(57)【要約】ユニット燃料噴射器（６）と、未燃焼燃料との反応のためエンジン排気系統（６０）内に配置された触媒コンバータ（６１）とを有するディーゼルエンジン。該燃料噴射器は、閉位置の場合に燃料噴射器内に圧力を生成する逃し弁（９）と、閉位置の場合に燃料噴射器のニードル弁を閉に維持するとともに開の場合にニードル弁を開にするニードル制御弁（９）とを有する。ユニット燃料噴射器はポンププランジャを有し、該ポンププランジャはカム曲線（１３）を有する個々のカム要素（１２）で駆動され、該カム曲線は、噴射後の燃料がシリンダ内で燃焼せずに触媒コンバータに未燃焼状態で到達するよう、少なくとも燃焼室内の対応の排気弁が開動作を始める際に、膨張行程および温度降下中に遅れて燃料噴射が可能となるように１サイクル中の燃料噴射器内の圧力を長い時間維持するような形状をしている。制御ユニット（１５）は、種々の制御パラメータに応答して逃し弁とニードル制御弁（９）を制御することによって、燃焼室内における通常の燃焼のためにエンジン圧縮行程中に少なくとも第１の量の燃料を噴射することを可能にするとともに、触媒コンバータへ排気とともに搬送するため少なくともある付加的な量の燃料を後に噴射することを可能にする。
2004522035.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関であって、個々の燃焼室を有する１つ以上のシリンダと、各燃焼室に開口した燃料噴射器と、各燃料噴射器に燃料を供給する各燃料噴射器用の個々の燃料ポンプ手段と、各燃焼室から排気後処理装置へ導通する排気導管と、１つ以上の燃料ポンプ手段に対するカム要素を有し、内燃機関のクランク軸により駆動されるカム軸であって、該カム要素が１回の動作サイクル毎に対応の燃料ポンプ手段に１回のポンプ行程を与える形状のカム曲線を有するものであるカム軸と、各燃料噴射器と協働する逃し弁とニードル制御弁を制御するように構成された電子制御ユニットであって、該制御ユニットに入力する種々の制御パラメータの関数として各ポンプ行程における噴射量と噴射タイミングを制御する電子制御ユニットとを有する内燃機関において、前記カム曲線（１３）は、シリンダ内で燃焼が起こらない程度に燃料噴射を少なくとも遅延させることが可能となるよう燃料噴射器（６）における開弁圧を１サイクル中十分長い時間維持するような形状をしているとともに、前記制御ユニット（１５）は、内燃機関の圧縮行程中に少なくとも第１の量の燃料を噴射することが可能になるようにするとともに、上記制御パラメータに応じて、その後、少なくとも１回の付加的な量の燃料を噴射し、未燃焼状態で排気ガスとともに排気後処理装置（６１）に搬送することが可能になるようにするように逃し弁（９ａ）およびニードル制御弁（９ｂ）を制御するよう構成されていることを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
カム曲線（１３）は、少なくとも対応の燃焼室内の排気弁が完全に開になるまでポンプ行程が継続するような形状をしていることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関。
【請求項３】
制御ユニット（１５）は、排気弁が完全に開になる前に付加的な量の燃料を噴射するように逃し弁（９ａ）およびニードル制御弁（９ｂ）を制御するように構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関。
【請求項４】
制御ユニット（１５）は、少なくとも内燃機関の毎分回転数と運転者が要求した第１の量の燃料を表す制御ユニットに送られる信号が低エンジン負荷を示す場合に付加的な量の燃料を噴射するように逃し弁（９ａ）およびニードル制御弁（９ｂ）を制御するように構成されていることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１つに記載の内燃機関。
【請求項５】
カム曲線（１３）は、対応の燃焼室内のピストンが圧縮工程中に上死点に到達する前にポンプ行程が開始し、排気弁が完全に開になるまでポンプ工程が継続するような形状をしていることを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１つに記載の内燃機関。
【請求項６】
カム曲線（１３）は、排気弁が閉じ始める時に戻り行程が開始するような形状をしていることを特徴とする請求項５に記載の内燃機関。
【請求項７】
付随する燃料ポンプ手段（８）、逃し弁（９ａ）およびニードル制御弁（９ｂ）を有する各燃料噴射器（６）は、内燃機関のシリンダヘッド内で一体化ユニット、いわゆるユニット燃料噴射器、を構成することを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１つに記載の内燃機関。
【請求項８】
各燃料噴射器は、該燃料噴射器とは別体の燃料ポンプ手段と連通していることを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１つに記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関であって、個々の燃焼室を有する１つ以上のシリンダと、各燃焼室に開口した燃料噴射器と、各燃料噴射器に燃料を供給する各燃料噴射器用の個々の燃料ポンプ手段と、各燃焼室から排気後処理装置へ導通する排気導管と、１つ以上の燃料ポンプ手段に対するカム要素を有し、内燃機関のクランク軸により駆動されるカム軸であって、該カム要素が１回の動作サイクル毎に対応の燃料ポンプ手段に１回のポンプ行程を与える形状のカム曲線を有するものであるカム軸と、各燃料噴射器と協働する逃し弁（スピルバルブ）とニードル制御弁を制御するように構成された電子制御ユニットであって、該制御ユニットに入力する種々の制御パラメータの関数として各ポンプ行程における噴射量と噴射タイミングを制御する電子制御ユニットとを有する内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンからの排気中の窒素酸化物を触媒還元するために、いわゆるＤＥＮＯＸ触媒コンバータを用いることが知られている。さらにまた、そのような触媒コンバータは効率が比較的低く、機能する温度範囲が狭く、さらにＮＯXを還元するための炭化水素を補給する必要がありうるということも知られている。このため、例えば、ディーゼル燃料が蒸気の状態で触媒コンバータに到達するように余分なディーゼル燃料を供給するといったことが行われる。触媒コンバータに燃料が供給されても、該触媒コンバータの前に燃焼が起こらない限り、ほとんど問題は生じない。
【０００３】
触媒コンバータへの燃料供給に関しては様々な方法やシステムが知られている。ある方法では、通常のエンジン燃料噴射器を用いて少量の燃料を排気段階で１つ以上のエンジン燃焼室内に直接噴射することにより、未燃焼状態の燃料が排気ガスとともに触媒コンバータまで運ばれるようにする。コモンレール型燃料供給システムをもつエンジンにおいては、該システムは燃料を一定の高圧下に置き、理論的には、燃料を機関サイクル中のどのような時点でもどのような回数のタイミングでも噴射することが可能である。通常の噴射段階および付加的な後噴射段階に対する各噴射制御は、入力されるエンジンや車両のデータの関数として各弁の開閉を行う制御ユニットを用いることで行うことができる。コモンレール型燃料供給システムを用いることにより、後噴射段階の実行は自由に選択できる。これは、最も普通に用いられているカム軸駆動燃料噴射システムにおいて見られる可変燃料圧力サイクルを考慮する必要がないからである。
【０００４】
カム軸駆動ユニット燃料噴射器を有するエンジンにおける後噴射を行うための構成については、ＳＥ−９７００９６７−４に開示と説明がなされている。ここでは各燃料噴射器のカム要素は、機関圧縮行程中の通常の燃料噴射用の第１のカム突起と、通常の燃料噴射から所定のクランク軸角度後に行われる後噴射用の第２のカム突起を備える。この第２の燃料噴射段階に対する時間間隔は第１カム突起に対する第２カム突起の幾何学的位置により決定され、その際、各燃料噴射器からの正確な燃料噴射時期と燃料噴射量は逃し弁を用いることでエンジンの運転状態に応じて変化させることができ、該逃し弁はまた、燃料噴射を多少なりとも行うべきか、すなわち燃料噴射量をゼロまで制御してもよいかどうかを決定するためにも用いられる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、各燃料噴射器用のカム軸駆動の個々の燃料ポンプ手段を有するエンジンにおいて、後噴射段階における燃料噴射時期や燃料噴射量について、コモンレール型システムと実質的に同様な自由度をもつ燃料噴射システムを達成することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的は、冒頭において説明したタイプのエンジンにおいて本発明により達成することができる。本発明の特徴としては、カム曲線は、シリンダ内で燃焼が起こらない程度に燃料噴射を少なくとも遅延させることが可能となるよう燃料噴射器における開弁圧を１サイクル中十分長い時間維持するような形状をしているとともに、制御ユニットは、エンジンの圧縮行程中に少なくとも第１の量の燃料を噴射することが可能になるようにするとともに、上記制御パラメータに応じて、その後、少なくとも１回の付加的な量の燃料を噴射し、未燃焼状態で排気ガスとともに排気後処理装置に搬送することが可能になるようにするように逃し弁およびニードル制御弁を制御するよう構成されている。
【０００７】
逃し弁に加えていわゆるニードル制御弁を有するタイプのそれ自体よく知られたユニット燃料噴射器を用い、且つ上述のようにカム要素のカム曲線を構成することにより、形成された圧力が燃料噴射器のニードル弁を開放するのに十分である限りにおいて、排気段階における後噴射のタイミングを自由に選定することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、添付の図面で示す実施形態を参照し、本発明をより詳細に説明する。
【０００９】
図１において、１および２は四気筒ディーゼルエンジンにおける２つのシリンダを示す。更なるシリンダ３および４は破線で示す。これらのシリンダは四気筒以上のエンジンにおいて３番目と４番目のシリンダになる。
【００１０】
各シリンダの燃焼室５に対して、燃料噴射器（共通の符号６で示す）が開口する。燃料噴射器は、燃料噴射部７と、電子的に制御された逃しおよびニードル制御弁９を付属的に有するポンプ部８を備える。このタイプの燃料噴射器は、ポンプ部８と燃料噴射器７とがユニットを構成することから、電子ユニット燃料噴射器と通常呼ばれている。ポンプ部８については、その詳細を燃料噴射器の他の構成部品とともに図４に示すが、これはプランジャポンプであり、そのプランジャの動作はエンジンクランク軸１０で駆動されるカム軸１１により既知の方法で行われる。カム軸１１は各燃料噴射器に対して１つのカム要素１２を有する。
【００１１】
全てのカム要素１２は同一のカム・プロフィール１３（図２）をもち、これにより、ポンプ行程をもたらす。各カム・プロフィール１３は点火シーケンスに応じたそれぞれ相対的な位相差を有し、その形状により燃料噴射間隔を決定する。実際の燃料噴射時期や燃料噴射量は、電子制御ユニット１５により電子的に操作制御される逃しおよびニードル制御弁９により制御される。それらの機能について、図４を参照しながら以下に詳細に説明する。
【００１２】
センサ１６およびセンサ１７は、クランク軸１０のｒ．ｐ．ｍ．（毎分回転数）とカム軸１１の角度（回転角）を示す信号を制御ユニット１５に提供する。さらに、運転者により要求された量の燃料、例えばアクセルペダル位置１８を示す信号が制御ユニット１５に送られる。なお、制御ユニット１５に接続された本発明に無関係なその他のセンサについては図示を省略してある。
【００１３】
図２に示すカム・プロフィール１３の場合、燃料噴射器６の燃料ポンププランジャ３０（図４）の、図３にＡで示すリフト曲線が得られる。なお、吸気弁と排気弁それぞれのリフト曲線Ｂ、Ｃについてもそれぞれ図示してある。図３の線図でわかるとおり、図示されたカム・プロフィールは、約３２０度のクランク軸角度における圧縮行程の終了点に向けて開始されるポンプ行程を示している。ポンププランジャ３０は、まず約４５０度のクランク軸角度まで急速に移動し、その後、排気弁が閉じ始めるのと同時期の約６３０度のクランク軸角度で戻り行程を開始するまで停留する。図２における１３ａは、燃焼を行う際に通常の燃料噴射中においてプランジャ３０に圧接するカム・セグメントを示す。一方、１３ｂは、燃焼を意図しない際に後噴射用の圧力を維持するようプランジャ３０に圧接するカム・セグメントを示す。この場合は、むしろ燃料はエンジン排気系統の下流で酸化されることになる。
【００１４】
図４にエンジン燃料噴射器を模式的に示す。逃しおよびニードル制御弁９はここでは２つの別個の弁として示しており、９ａは総体的に逃し弁（スピルバルブ）を示し、９ｂは総体的にニードル制御弁を示す。７ａは燃料噴射器７のニードル弁部を示す。ポンプ部８はポンプ室３２をもつハウジング３１を有し、このポンプ室３２内では前述のポンププランジャ３０が、ポンプ行程に対してはカム要素１２により、さらに戻り行程に対してはスプリング装置（不図）により往復運動を行うことができる。ポンプ室３２は、流路３３を経由してニードル弁ハウジング内のチャンバ３４と連通している。該ニードル弁ハウジング内には、弁ニードル３５が取り外し可能に設けられており、該弁ニードル３５は燃料噴射器の噴霧孔３７を閉止する位置の方向にスプリング３６によりばねバイアスがかけられている。ニードル３５とチャンバ３４は、チャンバ３４内の圧力が図の上方向、すなわち開方向にむけてニードル３５に荷重を加えるように構成されている。
【００１５】
逃し弁９ａはバルブ室４１をもつハウジング４０を有しており、該バルブ室４１は弁本体４２を収容している。該弁本体４２は、スピンドル４３を介して電磁石４５のアーマチュア４４に接合されている。アーマチュア４４は、弁本体４２が開位置になる位置の方向にスプリング４６により荷重が加えられており、これにより流路３３から分岐している流路４７が逃し弁９ａを経由して戻りタンク４８と連通する。電磁石４５が制御ユニット１５からの信号に応答して磁化された場合、アーマチュア４４が図において上方向に引き上げられ、弁本体４２が流路３３とタンク４８間の連通を遮断する。その際、チャンバ３４内で圧力が上昇し、弁ニードル３５に開方向で上向きの荷重を加える。流路３３から分岐した流路４９を経由して、燃料は弁ニードル３５の伸縮スプリング３６を収容する空間５０にも導かれている。これにより、流路４９と連通するニードル制御弁９ｂが閉の場合、開方向での圧力と釣り合う圧力が形成される。その際は、ニードル弁は閉のままに保たれる。
【００１６】
ニードル制御弁９ｂは弁本体５２をもつハウジング５１を有しており、該弁本体５２はスピンドル５３を介して電磁石５５のアーマチュア５４に接合されている。アーマチュア５４は、弁本体５２が流路４９と戻りタンク４８間の連通を遮断する方向に向けてスプリング５６により付勢されている。電磁石５５が制御ユニット１５からの信号に応答して磁化された場合、アーマチュア５４が図において上方向に引き上げられ、弁本体５２が流路４９とタンク４８間の連通を開く。ニードル弁部７ａの前の流路４９にはくびれ５７があるが、このことは、逃し弁９ａがその位置で閉になると同時にニードル制御弁９ｂが開になった際に、弁ニードル３５より上方の圧力がチャンバ３４内の圧力よりも低くなり、これによりニードル弁が開になるということを意味する。
【００１７】
逃し弁９ａが閉の際は、ポンプ行程中に燃料噴射器６内で圧力が上昇する。しかしながら、逃し弁のみをもち、ニードル弁が所定の圧力が生成された時に開となる従来のユニット燃料噴射器と異なり、ニードル弁部７ａは、圧力上昇に関係なく閉のままとなり、ニードル制御弁９ｂが開になった時だけ開になる。理論的には、ポンプ行程中においてニードル弁部７ａはいかなるタイミングにおいても回数無制限に開にすることができ、自由に選定した量の燃料を噴射することができる。図３の線図において、１２ａは、圧縮行程の終了と膨張行程の開始の間に燃料を燃焼室内に噴射するため噴射弁ニードル３５を開にするニードル制御弁９ｂの開の期間を示す。１２ｂと１２ｃは、排気行程中において相前後する２回の短い後噴射期間をそれぞれ示す。その燃料噴射のタイミングは、シリンダ内において燃料は気化するが発火しないよう選定されるが、これは、気化された燃料が排気とともに排気マニホールド６０を介して触媒コンバータ６１に搬送されるということを意味する。
【００１８】
ここでは制御ユニット１５は、ある後処理系統、例えばＤＰＦ（ディーゼル微粒子除去フィルタ）あるいはＳＣＲ（選択的触媒還元装置）が該後処理系統での温度を上昇させるために補足エネルギーを必要とする場合、少なくともエンジンのｒ．ｐ．ｍ．や運転者が要求した最初の量の燃料、例えばアクセルペダル位置を示す制御ユニット１５に送られた信号が低エンジン負荷とそれに伴う比較的低い排気温度を示すときには、最初の通常の燃料噴射後に１回以上の付加的な量の燃料がエンジン燃焼室内に噴射されるように逃し弁９ａとニードル制御弁９ｂを制御するように構成される。ＤｅＮＯxトラップまたはＮＯxトラップなどのその他の系統では、高エンジン負荷時においても排気中に付加的な未燃焼燃料が必要な場合がある。
【００１９】
本発明は、いわゆるユニット燃料噴射器をもつ多気筒エンジンの実施形態を参照しながら上記の説明を行ったが、単気筒エンジンや、いわゆるユニットポンプ噴射器をもつエンジン、すなわち燃料噴射器とポンプ装置とが分離しているが各噴射器がカム要素で駆動されるポンププランジャを個別にもつ燃料供給系統を備えたエンジンにおいても利用が可能である。理論的には、ポンプとして、直線型ポンプ、ラジアル・プランジャ・ポンプ、アキシャル・プランジャ・ポンプといったものも使用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】多気筒直列エンジンの半分を模式的に示す図である。
【図２】図１におけるカム・プロフィールの拡大図である。
【図３】吸気弁および排気弁のリフトカーブとともに上記カム・プロフィールに対する燃料噴射ポンプのリフト曲線を示す線図である。
【図４】逃し弁とニードル制御弁が付随するユニット燃料噴射器を模式的に示す図である。
【符号の説明】
【００２１】
１，２，３，４  シリンダ
５  燃焼室
６  燃料噴射器
７  燃料噴射部
７ａ  ニードル弁部
８  ポンプ部
９  逃しおよびニードル制御弁
９ａ  逃し弁
９ｂ  ニードル制御弁
１０  エンジンクランク軸
１１  カム軸
１２  カム要素
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ  期間
１３  カム・プロフィール
１３ａ，１３ｂ  カム・セグメント
１５  電子制御ユニット
１６，１７  センサ
１８  アクセルペダル位置
３０  ポンププランジャ
３１  ハウジング
３２  ポンプ室
３３  流路
３４  チャンバ
３５  弁ニードル
３６  スプリング
３７  噴霧孔
４０  ハウジング
４１  バルブ室
４２  弁本体
４３  スピンドル
４４  アーマチュア
４５  電磁石
４６  スプリング
４７，４９  流路
４８  タンク
５０  空間
５１  ハウジング
５２  弁本体
５３  スピンドル
５４  アーマチュア
５５  電磁石
５６  スプリング
５７  くびれ
６０  排気マニホールド
６１  触媒コンバータ
Ａ，Ｂ，Ｃ  リフト曲線
【図１】
2004522035.tif 000003
【図２】
2004522035.tif 000004
【図３】
2004522035.tif 000005
【図４】
2004522035.tif 000006
【国際公開パンフレット】
2004522035.tif 000007
2004522035.tif 000008
2004522035.tif 000009
2004522035.tif 000010
2004522035.tif 000011
2004522035.tif 000012
2004522035.tif 000013
2004522035.tif 000014
2004522035.tif 000015
2004522035.tif 000016
2004522035.tif 000017
2004522035.tif 000018
2004522035.tif 000019
2004522035.tif 000020
2004522035.tif 000021
【国際調査報告】
2004522035.tif 000022
2004522035.tif 000023
2004522035.tif 000024