JP4807338B2 - ディーゼル機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、ディーゼル式内燃機関の制御技術に関し、特に、排気後処理装置より上流側の排気通路から燃料を添加可能な排気燃料添加弁を備えたディーゼル機関の制御に関する。

ディーゼル式の内燃機関（以下、単に「ディーゼル機関」と記す）には、一般的に、気筒から排出された排出ガス中の有害成分や粒子状物質を処理する排気後処理装置が設けられている。排気後処理装置には、排出ガス中の有害成分を触媒反応により浄化する排気浄化触媒や、排出ガス中の粒子状物質（以下、ＰＭと記す）を捕集するパティキュレート・フィルタ機構（以下、単に「フィルタ機構」と記す）等がある。

排気浄化触媒には、例えば、排出ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を吸蔵し、窒素に還元するＮＯｘ吸蔵還元型触媒等がある。ＮＯｘ吸蔵還元型触媒に、還元剤としての炭化水素を供給することで、吸蔵された窒素酸化物は、炭化水素と反応して窒素に還元される。一方、フィルタ機構には、例えば、ＰＭを捕集し、捕集したＰＭを燃焼させて二酸化炭素として放出することでフィルタを再生するディーゼル・パティキュレート・フィルタ（ＤＰＦ）等がある。捕集したＰＭを燃焼させる方法としては、電気ヒータによりフィルタを加熱する方法や、フィルタを流れる排出ガスの温度を上昇させる方法があり、排出ガスの温度を上昇させるには、酸素を多く含んだ排出ガス中に燃料となる炭化水素を添加して昇温させる方法がある。

このように、排気後処理装置としての排気浄化触媒を備えたディーゼル機関においては、いわゆるリッチスパイクなど、還元剤としての炭化水素を供給するため、排気浄化触媒に向けて流れる排出ガス中に燃料の添加することがある。一方、排気後処理装置としてフィルタ機構を備えたディーゼル機関においては、排出ガスの温度を上昇させてフィルタを再生するために、フィルタ機構に向けて流れる排出ガス中に燃料を添加することがある。

このような、排気後処理装置に流れる排出ガス中に燃料を添加するため、ディーゼル機関においては、気筒内に燃料を供給する燃料噴射装置とは別に、排気通路のうち排気後処理装置より上流側において燃料を添加する「排気燃料添加弁」が設けられたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

ところで、ディーゼル機関においては、近年、菜種油やパーム油等の植物油を原料として合成された生物由来のディーゼル燃料（以下、バイオ燃料と記す）が用いられることがある。バイオ燃料は、軽油に比べて高沸点成分を多く含んでおり、気化しにくい（揮発性が低い）等の特徴を有している。

このようなバイオ燃料は、所定の濃度で軽油と混合されて、ディーゼル機関に用いられることがある。このため、特許文献１のディーゼル機関の制御技術においては、混合燃料に含まれるバイオ燃料の濃度を、排気後処理装置（ＮＯｘ吸蔵還元型触媒／パティキュレート・フィルタ）の下流側に設けられた空燃比センサの出力から検出し、検出されたバイオ燃料の濃度が高くなるに従って、所定の軽油（基準燃料）が用いられる場合に比べて、燃料添加初期の燃料添加量を増量させると共に、燃料添加後期の燃料添加量を減少させている。また、排気温度が低くなるに従って、所定の軽油が用いられた場合に比べて、燃料添加初期の燃料添加量と、燃料添加後期の燃料添加量との差が大きくなるように制御している。

これにより、所定の軽油（基準燃料）とは揮発性（蒸発性）が異なる混合燃料が用いられた場合であっても、排気後処理装置（ＮＯｘ吸蔵還元型触媒／パティキュレート・フィルタ）近傍における空燃比の挙動を、所定の軽油が添加された場合の挙動に近づけている。

特開２００６−１７７３１３号公報

しかし、特許文献１に記載の制御技術では、バイオ燃料の濃度が高くなるに従って、燃料添加初期の燃料添加量が増量されるため、バイオ燃料の濃度が高い場合、排気通路に添加された燃料が十分に気化および微粒化されないまま、排気後処理装置に到達してしまい、排気燃料添加弁からの燃料添加により、未燃の炭化水素やすす等の粒子状物質の発生が増大してしまう虞がある。また、排気温度が低い場合には、燃料添加初期の燃料添加量が更に増量されるため、未燃の炭化水素や粒子状物質の排出量が更に増大する虞がある。

また、排気燃料添加弁を備えたディーゼル機関においては、排気温度が所定値以下の場合には、添加された燃料が十分に気化しないものとして、排気燃料添加弁による燃料の添加を禁止する技術がある。

しかし、この関連技術は、燃料として軽油のみが用いられることを前提としており、バイオ燃料の濃度に応じて揮発性が変化する混合燃料が用いられることが考慮されていない。燃料としてバイオ燃料を含んだ混合燃料が用いられた場合においても、一律に排気温度が所定値以下の場合に排気通路への燃料の添加を禁止すると、バイオ燃料の濃度が高い場合においては、燃料として軽油のみが用いられた場合に比べて、未燃の炭化水素やすす等の粒子状物質の排出が増大してしまう虞がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、バイオ燃料の濃度と排気温度に応じて排気燃料添加弁を制御することで、排気燃料添加弁からの添加燃料により、燃料として軽油のみが用いられた場合に比べて、未燃の炭化水素やすす等の粒子状物質の排出量が増大してしまうことを抑制可能なディーゼル機関の制御技術を提供することを目的とする。

本発明に係るディーゼル機関の制御装置は、排気後処理装置より上流側の排気通路から燃料を添加可能な排気燃料添加弁を備えたディーゼル機関に用いられ、排気燃料添加弁を制御可能な制御装置であって、燃料中のバイオ燃料濃度を推定するバイオ燃料濃度推定手段と、排気通路における排気温度を取得する排気温度取得手段と、排気燃料添加弁からの燃料添加を許可する排気温度の下限値である最低作動排気温度を設定する最低作動排気温度設定手段と、を有し、最低作動排気温度設定手段は、推定されたバイオ燃料濃度に応じて最低作動排気温度を設定することを特徴とする。

本発明に係るディーゼル機関の制御装置において、最低作動排気温度設定手段は、推定されたバイオ燃料濃度が所定値以上である場合、バイオ燃料濃度がゼロである場合に比べて、最低作動排気温度が高くなるよう設定するものとすることができる。

本発明に係るディーゼル機関の制御装置において、最低作動排気温度設定手段は、推定されたバイオ燃料濃度が所定値以上である場合、バイオ燃料濃度が高くなるに従って最低作動排気温度が高くなるよう設定するものとすることができる。

本発明に係るディーゼル機関の制御装置において、ディーゼル機関は、排気燃料添加弁に比べて高い燃圧で、気筒内に燃料を噴射可能な燃料噴射装置を備えるものとすることができ、取得された排気温度が、バイオ燃料濃度に応じて設定された最低作動排気温度を下回る場合に、メイン噴射に対して遅角した時期において燃料噴射装置に燃料噴射を行わせて、排気温度を上昇させる排気昇温制御手段を有するものとすることができる。

本発明に係るディーゼル機関の制御装置において、排気燃料添加弁の噴孔の詰まりを防止する必要があるか否かを判定する詰まり防止要否判定手段と、詰まりを防止する必要があると判定され、且つ、取得された排気温度がバイオ燃料濃度に応じて設定された最低作動排気温度以上である場合に、排気燃料添加弁に燃料を噴射させて、噴孔の詰まりを防止する詰まり防止制御手段とを有するものとすることができる。

本発明に係るディーゼル機関の制御装置において、排気温度制御手段は、詰まりを防止する必要があると判定され、且つ取得された排気温度がバイオ燃料濃度に応じて設定された最低作動排気温度を下回る場合に、排気温度を上昇させるものとすることができる。

本発明によれば、燃料中のバイオ燃料の濃度に応じて、排気燃料添加弁による燃料添加を許可する最低作動排気温度を設定するものとしたので、燃料中のバイオ燃料濃度に拘らず、排気燃料添加弁から添加された燃料は、バイオ燃料濃度に応じて設定された最低作動許可排気温度以上となる排出ガスにおいて十分に気化させて、排気後処理装置に流すことができる。十分に気化した燃料を、還元剤として排気浄化触媒に供給することや、フィルタ機構における排気温度の昇温に供することができ、排気燃料添加弁からの添加燃料により、未燃の炭化水素や、すす等の粒子状物質の排出量が、燃料として軽油のみが用いられた場合に比べて増大してしまうことを抑制することができる。

以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施の形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

まず、本実施例に係るディーゼル機関及び車両システムの概略構成について、図１を用いて説明する。図１は、ディーゼル機関を含む車両システムの概略構成を示す模式図である。なお、図１において、ディーゼル機関及び車両システムについては、本発明に関連する要部のみを模式的に示している。

本実施例に係るディーゼル機関は、圧縮されて高温となった燃焼室内の雰囲気に、燃料を供給することで、燃料を自然着火させる圧縮自着火式の内燃機関である。ディーゼル機関は、原動機として自動車に搭載されるものであり、自動車には、ディーゼル機関を含む車両システムを制御する制御手段として、電子制御装置（以下、ＥＣＵと記す）が設けられている。以下、ディーゼル機関が有する複数の気筒のうち一つの気筒について説明する。

図１に示すように、ディーゼル機関１０は、気筒ごとに設けられた燃料噴射装置８０が気筒に燃料を直接噴射する、いわゆる直接噴射式のディーゼル機関１０である。ディーゼル機関１０には、気筒から排出される排出ガスの運動エネルギにより吸入空気を圧縮するターボ過給機６０と、気筒から排出された排出ガスの一部を排気通路から取り入れて吸気通路に流入させる、いわゆる排出ガス再循環装置７０（以下、ＥＧＲ装置と記す）が設けられている。このように構成されたディーゼル機関１０を制御するために、車両システム１には、ディーゼル機関１０用のＥＣＵ１００が設けられている。

ディーゼル機関１０には、内部に気筒が形成される機関本体系の部品として、図示しないシリンダブロック、ピストン、コンロッド、クランク軸、及びシリンダヘッド２０が設けられている。シリンダブロックには、シリンダボアが形成されており、ピストンは、シリンダボアの内壁面（以下、シリンダ壁と記す）にピストンリング（図示せず）が摺接しており、シリンダボア内を往復運動する。

シリンダブロックには、ピストンの頂面に対向して、シリンダボアを塞ぐようにシリンダヘッド２０が結合されている。これらシリンダボア、ピストン、及びシリンダヘッド２０により囲まれた空間が「気筒」となる。なお、本実施例に係るディーゼル機関１０の気筒配列は、直列４気筒となっている。

クランク軸が回転すると、ピストンが往復運動し、気筒には、空気が吸入される。さらに、気筒には、燃料噴射装置８０により燃料が供給される。供給された燃料は、気筒内に高温の雰囲気に曝されて着火する。燃料の着火・燃焼により生じるピストンの往復運動は、コンロッドを介して回転運動に変換されてクランク軸から出力される。クランク軸の近傍には、クランク軸の回転角位置（以下、クランク角と記す）を検出するクランク角センサが設けられており、検出したクランク角に係る信号をＥＣＵ１００に送出している。

シリンダヘッド２０には、シリンダボアの軸心を挟んで、一方の側には、後述する吸気通路からの吸入空気を気筒に導く吸気ポート２４が形成されており、他方の側には、気筒からの排出ガスを後述する排気通路に排出する排気ポート２６が形成されている。

シリンダヘッド２０には、吸気ポート２４及び排気ポート２６の気筒側の開口に対応して、図示しない吸気弁及び排気弁が設けられている。これら吸気弁及び排気弁は、図示しないカムシャフトからの機械的動力を受けて駆動される。吸気弁及び排気弁は、クランク角に応じて所定のタイミングで開閉可能に構成されている。

吸気弁が開弁すると、吸気ポート２４と気筒内が連通し、ディーゼル機関１０は、後述する吸気通路の空気を、吸気ポート２４から気筒内に吸入することが可能となっている。また、排気弁が開弁すると、排気ポート２６と気筒内が連通し、ディーゼル機関１０は、気筒内にある排出ガスを、排気ポート２６から後述する排気通路に排出することが可能となっている。

また、ディーゼル機関１０には、外気から気筒に空気を導く吸気系の部品として、外気から空気を導入する外気ダクト４１と、吸入した空気（以下、吸入空気と記す）から塵芥を除去するエアクリーナ４２と、吸入空気の流量を計測するエアフロメータ（図示せず）と、ターボ過給機６０により圧縮された空気を冷却するインタークーラ４５と、吸入空気の流量を調整するスロットル弁４６と、吸入空気を各気筒に分配する分配管である吸気マニホールド４８が設けられている。なお、以下の説明において、吸入空気の流動方向の上流側を、単に「上流側」と記し、流動方向の下流側を、単に「下流側」と記す。

吸気マニホールド４８は、その下流側がシリンダヘッド２０に接続されており、ブランチ通路４９が吸気ポート２４に連通している。ブランチ通路４９より上流側には、これに連通するサージ室４０ａが形成されている。

一方、吸気マニホールド４８のうちサージ室４０ａの上流側には、スロットル弁４６が設けられている。スロットル弁４６は、気筒に吸入される吸入空気の流量（以下、吸入空気量と記す）を調整する。スロットル弁４６の開度は、ＥＣＵ１００により制御される。

また、スロットル弁４６の上流側には、吸気配管４７が接続されている。吸気配管４７内に形成された通路４０ｃは、吸気マニホールド４８内のサージ室４０ａに連通している。吸気配管４７の上流側には、インタークーラ４５が接続されている。インタークーラ４５は、熱交換器として構成されており、後述するターボ過給機６０のコンプレッサ６２により圧縮されて高温となった吸入空気を冷却する。

インタークーラ４５の上流側には、吸気配管４４が接続されている。吸気配管４４内に形成された通路４０ｅは、インタークーラ４５内の通路（図示せず）を介して、吸気配管４７内の通路４０ｃに連通している。吸気配管４４の上流側には、ターボ過給機６０のコンプレッサ６２が接続されている。吸気配管４４内の通路４０ｅは、ターボ過給機６０のコンプレッサ６２内に連通している。

ターボ過給機６０のコンプレッサ６２の上流側には、吸気配管４３が接続されている。吸気配管４３内に形成された通路４０ｇは、ターボ過給機６０のコンプレッサ６２内に連通している。吸気配管４３の上流側には、エアクリーナ４２が接続されており、エアクリーナ４２の上流側には、外気ダクト４１が設けられている。吸気配管４３内の通路４０ｇは、エアクリーナ４２を介して外気ダクト４１内に連通している。

エアクリーナ４２のエレメントより下流側には、図示しないエアフロメータが設けられている。エアフロメータは、外気ダクト４１から導入された吸入空気量を検出する。エアフロメータは、検出した吸入空気量に係る信号を、ＥＣＵ１００に送出している。

外気ダクト４１から導入された新気は、エアクリーナ４２を通過し、エアフロメータで流量が検出されて、ターボ過給機６０のコンプレッサ６２で圧縮される。圧縮されて高温となった吸入空気（新気）は、インタークーラ４５で冷却されて、スロットル弁４６に流れる。スロットル弁４６で流量が調整された吸入空気は、吸気マニホールド４８のサージ室４０ａに流入し、ブランチ通路４９から各気筒に分配され、吸気ポート２４を経て気筒に流入する。

なお、「吸気通路」とは、前述の吸気系の部品と、吸気配管により形成され、外気ダクト４１から導入された吸入空気が気筒に流入するまでに通過する流路を意味している。本実施例において、吸気通路には、吸気マニホールド４８内のサージ室４０ａだけでなく、シリンダヘッド２０の吸気ポート２４が含まれている。

また、ディーゼル機関１０には、気筒からの排出ガスを外気に排出する排気系の部品として、各気筒からの排出ガスを合流させてターボ過給機６０に導く排気マニホールド５２と、排出ガス中の窒素酸化物及び粒子状物質（ＰＭ）を処理する排気後処理装置５５と、排気後処理装置５５からの排出ガスを酸化反応により浄化する酸化触媒５８と、酸化触媒５８と排気後処理装置５５との間における排出ガスの酸素濃度を検出するＡ／Ｆセンサ９８が設けられている。なお、以下の説明において、排出ガスの流動方向の上流側を、単に「上流側」と記し、流動方向の下流側を、単に「下流側」と記す。

排気マニホールド５２内には、マニホールド通路５０ａが形成されており、マニホールド通路５０ａのうち上流側には、各気筒に対応してブランチ部５１が設けられている。排気マニホールド５２内に形成されたブランチ部５１は、各気筒の排気ポート２６に連通している。また、マニホールド通路５０ａのうち下流側には、各気筒からの排出ガスが合流する合流部５０ｃが設けられている。排気マニホールド５２に形成されたマニホールド通路５０ａは、ディーゼル機関１０が有する複数の気筒から吸気ポート２６を経て排出された排出ガスを、合流部５０ｃで合流させて後述するターボ過給機６０のタービン６４に導く。

ターボ過給機６０は、吸気配管４３と吸気配管４４との間に介在して設けられたコンプレッサ６２と、排気マニホールド５２と排気管５４との間に介在して設けられたタービン６４とを有している。コンプレッサ６２のハウジング内には、回転することで空気を圧縮するコンプレッサホイール（図示せず）が収容されており、タービン６４のハウジング内には、排出ガスの流れにより回転駆動されるタービンホイール（図示せず）が収容されている。コンプレッサホイールとタービンホイールは一体に結合されている。

ターボ過給機６０は、マニホールド通路５０ａの合流部５０ｃからタービン６４内に流入する排出ガス流の運動エネルギによりタービンホイール及びコンプレッサホイールが回転駆動され、コンプレッサ６２内にある空気を圧縮してインタークーラ４５に給送する。タービン６４内の排出ガスは、排気管５４内の通路５０ｅを下流側に流れ、後述する排気後処理装置５５に流入する。

排気後処理装置５５の前段（上流側）には、排出ガス中の窒素酸化物を吸蔵し、窒素に還元する排気浄化触媒であるＮＯｘ吸蔵還元型触媒５５ａが設けられている。一方、後段（下流側）には、フィルタ機構付き排気浄化触媒であり、ＰＭと窒素酸化物を同時に浄化するＤＰＮＲ触媒システム５５ｃが設けられている。

ＮＯｘ吸蔵還元型触媒５５ａは、これを流れる排出ガスが、酸素を多く含む酸素過剰雰囲気（リーン雰囲気）となっている場合、排出ガス中の窒素酸化物を硝酸塩の形で吸蔵する。一方、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒５５ａを流れる排出ガスが、未燃の炭化水素（以下、単に「ＨＣ」と記す）を多く含む還元雰囲気（リッチ雰囲気）となっている場合には、排出ガス中に含まれる還元剤としてのＨＣにより、吸蔵された窒素酸化物を窒素に還元する。このようにして、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒５５ａは、排出ガス中の窒素酸化物を浄化することが可能となっている。なお、排気通路に還元雰囲気を形成する手法については、後述する。

一方、ＤＰＮＲ触媒システム５５ｃは、ＰＭを捕集し、捕集したＰＭを燃焼させて二酸化炭素として放出することでフィルタを再生するディーゼル・パティキュレート・フィルタ（以下、ＤＰＦと記す）の機能と、上述のＮＯｘ吸蔵還元型触媒の機能を組み合わせたものであり、ＰＭと窒素酸化物とを同時に浄化することが可能となっている。

詳細には、ＤＰＮＲ触媒システム５５ｃは、これを流れる排出ガス中のＰＭをフィルタに捕集すると共に、排出ガスが酸素過剰雰囲気となっている場合、窒素酸化物を硝酸塩に変化させて吸蔵し、このとき生じた活性酸素と、排出ガス中の酸素により、捕集したＰＭを酸化する。一方、ＤＰＮＲ触媒システム５５ｃを流れる排出ガスが、還元雰囲気（リッチ雰囲気）となっている場合には、排出ガス中に含まれる還元剤としてのＨＣにより、吸蔵された窒素酸化物を窒素に還元する共に、このとき生じた活性酸素によりＰＭを酸化する。このようにして、ＤＰＮＲ触媒システム５５ｃは、連続してＰＭを酸化・燃焼させて、ＰＭが捕集されたフィルタを再生することが可能となっている。

また、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒５５ａとＤＰＮＲ触媒システム５５ｃとの間には、排気通路を流れる排出ガスの温度（以下、排気温度と記す）を検出する排気温度センサ９４が設けられている。排気温度センサ９４は、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒５５ａとＤＰＮＲ触媒システム５５ｃとの間における排気温度、すなわち排気後処理装置５５の温度を検出している。排気温度センサ９４は、検出された排気温度に係る信号を、ＥＣＵ１００に送出している。

以上に説明した排気後処理装置５５の下流側には、排気管５６が接続されており、排気管５６には、通路５０ｇが形成されている。通路５０ｇには、排気後処理装置５５により窒素酸化物及びＰＭが低減された排出ガスが流れる。排気管５６には、通路５０ｇにおける排出ガスの酸素濃度を検出するＡ／Ｆセンサ９８が装着されている。Ａ／Ｆセンサ９８は、通路５０ｇ、すなわち排気後処理装置５５により窒素酸化物及びＰＭが低減されて、酸化触媒５８に流入する排出ガス中の酸素濃度に係る信号を、ＥＣＵ１００に送出している。

排気管５６の下流側には、酸化触媒５８が設けられている。酸化触媒５８は、排気後処理装置５５を通過した排出ガスに含まれている炭化水素や一酸化炭素を、酸化して浄化する。酸化触媒で浄化された排出ガスは、外気に放出されることとなる。

なお、「排気通路」とは、気筒から排出された排出ガスが、排気後処理装置５５に流入するまでに通過する流路を意味している。本実施例において、排気通路には、排気マニホールド５２内に形成されたマニホールド通路５０ａ（ブランチ部５１，合流部５０ｃ）に加えて、シリンダヘッド２０の排気ポート２６、タービン６４内の流路、排気管５４に形成された通路５０ｅ、及び排気後処理装置５５内の通路が含まれている。

また、ディーゼル機関１０には、気筒から排出された排出ガスの一部を、排気通路から取り入れて吸気通路に流す、いわゆる排出ガス再循環装置７０（以下、ＥＧＲ装置と記す）が設けられている。ＥＧＲ装置７０は、排気通路と吸気通路を連通させるＥＧＲ通路と、ＥＧＲ通路を流れる排出ガス（以下、ＥＧＲガスと記す）の流量を調整するＥＧＲ弁７７と、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ７４とを有しており、以下に詳細を説明する。

上述した排気マニホールド５２には、ＥＧＲガスの取入口７１が設けられており、取入口７１には、ＥＧＲ配管７２が接続されている。ＥＧＲ配管７２のうち、ＥＧＲガスの流動方向の下流側（以下、単に「下流側」と記す）には、ＥＧＲクーラ７４が接続されている。ＥＧＲクーラ７４は、熱交換器で構成されており、流入したＥＧＲガスを冷却することが可能となっている。ＥＧＲクーラ７４の下流側には、ＥＧＲ配管７６が接続されている。

ＥＧＲ配管７６の下流側の端には、ＥＧＲ弁７７が配設されている。ＥＧＲ弁７７は、電磁式のバルブで構成されている。ＥＧＲ弁７７の下流側には、ＥＧＲ配管７８が接続されている。ＥＧＲ配管７８は、吸気マニホールド４８に設けられたＥＧＲガスの流出口７９と、ＥＧＲ弁７７とを接続している。ＥＧＲ弁７７の開度、すなわちＥＧＲ通路を流れるＥＧＲガスの流量は、ＥＣＵ１００により制御される。

なお、「ＥＧＲ通路」とは、ＥＧＲ配管７２，７６，７８と、ＥＧＲクーラ７４及びＥＧＲ弁７７により形成され、取入口７１から導入された排出ガスすなわち不活性ガスが、流出口７９に至るまでに通過する流路を意味している。本実施例において、ＥＧＲ通路には、ＥＧＲ配管７２，７６，７８内の通路だけでなく、ＥＧＲクーラ７４及びＥＧＲ弁７７内に形成された通路を含んでいる。

また、ディーゼル機関１０には、気筒に燃料を供給する燃料供給系の部品として、気筒ごとに設けられ、気筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射装置８０と、各燃料噴射装置８０に燃料を分配する燃料レール８２と、燃料レール８２に燃料を圧送する高圧燃料ポンプ８４が設けられている。高圧燃料ポンプ８４から燃料レール８２に圧送された燃料は、燃料レール８２で分配されて各燃料噴射装置８０に供給される。

高圧燃料ポンプ８４は、ディーゼル機関１０のカムシャフト（図示せず）からの機械的動力を受けて作動し、燃料タンク１２０からの燃料を吸入して昇圧する。高圧燃料ポンプ８４は、昇圧して高圧となった燃料を、燃料配管８３から燃料レール８２に供給する。高圧燃料ポンプ８４の作動は、ＥＣＵ１００により制御される。

燃料レール８２は、内部に燃料を所定の燃圧で蓄圧可能に構成されている。燃料レール８２は、各燃料噴射装置８０に燃料を分配して供給する。燃料レール８２には、高圧燃料ポンプ８４から高圧（例えば、１８０ＭＰａ）の燃料が供給されている。

各燃料噴射装置８０は、共通の燃料レール８２から所定の燃圧で燃料の供給を受けている。燃料噴射装置８０は、ピエゾ駆動式の燃料噴射弁で構成されており、１サイクル中に複数回の燃料噴射を行う、いわゆる多段噴射を行うことが可能なものとなっている。各サイクルにおける燃料噴射装置８０の噴射期間、すなわち噴射時期及び噴射時間長さ（開弁時間）は、図示しないドライバユニットを介して、ＥＣＵ１００により制御される。

また、ディーゼル機関１０には、気筒内に燃料を供給する燃料噴射装置８０とは別に、排気通路に燃料を添加する排気燃料添加弁８８が設けられている。排気燃料添加弁８８は、電磁駆動式の燃料噴射弁で構成されており、高圧燃料ポンプ８４から燃料配管８６を介して、所定の燃圧（例えば、１ＭＰａ）で燃料の供給を受けている。

排気燃料添加弁８８は、ディーゼル機関１０に複数ある気筒のうち、排気ポート２６からタービン６４までの排気経路が最も短い気筒の排気ポート２６近傍に設けられている。排気燃料添加弁８８は、排気ポート２６内に露出している噴孔から合流部５０ｃに向けて燃料を噴射することで、排気通路に燃料を添加することが可能となっている。

このように、排気通路に燃料を噴射する排気燃料添加弁８８は、気筒内に燃料を噴射する燃料噴射装置８０に比べて低い燃圧で燃料を噴射する。すなわち、燃料噴射装置８０からの噴射燃料は、排気燃料添加弁８８に比べて高い燃圧で噴射されているため、排気燃料添加弁８８から噴射（添加）された燃料に比べて微粒化されており、且つ排気通路に比べて高温の気筒内に噴射することから、気化しやすい傾向がある。

以上に説明したディーゼル機関１０を含む車両システム１には、給油された燃料を貯蔵する燃料タンク１２０内に、低圧燃料ポンプ１２２が設けられており、上述の高圧燃料ポンプ８４に向けて燃料を圧送している。低圧燃料ポンプ１２２からの燃料は、燃料フィルタ１２４で不純物を濾過されて、高圧燃料ポンプ８４に供給される。

また、車両システム１には、運転者によるアクセルペダルの操作量を検出するアクセルペダルポジションセンサ１０２が設けられている。アクセルペダルポジションセンサ１０２は、検出したアクセルペダルの操作量（以下、アクセル操作量と記す）に係る信号を、ＥＣＵ１００に送出している。

以上のように構成された車両システム１において、ＥＣＵ１００は、クランク角センサからのクランク角に係る信号と、エアフロメータからの吸入空気量（新気量）に係る信号と、アクセルペダルポジションセンサ１０２からのアクセル操作量に係る信号とを受けている。また、ＥＣＵ１００は、排気温度センサ９４から排気後処置装置５５の近傍における排気温度に係る信号と、Ａ／Ｆセンサ９８から、排気後処理装置５５を通過後（酸化触媒５８流入前）の排出ガス中の酸素濃度に係る信号を検出している。

これら信号に基づいて、ＥＣＵ１００は、各種制御変数を算出している。制御変数には、クランク軸の回転角位置（クランク角）、クランク軸の回転速度（以下、機関回転速度と記す）、ディーゼル機関１０がクランク軸から出力している機械的動力（以下、機関負荷と記す）、吸入空気量、アクセル操作量、排気後処理装置５５の近傍における排気温度、及び排気後処理装置５５を通過後であり且つ酸化触媒５８流入前の排出ガス中に含まれる酸素濃度などがある。

ＥＣＵ１００は、これら制御変数から把握されるディーゼル機関１０の運転状態に基づいて、燃料噴射装置８０の燃料噴射量と、スロットル弁４６の開度と、及びＥＧＲ弁７７の開度を決定し、それぞれ制御することが可能となっている。

ディーゼル機関１０において、ＥＣＵ１００は、出力発生を主目的として圧縮上死点近傍において行われ、気筒内で燃料を拡散燃焼させる燃料噴射（以下、メイン噴射と記す）を、燃料噴射装置８０に行わせることが可能となっている。

また、ＥＣＵ１００は、スモークやすす等のＰＭや燃焼騒音の低減を主目的として、メイン噴射に対して進角した時期（例えば、圧縮上死点前７０°ＣＡ）に行われ、気筒内で燃料を予混合燃焼させる燃料噴射（以下、パイロット噴射と記す）を、燃料噴射装置８０に行わせることが可能となっている。

また、ＥＣＵ１００は、メイン噴射により発生したＰＭを減少させることを主目的として、メイン噴射に対して遅角した時期、詳細には、メイン噴射後の近接した時期（例えば、メイン噴射終了後から０．７ｍｓｅｃ後）に行われ、メイン噴射により生じた拡散燃焼（後期）を活発化させる燃料噴射（以下、アフタ噴射と記す）を、燃料噴射装置８０に行わせることが可能となっている。

また、ＥＣＵ１００は、排出ガスの昇温や、排気浄化触媒における還元雰囲気の形成を主目的として、メイン噴射に対して大きく遅角した時期（例えば、圧縮上死点後１３０°ＣＡ）に行われ、気筒からの排出ガス中に含まれるＨＣを増大させる燃料噴射（以下、ポスト噴射と記す）を、燃料噴射装置８０に行わせることが可能となっている。

加えて、ＥＣＵ１００は、排気燃料添加弁８８を制御して、排気通路に燃料を添加させることが可能となっている。ＥＣＵ１００は、ディーゼル機関１０の積算作動時間や、燃料噴射装置８０の積算燃料噴射量に応じて、予め設定された噴射時期、噴射時間長さで排気燃料添加弁８８に排気通路への燃料の添加を指示する。

ＥＣＵ１００により制御されて、排気燃料添加弁８８が排気通路に燃料を添加することで、排気後処理装置５５を構成するＮＯｘ吸蔵還元型触媒５５ａ及びＤＰＮＲ触媒システム５５ｃにおいて、還元雰囲気（リッチ雰囲気）を供給することができる。これにより、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒５５ａ及びＤＰＮＲ触媒システム５５ｃに吸蔵されていた窒素酸化物を窒素に還元することが可能となっている。このように、排気後処理装置５５に吸蔵された窒素酸化物を還元するために、ＥＣＵ１００が実行する排気燃料添加弁８８の燃料添加制御を、以下の説明において「ＮＯｘ還元制御」と記す。

また、排気燃料添加弁８８が排気通路に燃料を添加することで、ＤＰＮＲ触媒システム５５ｃを流れる排出ガスの排気温度を上昇させて、ＤＰＮＲ触媒システム５５ｃを構成するフィルタ機構を昇温させることができる。これにより、フィルタに捕集されていたＰＭ（すす等）を酸化させ、二酸化炭素として放出することで、フィルタのＰＭ捕集能力を回復する、つまりフィルタを再生することが可能となっている。このように、ＰＭを捕集したフィルタを再生するために、ＥＣＵ１００が実行する排気燃料添加弁８８の燃料添加制御を、以下の説明において「ＰＭ捕集フィルタ再生制御」と記す。

また、排気燃料添加弁８８が排気通路に燃料を添加することで、排気後処理装置５５を流れる排出ガスの排気温度を上昇させて、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒５５ａ及びＤＰＮＲ触媒システム５５ｃを昇温させることができる。これにより、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒５５ａ及びＤＰＮＲ触媒システム５５ｃにおいて、燃料中の硫黄成分が硫酸化合物として吸蔵される「硫黄被毒」により、ＮＯｘ浄化能力が低下していても、触媒を昇温すると共に還元雰囲気を供給することで、触媒上の硫酸化合物を酸化させてＳＯｘとして放出することで、触媒のＮＯｘ浄化能力を回復する、つまり触媒を再生することが可能となっている。このように、硫黄被毒した触媒を再生するために、ＥＣＵ１００が実行する排気燃料添加弁８８の燃料添加制御を、以下の説明において「硫黄被毒触媒再生制御」と記す。

ところで、燃料タンク１２０には、鉱物資源である原油を分留して作られたディーゼル燃料（以下、軽油と記す）だけでなく、生物由来の有機性資源（例えば、植物油）を原料として作られたディーゼル燃料（以下、バイオ燃料と記す）が、所定の濃度で混合されて給油されることがある。なお、「バイオ燃料」は、菜種油やパーム油等の植物油を、メタノール等と反応させてエステル化した植物油エステル（ＦＡＭＥ）等で構成されている。

バイオ燃料は、軽油に比べて高沸点成分を多く含んでおり、気化しにくいという特徴を有している。また、バイオ燃料は、軽油に比べて動粘度が高いため、排気燃料添加弁８８から噴射された燃料が微粒化しにくい。また、バイオ燃料は、軽油に比べて理論空燃比が小さいため、リッチスパイクを行う場合など、排気後処理装置５５に所望の還元雰囲気を供給するにあたって、排気燃料添加弁８８から排気通路に添加する燃料の体積流量が、軽油に比べて多くなるという特徴がある。さらに、バイオ燃料は、軽油とは異なり、燃料を構成する分子中に酸素（含酸素化合物）を含んでいるため、この酸素により燃料の燃焼が促進されるという特徴がある。

このため、排気通路のうち排気後処理装置５５より上流側から燃料を添加可能な排気燃料添加弁８８を備えたディーゼル機関１０においては、所定の軽油とバイオ燃料が混合された燃料（混合燃料）が用いられた場合、バイオ燃料の濃度（以下、バイオ燃料濃度と記す）に応じて、排気燃料添加弁８８の燃料添加に起因するＨＣ及びＰＭ（すす）の発生量（排出量）が変化することとなる。以下に、図２を用いて説明する。図２は、排気燃料添加弁の燃料添加によるＨＣ及びＰＭ（すす）の排出量を説明する概念図である。

なお、本実施例において、燃料タンク１２０に給油されてディーゼル機関１０に供給される燃料には、所定の軽油と特定種類のバイオ燃料との、２種類の燃料が、ある混合比率で混合されたものが用いられている。この燃料には、燃料中のバイオ燃料濃度が１００％である、いわゆるニート燃料や、バイオ燃料濃度がゼロである所定の軽油を含んでいる。

図２において、バイオ燃料濃度がゼロである、すなわち燃料として所定の軽油のみが用いられた場合における、ＨＣ及びＰＭの排出量を、一点鎖線Ｂで示している。バイオ燃料濃度が、ゼロから濃度Ｄ１までは、バイオ燃料濃度が高くなるに従って、燃料添加によるＨＣ及びＰＭの排出量が減少している。これは、バイオ燃料濃度が高くなるに従って、添加された燃料が微粒化及び気化しにくくなると共に理論空燃比が小さくなるものの、燃料中の含酸素化合物の濃度が高くなることで燃料の燃焼（酸化）が促進されて、ＨＣ及びＰＭの排出量が減少する傾向がある。

そして、バイオ燃料濃度がＤ１以上においては、バイオ燃料濃度が高くなるに従って、含酸素化合物の濃度が高くなることによる燃焼促進効果を、燃料の微粒化及び気化が悪化すると共に理論空燃比が小さくなる影響が上回ることとなり、ＨＣ及びＰＭの排出量が増大していく傾向があり、所定の濃度Ｄ２となったとき、排気燃料添加弁８８の燃料添加によるＨＣ及びＰＭの排出量は、燃料として所定の軽油のみが用いられた場合の排出量Ｂと、同じになる。

この濃度Ｄ２以上の領域においては、燃料として所定の軽油が用いられた場合の排出量Ｂに比べて、ＨＣ及びＰＭの排出量が高くなり、濃度Ｄ２からバイオ燃料濃度が高くなるに従って、ＨＣ及びＰＭの排出量が増大していく傾向がある。

このように、燃料中のバイオ燃料濃度が、所定のバイオ燃料濃度Ｄ２以上である場合には、燃料の微粒化及び気化が悪化すると共に理論空燃比が小さくなる影響が、燃料中の含酸素化合物により燃焼（酸化）が促進される効果を上回り、排気燃料添加弁８８の燃料添加によるＨＣ及びＰＭの排出量が、燃料として所定の軽油のみが用いられた場合に比べて増大してしまうという問題が生じる。

したがって、排気通路のうち排気後処理装置５５より上流側から燃料を添加可能な排気燃料添加弁８８を備えたディーゼル機関１０において、軽油とバイオ燃料が混合された燃料（混合燃料）が用いられた場合は、燃料として軽油のみが用いられた場合と同様に、排気温度がある一定値以下の場合に、排気通路に添加された燃料が十分に気化しないとして燃料の添加を禁止するのでは、排気燃料添加弁８８の燃料添加に起因するＨＣ及びＰＭの排出量を効果的に抑制することができない。

そこで、本実施例に係るディーゼル機関１０の制御装置（ＥＣＵ）では、バイオ燃料の濃度に応じて、排気燃料添加弁８８による燃料添加を許可する排気温度の下限値（以下、最低作動排気温度と記す）を設定することを特徴としており、以下に、図１、図３及び図４を用いて説明する。図３は、ＥＣＵが実行する燃料添加可否判定制御のフローチャートである。図４は、バイオ燃料濃度と最低作動排気温度との関係を示す図である。

図１に示すように、本実施例に係るディーゼル機関１０に燃料を供給する燃料タンク１２０には、給油された燃料におけるバイオ燃料濃度を検出するバイオ燃料濃度検出装置１２８が設けられている。バイオ燃料濃度検出装置１２８は、燃料タンク１２０内に給油された燃料の粘度や温度等の燃料性状を検出可能に構成されている。バイオ燃料濃度検出装置１２８は、検出した燃料性状に係る信号を、ＥＣＵ１００に送出している。ＥＣＵ１００は、燃料性状に係る信号を受けて、燃料の粘度や温度等を制御変数として取得する。ＥＣＵ１００は、取得された粘度や温度等の制御変数に基づいて、燃料中のバイオ燃料濃度を推定することができる。つまり、ＥＣＵ１００は、ディーゼル機関１０に供給される燃料中のバイオ燃料濃度を推定する機能（バイオ燃料濃度推定手段）を有している。

なお、バイオ燃料濃度推定手段は、上述の手法に限定されるものではない。例えば、バイオ燃料濃度検出装置１２８が、燃料タンク１２０内に給油された燃料の粘度や温度等を検出すると共に、バイオ燃料濃度を推定し、推定したバイオ燃料濃度に係る信号をＥＣＵ１００に送出するものとしても良い。この場合、ＥＣＵ１００が、バイオ燃料濃度検出装置１２８からの信号を受けて、バイオ燃料濃度を制御変数として取得する。また、本実施例において、バイオ燃料濃度検出装置１２８は、燃料タンク１２０に設けられるものとしたが、燃料レール８２や、燃料配管８３，８６、高圧燃料ポンプ８４に設けるものとしても良い。

また、バイオ燃料濃度推定手段は、上述のように、バイオ燃料濃度検出装置１２８により、燃料から直接、検出・推定する手法に限定されるものではない。例えば、ディーゼル機関１０の所定の運転状態において、軽油のみが給油された場合と同様に、燃料噴射装置８０等の燃料供給系部品を作動させ、このとき、Ａ／Ｆセンサ９８から検出された排気通路における酸素濃度、すなわち排気通路における空燃比の挙動（時間履歴）を、ＥＣＵ１００が把握する共に、軽油のみが給油された場合の空燃比の挙動と比較することで、バイオ燃料濃度を推定することもできる。

以上のように構成された車両システム１において、ＥＣＵ１００は、ディーゼル機関１０の排気後処理装置５５に還元雰囲気（リッチ雰囲気）を供給する、又は排気後処理装置５５を昇温させるために、排気燃料添加弁８８から排気通路への燃料添加の可否を判定する「燃料添加可否判定制御」を実行する。燃料添加可否判定制御は、ディーゼル機関１０の作動時において、ＥＣＵ１００により繰り返し実行されるものである。詳細には、ディーゼル機関１０の各種電装部品に電力を供給するイグニッション・リレーがオン（ＯＮ）状態となっている場合に、繰り返し実行される。

まず、ステップＳ１００において、ＥＣＵ１００は、上述の手法により、バイオ燃料濃度を推定して、制御変数として取得する。加えて、排気後処理装置５５における排気温度を制御変数として取得する。

そして、ステップＳ１０２において、ＥＣＵ１００は、推定されたバイオ燃料濃度に応じて、排気燃料添加弁８８による燃料添加を許可する排気温度の下限値である最低作動排気温度を設定する。なお、バイオ燃料濃度と最低作動排気温度との関係を示すマップは、予め適合実験等により求められており、制御定数としてＥＣＵ１００のＲＯＭ（図示せず）に記憶されている。

最低作動排気温度は、図４に示すように、バイオ燃料濃度がゼロ（０％）から７０％の範囲にある場合には、同じ温度である２５０℃に設定されている。バイオ燃料濃度が７０％を上回る場合は、バイオ燃料濃度がゼロである場合に比べて最低作動排気温度が高く設定されており、詳細には、バイオ燃料濃度が７０％から高くなるに従って、最低作動排気温度が高くなるように設定されている。

そして、ステップＳ１０６において、ＥＣＵ１００は、排気後処理装置５５への燃料添加が必要であるか否かを判定する。すなわち、ＥＣＵ１００は、排気後処理装置５５から要求される燃料添加制御を行う必要があるか否かを判定する。詳細には、ＮＯｘ還元制御、ＰＭ捕集フィルタ再生制御、及び硫黄被毒触媒再生制御のいずれかの燃料添加制御を行う必要があるか否かを判定する。燃料添加が必要ではない（Ｎｏ）と判定された場合、ステップＳ１００に戻る。

一方、ステップＳ１０６において、燃料添加が必要である（Ｙｅｓ）と判定された場合、ＥＣＵ１００は、排気後処理装置５５における排気温度が、バイオ燃料濃度に応じて設定された最低作動排気温度以上であるか否かを判定する（Ｓ１１０）。すなわち、ステップＳ１１０においては、排気燃料添加装置８８から排気通路に燃料を添加することで、添加された燃料が排気通路を流れる排出ガスにおいて、十分に気化するか否かを判定している。換言すれば、排気通路に添加された燃料により、ＨＣ及びＰＭの排出量が、燃料として軽油のみを用いた場合に比べて、増大しないかどうかを判定している。

ステップＳ１１０において、排気温度が最低作動排気温度以上である（Ｙｅｓ）と判定された場合、ＥＣＵ１００は、添加された燃料が排気通路を流れる排出ガスにおいて十分に気化し、ＨＣ及びＰＭの排出量が、燃料として軽油のみを用いた場合に比べて増大しないものと判断して、排気燃料添加弁８８による燃料添加制御を許可する（Ｓ１１２）。ＥＣＵ１００は、ステップＳ１０６において必要と判定された燃料添加制御（ＮＯｘ還元制御、ＰＭ捕集フィルタ再生制御、及び硫黄被毒触媒再生制御のいずれか）を実行することとなる。

一方、排気温度が最低作動排気温度を下回る（Ｎｏ）と判定された場合、ＥＣＵ１００は、添加された燃料が排気通路を流れる排出ガスにおいて十分に気化することができず、ＨＣ及びＰＭの排出量が燃料として軽油のみを用いた場合に比べて増大するものと判断して、排気燃料添加弁８８による燃料添加制御を禁止する（Ｓ１１４）。そして、ステップＳ１００に戻る。

以上のように燃料添加可否判定制御を行うことで、ディーゼル機関１０は、燃料中のバイオ燃料濃度に応じて、排気燃料添加弁８８の作動を許可する下限値である最低作動排気温度を設定し、排出ガスの排気温度が、設定された最低作動排気温度を下回った場合には、排気燃料添加弁８８による燃料添加を禁止するものとしたので、排気燃料添加弁８８の燃料添加により、燃料として軽油のみを用いた場合に比べて、すす等のＰＭや、ＨＣの排出量が増大してしまうことを抑制することができる。

以上に説明したように本実施例において、ＥＣＵ１００は、排気燃料添加弁８８の作動を許可する排気温度の下限値である最低作動排気温度を設定する機能（最低作動排気温度設定手段）を有しており、最低作動排気温度推定手段は、推定されたバイオ燃料濃度に応じて、排気燃料添加弁８８からの燃料添加を許可する最低作動排気温度を設定するものとした。

これにより、燃料中のバイオ燃料濃度に拘らず、排気燃料添加弁８８から添加された燃料は、バイオ燃料濃度に応じて設定された最低作動許可排気温度以上の排出ガスにおいて十分に気化させて、排気後処理装置５５に流すことができる。十分に気化した燃料を、還元剤としてＮＯｘ吸蔵還元型触媒５５ａに供給することや、ＤＰＮＲ触媒システム５５ｃのフィルタ機構における排気温度の昇温に供することができ、排気燃料添加弁８８からの燃料添加により、未燃の炭化水素（ＨＣ）やすす等の粒子状物質（ＰＭ）の排出量が、燃料として軽油のみが用いられた場合に比べて増大してしまうことを抑制することができる。

また、本実施例において、ＥＣＵ１００は、推定されたバイオ燃料濃度が所定値以上である場合、バイオ燃料濃度がゼロである場合に比べて、最低作動排気温度が高くなるよう設定するものとし、且つ、バイオ燃料濃度が高くなるに従って最低作動排気温度が高くなるよう設定するものとしたので、バイオ燃料濃度が所定値以上に高くなり、含酸素化合物の濃度が高くなることによる燃焼促進効果を、燃料の微粒化及び気化が悪化する影響が上回わり、排気燃料添加弁８８から燃料添加を行うと、すす等のＰＭやＨＣの排出量が増大する状態に対応して、最低作動排気温度を設定することができる。

本実施例に係るディーゼル機関の制御装置（ＥＣＵ）について、図１、図４及び図５を用いて説明する。図５は、ＥＣＵが実行する燃料添加可否判定制御のフローチャートである。本実施例において、ＥＣＵは、排気燃料添加弁の噴孔の詰まりを防止する必要があると判定され、且つ、取得された排気温度がバイオ燃料濃度に応じて設定された最低作動排気温度以上である場合に、排気燃料添加弁に燃料を噴射させて、噴孔の詰まりを防止する点で、実施例１とは異なり、以下に詳細を説明する。なお、実施例１と略共通の構成については、同一の符号を付して、説明を省略する。

図１に示すように、ディーゼル機関１０において、排気燃料添加弁８８の噴孔は、上述のように、排気通路、詳細には排気ポート２６内に露出しており、気筒から排出された高温の排出ガス流に曝されている。この排出ガスは、排気後処理装置５５のＤＰＮＲ触媒システム５５ｃで処理される前の排出ガスであるため、排出ガス中にすす等のＰＭを比較的多く含んでいる。したがって、排気燃料添加弁８８は、上述の燃料添加制御により燃料噴射を所定の期間行わないと、噴孔がすす等により詰まってしまう虞がある。

そこで、本実施例では、排気後処理装置５５への燃料添加が必要ではないと判定された場合であっても、排気燃料添加弁８８の噴孔の詰まりを防止する必要があると判定された場合には、排気通路を流れる排出ガスが、バイオ燃料濃度に応じて設定された最低作動排気温度以上であるときに、ＥＣＵ１００は、排気燃料添加弁８８から排気通路に燃料を噴射させて、排気燃料添加弁８８の噴孔の詰まりを防止する制御（以下、詰まり防止制御と記す）を行うこととしている。

「詰まり防止制御」は、ＥＣＵ１００が、排気燃料添加弁８８に噴孔の詰まりを解消できるだけの僅かな燃料量の燃料噴射を行わせて、排気燃料添加弁８８の噴孔の詰まりを防止する制御である。詰まり防止制御を行うときに、排気燃料添加弁８８が排気通路に噴射する燃料量は、上述の燃料添加制御（ＮＯｘ還元制御、ＰＭ捕集フィルタ再生制御、硫黄被毒触媒再生制御）を行うときに排気燃料添加弁８８が排気通路に添加する燃料量に比べて少なく設定されている。

また、ＥＣＵ１００は、燃料噴射装置８０を制御して、メイン噴射に対して遅角した時期、詳細には、メイン噴射直後の近接した時期における燃料噴射であるアフタ噴射を行わせることで、気筒内における拡散燃焼を活発化させて、気筒内から排気通路に排出される排出ガスを昇温させることができる。また、ＥＣＵ１００は、メイン噴射に対して大きく遅角した時期（例えば、圧縮上死点後１３０°ＣＡ）における燃料噴射であるポスト噴射を行わせることで、噴射燃料を、気筒内及び排気通路で燃焼させて、排出ガスを昇温させることもできる。

このように、ＥＣＵ１００は、メイン噴射に対して遅角した時期において、燃料噴射装置８０に燃料噴射（アフタ噴射、ポスト噴射）を行わせることで、気筒から排気後処理装置５５に向かう排気通路における排気温度を上昇させる制御（以下、排気昇温制御と記す）を行うことが可能となっている。排気通路を流れる排出ガスの温度（排気温度）を上昇させることで、排気燃料添加弁８８から排気通路に噴射された燃料を、十分に気化させることが可能となる。

本実施例に係るディーゼル機関１０の制御装置１００（ＥＣＵ）が実行する燃料添加可否判定制御について、図５を用いて説明する。なお、この燃料添加可否判定制御は、ディーゼル機関１０の作動時において、ＥＣＵ１００により繰り返し実行されるものである。

まず、ステップＳ２００において、ＥＣＵ１００は、バイオ燃料濃度を推定して、制御変数として取得する。加えて、排気後処理装置５５における排気温度を制御変数として取得する。そして、ステップＳ２０２において、ＥＣＵ１００は、取得されたバイオ燃料濃度に応じて、排気燃料添加弁８８による燃料添加を許可する排気温度の下限値である最低作動排気温度を設定する。

そして、ステップＳ２０６において、ＥＣＵ１００は、排気後処理装置５５への燃料添加が必要であるか否かを判定する。すなわち、ＥＣＵ１００は、ＮＯｘ還元制御、ＰＭ捕集フィルタ再生制御、及び硫黄被毒触媒再生制御のうち、いずれかの燃料添加制御を行う必要があるか否かを判定する。

ステップＳ２０６において、排気後処理装置５５への燃料添加が必要である（Ｙｅｓ）と判定された場合、ＥＣＵ１００は、排気後処理装置５５における排気温度が、バイオ燃料濃度に応じて設定された最低作動排気温度以上であるか否かを判定する（Ｓ２１０）。

ステップＳ２１０において、排気温度が最低作動排気温度以上である（Ｙｅｓ）と判定された場合、ＥＣＵ１００は、添加された燃料が排気通路を流れる排出ガスにおいて十分に気化し、ＨＣ及びＰＭの排出量が、燃料として軽油のみを用いた場合に比べて増大しないものと判断して、排気燃料添加弁８８による燃料添加制御を許可する（Ｓ２１２）。

一方、ステップＳ２０６において、排気後処理装置５５への燃料添加が必要ではない（Ｎｏ）と判定された場合は、ステップＳ２１６に進む。

また、ステップＳ２０６において、排気後処理装置５５への燃料添加が必要である（Ｙｅｓ）と判定された場合であっても、次のステップＳ２１０において、排気後処理装置５５における排気温度が、バイオ燃料に応じて設定された最低作動排気温度を下回る（Ｎｏ）と判定された場合には、ステップＳ２１６に進む。

ステップＳ２１６において、ＥＣＵ１００は、排気燃料添加弁８８の詰まり防止制御が必要であるか否かを判定する。ここで、詰まり防止制御が必要であるか否かの判定は、様々な手法を用いることができる。例えば、排気燃料添加弁８８が燃料添加を行っていない間の積算時間が、所定の判定値に達したか否かで判定することができる。また、排気燃料添加弁８８が燃料添加を行っていない間に、燃料噴射装置８０により噴射された積算燃料噴射量が、所定の判定値に達したか否かで判定することもできる。これら判定値は、予め適合実験等により求められており、制御定数としてＥＣＵ１００のＲＯＭに記憶されている。ステップＳ２１６において、詰まり防止制御が必要ではない（Ｎｏ）と判定された場合、ステップＳ２００に戻る。

一方、ステップＳ２１６において、詰まり防止制御が必要である（Ｙｅｓ）と判定された場合、ＥＣＵ１００は、排気後処理装置５５における排気温度が、バイオ燃料濃度に応じて設定された最低作動排気温度以上であるか否かを判定する（Ｓ２２０）。すなわち、
詰まり防止制御を行い、排気燃料添加弁８８から排気通路に燃料が噴射されることで、噴射燃料が排気通路を流れる排出ガスにおいて十分に気化し、ＨＣ及びＰＭの排出量が増大しないかどうかを判定している。

ステップＳ２２０において、排気温度が最低作動排気温度を下回る（Ｎｏ）と判定された場合、ＥＣＵ１００は、現在の排気温度では、噴射燃料が排出ガスにおいて十分に気化することができず、ＨＣ及びＰＭの排出量が増大してしまうと判断して、ＥＣＵ１００は、上述の排気昇温制御を実行する（Ｓ２２４）。

排気昇温制御は、メイン噴射に対して遅角した時期において、燃料噴射装置８０によりアフタ噴射を行わせることで、排出ガスの排気温度を上昇させる。そして、ステップＳ２００に戻る。これにより、排気通路を流れる排出ガスが、バイオ燃料濃度に応じて設定された最低作動排気温度以上となるまで、ＥＣＵ１００は、ディーゼル機関１０の各サイクルにおいて、排気昇温制御を継続することとなる。

なお、排気昇温制御は、燃料噴射装置８０によりポスト噴射を行わせることで実現することもできる。アフタ噴射により排気昇温制御を行うことで、燃料噴射装置８０からの噴射燃料がシリンダ壁に付着することや、シリンダ壁のオイルを希釈してしまうことを、ポスト噴射を用いる場合に比べて抑制することができる。

一方、ステップＳ２２０において、排気温度が最低作動排気温度以上である（Ｙｅｓ）と判定された場合、ＥＣＵ１００は、添加された燃料が排気通路において十分に気化し、ＨＣ及びＰＭの排出量が増大しないものと判断して、排気燃料添加弁８８の詰まり防止制御を実行する（Ｓ２２２）。詰まり防止制御を実行した後、ステップＳ２００に戻る。

以上の燃料添加可否判定制御をＥＣＵ１００が実行することで、排気後処理装置５５への燃料添加が必要なくても、排気燃料添加弁８８の噴孔の詰まりを防止する必要がある場合には、排気温度が最低作動排気温度以上である時に排気燃料添加弁８８に燃料を噴射させて、噴孔の詰まりを防止している。噴孔の詰まりを防止するため、排気燃料添加弁８８から排気通路に燃料を噴射しても、排出ガスの排気温度が、バイオ燃料濃度に応じて設定された最低作動排気温度以上となっているため、排気燃料添加弁８８からのバイオ燃料を含んだ噴射燃料は、排出ガスにおいて十分に気化することができ、燃料として軽油のみが用いられた場合に比べて、ＨＣやＰＭの排出量が増大してしまうことを抑制することができる。

以上に説明したように本実施例において、ＥＣＵ１００は、排気燃料添加弁８８の噴孔の詰まりを防止する必要があるか否かを判定する機能（詰まり防止要否判定手段）を有しており、詰まりを防止する必要があると判定され、且つ、取得された排気温度がバイオ燃料濃度に応じて設定された最低作動排気温度以上である場合に、排気燃料添加弁８８に燃料を噴射させて、噴孔の詰まりを防止する機能（詰まり防止制御手段）を有するものとした。

噴孔の詰まりを防止するため、排気燃料添加弁８８から排気通路に燃料を噴射しても、バイオ燃料濃度に応じて設定された最低作動排気温度以上の排出ガスにおいて、十分に気化することができ、ＨＣやＰＭの排出量が増大してしまうことを抑制することができる。

また、本実施例において、ディーゼル機関１０は、排気燃料添加弁８８に比べて高い燃圧で、気筒内に燃料を噴射可能な燃料噴射装置８０を備えており、ＥＣＵ１００は、排気燃料添加弁８８の噴孔の詰まりを防止する必要があると判定され、且つ取得された排気温度がバイオ燃料濃度に応じて設定された最低作動排気温度を下回る場合に、メイン噴射に対して遅角した時期において燃料噴射装置８０に燃料噴射を行わせて、排気温度を上昇させる機能（排気昇温制御手段）を有するものとした。

排気通路を流れる排出ガスの温度が最低排気温度を下回っており、詰まり防止制御を行うと、排気燃料添加弁８８からの燃料が排出ガスにおいて十分に気化しないような場合においても、燃料噴射装置８０に燃料噴射を行わせることで、排気通路を流れる排出ガスを、バイオ燃料濃度に応じて設定された最低作動排気温度以上に上昇させることができる。これにより、排気燃料添加弁８８の詰まり防止制御をなるべく早期に実現することができる。

なお、実施例２において、排気後処理装置５５への燃料添加が必要であり、且つ排気温度が最低作動排気温度を下回る（Ｓ２１０、Ｎｏ）場合には、ステップＳ２１６に進むことなく、燃料噴射装置８０によりアフタ噴射を行って排気昇温制御を実行して、ステップＳ２００に戻るものとしても良い。これにより、排気後処理装置５５に流れる排出ガスの排気温度を、バイオ燃料濃度に応じて設定された最低作動排気温度以上に上昇させることができる。これにより、排気燃料添加弁８８への燃料添加制御をなるべく早期に実現することができる。

なお、上述した各実施例において、ディーゼル機関１０は、排気後処理装置５５として、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒５５ａと、ＤＰＮＲ触媒システム５５ｃを備えたものとしたが、本発明が適用可能なディーゼル機関の排気後処理装置は、これに限定されるものではない。排気後処理装置として、還元剤の供給を必要とする排気浄化触媒と、昇温させる必要があるフィルタ機構のうち、いずれか一方を備えたディーゼル機関であれば適用することができ、例えば、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒と、ＤＰＮＲ触媒システムのいずれか一方を備えたディーゼル機関や、ディーゼル・パティキュレート・フィルタ（ＤＰＦ）のみを備えたディーゼル機関にも本発明を適用することができる。

なお、上述した各実施例において、ディーゼル機関は、ＥＧＲ装置やターボ過給機を備えるものとしたが、本発明を適用可能なディーゼル機関の構成は、この態様に限定されるものではない。排気後処理装置より上流側の排気通路から燃料を添加可能な排気燃料添加弁を備えたディーゼル機関であれば本発明を適用することができる。

以上のように、本発明に係るディーゼル機関の制御装置は、排気後処理装置より上流側の排気通路から燃料を添加可能な排気燃料添加弁を備えたディーゼル機関に適している。

実施例１に係るディーゼル機関を含む車両システムの概略構成を示す模式図である。 排気燃料添加弁の燃料添加によるＨＣ及びＰＭ（すす）の排出量を説明する概念図である。 実施例１に係るディーゼル機関の制御装置（ＥＣＵ）が実行する燃料添加可否判定制御のフローチャートである。 実施例１に係るディーゼル機関の制御装置（ＥＣＵ）において設定される、バイオ燃料濃度と最低作動排気温度との関係を示す図である。 実施例２に係るディーゼル機関の制御装置（ＥＣＵ）が実行する燃料添加可否判定制御のフローチャートである。

符号の説明

１ 車両システム
１０ ディーゼル機関
２４ 吸気ポート（吸気通路）
２６ 排気ポート（排気通路）
４２ エアクリーナ
４６ スロットル弁
４８ 吸気マニホールド
５０ａ マニホールド通路（排気通路）
５０ｃ 合流部（排気通路）
５０ｅ 通路（排気通路）
５２ 排気マニホールド
５５ 排気後処理装置
５５ａ ＮＯｘ吸蔵還元型触媒（排気後処理装置）
５５ｃ ＤＰＮＲ触媒システム（排気後処理装置）
６０ ターボ過給機
８０ 燃料噴射装置（燃料噴射弁）
８２ 燃料レール
８４ 高圧燃料ポンプ
８８ 排気燃料添加弁
９４ 排気温度センサ
９８ Ａ／Ｆセンサ
１００ ディーゼル機関用の電子制御装置（ＥＣＵ）
１０２ アクセルペダルポジションセンサ
１２０ 燃料タンク
１２２ 低圧燃料ポンプ
１２８ バイオ燃料濃度検出装置

Claims (6)

1. 排気後処理装置より上流側の排気通路から燃料を添加可能な排気燃料添加弁を備えたディーゼル機関に用いられ、排気燃料添加弁を制御可能な制御装置であって、
   燃料中のバイオ燃料濃度を推定するバイオ燃料濃度推定手段と、
   排気通路における排気温度を取得する排気温度取得手段と、
   排気燃料添加弁からの燃料添加を許可する排気温度の下限値である最低作動排気温度を設定する最低作動排気温度設定手段と、
   を有し、
   最低作動排気温度設定手段は、
   推定されたバイオ燃料濃度に応じて最低作動排気温度を設定することを特徴とするディーゼル機関の制御装置。
2. 請求項１に記載のディーゼル機関の制御装置において、
   最低作動排気温度設定手段は、
   推定されたバイオ燃料濃度が所定値以上である場合、バイオ燃料濃度がゼロである場合に比べて、最低作動排気温度が高くなるよう設定することを特徴とするディーゼル機関の制御装置。
3. 請求項２に記載のディーゼル機関の制御装置において、
   最低作動排気温度設定手段は、
   推定されたバイオ燃料濃度が所定値以上である場合、バイオ燃料濃度が高くなるに従って最低作動排気温度が高くなるよう設定することを特徴とするディーゼル機関の制御装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のディーゼル機関の制御装置において、
   ディーゼル機関は、排気燃料添加弁に比べて高い燃圧で、気筒内に燃料を噴射可能な燃料噴射装置を備えるものであり、
   取得された排気温度が、バイオ燃料濃度に応じて設定された最低作動排気温度を下回る場合に、メイン噴射に対して遅角した時期において燃料噴射装置に燃料噴射を行わせて、排気温度を上昇させる排気昇温制御手段を、
   有することを特徴とするディーゼル機関の制御装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のディーゼル機関の制御装置において、
   排気燃料添加弁の噴孔の詰まりを防止する必要があるか否かを判定する詰まり防止要否判定手段と、
   詰まりを防止する必要があると判定され、且つ、取得された排気温度がバイオ燃料濃度に応じて設定された最低作動排気温度以上である場合に、排気燃料添加弁に燃料を噴射させて、噴孔の詰まりを防止する詰まり防止制御手段と、
   を有することを特徴とするディーゼル機関の制御装置。
6. 請求項５に記載のディーゼル機関の制御装置において、
   排気温度制御手段は、
   詰まりを防止する必要があると判定され、且つ取得された排気温度がバイオ燃料濃度に応じて設定された最低作動排気温度を下回る場合に、排気温度を上昇させることを特徴とするディーゼル機関の制御装置。

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