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技術 燃料供給装置

出願人 株式会社デンソー
発明者 渡邉直樹
出願日 2015年4月20日 (5年7ヶ月経過) 出願番号 2015-085870
公開日 2016年12月8日 (3年11ヶ月経過) 公開番号 2016-205190
状態 特許登録済
技術分野 液体燃料の供給 排気の後処理
主要キーワード 開閉弁構造 保持スペース 蓄積空間 タンクモジュール 圧力域 昇圧処理 容積減少量 重力方向下側
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (9)

課題

内燃機関排気通路燃料を添加する添加弁に燃料を供給する燃料供給装置において、広範囲圧力域での燃料添加を実施できる燃料供給装置を提供する。

解決手段

内燃機関の筒内に噴射する高圧燃料を蓄えるコモンレール2には減圧弁17が設けられ、その減圧弁17の開弁時にコモンレール2から放出された燃料を蓄えるリザーバー23が設けられる。リザーバー23の燃料を添加弁27に供給する。リザーバー23には、所定圧力を超えた場合に開弁して燃料を放出させるチェックバルブ24が設けられる。ECU28は、リザーバー23の圧力が所定圧力未満の場合には、リザーバー23の圧力と所定圧力との差に基づいて、コモンレール2からリザーバー23に供給する燃料の量(減圧流量)及びサプライポンプ9の吐出量を算出する。その後、減圧流量及び吐出量に基づいて減圧弁17及びサプライポンプ9を駆動して、リザーバー23の圧力の昇圧を行う。

概要

背景

従来、内燃機関排気通路に設けられたディーゼルパティキュレートフィルタDPF)の再生処理や、NOx吸蔵還元触媒吸蔵されたNOxの還元処理などの目的で、排気通路に燃料を添加する添加弁を備えたシステムが知られている(例えば特許文献1参照)。この種のシステムでは、メカ式、又は電動フィードポンプを用いて燃料を昇圧し、昇圧した燃料を添加弁に供給して燃料添加を実施している。特許文献1には、フィードポンプとしての燃料供給ポンプから燃料噴射弁(添加弁)に燃料が供給されるシステムが開示されている。

概要

内燃機関の排気通路に燃料を添加する添加弁に燃料を供給する燃料供給装置において、広範囲圧力域での燃料添加を実施できる燃料供給装置を提供する。内燃機関の筒内に噴射する高圧燃料を蓄えるコモンレール2には減圧弁17が設けられ、その減圧弁17の開弁時にコモンレール2から放出された燃料を蓄えるリザーバー23が設けられる。リザーバー23の燃料を添加弁27に供給する。リザーバー23には、所定圧力を超えた場合に開弁して燃料を放出させるチェックバルブ24が設けられる。ECU28は、リザーバー23の圧力が所定圧力未満の場合には、リザーバー23の圧力と所定圧力との差に基づいて、コモンレール2からリザーバー23に供給する燃料の量(減圧流量)及びサプライポンプ9の吐出量を算出する。その後、減圧流量及び吐出量に基づいて減圧弁17及びサプライポンプ9を駆動して、リザーバー23の圧力の昇圧を行う。

目的

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、広範囲の圧力域での燃料添加を実施できる、添加弁に燃料を供給する燃料供給装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

内燃機関の筒内に燃料噴射するインジェクタ(3)に供給する高圧燃料を蓄えるコモンレール(2)から燃料が供給されて、その燃料を蓄えるリザーバー(23)と、前記リザーバーの燃料圧力を、前記コモンレールの燃料圧力より小さい所定の圧力レベルに調整する調整手段(17、24、28、S1〜S6)とを備え、前記リザーバーの燃料を、前記内燃機関の排気通路に燃料を添加する添加弁(27)に供給することを特徴とする燃料供給装置

請求項2

前記調整手段は、前記コモンレールに設けられて、開弁時に前記コモンレールの燃料を前記コモンレールの外に放出させる減圧弁(17)と、前記減圧弁の開閉を制御する制御手段(28、S1〜S6)とを備え、前記リザーバーは、前記減圧弁から放出された燃料を蓄え、前記制御手段は、前記リザーバーの燃料圧力が前記圧力レベルに満たない場合に前記減圧弁を開くことを特徴とする請求項1に記載の燃料供給装置。

請求項3

前記制御手段は、前記リザーバーの燃料圧力が前記圧力レベルを満たした場合には前記減圧弁を閉じることを特徴とする請求項2に記載の燃料供給装置。

請求項4

前記調整手段は、前記リザーバーの燃料圧力を前記圧力レベルまで減圧する減圧手段(24)を備えることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の燃料供給装置。

請求項5

前記減圧手段は、前記リザーバーに設けられて、前記リザーバーの燃料圧力が前記圧力レベルを超えた場合に、前記リザーバーから燃料が放出されるよう開弁するバルブであることを特徴とする請求項4に記載の燃料供給装置。

請求項6

前記リザーバーは、前記リザーバー内の燃料に接する形で設けられて前記リザーバー内の燃料の圧力を受けて伸縮する伸縮部(30、32)を有したことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の燃料供給装置。

技術分野

0001

本発明は、内燃機関排気通路燃料を添加する添加弁に燃料を供給する燃料供給装置に関する。

背景技術

0002

従来、内燃機関の排気通路に設けられたディーゼルパティキュレートフィルタDPF)の再生処理や、NOx吸蔵還元触媒吸蔵されたNOxの還元処理などの目的で、排気通路に燃料を添加する添加弁を備えたシステムが知られている(例えば特許文献1参照)。この種のシステムでは、メカ式、又は電動フィードポンプを用いて燃料を昇圧し、昇圧した燃料を添加弁に供給して燃料添加を実施している。特許文献1には、フィードポンプとしての燃料供給ポンプから燃料噴射弁(添加弁)に燃料が供給されるシステムが開示されている。

先行技術

0003

特開2010−203396号公報

発明が解決しようとする課題

0004

ところで、内燃機関の運転状態排気ガスの状態や後処理装置(DPF、NOx吸蔵還元触媒等)における処理内容に応じた最適な圧力で、添加弁の燃料添加を実施する必要がある。例えば、NOx吸蔵還元触媒の還元処理では、短時間でリッチ雰囲気にする必要があるために、高噴射圧で燃料添加を実施するのが好ましい。しかしながら、添加弁に供給する燃料をフィードポンプを用いて昇圧する従来手法では、昇圧出来る圧力に限りがあるため、広範囲圧力域での燃料添加が難しいという課題がある。

0005

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、広範囲の圧力域での燃料添加を実施できる、添加弁に燃料を供給する燃料供給装置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

0006

上記課題を解決するために、本発明は、内燃機関の筒内に燃料を噴射するインジェクタに供給する高圧燃料を蓄えるコモンレールから燃料が供給されて、その燃料を蓄えるリザーバーと、
前記リザーバーの燃料圧力を、前記コモンレールの燃料圧力より小さい所定の圧力レベルに調整する調整手段とを備え、
前記リザーバーの燃料を、前記内燃機関の排気通路に燃料を添加する添加弁に供給することを特徴とする。

0007

本発明によれば、リザーバーには、筒内噴射用の高圧燃料を蓄えるコモンレールからの燃料が供給されて、そのリザーバーの燃料が添加弁に供給される。つまり、リザーバーを介して、コモンレールの燃料を用いて燃料添加が行われる。これによって、ポンプで昇圧した燃料を用いる従来手法に比べて、より高い噴射圧での燃料添加が可能、つまり広範囲の圧力域での燃料添加を実施できる。また、コモンレールの燃料圧力は筒内噴射用に設定されており、排気通路に添加する燃料の圧力としてそのまま用いるのは好ましくないが、本発明では、リザーバーの燃料圧力を、コモンレールの燃料圧力より小さい所定の圧力レベルに調整する調整手段を備えているので、排気通路への燃料添加を適切な圧力で実施できる。

図面の簡単な説明

0008

エンジンシステムの構成図である。
減圧弁の内部構造を例示した図である。
ECUが実行するリザーバーの圧力制御及び添加弁の燃料添加制御フローチャートである。
図3の処理に関連する各パラメータタイミングチャートである。
リザーバー内の燃料の体積弾性係数及び添加弁の噴射前後のリザーバー内の圧力差と、リザーバー容積との関係を示した図である。
リザーバー内に気体封入した例を示した図である。
リザーバー内にダンパー構造体を封入した例を示した図である。
リザーバー内のダンパー機能エア混入率とリザーバー内の燃料の体積弾性係数との関係を示した図である。

実施例

0009

以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。図1は、本発明の燃料供給装置が適用されたコモンレール式のエンジンシステム1の構成図を示している。エンジンシステム1は、車両に搭載されて、車両を駆動する内燃機関としての多気筒ディーゼルエンジン(以下、単にエンジンという)を備えて、そのエンジンの運転を制御したり、エンジンから排出される排気ガスを浄化したりするシステムである。先ず、エンジンシステム1の構成を説明する。

0010

エンジンシステム1においては、エンジンの筒内に噴射する燃料が貯蔵される燃料タンク4と、その燃料タンク4から燃料を汲み上げる電動フィードポンプ5と、電動フィードポンプ5を駆動する電動ポンプ駆動ドライバ6とが設けられている。電動フィードポンプ5で汲み上げられた燃料は配管7を通ってサプライポンプ9に送られるようになっている。配管7の途中には燃料中の異物を除去する燃料フィルタ8が設けられている。配管7を通る燃料の圧力は例えば数100kPaである。

0011

燃料フィルタ8とサプライポンプ9の間の配管7には、燃料の圧力を検出する燃圧センサ11が設けられている。ECU28は、燃圧センサ11により検出される圧力が所定圧力となるように電動フィードポンプ5の回転を制御する。なお、電動フィードポンプ5を一定回転で制御する場合には、燃圧センサ11は設けられていなくても良い。

0012

また、本実施形態では、燃料タンク4の位置にフィードポンプ5を設けた例を示したが、そのフィードポンプ5に代えて、又は加えてサプライポンプ9内にフィードポンプが設けられたとしても良い。サプライポンプ9内にもフィードポンプが設けられるシステムにおいては、電動フィードポンプ5で汲み上げられた燃料の圧力が、サプライポンプ9内のフィードポンプで昇圧される。この場合、電動フィードポンプ5及びこれに接続される配管7は、サプライポンプ9内のフィードポンプ、コモンレール2の燃料に比べて低い圧力の低圧部として機能する。また、サプライポンプ9内のフィードポンプは、コモンレール2の燃料圧力に比べて低い圧力で燃料を昇圧する中圧部として機能する。また、コモンレール2は高圧力の燃料を蓄積保持する高圧部として機能する。

0013

燃料フィルタ8とサプライポンプ9の間の配管7には、タンクモジュール4、5に繋がったリターン配管10が分岐している。リターン配管10にはリリーフバルブ12が設けられている。そのリリーフバルブ12は、配管7からタンクモジュール4、5への方向には流体の流れを許容し、その逆方向への流れは禁止する逆止弁チェック弁)である。配管7の燃料が所定圧力以上の場合にリリーフバルブ12が開弁して、配管7を流れる燃料の一部がリターン配管10を介してタンクモジュール4、5に戻るようになっている。

0014

燃料フィルタ8の下流にはサプライポンプ9が設けられている。サプライポンプ9は、公知の構造の可変吐出量高圧ポンプであり、電動フィードポンプ5から燃料フィルタ8を介して供給される燃料を、内蔵するフィードポンプでフィード圧まで加圧した後、吸入調整弁によって所定量をプランジャ室吸入し、さらに加圧して吐出する。なお、サプライポンプ9は、フィードポンプを内蔵しないものであっても良い。サプライポンプ9はエンジンのクランク動力源として駆動する。サプライポンプ9からは、例えば数十MPa〜数百MPaに加圧された高圧燃料が吐出される。また、サプライポンプ9にはリターン配管13が接続されている。サプライポンプ9では、供給された燃料の一部を用いて冷却が行われ、冷却に用いた燃料がリターン配管13を介してタンクモジュール4、5に戻るようになっている。

0015

サプライポンプ9から吐出された高圧燃料は、高圧配管14を介してコモンレール2に供給される。そのコモンレール2は、サプライポンプ9から供給された高圧燃料を、圧力を保持した状態で蓄積蓄圧)する。コモンレール2に蓄圧された圧力は、インジェクタ3の燃料噴射圧に相当する。コモンレール2の一端側には、コモンレール2に蓄圧された燃料圧力(コモンレール圧)を検出する燃圧センサ15が設けられている。

0016

コモンレール2の他端側にはコモンレール圧を低下させるための減圧弁17が設けられている。図2は、減圧弁17の内部構造を例示した図である。図2に示すように、減圧弁17は、例えばソレノイドにより駆動する電磁弁であり、詳しくは、ソレノイドとしてのコイル18と、コイル18の内側においてコイル18の軸方向に摺動可能に設けられた可動鉄心19と、可動鉄心19の一端側に設けられて可動鉄心19をコイル18の内側から突出させる方向に付勢するバネ20と、可動鉄心19の他端側に固定される形で設けられてコモンレール2内に形成されたリターン通路2bの開閉を行う開閉部21とを備える。

0017

コイル18が通電されていない時には、バネ20により可動鉄心19がコイル18から突出する方向に付勢されることで、開閉部21はリターン通路2bを閉鎖シール)、つまりコモンレール2の燃料蓄積空間2aとリターン通路2bとが遮断状態となる。コイル18が通電された時には、その通電により発生した電磁力により、可動鉄心19がバネ20の付勢力打ち勝ってコイル18の内側に引き込まれる。この引き込みに伴い、開閉部21が、リターン通路2bを閉鎖(シール)する位置から離れて、燃料蓄積空間2aとリターン通路2bとが導通する。なお、燃料蓄積空間2aとリターン通路2bとは小径部2c(オリフィス)を介して接続される。その小径部2cは、減圧弁17内に設けられたとしても良いし、コモンレール2内に設けられたとしても良い。燃料蓄積空間2aとリターン通路2bとが導通すると、燃料蓄積空間2aに蓄積されていた燃料がリターン通路2bを介してコモンレール2の外に放出される。その放出により、コモンレール圧が下がる。これにより、車両走行状態に応じた噴射圧へ素早く減圧制御するとともに、コモンレール2内の燃料圧力が過大となった時に開弁して、燃料を一気に放出するプレッシャリミッタを兼ねている。

0018

図1の説明に戻って、コモンレール2に蓄積された高圧燃料は、気筒ごとに設けられたインジェクタ3に供給される。すなわち、コモンレール2(燃料蓄積空間2a)と各インジェクタ3は、配管29により常時導通状態で接続されている。

0019

インジェクタ3は、気筒の上部を構成するシリンダヘッドにおいて先端部が筒内に露出する形で設けられ、先端部に形成された噴孔から筒内にコモンレール2から送られた燃料を噴射する装置である。インジェクタ3は、公知のピエゾ式又はソレノイド式開閉弁構造を有する。詳しくは、インジェクタ3のハウジング内にはアクチュエータピエゾアクチュエータ又はソレノイドアクチュエータ)が設けられ、ハウジングの先端側にはノズルボディが設けられる。ノズルボディ内には、ノズルボディの軸方向(上下方向)に摺動可能に設けられたニードルが設けられる。ノズルボディとニードルの間の空間には燃料が流通する流通路とされている。

0020

アクチュエータの非通電時にはニードルは、ノズルボディの先端部を塞いでおり、この状態では燃料の噴射は行われない。アクチュエータが通電されると、ニードルの上側に設けられた弁が開いて、その弁を介して、ニードルの上側の燃料がリターン配管16(図1参照)に流れる。それに伴い、ニードル上側の圧力が下がって、ニードルが上方に移動する。その移動に伴い、ノズルボディの先端部が開いて、その先端部から燃料が噴射される。なお、リターン配管16に流れた燃料はタンクモジュール4、5に戻される。

0021

減圧弁17の開弁時にコモンレール2から放出された燃料はリザーバー23に供給される。すなわち、コモンレール2内に形成されたリターン通路2b(図2参照)とリザーバー23の間は配管22で接続されている。リザーバー23には配管22と接続した入口23aが形成されており、その入口23aがリザーバー23内の空間に導通している。リザーバー23は、コモンレール2から放出された燃料を蓄える蓄圧部である。リザーバー23には、リザーバー23内の燃料圧力を所定の最大圧力以下に調整するチェックバルブ24(逆止弁)が設けられている。さらに、リザーバー23には、リザーバー23内の燃料圧力を検出する燃圧センサ26が設けられている。

0022

チェックバルブ24は、リザーバー23の内側から外側の方向が流通を許容する順方向、外側から内側の方向が流通を禁止する逆方向となるように設けられる。チェックバルブ24は、リターン配管25を介してタンクモジュール4、5に繋がっている。チェックバルブ24が開弁する圧力、すなわちリザーバー23で蓄圧できる最大圧力は、コモンレール2の燃料圧力(数十MPa以上)より小さい圧力(例えば数MPa)に設定されている。リザーバー23内の圧力がチェックバルブ24の開弁圧力を超えた場合には、チェックバルブ24が開弁して、リザーバー23内の燃料の一部がチェックバルブ24を介してリザーバー23の外に放出される。その結果、リザーバー23内の圧力は所定の最大圧力以下に減圧される。リザーバー23から放出された燃料は、リターン配管25を介してタンクモジュール4、5に戻される。

0023

エンジンの排気通路には、排気ガスを浄化する浄化部が設けられている。その浄化部は、排気ガス中のHCやCOを酸化浄化する酸化触媒、その酸化触媒の下流に設けられて排気ガス中のPMを捕集するDPF、及び酸化触媒の下流に設けられてリーン雰囲気においてNOxを吸蔵し、リッチ雰囲気において吸蔵されたNOxを還元浄化するNOx吸蔵還元触媒(LNT:Lean NOx Trap)を含む。なお、酸化触媒とDPFは一体型、つまり酸化触媒付きのDPFであっても良い。また、NOx吸蔵還元触媒に代えて、尿素により選択的にNOxを還元するSCR触媒SCR:Selective Catalytic Reduction)が設けられたとしても良い。

0024

浄化部の上流の排気通路には、排気通路に燃料を添加する添加弁27が設けられている。添加弁27による燃料添加は、例えばDPFに捕集されたPMを燃焼除去してDPFを再生させる再生処理や、LNTに吸蔵されたNOxを還元させるためリッチ雰囲気にする還元処理のために実施される。添加弁27は、インジェクタ3と同様の構造を有し、すなわち、ニードルとそのニードルを駆動するアクチュエータとを有し、アクチュエータによりニードルが上方に移動して、その移動に伴いノズル先端から燃料を噴射する。

0025

添加弁27には、配管31を介してリザーバー23内の燃料が常時供給されるようになっている。すなわち、リザーバー23には、リザーバー23内の燃料を外に出すための出口23bが形成されており、その出口23bに配管31の一端が接続され、配管31の他端が添加弁27に接続されている。添加弁27、配管31、リザーバー23及び配管22内の燃料圧力は同一圧力(リザーバー23の圧力)となっている。

0026

エンジンシステム1にはECU28(Electronic Control Unit)が設けられている。そのECU28は、エンジンシステム1に設けられた各センサエンジン回転数センサアクセルペダルセンサなど)の検出値に基づいて、インジェクタ3による燃料噴射(燃料噴射量、噴射時期、噴射圧など)を制御する(エンジンの運転を制御する)。また、ECU28は、燃圧センサ11が検出する圧力が所定圧となるように、電動フィードポンプ5の回転を制御(電動ポンプドライバ6を制御)する。また、ECU28は、燃圧センサ15が検出するコモンレール圧が所定圧となるようにサプライポンプ9に吐出させる高圧燃料の吐出量を調整したり、減圧弁17を駆動してコモンレール圧を減圧したりする。

0027

さらに、ECU28は添加弁27による燃料添加を制御するとともに、その添加弁制御に関連して減圧弁17及びサプライポンプ9の駆動を制御することでリザーバー23の燃料圧力を制御する。以下、ECU28によるリザーバー23の圧力制御及び添加弁27の燃料添加制御を詳細に説明する。図3は、ECU28が実行する圧力制御及び燃料添加制御のフローチャートを示している。また、図4は、図3の処理に関連する各パラメータのタイミングチャートであり、上から、リザーバー23の圧力、添加弁27の駆動、サプライポンプ9の流量、減圧弁17の流量を示している。また、図4時間軸上に示した(1)〜(5)は、図3の各処理に対応しており、具体的には、(1)はS1〜S5の処理に対応し、(2)はS6の処理に対応し、(3)はS6、S7の処理に対応し、(4)はS8の処理に対応し、(5)は図3の処理終了後に対応している。図3の処理は、例えばエンジンの始動と同時に開始し、以降、所定周期で繰り返し実行される。

0028

図3の処理を開始すると、ECU28は、先ず燃圧センサ26が検出するリザーバー23の圧力が所定圧力未満か否かを判断する(S1)。この所定圧力は、状況に応じて変化させても良いし、予め定められた一定値であっても良い。図4の最上段の図には、所定圧力のライン101及びチェックバルブ24の開弁圧力のライン102を図示している。S1の所定圧力は、チェックバルブ24の開弁圧力よりも低い値に設定される(図4参照)。

0029

S1の所定圧力を変化させる場合には、ECU28は、例えばエンジンの運転状態(例えばエンジン回転数エンジン負荷(インジェクタ3の噴射量の指令値)など)、排気ガスの状態(排気温度排気流量など)や、浄化部でどういう処理を行うかに基づいて、所定圧力を設定する。例えば、排気温度が低い時には、添加弁27から噴射された燃料が蒸発しにくいので、リザーバー23の最低圧力(所定圧力)を高くして添加弁27の噴射圧を高くすることで、燃料を蒸発しやすくできる。また、例えば、浄化部としてのLNTにおいてNOxの還元処理を行う場合には、短時間でリッチ雰囲気にする必要があるため、リザーバー23の最低圧力(所定圧力)を高くして添加弁27の噴射率(単位時間当たりの噴射量)を高くする。

0030

リザーバー23の圧力が所定圧力以上の場合には(S1:No)、リザーバー23の圧力の昇圧を行う必要が無いとして、S7に進む。これに対し、リザーバー23の圧力が所定圧力未満の場合には(S1:Yes)、S2〜S6の処理によりリザーバー23の圧力の昇圧を行う。なお、図4では、リザーバー23の圧力が所定圧力未満の例を示している。

0031

リザーバー23の圧力の昇圧においては、先ず、リザーバー23の目標圧力(添加弁27の目標噴射圧)を設定して、その目標圧力と、燃圧センサ26の検出値(リザーバー23の圧力)の圧力差ΔPを算出する(S2)。ここで、S1において状況に応じた所定圧力を設定した場合には、その所定圧力を、S2の目標圧力とする。S1の所定圧力を一定値とした場合には、S2では、例えばエンジンの運転状態、排気ガスの状態や、浄化部でどういう処理を行うかに基づいて目標圧力を設定する。なお、本実施形態では、状況に応じて目標圧力を変化させる例を説明しているが、目標圧力は予め定められた一定値であっても良い。

0032

次に、圧力差ΔPと以下に示す式1とに基づいて、リザーバー23の圧力をS2で得られた圧力差ΔPだけ昇圧するのに必要な燃料の量(昇圧必要量)を算出する(S3)。式1は、圧力Pとひずみ(ΔV/V)との公知の関係式(P=E・ΔV/V)から得られる式である。式1において、ΔVはリザーバー23内の燃料の体積変化量、つまり昇圧必要量を示している。また、Vはリザーバー23内の燃料の容積を示し、Eはリザーバー23内の燃料の体積弾性係数を示している。ΔPはリザーバー23内の燃料の圧力変化量、つまりS2で得られた圧力差を示している。なお、体積弾性係数とは、物体に圧力を加えたとき、増加した圧力をそれに伴う体積減少の割合で割ったものであり、圧縮率逆数である。
ΔV=V×ΔP/E ・・・(式1)

0033

式1は、リザーバー23内の圧力をΔPだけ増加したときに、燃料の体積がΔVだけ減少することを意味する。このことは、リザーバー23に燃料をΔVだけ供給して、その供給前の燃料の体積を強制的にΔVだけ減少させることで、圧力がΔPだけ上昇することを意味する。

0034

式1中の容積Vは、リザーバー23の容積として予め定められた値を用いれば良い。ΔPはS2で得られた値を用いれば良い。体積弾性係数は圧力が高いほど大きい値になる傾向がある。そこで、体積弾性係数とリザーバー23の圧力との関係を予め調べて、ECU28内のメモリに記憶してき、燃圧センサ26の検出値に対応する体積弾性係数Eをその関係から求める。なお、体積弾性係数Eは予め定められた一定値としても良い。

0035

式1から昇圧必要量ΔVを求めた後、次に、昇圧必要量ΔVに基づいて、減圧弁17を介してコモンレール2から放出させる燃料の量(減圧流量)を算出する(S4)。ここでは、S3で得られた昇圧必要量ΔVをそのまま減圧流量として設定する。

0036

次に、昇圧必要量ΔV(減圧流量)に基づいて、サプライポンプ9の燃料吐出量ポンプ吐出量)を算出する(S5)。具体的には、インジェクタ3の噴射により定まる吐出量(インジェクタ3の噴射を補填する吐出量)に、昇圧必要量ΔVがコモンレール2から放出された際のコモンレール圧の減少分を打ち消す吐出量、つまり昇圧必要量ΔVを加えたポンプ吐出量を算出する。

0037

次に、減圧弁17及びサプライポンプ9を駆動して、リザーバー23の圧力の昇圧を実施する(S6)。具体的には、コイル18(図2参照)の通電により減圧弁17を開弁して、S4で得られた減圧流量の分の燃料を、コモンレール2から放出(リリース)させる(図4の時間(2)における減圧弁流量の図参照)。このとき、コモンレール圧は、リザーバー23の圧力よりも高圧となっているので、コモンレール2からリザーバー23に向けて燃料を流すことができ、リザーバー23内に、減圧流量の分の燃料を導入することができる。この燃料の導入により、図4の(2)の時間で示すように、リザーバー23の圧力を所定圧力以上まで昇圧させることができる。また、仮にチェックバルブ24の開弁圧力を超えた場合(オーバーシュートした場合)には、即座にチェックバルブ24が開弁するので、図4の(2)の時間で示すように、リザーバー23の圧力をチェックバルブ24で規定される所定の最大圧力(チェックバルブ24の開弁圧力)以下に抑えることができる。

0038

なお、コモンレール圧に応じて、減圧弁17から放出される単位時間当たりの燃料量が変わってくる。そこで、コモンレール圧と、減圧弁17から放出される単位時間当たりの燃料量との関係をECU28内のメモリに記憶しておく。そして、S6では、その関係と現在のコモンレール圧とから、減圧弁17から放出される単位時間当たりの燃料量を求める。その単位時間当たりの燃料量と、S4で得られた減圧流量とから、減圧弁17の開弁時間を設定する。

0039

また、S6では、S5で得られたポンプ吐出量の分の燃料をサプライポンプ9から吐出させる(図4の時間(2)におけるサプライポンプ流量の図参照)。これによって、コモンレール圧の減圧を抑えて、コモンレール圧を所定圧力に保持できる。

0040

なお、サプライポンプ9はエンジンのクランクを動力源としているが、エンジン回転数が低いときなど、1回の昇圧処理(S4〜S6の処理)ではリザーバー23の圧力を所望の圧力まで昇圧できない場合には、1回あたりの減圧流量や、ポンプ吐出量を小さくしてS4〜S6の処理を実行し、リザーバー23の圧力が所望の圧力に昇圧するまで、このS4〜S6の処理を繰り返しても良い。

0041

また、S6では、燃圧センサ26の検出値をモニターしながら、その検出値に基づいて減圧弁17を駆動しても良い。この場合には、S3の昇圧必要量及びS4の減圧流量の算出を省略できる。同様に、S6では、燃圧センサ15の検出値をモニターしながら、その検出値に基づいてサプライポンプ9を駆動しても良い。この場合には、昇圧必要量の算出(S3の処理)及び昇圧必要量に応じたポンプ吐出量の算出(S6の処理)を省略できる。

0042

なお、S1〜S6の処理を実行するECU28、減圧弁17及びチェックバルブ24が本発明の調整手段に相当する。S1〜S6の処理を実行するECU28が本発明の制御手段に相当する。また、チェックバルブ24が本発明の減圧手段に相当する。また、図4のライン101、102間の圧力が本発明の所定の圧力レベルに相当する。

0043

リザーバー23の圧力を昇圧した後、又は、リザーバー23の圧力がもともと所定圧力以上の場合(S1:No)には、次に、添加弁27の燃料添加の可否判定を行う(S7)。具体的には、例えば、DPFに捕集されたPMの量をDPFの前後差圧などから推定して、そのPM量が所定量に達した場合に、DPFの再生処理が必要であるとして燃料添加を「可」と判定する。これに対し、PM量が所定量未満の場合には、未だDPFの再生処理をする必要がないとして、燃料添加を「否」と判定する。また、例えば、LNTの前後のNOx量などからLNTのNOx浄化率を推定して、NOx浄化率が所定値以下に低下した場合には、LNTに吸蔵されたNOxの還元処理が必要であるとして燃料添加を「可」と判定する。これに対して、NOx浄化率が所定値を超えている場合には還元処理は未だ必要ではないとして、燃料添加を「否」と判定する。

0044

燃料添加を「否」と判定した場合には(S7:No)、図3の処理を終了する。燃料添加を「可」と判定した場合には(S7:Yes)、図4の時間(4)で示すように、添加弁27を駆動して、排気通路への燃料添加を実施する(S8)。これによって、DPFの再生処理やLNTの還元処理を実施できる。なお、添加弁27による燃料添加により、リザーバー23内の燃料の容積が減少することで、図4に示すように、リザーバー23の圧力は低下するが、次回の図3の処理により、図4のライン101、102の間の圧力に昇圧される。S8の処理の後、図3の処理を終了する。

0045

以上説明したように、本実施形態によれば、コモンレール2の減圧弁17から放出された燃料を、リザーバー23においてコモンレール圧とは異なる圧力レベルで蓄圧し、その蓄圧した燃料を添加弁27に供給する。よって、電動フィードポンプ5やサプライポンプ9に内蔵されたフィードポンプから添加弁に燃料を供給する構成に比べて、より高圧の燃料添加が可能となり、より広範囲の圧力域での燃料添加が可能となる。チェックバルブ24の開弁圧力をコモンレール圧に近い圧力まで上げることで、原理的には、リザーバー23にはコモンレール圧に近い圧力まで蓄圧が可能となる。また、減圧弁17の減圧流量を調整することで、リザーバー23の圧力を、チェックバルブ24の開弁圧力を上限として任意の圧力に保持できる。このように、広範囲の圧力域での燃料添加が可能となることで、例えば添加弁27の噴射圧をより高圧にできる。高圧にすることで、例えばLNTの還元処理では、短時間でリッチ雰囲気にすることができる。

0046

また、リザーバー23には、減圧弁17の駆動時のみに燃料が供給されるので、チェックバルブ24を介してリザーバー23からタンクモジュール4、5に戻す燃料の量を抑制でき、つまり、リザーバー23への無駄な燃料供給を抑制できる。また、リザーバー23にはチェックバルブ24が設けられているので、リザーバー23の圧力が高くなりすぎるのを防ぐことができる。

0047

また、コモンレール2の圧力はエンジン回転数の影響が少ないので、エンジン回転数が低い時にも、リザーバー23には所望の圧力レベルに迅速に蓄圧でき、添加弁27には所望の圧力レベルの燃料を迅速に供給できる。これに対して、サプライポンプ9に内蔵されたフィードポンプを用いて、添加弁27の燃料を昇圧する構成では、エンジン回転数が低い時には添加弁27への高圧供給が難しい。

0048

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載を逸脱しない限度で種々の変更が可能である。以下、本発明の変形例を説明する。

0049

(変形例1)
図1のエンジンシステム1においては、添加弁27の噴射量が大きいと、リザーバー23の圧力が大幅に低下し、リザーバー23の圧力の大幅な低下により添加弁27から噴射した燃料噴霧が悪化(燃料の液滴の径が大きくなってしまう)し、燃料噴霧の悪化による性能低下が懸念される。燃料噴霧の悪化を抑えるためには、添加弁27の噴射圧(噴射時のリザーバー23の圧力)は所定の最低圧力(例えば0.5MPa)以上とする必要がある。また、添加弁27の噴射時に、リザーバー23の圧力低下を抑えて所定の最低圧力を下回らないようにするように、リザーバー23の容積を設定する必要がある。リザーバー23の容積を大きくすれば、リザーバー23の圧力低下を抑えることができるが、車両に搭載することを考えると、リザーバー23の容積を大きくするのにも限度がある。

0050

そこで、ここでは、リザーバー23の容積が小さい場合でも、噴射時のリザーバー23の圧力低下を抑制することを考える。上記式1を、容積Vについての式に変形すると、以下の式2となる。式2において、ΔPは、図4のリザーバー圧力の図に示すように、噴射前後の圧力差を意味する。また、ΔVは、添加弁27の燃料噴射によるリザーバー23内の燃料の容積変化量容積減少量)を意味する。Eはリザーバー23内の燃料の体積弾性係数を意味し、Vはリザーバー23の容積を意味する。
V=(E×ΔV)/ΔP ・・・(式2)

0051

式2より、リザーバー23の容積を小さくするためには、(1)体積弾性係数Eを小さくする、(2)容積変化量ΔV(添加弁27の噴射量)を少なくする、(3)圧力差ΔPを大きくする、の3手法が考えられる。そのうち、(2)の手法は、添加弁27の噴射量を少なくすると、DPFの再生やNOxの還元に支障をきたすので実施できない。以上より図5に示すように、リザーバー23内の燃料の体積弾性係数Eが小さいほど、又は噴射前後の圧力差ΔPが大きいほど、噴射時に所定の最低圧力以上に保持するという設計要件を満たすリザーバー23の容積を小さくできる。圧力差ΔPに関しては、噴射開始時のリザーバー23の圧力を高くすることで、圧力差ΔPを小さくできる。

0052

以下、リザーバー23内の燃料の体積弾性係数を小さくする方法を説明する。体積弾性係数が大きい物体(固定、液体等)に対し体積弾性係数が小さい物体(気体、ゴム等の弾性体、ダンパー構造体など)を同じ空間に入れることで、体積弾性係数が大きい物体の体積弾性係数を大幅に低下させることができる。すなわち、図6図7に示すように、リザーバー23内の空間(燃料中)に、燃料に接触する形で、燃料よりも体積弾性係数が小さい気体30やダンパー構造体32を封入することで、燃料の体積弾性係数を下げることができる。

0053

図6の例において、添加弁27の噴射前では、気体30は、リザーバー23内の燃料の圧力を受けて、収縮した状態30aに変形している。添加弁27の噴射時では、噴射量の分だけリザーバー23内の燃料の容積が減少し、その減少に追従するように気体30は伸びた状態30b(膨張した状態)に変形する。この気体30の伸び変形により、噴射前後の燃料の容積変化に伴う圧力低下を抑えることができる。すなわち、気体30が伸びた状態30bとなることで、リザーバー23内の燃料が占める空間を噴射前に比べて小さくでき、空間が小さくなることで、燃料の圧力低下を抑えることができる。

0054

気体30は、リザーバー23内に予め封入しておいても良いし、リザーバー23に燃料とともに空気を供給して、その空気をリザーバー23内に保持させて、その保持した空気を気体30としても良い。なお、リザーバー23への燃料供給に伴い空気がリザーバー23に混入することがあるので、その混入した空気をリザーバー23内に保持させても良いし、空気が混入しない場合又は混入量が少ない場合には、意図的に空気をリザーバー23に供給しても良い。

0055

リザーバー23に供給された空気をリザーバー23内に保持させるには、例えば図6に示すように、リザーバー23の出口23bを入口23aよりも重力方向の上側に設けるとともに、リザーバー23の上部(重力方向の上部)に、リザーバー23に供給された空気の保持スペースを設ける。その保持スペースより重力方向下側に出口23bを設ける。これによれば、燃料はリザーバー23内の下側から溜まっていくのに対し、空気は、燃料に比べて軽いので、燃料の上側に進行して、リザーバー23の上部の保持スペースに溜まる。出口23bは保持スペースより下側に設けられるので、保持スペースに溜まった空気は出口23bからリザーバー23外に流出しにくくできる。

0056

なお、図6の例では、気体30は空気以外の気体であっても良いし、気体30の代わりに、ゴム等の弾性体をリザーバー23内に封入しても良い。

0057

図7の例では、リザーバー23内に、バネ33及び可動板34とを有したダンパー構造体32が設けられる。可動板34は、リザーバー23の出口23bの上側の位置において、燃料が溜まる空間を閉塞するように上下に移動可能に設けられる。バネ33は、可動板34の背面側(燃料と反対側)において、可動板34を下方向に付勢する形で設けられる。

0058

添加弁27の噴射前では、ダンパー構造体32は、リザーバー23内の燃料の圧力を受けて、バネ33が縮んだ状態となる。添加弁27の噴射時では、噴射量の分だけリザーバー23内の燃料の容積が減少し、その減少に追従するようにダンパー構造体32(バネ33)は伸びて、可動板34は下方向(燃料を圧縮する方向)に変位する。可動板34が燃料を圧縮する方向に変位することで、リザーバー23内の燃料が占める空間を噴射前に比べて小さくでき、空間が小さくなることで、燃料の圧力低下を抑えることができる。

0059

図8は、リザーバー23内に入れるダンパー機能(図7のダンパー構造体32のダンパー能力)やエア混入率(図6の気体30の量)により、リザーバー23内の燃料の体積弾性係数がどのように変化するかを示した図である。図8に示すように、ダンパー機能やエア混入率が大きいほど、燃料の体積弾性係数を小さくできる。燃料の体積弾性係数を小さくできることで、噴射前後のリザーバー23内の圧力低下を抑えることができ、またリザーバー23の容積を小さくできる(図5参照)。このように、気体30やダンパー構造体32は、リザーバー23内の燃料の圧力が大きい時には蓄圧し、燃料の圧力が低下した時には蓄圧エネルギーに基づいてリザーバー23内の容積を小さくするアキュムレータとして機能する。

0060

図6の気体30や図7のダンパー構造体32(バネ33)の体積弾性係数は、燃料の体積弾性係数より小さければどのような値でも良いが、図5に示すように小さい値ほどリザーバー23の容積を小さくできる。なお、気体30、ダンパー構造体32が本発明の伸縮部に相当する。

0061

(その他変形例)
上記実施形態では、コモンレール2の減圧弁17の開閉及びリザーバー23のチェックバルブ24により、リザーバー23の圧力を調整していたがこれに限定されない。例えば、減圧弁17を介さずにコモンレール2とリザーバー23とを常時導通状態に接続しても良い。これによれば、コモンレール2からリザーバー23には常時燃料が供給されるが、リザーバー23にはチェックバルブ24が設けられるので、そのチェックバルブ24の開弁圧力以下にリザーバー23の圧力を保持できる。

0062

また、例えば、開弁圧力が固定のチェックバルブ24に代えて、コモンレール2の減圧弁17と同様の、ECUの制御により開閉弁可能な減圧弁をリザーバーに設け、その減圧弁により、リザーバーの圧力を調整しても良い。これによっても、リザーバーの圧力を任意の圧力にできる。リザーバーに減圧弁を設ける場合には、コモンレールとリザーバーとを常時導通状態に接続しても良い。また、コモンレールとリザーバーとを接続する配管に、配管内の圧力(リザーバーの圧力に相当)を調整するための減圧弁やチェックバルブを設けても良い。また、リザーバー内に、燃料蓄積空間の周壁の一部を構成するように可動壁を設けて、その可動壁の位置を制御して、燃料蓄積空間の容積を変更することで、リザーバーの圧力を調整しても良い。

0063

2コモンレール
3インジェクタ
17減圧弁
23リザーバー
24チェックバルブ
27添加弁
28 ECU

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