JP5428633B2

JP5428633B2 - 内燃機関

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Publication number: JP5428633B2
Application number: JP2009185184A
Authority: JP
Inventors: 隆行坂本
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2009-08-07
Filing date: 2009-08-07
Publication date: 2014-02-26
Anticipated expiration: 2029-08-07
Also published as: JP2011038447A

Description

本発明は内燃機関に係り、特に、排気通路に設けられた燃料噴射弁を備えた内燃機関に関する。

例えば、ディーゼルエンジン等の内燃機関の排気通路には、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒等の排気浄化要素が設けられている。そしてこの排気浄化要素を定期的に再生するため、排気通路に設けられた燃料噴射弁から排気通路内に燃料を噴射供給することが行われている（例えば特許文献１参照）。

特開２００８−１２１４５５号公報

この場合、燃料噴射弁から噴射される燃料の量を正確に制御することが望ましいが、燃料噴射弁に供給される燃料の圧力変動に起因して燃料噴射量を正確に制御することが困難な場合がある。例えば、燃料圧力が増大して実際の燃料噴射量が目標量よりも多くなると、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に対し過剰にリッチな排気ガスが供給されてしまい、その硫黄被毒再生時に触媒温度が十分に上昇せず、不適切な再生処理となる虞がある。

そこで本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、排気通路に設けられた燃料噴射弁に供給される燃料の圧力変動を抑制し得る内燃機関を提供することにある。

本発明の一形態によれば、排気通路に設けられた燃料噴射弁と、燃料を供給する供給ポンプと、前記供給ポンプと前記燃料噴射弁の間に介設され、前記燃料噴射弁に供給される燃料の圧力を補償する燃圧補償装置と、を備え、前記燃圧補償装置が、装置本体と、当該装置本体内に区画されて前記供給ポンプから供給される第１圧力の燃料が導入されると共に前記第１圧力のみが付加される燃料供給側チャンバと、前記装置本体内に区画されて前記燃料噴射弁に供給される第２圧力の燃料が導出されると共に前記第２圧力のみが付加される燃料貯留側チャンバと、前記装置本体内に往復動可能に配設されて前記燃料供給側チャンバと前記燃料貯留側チャンバとを仕切り、前記燃料供給側チャンバと前記燃料貯留側チャンバとの差圧に応じて往復動する補償ピストンと、を含み、前記補償ピストンは、前記燃料貯留側チャンバに掛かる前記第２圧力が前記燃料供給側チャンバに掛かる前記第１圧力よりも高くなるまで、前記供給ポンプから前記燃料噴射弁への燃料供給量を減少させる方向に移動しないことを特徴とする内燃機関が提供される。

これによれば、燃圧補償装置により、燃料噴射弁に供給される燃料の圧力を補償することができる。よって燃料圧力の変動を抑制し、燃料噴射弁から噴射される燃料の量を正確に制御することが可能となる。

好ましくは、前記燃圧補償装置が、前記装置本体及び前記補償ピストンの間に形成されたオリフィスを備え、前記補償ピストンが、前記第１圧力と前記第２圧力の差圧に応じて前記オリフィスを拡縮し、前記差圧を無くすように移動する。

これにより、燃料噴射弁に供給される燃料の圧力すなわち第２圧力が、供給ポンプから供給された燃料の圧力すなわち第１圧力と等しくなるように制御される。

好ましくは、前記装置本体内に、少なくとも前記燃料供給側チャンバを構成する第１チャンバ、少なくとも前記燃料貯留側チャンバを構成する第２及び第４チャンバ、第３チャンバが画成され、前記補償ピストンは、前記第１及び第２チャンバを仕切る第１ピストンと、前記第２及び第３チャンバを仕切る第２ピストンと、前記第３及び第４チャンバを仕切る第３ピストンとを備え、前記第１及び第３チャンバには、前記供給ポンプから供給された第１圧力の燃料が導入され、前記第２、第３及び第４チャンバには、前記燃料噴射弁に供給される第２圧力の燃料が貯留され、前記補償ピストンは、少なくとも前記第１ピストンが受ける第１圧力と第２圧力の差圧によって移動し、前記第３チャンバ内に位置する前記第３ピストンは、前記第３チャンバの内壁との間に、前記補償ピストンの移動によって拡縮するオリフィスを形成し、前記オリフィスは、前記第３チャンバにおける前記第１圧力の燃料の導入部と、前記第３チャンバにおける前記第２圧力の燃料の導出部との間に位置される。

好ましくは、前記第２圧力が前記第１圧力より低くなったとき、前記補償ピストンが前記オリフィスを拡大する第１方向に移動して前記第２圧力を増大し、前記第２圧力が前記第１圧力より高くなったとき、前記補償ピストンが前記オリフィスを縮小する第２方向に移動して前記第２圧力を減少する。

好ましくは、前記燃圧補償装置が、前記補償ピストンの位置を検出するための検出手段と、前記検出手段により検出された前記補償ピストンの位置に基づいて前記供給ポンプから供給された燃料の圧力を増減するための圧力調整手段と、をさらに備える。

本発明は、排気通路に設けられた燃料噴射弁に供給される燃料の圧力変動を抑制することができるという、優れた効果を発揮する。

本発明の実施形態に係る内燃機関を示す概略図である。燃圧補償装置の断面図である。

以下、添付図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明する。

図１に、本発明の実施形態に係る内燃機関（エンジン）を示す。本実施形態のエンジン１は、自動車用且つ多気筒の圧縮着火式内燃機関、即ちディーゼルエンジンである。エンジン１はコモンレール式燃料噴射装置を備える。すなわち、燃料タンク２に貯留された燃料が、フィードポンプ３および供給ポンプ４によって高圧ポンプ５に送られ、高圧ポンプ５はその送られてきた燃料を高圧にまで加圧し、コモンレール６に圧送する。供給ポンプ４及び高圧ポンプ５はベルト等の動力伝達部材７を介してエンジン１のクランクシャフト８により駆動される。

コモンレール６内に貯留された高圧燃料は、燃料噴射弁即ちインジェクタ９の開弁時、インジェクタ９から燃焼室１０内に直接噴射供給される。燃焼室１０から排出された排気ガスは、ターボチャージャ１１のタービン１１ｔを通過した後、その下流側の排気通路１２を流通し、後述のように浄化処理された後、大気に排出される。エンジン１はＥＧＲ装置１３をも含む。ＥＧＲ装置は、排気通路１２内（特にタービン上流側の排気マニホールド内）の排気ガスを吸気通路１４に環流させるためのＥＧＲ通路１５と、ＥＧＲ通路１５を流れるＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ１６と、ＥＧＲガスの流量を調節するＥＧＲ弁１７とを備える。吸気通路１４には電子制御式の吸気絞り弁４９が設けられる。

排気通路１２には、排気ガス中の未燃成分（炭化水素ＨＣ及び一酸化炭素ＣＯ）を酸化して浄化する酸化触媒１８と、排気ガス中の窒素酸化物ＮＯｘを浄化する吸蔵還元型ＮＯｘ触媒１９と、排気ガス中のＰＭを捕集するパティキュレートフィルタ（以下、ＤＰＦという）２０とが上流側から順に直列に設けられている。これら酸化触媒１８、ＮＯｘ触媒１９およびＤＰＦ２０は、それぞれ第１、第２および第３の排気浄化要素をなす。

また、排気通路１２には、主にＮＯｘ触媒１９およびＤＰＦ２０の再生を行うべく、燃料を排気通路１２内に噴射する燃料噴射弁２１が設けられている。以下、この燃料噴射弁２１を排気インジェクタと称する。排気インジェクタ２１は、酸化触媒１８の上流側で且つタービン１１ｔの下流側の排気通路１２に配置されている。排気インジェクタ２１の先端部には、燃料の出口となる一乃至複数の噴口（図示せず）を備えた噴口部２１Ａが形成され、この噴口部２１Ａが排気通路１２内に配置され、排気通路１２内で露出されている。

供給ポンプ４と排気インジェクタ２１との間には、排気インジェクタ２１に供給される燃料の圧力を補償する燃圧補償装置３０が介設されている。供給ポンプ４と燃圧補償装置３０とは第１配管３１を介して接続され、燃圧補償装置３０と排気インジェクタ２１とは第２配管３２を介して接続されている。

また、エンジン１には制御手段としての電子制御ユニット（以下、ＥＣＵと称す）５０が設けられる。ＥＣＵ５０はいずれも図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力ポートおよび記憶装置等を含む。前述のインジェクタ９、高圧ポンプ５、ＥＧＲ弁１７および排気インジェクタ２１はＥＣＵ５０によって制御される。またＥＣＵ５０には、図示しないアクセル開度センサ、エンジン回転速度センサおよび空気量センサから、それぞれアクセル開度、エンジン回転速度および吸入空気量の検出信号が入力される。

さらに、酸化触媒１８の直前位置における排気通路１２には排気温センサ２３が設けられ、ＥＣＵ５０には排気温度の検出信号が排気温センサ２３から入力される。

排気通路１２の途中には、車載レイアウトの都合等により曲げられた曲がり部としての曲管部１２Ａが形成されており、この曲管部１２Ａに排気インジェクタ２１が設けられている。本実施形態では曲管部１２Ａの曲がり角は約９０°とされているが、この曲がり角は任意に設定可能である。

曲管部１２Ａの下流側には直線部として直管部１２Ｂが連なっており、この直管部１２Ｂに酸化触媒１８、ＮＯｘ触媒１９およびＤＰＦ２０が設けられている。排気インジェクタ２１は直管部１２Ｂの中心軸にほぼ平行に、曲管部１２Ａの外側コーナー部に取り付けられ、排気インジェクタ２１の先端の噴口部２１Ａを酸化触媒１８に向けるように配置されている。そして排気インジェクタ２１の噴口から噴射された燃料ができるだけ排気通路１２の内壁に当たらずに酸化触媒１８に到達できるようになっている。

各排気浄化要素に関して、酸化触媒１８は、基材表面上のコート材に白金等の貴金属を多数分散配置させてなり、排気中のＨＣ及びＣＯを酸化して浄化する。もっともディーゼルエンジンの場合、排気ガスの空燃比Ａ／Ｆは理論空燃比（例えば１４．６）よりも著しくリーンであり、空気過剰率λは１より大きい。よって排気中に含まれるＨＣ及びＣＯの量は比較的少ない。またディーゼルエンジンの場合、排気温度が比較的低温であり、メインとなるＮＯｘ触媒１９やＤＰＦ２０の触媒が活性化しづらい。よってＨＣ及びＣＯの酸化熱で排気ガスを加熱し、この排気ガスでＮＯｘ触媒１９及びＤＰＦ２０を加熱し、両者の活性化を促進すべく、酸化触媒１８が設けられている。

次に、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（LNT: Lean NOx Trap）１９は、アルミナＡｌ₂Ｏ₃等の酸化物からなる基材表面に、白金Ｐｔ等の貴金属とＮＯｘ吸収成分とが担持されて構成されている。ＮＯｘ吸収成分は、例えばカリウムＫ、ナトリウムＮａ，リチウムＬｉ、セシウムＣｓ等のアルカリ金属、バリウムＢａ、カルシウムＣａ等のアルカリ土類、ランタンＬａ、イットリウムＹ等の希土類から選択された少なくとも一つからなる。

ＮＯｘ触媒１９はＮＯｘの吸放出作用を有する。すなわち、触媒に供給される排気ガスの空燃比が理論空燃比よりリーンのとき（触媒が酸素過剰雰囲気にあって空気過剰率λが１より大きいとき）、触媒は排気ガス中のＮＯｘを硝酸塩の形で吸蔵する。他方、触媒に供給される排気ガスの空燃比が理論空燃比又はこれよりリッチのとき（触媒が酸素不足雰囲気にあって空気過剰率λが１以下のとき）、触媒は吸蔵したＮＯｘを放出する。この放出されたＮＯｘは雰囲気ガスに含まれる還元剤（主にＨＣ）と触媒内で反応し、Ｎ₂に還元される。これによりＮＯｘの大気への排出が防止される。

ＮＯｘ触媒１９は、飽和状態（満杯）までＮＯｘを吸蔵するとそれ以上ＮＯｘを吸蔵できない。そのため、ＮＯｘ触媒１９のＮＯｘ吸蔵能を回復又は維持すべく、ＮＯｘ触媒から吸蔵ＮＯｘを放出させるＮＯｘ再生が定期的に実行される。このとき、排気インジェクタ２１から燃料を噴射して排気ガスの空燃比をリッチ化する（即ち、排気ガスの空燃比を理論空燃比より小さくする）リッチスパイクが実行される。

他方、燃料に含まれる硫黄（Ｓ）分に起因して、ＮＯｘ触媒１９が排気ガス中の硫黄成分をＢａＳＯ₄などの硫酸塩として吸蔵し、被毒（Ｓ被毒）してしまうことがある。Ｓ被毒が生じるとＮＯｘ吸蔵能が低下してしまう。そこで硫酸塩をＮＯｘ触媒から脱離させるＳ被毒再生或いはＳパージが実行される。このときにも、排気インジェクタ２１から燃料を噴射して排気ガスの空燃比をリッチ化する。但し、硫酸塩は硝酸塩に比べて安定なため、排気空燃比をリッチ化しただけでは触媒から脱離されない。硫酸塩を脱離させるためには、ＮＯｘ触媒を高温（例えば４００℃以上）とした上でリッチ雰囲気におく必要がある。よってこの高温リッチ化を目的とするリッチスパイクを高温リッチスパイクと称する。なお脱離した硫酸塩は触媒内で硫黄酸化物（ＳＯｘ）に分解される。ＮＯｘ再生はＳ被毒再生よりも低温で可能なので（例えば２００〜３００℃程度）、Ｓ被毒再生を行うとＮＯｘ再生も同時に実行される。

次に、ＤＰＦ２０は、排気中に含まれる粒子状物質（ＰＭ）を捕集して除去するものであり、ハニカム形状の耐熱性基材の両端開口を互い違いに市松状に閉塞した所謂ウォールフロータイプのもの、あるいは網の目構造のフォーム形状のものなど、ＰＭを物理的に捕集するあらゆるタイプのフィルタを用いることができる。本実施形態では、ＤＰＦ内部にＰｔ等の貴金属を担持させた所謂連続再生式の触媒付きＤＰＦを用いている。この場合、ＤＰＦに供給された排気中のＨＣが触媒作用で酸化、燃焼し、このとき同時にＤＰＦ内部に堆積しているＰＭが燃焼除去される。

ＤＰＦは比較的低温下でも作動し得るが、堆積ＰＭ量が所定量を超えたときには、そのＰＭを強制的に燃焼除去してＰＭ捕集能を回復させるフィルタ再生を行う必要がある。このフィルタ再生を行う際にも、排気インジェクタ２１から燃料を噴射して排気ガスの空燃比をリッチ化する。なおＤＰＦ２０に堆積したＰＭ量は、図１に示した差圧センサ３２の検出値に基づき、ＥＣＵ５０により推定される。

ＮＯｘ再生時には排気インジェクタ２１から比較的短時間（例えば数秒〜１０数秒程度）の間、燃料が噴射される。他方、Ｓ被毒再生時には排気インジェクタ２１から比較的長時間（例えば１０数分程度）の間、間欠的または連続的に燃料が噴射される。すると排気中のＨＣの一部が先ず酸化触媒１８で酸化、燃焼され、残部のＨＣを含むリッチな高温排気ガスが酸化触媒１８から排出される。このリッチな高温排気ガスによりＮＯｘ触媒１９が加熱され、高温となり、ＮＯｘ触媒１９に吸蔵されていた硫酸塩がＨＣにより脱離分解される。

フィルタ再生時にもＳ被毒再生時と同様の原理でＤＰＦ２０が加熱され、ＤＰＦ２０に供給されたＨＣがＤＰＦ２０内で燃焼するのと同時に堆積ＰＭが燃焼させられる。但し、このときには堆積ＰＭの燃焼に十分な酸素が必要なので、排気インジェクタ２１から間欠的に燃料を噴射するのが好ましい。こうすれば燃料未噴射時に、必要な酸素をＤＰＦ２０に供給できるからである。

次に、燃圧補償装置３０について図２を参照しつつ説明する。

燃圧補償装置３０は、装置本体６１と、装置本体６１内に往復動可能に配設された補償ピストン６２とを備える。装置本体６１には供給ポンプ４に至る第１配管３１と、排気インジェクタ２１に至る第２配管３２とが接続されている。補償ピストン６２は、その軸心方向と平行な、図中右側に向かう第１方向Ａと、図中左側に向かう第２方向Ｂとに移動可能である。これら第１方向Ａと第２方向Ｂは互いに反対である。以下、図中左側を「前」、図中右側を「後」という。

装置本体６１内には、第１チャンバ６３、第２チャンバ６４、第３チャンバ６５及び第４チャンバ６６が画成されている。そして補償ピストン６２は、第１及び第２チャンバ６３，６４を仕切る第１ピストン６７と、第２及び第３チャンバ６４，６５を仕切る第２ピストン６８と、第３及び第４チャンバ６５，６６を仕切る第３ピストン６９とを備えている。これらチャンバとピストンは全て同軸状態にある。

第１ピストン６７と第２ピストン６８は互いに隣接され、第２ピストン６８と第３ピストン６９は軸７０を介して連結されている。第１チャンバ６３と第２チャンバ６４は一定の内径Ｄ１を有する共通の第１穴７１からなり、この第１穴７１に第１ピストン６７が摺動可能に配設されて第１チャンバ６３と第２チャンバ６４の間を液密にシールする。第３チャンバ６５と第４チャンバ６６も内径Ｄ２を有する共通の第２穴７２からなり、この第２穴７２に第２ピストン６８の後端部が摺動可能に配設されて第２チャンバ６４と第３チャンバ６５の間を液密にシールする。第１穴７１の内径Ｄ１は第２穴７２の内径Ｄ２よりも大きい。

第２穴７２の軸心方向のほぼ中間部に拡径部７３が形成され、この拡径部７３に対し後側に隣接した第２穴７２の部分に、第３ピストン６９の後端部が摺動可能に挿入され、第３チャンバ６５と第４チャンバ６６の間が液密にシールされている。一方、第３ピストン６９の前端面の周縁部に位置する角部と、拡径部７３の前端面の周縁部に位置する角部との間に、比較的小さな隙間が形成され、この隙間により拡縮可能なオリフィス７４が形成されている。拡径部７３に対し前側に隣接した第２穴７２の部分に前記軸７０が配置されている。

第１及び第３チャンバ６３，６５には、前記供給ポンプ４から供給された第１圧力Ｐ１の燃料が導入される。すなわち、第１配管３１の出口部は分岐され、各分岐管３１Ａ，３１Ｂが、装置本体６１に形成された導入口を介して第１及び第３チャンバ６３，６５にそれぞれ連通されている。

第２、第３及び第４チャンバ６４，６５，６６からは、排気インジェクタ２１に供給される第２圧力Ｐ２の燃料が導出される。すなわち、第２配管３２の入口部は分岐され、各分岐管３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃが、装置本体６１に形成された導出口を介して第２、第３及び第４チャンバ６４，６５，６６にそれぞれ連通されている。そしてこれら各チャンバ６４，６５，６６に、排気インジェクタ２１に供給される第２圧力Ｐ２の燃料が貯留されている。

特に、第１配管３１の分岐管３１Ｂは、拡径部７３に接続および連通されている。また、第２配管３２の分岐管３２Ｂは、拡径部７３に対し前側に隣接した第２穴７２の部分に接続および連通されている。よってオリフィス７４は、第３チャンバ６５における第１圧力Ｐ１の燃料の導入部と、第３チャンバ６５における第２圧力Ｐ２の燃料の導出部との間に位置されることとなる。

さらに、燃圧補償装置３０は、補償ピストン６２の位置（特に装置本体６１に対する相対位置）を検出するための位置センサ７５を有する。位置センサ７５は、装置本体６１の前端面に設置され、補償ピストン６２から前方に伸びて装置本体６１外に突出する金属製ロッド７６の位置を検出する。位置センサ７５は例えば静電容量型のものが使用され、ロッド７６の位置に応じて変化するコイルの静電容量からロッド７６ひいては補償ピストン６２の位置を検出する。なお位置センサ７５としては他の構成のものも使用可能である。位置センサ７５の位置検出信号はＥＣＵ５０に送られる。

また、燃圧補償装置３０は、前記供給ポンプ４から供給された燃料の圧力Ｐ１を増減するための圧力調整装置７７を有する。圧力調整装置７７には、第１配管３１から分岐された別の分岐管３１Ｃと、前記高圧ポンプ５から供給された燃料を導入するための増圧配管７８（図１では省略）と、燃料を燃料タンク２に戻すための戻り配管７９（図１では省略）とが接続されている。また燃圧補償装置３０は、これら配管の接続状態を切り替えると共に燃料流量を調整する電磁弁を含む。圧力調整装置７７はＥＣＵ５０により制御される。

通常、圧力調整装置７７は、燃料圧力調整を実行しない停止状態とされる。他方、圧力調整装置７７が作動されると、圧力調整装置７７は燃料圧力Ｐ１の増圧時、増圧配管７８を分岐管３１Ｃに接続し、高圧ポンプ５から送られてきた高圧燃料を適宜の流量で分岐管３１Ｃに排出する。逆に圧力調整装置７７は燃料圧力Ｐ１の減圧時、戻り配管７９を分岐管３１Ｃに接続し、分岐管３１Ｃから送られてきた第１圧力Ｐ１の燃料を適宜の流量で燃料タンク２に排出する。これにより、燃圧補償装置３０に供給される燃料の圧力がＰ１から適宜調整されることとなる。

特に、ＥＣＵ５０は、位置センサ７５から出力された位置検出信号に基づき圧力調整装置７７を制御する。この点については後述する。

次に、燃圧補償装置３０の作動を説明する。ここで圧力調整装置７７は停止状態にあるとする。

まず、供給ポンプ４から送られてきた第１圧力Ｐ１の燃料は、第１及び第３チャンバ６３，６５内に導入される。また排気インジェクタ２１に供給されるべき第２圧力Ｐ２の燃料は、第２、第３及び第４チャンバ６４，６５，６６内に貯留されている。第３チャンバ６５でオリフィス７４の上下流側の部分がオリフィス７４により連通されているので、第１圧力Ｐ１と第２圧力Ｐ２は等しくなる。また第１ピストン６７の前面に作用する力（＝圧力×面積）と、第１ピストン６７および第２ピストンの後面に作用する力とが等しく、第３ピストン６９の前後面に作用する力も等しい。よって補償ピストン６２は圧力バランス状態にあり、第１方向Ａと第２方向Ｂのいずれにも移動しない。

この圧力バランス状態から、例えば排気インジェクタ２１が燃料噴射を開始するなどして、第２圧力Ｐ２が第１圧力Ｐ１より低くなったとする。すると第２チャンバ６４の圧力が第１チャンバ６３の圧力より低くなり、少なくともこの第１ピストン６７の前後に生じた差圧により、補償ピストン６２が第１方向Ａに移動する。

すると、オリフィス７４が拡大し、その上流側にある拡径部７３内の第１圧力Ｐ１の燃料が、より多くオリフィス７４の下流側、すなわち拡径部７３の前側に隣接する第２穴７２の部分に流入するようになる。そしてこの流入した燃料は、分岐管３２Ａ〜３２Ｃを通じて第２および第４チャンバ６４，６６にも供給される。

よって、オリフィス７４の下流側の第３チャンバ６５、ひいては第２および第４チャンバ６４，６６の圧力が、即座に第１圧力Ｐ１に復帰上昇する。そして再度、圧力バランス状態が得られる。こうして排気インジェクタ２１に供給される燃料の圧力Ｐ２は、その低下が起こった一瞬を除いて、第１圧力Ｐ１に一定に保持されることとなる。そして燃料噴射実行中、排気インジェクタ２１には一定圧力Ｐ１の燃料が供給され続ける。

他方、圧力バランス状態から、何等かの原因により第２圧力Ｐ２が第１圧力Ｐ１より高くなったとすると、動作は逆となる。すなわち、第２チャンバ６４と、オリフィス７４の下流側の第３チャンバ６５との圧力が第１チャンバ６３の圧力より高くなり、補償ピストン６２は第２方向Ｂに移動する。

すると、オリフィス７４が縮小し、或いは閉じ、オリフィス７４を通じた燃料の通過が抑制或いは停止される。この間、排気インジェクタ２１から燃料が噴射されていれば、第２圧力Ｐ２は次第に低下する。

よって、オリフィス７４の下流側の第３チャンバ６５、ひいては第２および第４チャンバ６４，６６の圧力が、即座に第１圧力Ｐ１に復帰下降する。そして再度、圧力バランス状態が得られる。こうして排気インジェクタ２１に供給される燃料の圧力は、その上昇が起こった一瞬を除いて、やはり第１圧力Ｐ１に一定に保持されることとなる。

ところで、供給ポンプ４がエンジンに駆動されているので、その吐出圧Ｐ１はエンジン回転速度に応じて変化する。エンジン回転速度の増減に応じて第１圧力Ｐ１も増減する。しかし、第３チャンバ６５でオリフィス７４の上下流側がオリフィス７４により連通されているので、第２圧力Ｐ２も第１圧力Ｐ１の増減に応じて増減し、両者は等しくなる。つまりエンジン回転速度の変化によっても圧力バランス状態は崩れず、排気インジェクタ２１に対する第２圧力Ｐ２は第１圧力Ｐ１に一定に保持される。より言えば、第２圧力Ｐ２が第１圧力Ｐ１と相違するのは、排気インジェクタ２１の燃料噴射開始時など、両圧力が過渡的或いは急激にズレる一瞬のみであり、その後両圧力は即座に等しくなるものと考えられる。エンジン回転速度の変化に起因したポンプ吐出圧変化のような、緩やかな圧力変化では、両圧力の相違は実質的に起こらないものと考えられる。

一方、排気インジェクタ２１は、その使用につれ経時的に劣化し、また何等かの原因で異常に陥ることがある。また排気インジェクタ２１には元々の個体差やバラツキも存在する。これら劣化、異常およびバラツキ等に起因して、排気インジェクタ２１が噴射量ズレを起こすことがある。例えば、劣化して噴口が拡大すると、ＥＣＵ５０が目標量相当の駆動パルスを送っても、実際の噴射量が目標量より増大する。あるいは逆に、デポジット等の異物が原因で噴口が詰まったり針弁の動きが渋くなったりすると、ＥＣＵ５０が目標量相当の駆動パルスを送っても、実際の噴射量が目標量より減少する。

そこで本実施形態では、このような噴射量ズレを圧力調整装置７７により補正する。排気インジェクタ２１による燃料噴射開始前後の補償ピストン６２の移動量ないし変位量が、位置センサ７５の信号に基づきＥＣＵ５０により検出される。そして例えば、実際の噴射量が目標量より増大する増量ズレが起きている場合、それが起きてない場合に比べ、燃料噴射開始時の第２圧力Ｐ２の低下量は大きく、補償ピストン６２の変位量は大きい。よってＥＣＵ１００は、この変位量が大きくなるほど、第１圧力Ｐ１をより多く減少させるように圧力調整装置７７を制御する。具体的には、戻り配管７９を分岐管３１Ｃに接続し、供給ポンプ４から送られてきた第１圧力Ｐ１の燃料を適宜量燃料タンク２に排出する。このとき減圧量および排出量は、実際の噴射量が目標量に等しくなるような第２圧力Ｐ２を得られるように調整される。これにより増量ズレを補正し、排気インジェクタ２１に対する燃料噴射制御の精度を高めることができる。

他方、実際の噴射量が目標量より減少する減量ズレが起きている場合には上記と逆になる。すなわち、減量ズレが起きている場合、それが起きてない場合に比べ、燃料噴射開始時の第２圧力Ｐ２の低下量は小さく、補償ピストン６２の変位量も小さい。よってＥＣＵ１００は、この変位量が小さくなるほど、第１圧力Ｐ１をより多く増大させるように圧力調整装置７７を制御する。具体的には、増圧配管７８を分岐管３１Ｃに接続し、供給ポンプ４から送られてきた第１圧力Ｐ１の燃料に、高圧ポンプ５から送られてきたより高圧の燃料を適宜量供給する。このとき増圧量および供給量は、実際の噴射量が目標量に等しくなるような第２圧力Ｐ２を得られるように調整される。これによっても減量ズレを補正し、排気インジェクタ２１に対する燃料噴射制御の精度を高めることができる。

ＥＣＵ１００は、実際に検出された補償ピストン６２の変位量が、所定の適正範囲外となったときに、上記の如く圧力調整装置７７を作動させて噴射量ズレ補正を実行する。その変位量が適正範囲内にあるときには、噴射量ズレが実質的に無いとみなせるので、圧力調整装置７７を停止し、噴射量ズレ補正を実行しない。

ところで、増量ズレの度合いが大きいほど変位量は増大し、減量ズレの度合いが大きいほど変位量は減少する。よってこの特性を利用して排気インジェクタ２１の異常診断を実行することができる。この場合、ＥＣＵ５０は、変位量が所定の正常範囲内に無いとき、排気インジェクタ２１を異常と診断する。そしてユーザーにこの事実を伝えるべく警告灯などの警告装置を作動させる。

以上述べたように、本実施形態によれば、排気インジェクタ２１の燃料噴射中に排気インジェクタ２１に供給される燃料の圧力Ｐ２を、第１圧力Ｐ１と等しくなるように自動的に補償し、且つ一定に保持することができる。よって燃料圧力Ｐ２の変動を抑制し、排気インジェクタ２１から噴射される燃料の量を正確に制御することが可能となる。そして排気浄化要素の再生時、その温度や排気空燃比を狙い通りに制御でき、再生を確実に行うことが可能となる。

以上、本発明の実施形態を詳細に述べたが、本発明は他の実施形態を採用することも可能である。例えば、内燃機関は火花点火式内燃機関、とりわけ直噴リーンバーンガソリンエンジンであってもよい。

１内燃機関
４供給ポンプ
１２排気通路
２１燃料噴射弁（排気インジェクタ）
３０燃圧補償装置
５０電子制御ユニット（ＥＣＵ）
６１装置本体
６２補償ピストン
６３第１チャンバ
６４第２チャンバ
６５第３チャンバ
６６第４チャンバ
６７第１ピストン
６８第２ピストン
６９第３ピストン
７４オリフィス
７５位置センサ
７７圧力調整装置
Ａ第１方向
Ｂ第２方向
Ｐ１第１圧力
Ｐ２第２圧力

Claims

排気通路に設けられた燃料噴射弁と、
燃料を供給する供給ポンプと、
前記供給ポンプと前記燃料噴射弁の間に介設され、前記燃料噴射弁に供給される燃料の圧力を補償する燃圧補償装置と、を備え、
前記燃圧補償装置が、
装置本体と、当該装置本体内に区画されて前記供給ポンプから供給される第１圧力の燃料が導入されると共に前記第１圧力のみが付加される燃料供給側チャンバと、前記装置本体内に区画されて前記燃料噴射弁に供給される第２圧力の燃料が導出されると共に前記第２圧力のみが付加される燃料貯留側チャンバと、前記装置本体内に往復動可能に配設されて前記燃料供給側チャンバと前記燃料貯留側チャンバとを仕切り、前記燃料供給側チャンバと前記燃料貯留側チャンバとの差圧に応じて往復動する補償ピストンと、を含み、
前記補償ピストンは、前記燃料貯留側チャンバに掛かる前記第２圧力が前記燃料供給側チャンバに掛かる前記第１圧力よりも高くなるまで、前記供給ポンプから前記燃料噴射弁への燃料供給量を減少させる方向に移動しない
ことを特徴とする内燃機関。
前記燃圧補償装置が、前記装置本体及び前記補償ピストンの間に形成されたオリフィスを備え、
前記補償ピストンが、前記第１圧力と前記第２圧力との差圧に応じて前記オリフィスを拡縮し、前記差圧を無くすように移動する
ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
前記装置本体内に、少なくとも前記燃料供給側チャンバを構成する第１チャンバ、少なくとも前記燃料貯留側チャンバを構成する第２及び第４チャンバ、第３チャンバが画成され、前記補償ピストンは、前記第１及び第２チャンバを仕切る第１ピストンと、前記第２及び第３チャンバを仕切る第２ピストンと、前記第３及び第４チャンバを仕切る第３ピストンとを備え、
前記第１及び第３チャンバには、前記供給ポンプから供給された第１圧力の燃料が導入され、前記第２、第３及び第４チャンバには、前記燃料噴射弁に供給される第２圧力の燃料が貯留され、
前記補償ピストンは、少なくとも前記第１ピストンが受ける第１圧力と第２圧力の差圧によって移動し、
前記第３チャンバ内に位置する前記第３ピストンは、前記第３チャンバの内壁との間に、前記補償ピストンの移動によって拡縮するオリフィスを形成し、
前記オリフィスは、前記第３チャンバにおける前記第１圧力の燃料の導入部と、前記第３チャンバにおける前記第２圧力の燃料の導出部との間に位置される
ことを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関。
前記第２圧力が前記第１圧力より低くなったとき、前記補償ピストンが前記オリフィスを拡大する第１方向に移動して前記第２圧力を増大し、
前記第２圧力が前記第１圧力より高くなったとき、前記補償ピストンが前記オリフィスを縮小する第２方向に移動して前記第２圧力を減少する
ことを特徴とする請求項２または３に記載の内燃機関。
前記燃圧補償装置が、前記補償ピストンの位置を検出するための検出手段と、前記検出手段により検出された前記補償ピストンの位置に基づいて前記供給ポンプから供給された燃料の圧力を増減するための圧力調整手段と、
をさらに備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の内燃機関。