JP2006504031A - 車両用ディーゼルエンジンのための貯蔵／解放ＮＯｘ捕獲器の再生を補助する装置 - Google Patents

Abstract

本発明は自動車用ディーゼルエンジン（４）の排気ライン（５）内に組込まれた貯蔵／解放ＮＯｘ捕獲器の再生を補助する装置に関する。本発明の特徴とするところは、少なくともパイロット噴射及びメイン噴射の形としてエンジン（４）のシリンダ内へ燃料を噴射する手段（１１）と；ＮＯｘを捕獲器（６）内に貯蔵する、１つのパイロット噴射及び１つのメイン噴射を伴う標準の薄い燃料作動モードから、ＮＯｘを捕獲器（６）から解放し、捕獲器を再生させるための、エンジン負荷に応じて少なくとも２つのパイロット噴射又はメイン噴射を伴う濃い混合物の再生作動モードへエンジン（４）を周期的に切り換えるように噴射手段（１１）を制御する手段（１２）と；を有することである。

Description

本発明は車両用ディーゼルエンジンの作動に関連する汚染排出物を減少させる装置に関する。特に、本発明はディーゼルエンジンの排気装置内に組込まれた貯蔵／解放ＮＯｘ捕獲器の再生を補助する装置に関する。

直接噴射式の自動車ディーゼルエンジンの分野において既知のように、貯蔵／解放形式のＤｅＮＯｘ触媒変換によるＮＯｘ排出物の低減は、この形式の汚染物に関連する規格特にユーロIV規格（EURO IV standards）に従うことを想定する技術的解決策の１つである。この目的のため、例えば硫化バリウムを含み、標準状態下のエンジンの作動中ＮＯｘを吸収するようになったＮＯｘ捕獲器を使用することが想定されてきた。

捕獲器が飽和したとき、薄い混合物を使用する作動の標準モードから濃い混合物を使用する作動の再生モードへエンジンを一時的に切り換えることにより、一時的な解放相がトリガされ、例えばＨＣ及びＣＯのような還元剤を生じさせる。これは、ＮＯｘを減少させ、次いで、伝統的な触媒変換器におけるように、捕獲器から脱離される。しかし、これは、作動状態の全範囲にわたって濃い混合物を使用する場合に、運転手の乗り心地、燃焼ノイズ等に影響を与えることなく、エンジンの安定した作動を得るために問題を生じる。従って、本発明の目的は、これらの問題を解決することである

この目的のため、本発明は、自動車のディーゼルエンジンの排気装置内に組込まれた貯蔵／解放ＮＯｘ捕獲器の再生を補助する装置を構成する。本発明の特徴とするところは、この装置が、少なくともパイロット噴射及びメイン噴射の形としてエンジンのシリンダ内へ燃料を噴射する手段と、作動の標準モードから作動の再生モードへエンジンを周期的に切り換えるように噴射手段を制御する手段と、を含む。作動の標準モードは、１つのパイロット噴射及び１つのメイン噴射を伴う薄い混合物を使用し、ＮＯｘが捕獲器内に貯蔵される。再生モードは、エンジン負荷に応じて少なくとも２つのパイロット噴射又はメイン噴射を伴う濃い混合物を使用し、ＮＯｘが捕獲器から解放され、捕獲器が再生される。

本発明の別の特徴によれば、
− 制御手段は、作動の標準モード及び作動の再生モードにおいて、所定のしきい値よりも小さいか又はしきい値よりも大きいエンジン負荷に対し、それぞれ２つのパイロット噴射又は２つのメイン噴射により噴射手段を制御するようにされ；
− 所定の負荷しきい値は、ほぼ３バールのブレーキ平均有効圧力により定義され；
− エンジンの入口側へ排気ガスを再循環させるための手段と協働するエンジンに対し、制御手段は、エンジンが濃い混合物を使用するとき再循環手段の作動を規制するようにされる。

− ２つのパイロット噴射による作動のモードにおいては、２つのパイロット噴射が関連するシリンダのための上死点前の約５０°（クランクシャフト）から約５°（クランクシャフト）までの範囲内でトリガされ、メイン噴射が上死点後の約３５°（クランクシャフト）までの較正下の範囲内でトリガされ；
− ２つのメイン噴射による作動のモードにおいては、パイロット噴射が関連するシリンダのための上死点前の約５０°（クランクシャフト）から約５°（クランクシャフト）までの範囲に対してトリガされ、メイン噴射が上死点前の約２０°（クランクシャフト）から上死点後の約１２０°（クランクシャフト）までの較正下の範囲内でトリガされる。

− 制御手段は、約６０秒だけ薄い混合物で及び約２秒だけ濃い混合物でエンジンを作動させるために噴射手段を制御するようにされ；
− エンジンがそこへガスを導入するガス入口手段に関連し、制御手段は、エンジンがその再生モードで作動しているときに、エンジン内へ導入されるガスの量を減少させるようにされる。

単なる例として与えられ、添付の図面を参照する次の説明を読むことにより、本発明を良好に理解できよう。上述のように、本発明は自動車のディーゼルエンジンの排気装置内に組込まれた貯蔵／解放ＮＯｘ捕獲器の再生を補助する装置に関する。貯蔵及び解放相は図１、２に示す。これまた述べたように、ＮＯｘ捕獲器は薄い混合物を使用する標準の状態の下でのエンジンの作動中にＮＯｘを吸収する；濃い混合物を使用する作動の再生モードにおいては、ＮＯｘは解放され、ＨＣ及びＣＯのような還元剤の生産により処理される；これはＮＯｘを減少させ、ＮＯｘは次いで普通の触媒変換器におけるように捕獲器から脱離される。

しかし、上述のように、数ある中でも、運転手の乗り心地及び燃焼ノイズに影響を与えずに、エンジン作動状態の全範囲にわたって濃い混合物を使用する場合にディーゼルエンジンの安定した作動を得るに際して問題が生じる。ＮＯｘ捕獲器をパージし、捕獲器を害する燃料内の硫黄のような硫黄を排除するために化学量論の即ち濃い混合物への変化が必要である。この操作はほんの数秒を要するパージ操作よりも一層長い時間を要し、それ故、取り扱いが一層困難である。

この場合、上述の形式の貯蔵／解放ＮＯｘ捕獲器の再生を補助するには、エンジンのパラメータに基づいて、エンジンの作動状態の全範囲にわたって特定の複数の噴射手順を開発する必要がある。事実、噴射手順では、
− １に近い空気／燃料比率での作動を可能にし；
− 好ましい還元剤であるＣＯの十分な量を生じさせ；
− Ｏ_２ のレベルを制限し；
− ＨＣのレベルを制限し；
− 発煙のレベルを適合させ；
− 機械的な強度の理由から排気ガスの温度を適合させ；次いで、最後に、
− 消費者に提供されるサービス即ち運転手の乗り心地及びエンジンの作動ノイズを適合させ；なければならない。

この目的のため、本発明は、図３、図４に示すように、２つのパイロット噴射及び２つのメイン噴射を使用して噴射手順を適用することにより、エンジンの種々の負荷地点にわたって燃焼特性の改善された安定性及びノイズ態様を提供することである。更に、排気ガス再循環（ＥＧＲ）はＮＯｘ捕獲器の再生基準に従うようにエンジンのすべての負荷地点にわたって規制される。

低負荷地点においては、例えば、約３バール以下のブレーキ平均有効圧力（ＢＭＥＰ）においては、２つのパイロット噴射を使用する手順はＮＯｘ捕獲器の再生基準を満足させる。その理由は、この手順が２つのパイロット噴射の段階的実行により生じる燃焼の不安定性を減少させ、（また２つのパイロット噴射の段階的実行による）ノイズを減少させ、メイン噴射を遅らせ、そして、最終的に、ユニークな手順に基づいてＮＯｘ捕獲器の再生のためのエンジンマップを発生させるからである。上述のように、この手順は、ＥＧＲレベルが規制されるエンジンの低負荷作動地点において適用することができる。

これを図３に示すが、図３は２つのパイロット噴射１、２及びメイン噴射３を示す。２つのパイロット噴射は関連するシリンダのための上死点前の約５０°（クランクシャフト）から約５°（クランクシャフト）までの範囲内でトリガでき、メイン噴射は上死点後の約３５°（クランクシャフト）までの較正下の範囲内でトリガできる。一層高い負荷地点においては、例えば約３バールを越えるブレーキ平均有効圧力に対しては、２つのメイン噴射による手順が適用され、これは、上述の基準を満足し、更に、エンジン構造（エンジンブロック、弁、マニホルド等）のための許容範囲内に排気ガスの温度を維持する。

また、排気ガス再循環（ＥＧＲ）は、ＮＯｘ捕獲器の基準に従うように規制される。これを図４に示すが、図４はパイロット噴射１ａ及び２つのメイン噴射２ａ、３ａを示す。パイロット噴射は、関連するシリンダのための上死点前の約５０°（クランクシャフト）から約５°（クランクシャフト）までの範囲においてトリガでき、メイン噴射は上死点前の約２０°（クランクシャフト）から上死点後の約１２０°（クランクシャフト）までの範囲内でトリガできる。

図５は、自動車のディーゼルエンジン４を示し、その出口側は排気装置に接続され、この排気装置にＮＯｘ捕獲器６が合体される。エンジンはまた導入される空気の量を調整する手段８を有する空気入口手段７に関連する。エンジンはまたガス循環制御手段１０に関連するその入口側へ排気ガスを再循環させるための手段９に関連することができる。排気ガス再循環（ＥＧＲ）の目的のため、それ故、再循環手段はエンジンの出口側と入口側との間で接続される。

調整手段８及び制御手段１０は、普通の態様で制御可能な弁を有することができる。更に、エンジンはまた、上述のようにパイロット噴射及びメイン噴射の形をした燃料をそのシリンダ内へ噴射する手段１１に関連し、この手段は任意の適当な構造を有する。上述の種々の手段、即ち、ガス再循環手段、空気入口手段及び噴射手段は、エンジン負荷に従って２つの噴射又は２つのメイン噴射による作動を決定するために、例えばエンジン回転速度及び噴射圧力情報を入力としてそれぞれの対応するデータ取得手段１３、１４から受け取る任意の適当なコンピュータを有する制御手段１２により制御される。

制御手段１２は、ＮＯｘが捕獲器内に貯蔵されるような、薄い混合物を使用する作動の標準モードと、捕獲器からＮＯｘを解放し、捕獲器を再生するような、濃い混合物を使用する作動の再生モードとの間で周期的に切り換えることができ、エンジン４は、例えば、約６０秒だけ薄い混合物で作動し、約２秒だけ濃い混合物で作動する。次いで、制御手段１２は空気をエンジン４内へ導入する空気入口手段７及びそのシリンダ内へ燃料を噴射する噴射手段１１を作動させ、薄い混合物を使用する標準の作動モードから濃い混合物を使用する再生作動モードへエンジンを周期的に切り換える。

制御手段１２は、エンジンがその再生モードで作動しているときにエンジン内へ導入されるガスの量を減少させるようにガス入口手段を制御し、上述の方法で噴射手段を制御するようにすることができる。制御手段は、同様に、エンジンが濃い混合物を使用しているときに排気ガスを再循環させるための手段９の作動を規制するようにすることができる。

もちろん、他の実施の形態も想定できる。

本発明の捕獲器構成部分におけるＮＯｘ貯蔵及び解放相を示す図である。 本発明の捕獲器構成部分におけるＮＯｘ貯蔵及び解放相を示す図である。 本発明に係る補助装置に使用する燃料噴射手段の作動を示す図である。 本発明に係る補助装置に使用する燃料噴射手段の作動を示す図である。 本発明の装置の構造を示すブロック線図である。

Claims (8)

1. 自動車用ディーゼルエンジン（４）の排気装置（５）内に組込まれた貯蔵／解放ＮＯｘ捕獲器の再生を補助する装置であって、
   少なくともパイロット噴射及びメイン噴射の形としてエンジン（４）のシリンダ内へ燃料を噴射する手段（１１）と；１つのパイロット噴射及び１つのメイン噴射を伴う薄い混合物を使用し、ＮＯｘが捕獲器（６）内に貯蔵される作動の標準モードから、エンジン負荷に応じて少なくとも２つのパイロット噴射又はメイン噴射を伴う濃い混合物を使用し、ＮＯｘが捕獲器（６）から解放され捕獲器が再生される作動の再生モードへ、エンジン（４）を周期的に切り換えるように噴射手段（１１）を制御する手段（１２）と；を含むことを特徴とする装置。
2. 前記制御手段（１２）は、所定のしきい値よりも小さいか又はしきい値よりも大きいエンジン負荷に対し、それぞれ２つのパイロット噴射又は２つのメイン噴射により、作動の標準及び再生モードにおいて噴射手段を制御するようにされることを特徴とする請求項１の装置。
3. 前記所定の負荷しきい値がほぼ３バールのブレーキ平均有効圧力（ＢＭＥＰ）により定義されることを特徴とする請求項２の装置。
4. エンジンの入口側へガスを再循環させる手段（９）と協働するエンジン（４）に対し、エンジンが濃い混合物を使用する場合、前記制御手段が前記再循環させる手段（９）の作動を規制するようにされることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項の装置。
5. ２つのパイロット噴射による作動のモードにおいて、２つのパイロット噴射（１、２）が関連するシリンダのための上死点前の約５０°（クランクシャフト）から約５°（クランクシャフト）までの範囲内でトリガされ、メイン噴射（３）が上死点後の約３５°（クランクシャフト）までの較正下の範囲内でトリガされることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項の装置。
6. ２つのメイン噴射による作動のモードにおいて、パイロット噴射（３ａ）が関連するシリンダのための上死点前の約５０°（クランクシャフト）から約５°（クランクシャフト）までの範囲に対してトリガされ、メイン噴射（２ａ、３ａ）が上死点前の約２０°（クランクシャフト）から上死点後の約１２０°（クランクシャフト）までの較正下の範囲内でトリガされることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項の装置。
7. 前記制御手段（１２）が約６０秒だけ薄い混合物で及び約２秒だけ濃い混合物でエンジンを作動させるために噴射手段（１１）を制御するようになっていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項の装置。
8. 前記エンジンは、エンジンへガスを導入するガス入口手段と協働し、前記制御手段（１２）は、エンジンがその再生モードで作動するとき、エンジン（４）内へ導入されるガスの量を減少させるようにされることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかの装置。

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