JP2845103B2 - 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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JP2845103B2
JP2845103B2 JP5241463A JP24146393A JP2845103B2 JP 2845103 B2 JP2845103 B2 JP 2845103B2 JP 5241463 A JP5241463 A JP 5241463A JP 24146393 A JP24146393 A JP 24146393A JP 2845103 B2 JP2845103 B2 JP 2845103B2
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信也 広田
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は内燃機関の排気浄化装置
に関する。
【0002】
【従来の技術】ディーゼル機関においてNO X を浄化す
るために機関排気通路を一対の排気枝通路に分岐し、こ
れら排気枝通路の分岐部に切換弁を配置して切換弁の切
換作用により排気ガスをいずれか一方の排気枝通路内に
交互に導びき、各排気枝通路内に夫々NO X を酸化吸収
しうる触媒を配置したディーゼル機関が公知である(特
開昭62−106826号公報参照)。このディーゼル
機関では一方の排気枝通路内に導びかれた排気ガス中の
NO X がその排気枝通路内に配置された触媒に酸化吸収
せしめられる。この間、他方の排気枝通路への排気ガス
の流入が停止せしめられると共にこの排気枝通路内には
気体状の還元剤が供給され、この還元剤によってこの排
気枝通路内に配置された触媒に蓄積されているNO X
還元せしめられる。次いで暫らくすると切換弁の切換作
用によってそれまで排気ガスが導びかれていた排気枝通
路への排気ガスの導入が停止され、それまで排気ガスの
導入が停止されていた排気枝通路への排気ガスの導入が
再開される。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながらこのよう
に一対の排気枝通路内への排気ガスの導入を交互に停止
すると排気ガスの導入が停止された方の排気枝通路内の
触媒の温度は排気ガスの導入を停止している間に徐々に
低下し、排気ガスの導入が再開される頃にはかなり低い
温度まで低下してしまう。ところがこのように触媒の温
度が低くなると触媒の触媒機能が低下するためにNO X
の酸化吸収作用が十分に行われず、斯くして排気ガスの
導入が開始されてから触媒温度が上昇するまでの間はN
X が触媒に吸収されずに大気に放出されてしまうとい
う問題を生ずる。 また、このディーゼル機関では還元剤
として水素を用いており、水素を発生させるための水素
発生装置と水素発生装置により発生せしめられた水素を
溜めるための水素溜めとを具備している。このように還
元剤として水素を用いると付加的な装置、即ち水素発生
装置および水素溜めを設けなければならず、斯くして構
造が複雑となるばかりでなく製造コストが大巾にアップ
するという問題がある。 また、NO X を吸収するという
点からみれば一方の触媒が常に遊んでいることになるの
でせっかく設けた触媒全体をNO X の吸収のために有効
に利用していないという問題もある。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに本発明によれば、流入する排気ガスの空燃比がリー
ンであるときにNOx を吸収し、流入する排気ガス中の
酸素濃度を低下させると吸収したNOx を放出するNO
x 吸収剤を機関排気通路内に配置すると共に、機関運転
中常時NO X 吸収剤に排気ガスを流通させておき、出力
を得るための燃料の供給が完了した後の爆発行程又は排
気行程において燃焼室内に液体状の還元剤を噴射する噴
射装置を具備し、NO X 吸収剤からNO X を放出すべき
ときには噴射装置から液体状の還元剤を噴射してNO X
吸収剤に流入する排気ガス中の酸素濃度を低下させるよ
うにしている。
【0005】
【作用】出力を得るための燃料の供給が完了した後の爆
発行程又は排気行程において燃焼室内に液体状の還元剤
を供給することによりNO X 吸収剤に流入する排気ガス
中の酸素濃度が低下せしめられ、それによってNO X
収剤からNO X が放出される。このとき噴射された液体
状の還元剤は高温の既燃ガスにさらされるためにNOx
に対する還元剤の反応性が十分に高められる。
【0006】
【実施例】図1を参照すると、1は4ストロークディー
ゼル機関本体、2は燃焼室、3は各燃焼室2内に燃料を
噴射するための電磁制御式燃料噴射弁を夫々示す。各燃
焼室2は夫々対応する吸気枝管4を介してサージタンク
5に連結され、サージタンク5は吸気ダクト6を介して
エアクリーナ7に連結される。各燃料噴射弁3は対応す
る燃料供給導管8を介して燃料分配管9に連結され、燃
料分配管9は燃料供給ポンプ10を介して燃料タンク1
1に連結される。一方、各燃焼室2は排気マニホルド1
2および排気管13を介してNOx 吸収剤14を内蔵し
たケーシング15に連結される。
【0007】電子制御ユニット20はディジタルコンピ
ュータからなり、双方向性バス21によって相互に接続
されたROM(リードオンリメモリ)22、RAM(ラ
ンダムアクセスメモリ)23、CPU(マイクロプロセ
ッサ)24、入力ポート25および出力ポート26を具
備する。入力ポート25には機関のクランク角を検出す
るクランク角センサ27が接続され、このクランク角セ
ンサ27の出力パルスから現在のクランク角および機関
回転数が求められる。アクセルペダル28はアクセルペ
ダル28の踏込み量に比例した出力電圧を発生する負荷
センサ29に接続され、負荷センサ29の出力電圧はA
D変換器30を介して入力ポート25に入力される。一
方、出力ポート26は対応する駆動回路31を介して各
燃料噴射弁3に接続される。
【0008】ケーシング15内に収容されているNOx
吸収剤14は例えばアルミナを担体とし、この担体上に
例えばカリウムK、ナトリウムNa、セシウムCsのよ
うなアルカリ金属、バリウムBa、カルシウムCaのよ
うなアルカリ土類、ランタンLa、イットリウムYのよ
うな希土類から選ばれた少くとも一つと、白金Ptのよ
うな貴金属とが担持されている。機関燃焼室およびN
x 吸収剤14上流の排気通路内に供給された空気およ
び燃料(炭化水素)の比をNOx 吸収剤14への流入排
気ガスの空燃比と称するとこのNOx 吸収剤14は流入
排気ガスの空燃比がリーンのときにはNOx を吸収し、
流入排気ガス中の酸素濃度が低下すると吸収したNOx
を放出するNOx の吸放出作用を行う。なお、NOx
収剤14上流の排気通路内に燃料(炭化水素)或いは空
気が供給されない場合には流入排気ガスの空燃比は燃焼
内に形成される混合気の平均空燃比に一致し、従っ
てこの場合にはNOx 吸収剤14は燃焼室内に形成さ
れる混合気の平均空燃比がリーンのときにはNOx を吸
収し、燃焼室内に形成される混合気中の酸素濃度が低
下すると吸収したNOx を放出することになる。
【0009】上述のNOx 吸収剤14を機関排気通路内
に配置すればこのNOx 吸収剤14は実際にNOx の吸
放出作用を行うがこの吸放出作用の詳細なメカニズムに
ついては明らかでない部分もある。しかしながらこの吸
放出作用は図2に示すようなメカニズムで行われている
ものと考えられる。次にこのメカニズムについて担体上
に白金PtおよびバリウムBaを担持させた場合を例に
とって説明するが他の貴金属、アルカリ金属、アルカリ
土類、希土類を用いても同様なメカニズムとなる。
【0010】即ち、流入排気ガスがリーンのときには流
入排気ガス中の酸素濃度はかなり高く、このとき図2
(A)に示されるようにこれら酸素O2 がO2 - 又はO
2-の形で白金Ptの表面に付着する。一方、流入排気ガ
ス中のNOは白金Ptの表面上でO2 - 又はO2-と反応
し、NO2 となる(2NO+O2 →2NO2 )。次いで
生成されたNO2 の一部は白金Pt上で酸化されつつ吸
収剤内に吸収されて酸化バリウムBaOと結合しながら
図2(A)に示されるように硝酸イオンNO3 -の形で
吸収剤内に拡散する。このようにしてNOx がNOx
収剤14内に吸収される。
【0011】流入排気ガス中の酸素濃度が高い限り白金
Ptの表面でNO2 が生成され、吸収剤のNOx 吸収能
力が飽和しない限りNO2 が吸収剤内に吸収されて硝酸
イオンNO3 - が生成される。これに対して流入排気ガ
ス中の酸素濃度が低下してNO2 の生成量が低下すると
反応が逆方向(NO3 - →NO2 )に進み、斯くして吸
収剤内の硝酸イオンNO3 - がNO2 の形で吸収剤から
放出される。即ち、流入排気ガス中の酸素濃度が低下す
るとNOx 吸収剤14からNOx が放出されることにな
る。
【0012】一方、排気ガス中に還元剤、例えば炭化水
素が供給されて流入排気ガスの空燃比がリッチになると
流入排気ガスは多量のHC,CO等を含むようになり、
このとき排気ガス中に含まれるHC,COは白金Pt上
の酸素O2 - 又はO2-と反応して酸化せしめられる。ま
た、流入排気ガスの空燃比がリッチになると流入排気ガ
ス中の酸素濃度が極度に低下するために吸収剤からNO
2 が放出され、このNO2 は図2(B)に示されるよう
にHC,COと反応して還元せしめられる。このように
して白金Ptの表面上にNO2 が存在しなくなると吸収
剤から次から次へとNO2 が放出される。従って流入排
気ガスの空燃比をリッチにすると短時間のうちにNOx
吸収剤14からNOx が放出されることになる。
【0013】即ち、流入排気ガスの空燃比をリッチにす
るとまず初めにHC,COが白金Pt上のO2 - 又はO
2-とただちに反応して酸化せしめられ、ついで白金Pt
上のO2 - 又はO2-が消費されてもまだHC,COが残
っていればこのHC,COによって吸収剤から放出され
たNOx および機関から排出されたNOx が還元せしめ
られる。従って流入排気ガスの空燃比をリッチにすれば
短時間のうちにNOx吸収剤14に吸収されているNO
x が放出され、しかもこの放出されたNOx が還元され
るために大気中にNOx が排出されるのを阻止すること
ができることになる。
【0014】ディーゼル機関では通常空気過剰のもとで
燃焼が行われるので燃焼室内に形成される混合気の平
均空燃比はリーンとなっており、従ってこのとき排気ガ
ス中に含まれるNOx はNOx 吸収剤14に吸収される
ことになる。一方、NOx 吸収剤14のNOx 吸収能力
には限度があり、従ってNOx 吸収剤14のNOx 吸収
能力が飽和する前にNOx 吸収剤14からNOx を放出
させる必要がある。そこで本発明による実施例では一定
期間毎に周期的に排気ガス中に還元剤を供給して流入排
気ガスの空燃比をリッチにし、それによってNOx 吸収
剤14からNOx を放出させるようにしている。なお、
前述したようにこのときNOx 吸収剤14から放出され
たNOx は還元剤により還元せしめられる。
【0015】ところでNOx 吸収剤14からNOx を放
出させ、放出したNOx を還元するために還元剤を供給
とするといってもNOx に対する還元剤の反応性が乏し
い場合にはNOx 吸収剤14からNOx を十分に放出さ
せることはできず、また放出したNOx を十分に還元す
ることができない。そこで本発明による実施例では燃料
噴射弁3により常時行われている主噴射が完了した後の
図3において破線Xで示される領域において、即ち主噴
射が完了した後の爆発行程および排気行程において燃焼
内に還元剤を供給するようにしている。なお、この
実施例では還元剤として燃料が使用されており、従って
この実施例では還元剤は燃料噴射弁3から供給される。
なお、以後NOx の放出のために行う燃料噴射を副噴射
と称する。
【0016】主噴射が完了した後の爆発行程および排気
行程においては燃焼室内の既燃ガスの温度はかなり高
く、従ってこの既燃ガス内に副噴射を行うと炭化水素が
小さな分子に分解すると共に一部の炭化水素はラジカル
となり、斯くして燃料は活性化されてNOx に対する強
い反応性を有することになる。従ってNOx 吸収剤14
からは良好にNOx が放出され、放出したNOx は良好
に還元されることになる。なお、NOx に対する反応性
を高めるには既燃ガスの温度が高いときに副噴射を行う
ことが好ましく、また主噴射が完了した直後に副噴射を
行うと不活性な黒煙が発生してしまう。従って副噴射は
図3においてYで示されるように爆発行程の中央部にお
いて行うことが好ましく、従って本発明による実施例で
は図3においてZで示されるように爆発行程の中央部に
おいて行うようにしている。
【0017】主噴射は圧縮上死点の近傍において行わ
れ、主噴射量はアクセルペダル28の踏込み量と機関回
転数の関数となる。この主噴射量Qはアクセルペダル2
8の踏込み量Lおよび機関回転数Nの関数として図4
(A)に示すようなマップの形で予めROM22内に記
憶されている。副噴射量は燃焼室3内に形成される混合
気の平均空燃比をリッチにするのに必要な燃料量であ
り、この副噴射量もアクセルペダル28の踏込み量と機
関回転数の関数となる。この副噴射量qはアクセルペダ
ル28の踏込み量Lおよび機関回転数Nの関数として図
4(B)に示すようなマップの形で予めROM22内に
記憶されている。
【0018】図5は噴射処理ルーチンを示しており、こ
のルーチンは一定クランク角毎の割込みによって実行さ
れる。図5を参照するとまず初めにステップ50におい
て図4(A)に示すマップから主噴射量Qが算出され、
次いでステップ51では主噴射を行うための処理が実行
される。次いでステップ52ではカウント値Tが1だけ
インクリメントされ、次いでステップ53ではカウント
値Tが一定値T0 よりも大きくなったか否か、即ちNO
x 吸収剤14からNOx を放出すべき時期になったか否
かが判別される。T<T0 のとき、即ちNOx 吸収剤1
4からNOx を放出すべき時期に至っていないときには
処理サイクルを完了する。従ってこのときには主噴射の
みが行われる。
【0019】一方、ステップ53においてT≧T0 であ
ると判別されたとき、即ちNOx 吸収剤14からNOx
を放出すべき時期に至ったときにはステップ54に進ん
でカウント値Nが1だけインクリメントされる。次いで
ステップ55ではカウント値Nが一定値N0 よりも大き
いか否かが判別される。N<N0 のときにはステップ5
6に進んで図4(B)に示すマップから副噴射量qが算
出され、次いでステップ57において副噴射を行うため
の処理が行われる。N≧N0 になるとステップ55から
ステップ58に進んで各カウント値T,Nが零とされ
る。従ってNOx吸収剤14からNOx を放出すべき時
期になると各燃料噴射弁3から一定期間、副噴射が行わ
れる。
【0020】図6は、4ストロークディーゼル機関の別
の実施例を示す。図6を参照するとこの実施例では吸気
ダクト6内にアクチュエータ32により開閉制御される
吸気制御弁33が配置され、アクチュエータ32は駆動
回路31を介して入力ポート26に接続される。この吸
気制御弁33は通常は全開状態に保持されており、主噴
射量Qが少ないときにNOx を放出すべく副噴射が行わ
れたときに一定開度まで閉弁せしめられる。即ち、NO
x 吸収剤14からNOx を放出させるためには排気ガス
の空燃比をリッチにしなければならない。しかしながら
ディーゼル機関では機関負荷が低くなると、即ち主噴射
量Qが少なくなると空気過剰率が大きくなり、従ってこ
のとき排気ガスの空燃比をリッチにしようとすると副噴
射量qをかなり多くしなければならないことになる。そ
こで図6に示す実施例では主噴射量Qが少ないときにN
x を放出すべきときには吸気制御弁33を一定開度ま
で閉弁することによって空気過剰率を小さくし、少量の
副噴射量qでもって排気ガスの空燃比をリッチにしうる
ようにしている。
【0021】また、空気過剰率を小さくするためには排
気ガスを再循環するようにしてもよい。この場合には図
6において破線で示されるように吸気制御弁33下流の
吸気ダクト6と排気マニホルド12とを再循環排気ガス
(以下EGRという)通路34により互いに連結し、こ
のEGR通路34内にEGR弁35を設ければよい。図
7は図6に示す実施例における噴射処理ルーチンを示し
ており、このルーチンは一定クランク角毎の割込みによ
って実行される。
【0022】図7を参照するとまず初めにステップ60
において図4(A)に示すマップから主噴射量Qが算出
され、次いでステップ61では主噴射を行うための処理
が実行される。次いでステップ62ではカウント値Tが
1だけインクリメントされ、次いでステップ63ではカ
ウント値Tが一定値T0 よりも大きくなったか否か、即
ちNOx 吸収剤14からNOx を放出すべき時期になっ
たか否かが判別される。T<T0 のとき、即ちNOx
収剤14からNOx を放出すべき時期に至っていないと
きには処理サイクルを完了する。従ってこのときには主
噴射のみが行われる。
【0023】一方、ステップ63においてT≧T0 であ
ると判別されたとき、即ちNOx 吸収剤14からNOx
を放出すべき時期に至ったときにはステップ64に進ん
で主噴射量Qが予め定められた一定値Q0 よりも少ない
か否かが判別される。Q≧Q 0 のときには処理サイクル
を完了し、Q<Q0 のときにはステップ65に進んでカ
ウント値Nが1だけインクリメントされる。次いでステ
ップ66ではカウント値Nが一定値N0 よりも大きいか
否かが判別される。N<N0 のときにはステップ67に
進んで図4(B)と同様なマップから副噴射量qが算出
され、次いでステップ68において副噴射を行うための
処理が行われる。次いでステップ69において吸気制御
弁33が一定開度まで閉弁せしめられる。EGR装置を
設けた場合には続くステップ70においてEGR弁35
が開弁せしめられる。N≧N0 になるとステップ66か
らステップ71に進んで各カウント値T,Nが零とされ
る。従ってNOx 吸収剤14からNOx を放出すべき時
期になると各燃料噴射弁3から一定期間、副噴射が行わ
れ、吸気制御弁33が閉弁せしめられ、EGR装置を設
けた場合にはEGR弁35が開弁せしめられる。
【0024】図8はHC吸着剤を内蔵したNOx 吸収剤
14の別の実施例を示す。この実施例ではNOx 吸収剤
14の担体が排気ガスの流れ方向(矢印で示す)に延び
る多数の第1通路36aおよび第2通路36bを有する
ハニカム構造のモノリス担体37からなる。図8に示さ
れるように各第1通路36aの下流端は栓38aにより
閉鎖されており、各第2通路36bの上流端は栓38b
により閉鎖されているので排気ガスは矢印で示すように
第1通路36aから第2通路36b内に流入する。NO
x 吸収剤14は図8に示されるように第1通路36aの
内壁面上において担持されており、更にNOx 吸収剤1
4はモノリス担体内および第2通路36bの内壁面上に
おいても担持されている。また、ペレット状のゼオライ
ト系HC吸着剤39が第2通路36b内に充填されてい
る。
【0025】このHC吸着剤39は温度が低いときには
排気ガス中に含まれる活性の高いHCを吸着し、高温に
なると吸着されているHCを放出する作用を行う。空気
過剰のもとで通常の燃焼が行われているときには排気ガ
スの温度は比較的低く、従ってこのときには排気ガス中
に含まれているNOx はNOx 吸収剤14に吸収され、
排気ガス中に含まれている活性の高いHCはHC吸着剤
39に吸着される。一方、NOx 吸収剤14からNOx
を放出すべく副噴射が行われると副噴射された燃料はN
x 吸収剤14において酸化せしめられ、即ち燃焼せし
められ、斯くして担体37の温度が上昇せしめられる。
このときNOx 吸収剤14に吸収されているNOx の一
部が放出され、還元される。
【0026】一方、担体37の温度が上昇するとHC吸
着剤39からはHC、即ち還元剤が放出され、このHC
の放出作用によりNOx 吸収剤14から残りのNOx
放出されると共に放出されたNOx が還元せしめられ
る。即ち、この実施例ではNO x 吸収剤14からのNO
x の放出作用の大部分がHC吸着剤19から放出された
HCによって行われるのでNOx を放出させるための副
噴射量qを低減することができることになる。
【0027】図9は本発明を2ストローク4気筒ディー
ゼル機関に適用した場合を示している。なお、図9にお
いて図1と同様な構成要素は同一の符号で示す。この実
施例では機関駆動の燃料噴射ポンプ80から吐出された
燃料が各燃料噴射弁3に供給され、各燃料噴射弁3に供
給された燃料圧が開弁圧を越えたときに各燃料噴射弁3
から燃料が噴射される。
【0028】図10に燃料噴射ポンプ80の構造を示
す。図10に示されるように燃料噴射ポンプ80のハウ
ジング81内には燃料室82内に突出しかつ機関のクラ
ンクシャフト(図示せず)によりクランクシャフトと同
一速度で回転駆動せしめられる駆動軸83が配置され
る。ハウジング81には燃料ポンプ84が一体的に形成
されており、燃料ポンプ84の構造を理解しやすくする
ために図10は燃料ポンプ84を90度回転したところ
を示している。駆動軸83には燃料ポンプ84のロータ
85と、燃料室82内に配置されたタイミングギヤ86
と、プランジャ87を駆動するためのカップリング88
とが固定されている。
【0029】ハウジング81内にはシリンダ89が形成
され、このシリンダ89内にプランジャ87の右端部が
挿入される。一方、プランジャ87の左端部にはカム面
90を形成したディスク状のカムプレート91とカップ
リング88とが固定される。このようにプランジャ87
と駆動軸83とはカップリング88を介して互に連結さ
れているので駆動軸83が回転するとそれに伴なってプ
ランジャ87が回転せしめられる。なお、このカップリ
ング88はプランジャ87が軸線方向に移動可能なよう
に駆動軸83とプランジャ87とを連結しており、従っ
てプランジャ87は回転しつつ軸線方向に移動すること
ができる。燃料室82内にはカップリング88を包囲す
るようにローラリング92が配置されており、このロー
ラリング92はプランジャ87の軸線回りに回動するこ
とができる。ローラリング92は下方に延びるレバー9
3を具備しており、このレバー93上にはカム面90と
接触してカム面90上を転動するカムローラ94が回転
可能に取付けられる。ローラリング92の下方にはタイ
マピストン95を有するタイマシリンダ96が設けら
れ、レバー93の下端部はタイマピストン95と係合す
る。なお、タイマピストン95の作動を理解しやすくす
るために図10においてタイマシリンダ95は90度回
転したところを示しており、従ってタイマピストン95
はレバー93の下端部の回転移動方向と同一方向に移動
可能である。斯くしてタイマピストン95が移動すると
それに伴なってローラリング92が回動せしめられる。
【0030】タイマシリンダ96内にはタイマピストン
95によって分離された高圧室97と低圧室98が形成
され、高圧室97は常時燃料室82内に連通している。
一方、低圧室98は燃料流入通路99を介して燃料流入
口100に連結され、この燃料流入口100は燃料タン
ク(図示せず)に連結される。低圧室98内にはタイマ
ピストン95を高圧室97に向けて付勢する圧縮ばね1
01が挿入され、更に低圧室98内にはタイマピストン
95の位置を検出するためにタイマピストン95に固定
されたコア102の位置により出力電圧が変化せしめら
れるタイマ位置センサ103が配置される。このタイマ
位置センサ103は差動トランスからなり、タイマ位置
センサ103の出力信号はAD変換器30(図9)を介
して電子制御ユニット20の入力ポート25に入力され
る。低圧室98と高圧室97とは燃料逃し通路104を
介して互いに連結されており、この燃料逃し通路104
内には駆動回路31(図9)を介して電子制御ユニット
20の出力ポート25に接続された調圧弁105が挿入
される。この調圧弁105は電子制御ユニット20の出
力制御信号によって開閉制御され、それによってローラ
リング92の回動位置が制御される。
【0031】カムプレート91のカム面90上には気筒
数の2倍の8個の凸部が形成され、カム面90は戻しば
ね106のばね力によって常時カムローラ94上に押圧
される。駆動軸83が回転するとカム面90の凸部がカ
ムローラ94と係合したときにプランジャ87は軸線方
向に移動せしめられ、従って駆動軸83が一回転すると
その間にプランジャ87が8回往復動する。プランジャ
87の右端面によって画定された加圧室106は燃料溢
流通路107を介して燃料室82内に連結されており、
この燃料溢流通路107内に駆動回路31(図9)を介
して出力ポート26に接続されたスピル弁108が配置
される。
【0032】一方、図10および図11に示されるよう
にプランジャ87内には加圧室106からプランジャ8
7の軸線方向に向けてプランジャ87内を延びる燃料吐
出通路109が形成されており、更にプランジャ87内
には燃料吐出通路109の最奥部からプランジャ87の
半径方向に延びる一対の燃料吐出ポート、即ち主噴射燃
料吐出ポート110aと副噴射燃料吐出ポート110b
とが形成されている。図10および図11に示す実施例
では副噴射燃料吐出ポート110bは主噴射燃料吐出ポ
ート110aに対してプランジャ87の回転方向Rと反
対方向に45度の角度をなして延びている。一方、シリ
ンダ89の内周面上には各燃料吐出ポート110a,1
10bと連通可能な4個の燃料流出ポート111a,1
11b,111c,111dが互いに90度隔てて形成
されており、これらの各燃料流出ポート111a,11
1b,111c,111dは夫々対応する逆止弁112
を介して各燃料噴射弁3に連結されている。
【0033】図13は主噴射および副噴射が行われる場
合の燃料噴射作用のタイムチャートを示している。前述
したように駆動軸83は機関クランクシャフトと同一速
度で回転せしめられ、カム面90上には8個の凸部が形
成されているのでプランジャ87のリフト量は360ク
ランク角度の間に8回増大することがわかる。また、図
13に示されるようにプランジャ87がリフトする少し
前にスピル弁108がオンとされ、それによって燃料溢
流通路107がスピル弁108によって遮断されること
がわかる。
【0034】プランジャ87が図10において左方に移
動すると燃料室82内の燃料が燃料供給通路113を介
して加圧室106内に供給される。次いでプランジャ8
7が図10において右方に移動を開始する少し前に上述
した如くスピル弁108が燃料溢流通路107を遮断
し、斯くしてプランジャ87が図10において右方に移
動を開始すると加圧室106内の燃料はプランジャ87
により加圧される。次いで例えば図11に示されるよう
に主噴射燃料吐出ポート110aが燃料流出ポート11
1aに連通すると加圧室106内の加圧燃料が燃料吐出
通路109、主噴射燃料吐出ポート110aおよび燃料
流出ポート111aを介して燃料流出ポート111aに
連結された、例えば一番気筒の燃料噴射弁3に供給され
る。次いで1番気筒の燃料噴射弁3に供給された燃料圧
が開弁圧を超えると燃料噴射弁3からの燃料噴射が開始
される。次いで要求されている量の噴射が完了するとス
ピル弁108がオフとされる。その結果、スピル弁10
8が燃料溢流通路107を開弁するために燃料噴射が停
止される。
【0035】次いで再びプランジャ87が図10におい
て左方に移動し、次いでプランジャ87が図10におい
て右方に移動を開始する少し前にスピル弁108が閉弁
せしめられる。次いで副噴射燃料吐出ポート110bが
燃料流出ポート111aに連通すると加圧室106内の
燃料が燃料吐出通路109、副噴射燃料吐出ポート11
0bおよび燃料流出ポート111aを介して1番気筒の
燃料噴射弁3に供給される。次いで1番気筒の燃料噴射
弁3に供給された燃料圧が開弁圧を超えると燃料噴射弁
3からの燃料噴射が開始される。次いでスピル弁108
が開弁せしめられ、燃料噴射弁3からの燃料噴射が停止
せしめられる。このようにして1番気筒の主噴射および
副噴射が完了すると次の気筒において主噴射および副噴
射が行われる。
【0036】図11からわかるように副噴射は主噴射に
対してほぼ45クランク角度遅れて行われる。図12に
示されるように主噴射は圧縮上死点付近で行われるので
副噴射は爆発行程中に行われることになる。従ってこの
実施例においても副噴射燃料は高温の既燃ガスと接触せ
しめられるのでこの副噴射燃料、即ち還元剤はNOx
対する反応性が高められ、斯くしてNOx 吸収剤14か
ら良好にNOx を放出できると共に放出したNOx を良
好に還元することができることになる。
【0037】なお、副噴射を行わないときには副噴射が
行われるタイミングのときにスピル弁108が開弁状態
に保持される。なお、主噴射および副噴射を制御する際
にタイマピストン95によりローラリング92が回動せ
しめられるとカム面90の凸部とカムローラ94とが係
合する時期が変化し、従って燃料噴射時期が変化する。
従って調圧弁105を制御することによって燃料噴射時
期を制御できることがわかる。
【0038】図14は副噴射燃料吐出ポート110bを
主噴射燃料吐出ポート110aに対してプランジャ87
の回転方向Rと反対方向に135度隔てて形成した場合
を示している。この場合には各気筒において図15に示
されるように排気弁が開弁した直後に副噴射が行われ
る。即ち、排気弁および給気弁が共に開弁している掃気
行程、云い換えると既燃ガスの排出作用が行われている
排気行程中に副噴射が行われる。このときの燃料噴射の
タイミングを図16に示す。
【0039】図17は図11から図13に示す実施例或
いは図14から図16に示す実施例における噴射処理ル
ーチンを示しており、このルーチンは一定クランク角毎
の割込みによって実行される。図17を参照するとまず
初めにステップ120において図4(A)に示すマップ
から主噴射量Qが算出され、次いでステップ121では
主噴射を行うための処理、即ちスピル弁108の閉弁処
理が実行される。次いでステップ122ではカウント値
Tが1だけインクリメントされ、次いでステップ123
ではカウント値Tが一定値T0 よりも大きくなったか否
か、即ちNOx 吸収剤14からNOx を放出すべき時期
になったか否かが判別される。T<T0 のとき、即ちN
x 吸収剤14からNOx を放出すべき時期に至ってい
ないときには処理サイクルを完了する。従ってこのとき
には主噴射のみが行われる。
【0040】一方、ステップ123においてT≧T0
あると判別されたとき、即ちNOx吸収剤14からNO
x を放出すべき時期に至ったときにはステップ124に
進んでカウント値Nが1だけインクリメントされる。次
いでステップ125ではカウント値Nが一定値N0 より
も大きいか否かが判別される。N<N0 のときにはステ
ップ126に進んで図4(B)に示すマップから副噴射
量qが算出され、次いでステップ127において副噴射
を行うための処理、即ちスピル弁108の閉弁処理が行
われる。N≧N0 になるとステップ125からステップ
128に進んで各カウント値T,Nが零とされる。従っ
てNOx 吸収剤14からNOx を放出すべき時期になる
と各燃料噴射弁3から一定期間、副噴射が行われる。
【0041】図18は4ストローク4気筒ディーゼル機
関に適用した場合を示す。この場合には駆動軸83、即
ちプランジャ87は機関クランクシャフトの1/2の回
転速度で回転せしめられ、副噴射燃料吐出ポート110
bは主噴射燃料吐出ポート110aに対してプランジャ
87の回転方向Rと反対方向に45度隔てて形成され
る。従ってこの場合には副噴射は主噴射に対して90ク
ランク角度遅れて行われることになり、斯くして図19
に示されるように副噴射は排気弁が開弁した直後に行わ
れることになる。
【0042】
【発明の効果】機関運転中常時NO X 吸収剤に排気ガス
を流通させるようにしているのでNO X 吸収剤の温度を
常時高い温度に維持することができ、斯くして排気ガス
中のNO X を常時NO X 吸収剤に吸収することができ
る。また、NOx 吸収剤からNOx を放出するために供
給された還元剤のNOx に対する反応性を高めることが
できるのでNOx 吸収剤からNOx を良好に放出するこ
とができると共に放出したNOx を良好に還元すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】4ストロークディーゼル機関の全体図である。
【図2】NOx の吸放出作用を説明するための図であ
る。
【図3】噴射時期を説明するための図である。
【図4】噴射量のマップを示す図である。
【図5】噴射処理を実行するためのフローチャートであ
る。
【図6】4ストロークディーゼル機関の別の実施例を示
す全体図である。
【図7】噴射処理を実行するためのフローチャートであ
る。
【図8】HC吸着剤を内蔵したNOx 吸収剤の側面断面
図である。
【図9】2ストロークディーゼル機関の全体図である。
【図10】燃料噴射ポンプの側面断面図である。
【図11】プランジャの断面図である。
【図12】噴射時期を示す図である。
【図13】燃料噴射制御のタイムチャートである。
【図14】別の実施例を示すプランジャの断面図であ
る。
【図15】噴射時期を示す図である。
【図16】燃料噴射制御のタイムチャートである。
【図17】噴射処理を実行するためのフローチャートで
ある。
【図18】4ストロークディーゼル機関において用いる
プランジャの断面図である。
【図19】噴射時期を示す図である。
【符号の説明】
2…燃焼室 3…燃料噴射弁 14…NOx 吸収剤
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 木原 哲郎 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自 動車株式会社内 (72)発明者 広田 信也 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自 動車株式会社内 (72)発明者 小端 喜代志 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自 動車株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−106826(JP,A) 特開 平3−253713(JP,A) 特開 平4−210211(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) F01N 3/24 F01N 3/08 F01N 3/10

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 流入する排気ガスの空燃比がリーンであ
    るときにNOx を吸収し、流入する排気ガス中の酸素濃
    度を低下させると吸収したNOx を放出するNOx 吸収
    剤を機関排気通路内に配置すると共に、機関運転中常時
    NO X 吸収剤に排気ガスを流通させておき、出力を得る
    ための燃料の供給が完了した後の爆発行程又は排気行程
    において燃焼室内に液体状の還元剤を噴射する噴射装置
    を具備し、NO x 吸収剤からNO x を放出すべきときに
    は該噴射装置から液体状の還元剤を噴射してNO X 吸収
    剤に流入する排気ガス中の酸素濃度を低下させるように
    した内燃機関の排気浄化装置。
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