WO2005071235A1 - ディーゼルエンジンの排気管燃料添加方式 - Google Patents

ディーゼルエンジンの排気管燃料添加方式 Download PDF

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Haruyuki Yokota
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Hino Motors, Ltd.
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the present invention relates to an aftertreatment device for exhaust gas, which includes a NO storage reduction catalyst, a reduction catalyst such as DPNR, and the like.
  • the present invention relates to a diesel engine exhaust pipe fuel addition method suitable for use in a diesel engine provided with a green catalyst.
  • Diesel particulate filters are one of the measures to reduce the pollution of diesel-powered vehicles, and can significantly reduce PM.
  • the DPF is composed of a heat-resistant filter capable of collecting PM with high efficiency and a filter regeneration device for removing PM trapped by the filter. There is one that regenerates the filter by incineration and removal using a light oil parner.
  • This NO storage reduction type catalyst has a low NO
  • the above-mentioned NO storage reduction catalyst and DPNR regenerate the NO power formed by adsorbing NO.
  • This exhaust pipe fuel addition method for increasing the 2-2 intensities (for example, see Patent Document 1).
  • This exhaust pipe fuel The addition method is, for example, to guide the pressurized fuel from the feed pump of the engine, and to install one Hall-type fuel injection nozzle 50 as shown in Figs. 8 and 9 attached to the upstream side of the catalyst in the exhaust pipe, or The fuel is injected from a slit-type fuel injection nozzle 51 as shown in FIG. 10 and FIG.
  • the Hall-type fuel injection nozzle 50 is formed, for example, from eight circular injection holes 50a formed at the tip, and the slit-type fuel injection nozzle 51 is formed of one or more holes formed at the tip. Fuel is injected from each of the slit-shaped injection holes 51a. In addition, in order to sufficiently reduce and regenerate the catalyst, it is necessary to instantaneously increase the fuel vapor concentration in the exhaust pipe to achieve a rich air-fuel ratio.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-356137
  • one hole-type fuel injection nozzle 50 and a slit-type fuel injection nozzle 51 add fuel to the exhaust pipe.
  • the hole-type fuel injection nozzle 50 is formed, for example, from eight circular injection holes 50a formed at the tip, and the slit-type fuel injection nozzle 51 is formed from one or a plurality of slits formed at the tip. Fuel is injected from each of the injection holes 5 la.
  • the conventional method of adding fuel to the exhaust pipe of a diesel engine has a problem that the fuel vapor concentration in the exhaust pipe cannot be instantaneously increased, and the reduction and regeneration of the catalyst cannot be sufficiently performed. is there. In response to this, a large amount of fuel must be injected in order to increase the fuel vapor concentration to the concentration required for the reduction and regeneration of the catalyst. .
  • the present invention has been made to solve such a problem, and it is intended to prevent the injected fuel from adhering to the inner wall of the exhaust pipe and to reduce the fuel vapor concentration in the exhaust pipe to near the theoretical fuel vapor concentration. It is an object of the present invention to provide an exhaust pipe fuel addition system for a diesel engine, which can sufficiently reduce and regenerate an exhaust gas purification catalyst and thereby dramatically improve fuel efficiency. And
  • a means adopted by the present invention is provided with a fuel injection nozzle in an exhaust pipe of a diesel engine, and the fuel injection nozzle power is also provided in the exhaust pipe by injecting fuel.
  • the fuel injection nozzles consist of a plurality of injection nozzles and are arranged so that the injection axes intersect each other. is there.
  • the injection axis is the center line of the injection indicating the injection direction of each nozzle.
  • the fuel injection nozzle also includes a plurality of fuel injection nozzle forces arranged so that the injection axes intersect with each other. Optimum atomization is achieved by collision and mixing, and injection fuel is prevented from adhering to the inner wall of the exhaust pipe.
  • the plurality of fuel injection nozzles be disposed at substantially equal intervals in the circumferential direction of the exhaust pipe.
  • collision and mixing of the fuel injected from these fuel injection nozzles can be uniformly performed in the exhaust pipe.
  • the fuel vapor is uniformly supplied to the catalyst.
  • the plurality of fuel injection nozzles are arranged such that the injection axes intersect at substantially one point.
  • the collision and mixing of the fuel injected from each nozzle can be performed more reliably, and the injected fuel can be removed from the inner wall of the exhaust pipe. Is further prevented.
  • the fuel injection nozzle is desirably formed of a hole-type fuel injection nozzle or a slit-type fuel injection nozzle having one or two injection holes. This means prevents the injected fuel from adhering to the inner wall of the exhaust pipe by colliding and mixing the fuel injected from each fuel injection nozzle with each other, so that the nozzle shape is such that the fuel is linear. It is best to use a Hall-type fuel injection nozzle or slit-type fuel injection nozzle that is injected into the nozzle, and the number of injection holes is one or two, rather than eight as in the past. But more effectively Protrusion and mixing can be performed.
  • the fuel injection nozzle is formed such that the injection axis is inclined backward from the center line of the nozzle body.
  • each fuel injection nozzle is attached to the exhaust pipe so as to be inclined rearward, which is the flow direction of the injection axial force S exhaust gas.
  • the mounting angle of each injection nozzle with respect to the exhaust pipe can be increased, and the mounting can be facilitated structurally.
  • the fuel injection nozzle is supplied with fuel from a feed pump of a diesel engine.
  • the exhaust pipe fuel addition method of the present diesel engine is particularly suitable when relatively low-pressure fuel is injected from the feed pump.
  • the diesel engine exhaust pipe fuel addition method of the present invention includes a fuel injection nozzle in an exhaust pipe of a diesel engine, and injects fuel from the fuel injection nozzle into the exhaust pipe.
  • a diesel engine exhaust pipe fuel addition system for reducing and regenerating the disposed exhaust gas purifying catalyst a plurality of fuel injection nozzles are arranged so that the injection axes intersect each other.
  • FIG. 1 is a system diagram showing an exhaust pipe fuel addition method for a diesel engine according to the present invention.
  • FIG. 2 is a side sectional view showing the fuel injection nozzle of FIG. 1.
  • FIG. 3 is a bottom view showing the fuel injection nozzle of FIG. 2 .
  • FIG. 4 is a bottom view showing another fuel injection nozzle.
  • FIG. 5 is a bottom view showing still another fuel injection nozzle.
  • FIG. 6 is a side sectional view showing a mounting state of the fuel injection nozzle of FIG. 1.
  • FIG. 7 is a graph showing the operation of the fuel injection nozzle of FIG. 1.
  • FIG. 8 is a side sectional view showing a conventional hole-type fuel injection nozzle.
  • FIG. 9 is a bottom view showing the hole type fuel injection nozzle of FIG. 8.
  • FIG. 10 is a side sectional view showing a conventional slit-type fuel injection nozzle.
  • FIG. 11 is a bottom view showing the slit fuel injection nozzle of FIG. 10.
  • FIG. 12 is a side sectional view showing a mounting state of a conventional fuel injection nozzle.
  • FIG. 13 is a graph showing the operation of a conventional fuel injection nozzle.
  • the diesel engine 1 has a common rail 2 for supplying fuel to a fuel injection nozzle in the engine 1, a supply pump 3 for supplying high-pressure fuel to the common rail 2, and a supply pump 3.
  • a feed pump 4 for supplying fuel from the fuel tank 5, a fuel filter 6 interposed between the supply pump 3 and the feed pump 4, an ECU 7 for controlling the fuel of the diesel engine 1, and the like are provided.
  • ECU7 is engine 1 fuel
  • the NO storage reduction catalyst 11 stores NO in exhaust gas flowing through the exhaust pipe 10.
  • the stored NO is regenerated by increasing HC, CO, CO or H in exhaust gas.
  • the catalyst 11 has a flow direction of the exhaust gas.
  • a noble metal for example,
  • NO storage agents include, for example, alkali metals such as Li, Na, K, and Cs; and Mg x
  • the fuel injection nozzle 20 also has a Hall-type fuel injection nozzle force, for example.
  • the fuel injection nozzle 20 has a cylindrical nozzle body 21 and a cylindrical valve shaft 30 inserted into the nozzle body 21 so as to be movable in the axial direction.
  • the nozzle body 21 includes a fuel supply hole 22, a valve seat 23 on which a conical seat portion 31 at the tip of the valve shaft 30 seats, a guide hole 24 extending from the valve seat 23, and a circumferential direction from the guide hole 24. And an extended injection hole 25.
  • FIG. 1 As shown in FIG.
  • the fuel injection nozzle 20 is provided with only one injection hole 25 composed of a small circular hole. As shown in FIG. 2, the fuel injection nozzle 20 is formed such that its injection axis 20a is inclined rearward from the nozzle body centerline 21a. Here, the injection axis 20a is the center line of the injection indicating the injection direction of each nozzle 20.
  • the valve shaft 30 is opened and closed by an electromagnetic solenoid (not shown) controlled by the ECU 7.
  • the fuel injection nozzle has a hole-type fuel injection nozzle 36 having two injection holes 37 as shown in FIG. 4, and a slit-type fuel injection nozzle 39 having one slit-shaped injection hole 39 as shown in FIG.
  • a fuel injection nozzle 38 may be used.
  • the injection axis of the injection hole 37 of the hall type fuel injection nozzle 36 and the injection hole 39 of the slit type fuel injection nozzle 38 have the injection axis also having the central line force of the nozzle body similarly to the fuel injection nozzle 20 described above. It is formed to incline backward.
  • the above-described fuel injection nozzle is not necessarily limited to the hole-type fuel injection nozzle or the slit-type fuel injection nozzle, and the number of injection holes is not limited to one or two. Absent.
  • the two fuel injection nozzles 20 are arranged at regular intervals in the circumferential direction of the exhaust pipe 10, that is, at the diameter position of the exhaust pipe 10.
  • the two injection nozzles 20 are attached such that their injection axes 20a are inclined rearward, that is, the flow direction of the exhaust gas, and intersect at substantially one point.
  • the fuel injection nozzle 20 is formed such that the injection axis 20a is inclined backward from the nozzle body center line 21a, so that the mounting angle of each fuel injection nozzle 20 with respect to the exhaust pipe 10 is large. And it is structurally easy to install.
  • the amount of NO emission from Engine 1 varies depending on the engine speed, accelerator opening, etc.
  • ECU 7 shown in FIG. 1 stores the NO emission map for the NO emission from the engine 1 that changes according to the operating state as described above. ECU7 uses this N
  • the NO emission of Engine 1 is calculated and stored in catalyst 11.
  • the NO discharged from the engine 1 reacts with O in the exhaust gas at the catalyst 11, and
  • the ECU 7 determines that the amount of NO stored by the catalyst 11 exceeds a predetermined amount and that the catalyst temperature is lower than the predetermined value.
  • the electromagnetic solenoid of the fuel injection nozzle 20 in the exhaust pipe 10 is operated.
  • the electromagnetic solenoid is operated, in the fuel injection nozzle 20, the valve shaft 30 shown in FIG. 2 is pulled up, and the seat portion 31 of the valve shaft 30 is separated from the valve seat 23 of the nozzle body 21.
  • the pressurized fuel supplied by the feed pump 4 is injected from the fuel supply hole 22 through the guide hole 24, and is injected from the ejection hole 25 into the exhaust pipe 10. Since the feed pump 4 is for supplying fuel from the fuel tank 5 to the supply pump 3, the fuel pressure is relatively low.
  • the injection amount and the injection timing of the fuel injection in the exhaust pipe 10 are appropriately controlled. Then, when it is estimated that the reduction regeneration of the catalyst 11 is almost completed, the fuel injection from the fuel injection nozzle 20 is stopped.
  • the exhaust pipe fuel addition method of this diesel engine uses two fuel injections. Since the injection nozzles 20 are disposed so that their injection axes 20a intersect, the fuel injected from each injection nozzle 20 collides and mixes with each other to achieve optimal atomization, and the injected fuel is reduced. Adhesion to the inner wall of the exhaust pipe is prevented. Therefore, most of the fuel injected from the fuel injection nozzle 20 is instantaneously vaporized in the exhaust gas.
  • the two fuel injection nozzles 20 are arranged at equal intervals in the circumferential direction of the exhaust pipe 10, the collision and mixing of the injected fuel are performed uniformly, and the fuel vapor is uniformly distributed to the catalyst 11. Supplied to The fuel injection nozzles 20 do not necessarily need to be arranged at substantially equal intervals in the circumferential direction. Furthermore, since the injection axes 20a of the two fuel injection nozzles 20 are arranged so as to intersect at approximately one point, the collision and mixing of the injected fuel are performed more reliably, and the injected fuel adheres to the inner wall of the exhaust pipe. Is further prevented. Note that the injection axis 20a does not necessarily need to be disposed so as to intersect at approximately one point.
  • fuel is supplied to the fuel injection nozzle 20 from the feed pump 4 of the diesel engine 1.
  • the fuel supply source is not necessarily limited to the feed pump.
  • the high-pressure fuel supplied from the common rail 2 by, for example, improving the high-pressure injection to the Hall-type fuel injection nozzle. Can also be used.
  • the above-described fuel addition method for the exhaust pipe of a diesel engine is based on the NO storage reduction type catalyst.
  • the force that was applied to the medium 11 The present invention is not limited to this. Of course, the same can be applied to other reduction-regeneration-type catalysts such as DPNR. Further, the above-described method of adding fuel to the exhaust pipe of the deal engine is merely an example, and is based on the spirit of the present invention. Therefore, various modifications are possible, and they are not excluded from the scope of the present invention.

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Abstract

　噴射燃料の排気管内壁への付着を防止し、排ガス浄化触媒の還元再生を充分に行うと共に、燃費を飛躍的に向上させる。 　ディーゼルエンジン（１）の排気管（１０）内に燃料噴射ノズル（２０）を備え、この燃料噴射ノズルから燃料を噴射して排気管内に配設された排ガス浄化触媒（１１）の還元再生を行なうディーゼルエンジンの排気管燃料添加方式において、燃料噴射ノズルは、複数個から成ると共に噴射軸線（２０ａ）が相互に交差するように配設される。複数個の燃料噴射ノズルは、排気管の周方向に略等間隔に配設され、また、噴射軸線が略１点で交差することが望ましい。燃料噴射ノズルは、１個又は２個の噴射孔を有するホール型燃料噴射ノズル又はスリット型燃料噴射ノズルから成ることが望ましい。

Description

ディーゼルエンジンの排気管燃料添加方式
技術分野
[0001] 本発明は、排ガスの後処理装置として、 NO 吸蔵還元型触媒、 DPNR等の還元再
X
生型触媒を備えたディーゼルエンジンに使用されて好適な、ディーゼルエンジンの 排気管燃料添加方式に関する。
背景技術
[0002] 近年、ディーゼルエンジンの排ガス中のパティキュレートマター（以下、 PMという） や NO を低減させる方式として、様々なものが開発されている。 PMは、 SOF、黒煙
X
、サルフェート +結合水の 3つの成分からなり、未燃燃料やオイル力 成る SOFゃ排 ガス中の HC、 COは酸化触媒上で酸化浄化される。ディーゼルパティキュレートフィ ルタ（以下、 DPFという）は、ディーゼルエンジン車の低公害化の一方策として、大幅 な PM低減を可能とするものである。 DPFは、 PMを高効率で捕集可能な耐熱フィル タと、フィルタに捕集された PMを除去するためのフィルタ再生装置と力 成り、フィル タ再生装置としては、捕集した PMを、例えば軽油パーナ等により焼却除去してフィ ルタを再生するもの等がある。
[0003] この一方、ディーゼルエンジンの排ガス組成は常に酸素過剰領域にあり、し力も還 元剤となる成分が極めて少なぐ温度領域も広範囲にわたるため、触媒にとっては非 常に困難な環境にある。この酸素過剰環境下において、 NO
Xを浄化する触媒の 1つ の方式として、 NO 吸蔵還元型触媒がある。この NO 吸蔵還元型触媒は、 NO 低
X X X
減率が極めて高ぐ NO に非常に厳しい基準の適合を求める場合に、有力な選択
X
肢の一つとなる。また、この NO 吸蔵還元型触媒と、上述の DPFとを一体ィ匕したディ
X
ーゼルパティキュレート NO リダクションシステム（以下、 DPNRという）もある。
X
[0004] 上述の NO 吸蔵還元型触媒や DPNRは、 NO を吸着して形成された NO力 再
X X 3 び酸素を奪い取り、これによりフィルタの再生処理を行なう必要がある。そして、この ための 1つの方式として、排気管内に燃料を添加して、 HC、 CO, CO又は H等を
2 2 増力 tlさせる排気管燃料添加方式がある (例えば、特許文献 1参照)。この排気管燃料 添加方式は、例えば、エンジンのフィードポンプから加圧燃料を導き、排気管内の触 媒上流側に取り付けられた 1個の、図 8及び図 9に示すようなホール型燃料噴射ノズ ル 50、あるいは、図 10及び図 11に示すようなスリット型燃料噴射ノズル 51から燃料 を噴射するものである。
[0005] ホール型燃料噴射ノズル 50は、先端部に開けられた、例えば 8個の円形の噴射孔 50aから、またスリット型燃料噴射ノズル 51は、先端部に開けられた 1個又は複数個 のスリット状の噴射孔 51aから、それぞれ燃料が噴射される。また、触媒の還元再生 を充分に行うためには、排気管内における燃料蒸気濃度を瞬時に上昇させ、リッチ 空燃比にする必要がある。
特許文献 1 :日本特開 2000-356137号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0006] 上述のように、従来のディーゼルエンジンの排気管燃料添加方式では、 1個のホー ル型燃料噴射ノズル 50やスリット型燃料噴射ノズル 51により排気管内に燃料を添カロ させる。このホール型燃料噴射ノズル 50は、先端部に開けられた、例えば 8個の円形 の噴射孔 50aから、またスリット型燃料噴射ノズル 51は、先端部に開けられた 1個又 は複数のスリット状の噴射孔 5 laから、それぞれ燃料が噴射される。
[0007] このため、図 12に示すように、噴射燃料力排気管 52内において筋状となり、その多 くが排気管 52の内壁 53に付着する。これにより、図 13に示すように、触媒に直接到 達する燃料蒸気は半分程度になってしまう一方、排気管内壁に付着しそこで蒸発し た燃料蒸気は、わずカゝな時間差ではあるが触媒に遅れて到達する。
[0008] このため、従来のディーゼルエンジンの排気管燃料添加方式は、排気管内におけ る燃料蒸気濃度を瞬時に上昇させることができず、触媒の還元再生を充分に行うこと ができないという問題がある。また、これに対応して、燃料蒸気濃度を触媒の還元再 生に必要な濃度にまで上昇させるためには、多量の燃料を噴射しなければならず、 燃費を悪化させると 、う問題が生じる。
[0009] 本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、噴射燃料の排気管内壁 への付着を防止して、排気管内における燃料蒸気濃度を理論燃料蒸気濃度近くま で瞬時に上昇させ、これにより排ガス浄ィ匕触媒の還元再生を充分に行うことができる と共に、燃費を飛躍的に向上させることができるディーゼルエンジンの排気管燃料添 加方式を提供することを課題とする。
課題を解決するための手段
[0010] 上述の課題を解決するために、本発明が採用する手段は、ディーゼルエンジンの 排気管内に燃料噴射ノズルを備え、この燃料噴射ノズル力も燃料を噴射して排気管 内に配設された排ガス浄ィ匕触媒の還元再生を行なうディーゼルエンジンの排気管燃 料添加方式において、燃料噴射ノズルは、複数の噴射ノズルカゝら成ると共に噴射軸 線が相互に交差するように配設されたことにある。ここで、噴射軸線とは、各ノズルの 噴射方向を示す噴射の中心線である。
[0011] 本手段によれば、燃料噴射ノズルは、噴射軸線が相互に交差するように配設された 複数個の燃料噴射ノズル力も成るから、各燃料噴射ノズル力も噴射された燃料が相 互に衝突及び混合して最適な霧化がなされ、噴射燃料が排気管の内壁に付着する ことが防止される。
[0012] 複数個の燃料噴射ノズルは、排気管の周方向に略等間隔に配設されることが望ま しい。複数個の燃料噴射ノズルを排気管の周方向に略等間隔に配設するにことによ り、これらの燃料噴射ノズルカゝら噴射された燃料の衝突及び混合が排気管内で一様 に行われ、燃料蒸気が触媒へ均一に供給される。
[0013] 複数個の燃料噴射ノズルは、噴射軸線が略 1点で交差するように配設されることが 望ましい。複数個の燃料噴射ノズルを、噴射軸線が略 1点で交差するように配設する ことにより、各ノズルから噴射された燃料の衝突及び混合がより確実に行われ、噴射 燃料が排気管の内壁に付着することがさらに防止される。
[0014] 燃料噴射ノズルは、 1個又は 2個の噴射孔を有するホール型燃料噴射ノズル又はス リット型燃料噴射ノズルカゝら成ることが望ましい。本手段は、各燃料噴射ノズルから噴 射された燃料を相互に衝突及び混合させて、噴射燃料が排気管の内壁に付着する ことを防止するものであるから、ノズル形状は、燃料が直線的に噴射されるホール型 燃料噴射ノズル又はスリット型燃料噴射ノズルが最適であり、また、噴射孔の数も、従 来のように 8個等の多数ではなぐ 1個又は 2個の少数である方が、より有効にこの衝 突及び混合を行なうことができる。
[0015] 燃料噴射ノズルは、噴射軸線がノズル本体中心線カゝら後方へ傾斜するように形成 されていることが望ましい。本手段の場合、各燃料噴射ノズルは、排気管に対しその 噴射軸線力 S排ガスの流れ方向である後方へ傾斜するように取り付けられることが想定 される。この場合、噴射軸線をノズル本体中心線カゝら後方へ傾斜させることにより、排 気管に対する各噴射ノズルの取付角度を大きく取ることができ、構造的にその取り付 けが容易になる。
[0016] 例えば、燃料噴射ノズルは、ディーゼルエンジンのフィードポンプから燃料が供給さ れる。本ディーゼルエンジンの排気管燃料添加方式は、フィードポンプからの比較的 低圧の燃料を噴射する場合に特に好適である。
発明の効果
[0017] 以上詳細に説明したように、本発明のディーゼルエンジンの排気管燃料添加方式 は、ディーゼルエンジンの排気管内に燃料噴射ノズルを備え、この燃料噴射ノズルか ら燃料を噴射して排気管内に配設された排ガス浄化触媒の還元再生を行なうディー ゼルエンジンの排気管燃料添加方式において、燃料噴射ノズルは、複数個から成る と共に噴射軸線が相互に交差するように配設されるから、噴射燃料の排気管内壁へ の付着を防止して、排気管内における燃料蒸気濃度を理論燃料蒸気濃度に近づけ 、これにより排ガス浄ィ匕触媒の還元再生を充分に行うことができると共に、燃費を飛 躍的に向上させることができるという優れた効果を奏する。
図面の簡単な説明
[0018] [図 1]本発明のディーゼルエンジンの排気管燃料添加方式を示すシステム図である。
[図 2]図 1の燃料噴射ノズルを示す側面断面図である。
[図 3]図2の燃料噴射ノズルを示す底面図である。
[図 4]別の燃料噴射ノズルを示す底面図である。
[図 5]さらに別の燃料噴射ノズルを示す底面図である。
[図 6]図 1の燃料噴射ノズルの取付状態を示す側面断面図である。
[図 7]図 1の燃料噴射ノズルの作動を示すグラフである。
[図 8]従来のホール型燃料噴射ノズルを示す側面断面図である。 [図 9]図 8のホール型燃料噴射ノズルを示す底面図である。
[図 10]従来のスリット型燃料噴射ノズルを示す側面断面図である。
[図 11]図 10のスリット型燃料噴射ノズルを示す底面図である。
[図 12]従来の燃料噴射ノズルの取付状態を示す側面断面図である。
[図 13]従来の燃料噴射ノズルの作動を示すグラフである。
符号の説明
1 ディーゼノレエンジン
2 コモンレール
3 サプライポンプ
4 フィードポンプ
5 燃料タンク
6 フユエノレフイノレタ
7 ECU
10 排気管
11 触媒
12 マフラ
20 燃料噴射ノズル
20a 噴射軸線
21 ノズル本体
21a ノズル本体中心線
22 燃料供給孔
23 弁座
24 誘導孔
25 噴射孔
30 弁軸
31 シート部
36 燃料噴射ノズル 38 燃料噴射ノズル
39 噴射孔
50 ホール型燃料噴射ノズル
50a 噴射孔
51 スリット型燃料噴射ノズル
51a 噴射孔
52 排気管
53 内壁
発明を実施するための最良の形態
[0020] 本発明に係るディーゼルエンジンの排気管燃料添加方式を実施するための最良の 形態を、図 1ないし図 7を参照して詳細に説明する。
[0021] 図 1に示すように、ディーゼルエンジン 1には、エンジン 1内の燃料噴射ノズルに燃 料を供給するコモンレール 2、コモンレール 2に高圧の燃料を供給するサプライボン プ 3、サプライポンプ 3に燃料タンク 5からの燃料を供給するフィードポンプ 4、サプラ ィポンプ 3とフィードポンプ 4との間に介装されるフユエルフィルタ 6、ディーゼルェンジ ン 1の燃料制御を行なう ECU7等が配設される。
[0022] 排気管 10内には、例えば 2個の燃料噴射ノズル 20、還元再生型触媒の一例であ る NO 吸蔵還元型触媒 11、マフラ 12等が配設される。 ECU7は、エンジン 1の燃料
X
噴射ノズル、サプライポンプ 3、フィードポンプ 4、排気管 10内の燃料噴射ノズル 20等 と、電気的に接続される。
[0023] NO 吸蔵還元型触媒 11は、排気管 10内を流れる排ガス中の NO を吸蔵する一
X X
方、排ガス中の HC, CO, CO又は Hを増加させることにより、吸蔵した NO を再生
2 2 X 処理する、いわゆる NO 吸蔵還元型の触媒である。触媒 11は、排ガスの流れ方向
X
に格子状の通路が形成されたモノリス担体と、このモノリス担体上に形成されると共に 貴金属及び NO 吸蔵剤が担持されたコート層とを有する。貴金属としては、例えば、
X
Pt等があり、 NO 吸蔵剤としては、例えば、 Li, Na, K, Cs等のアルカリ金属、 Mg x
,Ca, Ba等のアルカリ土類金属、 Y, La, Ce, Pr, Nd, Eu, Gd, Dy等の希土類金属 等がある。また、コート層としては、アルミナ等が使用される。 [0024] 図 2に示すように、燃料噴射ノズル 20は、例えばホール型燃料噴射ノズル力も成る 。燃料噴射ノズル 20は、円筒状のノズル本体 21と、ノズル本体 21内に軸方向に移 動可能に挿入された、円柱状の弁軸 30とを有する。ノズル本体 21は、燃料供給孔 2 2と、弁軸 30の先端の円錐状のシート部 31がシートする弁座 23と、弁座 23から延び る誘導孔 24と、誘導孔 24から周方向へ延びる噴射孔 25とを有する。図 3に示すよう に、燃料噴射ノズル 20には、小円孔カゝら成る噴射孔 25が 1個だけ配設される。図 2に 示すように、燃料噴射ノズル 20は、その噴射軸線 20aがノズル本体中心線 21aから 後方へ傾斜するように形成される。ここで、噴射軸線 20aとは、各ノズル 20の噴射方 向を示す噴射の中心線である。
[0025] 弁軸 30は、 ECU7によって制御される図示しない電磁ソレノイドによって開閉される 。また、燃料噴射ノズルは、図 4に示すように、 2個の噴射孔 37を有するホール型燃 料噴射ノズル 36、図 5に示すように、 1個のスリット状の噴射孔 39を有するスリット型 燃料噴射ノズル 38から成るものでもよい。この場合、ホール型燃料噴射ノズル 36の 噴射孔 37、及び、スリット型燃料噴射ノズル 38の噴射孔 39は、上述の燃料噴射ノズ ル 20と同様に、いずれもその噴射軸線がノズル本体中心線力も後方へ傾斜するよう に形成されている。
[0026] なお、上述の燃料噴射ノズルは、必ずしもホール型燃料噴射ノズルやスリット型燃 料噴射ノズルに限定されるものではなぐまた、噴射孔の数も 1個又は 2個に限定され るものではない。
[0027] 図 6に示すように、 2個の燃料噴射ノズル 20は、排気管 10の周方向に等間隔に、 すなわち、排気管 10の直径位置に配設される。また、 2個の噴射ノズル 20は、その 噴射軸線 20aが排ガスの流れ方向である後方へ傾斜するように、かつ、略 1点で交 差するように取り付けられる。上述のように、燃料噴射ノズル 20は、その噴射軸線 20 aがノズル本体中心線 21aから後方へ傾斜するように形成されているから、排気管 10 に対する各燃料噴射ノズル 20の取付角度を大きく取ることができ、構造的にその取り 付けが容易となる。ただし、 2個の燃料噴射ノズル 20のなす角度、及びそれらと排気 管 10の軸線とがなす角度等の取付条件は、排気管 10の直径、排ガスの流速、触媒 11までの距離等により適切に設定される。 [0028] 次に、本ディーゼルエンジンの排気管燃料添加方式の作動について説明する。
[0029] エンジン 1からの NO 排出量は、エンジン回転速度やアクセル開度等によって変
X
化する。図 1に示した ECU7には、このように運転状態によって変化するエンジン 1か らの NO 排出量についての NO 排出量マップが記憶されている。 ECU7は、この N
X X
O 排出量マップに基づいて、エンジン 1の NO 排出量を算出し、触媒 11に吸蔵さ
X X
れた NO 吸蔵量を積算する。
X
[0030] 触媒 11のコート層に担持される NO 吸蔵剤として、例えば Baを用いた場合には、
X
エンジン 1から排出された NO は、触媒 11において排ガス中の Oと反応し、さらに
X 2
触媒 11中の BaO, BaCOと反応して Ba (NO ) が生成され、この状態で触媒 11に
3 3 2
吸蔵される。これにより、排ガスは、 NO 濃度が極めて低くなつた状態で、マフラ 12
X
等を通して大気中へ排出される。
[0031] ECU7は、触媒 11による NO 吸蔵量が所定量を越え、かつ、触媒温度が触媒還
X
元可能温度 (例えば、 200— 450° C)以上になっていると判断すると、排気管 10内 の燃料噴射ノズル 20の電磁ソレノイドを作動させる。電磁ソレノイドが作動すると、燃 料噴射ノズル 20においては、図 2に示した弁軸 30が引き上げられ、弁軸 30のシート 部 31がノズル本体 21の弁座 23から離れる。これにより、フィードポンプ 4力 供給さ れる加圧燃料が、燃料供給孔 22から誘導孔 24を通って、噴出孔 25から排気管 10 内へ噴射される。フィードポンプ 4は、燃料を燃料タンク 5からサプライポンプ 3に供給 するためのものであるから、燃料圧は比較的低圧である。
[0032] この排気管 10内への燃料添カ卩により、排ガス中の酸素濃度が低下すると共に、還 元剤としての排ガス中の HC, CO, CO又は Hが増加する。この結果、触媒 11に吸
2 2
蔵されていた Ba (NO ) 1S 上記還元剤と反応して Nまで還元される。また、触媒 1
3 2 2
1が選択性の良い還元触媒として作用し、上記 NO力排ガス中の HC, COと反応し
3
て無害な N , CO , H Oとなり、大気中へ排出される。このように、 ECU7が、燃料
2 2 2
噴射ノズル 20の電磁ソレノイドを作動させて、排気管 10内の燃料噴射の噴射量及び 噴射時期を適切に制御する。そして、触媒 11の還元再生がほぼ完了したと推定した ときに、燃料噴射ノズル 20からの燃料噴射を停止させる。
[0033] 本ディーゼルエンジンの排気管燃料添加方式は、図 6に示すように、 2個の燃料噴 射ノズル 20が、その噴射軸線 20aが交差するように配設されているから、各噴射ノズ ル 20から噴射された燃料が相互に衝突及び混合して最適な霧化がなされ、噴射燃 料が排気管の内壁に付着することが防止される。したがって、燃料噴射ノズル 20から 噴射した燃料の大部分が、排ガス内で瞬時に蒸気化される。
[0034] このため、図 7に示すように、少ない燃料であっても、排気管 10内における燃料蒸 気濃度が理論燃料濃度近くまで急激に上昇し、排ガスの空燃比は瞬時にリッチ状態 となり、排ガス浄ィ匕触媒の還元再生を充分に行うことができる。このように、少ない燃 料で充分な還元再生ができるから、燃費が著しく改善される。
[0035] また、 2個の燃料噴射ノズル 20が、排気管 10の周方向に等間隔に配設されるから 、噴射燃料の衝突及び混合が一様に行われ、燃料蒸気が触媒 11へ均一に供給さ れる。なお、燃料噴射ノズル 20は、必ずしも周方向に略等間隔に配設される必要は ない。さらに、 2個の燃料噴射ノズル 20の噴射軸線 20aが略 1点で交差するように配 設されるから、噴射燃料の衝突及び混合がより確実に行われ、噴射燃料が排気管の 内壁に付着することがさらに防止される。なお、噴射軸線 20aは、必ずしも略 1点で交 差するように配設される必要はな 、。
[0036] 上述のディーゼルエンジンの排気管燃料添加方式においては、排気管 10に 2個の 燃料噴射ノズル 20が配設された。これら 2個の燃料噴射ノズル 20によっても、噴射燃 料力 S排気管の内壁に付着することが極めて高い確率で防止される。し力しながら、燃 料噴射ノズル 20は必ずしも 2個に限定されるものではなぐ 3個以上とすることもでき る。
[0037] また、燃料噴射ノズル 20に対して、ディーゼルエンジン 1のフィードポンプ 4から燃 料が供給される。しカゝしながら、燃料供給源は、必ずしもフィードポンプに限定される ものではなぐ例えば、ホール型燃料噴射ノズルに高圧噴射用の改良をカ卩える等に より、コモンレール 2から供給される高圧燃料を用いることもできる。
[0038] なお、上述のディーゼルエンジンの排気管燃料添加方式は、 NO 吸蔵還元型触
X
媒 11に対して実施するものであった力 これに限定されるものではなぐ DPNR等の 他の還元再生型の触媒に対しても、同様に実施できることは勿論である。また、上述 のディールエンジンの排気管燃料添加方式は一例にすぎず、本発明の趣旨に基 づいて種々の変形が可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない

Claims

請求の範囲
[1] ディーゼルエンジン（1)の排気管（10)内に燃料噴射ノズル（20, 36, 38)を備え、 前記燃料噴射ノズルから燃料を噴射して前記排気管内に配設された排ガス浄化触 媒（11)の還元再生を行なうディーゼルエンジンの排気管燃料添加方式にぉ ヽて、 前記燃料噴射ノズルは、複数個から成ると共に噴射軸線 (20a)が相互に交差するよ うに配設されたことを特徴とするディーゼルエンジンの排気管燃料添加方式。
[2] 前記複数個の燃料噴射ノズル (20, 36, 38)は、前記排気管（10)の周方向に略等 間隔に配設されたことを特徴とする請求項 1に記載のディーゼルエンジンの排気管 燃料添加方式。
[3] 前記複数個の燃料噴射ノズル (20, 36, 38)は、前記噴射軸線 (20a)が略 1点で交 差するように配設されたことを特徴とする請求項 1又は 2に記載のディーゼルエンジン の排気管燃料添加方式。
[4] 前記燃料噴射ノズルは、 1個又は 2個の噴射孔（25, 37, 39)を有するホール型燃料 噴射ノズル (20, 36)又はスリット型燃料噴射ノズル (38)カゝら成ることを特徴とする請 求項 1な!、し 3の 、ずれか一つに記載のディーゼルエンジンの排気管燃料添加方式
[5] 前記燃料噴射ノズル (20, 36, 38)は、前記噴射軸線（20a)がノズル本体中心線（2 la)カゝら後方へ傾斜するように形成されていることを特徴とする請求項 4に記載のディ ーゼルエンジンの排気管燃料添加方式。
[6] 前記燃料噴射ノズル (20, 36, 38)は、前記ディーゼルエンジン（1)のフィードポンプ
(4)から燃料が供給されることを特徴とする請求項 1ないし 5のいずれか一つに記載 のディーゼルエンジンの排気管燃料添加方式。
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AL Designated countries for regional patents

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121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
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