JP4453739B2 - 添加弁の制御方法 - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関の排気通路に添加剤を供給する添加弁の制御に適用されて、同添加弁の詰まりを抑えるために添加剤の間欠添加を行う制御方法に関するものである。
近年、一部の内燃機関の排気系にはＮＯｘ（窒素酸化物）を浄化するＮＯｘ浄化触媒が担持された担体や排気中の微粒子物質を捕集するＰＭフィルタ、あるいはＰＭフィルタにＮＯｘ浄化触媒を担持させたＤＰＮＲ触媒等の排気浄化部材が設けられている。
これら排気浄化部材には、その浄化機能の回復を図るために添加剤を供給することがある。例えば、ＮＯｘ浄化触媒が担持されたＰＭフィルタにこうした添加剤として燃料を供給することにより、ＮＯｘ浄化触媒に吸収されたＮＯｘが還元・放出されて同触媒のＮＯｘ浄化機能の回復が図られるとともに、ＰＭフィルタに捕集された微粒子物質が焼失される。
ここで、上記添加剤を内燃機関の排気通路に設けられた添加弁から供給する場合には、その先端部が高温の排気に曝される。そのため、添加弁の先端内部に残留した添加剤が固化して同添加弁に詰まりを生じさせることがある。また、添加弁の先端内部に煤などの微粒子が侵入して堆積することにより、添加弁に詰まりが生じることもある。
そこで、例えば特許文献１に記載のものでは、排気浄化部材の機能回復のために添加剤を添加する他、上述したような添加弁の詰まりを抑制するために、添加剤の間欠添加を行うようにしている。
特開２００３−２２２０１９号公報
ところで、上記特許文献１に記載のものでは、添加弁の先端部に残留した添加剤が固化する前に添加剤の添加を行うことで、間欠添加実行時の添加間隔を最適化するようにしている。その一方で、間欠添加実行時における添加剤の添加量については予め実験で求めるようにしており、詰まりの発生を抑制する上で極力過不足のない最適な添加量を設定するといった点については、更なる改善の余地を残すものになっている。
この発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、添加弁の詰まりを抑制するために間欠添加を行う際に、添加剤の添加量を好適に設定することのできる添加弁の制御方法を提供することにある。
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明は、内燃機関の排気通路に添加剤を供給する添加弁の制御に適用されて、同添加弁の詰まりを抑えるために前記添加剤の間欠添加を行う添加弁の制御方法において、機関運転状態に基づいて排気通路内の微粒子排出量を算出するとともに、排気温度及び排気流量から排気エネルギを算出し、前記微粒子排出量及び前記排気エネルギに基づいて前記間欠添加の実行時における前記添加剤の添加量を算出し、前記排気流量に相当する値として吸入空気量を用いるとともに、同吸入空気量の変化度合に応じて前記微粒子排出量を補正し、その補正された微粒子排出量と前記排気エネルギとに基づいて前記添加量を算出することをその要旨とする。
請求項２に記載の発明は、内燃機関の排気通路に添加剤を供給する添加弁の制御に適用されて、同添加弁の詰まりを抑えるために前記添加剤の間欠添加を行う添加弁の制御方法において、機関運転状態に基づいて排気通路内の微粒子排出量を算出するとともに、排気温度及び排気流量から排気エネルギを算出し、前記微粒子排出量及び前記排気エネルギに基づいて前記間欠添加の実行時における前記添加剤の添加量を算出し、前記添加弁は、先端部に添加剤が残留するサック部を有しており、前記間欠添加での添加休止中に前記サック部の添加剤の残留量を算出し、同残留量が閾値以下となったときに添加剤の添加を行い、前記微粒子排出量と前記排気エネルギとに基づいて算出される前記添加量は、予め設定された期間内において前記添加弁から供給する添加剤の総添加量であり、添加剤の添加が開始されてから前記残留量が前記閾値以下になるまでに要した実時間を添加間隔時間として設定し、その設定された添加間隔時間と前記総添加量とに基づき、前記間欠添加における添加１回当たりの添加量を算出することをその要旨とする。
請求項１に記載の発明は、内燃機関の排気通路に添加剤を供給する添加弁の制御に適用されて、同添加弁の詰まりを抑えるために前記添加剤の間欠添加を行う添加弁の制御方法において、機関運転状態に基づいて排気通路内の微粒子排出量を算出するとともに、排気温度及び排気流量から排気エネルギを算出し、前記微粒子排出量及び前記排気エネルギに基づいて前記間欠添加の実行時における前記添加剤の添加量を算出し、前記排気流量に相当する値として吸入空気量を用いるとともに、同吸入空気量の変化度合に応じて前記微粒子排出量を補正し、その補正された微粒子排出量と前記排気エネルギとに基づいて前記添加量を算出することをその要旨とする。
請求項２に記載の発明は、内燃機関の排気通路に添加剤を供給する添加弁の制御に適用されて、同添加弁の詰まりを抑えるために前記添加剤の間欠添加を行う添加弁の制御方法において、機関運転状態に基づいて排気通路内の微粒子排出量を算出するとともに、排気温度及び排気流量から排気エネルギを算出し、前記微粒子排出量及び前記排気エネルギに基づいて前記間欠添加の実行時における前記添加剤の添加量を算出し、前記添加弁は、先端部に添加剤が残留するサック部を有しており、前記間欠添加での添加休止中に前記サック部の添加剤の残留量を算出し、同残留量が閾値以下となったときに添加剤の添加を行い、前記微粒子排出量と前記排気エネルギとに基づいて算出される前記添加量は、予め設定された期間内において前記添加弁から供給する添加剤の総添加量であり、添加剤の添加が開始されてから前記残留量が前記閾値以下になるまでに要した実時間を添加間隔時間として設定し、その設定された添加間隔時間と前記総添加量とに基づき、前記間欠添加における添加１回当たりの添加量を算出することをその要旨とする。
請求項３に記載の発明は、内燃機関の排気通路に添加剤を供給する添加弁の制御に適用されて、同添加弁の詰まりを抑えるために前記添加剤の間欠添加を行う添加弁の制御方法において、機関運転状態に基づいて排気通路内の微粒子排出量を算出するとともに、排気温度及び排気流量から排気エネルギを算出し、前記微粒子排出量及び前記排気エネルギに基づいて前記間欠添加の実行時における前記添加剤の添加量を算出し、前記間欠添加での添加休止中に前記添加弁の先端温度を算出し、同先端温度が閾値以上となったときに添加剤の添加を行うことをその要旨とする。
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の添加弁の制御方法において、前記微粒子排出量と前記排気エネルギとに基づいて算出される前記添加量は、予め設定された期間内において前記添加弁から供給する添加剤の総添加量であり、添加剤の添加が開始されてから前記先端温度が前記閾値以上になるまでに要した実時間を添加間隔時間として設定し、その設定された添加間隔時間と前記総添加量とに基づき、前記間欠添加における添加１回当たりの添加量を算出することをその要旨とする。
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の添加弁の制御方法において、前記微粒子排出量と前記排気エネルギとに基づいて算出される前記添加量は、予め設定された期間内において前記添加弁から供給する添加剤の総添加量であり、添加剤の添加が開始されてから前記先端温度が前記閾値以上になるまでに要した実時間を添加間隔時間として設定し、その設定された添加間隔時間と前記総添加量とに基づき、前記間欠添加における添加１回当たりの添加量を算出することをその要旨とする。
請求項５に記載の発明は、内燃機関の排気通路に添加剤を供給する添加弁の制御に適用されて、同添加弁の詰まりを抑えるために前記添加剤の間欠添加を行う添加弁の制御方法において、機関運転状態に基づいて排気通路内の微粒子排出量を算出するとともに、排気温度及び排気流量から排気エネルギを算出し、前記微粒子排出量及び前記排気エネルギに基づいて前記間欠添加の実行時における前記添加剤の添加量を算出し、前記添加弁は、先端部に添加剤が残留するサック部を有しており、前記間欠添加での添加休止中に、前記サック部の添加剤の残留量及び前記添加弁の先端温度を算出し、前記残留量が閾値以下であるという第１条件及び前記先端温度が閾値以上であるという第２条件のうちのいずれか一方が成立したときに添加剤の添加を行うことをその要旨とする。
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の添加弁の制御方法において、前記微粒子排出量と前記排気エネルギとに基づいて算出される前記添加量は、予め設定された期間内において前記添加弁から供給する添加剤の総添加量であり、添加剤の添加が開始されてから前記第１条件及び前記第２条件のうちのいずれか一方が成立するまでに要した実時間を添加間隔時間として設定し、その設定された添加間隔時間と前記総添加量とに基づき、前記間欠添加における添加１回当たりの添加量を算出することをその要旨とする。
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の添加弁の制御方法において、前記微粒子排出量と前記排気エネルギとに基づいて算出される前記添加量は、予め設定された期間内において前記添加弁から供給する添加剤の総添加量であり、添加剤の添加が開始されてから前記第１条件及び前記第２条件のうちのいずれか一方が成立するまでに要した実時間を添加間隔時間として設定し、その設定された添加間隔時間と前記総添加量とに基づき、前記間欠添加における添加１回当たりの添加量を算出することをその要旨とする。
添加弁から添加剤を添加することにより、同添加弁の先端部にあってその内部に堆積した微粒子や、固化前の添加剤を吹き飛ばすことができ、またその先端部を冷却することができる。ここで、排気通路内の微粒子排出量が少なくなるほど添加弁の先端部に堆積する微粒子の量は減少するため、微粒子排出量が少なくなるほど、より少ない添加量で先端部に堆積した微粒子や固化する前の燃料を吹き飛ばすことができる。また、排気から添加弁の先端部に移動する熱量が少ないときほど、燃料の固化は進行しにくくなるため、移動する熱量が少ないときほど、より少ない添加量で同先端部を十分に冷却することができる。
そこで、請求項１〜３、及び５に記載の方法では、排気通路内の微粒子排出量を機関運転状態に基づいて算出するとともに、排気から添加弁の先端部に移動する熱量については排気温度及び排気流量から求められる排気エネルギに基づいて算出することにより、その移動熱量をより正確に算出するようにしている。そして、それら微粒子排出量及び排気エネルギに基づいて間欠添加の実行時における添加剤の添加量が算出されることにより、微粒子の堆積量に応じた添加量を算出することができるとともに、添加弁の先端温度を低下させるために必要な添加量を算出することができる。従って、添加弁の詰まりの発生を抑制する上で極力過不足のない最適な添加量を設定することができるようになる。
そこで、請求項１〜３、及び５に記載の方法では、排気通路内の微粒子排出量を機関運転状態に基づいて算出するとともに、排気から添加弁の先端部に移動する熱量については排気温度及び排気流量から求められる排気エネルギに基づいて算出することにより、その移動熱量をより正確に算出するようにしている。そして、それら微粒子排出量及び排気エネルギに基づいて間欠添加の実行時における添加剤の添加量が算出されることにより、微粒子の堆積量に応じた添加量を算出することができるとともに、添加弁の先端温度を低下させるために必要な添加量を算出することができる。従って、添加弁の詰まりの発生を抑制する上で極力過不足のない最適な添加量を設定することができるようになる。
また、請求項１に記載の方法によれば、以下の効果が得られる。
上述した排気流量は、その代用値として吸入空気量を利用することが可能である。ところで、機関運転状態に基づいて微粒子排出量を算出するに際し、排気流量が増加すると添加弁の先端付近を通過する微粒子の量も増加するようになり、添加弁には詰まりが生じやすくなる。ここで、吸入空気量が変化する過渡時においては、吸入空気量の変化に対して排気流量の変化には遅れが生じる。そこで、同方法では、機関運転状態に基づいて算出される微粒子排出量を吸入空気量の変化度合に応じて補正するようにしており、これにより添加弁の先端付近を通過する微粒子の量をより正確に算出することができる。そして、この補正された微粒子排出量と上記排気エネルギとに基づいて添加量が算出されることにより、排気流量の変化過渡時においても、微粒子排出量に応じた添加量を適切に設定することができる。
上述した排気流量は、その代用値として吸入空気量を利用することが可能である。ところで、機関運転状態に基づいて微粒子排出量を算出するに際し、排気流量が増加すると添加弁の先端付近を通過する微粒子の量も増加するようになり、添加弁には詰まりが生じやすくなる。ここで、吸入空気量が変化する過渡時においては、吸入空気量の変化に対して排気流量の変化には遅れが生じる。そこで、同方法では、機関運転状態に基づいて算出される微粒子排出量を吸入空気量の変化度合に応じて補正するようにしており、これにより添加弁の先端付近を通過する微粒子の量をより正確に算出することができる。そして、この補正された微粒子排出量と上記排気エネルギとに基づいて添加量が算出されることにより、排気流量の変化過渡時においても、微粒子排出量に応じた添加量を適切に設定することができる。
また、請求項２に記載の方法によれば、以下の効果が得られる。
上記サック部が添加剤で満たされていると、同サック部に対して微粒子物質が侵入しにくくなるため、添加弁は詰まりにくくなる。このサック部に残留した添加剤は、間欠添加時にあって、添加剤の添加が休止されている期間中にサック部から蒸発していき、詰まりを抑制する効果は徐々に減少していく。そこで、同方法では、間欠添加の添加休止中において、サック部の添加剤の残留量を算出し、その算出された残留量が予め設定された閾値以下となったときに添加剤の添加を行うようにしている。そのため、サック部での添加剤の残留量が少なくなり、添加弁の詰まりが生じるおそれがでてきたときには、そうした詰まりが実際に生じてしまう前に添加弁から添加剤が供給されるようになる。このように同方法によれば、添加剤の添加タイミングを適切に設定することができるようになり、添加弁の詰まりを適切に抑えることができるようになる。なお、同方法においては、サック部の添加剤の残留量を示す値として、残留量そのものの他に、残留率、蒸発量、あるいは蒸発率を求めるようにしてもよい。
上記サック部が添加剤で満たされていると、同サック部に対して微粒子物質が侵入しにくくなるため、添加弁は詰まりにくくなる。このサック部に残留した添加剤は、間欠添加時にあって、添加剤の添加が休止されている期間中にサック部から蒸発していき、詰まりを抑制する効果は徐々に減少していく。そこで、同方法では、間欠添加の添加休止中において、サック部の添加剤の残留量を算出し、その算出された残留量が予め設定された閾値以下となったときに添加剤の添加を行うようにしている。そのため、サック部での添加剤の残留量が少なくなり、添加弁の詰まりが生じるおそれがでてきたときには、そうした詰まりが実際に生じてしまう前に添加弁から添加剤が供給されるようになる。このように同方法によれば、添加剤の添加タイミングを適切に設定することができるようになり、添加弁の詰まりを適切に抑えることができるようになる。なお、同方法においては、サック部の添加剤の残留量を示す値として、残留量そのものの他に、残留率、蒸発量、あるいは蒸発率を求めるようにしてもよい。
さらに請求項２に記載の方法によれば、添加剤の間欠添加時にあって、添加が開始されてから次の添加が行われるまでの時間である上記添加間隔時間が、サック部の添加剤残留量の減少に応じて適切に設定される。また、予め設定された期間内において添加弁から供給される添加剤の総添加量と上記添加間隔時間とに基づき、予め設定された同期間内における添加実行回数が求められ、その添加実行回数及び上記総添加量から添加１回あたりの添加量が算出される。従って、同方法によれば、残留量が閾値以下となったときの添加実行時における添加量を適切に算出することができるようになる。
また、上記残留量が閾値以下になるまでに要した実時間が添加間隔時間として設定され、その設定された添加間隔時間及び上記総添加量に基づいて添加１回当たりの添加量が算出されるため、そうした添加間隔時間や添加１回当たりの添加量を機関運転状態に応じて個別に適合する必要がなく、それらの適合に要する工数も低減することができるようになる。
また、請求項３に記載の方法によれば、以下の効果が得られる。
添加弁からの添加剤添加を行うことにより、同添加弁の先端温度は低くなるが、添加剤の添加が休止されている期間中では、その先端温度が徐々に高くなっていき、同添加弁の先端内部に残留した添加剤は固化しやすくなる。そこで、同方法では、間欠添加の添加休止中において、添加弁の先端温度を算出し、その算出された先端温度が予め設定された閾値以上となったときに添加剤の添加を行うようにしている。そのため、添加弁の先端温度が高くなり、添加弁の詰まりが生じるおそれがでてきたときには、そうした詰まりが実際に生じてしまう前に添加弁から添加剤が供給されるようになる。このように同方法によれば、添加剤の添加タイミングを適切に設定することができるようになり、添加弁の詰まりを適切に抑えることができるようになる。
添加弁からの添加剤添加を行うことにより、同添加弁の先端温度は低くなるが、添加剤の添加が休止されている期間中では、その先端温度が徐々に高くなっていき、同添加弁の先端内部に残留した添加剤は固化しやすくなる。そこで、同方法では、間欠添加の添加休止中において、添加弁の先端温度を算出し、その算出された先端温度が予め設定された閾値以上となったときに添加剤の添加を行うようにしている。そのため、添加弁の先端温度が高くなり、添加弁の詰まりが生じるおそれがでてきたときには、そうした詰まりが実際に生じてしまう前に添加弁から添加剤が供給されるようになる。このように同方法によれば、添加剤の添加タイミングを適切に設定することができるようになり、添加弁の詰まりを適切に抑えることができるようになる。
また、請求項４に記載の方法によれば、添加剤の間欠添加時にあって、添加が開始されてから次の添加が行われるまでの時間である上記添加間隔時間が、添加弁の先端温度の上昇に応じて適切に設定される。また、予め設定された期間内において添加弁から供給される添加剤の総添加量と上記添加間隔時間とに基づき、予め設定された同期間内における添加実行回数が求められ、同総添加量と添加実行回数とに基づき、添加１回あたりの添加量が求められる。従って、同方法によれば、添加弁の先端温度が閾値以上となったときの添加実行時における添加量を適切に算出することができるようになる。
また、上記先端温度が閾値以上になるまでに要した実時間が添加間隔時間として設定され、その設定された添加間隔時間及び上記総添加量に基づいて添加１回当たりの添加量が算出されるため、そうした添加間隔時間や添加１回当たりの添加量を機関運転状態に応じて個別に適合する必要がなく、それらの適合に要する工数も低減することができるようになる。
また、請求項５に記載の方法によれば、以下の効果が得られる。
上述したように、添加弁に詰まりが生じる要因としては、サック部の添加剤の残留量が減少して微粒子物質が内部に侵入するといった要因や、添加弁の先端温度が上昇することで同添加弁の先端内部において添加剤が固化するといった要因がある。そこで同方法では、そうした各要因のいずれか一方により添加弁に詰まりが生じるおそれがでてきたときには、そうした詰まりが実際に生じてしまう前に添加弁から添加剤を供給するようにしている。従って、添加剤の添加タイミングを適切に設定することができるようになり、添加弁の詰まりも適切に抑えることができるようになる。
上述したように、添加弁に詰まりが生じる要因としては、サック部の添加剤の残留量が減少して微粒子物質が内部に侵入するといった要因や、添加弁の先端温度が上昇することで同添加弁の先端内部において添加剤が固化するといった要因がある。そこで同方法では、そうした各要因のいずれか一方により添加弁に詰まりが生じるおそれがでてきたときには、そうした詰まりが実際に生じてしまう前に添加弁から添加剤を供給するようにしている。従って、添加剤の添加タイミングを適切に設定することができるようになり、添加弁の詰まりも適切に抑えることができるようになる。
また、請求項６に記載の方法によれば、添加剤の間欠添加時にあって、添加が開始されてから次の添加が行われるまでの時間である上記添加間隔時間が、サック部の添加剤残留量の減少に応じて、或いは添加弁の先端温度の上昇に応じて適切に設定される。また、予め設定された期間内において添加弁から供給される添加剤の総添加量と上記添加間隔時間とに基づき、予め設定された同期間内における添加実行回数が求められ、同総添加量と添加実行回数とに基づき、添加１回あたりの添加量が求められる。従って、同方法によれば、上記第１条件や上記第２条件が成立したときの添加実行時における添加量を適切に算出することができるようになる。
また、上記残留量が閾値以下になるまでに要した実時間、或いは上記先端温度が閾値以上になるまでに要した実時間が添加間隔時間として設定され、その設定された添加間隔時間及び上記総添加量に基づいて添加１回当たりの添加量が算出されるため、そうした添加間隔時間や添加１回当たりの添加量を機関運転状態に応じて個別に適合する必要がなく、それらの適合に要する工数も低減することができるようになる。
請求項７に記載の発明は、請求項２、５及び６のいずれか１項に記載の添加弁の制御方法において、前記間欠添加での添加休止中における前記残留量は、前記排気温度と前記間欠添加の添加休止の経過時間とに基づいて算出されることをその要旨とする。
サック部の添加剤の残留量は、排気温度が高くなるほど、或いは間欠添加での添加休止の経過時間が長くなるほど少なくなる。こうした排気温度と添加休止の経過時間とに基づいて上記残留量を算出する同方法によれば、上記残留量を適切に算出することができるようになる。
請求項８に記載の発明は、請求項３〜６のいずれか１項に記載の添加弁の制御方法において、前記間欠添加での添加休止中における前記先端温度は、前記排気エネルギと前記添加休止の経過時間とに基づいて算出されることをその要旨とする。
添加弁の先端温度は、上述した排気エネルギが大きくなるほど、或いは間欠添加での添加休止の経過時間が長くなるほど高くなる。こうした排気エネルギと添加休止の経過時間とに基づいて上記先端温度を算出する同方法によれば、上記先端温度を適切に算出することができるようになる。
請求項９に記載の発明は、請求項５または６に記載の添加弁の制御方法において、前記間欠添加での添加休止中における前記残留量は、前記排気温度と前記間欠添加の添加休止の経過時間とに基づいて算出され、前記間欠添加での添加休止中における前記先端温度は、前記排気エネルギと前記添加休止の経過時間とに基づいて算出されることをその要旨とする。
同方法によれば、請求項７及び８に記載の作用効果を得ることができる。
なお、上述した排気温度は、センサなどで直接検出する他に、機関回転速度及び機関負荷等に基づいて推定することも可能である。また、機関運転状態に基づいて上記微粒子排出量を算出する際には、その微粒子排出量は機関回転速度及び機関負荷等に基づいて推定することが可能である。また、上記添加剤としては、機関燃料等が挙げられる。
同方法によれば、請求項７及び８に記載の作用効果を得ることができる。
なお、上述した排気温度は、センサなどで直接検出する他に、機関回転速度及び機関負荷等に基づいて推定することも可能である。また、機関運転状態に基づいて上記微粒子排出量を算出する際には、その微粒子排出量は機関回転速度及び機関負荷等に基づいて推定することが可能である。また、上記添加剤としては、機関燃料等が挙げられる。
以下、この発明にかかる添加弁の制御方法を具体化した一実施形態について、図１〜図６を参照して説明する。
図１は、本実施形態にかかる添加弁の制御方法が適用されたディーゼル機関の制御装置、この制御装置が適用されるエンジン１、並びにそれらの周辺構成を示す概略構成図である。なお、図１に示すエンジン１は、直列４気筒エンジンであるが、この他の形式のエンジンでもよい。
図１は、本実施形態にかかる添加弁の制御方法が適用されたディーゼル機関の制御装置、この制御装置が適用されるエンジン１、並びにそれらの周辺構成を示す概略構成図である。なお、図１に示すエンジン１は、直列４気筒エンジンであるが、この他の形式のエンジンでもよい。
エンジン１には複数の気筒＃１〜＃４が設けられている。シリンダヘッド２には複数の燃料噴射弁４ａ〜４ｄが取り付けられている。これら燃料噴射弁４ａ〜４ｄは各気筒＃１〜＃４の燃焼室に燃料を噴射する。また、シリンダヘッド２には、外気を気筒内に導入するための吸気ポートと燃焼ガスを気筒外へ排出するための排気ポート６ａ〜６ｄとが各気筒＃１〜＃４に対応して設けられている。
燃料噴射弁４ａ〜４ｄは、高圧燃料を蓄圧するコモンレール９に接続されている。コモンレール９はサプライポンプ１０に接続されている。サプライポンプ１０は燃料タンク内の燃料を吸入するとともにコモンレール９に高圧燃料を供給する。コモンレール９に供給された高圧燃料は、各燃料噴射弁４ａ〜４ｄの開弁時に同燃料噴射弁４ａ〜４ｄから気筒内に噴射される。
吸気ポートにはインテークマニホールド７が接続されている。インテークマニホールド７は吸気通路３に接続されている。この吸気通路３内には吸入空気量を調整するためのスロットル弁１６が設けられている。
排気ポート６ａ〜６ｄにはエキゾーストマニホールド８が接続されている。エキゾーストマニホールド８は排気通路２６に接続されている。
排気通路２６の途中には、排気成分を浄化する触媒装置３０が設けられている。この触媒装置３０の内部には直列に２つの排気浄化部材が配設されている。
排気通路２６の途中には、排気成分を浄化する触媒装置３０が設けられている。この触媒装置３０の内部には直列に２つの排気浄化部材が配設されている。
この２つの排気浄化部材のうち、排気上流側に設けられた排気浄化部材は排気中のＮＯｘを浄化するＮＯｘ吸蔵還元型触媒３１である。他方、同ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３１の排気下流側に設けられた排気浄化部材は、大気に放出される排気中の煤などといった微粒子物質、すなわちＰＭの量やＮＯｘの量等を低減するＤＰＮＲ（Diesel Particulate-NOx Reduction system）触媒である。このＤＰＮＲ触媒３２は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、排気の空燃比がリーンの場合、排気中の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されたＮＯｘはＨＣやＣＯ等によって還元・放出される。
この他、エンジン１にはＥＧＲ装置が備えられている。このＥＧＲ装置は、吸入空気に排気の一部を導入することで気筒内の燃焼温度を低下させてＮＯｘの発生量を低減させる装置である。この装置は吸気通路３と排気通路２６とを連通するＥＧＲ通路１３、同ＥＧＲ通路１３に設けられたＥＧＲ弁１５、ＥＧＲクーラ１４等により構成されている。ＥＧＲ弁１５はその開度を調整することにより排気通路２６から吸気通路３に導入される排気還流量、すなわちＥＧＲ量を調整する。ＥＧＲクーラ１４はＥＧＲ通路１３内を流れる排気の温度を低下させる。またＥＧＲ弁１５にはＥＧＲ弁開度センサ２２が配設されており、このＥＧＲ弁開度センサ２２によりＥＧＲ弁１５の開度、すなわちＥＧＲ弁開度ＥＡが検出される。
また、エンジン１には、排気圧を利用して気筒に導入される吸入空気を過給するターボチャージャ１１が備えられている。このターボチャージャ１１の吸気側コンプレッサとスロットル弁１６との間の吸気通路３には、ターボチャージャ１１の過給により温度が上昇する吸入空気の温度を低下させるためにインタークーラ１８が備えられている。
エンジン１には、機関運転状態を検出するための各種センサが取り付けられている。例えば、エアフロメータ１９は吸気通路３内の吸入空気量ＧＡを検出する。スロットル開度センサ２０はスロットル弁１６の開度を検出する。空燃比センサ２１は排気の空燃比を検出する。排気温度センサ２９は触媒装置３０の排気上流側の排気温度を検出する。クランク角センサ２３はクランクシャフトの回転速度、すなわち機関回転速度ＮＥを検出する。アクセルセンサ２４はアクセルペダルの踏み込み量、すなわちアクセル操作量ＡＣＣＰを検出する。空燃比センサ２１は排気の空燃比を検出する。水温センサ２８はエンジン１の冷却水温を検出する。
これら各種センサの出力は制御装置２５に入力される。この制御装置２５は、中央処理制御装置（ＣＰＵ）、各種プログラムやマップ等を予め記憶した読出専用メモリ（ＲＯＭ）、ＣＰＵの演算結果等を一時記憶するランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、タイマカウンタ、入力インターフェース、出力インターフェース等を備えたマイクロコンピュータを中心として構成されている。そして、この制御装置２５により、例えば、燃料噴射弁４ａ〜４ｄの燃料噴射量や燃料噴射時期、サプライポンプ１０の吐出圧力、スロットル弁１６を開閉するアクチュエータ１７の駆動量、ＥＧＲ弁１５の開度等、エンジン１の各種制御が行われる。
他方、シリンダヘッド２にはＮＯｘ吸蔵還元型触媒３１やＤＰＮＲ触媒３２に燃料を噴射供給するための添加弁である噴射ノズル５０が取り付けられている。この噴射ノズル５０からは、第１気筒＃１の排気ポート６ａ内に向けて添加剤である燃料が噴射される。このとき噴射された燃料は、排気とともにＮＯｘ吸蔵還元型触媒３１やＤＰＮＲ触媒３２に到達する。また、噴射ノズル５０とサプライポンプ１０とは燃料供給管２７によって接続されており、燃料である軽油が供給されるようになっている。この噴射ノズル５０は燃料噴射弁４ａ〜４ｄと同様な構造を有しており、制御装置２５によってその噴射量及び噴射時期は制御される。
図２は、噴射ノズル５０の先端部分における断面構造を模式的に示している。
この図２に示されるように、噴射ノズル５０はその先端部が排気ポート６ａに突出するようにシリンダヘッド２に取り付けられている。噴射ノズル５０は略円筒状をなす金属製のハウジング５１と、このハウジング５１の内部に往復動可能に設けられたニードル弁５２とを備えている。また、ハウジング５１の先端側内周部分にはニードル弁５２の先端部が離着座する弁座５３が形成されている。ハウジング５１はニードル弁５２を収容する略円筒状をなすスリーブ５４と前記弁座５３よりも先端側に形成された中空半球状をなすサック部５５とから構成されている。コモンレール９内の燃料はサック部５５の内部空間に導入される。サック部５５の先端部分には、サック部５５の内部空間に連通する通路である噴射孔５６が形成されている。
この図２に示されるように、噴射ノズル５０はその先端部が排気ポート６ａに突出するようにシリンダヘッド２に取り付けられている。噴射ノズル５０は略円筒状をなす金属製のハウジング５１と、このハウジング５１の内部に往復動可能に設けられたニードル弁５２とを備えている。また、ハウジング５１の先端側内周部分にはニードル弁５２の先端部が離着座する弁座５３が形成されている。ハウジング５１はニードル弁５２を収容する略円筒状をなすスリーブ５４と前記弁座５３よりも先端側に形成された中空半球状をなすサック部５５とから構成されている。コモンレール９内の燃料はサック部５５の内部空間に導入される。サック部５５の先端部分には、サック部５５の内部空間に連通する通路である噴射孔５６が形成されている。
そして、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３１やＤＰＮＲ触媒３２の温度が所定の温度領域にあるとき、この噴射ノズル５０からの燃料添加が実施され、これよりＮＯｘ吸蔵還元型触媒３１やＤＰＮＲ触媒３２に吸蔵されたＮＯｘの還元・放出が図られる。また、ＤＰＮＲ触媒３２に捕集されたＰＭの量が所定量以上となったときにも、噴射ノズル５０からの燃料添加が実施され、これにより捕集されたＰＭが焼失される。このように噴射ノズル５０からの燃料添加が実施されることにより、触媒装置３０の機能回復が図られる。
ところで、上記噴射ノズル５０の先端部は高温の排気に曝される。そのため、サック部５５の内部に残留した燃料が固化したり、サック部５５の内部に煤などの微粒子が侵入して堆積したりすることにより、同噴射ノズル５０には詰まりが生じることがある。
そこで、本実施形態では、触媒装置３０の機能回復を目的とする燃料添加の他、噴射ノズル５０の詰まりを抑制するべく燃料の間欠添加を行うようにしており、こうした間欠添加を行うことで、サック部５５の内部に堆積した微粒子物質や固化する前の燃料を吹き飛ばすようにしている。また、そうした間欠添加を行うことで噴射ノズル５０の先端部を冷却してサック部５５内での燃料の固化を抑えるようにしている。
以下、上記間欠添加実行時の制御態様について説明する。
サック部５５に堆積する微粒子の量は、エンジン１から排出される微粒子の量が少なくなるほど減少するため、微粒子排出量が少なくなるほど、より少ない添加量でサック部５５に堆積した微粒子や固化する前の燃料を吹き飛ばすことができる。また、排気から噴射ノズル５０の先端部に移動する熱量が少ないときほど、サック部５５内での燃料の固化は進行しにくくなるため、その移動熱量が少ないときほど、より少ない添加量で噴射ノズル５０の先端部を冷却することができる。そこで、本実施形態では、微粒子排出量を機関運転状態に基づいて算出するとともに、排気から噴射ノズル５０の先端部に移動する熱量については排気温度及び排気流量から求められる排気エネルギに基づいて算出することにより、その移動熱量をより正確に算出するようにしている。そして、それら微粒子排出量及び排気エネルギに基づいて間欠添加の実行時における燃料の添加量を算出することにより、微粒子の堆積量に応じた添加量を算出するとともに、噴射ノズル５０の先端温度を低下させるために必要な添加量を算出し、噴射ノズル５０の詰まりの発生を抑制する上で極力過不足のない最適な添加量が設定されるようにしている。
サック部５５に堆積する微粒子の量は、エンジン１から排出される微粒子の量が少なくなるほど減少するため、微粒子排出量が少なくなるほど、より少ない添加量でサック部５５に堆積した微粒子や固化する前の燃料を吹き飛ばすことができる。また、排気から噴射ノズル５０の先端部に移動する熱量が少ないときほど、サック部５５内での燃料の固化は進行しにくくなるため、その移動熱量が少ないときほど、より少ない添加量で噴射ノズル５０の先端部を冷却することができる。そこで、本実施形態では、微粒子排出量を機関運転状態に基づいて算出するとともに、排気から噴射ノズル５０の先端部に移動する熱量については排気温度及び排気流量から求められる排気エネルギに基づいて算出することにより、その移動熱量をより正確に算出するようにしている。そして、それら微粒子排出量及び排気エネルギに基づいて間欠添加の実行時における燃料の添加量を算出することにより、微粒子の堆積量に応じた添加量を算出するとともに、噴射ノズル５０の先端温度を低下させるために必要な添加量を算出し、噴射ノズル５０の詰まりの発生を抑制する上で極力過不足のない最適な添加量が設定されるようにしている。
他方、サック部５５が燃料で満たされていると、同サック部５５に対して微粒子物質が侵入しにくくなるため、噴射ノズル５０は詰まりにくくなる。このサック部５５に残留した燃料は、間欠添加時にあって、燃料の添加が休止されている期間中にサック部５５から徐々に蒸発していくため、添加休止時間の経過に伴って詰まりを抑制する効果は徐々に減少していく。また、噴射ノズル５０からの燃料添加を行うことにより、同噴射ノズル５０の先端温度は低くなるが、燃料の添加が休止されている期間においては、排気からの受熱により先端温度は徐々に高くなっていくため、添加休止時間の経過に伴ってサック部５５内に残留した燃料の固化は進行していく。このように噴射ノズル５０に詰まりが生じる要因としては、サック部５５内の燃料の残留量が減少して微粒子物質が内部に侵入するといった要因や、噴射ノズル５０の先端温度が上昇してサック部５５内の燃料が固化するといった要因がある。そこで、本実施形態では、間欠添加の添加休止中において、サック部５５の燃料の残留量と噴射ノズル５０の先端温度とを算出し、その算出された残留量が予め設定された閾値以下となったとき、または算出された先端温度が予め設定された閾値以上となったときに燃料の添加を行うようにしている。そして、こうしたタイミングで燃料添加を行うことにより、上記各要因のいずれか一方によって噴射ノズル５０に詰まりが生じるおそれがでてきたときには、実際に詰まりが生じてしまう前に噴射ノズル５０から燃料を添加するようにしている。
図３に、間欠添加実行時の添加量を算出する添加量算出処理について、その手順を示す。なお、本処理は、制御装置２５によって所定周期毎に繰り返し実行される。
本処理が開始されるとまず、排気温度ＥＴと吸入空気量ＧＡとに基づき、次式（１）から排気エネルギＥが算出される（Ｓ１００）。
本処理が開始されるとまず、排気温度ＥＴと吸入空気量ＧＡとに基づき、次式（１）から排気エネルギＥが算出される（Ｓ１００）。
排気エネルギＥ＝排気温度ＥＴ（Ｋ）×吸入空気量ＧＡ（ｇ／ｓｅｃ） …（１）
上記排気温度ＥＴは、噴射ノズル５０の先端部近傍の排気温度であって、機関回転速度ＮＥ及び機関負荷ＫＬに基づいて算出される値である。なお、本実施形態では、機関負荷ＫＬを、ＷＯＴ時（全負荷時）の吸入空気量に対する現在の吸入空気量ＧＡの割合で示すようにしているが、上記燃料噴射弁４ａ〜４ｄから噴射される燃料の量や、アクセル操作量ＡＣＣＰに基づいて機関負荷ＫＬを求めるようにしてもよい。また、上記吸入空気量ＧＡは、噴射ノズル５０の先端近傍における排気流量の代用値として用いている。
ここで、排気から噴射ノズル５０の先端部に移動する熱量、換言すれば噴射ノズル５０の先端部の受熱量は、排気温度が同一であっても排気流量が多くなるほど大きくなる。そこで、上記式（１）では、排気温度ＥＴと排気流量の代用値である吸入空気量ＧＡとに基づいて排気エネルギＥを求めるようにしており、これにより排気から噴射ノズル５０の先端部に移動する単位時間あたりの熱量がより正確に算出される。
次に、機関運転状態に基づいて算出される微粒子排出量ＰＡが吸入空気量ＧＡの変化度合に基づいて補正されることにより、補正後排出量ＰＡｈが算出される（Ｓ１１０）。この補正後排出量ＰＡｈは、次式（２）に基づいて算出される。
補正後排出量ＰＡｈ＝微粒子排出量ＰＡ×補正係数Ｋ … （２）
上記微粒子排出量ＰＡは、機関回転速度ＮＥ及び上記燃料噴射弁４ａ〜４ｄの燃料噴射量Ｑに基づいて算出される。また、補正係数Ｋは、吸入空気量ＧＡの変化度合に基づいて設定される値であって、吸入空気量ＧＡの変化量が大きいときほど（例えば単位時間当たりの変化量が大きいときほど）、同補正係数Ｋは大きくされる。このステップＳ１１０の処理は、次の理由により行われる。すなわち、機関運転状態に基づいて微粒子排出量ＰＡを算出するに際し、排気流量が増加すると噴射ノズル５０の先端付近を通過する微粒子の量も増加するようになり、同噴射ノズル５０には詰まりが生じやすくなる。ここで、吸入空気量が変化する過渡時においては、吸入空気量の変化に対して排気流量の変化には遅れが生じる。そこで、上記ステップＳ１１０では、機関運転状態に基づいて算出される微粒子排出量ＰＡを吸入空気量の変化度合に応じて補正するようにしており、これにより噴射ノズル５０の先端付近を通過する微粒子の量がより正確に算出されるようになる。
次に、上記排気エネルギＥ及び上記補正後排出量ＰＡｈに基づき、必要添加量マップを参照して必要添加量Ｎが設定される（Ｓ１２０）。この必要添加量Ｎは、燃料の間欠添加を実行する際に、予め設定された期間Ｔ内において噴射ノズル５０から添加する燃料の総添加量を示す値であり、換言すれば、その期間Ｔ内において燃料添加を複数回行うときに噴射ノズル５０から噴射される燃料の総量を示す値である。そして、本実施形態では、例えば同必要添加量Ｎとして、１分間当たりの総添加量が設定されている。上記必要添加量マップは、制御装置２５のＲＯＭに予め記憶されているマップであり、図４に示すように、排気エネルギＥが大きいときほど、あるいは補正後排出量ＰＡｈが大きいときほど、設定される必要添加量Ｎが多くなるように設定されている。
このように微粒子排出量や排気エネルギに基づいて必要添加量Ｎが設定されることにより、微粒子の堆積量に応じた添加量が算出されるとともに、サック部５５の温度を低下させるために必要な添加量が算出され、これにより噴射ノズル５０の詰まりの発生を抑制する上で極力過不足のない最適な添加量が設定される。
特に、本実施形態では、上記補正後排出量ＰＡｈ及び排気エネルギＥに基づいて必要添加量Ｎを算出するようにしており、これにより排気流量の変化過渡時においても、微粒子排出量に応じた添加量が適切に設定される。
次に、間欠添加実行時における添加インターバルＩＮＴが読み込まれる（Ｓ１３０）。この添加インターバルＩＮＴは、間欠添加実行時の添加間隔時間であってその設定方法については後述する。そして、その添加インターバルＩＮＴ及び上記必要添加量Ｎに基づき、次式（３）から添加１回当たりの添加量Ｎａｄが算出されて（Ｓ１４０）、本処理は一旦終了される。
添加量Ｎａｄ＝必要添加量Ｎ／（期間Ｔ／添加インターバルＩＮＴ） … （３）
この式（３）における期間Ｔとして、本実施形態では上述したように「１分間」が設定されている。そのため、「期間Ｔ／添加インターバルＩＮＴ」の項では、１分間での添加回数が算出される。そして、上記必要添加量Ｎが添加回数で除算されることにより、添加１回当たりの添加量Ｎａｄが算出される。
こうして添加量Ｎａｄが算出されると、その添加量Ｎａｄが噴射ノズル５０から供給されるように同噴射ノズル５０の開弁時間が設定され、その開弁時間に基づいて噴射ノズル５０の開弁動作が行われる。
次に、上記添加インターバルＩＮＴの設定処理について説明する。
図５に、添加インターバルＩＮＴの設定処理について、その手順を示す。なお、本処理も、制御装置２５によって所定周期毎に繰り返し実行される。
図５に、添加インターバルＩＮＴの設定処理について、その手順を示す。なお、本処理も、制御装置２５によって所定周期毎に繰り返し実行される。
本処理が開始されるとまず、上記排気温度ＥＴに基づいてサック部５５内の燃料の蒸発率ＪＲが算出される（Ｓ２００）。この蒸発率ＪＲは、上述したサック部５５内の燃料の残留量に相当する値であり、次のようにして算出される。
すなわち、燃料添加が行われている間は、サック部５５内が燃料で満たされているため、蒸発率ＪＲは「０％」に設定される。一方、燃料添加が休止されている間は、排気温度が高いほど、あるいは添加休止の経過時間が長くなるほど、サック部５５内の燃料の残留量は少なくなる。そこで、燃料添加が休止されている間は、本処理が実行されるごとに、蒸発率ＪＲの値には増大値Ｉｊｒが加算される。この増大値Ｉｊｒは、排気温度ＥＴに基づいて設定される値であり、排気温度ＥＴが高いときほどサック部５５内の燃料の蒸発量は増大するため、排気温度ＥＴが高いときほど増大値Ｉｊｒにはより大きな値が設定される。このように蒸発率ＪＲは、排気温度ＥＴと添加休止の経過時間とに基づいて算出され、これにより同蒸発率ＪＲは適切に算出される。
次に、上述した排気エネルギＥに基づいて噴射ノズル５０の先端温度ＴＳが算出される（Ｓ２１０）。この先端温度ＴＳは、次のようにして算出される。
すなわち、燃料添加が行われている間は、噴射ノズル５０の先端温度は低下するため、本処理が実行されるごとに先端温度ＴＳは徐々に小さくされる。一方、燃料添加が休止されている間は、上述した排気エネルギＥが大きいほど、あるいは添加休止の経過時間が長くなるほど、噴射ノズル５０の先端温度は高くなる。そこで、燃料添加が休止されている間は、本処理が実行されるごとに、先端温度ＴＳの値には増大値Ｉｔｓが加算される。この増大値Ｉｔｓは、排気エネルギＥに基づいて設定される値であって、排気エネルギＥが大きいときほど噴射ノズル５０の先端温度は高くなるため、排気エネルギＥが大きいときほど増大値Ｉｔｓにはより大きな値が設定される。このように先端温度ＴＳは、排気エネルギＥと添加休止の経過時間とに基づいて算出され、これにより同先端温度ＴＳは適切に算出される。
すなわち、燃料添加が行われている間は、噴射ノズル５０の先端温度は低下するため、本処理が実行されるごとに先端温度ＴＳは徐々に小さくされる。一方、燃料添加が休止されている間は、上述した排気エネルギＥが大きいほど、あるいは添加休止の経過時間が長くなるほど、噴射ノズル５０の先端温度は高くなる。そこで、燃料添加が休止されている間は、本処理が実行されるごとに、先端温度ＴＳの値には増大値Ｉｔｓが加算される。この増大値Ｉｔｓは、排気エネルギＥに基づいて設定される値であって、排気エネルギＥが大きいときほど噴射ノズル５０の先端温度は高くなるため、排気エネルギＥが大きいときほど増大値Ｉｔｓにはより大きな値が設定される。このように先端温度ＴＳは、排気エネルギＥと添加休止の経過時間とに基づいて算出され、これにより同先端温度ＴＳは適切に算出される。
ちなみに、排気から噴射ノズル５０の先端部に移動する熱量は、排気温度ＥＴよりも排気エネルギＥを用いた方がより正確に算出される。従って、本実施形態によるように、排気エネルギＥに基づいて増大値Ｉｔｓを設定することにより、排気温度ＥＴに基づいて増大値Ｉｔｓを設定する場合よりも、先端温度ＴＳの推定精度は向上するようになる。
次に、現在の蒸発率ＪＲ及び先端温度ＴＳについて、次の第１条件及び第２条件のうちの少なくとも一方が成立しているか否かが判定される（Ｓ２２０）。
第１条件：蒸発率ＪＲ≧判定値Ａ。
第１条件：蒸発率ＪＲ≧判定値Ａ。
第２条件：先端温度ＴＳ≧判定値Ｂ。
上記判定値Ａには、噴射ノズル５０に詰まりが生じてしまう蒸発率に対して所定の余裕分を見込んだ値が設定されている。また、上記判定値Ｂには、噴射ノズル５０に詰まりが生じてしまう先端温度に対して所定の余裕分を見込んだ値が設定されている。
上記判定値Ａには、噴射ノズル５０に詰まりが生じてしまう蒸発率に対して所定の余裕分を見込んだ値が設定されている。また、上記判定値Ｂには、噴射ノズル５０に詰まりが生じてしまう先端温度に対して所定の余裕分を見込んだ値が設定されている。
そして、第１条件及び第２条件のいずれも成立していない場合には（Ｓ２２０：ＮＯ）、本処理は一旦終了される。
一方、第１条件及び第２条件のうちの少なくとも一方が成立している場合には（Ｓ２２０：ＹＥＳ）、噴射ノズル５０に詰まりが生じるおそれがあると判断され、次に、現在の添加後経過時間ＴＰが上述した添加インターバルＩＮＴに設定される（Ｓ２３０）。添加後経過時間ＴＰは、燃料添加が開始されてから現在までの経過時間を示す値であり、制御装置２５から噴射ノズル５０に対して開弁信号が出力された時点で、同制御装置２５内に設けられたタイマの作動が開始されることにより計測される時間である。そして、このステップＳ２３０の処理により、燃料の添加が開始されてから上記第１条件及び第２条件のうちのいずれか一方が成立するまでに要した実時間が添加インターバルＩＮＴとして設定される。従って、燃料の間欠添加時にあって、添加が開始されてから次の添加が行われるまでの時間である上記添加インターバルＩＮＴが、サック部５５内の燃料残留量の減少に応じて、或いは噴射ノズル５０の先端温度の上昇に応じて適切に設定される。
一方、第１条件及び第２条件のうちの少なくとも一方が成立している場合には（Ｓ２２０：ＹＥＳ）、噴射ノズル５０に詰まりが生じるおそれがあると判断され、次に、現在の添加後経過時間ＴＰが上述した添加インターバルＩＮＴに設定される（Ｓ２３０）。添加後経過時間ＴＰは、燃料添加が開始されてから現在までの経過時間を示す値であり、制御装置２５から噴射ノズル５０に対して開弁信号が出力された時点で、同制御装置２５内に設けられたタイマの作動が開始されることにより計測される時間である。そして、このステップＳ２３０の処理により、燃料の添加が開始されてから上記第１条件及び第２条件のうちのいずれか一方が成立するまでに要した実時間が添加インターバルＩＮＴとして設定される。従って、燃料の間欠添加時にあって、添加が開始されてから次の添加が行われるまでの時間である上記添加インターバルＩＮＴが、サック部５５内の燃料残留量の減少に応じて、或いは噴射ノズル５０の先端温度の上昇に応じて適切に設定される。
次に、添加後経過時間ＴＰが「０」にリセットされるとともに（Ｓ２４０）、噴射ノズル５０に対して噴射要求信号が出力されて（Ｓ２５０）、本処理は一旦終了される。この噴射要求信号が出力された後、上述した添加量Ｎａｄの算出が完了すると、噴射ノズル５０に対して開弁信号が出力されて、同噴射ノズル５０からの燃料添加が実行される。
図６に、上記添加量算出処理及び添加インターバル設定処理の実行を通じた間欠添加の噴射態様を示す。
この図６に示すように、時刻ｔ１にて燃料添加が開始されると、添加後経過時間ＴＰの計測が開始されるとともに、蒸発率ＪＲは「０％」に設定される。そして、燃料添加が行われている間（時刻ｔ１〜時刻ｔ２）、蒸発率ＪＲは「０％」に保持されるとともに、先端温度ＴＳは、時刻ｔ１での温度から徐々に低下されていく。そして、添加量算出処理にて算出された添加量Ｎａｄ１の噴射が完了して燃料添加が休止されると（時刻ｔ２）、その後は、添加休止時間の経過に伴って蒸発率ＪＲ及び先端温度ＴＳは徐々に増大されていく。そして、先端温度ＴＳが判定値Ｂに達する前に、蒸発率ＪＲが判定値Ａに達した場合には（時刻ｔ３）、蒸発率ＪＲが判定値Ａに達した時点での添加後経過時間ＴＰが添加インターバルＩＮＴ２として設定される。こうして添加インターバルＩＮＴ２が設定されると、添加後経過時間ＴＰはリセットされて、噴射ノズル５０に対しては噴射要求信号が出力される。そして、上記添加インターバルＩＮＴ２を用いて、次の燃料添加に際しての添加量Ｎａｄ２が添加量算出処理の実行を通じて算出され、同添加量Ｎａｄ２が算出されると再び燃料添加が実行される。
この図６に示すように、時刻ｔ１にて燃料添加が開始されると、添加後経過時間ＴＰの計測が開始されるとともに、蒸発率ＪＲは「０％」に設定される。そして、燃料添加が行われている間（時刻ｔ１〜時刻ｔ２）、蒸発率ＪＲは「０％」に保持されるとともに、先端温度ＴＳは、時刻ｔ１での温度から徐々に低下されていく。そして、添加量算出処理にて算出された添加量Ｎａｄ１の噴射が完了して燃料添加が休止されると（時刻ｔ２）、その後は、添加休止時間の経過に伴って蒸発率ＪＲ及び先端温度ＴＳは徐々に増大されていく。そして、先端温度ＴＳが判定値Ｂに達する前に、蒸発率ＪＲが判定値Ａに達した場合には（時刻ｔ３）、蒸発率ＪＲが判定値Ａに達した時点での添加後経過時間ＴＰが添加インターバルＩＮＴ２として設定される。こうして添加インターバルＩＮＴ２が設定されると、添加後経過時間ＴＰはリセットされて、噴射ノズル５０に対しては噴射要求信号が出力される。そして、上記添加インターバルＩＮＴ２を用いて、次の燃料添加に際しての添加量Ｎａｄ２が添加量算出処理の実行を通じて算出され、同添加量Ｎａｄ２が算出されると再び燃料添加が実行される。
このようにサック５５部での燃料の残留量が少なくなり、噴射ノズル５０に詰まりが生じるおそれがでてきたときには、そうした詰まりが実際に生じてしまう前に噴射ノズル５０から燃料が添加されることにより、燃料の添加タイミングが適切に設定されて噴射ノズル５０の詰まりが適切に抑えられる。なお、蒸発率ＪＲが判定値Ａに達することで燃料添加が行われることにより、噴射ノズル５０の先端温度も低下する。そのため、サック部５５内の燃料の残留量が減少して微粒子物質が内部に侵入するといった要因による噴射ノズル５０の詰まりのみだけではなく、噴射ノズル５０の先端温度が上昇してサック部５５内の燃料が固化するといった要因による噴射ノズル５０の詰まりについても抑制される。
添加量Ｎａｄ２による燃料添加が開始されると（時刻ｔ３＋α「α：添加インターバルＩＮＴ２が設定されてから噴射ノズル５０に開弁信号が出力されるまでの処理時間」）、添加後経過時間ＴＰの計測が再び開始されるとともに、蒸発率ＪＲは「０％」に設定される。そして、燃料添加が行われている間（時刻ｔ３〜時刻ｔ４）、蒸発率ＪＲは「０％」に保持されるとともに、先端温度ＴＳは、時刻ｔ３での温度から徐々に低下されていく。そして、添加量算出処理にて算出された添加量Ｎａｄ２の噴射が完了して燃料添加が休止されると（時刻ｔ４）、その後は、添加休止時間の経過に伴って蒸発率ＪＲ及び先端温度ＴＳは徐々に増大されていく。そして、蒸発率ＪＲが判定値Ａに達する前に先端温度ＴＳが判定値Ｂに達した場合には（時刻ｔ５）、先端温度ＴＳが判定値Ｂに達した時点での添加後経過時間ＴＰが添加インターバルＩＮＴ３として設定される。こうして添加インターバルＩＮＴ３が設定されると、添加後経過時間ＴＰはリセットされて、噴射ノズル５０に対しては噴射要求信号が出力される。そして、上記添加インターバルＩＮＴ３を用いて、次の燃料添加に際しての添加量Ｎａｄ３が添加量算出処理の実行を通じて算出され、同添加量Ｎａｄ３が算出されると再び燃料添加が実行される（時刻ｔ５＋α「α：添加インターバルＩＮＴ３が設定されてから噴射ノズル５０に開弁信号が出力されるまでの処理時間」）。
このように噴射ノズル５０の先端温度が高くなり、噴射ノズル５０に詰まりが生じるおそれがでてきたときには、そうした詰まりが実際に生じてしまう前に噴射ノズル５０から燃料が添加されることにより、燃料の添加タイミングが適切に設定されて噴射ノズル５０の詰まりが適切に抑えられる。なお、先端温度ＴＳが判定値Ｂに達することで燃料添加が行われることにより、サック部５５内は燃料で満たされる。そのため、噴射ノズル５０の先端温度が上昇してサック部５５内の燃料が固化するといった要因による噴射ノズル５０の詰まりのみならず、サック部５５内の燃料の残留量が減少して微粒子物質が内部に侵入するといった要因による噴射ノズル５０の詰まりについても抑制される。
本実施形態では、蒸発率ＪＲが判定値Ａに達するまでに要した実時間や先端温度ＴＳが判定値Ｂに達するまでに要した実時間を計測することで添加インターバルＩＮＴが設定され、その設定された添加インターバルＩＮＴ及び必要添加量Ｎに基づいて添加１回当たりの添加量Ｎａｄが算出される。そのため、そうした添加インターバルＩＮＴや添加１回当たりの添加量Ｎａｄを機関運転状態に応じて個別に適合する必要がなく、それらの適合に要する工数も低減することができる。
以上説明したように、本実施形態によれば次の効果を得ることができる。
（１）排気通路内の微粒子排出量を機関運転状態に基づいて算出するとともに、排気から噴射ノズル５０の先端部に移動する熱量については、排気温度ＥＴ及び排気流量に相当する吸入空気量ＧＡから求められる排気エネルギＥに基づいて算出することにより、その移動熱量をより正確に算出するようにしている。そして、それら微粒子排出量及び排気エネルギＥに基づいて間欠添加の実行時における燃料の必要添加量Ｎを算出するようにしている。そのため、サック部５５内の微粒子の堆積量に応じた必要添加量Ｎを算出することができるとともに、噴射ノズル５０の先端温度を低下させるために必要な必要添加量Ｎを算出することができる。従って、噴射ノズル５０の詰まりの発生を抑制する上で極力過不足のない最適な必要添加量Ｎを算出することができるようになる。
（１）排気通路内の微粒子排出量を機関運転状態に基づいて算出するとともに、排気から噴射ノズル５０の先端部に移動する熱量については、排気温度ＥＴ及び排気流量に相当する吸入空気量ＧＡから求められる排気エネルギＥに基づいて算出することにより、その移動熱量をより正確に算出するようにしている。そして、それら微粒子排出量及び排気エネルギＥに基づいて間欠添加の実行時における燃料の必要添加量Ｎを算出するようにしている。そのため、サック部５５内の微粒子の堆積量に応じた必要添加量Ｎを算出することができるとともに、噴射ノズル５０の先端温度を低下させるために必要な必要添加量Ｎを算出することができる。従って、噴射ノズル５０の詰まりの発生を抑制する上で極力過不足のない最適な必要添加量Ｎを算出することができるようになる。
（２）機関運転状態に基づいて算出される微粒子排出量ＰＡを吸入空気量ＧＡの変化度合に応じて補正するようにしている。そのため、吸入空気量が変化する過渡時においても、換言すれば排気流量が変化する過渡時においても、噴射ノズル５０の先端付近を通過する微粒子の量を正確に算出することができる。そして、この補正された微粒子排出量（補正後排出量ＰＡｈ）と上記排気エネルギＥとに基づいて上記必要添加量Ｎが算出されることにより、排気流量の変化過渡時においても、微粒子排出量に応じた必要添加量Ｎを適切に設定することができるようになる。
（３）上述したように、噴射ノズル５０に詰まりが生じる要因としては、サック５５部内の燃料の残留量が減少して微粒子物質が内部に侵入するといった要因や、噴射ノズル５０の先端温度が上昇してサック部５５内の燃料が固化するといった要因がある。そこで、間欠添加での添加休止中に、サック部５５内の燃料の蒸発率ＪＲ及び噴射ノズル５０の先端温度ＴＳを算出し、蒸発率ＪＲが判定値Ａ以上であるという第１条件及び先端温度ＴＳが判定値Ｂ以上であるという第２条件のうちのいずれか一方が成立したときに、燃料添加を行うようにしている。そのため、上記各要因のいずれか一方により噴射ノズル５０に詰まりが生じるおそれがでてきたときには、そうした詰まりが実際に生じてしまう前に噴射ノズル５０から燃料が供給される。従って、燃料の添加タイミングを適切に設定することができるようになり、噴射ノズル５０の詰まりも適切に抑えることができるようになる。
（４）予め設定された期間Ｔ内において噴射ノズル５０から供給する燃料の総添加量を上記必要添加量Ｎとして算出するようにしている。そして、燃料添加が開始されてから上記第１条件及び第２条件のうちのいずれか一方が成立するまでに要した実時間を添加インターバルＩＮＴとして設定し、その設定された添加インターバルＩＮＴと必要添加量Ｎとに基づき、間欠添加における添加１回当たりの添加量Ｎａｄを算出するようにしている。
従って、燃料の間欠添加時にあって、添加が開始されてから次の添加が行われるまでの時間である上記添加インターバルＩＮＴが、サック部５５の燃料残留量の減少に応じて、或いは噴射ノズル５０の先端温度の上昇に応じて適切に設定される。また、予め設定された期間Ｔ内において噴射ノズル５０から供給される燃料の総添加量と上記添加インターバルＩＮＴとに基づいて添加１回あたりの添加量Ｎａｄが求められることにより。上記第１条件や上記第２条件が成立したときの添加実行時における添加量Ｎａｄを適切に算出することができるようになる。
また、上記蒸発率ＪＲが判定値Ａ以上になるまでに要した実時間、或いは上記先端温度ＴＳが判定値Ｂ以上になるまでに要した実時間が上記添加インターバルＩＮＴとして設定され、その設定された添加インターバルＩＮＴ及び上記必要添加量Ｎに基づいて添加１回当たりの添加量Ｎａｄが算出される。そのため、そうした添加インターバルＩＮＴや添加１回当たりの添加量Ｎａｄを機関運転状態に応じて個別に適合する必要がなく、それらの適合に要する工数も低減することができるようになる。
（５）上記蒸発率ＪＲを、排気温度ＥＴと間欠添加での添加休止時間とに基づいて算出するようにしているため、同蒸発率ＪＲを適切に算出することができるようになる。
（６）上記先端温度ＴＳを、上述した排気エネルギＥと間欠添加での添加休止時間とに基づいて算出するようにしているため、同先端温度ＴＳをより正確に算出することができるようになる。
（６）上記先端温度ＴＳを、上述した排気エネルギＥと間欠添加での添加休止時間とに基づいて算出するようにしているため、同先端温度ＴＳをより正確に算出することができるようになる。
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。
・微粒子排出量ＰＡを、機関回転速度ＮＥ及び燃料噴射量Ｑに基づいて算出するようにしたが、機関回転速度ＮＥ及び機関負荷ＫＬに基づいて算出するようにしてもよい。
・微粒子排出量ＰＡを、機関回転速度ＮＥ及び燃料噴射量Ｑに基づいて算出するようにしたが、機関回転速度ＮＥ及び機関負荷ＫＬに基づいて算出するようにしてもよい。
・排気温度ＥＴを、上記排気温度センサ２９の検出値と機関回転速度ＮＥと機関負荷ＫＬに基づいて算出するようにしてもよい。この場合には、噴射ノズル５０の先端部近傍の排気温度をより正確に推定することができる。また、噴射ノズル５０の先端部近傍に温度センサを設けて排気温度ＥＴを直接検出するようにしてもよい。
・サック部５５の燃料の残留量を示す値として、蒸発率ＪＲを求めるようにしたが、蒸発量を求めるようにしてもよい。また、サック部５５の燃料の残留量そのものや、残留率を求めるようにしてもよい。なお、そうした残留量や残留率を求める場合には、上記蒸発率ＪＲが判定値Ａ以上となったときに行われる各処理を、それら残留量や残留率が所定の閾値以下となったときに行うようにすればよい。
・上記実施形態では、蒸発率ＪＲ及び先端温度ＴＳを算出するようにしたが、いずれか一方の算出を省略するようにしてもよい。この場合でも、例えば蒸発率ＪＲを算出することにより、サック部５５での燃料の残留量が少なくなり、噴射ノズル５０に詰まりが生じるおそれがでてきたときには、そうした詰まりが実際に生じてしまう前に噴射ノズル５０から燃料を添加させることができる。そのため、燃料の添加タイミングを適切に設定することができるようになり、噴射ノズル５０の詰まりを適切に抑えることができるようになる。さらに、燃料の蒸発率ＪＲが判定値Ａ以上になったときの添加実行時における添加量Ｎａｄを適切に算出することもできる。そして、添加インターバルＩＮＴや添加１回当たりの添加量Ｎａｄを機関運転状態に応じて個別に適合する必要もなく、それらの適合に要する工数を低減することも可能である。
また、例えば先端温度ＴＳを算出することにより、噴射ノズル５０の先端温度が高くなり、噴射ノズル５０に詰まりが生じるおそれがでてきたときには、そうした詰まりが実際に生じてしまう前に噴射ノズル５０から燃料を添加させることができる。そのため、燃料の添加タイミングを適切に設定することができるようになり、噴射ノズル５０の詰まりを適切に抑えることができるようになる。さらに、先端温度ＴＳが判定値Ｂ以上になったときの添加実行時における添加量Ｎａｄを適切に算出することもできる。そして、添加インターバルＩＮＴや添加１回当たりの添加量Ｎａｄを機関運転状態に応じて個別に適合する必要もなく、それらの適合に要する工数を低減することも可能である。
・上記実施形態及びその変形例において触媒装置３０内に設けられる排気浄化部材の数は適宜変更することができる。
・上記実施形態及びその変形例において触媒装置３０内に設けられる排気浄化部材の種類は適宜変更することができる。例えばＤＰＮＲ触媒３２をＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）、すなわち排気中のＰＭ等を捕集するＰＭフィルタとしてのみ機能する排気浄化部材に変更することもできる。また、触媒装置３０内に異なる種類の排気浄化部材を設ける場合にあって、排気の流れ方向におけるそれらの位置関係は任意である。例えば触媒装置３０内の排気浄化部材の位置関係として、排気上流側から順にＤＰＮＲ触媒３２とＮＯｘ吸蔵還元型触媒３１とを設けるようにしてもよい。
・上記実施形態及びその変形例において触媒装置３０内に設けられる排気浄化部材の種類は適宜変更することができる。例えばＤＰＮＲ触媒３２をＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）、すなわち排気中のＰＭ等を捕集するＰＭフィルタとしてのみ機能する排気浄化部材に変更することもできる。また、触媒装置３０内に異なる種類の排気浄化部材を設ける場合にあって、排気の流れ方向におけるそれらの位置関係は任意である。例えば触媒装置３０内の排気浄化部材の位置関係として、排気上流側から順にＤＰＮＲ触媒３２とＮＯｘ吸蔵還元型触媒３１とを設けるようにしてもよい。
・上記実施形態及びその変形例における添加剤は内燃機関用の燃料であったが、これと同様な作用が得られる添加剤であれば他のものでもよい。
・上記実施形態及びその変形例において、噴射ノズル５０は、触媒装置３０の排気上流側であればその取り付け位置は任意である。また、噴射ノズル５０は燃料噴射弁４ａ〜４ｄと同様な構造を有するものに限定されるものではなく、要は添加剤を排気浄化部材に供給する添加弁であれば、本発明は同様に適用することができる。
・上記実施形態及びその変形例において、噴射ノズル５０は、触媒装置３０の排気上流側であればその取り付け位置は任意である。また、噴射ノズル５０は燃料噴射弁４ａ〜４ｄと同様な構造を有するものに限定されるものではなく、要は添加剤を排気浄化部材に供給する添加弁であれば、本発明は同様に適用することができる。
１…エンジン、２…シリンダヘッド、３…吸気通路、４ａ〜４ｄ…燃料噴射弁、６ａ〜６ｄ…排気ポート、７…インテークマニホールド、８…エキゾーストマニホールド、９…コモンレール、１０…サプライポンプ、１１…ターボチャージャ、１３…ＥＧＲ通路、１４…ＥＧＲクーラ、１５…ＥＧＲ弁、１６…スロットル弁、１７…アクチュエータ、１８…インタークーラ、１９…エアフロメータ、２０…スロットル開度センサ、２１…空燃比センサ、２２…ＥＧＲ弁開度センサ、２３…クランク角センサ、２４…アクセルセンサ、２５…制御装置、２６…排気通路、２７…燃料供給管、２８…水温センサ、２９…排気温度センサ、３０…触媒装置、３１…ＮＯｘ吸蔵還元型触媒、３２…ＤＰＮＲ触媒、５０…噴射ノズル、５１…ハウジング、５２…ニードル弁、５３…弁座、５４…スリーブ、５５…サック部、５６…噴射孔、＃１〜＃４…気筒。
Claims (9)
- 内燃機関の排気通路に添加剤を供給する添加弁の制御に適用されて、同添加弁の詰まりを抑えるために前記添加剤の間欠添加を行う添加弁の制御方法において、
機関運転状態に基づいて排気通路内の微粒子排出量を算出するとともに、排気温度及び排気流量から排気エネルギを算出し、前記微粒子排出量及び前記排気エネルギに基づいて前記間欠添加の実行時における前記添加剤の添加量を算出し、
前記排気流量に相当する値として吸入空気量を用いるとともに、同吸入空気量の変化度合に応じて前記微粒子排出量を補正し、その補正された微粒子排出量と前記排気エネルギとに基づいて前記添加量を算出する
ことを特徴とする添加弁の制御方法。 - 内燃機関の排気通路に添加剤を供給する添加弁の制御に適用されて、同添加弁の詰まりを抑えるために前記添加剤の間欠添加を行う添加弁の制御方法において、
機関運転状態に基づいて排気通路内の微粒子排出量を算出するとともに、排気温度及び排気流量から排気エネルギを算出し、前記微粒子排出量及び前記排気エネルギに基づいて前記間欠添加の実行時における前記添加剤の添加量を算出し、
前記添加弁は、先端部に添加剤が残留するサック部を有しており、前記間欠添加での添加休止中に前記サック部の添加剤の残留量を算出し、同残留量が閾値以下となったときに添加剤の添加を行い、
前記微粒子排出量と前記排気エネルギとに基づいて算出される前記添加量は、予め設定された期間内において前記添加弁から供給する添加剤の総添加量であり、
添加剤の添加が開始されてから前記残留量が前記閾値以下になるまでに要した実時間を添加間隔時間として設定し、その設定された添加間隔時間と前記総添加量とに基づき、前記間欠添加における添加１回当たりの添加量を算出する
ことを特徴とする添加弁の制御方法。 - 内燃機関の排気通路に添加剤を供給する添加弁の制御に適用されて、同添加弁の詰まりを抑えるために前記添加剤の間欠添加を行う添加弁の制御方法において、
機関運転状態に基づいて排気通路内の微粒子排出量を算出するとともに、排気温度及び排気流量から排気エネルギを算出し、前記微粒子排出量及び前記排気エネルギに基づいて前記間欠添加の実行時における前記添加剤の添加量を算出し、
前記間欠添加での添加休止中に前記添加弁の先端温度を算出し、同先端温度が閾値以上となったときに添加剤の添加を行う
ことを特徴とする添加弁の制御方法。 - 前記微粒子排出量と前記排気エネルギとに基づいて算出される前記添加量は、予め設定された期間内において前記添加弁から供給する添加剤の総添加量であり、
添加剤の添加が開始されてから前記先端温度が前記閾値以上になるまでに要した実時間を添加間隔時間として設定し、その設定された添加間隔時間と前記総添加量とに基づき、前記間欠添加における添加１回当たりの添加量を算出する
請求項３に記載の添加弁の制御方法。 - 内燃機関の排気通路に添加剤を供給する添加弁の制御に適用されて、同添加弁の詰まりを抑えるために前記添加剤の間欠添加を行う添加弁の制御方法において、
機関運転状態に基づいて排気通路内の微粒子排出量を算出するとともに、排気温度及び排気流量から排気エネルギを算出し、前記微粒子排出量及び前記排気エネルギに基づいて前記間欠添加の実行時における前記添加剤の添加量を算出し、
前記添加弁は、先端部に添加剤が残留するサック部を有しており、前記間欠添加での添加休止中に、前記サック部の添加剤の残留量及び前記添加弁の先端温度を算出し、前記残留量が閾値以下であるという第１条件及び前記先端温度が閾値以上であるという第２条件のうちのいずれか一方が成立したときに添加剤の添加を行う
ことを特徴とする添加弁の制御方法。 - 前記微粒子排出量と前記排気エネルギとに基づいて算出される前記添加量は、予め設定された期間内において前記添加弁から供給する添加剤の総添加量であり、
添加剤の添加が開始されてから前記第１条件及び前記第２条件のうちのいずれか一方が成立するまでに要した実時間を添加間隔時間として設定し、その設定された添加間隔時間と前記総添加量とに基づき、前記間欠添加における添加１回当たりの添加量を算出する
請求項５に記載の添加弁の制御方法。 - 前記間欠添加での添加休止中における前記残留量は、前記排気温度と前記間欠添加の添加休止の経過時間とに基づいて算出される
請求項２、５及び６のいずれか１項に記載の添加弁の制御方法。 - 前記間欠添加での添加休止中における前記先端温度は、前記排気エネルギと前記添加休止の経過時間とに基づいて算出される
請求項３〜６のいずれか１項に記載の添加弁の制御方法。 - 前記間欠添加での添加休止中における前記残留量は、前記排気温度と前記間欠添加の添加休止の経過時間とに基づいて算出され、前記間欠添加での添加休止中における前記先端温度は、前記排気エネルギと前記添加休止の経過時間とに基づいて算出される
請求項５または６に記載の添加弁の制御方法。
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