JPH04103867A

JPH04103867A - 過給機付ディーゼルエンジン

Info

Publication number: JPH04103867A
Application number: JP2219589A
Authority: JP
Inventors: Akihiro Iiyama; 明裕飯山; Shunichi Aoyama; 俊一青山
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1990-08-21
Filing date: 1990-08-21
Publication date: 1992-04-06

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は過給機付ディーゼルエンジンにおける排気浄化
システムに関する。

（従来の技術）ディーゼルエンジンから排出されるＮｏにを低減する目
的で、排気の一部を吸気中に循環させる排気再循環装置
は広く実用化されている。

この排気再循環はＮＯｘの低減に効果のある反面、燃焼
の悪化に伴うパーティキュレイトの排出量増加をもたら
す。

そこで、従来例えば第８図に示すように、ディーゼルエ
ンジン本体１の排気通路３と吸気通路２とを排気循環通
路４により接続し、排気の一部を吸気中に循環させる一
方、排気通路３に排気中のパーティキュレイトを捕集す
るトラップフィルタ５を設けている。

吸気中への排気の循環によりＮＯｘを抑制し、同時に発
生したパーティキュレイトについてはトラップフィルタ
５で捕捉し、また、トラップフィルタ５の下流から排気
を取り出すことにより、清浄な排気を循環させ、パーテ
ィキュレイトの混入によるシリンダボアの摩耗等を防い
でいる。

７はエンジン本体１に対して過給を行うための過給機で
、排気通路３に介装したタービン７ａにより吸気通路２
のコンプレッサ７ｂを回転させ、圧縮空気を送り込んで
いる。なお、圧縮により温度上昇した吸気を冷却するイ
ンタークーラ８が設けられ、実効吸気充填率の低下を回
避する。

なお、９は吸気低温時などに吸気を迂回させるインター
クーラ８のバイパス通路である。

（発明が解決しようとする課題）このようにして排気再循環によりＮＯｘを低減し、これ
に伴って発生するパーティキュレイトはトラップフィル
タ５で捕捉しているが、パーティキュレイトの堆積量が
一定になると、排圧の上昇を緩和するために再生動作が
行なわれる。

フィルタ再生は捕捉したパーティキュレイトを燃焼させ
ることにより実施し、排気循環によりＮＯｘの低減目標
が高くなるほど、この再生のインターバルも短くなる。

インタークーラ８により過給気は冷やされるものの、ト
ラップフィルタ５の再生動作中はパーティキュレイトの
燃焼に伴い循環される排気温度が高まるため、エンジン
本体１に吸入される全体の吸気温度が上昇する傾向にあ
る。このため実質的な吸気充填効率が下がり、供給燃料
に対して酸素が不足し、エンジン出力が低下すると共に
パーティキュレイトの発生も大幅に増大する。

エンジンの初期燃焼を抑制してＮＯｘを低減するのに、
燃料圧力に応じて段階的にリフトする段燃料噴射ノズル
があるが、これを排気再循環と併用すると、パーティキ
ュレイトはさらに悪化しやすく、この場合には排気循環
中のトラップフィルタ５の再生がさらに頻繁になり、実
際の走行中はＮ　Ｏｘとパーティキュレイトを同時に効
率よく低減することができない。

なお、実開昭６１−１０１６６３号や実開平１１６６２
５４号公報には、排気循環通路の途中にクーラを設け、
循環される排気を冷却することが開示されているが、こ
のように循環排気のみを冷却しても、全体の吸気温度は
それほど下がらず、大きな効果は期待できない。

本発明はこのような問題を解決することを目的とする。

（課題を解決するための手段）そこて本発明は、燃料圧力に応じて段階的にリフトして
エンジン燃焼室に燃料を二段噴射するノズルと、排気の
一部を吸気中に循環させる排気再循環装置と、吸気を過
給する過給機とを備えたディーゼルエンジンにおいて、
排気中のパーティキュレイトを捕集するトラップフィル
タと、過給機コンプレッサの下流に配置した吸気冷却器
と、トラップフィルタの下流から取出した排気を吸気冷
却器の上流に導入する排気循環通路とを備えた。

（作用）燃料噴射ノズルは二段燃料噴射により初期燃焼を緩やか
にして、同時に吸気中に循環される排気による燃焼抑制
効果が相まって、ＮＯｘの発生を低減する。

他方、燃焼の抑Ｍに伴って増大するパーティキュレイト
はトラップフィルタで捕捉し、その堆積量が一定値を越
えればパーティキュレイトを燃焼させてフィルタの再生
がなされる。

吸気中に循環される排気は、過給機からの圧縮空気と共
に吸気冷却器を通るため、仮にフィルタ再生中であって
も、混合吸気の温度は効率よく下がり、吸気充填効率を
高め、エンジン出力の低下を回避すると同時にパーティ
キュレイトの発生を抑制する。

（実施例）以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。第１
図に示すように、この実施例においては、排気通路３の
トラップフィルタ５の下流より分岐した排気循環通路４
は、吸気通路２のインタークーラ（吸気冷却器）８と過
給機７の間に接続し、循環排気をインタークーラ８を流
通させる。

したがってインタークーラ８は過給機７からの圧縮空気
だけではなく、循環排気も同時に冷却する。

排気循環通路４の途中には排気循環を運転条件に応じて
制御、例えば部分負荷域で開く制御弁１０が介装される
。

第２図〜第４図に示すように、エンジン本体１のシリン
ダへラド１１には、燃焼室１２の中心に位置するように
垂直に燃料噴射ノズル１３が取付けられる。この燃料噴
射ノズル１３は第３図のように構成され、針弁１４が燃
料圧力に応じて２つのスプリング１５ａ、１５ｂに対抗
しつつ二段階にリフトし、先端の複数の噴口１６から、
少量の初期噴射後に大量の主噴射を行うことで緩やかな
燃焼を実現し、ＮＯｘの発生を抑制すると共に、騒音の
低減等を図る。

なお、針弁１４はノズルホルダ１７の内部のガイド１８
により、リフト中に心ずれかないように保持され、複数
の噴０１６から均等な燃料噴霧を形成し、燃料の偏りを
防いで、燃焼を安定させパーティキュレイト（スモーク
）を減じる。

燃料噴射ノズル１３には、第４図の高圧噴射ポンプ２０
により高圧の燃料が供給される。

エンジン回転に同期するカム２１によりプランジャ２２
が押し上げられ、コントロールスリーブ２３が燃料供給
孔２４と高圧室２５との連通を遮断すると燃料の加圧が
開始され、燃料が圧送される。プランジャ２２の上昇に
より、プランジャ２２のリード渭が解放されると、燃料
圧力が低下し。

デリバリバルブ２７が閉じ、燃料の圧送が停止する。燃
料噴射ノズル１３側の管路内は、等圧弁２８の働きて一
定の残留圧力に維持され、キャビテーションや２次噴射
が回避される。

以上のように構成されており、次に作用について説明す
る。

エンジン本体１からの排気はトラップフィルタ５により
パーティキュレイトを除去された後、過給機７のタービ
ン７ａを駆動し、コンプレッサ７ｂが回転゛して吸気を
圧縮する。

過給機７により圧縮された空気は温度と圧力が上昇する
が、インタークーラ８により冷却されてからエンジン本
体１に供給される。

圧縮上死点付近で燃料噴射ノズルから燃料が噴射される
が、燃料噴射は初期噴射と主噴射との二段階に行なわれ
、緩やかな燃焼を実現してＮＯｘの低減を果たす。

また、同時に上記のとおり吸気が冷却されることにより
、実質的な吸気充填効率が高まり、同時に燃焼温度も低
下するため、これらはパーティキュレイトとＮＯｘの低
減にも寄与する。

一方、排気循環通路４の制御弁が開がれると、タービン
７ａの上流の排気通路圧力の方がコンプレッサ７ｂの下
流の吸気通路圧力よりも高いため、これらの圧力差によ
ってトラップフィルタ５の下流からパーティキュレイト
を含まない清浄な排気が吸気中に循環、される。

高温の循環排気は過給気と共にインタークーラ８で冷却
され、全体としての吸気温度が下がる。

このことはトラップフィルタ５の再生中も同様で、再生
によって温度上昇した排気を循環させるときもインター
クーラ８により排気温度を十分に低下させられる。

このため、排気循環時にも吸気充填効率、が低下せず、
十分な量の酸素の存在により、パーティキュレイトや出
力特性を悪化させることなく、効果的にＮＯｘを低減さ
せられる。

また、循環排気はインタークーラ８を通過する際に過給
気との混合が促進されるので、エンジンり込まれ、排気
循環時の燃焼の安定性を向上させることができる。

循環排気中にはパーティキュレイトがほとんど含まれず
、シリンダボア等の摩耗も抑制される。

第５図は本発明によるＮＯｘとパーティキュレイトの排
出特性を、従来例と比較して表したもので、燃料の二段
噴射によりＮＯｘはＡ点からＢ点に減少するが、パーテ
ィキュレイトは増加する。

さらにＮＯｘの低減を目脂して排気再循環を行う場合、
本発明ではインタークーラ８による混合ガス（全体吸気
）の冷却をするため、パーティキュレイトの発生をＧ点
に抑制でき、さらにトラップフィルタ５による除去でＨ
点まで排出量を減少させられる。

これに対して、循環排気の冷却が行なわれない従来例で
は、パーティキュレイトの発生がＥ点まで上昇し、トラ
ップフィルタ５で除去してもＦ点までしか下がらない。

また、トラップフィルタ５の再生中に高温の排気を循環
させた場合、新気のティキュレイトが増加し、トラップ
フィルタ５によってもＤ点まで減少させられるに過ぎな
い。

この点、本発明では循環排気の温度を下げられるため、
トラップフィルタ５の再生中でもパーティキュレイトの
発生を最小限に抑制できる。

次に第６図、第７図の第２、第３の実施例を説明すると
、まず第６図の例は、トラップフィルタ５を過給機７の
タービン７ａの下流の排気通路３に配置し、その下流よ
り排気循環通路４を分岐してコンプレッサ７ｂの上流の
吸気通路２に接続したのものである。

排気循環通路４には排気クーラ３１を設け、トラップフ
ィルタ再生時における高温の循環排気の冷却を図ってい
る。

この場合も循環排気は新気と共にコンプレッサ７ｂで圧
縮された後、インタークーラ８で冷却を受けるので、エ
ンジン本体１への供給温度が下がり、パーティキュレイ
トの発生を低減できる。

また、新気と排気との混合の均一化もさらに促進される
。

第７図の例は、過給機７の下流に配置したトラ・ツブフ
ィルタ５のさらに下流から取出した排気を、コンプレッ
サ７ｂとインタークーラ８との間に導入するように排気
循環通路４を接続したものである。そして、排気通路３
には排気絞弁３２を、また吸気通路２には吸気絞弁３３
を、それぞれ排気循環通路４の分岐点の下流と上流に設
置し、排気循環時にはこれらを絞ることにより差圧を発
生させ、必要量の循環排気量を確保する。

この場合、必要に応じて循環排気量を自由に制御でき、
部分負荷域等を含めて運転条件により、ＮＯｘとパーテ
ィキュレイトを共に低減できる。

（発明の効果）以上のように本発明によれば、二段燃料噴射や排気再循
環によりＮＯｘを大幅に低減できる一方、これにより相
対的に増加するパーティキュレイトはトラップフィルタ
で捕捉し、これに伴いトラップフィルタ再生頻度が高く
なっても、吸気中に循環される排気は、過給機からの圧
縮空気と共に吸気冷却器を通るため、仮にフィルタ再生
中であっても、混合吸気の温度は効率よく下がり、吸気
充填効率の低下を防いで、エンジン出力性能やパーティ
キュレイトの悪化を回避でき、また、循環排気を吸気冷
却器を通すことにより、排気と新気の均一的な混合を促
進し、排気循環時の燃焼の安定性を高めることができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を示す概略構成図、第２
図はエンジン断面図、第３図は燃料噴射ノズルの断面図
、第４図は燃料噴射ポンプの断面図、第５図は本発明に
よる排気循環時のＮＯｘとパーティキュレイトの発生状
態を示す特性図、第６図、第７図は第２、第３の実施例
を示す概略構成図、第８図は従来例の概略構成図である
。１・・・エンジン本体、２・・・吸気通路、３・・・排
気通路、４・・・排気循環通路、５・・・トラップフィ
ルタ、７・・・過給機、７ｍ・・・タービン、７ｂ・・
・コンプレッサ、８・・・インタークーラ。１１１図３−　　猪翫遁踵　７−ｉａ絵職８−−−インク−７−７第図箭図第５図Ｃ１Ｉ８図

Claims

【特許請求の範囲】

１、燃料圧力に応じて段階的にリフトしてエンジン燃焼
室に燃料を二段噴射するノズルと、排気の一部を吸気中
に循環させる排気再循環装置と、吸気を過給する過給機
とを備えたディーゼルエンジンにおいて、排気中のパー
ティキュレイトを捕集するトラップフィルタと、過給機
コンプレッサの下流に配置した吸気冷却器と、トラップ
フィルタの下流から取出した排気を吸気冷却器の上流に
導入する排気循環通路とを備えることを特徴とする過給
機付ディーゼルエンジン。