JP2010196603A - 燃料流量計測装置、燃料流量計測方法、排気管内燃料直接噴射システム、排気管内燃料直接供給方法、排気ガス浄化システム、及び、排気ガス浄化方法 - Google Patents

Abstract

【課題】内比較的簡単な構成で燃料流量を計測できる燃料流量計測装置と燃料流量計測方法を提供する。
【解決手段】内燃機関２の燃料ｆが通過する燃料通路１２に直列又は並列に設けて、燃料ｆの流量を計測する燃料流量計測装置２０において、内部に設けた計測用燃料通路２３を通過する燃料ｆ１を加熱する電熱線２４を設け、該電熱線２４に供給する電力量Ｐｍと、燃料温度Ｔ１と前記電熱線２４の温度Ｔｃとの温度差ΔＴｃとの関係に基づいて、計測された電力量Ｐｍ、若しくは、計測された燃料ｆ１の温度Ｔ１と前記電熱線２４の温度Ｔｃとの温度差ΔＴｃから、該燃料流量計測装置２０を通過する燃料流量Ｑｆを算出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車搭載のディーゼルエンジン等の内燃機関の燃料通路に直列又は並列に設けて、燃料通路を通過する燃料量を計測する燃料流量計測装置、燃料流量計測方法、排気管内燃料直接噴射システム、排気管内燃料直接供給方法、排気ガス浄化システム、及び、排気ガス浄化方法に関する。

軽油やガソリンを燃料とする自動車等に搭載された内燃機関の排気ガスを浄化するために、内燃機関の排気通路に排気ガス浄化装置（後処理装置）を設けて排気ガスを浄化している。この排気ガス浄化装置としては、三元触媒等の酸化触媒（ＤＯＣ）、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒（ＬＮＴ）、ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）や触媒付きＤＰＦ（ＣＳＦ）等が用いられている。

三元触媒等の酸化触媒は触媒作用により、未燃炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）や窒素酸化物（ＮＯｘ）を酸化する。ＮＯｘ吸蔵還元型触媒は、アルカリ又はアルカリ土類金属を貴金属と共に担持し、排気ガスの空燃比がリーン状態で一酸化窒素（ＮＯ）を二酸化窒素（ＮＯ_２）に酸化し、硝酸塩として触媒上に吸着してＮＯｘを浄化し、排気ガスの空燃比がリッチ状態で吸着したＮＯｘを放出すると共に放出されたＮＯｘを還元する。

また、触媒付きＤＰＦは、排気ガス温度や触媒温度がＰＭ燃焼開始温度以下の場合にＰＭを捕集して排気ガスを浄化し、捕集したＰＭがある程度蓄積した段階で触媒付きＤＰＦをＰＭ燃焼開始温度以上に昇温して燃焼除去し、これにより排気ガスを浄化している。

このＮＯｘ吸蔵還元型触媒においては、ＮＯｘ吸蔵能力が飽和に達する前に、排気ガスの空燃比をリーン状態からリッチ状態に切り替えて、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒からＮＯｘを放出させると共に、放出されたＮＯｘを還元浄化している。このＮＯｘ吸蔵能力を回復するための処理をＮＯｘ再生処理と呼んでいる。このＮＯｘ再生処理では、触媒に入る排気ガスのλ（空気過剰率）を１より小さい値に下げる処理を定期的に繰り返しながら、ＮＯｘ吸蔵能力の回復を行っている。

また、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒においては、内燃機関の燃料中に硫黄成分が含まれており、この硫黄成分が硫酸塩として触媒上に吸着されてしまうために、ＮＯｘ吸蔵材のＮＯｘ吸蔵能力が低下するという硫黄被毒の問題がある。この硫黄被毒からＮＯｘ吸蔵材を再生するために、触媒を７００℃程度まで昇温させて、この温度に維持しながら排気ガスをリッチ状態にしてＮＯｘ吸蔵材の脱硫処理を行っている。

また、ＰＭを捕集するＤＰＦ装置においても、酸化触媒やＰＭ酸化触媒を担持して、ＤＰＦに捕集されたＰＭの燃焼開始温度を低下させる触媒付きＤＰＦが用いられているが、この触媒付きＤＰＦでも目詰まりによる排圧上昇を回避するために、捕集されたＰＭの量がある程度増加した段階で、排気ガスの昇温により触媒付きＤＰＦを５５０℃程度まで昇温して捕集されたＰＭを燃焼除去するＰＭ再生処理を行っている。

このＮＯｘ再生処理、脱硫処理、及び、ＰＭ再生処理において、触媒温度を短時間で上昇させたり、排気ガスを空燃比リッチ状態にしたりするために、気筒（シリンダ）内燃料噴射制御によるポスト噴射と排気管内へ燃料を直接噴射する排気管内燃料直接噴射が行われている。

この排気管内燃料直接噴射における燃料の供給では、燃料噴射弁（インジェクター）を用いて、排気ガスより高い圧力で燃料を噴射する。この燃料噴射弁では、内部の噴射機構を構成する部品の潤滑を燃料の潤滑作用を利用して行って、これらの部品の安定した動作を確保している。また、この潤滑作用を円滑にするために、水循環による冷却構造を設け燃料を冷却している。

しかしながら、断続的に噴射した燃料の一部が先端部に残留し、この残留した燃料が高温の排気ガスに曝されると、燃料中の炭素成分が固化し、噴射孔に付着し、噴射通路を小さくなり、円滑な燃料噴射が妨げられる。そのため、適正な燃料噴射量で燃料を排気管内に供給できなくなる。

この排気管内燃料直接噴射を行うＮＯｘ再生処理、脱硫処理、及び、ＰＭ再生処理において、排気管内に噴射される燃料量が不足すると、触媒温度の昇温のための時間が長くなったり、触媒温度を目標の温度にすることや、空燃比のリッチ度合いを示す空気過剰率λを制御目標値にすることが困難となったりする。そのため、それぞれの処理が不十分となり、ＮＯｘ浄化性能やＰＭ浄化性能が低下してしまう。従って、排気管内燃料直接噴射においては、燃料噴射量を精度良く計測しながら燃料噴射をする必要があるが、燃料噴射量を比較的簡単な機構で精度良く計測することは難しいという問題がある。

この燃料流量の計測に関して、燃料を所定の圧力に設定されるリリーフ弁と、フィルタと流量計とから燃料流量検出部を構成し、この流量計を複数のピストンとシリンダ及びクランク軸で構成して、各ピストンが各シリンダに対して燃料の充填と排出を交互に行い、このピストンの往復運動により回転するクランク軸に永久磁石を取り付けて、磁気カップリングされた回転検出器を駆動して、流量に対応したパルス信号を取り出す構成がある（例えば、特許文献１参照。）。しかしながら、このような構成の燃料流量の計測方法では、装置が大きくなる上に、微細な流量を精度よく測定することが難しい。

特開平０７−１２８１１０号公報（段落〔０００３〕〔０００４〕）

本発明は、上記の状況を鑑みてなされたものであり、その目的は、比較的簡単な構成で燃料流量を計測できる燃料流量計測装置と燃料流量計測方法を提供することにある。

また、更なる目的は、実際に噴射された量の計測量に基づいて、排気管内燃料直接噴射システムの噴射制御量を修正しながら、排気ガス浄化装置に燃料を供給できる排気管内燃料直接噴射システム及び排気管内燃料直接供給方法を提供することにある。

また、更なる目的は、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒等を加熱する際などの排気管内燃料直接噴射による空燃比制御において、触媒温度によるフィードバック制御に加えて、排気管内燃料直接噴射量の計測値に基づいて、空気過剰率λによるフィードバック制御を行うことができる排気ガス浄化システム及び排気ガス浄化方法を提供することにある。

上記の目的を達成するための本発明の燃料流量計測装置は、内燃機関の燃料が通過する燃料通路に直列又は並列に設けて、燃料の流量を計測する燃料流量計測装置において、内部に設けた計測用燃料通路を通過する燃料を加熱する電熱線を設け、該電熱線に供給する電力量と、燃料温度と前記電熱線の温度との温度差との関係に基づいて、計測された電力量、若しくは、計測された燃料の温度と前記電熱線の温度との温度差から、該燃料流量計測装置を通過する燃料流量を算出するか、又は、前記電熱線に供給する電力量と、前記燃料流量計測装置若しくは前記計測用燃料通路若しくは前記燃料通路を通過する燃料の昇温量との関係に基づいて、計測された電力量若しくは計測された燃料の昇温量から、該燃料流量計測装置を通過する燃料流量を算出するように構成される。

燃料流量計測装置を通過する燃料の温度よりも予め設定した温度量だけ高く、電熱線の温度を維持するときの電力量から、又は、電熱線に予め設定した電力量を供給したときの燃料と電熱線の温度差から、又は、燃料流量計測装置若しくは計測用燃料通路を通過する燃料を予め設定した昇温量に昇温するのに要する電力量から、又は、電熱線に予め設定した電力量を供給したときの燃料の昇温量から、燃料流量計測装置を通過する燃料流量を算出し、この算出された流量から燃料通路を通過する燃料流量を検出する。この電熱線は例えば、計測用燃料通路の外周に密着させて巻きつけたヒータコイル等で形成することができる。

この構成によれば、電熱線から奪われる熱量は計測用燃料通路を通過する燃料の流量に関係するので、電熱線に供給する電力量と、燃料と電熱線の温度差との関係から、容易に、燃料流量を算出することができる。例えば、電熱線の温度を燃料流量計測装置に流入する燃料の温度よりも予め設定した温度量（例えば、１℃）だけ高く維持するときの電力量の変化（例えば、電圧一定時の電流の変化）から、燃料流量を算出できる。これにより、燃料の微小流量を検知できる。この場合は、電熱線の温度は、燃料を加熱するのに必要な熱量（＝燃料流量×比熱）と放熱量に関係するので、この放熱量を考量して、燃料流量と電力量と温度差との関係を、予め求めておく。

例えば、一定の電圧を印加して、電熱線の温度が、燃料の温度に比べて予め設定した温度差だけ高くなるように、この温度差をパラメータとするフィードバック制御を行い、そのときに検出された電流量から燃料流量を算出する。

また、予め設定した電力量で燃料を加熱する場合には、一定の電圧で一定の電流量で電力を電熱線に供給して計測用燃料通路を通過する燃料を加熱し、そのときの電熱線の温度と、燃料流量計測装置若しくは計測燃料用通路若しくは燃料通路を通過した燃料の温度との温度差を検出し、その温度差から燃料流量を算出する。

また、燃料流量計測装置若しくは計測燃料用通路若しくは燃料通路を通過した燃料の流量に対する、燃料の昇温量と計測用燃料通路に設けた電熱線へ供給した電力量の関係から、電流計と温度計等の検出値を基に容易に燃料流量を算出できる。つまり、燃料を加熱する電力量と、燃料を昇温するのに必要な熱量と、燃料流量との関係から燃料流量を算出する。これにより、燃料の微小流量を検知できる。この場合は、燃料を昇温するのに必要な熱量は、燃料の熱容量（＝燃料流量×比熱）と放熱量の和となるので、この放熱量を考量して、燃料流量と電力量と昇温量との関係を、予め求めておく。

例えば、予め設定した昇温量に燃料を加熱する場合には、一定の電圧を印加して燃料流量計測装置若しくは計測燃料用通路若しくは燃料通路を通過した燃料温度が、予め設定した昇温量になるように燃料温度をパラメータとするフィードバック制御を行い、そのときに検出された電流量から燃料流量を算出する。

また、予め設定した電力量で燃料を加熱する場合には、一定の電圧で一定の電流量で電力を電熱線に供給して、燃料流量計測装置若しくは計測燃料用通路若しくは燃料通路を通過する燃料を加熱し、そのときに、燃料流量計測装置若しくは計測燃料用通路若しくは燃料通路を通過した燃料の昇温量を検出し、その昇温量から燃料流量を算出する。

また、上記の燃料流量計測装置において、内部に前記燃料通路に接続する主燃料通路を設けると共に、この主燃料通路から分岐してこの主燃料通路若しくは前記燃料通路に合流するように前記計測用燃料通路を設けて構成する。この構成によれば、計測用燃料通路に流れる燃料流量を、燃料流量計測装置を通過する燃料流量よりも少なくすることができるので、少量の電力で、電熱線と計測用燃料通路を通過する燃料を大きく昇温できるようになり、比較的大きな燃料流量を計測できるようになる。

また、上記の燃料流量計測装置において、前記計測用燃料通路に、通過する燃料量を調整する流量調整弁を設けて構成する。この構成によれば、燃料流量に対して計測用燃料通路を流れる燃料流量と電熱線による加熱量とのバランスが悪いときに、この流量調整弁により計測用燃料通路を通過する燃料の流量を調節して、計測に適した流量にすることができる。

つまり、計測用燃料通路を流れる燃料の流量が多く、流速が早すぎて、電力値の変化の計測に不都合が生じる場合には、この流量調整弁で計測用燃料通路を流れる燃料量を調整して電力値の変化を測定し易い範囲にすることができる。

上記の目的を達成するための本発明の排気管内燃料直接噴射システムは、内燃機関の排気通路の排気ガス浄化装置に燃料を供給する排気管内燃料直接噴射において、上記の燃料流量計測装置を用いて計測した燃料流量に基づいて、前記排気ガス浄化装置に燃料を供給するように構成される。

この構成によれば、排気管内燃料直接噴射システムの燃料噴射弁（インジェクター）の個体差による排気管内への燃料噴射量のばらつきに対し、実際に噴射されて量を計測しながら噴射することができるので、この計測された噴射量により、噴射制御量を修正できるようになる。また、燃料噴射弁の詰まりによる噴射の停止や噴射量の低下等の不具合が生じた場合に、燃料流量計測装置で計測された燃料流量に基づいて、警告することができるようになる。

上記の目的を達成するための本発明の排気ガス浄化システムは、内燃機関の排気通路に排気ガス浄化装置を備え、該排気ガス浄化装置に排気管内燃料直接噴射で燃料を供給する排気ガス浄化システムにおいて、上記の排気管内燃料直接噴射システムを用いて構成される。この構成によれば、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒等を加熱する際に、触媒温度によるフィードバック制御に加えて、排気管内燃料直接噴射の噴射量の計測値に基づいて、空気過剰率λによるフィードバック制御を行うことができるようになる。

上記の目的を達成するための本発明の燃料流量計測方法は、内燃機関の燃料を通過する燃料通路に直列又は並列に設けて燃料の流量を計測する燃料流量計測装置を用いて燃料流量計測方法において、内部に設けた計測用燃料通路を通過する燃料を加熱する電熱線に供給する電力量と、前記燃料流量計測装置に流入する燃料の温度と前記電熱線の温度との温度差との関係に基づいて、計測された電力量、若しくは、計測された燃料の温度と前記電熱線の温度との温度差から、前記燃料通路を通過する燃料流量を算出するか、又は、前記電熱線に供給する電力量と、前記燃料流量計測装置若しくは前記計測用燃料通路若しくは前記燃料通路を通過する燃料の昇温量との関係に基づいて、計測された電力量若しくは計測された燃料の昇温量から、前記燃料通路を通過する燃料流量を算出することを特徴とする方法である。

この方法によれば、燃料通路の通過量に対する、燃料と電熱線の温度差と電熱線へ供給された電力量との関係に基づいて、又は、燃料通路の通過量に対する、燃料の昇温量と電熱線へ供給された電力量との関係に基づいて、電流計と温度計等の検出値から容易に燃料流量を算出できる。

また、上記の燃料流量計測方法において、前記計測用燃料通路には、前記燃料通路に接続する主燃料通路から分岐した燃料を通過させると共に、前記計測用燃料通路を通過する燃料量を流量調整弁で調整する。この方法によれば、計測用燃料通路に流れる燃料流量を、燃料通路を流れる燃料流量よりも少なくすることができるので、少量の電力で燃料を大きく昇温できるようになり、比較的大きな燃料流量を計測できるようになる。また、燃料流量に対して計測用燃料通路を流れる燃料流量と電熱線による加熱量とのバランスが悪いときに、この流量調整弁により燃料流量を調節して、計測用燃料通路を流れる燃料の流量を計測に適した燃料流量にすることができる。

上記の目的を達成するための本発明の排気管内燃料直接供給方法は、内燃機関の排気通路の排気ガス浄化装置に燃料を供給する排気管内燃料直接噴射方法において、上記の燃料流量計測方法を用いて計測した燃料流量に基づいて、前記排気ガス浄化装置に燃料を供給することを特徴とする方法である。

この方法によれば、排気管内燃料直接噴射システムの燃料噴射弁の個体差による排気管内への燃料噴射量のばらつきを、燃料流量の計測値に基づいて修正できる。また、燃料噴射弁の詰まりによる噴射の停止や噴射量の低下等の不具合に対して、燃料噴射量の計測に基づいて、警告することができるようになる。

上記の目的を達成するための本発明の排気ガス浄化方法は、内燃機関の排気通路に排気ガス浄化装置を備え、該排気ガス浄化装置に排気管内燃料直接噴射で燃料を供給する排気ガス浄化方法において、上記のの排気管内燃料直接供給方法を用いる方法である。この方法によれば、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒等を加熱する際に、触媒温度によるフィードバック制御に加えて、排気管内燃料直接噴射量の計測値に基づく、空気過剰率λによるフィードバック制御ができるようになる。

本発明に係る燃料流量計測装置及び燃料流量計測方法によれば、燃料通路の通過量に対する、計測用燃料通路に設けた電熱線への電力量と、燃料と電熱線との温度若しくは燃料の昇温量との関係に基づいて、電流計と温度計等の検出値から容易に燃料流量を算出でき、しかも、微小流量に対しても精度良く計測できる。

また、本発明に係る排気管内燃料直接噴射システム及び排気管内燃料直接供給方法によれば、排気管内に噴射される燃料流量を精度よく計測できるので、排気管内燃料直接噴射システムの燃料噴射弁（インジェクター）の個体差による排気管内への燃料噴射量のばらつきに対し、実際に噴射された量を計測しながら、この計測された噴射量により、噴射制御量を修正できるようになる。また、燃料噴射弁の詰まりによる排気管内燃料直接噴射の停止や噴射量の低下等の不具合に対して警告できるようになる。

また、本発明に係る排気ガス浄化システム及び排気ガス浄化方法によれば、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒等を加熱する際などの排気管内燃料直接噴射による空燃比制御において、触媒温度によるフィードバック制御に加えて、排気管内燃料直接噴射量の計測値に基づく、空気過剰率λを目標値にするためのフィードバック制御が可能となる。

本発明の第１及び第２の実施の形態の燃料流量計測装置の構成を示した図である。 本発明の第３及び第４の実施の形態の燃料流量計測装置の構成を示した図である。 本発明の第３及び第４の実施の形態の他の燃料流量計測装置の構成を示した図である。 本発明の実施の形態の排気管内燃料直接噴射システム及び排気ガス浄化システムの構成を示した図である。

以下、本発明に係る実施の形態の燃料流量計測装置、燃料流量計測方法、排気管内燃料直接噴射システム、排気管内燃料直接供給方法、排気ガス浄化システム、及び、排気ガス浄化方法について、図面を参照しながら説明する。図１に本発明の実施の形態の燃料流量計測装置の構成を、図２に排気管内燃料直接噴射システム及び排気ガス浄化システムの構成を示す。

図１に示すように本発明の実施の形態の燃料流量計測装置２０は、筐体（ケース）２１に燃料入口部２１ａと燃料出口部２１ｂを設けて構成し、この筐体２１の内部に主燃料通路２２を、一端側を燃料入口部２１ａに、他端側を燃料出口部２１ｂにそれぞれ接続して設ける。この燃料入口部２１ａと燃料出口部２１ｂがエンジン（内燃機関）の燃料通路に接続される。

この燃料流量計測装置２０は通常は燃料通路に直列に接続されるが、燃料通路を流れる燃料量が多いときには、燃料通路を分岐したバイパス通路に燃料流量計測装置２０を配置し、この燃料流量計測装置２０を燃料通路と並列に設けて、この燃料流量計測装置２０を流れる燃料量を適正な燃料量の範囲、即ち、精度良く計測できる範囲に収まるようにする。

筐体２１の内部の主燃料通路２２から分岐して、この主燃料通路２２に合流するように計測用燃料通路２３を設ける。この構成により、計測用燃料通路２３に流れる燃料流量を、燃料流量計測装置２０を流れる燃料流量よりも少なくすることができる。これにより、燃料流量計測装置２０で、計測する燃料流量の範囲を広くすることができる。なお、計測用燃料通路２３には、燃料通路を流れる燃料の一部が流れればよいので、計測用燃料通路２３を流れた燃料は、主燃料通路２２に戻してもよく、燃料流量計測装置２０が接続される燃料通路に戻してもよい。

この計測用燃料通路２３の外周に密着して巻き付けたヒータコイル等で、計測用燃料通路２３を通過する燃料ｆ１を加熱する燃料加熱用の電熱線２４を設ける。この電熱線２４は筐体２１の外側の定電圧電源２５に接続線２６ａで接続され、この接続線２６ａに設けられた電流計（又は抵抗）２６ｂにより、接続線２６ａを通る電流値Ｉｍ（Ｉｃ）を電圧値Ｖｍに変換して、この電圧値Ｖｍを制御装置３０ａに入力する。この電熱線２４は、主燃料通路２１から分岐する計測用燃料通路２３に設けることにより、少量の電力で燃料ｆ１を大きく昇温できるようになる。

更に、計測用燃料通路２３に、通過する燃料ｆ１の流量Ｑｆ１を調整する流量調整弁２７を設ける。これにより、燃料流量計測装置２０を通過する燃料ｆｍの流量Ｑｍと計測用燃料通路２３を流れる燃料ｆ１の流量Ｑｆ１との割合を変化させる。また、電熱線２４からの放熱を少なくするために、筐体２１の内部には空気又は保温剤を充填して、電熱線２４で発生する熱が効率よく燃料ｆ１の昇温に使用されるようにする。

第１及び第２の実施の形態の燃料流量計測装置２０では、更に、図１に示すように、燃料流量計測装置２０に流入し通過する燃料ｆｍの温度Ｔ１を計測するための第１燃料温度計２８ａを主燃料通路２２の計測用燃料通路２３の分岐部位よりも上流側に設け、更に、電熱線２４の温度Ｔｃを計測するための電熱線用温度計２９を設ける。なお、この第１燃料温度計２８ａは、電熱線２４よりも上流側であれば、計測用燃料通路２３に設けてもよい。

第１の実施の形態の燃料流量計測装置２０においては、電熱線２４に定電圧電源２５から一定の電圧を印加して、電熱線２４の温度が、燃料ｆｍの温度に比べて予め設定した温度差ΔＴｃだけ高くなるように、この温度差ΔＴｃをパラメータとするフィードバック制御を行い、そのときに検出された電流量Ｉｍから燃料流量Ｑｆ１を算出する。

この方法によれば、電熱線２４から奪われる熱量は計測用燃料通路２３を通過する燃料ｆ１の流量Ｑｆ１に関係するので、電熱線２４に供給する電力量Ｐｍと、燃料温度Ｔ１と電熱線２４の温度Ｔｃとの温度差ΔＴｃとの関係から、容易に、燃料流量Ｑｆ１を算出することができる。

つまり、燃料流量計測装置２０に燃料ｆｍが流入すると、流量調整弁２７によって決められた割合で、燃料ｆｍの一部ｆ１が計測用燃料通路２３を通過する。この燃料ｆ１の通過により、電熱線２４からの放熱が増加するので、電熱線２４に流れる電流Ｉｍが増加される。この電流Ｉｍの変化を制御装置３０ａで検出し、通過する燃料ｆｍの流量Ｑｆｍを算出する。

電熱線２４の温度Ｔｃは、電熱線２４における電力消費で発熱する発熱量と、燃料ｆ１に伝熱される熱量と、その他の放熱量に関係した温度となる。この放熱量を考量して、燃料流量ｆ１と電力量Ｐｍとの関係を、実験等で予め求めておく。なお、厳密には電熱線２４で発生する熱量は主燃料通路２２を通過する燃料にも電熱されるので、この量を含めて補正する必要があるが、実験的に燃料流量ｆ１と電力量Ｐｍとの関係を求めておけば、この補正も含まれた形となる。

なお、排気管内燃料直接噴射で噴射する燃料は約１ｃｍ³／ｓ程度であるので、燃料流量計測装置２０の計測用燃料通路２３の流路直径を０．２ｃｍφとすると、燃料の通過速度は３２ｃｍ／ｓの流速になる。一方、燃料噴射時間は７ｓ（秒）程度であるので、流量計測のためのヒータからの放熱に伴う電流変化等を十分に計測できることになる。また、温度差ΔＴは、１℃〜５℃程度とする。

この計測用燃料通路２３を流れる燃料ｆ１の流量Ｑｆ１と、流量調整弁２７の弁開度と、燃料流量計測装置２０を流れる燃料ｆｍの流量Ｑｆｍとの関係を予め実験等により設定し、制御装置３０ａにマップデータ等記憶しておくことにより、容易に、流量Ｑｆ１から流量Ｑｆｍを算出することができる。この流量Ｑｆｍが燃料流量計測装置２０を流れる燃料ｆｍの流量となる。

また、第２の実施の形態の燃料流量計測装置２０においては、電熱線２４に定電圧電源２５から一定の電流Ｉｃで一定の電力量Ｐｃを供給して、燃料ｆｍの温度Ｔ１と電熱線２４の温度Ｔｃとの温度差ΔＴｃを検出する。この検出された温度差ΔＴｃから、電熱線２４に供給する電力量Ｐｃと、燃料温度Ｔ１と電熱線２４の温度Ｔｃとの温度差ΔＴｃとの関係に基づいて燃料流量Ｑｆ１を算出する。また、第１の実施の形態と同様に、流量Ｑｆ１と流量調整弁２７の弁開度と流量Ｑｆｍとの関係に基づいて、流量Ｑｆ１から流量Ｑｆｍを算出する。

次に、第３及び第４の実施の形態の燃料流量計測装置２０について説明する。この第３及び第４の実施の形態では、図２に示すように、燃料流量計測装置２０に流入し通過する燃料ｆｍの温度Ｔ１を計測するための第１燃料温度計２８ａを主燃料通路２２の計測用燃料通路２３の分岐部位よりも上流側に設ける。それと共に、計測用燃料通路２３で電熱線２４により加熱され昇温された燃料ｆｍの温度Ｔ２を計測するための第２燃料温度計２８ｂを主燃料通路２２の計測用燃料通路２３の合流部位よりも下流側に設ける。

第３の実施の形態の燃料流量計測装置２０においては、電熱線２４に定電圧電源２５から一定の電圧を印加して、加熱後の燃料ｆｍの温度Ｔ２が、加熱前の燃料ｆｍの温度Ｔ１に比べて予め設定した温度差（例えば、５℃程度）ΔＴ１だけ高くなるように、この昇温差ΔＴ１をパラメータとするフィードバック制御を行い、そのときに検出された電流量Ｉｍから燃料流量Ｑｆｍを算出する。

この方法によれば、電熱線２４から奪われる熱量は計測用燃料通路２３を通過する燃料ｆ１の流量Ｑｆ１の昇温量ΔＴｆ１に関係し、更には、燃料流量計測装置２０に流入し通過する燃料ｆｍの昇温量ΔＴ１に関係するので、電熱線２４に供給する電力量Ｐｍと、昇温量ΔＴ１との関係から、容易に、燃料流量Ｑｆｍを算出することができる。

なお、図３に示すように、第１燃料温度計２８ａを計測用燃料通路２３の上流側に設けると共に第２燃料温度計２８ｂを計測用燃料通路２３の下流側に設けて、計測用燃料通路２３を通過する燃料ｆ１の昇温量ΔＴｆ１を計測して、この昇温量ΔＴｆ１をパラメータとするフィードバック制御を行い、そのときに検出された電流量Ｉｍから燃料流量Ｑｆ１を算出し、この流量Ｑｆ１から、流量Ｑｆ１と流量調整弁２７の弁開度と流量Ｑｆｍとの関係に基づいて、流量Ｑｆｍを算出するようにしてもよい。

この場合は、主燃料通路２１から分岐する計測用燃料通路２３を設けて、この少量の燃料が流れる計測用燃料通路２３で電熱線２４による燃料加熱を行うことにより、少量の電力で燃料ｆ１を大きく昇温できるようになり、燃料ｆ１の昇温量ΔＴｆ１の方が燃料ｆｍの昇温量Δｔ１よりも大きくなるので、精度良く、比較的大きな燃料流量Ｑｆｍを計測できるようになる。

また、第４の実施の形態の燃料流量計測装置２０においては、電熱線２４に定電圧電源２５から一定の電圧Ｖｃと一定の電流Ｉｃで一定の電力Ｐｃを供給して、加熱後の燃料ｆｍの温度Ｔ２と加熱前の燃料ｆｍの温度Ｔ１との差である昇温量ΔＴ１を検出する。この昇温量ΔＴ１から、電熱線２４に供給する電力量Ｐｍと昇温量ΔＴ１との関係に基づいて、燃料流量Ｑｆを算出する。

なお、図３に示すように、第１燃料温度計２８ａを計測用燃料通路２３の上流側に設けると共に第２燃料温度計２８ｂを計測用燃料通路２３の下流側に設けて、計測用燃料通路２３を通過する燃料ｆ１の昇温量ΔＴｆ１を計測して、この計測用燃料通路２３を通過する燃料ｆ１の流量Ｑｆ１を算出し、この流量Ｑｆ１から、流量Ｑｆ１と流量調整弁２７の弁開度と流量Ｑｆｍとの関係に基づいて、流量Ｑｆｍを算出するようにしてもよい。

上記の構成の燃料流量計測装置２０及び燃料流量計測方法によれば、燃料流量計測装置２０を通過する燃料ｆｍの流量Ｑｆｍに対する、燃料ｆｍと電熱線２４の温度差ΔＴｃ又は燃料ｆｍの昇温量ΔＴｆと、電熱線２４への電力量Ｐｍの関係から、電流計又は電圧計と温度計等の検出値Ｖｍ（Ｉｍ）、Ｔ１、Ｔｃ、Ｔ２から容易に燃料流量Ｑｆｍを算出できる。

また、流量調整弁２７により、燃料流量計測装置２０に流入する燃料ｆｍの流量Ｑｆｍに対して、計測用燃料通路２３を流れる燃料ｆ１の流量Ｑｆ１と電熱線２３による加熱量とのバランスが悪いときに、この流量調整弁２７により燃料ｆ１の流量Ｑｆ１を調節して、計測用燃料通路２３を流れる燃料ｆ１の流量Ｑｆ１を計測に適した燃料流量にすることができる。

例えば、計測用燃料通路２３を流れる燃料ｆ１の流量Ｑｆ１が多く、流速が早すぎて、電力値Ｐｍの変化の計測に不都合が生じる場合には、この流量調整弁２７で計測用燃料通路２３を流れる燃料ｆ１の流量Ｑｆ１を調整して電力値Ｐｍの変化を測定し易い範囲にすることができる。

次に、この燃料流量計測装置２０を用いて、燃料通路を通過する燃料ｆｔの流量Ｑｆｔを計測する場合について説明する。この燃料流量計測装置２０を燃料配管に直列接続する場合では、この燃料ｆｔの全量が燃料流量計測装置２０を流れるので、燃料流量計測装置２０を流れる燃料ｆｍの流量Ｑｆｍが燃料通路を流れる燃料ｆｔの流量Ｑｆｔと等しくなる。

一方、燃料流量計測装置２０を燃料通路に並列接続する場合では、燃料流量計測装置２０を流れる燃料ｆｍの流量Ｑｆｍは燃料通路を流れる燃料ｆｔの流量Ｑｆｔの一部となるので、その割合（Ｑｆｍ／Ｑｆｔ）をＲ１とすると、燃料通路を流れる燃料ｆｔの流量Ｑｆｔは、燃料流量計測装置２０を流れる燃料ｆｍの流量Ｑｆｍの（１／Ｒ１）倍となる。

次に、上記の燃料流量計測装置２０及び燃料流量計測方法を用いた排気管内燃料直接噴射システムと排気管内燃料直接噴射方法、及び、排気ガス浄化システムと排気ガス浄化方法について説明する。最初に、本発明に係る実施の形態の排気管内燃料直接噴射システムと排気管内燃料直接噴射方法が用いられる排気ガス浄化システム１について説明する。

図４に示すように、この排気ガス浄化システム１は、エンジン（内燃機関）２の吸気マニホールド２ａに接続される吸気通路３に上流側からエアクーリーナ（図示しない）、吸気流量センサ（ＭＡＦセンサ）（図示しない）、ターボチャージャ４のコンプレッサ４ａ、インタークーラ（図示しない）、吸気弁（インテークスロットル）（図示しない）が設けられ、新気Ａをエンジン２の気筒（シリンダ）に供給できるように構成される。

また、排気マニホールド２ｂに接続する排気通路５に、上流側からターボチャージャ４のタービン４ｂと排気管内燃料直接噴射用の燃料噴射弁（インジェクター）１１と排気ガス浄化装置６を備えて構成される。

この燃料噴射弁１１は、上記の燃料流量計測装置２０を備えた燃料供給配管１２を経由して、燃料供給ポンプ１３で昇圧された後の燃料ｆを供給される。この燃料供給ポンプ１３は燃料供給配管１４を経由して図示しない燃料タンクから燃料ｆを吸引して、コモンレール経由で気筒（シリンダ）に配置された燃料噴射弁（図示しない）と、排気管内燃料直接噴射用の燃料噴射弁１１に燃料ｆを供給する。

これらの燃料噴射弁１１、燃料流量計測装置２０、燃料供給配管１２、燃料供給ポンプ１３、制御装置３０ａ等により排気管内燃料直接噴射システム１０が構成される。

排気ガス浄化装置６は、図４の構成では、酸化触媒装置（ＤＯＣ）６ａ、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒装置（ＬＮＴ）６ｂ、触媒付きフィルタ装置（ＣＳＦ）６ｃで構成されている。

酸化触媒装置６ａは、多孔質のセラミックのハニカム構造の担持体に、白金等の酸化触媒を担持させて形成される。この酸化触媒は、排気ガス中のＨＣやＣＯを酸化して排気ガスを浄化する役割と、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ吸蔵能力を回復するためのＮＯｘ再生や、硫黄被毒からの回復のための脱硫処理の際や、触媒付きフィルタのＰＭ再生処理の際に、排気通路５内に供給される燃料ｆの一部を酸化して排気ガスＧの温度を昇温する役割とを持っている。

ＮＯｘ吸蔵還元型触媒装置６ｂは、アルカリ金属又はアルカリ土類金属を貴金属と共に担持して形成され、酸素過剰な排気ガス中のＮＯを酸化して硝酸塩として触媒上に吸着させて、ＮＯｘを浄化する。このＮＯｘ吸蔵還元型触媒は、排気ガスがリーン空燃比では、ＮＯｘを吸蔵し、リッチ空燃比では、吸蔵したＮＯｘを放出すると共に、この放出されたＮＯｘを還元雰囲気中で還元して、ＮＯｘを低減する。このＮＯｘ放出のリッチ空燃比制御では、排気通路５内に燃料ｆを直接供給する。

また、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒においては、エンジン２の燃料中に硫黄成分が含まれており、この硫黄成分が硫酸塩として触媒上に吸着されてしまうために、ＮＯｘ吸蔵材のＮＯｘ吸蔵能力が低下するという硫黄被毒の問題がある。この硫黄被毒からＮＯｘ吸蔵材を再生するために、排気通路５内に燃料ｆを噴射して、この燃料ｆを酸化触媒により酸化して排気ガスの温度を高めて、触媒を７００℃程度まで昇温させて、この温度に維持しながら排気ガスをリッチ状態にしてＮＯｘ吸蔵材の脱硫処理を行う必要がある。

触媒付きフィルタ装置６ｃは、排気ガス中の粒子状物質（ＰＭ）を捕集するためのディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）を備えた触媒付きＤＰＦで構成される。この触媒付きＤＰＦは、多孔質のセラミックのハニカムのチャンネルの入口と出口を交互に目封じしたモノリスハニカム型ウォールフロータイプのフィルタ等で形成される。このフィルタの部分に白金や酸化セリウム等の触媒を担持する。

この触媒付きＤＰＦにより、排気ガス中のＰＭは、多孔質のセラミックの壁で捕集される。このＰＭの捕集量が増加した場合には、排気通路５内に燃料ｆを噴射して、この燃料ｆを酸化触媒により酸化して排気ガスの温度を高めて、この高温の排気ガスにより触媒付きＤＰＦをＰＭの燃焼開始温度まで上昇させて、捕集されたＰＭを強制的に燃焼除去して、触媒付きＤＰＦのＰＭ再生処理を行う。

更に、排気ガスＧの温度Ｔｇを測定するために、排気ガス浄化装置６の入口に排気ガス温度センサ７ａが、また、排気ガス浄化装置６の触媒温度を測定するための触媒温度センサ７ｂと、排気ガス中の空気過剰率（λ）又は酸素濃度を測定するためのλ（空気過剰率）センサ７ｃが配設される。

これらのセンサ７ａ、７ｂ、７ｃ等の測定値とエンジン２の運転状態とエンジン２の運転制御に必要なデータを入力して排気ガス浄化システム１の排気ガス浄化制御や再生制御を行うエンジン制御装置３０が設けられている。このエンジン制御装置３０はＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）と呼ばれる制御装置である。排気管内燃料直接噴射システム１０の制御装置３０ａはこのエンジン制御装置（ＥＣＵ）３０に含まれる形で設けられる。このエンジン制御装置３０は、エンジン２からのデータと吸入空気量センサ（図示しない）等の検出値に基づいて、吸気弁（図示しない）、燃料供給ポンプ１３、燃料噴射弁１１、ＥＧＲ通路８のＥＧＲ弁９等を制御する。

この排気ガス浄化システム１において、排気管内燃料噴射システム１０を用いて、ＮＯｘ再生処理、脱硫処理及びＰＭ再生処理等において、燃料流量計測装置２０で直接噴射する燃料流量を計測しながら、燃料供給ポンプ１３で昇圧された燃料ｆを燃料噴射弁１１から噴射して、排気管内燃料直接を行う。

この排気管内燃料直接噴射では、エンジン２の排気通路５の排気ガス浄化装置６に燃料ｆを供給する排気管内燃料直接噴射における燃料流量の計測に、上記の燃料流量計測装置２０を用いているので、燃料噴射弁１１の個体差による排気管内燃料噴射量のばらつきに対し、実噴射量計測による修正が可能となる。また、触媒加熱時の温度制御フィードバックに加え、排気管内燃料実噴射量による空気過剰率λのフィードバック制御が可能となる。更に、燃料噴射弁１１の詰まりによる排気管内噴射の停止や噴射量の低下等の不良事象に対して、実噴射量の計測値に基づいて不良発生の警告をすることが可能となる。

また、排気管内燃料直接噴射方法では、エンジン回転数が予め設定したエンジン回転すよりも高くなったことを確認してから、排気管内直接噴射を行い、排気通路５への排気管内燃料直接噴射の燃料ｆの噴射量において指示量と計測とを比べて、指示量に比べて計測値が少ない場合には燃料噴射弁１１における噴射時間を増やして燃料噴射量を増加し、逆に指示量に比べて計測値が多い場合には噴射を停止する。

これにより、排気管内に噴射する燃料量の指示量に対して、燃料噴射弁１１の先端部の詰まり等により燃料ｆの流量が低下した場合には噴射時間を長めに修正することができるので必要燃料量の確保ができ、また、噴射の停止により実際の噴射量が指示量より多くなることを防止できる。

それと共に、この指示量と計測された噴射量との差を用いて、次回の排気管内燃料直接噴射のときの燃料噴射弁１１への指示値の基になる噴射要求値の修正を行う。この噴射要求値の修正は、エンジン回転数と負荷（エンジンのシリンダへの燃料噴射量）に対しての排気管内燃料直接噴射の噴射量を示すマップデータを補正することにより行う。

上記の排気管内燃料直接噴射システムと排気管内燃料直接噴射方法によれば、排気管内に噴射される燃料ｆの流量を精度よく計測できるので、排気管内燃料直接噴射システム１０の燃料噴射弁１１の個体差による排気管内への燃料噴射量のばらつきに対し、実際に噴射された量を計測しながら、この計測された噴射量により、噴射制御量を修正できるようになる。また、燃料噴射弁の詰まりによる排気管内燃料直接噴射の停止や噴射量の低下等の不具合に対して警告できるようになる。

また、上記の排気ガス浄化システム１及び排気ガス浄化方法によれば、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒等を加熱する際などの排気管内燃料直接噴射による空燃比制御において、触媒温度によるフィードバック制御に加えて、排気管内燃料直接噴射量の計測値に基づく、空気過剰率λを目標値にするためのフィードバック制御ができるようになる。

本発明の燃料流量計測装置及び燃料流量計測方法は、燃料通路の通過量に対する、計測用燃料通路に設けた電熱線への電力量と、燃料と電熱線との温度若しくは燃料の昇温量との関係に基づいて、電流計と温度計等の検出値から容易に燃料流量を算出でき、また、微小流量に対しても精度良く計測できるので、内燃機関の排気管内燃料直接噴射などの燃料通路をはじめ、多くの燃料通路を通過する燃料の流量計測に利用できる。

また、本発明の排気管内燃料直接噴射システム及び排気管内燃料直接供給方法は、排気管内に噴射される燃料流量を精度よく計測できるので、排気管内燃料直接噴射システムの燃料噴射弁（インジェクター）の個体差による排気管内への燃料噴射量のばらつきに対し、実際に噴射された量を計測しながら、この計測された噴射量により、噴射制御量を修正でき、また、燃料噴射弁の詰まりによる排気管内燃料直接噴射の停止や噴射量の低下等の不具合に対して警告できるので、排気管内燃料直接噴射を行う排気ガス浄化システムや排気ガス浄化方法に用いることができる。

また、本発明の排気ガス浄化システム及び排気ガス浄化方法は、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒等を加熱する際などの排気管内燃料直接噴射による空燃比制御において、触媒温度によるフィードバック制御に加えて、排気管内燃料直接噴射量の計測値に基づく、空気過剰率λを目標値にするためのフィードバック制御が可能となるので、自動車に搭載する内燃機関等の排気通路における排気ガス浄化システム及び排気ガス浄化方法として利用できる。

１ 排気ガス浄化システム
２ エンジン（内燃機関）
５ 排気通路
６ 排気ガス浄化装置
６ａ 酸化触媒装置（ＤＯＣ）
６ｂ ＮＯｘ吸蔵還元型触媒装置（ＬＮＴ）
６ｃ 触媒付きフィルタ装置（ＣＳＦ）
１０ 排気管内燃料直接噴射システム
１１ 燃料噴射弁（インジェクター）
１３ 燃料供給ポンプ
２０ 燃料流量計測装置
２１ 筐体（ケース）
２１ａ 燃料入口部
２１ｂ 燃料出口部
２２ 主燃料通路
２３ 計測用燃料通路
２４ 電熱線（ヒータコイル）
２７ 流量調整弁
２８ａ 第１燃料温度計
２８ｂ 第２燃料温度計
２９ 電熱線用温度計
３０ エンジン制御装置
３０ａ 制御装置
ｆ１、ｆｍ、ｆｔ 燃料
Ｇ 排気ガス
Ｉｃ、Ｉｍ 電流値
Ｐｃ、Ｐｍ 電力値
Ｑｆ１、Ｑｆｍ、Ｑｆｔ 燃料の流量
Ｔ１、Ｔｆ１ 燃料の温度（加熱前）
Ｔ２、Ｔｆ２ 燃料の温度（加熱後）
Ｖｃ、Ｖｍ 電圧値
ΔＴｃ 温度差
ΔＴ１、ΔＴｆ、ΔＴｆ１ 昇温差

Claims (9)

1. 内燃機関の燃料が通過する燃料通路に直列又は並列に設けて、燃料の流量を計測する燃料流量計測装置において、内部に設けた計測用燃料通路を通過する燃料を加熱する電熱線を設け、該電熱線に供給する電力量と、燃料温度と前記電熱線の温度との温度差との関係に基づいて、計測された電力量、若しくは、計測された燃料の温度と前記電熱線の温度との温度差から、該燃料流量計測装置を通過する燃料流量を算出するか、又は、前記電熱線に供給する電力量と、前記燃料流量計測装置若しくは前記計測用燃料通路若しくは前記燃料通路を通過する燃料の昇温量との関係に基づいて、計測された電力量若しくは計測された燃料の昇温量から、該燃料流量計測装置を通過する燃料流量を算出することを特徴とする燃料流量計測装置。
2. 内部に前記燃料通路に接続する主燃料通路を設けると共に、この主燃料通路から分岐してこの主燃料通路若しくは前記燃料通路に合流するように前記計測用燃料通路を設けたことを特徴とする請求項１記載の燃料流量計測装置。
3. 前記計測用燃料通路に、通過する燃料量を調整する流量調整弁を設けたことを特徴とする請求項１又は２記載の燃料流量計測装置。
4. 内燃機関の排気通路の排気ガス浄化装置に燃料を供給する排気管内燃料直接噴射において、請求項１，２又は３に記載の燃料流量計測装置を用いて計測した燃料流量に基づいて、前記排気ガス浄化装置に燃料を供給することを特徴とする排気管内燃料直接噴射システム。
5. 内燃機関の排気通路に排気ガス浄化装置を備え、該排気ガス浄化装置に排気管内燃料直接噴射で燃料を供給する排気ガス浄化システムにおいて、請求項４に記載の排気管内燃料直接噴射システムを用いることを特徴とする排気ガス浄化システム。
6. 内燃機関の燃料を通過する燃料通路に直列又は並列に設けて燃料の流量を計測する燃料流量計測装置を用いて燃料流量計測方法において、内部に設けた計測用燃料通路を通過する燃料を加熱する電熱線に供給する電力量と、前記燃料流量計測装置に流入する燃料の温度と前記電熱線の温度との温度差との関係に基づいて、計測された電力量、若しくは、計測された燃料の温度と前記電熱線の温度との温度差から、前記燃料通路を通過する燃料流量を算出するか、又は、前記電熱線に供給する電力量と、前記燃料流量計測装置若しくは前記計測用燃料通路若しくは前記燃料通路を通過する燃料の昇温量との関係に基づいて、計測された電力量若しくは計測された燃料の昇温量から、前記燃料通路を通過する燃料流量を算出することを特徴とする燃料流量計測方法。
7. 前記計測用燃料通路には、前記燃料通路に接続する主燃料通路から分岐した燃料を通過させると共に、前記計測用燃料通路を通過する燃料量を流量調整弁で調整することを特徴とする請求項６記載の燃料流量計測方法。
8. 内燃機関の排気通路の排気ガス浄化装置に燃料を供給する排気管内燃料直接噴射方法において、請求項５，６又は７に記載の燃料流量計測方法を用いて計測した燃料流量に基づいて、前記排気ガス浄化装置に燃料を供給することを特徴とする排気管内燃料直接供給方法。
9. 内燃機関の排気通路に排気ガス浄化装置を備え、該排気ガス浄化装置に排気管内燃料直接噴射で燃料を供給する排気ガス浄化方法において、請求項８に記載の排気管内燃料直接供給方法を用いることを特徴とする排気ガス浄化方法。

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