(57)【要約】【課題】内燃機関の排気ガス中に燃料を直接噴射する直接噴射ノズルの噴射孔及びその近傍のコーキングを防止することができる内燃機関の内燃機関の排気管内直接噴射システム、及び、内燃機関の排気管内直接噴射方法を提供する。【解決手段】高圧液体燃料噴射弁２４への燃料供給通路２５に設けた第１開閉弁３１を開弁すると共に、第１開閉弁３１と高圧液体燃料噴射弁２４との間に接続された空気供給管３２に備えた第２開閉弁３３を閉弁して排気管１３内へ燃料Ｆｓを噴射し、この後に、第１開閉弁３１を閉じると共に第２開閉弁３３を開弁して、空気供給管３２から第１開閉弁３１より下流側の燃料供給管２５４空気Ａｐを供給して、高圧液体燃料噴射弁２４内の燃料Ｆｓを排出し、この後に、第１開閉弁３１を閉弁状態のまま、第２開閉弁３３を閉弁して次の燃料噴射まで待機する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料のみを噴射する高圧液体燃料噴射弁を用いて内燃機関の排気管内に燃料を噴射する内燃機関の排気管内直接噴射システムにおいて、
前記高圧液体燃料噴射弁への燃料供給通路に第１開閉弁を設けると共に、該第１開閉弁と前記高圧液体燃料噴射弁との間に、第２開閉弁を備えた空気供給管を接続して構成し、
当該排気管内直接噴射システムを制御する制御装置が、
前記第１開閉弁を開弁すると共に前記第２開閉弁を閉弁して排気管内へ燃料を噴射する燃料噴射制御と、
該燃料噴射制御の後に、前記第１開閉弁を閉弁すると共に前記第２開閉弁を開弁して、前記空気供給管から前記第１開閉弁より下流側の燃料供給管に空気を供給して、前記高圧液体燃料噴射弁内の燃料を排出する燃料排出制御と、
該燃料排出制御の後に、前記第１開閉弁を閉弁状態のまま、前記第２開閉弁を閉弁して次の燃料排出制御まで待機する噴射待機制御とを行うように構成された内燃機関の排気管内直接噴射システム。
【請求項２】
燃料のみを噴射する高圧液体燃料噴射弁を用いて内燃機関の排気管内に燃料を噴射する内燃機関の排気管内直接噴射方法において、
前記高圧液体燃料噴射弁への燃料供給通路に設けた第１開閉弁を開弁すると共に、該第１開閉弁と前記高圧液体燃料噴射弁との間に接続された空気供給管に備えた第２開閉弁を閉弁して排気管内へ燃料を噴射し、
この燃料を噴射した後に、前記第１開閉弁を閉じると共に前記第２開閉弁を開弁して、前記空気供給管から前記第１開閉弁より下流側の前記燃料供給管に空気を供給して、前記高圧液体燃料噴射弁内の燃料を排出し、
この燃料を排出した後に、前記第１開閉弁を閉弁状態のまま、前記第２開閉弁を閉弁して次の燃料噴射まで待機することを特徴とする内燃機関の排気管内直接噴射方法。
【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中に燃料を直接噴射する直接噴射ノズルのコーキングを防止することができる内燃機関の内燃機関の排気管内直接噴射システム、及び、内燃機関の排気管内直接噴射方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、内燃機関の排気ガスに含まれる炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）及び微粒子状物質（ＰＭ）等の浄化対象成分を浄化する排気ガス浄化装置には、その浄化処理を行うために、未燃燃料（軽油）を排気管内に直接噴射して、この噴射された燃料を酸化触媒などにより参加することにより排気ガスの温度を上昇して、これにより、粒子状物質捕集装置のＰＭ再生やＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ再生が行われている。
【０００３】
従来技術においては、この排気管内直接噴射システムでは、高圧液体燃料噴射弁を使用して、高圧に昇圧された燃料を燃料噴射弁から噴射しているが、ＰＭ再生やＮＯｘ再生で燃料噴射している時間よりも、燃料噴射をしていない待機状態にある時間の方が圧倒的に多くなっている。
【０００４】
そのため、排気管内に燃料を噴射していないときは、高圧の燃料が燃料噴射弁に供給されているため、燃料噴射弁において僅かな量ではあるが、噴射孔周りに燃料漏れが生じて、温度の高い排気ガスに接触すると燃料がスラッジ化してコーキングが生じて、噴射孔が部分的又は全体的に閉鎖されてしまうという問題がある。また、この燃料漏れによる無駄な燃料消費による僅かではあるが燃費の悪化という問題もある。
【０００５】
これに関連して、ディーゼルエンジンのＤＰＦ再生のために、排気管内に燃料を噴射する排気管噴射装置において、触媒性能の一時的低下、燃料の無駄な消費、及び、噴射開始の遅れを抑制しつつ、残量燃料の炭化などによる燃料配管の詰まりを防止できるようにするために、噴射ノズルの直前の燃料供給配管に遮断バルブを設けると共に、遮断バルブ上流の燃料供給配管に蓄圧バルブを介してアキュムレータを接続して、ＤＰＦ再生のための燃料噴射後に、燃料供給バルブ及び遮断バルブを閉じ、蓄圧バルブ及び空気供給バルブを開き、燃料供給配管内に残留する燃料を加圧空気によってアキュムレータ内に押し込んで、ＤＰＦ再生の開始時には、蓄圧バルブを開き、アキュムレータに蓄積しておいた燃料を噴出させるエンジンの排気管噴射装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
しかしながら、このエンジンの排気管噴射装置では、遮断バルブより上流側の燃料供給配管内の燃料をパージすることはできるが、遮断バルブより下流側の燃料ノズル内の燃料をパージすることはできないので、燃料ノズル（燃料噴射弁の噴射孔）におけるコーキングの問題を解決することができないという問題は解決されない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１２−１２７２８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記のことを鑑みてなされたものであり、その目的は内燃機関の排気ガス中に燃料を直接噴射する直接噴射ノズルの噴射孔及びその近傍のコーキングを防止することができる内燃機関の内燃機関の排気管内直接噴射システム、及び、内燃機関の排気管内直接噴射方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するための本発明の内燃機関の排気管内直接噴射システムは、燃料のみを噴射する高圧液体燃料噴射弁を用いて内燃機関の排気管内に燃料を噴射する内燃機関の排気管内直接噴射システムにおいて、前記高圧液体燃料噴射弁への燃料供給通路に第１開閉弁を設けると共に、該第１開閉弁と前記高圧液体燃料噴射弁との間に、第２開閉弁を備えた空気供給管を接続して構成し、当該排気管内直接噴射システムを制御する制御装置が、前記第１開閉弁を開弁すると共に前記第２開閉弁を閉弁して排気管内へ燃料を噴射する燃料噴射制御と、該燃料噴射制御の後に、前記第１開閉弁を閉弁すると共に前記第２開閉弁を開弁して、前記空気供給管から前記第１開閉弁より下流側の燃料供給管に空気を供給して、前記高圧液体燃料噴射弁内の燃料を排出する燃料排出制御と、該燃料排出制御の後に、前記第１開閉弁を閉弁状態のまま、前記第２開閉弁を閉弁して次の燃料排出制御まで待機する噴射待機制御とを行うように構成される。
【００１０】
また、上記の目的を達成するための本発明の内燃機関の排気管内直接噴射方法は、燃料のみを噴射する高圧液体燃料噴射弁を用いて内燃機関の排気管内に燃料を噴射する内燃機関の排気管内直接噴射方法において、前記高圧液体燃料噴射弁への燃料供給通路に設けた第１開閉弁を開弁すると共に、該第１開閉弁と前記高圧液体燃料噴射弁との間に接続された空気供給管に備えた第２開閉弁を閉弁して排気管内へ燃料を噴射し、この燃料を噴射した後に、前記第１開閉弁を閉じると共に前記第２開閉弁を開弁して、前記空気供給管から前記第１開閉弁より下流側の前記燃料供給管に空気を供給して、前記高圧液体燃料噴射弁内の燃料を排出し、この燃料を排出した後に、前記第１開閉弁を閉弁状態のまま、前記第２開閉弁を閉弁して次の燃料噴射まで待機することを特徴とする方法である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の内燃機関の排気管内直接噴射システム、及び、内燃機関の排気管内直接噴射方法によれば、内燃機関の排気ガス中に燃料を直接噴射する直接噴射ノズルが燃料噴射を停止したときに、燃料供給通路を閉鎖して燃料漏れを防止すると共に、直接噴射ノズルに空気を供給して、直接噴射ノズルの内部の燃料通路の燃料を空気により排出するので、噴射孔周辺に付着した燃料を空気で吹き飛ばして、付着した燃料による噴射孔及びその近傍のコーキングを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る実施の形態の内燃機関の排気管内直接噴射システムの構成を模式的に示す図である。
【図２】図１の高圧液体燃料噴射弁２４の周囲の構成を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明に係る実施の形態の内燃機関の排気管内直接噴射システム、内燃機関の排気管内直接噴射方法について図面を参照しながら説明する。
【００１４】
最初に、図１を参照しながら、本発明に係る実施の形態の内燃機関の排気管内直接噴射システム１を備えたエンジン（内燃機関）１０について説明する。このエンジン１０では、外部から導入された新気Ａは、ターボチャージャ１４のコンプレッサ１４ｂにより加圧され、必要に応じて、ＥＧＲ通路（図示しない）から吸気管１２に流入する排気ガス（ＥＧＲガス）を伴って、エンジン本体１１の気筒１１ａに送られる。
【００１５】
また、この気筒１１ａで発生した排気ガスＧは、排気管１３に流出し、その一部はＥＧＲ通路にＥＧＲガスとして流れ、残りの排気ガスＧは、タービン１４ａを経由してから、排気ガス浄化装置２０に流入して、浄化された後、浄化された排気ガスＧｃとしてマフラー（図示しない）を経由して大気中へ放出される。この排気ガス浄化装置２０は、この図１の構成では、酸化触媒装置（ＤＯＣ）２１、微粒子捕集装置２２、選択還元型触媒装置（ＳＣＲ）２３等で構成される。
【００１６】
この酸化触媒装置２１の上流側に高圧液体燃料噴射弁（燃料噴射ノズル）２４が配設され、この高圧液体燃料噴射弁２４は、高圧ポンプ（図示しない）やコモンレール（図示しない）からの高圧の軽油（未燃燃料）Ｆｓを空気の助けを受けることなく排気管１３内に噴射する装置であり、微粒子捕集装置２２のＰＭ再生のときに、排気管１３内に軽油Ｆｓを噴射し、酸化触媒装置２１で酸化された軽油Ｆｓの酸化熱により排気ガスＧを昇温して微粒子捕集装置２２をＰＭ燃焼可能な温度域まで昇温させて捕集されたＰＭを燃焼除去する役割を持っている。
【００１７】
また、選択還元型触媒装置２３の上流側に配設された尿素水噴射ノズル３０は、ＮＯｘ還元用の尿素水Ｕを排気管１３内に噴射する装置であり、噴射された尿素水Ｕは分解してアンモニアを生成し、このアンモニアを用いて選択還元型触媒装置２３で排気ガスＧ中のＮＯｘを水と窒素に還元して無害化する。
【００１８】
そして、本発明の内燃機関の排気管内直接噴射システム１は、燃料噴射ノズルとして燃料Ｆｓのみを噴射する高圧液体燃料噴射弁２４を用いて、エンジン１０の排気管１３内に燃料Ｆｓを噴射するシステムである。この内燃機関の排気管内直接噴射システム１において、高圧液体燃料噴射弁２４への燃料供給通路２５に第１開閉弁３１を設けると共に、この第１開閉弁３１と高圧液体燃料噴射弁２４との間に、第２開閉弁３３を備えた空気供給管３２を接続して構成する。
【００１９】
また、図１及び図２に示すように、本発明の内燃機関の排気管内直接噴射システム１を制御する制御装置４０を設ける。この制御装置４０は、エンジン１０の運転状態に応じて、高圧液体燃料噴射弁２４、第１開閉弁３１、第２開閉弁３２、エアポンプ３４等を制御することで、高圧液体燃料噴射弁２４への燃料Ｆｓの供給及び空気Ａｐの供給を制御する装置である。なお、エアポンプ３４を設ける替りに、ブレーキ用の圧縮空気を蓄えるエアタンクがある場合には、そのエアタンクに空気供給管３２を接続して空気Ａｐを供給するように構成してもよい。
【００２０】
この制御装置４０は、通常は、エンジン１０に備えた各種センサー、または、エンジン１０を搭載した車両に備えた各種センサーの情報に基づいて、エンジン１０の全般の制御や車両の全般の制御を行うエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）に組み込まれて構成される。
【００２１】
そして、この排気管内直接噴射システム１を制御する制御装置４０は、次のような燃料噴射制御と燃料排出制御と噴射待機制御を行うように構成される。
【００２２】
燃料噴射制御は、第１開閉弁３１を開弁すると共に第２開閉弁３３を閉弁して排気管１３内へ燃料を噴射する制御である。また、燃料排出制御は、燃料噴射制御の後に、第１開閉弁３１を閉弁すると共に第２開閉弁３３を開弁して、空気供給管３２から第１開閉弁３１より下流側の燃料供給管２５に空気Ａｐを供給して、高圧液体燃料噴射弁２４内の燃料Ｆｓを排出する制御である。この空気Ａｐの供給は、予め設定した固定期間のである空気供給期間の間行い、この空気供給期間は、配管中の燃料Ｆｓを排出ことが出来る時間であり、予め実験などにより設定される。
【００２３】
そして、噴射待機制御は、この燃料排出制御の後に、第１開閉弁３１を閉弁状態のまま、第２開閉弁３３を閉弁して次の燃料排出制御まで待機する制御であり、この噴射待機制御は、燃料噴射制御が始まると終了して、噴射待機制御は、燃料噴射制御に移行する。
【００２４】
次に、本発明に係る実施の形態の内燃機関の燃料直接噴射方法について説明する。この内燃機関の燃料直接噴射法は、燃料のみを噴射する高圧液体燃料噴射弁２４を用いてエンジン１０の排気管１３内に燃料Ｆｓを噴射する内燃機関の排気管内直接噴射方法であり、この方法では、高圧液体燃料噴射弁２４への燃料供給通路２５に設けた第１開閉弁３１を開弁すると共に、この第１開閉弁３１と高圧液体燃料噴射弁２４との間に接続された空気供給管３２に備えた第２開閉弁３３を閉弁して排気管１３内へ燃料Ｆｓを噴射する。
【００２５】
そして、この燃料Ｆｓを噴射した後に、第１開閉弁３１を閉じると共に第２開閉弁３３を開弁して、空気供給管３２から第１開閉弁３１より下流側の燃料供給管２４に空気Ａｐを供給して、高圧液体燃料噴射弁２４内の燃料Ｆｓを排出してパージ作業を行い、この燃料Ｆｓを排出した後に、第１開閉弁３１を閉弁状態のまま、第２開閉弁３３を閉弁して、空気Ａｐの供給を止めて、次の燃料噴射まで待機する。
【００２６】
上記の構成の内燃機関の排気管内直接噴射システム１、及び、内燃機関の排気管内直接噴射方法によれば、エンジン１０の排気管１３の排気ガスＧ中に燃料Ｆｓを直接噴射する高圧液体燃料噴射弁２４が燃料噴射を停止したときに、燃料供給通路２５を閉鎖して燃料漏れを防止すると共に、高圧液体燃料噴射弁２４に空気Ａｐを供給して、高圧液体燃料噴射弁２４の内部の燃料通路の燃料Ｆｓを空気にＡｐより排出してパージするので、噴射孔周辺に付着した燃料Ｆｓを空気Ａｐで吹き飛ばして、付着した燃料Ｆｓによる噴射孔のコーキングを防止することができる。
【符号の説明】
【００２７】
１  内燃機関の排気管内直接噴射システム
１０  エンジン（内燃機関）
１１  エンジン本体
１１ａ  気筒
１２  吸気管
１３  排気管
１４  ターボチャージャ
１４ａ  タービン
１４ｂ  コンプレッサ
２０  排気ガス浄化装置
２１  酸化触媒装置（ＤＯＣ）
２２  微粒子捕集装置
２３  選択還元型触媒装置（ＳＣＲ）
２４  高圧液体燃料噴射弁（燃料噴射ノズル）
３０  尿素水噴射ノズル
２５  燃料供給通路
３１  第１開閉弁
３２  空気供給管
３３  第２開閉弁
３４  エアポンプ
４０  制御装置
Ａ  新気
Ａｐ  空気(圧縮空気、加圧空気)
Ｆｓ  軽油（未燃燃料）
Ｇ  発生した排気ガス
Ｇｃ  浄化処理された排気ガス
Ｕ  尿素水
【図１】
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【図２】
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