(57)【要約】【課題】分子中に窒素を含むセタン価向上剤が添加された燃料により運転されるエンジンから排出されるＮＯＸを浄化する。【解決手段】エンジンの制御装置１は、燃料に添加された硝酸エステル系セタン価向上剤の、燃料における混合割合を検出する濃度検出センサ２１とＥＣＵ２０とを備え、ＥＣＵ２０は、燃料におけるセタン価向上剤の混合割合とエンジンの運転条件とに基づき、排気に含まれるＮＯＸを浄化する排気浄化触媒１０の浄化能力を制御する。これにより、硝酸エステル系セタン価向上剤の添加により増加するＮＯＸ量を含む、実際のＮＯＸの排出量に応じて排気浄化触媒１０の浄化能力を制御し、浄化されないままエンジンの外部へ排出されるＮＯＸを低減する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料に添加されたセタン価向上剤の燃料における混合割合を検出する検出手段と、
前記混合割合とエンジンの運転条件とに基づき、排気に含まれるＮＯＸを浄化する還元触媒の浄化能力を制御する制御手段と、
を備えたエンジンの制御装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記混合割合とエンジンの運転条件とに基づき、排気中のＮＯＸ量を算出し、前記ＮＯＸ量に基づき、前記還元触媒の浄化能力を制御することを特徴とする請求項１記載のエンジンの制御装置。
【請求項３】
前記エンジンの運転条件は、燃料噴射量、吸気酸素濃度の少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項１または２記載のエンジンの制御装置。
【請求項４】
前記還元触媒を選択還元触媒として、前記制御手段が前記選択還元触媒へ添加する尿素添加量を決定することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のエンジンの制御装置。
【請求項５】
前記セタン価向上剤は分子中に窒素を含む硝酸エステル系の向上剤であることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のエンジンの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
吸蔵還元型触媒ＮＳＲ（NOX Storage Reduction）や選択還元触媒ＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）はエンジンの排気ガス中のＮＯＸ排出量を運転条件に基づき予測し、その排出量に応じてＮＯＸ浄化制御を行う。特許文献１には、ＳＣＲ触媒を有するエンジンにおいて、運転状態に応じて演算された尿素水溶液添加量に基づいて尿素水溶液の添加制御を実施するエンジンの排気浄化装置が開示されている。
【０００３】
この他本発明に関連のある技術として、例えば、特許文献２では、触媒への燃料添加間隔が密の期間と疎の期間とを交互に繰り返すことにより、ＳＯＸを効率的に放出する排気浄化システムにおいて、内燃機関の負荷が小さくなるほど燃料点火間隔が密である割合を多くすることが開示されている。また、特許文献３では、中心波長が６．１μｍの赤外光を用いると硝酸エステル量を極めて高精度に定量することが可能なことが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１８７３号公報
【特許文献２】特開２００４−３６０５７５号公報
【特許文献３】特公平５−８８７７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、圧縮自着火式の内燃機関において、軽油にエタノールやブタノールを混合した燃料やセタン価の低い燃料を使用すると燃焼変動悪化や未燃分排出増加を引き起こす。このため、上記の燃料を使用する場合、セタン価向上剤を添加して使用することがある。セタン価向上剤の１つに、2-ethylhexyl Nitrateのような分子中に窒素を含むものがあるが、このような分子中に窒素を含むセタン価向上剤が添加された燃料は、同セタン価向上剤が添加されていない燃料に比べて、排気中に含まれるＮＯＸ量が増加する場合がある。
【０００６】
さらに、排気に含まれるＮＯＸ量は、ＥＧＲ率（吸気酸素濃度）やエンジンの負荷により変化する。例えば、軽負荷ではＥＧＲ率が高い条件でＮＯＸが増加するが、ＥＧＲ率を減少させるとＮＯＸの排出量が減少する。また、高負荷ではＥＧＲ率に関わらずＮＯＸの排出量が増減しない。すなわち、セタン価向上剤を添加した燃料の燃焼により排出されるＮＯＸ量は運転条件により変化する。また、ＮＯＸ量はセタン価向上剤の添加量によっても変化する。
【０００７】
そのため、エンジンの排気ガス中のＮＯＸ量を運転条件に基づき予測するＮＳＲ触媒やＳＣＲ触媒によりエンジンの排気ガス中のＮＯＸを浄化するエンジンにおいて、分子中に窒素を含むセタン価向上剤を添加した燃料を使用した場合、実際のＮＯＸ量が運転条件より予測した量より多くなる可能性がある。このため、エンジンから排出されたＮＯＸの一部が、浄化されないまま大気へ排出されることが考えられる。
【０００８】
そこで、本発明は、上記課題に鑑み、分子中に窒素を含むセタン価向上剤が添加された燃料により運転されるエンジンから排出されるＮＯＸを浄化することを可能とするエンジンの制御装置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】
【０００９】
かかる課題を解決する本発明のエンジンの制御装置は、燃料に添加されたセタン価向上剤の燃料における混合割合を検出する検出手段と、前記混合割合とエンジンの運転条件とに基づき、排気に含まれるＮＯＸを浄化する還元触媒の浄化能力を制御する制御手段と、を備える。
【００１０】
上記構成によると、セタン価向上剤の添加により増加するＮＯＸ量を検出し、増加したＮＯＸ量を含む、実際のＮＯＸの排出量に応じて還元触媒の浄化能力を制御することができる。これにより、浄化されないままエンジンの外部へ排出されるＮＯＸを低減することができる。
【００１１】
上記のエンジンの制御装置において、前記制御手段は、前記混合割合とエンジンの運転条件とに基づき、排気中のＮＯＸ量を算出し、前記ＮＯＸ量に基づき、前記還元触媒の浄化能力を制御することとしてもよい。また、上記のエンジンの制御装置において、前記エンジンの運転条件は、燃料噴射量、吸気酸素濃度の少なくとも一方を含むこととしてもよい。また、上記のエンジンの制御装置において、前記還元触媒を選択還元触媒（ＳＣＲ）として、前記制御手段が前記選択還元触媒へ添加する尿素添加量を決定することとしてもよい。さらには、上記のエンジンの制御装置において、前記セタン価向上剤は分子中に窒素を含む硝酸エステル系の向上剤としてもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のエンジンの制御装置は、分子中に窒素を含むセタン価向上剤が添加された燃料により運転されるエンジンから排出されるＮＯＸの浄化制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施の形態にかかるエンジンの制御装置を示した図である。
【図２】濃度検出センサを詳細に示した図である。
【図３】ＮＯＸ排出量の増加量を算出する制御のフローである。
【図４】ＥＧＲ率とＮＯＸ排出量の関係を示した図である。
【図５】エンジンの回転数及びトルクとＮＯＸ排出量の増化量との関係を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するための形態を図面と共に詳細に説明する。
【００１５】
本発明の実施の形態にかかるエンジンの制御装置について図面を参照しつつ説明する。図１は本実施の形態にかかるエンジンの制御装置（以下、単に「制御装置」という。）１を示した図である。図１中の矢印は新気や排気の流れる方向を示している。エンジンは軽油を主燃料とする圧縮自着火式の内燃機関、いわゆるディーゼルエンジンである。エンジンは、エンジン本体２、燃料タンク３、吸気系４、排気系５を備えている。エンジン本体２は、ピストン、シリンダヘッド、シリンダブロックから区画された燃焼室６を有する。図１中、燃焼室６は４つ形成されているが、燃焼室６の数は４つに限定されず、いくつであってもよい。エンジン本体２には、燃焼室６へ向けて燃料を噴射するように燃料噴射弁７が設けられている。燃料タンク３内には燃料噴射弁７へ供給される燃料が蓄えられている。燃料タンク３内の燃料は、燃料供給管８を通り、一旦、コモンレール９へ送られて蓄圧される。燃料を噴射するタイミングになると、コモンレール９から燃料噴射弁７へ燃料が供給され、燃焼室６への噴射に至る。特に、本実施例のエンジンが使用する燃料は、軽油にセタン価向上剤を添加したものである。セタン価向上剤は分子中に窒素を含む硝酸エステル系の向上剤を用いる。硝酸エステル系のセタン価向上剤として、例えば、2-ethylhexyl Nitrate（２エチルヘキシルナイトレート）を採用できる。また、セタン価向上剤を含むことにより、着火性が向上するので、燃料にエタノールやブタノール等のアルコール燃料を混合してもよい。
【００１６】
吸気系４は燃焼室６内へ吸気を供給する。吸気系４は、エンジンの外部から新気を燃焼室６へ送る吸気管４１を備えている。この吸気管４１には、上流側からエアクリーナ４２、過給機４３、インタークーラ４４、スロットル４５が順に配置されている。エアクリーナ４２はフィルタにより新気に含まれるダストを除去する。過給機４３は後述する排気管５１を通る排気によりタービン４３１を回転し、その動力を伝達してコンプレッサ４３２を駆動し、吸気管４１の新気を圧縮する。インタークーラ４４は、過給機４３により圧縮された空気を冷却する。スロットル４５は、燃焼室６へ供給する外気の流量を調整する。
【００１７】
排気系５は燃焼室６から排気をエンジン外部へ排出する排気管５１を備えている。排気管５１の排気の通路上には排気浄化触媒１０が設けられている。排気浄化触媒１０は、排気管５１に上流側から順に配置された、第１酸化触媒１１、尿素水ノズル１２、ＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）触媒１３、第２酸化触媒１４を備えている。第１酸化触媒１１は排気中の一酸化窒素（ＮＯ）を二酸化窒素（ＮＯ２）へ酸化させる。尿素水ノズル１２は、尿素水タンク１５内に貯蔵された尿素水溶液をＳＣＲ触媒１３へ向けて噴射する。尿素水タンク１５内の尿素水溶液はポンプ１６により尿素水ノズル１２へ供給される。ＳＣＲ触媒１３は、第１酸化触媒１１において酸化された二酸化窒素を吸着し、吸着した二酸化窒素を尿素水ノズル１２から噴射された尿素水から生成されたアンモニアにより還元する。第２酸化触媒１４は、還元に用いたアンモニアを酸化する。
【００１８】
また、排気管５１の排気浄化触媒１０の上流側には、過給機４３のタービン４３１が設けられている。さらに、排気管５１の過給機４３の上流側から、吸気管４１のスロットル４５の下流側へ排気の一部を還流するＥＧＲ通路５２が設けられている。ＥＧＲ通路５２には還流するＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ５３が設けられている。ＥＧＲクーラ５３の下流にはＥＧＲガスの還流量を調整するＥＧＲバルブ５４が設けられている。
【００１９】
さらに、制御装置１はＥＣＵ（Electronic Control Unit）２０を備えている。ＥＣＵ２０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、入出力ポートを双方向バスで接続した公知の形式のディジタルコンピュータからなり、エンジンの制御のために設けられている各種センサや作動装置と信号をやり取りして内燃機関を制御するようになっている。
【００２０】
ＥＣＵ２０は燃料供給管８に設けられた濃度検出センサ２１と電気的に接続されている。濃度検出センサ２１は、燃料中に含まれる硝酸エステルの濃度を検出するセンサである。図２は濃度検出センサ２１の詳細を示した図である。燃料供給管８の濃度検出センサ２１が装着される部位８１は、光を通過する透明の円管８２に置き換えられている。濃度検出センサ２１は光源２１１、受光部２１２とフィルタ２１３を有し、光源２１１と受光部２１２とが円管８２を挟むように配置され、円管８２と受光部２１２との間にフィルタ２１３が配置されて構成されている。
【００２１】
光源２１１は硝酸エステルの吸収ピーク波長である６．１μｍの波長光を含む赤外光を発する。光源２１１が発した赤外光は、円管８２内を流れる燃料内を通過した後、フィルタ２１３を経て受光部２１２へ入射する。フィルタ２１３は６．１μｍの波長光だけを透過し、受光部２１２は受光した６．１μｍの波長光を電気信号へ変換する。光源２１１が発した赤外光は燃料内を通過する際に吸収される。特に、硝酸エステルの吸収ピーク波長である６．１μｍの波長は燃料に含まれる硝酸エステルの量に応じて吸収作用を受ける。したがって、受光部２１２が受光する波長６．１μｍの光は、燃料に含まれる硝酸エステル量に応じて吸収作用を受け、減衰する。ＥＣＵ２０は、光源２１１からの赤外光の放射を制御するとともに、受光部２１２が変換した電気信号を受信する。さらに、ＥＣＵ２０は、軽油に混合した硝酸エステルの混合割合と波長６．１μｍの赤外光の減衰との関係を予めデータとして記憶している。ＥＣＵ２０は、光源２１１が放射した光と受光部２１２が受光した光とに基づき、予め記憶しておいたデータと照合することにより、燃料供給管８を流れる燃料における硝酸エステルの混合割合を算出する。
【００２２】
この他、ＥＣＵ２０は燃料噴射弁７と電気的に接続され、燃料の噴射を制御する。また、ＥＣＵ２０はスロットル４５と電気的に接続され、スロットル４５の開度を制御する。また、ＥＣＵ２０はＥＧＲバルブ５４と電気的に接続され、ＥＧＲバルブ５４の開度を制御する。また、ＥＣＵ２０はポンプ１６と電気的に接続され、尿素水タンク１５内に貯蔵された尿素水溶液の尿素水ノズル１２への供給量を制御する。
【００２３】
次に、ＮＯＸ排出量の増加量を算出する制御について説明する。この制御はＥＣＵ２０により実施される。図３は、ＮＯＸ排出量の増加量を算出する制御のフローである。ＥＣＵ２０は、濃度検出センサ２１により燃料における硝酸エステルの混合割合を算出する（ステップＳ１）。次に、ＥＣＵ２０はエンジンの運転条件を検出する（ステップＳ２）。本実施例において、ＥＣＵ２０により検出される運転条件は、燃料噴射量とＥＧＲ率（吸気酸素濃度）である。ＥＣＵ２０は、例えばエンジンの回転数、負荷や吸入空気量に基づき決定した燃料噴射量をＲＡＭに記憶している。したがって、ここでは、ＥＣＵ２０は自身のＲＡＭに記憶された燃料噴射量の値を抽出する。また、ＥＣＵ２０はスロットル４５の開度及びＥＧＲバルブ５４の開度とから新気の吸入量とＥＧＲガスの吸入量とを算出し、ＥＧＲ率を算出する。
【００２４】
エンジンの運転条件の検出が終了すると、次に、ＥＣＵ２０は、ＮＯＸ排出量の増化量を算出する（ステップＳ３）。ＮＯＸ排出量は、燃焼室６で発生する排気中に含まれるＮＯＸの量である。ＮＯＸ排出量は、硝酸エステルの混合割合、ＥＧＲ率、燃料噴射量により変動する。
【００２５】
図４はＥＧＲ率（当量比）とＮＯＸ排出量の関係を示した図である。図５はエンジンの回転数及びトルクとＮＯＸ排出量の増化量との関係を示した図である。図４（ａ）は、エンジンが軽負荷で運転している場合を示し、図４（ｂ）はエンジンが高負荷で運転している場合を示している。図４に示すように、軽負荷、高負荷ともに、ＥＧＲ率が上昇するほど、ＮＯＸ排出量が減少する。図４（ａ）に示すように、軽負荷の運転において、硝酸エステルの混合がある場合には、硝酸エステルの混合がない場合に比べ、ＮＯＸ排出量が増加する。一方、図４（ｂ）に示すように高負荷の運転では、硝酸エステルの混合の有無には影響を受けない。図５に示すように、エンジン回転数及びトルク、すなわち、エンジンの負荷が上昇するほど（図中の上に向かうほど）、ＮＯＸの増加量が少なくなる。そして、ＮＯＸの排出量の増減は、エンジンの負荷（この場合、圧縮端温度と言い換えることもできる）が一定の値を超えると、硝酸エステルの混合の影響を受けなくなる。すなわち、エンジンの負荷による増加量が０となる。なお、この場合、エンジンの負荷は圧縮端温度と言い換えることもできる。すなわち、ＮＯＸの排出量の増減は、圧縮端温度が一定の値を超えると、硝酸エステルの混合の影響を受けなくなる。
【００２６】
ＥＣＵ２０は、図４及び図５を参照し、エンジンの運転条件、硝酸エステルの混合割合に基づき、ＮＯＸの増加量を算出すると、増加前のＮＯＸの排出量に加えて増加後のＮＯＸの排出量を算出する。また、ＥＣＵ２０は、例えば、エンジンの運転条件、硝酸エステルの混合割合から増加後のＮＯＸの排出量を予め算出して作成したマップデータを所有しており、このマップデータを参照して増加後のＮＯＸの排出量を決定してもよい。
【００２７】
さらに、ＥＣＵ２０は、算出したＮＯＸの排出量に応じて、尿素水ノズル１２からの尿素水溶液の噴射量を決定し、決定した噴射量を噴射するようにポンプ１６を駆動する（ステップＳ４）。これにより、エンジンの運転条件、硝酸エステルの混合割合を考慮したＮＯＸの排出量に対応する尿素水溶液量がＳＣＲ触媒１３へ噴射される。この結果、ＳＣＲ触媒１３においてＮＯＸの量に対して還元に必要なアンモニアが供給されるため、浄化されずに残存するＮＯＸの量を低減する。これにより、外部へＮＯＸが排出されることを抑制する。ＥＣＵ２０は、ステップＳ４の処理を終えると、リターンとなる。
【００２８】
上記説明の通り、本実施例のエンジンの制御装置１は、濃度検出センサ２１により、燃料に添加された硝酸エステル（分子中に窒素を含むセタン価向上剤）の燃料における混合割合を検出し、燃料における硝酸エステルの混合割合とエンジンの運転条件（燃料噴射量、ＥＧＲ率）とに基づき、排気に含まれるＮＯＸを浄化するＳＣＲ触媒１３への尿素水溶液の添加量を制御する。これにより、硝酸エステルの添加により増加するＮＯＸ量を算出し、増加したＮＯＸ量を含む、実際のＮＯＸの排出量に応じて還元触媒の浄化能力を制御する。これにより、浄化されないままエンジンの外部へ排出されるＮＯＸを低減する。
【００２９】
また、エンジンの制御装置１は、ＥＣＵ２０により、燃料における硝酸エステルの混合割合とエンジンの運転条件とに基づき排気中のＮＯＸ量を算出し、算出したＮＯＸ量に基づき、ＳＣＲ触媒１３への尿素水溶液の添加量を制御することとしてもよい。
【００３０】
上記実施例では、セタン価向上剤として硝酸エステルを用いることを説明したが、本発明はこれに限定されない。上記実施例において、窒素を含むセタン価向上剤を、硝酸エステルに代替することができる。この場合、濃度検出センサ２１は、硝酸エステルに代替したセタン価向上剤の吸収ピークの波長の光波を用いてセタン価向上剤の燃料における混合割合を検出することとする。
【００３１】
上記実施例は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、さらに本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。
【符号の説明】
【００３２】
１  エンジンの制御装置
８  燃料供給路
１０  排気浄化触媒（還元触媒）
１３  ＳＣＲ触媒（選択還元触媒）
２０  ＥＣＵ（制御手段）
２１  濃度検出センサ（検出手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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