JP4978344B2 - 内燃機関の排気燃料添加制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、排気燃料添加弁を備えバイオ燃料を使用可能な内燃機関の排気燃料添加制御装置に関し、更に詳しくは、バイオ燃料濃度が高い時であっても排気燃料添加弁の詰まりを容易に抑制することができる内燃機関の排気燃料添加制御装置に関する。

近年、自動車等に搭載される内燃機関では、排気エミッションを向上させることが要求されている。すなわち、内燃機関から排気ガスを大気中に放出する前に、排気ガス中に含まれる一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）等のガス成分を浄化若しくは除去することを要求されている。

ディーゼルエンジンや、希薄燃焼可能なガソリンエンジンでは、高い空燃比（リーン雰囲気）の混合気を燃焼に供して機関運転を行う運転領域が、全運転領域の大部分を占める。この種のエンジンでは一般に、リーン雰囲気でＮＯｘを吸収することのできるＮＯｘ触媒が排気系に備えられている。

ＮＯｘ触媒は、排気中の還元成分濃度が低い状態ではＮＯｘを吸収し、排気中の還元成分濃度が高い状態ではＮＯｘを放出する特性を有している。排気中に放出されたＮＯｘは、排気中にＨＣやＣＯ等の還元成分が存在していれば、それらと速やかに反応して窒素に還元される。

また、ＮＯｘ触媒が吸蔵できるＮＯｘの量には限界量（飽和量）が存在し、当該触媒がその飽和量を上回るＮＯｘを吸蔵している場合には、排気中の還元成分濃度が低い状態にあってもそれ以上ＮＯｘを吸収しなくなる。

そこで、従来の内燃機関の排気浄化装置にあっては、内燃機関の排気系に還元剤（内燃機関の燃料の一部）を供給するための排気燃料添加弁を備え、当該ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵量が所定量に達する前に、当該ＮＯｘ触媒に流入する排気に還元剤としての燃料を所定インターバルで繰り返し添加する排気燃料添加制御が行われている。

このように排気燃料添加弁を通じて排気系に所定タイミングで還元剤が供給されると、その還元剤は排気中の還元成分濃度を高め、ＮＯｘ触媒に吸蔵されているＮＯｘを放出および還元浄化するとともに、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸収能力を回復させる。したがって、ＮＯｘ触媒に流入する排気中の還元成分を所望の時期に増量することができ、ＮＯｘ触媒の排気浄化効率を常に高く維持することが可能となる。

特に、軽油を燃料とする圧縮着火式のディーゼルエンジンでは、上記ＣＯ、ＨＣ、ＮＯｘ等に加え、排気ガス中に含まれる煤や，ＳＯＦ（Sol bule Organic Fraction）等の粒子状物質（ＰＭ：Particulate Matter）を浄化若しくは除去することを要求されている。

したがって、上記排気燃料添加弁の噴孔がデポジットによって詰まることは、これらの排気浄化作用に重大な支障を来すこととなるため、排気燃料添加弁の詰まりを抑制するための種々の技術が提供されている。

たとえば、燃料が燃料タンクから内燃機関に供給されるまでの経路における当該燃料タンクとインジェクタとの間に、燃料中に含まれる金属や金属イオンを燃料から分離除去する金属イオン除去手段を備え、インジェクタ内での金属の析出・堆積を防止し、インジェクタを長期間安定に駆動させる技術が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

また、上記のような排気燃料添加弁の詰まりを抑制する技術としてつぎのようなものも提案されている（たとえば、特許文献２参照）。すなわち、内燃機関の排気通路に設けられ還元剤の存在下で窒素酸化物を還元するＮＯx触媒と、ＮＯx触媒に還元剤を供給する還元剤供給装置と、還元剤供給装置の噴射孔の詰まる時期を推定する詰まり推定手段と、詰まり推定手段により推定された詰まり時期よりも前に噴射孔の詰まりを抑制するための還元剤を少量噴射させる詰まり抑制手段と、を備え、還元剤が固化すると推定された時期以前に還元剤を噴射させて還元剤供給装置の詰まりを抑制するものである。

また、近年では、エネルギー対策や環境対策等の観点から、ガソリンや軽油等の標準燃料に対する代替燃料としてアルコールや、いわゆるバイオ燃料等の含酸素燃料も注目されており、これらの燃料を使用可能な内燃機関の開発も要請されている。

特開２００６−１０５０９２号公報 特開２００３−２２２０１９号公報

しかしながら、このようなバイオ燃料であるバイオ軽油（たとえば、ＲＭＥ、廃食油等）は、標準軽油に比べて蒸発性が非常に悪いという特徴がある。たとえば図１１に示すように、バイオ軽油は、標準軽油が９０容量％蒸発する温度（約３３０℃）であっても、１０容量％以下しか蒸発しない。ここで、図１１は、標準軽油とバイオ軽油の蒸留特性とを示す説明図である。

上記特許文献１に係る従来技術にあっては、バイオ軽油濃度については考慮されていないため、バイオ燃料と軽油との混合燃料を当該内燃機関（たとえば、ディーゼルエンジン）に使用する場合、バイオ燃料濃度が高くなるほど、排気燃料添加弁には未蒸発の燃料残渣が残り易く、この残渣が核となってデポジットへと発達していく。このため、バイオ燃料濃度が高くなるほど、排気燃料添加弁が詰まり易くなるという課題があった。

また、排気燃料添加の休止期間中は、排気燃料添加弁近傍の温度が高くなり、燃料添加によるデポジット洗浄もできないため、排気燃料添加弁のデポジットは、当該休止期間中に最も形成され易く、このデポジットが排気燃料添加弁の詰まりの主因となっていた。

更に、排気燃料添加弁が詰まると、ＮＯｘ還元やＰＭ再生、硫黄被毒再生ができなくなってしまい、車両走行に支障を来す虞もあった。

この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、バイオ燃料濃度が高い時であっても排気燃料添加弁の詰まりを容易に抑制することができる内燃機関の排気燃料添加制御装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、この発明の請求項１に係る内燃機関の排気燃料添加制御装置は、内燃機関の排気系に設けられ、排気ガス中の還元成分濃度が高くなるとＮＯｘの還元反応を促す特性を備えたＮＯｘ触媒と、前記排気系を通じて前記ＮＯｘ触媒に流入する前記排気ガス中に使用燃料の一部を還元剤として噴射添加する排気燃料添加弁と、前記排気燃料添加弁の詰まりを抑制する制御を行う添加弁詰まり抑制手段と、を備えた内燃機関の排気燃料添加制御装置において、更に前記使用燃料としてのバイオ燃料の濃度を検知または推定するバイオ燃料濃度検知手段を備え、前記添加弁詰まり抑制手段は、前記ＮＯｘの還元のために前記排気燃料添加弁から前記還元剤を所定のタイミングで添加する還元添加を行い、かつ、この還元添加の後に前記排気燃料添加弁から前記還元剤を前記排気燃料添加弁の詰まりを抑制するために添加する詰まり防止添加を行うとともに、更に、前記バイオ燃料濃度検知手段により検知または推定されたバイオ燃料濃度が高い時の前記詰まり防止添加における前記排気燃料添加弁の詰まり抑制能力を、前記バイオ燃料濃度が低い時の前記詰まり防止添加における前記排気燃料添加弁の詰まり抑制能力よりも高めることを特徴とするものである。

また、この発明の請求項２に係る内燃機関の排気燃料添加制御装置は、請求項１に記載の発明において、前記添加弁詰まり抑制手段は、前記バイオ燃料濃度が高い時の前記詰まり防止添加における前記排気燃料添加弁からの燃料添加頻度を、前記バイオ燃料濃度が低い時の前記詰まり防止添加における前記排気燃料添加弁からの燃料添加頻度よりも高めることを特徴とするものである。

また、この発明の請求項３に係る内燃機関の排気燃料添加制御装置は、請求項１または２に記載の発明において、前記排気燃料添加弁からの燃料添加圧力を調節する添加圧力調節手段を更に備え、前記添加弁詰まり抑制手段は、前記添加圧力調節手段に、前記バイオ燃料濃度が高い時の前記詰まり防止添加における前記排気燃料添加弁からの燃料添加圧力を、前記バイオ燃料濃度が低い時の前記詰まり防止添加における前記排気燃料添加弁からの燃料添加圧力よりも増加させることを特徴とするものである。

また、この発明の請求項４に係る内燃機関の排気燃料添加制御装置は、請求項１〜請求項３のうちいずれかに記載の発明において、前記排気燃料添加弁の温度を低下させる添加弁冷却手段を更に備え、前記添加弁詰まり抑制手段は、前記添加弁冷却手段に、前記バイオ燃料濃度が高い時の前記詰まり防止添加における前記排気燃料添加弁の温度を、前記バイオ燃料濃度が低い時の前記詰まり防止添加における前記排気燃料添加弁の温度よりも低下させることを特徴とするものである。

この発明に係る内燃機関の排気燃料添加制御装置（請求項１）によれば、バイオ燃料が所定の高濃度であっても、詰まり抑制制御の実行頻度を高めたり、詰まり抑制制御の能力を高めることにより、排気燃料添加弁近傍の温度を低下させることができるとともに、未蒸発の燃料残渣も添加燃料によって洗浄され易くなるため、排気燃料添加弁の噴孔にデポジットが形成しにくくなり、排気燃料添加弁の詰まりを抑制することができる。また、この詰まりが抑制されることにより、ＮＯｘ還元やＰＭ再生、硫黄被毒再生を支障なく行うことができる。

また、この発明に係る内燃機関の排気燃料添加制御装置（請求項２）によれば、バイオ燃料が所定の高濃度であっても、詰まり抑制制御までの添加なしの期間を短く設定することによって排気燃料添加弁の噴孔にデポジットが形成しにくくなるので、排気燃料添加弁の詰まりを抑制することができる。

また、この発明に係る内燃機関の排気燃料添加制御装置（請求項３）によれば、バイオ燃料が所定の高濃度であっても、詰まり抑制制御時において燃料添加圧力を添加圧力調節手段により増加することによって、排気燃料添加弁の噴孔にデポジットを形成しにくくし、排気燃料添加弁の詰まりを抑制することができる。

また、この発明に係る内燃機関の排気燃料添加制御装置（請求項４）によれば、排気燃料添加弁を冷却媒体等の添加弁冷却手段によって冷却可能に構成することで、排気燃料添加弁の噴孔近傍の温度を低下させ、未蒸発の燃料残渣がデポジットへと発達していくのを抑制し、排気燃料添加弁の詰まりを抑制することができる。

以下に、この発明に係る内燃機関の排気燃料添加制御装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。

図１は、この発明の実施例１に係る内燃機関の排気燃料添加制御装置を適用したディーゼルエンジンシステムを示す概略構成図である。図１に示すように、内燃機関（以下、エンジンと記す。）１は、燃料供給系１０、燃焼室２０、燃焼室２０内に供給される吸入空気の通路（吸気通路）を形成する吸気系３０、各燃焼室２０から排出される排気ガスの通路（排気通路）を形成する排気系４０等を主要部として構成される直列４気筒のディーゼルエンジンシステムである。

燃料供給系１０は、バイオ燃料を貯留する燃料タンク１８、メイン燃料通路Ｐ０、燃料フィルタ１８ａ、サプライポンプ１１、コモンレール１２、燃料噴射弁１３、遮断弁１４、排気燃料添加弁１７、機関燃料通路Ｐ１および添加燃料通路Ｐ２等を備えて構成されている。

また、燃料タンク１８には、燃料のバイオ濃度を検知するバイオ濃度センサ（バイオ燃料濃度検知手段）１９が設けられている。なお、このバイオ濃度センサ１９は、たとえば燃料の粘度や温度等の計測値からバイオ燃料濃度を検知または推定できるように構成されていればよく、その検知・推定原理は問わない。

サプライポンプ１１は、燃料タンク１８からメイン燃料通路Ｐ０を介して汲み上げた燃料を高圧にし、機関燃料通路Ｐ１を経てコモンレール１２に供給する。コモンレール１２は、サプライポンプ１１から供給された高圧燃料を所定圧力に蓄圧し、各燃料噴射弁１３に分配する。電磁弁である燃料噴射弁１３は、所定時期に燃焼室２０内に燃料を噴射供給する。

また、サプライポンプ１１は、燃料タンク１８から汲み上げた燃料の一部を添加燃料通路Ｐ２を介して排気燃料添加弁１７に供給する。遮断弁１４は、必要時に添加燃料通路Ｐ２を遮断し、燃料供給を停止する。

なお、添加燃料通路Ｐ２には調量弁（図示せず）も設けられている。この調量弁は、排気燃料添加弁１７に供給する燃料の圧力（燃圧）を制御する。また、電磁弁である排気燃料添加弁１７は、還元剤として機能する燃料を、適宜量、適宜タイミングで後述する触媒コンバータ４１ａ，４１ｂ上流に添加供給する。

また、エンジン１には、その排気により吸気を過給するターボチャージャ５０を備えている。ターボチャージャ５０に設けられたインタークーラ３１は、過給によって昇温した吸入空気を強制冷却する。このインタークーラ３１よりも下流に設けられたスロットル弁３２は、いわゆる電子スロットルであり、吸入空気の供給量を調整する。

また、エンジン１には、吸気系３０と排気系４０をバイパスし、排気の一部を吸気系３０に戻すＥＧＲ通路６０が設けられている。ＥＧＲ通路６０には、排気流量を調整するＥＧＲ弁６１と、排気を冷却するためのＥＧＲクーラ６２が設けられている。なお、ＥＧＲクーラ６２の上流側には、図示しない触媒が設けられている。

また、排気系４０は、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を担体に担持したＮＳＲ（ＮＯｘ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）触媒コンバータ４１ａと、多孔質セラミック構造体にＮＯｘ吸蔵還元触媒が担持され構成されるＤＰＮＲ（Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ ＮＯｘ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）触媒コンバータ４１ｂと、その下流側に設けられた酸化触媒コンバータ４２とを備えている。

これらの触媒コンバータ４１ａ，４１ｂは、排気ガスの空燃比がリーンのときにＮＯｘを吸蔵し、排気ガス中の酸素濃度が低下するとともに還元雰囲気で吸蔵したＮＯｘを放出し還元するためのものである。

特に、ＤＰＮＲ触媒コンバータ４１ｂは、上記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒が、ＰＭを補足するフィルターの役割をする多孔質セラミック構造体に担持されて構成されているので、リーン燃焼時には、ＰＭが多孔質構造のセラミック構造体に一時的に捕集され、排出ガス中の酸素により酸化される。

また、ＮＯｘはリーン燃焼時に触媒に一旦吸蔵され、その後瞬間的にリッチ燃焼が行われる際に、還元浄化される。リッチ燃焼時には、吸蔵されたＮＯｘが還元される際に発生する酸素により、ＰＭが酸化浄化される。

なお、上記触媒コンバータ４１ａ，４１ｂの温度が比較的低い場合等においては、排気燃料添加弁１７による添加燃料が触媒コンバータ４１ａ，４１ｂをすり抜けてしまう場合があるが、酸化触媒コンバータ４２によりこれを確実に酸化することができる。

また、エンジン１の各部位には、吸気量を検出するエアフロメータ７２、排気中の酸素濃度を検出する空燃比センサ７３、ＤＰＮＲ触媒コンバータ４１ｂの上流側と下流側の排気温度を検出する排気温センサ７４ａ，７４ｂ、ＮＳＲ触媒コンバータ４１ａおよびＤＰＮＲ触媒コンバータ４１ｂの上流側と下流側との圧力差を検出する圧力センサ７５が設けられている。

また、図示を省略するが、エンジン１の各部位には、コモンレール１２内の燃料の温度と圧力を検出する温度センサおよび圧力センサ、エンジン１のクランク軸回転を検出するクランクポジションセンサ、吸気温度を検出する吸気温センサ、吸気圧力を検出する吸気圧センサ、アクセルペダルの踏込み量（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサ、スロットル弁３２の開度を検出するスロットルポジションセンサ、エンジン１の冷却水温を検出する水温センサ等が設けられている。

図示しない電子制御装置であるＥＣＵは、上記各種センサの検出信号を外部入力回路を介して入力し、これらの信号に基づき燃料噴射弁１３や排気燃料添加弁１７の開閉制御等、エンジン１の運転状態に関する各種制御を実施し、また添加弁詰まり抑制手段および排気燃料添加制御装置として機能するものである。

つぎに、本実施例１に係る制御方法について図２に基づいて図１、図３、図４を参照しつつ説明する。ここで、図２は、制御方法を示すフローチャート、図３は、バイオ燃料低濃度時および燃料が軽油のみの場合における燃料添加なしの期間ＴＡを示す説明図、図４は、バイオ燃料高濃度時における燃料添加なしの期間ＴＢを示す説明図である。図３および図４に示す添加なしの期間ＴＡと期間ＴＢは、ＴＡ＞ＴＢの関係を有している。

本制御は、図示しない上記ＥＣＵによって実行される。図２に示すように、先ず、バイオ燃料濃度をバイオ濃度センサ１９によって検知する（ステップＳ１０）。つぎに、検知されたバイオ燃料濃度が所定値ＷＬを超えているか否かを判断する（ステップＳ２０）。

この所定値ＷＬは、排気燃料添加弁１７の詰まり抑制制御の際に、使用燃料が通常の軽油のみ若しくは所定の低濃度の場合に設定されている限度値としての「添加なしの期間ＴＡ」を、詰まり抑制の効果を維持できるようにこれよりも短い「添加なしの期間ＴＢ」に設定する時の判断閾値であり、予め実験等により求めたものである。

図３に示すように、使用燃料が通常の軽油のみ若しくは所定の低濃度（所定値ＷＬ未満）の場合には、排気燃料添加弁１７からは還元剤としての燃料が、ＮＯｘ還元やＰＭ再生、硫黄被毒再生のために所定のタイミングで添加され、更に「添加なしの期間ＴＡ」を経た後に、詰まり抑制（図３，４中には、「詰まり防止」と記してある。）のために再度燃料添加されることとなる。これらの添加制御は、必要時に一定のタイミングで繰り返し実行される。

一方、使用燃料がバイオ燃料であって所定の高濃度（所定値ＷＬ以上）の場合には、図４に示す「添加なしの期間ＴＢ」が選択され、排気燃料添加制御が実行されることとなる。

すなわち、バイオ燃料が混合された軽油の場合であって、バイオ燃料濃度が所定値ＷＬを超えているならば（ステップＳ２０肯定）、燃料添加なしの期間をＴＢ（＜ＴＡ）とし（ステップＳ３０）、従来の排気燃料添加制御を実施して（ステップＳ５０）、制御を終了する。この添加なしの期間ＴＢを図４に示す。なお、排気燃料添加制御は、従来と同様の制御内容であるので、説明を省略する。

バイオ燃料が所定の高濃度であっても、軽油のみ等の場合よりも短い間隔での燃料添加により、排気燃料添加弁１７近傍の温度を低下させることができるとともに、未蒸発の燃料残渣も添加燃料によって洗浄され易くなるため、排気燃料添加弁１７の噴孔にデポジットが形成しにくくなり、排気燃料添加弁１７の詰まりが抑制されることとなる。また、この詰まりが抑制されることにより、ＮＯｘ還元やＰＭ再生、硫黄被毒再生も支障なく行われる。

一方、バイオ燃料濃度が所定値ＷＬを超えていないならば（ステップＳ２０否定）、詰まり抑制の効果は、軽油のみの場合と同様に維持されると考えられるので、燃料添加なしの期間を、軽油のみ等の場合のＴＡとし（ステップＳ４０）、排気燃料添加制御を実施して（ステップＳ５０）、制御を終了する。

以上のように、この実施例１に係る内燃機関の排気燃料添加制御装置によれば、バイオ燃料が所定の高濃度であっても、詰まり抑制制御までの添加なしの期間を短く設定することによって排気燃料添加弁１７の噴孔にデポジットが形成しにくくなるので、排気燃料添加弁１７の詰まりを抑制することができる。また、この詰まりが抑制されることにより、ＮＯｘ還元やＰＭ再生、硫黄被毒再生を支障なく行なうことができる。

図５は、この発明の実施例２に係る制御方法を示すフローチャート、図６は、バイオ燃料濃度に応じて設定された添加なしの期間の一例を示すマップである。なお、以下の説明において、すでに説明した部材またはステップ番号と同一若しくは相当するものには、同一の符号を付して重複説明を省略または簡略化する。

本実施例２のシステム構成は、上記実施例１の図１で示した構成と同様である。上記実施例１では、検知されたバイオ燃料濃度の判定閾値を１つのＷＬにて判断し、かつ、添加なしの期間を２種類（ＴＡおよびＴＢ）とした（図２のステップＳ２０〜Ｓ４０を参照）。これに対して本実施例２では、図６のマップに示すように、たとえばバイオ燃料濃度１０％毎に添加なしの期間を設定したものである。

つまり、本実施例２では、図５に示すように、ステップＳ１０で検知されたバイオ燃料濃度と、ステップＳ１５で読み込まれた図６のマップとから、当該バイオ燃料濃度に応じた、よりきめ細かな添加なしの期間を設定し（ステップＳ２５）、排気燃料添加制御を実施するものである（ステップＳ５０）。

したがって、この実施例２に係る内燃機関の排気燃料添加制御装置によれば、バイオ燃料濃度に応じたきめ細かな添加なしの期間に基づいて排気燃料添加制御を実施することができ、排気燃料添加弁１７の詰まりを更に効果的に抑制することができる。

図７は、この発明の実施例３に係る内燃機関の排気燃料添加制御装置を適用したディーゼルエンジンシステムを示す概略構成図、図８は、制御方法を示すフローチャートである。

本実施例３は、バイオ燃料濃度が所定値まで高くなった場合には、上記添加なしの期間が続いた後の排気燃料添加時（詰まり防止ないし抑制のための添加時）において燃料添加圧力を高く設定することによって、排気燃料添加弁１７の噴孔にデポジットを形成しにくくし、排気燃料添加弁１７の詰まりを抑制することができるようにしたものである。

図７に示すように、本実施例３のシステム構成は、上記実施例１の図１で示した構成とつぎの点で異なる。すなわち、サプライポンプ（添加圧力調節手段）１１を圧力可変のものとし、添加燃料通路Ｐ２に圧力センサ（添加圧力調節手段）８１を設けることで、排気燃料添加弁１７の目標添加圧力を上記ＥＣＵの指令によって変更できるようにしたものである。

また、添加燃料通路Ｐ２が所定の高圧となった時にその圧力を低下させるために、添加燃料通路Ｐ２および燃料タンク１８に連通する燃料リターン通路（添加圧力調節手段）Ｐ３と、添加燃料通路Ｐ２と燃料リターン通路Ｐ３の接続部に設けられ、開弁することにより所定量の燃料を燃料リターン通路Ｐ３を介して燃料タンク１８に戻して低圧化を図るための電磁リリーフ弁（添加圧力調節手段）８０とを備えている。

つぎに、本実施例３に係る制御方法について図８に基づいて図７を参照しつつ説明する。以下の制御も上記ＥＣＵによって実行される。図８に示すように、先ず、バイオ燃料濃度をバイオ濃度センサ１９によって検知し（ステップＳ１０）、その検知されたバイオ燃料濃度が所定値ＷＬを超えているか否かを判断する（ステップＳ２０）。

この所定値ＷＬは、燃料の添加圧力を通常圧力の目標値ＰＡから高圧目標値ＰＢ（＞ＰＡ）に変更を要するか否かを判断するための閾値であり、予め実験等により求めたものである。

バイオ燃料濃度が所定値ＷＬを超えているならば（ステップＳ２０肯定）、添加圧力を高圧目標値ＰＢに設定し（ステップＳ３５）、その高圧目標値ＰＢとなるように圧力センサ８１の出力値を参照しながらサプライポンプ１１を作動させ、排気燃料添加制御を実施する（ステップＳ５０）。

なお、本実施例３の特徴は、添加圧力の目標値をバイオ燃料濃度に応じて可変設定することであり、その目標値に基づいた排気燃料添加制御の方法は従来と同様であるので、説明を省略する。

一方、バイオ燃料濃度が所定値ＷＬを超えていないならば（ステップＳ２０否定）、添加圧力を通常圧力の目標値ＰＡに設定し（ステップＳ４５）、その高圧目標値ＰＡとなるように圧力センサ８１の出力値を参照しながらサプライポンプ１１を作動させ、排気燃料添加制御を実施する（ステップＳ５０）。

上述したように、本実施例３は、バイオ燃料濃度が所定値まで高くなった場合に、上記添加なしの期間が続いた後の排気燃料添加時（詰まり防止ないし抑制のための添加時）において燃料添加圧力を高く設定し、排気燃料添加弁１７の詰まりを抑制するものである。この詰まり抑制制御以外の制御、すなわち、ＮＯｘ還元やＰＭ再生、硫黄被毒再生のための燃料添加制御時には、添加圧力は基本設定（通常圧力の目標値ＰＡに設定）のままにしておき、上記触媒コンバータ４１ａ，４１ｂ等の過熱やエミッションへの悪影響を抑制する必要がある。そこで、上記ステップＳ５０に続いて、以下の制御を行う。

排気燃料添加弁１７の詰まりを抑制するための燃料添加が終了したか否かを判断する（ステップＳ６０）。燃料添加が終了していなければ終了するまで待機し（ステップＳ６０否定）、終了したならば（ステップＳ６０肯定）、排気燃料添加弁１７への燃料供給圧力（添加圧力）が通常圧力の目標値ＰＡを超えているか否かを判断する（ステップＳ７０）。

燃料供給圧力が通常圧力の目標値ＰＡを超えているならば（ステップＳ７０肯定）、電磁リリーフ弁８０を開弁調整することにより所定量の燃料を燃料リターン通路Ｐ３を介して燃料タンク１８に戻し、燃料供給圧力を通常圧力の目標値ＰＡ（基本設定値）に落とす（ステップＳ８０）。

そして、この通常圧力の目標値ＰＡに基づいて、ＮＯｘ還元やＰＭ再生、硫黄被毒再生等の通常の触媒制御（燃料添加制御）を実施する（ステップＳ９０）。このように、燃料供給圧力を必要時以外は基本設定値に戻すことにより、上記触媒コンバータ４１ａ，４１ｂ等の過熱やエミッションへの悪影響が抑制される。

一方、燃料供給圧力が通常圧力の目標値ＰＡを超えていないならば（ステップＳ７０否定）、基本設定圧力のままで上記通常の触媒制御（燃料添加制御）を実施すればよい（ステップＳ９０）。なお、上記通常の触媒制御の方法は従来と同様であるので、説明を省略する。

以上のように、この実施例３に係る内燃機関の排気燃料添加制御装置によれば、バイオ燃料濃度が所定値まで高くなった場合には、詰まり抑制制御時において燃料添加圧力を高く設定することによって、排気燃料添加弁１７の噴孔にデポジットを形成しにくくし、排気燃料添加弁１７の詰まりを抑制することができる。

また、詰まり抑制制御以外の制御、すなわち、ＮＯｘ還元やＰＭ再生、硫黄被毒再生のための燃料添加制御時には、添加圧力を基本設定（通常圧力）のままにしておくことができるので、上記触媒コンバータ４１ａ，４１ｂ等の過熱やエミッションへの悪影響を抑制することができる。

図９は、この発明の実施例４に係る制御方法を示すフローチャート、図１０は、バイオ燃料濃度に応じて設定された添加圧力の一例を示すマップである。

本実施例４のシステム構成は、上記実施例３の図７で示した構成と同様である。上記実施例３では、検知されたバイオ燃料濃度の判定閾値を１つのＷＬにて判断し、かつ、設定する添加圧力を２種類（ＰＡおよびＰＢ）とした（図８のステップＳ２０、Ｓ３５、Ｓ４５を参照）。これに対して本実施例４では、図１０のマップに示すように、たとえばバイオ燃料濃度１０％毎に添加圧力を設定したものである。

すなわち、本実施例４では、図９に示すように、ステップＳ１０で検知されたバイオ燃料濃度と、ステップＳ１６で読み込まれた図１０のマップとから、当該バイオ燃料濃度に応じた、よりきめ細かな添加圧力を設定し（ステップＳ２６）、排気燃料添加制御を実施するものである（ステップＳ５０）。なお、その他の制御方法（ステップＳ６０〜Ｓ９０）は、上記実施例３の場合と同様であるので、重複説明を省略する。

したがって、この実施例４に係る内燃機関の排気燃料添加制御装置によれば、バイオ燃料濃度に応じたきめ細かな添加圧力に基づいて排気燃料添加制御を実施することができ、排気燃料添加弁１７の詰まりを更に効果的に抑制することができる。

なお、上記実施例１〜４においては、直列４気筒のディーゼルエンジンシステムを例にして説明したが、これに限定されず、他のエンジンシステムに適用してもよく、同様の効果を期待できる。

また、上記実施例１〜４のいずれかどうしを適宜組み合わせて、すなわち、バイオ燃料濃度に応じて、添加なしの期間および添加圧力の設定値を変更して排気燃料添加制御を実施してもよい。

また、上記実施例３および４においては、バイオ燃料濃度が所定値以上の場合に添加圧力を増加することにより詰まり抑制制御の能力を高めるものとして説明したが、これに限定されず、詰まり抑制制御の能力を高める手段であれば、詰まり抑制制御がいずれの手段であってもよい。この場合も上記各実施例と組み合わせて実施してもよい。

すなわち、たとえば、排気燃料添加弁１７の温度を低下させる手段であってもよく、排気燃料添加弁１７を冷却媒体等によって冷却可能に構成することで、排気燃料添加弁１７の噴孔近傍の温度を低下させ、未蒸発の燃料残渣がデポジットへと発達していくのを抑制し、排気燃料添加弁１７の詰まりを抑制することができる。

以上のように、この発明に係る内燃機関の排気燃料添加制御装置は、排気燃料添加弁を備えバイオ燃料を使用可能な内燃機関に有用であり、特に、バイオ燃料濃度が高い時であっても排気燃料添加弁の詰まりを容易に抑制することを目指す内燃機関に適している。

この発明の実施例１に係る内燃機関の排気燃料添加制御装置を適用したディーゼルエンジンシステムを示す概略構成図である。 制御方法を示すフローチャートである。 バイオ燃料低濃度時および燃料が軽油のみの場合における燃料添加なしの期間ＴＡを示す説明図である。 バイオ燃料高濃度時における燃料添加なしの期間ＴＢを示す説明図である。 この発明の実施例２に係る制御方法を示すフローチャートである。 バイオ燃料濃度に応じて設定された添加なしの期間の一例を示すマップである。 この発明の実施例３に係る内燃機関の排気燃料添加制御装置を適用したディーゼルエンジンシステムを示す概略構成図である。 制御方法を示すフローチャートである。 この発明の実施例４に係る制御方法を示すフローチャートである。 バイオ燃料濃度に応じて設定された添加圧力の一例を示すマップである。 標準軽油とバイオ軽油の蒸留特性とを示す説明図である。

符号の説明

１ エンジン（内燃機関）
１０ 燃料供給系
１１ サプライポンプ（添加圧力調節手段）
１７ 排気燃料添加弁
１８ 燃料タンク
１８ａ 燃料フィルタ
１９ バイオ濃度センサ（バイオ燃料濃度検知手段）
２０ 燃焼室
３０ 吸気系
４０ 排気系
４１ａ ＮＳＲ触媒コンバータ（ＮＯｘ触媒）
４１ｂ ＤＰＮＲ触媒コンバータ（ＮＯｘ触媒）
４２ 酸化触媒コンバータ
７３ 空燃比センサ
７４ａ、７４ｂ 排気温センサ
８０ 電磁リリーフ弁（添加圧力調節手段）
８１ 圧力センサ（添加圧力調節手段）
Ｐ０ メイン燃料通路
Ｐ１ 機関燃料通路
Ｐ２ 添加燃料通路
Ｐ３ 燃料リターン通路（添加圧力調節手段）

Claims (4)

1. 内燃機関の排気系に設けられ、排気ガス中の還元成分濃度が高くなるとＮＯｘの還元反応を促す特性を備えたＮＯｘ触媒と、
   前記排気系を通じて前記ＮＯｘ触媒に流入する前記排気ガス中に使用燃料の一部を還元剤として噴射添加する排気燃料添加弁と、
   前記排気燃料添加弁の詰まりを抑制する制御を行う添加弁詰まり抑制手段と、
   を備えた内燃機関の排気燃料添加制御装置において、
   更に前記使用燃料としてのバイオ燃料の濃度を検知または推定するバイオ燃料濃度検知手段を備え、
   前記添加弁詰まり抑制手段は、前記ＮＯｘの還元のために前記排気燃料添加弁から前記還元剤を所定のタイミングで添加する還元添加を行い、かつ、この還元添加の後に前記排気燃料添加弁から前記還元剤を前記排気燃料添加弁の詰まりを抑制するために添加する詰まり防止添加を行うとともに、更に、前記バイオ燃料濃度検知手段により検知または推定されたバイオ燃料濃度が高い時の前記詰まり防止添加における前記排気燃料添加弁の詰まり抑制能力を、前記バイオ燃料濃度が低い時の前記詰まり防止添加における前記排気燃料添加弁の詰まり抑制能力よりも高めることを特徴とする内燃機関の排気燃料添加制御装置。
2. 前記添加弁詰まり抑制手段は、前記バイオ燃料濃度が高い時の前記詰まり防止添加における前記排気燃料添加弁からの燃料添加頻度を、前記バイオ燃料濃度が低い時の前記詰まり防止添加における前記排気燃料添加弁からの燃料添加頻度よりも高めることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気燃料添加制御装置。
3. 前記排気燃料添加弁からの燃料添加圧力を調節する添加圧力調節手段を更に備え、
   前記添加弁詰まり抑制手段は、前記添加圧力調節手段に、前記バイオ燃料濃度が高い時の前記詰まり防止添加における前記排気燃料添加弁からの燃料添加圧力を、前記バイオ燃料濃度が低い時の前記詰まり防止添加における前記排気燃料添加弁からの燃料添加圧力よりも増加させることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の排気燃料添加制御装置。
4. 前記排気燃料添加弁の温度を低下させる添加弁冷却手段を更に備え、
   前記添加弁詰まり抑制手段は、前記添加弁冷却手段に、前記バイオ燃料濃度が高い時の前記詰まり防止添加における前記排気燃料添加弁の温度を、前記バイオ燃料濃度が低い時の前記詰まり防止添加における前記排気燃料添加弁の温度よりも低下させることを特徴とする請求項１〜請求項３のうちいずれかに記載の内燃機関の排気燃料添加制御装置。

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