JP2016075266A - 内燃機関の浄化液噴射システム、内燃機関及び内燃機関の浄化液噴射方法 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の排気ガス中の浄化対象成分を浄化液を用いて浄化する排気ガス浄化装置において、排気ガス浄化装置の浄化性能を大幅に向上できる内燃機関の浄化液噴射システム、内燃機関及び内燃機関の浄化液噴射方法を提供する。
【解決手段】浄化液噴射ノズル３０、３０Ａを浄化液Ｕ、Ｆｓと空気Ａｐとを混合して噴射する二流体混合噴射ノズルで構成し、浄化液Ｕ、Ｆｓを噴射するときに、浄化液噴射ノズル３０、３０Ａに供給する空気Ａｐの供給圧力Ｐａ及び供給流量Ｑａと、浄化液Ｕ、Ｆｓの圧力Ｐｕを、それぞれ予め設定された設定値Ｐａ１、Ｑａ１、Ｐｕ１にして、予め設定した噴射継続時間Ｔｄ１で噴射するパルス噴射で、単位時間当たりの噴射回数Ｃ又は停止時間Ｔｉの長さを変化させることにより、排気通路１３の排気ガスＧ中に供給する尿素水Ｕの噴射流量Ｑｕを調整する。
【選択図】図４

Description

本発明は、内燃機関の排気ガス中の浄化対象成分を浄化液を用いて浄化する排気ガス浄化装置の浄化性能を大幅に向上することができる内燃機関の浄化液噴射システム、内燃機関及び内燃機関の浄化液噴射方法に関する。

一般に、内燃機関の排気ガスに含まれる炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）及び微粒子状物質（ＰＭ）等の浄化対象成分を浄化する排気ガス浄化装置には、その浄化処理を行うために、尿素水や未燃燃料（軽油）等の浄化液が用いられている。

この浄化液に尿素水を用いる場合は、排気ガス浄化装置の選択還元型触媒装置（ＳＣＲ触媒装置）へのＮＯｘの還元剤としてのアンモニアを発生するための尿素水供給があり、また、浄化液に未燃燃料を用いる場合は、排気ガス浄化装置の微粒子捕集装置のＰＭ再生における排気ガス昇温や排気ガス浄化装置のＮＯｘ吸蔵還元型触媒装置のＮＯｘ吸蔵能力のＮＯｘ再生におけるリッチスパイク等がある。いずれの場合も、排気通路に設けた浄化液噴射ノズルから、排気通路を通過する排気ガス中に直接、尿素水や軽油等の浄化液を噴射している。

従来技術においては、この浄化液噴射ノズルからの排気ガス中への浄化液の供給は、浄化液を供給する供給期間の間、制御時に設定される供給量を連続して浄化液噴射ノズルから噴射している。この連続噴射では、供給電圧で弁開度を制御する浄化液噴射ノズルを用いて、設定された供給量に対応する電圧を常時あるいは例えば４００ｍｓ程度の比較的長い一定の時間連続して浄化液噴射ノズルに供給することで、浄化液を略連続的に噴射している。この制御では、図６に示すように、浄化液の供給量の調整は、電圧の変化により行っている。

しかしながら、電圧制御による供給量制御では、略常時、浄化液を噴射しているため、浄化液の噴射量が少なくなると高圧で噴射することができず、噴射された噴射粒径（噴霧径）が５０μｍ以上になる場合が発生し、噴射粒径が大きいと浄化液を必要とする排気ガス浄化装置に到達するまでに霧化及び気化しないため、浄化液が排気ガス中で均一化せず、微粒子捕集装置におけるＰＭ燃焼が不均一になるという問題や、尿素水が完全にアンモニアに分解されず、アンモニア生成量が少なく、還元剤としてのアンモニアのＳＣＲ触媒への供給が不十分になるという問題が生じていた。

特に、低温時の尿素水の供給や比較的高温時のＰＭ再生時の軽油の供給等で、浄化液の供給量が少ない場合には、浄化液の供給量を精度よく継続して供給することが困難になるという問題がある。さらに、浄化液の供給量が少なく、噴射量が少量であると、噴射粒径が大きくて気化できずに、浄化液噴射ノズルの噴孔近傍や排気管内に、尿素水に起因する白色生成物や煤化した軽油が堆積し易くなるという問題がある。特に、排気ガスの低温時や高流量時においては、排気ガス浄化装置の浄化性能が不十分になり易いという問題があった。

これらの問題は、浄化液噴射ノズルに、浄化液のみを高圧噴射する一流体噴射ノズルを使用して少量噴射する場合には、噴射圧力を低く必要があるため、浄化液の噴射粒径が大きくなるので深刻化する。

これに関連して、尿素水が供給される液体流路および加圧空気が供給される気体流路を有し、この液体流路に供給された尿素水を、気体流路に供給された加圧空気と噴射口近傍で混合して、噴射口から内燃機関に接続される排気管の内部に噴射可能な尿素水供給ノズルと、尿素水を液体流路に第一供給流路を介して供給可能な尿素水供給部と、加圧空気を機体流路に第二供給流路を介して供給可能な加圧空気供給部と、第一供給流路に設けられ、第一供給流路を遮断するとともに液体流路を大気開放させる第一ポジション、または第一供給流路を連通させる第二ポジションに保持可能な切替弁と、を具備する排気浄化装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

これらの尿素水等の液体を加圧空気を用いて噴射する二流体ノズルを用いると、一流体噴射ノズルに比べて、液体の噴射量が少なくても、加圧空気により噴射粒径を小さくすることができる。しかしながら、供給量が少なく少量の噴射量で噴射する場合には噴射粒径を小さい状態に維持し続けることは難しいという問題がある。

特開２０１１−８０４３７号公報

本発明は、上記のことを鑑みてなされたものであり、その目的は、内燃機関の排気ガス中の浄化対象成分を浄化液を用いて浄化する排気ガス浄化装置において、排気通路に浄化液を供給するに際して、噴射粒径の微小化を効率よく行って、浄化液の霧化と排気ガス中での均一化を促進して、排気ガス浄化装置へ浄化液を安定して供給することができ、排気ガス浄化装置の浄化性能を大幅に向上できる内燃機関の浄化液噴射システム、内燃機関及び内燃機関の浄化液噴射方法を提供することにある。

上記の目的を達成するための本発明の内燃機関の浄化液噴射システムは、内燃機関の排気通路に配設した浄化液噴射ノズルの噴射により、排気ガス中の浄化対象成分を浄化するための浄化液を排気ガス中に供給する内燃機関の浄化液噴射システムにおいて、前記浄化液噴射ノズルが、浄化液供給システムより供給される浄化液と空気供給システムより供給される空気とを混合して噴射する二流体混合噴射ノズルで構成されると共に、前記浄化液噴射システムを制御する制御装置が、前記浄化液噴射ノズルのパルス噴射で浄化液を噴射する制御を行うと共に、前記排気通路に浄化液を供給するときは、前記浄化液噴射ノズルに供給する空気の供給圧力及び供給流量と、前記浄化液噴射ノズルに供給する浄化液の圧力と、パルス噴射の一回当たりの噴射継続時間を、それぞれ予め設定された設定値に維持して、パルス噴射の単位時間当たりの噴射回数又は停止期間の長さを変化させることにより、前記排気通路の排気ガス中に供給する浄化液の供給量を調整する制御を行うように構成される。

この構成によれば、浄化液噴射ノズルに二流体混合噴射ノズルを用いるので、排気通路に浄化液を噴射するときに、空気により浄化液を吸い出しながら噴射するので、浄化液の噴霧圧力を例えば９００ｋＰａ（９ｂａｒ）のような高圧にする必要が無くなり、浄化液の供給圧力を例えば２００ｋＰａ（２ｂａｒ）程度以下の圧力に低下させることができる。また、加圧空気との混合により、浄化液の噴射粒径を効率よく微小化することができる。

さらに、二流体混合噴射ノズルで構成される浄化液噴射ノズルにおいて、連続的または長時間ではなく、断続的に短時間の間のみ噴射するパルス噴射で浄化液の供給を行うので、１回のパルス噴射で噴射する量を、噴射粒径が例えば２０μｍ以下のように十分に小さい噴射粒径になる量にして噴射することができるようになり、これにより、噴射粒径を小さくして、短時間で浄化液を霧化および気化させることができるので、浄化液を排気ガス中に均一化して供給でき、浄化対象成分を効率よく浄化することができる。また、浄化液を短時間で噴霧化及び気化できるので、排気管内への浄化液に起因する堆積物の発生を抑制することができる。

更に、排気通路に混合流体を供給するときは、空気供給システム側では、浄化液噴射ノズルに供給する空気の供給圧力及び供給流量をそれぞれ予め設定された設定値に維持するので、空気供給システム側の制御は、一定圧力、一定供給流量となり、制御が著しく単純化する。

なお、この供給空気は、パルス噴射の実行期間のみ供給してもよいが、パルス噴射の実行期間とパルス噴射の停止期間の両方、即ち、排気通路に浄化液を供給するときにはその供給期間の間、継続的に供給空気を供給続けることにすると、供給空気用の制御が単純化できると共に、空気流量を容易に一定に保つことができるようになるので、より好ましい。

一方、排気通路に浄化液を供給するときは、浄化液供給システム側では、浄化液噴射ノズルに供給する浄化液の圧力とパルス噴射の一回当たりの噴射継続時間をそれぞれ予め設定された設定値に維持するので、噴射される浄化液の噴射粒径を小さくした状態で均一化でき、浄化液の霧化及び気化を促進できる。

また、一定圧力、一定噴射継続時間とすることにより、浄化液供給用の制御が著しく単純化する。この一回当たりの噴射継続時間は、例えば、０．１ｍｓ〜１０ｍｓ、好ましくは６ｍｓ程度で、一回当たりの噴射量は、例えば、１５ｍｍ³〜３０ｍｍ³である。また、噴射回数は、１Ｈｚ〜１００Ｈｚ程度である。

そして、パルス噴射の単位時間当たりの噴射回数又は停止期間の長さを変化させることにより、排気通路の排気ガス中に供給する浄化液の供給量を調整するので、比較的単純な制御で、浄化液の供給量の調整を精度よく行うことができる。そのため、内燃機関の運転状態に起因する排気ガス中の浄化対象成分の排出量に応じて、低流量から高流量まで浄化液を最適な量で供給することができる。また、排気ガス浄化装置の再生時においても、その再生状態に応じて、低流量から高流量まで浄化液を最適な量で供給することができる。

また、上記の内燃機関の浄化液噴射システムにおいて、前記浄化液供給システムが、前記排気通路に浄化液を噴射するときのみ、浄化液を前記浄化液噴射ノズルに供給するソレノイド制御ポンプを有して構成されると、ソレノイド制御ポンプでは浄化液の供給のＯＮ／ＯＦＦの切り替えを迅速に行えると共に、浄化液を供給するときの圧力変動を少なくできるので、パルス噴射を円滑に行うことができるようになる。なお、浄化液の供給方法としては、このソレノイド制御ポンプを使用せずに、圧力を加えて浄化液を貯蔵しておき、供給通路に設けた開閉弁をＯＮ／ＯＦＦして供給する方法もある。しかしながら、応答性と制御の容易性を考えるとソレノイド制御ポンプを使用することが好ましい。

また、上記の内燃機関の浄化液噴射システムにおいて、浄化液として、尿素水又は軽油を使用すると、浄化液として尿素水を用いる場合は、排気ガス浄化装置の選択還元型触媒装置（ＳＣＲ触媒装置）へのＮＯｘの還元剤としてのアンモニアを発生するための尿素水供給に使用できる。この内燃機関の浄化液噴射システムにより、ＳＣＲ触媒装置に尿素水が到達する前後で速やかにアンモニアを生成するので浄化率の向上と安定を図ることができる。また、アンモニアを適量でＳＣＲ触媒装置に供給することができるので、アンモニアスリップを大幅に抑制できる。また、尿素由来の白色生成物の排気管内への堆積を抑制することができる。

また、浄化液として軽油を使用する場合には、この軽油を未燃燃料として、排気ガス浄化装置の微粒子捕集装置のＰＭ再生における排気ガス昇温や排気ガス浄化装置のＮＯｘ吸蔵還元型触媒装置のＮＯｘ吸蔵能力のＮＯｘ再生におけるリッチスパイク等に使用できる。

また、上記の目的を達成するための本発明の内燃機関は、上記の内燃機関の浄化液噴射システムを備えて構成され、上記の内燃機関の浄化液噴射システムと同様の効果を奏することができる。

また、上記の目的を達成するための本発明の内燃機関の浄化液噴射方法は、内燃機関の排気通路に配設した浄化液噴射ノズルの噴射により、排気ガス中の浄化対象成分を浄化するための浄化液を排気ガス中に供給する内燃機関の浄化液噴射方法において、前記浄化液噴射ノズルを浄化液供給システムより供給される浄化液と空気供給システムより供給される空気とを混合して噴射する二流体混合噴射ノズルで構成し、前記浄化液噴射ノズルのパルス噴射で浄化液を噴射すると共に、前記排気通路に浄化液を供給するときは、前記浄化液噴射ノズルに供給する空気の供給圧力及び供給流量と、前記浄化液噴射ノズルに供給する浄化液の圧力と、パルス噴射の一回当たりの噴射継続時間を、それぞれ予め設定された設定値に維持して、パルス噴射の単位時間当たりの噴射回数又は停止期間の長さを変化させることにより、前記排気通路の排気ガス中に供給する浄化液の供給量を調整することを特徴とする方法である。

また、上記の内燃機関の浄化液噴射方法において、前記浄化液供給システムに備えたソレノイド制御ポンプにより、前記排気通路に浄化液を噴射するときのみ、浄化液を前記浄化液噴射ノズルに供給する。また、上記の内燃機関の浄化液噴射方法において、浄化液として、尿素水又は軽油を使用する。

これらの方法によれば、上記の内燃機関の浄化液噴射システムと同様の効果を奏することができる。

本発明の内燃機関の浄化液噴射システム、この内燃機関の浄化液噴射システムを備えた内燃機関及び内燃機関の浄化液噴射方法によれば、内燃機関の排気ガス中の浄化対象成分を浄化液を用いて浄化する排気ガス浄化装置において、排気通路に浄化液を供給するに際して、その供給量に依らず、供給される浄化液の噴射継続時間を短期化して、噴射時間内における噴射粒径の微小化を効率よく行うことで、浄化液の霧化と排気ガス中での均一化を促進して、排気ガス浄化装置へ浄化液を安定して供給することができ、排気ガス浄化装置の浄化性能を大幅に向上できる。

また、浄化液噴射ノズルを、浄化液供給システムより供給される浄化液と空気供給システムより供給される空気とを混合して、この混合流体を噴射する二流体混合噴射ノズルで構成すると、浄化液を噴射するときに、空気により浄化液を吸い出しながら噴射することになるので、低圧の浄化液で噴射径を微小化することができる。

本発明に係る実施の形態の内燃機関の浄化液噴射システムの構成を模式的に示す図である。 二流体混合噴射ノズルの構成を模式的に示す図である。 本発明に係るソレノイド制御ポンプの通電周波数と噴射流量の関係を示す図である。 排気ガス浄化装置による浄化率の推移を、本発明の実施例と比較例とで比較した図である。 アンモニア最大スリップ量を、本発明の実施例と比較例とで比較した図である。 従来技術の内燃機関の浄化液噴射システムにおける、浄化液噴射ノズルの供給電圧と噴射流量の関係を示す図である。

以下、本発明に係る実施の形態の内燃機関の浄化液噴射システム、内燃機関及び内燃機関の浄化液噴射方法について図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態では、尿素水を浄化液とした場合を主として説明するが、軽油を浄化液とする場合も同様である。また、本発明に係る実施の形態の内燃機関は、この内燃機関の浄化液噴射システムを備えて構成され、この内燃機関の浄化液噴射システムと同様の効果を奏することができる。

最初に、図１を参照しながら、この実施の形態の内燃機関の浄化液噴射システム１が配置されるエンジン（内燃機関）１０について説明する。このエンジン１０では、外部から導入された新気Ａは、ターボチャージャ１４のコンプレッサ１４ｂにより加圧され、必要に応じて、ＥＧＲ通路（図示しない）から吸気通路１２に流入する排気ガス（ＥＧＲガス）を伴って、エンジン本体１１の気筒に送られる。また、この気筒で発生した排気ガスＧは、排気通路１３に流出し、その一部はＥＧＲ通路にＥＧＲガスとして流れ、残りの排気ガスＧは、タービン１４ａを経由してから、排気ガス浄化装置２０に流入して、浄化された後、浄化された排気ガスＧｃとしてマフラー（図示しない）を経由して大気中へ放出される。この排気ガス浄化装置２０は、この図１の構成では、酸化触媒装置（ＤＯＣ）２１、微粒子捕集装置２２、選択還元型触媒装置（ＳＣＲ）２３等で構成される。

選択還元型触媒装置２３の上流側に配設された尿素水噴射ノズル３０は、ＮＯｘ還元用の尿素水Ｕを排気通路１３内に噴射する装置であり、噴射された尿素水Ｕは分解してアンモニアを生成し、このアンモニアを用いて選択還元型触媒装置２３で排気ガスＧ中のＮＯｘを水と窒素に還元して無害化する。

また、酸化触媒装置２１の上流側に配設された燃料噴射ノズル２４は、軽油（未燃燃料Ｆｓを排気通路１３内に噴射する装置であり、微粒子捕集装置２２の再生処理時に、排気通路１３内に軽油Ｆｓを噴射し、酸化触媒装置２１で酸化された軽油Ｆｓの酸化熱により排気ガスＧを昇温して微粒子捕集装置２２をＰＭ燃焼可能な温度域まで昇温させて捕集されたＰＭを燃焼除去する役割を持っている。

つまり、この内燃機関の浄化液噴射システム１は、エンジン１０の排気通路１３に配設した浄化液噴射ノズル３０、３０Ａの噴射により、排気ガスＧ中の浄化対象成分ＮＯｘ、ＰＭを浄化するための尿素水Ｕや軽油Ｆｓ等の浄化液を排気ガスＧ中に供給するシステムである。

そして、この内燃機関の浄化液噴射システム１では、この尿素水噴射ノズル（浄化液噴射ノズル）３０を、二流体混合噴射ノズルで構成する。図２に示すように、この尿素水噴射ノズル３０は、尿素水供給システム（浄化液供給システム）で供給される尿素水（浄化液）Ｕと空気供給システムで供給される空気Ａｐとを混合して、この混合流体Ｍを噴射する。

そして、尿素水供給システムで、ソレノイド制御ポンプ３１を使用して、尿素水Ｕを尿素水タンク３２から尿素水供給経路３３を経由して、尿素水噴射ノズル３０に供給する。つまり、尿素水供給システムをソレノイド制御ポンプ３１を有して構成し、このソレノイド制御ポンプ３１で、排気通路１３に尿素水Ｕを噴射するときのみ、尿素水Ｕを尿素水噴射ノズル３０に供給する。また、空気供給システムで、エアポンプ（空気供給装置）３４を使用して、空気Ａｐをエアタンク（図示しない）等から空気供給経路３５を経由して尿素水噴射ノズル３０に供給する。

なお、尿素水Ｕの供給方法としては、このソレノイド制御ポンプ３１を使用せずに、圧力を加えて尿素水Ｕを貯蔵しておき、尿素水供給通路３３に設けた開閉弁（図示しない）をＯＮ／ＯＦＦして供給する方法もある。しかしながら、ソレノイド制御ポンプ３１は、尿素水Ｕの供給のＯＮ／ＯＦＦの切り替えを迅速に行えると共に、尿素水Ｕを供給するときの圧力変動を少なくでき、パルス噴射を円滑に行うことができるので、応答性の面などからソレノイド制御ポンプ３１を使用することが好ましい。

また、軽油噴射ノズル（浄化液噴射ノズル）３０Ａも尿素水噴射ノズル３０と同様に、二流体混合噴射ノズルで構成する。この軽油噴射ノズル３０Ａは、軽油供給システム（浄化液供給システム）で供給される軽油Ｆｓと空気供給システムで供給される空気Ａｐとを混合して、この混合流体Ｍｓを噴射する。

なお、図１の構成では、軽油供給システムも尿素水供給システムと同様に、ソレノイド制御ポンプ３１Ａを使用して、軽油（浄化液）Ｆｓを軽油タンク３２Ａから軽油供給経路３３Ａを経由して、軽油噴射ノズル３０Ａに供給する構成にしているが、通常は、コモンレール（図示しない）に高圧の軽油Ｆｓが一時的に蓄えられているので、軽油供給経路３３Ａをこのコモンレールに接続し、軽油供給経路３３Ａに設けた開閉弁（図示しない）をＯＮ／ＯＦＦして供給してもよい。

この尿素水噴射ノズル３０（若しくは軽油噴射ノズル３０Ａ）に二流体混合噴射ノズルを用いると、排気通路１３に尿素水Ｕ（若しくは軽油Ｆｓ）を噴射するときに、空気Ａｐにより尿素水Ｕ（若しくは軽油Ｆｓ）を吸い出しながら噴射するので、尿素水Ｕ（若しくは軽油Ｆｓ）の噴霧圧力Ｐｕを例えば９００ｋＰａ（９ｂａｒ）のような高圧にする必要が無くなり、尿素水Ｕ（若しくは軽油Ｆｓ）の供給圧力Ｐｕを例えば２００ｋＰａ（２ｂａｒ）程度以下まで低下させることができる。また、加圧された空気Ａｐとの混合により、尿素水Ｕ（若しくは軽油Ｆｓ）の噴射粒径を微小化することができる。

そして、さらに、内燃機関の浄化液噴射システム１を制御する制御装置４０を設ける。この制御装置４０は、通常は、エンジン１０に備えた各種センサー、または、エンジン１０を搭載した車両に備えた各種センサーの情報に基づいて、エンジン１０の全般の制御や車両の全般の制御を行うエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）に組み込まれて構成されるが、エンジンコントロールユニットとは独立して設けてもよい。

以下、尿素水Ｕを浄化液とした場合を例にして尿素水噴射ノズル３０の関連について説明するが、軽油Ｆｓを浄化液とする場合の軽油噴射ノズル３０Ａの関連についてもほぼ同様であるので、この軽油噴射ノズル３０Ａの関連については説明を省略する。

この制御装置４０は、エンジン１０の運転状態に応じて、ソレノイド制御ポンプ３１及びエアポンプ３４を制御することで、尿素水噴射ノズル３０への尿素水Ｕの供給流量Ｑｕ及び空気Ａｐの供給流量Ｑａを制御する。

ここで、ソレノイド制御ポンプ３１は、排気通路１３に尿素水Ｕを供給するときのみ、制御装置４０からの制御信号を受けて、尿素水供給通路３３に尿素水Ｕを尿素水供給経路３３を経由して尿素水噴射ノズル３０に供給する。

そして、この浄化液噴射システム１を制御する制御装置４０は、尿素水噴射ノズル３０のパルス噴射で尿素水Ｕを噴射する制御を行うと共に、排気通路１３に尿素水Ｕを供給するときは、尿素水噴射ノズル３０に供給する空気Ａｐの供給圧力Ｐａ及び供給流量Ｑａと、尿素水噴射ノズル３０に供給する尿素水Ｕの圧力Ｐｕと、パルス噴射の一回当たりの噴射継続時間Ｔｄを、それぞれ予め設定された設定値Ｐａ１、Ｑａ１、Ｐｕ１、Ｔｄ１に維持する。そして、パルス噴射の単位時間当たりの噴射回数Ｃ又は停止期間Ｔｉの長さを変化させることにより、排気通路１３の排気ガスＧ中に供給する尿素水Ｕの供給量Ｑｕを調整する制御を行う。

これらの設定値Ｐａ１、Ｑａ１、Ｐｕ１、Ｔｄ１は、内燃機関の仕様や目標とする排気ガス規制値や排気ガス浄化装置３０の性能にもより、実験結果等に基づいて設定されるが、例えば、この空気Ａｐの供給圧力Ｐａの設定値Ｐａ１は、１００ｋＰａ〜４００ｋＰａで、空気Ａｐの供給流量Ｑａの設定値Ｑａ１は、２００００ｍｍ³／ｓ〜１０００００ｍｍ³／ｓ程度である。また、例えば、噴射継続時間Ｔｄの設定値Ｔｄ１は、０．１ｍｓ〜１０ｍｓ、好ましくは６ｍｓであり、１回のパルス噴射当たりの噴射流量Ｑｕ１は、１５ｍｍ³〜３０ｍｍ³、好ましくは２０ｍｍ³〜２５ｍｍ³である。そして、単位時間当たりの噴射回数Ｃは、１Ｈｚ〜１００Ｈｚの範囲で変化し、停止時間Ｔｉの長さは９９９９９９．９ｍｓ〜０ｍｓの範囲で変化する。これらの設定値Ｐａ１、Ｑａ１、Ｐｕ１及びＴｄ１は、制御装置４０に記憶させておき、制御の都度引用される値であり、エンジン１０の運転状態に依らない一定値である。

具体的には、１回のパルス噴射当たりの噴射流量Ｑｕ１は、ソレノイド制御ポンプ３１に予め設定された噴射継続時間Ｔｄ１の間だけ供給することにより維持する。そして、図３に示すような、噴射流量Ｑｕと電圧Ｖｃ（通電周波数ｆ）の関係に基づいて、目標とする噴射流量Ｑｕに対する電圧Ｖｃを選択して、この電圧Ｖｃで噴射間隔を制御し、パルス噴射を繰り返して、目標とする噴射流量Ｑｕを得る。このソレノイド制御ポンプ３１に供給する電圧Ｖｃに対応する通電周波数ｆは単位時間当たりの噴射回数Ｃに一対一対応するので、単位時間当たりの噴射回数Ｃを採用してもよいが、この通電周波数ｆを用いることで、単位時間当たりの噴射回数Ｃを通電周波数ｆに換算して、この通電周波数ｆで噴射流量Ｑｕを得るのと同じになる。

そして、図４に示すように、パルス噴射の繰り返しで尿素水Ｕを噴射した場合の実施例のＮＯｘの浄化率Ｒは、一定量を比較的長く連続して噴射する場合、即ち、噴射間隔は１Ｈｚで一定とし、通電時間を約４００ｍｓとした比較例のＮＯｘの浄化率ＲＸに比べて安定した浄化率を維持することができる。その結果、図５に示すように、パルス噴射の繰り返しで尿素水Ｕを噴射した場合の実施例のアンモニア最大スリップ量Ｓは、比較例のアンモニア最大スリップ量ＳＸに比べて著しく減少する。

次に、本発明の実施の形態の内燃機関の浄化液噴射方法について説明する。この方法は。エンジン１０の排気通路１３に配設した尿素水噴射ノズル（浄化液噴射ノズル）３０の噴射により、排気ガス中ＧのＮＯｘ（浄化対象成分）を浄化するための尿素水（浄化液）Ｕを排気ガスＧ中に供給する内燃機関の浄化液噴射方法であり、この方法において、尿汚水噴射ノズル３０を尿素水供給システム（浄化液供給システム）より供給される尿素水Ｕと空気供給システムより供給される空気Ａｐとを混合して噴射する二流体混合噴射ノズルで構成し、尿素水噴射ノズル３０のパルス噴射で尿素水Ｕを噴射すると共に、排気通路１３に尿素水Ｕを供給するときは、尿素水噴射ノズル３０に供給する空気Ａｐの供給圧力Ｐａ及び供給流量Ｑａと、尿素水噴射ノズル３０に供給する尿素水Ｕの圧力Ｐｕと、パルス噴射の一回当たりの噴射継続時間Ｔｄを、それぞれ予め設定された設定値Ｐａ１、Ｑａ１、Ｐｕ１、Ｔｄ１に維持して、パルス噴射の単位時間当たりの噴射回数Ｃ又は停止期間Ｔｉの長さを変化させることにより、排気通路１３の排気ガスＧ中に供給する尿素水Ｕの供給量Ｑｕを調整する方法である。

また、上記の内燃機関の浄化液噴射方法において、尿素水供給システムに備えたソレノイド制御ポンプ３１により、排気通路１３に尿素水Ｕを噴射するときのみ、尿素水Ｕを尿素水噴射ノズル３０に供給する。

上記の構成の内燃機関の浄化液噴射システム１、内燃機関及び内燃機関の浄化液噴射方法によれば、二流体混合噴射ノズルで構成される尿素水噴射ノズル３０（若しくは軽油噴射ノズル３０Ａ）において、連続的ではなく、断続的に噴射するパルス噴射で尿素水Ｕ（若しくは軽油Ｆｓ）の供給を行うので、１回のパルス噴射で噴射する量を、噴射粒径が例えば２０μｍ以下のように十分に小さい噴射粒径になる量にして噴射することができるようになり、これにより、噴射粒径を小さくして、短時間で尿素水Ｕ（若しくは軽油Ｆｓ）を霧化および気化させることができるので、尿素水Ｕ（若しくは軽油Ｆｓ）を排気ガスＧ中に均一化して供給でき、ＮＯｘ（若しくはＰＭ）等の浄化対象成分を効率よく浄化することができる。また、尿素水Ｕ（若しくは軽油Ｆｓ）を短時間で噴霧化及び気化できるので、排気管内への浄化液に起因する堆積物の発生を抑制することができる。

更に、排気通路１３に混合流体Ｍ（若しくは混合流体Ｍｓ）を供給するときは、空気供給システム側では、尿素水噴射ノズル３０（若しくは軽油噴射ノズル３０Ａ）に供給する空気Ａｐの供給圧力Ｐａ及び供給流量Ｑａをそれぞれ予め設定された設定値Ｐａ１、Ｑａ１に維持するので、空気供給システム側の制御は、一定圧力、一定供給流量となり、制御が著しく単純化する。

なお、この供給空気Ａｐは、パルス噴射の実行期間のみ供給してもよいが、パルス噴射の実行期間とパルス噴射の停止期間の両方、即ち、排気通路１３に尿素水Ｕ（若しくは軽油Ｆｓ）を供給するときには、その供給期間の間、継続的に供給空気Ｐａを供給続ける。これにより、供給空気用の制御が単純化できると共に、空気流量Ｑａを容易に一定に保つことができるようになる。ただし、軽油Ｆｓのリッチスパイクのように、短時間のみ軽油Ｆｓを供給して、その他の軽油Ｆｓの供給が無いような場合には、その長期的な軽油Ｆｓの供給停止期間は、空気Ａｐの供給を止めることが好ましい。

そして、排気通路１３に尿素水Ｕ（若しくは軽油Ｆｓ）を供給するときは、尿素水供給システム（若しくは軽油供給システム）側では、尿素水噴射ノズル３０（若しくは軽油噴射ノズル３０Ａ）に供給する尿素水Ｕ（若しくは軽油Ｆｓ）の圧力Ｐｕとパルス噴射の一回当たりの噴射継続時間Ｔｄをそれぞれ予め設定された設定値Ｐｕ１、Ｐｄ１に維持するので、噴射される尿素水Ｕ（若しくは軽油Ｆｓ）の噴射粒径を小さくした状態で均一化でき、尿素水Ｕ（若しくは軽油Ｆｓ）の霧化及び気化を促進できる。また、一定圧力、一定噴射継続時間とすることにより、尿素水Ｕ（若しくは軽油Ｆｓ）供給用の制御が著しく単純化する。

さらに、パルス噴射の単位時間当たりの噴射回数Ｃ又は停止期間Ｔｉの長さを変化させることにより、排気通路１３の排気ガスＧ中に供給する尿素水Ｕ（若しくは軽油Ｆｓ）の供給量Ｑｕを調整するので、比較的単純な制御で、尿素水Ｕ（若しくは軽油Ｆｓ）の供給量Ｑｕの調整を精度よく行うことができる。そのため、排気ガス浄化装置３０の再生状態やエンジン１０の運転状態に起因する排気ガスＧ中の浄化対象成分の排出量に応じて、低流量から高流量まで尿素水Ｕ（若しくは軽油Ｆｓ）を最適な量で供給することができる。

従って、エンジン１０の排気ガスＧ中の浄化対象成分を浄化液を用いて浄化する排気ガス浄化装置３０において、排気通路１３に浄化液Ｕ，Ｆｓを供給するに際して、その供給量に依らず、供給される浄化液Ｕ，Ｆｓの噴射継続時間を短期化して、噴射時間内における噴射粒径の微小化を効率よく行うことで、浄化液Ｕ，Ｆｓの霧化と排気ガスＧ中での均一化を促進して、排気ガス浄化装置３０へ浄化液Ｕ，Ｆｓを安定して供給することができ、排気ガス浄化装置３０の浄化性能を大幅に向上できる。

１ 内燃機関の浄化液噴射システム
１０ エンジン（内燃機関）
１１ エンジン本体
１２ 吸気通路
１３ 排気通路
１４ ターボチャージャ（ターボ式過給器）
１４ａ タービン
１４ｂ コンプレッサ
２０ 排気ガス浄化装置
２１ 酸化触媒装置（ＤＯＣ）
２２ 微粒子捕集装置
２３ 選択還元型触媒装置
３０ 尿素水噴射ノズル（浄化液噴射ノズル）
３０Ａ 軽油噴射ノズル（浄化液噴射ノズル）
３１、３１Ａ ソレノイド制御ポンプ
３２ 尿素水タンク
３２Ａ 軽油タンク
３３ 尿素水供給経路
３３Ａ 軽油供給経路
３４ エアポンプ（空気供給装置）
３５ 空気供給経路
４０ 制御装置
Ａ 新気
Ａｐ 空気（圧縮空気、加圧空気）
Ｃ 単位時間当たりの浄化液の噴射回数
Ｆｓ 軽油（浄化液）
Ｇ 発生した排気ガス
Ｇｃ 浄化処理された排気ガス
Ｍ、Ｍｓ 混合流体
Ｐａ 空気の供給圧力
Ｐａ１ 空気の供給圧力の予め設定された設定値
Ｐｕ 尿素水の供給圧力
Ｐｕ１ 尿素水の供給圧力の予め設定された設定値
Ｑａ 空気の供給流量
Ｑａ１ 空気の供給流量の予め設定された設定値
Ｑｕ 尿素水の供給流量
Ｔｉ 各パルス噴射間の停止時間（噴射間隔）
Ｔｄ 一回のパルス噴射の噴射継続時間
Ｔｄ１ 一回のパルス噴射の噴射継続時間の予め設定された設定値
Ｕ 尿素水（浄化液）

Claims (7)

1. 内燃機関の排気通路に配設した浄化液噴射ノズルの噴射により、排気ガス中の浄化対象成分を浄化するための浄化液を排気ガス中に供給する内燃機関の浄化液噴射システムにおいて、
   前記浄化液噴射ノズルが、浄化液供給システムより供給される浄化液と空気供給システムより供給される空気とを混合して噴射する二流体混合噴射ノズルで構成されると共に、
   前記浄化液噴射システムを制御する制御装置が、
   前記浄化液噴射ノズルのパルス噴射で浄化液を噴射する制御を行うと共に、
   前記排気通路に浄化液を供給するときは、前記浄化液噴射ノズルに供給する空気の供給圧力及び供給流量と、前記浄化液噴射ノズルに供給する浄化液の圧力と、パルス噴射の一回当たりの噴射継続時間を、それぞれ予め設定された設定値に維持して、パルス噴射の単位時間当たりの噴射回数又は停止期間の長さを変化させることにより、前記排気通路の排気ガス中に供給する浄化液の供給量を調整する制御を行うように構成されることを特徴とする内燃機関の浄化液噴射システム。
2. 前記浄化液供給システムが、前記排気通路に混合流体を噴射するときのみ、浄化液を前記浄化液噴射ノズルに供給するソレノイド制御ポンプを有して構成される請求項１に記載の内燃機関の浄化液噴射システム。
3. 浄化液として、尿素水又は軽油を使用する請求項１又は２に記載の内燃機関の浄化液噴射システム。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関の浄化液噴射システムを備えて構成されることを特徴とする内燃機関。
5. 内燃機関の排気通路に配設した浄化液噴射ノズルの噴射により、排気ガス中の浄化対象成分を浄化するための浄化液を排気ガス中に供給する内燃機関の浄化液噴射方法において、
   前記浄化液噴射ノズルを浄化液供給システムより供給される浄化液と空気供給システムより供給される空気とを混合して噴射する二流体混合噴射ノズルで構成し、
   前記浄化液噴射ノズルのパルス噴射で混合流体を噴射すると共に、
   前記排気通路に浄化液を供給するときは、前記浄化液噴射ノズルに供給する空気の供給圧力及び供給流量と、前記浄化液噴射ノズルに供給する浄化液の圧力と、パルス噴射の一回当たりの噴射継続時間を、それぞれ予め設定された設定値に維持して、パルス噴射の単位時間当たりの噴射回数又は停止期間の長さを変化させることにより、前記排気通路の排気ガス中に供給する浄化液の供給量を調整することを特徴とする内燃機関の浄化液噴射方法。
6. 前記浄化液供給システムに備えたソレノイド制御ポンプにより、前記排気通路に浄化液を噴射するときのみ、浄化液を前記浄化液噴射ノズルに供給する請求項５に記載の内燃機関の浄化液噴射方法。
7. 浄化液として、尿素水又は軽油を使用する請求項５又は６に記載の内燃機関の浄化液噴射方法。

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