JP4306101B2 - Engine fuel supply system - Google Patents

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    • Y02T10/40Engine management systems

Description

【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
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a fuel supply device having a function of purifying exhaust gas by adding it to a catalyst in an exhaust system, in addition to supplying engine fuel.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, an engine that obtains engine output by burning an air-fuel mixture with a higher air-fuel ratio than the stoichiometric air-fuel ratio in at least a predetermined operating range, such as a diesel engine or a gasoline engine that performs lean combustion, has oxygen in its exhaust passage. It is common to provide a NOx absorbent (catalyst) that absorbs NOx below.
[0003]
The NOx catalyst has a characteristic of absorbing NOx when the oxygen concentration in the exhaust is high and releasing NOx when the oxygen concentration in the exhaust is low. Incidentally, NOx released into the exhaust reacts quickly with N2 if it has reducing components such as HC and CO in the exhaust and is reduced to N2. Further, even if the NOx catalyst absorbs a predetermined limit amount of NOx even when the oxygen concentration in the exhaust gas is high, the NOx catalyst does not absorb NOx any more.
[0004]
Therefore, before the NOx absorption amount of the NOx catalyst reaches the limit amount, the intake flow rate is reduced by closing the throttle valve of the intake system and a reducing agent is added into the exhaust system, and the NOx catalyst is absorbed by the NOx catalyst. The control of releasing and reducing NOx and recovering the NOx absorption capacity of the NOx catalyst may be repeated at predetermined intervals.
[0005]
By the way, the HC component contained in light oil or gasoline is suitably vaporized (or atomized), and thus suitably acts as a reducing agent that causes the NOx catalyst to function. Therefore, for example, as in an apparatus described in Japanese Patent Laid-Open No. 284647, a feed pump that pumps fuel from a fuel tank and fuel pumped from a feed pump (feed means) are introduced, and the pressure is increased to each combustion chamber (fuel injection). In a fuel supply device equipped with a high-pressure pump (pressure-increasing means) that supplies pressure to the valve), a fuel passage that connects the feed pump and the high-pressure pump is branched from the middle of the passage, and the branch passage is guided to the exhaust system. is doing.
[0006]
When such an apparatus configuration is applied, NOx in the exhaust gas is efficiently purified by a relatively simple apparatus configuration without requiring a separate supply source of the reducing agent and a pump for transferring the reducing agent. Will be able to.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, the action of the addition of the reducing agent (fuel) on the NOx catalyst varies greatly depending on factors such as the total amount of fuel added, the timing of addition, and the form (for example, vaporization state and average particle size). In the apparatus described in the above publication, the fuel sent from the branch passage is added (injected and supplied) to the upstream side of the catalyst in the exhaust system using an injection valve capable of controlling the internal on-off valve. In the apparatus having the above, it is possible to precisely adjust the injection amount (including the total amount and flow rate) and the injection timing of the added fuel by the injection valve and accurately control the above elements quantitatively and qualitatively. Indispensable for optimizing the purification function.
[0008]
However, due to the functional characteristics of the high-pressure pump that sends the introduced fuel at a high pressure, it is inevitable that pulsation will occur in the fuel that passes through the high-pressure pump. And since the pulsation accompanying the operation of the high-pressure pump propagates to the branch passage, it has been difficult to precisely adjust the injection amount (including the total amount and flow rate) of the added fuel and the injection timing by the injection valve. That is, the exhaust gas purification function by the NOx catalyst cannot be sufficiently optimized through quantitative and qualitative control regarding the injection amount and injection timing of the added fuel.
[0009]
The present invention has been made in view of such a situation, and the object of the present invention is that the pulsation of the fuel caused by the high pressure of the combustion fuel interferes with the supply control of the addition fuel. Accordingly, an object of the present invention is to provide an engine fuel supply device that can avoid this and optimize exhaust purification.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the first invention provides a feed means for pumping fuel from an engine fuel tank, a boosting means for introducing and boosting the fuel pumped by the feed means, and the boosted fuel. Combustion fuel supply means for injecting and supplying the combustion chamber of the engine, catalyst addition fuel supply means for supplying and supplying the pumped fuel upstream of the catalyst provided in the exhaust system of the engine, and the pumped fuel And a second fuel passage for branching from the middle of the passage of the first fuel passage and leading the pumped fuel to the catalyst addition fuel supply means. In the engine fuel supply apparatus, the timing at which the catalyst supply fuel supply means injects and supplies the fuel and the pressure increase means introduces fuel at a different timing. And gist in that it comprises control means.
[0011]
According to this configuration, the fuel addition timing is set in a period in which the fuel intake pulsation by the boosting means does not affect the fuel addition. Reliability can be improved.
[0012]
Accordingly, both NOx and HC in the exhaust can be reduced efficiently.
Since the boosting operation by the boosting means is stabilized, the fuel pressure of the fuel pumped to the combustion fuel supply means is also kept constant. Therefore, the properties of the spray injected by the combustion fuel supply means are stabilized, and a stable combustion state of the engine can be ensured.
[0013]
According to a second aspect of the present invention, there is provided a feed means for pumping fuel from a fuel tank of an engine, a pressure boosting means that operates in synchronism with the driving of the engine, introduces the fuel pumped by the feed means, and boosts the pressure. Combustion fuel supply means for injecting and supplying boosted fuel to the combustion chamber of the engine; and catalyst addition fuel supply means for injecting and supplying the pumped fuel upstream of the catalyst provided in the exhaust system of the engine; A first fuel passage for guiding the pumped fuel to the pressure increasing means, and a second fuel branching from the middle of the first fuel passage to guide the pumped fuel to the fuel supply means for catalyst addition In the engine fuel supply device having a passage, the timing when the fuel supply means for catalyst addition injects and supplies fuel is synchronized with a specific rotational phase of the engine. And summarized in that comprises timing control means that.
[0014]
According to this configuration, it is easy to grasp the timing of occurrence of fuel intake pulsation by the boosting means and to quantify the effect of the pulsation on fuel addition. Therefore, it becomes possible to sufficiently secure the preciseness and reliability of the control.
[0015]
Further, the generation timing of the fuel intake pulsation by the boosting means is surely grasped, and the fuel addition timing is set by selecting the period during which the fuel intake pulsation by the boosting means does not affect the fuel addition. It becomes easy.
[0016]
According to a third aspect of the present invention, there is provided a feed means for pumping fuel from an engine fuel tank, a boosting means for introducing and boosting the fuel pumped by the feed means, and supplying the boosted fuel to a combustion chamber of the engine Combustion fuel supply means, catalyst addition fuel supply means for supplying the pumped fuel to the upstream side of the catalyst provided in the exhaust system of the engine, and first pump for introducing the pumped fuel to the pressure increasing means. And a second fuel passage for branching from the middle of the first fuel passage and guiding the pumped fuel to the catalyst addition fuel supply means. And a timing control means for making the timing at which the catalyst addition fuel supply means injects and supplies the fuel differ from the timing at which the combustion fuel supply means supplies the fuel. The gist of the door.
[0017]
According to this configuration, the combustion pressure fluctuation based on the operation of the catalyst addition fuel supply means and the fuel pressure fluctuation based on the operation of the combustion fuel supply means do not interfere with each other, and the engine combustion and exhaust purification are optimized. Will come together.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment in which the present invention is applied to a diesel engine system will be described.
[0019]
In FIG. 1, an engine 1 is an in-line four-cylinder diesel engine system having a fuel supply system 10, a combustion chamber 20, an intake system 30, an exhaust system 40, and the like as main parts.
[0020]
First, the fuel supply system 10 includes a supply pump 100, a common rail 12, a fuel injection valve 13, an emergency shutoff valve 14, a metering valve 16, a fuel addition nozzle 17, an engine engine fuel passage P1, an addition fuel passage P2, and the like. Is done.
[0021]
The supply pump 100 raises the fuel pumped from a fuel tank (not shown) and supplies it to the common rail 12 via the engine engine fuel passage P1. The common rail 12 has a function as a pressure accumulation chamber that holds (accumulates) the high-pressure fuel supplied from the supply pump 100 at a predetermined pressure, and distributes the accumulated fuel to each fuel injection valve 13. The fuel injection valve 13 is an electromagnetic valve provided with an electromagnetic solenoid (not shown) therein, and is appropriately opened to inject and supply fuel into the combustion chamber 20.
[0022]
On the other hand, the supply pump 100 supplies a part of the fuel pumped up from the fuel tank to the fuel addition nozzle 17 through the addition fuel passage P2. An emergency shutoff valve 14 and a metering valve 16 are sequentially arranged from the supply pump 100 toward the fuel addition nozzle 17 in the addition fuel passage P2. The emergency shutoff valve 14 shuts off the added fuel passage P2 in an emergency and stops the fuel supply. The metering valve 16 controls the pressure (fuel pressure) of the fuel supplied to the fuel addition nozzle 17. The fuel addition nozzle 17 is a mechanical on-off valve that opens when a fuel pressure (for example, 0.2 MPa) equal to or higher than a predetermined pressure is applied and injects fuel into the exhaust system 40. That is, by controlling the fuel pressure upstream of the fuel addition nozzle 17 by the metering valve 16, desired fuel is injected and supplied (added) from the fuel addition nozzle 17 at an appropriate timing.
[0023]
The intake system 30 forms a passage (intake passage) for intake air supplied into each combustion chamber 20. On the other hand, the exhaust system 40 forms a passage (exhaust passage) for exhaust gas discharged from each combustion chamber 20.
[0024]
The engine 1 is provided with a known supercharger (turbocharger) 50. The turbocharger 50 includes two turbine wheels 52 and 53 that are connected via a shaft 51. One turbine wheel (intake side turbine wheel) 52 is exposed to intake air in the intake system 30, and the other turbine wheel (exhaust side turbine wheel) 53 is exposed to exhaust in the exhaust system 40. The turbocharger 50 having such a configuration performs so-called supercharging in which the intake side turbine wheel 53 is rotated using the exhaust flow (exhaust pressure) received by the exhaust side turbine wheel 52 to increase the intake pressure.
[0025]
In the intake system 30, an intercooler 31 provided in the turbocharger 50 forcibly cools the intake air whose temperature has been raised by supercharging. The throttle valve 32 provided further downstream than the intercooler 31 is an electronically controlled on-off valve whose opening degree can be adjusted in a stepless manner, and restricts the flow area of the intake air under predetermined conditions. The function of adjusting (reducing) the supply amount of the intake air is provided.
[0026]
Further, an exhaust gas recirculation passage (EGR passage) 60 that bypasses the upstream (intake system 30) and the downstream (exhaust system 40) of the combustion chamber 20 is formed in the engine 1. The EGR passage 60 has a function of returning a part of the exhaust to the intake system 30 as appropriate. The EGR passage 60 is opened and closed steplessly by electronic control, and an EGR valve 61 that can freely adjust the flow rate of exhaust gas flowing through the passage, and EGR for cooling the exhaust gas that passes through (recirculates) the EGR passage 60 A cooler 62 is provided.
[0027]
Further, in the exhaust system 40, a catalyst casing 42 that houses an NOx storage reduction catalyst (hereinafter simply referred to as a NOx catalyst) 41 is provided downstream of the communication part of the exhaust system 40 and the EGR passage 60. The NOx catalyst 41 accommodated in the catalyst casing 42 uses, for example, alumina (Al 2 O 3) as a carrier, and an alkali metal such as potassium (K), sodium (Na), lithium (Li), cesium Cs, or barium on the carrier. An alkaline earth such as Ba or calcium Ca, a rare earth such as lanthanum (La) or yttrium (Y), and a noble metal such as platinum Pt are supported.
[0028]
The NOx catalyst 41 absorbs NOx in a state where a large amount of oxygen is present in the exhaust gas, the operating air-fuel ratio is smaller than the stoichiometric air-fuel ratio, the oxygen in the exhaust gas is low, and the reducing component (for example, unreacted fuel) In the state where the fuel component (HC) is present, NOx is reduced to NO2 or NO and released. NOx released as NO2 or NO is further reduced by reacting quickly with HC and CO in the exhaust gas, and becomes N2. Incidentally, HC and CO are oxidized by reducing NO2 and NO to become H2O and CO2. That is, HC, CO, and NOx in the exhaust can be purified by appropriately adjusting the oxygen concentration and HC component in the exhaust introduced into the catalyst casing 42 (NOx catalyst 41).
[0029]
In addition, various sensors are attached to each part of the engine 1, and signals related to the environmental conditions of the part and the operating state of the engine 1 are output.
[0030]
That is, the rail pressure sensor 70 outputs a detection signal corresponding to the fuel pressure stored in the common rail 12. The fuel pressure sensor 71 outputs a detection signal corresponding to the pressure (fuel pressure) of the fuel introduced into the metering valve 16 among the fuel flowing through the added fuel passage P2. The air flow meter 72 outputs a detection signal corresponding to the flow rate Gn of the intake air downstream of the throttle valve 32 in the intake system 30. The A / F sensor 73 outputs a detection signal that continuously changes according to the oxygen concentration in the exhaust gas downstream of the catalyst casing 42 of the exhaust system 40. The exhaust temperature sensor 74 also outputs a detection signal corresponding to the exhaust temperature (exhaust temperature) Tex downstream of the catalyst casing 42 of the exhaust system 40.
[0031]
The accelerator opening sensor 75 is attached to an accelerator pedal (not shown) of the engine 1 and outputs a detection signal corresponding to the depression amount Acc of the pedal. The crank angle sensor 76 outputs a detection signal (pulse) every time the output shaft (crankshaft) of the engine 1 rotates by a certain angle. Each of these sensors 70 to 76 is electrically connected to an electronic control unit (ECU) 80.
[0032]
The ECU 80 includes a central processing unit (CPU) 81, a read only memory (ROM) 82, a random access memory (RAM) 83, a backup RAM 84, a timer counter 85, and the like. These units 81 to 85 and an A / D converter are provided. The external input circuit 86 including the external output circuit 87 includes a logical operation circuit configured by being connected by a bidirectional bus 88.
[0033]
The ECU 80 configured as described above inputs the detection signals of the various sensors via an external input circuit, performs basic control on the fuel injection of the engine 1 based on these signals, and adds the addition of the reducing agent. Various operation controls such as reducing agent addition control relating to determination of timing and supply amount are executed.
[0034]
Next, the fuel supply system 10 among the main components of the engine 1 will be described in more detail with a focus on the supply pump 100.
[0035]
FIG. 2 schematically shows the main internal structure of the supply pump 100.
[0036]
As shown in FIG. 2, the supply pump 100 includes a feed pump 110 and a high-pressure pump 120 therein.
[0037]
The feed pump 110 (developed by 90 ° in the figure) is configured to include a cylindrical housing 111 and an internal rotor 112 provided in the housing 111 and having vanes on the outer peripheral surface thereof. As the internal rotor 112 rotates, the fuel in the fuel tank 200 is pumped up through the fuel passage P3 and sent out to the fuel passage P4.
[0038]
The fuel passage P4 branches into fuel passages P5 and P6. A pressure regulating valve 113 is provided in the middle of the fuel passage P5. The pressure regulating valve 113 is a check valve that opens only when a fuel pressure exceeding a predetermined value is applied in the direction of the arrow α and allows fuel flow in the direction of the arrow α. The fuel passing through the valve 113 is returned to the fuel passage P3 and fed into the feed pump 110 again.
[0039]
The other fuel passage P6 branched from the fuel passage P4 further branches to the added fuel passages P2 and P7. The addition fuel passage P2 communicates with the fuel addition nozzle 17 via the metering valve 16 as described above with reference to FIG. On the other hand, the fuel passage P <b> 7 is connected to the high-pressure pump 120.
[0040]
The high-pressure pump 120 (developed at 90 ° in the figure) includes a ring-shaped outer ring portion 122 and an inner rotor 123 that rotates within the outer ring portion 122. A through hole 123a is formed in the inner rotor 123 along the radial direction, and two plungers 123b and 123c facing each other from each open end of the hole 123a toward the center are formed in the through hole 123a. Is attached. A high pressure chamber 124 is formed by the front end surfaces of the two plungers 123b and 123c facing each other and the inner peripheral surface of the through hole 123a. The high pressure chamber 124 communicates with the fuel passage P8 in addition to the fuel passage P7 described above. On the other hand, the inner peripheral surface of the outer ring portion 122 protrudes at 90 ° intervals to form a total of four cam surfaces 122a. When the internal rotor 123 rotates in the direction of the arrow B and the cam surface 122a pushes the plungers 123b and 123c, the plungers 123b and 123c are pushed in the directions of the arrows C and C ′ so The fuel is boosted. That is, the fuel introduced (withdrawn) from the fuel passage P7 is pressurized in the high-pressure chamber 124 as the internal rotor 123 rotates and is pumped to the fuel passage P8.
[0041]
The fuel passage P8 branches into engine fuel passages P1 and P10. The engine fuel passage P1 is a check valve that opens only when a fuel pressure exceeding a predetermined value is applied in the direction of the arrow β through the pressure regulating valve 125, and allows the fuel flow in the direction of the arrow β. Of the fuel pumped by the high-pressure pump 120, part of the fuel that does not pass through the pressure regulating valve 125 is returned to the fuel tank 200 through the fuel passage P10.
[0042]
Note that the internal rotor 112 of the feed pump 110 and the internal rotor 123 of the high-pressure pump 120 are rotated by the same drive shaft 130. The drive shaft 130 is connected to a crankshaft (not shown) of the engine 1 and obtains a driving force from the crankshaft. For this reason, the rotation of the drive shaft 130 of the high-pressure pump 120 and the rotation of the crankshaft of the engine 1 are accurately synchronized. Incidentally, in the present embodiment, when the crankshaft of the engine 1 rotates twice, the drive shaft 130 of the high-pressure pump 120 rotates exactly once.
[0043]
Here, the outline of the reducing agent (fuel) addition control according to the present embodiment will be described.
[0044]
In general, in a diesel engine, the air supplied to the combustion chamber and the fuel used for combustion, that is, oxygen in the air-fuel mixture are in a high concentration state in most operating regions.
[0045]
The oxygen concentration of the air-fuel mixture supplied for combustion is usually reflected in the oxygen concentration in the exhaust gas by subtracting the oxygen supplied for combustion as it is. If the oxygen concentration (air-fuel ratio) in the air-fuel mixture is high The oxygen concentration (air-fuel ratio) in the exhaust gas basically increases similarly. On the other hand, as described above, the NOx storage reduction catalyst has a characteristic of absorbing NOx when the oxygen concentration in the exhaust gas is high and reducing NOx to NO2 or NO when it is low, so that the oxygen in the exhaust gas is high. As long as it is in the concentration state, it will absorb NOx. However, there is a limit amount in the NOx absorption amount of the NOx storage reduction catalyst. When the catalyst absorbs the limit amount of NOx, NOx in the exhaust gas is not absorbed by the catalyst and passes through the catalyst casing.
[0046]
Therefore, in the internal combustion engine having the fuel addition nozzle 17 such as the engine 1, the NOx catalyst of the exhaust system 40 is further passed through the fuel addition nozzle 17 while closing the throttle valve 32 at an appropriate time to reduce the intake air amount. 41 By adding fuel upstream, the oxygen concentration in the exhaust gas is temporarily reduced, and the amount of reducing components (HC, etc.) is increased. Then, the NOx catalyst 41 reduces and releases the NOx absorbed so far into NO2 or NO, and recovers (regenerates) its own NOx absorption capability. As described above, the released NO 2 or NO reacts with HC or CO and is quickly reduced to N 2.
[0047]
At this time, NOx absorbed by itself is released in the above-described manner, and for the NOx catalyst 41 to be reduced and purified, the amount of reducing component (fuel concentration) in the exhaust gas flowing into the catalyst casing 42 and the oxygen concentration (air-fuel ratio) Thus, the efficiency of reduction and purification is determined.
[0048]
By the way, in the fuel supply system 10, the fuel delivered from the feed pump 110 is transferred through the fuel passages P4, P6, and P2, and the metering valve 16 is controlled to open and close, whereby the exhaust system 40 is discharged from the fuel addition nozzle 17. It will be injected into the inside. At this time, the fuel pressure in the fuel passages P4, P6, P2 is supplied by the feed pump 110 with a predetermined flow rate (predetermined fuel pressure), and the pressure adjusting action by the pressure adjusting valve 113 (the function of adjusting the fuel pressure so as not to exceed a predetermined value) ) Is basically maintained at a predetermined pressure at all times.
[0049]
However, a system that distributes the fuel fed from the integral feed pump 110 to the fuel introduced into the high-pressure pump 120 and the fuel introduced into the fuel addition nozzle 17 as in the fuel supply system 10 requires a plurality of feed pumps. By doing so, a great advantage in terms of mountability and cost is exhibited, but a relatively large pulsation of fuel accompanying the operation of the high-pressure pump 120 propagates to the fuel upstream of the metering valve 16 and interferes with the fuel pressure. There is an aspect that it is easy.
[0050]
Furthermore, there are the following phenomena as elements that promote such pulsation from the high-pressure pump 120.
[0051]
That is, it has been confirmed by the inventor that a temporary pressure drop occurs with the fuel injection (release) operation by the fuel addition nozzle 17.
[0052]
For example, in FIGS. 3A and 3B, when the fuel addition nozzle 17 injects fuel into the exhaust system 40, the distance between the metering valve 16 and the fuel addition nozzle 17 from the start to the end of the injection (regulation) is shown. The fuel pressure transition (downstream of the metering valve 16) (FIG. 3A) and the fuel pressure transition between the feed pump 110 and the metering valve 16 (upstream of the metering valve 16) (FIG. 3B) are the same time. It is a time chart shown on an axis.
[0053]
As shown in FIG. 3A, when the valve opening operation of the metering valve 16 is started based on the command signal of the ECU 80 (time t1), the downstream of the tuning valve 16 is synchronized with the valve opening operation. The fuel pressure rises. When the fuel pressure downstream of the metering valve 16 exceeds a predetermined pressure, the fuel addition nozzle 17 is opened to start fuel injection. Similarly, when the metering valve 16 is opened based on a command signal from the ECU 80 (time t2), the fuel pressure downstream of the tuning valve 16 decreases in synchronization with the valve opening operation. When the fuel pressure downstream of the metering valve 16 becomes equal to or lower than the predetermined pressure, the fuel addition nozzle 17 is closed and the fuel injection is terminated.
[0054]
Here, as shown in FIG. 3B, in synchronism with the start and end (time t1, t2) of the on-off valve operation of the metering valve 16, a temporary decrease in the fuel pressure upstream of the metering valve 16 is observed. It is done.
[0055]
4 and 5 show (i) pulsation propagating from the high-pressure pump 120 to the upstream of the metering valve 16 (FIGS. 4A and 5A), and (ii) described in FIG. The fuel pressure drop upstream of the metering valve 16 in synchronization with the start or end of the valve operation of the metering valve 16 (FIGS. 4B and 5B), (iii) When they occur almost simultaneously 6 is a time chart virtually showing the transition of each of (i) to (iii) on the same time axis for the fuel pressure change upstream of the metering valve 16 in FIG. 4 (FIG. 4C, FIG. 5C).
[0056]
As described above, the high-pressure pump 120 draws fuel into the high-pressure chamber 124 of the pump 120 through the fuel passage P7, boosts the pressure, and pumps it to the fuel passage P8 periodically in synchronization with the rotation of the crankshaft of the engine 1. Repeat.
[0057]
That is, as shown in FIG. 4 (a) or FIG. 5 (a), the fuel pressure upstream of the metering valve 16 decreases and subsequently increases in accordance with the drawing (intake) and pressure increase (pressure feed) operations by the high pressure pump 120. Here, when the fuel pressure drop synchronized with the opening / closing valve operation of the metering valve 16 occurs in synchronization with the fuel pressure rise by the high-pressure pump 120 (FIG. 4B), the respective fuel pressure fluctuations cancel each other, Apparently, only the fuel pressure drop due to the high-pressure pump 120 appears on the time axis (FIG. 4C).
[0058]
On the other hand, as shown in FIG. 5B, when the fuel pressure drop synchronized with the on / off valve operation of the metering valve 16 occurs in synchronization with the fuel pressure drop by the high-pressure pump 120 (FIG. 5B), In addition, the fuel pressure drop of the fuel pressure overlaps at the same time, and the fuel pressure rise by the high-pressure pump 120 also continues, so that a relatively large fuel pressure fluctuation appears on the time axis (FIG. 5C).
[0059]
As described above, the fuel pressure reduction itself associated with the fuel addition is a phenomenon in which the amount of reduction is very small and is highly reproducible both quantitatively and qualitatively. It doesn't matter much. However, as described above with reference to FIGS. 4 and 5, there is a concern that the magnitude and form of pulsation due to the propagation of pulsations caused by the drawing (inhalation) and pressure-up (pressure feeding) operations by the high-pressure pump 120 may be unstable. There is.
[0060]
When such an unstable (irregular) fuel pressure fluctuation occurs particularly at the start timing of the valve opening operation of the metering valve 16, the fuel addition control is performed with the injection amount, the addition timing, and the form (for example, vaporization state and average particle size) of the added fuel. It is difficult to precisely adjust the (diameter) from a quantitative and qualitative viewpoint.
[0061]
Therefore, in the engine 1 according to the present embodiment, when the fuel is added to the exhaust system 40 through the opening and closing of the metering valve 16, the opening timing of the metering valve 16 is determined by the high-pressure pump 120 (to the high-pressure chamber 124). Control so that it does not overlap with the inhalation timing.
[0062]
The specific control procedure will be described below.
[0063]
FIG. 6 shows the processing contents of a “fuel addition control routine” executed to control the amount and timing of addition of fuel to the exhaust system 40. This routine processing is executed through interruption at every constant crank angle through the ECU 80.
[0064]
When the processing shifts to this routine, the ECU 80 first grasps the operation state necessary for the control of the metering valve 16 related to the execution of fuel addition in step S101.
[0065]
For example, the ECU 80 determines the engine speed Ne of the engine 1 based on the output signal of the crank angle sensor 76, and the oxygen concentration in the exhaust (referred to as an exhaust air-fuel ratio for convenience) A / F based on the output signal of the A / F sensor 73. Each F is calculated. Further, the accelerator depression amount Acc, exhaust temperature Tex, and the like are grasped.
[0066]
In a succeeding step S102, it is determined whether or not to add fuel. Fuel addition is performed, for example, when the following conditions (1) to (4) are all satisfied.
(1) It is determined that the operating state of the engine 1 is suitable for fuel addition from the relationship between the engine speed Ne and the accelerator depression amount. This is a condition in which the operating state of the engine 1 is in a region where no trouble such as torque fluctuation occurs even when fuel addition is executed. For example, this condition is satisfied when decelerating.
(2) The exhaust temperature Tex is higher than a predetermined temperature (for example, 250 ° C.). This corresponds to a condition that the NOx catalyst is sufficiently activated.
(3) The NOx absorption amount of the NOx catalyst exceeds a predetermined amount. This means that the amount of NOx absorbed by the NOx catalyst has approached its limit value to some extent. This absorption amount may be estimated based on the elapsed time from the end of the previous fuel addition, the history of the exhaust air-fuel ratio A / F, the exhaust temperature Tex, and the like.
(4) The current time is not in the fuel intake timing (to the high pressure chamber 124) by the high pressure pump 120. The operation of the high-pressure pump 120 is synchronized with the rotation of the crankshaft of the engine 1, and this routine is a control procedure that is executed by interruption every constant crank angle. For this reason, it is easy to accurately grasp the current operation mode of the high-pressure pump 120 in a series of processing procedures in this routine.
[0067]
When all of the above conditions (1) to (4) are satisfied, ECU 80 determines that fuel addition should be executed, and proceeds to step S103. On the other hand, if any one of the above conditions (1) to (4) does not hold, this routine is temporarily exited.
[0068]
In step S103, when the fuel addition is performed, the exhaust air, strictly speaking, it matches the required value (target value) of the air-fuel ratio (oxygen concentration in the exhaust gas) flowing into the catalyst casing 42, and the NOx catalyst 41 An amount of added fuel and an addition pattern for releasing / reducing all NOx are determined.
[0069]
Here, the fuel addition amount is the total amount of fuel injected in one fuel addition. Further, the addition pattern is an energization waveform to the metering valve 16. This addition pattern determines the fuel injection amount distribution (including the waveform and the number of waveforms) seen on the time axis.
[0070]
Then, the ECU 80 performs energization control to the metering valve 16 according to the addition pattern determined in step S103, and adds the fuel addition amount determined in step S103 to the exhaust system 40 (step S104).
[0071]
After the processing in step S104, the ECU 80 once ends the subsequent processing.
[0072]
As described above, according to this routine for performing the fuel addition control in the above-described manner, the timing when the pulsation generated during the fuel intake operation of the high-pressure pump is propagated upstream of the metering valve 16 can be avoided, and the control related to the fuel addition can be precisely performed. The fuel is added to the exhaust system 40 by always selecting an implementation time at which performance can be reliably obtained.
[0073]
Here, in the conventional apparatus, the suction pulsation of fuel drawn into the high-pressure chamber 124 from the fuel passage P7 by the high-pressure pump 120 that operates in synchronization with the rotation of the crankshaft of the engine 1 (the pressure pulsation secondary to the engine rotation). However, the fuel addition control accuracy is lowered by irregularly interfering with the fuel pressure upstream of the metering valve 16.
[0074]
Further, the influence of the suction pulsation accompanying the operation of the high-pressure pump 120 and the decrease in the fuel pressure caused by the fuel addition (see FIG. 3) on the fuel addition control is that the operating state of the engine 1 is in the low rotation range. In some cases it was even more pronounced. This is because when the rotational speed of the engine 1 is low, the average pumping amount (flow rate) by the high-pressure pump 120 is inevitably reduced, and it takes time to recover the fuel pressure once lowered.
[0075]
Furthermore, if fuel addition is performed under such conditions, the influence of a decrease in fuel pressure upstream of the high-pressure pump 120 will spread, and this will adversely affect the boosting operation of the high-pressure pump 120 and thus the stable fuel pressure retention in the common rail 12. There was concern. The decrease in the fuel pressure in the common rail 12 causes variations in the properties of the spray injected by the fuel injection valve 13, which is not preferable for ensuring a stable combustion state of the engine 1.
[0076]
In this regard, according to the fuel addition control according to the present embodiment, the fuel addition timing (particularly the start timing of fuel addition) is set in a period in which the fuel suction pulsation by the high-pressure pump 120 does not affect the fuel addition. As a result, the preciseness and reliability of the control can be improved when fuel is added to the exhaust system.
[0077]
Accordingly, both NOx and HC in the exhaust can be reduced efficiently.
[0078]
Further, since the boosting operation of the high-pressure pump 120 and the fuel pressure in the common rail 12 are kept constant, the properties of the spray injected by the fuel injection valve 13 are also stabilized, and the engine 1 is in a stable combustion state ( Stable output) can be secured.
[0079]
In the above embodiment, control is performed so that the fuel addition start timing does not overlap with the fuel suction start timing of the high-pressure pump 120 (timing at which the plungers 123b and 123c start moving toward the outer circumferential direction of the internal rotor 123). Most preferably. This is because the fuel pressure in the upstream of the metering valve 16 accompanying the valve opening operation of the metering valve 16 (the valve opening operation of the fuel addition nozzle 17) and the upstream of the metering valve 16 (or the fuel addition nozzle in the operation of the high pressure pump 120). 17) The fluctuation of the fuel pressure in the upstream) is prevented from irregularly overlapping or not overlapping on the time axis, so that the control regarding the injection amount (including the total amount and flow rate) of the added fuel and the injection time is precise. This is because the property can be improved most effectively.
[0080]
However, as described above with reference to FIG. 3, the valve closing operation of the metering valve 16 (or the fuel addition nozzle 17) is accompanied by a decrease in the fuel pressure upstream of the metering valve 16. Therefore, an effect similar to that of the above embodiment can also be obtained by controlling the fuel addition end time and the fuel suction start time by the high-pressure pump 120 so as not to overlap.
[0081]
Further, the decrease in the fuel pressure upstream of the metering valve 16 due to the valve opening operation of the metering valve 16 (or the fuel addition nozzle 17) and the fluctuation of the fuel pressure upstream of the metering valve 16 due to the operation of the high-pressure pump 120 are on the time axis. Even if they overlap each other, if the mode has regularity and reproducibility quantitatively and qualitatively, the control of the injection amount (including the total amount and flow rate) of the added fuel and the control over injection time are sufficient. It can be secured. Therefore, even if control is performed such that the fuel addition timing is simply synchronized with the operation of the high-pressure pump 120, for example, in synchronization with a specific crank angle (rotation phase), the same as in the above embodiment. There is an effect. In addition, when applying such a control logic, the fuel addition to the exhaust system 40 is performed so as to be synchronized with the engine operation related to a specific cylinder in particular, thereby further improving the control precision relating to the fuel addition. It becomes possible to raise effectively.
[0082]
In the fuel supply system 10 according to the above-described embodiment, the high-pressure fuel boosted by the high-pressure pump 120 is temporarily held (accumulated) in the common rail 12 and injected and supplied to each combustion chamber 20 by the individual fuel injection valves 13. The configuration to be applied was applied. In contrast, for example, a device configuration having a function of distributing and supplying fuel boosted by the high-pressure pump to a plurality of fuel passages at a predetermined timing, such as a well-known distributed high-pressure pump device or a row-type high-pressure pump device, is applied. May be. In this case, when a fuel pressure exceeding a predetermined value is applied, a fuel injection nozzle that mechanically opens and supplies fuel to the combustion chamber may be connected to each of the fuel passages, and there is no need to use a common rail. Further, in this case, the fuel injection timing of the fuel injection nozzle and the operation timing of the high-pressure pump are necessarily synchronized, so that the fuel addition timing to the exhaust system and the fuel injection timing to the combustion chamber 20 Control may be performed so that they are different.
[0083]
Further, in the present embodiment, the supply pump 100 that includes the feed pump 110 and the high-pressure pump 120 integrally therein is applied. Alternatively, a feed pump and a high-pressure pump may be provided separately, and both pumps may be connected by a fuel passage, and the fuel passage may be branched halfway, and the branch passage may be guided to a fuel addition nozzle. .
[0084]
In the above-described embodiment, a so-called storage reduction type NOx catalyst is applied as the NOx catalyst, but a so-called selective reduction type NOx catalyst may be applied instead. In short, an exhaust gas purification apparatus that purifies NOx in exhaust gas by applying a catalyst having different NOx purification (reduction) action efficiency in accordance with the amount of reducing component in gas or the amount of component related thereto (for example, oxygen concentration). If so, it is possible to obtain an effect equivalent to or equivalent to that of the embodiment by applying a control structure equivalent to that used in the present embodiment.
[0085]
In the present embodiment, when adding fuel to the exhaust system, the pressure of the fuel supplied via the added fuel passage P2 is controlled by the metering valve 16, and the fuel addition nozzle 17 is opened and closed by the pressure control. A configuration for controlling the valve operation is applied. On the other hand, an electromagnetic valve or the like whose direct on / off valve operation is directly controlled through energization by the ECU 80, such as the fuel injection valve 13, may be applied as an injection valve for adding fuel. In this case, the metering valve 16 may be excluded from the device configuration, and the energization control of the ECU 80 applied to the on / off valve of the metering valve 16 in the above embodiment is the energization control applied to the on / off valve of the injection valve that performs the fuel addition. Can be replaced.
[0086]
In the above embodiment, the exhaust purification apparatus of the present invention is applied to the in-line four-cylinder diesel engine 1 as an internal combustion engine. However, the present invention is also preferably applied to a gasoline engine that performs lean combustion. be able to. Further, the invention is not limited to an in-line four-cylinder internal combustion engine.
[0087]
In the above embodiment, both the feed pump 110 and the high-pressure pump 120 provided in the supply pump 100 obtain driving force from the crankshaft of the engine 1. Instead of such a configuration, a driving force may be obtained by an intake or exhaust camshaft, a motor, or the like. In particular, when the present invention is applied to a gasoline engine that performs lean combustion, even if a high-pressure pump that can be driven with a relatively small driving force is applied, an effect equivalent to or equivalent to that of the above embodiment can be obtained. be able to.
[0088]
【The invention's effect】
As described above, according to the first aspect of the invention, the fuel addition timing is set in a period in which the fuel intake pulsation by the boosting means does not affect the fuel addition, and the fuel addition timing to the exhaust system is reduced. In implementation, it becomes possible to improve the precision and reliability of control.
[0089]
Accordingly, both NOx and HC in the exhaust can be reduced efficiently.
Since the boosting operation by the boosting means is stabilized, the fuel pressure of the fuel pumped to the combustion fuel supply means is also kept constant. Therefore, the properties of the spray injected by the combustion fuel supply means are stabilized, and a stable combustion state of the engine can be ensured.
[0090]
Further, according to the second invention, it is easy to reliably grasp the generation timing of the fuel intake pulsation by the boosting means and quantify the influence of the pulsation on the fuel addition. Further, the generation timing of the fuel intake pulsation by the boosting means is surely grasped, and the fuel addition timing is set by selecting the period during which the fuel intake pulsation by the boosting means does not affect the fuel addition. It becomes easy.
[0091]
Therefore, when the fuel is added to the exhaust system, it is possible to sufficiently secure the preciseness and reliability of the control.
[0092]
According to the third aspect of the present invention, the combustion pressure and the exhaust of the engine can be reduced without interfering with the fuel pressure fluctuation based on the operation of the catalyst addition fuel supply means and the fuel pressure fluctuation based on the operation of the combustion fuel supply means. The optimization of the purification is also planned.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a diesel engine system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram schematically showing the main internal structure of the supply pump according to the embodiment;
FIG. 3 is a time chart showing the transition of the fuel pressure between the fuel addition nozzle and the metering valve and the transition of the fuel pressure between the feed pump and the metering valve on the same time axis.
FIG. 4 is a time chart showing fuel pressure changes on the same time axis that occur when the fuel suction operation of the high-pressure pump and the open / close valve operation of the metering valve are executed almost simultaneously.
FIG. 5 is a time chart showing fuel pressure changes on the same time axis that occur when the fuel suction operation of the high-pressure pump and the open / close valve operation of the metering valve are executed almost simultaneously.
FIG. 6 is a flowchart showing a fuel addition control procedure according to the embodiment;
[Explanation of symbols]
1 engine
10 Fuel supply system (fuel supply device)
12 Common rail
13 Fuel injection valve
14 Emergency shut-off valve
16 Metering valve
17 Fuel addition nozzle
20 Combustion chamber
30 Intake system
31 Intercooler
32 Throttle valve
40 Exhaust system
41 NOx catalyst
42 Catalyst casing
50 turbocharger
51 shaft
52 Exhaust side turbine wheel
53 Intake side turbine wheel
60 EGR passage
70 Rail pressure sensor
71 Fuel pressure sensor
72 Air flow meter
74 Exhaust temperature sensor
75 Accelerator position sensor
76 Crank angle sensor
80 Electronic control unit (ECU)
81 Central processing unit (CPU)
82 Dedicated memory (ROM)
86 External input circuit
87 External output circuit
88 bidirectional bus
100 Supply pump
110 Feed pump (feed means)
111 housing
112 Internal rotor
113 Pressure regulator
120 High-pressure pump (pressure increase means)
122 Outer ring part
122a Cam surface
123 Internal rotor
123a Through hole
123b, 123c Plunger
124 High pressure chamber
125 Pressure regulating valve
130 Drive shaft
200 Fuel tank
P1, P3 fuel passage
P2 fuel passage (second fuel passage)
P4, P6, P7 Fuel passage (first fuel passage)
P5, P8, P10 Fuel passage

Claims (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。
Feed means for pumping fuel from the engine fuel tank;
Boosting means for introducing and boosting the fuel pumped up by the feed means;
Combustion fuel supply means for injecting and supplying the boosted fuel to the combustion chamber of the engine;
Catalyst addition fuel supply means for injecting and pumping the pumped fuel upstream of the catalyst provided in the exhaust system of the engine;
A first fuel passage for guiding the pumped fuel to the pressure increasing means;
A fuel supply device for an engine, comprising: a second fuel passage branched from the middle of the first fuel passage and guiding the pumped fuel to the catalyst addition fuel supply means;
A fuel supply device for an engine, comprising: a timing control means for making the timing for injecting and supplying fuel from the catalyst addition fuel supply means and the timing for introducing the fuel by the boosting means differ.
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。
Feed means for pumping fuel from the engine fuel tank;
A pressure-increasing unit that operates in synchronization with the driving of the engine, introduces fuel pumped up by the feed unit, and pressurizes the fuel;
Combustion fuel supply means for injecting and supplying the boosted fuel to the combustion chamber of the engine;
Catalyst addition fuel supply means for injecting and pumping the pumped fuel upstream of the catalyst provided in the exhaust system of the engine;
A first fuel passage for guiding the pumped fuel to the pressure increasing means;
A fuel supply device for an engine, comprising: a second fuel passage branched from the middle of the first fuel passage and guiding the pumped fuel to the catalyst addition fuel supply means;
A fuel supply apparatus for an engine, comprising: a timing control means for synchronizing the fuel supply means for injecting and supplying fuel with a specific rotational phase of the engine.
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。
Feed means for pumping fuel from the engine fuel tank;
Boosting means for introducing and boosting the fuel pumped up by the feed means;
Combustion fuel supply means for injecting and supplying the boosted fuel to the combustion chamber of the engine;
Catalyst addition fuel supply means for injecting and pumping the pumped fuel upstream of the catalyst provided in the exhaust system of the engine;
A first fuel passage for guiding the pumped fuel to the pressure increasing means;
A fuel supply device for an engine, comprising: a second fuel passage branched from the middle of the first fuel passage and guiding the pumped fuel to the catalyst addition fuel supply means;
A fuel supply device for an engine, comprising: timing control means for making the timing at which the fuel supply means for catalyst addition injects and supplies fuel differs from the timing at which the fuel supply means for combustion supplies fuel.
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