(57)【要約】  【課題】この発明は、燃料添加弁による詰り防止添加による、燃費悪化を抑制するのに好適な排気浄化制御装置を提供することを目的とする。【解決手段】  内燃機関の排気通路に設けられた燃料添加弁を備えた排気浄化システムの排気浄化制御装置において、  前記燃料添加弁の噴孔近辺における排気圧力を検出する排気圧力検出手段と、  前記排気圧力検出手段が前記燃料添加弁の噴孔近辺における排気圧力が所定圧以下であることを検出すると、前記燃料添加弁に燃料噴射を指令する燃料添加弁制御手段と、  を備える。【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設けられた燃料添加弁を備えた排気浄化システムの排気浄化制御装置において、
前記燃料添加弁の噴孔近辺における排気圧力を検出する排気圧力検出手段と、
前記排気圧力検出手段が前記燃料添加弁の噴孔近辺における排気圧力が所定圧以下であることを検出すると、前記燃料添加弁に燃料噴射を指令する燃料添加弁制御手段と、
を備えることを特徴とする排気浄化制御装置。
【請求項２】
前記排気圧力検出手段が前記燃料添加弁の噴孔近辺における排気圧力が所定圧以下でないと検出すると、前記燃料添加弁の噴孔近辺における排気圧力を所定圧以下に下げる排気圧力制御手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の排気浄化制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、排気浄化制御装置に係り、より具体的には、車両に搭載するのに好適な排気浄化制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、排気中に含まれている有害成分を除去するために、排気通路にＤＰＦを設ける排気浄化システムが知られている（例えば、特開２００９−２８７４１６参照。）。排気浄化システムには、ＤＰＦが除去した有害成分を浄化するために、排気中に燃料を添加する燃料添加弁が設けられている。燃料添加弁は、排気浄化制御装置によって制御される。
【０００３】
ところで、燃料添加弁の噴孔は排気中に晒されているため、噴孔にはデポジットが堆積しやすい。デポジットが堆積すると、噴孔が詰る。噴孔が詰ると、噴射量が低下する。噴射量が低下すると、ＤＰＦが除去した有害成分を浄化するために必要な量の燃料を燃料添加弁から噴射できなくなる。
【０００４】
そこで、特許文献では、噴孔に堆積したデポジットを剥離するために、燃料添加弁から微少の燃料を噴射（以下、詰り防止添加と称する。）している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２００９−２８７４１６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、燃料添加弁は、筒内直噴用インジェクタやコモンレールインジェクタとは異なり、噴射圧力が低いため剥離力が弱い。十分にデポジットの剥離をするためには、燃料添加弁内部でキャビテーションを十分に発生させる必要がある。その方法として、燃料添加弁の噴孔近辺の排気圧力が低い状態で詰り防止添加を実行することが考えられるが、上記従来技術では、燃料添加弁の噴孔近辺の排気圧力が高い状態で詰り防止添加を実行する場合がある。その結果、十分にデポジットを剥離するために、何度も詰り防止添加を実行してしまい燃費が悪化していた。
【０００７】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、燃料添加弁による詰り防止添加による、燃費悪化を抑制するのに好適な排気浄化制御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、上記目的を達成するため、内燃機関の排気通路に設けられた燃料添加弁を備えた排気浄化システムの排気浄化制御装置において、
前記燃料添加弁の噴孔近辺における排気圧力を検出する排気圧力検出手段と、
前記排気圧力検出手段が前記燃料添加弁の噴孔近辺における排気圧力が所定圧以下であることを検出すると、前記燃料添加弁に燃料噴射を指令する燃料添加弁制御手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００９】
第２の発明は、上記目的を達成するため、請求項１に記載の排気浄化装置であって、前記排気圧力検出手段が前記燃料添加弁の噴孔近辺における排気圧力が所定圧以下でないと検出すると前記燃料添加弁の噴孔近辺における排気圧力を所定圧以下に下げる排気圧力制御手段を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
第１の発明によれば、燃料添加弁の噴孔近辺における排気圧力が所定圧以下の状態で、燃料添加弁が燃料噴射を実行する。そのため、燃料添加弁内部でキャビテーションが十分に発生する場合にのみ、燃料添加弁による燃料噴射を実行することできる。その結果、デポジットの剥離力が弱いときに燃料噴射を実行しなくなり、燃費を向上することができる。
【００１１】
第２の発明によれば、燃料添加弁近辺の排気圧力が所定圧以下でない場合は、所定圧以下に下げてから燃料添加弁が燃料噴射を実行する。そのため、デポジットを剥離する機会が増加し、より燃料添加弁にデポジットが堆積するのを抑制することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
実施の形態１．
以下に、本発明の実施の形態１にかかる排気浄化制御装置を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の実施の形態１を備えた排気添加システムの構成を示す図である。図に示すように、排気添加システムには、エンジン本体３０と過給機４２が設けられている。エンジン本体３０には４つの気筒が一列に配置されている。各気筒には燃料を噴射する燃料噴射弁３２が設けられている。燃料噴射弁３２により噴射された燃料は気筒内に設けられた燃焼室に供給される。燃料噴射弁３２の噴射方式はメインの噴射の前にパイロット噴射が実行される方式である。また燃料噴射弁３２は、燃料供給管３６を介して、コモンレール３８と接続している。コモンレール３８は燃料噴射弁３２に高圧燃料を供給する。コモンレール３８はサプライポンプ４０から燃料が供給される。サプライポンプ４０は燃料タンク内に蓄えられた燃料を所定の燃圧まで加圧する。
【００１３】
燃焼室には、排気通路４４が接続されている。燃焼室で発生したガスは排気通路４４に排出される。排気通路４４の途中には、過給機４２のタービン部４６が設けられている。タービン部４６には、排気ガスにより回転駆動されるタービンホイールが設けられている。タービンホイールには、流路面積を可変とすることができる、複数の可変ノズルベーンが設けられている。ベーンの開度（以下、ＶＮ開度と称する。）を閉側になるように調整すると、タービン部４６の流路面積が狭くなりベーンの上流側における排気圧力が高くなる。他方、ＶＮ開度が開側になるように調整すると、タービン部４６の流路面積が広くなりベーンの上流側における排気圧力は低くなる。ベーンの上流には燃料添加弁５０が設けられている。
【００１４】
さらに、排気通路４４の途中には排気浄化部材４８が設けられている。そのため、燃焼室から排出された排気ガスは、排気浄化部材４８を通過する。排気浄化部材４８内部の上流側に設けられている触媒は、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒である。ＮＯｘ吸蔵還元型触媒は、排気ガス中に含まれるＮＯｘを浄化する。排気浄化部材４８内部の下流側にはＤＰＦが設けられている。ＤＰＦは排気ガス中に含まれるＰＭ（粒子状物質）を捕集するフィルタである。
【００１５】
排気浄化部材４８の上流には、燃料添加弁５０が設けられている。燃料添加弁５０は、燃料供給管５２を介して、サプライポンプ４０に接続されている。燃料添加弁５０は、ＰＭ再生制御、硫黄被毒回復制御、ＮＯｘ還元制御、詰り防止添加の際に排気通路４４に燃料を噴射する。
【００１６】
排気添加システムには、運転状態を検出するための各種センサが設けられている。具体的には、エアフロメータや、回転速度センサ、排気浄化部材４８の触媒床温を推定するための排気温センサ、排気通路４４の圧力を検出するための排気圧力センサが設けられている。なお排気圧力センサは燃料添加弁５０の噴孔近辺における排気圧を検出することができる。各種センサから出力された信号は電子制御装置５４に入力される。電子制御装置５２は入力された信号から演算を行い、演算結果に基づいて各種制御を実行する。具体的には、燃料噴射弁３２、サプライポンプ４０、燃料添加弁５０、ベーンの駆動制御などを実行する。そのため、電子制御装置５４は排気添加制御装置として機能する。
【００１７】
ところで、本発明の実施の形態１における燃料添加弁５０の噴孔は、排気中に晒されているで、燃料添加弁５０の噴孔にはデポジットが堆積しやすい。デポジットが堆積すると、噴孔が詰る。噴孔が詰ると、噴射量が低下する。噴射量が低下すると、触媒が除去した有害成分を浄化するために必要な量の燃料を燃料添加弁から噴射できなくなる。
【００１８】
そこで、噴孔に堆積したデポジットを剥離するために、詰り防止添加を行う。詰り防止添加により微量の燃料を噴射して、燃料添加弁５０内部ではキャビテーションを発生させる。キャビテーションにより、デポジットの剥離が促進される。図２は燃料添加弁５０におけるキャビテーションの発生箇所を示した図である。キャビテーションは燃料シート部５０１と噴孔入口部５０２で主に発生する。キャビテーション数（キャビテーションの起こりやすさ）をＣＮ、噴射圧力をＰｉｎｊ、飽和蒸気圧をＰｅ、噴射雰囲気圧力をＰａと定めた場合、一般的にキャビテーションの起こりやすさＣＮは次式のように定義される。
ＣＮ＝（Ｐｉｎｊ−Ｐａ）／（Ｐｉｎｊ−Ｐｅ）
キャビテーションの発生を促進するためには、ＣＮを大きくする必要がある。噴射雰囲気圧力Ｐａを下げると、ＣＮは大きくなる。排気添加システムにおける、噴射雰囲気圧力Ｐａは燃料添加弁５０の噴孔近辺における排気圧力に相当する。よって燃料添加弁５０の噴孔近辺における排気圧力を下げると、キャビテーションの発生が促進される。キャビテーションの発生を促進することにより、デポジットの剥離が促進される。
【００１９】
そこで、本発明の実施の形態１では、キャビテーションの発生を促進するために、詰り防止添加が必要な場合は、燃料添加弁５０の噴孔近辺における排気圧力を所定圧以下となるように、タービン部４６の流路面積またはエンジン回転数を制御する。そして、排気圧力を所定圧以下となるように制御した後に、詰り防止添加を実行する。
【００２０】
以下、キャビテーションの発生を促進するための排気浄化制御装置による制御のフローチャートを説明する。図３は排気浄化制御装置による制御のフローチャートである。
【００２１】
ステップ１００ではデポジット剥離制御が必要か否かの判定を行う。具体的には、床温補正係数が所定値に達したか否かによって判定する。床温補正係数とは、目標の触媒床温にするために必要な要求噴射量と実噴射量とのズレを補正する値である。要求噴射量を床温補正係数で補正すると、目標の触媒床温とする実噴射量を噴射することができる。燃料添加弁５０がデポジット堆積により詰まるほど、要求噴射量と実噴射量とのズレが大きくなる。床温補正係数は、目標の触媒床温と排気温センサから推定される触媒床温とのズレから、あらかじめ用意しておいたマップを参照して求める。デポジットの剥離制御が必要と判定された場合（ステップ１００：ＹＥＳ）は、ステップ１０２へ進む。デポジットの剥離制御が不必要と判定された場合（ステップ１００：ＮＯ）は、制御フローを終了する。
【００２２】
次に運転条件の判定を行う。ステップ１０２では、排気圧力センサで検出した排気圧力から燃料添加弁５０の噴孔近辺における排気圧力が、所定圧以下か否かを判定する。所定圧より大きいと判定された場合（ステップ１０２：ＮＯ）は、ステップ１０４へ進む。ステップ１０４からステップ１１４（ステップ１０８においてＮＯと判定された場合は除く）では、燃料添加弁５０の噴孔近辺における排気流路断面積またはエンジン回転数によって燃料添加弁５０の噴孔近辺における排気圧力を所定圧以下になるように制御する。所定圧以下と判定された場合（ステップ１０２：ＹＥＳ）は、ステップ１１６へ進む。なお、排気圧力センサで検出した排気圧力から燃料添加弁５０の噴孔近辺における排気圧力が、所定圧以下か否かを判定しているが、本実施例はこれに限られるものではない。車両の運転状態からマップで所定圧以下であることを検出してもよい。
【００２３】
ステップ１０４では、排気圧力を所定圧以下となるまでＶＮ開度を開いても、許容とするスモーク発生量に収まるか否かを判定する。スモーク発生量は、エンジン回転数と燃料噴射量と排気圧力を所定圧以下とする場合のＶＮ開度から推定する。ＶＮ開度を開くとスモーク発生量が増加する。推定したスモーク発生量が、許容とするスモーク発生量よりも大きいか否かで判定する。具体的には、推定したスモーク発生量が許容とするスモーク発生量以下と判定された場合（ステップ１０４：ＹＥＳ）は、ステップ１１０へ進む。推定したスモーク発生量が許容とするスモーク発生量よりも大きいと判定された場合（ステップ１０４：ＮＯ）は、ステップ１０６へ進む。
【００２４】
ステップ１０６では、スモーク発生量の低減適合をすることにより、排気圧力を所定圧以下となるまでＶＮ開度を開いても、許容とするスモーク発生量以下となる否かの判定を行う。スモーク発生量は、パイロット噴射量を減らすことにより低減できる。他の方法として、燃料噴射弁３２の噴射時期を遅角して、スモーク発生量を低減する方法が考えられる。また、燃料噴射弁３２の噴射圧力を上げることにより、スモーク発生量を低減してもよい。スモーク発生量の低減適合をすることにより、ＶＮ開度を開いても、スモーク発生量を許容スモーク発生量以下とすることが可能と判定された場合（ステップ１０６：ＹＥＳ）は、ステップ１１２へ進む。スモーク発生量を許容スモーク発生量以下とすることが不可能と判定された場合（ステップ１０６：ＮＯ）は、ステップ１０８へ進む。
【００２５】
ステップ１０８では、エンジン回転数ＮＥの低減により、燃料添加弁５０の噴孔近辺における排気圧力を所定圧以下とすることが可能か否かの判定を行う。エンジン回転数ＮＥの低減は、変速機をアップシフトすることでできる。エンジン回転数ＮＥの低減により、燃料添加弁５０の噴孔近辺における排気圧力を所定圧以下とすることが可能と判定された場合（ステップ１０８：ＹＥＳ）は、ステップ１１４へ進む。エンジン回転数ＮＥの低減により、燃料添加弁５０の噴孔近辺における排気圧力を所定圧以下とすることができないと判定された場合（ステップ１０８：ＮＯ）は、制御フローを終了する。
【００２６】
ステップ１１０では、タービン部４６の流路面積を広くする。具体的には、ＶＮ開度を開く。ＶＮ開度を開くことで、燃料添加弁５０の噴孔近辺のおける排気圧力を下げることができる。ＶＮ開度量は、燃料添加弁５０の噴孔近辺における排気圧力が所定圧以下となるように設定される。タービン部４６の流路面積を広くした後に、ステップ１１６へ進む。
【００２７】
ステップ１１２では、スモーク発生量の低減適合を行う。具体的には、パイロット噴射量を減らす。パイロット噴射の低減量は、スモーク発生量が許容スモーク発生量以下となるようにする。他の方法として、噴射時期を遅角する方法が考えられる。また、噴射圧力を上げてもよい。スモーク発生量の低減適合を行い、スモーク発生量を許容スモーク発生量以下とした後に、ステップ１１０へ進む。
【００２８】
ステップ１１４では、エンジン回転数の低減を行う。具体的には、アップシフトをすることにより、エンジン回転数の低減を行う。エンジン回転数の低減を行った後に、ステップ１１６へ進む。
【００２９】
ステップ１１６では、燃料添加弁５０が燃料を噴射するように、電子制御装置５４は燃料添加弁５０に対して指令を出す。そして、制御フローを終了する。
【００３０】
上述のように、実施の形態１によれば、燃料添加弁近辺の排気圧力が所定圧以下でない場合は、所定圧以下に下げてから燃料添加弁が燃料噴射を実行することができる。そのため、デポジットを剥離する機会が増加し、より燃料添加弁にデポジットが堆積するのを抑制することができる。
【００３１】
実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２にかかる排気浄化制御装置について説明する。以下、上記実施の形態１にかかる排気浄化制御装置との相違点を中心に説明する。図４は、本発明の実施の形態２における排気浄化制御装置による制御のフローチャートである。
【００３２】
ステップ１０２では、排気圧力センサで検出した排気圧力から燃料添加弁５０の噴孔近辺における排気圧力が、所定圧以下か否かを判定する。所定圧より大きいと判定された場合（ステップ１０２：ＮＯ）は、制御を終了する。所定圧以下と判定された場合（ステップ１０４：ＹＥＳ）は、ステップ１１６へ進む。
【００３３】
上述のように、実施の形態２によれば、燃料添加弁の噴孔近辺における排気圧力が所定圧以下の状態で、燃料添加弁が燃料噴射を実行する。そのため、燃料添加弁内部でキャビテーションが十分に発生する場合にのみ、燃料添加弁による燃料噴射を実行することできる。その結果、デポジットの剥離力が弱いときに燃料噴射を実行しなくなり、燃費を向上することができる。
【００３４】
なお、本発明の実施の形態１では流路面積を変える手段として、可変ノズルベーンを用いたが、これに限られるわけではない。流路面積を変える部材であればよい。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施の形態１を備えた排気添加システムの構成を示す図である。
【図２】燃料添加弁５０におけるキャビテーションの発生箇所を示した図である。
【図３】本発明の実施の形態１における排気浄化制御装置による制御のフローチャートである。
【図４】本発明の実施の形態２における排気浄化制御装置による制御のフローチャートである。
【符号の説明】
【００３６】
３０…エンジン本体、３２…燃料噴射弁、３４…ＥＣＵ、３６…燃料供給管、３８…コモンレール、４０…サプライポンプ、４２…過給機、４４…排気通路、４６…タービン部、４８…排気浄化部材、５０…燃料添加弁、５２…燃料供給管、５４…電子制御装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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