JPH0541264Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案は、デイーゼルエンジン、特に車両用に
好適なデイーゼルエンジンに関するものである。

（従来の技術） トラツク等の車両用デイーゼルエンジンにおい
ては、一般に列型又は分配燃料噴射ポンプと、エ
ンジンの各シリンダに装着された燃料噴射ノズル
とからなる燃料供給装置を具えており、各シリン
ダ内で給気が十分に圧縮されたときに、上記噴射
ポンプによつて加圧された燃料が、燃料噴射ノズ
ルからシリンダ内に噴射されて着火燃焼するよう
に構成されている。上記燃料噴射ノズルからシリ
ンダ内に噴射された燃料液粒のうち、比較的大径
の粒子は、シリンダ内の高温圧縮空気に接してそ
の表面層が気化しながら燃焼し所謂拡散燃焼を行
なうので、空気利用率が低く不完全燃焼を起し易
いために、排気ガス中のスモーク（黒煙）の原因
となる。特に、エンジンの負荷が増大して、シリ
ンダ内に供給される燃料量が給気量に対し相対的
に増大した場合、スモークの原因となる大径の燃
料粒子が当然増加するので、スモーク性能が悪化
する一般的傾向がある。

そこで、圧縮行程において給気がシリンダ内で
圧縮され昇温しても、自己着火を生起しない程度
の少量の燃料を給気管（通常は給気マニホールド
の集合部）内に噴射して、圧縮行程の最初から空
気と燃料とを接触させることによつて燃料の気化
を促進し、残余の大部分の燃料を圧縮上死点付近
でシリンダ内に噴射して着火燃焼させることによ
り、排気ガス中のスモークを低減するようにした
所謂フユミゲーシヨン燃料供給装置が提案されて
いる。

上記フユミゲーシヨンを行なうことによつて、
同一出力レベルで比較した場合、確かに排気ガス
中のスモークを減少し得る利点はあるが、一方で
排気ガス中のHCが増加する不具合がある。これ
は、フユミゲーシヨンによつて給気に予混合され
た燃料の気化が効果的に促進されるために、圧縮
行程において、例えばピストンとシリンダ壁との
間の隙間等の冷却されて燃焼が起りにくい部分、
所謂クエンチングゾーンに進入する給気中の気化
したHCが、燃焼することなくそのまま排気ガス
として排出されることに基因するものである。上
記排気ガス中のHCを除去するために、ハニカム
構造或いはペレツト状をなすセラミツクス担体の
表面に酸化触媒を担持させたエレメントを内蔵し
た触媒コンバータ（マフラを兼ねることもある）
をエンジンの排気系内に介装することが、特にガ
ソリンエンジンにおいて広く実用に供せられ、そ
の効果が認められている。

一方、デイーゼルエンジンの排気ガス中に含ま
れているスモーク（黒煙）の主体は、燃料の不完
全燃焼によつて発生した炭素粒子であり、これに
通常少量の未燃燃料が付着した所謂パテイキユレ
ートが環境の汚染防止の観点から問題とされてい
る。従来、上記パテイキユレートの排出を低減す
るために、エンジンの排気ガス通路内に、セラミ
ツクス製ハニカム構造のフイルタ部材を内蔵した
トラツプ装置を介装して、排気ガス中に含まれて
いるパテイキユレートの相当部分（例えば50％〜
80％）を捕集しようとする試みがなされている。
上記フイルタ部材によつて捕集されたパテイキユ
レートは、フイルタ部材の目詰りを防止するため
に、トラツプ装置内に設けられた電気的加熱装置
又は同トラツプ装置に接続されたバーナ装置を作
動させて焼却し所謂再生を行なう必要がある。フ
イルタ部材の再生のために、電気的加熱装置を用
いる場合は、大容量の電熱装置、バツテリ及び充
電装置を必要とし、またバーナ装置を用いる場合
は、専用の燃料供給装置及び二次空気供給用の空
気ポンプ等を必要とし、排気管の構造も可成複雑
になる。

（考案が解決しようとする問題点） 本考案は、排気ガス中に含まれている上記パテ
イキユレートの環境への排出を効果的に抑制する
ことができるデイーゼルエンジンを提供すること
を目的とするものである。

（考案が解決しようとする問題点） 本考案は、上記目的を達成するために創案され
たもので、エンジンの各シリンダ内に直接燃料を
供給する通常の燃料供給装置と、各シリンダに供
給される燃料の一部を給気管内に噴射するフユミ
ゲーシヨン燃料供給装置と、エンジンの排気管内
に設けられた酸化触媒付パテイキユレートトラツ
プ又は酸化触媒付排気浄化装置とを具え、エンジ
ンの排気ガス温度が設定温度以上のエンジン運転
領域において、上記フユミゲーシヨン燃料供給装
置が作動するように構成されたことを特徴とする
デイーゼルエンジンを要旨とするものである。

（作用） 本考案によれば、エンジンの負荷が大きく排気
ガス温度が設定温度より高いエンジン運転領域に
おいてフユミゲーシヨン燃料供給装置が作動され
る。上記設定温度は、排気管内に設けられたパテ
イキユレートトラツプ又は排気浄化装置の酸化触
媒が有効に作動してHCを酸化させ実質的に無害
な物質に変換させる温度である。元来パテイキユ
レートの発生が多いエンジンの高負荷運転時に、
フユミゲーシヨンを行なうことによつて、既に述
べたようにパテイキユレートの発生が効果的に抑
制されると共に、フユミゲーシヨンの結果として
増加するHCは、パテイキユレートトラツプ又は
排気浄化装置の酸化触媒によつて実質的に無害な
物質に変換される。更に、酸化触媒がパテイキユ
レートトラツプのフイルタ部材に担持されている
前者の場合は、発生を抑制されたパテイキユレー
トがフイルタ部材によつて捕集され、捕集された
ままHCの酸化反応による発熱によつて燃焼させ
ることができるので、フイルタ部材の再生用電熱
装置又はバーナ装置を省略し、又は少くともこれ
らの容量を小さくすることができる。

（実施例） 以下本考案の実施例を添付図面について具体的
に説明する。図中符号１０は車両用のデイーゼル
エンジンを総括的に示し、同エンジンは複数（図
示の場合は４個）のシリンダ１２と、上記各シリ
ンダ１２に連結する給気マニホールド１４及び排
気マニホールド１６を含む排気管１８とを具えて
いる。各シリンダ１２に、自体周知の燃料噴射ノ
ズル２０が装着され、各噴射ノズル２０は、エン
ジン１０のクランク軸に連動して駆動される周知
の燃料噴射ポンプ２２（図示の場合、列型噴射ポ
ンプが例示されているが、分配型噴射ポンプでも
よい）に連結され、エンジン１０の運転状態に応
じて制御されたタイミングで適当な量の燃料を各
シリンダ１２に供給する。即ち、上記燃料噴射ノ
ズル２０と燃料噴射ポンプ２２と、両者を連結す
る燃料噴射管２４とによつて、通常の燃料供給装
置が構成される。

上記給気マニホールド１４の集合部にフユミゲ
ーシヨン用の燃料噴射ノズル２６が設けられ、同
噴射ノズル２６は燃料噴射管２８を介して燃料供
給ポンプ３０に接続されている。上記燃料供給ポ
ンプ３０は、好ましくは常用の燃料噴射ポンプ２
２と同様に、エンジン１０のクランク軸に連動し
て駆動され、フユミゲーシヨン燃料の噴射時に
は、各シリンダ１２の吸入行程において上記燃料
噴射ノズル２６に加圧された少量の燃料を供給す
る。また、燃料噴射ノズル２６は、アクチユエー
タ３２によつて閉鎖した休止位置と、燃料を噴射
することができる作動位置とに制御され、更にア
クチユエータ３２はコントローラ３４の制御信号
に応答して作動する。

前記排気管１８の適所、好ましくは排気温度が
高い排気マニホールド１６に近い部分に、セラミ
ツクス製ハニカム構造のフイルタ部材３６を内蔵
したパテイキユレートトラツプ３８が設けられ、
上記フイルタ部材３６は、そのセラミツクス製ハ
ニカム構造体の表面に適宜の酸化触媒が担持され
ている。パテイキユレートトラツプ３８の上流側
の排気管に排気ガスの温度を検知する温度センサ
４０が設けられ、その出力信号t_eが上記コントロ
ーラ３４に入力されている。また上記パテイキユ
レートトラツプ３８の下流側に、通常のマフラ４
２が設けられ、エンジン１０の排気ガスは、同マ
フラからテールパイプを経て外部に放出される。

上記構成において、エンジン１０が、縦軸にト
ルクＴをとり横軸にエンジン回転数N_eをとつて
示した第２図の出力特性図中における領域Ａで運
転しているときは、排気ガス温度が設定値より低
いため、温度センサ４０の出力信号t_eを受けたコ
ントローラ３４は、アクチユエータ３２に対して
燃料供給ポンプ３０を休止位置に保持する制御信
号を供給している。（なお、第１図に点線で示し
たように、同じ信号が燃料供給ポンプ３０に供給
され、同ポンプが無負荷運転するか或いは休止す
るように構成することが好ましい。）従つてエン
ジン１０は、フユミゲーシヨンを行なうことなく
通常の燃料供給装置、即ち燃料噴射ポンプ２２及
び燃料噴射ノズル２０によつて燃料を供給されて
運転し、この運転領域では、一般に排気ガス中の
スモーク量が少なく、勿論パテイキユレートも少
ない。またフユミゲーシヨンが行なわれないの
で、排気ガス中のHCの量も少ない。

次に、エンジン１０が、第２図に斜線を施した
領域Ｂで運転して排気ガス温度が設定値以上にな
ると、温度センサ４０の信号に応じコントローラ
３４がアクチユエータ３２に駆動信号を供給し、
燃料噴射ノズル２６が作動状態となる。そこで燃
料供給ポンプ３０から供給された加圧燃料が、各
シリンダ１２の吸入行程において給気マニホール
ド１４内に噴射され、フユミゲーシヨンが行なわ
れる。既に説明したように、フユミゲーシヨンを
行なうことによつて、本来スモークが増加しやす
い運転領域Ｂにおけるスモーク量が、同一出力レ
ベルで比較して通常のエンジンより十分に低減さ
れるが、一方排気ガス中のHCが増加する。上記
設定温度は、フイルタ部材３６の酸化触媒が、効
果的にHCを実質的に無害な物質に変換し得る温
度（触媒の性質によつて差異はあるが、一般には
300℃以上の場合が多い）に選ばれているので、
排気ガス中のHCはフイルタ部材３６内で効果的
に低減され、少量のHCを含んだ排気ガスがマフ
ラ４２を経て外気に排出される。一方、エンジン
１０の運転領域Ａ及び運転領域Ｂに発生したスモ
ークは、パテイキユレートトラツプ３８のフイル
タ部材３６によりパテイキユレートとして相当量
が捕集され、残り少量のパテイキユレートを含ん
だ排気ガスが外部に放出される。エンジン１０の
累積運転時間の増大と共に、フイルタ部材３６に
は次第にパテイキユレートが蓄積されることとな
るが、エンジン１０が領域Ｂで運転する際に、上
記触媒によつて生起するHCの発熱酸化反応によ
つて、フイルタ部材３６の温度が上昇し、パテイ
キユレートの燃焼温度（通常400℃以上といわれ
ている）に達すると、パテイキユレートが自然に
燃焼して所謂再生が行なわれ、フイルタ部材３６
の目詰まりが解消される。

上述したように、エンジン１０の運転状態に応
じて適切にフユミゲーシヨンを行なうことによつ
て、多くの場合、パテイキユレートトラツプ３８
に、再生手段としての電熱装置やバーナ装置を必
要とせず、しかも排気ガス中のHC及びパテイキ
ユレートを同時に低減することができる。また、
エンジン１０の性質により、パテイキユレートト
ラツプ３８の再生手段として電熱装置やバーナ装
置の設置が必要な場合でも、上記酸化触媒による
HCの反応熱量に相応する分だけ、電熱装置やバ
ーナ装置の容量を小さくし、伴れて重量、価格、
設置スペース等を低減し得ることは明らかであ
る。

更に、上記実施例におけるパテイキユレートト
ラツプ３８に代え、単なる酸化触媒付排気浄化装
置（一般に触媒コンバータと呼ばれている）を用
いて、上記と同様のフユミゲーシヨン制御を行な
うことができる。フユミゲーシヨンをエンジン１
０の運転状態に応じ適切に行なうことによつて、
本来的に排気ガス中のパテイキユレートの量を低
減することができ（勿論トラツプで捕集されない
分だけ上記実施例より増加することは免れない）、
また増加するHCは酸化触媒によつて処理される
ので、最終的に環境に排出されるパテイキユレー
ト及びHCが通常のエンジンと較べ効果的に低減
される利点がある。なお、第１図に点線矢印で示
したように、温度センサ４０に代えエンジンの負
荷を表わす信号Ｌ、回転数を表わす信号N_eを用
い、第２図の領域Ｂをマツプ化して上記同様の制
御を行なうことができ、更にスモーク発生に影響
がある大気圧、大気温度、エンジン冷却水温等の
信号を補助的信号としてコントローラ３４に供給
し、フユミゲーシヨン制御を行なうことができ
る。

（考案の効果） 叙上のように、本考案に係るデイーゼルエンジ
ンは、エンジンの各シリンダ内に直接燃料を供給
する通常の燃料供給装置と、各シリンダに供給さ
れる燃料の一部を給気管内に噴射するフユミゲー
シヨン燃料供給装置と、エンジンの排気管内に設
けられた酸化触媒付パテイキユレートトラツプ又
は酸化触媒付排気浄化装置とを具え、エンジンの
排気ガス温度が設定温度以上のエンジン運転領域
において、上記フユミゲーシヨン燃料供給装置が
作動するように構成されたことを特徴とし、最終
的に外気に排出される排気ガス中のパテイキユレ
ート及びHCを効果的に低減することができるの
で、実用上有益である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例を示す概略構成図、
第２図は第１図に示したエンジンの運転特性を示
す線図である。 １０……エンジン、１２……シリンダ、１４…
…給気マニホールド、１６……排気マニホール
ド、２０……燃料噴射弁、２２……燃料噴射ポン
プ、２６……フユミゲーシヨン用燃料噴射ノズ
ル、３０……燃料供給ポンプ、３２……アクチユ
エータ、３４……コントローラ、３６……フイル
タ部材、３８……パテイキユレートトラツプ、４
２……マフラ。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. エンジンの各シリンダ内に直接燃料を供給する
   通常の燃料供給装置と、各シリンダに供給される
   燃料の一部を給気管内に噴射するフユミゲーシヨ
   ン燃料供給装置と、エンジンの排気管内に設けら
   れた酸化触媒付パテイキユレートトラツプ又は酸
   化触媒付排気浄化装置とを具え、エンジンの排気
   ガス温度が設定温度以上のエンジン運転領域にお
   いて、上記フユミゲーシヨン燃料供給装置が作動
   するように構成したことを特徴とするデイーゼル
   エンジン。