(57)【要約】【課題】本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関し、排気添加燃料の利用効率の向上を目的とする。【解決手段】本発明の内燃機関の排気浄化装置は、ディーゼルエンジン２の排気通路１８に設けられた排気浄化用のＮＯｘ触媒２０と、ＮＯｘ触媒２０より上流側において排気ガス中に燃料を添加する排気燃料添加インジェクタ３８と、排気燃料添加インジェクタ３８へ供給される燃料に、燃料の気化を促進する気化促進剤を添加する気化促進剤添加装置（気化促進剤タンク４４および制御弁４４）と、排気温度を取得する排気温度センサ５４と、ＮＯｘ触媒２０の床温を取得する触媒床温センサ５６と、排気温度と触媒床温とに基づいて、気化促進剤添加装置による気化促進剤の添加を制御する添加制御手段と、を備える。【選択図】図１
2010048101.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化用の触媒と、
前記触媒より上流側において排気ガス中に燃料を添加する排気燃料添加インジェクタと、
前記排気燃料添加インジェクタへ供給される燃料に、燃料の気化を促進する気化促進剤を添加する気化促進剤添加装置と、
排気温度を取得する排気温度取得手段と、
前記触媒の床温を取得する触媒床温取得手段と、
前記排気温度取得手段により取得された排気温度と、前記触媒床温取得手段により取得された触媒床温とに基づいて、前記気化促進剤添加装置による気化促進剤の添加を制御する添加制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記気化促進剤は、酸化鉄または酸化セリウムを主成分とすることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記気化促進剤は、燃料を分解させて低分子量化する作用を有することを特徴とする請求項１または２記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記添加制御手段は、前記排気温度が所定排気温度より低く、且つ、前記触媒床温が所定床温より低い場合には前記気化促進剤の添加を許可し、前記排気温度が前記所定排気温度より高いことと前記触媒床温が前記所定床温より高いこととの少なくとも一方が成り立つ場合には前記気化促進剤の添加を禁止する手段を含むことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記添加制御手段は、前記排気温度と前記触媒床温とに基づいて、燃料に対する前記気化促進剤の混合濃度を制御する手段を含むことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
前記燃料の蒸発性を検出する蒸発性検出手段と、
前記蒸発性検出手段により検出された燃料の蒸発性に基づいて、燃料に対する前記気化促進剤の混合濃度を制御する手段と、
を備えることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項記載の内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特開２００７−１２０３２２号公報には、ディーゼルエンジンの排気ガス中に含まれる浮遊粒子状物質（ＰＭ）等を捕捉・除去する処理方法として、次のような技術が開示されている。排気ガスを処理するケーシング内に排気ガスの分散板を水平に取り付け、この分散板上に焼結球状アルミナからなる捕捉粒子を投入して捕捉層とし、分散板の下面側から捕捉層内を排気ガスが通過するようにする。上記捕捉層は、排気ガスの通過速度が小さいときには固定層として、大きいときには流動層として作用することにより、排気ガス中に含まれる浮遊粒子状物質等を捕捉し、除去する。この際、排気ガス中の浮遊粒子状物質等が分散板の下に付着して分散板を閉塞させることがないようにしなければならない。分散板の閉塞は、排気ガス温度が低いほど発生しやすい。分散板閉塞防止策として、ディーゼルエンジンの燃料中に有機鉄化合物、有機銅化合物、及び／又は有機セリウム化合物を添加しておくことが望まれる。有機金属化合物類は、燃料の燃焼性を向上させて排気ガス中に含まれる浮遊粒子状物質やＳＯＦ（可溶性有機化合物）の発生量を減少させるとともにＳＯＦの粘着性を低下させ、比較的低温度においても分散板の閉塞や捕捉層の機能低下を防止する効果がある。上記有機金属化合物類は、燃料の種類により、あらかじめディーゼルエンジンの燃料中に添加、混合しておいてもよいし、あるいは、適当な溶剤を選択して有機金属化合物類の濃厚溶液を準備しディーゼルエンジンの燃料供給側において適量を燃料中に連続添加し、混合してもよい。
【０００３】
しかしながら、上記従来の技術では、有機金属化合物類からなる添加剤の消費量が多いため、エンジンの運転コストが増大する。また、エンジンの筒内に燃料を噴射する燃料インジェクタ内の流路や噴孔に上記添加剤が堆積し、詰まりを生ずるおそれがある。
【０００４】
ところで、エンジンの排気浄化触媒より上流側において排気ガス中に燃料を添加する排気燃料添加インジェクタを備えた排気浄化装置が知られている。この装置では、触媒を昇温させる必要がある場合や、触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元させるなどに、排気燃料添加を行う。すなわち、排気ガス中に添加された燃料が触媒で反応することにより、触媒を昇温したり、触媒に吸蔵されていたＮＯｘを還元浄化したりすることができる。
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１２０３２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、始動直後や軽負荷運転時など、排気温度が低い場合には、排気添加燃料の利用効率（反応効率）が低くなり易いという問題がある。これは、排気温度が低いと、排気添加燃料が十分に蒸発せず、ミスト状のままで触媒に流入するので、反応性が低下するからである。排気添加燃料の利用効率が低いと、ＮＯｘ還元等の所期の目的が十分に果たせないほか、触媒で反応し切れなかった燃料がＨＣとして排出されたりするなどの種々の弊害が生じる。
【０００７】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、排気添加燃料の利用効率の向上が図れる内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の排気浄化装置であって、
内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化用の触媒と、
前記触媒より上流側において排気ガス中に燃料を添加する排気燃料添加インジェクタと、
前記排気燃料添加インジェクタへ供給される燃料に、燃料の気化を促進する気化促進剤を添加する気化促進剤添加装置と、
排気温度を取得する排気温度取得手段と、
前記触媒の床温を取得する触媒床温取得手段と、
前記排気温度取得手段により取得された排気温度と、前記触媒床温取得手段により取得された触媒床温とに基づいて、前記気化促進剤添加装置による気化促進剤の添加を制御する添加制御手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００９】
また、第２の発明は、第１の発明において、
前記気化促進剤は、酸化鉄または酸化セリウムを主成分とすることを特徴とする。
【００１０】
また、第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記気化促進剤は、燃料を分解させて低分子量化する作用を有することを特徴とする。
【００１１】
また、第４の発明は、第１乃至第３の発明の何れかにおいて、
前記添加制御手段は、前記排気温度が所定排気温度より低く、且つ、前記触媒床温が所定床温より低い場合には前記気化促進剤の添加を許可し、前記排気温度が前記所定排気温度より高いことと前記触媒床温が前記所定床温より高いこととの少なくとも一方が成り立つ場合には前記気化促進剤の添加を禁止する手段を含むことを特徴とする。
【００１２】
また、第５の発明は、第１乃至第４の発明の何れかにおいて、
前記添加制御手段は、前記排気温度と前記触媒床温とに基づいて、燃料に対する前記気化促進剤の混合濃度を制御する手段を含むことを特徴とする。
【００１３】
また、第６の発明は、第１乃至第５の発明の何れかにおいて、
前記燃料の蒸発性を検出する蒸発性検出手段と、
前記蒸発性検出手段により検出された燃料の蒸発性に基づいて、燃料に対する前記気化促進剤の混合濃度を制御する手段と、
を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
第１の発明によれば、排気燃料添加インジェクタへ供給される燃料に、燃料の気化を促進する気化促進剤を添加することができる。このため、排気温度が低い場合など、排気燃料添加インジェクタから噴射された燃料が蒸発しにくい状況であっても、排気添加燃料を触媒に流入するまでの間に確実に蒸発させることができる。よって、触媒での排気添加燃料の利用効率（反応効率）を高めることができ、高い排気浄化率が得られる。更に、第１の発明によれば、排気温度と、触媒床温とに基づいて、気化促進剤の添加を制御することができる。このため、気化促進剤を必要時にのみ添加することができるので、気化促進剤の消費量を節約することができる。また、第１の発明によれば、内燃機関の気筒の燃料インジェクタに気化促進剤が供給されることを回避することができる。このため、気筒の燃料インジェクタ内の流路や噴孔に気化促進剤が堆積したり詰まったりすることを確実に防止することができる。
【００１５】
第２の発明によれば、酸化鉄または酸化セリウムを主成分とする気化促進剤を用いることにより、排気添加燃料の蒸発をより確実に促進することができる。
【００１６】
第３の発明によれば、燃料を分解させて低分子量化する作用を有する気化促進剤を用いることにより、排気添加燃料の蒸発をより確実に促進することができる。
【００１７】
第４の発明によれば、排気温度が所定排気温度より高いか、あるいは触媒床温が所定床温より高い場合、すなわち、気化促進剤を添加しなくても高い排気浄化率が得られると判断できる場合には、気化促進剤の添加を禁止することができる。これにより、気化促進剤の消費量を更に低減することができる。
【００１８】
第５の発明によれば、排気温度と触媒床温とに基づいて、燃料に対する気化促進剤の混合濃度を制御することができる。このため、排気添加燃料が蒸発しにくい状況であっても排気添加燃料をより確実に蒸発させることができる。また、気化促進剤をより有効に（無駄なく）利用することができるので、気化促進剤の消費量を更に低減することができる。
【００１９】
第６の発明によれば、燃料の蒸発性を検出し、その検出結果に基づいて、燃料に対する気化促進剤の混合濃度を制御することができる。これにより、蒸発性の低い燃料が使用されている場合には、気化促進剤混合濃度を高くする方向に補正することにより、排気添加燃料をより確実に蒸発させることができる。また、蒸発性の高い燃料が使用されている場合には、気化促進剤混合濃度を低くする方向に補正することにより、気化促進剤の消費量を更に抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
実施の形態１．
［システム構成の説明］
図１は、本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。図１に示すシステムは、ディーゼルエンジン（内燃機関）２を備えている。このディーゼルエンジン２は、車両等に搭載される。図示のディーゼルエンジン２は直列４気筒型であるが、本発明における内燃機関の気筒数および気筒配置は特に限定されるものではない。
【００２１】
ディーゼルエンジン２の各気筒には、燃料を筒内に直接に噴射する燃料インジェクタ４が備えられている。各気筒の燃料インジェクタ４は、コモンレール６に接続されている。燃料タンク８には、燃料が貯留されている。燃料タンク８内の燃料は、燃料パイプ１０を通り、サプライポンプ１２へ送られる。サプライポンプ１２によって加圧された燃料は、コモンレール６へ送られ、貯留される。このコモンレール６に貯留された高圧の燃料が各燃料インジェクタ４に供給される。
【００２２】
本実施形態のディーゼルエンジン２は、ターボチャージャ１４を備えている。各気筒から排出される排気ガスは、排気マニホールド１６によって集められ、ターボチャージャ１４のタービン１４ｂへ流入する。タービン１４ｂを通過した排気ガスは、排気通路１８を流れる。
【００２３】
排気通路１８の途中には、吸蔵還元型のＮＯｘ触媒２０が設けられている。このＮＯｘ触媒２０は、理論空燃比よりリーンな排気ガスが流入する場合にはＮＯｘを吸蔵（吸収）し、理論空燃比以下の排気ガスが流入する場合には、吸蔵したＮＯｘを離脱させて還元浄化する。なお、本発明では、このＮＯｘ触媒２０に代えて、あるいはＮＯｘ触媒２０に加えて、粒子状物質(Particulate Matter)を捕集するＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）やＤＰＮＲ（Diesel Particulate-NOx-Reduction system）などが設置されていてもよい。
【００２４】
ディーゼルエンジン２に供給される空気は、エアクリーナ２２を通って、吸気通路２４に吸入される。その吸入空気は、ターボチャージャ１４のコンプレッサ１４ａで圧縮された後、インタークーラ２６で冷却される。そして、吸入空気は、吸気マニホールド２８を通って、各気筒に吸入される。インタークーラ２６と吸気マニホールド２８との間には、吸気絞り弁３０が設置されている。
【００２５】
本実施形態のディーゼルエンジン２は、排気ガスの一部を吸気系に還流させる外部ＥＧＲ(Exhaust Gas Recirculation)を行うための装置を備えている。すなわち、本実施形態では、排気マニホールド１６内の排気ガスを取り出して、吸気絞り弁３０の下流側の吸入空気に混合させるためのＥＧＲ通路３２が設けられている。ＥＧＲ通路３２には、排気ガス還流量を制御するためのＥＧＲ弁３４と、還流する排気ガス（ＥＧＲガス）を冷却するためのＥＧＲクーラ３６とが設置されている。
【００２６】
ディーゼルエンジン２は、更に、排気ガス中に燃料を添加する排気燃料添加インジェクタ３８を備えている。前述した燃料パイプ１０からは、燃料パイプ４０が分岐している。燃料パイプ４０に流入した燃料は、排気燃料添加インジェクタ３８へ送られる。図示の構成では、シリンダヘッドに排気燃料添加インジェクタ３８が設けられており、この排気燃料添加インジェクタ３８が排気マニホールド１６内に燃料を噴射する。排気燃料添加インジェクタ３８の設置位置は、これに限定されるものではなく、ＮＯｘ触媒２０より上流側の排気ガス中に燃料を添加し得る位置であればどの位置であってもよい。すなわち、ＮＯｘ触媒２０より上流側の排気通路１８に排気燃料添加インジェクタ３８を配置してもよい。
【００２７】
本実施形態のシステムは、排気燃料添加インジェクタ３８への燃料供給経路上にある燃料に、気化促進剤を添加するための気化促進剤添加装置を備えている。本実施形態では、気化促進剤添加装置は、気化促進剤タンク４２および制御弁４４で構成されている。気化促進剤タンク４２内に貯留された気化促進剤は、制御弁４４を通って、燃料パイプ４０内の燃料に混合される。制御弁４４により、気化促進剤の添加の開始および停止や、添加量を制御することができる。
【００２８】
本実施形態のシステムは、更に、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０と、吸入空気量を検出するエアフローメータ５２と、ＮＯｘ触媒２０の入口の排気温度（以下、「触媒入口温度」と称する）を検出する排気温度センサ５４と、ＮＯｘ触媒２０の床温を検出する触媒床温センサ５６と、ＮＯｘ触媒２０の出口での排気空燃比を検出する空燃比センサ５８と、燃料タンク８内の燃料の密度を検出する密度センサ６０とを備えている。上述した排気燃料添加インジェクタ３８、制御弁４４、排気温度センサ５４、触媒床温センサ５６、密度センサ６０等の各種のアクチュエータおよびセンサは、ＥＣＵ５０に電気的に接続されている。
【００２９】
密度センサ６０は、例えば燃料の屈折率を測定することにより、燃料の密度を検出する機能を有している。密度センサ６０の設置箇所は、燃料タンク８に限定されない。すなわち、燃料パイプ１０あるいは４０の途中に密度センサ６０が設けられていてもよい。
【００３０】
ディーゼルエンジン２の通常運転時に、筒内では、理論空燃比よりも大幅にリーンな空燃比で燃焼が行われる。本実施形態では、この状態のとき、排気ガス中のＮＯｘをＮＯｘ触媒２０に吸収（吸着）させることにより、大気中へのＮＯｘの放出を抑制することができる。ＮＯｘ触媒２０が吸蔵できるＮＯｘの量には限界がある。ＮＯｘ触媒２０のＮＯｘ吸蔵量が限界に近づいた場合には、本実施形態では、排気燃料添加インジェクタ３８から燃料を噴射する排気燃料添加が実行される。排気燃料添加が実行され、ＮＯｘ触媒２０に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりリッチになると、ＮＯｘ触媒２０に吸蔵されていたＮＯｘが離脱する。その脱離したＮＯｘは、排気ガス中の未燃燃料と反応する。これにより、ＮＯｘがＮ2へと還元浄化される。
【００３１】
ＮＯｘ触媒２０において排気ガス中の燃料がＮＯｘと反応するためには、燃料が蒸発（気化）していることが必要である。従って、排気燃料添加を行う際には、排気燃料添加インジェクタ３８により添加された燃料（以下「排気添加燃料」と称する）を、ＮＯｘ触媒２０に流入するまでの間に十分に蒸発させることが重要である。
【００３２】
しかしながら、ディーゼルエンジン２の始動直後や軽負荷運転時などの、排気温度が低い場合には、排気添加燃料が蒸発しにくい。このため、排気添加燃料がＮＯｘ触媒２０の上流側で十分に蒸発せず、ミスト状（霧状）のままでＮＯｘ触媒２０に流入する場合がある。そのような場合には、排気添加燃料とＮＯｘとの反応効率が低下する。つまり、排気添加燃料の利用効率（ＮＯｘを還元するのに利用される割合）が低下する。このため、ＮＯｘ浄化率が低下したり、ＮＯｘ触媒２０で反応できなかった排気添加燃料がＨＣとして大気中に排出されたりするなどの種々の弊害が生ずる。
【００３３】
これに対し、本実施形態では、排気燃料添加インジェクタ３８に供給される燃料に気化促進剤を添加することにより、排気添加燃料の蒸発を促進することができる。本実施形態で用いる気化促進剤は、酸化鉄（ＦｅＯ）を主成分としている。このような気化促進剤は、適当な分散媒に分散させた懸濁液（分散体）の状態で、気化促進剤タンク４２に貯留しておくことが好ましい。これにより、気化促進剤を燃料中に容易且つ均一に混合させることができる。
【００３４】
気化促進剤タンク４２から添加された気化促進剤が燃料パイプ４０内の燃料に混合すると、排気燃料添加インジェクタ３８からは、気化促進剤を含んだ燃料が噴射される。図２は、気化促進剤が添加された排気添加燃料が蒸発する様子を示す図である。図２中の矢印の左側は、気化促進剤を含んだ排気添加燃料のミストの１滴を表している。気化促進剤を含んだ燃料が排気ガス中に添加されると、排気ガスの熱や圧力により、気化促進剤と排気添加燃料とが反応し、排気添加燃料が分解されて低分子量化する。すなわち、燃料分子の炭素鎖が切断されて、炭素数の少ない分子に分解する。その反応の一例は、次式で表すことができる。
Ｃ10Ｈ22＋ＦｅＯ  →  ２Ｃ5Ｈ10＋Ｈ2Ｏ＋Ｆｅ
【００３５】
燃料が低分子量化すると、燃料の蒸発性は高まる。従って、図２中の矢印の右側に示すように、気化促進剤との反応によって排気添加燃料が分解されて低分子量化すると、排気温度が低い場合であっても、排気添加燃料を確実に蒸発させることができる。
【００３６】
図３は、排気温度の低い状況において排気燃料添加によってＮＯｘ還元を行った場合に、ＮＯｘ触媒２０の下流の空燃比センサ５８の出力の変化を示す図である。図３中、実線は気化促進剤を添加しなかった場合を示し、破線は気化促進剤を添加した場合を示す。空燃比センサ５８で検出される空燃比（以下「触媒内空燃比」と称する）が理論空燃比以下となっているとき（つまり理論空燃比よりリッチなとき）に、ＮＯｘ還元反応が生ずる。この場合、蒸発せずにミスト状になっている燃料は、空燃比センサ５８の出力には現れない。
【００３７】
気化促進剤を添加しない場合には、排気添加燃料が蒸発しにくい。そこで、蒸発しない分を補うために、添加する燃料量を多めにする必要がある。その結果、燃料の無駄が多くなるとともに、ＨＣの排出量が増加する。また、蒸発しなかった排気添加燃料は、排気通路１８等の壁面に付着し易い。排気燃料添加インジェクタ３８からの噴射を停止した後も、この壁面に付着した燃料が遅れて徐々に蒸発する。よって、図３に示すように、触媒内空燃比は、徐々に増大して元の値に戻る。このため、理論空燃比よりリーンな領域、すなわちＮＯｘ還元に寄与しない領域における、排気添加燃料の無駄な反応が多い。
【００３８】
これに対し、気化促進剤を添加した場合には、排気添加燃料をＮＯｘ触媒２０の上流側において確実に蒸発させることができる。このため、排気添加燃料を必要以上に多くしなくても、触媒内空燃比を確実に理論空燃比以下にすることができ、高い排気浄化率が得られる。また、排気添加燃料を速やかに蒸発させることができるので、排気添加燃料の壁面付着を確実に防止することができる。このため、図３に示すように、排気燃料添加インジェクタ３８からの噴射を停止した後、触媒内空燃比が速やかに元の値に戻る。このようなことから、ＮＯｘ還元に寄与しない領域における排気添加燃料の無駄な反応がなく、排気添加燃料を効率良く利用することができる。
【００３９】
一方、排気温度が十分に高い場合には、気化促進剤を添加しなくても、排気添加燃料は蒸発し易いので、十分な排気浄化率が得られる。また、排気温度が低くても、ＮＯｘ触媒２０の床温（以下、単に「触媒床温」と称する）が十分に高い場合には、気化促進剤を添加しなくても、排気添加燃料とＮＯｘとの反応が十分に促進されるので、十分な排気浄化率が得られる。そこで、本実施形態では、気化促進剤の消費量をなるべく少なくするため、排気温度と触媒床温との両方が低い場合にのみ、気化促進剤の添加を実行することとした。
【００４０】
［実施の形態１における具体的処理］
図４は、上記の機能を実現するために本実施形態においてＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。図４に示すルーチンによれば、まず、ディーゼルエンジン２の現在の運転条件（エンジン回転数、燃料噴射量、冷却水温等）が検出される（ステップ１００）。次いで、ＮＯｘ触媒２０の触媒入口温度Ｔ6と触媒床温Ｔbedとが前述した排気温度センサ５４および触媒床温センサ５６によりそれぞれ検出される（ステップ１０２）。続いて、排気燃料添加（つまりＮＯｘ還元）が要求されているかどうかが判別される（ステップ１０４）。
【００４１】
上記ステップ１０４において、排気燃料添加を実行する必要があるかどうかは、例えば次のようにして判断することができる。ＥＣＵ５０には、ディーゼルエンジン２の運転条件（エンジン回転数、燃料噴射量等）と、ディーゼルエンジン２から排出されるＮＯｘの量との関係を予め調べて作成されたマップが記憶されている。ＥＣＵ５０は、そのマップに基づいて算出されるＮＯｘ排出量を逐次積算することにより、前回の排気燃料添加以降にＮＯｘ触媒２０に流入したＮＯｘの総量を算出する。そのＮＯｘの総量が所定の閾値に到達した場合に、排気燃料添加の実行が必要であると判断することができる。このような方法のほか、ＮＯｘ触媒２０の下流側にＮＯｘセンサを設け、そのＮＯｘセンサで検出されるＮＯｘ濃度が所定濃度を超えた場合に、排気燃料添加の実行が必要であると判断してもよい。
【００４２】
上記ステップ１０４において、排気燃料添加が要求されていないと判別された場合には、本ルーチンの処理がそのまま終了される。これに対し、排気燃料添加が要求されていると判別された場合には、次に、触媒入口温度Ｔ6が所定の閾値αより低いこと（Ｔ6＜α）と、触媒床温Ｔbedが所定の閾値βより低いこと（Ｔbed＜β）との両方の条件が成立するか否かが判別される（ステップ１０６）。
【００４３】
触媒入口温度Ｔ6が閾値α以上である場合には、気化促進剤を添加しなくても、排気添加燃料は蒸発し易いので、十分な排気浄化率が得られると判断できる。また、触媒入口温度Ｔ6がαより低い場合であっても、触媒床温Ｔbedが閾値β以上である場合には、気化促進剤を添加しなくても、排気添加燃料とＮＯｘとの反応が十分に促進されるので、十分な排気浄化率が得られると判断できる。そこで、上記ステップ１０６で、Ｔ6＜αと、Ｔbed＜βとの少なくとも一方が成立しない、すなわち、Ｔ6≧αと、Ｔbed≧βとの少なくとも一方が成立すると判定された場合には、気化促進剤を添加する必要はないので、気化促進剤を添加しない、通常の排気燃料添加が実行される（ステップ１０８）。すなわち、制御弁４４を閉じた状態で、排気燃料添加インジェクタ３８からの燃料噴射が実行される。
【００４４】
これに対し、上記ステップ１０６で、Ｔ6＜αと、Ｔbed＜βとの両方が成立すると判定された場合には、排気添加燃料の確実な蒸発を促すためには、気化促進剤の添加が必要であると判断できる。そこで、この場合には、制御弁４４を開くことにより、排気燃料添加インジェクタ３８に供給される燃料に気化促進剤を混合させながら、排気燃料添加が実行される（ステップ１１０）。
【００４５】
以上説明したように、本実施形態によれば、ＮＯｘ触媒２０の触媒入口温度および触媒床温が共に低い場合、つまり排気添加燃料が蒸発しにくい場合には、排気燃料添加インジェクタ３８に供給される燃料に気化促進剤を混合させることができる。気化促進剤を添加することにより、ＮＯｘ触媒２０に流入するまでの間に、排気添加燃料を分解させて低分子量化することができる。このため、ＮＯｘ触媒２０に流入するまでの間に、排気添加燃料を確実に蒸発させることができる。よって、ＮＯｘ触媒２０の触媒入口温度および触媒床温が共に低い場合であっても、優れた排気浄化率（ＮＯｘ還元効率）が得られる。
【００４６】
また、本実施形態では、排気燃料添加インジェクタ３８へ供給される燃料にのみ、気化促進剤を混合させることが可能である。このため、燃料タンク８内の燃料全体に気化促進剤を混合させるような場合と比べて、気化促進剤の消費量を大幅に抑制することができる。また、ディーゼルエンジン２の気筒の燃料インジェクタ４に供給される燃料には気化促進剤が混合されない。燃料インジェクタ４は、極めて高圧で噴射を行うため、内部の流路や噴孔が微細である。このため、燃料インジェクタ４に供給される燃料に気化促進剤が添加されていると、燃料インジェクタ４内の流路や噴孔に気化促進剤が堆積し、詰まりを生ずるおそれがある。これに対し、本実施形態によれば、燃料インジェクタ４に気化促進剤が供給されることはないので、上記の不都合を確実に防止することができる。
【００４７】
また、本実施形態では、ＮＯｘ触媒２０の触媒入口温度および触媒床温が共に低い場合にのみ、排気燃料添加インジェクタ３８へ供給される燃料に気化促進剤を混合する。これにより、気化促進剤の消費量を更に低減することができる。
【００４８】
また、本実施形態では、気化促進剤の主成分が酸化鉄であるものとして説明したが、本発明における気化促進剤の主成分は、酸化鉄に限定されるものではない。すなわち、気化促進剤としては、燃料を分解させて低分子量化する作用を有する物質であれば、他の物質（例えば、酸化セリウム等）であっても好ましく用いることができる。
【００４９】
また、本実施形態では、ＮＯｘ触媒２０に吸蔵されたＮＯｘを還元させることを目的として排気燃料添加を行う場合について説明したが、本発明において排気燃料添加を行う目的はＮＯｘ還元に限定されるものではない。すなわち、本発明は、触媒床温を上昇させることや、触媒に捕集されたＰＭ(Particulate Matter)を燃焼除去すること（ＰＭ再生）、あるいは、触媒の硫黄被毒を回復させること（Ｓ被毒再生）などを目的として排気燃料添加を行う場合にも同様に適用可能である。
【００５０】
また、本実施形態では、排気温度（触媒入口温度）や触媒床温をセンサによって直接に検出するようにしているが、本発明では、排気温度や触媒床温をエンジン運転状態から推定することによって求めるようにしてもよい。
【００５１】
また、本実施形態では、空燃比センサ５８および密度センサ６０は、なくてもよい。
【００５２】
上述した実施の形態１においては、ＮＯｘ触媒２０が前記第１の発明における「触媒」に、排気温度センサ５４が前記第１の発明における「排気温度取得手段」に、触媒床温センサ５６が前記第１の発明における「触媒床温取得手段」に、それぞれ相当している。また、ＥＣＵ５０が、図４に示すルーチンの処理を実行することにより前記第１および第４の発明における「添加制御手段」が実現されている。
【００５３】
実施の形態２．
次に、図５および図６を参照して、本発明の実施の形態２について説明するが、上述した実施の形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を簡略化または省略する。本実施形態のシステムは、図１に示すハードウェア構成を用いて、ＥＣＵ５０に、後述する図５に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。
【００５４】
本実施形態では、排気燃料添加インジェクタ３８に供給される燃料に気化促進剤を混合する際の混合濃度（以下、「気化促進剤混合濃度」と称する）を、触媒入口温度Ｔ6と、触媒床温Ｔbedとに基づいて制御することとした。具体的には、排気温度（触媒入口温度Ｔ6）が低いほど気化促進剤混合濃度を高くし、また、触媒床温Ｔbedが低いほど気化促進剤混合濃度を高くすることとした。
【００５５】
排気温度が低いほど、排気添加燃料が蒸発しにくい。このような場合に、本実施形態によれば、気化促進剤混合濃度が高くされるので、排気添加燃料を確実に蒸発させることができる。また、触媒床温が低いほど、排気浄化率が低下し易い。このような場合に、本実施形態によれば、気化促進剤混合濃度が高くされるので、排気添加燃料をより確実に蒸発させ、排気浄化率を向上させることができる。
【００５６】
［実施の形態２における具体的処理］
図５は、上記の機能を実現するために本実施形態においてＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。以下、図５において、前述した図４に示すステップと同様のステップについては、同一の符号を付してその説明を省略または簡略化する。
【００５７】
図５に示すルーチンは、ステップ１００からステップ１０４までは、前述した図４のルーチンと同様である。ステップ１０４において、排気燃料添加が要求されていると判別された場合には、次に、気化促進剤混合濃度ConcAddが算出される（ステップ１１２）。図６は、ステップ１１２において気化促進剤混合濃度ConcAddを算出するために用いられるマップである。このマップによれば、気化促進剤混合濃度ConcAddは、触媒入口温度Ｔ6が低い場合ほど高く、また、触媒床温Ｔbedが低いほど高くなるように、算出される。例えば、触媒入口温度Ｔ6および触媒床温Ｔbedが共に２００℃である場合には、気化促進剤混合濃度ConcAddは１００と算出される。また、触媒入口温度Ｔ6が４００℃であり触媒床温Ｔbedが３００℃である場合には、気化促進剤混合濃度ConcAddは２５と算出される。また、触媒床温Ｔbedが４００℃以上である場合には、気化促進剤混合濃度ConcAddは０と算出される。
【００５８】
上記ステップ１１２で気化促進剤混合濃度ConcAddが算出されると、排気燃料添加、すなわち排気燃料添加インジェクタ３８からの燃料噴射が実行される（ステップ１１４）。この排気燃料添加においては、上記ステップ１１２で算出された気化促進剤混合濃度ConcAddが実現されるように、その値に応じて制御弁４４の開度が制御される。
【００５９】
以上説明した実施の形態２によれば、排気温度や触媒床温に応じて気化促進剤混合濃度を制御することにより、排気添加燃料が蒸発しにくい状況であっても排気添加燃料をより確実に蒸発させることができる。また、気化促進剤をより有効に（無駄なく）利用することができるので、気化促進剤の消費量を更に低減することができる。
【００６０】
上述した実施の形態２においては、ＥＣＵ５０が、図５に示すルーチンの処理を実行することにより前記第５の発明における「添加制御手段」が実現されている。
【００６１】
実施の形態３．
次に、図７および図８を参照して、本発明の実施の形態３について説明するが、上述した実施の形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を簡略化または省略する。本実施形態のシステムは、図１に示すハードウェア構成を用いて、ＥＣＵ５０に、後述する図７に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。
【００６２】
本実施形態では、気化促進剤混合濃度を触媒入口温度Ｔ6と触媒床温Ｔbedとに基づいて制御することに加えて、更に、使用されている燃料の蒸発性に応じて気化促進剤混合濃度を補正するとした。燃料の蒸発性は、販売される季節や地域などによって異なる。蒸発性の低い燃料が使用されている場合には、排気添加燃料の確実な蒸発を促すためには、気化促進剤混合濃度を高めることが好ましい。逆に、蒸発性の低い燃料が使用されている場合には、気化促進剤混合濃度を低下させても、排気添加燃料を十分に蒸発させることができる。そこで、本実施形態では、燃料の蒸発性を検出し、燃料の蒸発性が低い場合ほど、気化促進剤混合濃度が高くなるように補正することとした。
【００６３】
［実施の形態３における具体的処理］
図７は、上記の機能を実現するために本実施形態においてＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。以下、図７において、前述した図４に示すステップと同様のステップについては、同一の符号を付してその説明を省略または簡略化する。
【００６４】
図７に示すルーチンによれば、まず、ディーゼルエンジン２の現在の運転条件が検出され（ステップ１００）、次いで、ＮＯｘ触媒２０の触媒入口温度Ｔ6と触媒床温Ｔbedとが前述した排気温度センサ５４および触媒床温センサ５６によりそれぞれ検出される（ステップ１０２）。
【００６５】
続いて、現在使用されている燃料の燃料蒸発性指数FDistが検出される（ステップ１１６）。燃料の蒸発性は、燃料の密度と相関する。すなわち、密度が大きいほど蒸発しにくく、密度が小さいほど蒸発し易い。そこで、本実施形態では、上記ステップ１１６において、燃料タンク８に設置された密度センサ６０によって検出される燃料密度に基づいて、燃料蒸発性指数FDistを算出することとしている。また、本実施形態では、９０％留出温度（Ｔ９０）を燃料蒸発性指数FDistとして用いることとしている。すなわち、燃料蒸発性指数FDistが低いほど、燃料の蒸発性が高い。
【００６６】
上記ステップ１１６の処理に続いて、気化促進剤混合濃度ConcAddを補正するための補正係数KFDistを算出する処理が実行される（ステップ１１８）。後述するように、気化促進剤混合濃度ConcAddは、触媒入口温度Ｔ6と、触媒床温Ｔbedとに基づいて算出される。その気化促進剤混合濃度ConcAddに補正係数KFDistを乗ずることにより、最終的な気化促進剤混合濃度ConcAddfが算出される。図８は、ステップ１１８において補正係数KFDistを算出するために用いられるマップである。このマップに示すように、本実施形態では、燃料蒸発性指数FDistと、触媒入口温度Ｔ6とに基づいて、補正係数KFDistが算出される。図８に示すマップによれば、補正係数KFDistは次のような値に算出される。
【００６７】
排気ガスの温度と燃料の９０％留出温度とが等しい場合には、排気添加燃料の蒸発し易さは標準的であると判断できる。この場合、気化促進剤混合濃度ConcAddを補正する必要はない。そこで、触媒入口温度Ｔ6と燃料蒸発性指数FDist（すなわち９０％留出温度）とが等しい場合には、補正係数KFDistが１．０（１．０倍）と算出される。
【００６８】
一方、触媒入口温度Ｔ6が燃料蒸発性指数FDist（９０％留出温度）より低い場合には、排気添加燃料が蒸発しにくいと判断できる。この場合には、気化促進剤の量を増やすことが好ましい。そこで、気化促進剤混合濃度ConcAddを高くする方向に補正するべく、補正係数KFDistが１．０より大きい値に算出される。
【００６９】
逆に、触媒入口温度Ｔ6が燃料蒸発性指数FDist（９０％留出温度）より高い場合には、排気添加燃料は蒸発し易いと判断できる。この場合には、気化促進剤の量を減らしても問題ない。そこで、気化促進剤混合濃度ConcAddを低くする方向に補正するべく、補正係数KFDistが１．０より小さい値に算出される。
【００７０】
上記ステップ１１８の処理に続いて、排気燃料添加が要求されているかどうかが判別される（ステップ１２０）。ステップ１２０において、排気燃料添加が要求されていると判別された場合には、次に、気化促進剤混合濃度ConcAddが算出される（ステップ１２２）。このステップ１２２では、実施の形態２と同様に、図６にマップに基づき、触媒入口温度Ｔ6と触媒床温Ｔbedとに応じて、気化促進剤混合濃度ConcAddが算出される。
【００７１】
次いで、上記ステップ１２２で算出された気化促進剤混合濃度ConcAddに、上記ステップ１１８で算出された補正係数KFDistを乗ずることにより、最終的な気化促進剤混合濃度ConcAddfが算出される（ステップ１２４）。続いて、排気燃料添加、すなわち排気燃料添加インジェクタ３８からの燃料噴射が実行される（ステップ１２６）。この排気燃料添加においては、上記ステップ１２４で算出された最終的な気化促進剤混合濃度ConcAddfが実現されるように、その値に応じて制御弁４４の開度が制御される。
【００７２】
以上説明した実施の形態３によれば、使用されている燃料の蒸発特性に応じて気化促進剤混合濃度を制御することができる。すなわち、蒸発性の低い燃料が使用されている場合には、気化促進剤混合濃度を高くする方向に補正することにより、排気添加燃料をより確実に蒸発させることができる。また、蒸発性の高い燃料が使用されている場合には、気化促進剤混合濃度を低くする方向に補正することにより、気化促進剤の消費量を更に抑制することができる。
【００７３】
なお、本実施形態では、密度センサ６０によって測定される燃料の密度に基づいて燃料の蒸発性を検出しているが、本発明では、燃料の蒸発性の検出方法はこれに限定されるものではない。例えば、排気燃料添加インジェクタ３８から燃料を噴射した後の空燃比センサ５８の出力に基づいて、燃料の蒸発性を検出するようにしてもよい。排気ガス中に添加された燃料の蒸発性が高いほど、空燃比センサ５８の出力が大きく変化するので、空燃比センサ５８の出力に基づいて、燃料の蒸発性を算出することができる。
【００７４】
上述した実施の形態３においては、ＥＣＵ５０が、図７に示すルーチンの処理を実行することにより前記第６の発明における「添加制御手段」が実現されている。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。
【図２】気化促進剤が添加された排気添加燃料が蒸発する様子を示す図である。
【図３】排気温度の低い状況において排気燃料添加によってＮＯｘ還元を行った場合に、ＮＯｘ触媒の下流の空燃比センサの出力の変化を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図５】本発明の実施の形態２において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図６】気化促進剤混合濃度ConcAddを算出するために用いられるマップである。
【図７】本発明の実施の形態３において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図８】補正係数KFDistを算出するために用いられるマップである。
【符号の説明】
【００７６】
２  ディーゼルエンジン
４  燃料インジェクタ
６  コモンレール
８  燃料タンク
１０  燃料パイプ
１４  ターボチャージャ
１６  排気マニホールド
１８  排気通路
２０  ＮＯｘ触媒
２４  吸気通路
２８  吸気マニホールド
３２  ＥＧＲ通路
３８  排気燃料添加インジェクタ
４０  燃料パイプ
４２  気化促進剤タンク
４４  制御弁
５０  ＥＣＵ
５４  排気温度センサ
５６  触媒床温センサ
５８  空燃比センサ
６０  密度センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2010048101.tif 000008
【図７】
2010048101.tif 000009
【図８】
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