JP2006207450A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、排気中に燃料等の液状体を噴射する装置を備えた内燃機関の燃料噴射装置において、液状体噴射装置の詰まりを好適に抑制および／または除去可能な技術を提供す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、液状体噴射装置６０の噴孔へガスを吹き付けるガス噴射装置６３を設け、所定時間毎、若しくは液状体噴射装置６０の噴孔の詰まり度合いが所定度合いを超えたときに、ガス噴射装置６３から液状体噴射装置６０の噴孔へ向けてガスを吹き付けることにより、液状体噴射装置６０へＰＭ等が付着することを予防し、および／または液状体噴射装置６０へ付着したＰＭ等を吹き飛ばすようにした。その結果、液状体噴射装置６０にＰＭ等が付着することに起因した噴孔の詰まりを抑制および／または解消することが可能となる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化技術に関し、特に燃料等の液状体を排気中へ噴射する装置が排気通路に設けられた排気浄化装置に関する。

近年、車両などに搭載される内燃機関の排気浄化装置として、ＮＯｘ触媒より上流の排気通路に燃料噴射ノズルが設けられたものが知られている（たとえば、特許文献１を参照）。
特開２００４−２０４６９９号公報 特開平５−３３６２９号公報

ところで、内燃機関の排気通路に設けられた燃料噴射ノズルは高温な排気に曝されるため、排気中に含まれる煤などの微粒子（ＰＭ）が付着し易い。燃料噴射ノズルにＰＭ等が付着すると、燃料噴射ノズルの噴孔の一部或いは全部がＰＭによって塞がれて詰まりを生じる可能性がある。燃料噴射ノズルの噴孔に詰まりが生じると、燃料噴射ノズルから噴射される燃料量を所望量に制御することが困難となり、延いては排気エミッションの悪化を招く可能性がある。

これに対し、燃料噴射ノズルから空気を噴射させて噴孔の詰まりを除去する方法も考えられるが、燃料噴射ノズルから燃料を噴射する場合と空気を噴射する場合とで流路を切り換える機構が必要になる上、空気を噴射する際に燃料噴射ノズル内に残存している燃料が不要に噴射されてしまう場合がある。

本発明は、上記した実情に鑑みてなされたものであり、その目的は燃料等の液状体を噴射する液状体噴射装置が排気通路に設けられた内燃機関の排気浄化装置において、液状体噴射装置の詰まりを好適に抑制および／または解消可能な技術を提供することになる。

本発明は、上記した課題を解決するために以下のような手段を採用した。すなわち、本発明は、燃料等の液状体を噴射するための液状体噴射装置が排気通路に設けられた内燃機関の排気浄化装置において、液状体噴射装置の噴孔へガスを吹き付けるガス噴射装置を設けることにより、液状体噴射装置にＰＭ等が付着することを抑制し、および／または液状体噴射装置に付着したＰＭ等をガスの噴射圧によって除去するようにした。

液状体噴射装置は高温な排気に曝されるため、排気中のＰＭ等が液状体噴射装置に付着し易い。これに対し、ガス噴射装置から液状体噴射装置へ向けてガスが吹き付けられると、ＰＭ等が液状体噴射装置へ付着し難くなるとともに、液状体噴射装置に付着したＰＭ等が吹き飛ばされるようになる。その結果、液状体噴射装置の噴孔の詰まりを抑制および／または解消することが可能となる。

液状体噴射装置は、所定時間毎にガスを噴射するようにしてもよく、又は液状体噴射装置の詰まり度合いが所定度合いより高くなった時にのみガスを噴射するようにしてもよい。

ガス噴射装置が所定時間毎にガスを噴射した場合には、液状体噴射装置に対して定期的
にガスが吹き付けられることになるため、液状体噴射装置にＰＭ等が付着することを予防し易くなる。

一方、液状体噴射装置の詰まり度合いが所定度合いより高くなった場合のみガス噴射装置がガスを噴射すると、ガスの噴射量や噴射回数を必要最小限に抑えることが可能となる。また、ガス噴射装置からガスが噴射されると排気の温度や空燃比が変化して触媒の浄化性能等に影響を及ぼす可能性があるが、ガスの噴射量や噴射回数が必要最小限に抑えられれば上記した影響を最小限に抑えることも可能となる。

ところで、液状体噴射装置の詰まり度合いが高い場合、言い換えれば液状噴射ノズルにＰＭ等が堆積しているような場合には、堆積したＰＭ等が液状体噴射装置から除去され難くなる。そこで、本発明にかかる内燃機関の排気浄化装置は、液状体噴射装置の詰まり度合いを推定する推定手段を更に備え、推定手段により推定された詰まり度合いが高くなるほどガス噴射装置の噴射圧を高くするようにしてもよい。

液状体噴射装置の詰まり度合いが高くなるほどガス噴射装置の噴射圧が高くされると、液状体噴射装置にＰＭ等が堆積しているような場合にはガス噴射装置から液状体噴射装置へ高圧のガスが吹き付けられるようになるため、液状体噴射装置の詰まりを解消し易くなる。

液状体噴射装置の詰まり度合いを推定する方法としては、液状体噴射装置から液状体を噴射している時の排気空燃比をパラメータとする方法を例示することができる。

すなわち、液状体噴射装置が液状体を噴射しているときに、該液状体噴射装置より下流に配置された空燃比センサの検出値が所定の基準空燃比より高くなるほど液状体噴射装置の詰まり度合いが高いと推定することができる。尚、前記した基準空燃比は、液状体噴射装置に詰まりが発生していない時の空燃比センサの検出値に相当する。

本発明に係る排気通路は、排気ポート、エキゾーストマニフォルド、及び排気管を含むものとする。このため、液状体噴射装置は、排気ポート、エキゾーストマニフォルド、及び排気管の何れに配置されてもよい。

本発明によれば、燃料等の液状体を噴射する液状体噴射装置が排気通路に設けられた内燃機関の排気浄化装置において、液状体噴射装置の噴孔の詰まりを抑制および／または解消することが可能となり、以て液状体噴射装置の噴孔の詰まりに起因した排気エミッションの悪化を抑制することが可能となる。

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。

先ず、本発明の第１の実施例について図１〜図２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において、内燃機関１には、エキゾーストマニフォルド２が接続されている。エキゾーストマニフォルド２は、遠心過給器（ターボチャージャ）３のタービンハウジング３０を介して排気管４と連通している。

排気管４の途中には、排気浄化触媒５が配置されている。排気浄化触媒５としては、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒や、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒が担持されたパティキュレートフィルタ等を例示することができる。

上記したエキゾーストマニフォルド２には、該エキゾーストマニフォルド２内を流れる排気中へ燃料を添加するための燃料添加機構６が設けられている。上記した排気管４の排気浄化触媒５より上流の部位には、Ａ／Ｆセンサ７が配置されている。

燃料添加機構６は、図２に示すように、本発明にかかる液状体噴射装置としての燃料噴射弁６０を備えている。燃料噴射弁６０は、アダプタ６１を介してエキゾーストマニフォルド２の壁面に取り付けられている。燃料噴射弁６０には燃料パイプ６２が接続され、図示しない燃料ポンプから吐出された燃料が燃料パイプ６２を介して供給されるようになっている。

前記したアダプタ６１には、本発明にかかるガス噴射装置としての２次エア噴射ノズル６３が埋設されている。２次エア噴射ノズル６３は、その噴射方向が燃料噴射弁６０の先端部６０ａに形成された噴孔へ向くように配置されるものとする。

２次エア噴射ノズル６３は、２次エアパイプ６４を介してエアポンプ６５と連通している。２次エアパイプ６４の途中には、圧力調整弁（調圧弁）６６が配置されている。

上記した燃料噴射弁６０、エアポンプ６４、及び圧力調整弁６６は、ＥＣＵ８により電気的に制御されるようになっている。例えば、ＥＣＵ８は、排気浄化触媒５へ流入する排気の空燃比を間欠的に低下（リッチ側へ変化）させるべく燃料噴射弁６０を間欠的に開弁させる、所謂リッチスパイク処理を実行することにより、排気浄化触媒５に吸蔵されたＮＯｘの還元及び浄化や、排気浄化触媒５に捕集されたＰＭの酸化及び除去を行う。

ところで、燃料噴射弁６０は高温な排気に曝されるため、排気中のＰＭ等が燃料噴射弁６０の先端部６０ａに付着し易いという問題がある。燃料噴射弁６０の先端部６０ａにＰＭ等が付着すると、付着したＰＭ等によって燃料噴射弁６０の噴孔の一部又は全部が塞がれて詰まりを発生する場合がある。

燃料噴射弁６０の噴孔に詰まりが発生すると、燃料噴射弁６０から所望量の燃料を噴射させることが困難になる可能性がある。燃料噴射弁６０から所望量の燃料を噴射させることができなくなると、リッチスパイク処理等において排気浄化触媒５へ流入する排気の空燃比を目標空燃比とすることが困難になるため、排気浄化触媒５に吸蔵又は捕集されたＮＯｘやＰＭを好適に浄化することができなくなる可能性がある。

そこで、本実施例では、ＥＣＵ８は、２次エア噴射ノズル６３から一定時間毎に２次エアを噴射させるべくエアポンプ６４及び圧力調整弁６６を制御するようにした。具体的には、ＥＣＵ８は、一定時間毎にエアポンプ６５を作動させるとともに圧力調整弁６６を開弁させることにより、２次エア噴射ノズル６３から２次エアを噴射させる。

２次エア噴射ノズル６３が一定時間毎に２次エアを噴射すると、燃料噴射弁６０の先端部６０ａに定期的に２次エアが吹き付けられるようになるため、燃料噴射弁６０の先端部６０ａにＰＭ等が付着し難くなると共に、前記先端部６０ａに付着したＰＭ等が２次エアによって吹き飛ばされるようになる。その結果、燃料噴射弁６０にＰＭ等が付着することに起因した噴孔の詰まりが抑制および／または解消されるようになる。

尚、上記したような２次エアの噴射は、燃料噴射弁６０が燃料噴射を行っていない期間中のみ行われ、燃料噴射弁６０が燃料噴射を行っている期間中は行われないことが好ましい。これは、燃料噴射弁６０が燃料噴射を行っている時は燃料の噴射圧によって該燃料噴射弁６０の噴孔付近にＰＭ等が付着し難い上、２次エアにより排気の空燃比がリーン側へ
ずれてしまう可能性があるからである。

以上述べた実施例によれば、燃料噴射弁６０が燃料噴射を行っていない期間において２次エア噴射ノズル６３が一定時間毎に２次エアを噴射するため、燃料噴射弁６０の噴孔がＰＭ等の付着によって詰まることを抑制および／または解消することが可能となる。その結果、ＥＣＵ８は、燃料噴射弁６０から所望量の燃料を噴射させることが可能となり、以て排気エミッションの悪化が抑制されるようになる。

次に、本発明にかかる内燃機関の排気浄化装置の第２の実施例について図３に基づいて説明する。ここでは、前述した第１の実施例と異なる構成について説明し、同様の構成については説明を省略する。

本実施例と前述した第１の実施例との相違点は、前述した第１の実施例では２次エア噴射ノズル６３から一定期間毎に２次エアを噴射させるのに対し、本実施例では燃料噴射弁６０の詰まり度合いを推定し、その推定値が所定度合いを超えた場合に限り２次エア噴射ノズル６３から２次エアを噴射させる点にある。

燃料噴射弁６０の詰まり度合いを推定する方法としては、燃料噴射弁６０より下流に配置されたＡ／Ｆセンサ７の出力値をパラメータとする方法を例示することができる。すなわち、燃料噴射弁６０に詰まりが発生した場合に該燃料噴射弁６０から噴射される燃料量は、燃料噴射弁６０に詰まりが発生していない場合より少なくなる。このため、Ａ／Ｆセンサ７の出力値は、詰まりが発生していない場合に比して詰まりが発生している場合の方がリーンとなる。

そこで、本実施例では、燃料噴射弁６０が燃料を噴射している時のＡ／Ｆセンサ７の出力値と予め定められた基準値とを比較し、Ａ／Ｆセンサ７の出力値が基準値に対して所定値α以上リーンならば燃料噴射弁６０の詰まり度合いが所定度合いより高いと判定するようにした。

前記した基準値は、燃料噴射弁６０に詰まりが発生していない状態で燃料噴射弁６０から燃料を噴射させた場合のＡ／Ｆセンサ７の出力値に相当する。

ところで、Ａ／Ｆセンサ７の出力値は、内燃機関１の吸入空気量、内燃機関１の燃料噴射量、及び燃料噴射弁６０から単位時間当たりに噴射される燃料量等の影響を受けるため、内燃機関１の吸入空気量と内燃機関１の燃料噴射量と燃料噴射弁６０の単位時間当たりの噴射燃料量とをパラメータとして基準値が定められることが好ましい。

このため、本実施例では、内燃機関１の吸入空気量と内燃機関１の燃料噴射量と燃料噴射弁６０の単位時間当たりの噴射燃料量と基準値との関係を予め実験的に求めておき、それらの関係をマップ化しておくものとする。

尚、前記した所定値αは、排気浄化触媒５が吸蔵していたＮＯｘを放出可能な空燃比の最高値（最もリーンな空燃比）や、放出されたＮＯｘを還元する際に必要となる燃料量の最低量等に基づいて定められる値である。

また、上記した詰まり判定が内燃機関１の過渡運転時に行われると、Ａ／Ｆセンサ７がＡ／Ｆを検出した時と同一条件（内燃機関１の吸入空気量、内燃機関１の燃料噴射量、及び燃料噴射弁６０の単位時間当たりの噴射燃料量が同一）の基準値を特定することが困難となるため、内燃機関１が定常運転状態（好ましくはアイドル運転状態）にあるときに上
記した判定が行われることが望ましい。

以下、本実施例の２次エア噴射制御について図３に沿って説明する。図３は、２次エア噴射制御ルーチンを示すフローチャートである。２次エア噴射制御ルーチンは、ＥＣＵ８によって所定時間毎に実行されるルーチンである。

２次エア噴射制御ルーチンにおいて、ＥＣＵ８は、先ずＳ１０１において燃料噴射弁６０から燃料添加が行われているか否かを判別する。

前記Ｓ１０１において肯定判定された場合は、ＥＣＵ８は、Ｓ１０２〜Ｓ１０４において燃料噴射弁６０の詰まり度合いが所定度合いを超えているか否かを判定する。

具体的には、ＥＣＵ８は、先ずＳ１０２において、内燃機関１が定常運転状態（好ましくはアイドル運転状態）にあるか否かを判別する。

前記Ｓ１０２において否定判定された場合は、ＥＣＵ８は前記したＳ１０１の処理を再度実行する。前記Ｓ１０２において肯定判定された場合は、ＥＣＵ８はＳ１０３へ進み、Ａ／Ｆセンサ７の出力Ａ／Ｆを読み込む。

Ｓ１０４では、ＥＣＵ８は、Ａ／Ｆセンサ７の出力Ａ／Ｆが基準値Ａ／Ｆｂに対して所定値α以上リーン（Ａ／Ｆ−Ａ／Ｆｂ≧α）であるか否かを判別する。

前記Ｓ１０４において否定判定された場合は、ＥＣＵ８は、燃料噴射弁６０の詰まり度合いが所定度合いを超えていないとみなし、前述したＳ１０１以降の処理を再度実行する。一方、前記Ｓ１０４において肯定判定された場合は、ＥＣＵ８は、燃料噴射弁６０の詰まり度合いが所定度合いを超えているとみなし、Ｓ１０５へ進む。

Ｓ１０５では、ＥＣＵ８は、燃料添加を一時的に停止させるべく燃料噴射弁６０を制御する。燃料添加を停止させる理由は、燃料噴射弁６０の詰まり度合いが所定度合いを超えている状態で燃料添加が継続されても排気浄化触媒５に吸蔵又は捕集されたＮＯｘやＰＭを好適に浄化できず、却って燃費の悪化を招く可能性があるからである。

Ｓ１０６では、ＥＣＵ８は、２次エア噴射ノズル６３から２次エアを所定時間噴射させるべくエアポンプ６５及び圧力調整弁６６を制御する。上記した所定時間は、燃料噴射弁６０の詰まりを解消するのに十分な時間であって予め実験的に求められた時間である。

但し、上記した所定時間が過剰に長くなると排気浄化触媒５が２次エアによって冷却されて失活する可能性があるため、２次エア噴射開始時における排気浄化触媒５の温度や排気温度に応じた制限を設けることが好ましい。例えば、２次エア噴射開始時における排気浄化触媒５の温度や排気温度が低くなるほど上記した所定時間が短くなるような制限が設けられるようにするとよい。

所定時間にわたる２次エアの噴射が終了すると、ＥＣＵ８は、Ｓ１０７へ進み、カウンタＣの値を１つインクリメントする。前記したカウンタＣは、一回当たりの燃料添加期間中に２次エアが噴射された回数（言い換えれば、一回当たりの燃料添加期間中にＳ１０６が実行された回数）を計数するカウンタである。

Ｓ１０８では、ＥＣＵ８は、前記カウンタＣの計数値が所定値Ｃｂを超えている（Ｃ＞Ｃｂ）か否かを判別する。

前記Ｓ１０８において否定判定された場合は、ＥＣＵ８は、Ｓ１０９において燃料噴射弁６０からの燃料添加を再開させた後、前述したＳ１０１以降の処理を再度実行する。

前記Ｓ１０９において肯定判定された場合は、ＥＣＵ８は、Ｓ１１０へ進み、２次エア噴射により燃料噴射弁６０の詰まりを解消することが不可能であるとみなし、若しくは燃料噴射弁６０に詰まり以外の異常が発生しているとみなし、燃料噴射弁６０からの燃料添加を再開させずに本ルーチンの実行を終了する。その際、ＥＣＵ８は、車室内に設けられた警告灯を点灯させ、或いは車室内に設けられたディスプレイ装置等から故障を知らせるメッセージを出力させて、乗員に修理を促すようにしてもよい。

また、前述したＳ１０１において否定判定された場合は、ＥＣＵ８は、Ｓ１１１においてカウンタＣの計数値を“０”にリセットして本ルーチンの実行を終了する。尚、Ｓ１０１において否定判定された場合は、ＥＣＵ８は、前述した実施例１で述べたように、所定時間毎に２次エア噴射ノズル６３から２次エアを噴射させることにより、燃料噴射弁６０の噴孔付近へＰＭ等が付着することを予防するようにしてもよい。

以上述べたような２次エア噴射制御によれば、燃料噴射弁６０の詰まり度合いが所定度合いより高い場合に限り２次エアが噴射されるようになるため、２次エアが噴射される機会及び噴射量を必要最小限に抑えつつ燃料噴射弁６０の噴孔の詰まりを解消することが可能になる。

２次エアが噴射される機会及び噴射量が必要最小限に抑えられると、排気浄化触媒５の不要な冷却や排気空燃比のリーンずれ等を抑制することも可能となる。

次に、本発明にかかる内燃機関の排気浄化装置の第３の実施例について図４に基づいて説明する。ここでは、前述した第１、第２の実施例と異なる構成について説明し、同様の構成については説明を省略する。

本実施例と前述した第１、第２の実施例との相違点は、前述した第１、第２の実施例では２次エア噴射ノズル６３の噴射圧について特段の制御を行っていないのに対し、本実施例では燃料噴射弁６０の詰まり度合いに応じて２次エア噴射ノズル６３の噴射圧を変更する点にある。

例えば、前述した実施例１で述べたように、燃料添加が行われていない期間において一定時間毎に２次エアの噴射が行われる場合には、ＥＣＵ８は、直前の燃料添加実行期間中におけるＡ／Ｆセンサ７の出力値Ａ／Ｆをパラメータとして２次エアの噴射圧を制御する。

その際、ＥＣＵ８は、図４に示すように、直前の燃料添加実行期間中におけるＡ／Ｆセンサ７の出力値Ａ／Ｆと基準値Ａ／Ｆｂとの差（Ａ／Ｆ−Ａ／Ｆｂ）が所定値α未満であれば（図４中の領域Ａ）、燃料噴射弁６０へＰＭ等が付着するのを防止でき得る最低の噴射圧Ｐ０で２次エアを噴射させるべくエアポンプ６５及び圧力調整弁６６を制御する。

一方、直前の燃料添加実行期間中におけるＡ／Ｆセンサ７の出力値Ａ／Ｆと基準値Ａ／Ｆｂとの差（Ａ／Ｆ−Ａ／Ｆｂ）が所定値α以上である場合（図４中の領域Ｂ）は、ＥＣＵ８は、Ａ／Ｆセンサ７の出力値Ａ／Ｆがリーンになるほど噴射圧が高くなるようにエアポンプ６５及び圧力調整弁６６を制御する。

次に、前述した実施例２で述べたように、燃料噴射弁６０の詰まり度合いが所定度合い
を超えたことを条件（Ａ／Ｆ−Ａ／Ｆｂ≧α）に２次エアの噴射が行われる場合には、ＥＣＵ８は、図４中の領域Ｂに示されるように、燃料添加実行中におけるＡ／Ｆセンサ７の出力値Ａ／Ｆと基準値Ａ／Ｆｂとの差（Ａ／Ｆ−Ａ／Ｆｂ）が大きくなるほど噴射圧が高くなるようにエアポンプ６５及び圧力調整弁６６を制御する。

このように燃料噴射弁６０の詰まり度合いに応じて２次エアの噴射圧が制御されると、燃料噴射弁６０の詰まり度合いが高くなるほど２次エアの噴射圧が高くなるため、燃料噴射弁６０にＰＭ等が堆積しているような場合であっても堆積したＰＭ等を吹き飛ばすことが可能となる。逆に、燃料噴射弁６０の詰まり度合いが低いときは２次エアの噴射圧が低くされるため、エアポンプ６５の負荷を不要に高めることなく詰まりを解消することが可能となり、エアポンプ６５の作動に係る燃費の悪化を抑えることが可能となる。

本発明を適用する内燃機関の概略構成を示す図 燃料添加機構の構成を示す断面図 実施例２における２次エア噴射制御ルーチンを示すフローチャート Ａ／Ｆセンサの出力値と２次エア噴射圧との関係を示す図

符号の説明

１・・・・・内燃機関
２・・・・・エキゾーストマニフォルド（排気通路）
３・・・・・遠心過給器（ターボチャージャ）
４・・・・・排気管（排気通路）
６・・・・・燃料添加機構
７・・・・・Ａ／Ｆセンサ（空燃比センサ）
６０・・・・燃料噴射弁（液状体噴射装置）
６１・・・・アダプタ
６３・・・・２次エア噴射ノズル（ガス噴射装置）
６５・・・・エアポンプ
６６・・・・圧力調整弁

Claims (5)

1. 内燃機関の排気通路に設けられて該排気通路内に液状体を噴射する液状体噴射装置と、
   液状体噴射装置の噴孔へガスを吹き付けるガス噴射装置と
   を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
2. 請求項１において、ガス噴射装置は、所定時間毎に液状体噴射装置の噴孔へガスを吹き付けることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
3. 請求項１において、液状体噴射装置の噴孔の詰まり度合いを推定する推定手段を更に備え、
   ガス噴射装置は、推定手段により推定された詰まり度合いが所定度合いより高くなった時に液状体噴射装置の噴孔へガスを吹き付けることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
4. 請求項１又は２において、液状体噴射装置の噴孔の詰まり度合いを推定する推定手段を更に備え、
   ガス噴射装置は、推定手段により推定された詰まり度合いが高くなるほどガスの噴射圧を高くすることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
5. 請求項３又は４において、液状体噴射装置より下流の排気通路に設けられた空燃比センサを更に備え、
   推定手段は、液状体噴射装置が液状体を噴射しているときに空燃比センサが検出した空燃比と所定の基準空燃比とを比較し、空燃比センサにより検出された空燃比が基準空燃比より高くなるほど詰まり度合いが高いと推定することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。

Images