JP2001526354A - 膨脹行程時の炭化水素噴射による圧縮点火エンジン内のNOx還元剤の生成方法 - Google Patents

膨脹行程時の炭化水素噴射による圧縮点火エンジン内のNOx還元剤の生成方法

Info

Publication number
JP2001526354A
JP2001526354A JP2000524574A JP2000524574A JP2001526354A JP 2001526354 A JP2001526354 A JP 2001526354A JP 2000524574 A JP2000524574 A JP 2000524574A JP 2000524574 A JP2000524574 A JP 2000524574A JP 2001526354 A JP2001526354 A JP 2001526354A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
engine
operating point
amount
during
crank angle
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2000524574A
Other languages
English (en)
Inventor
ウォルター ワイズマン
フランク ハーシュコウィッツ
アンソニー マリオン ディーン
ハリー スチュワード ピンク
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ExxonMobil Research and Engineering Co
Original Assignee
Exxon Research and Engineering Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Exxon Research and Engineering Co filed Critical Exxon Research and Engineering Co
Publication of JP2001526354A publication Critical patent/JP2001526354A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • 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
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B23/00Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation
    • F02B23/02Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition
    • F02B23/06Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition the combustion space being arranged in working piston
    • F02B23/0696W-piston bowl, i.e. the combustion space having a central projection pointing towards the cylinder head and the surrounding wall being inclined towards the cylinder wall
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • 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
    • F02D41/401Controlling injection timing
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02FCYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F1/00Cylinders; Cylinder heads 
    • F02F1/24Cylinder heads
    • F02F1/26Cylinder heads having cooling means
    • F02F1/36Cylinder heads having cooling means for liquid cooling
    • F02F1/38Cylinder heads having cooling means for liquid cooling the cylinder heads being of overhead valve type
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M45/00Fuel-injection apparatus characterised by having a cyclic delivery of specific time/pressure or time/quantity relationship
    • F02M45/02Fuel-injection apparatus characterised by having a cyclic delivery of specific time/pressure or time/quantity relationship with each cyclic delivery being separated into two or more parts
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B3/00Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
    • F02B3/06Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • 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
    • F02D41/3809Common rail control systems
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • 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
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02FCYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F1/00Cylinders; Cylinder heads 
    • F02F1/24Cylinder heads
    • F02F2001/244Arrangement of valve stems in cylinder heads
    • F02F2001/245Arrangement of valve stems in cylinder heads the valve stems being orientated at an angle with the cylinder axis
    • 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
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P30/00Technologies relating to oil refining and petrochemical industry
    • Y02P30/40Ethylene production
    • 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
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies
    • 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
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40Engine management systems

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
  • Fuel-Injection Apparatus (AREA)
  • Treating Waste Gases (AREA)

Abstract

(57)【要約】 本発明は、膨張サイクル時にディーゼルエンジンの燃焼室に炭化水素を噴射することによってNOx還元剤を生成するための方法に関する。二次噴射による炭化水素は、適切な状態下で、従来の排気ガス触媒の存在のもとにNOx類を減らすために適切な酸素化物とオレフィンに形成される。適切な噴射タイミングは、直接のエンジン測定によって得られる校正を参考にして得られる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】 発明の分野 本発明は、概してディーゼルエンジンの運転方法の改良に関する。より詳しく
は、本発明は、膨脹行程時に噴射される炭化水素からディーゼルエンジン内にN
x還元化学種を形成するための方法に関する。
【0002】 発明の背景 ディーゼルエンジンの通常運転中、大気は、エンジンの燃焼室で最初に約50
0PSIの圧力に圧縮される。空気の圧縮により空気の温度は約1,000°F
に上昇する。次に、ディーゼル燃料は燃料噴射ノズルを通して圧縮高温空気に噴
射される。燃料は燃焼室の中で霧化され、そこで燃料はその自己点火温度まで上
昇し、チャンバ内のガスの自然発火、燃焼および膨張を生じる。燃焼生成物の膨
張はシリンダを下方に押し下げ、これによってエンジンの動力行程を提供する。
【0003】 ディーゼルエンジンが効率的に、すなわち最小の燃料消費量で最大の動力で動
作するために、ディーゼルエンジンは、大量の酸素と通常最小の量の未燃焼の炭
化水素のみを含む排気ガスを発生する空燃比の下で典型的に運転される。残念な
がら、最大の動力と効率のためにディーゼルエンジンを運転することは、ピーク
動作温度を上昇させ、したがってNOx排出を増加させる状態をも生じさせる。 NOx排出を低くするための1つの方法は、当然、ガス流内のNOx類を低減する
能力のある触媒と排気ガスとを接触させることである。しかし、ディーゼル排気
ガス環境に有効であることが知られている触媒では、還元化学種が排気ガス内に
存在している時に、通常、触媒脱NOxがより有効である。これらの脱NOx類を
エンジン内で発生するためには、通常、全体的な効率的エンジン運転の観点から
望ましいこととは全く相反する状態である低いピーク温度の状態で運転しなけれ
ばならない。
【0004】 触媒に還元化学種を供給するための1つの方法は、膨脹行程の終わり近くに固
定クランク角で、ディーゼルエンジンのシリンダ内に炭化水素が噴射される二次
噴射である。この方法に関連した1つの問題は、NOx類の完全な還元に必要な 種々の還元剤分子の量が、エンジン速度、エンジン負荷、およびコンプレッサが
存在する場合の入口ガス(空気と排気ガス再循環、「EGR」)圧力のようなエ
ンジン動作パラメータに関係し、また固定クランク角の二次噴射が、エンジン動
作パラメータの変更に応答して噴射炭化水素量を調整する方法を用意していない
ことである。固定クランク角の二次噴射に関連した第2の問題は、最も有効な還
元剤、すなわちオレフィンと酸素化物がエンジンの一次燃料源でないことである
。これらの化合物を排気ガス流の中に噴射するために、これらの化合物の第2供
給源をエンジンに設けなければならない。固定クランク角の二次噴射に関連した
さらに他の問題は、高い沸点の芳香族分子を排気ガス内に導入することである。
このような分子はCO2とH2Oに酸化されない限りPNA排出物に貢献するの
で、上記のことは、余分の負担を排気ガス処理システムに課する。
【0005】 したがって、本発明の目的は、エンジンの排気ガス内に存在するNOxを触媒 変換するために十分な量の有効なNOx還元化学種をディーゼルエンジンの燃焼 室内に生成するように、ディーゼルエンジンを運転する方法を提供することであ
る。本発明のさらなる目的は、NOx類が正常燃焼の副生成物として形成される ならば通常課せられる制約を避ける方法で、排気ガス内のNOxを変換すること である。
【0006】 別な言い方をすれば、本発明の目的は、排気ガス内のNOxの触媒還元のため に燃焼室内に十分な有機熱分解生成物、すなわち還元化学種を生成しつつ、ディ
ーゼルエンジンを効率的に運転することである。
【0007】 本発明の概要 1つの実施態様では、本発明は、エンジンの動力を実質的に低減することなく
膨脹行程時にディーゼル燃料エンジンのシリンダ内に噴射される炭化水素から酸
素化物、不飽和化合物、不飽和酸素化物およびそれらの混合物の形成を増大する
ことによって、NOx排出を減らすための方法に関し、この方法は: (a)酸素化物、不飽和化合物、不飽和酸素化物およびそれらの混合物の増加
された量がエンジンのシリンダ内に形成され、低下されたNOx濃度が排気ガス 触媒の下流側のエンジンの排気ガス流に存在し、またエンジンの動力が実質的に
低減されない、炭化水素の校正量と校正クランク角値とを、1つ以上の予め選択
したエンジン動作点で決定する段階と; 次にエンジン運転時に、 (b)前記エンジンの動作点を測定する段階と; (c)前記測定動作点が前記予め選択した動作点の1つと同一である時、前記
予め選択した動作点における校正クランク角値と校正炭化水素量とから前記測定
動作点における膨脹行程時の噴射のためのクランク角値と炭化水素量とを決定し
、また前記測定動作点が前記予め選択した動作点と異なる時、前記予め選択した
動作点における校正クランク角値と校正炭化水素量との間に内挿することによっ
て、前記膨脹行程時の噴射のための炭化水素量とクランク角とを決定する段階と
; (d)前記クランク角の膨脹行程時にエンジンのシリンダ内に炭化水素の量を
噴射する段階と; (e)段階(b)の動作点が変化する時は常に段階(c)と(d)とを繰り返
す段階と; を具備する。
【0008】 詳細な説明 次に、4行程圧縮点火往復内燃機関を特に参考にして、本発明についてより詳
細に説明する;しかし、本発明は、2行程往復圧縮内燃機関のような他の圧縮点
火エンジンに等しく適用できることを容易に理解すべきである。また、図面の同
様の参照番号に従う説明は同様の部分に適用される。
【0009】 最初に図1に言及すると、ディーゼルエンジンは、燃焼室またはシリンダ14
があるエンジンブロック12を含む。シリンダ14の内部には、摺動可能なピス
トン15がエンジンのクランク(図示せず)に取り付けられている。シリンダ1
4の頂部には、シリンダ14の一方の端部を閉じるシリンダヘッド16がある。
【0010】 燃料噴射ノズル17は、燃焼室またはシリンダ14にディーゼル燃料を直接タ
イミング噴射するためにシリンダヘッド16に装着されている。またエンジンは
排気弁21、排気ポート24、空気弁20および空気ポート18を含む。
【0011】 動作時、ピストン15がシリンダの吸気行程の初めに約0°のクランク回転角
に対応する位置にある時、インテークバルブ20は開口し、またピストンが下方
に移動するにつれ、大気が燃焼室またはシリンダ14に吸入される。バルブ20
は吸気行程の終わりまたはその後にすぐに閉鎖し、またピストン15は圧縮行程
時に上昇する。ピストン15は180°のクランク回転角に対応するシリンダ底
部の近くの位置、すなわち下死点位置でその圧縮行程を始める。ピストン15が
圧縮行程で約330°のクランク回転角に対応する位置に到達する時、選択的パ
イロット燃料量が燃焼室に噴射される。シリンダ内の空気は圧縮され、その温度
と圧力を増加し、すべてのパイロット燃料量が燃焼前の化学的および物理的反応
を受けるようにする。圧縮が継続されるにつれ、一次ディーゼル燃料は噴射ノズ
ル17を介してシリンダ14に噴射され、またディーゼル燃料が点火する時に燃
焼室14の混合気全体の膨張を引き起こす。エンジンの膨張(動力)行程は、上
死点(0°)のクランク角に対応する位置をピストンが通過する時に始まる。本
発明に従って、動力行程におけるシリンダ14の膨張時に、一次燃料の量に基づ
き予め選択した量の炭化水素燃料が、二次噴射角度と呼ばれる所定の回転角度で
シリンダに噴射される。この予め選択した燃料噴射は、ノズル17を介してある
いは独立したノズルによって噴射することが可能である。
【0012】 膨張、すなわち動力行程時の炭化水素噴射は、一次燃料噴射と区別するために
二次噴射と呼ばれる。膨張時に噴射される炭化水素は二次噴射による炭化水素で
ある。概して、動力行程時に噴射される炭化水素燃料は、圧縮行程時にエンジン
に噴射される一次燃料と同一であることが可能であるか、あるいは他のある炭化
水素または酸素化物であることが可能である。任意の特定の動作点における二次
噴射による炭化水素の最適な量は、有効なNOx変換のための排気ガス触媒に必 要とされるNOx化合物に対する還元剤の比率によって決定される。この比率は 、エンジン動作温度、噴射時間、圧縮比、エンジン回転数、空燃比、エンジン負
荷、排気ガスリサイクル(egr)および流出ガス流の所望の組成を含むいくつ
かの要因に関係する可能性がある。しかし、概して、主燃焼のために利用される
一次燃料の重量に基づき、約0.5から約5重量%、好ましくは約1重量%から
3重量%がシリンダに注入される。
【0013】 本発明による二次噴射が実質的にエンジンの動力を低減しないことを指摘する
【0014】 さらに、指摘したように、二次噴射角度は排気ガス流内の有機類の所望の組成
にも関係する。図3は、イソ、ノルマルおよびシクロパラフィンの混合物の計算
された噴射生成物を例示し、典型的なディーゼル燃料の脂肪族部分(脂肪族部分
は典型的なディーゼル燃料の主要部分である)を表すように意図されており、直
接噴射2.5リットル4気筒ターボチャージャディーゼルエンジンは21:1の
圧縮比を有し、また3.1barのBrake Mean Engine Pr
essure(「BMEP」)の示した負荷(「load」)で作動し、また二
次噴射タイミングの関数として2250rpmのエンジン回転速度を有する。図
は、所望の還元剤、すなわちオレフィンと酸素化物の和の最大生成が上死点後の
約72°に生じることを示している。さらに、図3に示したように、二次噴射タ
イミングが72°のクランク回転角から逸脱するにつれて、酸素化物とオレフィ
ンの相対量は変動する。データは、このようなエンジンの性能をシミュレートす
るために運動モデルを使用して生成された。
【0015】 図は、C3酸素化物(水平方向の陰影)、C3不飽和化合物(右上方への陰影)
およびC4不飽和化合物(左上方への陰影)の生成を示している。二次噴射(破 線)からの熱分解生成物の和も示されている。
【0016】 本発明では、二次噴射は、エンジンの負荷と、コンプレッサが存在している場
合のインレット圧力と、回転速度とに関係する角度に生じる。上に説明したよう
に、二次噴射は、排気ガス流に現われる燃焼時の熱分解生成物の形成をもたらす
。熱分解生成物は酸素化物とオレフィンとを含有する。形成された熱分解生成物
の量および熱分解生成物の間のオレフィンと酸素化物の相対量は、エンジン負荷
とインレット圧力と回転速度とに関係することが確認された。図4は、熱分解生
成物形成の和と、エンジン負荷、インレット圧力および回転速度との関係を示し
ている。さらに、上に説明したように、酸素化熱分解生成物に対するオレフィン
系の比率はエンジン負荷と回転速度とに関係する。図4のデータは同一の運動モ
デルを使用して生成された。
【0017】 コンプレッサが使用される場合、インレット圧力はエンジン回転速度と著しく
相関する可能性があることを指摘する。
【0018】 エンジンの排気ガス流内のNOx化合物の濃度を低減するために、排気ガス触 媒をディーゼルエンジンに適合させることが周知である。当業者は、排気ガスと
排気ガス条件に応じて、酸素化物またはオレフィンがNOx還元に対しよりよく 反応し得ることを承知している。本発明の目的は、エンジン動作パラメータが動
作範囲全体にわたって変化する時に熱分解生成物形成が最大になるように、二次
噴射角度を調整することである。本発明の他の目的は、動作パラメータが動作範
囲全体にわたって変化する時に最も効率的なNOx変換のための排気ガスと排気 ガス条件とによって必要とされるような、酸素化物とオレフィンとの間の熱分解
生成物の分布を最適化するように、二次噴射角度を調整することである。
【0019】 1つの実施態様では、空燃比、排気ガス再循環の程度、コンプレッサが存在す
る場合のガス(空気およびEGR)インレット圧力、エンジン負荷および回転速
度のような運転条件がエンジンの動作範囲全体にわたって変化する時に、二次噴
射角度の関数として分解生成物形成と組成を測定することによって所望の二次噴
射角度が得られる。これらの測定値は校正として記録される。当業者が承知して
いるように、あるエンジン動作パラメータは特定のエンジンの構造とその用途と
に応じて著しく相関する可能性があるので、すべてのエンジンによる校正の一部
としてすべてのエンジンパラメータの測定が必要でないことを指摘する。しかし
、概して、校正を決定する際に少なくとも負荷と(コンプレッサが場合の)ガス
インレット圧力は変動するに違いない。
【0020】 エンジンを実際に使用している間、本実施態様に従って、エンジンの運転状態
が測定され、また二次噴射角度の対応する記録が検索される。次に、インジェク
タ制御器の作動を介して二次噴射が最適な角度で生じるように、エンジンのイン
ジェクタが操作される。最適な角度は、上述のように、効率的なNOx還元と最 小排気ガス炭化水素排出のための各動作点における所望の酸素化物対オレフィン
の量と比率に関係する。
【0021】 好適な実施態様では、校正は次のように得られる: 第1に、二次噴射タイミング角度は、NOx還元剤生成が最大にされる基準点に 決定される。このタイミング角度は、ピーク還元剤生成基準角度、APrと呼ば れる。好ましくは、基準点は、校正で使用されるすべてのパラメータの範囲内に
十分あるように選択される。
【0022】 APrが決定されると、負荷、速度、コンプレッサが存在する場合のガスイン レット圧力のようなエンジンパラメータが変化する時に、NOx還元剤生成を最 大にするために必要な噴射角度の変化の程度を決定するために、ディーゼルエン
ジン測定が行われる。最大還元剤生成に対応する噴射角度は、エンジンの動作範
囲に対応する運転条件用に記録される。基準点(r)と異なる1エンジン動作点
(i)におけるピーク還元剤生成噴射角度(AP)は、APiと呼ばれる。基準 噴射角度からの噴射角度の偏差は、したがってAPi−APrである。
【0023】 本実施態様では、NOx還元剤の間に存在するオレフィンと酸素化物の相対的 割合は、二次噴射角度を変更することによって変えることができる。上に説明し
たように、エンジン運転状態が変化するので、熱分解生成物中の酸素化物または
オレフィンの相対濃度を増加することがしばしば望ましい。概して、相対的によ
り大きな酸素化物濃度は、より低い二次噴射角度で得られ、またより大きなオレ
フィン濃度はより高い角度で生じる。図3参照。所望の酸素化物/オレフィン比
率と熱分解生成物の全収量変換値、ADrとに対応する基準動作点(r)におけ る所望の二次噴射角度は、直接のエンジン測定によって決定される。ADi−A Piに等しい任意のエンジン動作点(i)におけるピーク還元剤生成に対応する 噴射角度からの所望の偏差は、ほぼ値ADr−APrに等しい定数であることが確
認されている。図5と図6を参照されたい。換言すれば、任意の動作点(i)に
おけるピーク還元剤生成に対応する二次噴射角度と同一時点(i)における所望
の酸素化物/オレフィン比率および合計熱分解生成物収量に対応する角度との間
のクランク角の偏差量は、(i)のすべての値についてほぼ一定であり、したが
って基準値(r)で評価することができることが発見されている。
【0024】 図4と図5では、長方形によって示された点は、3.1barの負荷BMEP
、1.4barのインレット圧力および2250rpmの回転速度に対応し、菱
形の点は1.5barのBMEP負荷、1.4barのインレット圧力および2
100rpmの回転速度に対応し、星形の点は3.1barのBMEP負荷、1
.2barのインレット圧力および1550rpmの回転速度に対応し、円形の
点は2.0barのBMEP負荷、1.1barのインレット圧力および155
0rpmの回転速度に対応する。同一の記号は図6に適用される。図5と図6は
、図4と同一の運動モデルを使用して生成された。
【0025】 要約すると、本実施態様では、パラメータAPrとADr−APrおよびベクト ルAPiは、直接のエンジン測定値を用いた校正として決定される。NOx還元剤
の量と形式は、エンジンを実際に使用している間に後で、特定の運転状態に対応
するエンジンの動作点(i)を決定し、次に関係式ADi=APr+(APi−A Pr)+(ADi−APi)から、二次噴射ADiの所望のクランク角を決定するこ
とによって最適化することができ、ここでADi−APiは任意の(i)について
ADr−APrに等しい。
【0026】 校正点は、エンジンの所望の動作範囲に対応するエンジン負荷と速度のそれら
の値の中から選択される。選択される特定の点は、使用される特定の触媒と、排
気ガス触媒前の排気ガス流内にエンジン負荷と速度の関数として存在する所望の
NOxとに関係する。
【0027】 NOx類の触媒変換は、排気ガス触媒が機能する温度範囲内で生じる。排気ガ ス触媒温度は任意の特定の速度で主として運転負荷によって決定される。したが
って、動作範囲の任意の特定の速度で、最小負荷・速度校正点は、機能範囲の初
めに排気ガス触媒温度に対応する負荷に選択される。選択された速度のエンジン
の最大負荷を負荷が超えないことを前提として、上記の速度における最大負荷・
速度校正点は、触媒の機能温度範囲の上方端部の排気ガス触媒温度に対応する負
荷に選択される。
【0028】 実際にはディーゼルエンジンの校正時、校正点は、所望の動作範囲に及ぶ速度
に選択され、また最大・最小負荷値は上述のように各速度について決定される。
これらの最大・最小負荷値の範囲内に、NOx生成の増加が観察される他の校正 点が選択される。
【0029】 校正点の正確な数は、ディーゼルエンジンの型式とそのエンジンが使用される
方法とに関係する。例えば、一定の負荷と速度でエンジンが連続的に運転される
場合、本発明の実施では単一の校正点で十分であるかもしれない。エンジンの動
作範囲全体にわたって急速に変化する負荷および速度条件にエンジンがさらされ
る他の場合、校正点は、代表的な速度における最小・最大負荷値ならびにNOx 生成の増加に対応する負荷・速度点における前記最小・最大値内の校正点を含む
ことが可能である。European City Emission Exte
nded Urban Driving Cycleは、このようなケースを表
している。この駆動サイクルは、Type 1 Test、排出物テストサイク
ルとして96/69/E.Cによって改正された91/441/E.E.C.指
令に記載されている。
【0030】 NOx生成の増加を示すエンジン動作範囲のすべての動作点で校正値を得るこ とは必要でない。任意のエンジン動作点におけるピーク還元剤生成に対応する二
次噴射のクランク角を決定するために、当業者に既知の標準内挿法を使用できる
場合、十分な数の校正点が得られたことになる。
【0031】 好適な実施態様では、本発明は図2に示したように実施される。図2は、燃料
ポンプ(2)に接続された燃料リザーバ(1)を示している。燃料は高圧で燃料
ポンプを離れ、また共通のレール(3)に供給される。インジェクタ制御ユニッ
ト(5)はセンサ(7)を介してエンジン負荷と速度情報とを感知する。インジ
ェクタ制御ユニットはエンジン動作点(i)を決定し、また角度ADiの所望の 噴射を計算する。インジェクタ制御ユニットは、二次噴射がエンジンの各シリン
ダの所望のクランク角ADiで行われるように、適切なクランク角でエンジンの インジェクタ(4)を作動させる信号(6)を生成する。
【0032】 容易に理解できるように、ディーゼルエンジンには種々のモデルがある。各モ
デルエンジンについて、燃料消費量の状態と排気ガスの特性との間の関係を容易
に決定することができる。すべての当業者は、所定の二次噴射角度におけるシリ
ンダの膨張動力行程時に予め選択した量の炭化水素をシリンダに噴射することに
よって、排気ガス組成を調整することができる。これによって、最大の動力と効
率を提供すると同時に、適切な触媒コンバータが存在する時に排気ガス内のNO x 還元の際に使用するためのガス内の適切な量の還元化学種を有する排気ガスを 持つことが可能であるという観点から、エンジンの最適化が可能になる。
【0033】 二次噴射は、一次燃料量の燃焼時に生成されるNOのNO2への変換をもたら すことがある。還元剤生成のように、所望の量のNOからNO2への変換は、エ ンジン動作条件の変化に応答して二次噴射クランク角を変更することによって得
られる。変換の量は、NOと噴射物との間の混合度によって影響される。所定の
二次噴射クランク角および所定のエンジン動作点におけるNOからNO2へのピ ーク変換は、NOと噴射物が完全に混合される時に行われる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明を理解するために必要なディーゼルエンジンの1つのシリンダの主要要
素の概略図である。
【図2】 本発明と共に使用するように適合された一般のレール噴射システムの概略図で
ある。
【図3】 3.1barのBMEPの負荷と1.4barのインレット圧力と2,250
rpmの回転速度とを有する特定のエンジン動作点における本発明に従って膨脹
行程の開始から測定される二次噴射角度と、ピーク熱分解生成物の収量(酸素化
物と炭化水素不飽和化合物(オレフィン))との関係を示している。二次噴射物
は一次燃料量の2重量%に対応するパラフィンの混合物である。
【図4】 これらの熱分解生成物の和とエンジン負荷、インレット圧力および回転速度と
の関係を示すグラフである。
【図5】 エンジン動作パラメータが変化する時にピーク収量が生じる角度からの偏差の
関数としての熱分解生成物の収量の関係を示している。
【図6】 ピーク全収量が生じる角度からのタイミングの偏差と共に変化するC1オレフ
ィン対C1酸素化物の比率を示している。エンジン動作パラメータが変化する時
の変化はほぼ均一である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW,ML, MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,GM,K E,LS,MW,SD,SZ,UG,ZW),EA(AM ,AZ,BY,KG,KZ,MD,RU,TJ,TM) ,AL,AU,BA,BB,BG,BR,CA,CN, CU,CZ,EE,GE,HR,HU,ID,IL,I N,IS,JP,KP,KR,LC,LK,LR,LT ,LV,MG,MK,MN,MX,NO,NZ,PL, RO,SG,SI,SK,SL,TR,TT,UA,U Z,VN,YU (72)発明者 ハーシュコウィッツ フランク アメリカ合衆国 ニュージャージー州 07938 リバティ コーナー リヨンズ ロード509 (72)発明者 ディーン アンソニー マリオン アメリカ合衆国 ニュージャージー州 08827 ハンプトン カントリー アクレ ス ドライブ67 (72)発明者 ピンク ハリー スチュワード アメリカ合衆国 ニュージャージー州 08889 ホワイトハウス ステーション メンロ ドライブ5 Fターム(参考) 3G066 AA07 AA13 AB00 AC10 BA25 CE14 DA04 DA09 DC01 DC05 DC09 3G301 HA02 HA13 HA24 JA25 MA18 MA26 PA17Z PE01Z PE03Z

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 吸入行程時のエンジンのシリンダ内への一次燃料量の噴射に
    続く膨脹行程時にディーゼル燃料エンジンのシリンダ内に噴射される炭化水素か
    ら、酸素化物と、不飽和化合物と、不飽和酸素化物とそれらの混合物の形成を増
    大することによって、NOx排出を減らすための方法であって、 (a)酸素化物、不飽和化合物、不飽和酸素化物およびそれらの混合物の増加
    された量がエンジンのシリンダ内に形成され、低下されたNOx濃度が排気ガス 触媒の下流側のエンジンの排気ガス流に存在し、またエンジンの動力が実質的に
    低減されない、炭化水素量と校正クランク角値とを、1つ以上の予め選択したエ
    ンジン動作点で決定する段階と、 次にエンジン運転時に、 (b)エンジンの動作点を測定する段階と、 (c)前記測定動作点が予め選択した動作点の1つと同一である時、前記予め
    選択した動作点における校正クランク角値と炭化水素量とから前記測定動作点に
    おける膨脹行程時の噴射のためのクランク角値と炭化水素量とを決定し、また前
    記測定動作点が前記予め選択した動作点と異なる時、前記予め選択した動作点に
    おける校正クランク角値と校正炭化水素量との間に内挿することによって、前記
    膨脹行程時の噴射のための炭化水素量とクランク角値とを決定する段階と、 (d)前記クランク角値の膨脹行程時にエンジンのシリンダ内に炭化水素の量
    を噴射する段階と、 (e)段階(b)の動作点が変化する時は常に段階(c)と(d)とを繰り返
    す段階と、 を具備する方法。
  2. 【請求項2】 前記エンジンの動作点が、エンジン負荷と、エンジン速度と
    、インレットガスコンプレッサが存在している場合のインレットガス圧力の内の
    少なくとも1つから決定される、請求項1に記載の方法。
  3. 【請求項3】 噴射時のクランク角が上死点の後の約20°から上死点の後
    の約180°の範囲にある、請求項1に記載の方法。
  4. 【請求項4】 膨脹行程時に噴射される炭化水素の量が、エンジンの一次燃
    料量の重さに基づき約0.5重量%から約5重量%の範囲にある、請求項3に記
    載の方法。
  5. 【請求項5】 噴射される炭化水素が一次燃料と同一である、請求項4に記
    載の方法。
  6. 【請求項6】 噴射される炭化水素が一次燃料と異なる、請求項5に記載の
    方法。
  7. 【請求項7】 膨張行程時に噴射される炭化水素が、イソ、シクロおよびノ
    ルマルパラフィンとそれらの混合物から成る群から選択される、請求項6に記載
    の方法。
  8. 【請求項8】 吸入行程時のエンジンのシリンダ内への一次燃料量の噴射に
    続く膨脹行程時にディーゼル燃料エンジンのシリンダ内に噴射される炭化水素か
    ら、酸素化物と、不飽和化合物と、不飽和酸素化物と、それらの混合物の形成を
    増大することによって、NOx排出を減らすための方法であって、 (a)1つ以上の予め選択した動作点でエンジンの一次燃料量の重さに基づき
    約0.5重量%から約5重量%の範囲にある校正炭化水素量を決定する段階であ
    って、前記炭化水素が一次燃料と同一であり、また酸素化物、不飽和化合物、不
    飽和酸素化物およびそれらの混合物の増加された量がエンジンのシリンダ内に形
    成され、低下されたNOx濃度が排気ガス触媒の下流側のエンジンの排気ガス流 に存在し、またエンジンの動力が実質的に低減されない、上死点の後の約20°
    から上死点値の後の約180°の範囲に、校正クランク角がある、段階と、 次にエンジン運転時に、 (b)エンジンの動作点を測定する段階と、 (c)前記測定動作点が予め選択した動作点の1つと同一である時、前記予め
    選択した動作点における校正クランク角値と校正炭化水素量とから前記測定動作
    点における膨脹行程時の噴射のためのクランク角値と炭化水素量とを決定し、ま
    た前記測定動作点が前記予め選択した動作点と異なる時、前記予め選択した動作
    点における校正クランク角値と校正炭化水素量との間に内挿することによって、
    前記膨脹行程時の噴射のための炭化水素量とクランク角値とを決定する段階と、 (d)前記クランク角値の膨脹行程時にエンジンのシリンダ内に炭化水素の量
    を噴射する段階と、 (e)段階(b)の動作点が変化する時は常に段階(c)と(d)とを繰り返
    す段階と、 を具備する方法。
JP2000524574A 1997-12-10 1998-12-09 膨脹行程時の炭化水素噴射による圧縮点火エンジン内のNOx還元剤の生成方法 Pending JP2001526354A (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US08/988,417 1997-12-10
US08/988,417 US6029623A (en) 1997-12-10 1997-12-10 NOx reductant generation in a compression-ignition engine by hydrocarbon injection during the expansion stroke
PCT/US1998/026089 WO1999030024A1 (en) 1997-12-10 1998-12-09 NOx REDUCTANT GENERATION IN A COMPRESSION-IGNITION ENGINE BY HYDROCARBON INJECTION DURING THE EXPANSION STROKE

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2001526354A true JP2001526354A (ja) 2001-12-18

Family

ID=25534093

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2000524574A Pending JP2001526354A (ja) 1997-12-10 1998-12-09 膨脹行程時の炭化水素噴射による圧縮点火エンジン内のNOx還元剤の生成方法

Country Status (10)

Country Link
US (1) US6029623A (ja)
EP (2) EP1038098B1 (ja)
JP (1) JP2001526354A (ja)
CN (1) CN1261682C (ja)
AU (1) AU760254B2 (ja)
BR (1) BR9813427A (ja)
CA (1) CA2318941C (ja)
DE (1) DE69814455T2 (ja)
ES (1) ES2199478T3 (ja)
WO (1) WO1999030024A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100986715B1 (ko) * 2007-05-04 2010-10-11 지엠 글로벌 테크놀러지 오퍼레이션스, 인코포레이티드 압축-착화 내연기관에서 환원제를 발생시키는 방법 및 장치

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6463907B1 (en) * 1999-09-15 2002-10-15 Caterpillar Inc Homogeneous charge compression ignition dual fuel engine and method for operation
AU2001292589A1 (en) * 2000-09-07 2002-03-22 Savage Enterprises, Inc. Igniter for internal combustion engines operating over a wide range of air fuel ratios
US6536209B2 (en) 2001-06-26 2003-03-25 Caterpillar Inc Post injections during cold operation
EP1653069B1 (en) * 2004-10-26 2018-03-21 Volvo Car Corporation Method and combustion system for improving combustion characteristics for a direct injected compression ignition engine
US7237537B2 (en) 2005-03-31 2007-07-03 General Electric Company Compression-ignition engine configuration for reducing pollutants and method and system thereof
US7803338B2 (en) * 2005-06-21 2010-09-28 Exonmobil Research And Engineering Company Method and apparatus for combination catalyst for reduction of NOx in combustion products
US7743602B2 (en) 2005-06-21 2010-06-29 Exxonmobil Research And Engineering Co. Reformer assisted lean NOx catalyst aftertreatment system and method
JP4375311B2 (ja) * 2005-09-08 2009-12-02 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の排気浄化システム
WO2011132322A1 (ja) * 2010-04-22 2011-10-27 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の制御装置
US8101145B1 (en) 2010-08-31 2012-01-24 General Electric Company Exhaust treatment system and method of operation
KR101694263B1 (ko) 2011-10-28 2017-01-23 이에이치티 피 앤 엘 리미티드 연소엔진의 개량
US20200116093A1 (en) * 2018-10-10 2020-04-16 GM Global Technology Operations LLC Nox formation prediction for improved catalytic converter control

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5438439A (en) * 1977-08-30 1979-03-23 Agency Of Ind Science & Technol Fuel injection for pump multiple injection
US4414940A (en) * 1981-04-13 1983-11-15 Loyd Robert W Conditioned compression ignition system for stratified charge engines
US4416229A (en) * 1981-06-29 1983-11-22 Southwest Research Institute Fuel injection system for diesel engines
US4481921A (en) * 1982-05-26 1984-11-13 Nippondenso Co., Ltd. Fuel injection apparatus of internal combustion engine
US4543930A (en) * 1983-11-17 1985-10-01 Southwest Research Institute Staged direct injection diesel engine
US5119780A (en) * 1991-06-11 1992-06-09 Southwest Research Institute Staged direct injection diesel engine
US5245953A (en) * 1991-07-31 1993-09-21 Mitsubishi Jidosha Kogyo Kabushiki Kaisha Emulsion fuel engine
EP0621400B1 (de) * 1993-04-23 1999-03-31 Daimler-Benz Aktiengesellschaft Luftverdichtende Einspritzbrennkraftmaschine mit einer Abgasnachbehandlungseinrichtung zur Reduzierung von Stickoxiden
IT1266889B1 (it) * 1994-07-22 1997-01-21 Fiat Ricerche Metodo di autoinnesco della rigenerazione in un filtro particolato per un motore diesel con sistema d'iniezione a collettore comune.
JP3663663B2 (ja) * 1995-03-24 2005-06-22 株式会社デンソー 内燃機関の窒素酸化物浄化装置
FR2736094B1 (fr) * 1995-06-30 1997-07-25 Renault Procede de commande de l'alimentation en carburant d'un moteur a combustion interne et injection directe
JPH09158810A (ja) * 1995-10-02 1997-06-17 Hino Motors Ltd ディーゼルエンジン
US5609131A (en) * 1995-10-11 1997-03-11 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The U.S. Environmental Protection Agency Multi-stage combustion engine
JPH09177640A (ja) * 1995-12-15 1997-07-11 Caterpillar Inc 高サック容積を有する燃料噴射器による燃焼排気ガス清浄化システムとその方法
US5727519A (en) * 1996-05-24 1998-03-17 Isuzu Ceramics Research Institute Co., Ltd. Low evaporativity fuel diesel engine
US5816228A (en) * 1997-02-19 1998-10-06 Avl Powertrain Engineering, Inc. Fuel injection system for clean low viscosity fuels

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100986715B1 (ko) * 2007-05-04 2010-10-11 지엠 글로벌 테크놀러지 오퍼레이션스, 인코포레이티드 압축-착화 내연기관에서 환원제를 발생시키는 방법 및 장치

Also Published As

Publication number Publication date
ES2199478T3 (es) 2004-02-16
DE69814455D1 (de) 2003-06-12
CA2318941C (en) 2005-02-08
BR9813427A (pt) 2000-10-10
US6029623A (en) 2000-02-29
AU1809799A (en) 1999-06-28
CN1261682C (zh) 2006-06-28
CA2318941A1 (en) 1999-06-17
EP1302651A1 (en) 2003-04-16
EP1038098B1 (en) 2003-05-07
DE69814455T2 (de) 2003-12-04
CN1281532A (zh) 2001-01-24
EP1038098A1 (en) 2000-09-27
AU760254B2 (en) 2003-05-08
WO1999030024A1 (en) 1999-06-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5947063A (en) Stoichiometric synthesis, exhaust, and natural-gas combustion engine
EP1255923B1 (en) Method and apparatus for dual fuel injection into an internal combustion engine
EP1038099B1 (en) No to no 2? conversion control in a compression injection engine by hydrocarbon injection during the expansion stroke
US6202601B1 (en) Method and apparatus for dual fuel injection into an internal combustion engine
US6684630B2 (en) Direct-injection spark-ignition engine with a turbo charging device
EP0854973B1 (en) Multi-stage combustion engine
KR101194542B1 (ko) Hcci, hcci+cd, 및 cd 연소 모드를 연료공급맵을 선택적 사용하여 제공되는 디젤엔진 연료공급 전략
JP2001526354A (ja) 膨脹行程時の炭化水素噴射による圧縮点火エンジン内のNOx還元剤の生成方法
EP1134398A3 (en) System and method for auto-ignition of gasoline internal combustion engine
US7181902B2 (en) Coordinated engine control for lean NOx trap regeneration
US6561139B2 (en) Method and apparatus for reducing emissions of internal combustion engines
CN101319639A (zh) 用于控制压燃式发动机的点火正时的方法和装置
US7533650B2 (en) Emission control for an internal combustion engine
JPH09324631A (ja) ディーゼルエンジンの燃料噴射制御方法
JPH10288068A (ja) 直噴式エンジンの燃焼室に燃料を供給する方法
US6668790B2 (en) Method of operating an internal combustion engine operated on gasoline type fuels
CN107654304A (zh) 进气冲程期间用于改进催化剂起燃的双喷射
US6393832B1 (en) Fuel injection method for an internal combustion engine
MXPA00005304A (en) NOx
MXPA00005275A (en) No to no2
JP2004027959A (ja) 圧縮自己着火式内燃機関
JPH10252523A (ja) 内燃機関の排気浄化装置
JPH11236833A (ja) 圧縮着火内燃機関
Heitland et al. NEW ECOLOGYENGINES: A RESULT OF THE ZEL'DOVICH MECHANISM
JPH10141144A (ja) 排気再循環式ガスエンジンの給気構造

Legal Events

Date Code Title Description
RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20050329

RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20050330

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20051118

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20070626

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20070921

A602 Written permission of extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A602

Effective date: 20071001

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20071218

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20080422

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20081014