JP6046163B2

JP6046163B2 - 排気管燃料噴射装置

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Publication number: JP6046163B2
Application number: JP2014551939A
Authority: JP
Inventors: 貴文天野
Original assignee: Volvo Truck Corp
Current assignee: Volvo Truck Corp
Priority date: 2012-12-10
Filing date: 2013-11-14
Publication date: 2016-12-14
Anticipated expiration: 2033-11-14
Also published as: CN105008683B; EP2944777A1; JPWO2014091864A1; EP2944777B1; EP2944777A4; WO2014091864A1; CN105008683A; US20150275735A1; US9593616B2

Description

本発明は、ディーゼルエンジンのディーゼル・パティキュレート・フィルタ再生のため、排気管内に燃料を噴射する装置に関する。

ディーゼルエンジンのディーゼル・パティキュレート・フィルタの再生のため、排気管に燃料を噴射して、燃料の酸化反応熱により、捕獲した微粒子を燃焼除去する技術は良く知られている。
係る技術に関連して、ディーゼルエンジンのディーゼル・パティキュレート・フィルタ再生のため排気管内に燃料を噴射する排気管燃料噴射装置において、排気管内に噴射される燃料の供給系統の噴射ノズルの上流側（燃料供給源側）に分岐点を設け、当該分岐点における分岐側には燃料供給系統に残留した燃料を貯蔵する燃料貯蔵機構を設けた技術が提案されている（特許文献１参照）。
係る従来技術は有効な技術ではあるが、ディーゼル・パティキュレート・フィルタの再生処理の間に、何らかの理由により再生を中止する旨の制御信号（ディーゼル・パティキュレート・フィルタ再生中止信号）が発生した場合等の様に、ディーゼル・パティキュレート・フィルタの再生が中断した場合には、排気管に噴射する燃料の供給系統（燃料供給系統）に燃料が残存し、当該残存した燃料が炭化することによって燃料供給系統が閉塞する恐れが存在する。

また、分岐点及び分岐点に連通する燃料貯蔵機構を設けなければならないため、燃料供給系統の構成が複雑化して、製造コストが高騰する、という問題が存在する。
さらに、分岐点及び分岐点に連通する燃料貯蔵機構の近傍領域において、燃料が炭化して燃料供給系統を閉塞してしまう恐れが存在する。

特開２０１２−１２７２８７号公報

本発明は上述した従来技術の問題点に鑑みて提案されたものであり、ディーゼル・パティキュレート・フィルタの再生処理が中断しても、排気管に噴射する燃料を供給する燃料供給系統に燃料が残存することがなく、燃料の炭化による燃料供給系統の閉塞を防止することが出来る排気管燃料噴射装置の提供を目的としている。

本発明の排気管燃料噴射装置は、ディーゼルエンジンのディーゼル・パティキュレート・フィルタ再生のため、排気管内に燃料を噴射する排気管燃料噴射装置において、
ディーゼル・パティキュレート・フィルタ（２３Ｂ）の上流側の領域に配置された燃料噴射ノズル（４１）と、燃料噴射ノズル（４１）に燃料又は空気を選択的に供給する配管（Ｌｘ、Ｌｆ、Ｌａ）と、制御装置（５０）を有し、
制御装置（５０）は、ディーゼル・パティキュレート・フィルタ（２３Ｂ）を再生する場合、燃料噴射ノズル（４１）に燃料を供給し、ディーゼル・パティキュレート・フィルタ（２３Ｂ）の再生を中断する場合、排気温度がしきい値よりも低温になるまで、燃料噴射ノズル（４１）に空気を供給する機能を有することを特徴としている。

本発明において、前記制御装置（５０）は、ディーゼル・パティキュレート・フィルタ（２３Ｂ）上流側の領域（ディーゼル・パティキュレート・フィルタ前部）がディーゼル・パティキュレート・フィルタ再生に必要な温度まで昇温していない場合には、燃料噴射ノズル（４１）に燃料を供給しない機能を有しているのが好ましい。

また本発明において、前記配管は、燃料供給源（４６）に連通する燃料供給配管（Ｌｆ）と、空気を供給する空気供給配管（Ｌａ）と、を有し、前記燃料供給配管（Ｌｆ）及び前記空気供給配管（Ｌａ）の合流点（Ｐｘ）から燃料噴射ノズル（４１）の間の領域には分岐点及びバルブが設けられていないことが好ましい。

排気管燃料噴射装置（４０）を用いたディーゼル・パティキュレート・フィルタ再生方法では、ディーゼル・パティキュレート・フィルタ（２３Ｂ）上流側の領域（ディーゼル・パティキュレート・フィルタ前部）の温度をディーゼル・パティキュレート・フィルタ再生に必要な温度まで昇温する昇温工程（Ｓ２）と、排気管（２１）内に燃料を噴射するディーゼル・パティキュレート・フィルタ再生工程（Ｓ５）を有しており、
ディーゼル・パティキュレート・フィルタ再生工程（Ｓ５）では、燃料供給配管（Ｌｘ、Ｌｆ）内に燃料が残存しなくなるまで燃焼を続行している。

そして、排気管燃料噴射装置（４０）を用いたディーゼル・パティキュレート・フィルタ再生方法において、ディーゼル・パティキュレート・フィルタ（２３Ｂ）上流側の領域（ディーゼル・パティキュレート・フィルタ前部）の温度がディーゼル・パティキュレート・フィルタ再生に必要な温度まで昇温しない場合には、ディーゼル・パティキュレート・フィルタ再生工程を実行せず、供給配管（Ｌｘ）内に燃料が残存しなくなるまで燃焼を続行する制御も実行しないのが好ましい。

上述する構成を具備する本発明によれば、ディーゼル・パティキュレート・フィルタ（２３Ｂ）を再生する場合、燃料噴射ノズル（４１）に燃料を供給し、ディーゼル・パティキュレート・フィルタ（２３Ｂ）の再生を中断する場合、排気温度がしきい値よりも低温になるまで、燃料噴射ノズル（４１）に空気を供給する機能を有しているので、ディーゼル・パティキュレート・フィルタ再生を中断する旨の制御信号が発生しても、配管（Ｌｘ）内に燃料が残留してしまうことが防止され、残留した燃料の炭化により配管が閉塞することがない。

そして本発明によれば、上述した従来技術（特許文献１）のように、残留した燃料を貯蔵する燃料貯蔵機構を設ける必要がないので、当該機構に残留した燃料が炭化して、配管系（Ｌｘ、Ｌｆ）を閉塞してしまうことが防止される。

本発明において、ディーゼル・パティキュレート・フィルタ（２３Ｂ）上流側の領域（ディーゼル・パティキュレート・フィルタ前部）がディーゼル・パティキュレート・フィルタ再生に必要な温度まで昇温していない場合には、燃料噴射ノズル（４１）に燃料を供給しない様に構成すれば、温度が低く、ディーゼル・パティキュレート・フィルタ（２３Ｂ）が再生されない条件下では、燃料噴射ノズル（４１）に燃料が供給されず、燃焼しない燃料が配管（Ｌｘ）内で炭化して当該配管を閉塞してしまうことが防止される。

また本発明において、前記配管は、燃料供給源（４６）に連通する燃料供給配管（Ｌｆ）および空気を供給する空気供給配管（Ｌａ）を備えており、前記燃料供給配管（Ｌｆ）及び前記空気供給配管（Ｌａ）の合流点（Ｐｘ）から燃料噴射ノズル（４１）の間の領域には分岐点及びバルブが設けられていない様に構成すれば、当該分岐点に連通する領域やバルブ近傍の領域に燃料が残留することもなく、当該領域に残留した燃料の炭化が防止される。

本発明の実施形態を示したブロック図である。図１の実施形態における制御を示したフローチャートである。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る排気管燃料噴射装置を含むディーゼルエンジンの吸気系および排気系の構成を示している。
図１において、ディーゼルエンジン１は、吸気マニホールド１０と、排気マニホールド２０とを有している。吸気マニホールド１０には、吸気管１１が接続されている。吸気管１１には、上流側（空気取り入れ口側）から、エアクリーナ１２、ターボチャージャ２８のコンプレッサ２８Ｃ、吸気を冷却するためのインタークーラ１３、冷寒時や起動時に一時的に吸気量を絞るインテークシャッター１４が介装されている。

排気マニホールド２０には、排気管２１が接続されている。排気管２１には、排気マニホールド２０から下流に向かって、ターボチャージャ２８の排気タービン２８Ｔ、エキゾーストシャッター２２、連続再生式ディーゼル・パティキュレート・フィルタ装置（以下、「ＤＰＦ装置」と記載する）２３、ＳＣＲ触媒２４及びアンモニア酸化触媒２５が介装されている。
ＤＰＦ装置２３は、酸化触媒２３Ａとディーゼル・パティキュレート・フィルタ２３Ｂとを備えている。そして、酸化触媒２３ＡはＣＨ（炭化水素）、ＣＯｘ（酸化炭素）を酸化する機能を有しており、ディーゼル・パティキュレート・フィルタ２３Ｂは、排気中のＰＭ（微粒子）を捕集・除去する機能を有している。
ＳＣＲ触媒２４は、尿素水溶液から生成されるアンモニア（還元剤）を用いて、ＮＯｘ（窒素酸化物）を還元浄化する機能を有している。
符号３０は、排気ガスの一部を、吸気に還流させるＥＧＲシステムを示している。

図１において符号４０で示す領域が排気管燃料噴射装置である。
排気管燃料噴射装置４０は、排気管内燃料噴射ノズル（以下、「燃料噴射ノズル」と言う）４１と、燃料（たとえば軽油）供給バルブ４２と、高圧エア供給バルブ４３と、第１の温度センサ４４と、第２の温度センサ４５と、制御装置であるコントロールユニット５０と、メーターパネル６０内に配置されたモニタ７０を備えている。

排気管２１におけるターボチャージャ２８とＤＰＦ装置２３との間の領域に、排気管内燃料噴射ノズル４１のノズル噴孔が配置されている。そして排気管内燃料噴射ノズル４１は、供給配管Ｌｘを介して燃料供給バルブ４２に連通しており、燃料供給バルブ４２は燃料供給ラインＬｆを介して燃料供給源４６に連通している。換言すれば、供給配管Ｌｘは排気管内燃料噴射ノズル４１〜燃料供給バルブ４２間の配管であり、燃料供給ラインＬｆは燃料供給バルブ４２〜燃料供給源４６間の配管である。
そして、供給配管Ｌｘ（排気管内燃料噴射ノズル４１と燃料供給バルブ４２との間の領域）には、高圧エアラインＬａとの合流点Ｐｘが設けられている。
高圧エアラインＬａには高圧エア供給バルブ４３が介装されており、高圧エア供給源４７に連通している。

排気管２１において、排気管内燃料噴射ノズル４１とＤＰＦ装置２３との間の領域に、流過する排気ガス温度を計測するための第１の温度センサ４４が設置されている。
またＤＰＦ装置２３において、酸化触媒２３Ａとディーゼル・パティキュレート・フィルタ２３Ｂとの間の領域には、排気ガス温度を計測する第２の温度センサ４５が設置されている。

第１の温度センサ４４と第２の温度センサ４５は、入力信号ラインＳｉによってコントロールユニット５０に接続されている。そして、各温度センサ４４、４５は、それぞれの検出結果を示す検出信号をコントロールユニット５０に出力する機能を有している。
燃料供給バルブ４２と高圧エア供給バルブ４３は、制御信号ラインＳｏによってコントロールユニット５０に接続されている。コントロールユニット５０は、燃料供給バルブ４２と高圧エア供給バルブ４３に対して、バルブ開閉制御信号を出力する機能を有している。
また、コントロールユニット５０は、モニタ７０と制御信号ラインＳｏで接続されており、排気管燃料噴射装置４０の稼働に関する情報信号を出力する機能を有している。

図示の実施形態では、排気管２１におけるＤＰＦ装置２３とＳＣＲ触媒２４との間の領域には、上流側から下流側に向かって、第３の温度センサＳｔ３と、尿素水溶液を排気管２１内に噴射するための噴射ノズルＮｎが設置されている。
第３の温度センサＳｔ３は入力信号ラインＳｉによってコントロールユニット５０に接続されており、第３の温度センサＳｔ３の検出信号がコントロールユニット５０に送られる。

次に、図１を参照しつつ、図２のフローチャートに基づいて、排気管燃料噴射の制御について説明する。
図２のステップＳ１において、ＤＰＦ装置２３の再生を開始したか否かが判断される。
ＤＰＦ装置２３の再生を開始したのであれば（ステップＳ１がＹＥＳ）、ステップＳ２に進み、再生を開始しないのであれば（ステップＳ１がＮＯ）、ステップＳ１に戻り、ステップＳ１が「ＮＯ」のループを繰り返す。

ステップＳ２では、再生モード１（昇温モード）を実施する。再生モード１（昇温モード）では、ディーゼル・パティキュレート・フィルタ２３Ｂが再生するのに十分な温度になるまで排気ガスを昇温させる。
第１の温度センサ４４が計測する排気ガス温度が所定のしきい値（第１の温度センサ４４におけるしきい値）に昇温し、且つ、第２の温度センサ４５が計測する排気ガス温度が所定のしきい値（第２の温度センサ４５におけるしきい値）に昇温するまで、再生モード１（昇温モード）が実行される。
ここで、排気ガス温度における当該「所定のしきい値」は、酸化触媒２３Ａにて燃料のＨＣ（炭化水素）が反応する温度である。すなわち、「再生モード１（昇温モード）」は、排気ガス温度が、酸化触媒２３Ａにて燃料のＨＣが反応する温度に昇温する以前の段階における再生モード（昇温モード）である。

排気ガス温度が第１の温度センサ４４におけるしきい値まで昇温し且つ第２の温度センサ４５におけるしきい値まで昇温するまでの間（再生モード１（昇温モード）を実行している間）、ステップＳ３において、例えばドライバーの操作による再生処理の停止等により、再生モード１（昇温モード）を中断したか否かを判断する。
再生モード１を中断したのであれば（ステップＳ３がＹＥＳ）、ステップＳ４に進む。一方、再生モード１を中断していなければ（ステップＳ３がＮＯ）、ステップＳ５に進む。
ステップＳ３において、再生中断の判断が下された場合、モニタ７０には、「再生中断」のメッセージが表示される。

ステップＳ４では排気管燃料噴射の制御を終了するのか否かを判断する。排気管燃料噴射の制御を終了するのであれば（ステップＳ４がＹＥＳ）、未再生のままで制御を終了する。
この場合、排気ガス温度がディーゼル・パティキュレート・フィルタ２３Ｂの再生に必要な温度にまでは昇温しておらず、燃料供給バルブ４２を開かず、燃料噴射ノズル４１から燃料を排気管２１内に噴射しないので、排気管燃料噴射装置４０内の供給配管Ｌｘ内に燃料が残存していても、当該燃料が炭化して、管路の閉塞を生じることはない。
一方、排気管燃料噴射の制御を続行するのであれば（ステップＳ４がＮＯ）、ステップＳ１に戻り、再びステップＳ１以降を繰り返す。
ステップＳ５では、再生モード２（噴射モード）を実施する。すなわち、燃料噴射ノズル４１から燃料を排気管２１内に噴射し、昇温した排気ガスにより、ディーゼル・パティキュレート・フィルタ２３Ｂを再生する。
ここで、「再生モード２（噴射モード）」は、排気ガス温度が、酸化触媒２３Ａにて燃料のＨＣが反応する温度に昇温した段階における再生モード（噴射モード）である。

次のステップＳ６では、コントロールユニット５０は、再生モード２（噴射モード）が、例えばドライバーの操作による再生処理の停止或いはエンジン停止等によって中断されたか否かを判断する。
再生モード２（噴射モード）が中断されたのであれば（ステップＳ６がＹＥＳ）、ステップＳ７に進む。
一方、再生モード２（噴射モード）が中断されていないのであれば（ステップＳ６がＮＯ）、ステップＳ１０に進む。

ステップ７（再生モード２（噴射モード）が中断された場合）は、モニタ７０画面に、「再生モードを中断したが、残留燃料処理モードを実行する」旨のメッセージが表示される。そして、残留燃料処理モードを実施する。
「再生モード２（噴射モード）」では、再生を中断すると、そのまま供給配管Ｌｘ内の燃料が維持されてしまい、供給配管Ｌｘ内の燃料が炭化する恐れが存在する。
これに対して残留燃料処理モードでは、燃料供給バルブ４２は遮断するが、燃料噴射ノズル４１からの高圧エアと供給配管Ｌｘ内に残存している燃料を排気管２１内に噴射する操作は実行する。すなわち、供給配管Ｌｘ内に燃料が残存しなくなるまで排気管２１内に高圧エアと燃料が噴出され、ディーゼル・パティキュレート・フィルタ２３Ｂの再生が続行される。これにより、排気管燃料噴射装置４０の供給配管Ｌｘ内には燃料が残存しなくなる。従って、供給配管Ｌｘ内の燃料が炭化して、供給配管Ｌｘを閉塞してしまうことが防止される。

ステップＳ８では、コントロールユニット５０は、残留燃料処理モードが終了したか否かを判断する。
残留燃料処理モードが終了したか否かは、例えば、第１及び第２の温度センサ４４、４５で計測された排気ガス温度が、それぞれの温度センサにおけるしきい値よりも低温になったか否かで判断することが出来る。或いは、図示しないタイマーによって、残留燃料処理モードが開始されてから所定時間（供給配管Ｌｘ内に燃料が残存しなくなるのに十分な時間）が経過したか否かを判断することにより、残留燃料処理モードが終了したか否かを判断することが出来る。

残留燃料処理モードが終了したならば（ステップＳ８がＹＥＳ）、ＤＰＦ装置２３の再生を停止させる処理を行い（ステップＳ９）、ステップＳ１まで戻り、再びステップＳ１以降を繰り返す。
一方、残留燃料処理モードが終了していなければ（ステップＳ８がＮＯ）、ステップＳ７まで戻り、ステップＳ７が「ＮＯ」のループを繰り返す。

ステップＳ６で再生モード２（噴射モード）が中断されていないと判断された場合には、ステップＳ１０において、ＤＰＦ装置２３の再生が完了したか否かを判断する。ＤＰＦ装置２３の再生が完了したのであれば（ステップＳ１０がＹＥＳ）ステップＳ１１に進み、ＤＰＦ装置２３の再生完了処理を行う。ＤＰＦ装置２３の再生完了処理は、例えば再生モード２（噴射モード）の開始から所定時間経過後に行なわれ、燃料噴射ノズル４１から燃料と高圧エアの混合流体の噴射を停止させる。
ＤＰＦ装置２３の再生が完了していない場合には（ステップＳ１０がＮＯ）ステップＳ５に戻り、ＤＰＦ装置２３の再生処理を続行する。
ステップＳ１１のＤＰＦ装置２３の再生完了処理の後、ステップＳ１２に進み、例えばドライバーがエンジンを停止するか否か（終了するか否か）を判断する。
終了するのであれば（ステップＳ１２がＹＥＳ）、エンジンを停止する。
一方、エンジンを停止しないのであれば（ステップＳ１２がＮＯ）、ステップＳ１まで戻り、ステップＳ１以降の上述した処理を繰り返す。

図示の実施形態によれば、ディーゼル・パティキュレート・フィルタ２３Ｂを再生している場合には、排気管燃料噴射装置４０の供給配管Ｌｘ内に燃料が残存しなくなるまで燃焼を続行する機能を有しているので、ディーゼル・パティキュレート・フィルタ２３Ｂの再生を中断する旨の制御信号が発生しても、供給配管Ｌｘ内の燃料が全て燃焼するまで、ディーゼル・パティキュレート・フィルタ２３Ｂの再生処理を続行する。
そのため、供給配管Ｌｘ内に燃料が残留してしまうことが防止され、残留した燃料の炭化により排気管燃料噴射装置４０内の配管系が閉塞することがない。

また図示の実施形態によれば、上述した従来技術（特許文献１）のように、残留した燃料を貯蔵する燃料貯蔵機構を設ける必要がないので、当該機構に残留した燃料が炭化して、配管系を閉塞してしまうことが防止される。

図示の実施形態はあくまでも例示であり、本発明の技術的範囲を限定する趣旨の記述ではないことを付記する。

１・・・ディーゼルエンジン
１０・・・吸気マニホールド
２０・・・排気マニホールド
２１・・・排気管
２３・・・連続再生式ディーゼル・パティキュレート・フィルタ装置
２４・・・ＳＣＲ触媒
２５・・・アンモニア酸化触媒
４０・・・排気管燃料噴射装置
４１・・・排気管内燃料噴射ノズル／燃料噴射ノズル
４２・・・燃料供給バルブ
４３・・・高圧エア供給バルブ
４４・・・第１の排気温度センサ
４５・・・第２の排気温度センサ
５０・・・コントロールユニット

Claims

ディーゼルエンジンのディーゼル・パティキュレート・フィルタ再生のため、排気管内に燃料を噴射する排気管燃料噴射装置において、
前記ディーゼル・パティキュレート・フィルタの上流側の領域に配置された燃料噴射ノズルと、燃料噴射ノズルに燃料又は空気を選択的に供給する配管と、制御装置を有し、
制御装置は、ディーゼル・パティキュレート・フィルタを再生する場合、燃料噴射ノズルに燃料を供給し、ディーゼル・パティキュレート・フィルタの再生を中断する場合、排気温度がしきい値よりも低温になるまで、燃料噴射ノズルに空気を供給する機能を有することを特徴とする排気管燃料噴射装置。
前記制御装置は、ディーゼル・パティキュレート・フィルタ上流側の領域がディーゼル・パティキュレート・フィルタ再生に必要な温度まで昇温していない場合には、燃料噴射ノズルに燃料を供給しない機能を有している請求項１の排気管燃料噴射装置。
前記配管は、燃料供給源に連通する燃料供給配管と、空気を供給する空気供給配管と、を有し、前記燃料供給配管及び前記空気供給配管の合流点から燃料噴射ノズルの間の領域には分岐点及びバルブが設けられていない請求項１、請求項２の何れかの排気管燃料噴射装置。