JP3945526B2

JP3945526B2 - 燃料添加装置

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Publication number: JP3945526B2
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Authority: JP
Inventors: 正明小林
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2005-09-09
Filing date: 2005-09-09
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Description

本発明は、車両等に搭載される内燃機関の排気通路に燃料を添加する燃料添加弁を備えた燃料添加装置に関する。

一般に、ディーゼルエンジン等のように希薄燃焼を行う内燃機関では、高い空燃比（リーン雰囲気）の混合気を燃焼させる運転領域が全運転領域の大部分を占めている。このため、この種のエンジンの排気通路に、排気ガス中に含まれる窒素酸化物（以下、ＮＯｘという）を吸蔵（吸収）するためのＮＯｘ吸蔵剤（ＮＯｘ吸蔵触媒）を配置して排気ガスを浄化するようにしている。

このようなＮＯｘ吸蔵触媒において、ＮＯｘ吸蔵量が飽和状態に達した場合には、ＮＯｘを還元させてＮＯｘ吸蔵触媒を回復させる必要がある。ＮＯｘを還元させる方法としては、排気通路のＮＯｘ吸蔵触媒の上流にＮＯｘ還元剤（軽油等の燃料）を添加することにより、燃料を熱分解させることで炭化水素を発生させ、この炭化水素を還元剤としてＮＯｘの還元を促進させる処理（ＮＯｘ還元処理）が行われている。

また、ディーゼルエンジンの排気ガス中には、カーボンを主成分とするパティキュレート（以下、ＰＭ（ＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅＭａｔｔｅｒ）という）、ＳＯＯＴ（煤）、ＳＯＦ（可溶性有機成分：ＳｏｌｕｂｌｅＯｒｇａｎｉｃＦｒａｃｔｉｏｎ）などが含まれており、大気汚染の原因になる。このようなＰＭを浄化することを目的として、パティキュレートフィルタをディーゼルエンジンの排気通路に配置し、排気通路を通過する排気ガス中に含まれるＰＭを捕集することによって、大気中に放出されるエミッションの量を低減する排気浄化装置が知られている。パティキュレートフィルタとしては、例えばＤＰＦ（ＤｉｅｓｅｌＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅＦｉｌｔｅｒ）や、ＤＰＮＲ（ＤｉｅｓｅｌＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅ−ＮＯｘＲｅｄｕｃｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ）触媒が用いられている。

このようなパティキュレートフィルタを用いてＰＭの捕集を行う場合、捕集したＰＭの堆積量が多くなってパティキュレートフィルタの詰りが生じると、パティキュレートフィルタを通過する排気の圧力損失が増大し、これに伴うエンジンの排気背圧増大によってエンジン出力低下や燃費の低下が発生する。これを解消する方法として、排気通路（パティキュレートフィルタ上流）に燃料添加を行って排気温度を上昇させることによって、パティキュレートフィルタ上のＰＭの酸化（燃焼）を促進する処理（ＰＭ再生処理）が行われている。

以上のように、触媒の排気浄化作用の低下を抑制するために実施されるＮＯｘ還元処理やＰＭ再生処理では、排気通路に燃料添加弁を配置して燃料（還元剤）を排気通路内に供給している。しかし、燃料添加弁の噴孔が排気通路内に露出しているため、排気ガス中に含まれるＳＯＯＴやＳＯＦなどの物質が燃料添加弁の噴孔に付着・堆積する。そして、その付着・堆積した物質が高温の排気ガスにさらされることによりコーキングし、燃料添加弁の噴孔が閉塞してしまうという問題がある。このような燃料添加弁の詰りを防止する方法として、ＮＯｘ還元やＰＭ再生時の燃料添加以外のタイミングで、強制的に燃料添加（以下、「詰り防止添加」という）を実施することにより、燃料添加弁の先端温度を下げるという方法がある（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−２２２０１９公報

ところで、詰り防止添加に用いるマップは、エンジンが定常状態であり、燃料添加弁の先端温度が安定した状態において添加量と添加インターバルを適合しているため、例えば図９に示すように、燃料添加弁の先端温度が先端高温領域Ａ（ＯＮ領域）に入ったとき（ＯＦＦ→ＯＮ）の過渡状態では以下の問題が発生する。

すなわち、現状の詰り防止添加制御では、燃料添加弁の先端温度が先端高温領域Ａに入る過渡状態で燃料添加弁の先端温度が高温になる前に、単にマップに応じた添加量（詰り防止添加量）を添加しているので、無駄な燃料添加が行われてしまい、燃費悪化を伴うという問題が発生する。具体的に説明すると、燃料添加弁の先端温度が先端高温領域Ａに入る過渡状態では、図１０に示すように、燃料添加弁の先端温度（添加無し時の弁先端温度）は直ぐには上昇せずに、ある程度の時間遅れをもって上昇する。このため、現状の制御で行われているように、燃料添加弁の先端温度が先端高温領域Ａに入った時点（ＯＦＦ→ＯＮ）で、マップに応じた詰り防止添加量を添加すると、実際の先端温度が上昇する前に添加量が増量されてしまい、図１０の斜線部分に相当する量の燃料が無駄となる。

本発明はそのような実情を考慮してなされたもので、燃料添加弁の詰り防止添加を行うにあたり、無駄な燃料添加を抑制することが可能な燃料添加装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、内燃機関の排気通路に燃料を添加する燃料添加弁を備えた燃料添加装置において、前記燃料添加弁の温度が予め設定された特定領域に入った時点からの経過時間と前記内燃機関の運転状態に基づいて燃料添加量を算出する添加量算出手段と、その算出された燃料添加量と前記特定領域に入った時点からの経過時間に基づいて燃料添加を実施する添加制御手段とを備えていることを特徴としている。本発明において、特定領域とは、燃料添加弁の先端温度が高温（添加弁先端に付着・堆積した物質のコーキングが生じやすい温度）となる領域のことである。なお、以下、特定領域を高温領域という場合もある。

本発明において、前記添加量算出手段の具体的な構成として、予め設定されたマップから算出される基本燃料添加量に、高温領域に入った時点からの経過時間と内燃機関の運転状態に応じた補正係数を乗じて燃料添加量を算出するという構成を挙げることができる。この場合、具体的には、予め設定されたマップから算出される基本添加インターバルまたは基本添加期間のいずれか一方に前記補正係数を乗じて添加量補正を行う。

また、前記燃料添加量の算出に用いる内燃機関の運転状態としては、機関回転数、排気温度、または、吸入空気量（排気ガス量）を挙げることができる。

本発明の作用を述べる。

本発明では、燃料添加弁の温度が高温領域に入ったときに、燃料添加弁の噴孔がコーキングにより閉塞されることを回避するために、詰り防止添加を実施して燃料添加弁の先端温度を下げるようにしている。その詰り防止添加の際に、単にマップに応じた添加量を添加するのではなく、燃料添加弁の温度が高温領域に入る過渡状態での燃料添加弁の温度上昇の遅れを考慮して、燃料添加弁の温度が高温領域に入った時点からの経過時間と内燃機関の運転状態（例えば機関回転数）に応じて燃料添加量を決定しているので、過渡状態での燃料添加弁の温度上昇に見合った適切な添加量で燃料添加を行うことが可能となり、無駄な添加量を軽減することができる。

また、上記の目的を達成するため、本発明は、内燃機関の排気通路に燃料を添加する燃料添加弁を備えた燃料添加装置において、前記燃料添加弁の温度が予め設定された特定領域に入った時点から、当該燃料添加弁の温度に応じて設定する遅延時間だけ遅延して添加制御を開始する添加制御手段を備えていることを特徴としている。

この発明では、燃料添加弁の温度が高温領域に入る過渡状態において燃料添加弁温度が直ぐには上昇しない点を考慮し、燃料添加弁の温度が高温領域に入った時点から、当該燃料添加弁の温度に応じて設定する遅延時間だけ遅延して添加制御を開始しているので、過渡状態での燃料添加弁の温度上昇に合わせて燃料添加を開始することができ、無駄な燃料添加量を軽減することができる。しかも、簡単な制御で添加燃料の無駄を軽減することができる。

この発明において、例えば、燃料添加弁が高温領域に入る過渡状態においてＯＦＦ領域からＯＮ領域に遷移するときの温度差が大きいほど、遅延時間を長くするように設定してもよい。

本発明によれば、燃料添加弁の温度が特定領域（高温領域）に入る過渡状態での燃料添加弁の温度上昇の遅れを考慮して、添加制御を実施しているので、無駄な燃料添加量を軽減することができ、詰り防止添加による燃費悪化を抑制することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

−エンジン−
本発明の燃料添加装置を適用するディーゼルエンジンの概略構成を図１を参照して説明する。

この例のディーゼルエンジン１（以下、「エンジン１」という）は、例えばコモンレール式筒内直噴４気筒エンジンであって、燃料供給系２、燃焼室３、吸気系６、及び、排気系７などを主要部として構成されている。

燃料供給系２は、サプライポンプ２１、コモンレール２２、インジェクタ（燃料噴射弁）２３、遮断弁２４、燃料添加弁２５、機関燃料通路２６、及び、添加燃料通路２７などを備えている。

サプライポンプ２１は、燃料タンクから燃料を汲み上げ、この汲み上げた燃料を高圧にした後、機関燃料通路２６を介してコモンレール２２に供給する。コモンレール２２は、サプライポンプ２１から供給された高圧燃料を所定圧力に保持（蓄圧）する蓄圧室としての機能を有し、この蓄圧した燃料を各インジェクタ２３に分配する。インジェクタ２３は所定電圧が印加されたときに開弁して、燃焼室３内に燃料を噴射供給する電磁駆動式の開閉弁である。

また、サプライポンプ２１は、燃料タンクから汲み上げた燃料の一部を、添加燃料通路２７を介して燃料添加弁２５に供給する。燃料添加弁２５は、所定電圧が印加されたときに開弁して、排気系７（排気ポート７１から排気マニホールド７２）に燃料を添加する電磁駆動式の開閉弁である。遮断弁２４は、緊急時に添加燃料通路２７を遮断して燃料供給
を停止する。

以上の燃料添加弁２５、添加燃料通路２７、遮断弁２４、及び、燃料添加弁２５の開閉制御を実行するＥＣＵ（電子制御ユニット）１００等によって燃料添加装置が構成されている。

吸気系６は、シリンダヘッドに形成された吸気ポートに接続される吸気マニホールド６３を備え、この吸気マニホールド６３に、吸気通路を構成する吸気管６４が接続されている。また、吸気通路には、上流側から順にエアクリーナ６５、エアフローメータ３２、スロットル弁６２が配設されている。エアフローメータ３２は、エアクリーナ６５を介して吸気通路に流入される空気量に応じた電気信号を出力するようになっている。

排気系７は、シリンダヘッドに形成された排気ポート７１に接続される排気マニホールド７２を備え、この排気マニホールド７２に、排気通路を構成する排気管７３，７４が接続されている。また、この排気通路には触媒装置４が配設されている。

触媒装置４は、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒４ａとＤＰＮＲ触媒４ｂとを備えている。ＮＯｘ吸蔵還元型触媒４ａは、排気中に多量の酸素が存在している状態においてはＮＯｘを吸蔵し、排気中の酸素濃度が低く、かつ還元成分（例えば燃料の未燃成分（ＨＣ））が多量に存在している状態においてはＮＯｘをＮＯ₂もしくはＮＯに還元して放出する。ＮＯ₂やＮＯとして放出されたＮＯｘは、排気中のＨＣやＣＯと速やかに反応することによってさらに還元されてＮ₂となる。また、ＨＣやＣＯは、ＮＯ₂やＮＯを還元することで、自身は酸化されてＨ₂ＯやＣＯ₂となる。

ＤＰＮＲ触媒４ｂは、例えば多孔質セラミック構造体にＮＯｘ吸蔵還元型触媒を担持させたものであり、排気ガス中のＰＭは多孔質の壁を通過する際に捕集される。また、排気ガスの空燃比がリーンの場合、排気ガス中のＮＯｘはＮＯｘ吸蔵還元型触媒に吸蔵され、空燃比がリッチになると吸蔵したＮＯｘは還元・放出される。さらに、ＤＰＮＲ触媒４ｂには、捕集したＰＭを酸化・燃焼する触媒（例えば白金等の貴金属を主成分とする酸化触媒）が担持されている。

エンジン１には、ターボチャージャ（過給機）５が設けられている。このターボチャージャ５は、タービンシャフト５ａを介して連結されたタービンホイール５ｂ及びコンプレッサホイール５ｃを備えている。コンプレッサホイール５ｃは吸気管６４内部に臨んで配置され、タービンホイール５ｂは排気管７３内部に臨んで配置されている。このようなターボチャージャ５は、タービンホイール５ｂが受ける排気流（排気圧）を利用してコンプレッサホイール５ｃを回転させることにより吸入空気を過給する。この例のターボチャージャ５は、可変ノズル式ターボチャージャであって、タービンホイール５ｂ側に可変ノズルベーン機構５ｄが設けられており、この可変ノズルベーン機構５ｄの開度を調整することにより、エンジン１の過給圧を調整することができる。

吸気系６の吸気管６４には、ターボチャージャ５での過給によって昇温した吸入空気を強制冷却するためのインタークーラ６１が設けられている。このインタークーラ６１よりも更に下流側にスロットル弁６２が設けられている。スロットル弁６２は、その開度を無段階に調整することが可能な電子制御式の開閉弁であり、所定の条件下において吸入空気の流路面積を絞り、この吸入空気の供給量を調整（低減）する機能を有している。

また、エンジン１には、吸気系６と排気系７とを接続するＥＧＲ通路（排気還流通路）８が設けられている。ＥＧＲ通路８は、排気の一部を適宜吸気系６に還流させて燃焼室３へ再度供給することにより燃焼温度を低下させ、これによってＮＯｘ発生量を低減させる
ものである。また、ＥＧＲ通路８には、ＥＧＲ弁８１と、ＥＧＲ通路８を通過（還流）する排気を冷却するためのＥＧＲクーラ８２とが設けられており、ＥＧＲ弁８１の開度を調整することにより、排気系７から吸気系６に導入されるＥＧＲ量（排気還流量）を調整することができる。

−センサ類−
エンジン１の各部位には、各種センサが取り付けられており、それぞれの部位の環境条件や、エンジン１の運転状態に関する信号を出力する。

例えば、エアフローメータ３２は、吸気系６内のスロットル弁６２上流において吸入空気の流量（吸気量）に応じた検出信号を出力する。吸気温センサ３３は、吸気マニホールド６３に配置され、吸入空気温度に応じた検出信号を出力する。吸気圧センサ３４は、吸気マニホールド６３に配置され、吸入空気圧力に応じた検出信号を出力する。Ａ／Ｆ（空燃比）センサ３５は、排気系７の触媒ケーシングの下流において排気中の酸素濃度に応じて連続的に変化する検出信号を出力する。排気温センサ３６は、同じく排気系７の触媒ケーシング下流において排気ガスの温度（排気温度）に応じた検出信号を出力する。レール圧センサ３７は、コモンレール２２内に蓄えられている燃料の圧力に応じた検出信号を出力する。燃圧センサ３８は、添加燃料通路２７内を流通する燃料の圧力（燃圧）に応じた検出信号を出力する。

−ＥＣＵ−
ＥＣＵ１００は、図２に示すように、ＣＰＵ１０１、ＲＯＭ１０２、ＲＡＭ１０３及びバックアップＲＡＭ１０４などを備えている。ＲＯＭ１０２は、各種制御プログラムや、それら各種制御プログラムを実行する際に参照されるマップ等が記憶されている。ＣＰＵ１０１は、ＲＯＭ１０２に記憶された各種制御プログラムやマップに基づいて各種の演算処理を実行する。また、ＲＡＭ１０３は、ＣＰＵ１０１での演算結果や各センサから入力されたデータ等を一時的に記憶するメモリであり、バックアップＲＡＭ１０４は、例えばエンジン１の停止時にその保存すべきデータ等を記憶する不揮発性のメモリである。

以上のＲＯＭ１０２、ＣＰＵ１０１、ＲＡＭ１０３及びバックアップＲＡＭ１０４は、バス１０８を介して互いに接続されるとともに、外部入力回路１０６及び外部出力回路１０７と接続されている。

外部入力回路１０６には、上記したエアフローメータ３２、吸気温センサ３３、吸気圧センサ３４、Ａ／Ｆセンサ３５、排気温センサ３６、レール圧センサ３７、燃圧センサ３８が接続されており、さらに、エンジン１の冷却水温に応じた検出信号を出力する水温センサ３１、アクセルペダルへの踏み込み量に応じた検出信号を出力するアクセル開度センサ３９、及び、エンジン１の出力軸（クランクシャフト）が一定角度回転する毎に検出信号（パルス）を出力するクランクポジションセンサ４０などが接続されている。一方、外部出力回路１０７には、インジェクタ２３、遮断弁２４、燃料添加弁２５、可変ノズルベーン機構５ｄ、スロットル弁６２、及び、ＥＧＲ弁８１などが接続されている。

そして、ＥＣＵ１００は、上記した各種センサの出力に基づいて、エンジン１の各種制御を実行する。さらに、ＥＣＵ１００は、下記のＰＭ再生制御、及び、詰り防止添加制御を実行する。

−ＰＭ再生制御−
まず、ＥＣＵ１００は、ＤＰＮＲ触媒４ｂへのＰＭの堆積量を推定している。ＰＭ堆積量を推定する方法としては、例えば、エンジン１の運転状態（例えば、排気温度、燃料噴射量、エンジン回転数等）に応じたＰＭ付着量を予め実験等により求めてマップ化してお
き、このマップにより求められるＰＭ付着量を積算してＰＭの堆積量とする方法や、車両走行距離もしくは走行時間に応じてＰＭの堆積量を推定する方法、あるいは、触媒装置４にＤＰＮＲ触媒４ｂの上流側圧力と下流側圧力との差圧を検出する差圧センサを設け、そのセンサ出力に基づいてＤＰＮＲ触媒４ｂに捕集されたＰＭの堆積量を推定する方法などが挙げられる。

そして、ＥＣＵ１００は、ＰＭ推定量が所定の基準値（限界堆積量）以上となったときにＤＰＮＲ触媒４ｂの再生時期であると判定してＰＭ再生制御を実行する。具体的には、クランクポジションセンサ４０の出力から読み込んだエンジン回転数に基づいて、予め実験等により作成されたマップを参照して燃料添加量と添加インターバルを算出し、その算出結果に応じて燃料添加弁２５の開閉を制御して、排気系７に燃料添加を断続的に繰り返す。このような燃料添加により、ＤＰＮＲ触媒４ｂの触媒床温が上昇し、ＤＰＮＲ触媒４ｂに堆積しているＰＭが酸化され、Ｈ₂ＯやＣＯ₂となって排出する。

なお、ＥＣＵ１００は、以上のＰＭ再生制御のほか、Ｓ被毒回復制御やＮＯｘ還元制御を実行する場合もある。Ｓ被毒回復制御とは、燃料添加弁２５からの燃料添加を断続的に繰り返して触媒床温を高温化するとともに、排気ガスの空燃比をストイキあるいはリッチとし、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒４ａ及びＤＰＮＲ触媒４ｂ内のＮＯｘ吸蔵還元型触媒から硫黄分を放出させる制御である。また、ＮＯｘ還元制御は、燃料添加弁２５からの間欠的な燃料添加により、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒４ａ及びＤＰＮＲ触媒４ｂ内のＮＯｘ吸蔵還元型触媒に吸蔵されたＮＯｘを、Ｎ₂、ＣＯ₂及びＨ₂Ｏに還元して放出する制御である。

これらのＰＭ再生制御、Ｓ被毒回復制御及びＮＯｘ還元制御は、それぞれの実行要求があったときに行われるが、各制御の実行が重なったときには、ＰＭ再生制御→Ｓ被毒回復制御→ＮＯｘ還元制御の順で優先して行われる。

−詰り防止添加制御−
まず、上記したように、触媒の排気浄化作用の低下を抑制するために実施されるＰＭ再生制御、Ｓ被毒回復制御、及び、ＮＯｘ還元制御では、燃料添加弁２５から燃料を排気通路内に供給している。しかし、燃料添加弁２５の噴孔が排気通路内に露出しているため、排気ガス中に含まれるＳＯＯＴやＳＯＦなどの物質が燃料添加弁２５の噴孔に付着・堆積する。そして、その付着・堆積した物質が高温の排気ガスにさらされることによりコーキングし、燃料添加弁２５の噴孔が閉塞してしまう。これを解消するため、詰り防止添加を行っているが、現状の詰り防止添加制御では、燃料添加弁２５の先端温度が先端高温領域Ａに入る過渡状態（図９参照）のときであっても、単にマップに応じた添加量（詰り防止添加量）を添加しているので、燃料添加弁２５の実際の先端温度が上昇する前に添加量が増量され、不必要な量の燃料が添加されてしまうという問題がある。そこで、この実施形態では、燃料添加弁２５の先端温度が高温領域に入る過渡状態での燃料添加弁の温度上昇の遅れを考慮して、燃料添加弁２５の先端温度の上昇に見合った適切な添加量で燃料添加を行う点に特徴がある。

その具体的な詰り防止添加制御の一例を、図３のフローチャートを参照しながら説明する。この防止添加制御はＥＣＵ１００で実行する制御である。

まず、ステップＳＴ１において、詰り防止添加を実施するための前提条件が成立しているか否かを判定し、その判定結果が肯定判定である場合はステップＳＴ２に進む。ステップＳＴ１の判定結果が否定判定である場合、この詰り防止添加制御ルーチンを終了する。なお、ステップＳＴ１の前提条件は、例えば、エンジン１が確実に始動してアイドリング運転状態に達していることなどである。

ステップＳＴ２において、クランクポジションセンサ４０の出力から読み込んだエンジン回転数とエンジン１の燃料噴射量に基づいて図９に示す推定マップを参照して、燃料添加弁２５の先端温度がＯＦＦ領域から先端高温領域Ａ（ＯＮ領域）に入ったか否かを判定する。その判定結果が肯定判定である場合つまり先端高温領域Ａに入ったとき（ＯＦＦ→ＯＮ）にはステップＳＴ３に進み、先端高温領域Ａに入った時点からの経過時間をタイマ１０５にてカウントする。一方、ステップＳＴ２の判定結果が否定判定であるときには、ステップＳＴ９において添加インターバル補正係数αを「１」に設定してステップＳＴ５に進む。

ステップＳＴ４では、添加インターバル補正係数αを算出する。具体的には、タイマ１０５がカウントする経過時間を基に、先端高温領域Ａに入った時点から１ｓｅｃが経過する毎にクランクポジションセンサ４０の出力からエンジン回転数を読み込み、そのエンジン回転数と経過時間（１ｓｅｃ，２ｓｅｃ，・・・，５ｓｅｃ）に基づいて、図４に示す補正係数算出マップを参照して添加インターバル補正係数αを算出する。

次に、ステップＳＴ５において、詰り防止添加量と詰り防止添加インターバルＴ１を算出する。詰り防止添加量は、現在のエンジン回転数に基づいて、予め実験等により作成された添加量マップ（エンジン回転数をパラメータとするマップ）を参照して算出する。詰り防止添加インターバルＴ１は、計算式［Ｔ１＝（添加インターバルのベース値Ｔ０）×（水温補正係数）×α］を用いて算出する。

ここで、添加インターバルのベース値Ｔ０（基本添加インターバル）は、現在のエンジン回転数に基づいて、エンジン回転数と添加量をパラメータとするベース値算出マップを参照して算出する。ベース値算出マップは予め実験等により作成して記憶しておく。水温補正係数は、添加インターバルのベース値Ｔ０をエンジン１の冷却水温に応じて補正するものであって、水温センサ３１の出力から読み込んだ冷却水温に基づいて、予め実験等により作成されたマップを参照して算出される。なお、水温補正係数は、冷却水温が高くなるほど大きくなって「１」に近い値となる。

以上の詰り防止添加量と詰り防止添加インターバルＴ１の算出が終了する毎に、その各算出結果に基づいて燃料添加弁２５の開閉を制御して詰り防止添加を実施する（ステップＳＴ６）。これらのステップＳＴ４〜ステップＳＴ６の処理は、先端高温領域Ａに入った時点から１ｓｅｃが経過する毎に繰り返して実行される。このような処理つまり詰り防止添加インターバルの補正処理を実行することにより、先端高温領域Ａに入る過渡状態での燃料添加弁２５の温度上昇に見合った適切な添加量で燃料添加を行うことができる。

具体的に説明すると、図５及び図６に示すように、先端高温領域Ａに入ってから１ｓｅｃが経過した時点で、燃料添加弁２５の先端温度があまり上昇していないときには、添加インターバル補正係数αを小さい値とし、詰り防止添加インターバルＴ１を長く設定して添加量を少なくし、次いで、１ｓｅｃが経過する毎に添加インターバル補正係数αを順次大きい値として添加量を増量してゆくことによって、燃料添加弁２５の先端温度の上昇に添加量を追随させることが可能となり、図１０に示したような、無駄な添加量を軽減することができる。

そして、この例では、先端高温領域Ａに入った時点から５ｓｅｃが経過した時点で添加インターバル補正係数αがエンジン回転数に関わらず、α＝１（図４の補正係数算出マップ参照）となるので、タイマ１０５にてカウントされる経過時間が６ｓｅｃを超えた時点で（ステップＳＴ７の判定結果が肯定判定）、タイマ１０５をクリアしてこの詰り防止添加制御ルーチンを終了する（ステップＳＴ８）。

以上の詰り防止添加制御によれば、燃料添加弁２５の温度が先端高温領域Ａに入る過渡状態において、燃料添加弁２５の温度上昇の遅れを考慮して、燃料添加弁２５の先端温度が先端高温領域Ａに入った時点からの経過時間とエンジン回転数に応じて詰り防止添加インターバルＴ１を設定（補正）しているので、先端高温領域Ａに入る過渡状態での燃料添加弁２５の温度上昇に見合った適切な添加量で詰り防止添加を行うことが可能となり、無駄な燃料添加量を軽減することができる。

なお、以上の例では、先端高温領域Ａに入った時点からの経過時間が５ｓｅｃで添加インターバル補正係数αがα＝１となるようにしているが、これに限られることなく、例えば１０ｓｅｃなどの他の任意の経過時間でα＝１となるようにしてもよい。

以上の例では、先端高温領域Ａに入った後、１ｓｅｃが経過する毎に詰り防止添加量と詰り防止添加インターバルＴ１を算出して詰り防止添加を実施しているが、これに限られることなく、その算出・添加タイミングは任意であり、例えば０．５ｓｅｃまたは２ｓｅｃ毎であってもよい。

以上の例では、添加インターバル補正係数αを、先端高温領域Ａに入った時点からの経過時間とエンジン回転数に基づいて算出しているが、これに替えて、添加インターバル補正係数αを、先端高温領域Ａに入った時点からの経過時間と排気温度（ターボチャージャ５の上流側の排気温度）、または、先端高温領域Ａに入った時点からの経過時間と吸入空気量（排気ガス量）に基づいて算出してもよい。

以上の例では、添加インターバルのベース値Ｔ０に添加インターバル補正係数αを乗じて詰り防止添加インターバルＴ１を算出しているが、これに替えて、エンジン回転数等に基づいて算出される添加期間（図６参照）のベース値τ０（基本添加期間）に補正係数を乗じて添加期間τを算出するようにしてもよい。

以上の例では、エンジン１の運転状態から、燃料添加弁２５の先端温度を推定しているが、これに替えて、例えばターボチャージャ５の上流側の排気温を検出するターボ前排気温センサを設置し、そのセンサ出力から燃料添加弁２５の先端温度を推定するようにしてもよいし、燃料添加弁２５の先端温度自体を検出する温度センサを設置して、そのセンサ出力から先端温度を得るようにしてもよい。

−詰り防止添加制御の他の例−
ＥＣＵ１００で実行する防止添加制御の他の例を図７に示すフローチャートを参照して説明する。

まず、ステップＳＴ２１において、詰り防止添加を実施するための前提条件が成立しているか否かを判定し、その判定結果が肯定判定である場合はステップＳＴ２２に進む。ステップＳＴ２１の判定結果が否定判定である場合、この詰り防止添加制御ルーチンを終了する。なお、ステップＳＴ２１の前提条件は、例えば、エンジン１が確実に始動してアイドリング運転状態に達していることなどである。

ステップＳＴ２２において、クランクポジションセンサ４０の出力から読み込んだエンジン回転数とエンジン１の燃料噴射量に基づいて図９に示すマップを参照して、燃料添加弁２５の先端温度がＯＦＦ領域から先端高温領域Ａ（ＯＮ領域）に入ったか否かを判定する。その判定結果が肯定判定である場合つまり先端高温領域Ａに入ったとき（ＯＦＦ→ＯＮ）にはステップＳＴ２３に進み、先端高温領域Ａに入った時点からの経過時間をタイマ１０５によってカウントする。一方、ステップＳＴ２２の判定結果が否定判定であるときにはステップＳＴ２５に進む。

ステップＳＴ２４では、燃料添加弁２５の先端温度に基づいて添加制御を開始する時期を遅延する遅延時間（図８参照）を求める。具体的には、燃料添加弁２５の先端温度をパラメータとして遅延時間（例えば３ｓｅｃ、４ｓｅｃ、５ｓｅｃ）を求める遅延時間マップを予め作成しておき、その遅延時間マップを参照して、燃料添加弁２５の先端温度に応じた遅延時間を算出する。

ここで、燃料添加弁２５の温度は、例えばターボチャージャ５の上流側の排気温を検出するターボ前排気温センサを設置し、そのセンサ出力から燃料添加弁２５の先端温度を推定するようにしてもよいし、燃料添加弁２５の先端温度自体を検出する温度センサを設置して、そのセンサ出力から先端温度を得るようにしてもよい。なお、ステップＳＴ２２の判定処理に用いる燃料添加弁２５の先端温度についても、これらセンサ出力から得るようにしてもよい。

また、遅延時間マップについては、例えば、燃料添加弁２５の先端温度が先端高温領域Ａに入る過渡状態において、ＯＦＦ領域からＯＮ領域に遷移するときの温度差が大きいほど、遅延時間を長くするようなマップとする。

次に、ステップＳＴ２５において、詰り防止添加量と詰り防止添加インターバルＴ２を算出する。詰り防止添加量は、現在のエンジン回転数に基づいて、エンジン回転数をパラメータとする添加量マップを参照して算出する。詰り防止添加インターバルＴ２は、計算式［Ｔ２＝（添加インターバルのベース値Ｔ０）×（水温補正係数）］を用いて算出する。ここで、添加インターバルのベース値Ｔ０は、現在のエンジン回転数に基づいて、エンジン回転数及び添加量をパラメータとするベース値算出マップを参照して算出する。水温補正係数は、添加インターバルのベース値Ｔ０をエンジン１の冷却水温に応じて補正するものであって、水温センサ３１の出力から読み込んだ冷却水温に基づいてマップを参照して算出される。なお、水温補正係数は、冷却水温が高くなるほど大きくなって「１」に近い値となる。

そして、タイマ１０５にてカウントしている経過時間がステップＳＴ２４で求めた遅延時間となった時点で（ステップＳＴ２６の判定結果が肯定判定）、ステップＳＴ２５で算出した詰り防止添加量と詰り防止添加インターバルＴ２に基づいて燃料添加弁２５の開閉を制御して詰り防止添加を実施する（ステップＳＴ２７）。以後、タイマ１０５をクリアにして、この詰り防止添加制御ルーチンを終了する（ステップＳＴ２８）。

以上の詰り防止添加制御によれば、燃料添加弁２５の先端温度が先端高温領域Ａに入る過渡状態において燃料添加弁２５の温度が直ぐには上昇しない点を考慮し、燃料添加弁２５の先端温度が先端高温領域Ａに入った時点から所定時間だけ遅延して添加制御を開始しているので、無駄な燃料添加量を軽減することができる。しかも、燃料添加弁２５の先端温度が先端高温領域Ａに入った時点から添加制御を開始するまでの遅延時間を、燃料添加弁２５の温度に応じて設定しているので、過渡状態での燃料添加弁２５の温度上昇に見合った適切な添加量で燃料添加を行うことが可能になる。

以上の例では、燃料添加弁２５の先端温度が先端高温領域Ａに入った時点から添加制御を開始するまでの遅延時間を燃料添加弁２５の温度に応じて変化させているが、これに限られることなく、遅延時間は固定値（例えば５ｓｅｃ）としておいてもよい。

−他の実施形態−
以上の例では、本発明の排気浄化装置を筒内直噴４気筒ディーゼルエンジンに適用した例を示したが、本発明はこれに限られることなく、例えば筒内直噴６気筒ディーゼルエン
ジンなど他の任意の気筒数のディーゼルエンジンにも適用できる。また、筒内直噴ディーゼルエンジンに限られることなく、他のタイプのディーゼルエンジンにも本発明を適用することは可能である。また、車両用に限らず、その他の用途に使用されるエンジンにも適用可能である。

以上の例では、触媒装置４として、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒４ａ及びＤＰＮＲ触媒４ｂを備えたものとしたが、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒４ａ及びＤＰＦを備えたものとしてもよい。

本発明を適用するディーゼルエンジンの一例を示す概略構成図である。ＥＣＵ等の制御系の構成を示すブロック図である。ＥＣＵが実行する詰り防止添加制御の一例を示すフローチャートである。図３の詰り防止添加制御に用いる補正係数算出マップを示す図である。図３の詰り防止添加制御で実施する燃料添加を模式的に示す図である。図３の詰り防止添加制御で実施する燃料添加の添加インターバルを示すタイムチャートである。ＥＣＵが実行する詰り防止添加制御の他の例を示すフローチャートである。添加制御を開始する時期を遅延する遅延時間の説明図である。燃料添加弁の先端温度の推定マップを示す図である。従来の詰り防止添加制御の問題点の説明図である。

符号の説明

１エンジン（内燃機関）
２燃料供給系
２１サプライポンプ
２２コモンレール
２４遮断弁
２３インジェクタ
２５燃料添加弁
２７添加燃料通路
４触媒装置
４ａＮＯｘ吸蔵還元型触媒
４ｂＤＰＮＲ触媒
６吸気系
３８燃圧センサ
４０クランクポジションセンサ
１００ＥＣＵ

Claims

内燃機関の排気通路に燃料を添加する燃料添加弁を備えた燃料添加装置において、
前記燃料添加弁の温度が予め設定された特定領域に入った時点からの経過時間と前記内燃機関の運転状態に基づいて燃料添加量を算出する添加量算出手段と、その算出された燃料添加量と前記特定領域に入った時点からの経過時間に基づいて燃料添加を実施する添加制御手段とを備えていることを特徴とする燃料添加装置。
請求項１記載の燃料添加装置において、
前記添加量算出手段は、予め設定されたマップから算出される基本燃料添加量に、前記特定領域に入った時点からの経過時間と前記内燃機関の運転状態に応じた補正係数を乗じて燃料添加量を算出することを特徴とする燃料添加装置。
請求項２記載の燃料添加装置において、
前記添加量算出手段は、予め設定されたマップから算出される基本添加インターバルまたは基本添加期間のいずれか一方に前記補正係数を乗じて添加量補正を行うことを特徴とする燃料添加装置。
請求項１〜３のいずれかに記載の燃料添加装置において、
前記燃料添加量の算出に用いる前記内燃機関の運転状態が機関回転数であることを特徴とする燃料添加装置。
請求項１〜３のいずれかに記載の燃料添加装置において、
前記燃料添加量の算出に用いる前記内燃機関の運転状態が排気温度であることを特徴とする燃料添加装置。
請求項１〜３のいずれかに記載の燃料添加装置において、
前記燃料添加量の算出に用いる前記内燃機関の運転状態が吸入空気量であることを特徴とする燃料添加装置。
内燃機関の排気通路に燃料を添加する燃料添加弁を備えた燃料添加装置において、
前記燃料添加弁の温度が予め設定された特定領域に入った時点から、当該燃料添加弁の温度に応じて設定する遅延時間だけ遅延して添加制御を開始する添加制御手段を備えていることを特徴とする燃料添加装置。