JP2006220083A - Fuel injection device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料噴射装置に関し、例えば内燃機関に二種類の燃焼に係わる流体を噴射供給する燃料噴射装置に適用して好適なものである。 The present invention relates to a fuel injection device, and is suitable for application to, for example, a fuel injection device that injects and supplies two types of combustion fluids to an internal combustion engine.
近年、内燃機関、例えばディーゼルエンジンの分野では、ゼオライト系のNOx触媒を用い、還元剤の供給下でNOxを浄化処理する技術が注目されつつある。還元剤としてはアンモニア(NH3)や尿素((NH2)2CO)などがある。アンモニアに比べて毒性のない尿素が車両用エンジン等への適用が容易なため、採用のための検討が進められている(特許文献1等参照)。 In recent years, in the field of internal combustion engines, for example, diesel engines, a technique for purifying NOx using a zeolite-based NOx catalyst and supplying a reducing agent has been attracting attention. Examples of the reducing agent include ammonia (NH 3 ) and urea ((NH 2 ) 2 CO). Since urea, which is less toxic than ammonia, can be easily applied to a vehicle engine or the like, studies are being conducted for its use (see Patent Document 1).
特許文献1の開示する技術では、エンジンの下流の排気管に設けられた過給装置のタービンハウジング内に尿素を噴射させる装置を設けている。なお、一般に、NOx触媒を有する触媒部は、過給装置の下流側に配置されている。触媒部は、NOxの浄化効率を高めるため、触媒温度を所定の高温域に高められている必要がある。
しかしながら、特許文献1による従来技術では、過給装置で尿素を噴射させることにより、触媒部へ導かれる燃焼ガスつまり排気ガスの温度を下げることになるので、触媒部の触媒温度を高めるために、燃焼後期に燃料を噴射供給させ排気温度を高める必要がある。場合によっては、その燃料ロスによる燃費の悪化が3〜4%程度になるという問題がある。
However, in the conventional technique according to
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、尿素噴射を行なう内燃機関に燃料を噴射供給するものにおいて、尿素噴射による燃費ロスを防止する燃料噴射装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a fuel injection device that prevents fuel loss due to urea injection in an internal combustion engine that performs urea injection. There is to do.
本発明は、上記目的を達成するために以下の技術的手段を備える。 In order to achieve the above object, the present invention comprises the following technical means.
即ち、請求項1乃至7記載の発明では、燃焼室から燃焼ガスを排出する排気通路と、排気通路内に設けられ、燃焼ガスを浄化する触媒部とを備え、燃焼ガスを燃焼室から排出するとともに、燃焼ガスの熱エネルギで触媒部を活性化させる内燃機関に用いられ、燃料および尿素を燃焼室内に噴射させて、燃焼室内にて燃料噴射により生じる燃焼ガスと尿素噴射により生じる尿素噴霧とを混合させる噴射手段を備えることを特徴としている。 That is, according to the first to seventh aspects of the present invention, the exhaust passage for discharging the combustion gas from the combustion chamber and the catalyst portion provided in the exhaust passage for purifying the combustion gas are provided, and the combustion gas is discharged from the combustion chamber. At the same time, it is used in an internal combustion engine that activates the catalyst portion with the thermal energy of the combustion gas, and injects fuel and urea into the combustion chamber to generate combustion gas generated by fuel injection in the combustion chamber and urea spray generated by urea injection. It is characterized by comprising an injection means for mixing.
これにより、尿素は、排気管中の燃焼ガスではなく、燃焼室内に生成されている燃焼ガスに噴射されるので、触媒部へ導かれる燃焼ガス温度を上昇させるために燃焼後期に燃料を噴射する燃費ロスを防止できる。 As a result, urea is injected not to the combustion gas in the exhaust pipe but to the combustion gas generated in the combustion chamber, so that fuel is injected in the later stage of combustion in order to increase the temperature of the combustion gas guided to the catalyst unit. Fuel consumption loss can be prevented.
特に、請求項2に記載の発明では、噴射手段は、燃料と尿素とを個別の流入経路を有して噴射させる1つの燃料噴射弁であることを特徴としている。
In particular, the invention according to
これによると、燃料と尿素は同一の燃料噴射弁から噴射されるので、燃料噴射により燃料噴射方向に生成される燃焼ガスに向かって尿素を噴射することができる。 According to this, since fuel and urea are injected from the same fuel injection valve, urea can be injected toward the combustion gas generated in the fuel injection direction by fuel injection.
また、請求項3に記載の発明では、燃焼室内へ燃料および尿素を噴射する噴射時期は、燃料の噴射開始後に尿素を燃料とオーバラップして噴射、燃料の噴射終了後に尿素の噴射開始、および燃料と尿素の同時噴射のうちのいずれかであることを特徴としている。 In the invention according to claim 3, the injection timing for injecting the fuel and urea into the combustion chamber is such that urea is overlapped with the fuel after the fuel injection is started, urea is started after the fuel injection is completed, and It is one of simultaneous injection of fuel and urea.
これにより、噴射される燃料のうち、燃焼ガスを生成予定の燃料噴霧と尿素を混合、もしくは燃料の着火により生成した燃焼ガス中のNO等の窒素酸化物と尿素を還元反応させることができる。なお、燃焼ガスを生成予定の燃料噴霧と尿素を混合するので、尿素は燃焼ガスと効率的に混合できる。 As a result, of the injected fuel, it is possible to reduce the nitrogen oxides such as NO and the urea in the combustion gas generated by mixing the fuel spray that is to generate the combustion gas and urea or by ignition of the fuel. In addition, since the fuel spray for generating the combustion gas and urea are mixed, urea can be efficiently mixed with the combustion gas.
また、請求項4に記載の発明では、噴射手段は、燃焼室内に生成する燃焼ガス中のNOの生成量がほぼ飽和するときに、尿素を噴射することを特徴としている。 According to a fourth aspect of the present invention, the injection means injects urea when the NO generation amount in the combustion gas generated in the combustion chamber is substantially saturated.
これにより、燃焼室内で生成され、その生成量が飽和したNOと、尿素を還元することができる。 As a result, NO produced in the combustion chamber and saturated in the production amount and urea can be reduced.
また、請求項5に記載の発明では、噴射手段は、燃焼室内に生成する燃焼ガス中のNOの生成量が増加する過程で、尿素を噴射することを特徴としている。 Further, the invention according to claim 5 is characterized in that the injection means injects urea in the process of increasing the amount of NO generated in the combustion gas generated in the combustion chamber.
これにより、燃焼ガス中で生成されるNOラジカルと尿素を反応させられる。 Thereby, the NO radical produced | generated in combustion gas and urea can be made to react.
また、請求項6に記載の発明では、噴射手段は、内燃機関の燃焼サイクル中の排気行程直前に、尿素を噴射することを特徴としている。
In the invention according to
一般に、排気管中に尿素を噴射する場合、排気管中のガス流の乱れは小さいため、尿素が均一に混合せずに還元反応が生じ、NOの還元率が低下するおそれがある。 In general, when urea is injected into the exhaust pipe, since the turbulence of the gas flow in the exhaust pipe is small, the urea does not mix uniformly and a reduction reaction occurs, which may reduce the NO reduction rate.
これに対して請求項6に記載の発明では、排気行程直前に尿素を噴射するので、排気行程で燃焼室から触媒部へ向かう燃焼ガスと尿素の混合の促進が図れる。
On the other hand, in the invention described in
また、請求項7に記載の発明では、噴射手段は、内燃機関の運転状態により生成されるNOの生成量を予め予測し、この生成量に基づいて前記尿素を噴射する尿素噴射量を決定することを特徴としている。 In the invention according to claim 7, the injection means predicts in advance the amount of NO generated by the operating state of the internal combustion engine, and determines the urea injection amount for injecting the urea based on this generation amount. It is characterized by that.
これにより、尿素の無駄噴射の防止が図れる。 As a result, wasteful injection of urea can be prevented.
以下、本発明の燃料噴射装置を、具体化した実施形態を図面に従って説明する。
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments in which a fuel injection device of the present invention is embodied will be described with reference to the drawings.
(第1の実施形態)
図1は、本実施形態の燃料噴射装置の構成を示す模式的断面図である。図2は、図1の燃料装置を適用する内燃機関を示す模式図である。図3は、図1中の燃料噴射装置に係わる弁部の主要部を示す部分的断面図である。図4は、図1中の弁部の開閉状態を説明する図であって、内側ニードルが閉弁し、外側ニードルが開弁している状態を示す部分断面図である。図5は、図1中の弁部の開閉状態を説明する図であって、外側ニードルが開弁している状態を示す部分断面図である。図6は、図1中の駆動装置の一実施例を示す模式的断面図である。なお、図3における弁部の開閉状態は、内側ニードルおよび外側ニードルが閉弁している状態を示している。また、図8は、燃料噴射装置に係わる弁部から噴射される燃料および尿素の噴霧の一実施例を示す模式図であって、図8(a)は燃料の噴霧状態、図8(b)は尿素の噴霧状態を示す模式的断面図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the fuel injection device of the present embodiment. FIG. 2 is a schematic diagram showing an internal combustion engine to which the fuel device of FIG. 1 is applied. FIG. 3 is a partial cross-sectional view showing the main part of the valve portion related to the fuel injection device in FIG. 1. FIG. 4 is a view for explaining the open / closed state of the valve portion in FIG. 1, and is a partial cross-sectional view showing a state in which the inner needle is closed and the outer needle is opened. FIG. 5 is a diagram for explaining the open / closed state of the valve portion in FIG. 1, and is a partial cross-sectional view showing a state in which the outer needle is opened. FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing an embodiment of the drive device in FIG. In addition, the open / closed state of the valve portion in FIG. 3 indicates a state in which the inner needle and the outer needle are closed. FIG. 8 is a schematic view showing an embodiment of fuel and urea spray injected from a valve portion related to the fuel injection device, in which FIG. 8 (a) is a fuel spray state, and FIG. 8 (b). FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a sprayed state of urea.
図1に示す燃料噴射装置1は、図示しない内燃機関の気筒の燃焼室に直接噴射するように構成されている。詳しくは、燃料噴射装置1は、図2に示すように、燃料の噴射供給により動力を得る内燃機関100、特にディーゼルエンジンに用いられ、例えば多気筒(例えば4気筒)ディーゼルエンジン(以下、エンジンと呼ぶ)100に用いられている。このエンジン100は、燃料噴射装置1と、燃焼室106から燃焼ガスを排出する排気通路としての排気管102と、排気管102内に設けられる触媒部120とを備えている。
A
触媒部120は、ゼオライト系のNOx触媒等の触媒を有しており、燃焼室106から排気管102に排出された燃焼ガスを浄化する。この触媒は、高温状態下で、燃焼ガス中の有害成分(NOx)を酸化もしくは還元反応させて無害化するものであり、その浄化能力を有効に発揮させるためには、触媒の温度をいわゆる活性温度まで上昇させる必要がある。そのため、エンジン100は、燃焼ガスを燃焼室106から排気管を経由し触媒部120へ導くとともに、その燃焼ガスの熱エネルギで触媒の温度を上昇させ、触媒部120を活性化させるようにしている。
The
なお、以下本実施形態では、NO、NO2、NOxガスの総称として、以降文にてNOガスと呼ぶ。 Hereinafter, in the present embodiment, the NO, NO 2 , and NOx gas are collectively referred to as “NO gas” hereinafter.
燃料噴射装置1は、二種類の流体A、Bを噴射する燃料噴射弁2と、燃料噴射弁2に供給する加圧された高圧流体A、Bを蓄圧する蓄圧器としてのコモンレール5と、コモンレール5に加圧された流体A、Bを供給する高圧ポンプ6と、制御手段としてのECU90とを備えている。なお、二種類の流体A、Bは、液体と液体、液体と気体、気体と気体いずれの組合せであってもよく、燃焼に係わる流体であればよい。なお、以下の本実施形態の説明では、液体と液体の組合せとする。
The
燃料噴射弁2は、略円筒形状であり、図示しない燃料導入部(図中の燃焼に係わる燃料等の流体流入を示す矢印方向)から流体A、Bを受け、内部の燃料通路23、24を経由して先端から流体A、Bを噴射する。燃料噴射弁2は、流体A、Bの噴射を遮断および許容する弁部と、弁部を駆動する駆動装置80(図6参照)とを備えており、燃料導入部から燃料通路内に流入した流体A、Bを弁部からエンジンの気筒に噴射供給する。なお、高圧ポンプ6から燃料配管を通ってコモンレール5に供給された高圧流体A、Bは、コモンレール5内で一定の高圧に蓄圧され、燃料配管を通って各気筒に配置された燃料噴射弁2の燃料導入部に導入される。導入された流体のうち余剰流体は図示しない燃料出口部(図6中の燃料リターンを示す矢印方向)を経由して燃料タンク7へ戻される。なお、高圧ポンプ6は、エンジンの回転数、負荷、吸入燃料圧力、吸入空気量、冷却水の温度等に従って流体A、Bの吐出圧を調整するように設けられている。
The
なお詳しくは、燃料噴射弁2には、二種類の流体として燃料と尿素が供給されており、図1に示すように、二種類の流体A、Bのうち、流体Aは燃料タンク7a、高圧ポンプ6a、コモンレール5aの燃料経路で上記内部燃料通路24に供給される。一方、流体Bは燃料タンク7b、高圧ポンプ6b、コモンレール5bの燃料経路で上記内部燃料通路23に供給される。
More specifically, fuel and urea are supplied to the
なお、ここで、流体Aおよび流体Bは、それぞれ特許請求範囲に記載の燃焼に係わる二種類の流体を構成しており、流体Aは尿素、流体Bは燃料である。尿素は尿素水溶液として燃料タンク7bに貯留されている。
Here, the fluid A and the fluid B respectively constitute two kinds of fluids related to combustion described in the claims, and the fluid A is urea and the fluid B is fuel. Urea is stored in the
駆動装置80は、外側ニードルとしての第1ニードル50および内側ニードルとしての第2ニードル60を独立的に駆動可能なものであればよく、図6に示す周知の電磁弁などの電磁駆動部の構造に限らず、圧電素子等の通電により伸縮する駆動部材であってもよい。なお、以下の実施形態で説明する駆動装置80は、電磁弁とする。
The driving
燃料噴射弁2は、図1および図3に示すように、ノズルボディ11、ノズルボディ11内に往復移動可能に収容されている第1ニードル50と第2ニードル60、および電磁弁80とから構成されている。なお、ノズルボディ11、第1ニードル50、および第2ニードル60は、流体A、Bの噴射を遮断および許容する弁部を構成する。電磁弁80は、弁部を油圧により駆動する電磁駆動部を構成する。なお詳しくは、ノズルボディ11と第1ニードル50と第2ニードル60は、流体A、Bの流通および遮断を行なう弁部の本体(以下、ノズル本体と呼ぶ)10を構成する。ノズル本体10は、上記燃料導入部を有する弁ハウジング20にリテーニングナット19などの締結部材によって結合されている。
As shown in FIGS. 1 and 3, the
ノズルボディ11は、図1に示すように、有底の略中空円筒状体であって、内部に第1ニードル50および第2ニードル60を往復移動可能に収容する案内孔11aと、弁座12と、噴孔30、40とが形成されている。この案内孔11aは、ノズルボディ11の内部に軸方向に延びており、第1ニードル50および第2ニードル60を軸方向移動可能に収容している。また、案内孔11aは、一方の端部側が圧力制御室としての背圧室70に接続し、他方の端部側が弁座12に接続している。
As shown in FIG. 1, the
弁座12は、図1および図3に示すように、略円錐面状に形成されており、弁座12の流体流れの下流側には、第1噴孔30、第2噴孔40が形成されている。なお、第2ニードル60の下端面65と弁座12とで区画されるサック部18を有している。サック部18は、ノズルボディ11の先端側に袋状に小空間の容積をもって形成されるサックホールである。なお、ここで、サック部18は、袋状の所定の空間容積を有するサック室を構成する。
As shown in FIGS. 1 and 3, the
なお、ここで弁座12は、内側ニードルとしての第2ニードル60および外側ニードルとしての第1ニードル50が離座および着座する各弁座を構成している。なお、弁座12および案内孔11aは、ノズルボディ11の内周を構成している。
Here, the
弁座12に、第1ニードル50の当接部(以下、第1当接部と呼ぶ)51が当接および離間可能に配置されている。また、弁座12に、第2ニードル60の第2当接部61が当接および離間可能に配置されている。当接部61はいわゆる線シール部であって、理論的には円の形状である。当接部51はいわゆる面シール部であって、円錐台面の形状をしている。
An abutting portion (hereinafter referred to as a first abutting portion) 51 of the
なお、ここで、当接部51、61と、弁座12は、当接部51、61が弁座12に当接、離間することで、図3、図4、および図5に示すように、流体A、Bの流れを遮断および許容する第1シール部S1、第2シール部S2を構成している。当接部5の弁座12への着座により第1シール部S1は、第1ニードル50の閉弁時に、第1噴孔30の流体流れの上流側位置および下流側位置をシートするシート部を構成している。当接部61の弁座12への着座により第2シール部S2は、第2ニードル60の閉弁時に、第2噴孔40の流体流れの上流側位置をシートするシート部を構成している。
Here, as shown in FIGS. 3, 4, and 5, the
噴孔30、40は、図1および図3に示すように、ノズルボディ11の内外を連通する通路として形成される。なお、ここで、噴孔(以下、第1噴孔と呼ぶ)30は、第1シール部S1の下流側に配置され、第1シール部S1により遮断および許容される燃料を噴射する第1の燃料噴射手段を構成する。また、噴孔(以下、第2噴孔と呼ぶ)40は、第2シール部S2の下流側に配置され、第2シール部S2により遮断および許容される燃料を噴射する第2の燃料噴射手段を構成する。
As shown in FIGS. 1 and 3, the nozzle holes 30 and 40 are formed as a passage communicating between the inside and the outside of the
なお、本実施形態では、第1噴孔30と第2噴孔40は、第1噴孔30の軸と第2噴孔40の軸とが流体噴射の下流方向で交差するように構成されていることが好ましい。これにより、第1噴孔30から噴射される流体の噴霧と第2噴孔40から噴射される流体の噴霧が燃焼室内の所定の同一領域内に到達するようにすることができる。これにより、第2噴孔40から噴射される尿素は、NO濃度が高く、O2濃度の低い燃焼領域へ噴射される。
In the present embodiment, the
油溜り室14は、図1に示すように、案内孔11aを形成する内壁中途部で、環状の凹部に形成されている。この油溜り室14には、流体Bが供給される燃料供給通路23が接続されている。
As shown in FIG. 1, the
第1ニードル50は略円筒状に形成されており、所定の隙間(第1隙間)を介して案内孔11aに遊嵌されている。第1ニードル50の反噴孔側には、背圧室70内の油圧を受ける第1上端面53が形成され、第1ニードル50の噴孔側には、第1弁座12bに対向し、略円錐状の第1下端面55が形成されている。第1下端面55は、弁座12に対して平行に対向して配置されている。第1当接部51が弁座12に着座および離座することにより、第1ニードル50が閉弁および開弁され、従って第1噴孔30からの流体Bの遮断および許容がなされる。なお、第1下端面55と弁座12の間には、着座および離座により伸縮する隙間(第1隙間)が形成され、第1隙間としての燃料通路16が形成されている。
The
第1上端面53と背圧室70との間には、背圧室70を形成するスリーブ18が配置されており、スリーブ18と、ニードル50側に固定される座58との間に、付勢手段としての第1スプリング59が配置されている。第1スプリング59は、弁座12に着座する着座方向にスプリング座部58を付勢するように構成されている。背圧室70内の圧力を調整することにより、第1ニードル50を軸方向に往復移動される。なお、第1ニードル50の外周と、その外周に対向するノズルボディ11の案内孔11aの内周との間には、所定の隙間(以下、第1隙間と呼ぶ)が形成され、第1の隙間による燃料通路15が形成されている(図1参照)。燃料通路15は、油溜り室14を介して供給された高圧の流体Bを第1噴射孔30側へ導く燃料経路を構成する。
A
第2ニードル60は、略円柱状に形成されており、第1ニードル50の内部に往復移動可能に収容されている。詳しくは第1ニードル50の内周52に往復移動可能に収容されている。第2ニードル60の反噴孔側には、背圧室70内の油圧を受ける上端面が形成され(図1参照)、第2ニードル60の噴孔側には、弁座12に対向し、第2下端面65が形成されている。第2下端面65は、第2当接部61に対して内周側に配置されている。
The
図1に示すように、鍔部63と背圧室70との間には、付勢手段としての第2スプリング69が配置されており、第2スプリング69は、弁座12に着座する着座方向に鍔部63を付勢するように構成されている。背圧室70内の圧力を調整することにより、第2ニードル60を軸方向に往復移動される。なお、第1ニードル50の内周と第2ニードル60の外周との間には、所定の隙間(以下、第2の隙間と呼ぶ)が形成され、第2の隙間による燃料通路17を設けている。
As shown in FIG. 1, a
なお、本実施形態では、図3に示すように、燃料通路17内に、弁座12に付勢可能なシート部材156を設けていることが好ましい。これにより、燃料通路15に導かれる流体Bと燃料通路17に導かれる流体Bが完全に分離させられる。したがって、第1ニードル50および第2ニードル60が独立して開弁する際に、流体Bの尿素を第1噴孔30から、流体Aの燃料を第2噴孔40からと独立して噴き分けることができる。
In this embodiment, as shown in FIG. 3, it is preferable to provide a
背圧室70には、燃料供給通路24とリターン通路29とが接続されている。その入口には入口絞り(図示せず)が、出口には出口絞り(図示せず)が設けられている。なお、燃料供給通路24は、背圧室70と油溜り室24とへ高圧流体Aを供給するために途中で分岐されている。リターン通路29は背圧室70内の余剰流体を燃料タンクへ戻すリターン燃料経路と接続している。なお、このリターン燃料経路の下流側には、リターン通路29と燃料タンク側の低圧通路との連通、遮断を切換える電磁弁80が設けられている。入口絞りと出口絞りの流路断面積の面積比を電磁弁80によって調整することにより、背圧室70への高圧流体の流入量と流出量のバランスが調整できる。従って、背圧室70の流体圧力の上昇、下降速度が調整される。
A
なお、ここで、背圧室70は、第1ニードル50と第2ニードル60に着座方向の圧力を作用させる共用の圧力制御室を構成する。
Here, the
電磁弁80は、図6に示すように、制御弁81を備え、その上部にソレノイド82と第3スプリング83とが設けられている。ソレノイド82に駆動電流が供給されていない場合、制御弁81は第3スプリング83の付勢力により図示しない弁座に着座し、リターン通路29を遮断する。駆動電流が供給される場合、制御弁81はソレノイド82に発生する励磁吸引力により弁座より離座し、リターン通路29を開放する。なお、駆動電流は、ECU90によりエンジン100の運転状態に応じて求められたタイミングでソレノイド82に供給される。
As shown in FIG. 6, the
制御手段としてのECU90は、図示しないリードオンリメモリ(ROM)、ランダムアクセスメモリ(RAM)、マイクロプロセッサ(CPU)、入力ポート、出力ポートを相互に双方向性バスで接続した公知構成のマイクロコンピュータとして構成されている。このECU90は、燃料噴射弁2への通電期間を制御する。エンジンの回転速度、吸気管圧力(または吸入空気量)、冷却水温等のエンジンの運転状態を検出する図示しない各種センサ(図示せず)の信号を読み込み、エンジン用の各種プログラム(図示せず)に従って、燃料噴射弁2の電磁駆動部の動作を制御する。なお、詳しくは、クランクシャフトの回転状態に応じて720°CA毎にパルス信号を出力する基準位置センサと、より細かなクランク角毎(例えば、30°CA毎)にパルス信号を出力する回転角センサとが設けられている。エンジン100の図示しないシリンダ(ウォータジャケット)などには、冷却水温を検出するための水温センサが配設されている。吸気管には、吸入空気流量を検出するエアフローメータなどが配設されている。排気管102には、排ガス中の酸素濃度等に比例し、空燃比信号を出力する空燃比センサなどが設けられている。また、運転者の要求等を検出するためのアクセルペダルセンサ、スロットル開度センサ等が設けられている。
The
なお、本実施形態では、排気管102の触媒部120の下流側には、NO濃度を検出するNOセンサ98が設けられている。ECU90は、NOセンサ98から還元後のNO濃度を検出し、その検出値をフィードバックさせることで、尿素の最適噴射量を決定する。そして、その噴射量に基づいて燃料噴射弁2を駆動制御する。なお、ここで、ECU90は、燃料噴射弁2の噴射動作を制御する噴射手段と、NO濃度に基づいて尿素を噴射する尿素噴射量を決定する尿素噴射量決定手段とを構成している。なお、燃料噴射弁2とECU90は、請求範囲に記載の噴射手段を構成する。
In the present embodiment, a
ECU90は、燃料噴射弁2を駆動制御し、燃焼室106内に流体Bの燃料および流体Aの尿素を噴射する。燃料および尿素の噴射方法としては、燃料を燃焼室106内に噴射する。燃焼室106内に噴射された燃料と空気から生成される燃焼ガスに向けて尿素を燃焼室106内に噴射する(図7参照)。なお、具体的には尿素の噴射は、図7に示すように、燃料噴射による燃焼がほぼ終了する時期に実施される。燃焼終了するときには、図7に示すように、NO濃度が飽和した状態(以下、NO濃度飽和と呼ぶ)になる。
The
上述の構成を有する燃料噴射装置1の作動について以下説明する。
The operation of the
(噴射停止時)
コモンレール5a、5b内に蓄積された比較的高圧の流体A、Bは、燃料供給通路23、24を通って、図1に示すように背圧室70と燃料通路15に供給される。このとき、ソレノイド82へ駆動電流が供給されていないので、制御弁81は第3スプリング83の付勢力により弁座に着座され、リターン通路29を遮断している。供給された流体Aは、背圧室70内にとどまるので、圧力制御室70および燃料通路15の燃料圧力は、ほぼ等しくなっている。第1ニードル50を弁座12に押し付けようとする付勢力が、リフトさせようとする付勢力よりも大きいので、当接部51が弁座12に着座され、燃料通路15内の流体Bの尿素は第1噴孔30より噴射されることはない。また、第2ニードル60を弁座12に押し付けようとする付勢力が、リフトさせようとする付勢力よりも大きいので、当接部61が弁座12に着座され、背圧室70内の流体Aの燃料は第2噴孔40より噴射されることはない(図3参照)。
(When injection stops)
The relatively high-pressure fluids A and B accumulated in the
(第1噴孔30の開口への作動)
制御弁81に駆動電流がソレノイド82に供給されると、制御弁81は、ソレノイド82の発生する磁気吸引力によってリフトされ、リターン通路29が開放される。リターン通路29が開放されると、背圧室70内の燃料圧力が低下する。なお、この圧力は、第1入口絞り71と第1出口絞り72の面積比に応じて所定の下降速度で低下する。背圧室70内の燃料圧力が第1ニードル50の開弁圧まで低下すると、第1ニードル50がリフトされ、第1当接部51が弁座12から離座し、第1ニードル50が開弁される。第1ニードル50が開弁されると、燃料通路15、16の流体Bの燃料が第1噴孔30に流入し、燃料が図4に示すように第1噴孔30から噴射される。なお、このニードル50、60リフトパターンは、図7に示すように、膨張行程の前半(以下、前期と呼ぶ)(本実施例では、TDC直後)に流体Bの燃料を噴射させる。これによりエンジン100のトルクを得るようにする。
(Operation to the opening of the first nozzle hole 30)
When a drive current is supplied to the
(第2噴孔40の開口への作動)
制御弁81に駆動電流がソレノイド82に供給されると、制御弁81は、ソレノイド82の発生する磁気吸引力によってリフトされ、リターン通路29が開放される。リターン通路29が開放されると、背圧室70内の燃料圧力が低下する。背圧室70内の燃料圧力が第2ニードル60の開弁圧まで低下すると、第2ニードル60がリフトされ、第2当接部61が弁座12から離座し、第2ニードル60が開弁される。第2ニードル60が開弁されると、背圧室70および燃料通路17の流体Aの尿素が第2噴孔40に流入し、尿素が第2噴孔40から噴射される(図5参照)。なお、このニードル50、60リフトパターンは、図7に示すように、燃焼後に流体Aの尿素を噴射し、燃焼過程で生成されるN0を還元するようにする。
(Operation to the opening of the second nozzle hole 40)
When a drive current is supplied to the
(第1噴孔30および第2噴孔40の開口への作動)
上記の第1噴孔30の開口過程において、第1当接部51が弁座12から離座すると、第1シール部S1のシール状態が解除され、燃料通路15、16からの高圧(コモンレール圧)Pdの流体Bが流入する。流体Bの燃料は第1噴孔30から噴射される。また、上記の第2噴孔40の開口過程において、第2当接部61が弁座12から離座すると、第2シール部S2のシール状態が解除され、背圧室70および燃料通路17から高圧(コモンレール圧)Pdの流体Aが流入する。流体Aの尿素は第2噴孔40から噴射される。なお、このニードル50、60リフトパターンでは、流体Bの燃料の噴射と流体Aの尿素の噴射をオーバラップさせて噴射させることが可能となる。
(Operation to the opening of the
In the opening process of the
(噴射停止への作動)
エンジン100の運転状態に応じた所定の開弁時間が経過すると、ソレノイド82への駆動電流の供給が停止される。駆動電流の供給が停止されると、ソレノイド82の磁気吸引力が失われ、制御弁81はリターン通路29を遮断する。すると、出口絞りから下流への燃料流出が停止されるので、背圧室70内の圧力は再び上昇し始める。背圧室70内の圧力が第1ニードル50の閉弁圧まで上昇すると第1ニードル50が閉弁し、そして第2ニードル60の閉弁圧まで上昇すると第2ニードル60が閉弁する。その結果、第1噴孔30および第2噴孔40からの燃料および尿素の噴射が停止される(図3参照)。
(Operation to stop injection)
When a predetermined valve opening time corresponding to the operating state of the
次に、本実施形態の作用効果を説明すると、(1)本実施形態では、流体Bの燃料および流体Aの尿素を噴射手段としての燃料噴射弁2およびECU90を備え、噴射手段2、90は、燃焼室106内に燃料を噴射し燃焼ガスを生成し、この燃焼ガスに向けて燃焼室106内に尿素を噴射させるように構成している。これにより、尿素は、排気管102中の燃焼ガスではなく、燃焼室106内に生成されている燃焼ガスに噴射されるので、触媒部120へ導かれる燃焼ガス温度を上昇させるために燃焼後期に燃料を噴射する燃費ロスを防止できる。
Next, the operation and effect of the present embodiment will be described. (1) In the present embodiment, the
(2)なお、本実施形態では、燃焼に係わる二種類の流体A、Bを独立して噴射する燃料噴射弁2を備え、燃料と尿素は、燃料噴射弁2より噴射される。言い換えると、燃料噴射手段は、燃料と尿素とを個別の流入経路16、17を有して噴射させる1つの燃料噴射弁2を有している。これにより、燃料と尿素は同一の燃料噴射弁2から噴射されるので、燃料噴射により燃料噴射方向に生成される燃焼ガスに向かって尿素を噴射することができる(図8(b)参照)。
(2) In this embodiment, the
(3)さらに、上記燃料噴射弁2は、流体Aの尿素と流体Bの燃料を独立的に吹き分けることが可能なように構成されている。これにより、燃焼室106内へ燃料および尿素を噴射する噴射時期は、燃料の噴射開始後に尿素を燃料とオーバラップして噴射、燃料の噴射終了後に尿素の噴射開始、および燃料と尿素の同時噴射のうちのいずれかとすることができる。
(3) Further, the
したがって、噴射される燃料のうち、燃焼ガスを生成予定の燃料噴霧と尿素を混合、もしくは燃料の着火により生成した燃焼ガス中のNO等の窒素酸化物と尿素を化学反応させることができる。なお、燃焼ガスを生成予定の燃料噴霧と尿素を混合するので、尿素は燃焼ガスと効率的に混合できる。 Therefore, among the fuel to be injected, it is possible to chemically react the nitrogen oxides such as NO in the combustion gas generated by mixing the fuel spray and the combustion gas to be generated with urea or by ignition of the fuel. In addition, since the fuel spray for generating the combustion gas and urea are mixed, urea can be efficiently mixed with the combustion gas.
(4)さらになお、本実施形態では、ECU90により燃料噴射弁2を駆動制御することで、尿素を噴射する期間を制御する。これにより、燃料噴射弁2から噴射される尿素つまり尿素噴射量を調整できるので、尿素の無駄噴射を防止することが可能である。
(4) Furthermore, in the present embodiment, the
(5)さらになお、本実施形態では、ECU90は、NO濃度に基づいて尿素を噴射する尿素噴射量を決定する尿素噴射量決定手段を備えていることが好ましい。これにより、尿素の無駄噴射を防止が図れる。
(5) Furthermore, in the present embodiment, it is preferable that the
(他の実施形態)
他の実施形態では、図9に従って燃焼室106内に噴射する燃料および尿素の噴射方法特に、噴射時期を説明する。なお、以下の説明では、第1の実施形態と同じもしくは均等の構成には同一の符号を付し、説明を繰り返さない。図9は、他の実施形態に係わるタイミングチャートであって、図9(C1)、図9(C2)、および図9(C3)は尿素の噴射タイミングの他の実施例を示すタイムチャートである。なお、図9にいて、クランク角度CA1は、エンジン100の燃焼サイクル行程において、燃焼室106内のNO濃度が飽和するNO濃度飽和状態となるクランク角度を示している。
(Other embodiments)
In another embodiment, the fuel injection method and the urea injection method, particularly the injection timing, will be described according to FIG. In the following description, the same or equivalent components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated. FIG. 9 is a timing chart according to another embodiment, and FIGS. 9C1, 9C2, and 9C3 are time charts showing other examples of urea injection timing. . In FIG. 9, the crank angle CA <b> 1 indicates the crank angle at which the NO concentration saturation state in which the NO concentration in the
他の実施形態では、図9(C1)に示すように、噴射手段2、90は、燃焼室106内の燃焼ガス中のNO濃度がほぼ飽和するときに、尿素を噴射する。これにより、燃焼室106内で生成され、飽和したNOを、尿素との化学反応により還元することができる。
In another embodiment, as shown in FIG. 9 (C1), the injection means 2 and 90 inject urea when the NO concentration in the combustion gas in the
また、他の実施形態では、図9(C2)に示すように、噴射手段2、90は、燃焼室106内の燃焼ガス中のNO濃度が増加する過程で、尿素を噴射する。これにより、燃焼ガス中で生成されるNOラジカルと尿素を反応させられる。
In another embodiment, as shown in FIG. 9 (C2), the injection means 2 and 90 inject urea in the process in which the NO concentration in the combustion gas in the
さらにまた、他の実施形態では、図9(C3)に示すように、噴射手段2、90は、排気行程直前に、尿素を噴射する。一般に、排気管102中に尿素を噴射する場合、排気管102中のガス流の乱れは小さいため、尿素が均一に混合せずに還元反応が生じ、NOの還元率が低下するおそれがある。これに対して本実施形態では、排気行程直前に尿素を噴射するので、排気行程で燃焼室106から触媒部120へ向かう燃焼ガスと尿素の混合の促進が図れる。
In another embodiment, as shown in FIG. 9 (C3), the injection means 2 and 90 inject urea immediately before the exhaust stroke. In general, when urea is injected into the
以上説明した本実施形態では、燃焼室106内の燃焼ガス中のNO濃度との関係で尿素を噴射する噴射時期を設定するものとして説明したが、NOセンサ98に基づくNO濃度に限らず、燃焼室106内に生成した燃焼ガス中のNOの生成量を予測もしくは検出し、その生成量に基づいて尿素の噴射時期を設定するように構成するものであってもよい。
In the present embodiment described above, it has been described that the injection timing for injecting urea is set in relation to the NO concentration in the combustion gas in the
1 燃料噴射装置
2 燃料噴射弁
10 ノズル本体
11 ノズルボディ
12 弁座
16 燃料通路
17 燃料通路
30 第1噴孔
40 第2噴孔
50 第1ニードル(外側ニードル)
51 第1当接部
59 第1スプリング
60 第2ニードル(内側ニードル)
61 第2当接部
69 第2スプリング
70 背圧室(圧力制御室)
80 電磁弁(駆動装置)
90 ECU(制御手段)
98 NOセンサ
100 エンジン(内燃機関)
102 排気管(排気通路)
106 燃焼室
120 触媒部
S1 第1シール部
S2 第2シール部
DESCRIPTION OF
51
61
80 Solenoid valve (drive device)
90 ECU (control means)
98 NO
102 Exhaust pipe (exhaust passage)
106
Claims (7)
燃料および尿素を前記燃焼室内に噴射させて、前記燃焼室内にて燃料噴射により生じる燃焼ガスと尿素噴射により生じる尿素噴霧とを混合させる噴射手段を備えることを特徴とする燃料噴射装置。 An exhaust passage for exhausting combustion gas from the combustion chamber, and a catalyst section provided in the exhaust passage for purifying the combustion gas, exhausting the combustion gas from the combustion chamber, and using the thermal energy of the combustion gas for the catalyst Used in internal combustion engines to activate the parts,
A fuel injection apparatus comprising: an injection unit that injects fuel and urea into the combustion chamber and mixes combustion gas generated by fuel injection in the combustion chamber with urea spray generated by urea injection.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005034823A JP2006220083A (en) | 2005-02-10 | 2005-02-10 | Fuel injection device |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2006220083A true JP2006220083A (en) | 2006-08-24 |
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ID=36982571
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JP2005034823A Pending JP2006220083A (en) | 2005-02-10 | 2005-02-10 | Fuel injection device |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010526235A (en) * | 2007-04-30 | 2010-07-29 | キャタピラー インコーポレイテッド | Drop generator for engine systems |
WO2010125659A1 (en) * | 2009-04-28 | 2010-11-04 | トヨタ自動車株式会社 | Exhaust emission control device for engine |
-
2005
- 2005-02-10 JP JP2005034823A patent/JP2006220083A/en active Pending
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