(57)【要約】【課題】      ナノ粒子を低減することが可能な燃料噴射装置を提供する。【解決手段】  燃料噴射装置は、主に、内燃機関の気筒内に燃料を噴射する複数のインジェクタと、噴射圧調節手段と、運転状態検知手段と、を備えている。運転状態検知手段は、内燃機関の運転状態を検知する。噴射圧調節手段は、複数のインジェクタのうち、少なくとも１つのインジェクタの燃料噴射圧を調節する。噴射圧調節手段は、運転状態検知手段が、内燃機関の運転状態を低負荷運転状態であると検知すると、燃料噴射圧を減圧する。これにより、燃料噴射圧が減圧されたインジェクタに対応する気筒より排出されるＰＭの量を増やすことができる。ナノ粒子はＰＭに吸着する性質があるので、このようにしてＰＭの量を増やすことにより、ナノ粒子の排出量を減らすことができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の気筒内に燃料を噴射する複数のインジェクタと、
前記複数のインジェクタのうち、少なくとも１つのインジェクタの燃料噴射圧を調節する噴射圧調節手段と、
前記内燃機関の運転状態を検知する運転状態検知手段と、を備え、
前記噴射圧調節手段は、前記運転状態検知手段が、前記内燃機関の運転状態を低負荷運転状態であると検知すると、前記燃料噴射圧を減圧することを特徴とする燃料噴射装置。
【請求項２】
前記複数のインジェクタのうち、所定のインジェクタには、燃料噴射圧を減圧する減圧手段が設けられ、
前記噴射圧調節手段は、前記減圧手段を用いることにより前記燃料噴射圧を減圧することを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の気筒に燃料を噴射する燃料噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンなどの内燃機関より排出される排気ガスには、粒子状物質が含まれている。そのため、この粒子状物質を排気ガスより取り除くためのフィルタを内燃機関の排気通路に取り付けることが必要となる。このフィルタは、粒子状物質を捕集し、捕集された粒子状物質に対し、酸化処理などの処理を施している。
【０００３】
粒子状物質は、様々な大きさの微粒子からなり、５０ｎｍ以下の大きさを有するナノ粒子、１００ｎｍ以下の超微小粒子、２.５μｍ以下の微小粒子に分けられる。微小粒子は、一般にスス（ｓｏｏｔ）、可溶有機分（ＳＯＦ）、酸化硫黄（サルフェート）を成分とする微粒子（以下、単に「ＰＭ」と称す）と呼ばれている。ＰＭの中でも特に小さい粒径群のものを超微小粒子という。ナノ粒子の中にも極一部ではあるが、ｓｏｏｔやサルフェートが含まれている場合もあるが、ナノ粒子と超微小粒子、微小粒子とは大きく大別される。これら粒子状物質は、排気ガスと共にフィルタに流入し、フィルタによって捕集され、酸化処理がされる。
【０００４】
しかし、通常のＰＭ処理では、一部のナノ粒子は、その大きさが５０ｎｍ以下と小さいため、フィルタで捕集されずに、排気ガスと共にフィルタを通り抜けてしまう場合もありうる。ナノ粒子の発生の原因としては、近年の燃料噴射圧の高圧化による燃料の微粒化や、内燃機関が、アイドル（軽負荷）状態となることによる燃焼温度の低下、車両減速状態となることによる気筒内圧力の低下によって発生するオイルの吸出し等が挙げられる。
【０００５】
なお、特許文献１では、フィルタの下流側に放電装置を設け、フィルタを通り抜けたナノ粒子を、放電により帯電させ、その帯電させたナノ粒子を、電極を用いて捕集することで、ナノ粒子の数量を低減している。特許文献２では、車両減速状態でコモンレールの圧力を下げ、燃焼を緩慢にすることで燃焼音を抑制する技術が記載されている。特許文献３では、車両運転状態で、コモンレールの圧力を可変制御する技術が記載されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−７６６６９号公報
【特許文献２】特開２００４−１５６５７８号公報
【特許文献３】特開２００４−３２２０６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、以上の点に鑑みてなされたものであり、ナノ粒子を低減することが可能な燃料噴射装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の１つの観点では、燃料噴射装置は、内燃機関の気筒内に燃料を噴射する複数のインジェクタと、前記複数のインジェクタのうち、少なくとも１つのインジェクタの燃料噴射圧を調節する噴射圧調節手段と、前記内燃機関の運転状態を検知する運転状態検知手段と、を備え、前記噴射圧調節手段は、前記運転状態検知手段が、前記内燃機関の運転状態を低負荷運転状態であると検知すると、前記燃料噴射圧を減圧する。
【０００９】
上記の燃料噴射装置は、主に、内燃機関の気筒内に燃料を噴射する複数のインジェクタと、噴射圧調節手段と、運転状態検知手段と、を備えている。前記運転状態検知手段は、前記内燃機関の運転状態を検知する。前記噴射圧調節手段は、前記複数のインジェクタのうち、少なくとも１つのインジェクタの燃料噴射圧を調節する。前記噴射圧調節手段は、前記運転状態検知手段が、前記内燃機関の運転状態を低負荷運転状態であると検知すると、前記燃料噴射圧を減圧する。これにより、燃料噴射圧が減圧されたインジェクタに対応する気筒より排出されるＰＭ（上述した微小粒子、超微小粒子）の量を増やすことができる。ナノ粒子はＰＭに吸着する性質があるので、このようにしてＰＭの量を増やすことにより、ナノ粒子の排出量を減らすことができる。
【００１０】
上記の燃料噴射装置の具体的な一態様では、前記複数のインジェクタのうち、所定のインジェクタには、燃料噴射圧を減圧する減圧手段が設けられ、前記噴射圧調節手段は、前記減圧手段を用いることにより前記燃料噴射圧を減圧する。これにより、前記所定のインジェクタに対応する気筒より発生するＰＭの量を増やすことができ、ナノ粒子の排出量を減らすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について説明する。
【００１２】
[内燃機関の構成]
まず、本実施形態に係る内燃機関について説明する。図１は、本発明の燃料噴射装置を適用した内燃機関１の概略構成を示している。内燃機関１は、４つの気筒２が一列に並べられた直列４気筒型のディーゼルエンジンで、吸気通路３、排気通路４、内燃機関１に対して過給を行うターボ過給機５、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）２４をそれぞれ備えている。吸気通路３には、エアーフィルタ１３と、吸気流量を計測するエアフロメータ１４と、ターボ過給機５のコンプレッサ５ａと、コンプレッサ５ａにて圧縮された吸気を冷却するインタークーラ７と、が設けられている。排気通路４には、ターボ過給機５のタービン５ｂと、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１９と、内燃機関１の排気ガス中のＰＭを捕集するとともに、ＮＯｘを吸蔵及び還元する機能を有するフィルタ２２と、フィルタ２２において処理しきれずに通過したＰＭを酸化する酸化触媒２３と、を備えている。吸気通路３と排気通路４とはＥＧＲ通路６にて接続されて排気ガスの一部が排気通路４から吸気通路３へ還流される。ＥＧＲ通路６には、吸気通路３に還流させるべき排気ガスを冷却するＥＧＲクーラ１７と、排気ガスの還流量を調整するためのＥＧＲバルブ８と、がそれぞれ設けられている。内燃機関１には、各気筒２に対応させて４つのインジェクタ９が設けられている。４つのインジェクタ９はコモンレール１０に接続される。コモンレール１０は、燃料タンク１５から燃料を汲み上げてコモンレール１０に圧送するサプライポンプ１１に接続される。４つのインジェクタ９は夫々、コモンレール１０に圧送された燃料を４つの気筒２内に噴射する。内燃機関１は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１９によって吸蔵されたＮＯｘを還元させるために、還元剤（燃料）を排気通路４に添加する燃料添加インジェクタ２８を備えている。燃料添加インジェクタ２８はサプライポンプ１１と接続される。
【００１３】
コモンレール１０に接続された４つのインジェクタ９のうち、少なくとも１つのインジェクタ９には、減圧弁１２が設けられる。減圧弁１２は、減圧弁１２が設けられたインジェクタ９の燃料の噴射の圧力、即ち燃料噴射圧を下げる機能を有するものであり、ＥＣＵ２４によって制御される。本実施形態では、一例として、４つのインジェクタ９のうち、２つのインジェクタ９に減圧弁１２が設けられるとする。燃料タンク１５、サプライポンプ１１、インジェクタ９、コモンレール１０、減圧弁１２よりコモンレールシステム２０が構成される。
【００１４】
ＥＣＵ２４は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄ変換器及び入出力インタフェイスなどを含んで構成され、アクセルセンサ３１、ブレーキセンサ３２、回転速度センサ３３と電気的に接続されている。アクセルセンサ３１はアクセルペダル（図示なし）の踏み込み量を示す検知信号Ｓ１を、ブレーキセンサ３２はブレーキペダル（図示なし）の踏み込み量を示す検知信号Ｓ２を、回転速度センサ３３は内燃機関１の機関回転速度を示す検知信号Ｓ３を、それぞれ、ＥＣＵ２４に供給する。ＥＣＵ２４は、アクセルセンサ３１、ブレーキセンサ３２、回転速度センサ３３のそれぞれより供給される検知信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３を基に、アクセルの状態、エンジン回転変化量、ブレーキの状態を検知する。ＥＣＵ２４は、これらの状態が、アクセルオフの状態、エンジン回転変化量が負となる状態、ブレーキオンの状態のうち、いずれかの状態であると検知した場合、内燃機関１の運転状態が、アイドル状態もしくは車両減速状態といった低負荷運転状態にあると判定する。ナノ粒子は、先に述べたように、内燃機関１の運転状態が、アイドル状態、または車両減速状態といった低負荷運転状態となる場合に特に多く発生する傾向がある。ＥＣＵ２４は、検知信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３を基に、内燃機関１の運転状態が、このようなアイドル状態、または車両減速状態といった低負荷運転状態であると判定すると、ナノ粒子が大量に発生していると推測し、減圧弁１２に制御信号Ｓ４を供給して、インジェクタ９の燃料噴射圧の制御を行う。本発明の燃料噴射装置は、コモンレールシステム２０及びＥＣＵ２４より構成される。アクセルセンサ３１、ブレーキセンサ３２、回転速度センサ３３は、本発明の燃料噴射装置における運転状態検知手段として機能し、ＥＣＵ２４は、本発明の燃料噴射装置における噴射圧調節手段として機能し、減圧弁１２は、本発明の燃料噴射装置における減圧手段として機能する。
【００１５】
図２は、フィルタ２２の断面図を示す。フィルタ２２は、多数のセル（貫通孔）５１を有するハニカム状に形成されている。セル５１はそれぞれ両端のうち一方においてプラグ５２で栓詰めがされている。プラグ５２は、入口端５１ｉｎにおいて栓詰めされているセル５１と、出口端５１ｏｕｔにおいて栓詰めされているセル５１が交互に配列されるように設けられている。互いに隣り合うセル５１の間には、隔壁５３が設けられ、微細な孔５４が多数形成されている。フィルタ２１の入口端５１ｉｎに導かれたＰＭ５５およびナノ粒子５６を含む排気ガスは、矢印６１で示すように、隔壁５３を通過して、出口端５１ｏｕｔに導かれる。排気ガスが隔壁５３を通過する際、排気ガス中に含まれるＰＭ５５は、その慣性力により破線矢印６１ａに示す経路を辿り、隔壁５３に衝突する。このように慣性衝突によって、ＰＭ５５は隔壁５３で捕集される。隔壁５３には、白金（Ｐｔ）や酸化セリウム（ＣｅＯ２）等の酸化触媒物質が担持されており、フィルタ２２は、酸化触媒物質の作用により捕集したＰＭ５５の酸化を促進する機能を有する。しかし、ナノ粒子５６は、ＰＭ５５と較べて質量が小さいので、その慣性力も小さい。よって、矢印６２に示すように、ナノ粒子５６は、隔壁５３で捕集されず、排気ガスとともに出口端５１ｏｕｔに導かれて、結局、フィルタ２２を通り抜けてしまうことがある。本実施形態に係るナノ粒子の低減方法では、内燃機関１においてＰＭの発生量を増やし、ＰＭにナノ粒子を吸着させることにより、ナノ粒子の量を減らすと共に、ナノ粒子をフィルタ２２で捕集するものである。
【００１６】
図３は、アイドル時における粒子数分布のグラフを示す。図３では、横軸に微粒子の直径の大きさを示し、縦軸に微粒子数濃度を示す。ある燃料噴射圧における粒子数分布は、グラフ２０１として示される。図３を見てみると、グラフ２０１は、粒子径５０ｎｍ以下のナノ粒子の山と、粒子径５０ｎｍよりも大きなＰＭの山の２つの山を有するグラフとなることが分かる。ここで、当該燃料噴射圧よりも高い燃料噴射圧における粒子数分布は、グラフ２０２として示され、当該燃料噴射圧よりも低い燃料噴射圧における粒子数分布は、グラフ２０３として示される。グラフ２０２は、グラフ２０１と比較して、ナノ粒子の山が大きくなり、ＰＭの山が小さくなっている。このことから、燃料噴射圧が高くなれば、ナノ粒子の発生量が増え、ＰＭの発生量は減ることがわかる。グラフ２０３は、グラフ２０１と比較して、ＰＭの山が大きくなり、ナノ粒子の山が小さくなっている。このことから、燃料噴射圧が低くなれば、ナノ粒子の発生量が減り、ＰＭの発生量は増えることが分かる。
【００１７】
ナノ粒子はＰＭに対し吸着する性質があるので、ＰＭの発生量を増やせば、その分、ナノ粒子を減らせることができる。そこで、本実施形態に係る内燃機関１では、コモンレール１０に接続されたインジェクタ９のうち、２つのインジェクタ９に減圧弁１２を設け、減圧弁１２が設けられた２つのインジェクタ９の燃料噴射圧を低くしている。このようにすることで、燃料噴射時において、減圧弁１２が設けられた２つのインジェクタ９に対応する気筒２より排出されるＰＭの発生量を増やすことができ、ＰＭに吸着可能なナノ粒子の量を増やすことができる。これにより、内燃機関１より排出される排気ガスに含まれるナノ粒子の量を減らすことができる。
【００１８】
図４は、アイドル時における、本実施形態に係る内燃機関１の夫々の気筒２より排出される粒子数分布のグラフを示す。図４でも、図３と同様、横軸に微粒子の直径の大きさを示し、縦軸に微粒子数濃度を示す。先に述べたように、本実施形態に係る内燃機関１は、４つの気筒２が一列に並べられた直列４気筒型のディーゼルエンジンであり、４つの気筒２のうち、２つの気筒２のインジェクタ９に減圧弁１２が設けられており、残りの２つの気筒２のインジェクタ９には減圧弁１２が設けられていない。図４において、グラフ３０１は、減圧弁１２が設けられていない２つの気筒２より排出される微粒子の粒子数分布を示しており、グラフ３０２は、減圧弁１２が設けられた２つの気筒２より排出される微粒子の微粒子分布を示しており、グラフ３０３は、内燃機関１全体より排出される微粒子の微粒子分布を示している。グラフ３０１が示すように、インジェクタ９に減圧弁１２が設けられていない２つの気筒２では、ナノ粒子の微粒子数濃度は、ＰＭの微粒子数濃度よりも遥かに大きくなっていることが分かる。一方、グラフ３０２が示すように、インジェクタ９に減圧弁１２が設けられている２つの気筒２では、減圧弁１２によってインジェクタ９の燃料噴射圧が下げられているため、ＰＭの微粒子数濃度は、ナノ粒子の微粒子数濃度よりも遥かに大きくなっていることが分かる。これらの４つの気筒２より排出され、混合された排気ガス中では、インジェクタ９に減圧弁１２が設けられている２つの気筒２より多くのＰＭが排出させることができる。つまり、インジェクタ９に減圧弁１２が設けられていない２つの気筒２より排出されたナノ粒子を吸着させることのできるＰＭの量を増やすことができる。これにより、グラフ３０３に示すように、内燃機関１全体として排出されるナノ粒子の数を減らすことができる。
【００１９】
[変形例]
上述した本実施形態に係る内燃機関１では、所定のインジェクタ９の燃料噴射圧を下げるために、当該所定のインジェクタ９に減圧弁１２を設けることとしているが、このようにする代わりに、以下に述べるように、コモンレール１０を２系統に分けるとしてもよい。
【００２０】
図５は、変形例に係るコモンレールシステム２０ａの概略構成を示す。変形例に係るコモンレールシステム２０ａでは、２系統のコモンレール１０ａ、１０ｂを有している。コモンレール１０ａ、１０ｂは夫々、サプライポンプ１１ａ、１１ｂと接続されている。サプライポンプ１１ａ、１１ｂは、燃料タンク１５より燃料を汲み上げる。コモンレール１０ａ、１０ｂには、夫々インジェクタ９ａ、９ｂが接続される。サプライポンプ１１ａ、１１ｂのコモンレール１０ａ、１０ｂに燃料を圧送するためのポンプ圧は、ＥＣＵ２４からの制御信号Ｓ４によって夫々制御される。このようにしても、コモンレール１０ａに接続されるインジェクタ９ａ、９ｂの燃料噴射圧を夫々別々に制御することができ、インジェクタ９ａ、９ｂのうち、どちらか一方の燃料噴射圧を下げることができる。つまり、インジェクタに減圧弁を設けた場合と同様、特定のインジェクタの燃料噴射圧を下げることができる。従って、コモンレールシステム２０ａも、本発明における減圧手段として機能する。
【００２１】
なお、本実施形態では、コモンレール１０に接続された４つのインジェクタのうち、２つのインジェクタに対し、減圧手段を設けることとしているが、減圧手段を設けるインジェクタの数に制限はないのはいうまでもない。減圧させるインジェクタの数が多ければ多いほど、ＰＭの発生量を増やすことができ、ナノ粒子を低減させる量を増やすことができる。
【００２２】
[燃料噴射圧制御処理]
次に、本実施形態に係る燃料噴射圧制御処理の詳細について図６および図７を用いて具体的に説明する。ＥＣＵ２４は、ＲＯＭなどのメモリに記憶されているプログラムに従って、燃料噴射圧制御処理を行う。
【００２３】
図６は、本実施形態に係る燃料噴射圧制御処理のフローチャートである。まず、ＥＣＵ２４は、アクセルセンサ３１、ブレーキセンサ３２、回転速度センサ３３のそれぞれより供給される検知信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３を基に、アクセルの状態、エンジン回転変化量、ブレーキの状態を検知する。（ステップＳ４０１）。次に、ＥＣＵ２４は、これらの状態が、アクセルオフの状態、エンジン回転変化量が負となる状態、ブレーキオンの状態のうち、いずれかの状態であると検知したときに、内燃機関１の運転状態が、アイドル状態もしくは車両減速状態といった低負荷運転状態にあるとして判定する（ステップＳ４０２）。ＥＣＵ２４は、内燃機関１の運転状態が、低負荷運転状態でないと判定したならば（ステップＳ４０２：Ｎｏ）、燃料噴射圧制御処理を終了する。一方、ＥＣＵ２４は、内燃機関１の運転状態が、低負荷運転状態であると判定したならば（ステップＳ４０２：Ｙｅｓ）、噴射圧減圧制御を実行する（ステップＳ４０３）。
【００２４】
次に、噴射圧減圧制御について詳細に説明する。図７は、燃料噴射圧と、ナノ粒子排出濃度の関係を示すグラフである。グラフ５０１に示すように、燃料噴射圧とナノ粒子排出濃度の関係はほぼ比例関係を示し、燃料噴射圧が高いほど、ナノ粒子排出濃度が高くなる。この燃料噴射圧とナノ粒子排出濃度の関係のグラフ５０１は、予め、マップとしてＲＯＭなどに記憶されている。ＥＣＵ２４は、減圧弁１２に制御信号Ｓ４を供給することにより、減圧弁１２の制御を行う。具体的には、ＥＣＵ２４は、図７のグラフ５０１を基に、ナノ粒子排出濃度が所定の許容値となるまで、減圧弁１２を調節してインジェクタ９の燃料噴射圧を下げる。
【００２５】
このようにすることで、４つの気筒２より排出され、混合された排気ガス中には、インジェクタ９に減圧弁１２が設けられている２つの気筒２より多くのＰＭを排出させることができ、インジェクタ９に減圧弁１２が設けられていない２つの気筒２より排出された多くのナノ粒子を、当該ＰＭに吸着させることができる。これにより、内燃機関１より排出されるナノ粒子の排出濃度を下げることができる。
【００２６】
なお、減圧弁１２を利用しているコモンレールシステム２０を内燃機関１に用いる代わりに、図５に示す変形例に係るコモンレールシステム２０ａを内燃機関１に用いる場合には、ナノ粒子排出濃度が許容される所定の濃度となるまで、例えば、片方のコモンレール１０ｂに接続されているサプライポンプ１１ｂのポンプ圧を下げることで、インジェクタ９ｂの燃料噴射圧を下げればよい。これによっても、内燃機関１より排出されるナノ粒子の排出濃度を下げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本実施形態に係る内燃機関を示した図である。
【図２】フィルタを示した図である。
【図３】アイドル時における粒子数分布のグラフである。
【図４】アイドル時における粒子数分布のグラフである。
【図５】変形例に係るコモンレールシステムを示す図である。
【図６】噴射圧制御処理のフローチャートである。
【図７】燃料噴射圧とナノ粒子排出濃度の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００２８】
１  内燃機関
４  排気通路
９  インジェクタ
１０  コモンレール
１１  サプライポンプ
１２  減圧弁
２０  コモンレールシステム
２２  フィルタ
２３  酸化触媒
２４  ＥＣＵ
【図１】
2007051598.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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