JP2519634Y2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

内燃機関の排気浄化装置

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JP2519634Y2
JP2519634Y2 JP1989129144U JP12914489U JP2519634Y2 JP 2519634 Y2 JP2519634 Y2 JP 2519634Y2 JP 1989129144 U JP1989129144 U JP 1989129144U JP 12914489 U JP12914489 U JP 12914489U JP 2519634 Y2 JP2519634 Y2 JP 2519634Y2
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【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、排気系に貴金属もしくは遷移金属を担持せ
しめたゼオライト系触媒を備えた希薄燃焼を行う筒内噴
射式内燃機関の排気浄化装置に関する。
〔従来の技術〕
希薄空燃比領域でNOxの浄化能力をもつ、貴金属もし
くは遷移金属を担持せしめたゼオライト系触媒(以下、
リーンNOx触媒もしくはゼオライト系リーンNOx触媒とい
う)が知られている(たとえば特開昭63−283727号公
報)。
とくに、希薄燃焼を行う筒内噴射エンジンはストイキ
(理論空燃比)よりはるかにリーン域で燃焼が行われる
ので、その排気ガス中のNOx浄化にはリーンNOx触媒が有
効であると考えられる。
〔考案が解決しようとする課題〕
考案者によるリーンNOx触媒のNOx浄化試験によれば、
排気ガスのHC(未燃炭化水素)濃度が高い程、リーンNO
x触媒のNOx浄化性能が良くなる。しかし、従来のたとえ
ばディーゼルエンジンに代表される希薄燃焼型筒内噴射
機関では、燃焼がリーン域で行われてほぼ完全燃焼のた
め、排気ガスのHC濃度が低く、リーンNOx触媒によるNOx
浄化反応が進まない。これは、とくに、燃料噴射量の多
い高速や高負荷域のような燃焼室温度が高くNOx排出量
が大となるときに問題となる。
これを解決するには、高速、高負荷域で排気中にHCを
供給することが考えられるが、その場合にはそのための
装置が必要になりコストアップになる。
本考案は、希薄燃焼を行う筒内噴射エンジンの排気系
にリーンNOx触媒を設けた排気浄化装置において、NOx排
出量が大となる、燃料噴射量の多いときに、コストアッ
プを実質的に伴なうことなく、排気ガス中のHC濃度を増
し、リーンNOx触媒によるNOx低減作用を促進させること
を目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的は、本考案によれば、次の内燃機関の排気浄
化装置によって達成される。すなわち、 希薄空燃比での運転領域を有する筒内噴射式内燃機関
の排気通路に酸素過剰の排気中のNOxを還元浄化可能な
リーンNOx触媒を具備した内燃機関の排気浄化装置にお
いて、機関のピストンのスキッシュリップの周縁のう
ち、噴射燃料の指向方向が前記スキッシュリップと交わ
る部位に、底面がピストン半径方向外方に向って斜め上
方に傾斜された切欠きを設け、噴射燃料の指向方向が前
記スキッシュリップと交わらない部位には、切欠きを設
けないこととした内燃機関の排気浄化装置。
ここで、噴射燃料の指向方向がスキッシュリップと交
わる部位は、噴射燃料がほぼ直進するので、噴射燃料が
スキッシュリップに当たる部位と実質的に一致する。
〔作用〕
本考案の排気浄化装置においては、噴射後、燃料液滴
の一部はスキッシュエリアへ向かい飛翔する。圧縮行程
においてスキッシュエリアからの空気の逆流に煽られる
ので、噴射量の少ない低負荷時等には大部分が燃焼室へ
戻るが、負荷が高くなり噴射量が多くなればスキッシュ
エリア内に到達する燃料液滴の量が相対的に増加する。
燃焼室へ流入した燃料はスワールによって燃焼室内に広
く分散され燃焼が促進させるため、燃焼室で燃焼が起こ
ると燃焼室内の燃料は完全燃焼するが、スキッシュエリ
アは非常に狭い空間であり空気が少なくまた壁面温度が
比較的低いため、スキッシュエリアに留まった燃料は未
燃或いは不完全燃焼となり、未燃HCが生成される。生成
された未燃HCは排気と共に排気通路へ排出され、ゼオラ
イト系リーンNOx触媒によって排気中のNOxと選択的に反
応して、NOxとHCが共に浄化される。しかも、前述のよ
うにNOx排出量の多くなる高負荷域において未燃HC生成
量が増加するので、従来問題とされていた高負荷時のNO
x浄化率が向上する。
更に、ピストン頂面のスキッシュリップにかつ周方向
には噴射燃料の指向方向がスキッシュリップと交わる部
位のみに設けられた切欠きに噴射燃料を衝突させて一部
の噴射燃料をスキッシュエリアに向かわせるように構成
したので、スキッシュリップ全周からのスキッシュエリ
アへの空気の入り込みが抑制されて、切欠きを通ってス
キッシュエリアに入った燃料の不完全燃焼を効果的に生
じさせることができ、かつピストンの一部に僅かな切欠
きを設けるだけという非常に簡単な加工を施すだけでよ
いので、実用上非常に有効である。
〔実施例〕
以下に、本考案に係る希薄燃焼を行う筒内噴射機関の
排気浄化装置の望ましい実施例を、図面を参照して説明
する。
第3図は本考案の実施例における排気浄化装置を示し
ている。希薄燃焼を行う筒内噴射機関(たとえば、直噴
式ディーゼル機関、以下同じ)14の排気系にはゼオライ
ト系リーンNOx触媒15を内蔵した触媒コンバータが設け
られる。
直噴式ディーゼル機関14は、第1図、第2図に示すよ
うに、ピストン1を有し、その頂部には上方に向って開
口した凹部からなる燃焼室8が形成されている。燃料噴
射弁7は燃焼室の壁面9に向けて燃料4を噴射する。
燃焼室8の上部外周部は、壁面9が半径方向内方に膨
出してスキッシュリップ2を形成している。スキッシュ
リップ2は、従来ディーゼルエンジンのピストンにも設
けられていたものであり、燃焼室壁面9に衝突した燃料
がピストン頂面11にはみ出すことを防止し、それによっ
て排気ガス中のHCが増えないようにする機能をもってい
た。
本考案では、噴射後の燃料流線の少なくとも一部がス
キッシュエリアに向うよう燃料噴射弁7および燃焼室8
が形成されている。たとえば、噴射された燃料が燃焼室
壁面9に衝突するよう燃料噴射弁7が構成されると共
に、衝突壁面上での反射線の少なくとも一部がスキッシ
ュエリアに向うよう燃焼室壁面9の向きと噴射方向とが
設定されている。たとえば、スキッシュリップ2に、さ
らに詳しくは周方向にはスキッシュリップ2のうち噴射
燃料4の指向方向がスキッシュリップ2と交わる部位
(噴射燃料4がピストン上昇行程の後期で衝突する部位
と実質的に一致)のみに、切欠き3が形成されている。
従来のスキッシュリップには、HC生成量を抑えるため
に、燃料が当たる部位には切欠きは設けられないが、本
考案では、切欠き3はスキッシュリップ2のうち燃料4
が当たる部位に設けられ、燃料が当たらない部位には設
けられていない。
切欠き3は、ピストン頂面11とシリンダヘッド下面12
との間のスキッシュエリアからピストン上昇行程後期に
半径方向内方に向かうスッキシュ5の一部を、切欠き3
を通して、切欠き3下方の燃焼室壁面燃料衝突湾曲面に
導く機能と、ピストン上昇行程後期に噴射燃料4が切欠
き3の底面10に当たったときにその当たった燃料の一部
をピストン頂面11にはみ出させる機能との、2つの機能
を有する。
切欠き3の底面10は、燃料4のはみ出し効果を奏する
ために、ピストン半径方向外方に向って、斜め上方に傾
斜されている。第2図において、6は噴射燃料4のう
ち、切欠き底面10に当たってはね返ってあるいは底面10
に沿って、ピストン頂面11にはみ出る燃料を示してい
る。
燃焼室8内には、スキッシュエリアから半径方向内方
に押し出されるスキッシュ5と、筒内全体に旋回しピス
トン上昇時に燃焼室8内で大きく旋回するスワール13
と、の2つの乱れが存在し、この乱れは、燃焼室壁面9
に付着した燃料が燃焼室8内に広く分散するのを助け
る。
リーンNOx触媒15は、つぎのNOx浄化メカニズムを持つ
と推定される。
上記メカニズムでは、排気ガス中の未燃HCは、大部分
が酸化されてCO2とH2Oになるが、一部が部分酸化されて
活性種になる。活性種は、一部がリーンNOx触媒の助け
でNOxと反応してNOxを還元してN2とCO2にして無害化
し、残りは酸化されてCOになり、さらに酸化されてCO2
となる。したがって、リーンNOx触媒15に流れてくる排
気ガス中のHC(未燃炭化水素)濃度が高い程、上記反応
は促進され、NOx浄化が促進される。
つぎに、作用を説明する。
燃料噴射弁7から噴射されて燃料室壁面9に衝突した
燃料4は、切欠き3を通って燃料室8内に流入する空気
(スキッシュ5の一部)と、筒内旋回流によって生じる
大きな乱れ(スワール13)によって、燃焼室8内に広く
分散され、燃焼が促進される。この燃焼はリーン下でも
良好に行われ、空燃比をリーンとすることによって、燃
費が向上される。三元触媒による排気浄化においては、
空燃比は13〜14でストイキ(理論空燃比)にほぼ等しい
が、ディーゼルエンジンでは空燃比を22〜24にしてリー
ンで燃焼して燃費を良くするため、NOx浄化を三元触媒
には頼れず、リーンでもNOx浄化能力をもつゼオライト
系リーンNOx触媒に頼る。しかし、燃料はリーン域でほ
ぼ完全燃焼されて、排気ガス中には未燃炭化水素がほと
んど残っていない状態となっているため、リーンNOx触
媒が良好なNOx浄化作用を果たすには、排気ガス中のHC
濃度は不足した状態になる。低速や低負荷域では、燃料
噴射量が少ないから、燃焼において生成されるNOx量も
もともと少なく、リーンNOx触媒15のNOx浄化作用が促進
されなくても問題は生じない。しかし、高速や高負荷域
では燃料噴射量が多く、NOx生成量も多くなるから、HC
濃度が低いことによるリーンNOx触媒15のNOx浄化作用の
低下は問題である。
この問題は本考案のつぎの作用によって解決される。
すなわち、燃料噴射量の少ない低速や低負荷では、ピス
トン頂面11にはみ出ようとする燃料6のほとんどは、切
欠き3を通って流入する空気5によって燃焼室8内にお
し戻され、燃焼室8内で良好に燃焼される。しかし、燃
料噴射量の多い高速や高負荷では、ピストン頂面11には
み出した燃料6の一部は、切欠き3を通って流入する空
気5でおし戻し切れず、そのままピストン頂面11に残
り、ピストン頂面11は空気不足であるから未燃とされる
か不完全燃焼され、未燃HCが残り、排気ガス中のHC濃度
が増加する。すなわち、高速や高負荷では、排気ガス中
のNOx中は増加するが、本考案の切欠き3によってHC濃
度も増加する。この増加されたHCが、ゼオライト系リー
ンNOx触媒15のNOx浄化作用を促進させ、排気ガス中のNO
xを低減する。したがって、高速や高負荷でも、NOx排出
量が問題でなくなる。
〔考案の効果〕
本考案によれば、排気系にゼオライト系リーンNOx触
媒を備えた希薄燃焼を行う筒内噴射式内燃機関におい
て、ピストンのスキッシュリップの周縁のうち、噴射燃
料の指向方向がスキッシュリップと交わる部位に切欠き
が設けられており、噴射燃料の指向方向がスキッシュリ
ップと交わらない部位には切欠きが設けられていないの
で、スキッシュエリアに残り不完全燃焼を起こす燃料が
存在するようになり、未燃HCが生成され、排気通路に還
元剤を供給するような特別な装置を設けることなく、排
気中に前記未燃HCよりなる還元剤が含まれるようにな
り、前記リーンNOx触媒のNOx浄化作用が促進されNOx浄
化率が向上する。また、NOx生成量の多くなる高負荷時
等には前記スキッシュエリアに残る燃料量が多くなり未
燃HC生成量が多くなるので、全領域にわたりNOx浄化率
が向上され、従来のような高速、高負荷域におけるNOx
排出の問題が解決される。
【図面の簡単な説明】
第1図は本考案の一実施例に係る内燃機関の排気浄化装
置のピストンの平面図、 第2図は第1図のピストンおよびその近傍の断面図であ
って、第1図のII−II線に沿う断面図、 第3図は上記装置の概略系統図、 である。 1……ピストン 2……スキッシュリップ 3……切欠き 8……燃焼室 11……ピストン頂面 14……希薄燃焼を行う筒内噴射式内燃機関、たとえば直
噴式ディーゼル機関 15……ゼオライト系リーンNOx触媒
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 F02F 3/26 B01D 53/36 103B

Claims (1)

    (57)【実用新案登録請求の範囲】
  1. 【請求項1】希薄空燃比での運転領域を有する筒内噴射
    式内燃機関の排気通路に酸素過剰の排気中のNOxを還元
    浄化可能なリーンNOx触媒を具備した内燃機関の排気浄
    化装置において、機関のピストンのスキッシュリップの
    周縁のうち、噴射燃料の指向方向が前記スキッシュリッ
    プと交わる部位に、底面がピストン半径方向外方に向っ
    て斜め上方に傾斜された切欠きを設け、噴射燃料の指向
    方向が前記スキッシュリップと交わらない部位には、切
    欠きを設けないこととしたことを特徴とする内燃機関の
    排気浄化装置。
JP1989129144U 1989-11-06 1989-11-06 内燃機関の排気浄化装置 Expired - Lifetime JP2519634Y2 (ja)

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