Двигатель внутреннего сгорания

Двигатель внутреннего сгорания

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

[0001] Настоящее изобретение относится к двигателю внутреннего сгорания.

Уровень техники

[0002] В уровне техники известен двигатель внутреннего сгорания, в котором каталитический нейтрализатор для очистки NO_x размещается в выхлопном канале двигателя, клапан подачи восстановителя для подачи восстановителя выше по потоку от каталитического нейтрализатора для очистки NO_x размещается в выхлопном канале двигателя, при этом выпускаемый из двигателя NO_x, когда топливо сжигается при бедном соотношении воздух-топливо, накапливается в каталитическом нейтрализаторе для очистки NO_x, и когда соотношение воздух-топливо выхлопного газа должно быть задано богатым, чтобы высвобождать накопленный NO_x из каталитического нейтрализатора для очистки NO_x, в камере сгорания образуется газообразный продукт сгорания богатого соотношения воздух-топливо, или восстановитель впрыскивается из клапана подачи восстановителя в соответствии с рабочим состоянием двигателя (например, см. PTL 1). В этом двигателе внутреннего сгорания, когда соотношение воздух-топливо газообразного продукта сгорания в камере сгорания переходит от бедного к богатому, когда оно задается богатым, и когда оно переходит от богатого к бедному, образуется большое количество сажи, и вследствие этого существует опасность того, что сопловые отверстия клапана подачи восстановителя могут забиваться этим большим количеством полученной сажи. Следовательно, в этом двигателе внутреннего сгорания, в интервале от момента, когда сгорание выполняется при богатом соотношении воздух-топливо, до момента, когда следующее сгорание выполняется при богатом соотношении воздух-топливо, клапан подачи восстановителя выполнен с возможностью впрыскивать небольшое количество восстановителя, чтобы сдувать сажу, осевшую на сопловых отверстиях, и, вследствие этого, предотвращать забивание (закупоривание) сопловых отверстий клапана подачи восстановителя.

Список библиографических ссылок

Патентные документы

[0003] PTL 1: Японская патентная публикация № 2009-270567A

Сущность изобретения

Техническая задача

[0004] При этом до настоящего времени считалось, что, если сажа была выпущена из двигателя, сажа будет поступать в сопловые отверстия клапана подачи восстановителя и оседать и накапливаться на внутренних окружных поверхностях сопловых отверстий и, вследствие этого, будет вызывать забивание сопловых отверстий. Следовательно, в прошлом, как в вышеупомянутом двигателе внутреннего сгорания, когда из двигателя выпускалось большое количество сажи, оценивалось, что была опасность забивания сопловых отверстий, и, следовательно, когда из двигателя выпускалось большое количество сажи, восстановитель для предотвращения забивания впрыскивался из клапана подачи восстановителя для предотвращения забивания сопловых отверстий. Однако, изобретатели занялись повторным исследованием забивания сопловых отверстий и в результате узнали, что, когда клапан подачи восстановителя не впрыскивает восстановитель, даже если двигатель выпускает большое количество сажи, сажа не будет поступать в сопловые отверстия, и что, следовательно, выпуск большого количества сажи из двигателя не вызывает забивания сопловых отверстий, но узнали, что забивание вызвано сажей, всасываемой в сопловые отверстия во время окончания впрыска восстановителя из клапана подачи восстановителя.

[0005] Т.е. при прекращении клапаном подачи восстановителя впрыскивания восстановителя во время окончания впрыска при закрытии игольчатого клапана, восстановитель, который присутствует внутри сопловых отверстий, вытекает из сопловых отверстий по инерции. В результате при этом сопловые отверстия временно становятся отрицательными по давлению внутри, и, следовательно, при этом, если выхлопной газ вокруг окон сопловых отверстий, которые раскрываются в выхлопной канал, содержит сажу, сажа всасывается в сопловые отверстия и сажа оседает на внутренних окружных поверхностях сопловых отверстий. Однако, даже если сажа оседает на внутренних окружных поверхностях сопловых отверстий таким образом, если клапан подачи восстановителя выполняет следующий впрыск в течение короткого времени, сажа, которая осела на внутренних окружных поверхностях сопловых отверстий, будет сдуваться. Следовательно, в этом случае сопловые отверстия никогда не будут забиваться. При этом если от момента, когда сажа оседает на внутренних окружных поверхностях сопловых отверстий, проходит длительное время, сажа будет налипать на внутренние окружные поверхности сопловых отверстий. Если сажа налипает на внутренние окружные поверхности сопловых отверстий, даже если восстановитель впрыскивается, сажа больше не будет сдуваться. В результате сопловые отверстия будут забиты. Следовательно, чтобы предотвратить забивание сопловых отверстий, необходимо заставлять клапан подачи восстановителя впрыскивать восстановитель в течение короткого периода. Однако, если заставлять клапан подачи восстановителя впрыскивать восстановитель в течение короткого периода, величина потребления восстановителя будет увеличиваться.

[0006] Итак, как пояснено выше, если выхлопной газ вокруг окон сопловых отверстий, которые раскрываются в выхлопной канал, содержит сажу, сажа всасывается в сопловые отверстия во время окончания впрыска восстановителя из клапана подачи восстановителя, и, следовательно, сажа вызывает забивание сопловых отверстий. Как противоположность этому, если выхлопной газ вокруг окон сопловых отверстий, которые раскрываются в выхлопной канал, не содержит сажу, сажа не будет всасываться в сопловые отверстия, если клапан подачи восстановителя впрыскивает восстановитель, и сажа больше не будет оседать на внутренних окружных поверхностях сопловых отверстий. Следовательно, если клапан подачи восстановителя впрыскивает восстановитель, когда выхлопной газ вокруг окон сопловых отверстий, которые раскрываются в выхлопной канал, не содержит сажу, забивание не будет происходить, и, следовательно, больше не нужно будет сдувать сажу, которая оседает на внутренних окружных поверхностях сопловых отверстий, заставляя клапан подачи восстановителя впрыскивать восстановитель в течение короткого времени, так что становится возможным значительно уменьшать величину потребления восстановителя. Отметим, что, когда подача топлива в камеру сгорания прекращается, и сажа не образуется, выхлопной газ вокруг окон сопловых отверстий, которые раскрываются в выхлопной канал, больше не содержит сажу. Следовательно, если клапан подачи восстановителя при этом впрыскивает восстановитель, величина потребления восстановителя может быть значительно уменьшена.

Решение задачи

[0007] Следовательно, в настоящем изобретении предоставляется двигатель внутреннего сгорания, содержащий клапан подачи восстановителя, размещенный в выхлопном канале двигателя, и устройство управления впрыском восстановителя для управления действием впрыска восстановителя из клапана подачи восстановителя, при этом клапан подачи восстановителя снабжается сопловым отверстием, которое раскрывается внутрь выхлопного канала двигателя, и выполнен из клапана подающего типа, управление которым осуществляется для открытия и закрытия на внутренней торцевой стороне соплового отверстия, и при этом устройство управления впрыском восстановителя выполняет управление впрыском для очистки выхлопа, которое впрыскивает восстановитель в количестве, которое необходимо для очистки выхлопа, и выполняет управление впрыском для предотвращения забивания, которое впрыскивает меньшее количество восстановителя из клапана подачи восстановителя, чем восстановитель в количестве, которое необходимо для очистки выхлопа для предотвращения забивания соплового отверстия клапана подачи восстановителя, при этом устройство управления впрыском восстановителя впрыскивает восстановитель для предотвращения забивания из клапана подачи восстановителя в течение периода приостановки управления впрыском для очистки выхлопа, когда подача топлива в камеру сгорания прекращается, и прекращает впрыск восстановителя для предотвращения забивания из клапана подачи восстановителя после однократного впрыска восстановителя для предотвращения забивания из клапана подачи восстановителя до тех пор, пока не возобновится управление впрыском восстановителя для очистки выхлопа.

Полезные результаты изобретения

[0008] Когда выполняется управление впрыском для очистки выхлопа, периодически впрыскивается восстановитель, так что сопловые отверстия клапана подачи восстановителя не забиваются. Существует опасность забивания сопловых отверстий только когда управление впрыском для очистки выхлопа прекращается. Следовательно, в настоящем изобретении, в течение периода приостановки управления впрыском для очистки выхлопа, когда существует опасность забивания сопловых отверстий, из клапана подачи восстановителя впрыскивается восстановитель для предотвращения забивания, когда подача топлива в камеру сгорания прекращается, т.е. когда сажа не выпускается из двигателя. Следовательно, когда впрыскивается восстановитель для предотвращения забивания, сажа никогда не будет оседать на внутренних окружных поверхностях сопловых отверстий, и сопловые отверстия никогда не будут забиваться, так что впрыск восстановителя для предотвращения забивания из клапана подачи восстановителя прекращается до тех пор, пока не возобновится управление впрыском восстановителя для очистки выхлопа после того, как впрыскивается восстановитель для предотвращения забивания. Следовательно, становится возможным значительно уменьшать величину потребления восстановителя.

Краткое описание чертежей

[0009] Фиг. 1 является общим видом двигателя внутреннего сгорания с типом зажигания от сжатия.

Фиг. 2 – это вид, который схематично показывает часть поверхности носителя каталитического нейтрализатора.

Фиг. 3 – это вид, который показывает изменения в соотношении воздух-топливо выхлопного газа, который протекает в каталитический нейтрализатор для очистки выхлопных газов.

Фиг. 4A и 4B – это виды, которые показывают изменения в величине впрыска углеводорода и соотношении воздух-топливо выхлопного газа, который протекает в каталитический нейтрализатор для очистки выхлопных газов.

Фиг. 5A и 5B – это виды для пояснения осаждения сажи на внутренних окружных поверхностях сопловых отверстий.

Фиг. 6A и 6B – это виды для пояснения соотношения между температурой и временем и т.д., до тех пор, пока не налипнет сажа.

Фиг. 7 – это вид, который показывает карту величины выпуска сажи.

Фиг. 8 – это блок-схема последовательности операций для управления впрыском.

Описание вариантов осуществления

[0010] Фиг. 1 является общим видом двигателя внутреннего сгорания с типом воспламенения от сжатия.

Обращаясь к фиг. 1, 1 указывает корпус двигателя, 2 – камеру сгорания каждого цилиндра, 3 – электронно-управляемый топливный инжектор для впрыска топлива в каждую камеру 2 сгорания, 4 – впускной коллектор, и 5 – выпускной коллектор. Впускной коллектор 4 соединен через впускной канал 6 с выходом компрессора 7a турбонагнетателя 7 с приводом от выхлопной системы двигателя, в то время как вход компрессора 7a соединен через датчик 8 количества всасываемого воздуха с воздушным фильтром 9. Внутри впускного канала 6 размещена дроссельная заслонка 10, которая приводится в действие посредством привода. Вокруг впускного канала 6 размещено охлаждающее устройство 11 для охлаждения всасываемого воздуха, который протекает через внутреннее пространство впускного канала 6. В варианте осуществления, который показан на фиг. 1, охлаждающая жидкость двигателя направляется внутрь охлаждающего устройства 11, где охлаждающая жидкость двигателя используется, чтобы охлаждать всасываемый воздух.

[0011] С другой стороны, выпускной коллектор 5 соединен с впуском выхлопной турбины 7b турбонагнетателя 7 с приводом от выхлопной системы двигателя, а выпуск выхлопной турбины 7b соединен через выхлопную трубу 12 с впуском каталитического нейтрализатора 13 для очистки выхлопных газов. В варианте осуществления настоящего изобретения этот каталитический нейтрализатор 13 для очистки выхлопных газов выполнен из катализатора для накопления NO_x. Выпуск каталитического нейтрализатора 13 для очистки выхлопных газов соединен с сажевым фильтром 14, и, выше по потоку от каталитического нейтрализатора 13 для очистки выхлопных газов внутри выхлопной трубы 12 размещен клапан 15 подачи углеводородов для подачи углеводородов в составе дизельного топлива или другого топлива, используемого в качестве топлива для двигателя внутреннего сгорания с типом воспламенения от сжатия. В варианте осуществления, показанном на фиг. 1, в качестве углеводородов, которые подаются из клапана 15 подачи углеводородов, используется дизельное топливо. Отметим, что настоящее изобретение может также быть применено к двигателю внутреннего сгорания с искровым типом зажигания, в котором топливо сгорает при бедном соотношении воздух-топливо. При этом из клапана 15 подачи углеводородов подаются углеводороды в составе бензина или другого топлива, используемого в качестве топлива двигателя внутреннего сгорания с искровым типом зажигания.

[0012] С другой стороны, выпускной коллектор 5 и впускной коллектор 4 соединены друг с другом через канал 16 рециркуляции выхлопного газа (далее здесь называемый "EGR"). Внутри EGR-канала 16 размещен электрически управляемый клапан 17 управления EGR. Дополнительно, вокруг EGR-канала 16 размещено охлаждающее устройство 18 для охлаждения EGR-газа, который протекает через внутреннее пространство EGR-канала 16. В варианте осуществления, который показан на фиг. 1, охлаждающая жидкость двигателя направляется внутрь охлаждающего устройства 18, где охлаждающая жидкость двигателя используется для охлаждения EGR-газа. С другой стороны, каждый топливный инжектор 3 соединен через топливопровод 19 с аккумуляторной системой 20 подачи топлива. Эта аккумуляторная система 20 подачи топлива соединена через электронно-управляемый топливный насос 21 с переменным расходом с топливным баком 22. Топливо, которое хранится внутри топливного бака 22, подается посредством топливного насоса 21 внутрь аккумуляторной системы 20 подачи топлива. Топливо, которое подано внутрь аккумуляторной системы 20 подачи топлива, подается через каждый топливопровод 19 к топливному инжектору 3.

[0013] Электронный блок 30 управления состоит из цифрового компьютера, снабженного ROM (постоянным запоминающим устройством) 32, RAM (оперативным запоминающим устройством) 33, CPU (микропроцессором) 34, портом 35 ввода и портом 36 вывода, которые соединяются друг с другом двунаправленной шиной 31. Ниже по потоку от каталитического нейтрализатора 13 для очистки выхлопных газов размещен температурный датчик 23 для определения температуры выхлопного газа, вытекающего из каталитического нейтрализатора 13 для очистки выхлопных газов, и датчик 24 перепада давления для обнаружения разности давления до и после сажевого фильтра 14 прикреплен к сажевому фильтру 14. Выходные сигналы этих температурного датчика 23, датчика 24 перепада давления и расходомера 8 всасываемого воздуха вводятся через соответственно подходящие AD-преобразователи 37 в порт 35 ввода. Дополнительно, педаль 40 акселератора имеет датчик 41 нагрузки, подключенный к ней, который генерирует выходное напряжение, пропорциональное величине нажатия L педали 40 акселератора. Выходное напряжение датчика 41 нагрузки вводится через соответствующий AD-преобразователь 37 в порт 35 ввода. Кроме того, к порту 35 ввода подключен датчик 42 угла поворота коленчатого вала, который генерирует выходной импульс каждый раз, когда коленчатый вал поворачивается, например, на 15°. С другой стороны, порт 36 вывода соединен через соответствующие возбуждающие схемы 38 с каждым топливным инжектором 3, приводом для приведение в движение дроссельной заслонки 10, клапаном 15 подачи углеводородов, клапаном 17 управления EGR и топливным насосом 21.

[0014] Фиг. 2 схематично показывает часть поверхности носителя катализатора, который выполнен на подложке каталитического нейтрализатора 13 для очистки выхлопных газов, показанного на фиг. 1. В этом каталитическом нейтрализаторе 13 для очистки выхлопных газов, как показано на фиг. 2, например, предусматривается носитель 50 катализатора, выполненный из оксида алюминия, на котором переносятся катализаторы 51 из драгоценных металлов, состоящие из платины Pt. Кроме того, на этом носителе 50 катализатора образуется базовый слой 53, который включает в себя по меньшей мере один элемент, выбранный из калия K, натрия Na, цезия Cs или другого такого щелочного металла, бария Ba, кальция Ca или другого такого щелочно-земельного металла, лантаноида или другого такого редкоземельного элемента и серебра Ag, меди Cu, железа Fe, иридия Ir или другого металла, который может отдавать электроны NO_x. В этом случае на носителе 50 катализатора каталитического нейтрализатора 13 для очистки выхлопных газов, в дополнение к платине Pt может быть дополнительно нанесен родий Rh или палладий Pd.

[0015] Как упомянуто выше, каталитический нейтрализатор 13 для очистки выхлопных газов выполнен из катализатора для накопления NO_x, и если соотношение воздуха и топлива (углеводородов), которое подается во впускной канал двигателя, камеры 2 сгорания и выше по потоку от каталитического нейтрализатора 13 для очистки выхлопных газов в выпускном канале, называется "соотношением воздух-топливо выхлопного газа", каталитический нейтрализатор 13 для очистки выхлопных газов имеет функцию накопления NO_x, когда соотношение воздух-топливо выхлопного газа является бедным, и высвобождения накопленного NO_x, когда соотношение воздух-топливо выхлопного газа задается богатым. А именно, когда соотношение воздух-топливо выхлопного газа является бедным, NO_x, содержащийся в выхлопном газе, окисляется на платине Pt 51. Затем этот NO_x диффундирует в слое 53 основы в виде нитрат-ионов NO₃^- и становится нитратами. А именно, при этом NO_x, содержащийся в выхлопном газе, абсорбируется в виде нитратов внутри слоя 53 основы. С другой стороны, когда соотношение воздух-топливо выхлопного газа задается богатым, концентрация кислорода в выхлопном газе падает. В результате реакция проходит в обратном направлении (NO₃^-→NO₂), и, следовательно, нитраты, абсорбированные в слое основы 53, последовательно становятся нитрат-ионами NO₃^- и высвобождаются из слоя 53 основы в виде NO₂. Далее, высвободившийся NO₂ восстанавливается углеводородами HC и CO, содержащимися в выхлопном газе.

[0016] Фиг. 3 показывает случай формирования соотношения (A/F) в смеси воздух-топливо выхлопного газа, втекающего в каталитический нейтрализатор 13 для очистки выхлопных газов, временно богатым при формировании соотношения воздух-топливо газообразного продукта сгорания в камере 2 сгорания чуть раньше того, когда возможность абсорбции NO_x слоя 53 основы становится предельной. В этом случае соотношение (A/F) в смеси воздух-топливо выхлопного газа, втекающего в каталитический нейтрализатор 13 для очистки выхлопных газов, задается временно богатым посредством впрыска углеводородов из клапана 15 подачи углеводородов только в конкретном рабочем состоянии, когда соотношение воздух-топливо газообразного продукта сгорания в камере 2 сгорания не может быть задано богатым. Отметим, что в примере, показанном на фиг. 3, интервал времени этого управления богатой смесью равен 1 минуте или более. В этом случае NO_x, который был абсорбирован в слое 53 основы, когда соотношение (A/F) в смеси воздух-топливо выхлопного газа было бедным, высвобождается весь сразу из слоя 53 основы и восстанавливается, когда соотношение (A/F) в смеси воздух-топливо выхлопного газа задается временно богатым. В случае, когда NO_x удаляется с помощью действия накопления и высвобождения NO_x таким образом, когда температура TC катализатора равна 250°C-300°C, получается чрезвычайно высокая степень очистки NO_x. Однако, когда температура TC катализатора становится равной 350°C или более высокой температурой, степень очистки NO_x падает.

[0017] С другой стороны, если впрыскиваются углеводороды из клапана 15 подачи углеводородов с коротким периодом впрыска, чтобы задавать богатое соотношение воздух-топливо выхлопного газа, прежде чем NO_x абсорбируется в слое 53 основы, из углеводородов, впрыснутых из клапана 15 подачи углеводородов, и содержащегося в выхлопном газе NO_x образуются восстанавливающие промежуточные соединения, состоящие из изоцианатного соединения R-NCO и аминосоединения R-NH₂ и т.д., и эти восстанавливающие промежуточные соединения удерживаются на слое 53 основы без абсорбции в слое 53 основы. Затем содержащийся в выхлопном газе NO_x восстанавливается этими восстанавливающими промежуточными соединениями. Фиг. 4A показывает изменения в количестве углеводородов, впрыснутых из клапана 15 подачи углеводородов, и соотношения (A/F) в смеси воздух-топливо выхлопного газа, втекающего в каталитический нейтрализатор 13 для очистки выхлопных газов в случае, когда NO_x удаляется при образовании этих восстанавливающих промежуточных соединений. В этом случае период, в котором соотношение (A/F) в смеси воздух-топливо выхлопного газа, втекающего в каталитический нейтрализатор 13 для очистки выхлопных газов, задается богатым, является более коротким по сравнению со случаем, показанным на фиг. 3, и в примере, показанном на фиг. 4A, период, в котором соотношение (A/F) в смеси воздух-топливо выхлопного газа, втекающего в каталитический нейтрализатор 13 для очистки выхлопных газов, задается богатым, т.е. интервал впрыска углеводородов из клапана 15 подачи углеводородов задается равным 3 секундам.

[0018] С другой стороны, в случае, когда NO_x удаляется с помощью действия накопления и высвобождения NO_x, как упомянуто выше, когда температура TC каталитического нейтрализатора становится 350°C или более, степень очистки NO_x падает. Это обусловлено тем, что, если температура TC катализатора становится равной 350°C или более, NO_x менее легко накапливается, и нитраты разлагаются посредством тепла и высвобождаются в виде NO₂ из каталитического нейтрализатора 13 для очистки выхлопных газов. Т.е. при условии что NO_x накапливается в виде нитратов, когда температура TC катализатора является высокой, трудно получать высокую степень очистки NO_x. Однако, в способе очистки NO_x, показанном на фиг. 4A, количество NO_x, накопленного в виде нитратов, является небольшим, и, следовательно, даже когда температура TC катализатора является высокой, равной 400°C или более, может быть получена высокая степень очистки NO_x. Этот способ очистки NO_x, показанный на фиг. 4A, будет называться ниже "первым способом очистки NO_x", а способ очистки NO_x с помощью действия накопления и высвобождения NO_x, как показано на фиг. 4A, будет называться ниже "вторым способом очистки NO_x".

[0019] Отметим, что, как упомянуто выше, когда температура TC катализатора является относительно низкой, степень очистки NO_x посредством второго способа очистки NO_x становится выше, в то время как, когда температура TC катализатора становится выше, степень очистки NO_x посредством первого способа очистки NO_x становится выше. Соответственно, в варианте осуществления настоящего изобретения, грубо говоря, когда температура TC катализатора является низкой, используется второй способ очистки NO_x, а когда температура TC катализатора является высокой, используется первый способ очистки NO_x.

[0020] С другой стороны, когда регенерируется сажевый фильтр 14, углеводороды впрыскиваются из клапана 15 подачи углеводородов, и действие повышения температуры сажевого фильтра 14 выполняется за счет тепла реакции окисления впрыснутых углеводородов. Кроме того, также когда высвобождается SO_x, накопленный в каталитическом нейтрализаторе 13 для очистки выхлопных газов, из каталитического нейтрализатора 13 для очистки выхлопных газов, углеводороды впрыскиваются из клапана 15 подачи углеводородов, и действие повышения температуры каталитического нейтрализатора 13 для очистки выхлопных газов выполняется за счет тепла реакции окисления впрыснутых углеводородов. Фиг. 4B показывает изменения в количестве углеводородов, впрыснутых из клапана 15 подачи углеводородов, и соотношении (A/F) в смеси воздух-топливо выхлопного газа, втекающего в каталитический нейтрализатор 13 для очистки выхлопных газов, в случае, когда углеводороды впрыскиваются из клапана 15 подачи углеводородов, чтобы повышать температуру сажевого фильтра 14 или каталитического нейтрализатора 13 для очистки выхлопных газов таким образом. При этом, как можно увидеть из фиг. 4B, углеводороды впрыскиваются из клапана 15 подачи углеводородов с коротким периодом впрыска, который аналогичен периоду в случае, показанном на фиг. 4A, в то же время поддерживая соотношение (A/F) в смеси воздух-топливо выхлопного газа, втекающего в каталитический нейтрализатор 13 для очистки выхлопных газов, бедным.

[0021] Далее, обращаясь к фиг. 5A и фиг. 5B, будет пояснен механизм забивания сопловых отверстий клапана 15 подачи углеводородов, который был обнаружен авторами настоящего изобретения. Фиг. 5A показывает переднюю торцевую часть клапана 15 подачи углеводородов. Передняя торцевая поверхность 60 передней торцевой части клапана 15 подачи углеводородов открыта внутрь выхлопной трубы 12. В этой передней торцевой поверхности 60 образовано множество сопловых отверстий 61. Внутри передней торцевой части клапана 15 подачи углеводородов образована углеводородная камера 62, которая заполняется жидким углеводородом. В этой углеводородной камере 62 размещается игольчатый клапан 63, который приводится в действие соленоидом. Фиг. 5A показывает, когда игольчатый клапан 63 находится на донной поверхности углеводородной камеры 62. При этом впрыск углеводородов из сопловых отверстий 61 прекращается. Отметим, что при этом между передней торцевой поверхностью игольчатого клапана 63 и донной поверхностью углеводородной камеры 62 образуется камера 64 всасывания. Внутренние торцевые участки сопловых отверстий 61 открыты внутрь этой камеры 64 всасывания.

[0022] Если игольчатый клапан 63 выполнен с возможностью подниматься и отделяться от донной поверхности углеводородной камеры 62, углеводороды в углеводородной камере 62 будут впрыскиваться через камеру 64 всасывания из сопловых отверстий 61 в выхлопную трубу 12. Следовательно, этот клапан 15 подачи углеводородов выполнен из клапана подачи углеводородов типа, который снабжается сопловыми отверстиями 61, которые раскрываются внутрь выхлопного канала двигателя, и управление которым осуществляется для открытия и закрытия на внутренней торцевой стороне сопловых отверстий 61. В таком типе клапан 15 подачи углеводородов в прошлом считалось, что если двигатель выпустил сажу, сажа будет поступать внутрь сопловых отверстий 61 клапана 15 подачи углеводородов и будет оседать и накапливаться на внутренних окружных стенках сопловых отверстий 61, в силу чего сопловые отверстия 61 будут забиваться. Однако, изобретатели занялись повторным исследованием забивания сопловых отверстий 61 и в результате узнали, что когда клапан 15 подачи углеводородов не впрыскивает углеводороды, даже если двигатель выпускает большое количество сажи, сажа не будет поступать в сопловые отверстия 61, и, следовательно, выпуск большого количества сажи из двигателя не вызывает забивания сопловых отверстий 61, но узнали, что забивание вызывается сажей, всасываемой в сопловые отверстия во время окончания впрыска углеводородов из клапана 15 подачи углеводородов.

[0023] Т.е. в клапане 15 подачи углеводородов типа, такого как показанный на фиг. 5A, когда прекращается впрыск углеводородов из клапана 15 подачи углеводородов во время окончания впрыска при закрытии игольчатого клапана 63, углеводороды, которые присутствуют в камере 64 всасывания и сопловых отверстиях 61, вытекают из сопловых отверстий 61 по инерции. В результате, при этом во внутреннем пространстве камеры 64 всасывания и внутреннем пространстве сопловых отверстий 61 временно возникают отрицательные давления. Следовательно, при этом, если выхлопной газ вокруг окон сопловых отверстий 61, которые раскрываются внутрь выхлопного канала, содержит сажу, сажа будет всасываться в сопловые отверстия 61 и камеру 64 всасывания, и сажа будет оседать на внутренних окружных поверхностях во внутреннем пространстве сопловых отверстий 61 и камеры 64 всасывания. Однако, даже если сажа оседает на внутренних окружных поверхностях сопловых отверстий 61 и внутренних окружных поверхностях камеры 64 всасывания таким образом, если далее в коротком периоде времени впрыскивается топливо из клапана 15 подачи углеводородов, сажа, которая осела на внутренних окружных поверхностях сопловых отверстий 61 и внутренних окружных поверхностях камеры 64 всасывания, будет сдуваться. Следовательно, в этом случае сопловые отверстия 61 никогда не будут забиваться. При этом если проходит время от момента, когда сажа осела на внутренних окружных поверхностях сопловых отверстий 61 и внутренних окружных поверхностях камеры 64 всасывания, сажа будет налипать на внутренние окружные поверхности сопловых отверстий 61 и внутренние окружные поверхности камеры 64 всасывания. Если сажа налипает на внутренние окружные поверхности сопловых отверстий 61 и внутренние окружные поверхности камеры 64 всасывания таким образом, даже если углеводороды впрыскиваются, сажа больше не будет сдуваться. В результате сопловые отверстия 61 будут забиваться. Далее это действие налипания сажи будет пояснено со ссылкой на фиг. 5B.

[0024] Фиг. 5B показывает увеличенный вид в поперечном разрезе внутренней окружной поверхности 65 соплового отверстия 61. Если клапан 15 подачи углеводородов заканчивает впрыск углеводородов, углеводороды будут обычно оставаться на внутренней окружной поверхности 65 соплового отверстия 61 в виде жидкости. При этом оставшиеся жидкие углеводороды показаны схематично ссылочным номером 66 на фиг. 5B. С другой стороны, когда клапан 15 подачи углеводородов впрыскивает углеводороды, если выхлопной газ вокруг окон сопловых отверстий 61, которые раскрываются внутрь выхлопного канала, содержит сажу, во время, когда клапан 15 подачи углеводородов заканчивает впрыск углеводородов, сажа будет всасываться внутрь сопловых отверстий 61 и камеры 64 всасывания, и сажа будет оседать на внутренних окружных поверхностях сопловых отверстий 61 и камеры 64 всасывания. Фиг. 5B схематично показывает сажу, которая при этом осела на жидких углеводородах 66 на внутренних окружных поверхностях 65 сопловых отверстий 61 ссылочными номерами 67.

[0025] Итак, если сажа 67, которая всасывается внутрь сопловых отверстий 61 и камеры 64 всасывания, контактирует с жидкими углеводородами 66, давление на поверхностях соприкосновения сажи 67 и жидких углеводородов 66 будет становиться ниже давления окрестностей, так что сажа 67 будет толкаться по направлению к жидким углеводородам 66 и сажа 67 будет вытягиваться межатомной силой с жидкими углеводородами 66 по направлению к жидким углеводородам 66, так что сажа 67 будет удерживаться в осажденном состоянии таком, как показанное на фиг. 5B. При этом сила осаждения сажи 67 на внутренних поверхностях стенок сопловых отверстий 61 и камеры 64 всасывания является слабой. Следовательно, если действие впрыска углеводородов выполняется в таком состоянии, сажа 67, которая оседает на внутренних поверхностях стенок сопловых отверстий 61 и камеры 64 всасывания, будет немедленно сдута. Следовательно, если действие впрыска углеводородов выполняется во время такого состояния, сопловые отверстия 61 никогда не будут забиваться.

[0026] С другой стороны, как показано на фиг. 5B, если состояние, когда сажа 67 оседает на жидких углеводородах 66, продолжается в течение длительного времени, жидкие углеводороды и углеводороды в жидких углеводородах, которые входят в поры сажи 67, будут полимеризироваться и постепенно образовывать полимеры и будут постепенно становиться более стойкими по вязкости. Если жидкие углеводороды 66 становятся более вязкими, сила налипания относительно внутренних поверхностей стенок сопловых отверстий 61 и камеры 64 всасывания будет становиться более высокой. Если вязкость жидких углеводородов, которые проникли в поры сажи 67, становится более высокой, сила слипания с жидкими углеводородами 66 будет становиться более высокой. Т.е. если состояние сажи 67, осевшей на жидких углеводородах 66, продолжается в течение длительного времени, сила слипания сажи 67 с внутренними поверхностями стенок сопловых отверстий 61 и камеры 64 всасывания будет становиться более высокой. Если в этом способе сила налипания сажи 67 относительно внутренних поверхностей стенок сопловых отверстий 61 и камеры 64 всасывания становится более высокой, даже если выполняется действие впрыска углеводородов, сажа 67, которая оседает на внутренних поверхностях стенок сопловых отверстий 61 и камеры 64 всасывания, будет оставаться налипшей без сдувания. Следовательно, в этом случае сажа 67 будет вызывать забивание сопловых отверстий 61.

[0027] В этом случае для предотвращения возникновения забивания сажей 67 сопловых отверстий 61, достаточно впрыскивать углеводороды, когда сила налипания сажи 67 к внутренним поверхностям стенок сопловых отверстий 61 и камеры 64 всасывания является не такой высокой, т.е. в период времени действия силы налипания такой степени, когда, если впрыскиваются углеводороды, сажа 67, которая оседает на внутренних поверхностях стенок сопловых отверстий 61 и камеры 64 всасывания, является выдуваемой. Если назвать наивысшую силу налипания в силе налипания, при которой сажа 67, осевшая на внутренних поверхностях стенок сопловых отверстий 61 и камеры 64 всасывания, будет выдуваться в этом способе, если углеводороды впрыскиваются, как "предельная сила налипания", когда сила налипания сажи 67 слабее этой предельной силы налипания, если действие впрыска углеводородов выполняется, сажа 67, которая оседает на внутренних поверхностях стенок сопловых отверстий 61 и камеры 64 всасывания, будет выдуваться, в то время как, когда сила налипания сажи 67 становится выше этой предельной силы налипания, если действие впрыска углеводородов выполняется, сажа 67, которая оседает на внутренних поверхностях стенок сопловых отверстий 61 и камеры 64 всасывания, будет оставаться налипшей без сдувания. Далее эта предельная сила налипания будет пояснена во время ссылки к фиг. 6A, принимая в качестве примера случая, когда некоторое фиксированное количество сажи 67 осаждено на внутренних поверхностях стенок сопловых отверстий 61 и камеры 64 всасывания.

[0028] Эта предельная сила налипания показана на фиг. 6A прерывистой линией GXO. Отметим, что на фиг. 6A ордината TB показывает температуру передней торцевой поверхности 60 клапана 15 подачи углеводородов, в то время как "t" показывает время, прошедшее с момента, когда действие клапана 15 подачи углеводородов, впрыскивающего углеводороды, закончилось. Чем выше температура TB передней торцевой поверхности 60 клапана 15 подачи углеводородов, т.е. чем выше температуры внутренних поверхностей стенок сопловых отверстий 61 и камеры 64 всасывания, тем в большей степени происходит полимеризация жидких углеводородов 66 и полимеризация углеводородов в жидких углеводородах, которые проникли в поры сажи 67, и тем быстрее повышается вязкость. Следовательно, чем выше температура TB передней торцевой поверхности 60 клапана 15 подачи углеводородов, тем быстрее растет степень налипания к внутренним поверхностям стенок сопловых отверстий 61 и камеры 64 всасывания, и тем короче прошедшее время "t" от момента, когда действие клапана 15 подачи углеводородов, впрыскивающего углеводороды, заканчивается, до тех пор, пока сила налипания не станет предельной силой GXO налипания. Следовательно, как показано на фиг. 6A, чем выше температура TB