WO2019124117A1 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

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valve
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五十嵐 修
越智 直文
隆昭 野田
史朗 落合
山田 弘道
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いすゞ自動車株式会社
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Definitions

  • the present disclosure relates to an exhaust gas purification device for an internal combustion engine, and more particularly to an exhaust gas purification device provided with a filter that collects particulate matter in exhaust gas.
  • exhaust purification devices for diesel engines generally include a filter that collects particulate matter (PM) in the exhaust gas. When a certain amount or more of PM deposits on the filter, filter regeneration is performed to burn off the deposited PM. At the time of filter regeneration, additional fuel for temperature rise is injected and supplied into the exhaust passage from an injection valve provided on the filter upstream side of the exhaust passage (see, for example, Patent Documents 1 and 2).
  • PM particulate matter
  • the temperature of the filter may rise to an abnormally high temperature. Accepting this temperature rise as it is is not preferable because it may lead to filter burnout.
  • the injection valve does not close, that is, if an open sticking failure occurs in the injection valve, fuel injection from the injection valve can not be substantially stopped. Therefore, the temperature rise of the filter can not be suppressed, and the filter may be burned out.
  • An object of the present disclosure is to provide an exhaust gas purification device for an internal combustion engine capable of suppressing filter burning due to abnormal temperature rise of the filter at the time of filter regeneration.
  • the technology of the present disclosure is A filter provided in the exhaust passage for collecting particulate matter in the exhaust; An injection valve provided upstream of the filter in the exhaust passage for injecting fuel into the exhaust passage; A fuel pump for supplying fuel to the injection valve; A shutoff valve interposed between the fuel pump and the injection valve to selectively shut off the fuel supply from the fuel pump to the injection valve; A control unit configured to control the injection valve and the shutoff valve; Equipped with The control unit closes the shutoff valve when the open sticking failure of the injection valve is detected and the abnormal temperature rise of the filter is detected at the time of regeneration of the filter. .
  • control unit opens the shutoff valve when the open sticking failure of the injection valve is not detected or the abnormal temperature rise of the filter is not detected when the filter is regenerated.
  • control unit closes the shutoff valve when not regenerating the filter.
  • the exhaust gas purification apparatus further includes a common rail, and a high pressure pump for supplying high pressure fuel to the common rail.
  • the fuel pump supplies fuel to both the injection valve and the high pressure pump.
  • an exhaust gas purification device for an internal combustion engine capable of suppressing filter burning due to abnormal temperature rise of the filter at the time of filter regeneration.
  • FIG. 1 is a schematic view showing a configuration of an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a flowchart of the control routine.
  • FIG. 1 is a schematic view showing the configuration of an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present embodiment.
  • the internal combustion engine (engine) of the present embodiment is a compression ignition internal combustion engine, that is, a diesel engine mounted as a power source in a vehicle (not shown).
  • the vehicle is a large vehicle such as a truck.
  • the type and application of the vehicle and the internal combustion engine are not particularly limited.
  • the vehicle may be a small vehicle such as a passenger car, and the engine may be a gasoline engine.
  • this embodiment will explain the case of an in-line four-cylinder engine, the cylinder arrangement type of the engine, the number of cylinders, and the like are arbitrary.
  • the engine includes a common rail type fuel injection device, and includes an in-cylinder injector 2 of each cylinder that directly injects fuel into the cylinder, and a common rail 3 connected to each in-cylinder injector 2.
  • the common rail 3 stores high-pressure fuel injected from the in-cylinder injector 2.
  • the engine is supplied with a fuel tank 4 for storing fuel at normal pressure, a feed pump 5 for sucking the fuel from the fuel tank 4 and discharging it at a relatively low pressure (for example, about 1 MPa), and the fuel discharged from the feed pump 5 And a fuel filter 6 interposed between the feed pump 5 and the supply pump 7 for filtering fuel before entering the supply pump 7.
  • the supply pump 7 pressurizes the low pressure fuel supplied from the feed pump 5 to a higher pressure (for example, about 200 MPa at maximum) and supplies it to the common rail 3.
  • the supply pump 7 forms a high pressure pump that supplies high pressure fuel to the common rail 3.
  • an injection valve for injecting fuel into the exhaust passage 20 that is, an exhaust injector 21, an oxidation catalyst 22, and a filter 23 are provided in this order from the upstream side.
  • the oxidation catalyst 22 and the filter 23 form post-treatment members that perform exhaust post-treatment.
  • the oxidation catalyst 22 oxidizes and purifies the unburned components (hydrocarbon HC and carbon monoxide CO) in the exhaust, and heats and heats the exhaust gas with the reaction heat at this time.
  • the filter 23 is also referred to as a continuous regeneration type diesel particulate filter (DPF), and collects particulate matter (also referred to as PM) contained in exhaust gas, and reacts the collected PM with a catalytic noble metal to be continuous To burn away.
  • DPF diesel particulate filter
  • PM particulate matter contained in exhaust gas, and reacts the collected PM with a catalytic noble metal to be continuous To burn away.
  • a so-called wall flow type filter is used, in which the openings at both ends of the base material of the honeycomb structure are alternately closed in a checkered manner.
  • a selective reduction NOx catalyst (SCR) and an ammonia oxidation catalyst may be sequentially provided from the upstream side on the downstream side of the filter 23 as another post-treatment member.
  • an addition valve for adding urea water as a reducing agent into the exhaust passage 20 is provided upstream of the NOx catalyst.
  • the NOx catalyst may be a storage reduction type NOx catalyst (LNT), in which case the addition valve can be omitted.
  • the fuel is supplied from the feed pump 5 to the exhaust injector 21. Therefore, the feed pump 5 corresponds to the fuel pump in the claims.
  • the low pressure fuel filtered by the fuel filter 6 is branched at a branch position P in the fuel filter 6 and supplied to the exhaust injector 21. Therefore, the feed pump 5 supplies fuel to both the exhaust injector 21 and the supply pump 7. Since the fuel is supplied to the exhaust injector 21 by using the feed pump 5 which originally supplies the fuel to the supply pump 7, the number of parts can be reduced as compared with the case where the exhaust injector 21 is provided with a dedicated fuel pump. , Can reduce the manufacturing cost.
  • the branch position P of the fuel does not necessarily have to be in the fuel filter 6, and may be, for example, the external downstream side of the fuel filter 6 and the upstream side of the supply pump 7.
  • the shutoff valve 24 is interposed between the feed pump 5 and the exhaust injector 21.
  • the shutoff valve 24 is a valve for selectively shutting off the fuel supply from the feed pump 5 to the exhaust injector 21 and is also referred to as a fuel cut valve (FCV).
  • FCV fuel cut valve
  • the shutoff valve 24 is provided in the fuel flow passage 25 between the branch position P in the fuel filter 6 and the exhaust injector 21.
  • a control device for controlling an engine is mounted on a vehicle.
  • the control device includes an electronic control unit (referred to as an ECU) 100 which forms a control unit or controller.
  • the ECU 100 includes a CPU, a ROM, a RAM, an input / output port, a storage device, and the like.
  • the ECU 100 is configured and programmed to control the in-cylinder injector 2, the supply pump 7, the exhaust injector 21 and the shutoff valve 24.
  • the in-cylinder injector 2, the exhaust injector 21 and the shutoff valve 24 are all opened when the ECU 100 is turned on, and are closed when the valve is turned off. However, the shutoff valve 24 may be reversed.
  • the control device also has the following sensors. That is, exhaust temperature sensors 42 and 43 for detecting exhaust gas temperature (inlet gas temperature) at the inlet of oxidation catalyst 22 and filter 23 and exhaust gas temperature (outlet gas temperature) at the outlet of filter 23 are detected. And a differential pressure sensor 45 for detecting the differential pressure of the exhaust pressure at the inlet and the outlet of the filter 23. The output signals of these sensors are sent to the ECU 100.
  • the ECU 100 burns and removes the PM accumulated in the filter 23, and executes filter regeneration (or filter regeneration control, and so on) in order to regenerate the filter 23.
  • filter regeneration is mainly classified into manual regeneration performed when a manual regeneration switch (not shown) is turned on by a driver, and automatic regeneration automatically performed when the manual regeneration switch is not turned on (state of off). It is divided. In the following description, unless otherwise specified, when referring to filter regeneration, it means both manual regeneration and automatic regeneration.
  • the ECU 100 burns and removes the PM, assuming that a relatively large amount or PM near the full is deposited on the filter 23.
  • the ECU 100 opens the shutoff valve 24 to enable fuel supply to the exhaust injector 21, and causes the exhaust injector 21 to be in an open state to inject fuel from the exhaust injector 21. Then, the injected fuel is oxidized and burned by the oxidation catalyst 22, the high temperature exhaust gas is discharged from the oxidation catalyst 22, and the high temperature exhaust gas is supplied to the filter 23.
  • the exhaust injector 21 is duty-controlled by the ECU 100, and is repeatedly opened and closed (on and off) at short duty cycles.
  • the ECU 100 generally removes the deposited PM, and the amount thereof is relatively small or near empty. End the filter regeneration as it becomes.
  • the ECU 100 closes the shutoff valve 24 to shut off the fuel supply to the exhaust injector 21 and close the exhaust injector 21. Fuel injection from the exhaust injector 21 is stopped.
  • the exhaust injector 21 opens and closes the injection hole by bringing the needle valve into close contact with and away from the nozzle body. Even when the needle valve is brought into close contact with the nozzle body at the time of closing the injection hole, when fuel under pressure is fed from the upstream side, the fuel leaks from a slight gap between the needle valve and the nozzle body.
  • carbonized fuel may be deposited near the injection hole inside the nozzle body. A part of the carbonized fuel bites between the needle valve and the nozzle body, causing an open sticking failure in which the needle valve does not completely contact the nozzle body.
  • the shutoff valve 24 in order to suppress the occurrence of the open sticking failure, the shutoff valve 24 is provided. If the shutoff valve 24 is provided, closing the shutoff valve 24 when the filter regeneration is stopped can shut off the fuel pressure addition and the fuel supply from the feed pump 5 to the exhaust injector 21. Accordingly, it is possible to reliably suppress the fuel from leaking out from the injection hole of the exhaust injector 21 during valve closing. Since there is no fuel pressure, the possibility of leakage is greatly reduced, and even if leakage occurs, the amount of leakage is at most the fuel flow path 25 between the shutoff valve 24 and the exhaust injector 21. It is limited to the amount accumulated in the Therefore, carbonized fuel can be deposited in the vicinity of the injection hole due to the leaked fuel, and the open sticking failure generated due to the influence of the deposited carbonized fuel can be reliably suppressed.
  • shutoff valve 24 Even when the shutoff valve 24 is provided, the possibility that the open sticking failure of the exhaust injector 21 may occur due to some other cause (for example, an electric failure) is not zero, but rather the OBD (On-Board Diagnosis: From the point of view of vehicle self-diagnosis) it is desirable to be able to anticipate and handle such failures.
  • OBD On-Board Diagnosis: From the point of view of vehicle self-diagnosis
  • the temperature of the filter 23 may rise to a high temperature before abnormal.
  • various causes for this abnormal temperature rise but for example, manual regeneration and automatic regeneration can not be performed well in cooperation with each other due to the convenience of the driver, etc., and an excessive amount of PM is deposited on the filter 23.
  • One example is burning at one time during load operation and the like.
  • the ECU 100 has a self-diagnosis function, and is configured to detect an open sticking failure of the exhaust injector 21.
  • the detection method can employ any method, including known methods.
  • the ECU 100 is normal when the inlet gas temperature of the filter 23 (ie, the outlet gas temperature of the oxidation catalyst 22) detected by the exhaust temperature sensor 43 is higher by a predetermined value or more than the normal value of the exhaust injector 21 during filter regeneration. It may be regarded that more fuel is injected than time, and the open sticking failure of the exhaust injector 21 may be detected.
  • the exhaust injector 21 when the ECU 100 receives a feedback current corresponding to the valve opening time from the exhaust injector 21 despite sending the valve closing instruction signal (off signal) to the exhaust injector 21, the exhaust injector 21 is energized due to an electrical failure. The open sticking failure of the exhaust injector 21 may be detected.
  • the ECU 100 determines the temperature (floor temperature) Tf of the filter 23 based on at least one of the inlet gas temperature of the filter 23 detected by the exhaust temperature sensor 43 and the outlet gas temperature of the filter 23 detected by the exhaust temperature sensor 44.
  • Estimate any method can be adopted including a known method.
  • the average value of the inlet gas temperature and the outlet gas temperature of the filter 23 may be set as the filter temperature Tf, or the outlet gas temperature of the filter 23 may be set as the filter temperature Tf.
  • the filter temperature Tf may be directly detected by a temperature sensor provided in the filter 23. For convenience, both of these estimation and detection are generically called detection.
  • the ECU 100 detects an abnormal temperature rise of the filter 23 when the filter temperature Tf thus estimated is equal to or higher than a predetermined abnormality determination value Tlim.
  • the abnormality determination value Tlim is set to the minimum value of the filter temperature at which burning of the filter 23 occurs when the filter temperature higher than this continues for a predetermined time or more.
  • This routine is repeatedly executed by the ECU 100 every predetermined operation cycle ⁇ (for example, 10 ms).
  • step S101 the ECU 100 determines whether or not filter regeneration is currently performed, in other words, whether filter regeneration is currently being performed.
  • step S104 the ECU 100 proceeds to step S104 and closes the shutoff valve.
  • fuel pressure addition and fuel supply to the exhaust injector 21 can be shut off when filter regeneration is not performed, and carbonized fuel accumulation in the exhaust injector 21 and open sticking failure of the exhaust injector 21 resulting therefrom can be suppressed.
  • step S102 determines whether the open sticking failure of the exhaust injector 21 is detected, in other words, whether the open sticking failure has already been detected.
  • step S103 determines whether or not the abnormal temperature rise of the filter 23 is detected, in other words, whether or not the estimated filter temperature Tf becomes the abnormality determination value Tlim or more. .
  • step S104 closes the shutoff valve 24, and ends the routine.
  • the exhaust injector 21 is also closed in conjunction with closing of the shutoff valve 24.
  • step S102 when the open sticking failure of the exhaust injector 21 is not detected in step S102 and the abnormal temperature rise of the filter 23 is not detected in step S103, the ECU 100 proceeds to step S105 to Open and finish the routine. At this time, naturally, the exhaust injector 21 is opened.
  • the ECU 100 detects the open sticking failure of the exhaust injector 21 (S102: Yes) and the abnormal temperature rise of the filter 23 (S103: Yes) at the time of regeneration of the filter 23 (S101: Yes). , The shutoff valve 24 is closed (S104). Therefore, even when the open sticking failure of the exhaust injector 21 occurs, the fuel injection from the exhaust injector 21 can be stopped by closing the shutoff valve 24, and the temperature rise of the filter 23 can be suppressed. Therefore, it is possible to reliably suppress the burnout of the filter 23.
  • the ECU 100 does not detect the open sticking failure of the exhaust injector 21 (S102: No) or does not detect the abnormal temperature rise of the filter 23 (S103: No) at the time of regeneration of the filter 23 (S101: Yes).
  • the shutoff valve 24 is opened (S105).
  • the open sticking failure of the exhaust injector 21 is not detected, the open sticking failure does not occur, and fuel injection can normally be performed from the exhaust injector 21.
  • the shutoff valve 24 is opened to perform fuel injection. Necessary fuel can be supplied to the exhaust injector 21 smoothly.
  • the abnormal temperature rise of the filter 23 is not detected, there is no problem even if fuel is injected from the exhaust injector 21 as usual. In this case, by opening the shutoff valve 24, the fuel necessary for fuel injection can be The exhaust injector 21 can be supplied smoothly.
  • the ECU 100 does not detect the abnormal temperature rise of the filter 23 even when the open sticking failure of the exhaust injector 21 is detected at the time of regeneration of the filter 23 (S101: yes) (S102: yes).
  • the shutoff valve 24 is opened (S105).
  • the open sticking failure of the exhaust injector 21 occurs, more fuel is injected from the exhaust injector 21 than in the normal state.
  • the abnormal temperature rise of the filter 23 has not occurred, there is still room for raising the temperature of the filter 23, and there is a margin to the temperature rise limit. Therefore, in this case, the temperature raising is given priority over the protection of the filter 23, and the shutoff valve 24 is opened to inject the fuel from the exhaust injector 21.
  • the filter regeneration can be continued.
  • the ECU 100 opens the shutoff valve 24 when the open sticking failure of the exhaust injector 21 is not detected even when the abnormal temperature rise of the filter 23 is detected when the filter 23 is regenerated. To speak. Then, instead of closing the shutoff valve 24, the ECU 100 sends a valve closing instruction signal to the exhaust injector 21 to close it and stop fuel injection from the exhaust injector 21. Also by this, the temperature rise of the filter 23 can be suppressed, and the burnout of the filter 23 can be suppressed.
  • the fuel injection device may not be a common rail fuel injection device that stores and injects high pressure fuel, and may be a normal fuel injection device that injects low pressure fuel.
  • the oxidation catalyst 22 may be omitted.
  • the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine of the present disclosure is useful in that it suppresses burnout of the filter caused by abnormal temperature rise of the filter at the time of filter regeneration.

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Abstract

内燃機関の排気浄化装置は、排気通路(20)に設けられ、排気中の粒子状物質を捕集するフィルタ(23)と、排気通路(20)におけるフィルタ(23)の上流側に設けられ、排気通路(20)内に燃料を噴射する噴射弁(21)と、噴射弁(21)に燃料を供給する燃料ポンプ(5)と、燃料ポンプ(5)と噴射弁(21)の間に介設され、燃料ポンプ(5)から噴射弁(21)への燃料供給を選択的に遮断する遮断弁(24)と、噴射弁(21)および遮断弁(24)を制御する制御ユニット(100)を備える。制御ユニット(100)は、フィルタ(23)の再生時に、噴射弁(21)の開固着故障を検出しかつフィルタ(23)の異常昇温を検出したときに、遮断弁(24)を閉弁する。

Description

内燃機関の排気浄化装置
 本開示は内燃機関の排気浄化装置に係り、特に、排気中の粒子状物質を捕集するフィルタを備えた排気浄化装置に関する。
 例えばディーゼルエンジンの排気浄化装置は一般的に、排気中の粒子状物質(PM)を捕集するフィルタを含む。そしてフィルタに一定量以上のPMが堆積した場合、この堆積したPMを燃焼除去するため、フィルタ再生が行われる。フィルタ再生に際しては、排気通路のフィルタ上流側に設けられた噴射弁から、排気通路内に、昇温用の追加燃料が噴射供給される(例えば特許文献1,2参照)。
日本国特開2014-159780号公報 日本国特開2016-89775号公報
 ところで、フィルタの再生時に、フィルタの温度が異常なまでの高温に上昇してしまうことがある。この温度上昇をそのまま容認すると、フィルタの焼損に繋がる可能性があるので、好ましくない。
 よってこうしたフィルタの異常昇温が発生した場合には、噴射弁からの燃料噴射を停止し、フィルタの温度上昇を抑制することが考えられる。
 しかし、噴射弁が閉弁しない故障、すなわち開固着故障が噴射弁に発生していると、噴射弁からの燃料噴射を実質的に停止できない。よって、フィルタの温度上昇を抑制することができず、フィルタの焼損を引き起こす虞がある。
 本開示の目的は、フィルタ再生時におけるフィルタの異常昇温に起因したフィルタの焼損を抑制することができる内燃機関の排気浄化装置を提供することである。
 本開示の技術は、
 排気通路に設けられ、排気中の粒子状物質を捕集するフィルタと、
 前記排気通路における前記フィルタの上流側に設けられ、前記排気通路内に燃料を噴射する噴射弁と、
 前記噴射弁に燃料を供給する燃料ポンプと、
 前記燃料ポンプと前記噴射弁の間に介設され、前記燃料ポンプから前記噴射弁への燃料供給を選択的に遮断する遮断弁と、
 前記噴射弁および前記遮断弁を制御するように構成された制御ユニットと、
 を備え、
 前記制御ユニットは、前記フィルタの再生時に、前記噴射弁の開固着故障を検出しかつ前記フィルタの異常昇温を検出したときに、前記遮断弁を閉弁する
 内燃機関の排気浄化装置を提供する。
 好ましくは、前記制御ユニットは、前記フィルタの再生時に、前記噴射弁の開固着故障を検出しないかまたは前記フィルタの異常昇温を検出しないときに、前記遮断弁を開弁する。
 好ましくは、前記制御ユニットは、前記フィルタの再生時でないときに前記遮断弁を閉弁する。
 好ましくは、前記排気浄化装置は、コモンレールと、コモンレールに高圧燃料を供給する高圧ポンプとをさらに備え、
 前記燃料ポンプは、前記噴射弁と前記高圧ポンプの両方に燃料を供給する。
 本開示の上記技術によれば、フィルタ再生時におけるフィルタの異常昇温に起因したフィルタの焼損を抑制可能な内燃機関の排気浄化装置を提供することができる。
図1は、実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置の構成を示す概略図である。 図2は、制御ルーチンのフローチャートである。
 以下、添付図面を参照して本開示に係る内燃機関の排気浄化装置の実施形態を説明する。なお以下の実施形態に限定されない点に留意されたい。
 図1は、本実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置の構成を示す概略図である。本実施形態の内燃機関(エンジン)は、車両(図示せず)に動力源として搭載される圧縮着火式内燃機関すなわちディーゼルエンジンである。車両はトラック等の大型車両である。しかしながら、車両および内燃機関の種類、用途等に特に限定はなく、例えば車両は乗用車等の小型車両であってもよいし、エンジンはガソリンエンジンであってもよい。本実施形態は直列4気筒エンジンの場合を説明するが、エンジンのシリンダ配置形式、気筒数等は任意である。
 エンジンは、コモンレール式燃料噴射装置を備え、筒内に燃料を直接噴射する各気筒の筒内インジェクタ2と、各筒内インジェクタ2に接続されたコモンレール3とを備える。コモンレール3は、筒内インジェクタ2から噴射される高圧の燃料を貯留する。
 またエンジンは、燃料を常圧で貯留する燃料タンク4と、燃料タンク4から燃料を吸引し比較的低圧(例えば約1MPa)で吐出するフィードポンプ5と、フィードポンプ5から吐出された燃料が供給されるサプライポンプ7と、フィードポンプ5およびサプライポンプ7の間に介設され、サプライポンプ7に入る手前で燃料を濾過する燃料フィルタ6とを備える。サプライポンプ7は、フィードポンプ5から供給された低圧燃料を、より高圧(例えば最大で約200MPa)まで加圧してコモンレール3に供給する。よってサプライポンプ7は、コモンレール3に高圧燃料を供給する高圧ポンプをなす。
 また、エンジンの排気通路20には、上流側から順に、排気通路20内に燃料を噴射する噴射弁すなわち排気インジェクタ21と、酸化触媒22と、フィルタ23とが設けられる。酸化触媒22およびフィルタ23は、それぞれ排気後処理を実行する後処理部材をなす。
 酸化触媒22は、排気中の未燃成分(炭化水素HCおよび一酸化炭素CO)を酸化して浄化すると共に、このときの反応熱で排気ガスを加熱昇温する。フィルタ23は、連続再生式ディーゼルパティキュレートフィルタ(DPF)とも称され、排気中に含まれる粒子状物質(PMとも称す)を捕集すると共に、その捕集したPMを触媒貴金属と反応させて連続的に燃焼除去する。フィルタ23には、ハニカム構造の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が用いられる。
 なお図示しないが、他の後処理部材として、フィルタ23の下流側に、選択還元型NOx触媒(SCR)およびアンモニア酸化触媒が上流側から順に設けられてもよい。この場合、NOx触媒の上流側には、還元剤としての尿素水を排気通路20内に添加する添加弁が設けられる。NOx触媒は吸蔵還元型NOx触媒(LNT)であってもよく、この場合添加弁は省略可能である。
 排気インジェクタ21には、フィードポンプ5から燃料が供給される。従ってフィードポンプ5は特許請求の範囲にいう燃料ポンプに相当する。本実施形態の場合、燃料フィルタ6によって濾過された後の低圧燃料が、燃料フィルタ6内の分岐位置Pで分岐されて排気インジェクタ21に供給される。従ってフィードポンプ5は、排気インジェクタ21とサプライポンプ7の両方に燃料を供給する。本来サプライポンプ7に燃料を供給するフィードポンプ5を利用して、排気インジェクタ21にも燃料を供給するようにしたので、排気インジェクタ21に専用の燃料ポンプを設ける場合に比べ、部品点数を削減でき、製造コストを低減できる。
 なお、燃料の分岐位置Pは必ずしも燃料フィルタ6内とする必要はなく、例えば燃料フィルタ6の外部下流側かつサプライポンプ7の上流側とすることもできる。
 また本実施形態では、フィードポンプ5と排気インジェクタ21の間に遮断弁24が介設されている。遮断弁24は、フィードポンプ5から排気インジェクタ21への燃料供給を選択的に遮断するための弁であり、フューエルカットバルブ(FCV)とも称される。本実施形態において遮断弁24は、燃料フィルタ6内の分岐位置Pから排気インジェクタ21までの間の燃料流路25に設けられている。
 エンジンを制御するための制御装置が車両に搭載されている。制御装置は、制御ユニットもしくはコントローラをなす電子制御ユニット(ECUと称す)100を有する。ECU100はCPU、ROM、RAM、入出力ポートおよび記憶装置等を含む。ECU100は、筒内インジェクタ2、サプライポンプ7、排気インジェクタ21および遮断弁24を制御するように構成され、プログラムされている。筒内インジェクタ2、排気インジェクタ21および遮断弁24は、いずれもECU100によりオンされると開弁され、オフされると閉弁される。但し遮断弁24については逆でもよい。
 制御装置は、以下のセンサ類も有する。すなわち、酸化触媒22およびフィルタ23の入口部の排気ガス温度(入口ガス温度)を検出するための排気温センサ42,43と、フィルタ23の出口部の排気ガス温度(出口ガス温度)を検出するための排気温センサ44と、フィルタ23の入口部および出口部における排気圧の差圧(前後差圧)を検出するための差圧センサ45とが設けられている。これらセンサの出力信号はECU100に送られる。
 ECU100は、フィルタ23に堆積したPMを燃焼除去し、フィルタ23を再生するために、フィルタ再生(またはフィルタ再生制御、以下同様)を実行する。ここでフィルタ再生は、図示しない手動再生スイッチがドライバによりオンされたことにより実行される手動再生と、手動再生スイッチがオンされない状態(オフの状態)で自動的に実行される自動再生とに大別される。以下の説明では、特に断らない限り、フィルタ再生といった場合、それは手動再生と自動再生の両方を意味するものとする。
 ECU100は、差圧センサ45により検出された実際の差圧Pが所定の開始閾値P1以上となったとき、フィルタ23に比較的多量もしくは満杯付近のPMが堆積したとして、そのPMを燃焼除去すべく、フィルタ再生(自動再生)を開始する。フィルタ再生時、ECU100は、遮断弁24を開弁して、排気インジェクタ21への燃料供給を可能にすると共に、排気インジェクタ21を開弁状態として、排気インジェクタ21から燃料を噴射させる。すると噴射された燃料が酸化触媒22で酸化、燃焼され、酸化触媒22から高温の排気ガスが排出され、この高温の排気ガスがフィルタ23に供給される。そしてフィルタ23が昇温され、フィルタ23内で堆積PMが触媒反応により燃焼除去される。なおフィルタ再生時、排気インジェクタ21はECU100によりデューティ制御され、短いデューティ周期毎に開閉(オンオフ)を繰り返される。
 その後、ECU100は、差圧センサ45により検出された実際の差圧Pが所定の終了閾値P2(<P1)以下となったとき、堆積PMが概ね除去され、その量が比較的少量もしくは空付近になったとして、フィルタ再生を終了する。フィルタ再生終了後のフィルタ再生時でないとき、すなわちフィルタ再生停止時、ECU100は、遮断弁24を閉弁して、排気インジェクタ21への燃料供給を遮断すると共に、排気インジェクタ21を閉弁状態として、排気インジェクタ21からの燃料噴射を停止させる。
 ところで、仮に遮断弁24の無い比較例を想定した場合、この比較例では、フィルタ再生停止時、排気インジェクタ21の閉弁のみによって排気インジェクタ21からの燃料噴射が停止させられる。しかし、排気インジェクタ21にはフィードポンプ5からの燃圧が常時付加されている。この燃圧に起因して、排気通路20内に露出された排気インジェクタ21の微細な噴孔から、微量ではあるが、燃料が漏れ出し、その漏れ出した燃料が高温の排気ガスにより加熱されて炭化し、噴孔付近に堆積することがある。この堆積した炭化燃料の影響で、排気インジェクタ21が完全に閉弁しない故障、すなわち開固着故障が発生することがある。開固着故障が発生すると、ECU100から排気インジェクタ21に閉弁指示信号(オフ信号)を送っても、排気インジェクタ21が物理的に閉弁できず、排気インジェクタ21から意図しない燃料が供給されてしまう。
 なお、排気インジェクタ21は周知のように、ニードル弁をノズルボディに密着・離間させることで噴孔を開閉する。噴孔閉止時にニードル弁をノズルボディに密着させても、その上流側から圧力がかかった燃料が送られてくると、ニードル弁とノズルボディの間の僅かな隙間から燃料が漏れ出す。他方、炭化燃料は、ノズルボディ内部の噴孔付近に堆積することもある。この炭化燃料の一部が、ニードル弁とノズルボディの間に噛み込んで、ニードル弁がノズルボディに完全に密着しない開固着故障が発生する。
 そこで本実施形態では、この開固着故障の発生を抑制するため、遮断弁24を設けている。遮断弁24を設けると、フィルタ再生停止時、遮断弁24を閉弁することで、フィードポンプ5から排気インジェクタ21への燃圧付加と燃料供給とを遮断することができる。よって閉弁中の排気インジェクタ21の噴孔から燃料が漏れ出すことを確実に抑制できる。燃圧が無いことから、漏れ出しが起こる可能性は大幅に低減され、仮に漏れ出しが起こったとしても、その漏れ出し量は、最大でも遮断弁24から排気インジェクタ21までの間の燃料流路25に溜まった量に限定される。従って、漏れ出した燃料に起因して炭化燃料が噴孔付近に堆積すること、および、堆積した炭化燃料の影響で発生する開固着故障を確実に抑制することが可能である。
 なお、遮断弁24を設けた場合でも、他の何等かの原因(例えば電気的故障等)により排気インジェクタ21の開固着故障が発生する可能性はゼロとは言えず、むしろOBD(On-Board Diagnosis:車両自己診断)の観点からはそうした故障も想定し、かつ対処できるようにすることが望ましい。
 ところで、フィルタ再生時、フィルタ23の温度が異常なまでの高温に上昇してしまうことがある。この異常昇温の原因は様々であるが、例えば、ドライバの都合等により手動再生と自動再生を上手く連携して実行することができず、フィルタ23に過剰な量のPMが堆積し、これが高負荷運転時等に一気に燃焼することなどが挙げられる。
 この異常昇温をそのまま容認すると、フィルタ23の焼損に繋がる可能性があるので、好ましくない。よって異常昇温が発生した場合、排気インジェクタ21を閉弁状態(オフ)に制御し、排気インジェクタ21からの燃料噴射を強制的に停止し、フィルタの温度上昇を抑制することが考えられる。
 しかし、上述の開固着故障が排気インジェクタ21に発生していて且つ遮断弁24が無い比較例の場合だと、排気インジェクタ21からの燃料噴射を実質的に停止できない。よって、フィルタ23の温度上昇を抑制することができず、フィルタ23の焼損を引き起こす虞がある。
 そこで本実施形態では、この課題を解決すべく、以下に述べるような制御を行っている。
 まず本実施形態のECU100は、自己診断機能を備え、排気インジェクタ21の開固着故障を検出するように構成されている。その検出方法は、公知方法を含め、任意の方法を採用可能である。例えばECU100は、フィルタ再生時、排気温センサ43により検出されたフィルタ23の入口ガス温度(すなわち酸化触媒22の出口ガス温度)が、排気インジェクタ21の正常時の値より所定値以上高いとき、正常時より多い燃料が噴射されているとみなし、排気インジェクタ21の開固着故障を検出してもよい。あるいはECU100は、排気インジェクタ21に閉弁指示信号(オフ信号)を送っているにも拘わらず、排気インジェクタ21から開弁時相当のフィードバック電流を受信した場合、排気インジェクタ21が電気的故障により通電されているとみなし、排気インジェクタ21の開固着故障を検出してもよい。
 またECU100は、排気温センサ43により検出されたフィルタ23の入口ガス温度と、排気温センサ44により検出されたフィルタ23の出口ガス温度との少なくとも一方に基づき、フィルタ23の温度(床温)Tfを推定する。その推定方法も、公知方法を含め、任意の方法を採用可能である。例えば、フィルタ23の入口ガス温度と出口ガス温度の平均値をフィルタ温度Tfとしてもよいし、フィルタ23の出口ガス温度をフィルタ温度Tfとしてもよい。なおフィルタ温度Tfを、フィルタ23に設置した温度センサにより直接検出しても構わない。便宜上、これら推定と検出の両者を総称して検出という。
 ECU100は、こうして推定したフィルタ温度Tfが、所定の異常判定値Tlim以上であるとき、フィルタ23の異常昇温を検出する。異常判定値Tlimは、これ以上のフィルタ温度が所定時間以上継続するとフィルタ23の焼損が発生するようなフィルタ温度の最小値に設定されている。
 次に、図2を参照して、本実施形態の制御ルーチンを説明する。このルーチンはECU100により所定の演算周期τ(例えば10ms)毎に繰り返し実行される。
 まずステップS101で、ECU100は、現在がフィルタ再生時であるか否か、言い換えれば現時点でフィルタ再生が実行中であるか否かを判断する。
 フィルタ再生時でない場合、ECU100は、ステップS104に進んで、遮断弁を閉弁する。これにより、フィルタ再生時でないときに排気インジェクタ21への燃圧付加および燃料供給を遮断し、排気インジェクタ21における炭化燃料堆積、および、これに起因した排気インジェクタ21の開固着故障を抑制できる。
 他方、フィルタ再生時である場合、ECU100は、ステップS102に進んで、排気インジェクタ21の開固着故障を検出したか否か、言い換えればその開固着故障を既に検出済みであるか否かを判断する。
 開固着故障を検出した場合、ECU100は、ステップS103に進んで、フィルタ23の異常昇温を検出したか否か、言い換えれば推定フィルタ温度Tfが異常判定値Tlim以上になったか否かを判断する。
 フィルタ23の異常昇温を検出した場合、ECU100は、ステップS104に進んで、遮断弁24を閉弁し、ルーチンを終える。なお遮断弁24の閉弁に併せて排気インジェクタ21も閉弁状態にするのが好ましい。
 他方、ステップS102で排気インジェクタ21の開固着故障を検出してない場合、および、ステップS103でフィルタ23の異常昇温を検出してない場合、ECU100は、ステップS105に進んで、遮断弁24を開弁し、ルーチンを終える。なおこのときには当然に排気インジェクタ21は開弁状態とされる。
 このようにECU100は、フィルタ23の再生時(S101:イエス)に、排気インジェクタ21の開固着故障を検出し(S102:イエス)かつフィルタ23の異常昇温を検出した(S103:イエス)ときに、遮断弁24を閉弁する(S104)。よって、排気インジェクタ21の開固着故障が発生している場合でも、遮断弁24を閉弁することにより、排気インジェクタ21からの燃料噴射を停止し、フィルタ23の温度上昇を抑制することができる。それ故、フィルタ23の焼損を確実に抑制することが可能である。
 またECU100は、フィルタ23の再生時(S101:イエス)に、排気インジェクタ21の開固着故障を検出しない(S102:ノー)かまたはフィルタ23の異常昇温を検出しない(S103:ノー)ときに、遮断弁24を開弁する(S105)。排気インジェクタ21の開固着故障を検出しない場合、開固着故障は発生しておらず、排気インジェクタ21から正常に燃料噴射できるので、この場合には遮断弁24を開弁することで、燃料噴射に必要な燃料を円滑に排気インジェクタ21に供給できる。また、フィルタ23の異常昇温を検出しない場合、通常通り、排気インジェクタ21から燃料噴射しても問題ないので、この場合には遮断弁24を開弁することで、燃料噴射に必要な燃料を円滑に排気インジェクタ21に供給できる。
 また本実施形態の場合、ECU100は、フィルタ23の再生時(S101:イエス)に、排気インジェクタ21の開固着故障を検出した場合(S102:イエス)でも、フィルタ23の異常昇温を検出しない場合(S103:ノー)には、遮断弁24を開弁する(S105)。この場合、排気インジェクタ21の開固着故障が発生しているので、正常時よりも多くの燃料が排気インジェクタ21から噴射されてしまう。しかしながら、フィルタ23の異常昇温は発生していないので、まだフィルタ23を昇温できる余地があり、昇温限界まで余裕がある。よってこの場合には、フィルタ23の保護よりも昇温を優先し、遮断弁24を開弁して排気インジェクタ21から燃料を噴射させる。これにより、排気インジェクタ21の開固着故障を検出した場合でもフィルタ再生を依然継続することが可能となる。
 なお本実施形態の場合、図示しないがECU100は、フィルタ23の再生時、フィルタ23の異常昇温を検出した場合でも、排気インジェクタ21の開固着故障を検出しない場合には、遮断弁24を開弁する。そしてECU100は、遮断弁24を閉弁する代わりに、排気インジェクタ21に閉弁指示信号を送ってそれを閉弁状態にし、排気インジェクタ21からの燃料噴射を停止させる。これによってもフィルタ23の温度上昇を抑制し、フィルタ23の焼損を抑制できる。
 以上、本開示の実施形態を詳細に述べたが、実施形態は他にも様々考えられる。
 (1)例えば、燃料噴射装置は、高圧燃料を貯留して噴射するコモンレール式燃料噴射装置でなくてもよく、低圧燃料を噴射する通常の燃料噴射装置であってもよい。
 (2)フィルタ再生時に酸化触媒22がなくてもフィルタ23の昇温が可能であれば、酸化触媒22を省略してもよい。
 本開示の実施形態は前述の実施形態のみに限らず、特許請求の範囲によって規定される本開示の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が本開示に含まれる。従って本開示は、限定的に解釈されるべきではなく、本開示の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。
 本出願は、2017年12月20日付で出願された日本国特許出願(特願2017-244237)に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
 本開示の内燃機関の排気浄化装置は、フィルタ再生時におけるフィルタの異常昇温に起因したフィルタの焼損を抑制するといった点において有用である。
5 フィードポンプ(燃料ポンプ)
20 排気通路
21 排気インジェクタ(噴射弁)
23 フィルタ
24 遮断弁
100 電子制御ユニット(制御ユニット)

Claims (4)

  1.  排気通路に設けられ、排気中の粒子状物質を捕集するフィルタと、
     前記排気通路における前記フィルタの上流側に設けられ、前記排気通路内に燃料を噴射する噴射弁と、
     前記噴射弁に燃料を供給する燃料ポンプと、
     前記燃料ポンプと前記噴射弁の間に介設され、前記燃料ポンプから前記噴射弁への燃料供給を選択的に遮断する遮断弁と、
     前記噴射弁および前記遮断弁を制御するように構成された制御ユニットと、
     を備え、
     前記制御ユニットは、前記フィルタの再生時に、前記噴射弁の開固着故障を検出しかつ前記フィルタの異常昇温を検出したときに、前記遮断弁を閉弁する
     ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
  2.  前記制御ユニットは、前記フィルタの再生時に、前記噴射弁の開固着故障を検出しないかまたは前記フィルタの異常昇温を検出しないときに、前記遮断弁を開弁する
     請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置。
  3.  前記制御ユニットは、前記フィルタの再生時でないときに前記遮断弁を閉弁する
     請求項1または2に記載の内燃機関の排気浄化装置。
  4.  コモンレールと、コモンレールに高圧燃料を供給する高圧ポンプとをさらに備え、
     前記燃料ポンプは、前記噴射弁と前記高圧ポンプの両方に燃料を供給する
     請求項1~3のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
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