(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気経路にＮＯｘ還元触媒を有し、かつその排気行程中に燃料を副噴射することによってＮＯｘを低減するディーゼル機関において、
上記排気行程中の燃料噴射開始時における燃料噴射の方向を、そのディーゼル機関のシリンダ内を摺動するピストンのトップランドに設けた凹形の燃焼室内に収まる方向に制御するディーゼル機関の排ガス浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディーゼル機関の排ガス中のＮＯｘを低減するために、その排気経路にＮＯｘ還元触媒を有するディーゼル機関の排ガス浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ディーゼル機関の排ガス中のＮＯｘを低減する手段としては、図３（ａ）に示すごとく、ディーゼル機関１の排気経路２にＮＯｘ還元触媒３を設けると共に、ＮＯｘを低減するための還元剤として、そのディーゼル機関１のシリンダ内の燃焼室に燃料噴射ノズルから燃料噴射を行う際に、図３（ｂ）に図示したように前半のＴＤＣの主噴射に、後半の排気行程のＴＤＣにおいて副噴射を行ってＮＯｘ低減に必要とするＨＣを副噴射燃料により供給している。
【０００３】
この場合、図４に示すごとく、シリンダヘッド４に設けられた燃料噴射ノズル５からシリンダライナ６内を摺動するピストン７のトップランドに設けられた凹形の燃焼室８に向かって主噴射とこれに続く副噴射を行うが、その燃料噴射ノズル５向きは図中Ａのごとく広角度になっている。
一方、燃焼室８に燃料を副噴射するタイミングは、燃料が燃焼で消費されない排気行程がよいが、排気行程の初めではシリンダ内の温度が高いため、燃料が燃焼し、排気ポートからでるＨＣが少なくなる。
【０００４】
また、排気行程の終了近くでは、排気バルブが閉まりかけているので、燃料が充分気化せず、これが排気ポートから排出されずにシリンダ内に残留する。そしてこの残留した燃料は次の圧縮行程、即ち爆発行程で一部が燃焼し、残部がピストン７とシリンダライナ６との隙間を通じてディーゼル機関１のオイルパン側に落ちてエンジンオイルを希釈することになる。
【０００５】
上記のようにしてエンジンオイルが燃料によって希釈されるとその粘度が低下し、潤滑性が低下することになり、この潤滑性が低下したオイルを使用することによりピストン７、シリンダライナ６及びピストンリング等が摩耗するという問題が生じる。
なお、上記従来例と同様にディーゼル機関の排気経路にＮＯｘ還元触媒を設けてＮＯｘを低減するために、上記機関の燃料を燃焼室内にて副噴射することは、ディーゼルエンジンの排気ガス浄化制御方法及び排気ガス浄化装置に関する特開平８−７４５６１号の発明等でも知られている。
【０００６】
前記公報に記載された発明においては、副噴射を排気弁と吸気弁のオーバラップしている間に行うよう燃料噴射装置に対して指令を与えたり、また、その副噴射を排気弁と吸気弁のオーバラップする直前に行うように燃料噴射装置に対して指令を与えることによって、ディーゼル機関の還元剤用燃料を気筒内に副噴射する時に、その噴射時期と量を変えられるようにしたものであり、この副噴射する燃料の分布の範囲は主噴射の範囲と同様であるので上記したように燃料がオイル内に混入するという問題を回避できない。即ち、副噴射する燃料が微量の時は問題がないが、この量が増加するにしたがい、排気バルブから排出される量がそれほど増加しないため、シリンダ内に残留する燃料が増加するからである。
【０００７】
なお、図３の従来例においては、ディーゼル機関１の主噴射及び副噴射の燃料圧力を蓄圧するコモンレール１０内の圧力を検知してその圧力信号を電子制御装置ＥＣＵに入力し、またディーゼル機関１のクランクアングル、負荷、回転数及びＮＯｘ還元触媒３の排気温度の各信号を電子制御装置ＥＣＵに入力して各噴射量を適切に制御するようにしている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、副噴射で排気行程に燃料を噴射する場合でも、噴射する燃料の噴射のタイミングと噴射する方向を適切にすることで燃焼される燃料を減らし、またピストンとシリンダライナとの隙間から燃料がオイルパンに落下するのを防ぎながらエンジンオイルの希釈を防止できるディーゼル機関の排ガス浄化装置を提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明のディーゼル機関の排ガス浄化装置は、排気経路にＮＯｘ還元触媒を有し、かつその排気行程中に燃料を副噴射することによってＮＯｘを低減するディーゼル機関の上記排気行程中の燃料噴射開始時における燃料噴射方向を、そのディーゼル機関のシリンダ内を摺動するピストンのトップランドに設けた凹形の燃焼室内に収まる方向にしている。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明の一実施形態について説明する。
本発明の排ガス浄化装置は、図３を参照して説明した従来の装置と同様に、ディーゼル機関１の排気経路２にＮＯｘ還元触媒３を設けている。そして排気ガス中のＮＯｘを低減するための還元剤として燃料を副噴射しているが、本発明においてはこの副噴射が分散する範囲を特定している。
【００１１】
即ち、図１に示すようにそのディーゼル機関１のシリンダライナ６内を上下に摺動するピストン７のトップランドに設けた凹形の燃焼室８に対して、燃料噴射ノズル５から燃料を副噴射する。この場合、その燃料の副噴射を行う排気行程中の燃料噴射開始時のタイミングを、噴射した燃料が燃焼により消費される割合が少ない、排気行程の後半に設定している。更に、排気バルブが閉りかけて充分に気化されずにシリンダ内に残留する燃料が、ピストン７とシリンダライナ６との隙間を通ってディーゼル機関１のオイルパンに落下するのを防止する範囲に限定している。
【００１２】
具体的には、図１の本発明の燃料噴射の範囲と、図４の従来のディーゼル機関の燃料噴射の範囲とを比較して分かるように、副噴射する燃料噴射ノズル５の噴孔の形状と方向を、あらかじめ図中の角度Ｂで示すようにピストン７のトップランド内側の狭い範囲に向けている。その結果、上記のタイミングで燃料噴射ノズル５から副噴射される燃料がピストン７のトップランドに設けた凹形の燃料室８内に収まる方向に燃料噴射ノズル５の噴孔の向きを設けている。
【００１３】
この場合におけるＨＣ濃度（ppm)と噴射時期（ＡＴＤＣ度）との関係を示す線図において、例えば機関回転数１６００ppm 、負荷１５６Nmとした場合を図２に示している。図中の噴射時期ＡＴＤＣ：３０度〜３３０度のうち、副噴射の時期はＸで示した２５０度から３００度の範囲としている。
上記の実施形態においては、燃料の副噴射も主噴射も同一の燃料噴射ノズル５の噴孔から行われるようにしており、副噴射で排気行程中に燃料を噴射する場合でも、噴射する燃料を噴射するタイミングと噴射する方向、分散する範囲により、燃焼される燃料を減らして、また、ピストン７とシリンダライナ６との隙間から燃料がオイルパンに落下するのを防ぎ、エンジンオイルの希釈と、潤滑性の低下を防止している。
【００１４】
上記の実施の形態の場合、燃料噴射ノズル５から噴射される主噴射が分散される範囲が通常のディーゼル機関より制限された形となるために主噴射の燃焼効率が多少犠牲になる傾向がある。しかし、より効率の良い燃焼とするのであれば、従来知られている可変噴孔ノズルを使用して主噴射、副噴射の燃料噴射方向を可変にし、副噴射と主噴射との噴射方向を変えてもよい。また、シリンダヘッド上のスペースが許されるのであれば副噴射用の主噴射用とで別個の燃料噴射ノズルを装備することもできる。何れのタイプのノズルを使用するにしても、副噴射による燃料が分散される範囲は、前記本発明の技術的思想を考慮して決定されるものである。
【００１５】
さらに、本発明を適用するディーゼル機関が例えば４気筒の場合、副噴射する気筒が４気筒であるならば４気筒の燃料噴射ノズルの噴孔を内側に向ければよいが、副噴射する気筒が１気筒の場合は１気筒の燃料噴射ノズルの噴孔のみを内側に向けるようにすれば良い。
【００１６】
【発明の効果】
以上に説明した本発明の排気ガス浄化装置によれば、排気経路にＮＯｘ還元触媒を有するディーゼル機関の排気行程に副噴射を行う最も早いタイミングにおいて、噴射する燃料の分散される範囲ないしは噴射角度が、ピストンの凹形の燃焼室に向いていることを特徴としている。
【００１７】
従って、副噴射時に燃焼される燃料を減らすことになり、排気中のＮＯｘを低減することができると共に、副噴射された燃料がピストンとシリンダライナとの隙間からオイルパンに落下することを防止でき、エンジンオイルの燃料希釈を防止でき、かつエンジンオイルの潤滑性が低下するのを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の排ガス浄化装置を適用した一実施形態におけるディーゼル機関の燃焼室要部を示す側断面図である。
【図２】図１のディーゼル機関の燃焼室のＨＣ濃度と燃料の噴射時期との関係を示す線図である。
【図３】排気経路にＮＯｘ還元触媒を有する従来のディーゼル機関の説明用系統図である。
【図４】図３のディーゼル機関の燃焼室要部を示す側断面図である。
【符号の説明】
１  ディーゼル機関                    ２  排気経路
３  ＮＯｘ還元触媒                    ７  ピストン
８  燃焼室
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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