JP5204737B2 - 微粒子除去フィルター再生時におけるコモンレール噴射システム型ディーゼル・エンジンの制御方法 - Google Patents
微粒子除去フィルター再生時におけるコモンレール噴射システム型ディーゼル・エンジンの制御方法 Download PDFInfo
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Description
− エンジンのパーフォーマンス、ドライバビリティーならびに燃料消費効率の低下が起こり、その結果、最悪の場合にはエンジンの故障停止を引き起こすことになる。また
− 微粒子除去フィルターの自立的な発火現象がおこり、暴走的な微粒子の燃焼反応にまで発展すれば微粒子除去フィルターの破損に至ることになる。実際、過剰に堆積した微粒子はその車両がある特定の運行状態になることをきっかけとして、突発的な暴走的燃焼が誘起され再生反応が進行するがこれは致命的なもので、微粒子除去フィルターのセラミック製の格子構造内部が高温になり同フィルターそのものを破損する。
− 排気システムはその触媒と微粒子除去フィルターの双方を同一の部屋(キャニスター)内に装着する形式のものであること。
− 典型的な場合にあって、当該エンジン容積の二倍程度の容積をもつような、すなわち非常に大きな微粒子除去フィルターを装着すること。
− ガス状の燃料添加剤を添加すること(その組成はセリウムを含むものである)。当該添加剤の添加によって自立的な再生反応が始まるために必要な最低温度が100ないし150℃程度低下される。
− 車両の運行中にあって同添加剤を添加しその量を自動的に測定できるような複雑な機能をもつシステムが必要になること。
− いずれにしろ、エンジンを通常に稼動させている場合にあっては、必要とされる蒸気温度に達することがないため、同微粒子除去フィルターの入り口部分の温度を上昇させえる何らかの方法が必要になる。実際、この種のシステムはエンジンが中程度の負荷で稼動されている場合にのみ期待通りに機能するものの、低負荷状態で長時間運転された場合(例えば市街区域内の走行)、あるいは外気温が低い地域での走行(冬期の走行)にあっては、その排気ガスの温度が自立的に燃焼が開始進行するための最低温度にまで昇りきらないことが頻繁に発生する。
− 複雑さ、詳細には前記添加剤の添加ならびに添加量測定のためのシステムが複雑であること。
− 要する微粒子除去フィルターの容積が大きいこと。これはディーゼル燃料に添加された前記添加剤が微粒子除去フィルターの内部に多量の灰となり残存しその堆積量が使用時間と共に増加するため、微粒子除去フィルターの容積を大きくせざるを得ないことによるものである。
− 「清掃」の必要性。前記の通りその容積を大きくしたにもかかわらず、約80,000kmの走行ごとに同微粒子除去フィルターから前記灰を排除する必要がある。実際、セリウムは大量の灰を生成し、生成された灰は微粒子と共に同フィルターの内壁面に堆積し、再生工程によっても除去されずに残存する。したがって、同フィルターの状態が原因となり発生しエンジンに対して負の作用をするバック・プレッシャーは、より詳細には車両の通産運行距離の増加と共に増加することになり、結局は、同フィルターは定期的に分解・清掃を行い堆積した灰を排除することが求められる。また
− 高価であること。前記添加剤を添加したり自動で添加量を測定したりするシステム、ならびに容積が大きく同フィルターが高価であることが高価となる原因となっている。
− 燃焼のタイミングが遅くなるように主噴射供給の実施形態を調整すること。
− 主噴射供給に続いて遅延噴射供給を実施すること。
− 吸入空気量を減量させる方向に調整すること(例えば、過給(スーパーチャージ)したりスロットリングしたりする吸入空気量を低減すること)。
− その容積が実質的にエンジンのそれと同等サイズとなるような微粒子除去フィルター。ちなみにこのサイズは添加剤を用いて自立的な微粒子の燃焼を誘起する方法を実施するときに要する微粒子除去フィルターのサイズの半分となっている。
− 排気システム。添加剤を用いて自立的な微粒子の燃焼を誘起する方法を実施するときに要するものと同様な構成を有するか、すなわち、同一の部屋に配置・装着された触媒と一定のフィルターで構成されるものであるか、あるいはこれにかえて、前記触媒中に含有される酸化性元素成分と発火点となる温度を低下させる効果を有する金属(CeとPt)の両方が表面に晶出展着された単独のフィルター(触媒型煤煙フィルター)で構成されるものの内どちらかの構成をもつ排気システム。
− ディーゼル燃料には添加剤を加えないとする条件。
− 添加剤を加えると共にその添加量を測定するために車両に搭載されるシステムを保有しないとする条件。
− 微粒子除去フィルター入り口部分における温度を上昇させるためのエンジン制御方法。
− 主たる噴射供給「MAIN」を燃焼「TDC」の近くで実行。
− 事前噴射供給「PRE」の実行。この実行は主たる噴射供給「MAIN」の前であるが同主たる噴射供給「MAIN」に十分近接して実行するものとしその燃焼が主たる噴射供給「MAIN」による燃焼と連続して起こるものとする。
− 遅延噴射供給「AFTER」。本遅延噴射供給「AFTER」の実行は主たる噴射供給「MAIN」の後であるが同主たる噴射供給「MAIN」に十分近接して実行し主たる噴射供給「MAIN」に伴う燃焼に連続して本遅延噴射供給による燃焼が起こるようにするものとする。
− 前段噴射供給「PILOT」の実行。この実行は圧縮段階(コンプレッション・工程)において実行されるもので事前噴射供給「PRE」の実行よりさらに前に実行されると共に燃焼「TDC」からは十分な時間で隔てられる早いタイミングで実行される。したがって事前噴射供給「PRE」において供給・送入される燃料の燃焼とは連続しないのものである。
− 後段噴射供給POST。これは遅延噴射供給「AFTER」よりもさらに後になって実行されるものであり、同遅延噴射供給「AFTER」によって供給される燃料の燃焼とも分離されるべく、燃焼「TDC」のタイミングからは明確に分離できる程度に長い時間を挟んで実行される。
− 前段噴射供給「PILOT」は圧縮段階の最後においてエンジン・シリンダー内部の圧力を上昇させるものであり、圧力がそのように上昇することでエンジンのスタート・アップに要する時間が短縮し、エンジンの定常稼動に先立つエンジンの予備加熱運転段階における騒音の程度と発煙量の低減、ならびに低速運転時のエンジンのトルクを増大化する効果を示す。
− 事前噴射「PRE」は点火の遅延時間を短縮する効果をもつ。つまり、メイン・シリンダ内の燃料への点火と同シリンダ内での燃焼が実際に始まるまでのあいだの時間を短縮する効果をもつ。このあいだの遅延時間が短縮されることでエンジンから発生する燃焼騒音が低減する。
− 遅延噴射供給「AFTER」は当該シリンダ内における排気ガスの再燃焼を生起させる。この再燃焼は燃焼工程における微粒子の産出量の低減に効果をしめす。そして
− 事後噴射供給「POST」は排気段階において一定量の燃料を噴射供給するものであるが、その時点においては既に現実の燃焼反応は終了しており、供給された燃料は燃焼されないまま排気ガス中に混入し、同排気ガス中の残存炭化水素量を上昇させる。この残存炭化水素は脱NOx触媒を活性化し、ひいては脱NOx触媒の作用効率を改善する働きをする。脱NOx触媒の内部で発生する発熱反応、すなわち酸化反応もまた微粒子除去フィルターの入り口部分における排気ガスの温度を上昇させる方向に作用する。ここで排気ガスの温度の上昇は微粒子除去フィルターの再生工程の誘発するのに必要なものであり、また、この微粒子除去フィルターは既に述べた通り脱NOx触媒の直前に位置するものである。
− PILOT、PRE、MAINならびにAFTERで区別・特定される噴射供給の内から3種ないし4種を選びそれらの実行タイミングを、微粒子除去フィルターの再生を実行しない時に採用されるこれら噴射供給のタイミングから必要な時間だけ遅延させることで微粒子除去フィルター入り口部分の排気ガス温度を上昇させようとするものである。このようにタイミングを遅延し実行される噴射供給はそれに依存する燃焼工程のタイミングを遅延させるものの安定した燃焼を達成できる程度の遅延に留まる程度のものに限るものも、これらタイミングの遅延によって排気ガスの温度上昇がもたらされるものである。
− 事後噴射供給「POST」の実行。本噴射供給は微粒子除去フィルターの直前に配置される脱NOx酸化触媒に炭化水素HCを供給するものであり、同炭化水素HCが供給される結果、酸化反応を生起し同脱NOx触媒からの出口部分、すなわち微粒子除去フィルターの入り口部分で排気ガスの温度上昇に寄与させようとするものである。
− 燃料の油滴が気化する段階で起こる現象、例えば空気との混合過程や気相と液相とのあいだの相変化に伴う熱の移動などに関係するパラメータ。
− 一回の噴射で供給される燃料の量、噴射供給圧、一回の噴射供給における継続時間などエンジンの設定に関係するパラメータ。
− シリンダ内部のガスの温度や圧力など、シリンダ内部の充填状態を表現するパラメータ。そして
− 噴射供給器の噴射口サイズや噴射供給器につたえられる電気的な指令の形式などエンジンの特性に関係するパラメータ。
Claims (2)
- コモンレール噴射システムと脱NOx酸化触媒を備えたディーゼル・エンジンの制御方法であって、
(a)当該エンジンのシリンダに少なくとも1回主たる燃料噴射供給(PRE、MAIN)を実行する工程であって、当該噴射供給された燃料が、前記シリンダ内で主たる燃焼に寄与するようにされてなる工程と、
(b)前記シリンダ内に燃料の全供給量(QPOST)を噴射するために燃料の後段噴射供給(POST)を実行する工程であって、当該後段噴射供給が前記主たる燃料噴射供給(PRE、MAIN)とは別途に実行されて、前記脱NOx酸化触媒による発熱反応および脱NOx酸化触媒の活性化を引き起こすために、当該後段燃料噴射供給の間に噴射される燃料が、主たる燃焼に寄与せず、当該脱NOx酸化触媒を少なくとも部分的に未燃焼状態にする工程とを
含み、前記方法が、
(c)前記後段噴射供給(POST)を複数の別々の後段噴射供給(POST1、POST2、POST3)に分ける工程と、
(d)前記主たる燃料噴射供給(PRE、MAIN)の後、かつ近接して、遅延噴射供給(AFTER)を実行して、前記シリンダ内で燃焼させ、前記脱NOx酸化触媒に到達する排ガス温度を上昇させる工程と
をさらに含み、
前記遅延噴射供給(AFTER)および前記後段噴射供給(POST)が、同一のエンジンサイクル内で実行され、
前記遅延噴射供給(AFTER)の後に、前記遅延噴射供給(AFTER)の燃料の燃焼と分離して前記後段噴射供給(POST)が行われ、
前記コモンレール噴射システムが、微粒子フィルターを備え、前記排ガス温度の上昇および前記脱NOx酸化触媒における発熱反応がともに、前記微粒子フィルターの再生のために引き起こされ、
前記微粒子フィルターの直前に前記脱NO x 酸化触媒が配置されることを特徴とする方法。 - コモンレール噴射システムと脱NOx酸化触媒を備えたディーゼル・エンジンの制御方法であって、
(a)当該エンジンのシリンダに少なくとも1回主たる燃料噴射供給(PRE、MAIN)を実行する工程であって、当該噴射供給された燃料が、前記シリンダ内で主たる燃焼に寄与するようにされてなる工程と、
(b)前記シリンダ内に燃料の全供給量(QPOST)を噴射するために燃料の後段噴射供給(POST)を実行する工程であって、当該後段噴射供給が前記主たる燃料噴射供給(PRE、MAIN)とは別途に実行されて、前記脱NOx酸化触媒による発熱反応および脱NOx酸化触媒の活性化を引き起こすために、当該後段燃料噴射供給の間に噴射される燃料が、主たる燃焼に寄与せず、当該脱NOx酸化触媒を少なくとも部分的に未燃焼状態にする工程とを含み、
前記方法が、
(c)前記後段噴射供給(POST)を複数の別々の後段噴射供給(POST1、POST2、POST3)に分ける工程と、
(d)前記主たる燃料噴射供給(PRE、MAIN)の後、かつ近接して、遅延噴射供給(AFTER)を実行するとともに、脱NOx酸化触媒を活性化する時に適用される前記遅延噴射供給(AFTER)の実行タイミングを脱NOx酸化触媒を活性化しない時に適用される前記実行タイミングよりも遅延させて、排ガス温度を上昇させる工程とを
さらに含み、前記遅延噴射供給(AFTER)および前記後段噴射供給(POST)が、同一のエンジンサイクル内で実行され、
前記遅延噴射供給(AFTER)の後に、前記遅延噴射供給(AFTER)の燃料の燃焼と分離して前記後段噴射供給(POST)が行われ、
前記コモンレール噴射システムが、微粒子フィルターを備え、前記遅延噴射供給(AFTER)による排気ガス温度の上昇および前記後段噴射供給(POST)による前記脱NOx酸化触媒における発熱反応がともに、前記微粒子フィルターの再生のために引き起こされ、
前記微粒子フィルターの直前に前記脱NO x 酸化触媒が配置されることを特徴とする方法。
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