JP6447823B2 - 燃料供給装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の排気通路に燃料を添加する添加弁に燃料を供給する燃料供給装置に関する。

従来、内燃機関の排気通路に設けられたディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）の再生処理や、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されたＮＯｘの還元処理などの目的で、排気通路に燃料を添加する添加弁を備えたシステムが知られている（例えば特許文献１参照）。この種のシステムでは、メカ式、又は電動のフィードポンプを用いて燃料を昇圧し、昇圧した燃料を添加弁に供給して燃料添加を実施している。特許文献１には、フィードポンプとしての燃料供給ポンプから燃料噴射弁（添加弁）に燃料が供給されるシステムが開示されている。

特開２０１０−２０３３９６号公報

ところで、内燃機関の運転状態や排気ガスの状態や後処理装置（ＤＰＦ、ＮＯｘ吸蔵還元触媒等）における処理内容に応じた最適な圧力で、添加弁の燃料添加を実施する必要がある。例えば、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の還元処理では、短時間でリッチ雰囲気にする必要があるために、高噴射圧で燃料添加を実施するのが好ましい。しかしながら、添加弁に供給する燃料をフィードポンプを用いて昇圧する従来手法では、昇圧出来る圧力に限りがあるため、広範囲の圧力域での燃料添加が難しいという課題がある。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、広範囲の圧力域での燃料添加を実施できる、添加弁に燃料を供給する燃料供給装置を提供することを目的とする。

（第１発明）
上記課題を解決するために、第１発明に係る燃料供給装置は、
内燃機関の筒内に燃料を噴射するインジェクタに供給する高圧燃料を蓄えるコモンレールから燃料が供給されて、その燃料を蓄えるリザーバーと、
前記リザーバーの燃料圧力を、前記コモンレールの燃料圧力より小さい所定の圧力レベルに調整する調整手段とを備え、
前記リザーバーの燃料を、前記内燃機関の排気通路に燃料を添加する添加弁に供給し、
前記調整手段は、
前記コモンレールに設けられて、開弁時に前記コモンレールの燃料を前記コモンレールの外に放出させる減圧弁と、
前記リザーバー内の圧力を検出するセンサと、
前記減圧弁の開閉を制御する制御手段とを備え、
前記リザーバーは、前記減圧弁から放出された燃料を蓄え、
前記制御手段は、前記センサの検出値が前記圧力レベルを満たしているか否かを判断する判断手段を備え、前記検出値が前記圧力レベル未満の場合には前記圧力レベルを満たすように前記減圧弁を開くことを特徴とする。
（第２発明）
第２発明に係る燃料供給装置は、
内燃機関の筒内に燃料を噴射するインジェクタに供給する高圧燃料を蓄えるコモンレールから燃料が供給されて、その燃料を蓄えるリザーバーと、
前記リザーバーの燃料圧力を、前記コモンレールの燃料圧力より小さい所定の圧力レベルに調整する調整手段とを備え、
前記リザーバーの燃料を、前記内燃機関の排気通路に燃料を添加する添加弁に供給し、
前記リザーバーは、前記リザーバー内の燃料に接する形で設けられて前記リザーバー内の燃料の圧力を受けて伸縮する伸縮部を有し、
前記伸縮部は、別々に設けられた前記リザーバーの入口及び出口よりも重力方向の上側に設けられることを特徴とする。

本発明によれば、リザーバーには、筒内噴射用の高圧燃料を蓄えるコモンレールからの燃料が供給されて、そのリザーバーの燃料が添加弁に供給される。つまり、リザーバーを介して、コモンレールの燃料を用いて燃料添加が行われる。これによって、ポンプで昇圧した燃料を用いる従来手法に比べて、より高い噴射圧での燃料添加が可能、つまり広範囲の圧力域での燃料添加を実施できる。また、コモンレールの燃料圧力は筒内噴射用に設定されており、排気通路に添加する燃料の圧力としてそのまま用いるのは好ましくないが、本発明では、リザーバーの燃料圧力を、コモンレールの燃料圧力より小さい所定の圧力レベルに調整する調整手段を備えているので、排気通路への燃料添加を適切な圧力で実施できる。

エンジンシステムの構成図である。 減圧弁の内部構造を例示した図である。 ＥＣＵが実行するリザーバーの圧力制御及び添加弁の燃料添加制御のフローチャートである。 図３の処理に関連する各パラメータのタイミングチャートである。 リザーバー内の燃料の体積弾性係数及び添加弁の噴射前後のリザーバー内の圧力差と、リザーバー容積との関係を示した図である。 リザーバー内に気体を封入した例を示した図である。 リザーバー内にダンパー構造体を封入した例を示した図である。 リザーバー内のダンパー機能やエア混入率とリザーバー内の燃料の体積弾性係数との関係を示した図である。

以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の燃料供給装置が適用されたコモンレール式のエンジンシステム１の構成図を示している。エンジンシステム１は、車両に搭載されて、車両を駆動する内燃機関としての多気筒のディーゼルエンジン（以下、単にエンジンという）を備えて、そのエンジンの運転を制御したり、エンジンから排出される排気ガスを浄化したりするシステムである。先ず、エンジンシステム１の構成を説明する。

エンジンシステム１においては、エンジンの筒内に噴射する燃料が貯蔵される燃料タンク４と、その燃料タンク４から燃料を汲み上げる電動フィードポンプ５と、電動フィードポンプ５を駆動する電動ポンプ駆動ドライバ６とが設けられている。電動フィードポンプ５で汲み上げられた燃料は配管７を通ってサプライポンプ９に送られるようになっている。配管７の途中には燃料中の異物を除去する燃料フィルタ８が設けられている。配管７を通る燃料の圧力は例えば数１００ｋＰａである。

燃料フィルタ８とサプライポンプ９の間の配管７には、燃料の圧力を検出する燃圧センサ１１が設けられている。ＥＣＵ２８は、燃圧センサ１１により検出される圧力が所定圧力となるように電動フィードポンプ５の回転を制御する。なお、電動フィードポンプ５を一定回転で制御する場合には、燃圧センサ１１は設けられていなくても良い。

また、本実施形態では、燃料タンク４の位置にフィードポンプ５を設けた例を示したが、そのフィードポンプ５に代えて、又は加えてサプライポンプ９内にフィードポンプが設けられたとしても良い。サプライポンプ９内にもフィードポンプが設けられるシステムにおいては、電動フィードポンプ５で汲み上げられた燃料の圧力が、サプライポンプ９内のフィードポンプで昇圧される。この場合、電動フィードポンプ５及びこれに接続される配管７は、サプライポンプ９内のフィードポンプ、コモンレール２の燃料に比べて低い圧力の低圧部として機能する。また、サプライポンプ９内のフィードポンプは、コモンレール２の燃料圧力に比べて低い圧力で燃料を昇圧する中圧部として機能する。また、コモンレール２は高圧力の燃料を蓄積保持する高圧部として機能する。

燃料フィルタ８とサプライポンプ９の間の配管７には、タンクモジュール４、５に繋がったリターン配管１０が分岐している。リターン配管１０にはリリーフバルブ１２が設けられている。そのリリーフバルブ１２は、配管７からタンクモジュール４、５への方向には流体の流れを許容し、その逆方向への流れは禁止する逆止弁（チェック弁）である。配管７の燃料が所定圧力以上の場合にリリーフバルブ１２が開弁して、配管７を流れる燃料の一部がリターン配管１０を介してタンクモジュール４、５に戻るようになっている。

燃料フィルタ８の下流にはサプライポンプ９が設けられている。サプライポンプ９は、公知の構造の可変吐出量高圧ポンプであり、電動フィードポンプ５から燃料フィルタ８を介して供給される燃料を、内蔵するフィードポンプでフィード圧まで加圧した後、吸入調整弁によって所定量をプランジャ室に吸入し、さらに加圧して吐出する。なお、サプライポンプ９は、フィードポンプを内蔵しないものであっても良い。サプライポンプ９はエンジンのクランクを動力源として駆動する。サプライポンプ９からは、例えば数十ＭＰａ〜数百ＭＰａに加圧された高圧燃料が吐出される。また、サプライポンプ９にはリターン配管１３が接続されている。サプライポンプ９では、供給された燃料の一部を用いて冷却が行われ、冷却に用いた燃料がリターン配管１３を介してタンクモジュール４、５に戻るようになっている。

サプライポンプ９から吐出された高圧燃料は、高圧配管１４を介してコモンレール２に供給される。そのコモンレール２は、サプライポンプ９から供給された高圧燃料を、圧力を保持した状態で蓄積（蓄圧）する。コモンレール２に蓄圧された圧力は、インジェクタ３の燃料噴射圧に相当する。コモンレール２の一端側には、コモンレール２に蓄圧された燃料圧力（コモンレール圧）を検出する燃圧センサ１５が設けられている。

コモンレール２の他端側にはコモンレール圧を低下させるための減圧弁１７が設けられている。図２は、減圧弁１７の内部構造を例示した図である。図２に示すように、減圧弁１７は、例えばソレノイドにより駆動する電磁弁であり、詳しくは、ソレノイドとしてのコイル１８と、コイル１８の内側においてコイル１８の軸方向に摺動可能に設けられた可動鉄心１９と、可動鉄心１９の一端側に設けられて可動鉄心１９をコイル１８の内側から突出させる方向に付勢するバネ２０と、可動鉄心１９の他端側に固定される形で設けられてコモンレール２内に形成されたリターン通路２ｂの開閉を行う開閉部２１とを備える。

コイル１８が通電されていない時には、バネ２０により可動鉄心１９がコイル１８から突出する方向に付勢されることで、開閉部２１はリターン通路２ｂを閉鎖（シール）、つまりコモンレール２の燃料蓄積空間２ａとリターン通路２ｂとが遮断状態となる。コイル１８が通電された時には、その通電により発生した電磁力により、可動鉄心１９がバネ２０の付勢力に打ち勝ってコイル１８の内側に引き込まれる。この引き込みに伴い、開閉部２１が、リターン通路２ｂを閉鎖（シール）する位置から離れて、燃料蓄積空間２ａとリターン通路２ｂとが導通する。なお、燃料蓄積空間２ａとリターン通路２ｂとは小径部２ｃ（オリフィス）を介して接続される。その小径部２ｃは、減圧弁１７内に設けられたとしても良いし、コモンレール２内に設けられたとしても良い。燃料蓄積空間２ａとリターン通路２ｂとが導通すると、燃料蓄積空間２ａに蓄積されていた燃料がリターン通路２ｂを介してコモンレール２の外に放出される。その放出により、コモンレール圧が下がる。これにより、車両走行状態に応じた噴射圧へ素早く減圧制御するとともに、コモンレール２内の燃料圧力が過大となった時に開弁して、燃料を一気に放出するプレッシャリミッタを兼ねている。

図１の説明に戻って、コモンレール２に蓄積された高圧燃料は、気筒ごとに設けられたインジェクタ３に供給される。すなわち、コモンレール２（燃料蓄積空間２ａ）と各インジェクタ３は、配管２９により常時導通状態で接続されている。

インジェクタ３は、気筒の上部を構成するシリンダヘッドにおいて先端部が筒内に露出する形で設けられ、先端部に形成された噴孔から筒内にコモンレール２から送られた燃料を噴射する装置である。インジェクタ３は、公知のピエゾ式又はソレノイド式の開閉弁構造を有する。詳しくは、インジェクタ３のハウジング内にはアクチュエータ（ピエゾアクチュエータ又はソレノイドアクチュエータ）が設けられ、ハウジングの先端側にはノズルボディが設けられる。ノズルボディ内には、ノズルボディの軸方向（上下方向）に摺動可能に設けられたニードルが設けられる。ノズルボディとニードルの間の空間には燃料が流通する流通路とされている。

アクチュエータの非通電時にはニードルは、ノズルボディの先端部を塞いでおり、この状態では燃料の噴射は行われない。アクチュエータが通電されると、ニードルの上側に設けられた弁が開いて、その弁を介して、ニードルの上側の燃料がリターン配管１６（図１参照）に流れる。それに伴い、ニードル上側の圧力が下がって、ニードルが上方に移動する。その移動に伴い、ノズルボディの先端部が開いて、その先端部から燃料が噴射される。なお、リターン配管１６に流れた燃料はタンクモジュール４、５に戻される。

減圧弁１７の開弁時にコモンレール２から放出された燃料はリザーバー２３に供給される。すなわち、コモンレール２内に形成されたリターン通路２ｂ（図２参照）とリザーバー２３の間は配管２２で接続されている。リザーバー２３には配管２２と接続した入口２３ａが形成されており、その入口２３ａがリザーバー２３内の空間に導通している。リザーバー２３は、コモンレール２から放出された燃料を蓄える蓄圧部である。リザーバー２３には、リザーバー２３内の燃料圧力を所定の最大圧力以下に調整するチェックバルブ２４（逆止弁）が設けられている。さらに、リザーバー２３には、リザーバー２３内の燃料圧力を検出する燃圧センサ２６が設けられている。

チェックバルブ２４は、リザーバー２３の内側から外側の方向が流通を許容する順方向、外側から内側の方向が流通を禁止する逆方向となるように設けられる。チェックバルブ２４は、リターン配管２５を介してタンクモジュール４、５に繋がっている。チェックバルブ２４が開弁する圧力、すなわちリザーバー２３で蓄圧できる最大圧力は、コモンレール２の燃料圧力（数十ＭＰａ以上）より小さい圧力（例えば数ＭＰａ）に設定されている。リザーバー２３内の圧力がチェックバルブ２４の開弁圧力を超えた場合には、チェックバルブ２４が開弁して、リザーバー２３内の燃料の一部がチェックバルブ２４を介してリザーバー２３の外に放出される。その結果、リザーバー２３内の圧力は所定の最大圧力以下に減圧される。リザーバー２３から放出された燃料は、リターン配管２５を介してタンクモジュール４、５に戻される。

エンジンの排気通路には、排気ガスを浄化する浄化部が設けられている。その浄化部は、排気ガス中のＨＣやＣＯを酸化浄化する酸化触媒、その酸化触媒の下流に設けられて排気ガス中のＰＭを捕集するＤＰＦ、及び酸化触媒の下流に設けられてリーン雰囲気においてＮＯｘを吸蔵し、リッチ雰囲気において吸蔵されたＮＯｘを還元浄化するＮＯｘ吸蔵還元触媒（ＬＮＴ：Ｌｅａｎ ＮＯｘ Ｔｒａｐ）を含む。なお、酸化触媒とＤＰＦは一体型、つまり酸化触媒付きのＤＰＦであっても良い。また、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に代えて、尿素により選択的にＮＯｘを還元するＳＣＲ触媒（ＳＣＲ：Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｃａｔａｌｙｔｉｃ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）が設けられたとしても良い。

浄化部の上流の排気通路には、排気通路に燃料を添加する添加弁２７が設けられている。添加弁２７による燃料添加は、例えばＤＰＦに捕集されたＰＭを燃焼除去してＤＰＦを再生させる再生処理や、ＬＮＴに吸蔵されたＮＯｘを還元させるためリッチ雰囲気にする還元処理のために実施される。添加弁２７は、インジェクタ３と同様の構造を有し、すなわち、ニードルとそのニードルを駆動するアクチュエータとを有し、アクチュエータによりニードルが上方に移動して、その移動に伴いノズル先端から燃料を噴射する。

添加弁２７には、配管３１を介してリザーバー２３内の燃料が常時供給されるようになっている。すなわち、リザーバー２３には、リザーバー２３内の燃料を外に出すための出口２３ｂが形成されており、その出口２３ｂに配管３１の一端が接続され、配管３１の他端が添加弁２７に接続されている。添加弁２７、配管３１、リザーバー２３及び配管２２内の燃料圧力は同一圧力（リザーバー２３の圧力）となっている。

エンジンシステム１にはＥＣＵ２８（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）が設けられている。そのＥＣＵ２８は、エンジンシステム１に設けられた各センサ（エンジン回転数センサ、アクセルペダルセンサなど）の検出値に基づいて、インジェクタ３による燃料噴射（燃料噴射量、噴射時期、噴射圧など）を制御する（エンジンの運転を制御する）。また、ＥＣＵ２８は、燃圧センサ１１が検出する圧力が所定圧となるように、電動フィードポンプ５の回転を制御（電動ポンプドライバ６を制御）する。また、ＥＣＵ２８は、燃圧センサ１５が検出するコモンレール圧が所定圧となるようにサプライポンプ９に吐出させる高圧燃料の吐出量を調整したり、減圧弁１７を駆動してコモンレール圧を減圧したりする。

さらに、ＥＣＵ２８は添加弁２７による燃料添加を制御するとともに、その添加弁制御に関連して減圧弁１７及びサプライポンプ９の駆動を制御することでリザーバー２３の燃料圧力を制御する。以下、ＥＣＵ２８によるリザーバー２３の圧力制御及び添加弁２７の燃料添加制御を詳細に説明する。図３は、ＥＣＵ２８が実行する圧力制御及び燃料添加制御のフローチャートを示している。また、図４は、図３の処理に関連する各パラメータのタイミングチャートであり、上から、リザーバー２３の圧力、添加弁２７の駆動、サプライポンプ９の流量、減圧弁１７の流量を示している。また、図４の時間軸上に示した（１）〜（５）は、図３の各処理に対応しており、具体的には、（１）はＳ１〜Ｓ５の処理に対応し、（２）はＳ６の処理に対応し、（３）はＳ６、Ｓ７の処理に対応し、（４）はＳ８の処理に対応し、（５）は図３の処理終了後に対応している。図３の処理は、例えばエンジンの始動と同時に開始し、以降、所定周期で繰り返し実行される。

図３の処理を開始すると、ＥＣＵ２８は、先ず燃圧センサ２６が検出するリザーバー２３の圧力が所定圧力未満か否かを判断する（Ｓ１）。この所定圧力は、状況に応じて変化させても良いし、予め定められた一定値であっても良い。図４の最上段の図には、所定圧力のライン１０１及びチェックバルブ２４の開弁圧力のライン１０２を図示している。Ｓ１の所定圧力は、チェックバルブ２４の開弁圧力よりも低い値に設定される（図４参照）。

Ｓ１の所定圧力を変化させる場合には、ＥＣＵ２８は、例えばエンジンの運転状態（例えばエンジン回転数、エンジン負荷（インジェクタ３の噴射量の指令値）など）、排気ガスの状態（排気温度、排気流量など）や、浄化部でどういう処理を行うかに基づいて、所定圧力を設定する。例えば、排気温度が低い時には、添加弁２７から噴射された燃料が蒸発しにくいので、リザーバー２３の最低圧力（所定圧力）を高くして添加弁２７の噴射圧を高くすることで、燃料を蒸発しやすくできる。また、例えば、浄化部としてのＬＮＴにおいてＮＯｘの還元処理を行う場合には、短時間でリッチ雰囲気にする必要があるため、リザーバー２３の最低圧力（所定圧力）を高くして添加弁２７の噴射率（単位時間当たりの噴射量）を高くする。

リザーバー２３の圧力が所定圧力以上の場合には（Ｓ１：Ｎｏ）、リザーバー２３の圧力の昇圧を行う必要が無いとして、Ｓ７に進む。これに対し、リザーバー２３の圧力が所定圧力未満の場合には（Ｓ１：Ｙｅｓ）、Ｓ２〜Ｓ６の処理によりリザーバー２３の圧力の昇圧を行う。なお、図４では、リザーバー２３の圧力が所定圧力未満の例を示している。

リザーバー２３の圧力の昇圧においては、先ず、リザーバー２３の目標圧力（添加弁２７の目標噴射圧）を設定して、その目標圧力と、燃圧センサ２６の検出値（リザーバー２３の圧力）の圧力差ΔＰを算出する（Ｓ２）。ここで、Ｓ１において状況に応じた所定圧力を設定した場合には、その所定圧力を、Ｓ２の目標圧力とする。Ｓ１の所定圧力を一定値とした場合には、Ｓ２では、例えばエンジンの運転状態、排気ガスの状態や、浄化部でどういう処理を行うかに基づいて目標圧力を設定する。なお、本実施形態では、状況に応じて目標圧力を変化させる例を説明しているが、目標圧力は予め定められた一定値であっても良い。

次に、圧力差ΔＰと以下に示す式１とに基づいて、リザーバー２３の圧力をＳ２で得られた圧力差ΔＰだけ昇圧するのに必要な燃料の量（昇圧必要量）を算出する（Ｓ３）。式１は、圧力Ｐとひずみ（ΔＶ／Ｖ）との公知の関係式（Ｐ＝Ｅ・ΔＶ／Ｖ）から得られる式である。式１において、ΔＶはリザーバー２３内の燃料の体積変化量、つまり昇圧必要量を示している。また、Ｖはリザーバー２３内の燃料の容積を示し、Ｅはリザーバー２３内の燃料の体積弾性係数を示している。ΔＰはリザーバー２３内の燃料の圧力変化量、つまりＳ２で得られた圧力差を示している。なお、体積弾性係数とは、物体に圧力を加えたとき、増加した圧力をそれに伴う体積減少の割合で割ったものであり、圧縮率の逆数である。
ΔＶ＝Ｖ×ΔＰ／Ｅ ・・・（式１）

式１は、リザーバー２３内の圧力をΔＰだけ増加したときに、燃料の体積がΔＶだけ減少することを意味する。このことは、リザーバー２３に燃料をΔＶだけ供給して、その供給前の燃料の体積を強制的にΔＶだけ減少させることで、圧力がΔＰだけ上昇することを意味する。

式１中の容積Ｖは、リザーバー２３の容積として予め定められた値を用いれば良い。ΔＰはＳ２で得られた値を用いれば良い。体積弾性係数は圧力が高いほど大きい値になる傾向がある。そこで、体積弾性係数とリザーバー２３の圧力との関係を予め調べて、ＥＣＵ２８内のメモリに記憶してき、燃圧センサ２６の検出値に対応する体積弾性係数Ｅをその関係から求める。なお、体積弾性係数Ｅは予め定められた一定値としても良い。

式１から昇圧必要量ΔＶを求めた後、次に、昇圧必要量ΔＶに基づいて、減圧弁１７を介してコモンレール２から放出させる燃料の量（減圧流量）を算出する（Ｓ４）。ここでは、Ｓ３で得られた昇圧必要量ΔＶをそのまま減圧流量として設定する。

次に、昇圧必要量ΔＶ（減圧流量）に基づいて、サプライポンプ９の燃料吐出量（ポンプ吐出量）を算出する（Ｓ５）。具体的には、インジェクタ３の噴射により定まる吐出量（インジェクタ３の噴射を補填する吐出量）に、昇圧必要量ΔＶがコモンレール２から放出された際のコモンレール圧の減少分を打ち消す吐出量、つまり昇圧必要量ΔＶを加えたポンプ吐出量を算出する。

次に、減圧弁１７及びサプライポンプ９を駆動して、リザーバー２３の圧力の昇圧を実施する（Ｓ６）。具体的には、コイル１８（図２参照）の通電により減圧弁１７を開弁して、Ｓ４で得られた減圧流量の分の燃料を、コモンレール２から放出（リリース）させる（図４の時間（２）における減圧弁流量の図参照）。このとき、コモンレール圧は、リザーバー２３の圧力よりも高圧となっているので、コモンレール２からリザーバー２３に向けて燃料を流すことができ、リザーバー２３内に、減圧流量の分の燃料を導入することができる。この燃料の導入により、図４の（２）の時間で示すように、リザーバー２３の圧力を所定圧力以上まで昇圧させることができる。また、仮にチェックバルブ２４の開弁圧力を超えた場合（オーバーシュートした場合）には、即座にチェックバルブ２４が開弁するので、図４の（２）の時間で示すように、リザーバー２３の圧力をチェックバルブ２４で規定される所定の最大圧力（チェックバルブ２４の開弁圧力）以下に抑えることができる。

なお、コモンレール圧に応じて、減圧弁１７から放出される単位時間当たりの燃料量が変わってくる。そこで、コモンレール圧と、減圧弁１７から放出される単位時間当たりの燃料量との関係をＥＣＵ２８内のメモリに記憶しておく。そして、Ｓ６では、その関係と現在のコモンレール圧とから、減圧弁１７から放出される単位時間当たりの燃料量を求める。その単位時間当たりの燃料量と、Ｓ４で得られた減圧流量とから、減圧弁１７の開弁時間を設定する。

また、Ｓ６では、Ｓ５で得られたポンプ吐出量の分の燃料をサプライポンプ９から吐出させる（図４の時間（２）におけるサプライポンプ流量の図参照）。これによって、コモンレール圧の減圧を抑えて、コモンレール圧を所定圧力に保持できる。

なお、サプライポンプ９はエンジンのクランクを動力源としているが、エンジン回転数が低いときなど、１回の昇圧処理（Ｓ４〜Ｓ６の処理）ではリザーバー２３の圧力を所望の圧力まで昇圧できない場合には、１回あたりの減圧流量や、ポンプ吐出量を小さくしてＳ４〜Ｓ６の処理を実行し、リザーバー２３の圧力が所望の圧力に昇圧するまで、このＳ４〜Ｓ６の処理を繰り返しても良い。

また、Ｓ６では、燃圧センサ２６の検出値をモニターしながら、その検出値に基づいて減圧弁１７を駆動しても良い。この場合には、Ｓ３の昇圧必要量及びＳ４の減圧流量の算出を省略できる。同様に、Ｓ６では、燃圧センサ１５の検出値をモニターしながら、その検出値に基づいてサプライポンプ９を駆動しても良い。この場合には、昇圧必要量の算出（Ｓ３の処理）及び昇圧必要量に応じたポンプ吐出量の算出（Ｓ６の処理）を省略できる。

なお、Ｓ１〜Ｓ６の処理を実行するＥＣＵ２８、減圧弁１７及びチェックバルブ２４が本発明の調整手段に相当する。Ｓ１〜Ｓ６の処理を実行するＥＣＵ２８が本発明の制御手段に相当する。また、チェックバルブ２４が本発明の減圧手段に相当する。また、図４のライン１０１、１０２間の圧力が本発明の所定の圧力レベルに相当する。

リザーバー２３の圧力を昇圧した後、又は、リザーバー２３の圧力がもともと所定圧力以上の場合（Ｓ１：Ｎｏ）には、次に、添加弁２７の燃料添加の可否判定を行う（Ｓ７）。具体的には、例えば、ＤＰＦに捕集されたＰＭの量をＤＰＦの前後差圧などから推定して、そのＰＭ量が所定量に達した場合に、ＤＰＦの再生処理が必要であるとして燃料添加を「可」と判定する。これに対し、ＰＭ量が所定量未満の場合には、未だＤＰＦの再生処理をする必要がないとして、燃料添加を「否」と判定する。また、例えば、ＬＮＴの前後のＮＯｘ量などからＬＮＴのＮＯｘ浄化率を推定して、ＮＯｘ浄化率が所定値以下に低下した場合には、ＬＮＴに吸蔵されたＮＯｘの還元処理が必要であるとして燃料添加を「可」と判定する。これに対して、ＮＯｘ浄化率が所定値を超えている場合には還元処理は未だ必要ではないとして、燃料添加を「否」と判定する。

燃料添加を「否」と判定した場合には（Ｓ７：Ｎｏ）、図３の処理を終了する。燃料添加を「可」と判定した場合には（Ｓ７：Ｙｅｓ）、図４の時間（４）で示すように、添加弁２７を駆動して、排気通路への燃料添加を実施する（Ｓ８）。これによって、ＤＰＦの再生処理やＬＮＴの還元処理を実施できる。なお、添加弁２７による燃料添加により、リザーバー２３内の燃料の容積が減少することで、図４に示すように、リザーバー２３の圧力は低下するが、次回の図３の処理により、図４のライン１０１、１０２の間の圧力に昇圧される。Ｓ８の処理の後、図３の処理を終了する。

以上説明したように、本実施形態によれば、コモンレール２の減圧弁１７から放出された燃料を、リザーバー２３においてコモンレール圧とは異なる圧力レベルで蓄圧し、その蓄圧した燃料を添加弁２７に供給する。よって、電動フィードポンプ５やサプライポンプ９に内蔵されたフィードポンプから添加弁に燃料を供給する構成に比べて、より高圧の燃料添加が可能となり、より広範囲の圧力域での燃料添加が可能となる。チェックバルブ２４の開弁圧力をコモンレール圧に近い圧力まで上げることで、原理的には、リザーバー２３にはコモンレール圧に近い圧力まで蓄圧が可能となる。また、減圧弁１７の減圧流量を調整することで、リザーバー２３の圧力を、チェックバルブ２４の開弁圧力を上限として任意の圧力に保持できる。このように、広範囲の圧力域での燃料添加が可能となることで、例えば添加弁２７の噴射圧をより高圧にできる。高圧にすることで、例えばＬＮＴの還元処理では、短時間でリッチ雰囲気にすることができる。

また、リザーバー２３には、減圧弁１７の駆動時のみに燃料が供給されるので、チェックバルブ２４を介してリザーバー２３からタンクモジュール４、５に戻す燃料の量を抑制でき、つまり、リザーバー２３への無駄な燃料供給を抑制できる。また、リザーバー２３にはチェックバルブ２４が設けられているので、リザーバー２３の圧力が高くなりすぎるのを防ぐことができる。

また、コモンレール２の圧力はエンジン回転数の影響が少ないので、エンジン回転数が低い時にも、リザーバー２３には所望の圧力レベルに迅速に蓄圧でき、添加弁２７には所望の圧力レベルの燃料を迅速に供給できる。これに対して、サプライポンプ９に内蔵されたフィードポンプを用いて、添加弁２７の燃料を昇圧する構成では、エンジン回転数が低い時には添加弁２７への高圧供給が難しい。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載を逸脱しない限度で種々の変更が可能である。以下、本発明の変形例を説明する。

（変形例１）
図１のエンジンシステム１においては、添加弁２７の噴射量が大きいと、リザーバー２３の圧力が大幅に低下し、リザーバー２３の圧力の大幅な低下により添加弁２７から噴射した燃料噴霧が悪化（燃料の液滴の径が大きくなってしまう）し、燃料噴霧の悪化による性能低下が懸念される。燃料噴霧の悪化を抑えるためには、添加弁２７の噴射圧（噴射時のリザーバー２３の圧力）は所定の最低圧力（例えば０．５ＭＰａ）以上とする必要がある。また、添加弁２７の噴射時に、リザーバー２３の圧力低下を抑えて所定の最低圧力を下回らないようにするように、リザーバー２３の容積を設定する必要がある。リザーバー２３の容積を大きくすれば、リザーバー２３の圧力低下を抑えることができるが、車両に搭載することを考えると、リザーバー２３の容積を大きくするのにも限度がある。

そこで、ここでは、リザーバー２３の容積が小さい場合でも、噴射時のリザーバー２３の圧力低下を抑制することを考える。上記式１を、容積Ｖについての式に変形すると、以下の式２となる。式２において、ΔＰは、図４のリザーバー圧力の図に示すように、噴射前後の圧力差を意味する。また、ΔＶは、添加弁２７の燃料噴射によるリザーバー２３内の燃料の容積変化量（容積減少量）を意味する。Ｅはリザーバー２３内の燃料の体積弾性係数を意味し、Ｖはリザーバー２３の容積を意味する。
Ｖ＝（Ｅ×ΔＶ）／ΔＰ ・・・（式２）

式２より、リザーバー２３の容積を小さくするためには、（１）体積弾性係数Ｅを小さくする、（２）容積変化量ΔＶ（添加弁２７の噴射量）を少なくする、（３）圧力差ΔＰを大きくする、の３手法が考えられる。そのうち、（２）の手法は、添加弁２７の噴射量を少なくすると、ＤＰＦの再生やＮＯｘの還元に支障をきたすので実施できない。以上より、図５に示すように、リザーバー２３内の燃料の体積弾性係数Ｅが小さいほど、又は噴射前後の圧力差ΔＰが大きいほど、噴射時に所定の最低圧力以上に保持するという設計要件を満たすリザーバー２３の容積を小さくできる。圧力差ΔＰに関しては、噴射開始時のリザーバー２３の圧力を高くすることで、圧力差ΔＰを小さくできる。

以下、リザーバー２３内の燃料の体積弾性係数を小さくする方法を説明する。体積弾性係数が大きい物体（固定、液体等）に対し体積弾性係数が小さい物体（気体、ゴム等の弾性体、ダンパー構造体など）を同じ空間に入れることで、体積弾性係数が大きい物体の体積弾性係数を大幅に低下させることができる。すなわち、図６や図７に示すように、リザーバー２３内の空間（燃料中）に、燃料に接触する形で、燃料よりも体積弾性係数が小さい気体３０やダンパー構造体３２を封入することで、燃料の体積弾性係数を下げることができる。

図６の例において、添加弁２７の噴射前では、気体３０は、リザーバー２３内の燃料の圧力を受けて、収縮した状態３０ａに変形している。添加弁２７の噴射時では、噴射量の分だけリザーバー２３内の燃料の容積が減少し、その減少に追従するように気体３０は伸びた状態３０ｂ（膨張した状態）に変形する。この気体３０の伸び変形により、噴射前後の燃料の容積変化に伴う圧力低下を抑えることができる。すなわち、気体３０が伸びた状態３０ｂとなることで、リザーバー２３内の燃料が占める空間を噴射前に比べて小さくでき、空間が小さくなることで、燃料の圧力低下を抑えることができる。

気体３０は、リザーバー２３内に予め封入しておいても良いし、リザーバー２３に燃料とともに空気を供給して、その空気をリザーバー２３内に保持させて、その保持した空気を気体３０としても良い。なお、リザーバー２３への燃料供給に伴い空気がリザーバー２３に混入することがあるので、その混入した空気をリザーバー２３内に保持させても良いし、空気が混入しない場合又は混入量が少ない場合には、意図的に空気をリザーバー２３に供給しても良い。

リザーバー２３に供給された空気をリザーバー２３内に保持させるには、例えば図６に示すように、リザーバー２３の出口２３ｂを入口２３ａよりも重力方向の上側に設けるとともに、リザーバー２３の上部（重力方向の上部）に、リザーバー２３に供給された空気の保持スペースを設ける。その保持スペースより重力方向下側に出口２３ｂを設ける。これによれば、燃料はリザーバー２３内の下側から溜まっていくのに対し、空気は、燃料に比べて軽いので、燃料の上側に進行して、リザーバー２３の上部の保持スペースに溜まる。出口２３ｂは保持スペースより下側に設けられるので、保持スペースに溜まった空気は出口２３ｂからリザーバー２３外に流出しにくくできる。

なお、図６の例では、気体３０は空気以外の気体であっても良いし、気体３０の代わりに、ゴム等の弾性体をリザーバー２３内に封入しても良い。

図７の例では、リザーバー２３内に、バネ３３及び可動板３４とを有したダンパー構造体３２が設けられる。可動板３４は、リザーバー２３の出口２３ｂの上側の位置において、燃料が溜まる空間を閉塞するように上下に移動可能に設けられる。バネ３３は、可動板３４の背面側（燃料と反対側）において、可動板３４を下方向に付勢する形で設けられる。

添加弁２７の噴射前では、ダンパー構造体３２は、リザーバー２３内の燃料の圧力を受けて、バネ３３が縮んだ状態となる。添加弁２７の噴射時では、噴射量の分だけリザーバー２３内の燃料の容積が減少し、その減少に追従するようにダンパー構造体３２（バネ３３）は伸びて、可動板３４は下方向（燃料を圧縮する方向）に変位する。可動板３４が燃料を圧縮する方向に変位することで、リザーバー２３内の燃料が占める空間を噴射前に比べて小さくでき、空間が小さくなることで、燃料の圧力低下を抑えることができる。

図８は、リザーバー２３内に入れるダンパー機能（図７のダンパー構造体３２のダンパー能力）やエア混入率（図６の気体３０の量）により、リザーバー２３内の燃料の体積弾性係数がどのように変化するかを示した図である。図８に示すように、ダンパー機能やエア混入率が大きいほど、燃料の体積弾性係数を小さくできる。燃料の体積弾性係数を小さくできることで、噴射前後のリザーバー２３内の圧力低下を抑えることができ、またリザーバー２３の容積を小さくできる（図５参照）。このように、気体３０やダンパー構造体３２は、リザーバー２３内の燃料の圧力が大きい時には蓄圧し、燃料の圧力が低下した時には蓄圧エネルギーに基づいてリザーバー２３内の容積を小さくするアキュムレータとして機能する。

図６の気体３０や図７のダンパー構造体３２（バネ３３）の体積弾性係数は、燃料の体積弾性係数より小さければどのような値でも良いが、図５に示すように小さい値ほどリザーバー２３の容積を小さくできる。なお、気体３０、ダンパー構造体３２が本発明の伸縮部に相当する。

（その他変形例）
上記実施形態では、コモンレール２の減圧弁１７の開閉及びリザーバー２３のチェックバルブ２４により、リザーバー２３の圧力を調整していたがこれに限定されない。例えば、減圧弁１７を介さずにコモンレール２とリザーバー２３とを常時導通状態に接続しても良い。これによれば、コモンレール２からリザーバー２３には常時燃料が供給されるが、リザーバー２３にはチェックバルブ２４が設けられるので、そのチェックバルブ２４の開弁圧力以下にリザーバー２３の圧力を保持できる。

また、例えば、開弁圧力が固定のチェックバルブ２４に代えて、コモンレール２の減圧弁１７と同様の、ＥＣＵの制御により開閉弁可能な減圧弁をリザーバーに設け、その減圧弁により、リザーバーの圧力を調整しても良い。これによっても、リザーバーの圧力を任意の圧力にできる。リザーバーに減圧弁を設ける場合には、コモンレールとリザーバーとを常時導通状態に接続しても良い。また、コモンレールとリザーバーとを接続する配管に、配管内の圧力（リザーバーの圧力に相当）を調整するための減圧弁やチェックバルブを設けても良い。また、リザーバー内に、燃料蓄積空間の周壁の一部を構成するように可動壁を設けて、その可動壁の位置を制御して、燃料蓄積空間の容積を変更することで、リザーバーの圧力を調整しても良い。

２ コモンレール
３ インジェクタ
１７ 減圧弁
２３ リザーバー
２４ チェックバルブ
２７ 添加弁
２８ ＥＣＵ

Claims (11)

1. 内燃機関の筒内に燃料を噴射するインジェクタ（３）に供給する高圧燃料を蓄えるコモンレール（２）から燃料が供給されて、その燃料を蓄えるリザーバー（２３）と、
   前記リザーバーの燃料圧力を、前記コモンレールの燃料圧力より小さい所定の圧力レベルに調整する調整手段（１７、２４、２６、２８、Ｓ１〜Ｓ６）とを備え、
   前記リザーバーの燃料を、前記内燃機関の排気通路に燃料を添加する添加弁（２７）に供給し、
   前記調整手段は、
   前記コモンレールに設けられて、開弁時に前記コモンレールの燃料を前記コモンレールの外に放出させる減圧弁（１７）と、
   前記リザーバー内の圧力を検出するセンサ（２６）と、
   前記減圧弁の開閉を制御する制御手段（２８、Ｓ１〜Ｓ６）とを備え、
   前記リザーバーは、前記減圧弁から放出された燃料を蓄え、
   前記制御手段は、前記センサの検出値が前記圧力レベルを満たしているか否かを判断する判断手段（Ｓ１）を備え、前記検出値が前記圧力レベル未満の場合には前記圧力レベルを満たすように前記減圧弁を開くことを特徴とする燃料供給装置。
2. 内燃機関の筒内に燃料を噴射するインジェクタ（３）に供給する高圧燃料を蓄えるコモンレール（２）から燃料が供給されて、その燃料を蓄えるリザーバー（２３）と、
   前記リザーバーの燃料圧力を、前記コモンレールの燃料圧力より小さい所定の圧力レベルに調整する調整手段（１７、２４、２６、２８、Ｓ１〜Ｓ６）とを備え、
   前記リザーバーの燃料を、前記内燃機関の排気通路に燃料を添加する添加弁（２７）に供給し、
   前記リザーバーは、前記リザーバー内の燃料に接する形で設けられて前記リザーバー内の燃料の圧力を受けて伸縮する伸縮部（３０、３２）を有し、
   前記伸縮部は、別々に設けられた前記リザーバーの入口（２３ａ）及び出口（２３ｂ）よりも重力方向の上側に設けられることを特徴とする燃料供給装置。
3. 前記調整手段は、
   前記コモンレールに設けられて、開弁時に前記コモンレールの燃料を前記コモンレールの外に放出させる減圧弁（１７）と、
   前記リザーバー内の圧力を検出するセンサ（２６）と、
   前記減圧弁の開閉を制御する制御手段（２８、Ｓ１〜Ｓ６）とを備え、
   前記リザーバーは、前記減圧弁から放出された燃料を蓄え、
   前記制御手段は、前記センサの検出値が前記圧力レベルを満たしているか否かを判断する判断手段（Ｓ１）を備え、前記検出値が前記圧力レベル未満の場合には前記圧力レベルを満たすように前記減圧弁を開くことを特徴とする請求項２に記載の燃料供給装置。
4. 前記制御手段は状況に応じた前記圧力レベルを設定することを特徴とする請求項１又は３に記載の燃料供給装置。
5. 前記制御手段は、
   前記圧力レベルと前記検出値との圧力差を算出する圧力差算出手段（Ｓ２）と、
   前記リザーバー内の圧力を前記圧力差だけ昇圧するのに必要な燃料の量である昇圧必要量を算出する必要量算出手段（Ｓ３）とを備え、
   前記制御手段（Ｓ４〜Ｓ６）は、前記検出値が前記圧力レベル未満の場合には前記昇圧必要量に基づいて前記減圧弁の開閉を制御することを特徴とする請求項１、３、４のいずれか１項に記載の燃料供給装置。
6. 前記必要量算出手段は、前記リザーバー内の燃料の体積変化量をΔＶ、前記圧力差をΔＰ、前記リザーバー内の燃料の体積をＶ、前記リザーバー内の燃料の体積弾性係数をＥとして以下の式により前記体積変化量ΔＶを前記昇圧必要量として算出することを特徴とする請求項５に記載の燃料供給装置。
   ΔＶ＝Ｖ×ΔＰ／Ｅ
7. 前記調整手段は、前記リザーバーの燃料圧力を前記圧力レベルまで減圧する減圧手段（２４）を備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の燃料供給装置。
8. 前記減圧手段は、前記リザーバーに設けられて、前記リザーバーの燃料圧力が前記圧力レベルを超えた場合に、前記リザーバーから燃料が放出されるよう開弁するバルブであることを特徴とする請求項７に記載の燃料供給装置。
9. 前記リザーバーは、前記リザーバー内の燃料に接する形で設けられて前記リザーバー内の燃料の圧力を受けて伸縮する伸縮部（３０、３２）を有したことを特徴とする請求項１に記載の燃料供給装置。
10. 前記伸縮部は、別々に設けられた前記リザーバーの入口（２３ａ）及び出口（２３ｂ）よりも重力方向の上側に設けられることを特徴とする請求項９に記載の燃料供給装置。
11. 前記伸縮部は気体（３０）であることを特徴とする請求項２又は１０に記載の燃料供給装置。

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