JP6610481B2

JP6610481B2 - 排気浄化制御装置

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Publication number: JP6610481B2
Application number: JP2016182066A
Authority: JP
Inventors: 拓也稲益
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2016-09-16
Filing date: 2016-09-16
Publication date: 2019-11-27
Anticipated expiration: 2036-09-16
Also published as: DE102017110914B4; JP2018044532A; DE102017110914A1

Description

本発明は、排気浄化制御装置に関する。

ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）や触媒等を用いて排気を浄化する排気浄化装置において、燃料又は還元剤といった添加剤を排気管内に噴射する噴射弁を設ける技術が特許文献１に開示されている。添加剤の具体例としては、ＤＰＦ再生のための燃焼用の燃料、触媒上でＮＯｘを還元させる還元剤等が挙げられる。

従来の一般的な噴射弁は、噴孔を開閉する弁体と、閉弁方向に弁体へバネ力を加えるバネ部材と、通電により電磁力を生じさせ電磁力を弁体の開弁方向に付与するソレノイドと、を備える。そして、ソレノイドへ通電されることにより弁体が開弁作動して添加剤が噴射される。また、噴射弁へは添加剤供給ポンプが添加剤を供給する。

特許第５２９３２７９号公報

この種の噴射弁の作動を制御する従来の制御装置では、噴孔からの添加剤の噴射量は、添加剤供給ポンプにより添加剤へ加えられる圧力（供給圧力）と、噴射弁への通電期間とにより決定される。また、添加剤供給ポンプの回転が速いほど、供給圧力が大きくなり噴射量が多くなる。よって、添加剤供給ポンプの回転数が同じで、噴射弁への通電期間が等しい場合、排気管内への添加剤の噴射量は等しくなると考えられる。

しかしながら、本発明者は、添加剤供給ポンプの回転数が同じで、噴射弁への通電期間が等しい場合においても添加剤の噴射量がばらつくという現象が生じていることを見出した。

本発明は前述の問題点を鑑みてなされたものであり、噴射弁からの添加剤の噴射量が目標噴射量に対してばらつくことを低減することが可能な排気浄化制御装置を提供することを目的とする。

ここに開示される発明は、上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。なお、特許請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、発明の技術的範囲を限定するものではない。

内燃機関（２）の排気管（３）内へ排気浄化用の添加剤を噴射する噴孔（４４）を開閉する弁体（４１）と、閉弁方向に弁体へバネ力（Ｆ３）を加えるバネ部材（４２）と、通電により電磁力（Ｆ２）を生じさせ電磁力を弁体の開弁方向に付与するソレノイド（４３）と、を備える噴射弁（４）の作動を制御する排気浄化制御装置（５）であって、内燃機関の出力軸（６４）の回転位相と相関のある物理量を取得する取得部（Ｓ１０２）と、出力軸と連結されて駆動する容積型ポンプ（６）が添加剤を噴射弁に圧送供給することにより脈動する添加剤の圧力を供給圧力（Ｐ１）とし、供給圧力を弁体が受ける力である添加剤力（Ｆ１）とバネ力とを合わせた力を、噴射弁に働く脈動する閉弁力（Ｆ５）として取得部による取得結果をもとに算出する脈動算出部（Ｓ１０３）と、電磁力が徐々に増加し最大に達した時の力を最大開弁力（Ｆ２）とし、最大開弁力と脈動算出部により算出された脈動する閉弁力とを比較し、閉弁力よりも最大開弁力の方が大きくなることで噴射弁が開弁可能な開弁可能期間（ＴＤ２）を算出する期間算出部（Ｓ１０４）と、噴射弁への通電を開始した場合の通電開始タイミング（ｔｏｎ１）から噴射弁へ最大開弁力が加わるタイミングまでの期間を基本遅れ期間（ＴＤ４）とし、算出された開弁可能期間の開始タイミング（ｔ２）および終了タイミング（ｔ３）のそれぞれを基本遅れ期間分早く補正した期間を補正後期間（ＴＤ５）として算出する補正後期間算出部（Ｓ１０６）と、通電開始タイミングを補正後期間内となるよう設定する通電開始タイミング設定部（Ｓ１０７）と、を備える排気浄化制御装置である。

先述した「添加剤供給ポンプの回転数が同じで、噴射弁への通電期間が等しい場合においても添加剤の噴射量がばらつくという現象」が生じる原因を追究したところ、本発明者は以下の知見を得た。

噴射弁は、弁体としてのニードル、バネ部材およびソレノイドを有する。ニードルは、噴射弁の噴孔を開閉する。ニードルには、ニードルの上面を供給圧力が押す力（添加剤力）とバネ部材がニードルを押す力であるバネ力とが閉弁力として閉弁方向に働いている。噴射弁を開弁する時には、ソレノイドが通電されることでニードルの開弁方向に電磁力が生じ開弁される。電磁力は通電が開始してから徐々に増加するため、最大に達した時の電磁力を最大開弁力と定義する。以下最大開弁力を開弁力と表記する。ニードルを開弁方向に動かすためには、開弁力が閉弁力よりも大きくなる必要がある。

添加剤供給ポンプは容積型ポンプであるため、供給圧力には周期的な変化（脈動）が生じる。よって、ニードルを押す供給圧力による力（添加剤力）にも脈動が生じている。そのため、ニードルに加わる閉弁力にも脈動が生じている。容積型ポンプがエンジンの出力軸と連結して駆動される場合、脈動する添加剤力とバネ力との和である閉弁力の振幅は、図６のようにエンジン回転速度と相関がある。エンジン回転速度の増加に伴って、閉弁力Ｆ５の振幅および平均値Ｆ５Ａは増加する。つまり、閉弁力Ｆ５の上限値Ｆ５Ｔおよび下限値Ｆ５Ｄは、エンジン回転速度が高くなるほど大きくなる。また、閉弁力Ｆ５は上限値Ｆ５Ｔと下限値Ｆ５Ｄとの間で脈動する。

ここで、開弁力Ｆ２は一定である。エンジンの回転数がＮＥ０よりも低い場合には、開弁力Ｆ２は閉弁力Ｆ５の上限値Ｆ５Ｔよりも高い値となる。一方、エンジン回転速度がＮＥ０よりも高い場合には、開弁力Ｆ２は、閉弁力Ｆ５の上限値Ｆ５Ｔと下限値Ｆ５Ｄとの間になる。そのため、エンジン回転速度がＮＥ０よりも高い場合には、開弁力Ｆ２と閉弁力Ｆ５との大小が閉弁力の脈動により周期的に入れ替わる。つまり、開弁力Ｆ２が閉弁力Ｆ５よりも大きく噴射弁が開弁することができる期間を開弁可能期間とし、開弁力Ｆ２が閉弁力Ｆ５よりも小さく噴射弁が開弁することができない期間を開弁不可能期間とすると、開弁可能期間と開弁不可能期間とが交互に入れ替わる。

仮に、噴射弁を開弁するためのソレノイドへの通電を開始したことで噴射弁に開弁力が生じたとしても、開弁力が生じたタイミングである開弁力発生タイミングが開弁不可能期間であった場合には、噴射弁はすぐには開弁することができない。しかしながら、閉弁力が脈動することにより、閉弁力と開弁力との大小が入れ替わり、開弁可能期間となった時には、噴射弁は開弁を開始することができる。つまり、開弁力発生タイミングが開弁不可能期間であった場合、開弁可能期間になるまで開弁を開始することができず、通電開始タイミングと開弁開始タイミングとに時間的なずれが生じる。換言すると、通電開始タイミングに対し開弁開始タイミングが遅れる。その遅れた分だけ噴射弁の開弁時間が短くなるため目標とする噴射量のうち少ししか噴射できない。この開弁遅れが生じることが、「添加剤供給ポンプの回転数が同じで、噴射弁への通電期間が等しい場合においても添加剤の噴射量がばらつくという現象」が生じる原因であることがわかった。

この知見に基づき本発明によれば、通電開始タイミングを補正後期間内となるよう通電開始タイミング設定部が設定する。そのため、電磁力が最大に達し開弁力が発生するタイミングが通電開始タイミングに対し基本遅れ期間分遅れたとしても開弁力が発生するタイミングは開弁可能期間に重なる。これにより、開弁力が発生するタイミングと実際に開弁する開弁開始タイミングとの時間的な遅れが生じることを抑制することができる。つまり、通電開始タイミングから開弁開始タイミングまでの期間が基本遅れ期間よりも長くなることを抑制することができる。これにより、噴射弁からの添加剤の噴射量が目標噴射量に対してばらつくことを低減することが可能な排気浄化制御装置を提供することができる。

第１実施形態の排気浄化制御装置を適用した浄化システムのシステム構成図である。第１実施形態に用いられる容積型ポンプの内部作動を示す概略構成図である。第１実施形態における容積型ポンプの吐出口付近の圧力である吐出口圧力の脈動とクランク角との相関を示した図である。第１実施形態における吐出口圧力に対する供給圧力の位相遅れを示す図である。第１実施形態のニードルへ開弁力と閉弁力とが加わっている状態の噴射弁の概略構成図である。エンジン回転速度に基づく閉弁力と開弁力との大小関係を示す折れ線図である。閉弁力の脈動を考慮せずにソレノイドへの通電を行った場合の開弁遅れの一例を示すタイムチャートである。第１実施形態の補正前の通電開始タイミングを補正した場合のタイムチャートである。第１実施形態の補正を行うための制御フローを示すフローチャートである。第２実施形態の補正前の通電終了タイミングを補正した場合のタイムチャートである。第２実施形態の補正を行うための制御フローを示すフローチャートである。第３実施形態の補正前の通電終了タイミングを補正した場合のタイムチャートである。第３実施形態の補正前の通電終了タイミングを補正した場合のフローチャートである。第４実施形態の補正前の通電終了タイミングを補正した場合のフローチャートである。

以下、図面を参照しながら発明を実施するための複数の形態を説明する。各形態において、先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において、構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を参照し適用することができる。

（第１実施形態）
図１は、内燃機関にディーゼルエンジン２を搭載した車両の浄化システム１に本発明を適用した場合の一実施形態を示すシステム構成図である。

エンジン２には、クランク角センサ９、容積型ポンプ６、吸気管１１および第一排気管１０が接続されている。第一排気管１０はターボチャージャー１２を介して第二排気管３と接続している。この第二排気管３が排気管に該当する。第二排気管３の途中には、排気中の粒子状物質であるＰＭを捕集するフィルタ（ＤＰＦ）８が備え付けられている。ＤＰＦ８は、ＰＭが堆積することで生じる排圧上昇により燃料消費や動力性能悪化を招く。そのため、ＤＰＦ８は捕集したＰＭを定期的に除去（すなわちＰＭ再生）する必要がある。堆積したＰＭの除去のために、第二排気管３内に添加剤として燃料が定期的に噴射される。燃料は、第二排気管３のＤＰＦ８より上流に備え付けられた噴射弁４により噴射される。燃料は、容積型ポンプ６から燃料配管７を通って噴射弁４へ送られる。第二排気管３内を通過する排気の流れにのって噴射された燃料がＤＰＦ８に到達することで、ＤＰＦ８に堆積したＰＭを燃焼除去することができる。

浄化システム１には、エンジン２および噴射弁４の作動を制御するためのＥＣＵ５が備えられている。このＥＣＵ５が排気浄化制御装置に該当する。ＥＣＵ５は、運転者の要求に応じてエンジン２の運転状態を制御する。ＥＣＵ５は、所定のプログラムが記録されたメモリ、そのプログラムに従って演算処理するプロセッサ、入力回路および出力回路を有する。ＥＣＵ５は、クランク角センサ９および噴射弁４等と電気配線を介して接続されている。

図２のように、容積型ポンプ６は、エンジン２の出力軸６４に直接連結されている。容積型ポンプ６は、ハウジング６０、アウターロータ６１およびインナーロータ６２を有する。ハウジング６０は、図示しない燃料タンクから燃料を吸入する吸入口６５と燃料を吐出する吐出口６６とを有する。そして、ハウジング６０の内部にはアウターロータ６１が組み込まれている。さらに、アウターロータ６１は貯留室６３を有する。容積型ポンプ６内に吸入された燃料は、貯留室６３に蓄えられる。貯留室６３は７つの内歯歯車を有する外周面により形成されている。貯留室６３内にはエンジンの出力軸６４の回転により回転するインナーロータ６２が配置されている。インナーロータ６２は、外周面より小径で６つの外歯歯車を有する。このインナーロータ６２の外歯歯車とアウターロータ６１の内歯歯車とはトロコイドギア式にかみ合う。出力軸６４とともに回転する外歯歯車と内歯歯車とが噛み合うことによりアウターロータ６１も回転する。これにより、アウターロータ６１の２つの内歯歯車の間に貯留された燃料が吐出口６６から吐出される。吐出される燃料には圧力（吐出口圧力Ｐ０）が加えられる。

容積型ポンプ６の吐出口６６には図示しないリリーフ弁が備え付けられている。このリリーフ弁は、吐出口圧力Ｐ０が所定圧まで上昇した場合に、吐出した燃料を燃料タンクにリリーフする。これにより、容積型ポンプ６から吐出される燃料の圧力が高くなりすぎるのを防止する。本実施形態の吐出口圧力Ｐ０は、このリリーフ弁よりも上流の圧力を示している。

容積型ポンプ６の燃料の吐出は、出力軸６４の回転により内歯歯車と外歯歯車とが一つずつ順に噛合うことにより生じる。そのため、吐出される際に燃料に加えられる圧力には図３のような周期的な変化（脈動）が生じる。インナーロータ６２は出力軸６４の回転で回転するため、図３のように、脈動の特性はエンジン運転状態と相関がある。具体的には、エンジン２の出力軸６４の回転位相であるクランク角度により脈動の波長が決まる。そして、脈動の振幅は、エンジンの回転位相の変化速度、つまりエンジンの回転速度により決まる。エンジン回転数が高くなると波長は短くなり振幅は大きくなる。

吐出口６６から吐出された燃料は燃料配管７を通って噴射弁４に供給される。この時、燃料配管７を通る燃料の脈動の伝播には図４のような位相の遅れが生じる。そのため、燃料の圧力の脈動は吐出口圧力Ｐ０に対し伝播遅れ位相Ｉ０分の位相が変化した脈動となり噴射弁４に供給される。伝播遅れ位相Ｉ０分の位相が変化した噴射弁４に供給される燃料の圧力を供給圧力Ｐ１とする。供給圧力Ｐ１の脈動の波長および振幅は吐出口圧力Ｐ０と同じである。

ここで、噴射弁４が第二排気管３に燃料を噴射する際の噴射弁４の機構を、図５を用いて説明する。噴射弁４は、排気浄化用の添加剤を噴射する噴孔４４、弁体としてのニードル４１、バネ部材４２およびソレノイド４３を有する。ニードル４１は、噴射弁４の噴孔４４を開閉する。ニードル４１には、ニードル４１の上面を供給圧力Ｐ１が押す力（添加剤力Ｆ１）とバネ部材４２がニードル４１を押す力であるバネ力Ｆ３とが閉弁力Ｆ５（図６参照）として閉弁方向に働いている。供給圧力Ｐ１は脈動しているため添加剤力Ｆ１も脈動する。一方で、バネ力Ｆ３は一定である。つまり閉弁力Ｆ５の脈動は添加剤力Ｆ１の脈動によるものである。そのため、閉弁力Ｆ５の脈動の波長および振幅は供給圧力Ｐ１から算出することができる。

噴射弁４を開弁する時には、ソレノイド４３が通電されることでニードル４１の開弁方向に電磁力が付与され、噴射弁４が開弁される。電磁力は通電が開始してから徐々に増加するため、最大に達した時の電磁力を最大開弁力と定義し、開弁力Ｆ２と表記する。ニードル４１を開弁方向に動かすためには、ソレノイド４３による開弁力Ｆ２が閉弁力Ｆ５よりも大きくなる必要がある。

前述した通り、図６のように、エンジン回転速度がＮＥ０よりも低い場合には、開弁力Ｆ２は閉弁力Ｆ５の上限値Ｆ５Ｔよりも高い値となる。一方、エンジン回転速度がＮＥ０よりも高い場合には、開弁力Ｆ２は、添加剤力Ｆ１の上限値Ｆ５Ｔと下限値Ｆ５Ｄとの間になる。そのため、エンジン回転速度がＮＥ０よりも高い場合には、開弁力Ｆ２と閉弁力Ｆ５との大小が閉弁力Ｆ５の脈動により周期的に入れ替わる。開弁力Ｆ２が閉弁力Ｆ５より大きく噴射弁４が開弁できる期間を開弁可能期間ＴＤ２とし、開弁力Ｆ２が閉弁力Ｆ５よりも小さく噴射弁が開弁できない期間を開弁不可能期間ＴＤ１とする。開弁可能期間ＴＤ２と開弁不可能期間ＴＤ１とは、図７のように交互に入れ替わる。

図７のように、仮に、噴射弁４を開弁するためのソレノイド４３への通電をＥＣＵ５が補正前の通電開始タイミングｔｏｎに開始したとする。前述の通り、電磁力は補正前の通電開始タイミングｔｏｎから徐々に大きくなる。そのため、開弁力Ｆ２は、補正前の通電開始タイミングｔｏｎの直後に即座に生じるわけではなく、補正前の通電開始タイミングｔｏｎから所定時間経過し電磁力が最大となるタイミングである開弁力発生タイミングｔｆ２に発生する。この補正前の通電開始タイミングｔｏｎから開弁力発生タイミングｔｆ２までの期間を基本遅れ期間ＴＤ４とする。この基本遅れ期間ＴＤ４は、噴射弁４に通電が開始してから最も早く開弁することができる期間、つまり開弁までの最短期間であるといえる。

噴射弁４への通電を開始し、開弁力発生タイミングｔｆ２となったとしても開弁力発生タイミングｔｆ２が開弁不可能期間ＴＤ１である場合には、噴射弁４は開弁することができない。しかしながら、閉弁力Ｆ５が脈動することにより、閉弁力Ｆ５と開弁力Ｆ２との大小が入れ替わり、開弁可能期間ＴＤ２となった時には、噴射弁４は開弁を開始する（補正前の開弁開始タイミングｔｏｐ）ことができる。つまり、開弁力発生タイミングｔｆ２が開弁不可能期間ＴＤ１であった場合、開弁可能期間ＴＤ２になるまで開弁を開始することができない。そのため、補正前の通電開始タイミングｔｏｎと補正前の開弁開始タイミングｔｏｐとに基本遅れ期間ＴＤ４よりも長い開弁遅れ期間ＴＤ３が生じる。

そこで、本実施形態ではＥＣＵ５が図８のような補正を行う。本実施形態では、開弁可能期間ＴＤ２の開始タイミングｔ２を基本遅れ期間ＴＤ４分早める補正を行い、補正開始タイミングｔ２ａをＥＣＵ５が算出する。また、開弁遅れ期間ＴＤ３の終了タイミングｔ３に関しても同様に補正終了タイミングｔ３ａをＥＣＵ５が算出する。そして、補正開始タイミングｔ２ａと補正終了タイミングｔ３ａとから補正後期間ＴＤ５をＥＣＵ５が算出する。ＥＣＵ５は、補正前の通電開始タイミングｔｏｎが補正後期間ＴＤ５内となるように通電開始タイミングｔｏｎ１を設定する。より好ましくは、閉弁力Ｆ５が下限値Ｆ５Ｄとなる下限タイミングｔＢと開弁開始タイミングｔｏｐ１とが一致するように、下限タイミングｔＢよりも基本遅れ期間ＴＤ４分早い通電開始タイミングｔｏｎ１を設定する。

なお、ニードル４１が閉弁状態から開弁方向に少しでも動いた場合、ニードル４１と噴孔４４の間に燃料が充填される。これにより、添加剤力Ｆ１がニードル４１の下面を開弁方向へ押す力が生じる。その結果、ニードル４１の上面を添加剤力Ｆ１が押す力と、ニードル４１の下面を添加剤力Ｆ１が押す力とが打ち消しあう。そのため、ニードル４１が開弁開始した後には、ニードル４１に作用する添加剤力Ｆ１を考慮しなくともよくなる。つまり、ニードルが開弁開始した直後に閉弁力Ｆ５の脈動が大きくなったとしても、ニードル４１が開弁方向に少しでも動いていればニードル４１の開弁を維持することが可能である。

次に、上記補正を実現するためにＥＣＵ５が行う補正処理について、図９を用いて説明する。ＥＣＵ５は自身に動作用電源が供給されてその動作を開始すると、図９の制御フローに従って補正処理を行う。

この制御フローがスタートすると、ステップＳ１００で噴射弁４を駆動する要求があるか否かを判定する。噴射弁４の駆動要求があるか否かは、第二排気管３に取り付けられたＤＰＦ８の上流および下流に備え付けられたセンサで検出された排気圧の差圧から決定する。排気圧の差圧が所定値以上であった場合には、ＤＰＦの再生が必要とみなして噴射弁４の駆動要求信号が出力される。ステップＳ１００で噴射弁４の駆動要求がなければ所定期間を経過してからステップＳ１００へ戻る。

ステップＳ１００で噴射弁４の駆動要求がある場合にはステップＳ１０１に行く。ステップＳ１０１では、エンジン２の運転状態に基づき算出される予め決められた目標噴射量を第二排気管３内に噴射するための噴射弁４への通電時間が設定される。本実施形態の排気浄化制御装置では、噴射弁４の駆動要求があってからすぐに噴射を行うのでなく、駆動要求があったタイミングから所定時間後のタイミングに噴射弁４への通電を開始する補正前の通電開始タイミングｔｏｎを仮決めする。つまり、補正前の通電開始タイミングｔｏｎを駆動要求があったタイミングから所定時間後のタイミングに予約する。同時に、仮決めされた補正前の通電開始タイミングｔｏｎと噴射時間から算出される補正前の通電終了タイミングｔｏｆｆを仮決めする。

そして、ステップＳ１０２では、エンジン２の出力軸６４の回転位相と相関のある物理量を取得する。具体的には、クランク角センサ９から出力される検出信号を取得する。ステップＳ１０２の処理を行うプロセッサは取得部に該当する。取得部により取得された物理量から回転位相および単位時間当たりの回転位相の変化量であるエンジン２の回転速度をエンジン状態算出部が算出する。

次にステップＳ１０３では、ステップＳ１０２で取得された取得結果をもとに閉弁力Ｆ５の脈動を算出する。閉弁力Ｆ５の脈動の波長および振幅は、前述の通り、供給圧力Ｐ１から求めることができる。そして、供給圧力Ｐ１は、吐出口圧力Ｐ０に対して伝播遅れ位相Ｉ０分変化した脈動であるから、供給圧力Ｐ１は吐出口圧力Ｐ０から求めることが可能である。

吐出口圧力Ｐ０は前述の通り、取得部による取得結果をもとに算出することができる。また、伝播遅れ位相Ｉ０は燃料配管７の形状および燃料の温度等によって決まる。燃料温度は、例えば、エンジン２に取り付けられたエンジン２の冷却水温を検出する図示しない水温センサにより算出することができる。伝播遅れ位相Ｉ０は、燃料温度による遅れと燃料配管７の形状による遅れとの対応関係のマップを予め記録しておくことで算出することができる。伝播遅れ位相Ｉ０、クランク角センサ９の取得結果および吐出口圧力Ｐ０の脈動の対応関係のマップを予め記録しておくことで閉弁力Ｆ５の脈動を算出する。ステップＳ１０３の処理を行うプロセッサは脈動算出部に該当する。

ステップＳ１０４では、開弁可能期間ＴＤ２を算出する。ステップＳ１０４の処理を行うプロセッサは期間算出部に該当する。開弁可能期間ＴＤ２は、ステップＳ１０３の脈動算出部により算出された脈動する閉弁力Ｆ５と開弁力Ｆ２とを比較し、閉弁力Ｆ５よりも開弁力Ｆ２の方が大きくなることで噴射弁４が開弁可能な開弁可能期間ＴＤ２として算出される。

ステップＳ１０５では、基本遅れ期間ＴＤ４を算出する。基本遅れ期間ＴＤ４は、車両に搭載されたバッテリ電圧に応じて変化するため、バッテリ電圧が小さいほど基本遅れ期間ＴＤ４は長くなる。バッテリ電圧と基本遅れ期間ＴＤ４との対応関係を予めマップとして記録しておくことで算出する。

ステップＳ１０６では、期間算出部で算出された開弁可能期間ＴＤ２の開始タイミングｔ２および終了タイミングｔ３のそれぞれを基本遅れ期間ＴＤ４分早くした補正開始タイミングｔ２ａと補正終了タイミングｔ３ａを算出する。補正開始タイミングｔ２ａから補正終了タイミングｔ３ａ期間が補正後期間ＴＤ５である。ステップＳ１０６の処理を行うプロセッサは補正後期間算出部に該当する。

次にステップＳ１０７では、補正前の通電開始タイミングｔｏｎを補正後期間内となるように通電開始タイミングｔｏｎ１を設定する。ステップＳ１０７の処理を行うプロセッサは通電開始タイミング設定部に該当する。より好ましくは、閉弁力Ｆ５の値が下限値Ｆ５Ｄとなる下限タイミングｔＢと開弁開始タイミングｔｏｐ１とが一致するように噴射弁４への通電開始タイミングｔｏｎ１を設定する。具体的には、下限タイミングｔＢよりも基本遅れ期間ＴＤ４だけ早いタイミングで噴射弁４への通電を行うように補正前の通電開始タイミングｔｏｎを補正し通電開始タイミングｔｏｎ１として設定する。

通電開始タイミングｔｏｎ１が設定されると図９の制御フローは終了する。

以上により、本実施形態によれば、補正前の通電開始タイミングｔｏｎが補正後期間ＴＤ５内となるよう噴射弁４への通電のタイミングを補正し通電開始タイミングｔｏｎ１として設定する。これにより、通電を開始してから開弁力Ｆ２が発生するまでに基本遅れ期間ＴＤ４分かかった場合においても、開弁力Ｆ２が発生するタイミングである開弁力発生タイミングｔｆ２は開弁可能期間ＴＤ２に重なる。つまり、開弁力発生タイミングｔｆ２と開弁開始タイミングｔｏｐ１が一致する。よって、開弁力発生タイミングｔｆ２と実際に開弁を開始する開弁開始タイミングｔｏｐ１との時間的な遅れが生じることを抑制することができる。つまり、通電開始タイミングｔｏｎ１から開弁開始タイミングｔｏｐ１までの期間が基本遅れ期間ＴＤ４よりも長くなることを抑制することができる。これにより、噴射弁４からの添加剤の噴射量が目標噴射量に対してばらつくことを低減することが可能な排気浄化制御装置を提供することができる。

また、仮に閉弁力Ｆ５の上限値Ｆ５Ｔよりも大きな開弁力Ｆ２を生じさせようとする場合、ソレノイド４３に生じる電圧を高くする必要がある。そのため、噴射弁４の大型化が必要となる。しかしながら、本実施形態のように、補正前の通電開始タイミングｔｏｎを補正し、開弁可能期間ＴＤ２に通電開始タイミングｔｏｎ１を設定することにより、噴射弁４を大型化することなく噴射弁４の開弁開始タイミングｔｏｐ１を制御することが可能である。つまり、噴射弁４を大型化することなく噴射弁４からの添加剤の噴射量が目標噴射量に対してばらつくことを低減することが可能な排気浄化制御装置を提供することができる。

さらに、ステップＳ１０７による通電開始タイミング設定部は、下限タイミングｔＢと開弁開始タイミングｔｏｐ１とが一致するように噴射弁４へ通電する。そして、下限タイミングｔＢは開弁可能期間ＴＤ２の中間点であるため、閉弁力Ｆ５の脈動の算出値に誤差が生じ、開弁可能期間ＴＤ２にわずかなずれが生じた場合においても、通電開始タイミングｔｏｎ１は補正後期間ＴＤ５となる。つまり、より確実に通電開始タイミングｔｏｎ１から開弁開始タイミングｔｏｐ１までの期間を短くすることが可能である。

（第２実施形態）
本実施形態では、図１０のように、仮決めされた補正前の通電終了タイミングｔｏｆｆを、開弁遅れ期間ＴＤ３分遅くしたタイミングとなるように補正した通電終了タイミングｔｏｆｆ１を設定する制御を行う。これにより、推定された補正前の通電終了タイミングｔｏｆｆは通電終了タイミングｔｏｆｆ１へ変更される。

次に、上記補正を実現するためにＥＣＵ５が行う補正処理について、図１１を用いて説明する。

ステップＳ１００からステップＳ１０５までは、第１実施形態と同様の演算処理を行う。ステップＳ２０８では、仮決めされた補正前の通電開始タイミングｔｏｎとステップＳ１０３で算出された閉弁力Ｆ５とから、補正前の通電開始タイミングｔｏｎから補正前の開弁開始タイミングｔｏｐまでの期間を開弁遅れ期間ＴＤ３として算出する。具体的には、噴射弁４への通電を開始し、開弁力発生タイミングｔｆ２が開弁可能期間ＴＤ２である場合には、開弁遅れ期間ＴＤ３は補正前の通電開始タイミングｔｏｎから開弁力発生タイミングｔｆ２までとなる。つまり、開弁遅れ期間ＴＤ３は基本遅れ期間ＴＤ４ということになる。

一方、開弁力発生タイミングｔｆ２が開弁不可能期間ＴＤ１であった場合には、開弁力発生タイミングｔｆ２には開弁することができず、開弁不可能期間ＴＤ１と開弁可能期間ＴＤ２とが入れ替わったタイミングで開弁する。よって、開弁力発生タイミングｔｆ２が開弁不可能期間ＴＤ１であった場合には、補正前の開弁開始タイミングｔｏｐは、補正前の通電開始タイミングｔｏｎに最も近い開弁可能期間ＴＤ２の開始タイミングｔ２である。よって、開弁遅れ期間ＴＤ３は、補正前の通電開始タイミングｔｏｎから開始タイミングｔ２までの期間として算出される。ステップＳ２０８の処理を行うプロセッサは開弁遅れ期間算出部に該当する。

次にステップＳ２０９では、ステップＳ２０８で算出された開弁遅れ期間ＴＤ３に基づいて通電終了タイミングｔｏｆｆ１を設定する。具体的には、算出された開弁遅れ期間ＴＤ３分、補正前の通電終了タイミングｔｏｆｆを遅くした通電終了タイミングｔｏｆｆ１を設定する。ステップＳ２０９の処理を行うプロセッサは通電終了タイミング設定部に該当する。

このような本発明によれば、補正前の通電開始タイミングｔｏｎと脈動とに基づき補正前の通電開始タイミングｔｏｎから補正前の開弁開始タイミングｔｏｐまでの期間を開弁遅れ期間ＴＤ３として算出する。さらに、エンジン２の運転状態に基づき算出される添加剤としての燃料の目標噴射量および補正前の通電開始タイミングｔｏｎから噴射弁４への補正前の通電終了タイミングｔｏｆｆを算出し仮決めする。そして、仮決めされた補正前の通電終了タイミングｔｏｆｆを、開弁遅れ期間ＴＤ３分遅くしたタイミングとなるように補正前の通電終了タイミング設定部が通電終了タイミングｔｏｆｆ１を設定する。

仮に、開弁遅れ期間ＴＤ３を考慮せずに、推定された補正前の通電終了タイミングｔｏｆｆで噴射弁４への通電を停止すると、開弁遅れ期間ＴＤ３分、噴射弁４が開弁している期間が短くなる。開弁している期間が短くなることにより目標とする噴射量より実際の噴射量が少なくなってしまう。

しかしながら、本発明では、補正前の通電終了タイミングｔｏｆｆを開弁遅れ期間ＴＤ３分遅くすることで、補正前の通電開始タイミングｔｏｎから補正前の開弁開始タイミングｔｏｐまでに噴射できなかった分の燃料を噴射することができる。これにより、目標噴射量に近い量を排気管内に噴射することが可能である。よって、目標噴射量に対して噴射量がばらつくことを低減することが可能である。

（第３実施形態）
本実施形態では、図１２のように、推定された補正前の通電終了タイミングｔｏｆｆから噴射弁４が閉弁を完了する閉弁完了タイミングｔｃｌｅまでの期間を閉弁期間ＴＤ６として算出する。算出された閉弁期間ＴＤ６の長さに基づき補正前の通電終了タイミングｔｏｆｆを補正し通電終了タイミングｔｏｆｆ１を設定する。これにより、閉弁完了タイミングｔｃｌｅは補正閉弁完了タイミングｔｃｌｅ１へ補正される。

上記補正を実現するためにＥＣＵ５が行う補正処理について、図１３を用いて説明する。

ステップＳ１００からステップＳ１０３までは、第１実施形態と同様の演算処理を行う。ステップＳ３１０では、ステップＳ１０３で算出された閉弁力Ｆ５に基づき、補正前の通電終了タイミングｔｏｆｆから噴射弁４が閉弁を完了する閉弁完了タイミングｔｃｌｅまでの期間を閉弁期間ＴＤ６として算出する。閉弁期間ＴＤ６は、ＥＣＵ５のメモリに閉弁力Ｆ５と閉弁期間ＴＤ６との対応関係のマップを記録しておくことで算出する。具体的には、まず初めに、ステップＳ１０３で算出された閉弁力Ｆ５の脈動と仮決めされた補正前の通電終了タイミングｔｏｆｆとから補正前の通電終了タイミングｔｏｆｆにおける閉弁力Ｆ５の大きさを算出する。算出された閉弁力Ｆ５に基づき予め記録されたマップを参照することで閉弁期間ＴＤ６を算出する。ステップＳ３１０の処理を行うプロセッサは閉弁期間算出部に該当する。

ステップＳ３１１では、閉弁期間ＴＤ６に基づき、ステップＳ１０１で仮決めされた補正前の通電終了タイミングｔｏｆｆを補正し、通電終了タイミングｔｏｆｆ１を設定する。具体的には、算出された閉弁期間ＴＤ６が長いほど補正前の通電終了タイミングｔｏｆｆを早くする補正を行い、閉弁期間ＴＤ６が短いほど補正前の通電終了タイミングｔｏｆｆを遅くする補正を行う。補正量は、ＥＣＵ５のメモリに閉弁期間ＴＤ６と通電終了タイミングｔｏｆｆ１との対応関係をマップとして予め記録しておき、ステップＳ３１０で算出された閉弁期間ＴＤ６に基づきマップを参照することで算出する。ステップＳ３１１の処理を行うプロセッサは閉弁設定部に該当する。

補正前の通電終了タイミングｔｏｆｆには、ニードル４１と噴孔４４との間は燃料で満たされている。そのため、通電が停止しソレノイド４３による開弁力Ｆ２が０になったとしても、ニードル４１と噴孔４４との間に満たされた燃料の圧力がニードル４１の下面に開弁方向に燃料開弁力として作用する。一方、ニードル４１の上面には、脈動する供給圧力Ｐ１による添加剤力Ｆ１とバネ力Ｆ３とが閉弁力Ｆ５として作用している。

ここで、補正前の通電終了タイミングｔｏｆｆでは、燃料開弁力と添加剤力Ｆ１とは打ち消しあっている。しかし、前述の通り、ニードル４１の上面にはバネ力Ｆ３も加わる。そのため、通電が停止すると、バネ力Ｆ３によりニードル４１は徐々に閉弁方向に動く。ニードル４１が閉弁方向に動くと、ニードル４１と噴孔４４との間に満たされていた燃料が少なくなっていく。そのため、燃料開弁力が小さくなる。つまり、添加剤力Ｆ１とバネ力Ｆ３との和である閉弁力Ｆ５が燃料開弁力に対して相対的に大きくなる。このとき、燃圧が大きいほどニードル４１に加わる閉弁力Ｆ５は大きくなるためニードル４１の閉弁が早くなる。つまり、補正前の通電終了タイミングｔｏｆｆにおける閉弁力Ｆ５の大きさが、補正前の通電終了タイミングｔｏｆｆからニードル４１が噴孔４４を完全に閉弁する閉弁完了タイミングｔｃｌｅまでの期間の長さに影響する。

例えば、閉弁力Ｆ５が大きいほど、補正前の通電終了タイミングｔｏｆｆから閉弁完了タイミングｔｃｌｅまでの期間である閉弁期間ＴＤ６が短くなる。そのため、目標とする噴射量よりも実際の噴射量が少なくなる可能性がある。

しかしながら、本実施形態によれば、補正前の通電終了タイミングｔｏｆｆから噴射弁４が完全に閉弁する閉弁完了タイミングｔｃｌｅまでの期間を閉弁期間ＴＤ６として算出する。そして、閉弁期間ＴＤ６が大きいほど補正前の通電終了タイミングｔｏｆｆに対して通電終了タイミングｔｏｆｆ１を早くし、閉弁期間ＴＤ６が小さいほど補正前の通電終了タイミングｔｏｆｆに対して通電終了タイミングｔｏｆｆ１遅くする補正を行う。これにより、補正前の通電終了タイミングｔｏｆｆから閉弁完了タイミングｔｃｌｅまでの期間に噴射される噴射量のばらつきを少なくすることが可能である。よって、目標とする噴射量の正確性を向上することができる。

（第４実施形態）
噴射弁４が取り付けられた第二排気管３内には、排気が流れる。第二排気管３内を通過する排気の圧力は、エンジン２の回転数に同期して脈動する。噴射弁４の噴孔４４を閉弁するニードル４１は、排気からの圧力を受ける。具体的には、排気圧力が高い時には、排気圧力はニードル４１に対して開弁方向に働く。そのため、排気圧力が高い時には噴孔４４は開弁しやすい。一方、排気圧力が低い時には、噴孔４４は開弁しにくい。このことから、脈動する排気圧力の大きさに応じて、噴孔４４の開弁のしやすさは変化する。そのため、補正前の通電開始タイミングｔｏｎから補正前の開弁開始タイミングｔｏｐまでの期間である開弁遅れ期間ＴＤ３のばらつきが生じる。

そこで本実施形態では、閉弁力Ｆ５の脈動に加えて排気圧力の脈動も考慮した開弁遅れ期間ＴＤ３を算出する。そして、本実施形態では、算出された開弁遅れ期間ＴＤ３に基づいて補正前の通電終了タイミングｔｏｆｆの設定を行う。

上記補正を実現するためにＥＣＵ５が行う補正処理について、図１４を用いて説明する。

ステップＳ１００からステップＳ１０３までは、第１実施形態と同様の演算処理を行う。ステップＳ４１２では、第二排気管３内を流れる排気の圧力の脈動を算出する。ステップＳ４１２の処理を行うプロセッサは圧力算出部に該当する。第二排気管３内を流れる排気圧力の脈動は、前述の通り、エンジン２の回転数に同期している。そのため、クランク角センサ９の検出値から排気の圧力脈動を算出することが可能である。

ステップＳ４０８では、閉弁力Ｆ５と排気圧力とに基づいて開弁遅れ期間ＴＤ３を算出する。排気圧力による開弁の遅れは、排気圧力と噴射弁４の開弁のしやすさとの対応関係を予めＥＣＵ５にマップを記録しておくことで算出する。閉弁力Ｆ５による開弁の遅れは、算出された閉弁力Ｆ５と補正前の通電開始タイミングｔｏｎとから算出する。そして、閉弁力Ｆ５による開弁の遅れと排気圧力による開弁の遅れとから開弁遅れ期間ＴＤ３を算出する。

ステップＳ２０９では、補正前の通電終了タイミングｔｏｆｆを算出された開弁遅れ期間ＴＤ３分遅くした通電終了タイミングｔｏｆｆ１に設定する。通電終了タイミングｔｏｆｆ１が設定されると図１４の制御フローは終了する。

ここで、本実施形態によれば、圧力算出部が、第二排気管３を通る脈動する排気圧力を算出する。補正前の通電開始タイミングｔｏｎから補正前の開弁開始タイミングｔｏｐまでの期間を算出された排気圧力に基づいて推定し、推定された期間から補正前の通電終了タイミングｔｏｆｆを決定する。

これにより、閉弁力Ｆ５による脈動および排気圧力による脈動に基づく補正前の通電開始タイミングｔｏｎから補正前の開弁開始タイミングｔｏｐまでの期間のばらつきを補正することが可能である。そのため、噴射量のばらつきを低減することができ、噴射量の正確性を向上することが可能である。

（他の実施形態）
以上、発明の好ましい実施形態について説明したが、発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、以下に例示するように種々変形して実施することが可能である。各実施形態で具体的に組合せが可能であることを明示している部分同士の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、明示してなくとも実施形態同士を部分的に組み合せることも可能である。

第１実施形態から第４実施形態においては、ＤＰＦに燃料を噴射する装置に、本発明の排気浄化制御装置を適用した例を示した。しかし、例えば、ＤＰＦの代わりに吸蔵還元型ＮＯｘ触媒、選択還元型ＮＯｘ触媒、酸化触媒または三元触媒等が備えられた車両に適用してもよい。その場合には、添加剤は、燃料または尿素が用いられる。

第１実施形態から第４実施形態においては、容積型ポンプ６はエンジン２の出力軸６４に直接連結されて駆動していたが、例えば、プーリー等を介して連結されていてもよい。また、上記実施形態では容積型ポンプ６は回転ポンプの一つであるトロコイドギア式であったが、ギヤポンプまたはねじポンプ等であってもよい。あるいは、回転ポンプでなくピストンポンプ等の往復ポンプであってもよい。

上記第１実施形態から第４実施形態においては、ステップＳ１００で噴射弁４に駆動要求があると判定された場合、ステップＳ１０１で補正前の通電開始タイミングｔｏｎは噴射弁４の駆動要求があったタイミングから所定時間後のタイミングに予約される。しかしながら、第２実施形態から第４実施形態においては、噴射弁４への駆動要求があった同時に通電を開始することとしてもよい。

上記第１実施形態、第３実施形態および第４実施形態で、伝播遅れ位相Ｉ０あるいは閉弁力Ｆ５などマップを用いて算出しているが、予め記録された演算式を用いて算出してもよい。

上記第３実施形態では、ステップＳ３１０で閉弁力Ｆ５から閉弁期間ＴＤ６を算出し、その後ステップＳ３１１で閉弁期間ＴＤ６に基づいて補正量を算出していた。しかしながら、閉弁力Ｆ５から直接補正量を算出してもよい。その場合は、閉弁力Ｆ５と補正量との対応関係に基づき予め記録されたマップを参照することで算出する。

ＥＣＵ５が実行する機能の一部または全部を、１つあるいは複数のＩＣ等によりハードウェア的に構成してもよい。

ＥＣＵ５は、非遷移的実体的記録媒体に格納されたプログラムを実行する。このプログラムが実行されることで、プログラムに対応する方法が実行される。

１…浄化システム、２…内燃機関、３…第二排気管、４…噴射弁、４１…弁体、
４２…バネ部材、４３…ソレノイド、４４…噴孔、６４…出力軸

Claims

内燃機関（２）の排気管（３）内へ排気浄化用の添加剤を噴射する噴孔（４４）を開閉する弁体（４１）と、閉弁方向に前記弁体へバネ力（Ｆ３）を加えるバネ部材（４２）と、通電により電磁力（Ｆ２）を生じさせ前記電磁力を前記弁体の開弁方向に付与するソレノイド（４３）と、を備える噴射弁（４）の作動を制御する排気浄化制御装置（５）であって、
前記内燃機関の出力軸（６４）の回転位相と相関のある物理量を取得する取得部（Ｓ１０２）と、
前記出力軸と連結されて駆動する容積型ポンプ（６）が前記添加剤を前記噴射弁に圧送供給することにより脈動する前記添加剤の圧力を供給圧力（Ｐ１）とし、前記供給圧力を前記弁体が受ける力である添加剤力（Ｆ１）と前記バネ力とを合わせた力を、前記噴射弁に働く脈動する閉弁力（Ｆ５）として前記取得部による取得結果をもとに算出する脈動算出部（Ｓ１０３）と、
前記電磁力が徐々に増加し最大に達した時の力を最大開弁力（Ｆ２）とし、前記最大開弁力と前記脈動算出部により算出された脈動する前記閉弁力とを比較し、前記閉弁力よりも前記最大開弁力の方が大きくなることで前記噴射弁が開弁可能な開弁可能期間（ＴＤ２）を算出する期間算出部（Ｓ１０４）と、
前記噴射弁への通電を開始した場合の通電開始タイミング（ｔｏｎ１）から前記噴射弁へ前記最大開弁力が加わるタイミングまでの期間を基本遅れ期間（ＴＤ４）とし、算出された前記開弁可能期間の開始タイミング（ｔ２）および終了タイミング（ｔ３）のそれぞれを前記基本遅れ期間分早く補正した期間を補正後期間（ＴＤ５）として算出する補正後期間算出部（Ｓ１０６）と、
前記通電開始タイミングを前記補正後期間内となるよう設定する通電開始タイミング設定部（Ｓ１０７）と、を備える排気浄化制御装置。
前記通電開始タイミング設定部は、算出された前記閉弁力が下限値となる下限タイミング（ｔＢ）と前記噴射弁が開弁を開始する開弁開始タイミング（ｔｏｐ１）とが一致するように前記通電開始タイミングを設定する請求項１に記載の排気浄化制御装置。
内燃機関（２）の排気管（３）内へ排気浄化用の添加剤を噴射する噴孔（４４）を開閉する弁体（４１）と、閉弁方向に前記弁体へバネ力（Ｆ３）を加えるバネ部材（４２）と、通電により電磁力（Ｆ２）を生じさせ前記電磁力を前記弁体の開弁方向に付与するソレノイド（４３）と、を備える噴射弁（４）の作動を制御する排気浄化制御装置（５）であって、
前記内燃機関の出力軸（６４）の回転位相と相関のある物理量を取得する取得部（Ｓ１０２）と、
前記出力軸と連結されて駆動する容積型ポンプ（６）が前記添加剤を前記噴射弁に圧送供給することにより脈動する前記添加剤の圧力を供給圧力（Ｐ１）とし、前記供給圧力を前記弁体が受ける力である添加剤力（Ｆ１）と前記バネ力とを合わせた力を、前記噴射弁に働く脈動する閉弁力（Ｆ５）として前記取得部による取得結果をもとに算出する脈動算出部（Ｓ１０３）と、
前記電磁力が徐々に増加し最大に達した時の力を最大開弁力（Ｆ２）とし、前記最大開弁力と前記脈動算出部により算出された脈動する前記閉弁力とを比較し、前記閉弁力よりも前記最大開弁力の方が大きくなることで前記噴射弁が開弁可能な開弁可能期間（ＴＤ２）を算出する期間算出部（Ｓ１０４）と、
前記噴射弁への通電を開始する通電開始タイミング（ｔｏｎ１）と、前記通電開始タイミングから前記噴射弁へ前記最大開弁力が加わるタイミングまでの基本遅れ期間（ＴＤ４）と、前記期間算出部により算出された前記開弁可能期間とを考慮することで、前記通電開始タイミングから、前記噴射弁が開弁を開始する開弁開始タイミング（ｔｏｐ１）までの開弁遅れ期間（ＴＤ３）を算出する開弁遅れ期間算出部（Ｓ２０８）と、
前記内燃機関の運転状態に基づき算出される前記添加剤の目標噴射量および前記通電開始タイミングから算出される前記噴射弁への補正前の通電終了タイミング（ｔｏｆｆ）を、前記開弁遅れ期間分遅くしたタイミングとなるよう補正して設定する通電終了タイミング設定部（Ｓ２０９）と、を備える排気浄化制御装置。
脈動する前記閉弁力に基づいて、前記通電終了タイミング設定部に設定された前記通電終了タイミングから前記噴射弁が閉弁を完了する閉弁完了タイミング（ｔｃｌｅ）までの期間である閉弁期間（ＴＤ６）を算出する閉弁期間算出部（Ｓ３１０）と、
前記閉弁期間が長いほど前記通電終了タイミング設定部に設定された前記通電終了タイミングを早くする補正を行い再度設定する閉弁設定部（Ｓ３１１）と、を備える請求項３に記載の排気浄化制御装置。
前記排気管内で脈動する排気圧力を算出する圧力算出部（Ｓ４１２）を備え、
前記開弁遅れ期間算出部は、前記閉弁力と前記排気圧力とに基づいて前記開弁遅れ期間を算出する請求項３または４に記載の排気浄化制御装置。