JPH09177640A - 高サック容積を有する燃料噴射器による燃焼排気ガス清浄化システムとその方法 - Google Patents
高サック容積を有する燃料噴射器による燃焼排気ガス清浄化システムとその方法Info
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- Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 比較的大型の希薄燃焼型ディーゼルエンジン
からの排気ガスを清浄化するのに特に適するシステムを
開示する。 【解決手段】 エミッション清浄化システムは、燃料噴
射器のサック容積を大きくすることによって、燃料噴射
器のニードルチェックバルブを閉じた後、エンジン燃料
噴射器を通って最適な量の燃料を加えることになる。最
適量とは、排気ガスが、噴射器の下流側に配置されてい
る適当な脱窒素触媒および酸化触媒を通るときに、与え
られたエンジン作動状態と排気ガス温度に対して最適な
窒素酸化物低減率を達成する量のことである。本発明の
エミッション清浄化システムは、適当なレベルで炭化水
素エミッショを維持しながら、システムの複雑さをかな
り減少させて排気ガスの窒素酸化物の含有量を著しく低
減させることができる。
からの排気ガスを清浄化するのに特に適するシステムを
開示する。 【解決手段】 エミッション清浄化システムは、燃料噴
射器のサック容積を大きくすることによって、燃料噴射
器のニードルチェックバルブを閉じた後、エンジン燃料
噴射器を通って最適な量の燃料を加えることになる。最
適量とは、排気ガスが、噴射器の下流側に配置されてい
る適当な脱窒素触媒および酸化触媒を通るときに、与え
られたエンジン作動状態と排気ガス温度に対して最適な
窒素酸化物低減率を達成する量のことである。本発明の
エミッション清浄化システムは、適当なレベルで炭化水
素エミッショを維持しながら、システムの複雑さをかな
り減少させて排気ガスの窒素酸化物の含有量を著しく低
減させることができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、一般的に燃焼排気ガス
の浄化に関する。より詳細には、本発明は、エンジンの
排気ガスの流れを処理して窒素酸化物をガスの流れから
取り除くことに関する。
の浄化に関する。より詳細には、本発明は、エンジンの
排気ガスの流れを処理して窒素酸化物をガスの流れから
取り除くことに関する。
【０００２】
【従来の技術】主としてアメリカ連邦政府の規制のため
に、エンジン製造メーカは燃焼排気ガスの有害な化合物
の量を低減させる義務が課せられている。ディーゼルエ
ンジンおよび所定の火花点火型エンジンを含む希薄ガス
燃焼エンジンの排気ガスの流れにおいて窒素酸化物の濃
度を効率良く低減させるために、窒素触媒の現在の技術
では、十分な濃度の炭化水素（ＨＣ）類が存在すること
を必要とする。すなわち、３パーセント以上の濃度の酸
素環境を有する燃焼排気ガス清浄化システムにおいて、
触媒ベッドを通る窒素酸化化合物を許容可能な低減レベ
ルにするために、ある種の、通常は炭化水素化合物のよ
うな還元剤が排気ガス内に導入されなければならない。
炭化水素を排気ガスの流れに連続してまたは周期的に噴
射させるために炭化水素噴射器を設けること、およびエ
ンジン燃料噴射器からディーゼル燃料の後噴射を行なう
ことを含む、炭化水素を排気ガスの流れに加える様々な
手段が開発されてきた。
に、エンジン製造メーカは燃焼排気ガスの有害な化合物
の量を低減させる義務が課せられている。ディーゼルエ
ンジンおよび所定の火花点火型エンジンを含む希薄ガス
燃焼エンジンの排気ガスの流れにおいて窒素酸化物の濃
度を効率良く低減させるために、窒素触媒の現在の技術
では、十分な濃度の炭化水素（ＨＣ）類が存在すること
を必要とする。すなわち、３パーセント以上の濃度の酸
素環境を有する燃焼排気ガス清浄化システムにおいて、
触媒ベッドを通る窒素酸化化合物を許容可能な低減レベ
ルにするために、ある種の、通常は炭化水素化合物のよ
うな還元剤が排気ガス内に導入されなければならない。
炭化水素を排気ガスの流れに連続してまたは周期的に噴
射させるために炭化水素噴射器を設けること、およびエ
ンジン燃料噴射器からディーゼル燃料の後噴射を行なう
ことを含む、炭化水素を排気ガスの流れに加える様々な
手段が開発されてきた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】不運なことに、これら
の炭化水素を排気ガスに導入する方法では、システムが
複雑になり、費用もかさみ、また炭化水素を最適に気化
できない。本発明は、噴射装置または制御システムを加
えることなく、排気ガスの流れの炭化水素の濃度を増大
させるように、エンジンの燃料噴射器に関する意図的な
設計上の変更を開示する。
の炭化水素を排気ガスに導入する方法では、システムが
複雑になり、費用もかさみ、また炭化水素を最適に気化
できない。本発明は、噴射装置または制御システムを加
えることなく、排気ガスの流れの炭化水素の濃度を増大
させるように、エンジンの燃料噴射器に関する意図的な
設計上の変更を開示する。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明の１態様におい
て、内燃エンジンのエミッション清浄化システムを開示
する。このシステムは、エンジンシリンダ内に配置され
た燃料噴射器を含む。該噴射器は、少なくとも一つの噴
射オリフィスを形成するノズル部分を有する。ノズル部
分は、チェックバルブシートから離れて噴射オリフィス
との流体連通を可能にする位置と、チェックバルブシー
トと係合して噴射オリフィスとの流体連通をブロックす
る閉位置との間を可動なチェックバルブを含む。さら
に、ノズル部分は、チェックシートと噴射オリフィスと
の間に配置された燃料室を含む。燃料室は、チェックバ
ルブが閉位置のときに、所定の燃料量をエンジンシリン
ダに加えるような大きさである。
て、内燃エンジンのエミッション清浄化システムを開示
する。このシステムは、エンジンシリンダ内に配置され
た燃料噴射器を含む。該噴射器は、少なくとも一つの噴
射オリフィスを形成するノズル部分を有する。ノズル部
分は、チェックバルブシートから離れて噴射オリフィス
との流体連通を可能にする位置と、チェックバルブシー
トと係合して噴射オリフィスとの流体連通をブロックす
る閉位置との間を可動なチェックバルブを含む。さら
に、ノズル部分は、チェックシートと噴射オリフィスと
の間に配置された燃料室を含む。燃料室は、チェックバ
ルブが閉位置のときに、所定の燃料量をエンジンシリン
ダに加えるような大きさである。
【０００５】本発明の別の態様において、内燃エンジン
エミッションを低減させる方法を開示する。この方法は
噴射器を内燃エンジンのシリンダに配置する段階からな
る。噴射器は、シリンダへの燃料噴射を制御するチェッ
クバルブと、このチェックバルブの下流側の燃料容積部
とを含む。この方法は、圧縮行程の間チェックバルブを
実質的に開いて主燃料噴射を開始し、圧縮行程の間チェ
ックバルブを閉じて燃料噴射を終了する段階を含む。次
いで燃料は下流側の燃料容積部から内燃エンジンのシリ
ンダに排出される。
エミッションを低減させる方法を開示する。この方法は
噴射器を内燃エンジンのシリンダに配置する段階からな
る。噴射器は、シリンダへの燃料噴射を制御するチェッ
クバルブと、このチェックバルブの下流側の燃料容積部
とを含む。この方法は、圧縮行程の間チェックバルブを
実質的に開いて主燃料噴射を開始し、圧縮行程の間チェ
ックバルブを閉じて燃料噴射を終了する段階を含む。次
いで燃料は下流側の燃料容積部から内燃エンジンのシリ
ンダに排出される。
【０００６】
【実施例】図１を参照すると、本発明の好ましい実施例
に関する排気ガス清浄化システム１０が内燃エンジン１
２に使用される状態で図示されている。現在、本発明
は、希薄ガスディーゼルエンジンに関して最良の用途で
あることがわかる。しかしながら、本発明は全ての内燃
エンジンに適用できる。排気ガスが、エンジン１２から
出て触媒コンバータ１６への途中排気ガス通路１４を通
り、最終的に出口１８から出る。触媒コンバータ１６
は、ゼオライトＺＳＭ５または貴金属がベースの触媒、
またはこれらの組合せのような脱窒素触媒２０を含む。
多くの用途において、脱窒素触媒の下流側に公知の種類
の酸化触媒２２を含むことも好ましい。希薄ガス燃焼デ
ィーゼルエンジンに関する好ましい実施例において、脱
窒素触媒２０および酸化触媒２２の間に第３の触媒２４
を含むことによって、排気ガスが脱窒素触媒２０を通過
した後に存在する好ましくないニトロゲン化合物の低減
を効率的に促進する。
に関する排気ガス清浄化システム１０が内燃エンジン１
２に使用される状態で図示されている。現在、本発明
は、希薄ガスディーゼルエンジンに関して最良の用途で
あることがわかる。しかしながら、本発明は全ての内燃
エンジンに適用できる。排気ガスが、エンジン１２から
出て触媒コンバータ１６への途中排気ガス通路１４を通
り、最終的に出口１８から出る。触媒コンバータ１６
は、ゼオライトＺＳＭ５または貴金属がベースの触媒、
またはこれらの組合せのような脱窒素触媒２０を含む。
多くの用途において、脱窒素触媒の下流側に公知の種類
の酸化触媒２２を含むことも好ましい。希薄ガス燃焼デ
ィーゼルエンジンに関する好ましい実施例において、脱
窒素触媒２０および酸化触媒２２の間に第３の触媒２４
を含むことによって、排気ガスが脱窒素触媒２０を通過
した後に存在する好ましくないニトロゲン化合物の低減
を効率的に促進する。
【０００７】エンジンシリンダヘッド２８に取り付けら
れて燃料をエンジンシリンダ３０に噴射するように位置
決めされているエンジン燃料噴射器２６を通って付加的
な炭化水素がシステムに入る。噴射器２６は、電子制御
式ユニット噴射器、油圧作動式電子制御式ユニット噴射
器、機械作動式噴射器またポンプ及びライン燃料噴射シ
ステムと結合された噴射器に限定されないが、これらを
含む従来の設計のいかなるものでもよい。燃料噴射器２
６は、先端３４と、これの中に形成されている少なくと
も一つのオリフィス３６を有するノズル部分３２を含
む。このノズル部分は、ニードルチェックバルブ３８、
チェックバルブシート４０、および付勢ばね４２を含
む。チェックバルブは、チェック４３がチェックバルブ
シート４０と密接して接触し、噴射オリフィス３６との
流体連通をブロックする第１の位置と、チェック４３が
チェックシート４０から離れ噴射オリフィス３６との流
体連通を可能にする第２すなわち開位置との間を可動で
ある。付勢バネ４２は、チェック４３を閉位置の方向に
付勢するようチェック４３に作用する。
れて燃料をエンジンシリンダ３０に噴射するように位置
決めされているエンジン燃料噴射器２６を通って付加的
な炭化水素がシステムに入る。噴射器２６は、電子制御
式ユニット噴射器、油圧作動式電子制御式ユニット噴射
器、機械作動式噴射器またポンプ及びライン燃料噴射シ
ステムと結合された噴射器に限定されないが、これらを
含む従来の設計のいかなるものでもよい。燃料噴射器２
６は、先端３４と、これの中に形成されている少なくと
も一つのオリフィス３６を有するノズル部分３２を含
む。このノズル部分は、ニードルチェックバルブ３８、
チェックバルブシート４０、および付勢ばね４２を含
む。チェックバルブは、チェック４３がチェックバルブ
シート４０と密接して接触し、噴射オリフィス３６との
流体連通をブロックする第１の位置と、チェック４３が
チェックシート４０から離れ噴射オリフィス３６との流
体連通を可能にする第２すなわち開位置との間を可動で
ある。付勢バネ４２は、チェック４３を閉位置の方向に
付勢するようチェック４３に作用する。
【０００８】ノズル先端３４は、さらに噴射オリフィス
３６と流体連通しチェクシート４０と噴射オリフィス３
６との間に配置された燃料室、すなわちサック（ＳＡ
Ｃ）容積部４４を含む。エンジン排気エミッションを最
小にするように、燃料噴射には鋭利な端部を有すること
が好ましいことは、本分野において一致した考えであっ
た。従って、従来の噴射器において、チェックバルブ３
８の閉鎖後にシステムに入る付加的な燃料を取り除くよ
うにサック容積は最小とされてきた。本発明において、
サック容積部４４は、主燃料噴射後に付加的な燃料が排
気システムに入るように、従来の燃料噴射器以上に大き
くなっている。サック容積部は、エンジンの膨張行程の
間、最適な量の燃料が噴射器先端３４で気化されるか、
またはエンジンの排気行程の間、噴射オリフィス３６か
ら噴霧されるような大きさである。最適量は、排気ガス
温度とエンジン１２の作動状態とに依存する。最適量と
は、噴射される炭化水素量が著しく増大して粒子エミッ
ションが増大し燃料消費率が高くなる、ということがな
く与えられた排気温度と作動状態に対して全体の窒素酸
化物を最大限に減少させる燃料量のことをいう。排気ガ
ス内の窒素酸化物の含有量がエンジンの作動状態の大き
い要因であり、これらの２つの変数の関係はエンジン形
状によって変わり、到底予測のつかないものである。さ
らに、窒素酸化物の減少となる化学反応は、排気ガス温
度に影響を受けるが、この関係もまた非線形であり、今
日の成形ツールでは十分に予測できない。その結果とし
て、本発明の好ましい実施例において、与えられたエン
ジンの構造に対して経験的なデータが得られ、経験的に
得られた最適量がサック容積の大きさを求めるのに用い
られる。サック容積は、２つの手段のうち１つの手段に
よる大きさである。第１に、サック容積は、窒素酸化物
の多量発生の状態に相当する高負荷状態のような、特定
のエンジン状態で窒素酸化物のエミッショを最大限低減
させるような大きさである。第２の好ましい方法は、エ
ンジンの作動状態の全範囲にわたる最適な量を求め、作
動範囲の最大の範囲に対する窒素酸化物の低減を最大に
するようにサック容積の大きさを決めることである。こ
の方法において、一つの状態に対して、窒素酸化物の低
減は最大限に可能な程度まで達成できないであろうが、
エンジンの全体としての窒素酸化物の状態は減少され
る。全てのエンジン状態で窒素酸化物を最大限に減少さ
せるために、サックの容積を大きくすることもできる。
しかしながら、これは窒素酸化物生成の低い作動状態で
過度の量の炭化水素を添加することが必要とされる。こ
の過度の量の燃料添加のために、著しく燃料消費を損失
し、粒子エミッションの増大を生み出すことになる。
公知の炭化水素噴射システムにおいて、噴射の頻度は、
最適な変換効率と噴射器の寿命との間の均衡を考慮して
選択される。より高頻度の噴射が変換をより効率的にす
るが、噴射サイクル数の増大のために噴射器の寿命がよ
り短くなる。本発明は、シリンダの各点火後に付加的な
炭化水素を加えることができ、これにより脱窒素触媒の
変換効率が最高になるという利点をさらに有する。本発
明は、付加的な炭化水素をエンジンシリンダに加え、排
気ガスの温度と圧力が高くなるほど、気化の状態をより
良くしてシステムの効率を高めるという利点も有する。
３６と流体連通しチェクシート４０と噴射オリフィス３
６との間に配置された燃料室、すなわちサック（ＳＡ
Ｃ）容積部４４を含む。エンジン排気エミッションを最
小にするように、燃料噴射には鋭利な端部を有すること
が好ましいことは、本分野において一致した考えであっ
た。従って、従来の噴射器において、チェックバルブ３
８の閉鎖後にシステムに入る付加的な燃料を取り除くよ
うにサック容積は最小とされてきた。本発明において、
サック容積部４４は、主燃料噴射後に付加的な燃料が排
気システムに入るように、従来の燃料噴射器以上に大き
くなっている。サック容積部は、エンジンの膨張行程の
間、最適な量の燃料が噴射器先端３４で気化されるか、
またはエンジンの排気行程の間、噴射オリフィス３６か
ら噴霧されるような大きさである。最適量は、排気ガス
温度とエンジン１２の作動状態とに依存する。最適量と
は、噴射される炭化水素量が著しく増大して粒子エミッ
ションが増大し燃料消費率が高くなる、ということがな
く与えられた排気温度と作動状態に対して全体の窒素酸
化物を最大限に減少させる燃料量のことをいう。排気ガ
ス内の窒素酸化物の含有量がエンジンの作動状態の大き
い要因であり、これらの２つの変数の関係はエンジン形
状によって変わり、到底予測のつかないものである。さ
らに、窒素酸化物の減少となる化学反応は、排気ガス温
度に影響を受けるが、この関係もまた非線形であり、今
日の成形ツールでは十分に予測できない。その結果とし
て、本発明の好ましい実施例において、与えられたエン
ジンの構造に対して経験的なデータが得られ、経験的に
得られた最適量がサック容積の大きさを求めるのに用い
られる。サック容積は、２つの手段のうち１つの手段に
よる大きさである。第１に、サック容積は、窒素酸化物
の多量発生の状態に相当する高負荷状態のような、特定
のエンジン状態で窒素酸化物のエミッショを最大限低減
させるような大きさである。第２の好ましい方法は、エ
ンジンの作動状態の全範囲にわたる最適な量を求め、作
動範囲の最大の範囲に対する窒素酸化物の低減を最大に
するようにサック容積の大きさを決めることである。こ
の方法において、一つの状態に対して、窒素酸化物の低
減は最大限に可能な程度まで達成できないであろうが、
エンジンの全体としての窒素酸化物の状態は減少され
る。全てのエンジン状態で窒素酸化物を最大限に減少さ
せるために、サックの容積を大きくすることもできる。
しかしながら、これは窒素酸化物生成の低い作動状態で
過度の量の炭化水素を添加することが必要とされる。こ
の過度の量の燃料添加のために、著しく燃料消費を損失
し、粒子エミッションの増大を生み出すことになる。
公知の炭化水素噴射システムにおいて、噴射の頻度は、
最適な変換効率と噴射器の寿命との間の均衡を考慮して
選択される。より高頻度の噴射が変換をより効率的にす
るが、噴射サイクル数の増大のために噴射器の寿命がよ
り短くなる。本発明は、シリンダの各点火後に付加的な
炭化水素を加えることができ、これにより脱窒素触媒の
変換効率が最高になるという利点をさらに有する。本発
明は、付加的な炭化水素をエンジンシリンダに加え、排
気ガスの温度と圧力が高くなるほど、気化の状態をより
良くしてシステムの効率を高めるという利点も有する。
【０００９】付加的な炭化水素がシステムに加えられる
ときの、エンジンサイクル中のタイミングはエンジン作
動状態とともに変わる。エンジンが高負荷状態で運転さ
れているか、あるいはアイドルで作動しているかによっ
て、シリンダ内の高温のために噴射器の先端３４から燃
料が気化されるか、または、その代わりにエンジンシリ
ンダ内の燃料の速度が速くシリンダ内の温度がより低い
排気行程中に、付加的な燃料が噴射オリフィスを通って
噴霧されるかどうかが決まるる。排気行程中、燃料がエ
ンジンシリンダに噴霧されるように、サック容積部４４
内の燃料を保持するか、または排気ガス行程中に燃料を
より短時間で気化できるように、噴射器２６の先端３４
を変更することも可能である。好ましい実施例のみを図
示して説明してきたが、多くの別の実施例も本発明の範
囲内にあることがわかる。例えば、好ましい実施例は、
４サイクル内燃エンジンを開示するが、本発明は、２サ
イクルエンジンにも同じように適用できる。このよう
に、上述の実施例は、本発明の例にすぎず、本発明の全
体の範囲は請求の範囲によってのみ定義される。
ときの、エンジンサイクル中のタイミングはエンジン作
動状態とともに変わる。エンジンが高負荷状態で運転さ
れているか、あるいはアイドルで作動しているかによっ
て、シリンダ内の高温のために噴射器の先端３４から燃
料が気化されるか、または、その代わりにエンジンシリ
ンダ内の燃料の速度が速くシリンダ内の温度がより低い
排気行程中に、付加的な燃料が噴射オリフィスを通って
噴霧されるかどうかが決まるる。排気行程中、燃料がエ
ンジンシリンダに噴霧されるように、サック容積部４４
内の燃料を保持するか、または排気ガス行程中に燃料を
より短時間で気化できるように、噴射器２６の先端３４
を変更することも可能である。好ましい実施例のみを図
示して説明してきたが、多くの別の実施例も本発明の範
囲内にあることがわかる。例えば、好ましい実施例は、
４サイクル内燃エンジンを開示するが、本発明は、２サ
イクルエンジンにも同じように適用できる。このよう
に、上述の実施例は、本発明の例にすぎず、本発明の全
体の範囲は請求の範囲によってのみ定義される。
【００１０】燃料噴射器２６によって付加的な炭化水素
を燃焼室に直接噴射することによって、触媒による好ま
しくない汚染物を取り除く効率が驚くべきほど高くな
る。この効率と有効性の向上は、炭化水素が噴射される
頻度を多くし、最適な変換を達成することによって生じ
る。本発明は、エンジン燃料システムを用い、エンジン
カムの設計またはエンジン制御ソフトウェアを変更する
ことなく、付加的な燃料を加えることができるので、別
の噴射制御設備を必要としない。付加的な炭化水素を排
気システムに加えるように燃料噴射器を用いることによ
って、別個の炭化水素噴射器と、ほとんどの脱炭化水素
変換システムにおいて見られる付帯的設備を必要としな
い。このことは、システムの複雑さをかなり減少させる
ことになり、一般的に噴射器は、熱く過酷な環境に配置
されており、液体冷却システムを使用することが必要と
されたり、または空気を導入して空気と窒素酸化物還元
剤を混合し、十分に冷却を行なって器具が損傷をうけな
いようにしているので、システムの信頼性が高まる。
を燃焼室に直接噴射することによって、触媒による好ま
しくない汚染物を取り除く効率が驚くべきほど高くな
る。この効率と有効性の向上は、炭化水素が噴射される
頻度を多くし、最適な変換を達成することによって生じ
る。本発明は、エンジン燃料システムを用い、エンジン
カムの設計またはエンジン制御ソフトウェアを変更する
ことなく、付加的な燃料を加えることができるので、別
の噴射制御設備を必要としない。付加的な炭化水素を排
気システムに加えるように燃料噴射器を用いることによ
って、別個の炭化水素噴射器と、ほとんどの脱炭化水素
変換システムにおいて見られる付帯的設備を必要としな
い。このことは、システムの複雑さをかなり減少させる
ことになり、一般的に噴射器は、熱く過酷な環境に配置
されており、液体冷却システムを使用することが必要と
されたり、または空気を導入して空気と窒素酸化物還元
剤を混合し、十分に冷却を行なって器具が損傷をうけな
いようにしているので、システムの信頼性が高まる。
【００１１】排気ガスエミッションシステムの作動につ
いて記載する。主燃料噴射器の完了時に、燃料噴射器２
６の先端３４内でチェックバルブ３８が閉じて、燃料噴
射加圧室と噴射器オリフィス３６との間の流体連通をブ
ロックする。しかしながら、燃料はサック容積部４４内
に保持されている。噴射器に対する変更によって、チェ
ックバルブ３８の下流側からチェックシート４０の境界
面にある燃料量が増大する構成とする。チェックバルブ
閉じた後、燃料の凝集特性とエンジンシリンダ内の高圧
縮力のために、この燃料量が燃料噴射器内に保持され
る。この付加的な燃料は、２つのうち１つの方法によっ
て噴射器オリフィスから出る。第１に、エンジンシリン
ダ内の圧力が十分に低レベルにまで降下し、エンジンシ
リンダ内の燃料の速度が噴射器オリフィスを通して燃料
を噴霧するのに十分なほど速いとき、燃料は、排気行程
中に噴射オリフィスから出る。燃料が空気に入り、引き
続いて排気マニホルドに排出される。この方法は、噴射
器先端内の温度が燃料を気化させるほど十分には高くな
い場合に発生する。排気行程は、排気バルブ４８が開
き、ピストン５０が排気ガスをエンジンシリンダから押
し出すように作用するときのエンジンサイクル中の１部
である。あるいは、サック容積内の温度は、膨張行程の
間十分に高く、燃料が気化し、噴射器先端３４から蒸発
し、排気バルブが開いているとき排気システムに入るよ
うになる。膨張行程は、吸気および排気バルブ４６と４
８（図示せず）がそれぞれ閉じてエンジンシリンダ内の
燃料の点火によって、シリンダ内の圧力が相当高くな
り、ピストン５０を上死点から下死点位置まで動かすと
きのエンジンサイクル中の一部である。
いて記載する。主燃料噴射器の完了時に、燃料噴射器２
６の先端３４内でチェックバルブ３８が閉じて、燃料噴
射加圧室と噴射器オリフィス３６との間の流体連通をブ
ロックする。しかしながら、燃料はサック容積部４４内
に保持されている。噴射器に対する変更によって、チェ
ックバルブ３８の下流側からチェックシート４０の境界
面にある燃料量が増大する構成とする。チェックバルブ
閉じた後、燃料の凝集特性とエンジンシリンダ内の高圧
縮力のために、この燃料量が燃料噴射器内に保持され
る。この付加的な燃料は、２つのうち１つの方法によっ
て噴射器オリフィスから出る。第１に、エンジンシリン
ダ内の圧力が十分に低レベルにまで降下し、エンジンシ
リンダ内の燃料の速度が噴射器オリフィスを通して燃料
を噴霧するのに十分なほど速いとき、燃料は、排気行程
中に噴射オリフィスから出る。燃料が空気に入り、引き
続いて排気マニホルドに排出される。この方法は、噴射
器先端内の温度が燃料を気化させるほど十分には高くな
い場合に発生する。排気行程は、排気バルブ４８が開
き、ピストン５０が排気ガスをエンジンシリンダから押
し出すように作用するときのエンジンサイクル中の１部
である。あるいは、サック容積内の温度は、膨張行程の
間十分に高く、燃料が気化し、噴射器先端３４から蒸発
し、排気バルブが開いているとき排気システムに入るよ
うになる。膨張行程は、吸気および排気バルブ４６と４
８（図示せず）がそれぞれ閉じてエンジンシリンダ内の
燃料の点火によって、シリンダ内の圧力が相当高くな
り、ピストン５０を上死点から下死点位置まで動かすと
きのエンジンサイクル中の一部である。
【００１２】排気バルブが開き、ピストンがエンジンシ
リンダから排気ガスを押し出すように作用するとき、排
気ガスと付加的な炭化水素が触媒コンバータ１６に入
る。１実施例において、触媒コンバータは、３つの別個
の副室に分けられる。第１の副室は、本専門分野におい
て公知のようにいくつかの脱窒素触媒２０のうち１つで
コーティングされている基板を含むが、ＺＳＭ５のよう
なゼオライト、または貴金属がベースの触媒またはこれ
らの混合物のような触媒の一つでコーティングされるの
が好ましい。この第１の副室を通った後、排気ガスの流
れのほぼ８０パーセントかそれ以上の窒素酸化化合物が
減少している。しかしながら、炭化水素を排気ガスに添
加することによって行なわれる化学反応と脱窒素触媒２
０との反応のために、アンモニアのような別の好ましく
ないニトロゲンを含む化合物が生成されることがある。
リンダから排気ガスを押し出すように作用するとき、排
気ガスと付加的な炭化水素が触媒コンバータ１６に入
る。１実施例において、触媒コンバータは、３つの別個
の副室に分けられる。第１の副室は、本専門分野におい
て公知のようにいくつかの脱窒素触媒２０のうち１つで
コーティングされている基板を含むが、ＺＳＭ５のよう
なゼオライト、または貴金属がベースの触媒またはこれ
らの混合物のような触媒の一つでコーティングされるの
が好ましい。この第１の副室を通った後、排気ガスの流
れのほぼ８０パーセントかそれ以上の窒素酸化化合物が
減少している。しかしながら、炭化水素を排気ガスに添
加することによって行なわれる化学反応と脱窒素触媒２
０との反応のために、アンモニアのような別の好ましく
ないニトロゲンを含む化合物が生成されることがある。
【００１３】次いで、排気ガスは、第２の副室を通る。
この副室は、排気ガス内に存在するニトロゲン化合物と
反応し、これを減少させるのに特に適する選択的な触媒
還元剤２４を含む。この第２の副室を通過した後、ほぼ
９０パーセントのニトロゲン化合物が減少されて非毒性
のガスになる。ニトロゲン化合物のほとんどが、排気ガ
スの流れ内のこの点に達する際に排気ガスから取り除か
れ、一方噴射された炭化水素の一部のみが、窒素酸化化
合物を減少させるのに使用されるので、受入れ不可能な
レベルの炭化水素が存在することになる。排気ガス内の
残存する炭化水素を炭酸ガスと水に変換するのに役立つ
ように、第３の副室は、酸化触媒でコーティングされた
複数のセラミック基板を含む。ほとんどの好ましくない
ニトロゲン化合物は、酸化触媒２２に達する前に低減さ
れるので、酸化触媒２２を通る際にわずかな部分の排気
ガスのみが好ましくない窒素酸化化合物に変換される。
このため、残余の炭化水素とは別にして、殆どの排気ガ
スは、第３の副室に含まれた酸化触媒を通ることに影響
を受けない。全ての３つの副室から出る際に、排気ガス
は許容可能なレベルの窒素酸化物と炭化水素の双方を含
む。
この副室は、排気ガス内に存在するニトロゲン化合物と
反応し、これを減少させるのに特に適する選択的な触媒
還元剤２４を含む。この第２の副室を通過した後、ほぼ
９０パーセントのニトロゲン化合物が減少されて非毒性
のガスになる。ニトロゲン化合物のほとんどが、排気ガ
スの流れ内のこの点に達する際に排気ガスから取り除か
れ、一方噴射された炭化水素の一部のみが、窒素酸化化
合物を減少させるのに使用されるので、受入れ不可能な
レベルの炭化水素が存在することになる。排気ガス内の
残存する炭化水素を炭酸ガスと水に変換するのに役立つ
ように、第３の副室は、酸化触媒でコーティングされた
複数のセラミック基板を含む。ほとんどの好ましくない
ニトロゲン化合物は、酸化触媒２２に達する前に低減さ
れるので、酸化触媒２２を通る際にわずかな部分の排気
ガスのみが好ましくない窒素酸化化合物に変換される。
このため、残余の炭化水素とは別にして、殆どの排気ガ
スは、第３の副室に含まれた酸化触媒を通ることに影響
を受けない。全ての３つの副室から出る際に、排気ガス
は許容可能なレベルの窒素酸化物と炭化水素の双方を含
む。
【００１４】実験室の試験では、サックの容積を大きく
することは、エンジン排気ガス内の炭化水素のレベル
を、ニトロゲン還元触媒２０、２６によって必要とされ
るレベルにまで増大させる際にきわめて有効であること
を示した。エンジンの燃料消費率と排気ガスの粒子レベ
ルに顕著に影響を与えずに窒素酸化物を低減させるよう
に働く触媒コンバータ１６の効率を最高にするのに十分
な量の炭化水素を得るためには、サック容積４４の大き
さは重要である。以下の実験室のデータは、本発明にお
いて、エンジンの燃料消費率または粒子レベルを顕著に
増大させることなく、炭化水素レベルを増大させること
ができることを示している。 燃焼排気ガスのエミッション比較 サック容積（ｍｍ3 ） 過渡的エミッション 0.65 1.1 2.3 煙( ％ 不透明) A 14.9 15.3 15.9 B 6.1 2.3 2.7 C 31.9 26.4 30.6 NOx 7.52 6.98 7.60 炭化水素 0.57 0.82 1.78 粒子 0.45 0.46 0.50 定常状態 定格ＢＳＦＣ 210 210 215 本発明の別の態様、目的および利点は、図面、発明の開
示および請求の範囲から得ることができる。
することは、エンジン排気ガス内の炭化水素のレベル
を、ニトロゲン還元触媒２０、２６によって必要とされ
るレベルにまで増大させる際にきわめて有効であること
を示した。エンジンの燃料消費率と排気ガスの粒子レベ
ルに顕著に影響を与えずに窒素酸化物を低減させるよう
に働く触媒コンバータ１６の効率を最高にするのに十分
な量の炭化水素を得るためには、サック容積４４の大き
さは重要である。以下の実験室のデータは、本発明にお
いて、エンジンの燃料消費率または粒子レベルを顕著に
増大させることなく、炭化水素レベルを増大させること
ができることを示している。 燃焼排気ガスのエミッション比較 サック容積（ｍｍ3 ） 過渡的エミッション 0.65 1.1 2.3 煙( ％ 不透明) A 14.9 15.3 15.9 B 6.1 2.3 2.7 C 31.9 26.4 30.6 NOx 7.52 6.98 7.60 炭化水素 0.57 0.82 1.78 粒子 0.45 0.46 0.50 定常状態 定格ＢＳＦＣ 210 210 215 本発明の別の態様、目的および利点は、図面、発明の開
示および請求の範囲から得ることができる。
【図１】本発明の好ましい実施例における燃焼排気ガス
清浄化システムの概略図である。
清浄化システムの概略図である。
【図２】例示的な内燃エンジンシリンダ内に取り付けら
れた本発明による燃料噴射器の部分断面図である。
れた本発明による燃料噴射器の部分断面図である。
【図３】本発明にかかる拡大されたサック容積を有する
燃料噴射器先端の拡大部分断面図である。
燃料噴射器先端の拡大部分断面図である。
１０ 排気ガス清浄化システム １２ 内燃エンジン １４ 排気ガス通路 １６ 触媒コンバータ ２０ 脱窒素触媒 ２２ 酸化触媒 ２４ 第３触媒 ２６ 燃料噴射器 ２８ エンジンシリンダヘッド ３０ エンジンシリンダ ３２ ノズル部分 ３４ 先端 ３６ 噴射オリフィス ３８ チェックバルブ ４０ チェックバルブシート ４３ チェック ４４ サック容積
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ０２Ｍ 61/10 Ｆ０２Ｍ 61/10 Ｆ (72)発明者 デニエル ジェイ ラーニド アメリカ合衆国 イリノイ州 61614 ピ オーリア タムピコ ドライヴ 5808 (72)発明者 ランディー エヌ ピーターソン アメリカ合衆国 イリノイ州 61526 エ ーデルスタイン イースト レイク ショ アー ドライヴ 628 (72)発明者 アーロン エル スミス アメリカ合衆国 イリノイ州 61611 イ ースト ピオーリア シモン ドライヴ 328
Claims (16)
- 【請求項１】 少なくとも一つの噴射オリフィスを形成
するノズル部分を有する、エンジンシリンダ内に配置さ
れた燃料噴射器を備え、前記ノズル部分は、チェックシ
ートと、該チェックシートから離れて前記噴射オリフィ
スと流体連通できる開位置と、前記チェックシートと係
合して前記噴射オリフィスとの流体連通をブロックする
閉位置との間を可動なチェックバルブと、を含んでお
り、 前記ノズル部分は、前記チェックシートと前記噴射オリ
フィスとの間に配置された燃料室を含んでおり、該燃料
室は、前記噴射オリフィスと連通しており、前記チェッ
クが前記閉位置のときに、所定の容積の燃料を前記エン
ジンシリンダに加えることができるような大きさである
ことを特徴とする、内燃エンジンのエミッション清浄化
システム。 - 【請求項２】 前記所定の容積の燃料は、前記エンジン
の膨張行程の間にほぼ噴射されることを特徴とする請求
項１に記載の排気ガス清浄化システム。 - 【請求項３】 前記燃料噴射器は、前記エンジンの前記
排気行程の間に前記所定の容積の燃料を噴霧するような
構造であることを特徴とする請求項１に記載の排気ガス
清浄化システム。 - 【請求項４】 前記燃料噴射器は、前記エンジンの前記
膨張行程の間に前記所定の容積の燃料を気化させるよう
な構造であることを特徴とする請求項１に記載の排気ガ
ス清浄化システム。 - 【請求項５】 前記所定の容積は、前記エンジンの一部
の作動範囲にわたり排気ガス温度の範囲内において、ほ
ぼ前記所定の最適量の燃料を加えるような大きさである
ことを特徴とする請求項１に記載の排気ガス清浄化シス
テム。 - 【請求項６】 前記所定の容積は、前記エンジンの窒素
酸化物の発生が高い状態の間、前記最適量の燃料が前記
エンジンシリンダに加えられることを保証するような大
きさであることを特徴とする請求項５に記載の排気ガス
清浄化システム。 - 【請求項７】 前記最適量は、与えられた燃焼源に対し
て経験的に予め決定されることを特徴とする請求項５に
記載の排気ガス清浄化システム。 - 【請求項８】 前記エンジンの下流側に配置された第１
の脱窒素触媒を含むことを特徴とする請求項１に記載の
エミッション清浄化システム。 - 【請求項９】 前記第１脱窒素触媒の下流側に配置され
た酸化触媒を含むことを特徴とする請求項８に記載のエ
ミッション清浄化システム。 - 【請求項１０】 排気ガスに存在するニトロゲンを含む
化合物の低減を促進する第３の触媒を前記第１脱窒素触
媒の下流側に含んでおり、該第３の触媒は前記第１脱窒
素触媒と前記酸化触媒との間に取り付けられていること
を特徴とする請求項９に記載のエミッション清浄化シス
テム。 - 【請求項１１】 エンジンシリンダへの燃料噴射を制御
するチェックバルブと、該チェックバルブと流体連通し
ており該チェックバルブの下流側に配置された燃料容積
と、を含む噴射器を内燃エンジンのシリンダ内に配置
し、 圧縮行程中に、前記チェックバルブをほぼ開いて、主燃
料噴射を開始し、 前記圧縮行程中に、前記チェックバルブを閉じて、主燃
料噴射を終了し、 前記下流側の容積の燃料を気化して前記エンジンシリン
ダに入れる、 段階からなる内燃エンジンのエミッションを低減させる
方法。 - 【請求項１２】 脱窒素触媒でコーティングされた第１
の基板を前記エンジンの下流側に配置する、 段階を含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。 - 【請求項１３】 酸化触媒でコーティングされた第２基
板を前記第１基板の下流側に配置する、 段階を含むことを特徴とする請求項１２に記載の方法。 - 【請求項１４】 排気ガスに存在するニトロゲンを含む
化合物の低減を促進する触媒でコーティングされてお
り、前記第１基板と前記第２基板との間に取り付けられ
ている第３の基板を前記第１基板の下流側に配置する段
階を含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。 - 【請求項１５】 前記チェックバルブが閉じた後に気化
される燃料の最適量を予め決定し、 前記チェックバルブが閉じるときの前記最適量を保持す
るように前記噴射器の前記下流側の容積の大きさを決
め、 前記最適量の燃料を気化して前記エンジンシリンダに入
れる、 段階を含むことを特徴とする請求項１４に記載の方法。 - 【請求項１６】 与えられた燃焼源に対して経験的に前
記最適量を予め決定する段階を含むことを特徴とする請
求項１５に記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US57310495A | 1995-12-15 | 1995-12-15 | |
| US08/573104 | 1995-12-15 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09177640A true JPH09177640A (ja) | 1997-07-11 |
Family
ID=24290682
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8331880A Withdrawn JPH09177640A (ja) | 1995-12-15 | 1996-12-12 | 高サック容積を有する燃料噴射器による燃焼排気ガス清浄化システムとその方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5787708A (ja) |
| JP (1) | JPH09177640A (ja) |
| DE (1) | DE19652275A1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| WO2003093669A1 (de) * | 2002-05-02 | 2003-11-13 | Robert Bosch Gmbh | Kraftstoffeinspritzventil für brennkraftmaschinen |
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| SE518040C2 (sv) * | 1997-03-17 | 2002-08-20 | Volvo Lastvagnar Ab | Fyrtakts dieselmotor med katalysator |
| US6029623A (en) * | 1997-12-10 | 2000-02-29 | Exxon Research And Engineering Co. | NOx reductant generation in a compression-ignition engine by hydrocarbon injection during the expansion stroke |
| DE19931761A1 (de) * | 1999-07-08 | 2001-01-18 | Bosch Gmbh Robert | Sackloch-Einspritzdüse für Brennkraftmaschinen mit abgerundetem Übergang zwischen Sackloch und Düsennadelsitz |
| JP3735594B2 (ja) * | 2002-06-28 | 2006-01-18 | 株式会社東芝 | 光ディスク装置と光ディスク装置の待機方法 |
| US7199088B2 (en) | 2002-07-01 | 2007-04-03 | Shell Oil Company | Lubricating oil for a diesel powered engine and method of operating a diesel powered engine |
| DE10231216A1 (de) * | 2002-07-11 | 2004-01-22 | Hydraulik-Ring Gmbh | Einrichtung zur Abgasnachbehandlung von Kraftfahrzeugen, insbesondere Dieselkraftfahrzeugen |
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| US7578450B2 (en) * | 2005-08-25 | 2009-08-25 | Caterpillar Inc. | Fuel injector with grooved check member |
| US20070200011A1 (en) * | 2006-02-28 | 2007-08-30 | Caterpillar Inc. | Fuel injector having nozzle member with annular groove |
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| DE2333072A1 (de) * | 1973-06-29 | 1975-01-16 | Bosch Gmbh Robert | Verfahren zum entgiften der abgase |
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| JPH0419315A (ja) * | 1990-05-10 | 1992-01-23 | Nissan Motor Co Ltd | 内燃機関の排気処理装置 |
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-
1996
- 1996-12-12 JP JP8331880A patent/JPH09177640A/ja not_active Withdrawn
- 1996-12-16 DE DE19652275A patent/DE19652275A1/de not_active Withdrawn
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1997
- 1997-03-10 US US08/814,164 patent/US5787708A/en not_active Expired - Lifetime
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Also Published As
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|---|---|
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20040302 |