JP2007187070A - 内燃機関の排気浄化制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】Ｓ再生時におけるナノ粒子の排出を適切に抑制することが可能な内燃機関の排気浄化制御装置を提供する。
【解決手段】内燃機関の排気浄化制御装置は、排気浄化装置に燃料を供給することで排気浄化能力を回復させる。ミスト状物質添加手段は、いずれかの排気浄化要素の下流側の排気通路に対してミスト状物質を添加する。制御手段は、排気系への燃料の添加量が所定量以上である場合に、ミスト状物質が噴射されるように制御を行う。燃料添加量が所定量以上となる状況では、ＨＣの排出量が多くなり、ナノ粒子が排気浄化要素をすり抜けて排出されやすい。したがって、上記の状況において排気浄化要素の下流にミスト状物質を添加することにより、生成されたナノ粒子がミスト状物質を構成する粒子に対して吸着して大型化する。そのため、ナノ粒子の大気拡散を抑制することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化制御装置に関する。

従来から、内燃機関における排気系に対して、燃料や水分を添加する技術が知られている。例えば、特許文献１には、排気通路に設けられたフィルタの上流側に、水を添加する技術が記載されている。特許文献２には、ＥＧＲ通路に対して水分を添加することによってＥＧＲガスの温度を低下させる技術が記載されている。更に、特許文献３には、ＮＯｘ触媒の上流に尿素水を添加する技術が記載されている。

実開昭６４−６３１６号公報 特開平８−３５４５１号公報 特開２００３−２９３７３６号公報

ところで、従来から、硫黄成分（ＳＯｘなど）による触媒の硫黄被毒を回復（以下、「Ｓ再生」とも呼ぶ。）するために、排気ガス中に還元剤を添加する制御が行われている。このようなＳ再生時には、Ａ／Ｆ（空燃比）をリッチにするために多量の燃料を排気系に対して添加する。この場合、ＤＰＮＲ（Diesel Particulate-NOx active Reduction system）などに燃料が付着するが、付着した燃料は蒸発気化して、Ｓ再生のための還元剤として使用される。しかしながら、一部のＨＣ（炭化水素）はそのままＤＰＮＲをすり抜けて排出される場合がある。このように排出されたＨＣは、当初はガス状で存在するが、徐々に冷却されて凝集することによって粒子化してナノ粒子（粒径５０ｎｍ以下の粒子）を形成し、車両からナノ粒子として排出される可能性がある。このようなナノ粒子は、車両から排出されることは好ましくない。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、Ｓ再生時におけるナノ粒子の排出を適切に抑制することが可能な内燃機関の排気浄化制御装置を提供することを目的とする。

本発明の１つの観点では、内燃機関の排気通路に設けられた排気を浄化する排気浄化装置に燃料を供給することで、前記排気浄化装置の排気浄化能力を回復させる内燃機関の排気浄化制御装置において、前記排気浄化装置は、少なくとも１つ以上の排気浄化要素を有し、いずれかの前記排気浄化要素の下流側の排気通路に対して、ミスト状物質を添加するミスト状物質添加手段と、排気系への燃料の添加量が所定量以上である場合に、前記ミスト状物質が噴射されるように前記ミスト状物質添加手段を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする。

上記の内燃機関の排気浄化制御装置は、内燃機関の排気通路に設けられた排気を浄化する排気浄化装置に燃料を供給することで、排気浄化装置の排気浄化能力を回復させるために好適に利用される。ミスト状物質添加手段は、いずれかの排気浄化要素の下流側の排気通路に対して、ミスト状物質を添加する。制御手段は、排気系への燃料の添加量が所定量以上である場合に、ミスト状物質が噴射されるように制御を行う。排気系への燃料の添加量が所定量以上である状況においては、ＨＣの排出量が多くなり、ナノ粒子が排気浄化要素をすり抜けて排出される可能性が高い。したがって、上記の状況において、排気浄化要素の下流にミスト状物質を添加することにより、生成されたナノ粒子がミスト状物質を構成する粒子に対して吸着する。この場合、ナノ粒子は、ミスト状物質を構成する粒子に吸着されて凝集することによって大径化する。このように大型化した粒子は凝集しやすくなるため、容易に捕集することが可能となる。以上より、内燃機関の排気浄化制御装置によれば、ナノ粒子の大気拡散を適切に抑制することが可能となる。

上記の内燃機関の排気浄化制御装置の一態様では、前記排気系への燃料の添加量が所定量以上である場合とは、前記排気浄化装置の硫黄被毒に対する再生を行う場合である。

排気浄化装置（以下、「触媒」とも呼ぶ。）の硫黄被毒に対する再生（Ｓ再生）を行う場合には、空燃比をリッチにするために多量の燃料を排気系に対して添加するため、ＨＣが触媒をすり抜けて排出される可能性が高い。よって、上記の内燃機関の排気浄化制御装置によれば、Ｓ再生時におけるナノ粒子の排出を適切に抑制することができる。

上記の内燃機関の排気浄化制御装置の他の一態様では、前記制御手段は、少なくとも内燃機関の回転数及び燃料噴射量に基づいて前記ミスト状物質を噴射する量を決定し、決定された量の前記ミスト状物質が噴射されるように前記ミスト状物質添加手段を制御する。

この態様では、ミスト状物質添加手段は、内燃機関の回転数や燃料噴射量などの内燃機関の運転状態に基づいて、ミスト状物質を噴射する量を決定する。これにより、現在の運転状態において生成されるナノ粒子を、適切にミスト状物質に対して吸着させることが可能となる。即ち、ナノ粒子を吸着させるべきミスト状物質が不足し、ナノ粒子が吸着せずに、そのまま排出されることが抑制される。

上記の内燃機関の排気浄化制御装置において好適には、前記ミスト状物質添加手段は、前記ミスト状物質として燃料を添加することができる。

他の好適な例では、前記ミスト状物質添加手段は、前記ミスト状物質として水を添加することができる。この場合、水に対してナノ粒子を吸着させることによって新たな粒子を生成するため、排気系への添加に起因するＰＭの重量増加を抑制することができる。

更に、好ましくは、前記ミスト状物質添加手段は、最下流に設けられた前記排気浄化要素の下流側に、前記水を添加する。例えば、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒又はＤＰＮＲと、その下流に酸化触媒とが排気通路に設けられた構成を内燃機関が有している場合、ミスト状物質添加手段は、酸化触媒の下流に水を添加する。これにより、触媒に水が添加されて、触媒の浄化性能に不具合が生じてしまうことを防止することができる。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態について説明する。

［第１実施形態］
まず、本発明の第１実施形態について説明する。

図１は、第１実施形態に係る内燃機関の排気浄化制御装置を適用した内燃機関１の概略構成を示している。図１中において、実線矢印がガスの流れの一例を示し、破線矢印が信号の入出力を示している。

内燃機関１は、４つの気筒２が一列に並べられた直列４気筒型のディーゼルエンジンで、主に、吸気通路３、排気通路４、ターボ過給機５、ＥＣＵ（Engine Control Unit）２４を備えている。

吸気通路３には、ターボ過給機５のコンプレッサ５ａと、コンプレッサ５ａにて圧縮された吸気を冷却するインタークーラ７と、吸気通路３を流通する吸気の量を調節するスロットルバルブ１３、が設けられている。排気通路４には、上流側から下流側に順に、ターボ過給機５のタービン５ｂと、触媒３０と、触媒４０と、が設けられている。触媒３０は、例えばＮＯｘ吸蔵還元型触媒、又はＤＰＮＲ（Diesel Particulate-NOx active Reduction system）が用いられる。触媒３０は、内燃機関１の排気ガス中の微粒子（ＰＭ（Particulate Matter）など）を捕集するフィルタとしての機能を有する。触媒３０の下流側に設けられた触媒４０は、触媒４０によって処理しきれずに通過した微粒子を酸化する機能を有する酸化触媒などが用いられる。触媒３０及び触媒４０は、本発明に係る排気浄化装置における排気浄化要素として機能する。

更に、吸気通路３と排気通路４とはＥＧＲ通路６によって接続され、排気通路４内の一部の排気ガスが吸気通路３へ還流される。また、ＥＧＲ通路６には、排気ガスの還流量を調整するためのＥＧＲバルブ８が設けられている。

内燃機関１には、各気筒２に対応させて４つのインジェクタ９が設けられている。４つのインジェクタ９は、コモンレール１０に接続される。コモンレール１０は、燃料タンク１５から燃料（軽油）を汲み上げてコモンレール１０に圧送するサプライポンプ１１に接続される。４つのインジェクタ９は夫々、コモンレール１０に圧送された燃料を４つの気筒２内に噴射する。

また、内燃機関１は、燃料を排気通路４に対して添加（噴射）する上流側燃料添加インジェクタ２８と下流側燃料添加インジェクタ４１を備えている。上流側燃料添加インジェクタ２８は、触媒３０の上流側の排気通路４に対して燃料を添加する。また、上流側燃料添加インジェクタ２８はサプライポンプ１１に接続され、サプライポンプ１１は燃料タンク１５に接続されている。一方、下流側燃料添加インジェクタ４１は、触媒３０と触媒４０との間の排気通路４に対して燃料を添加する。下流側燃料添加インジェクタ４１もサプライポンプ１１に接続されている。

ＥＣＵ２４は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄ変換器及び入出力インタフェイスなどを含んで構成される。ＥＣＵ２４は、内燃機関１における運転状態などに応じて、前述したサプライポンプ１１に対して制御信号Ｓ４１を供給することによって、サプライポンプ１１による燃料の圧送を制御する。第１実施形態では、ＥＣＵ２４は、硫黄被毒した触媒３０に対するＳ再生時に、下流側燃料添加インジェクタ４１から触媒３０と触媒４０との間の排気通路４に対して燃料が添加されるようにサプライポンプ１１を制御する。こうする理由は、Ｓ再生時に生成されたナノ粒子を、添加した燃料に対して吸着させることによって、ナノ粒子（粒径５０ｎｍ以下の粒子）の排出を抑制するためである。

このように、下流側燃料添加インジェクタ４１及びサプライポンプ１１は、本発明に係るミスト状物質添加手段として動作し、ＥＣＵ２４は、本発明に係る制御手段として機能する。また、下流側燃料添加インジェクタ４１、サプライポンプ１１、及びＥＣＵ２４は、本発明に係る内燃機関の排気浄化制御装置として機能する。更に、ＥＣＵ２４は、燃料添加量が所定量以上であるか否かを判定する手段として機能する。この場合、ＥＣＵ２４は、燃料添加量をモニターすることによって、或いは、Ａ／Ｆセンサ（不図示）又はＨＣ濃度センサ（不図示）などの検出値を参照することによって、燃料添加量に対する判定を行う。

（ナノ粒子排出抑制方法）
ここで、第１実施形態に係るナノ粒子の排出抑制方法の基本概念について説明する。

まず、Ｓ再生時における、ナノ粒子の発生メカニズムについて説明する。上記したように、触媒３０のＳ再生は、上流側燃料添加インジェクタ２８によって排気系に燃料を添加することによって行う。この場合、Ａ／Ｆ（空燃比）をリッチにするために多量の燃料を排気系に対して添加する（この場合には、所定量以上の燃料を添加する）ため、触媒３０に燃料が付着する。付着した燃料は蒸発気化してＳ再生のための還元剤として使用されるが、一部のＨＣは、そのまま触媒３０をすり抜けて排出される可能性が高い。このように触媒３０をすり抜けたＨＣは、当初はガス状で存在するが、徐々に冷却されて凝集することによって粒子化してナノ粒子を形成し、車両からナノ粒子として排出される場合がある。このようなナノ粒子は、車両から排出されて大気拡散することは好ましくない。

したがって、本実施形態では、このようなナノ粒子の排出を防止するための制御を行う。具体的には、第１実施形態では、ナノ粒子が発生しやすいＳ再生時に、下流側燃料添加インジェクタ４１から触媒３０の下流側に燃料を添加させることにより、燃料を構成する粒子（ナノ粒子よりも大きな粒子径を有する）に対してナノ粒子を吸着させる。即ち、ナノ粒子を、燃料を構成する粒子に吸着させて凝集させることによって大径化させる。このように大型化した粒子は凝集しやすくなるため、容易に捕集することが可能となる。したがって、第１実施形態によれば、ナノ粒子の大気拡散を抑制することが可能となる。

（Ｓ再生時制御）
次に、第１実施形態においてＳ再生時に行われる制御（以下、「Ｓ再生時制御」と呼ぶ。）について具体的に説明する。第１実施形態では、Ｓ再生時にナノ粒子が排出される可能性が高いため、このＳ再生時にナノ粒子の排出を抑制するための制御を実行する。具体的には、第１実施形態では、主に、下流側燃料添加インジェクタ４１から触媒３０の下流側に燃料を噴射させる制御（下流側燃料添加インジェクタ噴射制御）を実行する。

図２は、第１実施形態に係るＳ再生時制御を示すフローチャートである。この制御は、ＥＣＵ２４によって所定の周期で繰り返し実行される。

まず、ステップＳ１０１では、ＥＣＵ２４は、現在の触媒制御モードに対する判定を行う。ここでは、ＥＣＵ２４は、まず、燃料使用量、触媒温度、Ａ／Ｆなどに基づいて、ＰＭ堆積量及びＳ堆積量を計算する。そして、ＥＣＵ２４は、この計算結果に基づいて、現在の触媒制御モードが、通常制御モード、ＰＭ再生制御モード、Ｓ再生制御モードのいずれに設定されているかを判定する。そして、処理はステップＳ１０２に進む。

ステップＳ１０２では、ＥＣＵ２４は、Ｓ再生制御の実行を示すＳ再生制御モードがオンとなっているか否かを判定する。Ｓ再生制御モードがオンである場合（ステップＳ１０２；Ｙｅｓ）、処理はステップＳ１０３に進む。そして、ステップＳ１０３では、ＥＣＵ２４は後述する下流側燃料添加インジェクタ噴射制御を実行する。そして、この制御が終了すると、処理は当該フローを抜ける。

一方、Ｓ再生制御モードがオフである場合（ステップＳ１０２；Ｎｏ）、処理は当該フローを抜ける。この場合、ＥＣＵ２４は、Ｓ再生時ではないためナノ粒子が排出される可能性が低いため、下流側燃料添加インジェクタ噴射制御を実行しない。即ち、ＥＣＵ２４は、下流側燃料添加インジェクタ４１から触媒３０の下流側に燃料を噴射させる制御を実行しない。

（下流側燃料添加インジェクタ噴射制御）
次に、前述したＳ再生時処理のステップＳ１０３で行われる下流側燃料添加インジェクタ噴射制御について説明する。

図３は、下流側燃料添加インジェクタ噴射制御を示すフローチャートである。この制御は、ＥＣＵ２４によって所定の周期で繰り返し実行される。

まず、ステップＳ２０１では、ＥＣＵ２４は、内燃機関１における運転状態を取得する。具体的には、ＥＣＵ２４は、エンジン回転数と、上流側燃料添加インジェクタ２８から噴射される燃料噴射量とを検出する。これらの検出された値は、下流側燃料添加インジェクタ４１から噴射させる燃料噴射量を決定するために用いられる。そして、処理はステップＳ２０２に進む。

ステップＳ２０２では、ＥＣＵ２４は、Ｓ再生時におけるナノ粒子の排出を抑制するために、下流側燃料添加インジェクタ４１を制御することによって燃料噴射を実行する。具体的には、ＥＣＵ２４は、ステップＳ２０１で検出されたエンジン回転数及び燃料噴射量に基づいて、予め規定されたマップを参照して、下流側燃料添加インジェクタ４１から噴射させる燃料噴射量を決定する。このマップは、エンジン回転数と、上流側燃料添加インジェクタ２８から噴射される燃料噴射量と、下流側燃料添加インジェクタ４１の燃料噴射量との関係をしている。詳しくは、マップによれば、現在の内燃機関１の運転状態において生成されるナノ粒子を、適切に吸着させることが可能な燃料噴射量が得られる。

そして、ＥＣＵ２４は、決定された燃料噴射量が下流側燃料添加インジェクタ４１から噴射されるように、サプライポンプ１１を制御する。このように決定された燃料噴射量を噴射することにより、添加した燃料を構成する粒子に対して、ナノ粒子を適切に吸着させることができる。即ち、ナノ粒子を吸着させるべき燃料が不足し、ナノ粒子が吸着せずに、そのまま排出されることが抑制される。以上の処理が終了すると、処理は当該フローを抜ける。

図４は、第１実施形態に係る下流側燃料添加インジェクタ噴射制御による効果を説明するための図である。図４は、横軸に粒子径を示し、縦軸に粒子数濃度を示している。即ち、図４は、粒子径分布を示している。また、粒子径Ｃ以下のサイズの粒子は、ナノ粒子を示すものとする。

曲線Ａ１（細線で示すグラフ）は、Ｓ再生時において、触媒３０の下流に存在する粒子の粒子径分布を示している。詳しくは、曲線Ａ１は、下流側燃料添加インジェクタ４１による燃料添加が行われていない場合の粒子径分布を示している。これより、触媒３０の下流には、ナノ粒子が多く存在していることがわかる。一方、曲線Ａ２（破線で示すグラフ）は、下流側燃料添加インジェクタ４１によって添加される燃料の粒子径分布を示している。これより、燃料を構成する粒子の大部分が、ナノ粒子よりも粒子径が大きいことがわかる。

そして、曲線Ａ３（太線で示すグラフ）は、Ｓ再生時において下流側燃料添加インジェクタ４１から燃料を添加した場合の、触媒３０下流に存在する粒子の粒子径分布を示している。これより、大部分の粒子が、ナノ粒子（曲線Ａ１参照）よりも粒子径が大きくなっていることがわかる。こうなるのは、添加された燃料を構成する粒子に対してナノ粒子が吸着することによって、ナノ粒子よりも大きな粒子径を有する粒子が生成されたためである。

以上のように、本発明の第１実施形態では、Ｓ再生時に触媒３０の下流側に燃料を添加することによって、Ｓ再生時に生成されたナノ粒子を、添加した燃料に対して吸着させる。このように大型化した粒子は凝集しやすくなるため、容易に捕集することが可能となる。例えば、触媒４０の下流側にフィルタを更に配設した場合には、大型化した粒子を、このフィルタによって容易に捕集することができる。また、触媒４０の下流側にフィルタを配設しなかった場合においても、大型化した粒子は大気中の様々な粒子と凝集しやすくなるため、大気中に拡散されにくくなる。以上より、第１実施形態によれば、ナノ粒子の大気拡散を抑制することが可能となる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について説明する。第２実施形態では、車両からのナノ粒子の排出を抑制するために、燃料の代わりに水を添加する点で第１実施形態とは異なる。即ち、第１実施形態では、燃料を構成する粒子に対してナノ粒子を吸着させたが、第２実施形態では、水を構成する粒子に対してナノ粒子を吸着させることによって、車両からのナノ粒子の排出を抑制する。

図５は、第２実施形態に係る内燃機関の排気浄化制御装置を適用した内燃機関１の概略構成を示している。図５中において、実線矢印がガスの流れの一例を示し、破線矢印が信号の入出力を示している。第２実施形態に係る内燃機関１は、下流側燃料添加インジェクタ４１の代わりに水添加インジェクタ４２を有し、ＥＣＵ２４の代わりにＥＣＵ２５を有する点で、第１実施形態に係る内燃機関１とは構成が異なる。よって、以下では同一の要素に対しては同一の符号を付し、その説明を省略する。

水添加インジェクタ４２は、触媒４０の下流側の排気通路４に設けられている。水添加インジェクタ４２はポンプ４３に接続され、ポンプ４３は水タンク４４に接続されている。ポンプ４３は、水タンク４４に貯蔵された水を水添加インジェクタ４２に対して供給し、水添加インジェクタ４２は、ポンプ４３から供給された水を触媒４０の下流側の排気通路４に対して添加（噴射）する。この場合、ポンプ４３は、ＥＣＵ２５から供給される制御信号Ｓ４２によって制御される。

第２実施形態でも、Ｓ再生時にナノ粒子が排出される可能性が高いため、このＳ再生時にナノ粒子の排出を抑制するための制御を実行する。具体的には、第２実施形態では、水添加インジェクタ４２から触媒４０の下流側に水を噴射させる制御（水添加インジェクタ噴射制御）を実行する。即ち、ナノ粒子が発生しやすいＳ再生時に、水添加インジェクタ４２から触媒４０の下流側に水を添加させることにより、水を構成する粒子（ナノ粒子よりも大きな粒子径を有する）に対してナノ粒子を吸着させる。つまり、ナノ粒子を、水を構成する粒子に吸着させて凝集させることによって大径化させる。このように大型化した粒子は凝集しやすくなるため、ナノ粒子の大気拡散を抑制することが可能となる。また、第２実施形態では、触媒４０の下流の排気通路４に対して水を添加しているため、触媒４０に水が添加されて、触媒４０の浄化性能に不具合が生じてしまうことを防止することができる。

以上のように、水添加インジェクタ４２及びポンプ４３は、本発明に係るミスト状物質添加手段として動作し、ＥＣＵ２５は、本発明に係る制御手段として機能する。また、水添加インジェクタ４２、ポンプ４３、及びＥＣＵ２５は、本発明に係る内燃機関の排気浄化制御装置として機能する。

（Ｓ再生時制御）
図６は、第２実施形態に係るＳ再生時制御を示すフローチャートである。この制御は、ＥＣＵ２５によって所定の周期で繰り返し実行される。

まず、ステップＳ３０１では、ＥＣＵ２５は、現在の触媒制御モードに対する判定を行う。ここでは、ＥＣＵ２５は、まず、燃料使用量、触媒温度、Ａ／Ｆなどに基づいて、ＰＭ（Particulate Matter）堆積量及びＳ堆積量を計算する。そして、ＥＣＵ２５は、この計算結果に基づいて、現在の触媒制御モードが、通常制御モード、ＰＭ再生制御モード、Ｓ再生制御モードのいずれに設定されているかを判定する。そして、処理はステップＳ３０２に進む。

ステップＳ３０２では、ＥＣＵ２５は、Ｓ再生制御の実行を示すＳ再生制御モードがオンとなっているか否かを判定する。Ｓ再生制御モードがオンである場合（ステップＳ３０３；Ｙｅｓ）、処理はステップＳ３０３に進む。そして、ステップＳ３０３では、ＥＣＵ２５は後述する水添加インジェクタ噴射制御を実行する。そして、この制御が終了すると、処理は当該フローを抜ける。

一方、Ｓ再生制御モードがオフである場合（ステップＳ３０２；Ｎｏ）、処理は当該フローを抜ける。この場合、ＥＣＵ２５は、Ｓ再生時ではないためナノ粒子が排出される可能性が低いため、水添加インジェクタ噴射制御を実行しない。即ち、ＥＣＵ２５は、水添加インジェクタ４２から触媒４０の下流側に水を噴射させる制御を実行しない。

（水添加インジェクタ噴射制御）
次に、前述したＳ再生時処理のステップＳ３０３で行われる水添加インジェクタ噴射制御について説明する。

図７は、水添加インジェクタ噴射制御を示すフローチャートである。この制御は、ＥＣＵ２５によって所定の周期で繰り返し実行される。

まず、ステップＳ４０１では、ＥＣＵ２５は、内燃機関１の運転状態を取得する。具体的には、ＥＣＵ２５は、エンジン回転数と、上流側燃料添加インジェクタ２８から噴射される燃料噴射量とを検出する。これらの検出された値は、水添加インジェクタ４２から噴射させる水噴射量を決定するために用いられる。そして、処理はステップＳ４０２に進む。

ステップＳ４０２では、ＥＣＵ２５は、Ｓ再生時におけるナノ粒子の排出を抑制するために、水添加インジェクタ４２を制御することによって水噴射を実行する。具体的には、ＥＣＵ２５は、ステップＳ４０１で検出されたエンジン回転数及び燃料噴射量に基づいて、予め規定されたマップを参照して、水添加インジェクタ４２から噴射させる水噴射量を決定する。このマップは、エンジン回転数と、上流側燃料添加インジェクタ２８から噴射される燃料噴射量と、水添加インジェクタ４２の水噴射量との関係を示している。詳しくは、このマップによれば、現在の内燃機関１の運転状態において生成されるナノ粒子を、適切に吸着させることが可能な水噴射量が得られる。

そして、ＥＣＵ２５は、決定された水噴射量が水添加インジェクタ４２から噴射されるように、ポンプ４３を制御する。このように決定された水噴射量を噴射することにより、添加した水を構成する粒子に対して、ナノ粒子を適切に吸着させることができる。即ち、ナノ粒子を吸着させるべき水が不足し、ナノ粒子が吸着せずに、そのまま排出されることが抑制される。以上の処理が終了すると、処理は当該フローを抜ける。

図８は、第２実施形態に係る水添加インジェクタ噴射制御による効果を説明するための図である。図８は、横軸に粒子径を示し、縦軸に粒子数濃度を示している。即ち、図８は、粒子径分布を示している。また、粒子径Ｃ以下のサイズの粒子は、ナノ粒子を示すものとする。

曲線Ｂ１（細線で示すグラフ）は、Ｓ再生時において、触媒３０の下流に存在する粒子の粒子径分布を示している。これより、触媒３０の下流には、ナノ粒子が多く存在していることがわかる。なお、水添加インジェクタ４２から水を添加しない場合には、触媒４０の下流に存在する粒子も、曲線Ｂ１と概ね同様の粒子径分布を示す。一方、曲線Ｂ２（破線で示すグラフ）は、水添加インジェクタ４２より添加される水の粒子径分布を示している。これより、水を構成する粒子の大部分が、ナノ粒子よりも粒子径が大きいことがわかる。

そして、曲線Ｂ３（太線で示すグラフ）は、Ｓ再生時において水添加インジェクタ４２から水を添加した場合の、触媒４０の下流に存在する粒子の粒子径分布を示している。これより、大部分の粒子が、ナノ粒子（曲線Ｂ１参照）よりも粒子径が大きくなっていることがわかる。こうなるのは、添加された水を構成する粒子に対してナノ粒子が吸着することによって、ナノ粒子よりも大きな粒子径を有する粒子が生成されたためである。

以上のように、本発明の第２実施形態では、Ｓ再生時に触媒４０の下流側に水を添加することによって、Ｓ再生時に生成されたナノ粒子を、添加した水に対して吸着させる。このように大型化した粒子は、凝集しやすくなる。そのため、車両から大型化した粒子が排出された場合にも、大型化した粒子は大気中の様々な粒子と凝集しやすくなるため、大気中に拡散されにくくなる。よって、第２実施形態によれば、ナノ粒子の大気拡散を抑制することが可能となる。また、第２実施形態では、水に対してナノ粒子を吸着させることによって新たな粒子を生成しているため、排気系への物質の添加に起因するＰＭの重量増加を抑制することができる。

［変形例］
本発明は、触媒３０に対するＳ再生時に、下流側燃料添加インジェクタ噴射制御、又は水添加インジェクタ噴射制御を行うことに限定はされない。他の例では、Ｓ再生を行う場合以外の、排気系への燃料の添加量が所定量以上である状況において、上記の制御を行うことができる。このような燃料の添加量が所定量以上である状況においては、ＨＣの排出量が多くなり、ナノ粒子が生成される可能性が高いからである。

また、上記では、下流側燃料添加インジェクタ噴射制御、及び水添加インジェクタ噴射制御のうちのいずれか一方のみを行う実施形態を示したが、この２つの制御を組み合わせて行うことも可能である。この場合、内燃機関１は、下流側燃料添加インジェクタ４１と水添加インジェクタ４２の両方を有して構成される。例えば、内燃機関１の運転状態に応じて、下流側燃料添加インジェクタ４１による燃料の添加と、水添加インジェクタ４２による水の添加とを切り換えて実行しても良いし、下流側燃料添加インジェクタ４１による燃料の添加と水添加インジェクタ４２による水の添加の両方を同時に実行しても良い。

なお、上記では、触媒３０及び触媒４０を排気浄化要素として排気浄化装置を構成する実施形態を示したが、これに限定はされない。他の例では、触媒４０の下流側に更にフィルタや触媒などを設けて、このようなフィルタ又は触媒と、触媒３０と、触媒４０とによって排気浄化装置を構成することも可能である。

また、上記では、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒又はＤＰＮＲ（触媒３０に対応する）と、酸化触媒（触媒４０に対応する）と、を排気浄化要素として排気浄化触媒を構成する実施形態を示したが、これに限定はされない。他の例では、ＤＰＮＲを排気浄化要素として排気浄化触媒を構成することができる。更に他の例では、ＮＯｘ触媒、フィルタ、及び酸化触媒を、排気浄化要素として排気浄化触媒を構成することができる。

本発明の第１実施形態に係る内燃機関の排気浄化制御装置が適用された内燃機関の概略構成図である。 第１実施形態に係るＳ再生時制御を示すフローチャートである。 第１実施形態に係る下流側燃料添加インジェクタ噴射制御を示すフローチャートである。 下流側燃料添加インジェクタ噴射制御による効果を説明するための図である。 本発明の第２実施形態に係る内燃機関の排気浄化制御装置が適用された内燃機関の概略構成図である。 第２実施形態に係るＳ再生時制御を示すフローチャートである。 第２実施形態に係る水添加インジェクタ噴射制御を示すフローチャートである。 水添加インジェクタ噴射制御による効果を説明するための図である。

符号の説明

１ 内燃機関
３ 吸気通路
４ 排気通路
１０ コモンレール
１５ 燃料タンク
２４、２５ ＥＣＵ
２８ 上流側燃料添加インジェクタ
３０、４０ 触媒
４１ 下流側燃料添加インジェクタ
４２ 水添加インジェクタ
４４ 水タンク

Claims (6)

1. 内燃機関の排気通路に設けられた排気を浄化する排気浄化装置に燃料を供給することで、前記排気浄化装置の排気浄化能力を回復させる内燃機関の排気浄化制御装置において、
   前記排気浄化装置は、少なくとも１つ以上の排気浄化要素を有し、
   いずれかの前記排気浄化要素の下流側の排気通路に対して、ミスト状物質を添加するミスト状物質添加手段と、
   排気系への燃料の添加量が所定量以上である場合に、前記ミスト状物質が噴射されるように前記ミスト状物質添加手段を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化制御装置。
2. 前記排気系への燃料の添加量が所定量以上である場合とは、前記排気浄化装置における硫黄被毒に対する再生を行う場合であることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化制御装置。
3. 前記制御手段は、少なくとも内燃機関の回転数及び燃料噴射量に基づいて前記ミスト状物質を噴射する量を決定し、決定された量の前記ミスト状物質が噴射されるように前記ミスト状物質添加手段を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化制御装置。
4. 前記ミスト状物質添加手段は、前記ミスト状物質として燃料を添加することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化制御装置。
5. 前記ミスト状物質添加手段は、前記ミスト状物質として水を添加することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化制御装置。
6. 前記ミスト状物質添加手段は、最下流に設けられた前記排気浄化要素の下流側に、前記水を添加することを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の排気浄化制御装置。

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