(57)【要約】【課題】内燃機関の排気浄化装置において、燃料添加弁の噴射口付近に生成されるデポジットを抑制するために添加する燃料をフィルタに働きかけさせ、燃費を向上させる技術を提供する。【解決手段】排気通路に配置されたフィルタと、フィルタよりも上流側の排気通路に配置され、排気中に燃料を添加する燃料添加弁と、燃料添加弁から排気中に燃料を添加してフィルタを昇温させフィルタからＰＭを除去するＰＭ再生制御手段と、を備えた内燃機関の排気浄化装置において、燃料添加弁の燃料を噴射する噴射口付近にデポジットが生成されることを抑制するために、ＰＭ再生制御手段を実行する燃料添加制御手段（Ｓ１０４）を備えた。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気通路に配置されたフィルタと、
前記フィルタよりも上流側の排気通路に配置され、排気中に燃料を添加する燃料添加弁と、
前記燃料添加弁から排気中に燃料を添加して前記フィルタを昇温させ前記フィルタからＰＭを除去するＰＭ再生制御手段と、
を備えた内燃機関の排気浄化装置において、
前記燃料添加弁の燃料を噴射する噴射口付近にデポジットが生成されることを抑制するために、前記ＰＭ再生制御手段を実行する燃料添加制御手段を備えたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記フィルタは吸蔵還元型のＮＯｘ触媒を担持すると共に、前記燃料添加弁から排気中に燃料を添加して排気の空燃比を低下させ前記ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを放出及び還元するＮＯｘ還元制御手段を備え、
前記燃料添加制御手段は、前記ＮＯｘ還元制御手段が実行される単位時間当たりの実行頻度が所定値より少ない場合に、前記ＰＭ再生制御手段を実行す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。
【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】
内燃機関の排気通路に配置されたＮＯｘ触媒やフィルタに対して、いわゆるＰＭ再生制御、Ｓ被毒回復制御、ＮＯｘ還元制御を行うために、排気通路の排気中に燃料を添加する燃料添加弁が設けられている。
【０００３】
この燃料添加弁は、燃料を噴射する噴射口が排気通路に露出しているため、噴射口付近には排気中のＰＭや燃料添加時の燃料が付着する。そして、排気中のＰＭや燃料添加時の燃料が付着した状態で燃料添加弁から燃料が長期間添加されないと、噴射口付近に付着したＰＭや燃料が変質化して固化し、デポジットとなって噴射口から燃料を噴射し難くしてしまう場合がある。
【０００４】
このため、燃料添加弁から最後に燃料が添加された時点から所定時間経過したときに、強制的に燃料添加弁から燃料を添加する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００５−１０６０４７号公報
【特許文献２】特開２００４−２９３４２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１の技術では、強制的に添加される燃料は噴射口付近にデポジットが生成されることを抑制するだけであり、ＮＯｘ触媒やフィルタに働きかけることはなかった。
【０００６】
本発明の目的は、内燃機関の排気浄化装置において、燃料添加弁の噴射口付近に生成されるデポジットを抑制するために添加する燃料をフィルタに働きかけさせ、燃費を向上させる技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明にあっては、以下の構成を採用する。すなわち、
排気通路に配置されたフィルタと、
前記フィルタよりも上流側の排気通路に配置され、排気中に燃料を添加する燃料添加弁と、
前記燃料添加弁から排気中に燃料を添加して前記フィルタを昇温させ前記フィルタからＰＭを除去するＰＭ再生制御手段と、
を備えた内燃機関の排気浄化装置において、
前記燃料添加弁の燃料を噴射する噴射口付近にデポジットが生成されることを抑制するために、前記ＰＭ再生制御手段を実行する燃料添加制御手段を備えたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置である。
【０００８】
燃料添加弁は、燃料を噴射する噴射口が排気通路に露出しているため、噴射口付近には排気中のＰＭや燃料添加時の燃料が付着する。そして、排気中のＰＭや燃料添加時の燃料が付着した状態で燃料添加弁から燃料が長期間添加されないと、噴射口付近に付着したＰＭや燃料が変質化して固化し、デポジットとなって噴射口から燃料を噴射し難くしてしまう場合がある。
【０００９】
このため、燃料添加弁から最後に燃料が添加された時点から所定時間経過したときに、強制的に燃料添加弁から燃料を添加することが考えられる。しかし、強制的に添加される燃料は噴射口付近にデポジットが生成されることを抑制するだけであり、フィルタに働きかけることはなかった。
【００１０】
そこで、本発明では、燃料添加弁の燃料を噴射する噴射口付近にデポジットが生成されることを抑制するために、ＰＭ再生制御手段を実行する。
【００１１】
すなわち、燃料添加弁の噴射口付近にデポジットが生成されることを抑制する場合、単に燃料添加弁から燃料を添加するのではなく、燃料添加弁から燃料を添加することが伴うＰＭ再生制御手段を実行する。
【００１２】
これによると、燃料添加弁の噴射口付近にデポジットが生成されることを抑制する場合、ＰＭ再生制御手段を実行することにより、燃料添加弁から燃料を添加する。このため、添加された燃料が気化する際の気化熱が燃料添加弁から奪われ、噴射口付近の温度を低下できる。また、添加された燃料が霧状となって噴射口付近の雰囲気に存在し、この霧状の燃料が気化する際にも気化熱が噴射口付近の雰囲気から奪われ、噴射口付近の雰囲気温度を低下できる。加えて、噴射口付近の雰囲気で気化した燃料は断熱層を形成するため、噴射口付近が高温の排気に直接曝されることを防止できる。このようなことから、燃料添加弁の噴射口付近の温度を低下でき、噴射口付近に付着したＰＭや燃料が変質、固化することを抑え、噴射口付近にデポジットが生成されることを抑制できる。また、添加された燃料が噴射口付近に付着したＰＭや燃料を溶解することによっても、同効果を得ることができる。
【００１３】
また、本発明によると、燃料添加弁の噴射口付近にデポジットが生成されることを抑制するだけでなく、ＰＭ再生制御手段も行う。つまり、本発明で添加される燃料は、燃料添加弁の噴射口付近にデポジットが生成されることを抑制し、かつ、フィルタに働きかけＰＭ再生制御手段を行ってフィルタに堆積したＰＭを除去する。このように、燃料添加弁の噴射口付近にデポジットが生成されることを抑制するために添加される燃料がフィルタに働きかけてＰＭも除去するので、効率よく燃料が使用され、燃費を向上させることができる。
【００１４】
加えて、本発明により実行されるＰＭ再生制御手段は、フィルタに堆積したＰＭが最大限堆積した量とならなくても実行される。このため、フィルタに堆積したＰＭの量に応じたＰＭ再生制御手段を実行でき、１回当たりの実行時間を短縮できる。また、フィルタに堆積したＰＭの量が比較的少なければ、ＰＭが燃焼することによるフィルタの過昇温を考慮せずにフィルタを急激に昇温でき、これによっても１回当たりの実行時間を短縮できる。
【００１５】
前記フィルタは吸蔵還元型のＮＯｘ触媒を担持すると共に、前記燃料添加弁から排気中に燃料を添加して排気の空燃比を低下させ前記ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを放出及び還元するＮＯｘ還元制御手段を備え、前記燃料添加制御手段は、前記ＮＯｘ還元制御手段が実行される単位時間当たりの実行頻度が所定値より少ない場合に、前記ＰＭ再生制御手段を実行するとよい。
【００１６】
なお、所定値とは、これよりもＮＯｘ還元制御手段が実行される単位時間当たりの実行頻度が少なくなると、燃料添加弁の噴射口付近にデポジットが生成されてしまうおそれのある値である。
【００１７】
これによると、ＮＯｘ還元制御手段が実行される単位時間当たりの実行頻度が所定値より少ない場合に、ＰＭ再生制御手段を実行する。このため、先のＮＯｘ還元制御手段を実行することにより燃料添加弁から燃料を添加してから、次のＮＯｘ還元制御手段を実行することにより燃料添加弁から燃料を添加するまでの間隔が過度に長期間となることが繰り返され、燃料添加弁の噴射口付近にデポジットが生成されることを抑制することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によると、内燃機関の排気浄化装置において、燃料添加弁の噴射口付近に生成されるデポジットを抑制するために添加する燃料をフィルタに働きかけさせ、燃費を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に本発明の具体的な実施例を説明する。
【００２０】
＜実施例１＞
図１は、本実施例に係る内燃機関の排気浄化装置を適用する内燃機関とその排気系の概略構成を示す図である。
【００２１】
図１に示す内燃機関１は、４つの気筒を有する水冷式の４サイクル・ディーゼル機関であり、各気筒の燃焼室に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を備えている。
【００２２】
内燃機関１からは排気通路２が延びている。排気通路２の途中には、内燃機関１の気筒から排出される排気を浄化するために、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下、ＮＯｘ触媒という）を担持したパティキュレートフィルタ（以下、フィルタという）３が配置されている。
【００２３】
ここで、ＮＯｘ触媒は、ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比がリーン（理論空燃比以上）であるときには、排気中のＮＯｘを吸蔵して大気中に放出しないようにし、ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比が理論空燃比あるいはリッチであるときには、吸蔵されていたＮＯｘを放出する。そして、排気の空燃比が理論空燃比あるいはリッチである際に、排気中に炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）等の還元成分が存在していれば、ＮＯｘ触媒から放出された窒素酸化物（ＮＯｘ）をＮ２に還元して除去するものである。
【００２４】
また、フィルタ３は、モノリス構造に形成された壁部を有し、この壁部の微小孔を排気が通過する際にＰＭを捕捉することにより、排気からＰＭを除去するものである。
【００２５】
このフィルタ３の直上流側及び直下流側の排気通路２には、フィルタ３を挟み込むようにして差圧センサ４が配置され、フィルタ３の上下流で生じる差圧を検出するようにしている。
【００２６】
一方、フィルタ３より上流側の排気通路２には、排気通路２内を流通する排気中に還元剤たる燃料を供給する燃料添加弁５が取り付けられている。
【００２７】
以上の構成の内燃機関１には、内燃機関１を制御するための電子制御ユニットであるＥＣＵ６が併設されている。このＥＣＵ６は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態を制御するユニットである。ＥＣＵ６には、燃料添加弁５が電気的に接続されており、ＥＣＵ６が燃料添加弁５の燃料供給や燃料供給停止を制御可能になっている。また、ＥＣＵ６には、差圧センサ４が電気的に接続されており、ＥＣＵ６に差圧センサ４の検出値が出力される。
【００２８】
そして、ＥＣＵ６は、フィルタ３に対して、排気を浄化する通常運転制御、ＰＭ再生制御、Ｓ被毒回復制御、ＮＯｘ還元制御といった４種類の制御を行う。
【００２９】
ここで、ＰＭ再生制御は、燃料添加弁５から燃料を継続して繰り返して添加し、フィルタ３を例えば６００〜７００℃に昇温させ、フィルタ３に堆積しているＰＭを燃焼させて排出し、フィルタ３からＰＭを除去する制御である。ここで、このＰＭ再生制御が本発明のＰＭ再生制御手段に相当する。
【００３０】
Ｓ被毒回復制御は、燃料添加弁５から燃料を継続して繰り返して添加し、フィルタ３を例えば６００〜７００℃に昇温させると共に排気の空燃比を理論空燃比あるいはリッチとし、フィルタ３に担持されたＮＯｘ触媒からＳＯｘを放出させる制御である。
【００３１】
ＮＯｘ還元制御は、燃料添加弁５から燃料を比較的時間を空けて間欠的に添加し、排気の空燃比を理論空燃比あるいはリッチとし、フィルタ３に担持されたＮＯｘ触媒からＮＯｘを放出及び還元させる制御である。なお、ＮＯｘ還元制御は、比較的短時間のうちに繰り返し実行される制御である。ここで、このＮＯｘ還元制御が本発明のＮＯｘ還元制御手段に相当する。
【００３２】
上記のように、ＰＭ再生制御、Ｓ被毒回復制御、ＮＯｘ還元制御においては、燃料添加弁５から排気中に燃料を添加することが伴う。
【００３３】
ところで、燃料添加弁５は、排気通路２の排気中に燃料を添加するため、排気通路２内に燃料を噴射する噴射口が露出している。一方、排気通路２を流通する排気には、煤等のＰＭが含まれており、燃料添加弁５の噴射口近傍でＰＭに燃料が付着しＰＭの粒径が大きくなる。そして、一部のＰＭは噴射口付近に流され噴射口付近に付着してしまう。また、燃料添加弁５の噴射口付近には、燃料添加弁５自身が排気中に燃料を添加した時の燃料が付着してしまう。
【００３４】
そして、排気中のＰＭや燃料添加時の燃料が付着した状態で燃料添加弁５から燃料が長期間添加されないと、噴射口付近に付着したＰＭや燃料が変質化して固化し、デポジットとなって噴射口から燃料を噴射し難くしてしまう場合がある。
【００３５】
このような燃料添加弁５の燃料を噴射する噴射口付近にデポジットが生成されることを抑制するためには、燃料が長期間添加されない状態とならないように、燃料添加弁５から燃料を適宜のタイミングで添加するとよい。
【００３６】
燃料添加弁５から燃料を添加することにより、添加された燃料が気化する際の気化熱が燃料添加弁から奪われ、噴射口付近の温度を低下できる。また、添加された燃料が霧状となって噴射口付近の雰囲気に存在し、この霧状の燃料が気化する際にも気化熱が噴射口付近の雰囲気から奪われ、噴射口付近の雰囲気温度を低下できる。加えて、噴射口付近の雰囲気で気化した燃料は断熱層を形成するため、噴射口付近が高温の排気に直接曝されることを防止できる。このようなことから、燃料添加弁５の噴射口付近の温度を低下でき、噴射口付近に付着したＰＭや燃料が変質、固化することを抑え、噴射口付近にデポジットが生成されることを抑制できる。また、添加された燃料が噴射口付近に付着したＰＭや燃料を溶解することによっても、同効果を得ることができる。
【００３７】
このため、燃料添加弁５から最後に燃料が添加された時点から所定時間経過したときに、強制的に燃料添加弁５から燃料を添加することが考えられる。しかし、強制的に添加される燃料は噴射口付近にデポジットが生成されることを抑制するだけであり、フィルタ３に働きかけることはなかった。
【００３８】
そこで、本実施例では、燃料添加弁５の燃料を噴射する噴射口付近にデポジットが生成されることを抑制するために、単に燃料添加弁５から燃料を添加するだけでなく、ＰＭ再生制御を実行するようにした。
【００３９】
これにより、本実施例で添加される燃料は、燃料添加弁５の噴射口付近にデポジットが生成されることを抑制し、かつ、フィルタ３に働きかけＰＭ再生制御を行ってフィルタ３に堆積したＰＭを除去する。このように、燃料添加弁５の噴射口付近にデポジットが生成されることを抑制するために添加される燃料がフィルタ３に働きかけてＰＭも除去するので、効率よく燃料が使用され、燃費を向上させることができる。
【００４０】
なお、本実施例により燃料添加弁５の燃料を噴射する噴射口付近にデポジットが生成されることを抑制するために実行されるＰＭ再生制御手段は、フィルタ３に堆積したＰＭが最大限堆積された量とならなくても実行される。このため、フィルタ３に堆積したＰＭの量に応じたＰＭ再生制御を実行でき、１回当たりの実行時間を短縮できる。また、フィルタに堆積したＰＭの量が比較的少なければ、ＰＭが燃焼することによるフィルタ３の過昇温を考慮せずにフィルタを急激に昇温でき、これによっても１回当たりの実行時間を短縮できる。
【００４１】
ここで、具体的な燃料添加弁５の燃料を噴射する噴射口付近にデポジットが生成されることを抑制するためのＰＭ再生制御の実行は、ＮＯｘ還元制御が実行される単位時間当たりの実行頻度が所定値より少ない場合に行われる。
【００４２】
ＮＯｘ還元制御は、比較的短時間のうちに繰り返し実行される。このため、燃料添加弁５の噴射口付近にデポジットが生成されてしまう程の長期間、燃料が添加されない状態となるのは、ＮＯｘ還元制御が繰り返される間隔が過度に長期間となる場合、言い換えればＮＯｘ還元制御が実行される単位時間当たりの実行頻度が過度に少ない場合であるからである。
【００４３】
ここで、本実施例の燃料添加弁５の燃料を噴射する噴射口付近にデポジットが生成されることを抑制するためのデポジット抑制燃料添加制御を行う制御ルーチンについて、図２に示すフローチャートに基づいて説明する。なお、本ルーチンは、ＥＣＵ６に予め記憶されており、周期的に実行されるルーチンである。また、本ルーチンを実行するＥＣＵ６が本発明の燃料添加制御手段に相当する。
【００４４】
本ルーチンの処理が開始されると、ＥＣＵ６は、Ｓ１０１において、現在の運転状態において燃料添加弁５の燃料を噴射する噴射口付近にデポジットが生成されることを抑制するためのデポジット抑制燃料添加が必要か否かを判別する。
【００４５】
具体的には、ＥＣＵ６は、内燃機関１の周囲を流れる冷却水の水温が過度に低温の場合や、フィルタ３の床温が低温で触媒活性状態にない場合など以外の運転状態であればデポジット抑制燃料添加が必要であると判断する。
【００４６】
そして、ＥＣＵ６は、デポジット抑制燃料添加が必要と判定した場合には、Ｓ１０２へ移行する。また、デポジット抑制燃料添加が必要ないと判定した場合には、本ルーチンの処理を一旦終了する。
【００４７】
ＥＣＵ６は、Ｓ１０２において、ＮＯｘ還元制御が実行される単位時間当たりの実行頻度が所定値よりも少なくなるか否かを判別する。
【００４８】
具体的には、例えば５分間の間にＮＯｘ還元制御が実行される実行回数を計数して実行頻度を算出する。そして、算出した実行頻度と予め定められた所定値とを比較し、実行頻度が所定値よりも少なくなるか否かを判別する。ここで、実行頻度と比較する所定値は、予め実験等から求められたもので、この所定値よりも実行頻度が少なくなると、燃料添加弁５の噴射口付近にデポジットが生成されてしまうおそれのある値であり、ＥＣＵ６に記憶されている。
【００４９】
そして、ＥＣＵ６は、実行頻度が所定値よりも少なくなると判定した場合には、Ｓ１０３へ移行する。また、実行頻度が所定値以上に多いと判定した場合には、本ルーチンの処理を一旦終了する。
【００５０】
ＥＣＵ６は、Ｓ１０３において、フィルタ３の上下流の差圧が所定差圧以上となっているか否か、又はフィルタ３に堆積したＰＭが所定量以上となっているか否かを判別する。ここで、所定差圧やＰＭの所定量は、予め実験等から求めたもので、これらよりも小さい値であるとＰＭ再生制御を実行しないと定めた値であり、ＥＣＵ６に記憶されている。フィルタ３の上下流の差圧が所定差圧以上、又はフィルタ３に堆積したＰＭが所定量以上となっていないと、ＰＭ再生制御を実行する回数が増加し過ぎ、かえって燃費が悪化してしまい非効率となってしまうためである。
【００５１】
そして、ＥＣＵ６は、フィルタ３の上下流の差圧が所定差圧以上、又はフィルタ３に堆積したＰＭが所定量以上であると判定した場合には、Ｓ１０４へ移行する。また、フィルタ３の上下流の差圧が所定差圧以上でなく、かつフィルタ３に堆積したＰＭが所定量以上でないと判定した場合には、本ルーチンの処理を一旦終了する。
【００５２】
ＥＣＵ６は、Ｓ１０４において、ＰＭ再生制御を実行する。すなわち、燃料添加弁５から燃料を継続して繰り返して添加し、フィルタ３を例えば６００〜７００℃に昇温させ、フィルタ３に堆積しているＰＭを燃焼させて排出し、フィルタ３からＰＭを除去する。
【００５３】
ここでのＰＭ再生制御は、前回実行されたＰＭ再生制御以後の気筒内への燃料噴射量等を積算することに基づきフィルタ３に堆積したＰＭの量が推定されているので、この推定された量のＰＭをフィルタ３から除去できる期間、すなわちＰＭがフィルタ３に最大限堆積した場合に比して短縮された期間、実行される。ここでのＰＭ再生制御の実行時間は、推定されたＰＭの量とＰＭ再生制御の実行時間とのマップを予め実験等から求めてＥＣＵ６に記憶させておけばよい。これによって、ＰＭ再生制御の実行時間が短縮される。
【００５４】
また、ＰＭがフィルタ３に最大限堆積した場合には、フィルタ３の昇温後にＰＭが燃焼することにより過昇温してしまうことを防止するため、フィルタ３を段階的に昇温させている。しかし、本実施例でのＰＭ再生制御では、ＰＭがフィルタ３に最大限堆積した場合よりも少ない量で実行されるため、フィルタ３の昇温後にＰＭが燃焼することにより過昇温してしまうことがないＰＭの量と判断できるのであれば、フィルタ３を急激に昇温させるようにしてもよい。ここでの過昇温してしまうことがないＰＭの最大量は、予め実験等から求めてＥＣＵ６に記憶させておけばよい。これによって、本実施例でのＰＭ再生制御は、フィルタ３にＰＭが最大限堆積した場合に比してフィルタ３の昇温にかかる時間が短縮され、ＰＭ再生制御のトータルの実行時間も短縮される。
【００５５】
そして、本ステップの終了後、本ルーチンの処理を一旦終了する。
【００５６】
以上のようにデポジット抑制燃料添加制御を行うことで、燃料添加弁５の燃料を噴射する噴射口付近にデポジットが生成されることを抑制するために、単に燃料添加弁５から燃料を添加するのではなく、ＰＭ再生制御を実行することができる。このため、効率よく燃
料が使用され、燃費を向上させることができる。
【００５７】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、上述の実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更を加えてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】実施例１に係る内燃機関とその排気系を示す図である。
【図２】実施例１に係るデポジット抑制燃料添加制御を行う制御ルーチンを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００５９】
１     内燃機関
２     排気通路
３     フィルタ
４     差圧センサ
５     燃料添加弁
６     ＥＣＵ
【図１】
2008063968.tif 000003
【図２】
2008063968.tif 000004