部分は、一旦ピストンキャビティ４ａ内に付着し、一部蒸発した燃料は予混合気となって燃焼するが、燃焼に関与しない燃料はそのまま排気ポート１０及び排気通路１１を通って選択還元型のＮＯｘ触媒１６に到達する。
【００２０】
これにより、シリンダボア壁面への燃料付着等は抑制されオイルダイリューションの発生を有効に防止できる一方、図２のパイロット噴射時期とＴＨＣ／ＮＯｘとの関係を示すグラフでも解るように、ＴＨＣを増量させることができ（副噴射無しと比べると大幅に増量される）、選択還元型のＮＯｘ触媒１６におけるＮＯｘの還元浄化がより一層促進される。
【００２１】
尚、図３のＴＨＣと触媒入口＆出口温度及びＮＯｘ浄化効率との関係を示すグラフでも解るように、単純に副噴射量（ＴＨＣ）を増やせば良いというものではなく、副噴射量を増やしすぎると、触媒温度が上がりすぎてＮＯｘ浄化効率が低下する。同時に、燃費が悪化するので要求浄化効率と許容燃費悪化を考慮して副噴射量を設定する必要があることは言うまでもない。
【００２２】
また、上記実施例において、副噴射の噴射時期は、排気弁が開いている時期を含むように設定することが好ましく、この場合、副噴射燃料の一部がそのまま排気通路１１に掃き出されるので、より一層ＮＯｘ触媒へのＨＣ供給効率が高まる。
【００２３】
尚、本発明は上記実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、燃料の副噴射を行なわせる運転領域の変更等各種変更が可能であることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施例を示すディーゼル機関の排気浄化装置の概略構成図である。
【図２】パイロット噴射時期とＴＨＣ／ＮＯｘとの関係を示すグラフである。
【図３】ＴＨＣと触媒入口＆出口温度及びＮＯｘ浄化効率との関係を示すグラフである。
【図４】燃料噴射時期のタイムチャートである。
【図５】副噴射を行なう運転領域を示すグラフである。
【符号の説明】
【００２５】
１  ディーゼル機関（エンジン）、２  シリンダヘッド、３  シリンダブロック、４  ピストン、４ａ  ピストンキャビティ、５  燃焼室、６  吸気弁、７  吸気ポート、８  吸気通路、９  排気弁、１０  排気ポート、１１  排気通路、１２  ターボチャージャ、１３  インタークーラ、１４  ＥＧＲ通路、１５  ＥＧＲ制御弁、１６  選択還元型のＮＯｘ触媒、１７  燃料噴射弁、１８  コモンレール、１９  燃料供給ポンプ、２０  電子制御ユニット（ＥＣＵ）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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