(57)【要約】【課題】ディーゼルパティキュレートフィルタの触媒を再生するために燃料を気筒内にポスト噴射しても、シリンダライナに噴霧液滴が到達せず、しかも、充分な量の炭化水素をディーゼルパティキュレートフィルタに供給し得るようにする。【解決手段】燃料をポスト噴射することにより触媒を有するパティキュレートフィルタ１１に炭化水素を供給するようにした燃料噴射方法であって、気筒７内へ噴射された燃料の液滴が気筒内周面に到達しないよう、ディーゼルエンジン１の所定のデータから推定された液相長さを基に決定された許容燃料噴射量と、パティキュレートフィルタ１１の触媒温度Ｔｃａｔから決定された要求ポスト燃料噴射量のうち、小さいものを、ディーゼルエンジンの所定のデータを基に予め決定された燃料噴射時期においてポスト噴射するポスト噴射量とする。【選択図】図１
2006132375.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料を内燃機関の気筒内にポスト噴射することにより触媒を有する後処理装置へ炭化水素を供給するようにした燃料噴射方法であって、気筒内へ噴射された燃料の液滴が気筒内周面に到達しないよう内燃機関の所定のデータから推定された液相長さを基に決定された許容燃料噴射量と、後処理装置の触媒温度から求められた要求燃料噴射量のうち、小さいものを、内燃機関の所定のデータを基に予め決定された燃料噴射時期においてポスト噴射する燃料噴射量とすることを特徴とする燃料噴射方法。
【請求項２】
燃料を内燃機関の気筒内にポスト噴射することにより触媒を有する後処理装置へ炭化水素を供給するようにした燃料噴射方法であって、気筒内へ噴射された燃料の液滴が気筒内周面に到達しないよう内燃機関の所定のデータから推定された液相長さを基に決定された許容燃料噴射量と、後処理装置の触媒温度から求められた要求燃料噴射量が等しい場合には、要求燃料噴射量を、内燃機関の所定のデータを基に予め決定された燃料噴射時期においてポスト噴射する燃料噴射量とすることを特徴とする燃料噴射方法。
【請求項３】
ポスト噴射による燃料噴射時期を決定する際には、内燃機関の所定のデータから得られたポスト噴射時のクランク角度を吸気温度により補正する請求項１又２は記載の燃料噴射方法。
【請求項４】
ポスト噴射時の気筒内温度は、燃料の着火点よりも低く且つ沸点よりも高い請求項１、２又は３記載の燃料噴射方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料噴射方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンから排出される排気ガス中には、パティキュレート（粒子状物質）が含まれており、パティキュレートの低減対策としては、排気ガスが流通する排気流路の途中に、ＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ、以下単にパティキュレートフィルタと称する）を装備することが従来より行われている。
【０００３】
この種のパティキュレートフィルタは、コージェライト等のセラミックから成る多孔質のハニカム構造となっており、格子状に区画された各流路の入口が交互に目封じされ、入口が目封じされていない流路については、その出口が目封じされるようになっており、各流路を区画する多孔質薄壁を透過した排気ガスのみが下流側へ排出されるようになっている。
【０００４】
而して、排気ガス中のパティキュレートは、前記多孔質薄壁の内側表面に捕集されて堆積するので、目詰まりにより排気抵抗が増加しないうちにパティキュレートを適宜に燃焼除去してパティキュレートフィルタの再生を図る必要があるが、通常のディーゼルエンジンの運転状態においては、パティキュレートが自己燃焼するほどの高い排気温度が得られる機会が少ないため、例えばアルミナに白金を担持させたものに適宜な量のセリウム等の希土類元素を添加して成る酸化触媒をパティキュレートフィルタに一体的に担持させたり、パティキュレートフィルタの前段に酸化触媒を別体で配置するようにした触媒再生型のパティキュレートフィルタを採用することが検討されている。
【０００５】
而して、このような触媒再生型のパティキュレートフィルタを採用すれば、捕集されたパティキュレートの酸化反応が促進されて着火温度が低下し、従来より低い排気温度でもパティキュレートを燃焼除去することが可能となるのである。
【０００６】
しかし、斯かる触媒再生型のパティキュレートフィルタを採用した場合であっても、該パティキュレートフィルタに担持される酸化触媒には活性温度領域があり、この活性下限温度を下まわるような排気温度での運転状態が続くと、酸化触媒が活性化しないためにパティキュレートが良好に燃焼除去されないという不具合が起こる虞がある。
【０００７】
そこで、燃料を高温の排気ガス中において熱分解させることにより、多量の炭化水素を生成し、この炭化水素をパティキュレートフィルタの酸化触媒上で酸化反応させ、その反応熱により触媒床温度を積極的に上昇させてパティキュレートフィルタ内のパティキュレートを強制的に燃焼除去することが行なわれている。
【０００８】
而して、上述のようにパティキュレートを強制的に燃焼除去するためにパティキュレートフィルタに炭化水素を供給する一手段として、シリンダの膨張行程後期において気筒内にポスト噴射により燃料を添加することが行なわれている。
【０００９】
又、パティキュレートをパティキュレートフィルタで燃焼処理するために、気筒内にポスト噴射により燃料を添加するようにした先行技術文献としては特許文献１がある。
【特許文献１】特開２００４−２１８４９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上述のように燃料を気筒内にポスト噴射する場合には、運転条件によっては、ポスト噴射された燃料の蒸発が不十分なため、噴霧液滴が直接気筒内のシリンダライナに到達し、その結果、噴霧液滴がエンジンオイルに混入してオイル希釈が生じたり、最悪の場合にはエンジンの焼付きに至る等の問題が発生する虞がある。
【００１１】
又、斯かる事態が発生するのを防止するために、従来は噴霧液滴がシリンダライナに到達しない安全な範囲でポスト噴射を行なっているが、この場合には、パティキュレートフィルタに充分に炭化水素を供給することができず、触媒の再生を迅速に行なうことができないという問題がある。
【００１２】
本発明は、上記実情に鑑み、パティキュレートフィルタのような後処理装置の触媒を再生するために燃料を気筒内にポスト噴射しても、シリンダライナ等の気筒内周面に噴霧液滴が到達せず、しかも、触媒の再生を迅速に行なうことのできる充分な量の炭化水素を後処理装置に供給し得るようにすることを目的としてなしたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の燃料噴射方法は、燃料を内燃機関の気筒内にポスト噴射することにより触媒を有する後処理装置へ炭化水素を供給するようにした燃料噴射方法であって、気筒内へ噴射された燃料の液滴が気筒内周面に到達しないよう内燃機関の所定のデータから推定された液相長さを基に決定された許容燃料噴射量と、後処理装置の触媒温度から求められた要求燃料噴射量のうち、小さいものを、内燃機関の所定のデータを基に予め決定された燃料噴射時期においてポスト噴射する燃料噴射量とするものである。
【００１４】
本発明の燃料噴射方法は、燃料を内燃機関の気筒内にポスト噴射することにより触媒を有する後処理装置へ炭化水素を供給するようにした燃料噴射方法であって、気筒内へ噴射された燃料の液滴が気筒内周面に到達しないよう内燃機関の所定のデータから推定された液相長さを基に決定された許容燃料噴射量と、後処理装置の触媒温度から求められた要求燃料噴射量が等しい場合には、要求燃料噴射量を、内燃機関の所定のデータを基に予め決定された燃料噴射時期においてポスト噴射する燃料噴射量とするものである。
【００１５】
本発明の燃料噴射方法は、ポスト噴射による燃料噴射時期を決定する際には、内燃機関の所定のデータから得られたポスト噴射時のクランク角度を吸気温度により補正するものである。又、本発明の燃料噴射方法においては、ポスト噴射時の気筒内温度は、燃料の着火点よりも低く且つ沸点よりも高いものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の燃料噴射方法によれば、下記のごとき種々の優れた効果を奏し得る。すなわち、本発明においては、ポスト噴射時に燃料の噴霧液滴は直接気筒内周面に到達することがないため、噴霧液滴がエンジンオイルに混入せず、従ってオイル希釈が生じず、且つ、内燃機関の焼付きが生じることを防止することができる。又、ポスト噴射される燃料の量はその時点で許容できる最大の量であるうえ、燃料は高温の排気ガス中において熱分解されて多量の炭化水素が生成され、この炭化水素は後処理装置の触媒上で酸化反応され、その反応熱により触媒床温度が迅速に上昇されるため、後処理装置内のパティキュレートは強制的且つ迅速に燃焼除去される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
図１〜図８は本発明を実施する形態の一例を示すもので、図１中、１はターボチャージャ２を備えたディーゼルエンジンである。而して、エアクリーナ３から導かれた吸気Ａｓは、吸気管４を通し前記ターボチャージャ２のコンプレッサ２ａへと送られ、該コンプレッサ２ａで加圧された後、インタークーラ５へと送られて冷却され、該インタークーラ５から更に吸気マニホールド６へと導かれてディーゼルエンジン１の各気筒７（図１では直列６気筒の場合を例示している）に分配されるようになっている。
【００１８】
又、ディーゼルエンジン１には燃料噴射装置８が設けられており、燃料噴射装置８から各気筒７には燃料を噴射し得るようになっている。
【００１９】
更に、ディーゼルエンジン１の各気筒７から排出された排気ガスＧｅｘは、排気マニホールド９を介しターボチャージャ２のタービン２ｂへと送られ、タービン２ｂを駆動した排気ガスＧｅｘは排気管１０へ送出されるようになっている。
【００２０】
排気管１０の中途部には、酸化触媒を一体的に担持して成る触媒再生型のパティキュレートフィルタ１１が後処理装置として設けられており、該パティキュレートフィルタ１１でパティキュレートを捕集されて清浄化された排気ガスＧｅｘは、更に排気管１０を送給されて外部へ排出されるようになっている。
【００２１】
吸気管４のインタークーラ５下流側には、吸気温度検出器１２が接続されており、吸気温度検出器１２により検出した吸気温度Ｔｓは、エンジン制御コンピュータである制御装置１３へ与え得るようになっている。又、パティキュレートフィルタ１１には、触媒温度検出器１４が接続されており、触媒温度検出器１４で検出した触媒温度Ｔｃａｔは制御装置１３へ与え得るようになっている。
【００２２】
ディーゼルエンジン１の所要位置には、エンジン回転数検出器１５が設けられており、エンジン回転数検出器１５により検出したエンジン回転数Ｎは制御装置１３へ与えられるようになっている。又、燃料噴射装置８には燃料噴射量検出器１６が設けられており、燃料噴射量検出器１６で検出した燃料噴射量Ｑｆは制御装置１３へ与え得るようになっている。更に、図示してないが各気筒の気筒内ガス密度検出手段で検出した気筒内ガス密度ρａ及び気筒内圧力検出手段で検出した気筒内圧力Ｐａは、制御装置１３へ与え得るようになっている。更に又、制御装置１３から燃料噴射装置８へは、燃料噴射指令Ｖを与え得るようになっている。
【００２３】
次に、上記した実施の形態の作動を図２〜図８をも参照しつつ説明する。
ディーゼルエンジン１の運転時には、吸気温度検出器１２により検出した吸気温度Ｔｓ、触媒温度検出器１４により検出した触媒温度Ｔｃａｔ、エンジン回転数検出器１５により検出したエンジン回転数Ｎ、燃料噴射量検出器１６により検出した燃料噴射量Ｑｆ、気筒内ガス密度検出手段により検出した気筒内ガス密度ρａ、気筒内圧力検出手段により検出した気筒内圧力Ｐａ等の各データは電気信号として制御装置１３へ与えられる。
【００２４】
制御装置１３においては、エンジン回転数Ｎ、及びパイロット噴射、主噴射、アフタ噴射における燃料噴射量Ｑｆ並びに吸気温度Ｔｓ、各燃料噴射時期等を基に、ディーゼルエンジン１の運転状態、すなわちクランク角度と気筒内想定温度の関係(気筒内温度履歴)が予測される（Ｓ１）。気筒内温度履歴は図３に示され、曲線イはクランク角度と気筒内想定温度の関係を示す気筒内温度履歴線図、ロはパイロット燃料噴射時期を示す線図、ハは主燃料噴射時期を示す線図である。
【００２５】
又、気筒内温度履歴から、パティキュレートフィルタ１１内の触媒床温度を上昇させるために燃料をポスト噴射する際のクランク角度が求められる。すなわち、ポスト噴射する際には、気筒内温度域は着火点Ｔｐ１（軽油の場合で約９００Ｋ）より低く、燃料の沸点Ｔｐ２（軽油の場合で約６２０Ｋ）以上の温度を確保することのできるクランク角度の範囲θでなければならない。換言すれば、ポスト噴射の時期は、ポスト噴射された燃料は確実に蒸発するが、着火はしない条件を満たす気筒内温度となるクランク角度の範囲θにより決定される。
【００２６】
又、気筒内温度履歴の予測からポスト噴射可能と判断された場合は、触媒温度検出器１４からの触媒温度Ｔｃａｔがポスト噴射可能となる触媒基準温度Ｔｃａｔｏと比較され(Ｓ２)、Ｔｃａｔ≧Ｔｃａｔｏの場合、すなわち、触媒温度Ｔｃａｔが触媒基準温度Ｔｃａｔｏ以上の高温の場合には、ポスト噴射が可能と判断される。
【００２７】
而して、ポスト噴射が可能と判断された場合は、吸気温度検出器１２からの吸気温度Ｔｓを考慮して図４、図５に示すテーブルを基に燃料噴射時期としてのクランク角度が決定される（Ｓ３）。図４は燃料着火温度におけるエンジン回転数Ｎと燃料噴射量Ｑｆに対応したクランク角度を表しており、図５は燃料蒸発開始温度におけるエンジン回転数Ｎと燃料噴射量Ｑｆに対応したクランク角度を表している。
【００２８】
例えば、燃料着火温度におけるエンジン回転数ＮがＮｈで、燃料噴射量ＱｆがＱｆｅの場合は、ＡＴＤＣ（Ａｆｔｅｒ  Ｔｏｐ  Ｄｅａｄ  Ｃｅｎｔｅｒ）（クランク軸角度）はθｅｈとなり（図４参照）、燃料蒸発開始温度におけるエンジン回転数ＮがＮｈで、燃料噴射量ＱｆがＱｆｅの場合は、ＡＴＤＣはθ’ｅｈとなる（図５参照）。但し、θ’ｅｈ＞θｅｈである。
【００２９】
なお、図４、図５においては、エンジン回転数Ｎはテーブルの左側から右側に行くに従い大きくなり、燃料噴射量Ｑｆはテーブルの上側から下側に行くに従い大きくなり、ＡＴＤＣはテーブルの左側から右側へ行くに従い大きくなると共に、上側から下側へ行くに従い大きくなる。又、燃料噴射時期は図４、図５のテーブルを基にマップを作成し、マップにより求めるようにすることもできる。
【００３０】
更に、吸気温度Ｔｓによる補正は、吸気温度Ｔｓが基準値よりも低い場合は、気筒内温度は低下する傾向となるため、ポスト噴射時のクランク角度は吸気温度Ｔｓに対応して主燃料噴射側、すなわち、図３における気筒内温度履歴線図イの高温側へずれ、吸気温度Ｔｓが基準値よりも高い場合は、気筒内温度は上昇する傾向となるため、ポスト噴射時のクランク角度は吸気温度Ｔｓに対応して主燃料噴射側から離反する側、すなわち気筒内温度履歴線図イの低温側へずれることになる。更に又、吸気温度Ｔｓが基準値の場合は補正は不要である。
【００３１】
続いて、制御装置１３では、Ｓ１で予測した運転状態を基に、検出された、ポスト噴射時のクランク角度における燃料噴射時期に相当する気筒内ガス密度ρａ及び気筒内圧力Ｐａを基に、例えば、[数１]、[数２]によりポスト噴射時の燃料の液相長さＬが推定される（Ｓ４）。
[数１]
Ｌ＝Ｃ（２Δｐ／ρ）１／２・ｔ    （０＜ｔ＜ｔｂ）
[数２]
Ｌ＝（αＣ）１／２（２Δｐ／ρａ）１／４（ｄｏ・ｔ）１／２    （ｔ＞ｔｂ）
【００３２】
ここで、液相長さＬは図６に示すように、噴射ノズル１７から噴射された燃料における液相１８の噴霧液滴がシリンダライナ１９に直接到達しない長さであり、Δｐは、制御装置１３に予め設定されている燃料噴射圧力指示値Ｐｄと事前に検出された気筒内圧力Ｐａの差圧（Ｐｄ−Ｐｃ）、ρは予め制御装置１３に設定された燃料密度、気筒内ガス密度ρａは計測されたもののうち、事前に検出されたもの、ｄｏは噴射ノズルの噴孔径、ｔは噴射開始後の経過時間であり、エンジン回転数Ｎを基としてクランク角度で求めたものである。又、ｔｂは、液相１８が１本から複数に分裂するまでの時間で実験値（理論式や実験式でも良い）であり、Ｃ、αは実験定数である。液相長さＬは式で求めても良いし、式を基に作成したマップを基に求めるようにしても良い。
【００３３】
液相長さＬが求めらたらディーゼルエンジン１の上述の運転状態（図３の気筒内温度履歴線図イ参照）から許容される許容燃料噴射量Ｑｆｘが図７のマップにより求められる（Ｓ５）。又、触媒温度検出器１４からの触媒温度Ｔｃａｔを基に、パティキュレートフィルタ１１における触媒再生に要求される要求燃料噴射量Ｑｆｙが図８のマップにより求められる（Ｓ６）。
【００３４】
次に、制御装置１３では、許容燃料噴射量Ｑｆｘと要求燃料噴射量Ｑｆｙが比較され（Ｓ７）、Ｑｆｘ＞Ｑｆｙの場合は、要求燃料噴射量Ｑｆｙがポスト燃料噴射量として決定され、Ｑｆｘ＜Ｑｆｙの場合は許容燃料噴射量Ｑｆｘがポスト燃料噴射量として決定され、Ｑｆ＝Ｑｆｙの場合は、要求燃料噴射量Ｑｆｙがポスト燃料噴射量として決定される。
【００３５】
而して、ポスト燃料噴射量が決定されると、制御装置１３から燃料噴射装置８に対して燃料噴射指令Ｖが与えられ、所定量のポスト燃料噴射が行なわれる。許容燃料噴射量Ｑｆｘと要求燃料噴射量Ｑｆｙに差がある場合に少ないものを選定するのは、ポスト燃料噴射量が多いと、噴霧液滴がシリンダライナ１９内周に到達して不具合が起こる虞があり、又、酸化触媒が活性化せずにパティキュレートの燃焼除去が低下する虞があるためである。
【００３６】
本図示例によれば、燃料の噴霧液滴は直接シリンダライナ１９に到達することがないため、噴霧液滴がエンジンオイルに混入せず、従ってオイル希釈が生じず、且つ、エンジンの焼付きが生じることを防止することができる。又、ポスト噴射される燃料の量はその時点で許容できる最大の量であるうえ、燃料は高温の排気ガスＧｅｘ中において熱分解されて多量の炭化水素が生成され、この炭化水素はパティキュレートフィルタ１１の酸化触媒上で酸化反応され、その反応熱により触媒床温度が迅速に上昇される。このため、パティキュレートフィルタ１１内のパティキュレートは強制的且つ迅速に燃焼除去される。
【００３７】
なお、本発明においては、触媒として酸化触媒の他にＮｏｘ吸蔵還元触媒、酸素共存下でも選択的にＮｏｘを還元剤と反応させる性質を備えた選択型還元触媒等の触媒等を用いることができること、運転状態を判断する際に検出するデータは図示例に限られるものではなく、負荷、パイロット燃料噴射時期、主燃料噴射時期、アフタ燃料噴射時期等を考慮しても実施可能なこと、ポスト噴射時の燃料の液相長さは、触媒温度の他に排気ガスの温度を考慮しても実施可能なこと、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の燃料噴射方法を説明するためのディーゼルエンジンからディーゼルパティキュレートフィルタまでの概要図である。
【図２】本発明の燃料噴射方法の工程を説明するためのフローチャートである。
【図３】本発明の燃料噴射方法において、クランク角度と気筒内想定温度との関係を表したグラフである。
【図４】本発明の燃料噴射方法において、ポスト噴射された燃料が着火する燃料噴射量とクランク角度を示すテーブルである。
【図５】本発明の燃料噴射方法において、ポスト噴射された燃料が蒸発を開始するクランク角度である。
【図６】本発明の燃料噴射方法においてポスト噴射された燃料の液相長さを説明するための概略図である。
【図７】液相長さと許容燃料噴射量との関係を示すマップである。
【図８】触媒温度と要求燃料噴射量との関係を示すマップである。
【符号の説明】
【００３９】
１  ディーゼルエンジン（内燃機関）
７  気筒
８  燃料噴射装置
１１  パティキュレートフィルタ（後処理装置）
１８  液相
１９  シリンダライナ（気筒内周面）
Ｌ  液相長さ
Ｑｆｘ  許容燃料噴射量
Ｑｆｙ  要求燃料噴射量
Ｔｐ１  着火点
Ｔｐ２  沸点
【図１】
2006132375.tif 000003
【図２】
2006132375.tif 000004
【図３】
2006132375.tif 000005
【図４】
2006132375.tif 000006
【図５】
2006132375.tif 000007
【図６】
2006132375.tif 000008
【図７】
2006132375.tif 000009
【図８】
2006132375.tif 000010