JP2007327421A - 内燃機関の排気浄化システム - Google Patents

Abstract

【課題】燃料添加弁から排気中に燃料を添加することで排気浄化装置の能力回復を図る内燃機関の排気浄化システムにおいて、排気浄化装置の能力をより効率よく回復させると共に、未燃燃料成分の外部への放出量を抑制することを課題とする。
【解決手段】排気浄化装置よりも上流側の排気通路に設けられ、該排気浄化装置の性能を回復させるときに排気中に燃料を添加する燃料添加弁と、該燃料添加弁から添加される燃料の蒸発性を検出する蒸発性検出手段と、を備えている。そして、蒸発性検出手段によって検出される燃料の蒸発性が高いほど燃料添加弁から燃料を添加するときの添加圧力を低くする。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化装置および排気中に燃料を添加する燃料添加弁を備えた内燃機関の排気浄化システムに関する。

内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化装置を備えた内燃機関の排気浄化システムにおいては、排気浄化装置よりも上流側の排気通路に排気中に燃料を添加する燃料添加弁が設置される場合がある。この場合、排気浄化装置の性能を回復させるときに、該排気浄化装置の温度を上昇させたり排気の空燃比を低下させたりするために燃料添加弁から燃料を添加する。

特許文献１には、燃料添加弁から添加される燃料の蒸発量を排気温度および排気通路の内壁面温度、排気流量に基づいて推定し、推定された蒸発量に基づいて燃料添加弁からの燃料添加量を補正する技術が開示されている。

また、特許文献２には、燃料添加弁の先端部の温度が所定温度より低いときは該燃料添加弁からの燃料添加を中止する技術が開示されている。
特開２００２−３８９３９号公報 特開２００５−２４８７６１号公報 特開２０００−１７９３３５号公報 特開平１１−３３６６１８号公報 特開２００５−２３８５６号公報 特開２００５−４８７１０号公報 特開２００５−４８７０３号公報 特開平７−１２０３１号公報 特開平７−１１９９３号公報

排気中に燃料を添加する燃料添加弁を備えた内燃機関の排気浄化システムにおいては、給油される燃料の性状に応じて燃料添加弁から添加される燃料の性状が変化することになる。

燃料添加弁から添加される燃料の蒸発性が高い場合、燃料添加が実行されたときに排気の空燃比が短時間でより低い値にまで低下する。つまり、より空燃比の低い排気が短時間で排気浄化装置に供給されることになる。

ところが、過剰に低い空燃比の排気が過剰に短い時間で排気浄化装置に供給されると、添加された燃料が排気浄化装置の性能回復のための化学反応に十分に消費されることが困難となり、該排気浄化装置よりも下流側に流出する燃料が増加する場合がある。その結果、排気浄化装置の能力回復の効率が悪化したり、未燃燃料成分の外部への放出量が増加したりする虞がある。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであって、燃料添加弁から排気中に燃料を添加することで排気浄化装置の能力回復を図る内燃機関の排気浄化システムにおいて、排気浄化装置の能力をより効率よく回復させることが出来、また、未燃燃料成分の外部への放出量を抑制することが出来る技術を提供することを課題とする。

本発明は、排気浄化装置の性能を回復させるべく燃料添加弁から燃料を添加するときの添加圧力を燃料の蒸発性に応じて変化させるものである。

より詳しくは、本発明に係る内燃機関の排気浄化システムは、
内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化装置と、
該排気浄化装置よりも上流側の前記排気通路に設けられ、該排気浄化装置の性能を回復させるときに排気中に燃料を添加する燃料添加弁と、
該燃料添加弁から添加される燃料の蒸発性を検出する蒸発性検出手段と、を備え、
該蒸発性検出手段によって検出される燃料の蒸発性が高いほど前記燃料添加弁から燃料を添加するときの添加圧力を低くすることを特徴とする。

燃料添加弁から燃料を添加するときの添加圧力を低くすることで、燃料添加期間を長くすることが出来る。また、添加圧力を低くすると、添加されたときの燃料の液滴が大きくなるため、該燃料が蒸発し難くなる。

従って、本発明によれば、燃料添加弁から燃料が添加されたときに、排気浄化装置に供給される排気の空燃比が過剰に短い時間で過剰に低くなることを抑制することが出来る。その結果、排気浄化装置の能力をより効率よく回復させることが出来、また、未燃燃料成分の外部への放出量を抑制することが出来る。

本発明においては、燃料添加弁の燃料噴出部近傍の温度を検出する温度検出手段と、該温度検出手段によって検出される燃料添加弁の燃料噴出部近傍の温度および蒸発性検出手段によって検出される燃料の蒸発性に基づいて、前記燃料添加弁から燃料を添加するときの添加圧力の下限値を設定する下限圧力設定手段と、をさらに備えてもよい。この場合、下限圧力設定手段は、燃料添加弁の燃料噴出部近傍の温度が高いほど、また、燃料の蒸発性が高いほど、添加圧力の下限値を高い値に設定する。

燃料添加圧力が低下すると、燃料添加弁の燃料噴出部近傍にデポジットが生じ易くなる。また、このデポジットは、燃料添加弁の燃料噴出部近傍の温度が高いほど、また、燃料の蒸発性が高いほど、生じ易い。

そのため、上記のように添加圧力の下限値を設定することで、燃料添加弁の燃料噴出部近傍におけるデポジットの発生を抑制することが出来る。

本発明によれば、燃料添加弁から排気中に燃料を添加することで排気浄化装置の能力回復を図る内燃機関の排気浄化システムにおいて、排気浄化装置の能力をより効率よく回復させることが出来、また、未燃燃料成分の外部への放出量を抑制することが出来る

以下、本発明に係る内燃機関の排気浄化システムの具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。

＜内燃機関の吸排気系の概略構成＞
ここでは、本発明を車両駆動用のディーゼルエンジンに適用した場合を例に挙げて説明する。図１は、本実施例に係る内燃機関の吸排気系の概略構成を示す図である。

内燃機関１は車両駆動用のディーゼルエンジンである。この内燃機関１には、吸気通路３および排気通路２が接続されている。排気通路２には、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下、単にＮＯｘ触媒と称する）４が設けられている。

ＮＯｘ触媒４は、周囲雰囲気が酸化雰囲気のときに排気中のＮＯｘを吸蔵し周囲雰囲気が還元雰囲気のときに吸蔵していたＮＯｘを還元する触媒である。本実施例では、該ＮＯｘ触媒４が本発明に係る排気浄化装置に相当する。

ＮＯｘ触媒４より上流側の排気通路２には排気中に燃料を添加する燃料添加弁５が設けられている。該燃料添加弁５の先端部は排気通路２内に突出しており、該先端部から燃料が噴出する。本実施例では、該燃料添加弁５の先端部が本発明に係る燃料添加弁の燃料噴出部に相当する。

排気通路２におけるＮＯｘ触媒４より上流側には、排気の温度を検出する上流側温度センサ６および排気の空燃比を検出する空燃比センサ７が設けられている。また、排気通路２におけるＮＯｘ触媒４より下流側には、排気の温度を検出する下流側温度センサ８が設けられている。

以上述べたように構成された内燃機関１には、この内燃機関１を制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ）１０が併設されている。ＥＣＵ１０には上流側温度センサ６および空燃比センサ７、下流側温度センサ８、さらに、内燃機関１の運転状態を検出する各種センサが電気的に接続されている。そして、これらの出力信号がＥＣＵ１０に入力される。ＥＣＵ１０は、下流側温度センサ８の出力値に基づいてＮＯｘ触媒４の温度を推定する。

また、ＥＣＵ１０には燃料添加弁５が電気的に接続されている。ＥＣＵ１０によって該燃料添加弁５が制御される。

＜ＮＯｘ還元制御＞
本実施例では、ＮＯｘ触媒４に吸蔵されたＮＯｘを還元させて該ＮＯｘ触媒４のＮＯｘ吸蔵能力を回復させるべくＮＯｘ還元制御が行われる。本実施例に係るＮＯｘ還元制御は、ＮＯｘ触媒４の温度が活性温度であるときに燃料添加弁５から燃料を間欠的に添加することで実行される。燃料添加弁５から燃料が添加されることで、ＮＯｘ触媒４に流入する排気の空燃比が低下する。該排気の空燃比を低下させることで、ＮＯｘ触媒４の周囲雰囲気が還元雰囲気となる。その結果、ＮＯｘ触媒４に吸蔵されたＮＯｘが還元される。

本実施例では、内燃機関１の運転のために使用される燃料と同様の燃料が燃料添加弁５から添加される。そのため、燃料添加弁５から添加される燃料の蒸発性は、内燃機関１を搭載した車両の燃料タンクに給油される燃料の蒸発性に応じて変化する。

添加される燃料の蒸発性が高いほど、燃料添加が実行されたときに排気の空燃比が低下し易い。つまり、ＮＯｘ触媒４に供給される排気の空燃比がより短時間でより低い値にまで低下する。しかしながら、過剰に低い空燃比の排気が過剰に短い時間でＮＯｘ触媒４に供給されると、添加された燃料がＮＯｘの還元のために十分に消費されることが困難となり、ＮＯｘ触媒４よりも下流側に流出する燃料が増加する虞がある。そこで、本実施例では、ＮＯｘ還元制御において燃料添加弁５から燃料を添加するときの添加圧力（以下、単に燃料添加圧と称する）を該燃料の蒸発性に応じて変更する。

＜燃料の蒸発性検出方法＞
ここで、本実施例に係る燃料の蒸発性の検出方法について説明する。本実施例において、燃料の蒸発性を検出する場合、ＮＯｘ触媒４が活性化しており、且つ、排気の温度およ
び流量、空燃比がそれぞれ所定値であるときに、燃料添加弁５から所定量の燃料を所定の燃料添加圧で添加する。そして、このときのＮＯｘ触媒４の温度上昇量に基づいて燃料の蒸発性を推定する。

燃料添加弁５からの燃料添加が実行された場合、燃料の蒸発性が高いほど、ＮＯｘ触媒４における該燃料の酸化が促進され易い。そのため、ＮＯｘ触媒４の温度上昇量が大きいほど、燃料の蒸発性が高いと判断する。

このような燃料の蒸発性の検出は燃料が給油される毎に実行される。そして、検出された燃料の蒸発性はＥＣＵ１０に記憶される。尚、本発明において、燃料の蒸発性検出方法は上記のような方法に限られるものではない。

＜燃料添加圧設定方法＞
次に、本実施例に係る燃料添加圧の設定方法について図２に示すフローチャートに基づいて説明する。このフローチャートに示すルーチンは、ＥＣＵ１０に予め記憶されており、内燃機関１の運転中、所定の間隔で実行される。

本ルーチンでは、ＥＣＵ１０は、先ずＳ１０１において、ＮＯｘ還元制御の実行条件が成立したか否かを判別する。ここで、ＮＯｘ還元制御の実行条件としては、ＮＯｘ触媒４におけるＮＯｘ吸蔵量の推定値がＮＯｘ還元制御実行の閾値以上となり且つＮＯｘ触媒４の温度が活性温度にある場合を例示することが出来る。このＳ１０１において、肯定判定された場合、ＥＣＵ１０はＳ１０２に進み、否定判定された場合、本ルーチンの実行を一旦終了する。

Ｓ１０２において、ＥＣＵ１０は、上記方法で検出され該ＥＣＵ１０に記憶された燃料の蒸発性Ｅｆを読み込む。

次に、ＥＣＵ１０は、Ｓ１０３に進み、燃料添加弁５の先端部の温度Ｔｉｎを検出する。ここでは、該燃料添加弁５の先端部の温度Ｔｉｎを、上流側温度センサ６によって検出される排気温度および燃料添加の実行間隔等に基づいて推定する。尚、燃料添加弁５の先端部に温度センサを設け、該温度センサによって燃料添加弁５の先端部の温度Ｔｉｎを検出してもよい。

次に、ＥＣＵ１０は、Ｓ１０４に進み、内燃機関１の運転状態に基づいて、燃料添加圧の基準値である基準燃料添加圧Ｐａｄｂａｓｅを算出する。内燃機関１の運転状態と基準燃料添加圧Ｐａｄｂａｓｅとの関係は実験等によって予め定められている。

次に、ＥＣＵ１０は、Ｓ１０５に進み、燃料添加圧を補正するための補正係数ｃｐを燃料の蒸発性Ｅｆに基づいて算出する。補正係数ｃｐと燃料の蒸発性Ｅｆとの関係は図３に示すようなマップとしてＥＣＵ１０に予め記憶されている。該マップにおいて、補正係数ｃｐは燃料の蒸発性Ｅｆが高いほど小さい値となっている。

次に、ＥＣＵ１０は、Ｓ１０６に進み、燃料添加圧の下限値Ｐａｄｍｉｎを、燃料添加弁５の先端部の温度Ｔｉｎおよび燃料の蒸発性Ｅｆに基づいて算出する。燃料添加圧が過剰に低下すると、燃料添加弁５の先端部にデポジットが生じ易くなる。燃料添加圧の下限値Ｐａｄｍｉｎはこのデポジットの発生を抑制することが可能な値である。

燃料添加圧の下限値Ｐａｄｍｉｎと、燃料添加弁５の先端部の温度Ｔｉｎおよび燃料の蒸発性Ｅｆとの関係は図４に示すようなマップとしてＥＣＵ１０に予め記憶されている。燃料添加弁５の先端部の温度Ｔｉｎが高いほど、また、燃料の蒸発性Ｅｆが高いほど、燃
料添加弁５の先端部において燃料が蒸発し易いため、デポジットが生じ易い。そのため、該マップにおいて、下限値Ｐａｄｍｉｎは、燃料添加弁５の先端部の温度Ｔｉｎが高いほど、また、燃料の蒸発性Ｅｆが高いほど、高い値となっている。

次に、ＥＣＵ１０は、Ｓ１０７に進み、基準燃料添加圧Ｐａｄｂａｓｅに補正係数ｃｐを乗算することで補正燃料添加圧Ｐａｄｃを算出する。このように算出される補正燃料添加圧Ｐａｄｃは燃料の蒸発性Ｅｆが高いほど低くなる。

次に、ＥＣＵ１０は、Ｓ１０８に進み、補正燃料添加圧Ｐａｄｃが燃料添加圧の下限値Ｐａｄｍｉｎ以上であるか否かを判別する。このＳ１０８において、肯定判定された場合、ＥＣＵ１０はＳ１０９に進み、否定判定された場合、ＥＣＵ１０はＳ１１０に進む。

Ｓ１０９に進んだＥＣＵ１０は、燃料添加圧を補正燃料添加圧Ｐａｄｃに設定する。その後、ＥＣＵ１０は本ルーチンの実行を一旦終了する。この場合、ＥＣＵ１０は、燃料添加圧を補正燃料添加圧Ｐａｄｃとして燃料添加弁５からの燃料添加を実行する。

一方、Ｓ１１０に進んだＥＣＵ１０は、燃料添加圧を下限値Ｐａｄｍｉｎに設定する。その後、ＥＣＵ１０は本ルーチンの実行を一旦終了する。この場合、ＥＣＵ１０は、燃料添加圧を下限値Ｐａｄｍｉｎとして燃料添加弁５からの燃料添加を実行する。

以上説明したルーチンによれば、ＮＯｘ還元制御の実行時における燃料添加圧が、補正燃料添加圧Ｐａｄｃが下限値Ｐａｄｍｉｎ以上であるときは、燃料の蒸発性が高いほど低い値に設定される。これにより、燃料の蒸発性が高いほど、一回の燃料添加にかかる添加期間が長くなり、また、燃料添加弁５から噴出したときの燃料の液滴が大きくなる。その結果、燃料添加弁５から燃料が添加されたときに、該燃料の蒸発が過剰に促進するのを抑制することが出来る。

従って、本実施例によれば、ＮＯｘ触媒４に供給される排気の空燃比が過剰に短い時間で過剰に低くなることを抑制することが出来る。そのため、添加された燃料の内より多くの燃料がＮＯｘの還元のために消費されることになる。その結果、ＮＯｘ触媒４に吸蔵されていたＮＯｘをより効率よく還元することが出来、また、未燃燃料成分の外部への放出量を抑制することが出来る。

また、上記ルーチンによれば、燃料添加圧の下限値Ｐａｄｍｉｎが設定される。そして、この下限値Ｐａｄｍｉｎは、燃料添加弁５の先端部の温度Ｔｉｎが高いほど、また、燃料の蒸発性Ｅｆが高いほど、高い値となっている。つまり、燃料添加弁５の先端部にデポジットが生じ易いときほど、燃料添加圧の下限値Ｐａｄｍｉｎが高い値となる。

従って、本実施例によれば、燃料添加弁５の先端部におけるデポジットの発生を抑制することが出来る。

尚、本実施例においては、ＮＯｘ還元制御において燃料添加弁５から燃料添加を行う場合について説明したが、ＮＯｘ触媒４に吸蔵されたＳＯｘを還元する、所謂ＳＯｘ被毒回復制御において燃料添加弁５から燃料添加を行う場合についても、上記と同様の燃料添加圧の制御を適用してもよい。また、排気中の粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタが排気通路２に設けられている場合において、該パティキュレートフィルタに捕集された粒子状物質を除去すべく燃料添加弁５からの燃料添加を行うときにおいても、上記と同様の燃料添加圧の制御を適用してもよい。

実施例に係る内燃機関の吸排気系の概略構成を示す図。 実施例に係る燃料添加圧を設定するためのルーチンを示すフローチャート。 燃料添加圧を補正するための補正係数と燃料の蒸発性との関係を示すマップ。 燃料添加圧の下限値と、燃料添加弁の先端部の温度および燃料の蒸発性との関係を示すマップ。

符号の説明

１・・・内燃機関
２・・・排気通路
３・・・吸気通路
４・・・吸蔵還元型ＮＯｘ触媒
５・・・燃料添加弁
６・・・上流側温度センサ
７・・・空燃比センサ
８・・・下流側温度センサ
１０・・ＥＣＵ

Claims (2)

1. 内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化装置と、
   該排気浄化装置よりも上流側の前記排気通路に設けられ、該排気浄化装置の性能を回復させるときに排気中に燃料を添加する燃料添加弁と、
   該燃料添加弁から添加される燃料の蒸発性を検出する蒸発性検出手段と、を備え、
   前記蒸発性検出手段によって検出される燃料の蒸発性が高いほど前記燃料添加弁から燃料を添加するときの添加圧力を低くすることを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
2. 前記燃料添加弁の燃料噴出部近傍の温度を検出する温度検出手段と、
   該温度検出手段によって検出される前記燃料添加弁の燃料噴出部近傍の温度および前記蒸発性検出手段によって検出される燃料の蒸発性に基づいて、前記燃料添加弁から燃料を添加するときの添加圧力の下限値を設定する下限圧力設定手段と、をさらに備え、
   該下限圧力設定手段は、前記燃料添加弁の燃料噴出部近傍の温度が高いほど、また、燃料の蒸発性が高いほど、添加圧力の下限値を高い値に設定することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排気浄化システム。
   

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