(57)【要約】【課題】排気燃料添加弁から添加された燃料の微粒化及び気化を良好なものにすることが可能な、ディーゼル機関の燃料供給装置を提供する。【解決手段】ディーゼル機関１０は、排気後処理装置５５より上流側の排気通路に燃料を添加可能な排気燃料添加弁８８と、燃料タンク１２０からの燃料を燃料噴射装置８０に分配する燃料レール８２とを備えている。燃料供給装置１１は、燃料レール８２からの燃料を燃料タンク１２０に向けて流すことが可能なリターン通路９０ａを有する。リターン通路９０ａを流れる燃料であるリターン燃料のうち少なくとも一部を、加圧燃料ポンプ９４により昇圧して、排気燃料添加弁８８に圧送する。ディーゼル機関１０の輻射熱を受けて高温となったリターン燃料を排気燃料添加弁８８に供給する。排気燃料添加弁８８から添加された燃料の微粒化及び気化を促進する。【選択図】図１
2009041447.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気後処理装置より上流側の排気通路に燃料を添加可能な排気燃料添加弁と、燃料タンクからの燃料を燃料噴射装置に分配する燃料レールとを備えたディーゼル機関に用いられ、燃料レールからの燃料を燃料タンクに向けて流すことが可能なリターン通路を有する燃料供給装置であって、
リターン通路を流れる燃料であるリターン燃料のうち少なくとも一部を昇圧して、排気燃料添加弁に供給することを特徴とするディーゼル機関の燃料供給装置。
【請求項２】
請求項１に記載のディーゼル機関の燃料供給装置において、
排気燃料添加弁に燃料を供給する燃料通路であるフィード通路と、リターン通路とを連通させる連通路と、
連通路に設けられ、リターン通路から取り入れたリターン燃料を昇圧してフィード通路に圧送可能な加圧燃料ポンプと、
を有することを特徴とするディーゼル機関の燃料供給装置。
【請求項３】
請求項２に記載のディーゼル機関の燃料供給装置において、
燃料中のバイオ燃料濃度が、予め設定された判定濃度以上であるか否かを判定するバイオ燃料濃度判定手段と、
バイオ燃料濃度が判定濃度以上であると判定された場合に、加圧燃料ポンプがリターン燃料をフィード通路に圧送するよう制御する制御手段と、
を有することを特徴とするディーゼル機関の燃料供給装置。
【請求項４】
請求項３に記載のディーゼル機関の燃料供給装置において、
連通路のうち加圧燃料ポンプより上流側に設けられ、開閉弁動作によりフィード通路とリターン通路の連通と遮断を切替可能な第１遮断弁と、
フィード通路のうち、連通路との合流部より上流側に設けられ、開閉弁動作によりフィード通路と燃料タンクとの連通と遮断を切替可能な第２遮断弁と、
を有し、
制御手段は、バイオ燃料濃度が判定濃度以上であると判定された場合に、第１遮断弁を開弁させると共に、第２遮断弁を閉弁させる
ことを特徴とするディーゼル機関の燃料供給装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載のディーゼル機関の燃料供給装置において、
燃料タンクからの燃料を昇圧して、燃料レールに圧送する高圧燃料ポンプを備え、
燃料噴射装置は、高圧燃料ポンプにより昇圧された燃料の供給を受けて燃料を噴射するものであり、
排気燃料添加弁は、高圧燃料ポンプにより昇圧されていない燃料の供給を受けて、燃料噴射装置に比べて低い燃圧で燃料を噴射するものである
ことを特徴とするディーゼル機関の燃料供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディーゼル式内燃機関に用いられる燃料供給装置に関し、特に、排気後処理装置より上流側の排気通路から燃料を添加可能な排気燃料添加弁を備えたディーゼル機関の燃料供給装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼル式の内燃機関（以下、単に「ディーゼル機関」と記す）には、一般的に、気筒から排出された排出ガス中の有害成分や粒子状物質を処理する排気後処理装置が設けられている。排気後処理装置には、排出ガス中の有害成分を触媒反応により浄化する排気浄化触媒や、排出ガス中の粒子状物質（以下、ＰＭと記す）を捕集するパティキュレート・フィルタ機構（以下、単に「フィルタ機構」と記す）等がある。
【０００３】
排気浄化触媒には、例えば、排出ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を吸蔵し、窒素に還元するＮＯｘ吸蔵還元型触媒等がある。ＮＯｘ吸蔵還元型触媒に、還元剤としての炭化水素を供給することで、吸蔵された窒素酸化物は、炭化水素と反応して窒素に還元される。一方、フィルタ機構には、例えば、ＰＭを捕集し、捕集したＰＭを燃焼させて二酸化炭素として放出することでフィルタを再生するディーゼル・パティキュレート・フィルタ（ＤＰＦ）等がある。捕集したＰＭを燃焼させる方法としては、電気ヒータによりフィルタを加熱する方法や、フィルタを流れる排出ガスの温度を上昇させる方法があり、排出ガスの温度を上昇させるには、酸素を多く含んだ排出ガス中に燃料となる炭化水素を添加して昇温させる方法がある。
【０００４】
このように、排気後処理装置としての排気浄化触媒を備えたディーゼル機関においては、いわゆるリッチスパイクなど、還元剤としての炭化水素を供給するため、排気浄化触媒に向けて流れる排出ガス中に燃料の添加することがある。一方、排気後処理装置としてフィルタ機構を備えたディーゼル機関においては、排出ガスの温度を上昇させてフィルタを再生するために、フィルタ機構に向けて流れる排出ガス中に燃料を添加することがある。
【０００５】
このような、排気後処理装置に流れる排出ガス中に燃料を添加するため、ディーゼル機関においては、気筒内に燃料を供給する燃料噴射装置とは別に、排気通路のうち排気後処理装置より上流側において燃料を添加する「排気燃料添加弁」が設けられたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
ところで、ディーゼル機関においては、近年、菜種油やパーム油等の植物油を原料として合成された、生物由来のディーゼル燃料（以下、単に「バイオ燃料」と記す）が用いられることがある。バイオ燃料は、軽油に比べて高沸点成分を多く含んでおり、気化しにくい（揮発性が低い）等の特徴を有している。
【０００７】
このようなバイオ燃料は、所定の濃度で軽油と混合されて、ディーゼル機関に用いられることがある。このため、特許文献１のディーゼル機関の制御技術においては、混合燃料に含まれるバイオ燃料の濃度を、排気後処理装置（ＮＯｘ吸蔵還元型触媒／パティキュレート・フィルタ）の下流側に設けられた空燃比センサの出力から検出し、検出されたバイオ燃料の濃度が高くなるに従って、所定の軽油（基準燃料）が用いられる場合に比べて、燃料添加初期の燃料添加量を増量させると共に、燃料添加後期の燃料添加量を減少させている。また、排気温度が低くなるに従って、所定の軽油が用いられた場合に比べて、燃料添加初期の燃料添加量と、燃料添加後期の燃料添加量との差が大きくなるように制御している。
【０００８】
これにより、所定の軽油（基準燃料）とは揮発性（蒸発性）が異なる混合燃料が用いられた場合であっても、排気後処理装置（ＮＯｘ吸蔵還元型触媒／パティキュレート・フィルタ）近傍における空燃比の挙動を、所定の軽油が添加された場合の挙動に近づけている。
【０００９】
【特許文献１】特開２００６−１７７３１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、特許文献１に記載の制御技術では、バイオ燃料の濃度が高くなるに従って、燃料添加初期の燃料添加量が増量されるため、バイオ燃料濃度が高い混合燃料が用いられた場合には、排気燃料添加弁から噴射された燃料の微粒化及び気化が悪化して、排気燃料添加弁からの噴射燃料が酸化しにくくなり、すす等の粒子状物質の発生量が増大する虞がある。特に、排気後処理装置が、還元剤の供給を必要とする排気浄化触媒を含んでいる場合、排気燃料添加弁からの燃料は、排出ガス中において十分に気化されないまま排気浄化触媒に到達してしまい、排気浄化触媒において所望の還元雰囲気を形成できなくなる虞もある。したがって、排気燃料添加弁から噴射された燃料の微粒化及び気化を良好なものにして、すす等の粒子状物質の発生を抑制可能な手法が要望されている。
【００１１】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、排気燃料添加弁から添加された燃料の微粒化及び気化を良好なものにすることが可能な、ディーゼル機関の燃料供給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】
【００１２】
本発明に係るディーゼル機関の燃料供給装置は、排気後処理装置より上流側の排気通路に燃料を添加可能な排気燃料添加弁と、燃料タンクからの燃料を燃料噴射装置に分配する燃料レールとを備えたディーゼル機関に用いられ、燃料レールからの燃料を燃料タンクに向けて流すことが可能なリターン通路を有する燃料供給装置であって、リターン通路を流れる燃料であるリターン燃料のうち少なくとも一部を昇圧して、排気燃料添加弁に供給することを特徴とする。
【００１３】
本発明に係るディーゼル機関の燃料供給装置において、排気燃料添加弁に燃料を供給する燃料通路であるフィード通路と、リターン通路とを連通させる連通路と、連通路に設けられ、リターン通路から取り入れたリターン燃料を昇圧してフィード通路に圧送可能な加圧燃料ポンプと、を有するものとすることができる。
【００１４】
本発明に係るディーゼル機関の燃料供給装置において、燃料中のバイオ燃料濃度が、予め設定された判定濃度以上であるか否かを判定するバイオ燃料濃度判定手段と、バイオ燃料濃度が判定濃度以上であると判定された場合に、加圧燃料ポンプがリターン燃料をフィード通路に圧送するよう制御する制御手段と、を有するものとすることができる。
【００１５】
本発明に係るディーゼル機関の燃料供給装置において、連通路のうち加圧燃料ポンプより上流側に設けられ、開閉弁動作によりフィード通路とリターン通路の連通と遮断を切替可能な第１遮断弁と、フィード通路のうち、連通路との合流部より上流側に設けられ、開閉弁動作によりフィード通路と燃料タンクとの連通と遮断を切替可能な第２遮断弁と、を有し、制御手段は、バイオ燃料濃度が判定濃度以上であると判定された場合に、第１遮断弁を開弁させると共に、第２遮断弁を閉弁させるものとすることができる。
【００１６】
本発明に係るディーゼル機関の燃料供給装置において、燃料タンクからの燃料を昇圧して、燃料レールに圧送する高圧燃料ポンプを備え、燃料噴射装置は、高圧燃料ポンプにより昇圧された燃料の供給を受けて燃料を噴射するものとし、排気燃料添加弁は、高圧燃料ポンプにより昇圧されていない燃料の供給を受けて、燃料噴射装置に比べて低い燃圧で燃料を噴射するものであるものとすることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、燃料レール等において、ディーゼル機関から輻射熱を受けて比較的高温となったリターン燃料を排気燃料添加弁に供給することで、排気燃料添加弁から添加された燃料の微粒化及び気化を良好なものにすることができる。排気燃料添加弁からの燃料に起因する「すす」等の粒子状物質の発生を抑制することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施の形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
【実施例１】
【００１９】
まず、本実施例に係るディーゼル機関及び燃料供給装置の概略構成について、図１を用いて説明する。図１は、ディーゼル機関を含む燃料供給装置の概略構成を示す模式図である。なお、図１において、ディーゼル機関及び燃料供給装置については、本発明に関連する要部のみを模式的に示している。
【００２０】
図１に示すように、本実施例に係るディーゼル機関１０は、圧縮されて高温となった燃焼室内の雰囲気に、燃料を供給することで、燃料を自然着火させる圧縮自着火式の内燃機関である。ディーゼル機関１０は、原動機として自動車（図示せず）に搭載されるものであり、自動車には、ディーゼル機関１０に燃料を供給する燃料供給装置１１が設けられている。また、燃料供給装置１１を構成する各部品を制御する制御手段として、自動車には、ディーゼル機関１０用の電子制御装置１００（以下、ＥＣＵと記す）が設けられている。なお、本実施例において、ＥＣＵ１００は、ディーゼル機関１０の燃料供給装置１１（システム）に含まれている。
【００２１】
ディーゼル機関１０は、気筒ごとに設けられた燃料噴射装置８０が気筒に燃料を直接噴射する、いわゆる直接噴射式のディーゼル機関１０である。ディーゼル機関１０には、気筒から排出される排出ガスの運動エネルギにより吸入空気を圧縮するターボ過給機６０と、気筒から排出された排出ガスの一部を、排気通路から取り入れて吸気通路に流入させる、いわゆる排出ガス再循環装置７０（以下、ＥＧＲ装置と記す）が設けられている。
【００２２】
ディーゼル機関１０には、内部に気筒が形成される機関本体系の部品として、図示しないシリンダブロック、ピストン、コンロッド、クランク軸、及びシリンダヘッド２０が設けられている。シリンダブロックには、シリンダボアが形成されており、ピストンは、シリンダボアの内壁面（以下、シリンダ壁と記す）にピストンリング（図示せず）が摺接しており、シリンダボア内を往復運動する。
【００２３】
シリンダブロックには、ピストンの頂面に対向して、シリンダボアを塞ぐようにシリンダヘッド２０が結合されている。これらシリンダボア、ピストン、及びシリンダヘッド２０により囲まれた空間が「気筒」となる。なお、本実施例に係るディーゼル機関１０の気筒配列は、直列４気筒となっている。
【００２４】
クランク軸が回転すると、ピストンが往復運動し、気筒には、空気が吸入される。さらに、気筒には、燃料噴射装置８０により燃料が供給される。供給された燃料は、気筒内に高温の雰囲気に曝されて着火する。燃料の着火・燃焼により生じるピストンの往復運動は、コンロッドを介して回転運動に変換されてクランク軸から出力される。クランク軸の近傍には、クランク軸の回転角位置（以下、クランク角と記す）を検出するクランク角センサが設けられており、検出したクランク角に係る信号をＥＣＵ１００に送出している。
【００２５】
シリンダヘッド２０には、シリンダボアの軸心を挟んで、一方の側には、後述する吸気通路からの吸入空気を気筒に導く吸気ポート２４が形成されており、他方の側には、気筒からの排出ガスを後述する排気通路に排出する排気ポート２６が形成されている。
【００２６】
シリンダヘッド２０には、吸気ポート２４及び排気ポート２６の気筒側の開口に対応して、図示しない吸気弁及び排気弁が設けられている。これら吸気弁及び排気弁は、図示しないカムシャフトからの機械的動力を受けて駆動される。吸気弁及び排気弁は、クランク角に応じて所定のタイミングで開閉可能に構成されている。
【００２７】
吸気弁が開弁すると、吸気ポート２４と気筒内が連通し、ディーゼル機関１０は、後述する吸気通路の空気を、吸気ポート２４から気筒内に吸入することが可能となっている。また、排気弁が開弁すると、排気ポート２６と気筒内が連通し、ディーゼル機関１０は、気筒内にある排出ガスを、排気ポート２６から後述する排気通路に排出することが可能となっている。
【００２８】
また、ディーゼル機関１０には、外気から気筒に空気を導く吸気系の部品として、外気から空気を導入する外気ダクト４１と、吸入した空気（以下、吸入空気と記す）から塵芥を除去するエアクリーナ４２と、吸入空気の流量を計測するエアフロメータ（図示せず）と、ターボ過給機６０により圧縮された空気を冷却するインタークーラ４５と、吸入空気の流量を調整するスロットル弁４６と、吸入空気を各気筒に分配する分配管である吸気マニホールド４８が設けられている。なお、以下の説明において、吸入空気の流動方向の上流側を、単に「上流側」と記し、流動方向の下流側を、単に「下流側」と記す。
【００２９】
吸気マニホールド４８は、その下流側がシリンダヘッド２０に接続されており、ブランチ通路４９が吸気ポート２４に連通している。ブランチ通路４９より上流側には、これに連通するサージ室４０ａが形成されている。
【００３０】
一方、吸気マニホールド４８のうちサージ室４０ａの上流側には、スロットル弁４６が設けられている。スロットル弁４６は、気筒に吸入される吸入空気の流量（以下、吸入空気量と記す）を調整する。スロットル弁４６の開度は、ＥＣＵ１００により制御される。
【００３１】
また、スロットル弁４６の上流側には、吸気配管４７が接続されている。吸気配管４７内に形成された通路４０ｃは、吸気マニホールド４８内のサージ室４０ａに連通している。吸気配管４７の上流側には、インタークーラ４５が接続されている。インタークーラ４５は、熱交換器として構成されており、後述するターボ過給機６０のコンプレッサ６２により圧縮されて高温となった吸入空気を冷却する。
【００３２】
インタークーラ４５の上流側には、吸気配管４４が接続されている。吸気配管４４内に形成された通路４０ｅは、インタークーラ４５内の通路（図示せず）を介して、吸気配管４７内の通路４０ｃに連通している。吸気配管４４の上流側には、ターボ過給機６０のコンプレッサ６２が接続されている。吸気配管４４内の通路４０ｅは、ターボ過給機６０のコンプレッサ６２内に連通している。
【００３３】
ターボ過給機６０のコンプレッサ６２の上流側には、吸気配管４３が接続されている。吸気配管４３内に形成された通路４０ｇは、ターボ過給機６０のコンプレッサ６２内に連通している。吸気配管４３の上流側には、エアクリーナ４２が接続されており、エアクリーナ４２の上流側には、外気ダクト４１が設けられている。吸気配管４３内の通路４０ｇは、エアクリーナ４２を介して外気ダクト４１内に連通している。
【００３４】
エアクリーナ４２のエレメントより下流側には、図示しないエアフロメータが設けられている。エアフロメータは、外気ダクト４１から導入された吸入空気量を検出する。エアフロメータは、検出した吸入空気量に係る信号を、ＥＣＵ１００に送出している。
【００３５】
外気ダクト４１から導入された新気は、エアクリーナ４２を通過し、エアフロメータで流量が検出されて、ターボ過給機６０のコンプレッサ６２で圧縮される。圧縮されて高温となった吸入空気（新気）は、インタークーラ４５で冷却されて、スロットル弁４６に流れる。スロットル弁４６で流量が調整された吸入空気は、吸気マニホールド４８のサージ室４０ａに流入し、ブランチ通路４９から各気筒に分配され、吸気ポート２４を経て気筒に流入する。
【００３６】
なお、「吸気通路」とは、前述の吸気系の部品と、吸気配管により形成され、外気ダクト４１から導入された吸入空気が気筒に流入するまでに通過する流路を意味している。本実施例において、吸気通路には、吸気マニホールド４８内のサージ室４０ａだけでなく、シリンダヘッド２０の吸気ポート２４が含まれている。
【００３７】
また、ディーゼル機関１０には、気筒からの排出ガスを外気に排出する排気系の部品として、各気筒からの排出ガスを合流させてターボ過給機６０に導く排気マニホールド５２と、排出ガス中の窒素酸化物及び粒子状物質（ＰＭ）を処理する排気後処理装置５５と、排気後処理装置５５からの排出ガスを酸化反応により浄化する酸化触媒５８と、酸化触媒５８と排気後処理装置５５との間における排出ガスの酸素濃度を検出するＡ／Ｆセンサ１０８が設けられている。なお、以下の説明において、排出ガスの流動方向の上流側を、単に「上流側」と記し、流動方向の下流側を、単に「下流側」と記す。
【００３８】
排気マニホールド５２内には、マニホールド通路５０ａが形成されており、マニホールド通路５０ａのうち上流側には、各気筒に対応してブランチ部５１が設けられている。排気マニホールド５２内に形成されたブランチ部５１は、各気筒の排気ポート２６に連通している。また、マニホールド通路５０ａのうち下流側には、各気筒からの排出ガスが合流する合流部５０ｃが設けられている。排気マニホールド５２に形成されたマニホールド通路５０ａは、ディーゼル機関１０が有する複数の気筒から排気ポート２６を経て排出された排出ガスを、合流部５０ｃで合流させて後述するターボ過給機６０のタービン６４に導く。
【００３９】
ターボ過給機６０は、吸気配管４３と吸気配管４４との間に介在して設けられたコンプレッサ６２と、排気マニホールド５２と排気管５４との間に介在して設けられたタービン６４とを有している。コンプレッサ６２のハウジング内には、回転することで空気を圧縮するコンプレッサホイール（図示せず）が収容されており、タービン６４のハウジング内には、排出ガスの流れにより回転駆動されるタービンホイール（図示せず）が収容されている。コンプレッサホイールとタービンホイールは一体に結合されている。
【００４０】
ターボ過給機６０は、マニホールド通路５０ａの合流部５０ｃからタービン６４内に流入する排出ガス流の運動エネルギによりタービンホイール及びコンプレッサホイールが回転駆動され、コンプレッサ６２内にある空気を圧縮してインタークーラ４５に給送する。タービン６４内の排出ガスは、排気管５４内の通路５０ｅを下流側に流れ、後述する排気後処理装置５５に流入する。
【００４１】
排気後処理装置５５の前段（上流側）には、排出ガス中の窒素酸化物を吸蔵し、窒素に還元する排気浄化触媒であるＮＯｘ吸蔵還元型触媒５５ａが設けられている。一方、後段（下流側）には、フィルタ機構付き排気浄化触媒であり、ＰＭと窒素酸化物を同時に浄化するＤＰＮＲ触媒システム５５ｃが設けられている。ＮＯｘ吸蔵還元型触媒５５ａ及びＤＰＮＲ触媒システム５５ｃは、還元剤の供給を必要とする排気浄化触媒であり、以下に詳細を説明する。
【００４２】
ＮＯｘ吸蔵還元型触媒５５ａは、これを流れる排出ガスが、酸素を多く含む酸素過剰雰囲気（リーン雰囲気）となっている場合、排出ガス中の窒素酸化物を硝酸塩の形で吸蔵する。一方、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒５５ａを流れる排出ガスが、未燃の炭化水素（以下、単に「ＨＣ」と記す）を多く含む還元雰囲気（リッチ雰囲気）となっている場合には、排出ガス中に含まれる還元剤としてのＨＣにより、吸蔵された窒素酸化物を窒素に還元する。このようにして、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒５５ａは、排出ガス中の窒素酸化物を浄化することが可能となっている。
【００４３】
一方、ＤＰＮＲ触媒システム５５ｃは、ＰＭを捕集し、捕集したＰＭを燃焼させて二酸化炭素として放出することでフィルタを再生するディーゼル・パティキュレート・フィルタ（以下、ＤＰＦと記す）の機能と、上述のＮＯｘ吸蔵還元型触媒５５ａの機能を組み合わせたものであり、ＰＭと窒素酸化物とを同時に浄化することが可能となっている。
【００４４】
詳細には、ＤＰＮＲ触媒システム５５ｃは、これを流れる排出ガス中のＰＭをフィルタに捕集すると共に、排出ガスが酸素過剰雰囲気となっている場合、窒素酸化物を硝酸塩に変化させて吸蔵し、このとき生じた活性酸素と、排出ガス中の酸素により、捕集したＰＭを酸化する。一方、ＤＰＮＲ触媒システム５５ｃを流れる排出ガスが、還元雰囲気（リッチ雰囲気）となっている場合には、排出ガス中に含まれる還元剤としてのＨＣにより、吸蔵された窒素酸化物を窒素に還元する共に、このとき生じた活性酸素によりＰＭを酸化する。このようにして、ＤＰＮＲ触媒システム５５ｃは、連続してＰＭを酸化・燃焼させて、ＰＭが捕集されたフィルタを再生することが可能となっている。
【００４５】
以上に説明した排気後処理装置５５の下流側には、排気管５６が接続されており、排気管５６には、通路５０ｇが形成されている。通路５０ｇには、排気後処理装置５５により窒素酸化物及びＰＭが低減された排出ガスが流れる。排気管５６には、通路５０ｇにおける排出ガスの酸素濃度を検出するＡ／Ｆセンサ１０８が装着されている。Ａ／Ｆセンサ１０８は、通路５０ｇ、すなわち排気後処理装置５５により窒素酸化物及びＰＭが低減されて、酸化触媒５８に流入する排出ガス中の酸素濃度に係る信号を、ＥＣＵ１００に送出している。
【００４６】
排気管５６の下流側には、酸化触媒５８が設けられている。酸化触媒５８は、排気後処理装置５５を通過した排出ガスに含まれている炭化水素や一酸化炭素を、酸化して浄化する。酸化触媒で浄化された排出ガスは、外気に放出されることとなる。
【００４７】
なお、「排気通路」とは、気筒から排出された排出ガスが、排気後処理装置５５に流入するまでに通過する流路を意味している。本実施例において、排気通路には、排気マニホールド５２内に形成されたマニホールド通路５０ａ（ブランチ部５１，合流部５０ｃ）に加えて、シリンダヘッド２０の排気ポート２６、タービン６４内の流路、排気管５４に形成された通路５０ｅ、及び排気後処理装置５５内の通路が含まれている。
【００４８】
また、ディーゼル機関１０には、気筒から排出された排出ガスの一部を、排気通路から取り入れて吸気通路に流し込む、排気通路を流れる排出ガスの一部を吸気通路に導く、いわゆる排出ガス再循環装置７０（以下、ＥＧＲ装置と記す）が設けられている。ＥＧＲ装置７０は、排気通路と吸気通路を連通させるＥＧＲ通路と、ＥＧＲ通路を流れる排出ガス（以下、ＥＧＲガスと記す）の流量を調整するＥＧＲ弁７７と、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ７４とを有しており、以下に詳細を説明する。
【００４９】
上述した排気マニホールド５２には、ＥＧＲガスの取入口７１が設けられており、取入口７１には、ＥＧＲ配管７２が接続されている。ＥＧＲ配管７２のうち、ＥＧＲガスの流動方向の下流側（以下、単に「下流側」と記す）には、ＥＧＲクーラ７４が接続されている。ＥＧＲクーラ７４は、熱交換器で構成されており、流入したＥＧＲガスを冷却することが可能となっている。ＥＧＲクーラ７４の下流側には、ＥＧＲ配管７６が接続されている。
【００５０】
ＥＧＲ配管７６の下流側の端には、ＥＧＲ弁７７が配設されている。ＥＧＲ弁７７は、電磁駆動式のバルブで構成されている。ＥＧＲ弁７７の下流側には、ＥＧＲ配管７８が接続されている。ＥＧＲ配管７８は、吸気マニホールド４８に設けられたＥＧＲガスの流出口７９と、ＥＧＲ弁７７とを接続している。ＥＧＲ弁７７の開度、すなわちＥＧＲ通路を流れるＥＧＲガスの流量は、ＥＣＵ１００により制御される。
【００５１】
なお、「ＥＧＲ通路」とは、ＥＧＲ配管７２，７６，７８と、ＥＧＲクーラ７４及びＥＧＲ弁７７により形成され、取入口７１から導入された排出ガスすなわち不活性ガスが、流出口７９に至るまでに通過する流路を意味している。本実施例において、ＥＧＲ通路には、ＥＧＲ配管７２，７６，７８内の通路だけでなく、ＥＧＲクーラ７４及びＥＧＲ弁７７内に形成された通路を含んでいる。
【００５２】
次に、本実施例に係るディーゼル機関１０の燃料供給装置１１について、図１を用いて説明する。燃料供給装置１１は、ディーゼル機関１０の気筒内に燃料を供給する装置として、気筒ごとに設けられ、気筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射装置８０と、各燃料噴射装置８０に燃料を分配する燃料レール８２と、燃料レール８２に燃料を圧送する高圧燃料ポンプ８４とを有している。高圧燃料ポンプ８４により昇圧されて燃料レール８２に圧送された燃料は、燃料レール８２で分配されて各燃料噴射装置８０に供給される。
【００５３】
高圧燃料ポンプ８４は、ディーゼル機関１０のカムシャフト（図示せず）からの機械的動力を受けて作動し、燃料タンク１２０からの燃料を吸入して昇圧する。高圧燃料ポンプ８４は、昇圧して高圧となった燃料を、燃料配管８３から燃料レール８２に供給する。高圧燃料ポンプ８４の作動は、ＥＣＵ１００により制御される。
【００５４】
燃料レール８２は、内部に燃料を所定の燃圧で蓄圧可能に構成されている。燃料レール８２は、各燃料噴射装置８０に燃料を分配して供給する。燃料レール８２には、高圧燃料ポンプ８４から高圧（例えば、１８０ＭＰａ）の燃料が供給される。
【００５５】
各燃料噴射装置８０は、共通の燃料レール８２から高圧燃料ポンプ８４により昇圧された燃圧で、燃料の供給を受けている。燃料噴射装置８０は、ピエゾ駆動式の燃料噴射弁で構成されており、１サイクル中に複数回の燃料噴射を行う、いわゆる多段噴射を行うことが可能なものとなっている。各サイクルにおける燃料噴射装置８０の噴射期間、すなわち噴射時期及び噴射時間長さ（開弁時間）は、図示しないドライバユニットを介して、ＥＣＵ１００により制御される。
【００５６】
なお、燃料噴射装置８０は、高圧燃料ポンプ８４により昇圧された燃圧で燃料を噴射するため、燃料噴射装置８０からの噴射燃料は、後述する排気燃料添加弁８８からの噴射燃料に比べて微粒化されている。加えて、燃料噴射装置８０は、気筒内に形成された高温の雰囲気に燃料を噴射するため、燃料噴射装置８０からの燃料は、その大部分が燃焼することとなり、気筒から排出される排出ガスに、十分に気化した燃料、すなわち還元剤としての未燃の炭化水素（以下、単に「ＨＣ」と記す）を含ませることができる。
【００５７】
また、燃料供給装置１１は、気筒内に燃料を供給する燃料噴射装置８０とは別に、排気通路に燃料を供給する装置として、排気燃料添加弁８８を有している。排気燃料添加弁８８は、電磁駆動式の燃料噴射弁で構成されており、噴孔が排気ポート２６（排気通路）に露出している。
【００５８】
排気燃料添加弁８８は、ディーゼル機関１０に複数ある気筒のうち、排気ポート２６からタービン６４までの排気経路が最も短い気筒の排気ポート２６近傍に設けられている。排気燃料添加弁８８は、排気ポート２６内に露出している噴孔から合流部５０ｃに向けて燃料を噴射することで、気筒からの排出ガスに燃料を添加して、排気後処理装置５５に還元剤としての炭化水素を供給することが可能となっている。排気燃料添加弁８８の燃料噴射期間、すなわち噴射時期及び噴射時間長さ（開弁時間）は、ＥＣＵ１００により制御される。
【００５９】
また、燃料供給装置１１は、燃料タンク１２０からの燃料を、高圧燃料ポンプ８４、及び排気燃料添加弁８８に供給する装置として、燃料タンク１２０内の燃料を高圧燃料ポンプ８４及び排気燃料添加弁８８に向けて圧送する低圧燃料ポンプ１２２と、低圧燃料ポンプ１２２からの燃料を、高圧燃料ポンプ８４に導く燃料配管８１と、高圧燃料ポンプ８４からの燃料を排気燃料添加弁８８に導く燃料配管８５，８６とを有している。
【００６０】
排気燃料添加弁８８には、これに燃料を供給する燃料配管８５，８６（以下、フィード配管と記す）の一端が接続されており、フィード配管８６の他端には、後述する第２遮断弁９８が接続されている。第２遮断弁９８の燃料流動方向の上流側（以下、単に「上流側」と記す）には、フィード配管８５の一端が接続されており、フィード配管８５の他端は、高圧燃料ポンプ８４に接続されている。また、高圧燃料ポンプ８４の上流側には、燃料配管８１の一端が接続されており、燃料配管８１の他端は、低圧燃料ポンプ１２２が接続されている。燃料配管８１の途中には、燃料フィルタ１２４が設けられている。
【００６１】
燃料タンク１２０内に貯蔵されている燃料は、低圧燃料ポンプ１２２により昇圧され、燃料フィルタ１２４により塵芥が除去されて、高圧燃料ポンプ８４に圧送される。燃料タンク１２０から高圧燃料ポンプ８４に供給された燃料の大部分は、高圧燃料ポンプ８４で昇圧されて燃料配管８３及び燃料レール８２を介して燃料噴射装置８０に供給される。これと共に、高圧燃料ポンプ８４に供給された燃料の一部は、高圧燃料ポンプ８４により昇圧されることなくフィード配管８５，８６を介して、排気燃料添加弁８８に供給される。つまり、フィード配管８５，８６は、燃料タンク１２０からの燃料を、専ら排気燃料添加弁８８に導くこととなる。
【００６２】
なお、「フィード通路」とは、燃料タンク１２０から排気燃料添加弁８８に至るまでの燃料流路のうち、専ら排気燃料添加弁８８に燃料を導く流路を意味している。本実施例において、フィード通路には、フィード配管８５，８６内にそれぞれ形成された燃料通路８５ａ，８６ａに加えて、後述する第２遮断弁９８内の燃料流路（図示せず）を含んでいる。
【００６３】
また、燃料供給装置１１は、燃料レール８２に供給されたものの、燃料噴射装置８０の燃料噴射に用いられず、燃料タンク１２０に向けて戻される燃料（以下、リターン燃料と記す）の一部を排気燃料添加弁８８に供給する装置として、燃料レール８２からのリターン燃料を燃料タンクに向けて戻す燃料配管９０（以下、リターン配管と記す）と、リターン配管９０からを流れるリターン燃料のうち少なくとも一部を取り入れて、フィード配管８６内のフィード通路に流すことが可能な燃料配管（以下、排気添加燃料配管と記す）と、排気燃料添加配管９２の途中に設けられて、燃料を昇圧可能な加圧燃料ポンプ９４と、排気燃料添加配管９２のうち加圧燃料ポンプ９４より下流側に設けられて、排気燃料添加配管９２内の燃料通路を遮断可能な第１遮断弁９６と、フィード配管８６とフィード配管８５との間に介在して設けられ、排気燃料添加弁８８と高圧燃料ポンプ８４との間を遮断可能な第２遮断弁９８とを有している。
【００６４】
リターン配管９０は、一端が燃料レール８２に接続されており、他端が燃料タンク１２０内において開放されている。リターン配管９０内には、燃料レール８２からのリターン燃料を燃料タンク１２０に向けて流すことが可能な燃料通路９０ａ（以下、リターン通路と記す）が形成されている。リターン通路９０ａは、燃料レール８２内の蓄圧室（図示せず）と、燃料タンク１２０内とを連通させており、蓄圧室にあるリターン燃料を燃料タンク１２０に流すことが可能となっている。ディーゼル機関１０の作動時において、リターン通路９０ａにおける燃圧は、燃料タンク１２０内の圧力とほぼ同程度となっている。
【００６５】
なお、リターン配管９０は、一端が燃料レール８２だけでなく、燃料噴射装置８０に接続されているものとし、リターン通路９０ａは、燃料噴射装置８０からのリターン燃料をも、燃料タンク１２０内に向けて戻す構成としても良い。なお、リターン配管９０は、車両の床下に配設された車体燃料配管や燃料ホース等、複数の配管類で構成することができる。
【００６６】
リターン配管９０には、リターン燃料の取入口９１が設けられており、取入口９１には、排気燃料添加配管９２が接続されている。排気燃料添加配管９２の他端は、フィード配管８６に設けられた流出口９９に接続されている。排気燃料添加配管９２内には、リターン燃料の流動方向の上流側から、後述する燃料通路９２ａ，９２ｃ，９２ｅが形成されている。排気燃料添加配管９２は、リターン通路９０ａを流れるリターン燃料を、取入口９１から取り入れて流出口９９に導き、フィード通路である燃料通路８６ａに流すことが可能となっている。
【００６７】
排気燃料添加配管９２の途中には、排気燃料添加配管９２内に流入した燃料を昇圧して、フィード配管８６内のフィード通路に圧送可能な加圧燃料ポンプ９４が設けられている。加圧燃料ポンプ９４は、電動式のポンプで構成されている。加圧燃料ポンプ９４は、作動させると、流入した燃料を昇圧し、流出口９９すなわちフィード通路に向けて圧送することが可能となっている。加圧燃料ポンプ９４の作動／非作動は、ＥＣＵ１００により制御される。
【００６８】
第１遮断弁９６は、排気燃料添加配管９２のうち、加圧燃料ポンプ９４より上流側、すなわち加圧燃料ポンプ９４と取入口９１との間に設けられており、フィード通路とリターン通路との連通と遮断を切替可能に構成されている。フィード通路とリターン通路との連通と遮断、すなわち第１遮断弁９６の開弁と閉弁は、ＥＣＵ１００により制御される。
【００６９】
第１遮断弁９６を開弁させると、リターン通路９０ａとフィード通路（燃料通路８６ａ）が連通して、加圧燃料ポンプ９４は、リターン通路９０ａを流れるリターン燃料を、取入口９１から吸入し昇圧して、排気燃料添加弁８８に向けて圧送することが可能となっている。
【００７０】
一方、第１遮断弁９６を閉弁させると、リターン通路９０ａとフィード通路８６ａとの間における燃料の流通が遮断されて、リターン通路９０ａを流れるリターン燃料が、排気燃料添加配管９２の燃料通路９２ｃ，９２ｅ、及び燃料通路８６ａに流入することがなくなる。第１遮断弁９６の開閉弁動作は、ＥＣＵ１００により制御される。
【００７１】
なお、「連通路」とは、フィード通路である燃料通路８６ａとリターン通路９０ａとを連通させる燃料通路であり、取入口９１から取り入れた燃料が、流出口９９に至るまでの燃料流路を意味している。本実施例において、連通路には、排気燃料添加配管９２内に形成された燃料通路９２ａ，９２ｃ，９２ｅに加えて、第１遮断弁９６及び加圧燃料ポンプ９４内の燃料流路（図示せず）を含んでいる。
【００７２】
第２遮断弁９８は、フィード配管８５とフィード配管８６との間に介在して設けられている、すなわち、フィード通路のうち、連通路との合流部である流出口９９より上流側に設けられている。第２遮断弁９８は、排気燃料添加弁８８と、高圧燃料ポンプ８４及び燃料タンク１２０との連通と遮断を切替可能に構成されている。排気燃料添加弁８８と、高圧燃料ポンプ８４との連通と遮断、すなわち第２遮断弁９８の開弁と閉弁は、ＥＣＵ１００により制御される。
【００７３】
第２遮断弁９８を開弁させると、高圧燃料ポンプ８４と排気燃料添加弁８８との間において燃料が流通可能となり、燃料タンク１２０からの燃料を、高圧燃料ポンプ８４により昇圧されていない所定の燃圧（例えば、０．７ＭＰａ〜１ＭＰａ）で、排気燃料添加弁８８に供給することが可能となっている。
【００７４】
一方、第２遮断弁９８を閉弁させると、排気燃料添加弁８８と高圧燃料ポンプ８４との間における燃料の流通が遮断されて、燃料タンク１２０からの燃料が排気燃料添加弁８８に供給されなくなり、排気燃料添加弁８８は、排気燃料添加配管９２（連通路）からフィード配管８６（フィード通路）に流れ込むリターン燃料のみの供給を受けることが可能となる。
【００７５】
以上のように構成された燃料供給装置１１において、低圧燃料ポンプ１２２は、燃料タンク１２０内の燃料を昇圧して、高圧燃料ポンプ８４に圧送する。高圧燃料ポンプ８４は、供給された燃料を、さらに昇圧して燃料配管８３から燃料レール８２に供給する。燃料レール８２内の燃料は、燃料噴射装置８０の燃料噴射に供される。
【００７６】
ここで、第１遮断弁９６を閉弁させ、且つ第２遮断弁９８を開弁させた場合（以下、初期状態と記す）において、排気燃料添加弁８８には、燃料タンク１２０からの燃料が、高圧燃料ポンプ８４、フィード配管８５，８６を介して供給され、排気燃料添加弁８８の燃料噴射に供される。第１遮断弁９６を閉弁させることで、フィード通路の燃料が、連通路を介してリターン通路に逆流してしまうことを防止している。
【００７７】
ここで、燃料レール８２、及び燃料噴射装置８０は、シリンダヘッド２０等、ディーゼル機関１０の機関本体に装着されており、これら部品内を流通する燃料は、機関本体からの輻射熱を受けて昇温される。したがって、燃料レール８２から、リターン配管９０内を燃料タンク１２０に向けて流れる燃料、すなわちリターン通路９０ａを流れるリターン燃料は、第１遮断弁９６及び第２遮断弁９８が初期状態に制御されている場合、排気燃料添加弁８８に供給される燃料に比べて、機関本体の輻射熱を受けた分、高温なものとなっている。リターン燃料は、ディーゼル機関１０の運転状態によっては、１３０℃程度まで昇温することがある。
【００７８】
また、燃料供給装置１１には、上述した、燃料噴射装置８０、排気燃料添加弁８８、高圧燃料ポンプ８４、加圧燃料ポンプ９４、第１遮断弁９６、第２遮断弁９８等を制御する制御手段としてのＥＣＵ１００を有している。
【００７９】
ＥＣＵ１００は、クランク角センサ（図示せず）からのクランク角に係る信号と、エアフロメータ（図示せず）からの吸入空気量に係る信号と、アクセルペダルポジションセンサ１０２からのアクセル操作量に係る信号と、Ａ／Ｆセンサ１０８からの、排気後処理装置５５を通過後（酸化触媒５８流入前）の排出ガス中の酸素濃度に係る信号を検出している。
【００８０】
これら信号に基づいて、ＥＣＵ１００は、各種制御変数を算出している。制御変数には、クランク軸の回転角位置（クランク角）、クランク軸の回転速度（以下、機関回転速度と記す）、ディーゼル機関１０がクランク軸から出力している機械的動力（以下、機関負荷と記す）、吸入空気量、アクセル操作量、排気後処理装置５５の近傍における排気温度、及び排気後処理装置５５を通過後であり且つ酸化触媒５８流入前の排出ガス中に含まれる酸素濃度などがある。
【００８１】
ＥＣＵ１００は、これら制御変数から把握されるディーゼル機関１０の運転状態に基づいて、燃料噴射装置８０の燃料噴射期間、高圧燃料ポンプ８４から燃料レール８２に供給される燃料の燃圧、スロットル弁４６の開度、及びＥＧＲ弁７７の開度を決定し、それぞれ制御する。また、ＥＣＵ１００は、ディーゼル機関１０の運転状態に基づいて、加圧燃料ポンプ９４の作動／非作動、第１遮断弁９６及び第２遮断弁９８の開閉弁動作を制御する。
【００８２】
加えて、ＥＣＵ１００は、排気燃料添加弁８８を制御して、気筒から排気通路に排出された排出ガスに、燃料を添加することが可能となっている。ＥＣＵ１００は、ディーゼル機関１０の積算作動時間や、燃料噴射装置８０の積算燃料噴射量等に応じて、予め設定された噴射時期、噴射時間長さで、排気燃料添加弁８８に燃料添加を行わせることが可能となっている。
【００８３】
ＥＣＵ１００により制御されて、排気燃料添加弁８８が排気通路に燃料を添加することで、排気後処理装置５５を構成するＮＯｘ吸蔵還元型触媒５５ａ及びＤＰＮＲ触媒システム５５ｃにおいて、還元雰囲気（リッチ雰囲気）を供給することができる。これにより、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒５５ａ及びＤＰＮＲ触媒システム５５ｃに吸蔵されていた窒素酸化物を窒素に還元することが可能となっている。このように、排気後処理装置５５に吸蔵された窒素酸化物を還元するために、ＥＣＵ１００が実行する排気燃料添加弁８８の燃料添加制御を、以下の説明において「ＮＯｘ還元制御」と記す。
【００８４】
また、排気燃料添加弁８８が排気通路に燃料を添加することで、ＤＰＮＲ触媒システム５５ｃを流れる排出ガスの排気温度を上昇させて、ＤＰＮＲ触媒システム５５ｃを構成するフィルタ機構を昇温させることができる。これにより、フィルタに捕集されていたＰＭ（すす等）を酸化させ、二酸化炭素として放出することで、フィルタのＰＭ捕集能力を回復する、つまりフィルタを再生することが可能となっている。このように、ＰＭを捕集したフィルタを再生するために、ＥＣＵ１００が実行する排気燃料添加弁８８の燃料添加制御を、以下の説明において「ＰＭ捕集フィルタ再生制御」と記す。
【００８５】
また、排気燃料添加弁８８が排気通路に燃料を添加することで、排気後処理装置５５を流れる排出ガスの排気温度を上昇させて、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒５５ａ及びＤＰＮＲ触媒システム５５ｃを昇温させることができる。これにより、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒５５ａ及びＤＰＮＲ触媒システム５５ｃにおいて、燃料中の硫黄成分が硫酸化合物として吸蔵される「硫黄被毒」により、ＮＯｘ浄化能力が低下していても、触媒を昇温すると共に還元雰囲気を供給することで、触媒上の硫酸化合物を酸化させてＳＯｘとして放出することで、触媒のＮＯｘ浄化能力を回復する、つまり触媒を再生することが可能となっている。このように、硫黄被毒した触媒を再生するために、ＥＣＵ１００が実行する排気燃料添加弁８８の燃料添加制御を、以下の説明において「硫黄被毒触媒再生制御」と記す。
【００８６】
ＥＣＵ１００は、これら、ＮＯｘ還元制御、ＰＭ捕集フィルタ再生制御、硫黄被毒触媒再生制御のいずれかの燃料添加制御を行う必要がある場合に、排気燃料添加弁８８を制御して、排気通路に燃料を噴射させることで、気筒から排気通路に排出された排出ガス中に、燃料を添加し、排出ガス中において燃料を含ませることで、還元剤としての炭化水素を含んだ還元雰囲気を、排気後処理装置５５において形成することができる。
【００８７】
また、燃料供給装置１１において、ＥＣＵ１００は、第１遮断弁９６を開弁させると共に、第２遮断弁９８を閉弁させて、すなわち第１遮断弁９６と第２遮断弁９８を初期状態に制御して、さらに、加圧燃料ポンプ９４を作動させることで、リターン配管９０（リターン通路９０ａ）を流れるリターン燃料のうち、少なくとも一部を排気燃料添加配管９２（連通路）に取り入れて、排気燃料添加弁８８に燃料を供給する燃料配管８６（フィード通路）に流し込むことができる。このように制御することで、燃料供給装置１１は、リターン通路９０ａから、機関本体からの輻射熱を受けた分、高温となっているリターン燃料を、排気燃料添加弁８８に供給することが可能となっている。
【００８８】
ところで、燃料タンク１２０には、鉱物資源である原油を分留して作られたディーゼル燃料（以下、軽油と記す）だけでなく、生物由来の有機性資源（例えば、植物油）を原料として作られた、生物由来のディーゼル燃料（以下、バイオ燃料と記す）が、所定の濃度で混合されて給油されることがある。なお、「バイオ燃料」は、菜種油やパーム油等の植物油を、メタノールと反応させてエステル化した脂肪酸メチルエステル（ＦＡＭＥ）等で構成されている。
【００８９】
バイオ燃料は、軽油に比べて高沸点成分を多く含んでおり、気化しにくいという特徴を有している。また、バイオ燃料は、軽油に比べて動粘度が高いため、排気燃料添加弁８８から噴射された燃料が微粒化しにくいという特徴がある。さらに、バイオ燃料は、軽油とは異なり、燃料を構成する分子中に酸素（含酸素化合物）を含んでいるため、この酸素により燃料の燃焼が促進されるという特徴がある。なお、このようなバイオ燃料は、燃料の温度が高くなるに従って、微粒化し易く、また気化しやすいものとなることが知られている。
【００９０】
このため、排気通路のうち排気後処理装置５５より上流側から燃料を添加可能な排気燃料添加弁８８を備えたディーゼル機関１０においては、所定の軽油とバイオ燃料が混合された燃料（混合燃料）が用いられた場合、バイオ燃料の濃度（以下、バイオ燃料濃度と記す）に応じて、排気燃料添加弁８８の燃料添加に起因するＨＣ及びＰＭ（すす）の発生量（排出量）が変化することとなる。以下に、図２を用いて説明する。図２は、排気燃料添加弁の燃料添加によるＨＣ及びＰＭ（すす）の排出量を説明する概念図である。
【００９１】
なお、本実施例において、燃料タンク１２０に給油されてディーゼル機関１０に供給される燃料には、所定の軽油と特定種類のバイオ燃料との、２種類の燃料が、ある混合比率で混合されたものが用いられているものとする。この燃料には、燃料中のバイオ燃料濃度が１００％である、いわゆるニート燃料や、バイオ燃料濃度がゼロである所定の軽油が含まれている。
【００９２】
図２において、バイオ燃料濃度がゼロである、すなわち燃料として所定の軽油のみが用いられた場合における、ＨＣ及びＰＭの排出量を、一点鎖線Ｂで示している。バイオ燃料濃度が、ゼロから濃度Ｄ１までは、バイオ燃料濃度が高くなるに従って、燃料添加によるＨＣ及びＰＭの排出量が減少している。これは、バイオ燃料濃度が高くなるに従って、添加された燃料が微粒化及び気化しにくくなると共に理論空燃比が小さくなるものの、燃料中の含酸素化合物の濃度が高くなることで燃料の燃焼（酸化）が促進されて、ＨＣ及びＰＭの排出量が減少する傾向がある。
【００９３】
そして、バイオ燃料濃度がＤ１以上においては、バイオ燃料濃度が高くなるに従って、含酸素化合物の濃度が高くなることによる燃焼促進効果を、燃料の微粒化及び気化が悪化すると共に理論空燃比が小さくなる影響が上回ることとなり、ＨＣ及びＰＭの排出量が増大していく傾向があり、所定の濃度Ｄ２となったとき、排気燃料添加弁８８の燃料添加によるＨＣ及びＰＭの排出量は、燃料として所定の軽油のみが用いられた場合の排出量Ｂと、同じになる。
【００９４】
この濃度Ｄ２以上の領域においては、燃料として所定の軽油が用いられた場合の排出量Ｂに比べて、ＨＣ及びＰＭの排出量が高くなり、濃度Ｄ２からバイオ燃料濃度が高くなるに従って、ＨＣ及びＰＭの排出量が増大していく傾向がある。
【００９５】
このように、特に、燃料中のバイオ燃料濃度が、所定のバイオ燃料濃度Ｄ２以上である場合には、燃料の微粒化及び気化が悪化する影響が、燃料中の含酸素化合物により燃焼（酸化）が促進される効果を上回り、排気燃料添加弁８８の燃料添加によるＨＣ及びＰＭの排出量が、燃料として所定の軽油のみが用いられた場合に比べて増大してしまうという問題が生じる。したがって、排気後処理装置５５より上流側の排気通路から燃料を添加する排気燃料添加弁８８が設けられたディーゼル機関１０においては、軽油とバイオ燃料が混合された燃料（混合燃料）が用いられた場合、排気燃料添加弁８８から噴射された燃料の気化及び微粒化を促進する技術が要望されている。
【００９６】
そこで、本実施例に係るディーゼル機関１０の燃料供給装置１１では、リターン通路９０ａを流れる燃料のうち少なくとも一部を取り入れて、排気燃料添加弁８８に供給することを特徴としており、以下に、図１、図３を用いて説明する。図３は、ＥＣＵが実行する排気燃料添加弁への燃料供給制御のフローチャートである。
【００９７】
図１に示すように、本実施例に係るディーゼル機関１０に燃料を供給する燃料タンク１２０には、給油された燃料におけるバイオ燃料濃度を検出するバイオ燃料濃度検出装置１２８が設けられている。バイオ燃料濃度検出装置１２８は、燃料タンク１２０内に給油された燃料の粘度や温度等の燃料性状を検出可能に構成されている。バイオ燃料濃度検出装置１２８は、検出した燃料性状に係る信号を、ＥＣＵ１００に送出している。ＥＣＵ１００は、燃料性状に係る信号を検出して、燃料の粘度や温度等を制御変数として取得する。ＥＣＵ１００は、取得された粘度や温度等の制御変数に基づいて、燃料中のバイオ燃料濃度を推定することができる。
【００９８】
なお、バイオ燃料濃度を推定する手法は、上述のものに限定されるものではない。例えば、バイオ燃料濃度検出装置１２８が、燃料タンク１２０内に給油された燃料の粘度や温度等を検出すると共に、バイオ燃料濃度を推定し、推定したバイオ燃料濃度に係る信号をＥＣＵ１００に送出するものとしても良い。この場合、ＥＣＵ１００が、バイオ燃料濃度検出装置１２８からの信号を受けて、バイオ燃料濃度を制御変数として取得する。また、本実施例において、バイオ燃料濃度検出装置１２８は、燃料タンク１２０に設けられるものとしたが、燃料レール８２や、燃料配管８３，８５，８６、高圧燃料ポンプ８４に設けるものとしても良い。
【００９９】
また、バイオ燃料濃度を推定する手法は、上述のように、バイオ燃料濃度検出装置１２８により、燃料から直接、検出・推定する手法に限定されるものではない。例えば、ディーゼル機関１０の所定の運転状態において、軽油のみが給油された場合と同様に、燃料噴射装置８０等の燃料供給系部品を作動させ、このとき、Ａ／Ｆセンサ１０８から検出された排気通路における酸素濃度、すなわち排気通路における空燃比の挙動（時間履歴）を、ＥＣＵ１００が把握する共に、軽油のみが給油された場合の空燃比の挙動と比較することで、バイオ燃料濃度を推定することもできる。
【０１００】
以上のように構成された燃料供給装置１１（システム）において、ＥＣＵ１００は、以下の、排気燃料添加弁８８への「燃料供給制御」を実行する。この燃料供給制御は、ディーゼル機関１０の作動時において、燃料供給装置１１の制御手段としてのＥＣＵ１００により繰り返し実行されるものである。
【０１０１】
なお、燃料供給制御を実行する前の初期状態において、ＥＣＵ１００は、第１遮断弁９６は開弁状態に制御すると共に、第２遮断弁９８を閉弁状態に制御しており、さらに加圧燃料ポンプ９４は、非作動状態に制御されている。排気燃料添加弁８８には、燃料タンク１２０からの燃料が、高圧燃料ポンプ８４、フィード配管８５，８６を介して供給されている。
【０１０２】
まず、ステップＳ１００において、ＥＣＵ１００は、上述の手法により、バイオ燃料濃度を推定して、制御変数として取得する。
【０１０３】
そして、ステップＳ１０２において、ＥＣＵ１００は、制御変数として取得されたバイオ燃料濃度が、予め設定された判定濃度以上であるか否かを判定する。判定濃度は、排気燃料添加弁８８が排気通路に燃料を噴射しても、排気燃料添加弁８８からの燃料の微粒化及び気化が困難となるようなバイオ燃料濃度に設定されている。判定濃度は、予め適合実験等により求められており、制御定数としてＥＣＵ１００のＲＯＭ（図示せず）に記憶されている。
【０１０４】
ステップＳ１０２において、バイオ燃料濃度が判定濃度を下回る（Ｎｏ）と判定された場合、排気燃料添加弁８８から燃料を噴射しても、噴射燃料が十分に微粒化及び気化するものと判断して、ステップＳ１０８に進み、第１遮断弁９６、第２遮断弁９８、及び加圧燃料ポンプ９４を初期状態のままにして、上述の燃料添加制御を実行する。
【０１０５】
一方、ステップＳ１０２において、バイオ燃料濃度が判定濃度以上である（Ｙｅｓ）と判定された場合、排気燃料添加弁８８から噴射された燃料が、十分に微粒化及び気化することができないと判断して、ステップＳ１０４に進む。
【０１０６】
ステップＳ１０４において、ＥＣＵ１００は、第１遮断弁９６を開弁させると共に、第２遮断弁９８を閉弁させる。燃料供給装置１１において、燃料タンク１２０から高圧燃料ポンプ８４を介して排気燃料添加弁８８に向かう燃料は、第２遮断弁９８において流通が遮断される。これと共に、フィード通路８６ａは、連通路（燃料通路９２ａ，９２ｃ，９２ｅ）を介して、リターン通路９０ａと連通する。これにより、燃料供給装置１１は、リターン通路９０ａを流れる高温のリターン燃料を、排気燃料添加弁８８に燃料を供給するフィード通路８６ａに導くことが可能になる。
【０１０７】
そして、ステップＳ１０６において、ＥＣＵ１００は、加圧燃料ポンプ９４を作動させて、取入口９１からリターン通路９０ａを流れる高温のリターン燃料を連通路に取り入れ昇圧して、フィード通路８６ａに圧送する。このようにして、燃料供給装置１１は、リターン通路９０ａを流れる高温のリターン燃料を、排気燃料添加弁８８に供給する。
【０１０８】
そして、ステップＳ１０８において、ＥＣＵ１００は、排気燃料添加弁８８に燃料噴射（燃料添加）を行わせて、上述の燃料添加制御を実行する。排気燃料添加弁８８から噴射され、排気通路に添加される燃料は、初期状態において排気燃料添加弁８８に供給されている燃料に比べて、高温なリターン燃料であるため、排気通路を流れる排出ガス中において、比較的容易に微粒化及び気化することができる。これにより、排気後処理装置５５において、十分に気化した燃料（炭化水素）を還元剤として含んでいる還元雰囲気を形成することができる。このような燃料添加制御を実行後、ステップＳ１００に戻る。
【０１０９】
このようにして、ディーゼル機関１０の燃料供給装置１１は、バイオ燃料濃度が判定濃度以上である場合には、リターン通路９０ａを流れる燃料であるリターン燃料のうち少なくもとも一部を取り入れて、排気後処理装置５５より上流側の排気通路に供給することができる。
【０１１０】
以上に説明したように本実施例に係るディーゼル機関１０の燃料供給装置１１は、排気後処理装置５５より上流側の排気通路に燃料を添加可能な排気燃料添加弁８８と、燃料タンク１２０からの燃料を燃料噴射装置８０に分配する燃料レール８２とを備えたディーゼル機関１０に用いられ、燃料レール８２からの燃料を燃料タンク１２０に向けて流すことが可能なリターン通路９０ａを有する燃料供給装置１１であって、リターン通路９０ａを流れる燃料であるリターン燃料のうち少なくとも一部を昇圧して、排気燃料添加弁８８に供給するものとした。
【０１１１】
燃料レール８２において、ディーゼル機関１０からの輻射熱を受けて比較的高温となったリターン燃料を排気燃料添加弁８８に供給することで、排気燃料添加弁８８から添加された燃料を、良好に微粒化及び気化させることができる。これにより、排気燃料添加弁からの燃料に起因する「すす」等の粒子状物質の発生を抑制することが可能となる。
【０１１２】
また、本実施例において、燃料供給装置１１は、排気燃料添加弁８８に燃料を供給する燃料通路であるフィード通路とリターン通路９０ａとを連通させる連通路を有しており、さらに、連通路に設けられ、リターン通路９０ａから取り入れた燃料を昇圧してフィード通路に圧送可能な加圧燃料ポンプ９４を有するものとした。
【０１１３】
リターン通路を流れる燃料のうち少なくとも一部を排気燃料添加弁８８に供給するという構成を、フィード通路とリターン通路とを連通させる連通路と、連通路の途中に加圧燃料ポンプを設けることで実現することができる。
【０１１４】
また、本実施例において、燃料供給装置１１は、燃料中のバイオ燃料濃度が、予め設定された判定濃度以上であるか否かを判定するバイオ燃料濃度判定手段（ＥＣＵ１００）を有しており、バイオ燃料濃度が判定濃度以上であると判定された場合に、加圧燃料ポンプがリターン燃料を圧送するよう制御する制御手段（ＥＣＵ１００）とを有するものとした。
【０１１５】
バイオ燃料濃度が判定濃度以上であり、排気燃料添加弁からの燃料の微粒化及び気化が困難となる場合において、排気燃料添加弁からの燃料の微粒化を促進して良好に気化させることができる。排気燃料添加弁からの燃料の微粒化及び気化が困難となる場合にのみ、加圧燃料ポンプを作動させることとなるため、加圧燃料ポンプの作動に要する機械的又は電気的なエネルギを節減することができる。
【０１１６】
また、本実施例において、燃料供給装置１１は、連通路のうち加圧燃料ポンプ９４より上流側に設けられ、開閉弁動作によりフィード通路とリターン通路９０ａの連通と遮断を切替可能な第１遮断弁９６と、フィード通路のうち、連通路との合流部より上流側に設けられ、開閉弁動作により当該フィード通路と燃料タンク１２０との連通と遮断を切替可能な第２遮断弁９８と、を有し、ＥＣＵ１００（制御手段）は、バイオ燃料濃度が判定濃度以上であると判定された場合に、第１遮断弁９６を開弁させると共に、第２遮断弁９８を閉弁させるものとした。
【０１１７】
これにより、フィード通路の燃料が連通路を介してリターン通路に逆流してしまうことを防止しつつ、燃料中のバイオ燃料濃度が判定濃度以上である場合には、排気燃料添加弁に、リターン通路からの燃料のみを供給することができる。
【０１１８】
また、本実施例において、燃料タンク１２０からの燃料を昇圧して、燃料レール８２に圧送する高圧燃料ポンプ８４を備え、燃料噴射装置８０は、高圧燃料ポンプ８４により昇圧された燃料の供給を受けて燃料を噴射するものであり、排気燃料添加弁８８は、高圧燃料ポンプ８４により昇圧されていない燃料の供給を受けて、燃料噴射装置８０に比べて低い燃圧で燃料を噴射するものであるものとした。燃料噴射装置８０に比べて低い燃圧で燃料を噴射するため、噴射燃料の微粒化及び気化が比較的困難な排気燃料添加弁８８に、高温のリターン燃料を供給することで、排気通路に添加される微粒化及び気化を促進することができる。
【０１１９】
なお、上述した実施例においては、バイオ燃料濃度が判定濃度以上であると判定された場合にのみ、加圧燃料ポンプ９４を作動させて、リターン燃料を排気燃料添加弁８８に向けて供給するよう制御するものとしたが、排気燃料添加弁８８にリターン燃料を供給する態様は、これに限定されるものではない。例えば、燃料中のバイオ燃料濃度に拘らず、ディーゼル機関１０の作動時は、常に、加圧燃料ポンプ９４を作動させて、排気燃料添加弁８８にリターン燃料を供給するものとしても良い。
【０１２０】
また、上述した実施例において、ディーゼル機関１０は、排気後処理装置５５として、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒５５ａと、ＤＰＮＲ触媒システム５５ｃを備えたものとしたが、本発明が適用可能なディーゼル機関の排気後処理装置は、これに限定されるものではない。排気後処理装置として、還元剤の供給を必要とする排気浄化触媒や、昇温させる必要があるフィルタ機構など、排気通路への燃料添加が必要となるディーゼル機関であれば適用することができる。例えば、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒と、ＤＰＮＲ触媒システムのいずれか一方を備えたディーゼル機関や、ディーゼル・パティキュレート・フィルタ（ＤＰＦ）のみを備えたディーゼル機関にも本発明を適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１２１】
以上のように、本発明に係るディーゼル機関の制御装置は、排気後処理装置より上流側の排気通路から燃料を添加可能な排気燃料添加弁を備えたディーゼル機関に適している。
【図面の簡単な説明】
【０１２２】
【図１】実施例に係るディーゼル機関を含む燃料供給装置の概略構成を示す模式図である。
【図２】排気燃料添加弁の燃料添加によるＨＣ及びＰＭ（すす）の排出量を説明する概念図である。
【図３】実施例に係るディーゼル機関の制御装置（ＥＣＵ）が実行する排気燃料添加弁への燃料供給制御のフローチャートである。
【符号の説明】
【０１２３】
１０  ディーゼル機関
１１  燃料供給装置
２６  排気ポート（排気通路）
４６  スロットル弁
４８  吸気マニホールド
５０ａ  マニホールド通路（排気通路）
５０ｃ  合流部（排気通路）
５０ｅ  通路（排気通路）
５２  排気マニホールド
５５  排気後処理装置
５５ａ  ＮＯｘ吸蔵還元型触媒（排気後処理装置）
５５ｃ  ＤＰＮＲ触媒システム（排気後処理装置）
６０  ターボ過給機
８０  燃料噴射装置（燃料噴射弁）
８２  燃料レール
８４  高圧燃料ポンプ
８５，８６  燃料配管
８５ａ，８６ａ  燃料通路（フィード通路）
８８  排気燃料添加弁
９０  リターン配管
９１  取入口
９０ａ  リターン通路
９２  排気燃料添加配管
９２ａ，９２ｃ，９２ｅ  燃料通路（連通路）
９４  加圧燃料ポンプ
９６  第１遮断弁
９８  第２遮断弁
９９  流出口（合流部）
１００  ディーゼル機関用の電子制御装置（ＥＣＵ、制御手段、バイオ燃料濃度判定手段）
１０８  Ａ／Ｆセンサ
１２０  燃料タンク
１２２  低圧燃料ポンプ
【図１】
2009041447.tif 000003
【図２】
2009041447.tif 000004
【図３】
2009041447.tif 000005