JPH1150835A - Exhaust emission control device for diesel engine - Google Patents

Exhaust emission control device for diesel engine

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JPH1150835A
JPH1150835A JP9208848A JP20884897A JPH1150835A JP H1150835 A JPH1150835 A JP H1150835A JP 9208848 A JP9208848 A JP 9208848A JP 20884897 A JP20884897 A JP 20884897A JP H1150835 A JPH1150835 A JP H1150835A
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JP
Japan
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fuel
exhaust gas
catalyst
injection
diesel engine
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Application number
JP9208848A
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Japanese (ja)
Inventor
Yasuyuki Terasawa
保幸 寺沢
Tomoaki Saito
智明 齊藤
Toshitsugu Kamioka
敏嗣 上岡
Mitsunori Kondo
光徳 近藤
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Mazda Motor Corp
Original Assignee
Mazda Motor Corp
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Publication date
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Publication of JPH1150835A publication Critical patent/JPH1150835A/en
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    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40Engine management systems

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To add an HC component to an NOx emission control catalyst to improve emission control performance without lowering fuel economy. SOLUTION: A catalyst converter is provided in an engine exhaust system, and an NOx emission control catalyst, composed of zeolite carrying active metal, is provided on the catalyst converter. A normal injection controlling means, for injecting fuel in the last period in a compression stroke, and an injection controlling means in a suction stroke are provided on an ECU for controlling fuel injection. The fuel is injected by an injector by the injection controlling means in the suction stroke in the first period in the suction stroke (a crank angle is between A-B); and the injected fuel is dispersed in the whole combustion chamber, and then is burnt concurrently with the fuel injection in the last period in the compression stroke. An HC component is included much in the combustion gas to improve the emission control performance of the NOx emission control catalyst.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、エンジンの排気ガ
ス浄化装置に係り、特に、排気系にNOx浄化触媒を備
えたディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置に関する。
The present invention relates to an exhaust gas purifying apparatus for an engine, and more particularly to an exhaust gas purifying apparatus for a diesel engine having a NOx purifying catalyst in an exhaust system.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、自動車等のエンジンにおい
て、排気系に触媒を設けて、燃焼後の排気ガスを浄化す
ることが行われている。このような排気ガスの浄化用触
媒として、三元触媒がよく用いられている。三元触媒
は、排気ガス中に含まれる有害成分のうち特に環境に悪
影響を与える3成分、すなわち、一酸化炭素(CO)、
炭化水素(HC)及び窒素酸化物(NOx)に対して優
れた浄化特性を発揮する。
2. Description of the Related Art Conventionally, in an engine of an automobile or the like, a catalyst is provided in an exhaust system to purify exhaust gas after combustion. As such a catalyst for purifying exhaust gas, a three-way catalyst is often used. The three-way catalyst is composed of three harmful components contained in the exhaust gas, which particularly affect the environment, namely, carbon monoxide (CO),
It exhibits excellent purification characteristics for hydrocarbons (HC) and nitrogen oxides (NOx).

【0003】しかし、ディーゼルエンジンにおいては、
理論空燃比(空気/燃料=14.7)よりも酸素過剰状
態で燃焼が行われるため、燃焼時の空燃比を反映して、
燃焼後の排気ガスの組成も酸素過剰状態となる。ところ
が、従来の三元触媒では、酸素過剰雰囲気(リーン雰囲
気)下ではNOxに対する浄化性能が極端に低下するた
め、NOxを効果的に除去できないという問題があっ
た。そのため、ディーゼルエンジンに対しては、例えば
NOxとHCとによりNOxをN2に分解浄化する金属
担持ゼオライトのように、リーン雰囲気においても優れ
たNOx浄化特性を示す触媒(以下、NOx浄化触媒と
いう)が用いられるようになった。
However, in a diesel engine,
Since combustion is performed in an oxygen excess state more than the stoichiometric air-fuel ratio (air / fuel = 14.7), reflecting the air-fuel ratio at the time of combustion,
The composition of the exhaust gas after combustion is also in an oxygen-excess state. However, the conventional three-way catalyst has a problem that the NOx purification performance is extremely reduced under an oxygen-excess atmosphere (lean atmosphere), so that NOx cannot be removed effectively. For this reason, for a diesel engine, a catalyst exhibiting excellent NOx purification characteristics even in a lean atmosphere (hereinafter referred to as a NOx purification catalyst), such as a metal-supported zeolite that decomposes and purifies NOx into N 2 by NOx and HC, is used. Came to be used.

【0004】ところで、近年、この種のNOx浄化触媒
に関して、HC成分を添加することによりNOx浄化率
が向上することが知られるようになった。そして、この
特性を利用し、排気ガスに燃料を添加供給することによ
ってNOx浄化触媒の特性を向上させることが試みられ
ている。
[0004] In recent years, it has been known that the NOx purification rate of this type of NOx purification catalyst is improved by adding an HC component. Attempts have been made to improve the characteristics of the NOx purification catalyst by adding and supplying fuel to the exhaust gas by utilizing this characteristic.

【0005】例えば、実開平3−68516号公報に
は、排気系にゼオライト系触媒を設け、燃料供給用のイ
ンジェクタを利用して燃焼後の排気ガスに燃料成分(H
C成分)を添加するディーゼル機関が開示されている。
For example, in Japanese Utility Model Laid-Open No. 3-68516, a zeolite catalyst is provided in an exhaust system, and a fuel component (H) is added to the exhaust gas after combustion by using an injector for supplying fuel.
(C component) is disclosed.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記ディー
ゼル機関では、NOx浄化触媒に添加する燃料は何ら燃
焼に寄与しない。そのため、一部の燃料については燃焼
エネルギーを取り出すことなく無駄に排出されており、
その結果、燃費の低下を招いていた。つまり、燃料を十
分効率的に活用しているとは言い難かった。
However, in the above-mentioned diesel engine, the fuel added to the NOx purification catalyst does not contribute to combustion at all. For this reason, some fuels are wasted without extracting combustion energy,
As a result, fuel economy has been reduced. In other words, it was difficult to say that the fuel was being used efficiently enough.

【0007】本発明は、かかる点に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、燃費を低下させるこ
となく、NOx浄化触媒にHC成分を添加してその浄化
性能を向上させる排気ガス浄化装置を提供することにあ
る。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide an exhaust gas in which an HC component is added to a NOx purification catalyst to improve its purification performance without reducing fuel consumption. It is to provide a purification device.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明者らは、以下の点に着目した。
Means for Solving the Problems In order to achieve the above object, the present inventors focused on the following points.

【0009】すなわち、NOx浄化触媒にHC成分を添
加する手段として、未燃燃料をNOx浄化触媒に直接供
給するのではなく、HC成分を多く含んだ燃焼ガスを供
給することにより、無駄に排出される燃料をなくすこと
ができる。言い換えると、燃焼後にHC成分を多く含む
ような燃焼を行わせて、燃料が燃焼によるトルク発生及
びNOx浄化触媒の浄化性能向上の二つの役割を果たす
ようにすることにより、燃費の低下を抑制することを考
案した。
That is, as a means for adding the HC component to the NOx purification catalyst, the waste gas is exhausted by supplying the combustion gas containing a large amount of the HC component instead of directly supplying the unburned fuel to the NOx purification catalyst. Fuel can be eliminated. In other words, by performing combustion that includes a large amount of HC components after combustion, the fuel plays two roles of generating torque by combustion and improving the purification performance of the NOx purification catalyst, thereby suppressing a decrease in fuel efficiency. We devised that.

【0010】このような観点に基づき、本発明は、圧縮
行程終期に行うトルク発生のための通常噴射とは別に、
HC成分を多く含んだ燃焼ガスを生成することを目的と
して、吸気行程において燃料噴射を行うこととした。
[0010] Based on such a viewpoint, the present invention, apart from the normal injection for generating torque at the end of the compression stroke,
Fuel injection is performed in the intake stroke for the purpose of generating combustion gas containing a large amount of HC components.

【0011】具体的には、請求項1に記載の発明は、燃
焼室に燃料を噴射する燃料噴射手段と、排気系に設けら
れたNOx浄化触媒とを備えたディーゼルエンジンの排
気ガス浄化装置において、圧縮行程終期に上記燃料噴射
手段に燃料噴射を実行させて上記燃焼室内で燃焼を起こ
させる通常噴射手段と、吸気行程中に上記燃料噴射手段
に燃料噴射を実行させる吸気行程噴射手段とを備えてい
ることとしたものである。
More specifically, the invention according to claim 1 is an exhaust gas purifying apparatus for a diesel engine comprising a fuel injection means for injecting fuel into a combustion chamber and a NOx purifying catalyst provided in an exhaust system. A normal injection means for causing the fuel injection means to perform fuel injection at the end of the compression stroke to cause combustion in the combustion chamber; and an intake stroke injection means for performing fuel injection to the fuel injection means during an intake stroke. It is what you have decided.

【0012】上記発明特定事項により、吸気行程中に噴
射された燃料は、吸入された空気と良好に混合し、燃焼
室内の全体に広く分散する。そして、圧縮行程終期に行
われる通常噴射によって燃焼室内で燃焼が行われ、吸気
行程で噴射された燃料はHC成分を多く含んだ燃焼ガス
となる。その結果、燃焼室から排出される燃焼ガスはH
C成分を多く含んだ状態となり、NOx浄化触媒の浄化
性能を向上させることとなる。従って、燃費の低下を招
くことなく、NOxの発生量を低減することができる。
[0012] According to the above-described aspects of the invention, the fuel injected during the intake stroke mixes well with the intake air and is widely dispersed throughout the combustion chamber. Then, combustion is performed in the combustion chamber by the normal injection performed at the end of the compression stroke, and the fuel injected in the intake stroke becomes a combustion gas containing a large amount of HC components. As a result, the combustion gas discharged from the combustion chamber is H
As a result, a large amount of the C component is contained, and the purification performance of the NOx purification catalyst is improved. Therefore, the amount of generated NOx can be reduced without lowering the fuel efficiency.

【0013】請求項2に記載の発明は、請求項1に記載
のディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置において、N
Ox浄化触媒は、排気ガス中の炭化水素を吸着し、該炭
化水素を還元剤として窒素酸化物を浄化する触媒である
こととしたものである。
According to a second aspect of the present invention, there is provided the exhaust gas purifying apparatus for a diesel engine according to the first aspect, wherein
The Ox purification catalyst is a catalyst that adsorbs hydrocarbons in exhaust gas and purifies nitrogen oxides using the hydrocarbons as a reducing agent.

【0014】上記発明特定事項により、排気ガス中のH
C成分は触媒に吸着され、このHC成分がNOx浄化触
媒の助けをかりてNOxを浄化することになる。
According to the above-mentioned invention specific matter, H in the exhaust gas
The C component is adsorbed by the catalyst, and the HC component purifies NOx with the help of the NOx purifying catalyst.

【0015】請求項3に記載の発明は、請求項2に記載
のディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置において、N
Ox浄化触媒は、活性金属を担持したゼオライト系触媒
であることとしたものである。
According to a third aspect of the present invention, there is provided the exhaust gas purifying apparatus for a diesel engine according to the second aspect.
The Ox purification catalyst is a zeolite-based catalyst supporting an active metal.

【0016】上記発明特定事項により、具体的な構成に
よりNOx浄化触媒が得られる。
According to the above-mentioned specific features of the invention, a NOx purification catalyst can be obtained with a specific configuration.

【0017】請求項4に記載の発明は、請求項1に記載
のディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置において、吸
気行程噴射手段は、吸気行程の前期に燃料噴射を実行す
ることとしたものである。
According to a fourth aspect of the present invention, in the exhaust gas purifying apparatus for a diesel engine according to the first aspect, the intake stroke injection means executes the fuel injection in the first half of the intake stroke.

【0018】上記発明特定事項により、吸気行程で噴射
した燃料は、吸入される空気によって分散されやすくな
り、燃焼室内により広がりやすくなる。そのため、燃焼
ガスは一層多くのHC成分を含むようになり、NOx浄
化触媒の浄化性能が更に向上する。
According to the above-mentioned invention, the fuel injected in the intake stroke is easily dispersed by the intake air, and is easily spread in the combustion chamber. Therefore, the combustion gas contains more HC components, and the purification performance of the NOx purification catalyst is further improved.

【0019】請求項5に記載の発明は、請求項1に記載
のディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置において、吸
気行程噴射手段は、ピストンの頂部に向けて燃料を噴射
させることとしたものである。
According to a fifth aspect of the present invention, in the exhaust gas purifying apparatus for a diesel engine according to the first aspect, the intake stroke injection means injects fuel toward the top of the piston.

【0020】上記発明特定事項により、吸気行程中に噴
射された燃料は、ピストンの頂部に衝突して微粒化さ
れ、燃焼室内全体に広がりやすくなる。その結果、燃焼
ガスはより多くのHC成分を含むようになり、NOx浄
化触媒の浄化性能を更に向上させることになる。
According to the above aspect of the invention, the fuel injected during the intake stroke collides with the top of the piston, is atomized, and easily spreads throughout the combustion chamber. As a result, the combustion gas contains more HC components, and the purification performance of the NOx purification catalyst is further improved.

【0021】[0021]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0022】まず、本実施形態に係るエンジン1の全体
構成について説明する。エンジン1はディーゼルエンジ
ンである。図1に示すように、エンジン1のエンジン本
体2には、4個の気筒5が列状に配置されている。これ
らの気筒5は、サージタンク3から分岐した4本の独立
吸気管4にそれぞれ接続され、これら吸気管4を介して
新気が導入されるように構成されている。
First, the overall configuration of the engine 1 according to the present embodiment will be described. Engine 1 is a diesel engine. As shown in FIG. 1, four cylinders 5 are arranged in a row on an engine body 2 of the engine 1. These cylinders 5 are respectively connected to four independent intake pipes 4 branched from the surge tank 3, and are configured so that fresh air is introduced through these intake pipes 4.

【0023】エンジン本体2に対しては、いわゆるコモ
ンレール6が設けられている。コモンレール6は、高圧
の燃料を蓄え、コントロールユニット(ECU)40か
らの制御信号に基づいて、各気筒5の燃焼室に燃料を噴
射供給する燃料噴射装置の一種である。
A so-called common rail 6 is provided for the engine body 2. The common rail 6 is a type of fuel injection device that stores high-pressure fuel and supplies fuel to the combustion chamber of each cylinder 5 based on a control signal from a control unit (ECU) 40.

【0024】各気筒5には、制御信号に応じソレノイド
によりニードル弁が作動することによって燃料噴射を行
うインジェクタ7がそれぞれ配設されている。燃料噴射
手段であるこれらインジェクタ7は、コモンレール6に
接続されている。
Each cylinder 5 is provided with an injector 7 for injecting fuel by operating a needle valve by a solenoid according to a control signal. These injectors 7 serving as fuel injection means are connected to the common rail 6.

【0025】コモンレール6は、燃料通路8を介して燃
料圧送ポンプ9に接続され、この燃料圧送ポンプ9は図
示しない燃料タンクに接続されている。従って、燃料圧
送ポンプ9から圧送された燃料は、コモンレール6を経
て、各インジェクタ7に供給される。燃料通路8には調
圧バルブ10が設けられている。この調圧バルブ10
は、コモンレール6に送る燃料の圧力を調節することに
より、インジェクタ7の噴射圧力を調節する圧力調節手
段である。従って、制御信号に応じた調圧バルブ10の
作動により、噴射圧力が調節される。コモンレール6に
は圧力センサ11が設けられ、この圧力センサ11によ
って噴射圧力が検出される。
The common rail 6 is connected to a fuel pump 9 via a fuel passage 8, and the pump 9 is connected to a fuel tank (not shown). Therefore, the fuel pumped from the fuel pump 9 is supplied to each injector 7 via the common rail 6. A pressure regulating valve 10 is provided in the fuel passage 8. This pressure regulating valve 10
Is a pressure adjusting means for adjusting the pressure of fuel sent to the common rail 6 to adjust the injection pressure of the injector 7. Therefore, the injection pressure is adjusted by operating the pressure regulating valve 10 according to the control signal. A pressure sensor 11 is provided on the common rail 6, and the pressure sensor 11 detects an injection pressure.

【0026】エンジン1の排気系には、各気筒5から排
出された排気ガスを集合させる排気マニホールド12
と、排気マニホールド12に接続された排気管13とが
設けられている。
The exhaust system of the engine 1 has an exhaust manifold 12 for collecting exhaust gas discharged from each cylinder 5.
And an exhaust pipe 13 connected to the exhaust manifold 12.

【0027】この排気管13の途中には、金属担持ゼオ
ライトで構成されたNOx浄化触媒を備えた触媒コンバ
ータ14が設置されている。金属担持ゼオライトとして
は、例えば、Y型、β型、メゾポア、MFI等のゼオラ
イトにPt、Rh、Ir等の貴金属や遷移金属Cuなど
の活性金属を担持したものを用いる。
In the middle of the exhaust pipe 13, a catalytic converter 14 having a NOx purification catalyst made of metal-supported zeolite is installed. As the metal-supporting zeolite, for example, a zeolite such as Y-type, β-type, mesopore, MFI, or the like, on which a noble metal such as Pt, Rh, or Ir, or an active metal such as a transition metal Cu is used is used.

【0028】次に、エンジン1の具体的な構成を説明す
る。図2及び図3に示すように、シリンダブロック21
によって形成されたシリンダには、ピストン23が上下
摺動自在に内挿されている。そして、シリンダブロック
21の上部に取り付けられたシリンダヘッド24の下面
と、シリンダブロック21の内周面(シリンダの壁面)
と、ピストン23の上面とで、燃焼室25が区画形成さ
れている。
Next, a specific configuration of the engine 1 will be described. As shown in FIG. 2 and FIG.
A piston 23 is vertically slidably inserted into the cylinder formed by the above. The lower surface of the cylinder head 24 attached to the upper portion of the cylinder block 21 and the inner peripheral surface of the cylinder block 21 (the wall surface of the cylinder)
And the upper surface of the piston 23, a combustion chamber 25 is defined.

【0029】シリンダヘッド24には、一方の側面から
それぞれ燃焼室25に通じる2個の給気ポート26と、
他方の側面からそれぞれ燃焼室25に通じる2個の排気
ポート27とが設けられている。図3に示すように、こ
れら各ポート26,27の燃焼室25への開口部26
a,27aは、シリンダヘッド下面に方形状に配置され
ている。また、これら各ポート26,27には、開閉弁
28,29が設けられている。すなわち、各給気ポート
26の開口部26aを開閉する吸気弁28と、各排気ポ
ート27の開口部27aを開閉する排気弁29とが備え
られている。これらの吸気弁28及び排気弁29の弁軸
部28a,29aは、シリンダヘッド24を貫通して上
方に突出している。それぞれの弁軸部28a,29aに
連設された傘部28b,29bは、各ポート26,27
の開口部26a,27aにそれぞれ嵌合されたバルブシ
ート30に密着、離反するようになっている。
The cylinder head 24 is provided with two air supply ports 26 communicating with the combustion chamber 25 from one side, respectively.
Two exhaust ports 27 are respectively provided from the other side to the combustion chamber 25. As shown in FIG. 3, the openings 26 of these ports 26 and 27 to the combustion chamber 25 are formed.
a, 27a are arranged in a square shape on the lower surface of the cylinder head. On / off valves 28 and 29 are provided in these ports 26 and 27, respectively. That is, an intake valve 28 that opens and closes an opening 26 a of each air supply port 26 and an exhaust valve 29 that opens and closes an opening 27 a of each exhaust port 27 are provided. The valve stems 28a, 29a of the intake valve 28 and the exhaust valve 29 penetrate the cylinder head 24 and protrude upward. The umbrella portions 28b, 29b connected to the respective valve shaft portions 28a, 29a are connected to the respective ports 26, 27.
The openings 26a and 27a are closely attached to and separated from the valve seat 30 respectively.

【0030】また、シリンダヘッド24には、燃焼室2
5の中央位置に開口する段付状のインジェクタ挿入孔3
1が上下方向に設けられている。このインジェクタ挿入
孔31にはインジェクタ7が取り付けられている。つま
り、インジェクタ7は、その先端の燃料噴射部7aを燃
焼室25内に露出させた状態でインジェクタ挿入孔31
に挿入されている。言い換えると、燃料噴射部7aはピ
ストン23の上面に対向する位置に設けられている。そ
して、2本の取付けボルト32がインジェクタ7の中間
部分のフランジ部7bの上面で支持された固定版33を
貫通してシリンダヘッド24に螺合されることにより、
インジェクタ7とシリンダヘッド24とが一体化されて
いる。
The cylinder head 24 has a combustion chamber 2
Step-shaped injector insertion hole 3 opening at the center of 5
1 are provided vertically. The injector 7 is attached to the injector insertion hole 31. In other words, the injector 7 is inserted into the injector insertion hole 31 in a state where the fuel injection portion 7a at the tip thereof is exposed in the combustion chamber 25.
Has been inserted. In other words, the fuel injection section 7a is provided at a position facing the upper surface of the piston 23. Then, the two mounting bolts 32 penetrate through the fixed plate 33 supported on the upper surface of the flange portion 7b at the intermediate portion of the injector 7, and are screwed into the cylinder head 24,
The injector 7 and the cylinder head 24 are integrated.

【0031】図4に示すように、インジェクタ本体10
1の下部には、燃料噴射部7aを下方に膨出させたノズ
ル102が一体的に設けられている。この燃料噴射部7
aには、図5に拡大して示すように、一端がサック10
5に開口する4個の噴孔106が平面視で十字形に配置
されている。ノズル102に摺動自在に内挿されたニー
ドル弁103の周囲には、燃料を一時貯留する油室10
4が設けられている。インジェクタ本体101の中間部
分に設けられたフランジ部7bには、燃料供給配管15
を介して供給される燃料を導入する燃料入口107が設
けられ、この燃料入口107から導入された燃料が燃料
供給通路108を介して油室104に供給されるように
なっている。そして、インジェクタ本体101の中間部
分には、ニードル弁103に有機的に結合されたプラン
ジャ(図示せず)が摺動自在に内挿されており、後述す
るECU40からの制御信号に基づいてプランジャが上
下方向に移動することにより、ニードル弁103の開閉
が制御されるようになっている。
As shown in FIG. 4, the injector body 10
A nozzle 102 having a fuel injection section 7a swelling downward is provided integrally with a lower portion of the nozzle 1. This fuel injection unit 7
As shown in FIG.
Four injection holes 106 opening to 5 are arranged in a cross shape in a plan view. An oil chamber 10 for temporarily storing fuel is provided around a needle valve 103 slidably inserted in the nozzle 102.
4 are provided. A fuel supply pipe 15 is provided at a flange portion 7b provided at an intermediate portion of the injector body 101.
A fuel inlet 107 for introducing fuel supplied through the fuel inlet 107 is provided, and the fuel introduced from the fuel inlet 107 is supplied to the oil chamber 104 through the fuel supply passage 108. A plunger (not shown) organically coupled to the needle valve 103 is slidably inserted in an intermediate portion of the injector main body 101. The plunger is operated based on a control signal from the ECU 40 described later. The opening and closing of the needle valve 103 is controlled by moving up and down.

【0032】図1に示すように、エンジン1には、コン
トロールユニット(ECU)40が備えられている。こ
のECU40は、エンジンのクランク角を検出するクラ
ンク角センサ41からの信号と、エンジン負荷を検出す
るエンジン負荷センサ42からの信号と、アクセルペダ
ルの踏み込み量を検出するアクセル開度センサ49から
の信号と、エンジン水温を検出する水温センサ43から
の信号と、吸気温を検出する吸気温センサ49bからの
信号と、排気マニホールド12に設置されて燃焼室25
から排出された直後の排気ガスの温度を検出する第1排
気温センサ44からの信号と、触媒コンバータ14の直
上流の排気ガスの温度を検出する第2排気温センサ45
からの信号と、触媒コンバータ14の直下流の排気ガス
の温度を検出する第3排気温センサ46からの信号と、
触媒コンバータ14の温度を検出する触媒温度センサ4
7からの信号とを入力し、これらの信号に基づいて燃料
圧送ポンプ9、調圧バルブ10、インジェクタ7の作動
をそれぞれ制御することにより、各気筒5の圧縮上死点
の付近で主噴射として行われる通常噴射と、各気筒の吸
気行程で燃料を噴射する吸気行程噴射とを行うようにな
っている。なお、通常噴射は、噴射燃料を燃焼させてト
ルクを発生させることを主目的として行われる燃料噴射
である。一方、吸気行程噴射は、HC成分を多く含んだ
燃焼ガスを生成することを主目的として行われる燃料噴
射である。
As shown in FIG. 1, the engine 1 is provided with a control unit (ECU) 40. The ECU 40 includes a signal from a crank angle sensor 41 for detecting an engine crank angle, a signal from an engine load sensor 42 for detecting an engine load, and a signal from an accelerator opening sensor 49 for detecting an amount of depression of an accelerator pedal. A signal from a water temperature sensor 43 for detecting an engine water temperature, a signal from an intake air temperature sensor 49b for detecting an intake air temperature, and a combustion chamber 25 installed in the exhaust manifold 12.
A signal from the first exhaust gas temperature sensor 44 for detecting the temperature of the exhaust gas immediately after being discharged from the fuel cell, and a second exhaust gas temperature sensor 45 for detecting the temperature of the exhaust gas immediately upstream of the catalytic converter 14
And a signal from a third exhaust gas temperature sensor 46 that detects the temperature of the exhaust gas immediately downstream of the catalytic converter 14.
Catalyst temperature sensor 4 for detecting the temperature of catalytic converter 14
7 by controlling the operation of the fuel pump 9, the pressure regulating valve 10, and the injector 7 based on these signals, so that the main injection is performed near the compression top dead center of each cylinder 5. The normal injection to be performed and the intake stroke injection for injecting fuel in the intake stroke of each cylinder are performed. Note that the normal injection is a fuel injection performed for the main purpose of generating torque by burning the injected fuel. On the other hand, the intake stroke injection is a fuel injection mainly performed to generate a combustion gas containing a large amount of HC components.

【0033】図6に示すように、ECU40には、排気
ガス浄化系統50として、通常噴射制御手段51と吸気
行程噴射制御手段52とが設けられている。
As shown in FIG. 6, the ECU 40 is provided with a normal injection control means 51 and an intake stroke injection control means 52 as an exhaust gas purification system 50.

【0034】次に、排気ガス浄化系統50による燃料噴
射制御について説明する。
Next, the fuel injection control by the exhaust gas purification system 50 will be described.

【0035】図7に示すように、ピストン23が上死点
にある位置、つまりクランク角が0゜の位置から、吸気
弁28が開いて燃焼室25に空気(新気)が導入され始
める。そして、クランク角が吸気行程前期に属する第1
所定角度Aになったときに吸気行程噴射制御手段52に
よってインジェクタ7のソレノイドが通電され、燃料噴
射部7aから燃料が噴射される。その後、クランク角が
吸気行程前期に属する第2所定角度Bになるまで噴射が
継続され、第2所定角度Bを越えると噴射は停止され
る。つまり、吸気行程前期の所定期間内に燃料を噴射す
る吸気行程噴射が行われる。その後、ピストン23は更
に下降を続け、クランク角が180゜となる下死点に至
るまで給気ポート26を通じて空気が導入され続ける。
その際、上記の吸気行程噴射において噴射された燃料
は、導入された空気に混じって燃焼室25内の全体に分
散する。
As shown in FIG. 7, from the position where the piston 23 is at the top dead center, that is, the position where the crank angle is 0 °, the intake valve 28 opens and air (fresh air) starts to be introduced into the combustion chamber 25. The first crank angle belongs to the first half of the intake stroke.
When the predetermined angle A is reached, the solenoid of the injector 7 is energized by the intake stroke injection control means 52, and fuel is injected from the fuel injection section 7a. Thereafter, the injection is continued until the crank angle reaches a second predetermined angle B belonging to the first half of the intake stroke, and when the crank angle exceeds the second predetermined angle B, the injection is stopped. That is, intake stroke injection for injecting fuel is performed within a predetermined period of the first half of the intake stroke. Thereafter, the piston 23 continues to descend further, and air continues to be introduced through the air supply port 26 until the bottom dead center at which the crank angle reaches 180 °.
At that time, the fuel injected in the intake stroke injection is mixed with the introduced air and dispersed throughout the combustion chamber 25.

【0036】下死点に至ったピストン23は下降から上
昇に転じ、圧縮行程が始まる。そして、クランク角が圧
縮行程終期に属する所定角度Cに至ると、通常噴射制御
手段51によってインジェクタ7から燃料が噴射され、
通常噴射が行われる。
The piston 23 that has reached the bottom dead center changes from descending to rising, and the compression stroke starts. When the crank angle reaches a predetermined angle C belonging to the end of the compression stroke, fuel is injected from the injector 7 by the normal injection control means 51,
Normal injection is performed.

【0037】そして、吸気行程噴射及び通常噴射で噴射
されたそれぞれの燃料が燃焼室25内で燃焼し、膨張行
程においてトルクが発生する。この際、燃焼後のガスに
は、10%以上の酸素が含まれると同時に、HC成分が
多く含まれる。その理由を以下に説明する。
Each fuel injected in the intake stroke injection and the normal injection is burned in the combustion chamber 25, and a torque is generated in the expansion stroke. At this time, the gas after combustion contains not less than 10% of oxygen and also a large amount of HC components. The reason will be described below.

【0038】例えば、社団法人自動車技術会学術講演会
前刷集963(1996−5)の第83頁に開示されて
いるように、一般に、上死点から噴射時期を早めていく
と、燃焼ガス中のNOx成分は増加する一方、HC成分
は減少する。ところが、更に噴射時期を早めていくと、
逆に、NOx成分は減少する一方、HC成分は増加す
る。これは、噴射時期を早めるほど燃料は燃焼室全体に
広がりやすいこと、燃焼は燃焼室全体で同時に起こりや
すいこと、燃焼場の温度が低いこと等に起因するものと
考えられる。従って、上記吸気行程噴射で噴射された燃
料は、燃焼後にHC成分を多く含んだ燃焼ガスとなる。
For example, as disclosed in page 83 of the preprints 963 (1996-5) of the Society of Automotive Engineers of Japan, generally, when the injection timing is advanced from the top dead center, the combustion gas The NOx component therein increases while the HC component decreases. However, when the injection timing is further advanced,
Conversely, the NOx component decreases while the HC component increases. This is considered to be due to the fact that the earlier the injection timing, the more easily the fuel spreads over the entire combustion chamber, the more easily the combustion occurs simultaneously over the entire combustion chamber, the lower the temperature of the combustion field, and the like. Therefore, the fuel injected by the intake stroke injection becomes a combustion gas containing a large amount of HC components after combustion.

【0039】そして、膨張行程から排気行程に移り、H
C成分を多く含んだ燃焼ガスは燃焼室25から排出され
る。この排気ガスは、排気マニホールド12及び排気管
13を経た後、触媒コンバータ14を流れる。そして、
排気ガス中のNOx成分は、触媒コンバータ14内のN
Ox浄化触媒に浄化される。このとき、排気ガス中のH
C成分はNOx浄化触媒に吸着され、当該触媒の浄化性
能を向上させる。すなわち、HC成分の一部が部分酸化
して活性種のCO-となり、このCO-がNOx浄化触媒
の助けでNOxと反応することにより、NOxは還元さ
れてN2とCO2になる。
Then, the operation shifts from the expansion stroke to the exhaust stroke.
The combustion gas containing a large amount of the C component is discharged from the combustion chamber 25. The exhaust gas flows through the catalytic converter 14 after passing through the exhaust manifold 12 and the exhaust pipe 13. And
The NOx component in the exhaust gas is
It is purified by the Ox purification catalyst. At this time, H in the exhaust gas
The C component is adsorbed on the NOx purification catalyst and improves the purification performance of the catalyst. That is, a portion of the HC component by partial oxidation of the active species CO -, and this CO - by reacting with NOx in the NOx purification catalyst help, NOx will be reduced N 2 and CO 2.

【0040】従って、NOx浄化触媒の浄化性能が向上
し、系外に排出されるNOxの量が減少する。
Therefore, the purification performance of the NOx purification catalyst is improved, and the amount of NOx discharged outside the system is reduced.

【0041】以上のように、本浄化制御系統50によれ
ば、圧縮行程終期に行う通常噴射とは別に、吸気行程に
おいて燃料噴射を行っているので、燃焼ガスのHC成分
を多くすることができる。従って、排気系に未燃燃料を
排出することなく、NOx浄化触媒にHC成分を供給す
ることができる。そのため、燃焼室に噴射したすべての
燃料から燃焼エネルギーを取り出すことができるととも
に、NOx浄化触媒の浄化性能を向上させることができ
る。その結果、燃費を低下させることなく、NOxの発
生量を更に低減することができる。
As described above, according to the purification control system 50, the fuel injection is performed in the intake stroke separately from the normal injection performed at the end of the compression stroke, so that the HC component of the combustion gas can be increased. . Therefore, the HC component can be supplied to the NOx purification catalyst without discharging the unburned fuel to the exhaust system. Therefore, the combustion energy can be extracted from all the fuel injected into the combustion chamber, and the purification performance of the NOx purification catalyst can be improved. As a result, the amount of generated NOx can be further reduced without lowering fuel efficiency.

【0042】特に、吸気行程噴射は吸気行程の前期に行
っているので、噴射した燃料は吸入した空気に混じって
燃焼室25の全体に広がりやすくなる。そのため、燃焼
ガスに含まれるHC成分が多くなり、NOx浄化触媒の
浄化性能を更に向上することができる。
In particular, since the intake stroke injection is performed in the first half of the intake stroke, the injected fuel is easily mixed with the intake air and spread over the entire combustion chamber 25. Therefore, the HC component contained in the combustion gas increases, and the purification performance of the NOx purification catalyst can be further improved.

【0043】<その他の実施形態>なお、吸気行程噴射
に関して、上記の実施形態の他に、以下のような実施形
態であってもよい。
<Other Embodiments> Regarding the intake stroke injection, the following embodiment may be used in addition to the above embodiment.

【0044】吸気行程における噴射の圧力を、通常噴射
の噴射圧力よりも高くしてもよい。このことにより、吸
気行程時に噴射された燃料はより分散しやすくなり、そ
の結果、燃焼ガスに含まれるHC成分は更に多くなる。
従って、NOx浄化触媒の浄化性能が更に向上する。
The injection pressure in the intake stroke may be higher than the normal injection pressure. As a result, the fuel injected during the intake stroke is more easily dispersed, and as a result, the HC component contained in the combustion gas further increases.
Therefore, the purification performance of the NOx purification catalyst is further improved.

【0045】また、吸気行程噴射において、噴射燃料が
微粒化するように、ピストン上面に向かって燃料を噴射
するようにしてもよい。つまり、インジェクタ7の燃料
噴射部7aを、噴射燃料がピストン23の頂部に向けて
噴射されるように構成してもよい。
In the intake stroke injection, the fuel may be injected toward the upper surface of the piston so that the injected fuel is atomized. That is, the fuel injection section 7 a of the injector 7 may be configured so that the injected fuel is injected toward the top of the piston 23.

【0046】エンジンが全負荷の状態のときには、燃焼
室25が比較的高温になっているため、吸気行程で噴射
した燃料が圧縮行程終期に至る前に燃焼してしまうおそ
れがある。そのため、エンジンの負荷が所定値以上の場
合には、吸気行程噴射を禁止するようにしてもよい。こ
のことにより、異常燃焼の発生を未然に防止することが
できる。
When the engine is at full load, since the combustion chamber 25 is relatively hot, the fuel injected in the intake stroke may burn before the end of the compression stroke. Therefore, when the load of the engine is equal to or more than the predetermined value, the intake stroke injection may be prohibited. This makes it possible to prevent abnormal combustion from occurring.

【0047】また、上記実施形態では、吸気行程前半で
燃料を噴射するようにしたが、吸気行程後半で燃料噴射
を行ってもよい。
In the above embodiment, fuel is injected in the first half of the intake stroke. However, fuel may be injected in the second half of the intake stroke.

【0048】[0048]

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、以下の
ような効果が発揮される。
As described above, according to the present invention, the following effects are exhibited.

【0049】請求項1に記載の発明によれば、吸気行程
において燃料を噴射することにより、当該燃料は燃焼室
全体に広く分散する。そのため、燃焼ガスはHC成分を
多く含んだ状態となり、NOx浄化触媒の浄化性能を向
上させる。つまり、燃料は、燃焼エネルギーを発生する
とともに、NOx浄化触媒の浄化性能を向上させる。従
って、燃費を低下させることなく、NOxの発生量を低
減することができる。
According to the first aspect of the present invention, by injecting fuel in the intake stroke, the fuel is widely dispersed throughout the combustion chamber. Therefore, the combustion gas contains a large amount of the HC component, and the purification performance of the NOx purification catalyst is improved. That is, the fuel generates combustion energy and improves the purification performance of the NOx purification catalyst. Therefore, the amount of generated NOx can be reduced without lowering fuel efficiency.

【0050】請求項2〜3に記載の発明によれば、具体
的な構成により、燃費を低下させることなくNOxの発
生量を低減する触媒を得ることができる。
According to the second and third aspects of the present invention, it is possible to obtain a catalyst capable of reducing the generation amount of NOx without lowering the fuel consumption with a specific structure.

【0051】請求項4に記載の発明によれば、吸気行程
で噴射する燃料を燃焼室内に分散させやすくなり、燃焼
ガスに含まれるHC成分を多くすることができる。従っ
て、NOx浄化触媒の浄化性能をより向上させることが
できる。
According to the fourth aspect of the present invention, the fuel injected during the intake stroke can be easily dispersed in the combustion chamber, and the HC component contained in the combustion gas can be increased. Therefore, the purification performance of the NOx purification catalyst can be further improved.

【0052】請求項5に記載の発明によれば、吸気行程
で噴射する燃料を微粒化することができ、当該燃料を燃
焼室内により広く分散させることができる。従って、燃
焼ガスに含まれるHC成分を更に多くすることができ、
NOx浄化触媒の浄化性能を一層向上させることができ
る。
According to the fifth aspect of the invention, the fuel injected during the intake stroke can be atomized, and the fuel can be more widely dispersed in the combustion chamber. Therefore, the HC component contained in the combustion gas can be further increased,
The purification performance of the NOx purification catalyst can be further improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】エンジンの浄化制御系統の全体構成図である。FIG. 1 is an overall configuration diagram of a purification control system of an engine.

【図2】エンジンの一部の拡大断面図である。FIG. 2 is an enlarged sectional view of a part of the engine.

【図3】図2のA−A線断面図である。FIG. 3 is a sectional view taken along line AA of FIG. 2;

【図4】インジェクタの一部切欠き縦断面図である。FIG. 4 is a partially cutaway longitudinal sectional view of the injector.

【図5】図4のB−B線断面図である。FIG. 5 is a sectional view taken along line BB of FIG. 4;

【図6】排気ガス浄化系統のブロック構成図である。FIG. 6 is a block diagram of an exhaust gas purification system.

【図7】燃料噴射制御のタイムチャートである。FIG. 7 is a time chart of fuel injection control.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 エンジン 3 サージタンク 6 コモンレール 7 インジェクタ 9 燃料圧送ポンプ 10 調圧バルブ 11 圧力センサ 14 触媒コンバータ 40 ECU 41 クランク角センサ 50 排気ガス浄化系統 51 通常噴射制御手段 52 排気行程噴射制御手段 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Engine 3 Surge tank 6 Common rail 7 Injector 9 Fuel pump 10 Pressure regulating valve 11 Pressure sensor 14 Catalytic converter 40 ECU 41 Crank angle sensor 50 Exhaust gas purification system 51 Normal injection control means 52 Exhaust stroke injection control means

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI F02M 61/14 310 B01D 53/36 101B (72)発明者 近藤 光徳 広島県安芸郡府中町新地3番1号 マツダ 株式会社内──────────────────────────────────────────────────の Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code FI F02M 61/14 310 B01D 53/36 101B (72) Inventor Mitsunori Kondo 3-1, Fuchu-cho Shinchi, Aki-gun, Hiroshima Mazda

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射手段
と、排気系に設けられたNOx浄化触媒とを備えたディ
ーゼルエンジンの排気ガス浄化装置において、 圧縮行程終期に上記燃料噴射手段に燃料噴射を実行させ
て上記燃焼室内で燃焼を起こさせる通常噴射手段と、 吸気行程中に上記燃料噴射手段に燃料噴射を実行させる
吸気行程噴射手段とを備えていることを特徴とするディ
ーゼルエンジンの排気ガス浄化装置。
An exhaust gas purifying apparatus for a diesel engine comprising a fuel injection means for injecting fuel into a combustion chamber and a NOx purification catalyst provided in an exhaust system, wherein fuel is injected into the fuel injection means at the end of a compression stroke. Exhaust gas of a diesel engine, comprising: a normal injection means for causing the fuel injection means to perform fuel injection during an intake stroke. Purification device.
【請求項2】 請求項1に記載のディーゼルエンジンの
排気ガス浄化装置において、 NOx浄化触媒は、排気ガス中の炭化水素を吸着し、該
炭化水素を還元剤として窒素酸化物を浄化する触媒であ
ることを特徴とするディーゼルエンジンの排気ガス浄化
装置。
2. The exhaust gas purifying apparatus for a diesel engine according to claim 1, wherein the NOx purifying catalyst is a catalyst that adsorbs hydrocarbons in the exhaust gas and purifies nitrogen oxides using the hydrocarbons as a reducing agent. An exhaust gas purifier for a diesel engine.
【請求項3】 請求項2に記載のディーゼルエンジンの
排気ガス浄化装置において、 NOx浄化触媒は、活性金属を担持したゼオライト系触
媒であることを特徴とするディーゼルエンジンの排気ガ
ス浄化装置。
3. The exhaust gas purifying apparatus for a diesel engine according to claim 2, wherein the NOx purifying catalyst is a zeolite catalyst carrying an active metal.
【請求項4】 請求項1に記載のディーゼルエンジンの
排気ガス浄化装置において、 吸気行程噴射手段は、吸気行程の前期に燃料噴射を実行
することを特徴とするディーゼルエンジンの排気ガス浄
化装置。
4. The exhaust gas purifying apparatus for a diesel engine according to claim 1, wherein the intake stroke injection means executes fuel injection in a first half of the intake stroke.
【請求項5】 請求項1に記載のディーゼルエンジンの
排気ガス浄化装置において、 吸気行程噴射手段は、ピストンの頂部に向けて燃料を噴
射させることを特徴とするディーゼルエンジンの排気ガ
ス浄化装置。
5. The exhaust gas purifying apparatus for a diesel engine according to claim 1, wherein the intake stroke injection means injects fuel toward a top of the piston.
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