JP3153659B2 - Engine exhaust purification device - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、エンジンの排気浄化
装置、特に排気系にＮＯｘ浄化触媒を設置すると共に、
ＮＯｘ浄化触媒の上流側で排気ガスに燃料成分を添加す
るようにしたエンジンの排気浄化装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an exhaust gas purifying apparatus for an engine, and more particularly to a method for installing a NOx purifying catalyst in an exhaust system.
The present invention relates to an exhaust gas purifying apparatus for an engine in which a fuel component is added to exhaust gas upstream of a NOx purifying catalyst.

【０００２】[0002]

【従来の技術】自動車用などのエンジンにおいては、燃
焼後の排気ガスを浄化するための触媒が排気系に備えら
れる場合があるが、この種の排気ガス浄化用触媒として
は、排気ガス中に含まれる有害成分の中でも特に環境に
対する影響の大きい一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（Ｈ
Ｃ）及び窒素酸化物（ＮＯｘ）の３成分に優れた浄化特
性を発揮する三元触媒が広く知られている。2. Description of the Related Art In an engine for an automobile or the like, a catalyst for purifying exhaust gas after combustion is sometimes provided in an exhaust system. Among the harmful components contained, carbon monoxide (CO) and hydrocarbon (H
There are widely known three-way catalysts that exhibit excellent purification characteristics for the three components C) and nitrogen oxides (NOx).

【０００３】しかしながら、理論空燃比（空気／燃料＝
１４．７）よりも酸素過剰状態で燃焼が行われるディー
ゼル機関においては、燃焼後の排気ガスの組成も燃焼時
の空燃比を反映して酸素過剰状態となることから、酸素
過剰雰囲気（リーン雰囲気）においてはＮＯｘ浄化性能
が極端に低下する従来の三元触媒ではＮＯｘを効果的に
除去できないという問題があり、そのためディーゼル機
関の排気系に排気ガス浄化触媒を設置する場合には、例
えば金属担持ゼオライトのようなリーン雰囲気において
も優れたＮＯｘ浄化特性を示す触媒（以下、ＮＯｘ浄化
触媒という）が設置されることになる。However, the stoichiometric air-fuel ratio (air / fuel =
In a diesel engine in which combustion is performed in an oxygen-excess state than in 14.7), the composition of exhaust gas after combustion is also in an oxygen-excess state reflecting the air-fuel ratio at the time of combustion. ) Has a problem that NOx cannot be removed effectively with a conventional three-way catalyst in which NOx purification performance is extremely reduced. Therefore, when an exhaust gas purification catalyst is installed in an exhaust system of a diesel engine, for example, a metal supported catalyst is required. A catalyst that exhibits excellent NOx purification characteristics even in a lean atmosphere such as zeolite (hereinafter, referred to as a NOx purification catalyst) will be installed.

【０００４】ところで、最近の研究によれば、この種の
ＮＯｘ浄化触媒にＨＣ成分（燃料成分）を添加すればＮ
Ｏｘ浄化率が向上することが明らかにされており、排気
系にＮＯｘ浄化触媒を設置したディーゼル機関において
も、上記の現象を利用して排気ガスに燃料を添加供給す
ることによりＮＯｘ浄化性能を更に向上させることが試
みられている。By the way, according to recent research, if an HC component (fuel component) is added to this type of NOx purification catalyst, N
It has been clarified that the Ox purification rate is improved, and even in a diesel engine having a NOx purification catalyst installed in the exhaust system, the NOx purification performance is further improved by adding and supplying fuel to the exhaust gas using the above phenomenon. Attempts have been made to improve it.

【０００５】その場合に、燃料添加の手段としては、燃
料添加用のインジェクタを排気系に設置することが先ず
考えられるが、この場合、各気筒ごとに備えられる燃料
供給用のインジェクタとは別に専用のインジェクタが必
要になるなど、部品点数が増加してコストアップの要因
となる。[0005] In this case, as a means for adding fuel, it is conceivable to first install an injector for adding fuel to the exhaust system. In this case, a dedicated injector is provided separately from the injector for supplying fuel provided for each cylinder. The number of parts increases, such as the necessity of an injector, which causes a cost increase.

【０００６】これに対しては、燃料供給用のインジェク
タを利用して燃焼後の排気ガスに燃料成分を添加しよう
という考えがある。例えば実開平３−６８５１６号公報
には、排気系にＮＯｘ浄化触媒としてのゼオライト系触
媒を設置したディーゼル機関において、燃料噴射ポンプ
と各燃料噴射ノズルとを結ぶ燃料供給通路の途中に、燃
料噴射期間にある気筒への燃料供給通路と排気行程にあ
る気筒への燃料供給通路とを連通させる連通路をそれぞ
れ設けて、これらの連通路に所定圧で開弁するリリーフ
弁を設置する構成が示されている。これによれば、燃料
噴射期間にある気筒への燃料供給通路からリリーフされ
た燃料が排気行程にある気筒に噴射されることになるか
ら、排気系に燃料成分を添加する専用のインジェクタを
別途設ける必要がなく、上記の不都合が回避されること
になる。[0006] In response to this, there is an idea to add a fuel component to exhaust gas after combustion by using an injector for supplying fuel. For example, Japanese Unexamined Utility Model Publication No. 3-68516 discloses that in a diesel engine having a zeolite-based catalyst as a NOx purifying catalyst installed in an exhaust system, a fuel injection period is provided in a fuel supply passage connecting a fuel injection pump and each fuel injection nozzle. Are provided with communication passages for communicating the fuel supply passage to the cylinder in the exhaust stroke with the fuel supply passage to the cylinder in the exhaust stroke, and a relief valve that opens at a predetermined pressure is provided in these communication passages. ing. According to this, since the fuel relieved from the fuel supply passage to the cylinder during the fuel injection period is injected into the cylinder during the exhaust stroke, a dedicated injector for adding a fuel component to the exhaust system is separately provided. There is no need, and the above disadvantages are avoided.

【０００７】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記公
報記載の従来技術においても、次のような解決すべき課
題が残されている。However, the prior art described in the above publication still has the following problems to be solved.

【０００８】つまり、例えば４気筒のディーゼル機関に
おいて、第１気筒、第３気筒、第４気筒、第２気筒の順
番で着火順序が設定されているとすると、第３気筒→第
１気筒、第１気筒→第２気筒、第２気筒→第４気筒及び
第４気筒→第３気筒というように、ある気筒が圧縮上死
点付近の燃料噴射期間にある場合に着火順序が一つ手前
の気筒に対して燃料のリリーフが行われることになっ
て、燃料の噴射される時期が筒内温度が十分に低下しな
い排気行程の前半に限られる。そのため、排気行程で噴
射された燃料の大部分が高温の燃焼室壁面ないし排気ガ
スからの熱を受けて燃焼し、触媒に到達する未燃成分が
不足してＮＯｘ浄化反応に寄与しないおそれがあるので
ある。これに対処すべく燃料供給量を全体に増加させる
と、燃費性能の悪化を招くことになる。That is, for example, in a four-cylinder diesel engine, if the ignition order is set in the order of the first cylinder, the third cylinder, the fourth cylinder, and the second cylinder, the third cylinder → the first cylinder, the first cylinder When a certain cylinder is in the fuel injection period near the compression top dead center, such as one cylinder → second cylinder, second cylinder → fourth cylinder and fourth cylinder → third cylinder, the firing order is the immediately preceding cylinder. , And the fuel injection timing is limited to the first half of the exhaust stroke when the in-cylinder temperature does not sufficiently decrease. Therefore, most of the fuel injected in the exhaust stroke receives heat from the high-temperature combustion chamber wall surface or the exhaust gas and burns, and the unburned component reaching the catalyst may be insufficient to contribute to the NOx purification reaction. It is. If the fuel supply amount is increased as a whole to cope with this, the fuel consumption performance will be degraded.

【０００９】この発明は、排気系に排気ガス中の窒素酸
化物を浄化するＮＯｘ浄化触媒を設置すると共に、気筒
ごとに備えられた燃料供給用のインジェクタを用いて当
該気筒の排気行程時にＮＯｘ浄化促進用の燃料成分を噴
射供給するようにしたディーゼル機関をはじめとするエ
ンジンにおける上記の問題に対処するもので、排気行程
時における燃料噴射時期を適切に制御することにより、
燃費性能とＮＯｘ浄化性能とを両立するようにすること
を目的とする。According to the present invention, a NOx purification catalyst for purifying nitrogen oxides in exhaust gas is installed in an exhaust system, and NOx purification is performed during an exhaust stroke of the cylinder by using a fuel supply injector provided for each cylinder. It addresses the above-mentioned problems in engines such as diesel engines that are configured to inject and supply a fuel component for promotion.By appropriately controlling the fuel injection timing during the exhaust stroke,
It is an object to achieve both fuel efficiency performance and NOx purification performance.

【００１０】[0010]

【課題を解決するための手段】 すなわち、 本願の請求項
１の発明（以下、第１発明という）に係るエンジンの排
気浄化装置は、圧縮上死点近傍で燃料を噴射する燃料噴
射手段が気筒ごとに設けられ、かつ排気系に排気ガス中
の窒素酸化物を浄化するＮＯｘ浄化触媒が設置されたエ
ンジンにおいて、気筒ごとに備えられた吸、排気弁の開
弁期間を排気行程の終期に互いにオーバーラップするよ
うに設定すると共に、各気筒における吸、排気弁の上記
オーバーラップ期間中に少なくとも燃料の一部が噴射さ
れるように当該気筒の燃料噴射手段を作動させる制御手
段を設けたことを特徴とする。 Means for Solving the Problems That is, the claims of the present application
1 of the invention (hereinafter, referred to as first invention) engine exhaust purification device according to the fuel injection means for injecting fuel in the compression top dead center vicinity is provided for each cylinder, and nitrogen oxides in the exhaust gas in the exhaust system d the NOx purifying catalyst for purifying an object is placed
In the engine , the opening periods of the intake and exhaust valves provided for each cylinder are set so as to overlap each other at the end of the exhaust stroke, and at least the fuel during the overlap period of the intake and exhaust valves in each cylinder is set. Control means for operating the fuel injection means of the cylinder so as to partially inject the fuel is provided.

【００１１】また、本願の請求項２の発明（以下、第２
発明という）に係るエンジンの排気浄化装置は、上記第
１発明の構成に加えて、排気温を検出する排気温検出手
段と、該検出手段で検出される排気温が高温になるほど
排気行程時の燃料噴射時期を遅延させる燃料噴射時期補
正手段とを設けたことを特徴とする。 Further, the present invention of claim 2 (hereinafter, the second
Exhaust purification apparatus for an engine according to the present invention hereinafter), said first
(1) In addition to the constitution of the invention , an exhaust gas temperature detecting means for detecting the exhaust gas temperature
And the step, characterized in that the exhaust gas temperature detected by the detecting means is provided with a fuel injection timing correction means for delaying the fuel injection timing during the exhaust stroke as the temperature rises.

【００１２】さらに、本願の請求項３の発明（以下、第
３発明という）に係るエンジンの排気浄化装置は、上記
第１、第２発明の構成に加えて、排気系に設置されたＮ
Ｏｘ浄化触媒の入口温度を検出する触媒入口温度検出手
段と、該検出手段で検出される触媒入口温度が所定値以
下のときに排気行程噴射を禁止する排気行程噴射禁止手
段とを設けたことを特徴とする。Furthermore, the invention of claim 3 of the present application (hereinafter referred to as the
An exhaust gas purification apparatus for an engine according to the third aspect of the present invention
In addition to the configurations of the first and second aspects , N
A catalyst inlet temperature detecting means for detecting an inlet temperature of the Ox purification catalyst; and an exhaust stroke injection inhibiting means for inhibiting the exhaust stroke injection when the catalyst inlet temperature detected by the detecting means is equal to or lower than a predetermined value. Features.

【００１３】[0013]

【作用】上記の構成によれば、次のような作用が得られ
る。According to the above arrangement, the following operation can be obtained.

【００１４】第１〜第３発明のいずれにおいても、筒内
温度が低下する排気行程の後期にＮＯｘ浄化促進用の添
加燃料が噴射されることになるので、該燃料が燃焼室壁
面ないし排気ガスから受ける熱量が少なく、これにより
噴射量が少なくても大半の燃料が活性化した状態でＮＯ
ｘ浄化触媒に到達することになって、燃費性能が悪化す
ることなくＮＯｘ浄化性能が向上することになる。In any of the first to third aspects of the present invention , the additional fuel for accelerating NOx purification is injected at a later stage of the exhaust stroke when the in-cylinder temperature decreases. Heat received from the fuel is small, and even if the injection amount is small, most of the fuel is activated.
As the fuel reaches the x purification catalyst, the NOx purification performance is improved without deteriorating the fuel efficiency performance.

【００１５】そして、特に第１発明によれば、吸、排気
弁のオーバーラップ期間中に添加燃料が噴射されること
になるので、噴射された燃料が吸気弁から燃焼室を経て
排気弁に素通りする空気の流れに乗って流出することに
なり、添加燃料が更に効率よくＮＯｘ浄化触媒に到達す
ることになって、より少ない燃料添加量で良好なＮＯｘ
浄化性能が得られることになる。According to the first aspect of the present invention , the added fuel is injected during the overlap period of the intake and exhaust valves, so that the injected fuel passes through the combustion chamber from the intake valve to the exhaust valve. As a result, the added fuel reaches the NOx purifying catalyst more efficiently, so that a good NOx can be obtained with a smaller amount of added fuel.
Purification performance will be obtained.

【００１６】また、第２発明によれば、排気温が高くな
るほど排気行程時の燃料噴射時期を遅延させるようにな
っているので、何らかの原因でエンジンから排出させる
排気ガスの温度が変動したとしても、噴射された燃料が
触媒に到達するまでに排気ガスから受ける熱量がほぼ一
定となり、燃料の分解状態がＮＯｘ浄化に適した最適状
態に維持されることになって、ＮＯｘ浄化性能の悪化が
回避されることになる。According to the second aspect of the present invention , the fuel injection timing during the exhaust stroke is delayed as the exhaust gas temperature rises. Therefore, even if the temperature of the exhaust gas discharged from the engine fluctuates for some reason, The amount of heat received from the exhaust gas until the injected fuel reaches the catalyst is substantially constant, and the decomposition state of the fuel is maintained at an optimum state suitable for NOx purification, thereby avoiding deterioration of NOx purification performance. Will be done.

【００１７】さらに、第３発明によれば、ＮＯｘ浄化触
媒の入口温度が設定値よりも低いときには排気行程噴射
を禁止するようになっているので、燃費性能の悪化が回
避されることになる。Further, according to the third aspect of the present invention , when the inlet temperature of the NOx purification catalyst is lower than the set value, the exhaust stroke injection is prohibited, so that deterioration in fuel efficiency can be avoided.

【００１８】[0018]

【実施例】以下、本発明を直列４気筒ディーゼル機関に
適用した実施例について説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment in which the present invention is applied to an in-line four-cylinder diesel engine will be described below.

【００１９】先ず、図１により実施例に係るエンジン１
の全体構成について説明すると、エンジン本体２には４
個の気筒が列状に配置されていると共に、これらの気筒
にはそれぞれサージタンク３から分岐した４本の独立吸
気管４…４を介して新気が導入されるようになってい
る。First, FIG. 1 shows an engine 1 according to an embodiment.
The overall configuration of the engine will be described.
The cylinders are arranged in a row, and fresh air is introduced into these cylinders via four independent intake pipes 4... 4 branched from the surge tank 3.

【００２０】一方、このエンジン１の排気系には、各気
筒から排出された排気ガスを集合させる排気マニホルド
５と、該排気マニホルド５に接続された排気管６とが設
けられていると共に、この排気管６の途中に例えば金属
担持ゼオライトで構成されるＮＯｘ浄化触媒を備えた触
媒コンバータ７が設置されている。On the other hand, the exhaust system of the engine 1 is provided with an exhaust manifold 5 for collecting exhaust gas discharged from each cylinder and an exhaust pipe 6 connected to the exhaust manifold 5. In the middle of the exhaust pipe 6, a catalytic converter 7 provided with a NOx purification catalyst made of, for example, metal-supported zeolite is provided.

【００２１】そして、エンジン１によって駆動される燃
料噴射ポンプ８が設けられ、この燃料噴射ポンプ８から
吐出された高圧の燃料が、それぞれ燃料供給配管９…９
を介して各気筒ごとに備えられたインジェクタ１０…１
０に供給されるようになっている。A fuel injection pump 8 driven by the engine 1 is provided, and high-pressure fuel discharged from the fuel injection pump 8 is supplied to fuel supply pipes 9.
Injectors 10... 1 provided for each cylinder via
0 is supplied.

【００２２】ここで、実施例に係るエンジン１の具体的
な構成を説明すると、図２、図３に示すように、エンジ
ン本体２を構成するシリンダブロック２１に形成された
シリンダボア２２にはピストン２３が上下摺動自在とし
て内挿されていると共に、シリンダブロック２１の上部
に取り付けられたシリンダヘッド２４の下面と、シリン
ダブロック２１における上記シリンダボア２１の内周面
と、上記ピストン２３の上面とで燃焼室２５が構成され
ている。Here, a specific configuration of the engine 1 according to the embodiment will be described. As shown in FIGS. 2 and 3, a piston 23 is provided in a cylinder bore 22 formed in a cylinder block 21 constituting the engine body 2. Are slidably inserted vertically, and the lower surface of a cylinder head 24 attached to the upper portion of the cylinder block 21, the inner peripheral surface of the cylinder bore 21 in the cylinder block 21, and the upper surface of the piston 23 A chamber 25 is configured.

【００２３】そして、上記シリンダヘッド２４には、一
方の側面からそれぞれ燃焼室２５に通じる２個の吸気ポ
ート２６，２６と、他方の側面からそれぞれ燃焼室２５
に通じる２個の排気ポート２７，２７とが設けられ、こ
れらの各ポート２６，２６，２７，２７の燃焼室２５へ
の開口部２６ａ，２６ａ，２７ａ，２７ａがシリンダヘ
ッド下面に方形状に配設されていると共に、吸気ポート
２６，２６の開口部２６ａ，２６ａをそれぞれ開閉する
２個の吸気弁２８，２８と、排気ポート２７，２７の開
口部２７ａ，２７ａをそれぞれ開閉する２個の排気弁２
９，２９とが備えられている。そして、これらの吸、排
気弁２８，２８，２９，２９の弁軸部２８ａ，２８ａ，
２９ａ，２９ａがシリンダヘッド２４を貫通して上方に
突出していると共に、それぞれの弁軸部２８ａ，２８
ａ，２９ａ，２９ａに連設された傘部２８ｂ，２８ｂ，
２９ｂ，２９ｂが、各ポート２６，２６，２７，２７の
開口部２６ａ，２６ａ，２６ｂ，２６ｂにそれぞれ嵌合
されたバルブシート３０…３０に密着、離反するように
なっている。The cylinder head 24 has two intake ports 26, 26 communicating with the combustion chamber 25 from one side, respectively, and the combustion chamber 25, respectively, from the other side.
And two exhaust ports 27, 27 communicating with the combustion chamber 25. Openings 26a, 26a, 27a, 27a of these ports 26, 26, 27, 27 to the combustion chamber 25 are arranged in a rectangular shape on the lower surface of the cylinder head. And two exhaust valves 28, 28 for opening and closing the openings 26a, 26a of the intake ports 26, 26, respectively, and two exhaust valves for opening and closing the openings 27a, 27a of the exhaust ports 27, 27, respectively. Valve 2
9, 29 are provided. And, the valve stems 28a, 28a, of these intake and exhaust valves 28, 28, 29, 29,
29a, 29a penetrate the cylinder head 24 and protrude upward, and the respective valve shaft portions 28a, 28
a, 29a, umbrellas 28b, 28b connected to 29a,
29b, 29b are brought into close contact with and separate from the valve seats 30,... 30 fitted in the openings 26a, 26a, 26b, 26b of the ports 26, 26, 27, 27, respectively.

【００２４】また、シリンダヘッド２４には燃焼室２５
の中央位置に開口する段付状のインジェクタ挿入孔３１
が上下方向に設けられて、実施例に係るインジェクタ１
０が先端の燃料噴射部１０ａを燃焼室２５内に露出させ
た状態で上記インジェクタ挿入孔３１に挿入されている
と共に、２本の取付ボルト３２，３２が該インジェクタ
１０の中間部分のフランジ部１０ｂの上面で支持された
固定板３３を貫通してシリンダヘッド２４に螺合される
ことにより、インジェクタ１０とシリンダヘッド２４と
が一体化されている。The cylinder head 24 has a combustion chamber 25.
Stepped injector insertion hole 31 opening at the center of
Are provided in the vertical direction, and the injector 1 according to the embodiment is
0 is inserted into the injector insertion hole 31 in a state where the fuel injection portion 10a at the tip is exposed in the combustion chamber 25, and two mounting bolts 32, 32 are connected to the flange portion 10b at the intermediate portion of the injector 10. The injector 10 and the cylinder head 24 are integrated by being screwed into the cylinder head 24 through a fixing plate 33 supported on the upper surface of the injector 10.

【００２５】次に、上記インジェクタ１０の具体的な構
成を説明する。Next, a specific configuration of the injector 10 will be described.

【００２６】図４に示すように、インジェクタ本体１０
１の下部には燃料噴射部１０ａを下方に膨出させたノズ
ル１０２が一体的に設けられていると共に、該ノズル１
０２に摺動自在に内挿されたニードル弁１０３の周囲に
は燃料を一時貯留する油室１０４が設けられている。な
お、実施例においては、ノズル１０２に設けた上記燃料
噴射部１０ａには、図５に拡大して示すように、一端が
サック１０５に開口する４個の噴孔１０６…１０６が平
面視で十字形に配置されている。As shown in FIG. 4, the injector body 10
1 is provided integrally with a nozzle 102 having a fuel injection section 10a swelling downward.
An oil chamber 104 for temporarily storing fuel is provided around the needle valve 103 which is slidably inserted in 02. In the embodiment, the fuel injection section 10a provided in the nozzle 102 has four injection holes 106... It is arranged in the shape of a letter.

【００２７】また、インジェクタ本体１０１の中間部分
に設けられた上記フランジ部１０ｂには、燃料供給配管
９を介して供給される燃料を導入する燃料入口１０７が
設けられて、該燃料入口１０７から導入された燃料が燃
料供給通路１０８を介して上記油室１０４に供給される
ようになっている。そして、インジェクタ本体１０１の
中間部分には下端側が上記ニードル弁１０３に有機的に
結合されたプランジャ１０９が摺動自在に内挿されてお
り、該プランジャ１０９の上端側に臨んで形成した圧力
制御室１１０が、インジェクタ本体１０１の上部に設け
られた電磁三方弁１１１を介して、フランジ部１０ｂに
設けられた燃料出口１１２と上記燃料入口１０７とに選
択的に連通するようになっている。A fuel inlet 107 for introducing fuel supplied through the fuel supply pipe 9 is provided in the flange portion 10b provided at an intermediate portion of the injector main body 101. The supplied fuel is supplied to the oil chamber 104 via the fuel supply passage 108. A plunger 109 whose lower end is organically coupled to the needle valve 103 is slidably inserted into an intermediate portion of the injector body 101, and a pressure control chamber formed facing the upper end of the plunger 109. Reference numeral 110 selectively communicates with a fuel outlet 112 provided on the flange portion 10b and the fuel inlet 107 via an electromagnetic three-way valve 111 provided on an upper portion of the injector body 101.

【００２８】つまり、上記電磁三方弁１１１は軸方向に
進退可能な弁体１１３と、電磁力により該弁体１１３を
吸引するソレノイドコイル１１４とを有すると共に、上
記ソレノイドコイルの非通電状態においては、上記弁体
１１３がスプリング１１５による付勢力を受けて、上記
燃料入口１０７の直下流で燃料供給通路１０８から分岐
された供給ポート１１６を、図のように制御ポート１１
７及びオリフィス１１８を介して上記圧力制御室１１０
に連通させた状態で、上記燃料出口１１２に通じる排出
ポート１１９を遮断する。したがって、燃料入口１０７
から導入された高圧の燃料が供給ポート１１６を経て圧
力制御室１１０に導入され、その圧力によりニードル弁
１０３の上動が規制されることになって燃料噴射部１０
ａからの燃料噴射が妨げられる。That is, the electromagnetic three-way valve 111 has a valve body 113 that can move forward and backward in the axial direction, and a solenoid coil 114 that attracts the valve body 113 by electromagnetic force. When the solenoid coil is not energized, The valve body 113 receives the urging force of the spring 115, and connects the supply port 116 branched from the fuel supply passage 108 immediately downstream of the fuel inlet 107 to the control port 11 as shown in the figure.
7 and the pressure control chamber 110 via the orifice 118.
The discharge port 119 communicating with the fuel outlet 112 is shut off in a state of communication with the fuel outlet 112. Therefore, the fuel inlet 107
Is introduced into the pressure control chamber 110 through the supply port 116, and the upward movement of the needle valve 103 is regulated by the pressure.
The fuel injection from a is hindered.

【００２９】一方、上記ソレノイドコイル１１４の通電
時には、図６に示すように、電磁三方弁の１１１の弁体
１１３がソレノイドコイル１１４に吸引されることによ
りスプリング１１５の付勢力に逆らって上動する。した
がって、圧力制御室１１０が排出ポート１１９に連通す
ることにによりプランジャ１０９に作用する圧力が解放
されて、ニードル弁１０３の上動運動の規制状態が解除
されることになる。これにより、燃料供給通路１０８を
介して上記油室１０４に供給される燃料が、図のように
ニードル弁１０３を上方に押し上げて燃料噴射部１０ａ
に設けられたサック１０５に流入し、噴孔１０６…１０
６を通って燃焼室２５内に噴射されることになる。その
場合に、噴孔１０６…１０６から噴射された燃料噴霧Ｘ
…Ｘは、図のように拡散して飛散することになる。On the other hand, when the solenoid coil 114 is energized, as shown in FIG. . Accordingly, the pressure acting on the plunger 109 is released by the communication of the pressure control chamber 110 with the discharge port 119, and the restricted state of the upward movement of the needle valve 103 is released. As a result, the fuel supplied to the oil chamber 104 through the fuel supply passage 108 pushes the needle valve 103 upward as shown in FIG.
Flows into the sack 105 provided at the
6 and injected into the combustion chamber 25. In this case, the fuel spray X injected from the injection holes 106.
.. X are diffused and scattered as shown in the figure.

【００３０】なお、この実施例においては、インジェク
タ１０の燃料噴射部１０ａに設けられた噴孔１０６…１
０６の軸線Ｌ…Ｌが、図３に示すように、平面視で吸、
排気弁２８，２８，２９，２９の弁軸部２８ａ，２８
ａ，２９ａ，２９ａを指向するようにインジェクタ１０
がシリンダヘッド２４に取り付けられている。In this embodiment, the injection holes 106... 1 provided in the fuel injection portion 10a of the injector 10 are provided.
As shown in FIG. 3, the axes L...
Valve shaft portions 28a, 28 of the exhaust valves 28, 28, 29, 29
a, 29a, 29a.
Are attached to the cylinder head 24.

【００３１】さらに、このエンジン１には、図１に示す
ようにコントロールユニット（以下、ＥＣＵという）４
０が備えられている。このＥＣＵ４０はエンジン１のク
ランク角を検出するクランク角センサ４１からの信号
と、エンジン負荷を検出するエンジン負荷センサ４２か
らの信号と、エンジン水温を検出する水温センサ４３か
らの信号と、排気マニホルド５に設置されて燃焼室２５
から排出された直後の排気温を検出する第１排気温セン
サ４４からの信号と、触媒コンバータ７の直上流の排気
温を検出する第２排気温センサ４５からの信号と、触媒
コンバータ７の直下流の排気温を検出する第３排気温セ
ンサ４６からの信号と、触媒コンバータ７の直上流の残
留酸素濃度を検出する第１Ｏ２センサ４７からの信号
と、触媒コンバータ７の直下流の残留酸素濃度を検出す
る第２Ｏ２センサ４８からの信号とを入力し、これらの
信号に基づいて燃料噴射ポンプ８及びインジェクタ１０
…１０の作動をそれぞれ制御することにより、各気筒の
圧縮上死点の付近で主噴射が行われる通常噴射制御と、
各気筒の排気行程時に燃料を噴射する排気行程噴射制御
とを行うようになっている。Further, the engine 1 has a control unit (hereinafter referred to as ECU) 4 as shown in FIG.
0 is provided. The ECU 40 includes a signal from a crank angle sensor 41 for detecting a crank angle of the engine 1, a signal from an engine load sensor 42 for detecting an engine load, a signal from a water temperature sensor 43 for detecting an engine water temperature, and an exhaust manifold 5. Installed in the combustion chamber 25
A signal from a first exhaust gas temperature sensor 44 for detecting an exhaust gas temperature immediately after being discharged from the catalyst, a signal from a second exhaust gas temperature sensor 45 for detecting an exhaust gas temperature immediately upstream of the catalytic converter 7, and A signal from the third exhaust gas temperature sensor 46 for detecting the downstream exhaust gas temperature, a signal from the first O2 sensor 47 for detecting the residual oxygen concentration immediately upstream of the catalytic converter 7, and the residual oxygen concentration immediately downstream of the catalytic converter 7. And a signal from the second O2 sensor 48 for detecting the fuel injection, and based on these signals, the fuel injection pump 8 and the injector 10
. By controlling the operation of each of the cylinders 10 to perform normal injection control in which main injection is performed near the compression top dead center of each cylinder;
Exhaust stroke injection control for injecting fuel during the exhaust stroke of each cylinder is performed.

【００３２】ここで、上記通常噴射制御の概略を説明す
ると、ＥＣＵ４０はクランク角センサ４１からの信号に
基づいてエンジン回転数を計算した上で、該エンジン回
転数と上記エンジン負荷センサ４２からの信号が示すエ
ンジン負荷とに基づいて基本燃料噴射量を設定すると共
に、その値を水温センサ４３からの信号が示すエンジン
水温などで補正して最終噴射量を決定する。そして、上
記クランク角センサ４１からの信号が示すクランク角
が、各気筒における圧縮上死点の付近に設定された所定
のクランク角を示すときに、当該気筒のインジェクタ１
０に上記最終噴射量に対応する時間だけ駆動信号を出力
する。Here, the outline of the normal injection control will be described. The ECU 40 calculates the engine speed based on the signal from the crank angle sensor 41, and then calculates the engine speed and the signal from the engine load sensor 42. The basic fuel injection amount is set based on the engine load indicated by (1), and the value is corrected by the engine water temperature indicated by the signal from the water temperature sensor 43 to determine the final injection amount. When the crank angle indicated by the signal from the crank angle sensor 41 indicates a predetermined crank angle set near the compression top dead center of each cylinder, the injector 1
A drive signal is output to 0 for a time corresponding to the final injection amount.

【００３３】また、この実施例においては、上記排気行
程噴射が次のように行われるようになっている。Further, in this embodiment, the exhaust stroke injection is performed as follows.

【００３４】すなわち、ＥＣＵ４０は上記クランク角セ
ンサ４１からの信号を読み込み、該信号が示すクランク
角が、図７に示すように排気行程の終期に設定されたバ
ルブオーバーラップ期間に属する所定のクランク角のと
きに、当該気筒のインジェクタ１０に所定の添加燃料量
が噴射されるように駆動信号を出力する。That is, the ECU 40 reads the signal from the crank angle sensor 41, and the crank angle indicated by the signal is a predetermined crank angle belonging to the valve overlap period set at the end of the exhaust stroke as shown in FIG. At this time, a drive signal is output so that a predetermined amount of added fuel is injected into the injector 10 of the cylinder.

【００３５】これにより、次のような作用が得られる。Thus, the following operation is obtained.

【００３６】つまり、図７に示すように、圧縮行程の終
期に通常噴射（主噴射）が行われることにより、インジ
ェクタ１０から噴射された燃料が断熱圧縮によって加熱
された高温の圧縮空気の熱を受けて燃焼すると共に、燃
焼後の排気ガスは膨張行程の終期に開弁する排気弁２
９，２９から排気ポート２７，２７を経て排出される。
そして、排気行程の終期に設定されたバルブオーバーラ
ップ期間内に当該気筒のインジェクタ１０からＮＯｘ浄
化促進用の添加燃料が噴射されることになる。その場合
に、この添加燃料は燃焼室温度が低下する排気行程の後
期に噴射されることから、燃焼室壁面ないし排気ガスか
ら受ける熱量が少なく、これにより噴射量が少なくても
大半の燃料が活性化した状態で触媒コンバータ７に到達
することになって、ＮＯｘ浄化性能が確保ことになる。That is, as shown in FIG. 7, by performing the normal injection (main injection) at the end of the compression stroke, the fuel injected from the injector 10 loses the heat of the high-temperature compressed air heated by the adiabatic compression. While receiving and burning, the exhaust gas after combustion is exhaust valve 2 which opens at the end of the expansion stroke.
The gas is discharged from the exhaust ports 9 and 29 through the exhaust ports 27 and 27.
Then, during the valve overlap period set at the end of the exhaust stroke, additional fuel for promoting NOx purification is injected from the injector 10 of the cylinder. In this case, since the added fuel is injected late in the exhaust stroke when the temperature of the combustion chamber decreases, the amount of heat received from the combustion chamber wall surface or the exhaust gas is small, so that even if the injection amount is small, most fuel is activated. In this state, the catalyst reaches the catalytic converter 7 and the NOx purification performance is secured.

【００３７】特に、この実施例においては、吸、排気弁
２８，２８，２９，２９のオーバーラップ期間中に添加
燃料が噴射されることになるので、噴射された燃料が吸
気弁２８，２８から燃焼室２５を経て排気弁２９，２９
に素通りする空気の流れに乗って流出することになり、
添加燃料が更に効率よく触媒コンバータ７に到達するこ
とになって、より少ない燃料添加量で良好なＮＯｘ浄化
性能が得られることになる。In particular, in this embodiment, the added fuel is injected during the overlap period of the intake and exhaust valves 28, 28, 29, 29, so that the injected fuel flows from the intake valves 28, 28. Exhaust valves 29, 29 through combustion chamber 25
Will flow out of the air flowing through
The added fuel reaches the catalytic converter 7 more efficiently, and good NOx purification performance can be obtained with a smaller amount of added fuel.

【００３８】ところで、図１における第１排気温センサ
４４で検出される排気出口温度をパラメータとすると、
触媒コンバータ７に到達したときの燃料（軽油）の分解
率は、図８に示すように排気出口温度が上昇するほど大
きくなる傾向を示すことになるが、燃料分解率が所定値
αより大きすぎても、小さすぎてもＮＯｘ浄化率が低下
することになる。このため、燃料分解率が最大のＮＯｘ
浄化率が得られる上記所定値αとなるように排気出口温
度の基準値Ｔｏが設定されているが、エンジン１の異常
により排気出口温度が上記基準値Ｔｏを逸脱する場合が
ある。By the way, assuming that the exhaust gas outlet temperature detected by the first exhaust gas temperature sensor 44 in FIG. 1 is a parameter,
The decomposition rate of fuel (light oil) when reaching the catalytic converter 7 tends to increase as the exhaust outlet temperature increases, as shown in FIG. 8, but the fuel decomposition rate is too large than the predetermined value α. However, if it is too small, the NOx purification rate will decrease. For this reason, NOx with the largest fuel decomposition rate
Although the reference value To of the exhaust outlet temperature is set so as to be the predetermined value α at which the purification rate can be obtained, the exhaust outlet temperature may deviate from the reference value To due to an abnormality of the engine 1.

【００３９】そこで、この実施例においては、上記第１
排気温センサ４４で検出される排気出口温度をパラメー
タとして、図９に示す特性に従って排気行程噴射時期を
補正するようになっている。つまり、排気出口温度が基
準値Ｔｏよりも低いときには、排気出口温度が低下する
ほど排気行程噴射時期補正量がプラス方向に増大し、ま
た排気出口温度が上記基準値Ｔｏよりも高いときには、
排気出口温度が上昇するほど排気行程噴射時期補正量が
マイナス方向に増大するように上記特性が設定されてい
る。Therefore, in this embodiment, the first
Using the exhaust outlet temperature detected by the exhaust temperature sensor 44 as a parameter, the exhaust stroke injection timing is corrected according to the characteristics shown in FIG. That is, when the exhaust outlet temperature is lower than the reference value To, the exhaust stroke injection timing correction amount increases in the plus direction as the exhaust outlet temperature decreases, and when the exhaust outlet temperature is higher than the reference value To,
The characteristic is set such that the exhaust stroke injection timing correction amount increases in the negative direction as the exhaust outlet temperature increases.

【００４０】したがって、例えば排気出口温度が上記基
準値Ｔｏよりも高いときには、図７の鎖線で示すように
排気行程噴射時期が遅角されることになる。これによ
り、噴射された燃料が排気ガスから受け取る熱量も減少
することになって、触媒コンバータ７に到達した時点で
は燃料の分解状態がＮＯｘ浄化に適した最適状態とな
り、ＮＯｘ浄化性能の悪化が回避されることになる。Therefore, for example, when the exhaust outlet temperature is higher than the reference value To, the exhaust stroke injection timing is retarded as shown by the dashed line in FIG. As a result, the amount of heat that the injected fuel receives from the exhaust gas also decreases, and when the fuel reaches the catalytic converter 7, the decomposition state of the fuel becomes an optimal state suitable for NOx purification, and deterioration of the NOx purification performance is avoided. Will be done.

【００４１】また、第２排気温センサ４５で検出される
触媒入口温度をパラメータとすると、図１０に示すよう
に触媒入口温度が低下するほどＮＯｘ浄化率が低下する
傾向を示す。そこで、この実施例においては、ＮＯｘ浄
化率の許容できる下限値βに対応する禁止温度Ｔｋを設
定して、触媒入口温度が上記禁止温度Ｔｋよりも低いと
きには排気行程噴射を停止するようになっている。これ
により、無駄な燃料消費が抑制されて燃費性能の悪化が
回避されることになる。When the catalyst inlet temperature detected by the second exhaust gas temperature sensor 45 is used as a parameter, the NOx purification rate tends to decrease as the catalyst inlet temperature decreases as shown in FIG. Therefore, in this embodiment, the inhibition temperature Tk corresponding to the allowable lower limit value β of the NOx purification rate is set, and when the catalyst inlet temperature is lower than the inhibition temperature Tk, the exhaust stroke injection is stopped. I have. As a result, useless fuel consumption is suppressed, and deterioration of fuel efficiency is avoided.

【００４２】なお、この実施例においては吸、排気弁２
８，２９のオーバーラン期間中に添加燃料の全量を噴射
させるようになっているが、添加燃料の一部を上記オー
バーラン期間中に噴射させるようにしてもよい。In this embodiment, the intake and exhaust valves 2
Although the entire amount of the added fuel is injected during the overrun period of 8, 29, a part of the added fuel may be injected during the overrun period.

【００４３】[0043]

【発明の効果】以上のように本発明によれば、筒内温度
が低下する排気行程の後期にＮＯｘ浄化促進用の添加燃
料が噴射されることになるので、燃焼室壁面ないし排気
ガスから受ける熱量が少なく、これにより噴射量が少な
くても大半の燃料が活性化した状態でＮＯｘ浄化触媒に
到達することになって、燃費性能が悪化することなくＮ
Ｏｘ浄化性能が向上することになる。As described above, according to the present invention, the additional fuel for promoting NOx purification is injected at the latter stage of the exhaust stroke when the in-cylinder temperature is lowered. The amount of heat is small, and therefore, even if the injection amount is small, most of the fuel reaches the NOx purification catalyst in an activated state, and the fuel consumption performance is not deteriorated.
Ox purification performance is improved.

【００４４】そして、特に第１発明によれば、吸、排気
弁のオーバーラップ期間中に添加燃料が噴射されること
になるので、噴射された燃料が吸気弁から燃焼室を経て
排気弁に素通りする空気の流れに乗って流出することに
なり、添加燃料が更に効率よくＮＯｘ浄化触媒に到達す
ることになって、より少ない燃料添加量で良好なＮＯｘ
浄化性能が得られることになる。According to the first aspect of the present invention , the additional fuel is injected during the overlap period between the intake and exhaust valves, so that the injected fuel passes through the combustion chamber from the intake valve to the exhaust valve. As a result, the added fuel reaches the NOx purifying catalyst more efficiently, so that a good NOx can be obtained with a smaller amount of added fuel.
Purification performance will be obtained.

【００４５】また、第２発明によれば、排気温が高くな
るほど排気行程時の燃料噴射時期を遅延させるようにな
っているので、何らかの原因でエンジンから排出させる
排気ガスの温度が変動したとしても、噴射された燃料が
触媒に到達するまでに排気ガスから受ける熱量がほぼ一
定となり、燃料の分解状態がＮＯｘ浄化に適した最適状
態に維持されることになって、ＮＯｘ浄化性能の悪化が
回避されることになる。According to the second aspect of the present invention , the fuel injection timing during the exhaust stroke is delayed as the exhaust gas temperature rises. Therefore, even if the temperature of the exhaust gas discharged from the engine fluctuates for any reason. The amount of heat received from the exhaust gas until the injected fuel reaches the catalyst is substantially constant, and the decomposition state of the fuel is maintained at an optimum state suitable for NOx purification, thereby avoiding deterioration of NOx purification performance. Will be done.

【００４６】さらに、第３発明によれば、ＮＯｘ浄化触
媒の入口温度が設定値よりも低いときには排気行程噴射
を禁止するようになっているので、燃費性能の悪化が回
避されることになる。 Further, according to the third aspect of the present invention , when the inlet temperature of the NOx purification catalyst is lower than the set value, the exhaust stroke injection is prohibited, so that the deterioration of the fuel efficiency can be avoided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図１】 エンジンの制御システム図である。FIG. 1 is a control system diagram of an engine.

【図２】 燃焼室の周辺の構成を示すエンジンの要部拡
大断面図である。FIG. 2 is an enlarged sectional view of a main part of an engine showing a configuration around a combustion chamber.

【図３】 図２のＡ−Ａ線で切断した断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line AA of FIG.

【図４】 インジェクタの縦断面図である。FIG. 4 is a longitudinal sectional view of the injector.

【図５】 図４のＢ−Ｂ線で切断した拡大断面図であ
る。FIG. 5 is an enlarged sectional view taken along line BB of FIG. 4;

【図６】 インジェクタの作動状態を示す縦断面図であ
る。FIG. 6 is a longitudinal sectional view showing an operation state of the injector.

【図７】 クランク角に対するバルブリフト量とインジ
ェクタの作動状態との関係を示す特性図である。FIG. 7 is a characteristic diagram showing a relationship between a valve lift amount with respect to a crank angle and an operating state of an injector.

【図８】 排気出口温度と燃料分解率との関係を示す特
性図である。FIG. 8 is a characteristic diagram showing a relationship between an exhaust outlet temperature and a fuel decomposition rate.

【図９】 排気出口温度をパラメータとする排気行程噴
射時期補正量の制御特性を示す制御特性図である。FIG. 9 is a control characteristic diagram showing a control characteristic of an exhaust stroke injection timing correction amount using an exhaust outlet temperature as a parameter.

【図１０】 触媒入口温度とＮＯｘ浄化率との関係を示
す特性図である。FIG. 10 is a characteristic diagram showing a relationship between a catalyst inlet temperature and a NOx purification rate.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１ エンジン ６ 排気管 ７ 触媒コンバータ １０ インジェクタ ４０ ＥＣＵ ２８ 吸気弁 ２９ 排気弁 ４４ 第１排気温センサ ４５ 第２排気温センサ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Engine 6 Exhaust pipe 7 Catalytic converter 10 Injector 40 ECU 28 Intake valve 29 Exhaust valve 44 First exhaust temperature sensor 45 Second exhaust temperature sensor

フロントページの続き (72)発明者 山内 博文 広島県安芸郡府中町新地３番１号 マツ ダ株式会社内 (56)参考文献 特開 平６−117225（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−117224（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−214919（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−231645（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−210211（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−217640（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F01N 3/08 - 3/38 F01N 9/00 - 11/00 F02D 41/00 - 41/40 Continuation of front page (72) Inventor Hirofumi Yamauchi 3-1 Shinchi, Fuchu-cho, Aki-gun, Hiroshima Prefecture Inside Mazda Co., Ltd. (56) References JP-A-6-117225 (JP, A) JP-A-6-117224 ( JP, A) JP-A-4-214919 (JP, A) JP-A-4-231645 (JP, A) JP-A-4-21011 (JP, A) JP-A-3-217640 (JP, A) ) Surveyed field (Int.Cl. ⁷ , DB name) F01N 3/08-3/38 F01N 9/00-11/00 F02D 41/00-41/40

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項１】 圧縮上死点近傍で燃料を噴射する燃料噴
射手段が気筒ごとに設けられ、かつ排気系に排気ガス中
の窒素酸化物を浄化するＮＯｘ浄化触媒が設置されたエ
ンジンの排気浄化装置であって、気筒ごとに備えられた
吸、排気弁の開弁期間が排気行程の終期に互いにオーバ
ーラップするように設定されていると共に、各気筒にお
ける吸、排気弁の上記オーバーラップ期間中に少なくと
も燃料の一部が噴射されるように当該気筒の燃料噴射手
段を作動させる制御手段が設けられていることを特徴と
するエンジンの排気浄化装置。1. Exhaust purification of an engine in which fuel injection means for injecting fuel near the compression top dead center is provided for each cylinder, and an exhaust system is provided with a NOx purification catalyst for purifying nitrogen oxides in exhaust gas. The device, wherein the opening periods of the intake and exhaust valves provided for each cylinder are set so as to overlap each other at the end of the exhaust stroke, and during the overlap period of the intake and exhaust valves in each cylinder. An exhaust purification device for an engine, further comprising control means for operating fuel injection means of the cylinder so that at least a part of the fuel is injected. 【請求項２】 排気温を検出する排気温検出手段と、該
検出手段で検出される排気温が高温になるほど排気行程
時の燃料噴射時期を遅らせる燃料噴射時期補正手段とが
設けられていることを特徴とする請求項１に記載のエン
ジンの排気浄化装置。2. An exhaust gas temperature detecting means for detecting an exhaust gas temperature , and a fuel injection timing correcting means for delaying a fuel injection timing during an exhaust stroke as the exhaust gas temperature detected by the detecting means becomes higher. The exhaust gas purifying apparatus for an engine according to claim 1 , wherein: 【請求項３】 排気系に設置されたＮＯｘ浄化触媒の入
口温度を検出する触媒入口温度検出手段と、該検出手段
で検出される触媒入口温度が所定値以下のときに排気行
程噴射を禁止する排気行程噴射禁止手段とが設けられて
いることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれ
かに記載のエンジンの排気浄化装置。3. A catalyst inlet temperature detecting means for detecting an inlet temperature of a NOx purification catalyst installed in an exhaust system, and prohibiting an exhaust stroke injection when the catalyst inlet temperature detected by the detecting means is lower than a predetermined value. 3. An exhaust stroke injection prohibiting means is provided.
Engine exhaust purification device according to any.