(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気管に燃料を噴射する排気管インジェクタと、
燃料タンクと、
燃料に混入している不純物を除去するための燃料フィルタと、
燃料を加圧して送液するためのサプライポンプと、
昇圧された燃料を貯留しておくコモンレールと、
前記燃料タンクから前記サプライポンプで一次加圧された燃料を前記燃料フィルタを経て再び前記サプライポンプに流入させるための一次加圧ラインと、
前記一次加圧ラインからの燃料を前記サプライポンプで二次加圧して前記コモンレールに送液する二次加圧ラインと、
前記コモンレールに貯留されていた燃料をエンジン筒内に噴射する筒内インジェクタと、
燃料フィルタを経て前記サプライポンプに流入する一次加圧ラインの燃料の一部を、前記排気管インジェクタに供給する燃料配管と、
前記燃料配管の前記排気管インジェクタ近くに設けられ、排気管インジェクタの燃料噴射による前記燃料配管内の圧力変動を抑制するための圧力補償手段と、
その圧力補償手段よりも上流側の前記燃料配管に設けられる燃料圧センサと、
前記燃料圧センサのモニター値に基づいて、前記排気管インジェクタの噴射量を調節すべく、前記排気管インジェクタの開弁時間を制御して燃料噴射量を調節する噴射制御手段と、
を備えることを特徴とする排気管噴射システム。
【請求項２】
前記圧力補償手段は、前記排気管インジェクタのＤＵＴＹ制御による開閉に伴う前記燃料圧センサのモニター値の変動を抑制する請求項１記載の排気管噴射システム。
【請求項３】
前記噴射制御手段は、前記排気管インジェクタの開弁時間を制御して、前記排気管インジェクタの噴射量を調節する請求項１または２に記載の排気管噴射システム。
【請求項４】
前記噴射制御手段は、前記燃料圧センサのモニター値に基づいて、前記排気管インジェクタの噴射量を調節し、前記燃料配管の燃料圧低下による前記噴射量の減少分を補正する請求項１〜３のいずれかに記載の排気管噴射システム。
【請求項５】
前記圧力補償手段は、バッファタンクからなる請求項項１〜４のいずれかに記載の排気管噴射システム。
【請求項６】
前記圧力補償手段は、アキュムレータからなる請求項１〜４のいずれかに記載の排気管噴射システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気ガスに未燃燃料を添加するための排気管噴射システムに係り、特に、排気噴射量のフィードバック制御を行う排気管噴射システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、エンジンからの排気ガス中に含まれる環境汚染物質を浄化すべく、ＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）装置やＬＮＴ（Lean NOx Trap）装置などを排気管に設けた排気ガス浄化システムの開発が行われている。このような排気ガス浄化システムでは、排気ガスに未燃燃料を添加し、その燃料を酸化触媒で酸化燃焼させて排気ガスを昇温し、高温の排気ガスで浄化装置を再生することが行われる。
【０００３】
この未燃燃料を排気ガスに添加する手段として、エンジン筒内のオイル希釈が発生せず、燃料添加時でもＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）制御を掛けることができ、昇温に要する燃料消費量を低く抑えることができる排気管噴射が注目されている。排気管噴射は、排気管に設けた排気管インジェクタから未燃燃料を排気ガスに添加する方法である（例えば、特許文献１，２参照）。
【０００４】
図４に、従来の排気管噴射システムの構成を示す。
【０００５】
排気管噴射を行う排気管噴射システム４１は、燃料を加圧して送液するためのサプライポンプ１２と、燃料に混入している不純物を除去するための燃料フィルタ１３と、昇圧された燃料を貯留しておくコモンレール１４と、コモンレール１４に貯留されていた燃料をエンジン筒内に噴射する筒内インジェクタ１５と、燃料フィルタ１３で不純物を除去された燃料を排気管に噴射する排気管インジェクタ１６と、を備える。
【０００６】
排気管噴射システム４１では、燃料タンクから供給ライン１７を経てサプライポンプ１２に供給された燃料は、サプライポンプ１２で一次加圧されて送液され、一次加圧ライン１８と、一次加圧ライン１８に設けられた燃料フィルタ１３と、を経て再びサプライポンプ１２に流入するようにされる。
【０００７】
サプライポンプ１２は、エンジンのクランクシャフトにより駆動する。
【０００８】
サプライポンプ１２に再び流入した燃料は、サプライポンプ１２で二次加圧されて送液され、二次加圧ライン１９を経てコモンレール１４に貯留される。
【０００９】
コモンレール１４に貯留された高圧の燃料は、エンジン噴射ライン２０を経て筒内インジェクタ１５からエンジン筒内に噴射され、エンジン燃焼駆動のために消費される。筒内インジェクタ１５で消費されない余分の燃料と、コモンレール１４内の余分の燃料は、戻しライン２１，２２からリターンされ、戻しライン２１，２２に接続される排出ライン２３から燃料タンクに排出される。
【００１０】
また、燃料フィルタ１３を通過した燃料の一部は、一次加圧ライン１８の下流側に接続された燃料配管２４に分岐し、燃料配管２４を介して排気管インジェクタ１６に供給される。また、燃料フィルタ１３には、排気管噴射の噴射圧力をモニターするための燃料圧センサ２５が、燃料フィルタ１３内のフィルタ部（図示せず）よりも上流側に設けられる。
【００１１】
筒内インジェクタ１５、排気管インジェクタ１６、燃料圧センサ２５はＥＣＵ（Electronical Control Unit；電子制御装置）２６に接続され、ＥＣＵ２６は筒内インジェクタ１５の制御を行う。またＥＣＵ２６には燃料圧センサ２５から入力される燃料圧のモニター値と要求される噴射量とに基づき、排気管インジェクタ１６の開閉弁動作を制御して、燃料の排気噴射量を調節する噴射制御手段２７が搭載される。
【００１２】
この排気管噴射システム４１では、排気管インジェクタ１６をＤＵＴＹ駆動させて排気管噴射を行う。単位時間あたりの排気管インジェクタ１６の開弁時間（噴射時間）の比をＤＵＴＹ比という。排気管インジェクタ１６からの噴射量（排気噴射量）は、排気管インジェクタ１６のＤＵＴＹ比を制御することにより調節される。
【００１３】
排気管インジェクタ１６から排気管への燃料噴射時には燃料配管２４の内圧が一時的に低下し、排気噴射量が低下する傾向がある。これはサプライポンプ１２による燃料供給と、噴射による燃料減少のバランスによるもので、特にエンジン回転が低く筒内噴射量が多いとき（低回転高トルク時）には、サプライポンプ１２の燃料供給量が少なくエンジンの燃料噴射量が多いためにこの傾向が顕著となる。よって、排気管噴射の噴射圧力（燃料配管２４内の燃料圧）をモニターして、圧力の低下による噴射量の減少分を、ＤＵＴＹ比を大きくして補正する必要がある。
【００１４】
通常、排気噴射量の制御は、排気管インジェクタ１６の噴射特性を噴射圧力と噴射量に対するＤＵＴＹ比で表した３次元マップ（通常、ＢＰマップと呼ばれる）により行う（すなわち、噴射圧力と要求噴射量とでＢＰマップを参照し、排気管インジェクタ１６のＤＵＴＹ比を決定して排気噴射量の制御を行う）。噴射圧力は、排気噴射経路のなるべく排気管インジェクタ１６に近い場所に燃料圧センサを取りつけて測定することが望ましい。この理由は、排気管インジェクタ１６近傍の圧力変動が排気噴射量の増減に影響するからである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特許第４４１７８７８号公報
【特許文献２】特許第４５６１４６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、排気管インジェクタ１６近傍では噴射時のＤＵＴＹ駆動（すなわち、排気管インジェクタ１６の開閉弁）に伴う燃料配管２４内の圧力脈動が生じるので、この値を使用して噴射量を補正する圧力フィードバック制御（ＦＢ制御）を行うと、より噴射量の増減バラツキが増す方向となり、噴射量が安定しない。
【００１７】
これを避ける為、従来の排気管噴射システム４１では、燃料フィルタ１３のフィルタ部上流側に燃料圧センサ２５を配置する構成とされている。この構成では、燃料フィルタ１３のバッファ効果により、排気管噴射による燃料配管２４の圧力脈動の影響を低減できるが、燃料圧を測定する場所が排気管インジェクタ１６から離れているため、噴射時の噴射圧力の低下が正確に測定できず、適切な排気噴射量の圧力ＦＢ制御が出来ない。
【００１８】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、排気管噴射により燃料配管で生じる噴射圧力低下を正確にモニターし、排気噴射量を適切にフィードバック制御できる排気管噴射システムを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上述の目的を達成するために本発明は、内燃機関の排気管に燃料を噴射する排気管インジェクタと、燃料タンクと、燃料に混入している不純物を除去するための燃料フィルタと、燃料を加圧して送液するためのサプライポンプと、昇圧された燃料を貯留しておくコモンレールと、前記燃料タンクから前記サプライポンプで一次加圧された燃料を前記燃料フィルタを経て再び前記サプライポンプに流入させるための一次加圧ラインと、前記一次加圧ラインからの燃料を前記サプライポンプで二次加圧して前記コモンレールに送液する二次加圧ラインと、前記コモンレールに貯留されていた燃料をエンジン筒内に噴射する筒内インジェクタと、燃料フィルタを経て前記サプライポンプに流入する一次加圧ラインの燃料の一部を、前記排気管インジェクタに供給する燃料配管と、前記燃料配管の前記排気管インジェクタ近くに設けられ、排気管インジェクタの燃料噴射による前記燃料配管内の圧力変動を抑制するための圧力補償手段と、その圧力補償手段よりも上流側の前記燃料配管に設けられる燃料圧センサと、前記燃料圧センサのモニター値に基づいて、前記排気管インジェクタの噴射量を調節すべく、前記排気管インジェクタの開弁時間を制御して燃料噴射量を調節する噴射制御手段と、を備える排気管噴射システムである。
【００２０】
前記圧力補償手段は、前記排気管インジェクタのＤＵＴＹ制御による開閉に伴う前記燃料圧センサのモニター値の変動を抑制すると良い。
【００２１】
前記噴射制御手段は、前記排気管インジェクタの開弁時間を制御して、前記排気管インジェクタの噴射量を調節すると良い。
【００２２】
前記噴射制御手段は、前記燃料圧センサのモニター値に基づいて、前記排気管インジェクタの噴射量を調節し、前記燃料配管の燃料圧低下による前記噴射量の減少分を補正すると良い。
【００２３】
前記圧力補償手段は、バッファタンクからなると良い。
【００２４】
前記圧力補償手段は、アキュムレータからなっても良い。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、排気管噴射により燃料配管で生じる噴射圧力低下を正確にモニターし、排気噴射量を適切にフィードバック制御できる排気管噴射システムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施の形態に係る排気管噴射システムの構成を示す概略図である。
【図２】排気管インジェクタ開閉時の燃圧変動を示す図であり、（ａ）は本発明の排気管噴射システムの場合、（ｂ）は圧力補償手段を設けず燃料圧センサを排気管インジェクタ近くに配置した排気管噴射システムの場合、を示す図である。
【図３】（ａ）は本発明の他実施の形態に係る排気管噴射システムの構成を示す部分断面図であり、（ｂ）はアキュムレータの特性を示す図である。
【図４】従来の排気噴射システムの構成を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下に、本発明の好適な一実施の形態について図面に基づき説明する。
【００２８】
図１は、本発明の好適な一実施の形態に係る排気管噴射システムの構成を示す概略図である。
【００２９】
本実施の形態に係る排気管噴射システム１１は、その基本構成が従来の排気管噴射システム４１と同じであるので、同一の部材には同じ符号を付して説明を省略する。
【００３０】
この排気管噴射システム１１では、燃料配管２４の排気管インジェクタ１６近くに圧力補償手段２８が設けられると共に、その圧力補償手段２８よりも上流側の燃料配管２４に燃料圧センサ２９が設けられる。圧力補償手段２８は、排気管インジェクタ１６の開閉弁（ＤＵＴＹ駆動）に伴う燃料配管２４の脈動を抑制し、燃料圧センサ２９のモニター値の変動を抑制するためのものである。本実施の形態では、圧力補償手段２８はバッファタンクからなる。バッファタンクは、燃料配管２４の脈動成分だけ収束可能で、かつ噴射時の圧力低下量の平均値は変化しないような必要最小限な容量（例えば、２００±１００ｃｃ程度）とする。
【００３１】
ＥＣＵ２６は筒内インジェクタ１５，排気管インジェクタ１６，燃料圧センサ２９に接続される。また、ＥＣＵ２６に搭載される噴射制御手段２７は、燃料圧センサ２９のモニター値に基づき、排気管インジェクタ１６の開弁時間を制御して、排気管インジェクタ１６の噴射量を調節するようにされる。
【００３２】
より具体的には、噴射制御手段２７は、燃料圧センサ２９のモニター値とＥＣＵ２６が出力する要求噴射量とでＢＰマップを参照して排気管噴射インジェクタ１６のＤＵＴＹ比を決定し、決定したＤＵＴＹ比で排気管噴射インジェクタ１６の開弁時間を制御して、排気管噴射インジェクタ１６の噴射量を調節するようにされる。さらに、噴射制御手段２７は、燃料圧センサ２９のモニター値から噴射量を圧力ＦＢ制御し、排気管インジェクタ１６の噴射により燃料配管２４内の燃料圧（噴射圧力）が低下した際には、低下した燃料圧のモニター値と要求噴射量とでＢＰマップを参照してＤＵＴＹ比を変更し、排気管インジェクタ１６の開弁時間を制御して燃料圧低下による噴射量の減少分を補正する。
【００３３】
次に、本発明の効果について図２を用いて説明する。
【００３４】
図２は、排気管インジェクタ１６開閉弁の燃圧変動を示す図であり、（ａ）は本発明の排気管噴射システム１１の場合、（ｂ）は圧力補償手段２８を設けず燃料圧センサ２９を排気管インジェクタ１６近くに配置した排気管噴射システムの場合を示す図である。ここでは、排気管インジェクタ１６のＤＵＴＹ比を８０％として排気管インジェクタ１６を開閉弁させ（図中に破線で示される区間）、排気管噴射中の燃料圧センサ２９のモニター値（燃圧）の変化を示している。
【００３５】
図２に示すように、排気管噴射を行わず排気管インジェクタ１６を閉弁しているときには、圧力補償手段２８の有無に拘わらず、サプライポンプ１２由来の脈動成分が燃料圧センサ２９により検出されている。
【００３６】
排気管噴射を開始して排気管インジェクタ１６を開閉弁したとき、圧力補償手段２８を設けず排気管インジェクタ１６近くに燃料圧センサ２９を配置した排気管噴射システムでは、燃料圧センサ２９のモニター値が排気管インジェクタ１６の開閉弁に伴う燃料配管２４内の圧力脈動の影響を受けるため、圧力ＦＢ制御を適切に行うことが出来ず、図２（ｂ）に示すように排気管噴射中の燃圧の変動がより大きくなり、噴射量の増減バラツキが増して噴射量を安定させることが出来なかった。
【００３７】
一方、本実施の形態の排気管噴射システム１１では、圧力補償手段２８（バッファタンク）により、排気管インジェクタ１６の開閉弁に伴う圧力脈動が燃料圧センサ２９のモニター値に与える変動を抑制できるため、圧力ＦＢ制御を適切に行うことが出来、図２（ａ）に示すように、排気管噴射中の燃圧の変動を抑制し、噴射量を安定させることが出来た。
【００３８】
また、排気管噴射中に燃圧センサ２９でモニターされた平均燃圧を表１に示す。
【００３９】
【表１】
0005776176.tif 000002
【００４０】
表１に示すように、圧力補償手段２８（バッファタンク）を設けた排気管噴射システム１１および圧力補償手段２８を設けない排気管噴射システムとも、排気管噴射中の平均燃圧は略同じである。すなわち、排気管噴射システム１１は燃料配管２４の脈動成分のみを抑制して噴射量を圧力ＦＢ制御でき、噴射量を安定なものとできることがわかる。
【００４１】
以上要するに、本実施の形態に係る排気管噴射システム１１は、簡便且つ低コストな構成で、排気管インジェクタ１６の開閉弁に伴う燃料配管２４内の圧力変動を圧力補償手段２８により抑制し、圧力変動を抑制された燃料配管２４の燃料圧を排気管インジェクタ１６近くに設けた燃料圧センサ２９で正確にモニターすることができる。
【００４２】
また、排気管インジェクタ１６からの噴射で燃料配管２４内の燃料圧（噴射圧力）が低下したときには、その噴射圧力の低下を正確にモニターして排気噴射量の圧力ＦＢ制御を適切に行い、噴射圧力の低下による噴射量の減少分を補正することができる。
【００４３】
これにより、排気ガスを昇温制御してＤＰＦ装置やＬＮＴ装置を再生する際の温度安定性や、脱硫制御時のラムダ（排ガス空燃比）の安定性を向上させることができる。
【００４４】
さらに、内燃機関の運転条件変化や、排気管インジェクタ１６の劣化による噴射圧力の変化にも対応できる。
【００４５】
なお、本発明は上記実施の形態に限られるものではなく、例えば圧力補償手段２８としてバッファタンクに替えてアキュムレータを設ける構成とすることができる。
【００４６】
図３（ａ）に、圧力補償手段２８としてアキュムレータ３２を燃料配管２４の排気管インジェクタ１６近くに設けた排気管噴射システム３１の部分断面図を示している。
【００４７】
アキュムレータ３２は、図３（ｂ）に示すように、その周波数が燃料配管２４の脈動周波数（共振周波数）と同じくなるようにされたとき、脈動に対する吸収性能が最大となる。そのため、燃料配管２４の脈動周波数を事前に測定しておき、その脈動周波数がアキュムレータ３２の周波数ｆとなるように、下式（１）に基づいてアキュムレータ３２を設計する。
【００４８】
【数１】
0005776176.tif 000003
【００４９】
このようにされることで、本実施の形態に係る排気管噴射システム３１においても、上述の排気管噴射システム１１と同様の優れた効果を得ることが可能となる。
【符号の説明】
【００５０】
１１  排気管噴射システム
１２  サプライポンプ
１６  排気管インジェクタ
２４  燃料配管
２７  噴射制御手段
２８  圧力補償手段（バッファタンク）
２９  燃料圧センサ
【図１】
0005776176.tif 000004
【図２】
0005776176.tif 000005
【図３】
0005776176.tif 000006
【図４】
0005776176.tif 000007