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JP2009185735A - Exhaust purification control device - Google Patents

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JP2009185735A JP2008027933A JP2008027933A JP2009185735A JP 2009185735 A JP2009185735 A JP 2009185735A JP 2008027933 A JP2008027933 A JP 2008027933A JP 2008027933 A JP2008027933 A JP 2008027933A JP 2009185735 A JP2009185735 A JP 2009185735A
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Japan
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fuel
exhaust
control
exhaust gas
fuel injection
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JP2008027933A
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Japanese (ja)
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Yukihiro Tsukasaki
之弘 塚▲崎▼
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Publication date
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  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)

Abstract

【課題】排気浄化装置の状態に基づき、排出ガスに燃料を添加する燃料添加制御を実行する場合に、バイオ燃料濃度の高い燃料であっても、粒子状物質の発生と、排気燃料添加弁の噴孔詰まりとを抑制できる排気浄化制御装置を提供すること。
【解決手段】内燃機関10の筒内に燃料を噴射する燃料噴射装置80と、排気通路50における排気浄化装置55よりも上流側に燃料を噴射する排気燃料添加弁88とを備え、排気浄化装置の状態に基づいて、排出ガスに燃料を添加する燃料添加制御を実行する排気浄化制御装置であって、燃料に含まれるバイオ燃料の濃度を検出または推定する検出推定手段128と、燃料噴射装置および排気燃料添加弁を制御する制御手段100とを備え、制御手段は、バイオ燃料の濃度が予め定められた所定濃度以上の場合に、燃料添加制御のための燃料の噴射を燃料噴射装置による燃料の噴射と排気燃料添加弁による燃料の噴射とに分けて行う。
【選択図】 図1
When performing fuel addition control for adding fuel to exhaust gas based on the state of an exhaust emission control device, even if the fuel has a high biofuel concentration, the generation of particulate matter and the exhaust fuel addition valve To provide an exhaust purification control device capable of suppressing nozzle hole clogging.
An exhaust gas purification device includes a fuel injection device that injects fuel into a cylinder of an internal combustion engine and an exhaust fuel addition valve that injects fuel upstream of an exhaust gas purification device in an exhaust passage. An exhaust purification control device for performing fuel addition control for adding fuel to exhaust gas based on the state of the above, a detection estimation means 128 for detecting or estimating the concentration of biofuel contained in the fuel, a fuel injection device, and And a control means 100 for controlling the exhaust fuel addition valve, and the control means performs fuel injection for fuel addition control when the biofuel concentration is equal to or higher than a predetermined concentration. This is divided into injection and fuel injection by the exhaust fuel addition valve.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、排気浄化制御装置に関し、特に、排出ガスを浄化する排気浄化装置の状態に基づいて、排気浄化装置へ向けて流れる排出ガスに燃料を添加する燃料添加制御を実行する排気浄化制御装置に関する。   The present invention relates to an exhaust purification control device, and more particularly to an exhaust purification control device that executes fuel addition control for adding fuel to exhaust gas flowing toward the exhaust purification device based on the state of the exhaust purification device that purifies exhaust gas. About.

ディーゼル式の内燃機関(以下、単に「ディーゼル機関」と記す)には、一般的に、排気浄化装置として、排出ガス中の有害成分を触媒反応により浄化する排気浄化触媒等が設けられる。排気浄化触媒には、例えば、排出ガス中の窒素酸化物(NOx)を吸蔵し、窒素に還元するNOx吸蔵還元型触媒等がある。NOx吸蔵還元型触媒に、還元剤としての炭化水素を供給することで、吸蔵された窒素酸化物を、炭化水素と反応させて窒素に還元することができる。   2. Description of the Related Art A diesel internal combustion engine (hereinafter simply referred to as “diesel engine”) is generally provided with an exhaust purification catalyst that purifies harmful components in exhaust gas by catalytic reaction as an exhaust purification device. Examples of the exhaust purification catalyst include a NOx occlusion reduction type catalyst that stores nitrogen oxide (NOx) in exhaust gas and reduces it to nitrogen. By supplying hydrocarbon as a reducing agent to the NOx occlusion reduction catalyst, the occluded nitrogen oxide can be reacted with the hydrocarbon to be reduced to nitrogen.

このように、還元剤の供給を要する排気浄化触媒を備えたディーゼル機関においては、排気浄化触媒に、還元剤としての炭化水素を供給するため、排気浄化触媒に向けて流れる排出ガス中に燃料を添加する燃料添加制御を実行する必要がある。   In this way, in a diesel engine equipped with an exhaust purification catalyst that requires supply of a reducing agent, in order to supply hydrocarbons as a reducing agent to the exhaust purification catalyst, fuel is contained in the exhaust gas flowing toward the exhaust purification catalyst. It is necessary to execute the fuel addition control to be added.

排気浄化触媒へ流れる排出ガス中に燃料を添加するため、ディーゼル機関においては、気筒内に燃料を供給する燃料噴射装置とは別に、排気通路のうち排気浄化触媒より上流側において燃料を添加する「排気燃料添加弁」が設けられたものが知られている(例えば、特許文献1参照)。   In order to add fuel to the exhaust gas flowing to the exhaust purification catalyst, in a diesel engine, fuel is added upstream of the exhaust purification catalyst in the exhaust passage, separately from the fuel injection device that supplies fuel into the cylinder. A device provided with an “exhaust fuel addition valve” is known (for example, see Patent Document 1).

ところで、ディーゼル機関においては、近年、菜種油やパーム油、大豆油等の植物油を原料として合成された、生物由来のディーゼル燃料(以下、単に「バイオ燃料」と記す)が用いられることがある。バイオ燃料は、軽油に比べて高沸点成分を多く含んでおり、気化しにくい(揮発性が低い)等の特徴を有している。   In recent years, in diesel engines, bio-derived diesel fuel (hereinafter simply referred to as “biofuel”) synthesized from vegetable oils such as rapeseed oil, palm oil, and soybean oil may be used. Biofuels contain more high-boiling components than light oil, and have characteristics such as being hard to vaporize (low volatility).

このようなバイオ燃料は、所定の濃度で軽油と混合されて、ディーゼル機関に用いられることがある。このため、特許文献1のディーゼル機関の制御技術においては、混合燃料に含まれるバイオ燃料の濃度を、NOx吸蔵還元型触媒の下流側に設けられた空燃比センサの出力から検出し、検出されたバイオ燃料の濃度が高くなるに従って、所定の軽油(基準燃料)が用いられる場合に比べて、燃料添加初期の燃料添加量を増量させると共に、燃料添加後期の燃料添加量を減少させている。また、排気温度が低くなるに従って、所定の軽油が用いられた場合に比べて、燃料添加初期の燃料添加量と、燃料添加後期の燃料添加量との差が大きくなるように制御している。   Such a biofuel may be mixed with light oil at a predetermined concentration and used in a diesel engine. For this reason, in the control technology of the diesel engine disclosed in Patent Document 1, the concentration of the biofuel contained in the mixed fuel is detected from the output of the air-fuel ratio sensor provided on the downstream side of the NOx storage reduction catalyst. As the concentration of biofuel increases, the amount of fuel added in the initial stage of fuel addition is increased and the amount of fuel added in the latter stage of fuel addition is decreased as compared with the case where a predetermined light oil (reference fuel) is used. Further, as the exhaust gas temperature becomes lower, control is performed so that the difference between the fuel addition amount at the initial stage of fuel addition and the fuel addition amount at the later stage of fuel addition becomes larger than when a predetermined light oil is used.

これにより、所定の軽油(基準燃料)とは揮発性(蒸発性)が異なる混合燃料が用いられた場合であっても、NOx吸蔵還元型触媒近傍における空燃比の挙動(時間変動)を、所定の軽油が添加された場合の挙動に近づけている。   As a result, even when a mixed fuel having a volatility (evaporation) different from that of the predetermined light oil (reference fuel) is used, the behavior (time variation) of the air-fuel ratio in the vicinity of the NOx storage reduction catalyst is determined. It is close to the behavior when no diesel oil is added.

特開2006−177313号公報JP 2006-177313 A

しかし、特許文献1に記載の制御技術では、バイオ燃料の濃度(以下、バイオ燃料濃度と記す)が高くなるに従って、燃料添加初期の燃料添加量が増量されるため、バイオ燃料濃度が高い混合燃料が用いられた場合には、排気燃料添加弁から噴射された燃料の微粒化及び気化が悪化して、噴射燃料が酸化しにくくなり、すす等の粒子状物質の発生量が増大する虞がある。   However, in the control technique described in Patent Document 1, the amount of fuel added at the initial stage of fuel addition is increased as the concentration of biofuel (hereinafter referred to as biofuel concentration) increases. Is used, the atomization and vaporization of the fuel injected from the exhaust fuel addition valve deteriorates, making it difficult for the injected fuel to oxidize and increasing the amount of particulate matter such as soot. .

また、排気燃料添加弁は高温の排出ガスと接する。このため、排気燃料添加弁の噴射制御の態様によっては、排気燃料添加弁が高温となり、排気燃料添加弁の先端部に残留している燃料が蒸し焼き状態になり、すす等を生成して噴孔詰まりを起こす可能性がある。   The exhaust fuel addition valve is in contact with the hot exhaust gas. For this reason, depending on the mode of injection control of the exhaust fuel addition valve, the exhaust fuel addition valve becomes hot, the fuel remaining at the tip of the exhaust fuel addition valve becomes steamed, soot is generated, and the nozzle hole There is a possibility of clogging.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、排気浄化装置の状態に基づいて、排気浄化装置へ向けて流れる排出ガスに燃料を添加する燃料添加制御を実行する場合に、バイオ燃料濃度の高い燃料が用いられた場合であっても、すす等の粒子状物質の発生を抑制可能で、かつ、排気通路のうち排気浄化触媒より上流側において燃料を添加する排気燃料添加弁の噴孔詰まりの発生を抑制できる排気浄化制御装置を提供することである。   The present invention has been made in view of the above, and when performing fuel addition control for adding fuel to the exhaust gas flowing toward the exhaust purification device based on the state of the exhaust purification device, the biofuel concentration The nozzle hole of the exhaust fuel addition valve that can suppress the generation of particulate matter such as soot and add fuel on the upstream side of the exhaust purification catalyst in the exhaust passage even when high fuel is used An exhaust purification control device capable of suppressing the occurrence of clogging is provided.

本発明の排気浄化制御装置は、内燃機関の筒内に燃料を噴射する燃料噴射装置と、前記内燃機関の排気通路における排出ガスを浄化する排気浄化装置よりも上流側に前記燃料を噴射する排気燃料添加弁とを備え、前記排気浄化装置の状態に基づいて、前記排気浄化装置へ向けて流れる前記排出ガスに前記燃料を添加する燃料添加制御を実行する排気浄化制御装置であって、前記燃料に含まれるバイオ燃料の濃度を検出または推定する検出推定手段と、前記燃料噴射装置および前記排気燃料添加弁による前記燃料の噴射を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記検出推定手段により検出または推定された前記濃度が予め定められた所定濃度以上の場合に、前記燃料添加制御のための前記燃料の噴射を前記燃料噴射装置による前記燃料の噴射と前記排気燃料添加弁による前記燃料の噴射とに分けて行うことを特徴とする。   An exhaust purification control apparatus according to the present invention includes a fuel injection device that injects fuel into a cylinder of an internal combustion engine, and an exhaust that injects the fuel upstream of an exhaust purification device that purifies exhaust gas in an exhaust passage of the internal combustion engine. An exhaust purification control device that performs fuel addition control for adding the fuel to the exhaust gas flowing toward the exhaust purification device based on a state of the exhaust purification device, the fuel purification control device comprising: Detection and estimation means for detecting or estimating the concentration of the biofuel contained in the fuel, and control means for controlling the fuel injection by the fuel injection device and the exhaust fuel addition valve, wherein the control means comprises the detection and estimation means When the concentration detected or estimated by the step is equal to or higher than a predetermined concentration, the fuel injection for the fuel addition control is performed by the fuel injection device. And performing divided into said fuel injection by injection and the exhaust fuel addition valve.

本発明の排気浄化制御装置において、前記制御手段は、前記濃度が前記所定濃度以上の場合には、前記燃料添加制御のための前記燃料の噴射を主として前記燃料噴射装置に行わせ、かつ、前記燃料添加制御において前記排気燃料添加弁による前記燃料の噴射を休止した状態が予め定められた所定期間継続した場合には、前記排気燃料添加弁に前記燃料添加制御のための前記燃料の噴射を行わせることを特徴とする。   In the exhaust purification control device of the present invention, the control means causes the fuel injection device to mainly inject the fuel for the fuel addition control when the concentration is equal to or higher than the predetermined concentration, and In the fuel addition control, when the state where the fuel injection by the exhaust fuel addition valve is stopped continues for a predetermined period, the fuel injection for the fuel addition control is performed on the exhaust fuel addition valve. It is characterized by making it.

本発明の排気浄化制御装置において、前記所定期間は、前記排出ガスの温度が高温である場合には、前記排出ガスの温度が低温である場合に比べて短く設定されることを特徴とする。   In the exhaust purification control apparatus of the present invention, the predetermined period is set shorter when the temperature of the exhaust gas is high than when the temperature of the exhaust gas is low.

本発明の排気浄化制御装置において、前記所定期間は、前記濃度が高濃度である場合には、前記濃度が低濃度である場合に比べて長く設定されることを特徴とする。   In the exhaust purification control apparatus of the present invention, the predetermined period is set longer when the concentration is high than when the concentration is low.

本発明の排気浄化制御装置において、前記排気浄化装置とは、窒素酸化物を吸蔵するNOx吸蔵還元型触媒であり、前記燃料添加制御とは、前記NOx吸蔵還元型触媒の前記窒素酸化物の吸蔵状態に基づいて、前記排出ガスに前記燃料を添加し、前記NOx吸蔵還元型触媒に還元雰囲気を形成する制御であることを特徴とする。   In the exhaust purification control apparatus of the present invention, the exhaust purification apparatus is a NOx storage reduction catalyst that stores nitrogen oxides, and the fuel addition control is the storage of the nitrogen oxides of the NOx storage reduction catalyst. The control is characterized in that the fuel is added to the exhaust gas based on the state to form a reducing atmosphere in the NOx occlusion reduction type catalyst.

本発明によれば、排気浄化装置の状態に基づいて、排気浄化装置へ向けて流れる排出ガスに燃料を添加する燃料添加制御を実行する場合に、バイオ燃料濃度の高い燃料が用いられた場合であっても、すす等の粒子状物質の発生を抑制可能で、かつ、排気通路のうち排気浄化触媒より上流側において燃料を添加する排気燃料添加弁の噴孔詰まりの発生を抑制することができる。   According to the present invention, when fuel addition control for adding fuel to the exhaust gas flowing toward the exhaust purification device is executed based on the state of the exhaust purification device, a fuel with a high biofuel concentration is used. Even so, generation of particulate matter such as soot can be suppressed, and occurrence of clogging of the exhaust fuel addition valve that adds fuel on the upstream side of the exhaust purification catalyst in the exhaust passage can be suppressed. .

以下、本発明の排気浄化制御装置の一実施形態につき図面を参照しつつ詳細に説明する。   Hereinafter, an embodiment of an exhaust purification control apparatus of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

(第1実施形態)
図1から図6を参照して、第1実施形態について説明する。本実施形態は、排出ガスを浄化する排気浄化装置の状態に基づいて、排気浄化装置へ向けて流れる排出ガスに燃料を添加する燃料添加制御を実行する排気浄化制御装置に関する。
(First embodiment)
The first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 6. The present embodiment relates to an exhaust gas purification control device that executes fuel addition control for adding fuel to exhaust gas flowing toward the exhaust gas purification device based on the state of the exhaust gas purification device that purifies the exhaust gas.

本実施形態では、ディーゼル機関(図1の符号10参照)から排出される排出ガス中の窒素酸化物を吸蔵し、窒素に還元する排気浄化触媒(図1の符号55参照)の状態に基づいて、排気浄化触媒55へ向けて流れる排出ガスに燃料を添加する燃料添加制御が実行される。排気浄化触媒55において、吸蔵された窒素酸化物の還元が必要であると判定された場合には、排気浄化触媒55において還元雰囲気を形成するために、燃料添加制御が実行される。   In this embodiment, based on the state of the exhaust purification catalyst (see reference numeral 55 in FIG. 1) that stores nitrogen oxides in exhaust gas discharged from the diesel engine (see reference numeral 10 in FIG. 1) and reduces it to nitrogen. Then, fuel addition control for adding fuel to the exhaust gas flowing toward the exhaust purification catalyst 55 is executed. When it is determined in the exhaust purification catalyst 55 that the stored nitrogen oxides need to be reduced, fuel addition control is executed in order to form a reducing atmosphere in the exhaust purification catalyst 55.

本実施形態のディーゼル機関10の排気通路26には、燃料添加制御のための燃料を噴射する装置として、排気通路26における排気浄化触媒55よりも上流側に燃料を噴射する排気燃料添加弁(図1の符号88参照)が設けられている。ここで、排気燃料添加弁88により燃料添加制御を実行する場合に、燃料におけるバイオ燃料の濃度が高濃度である場合には、排出ガスにおけるすすの発生量が増加するという問題がある。これは、バイオ燃料は、軽油に比べて高沸点成分を多く含んでおり、気化しにくいことや、軽油に比べて動粘度が高く、微粒化しにくいことなどによると考えられる。   As an apparatus for injecting fuel for fuel addition control, an exhaust fuel addition valve (in FIG. 5) that injects fuel upstream of the exhaust purification catalyst 55 in the exhaust passage 26 in the exhaust passage 26 of the diesel engine 10 of the present embodiment. 1 (see reference numeral 88). Here, when fuel addition control is executed by the exhaust fuel addition valve 88, there is a problem that the amount of soot generated in the exhaust gas increases if the concentration of biofuel in the fuel is high. This is presumably because biofuel contains more high-boiling components than light oil and is less likely to vaporize, and has a higher kinematic viscosity and less atomized than light oil.

本実施形態では、バイオ燃料の濃度が予め定められた所定濃度以上である場合には、排気燃料添加弁88による燃料の噴射が休止され、燃料添加制御のための燃料の噴射が、筒内に燃料を噴射する燃料噴射装置(図1の符号80参照)により行われる。これにより、バイオ燃料濃度の高い燃料が用いられた場合であっても、燃料添加制御によるすす等の粒子状物質の発生を抑制することができる。   In the present embodiment, when the biofuel concentration is equal to or higher than a predetermined concentration, fuel injection by the exhaust fuel addition valve 88 is stopped, and fuel injection for fuel addition control is performed in the cylinder. This is performed by a fuel injection device (see reference numeral 80 in FIG. 1) for injecting fuel. Thereby, even when a fuel with a high biofuel concentration is used, the generation of particulate matter such as soot by fuel addition control can be suppressed.

また、排気燃料添加弁88による燃料の噴射が休止される期間が予め定められた所定期間を超える場合には、燃料噴射装置80に代えて、排気燃料添加弁88により燃料添加制御のための燃料の噴射が行われる。これは、排気燃料添加弁88による燃料の噴射を休止する期間が長くなると、排気燃料添加弁88が高温となり、噴孔詰まりが発生する虞があるためである。所定期間が経過するごとに排気燃料添加弁88が燃料を噴射し、噴射される燃料の気化熱により排気燃料添加弁88が冷却される。これにより、排気燃料添加弁88の温度上昇による噴孔詰まりの発生を抑制することができる。よって、本実施形態によれば、燃料添加制御を実行する場合に、バイオ燃料濃度の高い燃料が用いられた場合であっても、すす等の粒子状物質の発生を抑制可能で、かつ、排気燃料添加弁88の噴孔詰まりの発生を抑制することができる。   In addition, when the period during which fuel injection by the exhaust fuel addition valve 88 is stopped exceeds a predetermined period, fuel for fuel addition control is performed by the exhaust fuel addition valve 88 instead of the fuel injection device 80. Is injected. This is because if the period during which the fuel injection by the exhaust fuel addition valve 88 is stopped becomes long, the exhaust fuel addition valve 88 becomes hot, and there is a possibility that the injection hole is clogged. Every time the predetermined period elapses, the exhaust fuel addition valve 88 injects fuel, and the exhaust fuel addition valve 88 is cooled by the heat of vaporization of the injected fuel. Thereby, the occurrence of nozzle hole clogging due to the temperature rise of the exhaust fuel addition valve 88 can be suppressed. Therefore, according to the present embodiment, when fuel addition control is executed, the generation of particulate matter such as soot can be suppressed even when a fuel with a high biofuel concentration is used, and the exhaust gas is controlled. Occurrence of the injection hole clogging of the fuel addition valve 88 can be suppressed.

まず、本実施形態に係るディーゼル機関及び車両システムの概略構成について、図1を用いて説明する。図1は、ディーゼル機関を含む車両システムの概略構成を示す模式図である。なお、図1において、ディーゼル機関及び車両システムについては、本発明に関連する要部のみを模式的に示している。   First, schematic configurations of the diesel engine and the vehicle system according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a vehicle system including a diesel engine. In FIG. 1, only the main parts related to the present invention are schematically shown for the diesel engine and the vehicle system.

本実施形態に係るディーゼル機関は、圧縮されて高温となった燃焼室内の雰囲気に、燃料を供給することで、燃料を自然着火させる圧縮自着火式の内燃機関である。ディーゼル機関は、原動機として自動車に搭載されるものであり、自動車には、ディーゼル機関を含む車両システムを制御する制御手段として、電子制御装置(以下、ECUと記す)が設けられている。   The diesel engine according to the present embodiment is a compression self-ignition internal combustion engine that spontaneously ignites the fuel by supplying the fuel to the atmosphere in the combustion chamber that has been compressed to a high temperature. A diesel engine is mounted on a vehicle as a prime mover, and the vehicle is provided with an electronic control unit (hereinafter referred to as ECU) as a control means for controlling a vehicle system including the diesel engine.

図1に示すように、ディーゼル機関10は、気筒ごとに設けられた燃料噴射装置80が気筒に燃料を直接噴射する、いわゆる直接噴射式のディーゼル機関10である。ディーゼル機関10には、気筒から排出される排出ガスの運動エネルギにより吸入空気を圧縮するターボ過給機60と、気筒から排出された排出ガスの一部を排気通路から取り入れて吸気通路に流入させる、いわゆる排出ガス再循環装置70(以下、EGR装置と記す)が設けられている。このように構成されたディーゼル機関10を制御するために、車両システム1には、ディーゼル機関10用のECU100が設けられている。   As shown in FIG. 1, the diesel engine 10 is a so-called direct injection type diesel engine 10 in which a fuel injection device 80 provided for each cylinder directly injects fuel into the cylinder. The diesel engine 10 includes a turbocharger 60 that compresses intake air by the kinetic energy of exhaust gas discharged from the cylinder, and a part of the exhaust gas discharged from the cylinder is taken from the exhaust passage and flows into the intake passage. A so-called exhaust gas recirculation device 70 (hereinafter referred to as an EGR device) is provided. In order to control the diesel engine 10 configured as described above, the vehicle system 1 is provided with an ECU 100 for the diesel engine 10.

ディーゼル機関10には、内部に気筒が形成される機関本体系の部品として、図示しないシリンダブロック、ピストン、コンロッド、クランク軸、及びシリンダヘッド20が設けられている。シリンダブロックには、シリンダボアが形成されており、ピストンは、シリンダボアの内壁面(以下、シリンダ壁と記す)にピストンリング(図示せず)が摺接しており、シリンダボア内を往復運動する。   The diesel engine 10 is provided with a cylinder block, a piston, a connecting rod, a crankshaft, and a cylinder head 20 (not shown) as parts of an engine body system in which a cylinder is formed. A cylinder bore is formed in the cylinder block, and a piston has a piston ring (not shown) in sliding contact with an inner wall surface (hereinafter referred to as a cylinder wall) of the cylinder bore, and reciprocates in the cylinder bore.

シリンダブロックには、ピストンの頂面に対向して、シリンダボアを塞ぐようにシリンダヘッド20が結合されている。これらシリンダボア、ピストン、及びシリンダヘッド20により囲まれた空間が「気筒」となる。なお、本実施形態に係るディーゼル機関10の気筒配列は、直列4気筒となっている。   A cylinder head 20 is coupled to the cylinder block so as to face the top surface of the piston and close the cylinder bore. A space surrounded by the cylinder bore, the piston, and the cylinder head 20 is a “cylinder”. Note that the cylinder arrangement of the diesel engine 10 according to the present embodiment is an in-line four cylinder.

クランク軸が回転すると、ピストンが往復運動し、気筒には、空気が吸入される。さらに、気筒には、燃料噴射装置80により燃料が供給される。供給された燃料は、気筒内の高温の雰囲気に曝されて着火する。燃料の着火・燃焼により生じるピストンの往復運動は、コンロッドを介して回転運動に変換されてクランク軸から出力される。クランク軸の近傍には、クランク軸の回転角位置(以下、クランク角と記す)を検出するクランク角センサが設けられており、検出したクランク角に係る信号をECU100に送出している。   When the crankshaft rotates, the piston reciprocates and air is sucked into the cylinder. Further, fuel is supplied to the cylinder by a fuel injection device 80. The supplied fuel is exposed to a high temperature atmosphere in the cylinder and ignites. The reciprocating motion of the piston caused by fuel ignition / combustion is converted into rotational motion via the connecting rod and output from the crankshaft. A crank angle sensor that detects a rotation angle position of the crankshaft (hereinafter referred to as a crank angle) is provided in the vicinity of the crankshaft, and a signal related to the detected crank angle is sent to the ECU 100.

シリンダヘッド20には、シリンダボアの軸心を挟んで、一方の側には、後述する吸気通路からの吸入空気を気筒に導く吸気ポート24が形成されており、他方の側には、気筒からの排出ガスを後述する排気通路に排出する排気ポート26が形成されている。   The cylinder head 20 is formed with an intake port 24 that guides intake air from an intake passage, which will be described later, to the cylinder on one side of the cylinder bore 20 with the axis of the cylinder bore interposed therebetween. An exhaust port 26 for discharging the exhaust gas to an exhaust passage described later is formed.

シリンダヘッド20には、吸気ポート24及び排気ポート26の気筒側の開口に対応して、図示しない吸気弁及び排気弁が設けられている。これら吸気弁及び排気弁は、図示しないカムシャフトからの機械的動力を受けて駆動される。吸気弁及び排気弁は、クランク角に応じて所定のタイミングで開閉可能に構成されている。   The cylinder head 20 is provided with intake and exhaust valves (not shown) corresponding to the cylinder side openings of the intake port 24 and the exhaust port 26. These intake valve and exhaust valve are driven by receiving mechanical power from a camshaft (not shown). The intake valve and the exhaust valve are configured to be openable and closable at a predetermined timing according to the crank angle.

吸気弁が開弁すると、吸気ポート24と気筒内が連通し、ディーゼル機関10は、後述する吸気通路の空気を、吸気ポート24から気筒内に吸入することが可能となっている。また、排気弁が開弁すると、排気ポート26と気筒内が連通し、ディーゼル機関10は、気筒内にある排出ガスを、排気ポート26から後述する排気通路に排出することが可能となっている。   When the intake valve is opened, the intake port 24 communicates with the inside of the cylinder, and the diesel engine 10 can intake air in an intake passage, which will be described later, from the intake port 24 into the cylinder. When the exhaust valve is opened, the exhaust port 26 communicates with the inside of the cylinder, and the diesel engine 10 can exhaust the exhaust gas in the cylinder from the exhaust port 26 to an exhaust passage described later. .

また、ディーゼル機関10には、外気から気筒に空気を導く吸気系の部品として、外気から空気を導入する外気ダクト41と、吸入した空気(以下、吸入空気と記す)から塵芥を除去するエアクリーナ42と、吸入空気の流量を計測するエアフロメータ(図示せず)と、ターボ過給機60により圧縮された空気を冷却するインタークーラ45と、吸入空気の流量を調整するスロットル弁46と、吸入空気を各気筒に分配する分配管である吸気マニホールド48が設けられている。なお、以下の説明において、吸入空気の流動方向の上流側を、単に「上流側」と記し、流動方向の下流側を、単に「下流側」と記す。   Further, the diesel engine 10 includes an external air duct 41 that introduces air from outside air as an intake system component that guides air from outside air to the cylinder, and an air cleaner 42 that removes dust from the intake air (hereinafter referred to as intake air). An air flow meter (not shown) for measuring the flow rate of the intake air, an intercooler 45 for cooling the air compressed by the turbocharger 60, a throttle valve 46 for adjusting the flow rate of the intake air, and the intake air An intake manifold 48, which is a distribution pipe that distributes the gas to each cylinder, is provided. In the following description, the upstream side in the flow direction of intake air is simply referred to as “upstream side”, and the downstream side in the flow direction is simply referred to as “downstream side”.

吸気マニホールド48は、その下流側がシリンダヘッド20に接続されており、ブランチ通路49が吸気ポート24に連通している。ブランチ通路49より上流側には、これに連通するサージ室40aが形成されている。   The downstream side of the intake manifold 48 is connected to the cylinder head 20, and the branch passage 49 communicates with the intake port 24. A surge chamber 40 a communicating with the branch passage 49 is formed on the upstream side of the branch passage 49.

一方、吸気マニホールド48のうちサージ室40aの上流側には、スロットル弁46が設けられている。スロットル弁46は、気筒に吸入される吸入空気の流量(以下、吸入空気量と記す)を調整する。スロットル弁46の開度は、ECU100により制御される。   On the other hand, a throttle valve 46 is provided on the upstream side of the surge chamber 40 a in the intake manifold 48. The throttle valve 46 adjusts the flow rate of intake air taken into the cylinder (hereinafter referred to as intake air amount). The opening degree of the throttle valve 46 is controlled by the ECU 100.

また、スロットル弁46の上流側には、吸気配管47が接続されている。吸気配管47内に形成された通路40cは、吸気マニホールド48内のサージ室40aに連通している。吸気配管47の上流側には、インタークーラ45が接続されている。インタークーラ45は、熱交換器として構成されており、後述するターボ過給機60のコンプレッサ62により圧縮されて高温となった吸入空気を冷却する。   An intake pipe 47 is connected to the upstream side of the throttle valve 46. A passage 40 c formed in the intake pipe 47 communicates with the surge chamber 40 a in the intake manifold 48. An intercooler 45 is connected to the upstream side of the intake pipe 47. The intercooler 45 is configured as a heat exchanger, and cools the intake air that has been compressed by a compressor 62 of the turbocharger 60 described later and has reached a high temperature.

インタークーラ45の上流側には、吸気配管44が接続されている。吸気配管44内に形成された通路40eは、インタークーラ45内の通路(図示せず)を介して、吸気配管47内の通路40cに連通している。吸気配管44の上流側には、ターボ過給機60のコンプレッサ62が接続されている。吸気配管44内の通路40eは、ターボ過給機60のコンプレッサ62内に連通している。   An intake pipe 44 is connected to the upstream side of the intercooler 45. The passage 40e formed in the intake pipe 44 communicates with the passage 40c in the intake pipe 47 via a passage (not shown) in the intercooler 45. A compressor 62 of the turbocharger 60 is connected to the upstream side of the intake pipe 44. The passage 40 e in the intake pipe 44 communicates with the compressor 62 of the turbocharger 60.

ターボ過給機60のコンプレッサ62の上流側には、吸気配管43が接続されている。吸気配管43内に形成された通路40gは、ターボ過給機60のコンプレッサ62内に連通している。吸気配管43の上流側には、エアクリーナ42が接続されており、エアクリーナ42の上流側には、外気ダクト41が設けられている。吸気配管43内の通路40gは、エアクリーナ42を介して外気ダクト41内に連通している。   An intake pipe 43 is connected to the upstream side of the compressor 62 of the turbocharger 60. A passage 40 g formed in the intake pipe 43 communicates with the compressor 62 of the turbocharger 60. An air cleaner 42 is connected to the upstream side of the intake pipe 43, and an outside air duct 41 is provided on the upstream side of the air cleaner 42. The passage 40 g in the intake pipe 43 communicates with the outside air duct 41 through the air cleaner 42.

エアクリーナ42のエレメントより下流側には、図示しないエアフロメータが設けられている。エアフロメータは、外気ダクト41から導入された吸入空気量を検出する。エアフロメータは、検出した吸入空気量に係る信号を、ECU100に送出している。   An air flow meter (not shown) is provided on the downstream side of the element of the air cleaner 42. The air flow meter detects the amount of intake air introduced from the outside air duct 41. The air flow meter sends a signal related to the detected intake air amount to the ECU 100.

外気ダクト41から導入された新気は、エアクリーナ42を通過し、エアフロメータで流量が検出されて、ターボ過給機60のコンプレッサ62で圧縮される。圧縮されて高温となった吸入空気(新気)は、インタークーラ45で冷却されて、スロットル弁46に流れる。スロットル弁46で流量が調整された吸入空気は、吸気マニホールド48のサージ室40aに流入し、ブランチ通路49から各気筒に分配され、吸気ポート24を経て気筒に流入する。   The fresh air introduced from the outside air duct 41 passes through the air cleaner 42, the flow rate is detected by the air flow meter, and is compressed by the compressor 62 of the turbocharger 60. The compressed intake air (fresh air) that has become hot is cooled by the intercooler 45 and flows to the throttle valve 46. The intake air whose flow rate is adjusted by the throttle valve 46 flows into the surge chamber 40a of the intake manifold 48, is distributed to each cylinder from the branch passage 49, and flows into the cylinder through the intake port 24.

なお、「吸気通路」とは、前述の吸気系の部品と、吸気配管により形成され、外気ダクト41から導入された吸入空気が気筒に流入するまでに通過する流路を意味している。本実施形態において、吸気通路には、吸気マニホールド48内のサージ室40aだけでなく、シリンダヘッド20の吸気ポート24が含まれている。   The “intake passage” means a passage formed by the above-described intake system components and the intake pipe and through which the intake air introduced from the outside air duct 41 flows into the cylinder. In the present embodiment, the intake passage includes not only the surge chamber 40 a in the intake manifold 48 but also the intake port 24 of the cylinder head 20.

また、ディーゼル機関10には、気筒からの排出ガスを外気に排出する排気系の部品として、各気筒からの排出ガスを合流させてターボ過給機60に導く排気マニホールド52と、排出ガス中の窒素酸化物、及び粒子状物質(以下、単に「PM」と記す)を処理する排気浄化触媒(排気浄化装置)55と、排気浄化触媒55からの排出ガスを酸化反応により浄化する酸化触媒58と、酸化触媒58と排気浄化触媒55との間にある通路50gにおける排出ガスの酸素濃度を検出するA/Fセンサ98が設けられている。なお、以下の説明において、排出ガスの流動方向の上流側を、単に「上流側」と記し、流動方向の下流側を、単に「下流側」と記す。   Further, the diesel engine 10 includes exhaust manifolds 52 that join exhaust gases from the cylinders and lead them to the turbocharger 60 as exhaust system parts that exhaust exhaust gases from the cylinders to the outside air. An exhaust purification catalyst (exhaust purification device) 55 for treating nitrogen oxides and particulate matter (hereinafter simply referred to as “PM”), and an oxidation catalyst 58 for purifying exhaust gas from the exhaust purification catalyst 55 by an oxidation reaction; An A / F sensor 98 that detects the oxygen concentration of the exhaust gas in the passage 50g between the oxidation catalyst 58 and the exhaust purification catalyst 55 is provided. In the following description, the upstream side in the flow direction of the exhaust gas is simply referred to as “upstream side”, and the downstream side in the flow direction is simply referred to as “downstream side”.

排気マニホールド52内には、マニホールド通路50aが形成されており、マニホールド通路50aのうち上流側には、各気筒に対応してブランチ部51が設けられている。排気マニホールド52内に形成されたブランチ部51は、各気筒の排気ポート26に連通している。また、マニホールド通路50aのうち下流側には、各気筒からの排出ガスが合流する合流部50cが設けられている。排気マニホールド52に形成されたマニホールド通路50aは、ディーゼル機関10が有する複数の気筒から吸気ポート26を経て排出された排出ガスを、合流部50cで合流させて後述するターボ過給機60のタービン64に導く。   A manifold passage 50a is formed in the exhaust manifold 52, and branch portions 51 are provided on the upstream side of the manifold passage 50a corresponding to the respective cylinders. A branch portion 51 formed in the exhaust manifold 52 communicates with the exhaust port 26 of each cylinder. Further, a merging portion 50c where exhaust gases from the cylinders merge is provided on the downstream side of the manifold passage 50a. A manifold passage 50a formed in the exhaust manifold 52 joins exhaust gas discharged from a plurality of cylinders of the diesel engine 10 through the intake port 26 at a joining portion 50c, and a turbine 64 of a turbocharger 60 described later. Lead to.

ターボ過給機60は、吸気配管43と吸気配管44との間に介在して設けられたコンプレッサ62と、排気マニホールド52と排気管54との間に介在して設けられたタービン64とを有している。コンプレッサ62のハウジング内には、回転することで空気を圧縮するコンプレッサホイール(図示せず)が収容されており、タービン64のハウジング内には、排出ガスの流れにより回転駆動されるタービンホイール(図示せず)が収容されている。コンプレッサホイールとタービンホイールは一体に結合されている。   The turbocharger 60 includes a compressor 62 provided between the intake pipe 43 and the intake pipe 44, and a turbine 64 provided between the exhaust manifold 52 and the exhaust pipe 54. is doing. A compressor wheel (not shown) that compresses air by rotating is accommodated in the housing of the compressor 62, and a turbine wheel that is driven to rotate by the flow of exhaust gas (shown in the figure). (Not shown) is housed. The compressor wheel and the turbine wheel are joined together.

ターボ過給機60は、マニホールド通路50aの合流部50cからタービン64内に流入する排出ガス流の運動エネルギによりタービンホイール及びコンプレッサホイールが回転駆動され、コンプレッサ62内にある空気を圧縮してインタークーラ45に給送する。タービン64内の排出ガスは、排気管54内の通路50eを下流側に流れ、排気浄化触媒55に流入する。   In the turbocharger 60, the turbine wheel and the compressor wheel are rotationally driven by the kinetic energy of the exhaust gas flow flowing into the turbine 64 from the merging portion 50c of the manifold passage 50a, and the intercooler is compressed by compressing the air in the compressor 62. 45. The exhaust gas in the turbine 64 flows downstream through the passage 50 e in the exhaust pipe 54 and flows into the exhaust purification catalyst 55.

排気浄化触媒55の前段(上流側)には、排出ガス中の窒素酸化物を吸蔵し、窒素に還元する排気浄化触媒であるNOx吸蔵還元型触媒55aが設けられている。一方、後段(下流側)には、フィルタ機構付き排気浄化触媒であり、PMと窒素酸化物を同時に浄化するDPNR触媒システム55cが設けられている。NOx吸蔵還元型触媒55a及びDPNR触媒システム55cは、還元剤の供給を必要とする排気浄化触媒であり、以下に詳細を説明する。   A front stage (upstream side) of the exhaust purification catalyst 55 is provided with a NOx occlusion reduction type catalyst 55a that is an exhaust purification catalyst that stores nitrogen oxide in exhaust gas and reduces it to nitrogen. On the other hand, a downstream side (downstream side) is provided with a DPNR catalyst system 55c that is an exhaust purification catalyst with a filter mechanism and simultaneously purifies PM and nitrogen oxides. The NOx storage reduction catalyst 55a and the DPNR catalyst system 55c are exhaust purification catalysts that require the supply of a reducing agent, and will be described in detail below.

NOx吸蔵還元型触媒55aは、これを流れる排出ガスが、酸素を多く含む酸素過剰雰囲気(リーン雰囲気)となっている場合、排出ガス中の窒素酸化物を硝酸塩の形で吸蔵する。一方、NOx吸蔵還元型触媒55aを流れる排出ガスが、未燃の炭化水素(以下、単に「HC」と記す)を多く含む還元雰囲気(リッチ雰囲気)となっている場合には、排出ガス中に含まれる還元剤としてのHCにより、吸蔵された窒素酸化物を窒素に還元する。このようにして、NOx吸蔵還元型触媒55aは、排出ガス中の窒素酸化物を浄化することが可能となっている。   The NOx occlusion reduction type catalyst 55a occludes nitrogen oxides in the exhaust gas in the form of nitrate when the exhaust gas flowing through the NOx storage reduction catalyst 55a is in an oxygen-excess atmosphere (lean atmosphere) containing a large amount of oxygen. On the other hand, when the exhaust gas flowing through the NOx storage reduction catalyst 55a has a reducing atmosphere (rich atmosphere) containing a large amount of unburned hydrocarbons (hereinafter simply referred to as “HC”), The stored nitrogen oxides are reduced to nitrogen by HC as a reducing agent contained. In this way, the NOx storage reduction catalyst 55a can purify nitrogen oxides in the exhaust gas.

一方、DPNR触媒システム55cは、PMを捕集し、捕集したPMを燃焼させて二酸化炭素として放出することでフィルタを再生するディーゼル・パティキュレート・フィルタ(以下、DPFと記す)の機能と、上述のNOx吸蔵還元型触媒の機能を組み合わせたものであり、PMと窒素酸化物とを同時に浄化することが可能となっている。   On the other hand, the DPNR catalyst system 55c has a function of a diesel particulate filter (hereinafter referred to as DPF) that collects PM, burns the collected PM, and regenerates the filter by releasing it as carbon dioxide. This is a combination of the functions of the NOx storage reduction catalyst described above, and it is possible to simultaneously purify PM and nitrogen oxides.

詳細には、DPNR触媒システム55cは、これを流れる排出ガス中のPMをフィルタに捕集すると共に、排出ガスが酸素過剰雰囲気となっている場合、窒素酸化物を硝酸塩に変化させて吸蔵し、このとき生じた活性酸素と、排出ガス中の酸素により、捕集したPMを酸化する。一方、DPNR触媒システム55cを流れる排出ガスが、還元雰囲気(リッチ雰囲気)となっている場合には、排出ガス中に含まれる還元剤としてのHCにより、吸蔵された窒素酸化物を窒素に還元する共に、このとき生じた活性酸素によりPMを酸化する。このようにして、DPNR触媒システム55cは、連続してPMを酸化・燃焼させて、PMが捕集されたフィルタを再生することが可能となっている。   Specifically, the DPNR catalyst system 55c collects PM in the exhaust gas flowing through the filter in a filter, and when the exhaust gas is in an oxygen-excess atmosphere, the nitrogen oxide is changed to nitrate and stored. The collected PM is oxidized by the active oxygen generated at this time and oxygen in the exhaust gas. On the other hand, when the exhaust gas flowing through the DPNR catalyst system 55c is in a reducing atmosphere (rich atmosphere), the stored nitrogen oxides are reduced to nitrogen by HC as a reducing agent contained in the exhaust gas. In both cases, PM is oxidized by the active oxygen generated at this time. In this way, the DPNR catalyst system 55c can oxidize and burn PM continuously to regenerate the filter in which PM is collected.

このように、NOx吸蔵還元型触媒55a及びDPNR触媒システム55cなど、排気浄化触媒55は、排出ガス中の有害成分を浄化するにあたって、還元剤の供給を必要とするものであり、還元剤として十分に気化した未燃の炭化水素(HC)を含んだ還元雰囲気が形成されることを必要としている。   Thus, the exhaust purification catalyst 55, such as the NOx storage reduction catalyst 55a and the DPNR catalyst system 55c, requires supply of a reducing agent to purify harmful components in the exhaust gas, and is sufficient as a reducing agent. It is necessary to form a reducing atmosphere containing unburned hydrocarbons (HC) vaporized.

以上に説明した排気浄化触媒55の下流側には、排気管56を介して酸化触媒58が設けられている。酸化触媒58は、排気浄化触媒55を通過した排出ガスに含まれている炭化水素や一酸化炭素を、酸化して浄化する。酸化触媒で浄化された排出ガスは、外気に放出されることとなる。   An oxidation catalyst 58 is provided on the downstream side of the exhaust purification catalyst 55 described above via an exhaust pipe 56. The oxidation catalyst 58 oxidizes and purifies hydrocarbons and carbon monoxide contained in the exhaust gas that has passed through the exhaust purification catalyst 55. The exhaust gas purified by the oxidation catalyst is released to the outside air.

なお、「排気通路」とは、気筒から排出された排出ガスが、排気浄化触媒55に流入するまでに通過する流路を意味している。本実施形態において、排気通路には、排気マニホールド52内に形成されたマニホールド通路50a(ブランチ部51,合流部50c)に加えて、シリンダヘッド20の排気ポート26、タービン64内の流路、排気管54に形成された通路50e、及び排気浄化触媒55内の通路が含まれている。   The “exhaust passage” means a passage through which exhaust gas discharged from the cylinder passes before flowing into the exhaust purification catalyst 55. In the present embodiment, the exhaust passage includes, in addition to the manifold passage 50a (branch portion 51, merging portion 50c) formed in the exhaust manifold 52, the exhaust port 26 of the cylinder head 20, the flow passage in the turbine 64, and the exhaust. A passage 50e formed in the pipe 54 and a passage in the exhaust purification catalyst 55 are included.

また、ディーゼル機関10には、気筒から排出された排出ガスの一部を、排気通路から取り入れて吸気通路に流す、いわゆる排出ガス再循環装置70(以下、EGR装置と記す)が設けられている。EGR装置70は、排気通路と吸気通路を連通させるEGR通路と、EGR通路を流れる排出ガス(以下、EGRガスと記す)の流量を調整するEGR弁77と、EGRガスを冷却するEGRクーラ74とを有しており、以下に詳細を説明する。   Further, the diesel engine 10 is provided with a so-called exhaust gas recirculation device 70 (hereinafter referred to as an EGR device) that takes a part of the exhaust gas discharged from the cylinder from the exhaust passage and flows it into the intake passage. . The EGR device 70 includes an EGR passage that connects the exhaust passage and the intake passage, an EGR valve 77 that adjusts the flow rate of exhaust gas that flows through the EGR passage (hereinafter referred to as EGR gas), an EGR cooler 74 that cools the EGR gas, The details will be described below.

上述した排気マニホールド52には、EGRガスの取入口71が設けられており、取入口71には、EGR配管72が接続されている。EGR配管72のうち、EGRガスの流動方向の下流側(以下、単に「下流側」と記す)には、EGRクーラ74が接続されている。EGRクーラ74は、熱交換器で構成されており、流入したEGRガスを冷却することが可能となっている。EGRクーラ74の下流側には、EGR配管76が接続されている。   The exhaust manifold 52 described above is provided with an EGR gas intake 71, and an EGR pipe 72 is connected to the intake 71. An EGR cooler 74 is connected to the EGR pipe 72 on the downstream side in the flow direction of the EGR gas (hereinafter simply referred to as “downstream side”). The EGR cooler 74 is constituted by a heat exchanger, and can cool the inflow EGR gas. An EGR pipe 76 is connected to the downstream side of the EGR cooler 74.

EGR配管76の下流側の端には、EGR弁77が配設されている。EGR弁77は、電磁式のバルブで構成されている。EGR弁77の下流側には、EGR配管78が接続されている。EGR配管78は、吸気マニホールド48に設けられたEGRガスの流出口79と、EGR弁77とを接続している。EGR弁77の開度、すなわちEGR通路を流れるEGRガスの流量は、ECU100により制御される。   An EGR valve 77 is disposed at the downstream end of the EGR pipe 76. The EGR valve 77 is an electromagnetic valve. An EGR pipe 78 is connected to the downstream side of the EGR valve 77. The EGR pipe 78 connects an EGR gas outlet 79 provided in the intake manifold 48 and an EGR valve 77. The opening degree of the EGR valve 77, that is, the flow rate of the EGR gas flowing through the EGR passage is controlled by the ECU 100.

なお、「EGR通路」とは、EGR配管72,76,78と、EGRクーラ74及びEGR弁77により形成され、取入口71から導入された排出ガスすなわち不活性ガスが、流出口79に至るまでに通過する流路を意味している。本実施形態において、EGR通路には、EGR配管72,76,78内の通路だけでなく、EGRクーラ74及びEGR弁77内に形成された通路を含んでいる。   The “EGR passage” is formed by the EGR pipes 72, 76, 78, the EGR cooler 74, and the EGR valve 77 until the exhaust gas introduced from the intake port 71, that is, the inert gas, reaches the outlet 79. It means the flow path that passes through. In the present embodiment, the EGR passage includes not only the passage in the EGR pipes 72, 76, and 78 but also the passage formed in the EGR cooler 74 and the EGR valve 77.

また、ディーゼル機関10には、気筒に燃料を供給する燃料供給系の部品として、気筒ごとに設けられ、気筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射装置80と、各燃料噴射装置80に燃料を分配する燃料レール82と、燃料レール82に燃料を圧送する高圧燃料ポンプ84が設けられている。高圧燃料ポンプ84から燃料レール82に圧送された燃料は、燃料レール82で分配されて各燃料噴射装置80に供給される。   Further, the diesel engine 10 is provided for each cylinder as a part of a fuel supply system that supplies fuel to the cylinder, and a fuel injection device 80 that directly injects fuel into the cylinder, and the fuel is distributed to each fuel injection device 80. And a high-pressure fuel pump 84 that pumps fuel to the fuel rail 82. The fuel pressure-fed from the high-pressure fuel pump 84 to the fuel rail 82 is distributed by the fuel rail 82 and supplied to each fuel injection device 80.

高圧燃料ポンプ84は、ディーゼル機関10のカムシャフト(図示せず)からの機械的動力を受けて作動し、燃料タンク120からの燃料を吸入して昇圧する。高圧燃料ポンプ84は、昇圧して高圧となった燃料を、燃料配管83から燃料レール82に供給する。高圧燃料ポンプ84の作動は、ECU100により制御される。   The high-pressure fuel pump 84 operates by receiving mechanical power from a camshaft (not shown) of the diesel engine 10 and sucks fuel from the fuel tank 120 to increase the pressure. The high-pressure fuel pump 84 supplies the fuel that has been pressurized to a high pressure from the fuel pipe 83 to the fuel rail 82. The operation of the high pressure fuel pump 84 is controlled by the ECU 100.

燃料レール82は、内部に燃料を所定の燃圧で蓄圧可能に構成されている。燃料レール82は、各燃料噴射装置80に燃料を分配して供給する。燃料レール82には、高圧燃料ポンプ84から高圧(例えば、180MPa)の燃料が供給されている。   The fuel rail 82 is configured to be capable of accumulating fuel at a predetermined fuel pressure. The fuel rail 82 distributes and supplies fuel to each fuel injector 80. High pressure (for example, 180 MPa) fuel is supplied to the fuel rail 82 from the high pressure fuel pump 84.

各燃料噴射装置80は、共通の燃料レール82から所定の燃圧で燃料の供給を受けている。燃料噴射装置80は、ピエゾ駆動式の燃料噴射弁で構成されており、1サイクル中に複数回の燃料噴射を行う、いわゆる多段噴射を行うことが可能なものとなっている。各サイクルにおける燃料噴射装置80の噴射期間、すなわち噴射時期及び噴射時間長さ(開弁時間)は、図示しないドライバユニットを介して、ECU100により制御される。   Each fuel injection device 80 is supplied with fuel at a predetermined fuel pressure from a common fuel rail 82. The fuel injection device 80 is constituted by a piezo drive type fuel injection valve, and can perform so-called multistage injection, in which fuel is injected a plurality of times in one cycle. The injection period of the fuel injection device 80 in each cycle, that is, the injection timing and the injection time length (valve opening time) are controlled by the ECU 100 via a driver unit (not shown).

燃料噴射装置80からの噴射燃料は、後述する排気燃料添加弁88に比べて高い燃圧で噴射されており、排気燃料添加弁88から噴射(添加)された燃料に比べて微粒化されている。加えて、燃料噴射装置80からの噴射燃料は、気筒内に形成された高温の雰囲気に噴射されて大部分が燃焼するため、気筒から排出される排出ガスに含まれているHCは、十分に気化している。つまり、燃料噴射装置80からの燃料は、十分に気化した状態で排気浄化触媒55に流入することができる。   The fuel injected from the fuel injection device 80 is injected at a fuel pressure higher than that of an exhaust fuel addition valve 88, which will be described later, and is atomized compared to the fuel injected (added) from the exhaust fuel addition valve 88. In addition, most of the injected fuel from the fuel injection device 80 is injected into a high-temperature atmosphere formed in the cylinder and burns. Therefore, the HC contained in the exhaust gas discharged from the cylinder is sufficiently high. It is evaporating. That is, the fuel from the fuel injection device 80 can flow into the exhaust purification catalyst 55 in a sufficiently vaporized state.

また、ディーゼル機関10には、気筒内に燃料を供給する燃料噴射装置80とは別に、排気通路に燃料を添加する排気燃料添加弁88が設けられている。排気燃料添加弁88は、電磁駆動式の燃料噴射弁で構成されており、高圧燃料ポンプ84から燃料配管86を介して、所定の燃圧(例えば、1MPa)で燃料の供給を受けている。   The diesel engine 10 is provided with an exhaust fuel addition valve 88 that adds fuel to the exhaust passage, in addition to the fuel injection device 80 that supplies fuel into the cylinder. The exhaust fuel addition valve 88 is constituted by an electromagnetically driven fuel injection valve, and is supplied with fuel at a predetermined fuel pressure (for example, 1 MPa) from a high-pressure fuel pump 84 through a fuel pipe 86.

排気燃料添加弁88は、ディーゼル機関10に複数ある気筒のうち、排気ポート26からタービン64までの排気経路が最も短い気筒の排気ポート26近傍に設けられている。排気燃料添加弁88は、排気ポート26内に露出している噴孔から合流部50cに向けて燃料を噴射することで、排気通路を流れる気筒からの排出ガスに燃料を添加することが可能となっている。   The exhaust fuel addition valve 88 is provided in the vicinity of the exhaust port 26 of the cylinder having the shortest exhaust path from the exhaust port 26 to the turbine 64 among a plurality of cylinders in the diesel engine 10. The exhaust fuel addition valve 88 can add fuel to the exhaust gas from the cylinder flowing through the exhaust passage by injecting fuel from the nozzle hole exposed in the exhaust port 26 toward the junction 50c. It has become.

このように、排気通路に燃料を噴射する排気燃料添加弁88は、気筒内に燃料を噴射する燃料噴射装置80に比べて低い燃圧で燃料を噴射することとなる。すなわち、排気燃料添加弁88から排気通路に噴射(添加)された燃料は、燃料噴射装置80に比べて低い燃圧で噴射されているため、燃料噴射装置80から噴射された燃料に比べてあまり微粒化されていない。加えて、排気燃料添加弁88からの燃料は、気筒内に比べて低温な排気通路に添加されるため、燃料噴射装置80からの燃料に比べれば、十分に気化することが困難である。つまり、排気燃料添加弁88からの燃料は、排出ガスの温度によっては、十分に気化していない状態で、排気浄化触媒55に流入する場合がある。   Thus, the exhaust fuel addition valve 88 that injects fuel into the exhaust passage injects fuel at a lower fuel pressure than the fuel injection device 80 that injects fuel into the cylinder. That is, the fuel injected (added) from the exhaust fuel addition valve 88 into the exhaust passage is injected at a fuel pressure lower than that of the fuel injection device 80, so that it is much finer than the fuel injected from the fuel injection device 80. It has not been converted. In addition, since the fuel from the exhaust fuel addition valve 88 is added to the exhaust passage having a temperature lower than that in the cylinder, it is difficult to sufficiently vaporize the fuel from the fuel injection device 80. That is, depending on the temperature of the exhaust gas, the fuel from the exhaust fuel addition valve 88 may flow into the exhaust purification catalyst 55 without being sufficiently vaporized.

以上に説明したディーゼル機関10を含む車両システム1には、給油された燃料を貯蔵する燃料タンク120内に、低圧燃料ポンプ122が設けられており、上述の高圧燃料ポンプ84に向けて燃料を圧送している。低圧燃料ポンプ122からの燃料は、燃料フィルタ124で不純物を濾過されて、高圧燃料ポンプ84に供給される。   In the vehicle system 1 including the diesel engine 10 described above, the low-pressure fuel pump 122 is provided in the fuel tank 120 for storing the refueled fuel, and the fuel is pumped toward the high-pressure fuel pump 84 described above. is doing. The fuel from the low pressure fuel pump 122 is filtered for impurities by the fuel filter 124 and supplied to the high pressure fuel pump 84.

また、車両システム1には、運転者によるアクセルペダルの操作量を検出するアクセルペダルポジションセンサ102が設けられている。アクセルペダルポジションセンサ102は、検出したアクセルペダルの操作量(以下、アクセル操作量と記す)に係る信号を、ECU100に送出している。   The vehicle system 1 is also provided with an accelerator pedal position sensor 102 that detects the amount of operation of the accelerator pedal by the driver. The accelerator pedal position sensor 102 sends a signal related to the detected accelerator pedal operation amount (hereinafter referred to as accelerator operation amount) to the ECU 100.

以上のように構成された車両システム1において、ECU100は、クランク角センサからのクランク角に係る信号と、エアフロメータからの吸入空気量(新気量)に係る信号と、アクセルペダルポジションセンサ102からのアクセル操作量に係る信号と、A/Fセンサ98から、排気浄化触媒55を通過後(酸化触媒58流入前)の排出ガス中の酸素濃度に係る信号を検出している。   In the vehicle system 1 configured as described above, the ECU 100 receives a signal related to the crank angle from the crank angle sensor, a signal related to the intake air amount (fresh air amount) from the air flow meter, and the accelerator pedal position sensor 102. A signal related to the accelerator operation amount and a signal related to the oxygen concentration in the exhaust gas after passing through the exhaust purification catalyst 55 (before inflow of the oxidation catalyst 58) are detected from the A / F sensor 98.

これら信号に基づいて、ECU100は、各種制御変数を算出している。制御変数には、クランク軸の回転角位置(以下、クランク角と記す)、クランク軸の回転速度(以下、機関回転速度と記す)、ディーゼル機関10がクランク軸から出力している機械的動力(以下、機関負荷と記す)、アクセル操作量、吸入空気量、及び排気浄化触媒55を通過後であり、且つ酸化触媒58流入前の排出ガス中に含まれる酸素濃度などがある。   Based on these signals, the ECU 100 calculates various control variables. The control variables include the rotational angle position of the crankshaft (hereinafter referred to as the crank angle), the rotational speed of the crankshaft (hereinafter referred to as the engine rotational speed), and the mechanical power output from the crankshaft by the diesel engine 10 ( (Hereinafter referred to as engine load), accelerator operation amount, intake air amount, and oxygen concentration contained in exhaust gas after passing through the exhaust purification catalyst 55 and before flowing into the oxidation catalyst 58.

ECU100は、これら制御変数から把握されるディーゼル機関10の運転状態に基づいて、燃料噴射装置80の燃料噴射量、スロットル弁46の開度、及びEGR弁77の開度を決定し、それぞれ制御することが可能となっている。   The ECU 100 determines and controls the fuel injection amount of the fuel injection device 80, the opening degree of the throttle valve 46, and the opening degree of the EGR valve 77 based on the operating state of the diesel engine 10 ascertained from these control variables. It is possible.

ディーゼル機関10において、ECU100は、出力発生を主目的として圧縮上死点近傍において行われ、気筒内で燃料を拡散燃焼させる燃料噴射(以下、メイン噴射と記す)を、燃料噴射装置80に行わせることが可能となっている。   In the diesel engine 10, the ECU 100 causes the fuel injection device 80 to perform fuel injection (hereinafter referred to as “main injection”) that is performed near the compression top dead center for the purpose of generating output and diffuses and burns fuel in the cylinder. It is possible.

また、ECU100は、スモークやすす等のPMや燃焼騒音の低減を主目的として、メイン噴射に対して進角した時期(例えば、圧縮上死点前70°CA)に行われ、気筒内で燃料を予混合燃焼させる燃料噴射(以下、パイロット噴射と記す)を、燃料噴射装置80に行わせることが可能となっている。   In addition, the ECU 100 is performed at a time (for example, 70 ° CA before compression top dead center) at which the lead angle is advanced with respect to the main injection mainly for the purpose of reducing PM such as smoke and soot and combustion noise. It is possible to cause the fuel injection device 80 to perform fuel injection (hereinafter referred to as pilot injection) for premixed combustion of the fuel.

また、ECU100は、メイン噴射により発生したPMを減少させることを主目的として、メイン噴射に対して遅角した時期、詳細には、メイン噴射後の近接した時期(例えば、メイン噴射終了後から0.7msec後)に行われ、メイン噴射により生じた拡散燃焼(後期)を活発化させる燃料噴射(以下、アフタ噴射と記す)を、燃料噴射装置80に行わせることが可能となっている。   Further, the ECU 100 mainly aims at reducing the PM generated by the main injection, the timing retarded with respect to the main injection, specifically, the close timing after the main injection (for example, 0 after the main injection ends). The fuel injection device 80 can perform fuel injection (hereinafter referred to as after-injection) that activates diffusion combustion (later stage) generated by the main injection.

また、ECU100は、排出ガスの昇温や、排気浄化触媒への還元雰囲気の供給を主目的として、メイン噴射に対して大きく遅角した時期(例えば、圧縮上死点後40°CA)に行われ、気筒からの排出ガス中に含まれるHCを増大させる燃料噴射(以下、ポスト噴射と記す)を、燃料噴射装置80に行わせることが可能となっている。   In addition, the ECU 100 performs a major delay with respect to the main injection (for example, 40 ° CA after compression top dead center) mainly for the purpose of raising exhaust gas temperature and supplying a reducing atmosphere to the exhaust purification catalyst. In other words, it is possible to cause the fuel injection device 80 to perform fuel injection (hereinafter referred to as post-injection) that increases HC contained in the exhaust gas from the cylinder.

また、ECU100は、燃料噴射装置80を制御して、パイロット噴射及びメイン噴射を行わせることで、吸入空気量に対して理論空燃比分の燃料量を、気筒内に供給して燃焼させることができる。気筒内における理論空燃比での燃焼を、以下、「ストイキ燃焼」と記し、気筒内においてストイキ燃焼を行うために、ECU100が実行する燃料噴射装置80の制御を「ストイキ燃焼制御」と記す。ストイキ燃焼を行うことで、気筒内に流入した空気中の酸素は、ほぼ全てが燃料との酸化反応に用いられることとなり、気筒内の既燃ガスに酸素をほとんど含まない状態を作り出すことが可能となっている。   Further, the ECU 100 controls the fuel injection device 80 to perform pilot injection and main injection, thereby supplying the fuel amount corresponding to the theoretical air-fuel ratio to the intake air amount into the cylinder for combustion. it can. Hereinafter, the combustion at the stoichiometric air-fuel ratio in the cylinder is referred to as “stoichiometric combustion”, and the control of the fuel injection device 80 executed by the ECU 100 to perform the stoichiometric combustion in the cylinder is referred to as “stoichiometric combustion control”. By performing stoichiometric combustion, almost all the oxygen in the air that flows into the cylinder is used for the oxidation reaction with the fuel, and it is possible to create a state in which almost no oxygen is contained in the burned gas in the cylinder It has become.

さらに、ECU100は、上述のストイキ燃焼を行わせた後、メイン噴射に対して遅角した時期(クランク角)において、燃料噴射装置80にポスト噴射を行わせて、酸素をほとんど含まない既燃ガスに燃料を供給することで、気筒からの排出ガス中に、還元剤としての未燃の炭化水素(HC)を含ませて、十分に気化された状態で排気浄化触媒に供給することが可能となっている。   Further, the ECU 100 causes the fuel injection device 80 to perform post-injection at a time (crank angle) delayed from the main injection after performing the stoichiometric combustion described above, and burned gas containing almost no oxygen. By supplying fuel to the exhaust gas, it is possible to supply unburned hydrocarbon (HC) as a reducing agent in the exhaust gas from the cylinder and supply it to the exhaust purification catalyst in a sufficiently vaporized state. It has become.

このようにして、ECU100は、メイン噴射と、メイン噴射に対して進角した時期において行われる燃料噴射、例えばパイロット噴射を燃料噴射装置80に行わせることで、気筒内に理論空燃比分の燃料を供給して、ディーゼル機関10にストイキ燃焼を行わせて、気筒内に酸素をほとんど含まない状態を作り出すことが可能となっている。   In this way, the ECU 100 causes the fuel injection device 80 to perform main injection and fuel injection performed at a timing advanced with respect to the main injection, for example, pilot injection. To cause the diesel engine 10 to perform stoichiometric combustion to create a state in which almost no oxygen is contained in the cylinder.

さらに、ECU100は、メイン噴射に対して遅角した時期において行われる燃料噴射、例えばポスト噴射を燃料噴射装置80に行わせることで、気筒内の酸素をほとんど含まない燃焼ガスに燃料を供給して、還元剤としてのHCを、十分に気化させた状態で排気浄化触媒に供給することが可能となっている。このように、ディーゼル機関10においては、ECU100が燃料噴射装置80を制御することで、排気浄化触媒55において、瞬間的に、極短時間(例えば、約200msec位の時間長さ)の還元雰囲気を形成することが可能となっている。   Further, the ECU 100 causes the fuel injection device 80 to perform fuel injection performed at a time retarded with respect to the main injection, for example, post injection, thereby supplying fuel to the combustion gas containing almost no oxygen in the cylinder. HC as a reducing agent can be supplied to the exhaust purification catalyst in a sufficiently vaporized state. In this way, in the diesel engine 10, the ECU 100 controls the fuel injection device 80, so that the exhaust purification catalyst 55 instantaneously creates a reducing atmosphere for a very short time (for example, a time length of about 200 msec). It is possible to form.

また、ECU100は、排気燃料添加弁88を制御して、排気通路に燃料を添加(噴射)することで、気筒からの排出ガス中に燃料を供給し、還元剤としてのHCを、気化させた状態で排気浄化触媒に供給することが可能となっている。このように、ディーゼル機関10においては、ECU100が排気燃料添加弁88を制御することで、燃料噴射装置80と同様に、排気浄化触媒において、瞬間的に還元雰囲気を形成することが可能となっている。   Further, the ECU 100 controls the exhaust fuel addition valve 88 to add (inject) fuel to the exhaust passage, thereby supplying fuel into the exhaust gas from the cylinder and vaporizing HC as a reducing agent. In this state, it can be supplied to the exhaust purification catalyst. Thus, in the diesel engine 10, the ECU 100 controls the exhaust fuel addition valve 88, so that a reducing atmosphere can be instantaneously formed in the exhaust purification catalyst as in the fuel injection device 80. Yes.

このように、ECU100は、燃料噴射装置80及び排気燃料添加弁88を制御することで、燃料噴射装置80からの燃料、又は排気燃料添加弁88からの燃料により、還元剤の供給を必要とする排気浄化触媒55(NOx吸蔵還元型触媒55a及びDPNR触媒システム55c)において、瞬間的に還元雰囲気を形成することが可能となっている。このような還元雰囲気が与えられることで、排気浄化触媒55に吸蔵された窒素酸化物を窒素に還元することができる。このように、排気浄化触媒55において還元雰囲気を形成するために、ECU100が実行する、燃料噴射装置80及び排気燃料添加弁88の制御を、以下の説明において「リッチスパイク制御」と記す。   As described above, the ECU 100 controls the fuel injection device 80 and the exhaust fuel addition valve 88 so that the reducing agent needs to be supplied by the fuel from the fuel injection device 80 or the fuel from the exhaust fuel addition valve 88. In the exhaust purification catalyst 55 (NOx occlusion reduction catalyst 55a and DPNR catalyst system 55c), it is possible to instantaneously form a reducing atmosphere. By providing such a reducing atmosphere, the nitrogen oxides stored in the exhaust purification catalyst 55 can be reduced to nitrogen. In this way, the control of the fuel injection device 80 and the exhaust fuel addition valve 88 executed by the ECU 100 to form a reducing atmosphere in the exhaust purification catalyst 55 will be referred to as “rich spike control” in the following description.

ところで、燃料タンク120には、鉱物資源である原油を分留して作られたディーゼル燃料(以下、軽油と記す)だけでなく、生物由来の有機性資源(例えば、植物油)を原料として作られたディーゼル燃料(以下、バイオ燃料と記す)が、所定の濃度で混合されて給油されることがある。なお、「バイオ燃料」は、菜種油やパーム油等の植物油を、メタノール等と反応させてエステル化した脂肪酸メチルエステル(FAME)等で構成されている。   By the way, the fuel tank 120 is made using not only diesel fuel (hereinafter referred to as light oil) produced by fractionating crude oil, which is a mineral resource, but also biological organic resources (for example, vegetable oil). Diesel fuel (hereinafter referred to as biofuel) may be mixed and supplied at a predetermined concentration. The “biofuel” is composed of fatty acid methyl ester (FAME) or the like obtained by esterifying vegetable oil such as rapeseed oil or palm oil with methanol or the like.

バイオ燃料は、軽油に比べて高沸点成分を多く含んでおり、気化しにくいという特徴を有している。また、バイオ燃料は、軽油に比べて動粘度が高いため、排気燃料添加弁88から噴射された燃料が微粒化しにくい。また、バイオ燃料は、軽油とは異なり、燃料を構成する分子中に酸素(含酸素化合物)を含んでいるため、この酸素により燃料の燃焼が促進され、すす等の粒子状物質(PM)の排出量が減少するという特徴がある。   Biofuel has a feature that it contains more high-boiling components than light oil and is difficult to vaporize. In addition, since biofuel has a higher kinematic viscosity than light oil, the fuel injected from the exhaust fuel addition valve 88 is difficult to atomize. In addition, unlike light oil, biofuel contains oxygen (oxygen-containing compounds) in the molecules that make up the fuel. This oxygen promotes the combustion of fuel, and soot and other particulate matter (PM) It is characterized by a reduction in emissions.

このため、気筒内に直接、燃料を噴射可能な燃料噴射装置80に加え、排気通路のうち排気浄化触媒55より上流側から燃料を添加可能な排気燃料添加弁88を備えたディーゼル機関10においては、軽油とバイオ燃料が混合された燃料(混合燃料)が用いられた場合、気筒から排出される排出ガス中に含まれる「すす」の量や、排気燃料添加弁88により燃料添加を行った場合において排気浄化触媒55を通過した後の排出ガスに含まれる「すす」の量は、バイオ燃料の濃度(以下、バイオ燃料濃度Cbioと記す)に応じて変化することとなる。以下に、図2を用いて説明する。   For this reason, in the diesel engine 10 provided with the exhaust fuel addition valve 88 capable of adding fuel from the upstream side of the exhaust purification catalyst 55 in the exhaust passage in addition to the fuel injection device 80 that can inject fuel directly into the cylinder. When fuel mixed with light oil and biofuel (mixed fuel) is used, the amount of “soot” contained in the exhaust gas discharged from the cylinder, or when fuel is added by the exhaust fuel addition valve 88 The amount of “soot” contained in the exhaust gas after passing through the exhaust purification catalyst 55 varies depending on the biofuel concentration (hereinafter referred to as biofuel concentration Cbio). This will be described below with reference to FIG.

図2は、燃料として軽油のみが用いられた場合(0%)を基準とする、バイオ燃料濃度Cbioの変化による「すす」の増減率を示す図である。図2において、「●」は、気筒から排出された排出ガス、すなわち排気浄化触媒に流入する前の排出ガス中に含まれる「すす」の増減率を示しており、「◇」は、排気燃料添加弁88により燃料添加を行った場合における、排気浄化触媒55を通過した後の排出ガスに含まれる「すす」の増減率を示している。なお、図2において、バイオ燃料には、菜種油をメタノールと反応させてエステル化した菜種油メチルエステルと所定の性状の軽油との混合燃料が用いられており、混合燃料中における菜種油メチルエステルの濃度を、図にバイオ燃料濃度Cbioと記している。   FIG. 2 is a graph showing the increase / decrease rate of “soot” due to a change in the biofuel concentration Cbio based on the case where only light oil is used as the fuel (0%). In FIG. 2, “●” indicates the increase / decrease rate of “soot” contained in the exhaust gas discharged from the cylinder, that is, the exhaust gas before flowing into the exhaust purification catalyst, and “◇” indicates the exhaust fuel The increase / decrease rate of the soot contained in the exhaust gas after passing through the exhaust purification catalyst 55 when fuel is added by the addition valve 88 is shown. In FIG. 2, the biofuel is a mixed fuel of rapeseed oil methyl ester obtained by reacting rapeseed oil with methanol and light oil having a predetermined property, and the concentration of rapeseed oil methyl ester in the mixed fuel is determined. The figure indicates the biofuel concentration Cbio.

図2において、バイオ燃料濃度Cbioがゼロである、すなわち燃料として所定の軽油のみが用いられた場合における、すすの量を0%で示している。バイオ燃料濃度Cbioが、ゼロから30%に増大すると、バイオ燃料濃度Cbioが高くなるに従って、排気浄化触媒55に流入する前、排気浄化触媒55を通過した後の双方ともに、排出ガス中のすす量が減少する。これは、バイオ燃料濃度Cbioが高くなるに従って、燃料が微粒化及び気化しにくくなるものの、燃料中の含酸素化合物の濃度が高くなることで燃料の燃焼(酸化)が促進されて、排出ガス中に含まれるすすの量が減少するためと考えられる。特に、バイオ燃料濃度Cbioが30%の場合、排気燃料添加弁88により燃料添加を行った場合における、排気浄化触媒55通過後の排出ガス中に含まれるすすの量は、燃料として軽油のみを用いた場合(0%)に比べて、マイナス40%と大きく減少している。   In FIG. 2, the amount of soot in the case where the biofuel concentration Cbio is zero, that is, when only a predetermined light oil is used as the fuel, is shown as 0%. When the biofuel concentration Cbio increases from zero to 30%, the amount of soot in the exhaust gas both before flowing into the exhaust purification catalyst 55 and after passing through the exhaust purification catalyst 55 as the biofuel concentration Cbio increases. Decrease. This is because, as the biofuel concentration Cbio increases, the fuel becomes more difficult to atomize and vaporize, but the concentration of oxygenated compounds in the fuel increases, so that the combustion (oxidation) of the fuel is promoted and the exhaust gas This is thought to be due to a decrease in the amount of soot contained in. In particular, when the biofuel concentration Cbio is 30%, the amount of soot contained in the exhaust gas after passing through the exhaust purification catalyst 55 when fuel is added by the exhaust fuel addition valve 88 uses only light oil as fuel. Compared to the case of 0% (0%), it is greatly reduced to minus 40%.

そして、バイオ燃料濃度Cbioが30%から100%に増大すると、排気燃料添加弁88により燃料添加を行った場合における、排気浄化触媒55通過後の排出ガス中に含まれるすすの量は、燃料として軽油のみを用いた場合(0%)に比べて大きく増大して、増減率は170%となる。これは、バイオ燃料濃度Cbioが30%から高くなるに従って、燃料中の含酸素成分の濃度が高くなることによる燃焼促進効果を、排気燃料添加弁88からの燃料の微粒化及び気化が悪化する影響が上回ることとなり、排出ガス中に含まれるすすの量が増大するためと考えられる。   When the biofuel concentration Cbio increases from 30% to 100%, the amount of soot contained in the exhaust gas after passing through the exhaust purification catalyst 55 when fuel is added by the exhaust fuel addition valve 88 is as fuel. Compared with the case where only light oil is used (0%), the increase / decrease rate is 170%. This is because, as the biofuel concentration Cbio increases from 30%, the combustion promoting effect due to the increase in the concentration of oxygen-containing components in the fuel is affected by the deterioration of fuel atomization and vaporization from the exhaust fuel addition valve 88. This is considered to be because the amount of soot contained in the exhaust gas increases.

これに対して、気筒から排出され、排気浄化触媒流入前の排出ガス中に含まれる「すす」の量、すなわち排気燃料添加弁88による燃料添加の影響を受けていない排出ガス中のすすの量は、バイオ燃料濃度Cbioが30%から100%に増大しても、さらに減少しており、バイオ燃料濃度Cbioが100%の場合においても、燃料として軽油のみを用いた場合(0%)に比べて、増減率は−60%と減少している。これは、バイオ燃料濃度Cbioの増大により、燃料としては微粒化及び気化がしにくくても、燃料噴射装置80からの燃料は、気筒内に形成された高温の雰囲気に噴射されて大部分が燃焼して気筒から排出されるため、気筒からの排出ガスに含まれているHCは十分に気化すると共に、燃料中の酸素(含酸素化合物)により燃焼が促進されるため、気筒からの排出ガス中に含まれるすすの量が減少するものと考えられる。   On the other hand, the amount of “soot” discharged from the cylinder and contained in the exhaust gas before flowing into the exhaust purification catalyst, that is, the amount of soot in the exhaust gas not affected by the fuel addition by the exhaust fuel addition valve 88 Even if the biofuel concentration Cbio is increased from 30% to 100%, it further decreases. Even when the biofuel concentration Cbio is 100%, compared with the case where only light oil is used as the fuel (0%) Therefore, the rate of change is -60%. This is because the fuel from the fuel injection device 80 is injected into the high-temperature atmosphere formed in the cylinder and burned mostly even though it is difficult to atomize and vaporize the fuel due to the increase in the biofuel concentration Cbio. Since the HC contained in the exhaust gas from the cylinder is sufficiently vaporized and combustion is promoted by oxygen (oxygen-containing compound) in the fuel, the exhaust gas from the cylinder It is thought that the amount of soot contained in is reduced.

以上のように、排気燃料添加弁88による燃料添加を行うと、バイオ燃料濃度Cbioが所定値より高い場合には排気浄化触媒55通過後の排出ガス中に含まれるすすの量が増大してしまうという問題が生じる。また、気筒から排出され、排気浄化触媒55に流入する前の(排気燃料添加弁88からの添加燃料の影響を受けない)排出ガスに含まれるすすの量は、バイオ燃料濃度Cbioが増大するに従って減少する傾向があるため、バイオ燃料濃度Cbioが高い場合には、この傾向に応じて燃料噴射装置80及び排気燃料添加弁88を制御することで、すすの発生量を抑制したいという要望もある。   As described above, when fuel is added by the exhaust fuel addition valve 88, when the biofuel concentration Cbio is higher than a predetermined value, the amount of soot contained in the exhaust gas after passing through the exhaust purification catalyst 55 increases. The problem arises. Further, the amount of soot contained in the exhaust gas before being discharged from the cylinder and flowing into the exhaust purification catalyst 55 (not affected by the added fuel from the exhaust fuel addition valve 88) increases as the biofuel concentration Cbio increases. Since there is a tendency to decrease, when the biofuel concentration Cbio is high, there is also a desire to control the amount of soot by controlling the fuel injection device 80 and the exhaust fuel addition valve 88 according to this tendency.

そこで、推定されたバイオ燃料濃度Cbioが予め定められた所定濃度を上回る場合には、排気燃料添加弁88からの燃料添加を休止(停止)して、燃料噴射装置80からの燃料により、排気浄化触媒55に還元雰囲気を形成することが検討されている。これにより、排気浄化触媒55において還元雰囲気を形成しつつ、排出ガス中に生成するすすの量を抑制することができる。この場合に、排気燃料添加弁88からの燃料添加を休止することにより、すすの発生が抑制されるものの、以下に説明するように、燃料添加の休止期間によっては排気燃料添加弁88の噴孔詰まりを起こす場合がある。   Therefore, when the estimated biofuel concentration Cbio exceeds a predetermined concentration, fuel addition from the exhaust fuel addition valve 88 is stopped (stopped), and exhaust purification is performed with fuel from the fuel injection device 80. It has been studied to form a reducing atmosphere in the catalyst 55. Thereby, the amount of soot generated in the exhaust gas can be suppressed while forming a reducing atmosphere in the exhaust purification catalyst 55. In this case, the generation of soot is suppressed by stopping the fuel addition from the exhaust fuel addition valve 88. However, as will be described below, the nozzle hole of the exhaust fuel addition valve 88 may be used depending on the fuel addition stop period. It may cause clogging.

排気燃料添加弁88は、高温の排出ガスにさらされるため、排気燃料添加弁88による燃料添加を休止する期間が長くなると、排気燃料添加弁88の先端部に残留している燃料が蒸し焼き状態となり、すすを生成して噴孔詰まりを起こす可能性がある。このため、本実施形態では、燃料添加制御のための燃料の噴射を燃料噴射装置80による燃料の噴射と排気燃料添加弁88による燃料の噴射とに分けて行うことで排気燃料添加弁88の温度上昇を抑制する。   Since the exhaust fuel addition valve 88 is exposed to high-temperature exhaust gas, if the fuel addition by the exhaust fuel addition valve 88 is stopped for a long period, the fuel remaining at the tip of the exhaust fuel addition valve 88 is steamed. There is a possibility of generating soot and clogging the nozzle hole. For this reason, in this embodiment, the fuel injection for fuel addition control is divided into the fuel injection by the fuel injection device 80 and the fuel injection by the exhaust fuel addition valve 88, thereby performing the temperature of the exhaust fuel addition valve 88. Suppresses the rise.

より具体的には、排気浄化触媒55に還元雰囲気を形成する際に、燃料添加制御のための燃料の噴射を主として燃料噴射装置80に行わせ、排気燃料添加弁88の燃料添加を休止する期間が予め定められた所定期間を超える場合には、燃料噴射装置80からの燃料に代えて排気燃料添加弁88からの燃料により排出ガスへの燃料添加を行う。燃料添加制御のための燃料の噴射を主として燃料噴射装置80に行わせることにより、すすの発生を十分に抑制することができる。これに加えて、上記所定期間が経過するごとに排気燃料添加弁88による燃料の噴射を行うことにより、排気燃料添加弁88を冷却して温度上昇を抑制し、排気燃料添加弁88の噴孔詰まりの発生を抑制することができる。   More specifically, when the reducing atmosphere is formed in the exhaust purification catalyst 55, the fuel injection device 80 mainly performs fuel injection for fuel addition control, and the fuel addition of the exhaust fuel addition valve 88 is suspended. Is longer than a predetermined period, the fuel is added to the exhaust gas by the fuel from the exhaust fuel addition valve 88 instead of the fuel from the fuel injection device 80. By causing the fuel injection device 80 to mainly perform fuel injection for fuel addition control, soot generation can be sufficiently suppressed. In addition, the fuel injection by the exhaust fuel addition valve 88 is performed every time the predetermined period elapses, thereby cooling the exhaust fuel addition valve 88 and suppressing the temperature rise. Occurrence of clogging can be suppressed.

以下に、図1〜図6を用いて本実施形態の動作について説明する。図3は、ECU100が実行する排気浄化触媒55に還元雰囲気を形成するための燃料添加制御(リッチスパイク制御)のフローチャートである。図4は、リッチスパイク制御における燃料の噴射パターンを説明する図である。図5は、バイオ燃料濃度Cbioが高濃度である場合のリッチスパイク制御における燃料噴射装置及び排気燃料添加弁の燃料の噴射制御について説明するための図である。図6は、ディーゼル機関の運転領域におけるストイキ燃焼可能領域を示す図である。   The operation of this embodiment will be described below with reference to FIGS. FIG. 3 is a flowchart of fuel addition control (rich spike control) for forming a reducing atmosphere in the exhaust purification catalyst 55 executed by the ECU 100. FIG. 4 is a diagram for explaining a fuel injection pattern in the rich spike control. FIG. 5 is a diagram for explaining the fuel injection control of the fuel injection device and the exhaust fuel addition valve in the rich spike control when the biofuel concentration Cbio is high. FIG. 6 is a diagram showing a stoichiometric combustible region in the operation region of the diesel engine.

図1に示すように、本実施形態に係るディーゼル機関10において、燃料タンク120からの燃料を高圧燃料ポンプ84に送る燃料配管126の途中には、ディーゼル機関10に供給される燃料のバイオ燃料濃度Cbioを検出又は推定するバイオ燃料濃度センサ(検出推定手段)128が設けられている。   As shown in FIG. 1, in the diesel engine 10 according to the present embodiment, the biofuel concentration of the fuel supplied to the diesel engine 10 is in the middle of the fuel pipe 126 that sends the fuel from the fuel tank 120 to the high-pressure fuel pump 84. A biofuel concentration sensor (detection estimation means) 128 for detecting or estimating Cbio is provided.

バイオ燃料濃度センサ128は、光学式のセンサであり、燃料における特定の波長帯の光の吸収率を計測する。赤外線に近い特定の波長帯の光の吸収率と、酸素を含んだ炭化水素(脂肪酸)の濃度との間には、相関関係があることが知られており、これを利用して、計測された光の吸収率からバイオ燃料濃度Cbioを推定することが可能となっている。バイオ燃料濃度センサ128は、検出したバイオ燃料濃度Cbioに係る信号をECU100に送出している。なお、バイオ燃料濃度センサ128は、燃料タンク120内に設けられるものとしても良い。   The biofuel concentration sensor 128 is an optical sensor and measures the light absorption rate of a specific wavelength band in the fuel. It is known that there is a correlation between the absorption rate of light in a specific wavelength band close to infrared and the concentration of oxygen-containing hydrocarbons (fatty acids). It is possible to estimate the biofuel concentration Cbio from the absorption rate of light. The biofuel concentration sensor 128 sends a signal related to the detected biofuel concentration Cbio to the ECU 100. The biofuel concentration sensor 128 may be provided in the fuel tank 120.

ECU100は、バイオ燃料濃度センサ128からのバイオ燃料濃度Cbioに係る信号を検出し、この信号に基づいてバイオ燃料濃度Cbioを推定して、制御変数として取得する。つまり、ECU100は、ディーゼル機関10に供給される燃料中のバイオ燃料濃度Cbioを推定する機能を有している。   The ECU 100 detects a signal related to the biofuel concentration Cbio from the biofuel concentration sensor 128, estimates the biofuel concentration Cbio based on this signal, and acquires it as a control variable. That is, the ECU 100 has a function of estimating the biofuel concentration Cbio in the fuel supplied to the diesel engine 10.

なお、バイオ燃料濃度Cbioを推定する手法は、上述のように、バイオ燃料濃度センサ128が、ディーゼル機関10に供給される燃料から、直接、バイオ燃料濃度Cbioに係る燃料性状情報を検出して、ECU100がバイオ燃料濃度Cbioを推定する手法に限定されるものではない。例えば、ディーゼル機関10の所定の運転状態において、燃料として軽油のみが用いられた場合と同様に、燃料噴射装置80等の燃料供給系部品を作動させ、このとき、A/Fセンサ98から検出された排気通路における排出ガス中の酸素濃度、すなわち排気通路における空燃比の挙動(時間変化)を、ECU100が把握すると共に、予め適合実験等により求められた、燃料として軽油のみが用いられた場合における空燃比の挙動と比較することで、バイオ燃料濃度Cbioを推定することができる。   Note that, as described above, the method for estimating the biofuel concentration Cbio is such that the biofuel concentration sensor 128 directly detects the fuel property information related to the biofuel concentration Cbio from the fuel supplied to the diesel engine 10, The ECU 100 is not limited to the method for estimating the biofuel concentration Cbio. For example, in a predetermined operating state of the diesel engine 10, fuel supply system components such as the fuel injection device 80 are operated in the same manner as when only light oil is used as the fuel, and at this time, detected by the A / F sensor 98. The ECU 100 grasps the oxygen concentration in the exhaust gas in the exhaust passage, that is, the behavior (time change) of the air-fuel ratio in the exhaust passage, and is obtained in the case where only light oil is used as the fuel, which is obtained in advance by a conformance experiment or the like By comparing with the behavior of the air-fuel ratio, the biofuel concentration Cbio can be estimated.

以上のように構成された車両システム1において、ECU100は、還元剤の供給を必要とする排気浄化触媒55において、瞬間的に還元雰囲気を形成するため、以下の「リッチスパイク制御」を実行する。リッチスパイク制御は、ディーゼル機関10の作動時において、ECU100により繰り返し実行されるものである。以下に、図3を参照してリッチスパイク制御について説明する。   In the vehicle system 1 configured as described above, the ECU 100 executes the following “rich spike control” in order to form a reducing atmosphere instantaneously in the exhaust purification catalyst 55 that requires supply of a reducing agent. The rich spike control is repeatedly executed by the ECU 100 when the diesel engine 10 is in operation. Hereinafter, the rich spike control will be described with reference to FIG.

まず、ステップS10では、ECU100により、エンジン回転数(機関回転速度)、アクセル開度(機関負荷)、バイオ燃料濃度Cbio、クランク角、吸入空気量等の各種パラメータを制御変数として取得する。これら制御変数を取得することで、ECU100は、ディーゼル機関10の運転状態を把握している。   First, in step S10, the ECU 100 acquires various parameters such as the engine speed (engine speed), the accelerator opening (engine load), the biofuel concentration Cbio, the crank angle, and the intake air amount as control variables. By acquiring these control variables, the ECU 100 grasps the operating state of the diesel engine 10.

なお、ECU100は、ストイキ燃焼を行わない通常時において、気筒内の空燃比を酸素過剰状態(例えば、空燃比30〜60)に設定して、ディーゼル機関10を作動させている。排気通路を流れる排出ガス中には、酸素が多く含まれており、排気浄化触媒55には、酸素過剰雰囲気(リーン雰囲気)が形成されている。   Note that the ECU 100 operates the diesel engine 10 by setting the air-fuel ratio in the cylinder to an oxygen-excess state (for example, an air-fuel ratio of 30 to 60) during normal times when stoichiometric combustion is not performed. The exhaust gas flowing through the exhaust passage contains a large amount of oxygen, and the exhaust purification catalyst 55 forms an oxygen-excess atmosphere (lean atmosphere).

次に、ステップS20において、ECU100は、排気浄化触媒55において窒素酸化物の還元が必要であるか否かを判定する。詳細には、ECU100は、ディーゼル機関10の運転状態に応じて、気筒から排出される窒素酸化物の時間あたりの排出量を推定し、推定された窒素酸化物の排出量の時間積算値が、排気浄化触媒55すなわちNOx吸蔵還元型触媒55a及びDPNR触媒システム55cの窒素酸化物の吸蔵能力に応じて設定された閾値に達した場合に、排気浄化触媒55において窒素酸化物の還元が必要であると判定することができる。   Next, in step S20, the ECU 100 determines whether or not the exhaust purification catalyst 55 needs to reduce nitrogen oxides. Specifically, the ECU 100 estimates the amount of nitrogen oxides discharged from the cylinder per hour according to the operating state of the diesel engine 10, and the time integrated value of the estimated amount of nitrogen oxide discharged is When the threshold set according to the nitrogen oxide storage capacity of the exhaust purification catalyst 55, that is, the NOx storage reduction catalyst 55a and the DPNR catalyst system 55c is reached, the exhaust purification catalyst 55 needs to reduce the nitrogen oxide. Can be determined.

なお、ディーゼル機関10の運転状態(機関回転速度及び機関負荷)と、窒素酸化物の排出量との関係を示すマップ、及び排気浄化触媒55(NOx吸蔵還元型触媒55a及びDPNR触媒システム55c)における窒素酸化物の吸蔵能力は、予め適合実験等により求められており、制御定数としてECU100のROM(図示せず)に記憶されている。ステップS20の判定の結果、排気浄化触媒55において窒素酸化物の還元が必要であると判定された場合(ステップS20−Y)にはステップS30に進み、そうでない場合(ステップS20−N)には本制御フローは終了される。   In the map showing the relationship between the operating state (engine rotational speed and engine load) of the diesel engine 10 and the emission amount of nitrogen oxides, and the exhaust purification catalyst 55 (NOx storage reduction catalyst 55a and DPNR catalyst system 55c). The storage capacity of nitrogen oxides is obtained in advance by a fitting experiment or the like, and is stored in a ROM (not shown) of the ECU 100 as a control constant. As a result of the determination in step S20, if it is determined that the exhaust purification catalyst 55 needs to reduce nitrogen oxides (step S20-Y), the process proceeds to step S30, and if not (step S20-N). This control flow is terminated.

ステップS30では、ECU100により、制御変数として取得されたバイオ燃料濃度Cbioが、予め設定された判定濃度(所定濃度)C0を上回るか否かが判定される。判定濃度C0は、これを上回るバイオ燃料濃度Cbioの混合燃料が用いられた場合に、排気燃料添加弁88から燃料添加を行うと、排気浄化触媒55通過後の排出ガス中に含まれる「すす」の量が、燃料として軽油のみが用いられた場合に比べて増大するような濃度に設定されている。判定濃度C0は、例えば、80%に設定されている。判定濃度C0は、予め適合実験等により求められており、制御定数としてECU100のROMに記憶されている。ステップS30の判定の結果、バイオ燃料濃度Cbioが、判定濃度C0を上回ると判定された場合(ステップS30−Y)にはステップS40に進み、そうでない場合(ステップS40−N)にはステップS130に進む。   In step S30, the ECU 100 determines whether or not the biofuel concentration Cbio acquired as a control variable exceeds a preset determination concentration (predetermined concentration) C0. The determination concentration C0 is “soot” included in the exhaust gas after passing through the exhaust purification catalyst 55 when fuel is added from the exhaust fuel addition valve 88 when a mixed fuel having a biofuel concentration Cbio exceeding this is used. Is set to a concentration that increases as compared with the case where only light oil is used as the fuel. The determination density C0 is set to 80%, for example. The determination concentration C0 is obtained in advance by a matching experiment or the like, and is stored in the ROM of the ECU 100 as a control constant. As a result of the determination in step S30, if it is determined that the biofuel concentration Cbio exceeds the determination concentration C0 (step S30-Y), the process proceeds to step S40. If not (step S40-N), the process proceeds to step S130. move on.

ステップS40では、ECU100により、ディーゼル機関10の運転状態に応じて、気筒内においてストイキ燃焼が可能であるか否かが判定される。具体的には、ディーゼル機関10の機関回転速度及び機関負荷が、気筒内においてストイキ燃焼を行うことが可能な運転領域(以下、ストイキ燃焼可能領域と記す)にあるか否かが判定される。   In step S40, the ECU 100 determines whether or not stoichiometric combustion is possible in the cylinder according to the operating state of the diesel engine 10. Specifically, it is determined whether or not the engine rotation speed and the engine load of the diesel engine 10 are in an operation region where the stoichiometric combustion can be performed in the cylinder (hereinafter, referred to as a stoichiometric combustion possible region).

「ストイキ燃焼可能領域」とは、ディーゼル機関10において、燃料噴射装置80が、バイオ燃料濃度Cbioが上述の判定濃度C0を上回る燃料であり、且つ吸入空気量に対して理論空燃比分の燃料を気筒内に噴射しても、バイオ燃料中の含酸素成分の燃焼促進効果により、噴射燃料の燃焼が促進されて、すすが生じないような、ディーゼル機関10の運転領域である。図6に示すように、ストイキ燃焼可能領域(図に二点鎖線Tで囲う領域)は、ディーゼル機関10の運転領域(図に実線Aで囲う領域)のうち、機関回転速度が低回転速度側の領域であり、且つ機関負荷が低負荷側の領域に設定されている。なお、ストイキ燃焼可能領域と、それ以外の領域である「ストイキ燃焼不可領域」との境界Tは、予め適合実験等により求められており、制御定数としてECU100のROMに記憶されている。   The “stoichiometric combustion possible region” means that in the diesel engine 10, the fuel injection device 80 is a fuel whose biofuel concentration Cbio exceeds the above-described determination concentration C0, and fuel corresponding to the theoretical air-fuel ratio with respect to the intake air amount. This is an operating region of the diesel engine 10 in which combustion of the injected fuel is promoted by the combustion promoting effect of the oxygen-containing component in the biofuel even if it is injected into the cylinder, and soot is not generated. As shown in FIG. 6, the stoichiometric combustion possible region (region surrounded by a two-dot chain line T in the drawing) is the engine rotation speed side of the diesel engine 10 operating region (region surrounded by the solid line A in the drawing). And the engine load is set to a low load side region. The boundary T between the stoichiometric burnable region and the “stoichiometric non-burnable region”, which is the other region, is obtained in advance by a conformance experiment or the like, and is stored in the ROM of the ECU 100 as a control constant.

ステップS40の判定の結果、ストイキ燃焼が可能であると判定された場合(ステップS40−Y)にはステップS50に進み、そうでない場合(ステップS40−N)には本制御フローは終了される。   As a result of the determination in step S40, if it is determined that stoichiometric combustion is possible (step S40-Y), the process proceeds to step S50, and if not (step S40-N), this control flow ends.

ステップS50では、ECU100により、ストイキ燃焼制御が実行される。ECU100は、ディーゼル機関10においてストイキ燃焼が行われるように燃料噴射装置80による燃料の噴射量(パイロット噴射およびメイン噴射による噴射量)を制御する。   In step S50, the ECU 100 executes stoichiometric combustion control. The ECU 100 controls the fuel injection amount by the fuel injection device 80 (injection amounts by pilot injection and main injection) so that stoichiometric combustion is performed in the diesel engine 10.

次に、ステップS60では、ECU100により、リッチスパイク噴射マップの読み込み、および後述する排気添加休止上限回数Niの読み込みが行われる。ステップS60では、ディーゼル機関10の運転状態に応じて、リッチスパイク制御を行う際の噴射パターンが設定されると共に、リッチスパイク制御における燃料噴射装置80および排気燃料添加弁88の噴射タイミング(それぞれの噴射回数や噴射順序、噴射休止期間等)が設定される。   Next, in step S60, the ECU 100 reads the rich spike injection map and reads the exhaust addition suspension upper limit number Ni described later. In step S60, the injection pattern for performing the rich spike control is set according to the operating state of the diesel engine 10, and the injection timings (respective injections) of the fuel injection device 80 and the exhaust fuel addition valve 88 in the rich spike control are set. The number of times, the order of injection, the injection pause period, etc.) are set.

以下に説明するように、本実施形態では、バイオ燃料濃度Cbioが、判定濃度C0を上回る場合(ステップS30−Y)、リッチスパイクのための燃料の噴射は主として燃料噴射装置80により実行される。その場合に、燃料噴射装置80によるリッチスパイクのための噴射回数が排気添加休止上限回数Niに達した場合には、その次のリッチスパイクのための燃料噴射は燃料噴射装置80に代えて排気燃料添加弁88により行われる。言い換えると、リッチスパイクにおいて排気燃料添加弁88による燃料の噴射を休止した状態が予め定められた所定期間継続した場合には、リッチスパイクにおける燃料の噴射量の一部を燃料噴射装置80に代えて排気燃料添加弁88に噴射させる。排気燃料添加弁88が燃料を噴射することにより、所定期間が経過するごとに燃料の気化熱で排気燃料添加弁88が冷却される。これにより、排気燃料添加弁88の温度が高温となりすぎて噴孔詰まりが発生することを抑制することができる。   As will be described below, in the present embodiment, when the biofuel concentration Cbio exceeds the determination concentration C0 (step S30-Y), fuel injection for the rich spike is mainly executed by the fuel injection device 80. In this case, when the number of injections for the rich spike by the fuel injection device 80 reaches the exhaust addition stop upper limit number Ni, the fuel injection for the next rich spike is replaced with the fuel injection device 80 and the exhaust fuel. This is done by the addition valve 88. In other words, when the state where the fuel injection by the exhaust fuel addition valve 88 is stopped in the rich spike continues for a predetermined period, a part of the fuel injection amount in the rich spike is replaced with the fuel injection device 80. The exhaust fuel addition valve 88 is injected. When the exhaust fuel addition valve 88 injects fuel, the exhaust fuel addition valve 88 is cooled by the heat of vaporization of the fuel every time a predetermined period elapses. Thereby, it is possible to suppress the occurrence of clogging of the injection hole due to the temperature of the exhaust fuel addition valve 88 becoming too high.

まず、リッチスパイクを行う際の噴射パターンについて図4を参照して説明する。ECU100は、目標値として、排気浄化触媒55に到達すべき還元雰囲気の空燃比と、還元雰囲気が形成される時間長さ(図4の符号L参照)と、隣り合う還元雰囲気が形成される時間間隔(図4の符号I参照)と、還元雰囲気を形成する回数を設定する。つまり、排気浄化触媒55において形成されるべき還元雰囲気の目標パターンが設定される。これと共に、ECU100は、ディーゼル機関10の運転状態から現在の空燃比(以下、ベース空燃比と記す)を把握している。本実施形態では、上述したように、リッチスパイクにおけるベース空燃比は、理論空燃比に制御されている。このため、ベース空燃比がリーンとされた状態でリッチスパイクが行われる場合と比較して、リッチスパイクにより生じる出力トルクの段差を小さなものとし、ドライバビリティの低下を抑制することができる。   First, an injection pattern when performing rich spike will be described with reference to FIG. The ECU 100 sets, as target values, the air-fuel ratio of the reducing atmosphere that should reach the exhaust purification catalyst 55, the length of time during which the reducing atmosphere is formed (see symbol L in FIG. 4), and the time during which the adjacent reducing atmosphere is formed. An interval (see reference numeral I in FIG. 4) and the number of times the reducing atmosphere is formed are set. That is, a target pattern of a reducing atmosphere to be formed in the exhaust purification catalyst 55 is set. At the same time, the ECU 100 grasps the current air-fuel ratio (hereinafter referred to as a base air-fuel ratio) from the operating state of the diesel engine 10. In the present embodiment, as described above, the base air-fuel ratio in the rich spike is controlled to the stoichiometric air-fuel ratio. For this reason, compared with the case where the rich spike is performed in a state where the base air-fuel ratio is lean, the step of the output torque caused by the rich spike can be made smaller, and the drivability can be prevented from being lowered.

ECU100は、還元雰囲気の目標パターンとベース空燃比に基づいて、図4に示すようなリッチスパイク制御における燃料の噴射パターンを設定する。設定された燃料の噴射パターンに基づいて、排気燃料添加弁88による気筒からの排出ガスに対する燃料の噴射、または、燃料噴射装置80による、気筒内でストイキ燃焼が行われた後の既燃ガスに対する燃料の噴射によりリッチスパイクが実行される。噴射パターンに係る情報には、図4に示すように、各噴射パルスPの噴射時間長さL、隣り合う噴射パルスP同士の時間間隔I、及び噴射パルスPの回数(目標回数)が含まれている。   The ECU 100 sets the fuel injection pattern in the rich spike control as shown in FIG. 4 based on the target pattern of the reducing atmosphere and the base air-fuel ratio. Based on the set fuel injection pattern, the fuel is injected into the exhaust gas from the cylinder by the exhaust fuel addition valve 88, or the burned gas after the stoichiometric combustion is performed in the cylinder by the fuel injection device 80. Rich spike is executed by fuel injection. As shown in FIG. 4, the information related to the injection pattern includes the injection time length L of each injection pulse P, the time interval I between adjacent injection pulses P, and the number of injection pulses P (target number). ing.

次に、排気添加休止上限回数Niについて説明する。本実施形態では、上述したように、バイオ燃料濃度Cbioが、判定濃度C0を上回る場合(ステップS30−Y)、リッチスパイクのための燃料の噴射は主として燃料噴射装置80により実行される。その場合に、燃料噴射装置80によるリッチスパイクのための噴射回数(後述するリッチスパイクカウンターn)が排気添加休止上限回数Niに達した場合には、その次のリッチスパイクのための燃料噴射((Ni+1)回目の燃料噴射)は、燃料噴射装置80に代えて排気燃料添加弁88により行われる。 Next, the exhaust addition suspension upper limit number Ni will be described. In the present embodiment, as described above, when the biofuel concentration Cbio exceeds the determination concentration C0 (step S30-Y), fuel injection for the rich spike is mainly executed by the fuel injection device 80. In this case, if the number of times of injection for the rich spike by the fuel injection device 80 (rich spike counter n 0 described later) reaches the exhaust addition suspension upper limit number Ni, fuel injection for the next rich spike ( (Ni + 1) fuel injection) is performed by the exhaust fuel addition valve 88 instead of the fuel injection device 80.

排気添加休止上限回数Niは、排気燃料添加弁88における噴孔詰まりの発生を抑制する観点から設定される。排気添加休止上限回数Niは、例えば、排出ガスの温度に基づいて設定される。これは、排出ガスの温度が高いほど、排気燃料添加弁88の温度が高温となりやすいためである。排出ガスの温度が高温である場合には、排出ガスの温度が低温である場合に比べて、排気添加休止上限回数Niが小さな値(少ない回数)として設定される。言い換えると、排出ガスの温度が高温である場合には、排気燃料添加弁88による燃料の噴射を休止する期間が短くされ、排気燃料添加弁88がより短い間隔で燃料を噴射する。これにより、排出ガスの温度が高温である場合には、燃料の噴射による排気燃料添加弁88の冷却が短い間隔で行われる。なお、排気添加休止上限回数Niは、排気燃料添加弁88の温度に基づいて設定されてもよい。この場合、例えば、排気燃料添加弁88の先端部の温度を検出する温度センサが設けられる。温度センサにより検出された温度が高温である場合には、低温である場合に比べて排気添加休止上限回数Niが小さな値として設定される。   The exhaust addition suspension upper limit number Ni is set from the viewpoint of suppressing occurrence of nozzle hole clogging in the exhaust fuel addition valve 88. The exhaust addition suspension upper limit number Ni is set based on the temperature of the exhaust gas, for example. This is because the temperature of the exhaust fuel addition valve 88 tends to be higher as the temperature of the exhaust gas is higher. When the temperature of the exhaust gas is high, the exhaust addition suspension upper limit number Ni is set as a small value (small number of times) compared to when the temperature of the exhaust gas is low. In other words, when the temperature of the exhaust gas is high, the period during which fuel injection by the exhaust fuel addition valve 88 is stopped is shortened, and the exhaust fuel addition valve 88 injects fuel at shorter intervals. Thus, when the temperature of the exhaust gas is high, the exhaust fuel addition valve 88 is cooled at short intervals by fuel injection. The exhaust addition suspension upper limit number Ni may be set based on the temperature of the exhaust fuel addition valve 88. In this case, for example, a temperature sensor that detects the temperature of the tip of the exhaust fuel addition valve 88 is provided. When the temperature detected by the temperature sensor is high, the exhaust addition suspension upper limit number Ni is set to a smaller value than when the temperature is low.

排出ガスの温度に応じて排気燃料添加弁88による燃料の噴射を休止する期間が可変に設定されることにより、すすの発生量の低減と、噴孔詰まりの発生の抑制とを最大限に両立することができる。例えば、排出ガスの温度によらず排気添加休止上限回数Niを一定の値とする場合には、排出ガスが高温の場合であっても噴孔詰まりの発生を抑制できるように、排気添加休止上限回数Niを小さな値にする(排気燃料添加弁88による燃料の噴射間隔を短くする)必要がある。しかしながら、この場合、排出ガスが低温の場合には、噴孔詰まりを抑制するために必要な頻度(量)を超えて排気燃料添加弁88によりリッチスパイクのための燃料噴射を行うこととなり、すすの発生量が増加してしまう。本実施形態によれば、排出ガスの温度に応じて排気添加休止上限回数Niが可変に設定されるため、すすの発生量の低減と、噴孔詰まりの発生の抑制を両立することができる。   By variably setting the period during which fuel injection by the exhaust fuel addition valve 88 is stopped in accordance with the temperature of the exhaust gas, both the reduction of soot generation and the suppression of injection hole clogging are achieved at the maximum. can do. For example, when the exhaust addition suspension upper limit number Ni is set to a constant value regardless of the temperature of the exhaust gas, the exhaust addition suspension upper limit is set so that the occurrence of nozzle clogging can be suppressed even when the exhaust gas is at a high temperature. It is necessary to set the number of times Ni to a small value (shorten the fuel injection interval by the exhaust fuel addition valve 88). However, in this case, when the exhaust gas is at a low temperature, fuel injection for rich spike is performed by the exhaust fuel addition valve 88 exceeding the frequency (amount) necessary to suppress clogging of the nozzle hole, soot. The amount of generation increases. According to the present embodiment, since the exhaust addition suspension upper limit number Ni is variably set according to the temperature of the exhaust gas, it is possible to achieve both the reduction of the amount of soot generation and the suppression of the occurrence of injection hole clogging.

ECU100は、予め記憶されたマップを参照して、排出ガスの温度に応じた排気添加休止上限回数Niを読み込む。排出ガスの温度は、例えば、ステップS10で取得されたエンジン回転数やアクセル開度等の制御変数に基づいて算出されることができる。あるいは、排出ガスの温度に対応する値として、燃料噴射装置80によるメイン噴射やパイロット噴射における燃料の噴射量が用いられてもよい。なお、排気添加休止上限回数Niは、予め適合実験により求められ、ECU100のROMに記憶されている。ステップS60においてリッチスパイク噴射マップ、および排気添加休止上限回数Niが読み込まれると、ステップS70に進む。   The ECU 100 reads the exhaust addition suspension upper limit number Ni corresponding to the exhaust gas temperature with reference to a map stored in advance. The temperature of the exhaust gas can be calculated based on control variables such as the engine speed and the accelerator opening acquired in step S10, for example. Alternatively, the fuel injection amount in the main injection or pilot injection by the fuel injection device 80 may be used as a value corresponding to the temperature of the exhaust gas. Note that the exhaust addition suspension upper limit number Ni is obtained in advance by a matching experiment and stored in the ROM of the ECU 100. When the rich spike injection map and the exhaust addition suspension upper limit number Ni are read in step S60, the process proceeds to step S70.

ステップS70では、ECU100により、燃料噴射装置80によるリッチスパイクが実行される。図5は、バイオ燃料濃度Cbioが高濃度である場合のリッチスパイク制御における燃料噴射装置80及び排気燃料添加弁88の燃料の噴射制御について説明するための図である。   In step S70, the ECU 100 executes a rich spike by the fuel injection device 80. FIG. 5 is a diagram for explaining the fuel injection control of the fuel injection device 80 and the exhaust fuel addition valve 88 in the rich spike control when the biofuel concentration Cbio is high.

図5において、符号201は、リッチスパイク実行フラグを示す。ECU100は、リッチスパイク制御を実行する条件が成立している場合にリッチスパイク実行フラグ201をONとする。本実施形態では、バイオ燃料濃度Cbioが判定濃度C0を上回る場合(ステップS30−Y)には、例えば、排気浄化触媒55において窒素酸化物の還元が必要であると判定され(ステップS20−Y)、かつ、ストイキ燃焼が可能であると判定されている(ステップS40−Y)場合に、リッチスパイク実行フラグ201がONとされる。図5では、時刻t1においてリッチスパイク実行フラグ201がONとされてリッチスパイクが開始される。符号nは、リッチスパイクカウンターを示す。リッチスパイクカウンターnは、燃料噴射装置80によるリッチスパイクのための燃料の噴射(噴射パルスP)の実行回数を示している。 In FIG. 5, reference numeral 201 denotes a rich spike execution flag. The ECU 100 turns on the rich spike execution flag 201 when the condition for executing the rich spike control is satisfied. In the present embodiment, when the biofuel concentration Cbio exceeds the determination concentration C0 (step S30-Y), for example, it is determined that the exhaust purification catalyst 55 needs to reduce nitrogen oxides (step S20-Y). When it is determined that stoichiometric combustion is possible (step S40-Y), the rich spike execution flag 201 is turned ON. In FIG. 5, the rich spike execution flag 201 is turned ON at time t1, and rich spike is started. Symbol n 0 indicates a rich spike counter. The rich spike counter n 0 indicates the number of executions of fuel injection (injection pulse P) for the rich spike by the fuel injection device 80.

符号202は、排気燃料添加実行フラグを示す。リッチスパイクカウンターnが排気添加休止上限回数Niに達すると、排気燃料添加実行フラグ202がONとされ、燃料噴射装置80に代えて、排気燃料添加弁88によりリッチスパイクのための燃料が噴射される。符号λは、排気浄化触媒55へ流入する排出ガスの空気過剰率を示す。空気過剰率λが1である場合には、排気浄化触媒55へ流入する排出ガスの空燃比(酸素濃度)が理論空燃比と同等であることを示す。 Reference numeral 202 denotes an exhaust fuel addition execution flag. When the rich spike counter n 0 reaches the exhaust addition suspension upper limit number Ni, the exhaust fuel addition execution flag 202 is turned ON, and fuel for the rich spike is injected by the exhaust fuel addition valve 88 instead of the fuel injection device 80. The The symbol λ indicates the excess air ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst 55. When the excess air ratio λ is 1, it indicates that the air-fuel ratio (oxygen concentration) of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst 55 is equal to the stoichiometric air-fuel ratio.

燃料噴射装置80または排気燃料添加弁88によるリッチスパイクのための燃料の噴射が行われたときには、空気過剰率λが1よりも小さな(リッチ側の)値となる。図5において時刻t1からt5は、それぞれリッチスパイクのための燃料の噴射が行われるタイミングを示しており、これらのタイミングにおいて空気過剰率λがリッチとなる、すなわち、排気浄化触媒55において還元雰囲気が形成される。ステップS70において、燃料噴射装置80によるリッチスパイクのための燃料噴射が実行されると、ステップS80に進む。   When fuel injection for rich spike is performed by the fuel injection device 80 or the exhaust fuel addition valve 88, the excess air ratio λ becomes a value smaller than 1 (rich side). In FIG. 5, times t1 to t5 indicate timings at which fuel injection for rich spikes is performed, respectively, and the excess air ratio λ becomes rich at these timings, that is, the reducing atmosphere is present in the exhaust purification catalyst 55. It is formed. When fuel injection for rich spike is executed by the fuel injection device 80 in step S70, the process proceeds to step S80.

ステップS80では、ECU100により、リッチスパイクカウンターnがカウントアップされる。 At step S80, ECU 100, the rich spike counter n 0 is counted up.

次に、ステップS90では、ECU100により、リッチスパイク制御が完了したか否かが判定される。ECU100は、リッチスパイクカウンターnとは別に、リッチスパイク制御の開始時点からのリッチスパイクの累計回数(噴射パルスPの実行回数)をカウントしている。この累計回数には、燃料噴射装置80によるリッチスパイクの回数と排気燃料添加弁88によるリッチスパイクの回数の合計がカウントされている。ECU100は、その累計回数がステップS60で設定されたリッチスパイク制御で実行すべきリッチスパイクの回数の目標値に達したか否かに基づいてステップS90の判定を行う。その判定の結果、リッチスパイク制御が完了したと判定された場合(ステップS90−Y)には本制御フローは終了され、そうでない場合(ステップS90−N)にはステップS100に進む。 Next, in step S90, the ECU 100 determines whether or not rich spike control is completed. In addition to the rich spike counter n 0 , the ECU 100 counts the total number of rich spikes (the number of executions of the injection pulse P) from the start point of the rich spike control. In this cumulative number, the total number of rich spikes by the fuel injection device 80 and the number of rich spikes by the exhaust fuel addition valve 88 are counted. The ECU 100 performs the determination in step S90 based on whether or not the cumulative number has reached the target value of the number of rich spikes to be executed in the rich spike control set in step S60. As a result of the determination, when it is determined that the rich spike control is completed (step S90-Y), the present control flow is ended, and when not (step S90-N), the process proceeds to step S100.

ステップS100では、ECU100により、リッチスパイクカウンターnが排気添加休止上限回数Niよりも大きな値であるか否かが判定される。ステップS100では、排気燃料添加弁88による燃料の噴射を休止した状態が予め定められた所定期間続いたか否か、すなわち、排気燃料添加弁88の温度が上昇して冷却を必要とする状態となっているか否かが判定される。その判定の結果、リッチスパイクカウンターnが排気添加休止上限回数Niよりも大きな値であると判定された場合(ステップS100−Y)にはステップS110に進み、そうでない場合(ステップS100−N)にはステップS70へ移行する。 At step S100, ECU 100 by, whether the rich spike counter n 0 is greater than the exhaust addition halt upper limit number Ni is determined. In step S100, it is determined whether or not the state where the fuel injection by the exhaust fuel addition valve 88 is stopped continues for a predetermined period, that is, the temperature of the exhaust fuel addition valve 88 rises and requires cooling. It is determined whether or not. As a result of the determination, when it is determined that the rich spike counter n 0 is larger than the exhaust addition suspension upper limit number Ni (step S100-Y), the process proceeds to step S110, and otherwise (step S100-N). Then, the process proceeds to step S70.

ステップS110では、ECU100により、排気燃料添加弁88が作動される。ECU100は、燃料噴射装置80による燃料の噴射に代えて、排気燃料添加弁88による燃料の噴射によりリッチスパイクを実行する。これと共に、ECU100は、リッチスパイクカウンターnをリセットする。排気燃料添加弁88による燃料の噴射が行われることにより、噴射された燃料の気化熱によって排気燃料添加弁88が冷却される。これにより、排気燃料添加弁88の温度上昇による噴孔詰まりの発生が抑制される。 In step S110, the exhaust fuel addition valve 88 is operated by the ECU 100. The ECU 100 executes the rich spike by the fuel injection by the exhaust fuel addition valve 88 instead of the fuel injection by the fuel injection device 80. At the same, ECU 100 resets the rich spike counter n 0. When the fuel is injected by the exhaust fuel addition valve 88, the exhaust fuel addition valve 88 is cooled by the heat of vaporization of the injected fuel. Thereby, the occurrence of nozzle hole clogging due to the temperature rise of the exhaust fuel addition valve 88 is suppressed.

次に、ステップS120では、ECU100により、リッチスパイク制御が完了したか否かが判定される。ECU100は、ステップS90と同様に、リッチスパイク制御で実行されたリッチスパイクの累計回数がリッチスパイクの回数の目標値に達したか否かを判定する。その判定の結果、リッチスパイク制御が完了したと判定された場合(ステップS120−Y)には本制御フローは終了され、そうでない場合(ステップS120−N)には、ステップS70へ移行する。   Next, in step S120, ECU 100 determines whether or not rich spike control is completed. The ECU 100 determines whether or not the cumulative number of rich spikes executed in the rich spike control has reached the target value for the number of rich spikes, as in step S90. As a result of the determination, when it is determined that the rich spike control has been completed (step S120-Y), the present control flow is terminated, and when not (step S120-N), the process proceeds to step S70.

ステップS30で否定判定がなされてステップS130に進んだ場合、ステップS130では、ECU100により、リッチスパイク噴射マップが読み込まれる。リッチスパイク噴射マップが参照されて、ディーゼル機関10の運転状態に応じて設定される各噴射パルスPの噴射時間長さL、隣り合う噴射パルスP同士の時間間隔I、および噴射パルスPの回数等は、ステップS60で設定される値と同様であることができる。   When a negative determination is made in step S30 and the process proceeds to step S130, the rich spike injection map is read by the ECU 100 in step S130. With reference to the rich spike injection map, the injection time length L of each injection pulse P set according to the operating state of the diesel engine 10, the time interval I between adjacent injection pulses P, the number of injection pulses P, and the like Can be the same as the value set in step S60.

次に、ステップS140では、ECU100により、リッチスパイクが実行される。バイオ燃料濃度Cbioが、判定濃度C0を上回らない場合(ステップS30−N)には、リッチスパイクのための燃料の噴射は、全て排気燃料添加弁88により行われる。ECU100は、排気燃料添加弁88を駆動してリッチスパイクを1回実行させる。これと共に、ECU100は、リッチスパイクカウンターnをリセットする。本実施形態では、このように、バイオ燃料濃度Cbioが、判定濃度C0を上回る場合以外の場合には、排気燃料添加弁88によりリッチスパイクのための燃料噴射を行う。これにより、以下に説明するように、ディーゼル機関10の潤滑油が希釈されることを抑制する。 Next, in step S140, the ECU 100 executes rich spike. When the biofuel concentration Cbio does not exceed the determination concentration C0 (step S30-N), fuel injection for the rich spike is all performed by the exhaust fuel addition valve 88. The ECU 100 drives the exhaust fuel addition valve 88 to execute a rich spike once. At the same, ECU 100 resets the rich spike counter n 0. In the present embodiment, as described above, fuel injection for rich spike is performed by the exhaust fuel addition valve 88 in cases other than the case where the biofuel concentration Cbio exceeds the determination concentration C0. This suppresses dilution of the lubricating oil of the diesel engine 10 as described below.

燃料噴射装置80によりポスト噴射を行った場合、噴射された燃料が筒内の潤滑油に混ざり、潤滑油を希釈してしまう可能性がある。このため、潤滑油が希釈されることを抑制する観点からは、ポスト噴射の回数を低減することが望ましい。本実施形態では、バイオ燃料濃度Cbioが、判定濃度C0を上回る場合には、すすの発生を抑制することを優先して、主として燃料噴射装置80による燃料の噴射でリッチスパイクを行う一方、バイオ燃料濃度Cbioが、判定濃度C0を上回らない場合には、排気燃料添加弁88による燃料の噴射でリッチスパイクを行うことで、潤滑油の希釈を抑制することができる。   When post injection is performed by the fuel injection device 80, the injected fuel may be mixed with the lubricating oil in the cylinder, and the lubricating oil may be diluted. For this reason, it is desirable to reduce the number of post injections from the viewpoint of suppressing the dilution of the lubricating oil. In the present embodiment, when the biofuel concentration Cbio exceeds the determination concentration C0, priority is given to suppressing the generation of soot, and rich spike is performed mainly by fuel injection by the fuel injection device 80, while biofuel When the concentration Cbio does not exceed the determination concentration C0, dilution of the lubricating oil can be suppressed by performing a rich spike by fuel injection by the exhaust fuel addition valve 88.

次に、ステップS150では、ECU100により、リッチスパイク制御が完了したか否かが判定される。ECU100は、ステップS90、およびステップS120と同様に、リッチスパイク制御で実行されたリッチスパイクの累計回数がリッチスパイクの回数の目標値に達したか否かを判定する。その判定の結果、リッチスパイク制御が完了したと判定された場合(ステップS150−Y)には本制御フローは終了され、そうでない場合(ステップS150−N)には、ステップS140へ移行する。   Next, in step S150, the ECU 100 determines whether or not rich spike control has been completed. ECU 100 determines whether the cumulative number of rich spikes executed in the rich spike control has reached the target value for the number of rich spikes, as in steps S90 and S120. As a result of the determination, when it is determined that the rich spike control has been completed (step S150-Y), the present control flow is terminated, and when not (step S150-N), the process proceeds to step S140.

本実施形態によれば、バイオ燃料濃度Cbioが判定濃度C0を上回る場合(ステップS30−Y)に、燃料添加制御のための燃料の噴射を燃料噴射装置80による燃料の噴射と排気燃料添加弁88による燃料の噴射とに分けて行う。これにより、燃料添加制御のための燃料の噴射を全て排気燃料添加弁88による噴射で行う場合に比べて、すす等の粒子状物質の発生を抑制することができる。また、燃料添加制御のための燃料の噴射量の一部を排気燃料添加弁88で噴射することにより、排気燃料添加弁88が冷却される。これにより、排気燃料添加弁88における噴孔詰まりの発生を抑制できる。また、燃料添加制御のための燃料の噴射を全て燃料噴射装置80で行う場合に比べて、燃料噴射装置80によるポスト噴射の噴射量を低減することができ、筒内の潤滑油の希釈を抑制することができる。   According to this embodiment, when the biofuel concentration Cbio exceeds the determination concentration C0 (step S30-Y), the fuel injection for the fuel addition control is performed by the fuel injection device 80 and the exhaust fuel addition valve 88. It is divided into the fuel injection by. Thereby, generation | occurrence | production of particulate matter, such as a soot, can be suppressed compared with the case where all the fuel injection for fuel addition control is performed by the injection by the exhaust fuel addition valve 88. FIG. Further, the exhaust fuel addition valve 88 is cooled by injecting a part of the fuel injection amount for fuel addition control by the exhaust fuel addition valve 88. Thereby, generation | occurrence | production of the nozzle hole clogging in the exhaust fuel addition valve 88 can be suppressed. In addition, the amount of post-injection by the fuel injection device 80 can be reduced and the dilution of the lubricating oil in the cylinder can be suppressed as compared with the case where all the fuel injection for fuel addition control is performed by the fuel injection device 80. can do.

本実施形態では、バイオ燃料濃度Cbioが判定濃度C0を上回る場合(ステップS30−Y)に、燃料添加制御のための燃料の噴射を主として燃料噴射装置80に行わせ(ステップS70、S80)、燃料添加制御において排気燃料添加弁88による燃料の噴射を休止した状態が予め定められた所定期間継続した場合(ステップS100−Y)には、排気燃料添加弁88に燃料添加制御のための燃料の噴射を行わせる(ステップS110)。これにより、すすの発生量の低減と、噴孔詰まりの発生の抑制とをより確実に両立することができる。特に、本実施形態では、排気添加休止上限回数Niが排出ガスの温度に応じて可変に設定される。これにより、すすの発生量の低減と、噴孔詰まりの発生の抑制とを最大限に両立することができる。   In the present embodiment, when the biofuel concentration Cbio exceeds the determination concentration C0 (step S30-Y), the fuel injection device 80 mainly performs fuel injection for fuel addition control (steps S70 and S80). In the addition control, when the state where the fuel injection by the exhaust fuel addition valve 88 is stopped continues for a predetermined period of time (step S100-Y), the fuel injection for fuel addition control to the exhaust fuel addition valve 88 is performed. (Step S110). Thereby, reduction of the amount of soot generation | occurrence | production and suppression of generation | occurrence | production of nozzle hole clogging can be achieved more reliably. In particular, in the present embodiment, the exhaust addition suspension upper limit number Ni is set variably according to the temperature of the exhaust gas. Thereby, reduction of the amount of soot generation and suppression of generation | occurrence | production of nozzle hole clogging can be made compatible to the maximum.

(第1実施形態の第1変形例)
第1実施形態の第1変形例について説明する。
(First modification of the first embodiment)
A first modification of the first embodiment will be described.

上記第1実施形態では、排気浄化装置の状態に基づいて、排気浄化装置へ向けて流れる排出ガスに燃料を添加する燃料添加制御が、排気浄化触媒55に還元雰囲気を形成して排気浄化触媒55の窒素酸化物の吸蔵能力を回復させる制御(リッチスパイク制御)であったが、燃料添加制御は、これには限定されない。例えば、燃料添加制御が、排出ガスに燃料を添加することで排出ガスの温度を高めるものである場合などにも、上記第1実施形態の燃料の噴射制御を適用することができる。排出ガスを昇温する制御は、排気浄化装置(例えば、DPF)の再生を行うためのものであることができる。   In the first embodiment, the fuel addition control for adding fuel to the exhaust gas flowing toward the exhaust purification device based on the state of the exhaust purification device forms a reducing atmosphere in the exhaust purification catalyst 55 and the exhaust purification catalyst 55. However, the fuel addition control is not limited to this. For example, the fuel injection control of the first embodiment can also be applied when the fuel addition control is to increase the temperature of the exhaust gas by adding the fuel to the exhaust gas. The control for raising the temperature of the exhaust gas can be for regenerating an exhaust purification device (for example, DPF).

上記第1実施形態と同様に、バイオ燃料濃度Cbioが判定濃度C0を上回る場合には、排気浄化装置へ向けて流れる排出ガスを昇温するための燃料添加制御における燃料の噴射は、主として燃料噴射装置80により行われる。燃料添加制御において排気燃料添加弁88による燃料の噴射を休止した状態が予め定められた所定期間継続したときには、燃料噴射装置80に代えて排気燃料添加弁88により燃料添加のための燃料の噴射が行われる。   As in the first embodiment, when the biofuel concentration Cbio exceeds the determination concentration C0, the fuel injection in the fuel addition control for raising the temperature of the exhaust gas flowing toward the exhaust purification device is mainly fuel injection. This is done by the device 80. In the fuel addition control, when the state where the fuel injection by the exhaust fuel addition valve 88 is stopped continues for a predetermined period, fuel injection for fuel addition is performed by the exhaust fuel addition valve 88 instead of the fuel injection device 80. Done.

(第1実施形態の第2変形例)
第1実施形態の第2変形例について説明する。
(Second modification of the first embodiment)
A second modification of the first embodiment will be described.

上記第1実施形態(図3)では、排気燃料添加弁88による燃料の添加を行う場合(ステップS110)に、1回のリッチスパイク(噴射パルスP、図4参照)で噴射する量の燃料を全て燃料噴射装置80に代えて排気燃料添加弁88で噴射した。これに代えて、排気燃料添加弁88による燃料の噴射量を、1回のリッチスパイクで噴射する燃料の量の一部としてもよい。すなわち、1回のリッチスパイクで噴射する燃料を燃料噴射装置80と排気燃料添加弁88とに分けて噴射してもよい。例えば、排気燃料添加弁88の温度上昇をより効果的に抑制する観点から、あるいは、すす等(PM)の発生量を低減する観点から、リッチスパイクにおける排気燃料添加弁88による燃料の噴射量を設定することができる。   In the first embodiment (FIG. 3), when fuel is added by the exhaust fuel addition valve 88 (step S110), the amount of fuel to be injected in one rich spike (injection pulse P, see FIG. 4) is supplied. All of the fuel was injected by an exhaust fuel addition valve 88 instead of the fuel injection device 80. Instead of this, the amount of fuel injected by the exhaust fuel addition valve 88 may be a part of the amount of fuel injected by one rich spike. That is, the fuel injected in one rich spike may be injected separately into the fuel injection device 80 and the exhaust fuel addition valve 88. For example, from the viewpoint of more effectively suppressing the temperature rise of the exhaust fuel addition valve 88 or from the viewpoint of reducing the amount of soot (PM) generation, the fuel injection amount by the exhaust fuel addition valve 88 in the rich spike is reduced. Can be set.

また、燃料噴射装置80に代えて排気燃料添加弁88で燃料を噴射する場合の排気燃料添加弁88によるリッチスパイクの回数は、1回には限定されない。例えば、排気燃料添加弁88により連続して複数回リッチスパイクを行ってから燃料噴射装置80によるリッチスパイクに移行してもよい。   The number of rich spikes by the exhaust fuel addition valve 88 when fuel is injected by the exhaust fuel addition valve 88 instead of the fuel injection device 80 is not limited to one. For example, the rich spike may be performed by the exhaust fuel addition valve 88 a plurality of times and then the rich spike by the fuel injection device 80 may be shifted.

(第2実施形態)
第2実施形態について説明する。第2実施形態については、上記第1実施形態と異なる点についてのみ説明する。
(Second Embodiment)
A second embodiment will be described. In the second embodiment, only differences from the first embodiment will be described.

上記第1実施形態(図3)では、排気添加休止上限回数Niが、排出ガスの温度に応じて設定された(ステップS60)。本実施形態では、これに加えて、バイオ燃料濃度Cbioに応じて排気添加休止上限回数Niが設定される。以下に説明するように、バイオ燃料濃度Cbioが高濃度である場合には、バイオ燃料濃度Cbioが低濃度である場合と比較して、排気添加休止上限回数Niが大きな値(多い回数)として設定される。言い換えると、バイオ燃料濃度Cbioが高濃度である場合には、排気燃料添加弁88が燃料を噴射する頻度が少なくされる。これにより、排気燃料添加弁88における噴孔詰まりの発生を抑制可能な範囲で排気燃料添加弁88による燃料の噴射量を低減させ、すす等の発生を抑制することができる。   In the first embodiment (FIG. 3), the exhaust addition suspension upper limit number Ni is set according to the temperature of the exhaust gas (step S60). In the present embodiment, in addition to this, the exhaust addition suspension upper limit number Ni is set according to the biofuel concentration Cbio. As will be described below, when the biofuel concentration Cbio is high, the exhaust addition suspension upper limit number Ni is set as a large value (a large number) compared to when the biofuel concentration Cbio is low. Is done. In other words, when the biofuel concentration Cbio is high, the frequency with which the exhaust fuel addition valve 88 injects fuel is reduced. As a result, the amount of fuel injected by the exhaust fuel addition valve 88 can be reduced within a range in which the occurrence of injection hole clogging in the exhaust fuel addition valve 88 can be suppressed, and soot generation can be suppressed.

上述したように、バイオ燃料は、軽油とは異なり、燃料を構成する分子中に酸素(含酸素化合物)を含んでいる。このため、バイオ燃料濃度Cbioの濃度が高くなるほど、理論空燃比が小さな値となる、すなわち、ストイキ燃焼を行うために所定の吸気量に対して供給すべき燃料の量が大きな値となる。したがって、排気浄化触媒55に還元雰囲気を形成するために必要とされるリッチスパイクの燃料噴射量は、バイオ燃料濃度Cbioの濃度の増加に対応して大きな値として設定される。   As described above, unlike light oil, biofuel contains oxygen (oxygen-containing compound) in the molecule constituting the fuel. For this reason, the higher the biofuel concentration Cbio, the smaller the stoichiometric air-fuel ratio, that is, the greater the amount of fuel to be supplied for a predetermined intake air amount for performing stoichiometric combustion. Therefore, the rich spike fuel injection amount required to form a reducing atmosphere in the exhaust purification catalyst 55 is set as a large value corresponding to the increase in the biofuel concentration Cbio.

これにより、リッチスパイク制御において排気燃料添加弁88で燃料を噴射する場合の噴射量も増加するため、排気燃料添加弁88の先端部が冷却されやすくなる。その結果、バイオ燃料濃度Cbioが高濃度である場合には、低濃度である場合と比較して、排気燃料添加弁88の燃料の噴射を休止する期間(所定期間)を長くする(排気添加休止上限回数Niを増加する)ことができる。   As a result, the amount of fuel injected when the fuel is injected by the exhaust fuel addition valve 88 in the rich spike control also increases, so that the tip of the exhaust fuel addition valve 88 is easily cooled. As a result, when the biofuel concentration Cbio is high, the period (predetermined period) during which the fuel injection of the exhaust fuel addition valve 88 is stopped is longer (exhaust addition stop) than when the biofuel concentration Cbio is low. The upper limit number Ni can be increased).

排気添加休止上限回数Niをバイオ燃料濃度Cbioに応じた適切な値に設定することにより、排気燃料添加弁88の噴孔詰まりを抑制しつつ、排気燃料添加弁88の燃料の噴射頻度(噴射量)を必要最小限とし、排出ガス中におけるすす等(PM)の増加の頻度、および、排出ガス中に発生するすす等の総量をそれぞれ低減することが可能となる。   By setting the exhaust addition suspension upper limit number Ni to an appropriate value according to the biofuel concentration Cbio, the fuel injection frequency (injection amount) of the exhaust fuel addition valve 88 is suppressed while the injection hole clogging of the exhaust fuel addition valve 88 is suppressed. ) As a necessary minimum, and it is possible to reduce the frequency of soot (PM) increase in the exhaust gas and the total amount of soot generated in the exhaust gas.

次に、具体的な制御の内容について図3を参照して説明する。   Next, specific control contents will be described with reference to FIG.

ステップS10からステップS50までは、上記第1実施形態と同様であることができる。ステップS60では、ECU100により、リッチスパイク噴射マップの読み込み、および排気添加休止上限回数Niの読み込みが行われる。ここで読み込まれる排気添加休止上限回数Niは、上記第1実施形態と同様に排出ガスの温度に基づいて設定されているのみならず、バイオ燃料濃度Cbioに基づいて設定されている。排気添加休止上限回数Niは、排出ガスの温度が高温である場合には、低温である場合と比較して小さな値として設定される。一方、排気添加休止上限回数Niは、バイオ燃料濃度Cbioが高濃度である場合には、低濃度である場合と比較して大きな値として設定される。なお、排気添加休止上限回数Niは、予め適合実験等により求められており、制御定数としてECU100のROMに記憶されている。   Steps S10 to S50 can be the same as those in the first embodiment. In step S60, the ECU 100 reads the rich spike injection map and the exhaust addition suspension upper limit number Ni. The exhaust addition suspension upper limit number Ni read here is set not only based on the temperature of the exhaust gas as in the first embodiment, but also based on the biofuel concentration Cbio. The exhaust addition suspension upper limit number Ni is set as a smaller value when the temperature of the exhaust gas is high than when it is low. On the other hand, the exhaust addition suspension upper limit number Ni is set as a larger value when the biofuel concentration Cbio is high than when it is low. Note that the exhaust addition suspension upper limit number Ni is obtained in advance by a matching experiment or the like, and is stored in the ROM of the ECU 100 as a control constant.

ステップS60で読み込まれたリッチスパイク噴射マップ、および、排気添加休止上限回数Niに基づいて、ECU100により、ステップS70からステップS120までのリッチスパイク制御が実行される。その他の動作については、上記第1実施形態と同様であることができる。   Based on the rich spike injection map read in step S60 and the exhaust addition suspension upper limit number Ni, the ECU 100 executes rich spike control from step S70 to step S120. Other operations can be the same as those in the first embodiment.

本発明の排気浄化制御装置の第1実施形態の概略構成図である。It is a schematic block diagram of 1st Embodiment of the exhaust gas purification control apparatus of this invention. 燃料として軽油のみが用いられた場合(0%)を基準とする、バイオ燃料濃度の変化による「すす」の増減率を示す図である。It is a figure which shows the increase / decrease rate of the soot by the change of biofuel concentration on the basis of the case where only light oil is used as a fuel (0%). 本発明の排気浄化制御装置の第1実施形態の動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows operation | movement of 1st Embodiment of the exhaust gas purification control apparatus of this invention. 本発明の排気浄化制御装置の第1実施形態のリッチスパイク制御における燃料の噴射パターンを説明する図である。It is a figure explaining the injection pattern of the fuel in the rich spike control of 1st Embodiment of the exhaust purification control apparatus of this invention. 本発明の排気浄化制御装置の第1実施形態において、バイオ燃料濃度が高濃度である場合のリッチスパイク制御における燃料噴射装置及び排気燃料添加弁の燃料の噴射制御について説明するための図である。In the first embodiment of the exhaust purification control apparatus of the present invention, it is a diagram for explaining the fuel injection control of the fuel injection device and the exhaust fuel addition valve in the rich spike control when the biofuel concentration is high. 本発明の排気浄化制御装置の第1実施形態において、ディーゼル機関の運転領域におけるストイキ燃焼可能領域を示す図である。In 1st Embodiment of the exhaust gas purification control apparatus of this invention, it is a figure which shows the stoichiometric combustion possible area | region in the driving | operation area | region of a diesel engine.

符号の説明Explanation of symbols

1 車両システム
10 ディーゼル機関
24 吸気ポート(吸気通路)
26 排気ポート(排気通路)
42 エアクリーナ
46 スロットル弁
48 吸気マニホールド
50a マニホールド通路(排気通路)
50c 合流部(排気通路)
50e 通路(排気通路)
52 排気マニホールド
55 排気浄化触媒
55a NOx吸蔵還元型触媒(排気浄化触媒)
55c DPNR触媒システム(排気浄化触媒)
60 ターボ過給機
80 燃料噴射装置(燃料噴射弁)
82 燃料レール
84 高圧燃料ポンプ
88 排気燃料添加弁
98 A/Fセンサ
100 ディーゼル機関用の電子制御装置(ECU)
102 アクセルペダルポジションセンサ
120 燃料タンク
122 低圧燃料ポンプ
128 バイオ燃料濃度センサ
Cbio バイオ燃料濃度
C0 判定濃度
リッチスパイクカウンター
Ni 排気添加休止上限回数
λ 排出ガスの空気過剰率
1 Vehicle system 10 Diesel engine 24 Intake port (intake passage)
26 Exhaust port (exhaust passage)
42 Air cleaner 46 Throttle valve 48 Intake manifold 50a Manifold passage (exhaust passage)
50c Junction (exhaust passage)
50e passage (exhaust passage)
52 Exhaust Manifold 55 Exhaust Purification Catalyst 55a NOx Storage Reduction Catalyst (Exhaust Purification Catalyst)
55c DPNR catalyst system (exhaust gas purification catalyst)
60 Turbocharger 80 Fuel injector (fuel injection valve)
82 Fuel Rail 84 High Pressure Fuel Pump 88 Exhaust Fuel Addition Valve 98 A / F Sensor 100 Electronic Control Unit (ECU) for Diesel Engine
102 Accelerator Pedal Position Sensor 120 Fuel Tank 122 Low Pressure Fuel Pump 128 Biofuel Concentration Sensor Cbio Biofuel Concentration C0 Determination Concentration n 0 Rich Spike Counter Ni Exhaust Addition Pause Upper Limit λ Excess Air Excess Ratio

Claims (5)

内燃機関の筒内に燃料を噴射する燃料噴射装置と、
前記内燃機関の排気通路における排出ガスを浄化する排気浄化装置よりも上流側に前記燃料を噴射する排気燃料添加弁とを備え、
前記排気浄化装置の状態に基づいて、前記排気浄化装置へ向けて流れる前記排出ガスに前記燃料を添加する燃料添加制御を実行する排気浄化制御装置であって、
前記燃料に含まれるバイオ燃料の濃度を検出または推定する検出推定手段と、
前記燃料噴射装置および前記排気燃料添加弁による前記燃料の噴射を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記検出推定手段により検出または推定された前記濃度が予め定められた所定濃度以上の場合に、前記燃料添加制御のための前記燃料の噴射を前記燃料噴射装置による前記燃料の噴射と前記排気燃料添加弁による前記燃料の噴射とに分けて行う
ことを特徴とする排気浄化制御装置。
A fuel injection device for injecting fuel into a cylinder of the internal combustion engine;
An exhaust fuel addition valve that injects the fuel upstream of an exhaust purification device that purifies exhaust gas in the exhaust passage of the internal combustion engine;
An exhaust purification control device that executes fuel addition control for adding the fuel to the exhaust gas flowing toward the exhaust purification device based on a state of the exhaust purification device,
Detection estimation means for detecting or estimating the concentration of biofuel contained in the fuel;
Control means for controlling the fuel injection by the fuel injection device and the exhaust fuel addition valve,
When the concentration detected or estimated by the detection estimating unit is equal to or higher than a predetermined concentration, the control unit performs the fuel injection for the fuel addition control by the fuel injection device. And the fuel injection by the exhaust fuel addition valve.
請求項1記載の排気浄化制御装置において、
前記制御手段は、前記濃度が前記所定濃度以上の場合には、前記燃料添加制御のための前記燃料の噴射を主として前記燃料噴射装置に行わせ、かつ、前記燃料添加制御において前記排気燃料添加弁による前記燃料の噴射を休止した状態が予め定められた所定期間継続した場合には、前記排気燃料添加弁に前記燃料添加制御のための前記燃料の噴射を行わせる
ことを特徴とする排気浄化制御装置。
The exhaust purification control apparatus according to claim 1,
The control means causes the fuel injection device to mainly inject the fuel for the fuel addition control when the concentration is equal to or higher than the predetermined concentration, and the exhaust fuel addition valve in the fuel addition control. When the state in which the fuel injection by the engine is stopped continues for a predetermined period, the exhaust gas control valve causes the exhaust fuel addition valve to inject the fuel for the fuel addition control. apparatus.
請求項2記載の排気浄化制御装置において、
前記所定期間は、前記排出ガスの温度が高温である場合には、前記排出ガスの温度が低温である場合に比べて短く設定される
ことを特徴とする排気浄化制御装置。
The exhaust purification control apparatus according to claim 2,
The predetermined period is set to be shorter when the temperature of the exhaust gas is high than when the temperature of the exhaust gas is low.
請求項2または3に記載の排気浄化制御装置において、
前記所定期間は、前記濃度が高濃度である場合には、前記濃度が低濃度である場合に比べて長く設定される
ことを特徴とする排気浄化制御装置。
The exhaust purification control device according to claim 2 or 3,
The predetermined period is set to be longer when the concentration is high than when the concentration is low.
請求項1から4のいずれか1項に記載の排気浄化制御装置において、
前記排気浄化装置とは、窒素酸化物を吸蔵するNOx吸蔵還元型触媒であり、
前記燃料添加制御とは、前記NOx吸蔵還元型触媒の前記窒素酸化物の吸蔵状態に基づいて、前記排出ガスに前記燃料を添加し、前記NOx吸蔵還元型触媒に還元雰囲気を形成する制御である
ことを特徴とする排気浄化制御装置。
The exhaust purification control apparatus according to any one of claims 1 to 4,
The exhaust purification device is a NOx occlusion reduction type catalyst that occludes nitrogen oxides,
The fuel addition control is control for adding the fuel to the exhaust gas based on the storage state of the nitrogen oxides of the NOx storage reduction catalyst to form a reducing atmosphere in the NOx storage reduction catalyst. An exhaust purification control apparatus characterized by the above.
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