JP2020169615A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃費の悪化を抑制しつつ、燃料添加弁のデポジットの堆積を抑制することが可能な内燃機関の排気浄化装置を提供する。【解決手段】排気浄化装置６０は、燃料添加弁４０と、燃料添加制御部５００とを備える。燃料添加制御部５００は、燃料添加処理を実行する。燃料添加制御部５００は、燃料添加弁４０による直近の燃料噴射時から所定時間が経過することに基づいて詰まり防止噴射処理を実行する。燃料添加弁４０の開弁開始時から、燃料添加弁４０の燃料噴射量が経過時間に対して比例関係を有するようになるまでに要する経過時間を第１噴射幅とし、燃料添加弁の開弁開始時から、燃料添加弁のノズルの先端に対する燃料の付着量の時間変化率が最小値となるまでに要する経過時間を第２噴射幅とするとき、詰まり防止噴射幅が、第１噴射幅以上であって、且つ第２噴射幅以下の時間に設定されている。【選択図】図１

Description

本開示は、内燃機関の排気浄化装置に関する。

内燃機関の排気浄化装置として、排気中に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化するＮＯｘ吸蔵還元触媒を備えるものが知られている。ＮＯｘ吸蔵還元触媒は、燃料噴射量に対して酸素が過剰な状態、いわゆるリーン状態においてＮＯｘを吸蔵する。一方、燃料噴射量に対して酸素が不足している状態、いわゆるリッチ状態では、排気に含まれる一酸化炭素（ＣＯ）及び未燃燃料成分の炭化水素（ＨＣ）と、吸蔵したＮＯｘとを反応させてＮＯｘを還元し、これらを窒素、二酸化炭素、及び水にすることにより排気を浄化する。

このようなＮＯｘ吸蔵還元触媒は、そのＮＯｘの吸蔵量に限界があるため、ＮＯｘの吸蔵量が増加して飽和状態に近づくとＮＯｘを吸蔵する能力が低下する。そのため、このような排気浄化装置にあっては、排気通路に設けられた燃料添加弁から排気に燃料を添加する燃料添加処理を実行して触媒近傍の雰囲気を一時的にリッチ状態にすることによって、触媒が吸蔵しているＮＯｘを還元し、ＮＯｘ吸蔵能力の低下を抑制するようにしている。

一方、燃料添加弁のノズルの先端に形成される噴孔周辺には、噴射される燃料の一部が付着したまま残ることがある。排気熱により燃料添加弁が高温になっている場合には、その熱により噴孔周辺に付着した燃料が変質して粘性が高くなり、徐々に堆積してデポジットとなって噴孔の一部を塞ぐ可能性がある。このようにして噴孔の一部がデポジットにより塞がれると、燃料添加弁から適切な量の燃料を噴射することができなくなる可能性がある。

そこで、下記の特許文献１に記載の排気浄化装置では、燃料添加弁による燃料噴射が所定期間実行されない場合には、詰まり防止噴射を燃料添加弁により実行するようにしている。

特開２００９−１３８４２号公報

ところで、特許文献１に記載の排気浄化装置のように、デポジットの堆積を抑制するために燃料添加弁から燃料を噴射する場合、その噴射時間が短すぎると、燃料添加弁に付着したデポジットを殆ど除去できない可能性がある。また、噴射時間を長くするほど、燃料添加弁に付着したデポジットを除去し易くなるが、燃費が悪化するという問題点がある。

本開示は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、燃費の悪化を抑制しつつ、燃料添加弁のデポジットの堆積を抑制することが可能な内燃機関の排気浄化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排気浄化装置は、燃料添加弁（４０）と、燃料添加制御部（５００）と、を備える。燃料添加弁は、車両の内燃機関の排気通路（３０）に燃料を噴射する。燃料添加制御部は、燃料添加弁から燃料を噴射することにより、排気通路に設けられる触媒に燃料を供給する燃料添加処理を実行する。燃料添加制御部は、燃料添加弁による直近の燃料噴射時から所定時間が経過することに基づいて、燃料添加弁から所定量の燃料を噴射する詰まり防止噴射処理を実行するものである。燃料添加弁の開弁開始時から、燃料添加弁の燃料噴射量が経過時間に対して比例関係を有するようになるまでに要する経過時間を第１噴射幅とし、燃料添加弁の開弁開始時から、燃料添加弁のノズルの先端に対する燃料の付着量の時間変化率が最小値となるまでに要する経過時間を第２噴射幅とするとき、詰まり防止噴射処理を実行する際の燃料の噴射時間である詰まり防止噴射幅が、第１噴射幅以上であって、且つ第２噴射幅以下の時間に設定されている。

発明者らは、詰まり防止噴射幅を上記の第１噴射幅以上であって、且つ上記の第２噴射幅以下に設定することにより、より的確に燃料添加弁のノズル先端に燃料を付着させることが可能であることを新たに見出した。よって、上記構成によれば、燃料添加弁のノズルの先端に付着する燃料により、ノズル先端に堆積するデポジットの硬化を抑制することが可能である。また、詰まり防止噴射幅が第１噴射幅以上であって、且つ第２噴射幅以下に設定されていれば、燃料添加処理における燃料添加弁の燃料噴射時間と比較すると、燃料噴射時間を短い時間に設定することが可能であるため、燃費の悪化を抑制することも可能である。

なお、上記手段、特許請求の範囲に記載の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

本開示によれば、燃費の悪化を抑制しつつ、燃料添加弁のデポジットの堆積を抑制することが可能な内燃機関の排気浄化装置を提供できる。

図１は、第１実施形態の内燃機関の概略構成を示すブロック図である。 図２（Ａ）〜（Ｄ）は、第１実施形態の燃料添加弁の燃料噴射量、燃料添加弁のノズル先端に付着したデポジットに対する燃料噴射の剥離力、ノズル先端に付着する燃料量、その付着燃料量の変化率の推移を示すタイミングチャートである。 図３は、第１実施形態の制御装置により実行される詰まり防止噴射処理の手順を示すフローチャートである。 図４は、第１実施形態の燃料添加弁に対して詰まり防止噴射処理の実行時に印加される電圧の推移を示すタイムチャートである。 図５は、第２実施形態の内燃機関の概略構成を示すブロック図である。 図６は、第２実施形態の制御装置により実行される詰まり防止噴射処理の手順を示すフローチャートである。 図７は、第３実施形態の内燃機関の概略構成を示すブロック図である。 図８（Ａ）〜（Ｄ）は、第３実施形態の燃料添加弁の燃料噴射量、燃料添加弁のノズル先端に付着したデポジットに対する燃料噴射の剥離力、ノズル先端に付着する燃料量、その付着燃料量の変化率の推移を示すタイミングチャートである。 図９は、第４実施形態の制御装置により実行される詰まり防止噴射処理の手順を示すフローチャートである。 図１０（Ａ），（Ｂ）は、第４実施形態の燃料添加弁に対して詰まり防止噴射処理の実行時に印加される電圧に関して、通常噴射のみを行った場合と、通常噴射及び微小噴射を行った場合との推移を比較して示すタイミングチャートである。

以下、内燃機関の排気浄化装置の一実施形態について図面を参照しながら説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。
＜第１実施形態＞
はじめに、図１に示される本実施形態の排気浄化装置６０が設けられる車両のディーゼルエンジン１０の概要について説明する。本実施形態では、ディーゼルエンジン１０が内燃機関に相当する。

図１に示されるように、ディーゼルエンジン１０には吸気通路２０と排気通路３０とが接続されている。吸気通路２０には、モータ２１ａにより開閉駆動される吸気絞り弁２１が設けられている。吸気絞り弁２１は、その開度の変更により、ディーゼルエンジン１０の燃焼室１１に導入される空気の量を調整する。

ディーゼルエンジン１０の燃焼室１１には、気筒毎に燃料噴射弁１２が設けられている。燃料噴射弁１２は、コモンレール１３に接続されており、コモンレール１３に充填されている燃料を燃焼室１１に噴射する。コモンレール１３には、サプライポンプ１４を通じて燃料が供給されている。

吸気通路２０及び排気通路３０はターボチャージャー２２に接続されている。ターボチャージャー２２は、その内部に設けられるタービン２２ａを、排気通路３０を流れる排気のエネルギにより回転させることで、吸気通路２０を流れる空気を圧縮して燃焼室１１に送り込む。

排気通路３０には、触媒コンバータ４１及びＰＭフィルタ４２が設けられている。触媒コンバータ４１及びＰＭフィルタ４２はＮＯｘ吸蔵還元触媒を有している。ＮＯｘ吸蔵還元触媒は、燃料噴射量に対して酸素が過剰な状態、いわゆるリーン状態においてＮＯｘを吸蔵する。一方、燃料噴射量に対して酸素が不足している状態、いわゆるリッチ状態では、排気に含まれる一酸化炭素（ＣＯ）や未燃燃料成分の炭化水素（ＨＣ）と、吸蔵したＮＯｘとを反応させてＮＯｘを還元し、これらを窒素、二酸化炭素、及び水にすることにより排気を浄化する。本実施形態では、触媒コンバータ４１及びＰＭフィルタ４２が触媒に相当する。

ＰＭフィルタ４２は、多孔質材料によって形成されており、排気中の煤等を主成分とする粒子状物質（ＰＭ）を捕捉する。また、ＰＭフィルタ４２に捕捉されたＰＭは、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の酸化作用により酸化されて除去される。
排気通路３０における触媒コンバータ４１よりも排気流れ方向の上流側の部位には、燃料添加弁４０が設けられている。燃料添加弁４０は、排気中に燃料を噴射して、触媒コンバータ４１及びＰＭフィルタ４２に未燃燃料成分のＨＣを供給する。燃料添加弁４０は、サプライポンプ１４と接続されており、サプライポンプ１４から燃料が供給される。

燃料添加弁４０を通じた排気への燃料添加は、ディーゼルエンジン１０の各種制御を統括的に実行する制御装置５０によって行われる。制御装置５０は、ＣＰＵやメモリ等を有するマイクロコンピュータを中心に構成されている。制御装置５０には、ディーゼルエンジン１０の駆動状態や車両の走行状態を検出する各種センサとして、エアフロメータ５１、回転速度センサ５２、車速センサ５３、アクセル開度センサ５４、上流側排気温センサ５５、及び下流側排気温センサ５６等が接続され、それらの検出信号が取り込まれている。

エアフロメータ５１は、吸入空気量ＧＡを検出するとともに、検出された吸入空気量ＧＡに応じた検出信号を出力する。回転速度センサ５２は、ディーゼルエンジン１０の回転速度ＮＥを検出するとともに、検出された回転速度ＮＥに応じた検出信号を出力する。車速センサ５３は、車両の走行速度ＳＰを検出するとともに、検出された車速ＳＰに応じた検出信号を出力する。アクセル開度センサ５４は、アクセルペダルの踏み込み量を検出するとともに、検出された踏み込み量に応じた検出信号を出力する。上流側排気温センサ５５は、排気通路３０におけるＰＭフィルタ４２よりも排気流れ方向の上流側の排気温を検出するとともに、検出された排気温に応じた検出信号を出力する。下流側排気温センサ５６は、排気通路３０におけるＰＭフィルタ４２よりも排気流れ方向の下流側の排気温を検出するとともに、検出された排気温に応じた検出信号を出力する。

制御装置５０は、これらのセンサ５１〜５６の検出信号に基づいて各種演算処理を行いつつ、ディーゼルエンジン１０の各部を制御する。例えば、制御装置５０は、ディーゼルエンジン１０の回転速度ＮＥに対するアクセルペダルの踏み込み量に基づいて、運転者の要求に応じた出力トルクを発生させるために必要な目標燃料噴射量を演算する。そして、制御装置５０は、燃料噴射弁１２から噴射される実際の燃料噴射量が目標燃料噴射量となるように、燃料噴射弁１２を制御する。

また、制御装置５０は、燃料添加処理を実行する燃料添加制御部５００を有している。燃料添加処理は、燃料添加弁４０から燃料を噴射することにより、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に還元剤としての未燃燃料成分のＨＣを供給するための処理である。ＮＯｘ吸蔵還元触媒は、そのＮＯｘの吸蔵量に限界があり、ディーゼルエンジン１０の駆動に伴ってＮＯｘの吸蔵量が増加して飽和状態に近づくと、ＮＯｘを吸蔵する能力が低下する。そこで、燃料添加制御部５００は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒のＮＯｘ吸蔵量を推定し、ＮＯｘ吸蔵量が所定量以上になると、燃料添加弁４０から排気に燃料を添加する燃料添加処理を実行し、触媒近傍の雰囲気を一時的にリッチ状態にして触媒が吸蔵しているＮＯｘを還元することによりＮＯｘ吸蔵能力の低下を抑制する。

具体的には、燃料添加制御部５００は、ディーゼルエンジン１０の回転速度や燃料噴射量等のディーゼルエンジン１０の駆動状態に基づいて排気に含まれるＮＯｘの量、すなわちＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されているＮＯｘの量を推定するとともに、燃料添加量に基づいて触媒における還元反応によって還元されるＮＯｘの量を推定し、これらの吸蔵量と還元量との各積分値に基づいて現在のＮＯｘ吸蔵量を推定する。そして、燃料添加制御部５００は、ＮＯｘ吸蔵量が所定量以上になると、燃料添加弁４０から燃料を噴射し、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に還元剤としての未燃燃料成分のＨＣを供給する燃料添加処理を実行する。

ところで、燃料添加弁４０では、そのノズルの先端に形成される噴孔から燃料が噴射される。燃料添加弁４０の噴孔の周辺には、噴射される燃料の一部が付着してそのまま残ることがある。この噴孔周辺に付着した燃料が排気熱により変質して硬化すると、デポジットとなって噴孔の一部を塞ぐ可能性がある。このようにして噴孔の一部がデポジットにより塞がれると、燃料添加弁４０から適切な量の燃料を噴射することができなくなる可能性がある。

そこで、本実施形態の燃料添加制御部５００は、燃料添加弁４０による直近の燃料噴射時から所定時間が経過することに基づいて、燃料添加弁４０から所定量の燃料を噴射する詰まり防止噴射処理を実行する。以下、詰まり防止噴射処理の具体的な内容について説明する。

まず、本実施形態の詰まり防止噴射処理の原理について説明する。
図２（Ａ）に示されるように、例えば燃料添加制御部５００が時刻ｔ０で燃料添加弁４０を開弁させるべく燃料添加弁４０に対する電圧の印加を開始したとすると、時刻ｔ０から所定時間が経過した時刻ｔ１０で燃料添加弁４０の弁体が全閉状態の位置から開弁方向に変位し始めるため、時刻ｔ１０以降、燃料添加弁４０の燃料噴射量が増加し始める。本実施形態では、時刻ｔ０が燃料添加弁４０の開弁開始時に相当する。図２（Ａ）に示されるように、燃料添加弁４０の燃料噴射量は、時刻ｔ１０から、燃料添加弁４０の弁体が全開状態の位置に達する時刻ｔ１１までの期間、経過時間に対して対数関数的に増加し、時刻ｔ１１で所定噴射量ｑｍｉｎに達する。そして、燃料添加弁４０の弁体が全開状態の位置に達する時刻ｔ１１以降、燃料添加弁４０の燃料噴射量は、経過時間に対して比例関係を有するように変化する。

一方、燃料添加弁４０から噴射される燃料の量が多くなるほど、その燃料が、ノズル先端に付着するデポジットを剥離させる力は大きくなる。したがって、図２（Ｂ）に示されるように、燃料噴射によるデポジットの剥離力は、時刻ｔ１０から時刻ｔ１１までの間に大きく増加し、時刻ｔ１１以降、徐々に増加するようになる。

発明者らは、実験やシミュレーション等を通じて、時刻ｔ１０以降、燃料添加弁４０のノズル先端に付着する燃料の量が図２（Ｃ）に示されるように変化することを確認した。図２（Ｃ）に示されるように、付着燃料量は、時刻ｔ１０から時刻ｔ１１までの間に大きく増加し、時刻ｔ１１以降、最大値Ｄｍａｘに達した後に減少して所定値に収束するように変化する。時刻ｔ１１以降、付着燃料量が最大値に達した後に減少するのは、燃料添加弁４０からの燃料の噴射により、ノズル先端に付着した燃料が飛散することが要因であると考えられる。図２（Ｄ）は、この付着燃料量の時間変化率をグラフ化したものである。図２（Ｄ）に示されるように、付着燃料量の時間変化率は、時刻ｔ１０から時刻ｔ１１までの間に最大値ｄＤｍａｘを示すとともに、時刻ｔ１１以降の時刻ｔ１２で最小値ｄＤｍｉｎを示す。

なお、図２では、時刻ｔ０から時刻ｔ１１までの経過時間、すなわち燃料添加弁４０の開弁開始時から、燃料添加弁４０の燃料噴射量が経過時間に対して比例関係を有するようになるまでに要する経過時間を第１噴射幅Ｔ１０で示している。また、時刻ｔ０から時刻ｔ１２までの経過時間、すなわち燃料添加弁４０の開弁開始時から、燃料添加弁４０のノズルの先端に対する燃料の付着量の時間変化率が最小値ｄＤｍｉｎとなるまでに要する経過時間を第２噴射幅Ｔ２０で示している。

燃料添加弁４０のノズル先端に燃料が付着した場合、その燃料により、ノズル先端に付着するデポジットの硬化を抑制することができる。当然、燃料添加弁４０のノズル先端に付着する燃料の量が多くなるほど、デポジットの硬化を抑制する効果は大きくなる。したがって、図２（Ｃ）に示されるように付着燃料量が変化する場合、詰まり防止噴射処理を実行する際の燃料の噴射時間である詰まり防止噴射幅を第１噴射幅Ｔ１０から第２噴射幅Ｔ２０までの時間幅に設定すれば、燃料添加弁４０のノズル先端に付着する燃料の量を概ね多くすることができるため、デポジットの硬化を抑制することが可能である。

次に、以上の原理に基づいて燃料添加制御部５００により実行される詰まり防止噴射処理の具体的な手順について図３を参照して説明する。なお、燃料添加制御部５００は、図３に示される処理を所定の周期で繰り返し実行する。
図３に示されるように、燃料添加制御部５００は、まず、ステップＳ１０の処理として、ディーゼルエンジン１０の駆動状態を検出する。具体的には、燃料添加制御部５００は、回転速度センサ５２によりディーゼルエンジン１０の回転速度ＮＥを検出する。また、燃料添加制御部５００は、回転速度センサ５２により検出されるディーゼルエンジン１０の回転速度ＮＥや、エアフロメータ５１により検出される吸入空気量ＧＡ等からマップや演算式等を用いてディーゼルエンジン１０の負荷ＬＥを検出する。負荷ＬＥは、ディーゼルエンジン１０が高負荷状態に向かうほど値が多くなり、ディーゼルエンジン１０が低負荷状態に向かうほど値が小さくなるように設定されている。

燃料添加制御部５００は、ステップＳ１０に続くステップＳ１１の処理として、詰まり防止要請が発生しているか否かを判定する。具体的には、燃料添加制御部５００は、燃料添加弁４０による直近の燃料噴射時から所定時間が経過していない場合には、詰まり防止要請が発生していないと判断して、ステップＳ１１の処理で否定判定する。なお、直近の燃料噴射には、燃料添加処理の実行による燃料添加弁４０からの燃料噴射だけでなく、詰まり防止噴射の実行による燃料添加弁４０からの燃料噴射も含まれる。燃料添加制御部５００は、ステップＳ１１の処理で否定判定した場合には、図３に示される処理を一旦終了する。

燃料添加制御部５００は、燃料添加弁４０による直近の燃料噴射時から所定時間が経過している場合には、詰まり防止要請が発生していると判断して、ステップＳ１１の処理で肯定判定する。この場合、燃料添加制御部５００は、ステップＳ１２の処理として、詰まり防止噴射を開始する。燃料添加制御部５００は、ステップＳ１２の処理において、詰まり防止噴射幅Ｔｉを第１噴射幅Ｔ１０以上であって、且つ第２噴射幅Ｔ２０以下の時間に設定するとともに、設定された詰まり防止噴射幅Ｔｉで燃料添加弁４０から燃料を噴射する。この際、燃料添加制御部５００は、ディーゼルエンジン１０の回転速度ＮＥ及び負荷ＬＥに基づいて詰まり防止噴射幅Ｔｉを変更する。

具体的には、燃料添加制御部５００は、ディーゼルエンジン１０の回転速度ＮＥが低速に近づき、且つ負荷ＬＥが低負荷に近づくほど、詰まり防止噴射幅Ｔｉを第１噴射幅Ｔ１０に近い値に設定する。ディーゼルエンジン１０の回転速度ＮＥが低速であって、且つ負荷ＬＥが低負荷である場合には、ディーゼルエンジン１０から排出される排気の温度が低温であるため、燃料添加弁４０のノズル先端に付着するデポジットが硬化し難い。そのため、燃費を改善するために、詰まり防止噴射幅Ｔｉを第１噴射幅Ｔ１０に近い値に設定する。

一方、燃料添加制御部５００は、ディーゼルエンジン１０の回転速度ＮＥが高速に近づき、且つ負荷ＬＥが高負荷に近づくほど、詰まり防止噴射幅Ｔｉを第２噴射幅Ｔ２０に近い値に設定する。ディーゼルエンジン１０の回転速度ＮＥが高速であって、且つ負荷ＬＥが高負荷である場合には、ディーゼルエンジン１０から排出される排気の温度が高温であるため、燃料添加弁４０のノズルの先端に付着するデポジットが硬化し易い。そのため、燃料添加弁４０のノズル先端に付着する燃料の量を増加させ、且つ燃料添加弁４０からの燃料噴射によりデポジットを飛散させるために、詰まり防止噴射幅Ｔｉを第２噴射幅Ｔ２０に近い値に設定する。

なお、これらのディーゼルエンジン１０の回転速度ＮＥ、負荷ＬＥ、及び詰まり防止噴射幅Ｔｉの関係は予め実験等により求められており、それらの関係を示すマップが制御装置５０のメモリに記憶されている。燃料添加制御部５００は、図３に示されるステップＳ１２の処理において、メモリに記憶されているマップに基づいて、ディーゼルエンジン１０の回転速度ＮＥ及び負荷ＬＥから詰まり防止噴射幅Ｔｉを設定する。そして、燃料添加制御部５００は、燃料添加制御部５００からの詰まり防止噴射幅Ｔｉでの燃料噴射が所定の噴射周期Ｔｐで実行されるように、図４に示されるように燃料添加弁４０に電圧を印加する。

以上説明した本実施形態の排気浄化装置６０によれば、以下の（１）及び（２）に示される作用及び効果を得ることができる。
（１）発明者らは、詰まり防止噴射幅Ｔｉを、図２に示される第１噴射幅Ｔ１０以上であって、且つ第２噴射幅Ｔ２０以下に設定することで、より的確に燃料添加弁４０のノズル先端に燃料を付着させることが可能であることを新たに見出した。燃料添加弁４０のノズルの先端に付着する燃料により、ノズル先端に堆積するデポジットの硬化を抑制することが可能である。また、詰まり防止噴射幅Ｔｉが第１噴射幅Ｔ１０以上であって、且つ第２噴射幅Ｔ２０以下に設定されていれば、燃料添加処理における燃料添加弁４０の燃料噴射時間と比較すると、燃料噴射時間を短い時間に設定することが可能であるため、燃費の悪化を抑制することができる。

（２）燃料添加制御部５００は、ディーゼルエンジン１０の駆動状態に基づいて、詰まり防止噴射幅Ｔｉを変更する。このような構成によれば、ディーゼルエンジン１０の駆動状態に応じた、より適切な詰まり防止噴射幅Ｔｉを設定することができるため、デポジットの硬化を抑制する効果や、燃費の悪化を抑制する効果を高めることが可能である。

＜第２実施形態＞
次に、排気浄化装置６０の第２実施形態について説明する。以下、第１実施形態の排気浄化装置６０との相違点を中心に説明する。
一般的に、燃料の沸点が高いほど、燃料により生成されるデポジットは硬化し難い。そのため、本実施形態の排気浄化装置６０では、沸点の高い燃料を用いている場合には、詰まり防止噴射処理の噴射周期Ｔｐを延ばすことにより、燃費の改善を図るようにしている。

具体的には、図５に示されるように、本実施形態の排気浄化装置６０は、排気通路３０におけるＰＭフィルタ４２よりも排気流れ方向の上流側に設けられる上流側排気圧センサ５７と、排気通路３０におけるＰＭフィルタ４２よりも排気流れ方向の下流側に設けられる下流側排気圧センサ５８とを備えている。上流側排気圧センサ５７は、ＰＭフィルタ４２よりも排気流れ方向の上流側の排気圧Ｐ１０を検出するとともに、検出された排気圧に応じた検出信号を出力する。下流側排気圧センサ５８は、ＰＭフィルタ４２よりも排気流れ方向の下流側の排気圧Ｐ２０を検出するとともに、検出された排気圧に応じた検出信号を出力する。これらのセンサ５７，５８の検出信号は制御装置５０に取り込まれている。

本実施形態の燃料添加制御部５００は、燃料添加処理として、ＰＭフィルタ４２に燃料を供給することによりＰＭフィルタ４２を再生するフィルタ再生処理を実行する。ＰＭフィルタ４２における粒子状物質の堆積量が増加するほど、上流側排気圧センサ５７により検出される上流側排気圧Ｐ１０と、下流側排気圧センサ５８により検出される下流側排気圧Ｐ２０との偏差である排気差圧ΔＰが大きくなる。燃料添加制御部５００は、排気差圧ΔＰが第１閾値以上になることに基づいて燃料添加弁４０からＰＭフィルタ４２に燃料を供給するフィルタ再生処理を開始する。その後、燃料添加制御部５００は、排気差圧ΔＰが第２閾値以下になることに基づいてＰＭフィルタ４２の再生が完了したと判定し、フィルタ再生処理を停止する。すなわち、燃料添加制御部５００は、燃料添加弁４０からＰＭフィルタ４２への燃料の添加を停止する。第２閾値は第１閾値よりも小さい値である。以降、燃料添加制御部５００は、排気差圧ΔＰが第１閾値以上になる都度、フィルタ再生処理を実行する。

制御装置５０は、燃料の性状を検出する燃料性状検出部５０１を備えている。燃料性状検出部５０１は、燃料の性状として、具体的にはフィルタ再生処理においてＰＭフィルタ４２の再生に要した時間である再生時間を検出する。より詳しくは、ＰＭフィルタ４２の再生時間は、排気差圧ΔＰが第１閾値以上になることによりフィルタ再生処理が開始された時点から、排気差圧ΔＰが第２閾値以下になることによりフィルタ再生処理が停止されるまでの時間である。よって、ＰＭフィルタ４２の再生時間は、フィルタ再生処理の実行時間に相当する。上述の通り、燃料の沸点が高いほど、燃料により生成されるデポジットが硬化し難くなるため、ＰＭフィルタ４２の再生時間は短くなる。逆に、燃料の沸点が低いほど、燃料により生成されるデポジットが硬化し易くなるため、ＰＭフィルタ４２の再生時間は長くなる。このように、ＰＭフィルタ４２の再生時間と燃料の沸点との間には相関関係がある。

そこで、燃料性状検出部５０１は、ＰＭフィルタ４２の再生時間と予め定められた時間閾値とを比較して、ＰＭフィルタ４２の再生時間が時間閾値よりも短い場合には、通常の燃料よりも沸点の高い燃料が用いられていると判定する。なお、通常の燃料は、ディーゼルエンジン１０において通常の使用が規定されている燃料、例えば軽油である。本実施形態では、ディーゼルエンジン１０に軽油が供給されている際のＰＭフィルタ４２の再生時間が予め実験等により求められており、その値が時間閾値として制御装置５０のメモリに記憶されている。燃料添加制御部５００は、燃料性状検出部５０１により沸点の高い燃料が用いられていると判定された場合には、燃料添加弁４０のノズル先端に付着したデポジットが硬化し難いと判定し、燃費を改善すべく、詰まり防止噴射の噴射周期Ｔｐを延ばす。

具体的には、燃料添加制御部５００及び燃料性状検出部５０１は、詰まり防止噴射処理として、図６に示される処理を実行する。図６に示されるように、燃料添加制御部５００は、ステップＳ１１の処理において肯定判定した場合、ステップＳ２０の処理として、上流側排気圧センサ５７により検出される上流側排気圧Ｐ１０と、下流側排気圧センサ５８により検出される下流側排気圧Ｐ２０とに基づいて、ＰＭフィルタ４２の前後の排気差圧ΔＰを演算する。燃料添加制御部５００は、演算された排気差圧ΔＰに基づいてフィルタ再生処理を実行する。

続いて、燃料性状検出部５０１は、ステップＳ２１の処理として、フィルタ再生処理においてＰＭフィルタ４２の再生に要した時間を検出するとともに、検出されたＰＭフィルタ４２の再生時間が時間閾値よりも短いか否かを判断する。燃料性状検出部５０１は、ステップＳ２１の処理で否定判断した場合には、すなわちＰＭフィルタ４２の再生時間が時間閾値以上である場合には、現在使用されている燃料の性状が、通常の燃料と同等の沸点、又はそれよりも低い沸点を有する性状であると判定する。この場合、燃料添加制御部５００は、ステップＳ１２の処理として、詰まり防止噴射を開始する。具体的には、ステップＳ１２の詰まり防止噴射では、詰まり防止噴射幅Ｔｉが第１噴射幅Ｔ１０以上であって、且つ第２噴射幅Ｔ２０以下の時間に設定されるとともに、詰まり防止噴射幅Ｔｉで燃料添加弁４０から燃料が噴射される。なお、ステップＳ１２の処理では、噴射周期Ｔｐが、図４に示される通常周期Ｔｂに設定されたままである。

一方、燃料性状検出部５０１は、ステップＳ２１の処理で肯定判断した場合には、すなわちＰＭフィルタ４２の再生時間が時間閾値よりも短い場合には、現在使用されている燃料の性状が、通常の燃料よりも高い沸点を有する性状であると判定する。この場合、燃料添加制御部５００は、ステップＳ２２の処理として、詰まり防止噴射を開始し、且つ噴射周期Ｔｐを延長する。具体的には、ステップＳ２２の処理では、詰まり防止噴射幅Ｔｉが第１噴射幅Ｔ１０以上であって、且つ第２噴射幅Ｔ２０以下の時間に設定されるとともに、詰まり防止噴射幅Ｔｉで燃料添加弁４０から燃料が噴射される。また、噴射周期Ｔｐが、通常周期Ｔｂよりも所定時間αだけ長い周期「Ｔｂ＋α」に設定される。

以上説明した本実施形態の排気浄化装置６０によれば、以下の（３）に示される作用及び効果を更に得ることができる。
（３）燃料添加制御部５００は、燃料性状検出部５０１により検出される燃料の性状に基づいて、詰まり防止噴射処理において燃料添加弁４０から燃料が噴射される周期Ｔｐを変更する。このような構成によれば、沸点が高く、デポジットが硬化し難い燃料が用いられている場合には、燃料添加弁４０の燃料噴射周期を延ばすことができるため、燃費を更に改善することが可能である。

（４）燃料性状検出部５０１は、燃料添加制御部５００により実行されるフィルタ再生処理の実行時間に基づいて、燃料の性状を検出する。このような構成によれば、燃料の性状を容易に検出することが可能である。
＜第３実施形態＞
次に、排気浄化装置６０の第３実施形態について説明する。以下、第１実施形態の排気浄化装置６０との相違点を中心に説明する。

図７に示されるように、本実施形態の排気浄化装置６０では、制御装置５０が昇圧部５０２を更に備えている。昇圧部５０２は、燃料添加処理の実行の際に燃料添加弁４０に印加される電圧を通常目標電圧Ｖｂとするとき、詰まり防止噴射処理の実行の際に燃料添加弁４０に印加される電圧を通常目標電圧Ｖｂよりも大きい電圧Ｖａに昇圧する部分である。

次に、本実施形態の排気浄化装置６０の動作例について説明する。
図８（Ａ）〜（Ｄ）には、燃料添加弁４０の印加電圧が通常目標電圧Ｖｂに設定されている場合の各パラメータの推移が二点鎖線で示されており、燃料添加弁４０の印加電圧が昇圧電圧Ｖａに設定されている場合の各パラメータの推移が実線で示されている。図８（Ａ）〜（Ｄ）に示されるように、燃料添加弁４０の印加電圧が昇圧電圧Ｖａに設定されている場合には、通常目標電圧Ｖｂに設定されている場合と比較すると、燃料添加弁４０の弁体が全閉状態の位置から開弁方向に変位し始める時期が、時刻ｔ１０よりも早い時刻ｔ２０となる。また、時刻ｔ２０以降、燃料添加弁４０の弁体が全開状態の位置に達する時期が時刻ｔ１１よりも早い時刻ｔ２１になるとともに、付着燃料量の時間変化率が最小値を示す時期も時刻ｔ１２よりも早い時刻ｔ２２となる。これにより、第１噴射幅を、「Ｔ１０」よりも短い「Ｔ１１」に変化させることができるとともに、第２噴射幅を、「Ｔ２０」よりも短い「Ｔ２１」に変化させることができる。燃料添加制御部５００は、詰まり防止噴射幅Ｔｉを第１噴射幅Ｔ１１以上であって、且つ第２噴射幅Ｔ２１以下の時間に設定するとともに、詰まり防止噴射幅Ｔｉで燃料添加弁４０から燃料を噴射する。

以上説明した本実施形態の排気浄化装置６０によれば、以下の（５）に示される作用及び効果を更に得ることができる。
（５）図８（Ａ）〜（Ｄ）に示されるように、燃料添加弁４０の印加電圧が昇圧電圧Ｖａに設定されることにより、第１実施形態の排気浄化装置６０よりも第１噴射幅及び第２噴射幅を短くすることができる。これにより、詰まり防止噴射幅Ｔｉを短くすることができるため、詰まり防止噴射処理において燃料添加制御部５００から噴射される燃料の量を減少させることができる。結果的に、燃費を更に改善することができる。

＜第４実施形態＞
次に、排気浄化装置６０の第４実施形態について説明する。以下、第１実施形態の排気浄化装置６０との相違点を中心に説明する。
第１実施形態の排気浄化装置６０は、詰まり防止噴射処理において燃料添加弁４０の弁体を全閉位置から全開位置まで変位させるものであった。これに代えて、本実施形態の排気浄化装置６０は、詰まり防止噴射処理において、燃料添加弁４０の弁体を全閉位置から全開位置まで変位させる通常噴射に加え、燃料添加弁４０の弁体を全閉位置から所定開度となる位置まで変位させる微小噴射を実行する。所定開度は、全開位置よりも小さい開度である。

具体的には、図９に示されるように、燃料添加制御部５００は、ステップＳ１１の処理において肯定判定した場合、すなわち詰まり防止要請が発生している場合には、ステップＳ２２の処理として、詰まり防止噴射を開始し、且つ噴射周期を延長する。具体的には、ステップＳ２２の処理では、詰まり防止噴射幅Ｔｉが第１噴射幅Ｔ１０以上であって、且つ第２噴射幅Ｔ２０以下の時間に設定されるとともに、設定された詰まり防止噴射幅Ｔｉで燃料添加弁４０から燃料が噴射される。また、ステップＳ２２の処理では、噴射周期Ｔｐが、通常周期Ｔｂよりも所定時間βだけ長い周期「Ｔｂ＋β」に設定される。ステップＳ２２の詰まり防止噴射では、燃料添加弁４０の弁体を全閉位置から全開位置まで変位させる通常噴射が実行される。

一方、燃料添加制御部５００は、ステップＳ１１の処理で否定判定した場合には、すなわち詰まり防止要請が発生していない場合には、ステップＳ３０の処理として、微小噴射を実行する。微小噴射では、燃料添加弁４０の弁体が全閉位置から所定開度となる位置まで変位することにより、燃料添加弁４０から微小の燃料が噴射される。所定開度となる位置とは、例えば全開の開度を「１」とするとき、「１／２」の開度となる位置や、「１／３」の開度となる位置である。開度が「１／２」に設定されている場合、燃料添加弁４０からの燃料噴射量は、図２（Ａ）に示される噴射量ｑａとなる。この場合、図２（Ｃ）に示されるように、燃料添加弁４０のノズル先端には、最大値Ｄｍａｘの半分以上の量Ｄａの燃料が付着するため、安定してノズル先端に燃料を供給することができる。

燃料添加制御部５００は、図９に示されるステップＳ３０の処理において、図１０（Ｂ）に示されるように所定の周期Ｔｃで微小噴射を行う。燃料添加制御部５００は、詰まり防止噴射幅Ｔｉと同様に、ディーゼルエンジン１０の回転速度ＮＥ及び負荷ＬＥに基づいて周期Ｔｃを変更する。

次に、本実施形態の排気浄化装置６０の動作例について説明する。
図１０（Ａ）に示されるように、詰まり防止噴射幅Ｔｉで通常噴射を行う場合、デポジットの硬化を回避するためには、噴射周期Ｔｐを通常周期Ｔｂに設定する必要がある。一方、本実施形態の排気浄化装置６０では、詰まり防止噴射幅Ｔｉの通常噴射が行われた後、次の通常噴射が行われるまでの間に微小噴射が行われるため、この微小噴射によりデポジットの硬化を抑制することができる。結果的に、通常噴射の噴射周期Ｔｐを、通常周期Ｔｂよりも長い周期「Ｔｂ＋β」に設定することが可能である。

以上説明した本実施形態の排気浄化装置６０によれば、以下の（６）に示される作用及び効果を更に得ることができる。
（６）通常噴射の噴射周期Ｔｐを通常周期Ｔｂよりも長い周期「Ｔｂ＋β」に設定することができるため、詰まり防止噴射処理において燃料添加弁４０から噴射される燃料の量を減少させることができる。よって、燃費を更に改善することができる。

＜他の実施形態＞
なお、上記実施形態は、以下の形態にて実施することもできる。
・第２実施形態の燃料性状検出部５０１は、フィルタ再生処理の実行時間に基づいて燃料の性状を検出するという方法に代えて、燃料の性状を直接検出する装置を用いて燃料を検出してもよい。このような装置としては、例えばサプライポンプ１４に貯留されている燃料にレーザ光を照射した際の燃料の反射率を検出し、検出した反射率に基づいて燃料の性状を検出する装置を用いることが可能である。

・本開示に記載の制御装置５０及びその制御方法は、コンピュータプログラムにより具体化された１つ又は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリを構成することによって提供された１つ又は複数の専用コンピュータにより、実現されてもよい。本開示に記載の制御装置５０及びその制御方法は、１つ又は複数の専用ハードウェア論理回路を含むプロセッサを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。本開示に記載の制御装置５０及びその制御方法は、１つ又は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリと１つ又は複数のハードウェア論理回路を含むプロセッサとの組み合わせにより構成された１つ又は複数の専用コンピュータにより、実現されてもよい。コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。専用ハードウェア論理回路及びハードウェア論理回路は、複数の論理回路を含むデジタル回路、又はアナログ回路により実現されてもよい。

・本開示は上記の具体例に限定されるものではない。上記の具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本開示の特徴を備えている限り、本開示の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素、及びその配置、条件、形状等は、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。前述した各具体例が備える各要素は、技術的な矛盾が生じない限り、適宜組み合わせを変えることができる。

１０：ディーゼルエンジン（内燃機関）
３０：排気通路
４０：燃料添加弁
４２：ＰＭフィルタ
６０：排気浄化装置
５００：燃料添加制御部
５０１：燃料性状検出部
５０２：昇圧部

Claims (6)

1. 車両の内燃機関の排気通路（３０）に燃料を噴射する燃料添加弁（４０）と、
   前記燃料添加弁から燃料を噴射することにより、前記排気通路に設けられる触媒に燃料を供給する燃料添加処理を実行する燃料添加制御部（５００）と、を備え、
   前記燃料添加制御部は、
   前記燃料添加弁による直近の燃料噴射時から所定時間が経過することに基づいて、前記燃料添加弁から所定量の燃料を噴射する詰まり防止噴射処理を実行するものであって、
   前記燃料添加弁の開弁開始時から、前記燃料添加弁の燃料噴射量が経過時間に対して比例関係を有するようになるまでに要する経過時間を第１噴射幅とし、
   前記燃料添加弁の開弁開始時から、前記燃料添加弁のノズルの先端に対する燃料の付着量の時間変化率が最小値となるまでに要する経過時間を第２噴射幅とするとき、
   前記詰まり防止噴射処理を実行する際の燃料の噴射時間である詰まり防止噴射幅が、前記第１噴射幅以上であって、且つ前記第２噴射幅以下の時間に設定されている
   内燃機関の排気浄化装置。
2. 前記燃料の性状を検出する燃料性状検出部（５０１）を更に備え、
   前記燃料添加制御部は、前記燃料性状検出部により検出される前記燃料の性状に基づいて、前記詰まり防止噴射処理において前記燃料添加弁から燃料が噴射される周期を変更する
   請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
3. 前記燃料添加制御部は、前記燃料添加処理として、前記排気通路に設けられるＰＭフィルタ（４２）に燃料を供給することにより前記ＰＭフィルタを再生するフィルタ再生処理を実行するものであって、
   前記燃料性状検出部は、前記燃料添加制御部により実行される前記フィルタ再生処理の実行時間に基づいて、前記燃料の性状を検出する
   請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
4. 前記燃料添加処理の実行の際に前記燃料添加弁に印加される電圧を通常目標電圧とするとき、
   前記詰まり防止噴射処理の実行の際に前記燃料添加弁に印加される電圧を前記通常目標電圧よりも大きい電圧に昇圧する昇圧部（５０２）を更に備える
   請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
5. 前記燃料添加制御部は、前記詰まり防止噴射処理において、前記燃料添加弁の弁体を全閉位置から全開位置まで変位させる通常噴射と、前記燃料添加弁の弁体を前記全閉位置から、前記全開位置よりも小さい開度となる位置まで変位させる微小噴射とを実行する
   請求項１〜４のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
6. 前記燃料添加制御部は、前記内燃機関の駆動状態に基づいて、前記詰まり防止噴射幅を変更する
   請求項１〜５のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。

Images