JP2004353562A

JP2004353562A - ジメチルエーテル圧縮着火エンジン

Info

Publication number: JP2004353562A
Application number: JP2003152440A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Kitano; 康司北野; Yukihiro Tsukasaki; 之弘塚崎; Riyouji Saikai; 亮児西海
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2003-05-29
Filing date: 2003-05-29
Publication date: 2004-12-16

Abstract

【課題】ジメチルエーテル圧縮着火エンジンにおいて、良好な予混合燃焼を可能とすることである。
【解決手段】ジメチルエーテルを気筒内へ噴射するための噴射装置１７と、セタン価を低下させるようにジメチルエーテルを改質して改質体を生成する改質装置１８とを具備し、機関高負荷時には、改質装置により生成された改質体を使用して気筒内に予混合気を形成すると共に、噴射装置によって着火用にジメチルエーテルを気筒内へ噴射して予混合燃焼を実施する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軽油に代えてジメチルエーテルを燃料として使用するジメチルエーテル圧縮着火エンジンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的な圧縮着火エンジンの排気ガス中には、パティキュレートとＮＯ_Ｘとが含まれ、これらを大気中へ放出しないようにすることが望まれている。ジメチルエーテルは、含酸素燃料であるために、燃焼に際して殆どパティキュレート（煤）が発生しない。それにより、軽油に代えてジメチルエーテルを圧縮着火エンジンの燃料として使用することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−１０７８７２号公報
【特許文献２】
特開２００１−１１５８６６号公報
【特許文献３】
特開２０００−２２０４８２号公報
【特許文献４】
特開２００１−１５９３４９号公報
【特許文献５】
特開２００２−０３８９８１号公報
【特許文献６】
特開２００２−３２７６１８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
こうして、パティキュレートの問題は解決されるが、ジメチルエーテルを燃料として使用しても、燃焼に際して依然としてＮＯ_Ｘは発生する。圧縮着火エンジンにおいて、ＮＯ_Ｘ生成量を低減するためには、吸気行程又は圧縮行程前半で気筒内に燃料を噴射して、着火以前に燃料を予混合させることが有効である。しかしながら、ジメチルエーテルはセタン価が比較的高いために、特に機関高負荷時のように比較的多量の燃料が必要とされる時には、予混合させた燃料が意図する以前に自着火（過早着火）して、機関出力が低下したり、また、大きな燃焼騒音が発生したりする。
【０００５】
従って、本発明の目的は、ジメチルエーテル圧縮着火エンジンにおいて、良好な予混合燃焼を可能とすることである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明による請求項１に記載のジメチルエーテル圧縮着火エンジンは、ジメチルエーテルを気筒内へ噴射するための噴射装置と、セタン価を低下させるようにジメチルエーテルを改質して改質体を生成する改質装置とを具備し、機関高負荷時には、前記改質装置により生成された前記改質体を使用して気筒内に予混合気を形成すると共に、前記噴射装置によって着火用にジメチルエーテルを気筒内へ噴射して予混合燃焼を実施することを特徴とする。このジメチルエーテル圧縮着火エンジンによれば、気筒内に形成される予混合気は、セタン価を低下させるようにジメチルエーテルを改質した改質体を使用するものであるために、過早着火することはなく、また、この予混合気は、着火用に噴射されたジメチルエーテルによって確実に着火燃焼させられる。
【０００７】
また、本発明による請求項２に記載のジメチルエーテル圧縮着火エンジンは、請求項１に記載のジメチルエーテル圧縮着火エンジンにおいて、前記改質体は、機関吸気系を介して気筒内へ供給されることを特徴とする。このジメチルエーテル圧縮着火エンジンによれば、機関吸気系に設けられた単一の噴射装置を使用して、多気筒へ改質体を供給することができる。
【０００８】
また、本発明による請求項３に記載のジメチルエーテル圧縮着火エンジンは、請求項１又は２に記載のジメチルエーテル圧縮着火エンジンにおいて、機関低負荷時には、前記噴射装置により気筒内へ噴射されたジメチルエーテルによって気筒内に予混合気を形成して予混合燃焼を実施することを特徴とする。このジメチルエーテル圧縮着火エンジンによれば、機関低負荷時のように必要燃料量が比較的少ない時にはジメチルエーテルによって予混合気を形成しても過早着火しないために、この時にはジメチルエーテルによって予混合気が形成される。
【０００９】
また、本発明による請求項４に記載のジメチルエーテル圧縮着火エンジンは、請求項１から３のいずれか一項に記載のジメチルエーテル圧縮着火エンジンにおいて、前記改質装置により生成された前記改質体は気体であり、前記改質体を加圧するためのコンプレッサと、前記コンプレッサにより加圧された前記改質体を蓄えるリザーブタンクとを具備し、前記リザーブタンク内の前記改質体の圧力が設定値以下であって前記改質装置が前記改質体を生成可能である時には、前記改質装置へジメチルエーテルを供給すると共に前記コンプレッサを作動させて、前記リザーブタンク内へ前記改質体を充填することを特徴とする。このジメチルエーテル圧縮着火エンジンによれば、改質装置が改質体を生成可能である時には、リザーブタンク内の改質体の圧力は設定値より高く維持される。
【００１０】
また、本発明による請求項５に記載のジメチルエーテル圧縮着火エンジンは、請求項１から４のいずれか一項に記載のジメチルエーテル圧縮着火エンジンにおいて、機関高負荷時に前記改質体を使用して気筒内に予混合気を形成することができない時には、前記噴射装置により気筒内へ噴射されたジメチルエーテルによってディーゼル通常燃焼を実施することを特徴とする。このジメチルエーテル圧縮着火エンジンによれば、改質体を使用して気筒内に予混合気を形成することができない時には、予混合燃焼を断念して、ジメチルエーテルによるディーゼル通常燃焼が実施される。
【００１１】
また、本発明による請求項６に記載のジメチルエーテル圧縮着火エンジンは、請求項５に記載のジメチルエーテル圧縮着火エンジンにおいて、前記ディーゼル通常燃焼における燃焼空燃比は理論空燃比近傍とされることを特徴とする。このジメチルエーテル圧縮着火エンジンによれば、ジメチルエーテルのディーゼル通常燃焼ではパティキュレートの問題がないために理論空燃比近傍でディーゼル通常燃焼が実施される。
【００１２】
また、本発明による請求項７に記載のジメチルエーテル圧縮着火エンジンは、請求項１から６のいずれか一項に記載のジメチルエーテル圧縮着火エンジンにおいて、機関排気系にはＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒装置が配置され、前記ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒装置の再生時には、前記改質装置により生成された前記改質体を前記ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒装置へ供給することを特徴とする。このジメチルエーテル圧縮着火エンジンによれば、ジメチルエーテルに比較して反応性が高い改質体が再生のためにＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒装置へ供給される。
【００１３】
また、本発明による請求項８に記載のジメチルエーテル圧縮着火エンジンは、請求項７に記載のジメチルエーテル圧縮着火エンジンにおいて、前記ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒装置の再生時に前記改質体を前記ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒装置へ供給することができない時には、ジメチルエーテルを前記ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒装置へ供給することを特徴とする。このジメチルエーテル圧縮着火エンジンによれば、改質体をＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒装置へ供給することができない時には、改質体の供給を断念して、再生のためにジメチルエーテルがＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒装置へ供給される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明によるジメチルエーテル圧縮着火エンジンの構成を示す全体図である。同図において、１は４気筒の機関本体である。機関本体１には、機関吸気系２が機関吸気系の一部であるインテークマニホルド２ａを介して、また、機関排気系３が機関排気系の一部であるエキゾーストマニホルド３ａを介して、それぞれ接続されている。
【００１５】
機関吸気系２は、エアクリーナ４を介して大気へ通じており、エアクリーナ４の下流側において、吸気を過給して多量の吸気供給を可能とするためにターボチャージャのコンプレッサ５ａが配置されている。また、コンプレッサ５ａの下流側において、吸気を冷却して多量の吸気供給を可能とするためにインタークーラ６が配置されている。７はインテークマニホルド２ａの直上流側に配置されたスロットル弁であり、このスロットル弁は、アクセルペダルに連動するものではなく、ステップモータ等の駆動装置によって任意に開度設定可能なものである。
【００１６】
一方、機関排気系３は、エキゾーストマニホルド３ａの下流側においてターボチャージャのタービン５ｂが配置され、タービン５ｂの下流側においてＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒装置８が配置され、ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒装置７の下流側において酸化触媒装置９が配置され、また、マフラー（図示せず）を介して大気と通じている。
【００１７】
機関吸気系２におけるスロットル弁７の下流側と機関排気系３におけるタービン５ｂの上流側とは排気ガス再循環通路１０によって接続され、排気ガス再循環（ＥＧＲ）通路１０を介して排気ガスの一部を気筒内へ再循環することにより、排気ガスの主成分である不活性ガスの大きな熱容量によって燃焼温度を低下させ、ＮＯ_Ｘの生成を抑制している。１１はＥＧＲ通路１０を介して気筒内へ再循環させる排気ガス量を制御するための制御弁であり、また、１２は再循環排気ガスを冷却して多量の排気ガス再循環を可能とするためのＥＧＲクーラである。前述のスロットル弁７により吸気を絞ると、スロットル弁７の下流側において機関吸気系には負圧が発生し、この負圧を利用して、ＥＧＲ通路１０を介して排気ガスが再循環し易くなる。
【００１８】
機関本体１は、ディーゼルエンジンの燃料として一般的に使用される軽油ではなく、ジメチルエーテル（以下、ＤＭＥ）を燃料として使用するものである。ＤＭＥは、含酸素燃料であるために、燃焼に際して殆どパティキュレートが発生しない。それにより、機関排気系にパティキュレートを捕集するためのフィルタ等を配置する必要はない。ＤＭＥは、大気圧において気体であるために、燃料タンク１３内に加圧液化して蓄えられる。１４は、供給ポンプ１５が配置されて、燃料タンク１３と燃料噴射ポンプ１６とを連通する燃料供給管である。燃料噴射ポンプ１６は、燃料供給管１４を介して供給される液化ＤＭＥをさらに加圧してコモンレール３０へ圧送するためのものであり、機関本体１により駆動される。こうして、コモンレール３０内は所望圧力近傍の液化ＤＭＥにより満たされ、この液化ＤＭＥは、コモンレール３０に接続された気筒毎の第一燃料噴射弁１７を介して各気筒へ供給される。
【００１９】
第一燃料噴射弁１７により圧縮上死点近傍の燃料噴射時期でＤＭＥを気筒内へ噴射すれば、燃料気化が容易なために、軽油に比較して良好なディーゼル通常燃焼を実現することができる。このＤＭＥを使用するディーゼル通常燃焼は、良好なだけでなく、前述したようにパティキュレートを殆ど発生しない。しかしながら、比較的多量の排気ガスを再循環させても、特に燃料噴射量が比較的多い時には燃焼温度が比較的高くなるために、ＮＯ_Ｘは生成される。
【００２０】
ところで、ＮＯ_Ｘ生成量を低減するのに、吸気行程又は圧縮行程前半で気筒内に燃料を噴射して予混合気を形成し、この予混合気を圧縮して自着火させる予混合燃焼が効果的である。それにより、ＤＭＥによって予混合燃焼を実施すれば、パティキュレートと共にＮＯ_Ｘも殆ど発生しない。ＤＭＥはセタン価が高いために自着火し易く、燃料噴射量が比較的少なければ、このような予混合燃焼が可能である。しかしながら、燃料噴射量が多くなると、圧縮上死点近傍に意図された着火時期よりかなり前に自着火（過早着火）し、意図する機関出力を得ることができないだけでなく、この時には大きな燃焼騒音が発生する。
【００２１】
本発明は、燃料噴射量が比較的多い時にもＤＭＥの予混合燃焼を可能とすることを意図している。このために、図１の構成において、機関排気系３のＮＯ_Ｘ還元浄化触媒装置８と酸化触媒装置９との間には、ＤＭＥをＣＯ及びＨ_２等に改質するための改質装置１８が設けられている。改質装置１８は、機関排気系３を取り囲むような構造を有し、機関排気系３の熱を利用して活性化する酸化触媒等を担持している。改質装置１８の流入口は、流入管１９によって供給ポンプ１５の下流側において燃料供給管１４に接続され、また、改質装置１８の流出口は、流出管２０によってリザーバタンク２１に接続されている。
【００２２】
こうして、流入口を介して改質装置１８へ流入するＤＭＥは、酸化触媒によって部分酸化されて、改質体としてのＣＯ及びＨ_２に熱分解され、流出口を介して流出する。改質装置１８内において、ＤＭＥは液体又は気体であるが、熱分解により生成された時点で改質体は一般的に気体となる。それにより、流出管２０には改質体を加圧液化するためのコンプレッサ２２が配置されており、改質体はリザーバタンク２１内に液体として蓄えられる。
【００２３】
機関吸気系２のインテークマニホルド２ａとスロットル弁７との間には、単一の第二燃料噴射弁２３が設けられている。この第二燃料噴射弁２３は、連通管２４を介してリザーバタンク２１に接続され、リザーバタンク２１内の改質体を機関吸気系２に供給するためのものである。連通管２４には、遮断弁２５と圧力調節器２６とが配置され、遮断弁２５を介して放出されるリザーバタンク２１内の改質体を圧力調節器２６により調量して、機関吸気系２へ供給するようになっている。遮断弁２５は、必要に応じて（例えば、第二燃料噴射弁２３又は圧力調節器２６の点検時等）、リザーバタンク２１の改質体の放出を完全に停止可能とする。ところで、第二燃料噴射弁を各気筒に配置して、改質体を各気筒へ直接的に供給するようにしても良いが、本実施形態のように、改質体を機関吸気系２へ供給するようにすれば、第二燃料噴射弁を単一とすることができる。
【００２４】
図２は、第一燃料噴射弁１７及び第二燃料噴射弁２３による燃料噴射制御を示す第一フローチャートである。先ず、ステップ１０１において、機関回転数及び機関負荷等によって定まる現在の運転状態が、図３に示すマップにおいて、領域Ｉ内であるか否かが判断される。このマップにおいて、高回転時を除く低負荷側が領域Ｉであり、その他が領域ＩＩとなっている。
【００２５】
ステップ１０１の判断が肯定される時、すなわち、現在の運転領域が領域Ｉである時には、必要燃料量が比較的少なく、前述したようにＤＭＥによる予混合燃焼が可能であり、ステップ１０２において、第一燃料噴射弁１７によって噴射時期を吸気行程又は圧縮行程前半へ進角してＤＭＥを気筒内へ噴射し、ＤＭＥによる予混合燃焼を実施する。それにより、パティキュレート及びＮＯ_Ｘは殆ど生成されない。この時の燃焼空燃比はリーンとされ、僅かに生成されたＣＯ等の還元物質は、酸化触媒装置９によって浄化される。
【００２６】
一方、現在の運転領域が領域ＩＩである時にはステップ１０１における判断が否定され、ステップ１０３において、リザーバタンク２１内の改質体の圧力Ｐが第一設定圧力Ｐ１以上であるか否かが判断される。この第一設定圧力Ｐ１は、第二燃料噴射弁２３によって機関吸気系２へ所望量の改質体を供給可能とする最低圧力である。この判断が肯定される時には、ステップ１０４において第二燃料噴射弁２３によって改質体を機関吸気系２へ供給し、吸気行程において吸気と共に改質体を気筒内へ供給する。こうして、気筒内には改質体による予混合気が形成される。
【００２７】
改質装置１８によってＤＭＥを改質して生成されたＣＯ及びＨ_２等の改質体はセタン価が低く、それによって形成された予混合気は圧縮上死点まで圧縮しても殆ど自着火しない。それにより、意図する着火時期より前に自着火が起こることはない。次いで、ステップ１０５において、圧縮上死点近傍の意図する着火時期直前で第一燃料噴射弁１７によりＤＭＥを少量噴射する。この少量のＤＭＥが高温高圧の気筒内で直ぐに自着火し、この火炎によって改質体により形成された予混合気が燃焼する。こうして、必要燃料量が比較的多い場合において、ＤＭＥの多くを改質体として気筒内へ供給した予混合燃焼を実現することができる。それにより、パティキュレート及びＮＯ_Ｘは殆ど生成されない。この時の燃焼空燃比はリーンとされ、僅かに生成されたＣＯ等の還元物質は、酸化触媒装置９によって浄化される。
【００２８】
この運転領域ＩＩにおける予混合燃焼において、火種として圧縮上死点近傍で噴射するＤＭＥは、ＮＯ_Ｘを生成しないように、できる限り少量とすることが好ましい。しかしながら、必要燃料量が非常に多い場合において、このＤＭＥを少量とすると、必然的に、予混合気形成に使用される改質体が多量となり、セタン価が低くても予混合気の自着火が起こり易くなる。それにより、予混合気の自着火が確実に起こらない改質体の上限量を定めて、現在の運転状態がそれ以上の燃料量を必要とする時には、上限量を超えて改質体を増量することなく、火種としてのＤＭＥを増量するようにすることが好ましい。
【００２９】
一方、火種としてのＤＭＥは確実な自着火を可能とする最少量を確保しなければならない。それにより、必要燃料量に応じて、予混合気を形成するための改質体の量は上限量以下で制御されることとなり、ステップ１０３における第一設定圧力Ｐ１は、必要燃料量に応じて変化させるようにしても良い。しかしながら、第一設定圧力Ｐ１を、改質体の上限量が機関吸気系２へ供給可能なリザーバタンク２１の最低圧力に固定して、制御を簡単化することが好ましい。
【００３０】
このような火種としてのＤＭＥと共にＤＭＥのセタン価を低下させた改質体を使用する予混合燃焼は、運転領域Ｉにおいても不可能ではないが、必要燃料量が少ない時には、第一燃料噴射弁１７により、これを確実に気筒内へ供給して、気筒内で成層化させた方が着火性において有利である。それにより、ステップ１０２において、必要燃料量が少ないほど、燃料噴射時期を遅角させて、着火時点において燃料が気筒内へ完全に分散しないようにすることが好ましい。
【００３１】
ステップ１０３における判断が否定される時には、気筒内に改質体による予混合気を形成することができないために予混合燃焼は断念され、ステップ１０６において、第一燃料噴射弁１７により着火時期直前に必要量のＤＭＥを気筒内へ噴射し、又は、必要量のＤＭＥの一部によるパイロット噴射を組み合わせて、ディーゼル通常燃焼を実施する。このディーゼル通常燃焼において、パティキュレートは殆ど生成されないが、比較的多量のＮＯ_Ｘは生成されてしまう。このＮＯ_Ｘを浄化するために、機関排気系には、ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒装置８が配置されているが、この非常に限定的なディーゼル通常燃焼以外の燃焼では、殆どＮＯ_Ｘが生成されないために、ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒装置８は非常に小型化することができ、又は、ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒装置８において吸蔵したＮＯ_Ｘを放出して還元浄化する再生処理の頻度をかなり低減することができる。
【００３２】
ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒装置８は、近傍雰囲気がリーン空燃比状態の時にＮＯ_Ｘを吸蔵し、近傍雰囲気が理論空燃比状態又はリッチ空燃比状態の時には、吸蔵したＮＯ_Ｘを放出するものである。すなわち、近傍雰囲気が酸素過剰状態の時にはＮＯ_Ｘを吸蔵し、近傍雰囲気の酸素濃度が低下するとＮＯ_Ｘを放出する。ディーゼル通常燃焼において、一般的に、燃焼空燃比はリーンとされており、それにより、ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒装置８は、この時のＮＯ_Ｘを良好に吸蔵する。ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒装置８のＮＯ_Ｘ吸蔵可能量は有限であるために、ＮＯ_Ｘ吸蔵量がＮＯ_Ｘ貯蔵可能量に達すると、ＮＯ_Ｘを吸蔵することができなくなる。それにより、ＮＯ_Ｘ吸蔵量を推定して、これが設定量に達した時点でＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒装置８に吸蔵されているＮＯ_Ｘを放出させて還元浄化する前述の再生処理が必要となる。ＮＯ_Ｘ吸蔵量の推定は、ディーゼル通常燃焼が実施されている時のＮＯ_Ｘ生成量を、運転状態に基づき算出し、又は予めマップ化しておき、これを積算してＮＯ_Ｘ吸蔵量とすれば良い。
【００３３】
再生処理では、ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒装置８内の空燃比を理論空燃比状態、好ましくは、リッチ状態とするために、一般的には、ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒装置８の上流側において機関排気系へ燃料が供給される。この燃料は、ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒装置８に担持された貴金属触媒により燃焼させられて酸素を消費し、近傍雰囲気の酸素濃度を低下させ、また、それによって放出させたＮＯ_Ｘを還元浄化することが意図されている。本実施形態における機関本体１は、燃料としてＤＭＥを使用するものであり、機関排気系に燃料としてＤＭＥを供給するとＤＭＥは直ぐに気化するが、軽油等に比較して反応性に劣り、多くのＤＭＥがそのままＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒装置８を通過してしまう。
【００３４】
従って、本実施形態では、連通管２４の圧力調節器２６の下流側と、ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒装置８の上流側に位置するエキゾーストマニホルド３ａとが、噴射弁２７を介して連通されている。ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒装置８の再生処理時には、噴射弁２７によりリザーバタンクに１内の改質体を機関排気系３へ供給するようにしている。改質体としてのＣＯ及びＨ_２は、高い反応性を有するために、ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒装置８において、良好に酸素濃度を低下させ、また、放出されたＮＯ_Ｘを良好に還元浄化する。
【００３５】
リザーバタンク２１内の圧力Ｐが第一設定圧力Ｐ１よりは低い設定圧力を下回っていて、ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒装置８の再生処理に必要な量の改質体が充填されていない時には、改質体による再生処置は不可能である。それにより、この時には、改質装置１８を介することなくＤＭＥを機関排気系に供給するようにしても良い。しかしながら、再生処理のための設定値をＮＯ_Ｘ吸蔵可能量より比較的小さくすれば、ＮＯ_Ｘ吸蔵量がＮＯ_Ｘ吸蔵可能量に達するまでにまだ余裕があるために、リザーバタンク２１内の圧力Ｐが設定圧力を超えるまで待って再生処理を実施しても良い。
【００３６】
また、リザーバタンク２１内の圧力Ｐが設定圧力を下回っている時には、第一設定圧力Ｐ１も下回っており、運転領域ＩＩにおいてディーゼル通常燃焼が実施されることとなるが、このディーゼル通常燃焼の空燃比を理論空燃比又はリッチ空燃比として、排気ガス中の酸素濃度を低下させ、ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒装置８の再生処理を実施するようにしても良い。ディーゼル通常燃焼の空燃比はリーンとして、膨張行程又は排気行程において、第一燃料噴射弁１７により気筒内へＤＭＥを噴射しても良い。こうして改質装置１８を介することなく、気筒内へ噴射されたＤＭＥは、高温の気筒内において少なくとも一部はＣＯ及びＨ_２に改質され、機関排気系にＤＭＥを供給する場合と比較して良好なＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒装置８の再生処理が可能である。
【００３７】
運転領域Ｉにおいて、理論空燃比又はリッチ空燃比のディーゼル通常燃焼を実施して、又は、予混合燃焼又はディーゼル通常燃焼後の膨張行程又は排気行程において気筒内へＤＭＥを噴射して、ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒を再生処理しても良い。
【００３８】
ＤＭＥを燃料とする場合には、前述したように、パティキュレートが殆ど発生しないために、ディーゼル通常燃焼において、空燃比を理論空燃比又はリッチ空燃比とすることができる。この理論空燃比のディーゼル通常燃焼は、前述したように、ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒装置８の再生処理に利用可能なだけでなく、運転領域ＩＩにおいてリザーバタンク２１内の改質体の圧力Ｐが第一設定圧力Ｐ１より低い時に、この理論空燃比のディーゼル通常燃焼を実施すれば、多量のＮＯ_Ｘが生成されることはなく、また、生成されるＮＯ_Ｘ量に見合うＣＯ等の還元物質も生成されるために、ＮＯ_Ｘ還元浄化触媒装置８を再生処理の必要ない三元触媒装置によって置き換えて、還元物質及びＮＯ_Ｘを浄化することができる。ところで、ＮＯ_Ｘ還元浄化触媒装置８及び三元触媒装置は、一般的に、貴金属触媒を担持して酸化機能も有するために、酸化触媒装置９を省略しても良い。
【００３９】
ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒装置８は、排気ガス中にＳＯ_Ｘが含まれていれば、ＮＯ_Ｘと同様なメカニズムでこれを吸蔵してしまう。ＳＯ_Ｘを放出させるＳ被毒回復処理は、酸素濃度を低下させると共にＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒装置８を高温としなければならないために、触媒劣化を早めてしまう。ＤＭＥは、硫黄を含まないために、燃料としてＤＭＥを使用する場合には、このようなＳ被毒回復処理は必要ない。
【００４０】
図４はコンプレッサ２１の作動制御を示す第二フローチャートである。この第二フローチャートは第一フローチャートとは特に関係なく実施される。先ず、ステップ２０１において、リザーバタンク２１内の改質体の圧力Ｐが第二設定圧力Ｐ２以下であるか否かが判断される。この第二設定圧力Ｐ２は、前述の第一設定圧力Ｐ１より高くリザーバタンク２１の許容圧より僅かに低く設定されている。この判断が否定される時には、ステップ２０２においてコンプレッサ２２は停止され、リザーバタンク２１には、これ以上の改質体が充填されることはない。
【００４１】
一方、ステップ２０１における判断が肯定される時には、ステップ２０３において、改質装置１８の改質触媒が活性化しているか否かが判断される。この判断には、例えば、改質装置１８の温度を利用したり、改質装置１８の近傍を通過する排気ガスの温度を利用したり、また、機関始動からの経過時間等を利用することができる。ステップ２０３における判断が否定される時には、改質装置１８においてＤＭＥの改質は不可能であり、ステップ２０２においてコンプレッサ２２を停止する。
【００４２】
一方、ステップ２０３における判断が肯定される時には、ステップ２０４においてコンプレッサ２２を作動し、燃料タンク１３から改質装置１８に供給されるＤＭＥは、改質装置１８において良好に改質されて改質体となり、この改質体をコンプレッサ２２によってリザーバタンク２１へ充填するようになっている。
【００４３】
本実施形態において、改質装置１８に担持された改質触媒は、排気ガスの熱を利用して活性化するものであるが、これは本発明を限定するものではなく、例えば、電気ヒータの熱を利用して活性化させても良い。それにより、ＤＭＥを常に改質することができれば、コンプレッサ２２を作動する機会が増加するために、それに伴って、リザーバタンク２１内の改質体の圧力Ｐが第一設定圧力Ｐ１を下回る機会が減少し、すなわち、リーン空燃比でのディーゼル通常燃焼を実施する機会が減少し、ＮＯ_Ｘ還元浄化触媒装置８をさらに小型化させることができる。
【００４４】
また、リザーバタンク２１内の改質体の圧力Ｐが第一設定圧力Ｐ１を下回らないようにすれば、ＮＯ_Ｘ還元浄化装置８を省略することも可能となる。しかしながら、こうしてリーン空燃比でのディーゼル通常燃焼を実施しないようにしても、予混合燃焼において火種として噴射されるＤＭＥによって、僅かなＮＯ_Ｘが生成されるために、このＮＯ_Ｘを浄化するために、非常に小型のＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒装置８を設けるようにしても良い。
【００４５】
【発明の効果】
請求項１に記載の本発明によるジメチルエーテル圧縮着火エンジンによれば、自着火性を低下させた改質体により予混合気が形成され、この予混合気は、意図する着火時期以前で自着火することはなく、また、着火用に噴射されるジメチルエーテルによって、着火時期での着火も確保されるために、良好な予混合燃焼を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるジメチルエーテル圧縮着火エンジンの構成を示す全体図である。
【図２】第一燃料噴射弁及び第二燃料噴射弁の燃料噴射制御を示す第一フローチャートである。
【図３】運転領域を示すマップである。
【図４】コンプレッサの作動制御を示す第二フローチャートである。
【符号の説明】
１…機関本体
２…機関吸気系
３…機関排気系
８…ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒装置
１７…第一燃料噴射弁（噴射装置）
１８…改質装置
２１…リザーバタンク
２２…コンプレッサ
２３…第二燃料噴射弁

Claims

ジメチルエーテルを気筒内へ噴射するための噴射装置と、セタン価を低下させるようにジメチルエーテルを改質して改質体を生成する改質装置とを具備し、機関高負荷時には、前記改質装置により生成された前記改質体を使用して気筒内に予混合気を形成すると共に、前記噴射装置によって着火用にジメチルエーテルを気筒内へ噴射して予混合燃焼を実施することを特徴とするジメチルエーテル圧縮着火エンジン。
前記改質体は、機関吸気系を介して気筒内へ供給されることを特徴とする請求項１に記載のジメチルエーテル圧縮着火エンジン。
機関低負荷時には、前記噴射装置により気筒内へ噴射されたジメチルエーテルによって気筒内に予混合気を形成して予混合燃焼を実施することを特徴とする請求項１又は２に記載のジメチルエーテル圧縮着火エンジン。
前記改質装置により生成された前記改質体は気体であり、前記改質体を加圧するためのコンプレッサと、前記コンプレッサにより加圧された前記改質体を蓄えるリザーブタンクとを具備し、前記リザーブタンク内の前記改質体の圧力が設定値以下であって前記改質装置が前記改質体を生成可能である時には、前記改質装置へジメチルエーテルを供給すると共に前記コンプレッサを作動させて、前記リザーブタンク内へ前記改質体を充填することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のジメチルエーテル圧縮着火エンジン。
機関高負荷時に前記改質体を使用して気筒内に予混合気を形成することができない時には、前記噴射装置により気筒内へ噴射されたジメチルエーテルによってディーゼル通常燃焼を実施することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のジメチルエーテル圧縮着火エンジン。
前記ディーゼル通常燃焼における燃焼空燃比は理論空燃比近傍とされることを特徴とする請求項５に記載のジメチルエーテル圧縮着火エンジン。
機関排気系にはＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒装置が配置され、前記ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒装置の再生時には、前記改質装置により生成された前記改質体を前記ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒装置へ供給することを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載のジメチルエーテル圧縮着火エンジン。
前記ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒装置の再生時に前記改質体を前記ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒装置へ供給することができない時には、前記改質装置を介することなくジメチルエーテルを前記ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒装置へ供給することを特徴とする請求項７に記載のジメチルエーテル圧縮着火エンジン。