JP5293279B2 - Exhaust pipe direct fuel injection system and exhaust gas purification system - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an exhaust pipe direct fuel injection system capable of making the pressure of fuel supplied to a fuel injection valve always constant and necessary pressure even if fuel pressure is instantaneously changed by fluctuation in engine speed, in the exhaust pipe fuel direct injection of an internal combustion engine. <P>SOLUTION: A fuel pressure fluctuation suppression mechanism 20 is arranged at a fuel supply pipe 12 to the fuel injection valve 11 in series. In the fuel pressure fluctuation suppression mechanism 20, a first accumulator 22 is arranged at a fuel inlet 21 side and a second accumulator 24 is arranged at a fuel outlet 23 side, first check valves 25, 25A are arranged between a fuel inlet 21 and the first accumulator 22, and a second check valve 26 is arranged between the first accumulator 22 and the second accumulator 24 to allow a flow from the fuel inlet 21 side to the fuel outlet 23 side. The first accumulator 22 is provided with a pressure-regulating valve 27 for discharging fuel f when internal combustion pressure becomes higher than preset pressure. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、NOx吸蔵還元型触媒やディーゼルパティキュレートフィルタ(DPF)等の排気ガス浄化装置に対して、NOx再生処理、脱硫処理、又は、PM再生処理等の際に排気管内に燃料を直接噴射する排気管内燃料直接噴射システム及び排気ガス浄化システムに関する。   The present invention directly injects fuel into an exhaust pipe during an NOx regeneration process, a desulfurization process, a PM regeneration process, or the like for an exhaust gas purification device such as a NOx storage reduction catalyst or a diesel particulate filter (DPF). The present invention relates to an exhaust pipe direct fuel injection system and an exhaust gas purification system.

軽油やガソリンを燃料とする自動車等に搭載された内燃機関の排気ガスを浄化するために、内燃機関の排気通路に排気ガス浄化装置(後処理装置)を設けて排気ガスを浄化している。この排気ガス浄化装置としては、三元触媒等の酸化触媒(DOC)、NOx吸蔵還元型触媒(LNT)、ディーゼルパティキュレートフィルタ(DPF)や触媒付きDPF(CSF)等が用いられている。   In order to purify the exhaust gas of an internal combustion engine mounted on an automobile or the like using light oil or gasoline as fuel, an exhaust gas purification device (post-treatment device) is provided in the exhaust passage of the internal combustion engine to purify the exhaust gas. As this exhaust gas purification device, an oxidation catalyst (DOC) such as a three-way catalyst, a NOx storage reduction catalyst (LNT), a diesel particulate filter (DPF), a DPF with catalyst (CSF), or the like is used.

三元触媒等の酸化触媒は触媒作用により、未燃炭化水素(HC)や一酸化炭素(CO)や窒素酸化物(NOx)を酸化する。NOx吸蔵還元型触媒は、アルカリ又はアルカリ土類金属を貴金属と共に担持し、排気ガスの空燃比がリーン状態で一酸化窒素(NO)を二酸化窒素(NO2)に酸化し、硝酸塩として触媒上に吸着してNOxを浄化し、排気ガスの空燃比がリッチ状態で吸着したNOxを放出すると共に放出されたNOxを還元する。 An oxidation catalyst such as a three-way catalyst oxidizes unburned hydrocarbons (HC), carbon monoxide (CO), and nitrogen oxides (NOx) by catalytic action. NOx occlusion reduction type catalyst carries alkali or alkaline earth metal together with noble metal, and the exhaust gas air-fuel ratio is lean and oxidizes nitric oxide (NO) to nitrogen dioxide (NO 2 ), which is then nitrated on the catalyst. It adsorbs and purifies NOx, releases the adsorbed NOx when the air-fuel ratio of the exhaust gas is rich, and reduces the released NOx.

また、触媒付きDPFは、排気ガス温度や触媒温度がPM燃焼開始温度以下の場合にPMを捕集して排気ガスを浄化し、捕集したPMがある程度蓄積した段階で触媒付きDPFをPM燃焼開始温度以上に昇温して燃焼除去し、これにより排気ガスを浄化している。   The DPF with catalyst collects PM when the exhaust gas temperature or the catalyst temperature is equal to or lower than the PM combustion start temperature, purifies the exhaust gas, and PM burns the DPF with catalyst when the collected PM accumulates to some extent. The temperature is raised above the start temperature and the combustion is removed, thereby purifying the exhaust gas.

このNOx吸蔵還元型触媒においては、NOx吸蔵能力が飽和に達する前に、排気ガスの空燃比をリーン状態からリッチ状態に切り替えて、NOx吸蔵還元型触媒からNOxを放出させると共に、放出されたNOxを還元浄化している。このNOx吸蔵能力を回復するための処理をNOx再生処理と呼んでいる。このNOx再生処理では、触媒に入る排気ガスのλ(空気過剰率)を1より小さい値に下げる処理を定期的に繰り返しながら、NOx吸蔵能力の回復を行っている。   In this NOx occlusion reduction type catalyst, before the NOx occlusion capacity reaches saturation, the air-fuel ratio of the exhaust gas is switched from the lean state to the rich state to release NOx from the NOx occlusion reduction type catalyst, and the released NOx Reduce and purify. This process for recovering the NOx storage capacity is called NOx regeneration process. In this NOx regeneration process, the NOx occlusion capacity is recovered while periodically repeating the process of reducing the λ (excess air ratio) of the exhaust gas entering the catalyst to a value smaller than 1.

また、NOx吸蔵還元型触媒においては、内燃機関の燃料中に硫黄成分が含まれており、この硫黄成分が硫酸塩として触媒上に吸着されてしまうために、NOx吸蔵材のNOx吸蔵能力が低下するという硫黄被毒の問題がある。この硫黄被毒からNOx吸蔵材を再生するために、触媒を700℃程度まで昇温させて、この温度に維持しながら排気ガスをリッチ状態にしてNOx吸蔵材の脱硫処理を行っている。   Further, in the NOx occlusion reduction type catalyst, the sulfur component is contained in the fuel of the internal combustion engine, and this sulfur component is adsorbed on the catalyst as a sulfate, so that the NOx occlusion capacity of the NOx occlusion material is lowered. There is a problem of sulfur poisoning. In order to regenerate the NOx occlusion material from this sulfur poisoning, the NOx occlusion material is desulfurized by raising the temperature of the catalyst to about 700 ° C. and maintaining the temperature to make the exhaust gas rich.

また、PMを捕集するDPF装置においても、酸化触媒やPM酸化触媒を担持して、DPFに捕集されたPMの燃焼開始温度を低下させる触媒付きDPFが用いられているが、この触媒付きDPFでも目詰まりによる排圧上昇を回避するために、捕集されたPMの量がある程度増加した段階で、排気ガスの昇温により触媒付きDPFを550℃程度まで昇温して捕集されたPMを燃焼除去するPM再生処理を行っている。このNOx再生処理、脱硫処理、及び、PM再生処理において、触媒温度を短時間で上昇させたり、排気ガスを空燃比リッチ状態にしたりするために、気筒(シリンダ)内燃料噴射制御によるポスト噴射と排気管内へ燃料を直接噴射する排気管内燃料直接噴射が行われている。   Also, in the DPF device for collecting PM, a DPF with a catalyst that supports an oxidation catalyst or a PM oxidation catalyst and lowers the combustion start temperature of the PM collected by the DPF is used. Even in the DPF, in order to avoid an increase in exhaust pressure due to clogging, when the amount of collected PM increased to some extent, the DPF with catalyst was heated to about 550 ° C. by the temperature rise of the exhaust gas and collected. A PM regeneration process for burning and removing PM is performed. In this NOx regeneration process, desulfurization process, and PM regeneration process, in order to raise the catalyst temperature in a short time or to make the exhaust gas rich in the air-fuel ratio, post-injection by cylinder fuel injection control and In-pipe fuel direct injection, in which fuel is directly injected into the exhaust pipe, is performed.

この排気管内燃料直接噴射では、燃料供給ポンプの一次側供給圧力を使い、排気管内に噴射する燃料を加圧して燃料噴射弁に供給しており、この方法では、燃料圧力がエンジン回転数に依存して変化するため、エンジン回転数に応じた燃料圧力を示すマップデータを作成し、このマップデータで算出された燃料圧力に応じた燃料噴射時間を用いて燃料の噴射量を制御している。   In this direct fuel injection in the exhaust pipe, the primary supply pressure of the fuel supply pump is used to pressurize the fuel injected into the exhaust pipe and supply it to the fuel injection valve. In this method, the fuel pressure depends on the engine speed. Therefore, the map data indicating the fuel pressure corresponding to the engine speed is created, and the fuel injection amount is controlled using the fuel injection time corresponding to the fuel pressure calculated from the map data.

しかしながら、排気管内燃料直接噴射においては、次のようなエンジン回転数による燃料圧力の変化と、燃料噴射の停止時における燃料圧力の一時的な上昇という問題がある。   However, in the direct fuel injection in the exhaust pipe, there are problems such as the following changes in the fuel pressure due to the engine speed and a temporary increase in the fuel pressure when the fuel injection is stopped.

つまり、エンジン回転数が変化して燃料圧力が瞬時に変化する場合には、制御で噴射量を決める際に用いる燃料圧力値と実際の燃料圧力値との間に差が生じ易くなり、この差が生じると、実際に噴射される燃料噴射量が制御の目標の燃料噴射量に対して過多若しくは過少となってしまう。   In other words, when the engine speed changes and the fuel pressure changes instantaneously, a difference is likely to occur between the fuel pressure value used when determining the injection amount by control and the actual fuel pressure value. When this occurs, the fuel injection amount actually injected becomes excessive or too small relative to the target fuel injection amount for control.

また、NOx吸蔵還元型触媒を使用した排気ガス浄化装置(後処理装置)では、NOx浄化能力の回復のためのNOx再生処理で、排気管内燃料直接噴射の際の目標の燃料噴射量に対して実際の燃料噴射量が過多となった場合には、NOx還元に使用されなかった余分な燃料は大気中へ放出されてしまうため、HC排出量が増加して排気ガス規制を満足することが難しくなる恐れがある。また、目標の燃料噴射量に対して実際の燃料噴射量が過少となった場合には、触媒上に吸蔵されたNOxを完全に還元できず、NOxが大気中へ放出されてしまうため、NOx浄化性能が低下するので、この場合においてもNOxに関する排気ガス規制を満足することが難しくなる恐れがある。   Further, in the exhaust gas purification device (post-treatment device) using the NOx occlusion reduction type catalyst, the NOx regeneration process for recovery of the NOx purification capacity is performed with respect to the target fuel injection amount at the time of direct fuel injection in the exhaust pipe. If the actual fuel injection amount becomes excessive, excess fuel that has not been used for NOx reduction will be released into the atmosphere, making it difficult to satisfy exhaust gas regulations by increasing HC emissions. There is a fear. Further, when the actual fuel injection amount is too small with respect to the target fuel injection amount, NOx stored on the catalyst cannot be completely reduced, and NOx is released into the atmosphere. Since the purification performance is reduced, it may be difficult to satisfy the exhaust gas regulations regarding NOx even in this case.

また、NOx吸蔵還元型触媒における脱硫(硫黄脱離)処理中においては、燃料の噴射量と排気ガス中の空気との割合の空燃比に対応する空気過剰率λを1よりも0.1程度下がった0.9程度に維持すると共に、触媒温度を700℃付近に維持することが必要であるが、この場合に、燃料圧力の変化により、実際の燃料噴射量が少なくなった場合には触媒温度が低下すると共に、空気過剰率λが1より小さくなり難くなってしまうことになる。一方、実際の燃料噴射量が多くなった場合には、空気過剰率λは、0.9より小さい値となると共に、酸素の割合が低下するので酸化反応速度が下がり、そのため触媒温度は下がってしまうことになる。   Further, during the desulfurization (sulfur desorption) process in the NOx occlusion reduction type catalyst, the excess air ratio λ corresponding to the air-fuel ratio of the ratio of the fuel injection amount and the air in the exhaust gas is about 0.1 than 1. It is necessary to maintain the catalyst temperature at about 0.9 and decrease the catalyst temperature to around 700 ° C. In this case, if the actual fuel injection amount decreases due to a change in fuel pressure, the catalyst temperature As the temperature decreases, the excess air ratio λ is less likely to be less than 1. On the other hand, when the actual fuel injection amount increases, the excess air ratio λ becomes a value smaller than 0.9, and the ratio of oxygen decreases, so the oxidation reaction rate decreases, so the catalyst temperature decreases. Will end up.

更に、燃料噴射弁(インジェクター)で燃料を一定時間噴射した後に、燃料噴射を停止するときに、この噴射停止過程で燃料を急激に絞るので、燃料噴射弁に流れ込んで来る燃料を一時的に昇圧させる。この上昇した燃料圧力を燃料圧力センサで検出してしまうと、次回の排気管内燃料直接噴射において、燃料噴射量に対応した燃料噴射時間を算出する際に、この算出用の燃料圧力を実際の燃料圧力よりも高い値として誤認識して、噴射時間を必要な噴射時間よりも減少するので、実際の燃料噴射量が目標とする燃料噴射量よりも減少してしまうことになる。   Furthermore, when the fuel injection is stopped after injecting the fuel with the fuel injection valve (injector) for a certain period of time, the fuel is rapidly throttled during this injection stop process, so the pressure of the fuel flowing into the fuel injection valve is temporarily increased. Let If this increased fuel pressure is detected by the fuel pressure sensor, when calculating the fuel injection time corresponding to the fuel injection amount in the next direct fuel injection in the exhaust pipe, the fuel pressure for calculation is used as the actual fuel pressure. Since it is misrecognized as a value higher than the pressure and the injection time is reduced from the required injection time, the actual fuel injection amount is reduced from the target fuel injection amount.

これに関連して、排気ガス浄化装置を設けた排気管内に燃料成分を噴射する還元剤添加弁に関して、還元剤添加弁の開閉に伴って、添加系に発生する燃料の圧力変動を抑制する脈動抑制部材を備えた排気ガス浄化装置が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。この脈動抑制部材は主室及び副室を区画する容器部材からなり、還元材添加弁に接続された主室の横に副室(緩衝室)が連通されて設けられ、主室で発生した圧力波を他端が解放又は閉鎖された副室で反射して、この反射波と圧力波を主室で干渉させて圧力変動を抑制している。 In relation to this, regarding the reducing agent addition valve that injects the fuel component into the exhaust pipe provided with the exhaust gas purification device, the pulsation that suppresses the pressure fluctuation of the fuel generated in the addition system as the reducing agent addition valve opens and closes. An exhaust gas purification device including a suppression member has been proposed (see, for example, Patent Document 1). This pulsation suppressing member is composed of a container member that divides the main chamber and the sub chamber, and a sub chamber (buffer chamber) is provided in communication with the main chamber connected to the reducing material addition valve, and the pressure generated in the main chamber The wave is reflected in the sub chamber whose other end is opened or closed, and the pressure wave is suppressed by causing the reflected wave and the pressure wave to interfere with each other in the main chamber.

しかしながら、この脈動抑制部材では、主室と副室の圧力波の位相を逆位相にしないと圧力脈動抑制効果が大きくならず、圧力波に対して主室と副室のそれぞれを適切な寸法にすることが難しいと思われる。   However, in this pulsation suppressing member, the pressure pulsation suppressing effect is not increased unless the phase of the pressure wave in the main chamber and the sub chamber is reversed, and each of the main chamber and the sub chamber is appropriately dimensioned with respect to the pressure wave. It seems difficult to do.

特開2006−200511号公報JP 2006-200511 A

本発明は、上記の状況を鑑みてなされたものであり、その目的は、内燃機関の排気管内燃料直接噴射において、エンジン回転数の変動による燃料圧力の瞬時的な変化に対しても、燃料噴射弁に供給する燃料の圧力を常時一定かつ必要な圧力にすることができる排気管内燃料直接噴射システムを提供することにある。   The present invention has been made in view of the above-described situation, and an object of the present invention is to perform fuel injection even in an instantaneous change in fuel pressure due to fluctuations in engine speed in direct injection of fuel in an exhaust pipe of an internal combustion engine. It is an object of the present invention to provide a direct fuel injection system in an exhaust pipe that can always make the pressure of fuel supplied to a valve constant and necessary.

また、更なる目的は、内燃機関の排気管内燃料直接噴射において、燃料噴射停止時の一時的な燃料圧力の上昇に対して、この燃料圧力の上昇を、燃料噴射の制御で燃料噴射量を算出する際に使用する燃料圧力を検出する燃料圧力センサで検出しないようにして、目標の燃料噴射量を精度よく算出することができる排気管内燃料直接噴射システムを提供することにある。   Another object is to calculate the fuel injection amount by controlling the fuel injection in the direct fuel injection in the exhaust pipe of the internal combustion engine, against the temporary increase in fuel pressure when the fuel injection is stopped. An object of the present invention is to provide a direct fuel injection system in an exhaust pipe that can accurately calculate a target fuel injection amount without being detected by a fuel pressure sensor that detects a fuel pressure to be used.

また、更なる目的は、エンジン回転数に依存しない等の安定した燃料圧力で、正確な燃料噴射量で排気管内燃料直接噴射を行って、NOx再生処理や脱硫処理やPM再生処理の際の昇温や排気ガスの空燃比(又は空気過剰率)の条件を適正な条件にすることができて、排気ガス性能を十分に確保できる排気ガス浄化システムを提供することにある。 A further object is to perform direct injection of fuel in the exhaust pipe with an accurate fuel injection amount at a stable fuel pressure that does not depend on the engine speed, etc., and increase during NOx regeneration processing, desulfurization processing, and PM regeneration processing. An object of the present invention is to provide an exhaust gas purification system that can make the conditions of the temperature and the air-fuel ratio (or the excess air ratio) of the exhaust gas appropriate and can sufficiently ensure the exhaust gas performance.

上記の目的を達成するための本発明の排気管内燃料直接噴射システムは、内燃機関の排気管に、排気管内燃料直接噴射で燃料を噴射する排気管内燃料直接噴射システムにおいて、前記排気管内へ燃料を噴射する燃料噴射弁に燃料を供給する燃料供給配管に燃料圧力変動抑制機構を直列に配置し、該燃料圧力変動抑制機構を、燃料入口側の第1蓄圧室と燃料出口側の第2蓄圧室を設け、前記燃料入口と前記第1蓄圧室との間に第1逆止弁を、前記第1蓄圧室と前記第2蓄圧室との間に第2逆止弁を、燃料入口側から燃料出口側への流れを許容し、反対の流れを止めるようにそれぞれ設けて構成すると共に、前記第1蓄圧室に、内部の燃料圧力が予め設定した圧力よりも高くなった時に燃料を前記第1蓄圧室外に放出する圧力調整弁を設けて構成する。 In order to achieve the above object, an exhaust pipe direct fuel injection system according to the present invention is an exhaust pipe direct fuel injection system in which fuel is injected into an exhaust pipe of an internal combustion engine by direct fuel injection into the exhaust pipe. A fuel pressure fluctuation suppression mechanism is arranged in series in a fuel supply pipe that supplies fuel to a fuel injection valve to be injected, and the fuel pressure fluctuation suppression mechanism is divided into a first pressure accumulation chamber on the fuel inlet side and a second pressure accumulation chamber on the fuel outlet side. A first check valve between the fuel inlet and the first pressure accumulation chamber, a second check valve between the first pressure accumulation chamber and the second pressure accumulation chamber, and a fuel from the fuel inlet side. Each of the first pressure accumulation chambers is configured to permit the flow to the outlet side and stop the opposite flow, and when the internal fuel pressure becomes higher than a preset pressure , the fuel is supplied to the first pressure accumulation chamber. Provided with a pressure adjustment valve that discharges to the outside of the accumulator That.

この構成によれば、第1蓄圧室で燃料供給ポンプ側の燃料圧力の変動を緩衝することができ、また、第1蓄圧室内の圧力が必要値以上に高まった場合には、圧力調整弁により高圧となった燃料を燃料タンク等に戻すことができ、第1蓄圧室に燃料を供給する燃料入口側に接続する燃料供給配管の燃料圧力が低下した場合でも、第1逆止弁により燃料が燃料入口側に流出して第1蓄圧室内の燃料圧力が低下するのを防止できるので、エンジン回転数に依存せずに常時一定かつ必要な燃料圧力、即ち、予め設定した圧力で燃料噴射させることができる。   According to this configuration, the fluctuation of the fuel pressure on the fuel supply pump side can be buffered in the first pressure accumulating chamber, and when the pressure in the first pressure accumulating chamber rises above a necessary value, the pressure regulating valve The high pressure fuel can be returned to the fuel tank or the like, and even if the fuel pressure in the fuel supply pipe connected to the fuel inlet side that supplies the fuel to the first pressure accumulating chamber decreases, the fuel is reduced by the first check valve. Since it is possible to prevent the fuel pressure in the first pressure accumulating chamber from flowing down to the fuel inlet side, fuel injection is always performed at a constant and necessary fuel pressure, i.e., a preset pressure, without depending on the engine speed. Can do.

上記の排気管内燃料直接噴射システムにおいて、排気管内燃料直接噴射時の燃料圧力を検出する燃料圧力センサを前記第1蓄圧室に設けて構成する。この構成によれば、排気管内に燃料を一定時間噴射した後の一時的な燃料圧力の上昇を第2蓄圧室で緩衝すると共に第2蓄圧室から第1蓄圧室に燃料が流入するのを第2逆止弁で阻止できるので、第1蓄圧室の燃料圧力の上昇を防止できる。従って、排気管内燃料直接噴射を停止したときに一時的に増加した燃料圧力を燃料圧力センサが検出して、排気管内燃料直接噴射時の燃料圧力を実際に燃料噴射する圧力よりも高い値で燃料噴射制御するのを防止できる。 In the exhaust pipe direct fuel injection system, a fuel pressure sensor for detecting a fuel pressure at the time of direct fuel injection in the exhaust pipe is provided in the first pressure accumulation chamber. According to this configuration, the temporary increase in fuel pressure after the fuel is injected into the exhaust pipe for a certain period of time is buffered in the second pressure accumulation chamber and the fuel flows from the second pressure accumulation chamber into the first pressure accumulation chamber. Since it can be blocked by the 2 check valve, it is possible to prevent the fuel pressure in the first pressure accumulation chamber from increasing. Therefore, the fuel pressure sensor detects the fuel pressure temporarily increased when direct fuel injection in the exhaust pipe is stopped, and the fuel pressure at the time of direct fuel injection in the exhaust pipe is higher than the pressure at which the fuel is actually injected. It is possible to prevent injection control.

上記の排気管内燃料直接噴射システムにおいて、前記第1逆止弁を作動圧力を変化できる作動圧力可変型の逆止弁で形成する。この構成によれば、第1逆止弁の作動圧力を変化させることにより、燃料の噴射圧力を変化できるので、触媒の温度、及び触媒の劣化程度に応じて、燃料の噴射速度を変化させて燃料噴射できるようになる。   In the exhaust pipe fuel direct injection system, the first check valve is formed of a variable operating pressure check valve capable of changing the operating pressure. According to this configuration, since the fuel injection pressure can be changed by changing the operating pressure of the first check valve, the fuel injection speed is changed in accordance with the temperature of the catalyst and the degree of deterioration of the catalyst. Fuel injection becomes possible.

上記の排気管内燃料直接噴射システムにおいて、前記圧力調整弁を作動圧力を変化できる作動圧力可変型の圧力調整弁で形成する。この構成によれば、圧力調整弁の作動圧力を変化させることにより、燃料の噴射圧力を変化できるので、触媒の温度、及び触媒の劣化程度に応じて、燃料の噴射速度を変化させて燃料噴射できるようになる。上記の排気管内燃料直接噴射システムにおいて、前記第1蓄圧室又は前記第2蓄圧室に燃料の温度を検出する燃料温度センサを設ける。この構成によれば、燃料温度によって密度が変化する燃料を、制御目標の燃料流量(質量流量)になるように、第1蓄圧室又は第2蓄圧室に貯蔵された燃料の温度を計測して燃料密度を補正して燃料の体積流量を修正しながら、より精度よく燃料噴射できるようになる。   In the exhaust pipe direct fuel injection system, the pressure regulating valve is formed of a variable working pressure type pressure regulating valve capable of changing the working pressure. According to this configuration, since the fuel injection pressure can be changed by changing the operating pressure of the pressure regulating valve, the fuel injection speed is changed according to the temperature of the catalyst and the degree of deterioration of the catalyst. become able to. In the exhaust pipe direct fuel injection system, a fuel temperature sensor for detecting a temperature of fuel is provided in the first pressure accumulation chamber or the second pressure accumulation chamber. According to this configuration, the temperature of the fuel stored in the first pressure accumulation chamber or the second pressure accumulation chamber is measured so that the fuel whose density varies with the fuel temperature becomes the control target fuel flow rate (mass flow rate). While correcting the fuel density and correcting the volume flow rate of the fuel, the fuel can be injected with higher accuracy.

また、上記の目的を達成するための本発明の排気ガス浄化システムは、内燃機関の排気通路に設けられた排気ガス浄化装置に上記の排気管内燃料直接噴射システムを用いて燃料を供給するように構成される。   In addition, an exhaust gas purification system of the present invention for achieving the above object supplies fuel to an exhaust gas purification device provided in an exhaust passage of an internal combustion engine using the above-described fuel direct injection system in an exhaust pipe. Composed.

この構成によれば、燃料圧力変動抑制機構では、燃料噴射弁に供給する燃料圧力の変化を抑制し、安定した燃料圧力のもとで燃料を燃料噴射弁に供給できるので、排気管内への噴射の燃料噴射量を制御目標の燃料噴射量から乖離しないようにすることができる。従って、NOx再生処理における排気管内燃料噴射量の過多による未燃HCの排出抑制と排気管内燃料噴射量の過少によるNOxの排出抑制に大きな効果を発揮でき、また、脱硫処理やPM再生処理の際の昇温や排気ガスの空燃比(又は空気過剰率)の条件を満足させることができるので、排気ガス性能を十分に確保できる。 According to this configuration, the fuel pressure fluctuation suppressing mechanism suppresses a change in the fuel pressure supplied to the fuel injection valve and can supply the fuel to the fuel injection valve under a stable fuel pressure. This fuel injection amount can be prevented from deviating from the control target fuel injection amount. Therefore, it very effective to reduce emissions of NOx due to too little of emissions and exhaust pipe fuel injection amount of the unburned HC of the exhaust pipe fuel injection amount of excess in the NOx regeneration process, also, during the desulfurization process and the PM regeneration processing Therefore, the exhaust gas performance can be sufficiently ensured because the conditions of the temperature rise and the air-fuel ratio (or excess air ratio) of the exhaust gas can be satisfied.

本発明の排気管内燃料直接噴射システムによれば、第1蓄圧室により、エンジン回転数に依存する燃料圧力を緩衝できると共に、第1蓄圧室に圧力調整弁を設けることにより、第1蓄圧室内の圧力が必要値以上に高まった場合には高圧となった燃料を燃料タンク等に戻すことができ、燃料入口に接続される燃料供給配管の燃料圧力が低下した場合には、第1逆止弁で燃料が燃料入口側に戻って第1蓄圧室内の燃料圧力が低下するのを防止できるので、エンジン回転数に依存せずに常時一定かつ必要な燃料圧力で燃料噴射させることができるようになる。 According to the exhaust pipe fuel direct injection system of the present invention, the first pressure accumulation chamber can buffer the fuel pressure depending on the engine speed, and the pressure accumulation valve is provided in the first pressure accumulation chamber. When the pressure rises above a necessary value, the high-pressure fuel can be returned to the fuel tank or the like, and when the fuel pressure in the fuel supply pipe connected to the fuel inlet decreases, the first check valve Therefore, it is possible to prevent the fuel from returning to the fuel inlet side and reducing the fuel pressure in the first pressure accumulating chamber, so that the fuel can be always injected at a constant and necessary fuel pressure without depending on the engine speed. .

また、更に、排気管内に燃料を一定時間噴射した後、噴射を停止するときに急激に燃料を絞るが、この急激な絞りにより発生する一時的な燃料圧力の上昇を第2蓄圧室で緩衝すると共に第2蓄圧室から第1蓄圧室に燃料が流入するのを第2逆止弁で阻止できるので、第1蓄圧室の燃料圧力の上昇を防止できる。従って、排気管内燃料直接噴射を停止したときに一時的に増加した燃料圧力を燃料圧力センサが検出して、排気管内燃料直接噴射時の燃料圧力を実際に燃料噴射する圧力よりも高い値で燃料噴射制御するのを防止できる。 Further, after the fuel is injected into the exhaust pipe for a certain period of time, the fuel is rapidly throttled when the injection is stopped, but the temporary increase in fuel pressure generated by this rapid throttle is buffered in the second pressure accumulation chamber. At the same time, since the second check valve can prevent the fuel from flowing from the second pressure accumulation chamber into the first pressure accumulation chamber, an increase in the fuel pressure in the first pressure accumulation chamber can be prevented. Therefore, the fuel pressure sensor detects the fuel pressure temporarily increased when direct fuel injection in the exhaust pipe is stopped, and the fuel pressure at the time of direct fuel injection in the exhaust pipe is higher than the pressure at which the fuel is actually injected. It is possible to prevent injection control.

また、本発明に係る排気ガス浄化システムによれば、燃料圧力変動抑制機構により、安定した燃料圧力のもとで燃料を燃料噴射弁に供給できるので、排気管内に噴射する燃料の圧力をエンジン回転数に依存させずに、常に一定かつ必要な圧力とすることができる。そのため、エンジンの回転数が過渡的に変化する場合においても安定した燃料圧力に基づいて精度のよい燃料噴射量で排気管内燃料直接噴射を行うことができる。 Further, according to the exhaust gas purification system of the present invention, the fuel pressure fluctuation suppressing mechanism can supply fuel to the fuel injection valve under a stable fuel pressure. Regardless of the number, the pressure can always be constant and necessary. Therefore, even when the engine speed changes transiently, direct fuel injection in the exhaust pipe can be performed with a precise fuel injection amount based on a stable fuel pressure.

従って、排気管内への実際の燃料噴射量と制御目標の燃料噴射量との乖離を減らし、NOx再生処理や脱硫処理やPM再生処理の際の昇温や排気ガスの空燃比(又は空気過剰率)の条件を満足させることができ、排気ガス性能を十分に確保できる。   Therefore, the difference between the actual fuel injection amount into the exhaust pipe and the control target fuel injection amount is reduced, the temperature rise during the NOx regeneration process, the desulfurization process and the PM regeneration process, the air-fuel ratio (or the excess air ratio) of the exhaust gas. ) Can be satisfied, and exhaust gas performance can be sufficiently secured.

本発明の実施の形態の排気ガス浄化システムの構成を示した図である。It is the figure which showed the structure of the exhaust-gas purification system of embodiment of this invention. 本発明の実施の形態の燃料圧力変動抑制機構の構成を示した図である。It is the figure which showed the structure of the fuel pressure fluctuation suppression mechanism of embodiment of this invention. 第1逆止弁を作動圧力可変型の逆止弁で形成した場合の燃料圧力変動抑制機構の構成を示した図である。It is the figure which showed the structure of the fuel pressure fluctuation suppression mechanism at the time of forming a 1st check valve with a check valve of a working pressure variable type. 作動圧力可変型の逆止弁の構成を示した図である。It is the figure which showed the structure of the operating pressure variable type check valve. 蓄圧室の燃料圧力変動抑制機構の制御のための制御フローの一例を示した図である。It is the figure which showed an example of the control flow for control of the fuel pressure fluctuation suppression mechanism of a pressure accumulation chamber.

以下、本発明に係る実施の形態の排気管内燃料直接噴射システム及び排気ガス浄化システムについて、図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, an exhaust pipe direct fuel injection system and an exhaust gas purification system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1に示すように本発明の実施の形態の排気管内燃料直接噴射システム10は、排気管(排気通路)5内へ燃料fを噴射して排気ガス浄化装置6に供給する燃料噴射弁11に燃料を供給する燃料供給配管12に燃料圧力変動抑制機構20を直列に配置して構成され、この燃料圧力変動抑制機構20には、燃料タンク15から燃料供給配管14経由で軽油等の燃料fを燃料供給ポンプ13で昇圧して、供給するように構成される。この燃料供給ポンプ13はエンジン2のクランク軸の回転力で駆動される。また、燃料圧力変動抑制機構20からの燃料fの戻りを戻り配管16で燃料タンク15に戻すように構成する。これらの燃料噴射弁11、燃料圧力変動抑制機構20、燃料供給配管12、燃料供給ポンプ13、とこれらを制御する制御装置30a等により排気管内燃料直接噴射システム10が構成される。 As shown in FIG. 1, a direct fuel injection system 10 in an exhaust pipe according to an embodiment of the present invention includes a fuel injection valve 11 that injects fuel f into an exhaust pipe (exhaust passage) 5 and supplies the fuel f to an exhaust gas purification device 6. A fuel pressure fluctuation suppression mechanism 20 is arranged in series with a fuel supply pipe 12 that supplies fuel. The fuel pressure fluctuation suppression mechanism 20 receives fuel f such as light oil from the fuel tank 15 via the fuel supply pipe 14. The fuel supply pump 13 is configured to be pressurized and supplied. The fuel supply pump 13 is driven by the rotational force of the crankshaft of the engine 2. Further, the fuel f from the fuel pressure fluctuation suppressing mechanism 20 is returned to the fuel tank 15 through the return pipe 16. The fuel injection valve 11, the fuel pressure fluctuation suppressing mechanism 20, the fuel supply pipe 12, the fuel supply pump 13, the control device 30 a that controls these, and the like constitute the direct fuel injection system 10 in the exhaust pipe.

図2に示すように、この燃料圧力変動抑制機構20は、燃料入口21側の第1蓄圧室22と燃料出口23側の第2蓄圧室24を有して形成され、この燃料入口21と第1蓄圧室22との間に第1逆止弁25を、燃料入口21側から第1蓄圧室22側、即ち、燃料出口23側への流れを許容し、反対の流れを止めるように設ける。また、第1蓄圧室22と第2蓄圧室24との間に第2逆止弁26を、第1蓄圧室22側から第2蓄圧室24側への流れ、即ち、燃料入口21側から燃料出口22側への流れを許容し、反対の流れを止めるように設ける。   As shown in FIG. 2, the fuel pressure fluctuation suppressing mechanism 20 is formed to have a first pressure accumulation chamber 22 on the fuel inlet 21 side and a second pressure accumulation chamber 24 on the fuel outlet 23 side. A first check valve 25 is provided between the first pressure accumulating chamber 22 and the first check valve 25 so as to allow the flow from the fuel inlet 21 side to the first pressure accumulating chamber 22 side, that is, the fuel outlet 23 side, and stop the opposite flow. Further, a second check valve 26 is provided between the first pressure accumulation chamber 22 and the second pressure accumulation chamber 24 to flow from the first pressure accumulation chamber 22 side to the second pressure accumulation chamber 24 side, that is, from the fuel inlet 21 side to the fuel. It is provided to allow the flow toward the outlet 22 and stop the opposite flow.

これにより、エンジン回転数が一時的に減少して燃料供給ポンプ13の供給圧力が一時的に低下して第1蓄圧室22に燃料fを供給する燃料入口21側に接続する燃料供給配管12の燃料圧力が低下した場合でも、第1逆止弁25により燃料fが燃料入口21側に流出して第1蓄圧室22内の燃料圧力が低下するのを防止できる。   As a result, the engine speed is temporarily reduced, the supply pressure of the fuel supply pump 13 is temporarily reduced, and the fuel supply pipe 12 connected to the fuel inlet 21 side for supplying the fuel f to the first pressure accumulating chamber 22 is provided. Even when the fuel pressure decreases, the first check valve 25 can prevent the fuel f from flowing out to the fuel inlet 21 side and the fuel pressure in the first pressure accumulating chamber 22 from decreasing.

また、排気管内に燃料を一定時間噴射した後の一時的な燃料圧力の上昇を第2蓄圧室24で緩衝すると共に、第2逆止弁26により第2蓄圧室24から第1蓄圧室22に燃料fが流入するのを阻止できるので、第1蓄圧室22の燃料圧力の上昇を防止できる。 Further, a temporary increase in fuel pressure after fuel is injected into the exhaust pipe for a certain period of time is buffered in the second pressure accumulation chamber 24, and the second check valve 26 changes the second pressure accumulation chamber 24 to the first pressure accumulation chamber 22. Since the fuel f can be prevented from flowing in, an increase in the fuel pressure in the first pressure accumulating chamber 22 can be prevented.

また、第1蓄圧室22に、圧力調整弁27を設けて、第1蓄圧室22の内部の燃料圧力が予め設定した圧力よりも高くなった時に燃料fを燃料タンク15に戻すように構成する。この圧力調整弁27により、第1蓄圧室22の内部の燃料圧力の上限を予め設定した圧力に維持することができる。 Further, a pressure regulating valve 27 is provided in the first pressure accumulation chamber 22 so that the fuel f is returned to the fuel tank 15 when the fuel pressure inside the first pressure accumulation chamber 22 becomes higher than a preset pressure. . With this pressure regulating valve 27, the upper limit of the fuel pressure inside the first pressure accumulating chamber 22 can be maintained at a preset pressure.

更に、排気管内燃料直接噴射時の燃料圧力を検出する燃料圧力センサ28を第1蓄圧室22に設ける。これにより、排気管内に燃料を一定時間噴射した後の一時的な燃料圧力の上昇が第2蓄圧室24で緩衝すると共に第2蓄圧室24から第1蓄圧室22に燃料fが流入するのを第2逆止弁26で阻止するので、この一時的な燃料圧力の上昇が第1蓄圧室22に設けられた燃料圧力センサ28には伝達されなくなる。 Further, a fuel pressure sensor 28 for detecting the fuel pressure at the time of direct injection of fuel in the exhaust pipe is provided in the first pressure accumulation chamber 22. As a result, a temporary increase in fuel pressure after fuel is injected into the exhaust pipe for a certain period of time is buffered in the second pressure accumulation chamber 24 and the fuel f flows from the second pressure accumulation chamber 24 into the first pressure accumulation chamber 22. Since it is blocked by the second check valve 26, this temporary increase in fuel pressure is not transmitted to the fuel pressure sensor 28 provided in the first pressure accumulation chamber 22.

従って、排気管内燃料直接噴射を停止したときに一時的に増加した燃料圧力を燃料圧力センサ28が検出して、排気管内燃料直接噴射時の燃料圧力を実際に燃料噴射する圧力よりも高い値で燃料噴射制御するのを防止できる。   Therefore, the fuel pressure sensor 28 detects the fuel pressure temporarily increased when the direct fuel injection in the exhaust pipe is stopped, and the fuel pressure at the time of direct fuel injection in the exhaust pipe is higher than the pressure at which the fuel is actually injected. Controlling fuel injection can be prevented.

また、第1蓄圧室22又は第2蓄圧室24に燃料fの温度を検出する燃料温度センサ29を設ける。この燃料温度センサ29で検出した燃料温度によって、燃料温度によって密度が変化する燃料を、制御目標の燃料流量(質量流量)になるように、燃料密度を補正して燃料fの体積流量を修正しながら、より精度よく燃料噴射できるようになる。   A fuel temperature sensor 29 that detects the temperature of the fuel f is provided in the first pressure accumulation chamber 22 or the second pressure accumulation chamber 24. The fuel flow is corrected by correcting the fuel density so that the fuel whose density changes according to the fuel temperature detected by the fuel temperature sensor 29 becomes the control target fuel flow rate (mass flow rate). However, the fuel can be injected with higher accuracy.

上記の構成の燃料圧力変動抑制機構20により、排気管内燃料直接噴射において、エンジン回転数が過渡的に変化する場合に燃料圧力の変化を抑制でき、また、噴射停止時に一時的に増加した燃料圧力を燃料圧力センサ28では検出しないように燃料圧力センサ28を配置しているので、安定した燃料圧力のもとで正確な燃料噴射量制御が可能となる。従って、エンジン回転数に依存せずに常時一定かつ必要な燃料圧力、即ち、予め設定した圧力で、排気管5内へ燃料噴射させることができるようになる。これにより、排気管への燃料噴射量と目標とする燃料噴射量との乖離を減らすことができる。   With the fuel pressure fluctuation suppressing mechanism 20 having the above-described configuration, the fuel pressure change can be suppressed when the engine speed changes transiently in the direct fuel injection in the exhaust pipe, and the fuel pressure temporarily increased when the injection is stopped. Since the fuel pressure sensor 28 is disposed so that the fuel pressure sensor 28 does not detect the fuel pressure sensor 28, accurate fuel injection amount control can be performed under a stable fuel pressure. Accordingly, fuel can be injected into the exhaust pipe 5 at a constant and necessary fuel pressure, that is, a preset pressure, regardless of the engine speed. Thereby, the deviation between the fuel injection amount to the exhaust pipe and the target fuel injection amount can be reduced.

更に、図3に示すように、第1逆止弁25を作動圧力を変化できる作動圧力可変型の逆止弁25Aで形成する。この作動圧力可変型の逆止弁25Aは、図4に示すように、燃料供給配管12に接続する燃料入口21に接続して設けられ、逆止弁25Aの開閉を行う球形の弁体25Aaと、この弁体25Aaを燃料入口21に押し付ける逆止作動圧調整バネ25Abと、この逆止作動圧調整バネ25Abの基側の位置を調整するバネ変位調整バー25Acと、このバネ変位調整バー25Acを移動させる調整バー位置制御カム25Adを有して構成される。   Further, as shown in FIG. 3, the first check valve 25 is formed of a variable operating pressure check valve 25A capable of changing the operating pressure. As shown in FIG. 4, this variable operating pressure check valve 25A is connected to a fuel inlet 21 connected to the fuel supply pipe 12, and is a spherical valve body 25Aa for opening and closing the check valve 25A. A check operating pressure adjusting spring 25Ab that presses the valve body 25Aa against the fuel inlet 21, a spring displacement adjusting bar 25Ac that adjusts the base position of the check operating pressure adjusting spring 25Ab, and the spring displacement adjusting bar 25Ac It has an adjustment bar position control cam 25Ad to be moved.

この作動圧力可変型の逆止弁25Aでは、調整バー位置制御カム25Adをステップモータなどで回転制御することにより、調整バー位置制御カム25Adの回転位置を、調整バー位置制御カム25Adがバネ変位調整バー25Acを押し込む方向に変化させると、バネ変位調整バー25Acが逆止作動圧調整バネ25Abの基側の位置を弁体25Aa側に押し出すので、弁体25Aaを燃料入口21側に押し出す力である逆止作動圧調整バネ25Abの付勢力が増加するので、逆止弁25Aが開弁するときの設定圧力を高くすることができる。   In this variable operating pressure type check valve 25A, the rotation position of the adjustment bar position control cam 25Ad is adjusted by adjusting the spring displacement of the adjustment bar position control cam 25Ad by controlling the rotation of the adjustment bar position control cam 25Ad with a step motor or the like. When the bar 25Ac is changed in the pushing direction, the spring displacement adjusting bar 25Ac pushes the base side position of the check operating pressure adjusting spring 25Ab toward the valve body 25Aa, so that the valve body 25Aa is pushed toward the fuel inlet 21 side. Since the urging force of the check operating pressure adjusting spring 25Ab increases, the set pressure when the check valve 25A is opened can be increased.

また、調整バー位置制御カム25Adの回転位置を、調整バー位置制御カム25Adがバネ変位調整バー25Acを引き出す方向に変化させると、逆止作動圧調整バネ25Abの付勢力が減少するので、逆止弁25Aが開弁するときの設定圧力を低くすることができる。   Further, when the rotational position of the adjustment bar position control cam 25Ad is changed in the direction in which the adjustment bar position control cam 25Ad pulls out the spring displacement adjustment bar 25Ac, the biasing force of the check operating pressure adjustment spring 25Ab decreases, so the check The set pressure when the valve 25A is opened can be lowered.

この作動圧力可変型の逆止弁25Aを用いることにより、第1逆止弁25Aの作動圧力を変化させることにより、燃料の噴射圧力を変化できるので、触媒の温度、及び触媒の劣化程度に応じて、燃料の噴射速度を変化させて燃料噴射できるようになる。   By using this variable operating pressure check valve 25A, the fuel injection pressure can be changed by changing the operating pressure of the first check valve 25A, so that it depends on the temperature of the catalyst and the degree of deterioration of the catalyst. Thus, fuel injection can be performed by changing the fuel injection speed.

次に、本発明の実施の形態の排気ガス浄化システムについて説明する。この排気ガス浄化システムでは、エンジン(内燃機関)2の排気管(排気通路)5に設けられた排気ガス浄化装置6に上記の排気管内燃料直接噴射システム10を用いて燃料fを供給するように構成される。   Next, an exhaust gas purification system according to an embodiment of the present invention will be described. In this exhaust gas purification system, the fuel f is supplied to the exhaust gas purification device 6 provided in the exhaust pipe (exhaust passage) 5 of the engine (internal combustion engine) 2 using the fuel direct injection system 10 in the exhaust pipe. Composed.

図1に示すように、この排気ガス浄化システム1は、エンジン(内燃機関)2の吸気マニホールド2aに接続される吸気通路3に上流側からエアクーリーナ(図示しない)、吸気流量センサ(MAFセンサ)(図示しない)、ターボチャージャ4のコンプレッサ4a、インタークーラ(図示しない)、吸気弁(インテークスロットル)(図示しない)が設けられ、新気Aをエンジン2の気筒(シリンダ)に供給できるように構成される。   As shown in FIG. 1, this exhaust gas purification system 1 includes an air cooler (not shown), an intake flow rate sensor (MAF sensor) (from the upstream side) to an intake passage 3 connected to an intake manifold 2a of an engine (internal combustion engine) 2. (Not shown), a compressor 4a of the turbocharger 4, an intercooler (not shown), and an intake valve (intake throttle) (not shown) are provided so that fresh air A can be supplied to a cylinder (cylinder) of the engine 2. The

また、排気マニホールド2bに接続する排気管5に、上流側からターボチャージャ4のタービン4bと排気管内燃料直接噴射用の燃料噴射弁(インジェクター)11と排気ガス浄化装置6を備えて構成される。   Further, the exhaust pipe 5 connected to the exhaust manifold 2b includes a turbine 4b of the turbocharger 4, a fuel injection valve (injector) 11 for direct fuel injection in the exhaust pipe, and an exhaust gas purification device 6 from the upstream side.

排気ガス浄化装置6は、図4の構成では、酸化触媒装置(DOC)6a、NOx吸蔵還元型触媒装置(LNT)6b、触媒付きフィルタ装置(CSF)6cで構成されている。   In the configuration shown in FIG. 4, the exhaust gas purification device 6 includes an oxidation catalyst device (DOC) 6a, a NOx occlusion reduction type catalyst device (LNT) 6b, and a filter device with catalyst (CSF) 6c.

酸化触媒装置6aは、多孔質のセラミックのハニカム構造の担持体に、白金等の酸化触媒を担持させて形成される。この酸化触媒は、排気ガス中のHCやCOを酸化して排気ガスを浄化する役割と、NOx吸蔵還元型触媒のNOx吸蔵能力を回復するためのNOx再生や、硫黄被毒からの回復のための脱硫処理の際や、触媒付きフィルタのPM再生処理の際に、排気管5内に供給される燃料fの一部を酸化して排気ガスGの温度を昇温する役割とを持っている。   The oxidation catalyst device 6a is formed by supporting an oxidation catalyst such as platinum on a porous ceramic honeycomb structure support. This oxidation catalyst is used for purifying exhaust gas by oxidizing HC and CO in the exhaust gas, for NOx regeneration for recovering NOx storage capacity of the NOx storage reduction catalyst, and for recovery from sulfur poisoning. During the desulfurization process of the catalyst and the PM regeneration process of the filter with catalyst, the fuel f supplied to the exhaust pipe 5 is partly oxidized to raise the temperature of the exhaust gas G. .

NOx吸蔵還元型触媒装置6bは、アルカリ金属又はアルカリ土類金属を貴金属と共に担持して形成され、酸素過剰な排気ガス中のNOを酸化して硝酸塩として触媒上に吸着させて、NOxを浄化する。このNOx吸蔵還元型触媒は、排気ガスがリーン空燃比では、NOxを吸蔵し、リッチ空燃比では、吸蔵したNOxを放出すると共に、この放出されたNOxを還元雰囲気中で還元して、NOxを低減する。このNOx放出のリッチ空燃比制御では、排気管5内に燃料fを直接供給する。   The NOx occlusion reduction type catalyst device 6b is formed by supporting an alkali metal or an alkaline earth metal together with a noble metal, and oxidizes NO in exhaust gas containing excess oxygen and adsorbs it as a nitrate on the catalyst to purify NOx. . The NOx occlusion reduction type catalyst stores NOx when the exhaust gas is lean air-fuel ratio, and releases the stored NOx when the exhaust gas is rich air-fuel ratio, and reduces the released NOx in a reducing atmosphere. To reduce. In this rich air-fuel ratio control for NOx release, the fuel f is directly supplied into the exhaust pipe 5.

また、NOx吸蔵還元型触媒においては、エンジン2の燃料中に硫黄成分が含まれており、この硫黄成分が硫酸塩として触媒上に吸着されてしまうために、NOx吸蔵材のNOx吸蔵能力が低下するという硫黄被毒の問題がある。この硫黄被毒からNOx吸蔵材を再生するために、排気管5内に燃料fを噴射して、この燃料fを酸化触媒により酸化して排気ガスの温度を高めて、触媒を700℃程度まで昇温させて、この温度に維持しながら排気ガスをリッチ状態にしてNOx吸蔵材の脱硫処理を行う必要がある。   Further, in the NOx occlusion reduction type catalyst, the sulfur component is contained in the fuel of the engine 2, and this sulfur component is adsorbed on the catalyst as a sulfate, so that the NOx occlusion capacity of the NOx occlusion material is lowered. There is a problem of sulfur poisoning. In order to regenerate the NOx occlusion material from this sulfur poisoning, the fuel f is injected into the exhaust pipe 5 and the temperature of the exhaust gas is increased by oxidizing the fuel f with an oxidation catalyst, so that the catalyst is heated to about 700 ° C. The NOx occlusion material needs to be desulfurized by raising the temperature and maintaining the temperature to make the exhaust gas rich.

触媒付きフィルタ装置6cは、排気ガス中の粒子状物質(PM)を捕集するためのディーゼルパティキュレートフィルタ(DPF)を備えた触媒付きDPFで構成される。この触媒付きDPFは、多孔質のセラミックのハニカムのチャンネルの入口と出口を交互に目封じしたモノリスハニカム型ウォールフロータイプのフィルタ等で形成される。このフィルタの部分に白金や酸化セリウム等の触媒を担持する。   The catalyst-equipped filter device 6c is composed of a DPF with a catalyst provided with a diesel particulate filter (DPF) for collecting particulate matter (PM) in the exhaust gas. The catalyst-attached DPF is formed of a monolith honeycomb wall flow type filter or the like in which the inlet and outlet of a porous ceramic honeycomb channel are alternately plugged. A catalyst such as platinum or cerium oxide is supported on the filter.

この触媒付きDPFにより、排気ガス中のPMは、多孔質のセラミックの壁で捕集される。このPMの捕集量が増加した場合には、排気管5内に燃料fを噴射して、この燃料fを酸化触媒により酸化して排気ガスの温度を高めて、この高温の排気ガスにより触媒付きDPFをPMの燃焼開始温度まで上昇させて、捕集されたPMを強制的に燃焼除去して、触媒付きDPFのPM再生処理を行う。   By this DPF with catalyst, PM in the exhaust gas is collected by the porous ceramic wall. When the amount of collected PM increases, the fuel f is injected into the exhaust pipe 5 and the temperature of the exhaust gas is increased by oxidizing the fuel f with the oxidation catalyst. The attached DPF is raised to the combustion start temperature of PM, and the collected PM is forcibly burned and removed to perform PM regeneration processing of the DPF with catalyst.

更に、排気ガスGの温度Tgを測定するために、排気ガス浄化装置6の入口に排気ガス温度センサ7aが、また、排気ガス浄化装置6の触媒温度を測定するための触媒温度センサ7bと、排気ガス中の空気過剰率(λ)又は酸素濃度を測定するための空気過剰率センサ(λセンサ)7cが配設される。   Further, in order to measure the temperature Tg of the exhaust gas G, an exhaust gas temperature sensor 7a at the inlet of the exhaust gas purification device 6, and a catalyst temperature sensor 7b for measuring the catalyst temperature of the exhaust gas purification device 6, An excess air ratio sensor (λ sensor) 7c for measuring the excess air ratio (λ) or oxygen concentration in the exhaust gas is provided.

これらのセンサ7a、7b、7c等の測定値とエンジン2の運転状態とエンジン2の運転制御に必要なデータを入力して排気ガス浄化システム1の排気ガス浄化制御や再生制御を行うエンジン制御装置30が設けられている。このエンジン制御装置30はECU(エンジンコントロールユニット)と呼ばれる制御装置である。排気管内燃料直接噴射システム10の制御装置30aはこのエンジン制御装置(ECU)30に含まれる形で設けられる。このエンジン制御装置30は、エンジン2からのデータと吸入空気量センサ(図示しない)等の検出値に基づいて、吸気弁(図示しない)、燃料供給ポンプ13、燃料噴射弁11、EGR通路8のEGR弁9等を制御する。   An engine control device that performs exhaust gas purification control and regeneration control of the exhaust gas purification system 1 by inputting measured values of these sensors 7a, 7b, 7c, etc., the operation state of the engine 2, and data necessary for operation control of the engine 2. 30 is provided. The engine control device 30 is a control device called an ECU (engine control unit). The control device 30 a of the exhaust pipe direct fuel injection system 10 is provided in a form included in the engine control device (ECU) 30. The engine control device 30 is configured to control the intake valve (not shown), the fuel supply pump 13, the fuel injection valve 11, and the EGR passage 8 based on data from the engine 2 and detection values of an intake air amount sensor (not shown). The EGR valve 9 and the like are controlled.

この排気ガス浄化システム1において、排気管内燃料噴射システム10を用いて、NOx再生処理、脱硫処理及びPM再生処理等の排気管5内燃料直接噴射において、燃料供給ポンプ13で昇圧された燃料fを燃料圧力変動抑制機構20により直接噴射する時の燃料圧力を一定かつ必要な燃料圧力にして、燃料噴射弁11から燃料fを噴射する。   In the exhaust gas purification system 1, the fuel f boosted by the fuel supply pump 13 in the direct fuel injection in the exhaust pipe 5 such as NOx regeneration processing, desulfurization processing, and PM regeneration processing using the fuel injection system 10 in the exhaust pipe. The fuel pressure at the time of direct injection by the fuel pressure fluctuation suppressing mechanism 20 is set to a constant and necessary fuel pressure, and the fuel f is injected from the fuel injection valve 11.

この排気ガス浄化システム1における排気管内燃料噴射は、図5に示すような排気管内燃料直接噴射のための制御フローに示すような制御フローに従って行われる。   The exhaust pipe fuel injection in the exhaust gas purification system 1 is performed according to a control flow as shown in the control flow for direct exhaust pipe fuel injection as shown in FIG.

この制御フローでは、エンジンが始動されて上級の制御フローから呼ばれて、この制御フローがスタートすると、ステップS10で、排気管内燃料直接噴射を行う状態であるか否かを判定する。この判定で排気管内燃料直接噴射を行う状態でなければ、所定の判定時間(排気管内燃料直接噴射を行うか否かを判定するインターバルに関係する時間)Δt1を経過してから、ステップS10に戻る。   In this control flow, the engine is started and called from the advanced control flow. When this control flow starts, it is determined in step S10 whether or not direct injection of fuel in the exhaust pipe is in progress. If it is not in the state where direct exhaust pipe fuel injection is performed in this determination, a predetermined determination time (a time related to an interval for determining whether direct exhaust pipe fuel injection is performed) Δt1 has elapsed, and then the process returns to step S10. .

ステップS10の判定で、排気管内燃料直接噴射を行う状態である場合には、次のステップS11に行く。ステップS11で、排気管内燃料直接噴射を行う対象となる排気ガス浄化装置6の触媒温度Tcがそれぞれの処理を行う温度領域R1,R2,R3にあるか否かを判定する。 If it is determined in step S10 that direct fuel injection in the exhaust pipe is performed, the process proceeds to the next step S11. In step S11, it is determined whether or not the catalyst temperature Tc of the exhaust gas purification device 6 to be subjected to direct fuel injection in the exhaust pipe is in the temperature regions R1, R2, and R3 for performing the respective processes.

この温度領域は、NOx再生処理では、200℃〜300℃(200℃≦Tc<300℃)の第1温度領域R1であり、PM再生処理では、300℃〜500℃(300℃≦Tc<500℃)の第2温度領域R2であり、脱硫処理では、500℃〜700℃(500℃≦Tc<700℃)の第3温度領域R3となる。 This temperature range is a first temperature range R1 of 200 ° C. to 300 ° C. (200 ° C. ≦ Tc <300 ° C.) in the NOx regeneration process, and 300 ° C. to 500 ° C. (300 ° C. ≦ Tc <500) in the PM regeneration process. Second temperature region R2 of 500 ° C. to 700 ° C. (500 ° C. ≦ Tc <700 ° C.) in the desulfurization process.

このステップS11の判定で、触媒温度の温度領域が、それぞれの排気管内燃料直接噴射の温度領域R1,R2,R3に無い場合には、ステップS12に行って、排気管内燃料直接噴射を行わずに、又は、噴射していた場合には噴射を停止し、所定の時間(触媒温度の判定時間のインターバルに関係する時間)Δt2の間経過してからステップS11に戻る。 If it is determined in step S11 that the temperature range of the catalyst temperature is not in the temperature ranges R1, R2, and R3 of the direct fuel injection in each exhaust pipe, the process proceeds to step S12, and the direct fuel injection in the exhaust pipe is not performed. Alternatively, if injection has been performed, the injection is stopped, and after a predetermined time (time related to the catalyst temperature determination time interval) Δt2, the process returns to step S11.

ステップS11の判定で、触媒温度の温度領域が、それぞれの排気管内燃料直接噴射の温度領域R1,R2,R3にある場合には、ステップS13に行き、排気管内燃料直接噴射を行うときの燃料圧力を最適な燃料圧力となるように調整する。 If it is determined in step S11 that the temperature range of the catalyst temperature is in each of the exhaust pipe fuel direct injection temperature ranges R1, R2, and R3, the process proceeds to step S13, and the fuel pressure when direct exhaust pipe fuel injection is performed. Is adjusted to the optimum fuel pressure.

この調整では、触媒温度の温度領域が、NOx再生処理の第1温度領域R1にある場合には、燃料圧力変動抑制機構20の調整バー位置制御カム25Adをステップモータなどで回転制御することにより、触媒温度Tcに対応したバネ変位調整バー25Acの位置を予め設定した位置Liに移動させて、この位置Liに対応した燃料圧力Piに設定する。 In this adjustment, when the temperature range of the catalyst temperature is in the first temperature range R1 of the NOx regeneration process, the adjustment bar position control cam 25Ad of the fuel pressure fluctuation suppression mechanism 20 is rotationally controlled by a step motor or the like. The position of the spring displacement adjustment bar 25Ac corresponding to the catalyst temperature Tc is moved to a preset position Li, and the fuel pressure Pi corresponding to this position Li is set.

また、触媒温度の温度領域が、PM再生処理の第2温度領域R2にある場合には、燃料圧力変動抑制機構20の調整バー位置制御カム25Adをステップモータなどで回転制御することにより、触媒温度Tcに対応したバネ変位調整バー25Acの位置を予め設定した位置Ljに移動させて、この位置Ljに対応した燃料圧力Pjに設定する。また、触媒温度の温度領域が、脱硫処理の第3温度領域R3にある場合には、燃料圧力変動抑制機構20の調整バー位置制御カム25Adをステップモータなどで回転制御することにより、触媒温度Tcに対応したバネ変位調整バー25Acの位置を予め設定した位置Lkに移動させて、この位置Lkに対応した燃料圧力Pkに設定する。 When the temperature range of the catalyst temperature is in the second temperature range R2 of the PM regeneration process, the catalyst temperature is controlled by rotating the adjustment bar position control cam 25Ad of the fuel pressure fluctuation suppression mechanism 20 with a step motor or the like. The position of the spring displacement adjustment bar 25Ac corresponding to Tc is moved to a preset position Lj, and the fuel pressure Pj corresponding to this position Lj is set. Further, when the temperature range of the catalyst temperature is in the third temperature range R3 of the desulfurization process, the catalyst temperature Tc is controlled by rotating the adjustment bar position control cam 25Ad of the fuel pressure fluctuation suppressing mechanism 20 with a step motor or the like. The position of the spring displacement adjustment bar 25Ac corresponding to is moved to a preset position Lk, and the fuel pressure Pk corresponding to this position Lk is set.

この燃料圧力の設定の値に、ステップS14に行き、燃料圧力の検出値Pmが下限閾値P1より大きいか否かの判定を行う。この判定で燃料圧力の検出値Pmが下限閾値P1より大きくない場合には、所定の時間(燃料圧力の検出値の判定時間のインターバルに関係する時間)Δt3の間経過してからステップS10に戻る。 In step S14, the fuel pressure setting value is determined to determine whether or not the fuel pressure detection value Pm is greater than the lower limit threshold value P1. If the detected value Pm of the fuel pressure is not larger than the lower limit threshold value P1 in this determination, the process returns to step S10 after a predetermined time (time related to the determination time interval of the detected value of the fuel pressure) Δt3. .

ステップS14の判定で、燃料圧力の検出値Pmが下限閾値P1より大きい場合には、ステップS15で、燃料圧力の検出値Pmが上限閾値P2より小さいか否かの判定を行う。この判定で燃料圧力の検出値Pmが上限閾値P2より小さくない場合には、ステップS16で、圧力調整弁27を開弁し、第1蓄圧室22の燃料圧力を下げながら、所定の時間(燃料圧力の検出値の判定時間のインターバルに関係する時間)Δt4の間経過してからステップS15に戻る。   If it is determined in step S14 that the detected fuel pressure value Pm is larger than the lower limit threshold value P1, it is determined in step S15 whether the detected fuel pressure value Pm is smaller than the upper limit threshold value P2. In this determination, if the detected value Pm of the fuel pressure is not smaller than the upper limit threshold P2, the pressure regulating valve 27 is opened in step S16, and the fuel pressure in the first pressure accumulating chamber 22 is lowered for a predetermined time (fuel). After a lapse of Δt4 (time related to the pressure detection value determination time interval), the process returns to step S15.

ステップS15の判定で、燃料圧力の検出値Pmが上限閾値P2より小さい場合には、ステップS17に行き、各排気管内燃料直接噴射の対象となる各処理に対応した燃料噴射量を算出すると共に、燃料温度センサ29で検出した燃料温度Tfを読み込んで、検出された燃料温度Tfを基に燃料密度を考慮した補正を行う。また、基準の燃料圧力を基に燃料噴射時間を算出すると共に、燃料圧力センサ28で検出した燃料圧力Pmを読み込んで、排気管内燃料直接噴射における燃料噴射量の燃料圧力Pmによる補正を行い、燃料噴射時間を設定する。   If the detected value Pm of the fuel pressure is smaller than the upper limit threshold value P2 in the determination in step S15, the process goes to step S17 to calculate the fuel injection amount corresponding to each process that is the target of direct fuel injection in each exhaust pipe, The fuel temperature Tf detected by the fuel temperature sensor 29 is read, and the correction considering the fuel density is performed based on the detected fuel temperature Tf. Further, the fuel injection time is calculated based on the reference fuel pressure, the fuel pressure Pm detected by the fuel pressure sensor 28 is read, and the fuel injection amount in the direct fuel injection in the exhaust pipe is corrected by the fuel pressure Pm. Set the injection time.

次のステップ18で、設定された燃料噴射時間で排気管内燃料直接噴射を行うように、燃料噴射弁11に開弁指示を行う。この開弁指示を行い、排気管内燃料直接噴射を行った後、ステップS10に戻る。   In the next step 18, the fuel injection valve 11 is instructed to open so that the direct fuel injection in the exhaust pipe is performed during the set fuel injection time. After performing this valve opening instruction and direct fuel injection in the exhaust pipe, the process returns to step S10.

そして、エンジン作動が停止されるときには、割り込みが生じて、ステップS19で排気管内燃料直接噴射の制御の終了作業を行ってリターンに行き、上級の制御フローに戻り、排気管内燃料直接噴射の制御を終了する。 When the engine operation is stopped, an interruption occurs, and in step S19, the exhaust pipe direct fuel injection control end operation is performed, the process returns to the upper control flow, and the exhaust pipe direct fuel injection control is controlled. finish.

上記の構成の排気ガス浄化システム1によれば、燃料圧力変動抑制機構20により、安定した燃料圧力のもとで燃料fを燃料噴射弁11に供給できるので、排気管5内に噴射する燃料fの圧力をエンジン回転数に依存させずに、常に一定かつ必要な圧力とすることができる。そのため、エンジン回転数が過渡的に変化する場合においても安定した燃料圧力に基づいて精度のよい燃料噴射量で排気管内燃料直接噴射を行うことができる。 According to the exhaust gas purification system 1 having the above configuration, the fuel f can be supplied to the fuel injection valve 11 under a stable fuel pressure by the fuel pressure fluctuation suppressing mechanism 20, so that the fuel f injected into the exhaust pipe 5 can be supplied. The pressure can be always constant and necessary without depending on the engine speed. Therefore, even when the engine speed changes transiently, direct fuel injection in the exhaust pipe can be performed with a precise fuel injection amount based on a stable fuel pressure.

従って、排気管5内への実際の燃料噴射量と制御目標の燃料噴射量との乖離を減らし、NOx再生処理や脱硫処理やPM再生処理の際の昇温や排気ガスの空燃比(又は空気過剰率)の条件を満足させることができ、排気ガス性能を十分に確保できる。   Accordingly, the difference between the actual fuel injection amount into the exhaust pipe 5 and the control target fuel injection amount is reduced, the temperature rise during the NOx regeneration process, the desulfurization process and the PM regeneration process, and the air-fuel ratio (or air) of the exhaust gas. Excess ratio) can be satisfied, and exhaust gas performance can be sufficiently secured.

本発明の排気管内燃料直接噴射システムは、排気管内燃料直接噴射において、燃料圧力変動抑制機構により、安定した燃料圧力のもとで燃料を燃料噴射弁に供給できるので、排気管内に噴射する燃料の圧力をエンジン回転数に依存させずに、常に一定かつ必要な圧力にして燃料噴射させることができ、排気管への燃料噴射量と目標とする燃料噴射量との乖離を減らすことができるので、自動車搭載の内燃機関の排気ガス浄化システムにおける排気管内燃料直接噴射システムとして利用することができる。   In the exhaust pipe direct fuel injection system of the present invention, in the fuel direct injection in the exhaust pipe, the fuel pressure fluctuation suppression mechanism can supply the fuel to the fuel injection valve under a stable fuel pressure, so that the fuel injected into the exhaust pipe can be supplied. The fuel can be injected at a constant and necessary pressure without depending on the engine speed, and the difference between the fuel injection amount to the exhaust pipe and the target fuel injection amount can be reduced. The present invention can be used as an exhaust pipe fuel direct injection system in an exhaust gas purification system of an internal combustion engine mounted on an automobile.

また、本発明の排気ガス浄化システムは、排気管内への実際の燃料噴射量と制御目標の燃料噴射量との乖離を減らし、NOx再生処理や脱硫処理やPM再生処理の際の昇温や排気ガスの空燃比(又は空気過剰率)の条件を満足させることができ、排気ガス性能を十分に確保できるので、自動車に搭載する内燃機関等の排気管における排気ガス浄化システム及び排気ガス浄化方法として利用できる。   Further, the exhaust gas purification system of the present invention reduces the difference between the actual fuel injection amount into the exhaust pipe and the control target fuel injection amount, and increases the temperature and exhaust gas during NOx regeneration processing, desulfurization processing, and PM regeneration processing. As an exhaust gas purification system and an exhaust gas purification method in an exhaust pipe of an internal combustion engine or the like mounted on an automobile can be satisfied because exhaust gas performance can be sufficiently ensured by satisfying the conditions of gas air-fuel ratio (or excess air ratio). Available.

1 排気ガス浄化システム
2 エンジン(内燃機関)
3 吸気通路
5 排気管(排気通路)
6 排気ガス浄化装置
6a 酸化触媒装置(DOC)
6b NOx吸蔵還元型触媒装置(LNT)
6c 触媒付きフィルタ装置(CSF)
10 排気管内燃料直接噴射システム
11 燃料噴射弁(インジェクター)
12 燃料供給配管
13 燃料供給ポンプ
14 燃料供給配管
15 燃料タンク
20 燃料圧力変動抑制機構
21 燃料入口
22 第1蓄圧室
23 燃料出口
24 第2蓄圧室
25 第1逆止弁
25A 作動圧力可変型の逆止弁
26 第2逆止弁
27 圧力調整弁
28 燃料圧力センサ
30 エンジン制御装置
30a 制御装置
f 燃料
1 Exhaust gas purification system 2 Engine (internal combustion engine)
3 Intake passage 5 Exhaust pipe (exhaust passage)
6 Exhaust gas purification device 6a Oxidation catalyst device (DOC)
6b NOx occlusion reduction catalyst device (LNT)
6c Filter device with catalyst (CSF)
10 Fuel direct injection system in exhaust pipe 11 Fuel injection valve (injector)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 12 Fuel supply piping 13 Fuel supply pump 14 Fuel supply piping 15 Fuel tank 20 Fuel pressure fluctuation suppression mechanism 21 Fuel inlet 22 First pressure accumulation chamber 23 Fuel outlet 24 Second pressure accumulation chamber 25 First check valve 25A Reverse of operation pressure variable type Stop valve 26 Second check valve 27 Pressure adjustment valve 28 Fuel pressure sensor 30 Engine control device 30a Control device f Fuel

Claims (6)

内燃機関の排気管に、排気管内燃料直接噴射で燃料を噴射する排気管内燃料直接噴射システムにおいて、前記排気管内へ燃料を噴射する燃料噴射弁に燃料を供給する燃料供給配管に燃料圧力変動抑制機構を直列に配置し、該燃料圧力変動抑制機構を、燃料入口側の第1蓄圧室と燃料出口側の第2蓄圧室を設け、前記燃料入口と前記第1蓄圧室との間に第1逆止弁を、前記第1蓄圧室と前記第2蓄圧室との間に第2逆止弁を、燃料入口側から燃料出口側への流れを許容し、反対の流れを止めるようにそれぞれ設けて構成すると共に、前記第1蓄圧室に、内部の燃料圧力が予め設定した圧力よりも高くなった時に燃料を前記第1蓄圧室外に放出する圧力調整弁を設けたことを特徴とする排気管内燃料直接噴射システムIn an exhaust pipe direct fuel injection system for injecting fuel into an exhaust pipe of an internal combustion engine by direct fuel injection in an exhaust pipe, a fuel pressure fluctuation suppression mechanism for a fuel supply pipe for supplying fuel to a fuel injection valve for injecting fuel into the exhaust pipe Are arranged in series, and the fuel pressure fluctuation suppressing mechanism is provided with a first pressure accumulation chamber on the fuel inlet side and a second pressure accumulation chamber on the fuel outlet side, and a first reverse is provided between the fuel inlet and the first pressure accumulation chamber. A stop valve is provided between the first pressure accumulation chamber and the second pressure accumulation chamber so that a second check valve is allowed to flow from the fuel inlet side to the fuel outlet side, and the opposite flow is stopped. The fuel in the exhaust pipe is characterized in that the first pressure accumulating chamber is provided with a pressure adjusting valve that discharges fuel to the outside of the first pressure accumulating chamber when the internal fuel pressure becomes higher than a preset pressure. Direct injection system . 排気管内燃料直接噴射時の燃料圧力を検出する燃料圧力センサを前記第1蓄圧室に設けたことを特徴とする請求項1に記載の排気管内燃料直接噴射システム2. The exhaust pipe direct fuel injection system according to claim 1, wherein a fuel pressure sensor for detecting a fuel pressure at the time of direct fuel injection in the exhaust pipe is provided in the first pressure accumulation chamber. 前記第1逆止弁を作動圧力を変化できる作動圧力可変型の逆止弁で形成することを特徴とする請求項1又は2に記載の排気管内燃料直接噴射システム3. The exhaust pipe direct fuel injection system according to claim 1, wherein the first check valve is formed of a variable operating pressure check valve capable of changing an operating pressure. 前記圧力調整弁を作動圧力を変化できる作動圧力可変型の圧力調整弁で形成することを特徴とする請求項1、2又は3に記載の排気管内燃料直接噴射システム。 The direct fuel injection system in an exhaust pipe according to claim 1, 2 or 3, wherein the pressure regulating valve is formed of a variable pressure regulating valve capable of changing an operating pressure. 上記の排気管内燃料直接噴射システムにおいて、前記第1蓄圧室又は前記第2蓄圧室に燃料の温度を検出する燃料温度センサを設けたことを特徴とする請求項1、2、3、又は4に記載の排気管内燃料直接噴射システム。   5. The fuel direct injection system in the exhaust pipe according to claim 1, wherein a fuel temperature sensor for detecting a temperature of fuel is provided in the first pressure accumulation chamber or the second pressure accumulation chamber. The fuel direct injection system in an exhaust pipe as described. 内燃機関の排気通路に設けられた排気ガス浄化装置に、請求項1〜5のいずれか一項に記載の排気管内燃料直接噴射システムを用いて燃料を供給することを特徴とする排気ガス浄化システム。 An exhaust gas purification system for supplying fuel to an exhaust gas purification device provided in an exhaust passage of an internal combustion engine using the fuel direct injection system in an exhaust pipe according to any one of claims 1 to 5. .
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