JP5282584B2 - Device for injecting fuel into engine exhaust pipe and method for measuring injection amount - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、エンジン排気ガス中の有害成分を減少させるための排気ガス後処理装置に関し、ことに、排気ガス後処理装置に添加燃料を供給する燃料噴射装置及び燃料噴射量の測定方法に関するものである。 The present invention relates to an exhaust gas aftertreatment device for reducing harmful components in engine exhaust gas, and more particularly to a fuel injection device that supplies added fuel to the exhaust gas aftertreatment device and a method for measuring the fuel injection amount. is there.
環境対策の重要な一環として、車両用エンジンに対し、排気ガス中の有害成分とされる窒素酸化物(NOx)あるいは炭化水素(HC)等の規制が実施される一方、有害成分の低減に向けて各種の技術の開発が精力的に行われている。車両用エンジンにはガソリンエンジンとディーゼルエンジンとがあり、ディーゼルエンジンは、トラック等の商用車を中心として広く普及している。ディーゼルエンジンは、シリンダ内に供給される空気を圧縮し、高温高圧となった空気中に燃料を噴射して燃焼させるエンジンであって、ガソリンエンジンと比べ一般的に熱効率が高い。そのため、二酸化炭素(CO2)の排出量がその分少なくなり、この面では環境対策でも優れた特性を有しているものの、NOx及び粒子状物質(パティキュレート:、PM)については、その削減が強く要請されている。 As an important part of environmental measures, regulations for nitrogen oxides (NOx) or hydrocarbons (HC), which are considered harmful components in exhaust gas, are implemented for vehicle engines, while reducing harmful components Various technologies are being developed vigorously. Vehicle engines include gasoline engines and diesel engines, and diesel engines are widespread mainly in commercial vehicles such as trucks. A diesel engine is an engine that compresses air supplied into a cylinder and injects fuel into air that has become high temperature and pressure and burns it, and generally has higher thermal efficiency than a gasoline engine. As a result, the amount of carbon dioxide (CO 2 ) emissions is reduced by that amount, and although it has excellent characteristics in terms of environmental measures, NOx and particulate matter (particulates: PM) are reduced. Is strongly requested.
NOxを削減するには、エンジンの排気ガスを吸気に再循環させるEGR装置等各種の装置が知られているが、その中に、NOx吸蔵還元触媒を用いる排気ガス後処理装置がある。この装置では、例えばディーゼルエンジンのような基本的に空燃比の大きい状態(リーン)で燃焼を行わせるエンジンにおいて、酸素過剰な排気ガス雰囲気にあるときに排気ガス中のNOxを触媒に吸蔵し、間欠的に還元雰囲気のガス(スパイクガス)を触媒に通過させNOxを還元して除去する。排気ガスを還元雰囲気ガスとするには、エンジンのシリンダ内に噴射する燃料を大幅に増量する方法や、排気管に設けた燃料噴射装置から排気ガス中に燃料を添加して燃焼させ、空気過剰率λを1以下とする方法がある。 In order to reduce NOx, various devices such as an EGR device that recirculates engine exhaust gas to intake air are known. Among them, there is an exhaust gas aftertreatment device that uses a NOx storage reduction catalyst. In this apparatus, for example, in an engine that basically performs combustion in a state with a large air-fuel ratio (lean) such as a diesel engine, NOx in the exhaust gas is occluded in the catalyst when the exhaust gas atmosphere is excessive in oxygen, The gas in the reducing atmosphere (spike gas) is intermittently passed through the catalyst to reduce and remove NOx. To make the exhaust gas into a reducing atmosphere gas, the amount of fuel injected into the cylinder of the engine is greatly increased, or fuel is added to the exhaust gas from the fuel injection device provided in the exhaust pipe and burned, resulting in excessive air There is a method of setting the rate λ to 1 or less.
また、排気ガス中のPMを削減するには、ディーゼルエンジンの排気管にディーゼル・パティキュレート・フィルタ(DPF)と呼ばれるフィルタを装着し、このDPFによってPMを捕捉する技術が一般的に採用される。このDPFでは、堆積したPMを適宜除去してDPFの機能を回復させるいわゆるDPFの再生を行う必要があり、このときにも、排気管に設けた燃料噴射装置から排気ガス中に燃料を添加して排気ガスを高温化し、DPFに堆積したPMを燃焼して除去する方法が用いられる場合がある。 Further, in order to reduce PM in exhaust gas, a technique of attaching a filter called a diesel particulate filter (DPF) to an exhaust pipe of a diesel engine and capturing PM by this DPF is generally employed. . In this DPF, it is necessary to regenerate the DPF so as to recover the function of the DPF by appropriately removing the accumulated PM. At this time as well, fuel is added to the exhaust gas from the fuel injection device provided in the exhaust pipe. In some cases, the exhaust gas is heated to a high temperature and the PM deposited on the DPF is burned and removed.
このような添加燃料を排気ガス中に噴射する燃料噴射装置が、一例として特開2008−19735号公報に開示されている。この添加燃料の噴射装置では、図6(a)に示すとおり、ディーゼルエンジン100の排気管101に装備されたNOx吸蔵還元触媒102の上流側に燃料噴射弁103を設置する。燃料噴射弁103は、流量調節弁104、添加燃料用蓄圧室105等を介して、シリンダ内に噴射する高圧燃料を蓄圧したコモンレール106と連結されており、燃料噴射弁103には、燃料タンク107からのシリンダ内噴射用の燃料が分岐して供給される。
図6(b)に示すとおり、燃料噴射弁103は、噴孔103Aを備えた弁本体、噴孔103Aを開閉するニードル103B、ニードル103Bの上部に形成されたアーマチュア103C及びソレノイドコイル103Dを備えており、ニードル103Bの周囲には、燃料流入口103Eから添加燃料が供給される。排気ガスを還元雰囲気ガスとするときは、ソレノイドコイル103Dに通電してニードル103Bを吸引し、噴孔103Aを通して燃料を排気管101内に噴射する。添加する燃料の量は、ソレノイドコイル103Dの通電時間あるいは添加燃料用蓄圧室105内の燃料圧力を変えることにより制御可能であって、ディーゼルエンジンに設けられたエンジン制御装置ECUは、添加燃料圧力センサ108、圧力制御弁109等を用いて、添加する燃料量を制御している。なお、この燃料噴射弁103では、燃料を排気管内に噴射しないときでも、燃料流入口103Eから燃料流出口103Fへ燃料を流し、燃料噴射弁103の冷却を図っている。
A fuel injection device that injects such added fuel into exhaust gas is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-19735 as an example. In this additive fuel injection device, as shown in FIG. 6A, a
As shown in FIG. 6B, the
エンジンの排気管に取り付けられる燃料噴射弁は、常時排気ガスの熱に晒されて高温となるので、噴射終了時の燃料や排気ガス中の未燃焼成分が噴孔に付着すると、これが炭化を起こして膠着し、いわゆるデポジットを生じる場合がある。このデポジットによる噴孔の閉塞は、噴孔の径が小さいほど発生しやすい。特許文献1の燃料噴射弁では、燃料による冷却を行っているものの、噴射燃料の霧化を良好にして排気ガスとの混合を促進するよう噴孔の径を小さくしたときには、デポジットにより噴孔が閉塞する虞れがある。
The fuel injection valve attached to the exhaust pipe of the engine is constantly exposed to the heat of the exhaust gas and becomes hot, so if unburned components in the fuel and exhaust gas at the end of injection adhere to the injection hole, this causes carbonization. May cause so-called deposits. The blockage of the nozzle hole due to the deposit is more likely to occur as the diameter of the nozzle hole is smaller. In the fuel injection valve of
また、噴射する添加燃料の燃料量は、排気ガス中の残存空気量に応じて正確に制御することが必要であり、例えば、NOx吸蔵還元触媒に還元雰囲気ガスを通過させるときは、排気ガスのλが還元に適切な値となるよう、添加燃料量を制御しなければならない。ところが、通常の燃料噴射弁では、燃料噴射量が噴射弁入口の燃料圧力やエンジンの排気ガスの圧力に応じて変動し、燃料噴射量の正確な制御が困難である。ことに、燃料噴射弁の噴孔にデポジットが付着すると、噴孔が完全に閉塞しないまでも噴孔面積が小さくなり、同一の入口燃料圧力、弁開度であっても燃料噴射量は大幅に異なったものとなるため、正確な制御は実質的に不可能となる。
本発明の課題は、エンジンの排気管に添加燃料を噴射する燃料噴射装置であって、デポジットの発生がなく燃料の霧化特性が優れた装置を提供し、さらに、この燃料噴射装置を利用した燃料噴射量の正確な測定装置を提供して、上述の問題点を解決することにある。
In addition, the amount of added fuel to be injected needs to be accurately controlled according to the amount of remaining air in the exhaust gas. For example, when reducing gas is passed through a NOx storage reduction catalyst, the amount of exhaust gas The amount of added fuel must be controlled so that λ becomes an appropriate value for reduction. However, in a normal fuel injection valve, the fuel injection amount varies according to the fuel pressure at the injection valve inlet and the pressure of the engine exhaust gas, and it is difficult to accurately control the fuel injection amount. In particular, when deposits adhere to the injection hole of the fuel injection valve, the area of the injection hole is reduced even if the injection hole is not completely closed, and the fuel injection amount is greatly increased even at the same inlet fuel pressure and valve opening. Because they are different, precise control is virtually impossible.
An object of the present invention is a fuel injection device for injecting added fuel into an exhaust pipe of an engine, which provides a device that does not generate deposits and has excellent fuel atomization characteristics, and further uses this fuel injection device An object of the present invention is to provide an accurate measurement device for the fuel injection amount to solve the above-mentioned problems.
上記の課題に鑑み、本発明は、エンジンの排気管に噴射された燃料が衝突する衝突板を設けて霧化の促進を図ることを基本構成とし、さらに、この衝突板を利用し、衝突板に温度センサを設置するとともに排気ガス温度センサを設けて燃料噴射量の測定装置を構成するようにしたものである。すなわち、本発明は、
「NOx吸蔵還元触媒が装備されたエンジンの、前記NOx吸蔵還元触媒の上流側の排気ガス中に燃料を噴射する燃料噴射装置であって、
エンジンの排気管に装着された単一の噴孔を備える燃料噴射弁と、前記燃料噴射弁から噴射された燃料が衝突する衝突板とが設けられ、さらに、
前記衝突板にはその温度を測定する温度センサが設置されるとともに、エンジンの排気ガスの温度を測定する排気ガス温度センサが設けられ、かつ、
前記燃料噴射弁から燃料が噴射されたときに生じる、前記衝突板の温度とエンジンの排気ガスの温度との差を検出する検出手段と、前記検出手段の出力に基づき燃料の噴射量を演算する演算手段とが備えられている」
ことを特徴とする燃料噴射装置となっている。
In view of the above-described problems, the present invention has a basic configuration in which a collision plate with which fuel injected into an engine exhaust pipe collides is provided to promote atomization. A temperature sensor is installed at the same time, and an exhaust gas temperature sensor is provided to constitute a fuel injection amount measuring device. That is, the present invention
“ A fuel injection device for injecting fuel into exhaust gas upstream of the NOx storage reduction catalyst of an engine equipped with a NOx storage reduction catalyst,
A fuel injection valve having a single injection hole mounted on the exhaust pipe of the engine, a collision plate on which fuel injected from the fuel injection valve collides, and
The collision plate is provided with a temperature sensor for measuring the temperature thereof, and provided with an exhaust gas temperature sensor for measuring the temperature of the exhaust gas of the engine, and
Detection means for detecting the difference between the temperature of the collision plate and the temperature of the exhaust gas of the engine, which is generated when fuel is injected from the fuel injection valve, and calculates the fuel injection amount based on the output of the detection means And computing means. "
The fuel injection device is characterized by this.
本発明は、特定の構造を備えた燃料噴射装置を排気管にNOx吸蔵還元触媒が装備されているエンジンに適用したものであるけれども、この燃料噴射装置自体は、排気管にディーゼル・パティキュレート・フィルタが装備されているディーゼルエンジンにも適用することが可能である。 In the present invention, a fuel injection device having a specific structure is applied to an engine in which an exhaust pipe is equipped with a NOx storage reduction catalyst. However, the fuel injection device itself has a diesel particulate, It can also be applied to a diesel engine equipped with a filter.
そして、本発明における燃料噴射装置は、衝突板に温度センサを設置するとともに排気ガス温度センサを設けて燃料噴射量の測定装置を構成するもの、すなわち、
「エンジンの排気ガス中に噴射された燃料の量を測定する燃料量測定装置であって、
エンジンの排気管に装着された燃料噴射弁から噴射された燃料が衝突する衝突板を設け、かつ、前記衝突板に温度センサを設置するとともにエンジンの排気ガスの温度を測定する排気ガス温度センサを設け、
前記燃料噴射弁から燃料が噴射されたときに生じる、前記衝突板の温度とエンジンの排気ガスの温度との差を検出する検出手段と、前記検出手段の出力に基づき燃料の噴射量を演算する演算手段とを備えていることを特徴とする燃料量測定装置」
として捉えることも可能である。なお、こうした測定装置は、実質的に測定方法を構成するものでもある。
And the fuel injection device in the present invention comprises a temperature sensor on the collision plate and an exhaust gas temperature sensor to constitute a fuel injection amount measuring device , that is ,
“A fuel amount measuring device for measuring the amount of fuel injected into the exhaust gas of an engine,
An exhaust gas temperature sensor for providing a collision plate for collision of fuel injected from a fuel injection valve mounted on an exhaust pipe of the engine, and for installing a temperature sensor on the collision plate and measuring the temperature of the exhaust gas of the engine. Provided,
Detection means for detecting the difference between the temperature of the collision plate and the temperature of the exhaust gas of the engine, which is generated when fuel is injected from the fuel injection valve, and calculates the fuel injection amount based on the output of the detection means And a fuel amount measuring device characterized by comprising a computing means "
It can also be understood as Such a measuring apparatus substantially constitutes a measuring method .
本発明の燃料噴射装置は、請求項2に記載のように、排気管にNOx吸蔵還元触媒が装備されているエンジンにおいて、前記NOx吸蔵還元触媒に還元ガスを供給するときに、排気ガス中に噴射する燃料を制御するため使用することが可能であり、また、請求項3に記載のように、ディーゼルエンジンに使用するのが好ましい。
According to the fuel injection device of the present invention, as described in
本発明では、エンジンの排気管に装着された燃料噴射弁と、この燃料噴射弁から噴射された燃料が衝突する衝突板とが設けられる。添加燃料を排気管に供給する必要があるときは、排気管に装着された燃料噴射弁から燃料を噴射するが、噴射された燃料は、衝突板に衝突して周囲に霧状に拡散される。拡散された燃料は、高温の排気ガスによって迅速に気化されて排気ガス中に残存する酸素と化合し、例えば、NOx吸蔵還元触媒を通過する排気ガスを還元雰囲気のガスとする。このように、本発明の燃料噴射装置では、衝突板により燃料の良好な霧化が達成されるので、燃料噴射弁の噴孔の径を減少させて霧化特性の向上を図る必要はなく、高温の排気ガスによるデポジットの発生を防止することができる。 In the present invention, a fuel injection valve mounted on the exhaust pipe of the engine and a collision plate on which the fuel injected from the fuel injection valve collides are provided. When it is necessary to supply the added fuel to the exhaust pipe, the fuel is injected from the fuel injection valve attached to the exhaust pipe, but the injected fuel collides with the collision plate and diffuses in the form of a mist. . The diffused fuel is quickly vaporized by the high-temperature exhaust gas and combined with oxygen remaining in the exhaust gas. For example, the exhaust gas passing through the NOx storage reduction catalyst is used as a reducing atmosphere gas. Thus, in the fuel injection device of the present invention, since the atomization of the fuel is achieved by the collision plate, it is not necessary to reduce the diameter of the injection hole of the fuel injection valve to improve the atomization characteristics. Generation of deposits due to high-temperature exhaust gas can be prevented.
そして、本発明では、上記の衝突板に温度センサを設置するとともに排気ガスの温度を検出する排気ガス温度センサを設け、両方の温度センサで検出された温度の差に基づいて噴射燃料量を求めている。これは、次のような原理に基づくものである。
衝突板の温度は、燃料が噴射されない状態では排気ガスの温度と一致している。添加燃料を噴射したときは、噴射燃料が衝突板に衝突すると、噴射燃料によって冷却されて衝突板の温度が降下する。そして、衝突板と排気ガスとの温度差は、噴射燃料量が増加するほど増大する。つまり、よく知られている熱線流速計と同様に、衝突板と排気ガスとの温度差は、燃料噴射弁から噴射された燃料量の関数となるので、この温度差と燃料噴射量との関係を予め実験等に基づいて定めておくことにより、温度差を検出して燃料噴射量を演算することが可能である。
In the present invention, a temperature sensor is installed on the collision plate and an exhaust gas temperature sensor for detecting the temperature of the exhaust gas is provided, and the amount of injected fuel is obtained based on the difference in temperature detected by both temperature sensors. ing. This is based on the following principle .
The temperature of the collision plate coincides with the temperature of the exhaust gas when no fuel is injected. When the added fuel is injected, if the injected fuel collides with the collision plate, it is cooled by the injected fuel and the temperature of the collision plate is lowered. The temperature difference between the collision plate and the exhaust gas increases as the amount of injected fuel increases. That is, similar to the well-known hot-wire anemometer, the temperature difference between the collision plate and the exhaust gas is a function of the amount of fuel injected from the fuel injection valve, so the relationship between this temperature difference and the fuel injection amount. Is previously determined based on experiments or the like, it is possible to detect the temperature difference and calculate the fuel injection amount.
本発明における燃料噴射量の測定装置及び測定方法は、噴射された燃料の量を直接測定するものであり、排気管に装着された燃料噴射弁の状態の影響を受けることがない。例えば、燃料噴射弁の圧力と噴射量の特性が変化したとしても、その変化の影響を受けることなく正確な燃料噴射量の測定が可能である。また、エンジンの運転状態が変化して排気ガスの温度あるいは圧力が変動した場合でも、燃料噴射量を正確に検出することができる。したがって、この燃料噴射量測定装置を、請求項2に記載のように、NOx吸蔵還元触媒を備えたエンジンにおける添加燃料の制御装置に適用したときは、NOx吸蔵還元触媒を通過する排気ガスの空気過剰率λを的確に制御して、NOx吸蔵還元触媒の還元作用を効率的に行わせることが可能である。その他、DPFを備えたディーゼルエンジンのDPF再生制御に適用したときは、必要かつ十分の添加燃料を排気ガス中に供給して、無駄な燃料の消費やDPFの焼損を防ぐことができる。
The fuel injection amount measuring apparatus and measuring method according to the present invention directly measure the amount of injected fuel and are not affected by the state of the fuel injection valve mounted on the exhaust pipe. For example, even if the characteristics of the pressure and the injection amount of the fuel injection valve change, it is possible to accurately measure the fuel injection amount without being affected by the change. Even when the operating state of the engine changes and the temperature or pressure of the exhaust gas fluctuates, the fuel injection amount can be accurately detected. Therefore, when this fuel injection amount measuring device is applied to a control device for added fuel in an engine equipped with a NOx storage reduction catalyst as described in
以下、図面に基づいて本発明について説明する。図1は、本発明の燃料噴射装置FIをディーゼルエンジンの排気管の曲がり部に設けた実施例を示すものである。図1には省略されているが、図6に示されるディーゼルエンジンと同様に、排気管の燃料噴射装置FIの下流にはNOx吸蔵還元触媒(あるいはDPF)が装備されており、燃料噴射装置FIには、シリンダ内に噴射する燃料が分岐して供給される。添加燃料として排気管に噴射する燃料の噴射時期及び噴射量は、エンジン制御装置ECUによりディーゼルエンジンの運転状態に応じて制御される。 The present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows an embodiment in which the fuel injection device FI of the present invention is provided at a bent portion of an exhaust pipe of a diesel engine. Although omitted in FIG. 1, similarly to the diesel engine shown in FIG. 6, a NOx storage reduction catalyst (or DPF) is provided downstream of the fuel injection device FI in the exhaust pipe, and the fuel injection device FI. The fuel to be injected into the cylinder is branched and supplied. The injection timing and the injection amount of the fuel injected into the exhaust pipe as the added fuel are controlled by the engine control unit ECU according to the operating state of the diesel engine.
ディーゼルエンジンの排気管1には、燃料噴射弁2が装着されている。A部拡大図に示すとおり、燃料噴射弁2は、ニードル弁21を図示しないソレノイドによって開閉する、図6の燃料噴射弁と同様な電磁弁である。ただし、燃料噴射弁2の先端の噴孔22は、径の小さな噴孔を複数設けたものではなく、比較的大径の単一の噴孔を設けたものである。燃料噴射弁2には、燃料供給管3が接続されており、これを経由してディーゼルエンジンの燃料噴射装置から分岐された燃料が供給される。
A
排気管1の中に挿入された燃料噴射弁2の前方には衝突板4が設けられており、衝突板4は、噴孔22の近傍の、噴射された燃料が液体のまま衝突する位置に設置される。図2(a)に示すとおり、衝突板4は、耐熱性合金あるいはセラミック等の耐熱性材料からなるディスク状の部材である。衝突板4の表面には、衝突した燃料が周囲に拡散して流れるよう、中央に凸部41が形成されその周りに放射状の溝42が形成されている。また、衝突板4は、燃料噴射弁2の本体に溶接された4本のステー5により支持され、燃料噴射弁2と一体となっている。この実施例では衝突板がディスク状であるが、衝突板を長方形状その他の形状としてもよい。
A
添加燃料が燃料噴射弁2の噴孔22から噴射されると、噴射された燃料は、図1のA部拡大図において2点鎖線で示すように、衝突板4に衝突してその表面上を流れた後霧状に周囲に飛散される。衝突板4の周囲には高温の排気ガスが流れており、飛散した燃料は、排気ガスの流れに巻き込まれて速やかに気化し排気ガス中の酸素と化合する。このように、衝突板4によって噴射された燃料の霧化及び排気ガスとの混合が大幅に促進されるので、噴孔22の径を比較的大きなものとすることが可能であり、高温の排気ガス中に置かれた噴孔であっても、デポジットの発生する虞れはない。
衝突板4の周囲に流れる排気ガスに乱流を生じさせて飛散した燃料との混合を促進するよう、図2(b)に示すように、ステー5Aの間に金網5Bを設置してこれに衝突板4を取り付けてもよい。また、排気管1の直線部分に燃料噴射弁2を装着するときは、図3のように、排気管1にステー5Cを固定して衝突板4を支持し、衝突板4で飛散した燃料が排気管内に均一に広がるよう、衝突板4を噴射燃料に対し傾斜させて取り付けることもできる。
When the added fuel is injected from the
As shown in FIG. 2B, a
次いで、衝突板を利用した本発明の燃料噴射量測定装置について説明する。
衝突板4には、図3、図1のA部拡大図に示されるように、温度センサTSが埋め込まれている。この実施例では、温度センサTSは測温抵抗体であり、温度によって変化する電気抵抗を計測して衝突板4の温度を検出するように構成されている。排気管には、燃料噴射弁2の上流に排気ガスの温度を検出する排気ガス温度センサGTSが設けられる。衝突板4は、高温の排気ガス中に置かれた熱容量の小さな部品であるから、燃料が噴射されていないときは、その温度は排気ガスの温度と一致している。
Next, the fuel injection amount measuring device of the present invention using a collision plate will be described.
A temperature sensor TS is embedded in the
添加燃料の供給時には、噴射された燃料が衝突板4に衝突して中心部から周囲に拡散して流れるため、衝突板4は、燃料により冷却されてその温度が降下し、衝突板4の温度と排気ガスの温度との間に温度差が発生する。そして、衝突板4の温度は、冷却する燃料の量が増大するほど低下する(ただし、衝突板の温度が低下すると、衝突板には周囲を流れる排気ガスの熱が流入する)から、衝突板4と排気ガスとの間に温度差は、結局、噴射された燃料量の関数となる。温度差と噴射された燃料量との具体的な関係は、衝突板の形状や燃料噴射弁噴孔と衝突板との距離などに応じて変化するが、特定の燃料噴射装置における温度差と燃料量との具体的な関係を、予め実験的に求めておくことにより、衝突板4と排気ガスとの間の温度差から燃料噴射量を演算することができる。
本発明の燃料噴射量の測定装置は、燃料噴射弁2から衝突板4に噴射された燃料の量を直接測定するものである。したがって、燃料噴射弁の圧力と噴射量の特性が変化したとしても、その変化の影響を受けることなく正確な燃料噴射量の測定が可能となる。
When the added fuel is supplied, the injected fuel collides with the
The fuel injection amount measuring apparatus of the present invention directly measures the amount of fuel injected from the
図4には、本発明の燃料噴射量測定装置が実行する処理のフローチャートを示す。
このフローチャートでは、添加燃料の供給が開始されると、排気ガス温度センサGTSで検出した排気ガス温度GT及び温度センサTSで検出した衝突板4の温度PTを読み込み(ステップS1)、排気ガス温度TGと衝突板4の温度TSとの温度差(TG−TS)を求める(ステップS2)。これらは、請求項1における、衝突板の温度とエンジンの排気ガスの温度との差を検出する検出手段となっている。そして、燃料噴射量測定装置には、温度差(GT−PT)と燃料噴射量との関係を実験的に定めたグラフがマップMとして格納されており、検出された温度差に対応する燃料噴射量がマップMにより決定される(ステップS3)。これは、請求項1における、検出手段の出力に基づき燃料の噴射量を演算する演算手段である。
In FIG. 4, the flowchart of the process which the fuel injection amount measuring apparatus of this invention performs is shown.
In this flowchart, when the supply of the added fuel is started, the exhaust gas temperature GT detected by the exhaust gas temperature sensor GTS and the temperature PT of the
図5には、本発明の燃料噴射量測定装置を用いてNOx吸蔵還元触媒に還元ガスを供給するときの制御フロー図を示す。
エンジンがNOx吸蔵還元触媒に還元ガスを供給する運転状態となった際には、エンジン制御装置ECMが、エンジンのシリンダ内に噴射する燃料量及びシリンダに供給する空気量に基づいて排気ガス中の残存酸素量を演算する(B1)。次いで、排気ガス中の酸素を消費して還元雰囲気ガスとするために必要な排気ガス中への燃料噴射量Qが演算され(B2)、その燃料量が、マップMにより排気ガスと衝突板との温度差ΔTに換算されて、目標値としての温度差ΔTDとなる。目標値の温度差ΔTDは、加算点B3で実際の温度差ΔTAと比較されてその偏差eが求められ、偏差eに応じて燃料噴射弁の噴射圧力あるいは弁開度が増減される(B4)。その結果生じた新たな温度差ΔTAは、加算点B3にフィードバックされる。こうした制御は、エンジン制御装置により実行され、排気ガスの空気過剰率λが変動しても、迅速にその変動に追随し燃料噴射量を正確に制御することが可能である。なお、エンジンの排気管に排気ガスの空気過剰率λを検出するλセンサを設置し、排気ガス中の残存酸素量を演算することもできる。
FIG. 5 shows a control flow chart when supplying the reducing gas to the NOx storage reduction catalyst using the fuel injection amount measuring apparatus of the present invention.
When the engine enters an operation state in which reducing gas is supplied to the NOx occlusion reduction catalyst, the engine control unit ECM contains the amount of fuel injected into the cylinder of the engine and the amount of air supplied to the cylinder. The remaining oxygen amount is calculated (B1). Next, a fuel injection amount Q into the exhaust gas necessary for consuming oxygen in the exhaust gas to form a reducing atmosphere gas is calculated (B2). The temperature difference ΔT is converted into a temperature difference ΔTD as a target value. The temperature difference ΔTD of the target value is compared with the actual temperature difference ΔTA at the addition point B3 to obtain the deviation e, and the injection pressure or valve opening of the fuel injection valve is increased or decreased according to the deviation e (B4). . The resulting new temperature difference ΔTA is fed back to the addition point B3. Such control is executed by the engine control device, and even if the excess air ratio λ of the exhaust gas varies, it is possible to quickly follow the variation and accurately control the fuel injection amount. Note that a λ sensor for detecting the excess air ratio λ of the exhaust gas may be installed in the exhaust pipe of the engine to calculate the amount of residual oxygen in the exhaust gas.
以上詳述したように、本発明は、エンジンの排気管に添加燃料を噴射する燃料噴射装置において、噴射された燃料が衝突する衝突板を設けて霧化の促進を図るものであり、さらには、この衝突板を利用して噴射燃料量を測定する測定装置を構成するものである。上記の実施例では、NOx吸蔵還元触媒(又はDPF)を排気管に装備したディーゼルエンジンに本発明を適用した場合について説明したが、本発明は、リーン燃焼を行わせ排気管にNOx吸蔵還元触媒を備えたガソリンエンジンにも適用することができる。また、衝突板と排気ガスの温度差を計測する方法として、上記実施例における測温抵抗体の電気抵抗の変化を検出する方法に限らず、例えば、衝突板が排気ガスと同一温度となるよう測温抵抗体に電流を流し、その電流値を検出して温度差を求めることも可能である。このように、本発明の実施に際しては上記の実施例に限られるものではなく、これに対し種々の変更が可能であるのは明らかである。 As described above in detail, the present invention is a fuel injection device that injects added fuel into an exhaust pipe of an engine, and provides a collision plate with which the injected fuel collides to promote atomization. The measuring device that measures the amount of injected fuel by using the collision plate is configured. In the above embodiment, the case where the present invention is applied to a diesel engine equipped with an NOx storage reduction catalyst (or DPF) in the exhaust pipe has been described. However, the present invention performs lean combustion so that the exhaust pipe is connected to the NOx storage reduction catalyst. It can also be applied to gasoline engines equipped with Further, the method for measuring the temperature difference between the collision plate and the exhaust gas is not limited to the method for detecting the change in the electric resistance of the resistance temperature detector in the above-described embodiment. For example, the collision plate has the same temperature as the exhaust gas. It is also possible to obtain a temperature difference by passing a current through the resistance temperature detector and detecting the current value. Thus, in carrying out the present invention, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and it is obvious that various modifications can be made thereto.
1 排気管
2 燃料噴射弁
21 ニードル弁
22 噴孔
3 燃料供給管
4 衝突板
41 凸部
42 溝
5 ステー(衝突板取り付け用)
TS 温度センサ
GTS 排気ガス温度センサ
DESCRIPTION OF
TS temperature sensor GTS exhaust gas temperature sensor
Claims (3)
エンジンの排気管に装着された単一の噴孔を備える燃料噴射弁と、前記燃料噴射弁から噴射された燃料が衝突する衝突板とが設けられ、さらに、
前記衝突板にはその温度を測定する温度センサが設置されるとともに、エンジンの排気ガスの温度を測定する排気ガス温度センサが設けられ、かつ、
前記燃料噴射弁から燃料が噴射されたときに生じる、前記衝突板の温度とエンジンの排気ガスの温度との差を検出する検出手段と、前記検出手段の出力に基づき燃料の噴射量を演算する演算手段とが備えられていることを特徴とする燃料噴射装置。 A fuel injection device that injects fuel into exhaust gas upstream of the NOx storage reduction catalyst of an engine equipped with a NOx storage reduction catalyst,
A fuel injection valve having a single injection hole mounted on the exhaust pipe of the engine, a collision plate on which fuel injected from the fuel injection valve collides, and
The collision plate is provided with a temperature sensor for measuring the temperature thereof, and provided with an exhaust gas temperature sensor for measuring the temperature of the exhaust gas of the engine, and
Detection means for detecting the difference between the temperature of the collision plate and the temperature of the exhaust gas of the engine, which is generated when fuel is injected from the fuel injection valve, and calculates the fuel injection amount based on the output of the detection means A fuel injection device comprising a calculation means .
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