(57)【要約】【課題】内燃機関の排気浄化装置において、実際の粒子状物質の排出量をより簡単且つ正確に推定することができる技術を提供する。【解決手段】粒子状物質の排出量と比例する値であり且つ空気過剰率が小さくなるほど大きくなる値であるＰＭ排出係数と、空気過剰率と、の関係を記憶しておき、実際の空気過剰率に基づいて得られるＰＭ排出係数と、基準となる状態で運転されているときの空気過剰率に基づいて得られるＰＭ排出係数と、の比に、基準となる状態で運転されているときのＰＭ排出量を乗じることにより実際の粒子状物質の排出量を算出する。【選択図】図５
2008057486.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関が基準となる状態で運転しているときの粒子状物質の排出量を該内燃機関の運転領域と関連付けて基準値として記憶する基準排出量記憶手段と、
内燃機関が基準となる状態で運転しているときの目標となる空気過剰率を該内燃機関の運転領域に基づいて設定する目標空気過剰率設定手段と、
前記内燃機関の実際の運転領域を検出する運転領域検出手段と、
実際の空気過剰率を検出する空気過剰率検出手段と、
粒子状物質の排出量と比例する値であり且つ空気過剰率が小さくなるほど大きくなる値であるＰＭ排出係数と、空気過剰率と、の関係を記憶するＰＭ排出係数記憶手段と、
前記実際の空気過剰率に基づいて得られるＰＭ排出係数と、前記運転領域検出手段により得られる運転領域において前記内燃機関が基準となる状態で運転していた場合に前記目標空気過剰率設定手段により設定される空気過剰率に基づいて得られるＰＭ排出係数と、の比に、前記基準排出量記憶手段により記憶されている基準値を乗じることにより実際の粒子状物質の排出量を算出する粒子状物質排出量算出手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記空気過剰率検出手段により検出される空気過剰率が所定値以上の場合に限り、前記粒子状物質排出量推定手段は粒子状物質の排出量を算出することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
排気通路にパティキュレートフィルタ（以下、フィルタという。）を備えることにより、排気中の粒子状物質（以下、ＰＭという。）を捕集することができる。このフィルタに捕集されたＰＭの量が多くなると、排気の抵抗が大きくなるため、燃費の悪化等が発生する。そのため、フィルタに捕集されたＰＭを除去する所謂フィルタの再生を行う必要がある。このフィルタの再生は、該フィルタに捕集されているＰＭの量が適量のときに行なうことが望ましい。そのためには、フィルタに捕集されているＰＭの量を正確に把握する必要がある。
【０００３】
ここで、単位時間あたりのＰＭ排出量をＰＭ、パティキュレート生成定数をＡsft、パ
ティキュレート酸化定数をＡsot、単位時間あたりの燃料噴射量をＱ、排気酸素濃度を表
す値をＸ02、及び定数をＣとするとき、ＰＭ＝Ａsft・Ｑ／（Ａsot・ＸO2）＋Ｃ／exp（
Ａsot・ＸO2）なる式に基いてＰＭ排出量を推定する技術が知られている（例えば、特許
文献１参照。）。この場合、パティキュレート生成定数Ａsft、及びパティキュレート酸
化定数Ａsotは、燃料噴射量及び機関回転速度を一定に維持した定常運転状態において排
気酸素濃度を変更し、変更した排気酸素濃度と測定したＰＭ排出量とからなるデータ点を上述した式が通るように決定される。
【特許文献１】特開２００３−３０７１１０号公報
【特許文献２】特開２０００−１７０５２１号公報
【特許文献３】特開平３−２３３１２６号公報
【特許文献４】特開平７−２２４６３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、パティキュレート生成定数Ａsft、及びパティキュレート酸化定数Ａsotを求めるために多くの実験や計算が必要となるため、簡単にＰＭの排出量を求めることができない。
【０００５】
本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、内燃機関の排気浄化装置において、実際の粒子状物質の排出量をより簡単且つ正確に推定することができる技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を達成するために本発明による内燃機関の排気浄化装置は、
内燃機関が基準となる状態で運転しているときの粒子状物質の排出量を該内燃機関の運転領域と関連付けて基準値として記憶する基準排出量記憶手段と、
内燃機関が基準となる状態で運転しているときの目標となる空気過剰率を該内燃機関の運転領域に基づいて設定する目標空気過剰率設定手段と、
前記内燃機関の実際の運転領域を検出する運転領域検出手段と、
実際の空気過剰率を検出する空気過剰率検出手段と、
粒子状物質の排出量と比例する値であり且つ空気過剰率が小さくなるほど大きくなる値であるＰＭ排出係数と、空気過剰率と、の関係を記憶するＰＭ排出係数記憶手段と、
前記実際の空気過剰率に基づいて得られるＰＭ排出係数と、前記運転領域検出手段により得られる運転領域において前記内燃機関が基準となる状態で運転していた場合に前記目
標空気過剰率設定手段により設定される空気過剰率に基づいて得られるＰＭ排出係数と、の比に、前記基準排出量記憶手段により記憶されている基準値を乗じることにより実際の粒子状物質の排出量を算出する粒子状物質排出量算出手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００７】
前記運転領域は、例えば機関回転数または機関負荷を、ある程度の幅を持って複数に区切ることにより設定することができる。これにより、運転領域は複数あることになる。また、運転領域は無限にあっても良い。
【０００８】
「基準となる状態」とは、例えば内燃機関やその吸排気系が新品状態のときであって定常運転を行っている場合をいう。ここで、定常運転とは前記運転領域が変化しない場合としても良い。つまり、本発明では、それ以外の場合における粒子状物質の排出量を算出する。それ以外の場合とは、例えばエアクリーナが目詰まりしているとき等の「新品状態」ではないとき、または内燃機関の過渡運転時を挙げることができる。ここで、過渡運転とは運転領域が変化する場合としても良い。また、過渡運転時は、加速又は減速のどちらであっても良い。そして、基準排出量記憶手段は、基準となる状態で運転しているときの粒子状物質の排出量を夫々の運転領域毎に記憶している。例えば、実験等により実際に得られた排出量を記憶していても良く、内燃機関の運転状態から粒子状物質の排出量を得るためのマップ又は計算式を記憶していても良い。
【０００９】
目標空気過剰率設定手段は、内燃機関が基準となる状態で運転しているときの目標となる空気過剰率を設定する。この目標となる空気過剰率は、例えば、内燃機関に対して要求される排気の状態や燃焼騒音の低減、更には出力等に基づいて設定される。
【００１０】
運転領域検出手段は、運転領域が変化しているときであっても、移り変わる運転領域の夫々を検出することができる。また、空気過剰率検出手段は、例えば吸入空気量と燃料噴射量とに基づいて空気過剰率を検出しても良く、センサにより空気過剰率を検出しても良い。
【００１１】
ＰＭ排出係数記憶手段は、ＰＭ排出係数と空気過剰率との関係を予め求めたものを記憶している。ＰＭ排出係数は、粒子状物質の排出量と比例する値である。つまり、異なる２つの運転状態におけるＰＭ排出係数の比は、これらの運転状態における粒子状物質の排出量の比と等しくなる。つまり、ＰＭ排出係数とは、運転領域が同じときであって空気過剰率が異なる２つの状態におけるＰＭ排出量を比較した場合に、どれだけ異なるのかを相対的に示す値である。なお、ＰＭ排出係数は、内燃機関毎に異なるものとなり、例えば実験等により求めることができる。そして、空気過剰率が小さくなるほど空気不足により粒子状物質の排出量が増加し得るため、ＰＭ排出係数は空気過剰率が小さくなるほど大きくなる。
【００１２】
ここで、空気過剰率検出手段により実際の空気過剰率を検出することができるので、この空気過剰率をＰＭ排出係数記憶手段に記憶されている関係に代入することにより、実際のＰＭ排出係数を求めることができる。
【００１３】
また、実際の運転領域は運転領域検出手段により検出することができる。そして、この運転領域で内燃機関が基準となる状態で運転していたならば設定される空気過剰率を目標空気過剰率設定手段により得ることができる。このようにして得られた空気過剰率を、ＰＭ排出係数記憶手段に記憶されている関係に代入することにより、この運転領域において基準となる状態で運転していると仮定した場合のＰＭ排出係数を算出することができる。
【００１４】
このようにして得られた実際のＰＭ排出係数と、基準となる状態で運転していると仮定
した場合のＰＭ排出係数と、の比は、実際の粒子状物質の排出量と、基準となる状態で運転している場合の粒子状物質の排出量と、の比と等しくなる。そして、基準となる状態で運転している場合の粒子状物質の排出量は、基準排出量記憶手段により記憶されているため、この値を前記したＰＭ排出係数の比に乗じることにより、実際の粒子状物質の排出量を得ることができる。つまり、ＰＭ排出係数の比を求めることにより、基準となる状態で運転している場合の粒子状物質の排出量に対し何倍の粒子状物質が排出されているのかを算出することができるので、実際の粒子状物質の排出量をより簡単に、そしてより正確に推定することができる。
【００１５】
そして、本発明においては、前記空気過剰率検出手段により検出される空気過剰率が所定値以上の場合に限り、前記粒子状物質排出量推定手段は粒子状物質の排出量を算出することができる。
【００１６】
ここで、空気過剰率が１に近づくと、気筒内での燃焼温度が低くなることにより、気筒内での粒子状物質の発生量が減少する。つまり、空気過剰率が小さくなるほどＰＭ排出係数が大きくなるという関係が成り立たなくなる。そのため、実際の空気過剰率が所定値よりも小さい場合には、実際の粒子状物質の排出量の算出を禁止する。
【００１７】
なお、前記所定値は、気筒内で粒子状物資が生成されなくなる温度よりも高い温度（つまり、粒子状物質が生成される温度）となる空気過剰率の最低値としてもよい。この「粒子状物質が生成されなくなる」とは、全く生成されないことだけではなく、無視できるほどの粒子状物質が生成されることも含むことができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置によれば、実際の粒子状物質の排出量をより簡単且つ正確に推定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００２０】
図１は、本実施例に係る内燃機関の排気浄化装置を適用する内燃機関１とその吸・排気系の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、水冷式の４サイクル・ディーゼルエンジンである。
【００２１】
内燃機関１には、該内燃機関の気筒内に燃料を供給する燃料噴射弁１１が備えられている。また、内燃機関１には、燃焼室へ通じる排気通路２が接続されている。この排気通路２は、下流にて大気へと通じている。
【００２２】
前記排気通路２の途中には、吸蔵還元型ＮＯx触媒（以下、ＮＯx触媒という。）を担持したパティキュレートフィルタ３（以下、フィルタ３という。）が設けられている。このフィルタ３は、排気中のＰＭを捕集することができる。ＮＯx触媒は、流入する排気の酸
素濃度が高いときは排気中のＮＯxを吸蔵し、流入する排気の酸素濃度が低く且つ還元剤
が存在するときは吸蔵していたＮＯxを還元する機能を有する。
【００２３】
また、フィルタ３よりも下流の排気通路２には、該排気通路２内を流れる排気の空燃比に応じた信号を出力する空燃比センサ４が取り付けられている。なお、本実施例では空燃比センサ４が、本発明における空気過剰率検出手段に相当する。
【００２４】
フィルタ３よりも上流の排気通路２には、該排気通路２を流通する排気中に還元剤たる燃料（軽油）を添加する燃料添加弁５を備えている。燃料添加弁５は、後述するＥＣＵ６からの信号により開弁して排気中へ燃料を噴射する。燃料添加弁５から排気通路２内へ噴射された燃料は、ＮＯx触媒にて反応し、フィルタ３の温度を上昇させる。そして、ＰＭ
が酸化可能な温度に達した後に燃料の添加を停止させて排気の空燃比をリーンとすることにより、フィルタ３に捕集されたＰＭは酸化される。このように、フィルタ３を酸化させることにより、該フィルタ３からＰＭを除去することをフィルタの再生という。
【００２５】
さらに、内燃機関１には、燃焼室へ通じる吸気通路７が接続されている。この吸気通路７の途中には、該吸気通路７を流れる空気の量に応じた信号を出力するエアフローメータ８が設けられている。
【００２６】
以上述べたように構成された内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニットであるＥＣＵ６が併設されている。このＥＣＵ６は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態を制御するユニットである。
【００２７】
また、ＥＣＵ６には、上記センサの他、運転者がアクセルペダル１２を踏み込んだ量に応じた電気信号を出力し機関負荷を検出可能なアクセル開度センサ１３、及び機関回転数を検出するクランクポジションセンサ１４が電気配線を介して接続され、これら各種センサの出力信号がＥＣＵ６に入力されるようになっている。一方、ＥＣＵ６には、燃料噴射弁１１および燃料添加弁５が電気配線を介して接続され、該ＥＣＵ６により燃料噴射弁１１および燃料添加弁５の開閉時期が制御される。なお、本実施例ではアクセル開度センサ１３又はクランクポジションセンサ１４の少なくとも一方が、本発明における運転領域検出手段に相当する。
【００２８】
ところで、内燃機関１に対して要求される排気状態や燃焼騒音の低減、出力等は、例えば負荷により異なるため、該内燃機関１の目標空気過剰率は例えば負荷により異なる。そのため、過渡運転時における吸入空気の不足度合いが同じであっても、排出されるＰＭの量は負荷により異なる。
【００２９】
ここで、図２は、低負荷運転時における空気過剰率λとＰＭ排出量との関係を示した図である。また、図３は、高負荷運転時における空気過剰率λとＰＭ排出量との関係を示した図である。図４は、全負荷近傍での運転時における空気過剰率λとＰＭ排出量との関係を示した図である。夫々の図で「定常」で示される点は、内燃機関１の定常運転時におけるものであり、他の点は過渡運転時におけるものであって過渡運転時には矢印の方向に空気過剰率が変化する。
【００３０】
低負荷では空気過剰率が比較的大きな値で運転されるため、吸入空気が不足してもＰＭが増加する度合いは小さい。一方、高負荷では低負荷のときよりも空気過剰率が小さな値で運転されるため、吸入空気の不足によりＰＭが増加する度合いは低負荷よりも高くなる。さらに、全負荷近傍での運転時には、最初にＰＭ排出量が増加するものの、理論空燃比近傍で運転されると気筒内での燃焼温度が低下する。そのため、空気過剰率が１．２乃至１．３よりも小さくなるとＰＭの生成量が減少していく。このように、過渡運転時における吸入空気量の不足度合いが同じであっても、定常運転時からのＰＭの排出量の増加度合いが異なる。
【００３１】
そこで、本実施例では、先ず、内燃機関１の機関回転数と機関負荷とに基づいて複数の運転領域を予め設定しておく。そして、運転領域毎に定常運転時の目標空気過剰率を予め設定してＥＣＵ６に記憶しておく。さらに、目標空気過剰率にて内燃機関１を定常運転させたときのＰＭの排出量を運転領域毎に予め実験等により求めておき、このときのＰＭ排
出量を機関回転数及び機関負荷と関連付けてマップとしてＥＣＵ６に記憶しておく。このＰＭ排出量は、基準値とされる。なお、本実施例ではこのように目標空気過剰率を記憶するＥＣＵ６が、本発明における目標空気過剰率設定手段に相当する。また、本実施例では目標空気過剰率にて内燃機関１を定常運転させたときのＰＭ排出量を記憶するＥＣＵ６が、本発明における基準排出量記憶手段に相当する。なお、本実施例では燃料噴射弁１１からの燃料噴射量を機関負荷として扱ってもよい。
【００３２】
つまり、定常運転時には、機関回転数と機関負荷とを前記マップに代入することにより、ＰＭ排出量を求めることができる。一方、過渡運転時には、吸入空気量の不足等によりＰＭの発生量が増加することがあるため、前記マップをそのまま用いてもＰＭ排出量を正確に求めることはできない。
【００３３】
ここで、図５は、空気過剰率とＰＭ排出係数との関係を示した図である。同じ運転領域では、実際の空気過剰率で過渡運転されているときのＰＭ排出係数と、目標空気過剰率で定常運転されているときのＰＭ排出係数と、の比は、実際のＰＭ排出量と定常運転時におけるＰＭ排出量との比と等しくなる。つまり、目標空気過剰率のときのＰＭ排出係数と実際の空気過剰率のときのＰＭ排出係数との比、及び定常運転時におけるＰＭ排出量が判れば、過渡運転時におけるＰＭ排出量を推定することができる。この関係は予め実験等により求めてＥＣＵ６に記憶しておく。なお、本実施例では図５に示した関係を記憶しているＥＣＵ６が、本発明におけるＰＭ排出係数記憶手段に相当する。
【００３４】
ここで、定常運転時におけるＰＭ排出量は運転領域毎に予め求められている。また、定常運転時の目標空気過剰率は運転領域毎に予め設定されている。したがって、目標空気過剰率を図５に代入することにより、目標空気過剰率で定常運転されていると仮定したときのＰＭ排出係数を求めることができる。そして、過渡運転時における実際の空気過剰率は空燃比センサ４により得ることができるので、このときのＰＭ排出係数を求めることができる。これらから、過渡運転時におけるＰＭ排出量を求めることができる。
【００３５】
図５では、例えば、Ａで示される点において定常運転が行なわれ、Ｂで示される点において過渡運転が行なわれている場合には、定常運転時（Ａ）において空気過剰率が２．５（ＰＭ排出係数が０．７５）となり、過渡運転時（Ｂ）に空気過剰率が１．７５（ＰＭ排出係数が３）となるため、過渡運転時のＰＭ排出量は、定常運転時と比較して３／０．７５＝４倍となる。つまり定常運転時のＰＭ排出量を４倍することにより、この運転領域における過渡運転時のＰＭ排出量を求めることができる。
【００３６】
また、Ｂで示される点において定常運転が行なわれ、Ｃで示される点において過渡運転が行なわれている場合には、定常運転時（Ｂ）において空気過剰率が１．７５（ＰＭ排出係数が３）となり、過渡運転時（Ｃ）に空気過剰率が１．２（ＰＭ排出係数が１８）となるため、過渡運転時のＰＭ排出量は、定常運転時と比較して１８／３＝６倍となる。つまり定常運転時のＰＭ排出量を６倍することにより、この運転領域における過渡運転時のＰＭ排出量を求めることができる。なお、本実施例ではこのようにＰＭ排出量を求めるＥＣＵ６が、本発明における粒子状物質排出量算出手段に相当する。
【００３７】
ただし、例えば空気過剰率が１．２乃至１．３よりも小さくなると、燃焼温度が低下するためＰＭ排出量も減少する。そのため、本実施例では、空気過剰率が１．２よりも小さい場合には、図５に基づいてＰＭ排出量を求めることを禁止する。つまり、本実施例では１．２乃至１．３が、本発明における所定値に相当する。
【００３８】
以上説明したように、本実施例によれば、空気過剰率と関連付けた図５に示すマップを用いることで、過渡運転時のＰＭ排出量を簡単且つ正確に求めることができるため、フィ
ルタ３の再生時期をより正確に求めることができる。そのため、燃費の悪化を抑制したり、フィルタ３の目詰まりを抑制したりできる。
【００３９】
なお、本実施例では、過渡運転時のＰＭ排出量について説明しているが、エアクリーナの目詰まり等によって空気過剰率が変化した場合であってもＰＭ排出量を簡単且つ正確に求めることができる。この場合、定常運転時であってもＰＭ排出量が新品時と異なるが、本実施例によれば定常運転時であっても実際のＰＭ排出量を求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】実施例に係る内燃機関の排気浄化装置を適用する内燃機関とその吸・排気系の概略構成を示す図である。
【図２】低負荷運転時における空気過剰率λとＰＭ排出量との関係を示した図である。
【図３】高負荷運転時における空気過剰率λとＰＭ排出量との関係を示した図である。
【図４】全負荷近傍での運転時における空気過剰率λとＰＭ排出量との関係を示した図である。
【図５】空気過剰率とＰＭ排出係数との関係を示した図である。
【符号の説明】
【００４１】
１     内燃機関
２     排気通路
３     パティキュレートフィルタ
４     空燃比センサ
５     燃料添加弁
６     ＥＣＵ
７     吸気通路
８     エアフローメータ
１１   燃料噴射弁
１２   アクセルペダル
１３   アクセル開度センサ
１４   クランクポジションセンサ
【図１】
2008057486.tif 000003
【図２】
2008057486.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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