JP2000227061A - ディーゼルエンジンの燃料噴射装置 - Google Patents

ディーゼルエンジンの燃料噴射装置

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JP2000227061A
JP2000227061A JP11029504A JP2950499A JP2000227061A JP 2000227061 A JP2000227061 A JP 2000227061A JP 11029504 A JP11029504 A JP 11029504A JP 2950499 A JP2950499 A JP 2950499A JP 2000227061 A JP2000227061 A JP 2000227061A
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injection
combustion
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fuel
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JP11029504A
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Noboru Uchida
登 内田
Kiyohiro Shimokawa
清広 下川
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Hino Motors Ltd
Original Assignee
Hino Motors Ltd
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    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/30Controlling fuel injection
    • F02D41/38Controlling fuel injection of the high pressure type
    • F02D41/40Controlling fuel injection of the high pressure type with means for controlling injection timing or duration
    • F02D41/402Multiple injections
    • F02D41/405Multiple injections with post injections
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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    • Y02T10/40Engine management systems

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 NOxの増加をともなうことなくスモークお
よびCO等を効果的に低減することができる簡潔構成の
燃料噴射装置を提供する。 【解決手段】 燃焼室に臨ませた噴射ノズル8に圧縮上
死点の近傍において噴射信号を出力して主噴射を行なわ
せる一方、該主噴射の終了直後に主噴射期間より短期間
だけ噴射信号を出力してポスト噴射を行なわせるコント
ローラ19を設けたことにより、燃焼過程で生じる不完
全燃焼によるすすおよびCO等の中間生成物の再酸化期
間をポスト噴霧の燃焼による燃焼温度の再上昇で延長
し、もって、中間生成物の再酸化効率を高くするように
した。

Description

【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エンジン
の燃料噴射装置に係り、特に、ディーゼル燃焼における
スモークおよびCO等の排出量を減少することができる
燃料噴射装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】ディーゼルエンジンから排出されるスモ
ークおよびCO等を低減させるためには、噴射ノズルの
口径を小さくしつつ燃料の噴射圧力を超高圧にして燃料
噴霧の微粒化を促進させることが有効である。しかしな
がら、例えばコモンレール式の噴射装置を用いた場合に
おいても、燃料の噴射圧力を高くするには限界があり、
しかも、噴射圧力を高くするとNOxの排出が増加して
しまうという不具合がある。
【0003】また、このような超高圧噴射に代えて複数
の噴射ノズルを用いて複数回の噴射を行なわせ、あるい
は、燃焼後期に空気もしくは既燃ガスジェットを燃焼室
に噴射することも有効であるとされているが、いずれも
複雑な機構を必要とするために、実際の生産エンジンに
適用するには到底及ばないものであり、しかも、燃焼期
間が長期にわたるために、熱効率の面でも通常噴射に対
して劣ってしまうという欠点がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記実情に鑑
みてなされたものであって、NOxの増加をともなうこ
となくスモークおよびCO等を効果的に低減することが
できる簡潔構成の燃料噴射装置を提供することを課題と
している。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は、燃焼室に臨ませた噴射ノズルに圧縮上死点
の近傍において噴射信号を出力して主噴射を行なわせる
一方、該主噴射の終了直後に主噴射期間より短期間だけ
噴射信号を出力してポスト噴射を行なわせるコントロー
ラを設けたことを特徴としている。
【0006】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施形態を図に基
づいて詳細に説明する。図1は本発明に係るディーゼル
エンジンの燃料噴射装置の一実施形態を示す全体構成図
であり、燃料タンク1にプレフィルタセジメント2、フ
ィードポンプ3およびフューエルフィルタ4を介してサ
プライポンプ5を接続している。また、前記サプライポ
ンプ5の吐出口に逆止弁6を介してコモンレール7を接
続している。そして、エンジンの燃焼室に設けた噴射ノ
ズル8をフローリミッタ9を介してコモンレール7に接
続することにより、蓄圧式の燃料噴射装置を構成してい
る。
【0007】10はコモンレール7の圧力を所定値に保
持させる電磁スピル弁、11はリリーフ弁、12はコモ
ンレール7内の燃料圧力の異常上昇を予防するプレッシ
ャリミッタ、13は噴射ノズル8に設けた電磁三方弁で
あり、エンジンのクランク軸14に設けた回転センサ1
5、気筒判別センサ16、アクセルセンサ17、コモン
レール7に設けた圧力センサ18から出力された信号
と、温度あるいは気圧等で代表されるその他の制御情報
をコントローラ19に供給している。
【0008】コントローラ19は、上記各種の制御情報
に基づいて電磁スピル弁10および電磁三方弁13にそ
れぞれ制御信号を供給することにより、サプライポンプ
5の稼働を制御するとともに、噴射ノズル8から燃焼室
に供給される燃料の量および供給時期を最適制御する。
【0009】ここに、コントローラ19は回転センサ1
5およびアクセルセンサ17から出力された信号に基づ
いてエンジンの運転状態を判断する。そして、コントロ
ーラ19から主噴射信号を出力して噴射ノズル8を主噴
射作動させるとともに、主噴射の終了直後にポスト噴射
信号を出力してポスト噴射作動させる。
【0010】具体的には、従来周知の燃料噴射の場合と
同様に圧縮上死点の直前に主噴射信号を出力し、この主
噴射信号の終了直後に主噴射信号より短期間だけポスト
噴射信号を出力する。従って、噴射ノズル8に設けた針
弁は、図2に曲線Aで示したように例えば圧縮上死点前
3°から圧縮上死点後5°にかけてリフトされて主噴射
を行なった後に、再びリフトされてポスト噴射を行な
う。因に、主噴射の終了からポスト噴射の開始までの噴
射休止期間は例えば0μS〜500μSであり、ポスト
噴射量は総噴射量の5〜20%とするが、低負荷域での
運転時にはポスト噴射は必ずしも必須ではなく、エンジ
ンの回転数が上昇するにつれてポスト噴射量の比率を増
加させることが望まれる。
【0011】また、燃焼室における熱発生率および温度
履歴は図2に曲線Bおよび曲線Cで示したような特性を
示すことになり、主噴霧(主噴射された燃料による噴霧
をいう。以下同じ)の燃焼によるピークが低下してすす
等の再酸化限界温度T1程度まで低下した時点でポスト
噴霧(ポスト噴射された燃料による噴霧をいう。以下同
じ)の燃焼による温度の再上昇が行なわれる。このため
に、主噴霧の燃焼により生じたすすおよびCO等の再燃
焼期間が長くなり、すすおよびCO等の排出量が大幅に
低減する。図2中二点鎖線で示した曲線a、bおよびc
はそれぞれ従来の一般的なディーゼルエンジンにおける
針弁リフト、熱発生率および温度履歴の特性を示してい
る。
【0012】すなわち、図3は本発明による燃焼過程に
おける燃焼室内の様相を図式化したものであり、主噴霧
20は同図(A)に示したように次第に拡散しつつ燃焼
室21の外周に向って進み、燃焼室壁との衝突によって
空気と充分に混合し、着火燃焼する。また、主噴霧20
による火炎22は同図(B)に示したように主噴射終了
直後に中心に向って進むが、その途中においてポスト噴
射が行なわれる。
【0013】従って、ポスト噴霧23は同図(C)に示
したように主噴霧火炎22に向って拡散することにな
り、このポスト噴霧23との衝突で主噴射火炎22に強
い乱れが生じると同時に、中心部に残存していた空気が
ポスト噴霧23によって主噴霧火炎22中に強制的に送
り込まれる。よって、主噴射火炎22が活性化するとと
もに、ポスト噴霧23の燃焼で燃焼温度が再び上昇して
すす等の再酸化温度T1より高くなり、すすおよびCO
等の再酸化期間が延長される。T2はNOx生成温度で
ある。
【0014】換言すれば、ディーゼル燃焼においてすす
等は、生成−再酸化−膨張行程における温度低下による
凍結−排出、という行程を経ることはよく知られてい
る。しかしながら、本発明は、主噴射の終了直後にポス
ト噴射を行なうことにより、主噴霧火炎の攪乱効果と燃
焼温度の再上昇を行なわせるようにしたものである。そ
して、膨張行程における温度低下による凍結への移行を
ポスト噴霧の燃焼により遅らせて再酸化期間の延長をも
たらすために、すすおよびCO等のような中間生成物の
排出量が減少し、燃費が改善される。
【0015】図4は正味燃料消費率、黒煙濃度およびC
O・HC排出量とNOx排出量の特性を示したものであ
り、この図からも明らかなように、本発明のようにポス
ト噴射を行なうことにより、NOx生成温度以下での再
酸化期間を延長することができるために、噴射圧増にと
もなう大幅なNOx濃度の増加を招くことなく正味燃料
消費率、黒煙濃度およびCO・HCの排出量を改善する
ことができる。
【0016】なお、主噴射の終了からポスト噴射の開始
までの休止期間を500μSより長くした場合は、すす
およびCO等の低減効果は得られないことが実験的に確
認された。これは、一つには休止期間を長くすると膨張
行程による温度低下が大きくなってしまうためにポスト
噴射によっても再燃焼温度に到達しないためである。ま
た他の要因として、休止期間の長期化にともなって主噴
霧火炎が中心のノズル近傍まで発達して燃焼室内が均一
高温場となり、ポスト噴霧が噴射と同時に着火してしま
うために、ポスト噴射自体が高温場での拡散燃焼となっ
てすす等の生成源となるためである。
【0017】上記実施形態においては主噴射とポスト噴
射を行なう場合について説明しているが、必要に応じて
主噴射の前に微量の燃料を噴射する予備噴射を行なわせ
ることもできる。なお、このように予備噴射を行なった
場合は、予備噴射された燃料による希薄混合気が主噴射
により一気に燃焼するが、希薄混合気は余剰の酸素およ
び窒素を含むものであるために、すすおよびCO等の発
生が抑制される。しかも、希薄混合気の燃焼による排気
が燃焼室内において内部EGR効果をもたらすために、
主噴霧の燃焼時におけるNOxの生成が抑制されるもの
であり、本発明のポスト噴射との併用により排気特性を
より改善することができる利点がある。
【0018】また、本実施形態においては本発明をコモ
ンレール式の燃料噴射装置に適用しているが、必ずしも
コモンレール式の噴射装置に限定されるものではなく、
いわゆる多段噴射を行なうことができるものであれば噴
射装置の形式は任意である。
【0019】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明
は、主噴射の終了直後にポスト噴射を行なわせることに
より、燃焼過程で生じる不完全燃焼によるすすおよびC
O等の中間生成物の再酸化期間を、ポスト噴霧の燃焼に
よる燃焼温度の再上昇で延長し、もって、中間生成物の
再酸化効率を高くするようにしたものであるから、NO
xの増加をともなうことなくディーゼルエンジンのスモ
ークおよびCO等の排出量を大幅に低減させることがで
きる。また、主噴射の終了直後にポスト噴射を行なわせ
るのみで所期の目的を達成することができるために、噴
射装置の構成が複雑になることもない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るディーゼルエンジンの燃料噴射装
置の一実施形態を示す全体構成図である。
【図2】図1に示した実施形態における針弁リフト、熱
発生率および温度履歴の特性線図である。
【図3】図1に示した実施形態における燃焼過程での燃
焼室内の様相を図式化した説明図である。
【図4】図1に示した実施形態における正味燃料消費
率、黒煙濃度およびCO・HC排出量とNOx排出量と
の関係を示す特性線図である。
【符号の説明】
1 燃料タンク 2 プレフィルタセジメンタ 3 フィードポンプ 4 フューエルポンプ 5 サプライポンプ 6 吐出弁 7 コモンレール 8 噴射ノズル 9 フローリミッタ 10 電磁スピル弁 11 リリーフ弁 12 プレッシャリミッタ 13 電磁三方弁 14 クランク軸 15 回転センサ 16 気筒判別センサ 17 アクセルセンサ 18 圧力センサ 19 コントローラ 20 主噴霧 21 燃焼室 22 主噴霧火炎 23 ポスト噴霧

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 燃焼室に臨ませた噴射ノズルと、圧縮上
    死点の近傍において噴射ノズルに噴射信号を出力して主
    噴射を行なわせる一方、該主噴射の終了直後に主噴射期
    間より短期間だけ噴射信号を出力してポスト噴射を行な
    わせるコントローラを備えてなるディーゼルエンジンの
    燃料噴射装置。
JP11029504A 1999-02-08 1999-02-08 ディーゼルエンジンの燃料噴射装置 Pending JP2000227061A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1344924A1 (fr) * 2002-03-13 2003-09-17 Renault s.a.s. Procédé de régénération d'un filtre à particules
US9863361B2 (en) 2014-05-27 2018-01-09 Nissan Motor Co., Ltd. Diesel engine control device and control method
US10288004B2 (en) 2014-05-27 2019-05-14 Nissan Motor Co., Ltd. Diesel engine control device and control method

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