JP2005106047A - 排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】触媒への燃料供給を行うための噴射ノズルの噴射孔付近におけるデポジットの生成を的確に抑制する。
【解決手段】ディーゼルエンジン２の排気ポート３０に設けられた添加弁６８においては、噴射ノズルの噴射孔周りにデポジットが生成される。これを抑制するために、添加弁６８による燃料添加終了からの経過時間を計測し、その経過時間が所定時間に達したとき噴射ノズルからの強制的な燃料添加を実行する。これにより、噴射ノズルからの燃料添加が少なくとも上記所定時間に対応した間隔で行われ、上記デポジットの生成が抑制されるようになる。ただし、上記デポジットの生成状況は噴射ノズルにおける噴射孔付近の温度によって変わってくるため、噴射孔付近の温度に影響を及ぼすパラメータに応じて、上記所定時間が可変とされたり、上記強制的な燃料添加の際の燃料添加量が可変とされたりする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関するものである。

従来より、内燃機関の排気系には窒素酸化物（ＮＯx ）や微粒子（パティキュレート）に関する排気浄化を行うための触媒が設けられており、こうした触媒の排気浄化作用を改善するために同触媒への燃料供給を行うことが提案されている。

例えば、ＮＯx に関する排気浄化を行う触媒については、排気中の酸素濃度が濃いときに排気中のＮＯx を吸蔵し、排気中の未燃燃料成分（ＨＣ）が多く酸素濃度が薄いときに触媒に吸蔵されたＮＯx をＨＣやＣＯによりＮ2 、ＣＯ2 、及びＨ2 Ｏに還元するものが用いられる。こうした触媒では、同触媒のＮＯx 吸蔵量が許容値を越え、同触媒のＮＯx に関する排気浄化作用が落ち込まないよう、吸蔵されたＮＯx を還元してＮＯx 吸蔵量を減らすＮＯx 還元制御が行われる。ＮＯx 還元制御では触媒への燃料供給が行われ、これにより吸蔵されたＮＯx が燃料成分（ＨＣ）等と反応して還元される。

また、上記のようなＮＯx 吸蔵還元型の触媒においては、本来はＮＯx が吸蔵されるべきところに硫黄酸化物（ＳＯx ）等の硫黄分も吸蔵され、同触媒におけるＮＯx の吸蔵能力が低下するおそれがある。こうした触媒では、上記ＮＯx 吸蔵能力の低下に伴い触媒のＮＯx に関する排気浄化作用が落ち込まないよう、吸蔵された硫黄分を触媒から離脱させるＳ被毒回復制御も行われる。なお、触媒から硫黄分を離脱させるのには、触媒温度を６００℃程度まで昇温した状態で、同触媒を例えば理論空燃比よりもややリッチな空燃比の雰囲気中に曝すのが有効である。このことを考慮し、Ｓ被毒回復制御では触媒への燃料供給が行われる。そして、触媒への燃料供給に伴い、燃料と酸素とが反応する時の熱で触媒の昇温が行われるとともに、同触媒がリッチ空燃比の雰囲気に曝されるようになる。その結果、吸蔵された硫黄分が触媒から離脱させられる。

一方、パティキュレートに関する排気浄化を行う触媒は、排気中に存在する煤を主成分とする微粒子（パティキュレート）を補集するものである。従って、触媒へのパティキュレートの堆積が進むと、そのパティキュレートによって触媒が目詰まりして捕集能力が低下する。こうした触媒では、上記目詰まりによって触媒のパティキュレートに関する排気浄化作用が落ち込まないよう、補集されたパティキュレートを酸化させて触媒からの焼失を図るＰＭ再生制御が行われる。なお、触媒からパティキュレートを焼失させるには、触媒温度を６００℃程度まで上昇させる必要がある。このため、ＰＭ再生制御でも、触媒への燃料供給が行われる。これにより、燃料と酸素との反応時の熱で触媒の昇温が行われ、補集されたパティキュレートが燃焼して触媒からＣＯ2 とＨ2Ｏとして排出されるようになる。

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のＮＯx 還元制御、Ｓ被毒回復制御、及びＰＭ再生制御では、触媒への燃料の供給が行われることなる。こうした触媒への燃料供給を行うために、特許文献１では、排気ポートに燃料を噴射する噴射ノズルが設けられている。そして、この噴射ノズルからの燃料添加により、ＮＯ還元制御、Ｓ被毒回復制御、及びＰＭ再生制御を行うための触媒への燃料供給が実現される。
特開２００１−２８０１２５公報

上記噴射ノズルにおいては、その先端が排気通路に露出していることから排気中のパティキュレートが付着する。また、噴射ノズルからの燃料添加後においては、同ノズルの噴射孔付近に燃料の後だれが生じる。これらパティキュレートや燃料の後だれが生じた状態で噴射ノズルからの燃料添加が長期間行われないと、パティキュレートや燃料の後だれが噴射ノズル周りの温度（排気温度）の上昇に伴い変質して固化し、いわゆるデポジットとなって噴射孔の開口面積を小さくしてしまう。このように噴射ノズルの噴射孔の開口面積が小さくなると、必要な量の燃料を供給することができないばかりでなく、燃料の供給そのものが不可能になるおそれがある。

本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、触媒への燃料供給を行うための噴射ノズルの噴射孔付近におけるデポジットの生成を的確に抑制することのできる排気浄化装置を提供することにある。

以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明では、排気通路の触媒上流に燃料を添加する噴射ノズルを備える排気浄化装置において、前記噴射ノズルによる燃料添加が終了した時点からの経過時間を計測し、その経過時間が所定時間に達したとき前記噴射ノズルからの強制的な燃料添加を実行する制御手段を備えた。 噴射ノズルからの燃料添加が行われると、添加燃料の気化に伴って噴射ノズルから気化熱が奪われるため、同ノズルから噴射孔周りの温度が低下する。また、上記添加燃料は霧状となって噴射ノズル周りに存在するようになり、この霧状の燃料が気化することで、噴射ノズルの噴射孔周りの雰囲気温度が低下する。加えて、気化した燃料は噴射ノズルの噴射孔付近で断熱層を形成するため、その噴射孔付近が高温の排気に直接曝されることはなくなる。こうした噴射ノズルからの燃料添加により、同ノズルの噴射孔付近の温度を低くすることができ、噴射孔付近の燃料の後だれやパティキュレートが変質、固化するのを抑え、噴射孔付近でのデポジットの生成を抑制することができる。また、上記噴射ノズルからの燃料添加による燃料は、同ノズルの噴射孔付近の燃料の後だれやパティキュレートを溶解するため、これによっても噴射孔付近のデポジットの生成を抑制することができる。上記構成によれば、噴射ノズルからの燃料添加が終了した時点からの経過時間が所定時間に達したとき、噴射ノズルからの強制的な燃料添加が行われるため、噴射ノズルからの燃料添加が少なくとも上記所定時間に対応する間隔で行われることとなる。このため、噴射ノズルからの燃料添加の間隔が過度に長くなり、それに伴い同ノズルの噴射孔周りにデポジットが生成されるのを抑制することができる。

なお、上記所定時間については、噴射ノズルの噴射孔周りでデポジットが生成されるおそれのある燃料添加間隔に対応する時間よりも短い時間とすることが好ましい。
請求項２記載の発明では、請求項１記載の発明において、前記所定時間は、前記噴射ノズルの噴射孔付近の温度に影響を及ぼすパラメータが前記温度を高くする側に変化するほど、短くされるものとした。

噴射ノズルの噴射孔付近でのデポジットの生成は、その噴射孔付近の温度が高くなるほど進むようになる。しかし、上記構成によれば、その温度に影響を及ぼすパラメータが同温度を高くする側に変化するほど、噴射ノズルからの燃料添加の間隔を短くすることができる。噴射ノズルからの燃料添加の間隔が短くなるほど、同燃料添加が頻繁に行われることから、噴射孔付近の温度が低下し易くなるとともに、噴射孔付近での燃料の後だれやパティキュレートの溶解が進むようになる。従って、上記パラメータが変化したとしても、それに対応して噴射ノズルからの燃料添加の頻度を変え、無駄な燃料添加を行うことなく上記デポジット生成の的確な抑制を図ることができる。

請求項３記載の発明では、請求項２記載の発明において、前記パラメータには内燃機関の吸入空気量が含まれ、同吸入空気量が多くなるほど前記所定時間が短くされるものとした。

吸入空気量は内燃機関の駆動に用いられる燃料量の変化に応じて変化するものであり、上記燃料量が増えるほど多量になるという傾向を示すことから、吸入空気量が多くなるほど排気温度が上昇して噴射ノズルの噴射孔周りの温度は高くなる。上記構成によれば、吸入空気量が多くなるほど、噴射ノズルからの燃料添加が行われる間隔が短くなる。このため、噴射ノズルからの燃料添加の頻度を、吸入空気量の変化に対応して、無駄な燃料添加を行うことなく上記デポジットの生成を抑制するのに適切な頻度とすることができる。

請求項４記載の発明では、請求項２又は３記載の発明において、前記パラメータには内燃機関の冷却水温、吸入空気温、及び外気温のうちの少なくとも一つが含まれ、それら温度が高くなるほど前記所定時間が短くされるものとした。

内燃機関の冷却水温、吸入空気温、及び外気温については、それら温度が高くなるほど、排気温度が上昇して噴射ノズルの噴射孔周りの温度は高くなる。上記構成によれば、冷却水温、吸入空気温、及び外気温が高くなるほど、噴射ノズルからの燃料添加が行われる間隔が短くなる。このため、噴射ノズルからの燃料添加の頻度を、冷却水温、吸入空気温、及び外気温の変化に対応して、無駄な燃料添加を行うことなく上記デポジットの生成を抑制するのに適切な頻度とすることができる。

請求項５記載の発明では、請求項２〜４のいずれかに記載の発明において、前記所定時間は、その長さが触媒床温の上限によって決まる限界値よりも短くならないようにされるものとした。

噴射ノズルからの燃料添加の間隔が短くなり、その燃料添加の頻度が高くなると、触媒に流れ込む燃料が多くなり、同触媒床温が燃料成分と酸素との反応により上昇するようになる。しかし、上記構成によれば、噴射ノズルからの燃料添加の間隔が触媒昇温を上限まで上昇させるほど短くされることはないため、この触媒床昇の上昇に伴い触媒の排気浄化作用が低下してしまうのを抑制することができる。

請求項６記載の発明では、請求項１〜５のいずれかに記載の発明において、前記制御手段は、前記噴射ノズルからの強制的な燃料添加を行う際の燃料添加量を、前記噴射ノズルの噴射孔付近の温度に影響を及ぼすパラメータが前記温度を高くする側に変化するほど多くするものとした。

噴射ノズルからの燃料添加を行う際の燃料添加量が多くなるほど、噴射孔付近の温度が低下し易くなるとともに、噴射孔付近での燃料の後だれやパティキュレートの溶解が進むようになる。上記構成によれば、噴射ノズルの噴射孔付近の温度に影響を及ぼすパラメータが同温度を高くする側に変化するほど、それに対応して噴射ノズルからの強制的な燃料添加が行われる際の燃料添加量を多くすることができるため、無駄な燃料添加を行うことなく上記デポジット生成の的確な抑制を図ることができる。

請求項７記載の発明では、請求項６記載の発明において、前記パラメータには内燃機関の吸入空気量が含まれ、同吸入空気量が多くなるほど前記燃料添加量が多くされるものとした。

噴射ノズルの噴射孔周りの温度については、吸入空気量が多くなるほど高くなるという傾向を示す。上記構成によれば、噴射ノズルからの燃料添加量を吸入空気量の増量に応じて多くすることができるため、その燃料添加量を無駄な燃料添加を行うことなく上記デポジットの生成を抑制するのに適切な値とすることができる。

請求項８記載の発明では、請求項６又は７記載の発明において、前記パラメータには内燃機関の冷却水温、吸入空気温、及び外気温のうちの少なくとも一つが含まれ、それら温度が高くなるほど前記燃料添加量が多くされるものとした。

噴射ノズルの噴射孔周りの温度については、内燃機関の冷却水温、吸入空気温、及び外気温が高温になるほど高くなる。上記構成によれば、噴射ノズルからの燃料添加量を冷却水温、吸入空気温、及び外気温の上昇に応じて多くすることができるため、その燃料添加量を無駄な燃料添加を行うことなく上記デポジットの生成を抑制するのに適切な値とすることができる。

請求項９記載の発明では、請求項６〜８のいずれかに記載の発明において、前記燃料添加量については、その量が触媒床温の上限によって決まる限界値よりも多くならないようにされるものとした。

噴射ノズルからの燃料添加量が多くなると、触媒に流れ込む燃料も多くなり、同触媒床温が燃料成分と酸素との反応により上昇するようになる。しかし、上記構成によれば、噴射ノズルからの燃料添加量が触媒昇温を上限まで上昇させるほど多くされることはないため、この触媒床昇の上昇に伴い触媒の排気浄化作用が低下してしまうのを抑制することができる。

請求項１０記載の発明では、請求項１〜９のいずれかに記載の発明において、前記制御手段は、排気温度が所定値以上であるとき、前記噴射ノズルからの強制的な燃料添加を禁止するものとした。

上記構成によれば、噴射ノズルからの強制的な燃料添加に伴い、触媒床温度が燃料成分と酸素との反応により過度に高くなるのを抑制することができる。
なお、上記所定値としては、例えば触媒床温を上限まで上昇させるおそれのある値を採用することができる。この場合、噴射ノズルからの強制的な燃料添加によって触媒床温度が上限を越えて高くなり、同触媒の排気浄化作用が低下するのを抑制することができるようになる。

請求項１１記載の発明では、請求項１〜１０のいずれかに記載の発明において、前記制御手段は、排気温度が触媒の活性化温度よりも高い値であることを条件に、前記噴射ノズルからの強制的な燃料添加を行うものとした。

上記構成によれば、触媒が活性化温度まで昇温していないときに、噴射ノズルからの強制的な燃料添加が行われるのを回避し、その燃料添加によって触媒に流れ込んだ燃料成分が酸素と反応しきらずに外部に排出されてしまうのを抑制することができる。

請求項１２記載の発明では、請求項１〜１１のいずれかに記載の発明において、前記制御手段は、前記噴射ノズルによる燃料添加が終了した後、内燃機関の燃焼モードが通常燃焼モードから同モードよりも高いＥＧＲ率で燃焼を行う低温燃焼モードに切り換えられることに基づき、前記経過時間が前記所定時間に達していなくても前記噴射ノズルからの強制的な燃料添加を実行するものとした。

低温燃焼モードから通常燃焼モードに切り換えられるときには、ＥＧＲ率の低減が行われるが、その際のＥＧＲ率の変化には応答遅れが生じる。このＥＧＲ率の変化の応答遅れによって同ＥＧＲ率が十分に低減されぬまま、低温燃焼モードから通常燃焼モードに切り換えられると、ＥＧＲ量が適正値よりも過多になって内燃機関のスモーク排出量が多くなり、噴射ノズルの噴射孔周りにデポジットが付着する。しかし、上記構成によれば、噴射ノズルによる燃料添加終了後、低温燃焼モードから通常燃焼モードに切り換えられることに基づき、噴射ノズルからの強制的な燃料添加が実行されるため、上記デポジットが噴射孔周りに堆積するのを抑制することができる。

請求項１３記載の発明では、請求項１２記載の発明において、前記制御手段は、前記噴射ノズルによる燃料添加が終了した後、通常燃焼モードから低温燃焼モードに切り換えられた回数をカウントし、その回数が規定回数以上になったとき前記噴射ノズルからの強制的な燃料添加を実行するものとした。

低温燃焼モードから通常燃焼モードへの切り換えは、通常、触媒床温がそれほど高くならない内燃機関の低負荷運転領域にて行われる。このため、仮に低温燃焼モードから通常燃焼モードへの切り換え毎に噴射ノズルからの強制的な燃料添加が行われると、触媒床温が低く触媒の活性が停滞している状態にあって反応しきれないほどの燃料が触媒に添加される。この場合、触媒でのパティキュレートの燃焼に悪影響が及び、触媒入り口でのパティキュレートの堆積を招くおそれがある。しかし、上記構成によれば、前記噴射ノズルによる燃料添加が終了した後、通常燃焼モードから低温燃焼モードに切り換えられた回数が規定回数以上になったとき、噴射ノズルからの強制的な燃料添加が実行されるため、上記規定回数を適宜設定することで触媒に反応しきれないほどの燃料が添加されるのを抑制することができる。

［第１実施形態］
以下、本発明を車両用ディーゼルエンジンの排気浄化装置に適用した第１実施形態を図１〜図８に従って説明する。

図１に示されるように、ディーゼルエンジン２は複数気筒、ここでは４気筒＃１，＃２，＃３，＃４からなる。各気筒＃１〜＃４の燃焼室４は吸気弁６にて開閉される吸気ポート８及び吸気マニホールド１０を介してサージタンク１２に連結されている。そしてサージタンク１２は、吸気経路１３を介して、インタークーラ１４及び過給機、ここではターボチャージャ１６のコンプレッサ１６ａの出口側に連結されている。コンプレッサ１６ａの入口側はエアクリーナ１８に連結されている。そして、吸気経路１３において、サージタンク１２とインタークーラ１４との間の部分にはスロットル弁２２が配置され、コンプレッサ１６ａとエアクリーナ１８との間の部分には吸入空気量センサ２４、及び吸気温センサ２６が配置されている。

各気筒＃１〜＃４の燃焼室４は排気弁２８にて開閉される排気ポート３０及び排気マニホールド３２を介してターボチャージャ１６の排気タービン１６ｂの入口側に連結され、排気タービン１６ｂの出口側は排気経路３４に接続されている。尚、排気タービン１６ｂは排気マニホールド３２において第４気筒＃４側から排気を導入している。

この排気経路３４には、排気浄化触媒が収納されている３つの触媒コンバータ３６，３８，４０が配置されている。最上流の第１触媒コンバータ３６にはＮＯx 吸蔵還元触媒が収納されている。このＮＯx 吸蔵還元触媒により、ディーゼルエンジンの通常の運転時において排気が酸化雰囲気（リーン）にある時には、ＮＯx はＮＯx 吸蔵還元触媒に吸蔵される。そして還元雰囲気（ストイキあるいはリッチ）ではＮＯx 吸蔵還元触媒に吸蔵されたＮＯx がＮＯとして離脱しＨＣやＣＯにより還元される。このことによりＮＯx の浄化を行っている。

そして中間に配置された第２触媒コンバータ３８にはモノリス構造に形成された壁部を有するフィルタが収納され、この壁部の微小孔を排気が通過するように構成されている。このフィルタ表面にＮＯx 吸蔵還元触媒がコーティングされているので、前述したごとくにＮＯx の浄化が行われる。更に、フィルタ表面には排気中のパティキュレート（ＰＭ）が捕捉されるので、酸化雰囲気ではＮＯx 吸蔵時に発生する活性酸素によりＰＭの酸化が開始され、更に周囲の過剰酸素によりＰＭ全体が酸化される。還元雰囲気（ストイキあるいはリッチ）ではＮＯx 吸蔵還元触媒から発生する大量の活性酸素によりＰＭの酸化が促進される。このことによりＮＯx の浄化と共に、ＰＭの浄化も実行している。

最下流の第３触媒コンバータ４０は、酸化触媒が収納され、ここではＨＣやＣＯが酸化されて浄化される。
尚、第１触媒コンバータ３６の上流には第１空燃比センサ４２が、第１触媒コンバータ３６と第２触媒コンバータ３８との間には第１排気温センサ４４が配置されている。又、第２触媒コンバータ３８と第３触媒コンバータ４０との間において、第２触媒コンバータ３８の近くには第２排気温センサ４６が、第３触媒コンバータ４０の近くには第２空燃比センサ４８が配置されている。

上記第１空燃比センサ４２と第２空燃比センサ４８とは、それぞれの位置で排気成分に基づいて排気の空燃比を検出し、空燃比に比例した電圧信号をリニアに出力するセンサである。又、第１排気温センサ４４と第２排気温センサ４６とはそれぞれの位置で排気温を検出するものである。

各気筒＃１〜＃４に配置されて、各燃焼室４内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁５８は、燃料供給管５８ａを介してコモンレール６０に連結されている。このコモンレール６０内へは電気制御式の吐出量可変燃料ポンプ６２から燃料が供給され、燃料ポンプ６２からコモンレール６０内に供給された高圧燃料は各燃料供給管５８ａを介して各燃料噴射弁５８に分配供給される。

更に、燃料ポンプ６２からは別途、低圧燃料が燃料供給管６６を介して添加弁６８に供給されている。この添加弁６８は第４気筒＃４の排気ポート３０に設けられて、排気タービン１６ｂ側に向けて燃料を還元剤として噴射するものである。この還元剤の噴射により、排気を一時的に還元雰囲気として第１触媒コンバータ３６及び第２触媒コンバータ３８に吸蔵されているＮＯx を還元浄化し、更に第２触媒コンバータ３８ではＰＭの浄化も同時に実行する。

電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」と称する）７０はＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えたデジタルコンピュータと、各装置を駆動するための駆動回路とを主体として構成されている。そしてＥＣＵ７０は前述した吸入空気量センサ２４、吸気温センサ２６、第１空燃比センサ４２、第１排気温センサ４４、第２排気温センサ４６、第２空燃比センサ４８、及びスロットル開度センサ２２ａの信号を読み込んでいる。更にアクセルペダル７２の踏み込み量を検出するアクセル開度センサ７４、及びディーゼルエンジン２の冷却水温度を検出する冷却水温センサ７６から信号を読み込んでいる。更に、クランク軸７８の回転数を検出するエンジン回転数センサ８０、クランク軸７８の回転位相あるいは吸気カムの回転位相を検出して気筒判別を行う気筒判別センサ８２から信号を読み込んでいる。

そしてこれらの信号から得られるエンジン運転状態に基づいて、ＥＣＵ７０はディーゼルエンジン２の運転制御、例えば燃料噴射弁５８による燃料噴射時期や燃料噴射量制御、及びモータ２２ｂによるスロットル開度制御等を実行する。また、ＥＣＵ７０は、触媒に対する制御処理を実行する触媒制御モードを、ＰＭ再生制御モード、Ｓ被毒回復制御モード、ＮＯx 還元制御モード、及び通常制御モードといった四種類のモードの間で切り換え、現在の触媒制御モードに応じて添加弁６８による排気系への燃料添加が行われるよう同添加弁６８を駆動制御する。

なお、ＰＭ再生制御モードとは、添加弁６８からの燃料添加を継続的に繰り返して触媒床温を高温化（例えば６００〜７００℃）とし、第２触媒コンバータ３８内に堆積しているＰＭを燃焼させてＣＯ2とＨ2Ｏにして排出するモードである。Ｓ被毒回復制御モードとは、添加弁６８からの燃料添加を継続的に繰り返して触媒床温を高温化（例えば６００〜７００℃）するとともに排気の空燃比をストイキあるいはリッチとし、第１触媒コンバータ３６及び第２触媒コンバータ３８内のＮＯx 吸蔵還元触媒から硫黄分を放出させるモードである。ＮＯx 還元制御モードとは、添加弁６８からの比較的時間をおいた間欠的な燃料添加により、第１触媒コンバータ３６及び第２触媒コンバータ３８内のＮＯx 吸蔵還元触媒に吸蔵されたＮＯx を、Ｎ2、ＣＯ2及びＨ2Ｏに還元して放出するモードである。こ
れらＰＭ再生制御モード、Ｓ被毒回復制御モード、及びＮＯx 還元制御モードについては、それぞれ実行要求があったときに行われることとなるが、各モードの実行要求が重なったときには、ＰＭ再生制御モード→Ｓ被毒回復制御モード→ＮＯx 還元制御モードの順で優先して行われることとなる。また、以上の各モード以外の状態が通常制御モードとなり、この通常制御モードでは添加弁６８からの燃料添加はなされない。

ここで、上記添加弁６８について図２を参照して説明する。
図２は、添加弁６８の噴射ノズル６８ａを拡大して示す断面図である。同図からわかるように添加弁６８の噴射ノズル６８ａについては、上記排気ポート３０に形成された穴９１内に収容された状態となっており、同ノズル６８ａの排気下流寄りの部分（図中右寄りの部分）には燃料を下流側に向けて噴射するための噴射孔６８ｂが設けられている。また、穴９１の内周面には、噴射ノズル６８ａの排気上流寄りの部分（図中左寄りの部分）を覆うように保護カバー９２が突出形成されている。この保護カバー９２により噴射ノズル６８ａが排気ポート３０を流れる排気に曝されにくくなる。

排気ポート３０を流れる排気には煤等のＰＭが含まれており、このＰＭが添加弁６８からの燃料添加直後に噴射ノズル６８ａの近傍を通過すると、同ノズル６８ａ付近に存在しているミスト状の燃料が上記ＰＭに付着し、同ＰＭの粒径が大きくなる。そして、噴射ノズル６８ａの近傍に位置しているＰＭは、排気脈動に伴い同ノズル６８ａに向けて流され、噴射ノズル６８ａの噴射孔６８ｂ周りに付着するようになる。また、噴射ノズル６８ａの噴射孔６８ｂ周りには燃料添加後の燃料の後だれが生じる。これらＰＭや燃料の後だれは、噴射ノズル６８ａ周りの温度（排気温度）の上昇に伴い変質して固化し、いわゆるデポジットとなって噴射孔６８ｂの開口面積を小さくしてしまう。

こうした噴射ノズル６８ａ周りでのデポジットの生成については、添加弁６８からの燃料添加が行われているときには促進せず、同燃料添加が長期間行われていないときに促進することとなる。これは、添加弁６８からの燃料添加が行われるときには、噴射ノズル６８ａの噴射孔６８ｂ付近の温度が低くされて上記ＰＭや燃料の後だれが固化しにくくなるとともに、噴射される燃料によって噴射孔６８ｂ周りのＰＭや燃料の後だれが溶解されるためである。なお、添加弁６８からの燃料添加によって噴射ノズル６８ａの噴射孔６８ｂ付近の温度が低くなるのは、添加燃料の気化に伴って噴射ノズル６８ａから気化熱が奪われるとともに、噴射孔６８ｂ付近が気化燃料による断熱層に覆われて高温の排気に直接曝されることがなくなるためである。

従って、添加弁６８からの燃料添加が行われない通常制御モードで上記デポジットの生成が進むのは勿論のこと、ＰＭ再生制御モード、Ｓ被毒回復制御モード、及びＮＯx
還元制御モードであっても、添加弁６８からの燃料添加の間隔が長い場合には上記デポジットの生成が進むこととなる。そして、このようにデポジットの生成が進むことで、添加弁６８からの燃料添加を行おうとするときに支障を来すおそれがある。

そこで本実施形態では、添加弁６８（噴射ノズル６８ａ）による前回の燃料添加が終了した時点からの経過時間を計測し、触媒制御モードがいずれのモードの場合であれ、上記経過時間が所定時間に達したときに噴射ノズル６８ａからの強制的な燃料添加を実行する。このため、噴射ノズル６８ａからの燃料添加が少なくとも上記所定時間に対応する間隔で行われるようになり、その間隔が過度に長くなることに伴い同ノズル６８ａの噴射孔６８ｂ周りでデポジットが生成されるのを抑制することができる。

図３は、上述した噴射ノズル６８ａからの強制的な燃料添加を実行するための噴射ノズル浄化ルーチンを示すフローチャートである。同ルーチンは、ＥＣＵ７０を通じて、例えば所定時間毎の時間割り込みにて実行される。

噴射ノズル浄化ルーチンにおいては、まず上記デポジットの生成を抑制するための添加弁６８からの強制的な燃料添加を行う条件である浄化実行条件が成立しているか否かが判断される（Ｓ１０１）。浄化実行条件が成立しているか否かは、例えば以下の（１）及び（２）の条件が両方とも成立しているか否かに基づいて行われる。

（１）排気温度が触媒の許容上限温度（例えば７００℃）よりも低い値であること。
（２）排気温度が触媒の活性化温度よりも高い値であること。
ここで、浄化実行条件として、上記（１）の条件が含まれているのは、触媒床温が高いときに上記デポジットの生成を抑制するための添加弁６８からの強制的な燃料添加が行われ、同触媒床温が許容上限値を越えて上昇しないようにするためである。また、浄化実行条件として、上記（２）の条件が含まれているのは、触媒床温が触媒の活性化温度よりも低いときに上記デポジットの生成を抑制するための添加弁６８からの強制的な燃料添加が行われ、燃料成分が触媒で反応せずに同触媒を通過して外部に排出されるのを防止するためである。

浄化実行条件が成立しているときには（Ｓ１０１：ＹＥＳ）、噴射ノズル６８ａからの強制的な燃料添加を実行可能である旨の判断がなされ、ステップＳ１０２以降の処理が行われる。ステップＳ１０２〜Ｓ１０７の処理は、前回の噴射ノズル６８ａからの燃料添加が終了した時点からの経過時間が上記デポジット生成のおそれのある時間に達したか否かを判断するための閾値である添加インターバルＴfin を算出するためのものである。

この添加インターバルＴfin は、以下の式（１）に基づき算出された後に、ガード値Ｇmin での下限ガードを行うことで得られる値である。
Ｔfin ＝Ｔbs・（１−Ｋga１・Ｋthw１ ） …（１）
Ｔfin ：添加インターバル
Ｔbs ：インターバルベース値
Ｋga１ ：吸気量補正係数
Ｋthw１ ：水温補正係数
式（１）のインターバルベース値Ｔbsは、ステップＳ１０２の処理で、エンジン回転数と、エンジン負荷に対応するパラメータ、例えばディーゼルエンジン２の駆動に用いられる燃料の量（燃料噴射弁５８による燃料噴射量）とに基づき、図５のマップを参照して算出される。なお、ここでは、エンジン負荷に対応するパラメータとして、燃料噴射弁５８による燃料噴射量を用いているが、これに代えてアクセル踏込量を採用してもよい。上記のように算出されるインターバルベース値Ｔbsは、燃料噴射量（エンジン負荷）とエンジン回転数とに応じた最適な添加インターバルの理論上の値であって、エンジン高回転になるほど、またエンジン高負荷になるほど短い値とされるようになる。ここで、エンジン高回転高負荷になるほどディーゼルエンジン２の排気温度は高くなり、噴射ノズル６８ａの噴射孔６８ｂ付近においてデポジットの生成が進みやすくなる。従って、上記のようにインターバルベース値Ｔbsを算出することで、上記デポジットの生成が進み易くなるエンジン高回転高負荷ほど、添加インターバルＴfin が短くされるようになる。

式（１）の吸気量補正係数Ｋga１は、上記インターバルベース値Ｔbsを吸入空気量に応じて補正するものであって、ステップＳ１０３の処理において吸入空気量に基づき図６のマップを参照して算出される。このように算出される吸気量補正係数Ｋga１は、例えば吸入空気量の少ない領域では「０」にされるとともに、吸入空気量の多い領域で「０」よりも大きく且つ「１．０」未満の値とされる。従って、インターバルベース値Ｔbsを吸気量補正係数Ｋga１等で補正した値である上記添加インターバルＴfin は、吸入空気量が多い領域で短い値へと補正されるようになる。ここで、吸入空気量は、燃料噴射弁５８による燃料噴射量の変化に応じて変化するものであり、上記燃料噴射量が増えるほど多量になるという傾向を示すものである。このことから、吸入空気量が多くなるにつれて、排気温度が上昇して噴射ノズル６８ａの噴射孔６８ｂ周りの温度は高くなり、上記デポジットの生成は進み易くなる。このため、吸入空気量に応じて変化する上記吸気量補正係数Ｋga１での補正を行うことで、上記デポジットの生成が進み易くなる吸入空気量多量時ほど、添加インターバルＴfin が短くされるようになる。

式（１）の水温補正係数Ｋthw１ は、上記インターバルベース値Ｔbsをディーゼルエンジン２のエンジン温度に対応して変化する冷却水温に応じて補正するものであって、ステップＳ１０４の処理において冷却水温に基づき図７のマップを参照して算出される。このように算出される水温補正係数Ｋthw１ は、冷却水温（エンジン温度）が高くなるほど大きくなって「１．０」に近い値にされる。従って、インターバルベース値Ｔbsを水温補正係数Ｋthw１ 等で補正した値である上記添加インターバルＴfin は、冷却水温が高くなるほど短い値へと補正されるようになる。ここで、冷却水温は排気温度に影響を及すものであって、冷却水温が高くなるほど排気温度が高くなって噴射ノズル６８ａの噴射孔６８ｂ周りの温度が高くなり、上記デポジットの生成が進み易くなる。このため、冷却水温に応じて変化する上記水温補正係数Ｋthw１ での補正を行うことで、上記デポジットの生成が進み易くなる冷却水温高温時ほど、添加インターバルＴfin が短くされるようになる。

式（１）に基づき算出された添加インターバルＴfin に対しては、ステップＳ１０６，Ｓ１０７の処理により下限ガードが行われる。即ち、ステップＳ１０６の処理ではエンジン回転数に基づき図８のマップを参照してガード値Ｇmin （限界値）が算出され、ステップＳ１０７の処理では上記添加インターバルＴfin とガード値Ｇmin との大きい方が新たな添加インターバルＴfin に設定される。上記ガード値Ｇmin は、触媒床温を許容上限温度まで上昇させるおそれのある噴射ノズル６８ａからの燃料添加の間隔に対応した値として算出される。従って、このガード値Ｇmin によって下限ガードされた添加インターバルＴfin は、触媒床温を許容上限温度まで上昇させるおそれのない噴射ノズル６８ａの燃料添加の間隔に対応した値となる。

添加インターバルＴfin の下限ガードが行われた後、ステップＳ１０８以降の処理が行われる。Ｓ１０８，Ｓ１０９の処理は、上記デポジットの生成を抑制するための噴射ノズル６８ａからの強制的な燃料添加を行うためのものである。

この一連の処理では、まず前回の添加弁６８からの燃料添加終了からの経過時間が、上記デポジット生成のおそれのある時間に達したか否かを判断するための閾値である添加インターバルＴfin 以上であるか否かが判断される（Ｓ１０８）。ここで肯定判定であれば、ＥＣＵ７０を通じて添加弁６８が駆動制御され、噴射ノズル６８ａからの予め定められた燃料添加量τ分の燃料添加が強制的に行われる。こうした強制的な燃料添加によって、触媒制御モードがいずれのモードであったとしても、噴射ノズル６８ａからの燃料添加が少なくとも添加インターバルＴfin 毎に実行されることとなる。

例えば、ＰＭ再生制御モード、Ｓ被毒回復制御モード、及びＮＯx 還元制御モードでは、触媒への燃料供給のために噴射ノズル６８ａからの断続的な燃料添加が行われるが、その燃料添加の合間にステップＳ１０８，Ｓ１０９の処理に基づく強制的な燃料添加が行われる場合がある。即ち、触媒への燃料供給のための断続的な燃料添加の間隔が上記添加インターバルＴfin よりも長くなると、ステップＳ１０８，Ｓ１０９の処理に基づき噴射ノズル６８ａからの燃料添加量τ分の強制的な燃料添加が行われる。このため、上記各モードにおいて噴射ノズル６８ａからの燃料添加の間隔が過度に長くなり、上記デポジットが生成されることは抑制される。

一方、通常制御モードでは、触媒に燃料を供給するための噴射ノズル６８ａからの添加は行われないことから、ステップＳ１０８，１０９の処理に基づき、図４に示されるように添加インターバルＴfin 毎に噴射ノズル６８ａからの燃料添加量τ分の強制的な燃料添加が行われる。このため、通常制御モードにおいても、噴射ノズル６８ａからの強制的な燃料添加により、上記デポジットの生成は抑制されるようになる。

以上詳述した本実施形態によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
（１）上記浄化実行条件の成立時には、触媒制御モードがいずれのモードであっても、上述した噴射ノズル６８ａからの強制的な燃料添加により、同ノズル６８ａからの燃料添加が少なくとも添加インターバルＴfin 毎には実行される。このため、噴射ノズル６８ａからの燃料添加の間隔が過度に長くなり、それに伴い同ノズル６８ａの噴射孔６８ｂ周りにデポジットが生成されるのを抑制することができる。また、上記デポジットの生成は、噴射ノズル６８ａの噴射孔６８ｂ付近の温度が高くなるほど行われ易くなる。しかし、その温度に影響を及ぼすパラメータが同温度を高くする側に変化するほど、上記添加インターバルＴfin が短くされるようになる。この添加インターバルＴfin が短くなるほど、噴射ノズル６８ａからの燃料添加が頻繁に行われることから、同ノズル６８ａの噴射孔６８ｂ周りでデポジットが生成されにくくなる。従って、上記パラメータが変化したとしても、それに対応して噴射ノズル６８ａからの燃料添加の頻度を変え、無駄な燃料添加を行うことなく上記デポジットの生成を抑制することができる。

（２）上記パラメータとして、エンジン回転数及びエンジン負荷、吸入空気量、並びに冷却水温が用いられる。エンジン回転数及びエンジン負荷については、それらが大となるほどディーゼルエンジン２の駆動に用いられる燃料量が多くなって排気温度が高くなり、噴射ノズル６８ａの噴射孔６８ｂ周りの温度が高くなる。このことに対応してインターバルベース値Ｔbsの算出が行われるため、同インターバルベース値Ｔbsの補正後の値である添加インターバルＴfin はエンジン高回転高負荷ほど短くなる。また、吸入空気量については、その増加がディーゼルエンジン２の駆動に用いられる燃料量の増加に対応するものであることから、吸入空気量が増加するほど噴射ノズル６８ａの噴射孔６８ｂ周りの温度が高くなるという傾向がある。このことに対応して吸気量補正係数Ｋga１によるインターバルベース値Ｔbsの補正が行われ、添加インターバルＴfin が吸入空気量の多い領域で短くなるようにされる。更に、冷却水温については、その値が高くなるほど排気温度が上昇して噴射ノズル６８ａの噴射孔６８ｂ周りの温度が高くなる。このことに対応して水温補正係数Ｋthw１ によるインターバルベース値Ｔbsの補正が行われ、添加インターバルＴfin が冷却水温の上昇に伴って短くなるようにされる。以上のように、上記各パラメータが噴射ノズル６８ａの噴射孔６８ｂ周りの温度を高くする側に変化して当該噴射孔６８ｂ周りでデポジットが生成され易くなる状況ほど、添加インターバルＴfin が短くされるようになり、上記デポジットの生成を的確に抑制することができるようになる。

（３）上記添加インターバルＴfin が短くなると、噴射ノズル６８ａからの燃料添加の間隔が短くなり、その燃料添加の頻度が高くなるため、触媒に流れ込む燃料が多くなって、触媒床温が燃料成分と酸素との反応により上昇するようになる。しかし、上記添加インターバルＴfin は、触媒床温を許容上限温度まで上昇させるおそれのある噴射ノズル６８ａからの燃料添加の間隔に対応した値として算出されるガード値Ｇmin を用いて下限ガードされる。このため、上述した強制的な燃料添加が行われるときの噴射ノズル６８ａからの燃料添加の間隔が、触媒床温を上限まで上昇させるほど短くされることはなくなり、この触媒床温の上昇に伴い排気浄化作用が低下してしまうのを抑制することができる。

（４）上記浄化実行条件のうちの「排気温度が触媒の許容上限温値よりも低い値であること」という条件からわかるように、排気温度が触媒の許容上限温度付近に上昇しているときには、噴射ノズル６８ａからの強制的な燃料添加は禁止される。従って、この燃料添加によって触媒が許容上限温度を越えて昇温してしまい、排気浄化性能が低下するのを抑制することができる。

（５）また、上記浄化実行条件のうちの「排気温度が触媒の活性化温度よりも高い値であること」という条件からわかるように、排気温度が触媒の活性化温度に達していないときにも、上記デポジットの生成を抑制するための添加弁６８からの燃料添加が行われることはない。従って、この燃料添加によって触媒に流れ込んだ燃料成分が酸素で反応せずに同触媒を通過して外部に排出されてしまうのを抑制することができる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態を図９に従って説明する。
この実施形態は、上記デポジットの生成を抑制するための添加弁６８による強制的な燃料添加に関し、その燃料添加量を噴射ノズル６８ａの噴射孔６８ｂ付近の温度に関係するパラメータに応じて可変とすることで、無駄な燃料添加を行うことなく上記デポジット生成の的確な抑制を可能とするものである。なお、この強制的な燃料添加については前回の添加弁６８による燃料添加の終了時点からの経過時間が所定時間（添加インターバル）に達したときに行われるが、当該所定時間を本実施形態では一定時間としている。

図９は、この実施形態の噴射ノズル浄化ルーチンを示すフローチャートである。同ルーチンにおいては、ステップＳ２０１で浄化実行条件が成立している旨判断されると（Ｓ２０１：ＹＥＳ）、ステップＳ２０２以降の処理が行われる。ステップＳ２０２〜Ｓ２０７の処理は、上述した添加弁６８による強制的な燃料添加が行われる際の燃料添加量τfin を算出するためのものである。

この燃料添加量τfin は、以下の式（２）に基づき算出された後に、ガード値Ｇmax での上限ガードを行うことで得られる値である。
τfin ＝τbs・（１＋Ｋga２・Ｋthw２） …（２）
τfin ：燃料添加量
τbs ：燃料量ベース値
Ｋga２ ：吸気量補正係数
Ｋthw２ ：水温補正係数
式（２）の燃料量ベース値τbsは、ステップＳ２０２の処理で、エンジン回転数とディーゼルエンジン２の駆動に用いられる燃料の量（燃料噴射弁５８による燃料噴射量）とに基づき算出される。この燃料量ベース値τbsは、燃料噴射量（エンジン負荷）とエンジン回転数とに応じた最適な燃料添加量の理論上の値であって、エンジン高回転になるほど、またエンジン高負荷になるほど大きい値とされるようになる。このように燃料量ベース値τbsを算出することで、上記デポジットの生成が進み易くなるエンジン高回転高負荷ほど、燃料添加量τfin が多くされるようになる。

式（２）の吸気量補正係数Ｋga２は、上記燃料量ベース値τbsを吸入空気量に応じて補正するものであって、ステップＳ２０３の処理において吸入空気量に基づき算出される。このように算出される吸気量補正係数Ｋga２は、例えば吸入空気量の少ない領域では「０」にされるとともに、吸入空気量の多い領域で「０」よりも大きい値とされる。従って、燃料量ベース値τbsを吸気量補正係数Ｋga２等で補正した値である上記燃料添加量τfin は、上記デポジットの生成が進み易くなる吸入空気量多量時ほど大きい値になる。

式（２）の水温補正係数Ｋthw２ は、上記燃料量ベース値τbs を冷却水温に応じて補正するものであって、ステップＳ２０４の処理で冷却水温に基づき算出される。このように算出される水温補正係数Ｋthw２ は、冷却水温（エンジン温度）が高くなるほど大きくなって「１．０」に近い値にされる。従って、燃料量ベース値τbsを水温補正係数Ｋthw２ 等で補正した値である上記燃料添加量τfin は、上記デポジットの生成が進み易くなる冷却水温高温時ほど大きい値になる。

式（２）に基づき算出された燃料添加量τfin に対しては、ステップＳ２０６，Ｓ２０７の処理により上限ガードが行われる。即ち、ステップＳ２０６の処理ではエンジン回転数に基づきガード値Ｇmax （限界値）が算出され、ステップＳ２０７の処理では上記燃料添加量τfin とガード値Ｇmax との小さい方が新たな燃料添加量τfin に設定される。上記ガード値Ｇmax は、触媒床温を許容上限温度まで上昇させるおそれのある噴射ノズル６８ａからの燃料添加量に対応した値として算出される。従って、このガード値Ｇmax によって上限ガードされた燃料添加量τfin は、触媒床温を許容上限温度まで上昇させるおそれのない噴射ノズル６８ａの燃料添加量に対応した値となる。

燃料添加量τfin の上限ガードが行われた後、ステップＳ２０８以降の処理が行われる。Ｓ２０８，Ｓ２０９の処理は、上記デポジットの生成を抑制するための噴射ノズル６８ａからの強制的な燃料添加を行うためのものである。

この一連の処理では、まず前回の添加弁６８からの燃料添加終了からの経過時間が、上記デポジット生成のおそれのある時間に達したか否かを判断するための閾値である添加インターバルＴ以上であるか否かが判断される（Ｓ１０８）。なお、この添加インターバルＴについては一定値が採用される。そして、ここで肯定判定であれば、ＥＣＵ７０を通じて添加弁６８が駆動制御され、噴射ノズル６８ａから燃料添加量τfin の燃料添加が強制的に行われる。即ち、噴射ノズル６８ａから添加される燃料の量が燃料添加量τfin となるよう同ノズル６８ａの燃料添加時間が制御される。こうした強制的な燃料添加によって、触媒制御モードがいずれのモードであったとしても、噴射ノズル６８ａからの燃料添加が少なくとも添加インターバルＴ毎に実行されることとなる。

以上詳述した本実施形態によれば、第１実施形態の（４）及び（５）の効果が得られるとともに、以下に示す効果が得られるようになる。
（６）上記浄化実行条件の成立時には、触媒制御モードがいずれのモードであっても、上述した噴射ノズル６８ａからの燃料添加量τfin 分の強制的な燃料添加により、同ノズル６８ａからの燃料添加が少なくとも添加インターバルＴ毎には実行される。このため、噴射ノズル６８ａからの燃料添加の間隔が過度に長くなり、それに伴い同ノズル６８ａの噴射孔６８ｂ周りにデポジットが生成されるのを抑制することができる。また、上記デポジットの生成は、噴射ノズル６８ａの噴射孔６８ｂ付近の温度が高くなるほど行われ易くなる。しかし、その温度に影響を及ぼすパラメータが同温度を高くする側に変化するほど、それに対応して上記燃料添加量τfin を大きくして、噴射ノズル６８ａからの強制的な燃料添加が行われる際の燃料添加量を多くすることができるため、無駄な燃料添加を行うことなく上記デポジット生成の的確な抑制を図ることができる。

（７）上記燃料添加量τfin は、燃料量ベース値τbsの算出の仕方からわかるように、エンジン高回転高負荷ほど大きくなるようにされる。また、上記燃料添加量τfin は、吸気量補正係数Ｋga２による燃料量ベース値τbsの補正に基づき、吸入空気量の多い領域で大きくなるようにされる。更に、上記燃料添加量τfin は、水温補正係数Ｋthw１ による燃料量ベース値τbsの補正に基づき、冷却水温の上昇に伴って大きくなるようにされる。以上のように、上記各パラメータが噴射ノズル６８ａの噴射孔６８ｂ周りの温度を高くする側に変化して当該噴射孔６８ｂ周りでデポジットが生成され易くなる状況ほど、上記燃料添加量τfin が大きくされるようになり、上記デポジットの生成を的確に抑制することができるようになる。

（８）上記燃料添加量τfin が大きくなると、噴射ノズル６８ａからの強制的な燃料添加が行われる際の燃料添加量が多くなるため、触媒に流れ込む燃料が多くなって、触媒床温が燃料成分と酸素との反応により上昇するようになる。しかし、上記燃料添加量τfin は、触媒床温を許容上限温度まで上昇させるおそれのある噴射ノズル６８ａからの燃料添加量に対応した値として算出されるガード値Ｇmax を用いて上限ガードされる。このため、上述した強制的な燃料添加が行われるときの噴射ノズル６８ａからの燃料添加量が、触媒床温を上限まで上昇させるほど多くされることはなくなり、この触媒床温の上昇に伴い排気浄化作用が低下してしまうのを抑制することができる。

［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態について図１０〜図１４を参照して説明する。
この実施形態のディーゼルエンジン２では、ＮＯx エミッションの改善等を意図して、排気の一部を吸気中に再循環させる排気再循環（以下、「ＥＧＲ」と称す）が行われる。ここで、ＥＧＲを実行可能な構造とされたディーゼルエンジン２を図１０に示す。同図に示されるように、上記ディーゼルエンジン２においては、排気マニホールド３２にＥＧＲ経路２０のＥＧＲガス吸入口２０ｂが開口するとともに、サージタンク１２にＥＧＲ経路２０のＥＧＲガス供給口２０ａが開口している。また、ＥＧＲ経路２０の途中にはＥＧＲガス吸入口２０ｂ側から、ＥＧＲガスを改質するための鉄系ＥＧＲ触媒５２が配置され、更にＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ５４が設けられている。尚、ＥＧＲ触媒５２はＥＧＲクーラ５４の詰まりを防止する機能も有している。そしてＥＧＲガス供給口２０ａ側にはＥＧＲ弁５６が配置されている。このＥＧＲ弁５６の開度調節によりＥＧＲガス供給口２０ａから吸気系へのＥＧＲガス供給量の調節が可能となる。

ＥＣＵ７０は、ＥＧＲ弁５６内のＥＧＲ開度センサの信号を読み込むとともに、各種センサの信号から得られるエンジン運転状態に基づいてＥＧＲ弁５６の開度制御を実行する。こうしたＥＧＲ弁５６の開度制御と上記スロットル弁２２の開度制御とに基づき、燃焼室４に導入される吸気に占める再循環排気の比率であるＥＧＲ率を調節するＥＧＲ制御が行われる。

ところで、ディーゼルエンジンに代表される希薄燃焼内燃機関では通常、ＥＧＲ率の増加に伴い混合気の酸素量が低下するため、スモーク排出量は増加する傾向にある。ところが、高効率のＥＧＲクーラ５４の採用や大量ＥＧＲの導入、燃料噴射時期の適合等を通じて好適な条件を設定すると、ＥＧＲ率を大幅に増大させることで、スモーク排出量が急激に低減されるようになる。

図１１には、そうした内燃機関における空燃比及びＥＧＲ率とスモーク排出量との関係が示されている。同図に示すように、一般の希薄燃焼内燃機関が運転される希薄空燃比の状態からＥＧＲ率を増大させて空燃比をリッチ化してゆくと、ＥＧＲ率の増加に伴いスモーク排出量は増加してゆく。ただし、ＥＧＲ率をさらに増加させてゆき、空燃比を理論空燃比近傍までリッチ化してゆくと、スモーク排出量は一端ピークを迎えた後、急激に減少するようになる。これは、大量ＥＧＲ導入により燃焼室３内での混合気の燃焼温度の上昇を緩慢にすることで、その燃焼温度が煤の生成温度以下に抑制されることに起因する。またそうした条件下では、ＮＯx の生成も抑えられるため、スモーク排出量とＮＯx 排出量との同時低減が可能となる。更に、同図に示すように、そうした条件下ではＨＣ排出量が増大して上記ＮＯx 触媒での参加反応が促進されることから、触媒床温を上昇させてＮＯx 触媒の活性化が可能ともなる。

そこでこのディーゼルエンジン２では、図１１の領域Ｉのようなスモーク排出量がピークとなるＥＧＲ率よりも高いＥＧＲ率で燃焼を行う低温燃焼モードと、図１１の領域IIのようなスモーク排出量がピークとなるＥＧＲ率よりも高いＥＧＲ率で燃焼を行う通常燃焼モードとを選択的に切換えつつ運転を行うようにしている。こうした燃焼モードの切り換えは、エンジン運転条件や排気浄化制御上の要求等に応じて行われ、このディーゼルエンジン２での低温燃焼モードでの運転は、主に低負荷・中高回転運転領域で実行されている。そして低温燃焼モードでは、ＥＧＲ率が例えば６５％以上の高率に設定される。

ディーゼルエンジン２では、上記通常燃焼モードと低温燃焼モードとの間の燃焼モードの切り換えに際し、各モードで要求されるＥＧＲ率の違いに対応して大幅なＥＧＲ率の変更が必要とされる。このため、例えば図１２（ａ）に示される低温燃焼モードから通常燃焼モードへの切り換え時（タイミングＴ１）には、通常燃焼モードでのＥＧＲ率の要求に合わせてＥＧＲ率が大幅に低減させられることになる。こうしたＥＧＲ率の低減は、ＥＧＲ制御を行う際の目標ＥＧＲ率を、図１２（ｂ）に実線で示されるように低温燃焼モードに対応する値から通常燃焼モードに対応する値へと変更することによって実現される。

しかし、目標ＥＧＲ率を上記のように変化させたとしても、ＥＧＲ経路２０を通じての排気の流通には時間を要することから、上記目標ＥＧＲ率の変化に対し実際のＥＧＲ率の変化には図１２（ｂ）に破線で示される遅れが生じる。そして、実際のＥＧＲ率が通常燃焼モードで要求される値まで低減されないまま、燃焼モードが通常制御モードに切り換えられると、実際のＥＧＲ率が同モードでのＥＧＲ率の要求値よりも大となり、スモーク排出量が多くなる。

従って、噴射ノズル６８ａからの燃料添加が終了してからの次回の燃料添加が行われるまでの間に、低温燃焼モードから通常燃焼モードへの切り換えが行われると、スモーク排出量の増大が生じて噴射ノズル６８ａの噴射孔６８ｂ周りへのデポジットの付着に繋がる。特に、燃焼モードの切り換えが行われる低負荷運転領域でディーゼルエンジン２が定常運転されている場合には、燃焼モードの切り換えが頻繁になることから、所定の燃料添加から次回の燃料添加までの添加インターバルでの低温燃焼モードから通常燃焼モードへの切り換えも多くなる。その結果、スモーク排出量の増加が顕著になり、噴射孔６８ｂ周りへの上記デポジットの付着も無視できない問題となる。

そこで本実施形態では、噴射ノズル６８ａからの燃料添加を低温燃焼モードから高温燃焼モードへの切り換えも考慮して実行する。以下、燃焼モードの切り換えに基づく上記燃料添加の実行手順について、燃料補助添加ルーチンを示す図１３及び図１４のフローチャートを参照して説明する。この燃料補助添加ルーチンは、ＥＣＵ７０を通じて、例えば所定時間毎の時間割り込みにて実行される。

同ルーチンにおいては、浄化実行条件成立時（図１３のＳ３０１：ＹＥＳ）、低温燃焼モードから通常燃焼モードへの切り換えが行われると（Ｓ３０２：ＹＥＳ）、カウンタＣがインクリメントされる（Ｓ３０３）。このカウンタＣは、噴射ノズル６８ａからの燃料添加毎に「０」にリセットされ、同燃料添加終了後の低温燃焼モードから通常燃焼モードへの切り換え回数を表すものとなる。なお、カウンタＣのリセットは、例えば第１実施形態の噴射ノズル浄化ルーチン（図３）での燃料添加、或いは第２実施形態の噴射ノズル浄化ルーチン（図９）での燃料添加が行われたとき（Ｓ３０４：ＹＥＳ）、ステップＳ３０５の処理によって行われる。

続いて、カウンタＣが規定値Ｘ（本実施形態では「２」）以上であるか否かが判断される（図１４のＳ３０６）。ここで肯定判定であれば、燃料添加後の低温燃焼モードから通常燃焼モードへの切り換え回数が二回以上であることになり、続くステップＳ３０７で噴射ノズル６８ａからの燃料の強制添加が行われる。この燃料添加が行われたときにもカウンタＣはリセットされる（Ｓ３０８）。

こうした燃料添加については、前回の燃料添加終了後の経過時間が添加インターバルＴ，Ｔfinに達しているか否かにかかわりなく強制的に実行される。これにより、燃焼モードの切り換えに起因する上記噴射孔６８ｂ周りへのデポジットの堆積を抑制することができるようになる。なお、上記燃料添加の際の燃料添加量としては、例えば第１実施形態の燃料添加量τ、或いは第２実施形態の燃料添加量τfin 等を採用することができる。

以上詳述した本実施形態によれば、第１及び第２実施形態の効果に加えて、以下に示す効果が得られるようになる。
（９）噴射ノズル６８ａからの燃料添加が終了した後、ディーゼルエンジン２の燃焼モードが低温燃焼モードから通常燃焼モードに切り換えられることに基づき、上記燃料添加の終了時点からの経過時間が添加インターバルＴ，Ｔfin に達していなくても、噴射ノズル６８ａからの強制的な燃料添加を実行するようにした。このため、低温燃焼モードから通常燃焼モードへの切り換え時、ＥＧＲ率の低減遅れに起因してスモーク排出量が多くなり、噴射ノズル６８ａの噴射孔６８ｂ周りにデポジットが付着したとしても、上記噴射ノズル６８ａからの強制的な燃料添加によって当該デポジットの堆積を抑制することができる。

（１０）燃焼モードの切り換えは、通常、触媒床温がそれほど高くならない低負荷運転領域にて行われるため、仮に低温燃焼モードから通常燃焼モードへの切り換え毎に上記燃料添加を行ったとすると、触媒床温が低く触媒の活性が停滞している状態で、反応しきれないほどの燃料が触媒に添加されることとなる。この場合、触媒でのＰＭの燃焼に悪影響が及び、触媒コンバータ入り口でのＰＭの堆積を招くおそれがある。しかし、上記燃料添加は、低温燃焼モードから通常燃焼モードへの切り換え回数が規定回数（規定値Ｘに対応）以上になったときに行われる。このため、当該規定回数を適宜設定（本実施形態では二回に設定）することで、触媒に反応しきれないほどの燃料が添加されるのを抑制することができる。

［その他の実施形態］
なお、上記各実施形態は、例えば以下のように変更することもできる。
・浄化実行条件を適宜変更してもよい。例えば、浄化実行条件のうちの（１）及び（２）の条件のうちの一方を省略したりしてもよい。

・添加インターバルＴfin の下限ガードに用いられるガード値Ｇmin 、及び燃料添加量τfin の上限ガードに用いられるガード値Ｇmax については、マップを参照して求める以外に、所定の計算式を用いて求めてもよい。

・噴射ノズル６８ａの噴射孔６８ｂ付近の温度に影響を及ぼすパラメータとしては、他に外気温度や吸入空気温度をあげることができる。外気温度及び吸入空気温度については、それらの値が高くなるほど排気温度が上昇するため、噴射ノズル６８ａの噴射孔６８ｂ周りにデポジットが生成され易くなる。従って、外気温度及び吸入空気温度が高くなるほど、添加インターバルＴfin が小さくなるようインターバルベース値Ｔbsを補正したり、燃料添加量τfin が大きくなるよう燃料量ベース値τbsを補正したりしてもよい。

・第１実施形態での添加インターバルＴfin の可変と第２実施形態での燃料添加量τfin の可変とを組み合わせて実施してもよい。
・第３実施形態において、燃焼モードの切り換えに基づき強制的な燃料添加を実施する際の燃料添加量は、第１実施形態の燃料添加量τや第２実施形態の燃料添加量τfin とは異なる値であってもよい。

・第３実施形態での上記規定回数（規定値Ｘ）については、「三回」以上という複数回数を選択してもよい。

第１実施形態の排気浄化装置が適用されるディーゼルエンジンの全体構成を示す略図。 上記噴射ノズルを示す拡大断面図。 第１実施形態での噴射ノズルの浄化手順を示すフローチャート。 噴射ノズルの噴射孔周りでのデポジットの生成を抑制するための添加弁からの燃料添加の添加態様を示すタイムチャート。 噴射間隔指令値Ｔbsの算出に用いられるマップ 吸気量補正係数Ｋga１の算出に用いられるマップ。 水温補正係数Ｋthw１ の算出に用いられるマップ。 ガード値Ｇmin の算出に用いられるマップ。 第２実施形態での噴射ノズルの浄化手順を示すフローチャート。 第３実施形態の排気浄化装置が適用されるディーゼルエンジンの全体構成を示す略図。 空燃比及びＥＧＲ率とスモーク排出量及びＨＣ排出量との関係を示すグラフ。 （ａ）及び（ｂ）は、低温燃焼モードから通常燃焼モードへの変化に伴う、目標ＥＧＲ率及び実際のＥＧＲ率の変化態様を示すタイムチャート。 燃焼モードの切り換えに基づく燃料添加の実行手順を示すフローチャート。 燃焼モードの切り換えに基づく燃料添加の実行手順を示すフローチャート。

符号の説明

２…ディーゼルエンジン、４…燃焼室、６…吸気弁、８…吸気ポート、１０…吸気マニホールド、１２…サージタンク、１３…吸気経路、１４…インタークーラ、１６…ターボチャージャ、１６ａ…コンプレッサ、１６ｂ…排気タービン、１８…エアクリーナ、２０…ＥＧＲ経路、２０ａ…ＥＧＲガス供給口、２０ｂ…ＥＧＲガス吸入口、２２…スロットル弁、２２ａ…スロットル開度センサ、２２ｂ…モータ、２４…吸入空気量センサ、２６…吸気温センサ、２８…排気弁、３０…排気ポート、３２…排気マニホールド、３４…排気経路、３６…第１触媒コンバータ、３８…第２触媒コンバータ、４０…第３触媒コンバータ、４２…第１空燃比センサ、４４…第１排気温センサ、４６…第２排気温センサ、４８…第２空燃比センサ、５２…ＥＧＲ触媒、５４…ＥＧＲクーラ、５６…ＥＧＲ弁、５８…燃料噴射弁、５８ａ…燃料供給管、６０…コモンレール、６２…燃料ポンプ、６６…燃料供給管、６８…添加弁、６８ａ…噴射ノズル、６８ｂ…噴射孔、７０…ＥＣＵ（制御手段）、７２…アクセルペダル、７４…アクセル開度センサ、７６…冷却水温センサ、７８…クランク軸、８０…エンジン回転数センサ、８２…気筒判別センサ、９１…穴、９２…保護カバー。

Claims (13)

1. 排気通路の触媒上流に燃料を添加する噴射ノズルを備える排気浄化装置において、
   前記噴射ノズルによる燃料添加が終了した時点からの経過時間を計測し、その経過時間が所定時間に達したとき前記噴射ノズルからの強制的な燃料添加を実行する制御手段を備える
   ことを特徴とする排気浄化装置。
2. 前記所定時間は、前記噴射ノズルの噴射孔付近の温度に影響を及ぼすパラメータが前記温度を高くする側に変化するほど、短くされる
   請求項１記載の排気浄化装置。
3. 前記パラメータには内燃機関の吸入空気量が含まれ、同吸入空気量が多くなるほど前記所定時間が短くされる
   請求項２記載の排気浄化装置。
4. 前記パラメータには内燃機関の冷却水温、吸入空気温、及び外気温のうちの少なくとも一つが含まれ、それら温度が高くなるほど前記所定時間が短くされる
   請求項２又は３記載の排気浄化装置。
5. 前記所定時間は、その長さが触媒床温の上限によって決まる限界値よりも短くならないようにされる
   請求項２〜４のいずれかに記載の排気浄化装置。
6. 前記制御手段は、前記噴射ノズルからの強制的な燃料添加を行う際の燃料添加量を、前記噴射ノズルの噴射孔付近の温度に影響を及ぼすパラメータが前記温度を高くする側に変化するほど多くする
   請求項１〜５のいずれかに記載の排気浄化装置。
7. 前記パラメータには内燃機関の吸入空気量が含まれ、同吸入空気量が多くなるほど前記燃料添加量が多くされる
   請求項６記載の排気浄化装置。
8. 前記パラメータには内燃機関の冷却水温、吸入空気温、及び外気温のうちの少なくとも一つが含まれ、それら温度が高くなるほど前記燃料添加量が多くされる
   請求項６又は７記載の排気浄化装置。
9. 前記燃料添加量については、その量が触媒床温の上限によって決まる限界値よりも多くならないようにされる
   請求項６〜８のいずれかに記載の排気浄化装置。
10. 前記制御手段は、排気温度が所定値以上であるとき、前記噴射ノズルからの強制的な燃料添加を禁止する
    請求項１〜９のいずれかに記載の排気浄化装置。
11. 前記制御手段は、排気温度が触媒の活性化温度よりも高い値であることを条件に、前記噴射ノズルからの強制的な燃料添加を行う
    請求項１〜１０のいずれかに記載の排気浄化装置。
12. 前記制御手段は、前記噴射ノズルによる燃料添加が終了した後、内燃機関の燃焼モードが通常燃焼モードから同モードよりも高いＥＧＲ率で燃焼を行う低温燃焼モードに切り換えられることに基づき、前記経過時間が前記所定時間に達していなくても前記噴射ノズルからの強制的な燃料添加を実行する
    請求項１〜１１のいずれかに記載の排気浄化装置。
13. 前記制御手段は、前記噴射ノズルによる燃料添加が終了した後、通常燃焼モードから低温燃焼モードに切り換えられた回数をカウントし、その回数が規定回数以上になったとき前記噴射ノズルからの強制的な燃料添加を実行する
    請求項１２記載の排気浄化装置。

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