(57)【要約】    【課題】  エンジン１の排気通路１０に、低温時にＨＣをトラップし、トラップしたＨＣを高温時に脱離浄化するＨＣトラップ触媒１４を備える場合、重質燃料を使用すると、低温時にエンジン１から排出されるＨＣ量が増加して、ＨＣトラップ触媒１４がトラップ限界に達するのを防止する。    【解決手段】  エンジン１に供給される燃料の性状（重質、軽質）を検出する。エンジン１の低温時に、検出された燃料性状に応じ、重質であるときは、空燃比のリーン化又は燃料噴射時期の進角により、エンジン１から排出されるＨＣ量を低減する。また、排気空燃比がリーンのときにＮＯｘをトラップし、トラップしたＮＯｘを排気空燃比がストイキないしリッチのときに脱離浄化するＮＯｘトラップ触媒１３を設け、ＨＣ量の低減により増加するＮＯｘをトラップする。【選択図】  図１
2005105843.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機関の排気通路に、機関の低温時に機関から排出されるＨＣをトラップし、トラップしたＨＣを高温時に脱離浄化するＨＣトラップ触媒を備える内燃機関の排気浄化装置において、
機関に供給される燃料の性状を検出する手段と、
機関の低温時に、検出された燃料性状に応じて、機関から排出されるＨＣ量を調整する手段と、
を設けた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ＨＣ量調整手段は、燃料性状が重質であるときに、機関から排出されるＨＣ量を低減するように機関を制御するものであることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記ＨＣ量調整手段は、空燃比をリーン化することで、機関から排出されるＨＣ量を低減することを特徴とする請求項２記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記ＨＣ量調整手段は、燃料噴射時期を進角することで、機関から排出されるＨＣ量を低減することを特徴とする請求項２記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
機関の排気通路に、排気空燃比がリーンのときに排気中のＮＯｘをトラップし、トラップしたＮＯｘを排気空燃比がストイキないしリッチのときに脱離浄化するＮＯｘトラップ触媒を設けたことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
前記ＮＯｘトラップ触媒のＮＯｘトラップ量を推定する手段を備え、前記ＨＣ量調整手段によるＨＣ量の低減制御に際し、前記ＮＯｘトラップ触媒のＮＯｘトラップ量が所定値以上のときは、ＨＣ量の低減制御を禁止することを特徴とする請求項５記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項７】
前記ＮＯｘトラップ触媒のＮＯｘトラップ量が所定値以上のときは、機関停止までに、排気空燃比をリッチ化してＮＯｘトラップ触媒にトラップされているＮＯｘを脱離浄化することを特徴とする請求項６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し、特にＨＣトラップ触媒を備える排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気浄化装置として、特許文献１に示されるように、ＨＣトラップ触媒（ＨＣ吸着触媒）を用いるものがある。ＨＣトラップ触媒は、機関の低温時（触媒が未活性のとき）に機関から排出されるＨＣ（炭化水素）をトラップし、トラップしたＨＣを高温時（触媒の活性後）に脱離浄化する。
【特許文献１】特開２００３−９０２１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、ＨＣトラップ触媒を用いる場合、機関に供給される燃料の性状によっては、着火性の悪化により、冷間時に機関から排出されるＨＣが大幅に増加して、ＨＣトラップ限界を超えてしまうことがあり、これによりＨＣが未浄化のまま排出される恐れがある。また、ＨＣトラップ量が多くなり過ぎると、脱離浄化効率が低下して、排気性能の悪化を招く恐れがある。
【０００４】
本発明は、このような実状に鑑み、ＨＣトラップ触媒を用いる場合に、燃料性状が悪化しても、所望の排気性能を維持できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
このため、本発明では、機関に供給される燃料の性状を検出し、機関の低温時に、検出された燃料性状に応じて、機関から排出されるＨＣ量を調整する構成とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、燃料の性状を検出することで、機関から排出されるＨＣ量を予測できることから、機関の低温時に、燃料性状に応じて、機関から排出されるＨＣ量が許容範囲を超えないように機関を制御することにより、ＨＣトラップ触媒のＨＣトラップ量を許容範囲内に維持して、ＨＣの流出や脱離浄化効率の低下を未然に防止し、排気性能の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の一実施形態を示す内燃機関（ここではディーゼルエンジン）のシステム図である。
ディーゼルエンジン１の吸気通路２には可変ノズル型の過給機（ターボチャージャ）３の吸気コンプレッサが備えられ、吸入空気は吸気コンプレッサによって過給され、インタークーラ４で冷却され、吸気絞り弁５を通過した後、コレクタ６を経て、各気筒の燃焼室内へ流入する。燃料は、コモンレール式燃料噴射装置により、すなわち、高圧燃料ポンプ７により高圧化されてコモンレール８に送られ、各気筒の燃料噴射弁９から燃焼室内へ直接噴射される。燃焼室内に流入した空気と噴射された燃料はここで圧縮着火により燃焼し、排気は排気通路１０へ流出する。
【０００８】
排気通路１０へ流出した排気の一部は、ＥＧＲガスとして、ＥＧＲ装置により、すなわち、ＥＧＲ通路１１によりＥＧＲ弁１２を介して吸気側へ還流される。排気の残りは、可変ノズル型の過給機３の排気タービンを通り、これを駆動する。
ここで、排気通路１０の排気タービン下流には、排気浄化のため、排気空燃比がリーンのときに排気中のＮＯｘ（窒素酸化物）をトラップし、トラップしたＮＯｘを排気空燃比がストイキないしリッチのときに脱離浄化することのできるＮＯｘトラップ触媒１３を配置してある。尚、ＮＯｘトラップ機能（物理吸着）は低温（例えば１００℃以上）から発現するが、脱離浄化特性を示すのは触媒の活性化が条件となる。
【０００９】
更に、このＮＯｘトラップ触媒１３の下流には、エンジン１の低温時（触媒が未活性のとき）に排気中のＨＣ（炭化水素）をトラップし、トラップしたＨＣを高温時（触媒の活性後）に脱離浄化することのできるＨＣトラップ触媒１４を配置してある。尚、ＮＯｘトラップ触媒１３とＨＣトラップ触媒１４とは、逆に配置してもよいし、一体に構成してもよい。
【００１０】
コントロールユニット２０には、エンジン１の制御のため、エンジン回転数Ｎｅ検出用の回転数センサ２１、アクセル開度ＡＰＯ検出用のアクセル開度センサ２２、吸入空気量Ｑａ検出用のエアフローメータ２３、エンジン冷却水温Ｔｗ検出用の水温センサ２４から、信号が入力されている。また、排気空燃比に対応した信号を出力する空燃比センサ２５が設けられ、この信号もコントロールユニット２０に入力されている。
【００１１】
コントロールユニット２０は、これらの入力信号に基づいて、燃料噴射弁９による燃料噴射の燃料噴射量及び噴射時期制御のための燃料噴射弁９への燃料噴射指令信号、吸気絞り弁５への開度指令信号、ＥＧＲ弁１２への開度指令信号等を出力する。
ここにおいて、コントロールユニット２０では、ＨＣトラップ触媒１４及びＮＯｘトラップ触媒１３の機能の維持による排気浄化性能の向上のため、燃料噴射弁９、吸気絞り弁５、又はＥＧＲ弁１２を介して、エンジン１を制御するようにしており、かかる制御について、以下に詳細に説明する。
【００１２】
図２はコントロールユニット２０にて実行される低温時の制御のフローチャートであり、エンジンの始動と同時に実行される。
Ｓ１では、水温センサ２４により検出される始動時の水温Ｔｗを読込み、水温Ｔｗが所定値以下の冷間時か否かを判定する。冷間時でない場合（すなわちホットリスタートの場合）は、処理を終了して通常制御に移行するが、冷間時の場合は、Ｓ２へ進む。
【００１３】
Ｓ２では、別ルーチン（図３）より検出される燃料性状（セタン価）を読込み、燃料性状を判定する。具体的には、重質燃料（低セタン価）か、軽質燃料（高セタン価）かを判定する。軽質燃料の場合は、処理を終了して通常制御に移行するが、重質燃料の場合は、Ｓ３へ進む。
Ｓ３では、別ルーチン（図５）により推定されているＮＯｘトラップ触媒１３のＮＯｘトラップ量（ＴＮＯｘ）を読込み、ＮＯｘトラップ量が所定値（トラップ限界）以下か否かを判定する。ＮＯｘトラップ触媒１３のＮＯｘトラップ量がトラップ限界を超えている場合は、処理を終了して通常制御に移行するが、トラップ限界以下の場合は、Ｓ４へ進む。
【００１４】
Ｓ４では、エンジンから排出されるＨＣ量（エンジン出口ＨＣ量）を低減するようにエンジンを制御する。
具体的には、吸気絞り弁５の開度を増大、あるいは、ＥＧＲ弁１２の開度を減少させることで、吸入空気量を増大させて、空燃比をリーン化する。空燃比のリーン化により、ＨＣの酸化反応が促進されて、エンジンから排出されるＨＣ量が低減する。又は、燃料噴射弁５の燃料噴射時期を進角する。燃料噴射時期の進角により、燃焼が改善されて、エンジンから排出されるＨＣ量が低減する。
【００１５】
従って、重質燃料の使用により、エンジンから排出されるＨＣ量が増加しているが、その増加分を、空燃比のリーン化又は燃料噴射時期の進角によるＨＣ量の低減分で相殺でき、最終的にエンジンから排出されるＨＣ量を、軽質燃料を使用した場合と同等のレベルにすることができる。これにより、ＨＣトラップ触媒１４がトラップ限界に達してＨＣが未浄化のまま排出されるのを防止できる。
【００１６】
また、ここでの空燃比のリーン化又は燃料噴射時期の進角の程度は、重質度合に応じて変化させ、重質度合が高いほど（セタン価が低いほど）、よりＨＣ量を低減できるように制御する。
また、エンジンから排出されるＨＣ量を低減するようにエンジンを制御することにより、トレードオフの関係で、エンジンから排出されるＮＯｘが増加するが、このＮＯｘはＮＯｘトラップ触媒１３によりトラップする。
【００１７】
Ｓ５では、水温センサ２４により検出される現在の水温Ｔｗを読込み、水温Ｔｗが所定値を超えたか否か、すなわち暖機が完了したか否かを判定する。暖機が完了していない場合は、Ｓ３へ戻って、ＮＯｘトラップ触媒１３がトラップ限界に達していないかぎり、Ｓ４でのエンジン出口ＨＣ量低減制御を続行する。暖機が完了した場合は、エンジン出口ＨＣ量低減制御を終了して、通常制御に移行する。
【００１８】
図３は燃料性状検出ルーチンのフローチャートである。
燃料性状は、ディーゼルエンジンの場合、使用される燃料（軽油）のセタン価により表すことができ、図４にセタン価（Cetane Number ）と密度（g/cm3 ）との関係を示すように、セタン価が高く、軽質であれば、密度が小となり、着火性が良好であるが、セタン価が低く、重質であれば、密度が大となり、着火性が悪化する。
【００１９】
Ｓ１１では、吸入空気量Ｑａを検出するエアフロメータ２３の信号に基づいて、シリンダ吸入空気量Ｑacを算出する。
Ｓ１２では、エンジン回転数Ｎｅと負荷（アクセル開度ＡＰＯ等）とをパラメータとして設定される燃料噴射量Ｑmainを、所定のマップを検索するなどして算出する。
Ｓ１３では、空燃比センサ２５の信号に基づき、所定のテーブルデータを検索するなどして、実空燃比ＡＦrealを算出する。
【００２０】
Ｓ１４では、Ｓ１１で求めたシリンダ吸入空気量ＱａｃとＳ１３で求めた実空燃比ＡＦrealとに基づいて、実燃料重量Ｇmain＝Ｑac／ＡＦrealを算出する。
Ｓ１５では、Ｓ１４で求めた実燃料重量ＧmainとＳ１２で求めた燃料噴射量Ｑmainとに基づいて、実比重Ｇfuel＝Ｇmain／Ｑmainを算出する。
Ｓ１６では、Ｓ１５で求めた実比重Ｇfuelと燃料温度ＴＦとから、標準温度（例えば２０℃）での標準比重Ｇstd を算出する。具体的には、実比重Ｇfuelと燃料温度ＴＦとをパラメータとする標準比重Ｇstd のマップを用意しておいて、検索により求めればよい。燃料温度ＴＦは燃温センサを用いて検出してもよいし、水温Ｔｗから推定してもよい。
【００２１】
Ｓ１７では、Ｓ１６で求めた標準比重Ｇstd に基づき、所定のテーブルデータを検索するなどして、セタン価Ｃnumberを算出する。標準比重Ｇstd が高いほど、密度が高く（重質）、セタン価Ｃnumberは低くなる。
但し、燃料性状の検出方法は、これに限るものではなく、各種方法を採用し得る。例えば、始動時などに、エンジン回転数Ｎｅを数サイクルにわたって読込んで、回転変動（最大回転数と最小回転数との偏差）ΔＮｅを算出し、回転変動ΔＮｅを基準値ΔＮｅ０と比較し、ΔＮｅ＞ΔＮｅ０の場合は、重質（低セタン価）と判定し、逆にΔＮｅ＜ΔＮｅ０の場合は、軽質（高セタン価）と判定するようにしてもよい。
【００２２】
図５はＮＯｘトラップ触媒１３のＮＯｘトラップ量推定を含むＮＯｘ脱離浄化制御ルーチンのフローチャートである。
Ｓ２１では、運転条件（エンジン回転数、負荷、空燃比等）より、エンジンからの単位時間当たりのＮＯｘ排出量（ＤＮＯｘ）を算出（予測）する。
Ｓ２２では、次式のごとく、単位時間当たりのＮＯｘ排出量（ＤＮＯｘ）に所定のトラップ率（ＫＴ）を乗じた値を積算することで、ＮＯｘトラップ量（ＴＮＯｘ）を算出・更新する。
【００２３】
ＴＮＯｘ＝ＴＮＯｘ＋ＤＮＯｘ・ＫＴ
このＮＯｘトラップ量（ＴＮＯｘ）は、エンジン停止後も記憶内容を保持できるメモリに記憶する。
但し、ＮＯｘトラップ量の推定は、これに限るものではなく、走行距離を積算したり、リーン雰囲気に置かれた時間を積算したりして、この積算値に基づいて行ってもよい。
【００２４】
Ｓ２３では、ＮＯｘトラップ量（ＴＮＯｘ）が所定値以上となって、脱離浄化時期となったか否かを判定する。ここでの脱離浄化時期判定用の所定値は、図３のＳ３でのトラップ限界判定用の所定値より小とする。判定の結果、脱離浄化時期でない場合は、Ｓ２１へ戻る。脱離浄化時期となった場合は、Ｓ２４へ進む。
Ｓ２４では、脱離浄化可能な運転条件（例えば暖機後で比較的高回転・高負荷条件）か否かを判定する。判定の結果、脱離浄化可能な運転条件でない場合は、Ｓ２１へ戻る。脱離浄化可能な運転条件の場合は、Ｓ２５へ進む。
【００２５】
Ｓ２５では、ＮＯｘトラップ触媒１３のＮＯｘ脱離浄化制御として、吸気絞り弁５の開度を減少、又は、ＥＧＲ弁１２の開度を増大させることで、吸入空気量を減少させて、空燃比をストイキ若しくはこれ以上にリッチ化する。同時に、燃料噴射時期の遅角（又はポスト噴射の実行）により、排気温度を上昇させる。これにより、ＮＯｘトラップ触媒１３にトラップされていたＮＯｘが脱離浄化される。
【００２６】
Ｓ２６では、ＮＯｘの脱離浄化に必要な所定時間が経過したか否かを判定する。経過していない場合は、Ｓ２５へ戻って、ＮＯｘ脱離浄化制御を続行する。経過した場合は、Ｓ２７へ進む。
Ｓ２７では、ＮＯｘの脱離浄化が完了したので、Ｓ２２での積算値であるＮＯｘトラップ量（ＴＮＯｘ）をリセットして、Ｓ２１へ戻る。
【００２７】
本実施形態によれば、エンジンの低温時にＨＣをトラップし、トラップしたＨＣを高温時に脱離浄化するＨＣトラップ触媒１４を備える場合に、燃料性状を検出し、エンジンの低温時に、検出された燃料性状に応じ、燃料性状が重質であるときに、エンジンから排出されるＨＣ量を低減するようにエンジンを制御することにより（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ４）、重質燃料の使用によりエンジンから排出されるＨＣ量が増加しても、これを抑制するようにエンジンを制御することで、最終的にエンジンから排出されるＨＣ量を軽質燃料の使用時と同等にして、ＨＣトラップ触媒１４が本来の機能を発揮できるレベルに抑えることができる。
【００２８】
また、本実施形態によれば、エンジンから排出されるＨＣ量を低減するように制御する際に、空燃比をリーン化するか、燃料噴射時期を進角すればよいので、いずれにしても簡単な制御で実施できる。
また、本実施形態によれば、排気空燃比がリーンのときに排気中のＮＯｘをトラップし、トラップしたＮＯｘを排気空燃比がストイキないしリッチのときに脱離浄化するＮＯｘトラップ触媒１３を併用することで、エンジンの低温時にエンジンから排出されるＨＣ量を低減するように制御したときに、トレードオフの関係で増加するＮＯｘを、ＮＯｘトラップ触媒１３によりトラップして、処理することができる。
【００２９】
また、本実施形態によれば、ＮＯｘトラップ触媒１３のＮＯｘトラップ量を推定する手段を備え、ＨＣ量の低減制御に際し、ＮＯｘトラップ触媒１３のＮＯｘトラップ量が所定値以上のときは、ＨＣ量の低減制御を禁止することにより（Ｓ３）、トラップ限界を超えたＮＯｘが未浄化のまま排出されるのを防止することができる。
また、本実施形態によれば、ＮＯｘトラップ触媒１３のＮＯｘトラップ量が所定値以上のときは、エンジン停止までに、排気空燃比をリッチ化してＮＯｘトラップ触媒１３にトラップされているＮＯｘを脱離浄化することにより（Ｓ２３、Ｓ２５）、エンジンの低温時のＨＣ量の低減制御をＮＯｘトラップ触媒１３がトラップ限界であるという理由により禁止することがないように、ＮＯｘトラップ触媒１３のトラップ容量を十分に確保しておくことで、ＨＣ量の低減制御を確実に実施できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一実施形態を示すディーゼルエンジンのシステム図
【図２】低温時の制御のフローチャート
【図３】燃料性状検出ルーチンのフローチャート
【図４】燃料性状の説明図
【図５】ＮＯｘトラップ触媒のＮＯｘ脱離浄化制御ルーチンのフローチャート
【符号の説明】
【００３１】
１  ディーゼルエンジン
２  吸気通路
３  過給機
４  インタークーラ
５  吸気絞り弁
６  コレクタ
７  高圧燃料ポンプ
８  コモンレール
９  燃料噴射弁
１０  排気通路
１１  ＥＧＲ通路
１２  ＥＧＲ弁
１３  ＮＯｘトラップ触媒
１４  ＨＣトラップ触媒
２０  コントロールユニット
２１  回転数センサ
２２  アクセル開度センサ
２３  エアフローメータ
２４  水温センサ
２５  空燃比センサ
【図１】
2005105843.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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