JP3797046B2

JP3797046B2 - Diesel engine exhaust purification system

Info

Publication number: JP3797046B2
Application number: JP34572099A
Authority: JP
Inventors: 靖久北原; 哲也上原
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1999-12-06
Filing date: 1999-12-06
Publication date: 2006-07-12
Anticipated expiration: 2019-12-06
Also published as: JP2001164968A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディーゼルエンジンの排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンは、全運転領域において、Ａ／Ｆ（空燃比）２０以上のリーン状態で運転されており、排気が酸素雰囲気であることから、排気後処理、特に触媒については、一般に排気中のＨＣ、ＳＯＦのみを酸化する触媒が用いられている。
【０００３】
このようなディーゼルエンジンにおいて、排気中のＮＯｘを低減するため、特開平８−２１８９２０号公報に示されるように、排気通路に、流入する排気空燃比がリーンのときに排気中のＮＯｘを吸収し、流入する排気の酸素濃度が低下したときに吸収したＮＯｘを放出するＮＯｘ吸収材を配置し、このＮＯｘ吸収材からＮＯｘを放出させるべきときに、Ａ／Ｆをリッチに切換えて（リッチスパイク）、吸収材に吸収させたＮＯｘを還元浄化するようにしたものがある。
【０００４】
この場合のリッチ化は、燃料噴射量を大幅に増量して、空気過剰率を低下させることにより行うが、ディーゼルエンジンの一般的な燃焼形態である拡散燃焼において燃料噴射量を増量すると、増量した燃料の大部分が燃焼せず、大量のスモークが発生することから、燃焼開始前に燃焼室内に噴射される燃料の量を増大させることにより、噴射燃料と空気との予混合燃焼に寄与する燃料の量を、噴射燃料により燃焼室内に生じる拡散燃焼に寄与する燃料の量に対して増大させており、また、予混合燃焼による燃焼室内での燃焼の運転性に与える影響が許容範囲内となる負荷条件、すなわち低負荷領域において、行っている。言い換えれば、低負荷領域において早期噴射による予混合燃焼を活用することで、リッチ化を可能としている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、低負荷領域でリッチスパイクを行うことは、大幅な燃費悪化とトルク変動とを伴い、運転性の悪化を招く恐れがある。また、ＮＯｘ排出量の多い中負荷〜高負荷領域でトルク変動が大きいことを理由にリッチスパイクを行わないとすると、ＮＯｘ吸収材のＮＯｘ吸収量がすぐ飽和に達してしまい、リッチスパイクのできる低負荷領域になるまで、ＮＯｘを浄化することができないという問題点がある。
【０００６】
一方、特開平８−８６２５１号公報に開示される燃焼方式がある。
これは、所定の運転条件にて、エンジンの燃焼温度を低下させる燃焼温度低下手段と、噴射燃料の着火遅れ期間を長くする着火遅れ増長手段と、燃焼室内にスワールを生成するスワール生成手段とを備え、比較的低温で予混合燃焼を行い、ＮＯｘとスモークとを同時に低減させる燃焼方式で、燃焼速度を抑制できるため燃焼音の低減にも効果がある。こうした燃焼方式を、以下ＭＫ（Modulated Kinetic）燃焼と称することとする。
【０００７】
このＭＫ燃焼を実現するための具体的な方策としては、（１）大量ＥＧＲ、（２）燃料噴射時期の最適化、（３）高スワールの生成を行っている。
（１）大量ＥＧＲ
予混合燃焼では燃焼が一気に行われるため、燃焼温度が高くなりＮＯｘが増加し、また燃焼音も大きくなるが、大量のＥＧＲを行うことにより、着火後の燃焼をゆっくり行わせ、着火後の燃焼温度の上昇を抑えて、燃焼音やＮＯｘを低減させる。また、大量のＥＧＲにより、着火遅れ期間を長くすることで、燃料の気化のための時間が十分にとれ、予混合燃焼とすることができる。
【０００８】
（２）燃料噴射時期の最適化
従来、圧縮上死点ＴＤＣよりかなり前で開始されていた燃料噴射をＴＤＣ以降に開始させること（噴射時期の遅角化）により、圧縮された空気が膨張過程に入り、圧力が下がり始めてから燃焼が行われるため、燃焼開始圧力が低く抑えられる。また、この時期に噴射することで噴射されてもすぐに着火せず、燃料の気化のための時間が十分にとれ、予混合燃焼とすることができる。
【０００９】
（３）高スワールの生成
スワール制御弁等により、燃焼室内に高（強い）スワールを生成し、燃料と空気との混合や燃焼を安定した形で行わせる。
【００１０】
本発明は、このような実状に鑑み、上記ＭＫ燃焼を前提とし、排気通路にＮＯｘトラップ材を備える場合に、燃料噴射時期の変更のみで、より広い領域（低負荷〜中負荷領域）で、トルク変動を抑制しつつ、ＮＯｘトラップ材の再生（トラップしたＮＯｘの還元浄化）を可能にすることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明は、エンジンの運転条件を検出する運転条件検出手段により検出される所定の運転条件にて、エンジンの燃焼温度を低下させ、噴射燃料の着火遅れ期間を長くし、かつ燃焼室内にスワールを生成することにより、予混合燃焼を行わせるディーゼルエンジンであって、エンジンの排気通路に設置され、流入する排気中のＨＣ濃度が小のときは排気中のＮＯｘをトラップし、ＨＣ濃度が大のときはトラップしたＮＯｘを放出するＮＯｘトラップ材を備えるものにおいて、前記所定の運転条件であることを前提として、前記ＮＯｘトラップ材からＮＯｘを放出させるべきＮＯｘ放出条件を検出するＮＯｘ放出条件検出手段と、前記所定の運転条件で、かつ前記ＮＯｘ放出条件でないときに、ＥＧＲ率の増加と、圧縮上死点以降の燃料噴射と、前記スワールの生成とによって、前記予混合燃焼を実現する手段と、前記所定の運転条件で、かつ前記ＮＯｘ放出条件であるときに、前記所定の運転条件で、かつ前記ＮＯｘ放出条件でないときに対し、空燃比をリッチ化することなく、燃料噴射時期のみを変更して、ＥＧＲ率の増加と、圧縮上死点前の燃料噴射と、前記スワールの生成とによって、早期噴射による予混合燃焼を実現する手段と、を設けて、ディーゼルエンジンの排気浄化装置を構成する。
【００１２】
請求項２に係る発明では、前記ＮＯｘ放出条件検出手段は、前記ＮＯｘトラップ材のＮＯｘトラップ量を検出するＮＯｘトラップ量検出手段を有し、前記所定の運転条件にて、前記ＮＯｘトラップ材のＮＯｘトラップ量が所定値以上のときを、ＮＯｘ放出条件として検出することを特徴とする。
【００１３】
請求項３に係る発明では、前記ＮＯｘ放出条件検出手段は、計時手段を有し、前記所定の運転条件にて、所定時間毎に周期的に、ＮＯｘ放出条件を設定することを特徴とする。
【００１４】
請求項４に係る発明では、ＨＣ濃度が大のときはトラップしたＮＯｘを放出して還元するＮＯｘトラップ材と、前記ＮＯｘトラップ材の温度を検出するトラップ材温度検出手段を有し、前記燃料噴射時期変更手段は、前記ＮＯｘトラップ材の温度が所定の温度範囲内にあるときのみ、燃料噴射時期を進角させることを特徴とする。
【００１５】
請求項５に係る発明では、前記燃料噴射時期変更手段は、燃料噴射時期の変更時に、燃料噴射時期を徐々に変更することを特徴とする。
【００１６】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によれば、燃焼温度低下、着火遅れ増長及びスワール生成によるＭＫ燃焼から、早期噴射による予混合燃焼に切換えることで、エンジンから排出されるＨＣ濃度が大幅に増加し、このＨＣ濃度変動によってＮＯｘトラップ材にトラップしたＮＯｘを放出させることができる。
【００１７】
また、ＭＫ燃焼を基本とするため、エンジンから放出されるＮＯｘの量は従来の通常燃焼に比べ格段に減少する。よって、ＮＯｘトラップ材が飽和ＮＯｘトラップ量に達するインターバルを延ばすことが可能となり、早期噴射による予混合燃焼によってＨＣ濃度変動を起こす頻度を少なくすることが可能となり、燃費悪化等を抑制できる。
【００１８】
また、早期噴射による予混合燃焼を実現するためには、着火遅れ期間の増大、均一な予混合気の形成が必要であり、ＥＧＲによる着火遅れ期間の延長、高スワールによる予混合気の形成で可能であることから、基本的にはＭＫ燃焼で行っている高ＥＧＲ＋高スワールで対応可能である。よって、燃料噴射時期の変更のみで、ＭＫ燃焼→早期噴射による予混合燃焼に切換えが可能であり、Ａ／Ｆをほとんど変動させることなく、ＨＣ濃度を変化させられることから、運転性の悪化もほとんどない。
【００１９】
また、ＭＫ燃焼のためのＭＫ領域は、低負荷〜中負荷の広い範囲にまたがっており、小さいトルクショックでＮＯｘ浄化が可能なエリアが広いため、ＮＯｘ浄化を行いやすい。
【００２０】
また、燃料噴射時期を圧縮上死点以降から圧縮上死点前に進角させることで、ＭＫ燃焼（圧縮上死点以降の燃料噴射による予混合燃焼）から、早期噴射（圧縮上死点前の燃料噴射）による予混合燃焼に確実に切換えることができる。
【００２１】
請求項２に係る発明によれば、ＮＯｘトラップ材のＮＯｘトラップ量を検出し、これが所定値以上のときに、早期噴射による予混合燃焼に切換えて、ＮＯｘの還元浄化を図るため、ＮＯｘトラップ材が飽和状態に達する前に、ＮＯｘトラップ材を確実に再生できる。
【００２２】
請求項３に係る発明によれば、所定時間毎に周期的に、早期噴射による予混合燃焼に切換えるため、ＮＯｘのトラップ・脱離・浄化が確実に行われ、ＮＯｘトラップ材の性能を最大限発揮させることができる。
【００２３】
請求項４に係る発明によれば、ＮＯｘトラップ材の温度が所定の温度範囲内にあるときのみ、すなわち、トラップしたＮＯｘを還元する性能が高い所定の温度範囲内にて、早期噴射による予混合燃焼に切換えることで、ＮＯｘの還元性能を向上することが可能となる。
【００２４】
請求項５に係る発明によれば、燃料噴射時期の変更時に、燃料噴射時期を徐々に変更することで、トルクショックを更に低減することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態について説明する。
図２は本発明の実施形態を示すディーゼルエンジンのシステム図である。
【００２６】
ディーゼルエンジン（エンジン本体）１の各気筒には、直噴式の燃料噴射弁２が取付けられている。各燃料噴射弁２へは、共通のコモンレール（燃料蓄圧配管）３から高圧燃料が供給される。コモンレール３へは、エンジン駆動されるサプライポンプ４から高圧燃料が圧送される。このようなコモンレール式の燃料噴射装置を用いることにより、高圧燃料を任意の時期に筒内に噴射することが可能である。
【００２７】
エンジン１への吸気通路は、吸気管５及び吸気マニホールド６により構成され、エンジン１からの排気通路は、排気マニホールド７及び排気管８により構成される。
【００２８】
吸気通路（吸気管５）には、ターボチャージャ９、詳しくは、排気通路（排気管８）側の排気タービン９ａにより駆動される吸気コンプレッサ９ｂが介装されている。このターボチャージャ９は、排気タービン９ａ側に可変ノズル機構が付いており、そのノズル開度を調整することで、任意の過給圧に制御可能である。
【００２９】
また、排気通路（排気管８）から吸気通路（吸気マニホールド６）へ、排気の一部（ＥＧＲガス）を還流させるべく、ＥＧＲ通路１０が設けられ、該ＥＧＲ通路１０には、ＥＧＲ制御弁１１が介装されている。
【００３０】
また、図２には示していないが、吸気マニホールド６又は吸気ポートには、スワール生成手段が設けられている。
スワール生成手段としては、バタフライバルブの一部に切欠きを有するスワール制御弁を用いてもよいが、ここでは、図３及び図４に示すような回転ブレード式の可変スワール装置４５を設けて、筒内のスワールを任意に設定可能としてある。
【００３１】
可変スワール装置４５は、いわゆるヘリカル型の吸気ポート４６（略直線状の吸気路４６ａと吸気弁軸回りの渦巻状路４６ｂとで形成される）の渦巻状路４６ｂの近くに位置して回転自在に設けられる回転ブレード４７と、この回転ブレード４７に連結させたリンク機構４８と、このリンク機構４８を駆動する負圧アクチュエータ４９と、この負圧アクチュエータ４９の負圧作動室５０への負圧を制御する負圧調整弁５１とからなり、回転ブレード４７の回転位置でスワール比の調整が可能である。例えば、回転ブレード４７が図４（Ａ）の位置で高スワール比となり、図４（Ｂ）の位置までくると、低スワール比となる。この回転ブレード方式は、レスポンスも早く、広範囲でスワール制御が可能である。そのため、スワール比に敏感に反応するＨＣの低減に適している。
【００３２】
排気通路（排気管８）の排気タービン９ａ下流には、ＮＯｘトラップ材の機能を有するＮＯｘトラップ触媒１２が配置されている。
このＮＯｘトラップ触媒１２としては、本出願人が特願平１０−３１９６８９号で出願しているようなものがあり、例えば、カリウム、ナトリウム、リチウム、セシウムからなるアルカリ金属、バリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウムからなるアルカリ土類金属、ランタン、セリウム、プラセオジウム、ネオジウム、サマリウムからなる希土類、マンガン、鉄、ニッケル、コバルトからなる遷移金属、ジルコニウム、イットリウムから選ばれた少なくとも１つと、白金、パラジウム、ロジウム、イリジウムから選ばれた少なくとも１つとを含む触媒で、リーン域（Ａ／Ｆ＞１８）で触媒入口のＨＣ濃度が変動すると、トラップしていたＮＯｘを放出して還元浄化することができる。
【００３３】
すなわち、図５に示すように、リーン域で、雰囲気に還元剤となるＨＣ、ＣＯが少ない状態であると、ＮＯｘはＮＯ₃の状態でトラップ材にトラップされる。そして、雰囲気に還元剤となるＨＣ、ＣＯが多い状態では、ＮＯ₃はトラップ材から放出され、Ｎ₂に還元される。
【００３４】
従って、図６に示すように、触媒入口のＨＣ濃度（エンジン出口ＨＣ濃度）を変動させることで、ＮＯｘのトラップ、放出還元が起きるのである。
図６の下のグラフは、エンジン出口でのＨＣ濃度を小（区間Ｔ１）から大（区間Ｔ２）に変化させた場合を示し、図６の上のグラフは、横軸（時間軸）を下のグラフと対応させて排気管出口でのＮＯｘ濃度の変化を示している。
【００３５】
図６によれば、区間Ｔ１ではＨＣ濃度小のため、ＮＯｘトラップ量が大きい。区間Ｔ２でＨＣ濃度が大となると、区間Ｔ１でトラップされたＮＯｘが放出される（区間Ｔ２Ａ）。ここでの放出量は、前の区間（Ｔ１、周期的に見るとＴ１とＴ２Ｂ）でトラップされたＮＯｘ量よりも少ない量が放出されており、その差がＮＯｘ浄化量となる。放出が終わると、再びＮＯｘがトラップされるが、ＨＣ濃度大の区間Ｔ２ＢでのＮＯｘトラップ量は区間Ｔ１より少ない。
【００３６】
また、表１に放出還元過程の雰囲気酸素濃度に応じた区間Ｔ１、Ｔ２でのＮＯｘ低減率を示すように、ＨＣ濃度変動型のＮＯｘトラップ触媒１２は、Ａ／Ｆ＞１８（酸素濃度１０％以上）の領域でその効果が更に発揮される。
【００３７】
【表１】

ここにおいて、コモンレール燃料噴射系の燃料噴射弁２、ＥＧＲ制御弁１１、可変スワール装置４５（負圧調整弁５１）の作動は、エンジンコントロールユニット（以下ＥＣＵという）１３からの信号によって制御される。
【００３８】
このＥＣＵ１３には、エンジン回転数センサ、アクセル開度センサ等の他、トラップ材温度検出手段として、ＮＯｘトラップ触媒１２入口の排気温度を検出する温度センサ１４から信号が入力されている。
【００３９】
かかるＥＣＵ１３による制御内容を第１実施形態である図７のフローチャートに基づいて説明する。
ステップ１（図にはＳ１と記す。以下同様）では、エンジン回転数とアクセル開度（トルク）とから、運転条件を読込む。この部分が運転条件検出手段に相当する。
【００４０】
ステップ２では、運転条件の判定、すなわち、図８に示すＭＫ燃焼のためのＭＫ領域（低負荷〜中負荷領域）か否かの判定を行う。
ＭＫ領域の場合は、ステップ３へ進んで、高ＥＧＲ率（ＥＧＲ率３０％以上）、高スワールに設定し、また、所定の条件に合致しない限り、ステップ８へ進んで、噴射時期を圧縮上死点ＴＤＣ以降（例えば４°ＡＴＤＣ）に設定し、噴射時期がＴＤＣ以降の予混合燃焼（ＭＫ燃焼）を行わせる。
【００４１】
ここで、高ＥＧＲ率に設定する部分が燃焼温度低下手段に相当し、高ＥＧＲ率に設定する部分及び噴射時期をＴＤＣ以降に設定する部分が着火遅れ増長手段に相当し、高スワールに設定する部分がスワール生成手段に相当する。
【００４２】
噴射時期がＴＤＣ以降の予混合燃焼（ＭＫ燃焼）を実現すれば、図９に示すように低負荷〜中負荷の広い運転領域（ＭＫ領域）でＮＯｘの排出量が抑制される。図９において、ＭＫ領域では、等ＮＯｘ排出量線の間隔があいており、ＮＯｘ排出量の増加もゆるやかであることがわかる。
【００４３】
また、高ＥＧＲ、高スワール、噴射時期リタードによって、低温予混合燃焼が実現されるので、図１０の特にＩＴ＝４°ＡＴＤＣの場合に示すように、スモークの悪化なしにＮＯｘを大幅に低減することが可能となる。その結果、ＭＫ領域においてはＮＯｘ排出量を従来のディーゼルエンジンに対して大幅に低減することが可能となる。
【００４４】
ステップ４では、ＮＯｘトラップ触媒１２へのＮＯｘトラップ量を判定する。判定は、図９に示したエンジン回転数及びトルクに対するＮＯｘ排出量のマップから、エンジンから排出されるＮＯｘ排出量を読込み、その運転状態の時間頻度からＮＯｘトラップ触媒１２へのＮＯｘトラップ量を算出し、これを所定値と比較する。この部分がＮＯｘ放出条件検出手段（ＮＯｘトラップ量検出手段）に相当する。
【００４５】
ＮＯｘトラップ量判定の結果、ＮＯｘトラップ量≧所定値の場合（ＮＯｘトラップ量が飽和近くに達している場合）は、ステップ７へ進む。
ステップ７では、所定時間、噴射時期をＴＤＣ前（例えば吸気行程中）に変更する。すなわち、噴射時期をＴＤＣ前とする早期噴射による予混合燃焼に切換える。この部分が燃料噴射時期変更手段に相当する。ここで、早期噴射によって予混合燃焼を達成するためには、従来の非ＭＫ燃焼の噴射時期である上死点前１５〜５°よりも更に早期（例えば上死点前１００°）に噴射する必要がある。
【００４６】
噴射時期がＴＤＣ以降の予混合燃焼（ＭＫ燃焼）から噴射時期がＴＤＣ前の早期噴射による予混合燃焼（早期予混合燃焼）に切換えることで、図６に示したように、排気中のＨＣ濃度が増大する。これにより、ＮＯｘトラップ触媒１２からＮＯｘが放出されて、還元浄化される。
【００４７】
早期予混合燃焼を実現するためには、（１）着火遅れ期間の増大、（２）均一な予混合気の形成が必要であり、本実施形態では、（１）ＥＧＲによる着火遅れ期間の延長、（２）高スワールによる予混合気の形成で可能であることから、基本的にはＭＫ燃焼で行っている高スワール＋高ＥＧＲで対応可能である。よって、スワール可変装置４５はＭＫ燃焼時と同様に高スワールを発生するように維持し、かつ低温で燃焼させるためＥＧＲ制御弁１１によりＥＧＲガスも導入していることから、噴射時期の変更のみで、ＭＫ燃焼→早期予混合燃焼に切換えが可能であり、Ａ／Ｆをほとんど変動させることなく、ＨＣ濃度を変化させられることから、運転性の悪化もほとんどない。
【００４８】
ＭＫ燃焼と早期予混合燃焼との切換えに際しては、図１１に示すように、噴射時期を徐々に変更するように、より具体的には、ＭＫ燃焼用の噴射量（ＭＫ噴射量）と早期予混合燃焼用の噴射量（早期噴射量）との割合を徐々に変化させるようにして、急激な燃焼状態の変化を回避してトルクショックが生じることを防止するとよい。
【００４９】
図１１において、カーブＡは全燃料噴射量に対するＴＤＣより早期（例えば吸気行程中）に噴射される予混合気形成用の燃料の量（早期噴射量）の割合を、同様にカーブＢは全燃料噴射量に対するＭＫ燃焼時の噴射時期に噴射される燃料の量（ＭＫ噴射量）の割合を示している。また、横軸は、ＭＫ燃焼から早期予混合燃焼への移行の経過時間を示し、Ｔで示した期間はＭＫ燃焼から早期予混合燃焼へ完全に移行するまでの期間を示している。
【００５０】
図１１について説明すると、本実施形態では、通常運転時にはＴＤＣ以降に全量（１００％）の燃料が噴射されており、早期予混合燃焼への切換時には期間Ｔの間にＴＤＣ以降における燃料噴射量は徐々に低減され、期間Ｔ終了時にはゼロになるようにされる（カーブＢ）。また、早期噴射される燃料量は通常運転時にはゼロであり、早期予混合燃焼への切換時には期間Ｔの間に０から１００％まで増量される。すなわち、ＭＫ燃焼から早期予混合燃焼への移行期間Ｔの間には、早期噴射とＭＫ燃焼のためのＴＤＣ以降噴射との両方が行われる。このように、ＭＫ燃焼から早期予混合燃焼への切換えを急激に行うのではなく、ある移行期間Ｔを設け、この期間Ｔ内にＭＫ燃焼から早期予混合燃焼への切換えを徐々に進行させることにより、ＭＫ燃焼から早期予混合燃焼への切換えによるトルクショックの発生が防止される。
【００５１】
尚、図１１は、ＭＫ燃焼から早期予混合燃焼への移行についてのみ示しているが、同様に早期予混合燃焼からＭＫ燃焼に復帰する際にも移行期間を設け、燃焼の切換えを徐々に行うようにすれば、ＭＫ燃焼と早期予混合燃焼との切換えに伴うトルクショックの発生が完全に防止される。
【００５２】
次に本発明の第２実施形態について説明する。
図１２は本発明の第２実施形態の制御フローチャートである。
トラップしたＮＯｘを還元する性能（ＮＯｘ転化率）が高い所定温度範囲で早期噴射による予混合燃焼に切換えることで、ＮＯｘの還元性能を向上することが可能となる。
【００５３】
そこで、図１３に示すような触媒活性温度域（Ｔ１〜Ｔ２の排温条件、例えば２００〜４００℃）でのみ、早期予混合燃焼に切換える。
このため、図１２のフローでは、図７のフローに対し、ステップ６が追加されている。
【００５４】
すなわち、ステップ４にてＮＯｘトラップ量が所定値以上と判定された場合に、ステップ６に進む。
ステップ６では、温度センサ１４により検出されるＮＯｘトラップ触媒１２入口の排気温度（トラップ材温度、触媒温度）が図１３に示す触媒の還元活性の高い活性温度範囲Ｔ１〜Ｔ２内であるか否かを判定する。この部分がトラップ材温度検出手段に相当する。
【００５５】
この結果、活性温度範囲内の場合は、ＮＯｘの還元浄化が可能であるため、ステップ７へ進んで、噴射時期をＴＤＣ前に変更し、早期予混合燃焼に切換える。これに対し、活性温度範囲外で、触媒の活性がない状態では、早期予混合燃焼によりＨＣ濃度変動を与えてもその効果が得られないことから、ステップ８へ進んで噴射時期がＴＤＣ以降のＭＫ燃焼のままとする。
【００５６】
次に本発明の第３実施形態について説明する。
図１４は本発明の第３実施形態の制御フローチャートである。
触媒の活性領域で周期的にＨＣ濃度変動を起こしてやることで、ＮＯｘのトラップ・脱離・浄化が確実に行われ、触媒の性能を最大限発揮させることができる。
【００５７】
そこで、所定時間毎に周期的にＭＫ燃焼から早期予混合燃焼にを切換えることで、確実にトラップしたＮＯｘを浄化する。
このため、図１４のフローでは、図１２のフローに対し、ステップ４の代わりに、ステップ５が設けられている。
【００５８】
すなわち、ＭＫ領域にて、ステップ５に進む。
ステップ５では、所定時間毎のＮＯｘ放出周期か否かを判定する。具体的には、噴射時期がＴＤＣ以降のＭＫ燃焼の継続時間を計時し、この時間が所定時間以上となった場合に、ＮＯｘ放出周期とする。この部分がＮＯｘ放出条件検出手段（計時手段）に相当する。
【００５９】
そして、ＮＯｘ放出周期の場合に、ステップ６に進み、活性温度範囲内であれば、更にステップ７に進んで、噴射時期をＴＤＣ前に変更し、早期予混合燃焼に切換える。
【００６０】
このように、周期的にＭＫ燃焼と早期予混合燃焼を切換えることで、ＮＯｘトラップ触媒１２にトラップされたＮＯｘを常時脱離・浄化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の構成を示す機能ブロック図
【図２】本発明の実施形態を示すディーゼルエンジンのシステム図
【図３】可変スワール装置の構成図
【図４】可変スワール装置によるスワール生成の様子を示す斜視図
【図５】ＮＯｘトラップ触媒のＮＯｘトラップ・放出還元機構を示す図
【図６】ＨＣ濃度変動によるＮＯｘトラップ・放出還元作用を示す図
【図７】第１実施形態の制御フローチャート
【図８】ＭＫ領域を示す図
【図９】エンジンＮＯｘ排出量マップを示す図
【図１０】ＮＯｘ及びスモーク発生量を示す図
【図１１】ＭＫ燃焼と早期予混合燃焼との切換時の噴射量割合を示す図
【図１２】第２実施形態の制御フローチャート
【図１３】ＮＯｘトラップ触媒の活性温度範囲を示す図
【図１４】第３実施形態の制御フローチャート
【符号の説明】
１ディーゼルエンジン
２燃料噴射弁
３コモンレール
４サプライポンプ
５吸気管
６吸気マニホールド
７排気マニホールド
８排気管
９ターボチャージャ
１０ＥＧＲ通路
１１ＥＧＲ制御弁
１２ＮＯｘトラップ触媒（ＮＯｘトラップ材）
１３ＥＣＵ
１４温度センサ
４５可変スワール装置[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an exhaust emission control device for a diesel engine.
[0002]
[Prior art]
The diesel engine is operated in a lean state with an A / F (air-fuel ratio) of 20 or more in the entire operation region, and since the exhaust is in an oxygen atmosphere, the exhaust post treatment, particularly the catalyst, is generally HC in the exhaust. A catalyst that oxidizes only SOF is used.
[0003]
In such a diesel engine, in order to reduce NOx in the exhaust, as shown in JP-A-8-218920, when the exhaust air-fuel ratio flowing into the exhaust passage is lean, the NOx in the exhaust is absorbed. A NOx absorber that releases NOx absorbed when the oxygen concentration of the inflowing exhaust gas is reduced is disposed, and when NOx should be released from this NOx absorber, the A / F is switched to rich (rich spike). In some cases, NOx absorbed in the absorbent is reduced and purified.
[0004]
The enrichment in this case is performed by significantly increasing the fuel injection amount and reducing the excess air ratio. However, when the fuel injection amount is increased in diffusion combustion, which is a general combustion mode of a diesel engine, the fuel injection amount is increased. Fuel that contributes to premixed combustion of injected fuel and air by increasing the amount of fuel injected into the combustion chamber before the start of combustion because most of the fuel does not burn and a large amount of smoke is generated The amount of fuel is increased with respect to the amount of fuel that contributes to diffusion combustion generated in the combustion chamber by the injected fuel, and the influence of the premixed combustion on the operability of combustion in the combustion chamber is within an allowable range. This is performed under load conditions, that is, in a low load region. In other words, enrichment is enabled by utilizing premixed combustion by early injection in a low load region.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, performing a rich spike in a low load region is accompanied by a significant deterioration in fuel consumption and torque fluctuation, and may lead to deterioration in drivability. Further, if the rich spike is not performed because the torque fluctuation is large in the middle load to the high load region where the amount of NOx emission is large, the NOx absorption amount of the NOx absorbent immediately reaches saturation, and the rich spike can be generated. There is a problem that NOx cannot be purified until the load region is reached.
[0006]
On the other hand, there is a combustion method disclosed in JP-A-8-86251.
This comprises combustion temperature lowering means for lowering the combustion temperature of the engine under predetermined operating conditions, ignition delay increasing means for increasing the ignition delay period of the injected fuel, and swirl generating means for generating swirl in the combustion chamber. It is a combustion system that performs premixed combustion at a relatively low temperature and simultaneously reduces NOx and smoke. Since the combustion speed can be suppressed, it is also effective in reducing combustion noise. Such a combustion method is hereinafter referred to as MK (Modulated Kinetic) combustion.
[0007]
As specific measures for realizing this MK combustion, (1) large-scale EGR, (2) optimization of fuel injection timing, and (3) generation of high swirl are performed.
(1) Mass EGR
In premixed combustion, combustion is performed all at once, so the combustion temperature increases, NOx increases, and the combustion noise increases, but by performing a large amount of EGR, the combustion after ignition is performed slowly, and the combustion after ignition Suppressing temperature rise and reducing combustion noise and NOx. Further, by increasing the ignition delay period by a large amount of EGR, sufficient time for fuel vaporization can be obtained and premixed combustion can be performed.
[0008]
(2) Optimization of fuel injection timing Conventionally, fuel injection that has been started well before the compression top dead center TDC is started after TDC (delaying the injection timing), so that the compressed air is expanded. Since the combustion starts after the pressure starts to drop, the combustion start pressure is kept low. Moreover, even if it injects by injecting at this time, it does not ignite immediately, time for fuel vaporization is taken sufficiently, and it can be set as premixed combustion.
[0009]
(3) Generation of high swirl A high (strong) swirl is generated in the combustion chamber by a swirl control valve or the like, and mixing and combustion of fuel and air are performed stably.
[0010]
In view of such a situation, the present invention is based on the above-described MK combustion, and in the case where a NOx trap material is provided in the exhaust passage, only by changing the fuel injection timing, in a wider region (low load to medium load region), An object of the present invention is to enable regeneration of NOx trap material (reduction purification of trapped NOx) while suppressing torque fluctuation.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
For this reason, the present invention reduces the combustion temperature of the engine, extends the ignition delay period of the injected fuel, and increases the ignition delay period in the combustion chamber under the predetermined operating condition detected by the operating condition detecting means for detecting the operating condition of the engine. This is a diesel engine that performs premixed combustion by generating swirl, and is installed in the exhaust passage of the engine, and traps NOx in the exhaust when the HC concentration in the inflowing exhaust gas is small, NOx release conditions for detecting a NOx release condition for releasing NOx from the NOx trap material on the premise that the predetermined operating conditions are provided, provided that the NOx trap material for releasing trapped NOx is provided a detection means, wherein a predetermined operating condition, and when not the NOx release condition, an increase in the EGR rate, the point after a compression TDC retardant Means for realizing the premixed combustion by injection and generation of the swirl, and when the predetermined operating condition is the NOx releasing condition, the predetermined operating condition is not the NOx releasing condition In contrast, the premixing by early injection is performed by changing only the fuel injection timing without enriching the air-fuel ratio, and by increasing the EGR rate, fuel injection before compression top dead center, and generation of the swirl A means for realizing combustion is provided to constitute an exhaust emission control device for a diesel engine.
[0012]
In the invention according to claim 2 , the NOx release condition detecting means has NOx trap amount detecting means for detecting a NOx trap amount of the NOx trap material, and the NOx trap material NOx is detected under the predetermined operating condition. When the trap amount is a predetermined value or more, it is detected as a NOx release condition.
[0013]
The invention according to claim 3 is characterized in that the NOx release condition detecting means has a time measuring means, and sets the NOx release condition periodically at a predetermined time under the predetermined operating condition.
[0014]
The invention according to claim 4 further includes a NOx trap material for releasing and reducing trapped NOx when the HC concentration is high, and a trap material temperature detecting means for detecting the temperature of the NOx trap material, wherein the fuel injection The timing changing means advances the fuel injection timing only when the temperature of the NOx trap material is within a predetermined temperature range.
[0015]
The invention according to claim 5 is characterized in that the fuel injection timing changing means gradually changes the fuel injection timing when the fuel injection timing is changed.
[0016]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, by switching from MK combustion due to combustion temperature reduction, ignition delay increase and swirl generation to premixed combustion by early injection, the HC concentration discharged from the engine is greatly increased. The NOx trapped in the NOx trap material can be released by the HC concentration fluctuation.
[0017]
Further, since MK combustion is the basis, the amount of NOx released from the engine is markedly reduced compared to conventional normal combustion. Therefore, the interval at which the NOx trap material reaches the saturated NOx trap amount can be extended, the frequency of occurrence of HC concentration fluctuations due to premixed combustion by early injection can be reduced, and fuel consumption deterioration and the like can be suppressed.
[0018]
Also, in order to realize premix combustion by early injection, it is necessary to increase the ignition delay period and to form a uniform premixed gas, to extend the ignition delay period by EGR, and to form the premixed gas by high swirl. Since it is possible, it is basically possible to cope with high EGR + high swirl performed by MK combustion. Therefore, it is possible to switch from MK combustion to premixed combustion by early injection only by changing the fuel injection timing, and the HC concentration can be changed with almost no change in A / F. rare.
[0019]
Further, the MK region for MK combustion extends over a wide range from low load to medium load, and since the area where NOx purification can be performed with a small torque shock is wide, it is easy to perform NOx purification.
[0020]
Further, by advancing the fuel injection timing from the compression top dead center to the compression top dead center, the MK combustion (the premixed combustion by the fuel injection after the compression top dead center) is changed to the early injection (before the compression top dead center). Can be reliably switched to premixed combustion by fuel injection).
[0021]
According to the second aspect of the present invention, the NOx trap amount of the NOx trap material is detected, and when this is equal to or greater than a predetermined value, the premixed combustion by the early injection is switched to reduce and purify the NOx. The NOx trap material can be reliably regenerated before it reaches saturation.
[0022]
According to the third aspect of the present invention, since the premixed combustion by the early injection is periodically switched at predetermined time intervals, the NOx trap, desorption and purification are surely performed, and the performance of the NOx trap material is maximized. It can be demonstrated.
[0023]
According to the invention of claim 4 , premixing by early injection only when the temperature of the NOx trapping material is within a predetermined temperature range, that is, within a predetermined temperature range where the performance of reducing trapped NOx is high. By switching to combustion, the NOx reduction performance can be improved.
[0024]
According to the fifth aspect of the present invention, torque shock can be further reduced by gradually changing the fuel injection timing when the fuel injection timing is changed.
[0025]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below.
FIG. 2 is a system diagram of a diesel engine showing an embodiment of the present invention.
[0026]
A direct injection type fuel injection valve 2 is attached to each cylinder of the diesel engine (engine body) 1. High pressure fuel is supplied to each fuel injection valve 2 from a common rail (fuel accumulating pipe) 3. High pressure fuel is pumped to the common rail 3 from a supply pump 4 driven by the engine. By using such a common rail fuel injection device, high pressure fuel can be injected into the cylinder at an arbitrary time.
[0027]
The intake passage to the engine 1 is constituted by an intake pipe 5 and an intake manifold 6, and the exhaust passage from the engine 1 is constituted by an exhaust manifold 7 and an exhaust pipe 8.
[0028]
The intake passage (intake pipe 5) is provided with a turbocharger 9, more specifically, an intake compressor 9b driven by an exhaust turbine 9a on the exhaust passage (exhaust pipe 8) side. The turbocharger 9 has a variable nozzle mechanism on the exhaust turbine 9a side, and can be controlled to an arbitrary supercharging pressure by adjusting the nozzle opening degree.
[0029]
An EGR passage 10 is provided to recirculate a part of the exhaust gas (EGR gas) from the exhaust passage (exhaust pipe 8) to the intake passage (intake manifold 6). The EGR passage 10 includes an EGR control valve 11. Is intervening.
[0030]
Although not shown in FIG. 2, the intake manifold 6 or the intake port is provided with swirl generation means.
As the swirl generating means, a swirl control valve having a notch in a part of the butterfly valve may be used, but here, a rotary blade type variable swirl device 45 as shown in FIGS. 3 and 4 is provided, The swirl in the cylinder can be set arbitrarily.
[0031]
The variable swirl device 45 is located near a spiral path 46b of a so-called helical-type intake port 46 (formed by a substantially straight intake path 46a and a spiral path 46b around the intake valve shaft) and is rotatable. A rotary blade 47 provided on the rotary blade 47, a link mechanism 48 connected to the rotary blade 47, a negative pressure actuator 49 for driving the link mechanism 48, and a negative pressure to the negative pressure working chamber 50 of the negative pressure actuator 49. It comprises a negative pressure adjusting valve 51 to be controlled, and the swirl ratio can be adjusted at the rotational position of the rotary blade 47. For example, when the rotating blade 47 reaches the position shown in FIG. 4A and reaches the position shown in FIG. 4B, the swirl ratio becomes low. This rotating blade system has a quick response and allows swirl control over a wide range. Therefore, it is suitable for reducing HC that reacts sensitively to the swirl ratio.
[0032]
A NOx trap catalyst 12 having a function of a NOx trap material is arranged downstream of the exhaust turbine 9a in the exhaust passage (exhaust pipe 8).
Examples of the NOx trap catalyst 12 include those that the applicant has filed in Japanese Patent Application No. 10-319689, such as alkali metals consisting of potassium, sodium, lithium, and cesium, barium, magnesium, calcium, At least one selected from alkaline earth metals consisting of strontium, lanthanum, cerium, praseodymium, neodymium, transition metals consisting of samarium, manganese, iron, nickel, cobalt, zirconium, yttrium, platinum, palladium, rhodium, When the HC concentration at the catalyst inlet fluctuates in a lean region (A / F> 18) with a catalyst containing at least one selected from iridium, the trapped NOx can be released and reduced and purified.
[0033]
That is, as shown in FIG. 5, in a lean region, when the atmosphere has a small amount of HC and CO as reducing agents, NOx is trapped in the trap material in the state of NO ₃ . When the atmosphere contains a large amount of HC and CO as reducing agents, NO ₃ is released from the trap material and reduced to N ₂ .
[0034]
Therefore, as shown in FIG. 6, NOx trapping and release reduction occur by changing the HC concentration at the catalyst inlet (engine outlet HC concentration).
The lower graph in FIG. 6 shows the case where the HC concentration at the engine outlet is changed from small (section T1) to large (section T2), and the upper graph in FIG. 6 shows the horizontal axis (time axis) below. The change in the NOx concentration at the exhaust pipe outlet is shown in correspondence with the graph.
[0035]
According to FIG. 6, the NOx trap amount is large in the section T1 because the HC concentration is small. When the HC concentration increases in the section T2, NOx trapped in the section T1 is released (section T2A). The amount released here is less than the amount of NOx trapped in the previous section (T1, periodically T1 and T2B), and the difference is the NOx purification amount. When the release is completed, NOx is trapped again, but the amount of NOx trapped in the section T2B where the HC concentration is large is smaller than that in the section T1.
[0036]
In addition, as shown in Table 1, the NOx reduction rate in the sections T1 and T2 according to the atmospheric oxygen concentration in the release reduction process, the HC concentration variation type NOx trap catalyst 12 has A / F> 18 (oxygen concentration 10% The effect is further exhibited in the above area).
[0037]
[Table 1]

Here, the operations of the fuel injection valve 2 of the common rail fuel injection system, the EGR control valve 11 and the variable swirl device 45 (negative pressure adjustment valve 51) are controlled by signals from an engine control unit (hereinafter referred to as ECU) 13.
[0038]
In addition to an engine speed sensor, an accelerator opening sensor, and the like, a signal is input to the ECU 13 from a temperature sensor 14 that detects the exhaust temperature at the inlet of the NOx trap catalyst 12 as a trap material temperature detection means.
[0039]
The contents of control by the ECU 13 will be described based on the flowchart of FIG. 7 which is the first embodiment.
In step 1 (denoted as S1 in the figure, the same applies hereinafter), the operating conditions are read from the engine speed and the accelerator opening (torque). This part corresponds to the operating condition detection means.
[0040]
In step 2, the operation condition is determined, that is, whether or not the MK region (low load to medium load region) for MK combustion shown in FIG. 8 is determined.
In the case of the MK region, the process proceeds to step 3 where a high EGR rate (EGR rate of 30% or higher) and a high swirl are set, and unless the predetermined condition is met, the process proceeds to step 8 to increase the injection timing. After dead center TDC (for example, 4 ° ATDC), premixed combustion (MK combustion) with injection timing after TDC is performed.
[0041]
Here, the portion set to the high EGR rate corresponds to the combustion temperature lowering means, the portion set to the high EGR rate and the portion to set the injection timing after TDC correspond to the ignition delay increasing means and set to the high swirl. The portion corresponds to swirl generation means.
[0042]
If premixed combustion (MK combustion) after the injection timing is TDC is achieved, as shown in FIG. 9, the NOx emission amount is suppressed in an operation region (MK region) with a low load to a medium load. In FIG. 9, in the MK region, there is an interval between equal NOx emission amount lines, and it can be seen that the increase in NOx emission amount is also gradual.
[0043]
In addition, since low temperature premixed combustion is realized by high EGR, high swirl, and injection timing retard, as shown particularly in the case of IT = 4 ° ATDC in FIG. 10, NOx is greatly reduced without deterioration of smoke. It becomes possible. As a result, in the MK region, the NOx emission amount can be significantly reduced compared to the conventional diesel engine.
[0044]
In step 4, the amount of NOx trapped in the NOx trap catalyst 12 is determined. The determination is made by reading the NOx emission amount discharged from the engine from the map of the NOx emission amount with respect to the engine speed and torque shown in FIG. 9, and calculating the NOx trap amount to the NOx trap catalyst 12 from the time frequency of the operating state. This is compared with a predetermined value. This portion corresponds to NOx release condition detection means (NOx trap amount detection means).
[0045]
As a result of the NOx trap amount determination, if NOx trap amount ≧ predetermined value (NOx trap amount reaches near saturation), the process proceeds to Step 7.
In step 7, the injection timing is changed for a predetermined time before TDC (for example, during the intake stroke). That is, it switches to the premix combustion by the early injection which makes injection timing before TDC. This part corresponds to fuel injection timing changing means. Here, in order to achieve premixed combustion by early injection, injection is performed earlier (for example, 100 ° before top dead center) than 15 to 5 ° before top dead center, which is the conventional non-MK combustion injection timing. There is a need.
[0046]
As shown in FIG. 6, the HC concentration in the exhaust gas is switched from premixed combustion after the TDC (MK combustion) to premixed combustion (early premixed combustion) by early injection before the TDC. Will increase. Thereby, NOx is released from the NOx trap catalyst 12 and reduced and purified.
[0047]
In order to realize early premix combustion, it is necessary to (1) increase the ignition delay period and (2) to form a uniform premixed gas. In this embodiment, (1) extension of the ignition delay period by EGR. (2) Since it is possible to form a premixed gas with high swirl, it can be basically handled with high swirl + high EGR performed by MK combustion. Therefore, since the swirl variable device 45 maintains high swirl as in the MK combustion and also introduces EGR gas by the EGR control valve 11 for burning at low temperature, only the injection timing is changed. Since it is possible to switch from MK combustion to early premixed combustion, and the HC concentration can be changed with almost no change in A / F, there is almost no deterioration in drivability.
[0048]
When switching between MK combustion and early premixed combustion, as shown in FIG. 11, the injection timing is changed gradually, more specifically, the injection amount for MK combustion (MK injection amount) and the early prediction are changed. It is preferable to prevent the occurrence of a torque shock by avoiding a sudden change in the combustion state by gradually changing the ratio with the injection amount for mixed combustion (early injection amount).
[0049]
In FIG. 11, curve A represents the ratio of the amount of fuel for premixed fuel injection (early injection amount) injected earlier than TDC (for example, during the intake stroke) with respect to the total fuel injection amount, and curve B represents all fuel. The ratio of the amount of fuel (MK injection amount) injected at the injection timing during MK combustion with respect to the injection amount is shown. The abscissa indicates the elapsed time from the transition from MK combustion to early premixed combustion, and the period indicated by T indicates the period until the transition from MK combustion to early premixed combustion is complete.
[0050]
Referring to FIG. 11, in the present embodiment, the entire amount (100%) of fuel is injected after TDC during normal operation, and the fuel injection amount after TDC during the period T when switching to early premixed combustion is It is gradually reduced so that it becomes zero at the end of the period T (curve B). Further, the amount of fuel injected early is zero during normal operation, and is increased from 0 to 100% during the period T when switching to early premixed combustion. That is, during the transition period T from MK combustion to early premixed combustion, both early injection and post-TDC injection for MK combustion are performed. Thus, instead of abruptly switching from MK combustion to early premixed combustion, a certain transition period T is provided, and switching from MK combustion to early premixed combustion is gradually advanced within this period T. Thus, occurrence of torque shock due to switching from MK combustion to early premixed combustion is prevented.
[0051]
FIG. 11 shows only the transition from MK combustion to early premixed combustion. Similarly, when returning from early premixed combustion to MK combustion, a transition period is provided to gradually switch the combustion. By doing so, the occurrence of torque shock accompanying switching between MK combustion and early premixed combustion is completely prevented.
[0052]
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
FIG. 12 is a control flowchart of the second embodiment of the present invention.
By switching to premixed combustion by early injection in a predetermined temperature range where the performance of reducing trapped NOx (NOx conversion rate) is high, the NOx reduction performance can be improved.
[0053]
Therefore, switching to early premixed combustion is performed only in the catalyst activation temperature range (exhaust temperature condition of T1 to T2, for example, 200 to 400 ° C.) as shown in FIG.
For this reason, in the flow of FIG. 12, step 6 is added to the flow of FIG.
[0054]
That is, if it is determined in step 4 that the NOx trap amount is equal to or greater than a predetermined value, the process proceeds to step 6.
In step 6, whether or not the exhaust temperature (trap material temperature, catalyst temperature) at the inlet of the NOx trap catalyst 12 detected by the temperature sensor 14 is within the active temperature range T1 to T2 where the reduction activity of the catalyst shown in FIG. 13 is high. Determine. This portion corresponds to the trap material temperature detecting means.
[0055]
As a result, when it is within the activation temperature range, NOx reduction purification is possible, so the routine proceeds to step 7 where the injection timing is changed before TDC and switched to early premixed combustion. On the other hand, in the state where the catalyst is not active outside the activation temperature range, the effect cannot be obtained even if the HC concentration fluctuation is given by the early premixed combustion. Keep MK burning.
[0056]
Next, a third embodiment of the present invention will be described.
FIG. 14 is a control flowchart of the third embodiment of the present invention.
By causing HC concentration fluctuations periodically in the active region of the catalyst, NOx can be trapped, desorbed and purified reliably, and the catalyst performance can be maximized.
[0057]
Therefore, the trapped NOx is reliably purified by periodically switching from MK combustion to early premixed combustion every predetermined time.
For this reason, in the flow of FIG. 14, step 5 is provided instead of step 4 in the flow of FIG.
[0058]
That is, the process proceeds to step 5 in the MK area.
In step 5, it is determined whether or not a NOx release cycle is made every predetermined time. Specifically, the MK combustion continuation time after the injection timing is TDC is measured, and when this time is equal to or longer than a predetermined time, the NOx release cycle is set. This portion corresponds to NOx release condition detecting means (time measuring means).
[0059]
Then, in the case of the NOx release cycle, the process proceeds to step 6, and if it is within the active temperature range, the process further proceeds to step 7, where the injection timing is changed before TDC and switched to the early premixed combustion.
[0060]
Thus, NOx trapped in the NOx trap catalyst 12 can be constantly desorbed and purified by periodically switching between MK combustion and early premixed combustion.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a functional block diagram showing a configuration of the present invention. FIG. 2 is a system diagram of a diesel engine showing an embodiment of the present invention. FIG. 3 is a configuration diagram of a variable swirl device. FIG. 5 is a diagram showing the NOx trap / release reduction mechanism of the NOx trap catalyst. FIG. 6 is a diagram showing the NOx trap / release reduction action due to HC concentration fluctuation. FIG. 7 is a control flowchart of the first embodiment. FIG. 8 is a diagram showing an MK region. FIG. 9 is a diagram showing an engine NOx emission map. FIG. 10 is a graph showing NOx and smoke generation. FIG. 11 is an injection at the time of switching between MK combustion and early premixed combustion. FIG. 12 is a control flowchart of the second embodiment. FIG. 13 is a diagram showing an activation temperature range of the NOx trap catalyst. FIG. 14 is a control flow of the third embodiment. Chart DESCRIPTION OF SYMBOLS
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Diesel engine 2 Fuel injection valve 3 Common rail 4 Supply pump 5 Intake pipe 6 Intake manifold 7 Exhaust manifold 8 Exhaust pipe 9 Turbocharger 10 EGR passage 11 EGR control valve 12 NOx trap catalyst (NOx trap material)
13 ECU
14 Temperature sensor 45 Variable swirl device

Claims

エンジンの運転条件を検出する運転条件検出手段により検出される所定の運転条件にて、エンジンの燃焼温度を低下させ、噴射燃料の着火遅れ期間を長くし、かつ燃焼室内にスワールを生成することにより、予混合燃焼を行わせるディーゼルエンジンであって、
エンジンの排気通路に設置され、流入する排気中のＨＣ濃度が小のときは排気中のＮＯｘをトラップし、ＨＣ濃度が大のときはトラップしたＮＯｘを放出するＮＯｘトラップ材を備えるものにおいて、
前記所定の運転条件であることを前提として、前記ＮＯｘトラップ材からＮＯｘを放出させるべきＮＯｘ放出条件を検出するＮＯｘ放出条件検出手段と、
前記所定の運転条件で、かつ前記ＮＯｘ放出条件でないときに、ＥＧＲ率の増加と、圧縮上死点以降の燃料噴射と、前記スワールの生成とによって、前記予混合燃焼を実現する手段と、
前記所定の運転条件で、かつ前記ＮＯｘ放出条件であるときに、前記所定の運転条件で、かつ前記ＮＯｘ放出条件でないときに対し、空燃比をリッチ化することなく、燃料噴射時期のみを変更して、ＥＧＲ率の増加と、圧縮上死点前の燃料噴射と、前記スワールの生成とによって、早期噴射による予混合燃焼を実現する手段と、
を設けたことを特徴とするディーゼルエンジンの排気浄化装置。 By reducing the combustion temperature of the engine , extending the ignition delay period of the injected fuel, and generating a swirl in the combustion chamber under the predetermined operating condition detected by the operating condition detecting means for detecting the operating condition of the engine A diesel engine for premixed combustion,
In the exhaust passage of the engine, provided with a NOx trap material that traps NOx in the exhaust when the HC concentration in the inflowing exhaust gas is low, and releases the trapped NOx when the HC concentration is high,
On the premise of the predetermined operating conditions, NOx release condition detection means for detecting NOx release conditions for releasing NOx from the NOx trap material;
Means for realizing the premixed combustion by an increase in EGR rate, fuel injection after compression top dead center, and generation of the swirl when the predetermined operating condition is not the NOx releasing condition;
Only the fuel injection timing is changed without enriching the air-fuel ratio when the predetermined operating condition is the NOx releasing condition and the predetermined operating condition is not the NOx releasing condition. Means for realizing premixed combustion by early injection by increasing the EGR rate, fuel injection before compression top dead center, and generation of the swirl;
An exhaust emission control device for a diesel engine characterized by comprising:

前記ＮＯｘ放出条件検出手段は、前記ＮＯｘトラップ材のＮＯｘトラップ量を検出するＮＯｘトラップ量検出手段を有し、前記所定の運転条件にて、前記ＮＯｘトラップ材のＮＯｘトラップ量が所定値以上のときを、ＮＯｘ放出条件として検出することを特徴とする請求項１記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。The NOx release condition detecting means has NOx trap amount detecting means for detecting the NOx trap amount of the NOx trap material, and the NOx trap amount of the NOx trap material is not less than a predetermined value under the predetermined operation condition. The exhaust gas purification device for a diesel engine according to claim 1 , wherein the exhaust gas is detected as a NOx release condition.

前記ＮＯｘ放出条件検出手段は、計時手段を有し、前記所定の運転条件にて、所定時間毎に周期的に、ＮＯｘ放出条件を設定することを特徴とする請求項１記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。2. The exhaust of a diesel engine according to claim 1, wherein the NOx release condition detecting means has a time measuring means, and sets the NOx release condition periodically at a predetermined time under the predetermined operation condition. Purification equipment.

ＨＣ濃度が大のときはトラップしたＮＯｘを放出して還元するＮＯｘトラップ材と、前記ＮＯｘトラップ材の温度を検出するトラップ材温度検出手段を有し、
前記燃料噴射時期変更手段は、前記ＮＯｘトラップ材の温度が所定の温度範囲内にあるときのみ、燃料噴射時期を進角させることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。A NOx trap material that releases and reduces trapped NOx when the HC concentration is high, and a trap material temperature detection means that detects the temperature of the NOx trap material;
The fuel injection timing changing means, the temperature of the NOx trap material is only when it is within a predetermined temperature range, the fuel injection timing in any one of claims 1 to 3, characterized in that is advanced The diesel engine exhaust gas purification apparatus as described.

前記燃料噴射時期変更手段は、燃料噴射時期の変更時に、燃料噴射時期を徐々に変更することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。The diesel engine exhaust gas purification apparatus according to any one of claims 1 to 4 , wherein the fuel injection timing changing means gradually changes the fuel injection timing when the fuel injection timing is changed.