(57)【要約】【課題】排気通路に燃料を添加する燃料添加弁を備えた排気浄化装置において、燃費の悪化を抑制しながら、燃料添加弁の噴孔閉塞を防止する。【解決手段】平地運転から高地運転に移行したときの大気圧変化等の環境変化や、定常運転から過渡運転への移行時などにおいて、エンジンの吸入空気量が低下すると、平地・平常運転状態よりもＰＭ排出量が増加する点を考慮して、ＰＭ排出量の変化量に基づいて添加間隔補正係数を算出し、基準添加間隔を補正して最終添加間隔（単位時間当たりの燃料添加量）を設定する（ステップＳＴ４、ＳＴ８）。このような添加間隔の補正により、ＰＭ排出量の変化量に見合った適切な添加量で燃料添加を行うことが可能となり、燃費の悪化を抑制しながら、燃料添加弁の噴孔閉塞を防止することができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に配設された触媒と、前記排気通路に燃料を添加する燃料添加弁とを備えた排気浄化装置において、
前記内燃機関の燃焼室からの粒子状物質の排出量の変化量に基づいて、前記燃料添加弁から排気通路に添加する燃料の単位時間当たりの添加量を補正する補正手段を備えていることを特徴とする排気浄化装置。
【請求項２】
請求項１記載の排気浄化装置において、
前記補正手段は、基準添加間隔に、前記粒子状物質排出量の変化量に応じた補正係数を乗じて最終添加間隔を設定することを特徴とする排気浄化装置。
【請求項３】
請求項２記載の排気浄化装置において、
前記補正手段は、前記内燃機関の実吸入空気量が基準吸入空気量よりも少ないときに、添加間隔を短い側に補正する補正係数を前記基準添加間隔に乗じて最終添加間隔を設定することを特徴とする排気浄化装置。
【請求項４】
内燃機関の排気通路に配設された触媒と、前記排気通路に燃料を添加する燃料添加弁とを備えた排気浄化装置において、
前記内燃機関の燃焼室からの粒子状物質の排出量の変化量に基づいて前記燃料添加弁から排気通路に添加する燃料の添加間隔を補正する補正手段と、添加弁温度推定手段とを備え、
前記補正手段は、前記内燃機関の実吸入空気量が基準吸入空気量よりも少ないときに添加間隔を短い側に補正する第１補正係数と、前記添加弁温度推定手段にて推定される添加弁温度が低い側から高い側に変化したときに添加間隔を短い側に補正する第２補正係数とを比較し、それら第１補正係数または第２補正係数のうち、添加間隔が短い側となる補正係数を基準添加間隔に乗じて最終添加間隔を設定することを特徴とする排気浄化装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の排気浄化装置において、
前記補正手段は、前記触媒の温度が所定値以上となったときに、当該触媒の温度に応じて単位時間当たりの燃料添加量を少なくすることを特徴とする排気浄化装置。
【請求項６】
請求項５記載の排気浄化装置において、
燃料添加の１回当たりの添加時間を減じるとともに、添加間隔を短い側に補正して単位時間当たりの燃料噴射量を少なくすることを特徴とする排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気ガスを触媒にて浄化する装置に関し、さらに詳しくは、排気通路に燃料を添加する燃料添加弁を備えた排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ディーゼルエンジン等のように希薄燃焼を行う内燃機関では、高い空燃比（リーン雰囲気）の混合気を燃焼させる運転領域が全運転領域の大部分を占めている。このため、この種のエンジンの排気通路に、排気ガス中に含まれる窒素酸化物（以下、ＮＯｘという）を吸蔵（吸収）するためのＮＯｘ吸蔵剤（ＮＯｘ吸蔵触媒）を配置して排気ガスを浄化するようにしている。
【０００３】
このようなＮＯｘ吸蔵触媒において、ＮＯｘ吸蔵量が飽和状態に達した場合には、ＮＯｘを還元させてＮＯｘ吸蔵触媒を回復させる必要がある。ＮＯｘを還元させる方法としては、排気通路のＮＯｘ吸蔵触媒の上流にＮＯｘ還元剤（軽油等の燃料）を添加することにより、触媒コンバータ内の酸素濃度を低下させ、余剰な炭化水素や一酸化炭素などを還元剤としてＮＯｘの還元を促進させる処理（ＮＯｘ還元処理）が行われている。
【０００４】
また、ディーゼルエンジンの排気ガス中には、カーボンを主成分とする粒子状物質（以下、ＰＭ（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｍａｔｔｅｒ）という）、ＳＯＯＴ（煤）、ＳＯＦ（可溶性有機成分：Ｓｏｌｕｂｌｅ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｆｒａｃｔｉｏｎ）などが含まれており、大気汚染の原因になる。このようなＰＭ等を浄化することを目的として、パティキュレートフィルタをディーゼルエンジンの排気通路に配置し、排気通路を通過する排気ガス中に含まれるＰＭを捕集することによって、大気中に放出されるエミッションの量を低減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としては、例えばＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ  Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｆｉｌｔｅｒ）や、ＤＰＮＲ（Ｄｉｅｓｅｌ  Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ−ＮＯｘ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ  ｓｙｓｔｅｍ）触媒が用いられている。
【０００５】
パティキュレートフィルタを用いてＰＭの捕集を行う場合、捕集したＰＭの堆積量が多くなってパティキュレートフィルタの詰りが生じると、パティキュレートフィルタを通過する排気の圧力損失が増大し、これに伴うエンジンの排気背圧増大によってエンジン出力低下や燃費の低下が発生する。これを解消する方法として、排気通路（パティキュレートフィルタ上流）に燃料添加を行って排気温度を上昇させることによって、パティキュレートフィルタ上のＰＭの酸化（燃焼）を促進する処理（ＰＭ再生処理）が行われている。
【０００６】
以上のように、触媒の排気浄化作用の低下を抑制するために実施されるＮＯｘ還元処理やＰＭ再生処理では、排気通路に燃料添加弁を配置して燃料（還元剤）を排気通路内に供給している。しかし、燃料添加弁の噴孔が排気通路内に露出しているため、排気ガス中に含まれるＳＯＯＴやＳＯＦなどの物質が燃料添加弁の噴孔に付着・堆積する。そして、その付着・堆積した物質が高温の排気ガスにさらされることにより変質・固化し、デポジットとなって燃料添加弁の噴孔が閉塞することが、懸念される。このような燃料添加弁の詰りを防止する方法として、ＮＯｘ還元やＰＭ再生時の燃料添加以外のタイミングで、強制的に燃料添加を実施することにより、燃料添加弁の先端温度を下げるという方法がある（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−２２２０１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、例えば平地運転から高地運転に移行したときの大気圧変化等の環境変化や、定常運転から過渡運転への移行時などにおいて、エンジンの吸入空気量が低下すると、平地・平常運転状態よりもＰＭ排出量が増加する。ＰＭ排出量が増加すると、燃料添加弁の噴孔に付着・侵入するＰＭ量が増加してデポジットが生成されやすくなるため、燃料添加弁の噴孔閉塞が発生する可能性がある。
【０００８】
このような噴孔閉塞の問題を解消するには、ＰＭ排出量のばらつきの上限で燃料添加量（単位時間当たりの添加量）を適合すればよいが、ＰＭ排出量のばらつき上限で燃料添加量を適合すると、燃料消費量（燃費）が悪化傾向になることが懸念される。
【０００９】
本発明はそのような実情を考慮してなされたもので、燃費の悪化を抑制しながら、燃料添加弁の噴孔閉塞を防止することが可能な排気浄化装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、内燃機関の排気通路に配設された触媒と、前記排気通路に燃料を添加する燃料添加弁とを備えた排気浄化装置において、前記内燃機関の燃焼室からの粒子状物質の排出量（ＰＭの排出量）の変化量に基づいて、前記燃料添加弁から排気通路に添加する燃料の単位時間当たりの添加量を補正する補正手段を備えていることを特徴としている。
【００１１】
本発明では、平地運転から高地運転に移行したときの大気圧変化等の環境変化や、定常運転から過渡運転への移行時などにおいて、エンジンの吸入空気量が低下すると、平地・平常運転状態よりもＰＭ排出量が増加する点を考慮して、ＰＭ排出量の変化量（例えば実吸入空気量の変化）に基づいて単位時間当たりの燃料添加量を補正しているので、ＰＭ排出量の変化量に見合った適切な添加量で燃料添加を行うことが可能になり、過度の燃料添加を抑制することができる。これによって燃費の悪化を抑制しながら、燃料添加弁の噴孔閉塞を防止することができる。
【００１２】
本発明において、単位時間当たりの添加量を補正する方法として、内燃機関の運転状態に応じた基準添加間隔に、ＰＭ排出量の変化量に応じた補正係数を乗じて最終添加間隔を設定するという方法を挙げることができる。この場合、より具体的には、内燃機関の実吸入空気量が基準吸入空気量よりも少ないとき（空気量比（実吸入空気量／基準吸入空気量）が小さいとき）に、添加間隔を短い側つまり単位時間当たりの添加量を多くする側に補正する補正係数を基準添加間隔に乗じて最終添加間隔を設定する。
【００１３】
ここで、排気通路に燃料を添加する燃料添加弁を備えた排気浄化装置においては、燃料添加弁の先端部の雰囲気温度（排気温度）が、基準設定時よりも上昇したときには、燃料添加弁の先端温度も上昇するので、その温度上昇によって生成されるデポジットにて燃料添加弁の噴孔が閉塞される可能性もあり、この場合も燃料添加量を増加する必要がある。このような点を考慮して、本発明では、燃料添加弁の先端温度を加味して最終添加間隔を設定する。
【００１４】
具体的には、内燃機関の排気通路に配設された触媒と、前記排気通路に燃料を添加する燃料添加弁とを備えた排気浄化装置において、前記内燃機関の燃焼室からの粒子状物質の排出量の変化量（ＰＭの変化量）に基づいて前記燃料添加弁から排気通路に添加する燃料の添加間隔を補正する補正手段と、添加弁温度推定手段とを備え、前記補正手段は、前記内燃機関の実吸入空気量が基準吸入空気量よりも少ないときに添加間隔を短い側に補正する第１補正係数と、前記添加弁温度推定手段にて推定される添加弁温度が低い側から高い側に変化したときに添加間隔を短い側に補正する第２補正係数とを比較し、それら第１補正係数または第２補正係数のうち、添加間隔が短い側となる補正係数を基準添加間隔に乗じて最終添加間隔を設定する。
【００１５】
このように、ＰＭ排気量の変化量に基づく補正係数または添加弁先端温度に基づく補正係数のうち、添加間隔が短くなる方（つまり単位時間当たりの添加量が多くなる方）の補正係数を選択して基準添加間隔を補正することにより、燃料添加弁の先端温度の上昇、または、環境変化・過渡期におけるＰＭ排出量の増加のうち、燃料添加弁の噴孔閉塞が発生しやすい状況変化に対して添加間隔を補正することが可能になるので、燃料添加弁の噴孔閉塞をより効果的に抑制することができる。しかも、燃料添加弁の先端温度の上昇、または、環境変化・過渡期におけるＰＭ排出量の増加の各状況変化に見合った適切な添加量で燃料添加を行うことができるので、過度の燃料添加を抑制することができる。これによって燃費の悪化を抑制しながら、燃料添加弁の噴孔閉塞を防止することができる。
【００１６】
ところで、燃料添加弁の噴孔閉塞を抑制するために、単位時間当たりの燃料添加量を増量すると、燃料が触媒内にて反応して触媒床温が所定の範囲（例えば７５０℃）を超える可能性がある。これを防止する方法として、触媒の温度が所定値以上となったときに、その触媒の温度（具体的には所定値からの触媒温度の変化量）に応じて単位時間当たりの燃料添加量を少なくするという方法を挙げることができる。このような方法を採用すると、燃料添加量の増量により触媒床温が過剰に上昇して、触媒が熱劣化するという問題を回避することができる。
【００１７】
なお、単位時間当たりの燃料添加量を少なくする方法として、基準添加間隔よりも最終添加間隔を短くし（例えば、上記した補正によって求めた最終添加間隔とし）、図８に示す１回当たりの添加時間を短くするという方法を挙げることができる。このような方法を採用すると、燃料添加弁の噴孔閉塞を抑制する短い添加間隔を確保しつつ、トータルの燃料添加量を少なくすることができるので、触媒床温の過剰上昇を抑えながら、燃料添加弁の噴孔閉塞を抑制することが可能になる。
【００１８】
また、触媒床温の過剰上昇を防止する他の方法として、排気温度等により推定される触媒床温が所定値を超えないように、単位時間当たりの燃料添加量の増量補正を制限するという方法を挙げることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、平地・平常運転状態よりもＰＭ排出量が増加する点を考慮して、ＰＭ排出量の変化量に基づいて単位時間当たりの燃料添加量（添加間隔）を補正しているので、ＰＭ排出量の変化量に見合った適切な添加量で燃料添加を行うことが可能となり、これによって燃費の悪化を抑制しながら、燃料添加弁の噴孔閉塞を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２１】
−エンジン−
本発明の燃料添加装置を適用するディーゼルエンジンの概略構成を図１を参照して説明する。
【００２２】
この例のディーゼルエンジン１（以下、「エンジン１」という）は、例えばコモンレール式筒内直噴４気筒エンジンであって、燃料供給系２、燃焼室３、吸気系６、及び、排気系７などを主要部として構成されている。
【００２３】
燃料供給系２は、サプライポンプ２１、コモンレール２２、インジェクタ（燃料噴射弁）２３、遮断弁２４、燃料添加弁２５、機関燃料通路２６、及び、添加燃料通路２７などを備えている。
【００２４】
サプライポンプ２１は、燃料タンクから燃料を汲み上げ、この汲み上げた燃料を高圧にした後、機関燃料通路２６を介してコモンレール２２に供給する。コモンレール２２は、サプライポンプ２１から供給された高圧燃料を所定圧力に保持（蓄圧）する蓄圧室としての機能を有し、この蓄圧した燃料を各インジェクタ２３に分配する。インジェクタ２３は所定電圧が印加されたときに開弁して、燃焼室３内に燃料を噴射供給する電磁駆動式の開閉弁である。
【００２５】
また、サプライポンプ２１は、燃料タンクから汲み上げた燃料の一部を、添加燃料通路２７を介して燃料添加弁２５に供給する。燃料添加弁２５は、所定電圧が印加されたときに開弁して、排気系７（排気ポート７１から排気マニホールド７２）に燃料を添加する電磁駆動式の開閉弁である。燃料添加弁２５の噴孔は排気系７内に露出している。遮断弁２４は、緊急時に添加燃料通路２７を遮断して燃料供給を停止する。
【００２６】
吸気系６は、シリンダヘッドに形成された吸気ポートに接続される吸気マニホールド６３を備え、この吸気マニホールド６３に、吸気通路を構成する吸気管６４が接続されている。また、吸気通路には、上流側から順にエアクリーナ６５、エアフローメータ３２、スロットル弁６２が配設されている。エアフローメータ３２は、エアクリーナ６５を介して吸気通路に流入される空気量に応じた電気信号を出力するようになっている。
【００２７】
排気系７は、シリンダヘッドに形成された排気ポート７１に接続される排気マニホールド７２を備え、この排気マニホールド７２に、排気通路を構成する排気管７３，７４が接続されている。また、この排気通路には触媒装置４が配設されている。
【００２８】
触媒装置４は、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒４ａとＤＰＮＲ触媒４ｂとを備えている。ＮＯｘ吸蔵還元型触媒４ａは、排気中に多量の酸素が存在している状態においてはＮＯｘを吸蔵し、排気中の酸素濃度が低く、かつ還元成分（例えば燃料の未燃成分（ＨＣ））が多量に存在している状態においてはＮＯｘをＮＯ2もしくはＮＯに還元して放出する。ＮＯ2やＮＯとして放出されたＮＯｘは、排気中のＨＣやＣＯと速やかに反応することによってさらに還元されてＮ2となる。また、ＨＣやＣＯは、ＮＯ2やＮＯを還元することで、自身は酸化されてＨ2ＯやＣＯ2となる。
【００２９】
ＤＰＮＲ触媒４ｂは、例えば多孔質セラミック構造体にＮＯｘ吸蔵還元型触媒を担持させたものであり、排気ガス中のＰＭは多孔質の壁を通過する際に捕集される。また、排気ガスの空燃比がリーンの場合、排気ガス中のＮＯｘはＮＯｘ吸蔵還元型触媒に吸蔵され、空燃比がリッチになると吸蔵したＮＯｘは還元浄化される。さらに、ＤＰＮＲ触媒４ｂでは、捕集したＰＭを酸化・燃焼する機能を有する。
【００３０】
以上の触媒装置４、燃料添加弁２５、添加燃料通路２７、遮断弁２４、及び、燃料添加弁２５の開閉制御を実行するＥＣＵ（電子制御ユニット）１００等によって排気浄化装置が構成されている。
【００３１】
エンジン１には、ターボチャージャ（過給機）５が設けられている。このターボチャージャ５は、タービンシャフト５ａを介して連結されたタービンホイール５ｂ及びコンプレッサインペラ５ｃを備えている。コンプレッサインペラ５ｃは吸気管６４内部に臨んで配置され、タービンホイール５ｂは排気管７３内部に臨んで配置されている。このようなターボチャージャ５は、タービンホイール５ｂが受ける排気流（排気圧）を利用してコンプレッサインペラ５ｃを回転させることにより吸入空気を過給する。この例のターボチャージャ５は、可変ノズル式ターボチャージャであって、タービンホイール５ｂ側に可変ノズルベーン機構５ｄが設けられており、この可変ノズルベーン機構５ｄの開度を調整することにより、エンジン１の過給圧を調整することができる。
【００３２】
吸気系６の吸気管６４には、ターボチャージャ５での過給によって昇温した吸入空気を強制冷却するためのインタークーラ６１が設けられている。このインタークーラ６１よりも更に下流側にスロットル弁６２が設けられている。スロットル弁６２は、その開度を無段階に調整することが可能な電子制御式の開閉弁であり、所定の条件下において吸入空気の流路面積を絞り、この吸入空気の供給量を調整（低減）する機能を有している。
【００３３】
また、エンジン１には、吸気系６と排気系７とを接続するＥＧＲ通路（排気還流通路）８が設けられている。ＥＧＲ通路８は、排気の一部を適宜吸気系６に還流させて燃焼室３へ再度供給することにより燃焼温度を低下させ、これによってＮＯｘ発生量を低減させるものである。また、ＥＧＲ通路８には、ＥＧＲ弁８１と、ＥＧＲ通路８を通過（還流）する排気を冷却するためのＥＧＲクーラ８２とが設けられており、ＥＧＲ弁８１の開度を調整することにより、排気系７から吸気系６に導入されるＥＧＲ量（排気還流量）を調整することができる。
【００３４】
−センサ類−
エンジン１の各部位には、各種センサが取り付けられており、それぞれの部位の環境条件や、エンジン１の運転状態に関する信号を出力する。
【００３５】
例えば、エアフローメータ３２は、吸気系６内のスロットル弁６２上流において吸入空気の流量（吸入空気量）に応じた検出信号を出力する。吸気温センサ３３は、吸気マニホールド６３に配置され、吸入空気の温度に応じた検出信号を出力する。吸気圧センサ３４は、吸気マニホールド６３に配置され、吸入空気圧力に応じた検出信号を出力する。Ａ／Ｆ（空燃比）センサ３５は、排気系７の触媒装置４の下流において排気中の酸素濃度に応じて連続的に変化する検出信号を出力する。排気温センサ３６は、同じく排気系７の触媒装置４の下流において排気ガスの温度（排気温度）に応じた検出信号を出力する。レール圧センサ３７はコモンレール２２内に蓄えられている燃料の圧力に応じた検出信号を出力する。燃圧センサ３８は、添加燃料通路２７内を流通する燃料の圧力（燃圧）に応じた検出信号を出力する。
【００３６】
−ＥＣＵ−
ＥＣＵ１００は、図２に示すように、ＣＰＵ１０１、ＲＯＭ１０２、ＲＡＭ１０３及びバックアップＲＡＭ１０４などを備えている。ＲＯＭ１０２は、各種制御プログラムや、それら各種制御プログラムを実行する際に参照されるマップ等が記憶されている。ＣＰＵ１０１は、ＲＯＭ１０２に記憶された各種制御プログラムやマップに基づいて各種の演算処理を実行する。また、ＲＡＭ１０３は、ＣＰＵ１０１での演算結果や各センサから入力されたデータ等を一時的に記憶するメモリであり、バックアップＲＡＭ１０４は、例えばエンジン１の停止時にその保存すべきデータ等を記憶する不揮発性のメモリである。
【００３７】
以上のＲＯＭ１０２、ＣＰＵ１０１、ＲＡＭ１０３及びバックアップＲＡＭ１０４は、バス１０７を介して互いに接続されるとともに、入力インターフェース１０５及び出力インターフェース１０６と接続されている。
【００３８】
入力インターフェース１０５には、エアフローメータ３２、吸気温センサ３３、吸気圧センサ３４、Ａ／Ｆセンサ３５、排気温センサ３６、レール圧センサ３７、燃圧センサ３８が接続されており、さらに、エンジン１の冷却水温に応じた検出信号を出力する水温センサ３１、高度などの環境に起因して変動する大気圧を検出する大気圧センサ３９、アクセルペダルへの踏み込み量に応じた検出信号を出力するアクセル開度センサ４０、及び、エンジン１の出力軸（クランクシャフト）が一定角度回転する毎に検出信号（パルス）を出力するクランクポジションセンサ４１などが接続されている。一方、出力インターフェース１０６には、インジェクタ２３、遮断弁２４、燃料添加弁２５、可変ノズルベーン機構５ｄ、スロットル弁６２、及び、ＥＧＲ弁８１などが接続されている。
【００３９】
そして、ＥＣＵ１００は、上記した各種センサの出力に基づいて、エンジン１の各種制御を実行する。さらに、ＥＣＵ１００は、下記のＰＭ再生制御、及び、添加間隔補正処理を実行する。
【００４０】
−ＰＭ再生制御−
まず、ＥＣＵ１００は、ＤＰＮＲ触媒４ｂへのＰＭの堆積量を推定している。ＰＭ堆積量を推定する方法としては、例えば、エンジン１の運転状態（例えば、排気温度、燃料噴射量、エンジン回転数等）に応じたＰＭ付着量を予め実験等により求めてマップ化しておき、このマップにより求められるＰＭ付着量を積算してＰＭの堆積量とする方法や、車両走行距離もしくは走行時間に応じてＰＭの堆積量を推定する方法、あるいは、触媒装置４にＤＰＮＲ触媒４ｂの上流側圧力と下流側圧力との差圧を検出する差圧センサを設け、そのセンサ出力に基づいてＤＰＮＲ触媒４ｂに捕集されたＰＭの堆積量を推定する方法などが挙げられる。
【００４１】
そして、ＥＣＵ１００は、ＰＭ推定量が所定の基準値（限界堆積量）以上となったときにＤＰＮＲ触媒４ｂの再生時期であると判定してＰＭ再生制御を実行する。具体的には、クランクポジションセンサ４１の出力から読み込んだエンジン回転数に基づいて、予め実験等により作成されたマップを参照して燃料の要求添加量及び添加間隔を算出し、その算出結果に応じて燃料添加弁２５の開閉を制御して、排気系７に燃料添加を断続的に繰り返す。このような燃料添加により、ＤＰＮＲ触媒４ｂの触媒床温が上昇し、ＤＰＮＲ触媒４ｂに堆積しているＰＭが酸化され、Ｈ2ＯやＣＯ2となって排出する。
【００４２】
なお、ＥＣＵ１００は、以上のＰＭ再生制御のほか、Ｓ被毒回復制御やＮＯｘ還元制御を実行する場合もある。Ｓ被毒回復制御とは、燃料添加弁２５からの燃料添加を断続的に繰り返して触媒床温を高温化するとともに、排気ガスの空燃比をストイキあるいはリッチとし、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒４ａ及びＤＰＮＲ触媒４ｂ内のＮＯｘ吸蔵還元型触媒から硫黄分を放出させる制御である。また、ＮＯｘ還元制御は、燃料添加弁２５からの間欠的な燃料添加により、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒４ａ及びＤＰＮＲ触媒４ｂ内のＮＯｘ吸蔵還元型触媒に吸蔵されたＮＯｘを、Ｎ2、ＣＯ2及びＨ2Ｏに還元して浄化する制御である。
【００４３】
これらのＰＭ再生制御、Ｓ被毒回復制御及びＮＯｘ還元制御は、それぞれの実行要求があったときに行われるが、各制御の実行が重なったときには、ＰＭ再生制御→Ｓ被毒回復制御→ＮＯｘ還元制御の順で優先して行われる。
【００４４】
−添加間隔補正処理−
まず、車両に搭載されるエンジン１では、上述したように、平地運転から高地運転に移行したときの大気圧変化等の環境変化や、定常運転状態から過渡運転状態への移行時などにおいて、エンジンの吸入空気量が低下すると、平地・平常運転状態よりもＰＭ排出量が増加する。ＰＭ排出量が増加すると、燃料添加弁２５の噴孔に付着・侵入するＰＭ量が増加してデポジットが生成されやすくなるため、燃料添加弁２５の噴孔閉塞が発生する可能性がある。また、燃料添加弁２５の先端部の雰囲気温度（排気温度）が、基準設定時よりも上昇した場合には、燃料添加弁２５の先端温度も上昇するので、その温度上昇によって生成されるデポジットにて燃料添加弁２５の噴孔が閉塞される可能性がある。
【００４５】
このような問題を解消するため、この実施形態では、燃料添加弁２５の先端温度に基づいて燃料の添加間隔を補正する添加間隔補正係数ｅｍｉｎｔｔｅｍｐを算出する。また、環境変化・過渡期のＰＭ排出量の変化量に基づいて燃料の添加間隔を補正する添加間隔補正係数ｅｍｉｎｔｐｍを算出し、それら添加間隔補正係数ｅｍｉｎｔｔｅｍｐまたは添加間隔補正係数ｅｍｉｎｔｐｍのうち、単位時間当たりの燃料添加量が多くなる方の補正係数を選択して燃料の最終添加間隔を設定することによって、燃費の悪化を抑制しながら、燃料添加弁２５の噴孔閉塞を防止する点に特徴がある。
【００４６】
その添加間隔補正処理の具体的な例を図３のフローチャートを参照しながら説明する。この添加間隔補正処理はＥＣＵ１００が実行する処理である。なお、この補正処理ルーチンは所定時間周期で繰り返し実行される。
【００４７】
まず、ステップＳＴ１において、クランクポジションセンサ４１の出力からエンジン回転数Ｎｅを読み込み、そのエンジン回転数Ｎｅに基づいてマップを参照して要求添加量Ｑを算出する。要求添加量Ｑを算出するマップは、エンジン回転数Ｎｅと要求添加量Ｑとの関係を予め実験・計算等によって求め、それらの関係をマップ化したものであり、ＥＣＵ１００のＲＯＭ１０２内に予め記憶されている。
【００４８】
ステップＳＴ２では、要求添加量Ｑとエンジン回転数Ｎｅに基づいて図４のマップを参照して燃料の基準添加間隔Ｔｂ（図８参照）を算出する。基準添加間隔算出マップは、要求添加量Ｑ及びエンジン回転数Ｎｅと基準添加間隔Ｔｂとの関係を予め実験・計算等によって求め、それらの関係をマップ化したものであり、ＥＣＵ１００のＲＯＭ１０２内に予め記憶されている。また、ステップＳＴ２において、基準添加間隔Ｔｂを算出したときの基準排気温度（燃料添加弁２５の周辺温度）を取得しておく。
【００４９】
ステップＳＴ３では、燃料添加弁２５の先端温度に基づいて燃料の添加間隔を補正する添加間隔補正係数ｅｍｉｎｔｔｅｍｐを算出する。
【００５０】
具体的には、上記ステップＳＴ２で求めた基準排気温度と現在の排気温度との差（排気温度変化量ΔＴｈ）に基づいて図５のマップを参照して添加間隔補正係数ｅｍｉｎｔｔｅｍｐを算出する。図５に示す添加間隔補正係数マップは、排気温度変化量ΔＴｈと添加間隔補正係数ｅｍｉｎｔｔｅｍｐとの関係を予め実験・計算等によって求め、それらの関係をマップ化したものであり、ＥＣＵ１００のＲＯＭ１０２内に予め記憶されている。添加間隔補正係数ｅｍｉｎｔｔｅｍｐは、排気温度変化量ΔＴｈが大きいほど小さい値となるように設定されており、この添加弁先端温度に基づく添加間隔補正係数ｅｍｉｎｔｔｅｍｐが小さくなるほど燃料の添加間隔が短縮される。
【００５１】
なお、排気温度（燃料添加弁２５の周辺温度）は、エンジン回転数Ｎｅ、吸気温度及び大気圧等をパラメータとする排気温度算出マップを、予め実験・計算等によって作成してＥＣＵ１００のＲＯＭ１０２に記憶しておき、その排気温度算出マップを参照して算出するようにしてもよいし、また、例えばターボチャージャ５の上流側の排気温度を検出するターボ前排気温センサを設置し、そのセンサ出力から排気温度を得るようにしてもよい。
【００５２】
ステップＳＴ４において、環境変化・過渡期のＰＭ排出量の変化量に基づいて燃料の添加間隔を補正する添加間隔補正係数ｅｍｉｎｔｐｍを算出する。
【００５３】
具体的には、まずは下記の空気量比の算出とＰＭ排出量のλ補正係数の算出とを行う。
【００５４】
・空気量比の算出
エアフローメータ３２の出力信号から得られるエンジン１の実吸入空気量と、平地での基準吸入空気量とに基づいて、空気量比ｇｎｒ（空気量比＝吸入空気量／基準吸入空気量）を算出する。
【００５５】
・ＰＭ排出量のλ補正係数算出
以上の処理で算出した空気量比ｇｎｒ及び大気圧センサ３９の出力信号から得られる大気圧（検出値）に基づいて、図６に示すマップを参照してＰＭ排出量のλ（空気過剰率）補正係数ｅｍｇｐｍｌｍｄを算出する。図６のλ補正係数マップは、空気量比ｇｎｒ及び大気圧をパラメータとして、予め実験・計算等によって求めたλ補正係数をマップ化したものであり、ＥＣＵ１００のＲＯＭ１０２内に予め記憶されている。λ補正係数ｅｍｇｐｍｌｍｄは、空気量比ｇｎｒ及び大気圧が低くなるほど大きな値となるように設定されている。
【００５６】
そして、このようにして算出したλ補正係数ｅｍｇｐｍｌｍｄに基づいて、図７に示すマップを参照して添加間隔補正係数ｅｍｉｎｔｐｍを算出する。図７の添加間隔補正係数マップは、λ補正係数ｅｍｇｐｍｌｍｄと添加間隔補正係数ｅｍｉｎｔｐｍとの関係を予め実験・計算等によって求め、それらの関係をマップ化したものであり、ＥＣＵ１００のＲＯＭ１０２内に予め記憶されている。添加間隔補正係数ｅｍｉｎｔｐｍは、ＰＭ排出量の変化量（λ補正係数ｅｍｇｐｍｌｍｄ）が大きいほど小さい値となるように設定されており、この添加間隔補正係数ｅｍｉｎｔｐｍが小さくなるほど燃料の添加間隔が短縮される。
【００５７】
ステップＳＴ５〜ＳＴ７では、上記したステップＳＴ３で算出した添加間隔補正係数ｅｍｉｎｔｔｅｍｐとステップＳＴ４で算出した添加間隔補正係数ｅｍｉｎｔｐｍとを比較し、添加間隔補正係数が小さい方、つまり、単位時間当たり燃料添加量が多い方の添加間隔補正係数を選択する。具体的には、添加弁先端温度による添加間隔補正係数ｅｍｉｎｔｔｅｍｐが、ＰＭ排出量の変化による添加間隔補正係数ｅｍｉｎｔｐｍよりも小さい場合（ステップＳＴ５の判定結果が肯定判定である場合）は、その添加弁先端温度による添加間隔補正係数ｅｍｉｎｔｔｅｍｐを最終添加間隔補正係数ｅｍｉｎｔａｄとして選択する（ステップＳＴ６）。一方、ＰＭ排出量の変化による添加間隔補正係数ｅｍｉｎｔｐｍが添加弁先端温度による添加間隔補正係数ｅｍｉｎｔｔｅｍｐよりも小さい場合（ステップＳＴ５の判定結果が否定判定である場合）、そのＰＭ排出量の変化による添加間隔補正係数ｅｍｉｎｔｐｍを最終添加間隔補正係数ｅｍｉｎｔａｄとして選択する（ステップＳＴ７）。
【００５８】
そして、ステップＳＴ８においては、以上のステップＳＴ６またはステップＳＴ７で選択した最終添加間隔補正係数ｅｍｉｎｔａｄを用い、上記ステップＳＴ２で算出した基準添加間隔に最終添加間隔補正係数ｅｍｉｎｔａｄに乗じて最終添加間隔（最終添加間隔＝［補正前の基準添加間隔］×ｅｍｉｎｔａｄ）を算出して、このルーチンを終了する。
【００５９】
以上の添加間隔補正処理によれば、添加弁先端温度に基づいて算出した添加間隔補正係数ｅｍｉｎｔｔｅｍｐ、または、ＰＭ排気量の変化量に基づいて算出した添加間隔補正係数ｅｍｉｎｔｐｍのうち、添加間隔が短くなる方（つまり単位時間当たりの燃料添加量が多い方の補正係数）を選択して最終添加間隔を設定しているので、燃料添加弁２５の先端温度の上昇、または、環境変化・過渡期におけるＰＭ排出量の増加のうち、燃料添加弁２５の噴孔閉塞が発生しやすい状況変化に対して添加間隔を補正することが可能になり、燃料添加弁２５の噴孔閉塞を効果的に抑制することができる。しかも、燃料添加弁２５の先端温度上昇、または、環境変化・過渡期におけるＰＭ排出量の増加の各状況変化に見合った適切な添加量（単位時間当たりの添加量）で燃料添加を行うことができるので、例えばＰＭ排出量のばらつき上限で添加量を適合する場合と比べて、燃費の悪化を抑制することができる。
【００６０】
ところで、燃料添加弁２５の噴孔閉塞を抑制するために単位時間当たりの燃料添加量を増量すると、燃料が触媒内にて反応して触媒床温が所定の範囲（例えば７５０℃）を超える可能性がある。これを回避する方法として、排気温センサ３５の出力から得られる排気温度に基づいてＤＰＮＲ触媒４ｂの触媒床温を推定し、その推定した触媒床温が所定の設定値以上となったときに、その触媒床温（具体的には、所定値からの触媒温度の変化量）に応じて単位時間当たりの燃料添加量を少なくすることにより、触媒床温の過度の上昇を防止するという方法を挙げることができる。なお、触媒床温に対する設定値は、触媒床温の設定範囲（例えば７５０℃）を考慮して経験的に求めた値を採用する。
【００６１】
ここで、単位時間当たりの燃料添加量を少なくする方法として、上記した添加間隔補正処理により求めた最終添加間隔はそのままにして、図８に示す１回当たりの添加時間を短くするという方法を挙げることができる。このような方法を採用すると、燃料添加弁２５の噴孔閉塞を抑制する短い添加間隔を確保しつつ、トータルの燃料添加量を少なくすることができるので、触媒床温の過剰上昇を抑えながら、燃料添加弁２５の噴孔閉塞を抑制することが可能になる。
【００６２】
また、触媒床温の過剰上昇を防止する他の方法として、排気温センサ３５の出力から得られる排気温度に基づいてＤＰＮＲ触媒４ｂの触媒床温を推定し、その推定した現在の触媒床温と上記した添加間隔補正処理で算出した最終添加間隔とに基づいて、最終添加間隔で燃料添加を行ったときの触媒床温の上昇温度を推定し、その推定した触媒床温が設定値（触媒床温の許容上限温度を考慮した設定値）を超えないように、単位時間当たりの燃料添加量の増量補正を制限するという方法を挙げることができる。
【００６３】
−他の実施形態−
以上の例では、添加弁先端温度に基づいて算出した添加間隔補正係数ｅｍｉｎｔｔｅｍｐ、または、ＰＭ排気量の変化量に基づいて算出した添加間隔補正係数ｅｍｉｎｔｐｍを用いて最終添加間隔を設定しているが、本発明はこれに限られることなく、ＰＭ排気量の変化量に応じた添加間隔補正係数ｅｍｉｎｔｐｍのみを算出して最終添加間隔を設定するようにしてもよい。
【００６４】
以上の例では、基準添加間隔Ｔｂに添加間隔補正係数ｅｍｉｎｔｔｅｍｐまたは添加間隔補正係数ｅｍｉｎｔｐｍを乗じて燃料の添加量を補正しているが、これに替えて、１回当たり基準添加時間（図８参照）に添加間隔補正係数ｅｍｉｎｔｔｅｍｐまたは添加間隔補正係数ｅｍｉｎｔｐｍを乗じて単位時間当たりの燃料の添加量を補正するようにしてもよい。なお、１回当たり基準添加時間を補正する場合、添加間隔補正係数ｅｍｉｎｔｔｅｍｐは、排気温度変化量ΔＴｈが大きくなるほど大きな値となるように設定する。また、添加間隔補正係数ｅｍｉｎｔｐｍについても、ＰＭ排出量の変化量（λ補正係数ｅｍｇｐｍｌｍｄ）が大きいほど大きな値となるように設定する。
【００６５】
以上の例では、燃料添加弁２５の先端温度による添加間隔補正係数ｅｍｉｎｔｔｅｍｐ補正係数を、排気温度変化量ΔＴｈに基づいて算出しているが、これに替えて、水温センサ３１の出力信号から得られるエンジン１の冷却水温に基づいて、図９に示すマップを参照して添加間隔補正係数ｅｍｉｎｔｔｅｍｐを算出するようにしてもよい。
【００６６】
以上の例では、本発明の排気浄化装置を筒内直噴４気筒ディーゼルエンジンに適用した例を示したが、本発明はこれに限られることなく、例えば筒内直噴６気筒ディーゼルエンジンなど他の任意の気筒数のディーゼルエンジンにも適用できる。また、筒内直噴ディーゼルエンジンに限られることなく、他のタイプのディーゼルエンジンにも本発明を適用することは可能である。また、車両用に限らず、その他の用途に使用されるエンジンにも適用可能である。
【００６７】
以上の例では、触媒装置４として、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒４ａ及びＤＰＮＲ触媒４ｂを備えたものとしたが、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒４ａあるいは酸化触媒、及びＤＰＦを備えたものとしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明を適用するディーゼルエンジンの一例を示す概略構成図である。
【図２】ＥＣＵ等の制御系の構成を示すブロック図である。
【図３】ＥＣＵが実行する添加間隔補正処理の一例を示すフローチャートである。
【図４】図３の添加間隔補正処理で用いる基準添加間隔算出マップを示す図である。
【図５】図３の添加間隔補正処理で用いる添加間隔補正係数マップを示す図である。
【図６】図３の添加間隔補正処理で用いるＰＭ排出量のλ補正係数マップを示す図である。
【図７】図３の添加間隔補正処理で用いる添加間隔補正係数マップを示す図である。
【図８】燃料の添加間隔と添加時間を示す図である。
【図９】添加先端温度による添加間隔補正係数マップの他の例を示す図である。
【符号の説明】
【００６９】
１  エンジン（内燃機関）
２  燃料供給系
２１  サプライポンプ
２２  コモンレール
２４  遮断弁
２３  インジェクタ
２５  燃料添加弁
２７  添加燃料通路
４  触媒装置
４ａ  ＮＯｘ吸蔵還元型触媒
４ｂ  ＤＰＮＲ触媒
６  吸気系
７  排気系
３１  水温センサ
３３  吸気温センサ
３６  排気温センサ
３９  大気圧センサ
４１  クランクポジションセンサ
１００  ＥＣＵ
【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】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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