(57)【要約】【課題】内燃機関の排気浄化装置において、パティキュレートフィルタを効率よく昇温させるために、燃料添加弁から添加された燃料と排気とをより均一に混合させること。【解決手段】ＥＣＵは、ＤＰＦの再生が必要か否かを判断する（Ｓ１１）。ＤＰＦの再生が必要である場合には（Ｓ１１：ＹＥＳ）、エンジンの使用環境を特定する（Ｓ１２）。その使用環境に応じた、駆動周波数中央値と変動幅を決定する（Ｓ１３）。その駆動周波数中央値、変動幅の波形で、燃料添加の実施と停止とが組み合わされた周期の単位時間当たりの繰り返し回数である駆動周波数が変動するように、燃料添加弁を駆動制御する（Ｓ１４）。【選択図】図１１
2010248946.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、排気中の粒子性物質を捕集するパティキュレートフィルタと、
前記排気通路に設けられ、前記パティキュレートフィルタを昇温させるための燃料を前記排気通路に添加する燃料添加弁と、
前記燃料添加弁による燃料添加の実施と停止とが組み合わされた周期が繰り返され、かつその周期における前記実施と前記停止との時間比率が所定値となるように前記燃料添加弁を駆動制御して、前記パティキュレートフィルタを目標温度に昇温させる昇温手段とを備える内燃機関の排気浄化装置において、
前記昇温手段は、前記パティキュレートフィルタを前記目標温度に昇温させる際に、前記周期の単位時間当たりの繰り返し回数である駆動周波数を変動させることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記昇温手段は、前記燃料の前記排気通路における範囲である添加範囲が、前記燃料と排気とが均一に混合できる適正範囲となるように、前記駆動周波数の変動範囲を決定する変動範囲決定手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記内燃機関の使用環境を特定する使用環境特定手段を備え、
前記変動範囲決定手段は、どの使用環境においても、前記添加範囲が前記適正範囲となるように、前記使用環境特定手段が特定した前記内燃機関の使用環境に応じて前記駆動周波数の変動範囲を決定することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記内燃機関の使用環境ごとの、前記駆動周波数の変動範囲の中央値である駆動周波数中央値を記憶する中央値記憶手段を備え、
前記変動範囲決定手段は、前記使用環境特定手段が特定した前記内燃機関の使用環境に対応して、前記中央値記憶手段に記憶されている前記駆動周波数中央値に基づいて、前記駆動周波数の変動範囲を決定することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記内燃機関の使用環境は、内燃機関の回転数、前記燃料添加弁の燃料供給圧及び前記燃料添加弁から添加される燃料の燃料温度の少なくとも一つであることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
前記内燃機関の使用環境ごとの前記駆動周波数の変動幅を記憶する変動幅記憶手段を備え、
前記変動範囲決定手段は、前記使用環境特定手段が特定した前記内燃機関の使用環境に対応して、前記変動幅記憶手段に記憶されている前記変動幅に基づいて、前記駆動周波数の変動範囲を決定することを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項７】
前記内燃機関の使用環境は、内燃機関の回転数であることを特徴とする請求項６に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項８】
前記昇温手段は、前記駆動周波数の変動波形が、前記駆動周波数の変動幅の周期が繰り返される波形となるように、前記駆動周波数を変動させることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に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、内燃機関の排気中の粒子性物質を捕集するパティキュレートフィルタを備えた内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境対策として、内燃機関からの排気を触媒やフィルタで処理し、有害成分の放出を抑制する内燃機関の排気浄化装置が重要となっている。一例として、排気通路にパティキュレートフィルタを設置し、ディーゼルエンジンから排出されるパティキュレートを捕集する排気浄化装置が知られている。パティキュレートフィルタに堆積したパティキュレートを定期的に焼却除去してパティキュレートフィルタを再生することにより、パティキュレートフィルタの連続的な使用が可能である。
【０００３】
パティキュレートフィルタの再生は、例えばパティキュレートフィルタの上流と下流との差圧に基づいて算出されるパティキュレート堆積量が所定値を超えたときに、パティキュレートが燃焼する温度、例えば６００℃以上にパティキュレートフィルタを昇温させることにより行われる。しかし、主な機関出力となる主噴射よりも遅角側で噴射される後噴射、吸気絞り等の公知の手段を用いてパティキュレートフィルタを昇温しパティキュレートを燃焼させると燃費が低下する。
【０００４】
また、パティキュレートフィルタの昇温温度が低すぎると、パティキュレートの燃焼速度が遅くなりパティキュレートフィルタの再生時間が長くなるので燃費がさらに低下する。逆に、パティキュレートフィルタの昇温温度を高くするほどパティキュレートの燃焼速度が速くなり再生が短時間で終了するので、パティキュレートフィルタの再生に伴う燃費低下を低減できる。ただし、パティキュレートフィルタの温度が高過ぎると、パティキュレートフィルタの破損あるいはパティキュレートフィルタに担持した酸化触媒の劣化等をまねくことがある。
【０００５】
そこで、燃費低下を抑制し、かつ安全にパティキュレートフィルタを再生するために、所定の目標温度近傍にパティキュレートフィルタの温度を維持する必要がある。特許文献１では、昇温手段による昇温の実施と停止とを組み合わせた周期を繰り返し、かつその周期における昇温の実施と停止との時間比率を所定値に制御することにより、パティキュレートフィルタを目標温度に高精度に制御しようとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−３０１０１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、パティキュレートフィルタを昇温させる昇温手段として、排気通路に燃料添加弁を設けて、その燃料添加弁から排気中に燃料を添加する手段が知られている。この昇温手段によると、燃料添加弁から添加された燃料と排気とが混合することによって排気温度が上昇し、その排気温度の排気がパティキュレートフィルタを通過することによりパティキュレートフィルタが昇温される。その際、燃料添加弁から添加された燃料と排気との混合状態によって、パティキュレートフィルタがどの程度昇温されるかが決まってくる。すなわち、燃料添加弁から添加された燃料と排気とが均一に混合されるほど、パティキュレートフィルタが効率よく昇温される。
【０００８】
そこで本発明は、昇温手段として、燃料添加弁による燃料添加の実施と停止とを組み合わせた周期を繰り返し、かつその周期における燃料添加の実施と停止との時間比率を所定値とする手段を採用した内燃機関の排気浄化装置において、パティキュレートフィルタを効率よく昇温させるために、燃料添加弁から添加された燃料と排気とをより均一に混合させることを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明は、内燃機関の排気通路に設けられ、排気中の粒子性物質を捕集するパティキュレートフィルタと、
前記排気通路に設けられ、前記パティキュレートフィルタを昇温させるための燃料を前記排気通路に添加する燃料添加弁と、
前記燃料添加弁による燃料添加の実施と停止とが組み合わされた周期が繰り返され、かつその周期における前記実施と前記停止との時間比率が所定値となるように前記燃料添加弁を駆動制御して、前記パティキュレートフィルタを目標温度に昇温させる昇温手段とを備える内燃機関の排気浄化装置において、
前記昇温手段は、前記パティキュレートフィルタを前記目標温度に昇温させる際に、前記周期の単位時間当たりの繰り返し回数である駆動周波数を変動させることを特徴とする。
【００１０】
これによれば、昇温手段は、パティキュレートフィルタを目標温度に昇温させる際に、燃料添加の実施と停止とが組み合わされた周期の単位時間当たりの繰り返し回数である駆動周波数を変動させる。すなわち、その周期が変動する。そして、周期が変動すると、周期における燃料添加が実施される添加時間も変動することになる。ここで、燃料添加弁から排気通路に添加される燃料が排気通路のどの範囲で排気と混合されるかは、上記添加時間に左右されると考えられる。したがって、添加時間が変動すると、燃料の排気通路における範囲である添加範囲も変動する。そして、それら変動した添加範囲で燃料と排気とが混合されることになるため、結果的に広範囲で燃料と排気とが混合される。よって、添加時間が固定のときよりも、燃料と排気とを均一に混合させることができる。その結果、パティキュレートフィルタを効率よく昇温させることができる。
【００１１】
ところで、燃料添加弁から排気通路に添加される燃料が排気通路のどの範囲で排気と混合されるかは、上述したように上記添加時間、すなわち燃料添加の実施と停止とが組み合わされた周期の単位時間当たりの繰り返し回数である駆動周波数に左右されると考えられる。そして例えば、添加範囲が排気通路に比べて大きすぎると、燃料添加弁から添加された燃料の多くが排気通路の壁に衝突してしまい、燃料の無駄が大きくなる。反対に、添加範囲が排気通路に比べて小さすぎると、燃料と排気とが混合できない範囲が大きくなり不均一に混合されることになる。
【００１２】
そこで、本発明の昇温手段は、前記燃料の前記排気通路における範囲である添加範囲が、前記燃料と排気とが均一に混合できる適正範囲となるように、前記駆動周波数の変動範囲を決定する変動範囲決定手段を備える。
【００１３】
これによれば、変動範囲決定手段が決定した変動範囲で駆動周波数を変動されて添加範囲が適正範囲になる。その適正範囲は、燃料と排気とが均一に混合できる範囲である。したがって、燃料と排気とを均一に混合させることができる。
【００１４】
また本発明の内燃機関の排気浄化装置は、前記内燃機関の使用環境を特定する使用環境特定手段を備え、
前記変動範囲決定手段は、どの使用環境においても、前記添加範囲が前記適正範囲となるように、前記使用環境特定手段が特定した前記内燃機関の使用環境に応じて前記駆動周波数の変動範囲を決定する。
【００１５】
これによって、どの使用環境においても燃料と排気とを均一に混合させることができる。そして、どの使用環境においても、前記添加範囲が前記適正範囲となるようにするためには、以下に示すように、駆動周波数の変動範囲の中央値である駆動周波数中央値と、駆動周波数の変動幅とを適切に定めればよい。
【００１６】
すなわち、本発明の内燃機関の排気浄化装置は、前記内燃機関の使用環境ごとの、前記駆動周波数の変動範囲の中央値である駆動周波数中央値を記憶する中央値記憶手段を備え、
前記変動範囲決定手段は、前記使用環境特定手段が特定した前記内燃機関の使用環境に対応して、前記中央値記憶手段に記憶されている前記駆動周波数中央値に基づいて、前記駆動周波数の変動範囲を決定する。
【００１７】
駆動周波数中央値は、燃料の添加範囲の一部の排気通路における位置に対応していると考えられる。したがって、内燃機関の使用環境に応じた適切な駆動周波数中央値を用いることにより、どの使用環境においても、上記添加範囲を適切範囲にしやすくできる。
【００１８】
その内燃機関の使用環境は、内燃機関の回転数、前記燃料添加弁の燃料供給圧及び前記燃料添加弁から添加される燃料の燃料温度の少なくとも一つとすることができる。
【００１９】
なぜなら、内燃機関の回転数が異なると排気通路内の流速も異なり、同じ駆動周波数中央値で燃料を添加したとしも添加範囲が異なってくるからである。したがって、内燃機関の回転数に応じた駆動周波数中央値に基づいて、駆動周波数の変動範囲を決定するのが望ましい。
【００２０】
また、燃料供給圧や燃料温度が異なると燃料添加弁から添加される燃料の性質が異なり、同じ駆動周波数中央値で燃料を添加しても添加範囲が異なってくるからである。したがって、燃料供給圧や燃料温度に応じた駆動周波数中央値に基づいて、駆動周波数の変動範囲を決定するのが望ましい。
【００２１】
また本発明の内燃機関の排気浄化装置は、前記内燃機関の使用環境ごとの前記駆動周波数の変動幅を記憶する変動幅記憶手段を備え、
前記変動範囲決定手段は、前記使用環境特定手段が特定した前記内燃機関の使用環境に対応して、前記変動幅記憶手段に記憶されている前記変動幅に基づいて、前記駆動周波数の変動範囲を決定する。
【００２２】
駆動周波数の変動幅は、燃料の添加範囲の大きさに対応していると考えられる。したがって、内燃機関の使用環境に応じた適切な変動幅を用いることにより、どの使用環境においても、上記添加範囲を適切範囲にしやすくできる。
【００２３】
その前記内燃機関の使用環境は、内燃機関の回転数とすることができる。なぜなら、内燃機関の回転数が異なると排気通路内の流速も異なり、同じ駆動周波数の変動幅で燃料を添加しても添加範囲の大きさが異なってくるからである。したがって、内燃機関の回転数に応じた変動幅に基づいて、駆動周波数の変動範囲を決定するのが望ましい。
【００２４】
そして、内燃機関の使用環境を考慮した駆動周波数中央値と変動幅の両方に基づいて決定した変動範囲で、駆動周波数を変動させれば、燃料の添加範囲を、燃料と排気とが均一に混合できる適切範囲にすることができる。したがって、どの使用環境においても、燃料と排気とを均一に混合させることができる。
【００２５】
また本発明の昇温手段は、前記駆動周波数の変動波形が、前記駆動周波数の変動幅の周期が繰り返される波形となるように、前記駆動周波数を変動させる。
【００２６】
これによれば、燃料と排気は、駆動周波数の変動波形に基づいて定まる排気通路における範囲内（添加範囲）で混合されることになるが、駆動周波数の変動波形が一定の振幅、一定の周期の波形となっているので、その範囲内（添加範囲）において時間的、場所的に均一に燃料と排気とを混合させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】ディーゼルエンジンの排気浄化装置を搭載したシステムの全体構成を示した図である。
【図２】燃料添加の実施と停止との時間比率を説明するための図である。
【図３】Ｄｕｔｙ比（縦軸）と添加弁噴射量（横軸）の関係を示した図である。
【図４】図１の破線部６０の拡大図であり、燃料添加弁９から添加された燃料が排気通路２のどの範囲で排気と混合されるかを説明するための図である。
【図５】駆動周波数ｆ（横軸）とペネトレーションＬ（縦軸）の関係を示した図である。
【図６】図１の破線部６０の拡大図であり、駆動周波数ｆを変動させることにより、広範囲で燃料と排気とが混合されることを説明するための図である。
【図７】図１の破線部６０の拡大図であり、添加範囲Ｒの位置を説明するための図である。
【図８】ＥＣＵ６のＲＯＭの記憶エリアを示した概念図である。
【図９】第一エンジン回転数マップ３１、燃料供給圧マップ３２、燃料温度マップ３３を示した図である。
【図１０】第二エンジン回転数マップ４１を示した図である。
【図１１】昇温処理を示したフローチャートである。
【図１２】駆動周波数ｆの変動波形を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。図１はディーゼルエンジンの排気浄化装置を搭載したシステムの全体構成を示した図である。図１に示すように、ディーゼルエンジン１（以下エンジンという）の排気通路２を構成する排気管２ｂ、２ｃ間にディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）３が設置され、その上流には排気管２ａ、２ｂ間に酸化触媒（ＤＯＣ）４が設置されている。ＤＰＦ３は公知の構造のセラミック製フィルタであり、例えば、コーディエライト等の耐熱性セラミックスをハニカム構造に成形して、ガス流路となる多数のセルを入口側または出口側が互い違いとなるように目封じしてなる。エンジン１から排出された排気は、ＤＰＦ３の多孔性の隔壁を通過しながら下流へ流れ、その間にパティキュレート（ＰＭ）が捕集されて次第に堆積する。
【００２９】
ＤＯＣ４は公知の構造で、コーディエライトハニカム構造体等よりなるセラミック製担体の表面に酸化触媒を担持してなる。ＤＯＣ４は、排気通路２に供給される炭化水素（ＨＣ）を触媒反応により燃焼させて排気温度を上昇させ、ＤＰＦ３を昇温する。なお、ＤＰＦ３には酸化触媒が担持されていても、担持されていなくてもよい。本実施形態では、ＤＰＦ３に酸化触媒が担持されていないものとして説明する。あるいは、酸化触媒が担持されたＤＰＦ３を用い、その上流にＤＯＣ４を設置しないシステム構成とすることもできる。
【００３０】
そして、排気温度を上昇させＤＰＦ３を昇温するために、排気通路２にＨＣを含む燃料を添加する燃料添加弁９が、ＤＯＣ４よりも上流側の排気管２ａに設置されている。この燃料添加弁９から添加された燃料に含まれるＨＣが、上述したようにＤＯＣ４で燃焼されて、排気温度が上昇する。
【００３１】
ＤＰＦ３の上流側の排気管２ｂおよび下流側の排気管２ｃには、それぞれ温度センサとしての排気温センサ５１、５２が設置される。排気温センサ５１、５２はＥＣＵ６に接続されており、ＤＰＦ３の入ガス温度または出ガス温度を検出して、ＥＣＵ６に出力する。ＥＣＵ６は排気温センサ５１、５２の出力に基づいてＤＰＦ３の温度（中心温度）を推定する。エンジン１の吸気管１１には、エアフロメータ（吸気量センサ）５３が設置されて吸気量をＥＣＵ６に出力するようになっている。エアフロメータ５３下流の吸気管１１には、吸気絞り弁１２が設置されており、ＥＣＵ６の指令で吸気量を増減する。
【００３２】
また、エンジン１の吸気管１１は、ＥＧＲバルブ７を備えたＥＧＲ配管７１によって、ＤＯＣ４の上流側の排気管２ａと連通しており、ＥＧＲバルブ７はＥＣＵ６の指令で吸気に還流する排気量（ＥＧＲ量）を増減する。
【００３３】
なお、ここでは、ＤＰＦ３の上流および下流に設置され、上流および下流の排気温度を検出する排気温センサ５１、５２を設けたが、排気温センサ５１、５２をいずれか一方として、その出力を基にＤＰＦ３の温度を推定することも可能である。
【００３４】
排気管２ｂ、２ｃには、ＤＰＦ３にて捕集されたパティキュレートの量（ＰＭ捕集量）を知るために、ＤＰＦ３の前後差圧を検出する差圧センサ８が接続される。差圧センサ８の一端側はＤＰＦ３上流の排気管２ｂに、他端側はＤＰＦ３下流の排気管２ｃにそれぞれ圧力導入管８１、８２を介して接続されており、ＤＰＦ３の前後差圧に応じた信号をＥＣＵ６に出力する。
【００３５】
またＥＣＵ６には、エンジン回転数を検出する回転数センサ５４、燃料添加弁９から燃料を添加するためにその燃料添加弁９に供給される燃料の燃料供給圧を検出する燃料供給圧センサ５５および燃料添加弁９から添加される燃料の燃料温度を検出する燃料温度センサ５６が接続されている。そして、エンジン回転数、燃料供給圧および燃料温度は、それぞれＥＣＵ６に入力される。ＥＣＵ６には、さらに、アクセル開度センサ等の図示しない各種センサが接続されている。
【００３６】
ＥＣＵ６は、これらセンサからの検出信号を基に運転状態を検出し、運転状態に応じた最適な燃料噴射量、噴射時期、噴射圧等を算出して、エンジン１への燃料噴射を制御する。また、吸気絞り弁１２の弁開度を調節することで吸気量を、ＥＧＲバルブ７の弁開度を調節することでＥＧＲ量を制御する。
【００３７】
またＥＣＵ６は、本発明の「昇温手段」として機能し、燃料添加弁９による燃料添加の実施と停止とが組み合わされた周期が繰り返され、かつその周期における燃料添加の実施と停止との時間比率が所定値となるように燃料添加弁９を駆動制御して、ＤＰＦ３を目標温度に昇温させる。そしてＤＰＦ３を再生させる。
【００３８】
そのＤＰＦ３を再生させるときの再生制御について詳しく説明する。ＥＣＵ６は、燃料添加弁９から排気通路２に燃料を添加することにより、排気中のＨＣを増量させ、ＤＯＣ４でのＨＣ反応熱によりＤＰＦ３を昇温させる。具体的には、ＤＰＦ３へのＰＭ堆積量を推定して、ＰＭ堆積量が予め決められた所定値を超えた時に、燃料添加弁９を駆動制御してＤＰＦ３の温度を目標温度に昇温させる。これにより、堆積したＰＭが焼却除去されＤＰＦ３が再生する。ＤＰＦ３の温度は、排気温センサ５１、５２の出力に基づいて推定する。
【００３９】
なお、燃料添加弁９から排気通路２に燃料を添加することによりＤＰＦ３を目標温度に昇温させているが、ポスト噴射、燃料噴射時期遅角（リタード）、吸気絞り、ＥＧＲ増量等の操作を加えてもよい。これらの操作により排気通路２に供給される未燃ＨＣが増加し、さらにリタード、ＥＧＲ増量等の操作により排気温度が上昇する。
【００４０】
ＰＭ堆積量を推定する方法としては、例えば、差圧センサ８で検出されるＤＰＦ３の前後差圧からＰＭ堆積量を推定する方法がある。すなわち、排気流量が一定の場合には、ＰＭ堆積量が多いほどＤＰＦ前後差圧が増加するので、この関係を予め調べておくことでＰＭ堆積量を知ることができる。あるいは、ＰＭ堆積量を、各種センサの出力から知られるエンジン１の運転状態に基づいて推定することも、これら方法を組み合わせることもできる。
【００４１】
そしてＥＣＵ６は、ＤＰＦ３を目標温度に維持させるために、上述したように、燃料添加弁９による燃料添加の実施と停止とが組み合わされた周期が繰り返され、かつその周期における燃料添加の実施と停止との時間比率が所定値となるように燃料添加弁９を駆動制御する。具体的には、ＤＰＦ３の温度に応じて燃料添加弁９からの燃料添加の実施・停止の時間比率（Ｄｕｔｙ比）を決定し、このＤｕｔｙ比をＤＰＦ３の温度変化に応じて随時変更する。
【００４２】
Ｄｕｔｙ比は所定の繰り返し周期τａの間で燃料添加を実施する添加時間τ１（τ１≦τａ）を変更することで変化させる（図２）。この場合、Ｄｕｔｙ比＝τ１／τａとなる。そして、Ｄｕｔｙ比が変化すると、燃料添加弁９から添加される燃料の量（添加弁噴射量）も変化することになる。図３は、Ｄｕｔｙ比（縦軸）と添加弁噴射量（横軸）の関係を示した図である。図３に示すように、Ｄｕｔｙ比が大きくなるほど、添加弁噴射量も大きくなっていることがわかる。したがって、Ｄｕｔｙ比を大きくするほど添加弁噴射量が大きくなるので、ＤＰＦ温度はより上昇することになる。
【００４３】
このように、Ｄｕｔｙ比を適宜変更することで、ＤＰＦ３を目標温度まで上昇または目標温度近傍に維持するために最適なＨＣ量が供給され、ＤＰＦ温度を最適に制御することが可能となる。なお、Ｄｕｔｙ比を変更してＤＰＦ３を目標温度に昇温させる制御のより詳細な説明は、例えば特開２００４−３０１０１３号公報を参照されたい。
【００４４】
ところで、上述したように、燃料添加弁９から添加された燃料（ＨＣ）がＤＯＣ４で触媒反応することにより排気温度が上昇するが、排気温度がどの程度上昇するか、すなわちＤＰＦ３がどの程度昇温するかは、燃料添加弁９から添加される燃料の量の他、その燃料と排気との混合状態によって左右される。具体的には、添加燃料と排気とが排気通路２の広範囲で均一に混合されるほど、ＤＰＦ３が効率よく昇温される。反対に、添加燃料と排気とが局所的に不均一に混合されると、ＤＰＦ３の昇温が鈍くなる。そこで本発明では、添加燃料と排気とを均一に混合させるために、図２に示す燃料添加の実施と停止とが組み合わされた繰り返し周期τａの単位時間当たりの繰り返し回数である駆動周波数ｆを変動させている。以下、その理由を説明する。
【００４５】
図４は、図１の破線部６０の拡大図であり、燃料添加弁９から添加された燃料が排気通路２のどの範囲で排気と混合されるかを説明するための図である。図４に示すように、ある駆動周波数ｆで燃料添加弁９から添加された燃料は、排気中を進んで、排気通路２のある添加範囲ｒにおいて排気と混合される。その添加範囲ｒで混合された排気と添加燃料が下流のＤＯＣ４に到達して、触媒反応により排気温度が上昇する。
【００４６】
そして、その添加範囲ｒと燃料添加弁９との排気通路２の幅方向の距離をペネトレーションＬとすると、ペネトレーションＬは、駆動周波数ｆに依存していると考えられる。図５は、駆動周波数ｆ（横軸）とペネトレーションＬ（縦軸）の関係を示した図である。図５に示すように、駆動周波数ｆが大きくなるほど、ペネトレーションＬは小さくなっている。その理由を説明すると、燃料添加弁９から燃料が添加される添加時間τ１は、繰り返し周期τａに左右される（図２参照）。具体的には、繰り返し周期τａが大きくなるほど、添加時間τ１も大きくなる。そして、添加時間τ１が大きくなるほど、燃料添加弁９から長い間、燃料が添加されるので、その燃料は排気中をより長い距離進むと考えられる。すなわちペネトレーションＬが大きくなる。反対に、繰り返し周期τａが小さくなって添加時間τ１が小さくなるほど、ペネトレーションＬは小さくなる。一方、繰り返し周期τａと駆動周波数ｆは対応しており、駆動周波数ｆが大きくなるほど、繰り返し周期τａは小さくなる。
【００４７】
以上より、駆動周波数ｆが大きくなるほど、繰り返し周期τａは小さくなってペネトレーションＬが小さくなる。反対に、駆動周波数ｆが小さくなるほど、繰り返し周期τａが大きくなってペネトレーションＬが大きくなる。つまり、図５に示す関係となる。
【００４８】
したがって、駆動周波数ｆを変動させることにより、ペネトレーションＬ、すなわち燃料の排気通路２における範囲である添加範囲ｒも変動する。そして、それら変動した添加範囲で燃料と排気とが混合されることになるため、結果的に広範囲で燃料と排気とを混合させることができる。図６は、図１の破線部６０の拡大図であり、駆動周波数ｆを変動させることにより、広範囲で燃料と排気とが混合されることを説明するための図である。図６に示すように、駆動周波数ｆを変動させると、燃料の添加範囲ｒが変動（添加範囲ｒ１、ｒ２、・・・、ｒｎ）する。そして、それら変動した添加範囲ｒ１、ｒ２、・・・、ｒｎを重ねた添加範囲Ｒで燃料と排気とが混合される。したがって、駆動周波数ｆを固定したときよりも広範囲で均一に燃料と排気とを混合させることができ、排気温度を効率よく上昇させることができ、ひいてはＤＰＦ３を効率よく昇温させることができる。
【００４９】
このように、駆動周波数ｆを変動させることにより、燃料と排気とを広範囲で混合させることができる。ただし、例えば、添加範囲Ｒが排気通路２に比べて大きすぎると、燃料添加弁９から添加された燃料の多くが排気通路２の壁に衝突してしまい、燃料の無駄が大きくなる。反対に、添加範囲Ｒが排気通路２に比べて小さすぎると、燃料と排気とが混合できない範囲が大きくなり不均一に混合されることになる。そのため、燃料と排気とを均一に混合させるためには、その添加範囲Ｒを燃料と排気とを均一に混合できる適切範囲にする必要がある。図７は、図１の破線部６０の拡大図であり、添加範囲Ｒの位置を説明するための図である。添加範囲Ｒが適切範囲であると言えるためには、図７に示すように、添加範囲Ｒの所定の一部範囲ｒｃが所定の適切位置ｐにあって、なおかつ、添加範囲Ｒの排気通路２の幅方向の大きさＸが所定の適切大きさｑになっている必要がある。例えば、駆動周波数ｆの変動範囲が大きすぎると、ペネトレーションＬが大きくなりすぎたり小さくなりすぎたりする（図５参照）。その結果、添加範囲Ｒが大きくなりすぎてしまい、排気通路２の壁と衝突する燃料が多くなって、燃料の無駄が大きくなる。反対に、駆動周波数ｆの変動範囲が小さすぎると、添加範囲Ｒが小さくなって、燃料と排気とを均一に混合できなくなる。すなわち、適切範囲は、排気通路２に対して大きすぎでも小さすぎでもない範囲である。
【００５０】
ここで、添加範囲Ｒの大きさＸ、特に排気通路２の幅方向の大きさは、駆動周波数ｆの変動幅Ｗ（図５参照）に対応していると考えられる。また添加範囲Ｒの一部範囲ｒｃの排気通路２における位置は、その変動幅Ｗの中央における駆動周波数ｆである駆動周波数中央値Ｆｃ（図５参照）に対応していると考えられる。したがって、駆動周波数中央値Ｆｃと変動幅Ｗとを適切に定めれば、添加範囲Ｒを燃料と排気とを均一に混合できる適切範囲にすることができる。
【００５１】
一方、ペネトレーションＬはエンジン１の使用環境であるエンジン回転数、燃料添加弁９の燃料供給圧及び燃料添加弁９から添加される燃料の燃料温度によっても左右されると考えられる。なぜなら、エンジン回転数が高いほど排気通路内の流速が速くなり、排気通路内の流速が速いほどペネトレーションＬが短くなると考えられるからである。
【００５２】
また燃料供給圧が高いほど燃料添加弁９から添加される燃料の勢いが増すので、ペネトレーションＬが長くなると考えられるからである。また燃料温度が低いほど燃料添加弁９から添加される燃料の粘度が高くなるので、ペネトレーションＬが短くなると考えられるからである。
【００５３】
したがって、同一の駆動周波数ｆの変動範囲であっても、エンジン１の使用環境が異なると、ペネトレーションＬが変わるので、添加範囲Ｒの位置が異なってくる。そこで本発明では、エンジン１の使用環境に応じて駆動周波数中央値Ｆｃと変動幅Ｗとを決定して、どの使用環境においても添加範囲Ｒが適切範囲になるように制御している。
【００５４】
そのため、図８に示すように、ＥＣＵ６のＲＯＭには、エンジン１の使用環境に応じて駆動周波数中央値Ｆｃを決定するための各種マップを記憶するための中央値メモリ６１（中央値記憶手段）、エンジン１の使用環境に応じて変動幅Ｗを決定するための変動幅メモリ６２（変動幅記憶手段）が設けられている。さらに、これらメモリ６１、６２は、複数のメモリ６１１〜６２１に分けられおり、各メモリ６１１〜６２１には一つのマップが記憶されている。
【００５５】
具体的には、図８に示すように、中央値メモリ６１は、第一エンジン回転数マップメモリ６１１、燃料供給圧マップメモリ６１２および燃料温度マップメモリ６１３に分けられている。
【００５６】
そして第一エンジン回転数マップメモリ６１１には、添加範囲Ｒの一部範囲ｒｃ（図７参照）が適切位置ｐ（図７参照）にくるとして定められた、エンジン回転数ごとの駆動周波数中央値Ｆｃを示した第一エンジン回転数マップ３１が記憶されている。図９（ａ）はその第一エンジン回転数マップ３１を示した図である。図９（ａ）に示すように、第一エンジン回転数マップ３１は、横軸がエンジン回転数、縦軸が駆動周波数中央値Ｆｃとなっており、エンジン回転数が高くなるほど駆動周波数中央値Ｆｃが小さくなっている。これは、上述したように、エンジン回転数が高いほど排気通路内の流速が速くなり、排気通路内の流速が速いほどペネトレーションＬが短くなる。したがって、この場合、駆動周波数中央値Ｆｃを小さくしてペネトレーションＬを長くして、添加範囲Ｒの一部範囲ｒｃ（図７参照）が適切位置ｐ（図７参照）にくるようにするためである。
【００５７】
また燃料供給圧マップメモリ６１２には、添加範囲Ｒの一部範囲ｒｃ（図７参照）が適切位置ｐ（図７参照）にくるとして定められた、燃料供給圧ごとの駆動周波数中央値Ｆｃを示した燃料供給圧マップ３２が記憶されている。図９（ｂ）はその燃料供給圧マップ３２を示した図である。図９（ｂ）に示すように、燃料供給圧マップ３２は、横軸が燃料供給圧、縦軸が駆動周波数中央値Ｆｃとなっており、燃料供給圧が高くなるほど駆動周波数中央値Ｆｃが小さくなっている。これは、上述したように、燃料供給圧が高いほど燃料添加弁９から添加される燃料の勢いが増すので、ペネトレーションＬが長くなる。したがって、この場合、駆動周波数中央値Ｆｃを大きくしてペネトレーションＬを短くして、添加範囲Ｒの一部範囲ｒｃ（図７参照）が適切位置ｐ（図７参照）にくるようにするためである。
【００５８】
また燃料温度マップメモリ６１３には、添加範囲Ｒの一部範囲ｒｃ（図７参照）が適切位置ｐ（図７参照）にくるとして定められた、燃料温度ごとの駆動周波数中央値Ｆｃを示した燃料温度マップ３３が記憶されている。図９（ｃ）はその燃料温度マップ３３を示した図である。図９（ｃ）に示すように、燃料温度マップ３３は、横軸が燃料温度、縦軸が駆動周波数中央値Ｆｃとなっており、燃料温度が低くなるほど駆動周波数中央値Ｆｃが小さくなっている。これは、上述したように、燃料温度が低いほど燃料添加弁９から添加される燃料の粘度が高くなるので、ペネトレーションＬが短くなる。したがって、この場合、駆動周波数中央値Ｆｃを小さくしてペネトレーションＬを長くして、添加範囲Ｒの一部範囲ｒｃ（図７参照）が適切位置ｐ（図７参照）にくるようにするためである。
【００５９】
一方、変動幅メモリ６２は、図８に示すように、第二エンジン回転数マップメモリ６２１に分けられている。その第二エンジン回転数マップメモリ６２１には、添加範囲Ｒの排気通路２の幅方向の大きさＸが適切大きさｑ（図７参照）になるとして定められた、エンジン回転数ごとの変動幅Ｗを示した第二エンジン回転数マップ４１が記憶されている。図１０はその第二エンジン回転数マップ４１を示した図である。図１０に示すように、第二エンジン回転数マップ４１は、横軸がエンジン回転数、縦軸が変動幅Ｗとなっており、エンジン回転数が高くなるほど変動幅Ｗが大きくなっている。これは、上述したように、エンジン回転数が高いほど排気通路内の流速が速くなり、排気通路内の流速が速いほどペネトレーションＬが短くなる。つまり、同一の変動幅Ｗでも、エンジン回転数が高いときのほうが添加範囲Ｒの大きさＸは小さくなる。したがって、この場合、変動幅Ｗを大きくして添加範囲Ｒの大きさＸを大きくして、添加範囲Ｒの大きさＸが適切大きさｑ（図７参照）になるようにするためである。
【００６０】
そしてＥＣＵ６は、上記した構成のもと、燃料添加弁９の駆動を制御して、ＤＰＦ３を目標温度に昇温させる昇温処理を実行する。図１１は昇温処理を示したフローチャートである。以下、図１１のフローチャートを参照しつつ、昇温処理について説明する。なお、図１１のフローチャートは、一定間隔で繰り返し実行される。
【００６１】
先ず、ステップＳ１１で、ＤＰＦ３の再生が必要か否かを判断する。具体的には、ＤＰＦ３の上下流に配置した排気温センサ５１、５２から排気温度Ｔ１、Ｔ２を読み込む。次いで、その排気温度Ｔ１、Ｔ２を基にＤＰＦ温度Ｔを算出する。簡易的にはＴ＝Ｔ１あるいはＴ＝Ｔ２とする。次いで、ＤＰＦ３上へのＰＭ堆積量を推定する。例えば、通過する排気流量に対するＤＰＦ３の前後差圧とＰＭ堆積量の関係を利用して、差圧センサ８で検出される前後差圧と、エアフロメータ５３の出力から算出される排気流量をもとにＰＭ堆積量を推定することができる。そして、推定したＰＭ堆積量が所定値に達したか否かで、ＤＰＦ３の再生が必要か否かを判断する。
【００６２】
未だＤＰＦ３の再生が必要ではない場合には（Ｓ１１：ＮＯ）、そのまま昇温処理を終了する。一方、ＤＰＦ３の再生が必要である場合には（Ｓ１１：ＹＥＳ）、ステップＳ１２へ進むとともに、ＤＰＦ３の温度に応じて燃料添加弁９からの燃料添加の実施・停止の時間比率（Ｄｕｔｙ比）を決定し、このＤｕｔｙ比をＤＰＦ３の温度変化に応じて随時変更するＤｕｔｙ比制御処理を、以下のステップＳ１２〜Ｓ１４の処理と並列して実行する。なお、Ｄｕｔｙ比制御処理の詳細は、特開２００４−３０１０１３号公報を参照されたい。
【００６３】
ステップＳ１２では、各センサ５４〜５６からそれぞれエンジン回転数、燃料供給圧、燃料温度を取得することで、エンジン１の使用環境を特定する。なお、ステップＳ１２を実行するＥＣＵ６が本発明の「使用環境特定手段」に相当する。
【００６４】
続くステップＳ１３では、ステップＳ１２で特定した使用環境に応じた駆動周波数中央値Ｆｃと変動幅Ｗを、各マップ３１〜３３、４１に基づいて決定する。具体的には、第一エンジン回転数マップ３１（図９（ａ）参照）からエンジン回転数に対応する駆動周波数中央値Ｆ１を決定する。また燃料供給圧マップ３２（図９（ｂ）参照）から燃料供給圧に対応する駆動周波数中央値Ｆ２を決定する。また燃料温度マップ３３（図９（ｃ）参照）から燃料温度に対応する駆動周波数中央値Ｆ３を決定する。そして、各駆動周波数中央値Ｆ１〜Ｆ３の平均値を今回用いる駆動周波数中央値Ｆｃとする。
【００６５】
また、エンジン回転数マップ４１（図１０参照）からエンジン回転数に対応する変動幅Ｗを決定する。
【００６６】
なお、エンジン回転数、燃料供給圧、燃料温度がそれぞれどの程度ペネトレーションＬに影響を及ぼしているのか、すなわち寄与度を予め調べておき、その寄与度を考慮して各駆動周波数中央値Ｆ１〜Ｆ３の平均値を求めるのが好ましい。また、ステップＳ１３を実行するＥＣＵ６が本発明の「変動範囲決定手段」に相当する。
【００６７】
続くステップＳ１４では、ステップＳ１３で決定した駆動周波数中央値Ｆｃ、変動幅Ｗの波形で駆動周波数ｆが変動するように、燃料添加弁９を駆動制御する。この際、図１２に示すように、駆動周波数ｆの変動波形が、変動幅Ｗの周期Ｔが繰り返される正弦波となるように、駆動周波数ｆを変動させる。これにより、燃料と排気は、添加範囲Ｒで混合されることになるが、駆動周波数ｆの変動波形が一定の振幅Ｗ、一定の周期Ｔの波形となっているので、その添加範囲Ｒにおいて時間的、場所的に均一に燃料と排気とを混合させることができる。その後、図１１のフローチャートの昇温処理を終了する。
【００６８】
以上説明したように、本実施形態では、燃料添加の実施と停止とが組み合わされた周期τａの単位時間当たりの繰り返し回数である駆動周波数ｆを変動させている。そして、燃料の添加範囲Ｒが、その一部範囲ｒｃが適切位置ｐ（図７参照）、その大きさＸが適切大きさｑとなる適正範囲になるようにしている。これによって、広範囲で均一に燃料と排気とを混合させることができ、ひいては効率よくＤＰＦ３を昇温させることができる。
【００６９】
そして、駆動周波数ｆの変動範囲をエンジン１の使用環境に応じて決定しているので、どの使用環境においても燃料と排気とを均一に混合させることができる。
【００７０】
なお、駆動周波数ｆを変動させたことに伴って、燃料添加の実施・停止の時間比率（Ｄｕｔｙ比）が変わるわけではない。したがって、ＤＰＦ３の温度に応じてＤｕｔｙ比を決定し、このＤｕｔｙ比をＤＰＦ３の温度変化に応じて随時変更して、ＤＰＦ３を目標温度に維持させる効果がなくなるわけではない。
【００７１】
また、駆動周波数ｆを変動させることによって、Ｄｕｔｙ比を所定値に保ちつつ燃料の添加時間を変化させることができる。これによって、長い添加時間で燃料が添加されるときに、その燃料によって燃料添加弁９に詰まった排気等を効率よく除去することができるので、燃料添加弁９の詰まりを抑制することができる。
【００７２】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるわけではなく、その範囲内において種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、駆動周波数ｆの変動範囲を定めるために、駆動周波数中央値Ｆｃと変動幅Ｗを決定していた。しかし、これに限定されるわけではなく、例えば駆動周波数中央値Ｆｃの代わりに駆動周波数ｆの変動範囲の上限値や下限値を決定してもよい。
【００７３】
また、上記実施形態では、駆動周波数ｆの変動波形が、変動幅Ｗの周期Ｔが繰り返される正弦波（図１２参照）となるように、駆動周波数ｆを変動させていた。しかし、正弦波に限られず、矩形波、三角波、ノコギリ波等の変動幅Ｗの周期Ｔが繰り返される他の波形となるように、駆動周波数ｆを変動させてもよい。駆動周波数ｆの変動波形が一定の振幅Ｗ、一定の周期Ｔの波形となっていれば、添加範囲Ｒにおいて時間的、場所的に均一に燃料と排気とを混合させることができるからである。
【符号の説明】
【００７４】
１  ディーゼルエンジン（内燃機関）
２  排気通路
３  ＤＰＦ（パティキュレートフィルタ）
４  ＤＯＣ
６  ＥＣＵ（昇温手段、使用環境特定手段、変動範囲決定手段）
９  燃料添加弁
５４  回転数センサ
５５  燃料供給圧センサ
５６  燃料温度センサ
６１  中央値メモリ（中央値記憶手段）
６２  変動幅メモリ（変動幅記憶手段）
【図１】
2010248946.tif 000003
【図２】
2010248946.tif 000004
【図３】
2010248946.tif 000005
【図４】
2010248946.tif 000006
【図５】
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【図６】
2010248946.tif 000008
【図７】
2010248946.tif 000009
【図８】
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【図９】
2010248946.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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