JP4075746B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は、排気通路内に臨むように噴孔の形成された添加弁から添加剤を噴射して、排気に対して添加剤を添加する内燃機関の排気浄化装置に係り、詳しくは詰り防止に係る添加弁の添加剤添加に係る制御構造の改良に関する。

周知のように、内燃機関に適用される排気浄化装置として、排気通路内に臨むように噴孔の形成された添加弁を備え、その添加弁から添加剤を噴射して排気に対して添加剤を添加するものが各種提案されている。

例えば特許文献１には、添加剤として燃料を排気に対して添加する添加弁の設けられたディーゼル機関の排気浄化装置が開示されている。この排気浄化装置では、排気に対する上記添加弁からの燃料添加を通じて、同添加弁の下流側に設けられた触媒に燃料を直接送り込むようにしている。そして必要に応じてそうした燃料添加を行うことで、触媒の昇温を図ったり、触媒に捕集・吸蔵された排気中の微粒子物質（ＰＭ：Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ）や窒素酸化物（ＮＯ_x）、硫黄（Ｓ）等を浄化させるようにしている。
特開２００１−２８０１２５号公報

上記のような添加弁を排気系に備える内燃機関の排気浄化装置では、その添加弁からの添加剤の噴射間隔が長いとき等に、添加弁内部から添加剤が抜けた状態となることがある。このときの添加剤の抜けた添加弁内部に、排気通路内に臨んで形成された噴孔を通じて、排気中に発生したスモークが侵入し、それがデポジットと化して添加弁の噴孔等に詰りが発生することがある。そしてその結果、添加剤の添加量の制御精度が悪化したり、添加弁の作動不良が生じて排気中への添加剤供給が行なえなくなったりするといった不具合が生じる虞がある。

本発明の解決しようとする課題は、スモークの侵入による添加弁の詰りを好適に抑制することのできる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果を記載する。
（手段）
請求項１に記載の発明は、排気通路内に臨むように噴孔の形成された添加弁から排気中に添加剤を噴射して、排気に対して添加剤を添加する内燃機関の排気浄化装置において、当該内燃機関が加速状態にあるときに、排気中にスモークが多量発生する状況にあると予測する予測手段と、その予測手段によって前記スモークが多量発生する状況にあると予測されたときに、前記添加弁による前記添加剤の添加を強制的に実施させる強制添加手段と、を備えることをその要旨とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記内燃機関の排気系にはＮＯｘ吸蔵還元型のＮＯｘ触媒が設けられ、同ＮＯｘ触媒のＳ被毒回復制御モードにおいて同ＮＯｘ触媒の昇温制御後に間欠的な燃料添加を行う際には、前記強制添加手段による前記添加剤の添加を禁止することをその要旨とする。

（作用効果）
内燃機関の加速時等に、排気中にスモークが多量発生することがある。そうしたスモークの多量発生は、機関運転状態に基づき予測することができる。

一方、そうしたスモークの発生時に、排気系に設けられた添加弁の内部から添加剤が抜けてしまった状態となっていれば、その発生したスモークが添加弁の内部に侵入し、デポジットと化して、添加弁に詰りを生じさせてしまう。

その点、上記各構成では、当該内燃機関が加速状態にあるときに、そうした排気中のスモークが多量発生する状況にあると、予測手段によって予測される。そしてスモークが多量発生する状況にあると予測されたときには、強制添加手段によって、添加弁による添加剤の添加が強制的に実施される。すなわち、本来の添加弁の添加実施タイミングであるか否かに拘わらず、スモークの多量発生が予測されたときには、添加弁からの添加剤の添加が実施される。こうした強制添加が実施されれば、たとえ添加弁内部から添加剤が抜けた状態にあったとしても、その添加の実施を通じて、添加弁内部に添加剤が再充填されるようになる。そのため、スモークの発生時の添加弁内部を添加剤が充填された状態とされるようになり、添加弁内部へのスモークの侵入が防止されるようになる。したがって上記構成によれば、スモークの侵入による添加弁の詰りを好適に抑制することができる。

このようにスモークは、上記の如く内燃機関の加速時に多量発生し易いため、請求項１に記載のように、内燃機関が加速状態にあることをもって、上記強制添加を実施すれば、スモークの侵入による添加弁の詰りを好適に抑制することができる。ちなみに、内燃機関の加速状態は、機関回転速度、アクセル操作量、車速等の推移に基づいて確認することができる。
また、内燃機関の排気系にＮＯｘ吸蔵還元型のＮＯｘ触媒が設けられる場合、ＮＯｘ触媒にＮＯｘとともに吸蔵された硫黄酸化物（ＳＯｘ）によって低下したＮＯｘ吸蔵能力を回復するためにＳ被毒回復制御モードが行われる。そして、Ｓ被毒回復制御モードが開始されると、添加弁から排気へと継続的に燃料を添加することで、触媒床温を高温化する昇温制御が行われる。その後、添加弁からの間欠的な燃料添加を行い、間欠的にリッチスパイクを行うことで、ＮＯｘ触媒からのＳＯｘの放出及びその還元を促進して、上記ＮＯｘ吸蔵能力の回復を図るようにしている。ここで、このＳ被毒回復制御モードにおいて、触媒床温が十分高温化された後は、間欠的にリッチスパイクを行うべく、比較的長いインターバルにて燃料添加が実施されるが、このときには排気も高温化されており、スモークが多量発生することはない。そのため、請求項２に記載の発明にように、同ＮＯｘ触媒のＳ被毒回復制御モードにおいて同ＮＯｘ触媒の昇温制御後に間欠的な燃料添加を行う際には、上記強制的な燃料添加は敢えて行わないようにする。

以下、本発明に係る排気燃料添加制御装置を具体化した一実施形態を、図を参照して詳細に説明する。
図１は、本実施形態の適用される内燃機関１０の構成を示している。この内燃機関１０は、コモンレール方式の燃料噴射装置、及びターボチャージャ１１を備えるディーゼル機関となっており、大きくは吸気通路１２、燃焼室１３、及び排気通路１４を備えて構成されている。

内燃機関１０の吸気系を構成する吸気通路１２には、その最上流部に配設されたエアクリーナ１５から下流側に向けて順に、エアフローメータ１６、上記ターボチャージャ１１のコンプレッサ１７、インタークーラ１８、及び吸気絞り弁１９が配設されている。また吸気通路１２は、吸気絞り弁１９の下流側に設けられた吸気マニホールド２０において分岐され、吸気ポート２１を介して内燃機関１０の各気筒の燃焼室１３に接続されている。

一方、内燃機関１０の排気系を構成する排気通路１４では、各気筒の燃焼室１３にそれぞれ接続された排気ポート２２は、排気マニホールド２３を介して上記ターボチャージャ１１の排気タービン２４に接続されている。また排気通路１４の排気タービン２４下流には、上流側から順に、ＮＯｘ触媒コンバータ２５、ＰＭフィルタ２６、酸化触媒コンバータ２７が配設されている。

ＮＯｘ触媒コンバータ２５には、吸蔵還元型のＮＯｘ触媒が担持されている。このＮＯｘ触媒は、排気の酸素濃度が高いときに排気中のＮＯｘを吸蔵し、排気の酸素濃度が低いときにその吸蔵したＮＯｘを放出する。またＮＯｘ触媒は、上記ＮＯｘ放出時に、還元剤となる未燃燃料成分がその周囲に十分存在していれば、その放出されたＮＯｘを還元して浄化する。

ＰＭフィルタ２６は、多孔質材料によって形成されており、排気中のＰＭが捕集されるようになっている。このＰＭフィルタ２６にも、上記ＮＯｘ触媒コンバータ２５と同様に、吸蔵還元型のＮＯｘ触媒が担持されており、排気中のＮＯｘの浄化が行われる。またそのＮＯｘ触媒によって触発される反応により、捕集されたＰＭが酸化され、除去されるようにもなっている。

酸化触媒コンバータ２７には、酸化触媒が担持されており、排気中のＨＣやＣＯが酸化されて浄化されるようになっている。
なお排気通路１４の上記ＰＭフィルタ２６の上流側及び下流側には、ＰＭフィルタ２６に流入する排気の温度である入ガス温度を検出する入ガス温度センサ２８、及びＰＭフィルタ２６通過後の排気の温度である出ガス温度を検出する出ガス温度センサ２９がそれぞれ配設されている。また排気通路１４には、上記ＰＭフィルタ２６の排気上流側とその排気下流側との差圧を検出する差圧センサ３０が配設されている。更に排気通路１４の上記ＮＯｘ触媒コンバータ２５の排気上流側、及び上記ＰＭフィルタ２６と上記酸化触媒コンバータ２７との間には、排気中の酸素濃度を検出する２つの酸素センサ３１、３２がそれぞれ配設されている。

更にこの内燃機関１０には、排気の一部を吸気通路１２内の空気に再循環させる排気再循環（以下、ＥＧＲと記載する）装置が設けられている。ＥＧＲ装置は、排気通路１４と吸気通路１２とを連通するＥＧＲ通路３３を備えて構成されている。ＥＧＲ通路３３の最上流部は、排気通路１４の上記排気タービン２４の排気上流側に接続されている。ＥＧＲ通路３３には、その上流側から、再循環される排気を改質するＥＧＲ触媒３４、その排気を冷却するＥＧＲクーラ３５、その排気の流量を調整するＥＧＲ弁３６が配設されている。そしてＥＧＲ通路３３の最下流部は、吸気通路１２の上記吸気絞り弁１９の下流側に接続されている。

こうした内燃機関１０の各種制御を司る電子制御装置５０は、内燃機関１０の制御に係る各種演算処理を実行するＣＰＵ、その制御に必要なプログラムやデータの記憶されたＲＯＭ、ＣＰＵの演算結果等が一時記憶されるＲＡＭ、外部との間で信号を入・出力するための入・出力ポート等を備えて構成されている。電子制御装置５０の入力ポートには、上述した各センサに加え、機関回転速度を検出するＮＥセンサ５１やアクセル操作量を検出するアクセルセンサ５２、吸気絞り弁１９の開度を検出する絞り弁センサ５３等が接続されている。また電子制御装置５０の出力ポートには、上記吸気絞り弁１９やＥＧＲ弁３６等の駆動回路が接続されている。

電子制御装置５０は、上記各センサから入力される検出信号より把握される機関運転状態に応じて、上記出力ポートに接続された各機器類の駆動回路に指令信号を出力する。こうして上記吸気絞り弁１９の開度制御、上記ＥＧＲ弁３６の開度制御に基づくＥＧＲ制御等の各種制御が電子制御装置５０により実施されている。

なお本実施形態の内燃機関１０では、そうした制御の一環として、通常燃料モードと低温燃焼モードとの間での燃焼モードの切替制御が行われている。低温燃焼モードでは、大量のＥＧＲ導入を行うことで、燃焼室１３内での混合気の燃焼を緩慢として、ＮＯｘとスモークとを共に低減させるようにしている。なお、低温燃焼モードでは、上記のようなＥＧＲの大量導入により、通常燃焼モードに比してリッチな空燃比で混合気の燃焼が行われる。

一方、内燃機関１０の各気筒の燃焼室１３には、同燃焼室１３内での燃焼に供される燃料を噴射する燃料噴射弁４０がそれぞれ配設されている。各気筒の燃料噴射弁４０は、高圧燃料供給管４１を介してコモンレール４２に接続されている。コモンレール４２には、燃料ポンプ４３を通じて高圧燃料が供給される。コモンレール４２内の高圧燃料の圧力は、同コモンレール４２に取り付けられたレール圧センサ４４によって検出されるようになっている。更に燃料ポンプ４３からは、低圧燃料供給管４５を通じて、低圧燃料が添加弁４６に供給されるようになっている。

これら燃料噴射弁４０、燃料ポンプ４３、添加弁４６の駆動回路も、上記電子制御装置５０の出力ポートに接続されている。そして燃料噴射弁４０からの燃料噴射量、燃料噴射時期、及び燃料噴射圧の制御、上記添加弁４６からの燃料の添加制御なども電子制御装置５０により実施されるようになっている。

図２は、上記添加弁４６の配設された排気ポート２２及びその周辺部の断面構造を示している。
同図に示すように、上記添加弁４６は、特定の気筒の排気ポート２２にあってその排気マニホールド２３との接続部近傍に配設されている。添加弁４６の先端部には、噴孔６０が形成されており、その噴孔６０から排気マニホールド２３側に向けて燃料を噴射して、排気に対する燃料の添加がなされるようになっている。

また上記噴孔６０の形成された添加弁４６先端部には、燃料の噴射方向である排気マニホールド２３側に開口の形成された保護カバー６１が装着されている。そしてこの保護カバー６１によって、排気熱による添加弁４６の温度上昇が抑制されるようになっている。

図３に、図２中において破線円III によって囲まれた添加弁４６先端部の断面構造を示す。同図に示すように、上記噴孔６０は、添加弁４６先端部の内部に形成されたサック室６２に接続されている。サック室６２には、添加弁４６内部に配設されたニードル弁６３が開かれることで、上記燃料ポンプ４３から送られた低圧燃料が導入される。そしてサック室６２に導入された低圧燃料が、噴孔６０を通じて噴射される。これにより、添加弁４６から排気に対して、燃料が添加剤として添加される。

こうして添加弁４６から排気に対して燃料が添加されると、その燃料は排気と共に、上記ＮＯｘ触媒コンバータ２５やＰＭフィルタ２６に送り込まれる。こうした燃料の酸化反応に伴う発熱で触媒床温が高温化されたり、その燃料を還元剤として上記ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘや硫黄酸化物（ＳＯｘ）が還元されたりするようになる。

こうした添加弁４６からの排気に対する燃料添加に係る制御モードとしては、ＰＭ再生制御モード、ＮＯｘ還元制御モード、Ｓ被毒回復制御モード、及び通常制御モードの４種類のモードが存在する。

ＰＭ再生制御モードは、上記ＰＭフィルタ２６に捕集されたＰＭを燃焼させて二酸化炭素（ＣＯ₂）と水（Ｈ₂Ｏ）として排出することで、同ＰＭフィルタ２６の目詰まりを解消するために行われる。ＰＭ再生制御モード時には、添加弁４６から排気への燃料添加を継続的に繰り返すことで、排気中や触媒上で添加された燃料を酸化させて、その酸化反応に伴う発熱で触媒床温を高温化（例えば６００〜７００℃）することで、上記ＰＭの燃焼を図るようにしている。

ＮＯｘ還元制御モードは、上記ＮＯｘ触媒コンバータ２５及びＰＭフィルタ２６のＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを、窒素（Ｎ₂）、二酸化炭素（ＣＯ₂）及び水（Ｈ₂Ｏ）に還元して放出するために行われる。ＮＯｘ還元制御モード時には、上記添加弁４６から排気へと一定の時間をおいて間欠的に燃料添加をすることで、ＮＯｘ触媒周囲の排気を一時的に酸素濃度が低く、未燃燃料成分が多い状態とする、いわゆるリッチスパイクを間欠的に行うようにしている。これにより、ＮＯｘ触媒からのＮＯｘの放出及びその還元を促進して、上記ＮＯｘの還元浄化を図るようにしている。

Ｓ被毒回復制御モードは、ＮＯｘ触媒にＮＯｘとともに吸蔵された硫黄酸化物（ＳＯｘ）によって低下したＮＯｘ吸蔵能力を回復するために行われる。Ｓ被毒回復制御モードが開始されると、まず上記ＰＭ再生制御と同様に、添加弁４６から排気へと継続的に燃料を添加することで、触媒床温を高温化（例えば６００〜７００℃）する昇温制御が行われる。その後、ＮＯｘ還元制御時と同様に、上記添加弁４６からの間欠的な燃料添加を行い、間欠的にリッチスパイクを行うことで、ＮＯｘ触媒からのＳＯｘの放出及びその還元を促進して、上記ＮＯｘ吸蔵能力の回復を図るようにしている。なお本実施形態では、ＰＭフィルタ２６に捕集されたＰＭがほぼ完全に浄化されるまで上記昇温制御を継続することで、ＳＯｘの還元と同時にＰＭの燃焼がなされることによる触媒床温の過昇温の発生を防止するようにしている。

これら以外の燃料添加に係る制御モードが通常制御モードとなっている。通常制御モード時には、通常、添加弁４６からの燃料添加は実施されないようになっている。
ところで、このように排気通路１４内に臨むように噴孔６０の形成された添加弁４６から燃料を噴射して、排気に対して燃料を添加する内燃機関１０の排気浄化装置では、上述したように排気中に発生したスモークが添加弁４６内部に侵入して、上記噴孔６０等の詰りが発生することがある。次に、そうした添加弁４６の詰り発生のメカニズムを、図４を参照して詳細に説明する。

添加弁４６からの燃料添加が実施された直後には、同図（Ａ）に示すように、添加弁４６内部の噴孔６０及びサック室６２には、燃料が充填された状態となっている。この状態では、排気中にスモークが多量発生したとしても、それが添加弁４６内部に侵入することはない。

ところが、燃料添加の実施後に添加弁４６が長時間放置されていると、内燃機関１０や車両の振動の影響や、排気脈動による排気圧の一時的な低下、燃料の揮発等のため、同図（Ｂ）に示すように上記噴孔６０及びサック室６２に充填された燃料が抜け出してしまう。この状態で、排気中にスモークが多量発生すると、同図（Ｃ）に示すように、排気中のＰＭが噴孔６０を通じて添加弁４６内部に侵入する。そして更にそのままの状態が放置されると、同図（Ｄ）に示すように、侵入した微粒子物質がデポジット化して、添加弁４６内部に固着してしまうようになる。そしてその結果、噴孔６０やサック室６２の詰りが発生してしまう。

そこで本実施形態の内燃機関１０の排気浄化装置では、そうした添加弁４６の詰りを防止するための詰り防止添加制御を実施するようにしている。詰り防止添加制御は、以下の態様で行われる。

詰り防止添加制御において電子制御装置５０は、排気中にスモークが多量発生する状況あることを機関運転状態に基づいて予測するようにしている。ここでは、内燃機関１０が加速状態にあるとき、及び上記低温燃焼モードと通常燃焼モードとの間での燃焼モードの切替が実施されるときに、スモークが多量発生する状況にあると判定することで、上記予測を行っている。これらの状況でスモークが多量発生するのは、次の理由による。

内燃機関１０の加速時には、上記燃料噴射弁４０からの燃料噴射量が増量され、混合気の空燃比が通常よりも非常にリッチな状態で燃焼が行われる。そのため、一部の燃料が不完全燃焼状態となり、排気中にスモークが多量発生する。ちなみに、内燃機関１０が加速状態にあるか否かの判定、すなわち加速判定は、例えば機関回転速度、燃料噴射量、或いは車速の上昇率が所定値以上であるか否かに基づき行うことができる。

また図５に示すように、通常燃焼モード及び低温燃焼モードはいずれも、スモークの発生を十分に抑制可能な空燃比で混合気の燃焼を行われるようになっている。ところが、それら燃焼モードの切替時には、空燃比が一時的に、スモーク発生の抑制に好ましくない値となってしまう。そのため、そうした燃焼モードの切替時には、やはり排気中にスモークが多量発生するようになる。

ここでスモークが多量発生する状況にあると予測されると、電子制御装置５０は、本来の燃料添加の実施時期にあるか否かに拘わらず、上記添加弁４６からの排気に対する燃料添加を強制的に実施する。ここで燃料添加が実施されると、図４（Ａ）に示したように、添加弁４６内部の噴孔６０及びサック室６２に燃料が再充填されるため、排気中の発生したスモークの侵入を防止することができる。またたとえスモークが内部に侵入したとしても、燃料添加の実施を通じて、そのスモークを洗い流すことができる。そのため、こうした強制的な燃料添加を実施することで、スモークの侵入に伴う添加弁４６の詰りを好適に抑制することができる。なおこのときの燃料添加の量は、排気エミッションに与える影響を抑えるべく、添加弁４６内部に燃料を再充填可能な必要最小限な量とされている。

一方、上記のような内燃機関１０の加速時や燃焼モードの切替時以外にも、少量ではあるが排気中にスモークが発生している。そのため、たとえスモークの多量発生が起こらなかったとしても、内部から燃料が抜けた状態のまま、添加弁４６が長期に亘って放置されていれば、その内部に徐々にスモークが侵入して詰りが発生する虞がある。

そこで本実施形態では、電子制御装置５０は、前回の添加弁４６からの燃料添加が実施されて以降の排気中のスモーク発生量の積算値である積算スモーク発生量を求めるとともに、その積算スモーク発生量が所定値α以上となったときにも、上記のような強制的な燃料添加を実施している。これにより、侵入したスモークを洗い流すと共に、添加弁４６内部に燃料を再充填して、そうした定常的なスモークの侵入による詰りについても、好適に抑制するようにしている。ちなみに積算スモーク量は、機関回転速度、及び燃料噴射量等に基づき、瞬時のスモーク発生量を求めるとともに、その算出された瞬時のスモーク発生量を随時積算することで求められている。

なお本実施形態では、電子制御装置５０は、そうした強制的な燃料添加を、上述のように燃料添加のインターバルが比較的長いＮＯｘ還元制御モード時、及び本来は燃料添加が実施されない通常制御モード時に実施するようにしている。ちなみに、Ｓ被毒回復制御モードにおいても、触媒床温が十分高温化された後は、間欠的にリッチスパイクを行うべく、比較的長いインターバルにて燃料添加が実施されるが、このときには排気も高温化されており、スモークが多量発生することはないため、ここでは上記強制的な燃料添加は敢えて行わないようにしている。

図６に、上記詰り防止添加制御の処理ルーチンを示す。本ルーチンの処理は、機関運転中に電子制御装置５０によって周期的に実施されている。
さて本ルーチンの処理が開始されると、電子制御装置５０は、まずステップＳ１００において、詰り防止添加実施の前提条件が成立しているか否かの判定を行う。ここでの前提条件は、下記条件（ａ１）又は（ａ２）のいずれかが成立し、更に下記条件（ａ３）が成立していることをもって成立する。
（ａ１）上記通常制御モードにあり、且つ下記の三条件のすべてが成立している。
・触媒床温が所定値Ｔａ以上、且つ所定値Ｔｂ未満である。ここでの触媒床温としては、上記出ガス温度センサ２９の検出値と、機関運転状態（機関回転速度、燃料噴射量等）の推移とに基づいて推定された値が用いられる。なお、上記所定値Ｔａ，Ｔｂには、添加された燃料がそのまま外気に排出されてしまわない程度の触媒の活性状態が確保可能であり、且つ排気に対する燃料添加に伴う温度上昇によって触媒床温が過昇温となることを回避可能な触媒床温の下限値及び上限値がそれぞれ設定されている。
・排気温度が所定値Ｔｃ以上、且つ所定値Ｔｄ未満である。ここでの排気温度としては、上記入ガス温度センサ２８の検出値が用いられる。なお、上記所定値Ｔｃ、Ｔｄには、添加された燃料がそのまま外気に排出されてしまわない程度の触媒の活性状態が確保可能であり、且つ排気に対する燃料添加に伴う温度上昇によって触媒床温が過昇温となることを回避可能な排気温度の下限値及び上限値がそれぞれ設定されている。
・エンジンストール時、気筒判別完了前、及びアクセル開度制限の実施中のいずれにも該当しない。
（ａ２）上記ＮＯｘ還元制御モードにある。
（ａ３）前回の燃料添加の実施から所定時間が経過している。

ここで前提条件が不成立であれば（ＮＯ）、電子制御装置５０はそのまま本ルーチンを一旦終了する。一方、前提条件が成立していれば（ＹＥＳ）、電子制御装置５０は処理をステップＳ１１０に進める。

ステップＳ１１０では、電子制御装置５０は、排気中にスモークが多量発生する状況にあると予測される条件、すなわちスモーク発生条件が成立しているか否かの判定を行う。ここでのスモーク発生条件は、下記条件（ｂ１）、（ｂ２）のいずれかの成立をもって成立する。そして電子制御装置５０は、スモーク発生条件が不成立であれば（ＮＯ）、処理をステップＳ１２０に進め、同条件が成立していれば（ＹＥＳ）、処理をステップＳ１３０に進める。
（ｂ１）加速判定条件成立しており、内燃機関１０が加速状態にある。
（ｂ２）上記通常燃焼モードと上記低温燃焼モードとの間での燃焼モードの切替中である。

ステップＳ１２０では、電子制御装置５０は、上記積算スモーク発生量が上記判定値α以上であるか否かの判定を行う。ここで電子制御装置５０は、積算スモーク発生量が判定値α以上であれば（ＹＥＳ）、処理をステップＳ１３０に進め、そうでなければ（ＮＯ）、そのまま本ルーチンの処理を一旦終了する。

ステップＳ１３０では、電子制御装置５０は、燃料添加実施の指令信号を添加弁４６に対して出力し、同添加弁４６からの燃料添加を強制的に実施させる。そしてその後、電子制御装置５０は、本ルーチンの処理を一旦終了する。

図７は、以上説明した詰り防止添加制御の制御態様の一例を示している。
同図の例では、時刻ｔ１から内燃機関１０の加速され、機関回転速度、アクセル操作量、燃料噴射量が増大している。そしてその後、加速に伴って瞬時スモーク発生量が急激に増大している。

時刻ｔ２において、加速判定がなされ、内燃機関１０が加速状態にあることが確認されると、電子制御装置５０から添加弁４６に対して添加実施を指示する添加指令信号が出力され、添加弁４６からの燃料添加が強制的に実施される。これにより、スモークの多量発生に先立ち、添加弁４６内部に燃料が再充填され、その内部へのスモークの侵入が防止される。

一方、同図に示す積算スモーク発生量は、機関運転状態に応じて求められた瞬時スモーク発生量の積算値として算出されているが、こうして添加弁４６の燃料添加が実施されると、その値は一旦、「０」に戻される。その後、積算スモーク発生量の値は、瞬時スモーク発生量に応じて再び増大されていく。

時刻ｔ３において、積算スモーク発生量の値が上記判定値α以上となると、電子制御装置５０から上記添加指令信号が出力され、添加弁４６からの燃料添加が再び強制的に実施される。これにより、時刻ｔ２での燃料添加の強制実施後に徐々に添加弁４６内部に侵入したスモークが洗い流されると共に、その内部に燃料が再充填される。

ちなみにこうした本実施形態では、上記詰り防止添加制御のステップＳ１１０の処理が上記予測手段の処理に相当する。また同制御のステップＳ１３０において実施される詰り防止添加が、上記強制添加手段による添加の強制的な実施に対応している。更に同制御のステップＳ１２０での判定に用いられる積算スモーク発生量が、上記算出手段により算出されるスモーク発生量の積算値に対応している。

以上説明した本実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）本実施形態では、排気中のスモークの多量発生を機関運転状態に応じて予測するとともに、そうしたスモークの多量発生が予測されたときには、添加弁４６による燃料添加が強制的に実施される。そのため、スモークが多量発生したときの添加弁４６内部は、燃料が充填された状態となり、その内部へのスモークの侵入が防止されることから、添加弁４６の詰りを好適に抑制することができる。

（２）本実施形態では、内燃機関１０が加速状態にあることをもって上記添加弁４６からの燃料添加を強制実施させているため、内燃機関１０の加速に伴い排気中に多量発生したスモークによる添加弁４６の詰りを好適に抑制することができる。

（３）本実施形態では更に、内燃機関１０の燃焼モードが切り替えられたときにも、上記添加弁４６からの燃料添加を強制実施させているため、そうした燃焼モードの切替に内燃機関１０の加速に伴い排気中に多量発生したスモークによる添加弁４６の詰りを好適に抑制することができる。

（４）本実施形態では更に、前回の燃料添加からのスモーク発生量の積算値である積算スモーク発生量が判定値α以上となったときにも、上記強制添加を実施して添加弁４６内部に燃料を再充填している。そのため、上記多量発生時以外の定常的なスモークの侵入による詰りについても、好適に抑制することができる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・スモークの多量発生時に伴う添加弁４６の詰りのみを抑制するのであれば、上記詰り防止添加制御のステップＳ１２０の処理は省略しても良い。

・上記詰り防止添加制御のステップＳ１１０にて判定されるスモーク多量発生条件として、必要に応じて上記条件（ｂ１）、（ｂ２）のいずれかを省略しても良い。例えば燃焼モードの切替を行わない、或いは燃焼モードの切替に伴うスモークの発生量が十分に少ない内燃機関に本発明を適用する場合には、上記条件（ｂ２）を省略しても、添加弁４６の詰りを好適に抑制することができる。また加速に伴うスモークの発生量が十分に少ない内燃機関に本発明を適用する場合には、上記条件（ｂ１）を省略しても良い。またこれら条件（ｂ１）、（ｂ２）以外にも、スモークの多量発生を招く機関運転条件が存在するのであれば、それを上記スモーク多量発生条件に加えるようにしても良い。

・上記実施形態の適用される内燃機関１０では、Ｓ被毒回復制御モード時、及びＮＯｘ還元制御モード時には、添加弁４６からの燃料の強制添加を実施しないようにしていたが、これら制御モード時にも、添加弁４６に詰りが発生する虞のある場合には、そうした制御モード時にも必要に応じて上記強制添加を実施するようにしても良い。

・本発明は、上記実施形態にて例示した構成以外の内燃機関の排気浄化装置にも適用することができる。要は、排気通路内に臨むように噴孔の形成された添加弁から添加剤を噴射して、排気に対して添加剤を添加する内燃機関の排気浄化装置であれば、本発明の適用により、その添加弁の詰りを好適に抑制することができる。例えば、上記の如く配設された添加弁から、例えば尿素のような燃料以外の添加剤を排気に添加する排気浄化装置にも、本発明の適用は可能である。

本発明の一実施形態についてその内燃機関の排気浄化装置の全体構造を示す模式図。 同実施形態に適用される添加弁及びその周辺部の断面構造を示す断面図。 上記添加弁先端部の拡大断面図。 （Ａ）〜（Ｄ）添加弁の詰り発生のメカニズムを示す説明図。 空燃比とスモーク発生量との関係を示すグラフ。 上記実施形態における詰り防止添加制御のフローチャート。 同詰り防止添加制御の制御態様の一例を示すタイムチャート。

符号の説明

１０…内燃機関、１１…ターボチャージャ、１２…吸気通路、１３…燃焼室、１４…排気通路、１５…エアクリーナ、１６…エアフローメータ、１７…コンプレッサ、１８…インタークーラ、１９…吸気絞り弁、２０…吸気マニホールド、２１…吸気ポート、２２…排気ポート、２３…排気マニホールド、２４…排気タービン、２５…ＮＯｘ触媒コンバータ、２６…ＰＭフィルタ、２７…酸化触媒コンバータ、２８…入ガス温度センサ、２９…出ガス温度センサ、３０…差圧センサ、３１，３２…酸素センサ、３３…ＥＧＲ通路、３４…ＥＧＲ触媒、３５…ＥＧＲクーラ、３６…ＥＧＲ弁、４０…燃料噴射弁、４１…高圧燃料供給管、４２…コモンレール、４３…燃料ポンプ、４４…レール圧センサ、４５…低圧燃料供給管、４６…添加弁、５０…電子制御装置、５１…ＮＥセンサ、５２…アクセルセンサ、５３…絞り弁センサ。

Claims (2)

1. 排気通路内に臨むように噴孔の形成された添加弁から添加剤を噴射して、排気に対して添加剤を添加する内燃機関の排気浄化装置において、
   当該内燃機関が加速状態にあるときに、排気中にスモークが多量発生する状況にあると予測する予測手段と、
   その予測手段によって前記スモークが多量発生する状況にあると予測されたときに、前記添加弁による前記添加剤の添加を強制的に実施させる強制添加手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
2. 前記内燃機関の排気系にはＮＯｘ吸蔵還元型のＮＯｘ触媒が設けられ、同ＮＯｘ触媒のＳ被毒回復制御モードにおいて同ＮＯｘ触媒の昇温制御後に間欠的な燃料添加を行う際には、前記強制添加手段による前記添加剤の添加を禁止する請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。

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