内燃機関の排気浄化装置
【課題】内燃機関の排気浄化装置において、パティキュレートフィルタを効率よく昇温させるために、燃料添加弁から添加された燃料と排気とをより均一に混合させること。
【解決手段】ECUは、DPFの再生が必要か否かを判断する(S11)。DPFの再生が必要である場合には(S11:YES)、エンジンの使用環境を特定する(S12)。その使用環境に応じた、駆動周波数中央値と変動幅を決定する(S13)。その駆動周波数中央値、変動幅の波形で、燃料添加の実施と停止とが組み合わされた周期の単位時間当たりの繰り返し回数である駆動周波数が変動するように、燃料添加弁を駆動制御する(S14)。
【解決手段】ECUは、DPFの再生が必要か否かを判断する(S11)。DPFの再生が必要である場合には(S11:YES)、エンジンの使用環境を特定する(S12)。その使用環境に応じた、駆動周波数中央値と変動幅を決定する(S13)。その駆動周波数中央値、変動幅の波形で、燃料添加の実施と停止とが組み合わされた周期の単位時間当たりの繰り返し回数である駆動周波数が変動するように、燃料添加弁を駆動制御する(S14)。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、内燃機関の排気中の粒子性物質を捕集するパティキュレートフィルタを備えた内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、環境対策として、内燃機関からの排気を触媒やフィルタで処理し、有害成分の放出を抑制する内燃機関の排気浄化装置が重要となっている。一例として、排気通路にパティキュレートフィルタを設置し、ディーゼルエンジンから排出されるパティキュレートを捕集する排気浄化装置が知られている。パティキュレートフィルタに堆積したパティキュレートを定期的に焼却除去してパティキュレートフィルタを再生することにより、パティキュレートフィルタの連続的な使用が可能である。
【0003】
パティキュレートフィルタの再生は、例えばパティキュレートフィルタの上流と下流との差圧に基づいて算出されるパティキュレート堆積量が所定値を超えたときに、パティキュレートが燃焼する温度、例えば600℃以上にパティキュレートフィルタを昇温させることにより行われる。しかし、主な機関出力となる主噴射よりも遅角側で噴射される後噴射、吸気絞り等の公知の手段を用いてパティキュレートフィルタを昇温しパティキュレートを燃焼させると燃費が低下する。
【0004】
また、パティキュレートフィルタの昇温温度が低すぎると、パティキュレートの燃焼速度が遅くなりパティキュレートフィルタの再生時間が長くなるので燃費がさらに低下する。逆に、パティキュレートフィルタの昇温温度を高くするほどパティキュレートの燃焼速度が速くなり再生が短時間で終了するので、パティキュレートフィルタの再生に伴う燃費低下を低減できる。ただし、パティキュレートフィルタの温度が高過ぎると、パティキュレートフィルタの破損あるいはパティキュレートフィルタに担持した酸化触媒の劣化等をまねくことがある。
【0005】
そこで、燃費低下を抑制し、かつ安全にパティキュレートフィルタを再生するために、所定の目標温度近傍にパティキュレートフィルタの温度を維持する必要がある。特許文献1では、昇温手段による昇温の実施と停止とを組み合わせた周期を繰り返し、かつその周期における昇温の実施と停止との時間比率を所定値に制御することにより、パティキュレートフィルタを目標温度に高精度に制御しようとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開2004−301013号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
ところで、パティキュレートフィルタを昇温させる昇温手段として、排気通路に燃料添加弁を設けて、その燃料添加弁から排気中に燃料を添加する手段が知られている。この昇温手段によると、燃料添加弁から添加された燃料と排気とが混合することによって排気温度が上昇し、その排気温度の排気がパティキュレートフィルタを通過することによりパティキュレートフィルタが昇温される。その際、燃料添加弁から添加された燃料と排気との混合状態によって、パティキュレートフィルタがどの程度昇温されるかが決まってくる。すなわち、燃料添加弁から添加された燃料と排気とが均一に混合されるほど、パティキュレートフィルタが効率よく昇温される。
【0008】
そこで本発明は、昇温手段として、燃料添加弁による燃料添加の実施と停止とを組み合わせた周期を繰り返し、かつその周期における燃料添加の実施と停止との時間比率を所定値とする手段を採用した内燃機関の排気浄化装置において、パティキュレートフィルタを効率よく昇温させるために、燃料添加弁から添加された燃料と排気とをより均一に混合させることを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【0009】
上記課題を解決するために、本発明は、内燃機関の排気通路に設けられ、排気中の粒子性物質を捕集するパティキュレートフィルタと、
前記排気通路に設けられ、前記パティキュレートフィルタを昇温させるための燃料を前記排気通路に添加する燃料添加弁と、
前記燃料添加弁による燃料添加の実施と停止とが組み合わされた周期が繰り返され、かつその周期における前記実施と前記停止との時間比率が所定値となるように前記燃料添加弁を駆動制御して、前記パティキュレートフィルタを目標温度に昇温させる昇温手段とを備える内燃機関の排気浄化装置において、
前記昇温手段は、前記パティキュレートフィルタを前記目標温度に昇温させる際に、前記周期の単位時間当たりの繰り返し回数である駆動周波数を変動させることを特徴とする。
【0010】
これによれば、昇温手段は、パティキュレートフィルタを目標温度に昇温させる際に、燃料添加の実施と停止とが組み合わされた周期の単位時間当たりの繰り返し回数である駆動周波数を変動させる。すなわち、その周期が変動する。そして、周期が変動すると、周期における燃料添加が実施される添加時間も変動することになる。ここで、燃料添加弁から排気通路に添加される燃料が排気通路のどの範囲で排気と混合されるかは、上記添加時間に左右されると考えられる。したがって、添加時間が変動すると、燃料の排気通路における範囲である添加範囲も変動する。そして、それら変動した添加範囲で燃料と排気とが混合されることになるため、結果的に広範囲で燃料と排気とが混合される。よって、添加時間が固定のときよりも、燃料と排気とを均一に混合させることができる。その結果、パティキュレートフィルタを効率よく昇温させることができる。
【0011】
ところで、燃料添加弁から排気通路に添加される燃料が排気通路のどの範囲で排気と混合されるかは、上述したように上記添加時間、すなわち燃料添加の実施と停止とが組み合わされた周期の単位時間当たりの繰り返し回数である駆動周波数に左右されると考えられる。そして例えば、添加範囲が排気通路に比べて大きすぎると、燃料添加弁から添加された燃料の多くが排気通路の壁に衝突してしまい、燃料の無駄が大きくなる。反対に、添加範囲が排気通路に比べて小さすぎると、燃料と排気とが混合できない範囲が大きくなり不均一に混合されることになる。
【0012】
そこで、本発明の昇温手段は、前記燃料の前記排気通路における範囲である添加範囲が、前記燃料と排気とが均一に混合できる適正範囲となるように、前記駆動周波数の変動範囲を決定する変動範囲決定手段を備える。
【0013】
これによれば、変動範囲決定手段が決定した変動範囲で駆動周波数を変動されて添加範囲が適正範囲になる。その適正範囲は、燃料と排気とが均一に混合できる範囲である。したがって、燃料と排気とを均一に混合させることができる。
【0014】
また本発明の内燃機関の排気浄化装置は、前記内燃機関の使用環境を特定する使用環境特定手段を備え、
前記変動範囲決定手段は、どの使用環境においても、前記添加範囲が前記適正範囲となるように、前記使用環境特定手段が特定した前記内燃機関の使用環境に応じて前記駆動周波数の変動範囲を決定する。
【0015】
これによって、どの使用環境においても燃料と排気とを均一に混合させることができる。そして、どの使用環境においても、前記添加範囲が前記適正範囲となるようにするためには、以下に示すように、駆動周波数の変動範囲の中央値である駆動周波数中央値と、駆動周波数の変動幅とを適切に定めればよい。
【0016】
すなわち、本発明の内燃機関の排気浄化装置は、前記内燃機関の使用環境ごとの、前記駆動周波数の変動範囲の中央値である駆動周波数中央値を記憶する中央値記憶手段を備え、
前記変動範囲決定手段は、前記使用環境特定手段が特定した前記内燃機関の使用環境に対応して、前記中央値記憶手段に記憶されている前記駆動周波数中央値に基づいて、前記駆動周波数の変動範囲を決定する。
【0017】
駆動周波数中央値は、燃料の添加範囲の一部の排気通路における位置に対応していると考えられる。したがって、内燃機関の使用環境に応じた適切な駆動周波数中央値を用いることにより、どの使用環境においても、上記添加範囲を適切範囲にしやすくできる。
【0018】
その内燃機関の使用環境は、内燃機関の回転数、前記燃料添加弁の燃料供給圧及び前記燃料添加弁から添加される燃料の燃料温度の少なくとも一つとすることができる。
【0019】
なぜなら、内燃機関の回転数が異なると排気通路内の流速も異なり、同じ駆動周波数中央値で燃料を添加したとしも添加範囲が異なってくるからである。したがって、内燃機関の回転数に応じた駆動周波数中央値に基づいて、駆動周波数の変動範囲を決定するのが望ましい。
【0020】
また、燃料供給圧や燃料温度が異なると燃料添加弁から添加される燃料の性質が異なり、同じ駆動周波数中央値で燃料を添加しても添加範囲が異なってくるからである。したがって、燃料供給圧や燃料温度に応じた駆動周波数中央値に基づいて、駆動周波数の変動範囲を決定するのが望ましい。
【0021】
また本発明の内燃機関の排気浄化装置は、前記内燃機関の使用環境ごとの前記駆動周波数の変動幅を記憶する変動幅記憶手段を備え、
前記変動範囲決定手段は、前記使用環境特定手段が特定した前記内燃機関の使用環境に対応して、前記変動幅記憶手段に記憶されている前記変動幅に基づいて、前記駆動周波数の変動範囲を決定する。
【0022】
駆動周波数の変動幅は、燃料の添加範囲の大きさに対応していると考えられる。したがって、内燃機関の使用環境に応じた適切な変動幅を用いることにより、どの使用環境においても、上記添加範囲を適切範囲にしやすくできる。
【0023】
その前記内燃機関の使用環境は、内燃機関の回転数とすることができる。なぜなら、内燃機関の回転数が異なると排気通路内の流速も異なり、同じ駆動周波数の変動幅で燃料を添加しても添加範囲の大きさが異なってくるからである。したがって、内燃機関の回転数に応じた変動幅に基づいて、駆動周波数の変動範囲を決定するのが望ましい。
【0024】
そして、内燃機関の使用環境を考慮した駆動周波数中央値と変動幅の両方に基づいて決定した変動範囲で、駆動周波数を変動させれば、燃料の添加範囲を、燃料と排気とが均一に混合できる適切範囲にすることができる。したがって、どの使用環境においても、燃料と排気とを均一に混合させることができる。
【0025】
また本発明の昇温手段は、前記駆動周波数の変動波形が、前記駆動周波数の変動幅の周期が繰り返される波形となるように、前記駆動周波数を変動させる。
【0026】
これによれば、燃料と排気は、駆動周波数の変動波形に基づいて定まる排気通路における範囲内(添加範囲)で混合されることになるが、駆動周波数の変動波形が一定の振幅、一定の周期の波形となっているので、その範囲内(添加範囲)において時間的、場所的に均一に燃料と排気とを混合させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0027】
【図1】ディーゼルエンジンの排気浄化装置を搭載したシステムの全体構成を示した図である。
【図2】燃料添加の実施と停止との時間比率を説明するための図である。
【図3】Duty比(縦軸)と添加弁噴射量(横軸)の関係を示した図である。
【図4】図1の破線部60の拡大図であり、燃料添加弁9から添加された燃料が排気通路2のどの範囲で排気と混合されるかを説明するための図である。
【図5】駆動周波数f(横軸)とペネトレーションL(縦軸)の関係を示した図である。
【図6】図1の破線部60の拡大図であり、駆動周波数fを変動させることにより、広範囲で燃料と排気とが混合されることを説明するための図である。
【図7】図1の破線部60の拡大図であり、添加範囲Rの位置を説明するための図である。
【図8】ECU6のROMの記憶エリアを示した概念図である。
【図9】第一エンジン回転数マップ31、燃料供給圧マップ32、燃料温度マップ33を示した図である。
【図10】第二エンジン回転数マップ41を示した図である。
【図11】昇温処理を示したフローチャートである。
【図12】駆動周波数fの変動波形を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【0028】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。図1はディーゼルエンジンの排気浄化装置を搭載したシステムの全体構成を示した図である。図1に示すように、ディーゼルエンジン1(以下エンジンという)の排気通路2を構成する排気管2b、2c間にディーゼルパティキュレートフィルタ(DPF)3が設置され、その上流には排気管2a、2b間に酸化触媒(DOC)4が設置されている。DPF3は公知の構造のセラミック製フィルタであり、例えば、コーディエライト等の耐熱性セラミックスをハニカム構造に成形して、ガス流路となる多数のセルを入口側または出口側が互い違いとなるように目封じしてなる。エンジン1から排出された排気は、DPF3の多孔性の隔壁を通過しながら下流へ流れ、その間にパティキュレート(PM)が捕集されて次第に堆積する。
【0029】
DOC4は公知の構造で、コーディエライトハニカム構造体等よりなるセラミック製担体の表面に酸化触媒を担持してなる。DOC4は、排気通路2に供給される炭化水素(HC)を触媒反応により燃焼させて排気温度を上昇させ、DPF3を昇温する。なお、DPF3には酸化触媒が担持されていても、担持されていなくてもよい。本実施形態では、DPF3に酸化触媒が担持されていないものとして説明する。あるいは、酸化触媒が担持されたDPF3を用い、その上流にDOC4を設置しないシステム構成とすることもできる。
【0030】
そして、排気温度を上昇させDPF3を昇温するために、排気通路2にHCを含む燃料を添加する燃料添加弁9が、DOC4よりも上流側の排気管2aに設置されている。この燃料添加弁9から添加された燃料に含まれるHCが、上述したようにDOC4で燃焼されて、排気温度が上昇する。
【0031】
DPF3の上流側の排気管2bおよび下流側の排気管2cには、それぞれ温度センサとしての排気温センサ51、52が設置される。排気温センサ51、52はECU6に接続されており、DPF3の入ガス温度または出ガス温度を検出して、ECU6に出力する。ECU6は排気温センサ51、52の出力に基づいてDPF3の温度(中心温度)を推定する。エンジン1の吸気管11には、エアフロメータ(吸気量センサ)53が設置されて吸気量をECU6に出力するようになっている。エアフロメータ53下流の吸気管11には、吸気絞り弁12が設置されており、ECU6の指令で吸気量を増減する。
【0032】
また、エンジン1の吸気管11は、EGRバルブ7を備えたEGR配管71によって、DOC4の上流側の排気管2aと連通しており、EGRバルブ7はECU6の指令で吸気に還流する排気量(EGR量)を増減する。
【0033】
なお、ここでは、DPF3の上流および下流に設置され、上流および下流の排気温度を検出する排気温センサ51、52を設けたが、排気温センサ51、52をいずれか一方として、その出力を基にDPF3の温度を推定することも可能である。
【0034】
排気管2b、2cには、DPF3にて捕集されたパティキュレートの量(PM捕集量)を知るために、DPF3の前後差圧を検出する差圧センサ8が接続される。差圧センサ8の一端側はDPF3上流の排気管2bに、他端側はDPF3下流の排気管2cにそれぞれ圧力導入管81、82を介して接続されており、DPF3の前後差圧に応じた信号をECU6に出力する。
【0035】
またECU6には、エンジン回転数を検出する回転数センサ54、燃料添加弁9から燃料を添加するためにその燃料添加弁9に供給される燃料の燃料供給圧を検出する燃料供給圧センサ55および燃料添加弁9から添加される燃料の燃料温度を検出する燃料温度センサ56が接続されている。そして、エンジン回転数、燃料供給圧および燃料温度は、それぞれECU6に入力される。ECU6には、さらに、アクセル開度センサ等の図示しない各種センサが接続されている。
【0036】
ECU6は、これらセンサからの検出信号を基に運転状態を検出し、運転状態に応じた最適な燃料噴射量、噴射時期、噴射圧等を算出して、エンジン1への燃料噴射を制御する。また、吸気絞り弁12の弁開度を調節することで吸気量を、EGRバルブ7の弁開度を調節することでEGR量を制御する。
【0037】
またECU6は、本発明の「昇温手段」として機能し、燃料添加弁9による燃料添加の実施と停止とが組み合わされた周期が繰り返され、かつその周期における燃料添加の実施と停止との時間比率が所定値となるように燃料添加弁9を駆動制御して、DPF3を目標温度に昇温させる。そしてDPF3を再生させる。
【0038】
そのDPF3を再生させるときの再生制御について詳しく説明する。ECU6は、燃料添加弁9から排気通路2に燃料を添加することにより、排気中のHCを増量させ、DOC4でのHC反応熱によりDPF3を昇温させる。具体的には、DPF3へのPM堆積量を推定して、PM堆積量が予め決められた所定値を超えた時に、燃料添加弁9を駆動制御してDPF3の温度を目標温度に昇温させる。これにより、堆積したPMが焼却除去されDPF3が再生する。DPF3の温度は、排気温センサ51、52の出力に基づいて推定する。
【0039】
なお、燃料添加弁9から排気通路2に燃料を添加することによりDPF3を目標温度に昇温させているが、ポスト噴射、燃料噴射時期遅角(リタード)、吸気絞り、EGR増量等の操作を加えてもよい。これらの操作により排気通路2に供給される未燃HCが増加し、さらにリタード、EGR増量等の操作により排気温度が上昇する。
【0040】
PM堆積量を推定する方法としては、例えば、差圧センサ8で検出されるDPF3の前後差圧からPM堆積量を推定する方法がある。すなわち、排気流量が一定の場合には、PM堆積量が多いほどDPF前後差圧が増加するので、この関係を予め調べておくことでPM堆積量を知ることができる。あるいは、PM堆積量を、各種センサの出力から知られるエンジン1の運転状態に基づいて推定することも、これら方法を組み合わせることもできる。
【0041】
そしてECU6は、DPF3を目標温度に維持させるために、上述したように、燃料添加弁9による燃料添加の実施と停止とが組み合わされた周期が繰り返され、かつその周期における燃料添加の実施と停止との時間比率が所定値となるように燃料添加弁9を駆動制御する。具体的には、DPF3の温度に応じて燃料添加弁9からの燃料添加の実施・停止の時間比率(Duty比)を決定し、このDuty比をDPF3の温度変化に応じて随時変更する。
【0042】
Duty比は所定の繰り返し周期τaの間で燃料添加を実施する添加時間τ1(τ1≦τa)を変更することで変化させる(図2)。この場合、Duty比=τ1/τaとなる。そして、Duty比が変化すると、燃料添加弁9から添加される燃料の量(添加弁噴射量)も変化することになる。図3は、Duty比(縦軸)と添加弁噴射量(横軸)の関係を示した図である。図3に示すように、Duty比が大きくなるほど、添加弁噴射量も大きくなっていることがわかる。したがって、Duty比を大きくするほど添加弁噴射量が大きくなるので、DPF温度はより上昇することになる。
【0043】
このように、Duty比を適宜変更することで、DPF3を目標温度まで上昇または目標温度近傍に維持するために最適なHC量が供給され、DPF温度を最適に制御することが可能となる。なお、Duty比を変更してDPF3を目標温度に昇温させる制御のより詳細な説明は、例えば特開2004−301013号公報を参照されたい。
【0044】
ところで、上述したように、燃料添加弁9から添加された燃料(HC)がDOC4で触媒反応することにより排気温度が上昇するが、排気温度がどの程度上昇するか、すなわちDPF3がどの程度昇温するかは、燃料添加弁9から添加される燃料の量の他、その燃料と排気との混合状態によって左右される。具体的には、添加燃料と排気とが排気通路2の広範囲で均一に混合されるほど、DPF3が効率よく昇温される。反対に、添加燃料と排気とが局所的に不均一に混合されると、DPF3の昇温が鈍くなる。そこで本発明では、添加燃料と排気とを均一に混合させるために、図2に示す燃料添加の実施と停止とが組み合わされた繰り返し周期τaの単位時間当たりの繰り返し回数である駆動周波数fを変動させている。以下、その理由を説明する。
【0045】
図4は、図1の破線部60の拡大図であり、燃料添加弁9から添加された燃料が排気通路2のどの範囲で排気と混合されるかを説明するための図である。図4に示すように、ある駆動周波数fで燃料添加弁9から添加された燃料は、排気中を進んで、排気通路2のある添加範囲rにおいて排気と混合される。その添加範囲rで混合された排気と添加燃料が下流のDOC4に到達して、触媒反応により排気温度が上昇する。
【0046】
そして、その添加範囲rと燃料添加弁9との排気通路2の幅方向の距離をペネトレーションLとすると、ペネトレーションLは、駆動周波数fに依存していると考えられる。図5は、駆動周波数f(横軸)とペネトレーションL(縦軸)の関係を示した図である。図5に示すように、駆動周波数fが大きくなるほど、ペネトレーションLは小さくなっている。その理由を説明すると、燃料添加弁9から燃料が添加される添加時間τ1は、繰り返し周期τaに左右される(図2参照)。具体的には、繰り返し周期τaが大きくなるほど、添加時間τ1も大きくなる。そして、添加時間τ1が大きくなるほど、燃料添加弁9から長い間、燃料が添加されるので、その燃料は排気中をより長い距離進むと考えられる。すなわちペネトレーションLが大きくなる。反対に、繰り返し周期τaが小さくなって添加時間τ1が小さくなるほど、ペネトレーションLは小さくなる。一方、繰り返し周期τaと駆動周波数fは対応しており、駆動周波数fが大きくなるほど、繰り返し周期τaは小さくなる。
【0047】
以上より、駆動周波数fが大きくなるほど、繰り返し周期τaは小さくなってペネトレーションLが小さくなる。反対に、駆動周波数fが小さくなるほど、繰り返し周期τaが大きくなってペネトレーションLが大きくなる。つまり、図5に示す関係となる。
【0048】
したがって、駆動周波数fを変動させることにより、ペネトレーションL、すなわち燃料の排気通路2における範囲である添加範囲rも変動する。そして、それら変動した添加範囲で燃料と排気とが混合されることになるため、結果的に広範囲で燃料と排気とを混合させることができる。図6は、図1の破線部60の拡大図であり、駆動周波数fを変動させることにより、広範囲で燃料と排気とが混合されることを説明するための図である。図6に示すように、駆動周波数fを変動させると、燃料の添加範囲rが変動(添加範囲r1、r2、・・・、rn)する。そして、それら変動した添加範囲r1、r2、・・・、rnを重ねた添加範囲Rで燃料と排気とが混合される。したがって、駆動周波数fを固定したときよりも広範囲で均一に燃料と排気とを混合させることができ、排気温度を効率よく上昇させることができ、ひいてはDPF3を効率よく昇温させることができる。
【0049】
このように、駆動周波数fを変動させることにより、燃料と排気とを広範囲で混合させることができる。ただし、例えば、添加範囲Rが排気通路2に比べて大きすぎると、燃料添加弁9から添加された燃料の多くが排気通路2の壁に衝突してしまい、燃料の無駄が大きくなる。反対に、添加範囲Rが排気通路2に比べて小さすぎると、燃料と排気とが混合できない範囲が大きくなり不均一に混合されることになる。そのため、燃料と排気とを均一に混合させるためには、その添加範囲Rを燃料と排気とを均一に混合できる適切範囲にする必要がある。図7は、図1の破線部60の拡大図であり、添加範囲Rの位置を説明するための図である。添加範囲Rが適切範囲であると言えるためには、図7に示すように、添加範囲Rの所定の一部範囲rcが所定の適切位置pにあって、なおかつ、添加範囲Rの排気通路2の幅方向の大きさXが所定の適切大きさqになっている必要がある。例えば、駆動周波数fの変動範囲が大きすぎると、ペネトレーションLが大きくなりすぎたり小さくなりすぎたりする(図5参照)。その結果、添加範囲Rが大きくなりすぎてしまい、排気通路2の壁と衝突する燃料が多くなって、燃料の無駄が大きくなる。反対に、駆動周波数fの変動範囲が小さすぎると、添加範囲Rが小さくなって、燃料と排気とを均一に混合できなくなる。すなわち、適切範囲は、排気通路2に対して大きすぎでも小さすぎでもない範囲である。
【0050】
ここで、添加範囲Rの大きさX、特に排気通路2の幅方向の大きさは、駆動周波数fの変動幅W(図5参照)に対応していると考えられる。また添加範囲Rの一部範囲rcの排気通路2における位置は、その変動幅Wの中央における駆動周波数fである駆動周波数中央値Fc(図5参照)に対応していると考えられる。したがって、駆動周波数中央値Fcと変動幅Wとを適切に定めれば、添加範囲Rを燃料と排気とを均一に混合できる適切範囲にすることができる。
【0051】
一方、ペネトレーションLはエンジン1の使用環境であるエンジン回転数、燃料添加弁9の燃料供給圧及び燃料添加弁9から添加される燃料の燃料温度によっても左右されると考えられる。なぜなら、エンジン回転数が高いほど排気通路内の流速が速くなり、排気通路内の流速が速いほどペネトレーションLが短くなると考えられるからである。
【0052】
また燃料供給圧が高いほど燃料添加弁9から添加される燃料の勢いが増すので、ペネトレーションLが長くなると考えられるからである。また燃料温度が低いほど燃料添加弁9から添加される燃料の粘度が高くなるので、ペネトレーションLが短くなると考えられるからである。
【0053】
したがって、同一の駆動周波数fの変動範囲であっても、エンジン1の使用環境が異なると、ペネトレーションLが変わるので、添加範囲Rの位置が異なってくる。そこで本発明では、エンジン1の使用環境に応じて駆動周波数中央値Fcと変動幅Wとを決定して、どの使用環境においても添加範囲Rが適切範囲になるように制御している。
【0054】
そのため、図8に示すように、ECU6のROMには、エンジン1の使用環境に応じて駆動周波数中央値Fcを決定するための各種マップを記憶するための中央値メモリ61(中央値記憶手段)、エンジン1の使用環境に応じて変動幅Wを決定するための変動幅メモリ62(変動幅記憶手段)が設けられている。さらに、これらメモリ61、62は、複数のメモリ611〜621に分けられおり、各メモリ611〜621には一つのマップが記憶されている。
【0055】
具体的には、図8に示すように、中央値メモリ61は、第一エンジン回転数マップメモリ611、燃料供給圧マップメモリ612および燃料温度マップメモリ613に分けられている。
【0056】
そして第一エンジン回転数マップメモリ611には、添加範囲Rの一部範囲rc(図7参照)が適切位置p(図7参照)にくるとして定められた、エンジン回転数ごとの駆動周波数中央値Fcを示した第一エンジン回転数マップ31が記憶されている。図9(a)はその第一エンジン回転数マップ31を示した図である。図9(a)に示すように、第一エンジン回転数マップ31は、横軸がエンジン回転数、縦軸が駆動周波数中央値Fcとなっており、エンジン回転数が高くなるほど駆動周波数中央値Fcが小さくなっている。これは、上述したように、エンジン回転数が高いほど排気通路内の流速が速くなり、排気通路内の流速が速いほどペネトレーションLが短くなる。したがって、この場合、駆動周波数中央値Fcを小さくしてペネトレーションLを長くして、添加範囲Rの一部範囲rc(図7参照)が適切位置p(図7参照)にくるようにするためである。
【0057】
また燃料供給圧マップメモリ612には、添加範囲Rの一部範囲rc(図7参照)が適切位置p(図7参照)にくるとして定められた、燃料供給圧ごとの駆動周波数中央値Fcを示した燃料供給圧マップ32が記憶されている。図9(b)はその燃料供給圧マップ32を示した図である。図9(b)に示すように、燃料供給圧マップ32は、横軸が燃料供給圧、縦軸が駆動周波数中央値Fcとなっており、燃料供給圧が高くなるほど駆動周波数中央値Fcが小さくなっている。これは、上述したように、燃料供給圧が高いほど燃料添加弁9から添加される燃料の勢いが増すので、ペネトレーションLが長くなる。したがって、この場合、駆動周波数中央値Fcを大きくしてペネトレーションLを短くして、添加範囲Rの一部範囲rc(図7参照)が適切位置p(図7参照)にくるようにするためである。
【0058】
また燃料温度マップメモリ613には、添加範囲Rの一部範囲rc(図7参照)が適切位置p(図7参照)にくるとして定められた、燃料温度ごとの駆動周波数中央値Fcを示した燃料温度マップ33が記憶されている。図9(c)はその燃料温度マップ33を示した図である。図9(c)に示すように、燃料温度マップ33は、横軸が燃料温度、縦軸が駆動周波数中央値Fcとなっており、燃料温度が低くなるほど駆動周波数中央値Fcが小さくなっている。これは、上述したように、燃料温度が低いほど燃料添加弁9から添加される燃料の粘度が高くなるので、ペネトレーションLが短くなる。したがって、この場合、駆動周波数中央値Fcを小さくしてペネトレーションLを長くして、添加範囲Rの一部範囲rc(図7参照)が適切位置p(図7参照)にくるようにするためである。
【0059】
一方、変動幅メモリ62は、図8に示すように、第二エンジン回転数マップメモリ621に分けられている。その第二エンジン回転数マップメモリ621には、添加範囲Rの排気通路2の幅方向の大きさXが適切大きさq(図7参照)になるとして定められた、エンジン回転数ごとの変動幅Wを示した第二エンジン回転数マップ41が記憶されている。図10はその第二エンジン回転数マップ41を示した図である。図10に示すように、第二エンジン回転数マップ41は、横軸がエンジン回転数、縦軸が変動幅Wとなっており、エンジン回転数が高くなるほど変動幅Wが大きくなっている。これは、上述したように、エンジン回転数が高いほど排気通路内の流速が速くなり、排気通路内の流速が速いほどペネトレーションLが短くなる。つまり、同一の変動幅Wでも、エンジン回転数が高いときのほうが添加範囲Rの大きさXは小さくなる。したがって、この場合、変動幅Wを大きくして添加範囲Rの大きさXを大きくして、添加範囲Rの大きさXが適切大きさq(図7参照)になるようにするためである。
【0060】
そしてECU6は、上記した構成のもと、燃料添加弁9の駆動を制御して、DPF3を目標温度に昇温させる昇温処理を実行する。図11は昇温処理を示したフローチャートである。以下、図11のフローチャートを参照しつつ、昇温処理について説明する。なお、図11のフローチャートは、一定間隔で繰り返し実行される。
【0061】
先ず、ステップS11で、DPF3の再生が必要か否かを判断する。具体的には、DPF3の上下流に配置した排気温センサ51、52から排気温度T1、T2を読み込む。次いで、その排気温度T1、T2を基にDPF温度Tを算出する。簡易的にはT=T1あるいはT=T2とする。次いで、DPF3上へのPM堆積量を推定する。例えば、通過する排気流量に対するDPF3の前後差圧とPM堆積量の関係を利用して、差圧センサ8で検出される前後差圧と、エアフロメータ53の出力から算出される排気流量をもとにPM堆積量を推定することができる。そして、推定したPM堆積量が所定値に達したか否かで、DPF3の再生が必要か否かを判断する。
【0062】
未だDPF3の再生が必要ではない場合には(S11:NO)、そのまま昇温処理を終了する。一方、DPF3の再生が必要である場合には(S11:YES)、ステップS12へ進むとともに、DPF3の温度に応じて燃料添加弁9からの燃料添加の実施・停止の時間比率(Duty比)を決定し、このDuty比をDPF3の温度変化に応じて随時変更するDuty比制御処理を、以下のステップS12〜S14の処理と並列して実行する。なお、Duty比制御処理の詳細は、特開2004−301013号公報を参照されたい。
【0063】
ステップS12では、各センサ54〜56からそれぞれエンジン回転数、燃料供給圧、燃料温度を取得することで、エンジン1の使用環境を特定する。なお、ステップS12を実行するECU6が本発明の「使用環境特定手段」に相当する。
【0064】
続くステップS13では、ステップS12で特定した使用環境に応じた駆動周波数中央値Fcと変動幅Wを、各マップ31〜33、41に基づいて決定する。具体的には、第一エンジン回転数マップ31(図9(a)参照)からエンジン回転数に対応する駆動周波数中央値F1を決定する。また燃料供給圧マップ32(図9(b)参照)から燃料供給圧に対応する駆動周波数中央値F2を決定する。また燃料温度マップ33(図9(c)参照)から燃料温度に対応する駆動周波数中央値F3を決定する。そして、各駆動周波数中央値F1〜F3の平均値を今回用いる駆動周波数中央値Fcとする。
【0065】
また、エンジン回転数マップ41(図10参照)からエンジン回転数に対応する変動幅Wを決定する。
【0066】
なお、エンジン回転数、燃料供給圧、燃料温度がそれぞれどの程度ペネトレーションLに影響を及ぼしているのか、すなわち寄与度を予め調べておき、その寄与度を考慮して各駆動周波数中央値F1〜F3の平均値を求めるのが好ましい。また、ステップS13を実行するECU6が本発明の「変動範囲決定手段」に相当する。
【0067】
続くステップS14では、ステップS13で決定した駆動周波数中央値Fc、変動幅Wの波形で駆動周波数fが変動するように、燃料添加弁9を駆動制御する。この際、図12に示すように、駆動周波数fの変動波形が、変動幅Wの周期Tが繰り返される正弦波となるように、駆動周波数fを変動させる。これにより、燃料と排気は、添加範囲Rで混合されることになるが、駆動周波数fの変動波形が一定の振幅W、一定の周期Tの波形となっているので、その添加範囲Rにおいて時間的、場所的に均一に燃料と排気とを混合させることができる。その後、図11のフローチャートの昇温処理を終了する。
【0068】
以上説明したように、本実施形態では、燃料添加の実施と停止とが組み合わされた周期τaの単位時間当たりの繰り返し回数である駆動周波数fを変動させている。そして、燃料の添加範囲Rが、その一部範囲rcが適切位置p(図7参照)、その大きさXが適切大きさqとなる適正範囲になるようにしている。これによって、広範囲で均一に燃料と排気とを混合させることができ、ひいては効率よくDPF3を昇温させることができる。
【0069】
そして、駆動周波数fの変動範囲をエンジン1の使用環境に応じて決定しているので、どの使用環境においても燃料と排気とを均一に混合させることができる。
【0070】
なお、駆動周波数fを変動させたことに伴って、燃料添加の実施・停止の時間比率(Duty比)が変わるわけではない。したがって、DPF3の温度に応じてDuty比を決定し、このDuty比をDPF3の温度変化に応じて随時変更して、DPF3を目標温度に維持させる効果がなくなるわけではない。
【0071】
また、駆動周波数fを変動させることによって、Duty比を所定値に保ちつつ燃料の添加時間を変化させることができる。これによって、長い添加時間で燃料が添加されるときに、その燃料によって燃料添加弁9に詰まった排気等を効率よく除去することができるので、燃料添加弁9の詰まりを抑制することができる。
【0072】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるわけではなく、その範囲内において種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、駆動周波数fの変動範囲を定めるために、駆動周波数中央値Fcと変動幅Wを決定していた。しかし、これに限定されるわけではなく、例えば駆動周波数中央値Fcの代わりに駆動周波数fの変動範囲の上限値や下限値を決定してもよい。
【0073】
また、上記実施形態では、駆動周波数fの変動波形が、変動幅Wの周期Tが繰り返される正弦波(図12参照)となるように、駆動周波数fを変動させていた。しかし、正弦波に限られず、矩形波、三角波、ノコギリ波等の変動幅Wの周期Tが繰り返される他の波形となるように、駆動周波数fを変動させてもよい。駆動周波数fの変動波形が一定の振幅W、一定の周期Tの波形となっていれば、添加範囲Rにおいて時間的、場所的に均一に燃料と排気とを混合させることができるからである。
【符号の説明】
【0074】
1 ディーゼルエンジン(内燃機関)
2 排気通路
3 DPF(パティキュレートフィルタ)
4 DOC
6 ECU(昇温手段、使用環境特定手段、変動範囲決定手段)
9 燃料添加弁
54 回転数センサ
55 燃料供給圧センサ
56 燃料温度センサ
61 中央値メモリ(中央値記憶手段)
62 変動幅メモリ(変動幅記憶手段)
【技術分野】
【0001】
本発明は、内燃機関の排気中の粒子性物質を捕集するパティキュレートフィルタを備えた内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、環境対策として、内燃機関からの排気を触媒やフィルタで処理し、有害成分の放出を抑制する内燃機関の排気浄化装置が重要となっている。一例として、排気通路にパティキュレートフィルタを設置し、ディーゼルエンジンから排出されるパティキュレートを捕集する排気浄化装置が知られている。パティキュレートフィルタに堆積したパティキュレートを定期的に焼却除去してパティキュレートフィルタを再生することにより、パティキュレートフィルタの連続的な使用が可能である。
【0003】
パティキュレートフィルタの再生は、例えばパティキュレートフィルタの上流と下流との差圧に基づいて算出されるパティキュレート堆積量が所定値を超えたときに、パティキュレートが燃焼する温度、例えば600℃以上にパティキュレートフィルタを昇温させることにより行われる。しかし、主な機関出力となる主噴射よりも遅角側で噴射される後噴射、吸気絞り等の公知の手段を用いてパティキュレートフィルタを昇温しパティキュレートを燃焼させると燃費が低下する。
【0004】
また、パティキュレートフィルタの昇温温度が低すぎると、パティキュレートの燃焼速度が遅くなりパティキュレートフィルタの再生時間が長くなるので燃費がさらに低下する。逆に、パティキュレートフィルタの昇温温度を高くするほどパティキュレートの燃焼速度が速くなり再生が短時間で終了するので、パティキュレートフィルタの再生に伴う燃費低下を低減できる。ただし、パティキュレートフィルタの温度が高過ぎると、パティキュレートフィルタの破損あるいはパティキュレートフィルタに担持した酸化触媒の劣化等をまねくことがある。
【0005】
そこで、燃費低下を抑制し、かつ安全にパティキュレートフィルタを再生するために、所定の目標温度近傍にパティキュレートフィルタの温度を維持する必要がある。特許文献1では、昇温手段による昇温の実施と停止とを組み合わせた周期を繰り返し、かつその周期における昇温の実施と停止との時間比率を所定値に制御することにより、パティキュレートフィルタを目標温度に高精度に制御しようとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開2004−301013号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
ところで、パティキュレートフィルタを昇温させる昇温手段として、排気通路に燃料添加弁を設けて、その燃料添加弁から排気中に燃料を添加する手段が知られている。この昇温手段によると、燃料添加弁から添加された燃料と排気とが混合することによって排気温度が上昇し、その排気温度の排気がパティキュレートフィルタを通過することによりパティキュレートフィルタが昇温される。その際、燃料添加弁から添加された燃料と排気との混合状態によって、パティキュレートフィルタがどの程度昇温されるかが決まってくる。すなわち、燃料添加弁から添加された燃料と排気とが均一に混合されるほど、パティキュレートフィルタが効率よく昇温される。
【0008】
そこで本発明は、昇温手段として、燃料添加弁による燃料添加の実施と停止とを組み合わせた周期を繰り返し、かつその周期における燃料添加の実施と停止との時間比率を所定値とする手段を採用した内燃機関の排気浄化装置において、パティキュレートフィルタを効率よく昇温させるために、燃料添加弁から添加された燃料と排気とをより均一に混合させることを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【0009】
上記課題を解決するために、本発明は、内燃機関の排気通路に設けられ、排気中の粒子性物質を捕集するパティキュレートフィルタと、
前記排気通路に設けられ、前記パティキュレートフィルタを昇温させるための燃料を前記排気通路に添加する燃料添加弁と、
前記燃料添加弁による燃料添加の実施と停止とが組み合わされた周期が繰り返され、かつその周期における前記実施と前記停止との時間比率が所定値となるように前記燃料添加弁を駆動制御して、前記パティキュレートフィルタを目標温度に昇温させる昇温手段とを備える内燃機関の排気浄化装置において、
前記昇温手段は、前記パティキュレートフィルタを前記目標温度に昇温させる際に、前記周期の単位時間当たりの繰り返し回数である駆動周波数を変動させることを特徴とする。
【0010】
これによれば、昇温手段は、パティキュレートフィルタを目標温度に昇温させる際に、燃料添加の実施と停止とが組み合わされた周期の単位時間当たりの繰り返し回数である駆動周波数を変動させる。すなわち、その周期が変動する。そして、周期が変動すると、周期における燃料添加が実施される添加時間も変動することになる。ここで、燃料添加弁から排気通路に添加される燃料が排気通路のどの範囲で排気と混合されるかは、上記添加時間に左右されると考えられる。したがって、添加時間が変動すると、燃料の排気通路における範囲である添加範囲も変動する。そして、それら変動した添加範囲で燃料と排気とが混合されることになるため、結果的に広範囲で燃料と排気とが混合される。よって、添加時間が固定のときよりも、燃料と排気とを均一に混合させることができる。その結果、パティキュレートフィルタを効率よく昇温させることができる。
【0011】
ところで、燃料添加弁から排気通路に添加される燃料が排気通路のどの範囲で排気と混合されるかは、上述したように上記添加時間、すなわち燃料添加の実施と停止とが組み合わされた周期の単位時間当たりの繰り返し回数である駆動周波数に左右されると考えられる。そして例えば、添加範囲が排気通路に比べて大きすぎると、燃料添加弁から添加された燃料の多くが排気通路の壁に衝突してしまい、燃料の無駄が大きくなる。反対に、添加範囲が排気通路に比べて小さすぎると、燃料と排気とが混合できない範囲が大きくなり不均一に混合されることになる。
【0012】
そこで、本発明の昇温手段は、前記燃料の前記排気通路における範囲である添加範囲が、前記燃料と排気とが均一に混合できる適正範囲となるように、前記駆動周波数の変動範囲を決定する変動範囲決定手段を備える。
【0013】
これによれば、変動範囲決定手段が決定した変動範囲で駆動周波数を変動されて添加範囲が適正範囲になる。その適正範囲は、燃料と排気とが均一に混合できる範囲である。したがって、燃料と排気とを均一に混合させることができる。
【0014】
また本発明の内燃機関の排気浄化装置は、前記内燃機関の使用環境を特定する使用環境特定手段を備え、
前記変動範囲決定手段は、どの使用環境においても、前記添加範囲が前記適正範囲となるように、前記使用環境特定手段が特定した前記内燃機関の使用環境に応じて前記駆動周波数の変動範囲を決定する。
【0015】
これによって、どの使用環境においても燃料と排気とを均一に混合させることができる。そして、どの使用環境においても、前記添加範囲が前記適正範囲となるようにするためには、以下に示すように、駆動周波数の変動範囲の中央値である駆動周波数中央値と、駆動周波数の変動幅とを適切に定めればよい。
【0016】
すなわち、本発明の内燃機関の排気浄化装置は、前記内燃機関の使用環境ごとの、前記駆動周波数の変動範囲の中央値である駆動周波数中央値を記憶する中央値記憶手段を備え、
前記変動範囲決定手段は、前記使用環境特定手段が特定した前記内燃機関の使用環境に対応して、前記中央値記憶手段に記憶されている前記駆動周波数中央値に基づいて、前記駆動周波数の変動範囲を決定する。
【0017】
駆動周波数中央値は、燃料の添加範囲の一部の排気通路における位置に対応していると考えられる。したがって、内燃機関の使用環境に応じた適切な駆動周波数中央値を用いることにより、どの使用環境においても、上記添加範囲を適切範囲にしやすくできる。
【0018】
その内燃機関の使用環境は、内燃機関の回転数、前記燃料添加弁の燃料供給圧及び前記燃料添加弁から添加される燃料の燃料温度の少なくとも一つとすることができる。
【0019】
なぜなら、内燃機関の回転数が異なると排気通路内の流速も異なり、同じ駆動周波数中央値で燃料を添加したとしも添加範囲が異なってくるからである。したがって、内燃機関の回転数に応じた駆動周波数中央値に基づいて、駆動周波数の変動範囲を決定するのが望ましい。
【0020】
また、燃料供給圧や燃料温度が異なると燃料添加弁から添加される燃料の性質が異なり、同じ駆動周波数中央値で燃料を添加しても添加範囲が異なってくるからである。したがって、燃料供給圧や燃料温度に応じた駆動周波数中央値に基づいて、駆動周波数の変動範囲を決定するのが望ましい。
【0021】
また本発明の内燃機関の排気浄化装置は、前記内燃機関の使用環境ごとの前記駆動周波数の変動幅を記憶する変動幅記憶手段を備え、
前記変動範囲決定手段は、前記使用環境特定手段が特定した前記内燃機関の使用環境に対応して、前記変動幅記憶手段に記憶されている前記変動幅に基づいて、前記駆動周波数の変動範囲を決定する。
【0022】
駆動周波数の変動幅は、燃料の添加範囲の大きさに対応していると考えられる。したがって、内燃機関の使用環境に応じた適切な変動幅を用いることにより、どの使用環境においても、上記添加範囲を適切範囲にしやすくできる。
【0023】
その前記内燃機関の使用環境は、内燃機関の回転数とすることができる。なぜなら、内燃機関の回転数が異なると排気通路内の流速も異なり、同じ駆動周波数の変動幅で燃料を添加しても添加範囲の大きさが異なってくるからである。したがって、内燃機関の回転数に応じた変動幅に基づいて、駆動周波数の変動範囲を決定するのが望ましい。
【0024】
そして、内燃機関の使用環境を考慮した駆動周波数中央値と変動幅の両方に基づいて決定した変動範囲で、駆動周波数を変動させれば、燃料の添加範囲を、燃料と排気とが均一に混合できる適切範囲にすることができる。したがって、どの使用環境においても、燃料と排気とを均一に混合させることができる。
【0025】
また本発明の昇温手段は、前記駆動周波数の変動波形が、前記駆動周波数の変動幅の周期が繰り返される波形となるように、前記駆動周波数を変動させる。
【0026】
これによれば、燃料と排気は、駆動周波数の変動波形に基づいて定まる排気通路における範囲内(添加範囲)で混合されることになるが、駆動周波数の変動波形が一定の振幅、一定の周期の波形となっているので、その範囲内(添加範囲)において時間的、場所的に均一に燃料と排気とを混合させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0027】
【図1】ディーゼルエンジンの排気浄化装置を搭載したシステムの全体構成を示した図である。
【図2】燃料添加の実施と停止との時間比率を説明するための図である。
【図3】Duty比(縦軸)と添加弁噴射量(横軸)の関係を示した図である。
【図4】図1の破線部60の拡大図であり、燃料添加弁9から添加された燃料が排気通路2のどの範囲で排気と混合されるかを説明するための図である。
【図5】駆動周波数f(横軸)とペネトレーションL(縦軸)の関係を示した図である。
【図6】図1の破線部60の拡大図であり、駆動周波数fを変動させることにより、広範囲で燃料と排気とが混合されることを説明するための図である。
【図7】図1の破線部60の拡大図であり、添加範囲Rの位置を説明するための図である。
【図8】ECU6のROMの記憶エリアを示した概念図である。
【図9】第一エンジン回転数マップ31、燃料供給圧マップ32、燃料温度マップ33を示した図である。
【図10】第二エンジン回転数マップ41を示した図である。
【図11】昇温処理を示したフローチャートである。
【図12】駆動周波数fの変動波形を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【0028】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。図1はディーゼルエンジンの排気浄化装置を搭載したシステムの全体構成を示した図である。図1に示すように、ディーゼルエンジン1(以下エンジンという)の排気通路2を構成する排気管2b、2c間にディーゼルパティキュレートフィルタ(DPF)3が設置され、その上流には排気管2a、2b間に酸化触媒(DOC)4が設置されている。DPF3は公知の構造のセラミック製フィルタであり、例えば、コーディエライト等の耐熱性セラミックスをハニカム構造に成形して、ガス流路となる多数のセルを入口側または出口側が互い違いとなるように目封じしてなる。エンジン1から排出された排気は、DPF3の多孔性の隔壁を通過しながら下流へ流れ、その間にパティキュレート(PM)が捕集されて次第に堆積する。
【0029】
DOC4は公知の構造で、コーディエライトハニカム構造体等よりなるセラミック製担体の表面に酸化触媒を担持してなる。DOC4は、排気通路2に供給される炭化水素(HC)を触媒反応により燃焼させて排気温度を上昇させ、DPF3を昇温する。なお、DPF3には酸化触媒が担持されていても、担持されていなくてもよい。本実施形態では、DPF3に酸化触媒が担持されていないものとして説明する。あるいは、酸化触媒が担持されたDPF3を用い、その上流にDOC4を設置しないシステム構成とすることもできる。
【0030】
そして、排気温度を上昇させDPF3を昇温するために、排気通路2にHCを含む燃料を添加する燃料添加弁9が、DOC4よりも上流側の排気管2aに設置されている。この燃料添加弁9から添加された燃料に含まれるHCが、上述したようにDOC4で燃焼されて、排気温度が上昇する。
【0031】
DPF3の上流側の排気管2bおよび下流側の排気管2cには、それぞれ温度センサとしての排気温センサ51、52が設置される。排気温センサ51、52はECU6に接続されており、DPF3の入ガス温度または出ガス温度を検出して、ECU6に出力する。ECU6は排気温センサ51、52の出力に基づいてDPF3の温度(中心温度)を推定する。エンジン1の吸気管11には、エアフロメータ(吸気量センサ)53が設置されて吸気量をECU6に出力するようになっている。エアフロメータ53下流の吸気管11には、吸気絞り弁12が設置されており、ECU6の指令で吸気量を増減する。
【0032】
また、エンジン1の吸気管11は、EGRバルブ7を備えたEGR配管71によって、DOC4の上流側の排気管2aと連通しており、EGRバルブ7はECU6の指令で吸気に還流する排気量(EGR量)を増減する。
【0033】
なお、ここでは、DPF3の上流および下流に設置され、上流および下流の排気温度を検出する排気温センサ51、52を設けたが、排気温センサ51、52をいずれか一方として、その出力を基にDPF3の温度を推定することも可能である。
【0034】
排気管2b、2cには、DPF3にて捕集されたパティキュレートの量(PM捕集量)を知るために、DPF3の前後差圧を検出する差圧センサ8が接続される。差圧センサ8の一端側はDPF3上流の排気管2bに、他端側はDPF3下流の排気管2cにそれぞれ圧力導入管81、82を介して接続されており、DPF3の前後差圧に応じた信号をECU6に出力する。
【0035】
またECU6には、エンジン回転数を検出する回転数センサ54、燃料添加弁9から燃料を添加するためにその燃料添加弁9に供給される燃料の燃料供給圧を検出する燃料供給圧センサ55および燃料添加弁9から添加される燃料の燃料温度を検出する燃料温度センサ56が接続されている。そして、エンジン回転数、燃料供給圧および燃料温度は、それぞれECU6に入力される。ECU6には、さらに、アクセル開度センサ等の図示しない各種センサが接続されている。
【0036】
ECU6は、これらセンサからの検出信号を基に運転状態を検出し、運転状態に応じた最適な燃料噴射量、噴射時期、噴射圧等を算出して、エンジン1への燃料噴射を制御する。また、吸気絞り弁12の弁開度を調節することで吸気量を、EGRバルブ7の弁開度を調節することでEGR量を制御する。
【0037】
またECU6は、本発明の「昇温手段」として機能し、燃料添加弁9による燃料添加の実施と停止とが組み合わされた周期が繰り返され、かつその周期における燃料添加の実施と停止との時間比率が所定値となるように燃料添加弁9を駆動制御して、DPF3を目標温度に昇温させる。そしてDPF3を再生させる。
【0038】
そのDPF3を再生させるときの再生制御について詳しく説明する。ECU6は、燃料添加弁9から排気通路2に燃料を添加することにより、排気中のHCを増量させ、DOC4でのHC反応熱によりDPF3を昇温させる。具体的には、DPF3へのPM堆積量を推定して、PM堆積量が予め決められた所定値を超えた時に、燃料添加弁9を駆動制御してDPF3の温度を目標温度に昇温させる。これにより、堆積したPMが焼却除去されDPF3が再生する。DPF3の温度は、排気温センサ51、52の出力に基づいて推定する。
【0039】
なお、燃料添加弁9から排気通路2に燃料を添加することによりDPF3を目標温度に昇温させているが、ポスト噴射、燃料噴射時期遅角(リタード)、吸気絞り、EGR増量等の操作を加えてもよい。これらの操作により排気通路2に供給される未燃HCが増加し、さらにリタード、EGR増量等の操作により排気温度が上昇する。
【0040】
PM堆積量を推定する方法としては、例えば、差圧センサ8で検出されるDPF3の前後差圧からPM堆積量を推定する方法がある。すなわち、排気流量が一定の場合には、PM堆積量が多いほどDPF前後差圧が増加するので、この関係を予め調べておくことでPM堆積量を知ることができる。あるいは、PM堆積量を、各種センサの出力から知られるエンジン1の運転状態に基づいて推定することも、これら方法を組み合わせることもできる。
【0041】
そしてECU6は、DPF3を目標温度に維持させるために、上述したように、燃料添加弁9による燃料添加の実施と停止とが組み合わされた周期が繰り返され、かつその周期における燃料添加の実施と停止との時間比率が所定値となるように燃料添加弁9を駆動制御する。具体的には、DPF3の温度に応じて燃料添加弁9からの燃料添加の実施・停止の時間比率(Duty比)を決定し、このDuty比をDPF3の温度変化に応じて随時変更する。
【0042】
Duty比は所定の繰り返し周期τaの間で燃料添加を実施する添加時間τ1(τ1≦τa)を変更することで変化させる(図2)。この場合、Duty比=τ1/τaとなる。そして、Duty比が変化すると、燃料添加弁9から添加される燃料の量(添加弁噴射量)も変化することになる。図3は、Duty比(縦軸)と添加弁噴射量(横軸)の関係を示した図である。図3に示すように、Duty比が大きくなるほど、添加弁噴射量も大きくなっていることがわかる。したがって、Duty比を大きくするほど添加弁噴射量が大きくなるので、DPF温度はより上昇することになる。
【0043】
このように、Duty比を適宜変更することで、DPF3を目標温度まで上昇または目標温度近傍に維持するために最適なHC量が供給され、DPF温度を最適に制御することが可能となる。なお、Duty比を変更してDPF3を目標温度に昇温させる制御のより詳細な説明は、例えば特開2004−301013号公報を参照されたい。
【0044】
ところで、上述したように、燃料添加弁9から添加された燃料(HC)がDOC4で触媒反応することにより排気温度が上昇するが、排気温度がどの程度上昇するか、すなわちDPF3がどの程度昇温するかは、燃料添加弁9から添加される燃料の量の他、その燃料と排気との混合状態によって左右される。具体的には、添加燃料と排気とが排気通路2の広範囲で均一に混合されるほど、DPF3が効率よく昇温される。反対に、添加燃料と排気とが局所的に不均一に混合されると、DPF3の昇温が鈍くなる。そこで本発明では、添加燃料と排気とを均一に混合させるために、図2に示す燃料添加の実施と停止とが組み合わされた繰り返し周期τaの単位時間当たりの繰り返し回数である駆動周波数fを変動させている。以下、その理由を説明する。
【0045】
図4は、図1の破線部60の拡大図であり、燃料添加弁9から添加された燃料が排気通路2のどの範囲で排気と混合されるかを説明するための図である。図4に示すように、ある駆動周波数fで燃料添加弁9から添加された燃料は、排気中を進んで、排気通路2のある添加範囲rにおいて排気と混合される。その添加範囲rで混合された排気と添加燃料が下流のDOC4に到達して、触媒反応により排気温度が上昇する。
【0046】
そして、その添加範囲rと燃料添加弁9との排気通路2の幅方向の距離をペネトレーションLとすると、ペネトレーションLは、駆動周波数fに依存していると考えられる。図5は、駆動周波数f(横軸)とペネトレーションL(縦軸)の関係を示した図である。図5に示すように、駆動周波数fが大きくなるほど、ペネトレーションLは小さくなっている。その理由を説明すると、燃料添加弁9から燃料が添加される添加時間τ1は、繰り返し周期τaに左右される(図2参照)。具体的には、繰り返し周期τaが大きくなるほど、添加時間τ1も大きくなる。そして、添加時間τ1が大きくなるほど、燃料添加弁9から長い間、燃料が添加されるので、その燃料は排気中をより長い距離進むと考えられる。すなわちペネトレーションLが大きくなる。反対に、繰り返し周期τaが小さくなって添加時間τ1が小さくなるほど、ペネトレーションLは小さくなる。一方、繰り返し周期τaと駆動周波数fは対応しており、駆動周波数fが大きくなるほど、繰り返し周期τaは小さくなる。
【0047】
以上より、駆動周波数fが大きくなるほど、繰り返し周期τaは小さくなってペネトレーションLが小さくなる。反対に、駆動周波数fが小さくなるほど、繰り返し周期τaが大きくなってペネトレーションLが大きくなる。つまり、図5に示す関係となる。
【0048】
したがって、駆動周波数fを変動させることにより、ペネトレーションL、すなわち燃料の排気通路2における範囲である添加範囲rも変動する。そして、それら変動した添加範囲で燃料と排気とが混合されることになるため、結果的に広範囲で燃料と排気とを混合させることができる。図6は、図1の破線部60の拡大図であり、駆動周波数fを変動させることにより、広範囲で燃料と排気とが混合されることを説明するための図である。図6に示すように、駆動周波数fを変動させると、燃料の添加範囲rが変動(添加範囲r1、r2、・・・、rn)する。そして、それら変動した添加範囲r1、r2、・・・、rnを重ねた添加範囲Rで燃料と排気とが混合される。したがって、駆動周波数fを固定したときよりも広範囲で均一に燃料と排気とを混合させることができ、排気温度を効率よく上昇させることができ、ひいてはDPF3を効率よく昇温させることができる。
【0049】
このように、駆動周波数fを変動させることにより、燃料と排気とを広範囲で混合させることができる。ただし、例えば、添加範囲Rが排気通路2に比べて大きすぎると、燃料添加弁9から添加された燃料の多くが排気通路2の壁に衝突してしまい、燃料の無駄が大きくなる。反対に、添加範囲Rが排気通路2に比べて小さすぎると、燃料と排気とが混合できない範囲が大きくなり不均一に混合されることになる。そのため、燃料と排気とを均一に混合させるためには、その添加範囲Rを燃料と排気とを均一に混合できる適切範囲にする必要がある。図7は、図1の破線部60の拡大図であり、添加範囲Rの位置を説明するための図である。添加範囲Rが適切範囲であると言えるためには、図7に示すように、添加範囲Rの所定の一部範囲rcが所定の適切位置pにあって、なおかつ、添加範囲Rの排気通路2の幅方向の大きさXが所定の適切大きさqになっている必要がある。例えば、駆動周波数fの変動範囲が大きすぎると、ペネトレーションLが大きくなりすぎたり小さくなりすぎたりする(図5参照)。その結果、添加範囲Rが大きくなりすぎてしまい、排気通路2の壁と衝突する燃料が多くなって、燃料の無駄が大きくなる。反対に、駆動周波数fの変動範囲が小さすぎると、添加範囲Rが小さくなって、燃料と排気とを均一に混合できなくなる。すなわち、適切範囲は、排気通路2に対して大きすぎでも小さすぎでもない範囲である。
【0050】
ここで、添加範囲Rの大きさX、特に排気通路2の幅方向の大きさは、駆動周波数fの変動幅W(図5参照)に対応していると考えられる。また添加範囲Rの一部範囲rcの排気通路2における位置は、その変動幅Wの中央における駆動周波数fである駆動周波数中央値Fc(図5参照)に対応していると考えられる。したがって、駆動周波数中央値Fcと変動幅Wとを適切に定めれば、添加範囲Rを燃料と排気とを均一に混合できる適切範囲にすることができる。
【0051】
一方、ペネトレーションLはエンジン1の使用環境であるエンジン回転数、燃料添加弁9の燃料供給圧及び燃料添加弁9から添加される燃料の燃料温度によっても左右されると考えられる。なぜなら、エンジン回転数が高いほど排気通路内の流速が速くなり、排気通路内の流速が速いほどペネトレーションLが短くなると考えられるからである。
【0052】
また燃料供給圧が高いほど燃料添加弁9から添加される燃料の勢いが増すので、ペネトレーションLが長くなると考えられるからである。また燃料温度が低いほど燃料添加弁9から添加される燃料の粘度が高くなるので、ペネトレーションLが短くなると考えられるからである。
【0053】
したがって、同一の駆動周波数fの変動範囲であっても、エンジン1の使用環境が異なると、ペネトレーションLが変わるので、添加範囲Rの位置が異なってくる。そこで本発明では、エンジン1の使用環境に応じて駆動周波数中央値Fcと変動幅Wとを決定して、どの使用環境においても添加範囲Rが適切範囲になるように制御している。
【0054】
そのため、図8に示すように、ECU6のROMには、エンジン1の使用環境に応じて駆動周波数中央値Fcを決定するための各種マップを記憶するための中央値メモリ61(中央値記憶手段)、エンジン1の使用環境に応じて変動幅Wを決定するための変動幅メモリ62(変動幅記憶手段)が設けられている。さらに、これらメモリ61、62は、複数のメモリ611〜621に分けられおり、各メモリ611〜621には一つのマップが記憶されている。
【0055】
具体的には、図8に示すように、中央値メモリ61は、第一エンジン回転数マップメモリ611、燃料供給圧マップメモリ612および燃料温度マップメモリ613に分けられている。
【0056】
そして第一エンジン回転数マップメモリ611には、添加範囲Rの一部範囲rc(図7参照)が適切位置p(図7参照)にくるとして定められた、エンジン回転数ごとの駆動周波数中央値Fcを示した第一エンジン回転数マップ31が記憶されている。図9(a)はその第一エンジン回転数マップ31を示した図である。図9(a)に示すように、第一エンジン回転数マップ31は、横軸がエンジン回転数、縦軸が駆動周波数中央値Fcとなっており、エンジン回転数が高くなるほど駆動周波数中央値Fcが小さくなっている。これは、上述したように、エンジン回転数が高いほど排気通路内の流速が速くなり、排気通路内の流速が速いほどペネトレーションLが短くなる。したがって、この場合、駆動周波数中央値Fcを小さくしてペネトレーションLを長くして、添加範囲Rの一部範囲rc(図7参照)が適切位置p(図7参照)にくるようにするためである。
【0057】
また燃料供給圧マップメモリ612には、添加範囲Rの一部範囲rc(図7参照)が適切位置p(図7参照)にくるとして定められた、燃料供給圧ごとの駆動周波数中央値Fcを示した燃料供給圧マップ32が記憶されている。図9(b)はその燃料供給圧マップ32を示した図である。図9(b)に示すように、燃料供給圧マップ32は、横軸が燃料供給圧、縦軸が駆動周波数中央値Fcとなっており、燃料供給圧が高くなるほど駆動周波数中央値Fcが小さくなっている。これは、上述したように、燃料供給圧が高いほど燃料添加弁9から添加される燃料の勢いが増すので、ペネトレーションLが長くなる。したがって、この場合、駆動周波数中央値Fcを大きくしてペネトレーションLを短くして、添加範囲Rの一部範囲rc(図7参照)が適切位置p(図7参照)にくるようにするためである。
【0058】
また燃料温度マップメモリ613には、添加範囲Rの一部範囲rc(図7参照)が適切位置p(図7参照)にくるとして定められた、燃料温度ごとの駆動周波数中央値Fcを示した燃料温度マップ33が記憶されている。図9(c)はその燃料温度マップ33を示した図である。図9(c)に示すように、燃料温度マップ33は、横軸が燃料温度、縦軸が駆動周波数中央値Fcとなっており、燃料温度が低くなるほど駆動周波数中央値Fcが小さくなっている。これは、上述したように、燃料温度が低いほど燃料添加弁9から添加される燃料の粘度が高くなるので、ペネトレーションLが短くなる。したがって、この場合、駆動周波数中央値Fcを小さくしてペネトレーションLを長くして、添加範囲Rの一部範囲rc(図7参照)が適切位置p(図7参照)にくるようにするためである。
【0059】
一方、変動幅メモリ62は、図8に示すように、第二エンジン回転数マップメモリ621に分けられている。その第二エンジン回転数マップメモリ621には、添加範囲Rの排気通路2の幅方向の大きさXが適切大きさq(図7参照)になるとして定められた、エンジン回転数ごとの変動幅Wを示した第二エンジン回転数マップ41が記憶されている。図10はその第二エンジン回転数マップ41を示した図である。図10に示すように、第二エンジン回転数マップ41は、横軸がエンジン回転数、縦軸が変動幅Wとなっており、エンジン回転数が高くなるほど変動幅Wが大きくなっている。これは、上述したように、エンジン回転数が高いほど排気通路内の流速が速くなり、排気通路内の流速が速いほどペネトレーションLが短くなる。つまり、同一の変動幅Wでも、エンジン回転数が高いときのほうが添加範囲Rの大きさXは小さくなる。したがって、この場合、変動幅Wを大きくして添加範囲Rの大きさXを大きくして、添加範囲Rの大きさXが適切大きさq(図7参照)になるようにするためである。
【0060】
そしてECU6は、上記した構成のもと、燃料添加弁9の駆動を制御して、DPF3を目標温度に昇温させる昇温処理を実行する。図11は昇温処理を示したフローチャートである。以下、図11のフローチャートを参照しつつ、昇温処理について説明する。なお、図11のフローチャートは、一定間隔で繰り返し実行される。
【0061】
先ず、ステップS11で、DPF3の再生が必要か否かを判断する。具体的には、DPF3の上下流に配置した排気温センサ51、52から排気温度T1、T2を読み込む。次いで、その排気温度T1、T2を基にDPF温度Tを算出する。簡易的にはT=T1あるいはT=T2とする。次いで、DPF3上へのPM堆積量を推定する。例えば、通過する排気流量に対するDPF3の前後差圧とPM堆積量の関係を利用して、差圧センサ8で検出される前後差圧と、エアフロメータ53の出力から算出される排気流量をもとにPM堆積量を推定することができる。そして、推定したPM堆積量が所定値に達したか否かで、DPF3の再生が必要か否かを判断する。
【0062】
未だDPF3の再生が必要ではない場合には(S11:NO)、そのまま昇温処理を終了する。一方、DPF3の再生が必要である場合には(S11:YES)、ステップS12へ進むとともに、DPF3の温度に応じて燃料添加弁9からの燃料添加の実施・停止の時間比率(Duty比)を決定し、このDuty比をDPF3の温度変化に応じて随時変更するDuty比制御処理を、以下のステップS12〜S14の処理と並列して実行する。なお、Duty比制御処理の詳細は、特開2004−301013号公報を参照されたい。
【0063】
ステップS12では、各センサ54〜56からそれぞれエンジン回転数、燃料供給圧、燃料温度を取得することで、エンジン1の使用環境を特定する。なお、ステップS12を実行するECU6が本発明の「使用環境特定手段」に相当する。
【0064】
続くステップS13では、ステップS12で特定した使用環境に応じた駆動周波数中央値Fcと変動幅Wを、各マップ31〜33、41に基づいて決定する。具体的には、第一エンジン回転数マップ31(図9(a)参照)からエンジン回転数に対応する駆動周波数中央値F1を決定する。また燃料供給圧マップ32(図9(b)参照)から燃料供給圧に対応する駆動周波数中央値F2を決定する。また燃料温度マップ33(図9(c)参照)から燃料温度に対応する駆動周波数中央値F3を決定する。そして、各駆動周波数中央値F1〜F3の平均値を今回用いる駆動周波数中央値Fcとする。
【0065】
また、エンジン回転数マップ41(図10参照)からエンジン回転数に対応する変動幅Wを決定する。
【0066】
なお、エンジン回転数、燃料供給圧、燃料温度がそれぞれどの程度ペネトレーションLに影響を及ぼしているのか、すなわち寄与度を予め調べておき、その寄与度を考慮して各駆動周波数中央値F1〜F3の平均値を求めるのが好ましい。また、ステップS13を実行するECU6が本発明の「変動範囲決定手段」に相当する。
【0067】
続くステップS14では、ステップS13で決定した駆動周波数中央値Fc、変動幅Wの波形で駆動周波数fが変動するように、燃料添加弁9を駆動制御する。この際、図12に示すように、駆動周波数fの変動波形が、変動幅Wの周期Tが繰り返される正弦波となるように、駆動周波数fを変動させる。これにより、燃料と排気は、添加範囲Rで混合されることになるが、駆動周波数fの変動波形が一定の振幅W、一定の周期Tの波形となっているので、その添加範囲Rにおいて時間的、場所的に均一に燃料と排気とを混合させることができる。その後、図11のフローチャートの昇温処理を終了する。
【0068】
以上説明したように、本実施形態では、燃料添加の実施と停止とが組み合わされた周期τaの単位時間当たりの繰り返し回数である駆動周波数fを変動させている。そして、燃料の添加範囲Rが、その一部範囲rcが適切位置p(図7参照)、その大きさXが適切大きさqとなる適正範囲になるようにしている。これによって、広範囲で均一に燃料と排気とを混合させることができ、ひいては効率よくDPF3を昇温させることができる。
【0069】
そして、駆動周波数fの変動範囲をエンジン1の使用環境に応じて決定しているので、どの使用環境においても燃料と排気とを均一に混合させることができる。
【0070】
なお、駆動周波数fを変動させたことに伴って、燃料添加の実施・停止の時間比率(Duty比)が変わるわけではない。したがって、DPF3の温度に応じてDuty比を決定し、このDuty比をDPF3の温度変化に応じて随時変更して、DPF3を目標温度に維持させる効果がなくなるわけではない。
【0071】
また、駆動周波数fを変動させることによって、Duty比を所定値に保ちつつ燃料の添加時間を変化させることができる。これによって、長い添加時間で燃料が添加されるときに、その燃料によって燃料添加弁9に詰まった排気等を効率よく除去することができるので、燃料添加弁9の詰まりを抑制することができる。
【0072】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるわけではなく、その範囲内において種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、駆動周波数fの変動範囲を定めるために、駆動周波数中央値Fcと変動幅Wを決定していた。しかし、これに限定されるわけではなく、例えば駆動周波数中央値Fcの代わりに駆動周波数fの変動範囲の上限値や下限値を決定してもよい。
【0073】
また、上記実施形態では、駆動周波数fの変動波形が、変動幅Wの周期Tが繰り返される正弦波(図12参照)となるように、駆動周波数fを変動させていた。しかし、正弦波に限られず、矩形波、三角波、ノコギリ波等の変動幅Wの周期Tが繰り返される他の波形となるように、駆動周波数fを変動させてもよい。駆動周波数fの変動波形が一定の振幅W、一定の周期Tの波形となっていれば、添加範囲Rにおいて時間的、場所的に均一に燃料と排気とを混合させることができるからである。
【符号の説明】
【0074】
1 ディーゼルエンジン(内燃機関)
2 排気通路
3 DPF(パティキュレートフィルタ)
4 DOC
6 ECU(昇温手段、使用環境特定手段、変動範囲決定手段)
9 燃料添加弁
54 回転数センサ
55 燃料供給圧センサ
56 燃料温度センサ
61 中央値メモリ(中央値記憶手段)
62 変動幅メモリ(変動幅記憶手段)
【特許請求の範囲】
【請求項1】
内燃機関の排気通路に設けられ、排気中の粒子性物質を捕集するパティキュレートフィルタと、
前記排気通路に設けられ、前記パティキュレートフィルタを昇温させるための燃料を前記排気通路に添加する燃料添加弁と、
前記燃料添加弁による燃料添加の実施と停止とが組み合わされた周期が繰り返され、かつその周期における前記実施と前記停止との時間比率が所定値となるように前記燃料添加弁を駆動制御して、前記パティキュレートフィルタを目標温度に昇温させる昇温手段とを備える内燃機関の排気浄化装置において、
前記昇温手段は、前記パティキュレートフィルタを前記目標温度に昇温させる際に、前記周期の単位時間当たりの繰り返し回数である駆動周波数を変動させることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項2】
前記昇温手段は、前記燃料の前記排気通路における範囲である添加範囲が、前記燃料と排気とが均一に混合できる適正範囲となるように、前記駆動周波数の変動範囲を決定する変動範囲決定手段を備えることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項3】
前記内燃機関の使用環境を特定する使用環境特定手段を備え、
前記変動範囲決定手段は、どの使用環境においても、前記添加範囲が前記適正範囲となるように、前記使用環境特定手段が特定した前記内燃機関の使用環境に応じて前記駆動周波数の変動範囲を決定することを特徴とする請求項2に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項4】
前記内燃機関の使用環境ごとの、前記駆動周波数の変動範囲の中央値である駆動周波数中央値を記憶する中央値記憶手段を備え、
前記変動範囲決定手段は、前記使用環境特定手段が特定した前記内燃機関の使用環境に対応して、前記中央値記憶手段に記憶されている前記駆動周波数中央値に基づいて、前記駆動周波数の変動範囲を決定することを特徴とする請求項3に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項5】
前記内燃機関の使用環境は、内燃機関の回転数、前記燃料添加弁の燃料供給圧及び前記燃料添加弁から添加される燃料の燃料温度の少なくとも一つであることを特徴とする請求項4に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項6】
前記内燃機関の使用環境ごとの前記駆動周波数の変動幅を記憶する変動幅記憶手段を備え、
前記変動範囲決定手段は、前記使用環境特定手段が特定した前記内燃機関の使用環境に対応して、前記変動幅記憶手段に記憶されている前記変動幅に基づいて、前記駆動周波数の変動範囲を決定することを特徴とする請求項3〜5のいずれか1項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項7】
前記内燃機関の使用環境は、内燃機関の回転数であることを特徴とする請求項6に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項8】
前記昇温手段は、前記駆動周波数の変動波形が、前記駆動周波数の変動幅の周期が繰り返される波形となるように、前記駆動周波数を変動させることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項1】
内燃機関の排気通路に設けられ、排気中の粒子性物質を捕集するパティキュレートフィルタと、
前記排気通路に設けられ、前記パティキュレートフィルタを昇温させるための燃料を前記排気通路に添加する燃料添加弁と、
前記燃料添加弁による燃料添加の実施と停止とが組み合わされた周期が繰り返され、かつその周期における前記実施と前記停止との時間比率が所定値となるように前記燃料添加弁を駆動制御して、前記パティキュレートフィルタを目標温度に昇温させる昇温手段とを備える内燃機関の排気浄化装置において、
前記昇温手段は、前記パティキュレートフィルタを前記目標温度に昇温させる際に、前記周期の単位時間当たりの繰り返し回数である駆動周波数を変動させることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項2】
前記昇温手段は、前記燃料の前記排気通路における範囲である添加範囲が、前記燃料と排気とが均一に混合できる適正範囲となるように、前記駆動周波数の変動範囲を決定する変動範囲決定手段を備えることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項3】
前記内燃機関の使用環境を特定する使用環境特定手段を備え、
前記変動範囲決定手段は、どの使用環境においても、前記添加範囲が前記適正範囲となるように、前記使用環境特定手段が特定した前記内燃機関の使用環境に応じて前記駆動周波数の変動範囲を決定することを特徴とする請求項2に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項4】
前記内燃機関の使用環境ごとの、前記駆動周波数の変動範囲の中央値である駆動周波数中央値を記憶する中央値記憶手段を備え、
前記変動範囲決定手段は、前記使用環境特定手段が特定した前記内燃機関の使用環境に対応して、前記中央値記憶手段に記憶されている前記駆動周波数中央値に基づいて、前記駆動周波数の変動範囲を決定することを特徴とする請求項3に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項5】
前記内燃機関の使用環境は、内燃機関の回転数、前記燃料添加弁の燃料供給圧及び前記燃料添加弁から添加される燃料の燃料温度の少なくとも一つであることを特徴とする請求項4に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項6】
前記内燃機関の使用環境ごとの前記駆動周波数の変動幅を記憶する変動幅記憶手段を備え、
前記変動範囲決定手段は、前記使用環境特定手段が特定した前記内燃機関の使用環境に対応して、前記変動幅記憶手段に記憶されている前記変動幅に基づいて、前記駆動周波数の変動範囲を決定することを特徴とする請求項3〜5のいずれか1項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項7】
前記内燃機関の使用環境は、内燃機関の回転数であることを特徴とする請求項6に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項8】
前記昇温手段は、前記駆動周波数の変動波形が、前記駆動周波数の変動幅の周期が繰り返される波形となるように、前記駆動周波数を変動させることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【公開番号】特開2010−248946(P2010−248946A)
【公開日】平成22年11月4日(2010.11.4)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−97023(P2009−97023)
【出願日】平成21年4月13日(2009.4.13)
【出願人】(000004260)株式会社デンソー (27,639)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成22年11月4日(2010.11.4)
【国際特許分類】
【出願日】平成21年4月13日(2009.4.13)
【出願人】(000004260)株式会社デンソー (27,639)
【Fターム(参考)】
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