JP2008286062A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料を軽質燃料及び重質燃料に分離し、排気添加弁から排気系内、エンジン筒内へ添加することで、排気ガスの浄化性能を向上させる内燃機関の排気浄化装置を提供する。
【解決手段】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、燃料を軽質燃料２３と重質燃料２４とに分離する燃料分離装置１７と、軽質燃料２３を窒素酸化物浄化装置４２に供給する第一の排気添加弁２２−１と、重質燃料２４を粒子状物質捕集装置４３に供給する第二の排気添加弁２２−２とを備える。軽質燃料２３をエンジン筒内燃焼用の燃料、ＮＯ_X還元用として用い、重質燃料２４をＰＭ再生用に用いる。これにより、軽質燃料２３及び重質燃料２４を効率よく有効に処理し、燃焼効率・排ガス組成の悪化を防止し、重質燃料２４に起因して発生する煤の発生量を軽減しつつ、ＮＯ_X浄化用触媒に吸蔵されたＮＯ_Xの還元効率、粒子状物質捕集装置４３のＰＭ再生効率を向上させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料を分離した軽質燃料及び重質燃料を用い、内燃機関から排出される排気ガス中の有害成分の浄化性能を向上させる内燃機関の排気浄化装置に関する。

ディーゼルエンジンの排気ガス中に含まれる窒素酸化物（ＮＯ_X）は、近傍雰囲気がリーン空燃比の時にＮＯ_Xを吸収し、理論空燃比又はリッチ空燃比の時にＮＯ_Xを放出する窒素酸化物（ＮＯ_X）浄化用触媒を担持した触媒装置を機関排気系に配置して、ディーゼルエンジンの排気ガス中に含まれるＮＯ_Xを触媒装置のＮＯ_X浄化用触媒に吸収させ、大気放出を抑制するようにしている。また、この触媒装置に設けているＮＯ_Xの吸収能力には制限があり、触媒装置のＮＯ_X浄化用触媒のＮＯ_X吸収能力が飽和する前に、近傍雰囲気をリッチ空燃比とし、吸収されたＮＯ_Xを放出させると共に、リッチ空燃比とした際の還元物質によって放出させたＮＯ_Xを還元浄化する再生処理を行っていた。

また、一般に、ディーゼルエンジンの燃料としては軽油が用いられ、軽油中に含まれる高沸点の炭化水素（ＨＣ）は、ＮＯ_Xを還元する選択性が低いため、ＮＯ_X浄化用触媒に吸蔵されたＮＯ_Xを還元するための還元剤として用いると、更に過剰のＨＣが必要となり燃費の悪化を招いていた。

また、ディーゼルエンジンの排気ガスに高沸点のＨＣが含まれていると、炭素を主成分とする粒子状物質（以下、ＰＭ（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ）という）の増加を招き、このようなＰＭは大気汚染の原因となることから排気ガス中のＰＭを捕捉・除去する必要がある。

そのため、従来、低沸点のＨＣと高沸点のＨＣとに分離し、低沸点のＨＣを用いてＮＯ_X浄化性能の向上を図る内燃機関の排気浄化装置として、例えば図１０に示すような内燃機関の排気浄化装置が提案されている。図１０は、従来の内燃機関の排気浄化装置の構成の一例を示す図である。図１０に示すように、従来の内燃機関の排気浄化装置は、近傍雰囲気がリーン空燃比の時にＮＯ_Xを吸収し、理論空燃比（ストイキ）又はリッチ空燃比の時にＮＯ_Xを放出するＮＯ_X浄化用触媒を担持した触媒装置１０１と、燃料タンク１０２内の燃料を炭素数の少ない低炭素成分燃料１０３と、炭素数の多い高炭素成分を主体とする高炭素成分燃料１０４とに分離する燃料分離装置１０５とを具備している。燃料分離装置１０５で燃料タンク１０２内の燃料から低炭素成分燃料１０３を分離して供給管１０６を介して低炭素成分燃料１０３を触媒装置１０１に供給し、触媒装置１０１内のＮＯ_X浄化用触媒に吸蔵されたＮＯ_Xを還元し、ＮＯ_X浄化用触媒の再生処理を行っている。また、高炭素成分燃料１０４は燃料タンク１０２に再度回収するようにしている（特許文献１〜特許文献３）。

このように、従来の内燃機関の排気浄化装置では、燃料分離装置１０５により燃料に含まれるＨＣを分解し、低炭素成分燃料１０３を還元剤として触媒装置１０１の上流側に添加することで、触媒装置１０１内のＮＯ_X浄化用触媒の再生処理を行ない、排気ガス中のＮＯ_Xの浄化性能を向上させていた。

特開２００６−１７０１８６号公報 特開２００６−２９１８４７号公報 特開２００６−１３２４９６号公報

しかしながら、従来の内燃機関の排気浄化装置では、低炭素成分燃料１０３を還元剤として用い、ＮＯ_X浄化用触媒の再生を図ることだけを目的とし、高炭素成分燃料１０４を燃料タンク１０２に送給し、循環させているのみであり、処分先が充分に考慮されていないため、燃料タンク１０２中に高炭素成分燃料１０４が高濃度に蓄積される、という問題がある。

また、高炭素成分燃料１０４を例えば内燃機関の燃焼用の燃料として用いる場合には、高炭素成分燃料１０４が燃料タンク１０２内に高濃度に蓄積されるため、この高濃度に蓄積された高炭素成分燃料１０４を燃焼用の燃料である例えば軽油に常時同じ割合で混入し、内燃機関に送給することができない、という問題がある。

また、この濃縮された高炭素成分燃料１０４が内燃機関の燃焼用として供給されることで、内燃機関の許可可能な適正な割合の高炭素成分燃料１０４を内燃機関へ送給できないため、内燃機関の燃焼効率・排ガス組成が悪化する、という問題がある。

また、この濃縮された高炭素成分燃料１０４を軽油と混入して内燃機関への供給を継続して行なうと、内燃機関の許可可能な範囲以上の高炭素成分燃料１０４となり、その結果増大した高炭素成分燃料１０４に起因して発生する煤の量が増大する、という問題がある。

また、排気ガス中のＰＭは、ＰＭフィルタ等により捕集され、この捕集されたＰＭは定期的に強制酸化してＰＭ捕集機能を再生（以下、「ＰＭ再生」という）しているが、高炭素成分燃料１０４が主要因となって発生する煤に起因するＰＭは、高炭素成分燃料１０４が増大すると、この増大する高炭素成分燃料１０４に起因するＰＭの発生量が更に増大し、ＰＭ再生頻度が増える、という問題がある。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであって、燃料を軽質燃料及び重質燃料に分離し、排気添加弁から排気系内、エンジン筒内へ添加することで、排気ガスの浄化性能を向上させる内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的としている。

上記の目的を達成するために、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、排気通路内の排気ガス中の窒素酸化物を浄化する窒素酸化物浄化用触媒が収容されている窒素酸化物浄化装置と、該窒素酸化物浄化装置の下流側に設けられ、前記排気通路内の前記排気ガス中の粒子状物質を捕集するフィルタ機能を備えた粒子状物質捕集装置とを有する内燃機関の排気浄化装置であって、燃料を軽質成分の多い軽質燃料と、重質成分の多い重質燃料とに分離する燃料分離装置とを有し、前記軽質燃料をエンジン燃焼用の燃料として用いると共に、前記窒素酸化物浄化用触媒に吸蔵された窒素酸化物の還元時に前記軽質燃料を用い、且つ、前記粒子状物質捕集装置に捕集されたＰＭを焼失してＰＭ捕集機能を再生するＰＭ再生時に分離した前記重質燃料を用いることを特徴とする。

本発明に係る内燃機関の排気浄化装置においては、前記燃料分離装置において分離された前記軽質燃料を前記窒素酸化物浄化装置の上流側に供給する第一の排気添加弁と、前記燃料分離装置において分離された前記重質燃料を前記窒素酸化物浄化装置と前記粒子状物質捕集装置との間に供給する第二の排気添加弁とを有することを特徴とする。

本発明に係る内燃機関の排気浄化装置においては、前記窒素酸化物浄化装置と前記粒子状物質捕集装置との間隔が、温度伝達が起こり難い所定間隔を有することを特徴とする。

本発明に係る内燃機関の排気浄化装置においては、前記燃料分離装置で分離された前記重質燃料を貯蔵する重質燃料貯蔵タンクを有することを特徴とする。

本発明に係る内燃機関の排気浄化装置においては、前記粒子状物質捕集装置においてＰＭ再生を行なう際に、前記第一の排気添加弁より前記軽質燃料を添加する添加量と、前記排気ガスの空気量とに基づき、前記第二の排気添加弁より前記重質燃料を添加する添加量を調整することを特徴とする。

本発明に係る内燃機関の排気浄化装置においては、前記粒子状物質捕集装置内の床温に応じ、前記第二の排気添加弁より前記重質燃料を添加する添加回数を調整することを特徴とする。

本発明に係る内燃機関の排気浄化装置においては、前記第一の排気添加弁より前記軽質燃料の添加を開始する添加開始時期と、前記軽質燃料を再度添加する添加間隔と、排気ガスの空気量とに基づき、前記第二の排気添加弁より前記重質燃料の添加を開始する添加開始時期と、前記重質燃料を再度添加する添加間隔とを調整することを特徴とする。

本発明によれば、燃料を軽質成分の多い軽質燃料と、重質成分の多い重質燃料とに分離する燃料分離装置を備え、軽質燃料をエンジン筒内燃焼用の燃料として常時用いることができ、軽質燃料はエンジン筒内燃焼により微粒化され、ガス化が促進される。よって、エンジン筒内には軽質燃料のように微粒化され、気化特性が高い燃料を供給することができるため、エンジン筒内燃焼により発生する燃料中の成分に由来するＰＭの生成を抑制することができる。

また、ＰＭ生成を抑制し、粒子状物質捕集装置内に捕集されるＰＭの量を低減することで、ＰＭ再生を行なう周期をエンジン筒内燃焼用の燃料として軽質燃料を用いない通常の燃料を用いる場合よりも長くすることができる。よって、粒子状物質捕集装置内に捕集されるＰＭ量を抑制し、ＰＭ再生を行なう周期を長くすることで、燃費の悪化を抑制することができる。

また、軽質燃料を窒素酸化物浄化装置の上流側に供給する第一の排気添加弁を備えているため、軽質燃料を窒素酸化物浄化装置の上流側に常時噴射することで、排気ガス温度が低い場合でも軽質燃料のほとんどを微粒化・気化し、ＮＯ_Xの還元反応での還元剤としてＨＣ成分を効率的に利用することができる。これにより、ＮＯ_Xの還元反応を効率よく行ない、ＮＯ_X還元効率を高めることができる。この結果、ＮＯ_X浄化用触媒のＮＯ_X浄化性能を向上させることができる。

また、重質燃料を窒素酸化物浄化装置と粒子状物質捕集装置との間に供給する第二の排気添加弁とを備えているため、重質燃料を粒子状物質捕集装置の上流側に常時噴射することできるため、粒子状物質捕集装置内の床温を上昇させることができる。

また、窒素酸化物浄化装置と粒子状物質捕集装置とを温度伝達が起こり難い所定の間隔を確保することで、粒子状物質捕集装置のＰＭ再生時においても、窒素酸化物浄化装置内のＮＯ_X浄化用触媒の熱劣化を防止しつつ、粒子状物質捕集装置においてＰＭ再生を行なうことができる。

また、燃料分離装置で分離された重質燃料を貯蔵する重質燃料貯蔵タンクを有しているため、必要な場合にのみ粒子状物質捕集装置を供給することができる。

また、粒子状物質捕集装置にてＰＭ再生を行なう際に、第一の排気添加弁により供給される軽質燃料の添加量、添加回数、添加間隔、排気ガスの空気量の値に基づいて、第二の排気添加弁から噴出する重質燃料の添加量、添加回数、添加開始時期及び添加間隔を調整することができる。このため、粒子状物質捕集装置においてＰＭ再生を行う際には、第二の排気添加弁より粒子状物質捕集装置に供給する重質燃料の添加割合を制御することができ、粒子状物質捕集装置内のフィルタ機能の劣化を防止し、燃費の悪化を防止しつつ、床温をＰＭ再生に必要な温度に安定して行なうことができる。また、粒子状物質捕集装置内のフィルタ機能の劣化を防止しつつ、床温の安定化を図ることで、排出ガス中のＨＣ等の排出を防止することができる。

従って、燃料を分離した軽質燃料及び重質燃料を効率よく有効に処理して、燃焼効率・排ガス組成の悪化を防止し、重質燃料に起因して発生する煤の発生量を軽減することができると共に、ＮＯ_X浄化用触媒に吸蔵されたＮＯ_Xの還元効率、粒子状物質捕集装置においてＰＭ再生効率の向上を図ることができる。

以下に、この発明に係る内燃機関の排気浄化装置をディーゼルエンジンシステムに適用した例について図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。

図１は、本発明の実施例に係る内燃機関の排気浄化装置を適用したディーゼルエンジンシステムを示す概略構成図である。図２は、図１に示すエンジンシステムの構成を簡略に示す概略図である。
図１に示すように、内燃機関（以下、エンジンと記す。）１１は、燃料供給系１２、燃焼室１３、吸気系１４および排気系１５等を主要部として構成される直列４気筒のディーゼルエンジンシステムである。

燃料供給系１２は、燃料タンク１６、メイン燃料通路Ｌ１、燃料分離装置１７、軽質燃料送給通路Ｌ２、燃料ポンプ１８、機関燃料通路Ｌ３、コモンレール１９、燃料噴射弁２１、軽質燃料添加通路Ｌ４、第一の排気添加弁２２−１、重質燃料添加通路Ｌ５及び第二の排気添加弁２２−２を備えて構成されている。

燃料タンク１６からメイン燃料通路Ｌ１を介して汲み上げた燃料は、燃料分離装置１７に供給される。燃料分離装置１７は、燃料タンク１６から供給される燃料を軽質成分の多い軽質燃料２３と、重質成分の多い重質燃料２４とに分離する。

ここで、本発明において、軽質燃料とは、低沸点成分が多く含有され蒸発し易い軽質な燃料であり、蒸留温度が低い成分を多く含有する燃料である。また、重質燃料とは、高沸点成分が多く含有され蒸発し難い重質な燃料であり、蒸留温度が高い成分を多く含有する燃料である。

また、本実施例では、燃料分離装置１７としては、燃料を軽質燃料２３と重質燃料２４とに選択的に分離可能なシステムであればよく、例えば加熱温度を制御して軽質燃料２３と重質燃料２４とを分留して取出す方法、分離膜を用いる方法等があるが、特にこれらに限定されるものではない。

燃料ポンプ１８は、燃料分離装置１７から軽質燃料送給通路Ｌ２を介して汲み上げた軽質燃料２３を高圧にし、機関燃料通路Ｌ３を経てコモンレール１９に供給する。コモンレール１９は、燃料ポンプ１８から供給された高圧の軽質燃料２３を所定圧力に蓄圧し、各燃料噴射弁２１に分配する。電磁弁である燃料噴射弁２１は、燃焼室１３内に燃料を噴射供給する。

これにより、軽質燃料２３を各燃料噴射弁２１より燃焼室１３内に噴射供給することができるため、軽質燃料２３をエンジン筒内燃焼用の燃料として常時用いることができる。そして、軽質燃料２３はエンジン筒内燃焼により微粒化され、ガス化が促進される。よって、エンジン筒内には軽質燃料２３のように微粒化され、気化特性が高い燃料を供給することができるため、エンジン筒内燃焼により発生する燃料中の成分に由来するＰＭの生成を抑制することができる。また、ＰＭ生成を抑制し、粒子状物質捕集装置４３内に捕集されるＰＭの量を低減することで、ＰＭを強制酸化しＰＭ捕集機能を再生するＰＭ再生を行なう周期をエンジン筒内燃焼用の燃料として軽質燃料２３を用いない通常の燃料を用いる場合よりも長くすることができる。

よって、粒子状物質捕集装置４３内に捕集されるＰＭ量を抑制し、ＰＭ再生を行なう周期を長くすることで、燃費の悪化を抑制することができる。

また、吸気系１４は、各燃焼室１３内に供給される吸入空気の通路（吸気通路）を形成するものである。排気系１５は、各燃焼室１３から排出される排気ガスの通路（排気通路）を形成するものである。

また、エンジン１１には、その排気により吸気３１を過給するターボチャージャ３２を備えている。ターボチャージャ３２に設けられたインタークーラ３３は、過給によって昇温した吸入空気を強制冷却する。このインタークーラ３３よりも下流に設けられたスロットル弁３４は、いわゆる電子スロットルであり、吸入空気の供給量を調整する。

また、エンジン１１には、吸気系１４と排気系１５をバイパスし、排気の一部を吸気系１４に戻すＥＧＲ通路３５が設けられている。ＥＧＲ通路３５には、排気流量を調整するＥＧＲ弁３６と、排気を冷却するためのＥＧＲクーラ３７が設けられている。

また、排気系１５は、排気主通路４１上に排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯ_X）を浄化する窒素酸化物（ＮＯ_X）浄化用触媒が収容されている窒素酸化物浄化装置４２と、その下流側に排気ガス中の粒子状物質（ＰＭ）を捕集するＰＭフィルタを備えた粒子状物質捕集装置４３とを配設している。

窒素酸化物浄化装置４２に収容されているＮＯ_X浄化用触媒は、排気空燃比がリーンのときに排気ガス中のＮＯ_Xを吸蔵し、排気ガス中の排気空燃比がリッチのときに添加されるＨＣ、ＣＯ等により吸蔵されたＮＯ_Xを還元・放出するものである。

ＮＯ_X浄化用触媒として、具体的には、ＮＳＲ（ＮＯ_X Ｓｔｏｒａｇｅ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）やＤＰＮＲ（Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ−ＮＯ_X Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ）が知られている。ＮＳＲとは、リーン運転モードでの運転中にＮＯ_Xを硝酸塩の形で触媒中に吸蔵し、その硝酸塩を酸素濃度の低下した還元雰囲気でＮ₂に還元するＮＯ_X吸蔵還元型触媒のことである。また、ＤＰＮＲとは、粒子状物質（ＰＭ）とＮＯ_Xを同時に連続して浄化させることが可能なシステムのことであり、例えば、ＰＭ捕集装置であるＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｆｉｌｔｅｒ）にＮＯ_X吸蔵還元型触媒を担持させたものである。本実施例においては、ＮＯ_X浄化用触媒として、ＮＯ_X吸蔵還元型触媒（ＮＳＲ）を適用する。

また、粒子状物質捕集装置４３は、排気ガス中のＰＭを捕集するＰＭフィルタを備えたものである。粒子状物質捕集装置４３として、例えばＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｆｉｌｔｅｒ）がある。

ここでは、その粒子状物質捕集装置４３を窒素酸化物浄化装置４２よりも排気ガス流動方向下流に配置して、その窒素酸化物浄化装置４２内のＮＯ_X浄化用触媒においてＮＯ_Xを吸蔵し、排気ガス中のＰＭ等を粒子状物質捕集装置４３内のＰＭフィルタで捕集し、排気している。

また、窒素酸化物浄化装置４２内のＮＯ_X浄化用触媒や粒子状物質捕集装置４３内のＰＭフィルタが活性状態にあるか否かについては、その夫々の触媒床温、フィルタ床温を検出することで判断してもよい。

また、軽質燃料２３を窒素酸化物浄化装置４２の上流側に供給する第一の排気添加弁２２−１を有している。燃料分離装置１７は、軽質燃料２３の一部を軽質燃料添加通路Ｌ４を介して第一の排気添加弁２２−１に供給する。この供給の際には、第一の排気添加弁２２−１を開放し、軽質燃料２３の噴射を行なう。また、必要でない時には閉鎖し、軽質燃料２３の供給を停止するようにする。

第一の排気添加弁２２−１より軽質燃料２３を窒素酸化物浄化装置４２の上流側に常時噴射することで、排気ガス温度が低い場合でも軽質燃料２３のほとんどを微粒化・気化し、ＮＯ_Xの還元反応での還元剤としてＨＣ成分を効率的に利用することができる。これにより、窒素酸化物浄化装置４２内のＮＯ_X浄化用触媒に吸蔵されたＮＯ_Xの還元反応を効率よく行なうことができ、ＮＯ_Xの還元効率を高めることができる。この結果、ＮＯ_X浄化用触媒のＮＯ_X浄化性能を向上させることができる。

また、第一の排気添加弁２２−１より軽質燃料２３を窒素酸化物浄化装置４２に供給し、窒素酸化物浄化装置４２内のＮＯ_X浄化用触媒の熱劣化が起こらない温度（例えば４００℃）程度にまで加温することで、ＮＯ_X浄化用触媒の熱劣化を抑制しつつ、粒子状物質捕集装置４３内のＰＭフィルタのフィルタ床温を上昇させることができる。

また、窒素酸化物浄化装置４２と粒子状物質捕集装置４３との間に重質燃料２４を供給する第二の排気添加弁２２−２を有している。燃料分離装置１７は、重質燃料２４を重質燃料添加通路Ｌ５を介して第二の排気添加弁２２−２に供給し、重質燃料２４を粒子状物質捕集装置４３に供給する。

この結果、第二の排気添加弁２２−２より重質燃料２４を窒素酸化物浄化装置４２と粒子状物質捕集装置４３との間に常時噴射することができるため、粒子状物質捕集装置４３内のＰＭフィルタのフィルタ床温を上昇させることができる。

また、軽質燃料２３を供給してフィルタ床温が上昇した粒子状物質捕集装置４３にこの重質燃料２４を供給することで、粒子状物質捕集装置４３内のフィルタ床温を更に上昇させることができる。

よって、粒子状物質捕集装置４３内のＰＭフィルタのＰＭ再生に必要なフィルタ床温（例えば５５０℃）にまで効率良く上昇させ、粒子状物質捕集装置４３内のＰＭを強制酸化してＰＭ再生を行なうことができる。

また、粒子状物質捕集装置４３内は高温となるため、窒素酸化物浄化装置４２内のＮＯ_X浄化用触媒に熱が伝わり、熱劣化する虞がある。このため、窒素酸化物浄化装置４２と粒子状物質捕集装置４３との間隔は、窒素酸化物浄化装置４２と粒子状物質捕集装置４３とが温度伝達が起こり難い所定の間隔を確保する。

この結果、所定の間隔を確保することで、粒子状物質捕集装置４３のＰＭ再生時においても、窒素酸化物浄化装置４２内のＮＯ_X浄化用触媒の熱劣化を防止しつつ、粒子状物質捕集装置４３のＰＭフィルタのＰＭ再生効率を高めることができる。

なお、軽質燃料添加通路Ｌ４、重質燃料添加通路Ｌ５には調量弁（図示せず）も設けられている。この調量弁は、第一の排気添加弁２２−１、第二の排気添加弁２２−２に供給する燃料の圧力（燃圧）を制御する。電磁弁である第一の排気添加弁２２−１、第二の排気添加弁２２−２は、軽質燃料２３、重質燃料２４を、適宜量、適宜タイミングで排気系１５の窒素酸化物浄化装置４２の上流側、粒子状物質捕集装置４３の上流側に各々添加供給する。

また、エンジン１１の各部位には、吸気量を検出するエアフロメータ４４と、粒子状物質捕集装置４３内のＰＭフィルタのフィルタ床温を検出する温度センサ４５とが設けられている。また、窒素酸化物浄化装置４２の下流側と粒子状物質捕集装置４３の下流側には、排気ガス中の酸素濃度を検出する空燃比センサ４６−１，４６−２と、粒子状物質捕集装置４３の下流側の窒素濃度を検出するＮＯ_Xセンサ４７とが設けられている。また、窒素酸化物浄化装置４２の下流側と粒子状物質捕集装置４３の下流側には、排気ガスのガス温度を測定する排気温度センサ４８−１，４８−２が設けられている。

また、本実施例では、第一の排気添加弁２２−１、第二の排気添加弁２２−２は軽質燃料２３又は重質燃料２４を微粉化し噴出することが可能なものであれば、特にこれに限定されるものではない。

また、図示を省略するが、エンジン１１の各部位には、吸気量を検出するエアフロメータ４４、コモンレール１９内の燃料の温度と圧力を検出する温度センサおよび圧力センサ、エンジン１１のクランク軸回転を検出するクランクポジションセンサ、吸気温度を検出する吸気温センサ、吸気圧力を検出する吸気圧センサ、アクセルペダルの踏込み量（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサ、スロットル弁３４の開度を検出するスロットルポジションセンサ、エンジン１１の冷却水温を検出する水温センサ等が設けられている。

図示しない電子制御装置（ＥＣＵ）は、空燃比センサ４６−１，４６−２、排気温度センサ４８−１，４８−２等の上記各種センサの検出信号を外部入力回路を介して入力し、これらの信号に基づいて燃料噴射弁２１、第一の排気添加弁２２−１、第二の排気添加弁２２−２の開閉制御し、第一の排気添加弁２２−１から噴出する軽質燃料２３の添加量、第二の排気添加弁２２−２から噴出する重質燃料２４の添加量の調整等、エンジン１１の運転状態に関する各種制御を実施する。

このように、本実施例に係る内燃機関の排気浄化装置を適用したディーゼルエンジンシステムによれば、燃料を軽質燃料２３と、重質燃料２４とに分離する燃料分離装置１７を備え、軽質燃料２３を燃焼室１３内に噴射供給することができるため、軽質燃料２３をエンジン筒内燃焼用の燃料として常時用いることができ、軽質燃料２３はエンジン筒内燃焼により微粒化され、ガス化が促進される。よって、エンジン筒内には軽質燃料２３のように微粒化され、気化特性が高い燃料を供給することができるため、エンジン筒内燃焼により発生する燃料中の成分に由来するＰＭの生成を抑制することができる。また、ＰＭ生成を抑制し、粒子状物質捕集装置４３内に捕集されるＰＭの量を低減することで、ＰＭ再生を行なう周期をエンジン筒内燃焼用の燃料として軽質燃料２３を用いない通常の燃料を用いる場合よりも長くすることができる。よって、粒子状物質捕集装置４３内に捕集されるＰＭ量を抑制し、ＰＭ再生を行なう周期を長くすることで、燃費の悪化を抑制することができる。

また、軽質燃料２３を窒素酸化物浄化装置４２の上流側に供給する第一の排気添加弁２２−１を備えているため、第一の排気添加弁２２−１より軽質燃料２３を窒素酸化物浄化装置４２に常時供給することができる。このため、排気ガス温度が低い場合でも軽質燃料２３のほとんどが微粒化・気化し、ＮＯ_Xの還元反応での還元剤としてＨＣ成分を効率的に利用することができる。これにより、窒素酸化物浄化装置４２内のＮＯ_X浄化用触媒に吸蔵されたＮＯ_Xの還元反応を効率よく行なうことができ、ＮＯ_Xの還元効率を高めることができる。この結果、ＮＯ_X浄化用触媒のＮＯ_X浄化性能を向上させることができる。

また、第一の排気添加弁２２−１より軽質燃料２３を窒素酸化物浄化装置４２に、窒素酸化物浄化装置４２内のＮＯ_X浄化用触媒の熱劣化が起こらない温度（例えば４００℃）程度にまで加温することで、ＮＯ_X浄化用触媒の熱劣化を抑制しつつ、粒子状物質捕集装置４３内のＰＭフィルタのフィルタ床温を上昇させることができる。

また、重質燃料２４を窒素酸化物浄化装置４２と粒子状物質捕集装置４３との間に供給する第二の排気添加弁２２−２を備えているため、第二の排気添加弁２２−２より重質燃料２４を窒素酸化物浄化装置４２と粒子状物質捕集装置４３との間に常時噴射することができ、粒子状物質捕集装置４３内のＰＭフィルタのフィルタ床温を上昇させることができる。よって、粒子状物質捕集装置４３内のＰＭフィルタのＰＭ再生に必要なフィルタ床温（例えば５５０℃）にまで効率良く上昇させ、粒子状物質捕集装置４３内のＰＭを強制酸化してＰＭ再生を行なうことができる。

また、窒素酸化物浄化装置４２と粒子状物質捕集装置４３とを温度伝達が起こり難い所定の間隔を確保することで、粒子状物質捕集装置４３のＰＭ再生時においても、窒素酸化物浄化装置４２内のＮＯ_X浄化用触媒の熱劣化を防止しつつ、粒子状物質捕集装置４３のＰＭフィルタのＰＭ再生を行なうことができる。

従って、本実施例に係る内燃機関の排気浄化装置によれば、燃料を分離した軽質燃料２３及び重質燃料２４を効率よく有効に処理して、燃焼効率・排ガス組成の悪化を防止し、重質燃料２４に起因して発生する煤の発生量を軽減することができると共に、ＮＯ_X浄化用触媒に吸蔵されたＮＯ_Xの還元効率、粒子状物質捕集装置４３においてＰＭ再生効率の向上を図ることができる。

本発明による実施例２に係る内燃機関の排気浄化装置をディーゼルエンジンシステムに適用した例について、図３を参照して説明する。
図３は、本発明の実施例に係る内燃機関の排気浄化装置をディーゼルエンジンシステムの構成を簡略に示す概略図である。
本実施例に係る内燃機関の排気浄化装置は、実施例１に係る内燃機関の排気浄化装置を適用したディーゼルエンジンシステムの構成と同様であるため、図１に示す実施例１の内燃機関の排気浄化装置を適用したディーゼルエンジンシステムの構成を示す図は省略し、ディーゼルエンジンシステムの構成を簡略に示す概略図を用いて説明する。また、実施例１と共通の構成については、同一の符号を付し、説明を省略する。
図３に示すように、本発明の実施例に係る内燃機関の排気浄化装置を適用したディーゼルエンジンシステムは、図１及び図２に示す重質燃料添加通路Ｌ５に重質燃料２４を貯蔵する重質燃料貯蔵タンク５１を備えている。

燃料分離装置１７より重質燃料添加通路Ｌ５−１を介して重質燃料貯蔵タンク５１に供給された重質燃料２４を貯蔵する。貯蔵された重質燃料２４は重質燃料添加通路Ｌ５−２を介して第二の排気添加弁２２−２より重質燃料２４を必要な場合にのみ粒子状物質捕集装置４３に供給することができる。

このため、粒子状物質捕集装置４３内のＰＭフィルタのフィルタ床温に応じて重質燃料２４を粒子状物質捕集装置４３に供給することで、粒子状物質捕集装置４３内のＰＭフィルタのＰＭ再生に必要な温度（例えば５５０℃）にまで上昇させることができる。

このように、本実施例に係る内燃機関の排気浄化装置によれば、燃料を分離した軽質燃料２３及び重質燃料２４を効率よく有効に処理して、燃焼効率・排ガス組成の悪化を防止し、重質燃料２４に起因して発生する煤の発生量を軽減し、ＮＯ_X浄化用触媒に吸蔵されたＮＯ_Xの還元効率の向上を図ることができると共に、粒子状物質捕集装置４３内のＰＭフィルタのフィルタ床温に応じ、重質燃料２４を適時ＰＭ再生用に用い、粒子状物質捕集装置４３においてＰＭ再生効率の向上を図ることができる。

本発明による実施例３に係る内燃機関の排気浄化装置をディーゼルエンジンシステムに適用した例について、図面を参照して説明する。
本実施例に係る内燃機関の排気浄化装置を適用したディーゼルエンジンシステムは、実施例１及び実施例２に係る内燃機関の排気浄化装置を適用したディーゼルエンジンシステムの構成と同様であり、第二の排気添加弁の添加制御を行うようにしたものである。よって、図１及び図２に示すような実施例１の内燃機関の排気浄化装置を適用したディーゼルエンジンシステムの構成を示す図は省略し、本実施例の内燃機関の排気浄化装置を適用したエンジンシステムにおいて粒子状物質捕集装置においてＰＭ再生を行なう際の運転制御方法について図４のフローチャートに基づいて具体的に説明する。

［第一のＰＭ再生制御］
図４は、本実施例に係る内燃機関の排気浄化装置を適用したエンジンシステムにおいて粒子状物質捕集装置においてＰＭ再生を行なう際の第一のＰＭ再生制御を表すフローチャートである。
図４に示すように、本実施例に係る内燃機関の排気浄化装置を適用したエンジンシステムにおいて、第一のＰＭ再生制御は、粒子状物質捕集装置４３においてＰＭ再生を行うため、ＰＭ再生許可制御を実施する工程（ステップＳ１１）と、ＰＭ再生制御がＯＮか否かを判定する工程（ステップＳ１２）と、窒素酸化物浄化装置４２のＮＯ_X浄化用触媒のＮＯ_X還元を実施しているか否かを判定する工程（ステップＳ１３）と、ＮＯ_X還元時に軽質燃料２３を噴出する第一の排気添加弁２２−１（図１に示す窒素酸化物浄化装置４２上流側に軽質燃料２３を噴出する弁）の添加制御値を取得し、ＰＭ再生時に重質燃料２４を噴出する第二の排気添加弁２２−２（図１に示す粒子状物質捕集装置４３上流側に重質燃料２４を噴出する弁）の添加制御値を算出する第二のＰＭ再生制御を算出する第二のＰＭ再生制御を実施する工程（ステップＳ１４）とからなる。
また、ステップＳ１１のＰＭ再生許可制御の具体的な工程は、後述する図５のフローチャートに基づいて行なわれる。また、ステップＳ１４の第二のＰＭ再生制御の具体的な工程は、後述する図６のフローチャートに基づいて行なわれる。

まず、図４において、ステップＳ１１では、粒子状物質捕集装置４３においてＰＭ再生を行うため、ＰＭ再生許可制御を実施する。このステップＳ１１でのＰＭ再生許可制御の具体的な工程を図５に示す。

［ＰＭ再生許可制御］
図５は、ＰＭ再生許可制御を具体的に表すフローチャートである。
図５に示すように、ＰＭ再生許可制御は、粒子状物質捕集装置４３内のＰＭフィルタのＰＭ再生制御をＯＦＦとする工程（ステップＳ２１）と、粒子状物質捕集装置４３内のＰＭフィルタのＰＭ体積量が基準値以上か否かを判定する工程（ステップＳ２２）と、ＰＭ再生を許可する所定の条件を満たしているか否かを判定する工程（ステップＳ２３）と、ＰＭ再生制御をＯＮとする工程（ステップＳ２４）とからなる。

まず、図５において、ステップＳ２１では、粒子状物質捕集装置４３内のＰＭフィルタのＰＭ再生制御をＯＦＦとしている。具体的には、第二の排気添加弁２２−２を閉鎖し、第二の排気添加弁２２−２より重質燃料２４を排気主通路４１に噴出して粒子状物質捕集装置４３に供給するのを停止する。そして、ＰＭ再生制御をＯＦＦとした後、ステップＳ２２に移行する。

そして、ステップＳ２２では、粒子状物質捕集装置４３内のＰＭフィルタのＰＭ体積量が基準値以上か否かを判定する。ＰＭフィルタは、吸着可能なＰＭ量に限界があるため、ＰＭフィルタがＰＭを吸着できなくなる前にＰＭ体積量が基準値以上となったらＰＭ再生を行なうようにする。ステップＳ２２の判定の結果、ＰＭフィルタのＰＭ体積量が基準値以上と判定された（ステップＳ２２肯定）場合には、ステップＳ２３へ移行する。

＜ＰＭ再生許可条件＞
ステップＳ２３では、ＰＭ再生を許可する所定の条件を満たしているか否かを判定する。ＰＭ再生を許可する所定の条件として、具体的には、（ａ）排気温度が一定値以上か否か、（ｂ）ＰＭフィルタのフィルタ床温が基準値未満か否か、（ｃ）排気温度センサ４８−２で検出される排気ガスの排気ガス温度が所定値未満か否か、（ｄ）排気温度センサ４８−１で検出される排気ガスの排気ガス温度が所定値未満か否か、（ｅ）水温が一定以上か否か、（ｆ）空燃比（Ａ／Ｆ）が動作中か否かをそれぞれ判定する。

ここで、ステップＳ２３の排気温度が一定値以上か否か（ａ）は、エンジン１１から排出される排気ガスのガス温度から求める。また、ステップＳ２３のＰＭフィルタのフィルタ床温が基準値未満か否か（ｂ）は、粒子状物質捕集装置４３内に設けられている温度センサ４５によりＰＭフィルタのフィルタ床温を検出し、フィルタ床温が基準値未満か求める。

また、ステップＳ２３の排気温度センサ４８−２で検出される排気ガスの排気ガス温度が所定値未満か否か（ｃ）は、排気温度センサ４８−２により計測される排気ガスの排気ガス温度を検出し、粒子状物質捕集装置４３後流の排気ガスの排気ガス温度が所定値未満か求める。

また、ステップＳ２３の排気温度センサ４８−１で検出される排気ガスの排気ガス温度が所定値未満か否か（ｄ）は、排気温度センサ４８−１により計測される排気ガスの排気ガス温度を検出し、窒素酸化物浄化装置４２の後流の排気ガスの排気ガス温度が所定値未満か求める。

また、ステップＳ２３の水温が一定以上か否か（ｅ）は、触媒の暖気を見て、水温が一定以上か否か判断する。また、ステップＳ２３の空燃比（Ａ／Ｆ）が動作中か否か（ｆ）は、空燃比センサが動作中か否かを確認する。

そして、ステップＳ２３にて、ＰＭ再生を許可する所定の条件を全て満たしているものと判定されたら（ステップＳ２３全て肯定）、ステップＳ２４に移行する。

ステップＳ２４にて、ＰＭ再生制御をＯＮとする。具体的には、第二の排気添加弁２２−２を開放し、第二の排気添加弁２２−２より重質燃料２４を排気主通路４１に噴出して粒子状物質捕集装置４３に供給する。そして、粒子状物質捕集装置４３内のＰＭフィルタのフィルタ床温を重質燃料２４により上昇させ、ＰＭ再生を行なうことができる。

そして、図４に示すステップＳ１２へ移行し、ＰＭ再生制御がＯＮか否かを判定する。図５に示すステップＳ２４にて、ＰＭ再生制御をＯＮとしているため、図４に示すステップＳ１２では、ＰＭ再生制御をＯＮと判定され（ステップＳ１２肯定）、ステップＳ１３に移行する。

また、ステップＳ１３では、窒素酸化物浄化装置４２のＮＯ_X浄化用触媒のＮＯ_X還元を実施しているか否かを判定する。ステップＳ１３の判定の結果、ＮＯ_X浄化用触媒のＮＯ_X還元を実施していると判定された（ステップＳ１３肯定）場合には、ステップＳ１４へ移行する。

ステップＳ１４では、ＮＯ_X還元時に軽質燃料２３を噴出する第一の排気添加弁２２−１の添加制御値を取得し、ＰＭ再生時に重質燃料２４を噴出する第二の排気添加弁２２−２の添加制御値を算出する第二のＰＭ再生制御を実施する。このステップＳ１４での第二のＰＭ再生制御の具体的な工程を図６に示す。

［第二のＰＭ再生制御］
図６は、第二のＰＭ再生制御を具体的に表すフローチャートである。
図６に示すように、第二のＰＭ再生制御は、第一の排気添加弁２２−１の添加制御値を取得する工程（ステップＳ３１）と、現在のエンジン運転状況を取得する工程（ステップＳ３２）と、第二の排気添加弁２２−２の添加制御値を算出する工程（ステップＳ３３）と、第二の排気添加弁２２−２より重質燃料２４を排気主通路４１に添加する工程（ステップＳ３４）と、窒素酸化物浄化装置４２内のＮＯ_X浄化用触媒のＮＯ_X還元制御を行なっている否かを判定する工程（ステップＳ３５）と、粒子状物質捕集装置４３内のＰＭフィルタのＰＭ体積量が基準値以下か否かを判定する工程（ステップＳ３６）とからなる。

＜第一の排気添加弁の添加制御値取得＞
図６において、まず、ステップＳ３１では、第一の排気添加弁２２−１の添加制御値を取得する。具体的には、（I）第一の排気添加弁２２−１により軽質燃料２３を噴出し、添加する添加量、（II）第一の排気添加弁２２−１により軽質燃料２３を噴出する添加回数、（III）図示しないＥＣＵのより第一の排気添加弁２２−１から軽質燃料２３を次に噴出するまでの添加間隔を求める。そして、ステップＳ３１において、上記の第一の排気添加弁２２−１の添加制御値を取得し、ＥＣＵの指示値を取得後、ステップ３２に移行する。

そして、ステップＳ３２では、現在のエンジン運転状況を取得する。具体的には、図示しない排気量を検出するエアフロメータで排気ガスの空気量（流速）を求める。排気ガスの流速が早いと吸着するＰＭ量も多くなるため、排気ガスの空気量（流速）を考慮してＰＭ再生制御を行なうようにするためである。そして、ステップＳ３２において、排気ガスの空気量（流速）を求めた後、ステップ３３に移行する。

＜第二の排気添加弁の添加制御値算出＞
そして、ステップＳ３３では、第二の排気添加弁２２−２の添加制御値を算出する。添加制御値としては、具体的には、（i）第二の排気添加弁２２−２により重質燃料２４を噴出し、添加する添加量、（ii）第二の排気添加弁２２−２により重質燃料２４を噴出する添加回数、（iii）第二の排気添加弁２２−２から重質燃料２４を次に噴出するまでの添加間隔、（iv）第二の排気添加弁２２−２により重質燃料２４の噴出を開始する添加開始時期を求める。

ここで、ステップＳ３３の第二の排気添加弁２２−２により重質燃料２４を噴出し、添加する添加量（i）は、第一の排気添加弁２２−１により軽質燃料２３を噴出し、添加する添加量と、図示しない排気量を検出するエアフロメータより検出される排気ガスの空気量（流速）とに基づいて求める。これにより、第二の排気添加弁２２−２から重質燃料２４を適正な量で粒子状物質捕集装置４３に添加することができる。

また、ステップＳ３３の第二の排気添加弁２２−２による重質燃料２４の添加回数（ii）は、粒子状物質捕集装置４３のＰＭフィルタのフィルタ床温に応じて求める。これにより、第二の排気添加弁２２−２から重質燃料２４を添加する添加回数を調整することができる。

また、ステップＳ３３の第二の排気添加弁２２−２による重質燃料２４の添加間隔（iii）は、第一の排気添加弁２２−１による軽質燃料２３の添加間隔と比較して求める。これは、重質燃料２４の噴出時期と軽質燃料２３の噴出時期とが重なり、供給時期が同時期となることで、軽質燃料２３の供給された排気ガスのリッチ雰囲気と重質燃料２４の供給された排気ガスのリッチ雰囲気とが重なり、リッチ側に大きくなるためである。

そのため、例えば、図７に示すように、第二の排気添加弁２２−２による重質燃料２４の添加間隔は、第一の排気添加弁２２−１による軽質燃料２３の添加間隔と比較して、第二の排気添加弁２２−２による重質燃料２４の噴出時期と第一の排気添加弁２２−１による軽質燃料２３の噴出時期とが重ならないように調整する。このとき、第二の排気添加弁２２−２による重質燃料２４の添加間隔は、第二の排気添加弁２２−２により重質燃料２４を最初に添加を開始した時から次に重質燃料２４を最初に添加を開始するまでの期間である。また、第二の排気添加弁２２−２による重質燃料２４の添加間隔は、第一の排気添加弁２２−１により軽質燃料２３を最初に添加を開始した時から次に軽質燃料２３を最初に添加を開始するまでの期間である。

ここで、例えば、図８に示すように、第一の排気添加弁２２−１から軽質燃料２３を噴出して空燃比センサ４６−１で検出される空燃比（Ａ／Ｆ）の値がストイキの状態であり（図中、細線）、第二の排気添加弁２２−２から重質燃料２４を噴出して空燃比センサ４６−２で検出される空燃比（Ａ／Ｆ）の値がストイキより低くなるとする（図中、太線）。このとき、仮に第一の排気添加弁２２−１から噴出される軽質燃料２３を考慮せず第二の排気添加弁２２−２から重質燃料２４を噴出し、空燃比センサ４６−２で検出される空燃比（Ａ／Ｆ）の値は、空燃比センサ４６−１で検出される空燃比（Ａ／Ｆ）の値よりリッチ側に高くなる傾向になる（図中、破線）。

この結果、第一の排気添加弁２２−１から噴出される軽質燃料２３を考慮せず第二の排気添加弁２２−２から重質燃料２４を噴出すると、排気ガス中の燃料が多くなるため、フィルタが例えば煤等で詰まっているような場合には、粒子状物質捕集装置４３のＰＭフィルタのフィルタ床温が急激に上昇し、フィルタが破損してしまう虞がある。また、粒子状物質捕集装置４３の後流側に例えば酸化触媒を設け、排気ガスを浄化するようにしても、酸化触媒では、十分に排気ガスを浄化することができないものとなる。

これに対し、前述したように、第二の排気添加弁２２−２による重質燃料２４の添加間隔は、第一の排気添加弁２２−１による軽質燃料２３の添加間隔と比較して、第二の排気添加弁２２−２による重質燃料２４の噴出時期と第一の排気添加弁２２−１による軽質燃料２３の噴出時期とが重ならないように調整することで、排気ガス中の燃料が多くならないようにすることができる。

また、ステップＳ３３の第二の排気添加弁２２−２により重質燃料２４の噴出を開始する添加開始時期（iv）は、第一の排気添加弁２２−１より軽質燃料２３の添加を開始する添加開始時期と、第一の排気添加弁２２−１により軽質燃料２３を再度添加する添加間隔と、排気ガスの空気量とに基づいて求める。

更に、ステップＳ３３では、第二の排気添加弁２２−２の開度調整の情報がないか、或いは第二の排気添加弁２２−２の開度調整の情報の取得から一定時間以上経過している場合には、第二の排気添加弁２２−２の開度調整の情報の取得を行なうようにする。このステップＳ３３での第二の排気添加弁２２−２の開度調整の情報の取得のための具体的な工程を図９に示す。

［第二の排気添加弁の開度調整の情報の取得］
図９は、第二の排気添加弁２２−２の開度調整の情報の取得を具体的に表すフローチャートである。
図９に示すように、第二の排気添加弁２２−２の開度調整の情報の取得は、重質燃料２４を添加するための第二の排気添加弁２２−２の開度調整の情報がないか、又は前回の重質燃料２４を添加するための第二の排気添加弁２２−２の開度調整の情報の取得から一定時間以上か否かを判定する工程（ステップＳ４１）と、第一の排気添加弁２２−１から軽質燃料２３の添加を停止する工程（ステップＳ４２）と、第二の排気添加弁２２−２の開度調整の情報の取得を開始する工程（ステップＳ４３）と、第二の排気添加弁２２−２の開度調整の情報の取得が完了したか否かについて判定する工程（ステップＳ４４）と、第一の排気添加弁２２−１の添加の停止を解除する工程（ステップＳ４５）とからなる。

図９において、まず、ステップＳ４１では、重質燃料２４を添加するための第二の排気添加弁２２−２の開度調整の情報がないか、又は前回の重質燃料２４を添加するための第二の排気添加弁２２−２の開度調整の情報の取得から一定時間以上か否かを判定する。ステップＳ４１の判定の結果、重質燃料２４を添加するための第二の排気添加弁２２−２の開度調整の情報がないか、又は前回の重質燃料２４を添加するための第二の排気添加弁２２−２の開度調整の情報の取得から一定時間以上経過していると判定された（ステップＳ４１肯定）場合には、ステップＳ４２へ移行する。

そして、ステップＳ４２では、第一の排気添加弁２２−１から軽質燃料２３の添加を停止し、ステップＳ４３に移行する。

そして、ステップＳ４３では、第二の排気添加弁２２−２の開度調整の情報の取得を開始する。具体的には、図示しないＥＣＵにより第二の排気添加弁２２−２より重質燃料２４を排気主通路４１に適切に噴出し、所定の空燃比（Ａ／Ｆ）になっているか確認する。

空燃比（Ａ／Ｆ）をストイキとする際に、重質燃料２４の添加量を制御して空燃比（Ａ／Ｆ）を調整いるが、第二の排気添加弁２２−２が例えば煤等で劣化していると、取得している情報に基づいて第二の排気添加弁２２−２から重質燃料２４を添加し制御しても所定の空燃比（Ａ／Ｆ）とならない。このため、空燃比（Ａ／Ｆ）を確認して第二の排気添加弁２２−２からの重質燃料２４の添加量を増加し、所定の空燃比（Ａ／Ｆ）とする必要がある。このように、適正なＰＭ再生を行なうため、空燃比センサ４６−２で空燃比（Ａ／Ｆ）を確認し、第二の排気添加弁２２−２からの重質燃料２４の添加量を制御する。

例えば、空燃比（Ａ／Ｆ）を例えば１４．０程度に調整しようとする場合に、前回取得した第二の排気添加弁２２−２の開度調整の情報に基づいて第二の排気添加弁２２−２より重質燃料２４を噴出して検出される空燃比（Ａ／Ｆ）の値が例えば１５．０程度又は１６．０程度であった時には、第二の排気添加弁２２−２の開度を調整し、空燃比（Ａ／Ｆ）を例えば１４．０程度とする第二の排気添加弁２２−２の開度調整の情報を取得する。この結果、第二の排気添加弁２２−２の開度を調整し空燃比（Ａ／Ｆ）を例えば１４．０程度に調整することができる。

そして、ステップＳ４４では、第二の排気添加弁２２−２の開度調整の情報の取得が完了したか否かについて判定する。ステップＳ４４の判定の結果、第二の排気添加弁２２−２の開度調整の情報の取得が完了していると判定された（ステップＳ４４肯定）場合には、ステップＳ４５へ移行する。

ステップＳ４５では、第一の排気添加弁２２−１の添加の停止を解除し、第一の排気添加弁２２−１より軽質燃料２３を噴出する。

そして、図６に示すステップＳ３３において、第二の排気添加弁２２−２の添加制御値の算出が終了したら、ステップＳ３４に移行する。

ステップＳ３４では、第二の排気添加弁２２−２より重質燃料２４を排気主通路４１に添加する。具体的には第二の排気添加弁２２−２の開度を調整し、重質燃料２４を排気主通路４１に噴出して粒子状物質捕集装置４３に供給し、ステップＳ３５へ移行する。

そして、ステップＳ３５では、窒素酸化物浄化装置４２内のＮＯ_X浄化用触媒のＮＯ_X還元制御を行なっている否かを判定する。ステップＳ３５の判定の結果、窒素酸化物浄化装置４２内のＮＯ_X浄化用触媒のＮＯ_X還元制御を行なっていると判定された（ステップＳ３５肯定）場合には、ステップＳ３６へ移行する。

そして、ステップＳ３６では、粒子状物質捕集装置４３内のＰＭフィルタのＰＭ体積量が基準値以下か否かを判定する。ステップＳ３６の判定の結果、ＰＭフィルタのＰＭ体積量が基準値以下と判定された（ステップＳ３６肯定）場合には、ＰＭ再生制御を終了する。

一方、図４に示すステップＳ１２の判定の結果、ＰＭ再生制御がＯＦＦと判定された（ステップＳ１２否定）場合には、ＰＭ再生制御を終了する。

また、ステップＳ１３の判定の結果、ＮＯ_X浄化用触媒のＮＯ_X還元を実施していないと判定された（ステップＳ１３否定）場合には、ステップＳ１５に移行する。

そして、ステップＳ１５では、ＰＭ再生制御を行なう。具体的には、第二の排気添加弁２２−２を開放し、第二の排気添加弁２２−２より重質燃料２４を排気主通路４１に噴出して粒子状物質捕集装置４３に供給する。そして、粒子状物質捕集装置４３内のＰＭフィルタのフィルタ床温を上昇し、ＰＭフィルタに捕集されたＰＭを強制酸化してＰＭ再生する。

そして、ステップＳ１５でＰＭ再生を行なった後、ＰＭ再生制御を終了する。

また、図５に示すステップＳ２２では、粒子状物質捕集装置４３内のＰＭフィルタのＰＭ体積量が基準値以上か否かが判定された結果、ＰＭ体積量が基準値以上でないと判定された（ステップＳ２２否定）場合には、ＰＭ再生制御を終了する。

また、ステップＳ２３の判定の結果、ステップＳ２３にて、ＰＭ再生を許可するのに上記所定の条件を満たしていないと判定された（ステップＳ２３否定）場合には、ＰＭ再生制御を終了する。

また、図６に示すステップＳ３５において、窒素酸化物浄化装置４２内のＮＯ_X浄化用触媒のＮＯ_X還元制御を行なっている否かが判定された結果、窒素酸化物浄化装置４２内のＮＯ_X浄化用触媒のＮＯ_X還元制御を行なっていないと判定された（ステップＳ３５否定）場合には、ステップＳ３７へ移行する。

そして、ステップＳ３７では、図４に示すステップ１５のＰＭ再生制御と同様に、ＰＭ再生制御を行なう。具体的には、図４に示すステップ１５での説明と同様、第二の排気添加弁２２−２より重質燃料２４を粒子状物質捕集装置４３に供給し、粒子状物質捕集装置４３内のＰＭフィルタのフィルタ床温を上昇し、ＰＭ再生を行なうようにする。そして、ステップＳ３７でＰＭ再生を行なった後、ＰＭ再生制御を終了する。

よって、本発明の実施例に係る内燃機関の排気浄化装置を適用したエンジンシステムによれば、粒子状物質捕集装置４３にてＰＭ再生を行なう際に、第一の排気添加弁２２−１により供給される軽質燃料２３の添加量、添加回数、添加間隔、排気ガスの空気量の値に基づいて、第二の排気添加弁２２−２から噴出する重質燃料２４の添加量、添加回数、添加開始時期及び添加間隔を調整することができる。

このため、粒子状物質捕集装置４３内のＰＭフィルタのＰＭ再生時には、第二の排気添加弁２２−２より粒子状物質捕集装置４３に供給する重質燃料２４の添加割合を制御することができ、粒子状物質捕集装置４３内のＰＭフィルタの劣化を防止し、燃費の悪化を防止しつつ、ＰＭフィルタのフィルタ床温をＰＭ再生に必要な温度に安定して行なうことができる。また、粒子状物質捕集装置４３内のＰＭフィルタの劣化を防止しつつ、床温の安定化を図ることで、排出ガス中の炭化水素等の排出を防止することができる。

また、本実施例では、図１及び図２に示すような実施例１の内燃機関の排気浄化装置を適用したディーゼルエンジンシステムに適用した場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、図３に示すような実施例２に係る内燃機関の排気浄化装置を適用したディーゼルエンジンシステムに適用してもよい。

このように、本実施例に係る内燃機関の排気浄化装置によれば、第二の排気添加弁２２−２から噴出する重質燃料２４の添加量、添加回数、添加開始時期及び添加間隔を調整することで、燃料を分離した軽質燃料２３及び重質燃料２４を効率よく有効に処理しつつ、燃焼効率・排ガス組成の悪化を防止することができると共に、粒子状物質捕集装置４３のＰＭ再生効率の向上を図ることができる。

以上のように、この発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、軽質燃料をエンジン筒内燃焼用の燃料として用いると共に、窒素酸化物浄化装置に軽質燃料を供給し、粒子状物質捕集装置に重質燃料を供給することで、燃料中の軽質燃料及び重質燃料を効率よく有効に処理して、ＮＯ_Xの放出、ＰＭ再生を行なうのに有用であり、重質燃料に起因する煤の発生量を軽減しつつ、ＮＯ_X浄化用触媒に吸蔵されたＮＯ_Xの還元効率、粒子状物質捕集装置のＰＭ再生効率の向上を図ることが可能な内燃機関に適している。

本発明の実施例１に係る内燃機関の排気浄化装置を適用したディーゼルエンジンシステムを示す概略構成図である。 図１に示すエンジンシステムの構成を簡略に示す概略図である。 本発明の実施例２に係る内燃機関の排気浄化装置をディーゼルエンジンシステムの構成を簡略に示す概略図である。 本発明の実施例３に係る内燃機関の排気浄化装置を適用したエンジンシステムにおいて粒子状物質捕集装置においてＰＭ再生を行なう際の第一のＰＭ再生制御を表すフローチャートである。 ＰＭ再生許可制御を具体的に表すフローチャートである。 第二のＰＭ再生制御を具体的に表すフローチャートである。 軽質燃料及び重質燃料の添加間隔を簡略に示す説明図である。 空燃比センサで検出される空燃比を表す説明図である。 第二の排気添加弁の開度調整の情報の取得を具体的に表すフローチャートである。 従来の内燃機関の排気浄化装置の構成の一例を示す図である。

符号の説明

１１ エンジン
１２ 燃料供給系
１３ 燃焼室
１４ 吸気系
１５ 排気系
１６ 燃料タンク
１７ 燃料分離装置
１８ 燃料ポンプ
１９ コモンレール
２１ 燃料噴射弁
２２−１ 第一の排気添加弁
２２−２ 第二の排気添加弁
２３ 軽質燃料
２４ 重質燃料
３１ 吸気
３２ ターボチャージャ
３３ インタークーラ
３４ スロットル弁
３５ ＥＧＲ通路
３６ ＥＧＲ弁
３７ ＥＧＲクーラ
４１ 排気主通路
４２ 窒素酸化物浄化装置
４３ 粒子状物質捕集装置
４４ エアフロメータ
４５ 温度センサ
４６−１，４６−２ 空燃比センサ
４７ ＮＯ_Xセンサ
４８−１，４８−２ 排気温度センサ
５１ 重質燃料貯蔵タンク
Ｌ１ メイン燃料通路
Ｌ２ 軽質燃料送給通路
Ｌ３ 機関燃料通路
Ｌ４ 軽質燃料添加通路
Ｌ５、Ｌ５−１、Ｌ５−２ 重質燃料添加通路

Claims (7)

1. 排気通路内の排気ガス中の窒素酸化物を浄化する窒素酸化物浄化用触媒が収容されている窒素酸化物浄化装置と、
   該窒素酸化物浄化装置の下流側に設けられ、前記排気通路内の前記排気ガス中の粒子状物質を捕集するフィルタ機能を備えた粒子状物質捕集装置とを有する内燃機関の排気浄化装置であって、
   燃料を軽質成分の多い軽質燃料と、重質成分の多い重質燃料とに分離する燃料分離装置とを有し、
   前記軽質燃料をエンジン燃焼用の燃料として用いると共に、前記窒素酸化物浄化用触媒に吸蔵された窒素酸化物の還元時に前記軽質燃料を用い、
   且つ、前記粒子状物質捕集装置に捕集されたＰＭを焼失してＰＭ捕集機能を再生するＰＭ再生時に分離した前記重質燃料を用い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、
   前記燃料分離装置において分離された前記軽質燃料を前記窒素酸化物浄化装置の上流側に供給する第一の排気添加弁と、
   前記燃料分離装置において分離された前記重質燃料を前記窒素酸化物浄化装置と前記粒子状物質捕集装置との間に供給する第二の排気添加弁とを有す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又は２において、
   前記窒素酸化物浄化装置と前記粒子状物質捕集装置との間隔が、温度伝達が起こり難い所定間隔を有す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乃至３の何れか一つにおいて、
   前記燃料分離装置で分離された前記重質燃料を貯蔵する重質燃料貯蔵タンクを有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２乃至４の何れか一つにおいて、
   前記粒子状物質捕集装置においてＰＭ再生を行なう際に、
   前記第一の排気添加弁より前記軽質燃料を添加する添加量と、前記排気ガスの空気量とに基づき、
   前記第二の排気添加弁より前記重質燃料を添加する添加量を調整することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
6. 請求項５において、
   前記粒子状物質捕集装置内の床温に応じ、前記第二の排気添加弁より前記重質燃料を添加する添加回数を調整することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
7. 請求項５又は６において、
   前記第一の排気添加弁より前記軽質燃料の添加を開始する添加開始時期と、前記軽質燃料を再度添加する添加間隔と、排気ガスの空気量とに基づき、
   前記第二の排気添加弁より前記重質燃料の添加を開始する添加開始時期と、前記重質燃料を再度添加する添加間隔とを調整することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。

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