(57)【要約】【課題】  本発明は、相互に異なる種類の還元剤を内燃機関の排気系へ供給する複数の還元剤供給弁を備えた還元剤供給装置において、各種還元剤の消費量を均等に近づけることを課題とする。【解決手段】  本発明は、上記した課題を解決するために、相互に異なる種類の還元剤を内燃機関の排気系へ供給する複数の還元剤供給弁を備えた内燃機関の還元剤供給装置において、各種還元剤の消費率に偏りが生じた場合に、消費率が少ない還元剤の消費率を強制的に高めることにより、複数種の還元剤の消費率を均等に近づけることを特徴としている。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
相互に異なる種類の還元剤を内燃機関の排気系へ供給する複数の還元剤供給弁と、
前記複数種の還元剤の消費率を取得する取得手段と、
前記複数種の還元剤の消費率に所定の基準値以上の差が生じた場合に、消費率が低い還元剤の消費率を高める消費率変更手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の還元剤供給装置。
【請求項２】
請求項１において、前記消費率変更手段は、消費率の差が大きくなるほど消費率が低い還元剤の消費率を高めることを特徴とする内燃機関の還元剤供給装置。
【請求項３】
請求項１又は２において、前記消費率変更手段は、消費率の差が大きくなるほど消費率の変更開始時期を早めることを特徴とする内燃機関の還元剤供給装置。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか一において、前記複数の還元剤供給弁は、前記内燃機関の気筒内へ燃料を噴射する燃料噴射弁と、前記内燃機関の排気系に取り付けられ前記燃料より揮発性の高い高揮発還元剤を排気中へ添加する還元剤添加弁であり、
前記消費率変更手段は、前記燃料の消費率が前記高揮発還元剤の消費率より高い場合には前記還元剤添加弁から排気中へ添加される高揮発還元剤量を増量するとともに前記燃料噴射弁からポスト噴射される燃料量を減量し、前記高揮発還元剤の消費率が前記燃料の消費率より高い場合には前記燃料噴射弁からポスト噴射される燃料量を増量するとともに前記還元剤添加弁から排気中へ添加される高揮発還元剤量を減量することを特徴とする内燃機関の還元剤供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数種の還元剤を相互に異なる還元剤供給弁から内燃機関の排気系へ供給する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気系に配置されたＮＯｘ触媒やパティキュレートフィルタ等に還元剤を供給する方法として、気筒内へ直接燃料を噴射可能な燃料噴射弁からポスト噴射を行わせる方法、排気系に取り付けられた還元剤添加弁から排気中へ還元剤を添加する方法、燃料噴射弁からのポスト噴射と還元剤添加弁からの還元剤添加を機関運転状態に応じて使い分ける方法等が知られている（たとえば、特許文献１を参照）。
【特許文献１】特開２００３−１２０３９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、還元剤添加弁から排気中へ供給された燃料は、燃料噴射弁からポスト噴射された燃料に比して気化し難くい。このため、還元剤添加弁から添加される還元剤として燃料より揮発性（蒸発性）の高い還元剤を用いる方法が考えられる。
【０００４】
しかしながら、内燃機関の運転条件によっては燃料の消費率と還元剤の消費率が均等にならない場合が想定される。例えば、還元剤が燃料より先に無くなってしまうと、排気エミッションが悪化した状態で内燃機関の運転が継続される可能性がある。
【０００５】
本発明は、上記した実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、相互に異なる種類の還元剤を内燃機関の排気系へ供給する複数の還元剤供給弁を備えた還元剤供給装置において、各種還元剤の消費率を均等に近づけることができる技術の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記した課題を解決するために、相互に異なる種類の還元剤を内燃機関の排気系へ供給する複数の還元剤供給弁を備えた内燃機関の還元剤供給装置において、各種還元剤の消費率に偏りが生じた場合に、消費率が低い還元剤の消費率を高めることにより、複数種の還元剤の消費率を均等に近づけることを最大の特徴としている。
【０００７】
詳細には、本発明に係る内燃機関の還元剤供給装置は、相互に異なる種類の還元剤を内燃機関の排気系へ供給する複数の還元剤供給弁と、前記複数種の還元剤の消費率を取得する取得手段と、前記複数種の還元剤の消費率に所定の基準値以上の差が生じた場合に、消費率が低い還元剤の消費率を高める消費率変更手段と、を備えるようにしてもよい。
【０００８】
このように構成された内燃機関の還元剤供給装置では、各種還元剤の消費率に基準値以上の差が生じると、その時点から消費率の低い還元剤の消費率が強制的に高められるようになる。消費率の低い還元剤の消費率が高められると、複数種の還元剤の消費率が均等に近づくため、一の還元剤が他の還元剤より先に無くなる事態の発生が抑制される。
【０００９】
本発明において、消費率変更手段は、消費率の差が大きくなるほど消費率の低い還元剤の消費率を高くするようにしてもよい。消費率の差が大きい場合には、その差が縮まる前に消費率の高い還元剤が無くなってしまう可能性がある。これに対し、消費率の差が大きくなるほど消費率の低い還元剤の消費率が高くされれば、消費率の高い還元剤が無くなる前に複数種の還元剤の消費率を均等にすることが容易となる。
【００１０】
本発明において、消費率変更手段は、消費率の差が大きくなるほど消費率の変更開始時期を早めるようにしてもよい。消費率の差が大きい場合はその差が縮まる前に消費率の高い還元剤が無くなってしまう可能性がある。これに対し、消費率の差が大きくなるほど消費率の変更開始時期が早められれば、消費率の高い還元剤が無くなる前に消費率の差を解消し易くなる。
【００１１】
本発明において、複数の還元剤供給弁としては、内燃機関の気筒内へ燃料を噴射する燃料噴射弁と、内燃機関の排気系に取り付けられて前記燃料より揮発性の高い高揮発還元剤を排気中へ添加する還元剤添加弁を例示することができる。
【００１２】
この場合、消費率変更手段は、燃料の消費率が高揮発還元剤の消費率より高い場合には還元剤添加弁から排気中へ添加される高揮発還元剤量を増量するとともに燃料噴射弁からポスト噴射される燃料量を減量し、高揮発還元剤の消費率が燃料の消費率より高い場合には燃料噴射弁からポスト噴射される燃料量を増量するとともに還元剤添加弁から排気中へ添加される高揮発還元剤量を減量するようにしてもよい。
【００１３】
高揮発還元剤の消費率が高い場合に、燃料噴射弁からのポスト噴射により排気系へ燃料を供給するようにすれば、内燃機関の出力変化を最小限に抑えつつ排気系へ還元成分を供給することが可能となる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、相互に異なる種類の還元剤を排気系へ供給可能な複数の還元剤供給弁を備えた内燃機関の還元剤供給装置において、各種還元剤の消費率を均等に近づけることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。図１は、本発明を適用する内燃機関の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関は、圧縮着火式の内燃機関（ディーゼルエンジン）である。
【００１６】
内燃機関１のシリンダブロック２には、シリンダ３が形成され、該シリンダ３にピストン４が換装されている。ピストン４の頂面には燃焼室４０が形成されている。
【００１７】
シリンダヘッド５においてピストン４の頂面と対向する面の略中央には、インジェクタ（燃料噴射弁）６が配置されている。
【００１８】
前記したインジェクタ６は、燃料通路７を介して燃料タンク８と連通している。燃料通路７の途中には、燃料タンク８に貯蔵されている燃料を汲み上げてインジェクタ６へ圧送する燃料ポンプ９が配置されている。燃料タンク８には、該燃料タンク８に貯蔵されている燃料の残量を検出する第１残量センサ１０が取り付けられている。
【００１９】
内燃機関１の排気通路１１には、該排気通路１１を流れる排気中へ還元剤を添加するための還元剤添加弁１２が取り付けられている。この還元剤添加弁１２は、還元剤通路１３を介して還元剤タンク１４と連通している。還元剤通路１３の途中には、還元剤タンク１４に貯蔵されている還元剤を汲み上げて還元剤添加弁１２へ圧送する還元剤ポンプ１５が配置されている。還元剤タンク１４には、該還元剤タンク１４に貯蔵されている還元剤の残量を検出する第２残量センサ１６が取り付けられている。
【００２０】
上記した還元剤タンク１４には、燃料タンク８に貯蔵される燃料より揮発性の高い還元
剤が貯留されるものとする。例えば、燃料タンク８に軽油が貯蔵される場合には、軽油より揮発性の高いガソリンが還元剤タンク１４に貯蔵されるようにしてもよい。
【００２１】
また、内燃機関１には、ＥＣＵ１７が併設されている。ＥＣＵ１７は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭ等から構成される制御ユニットである。ＥＣＵ１７には、前述した第１残量センサ１０、第２残量センサ１６に加え、アクセルポジションセンサ１８やクランクポジションセンサ１９等の検出信号が入力されるようになっている。
【００２２】
ＥＣＵ１７は、アクセルポジションセンサ１８の検出信号（アクセル開度Ａｃｃｐ）やクランクポジションセンサ１９の検出信号（機関回転数Ｎｅ）等に基づいて、燃料ポンプ９、還元剤ポンプ１５、インジェクタ６、及び還元剤添加弁１２等を電気的に制御する。
【００２３】
例えば、ＥＣＵ１７は、還元剤添加弁１２より下流の排気通路１１に配置された排気浄化触媒（図示せず）へ還元剤を供給する必要がある場合に、還元剤ポンプ１５を作動させた後に還元剤添加弁１２を開弁させることにより、排気中へ還元剤を添加する。還元剤添加弁１２から排気中へ添加された還元剤は、排気とともに排気浄化触媒へ供給される。
【００２４】
その際、排気通路１１の壁面や排気などの温度が低いと、還元剤添加弁１２から添加された還元剤が排気浄化触媒へ到達するまでに十分に気化せず、排気浄化触媒の浄化性能を十分に発揮させることができない場合がある。これに対し、本実施例では、燃料より揮発性の高い還元剤（高揮発還元剤）が還元剤添加弁１２から添加されるため、排気通路１１の壁面や排気などの温度が低い場合であっても還元剤添加弁１２から添加された還元剤が排気浄化触媒へ到達するまでに十分に気化するようになる。その結果、排気浄化触媒の浄化性能を十分に発揮させることが可能となる。
【００２５】
ところで、上記したように還元剤添加弁１２から添加される還元剤として、燃料とは異なる種類の還元剤が用いられると、内燃機関１の運転条件や燃料及び還元剤の補給条件によっては、燃料と還元剤の消費率（単位時間当たりの消費量）が均等にならない場合がある。そのような場合には、燃料タンク８の燃料と還元剤タンク１４の還元剤の何れか一方のみが先に無くなる可能性がある。特に、還元剤タンク１４の還元剤が燃料タンク８の燃料より先に無くなると、排気浄化触媒が排気を十分に浄化できない状態で内燃機関１の運転が継続される事態が発生する。
【００２６】
従って、燃料とは異なる性状の還元剤を還元剤添加弁１２から供給する還元剤供給装置では、燃料タンク８と還元剤タンク１４の何れか一方が先に空になる事態、特に還元剤タンク１４が燃料タンク８より先に空になる事態の発生を回避する必要がある。
【００２７】
これに対し、本実施例では、第１残量センサ１０及び第２残量センサ１６の検出値に基づいて燃料及び還元剤の消費率を適宜演算し、双方の消費率に比較的大きな偏りが生じた場合には消費率の低い方の消費率を強制的に高めることにより、燃料と還元剤の何れか一方が先に空になることを予防するようにした。
【００２８】
具体的には、ＥＣＵ１７は、図２に示すように、燃料タンク８に貯蔵された燃料の残量Ｒｆと還元剤タンク１４に貯蔵された還元剤の残量Ｒｒの何れか少ない方の残量Ｍｉｎ（Ｒｆ、Ｒｒ）が基準値Ｒbase以下となった時に、燃料の消費率Ｃｆと還元剤の消費率Ｃｒの差△Ｃ（＝Ｃｒ−Ｃｆ）が所定の許容範囲Ｙ（図２中の斜線で示した領域）に収まっているか否かを判別する。
【００２９】
前記差△Ｃが図２中の点ａ、ｂのように許容範囲Ｙに収まっている場合は、ＥＣＵ１７は、燃料と還元剤の消費率を変更せずに内燃機関１の運転を継続させる。
【００３０】
一方、前記差△Ｃが図２中の点Ａ、Ｂのように許容範囲Ｙから逸脱している場合は、ＥＣＵ１７は、燃料と還元剤の消費率を強制的に変更して内燃機関１の運転を継続させる。
【００３１】
図２中の点Ａで示されるように、還元剤の消費率Ｃｒが燃料の消費率Ｃｆに比して少なく（Ｒｒ＞Ｒｆ）、且つその差△Ｃが許容範囲Ｙから逸脱している場合には、ＥＣＵ１７は、還元剤の消費率を高める。
【００３２】
具体的には、ＥＣＵ１７は、排気浄化触媒へ還元成分を供給する必要がある時に、インジェクタ６からのポスト噴射を行わずに還元剤添加弁１２から還元剤を添加させ、或いはインジェクタ６からポスト噴射される燃料量を減量するとともに還元剤添加弁１２から添加される還元剤量を増量させることにより、還元剤の消費率を高める。
【００３３】
図３は、燃料の残量Ｒｆが基準値Ｒbase以下となった時点から還元剤の消費率が高められた場合の消費率の差△Ｃの変移を示した図である。
【００３４】
図３中の点線は還元剤及び燃料の消費率が変更されなかった場合の消費率の差△Ｃの変移を示し、図３中の実線は還元剤及び燃料の消費率が変更された場合の消費率の差△Ｃの変移を示している。
【００３５】
還元剤及び燃料の消費率が変更されなかった場合は、消費率の差△Ｃは、燃料の残量Ｒｆが零になるまで許容範囲Ｙから逸脱した状態を維持している。このため、燃料の残量Ｒｆが零となった時（図３中の点Ａ０）には、比較的多量の還元剤が残るようになる。
【００３６】
これに対し、燃料の残量Ｒｆが基準値Ｒbase以下となった時点から還元剤の消費率が高められると、消費率の差△Ｃは、点Ａから許容範囲Ｙ内の点Ａ１へ変移し、その後も燃料の残量Ｒｆが零となるまで許容範囲Ｙ内を変移する。その結果、燃料の残量Ｒｆが零となった時（図３中の点Ａ２）には、還元剤の残量Ｒｒも僅かとなる。
【００３７】
従って、燃料の残量Ｒｆが基準値Ｒbase以下となった時点から還元剤の消費率が強制的に高められると、燃料と還元剤の消費率Ｃｆ、Ｃｒ及び残量Ｒｆ、Ｒｒを略均等にすることが可能となる。
【００３８】
次に、図２中の点Ｂで示されるように、燃料の消費率Ｃｆが還元剤の消費率Ｃｒに比して少なく（Ｒｆ＞Ｒｒ）、且つその差△Ｃが許容範囲Ｙから逸脱している場合には、ＥＣＵ１７は、燃料の消費率を高める。
【００３９】
具体的には、ＥＣＵ１７は、排気浄化触媒へ還元成分を供給する必要がある時に、還元剤添加弁１２からの還元剤の添加を行わずにインジェクタ６からのポスト噴射を行い、或いは還元剤添加弁１２から添加される還元剤量を減量するとともにインジェクタ６からポスト噴射される燃料量を増量させることにより、燃料の消費率を高める。
【００４０】
図４は、還元剤の残量Ｒｒが基準値Ｒbase以下となった時点から燃料の消費率が高められた場合の消費率の差△Ｃの変移を示した図である。
【００４１】
図４中の点線は還元剤及び燃料の消費率が変更されなかった場合の消費率の差△Ｃの変移を示し、図４中の実線は還元剤及び燃料の消費率が変更された場合の消費率の差△Ｃの変移を示している。
【００４２】
還元剤及び燃料の消費率が変更されなかった場合は、消費率の差△Ｃは、還元剤の残量
Ｒｒが零になるまで許容範囲Ｙから逸脱した状態を維持している。このため、還元剤の残量Ｒｒが零となった時（図４中の点Ｂ０）には、比較的多量の燃料が残るようになる。
【００４３】
これに対し、還元剤の残量Ｒｆが基準値Ｒbase以下となった時点から燃料の消費率が高められると、消費率の差△Ｃは、点Ｂから許容範囲Ｙ内の点Ｂ１へ変移し、その後も還元剤の残量Ｒｒが零となるまで許容範囲Ｙ内を変移する。その結果、還元剤の残量Ｒｒが零となった時（図４中の点Ｂ２）には、還元剤の残量Ｒｒも僅かとなる。
【００４４】
従って、還元剤の残量Ｒｒが基準値Ｒbase以下となった時点から燃料の消費率が強制的に高められると、燃料と還元剤の消費率Ｃｆ、Ｃｒ及び残量Ｒｆ、Ｒｒを略均等にすることが可能となる。
【００４５】
尚、インジェクタ６からポスト噴射される燃料量を増量するためには、ポスト噴射の実行時間（インジェクタ６の開弁時間）を長くする必要があるが、ポスト噴射の実行時間が過剰に長くされるとボアフラッシングを誘発する可能性がある。すなわち、ポスト噴射は排気行程中に行われることが好ましいが、ピストン４が上死点から離間している時にポスト噴射が行われると噴射燃料がシリンダ３のボア壁面に到達してボアフラッシングを誘発する。
【００４６】
依って、ポスト噴射の実行可能な期間は排気行程後半（ピストン４が上死点近傍に位置している期間）に制限されてしまい、インジェクタ６からポスト噴射可能な燃料量に上限が生じる。
【００４７】
そこで、本実施例では、排気浄化触媒へ供給すべき還元成分の量（要求還元成分量）がポスト噴射の上限量を上回る場合には、インジェクタ６から前記上限量のポスト噴射を行わせ、要求還元成分量と前記上限量との差分を還元剤添加弁１２からの還元剤添加により補うようにしても良い。
【００４８】
また、前記した基準値Ｒbaseは一定値であってもよいが、消費率の差△Ｃの絶対値（＝｜△Ｃ｜）の大きさに応じて可変とされるようにしてもよい。例えば、図５に示すように、還元剤の残量Ｒｒが基準値Ｒbase以下となった時点で消費率の差△Ｃの絶対値が非常に大きくなると（図５中の点Ｂ’）、その時点から消費率の変更が行われても消費率の差△Ｃが許容範囲Ｙに収束する前に還元剤の残量Ｒｒが零となってしまう可能性がある。
【００４９】
これに対し、図６に示すように、消費率の差△Ｃの絶対値が大きくなるほど基準値Ｒbaseが大きくなり、且つ消費率の差△Ｃの絶対値が小さくなるほど基準値Ｒbaseが小さくなるように設定されてもよい。
【００５０】
この場合、消費率の差△Ｃの絶対値が過剰に大きくなる前（図６中の点Ｂ４）に消費率の変更が開始されるため、消費率の差△Ｃは還元剤の残量Ｒｒが零になる前に許容範囲Ｙ内の点Ｂ５へ変移するようになる。
【００５１】
また、消費率を変更する際の変更量は一定値であってもよいが、消費率の差△Ｃの絶対値の大きさに応じて可変とされるようにしてもよい。変更量が一定であると、前述した図５に示したように、還元剤の残量Ｒｒが基準値Ｒbase以下となった時点で消費率の差△Ｃの絶対値が非常に大きくなると（図５中の点Ｂ’）、その時点から消費率の変更が行われても消費率の差△Ｃが許容範囲Ｙに収束する前に還元剤の残量Ｒｒが零となってしまう可能性がある。
【００５２】
これに対し、図７に示すように、還元剤の残量Ｒｒが基準値Ｒbase以下となった時点で
の消費率の差△Ｃの絶対値が大きくなるほど消費率の変更量が大きくされてもよい。
【００５３】
この場合、基準値Ｒbaseが一定値に固定（すなわち、消費率の変更開始時期が一定時期に固定）されていても、還元剤の残量Ｒｒが零となる前に消費率の差△Ｃを許容範囲Ｙ内へ収束させることが可能となる。
【００５４】
その際、図８に示すように、還元剤の残量Ｒｒが基準値Ｒbase以下且つ消費率の差△Ｃが許容範囲Ｙより大きくなる領域（すなわち、燃料の消費率が高められる領域）を、消費率の差△Ｃの絶対値の大きさに応じて複数に分割し、分割された領域毎に消費率の変更量を異ならせるようにしてもよい。尚、各領域の変更量は、消費率の差△Ｃの絶対値が大きくなるほど多くなるように定められるものとする。
【００５５】
このように燃料と還元剤のうち消費率の低い方を用いて排気浄化触媒に対する還元成分の供給が行われれば、消費率の低い燃料又は還元剤の消費率を高めることが可能となる。その結果、還元剤と燃料の何れか一方が先に無くなる事態の発生を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明を適用する内燃機関の概略構成を示す図である。
【図２】燃料と還元剤の消費率の差△Ｃが適正であるか否かを判別する方法を示す概念図である。
【図３】還元剤の消費率を強制的に高めた場合における消費率の差△Ｃの変移を示す図である。
【図４】燃料の消費率を強制的に高めた場合における消費率の差△Ｃの変移を示す図である。
【図５】消費率の差△Ｃを許容範囲Ｙに収束させることができない例を示す図である。
【図６】消費率の差△Ｃの大きさに応じて基準値Ｒbaseを可変とする例を示す図である。
【図７】消費率の差△Ｃの大きさに応じて消費率の変更量を可変とする例を示す図である。
【図８】消費率の差△Ｃの大きさに応じて消費率の変更量を可変とする他の例を示す図である。
【符号の説明】
【００５７】
１・・・・・内燃機関
６・・・・・インジェクタ（燃料噴射弁）
８・・・・・燃料タンク
９・・・・・燃料ポンプ
１０・・・・第１残量センサ（取得手段）
１２・・・・還元剤添加弁
１４・・・・還元剤タンク
１５・・・・還元剤ポンプ
１６・・・・第２残量センサ（取得手段）
１７・・・・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】
2007071148.tif 000007
【図６】
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【図７】
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【図８】
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