WO2011132218A1 - 添加剤供給装置および排気浄化装置 - Google Patents

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WO2011132218A1
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fuel
injection
exhaust
addition
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PCT/JP2010/002836
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中山茂樹
辻本健一
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トヨタ自動車株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an additive supply device that supplies an additive to an exhaust passage and an exhaust purification device including the additive supply device.
  • Patent Document 1 discloses a catalyst temperature raising device for raising the temperature of a catalyst for purifying engine exhaust. According to the description of Patent Document 1, an addition valve having an injection port for injecting fuel and an ignition means having a heat generating unit for igniting the fuel are located upstream of the catalyst in the exhaust passage. The addition valve and the ignition means are disposed at a position where the fuel injected from the injection port of the addition valve directly contacts the heat generating portion of the ignition means.
  • Patent Document 2 discloses an exhaust emission control device including a catalyst provided in an exhaust passage of an engine and an additive addition valve for injecting an aqueous urea solution to the catalyst.
  • the additive addition valve includes a first injection hole and a second injection hole that is larger than the first injection hole so as to vary the reach of spraying of the urea aqueous solution.
  • Patent Document 3 discloses a reducing agent supply device that supplies a reducing agent to exhaust from an engine.
  • the reducing agent supply device includes an addition valve that injects the reducing agent from the supply pump into the exhaust pipe, and a supply pump that changes the pressure of the reducing agent injected from the addition valve in accordance with a change in the flow rate of the exhaust gas. And a control means for controlling the discharge pressure.
  • JP 2006-112401 A JP 2008-151087 A JP 2008-180101 A
  • the additive or a gas that can contain the additive is uniformly supplied to the member such as an exhaust purification catalyst provided in the exhaust passage.
  • Patent Document 2 is configured to adjust the flying distance of the additive depending on the difference in the diameter of the injection holes, for example, when the diameter of the injection holes changes due to deposit adhesion, The flight distance of the additive by the addition valve changes.
  • the addition valve of the said patent document 2 requires the injection hole of a diameter suitable for reach
  • Patent Document 3 since the apparatus of Patent Document 3 has the above-described configuration, it can adjust to some extent how the reducing agent spreads into the exhaust gas. However, for example, the concentration difference between the reducing agent at the central portion and the peripheral portion of the exhaust passage cannot be made equal. .
  • the present invention has been made in view of such a point, and an object thereof is to uniformly supply an additive or a gas that may contain the additive in a desired range of the exhaust passage.
  • the present invention includes an addition valve for injecting an additive into an exhaust passage, a pump for pumping the additive to the addition valve, a required amount calculation means for calculating a required addition amount of the additive, an addition valve, Control means for controlling the pump, the additive being injected from the addition valve during the addition of the additive of the required addition amount when the additive of the required addition amount calculated by the required amount calculation means is added.
  • an additive supply apparatus including a control means for controlling at least one of an addition valve and a pump so as to periodically change the penetration force of the feed valve.
  • the control means supplies the supply amount of the additive injected so as to have the first penetration force and the supply amount of the additive injected so as to have a second penetration force different from the first penetration force within the same period. It is preferable to control at least one of the addition valve and the pump so that.
  • control means may control the addition valve so that the required addition amount of the additive is injected in a plurality of times.
  • the present invention provides an exhaust purification device provided with such an additive supply device.
  • the exhaust purification device may include an exhaust purification member provided in the exhaust passage, and an oxidation promoting member provided downstream of the addition valve and upstream of the exhaust purification member.
  • the exhaust purification device may be provided with a catalyst in the exhaust passage downstream of the addition valve.
  • the additive can be an aqueous urea solution.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram for explaining an example of a basic configuration of an exhaust emission control device provided with an additive supply device according to the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing an internal combustion engine system to which the exhaust gas purification apparatus according to the first embodiment of the present invention is applied.
  • FIG. 3 is a view for explaining the addition control of the additive from the addition valve of FIG.
  • FIG. 4 is a view for explaining an example of an injection pattern of the additive from the addition valve of FIG.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining another example of the injection pattern of the additive from the addition valve of FIG. 2.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining the flow of the additive when the additive is added based on the injection pattern of FIG. 5.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining the flow of the additive when the additive is added based on the injection pattern of FIG. 5.
  • FIG. 7 is a view for explaining still another example of the injection pattern of the additive from the addition valve of FIG.
  • FIG. 8 is a view for explaining the flow of the additive when the additive is added based on the injection pattern of FIG.
  • FIG. 9 is a view for explaining an example of an injection pattern of the additive from the addition valve of the additive supply device of the exhaust gas purification apparatus according to the second embodiment of the present invention.
  • the exhaust purification apparatus A of FIG. 1 includes an additive supply apparatus D having an addition valve C for adding an additive to the exhaust passage B.
  • the additive in the tank E is pumped to the addition valve C by the pump F.
  • the addition valve C and the pump F are controlled by a control device G having a function as control means.
  • the control device G has a function of request amount calculation means for calculating a required addition amount of the additive to the exhaust passage B.
  • the control device G can control at least one of the addition valve C and the pump F so as to adjust at least one of the injection pressure of the additive from the addition valve C and the injection amount for each time.
  • the control device G periodically changes the penetration force of the injected additive during the addition of the required addition amount of additive.
  • the control means G includes an additive injected so as to have a second penetration force different from the first penetration force and a supply amount of the additive injected so as to have the first penetration force within the same period. It is possible to control at least one of the addition valve C and the pump F so that the supply amount of the gas coincides with the supply amount.
  • the addition valve C is provided on the upstream side of the member H provided in the exhaust passage B (the flow of exhaust is represented by an arrow J).
  • the member H may be, for example, an exhaust purification member including a catalyst or the like, or may be an oxidation promotion member provided on the upstream side of such an exhaust purification member. Since the control device G controls at least one of the addition valve C and the pump F as described above, the control device G is provided at a predetermined region of the exhaust passage, for example, at an upstream side portion of the member H along the cross section K where the exhaust passage B is located. It is possible to uniformly disperse the additive.
  • FIG. 2 is a schematic system diagram of an internal combustion engine (hereinafter, engine) 10 to which the exhaust emission control device 1 according to the embodiment is applied.
  • the engine 10 is a compression ignition type internal combustion engine for automobiles, that is, a diesel engine.
  • a part of the exhaust system extending from the engine body 10 ' is exaggerated (intake system and engine). Internal mechanisms are omitted).
  • a first catalytic converter 16 and a second catalytic converter 18 are provided in series in the exhaust passage 14 defined by the exhaust pipe 12 of the engine 10 in order from the upstream side.
  • a first exhaust purification member (hereinafter referred to as a first purification member) 20 and a second exhaust purification member (hereinafter referred to as a second purification member) 22 are accommodated in series. Yes.
  • a second exhaust purification member (hereinafter referred to as a third purification member) 24 is accommodated in the second catalytic converter 18.
  • the first purification member 20, the second purification member 22, and the third purification member 24 are included in the exhaust purification device 1.
  • the first purification member 20 includes an oxidation catalyst.
  • the first purification member 20 is formed as a monolith catalyst carrying a noble metal catalyst such as platinum Pt.
  • the second purification member 22 is a particulate filter for collecting particulate matter (PM) in the exhaust gas.
  • the particulate filter that is the second purification member 22 does not carry a noble metal catalyst.
  • a noble metal catalyst such as platinum Pt can be supported on the particulate filter.
  • the third purification member 24 includes a NOx purification catalyst, here, a NOx storage catalyst.
  • a catalyst carrier made of alumina, for example is supported on the base.
  • a noble metal catalyst such as platinum Pt is dispersed and supported on the surface of the catalyst carrier, and a layer of NOx absorbent is formed on the surface of the catalyst carrier.
  • the NOx absorbent occludes NOx when the air-fuel ratio of the exhaust gas is lean, and performs NOx absorption / release action to release the stored NOx when the oxygen concentration in the exhaust gas decreases.
  • the third purifying member 24 stores NOx when the air-fuel ratio of the exhaust gas is lean, and releases the stored NOx when the oxygen concentration in the exhaust gas decreases, for example, when the air-fuel ratio of the exhaust gas becomes rich. NOx is reduced.
  • the third purification member 24 can include a NOx purification catalyst that promotes a chemical reaction (reduction reaction) between ammonia and NOx.
  • a urea water addition device may be provided between the first converter 16 and the second converter 18 for supplying ammonia.
  • the exhaust purification device 1 provided in the engine 10 further includes a temperature control device 30.
  • the temperature control device 30 is provided to control the temperature of the exhaust purification members 20, 22, 24 described above.
  • the temperature control device 30 generates a heating gas and supplies it to the first to third purification members 20, 22, 24, particularly the second purification member 22 and the third purification member 24, on the downstream side, and these exhaust purification members. This is for maintaining or promoting the warming-up or heating and its active state.
  • the temperature control device 30 heats the third purification member 24 of the three exhaust purification members to a temperature within a predetermined activation temperature range of the third purification member 24, which is within the predetermined activation temperature range.
  • the temperature control device 30 is operated at a predetermined time for a predetermined time in order to remove the PM collected by the second purification member 22.
  • the temperature control device 30 operates every time the cumulative operation time of the engine 10 exceeds a predetermined time.
  • the temperature control device 30 can also work when the differential pressure before and after the second purification member 22 exceeds a predetermined pressure. In this case, a pressure sensor for detecting the differential pressure before and after the second purification member 22 may be provided.
  • the temperature control device 30 includes an oxidation promoting member 32 provided upstream of the exhaust purification member, a fuel addition valve 34 positioned upstream of the oxidation promoting member 32, and an upstream side of the oxidation promoting member 32. And a positioned glow plug 36.
  • the fuel addition valve 34 and the glow plug 36 are arranged so that fuel is injected from the injection port of the fuel addition valve 34 toward the heat generating portion 36 a of the glow plug 36.
  • the oxidation promoting member 32 includes a catalyst having an oxidation function, and specifically includes an oxidation catalyst.
  • the oxidation promoting member 32 is formed as a monolith catalyst carrying a noble metal catalyst such as platinum Pt.
  • the oxidation promoting member 32 has a size and a shape determined so as not to hinder the flow of exhaust gas in the exhaust passage 14, and is supported by the exhaust passage 14 by a support member (not shown).
  • the fuel addition valve 34 is provided as fuel addition means, that is, additive addition means. Specifically, the fuel addition valve 34 is provided so as to add and supply the fuel pressure-fed by the pump 40 from the fuel tank 38 included in the fuel supply device provided with the fuel injection valve of the engine body 10 ′. Therefore, here, the fuel addition valve 34, the fuel tank 38, and the pump 40 are included in the additive supply device 42.
  • the additive supply device 42 includes a part of a control device which will be described later and functions as control means for controlling each operation of the fuel addition valve 34 and the pump 40.
  • the fuel injection pressure from the fuel addition valve 34 is constant.
  • the pump 40 operates so that the injection pressure from the fuel addition valve 34 is constant.
  • the additive supply device 42 includes a mechanism for returning excess fuel to the fuel tank 38.
  • the fuel supply system to the fuel addition valve 34 can be configured independently of the fuel supply system to the fuel injection valve.
  • the glow plug 36 is provided as a heat generating means. When the glow plug 36 is energized, the heat generating portion 36a of the glow plug 36 can generate heat.
  • the glow plug 36 which is a heat generating means is included in the heat generating device.
  • the glow plug 36 is connected to a DC power source and a booster circuit for supplying power to the glow plug 36.
  • a ceramic heater may be used as a heating means.
  • the fuel injected from the fuel addition valve 34 passes around the heat generating portion 36a of the glow plug 36 and reaches the oxidation promoting member 32 and its surroundings.
  • the heat generating portion 36a is generating heat by energizing the glow plug 36
  • the fuel receives heat from the glow plug 36 and burns depending on the case, and reaches the oxidation promoting member 32 and its surroundings.
  • the oxidation promoting member 32 promotes oxidation of the fuel, for example, combustion.
  • the oxidation promotion member 32 includes an oxidation catalyst here, the oxidation promotion member 32 promotes the oxidation of fuel more suitably when the temperature of the oxidation promotion member 32 is within the predetermined activation temperature range.
  • the oxidation of the oxidation promoting member 32 itself increases due to the oxidation of the fuel in the oxidation promoting member 32, and thus the oxidation promoting member 32 is heated.
  • the heating gas is generated and flows to the exhaust purification member.
  • Such a heating gas can have a high temperature due to the oxidation of the fuel.
  • such heating gas may contain reformed fuel.
  • the oxidation promoting member 32 When the temperature of the oxidation promoting member 32 is increased, hydrocarbons having a large number of carbon atoms in the fuel are decomposed by the oxidation promoting member 32 to generate hydrocarbons having a low carbon number and high reactivity. Reformed to high fuel.
  • the oxidation promoting member 32 constitutes a rapid heat generator that rapidly generates heat on the one hand, and a reformed fuel discharger that discharges the reformed fuel on the other hand.
  • the engine 10 having such a configuration is provided with various sensors for electrically outputting signals for detecting (including estimating) various values to the control device 50.
  • An engine speed sensor 52 for detecting the engine speed is provided.
  • An engine load sensor 54 for detecting the engine load is also provided.
  • a throttle opening sensor, an accelerator opening sensor, an air flow meter, an intake pressure sensor, or the like can be used.
  • a flow rate sensor 56 for detecting the flow rate of exhaust gas, that is, the flow velocity in the exhaust passage 14 is provided.
  • an air flow meter provided in the intake passage can be used.
  • a first temperature sensor 58 for detecting the temperature of the exhaust gas in the exhaust passage 14 is provided.
  • a second temperature sensor 60 for detecting the temperature of the oxidation promoting member 32 is provided.
  • a third temperature sensor 62 for detecting the temperature of the third purification member 24 is provided.
  • the control device 50 includes a microcomputer including a CPU, a storage device (for example, ROM, RAM), an A / D converter, an input interface, an output interface, and the like.
  • the various sensors are electrically connected to the input interface. Based on output signals or detection signals from these various sensors, the control device 50 is electrically operated or driven from the output interface so that the engine 10 can be smoothly operated or operated in accordance with a preset program or the like. Output a signal.
  • the operation of the fuel injection valve, the operation of the fuel addition valve 34, the operation of the glow plug 36 (energization to the glow plug 36), the operation of the pump 40, and the like are controlled.
  • the control device 50 has a function of control means (control device) in the temperature control device 30. That is, the fuel addition control means for controlling the operation of the fuel addition valve 34 as the fuel addition means, that is, the additive addition control means, the heat generation control means for controlling the operation of the glow plug 36 as the heat generation means, and the operation of the pump 40 are controlled. A part of the control device 50 can function as each of the pump control means. Further, the first temperature sensor 58 as the exhaust gas temperature detection means and a part of the control device 50 are included in the exhaust gas temperature detection device that detects the temperature of the exhaust gas.
  • the second temperature sensor 60 as the oxidation promoting member temperature detecting means and a part of the control device 50 are included in the oxidation promoting member temperature detecting device that detects the temperature of the oxidation promoting member 32.
  • the third temperature sensor 62 serving as the exhaust purification member temperature detection means and a part of the control device 50 are included in the exhaust purification member temperature detection device that detects the temperature of the exhaust purification member.
  • the flow rate sensor 56 which is a flow rate detection means and a part of the control device 50 are included in the exhaust flow rate detection device which detects the flow rate of exhaust gas, that is, the flow velocity.
  • a part of the control device 50 functions as a required amount calculating means for calculating the required additive amount of the additive.
  • a part of the control device 50 functions as a selection unit that selects one injection pattern from a plurality of injection patterns to be described later.
  • a fuel injection amount (fuel amount), a fuel injection timing, and the like are obtained so as to obtain a desired output based on an intake air amount, an engine rotational speed, etc., that is, an engine operating state represented by an engine load and an engine rotational speed. Is set. Based on the fuel injection amount and the fuel injection timing, fuel is injected from the fuel injection valve.
  • the temperature of the third purification member 24 is set to a predetermined activity of the third purification member 24 so that the temperature of the exhaust purification member rises earlier than a predetermined temperature.
  • the fuel addition valve 34 and the glow plug 36 are operated so as to reach the temperature range early. That is, the glow plug 36 is energized, and fuel is injected from the fuel addition valve 34 toward the heat generating portion 36a. The gas containing or generated due to this fuel passes through the oxidation promoting member 32 and its surroundings and reaches the exhaust purification member.
  • the gas supply to the exhaust purification member at the time of starting the engine is performed from the start of the engine start until the temperature of the third purification member 24 becomes equal to or higher than a predetermined temperature within the predetermined active temperature range.
  • the predetermined temperature within the predetermined activation temperature range of the third purification member is the lower limit temperature of the predetermined activation temperature range, and is set to 200 ° C., for example.
  • the supply of the heating gas to the exhaust gas purification member at the time of starting the engine may be continued until the engine warm-up is completed even if the temperature of the exhaust gas purification member is raised early. In this case, completion of engine warm-up is determined based on the coolant temperature of the engine 10.
  • the control device 50 determines that the engine warm-up is complete. Both the operation of the fuel addition valve 34 and the operation of the glow plug 36 are stopped.
  • the temperature control device 30 functions to keep the temperature of the third purification member 24 within the predetermined activation temperature range. Specifically, when the temperature of the third purification member 24 is in a lower limit temperature range (for example, a temperature range of 200 ° C. or more and 250 ° C. or less) within the predetermined activation temperature range, fuel is added from the fuel addition valve 34 and the glow plug is inserted. 36 is energized (the glow plug is activated). However, even when the temperature of the third purification member 24 is within the lower limit temperature range (for example, a temperature range of 200 ° C. or more and 250 ° C.
  • the flow rate of the exhaust gas is predetermined for energization of the glow plug 36 It is not performed when the speed is higher than the speed, but is performed when the flow speed of the exhaust gas is less than a predetermined speed. This is because when the exhaust gas flow rate is equal to or higher than a predetermined speed, the heating function by the glow plug 36 is not easily exhibited.
  • the operation control of the fuel addition valve 34 described below is performed when the exhaust purification member is warmed up and the temperature of the exhaust purification member is maintained in the activation temperature range after the exhaust purification member is warmed up. This is not directly related to the heating of the second purification member 22.
  • the operation control of the fuel addition valve 34 is generally applicable to warm-up of the exhaust purification member and heating of the second purification member 22, and may be applied to them.
  • the determination in step S301 described below is performed using the exhaust purification member or the second purification control. It may be replaced with a determination as to whether or not the purification member 22 needs to be heated.
  • Control device 50 determines whether the temperature of third purification member 24 is equal to or lower than a predetermined temperature (step S301). This determination is performed based on the temperature of the third purification member 24 detected based on the output signal from the third temperature sensor 62.
  • the predetermined temperature serving as the determination criterion here is set to keep the temperature of the third purification member 24 in the predetermined activation temperature range, and may be a temperature equal to or higher than the lower limit temperature of the predetermined activation temperature range. Here, it is set to 250 ° C. That is, the determination here corresponds to determination of whether or not the temperature of the third purification member 24 is within a predetermined temperature range of 200 ° C. or more and 250 ° C. or less.
  • Step S303 the amount of fuel added from the fuel addition valve 34 (hereinafter, required addition amount) is calculated (Step S303). .
  • the required addition amount is obtained by searching for data stored in advance based on the temperature of the exhaust purification member, here, the temperature of the third purification member 24 of the three exhaust purification members, or by calculating in advance. It is calculated by performing a predetermined calculation according to the formula. As the temperature of the exhaust purification member is lower, a larger required addition amount is calculated. This is for appropriately heating the third purification member 24.
  • the required addition amount may be calculated based on the temperature of the exhaust purification member in step S303.
  • a predetermined amount of addition determined in advance in step S303 may be calculated as the required addition amount.
  • a fuel injection pattern from the fuel addition valve 34 is selected (step S305).
  • the plurality of ejection patterns are stored in the storage device in advance. Based on the required addition amount (calculated in step S303), the exhaust flow rate (or exhaust flow velocity), the exhaust temperature, and the temperature of the oxidation promoting member 32, one of the plurality of injection patterns is selected. It is.
  • the exhaust flow rate is detected based on an output signal from the flow sensor 56.
  • the exhaust temperature is detected based on an output signal from the first temperature sensor 58.
  • the temperature of the oxidation promoting member 32 is detected based on the output signal from the second temperature sensor 60.
  • the second temperature sensor 60 is a composite of a plurality of temperature sensors here, the temperature distribution of the oxidation promoting member 32 is obtained thereby.
  • the temperature of the glow plug 36 can also be taken into consideration. The temperature of the glow plug 36 can be obtained from the power supply state to the glow plug 36.
  • any one of the injection patterns is selected from a plurality of injection patterns based on the required addition amount, the exhaust gas flow rate, the exhaust gas temperature, and the temperature of the oxidation promoting member 32 using data or an arithmetic expression stored in advance in the storage device. Is done.
  • data or arithmetic expressions stored in the storage device in advance are determined by experiments or the like based on the following plurality of relationships.
  • the first relationship is that the greater the amount of addition, that is, the injection amount, is, the stronger penetrating force can be given to the injected fuel.
  • the second relationship is that the higher the injection pressure, the stronger penetrating force can be given to the injected fuel.
  • the third relationship is that as the exhaust gas flow rate increases, that is, the exhaust gas flow rate increases, it is necessary to increase the penetrating power of the added fuel against the exhaust flow.
  • the fourth relationship is that the higher the exhaust gas temperature, the easier the fuel is vaporized, so the lower the exhaust gas temperature, the higher the fuel penetration force.
  • the fifth relationship is that in order to keep the temperature of the oxidation promoting member 32 uniform, it is better to uniformly disperse the added fuel or the gas resulting from it in the oxidation promoting member 32. This means that it is better to supply more added fuel or fuel-containing gas than the part where the temperature is high. Since the exhaust flow rate and the exhaust temperature change according to the engine operating state, it is possible to select one injection pattern from a plurality of injection patterns based on the engine speed and the engine load.
  • the control device 50 acquires the injection pressure of the fuel addition valve 34.
  • the injection pressure is acquired from the control calculation result.
  • the second relationship since the injection pressure of the fuel addition valve 34 is constant, the second relationship may not be positively considered.
  • step 303 when the fuel addition amount from the fuel addition valve 34, that is, the required addition amount is calculated (step 303) and the fuel injection pattern from the fuel addition valve 34 is selected (step S305), based on them. Then, fuel addition is executed (step S307). That is, the operation of the fuel addition valve 34 is controlled.
  • step S301 when the temperature of the exhaust purification member exceeds the predetermined temperature (No in step S301), the fuel addition is not executed (step S309). This is because it is not necessary to heat the exhaust purification member.
  • the first injection pattern is a pattern in which the required addition amount of fuel is simply injected in a plurality of times, that is, a pattern in which the fuel is intermittently injected.
  • the required addition amount of fuel is injected in six times, but FIG. 4 does not limit the number of divisions.
  • the control device 50 can select the first injection pattern, but positively selects another injection pattern as described below.
  • the injection pattern described below is determined so as to periodically change the penetration force of the fuel injected from the fuel addition valve 34 during the addition of the required addition amount of fuel.
  • the injection pattern of FIG. 5 is a pattern in which the required addition amount of fuel is injected in a plurality of times, that is, a pattern in which fuel is injected intermittently, but the addition amount at each time changes according to a periodic pattern.
  • the first injection r1 having the first injection quantity q1 so as to have the first penetration force p1 and the second injection quantity q2 having the second penetration force p2.
  • the reference injection pattern consisting of two injections r2 is repeated.
  • the penetrating force of the added fuel by the first injection r1 is different from the penetrating force of the added fuel by the second injection r2, according to the second injection pattern, as shown in FIG.
  • the fuel can be dispersed in the upstream portion, for example, the upstream end portion of the oxidation promoting member 32 in the cross section 14c of the exhaust passage 14.
  • FIG. 6 the addition of fuel from the fuel addition valve 34 to the oxidation promoting member 32 is schematically shown, and the glow plug 36 between them is omitted.
  • the added fuel f1 relates to the first injection r1
  • the added fuel f2 relates to the second injection r2.
  • the second injection pattern in FIG. 5 does not limit the number of repetitions of the reference injection pattern.
  • the injection amount of the first injection r1, that is, the addition amount q1, and the injection amount of the second injection r2, that is, the addition amount q2, are considerably different. It is not easy to uniformly supply the fuel to the upstream side portion of 32. Therefore, a third injection pattern will be described next as an injection pattern that enables the fuel to be supplied more uniformly to the upstream portion of the oxidation promoting member 32.
  • the injection pattern of FIG. 7 is a pattern in which the required addition amount of fuel is injected in a plurality of times, that is, a pattern of injecting intermittently, but the addition amount at each time changes according to a periodic pattern.
  • the spray pattern is repeated.
  • the fourth injection amount q4 is three times the third injection amount q3. Therefore, the reference injection pattern of the third injection pattern has the fuel supply amount (3 ⁇ q3) and the fourth penetration force p4 injected so as to have the third penetration force p3 within the same period.
  • the fuel supply amount (q4) to be injected is set to match. This means that the total injection time of the third injection r3 is substantially longer than the injection time of the fourth injection r4. Therefore, according to the third injection pattern, as shown in FIG. 8, the fuel is supplied to the upstream portion of the oxidation promoting member 32, for example, the upstream end portion of the oxidation promoting member 32 in the cross section 14 c of the exhaust passage 14. More uniformly distributed supply can be achieved.
  • the added fuels f31, f32, and f33 relate to the third injection r3, and the added fuel f4 relates to the fourth injection r4.
  • the third injection pattern in FIG. 7 does not limit the number of repetitions of the reference injection pattern.
  • the third penetration force p3 is the first penetration force in the present invention
  • the fourth penetration force p4 is the second penetration force in the present invention.
  • the fuel penetration force can be adjusted more appropriately. Therefore, the fuel can be more uniformly distributed and supplied to the oxidation promoting member 32, and the reactivity of the fuel in the oxidation promoting member 32 can be controlled more appropriately.
  • the configuration of the vehicle internal combustion engine system to which the exhaust gas purification apparatus according to the second embodiment is applied is substantially the same as the configuration of the vehicle internal combustion engine system to which the exhaust gas purification apparatus according to the first embodiment is applied. Therefore, description of the internal combustion engine system of the vehicle to which the exhaust emission control device of the second embodiment is applied is omitted here.
  • the exhaust gas purification apparatus of the second embodiment has a configuration in which the additive supply device provided therein makes the fuel injection pressure from the addition valve variable, and in connection with this, the injection is also controlled for the control of fuel addition. There is a difference from the exhaust purification apparatus of the first embodiment in that the pressure is changed. The differences will be described below.
  • FIG. 3 already explained is used.
  • the additive supply device and the exhaust purification device according to the second embodiment can be applied with the same changes as the additive supply device and the exhaust purification device according to the first embodiment.
  • the additive supply device 42 of the exhaust purification apparatus of the second embodiment has a configuration in which the fuel injection pressure from the fuel addition valve 34 is variable.
  • the control device 50 can change the injection pressure from the fuel addition valve 34 by controlling the pump 40.
  • the control device 50 determines that the temperature of the exhaust purification member is equal to or lower than the predetermined temperature (Yes in Step S301), and calculates the amount of fuel added from the fuel addition valve 34, that is, the required addition amount (Step S303). ), A fuel injection pattern from the fuel addition valve 34 is selected (step S305).
  • the control device 50 stores, with respect to the additive supply device 42, a plurality of fuel injection patterns for changing the injection pressure in addition to the above-described fuel injection patterns for periodically changing the injection amount. To do. From the plurality of injection patterns, any one of the injection patterns is based on the required addition amount, the exhaust flow rate (or exhaust flow velocity), the exhaust temperature, the data stored in the storage device in advance, or the temperature of the oxidation promoting member 32 Selection is made as described above using an arithmetic expression (step S305). The data or arithmetic expression is determined by experiments or the like based on the first to fifth relationships.
  • step S307 fuel addition is executed (step S307).
  • the control device of the second embodiment also stores a plurality of injection patterns in addition to the first to third injection patterns described above. As described above, since the fuel injection pressure from the fuel injection valve 34 can be changed, the control device also stores a plurality of injection patterns that require the injection pressure to be changed.
  • the control device stores the fourth injection pattern.
  • the fourth injection pattern is described with reference to FIG.
  • the injection pattern of FIG. 9 is a pattern in which the required addition amount of fuel is injected in a plurality of times, that is, a pattern of injecting intermittently, but the injection amount and the injection pressure each time vary according to a periodic pattern.
  • the fifth injection r5 for injecting the fuel of the fifth injection amount q5 at the fifth injection pressure s5 so as to have the fifth penetration force p5 and the fifth penetration force p5 are provided.
  • the reference injection pattern consisting of r6 is repeated.
  • the sixth injection amount q6 is twice the fifth injection amount q5.
  • the injection time (valve opening time) t5 of the fifth injection r5 is longer than the injection time t6 of the sixth injection r6.
  • the reference injection pattern of the fourth injection pattern has the fuel supply amount (2 ⁇ q5) injected so as to have the fifth penetration force p5 and the sixth penetration force p6 within the same period.
  • the fuel supply amount (q6) to be injected is set to coincide. This means that the total injection time of the fifth injection r5 is substantially longer than the injection time of the sixth injection r6. Therefore, according to the fourth injection pattern, the fuel can be more uniformly distributed and supplied in a predetermined range, similarly to the third injection pattern.
  • the fourth injection pattern in FIG. 9 does not limit the number of repetitions of the reference injection pattern.
  • the fifth penetration force p5 is the first penetration force in the present invention
  • the sixth penetration force p6 is the second penetration force in the present invention.
  • the fuel penetration force can be adjusted more appropriately. Therefore, the fuel can be more uniformly distributed and supplied to the oxidation promoting member 32, and the reactivity of the fuel in the oxidation promoting member 32 can be controlled more appropriately.
  • the injection pressure from the fuel addition valve 34 may be changed. Even in such a case, the required addition amount of fuel is supplied multiple times according to the injection pattern such as the fourth injection pattern. Since the fuel is injected separately, the fuel penetration force can be controlled more appropriately.
  • the injection pattern of the additive from the addition valve which can be applied by this invention is not limited to the said pattern, Other injection patterns can also be included.
  • the injection pattern may be constituted by at least two additions or injections with different injection pressures and / or injection amounts from the addition valve.
  • one injection pattern can be configured by only one first injection r1 and one second injection r2 in FIG.
  • one injection pattern can be configured by only the three third injections r3 and one fourth injection r4 in FIG.
  • one injection pattern can be configured by only the two fifth injections r5 and one sixth injection r6 in FIG.
  • the addition valve 34 is provided to add fuel to the oxidation promoting member 32.
  • the addition valve can be provided in the exhaust passage so as to add the additive to other members.
  • this invention is applicable to such an additive supply apparatus.
  • the present invention can be applied to an additive supply apparatus that adds an aqueous urea solution toward a catalyst so as to supply ammonia to the catalyst provided in the exhaust passage.
  • the present invention is applied to a diesel engine.
  • the present invention is not limited to this, and the present invention is applied to various internal combustion engines such as a port injection type gasoline engine and an in-cylinder injection type gasoline engine.
  • the fuel used is not limited to light oil or gasoline, but may be alcohol fuel, LPG (liquefied natural gas), or the like.
  • the number of cylinders and the cylinder arrangement format of the internal combustion engine to which the present invention is applied may be any.
  • the number, type, configuration, and arrangement order of the exhaust purification members provided in the exhaust passage are not limited to the above embodiment.
  • the number of exhaust purification members may be one, two, or four.
  • an exhaust purification member including an oxidation catalyst may be further provided downstream of the third purification member.
  • Various known catalysts, filters, and the like can be used as the exhaust purification member.
  • the oxidation promoting member 32 may not include the oxidation catalyst having the above-described configuration, and may include a catalyst having another oxidation function.
  • each of the temperature of the exhaust purification member and the temperature of the oxidation promoting member can be estimated based on, for example, the operating state of the engine in addition to being detected using the temperature sensor.
  • the flow rate and flow rate of the exhaust gas can be detected using a flow rate sensor provided in the exhaust passage, or can be estimated based on the operating state of the engine, in addition to being estimated based on the intake air amount.
  • the exhaust temperature can be estimated based on the operating state of the engine, for example, in addition to being detected using a temperature sensor.

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Abstract

　本発明の添加剤供給装置(Ｄ)は、排気通路(Ｂ)に添加剤を噴射するための添加弁(Ｃ)と、該添加弁(Ｃ)に添加剤を圧送するためのポンプ(Ｆ)と、添加弁(Ｃ)およびポンプ(Ｆ)を制御する制御手段とを備える。制御手段は、要求添加量の添加剤の添加を行うとき、該要求添加量の添加剤の添加の間に添加弁(Ｃ)から噴射される添加剤の貫通力を周期的に変えるように、添加弁(Ｃ)およびポンプ(Ｆ)の少なくとも一方を制御する。

Description

添加剤供給装置および排気浄化装置
　本発明は、排気通路に添加剤を供給する添加剤供給装置およびそれを備えた排気浄化装置に関する。
　特許文献１は、エンジンの排気を浄化するための触媒を昇温するための触媒昇温装置を開示する。特許文献１の記載によれば、排気流路内における触媒よりも上流側には、燃料を噴射する噴射口を備えた添加弁と該燃料を着火させるための発熱部を備えた着火手段とが備えられ、それら添加弁と着火手段とは添加弁の噴射口から噴射された燃料が着火手段の発熱部に直接接触する位置に配設されている。
　他方、特許文献２は、エンジンの排気通路に設けられた触媒と、該触媒に対して尿素水溶液を噴射する添加剤添加弁とを備えた排気浄化装置を開示する。この添加剤添加弁は、尿素水溶液の噴霧の到達距離を異ならせるように、第１噴射孔と、該第１噴射孔よりも大きな第２噴射孔とを備える。
　また、特許文献３は、エンジンからの排気に還元剤を供給する還元剤供給装置を開示する。この還元剤供給装置は、供給ポンプからの還元剤を排気管の内部に噴射する添加弁と、排気の流速の変化に応じて添加弁から噴射される還元剤の圧力を変更するように供給ポンプの吐出圧を制御する制御手段とを備える。
特開２００６－１１２４０１号公報 特開２００８－１５１０８７号公報 特開２００８－１８０１０１号公報
　排気通路に設けた排気浄化用触媒等の部材には、当該部材の長寿命化等の観点から、満遍なく添加剤または該添加剤を含み得るガスが供給されることが望まれる。
　しかし、特許文献２の添加弁は、噴射孔の径の違いで添加剤の飛距離を調節するように構成されているので、例えば、デポジットの付着によりそれらの噴射孔の径が変化した場合、該添加弁による添加剤の飛距離は変化する。なお、上記特許文献２の添加弁は、径の異なる複数の噴射孔を必要とすると共に到達距離に適した径の噴射孔を必要とするので、製造コストにおいても問題を有する。
　また、特許文献３の装置は、上記構成を備えるので、ある程度、還元剤の排気への広がり方を調節できるが、例えば、排気通路の中央部と周縁部との還元剤の濃度差を等しくできない。
　そこで、本発明はかかる点に鑑みて創案されたものであり、その目的は、添加剤または該添加剤を含み得るガスを排気通路の所望の範囲により均一に供給することにある。
　本発明は、排気通路に添加剤を噴射するための添加弁と、該添加弁に添加剤を圧送するためのポンプと、添加剤の要求添加量を算出する要求量算出手段と、添加弁およびポンプを制御する制御手段であって、要求量算出手段によって算出された要求添加量の添加剤の添加を行うとき、該要求添加量の添加剤の添加の間に添加弁から噴射される添加剤の貫通力を周期的に変えるように、添加弁およびポンプの少なくとも一方を制御する、制御手段とを備えた、添加剤供給装置を提供する。
　制御手段は、同一周期内において、第１貫通力を有するように噴射された添加剤の供給量と、第１貫通力とは異なる第２貫通力を有するように噴射された添加剤の供給量とが一致するように、添加弁およびポンプの少なくとも一方を制御するとよい。
　また、制御手段は、要求添加量の添加剤を複数回に分けて噴射するように、添加弁を制御するとよい。
　また、本発明は、そのような添加剤供給装置を備えた、排気浄化装置を提供する。
　排気浄化装置は、排気通路に設けられた排気浄化用部材と、添加弁よりも下流側かつ該排気浄化用部材よりも上流側に設けられた酸化促進部材とを備えるとよい。
　排気浄化装置は添加弁よりも下流側の排気通路に触媒を備えるとよい。この場合、添加剤は尿素水溶液であり得る。
図１は、本発明に係る添加剤供給装置を備えた排気浄化装置の基本構成例を説明するための概念図である。 図２は、本発明の第１実施形態に係る排気浄化装置が適用された内燃機関システムを示す概略構成図である。 図３は、図２の添加弁からの添加剤の添加制御を説明するための図である。 図４は、図２の添加弁からの添加剤の噴射パターンの一例を説明するための図である。 図５は、図２の添加弁からの添加剤の噴射パターンの別の一例を説明するための図である。 図６は、図５の噴射パターンに基づいて添加剤を添加したときの添加剤の流れを説明するための図である。 図７は、図２の添加弁からの添加剤の噴射パターンのさらに別の一例を説明するための図である。 図８は、図７の噴射パターンに基づいて添加剤を添加したときの添加剤の流れを説明するための図である。 図９は、本発明の第２実施形態に係る排気浄化装置の添加剤供給装置の添加弁からの添加剤の噴射パターンの一例を説明するための図である。
　まず、本発明に係る添加剤供給装置を備えた排気浄化装置の基本的な構成例を図１に基づき説明する。図１の排気浄化装置Ａは、排気通路Ｂに添加剤を添加するための添加弁Ｃを有する添加剤供給装置Ｄを備えている。添加弁Ｃには、タンクＥ内の添加剤がポンプＦによって圧送される。添加弁ＣおよびポンプＦは、制御手段としての機能を有する制御装置Ｇによって制御される。また、制御装置Ｇは、排気通路Ｂへの添加剤の要求添加量を算出する要求量算出手段の機能を有する。
　制御装置Ｇは、添加弁Ｃからの添加剤の噴射圧および１回毎の噴射量の少なくとも一方を調節するように、添加弁ＣおよびポンプＦの少なくとも一方を制御することができる。制御装置Ｇは、要求添加量の添加剤の添加を行うとき、該要求添加量の添加剤の添加の間に噴射された添加剤の有する貫通力を周期的に変えるように、添加弁ＣおよびポンプＦの少なくとも一方を制御する。特に、制御手段Ｇは、同一周期内において、第１貫通力を有するように噴射された添加剤の供給量と、第１貫通力とは異なる第２貫通力を有するように噴射された添加剤の供給量とが一致するように、添加弁ＣおよびポンプＦの少なくとも一方を制御することができる。
　図１では、添加弁Ｃは排気通路Ｂに設けられた部材Ｈの上流側に設けられている（排気の流れが矢印Ｊで表されている）。部材Ｈは、例えば、触媒等を含む排気浄化用部材であり得、または、そのような排気浄化用部材の上流側に設けられた酸化促進部材であり得る。制御装置Ｇは、上記したように添加弁ＣおよびポンプＦの少なくとも一方を制御するので、排気通路の所定領域に、例えば、排気通路Ｂのある横断面Ｋに沿った部材Ｈの上流側部位に、添加剤を均一に分散させることが可能である。
　以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。まず、第１実施形態について説明する。図２は、実施形態に係る排気浄化装置１が適用された内燃機関（以下、エンジン）１０の概略的なシステム図である。エンジン１０は、自動車用の圧縮着火式内燃機関すなわちディーゼルエンジンであり、図２では、エンジン本体１０´から延出した、その排気系の一部が誇張して表されている（吸気系およびエンジン内部機構等は省略されている）。エンジン１０の排気管１２によって区画形成された排気通路１４には、上流側から順に、第１触媒コンバータ１６と、第２触媒コンバータ１８とが直列に設けられている。そして、第１触媒コンバータ１６内には、第１排気浄化用部材（以下、第１浄化部材）２０と第２排気浄化用部材（以下、第２浄化部材）２２とが直列的に収容されている。また、第２触媒コンバータ１８内には、第３排気浄化用部材（以下、第３浄化部材）２４が収容されている。なお、第１浄化部材２０、第２浄化部材２２および第３浄化部材２４は排気浄化装置１に含まれる。
　ここでは、第１浄化部材２０は酸化触媒を含む。第１浄化部材２０は、例えば白金Ｐｔのような貴金属触媒を担持したモノリス触媒として形成されている。
　また、第２浄化部材２２は排気中の粒子状物質（ＰＭ）を捕集するためのパティキュレートフィルタである。第２浄化部材２２であるパティキュレートフィルタは貴金属触媒を担持していない。しかしながらパティキュレートフィルタ上に白金Ｐｔのような貴金属触媒等を担持させることもできる。
　また、第３浄化部材２４はＮＯｘ浄化用の触媒、ここではＮＯｘ吸蔵触媒を含む。第３浄化部材２４では、その基体上に例えばアルミナからなる触媒担体が担持されている。触媒担体の表面上には白金Ｐｔなどの貴金属触媒が分散して担持されていて、さらに触媒担体の表面上にはＮＯｘ吸収剤の層が形成されている。ＮＯｘ吸収剤は排気の空燃比がリーンのときにはＮＯｘを吸蔵し、排気中の酸素濃度が低下すると吸蔵したＮＯｘを放出するＮＯｘの吸放出作用を行う。このような第３浄化部材２４は、排気の空燃比がリーンのときにはＮＯｘを吸蔵し、排気中の酸素濃度が低下すると例えば排気の空燃比がリッチになったときに吸蔵したＮＯｘを放出してＮＯｘを還元させる。なお、第３浄化部材２４は、アンモニアとＮＯｘとの化学反応（還元反応）を促進させるＮＯｘ浄化用の触媒を備えることが可能である。この場合には、アンモニア供給用に例えば尿素水添加装置が第１コンバータ１６と第２コンバータ１８との間に設けられ得る。
　さて、エンジン１０に設けられた排気浄化装置１はさらに温度制御装置３０を備えている。温度制御装置３０は上記した排気浄化用部材２０、２２、２４の温度を制御するべく設けられている。温度制御装置３０は、加熱用ガスを生成して下流側の第１～第３浄化部材２０、２２、２４、特に第２浄化部材２２および第３浄化部材２４に供給し、それら排気浄化用部材の暖機または加熱およびその活性状態を維持促進するためのものである。
　特に、ここでは、温度制御装置３０は、それら３つの排気浄化用部材のうちの第３浄化部材２４を第３浄化部材２４の所定活性温度域の温度まで加熱してそれがその所定活性温度域内の温度を有し続けるように作動される。また、温度制御装置３０は、第２浄化部材２２に捕集されたＰＭを除去するべく、所定時期に、所定時間、作動される。例えば、エンジン１０の累積作動時間が所定時間を越えるたびに、温度制御装置３０は作動する。なお、温度制御装置３０は、第２浄化部材２２の前後の差圧が所定圧以上になったときに、働くこともできる。この場合、第２浄化部材２２前後の差圧を検出するための圧力センサが備えられるとよい。
　温度制御装置３０は、排気浄化用部材よりも上流側に設けられた酸化促進部材３２と、該酸化促進部材３２の上流側に位置付けられた燃料添加弁３４と、酸化促進部材３２の上流側に位置付けられたグロープラグ３６とを有する。燃料添加弁３４とグロープラグ３６とは、グロープラグ３６の発熱部３６ａに向かって燃料添加弁３４の噴射口から燃料が噴射されるように配設されている。
　酸化促進部材３２は、酸化機能を有する触媒を含み、具体的には酸化触媒を含んで構成されている。酸化促進部材３２は、例えば白金Ｐｔのような貴金属触媒を担持したモノリス触媒として形成されている。酸化促進部材３２は、排気通路１４における排気の流れを阻害しないように定められた大きさおよび形状を有し、支持部材（不図示）により排気通路１４に支持されている。
　燃料添加弁３４は燃料添加手段つまり添加剤添加手段として備えられている。具体的には、燃料添加弁３４は、エンジン本体１０´の燃料噴射弁を備えた燃料供給装置に含まれる燃料タンク３８からポンプ４０によって圧送された燃料を添加供給するように設けられている。したがって、ここでは、燃料添加弁３４、燃料タンク３８およびポンプ４０は添加剤供給装置４２に含まれる。なお、添加剤供給装置４２には、燃料添加弁３４およびポンプ４０の各作動を制御する制御手段として機能する後述される制御装置の一部も含まれる。本実施形態では、燃料添加弁３４からの燃料噴射圧は一定とされる。ポンプ４０は燃料添加弁３４からの噴射圧が一定となるように作動する。なお、添加剤供給装置４２は、余剰の燃料を燃料タンク３８に戻す機構を備える。ただし、燃料添加弁３４への燃料供給系統は、燃料噴射弁への燃料供給系統とは別に独立して構成可能である。
　また、グロープラグ３６は発熱手段として備えられている。グロープラグ３６が通電されることで、そのグロープラグ３６の発熱部３６ａは発熱することができる。発熱手段であるグロープラグ３６は発熱装置に含まれる。ただし、図示しないが、グロープラグ３６には、これに給電するための直流電源および昇圧回路が接続されている。なお、グロープラグ３６に代えて発熱手段としてセラミックヒータが用いられてもよい。
　燃料添加弁３４から噴射された燃料はグロープラグ３６の発熱部３６ａ周囲を通過して酸化促進部材３２およびその周囲に至る。グロープラグ３６への通電により発熱部３６ａが発熱しているときには、燃料はグロープラグ３６から熱を受けて、場合によっては燃焼し、酸化促進部材３２およびその周囲に到達する。そして、酸化促進部材３２でその燃料の酸化、例えば燃焼が促される。特に、酸化促進部材３２はここでは酸化触媒を含むので、酸化促進部材３２の温度がその所定活性温度域内にあるとき、酸化促進部材３２で燃料の酸化はより好適に促進される。なお、酸化促進部材３２での燃料の酸化によって酸化促進部材３２自体の温度が上昇し、これにより酸化促進部材３２は昇温される。こうして加熱用ガスが生成されて上記排気浄化用部材に流れる。このような加熱用ガスは燃料の酸化により高温を有することができる。
　また、このような加熱用ガスは改質燃料を含むことがある。酸化促進部材３２の温度が高くなると、酸化促進部材３２で燃料中の炭素数の多い炭化水素が分解して、炭素数が少なく反応性の高い炭化水素が生成され、これによって燃料が反応性の高い燃料に改質される。換言すれば、酸化促進部材３２は、一方では急速に発熱する急速発熱器を構成し、他方では、改質された燃料を排出する改質燃料排出器を構成する。
　このような構成を備えるエンジン１０は、制御装置５０に、各種値を検出する（推定することを含む）ための信号を電気的に出力する各種センサ類を備えている。ここで、その内のいくつかを具体的に述べる。エンジン回転速度を検出するためのエンジン回転速度センサ５２が備えられている。また、エンジン負荷を検出するためのエンジン負荷センサ５４が備えられている。なお、エンジン負荷センサ５４として、スロットル開度センサ、アクセル開度センサ、エアフローメーター、吸気圧センサ等が使用可能である。さらに、排気通路１４における排気の流量つまり流速を検出するための流量センサ５６が設けられている。流量センサ５６として、吸気通路に設けられたエアフローメーターが使用可能である。そして、排気通路１４の排気の温度を検出するための第１温度センサ５８が設けられている。酸化促進部材３２の温度を検出するための第２温度センサ６０が設けられている。さらに、第３浄化部材２４の温度を検出するための第３温度センサ６２が設けられている。
　制御装置５０は、ＣＰＵ、記憶装置（例えばＲＯＭ、ＲＡＭ）、Ａ／Ｄ変換器、入力インタフェース、出力インタフェース等を含むマイクロコンピュータで構成されている。入力インタフェースには、上記各種センサ類が電気的に接続されている。これら各種センサ類からの出力信号または検出信号に基づき、予め設定されたプログラム等にしたがって円滑なエンジン１０の運転ないし作動がなされるように、制御装置５０は出力インタフェースから電気的に作動信号または駆動信号を出力する。こうして、燃料噴射弁の作動、燃料添加弁３４の作動、グロープラグ３６の作動（グロープラグ３６への通電）、ポンプ４０の作動などが制御される。
　制御装置５０は温度制御装置３０における制御手段（制御装置）の機能を有する。つまり、燃料添加手段である燃料添加弁３４の作動を制御する燃料添加制御手段つまり添加剤添加制御手段、発熱手段であるグロープラグ３６の作動を制御する発熱制御手段、ポンプ４０の作動を制御するポンプ制御手段の各々として、制御装置５０の一部は機能することができる。また、排気温検出手段としての第１温度センサ５８と制御装置５０の一部とは、排気の温度を検出する排気温検出装置に含まれる。さらに酸化促進部材温度検出手段としての第２温度センサ６０と制御装置５０の一部とは、酸化促進部材３２の温度を検出する酸化促進部材温度検出装置に含まれる。さらに排気浄化用部材温度検出手段としての第３温度センサ６２と制御装置５０の一部とは、排気浄化用部材の温度を検出する排気浄化用部材温度検出装置に含まれる。流量検出手段である流量センサ５６と制御装置５０の一部とは排気の流量つまり流速を検出する排気流量検出装置に含まれる。また、制御装置５０の一部は、添加剤の要求添加量を算出する要求量算出手段として機能する。また、制御装置５０の一部は、後述する複数の噴射パターンのうちから１つの噴射パターンを選択する選択手段として機能する。
　エンジン１０では、吸入空気量、エンジン回転速度など、すなわちエンジン負荷およびエンジン回転速度で表されるエンジン運転状態に基づいて、所望の出力を得るように、燃料噴射量（燃料量）、燃料噴射時期が設定される。そして、それら燃料噴射量、燃料噴射時期に基づいて、燃料噴射弁からの燃料の噴射が行われる。
　そして、温度制御装置３０では、例えば、エンジン始動時、排気浄化用部材の温度が所定温度以上に早期に上がるように、特にここでは第３浄化部材２４の温度が第３浄化部材２４の所定活性温度域内に早期に達するように、燃料添加弁３４およびグロープラグ３６が作動させられる。つまり、グロープラグ３６に通電され、その発熱部３６ａに向けて燃料添加弁３４から燃料が噴射される。この燃料を含むまたはこの燃料に起因して生じたガスは酸化促進部材３２やその周囲を通過して排気浄化用部材に至る。このようなエンジン始動時の排気浄化用部材へのガスの供給は、エンジン始動開始時から行われ、第３浄化部材２４の温度がその所定活性温度域内の所定温度以上になるまで実行される。なお、ここでは第３浄化部材の所定活性温度域内の所定温度は、その所定活性温度域の下限温度であり、例えば２００℃に設定されている。ただし、このようなエンジン始動時の排気浄化用部材への加熱用ガスの供給は、排気浄化用部材の温度が早期に高まったとしても、エンジン暖機が完了するまで継続されるとよい。この場合、エンジン暖機完了はエンジン１０の冷却水温に基づいて判断される。例えば、排気浄化用部材の温度が早期に高まって、その後、エンジン１０の冷却水温が所定温度（例えば７０℃）以上になってエンジン暖機完了と制御装置５０が判定したとき、制御装置５０は、燃料添加弁３４の作動とグロープラグ３６の作動とを共に停止する。
　さらに、第３浄化部材２４の温度が上記した所定活性温度域内に達した後、第３浄化部材２４の温度をその所定活性温度域内に保つように、温度制御装置３０が機能する。具体的には、第３浄化部材２４の温度がその所定活性温度域内の下限温度域（例えば２００℃以上２５０℃以下の温度域）にあるとき、燃料添加弁３４から燃料が添加され、グロープラグ３６に通電される（グロープラグが作動される）。ただし、第３浄化部材２４の温度がその所定活性温度域内の下限温度域（例えば２００度以上２５０℃以下の温度域）にあっても、グロープラグ３６への通電は、排気の流速が所定速以上のときには行われず、排気の流速が所定速未満のときに実行される。これは、排気の流速が所定速以上であるとき、グロープラグ３６による加熱機能が適切に発揮され難いからである。
　ここで、温度制御装置３０における燃料添加弁３４の作動制御に関して図３のフローチャートに基づいて説明する。なお、燃料添加弁３４の作動時、グロープラグ３６は上記の如く作動される。
　ただし、以下に説明される燃料添加弁３４の作動制御は、排気浄化用部材の暖機後に、排気浄化用部材の温度をその活性温度域に維持するときに関し、排気浄化用部材の暖機および上記第２浄化部材２２の加熱時に直接的には関係しない。しかし、その燃料添加弁３４の作動制御は、概ね、排気浄化用部材の暖機および上記第２浄化部材２２の加熱に適用可能であり、またそれらに適用されるとよい。なお、排気浄化用部材の暖機時や第２浄化部材２２の加熱時にもその作動制御を適用する場合には、例えば、以下に説明されるステップＳ３０１の判定を、排気浄化用部材または第２浄化部材２２の加熱が必要か否かの判定に置き換えるとよい。
　制御装置５０は、第３浄化部材２４の温度が所定温度以下か否かを判断する（ステップＳ３０１）。この判断は、第３温度センサ６２からの出力信号に基づいて検出される第３浄化部材２４の温度に基づいて実行される。また、ここでの判定基準となる所定温度は、第３浄化部材２４の温度をその所定活性温度域に保つように設定されていて、その所定活性温度域の下限温度以上の温度であるとよく、ここでは２５０℃に設定されている。つまり、ここでの判定は、第３浄化部材２４の温度が２００℃以上かつ２５０℃以下の所定温度域内にあるか否かの判定に相当する。
　排気浄化用部材の温度が所定温度以下であると判断されると（ステップＳ３０１で肯定判定）、燃料添加弁３４からの燃料の添加量（以下、要求添加量）が算出される（ステップＳ３０３）。要求添加量は、排気浄化用部材の温度、ここでは３つの排気浄化用部材のうちの第３浄化部材２４の温度に基づいて予め記憶するデータを検索したり、または、予め記憶されている演算式にしたがって所定の演算を行ったりすることで算出される。排気浄化用部材の温度が低いほど、より多い要求添加量が算出される。第３浄化部材２４を適切に加熱するためである。
　また、例えば、排気浄化用部材の暖機時には、同様に、ステップＳ３０３では排気浄化用部材の温度に基づいて要求添加量は算出されるとよい。また、例えば、第２浄化部材２２の加熱時には、ステップＳ３０３では予め決められている所定量の添加量が要求添加量として算出されるとよい。
　そして、燃料添加弁３４からの燃料の噴射パターンが選択される（ステップＳ３０５）。複数の噴射パターンは予め記憶装置に記憶されている。そして、（ステップＳ３０３で算出された）要求添加量、排気流量（または排気流速）、排気温度、酸化促進部材３２の温度に基づいて、複数の噴射パターンのうちからいずれか１つの噴射パターンが選ばれる。排気流量は流量センサ５６からの出力信号に基づいて検出される。排気温度は第１温度センサ５８からの出力信号に基づいて検出される。酸化促進部材３２の温度は第２温度センサ６０からの出力信号に基づいて検出される。ただし、第２温度センサ６０はここでは複数の温度センサの複合体であるので、これにより酸化促進部材３２の温度分布が得られる。なお、グロープラグ３６の温度が考慮されることもできる。グロープラグ３６の温度はグロープラグ３６への給電状態から得ることができる。
　いずれか１つの噴射パターンは、要求添加量、排気流量、排気温度、酸化促進部材３２の温度に基づいて、予め記憶装置に記憶されているデータまたは演算式を用いて、複数の噴射パターンから選択される。ここで、予め記憶装置に記憶されているデータまたは演算式は、次の複数の関係に基づいて実験等によって定められている。第１の関係は、一度の添加量つまり噴射量が多い程、噴射燃料に強い貫通力を与えることができるということである。第２の関係は、噴射圧が高い程、噴射燃料に強い貫通力を与えることができるということである。第３の関係は、排気流量が多い程つまり排気流速が速い程、排気の流れに逆らう添加燃料の貫通力を高める必要があるということである。第４の関係は、排気温度が高いほど燃料が気化し易いので、排気温度が低い程、燃料の貫通力を高めることができるということである。第５の関係は、酸化促進部材３２の温度を均一に保つためには、酸化促進部材３２に添加燃料またはそれに起因して生じるガスを均一に分散させた方がよく、温度が低い部位には温度が高い部位よりもより多くの添加燃料または燃料含有ガスを供給した方がよいということである。なお、排気流量や排気温度はエンジン運転状態に応じて変化するので、エンジン回転速度およびエンジン負荷に基づいて、複数の噴射パターンから１つの噴射パターンを選択することも可能である。
　ただし、上記第２の関係を適切に考慮するべく、制御装置５０は、燃料添加弁３４の噴射圧を取得する。噴射圧の取得は、制御演算結果から取得される。なお、ここでは、燃料添加弁３４の噴射圧は一定であるので、第２の関係は積極的に考慮されなくてもよい。
　こうして、燃料添加弁３４からの燃料の添加量つまり要求添加量が算出されて（ステップ３０３）、かつ、燃料添加弁３４からの燃料の噴射パターンが選択されると（ステップＳ３０５）、それらに基づいて燃料添加が実行される（ステップＳ３０７）。つまり、燃料添加弁３４の作動が制御される。
　他方、排気浄化用部材の温度が所定温度を越える場合には（ステップＳ３０１で否定判定）、燃料添加は実行されない（ステップＳ３０９）。排気浄化用部材の加熱が必要でないからである。
　具体的に、上記複数の噴射パターンのうちのいくつかを説明する。まず、第１の噴射パターンは、図４を用いて説明される。第１の噴射パターンは、要求添加量の燃料を単に複数回に分けて噴射するパターン、つまり間欠的に噴射するパターンである。なお、図４にしたがうと、要求添加量の燃料が６回に分けて噴射されるが、図４は分割回数を制限するものではない。しかし、この第１の噴射パターンでは、燃料添加弁３４からの添加剤が酸化促進部材３２の一部に集中して到達する可能性がある。そこで、制御装置５０は第１の噴射パターンを選択可能であるが、以下に説明されるような他の噴射パターンを積極的に選択する。なお、以下に説明される噴射パターンは、要求添加量の燃料の添加の間に、燃料添加弁３４から噴射される燃料の貫通力を周期的に変えるように定められている。
　次に、第２の噴射パターンは、図５を用いて説明される。図５の噴射パターンは、要求添加量の燃料を複数回に分けて噴射するパターン、つまり間欠的に噴射するパターンであるが、各回の添加量は周期的なパターンにしたがって変化する。図５の第２の燃料噴射パターンでは、第１貫通力ｐ１を有するように第１噴射量ｑ１を有する第１噴射ｒ１と、第２貫通力ｐ２を有するように第２噴射量ｑ２を有する第２噴射ｒ２とからなる基準噴射パターンが繰り返される。したがって、第１噴射ｒ１による添加燃料の貫通力と第２噴射ｒ２による添加燃料の貫通力とは異なるので、図６に示すように、この第２の噴射パターンによれば、酸化促進部材３２の上流側部位、例えば排気通路１４の横断面１４ｃでの酸化促進部材３２の上流側端部に、燃料を分散させることができる。ただし、図６には、酸化促進部材３２に対しての燃料添加弁３４からの燃料の添加が模式的に表されていて、それらの間にあるグロープラグ３６は省略されている。図６中、添加燃料ｆ１は第１噴射ｒ１に関し、添加燃料ｆ２は第２噴射ｒ２に関する。ただし、図５の第２の噴射パターンは、上記基準噴射パターンの繰り返し回数を制限しない。
　なお、図５の第２の噴射パターンにしたがって燃料を添加する場合、第１噴射ｒ１の噴射量つまり添加量ｑ１と第２噴射ｒ２の噴射量つまり添加量ｑ２とはかなり異なるので、酸化促進部材３２の上流側部位に燃料を均一に供給することは容易でない。それ故、酸化促進部材３２の上流側部位に燃料をより均一に供給することを可能にする噴射パターンとして、次に第３の噴射パターンを説明する。
　第３の噴射パターンは、図７を用いて説明される。図７の噴射パターンは、要求添加量の燃料を複数回に分けて噴射するパターン、つまり間欠的に噴射するパターンであるが、各回の添加量は周期的なパターンにしたがって変化する。図７の第３の噴射パターンでは、第３貫通力ｐ３を有するように第３噴射量ｑ３を有する第３噴射ｒ３と、第３貫通力ｐ３を有するように第３噴射量ｑ３を有する第３噴射ｒ３と、第３貫通力ｐ３を有するように第３噴射量ｑ３を有する第３噴射ｒ３と、第４貫通力ｐ４を有するように第４噴射量ｑ４を有する第４噴射ｒ４とからなる基準噴射パターンが繰り返される。第４噴射量ｑ４は、第３噴射量ｑ３の３倍である。したがって、第３の噴射パターンの基準噴射パターンは、その同一周期内において、第３貫通力ｐ３を有するように噴射される燃料の供給量（３×ｑ３）と、第４貫通力ｐ４を有するように噴射される燃料の供給量（ｑ４）とが一致するように定められている。なお、これは、第３噴射ｒ３の総噴射時間が、実質的に、第４噴射ｒ４の噴射時間よりも長いことを意味する。したがって、第３の噴射パターンによれば、図８に示すように、酸化促進部材３２の上流側部位、例えば排気通路１４の横断面１４ｃでの酸化促進部材３２の上流側端部に、燃料をより均一に分散供給することができる。なお、上記図６と同様に簡略化して表された図８中、添加燃料ｆ３１、ｆ３２、ｆ３３は第３噴射ｒ３に関し、添加燃料ｆ４は第４噴射ｒ４に関する。ただし、図７の第３の噴射パターンは、上記基準噴射パターンの繰り返し回数を制限しない。なお、第３の噴射パターンにおいて、例えば、上記第３貫通力ｐ３は本発明における第１貫通力であり、上記第４貫通力ｐ４は本発明における第２貫通力である。
　なお、このように要求添加量の燃料は複数回に分けて噴射されるので、燃料の貫通力をより適切に調整することができる。したがって酸化促進部材３２に燃料をより均一に分散供給することができるので、酸化促進部材３２での燃料の反応性をより適切に制御することができる。
　次に、本発明の第２実施形態について説明する。本第２実施形態に係る排気浄化装置が適用された車両の内燃機関システムの構成は上記第１実施形態に係る排気浄化装置が適用された車両の内燃機関システムの構成と概ね同じである。したがって、本第２実施形態の排気浄化装置が適用された車両の内燃機関システムの説明はここでは省略される。本第２実施形態の排気浄化用装置は、そこに備えられた添加剤供給装置が添加弁からの燃料の噴射圧を可変とする構成を備え、これに伴って燃料添加の制御に関してもその噴射圧を変える点で、上記第１実施形態の排気浄化用装置に対して相違点を有する。以下に、その相違点を説明する。なお、以下の説明では、既に説明した構成要素に対応する構成要素に、既に説明した構成要素と同じ符号を付す。また、本第２実施形態での燃料添加制御を説明するために、既に説明した図３を用いる。なお、第２実施形態に係る添加剤供給装置および排気浄化装置には、上記第１実施形態に係る添加剤供給装置および排気浄化装置と同様の変更が適用可能である。
　本第２実施形態の排気浄化用装置の添加剤供給装置４２は燃料添加弁３４からの燃料の噴射圧を可変とする構成を備える。制御装置５０は、ポンプ４０を制御して燃料添加弁３４からの噴射圧を変えることができる。
　制御装置５０は、排気浄化用部材の温度が所定温度以下であると判断し（ステップＳ３０１で肯定判定）、かつ、燃料添加弁３４からの燃料の添加量つまり要求添加量を算出すると（ステップＳ３０３）、燃料添加弁３４からの燃料の噴射パターンを選択する（ステップＳ３０５）。
　第２実施形態における制御装置５０は、添加剤供給装置４２に関して、噴射量を周期的に変える上記したような複数の燃料の噴射パターンの他に、噴射圧を変える複数の燃料の噴射パターンも記憶する。それら複数の噴射パターンから、いずれか１つの噴射パターンは、要求添加量、排気流量（または排気流速）、排気温度、酸化促進部材３２の温度に基づいて、予め記憶装置に記憶されているデータまたは演算式を用いて、上記したように選択される（ステップＳ３０５）。そして、そのデータまたは演算式は、上記第１の関係～第５の関係に基づいて実験等によって定められている。
　そして、燃料添加弁３４からの燃料の添加量つまり要求添加量が算出されて（ステップ３０３）、かつ、燃料添加弁３４からの燃料の噴射パターンが選択されると（ステップＳ３０５）、それらに基づいて燃料添加が実行される（ステップＳ３０７）。
　第２実施形態の制御装置も、上記した第１の噴射パターン～第３の噴射パターンの他、複数の噴射パターンを記憶する。上記したように、ここでは、燃料噴射弁３４からの燃料の噴射圧を変えることができるので、噴射圧をも変えることを必要とする複数の噴射パターンも制御装置は記憶する。
　例えば、制御装置は、第４の噴射パターンを記憶する。第４の噴射パターンは、図９を用いて説明される。図９の噴射パターンは、要求添加量の燃料を複数回に分けて噴射するパターン、つまり間欠的に噴射するパターンであるが、各回の噴射量および噴射圧は周期的なパターンにしたがって変化する。図９の第４の噴射パターンでは、第５貫通力ｐ５を有するように第５噴射量ｑ５の燃料を第５噴射圧ｓ５で噴射する第５噴射ｒ５と、第５貫通力ｐ５を有するように第５噴射量ｑ５の燃料を第５噴射圧ｓ５で噴射する第５噴射ｒ５と、第６貫通力ｐ６を有するように第６噴射量ｑ６の燃料を第６噴射圧ｓ６で噴射する第６噴射ｒ６とからなる基準噴射パターンが繰り返される。ただし、第６噴射量ｑ６は、第５噴射量ｑ５の２倍である。また、第５噴射ｒ５の噴射時間（開弁時間）ｔ５は、第６噴射ｒ６の噴射時間ｔ６よりも長い。したがって、第４の噴射パターンの基準噴射パターンは、その同一周期内において、第５貫通力ｐ５を有するように噴射される燃料の供給量（２×ｑ５）と、第６貫通力ｐ６を有するように噴射される燃料の供給量（ｑ６）とが一致するように定められている。なお、これは、第５噴射ｒ５の総噴射時間が、実質的に、第６噴射ｒ６の噴射時間よりも長いことを意味する。したがって、第４の噴射パターンによれば、上記第３の噴射パターンと同様に、所定の範囲に、燃料をより均一に分散供給することができる。ただし、図９の第４の噴射パターンは、上記基準噴射パターンの繰り返し回数を制限しない。なお、第４の噴射パターンにおいて、例えば、上記第５貫通力ｐ５は本発明における第１貫通力であり、上記第６貫通力ｐ６は本発明における第２貫通力である。
　なお、このように要求添加量の燃料は複数回に分けて噴射されるので、燃料の貫通力をより適切に調整することができる。したがって酸化促進部材３２に燃料をより均一に分散供給することができるので、酸化促進部材３２での燃料の反応性をより適切に制御することができる。特に、本第２実施形態では、燃料添加弁３４からの噴射圧を変える場合があるが、このような場合にも第４の噴射パターンなどの噴射パターンにしたがって要求添加量の燃料は複数回に分けて噴射されるので、より適切に、燃料の貫通力を制御することができる。
　以上、本発明を上記実施形態等に基づいて説明したが、本発明で適用され得る添加弁からの添加剤の噴射パターンは、上記パターンに限定されず、他の噴射パターンも含むことができる。排気通路の所定の範囲に添加剤を分散させるまたは均一に分散させるために、噴射パターンは、添加弁からの噴射圧力または／および噴射量の異なる少なくとも２つの添加または噴射によって構成されるとよい。例えば、図５の１つの第１噴射ｒ１および１つの第２噴射ｒ２のみで１つの噴射パターンが構成可能である。また、図７の３つの第３噴射ｒ３および１つの第４噴射ｒ４のみで１つの噴射パターンが構成可能である。さらには、図９の２つの第５噴射ｒ５および１つの第６噴射ｒ６のみで１つの噴射パターンが構成可能である。
　また、上記実施形態では、添加弁３４は酸化促進部材３２に燃料を添加するように設けられたが、その他の部材に添加剤を添加するように添加弁が排気通路に設けられることができる。そして、そのような添加剤供給装置に、本発明が適用できる。例えば、排気通路に設けられた触媒にアンモニアを供給するように、その触媒に向けて尿素水溶液を添加する添加剤供給装置に本発明が適用可能である。
　以上、上記実施形態では、本発明はディーゼルエンジンに適用されたが、これに限定されず、本発明は、ポート噴射型式のガソリンエンジン、筒内噴射形式のガソリンエンジン等の各種の内燃機関に適用可能である。また、用いられる燃料は、軽油やガソリンに限らず、アルコール燃料、ＬＰＧ（液化天然ガス）等でもよい。また、本発明が適用される内燃機関の気筒数、気筒配列形式などは如何なるものであってもよい。
　また、排気通路に設けられる排気浄化用部材の数、種類、構成および配列順序は、上記実施形態に限定されない。排気浄化用部材の数は１つでも、２つでも、４つでもよい。例えば、上記第３浄化部材よりも下流側に、酸化触媒を含む排気浄化用部材がさらに備えられてもよい。排気浄化用部材として、公知の種々の触媒、フィルタ等が用いられ得る。また、上記酸化促進部材３２は、上記した構成を有する酸化触媒を含まなくてもよく、別の酸化機能を有する触媒を含むことができる。
　また、排気浄化用部材の温度および酸化促進部材の温度の各々は温度センサを用いて検出される以外に例えばエンジンの運転状態に基づいて推定されることも可能である。さらに、排気の流量や流速は吸入空気量に基づいて推定される以外に例えば排気通路に設けた流速センサを用いて検出されたり、エンジンの運転状態に基づいて推定されたりすることも可能である。さらに、排気の温度は温度センサを用いて検出される以外に例えばエンジンの運転状態に基づいて推定されることも可能である。
　なお、上記実施形態およびその変形例等では本発明をある程度の具体性をもって説明したが、本発明はこれらに限定されない。本発明については、特許請求の範囲に記載された発明の精神や範囲から離れることなしに、さまざまな改変や変更が可能であることは理解されなければならない。すなわち、本発明には、特許請求の範囲によって規定される本発明の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が含まれる。なお、本発明は、内燃機関以外の種々の技術に適用可能である。

Claims (7)

  1. 　排気通路に添加剤を噴射するための添加弁と、
    　該添加弁に添加剤を圧送するためのポンプと、
    　添加剤の要求添加量を算出する要求量算出手段と、
    　前記添加弁および前記ポンプを制御する制御手段であって、前記要求量算出手段によって算出された要求添加量の添加剤の添加を行うとき、該要求添加量の添加剤の添加の間に前記添加弁から噴射される添加剤の貫通力を周期的に変えるように、前記添加弁および前記ポンプの少なくとも一方を制御する、制御手段と
    を備えたことを特徴とする添加剤供給装置。
  2. 　前記制御手段は、同一周期内において、第１貫通力を有するように噴射された添加剤の供給量と、前記第１貫通力とは異なる第２貫通力を有するように噴射された添加剤の供給量とが一致するように、前記添加弁および前記ポンプの少なくとも一方を制御することを特徴とする請求項１に記載の添加剤供給装置。
  3. 　前記制御手段は、前記要求添加量の添加剤を複数回に分けて噴射するように、前記添加弁を制御することを特徴とする請求項１または２に記載の添加剤供給装置。
  4. 　請求項１から３のいずれかに記載の添加剤供給装置を備えたことを特徴とする排気浄化装置。
  5. 　前記排気浄化装置は、
    　排気通路に設けられた排気浄化用部材と、
    　前記添加弁よりも下流側かつ該排気浄化用部材よりも上流側に設けられた酸化促進部材と
    を備えたことを特徴とする請求項４に記載の排気浄化装置。
  6. 　前記排気浄化装置は前記添加弁よりも下流側の排気通路に触媒を備えたことを特徴とする請求項４に記載の排気浄化装置。
  7. 　前記添加剤は尿素水溶液であることを特徴とする請求項６に記載の排気浄化装置。
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