JP4388735B2 - Lean burn engine - Google Patents

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JP4388735B2 JP2002308160A JP2002308160A JP4388735B2 JP 4388735 B2 JP4388735 B2 JP 4388735B2 JP 2002308160 A JP2002308160 A JP 2002308160A JP 2002308160 A JP2002308160 A JP 2002308160A JP 4388735 B2 JP4388735 B2 JP 4388735B2
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Description

【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、リーンバーンエンジンに関し、特に、その排気エミッション低減技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の希薄混合気を燃焼させるリーンバーンエンジンでは、点火点は燃焼室一つにつき一個であるため、点火点周りに濃い混合気を形成し、その周囲を薄い混合気や空気で囲むことで着火を容易にする成層燃焼を行っている。
【0003】
しかしながら、成層燃焼を行うエンジンでは、層状の混合気を形成するために、ピストンの頂面に湾曲型のくぼみが形成されており、空燃比が濃い高速域や高負荷域では熱損失の増大を防ぐことができなかった。また、ピストン重量の増大を招くとともに、熱効率のよい単純な形状の燃焼室形状を実現することが不可能であった。
【0004】
一方、成層ではなく希薄混合気を均一に形成した場合、点火して火炎核ができても燃焼速度が遅く、立ち消え状態になる確率が高くなり、これは混合気の希薄化に伴って急増する。しかし、特許文献1に開示されている多点点火プラグを用いれば複数の火炎核ができるので空燃比が30といった極めて薄い空燃比でも安定した運転が可能であり、この空燃比の領域ではHC、CO、NOxも低減し、触媒に頼らなくてもクリーンな運転が可能である。
【0005】
【特許文献1】
特開2002−70561公報
【0006】
【発明が解決しようとしている問題点】
特許文献1に開示されている多点点火プラグを用いてリーン運転を行う場合であっても、さらにHC、CO、NOxレベルを下げることが必要とされる場合にはなお触媒を用いる必要がある。しかしながら、空燃比が理論空燃比よりも薄いと排気中に酸素が排出され、触媒が還元雰囲気とはならず、排気中のNOxを十分に浄化できなくなってしまう。
【0007】
従来のリーンバーンエンジンで行われているように、空燃比を時々理論空燃比に戻して還元剤となるCOやHCを触媒に供給することも考えられるが、リーン空燃比から理論空燃比に切り替えるとエンジントルクが急に増大し、ショックが生じるなど運転性を害する可能性がある。
【0008】
本発明は、かかる技術的課題を鑑みてなされたものであり、リーンバーンエンジンにおいて、運転性を害することなく排気エミッションの低減を図ることを目的とする。
【0009】
【問題点を解決するための手段】
リーンバーンエンジンにおいて、少なくともNOxを還元する作用を有する触媒(三元触媒、ゼオライト触媒等)と、その上流に燃料を供給する付加燃料供給手段とを設け、エンジンが理論空燃比よりも薄い空燃比で運転しているときに、付加燃料供給手段から排気中に燃料を供給し、前記付加燃料供給手段は、前記排気通路内に突出する袋状の多孔体と、前記多孔体の内部にスプレイとなるようノズルから燃料を噴射する噴射機構と、で構成される。
【0010】
【作用及び効果】
本発明によれば、エンジンがリーン空燃比で運転しているときは触媒の上流で排気中に燃料が噴射される。これにより、酸素過剰となっている排気中のHCの量が増大し、触媒雰囲気が理論空燃比に近づけられるので、触媒において排気中のNOxを十分に還元することができる。
袋状の多孔体を介して排気中に燃料を供給するようにしたことで、排気中に供給される燃料の量を平滑化して排気空燃比を均一にし、NOxの浄化効率を高めることができる。また、噴射機構のノズルが袋状の多孔体内に納められ、排気中に露出しないので、ノズルを汚損、熱損から保護し、噴射機構の良好な作動性を保つことができる。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づき本発明の実施形態について説明する。
【0012】
図1は、本発明に係るリーンバーンエンジンの全体構成を示す。エンジン1の吸気通路2には上流から順に、エアクリーナ3、過給機4、インタークーラ5、スロットルバルブ6、燃料噴射弁7が設けられている。
【0013】
エアクリーナ3を介して吸気通路2内に導入された空気は過給機4で圧縮された後、インタークーラ5において冷却される。これは過給機4で圧縮された空気は温度が上昇しているため、そのままエンジン1に供給すると充填効率を下げたりノッキングを発生させたりすることがあるからである。
【0014】
スロットルバルブ6で流量を調節された空気は、燃料噴射弁7から噴射される燃料と混合され、均一の混合気がエンジン1の燃焼室10内に導入される。また、過給機4の上流にはエアクリーナ3を介して吸入される空気の流量を検出する空気流量センサ8が取り付けられており、空気流量センサ8の出力はコントロールユニット30に入力される。
【0015】
燃料噴射弁7はコントロールユニット30から送られてくる噴射パルスに従い駆動され、加圧された燃料を所定のタイミングで吸気マニホールド11に噴射する。なお、このエンジンは吸気マニホールド11に燃料を噴射する方式であるが、シリンダ12内に直接燃料を噴射する方式であってもよい。いずれの方式であっても燃料は点火直前にはシリンダ12内で均一な予混合気が形成されるものとする。
【0016】
エンジン1は全運転域で理論空燃比よりも薄い希薄混合気で運転するが、全運転域で希薄混合気で運転しようとすると高速高負荷域でトルクが不足する。そこで、このエンジンでは、過給機4で過給することでこのトルク不足を補うようにする。なお、従来のリーンバーンエンジンのように高速高負荷域で空燃比を濃くすることでトルク不足を補うようにしてもよい。
【0017】
燃焼室10内に導入された混合気はピストン13の上昇に伴い圧縮され、多点点火プラグ14によって点火される。多点点火プラグ14はその碍子部が棒状の点火プラグであり、エンジン1のシリンダ12を横断するように燃焼室10に取り付けられる碍子部には、一列に並んだ複数の点火ギャップ14gが形成されている。多点点火プラグ14のターミナル14gに電圧を印加すると複数の点火ギャップ14gで略同時に火花が飛び、多数の火炎核が形成されて火炎が燃焼室11全体に急速に燃え広がる。これにより、空燃比20以上の極めて薄い混合気、例えば空燃比30であっても着火させ、安定燃焼させることができる。
【0018】
エンジン1の排気は、排気マニホールド20、排気通路21に設けられた第1の触媒22、その下流に設けられる第2の触媒23を経て大気中に放出される。また、第2の触媒23の下流には排気の温度を検出する排気温度センサ27が取り付けられており、排気温度センサ27の出力はコントロールユニット30に入力される。
【0019】
第1の触媒22はいわゆる三元触媒であり、好ましくはHC吸着性のある三元触媒が用いられる。あるいは第1の触媒22としてHC吸着性のある還元触媒、例えば、排出されたHCの分子の大きさに対応した細い孔を有するゼオライト触媒を用いてもよい。第2の触媒23は白金等を担持した酸化触媒である。
【0020】
第1の触媒22の上流にはコントロールユニット30から入力されるパルス信号に応じて駆動される付加燃料供給装置25が取り付けられており、エンジン1がリーン空燃比で運転しているときに燃料を排気中に供給する。付加燃料の供給はエンジン1がリーン空燃比で運転しているときであっても触媒22の表面の極近傍のNOとHCとの関係を理論空燃比における関係に近づけ、第1の触媒22の転換効率を最高にするために行われる。
【0021】
希薄燃焼状態では排気マニホールド20内の排気には酸素が多く含まれている。つまり、空気中の酸素濃度は21%であるので、もし空燃比が理論空燃比の2倍の29.4であれば排気マニホールド20内の酸素濃度は10.5%となり、酸素過剰の状態になっている。したがって、排気をそのままの状態で第1の触媒22に流入させても触媒雰囲気が酸素過剰になるため、NOxを十分に還元することができない。そこで、このエンジンでは、排気空燃比に応じて排気中に燃料を供給し、触媒表面におけるNOとHCとの関係を理論空燃比における関係に近づけるようにする。
【0022】
具体的には、排気マニホールド20内の酸素濃度の一価関数として出力電圧を発生する空燃比センサ26を排気マニホールド20に取り付け、その出力をコントロールユニット30へ入力する。そして、コントロールユニット30がこの信号に基づき付加燃料供給装置25に供給するパルス幅を所定の値にフィードバック制御するようにする。例えば、空燃比センサ26で検出された空燃比がリーンになればなるほど排気中の酸素濃度が高くなることから、パルス幅を増大させ、付加燃料供給装置25から供給される燃料量を増大させる。
【0023】
付加燃料供給装置25から供給された燃料は、空燃比が薄くなると排気温度が低下することから燃焼することはなく、分解されながら第1の触媒22に到達し、第1の触媒22がHC吸着性を有する触媒であれば第1の触媒22に吸着される。そして、排気中のNOxは第1の触媒22においてこのHCが還元剤となって還元され、窒素(N2)と水蒸気(H2O)に転換される。
【0024】
ガソリンを構成するCとHの比は約1対1.9であり、排気中の窒素酸化物は殆どNOであるので(テールパイプから排出されると空気中の酸素で酸化されて殆どがNO2となる)、炭化水素(HC)によるNOの還元特性は、
CH1.9+2.95NO=CO2+0.95H2O+1.475N2
となる。分子量はHが1、Cが12、Nが14であるから、12+1×1.9=13.9gの燃料を付加燃料供給装置25から供給すれば、2.95×(14+16)=88.5gのNOxを還元することができる。
【0025】
付加燃料を必要以上に供給した場合、NOxを全て還元してもHCが余り、余剰のHCは第1の触媒22を通過することになるが、この余剰のHCは第2の触媒23において排気中の余剰酸素で酸化されるので、大気中に放出されるHCレベルが増大することはない。第1の触媒22としてHC吸着性のない触媒を用いた場合も一部のHCが第1の触媒22の下流に流出するが、この場合も同様に第2の触媒23においてHCが酸化されるので、大気中に放出されるHCの量の増大は抑えられる。
【0026】
なお、上記付加燃料供給装置25から供給される燃料の量はごく僅かである。例えば、1km走行する毎にエンジンから排気マニホールド20内に排出されるNOが0.885gである場合は、付加燃料供給装置25から走行距離1km当たり0.139gの燃料を供給すればよい。この程度の量であれば、若干の余裕をとったとしても、走行するのに消費する燃料に比べ無視できる量であり、燃費性能に与える影響はごく僅かである。
【0027】
図2は付加燃料供給装置25の詳細な構造を示している。
【0028】
付加燃料供給装置25の噴口50を開閉する弁体51は、通常の燃料インジェクタのように、コイルユニット52内を動くアーマチャーと一体となっている。コイルユニット52に通電するとノズルから燃料がスプレイとなって袋状の多孔体ケース53内に噴射される。
【0029】
多孔体ケース53は連続した気泡状の細孔を有するセラミックや焼結合金でできた燃料気化用の多孔体ケースであり、その内部に燃料が噴射されると表面から燃料が滲み出るようになっている。このように多孔体ケース53を介して排気中に燃料を供給するようにすることで、排気中に供給される燃料の量を平滑化して排気空燃比を均一にし、NOxの浄化効率を高めることができる。また、噴口50、弁体51が多孔体ケース53内に収められ、排気中に露出しないので、噴口50、弁体51を汚損、熱損から保護し、良好な作動性を保つことができる。
【0030】
なお、上記したように空燃比が薄くなると排気温度は低くなり、空燃比が30近くになると600℃程度であるため、この多孔体ケース53から滲み出た燃料がその表面で燃焼してしまうことはなく、熱分解されながら第1の触媒22に到達する。
【0031】
多孔体ケース53はガスケット54を介して弾性的に弁本体に取り付けられている。付加燃料供給装置25は排気マニホールド20にボルト60により取り付けられるが、排気マニホールド20からコイルユニット52への熱伝導を抑えるため、弁体51とコイルユニット52の連結部である胴部55はコイルユニット52よりも細くくびれている。付加燃料供給装置25のニップル56には加圧燃料が供給され、ソケット57に加わる噴射パルス幅に応じて多孔体ケース53内に燃料が噴射される。
【0032】
図3はコントロールユニット30から付加燃料供給装置25に送られる噴射パルスの一例を示した図である。噴射パルスは図3のように各パルスの立ち上りタイミングの間隔が一定(t0)、すなわち周波数は一定のままパルス幅(デューティ、t)を変化させるようになっている。例えば、付加燃料供給装置25は基本的には25Hzで弁体51をオンオフさせ、開弁時間に対応するパルス幅tのみを変化させている。噴射する必要のないときには図中点線のようにパルス幅tをゼロにすればよい。
【0033】
パルス幅tは、例えば、エンジンの制御マップに単位時間当たりに排出されるNO量を予めコントロールユニット30のメモリに記憶させておき、その重量の13.9/88.5倍すなわち0.16倍以上の燃料を付加燃料供給装置25から噴射するようにプリセットしておく。
【0034】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、上記実施形態は本発明を適用したエンジンの一例を示したものに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の構成に限定する趣旨ではない。例えば、本発明は上記エンジンのように多点点火を行うリーンバーンエンジンに適用するのが好適でありその効果も大きいが、従来の成層燃焼を行うリーンバーンエンジンであっても同様に適用することができる。また、上記エンジンは全運転域で希薄燃焼を行うとしているが、特定の運転域でのみ希薄燃焼を行うエンジンであっても本発明を適用できることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るリーンバーンエンジンの全体構成を示した図である。
【図2】付加燃料供給装置の構造を示した部分断面図である。
【図3】付加燃料供給装置に加えられる噴射パルスの説明図である。
【符号の説明】
1 エンジン
2 吸気通路
3 エアクリーナ
4 過給機
5 インタークーラ
7 燃料噴射弁
8 空気流量センサ
14 多点点火プラグ
14g 点火ギャップ
14t ターミナル
21 排気通路
22 第1の触媒(三元触媒等)
23 第2の触媒(酸化触媒)
25 付加燃料供給装置
26 空燃比センサ
30 コントロールユニット
50 噴口
51 弁体
52 コイルユニット
53 多孔体ケース
[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a lean burn engine, and more particularly to a technology for reducing the exhaust emission.
[0002]
[Prior art]
In a conventional lean burn engine that burns a lean air-fuel mixture, there is one ignition point per combustion chamber. Therefore, a rich air-fuel mixture is formed around the ignition point, and ignition is performed by surrounding the periphery with a thin air-fuel mixture or air. Stratified combustion is performed to facilitate the above.
[0003]
However, in an engine that performs stratified combustion, a curved depression is formed on the top surface of the piston in order to form a stratified mixture, and heat loss increases at high speed regions and high load regions where the air-fuel ratio is high. Could not prevent. In addition, the piston weight is increased, and it is impossible to realize a simple shape of the combustion chamber with high thermal efficiency.
[0004]
On the other hand, when a lean mixture is formed uniformly rather than stratified, even if flame nuclei are ignited, the combustion speed is slow, and the probability of going out is high, which increases rapidly as the mixture dilutes. . However, if the multipoint ignition plug disclosed in Patent Document 1 is used, a plurality of flame nuclei are formed, so that stable operation is possible even at an extremely low air-fuel ratio such as 30, and in this air-fuel ratio region, HC, CO and NOx are also reduced, and clean operation is possible without relying on a catalyst.
[0005]
[Patent Document 1]
JP 2002-70561 A
[Problems to be solved by the invention]
Even when the lean operation is performed using the multipoint ignition plug disclosed in Patent Document 1, it is still necessary to use a catalyst when it is necessary to further reduce the HC, CO, and NOx levels. . However, if the air-fuel ratio is lower than the stoichiometric air-fuel ratio, oxygen is exhausted into the exhaust, the catalyst does not become a reducing atmosphere, and NOx in the exhaust cannot be sufficiently purified.
[0007]
As is the case with conventional lean burn engines, it is conceivable to sometimes return the air-fuel ratio to the stoichiometric air-fuel ratio and supply CO or HC as a reducing agent to the catalyst, but switch from the lean air-fuel ratio to the stoichiometric air-fuel ratio. If the engine torque increases suddenly, a shock may occur, which may impair driving performance.
[0008]
The present invention has been made in view of such technical problems, and it is an object of the present invention to reduce exhaust emissions without impairing drivability in a lean burn engine.
[0009]
[Means for solving problems]
A lean burn engine is provided with a catalyst (three-way catalyst, zeolite catalyst, etc.) having an action of reducing at least NOx and an additional fuel supply means for supplying fuel upstream thereof, and the engine has an air-fuel ratio thinner than the stoichiometric air-fuel ratio. Fuel is supplied into the exhaust gas from the additional fuel supply means, the additional fuel supply means includes a bag-like porous body projecting into the exhaust passage, and a spray inside the porous body. And an injection mechanism for injecting fuel from the nozzle .
[0010]
[Action and effect]
According to the present invention, when the engine is operating at a lean air-fuel ratio, fuel is injected into the exhaust upstream of the catalyst. As a result, the amount of HC in the exhaust in which oxygen is excessive increases, and the catalyst atmosphere is brought close to the stoichiometric air-fuel ratio, so that NOx in the exhaust can be sufficiently reduced in the catalyst.
By supplying the fuel into the exhaust gas through the bag-like porous body, the amount of fuel supplied into the exhaust gas can be smoothed to make the exhaust air-fuel ratio uniform, and the NOx purification efficiency can be increased. . In addition, since the nozzle of the injection mechanism is housed in the bag-like porous body and is not exposed to the exhaust, the nozzle can be protected from fouling and heat loss, and good operability of the injection mechanism can be maintained.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
[0012]
FIG. 1 shows the overall configuration of a lean burn engine according to the present invention. An air cleaner 3, a supercharger 4, an intercooler 5, a throttle valve 6, and a fuel injection valve 7 are provided in the intake passage 2 of the engine 1 in order from the upstream.
[0013]
The air introduced into the intake passage 2 via the air cleaner 3 is compressed by the supercharger 4 and then cooled by the intercooler 5. This is because the temperature of the air compressed by the supercharger 4 has risen, and if supplied to the engine 1 as it is, the charging efficiency may be lowered or knocking may occur.
[0014]
The air whose flow rate is adjusted by the throttle valve 6 is mixed with the fuel injected from the fuel injection valve 7, and a uniform air-fuel mixture is introduced into the combustion chamber 10 of the engine 1. Further, an air flow rate sensor 8 for detecting the flow rate of air sucked through the air cleaner 3 is attached upstream of the supercharger 4, and the output of the air flow rate sensor 8 is input to the control unit 30.
[0015]
The fuel injection valve 7 is driven according to an injection pulse sent from the control unit 30 and injects pressurized fuel into the intake manifold 11 at a predetermined timing. This engine is a system in which fuel is injected into the intake manifold 11, but a system in which fuel is directly injected into the cylinder 12 may be used. In any method, it is assumed that a uniform premixed gas is formed in the cylinder 12 immediately before ignition.
[0016]
The engine 1 is operated with a lean air-fuel mixture that is thinner than the stoichiometric air-fuel ratio in the entire operation region. However, when attempting to operate with the lean air-fuel mixture in the entire operation region, the torque is insufficient in the high speed and high load region. Therefore, in this engine, the torque shortage is compensated by supercharging with the supercharger 4. It is noted that the torque shortage may be compensated by increasing the air-fuel ratio in the high speed and high load region as in the conventional lean burn engine.
[0017]
The air-fuel mixture introduced into the combustion chamber 10 is compressed as the piston 13 rises and is ignited by the multipoint spark plug 14. The multi-point spark plug 14 is a rod-shaped spark plug, and a plurality of ignition gaps 14g arranged in a line are formed in the insulator part attached to the combustion chamber 10 so as to cross the cylinder 12 of the engine 1. ing. When a voltage is applied to the terminal 14g of the multi-point spark plug 14, a plurality of spark gaps 14g cause a spark to fly almost simultaneously, a large number of flame nuclei are formed, and the flame rapidly burns and spreads throughout the combustion chamber 11. Thereby, even a very thin air-fuel mixture having an air-fuel ratio of 20 or more, for example, an air-fuel ratio of 30, can be ignited and stably combusted.
[0018]
Exhaust gas from the engine 1 is discharged into the atmosphere through an exhaust manifold 20, a first catalyst 22 provided in the exhaust passage 21, and a second catalyst 23 provided downstream thereof. Further, an exhaust temperature sensor 27 for detecting the temperature of the exhaust is attached downstream of the second catalyst 23, and the output of the exhaust temperature sensor 27 is input to the control unit 30.
[0019]
The first catalyst 22 is a so-called three-way catalyst, and preferably a three-way catalyst having HC adsorption properties is used. Alternatively, as the first catalyst 22, a reduction catalyst having HC adsorption property, for example, a zeolite catalyst having a narrow hole corresponding to the size of the discharged HC molecule may be used. The second catalyst 23 is an oxidation catalyst carrying platinum or the like.
[0020]
An additional fuel supply device 25 that is driven in response to a pulse signal input from the control unit 30 is attached upstream of the first catalyst 22, and fuel is supplied when the engine 1 is operating at a lean air-fuel ratio. Supply into the exhaust. Even when the engine 1 is operating at a lean air-fuel ratio, the additional fuel is supplied so that the relationship between NO and HC in the vicinity of the surface of the catalyst 22 is brought close to the relationship in the stoichiometric air-fuel ratio. Performed to maximize conversion efficiency.
[0021]
In the lean combustion state, the exhaust gas in the exhaust manifold 20 contains a large amount of oxygen. That is, since the oxygen concentration in the air is 21%, if the air-fuel ratio is 29.4, which is twice the stoichiometric air-fuel ratio, the oxygen concentration in the exhaust manifold 20 will be 10.5%, resulting in an excessive oxygen state. It has become. Accordingly, even if the exhaust gas is allowed to flow into the first catalyst 22 as it is, the catalyst atmosphere becomes excessive in oxygen, so that NOx cannot be sufficiently reduced. Therefore, in this engine, fuel is supplied into the exhaust gas in accordance with the exhaust air-fuel ratio so that the relationship between NO and HC on the catalyst surface is close to the relationship in the stoichiometric air-fuel ratio.
[0022]
Specifically, an air-fuel ratio sensor 26 that generates an output voltage as a monovalent function of the oxygen concentration in the exhaust manifold 20 is attached to the exhaust manifold 20, and its output is input to the control unit 30. Based on this signal, the control unit 30 feedback-controls the pulse width supplied to the additional fuel supply device 25 to a predetermined value. For example, as the air-fuel ratio detected by the air-fuel ratio sensor 26 becomes leaner, the oxygen concentration in the exhaust gas becomes higher. Therefore, the pulse width is increased and the amount of fuel supplied from the additional fuel supply device 25 is increased.
[0023]
The fuel supplied from the additional fuel supply device 25 does not burn because the exhaust temperature decreases when the air-fuel ratio becomes thin. The fuel reaches the first catalyst 22 while being decomposed, and the first catalyst 22 adsorbs HC. If the catalyst has the property, it is adsorbed by the first catalyst 22. The NOx in the exhaust gas is reduced by the HC as a reducing agent in the first catalyst 22 and converted into nitrogen (N 2 ) and water vapor (H 2 O).
[0024]
The ratio of C to H constituting gasoline is about 1 to 1.9, and nitrogen oxides in the exhaust are almost NO (when exhausted from the tailpipe, it is oxidized by oxygen in the air and most of it is NO. 2 ), the reduction characteristics of NO by hydrocarbons (HC) are
CH 1.9 + 2.95NO = CO 2 + 0.95H 2 O + 1.475N 2
It becomes. Since the molecular weight is 1 for H, 12 for C, and 14 for N, if 12 + 1 × 1.9 = 13.9 g of fuel is supplied from the additional fuel supply device 25, 2.95 × (14 + 16) = 88.5 g NOx can be reduced.
[0025]
When additional fuel is supplied more than necessary, even if all of the NOx is reduced, HC remains and surplus HC passes through the first catalyst 22, but this surplus HC is exhausted by the second catalyst 23. Since it is oxidized by excess oxygen in the inside, the HC level released into the atmosphere does not increase. Even when a catalyst having no HC adsorptivity is used as the first catalyst 22, some HC flows out downstream of the first catalyst 22. In this case as well, HC is oxidized in the second catalyst 23. Therefore, an increase in the amount of HC released into the atmosphere can be suppressed.
[0026]
Note that the amount of fuel supplied from the additional fuel supply device 25 is very small. For example, when the NO discharged from the engine into the exhaust manifold 20 every 1 km travels is 0.885 g, 0.139 g of fuel per 1 km travel may be supplied from the additional fuel supply device 25. This amount is negligible compared to the fuel consumed to travel, even if a slight margin is provided, and the effect on fuel efficiency is negligible.
[0027]
FIG. 2 shows the detailed structure of the additional fuel supply device 25.
[0028]
The valve body 51 that opens and closes the nozzle hole 50 of the additional fuel supply device 25 is integrated with an armature that moves in the coil unit 52 like a normal fuel injector. When the coil unit 52 is energized, fuel is sprayed from the nozzle and injected into the bag-like porous body case 53.
[0029]
The porous body case 53 is a porous body case for vaporizing fuel made of ceramic or sintered alloy having continuous cell-like pores. When fuel is injected into the porous body case 53, the fuel oozes from the surface. ing. By supplying the fuel into the exhaust gas through the porous body case 53 in this way, the amount of fuel supplied in the exhaust gas is smoothed to make the exhaust air-fuel ratio uniform, and the NOx purification efficiency is increased. Can do. Moreover, since the nozzle hole 50 and the valve body 51 are housed in the porous body case 53 and are not exposed in the exhaust gas, the nozzle hole 50 and the valve body 51 can be protected from fouling and heat loss, and good operability can be maintained.
[0030]
As described above, when the air-fuel ratio becomes thin, the exhaust temperature becomes low, and when the air-fuel ratio becomes close to 30, it is about 600 ° C. Therefore, the fuel that has oozed out from the porous body case 53 burns on its surface. Rather, it reaches the first catalyst 22 while being thermally decomposed.
[0031]
The porous body case 53 is elastically attached to the valve body via a gasket 54. The additional fuel supply device 25 is attached to the exhaust manifold 20 with bolts 60. In order to suppress heat conduction from the exhaust manifold 20 to the coil unit 52, the trunk portion 55, which is a connecting portion between the valve body 51 and the coil unit 52, is a coil unit. Narrower than 52. Pressurized fuel is supplied to the nipple 56 of the additional fuel supply device 25, and fuel is injected into the porous body case 53 according to the injection pulse width applied to the socket 57.
[0032]
FIG. 3 is a diagram showing an example of injection pulses sent from the control unit 30 to the additional fuel supply device 25. As shown in FIG. 3, the ejection pulse has a constant rise time interval (t 0 ), that is, the pulse width (duty, t) is changed while the frequency is constant. For example, the additional fuel supply device 25 basically turns on and off the valve body 51 at 25 Hz, and changes only the pulse width t corresponding to the valve opening time. When it is not necessary to inject, the pulse width t may be set to zero as shown by the dotted line in the figure.
[0033]
As for the pulse width t, for example, the NO amount discharged per unit time is stored in the memory of the control unit 30 in advance in the engine control map, and 13.9 / 88.5 times the weight, that is, 0.16 times the weight. The above fuel is preset to be injected from the additional fuel supply device 25.
[0034]
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, the said embodiment is only what showed an example of the engine to which this invention is applied, In the meaning which limits the technical scope of this invention to the structure of the said embodiment. Absent. For example, the present invention is preferably applied to a lean burn engine that performs multi-point ignition such as the above-mentioned engine, and the effect thereof is great. However, the present invention is similarly applied to a lean burn engine that performs conventional stratified combustion. Can do. Further, although the engine performs lean combustion in the entire operation region, it goes without saying that the present invention can be applied to an engine that performs lean combustion only in a specific operation region.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of a lean burn engine according to the present invention.
FIG. 2 is a partial cross-sectional view showing a structure of an additional fuel supply device.
FIG. 3 is an explanatory diagram of injection pulses applied to the additional fuel supply device.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Engine 2 Intake passage 3 Air cleaner 4 Supercharger 5 Intercooler 7 Fuel injection valve 8 Air flow sensor 14 Multipoint spark plug 14g Ignition gap 14t Terminal 21 Exhaust passage 22 First catalyst (three-way catalyst, etc.)
23 Second catalyst (oxidation catalyst)
25 Additional fuel supply device 26 Air-fuel ratio sensor 30 Control unit 50 Injection hole 51 Valve body 52 Coil unit 53 Porous body case

Claims (7)

理論空燃比よりも薄い空燃比で運転するリーンバーンエンジンにおいて、
前記エンジンの排気通路に設けられ、少なくともNOxを還元する作用を有する第1の触媒と、
同じく前記エンジンの排気通路に設けられ、前記第1の触媒の上流に燃料を供給する付加燃料供給手段と、
を備え、前記エンジンが理論空燃比よりも薄い空燃比で運転しているときに、前記付加燃料供給手段から排気中に燃料を供給し、
前記付加燃料供給手段は、
前記排気通路内に突出する袋状の多孔体と、
前記多孔体の内部にスプレイとなるようノズルから燃料を噴射する噴射機構と、
で構成される、
ことを特徴とするリーンバーンエンジン。
In a lean burn engine that operates at an air-fuel ratio lower than the theoretical air-fuel ratio,
A first catalyst provided in the exhaust passage of the engine and having an action of reducing at least NOx;
Additional fuel supply means that is also provided in the exhaust passage of the engine and supplies fuel upstream of the first catalyst;
When the engine is operating at an air / fuel ratio that is lower than the stoichiometric air / fuel ratio, fuel is supplied into the exhaust gas from the additional fuel supply means,
The additional fuel supply means includes
A bag-like porous body protruding into the exhaust passage;
An injection mechanism for injecting fuel from a nozzle so as to form a spray inside the porous body;
Composed of,
A lean burn engine characterized by that.
前記第1の触媒はHC吸着性の触媒であることを特徴とする請求項1に記載のリーンバーンエンジン。The lean burn engine according to claim 1, wherein the first catalyst is an HC adsorbing catalyst. 前記第1の触媒の下流に酸化触媒である第2の触媒をさらに備えたことを特徴とする請求項1または2に記載のリーンバーンエンジン。The lean burn engine according to claim 1 or 2, further comprising a second catalyst that is an oxidation catalyst downstream of the first catalyst. 前記噴射機構は、弁体と、前記弁体を駆動する弁体駆動部とで構成され、前記弁体と弁体駆動部の間が他の部位よりも細くなっていることを特徴とする請求項1から3のいずれか一つに記載のリーンバーンエンジン。The said injection mechanism is comprised by the valve body and the valve body drive part which drives the said valve body, The space | interval between the said valve body and valve body drive part is thinner than another site | part, It is characterized by the above-mentioned. Item 4. The lean burn engine according to any one of Items 1 to 3. 点火ギャップを複数有する多点点火プラグをさらに備え、
前記リーンバーンエンジンは前記多点点火プラグを用いて均一な混合気に着火させることで、空燃比20以上の空燃比で運転するリーンバーンエンジンであることを特徴とする請求項1から4のいずれか一つに記載のリーンバーンエンジン。
A multipoint spark plug having a plurality of ignition gaps;
5. The lean burn engine according to claim 1, wherein the lean burn engine is a lean burn engine that operates at an air-fuel ratio of 20 or more by igniting a uniform air-fuel mixture using the multipoint ignition plug. The lean burn engine as described in one.
排気通路に少なくともNOxを浄化する作用を有する触媒を有するリーンバーンエンジンの排気通路に設けられ、前記触媒の上流に燃料を供給する付加燃料供給装置において、
前記排気通路内に突出する袋状の多孔体と、
前記多孔体の内部にスプレイとなるようノズルから燃料を噴射する噴射機構と、
を備えたことを特徴とする付加燃料供給装置。
In an additional fuel supply device that is provided in an exhaust passage of a lean burn engine having a catalyst having an action of purifying at least NOx in an exhaust passage and supplies fuel upstream of the catalyst,
A bag-like porous body protruding into the exhaust passage;
An injection mechanism for injecting fuel from a nozzle so as to form a spray inside the porous body;
An additional fuel supply device comprising:
前記噴射機構は、弁体と、前記弁体を駆動する弁体駆動部とで構成され、前記弁体と弁体駆動部の間が弁体駆動部よりも細くなっていることを特徴とする請求項6に記載の付加燃料供給装置。The injection mechanism includes a valve body and a valve body drive unit that drives the valve body, and a space between the valve body and the valve body drive unit is narrower than the valve body drive unit. The additional fuel supply device according to claim 6.
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