(57)【要約】【課題】燃料添加弁において、温度上昇を抑制できる技術を提供する。【解決手段】内燃機関の排気通路に燃料を噴射する燃料添加弁１１において、該燃料添加弁１１に燃料を供給するための燃料流入口４２と、該燃料添加弁１１から燃料を排出するための燃料流出口４３と、を備える。燃料流入口４２から燃料を流入させ、燃料流出口４３から燃料を流出させることにより、燃料添加弁１１内を燃料が通過するため、該燃料添加弁１１を冷却することができる。【選択図】図２
2008019735.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に燃料を噴射する燃料添加弁において、
該燃料添加弁に燃料を供給するための燃料流入口と、
該燃料添加弁から燃料を排出するための燃料流出口と、
を備えることを特徴とする燃料添加弁。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料添加弁を備え、
前記燃料流出口に接続され、該燃料流出口から燃料添加弁外へ流出する燃料が流通する燃料排出通路と、
前記燃料添加弁内の燃料の圧力を前記燃料排出通路において調節する圧力調節手段と、
をさらに備えることを特徴とする燃料添加装置。
【請求項３】
前記燃料添加弁の温度を検出する燃料添加弁温度検出手段と、
前記燃料流入口に接続され、該燃料流入口から燃料添加弁内へ流入する燃料が流通する燃料供給通路と、
前記燃料流入口から燃料添加弁内へ流入する燃料の量を前記燃料供給通路において調節する燃料供給量調節手段と、
を備え、
前記燃料添加弁温度検出手段により検出される温度が高いほど、前記燃料供給量調節手段は、前記燃料流入口から流入する燃料の量を増加させることを特徴とする請求項２に記載の燃料添加装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料添加弁および燃料添加装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気通路に上流側から燃料添加弁と、ＮＯx触媒とを備え、該ＮＯx触媒に対して燃料添加弁から燃料を添加することにより、排気中のＮＯxを浄化することができる
。この燃料添加弁は、排気通路に備えられているため排気に常に晒されている。そのため、該燃料添加弁の先端に排気中の煤等のパティキュレートマター（以下、ＰＭという。）が付着する。そして、燃料添加弁の温度が高くなると、該燃料添加弁の先端に付着したＰＭが固化し、該燃料添加弁から噴射される燃料量が少なくなってしまう。
【０００３】
ここで、内燃機関に燃料を供給するための燃料噴射弁であれば、燃料噴射が非常に短い間隔で繰り返し行なわれているため、ＰＭが付着しても噴射される燃料により吹き飛ばされる。しかし、排気通路に備えられる燃料添加弁は、ＮＯxを還元するとき等に燃料を噴
射するため、燃料を噴射していない時間が長く、付着した煤等が固化し易い。
【０００４】
これに対し、排気通路に備わる燃料添加弁の周りに冷却水通路を設け、該燃料添加弁を冷却する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。しかし、冷却水通路を別途設ける必要があるため、配置できる場所が限られ、またコストアップすることになる。
【０００５】
また、煤等を除去するための燃料噴射を行う技術が知られている（例えば、特許文献２参照。）。しかし、燃料を消費するため、燃費が悪化してしまう。
【特許文献１】特開２００５−２６４７５６号公報
【特許文献２】特開２００３−３２８７４４号公報
【特許文献３】特表２００４−５１４８２９号公報
【特許文献４】特開２００５−２０１１５８号公報
【特許文献５】特開２００５−３５１２４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、燃料添加弁において、温度上昇を抑制できる技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を達成するために本発明による燃料添加弁は、
内燃機関の排気通路に燃料を噴射する燃料添加弁において、
該燃料添加弁に燃料を供給するための燃料流入口と、
該燃料添加弁から燃料を排出するための燃料流出口と、
を備えることを特徴とする。
【０００８】
燃料流入口から燃料添加弁に燃料が流入することにより、該燃料添加弁から燃料の噴射が可能となるとともに、該燃料添加弁を冷却するための燃料を該燃料添加弁に供給することができる。
【０００９】
そして、燃料流出口から燃料を流出させることにより、該燃料添加弁内で温度が上昇した燃料を排出することができる。また、燃料添加弁から燃料を噴射していないときであっても燃料流出口から燃料を流出させることにより、燃料添加弁に多くの燃料を常に流通さ
せることができる。これにより、燃料添加弁を常に冷却することができるので、温度上昇を抑制できる。
【００１０】
また、上記課題を達成するために本発明による燃料添加装置は、
前記燃料添加弁を備え、
前記燃料流出口に接続され、該燃料流出口を通過する燃料が流通する燃料排出通路と、
前記燃料添加弁内の燃料の圧力を前記燃料排出通路において調節する圧力調節手段と、
をさらに備えることを特徴とする。
【００１１】
圧力調節手段は、燃料排出通路において燃料の流量を調節することにより、燃料添加弁内の燃料の圧力を調節する。これにより、燃料の噴射圧力を調節することができるので、燃料の噴射圧力を一定に維持することもできる。また、燃料添加弁内から多量の燃料が流出する場合には、燃料供給通路において燃料添加弁内の圧力を調節することが困難となるが、燃料排出通路において燃料添加弁内の圧力を調節すれば圧力調節が容易となる。
【００１２】
本発明においては、前記燃料添加弁の温度を検出する燃料添加弁温度検出手段と、
前記燃料流入口から流入する燃料の量を調節する燃料供給量調節手段と、
を備え、
前記燃料添加弁温度検出手段により検出される温度が高いほど、前記燃料供給量調節手段は、前記燃料流入口から流入する燃料の量を増加させることができる。
【００１３】
燃料供給量調節手段は、燃料流入口から流入する燃料の量を調節するため、燃料添加弁に供給される燃料量を調節することができる。燃料添加弁に供給される燃料量が多くなると、該燃料添加弁からより多くの熱を奪うことができるため、該燃料添加弁の温度をより低下させることができる。つまり、燃料添加弁の温度に応じて、燃料添加弁への燃料流入量を調節することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は、燃料添加弁において、温度上昇を抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明に係る燃料添加弁および燃料添加装置の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１６】
以下、本発明の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。ここでは、本発明に係る燃料添加弁および燃料添加装置を車両駆動用のディーゼル機関に適用した場合を例に挙げて説明する。
【００１７】
図１は、本実施例に係る燃料添加弁１１を適用する内燃機関１とその排気系の概略構成を示す図である。内燃機関１は、４つの気筒２を有する４サイクル・ディーゼル機関である。
【００１８】
内燃機関１は、各気筒２内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁３を備えている。各燃料噴射弁３は、燃料を所定圧まで蓄圧する蓄圧室（コモンレール）４と接続されている。
【００１９】
前記コモンレール４は、燃料供給管５を介して高圧燃料ポンプ６と接続されている。この高圧燃料ポンプ６は、内燃機関１のクランクシャフトの回転トルクを駆動源として作動するポンプである。
【００２０】
また、内燃機関１には、燃料を貯留するための燃料タンク７が併設され、該燃料タンク７内には低圧で燃料を吐出する低圧燃料ポンプ８が設けられている。この低圧燃料ポンプ８は燃料供給管５を介して高圧燃料ポンプ６と接続されている。
【００２１】
そして、燃料タンク７内に貯留されている燃料が低圧燃料ポンプ８により燃料供給管５へ吐出され、該燃料供給管５を流通する。燃料供給管５の途中で燃料が高圧燃料ポンプ６を通過することにより、該高圧燃料ポンプ６よりも下流の燃料の圧力が上昇する。そして、高圧燃料ポンプ６から吐出された燃料は、コモンレール４に流入する。このコモンレール４内の燃料の圧力も、高圧燃料ポンプ６により高められている。そして、この高圧の燃料が燃料噴射弁３に供給され、該燃料噴射弁３が開弁することにより気筒２内へ燃料が噴射される。
【００２２】
また、内燃機関１には、排気通路９が接続されている。この排気通路９の途中には、吸蔵還元型ＮＯx触媒１０（以下、ＮＯx触媒１０という。）が設けられている。ＮＯx触媒
１０は、流入する排気の酸素濃度が高いときは排気中のＮＯxを吸蔵し、流入する排気の
酸素濃度が低く且つ還元剤が存在するときは吸蔵していたＮＯxを還元する機能を有する
。
【００２３】
このＮＯx触媒１０に還元剤を供給するために、本実施例では燃料添加装置３０を備え
ている。燃料添加装置３０は、燃料添加弁１１、添加燃料供給管１３、流量調節弁１４、燃料添加用コモンレール１５、添加燃料排出管１６、圧力制御弁１７、添加燃料圧力センサ１８を備えて構成されている。
【００２４】
ＮＯx触媒１０よりも上流の排気通路９に、該排気通路９を流通する排気中に還元剤た
る燃料（軽油）を添加する燃料添加弁１１を備えている。燃料添加弁１１とコモンレール４とは、添加燃料供給管１３を介して接続されている。添加燃料供給管１３の途中には、コモンレール４側から順に流量調節弁１４と燃料添加用コモンレール１５とが設けられている。流量調節弁１４は、添加燃料供給管１３を流れる燃料の量を調節することにより、燃料添加弁１１へ供給される燃料の量を調節する。燃料添加用コモンレール１５では、燃料が所定の圧力に蓄圧される。なお、本実施例においては添加燃料供給管１３が、本発明における燃料供給通路に相当する。また、本実施例においては流量調節弁１４が、本発明における燃料供給量調節手段に相当する。
【００２５】
一方、燃料添加弁１１には、添加燃料排出管１６の一端が接続されている。この添加燃料排出管１６の他端は燃料タンク７に接続されている。この添加燃料排出管１６の途中には、該添加燃料排出管１６を流通する燃料の量を調節することにより、燃料添加弁１１から噴射される燃料の圧力を調節する圧力制御弁１７が設けられている。なお、本実施例においては添加燃料排出管１６が、本発明における燃料排出通路に相当する。また、本実施例においては圧力制御弁１７が、本発明における圧力調節手段に相当する。
【００２６】
すなわち、コモンレール４から高圧の燃料が添加燃料供給管１３に流れ込み、燃料添加用コモンレール１５で一旦貯留される。その後、燃料添加用コモンレール１５から燃料添加弁１１へ燃料が供給される。そして、燃料添加弁１１が開弁すると、排気中に燃料が噴射される。また、燃料添加弁１１に供給されたものの該燃料添加弁１１から排気中へ噴射されなかった燃料は、添加燃料排出管１６を流通して燃料タンク７へ戻される。
【００２７】
なお、燃料添加用コモンレール１５には、該燃料添加用コモンレール１５内の燃料の圧力を検出する添加燃料圧力センサ１８が取り付けられている。
【００２８】
以上述べたように構成された内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御
ユニットであるＥＣＵ１２が併設されている。このＥＣＵ１２は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態を制御するユニットである。
【００２９】
また、ＥＣＵ１２には、添加燃料圧力センサ１８の他、運転者がアクセルペダル２１を踏み込んだ量に応じた電気信号を出力し機関負荷を検出可能なアクセル開度センサ２２、及び機関回転数を検出するクランクポジションセンサ２３が電気配線を介して接続され、これら各種センサの出力信号がＥＣＵ１２に入力されるようになっている。
【００３０】
一方、ＥＣＵ１２には、燃料噴射弁３、燃料添加弁１１、流量調節弁１４、圧力制御弁１７等が電気配線を介して接続され、これらの弁の開閉が該ＥＣＵ１２により制御される。
【００３１】
ここで、図２は、燃料添加弁１１の概略構成図である。燃料添加弁１１は、ケース４１を備えて構成されている。このケース４１には、該ケース４１内に燃料が流入するための燃料流入口４２と、該ケース４１から燃料が流出するための燃料流出口４３と、が形成されている。燃料流入口４２と、燃料流出口４３とは、ケース４１内に夫々形成されている燃料流入通路４８と燃料流出通路４９とを介して連通されている。燃料流入通路４８は、ケース４１内に形成され、燃料流入口４２から燃料噴射口５０に至る通路である。ここで、燃料噴射口５０は、ケース４１の先端部分で該ケース４１を貫通している。一方、燃料流出通路４９は、ケース４１の先端付近の燃料流入通路４８から燃料流出口４３に至る通路である。
【００３２】
また、ケース４１内には、該ケース４１内で往復するニードル４４が格納されている。このニードル４４には、アーマチュア４５が取り付けられている。また、ケース４１には、ソレノイドコイル４６が備えられ、該ソレノイドコイル４６の中心軸側には鉄心４７が備えられている。
【００３３】
このように構成された燃料添加弁１１では、ソレノイドコイル４６に電流が流されると、アーマチュア４５が鉄心４７に引き寄せられる。これにより、ニードル４４の先端部分がケース４１から離れるので、燃料流入通路４８と燃料噴射口５０とが連通される。そのため、燃料流入通路４８内を流れる燃料が燃料噴射口５０から噴射される。
【００３４】
一方、燃料噴射口５０から噴射されなかった燃料は、燃料流出通路４９を流れて燃料流出口４３から排出される。
【００３５】
なお、燃料流入口４２は添加燃料供給管１３に接続され、燃料流出口４３は添加燃料排出管１６に接続されている。
【００３６】
このように燃料添加弁１１内では、燃料流入口４２から流入した燃料の一部が該燃料添加弁１１の先端付近を通過した後に、燃料流出口４３から流出するので、該燃料により燃料添加弁１１の先端付近を冷却することができる。そのため、排気中のＰＭが燃料添加弁１１の先端で固化することが抑制できる。
【００３７】
また、燃料添加弁１１の温度に応じて燃料の供給量を変更することにより、燃料添加弁１１の温度を適切な値に維持することができる。ここで、燃料添加弁１１の温度は、内燃機関１の運転状態（例えば機関回転数および機関負荷若しくはアクセル開度）に応じて変化するため、これらの値に基づいて推定することができる。なお、内燃機関１の運転状態と燃料添加弁１１の温度との関係は、予め実験等により求めてＥＣＵ１２に記憶させておいてもよい。なお、本実施例においては燃料添加弁１１の温度を求めるＥＣＵ１２が、本発明における燃料添加弁温度検出手段に相当する。
【００３８】
そして、燃料添加弁１１の温度と、燃料添加弁１１の熱容量と、から該燃料添加弁１１の温度を目標値とするために必要な燃料量を算出する。この燃料量は、燃料流入口４２から燃料添加弁１１内へ流入させる燃料量である。なお、燃料添加弁１１の温度と、燃料添加弁１１内へ流入させる燃料量と、の関係は予め実験等により求めておいてもよい。
【００３９】
この冷却に要する燃料量を燃料添加弁１１に流入させるために、流量調節弁１４および圧力制御弁１７の開度を調節する。つまり、燃料添加弁１１の温度が目標値よりも高いほど、該燃料添加弁１１を通過する燃料量を増加させる。そして、燃料添加弁１１を通過する燃料を増加させるほど、流量調節弁１４の開度をより開き側に移動させる。このときに、圧力制御弁１７を通過する燃料も増加させないと燃料添加弁１１を通過する燃料の増加量が小さくなってしまうので、圧力制御弁１７の開度を開き側に移動させる。さらに、燃料添加弁１１内の燃料の圧力が所定値となるように、圧力制御弁１７の開度を調節する。ここで、燃料添加弁１１内の圧力と、添加燃料圧力センサ１８により検出される燃料の圧力と、は等しいとする。
【００４０】
このときの燃料添加弁１１および圧力制御弁１７の移動量は、予め実験等により最適値を求めてＥＣＵ１２に記憶させておく。
【００４１】
このようにして、燃料添加弁１１の先端付近の温度に基づいて該燃料添加弁１１を通過する燃料量を調節することにより、該燃料添加弁１１の温度調節が可能となる。
【００４２】
なお、本実施例では、燃料流出通路４９がケース４１の先端付近の燃料流入通路４８に接続されているが、燃料流入口４２付近の燃料流入通路４８に接続されていても良い。すなわち、燃料添加弁１１の一部でも冷却することができれば、該燃料添加弁１１全体の温度を低下し得る。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】実施例に係る燃料添加弁を適用する内燃機関とその排気系の概略構成を示す図である。
【図２】燃料添加弁の概略構成図である。
【符号の説明】
【００４４】
１     内燃機関
２     気筒
３     燃料噴射弁
４     コモンレール
５     燃料供給管
６     高圧燃料ポンプ
７     燃料タンク
８     低圧燃料ポンプ
９     排気通路
１０   吸蔵還元型ＮＯx触媒
１１   燃料添加弁
１２   ＥＣＵ
１３   添加燃料供給管
１４   流量調節弁
１５   燃料添加用コモンレール
１６   添加燃料排出管
１７   圧力制御弁
１８   添加燃料圧力センサ
２１   アクセルペダル
２２   アクセル開度センサ
２３   クランクポジションセンサ
４１   ケース
４２   燃料流入口
４３   燃料流出口
４４   ニードル
４５   アーマチュア
４６   ソレノイドコイル
４７   鉄心
４８   燃料流入通路
４９   燃料流出通路
５０   燃料噴射口
【図１】
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【図２】
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