JP2017125447A - 内燃機関の燃料添加弁制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】排気管に設けられた板状部材における燃料付着量の増大を抑えることのできる内燃機関の燃料添加弁制御装置を提供する。
【解決手段】内燃機関１０は、過給機１８よりも下流側の排気管１４内に設けられた遮蔽板５０と、遮蔽板５０よりも下流側の排気管１４に設けられて遮蔽板５０に向かって燃料を噴射する燃料添加弁２９と、燃料添加弁２９よりも下流側の排気管１４に設けられた排気浄化部材とを備えている。電子制御ユニット３７は、予め定められている規定噴射時間及び規定休止時間による燃料噴射及び噴射休止を交互に繰り返す間欠噴射を行うように燃料添加弁２９を制御する。そして電子制御ユニット３７は、遮蔽板５０に付着する燃料の付着量と、この付着量の全てが排気熱で蒸発するために必要な蒸発時間を算出して、算出した蒸発時間が規定休止時間よりも長いときには、間欠噴射の実行時における噴射休止の時間を規定休止時間から蒸発時間に変更する。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の燃料添加弁制御装置に関する。

内燃機関の排気管には、排気を浄化するために内燃機関の燃料を排気に添加する燃料添加弁や、この燃料添加弁よりも下流側の排気管に設けられて添加された燃料が供給される排気浄化部材などが備えられている。また、そうした燃料添加弁から噴射された燃料を排気中で微粒化させる技術も種々提案されている。

例えば特許文献１に記載の装置では、燃料添加弁の燃料噴射方向を排気管内の排気の流れ方向に対向させるようにしている。こうした装置によれば、燃料添加弁から噴射された燃料が排気と強く衝突するようになるため、燃料の微粒化が促されるようになる。

特開２００６−７７６９１号公報

ところで、排気管には、過給機や、過給機の過給圧を抑えるウエストゲートバルブ、あるいは排気の温度を高めるべく排気管内に設置されるヒータなどといった機能部材が設けられることがある。

ここで、燃料添加弁の燃料噴射方向を排気管内の排気の流れ方向に対向させるようにした場合において、そうした燃料添加弁を上述した機能部材よりも下流側の排気管に設けると、燃料添加弁から噴射された燃料噴霧が機能部材に到達してしまう可能性があり、燃料噴霧が機能部材に到達してしまうと、機能部材には燃料が付着してしまう。このようにして機能部材に燃料が付着すると、例えば付着燃料がデポジット化して機能部材の動作に悪影響を与えるなどの不都合が起きやすい。

そこで、排気管の内壁から排気管の中心に向かって延びる板状部材を機能部材よりも下流側で且つ燃料添加弁よりも上流側の排気管内に設ける。そして、板状部材に向かって燃料を噴射するように燃料添加弁の燃料噴射方向を設定するといった対策が考えられる。こうした対策によれば、板状部材による燃料噴霧の遮蔽によって機能部材への燃料噴霧の付着は抑えられるようになる。

しかし、板状部材に燃料噴霧が到達すると、その板状部材では燃料付着量が増大していくため、新たに次のような不都合の発生が懸念される。
すなわち、板状部材にて燃料付着量が増大していくと、板状部材の表面において燃料の粒子が蓄積されていくことにより、付着した燃料が液膜化するようになる。このようにして燃料が液膜化すると、燃料噴霧の圧力によって燃料の液膜が板状部材から剥離して排気管の上流側へと飛散し、機能部材に付着してしまうおそれがある。

このように、板状部材において燃料付着量が増大していくと、板状部材を設けているにもかかわらず機能部材に燃料が付着するおそれがある。そのため、板状部材を設ける場合には、その板状部材において燃料付着量が増大することを抑えるように、更なる改善を施す必要がある。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、排気管に設けられた板状部材における燃料付着量の増大を抑えることのできる内燃機関の燃料添加弁制御装置を提供することにある。

上記課題を解決する内燃機関の燃料添加弁制御装置は、排気管に設けられた機能部材と、前記機能部材よりも下流側の排気管内に設けられて排気管の内壁から排気管の中心に向かって延びる板状部材と、前記板状部材よりも下流側の排気管に設けられて前記板状部材に向かって燃料を噴射することにより排気に燃料を添加する燃料添加弁と、前記燃料添加弁よりも下流側の排気管に設けられた排気浄化部材と、を備える内燃機関に適用される。この燃料添加弁制御装置は、予め定められている規定噴射時間及び規定休止時間による燃料噴射及び噴射休止を交互に繰り返す間欠噴射を行うように前記燃料添加弁の燃料噴射を制御する。そして、この燃料添加弁制御装置は、前記燃料添加弁から噴射される燃料噴霧が前記板状部材に到達するか否かを判定する判定部と、前記判定部にて前記燃料噴霧が前記板状部材に到達すると判定されるときには、前記板状部材に付着する燃料の付着量を算出する付着量算出部と、前記付着量算出部にて算出された前記付着量の全てが排気熱で蒸発するために必要な蒸発時間を算出する蒸発時間算出部と、前記蒸発時間算出部で算出された前記蒸発時間が、前記規定休止時間よりも長いときには、前記間欠噴射の実行時における前記噴射休止の時間を前記規定休止時間から前記蒸発時間に変更する休止時間変更部と、を備えている。

燃料添加弁の噴射態様として、燃料噴射及び噴射休止を交互に繰り返す間欠噴射を行う場合には、その間欠噴射における１回の噴射周期内において噴射された燃料が上記板状部材に付着したとしても、同じ噴射周期内において燃料噴射を休止している間に排気熱によって付着燃料は蒸発する。そのため、そうした噴射を休止する時間を適切に設定することにより、板状部材に付着した燃料を１回の噴射周期内において消失させることが可能になる。

そこで、同構成では、まず、燃料添加弁から噴射される燃料噴霧が板状部材に到達するかどうかを判定する。そして、燃料噴霧が板状部材に到達すると判定される場合には、板状部材に付着する燃料の付着量を算出するとともに、その算出された付着量の全てが排気熱で蒸発するために必要な蒸発時間を算出するようにしている。そして、間欠噴射の実行時における噴射休止の時間について予め定められている規定休止時間よりも算出された蒸発時間の方が長い場合には、規定休止時間にて燃料噴射を休止しても付着燃料を完全に蒸発させることができないため、そうした噴射休止の時間を規定休止時間から算出された蒸発時間に変更するようにしている。従って、１回の噴射周期内において噴射された燃料が板状部材に付着しても、その付着した燃料は同じ噴射周期内において消失するようになる。そのため、間欠噴射による燃料噴射を継続しても、板状部材における燃料付着量の増大を抑えることができるようになる。

内燃機関の燃料添加弁制御装置の一実施形態が適用される内燃機関の構成を示す模式図。 同実施形態における燃料添加弁の燃料噴射態様を示すタイムチャート。 同実施形態において燃料添加を行うときに実施される一連の処理手順を示すフローチャート。

以下、内燃機関の燃料添加弁制御装置の一実施形態について、図１〜図３を参照して説明する。本実施形態の燃料添加弁制御装置は、車載用のディーゼル機関（以下、内燃機関という）に適用される。

図１に示すように、内燃機関１０は、混合気の燃焼が行われる複数の気筒１１を有している。内燃機関１０は、各気筒１１に導入する吸気が流れる吸気管１３や、各気筒１１から排出された排気が流れる排気管１４を備えている。さらに、内燃機関１０は、吸気管１３に接続されたコンプレッサ１６と排気管１４に接続されたタービン１７とを有した機能部材としての排気タービン式の過給機１８を備えている。

タービン１７内には、排気管１４内を流れる排気によって回転するタービンホイールが設けられており、コンプレッサ１６内にはタービンホイールと一体回転するコンプレッサホイールが設けられている。また、タービン１７の出口近傍には、過給機１８の過給圧を抑える機能部材としてのウエストゲートバルブ４０も設けられている。

過給機１８やウエストゲートバルブ４０といった機能部材よりも下流側の排気管１４内には、排気管１４の内壁から排気管１４の中心に向かって延びる板状部材である遮蔽板５０が設けられている。

各気筒１１には、気筒１１内に燃料を噴射する燃料噴射弁１９がそれぞれ設けられている。各気筒１１の燃料噴射弁１９は、コモンレール２０にそれぞれ連結されている。コモンレール２０は、吐出量を変更可能な電子制御式の燃料ポンプ２１を介して燃料タンク２２に連結されている。燃料ポンプ２１は、燃料タンク２２内の燃料を吸引及び加圧してコモンレール２０に供給する。そして、各燃料噴射弁１９には、コモンレール２０から燃料が分配供給される。

吸気管１３における上記コンプレッサ１６よりも上流側の部分には、吸気中の異物を濾過するエアクリーナ２３と、吸気管１３を流れる吸気の流量（吸入空気量ＧＡ）を検出するためのエアフロメータ２４とが設けられている。また、吸気管１３におけるコンプレッサ１６の下流側の部分には、コンプレッサ１６による圧縮によって高温となった吸気を冷却するインタークーラ２５と、吸入空気量ＧＡを調整するスロットルバルブ２６とが設けられている。そして、内燃機関１０のシリンダヘッドに形成された吸気ポートには、吸気管１３の一部を構成する吸気マニホールド２７が接続されており、この吸気マニホールド２７によって吸気管１３を流れる吸気が各気筒１１に分配される。

内燃機関１０のシリンダヘッドに形成された排気ポートには、排気管１４の一部を構成する排気マニホールド２８が接続されており、この排気マニホールド２８によって各気筒１１から排出された排気が合流する。そして、排気マニホールド２８の下流側の部分に上記タービン１７の入口が接続されている。

内燃機関１０の排気浄化装置は、排気管１４内を流れる排気に内燃機関１０の燃料を添加する燃料添加弁２９と、排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化するための排気浄化部材として機能するＮＯｘ吸蔵還元型触媒装置３０（以下、ＮＳＲ触媒装置という）と、排気中の粒子状物質（ＰＭ：Particulate Matter）を捕集する排気浄化部材として機能するＰＭフィルタ３１とを備えている。

ＮＳＲ触媒装置３０は、排気管１４における燃料添加弁２９よりも下流側の部分に設置されている。そして、ＰＭフィルタ３１は、排気管１４におけるＮＳＲ触媒装置３０よりも下流側の部分に設置されている。

さらに、排気管１４には、ＮＳＲ触媒装置３０を通過した直後の排気の温度である排気温度ＴＨＥを検出するための排気温センサ３２や、ＰＭフィルタ３１の通過前後の排気の差圧を検出するための差圧センサ３３などが設置されている。また、排気マニホールド２８には、各気筒１１で燃焼された混合気の空燃比を検出するための空燃比センサ３４が取り付けられている。

燃料添加弁２９は、排気管１４における上記遮蔽板５０の下流側に設置されている。この燃料添加弁２９には、燃料ポンプ２１において加圧される前の燃料が同燃料ポンプ２１から供給される。また、燃料添加弁２９の燃料噴射方向は、遮蔽板５０に向かって燃料を噴射する方向に設定されており、これにより燃料添加弁２９からは排気管１４内の排気の流れ方向に対向する方向に向かって燃料が噴射される。こうした方向に燃料噴射方向を設定することにより、タービン１７から流出した排気の流れ方向に対して対向する方向に燃料が噴射される。ここで、過給機１８のタービン１７から流出する排気は、排気管１４内において比較的流速の速い排気となっているため、燃料添加弁２９から噴射された燃料噴霧と排気との相対速度は速くなり、その結果、燃料添加弁２９から噴射された燃料の微粒化が促進される。また、燃料添加弁２９からは遮蔽板５０に向かって燃料が噴射されるため、排気管１４における燃料の上流側への噴射は遮蔽板５０での燃料付着によって遮蔽される。そのため、排気管１４において遮蔽板５０よりも上流側に燃料噴霧が達することは抑えられるようになり、上記機能部材への燃料噴霧の付着が抑えられる。

また、内燃機関１０には、排気マニホールド２８と吸気マニホールド２７とを連結する再循環排気通路（ＥＧＲ通路）１５が設けられている。ＥＧＲ通路１５には、排気系から吸気系に再循環される排気（ＥＧＲガス）を冷却するＥＧＲクーラ３５と、ＥＧＲガスの流量を調整するＥＧＲバルブ３６とが設けられている。

内燃機関１０は電子制御ユニット３７を備えている。この電子制御ユニット３７は、機関運転制御や排気浄化制御のための各種演算処理を行う中央演算処理装置、制御用のプログラムやデータが記憶された読出専用メモリ、中央演算処理装置の演算結果やセンサの検出結果などを一時的に記憶するメモリ、入力ポート及び出力ポートなどを備えている。また、電子制御ユニット３７は、後述の判定部３７Ａ、付着量算出部３７Ｂ、蒸発時間算出部３７Ｃ、休止時間変更部３７Ｄを有している。

電子制御ユニット３７の入力ポートには、上述のエアフロメータ２４、排気温センサ３２、差圧センサ３３、空燃比センサ３４の出力信号が入力されている。また、電子制御ユニット３７の入力ポートには、燃料添加弁２９に供給される燃料の圧力である燃圧ＰＦを検出するための燃圧センサ３８の出力信号や、燃料添加弁２９内の燃料の温度である燃温ＴＨＦを検出するための燃温センサ３９の出力信号が入力されている。一方、電子制御ユニット３７の出力ポートには、燃料噴射弁１９や燃料ポンプ２１、スロットルバルブ２６、燃料添加弁２９、ＥＧＲバルブ３６の駆動回路が接続されている。

電子制御ユニット３７は、排気浄化制御の１つとして、ＮＳＲ触媒装置３０に流入する排気中のＨＣ（炭化水素）の濃度を規定範囲内の振幅及び規定範囲内の周期にて振動させることにより、排気温度が高く且つリーン空燃比で混合気の燃焼が行われる機関運転状態においてもＮＯｘの連続浄化が可能となるＮＯｘ連続浄化制御を行う。こうしたＮＯｘ連続浄化制御を実行するときには、ＮＳＲ触媒装置３０に流入する排気中のＨＣの濃度が上記規定範囲内の振幅及び上記規定範囲内の周期にて振動するように、燃料添加弁２９から排気に対してパルス状に燃料を噴射する間欠噴射が行われる。

また、電子制御ユニット３７は、排気浄化制御の１つとして、上記差圧センサ３３の検出値などからＰＭフィルタ３１に堆積した粒子状物質の量を推定する。そして、その推定した粒子状物質の堆積量が規定量に達したときには、燃料添加弁２９から排気に対してパルス状に燃料を噴射する間欠噴射を行って排気温度を高め、そうした排気温度の高温化によってＰＭフィルタ３１に堆積した粒子状物質を消失させる、いわゆるフィルタ再生制御を実行する。

図２に示すように、上記間欠噴射は、燃料添加弁２９による燃料の噴射及び噴射休止が交互に繰り返されるように、電子制御ユニット３７が１回の噴射周期Ｈにおける燃料添加弁２９の噴射時間τ及び噴射の休止時間ＨＳを制御することによって実行される。なお、ＮＯｘ連続浄化制御の実行時における噴射時間τ及び休止時間ＨＳには、予め定められている時間であってＮＯｘの連続浄化に最適化された規定噴射時間τｂ及び規定休止時間ＨＳｂがＮＯｘの浄化状態に応じて種々設定される。同様に、フィルタ再生制御の実行時における噴射時間τ及び休止時間ＨＳには、予め定められている時間であってフィルタ再生に最適化された規定噴射時間τｂ及び規定休止時間ＨＳｂがＰＭフィルタ３１の再生状態に応じて種々設定される。このようにして燃料添加弁２９の燃料噴射を制御する電子制御ユニット３７は、燃料添加弁制御装置を構成している。

ところで、本実施形態では、燃料添加弁２９から遮蔽板５０に向けて燃料を噴射するようにしている。また、燃料添加弁２９から噴射される燃料噴霧の貫徹力は、機関運転中の各種条件によって種々変化する。そのため、燃料噴霧の貫徹力が弱い状態のときには燃料噴霧は遮蔽板５０に到達しないが、貫徹力が強い状態のときには燃料噴霧が遮蔽板５０に到達してしまい、遮蔽板５０における燃料付着量が増大するようになる。そして、遮蔽板５０にて燃料付着量が増大していくと、遮蔽板５０の表面において燃料の粒子が蓄積されていくことにより、付着した燃料が液膜化するようになる。このようにして燃料が液膜化すると、燃料噴霧の圧力によって燃料の液膜が遮蔽板５０から剥離して排気管１４の上流側へと飛散し、上記機能部材である過給機１８やウエストゲートバルブ４０に付着してしまうおそれがある。

そこで、電子制御ユニット３７は燃料添加を行うときに、以下に説明する一連の処理を行うことにより、そうした遮蔽板５０における燃料付着量の増大を抑えるようにしている。

図３に、上記一連の処理手順を示す。この処理では、まずはじめに、現在、燃料添加弁２９による燃料の添加要求があるか否かが判定される（Ｓ１００）。このステップＳ１００では、例えば、上記ＮＯｘ連続浄化制御や上記フィルタ再生制御の実行要求がある場合に、添加要求があると判定される。そして、添加要求が無い場合には（Ｓ１００：ＮＯ）、本処理は終了される。

一方、添加要求がある場合には（Ｓ１００：ＹＥＳ）、上記判定部３７Ａによって、燃料添加弁２９から噴射される燃料噴霧が遮蔽板５０に到達するか否かが判定される（Ｓ１１０）。

ここで、燃圧ＰＦが高いときほど燃料噴霧の貫徹力は大きくなるため、燃料噴霧が遮蔽板５０に到達しやすくなる。また、燃温ＴＨＦが低いときほど燃料の粘度は高くなり燃料噴霧の粒径は大きくなるため、燃料噴霧の貫徹力は大きくなり、燃料噴霧が遮蔽板５０に到達しやすくなる。また、上記噴射周期１回における燃料の噴射時間τが長いときほど、燃料噴霧の貫徹力は大きくなるため、燃料噴霧が遮蔽板５０に到達しやすくなる。また、排気温度ＴＨＥが低いときほど、ＮＳＲ触媒装置３０を通過する前の排気温度も低い状態にあり、この通過前の排気温度が低いときほど、燃料添加弁２９から噴射された直後の燃料噴霧の蒸発が起きにくくなるため、燃料噴霧の貫徹力は大きくなり、燃料噴霧が遮蔽板５０に到達しやすくなる。また、本実施形態では、排気の流速が遅いときほど、燃料添加弁２９から噴射された燃料噴霧を排気が押し戻す力が弱くなる。そのため、排気の流速が遅いときほど噴射された燃料噴霧の速度は速くなり、燃料噴霧の貫徹力は大きくなるため、燃料噴霧が遮蔽板５０に到達しやすくなる。

このように燃料噴霧が遮蔽板５０に到達するか否かは、燃圧ＰＦ、燃温ＴＨＦ、燃料の噴射時間、排気温度ＴＨＥ、及び排気流速に基づいて判定することができる。そこで、ステップＳ１１０において上記判定部３７Ａは、燃圧ＰＦ、燃温ＴＨＦ、排気温度ＴＨＥ、及び排気流速の代用値としての吸入空気量ＧＡについてそれら各値の現状値を読み込むとともに、現在設定されている燃料の噴射時間τを読み込む。そして、読み込んだそれら各値に基づいて燃料噴霧が遮蔽板５０に到達するか否かを判定する。

ステップＳ１１０にて、燃料噴霧が遮蔽板５０に到達すると判定されるときには（Ｓ１１０：ＹＥＳ）、上記付着量算出部３７Ｂによって、遮蔽板５０に付着する燃料の付着量である燃料付着量ＦＨが算出される（Ｓ１２０）。なお、この燃料付着量ＦＨは、上記噴射周期Ｈ内において規定噴射時間τｂにて燃料噴射を行った場合に遮蔽板５０に付着すると推定される予測量である。

ここで、燃圧ＰＦが高いときほど燃料噴霧の貫徹力は大きくなるため、遮蔽板５０に到達する燃料噴霧の量は多くなり、燃料付着量ＦＨは多くなる。また、燃温ＴＨＦが低いときほど燃料の粘度は高くなり燃料噴霧の粒径は大きくなるため、燃料付着量ＦＨは多くなる。また、上記噴射周期１回における燃料の噴射時間τが長いときほど、燃料噴霧の貫徹力は大きくなるため、燃料付着量ＦＨは多くなる。また、排気温度ＴＨＥが低いときほど、ＮＳＲ触媒装置３０を通過する前の排気温度も低い状態にあり、この通過前の排気温度が低いときほど、燃料添加弁２９から噴射された直後の燃料噴霧の蒸発が起きにくくなるため、遮蔽板５０に到達する液状の燃料噴霧の量は多くなり、燃料付着量ＦＨは多くなる。また、本実施形態では、排気の流速が遅いときほど、燃料添加弁２９から噴射された燃料噴霧を排気が押し戻す力が弱くなる。そのため、排気の流速が遅いときほど噴射された燃料噴霧の速度は速くなり、燃料噴霧の貫徹力は大きくなるため、燃料付着量ＦＨは多くなる。

このように燃料付着量ＦＨは、燃圧ＰＦ、燃温ＴＨＦ、燃料の噴射時間τ、排気温度ＴＨＥ、及び排気流速に基づいて判定することができる。そこで、ステップＳ１２０において上記付着量算出部３７Ｂは、燃圧ＰＦ、燃温ＴＨＦ、排気温度ＴＨＥ、及び排気流速の代用値としての吸入空気量ＧＡについてそれら各値の現状値を読み込むとともに、現在設定されている規定噴射時間τｂを読み込む。そして、読み込んだそれら各値に基づいて、燃料付着量ＦＨを算出する。

こうして燃料付着量ＦＨが算出されると、上記蒸発時間算出部３７Ｃによって、上記燃料付着量ＦＨの全てが排気熱によって蒸発するために必要な蒸発時間ＴＺが算出される（Ｓ１３０）。

ここで、算出された燃料付着量ＦＨが多いときほど上記蒸発時間ＴＺは長くなる。また、排気温度ＴＨＥが低いときほど、ＮＳＲ触媒装置３０を通過する前の排気温度も低い状態にあり、この通過前の排気温度が低いときほど遮蔽板５０からの燃料蒸発速度は遅くなるため、上記蒸発時間ＴＺは長くなる。また、排気の流速が遅いときほど、遮蔽板５０からの燃料蒸発速度は遅くなるため、上記蒸発時間ＴＺは長くなる。

このように蒸発時間ＴＺは、燃料付着量ＦＨは、燃料付着量ＦＨ、排気温度ＴＨＥ、及び排気流速に基づいて判定することができる。そこで、ステップＳ１３０において上記蒸発時間算出部３７Ｃは、算出された燃料付着量ＦＨと、排気温度ＴＨＥの現状値、及び排気流速の代用値である吸入空気量ＧＡの現状値を読み込む。そして、読み込んだそれら各値に基づいて蒸発時間ＴＺを算出する。

こうして蒸発時間ＴＺが算出されると、上記休止時間変更部３７Ｄによって、算出された蒸発時間ＴＺ及び現在設定されている上記規定休止時間ＨＳｂのうちでより長い方の時間が上記休止時間ＨＳに設定される（Ｓ１４０）。このステップＳ１４０の処理によって、現在設定されている上記規定休止時間ＨＳｂよりも算出された蒸発時間ＴＺの方が長いときには、間欠噴射実行時の休止時間ＨＳが規定休止時間ＨＳｂから蒸発時間ＴＺに変更される。

他方、上記ステップＳ１１０にて、燃料噴霧が遮蔽板５０に到達しないと判定されるときには（Ｓ１１０：ＮＯ）、間欠噴射実行時の休止時間ＨＳとして、現在設定されている規定休止時間ＨＳｂがそのまま設定される（Ｓ１５０）。

上記ステップＳ１４０またはステップＳ１５０にて休止時間ＨＳが設定されると、上記規定噴射時間τｂ及び設定された休止時間ＨＳによる間欠噴射が開始されることにより、燃料の添加が開始される（Ｓ１６０）。

こうして、ステップＳ１６０にて燃料の添加が開始されると、次に添加を開始してから所定時間ＴＤが経過したか否かが判定される（Ｓ１７０）。この所定時間ＴＤとしては、例えば以下のような時間が設定されている。

すなわち、機関運転中には燃料噴霧の貫徹力が種々変化するのであるが、上記ステップＳ１６０にて燃料の添加を開始してから、それほど時間が経過していなければ、燃料噴霧の貫徹力はそれほど大きく変化しておらず、先のステップＳ１１０における燃料噴霧の到達判定結果は変わらないと考えられる。逆に、上記ステップＳ１６０にて燃料の添加を開始してから、ある程度時間が経過していると、燃料噴霧の貫徹力が変化しており、先のステップＳ１１０における燃料噴霧の到達判定結果は変わる可能性がある。

また、機関運転中には遮蔽板５０に付着した燃料の蒸発状態も種々変化するのであるが、上記ステップＳ１６０にて燃料の添加を開始してから、それほど時間が経過していなければ、燃料の蒸発状態はそれほど大きく変化しておらず、現状の噴射状態を維持しても付着燃料は完全に蒸発していると考えられる。逆に、上記ステップＳ１６０にて燃料の添加を開始してから、ある程度時間が経過していると、燃料の蒸発状態が変化しており、現状の噴射状態を維持すると付着燃料が完全に蒸発しない可能性がある。

そこで、上記ステップＳ１６０にて燃料の添加を開始してから燃料噴霧の貫徹力や燃料の蒸発状態がほぼ変化しておらず、燃料噴霧の到達判定結果が変わらないと考えられる時間、或いは現状の噴射状態を維持しても付着燃料が完全に蒸発していると考えられる時間のうちで長い方の時間（例えば数秒程度）が上記所定時間ＴＤに設定されている。

そして、添加を開始してから所定時間ＴＤが経過していないときには（Ｓ１７０：ＮＯ）、添加を開始してから所定時間ＴＤが経過するまでステップＳ１７０での判定が繰り返し行われる。

一方、添加を開始してから所定時間ＴＤが経過しているときには（Ｓ１７０：ＹＥＳ）、燃料添加弁２９による燃料の添加要求が無くなったか否かが判定される（ステップＳ１８０）。このステップＳ１８０では、例えば、上記ＮＯｘ連続浄化制御や上記フィルタ再生制御の実行要求が無くなった場合に、添加要求が無くなったと判定される。そして、ステップＳ１８０にて、添加要求があると判定されるときには（Ｓ１８０：ＮＯ）、上記ステップＳ１１０以降の処理が再び実行されることにより、燃料噴霧の到達判定や休止時間ＨＳの設定が再び行われて、燃料の添加が継続される。

一方、ステップＳ１８０にて、添加要求が無いと判定されるときには（Ｓ１８０：ＹＥＳ）、上記ステップＳ１６０にて開始した燃料の添加が終了されて（Ｓ１９０）、本処理は終了される。

次に、このように構成される本実施形態の作用、並びにその効果について説明する。
燃料添加弁２９の噴射態様として、燃料噴射及び噴射休止を交互に繰り返す間欠噴射を行う場合には、その間欠噴射における１回の噴射周期Ｈ内において噴射された燃料が遮蔽板５０に付着したとしても、同じ噴射周期Ｈ内において燃料噴射を休止している間に排気熱によって付着燃料は蒸発する。そのため、そうした噴射を休止する時間を適切に設定することにより、遮蔽板５０に付着した燃料を１回の噴射周期内において消失させることが可能になる。

そこで、まず、上記ステップＳ１１０では、燃料添加弁２９から噴射される燃料噴霧が遮蔽板５０に到達するかどうかが判定される。そして、燃料噴霧が遮蔽板５０に到達すると判定される場合には、上記ステップＳ１２０にて、遮蔽板５０に付着する燃料付着量ＦＨが算出され、上記ステップＳ１３０では、その算出された燃料付着量ＦＨの全てが排気熱で蒸発するために必要な蒸発時間ＴＺが算出される。そして、予め定められている規定休止時間ＨＳｂよりも蒸発時間ＴＺの方が長い場合には、規定休止時間ＨＳｂにて燃料噴射を休止しても遮蔽板５０に付着した燃料を完全に蒸発させることができない。そこで、ステップＳ１４０では、規定休止時間ＨＳｂよりも蒸発時間ＴＺの方が長い場合、噴射の休止時間ＨＳを規定休止時間ＨＳｂから蒸発時間ＴＺへと変更するようにしている。

従って、１回の噴射周期Ｈ内において噴射された燃料が遮蔽板５０に付着しても、同じ噴射周期Ｈ内においてその付着した燃料は消失するようになるため、間欠噴射による燃料噴射を継続しても、遮蔽板５０における燃料付着量の増大を抑えることができるようになる。

こうして遮蔽板５０における燃料付着量の増大が抑えられるため、遮蔽板５０においては液膜化した燃料が生じなくなる。従って、遮蔽板５０の表面で液膜化した燃料が、燃料噴霧の圧力によって剥離し、上記機能部材に付着してしまうという不都合の発生も抑えられるようになる。

なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施することもできる。
・排気管１４に設けられた上記機能部材は、過給機１８及びウエストゲートバルブ４０であったが、燃料付着に起因して各種動作不良が起きるおそれのある他の部材でもよい。例えば、上記機能部材としては、排気の温度を高めるべく排気管内に設置されるヒータでもよい。

・上記実施形態では、排気浄化部材として、ＨＣを供給することによりＮＯｘを浄化するＮＯｘ吸蔵還元型触媒装置３０を備えていた。この他、排気浄化部材として、ＨＣを供給することによりＮＯｘを浄化するＮＯｘ還元触媒装置や、燃料添加により排気の温度を高める酸化触媒装置などを備える排気浄化装置に対しても、上記実施形態で説明した構造を適用することができる。

１０…内燃機関、１１…気筒、１３…吸気管、１４…排気管、１５…再循環排気通路（ＥＧＲ通路）、１６…コンプレッサ、１７…タービン、１８…過給機（機能部材）、１９…燃料噴射弁、２０…コモンレール、２１…燃料ポンプ、２２…燃料タンク、２３…エアクリーナ、２４…エアフロメータ、２５…インタークーラ、２６…スロットルバルブ、２７…吸気マニホールド、２８…排気マニホールド、２９…燃料添加弁、３０…ＮＯｘ吸蔵還元型触媒装置（ＮＳＲ触媒装置）、３１…ＰＭフィルタ、３２…排気温センサ、３３…差圧センサ、３４…空燃比センサ、３５…ＥＧＲクーラ、３６…ＥＧＲバルブ、３８…燃圧センサ、３９…燃温センサ、３７…電子制御ユニット、４０…ウエストゲートバルブ（機能部材）、５０…遮蔽板（板状部材）。

Claims (1)

1. 排気管に設けられた機能部材と、前記機能部材よりも下流側の排気管内に設けられて排気管の内壁から排気管の中心に向かって延びる板状部材と、前記板状部材よりも下流側の排気管に設けられて前記板状部材に向かって燃料を噴射することにより排気に燃料を添加する燃料添加弁と、前記燃料添加弁よりも下流側の排気管に設けられた排気浄化部材と、を備える内燃機関に適用されて、予め定められている規定噴射時間及び規定休止時間による燃料噴射及び噴射休止を交互に繰り返す間欠噴射を行うように前記燃料添加弁の燃料噴射を制御する燃料添加弁制御装置であって、
   前記燃料添加弁から噴射される燃料噴霧が前記板状部材に到達するか否かを判定する判定部と、
   前記判定部にて前記燃料噴霧が前記板状部材に到達すると判定されるときには、前記板状部材に付着する燃料の付着量を算出する付着量算出部と、
   前記付着量算出部にて算出された前記付着量の全てが排気熱で蒸発するために必要な蒸発時間を算出する蒸発時間算出部と、
   前記蒸発時間算出部で算出された前記蒸発時間が前記規定休止時間よりも長いときには、前記間欠噴射の実行時における前記噴射休止の時間を前記規定休止時間から前記蒸発時間に変更する休止時間変更部と、を備える
   内燃機関の燃料添加弁制御装置。

Images