JP2009270567A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料添加弁を装備しつつリッチ燃焼を実行してＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘの還元を行うシステムにおいて、リッチ燃焼期間中やリッチ燃焼からリーン燃焼への切り替え時に発生する煤による燃料添加弁の詰まりを解消できる内燃機関の排気浄化装置を提供する。
【解決手段】リッチ燃焼からリーン燃焼へ切り替えられて次のリッチ燃焼が開始されていない間（Ｓ１０：ＹｅｓかつＳ２０：Ｙｅｓ）であり、ＮＯｘ触媒の温度が所定値より低い場合（Ｓ４０：Ｙｅｓ）に、燃料添加弁から燃料を微小量噴射する（Ｓ５０）。これにより、リッチ燃焼中あるいはリッチ燃焼からリーン燃焼への切り替え時に発生した煤による燃料添加弁の噴孔の詰まりが解消される。
【選択図】図２

Description

本発明は内燃機関の排気浄化装置に関する。

ディーゼルエンジン等では、排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化する目的で排気管の途中に吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（ＮＯｘ触媒、Ｌｅａｎ ＮＯｘ Ｔｒａｐ、ＬＮＴ）を配置する場合がある。ＬＮＴには、ディーゼルエンジンにおいて基本となるリーン雰囲気でＮＯｘが吸蔵され、間隔を置いてリッチ雰囲気に切り替えることにより吸蔵されていたＮＯｘが無害な窒素に還元されて放出される。

リッチ雰囲気を形成する手法として排気燃料添加と呼ばれる手法がある。この手法では排気管に燃料添加弁（添加弁）を設置して、燃料添加弁から排気管に燃料を噴射（添加）することによりリッチ雰囲気を形成してＬＮＴに還元剤である未燃燃料が供給される。

添加弁が装備されている場合、添加弁において燃料を噴射する噴孔が詰まる場合がある。詰まりの原因としては排気中の煤や、燃料中のデポジット成分がある。下記特許文献１では、排気中の煤は燃焼の適合で減らし、デポジット成分による詰まりが発生しないように燃料添加弁から燃料を噴射して噴孔の温度を低下させている。

特開２００５−１０６０４７号公報

リッチ雰囲気を形成するための手法としては、排気燃料添加以外にリッチ燃焼と呼ばれる手法がある。この手法では筒内におけるメイン噴射での噴射量を増量することによりリッチガスを排出する。リッチ燃焼は排気燃料添加よりも少ない燃料で効率的にＮＯｘが浄化できる等の利点を有するが、リッチ燃焼に適した運転条件や走行状態が限定されるという問題点がある。したがってリッチ燃焼と燃料添加弁とを並存させて運転条件に応じて両手法を切り替えることにより、それぞれに適した運転条件で両手法を用いれば好適である。

リッチ燃焼を実行する場合、リッチ燃焼期間中やリーン燃焼からリッチ燃焼およびリッチ燃焼からリーン燃焼への燃焼切り替え時に大量の煤が発生する。したがってリッチ燃焼と燃料添加弁とが並存するシステムでは、この煤が燃料添加弁の噴孔に詰まる可能性がある。燃料添加弁の噴孔に詰まりが発生すれば、燃料添加弁への噴射の指令値と実際の噴射量とがずれる可能性がある。上記特許文献１を含めて従来技術ではこうしたリッチ燃焼による煤が燃料添加弁の噴孔を詰まらせる問題は考慮されていない。

そこで本発明が解決しようとする課題は、上記問題点に鑑み、燃料添加弁を装備しつつリッチ燃焼を実行してＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘの還元を行うシステムにおいて、リッチ燃焼期間中やリッチ燃焼からリーン燃焼への切り替え時に発生する煤による燃料添加弁の詰まりを解消できる内燃機関の排気浄化装置を提供することである。

課題を解決するための手段及び発明の効果

上記課題を解決するために、本発明の内燃機関の排気浄化装置は、排気通路にＮＯｘを吸蔵し還元するためのＮＯｘ触媒を備えた内燃機関の排気浄化装置であって、前記排気通路に燃料を添加する燃料添加弁と、前記内燃機関でリッチ燃焼を実行するリッチ燃焼実行手段と、前記リッチ燃焼実行手段によって実行されたリッチ燃焼が終了して次のリッチ燃焼が開始されていない間に、前記燃料添加弁から燃料を添加する添加制御手段とを備えたことを特徴とする。

これにより、本発明の内燃機関の排気浄化装置ではリッチ燃焼が終了して次のリッチ燃焼が開始されていない間に燃料添加弁から燃料を添加することによって燃料添加弁の噴孔に詰まった煤を飛散させるので、リッチ燃焼時あるいはリーン燃焼からリッチ燃焼およびリッチ燃焼からリーン燃焼への燃焼切り替え時において大量に発生する煤による燃料添加弁の詰まりが解消できる。したがってリッチ燃焼と排気燃料添加とを適切に切り替えて用いることができる利点に加えて、噴孔の詰まりが抑制できて燃料添加弁からの実際の噴射量の指令値からのずれが抑制できる排気浄化装置が実現できる。さらに燃料添加弁から燃料を噴射することによって煤を飛散させるので、煤の飛散のために新たな機構を装備することなく低コストで詰まりの解消が達成できる。

また前記リッチ燃焼実行手段によるリッチ燃焼終了後から前記添加制御手段による燃料の添加の開始までに経過することを要する必要経過時間を、前記添加により前記添加弁の詰まりを軽減し、かつ前記添加によってリッチ雰囲気に戻らないとの条件を満たすように指令する指令手段を備えたとしてもよい。

これにより添加弁からの燃料の添加により添加弁の詰まりを軽減し、かつその添加によってリッチ雰囲気に戻らないとの条件を満たすように燃料添加を実行するので、添加弁の詰まりを軽減する際に、リッチ雰囲気に戻ってしまうことによって未燃燃料がすり抜けてエミッションが悪化するような事態となることが抑制できる。

また排気中の空燃比を計測する計測手段を備え、前記指令手段は、リーン燃焼状態における目標空燃比と、前記計測手段によって計測された空燃比の計測値との差分が所定値よりも小さければ、前記必要経過時間を経過したと指令するとしてもよい。

これにより、リーン燃焼状態における目標空燃比と空燃比計測値との差分値が小さければ必要経過時間を経過したと指令するので、十分にリーン雰囲気に戻ったとの条件を満たさない限り、添加弁からの燃料添加が実行されない。したがって十分にリーン雰囲気に戻っていないときに燃料添加して、リッチ雰囲気に戻って未燃ＨＣ（炭化水素）がすり抜けてエミッションが悪化する事態が抑制できる。

また前記指令手段は、前記内燃機関が高負荷、高回転である程、前記必要経過時間を短くするように指令するとしてもよい。

これにより、一般に内燃機関が高回転、高負荷である程、ＥＧＲガスの切替が迅速に進行する等の理由によりリッチからリーンに迅速に移行する傾向があることに対応して、高回転、高負荷の場合は、リッチ燃焼終了後迅速に燃料添加を実行しつつ、かつリッチ雰囲気に戻る可能性を小さくできる。

また前記指令手段は、前記内燃機関の吸気量が多い程、前記必要経過時間を短くするように指令するとしてもよい。

これにより、一般に吸気量が多い程、添加弁のノズル近傍の排気圧力が大きくなってノズルが詰まりやすくなる傾向があることに対応して、吸気量が多い場合にリッチ燃焼終了後迅速に燃料添加を実行して詰まりを軽減できる。

また前記添加制御手段による燃料の添加量を、前記添加弁の詰まりの要因が大きい程、その詰まりの要因を軽減するとの条件を満たすように算出する添加量算出手段を備えたとしてもよい。

これにより添加弁の詰まりの要因が大きい程、その詰まりの要因を軽減するとの条件を満たすように燃料の添加量を算出するので、不必要に大きい添加量による燃費の悪化や、詰まりを軽減できない小さすぎる添加量を回避して、詰まりの状況に応じた適切な添加量で効果的に詰まりを軽減できる。

また前記添加量算出手段は、前記内燃機関が高負荷、高回転である程、前記添加制御手段による燃料の添加量を大きな値とするとしてもよい。

これにより一般に内燃機関が高負荷、高回転である程、内燃機関から排出される煤の量が多い傾向があることに対応して、適した適切な添加量を設定できる。

また前記添加量算出手段は、リッチ燃焼期間が長い程、前記添加制御手段による燃料の添加量を大きな値とするとしてもよい。

これにより、一般にリッチ燃焼期間が長い程、同期間に内燃機関から排出される煤の量は多くなるとの傾向に対応して適切な添加量を設定できる。

また前記添加量算出手段は、リッチ燃焼時における空燃比がリッチ側の値である程、前記添加制御手段による燃料の添加における添加量を大きな値とするとしてもよい。

これにより、一般にリッチ燃焼時における空燃比がリッチ側の値である程、内燃機関から排出される煤の量は多くなる傾向があることに対応して、適した適切な添加量を設定できる。

また前記添加量算出手段は、前記添加制御手段による燃料の添加における添加量を、ＮＯｘ還元のための燃料添加量よりも少量とするとしてもよい。

これにより、添加弁の詰まり軽減のための燃料添加量をＮＯｘ還元のための燃料添加量よりも少量とすることにより、多量の燃料添加によって燃費が悪化することを回避するとともに、燃料添加によってリッチ雰囲気に戻って未燃ＨＣがすり抜けてエミッションが悪化することも抑制する。

また前記ＮＯｘ触媒の温度を取得する温度取得手段を備え、前記添加制御手段は、前記温度取得手段によって取得された温度が所定温度より低い場合に前記燃料添加弁から燃料を噴射するとしてもよい。

これによりＮＯｘ触媒の温度が所定温度より低い場合に添加制御手段によって燃料添加弁から燃料を噴射するので、噴孔の詰まりを解消するための燃料の噴射によってＮＯｘ触媒が機能する温度範囲を越えて過昇温することが抑制できる。

また前記添加弁の先端温度相当量を取得する先端温度取得手段を備え、前記添加制御手段は、その先端温度取得手段によって取得された前記先端温度相当量が所定値よりも高い場合、前記温度取得手段によって取得された前記触媒温度に関わらず前記燃料添加弁から燃料を噴射するとしてもよい。

これにより添加弁の先端温度が高い場合には、ＮＯｘ触媒温度に関係なく燃料添加弁から燃料を噴射する。したがって、一般に添加弁の先端温度が高い場合には詰まりの原因となるデポジットが生成しやすい傾向があることに対応して、触媒温度に関係なく迅速に詰まりの軽減のための燃料添加が実行できる。

また前記添加制御手段は、前記燃料の添加の際に、噴射圧を所定圧力以上とするように複数回に分割して実行するとしてもよい。

これにより噴射圧を所定圧力以上とするように複数回に分割して燃料添加を実行するので、高い圧力で燃料を噴射することで効果的に添加弁の詰まりを軽減できる。また１度に大量の燃料を添加すると触媒をすり抜けてエミッションを悪化させる可能性もあるが、こうした不具合も抑制できる。

本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の実施例１での装置構成図。 実施例１での燃料添加弁の噴孔に詰まった煤を飛散させる処理手順を示すフローチャート。 本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の実施例２での装置構成図。 実施例２での燃料添加弁の噴孔に詰まった煤を飛散させる処理手順を示すフローチャート。 Ａ／Ｆ値、吸気量、噴射量指令値の時間推移の例を示す図。 複数回の燃料噴射の例を示す図。 温度ウィンドウの例を示す図。

以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ説明する。まず図１は、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置１の実施例１の装置構成の概略図である。図１の排気浄化装置１はディーゼルエンジン２（エンジン）に対して構成され、吸気管３、排気管４を備える。

吸気管３を通ってエンジン２に空気（新気、吸気）が供給され、エンジン２からの排気は排気管４へ排出される。エンジン２には図示しないインジェクタが装備され、インジェクタから筒内へ燃料が噴射される。吸気管３にはエアフロメータ３０が設置されている。エアフロメータ３０によって（単位時間当たりの）吸気量が計測される。

排気管４には上流側から順に、燃料添加弁４１（添加弁）、排気温度センサ４２、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒６（ＮＯｘ触媒、Ｌｅａｎ ＮＯｘ Ｔｒａｐ、ＬＮＴ）、排気温度センサ４３が配置されている。添加弁４１からはリッチ雰囲気を形成するために燃料が添加（噴射）される。排気温度センサ４２、４３によって、それぞれの位置での排気の温度が計測される。

ＬＮＴ６は例えばセラミック製の基材上に担体の層が形成されて、担体上に吸蔵剤と触媒とが担持された構造であるとすればよい。担体としては例えばガンマアルミナを用いれば表面の凹凸による大きな表面積によって多くの吸蔵剤、触媒が担持できて好適である。また吸蔵剤としては例えばバリウム、リチウム、カリウムなど、触媒としては例えば白金などを用いればよい。

ＬＮＴ６においては、理論空燃比よりも燃料が希薄な（通常、Ａ／Ｆ値（空燃比値）は１７以上）リーン雰囲気時に排気中のＮＯｘが吸蔵剤に吸蔵される。そして理論空燃比よりも燃料が過剰な（通常、Ａ／Ｆ値は１４．５以下）リッチ雰囲気に空燃比が調節され、所定の温度条件（例えば触媒が機能するために摂氏３００度以上）が満たされると、吸蔵剤に吸蔵されていたＮＯｘが、燃料中の成分から生成された還元剤によって還元されて無害な窒素となって排出される。

上で述べた排気温度センサ４２、４３の計測値は電子制御装置７（ＥＣＵ）へ送られる。またＥＣＵ７によりインジェクタによるエンジン２への燃料噴射量や噴射時期、添加弁４１による燃料噴射における噴射量や噴射時期が制御される。ＥＣＵ７は通常のコンピュータの構造を有するとし、各種演算をおこなうＣＰＵや各種情報の記憶を行うメモリを備えるとすればよい。

本排気浄化装置１ではリッチ燃焼と排気燃料添加とを運転条件に従って切り替えて実行する。上述のとおりリッチ燃焼では、リッチ雰囲気を形成するためにインジェクタからのメイン噴射における燃料噴射量を増量する。また排気燃料添加では、リッチ雰囲気を形成するために添加弁４１から燃料を噴射する。

本実施例では、リッチ燃焼期間中やリッチ燃焼からリーン燃焼への切り替え時に発生する煤による添加弁４１の詰まりをリッチ燃焼終了後に除去する。後述するように、詰まりを除去する方法は微小量の燃料を添加弁４１から噴射して煤を飛散させることである。また煤を飛散させるための噴射によってＬＮＴ６が所定温度範囲を越えないための配慮も行う。

本実施例における煤の飛散の処理手順は図２のフローチャートに示されている。図２の処理はＥＣＵ７によって自動的に順次処理されるとすればよい。図２の処理ではまず、Ｓ１０でＥＣＵ７はリッチ燃焼からリーン燃焼へ切り替えられたかどうかを判断する。ＥＣＵ７は、リッチ燃焼からリーン燃焼へ切り替えられた後の場合（Ｓ１０：Ｙｅｓ）はＳ２０へ進み、切り替えられてない場合（Ｓ１０：Ｎｏ）は図２の処理を終了する。

次にＳ２０でＥＣＵ７はリーン運転中であるかどうかを判断する。つまりＳ２０では、Ｓ１０でリーン燃焼に切り替えられ、依然としてリーン燃焼のままかどうかが判断される。ＥＣＵ７は、リーン燃焼のままの場合（Ｓ２０：Ｙｅｓ）はＳ３０へ進み、再びリッチ燃焼に切り替えられた場合（Ｓ２０：Ｎｏ）は図２の処理を終了する。

次にＳ３０でＥＣＵ７は触媒温度、つまりＬＮＴ６の内部温度を取得する。この手順では排気温度センサ４２、４３の一方あるいは両方によってＬＮＴ６の上流部あるいは下流部の排気温度を計測し、この計測値からＬＮＴ６の内部温度を推定すればよい。この目的のために排気温度センサ４２、４３の一方あるいは両方の計測値からＬＮＴ６の内部温度へのモデルを予め求めてＥＣＵ７に記憶しておいて、それを用いてＳ３０でＬＮＴ６の内部温度を推定すればよい。

次にＳ４０では、Ｓ３０で取得した触媒温度が所定値以下であるか否かが判断される。ＥＣＵ７は、触媒温度が所定値以下の場合（Ｓ４０：Ｙｅｓ）はＳ５０へ進み、所定値より大きい場合（Ｓ４０：Ｎｏ）は再びＳ２０へ戻り、上述の手順を繰り返して触媒温度が所定値以下となるのを待つ。Ｓ５０でＥＣＵ７は添加弁４１から燃料を添加する。これにより添加弁４１の噴孔に詰まった煤が飛散することで噴孔の詰まりが解消される。以上が図２の処理である。

Ｓ４０での所定値は、Ｓ５０での燃料添加によってＬＮＴ６が昇温しても、ＬＮＴ６の温度がリーン期間中の望ましい温度範囲（通常摂氏２００度から４００度あるいは４５０度までの範囲、後述の温度ウィンドウ）内に留まることができる温度とすればよい。これによりＳ５０での燃料添加によってＬＮＴ６がリーン期間中の望ましい温度範囲を越えて過昇温する可能性が低減できる。

Ｓ５０における燃料の添加量は、煤の飛散が可能な量であり、かつリッチ雰囲気形成のために添加弁４１から添加される際の燃料の添加量よりも小さい量とすればよい。したがってＳ５０における燃料添加量が必要最小限の微小量となるので燃費悪化が抑制できる。また図２では触媒温度が所定値以下となるまで待ち、所定値以下となったら直ちにＳ５０の燃料添加が実行されるので、所定の条件が満たされたら迅速に噴孔の詰まりが解消できるとの効果もある。

上記実施例におけるリッチ燃焼と排気燃料添加との切り替え方法として、例えばエンジン２が高負荷あるいは高回転数の運転条件のときは排気燃料添加を用い、低負荷かつ低回転数の場合はリッチ燃焼を用いるとしてもよい。この場合本発明は、リッチ燃焼により高負荷あるいは高回転数の条件下では大量に煤が発生することが排気燃料添加の使用によって回避でき、さらにリッチからリーンへの切り替え時や、低負荷、低回転数でのリッチ燃焼でも発生する煤による噴孔の詰まりがＳ５０における燃料添加によって解消できるとの複合的な効果を奏する。

また排気管４にＡ／Ｆセンサを備えてリッチ期間中にＡ／Ｆ値を計測し、その計測値からＬＮＴ６におけるＮＯｘの吸蔵量を検出する手段を備えるとしてもよい。この場合ＮＯｘの吸蔵量の低減によってＬＮＴ６の劣化度が検出できる。上記実施例では燃料添加弁からの燃料添加はリッチ期間中は行わないので、ＮＯｘの吸蔵量の検出における検出精度を低減させないとの効果がある。

次に実施例２を説明する。実施例２では、リッチ燃焼終了後から煤飛散のための燃料添加までの時間や添加量が、運転条件やＡ／Ｆ値、ノズル先端温度等によって調節される。以下で実施例１と異なる部分を説明する。

実施例２における装置構成図が図３に示されている。図３の構成では、図１の構成に加えて、排気管４に空燃比センサ４０（Ａ／Ｆセンサ）が配置されている。Ａ／Ｆセンサ４０によって空燃比（Ａ／Ｆ値）が計測される。なおＡ／Ｆセンサ４０と排気温度センサ４２の位置は入れ替えてもよい。また吸気管３には、吸気量（新気量）を計測するためのエアフロメータ３０が装備されている。

またエンジン２の回転速度を計測するエンジン回転数センサ２０も装備されている。エンジン回転数センサ２２は、例えばエンジン２から連結されたクランクの回転角度を計測するクランク角センサとして、その検出値がＥＣＵ７へ送られてエンジンの回転数が算出されるとすればよい。

さらに排気管４から吸気管３へ排気再循環（ＥＧＲ：Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）を行うためのＥＧＲ管５が装備されている。ＥＧＲ管５にはＥＧＲバルブ５０が装備されている。ＥＧＲバルブ５０の開閉によって排気の還流量が調節される。各種センサの計測値はＥＣＵ７に送られる。またＥＧＲバルブ５０の開度はＥＣＵ７によって制御される。

以上の構成のもとでの実施例２における煤飛散の処理手順は図４に示されている。図４の処理はプログラム化されてＥＣＵ７に記憶されており、ＥＣＵ７がそれを呼び出して自動的に順次実行するとすればよい。

図４の処理ではまずＳ１１０でＥＣＵ７は、リッチ燃焼中であるか否かを判定する。上述のとおり、このリッチ燃焼は、リーン燃焼期間中にＬＮＴ６に吸蔵されたＮＯｘを還元、浄化するために実行される。リッチ燃焼中である場合（Ｓ１１０：ＹＥＳ）はＳ１２０へ進み、リッチ燃焼中でない場合（Ｓ１１０：ＮＯ）は図４の処理を終了する。

Ｓ１２０では、リッチ燃焼中における運転条件、リッチ燃焼時間、Ａ／Ｆ計測値、排気温度、新気量を取得する。運転条件は、エンジン回転数センサ２０が計測したエンジン回転数と、負荷（あるいは負荷に相当する量）の組とすればよい。このうち負荷は、例えばエンジン２の出力トルクとしてもよく、運転者によるアクセルの踏み込み量としてもよい。

またリッチ燃焼時間に関しては、Ｓ１２０の処理を繰り返すごとに時間を積算していき、後述するＳ１４０に進んだときの積算値をリッチ燃焼時間（期間）とすればよい。Ａ／Ｆ計測値、排気温度、新気量は、それぞれＡ／Ｆセンサ４０、排気温度センサ４２あるいは４３、エアフロメータ３０で計測すればよい。

次にＳ１３０では、ＥＣＵ７はリッチ燃焼が終了してリーン燃焼に切り替えられたか否かを検出する。リッチ燃焼の終了、及びリーン燃焼の開始はＥＣＵ７からの指令で行われるので、その情報を取得すればよい。リッチ燃焼が終了してリーン燃焼に切り替えられた場合（Ｓ１３０：ＹＥＳ）はＳ１４０へ進み、まだリッチ燃焼が続いている場合（Ｓ１３０：ＮＯ）は、Ｓ１２０へ戻り、リッチ燃焼が終了するまで上記手順を繰り返す。

Ｓ１４０では添加実行判定時間を算出する。ここで添加実行判定時間（判定時間）とは、リッチ燃焼が終了してから、添加弁４１の詰まり解消のための燃料添加を開始するまでに最低経過する必要がある時間である。Ｓ１４０での判定時間の計算方法は、例えば以下の（Ａ１）から（Ａ３）の３通りのうちのいずれかとする。

まず方法（Ａ１）では、Ａ／Ｆセンサ４０の計測値から十分にリーン雰囲気に戻ったか否かを判定して、十分にリーン雰囲気に戻るまでの時間を判定時間とする。具体的には、まずリーン期間におけるＡ／Ｆ値の理論値を求める。Ａ／Ｆ値の理論値は、リーン期間における目標吸気量と噴射量指令値とから算出する。そしてＡ／Ｆ値の理論値と計測値との差分が所定値以下となったら、十分にリーン雰囲気に戻り、判定時間が経過したと判断する。

方法（Ａ２）では、エンジン２の回転数と負荷とを座標軸とする平面を複数の領域に分割しておき、個々の領域ごとに適切な判定時間を与えるマップを用いる。このマップは予め求めておいて、ＥＣＵ７のメモリに記憶しておく。一般にエンジン２が高負荷、又は高回転である程、リッチ燃焼からリーン燃焼への切替時にＥＧＲガスの切り替わりが短時間に行われて、迅速にリーン雰囲気に移行する傾向がある。したがって、上記マップではこの傾向を用いて、高負荷、又は高回転の領域ほど判定時間を短くする。Ｓ１４０では、このマップ上の領域のうちでＳ１２０で求めたエンジン２の回転数と負荷とが属する領域における判定時間を求める。

方法（Ａ３）では、新気量と判定時間との対応関係を与えるマップを用いる。このマップは予め求めておいて、ＥＣＵ７のメモリに記憶しておく。一般に、新気量が多い程、添加弁４１近傍の圧力が高くなり詰まりが発生しやすくなる傾向がある。したがって上記マップでは、新気量が多い程判定時間を短くすればよい。これにより新気量が多い程迅速に燃料添加が実行されることとなる。Ｓ１４０では、このマップ上でＳ１２０で求めた新気量における判定時間を求める。以上が方法（Ａ３）である。なお判定時間は、例えば方法（Ａ１）、（Ａ２）、（Ａ３）で得られる値の最大値としてもよい。この場合上記効果が複合して達成される。

次にＳ１５０では、添加弁４１の詰まりを解消するための燃料添加における添加量を算出する。Ｓ１５０での添加量の計算方法は、例えば以下の（Ｂ１）、（Ｂ２）のうちのいずれかとする。

方法（Ｂ１）では、まずエンジン２の運転条件、すなわち回転数と負荷との情報から添加量の基本値を算出する。この算出では、エンジン２の回転数と負荷とを座標軸とする平面を複数の領域に分割しておき、個々の領域ごとに適切な添加基本量を与えるマップを用いる。このマップは予め求めておいて、ＥＣＵ７のメモリに記憶しておく。そしてＳ１５０では、Ｓ１２０で求めたエンジン２の回転数と負荷相当量とが属するマップ上の領域における添加基本量を求める。

このマップには、個々の領域の運転条件下でエンジン２から排出される煤量に応じて、添加弁４１の詰まりを解消するに十分な添加量を予めシミュレーション等によって求めておき、その数値を記憶しておけばよい。一般に高回転、高負荷の運転条件である程、エンジン２から排出される煤の量は多くなるので、それに応じてマップにおいても、高回転、高負荷の領域ほど添加基本量は大きくすればよい。

次に添加基本量を、Ｓ１２０で求めたリッチ燃焼時間、リッチ燃焼時のＡ／Ｆ値、排気温度に応じて補正する。一般にリッチ燃焼時間が長い程、リッチ期間中にエンジン２から排出される煤の量は多くなる傾向がある。したがってリッチ燃焼時間による補正では、リッチ燃焼時間が長い程、添加量が多くなるように補正する。

同様にリッチ燃焼時のＡ／Ｆ値がリッチ側の数値である場合も、リッチ期間中にエンジン２から排出される煤の量は多くなる傾向がある。したがってリッチ燃焼時のＡ／Ｆ値による補正では、リッチ燃焼時のＡ／Ｆ値がリッチ側の数値である程、添加量が多くなるように補正する。図５にはリッチ燃焼期間にＡ／Ｆ値が目標Ａ／Ｆ値よりもリッチ側にずれた場合の例が示されている。

次に排気温度を用いた補正を説明する。まず排気温度から添加弁４１のノズル先端温度をＳ１２０で推定しておく。この推定では例えば、排気温度と、エアフロメータ３０で計測した新気量と、添加弁４１の冷却水の影響とからノズル先端温度を推定するモデル、あるいはマップを予め求めておいて、それを用いて推定すればよい。一般にノズル先端温度が高い程、ノズルが詰まるデポジットが生成しやすい傾向がある。したがって排気温度あるいはノズル先端温度による補正では、ノズル先端温度が高い程、添加量が多くなるように補正する。

方法（Ｂ２）では、まずリッチ燃焼時間とリッチ燃焼時のＡ／Ｆ値とから燃料添加における基本添加量を算出する。この算出では、上述のとおり、リッチ燃焼時間が長い程、添加量が多くなるように、かつリッチ燃焼時のＡ／Ｆ値がリッチ側の数値である程、添加量が多くなるように算出する。こうした傾向を満たす、リッチ燃焼時間とリッチ燃焼時のＡ／Ｆ値とから基本添加量へのマップを予め求めておき、ＥＣＵ７に記憶して、それを用いればよい。

次に排気温度から添加弁４１のノズル先端温度をＳ１２０で推定し、この推定値に応じて基本添加量を補正する。この補正では、上述のように、ノズル先端温度が高い程、添加量が多くなるように補正すればよい。以上が方法（Ｂ２）である。なお方法（Ｂ１）、（Ｂ２）において、ノズル先端温度の推定を省き、排気温度をノズル先端温度に置き換えても通常近似値として問題ない。

次にＳ１６０でＥＣＵ７は、はリッチ燃焼終了後に添加実行判定時間が経過したか否かを判定する。既に添加実行判定時間が経過している場合（Ｓ１６０：ＹＥＳ）はＳ１７０へ進み、まだ経過していない場合（Ｓ１６０：ＮＯ）はＳ１６０を繰り返して、添加実行判定時間が経過するまで待つ。

添加実行判定時間を、Ｓ１４０において上記方法（Ａ２）、（Ａ３）で求めた場合には、当然Ｓ１６０では、その添加実行判定時間が経過するのを待つ。また添加実行判定時間を上記方法（Ａ１）で求めた場合に、Ｓ１６０で添加実行判定時間が経過したか否かを判定する例が図５に示されている。

図５では、上から順にＡ／Ｆ値、吸気量、噴射量指令値の時間推移の例が示されている。時間ｔ１からｔ２までがリッチ燃焼期間である。リッチ燃焼期間においては、噴射量の指令値がリーン期間よりも大きな値となり、吸気量が絞られることによって、空燃比が理論空燃比よりも低いリッチ燃焼が形成される。

吸気量と噴射量とからＡ／Ｆ値の理論値（あるいは目標値）が算出できる。噴射量と吸気量とがリッチ燃焼とリーン燃焼との切替時点で瞬時に数値が変更されると、Ａ／Ｆ値の理論値も瞬時に切り替わる。図６の実線のＡ／Ｆ値が、それを示している。

しかし理論値と異なり実際値は、時間ｔ２でリッチ燃焼が終了してから徐々に吸気量が増加するので、リーン期間が開始してから徐々にＡ／Ｆ値の実際値（計測値）が理論値（あるいは目標値）に近づいていく。添加実行判定時間を上記方法（Ａ１）で求めた場合にＳ１６０では、図５に示されているように、徐々に増加してきたＡ／Ｆ値の実際値と、Ａ／Ｆの理論値との間の差分が所定値以下となったら、添加実行判定時間が経過したと判定すればよい。図５では時間ｔ３で、Ａ／Ｆ値の実際値と、Ａ／Ｆの理論値との間の差分が所定値以下となっている。なおＳ１６０では現在時点でのＡ／Ｆ計測値をモニタし続けることとすればよい。

次にＳ１７０でＥＣＵ７は、ＮＯｘ触媒温度が所定値より低いか否かを判定する。図４では所定値をＴ１で示している。所定値より低い場合（Ｓ１７０：ＹＥＳ）はＳ１８０へ進み、所定値以上の場合（Ｓ１７０：ＮＯ）はＳ１９０へ進む。

図７にはＳ１７０に関係する温度ウィンドウの例が説明されている。図７に示されているように、ＬＮＴ６におけるＮＯｘ吸蔵量とＮＯｘ浄化率との関係は単調減少の関係となる。ＮＯｘ浄化率が所定浄化率であるときのＮＯｘ吸蔵量をＮＯｘ吸蔵可能量とする。所定浄化率は固定した上でＮＯｘ吸蔵可能量とＮＯｘ触媒温度との関係を示すと、図７の（ａ）又は（ｂ）に示したような上に凸の曲線が得られる。

図７（ａ）、（ｂ）は温度ウィンドウの２つの例を示している。図７（ａ）では、ＮＯｘ吸蔵可能量が所定値以上であるＮＯｘ触媒温度の範囲を温度ウィンドウとしている。図７（ｂ）では、ＮＯｘ吸蔵可能量が最大値から所定値以内であるＮＯｘ触媒温度の範囲を温度ウィンドウとしている。以上の説明から理解されるように、温度ウィンドウとは、ＮＯｘ浄化率が所定浄化率を満たし、かつＮＯｘ吸蔵量も所望の範囲の大きな値となるＮＯｘ触媒の温度範囲である。

Ｓ１７０では、後述のＳ２１０での燃料添加の影響でＮＯｘ触媒温度が、この温度ウィンドウからはずれないような燃料添加前のＮＯｘ触媒温度の上限を所定値Ｔ１とすればよい。所定値Ｔ１は予め、この条件を満たす数値として求めておけばよい。

次にＳ１８０でＥＣＵ７は、Ａ／Ｆ計測値が所定値より高いか否かを判定する。図４では所定値をＡＦ１で示している。Ａ／Ｆ計測値が所定値より高い場合（Ｓ１８０：ＹＥＳ）はＳ２００へ進み、所定値未満の場合（Ｓ１８０：ＮＯ）は再びＳ１７０へ戻る。

次にＳ１９０でＥＣＵ７は、ノズル先端温度が所定値より低いか否かを判定する。図４では所定値をＴ２で示している。所定値より低い場合（Ｓ１９０：ＹＥＳ）はＳ２００へ進み、所定値以上の場合（Ｓ１９０：ＮＯ）は再びＳ１７０へ戻る。

以上に示したＳ１６０からＳ１８０での多段階の判断処理を経ることにより、適切な条件が満たされた場合にのみＳ２００からＳ２１０の燃料添加の実行へと進む。以下で、上で述べた多段階の判断処理の目的を説明する。

まずＳ１６０の処理により、判定時間を上記方法（Ａ１）又は（Ａ２）で求めた場合には、後述のＳ２１０での燃料添加によってリッチ雰囲気に戻ることが抑制できる。したがって燃料添加の影響で未燃ＨＣがＬＮＴ６をすり抜けてエミッションを悪化させることが抑制できる。また判定時間を上記方法（Ａ３）で求めた場合には、新気量が大きくて、添加弁近傍の圧力が高いので、ノズルに煤が詰まりやすい状況において、迅速に詰まりを低減することができる。

Ｓ１７０の処理により、後述のＳ２１０での燃料添加によってＮＯｘ触媒温度が上述の温度ウィンドウからはずれることが抑制できる。すなわち燃料添加によって、ＮＯｘ浄化率やＮＯｘ吸蔵可能量が低減することが抑制できる。

またＳ１８０の処理により、後述のＳ２１０での燃料添加によってリッチ雰囲気に戻ることが抑制できる。すなわち燃料添加によってリッチ雰囲気になることにより、未燃ＨＣがＬＮＴ６をすり抜けてエミッションを悪化させることが抑制できる。

さらにＳ１９０の処理によって、ノズル先端温度が高くて、ノズルの詰まりの要因となるデポジットが生成されやすい場合には、ＮＯｘ触媒温度に関係なく、迅速に詰まり軽減のための燃料添加が実行できる。以上が多段階の判断処理の目的である。

Ｓ２００に進んだらＥＣＵ７は、添加弁４１からの燃料添加のパターンを算出する。添加パターンの算出の例が図６に示されている。

図６では、ｎｕｍは添加回数（図６ではｎｕｍ＝５）、ｔａｄは通電期間（燃料添加を実行する期間）、ｉｎｔはインターバル（燃料添加を実行しない期間）、Ａは添加弁からの平均添加量（単位時間当たりの添加量）を示すとする。燃料の密度をｄｅｎ、添加１回あたりの添加量をＱａｄで表すとすると次の式（Ｅ１）が成立する。なおＱａｄは、添加弁４１のノズルに詰まった煤を吹き飛ばすのに十分噴射量とし、ｔａｄは噴射の際に十分な圧力を確保できる通電期間とする。そしてＳ１５０で求めた添加量をＱａｄで除算した値をｎｕｍとする。
Ａ＝（Ｑａｄ＊ｎｕｍ＊ｄｅｎ）／（ｔａｄ＊ｎｕｍ＋ｉｎｔ＊（ｎｕｍ−１）） （Ｅ１）

式（Ｅ１）を変形すると次の式（Ｅ２）が得られる。
ｉｎｔ＝（Ｑａｄ＊ｄｅｎ−Ａ＊ｔａｄ）＊ｎｕｍ／（Ａ＊（ｎｕｍ−１））
（Ｅ２）

また次の式（Ｅ３）が成立する。
目標空燃比＝単位時間当たりの新気量／（添加弁からの平均添加量（Ａ）＋筒内での平均噴射量） （Ｅ３）

式（Ｅ３）を変形することにより次の式（Ｅ４）が得られる。結局Ｓ２００では、式（Ｅ４）と（Ｅ２）によってｉｎｔを算出すればよい。これにより目標空燃比を達成しつつ、十分な圧力によって添加弁４１の詰まりを軽減できる。目標空燃比はリッチ雰囲気まではもどらない範囲に属する空燃比とすればよい。インターバルｉｎｔが定まったことにより、図７では時間ｔ４からｔ５の期間で複数回（ｎｕｍ回）に分割して燃料噴射が実行される。
Ａ＝単位時間当たりの新気量／目標空燃比―筒内での平均噴射量 （Ｅ４）

最後にＳ２１０では添加弁４１からの燃料添加を実行する。燃料添加量はＳ１５０で求めた量とし、添加パターンはＳ２００で求めたものとする。この燃料添加によって、添加弁４１のノズルの詰まりが発生しているとみなされる場合に、ノズルの詰まりが軽減できる。以上が図４の処理である。

上記実施例でインジェクタあるいはエンジン２とＥＣＵ７とがリッチ燃焼実行手段を構成する。Ｓ５０の手順とＥＣＵ７とが添加制御手段を構成する。Ｓ１４０の手順とＥＣＵ７とが指令手段を構成する。Ａ／Ｆセンサ４０とＥＣＵ７とが計測手段を構成する。Ｓ１５０の手順とＥＣＵ７とが添加量算出手段を構成する。Ｓ３０の手順とＥＣＵ７とが温度取得手段を構成する。Ｓ１２０の手順とＥＣＵ７とが先端温度取得手段を構成する。またエンジン２はディーゼルエンジンでなく、リーンバーンガソリンエンジンとしても上で述べた効果が同様に得られる。

１ 排気浄化装置
２ ディーゼルエンジン（エンジン、内燃機関）
３ 吸気管
４ 排気管（排気通路）
６ 吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（ＮＯｘ触媒、ＬＮＴ）
７ ＥＣＵ
４０ Ａ／Ｆセンサ
４１ 燃料添加弁
４２、４３ 排気温度センサ

Claims (13)

1. 排気通路にＮＯｘを吸蔵し還元するためのＮＯｘ触媒を備えた内燃機関の排気浄化装置であって、
   前記排気通路に燃料を添加する燃料添加弁と、
   前記内燃機関でリッチ燃焼を実行するリッチ燃焼実行手段と、
   前記リッチ燃焼実行手段によって実行されたリッチ燃焼が終了して次のリッチ燃焼が開始されていない間に、前記燃料添加弁から燃料を添加する添加制御手段とを備えたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
2. 前記リッチ燃焼実行手段によるリッチ燃焼終了後から前記添加制御手段による燃料の添加の開始までに経過することを要する必要経過時間を、前記添加により前記添加弁の詰まりを軽減し、かつ前記添加によってリッチ雰囲気に戻らないとの条件を満たすように指令する指令手段を備えた請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
3. 排気中の空燃比を計測する計測手段を備え、
   前記指令手段は、リーン燃焼状態における目標空燃比と、前記計測手段によって計測された空燃比の計測値との差分が所定値よりも小さければ、前記必要経過時間を経過したと指令する請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
4. 前記指令手段は、前記内燃機関が高負荷、高回転である程、前記必要経過時間を短くするように指令する請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
5. 前記指令手段は、前記内燃機関の吸気量が多い程、前記必要経過時間を短くするように指令する請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
6. 前記添加制御手段による燃料の添加量を、前記添加弁の詰まりの要因が大きい程、その詰まりの要因を軽減するとの条件を満たすように算出する添加量算出手段を備えた請求項１乃至５のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
7. 前記添加量算出手段は、前記内燃機関が高負荷、高回転である程、前記添加制御手段による燃料の添加量を大きな値とする請求項６に記載の内燃機関の排気浄化装置。
8. 前記添加量算出手段は、リッチ燃焼期間が長い程、前記添加制御手段による燃料の添加量を大きな値とする請求項６又は７に記載の内燃機関の排気浄化装置。
9. 前記添加量算出手段は、リッチ燃焼時における空燃比がリッチ側の値である程、前記添加制御手段による燃料の添加における添加量を大きな値とする請求項６乃至８のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
10. 前記添加量算出手段は、前記添加制御手段による燃料の添加における添加量を、ＮＯｘ還元のための燃料添加量よりも少量とする請求項６乃至９のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
11. 前記ＮＯｘ触媒の温度を取得する温度取得手段を備え、
    前記添加制御手段は、前記温度取得手段によって取得された温度が所定温度より低い場合に前記燃料添加弁から燃料を噴射する請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
12. 前記添加弁の先端温度相当量を取得する先端温度取得手段を備え、
    前記添加制御手段は、その先端温度取得手段によって取得された前記先端温度相当量が所定値よりも高い場合、前記温度取得手段によって取得された前記触媒温度に関わらず前記燃料添加弁から燃料を噴射する請求項１１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
13. 前記添加制御手段は、前記燃料の添加の際に、噴射圧を所定圧力以上とするように複数回に分割して実行する請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。

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