JP2014109228A - ノズル詰まり検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】排気通路に燃料を噴射する燃料噴射装置の噴射ノズルの詰まりを検出することが可能なノズル詰まり検出装置を提供する。
【解決手段】ノズル詰まり検出装置１００は、ディーゼルエンジン１の排気通路３に燃料を噴射する燃料噴射装置４の噴射ノズル４２の詰まりを検出する。ノズル詰まり検出装置１００は、排気温度と噴射される燃料量とに基づいて噴射ノズル４２の炭化率を推定する炭化率推定部１０と、炭化率推定部１０において推定された炭化率を累積する炭化率累積部１０と、炭化率累積部１０において累積された炭化率がノズル詰まり判定値以上である場合、噴射ノズル４２が詰まっていると判定するノズル詰まり判定部１０と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、ディーゼルエンジンのＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｆｉｌｔｅｒ）再生のため排気通路に燃料を噴射する燃料噴射装置のノズルの詰まりを検出するノズル詰まり検出装置に関するものである。

ディーゼルエンジンの排気通路には、排気中の粒子状物質を捕集するフィルタであるＤＰＦが設けられている。粒子状物質のＤＰＦへの堆積量が多くなると、排気のＤＰＦにおける圧力損失が大きくなり、燃費の悪化、エミッションの増大等を引き起こす可能性がある。

そこで、特許文献１には、排気通路のＤＰＦより上流側に燃料を噴射する燃料噴射装置を設けることが記載されている。燃料噴射装置は、排気通路に燃料を噴射することで排気温度を上昇させ、ＤＰＦに堆積した粒子状物質を燃焼させてＤＰＦを再生させる。

特開２００５−９８１８４号公報

燃料噴射装置は、燃料を噴射する噴射口としての噴射ノズルを備える。噴射ノズルは、排気通路内に臨むように設けられるので、長期使用によって詰まりが生じる可能性がある。噴射ノズルが詰まると、適切な量の燃料を噴射することができなくなり、ＤＰＦの再生が不十分となって、排気の浄化能力が低下する。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、排気通路に燃料を噴射する燃料噴射装置の噴射ノズルの詰まりを検出することが可能なノズル詰まり検出装置を提供することを目的とする。

本発明は、ディーゼルエンジンの排気通路に燃料を噴射する燃料噴射装置の噴射ノズルの詰まりを検出するノズル詰まり検出装置であって、排気温度と噴射される燃料の流量とに基づいて噴射ノズルの炭化率を推定する炭化率推定部と、炭化率推定部において推定された炭化率を累積する炭化率累積部と、炭化率累積部において累積された炭化率がノズル詰まり判定値以上である場合、噴射ノズルが詰まっていると判定するノズル詰まり判定部と、を備えることを特徴とする。

本発明では、噴射ノズルの炭化率を推定して累積していき、累積された炭化率がノズル詰まり判定値以上である場合に噴射ノズルが詰まっていると判定するので、ノズル詰まり判定値の設定次第で実際に詰まりが発生する前に噴射ノズルの詰まりを検出することができ、噴射ノズルの詰まりによる排気の浄化能力の低下を防止することができる。

本発明の実施形態に係るノズル詰まり検出装置を搭載したエンジンの構成図である。 ＡＨＩの内部構成を示す構成図である。 コントローラの処理内容を示すフローチャートである。 燃料温度と燃料流量と燃料供給路の燃料温度との関係を示すマップである。 コンプレッサ温度と空気流量と空気供給路の空気温度との関係を示すマップである。 燃料供給路の燃料温度と空気供給路の空気温度とＡＨＩの内部温度との関係を示すマップである。 排気温度とＡＨＩの内部温度とＡＨＩノズルの温度との関係を示すマップである。 ＡＨＩノズルの温度と燃料流量とＡＨＩノズルの炭化率との関係を示すマップである。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

図１は、本実施形態におけるノズル詰まり検出装置１００を搭載したディーゼルエンジン１（以下、単に「エンジン１」という）の構成図である。

エンジン１は、吸気が流れる吸気通路２と、燃焼後の排気が流れる排気通路３と、排気通路３内に燃料を噴射するＡＨＩ（Ａｆｔｅｒｔｒｅａｔｍｅｎｔ Ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎ Ｉｎｊｅｃｔｏｒ）４と、を備える。

吸気通路２は、上流側から順に、エアクリーナ２１、ターボチャージャ２２及びインタークーラ２３を有する。エアクリーナ２１を介して吸入された吸気は、ターボチャージャ２２によって圧縮され、インタークーラ２３によって冷却された後、エンジン１の燃焼室内へ吸入される。

排気通路３は、上流側から順に、タービン３１、ＤＯＣ（Ｄｉｅｓｅｌ Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ Ｃａｔａｌｙｓｔ：酸化触媒）３２、ＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｆｉｌｔｅｒ）３３及びＳＣＲ（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｃａｔａｌｙｔｉｃ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）触媒３４を有する。

タービン３１は、排気の圧力によって回転し、同軸上に配置されるターボチャージャ２２を回転駆動する。ＤＯＣ３２は、排気中のＮＯ（一酸化窒素）をＮＯ_２（二酸化窒素）へと酸化させるとともに、未燃焼燃料であるＨＣを酸化させてＨ_２ＯとＣＯ_２とに変化させる。ＤＰＦ３３は、排気中の粒子状物質を捕集するフィルタである。ＳＣＲ触媒３４は、尿素水溶液から生成される還元剤としてのアンモニアを用いてＮＯｘ（窒素酸化物）を選択還元浄化する。

排気通路３はさらに、ＤＯＣ３２より上流側の排気温度を検出する排気温度センサ３５を備える。排気温度センサ３５の検出値はコントローラ１０へ送信される。

ＡＨＩ４は、燃料タンク（不図示）から供給される加圧燃料とコンプレッサ（不図示）から供給される加圧空気とを切り換えて送出するＡＨＩマニホールド４１と、ＡＨＩマニホールド４１から送出された燃料及び空気を排気通路３内へ噴射するＡＨＩノズル４２と、を備える。

ここで、ＤＰＦ３３は、排気中の粒子状物質を捕集するフィルタであるので、ＤＰＦ３３に堆積した粒子状物質が多くなるとＤＰＦ３３が目詰まりを起こし、排気の浄化性能が低下する可能性がある。そこで、ＤＰＦ３３の上流側と下流側との差圧が所定圧以上である等の一定の条件を満たす場合には、ＤＰＦ３３に堆積した粒子状物質を燃焼させて除去するＤＰＦ再生が行われる。ＤＰＦ再生時、ＡＨＩノズル４２から排気通路３内へ燃料が噴射される。これにより、排気通路３に排出された未燃焼燃料は、ＤＯＣ３２において酸化（燃焼）し、反応熱によって排気温度が上昇し、ＤＰＦ３３に堆積した粒子状物質が燃焼して除去される。

図２は、ＡＨＩ４の内部構成を示す構成図である。

ＡＨＩマニホールド４１は、加圧燃料を導く燃料供給路４３と、加圧空気を導く空気供給路４４と、加圧燃料及び加圧空気をＡＨＩノズル４２へと導く燃料空気供給路４５と、を有する。

燃料供給路４３は、燃料ポンプ（不図示）を介して燃料タンク（不図示）に連通しており、燃料ポンプから吐出される加圧燃料が燃料供給路４３へ供給される。燃料供給路４３は、上流側から順に、燃料遮断弁４６、チェック弁４７、圧力センサ４８及び燃料供給弁４９を有する。燃料遮断弁４６及び燃料供給弁４９は、それぞれ電磁弁であり、ＡＨＩ４による燃料噴射を制御する排気後処理コントローラ（不図示）から送信される駆動電流に応じて開閉する。チェック弁４７は、燃料供給路４３において燃料遮断弁４６を通過した燃料の逆流を規制する。圧力センサ４８は、チェック弁４７と燃料供給弁４９との間における燃料の圧力を検出し、検出信号を排気後処理コントローラに送信する。

空気供給路４４は、コンプレッサ（不図示）を介して外気に連通しており、コンプレッサから吐出される加圧空気が空気供給路４４へ供給される。空気供給路４４は、上流側から順に、空気遮断弁５０及びチェック弁５１を有する。空気遮断弁５０は、電磁弁であり、排気後処理コントローラから送信される駆動電流に応じて開閉する。チェック弁５１は、空気供給路４４において空気遮断弁５０を通過した空気の逆流を規制する。

ＡＨＩノズル４２は、燃料空気供給路４５の下流端において、噴口が排気通路３に臨むように設けられ、圧送される燃料及び空気を排気通路３内へと噴射する。

ＡＨＩ４は以上のように構成され、燃料ポンプから燃料供給路４３に加圧燃料が供給されている状態で、燃料供給弁４９を閉塞するとともに燃料遮断弁４６を開放する。燃料遮断弁４６を通過した燃料は、チェック弁４７と燃料供給弁４９との間に流入し、この燃料の圧力が圧力センサ４８によって検出される。その後、燃料遮断弁４６を閉塞すると、所定圧の燃料がチェック弁４７と燃料供給弁４９との間に保持される。

次いで、上記のようにＤＰＦ再生が必要と判断されると、燃料供給弁４９を開放する。これにより、燃料供給路４３に保持されている燃料が、燃料空気供給路４５及びＡＨＩノズル４２を介して排気通路３内へ噴射される。このとき、空気遮断弁５０は閉塞しており、空気供給路４４のチェック弁５１は燃料の圧力によって閉じているので、燃料が空気供給路４４に逆流することはない。

ＤＰＦ再生のための燃料噴射が終了すると、燃料供給弁４９を閉塞するとともに空気遮断弁５０を開放する。これにより、コンプレッサから吐出される加圧空気が空気供給路４４、燃料空気供給路４５及びＡＨＩノズル４２を介して排気通路３内へと噴射される。よって、燃料空気供給路４５及びＡＨＩノズル４２内に付着した燃料がパージされる。

次に、ＡＨＩノズル４２の詰まりを検出するノズル詰まり検出装置１００について説明する。

ノズル詰まり検出装置１００は、図１に示すように、コントローラ１０と、排気温度センサ３５と、燃料タンクなどの燃料の温度を検出する燃料温度センサ１１と、燃料供給路４３へ導入される燃料の流量を検出する燃料流量センサ１２と、空気供給路４４へ空気を導入するコンプレッサの温度を検出するコンプレッサ温度センサ１３と、空気供給路４４へ導入される空気の流量を検出する空気流量センサ１４と、を有する。各センサ１１〜１４の検出値は、コントローラ１０へ送信される。

図３は、コントローラ１０の処理内容を示すフローチャートである。この処理は、新品のＡＨＩ４が搭載されたエンジン１を初めて始動する時に開始される。すなわち、処理の開始時は、例えば、エンジン１が搭載された車両の出荷時や、ＡＨＩノズル４２が詰まっていると検出されてＡＨＩ４を交換した後、最初のエンジン始動時などである。

ステップＳ１においてコントローラ１０は、ＡＨＩノズル４２の炭化率の累積値ＦＶを０に設定する。図３の処理は、前述のように、新品のＡＨＩ４が搭載されたエンジン１を初めて始動する時に開始されるので、本ステップでは炭化率の累積値ＦＶを０に設定してリセットする。

ステップＳ２においてコントローラ１０は、燃料供給路４３の燃料温度を推定する。燃料供給路４３の燃料温度は、図４のマップを参照して、燃料温度センサ１１によって検出された燃料温度と燃料流量センサ１２によって検出された燃料流量とに基づいて推定される。すなわち、燃料温度が高いほど、また燃料流量が大きいほど、燃料供給路４３の燃料温度が高く推定される。

ステップＳ３においてコントローラ１０は、空気供給路４４の空気温度を推定する。空気供給路４４の空気温度は、図５のマップを参照して、コンプレッサ温度センサ１３によって検出されたコンプレッサ温度と空気流量センサ１４によって検出された空気流量とに基づいて推定される。すなわち、コンプレッサ温度が高いほど、また空気流量が大きいほど、空気供給路４４の空気温度が高く推定される。

ステップＳ４においてコントローラ１０は、ＡＨＩ４の内部温度を推定する。ＡＨＩ４の内部温度は、図６のマップを参照して、燃料供給路４３を流れる燃料の温度と空気供給路４４を流れる空気の温度とに基づいて推定される。すなわち、燃料供給路４３の燃料温度が高いほど、また空気供給路４４の空気温度が高いほど、ＡＨＩ４の内部温度が高く推定される。

ステップＳ５においてコントローラ１０は、ＡＨＩノズル４２の温度を推定する。ＡＨＩノズル４２の温度は、図７のマップを参照して、排気温度センサ３５によって検出された排気温度とステップＳ４において推定されたＡＨＩ４の内部温度とに基づいて推定される。すなわち、排気温度が高いほど、またＡＨＩ４の内部温度が高いほど、ＡＨＩノズル４２の温度が高く推定される。

ステップＳ６においてコントローラ１０は、ＡＨＩノズル４２の炭化率を推定する。ＡＨＩノズル４２の炭化率は、図８のマップを参照して、ステップＳ５において推定されたＡＨＩノズル４２の温度と燃料流量センサ１２によって検出された燃料流量とに基づいて推定される。すなわち、ＡＨＩノズル４２の温度が高いほど、また燃料流量が大きいほど、ＡＨＩノズル４２の炭化率が高く推定される。

ステップＳ７においてコントローラ１０は、ＡＨＩノズル４２の炭化率の累積値ＦＶに、ステップＳ６において推定された炭化率を加算する。つまり、ＡＨＩノズル４２の炭化率が累積される。

ステップＳ８においてコントローラ１０は、ＡＨＩノズル４２の炭化率の累積値ＦＶがノズル詰まり判定値以上であるか否かを判定する。累積値ＦＶがノズル詰まり判定値以上であると判定されると処理がステップＳ９へ進み、ＡＨＩノズル４２の詰まりがあると判断される。一方、累積値ＦＶがノズル詰まり判定値より小さいと判定されると処理がステップＳ１０へ進み、ＡＨＩノズル４２の詰まりがないと判断され、処理がステップＳ２へ進む。

ノズル詰まり判定値は、ＡＨＩノズル４２の炭化率の累積値からＡＨＩノズル４２が詰まっていると判断できる程度の値に予め設定される。また、ノズル詰まり判定値をＡＨＩノズル４２の詰まりが実際に発生する場合の累積値より小さい値に設定しておくことで、ＡＨＩノズル４２の詰まりが実際に発生する前にＡＨＩ４のノズル詰まりがあると判断することができる。

以上の実施形態によれば、以下に示す効果を奏する。

ＡＨＩノズル４２の炭化率の累積値ＦＶがノズル詰まり判定値以上であると判定されると、ＡＨＩノズル４２の詰まりがあると判定されるので、ノズル詰まり判定値の設定次第で実際に詰まりが発生する前にＡＨＩノズル４２の詰まりを検出することができ、ＡＨＩノズル４２の詰まりによる排気の浄化能力の低下を防止することができる。

さらに、ＡＨＩノズル４２の炭化率は、ＡＨＩノズル４２の温度が高いほど、また燃料流量センサ１２によって検出された燃料流量が大きいほど、高く推定される。ＡＨＩノズル４２の温度は、排気温度が高いほど高く推定される。したがって、ＡＨＩノズル４２の炭化率は、排気温度が高いほど、また燃料流量が大きいほど、高く推定されるので、燃料が炭化してＡＨＩノズル４２に付着しやすい条件に応じて炭化率を精度よく推定することができる。

さらに、ＡＨＩノズル４２の温度は、排気温度が高いほど、またＡＨＩ４の内部温度が高いほど、高く推定されるので、ＡＨＩノズル４２の温度をより精度よく推定することができる。

さらに、ＡＨＩ４の内部温度は、燃料供給路４３の燃料温度が高いほど、また空気供給路４４の空気温度が高いほど、高く推定されるので、ＡＨＩ４の内部温度をより精度よく推定することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

例えば、上記実施形態では、ＡＨＩ４の内部温度を燃料供給路４３を流れる燃料の温度と空気供給路４４を流れる空気の温度とに基づいて推定しているが、ＡＨＩ４の内部温度をセンサなどによって直接検出してもよい。

１ ディーゼルエンジン
４ ＡＨＩ（燃料噴射装置）
１０ コントローラ（炭化率推定部、炭化率累積部、ノズル詰まり判定部、ノズル温度推定部、内部温度推定部）
４２ ＡＨＩノズル（噴射ノズル）
４３ 燃料供給路
４４ 空気供給路
１００ ノズル詰まり検出装置

Claims (6)

1. ディーゼルエンジンの排気通路に燃料を噴射する燃料噴射装置の噴射ノズルの詰まりを検出するノズル詰まり検出装置であって、
   排気温度と噴射される燃料の流量とに基づいて前記噴射ノズルの炭化率を推定する炭化率推定部と、
   前記炭化率推定部において推定された炭化率を累積する炭化率累積部と、
   前記炭化率累積部において累積された炭化率がノズル詰まり判定値以上である場合、前記噴射ノズルが詰まっていると判定するノズル詰まり判定部と、
   を備えることを特徴とするノズル詰まり検出装置。
2. 請求項１に記載のノズル詰まり検出装置であって、
   前記炭化率推定部は、排気温度が高いほど、また噴射される燃料の流量が大きいほど、前記噴射ノズルの炭化率を高く推定する、
   ことを特徴とするノズル詰まり検出装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載のノズル詰まり検出装置であって、
   排気温度と前記燃料噴射装置の内部温度とに基づいて前記噴射ノズルの温度を推定するノズル温度推定部をさらに備え、
   前記炭化率推定部は、ノズル温度推定部において推定された前記噴射ノズルの温度と噴射される燃料の流量とに基づいて前記噴射ノズルの炭化率を推定する、
   ことを特徴とするノズル詰まり検出装置。
4. 請求項３に記載のノズル詰まり検出装置であって、
   前記ノズル温度推定部は、排気温度が高いほど、また前記燃料噴射装置の内部温度が高いほど、前記噴射ノズルの温度を高く推定する、
   ことを特徴とするノズル詰まり検出装置。
5. 請求項３又は請求項４に記載のノズル詰まり検出装置であって、
   前記燃料噴射装置は、前記噴射ノズルに加圧燃料を供給する燃料供給路と、前記噴射ノズルに加圧空気を供給する空気供給路と、を有し、
   前記燃料噴射装置の内部温度は、前記燃料供給路を流れる燃料の温度と、前記空気供給路を流れる空気の温度と、に基づいて推定される、
   ことを特徴とするノズル詰まり検出装置。
6. 請求項５に記載のノズル詰まり検出装置であって、
   前記燃料噴射装置の内部温度は、前記燃料供給路を流れる燃料の温度が高いほど、また前記空気供給路を流れる空気の温度が高いほど、高く推定される、
   ことを特徴とするノズル詰まり検出装置。

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