(57)【要約】【課題】黒煙及び白煙の双方を支障のないレベルまで低減しつつ十分な量のＨＣ添加を実現して選択還元型触媒による良好なＮＯxの低減化を図る。【解決手段】排気管１１の途中に装備されて酸素共存下でも選択的にＮＯxを還元剤と反応させる選択還元型触媒１２と、該選択還元型触媒１２の還元剤として適量のＨＣを排気ガス９中に残すようディーゼルエンジン１の燃料噴射を制御する燃料噴射制御装置１８とを備え、加速時に必要な量の燃料噴射を圧縮上死点より早いタイミングでのメイン噴射と該メイン噴射に続く着火可能なタイミング内での一回以上のアフタ噴射とに分割して実行し得るように燃料噴射制御装置１８を構成する。【選択図】図１
2006200395.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気管の途中に装備されて酸素共存下でも選択的にＮＯxを還元剤と反応させる選択還元型触媒と、該選択還元型触媒の還元剤として適量のＨＣを排気ガス中に残すようエンジンの燃料噴射を制御する燃料噴射制御装置とを備え、該燃料噴射制御装置が加速時に必要な量の燃料噴射を圧縮上死点より早いタイミングでのメイン噴射と該メイン噴射に続く着火可能なタイミング内での一回以上のアフタ噴射とに分割して実行するように構成されていることを特徴とする排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気浄化装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、自動車のエンジン等では、排気側から排気ガスの一部を抜き出して吸気側へと戻し、その吸気側に戻された排気ガスでエンジン内での燃料の燃焼を抑制させて燃焼温度を下げることによりＮＯxの発生を低減するようにした、いわゆる排気ガス再循環（ＥＧＲ：Exhaust Gas Recirculation）が行われている。
【０００３】
ただし、排気ガスの再循環によりＮＯxの低減化を図ることは、気筒内での燃焼不良により黒煙を発生させてしまうこととトレードオフの関係にあるので、黒煙の発生を抑制する観点から排気ガスの再循環量に制限がかかるという不具合があり、単純に排気ガスの再循環を行うだけで大幅なＮＯxの低減化を図ることは困難である。
【０００４】
このため、近年においては、図３の図表の一段目（「定常」の欄）に示す通り、排気ガスを比較的多く再循環しながら燃料噴射を圧縮上死点（ＴＤＣ）より早いタイミングで行い、気筒内への燃料の先行投入により燃料の予混合化を促進してから着火燃焼させて黒煙の発生を抑制することが提案されている。
【０００５】
即ち、このように燃料噴射を圧縮上死点より早いタイミングで行うと、燃料が良好に分散混合して均等に薄まった状態で燃焼が行われることになるので、燃焼温度が比較的低く抑制されてＮＯxの発生が少なくなり、しかも、局所的に燃料の濃い部分が生じ難くなって黒煙の発生を抑制する上でも有効となる。
【０００６】
尚、図３中のグラフにおける縦軸には燃料噴射量ｑ（燃料を噴射するインジェクタの１ストローク当りの噴射量）を、横軸にはクランク角をとっている。
【０００７】
ところが、このようにタイミングを早めた燃料噴射では、定常運転時には支障がないものの、図３の図表の二段目（「旧：加速１」の欄）に示す通り、加速時にあっては、燃料噴射量が大幅に増加することで空気量が不足して黒煙が発生し易くなり、これにより排気ガスの再循環量を絞らざるを得なくなってＮＯxの大量発生が回避できなくなってしまう。
【０００８】
また、図３の図表の三段目（「旧：加速２」の欄）に示す通り、燃料噴射のタイミングを前述よりも圧縮上死点に少し近づけて燃料噴射を行うようにすれば、ＮＯxの発生量が多少抑制されることになるが、これだけではＮＯxの発生量を抑制する上で不十分であり、しかも、黒煙の発生も明らかな悪化傾向を示すことになって好ましくない。
【０００９】
以上に述べた通り、燃料噴射量が大幅に増加する加速時にあっては、排気ガスを十分な量で再循環することができず、排気ガスの再循環だけでＮＯxの低減化を図ることには自ずから限界があるため、排気ガスが流通する排気管の途中に、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還元型触媒を装備し、該選択還元型触媒の上流側に必要量の還元剤を添加して該還元剤を選択還元型触媒上で排気ガス中のＮＯx（窒素酸化物）と還元反応させ、これにより加速時におけるＮＯxの排出濃度を低減することが考えられている。
【００１０】
そして、選択還元型触媒の上流側に必要量の還元剤を添加するに際しては、エンジンの各気筒内への燃料噴射を制御して排気ガス中に適量のＨＣを未燃のまま残し、このＨＣを還元剤として下流側の選択還元型触媒へ導くことが提案されている。
【００１１】
尚、選択還元型触媒への還元剤の添加を直接的に開示したものではないが、エンジン側での燃料噴射制御により排気ガス中にＨＣを未燃のまま残して下流側に導くという技術を開示する先行技術文献情報としては、例えば、下記の特許文献１等が本発明と同じ出願人による先行出願として既に存在している。
【特許文献１】特開２００３−１５５９１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、図３の図表の四段目（「旧：加速３」の欄）に示す如く、加速時の燃料噴射を圧縮上死点まで遅延させて行うと、排気ガス中に残る未燃のＨＣが増加する一方、燃焼性が低下して黒煙の大幅な増加を招いてしまうという問題があり、また、図３の図表の五段目（「旧：加速４」の欄）加速時の燃料噴射を圧縮上死点より遅いタイミングまで遅延させて行うと、黒煙の発生は少なくなるものの、着火性が低下することで燃料の未燃分が過剰に増えて後段の選択還元型触媒で処理しきれなくなり、白煙の大幅な増加を招いてしまうという問題があった。
【００１３】
本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、黒煙及び白煙の双方を支障のないレベルまで低減しつつ十分な量のＨＣ添加を実現して選択還元型触媒による良好なＮＯxの低減化を図ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、排気管の途中に装備されて酸素共存下でも選択的にＮＯxを還元剤と反応させる選択還元型触媒と、該選択還元型触媒の還元剤として適量のＨＣを排気ガス中に残すようエンジンの燃料噴射を制御する燃料噴射制御装置とを備え、該燃料噴射制御装置が加速時に必要な量の燃料噴射を圧縮上死点より早いタイミングでのメイン噴射と該メイン噴射に続く着火可能なタイミング内での一回以上のアフタ噴射とに分割して実行するように構成されていることを特徴とする排気浄化装置に係るものである。
【００１５】
而して、このようにすれば、加速時に必要な量の燃料噴射が、メイン噴射と一回以上のアフタ噴射とに分割して実行されることになるので、従来の如き加速時に必要な量を一度に噴射していた場合と比較して一回当たりの噴射量が相対的に少なく抑えられ、メイン噴射から一回以上のアフタ噴射にかけて種火を連続させるが如く時間をかけて緩慢な燃焼が継続されることになる。
【００１６】
この結果、燃焼性が大幅に改善されて黒煙の発生が殆ど回避され、しかも、着火性も良好に保持されることから燃料の未燃分が後段の選択還元型触媒で処理し得る十分な量で残り、白煙の発生が後段に酸化触媒を装備するなどの処置で対応できるレベルまで低減される。
【００１７】
換言すれば、加速時の燃料噴射を圧縮上死点まで遅延させて一度に実行した場合と比較して、白煙の発生が同程度まで抑制される一方、黒煙の発生については大幅に低減されることになり、しかも、後段の選択還元型触媒に導くべきＨＣの量は増えることになる。
【００１８】
また、加速時の燃料噴射を圧縮上死点より遅いタイミングまで遅延させて一度に実行した場合と比較すると、このようにした場合に過剰に増えてしまっていたＨＣが適量に抑えられ且つ白煙の発生も低減されることになる。
【発明の効果】
【００１９】
上記した本発明の排気浄化装置によれば、排気ガスの再循環量を絞らざるを得ない加速時において、必要な量の燃料噴射をメイン噴射と一回以上のアフタ噴射とに分割して実行し、圧縮上死点付近で時間をかけて緩慢な燃焼を継続させることで燃焼性を大幅に改善し且つ着火性も良好に保持することができるので、黒煙及び白煙の双方を支障のないレベルまで低減しつつ十分な量のＨＣ添加を実現することができ、この十分な量のＨＣを還元剤として選択還元型触媒による良好なＮＯxの低減化を図ることができるという優れた効果を奏し得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【００２１】
図１及び図２は本発明を実施する形態の一例を示すもので、図１中における１はターボチャージャ２を装備したディーゼルエンジンを示しており、エアクリーナ３から導かれた吸気４が吸気管５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で加圧された吸気４がインタークーラ６へと送られて冷却され、該インタークーラ６から更に吸気マニホールド７へと吸気４が導かれてディーゼルエンジン１の各気筒８（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。
【００２２】
更に、このディーゼルエンジン１の各気筒８から排出された排気ガス９は、排気マニホールド１０を介しターボチャージャ２のタービン２ｂへと送られ、該タービン２ｂを駆動した排気ガス９が排気管１１を介し車外へ排出されるようにしてあり、この排気管１１の途中には、酸素共存下でも選択的にＮＯxをＨＣ（還元剤）と反応させる性質を備えた選択還元型触媒１２がフィルタケース１３に抱持されて装備されている。
【００２３】
更に、図１に示している例では、排気マニホールド１０における各気筒８の並び方向の一端部と、吸気マニホールド７に接続されている吸気管５の一端部との間をＥＧＲパイプ１４で接続し、排気マニホールド１０から抜き出した排気ガス９の一部を水冷式のＥＧＲクーラ１５及びＥＧＲバルブ１６を介して吸気管５に再循環するようにしたＥＧＲ装置１７が搭載されており、排気側から吸気側へ再循環された排気ガス９で各気筒８内での燃料の燃焼を抑制して燃焼温度を下げることによりＮＯxの発生を低減し得るようになっている。
【００２４】
また、ディーゼルエンジン１の燃料噴射を制御する燃料噴射制御装置１８には、アクセル開度をディーゼルエンジン１の負荷として検出するアクセルセンサ１９（負荷センサ）からのアクセル開度信号１９ａと、ディーゼルエンジン１の機関回転数を検出する回転センサ２１からの回転数信号２１ａとが入力されるようになっており、これらアクセル開度信号１９ａ及び回転数信号２１ａに基づきディーゼルエンジン１の各気筒８に燃料を噴射する燃料噴射装置２０に向け燃料の噴射タイミング及び噴射量を指令する燃料噴射信号２０ａが出力されるようになっている。
【００２５】
ここで、燃料噴射制御装置１８においては、前述した従来技術に関する図３の図表の一段目（「定常」の欄）に示した通り、定常状態で燃料噴射を圧縮上死点より早いタイミングで行うようになっているが、アクセル開度信号１９ａ及び回転数信号２１ａに基づき現在の運転状態が加速状態にあると判定された際には、図２の図表の一段目（「新：加速１」の欄）に示す如く、加速時に必要な量の燃料噴射を圧縮上死点より早いタイミングでのメイン噴射Ａと該メイン噴射Ａに続く着火可能なタイミング内（キャビティ内から火炎がはみ出さないクランク角範囲：例えば一般的なディーゼルエンジンでクランク角１０〜３０゜程度。ただし、エンジンの型式により変わる）でのアフタ噴射Ｂとに分割して実行するようにしてある（これらメイン噴射Ａとアフタ噴射Ｂとを合算した総噴射量は従来の加速時に一度に噴射していた量と変わらないものとなる）。
【００２６】
また、図１に示す例では、燃料噴射制御装置１８がＥＧＲバルブ１６の制御も担うようになっており、燃料噴射制御装置１８からのバルブ開度信号１６ａにより定常時にＥＧＲバルブ１６の開度を開けて排気ガス９を多く再循環させると共に、加速時にＥＧＲバルブ１６の開度を絞り込んで排気ガス９の再循環量を抑制し得るようにしてある。
【００２７】
而して、このような燃料噴射制御装置１８を採用すれば、加速時に必要な量の燃料噴射が、メイン噴射Ａとアフタ噴射Ｂとに分割して実行されることになるので、従来の如き加速時に必要な量を一度に噴射していた場合と比較して一回当たりの噴射量が相対的に少なく抑えられ、メイン噴射Ａからアフタ噴射Ｂにかけて種火を連続させるが如く時間をかけて緩慢な燃焼が継続されることになる。
【００２８】
この結果、燃焼性が大幅に改善されて黒煙の発生が殆ど回避され、しかも、着火性も良好に保持されることから燃料の未燃分が後段の選択還元型触媒１２で処理し得る十分な量で残り、白煙の発生が後段に酸化触媒を装備するなどの処置で対応できるレベルまで低減される（図２の図表の一段目（「新：加速１」の欄）を参照）。
【００２９】
換言すれば、加速時の燃料噴射を圧縮上死点まで遅延させて一度に実行した場合と比較して、白煙の発生が同程度まで抑制される一方、黒煙の発生については大幅に低減されることになり、しかも、後段の選択還元型触媒１２に導くべきＨＣの量は増えることになる。
【００３０】
また、加速時の燃料噴射を圧縮上死点より遅いタイミングまで遅延させて一度に実行した場合と比較すると、このようにした場合に過剰に増えてしまっていたＨＣが適量に抑えられ且つ白煙の発生も低減されることになる。
【００３１】
従って、上記形態例によれば、排気ガス９の再循環量を絞らざるを得ない加速時において、必要な量の燃料噴射をメイン噴射Ａとアフタ噴射Ｂとに分割して実行し、圧縮上死点付近で時間をかけて緩慢な燃焼を継続させることで燃焼性を大幅に改善し且つ着火性も良好に保持することができるので、黒煙及び白煙の双方を支障のないレベルまで低減しつつ十分な量のＨＣ添加を実現することができ、この十分な量のＨＣを還元剤として選択還元型触媒１２による良好なＮＯxの低減化を図ることができる。
【００３２】
また、以上はアフタ噴射を一回だけ行う場合について説明したが、図２の図表の二段目（「新：加速２」の欄）に示す如く、アフタ噴射を二回以上（図２の図表ではアフタ噴射Ｂ，Ｃの二回）に分けることも可能であり、このようにしても圧縮上死点付近で時間をかけて緩慢な燃焼を継続させることができる。
【００３３】
尚、本発明の排気浄化装置は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、必ずしもメイン噴射の方がアフタ噴射より噴射量が多いとは限らないこと、また、各アフタ噴射の噴射量や間隔は必ずしも均等にしなくても良いこと、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】
【００３４】
【図１】本発明を実施する形態の一例を示す概略図である。
【図２】図１の燃料噴射制御装置による加速時の燃料噴射制御を説明する図表である。
【図３】従来の加速時における燃料噴射制御を説明する図表である。
【符号の説明】
【００３５】
１  ディーゼルエンジン（エンジン）
９  排気ガス
１１  排気管
１２  選択還元型触媒
１７  ＥＧＲ装置
１８  燃料噴射制御装置
２０  燃料噴射装置
２０ａ  燃料噴射信号
【図１】
2006200395.tif 000003
【図２】
2006200395.tif 000004
【図３】
2006200395.tif 000005