(57)【要約】【課題】燃料によるオイル希釈や燃料分解のためのＤＯＣを不要にできるリッチ燃焼方法やＰＭ再生時の燃焼方法を提供する。【解決手段】エンジン１０の排気系にＮＯｘ吸蔵還元型触媒及びフィルタを備えた排ガス後処理装置２０が接続され、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のリッチ還元又はフィルタのＰＭ再生を行うに際して、エンジン１０の複数の気筒の内、少なくとも１つの気筒１１ｃに４０−５０°ＡＴＤＣのタイミングで、ポスト噴射を行うものである。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気系にＮＯｘ吸蔵還元型触媒及びフィルタを備えた排ガス後処理装置が接続され、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のリッチ還元又は前記フィルタのＰＭ再生を行うに際して、前記エンジンの複数の気筒の内、少なくとも１つの気筒で、４０−５０°ＡＴＤＣのタイミングで、ポスト噴射を行うことを特徴とする燃焼方法。
【請求項２】
４０−５０°ＡＴＤＣのタイミングで、ポスト噴射を行う際に、ＥＧＲ弁を閉じ、吸気スロットルバルブの開度を減らして吸気量を低減させ、気筒内で排ガス温度上昇とＣＯの生成を行うようにした請求項１記載の燃焼方法。
【請求項３】
４０−５０°ＡＴＤＣのタイミングで、ポスト噴射を行う際に、そのポスト噴射を行う少なくとも１つの気筒の吸気期間内に、排気弁を一時的に開けて内部ＥＧＲを行う請求項１又は２記載の燃焼方法。
【請求項４】
４０−５０°ＡＴＤＣで、ポスト噴射を行う際に、グロープラグへの通電を行って筒内温度を上昇させる請求項１〜３の何れかに記載の燃焼方法。
【請求項５】
エンジンの排気系にＮＯｘ吸蔵還元型触媒及びフィルタを備えた排ガス後処理装置が接続され、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のリッチ還元又は前記フィルタのＰＭ再生を行うための燃焼装置において、前記エンジンの複数の気筒の内、少なくとも１つの気筒で、４０−５０°ＡＴＤＣのタイミングで、ポスト噴射を行うポスト噴射手段を備えたことを特徴とする燃焼装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの排気を浄化するＬＮＴのリッチ還元時に空燃比をリッチとしたリッチ燃焼を行う燃焼方法や、ＤＰＦのＰＭ再生時にポスト噴射による昇温を行う燃焼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の排ガス後処理装置として、ＤＯＣ（Ｄｉｅｓｅｌ  Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ  Ｃａｔａｌｙｓｔ；酸化触媒）、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒（ＬＮＴ：Ｌｅａｎ  ＮＯｘ  Ｔｒａｐ）、ＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ  Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｆｉｌｔｅｒ；フィルタ）等を、エンジンの排気系に接続して、ＮＯｘやＰＭを除去することが実用化されている。
【０００３】
ＬＮＴは、空燃比をリーン状態（通常燃焼）にしたリーン燃焼で、排ガス中のＮＯｘを吸着又は吸蔵し、空燃比をリッチ状態としたリッチ燃焼で、吸着又は吸蔵されたＮＯｘを、気筒から排ガス中に供給したＨＣ、ＣＯ等で還元して無害なガスとする。また、ＤＰＦは、排ガス中のＰＭを捕集し、ＰＭ堆積量が一定に達したときに、排ガス中にＨＣを供給してＰＭを燃焼させてＤＰＦのＰＭ再生を行う。
【０００４】
ＤＰＦのＰＭ再生や、ＬＮＴのリッチ還元のために、排気管へのＨＣ供給手段として、筒内で１２０°ＡＴＤＣ（Ａｆｔｅｒ  Ｔｏｐ  Ｄｅａｄ  Ｃｅｎｔｅｒ；上死点後）付近で燃料を噴射するポスト噴射が用いられている。筒内ポスト噴射によりＨＣを排ガス中に添加する場合、ポスト噴射した燃料は、筒内で各種のＨＣに分解するものの一部エンジンオイルに混入してオイル希釈を生じる。
【０００５】
ポスト噴射で生じる燃料によるオイル希釈を防止するため、排気管へのＨＣドージングも使用されている。排気管噴射した燃料は、排気管中の温度で、ある程度分解しＨＣガス化する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−１３２２６２号公報
【特許文献２】特開２０１１−０５８４４０号公報
【特許文献３】特開２０１３−２２７８９９号公報
【特許文献４】特開２０１３−１３６９８５号公報
【特許文献５】特開２００４−２５１１８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
これらポスト噴射や排気管噴射では、纏めると次のような問題がある。
【０００８】
ＤＰＦのＰＭ再生ではＨＣを燃焼させるため、ＤＰＦの前にＤＯＣを必要とする。
【０００９】
また、ＬＮＴのリッチ還元では、ＨＣをＣＯに改質するため、ＬＮＴの前にＤＯＣを必要とする。
【００１０】
１２０°ＡＴＤＣでの筒内ポスト噴射は、噴射した燃料の一部がオイルと混ざり、オイルの燃料希釈を生じる問題がある。
【００１１】
排気管噴射は、ＨＣガス化するためにある程度の温度と時間を必要とする。ガス化が不完全な状態で液滴のまま触媒に到達すると、部分的な酸化が起こりスス（Ｓｏｏｔ）を生成して触媒閉塞を生じる可能性もある。よって、排気管噴射弁から触媒まで一定の距離を必要とするので、レイアウト的に制約がある。そのため、排気管噴射を使用した場合、その直下に触媒を配置するようなエンジンへの触媒の近接設置は困難である。
【００１２】
このように、筒内で１２０°ＡＴＤＣ付近で燃料を噴射するポスト噴射、排気管噴射は、両方共にＤＯＣでＨＣを燃焼させて昇温するコンセプトのため、ＤＯＣを必要とする。また筒内ポスト噴射は、燃料の一部がライナーを伝わりオイルに落下してオイルの燃料希釈が生じた。それを避けるため排気管噴射が開発されたが、触媒の近接配置レイアウトとは両立しない問題がある。
【００１３】
そこで、本発明の目的は、上記課題の少なくとも一つを解決することにあり、特に、燃料によるオイル希釈を抑制し、燃料分解のためのＤＯＣを不要にし、併せて近接配置を可能にするリッチ燃焼方法やＰＭ再生時の燃焼方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するために本発明は、エンジンの排気系にＮＯｘ吸蔵還元型触媒及びフィルタを備えた排ガス後処理装置が接続され、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のリッチ還元又は前記フィルタのＰＭ再生を行うに際して、前記エンジンの複数の気筒の内、少なくとも１つの気筒で、４０−５０°ＡＴＤＣのタイミングで、ポスト噴射を行うことを特徴とする燃焼方法である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、リッチ燃焼やＰＭ再生を行う際に、少なくとも１つの気筒に４０−５０°ＡＴＤＣのタイミングで、ポスト噴射を行うことで、燃料によるオイル希釈を抑制し、燃料分解のためのＤＯＣを不要にし、併せて近接配置を可能にできるという優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施の形態を示す概略図である。
【図２】本発明において、リッチ燃焼を行う際のクランク角度に対する燃料噴射タイミングと、筒内圧及び熱発生率の変化を示す図である。
【図３】本発明において、リッチ燃焼を行う際の吸排気バルブの開閉タイミングを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の好適な一実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１８】
図１は、本発明で、リッチ燃焼やＰＭ再生を行う際の多気筒ディーゼルエンジン１０と、エンジン１０の排気系に接続される排ガス後処理装置２０の概略を示したものである。
【００１９】
図１において、エンジン１０のシリンダブロック１１には、気筒１１ｃ毎に、クランク軸１２とコンロッド１３を介して連結されて上下動するピストン１４が設けられる。シリンダブロック１１上のシリンダヘッド１５には、各気筒１１ｃ毎に燃料を噴射する燃料インジェクタ１６が設けられると共に吸気弁１７と排気弁１８とが設けられる。また燃料インジェクタ１６の近傍には始動時の燃料の着火を促進するためのグロープラグ１９が設けられる。
【００２０】
燃料インジェクタ１６には、コモンレール（図示せず）からの高圧の燃料が供給され、ＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）３０にて、燃料インジェクタ１６が開閉制御されるようになっている。
【００２１】
エンジン１０への吸気は、ターボチャージャ２２のコンプレッサで昇圧され、吸気管２３からインタークーラ（図示せず）を通り、吸気スロットルバルブ２５で吸気量が調整され、吸気マニホールド２６から吸気弁１７を介して気筒１１ｃに吸気される。各気筒１１ｃからの排気は、排気弁１８を介して排気マニホールド２７に排気された後、排気系としての排気管２８を通してターボチャージャ２２のターボを駆動した後、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒（ＬＮＴ）とフィルタ（ＤＰＦ）等からなる排ガス後処理装置２０に導入され、そこで排気中のＮＯｘとＰＭ（パティキュレートマター）が除去された後、排気ブレーキバルブ２９を通して大気に排気される。
【００２２】
また排気マニホールド２７の排気の一部は、ＥＧＲ管３１、ＥＧＲクーラ（図示せず）、ＥＧＲ弁３２を介して吸気マニホールド２６に再循環されるようになっている。
【００２３】
ＥＣＵ３０には、クランク軸１２の回転を検出する回転センサ３４の検出値や排気管２８に設けられたλセンサ３５の検出値が入力される。
【００２４】
ＥＣＵ３０は、回転センサ３４やλセンサ３５の検出値やその他のセンサ情報を基に燃料インジェクタ１６を制御する。
【００２５】
特にＥＣＵ３０は、ＤＰＦのＰＭ再生や、ＬＮＴのリッチ還元時に、筒内ポスト噴射制御を行うポスト噴射手段を備える。ポスト噴射手段による筒内ポスト噴射は、図示しない差圧センサにより検出されたＤＰＦの前後の差圧に基づいて推定されるＤＰＦ内のＰＭ堆積量が設定値に達したとき、或いは推定値であるＬＮＴでのＮＯｘ吸蔵量が所定量となったときに行う。
【００２６】
この際、ＥＣＵ３０は、エンジン１０の複数の気筒１１ｃの内少なくとも１つの気筒１１ｃでポスト噴射を行う際に、ピストン１４のＡＴＤＣ（上死点後）４０−５０°のクランク角でポスト噴射を行う。
【００２７】
この時、ＥＣＵ３０は、ＥＧＲ弁３２を閉じ（ＥＧＲカットし）、吸気スロットルバルブ２５の開度を減らして、λセンサ３５の検出値を基に吸気量を減らすと共に、燃料インジェクタ１６による噴射時期を、吸気量に応じて補正する。この際、回転センサ３４の検出値や図示していない筒内圧センサの検出値を使用してポスト噴射時期を補正するのが好ましい。
【００２８】
吸気量が少ない状態でかつ、メイン燃焼が終了した後にポスト噴射することで、筒内の酸素量は少なく、筒内温度も低い雰囲気下で、ポスト噴射燃料が燃焼し、緩慢な低温燃焼状態となり、ススやＮＯｘの排出は抑制されて、未燃ガス成分として一酸化炭素（ＣＯ）が主に生成される。
【００２９】
このように、ＰＭ再生時又はリッチ還元時でのリッチ燃焼は、膨張行程の燃焼となるので、燃焼エネルギーは殆どが排熱となり、排気温度が上昇し、トルクへの影響も少ない。いわば排ガス温度昇温とＣＯの生成用のポスト噴射となる。ポスト噴射する気筒は、必ずしも全気筒行う必要はなく、１気筒だけ、或いは２気筒で実施し、その他の気筒は通常制御とすることができる。
【００３０】
リッチ燃焼やＰＭ再生の際のプレ（Ｐｒｅ）〜メイン（Ｍａｉｎ）噴射は、噴射タイミングと噴射量を調整して、通常運転時と同一トルクで同一の熱発生タイミングとする。こうすることでトルク変動や燃焼温度の変化を抑えることができる。
【００３１】
本実施の形態では、上記の条件でポスト噴射燃料を筒内で確実に燃焼させるために、補助手段を用いている。この補助手段として、グロープラグ１９を通電して噴霧への着火を補助することが考えられる。また、排気弁１８に可変バルブ機構がある場合は、図３に示すように、吸気弁１７での吸気期間に排気弁１８を一時的に開けて、排ガスを気筒１１ｃ内に取り込む手法（内部ＥＧＲ）により筒内温度を上昇させて、ポスト噴射の着火を補助することが考えられる。
【００３２】
図２は、ＬＮＴでＮＯｘ還元を行っていないときの通常燃焼時（リーン燃焼時）とＮＯｘ還元を行っている（ＮＯｘ還元時）ときにおける、圧縮上死点（ＴＤＣ）前後のクランク角度に対する筒内へのインジェクタでの燃料噴射タイミングと、熱発生率及び燃焼圧の変化とを示したものである。
【００３３】
還元を行っていない時には、点線で示すように圧縮上死点前に、燃料インジェクタで、パイロット（Ｐｉｌｏｔ）噴射が行われ、圧縮上死点でメイン（Ｍａｉｎ）噴射が行われることで、点線で示したように筒内圧力が上昇し、通常時熱発生率も瞬時に上昇し、これがエンジンの駆動力となる。
【００３４】
ＮＯｘ還元を行っているときには、実線で示すように上死点前に、燃料インジェクタで、プレ（Ｐｒｅ）噴射（８５〜５５°ВＴＤＣ）、パイロット（Ｐｉｌｏｔ）噴射（５５〜２５°ВＴＤＣ）が行われ、上死点でメイン（Ｍａｉｎ）噴射（１５°ＢＴＤＣ〜１５°ＡＴＤＣ）が行われるが、この際、吸気量を少なくするよう制御されるため、実線で示すように筒内圧力、熱発生率の上昇が少なく、上死点から４０°過ぎたときにポスト（Ｐｏｓｔ）噴射（４０〜５０°ＡＴＤＣ）を行うことで、排気直前での気筒内での熱発生率が上昇し、これにより、排気系にＨＣガスを供給し、ＬＮＴでのＮＯｘのリッチ還元を行うことができる。
【００３５】
このように、ＬＮＴのリッチ還元時に、ＨＣを供給すると共にＣＯを発生させ、このＣＯを還元剤とすることができるので、ＨＣの部分分解用のＤＯＣを不要とすることができる。
【００３６】
また、ＤＰＦのＰＭ再生時にエンジン出口の排気ガス温度を昇温できるので、従来のようにポスト噴射後の燃料を燃焼させて温度を昇温するためのＤＯＣを不要とすることができる。
【００３７】
以上より、ＤＯＣが廃止できるので、コストメリットが大きい。また、ＬＮＴのリッチ還元時に、エンジン出口の排気ガス温度を昇温できるので、ＬＮＴのＮＯｘ還元効率を上昇させることができる。
【００３８】
このように本実施の形態では、筒内で４０−５０°ＡＴＤＣ付近で燃料を噴射するポスト噴射とするので、燃料の大部分は燃焼してガス化するので、従来の１２０°ＡＴＤＣ付近で噴射するポスト噴射に比べてオイルの燃料希釈も軽減できる。また、排気管噴射を使用しないため、触媒のエンジンへの近接配置も可能となる。
【符号の説明】
【００３９】
１０  エンジン
１１ｃ  気筒
１６  燃料インジェクタ
２０  排ガス後処理装置
２８  排気管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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