(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの燃料タンクから燃料を汲み上げるフィード手段と、
該フィード手段によって汲み上げられた燃料を導入し、昇圧する昇圧手段と、
前記昇圧された燃料を当該エンジンの燃焼室に噴射供給する燃焼用燃料供給手段と、
前記汲み上げられた燃料を当該エンジンの排気系に設けられた触媒上流に噴射供給する触媒添加用燃料供給手段と、
前記汲み上げられた燃料を前記昇圧手段に導く第１の燃料通路と、
該第１の燃料通路の通路途中より分岐して前記汲み上げられた燃料を前記触媒添加用燃料供給手段に導く第２の燃料通路とを有してなるエンジンの燃料供給装置において、
前記触媒添加用燃料供給手段が燃料を噴射供給する時期と、前記昇圧手段が燃料を導入する時期とを異ならしめる時期制御手段を備える
ことを特徴とするエンジンの燃料供給装置。
【請求項２】
エンジンの燃料タンクから燃料を汲み上げるフィード手段と、
当該エンジンの駆動に同期して作動し、該フィード手段によって汲み上げられた燃料を導入し、昇圧する昇圧手段と、
前記昇圧された燃料を当該エンジンの燃焼室に噴射供給する燃焼用燃料供給手段と、
前記汲み上げられた燃料を当該エンジンの排気系に設けられた触媒上流に噴射供給する触媒添加用燃料供給手段と、
前記汲み上げられた燃料を前記昇圧手段に導く第１の燃料通路と、
該第１の燃料通路の通路途中より分岐して前記汲み上げられた燃料を前記触媒添加用燃料供給手段に導く第２の燃料通路とを有してなるエンジンの燃料供給装置において、
前記触媒添加用燃料供給手段が燃料を噴射供給する時期を、前記エンジンの特定の回転位相に同期させる時期制御手段を備える
ことを特徴とするエンジンの燃料供給装置。
【請求項３】
エンジンの燃料タンクから燃料を汲み上げるフィード手段と、
該フィード手段によって汲み上げられた燃料を導入し、昇圧する昇圧手段と、
前記昇圧された燃料を当該エンジンの燃焼室に噴射供給する燃焼用燃料供給手段と、
前記汲み上げられた燃料を当該エンジンの排気系に設けられた触媒上流に噴射供給する触媒添加用燃料供給手段と、
前記汲み上げられた燃料を前記昇圧手段に導く第１の燃料通路と、
該第１の燃料通路の通路途中より分岐して前記汲み上げられた燃料を前記触媒添加用燃料供給手段に導く第２の燃料通路とを有してなるエンジンの燃料供給装置において、
前記触媒添加用燃料供給手段が燃料を噴射供給する時期と、前記燃焼用燃料供給手段が燃料を供給する時期とを異ならしめる時期制御手段を備える
ことを特徴とするエンジンの燃料供給装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの燃料をその駆動に供する他、排気系内の触媒に添加して排気を浄化する機能を有する燃料供給装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えばディーゼルエンジンや希薄燃焼を行うガソリンエンジンのように、少なくとも所定の運転領域において理論空燃比より高い空燃比の混合気を燃焼して機関出力を得るエンジンは、その排気通路に酸素の存在下でＮＯｘを吸収するＮＯｘ吸収剤（触媒）を備えるのが一般的である。
【０００３】
ＮＯｘ触媒は、排気中の酸素濃度が高い状態ではＮＯｘを吸収し、排気中の酸素濃度が低い状態ではＮＯｘを放出する特性を有する。ちなみに排気中に放出されたＮＯｘは、排気中にＨＣやＣＯといった還元成分が存在していれば、それらと速やかに反応してＮ２に還元される。また、ＮＯｘ触媒は、排気中の酸素濃度が高い状態にあるときでも所定の限界量のＮＯｘを吸収すると、それ以上ＮＯｘを吸収しなくなる。
【０００４】
そこで、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸収量が限界量に達する前に、吸気系のスロットル弁を閉弁する等によって吸気流量を低減するとともに排気系内に還元剤を添加して、ＮＯｘ触媒に吸収されたＮＯｘを放出および還元浄化し、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸収能力を回復させるといった制御を所定のインターバルで繰り返せばよい。
【０００５】
ところで、軽油やガソリンに含まれるＨＣ成分は、気化（若しくは微粒化）することにより、上記ＮＯｘ触媒を機能させる還元剤として好適に作用する。そこで、例えば特開平２８４６４７号公報に記載された装置のように、燃料タンクから燃料を汲み上げるフィードポンプと、フィードポンプ（フィード手段）から汲み上げた燃料を導入し、高圧化して各燃焼室（燃料噴射弁）に圧送供給する高圧ポンプ（昇圧手段）とを備えた燃料供給装置において、フィードポンプおよび高圧ポンプ間を連絡する燃料通路を通路途中から分岐させ、その分岐通路を排気系に導く構成を適用している。
【０００６】
このような装置構成を適用すれば、還元剤の供給源や同還元剤の移送用ポンプを別途に要することもなく、比較的簡易な装置構成によって、しかも効率的に排気中のＮＯｘを浄化することができるようになる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、還元剤（燃料）の添加がＮＯｘ触媒に及ぼす作用は、添加される燃料の総量、添加時期、形態（例えば気化状態や平均粒径）等の要素によって大きく異なる。上記公報記載の装置において、分岐通路から送られる燃料は、内開閉弁制御の可能な噴射弁を用いて排気系内の触媒上流に添加（噴射供給）されることとなるため、このような構成を有する装置では、同噴射弁による添加燃料の噴射量（総量や流量を含む）や噴射時期を緻密に調節し、上記要素を定量的および定性的に正確に制御することが、ＮＯｘ触媒による排気浄化機能の最適化を図るために不可欠である。
【０００８】
ところが、導入した燃料を高圧化して送り出すという高圧ポンプの機能上の特性から、同高圧ポンプを通過する燃料に脈動が発生してしまうことは避け得ない。そして、この高圧ポンプの作動に伴う脈動が分岐通路に伝搬するため、上記噴射弁による添加燃料の噴射量（総量や流量を含む）や噴射時期を緻密に調節することが困難となっていた。すなわち、添加燃料の噴射量や噴射時期に関する定量的および定性的な制御通じてＮＯｘ触媒による排気浄化機能の最適化を図ることが十分にできなかった。
【０００９】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、燃焼用燃料の高圧化に伴って生じる燃料の脈動が添加用燃料の供給制御に対して干渉することを回避し、排気浄化の最適化を図ることのできるエンジンの燃料供給装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、第１の発明は、エンジンの燃料タンクから燃料を汲み上げるフィード手段と、該フィード手段によって汲み上げられた燃料を導入し、昇圧する昇圧手段と、前記昇圧された燃料を当該エンジンの燃焼室に噴射供給する燃焼用燃料供給手段と、前記汲み上げられた燃料を当該エンジンの排気系に設けられた触媒上流に噴射供給する触媒添加用燃料供給手段と、前記汲み上げられた燃料を前記昇圧手段に導く第１の燃料通路と、該第１の燃料通路の通路途中より分岐して前記汲み上げられた燃料を前記触媒添加用燃料供給手段に導く第２の燃料通路とを有してなるエンジンの燃料供給装置において、前記触媒添加用燃料供給手段が燃料を噴射供給する時期と、前記昇圧手段が燃料を導入する時期とを異ならしめる時期制御手段を備えることを要旨とする。
【００１１】
同構成によれば、昇圧手段による燃料の吸入脈動が、燃料添加に影響を及ぼすことのない期間に燃料添加時期を設定することとなり、排気系への燃料添加の実施に際し、制御の緻密性や信頼性を向上させることができるようになる。
【００１２】
もって、排気中のＮＯｘやＨＣの低減が共に効率よく図られるようになる。
昇圧手段による昇圧動作が安定することから燃焼用燃料供給手段へ圧送される燃料の燃圧も一定に保持されるようになる。よって、同燃焼用燃料供給手段によって噴射される噴霧の性状も安定し、エンジンの安定した燃焼状態を確保することができるようになる。
【００１３】
また、第２の発明は、エンジンの燃料タンクから燃料を汲み上げるフィード手段と、当該エンジンの駆動に同期して作動し、該フィード手段によって汲み上げられた燃料を導入し、昇圧する昇圧手段と、前記昇圧された燃料を当該エンジンの燃焼室に噴射供給する燃焼用燃料供給手段と、前記汲み上げられた燃料を当該エンジンの排気系に設けられた触媒上流に噴射供給する触媒添加用燃料供給手段と、前記汲み上げられた燃料を前記昇圧手段に導く第１の燃料通路と、該第１の燃料通路の通路途中より分岐して前記汲み上げられた燃料を前記触媒添加用燃料供給手段に導く第２の燃料通路とを有してなるエンジンの燃料供給装置において、前記触媒添加用燃料供給手段が燃料を噴射供給する時期を、前記エンジンの特定の回転位相に同期させる時期制御手段を備えることを要旨とする。
【００１４】
同構成によれば、昇圧手段による燃料の吸入脈動の発生タイミングを確実に把握し、その脈動が燃料添加に及ぼす影響を定量化することが容易となるため、排気系への燃料添加の実施に際し、制御の緻密性や信頼性を十分に確保することができるようになる。
【００１５】
また、前記昇圧手段による燃料の吸入脈動の発生タイミングを確実に把握し、同昇圧手段による燃料の吸入脈動が燃料添加に影響を及ぼすことのない期間を確実に選択して燃料添加時期を設定することも容易となる。
【００１６】
第３の発明は、エンジンの燃料タンクから燃料を汲み上げるフィード手段と、該フィード手段によって汲み上げられた燃料を導入し、昇圧する昇圧手段と、前記昇圧された燃料を当該エンジンの燃焼室に噴射供給する燃焼用燃料供給手段と、前記汲み上げられた燃料を当該エンジンの排気系に設けられた触媒上流に噴射供給する触媒添加用燃料供給手段と、前記汲み上げられた燃料を前記昇圧手段に導く第１の燃料通路と、該第１の燃料通路の通路途中より分岐して前記汲み上げられた燃料を前記触媒添加用燃料供給手段に導く第２の燃料通路とを有してなるエンジンの燃料供給装置において、前記触媒添加用燃料供給手段が燃料を噴射供給する時期と、前記燃焼用燃料供給手段が燃料を供給する時期とを異ならしめる時期制御手段を備えることを要旨とする。
【００１７】
同構成によれば、触媒添加用燃料供給手段の動作に基づく燃圧変動と、前記燃焼用燃料供給手段の動作に基づく燃圧変動とが相互に干渉することなく、エンジンの燃焼および排気浄化の最適化が併せ図られるようになる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をディーゼルエンジンシステムに適用した一実施の形態について説明する。
【００１９】
図１において、エンジン１は、燃料供給系１０、燃焼室２０、吸気系３０及び排気系４０等を主要部として構成される直列４気筒のディーゼルエンジンシステムである。
【００２０】
先ず、燃料供給系１０は、サプライポンプ１００、コモンレール１２、燃料噴射弁１３、緊急遮断弁１４、調量弁１６、燃料添加ノズル１７、機関機関燃料通路Ｐ１及び添加燃料通路Ｐ２等を備えて構成される。
【００２１】
サプライポンプ１００は、燃料タンク（図示略）から汲み上げた燃料を高圧にし、機関機関燃料通路Ｐ１を介してコモンレール１２に供給する。コモンレール１２は、サプライポンプ１００から供給された高圧燃料を所定圧力に保持（蓄圧）する蓄圧室としての機能を有し、この蓄圧した燃料を各燃料噴射弁１３に分配する。燃料噴射弁１３は、その内部に電磁ソレノイド（図示略）を備えた電磁弁であり、適宜開弁して燃焼室２０内に燃料を噴射供給する。
【００２２】
他方、サプライポンプ１００は、燃料タンクから汲み上げた燃料の一部を添加燃料通路Ｐ２を介して燃料添加ノズル１７に供給する。添加燃料通路Ｐ２には、サプライポンプ１００から燃料添加ノズル１７に向かって緊急遮断弁１４、調量弁１６が順次配設されている。緊急遮断弁１４は、緊急時において添加燃料通路Ｐ２を遮断し、燃料供給を停止する。調量弁１６は、燃料添加ノズル１７に供給する燃料の圧力（燃圧）を制御する。燃料添加ノズル１７は所定圧以上の燃圧（例えば０．２ＭＰａ）が付与されると開弁し、排気系４０内に燃料を噴射供給する機械式の開閉弁である。すなわち調量弁１６により燃料添加ノズル１７上流の燃圧が制御されることにより、所望の燃料が適宜のタイミングで燃料添加ノズル１７より噴射供給（添加）される。
【００２３】
吸気系３０は、各燃焼室２０内に供給される吸入空気の通路（吸気通路）を形成する。一方、排気系４０は、各燃焼室２０から排出される排気ガスの通路（排気通路）を形成する。
【００２４】
また、このエンジン１には、周知の過給機（ターボチャージャ）５０が設けられている。ターボチャージャ５０は、シャフト５１を介して連結された２つのタービンホイール５２，５３を備える。一方のタービンホイール（吸気側タービンホイール）５２は、吸気系３０内の吸気に晒され、他方のタービンホイール（排気側タービンホイール）５３は排気系４０内の排気に晒される。このような構成を有するターボチャージャ５０は、排気側タービンホイール５２が受ける排気流（排気圧）を利用して吸気側タービンホイール５３を回転させ、吸気圧を高めるといったいわゆる過給を行う。
【００２５】
吸気系３０において、ターボチャージャ５０に設けられたインタークーラ３１は、過給によって昇温した吸入空気を強制冷却する。インタークーラ３１よりもさらに下流に設けられたスロットル弁３２は、その開度を無段階に調節することができる電子制御式の開閉弁であり、所定の条件下において吸入空気の流路面積を絞り、同吸入空気の供給量を調整（低減）する機能を有する。
【００２６】
また、エンジン１には、燃焼室２０の上流（吸気系３０）及び下流（排気系４０）をバイパスする排気還流通路（ＥＧＲ通路）６０が形成されている。このＥＧＲ通路６０は、排気の一部を適宜吸気系３０に戻す機能を有する。ＥＧＲ通路６０には、電子制御によって無段階に開閉され、同通路を流れる排気流量を自在に調整することができるＥＧＲ弁６１と、ＥＧＲ通路６０を通過（還流）する排気を冷却するためのＥＧＲクーラ６２が設けられている。
【００２７】
また、排気系４０において、同排気系４０及びＥＧＲ通路６０の連絡部位の下流には、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下、単にＮＯｘ触媒という）４１を収容した触媒ケーシング４２が設けられている。触媒ケーシング４２に収容されたＮＯｘ触媒４１は、例えばアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を担体とし、この担体上に例えばカリウム（Ｋ）、ナトリウム（Ｎａ）、リチウム（Ｌｉ）、セシウムＣｓのようなアルカリ金属、バリウムＢａ、カルシウムＣａのようなアルカリ土類、ランタン（Ｌａ）、イットリウム（Ｙ）のような希土類と、白金Ｐｔのような貴金属とが担持されることによって構成される。
【００２８】
このＮＯｘ触媒４１は、排気中に多量の酸素が存在している状態においてはＮＯｘを吸収し、運転空燃比が理論空燃比より小さく、排気中に酸素が低く、且つ還元成分（例えば燃料の未燃成分（ＨＣ））が存在している状態においてはＮＯｘをＮＯ２若しくはＮＯに還元して放出する。ＮＯ２やＮＯとして放出されたＮＯｘは排気中のＨＣやＣＯと速やかに反応することによってさらに還元され、Ｎ２となる。ちなみにＨＣやＣＯは、ＮＯ２やＮＯを還元することで、自身は酸化されてＨ２ＯやＣＯ２となる。すなわち、触媒ケーシング４２（ＮＯｘ触媒４１）に導入される排気中の酸素濃度やＨＣ成分を適宜調整すれば、排気中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘを浄化することができることになる。
【００２９】
また、エンジン１の各部位には、各種センサが取り付けられており、当該部位の環境条件や、エンジン１の運転状態に関する信号を出力する。
【００３０】
すなわち、レール圧センサ７０は、コモンレール１２内に蓄えられている燃料の圧力に応じた検出信号を出力する。燃圧センサ７１は、添加燃料通路Ｐ２内を流通する燃料のうち、調量弁１６へ導入される燃料の圧力（燃圧）に応じた検出信号を出力する。エアフロメータ７２は、吸気系３０内のスロットル弁３２下流において吸入空気の流量Ｇｎに応じた検出信号を出力する。Ａ／Ｆセンサ７３は、排気系４０の触媒ケーシング４２下流において排気中の酸素濃度に応じて連続的に変化する検出信号を出力する。排気温センサ７４は、同じく排気系４０の触媒ケーシング４２下流において排気の温度（排気温度）Ｔｅｘに応じた検出信号を出力する。
【００３１】
また、アクセル開度センサ７５はエンジン１のアクセルペダル（図示略）に取り付けられ、同ペダルへの踏み込み量Ａｃｃに応じた検出信号を出力する。クランク角センサ７６は、エンジン１の出力軸（クランクシャフト）が一定角度回転する毎に検出信号（パルス）を出力する。これら各センサ７０〜７６は、電子制御装置（ＥＣＵ）８０と電気的に接続されている。
【００３２】
ＥＣＵ８０は、中央処理装置（ＣＰＵ）８１、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）８２、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）８３及びバックアップＲＡＭ８４、タイマーカウンタ８５等を備え、これら各部８１〜８５と、Ａ／Ｄ変換器を含む外部入力回路８６と、外部出力回路８７とが双方向性バス８８により接続されて構成される論理演算回路を備える。
【００３３】
このように構成されたＥＣＵ８０は、上記各種センサの検出信号を外部入力回路を介して入力し、これら信号に基づいてエンジン１の燃料噴射等についての基本制御を行う他、還元剤添加にかかる添加タイミングや供給量の決定等に関する還元剤添加制御等、各種の運転制御を実行する。
【００３４】
次に、エンジン１の主要な構成要素のうち、燃料供給系１０について、サプライポンプ１００を中心にさらに詳しく説明する。
【００３５】
図２には、サプライポンプ１００の主要内部構造を模式的に示す。
【００３６】
同図２に示すように、サプライポンプ１００はその内部にフィードポンプ１１０と高圧ポンプ１２０とを備える。
【００３７】
フィードポンプ１１０は（図中、９０°展開して示す）は、円筒形のハウジング１１１と、同ハウジング１１１内に設けられその外周面にベーンを有する内部ロータ１１２とを備えて構成される。内部ロータ１１２が回転することにより、燃料タンク２００内の燃料が燃料通路Ｐ３を介して汲み上げられ、燃料通路Ｐ４に送り出される。
【００３８】
燃料通路Ｐ４は、燃料通路Ｐ５，Ｐ６に分岐する。燃料通路Ｐ５の通路途中には、調圧弁１１３が設けられている。調圧弁１１３は、矢指α方向に所定値を上回る燃圧が付与された場合にのみ開弁し、同矢指α方向への燃料の流れを許容する逆止弁である。同弁１１３を通過する燃料は、燃料通路Ｐ３に戻されて再度フィードポンプ１１０に送り込まれる。
【００３９】
燃料通路Ｐ４から分岐する他方の燃料通路Ｐ６は、さらに添加燃料通路Ｐ２，Ｐ７に分岐する。添加燃料通路Ｐ２が調量弁１６を介して燃料添加ノズル１７に連通することは先の図１において説明した通りである。一方、燃料通路Ｐ７は、高圧ポンプ１２０に接続されている。
【００４０】
高圧ポンプ１２０（図中、９０°に展開して示す）は、リング状の外輪部１２２と、同外輪部１２２内にて回転する内部ロータ１２３を備える。内部ロータ１２３には径方向に沿って貫通孔１２３ａが形成されており、同貫通孔１２３ａには、同孔１２３ａの各開口端から中心部に向かって相互に対峙する２本のプランジャ１２３ｂ，１２３ｃが取り付けられる。対峙する２本のプランジャ１２３ｂ，１２３ｃ各々の先端面と、貫通孔１２３ａの内周面とにより高圧室１２４が形成される。高圧室１２４は上述した燃料通路Ｐ７と連通する他、燃料通路Ｐ８に連通する。一方、外輪部１２２の内周面は、９０°間隔で突起することで、計４個のカム面１２２ａを形成している。内部ロータ１２３が矢指Ｂ方向に回転し、カム面１２２ａが各プランジャ１２３ｂ，１２３ｃを押すことで、各々のプランジャ１２３ｂ，１２３ｃが矢指Ｃ，Ｃ’方向に押動されることで高圧室１２４内の燃料が昇圧される。すなわち、燃料通路Ｐ７から導入された（引き込まれた）燃料が内部ロータ１２３の回転に伴い高圧室１２４内で昇圧され、燃料通路Ｐ８に圧送されることとなる。
【００４１】
燃料通路Ｐ８は、機関燃料通路Ｐ１，Ｐ１０に分岐する。機関燃料通路Ｐ１は、調圧弁１２５を介して矢指β方向に所定値を上回る燃圧が付与された場合にのみ開弁し、同矢指β方向への燃料の流れを許容する逆止弁である。高圧ポンプ１２０により圧送された燃料のうち、調圧弁１２５を通過しない燃料の一部は、燃料通路Ｐ１０を通じて燃料タンク２００に戻される。
【００４２】
なお、フィードポンプ１１０の内部ロータ１１２と、高圧ポンプ１２０の内部ロータ１２３とは、同一の駆動軸１３０によって回転される。駆動軸１３０は、エンジン１のクランクシャフト（図示略）に連結され、同クランクシャフトから駆動力を得る。このため、高圧ポンプ１２０の駆動軸１３０の回転と、エンジン１のクランクシャフトの回転とは正確に同期することとなる。ちなみに本実施の形態において、エンジン１のクランクシャフトが２回転すると高圧ポンプ１２０の駆動軸１３０は正確に１回転する。
【００４３】
ここで、本実施の形態にかかる還元剤（燃料）添加制御についてその概略を説明する。
【００４４】
一般に、ディーゼルエンジンでは、燃焼室内に供給される空気と燃焼に供される燃料、すなわち混合気中の酸素が、ほとんどの運転領域で高濃度状態にある。
【００４５】
燃焼に供される混合気の酸素濃度は、そのまま燃焼に供された酸素を差し引いて排気中の酸素濃度に反映されるのが通常であり、混合気中の酸素濃度（空燃比）が高ければ、排気中の酸素濃度（空燃比）も基本的には同様に高くなる。一方、上述したように、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒は排気中の酸素濃度が高ければＮＯｘを吸収し、低ければＮＯｘをＮＯ２若しくはＮＯに還元して放出する特性を有するため、排気中の酸素が高濃度状態にある限りＮＯｘを吸収することとなる。ただし、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸収量に限界量が存在し、同触媒が限界量のＮＯｘを吸収した状態では排気中のＮＯｘが同触媒に吸収されず触媒ケーシングを素通りすることとなる。
【００４６】
そこで、エンジン１のように燃料添加ノズル１７を備えた内燃機関では、適宜の時期にスロットル弁３２を閉弁して吸入空気量を低減させつつ、さらに燃料添加ノズル１７を通じ排気系４０のＮＯｘ触媒４１上流に燃料を添加することで、一時的に排気中の酸素濃度を低減し、且つ還元成分量（ＨＣ等）を増大させる。するとＮＯｘ触媒４１は、これまでに吸収したＮＯｘをＮＯ２若しくはＮＯに還元して放出し、自身のＮＯｘ吸収能力を回復（再生）するようになる。放出されたＮＯ２やＮＯが、ＨＣやＣＯと反応して速やかにＮ２に還元されることは上述した通りである。
【００４７】
このとき、自身に吸収したＮＯｘを上記態様で放出し、さらに還元浄化するＮＯｘ触媒４１にとって、触媒ケーシング４２内に流入する排気中の還元成分量（燃料の濃度）と、酸素濃度（空燃比）とにより還元浄化の効率が決定づけられることとなる。
【００４８】
ところで、燃料供給系１０おいて、フィードポンプ１１０から送り出された燃料は、燃料通路Ｐ４，Ｐ６，Ｐ２を通じて移送され、調量弁１６を開閉弁制御することにより、燃料添加ノズル１７から排気系４０内へ噴射されることとなる。このとき、燃料通路Ｐ４，Ｐ６，Ｐ２内の燃圧は、フィードポンプ１１０による所定流量（所定燃圧）の燃料供給と、調圧弁１１３による調圧作用（燃圧が所定値を上回らないように調整する作用）とにより、基本的には常時所定圧力に保持される。
【００４９】
ところが、燃料供給系１０のように、一体のフィードポンプ１１０から送り出された燃料を、高圧ポンプ１２０に導入する燃料と燃料添加ノズル１７に導入する燃料とに分配するシステムでは、フィードポンプを複数必要としないことにより搭載性やコスト面で大きな優位性が発揮される反面、高圧ポンプ１２０の動作に伴う燃料の比較的大きな脈動が調量弁１６上流の燃料にまで伝搬し、その燃圧に干渉し易いといった側面がある。
【００５０】
さらに、このような高圧ポンプ１２０からの脈動を助長する要素として、以下の現象がある。
【００５１】
すなわち、燃料添加ノズル１７による燃料の噴射（放出）動作に伴い、一時的な圧力低下が発生することが発明者によって確認されている。
【００５２】
例えば、図３（ａ）及び図３（ｂ）には、燃料添加ノズル１７が排気系４０に燃料を噴射する際、その噴射開始から終了に亘る調量弁１６及び燃料添加ノズル１７間（調量弁１６下流）の燃圧の推移（図３（ａ））と、フィードポンプ１１０及び調量弁１６間（調量弁１６上流）の燃圧の推移（図３（ｂ））とを、同一時間軸上に示すタイムチャートである。
【００５３】
同図３（ａ）に示すように、ＥＣＵ８０の指令信号に基づいて調量弁１６の開弁動作が開始されると（時刻ｔ１）、その開弁動作に同期して同調量弁１６下流の燃圧は上昇する。調量弁１６下流の燃圧が所定圧力を上回ると燃料添加ノズル１７が開弁して燃料の噴射を開始する。同様に、ＥＣＵ８０の指令信号に基づいて調量弁１６の開弁すると（時刻ｔ２）、その開弁動作に同期して同調量弁１６下流の燃圧は下降する。調量弁１６下流の燃圧が所定圧力以下になると燃料添加ノズル１７が閉弁して燃料の噴射を終了する。
【００５４】
ここで図３（ｂ）に示すように、こうした調量弁１６の開閉弁動作の開始及び終了（時刻ｔ１，ｔ２）に同期して、調量弁１６上流における燃圧の一時的な低下がみられる。
【００５５】
さらに、図４及び図５は、（ｉ）先述の高圧ポンプ１２０から調量弁１６上流に伝搬する脈動（図４（ａ），図５（ａ））、（ii）先の図３において説明した調量弁１６の開閉弁動作の開始若しくは終了に同期する調量弁１６上流の燃圧低下（図４（ｂ），図５（ｂ））、（iii）それらがほぼ同時期に発生した場合における調量弁１６上流の燃圧変化（図４（ｃ），図５（ｃ））について、（ｉ）〜（iii）各々の推移を仮想的に同一時間軸上に示すタイムチャートである。
【００５６】
上述したように、高圧ポンプ１２０は、燃料通路Ｐ７を通じ同ポンプ１２０の高圧室１２４に燃料を引き込み、昇圧して燃料通路Ｐ８に圧送する動作をエンジン１のクランクシャフトの回転に同期して周期的に繰り返す。
【００５７】
すなわち図４（ａ）若しくは図５（ａ）に示すように、高圧ポンプ１２０による引き込み（吸入）及び昇圧（圧送）動作に応じて調量弁１６上流の燃圧が低下し、続いて上昇する。ここで、調量弁１６の開閉弁動作に同期する燃圧低下が高圧ポンプ１２０による燃圧上昇と同期して発生した場合には（図４（ｂ））、各々の燃圧変動が相互に相殺され、見かけ上高圧ポンプ１２０による燃圧低下のみが時間軸上に現れる（図４（ｃ））。
【００５８】
一方、図５（ｂ）に示すように、調量弁１６の開閉弁動作に同期する燃圧低下が高圧ポンプ１２０による燃圧低下と同期して発生した場合には（図５（ｂ））、各々の燃圧低下が同時期に重なる上、続く高圧ポンプ１２０による燃圧上昇も起こるため、相対的に大きな燃圧変動が時間軸上に現れる（図５（ｃ））。
【００５９】
このように、燃料添加に伴う燃圧低下そのものは、その低下量も微小で、且つ定量的にも定性的にも再現性の高い現象であるため、燃料添加にかかる制御の緻密性を確保する上であまり問題とはならない。ところが、先の図４及び図５において説明したように、高圧ポンプ１２０による引き込み（吸入）及び昇圧（圧送）動作に起因する脈動の伝搬による脈動の大きさや発生形態を不安定なものとする懸念がある。
【００６０】
このように不安定（不規則）な燃圧変動がとくに調量弁１６の開弁動作の開始時期に生じると、燃料添加制御を添加燃料の噴射量、添加時期、形態（例えば気化状態や平均粒径）の調整を定量的・定性的な面から緻密に行うことが困難となる。
【００６１】
そこで、本実施の形態にかかるエンジン１では、調量弁１６の開閉を通じた排気系４０への燃料添加にあたり、調量弁１６の開弁時期が高圧ポンプ１２０による（高圧室１２４への）燃料の吸入時期と重ならないように制御を行う。
【００６２】
以下、その具体的な制御手順について説明する。
【００６３】
図６には、排気系４０へ燃料添加を行うにあたり、その添加量や添加時期を制御するために実施される「燃料添加制御ルーチン」の処理内容を示す。このルーチン処理は、ＥＣＵ８０を通じて一定のクランク角毎の割り込みで実行される。
【００６４】
処理がこのルーチンに移行すると、ＥＣＵ８０は先ずステップＳ１０１において、燃料添加の実行にかかる調量弁１６の制御等にとって必要な運転状態を把握する。
【００６５】
例えばＥＣＵ８０は、クランク角センサ７６の出力信号に基づいてエンジン１の機関回転数Ｎｅを、またＡ／Ｆセンサ７３の出力信号に基づいて排気中の酸素濃度（便宜上、排気空燃比という）Ａ／Ｆを各々演算する。また、アクセルの踏み込み量Ａｃｃ、排気温度Ｔｅｘ等を把握する。
【００６６】
続くステップＳ１０２においては、燃料添加を実行するか否かを判断する。燃料添加は、例えば以下の条件（１）〜（４）が全て成立したときに行う。
（１）機関回転数Ｎｅ及びアクセルの踏み込み量の関係等からエンジン１の運転状態が燃料添加に適していると判断される。これは、エンジン１の運転状態が、燃料添加を実行してもトルク変動等の不具合が生じない領域にある条件にあたる。例えば減速時がこの条件に該当する。
（２）排気温度Ｔｅｘが所定温度（例えば２５０℃）を上回っていること。これは、ＮＯｘ触媒が十分に活性化する条件にあたる。
（３）ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸収量が所定量を上回っていること。ＮＯｘ触媒によるＮＯｘ吸収量がその限界値にある程度まで近づいたことを意味する。この吸収量は、前回の燃料添加終了からの経過時間や、排気空燃比Ａ／Ｆ及び排気温度Ｔｅｘの履歴等に基づいて推定すればよい。
（４）現在の時刻が高圧ポンプ１２０による（高圧室１２４への）燃料の吸入時期にない。高圧ポンプ１２０の動作はエンジン１のクランクシャフトの回転と同期し、本ルーチンは、一定のクランク角毎の割り込みで実行される制御手順である。このため、本ルーチンにおける一連の処理手順の中で高圧ポンプ１２０の現在の動作態様を正確に把握することは容易である。
【００６７】
ＥＣＵ８０は、上記条件（１）〜（４）全てが成立しているときには、燃料添加を実行すべきと判断してその処理をステップＳ１０３に移行する。一方、上記条件（１）〜（４）のうち何れか１つでも成立していない条件があれば、本ルーチンを一旦抜ける。
【００６８】
ステップＳ１０３においては、燃料添加の実行に際し、排気中、厳密には触媒ケーシング４２な流れ込む排気の空燃比（排気中の酸素濃度）の要求値（目標値）に合致させ、且つＮＯｘ触媒４１中のＮＯｘを全て放出・還元させるための添加燃料量、添加パターンを決定する。
【００６９】
ここで、燃料添加量とは、一回の燃料添加において噴射する燃料の総量である。また、添加パターンとは、調量弁１６への通電波形である。この添加パターンにより、時間軸上にみられる燃料噴射量の分布（波形や波形数を含む）が決定づけられる。
【００７０】
そしてＥＣＵ８０は、ステップＳ１０３で決定された添加パターンに従い調量弁１６への通電制御を行い、同じくステップＳ１０３で決定された燃料添加量の燃料を排気系４０へ添加する（ステップＳ１０４）。
【００７１】
ステップＳ１０４での処理を経たのち、ＥＣＵ８０はその後の処理を一旦終了する。
【００７２】
このように、上記の態様で燃料添加制御を行う本ルーチンによれば、高圧ポンプが燃料の吸入動作に際して発する脈動が調量弁１６上流に伝搬する時期を回避し、燃料添加にかかる制御の緻密性が確実に得られる実施時期を常時選択して排気系４０への燃料添加を実行する。
【００７３】
ここで、従来の装置にあっては、エンジン１のクランクシャフトの回転と同期して作動する高圧ポンプ１２０による燃料通路Ｐ７から高圧室１２４に引き込まれる燃料の吸入脈動（エンジン回転２次の圧力脈動）が、調量弁１６上流の燃圧に不規則に干渉することで、当該燃料添加制御の精度を低下させることとなっていた。
【００７４】
また、このような高圧ポンプ１２０の動作にともなう吸入脈動や、燃料添加に伴って生じる燃圧の低下（図３参照）が燃料添加制御に及ぼす影響は、エンジン１の運転状態が低回転領域にある場合には一層顕著となっていた。エンジン１の回転数が低いと高圧ポンプ１２０による平均的な圧送量（流量）も必然的に低下するため、一旦低下した燃圧を回復させるのにより時間を要するからである。
【００７５】
さらに、このような条件下で燃料添加が実施されると、高圧ポンプ１２０上流における燃圧低下の影響が波及し、高圧ポンプ１２０の昇圧動作、ひいてはコモンレール１２内における安定した燃圧保持にも悪影響を及ぼす懸念があった。コモンレール１２内における燃圧の低下は、燃料噴射弁１３によって噴射される噴霧の性状にもばらつきを生じさせることとなり、エンジン１の安定した燃焼状態を確保する上でも好ましくない。
【００７６】
この点、本実施の形態にかかる燃料添加制御によれば、高圧ポンプ１２０による燃料の吸入脈動が、燃料添加に影響を及ぼすことのない期間に燃料添加時期（特に燃料添加の開始時期）を設定することとなり、排気系への燃料添加の実施に際し、制御の緻密性や信頼性を向上させることができるようになる。
【００７７】
もって、排気中のＮＯｘやＨＣの低減が共に効率よく図られるようになる。
【００７８】
さらに、高圧ポンプ１２０の昇圧動作、ひいてはコモンレール１２内における燃圧も一定に保持されるようになることから、燃料噴射弁１３によって噴射される噴霧の性状も安定し、エンジン１の安定した燃焼状態（安定した出力）を確保することができるようになる。
【００７９】
なお、上記実施の形態において、燃料添加の開始時期が高圧ポンプ１２０による燃料の吸入開始時期（プランジャ１２３ｂ，１２３ｃが各々内部ロータ１２３の外周方向に向かう動作を開始するタイミング）と重ならないように制御を行うのが最も好ましい。これは、調量弁１６（燃料添加ノズル１７の開弁動作）の開弁動作に伴う調量弁１６上流の燃圧の低下と、高圧ポンプ１２０の動作による調量弁１６上流（若しくは燃料添加ノズル１７上流）の燃圧の変動とが、時間軸上において不規則に重なったり重ならなかったりすることを回避することで、添加燃料の噴射量（総量や流量を含む）や噴射時間に関する制御の緻密性を最も効果的に向上させることができるためである。
【００８０】
ただし、調量弁１６（若しくは燃料添加ノズル１７）の閉弁動作にも、調量弁１６上流の燃圧の低下が伴うことは先の図３において説明した通りである。そこで、燃料添加の終了時期と高圧ポンプ１２０による燃料の吸入開始時期とが重ならないように制御することによっても、上記実施の形態に準ずる効果を得ることはできる。
【００８１】
また、調量弁１６（若しくは燃料添加ノズル１７）の開弁動作に伴う調量弁１６上流の燃圧の低下と、高圧ポンプ１２０の動作による調量弁１６上流の燃圧の変動とが時間軸上において重なることとなっても、その態様が定量的・定性的に規則性や再現性を有するものであれば添加燃料の噴射量（総量や流量を含む）や噴射時間に関する制御の緻密性を十分確保することはできる。そこで、単に燃料添加の実施時期を、高圧ポンプ１２０の動作と同期させるように、例えば特定のクランク角（回転位相）と同期して実行するような制御を行っても、上記実施の形態に準ずる効果を奏することはできる。また、このような制御ロジックを適用するにあたっては、特に特定の気筒に関する機関運転に同期するように排気系４０への燃料添加を行うようにすることで、燃料添加にかかる制御の緻密性を一層効果的に高めることができるようになる。
【００８２】
また、上記実施の形態にかかる燃料供給系１０では、高圧ポンプ１２０によって昇圧した高圧燃料は一旦コモンレール１２において高圧状態に保持（蓄圧）し、個々の燃料噴射弁１３によって各燃焼室２０へ噴射供給する構成を適用した。これに対し、例えば周知の分配型高圧ポンプ装置や列型高圧ポンプ装置のように、高圧ポンプによって昇圧した燃料を所定のタイミングで複数の燃料通路に分配して供給する機能を備える装置構成を適用してもよい。この場合、所定値を上回る燃圧を付与されると機械的に開弁し燃料を燃焼室に噴射供給する燃料噴射ノズルを上記各燃料通路に接続すればよく、コモンレールを介する必要なない。さらにこの場合、燃料噴射ノズルによる燃料の噴射供給時期と、高圧ポンプの動作タイミングとは必然的に同期することとなるため、排気系への燃料添加時期と、燃焼室２０への燃料噴射時期とを異ならせるように制御を行えばよい。
【００８３】
また、本実施の形態においては、その内部にフィードポンプ１１０と高圧ポンプ１２０とを一体に備えるサプライポンプ１００を適用することとした。これに替え、フィードポンプと高圧ポンプと別途独立に備え、両ポンプを燃料通路によって接続するとともに同燃料通路を途中で分岐させ、その分岐通路を燃料添加ノズルに導く構成を適用することとしてもよい。
【００８４】
また、上記実施の形態においては、ＮＯｘ触媒として、いわゆる吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を適用することとしたが、これに替えいわゆる選択還元型ＮＯｘ触媒を適用してもよい。要は、ガス中の還元成分量或いはこれに関連する成分の量（例えば酸素濃度）に応じてＮＯｘの浄化（還元）作用効率が異なる触媒を適用して排気中のＮＯｘを浄化する排気浄化装置であれば、本実施の形態において用いたものと同等の制御構造を適用して同実施の形態と同等若しくはこれに準ずる効果を奏することができる。
【００８５】
また、本実施の形態においては、燃料の排気系への添加にあたり、添加燃料通路Ｐ２を介して供給される燃料の圧力を調量弁１６によって制御し、その圧力制御によって燃料添加ノズル１７の開閉弁動作を制御する構成を適用している。これに対し、例えば燃料噴射弁１３のように、ＥＣＵ８０による通電を通じて直接開閉弁動作を制御される電磁弁等を燃料添加を行う噴射弁として適用してもよい。この場合、調量弁１６は装置構成から除外してよく、上記実施の形態における調量弁１６の開閉弁にかかるＥＣＵ８０の通電制御は、上記燃料添加を行う噴射弁の開閉弁にかかる通電制御に置き換えることができる。
【００８６】
また、上記実施の形態においては、本発明の排気浄化装置を内燃機関としての直列４気筒のディーゼルエンジン１に適用することとしたが、希薄燃焼を行うガソリンエンジンにも好適に本発明を適用することができる。また、直列４気筒の内燃機関に限られることもない。
【００８７】
また、上記実施の形態においては、サプライポンプ１００に備えられるフィードポンプ１１０および高圧ポンプ１２０は、いずれもエンジン１のクランクシャフトより駆動力を得ることとした。こうした構成に替え、吸気又は排気カムシャフト、或いはモータ等により駆動力を得るように構成してもよい。とくに、希薄燃焼を行うガソリンエンジンに本発明を適用する場合等においては、比較的小さな駆動力で駆動することのできる高圧ポンプを適用しても上記実施の形態と同等若しくはこれに準ずる効果を奏することができる。
【００８８】
【発明の効果】
以上説明したように、第１の発明によれば、昇圧手段による燃料の吸入脈動が、燃料添加に影響を及ぼすことのない期間に燃料添加時期を設定することとなり、排気系への燃料添加の実施に際し、制御の緻密性や信頼性を向上させることができるようになる。
【００８９】
もって、排気中のＮＯｘやＨＣの低減が共に効率よく図られるようになる。
昇圧手段による昇圧動作が安定することから燃焼用燃料供給手段へ圧送される燃料の燃圧も一定に保持されるようになる。よって、同燃焼用燃料供給手段によって噴射される噴霧の性状も安定し、エンジンの安定した燃焼状態を確保することができるようになる。
【００９０】
また、第２の発明によれば、昇圧手段による燃料の吸入脈動の発生タイミングを確実に把握し、その脈動が燃料添加に及ぼす影響を定量化することが容易となる。また、前記昇圧手段による燃料の吸入脈動の発生タイミングを確実に把握し、同昇圧手段による燃料の吸入脈動が燃料添加に影響を及ぼすことのない期間を確実に選択して燃料添加時期を設定することも容易となる。
【００９１】
従って、排気系への燃料添加の実施に際し、制御の緻密性や信頼性を十分に確保することができるようになる。
【００９２】
また、第３の発明によれば、触媒添加用燃料供給手段の動作に基づく燃圧変動と、前記燃焼用燃料供給手段の動作に基づく燃圧変動とが相互に干渉することなく、エンジンの燃焼および排気浄化の最適化が併せ図られるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態にかかるディーゼルエンジンシステムを示す概略構成図。
【図２】同実施の形態にかかるサプライポンプの主要内部構造を模式的に示す略図。
【図３】燃料添加ノズル及び調量弁間の燃圧の推移と、フィードポンプ及び調量弁間の燃圧の推移とを、同一時間軸上に示すタイムチャート。
【図４】高圧ポンプの燃料の吸入動作と、調量弁の開閉弁動作とがほぼ同時期に実行された場合に生じる燃圧変化を同一時間軸上に示すタイムチャート。
【図５】高圧ポンプの燃料の吸入動作と、調量弁の開閉弁動作とがほぼ同時期に実行された場合に生じる燃圧変化を同一時間軸上に示すタイムチャート。
【図６】同実施の形態にかかる燃料添加制御手順を示すフローチャート。
【符号の説明】
１  エンジン
１０  燃料供給系（燃料供給装置）
１２  コモンレール
１３  燃料噴射弁
１４  緊急遮断弁
１６  調量弁
１７  燃料添加ノズル
２０  燃焼室
３０  吸気系
３１  インタークーラ
３２  スロットル弁
４０  排気系
４１  ＮＯｘ触媒
４２  触媒ケーシング
５０  ターボチャージャ
５１  シャフト
５２  排気側タービンホイール
５３  吸気側タービンホイール
６０  ＥＧＲ通路
７０  レール圧センサ
７１  燃圧センサ
７２  エアフロメータ
７４  排気温センサ
７５  アクセル開度センサ
７６  クランク角センサ
８０  電子制御装置（ＥＣＵ）
８１  中央処理装置（ＣＰＵ）
８２  専用メモリ（ＲＯＭ）
８６  外部入力回路
８７  外部出力回路
８８  双方向性バス
１００  サプライポンプ
１１０  フィードポンプ（フィード手段）
１１１  ハウジング
１１２  内部ロータ
１１３  調圧弁
１２０  高圧ポンプ（昇圧手段）
１２２  外輪部
１２２ａ  カム面
１２３  内部ロータ
１２３ａ  貫通孔
１２３ｂ，１２３ｃ  プランジャ
１２４  高圧室
１２５  調圧弁
１３０  駆動軸
２００  燃料タンク
Ｐ１，Ｐ３  燃料通路
Ｐ２  燃料通路（第２の燃料通路）
Ｐ４，Ｐ６，Ｐ７  燃料通路（第１の燃料通路）
Ｐ５，Ｐ８，Ｐ１０  燃料通路
【図１】
0004306101.tif 000002
【図２】
0004306101.tif 000003
【図３】
0004306101.tif 000004
【図４】
0004306101.tif 000005
【図５】
0004306101.tif 000006
【図６】
0004306101.tif 000007