JP6520690B2 - Exhaust purification system - Google Patents
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Description
排気管内に存在する排気を浄化する排気浄化システムに関する。 The present invention relates to an exhaust gas purification system for purifying exhaust gas present in an exhaust pipe.
車両用ディーゼルエンジンなどの内燃機関では、リーン燃焼が行われることによりNOx(窒素酸化物)が排出されるため、排気中のNOxを浄化するための技術として、排気系にNOx吸蔵還元型の触媒(以下、NOx触媒という)を設けることが多い。NOx触媒は、排気の雰囲気が空燃比リーンの時に排気中のNOxを吸蔵し、空燃比リッチになった時に排気中のHCやCOといった還元成分により吸蔵NOxを還元除去する特性を有している。ただし、空燃比リッチであっても排気に含まれるHCやCOが少ないと、NOx触媒は吸蔵NOxを還元除去することができない。 In an internal combustion engine such as a diesel engine for vehicles, NOx (nitrogen oxide) is discharged by performing lean combustion. Therefore, as a technology for purifying NOx in exhaust gas, a catalyst of NOx storage reduction type in an exhaust system In many cases (hereinafter referred to as NOx catalyst). The NOx catalyst has the property of storing NOx in the exhaust gas when the atmosphere of the exhaust gas is lean in air-fuel ratio, and reducing and removing the stored NOx by reducing components such as HC and CO in the exhaust gas when the air-fuel ratio becomes rich. . However, even if the air-fuel ratio is rich, if the amount of HC and CO contained in the exhaust is small, the NOx catalyst can not reduce and remove the stored NOx.
特許文献1に記載の技術では、排気管内のNOx触媒上流にHC供給装置(以下、添加弁と呼称)を取り付け、排気の中に均一に混入するように燃料(HC)を供給することで、吸蔵NOxを還元することが可能となる。
In the technology described in
特許文献1に開示の添加弁は、エンジンによって直接に駆動されるフィードポンプ(以下、メカフィードポンプと呼称)から燃料が供給され、エンジンの回転数に対応するフィード圧(フィードポンプの吐出燃料の圧力)で加圧された燃料を排気管内に噴射する。
The addition valve disclosed in
このような添加弁には燃料を噴射するために必要なフィード圧があるが、メカフィードポンプ(機械式供給ポンプ)のポンプ回転数が低いことで、燃料を適切に噴射するために必要なフィード圧に届かないことがある。この場合、添加弁は燃料をNOx触媒に適切に供給することができず、吸蔵NOxを満足に還元除去できないおそれがある。 Although such an addition valve has a feed pressure necessary to inject fuel, the feed speed required to inject fuel properly due to the low pump rotational speed of the mechanical feed pump (mechanical feed pump) It may not reach to pressure. In this case, the addition valve can not appropriately supply the fuel to the NOx catalyst, and there is a possibility that the stored NOx can not be satisfactorily reduced and removed.
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その主たる目的は、機械式供給ポンプの回転速度が低回転域にあっても、添加弁が安定して排気管内に排気浄化用の添加剤を添加することが可能な排気浄化システムを提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and its main object is to stabilize the addition valve and to purify the exhaust gas in the exhaust pipe even if the rotational speed of the mechanical supply pump is in a low rotational speed region. It is an object of the present invention to provide an exhaust purification system capable of adding the following additives.
本発明は、排気浄化システムであって、内燃機関の排気管に配置され、排気を浄化する浄化部と、前記排気管における前記浄化部よりも上流に配置され、前記排気管内に排気浄化用の添加剤を添加する添加弁と、前記内燃機関の駆動力により前記内燃機関の回転速度に応じた回転速度で駆動され、前記添加剤を加圧して前記添加弁に供給する機械式供給ポンプと、モータによって駆動し、前記添加剤の供給源から前記添加剤を加圧して前記機械式供給ポンプに供給する電動式供給ポンプと、前記機械式供給ポンプから前記添加弁に供給される前記添加剤の圧力を添加弁直前圧として検出する直前圧検出部と、前記直前圧検出部により検出された前記添加弁直前圧が所定圧力よりも低い場合に、前記添加弁直前圧が前記所定圧力よりも高くなるように、前記電動式供給ポンプを駆動させる駆動部と、を備えることを特徴とする。 The present invention is an exhaust gas purification system, which is disposed in an exhaust pipe of an internal combustion engine and is disposed upstream of a purification unit for purifying the exhaust gas and the purification unit in the exhaust pipe, for exhaust gas purification in the exhaust pipe. An additive valve for adding an additive, and a mechanical feed pump driven at a rotational speed according to a rotational speed of the internal combustion engine by a driving force of the internal combustion engine to pressurize the additive and supply the additive valve to the additive valve; A motor-driven feed pump driven by a motor to pressurize the additive from the additive supply source to supply the additive to the mechanical feed pump; and an additive supplied from the mechanical feed pump to the additive valve A pressure immediately before the addition valve is detected as a pressure immediately before the addition valve, and the pressure immediately before the addition valve detected by the pressure immediately before the addition valve is lower than a predetermined pressure, the pressure immediately before the addition valve is higher than the predetermined pressure Become Sea urchin, characterized in that it comprises a driving unit for driving the electric supply pump.
添加弁により排気管内に排気浄化用の添加剤が添加され、添加された添加剤を用いて浄化部により排気が浄化される。この添加弁は、供給される添加剤の圧力が所定圧力に達さなければ、添加弁は適切に添加剤を排気管内に添加することができない。このため、仮に内燃機関により直接駆動する機械式供給ポンプのみの構成だと、機械式供給ポンプの回転速度が低回転域となった場合に、添加弁に供給される添加剤の圧力が所定圧力に達するほどに十分な添加剤を機械式供給ポンプが供給できないおそれがある。 An additive for exhaust gas purification is added into the exhaust pipe by the addition valve, and the exhaust gas is purified by the purification unit using the added additive. The addition valve can not properly add the additive into the exhaust pipe unless the pressure of the supplied additive reaches a predetermined pressure. Therefore, if only the mechanical supply pump is driven directly by the internal combustion engine, the pressure of the additive supplied to the addition valve is a predetermined pressure when the rotational speed of the mechanical supply pump is in the low rotation range. The mechanical feed pump may not be able to supply enough additives to reach
本排気浄化システムでは、この対策として、電動式供給ポンプを備えている。直前圧検出部により検出された添加弁直前圧が所定圧力よりも低い場合に、添加弁直前圧が所定圧力よりも高くなるように、駆動部により電動式供給ポンプを駆動させる。これにより、機械式供給ポンプの回転速度が低回転域にあっても、電動式供給ポンプによる添加剤の供給アシストを行う事により添加弁直前圧を所定圧力にまで上昇させることができ、添加弁は安定して排気管内に添加剤を添加することが可能となる。 In the exhaust gas purification system, an electric supply pump is provided as a countermeasure. When the immediately before the addition valve detected by the immediately preceding pressure detection unit is lower than the predetermined pressure, the drive unit drives the electric supply pump so that the immediately before the addition valve pressure becomes higher than the predetermined pressure. As a result, even if the rotational speed of the mechanical supply pump is in the low rotation range, the pressure immediately before the addition valve can be raised to a predetermined pressure by performing the supply of the additive by the electric supply pump. Thus, it becomes possible to stably add the additive into the exhaust pipe.
以下、本発明にかかる排気浄化システムを車両用ディーゼル機関の排気浄化システムに適用した一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。 Hereinafter, an embodiment in which an exhaust gas purification system according to the present invention is applied to an exhaust gas purification system of a diesel engine for a vehicle will be described with reference to the drawings.
図1に、本実施形態にかかる排気浄化システムとエンジンの概略構成を示す。 FIG. 1 shows a schematic configuration of an exhaust gas purification system and an engine according to the present embodiment.
図示されるように、クランク軸23の回転に伴って駆動される機関駆動式の燃料ポンプ24によって、燃料タンク(供給源に該当)20内の燃料が汲み上げられる。燃料は、後述の電動フィードポンプ(電動式供給ポンプに該当)21と、燃料フィルタ22とを介して、燃料ポンプ24により汲み上げられる。
As illustrated, the fuel in the fuel tank (corresponding to a supply source) 20 is pumped up by an engine-driven
クランク軸23付近には、クランク軸23の回転角度を検出するクランク角度センサ27が設けられている。また、燃料タンク20から燃料ポンプ24までの燃料供給経路には、燃料フィルタ22を通過する前後の燃料の差圧ΔPfを検出する差圧センサ32が設けられている。
In the vicinity of the
燃料ポンプ24から吐出される燃料は、コモンレール(蓄圧容器に該当)25に加圧供給(圧送)される。燃料ポンプ24からの燃料の圧送によりコモンレール25内の燃料が高圧状態で保持され、そのコモンレール25内の高圧燃料がインジェクタ11に供給される。そして、当該インジェクタ11の開弁動作に伴いエンジン10の各気筒に噴射供給される。また、エンジン10には吸気管12と排気管13とが接続されており、吸気管12を通じて空気が気筒内に導入されるとともに、燃料の燃焼後の排気が排気管13を通じて排出される。
The fuel discharged from the
排気管13には、排気浄化を行うための後処理システムとして、排気中のNOxを浄化するためのNOx吸蔵還元型の触媒14(以下、NOx触媒と呼称する)が設けられている。NOx触媒14は、周知のとおり、リーン燃焼時において排気中に含まれるNOxを吸蔵するとともに、リッチ燃焼時において排気中に含まれるHC、COといった還元成分を用いて、吸蔵したNOxを還元除去するものである。このNOx触媒14は、浄化部に該当する。
The
排気管13においてNOx触媒14の上流側には、燃料(還元剤に該当)をNOx触媒14の上流部に添加供給するための添加弁15が設けられている。添加弁15には、燃料ポンプ24によって燃料タンク20から汲み上げられた低圧燃料の一部が供給され、開弁動作に伴い添加弁15から排気管13内に燃料が添加供給される。燃料ポンプ24から添加弁15までの燃料供給経路には、添加弁15に供給される燃料の圧力(以下、添加弁直前圧P2と呼称)を検出する第一圧力センサ(直前圧検出部に該当)26が設けられている。
On the upstream side of the
燃料タンク20内には、電動フィードポンプ21が設けられているほか、第一リターン流路(リターン流路に該当)29が接続されている。第一リターン流路29は、燃料ポンプ24を構成する後述の収容室54からのリーク燃料を還流するための流路である。
In the
電動フィードポンプ21は、DCモータ21aを動力源とする電動式のフィードポンプである。電動フィードポンプ21には電動ポンプドライバ28が接続され、電動ポンプドライバ28にはECU30が接続されている。電動ポンプドライバ28は、ECU30の制御によりDCモータ21aを駆動させ、必要に応じて燃料ポンプ24へと燃料を供給アシストする。
The
ECU(駆動部に該当)30は、CPU、メモリ等を備えた周知のマイクロコンピュータを主体とする電子制御ユニットである。ECU30には、第一圧力センサ26、クランク角度センサ27、差圧センサ32、及び後述の温度センサ55の検出値が入力され、メモリは各種センサの検出値を記憶する。メモリには、この他各種プログラムが記憶されており、CPUはメモリに記憶されたプログラムを実施することにより、添加弁15の燃料噴射制御、電動フィードポンプ21及び燃料ポンプ24の駆動制御を含むエンジン10を主体とするエンジンシステムの各部が制御される。
The ECU (corresponding to a drive unit) 30 is an electronic control unit mainly composed of a known microcomputer provided with a CPU, a memory and the like. Detection values of the
図2に、燃料ポンプ24の構成を示す。
The structure of the
この燃料ポンプ24は、基本的には、メカフィードポンプ(機械式供給ポンプに該当)40によって燃料タンク20から汲み上げられた燃料をプランジャポンプ(高圧ポンプに該当)50にて加圧して吐出するものであり、且つプランジャポンプ50に吸入される燃料量が調量弁60により調節されるものである。
Basically, the
メカフィードポンプ40は、クランク軸23の回転により駆動されるトロコイドポンプであり、燃料に含まれる異物を取り除くために設けられたゴーズフィルタ41を通過した燃料を、添加弁15及びプランジャポンプ50へ送る低圧供給ポンプとして機能する。また、メカフィードポンプ40は、燃料を添加弁15及びプランジャポンプ50へ送るほか、クランク軸23を収容する収容室54にも潤滑油としての燃料を送る。収容室54に送られる燃料は、通過する燃料を絞るオリフィス56を通過する。そして、収容室54からリークした燃料は第一リターン流路29を経由して燃料タンク20に戻る。この収容室54には、収容室54内に流入する燃料の温度Thfを検出する温度センサ(温度検出部に該当)55が備えられており、温度センサ55は検出した検出値をECU30に送信する。
The
メカフィードポンプ40により収容室54に供給される燃料の一部は、第二リターン流路33を介してメカフィードポンプ40とゴーズフィルタ41との間の経路に還流される。この第二リターン流路33には、レギュレータバルブ42が設けられている。レギュレータバルブ42は、メカフィードポンプ40の吐出圧が所定吐出圧よりも高くなるときにメカフィードポンプ40の吐出側と供給側とを連通させるものであり、これにより、メカフィードポンプ40により供給される燃料の圧力が所定吐出圧以下に制限される。
A part of the fuel supplied to the
プランジャポンプ50は、調量弁60によって調量された燃料を加圧して外部へ吐出(圧送)するプランジャポンプである。このプランジャポンプ50は、クランク軸23の駆動力に基づいて往復駆動されるプランジャ51と、このプランジャ51の往復動によって容積が変化する加圧室52と、加圧室52とコモンレール25側とを連通及び遮断する吐出弁61とを備える。
The
プランジャ51は、クランク軸23が回転するとプランジャ51が圧送上死点と圧送下死点との間を往復動する。ここで、プランジャ51の下降により加圧室52内の圧力が低下すると、吐出弁61が閉弁するとともに、調量弁60を介してメカフィードポンプ40から加圧室52内に燃料が吸入される。逆に、プランジャ51の上昇により加圧室52内の圧力が上昇し、加圧室52内の圧力が閾値を超えて高くなると、吐出弁61が開弁して加圧室52内で加圧された高圧燃料がコモンレール25に向けて吐出(圧送)される。
When the
上記構成における添加弁15は、添加弁直前圧P2が所定圧力Ptrgよりも高くなった場合に、安定して燃料を排気管13内に添加供給することができる。なお、所定圧力Ptrgは、設けられる添加弁15に依存して変動する値である。
The
仮に電動フィードポンプ21が存在せず、メカフィードポンプ40のみで添加弁15に燃料を供給する構成である場合を想定する。この場合、メカフィードポンプ40はクランク軸23の回転により駆動されるものであるため、クランク軸23の回転速度が低いと、メカフィードポンプ40のポンプ回転速度もまた低くなり、図3に記載されるようにメカフィードポンプ40が吐出する燃料の圧力もまた低くなる。特に、アイドル時のポンプ回転速度を含めた所定範囲におけるポンプ回転速度では、メカフィードポンプ40が添加弁15へ供給する燃料の圧力が所定圧力Ptrgよりも低くなるため、添加弁15は排気管13内に安定して燃料を添加供給することができないおそれがある。
It is assumed that the
この対策として、本実施形態では、電動フィードポンプ21を備えている。メカフィードポンプ40が添加弁15に十分な燃料を供給することができず、添加弁直前圧P2が所定圧力Ptrgよりも低い場合に、電動フィードポンプ21に添加弁直前圧P2が所定圧力Ptrgよりも高くなるように燃料の供給アシストを実施させる。
As a countermeasure, in the present embodiment, the
本実施形態では、ECU30により後述する図4に記載の供給アシスト制御を実施する。図4に示す供給アシスト制御は、ECU30が電源オンしている期間中にECU30によって所定周期で繰り返し実施される。
In the present embodiment, the
まず、ステップS100にて、クランク角度センサ27により検出されたクランク軸23の回転角度からクランク軸23の回転速度(エンジン回転速度)NEを算出する。ステップS110では、温度センサ55により検出される収容室54内に流入する燃料の温度Thfを取得する。ステップS120では、第一圧力センサ26により検出される添加弁直前圧P2を取得する。
ステップS130では、燃料の体積弾性係数Eを(1)式に基づいて算出する。この燃料の体積弾性係数Eは、添加弁直前圧P2と温度Thfとに依存して変化する。
First, in step S100, the rotational speed (engine rotational speed) NE of the
In step S130, the bulk modulus E of the fuel is calculated based on equation (1). The bulk elastic modulus E of the fuel changes depending on the pressure P2 immediately before the addition valve and the temperature Thf.
ステップS140では、目標燃料供給量Qtrgを算出する。目標燃料供給量Qtrgは、(2)式を用いて算出する。具体的には、添加弁15が排気管13内に燃料を添加供給可能となる圧力として設定される所定圧力Ptrgと、メカフィードポンプ40から添加弁15までの配管容積Vinjを燃料の体積弾性係数Eで割った商との積を求める。算出された値が目標燃料供給量Qtrgに相当する。
In step S140, a target fuel supply amount Qtrg is calculated. The target fuel supply amount Qtrg is calculated using equation (2). Specifically, a predetermined pressure Ptrg set as a pressure at which the
図5には、エンジン回転速度NEに依存して変動するメカフィードポンプ40により添加弁15に供給される燃料供給量が記載されている。ステップS150では、図5に記載されるマップに基づいて、現在のエンジン回転速度NEに対応するメカフィードポンプ40の燃料供給量Qmfを取得する。
FIG. 5 shows the fuel supply amount supplied to the
そして、ステップS160にて、メカフィードポンプ40の燃料供給量Qmfが目標燃料供給量Qtrgよりも多いか否かを判定することで、メカフィードポンプ40の燃料供給量Qmfのみで添加弁15は排気管13内に安定して燃料を添加供給することができるか否かを判定する。燃料供給量Qmfが目標燃料供給量Qtrgよりも多いと判定した場合には(S160:YES)、本制御を終了する。燃料供給量Qmfが目標燃料供給量Qtrgよりも少ない場合には(S160:NO)、ステップS170に進む。ステップS170では、後述の演算処理により電動フィードポンプ21が供給すべき燃料の供給アシスト量Qefを算出する。そして、ステップS180に進み、電動フィードポンプ21に供給アシスト量Qefの燃料を添加弁15に対して供給するよう指令し、本制御を終了する。
Then, in step S160, it is determined whether the fuel supply amount Qmf of the
次に、図6を参照してECU30により実施される供給アシスト量Qefの算出処理を説明する。当該処理は、図4に記載のステップS170に相当するサブルーチン処理である。
Next, the process of calculating the supply assist amount Qef performed by the
まず、ステップS200で、図6でまだ取得していない検出値を各センサから取得する。差圧センサ32から、燃料フィルタ22を通過する前後で変化した燃料の差圧ΔPfを取得する。そして、ステップS210では、第一リターン流路29に流入する燃料の圧力Pretを算出する。具体的には、エンジン回転速度NEに依存して変動する圧力Pretのマップを記憶しておき、そのマップに基づいて、現在のエンジン回転速度NEに対応する圧力Pretを取得する。
First, in step S200, detection values not acquired in FIG. 6 are acquired from each sensor. The differential pressure ΔPf of the fuel, which has changed before and after passing through the
ステップS220では、メカフィードポンプ40がプランジャポンプ50を介してコモンレール25に供給すべき要求吐出量Qcmを取得する。この要求吐出量Qcmは、エンジン回転速度NE及びエンジン負荷(例えばアクセル開度)に依存して変動する。ステップS230では、添加弁15の要求噴射量Qaddを取得する。これは、NOx触媒14に吸蔵されたNOxを還元除去するために必要と想定される還元剤の量に相当する。
In step S220, the
ステップS240では、(3)式に基づいて流量減少係数Kfを算出する。この流量減少係数Kfは、燃料が燃料フィルタ22を通過する際に減少する燃料量を係数化したものである。よって、流量減少係数Kfは、差圧センサ32により検出された燃料フィルタ22を通過する前後の燃料の差圧ΔPfに基づいて算出される。
In step S240, the flow rate reduction coefficient Kf is calculated based on equation (3). The flow rate reduction coefficient Kf is obtained by converting the amount of fuel which decreases as the fuel passes through the
ステップS250では、(4)式に基づいてオリフィス56に流入する燃料の流入量Qcofを算出する。この流入量Qcofは、オリフィス56に流入する前のメカフィードポンプ40から供給される燃料の圧力とオリフィス56通過後の燃料の圧力との差圧に基づいて、算出することができる。このとき、オリフィス56に流入する前のメカフィードポンプ40により供給される燃料の圧力は添加弁直前圧P2に相当し、オリフィス56通過後の燃料の圧力は第一リターン流路29内を流れる燃料の圧力Pretに相当する。
In step S250, the inflow amount Qcof of the fuel flowing into the
ステップS260では、(5)式に基づいてレギュレータバルブ42に流入する燃料の流入量Qrvを算出する。具体的には、所定圧力Ptrgから添加弁直前圧P2を引いた差圧と、メカフィードポンプ40からレギュレータバルブ42までの配管容積Vrvを燃料の体積弾性係数Eで割った商との積を求める。算出された値が流入量Qrvに相当する。
In step S260, the inflow amount Qrv of fuel flowing into the
ところで、本実施形態のように添加弁15に燃料を供給する場合、様々な要因が添加弁15への燃料供給量に影響を与えることが想定される。
By the way, when supplying fuel to the
例えば、メカフィードポンプ40は添加弁15に燃料を供給するだけでなく、コモンレール25へ圧送するための燃料をプランジャポンプ50に供給する。あるいは、添加弁15が燃料を排気管13に添加供給する事で添加弁15に供給される燃料量が減少される。または、電動フィードポンプ21とメカフィードポンプ40との間に設けられた燃料フィルタ22に燃料が通過する際に、通過する前と後とで燃料の圧力に損失が生じるおそれがある。つまり、メカフィードポンプ40への燃料の供給量が減少するおそれがある。さらに、燃料の温度の高低により、燃料の粘性が変化し、燃料の流動性が変化することで、燃料の供給量に変動が生じるおそれがある。他にも、収容室54に燃料を供給する際に、燃料はオリフィス56を通過する。このときに、燃料の圧力に損失が生じるおそれがある。つまり、収容室54への燃料の供給量が減少するおそれがある。また、メカフィードポンプ40は添加弁15に燃料を供給するだけでなく、レギュレータバルブ42にも燃料を供給するため、添加弁15への供給量に影響を与えることが想定される。
For example, the
したがって、ステップS270では、上記の影響を考慮して、電動フィードポンプ21が供給すべき供給アシスト量Qefを算出する。
Therefore, in step S270, the supply assist amount Qef to be supplied by the
(6)式に記載されるように、メカフィードポンプ40の燃料供給量Qmfと電動フィードポンプ21の供給アシスト量Qefとの和に、流量減少係数Kfを掛けた積は燃料タンク20から汲み上げられた燃料の総量Qtotalである。一方で、(7)式に記載されるように、コモンレール25への要求吐出量Qcmと、添加弁15の要求噴射量Qaddと、オリフィス56に流入する燃料の流入量Qcofと、レギュレータバルブ42に流入する燃料の流入量Qrvとの和もまた、燃料タンク20から汲み上げられた燃料の総量Qtotalに等しい。よって、(6)式と(7)式とを等式として、電動フィードポンプ21の供給アシスト量Qefについて整理する。これにより、導出された式が(8)式である。導出された(8)式を用いて、電動フィードポンプ21の供給アシスト量Qefを算出する。そして、本制御を終了する。
As described in equation (6), the product of the sum of the fuel supply amount Qmf of the
上記構成により、本実施形態は、以下の効果を奏する。 According to the above configuration, the present embodiment has the following effects.
・メカフィードポンプ40のポンプ回転速度が低回転域にあり、添加弁15に十分な燃料を供給できない場合には、電動フィードポンプ21による燃料の供給アシストを行う事により添加弁直前圧P2を所定圧力Ptrgにまで上昇させることができる。ひいては、添加弁15は安定して排気管13内に燃料を添加することが可能となる。
· If the pump rotational speed of the
・(8)式を用いて電動フィードポンプ21の供給アシスト量Qefを算出することで、添加弁15への燃料供給量に影響を与える様々な要因を考慮することができる。したがって、電動フィードポンプ21による供給アシストで添加弁直前圧P2をより正確に所定圧力Ptrgに制御することができ、添加弁15は安定して排気管13内に燃料を供給することが可能となる。
By calculating the supply assist amount Qef of the
・メカフィードポンプ40の回転速度は、エンジン10の回転速度NEに応じて変化する。よって、図5に記載のマップを参照することで、メカフィードポンプ40が添加弁15に供給している現在の燃料供給量Qmfを容易に取得することが可能となる。
The rotational speed of the mechanical feed pump 40 changes in accordance with the rotational speed NE of the
・第一圧力センサ26はメカフィードポンプ40と添加弁15との間に配置される。これにより、添加弁15に供給される燃料の圧力が直接検出されるため、電動フィードポンプ21による燃料の供給アシストが必要であるか否かの判定、及び燃料の供給アシストが必要である場合の電動フィードポンプ21に指示すべき供給量の演算を精度高く行うことができる。
The
上記実施形態を、以下のように変更して実施することもできる。 The above embodiment can be modified as follows.
・上記実施形態において、添加弁15により排気管13内に添加供給された燃料はNOx触媒14に吸蔵されたNOxの還元除去に使用されていた。このことについて、NOxの還元除去に他の還元剤を使用してもよく、例えば還元剤として尿素水を用いてもよい。
In the above embodiment, the fuel added and supplied into the
・上記実施形態では、温度センサ55が収容室54内に設けられていた。このことについて、必ずしも収容室54内に温度センサ55が設けられる必要はなく、例えば第一リターン流路29に設けられてもよい。
In the above embodiment, the
・上記実施形態では、NOx触媒14が添加弁15の下流に設けられていた。NOx触媒14の代わりに、DPF(Diesel Particulate Filter)を備えてもよい。この場合、要求噴射量Qaddは、DPFにより捕集されたPMを燃焼するために必要と想定される燃料量に相当するよう設定する。
In the above embodiment, the
・上記実施形態では、NOx触媒14が添加弁15の下流に設けられていた。このことについて、NOx触媒14よりも上流側に、且つ添加弁15よりも下流側に、DPFを備えてもよい。この場合、要求噴射量Qaddは、DPFにより捕集されたPMを燃焼するために必要と想定される燃料量と、NOx触媒14に吸蔵されたNOxを還元除去するために必要と想定される燃料の量との和に相当する。
In the above embodiment, the
・上記実施形態では、添加弁直前圧P2を検出するために、燃料ポンプ24から添加弁15までの燃料供給経路に第一圧力センサ26を設けていた。このことについて、必ずしも燃料ポンプ24から添加弁15までの燃料供給経路に第一圧力センサ26を設ける必要はない。例えば、燃料フィルタ22から燃料ポンプ24までの燃料経路に第二圧力センサ26A(図1,2参照)を設けてもよい。この場合、数式2,5に準じて、第二圧力センサにより検出された圧力と、燃料ポンプ24から添加弁15までの燃料供給経路の配管容積Vinjと、添加弁15に供給される燃料供給量とに基づいて、添加弁直前圧P2を算出することができる(直前圧検出部に相当)。
In the embodiment described above, the
・上記実施形態では、燃料ポンプ24から添加弁15までの燃料供給経路に第一圧力センサ26を設け、添加弁直前圧P2を検出させていた。この第一圧力センサ26による添加弁直前圧P2の検出について、添加弁15から排気管13内に燃料が添加供給されることで生じる圧力変動などを実際に検出するまでには多少の遅延(検出遅れ)が発生することが想定される。つまり、第一圧力センサ26が検出した添加弁直前圧P2は、実際には検出遅れの時間分だけ前に生じた添加弁直前圧P2であるおそれがある。したがって、第一圧力センサ26により検出された添加弁直前圧P2を現在の添加弁直前圧P2として用いると、添加弁15に供給される燃料の実際の圧力との間に誤差が生じることになる。このため、現在よりも検出遅れの時間分だけ後に検出される添加弁直前圧P2を予測演算し、その予測演算された添加弁直前圧P2を現在の添加弁直前圧P2として用いてもよい(直前圧検出部に相当)。この場合、添加弁15に供給される燃料の実際の圧力との間に生じる誤差を低減することができる。
In the above embodiment, the
・上記実施形態において、電動フィードポンプ21が供給すべき供給アシスト量Qefは、添加弁15への燃料供給量に影響を与える様々な要因を想定して算出されていた。このことについて、例えば、目標燃料供給量Qtrgからメカフィードポンプ40の燃料供給量Qmfを引くことで算出される差を電動フィードポンプ21が供給すべき供給アシスト量Qefとしてもよい。この場合、図6に記載のサブルーチン処理を行わなくてよいため、供給アシスト量Qefの算出処理の簡便化を図ることが可能となる。
In the above embodiment, the supply assist amount Qef to be supplied by the
本別例又は上記実施形態で算出された供給アシスト量Qefを電動フィードポンプ21が添加弁15に供給しても、添加弁直前圧P2が所定圧力Ptrgよりも大きくならない場合に備え、供給アシスト量Qefのフィードバック制御を実施することが好適である。具体的には、ECU30により後述する図7に記載の供給アシスト量フィードバック処理を実施する。
Even if the
まずステップS300では、第一圧力センサ26に検出させた添加弁直前圧P2を取得する。そして、ステップS310で、所定圧力Ptrgから添加弁直前圧P2を引くことで、圧力乖離量ΔPを算出し、ステップS320に進む。
First, in step S300, the pressure immediately before the addition valve P2 detected by the
ステップS320では、ΔPが所定範囲内に収まっているか否かを判定する。所定範囲とは、ΔPが0に略一致していることを判定する為の範囲である。ΔPが所定範囲内に収まらない場合には(S320:NO)、ステップS330に進み、ΔPが所定範囲内に収まるように、PID制御により燃料供給量の補正値Qfbを算出する。具体的には、ΔPの比例項、積分項、微分項に基づいて、補正値Qfbを算出する。そして、ステップS340に進む。ΔPが所定範囲内に収まる場合には(S320:YES)、ステップS360に進み、燃料供給量の補正値Qfbを0として設定し、ステップS340に進む。 In step S320, it is determined whether ΔP is within a predetermined range. The predetermined range is a range for determining that ΔP substantially matches zero. If ΔP does not fall within the predetermined range (S320: NO), the process proceeds to step S330, and the correction value Qfb of the fuel supply amount is calculated by PID control so that ΔP falls within the predetermined range. Specifically, the correction value Qfb is calculated based on a proportional term, an integral term, and a differential term of ΔP. Then, the process proceeds to step S340. If ΔP falls within the predetermined range (S320: YES), the process proceeds to step S360, sets the correction value Qfb of the fuel supply amount as 0, and proceeds to step S340.
ステップS340では、本別例又は上記実施形態で算出された電動フィードポンプ21により供給される供給アシスト量Qefに、ステップS330又はステップS360で算出した燃料供給量の補正値Qfbを加算することで、電動フィードポンプ21の補正後燃料供給量Qf_efを算出する。ステップS350では、電動フィードポンプ21に補正後燃料供給量Qf_efの燃料を添加弁15に対して供給するよう指令し、本制御を終了する。これにより、電動フィードポンプ21により燃料の供給アシストを行っているにも関わらず添加弁直前圧P2が所定圧力Ptrgに届かない場合、あるいは電動フィードポンプ21により燃料の供給アシストを行うことで添加弁直前圧P2が所定圧力Ptrgよりも大きくなった場合に対して、電動フィードポンプ21による燃料の供給量の補正を実施することが可能となる。つまり、添加弁直前圧P2をより確実に所定圧力Ptrgに制御することができる。
In step S340, the correction value Qfb of the fuel supply amount calculated in step S330 or step S360 is added to the supply assist amount Qef supplied by the
・上記実施形態では、図4に記載の供給アシスト制御を実施していた。このことについて、必ずしも図4に記載の供給アシスト制御を実施する必要はなく、例えば図8に記載の供給アシスト制御を実施してもよい。 In the above embodiment, the supply assist control described in FIG. 4 is performed. In this regard, the supply assist control described in FIG. 4 does not necessarily have to be performed, and for example, the supply assist control described in FIG. 8 may be performed.
図8は図6を一部変容したものである。すなわち、ステップS210に該当するステップS410とステップS220に該当するステップS420との間には、新規にステップS415が挿入される。また、ステップS250に該当するステップS450とステップS260に該当するステップS460との間には、新規にステップS455が挿入される。さらに、ステップS270に該当するステップS470の処理後に、ステップS480とステップS490を追加する。 FIG. 8 is a partial modification of FIG. That is, step S415 is newly inserted between step S410 corresponding to step S210 and step S420 corresponding to step S220. In addition, step S455 is newly inserted between step S450 corresponding to step S250 and step S460 corresponding to step S260. Furthermore, after the process of step S470 corresponding to step S270, steps S480 and S490 are added.
ステップS415は、図4に記載のステップS150と同一の処理である。また、ステップS455は、図4に記載のステップS130と同一の処理である。ステップS480は、ステップS470にて算出された供給アシスト量Qefが0よりも大きいか否かを判定する。そして、ステップS470にて算出された供給アシスト量Qefが0よりも小さいと判定した場合には(S480:NO)、本制御を終了する。これは、メカフィードポンプ40による燃料供給のみで目標燃料供給量Qtrgよりも多くの燃料を供給できており、添加弁15は排気管13に安定して燃料を添加供給することができるためである。ステップS470にて算出された供給アシスト量Qefが0よりも大きいと判定した場合には(S480:YES)、ステップS490に進み、電動フィードポンプ21に供給アシスト量Qefの燃料を添加弁15に対して供給するよう指令し、本制御を終了する。
Step S415 is the same process as step S150 described in FIG. Step S455 is the same process as step S130 shown in FIG. Step S480 determines whether the supply assist amount Qef calculated in step S470 is larger than zero. Then, when it is determined that the supply assist amount Qef calculated in step S470 is smaller than 0 (S480: NO), this control is ended. This is because the fuel can be supplied more than the target fuel supply amount Qtrg only by the fuel supply by the
それ以外のステップについて、図8のステップS400、ステップS430、及びステップS440の処理は、それぞれ、図6のステップS200、ステップS230、及びステップS240の処理と同一である。 For the other steps, the processes of steps S400, S430, and S440 of FIG. 8 are the same as the processes of steps S200, S230, and S240 of FIG. 6, respectively.
本別例によっても、上記実施形態に準じる効果が奏される。 The effect according to the said embodiment is show | played also by this example of another.
・電動フィードポンプ21が正転駆動により燃料を燃料ポンプ24に送るほか、逆転駆動により燃料ポンプ24に供給した燃料を吸い戻すことができる機能を備えている場合を想定する。この場合、ECU30により後述する図9に記載の逆転駆動処理を実施してもよい。図9に示す逆転駆動処理は、ECU30が電源オンしている期間中にECU30によって所定周期で繰り返し実施される。
It is assumed that the
まず、ステップS500にて、第一圧力センサ26により検出される検出値に基づいて、燃料の圧力に異常が生じているか否かを判定する。例えば、第一圧力センサ26により検出される検出値が時間経過に伴って想定されない減少を生じさせている。あるいは、図7に記載のフィードバック制御を実施しており、ステップS330で算出される燃料供給量の補正値Qfbが時間の経過に伴って大きくなる場合には、燃料タンク20から供給される燃料が燃料供給経路のある区間で漏れを生じている可能性があるとして異常判定する。または、所定期間における添加弁直前圧P2の変化量が過昇圧であると判定される判定圧力よりも大きい場合に、添加弁15への燃料供給が過剰であるとして異常判定する。
First, in step S500, it is determined based on the detection value detected by the
燃料の圧力に異常が生じていないと判定した場合には(S500:NO)、後述のステップS570に進む。燃料の圧力に異常が生じていると判定した場合には(S500:YES)、ステップS510に進み、電動フィードポンプ21による燃料の供給アシストを実施している場合に、電動フィードポンプ21による燃料の供給アシストを停止させる。
If it is determined that there is no abnormality in the pressure of the fuel (S500: NO), the process proceeds to step S570 described later. If it is determined that there is an abnormality in the pressure of the fuel (S500: YES), the process proceeds to step S510, and the fuel supply assist by the
ステップS520では、電動フィードポンプ21による燃料の供給アシストを停止させたにも関わらず、変わらず燃料の圧力に異常が生じているか否かを判定する。
In step S520, it is determined whether or not there is an abnormality in the pressure of the fuel regardless of stopping the fuel supply assist by the
燃料の圧力に異常が生じていないと判定した場合には(S520:NO)、後述のステップS570に進む。電動フィードポンプ21による燃料の供給アシストを停止させたにも関わらず、変わらず燃料の圧力に異常が生じていると判定した場合には(S520:YES)、ステップS530に進む。
If it is determined that there is no abnormality in the pressure of the fuel (S520: NO), the process proceeds to step S570 described later. If it is determined that the fuel pressure is still abnormal although the fuel supply assist by the
ステップS530では、エンジン10が停止しているか否か判定する。例えば、エンジン回転速度NEが所定回転速度よりも低いことでエンジン10が停止していることを判定する。エンジン10が停止していると判定した場合には(S530:YES)、ステップS570に進む。ステップS570では、電動フィードポンプ21による吸い戻し要求の解除処理を行う。これは、燃料の圧力に異常が生じていない、又はエンジン10が停止することでメカフィードポンプ40による燃料供給が停止しており、燃料タンク20からこれ以上の燃料が燃料供給経路内に流入することがないためである。エンジン10が停止していないと判定した場合には(S530:NO)、ステップS540に進み、電動フィードポンプ21による吸い戻し要求を発令する。
In step S530, it is determined whether the
ステップS550では、電動フィードポンプ21による吸い戻し要求を発令したか否かを判定する。電動フィードポンプ21による吸い戻し要求を発令していないと判定した場合には(S550:NO)、本制御を終了する。電動フィードポンプ21による吸い戻し要求を発令していると判定した場合には(S550:YES)、ステップS560に進み、電動フィードポンプ21を逆転駆動させ、メカフィードポンプ40が燃料タンク20から汲み上げている燃料を吸い戻す。そして、本制御を終了する。
In step S550, it is determined whether a suction return request by the
よって、例えば燃料供給経路内に存在する燃料が異常に漏れていると判定した場合、電動フィードポンプ21を逆転駆動させることで、添加弁15含め燃料供給経路内に存在する燃料を燃料タンク20に戻すことが可能となる。これにより、燃料供給経路内に生じている燃料の漏れに伴う問題(燃料の消費量増加など)をいち早く抑制することができる。あるいは、添加弁15への燃料供給が過剰であると判定した場合を想定する。この場合、添加弁直前圧P2が過剰に高いため、必要量以上に燃料を噴射してしまい、消費量が大きくなる。このため、添加弁15への燃料供給が過剰であると判定された場合にも、同様に電動フィードポンプ21を逆転駆動させることで、添加弁15に供給された燃料を減少させる。これにより、添加弁直前圧P2を低減させることができ、燃料の消費量を抑えることが可能となる。
Therefore, for example, when it is determined that the fuel present in the fuel supply passage is abnormally leaking, the fuel present in the fuel supply passage including the
10…エンジン、13…排気管、14…NOx触媒、15…添加弁、20…燃料タンク、21…電動フィードポンプ、26…第一圧力センサ、30…ECU、40…メカフィードポンプ。
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記排気管における前記浄化部よりも上流に配置され、前記排気管内に排気浄化用の添加剤を添加する添加弁(15)と、
前記内燃機関の駆動力により前記内燃機関の回転速度に応じた回転速度で駆動され、前記添加剤を加圧して前記添加弁に供給する機械式供給ポンプ(40)と、
モータにより駆動され、前記添加剤の供給源(20)から前記添加剤を加圧して前記機械式供給ポンプに供給する電動式供給ポンプ(21)と、
前記機械式供給ポンプから前記添加弁に供給される前記添加剤の圧力を添加弁直前圧として検出する直前圧検出部(26)と、
前記直前圧検出部により検出された前記添加弁直前圧が所定圧力よりも低い場合に、前記添加弁直前圧が前記所定圧力よりも高くなるように、前記電動式供給ポンプを駆動させる駆動部(30)と、
を備えることを特徴とする排気浄化システム。 A purification unit (14) disposed in an exhaust pipe (13) of the internal combustion engine (10) and purifying exhaust gas;
An addition valve (15) which is disposed upstream of the purification unit in the exhaust pipe and adds an additive for exhaust gas purification into the exhaust pipe;
A mechanical feed pump (40) driven at a rotational speed according to the rotational speed of the internal combustion engine by the driving force of the internal combustion engine to pressurize the additive and supply it to the addition valve;
A motor-driven feed pump (21) driven by a motor to pressurize the additive from the additive supply source (20) and supply the additive to the mechanical feed pump;
A pressure detection unit (26) for detecting the pressure of the additive supplied from the mechanical supply pump to the addition valve as a pressure immediately before the addition valve;
Drive unit for driving the electric supply pump so that the addition valve immediately before pressure is higher than the predetermined pressure when the pressure immediately before the addition valve detected by the immediately preceding pressure detection unit is lower than a predetermined pressure 30) and
An exhaust gas purification system comprising:
前記内燃機関は、
前記燃料を高圧状態で蓄える蓄圧容器(25)と、
前記機械式供給ポンプから供給された前記燃料を前記蓄圧容器へ圧送する高圧ポンプ(50)と、
を備え、
前記排気浄化システムは、
前記電動式供給ポンプと前記機械式供給ポンプとの間に、前記燃料中の異物を捕集するフィルタ(22)と、
前記機械式供給ポンプにより供給される前記燃料の温度を検出する温度検出部(55)と、
を備え、
前記駆動部は、前記機械式供給ポンプから流出した前記燃料の流出量と、前記機械式供給ポンプから前記高圧ポンプに供給された前記燃料の供給量と、前記添加弁により噴射された前記燃料の噴射量と、前記燃料を前記フィルタに通した際に生じる第一圧力損失と、前記温度検出部により検出された前記温度と、を考慮して前記供給アシスト量を算出することを特徴とする請求項2又は3のいずれか1項に記載の排気浄化システム。 The additive is a fuel,
The internal combustion engine is
An accumulator (25) for storing the fuel under high pressure;
A high pressure pump (50) for pressure-feeding the fuel supplied from the mechanical supply pump to the pressure accumulation container;
Equipped with
The exhaust gas purification system
A filter (22) for collecting foreign matter in the fuel, between the electric supply pump and the mechanical supply pump;
A temperature detection unit (55) for detecting the temperature of the fuel supplied by the mechanical supply pump;
Equipped with
The drive unit includes an amount of outflow of the fuel flowing out from the mechanical supply pump, an amount of supply of the fuel supplied from the mechanical supply pump to the high pressure pump, and a quantity of the fuel injected by the addition valve. The supply assist amount is calculated in consideration of the injection amount, the first pressure loss generated when the fuel is passed through the filter, and the temperature detected by the temperature detection unit. The exhaust gas purification system of any one of claim 2 or 3.
前記駆動部は、前記機械式供給ポンプから前記リターン流路に流出した前記燃料の流出量をさらに考慮して前記電動式供給ポンプが供給すべき供給量としての供給アシスト量を算出することを特徴とする請求項4に記載の排気浄化システム。 The exhaust gas purification system includes a return flow path (29, 33) for returning the part of the fuel out of the fuel flowing out of the mechanical supply pump upstream of the mechanical supply pump;
The drive unit is characterized in that a supply assist amount as a supply amount to be supplied by the electric supply pump is calculated by further considering an outflow amount of the fuel flowing out from the mechanical supply pump into the return flow path. The exhaust gas purification system according to claim 4.
前記駆動部は、前記機械式供給ポンプから供給された燃料が異常に漏れていると判定した場合、あるいは、過昇圧であると判定される判定圧力よりも前記機械式供給ポンプから供給された燃料の圧力が高いと判定した場合に、前記電動式供給ポンプを逆転駆動させることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の排気浄化システム。 The motorized feed pump can be driven in reverse.
When the drive unit determines that the fuel supplied from the mechanical supply pump is leaking abnormally, or the pressure supplied from the mechanical supply pump is higher than a determination pressure determined to be an overpressure. The exhaust gas purification system according to any one of claims 1 to 7, wherein the electric supply pump is reversely driven when it is determined that the pressure of the valve is high.
前記直前圧検出部は、前記第一圧力センサにより検出された前記圧力を前記添加弁直前圧として取得することを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の排気浄化システム。 A first pressure sensor (26) disposed between the mechanical supply pump and the addition valve for detecting the pressure of the additive flowing from the mechanical supply pump into the addition valve;
The exhaust gas purification system according to any one of claims 1 to 8, wherein the immediately preceding pressure detection unit acquires the pressure detected by the first pressure sensor as the immediately preceding addition valve pressure.
前記直前圧検出部は、前記第二圧力センサにより検出された前記圧力と、前記添加弁に流れる前記添加剤の流量と、前記機械式供給ポンプから添加弁までの添加剤流入経路内の容積とに基づいて、前記添加弁直前圧を算出することを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載の排気浄化システム。 A second pressure sensor (26A) disposed between the mechanical supply pump and the electric supply pump for detecting the pressure of the additive flowing from the electric supply pump to the mechanical supply pump;
The immediately preceding pressure detection unit includes the pressure detected by the second pressure sensor, the flow rate of the additive flowing to the addition valve, and the volume in the additive inflow path from the mechanical supply pump to the addition valve. 10. The exhaust gas purification system according to any one of claims 1 to 9, wherein the pressure immediately before the addition valve is calculated based on.
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