JP4066844B2

JP4066844B2 - ディーゼル機関の排気浄化装置

Info

Publication number: JP4066844B2
Application number: JP2003048616A
Authority: JP
Inventors: 雅彦江見; 仁小野寺
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2003-02-26
Filing date: 2003-02-26
Publication date: 2008-03-26
Anticipated expiration: 2023-02-26
Also published as: JP2004257302A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ＮＯｘトラップ触媒を備えたディーゼル機関の排気浄化装置に関し、特に、使用されている燃料のセタン価等の燃料性状に応じて、より適切にＮＯｘを低減する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えばディーゼル機関で問題となるＮＯｘ（窒素酸化物）の低減のために、排気空燃比がリーンのときにＮＯｘをトラップし、このトラップしたＮＯｘを排気空燃比がリッチのときに脱離し浄化する機能を有したＮＯｘトラップ触媒が従来から知られている。
【０００３】
一方、内燃機関で使用している燃料の燃料性状を判定する技術として、特許文献１に、セタン価センサが開示されている。この従来例は、市場の軽油燃料のセタン価が常に一定ではなく、安定な運転ができないことから、給油された軽油のセタン価を判定し、その判定値に応じたタイミングで燃料を噴射することを目的としている。
【０００４】
特許文献１のセタン価センサにおけるセタン価の判定方法は、軽油の粘度とセタン価とには比例関係があるということを前提としており、軽油の粘度測定手段として、燃料タンク内に、錘に作用する重力により落下する振り子を設けるとともに、粘度により左右される振り子の落下時間を計測する機構を設け、その落下時間から粘度を求めている。そして、検出した粘度に対して、そのときの燃料温度に基づく補正を加えて、セタン価を判定する構成となっている。
【０００５】
しかしながら、これについて、本出願人が実施した研究では、軽油の粘度とセタン価との相関は低く、しかも両者は反比例の関係であり、粘度が高いほどセタン価は低くなる傾向を有している。従って、軽油の粘度とセタン価との関係が比例関係であるか逆比例関係であるかということは別にしても、粘度を検出することではセタン価を精度良く検出することは出来ないことが明らかである。
【０００６】
他の従来例として、特許文献２には、ディーゼルエンジンの燃焼制御装置が開示されている。この燃焼制御装置は、筒内圧センサによる着火時期検出手段を有しており、市場での燃料のセタン価のばらつき等により、目標とする着火時期と実着火時期とが異なる場合に、目標通りの着火時期となるように、噴射時期やＥＧＲ率等を変更するようになっている。
【０００７】
【特許文献１】
実公平３−４５１８１号公報
【０００８】
【特許文献２】
特開平１１−１０７８２０号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ディーゼル機関の機関温度が低く、かつ燃料の比重が高い場合、機関から排出される排気ガス中の炭化水素（ＨＣ）は増加し、芳香族炭化水素を多く含んだ未燃のＨＣが排出され、かつ排気ガス温度も低い。従って、排気通路にＮＯｘトラップ触媒を具備した排気浄化装置においては、排気ガス温度が低いので、ＨＣの酸化のみならず、排気中のＮＯｘの再生能力も低下し、大気中に、ＨＣだけでなくＮＯｘも放出されるという問題がある。
【００１０】
このような問題は、上記特許文献１においては勿論のこと、特許文献２においても特に考慮されていない。
【００１１】
ここで、本出願人が調査した市場における軽油の標準比重（標準温度２０℃での比重）と燃料性状の関係を図２、図３に示す特性図に基づいて説明する。
【００１２】
軽油においては、図２に示すように、セタン価は標準比重（以下単に密度という）に反比例して低下する。この理由は、図３に示すように、密度が高いほど、セタン価が低くて蒸発性が低いベンゼン環構造を持つ芳香族炭化水素成分が多く含まれている、ということに起因している。また芳香族炭化水素類は多環構造に直鎖や側鎖構造のものが繋がっており、カーボン数が多くて重質になっていることが一般的であって、このため芳香族炭化水素成分が多くなると粘度が高くなる。従って、粘度は密度に比例して高くなるため、セタン価は粘度に反比例して低下することになる。
【００１３】
また図４は、芳香族炭化水素の含有量と排気中のＨＣ濃度との関係を示したもので、芳香族炭化水素が多いほど、ＨＣ濃度は高くなる。また、図５に示すように、芳香族炭化水素の含有量が多いほど、排気ガス温度は低くなる。
【００１４】
本発明は、このような実情に鑑み、使用している燃料の性状に応じて生じるＨＣやＮＯｘの変化に対処して、大気中へのＨＣやＮＯｘの放出を抑制することができるディーゼル機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明のディーゼル機関の排気浄化装置は、排気通路に、排気空燃比がリーンのときにＮＯｘ（窒素酸化物）をトラップし、このトラップしたＮＯｘを排気空燃比がリッチのときに脱離し浄化する機能を有したＮＯｘトラップ触媒が配設されている。そして、本発明では、使用している燃料の燃料性状を検出する燃料性状検出手段を備えており、検出された燃料性状に基づいて上記ＮＯｘトラップ触媒にトラップされるＮＯｘ量を制御するようになっている。また、上記燃料性状検出手段により検出された燃料性状が以前よりも悪化したと判別され、かつ排気ガス温度が所定温度より低い場合には、上記ＮＯｘトラップ触媒にトラップされるＮＯｘ量を減少させ、上記燃料性状検出手段により検出された燃料性状が以前よりも悪化したと判別され、かつ排気ガス温度が所定温度より高い場合には、上記ディーゼル機関から排出されるＨＣ量を減少させるようになっている。
【００１６】
上記燃料性状検出手段としては、例えば、燃料中の芳香族炭化水素含有量を推定するもの、燃料のセタン価を推定するもの、燃料の密度を推定するもの、などとすることができる。
【００１７】
前述のように芳香族炭化水素成分が多くなると、燃料の密度が高くなり、重質になっていて、粘度が高くなるのが公知であり、機関における燃焼温度が低くなって排気温度も低くなる。従って燃料中の芳香族炭化水素の含有量がわかれば、燃料性状の変化によるＨＣ成分の変化と排気温度の変化を推定することができ、燃焼の制御によってＨＣおよびＮＯｘの量を制御することで大気中へのＮＯｘやＨＣの放出を未然に防ぐことができる。また、燃料のセタン価が低いと燃料中の芳香族炭化水素含有量は増加するという関係があり、燃料中の芳香族炭化水素の含有量を燃料のセタン価によって代用することができ、セタン価がわかれば、同様に、燃料性状の変化によるＨＣ成分の変化と排気ガス温度の変化を推定することができる。また、燃料の密度が高いと燃料中の芳香族炭化水素含有量は増加するという関係があり、燃料中の芳香族炭化水素の含有量を燃料の密度によって代用することができ、密度がわかれば、同様に、燃料性状の変化によるＨＣ成分の変化と排気ガス温度の変化を推定することができる。
【００１８】
【発明の効果】
この発明によれば、燃料性状の変化によって燃焼状態が変化し、排気温度が変化したとしても、その変化に対応してＮＯｘトラップ触媒にトラップされるＮＯｘ量を制御することで、大気中へのＨＣおよびＮＯｘの放出を少なくすることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の好ましい実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２０】
図１は、本発明の排気浄化装置を備えたディーゼル機関のシステム構成図であり、このディーゼル機関は軽油を燃料としている。
【００２１】
図１において、１はディーゼル機関（以下、単にエンジンと記述する）を示し、３はこのエンジン１の排気通路を示す。
【００２２】
エンジン１の排気通路３の上流側部分を構成する排気出口通路３ａは、過給機のタービン３ｂに接続されており、その下流に、ＮＯｘトラップ触媒を内部に収容したケーシング２０が直列に配置されている。上記ケーシング２０の入口部には、実空燃比検出手段となる空燃比センサ３７が設けられている。この空燃比センサ３７は、例えば、酸素イオン伝導性固体電解質を用いて、排気中の酸素濃度を検出し、酸素濃度から空燃比を求める。上記ＮＯｘトラップ触媒は、流入する排気の空燃比がリーンであるときにＮＯｘをトラップし、流入する排気の酸素濃度を低下させると、トラップしていたＮＯｘを放出して浄化処理する機能を有している。
【００２３】
排気還流装置として、吸気通路２の吸気コレクタ２ｃと排気出口通路３ａとの間には、排気の一部を還流するためのＥＧＲ通路４が設けられており、ここに、ステッピングモータにて開度が連続的に制御可能なＥＧＲ弁５が介装されている。
【００２４】
吸気通路２は、上流位置にエアクリーナ２ａを備え、その出口側に、吸入空気量検出手段となるエアフロメータ７が設けられている。そして、エアフロメータ７の下流に、過給機のコンプレッサ２ｂが配置されているとともに、このコンプレッサ２ｂと吸気コレクタ２ｃとの間に、アクチュエータ（例えばステッピングモータ式）によって開閉駆動される吸気絞り弁６が介装されている。
【００２５】
エンジン１の燃料供給系は、ディーゼル用燃料である軽油を蓄える燃料タンク６０と、燃料をエンジン１の燃料噴射装置１０へ供給するための燃料供給通路１６と、エンジン１の燃料噴射装置１０からのリターン燃料（スピル燃料）を燃料タンク６０に戻すための燃料戻り通路１９と、を備えている。
【００２６】
このエンジン１の燃料噴射装置１０は、公知のコモンレール式燃料噴射装置であって、サプライポンプ１１と、コモンレール（蓄圧室）１４と、気筒毎に設けられた燃料噴射弁１５と、から大略構成され、サプライポンプ１１により加圧された燃料が燃料供給通路１２を介してコモンレール１４にいったん蓄えられたあと、コモンレール１４内の高圧燃料が各気筒の燃料噴射弁１５に分配される。
【００２７】
上記コモンレール１４には、該コモンレール１４内の燃料の圧力および温度を検出するために、圧力センサ３４および温度センサ３５が設けられている。また、コモンレール１４内の燃料圧力を制御するために、サプライポンプ１１からの吐出燃料の一部が、一方向弁１８を具備したオーバーフロー通路１７を介して燃料供給通路１６に戻されるようになっている。詳しくは、オーバーフロー通路１７の流路面積を変える圧力制御弁１３が設けられており、この圧力制御弁１３がエンジンコントロールユニット３０からのデューティ信号に応じてオーバーフロー通路１７の流路面積を変化させる。これにより、サプライポンプ１１からコモンレール１４への実質的な燃料吐出量が調整され、コモンレール１４内の燃料圧力が制御される。
【００２８】
燃料噴射弁１５は、エンジンコントロールユニット３０からのＯＮ−ＯＦＦ信号によって開閉される電子式の噴射弁であって、ＯＮ信号によって燃料を燃焼室に噴射し、ＯＦＦ信号によって噴射を停止する。そして、燃料噴射弁１５へ印加されるＯＮ信号の期間が長いほど燃料噴射量が多くなり、またコモンレール１４の燃料圧力が高いほど燃料噴射量が多くなる。
【００２９】
また、エンジン１の適宜位置には、内燃機関の温度を代表するものとして、冷却水温度を検出する水温センサ３１が取り付けられている。
【００３０】
エンジンコントロールユニット３０には、吸入空気量を検出するエアフロメータ７の信号（Ｑａ）、水温センサ３１の信号（冷却水温度Ｔｗ）、クランク角度検出用クランク角センサ３２の信号（エンジン回転数Ｎｅの基礎となるクランク角度信号）、気筒判別用クランク角センサ３３の信号（気筒判別信号Ｃｙｌ）、コモンレール１４の燃料圧力を検出する圧力センサ３４の信号（コモンレール圧力ＰＣＲ）、燃料温度を検出する温度センサ３５の信号（燃料温度ＴＦ）、負荷に相当するアクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセル開度センサ３６の信号（アクセル開度（負荷）Ｌ）、空燃比センサ３７の信号（Ｏ２）、がそれぞれ入力される。
【００３１】
次に、上記エンジンコントロールユニット３０によって実行される本実施例の制御の内容を、図１１〜図１６のフローチャートに基づいて説明する。
【００３２】
図１１は、ディーゼルエンジン１全体の制御に関する基本制御ルーチンである。
【００３３】
このエンジン基本制御ルーチンにおいて、ステップ１００では、冷却水温度Ｔｗ、エンジン回転数Ｎｅ、気筒判別信号Ｃｙｌ、コモンレール圧力ＰＣＲ、エアフロメータ７の信号Ｑａ、燃料温度ＴＦ、アクセル開度Ｌ、空燃比センサの信号Ｏ２、をそれぞれ読み込み、ステップ２００に進む。
【００３４】
ステップ２００ではコモンレール圧力制御を行う。本発明では、コモンレール圧力制御そのものは要部ではないので、簡単に説明する。すなわち、コモンレール圧力制御は、エンジン回転数Ｎｅと負荷Ｌとをパラメータとして、コントロールユニット３０のＲＯＭに予め記憶されている所定のマップを検索することによりコモンレール１４の目標基準圧力ＰＣＲ０を求め、この目標基準圧力ＰＣＲ０が得られるように圧力制御弁１３のフィードバック制御を実行する。
【００３５】
そして、ステップ２００からステップ３００に進み、燃料比重検出制御を行ない、さらにステップ４００でエンジン排気制御を行なってリターンとなる。
【００３６】
図１２は、上記ステップ３００の燃料比重検出の制御サブルーチンの詳細を示すフローチャートであり、この制御によって、使用されている燃料の比重が精度良く検出される。
【００３７】
以下、この燃料比重検出制御ルーチンを説明する。ステップ３１０では、吸入空気量を検出するエアフロメータ７の信号Ｑａに基づいて、該信号Ｑａの値をパラメータとしてコントロールユニット３０のＲＯＭに予め記憶されている所定の吸入空気量Ｑａｉｒのテーブルデータを検索する。そしてステップ３２０に進む。
【００３８】
ステップ３２０では、エンジン回転数Ｎｅと負荷Ｌとをパラメータとして設定される主燃料噴射量（燃料供給量）Ｑｍａｉｎを、コントロールユニット３０のＲＯＭに予め記憶されている所定のマップを検索して求める。そして、ステップ３３０に進む。
【００３９】
なお、主燃料噴射量（燃料供給量）Ｑｍａｉｎは、前記の方法でなくても、エンジン回転数Ｎｅと負荷Ｌとをパラメータとして設定される燃料噴射装置の燃料噴射期間Ｍｐｅｒｉｏｄを、コントロールユニット３０のＲＯＭに予め記憶されている所定のマップを検索して求め、この燃料噴射期間Ｍｐｅｒｉｏｄとコモンレール圧力ＰＣＲとをパラメータとして設定される主燃料噴射量（燃料供給量）Ｑｍａｉｎを、コントロールユニット３０のＲＯＭに予め記憶されている所定のマップを検索して求めるようにしても良い。
【００４０】
ステップ３３０では、空燃比センサ３７の信号Ｏ２に基づいて、該信号Ｏ２の値をパラメータとしてコントロールユニット３０のＲＯＭに予め記憶されている実空燃比ＡＦｒｅａｌのテーブルデータを検索する。そして、ステップ３４０に進む。
【００４１】
ステップ３４０では、燃料性状を検出するのに適した条件か否かを判定する。
【００４２】
例えば、通常、自動車用エンジンにおいては、ＮＯｘ低減のためにＥＧＲ弁５等からなる排気還流装置を備えているのが一般的であるが、運転条件により排気が還流している状態では、排気空燃比がリッチ側にシフトしてしまうため、実空燃比を正確に求めるためには排気還流の補正が必要になる。従って、補正によって実空燃比の検出精度が悪化することの懸念もあるため、実空燃比の検出指令を出すのは、排気還流を停止する領域に限定することが望ましい。
【００４３】
ステップ３４０で検出条件に適していなければ、燃料性状の検出は実施せずにステップ４００に進む。
【００４４】
ステップ３４０で検出条件に適していれば、ステップ３５０に進み、ステップ３１０で求めた吸入空気流量Ｑａｉｒとステップ３３０で求めた実空燃比ＡＦｒｅａｌとに基づいて、実燃料供給重量Ｇｍａｉｎを求める。具体的には、吸入空気流量Ｑａｉｒを実空燃比ＡＦｒｅａｌで除して実燃料供給重量Ｇｍａｉｎとする（Ｇｍａｉｎ＝Ｑａｉｒ÷ＡＦｒｅａｌ）。そして、求めた実燃料供給重量Ｇｍａｉｎとステップ３２０で求めた主燃料噴射量（燃料供給量）Ｑｍａｉｎとに基づいて実比重Ｇｆｕｅｌを求める。具体的には、実燃料供給重量Ｇｍａｉｎを主燃料噴射量（燃料供給量）Ｑｍａｉｎで除して実比重Ｇｆｕｅｌとする（Ｇｆｕｅｌ＝Ｇｍａｉｎ÷Ｑｍａｉｎ）。そして、ステップ３６０に進む。
【００４５】
ステップ３６０では、上記の実比重Ｇｆｕｅｌと燃料温度ＴＦとから標準比重（基準温度、例えば標準温度２０℃での比重）Ｇｓｔｄを求める。具体的には、実比重Ｇｆｕｅｌと燃料温度ＴＦとをパラメータとしてコントロールユニット３０のＲＯＭに予め記憶されている標準比重Ｇｓｔｄのマップを検索して、対応する値を求める。そして、ステップ４００へ進む。
【００４６】
次に、図１３は、図１１のステップ４００で行われるエンジン排気制御に関するサブルーチンであり、ここでは、定められたエンジン排気排出性能が得られるように、ステップ４１０で燃料噴射時期制御を行い、ステップ４２０でＥＧＲ制御を行い、ステップ４３０で排気後処理制御を行う。
【００４７】
図１４は、上記ステップ４１０の噴射時期制御のサブルーチンである。
【００４８】
ステップ４１１では、主燃料噴射量Ｑｍａｉｎを、エンジン回転数Ｎｅと負荷Ｌとをパラメータとして予めコントロールユニット３０のＲＯＭに記憶されている所定のマップを検索して求める。そして、ステップ４１２に進む。
【００４９】
ステップ４１２では、この主燃料噴射量Ｑｍａｉｎとコモンレール圧力ＰＣＲとに基づき、これらをパラメータとしてコントロールユニット３０のＲＯＭに予め記憶されている所定のマップを検索して、主噴射期間Ｍｐｅｒｉｏｄを求める。そして、ステップ４１３に進む。
【００５０】
ここで、主噴射期間Ｍｐｅｒｉｏｄは、ｍｓｅｃ（ミリ秒）を単位として設定されるものであり、図７に示すように、主燃料噴射量Ｑｍａｉｎが同じならば、コモンレール圧力ＰＣＲが高いほど主噴射期間Ｍｐｅｒｉｏｄが短くなり、またコモンレール圧力ＰＣＲが同じならば、主燃料噴射量Ｑｍａｉｎが多いほど主噴射期間Ｍｐｅｒｉｏｄが長くなる。
【００５１】
ステップ４１３では、エンジン回転数Ｎｅと主燃料噴射量Ｑｍａｉｎとをパラメータとしてコントロールユニット３０のＲＯＭに予め記憶されている所定のマップを検索し、基準燃料噴射時期となる主噴射開始時期Ｍｓｔａｒｔを求める。そして、ステップ４１４に進む。
【００５２】
ステップ４１４では、使用されている燃料の比重の検出が済んでいるか否かを判断する。
【００５３】
まだ燃料比重が検出済でない場合には、ステップ４１４からステップ４１５に進み、冷却水温度をパラメータとして、コントロールユニット３０のＲＯＭに予め記憶されている所定の噴射時期補正係数ＫＴＷＩＮＪのテーブルデータを検索してステップ４１７に進む。この冷却水温度による噴射時期補正係数ＫＴＷＩＮＪは、冷却水温度が低いほど噴射時期が進角制御されるように設定される。
【００５４】
ステップ４１７では、上記噴射時期補正係数ＫＴＷＩＮＪを乗じることによって主噴射開始時期Ｍｓｔａｒｔを補正する（Ｍｓｔａｒｔ×ＫＴＷＩＮＪ→Ｍｓｔａｒｔ）。そして、ステップ４１８で、主燃料噴射量Ｑｍａｉｎが供給されるように、クランク角度検出用クランク角センサ３２のクランク角度信号および気筒判別用クランク角センサ３３の気筒判別信号Ｃｙｌに基づいて、主噴射開始時期ＭｓｔａｒｔよりＭｐｅｒｉｏｄの期間、主噴射すべき気筒の燃料噴射弁１５を開弁駆動する。
【００５５】
なお、上記の例では、補正係数を乗じることによって冷却水温度に対する補正を行っているが、冷却水温度に基づいて噴射時期補正値を求め、これを主噴射開始時期Ｍｓｔａｒｔに加算するようにしてもよい。
【００５６】
ステップ４１４で燃料比重が検出済である場合には、ステップ４１６に進み、冷却水温度と燃料比重とをパラメータとして、コントロールユニット３０のＲＯＭに予め記憶されている所定の噴射時期補正係数ＫＤＩＮＪのマップデータを検索してステップ４１７に進む。ステップ４１７では、上述したように、この噴射時期補正係数ＫＤＩＮＪを乗じることによって主噴射開始時期Ｍｓｔａｒｔを補正（Ｍｓｔａｒｔ×ＫＤＩＮＪ→Ｍｓｔａｒｔ）する。
【００５７】
ここで、冷却水温度と燃料比重による噴射時期補正係数ＫＤＩＮＪは、図８に示すように、冷却水温度が低いほど、また燃料比重が大きいほど、噴射時期が進角するように設定するのが望ましく、これによって始動性が向上するとともに、暖機時の燃費や排気（特にＨＣ）が向上する。
【００５８】
なお、上記の例では、補正係数を乗じることによって冷却水温度と燃料比重とに対する補正を行っているが、冷却水温度と燃料比重とに基づいて噴射時期補正値を求め、これを主噴射開始時期Ｍｓｔａｒｔに加算するようにしてもよい。
【００５９】
次に、図１５は、図１３のステップ４２０で行われるディーゼルエンジンのＥＧＲ制御に関するサブルーチンである。
【００６０】
このＥＧＲ制御ルーチンにおいて、ステップ４２１ではエンジン回転数Ｎｅと負荷Ｌとをパラメータとして設定される主燃料噴射量Ｑｍａｉｎを、コントロールユニット３０のＲＯＭに予め記憶されている所定のマップを検索して求め、ステップ４２２に進む。
【００６１】
ステップ４２２では、上記主燃料噴射量Ｑｍａｉｎとエンジン回転数Ｎｅとをパラメータとして、コントロールユニット３０のＲＯＭに予め記憶されている所定のマップを検索して、吸気絞り弁駆動信号（吸気絞り弁６の開度を意味する）ＴＨｄｕｔｙを求め、ステップ４２３に進む。
【００６２】
なお、吸気絞り弁６の開度は、エンジンの負荷Ｌが高くエンジン回転数Ｎｅが高いほど、開度を大きくする（吸気絞り度を弱くする）ように設定するのが望ましい。
【００６３】
ステップ４２３では、エンジン回転数Ｎｅと主燃料噴射量Ｑｍａｉｎとをパラメータとして、コントロールユニット３０のＲＯＭに予め記憶されている所定のマップを検索して、基準ＥＧＲ制御信号となるＥＧＲ駆動信号（ＥＧＲ弁５の開度信号）ＥＧＲｄｕｔｙを求める。そして、ステップ４２４に進む。
【００６４】
なお、ＥＧＲ弁５の開度は、概ねエンジンの負荷Ｌが低いほど大きく開く（ＥＧＲの量を増やす）ように設定するのが望ましい。
【００６５】
ステップ４２４では、使用されている燃料の比重の検出が済んでいるか否かを判断する。
【００６６】
まだ燃料比重が検出済でない場合には、ステップ４２４からステップ４２５に進み、冷却水温度をパラメータとして、コントロールユニット３０のＲＯＭに予め記憶されている所定の吸気絞り弁駆動信号の補正係数ＫＴＷＴＨとＥＧＲ弁駆動信号の補正係数ＫＴＷＥＧＲのテーブルデータを夫々検索し、ステップ４２７に進む。
【００６７】
ここで、冷却水温度による吸気絞り弁駆動信号の補正係数ＫＴＷＴＨは、冷却水温度が低いほど吸気絞り度を弱くするように設定するのが望ましく、また、ＥＧＲ弁駆動信号の補正係数ＫＴＷＥＧＲは、冷却水温度が低いほどＥＧＲ開度を小さくしてＥＧＲの量を減量するように設定するが望ましい。
【００６８】
ステップ４２７では、上記の吸気絞り弁駆動信号の補正係数ＫＴＷＴＨを乗じることによって吸気絞り弁駆動信号ＴＨｄｕｔｙを補正（ＴＨｄｕｔｙ×ＫＴＷＴＨ→ＴＨｄｕｔｙ）するとともに、上記のＥＧＲ弁駆動信号の補正係数ＫＴＷＥＧＲを乗じることによってＥＧＲ弁駆動信号ＥＧＲｄｕｔｙを補正（ＥＧＲｄｕｔｙ×ＫＴＷＥＧＲ→ＥＧＲｄｕｔｙ）する。そして、ステップ４２８に進む。
【００６９】
なお、上記の例では、補正係数を乗じることによって冷却水温度に対する補正を行っているが、冷却水温度に基づいてそれぞれの補正値を求め、これを吸気絞り弁駆動信号ＴＨｄｕｔｙおよびＥＧＲ弁駆動信号ＥＧＲｄｕｔｙに加算するようにしてもよい。
【００７０】
そして、ステップ４２８で、夫々の駆動信号に基づいて、吸気絞り弁６およびＥＧＲ弁５を駆動する。
【００７１】
ステップ４２４で燃料比重が検出済である場合には、ステップ４２６に進み、冷却水温度と燃料比重とをパラメータとして、コントロールユニット３０のＲＯＭに予め記憶されている所定の吸気絞り弁駆動信号の補正係数ＫＤＴＨおよびＥＧＲ弁駆動信号の補正係数ＫＤＥＧＲのマップデータをそれぞれ検索し、ステップ４２７に進む。ステップ４２７では、上述したように、これらの補正係数ＫＤＴＨおよび補正係数ＫＤＥＧＲをそれぞれ乗じることによって、吸気絞り弁駆動信号ＴＨｄｕｔｙおよびＥＧＲ弁駆動信号ＥＧＲｄｕｔｙを補正する。
【００７２】
ここで、冷却水温度と燃料比重とによる吸気絞り弁駆動信号の補正係数ＫＤＴＨおよびＥＧＲ弁駆動信号の補正係数ＫＤＥＧＲは、図９に示すように、冷却水温度が低いほど、また燃料比重が大きいほど、吸気絞り度を弱くし、かつＥＧＲ開度を小さくして、排気還流量を減量するのが望ましい。これによってエンジン温度と燃料特性に適したＥＧＲ制御が行える。なお、補正による減量の結果、排気還流量が０となる場合もあり得る。
【００７３】
なお、上記の例では、補正係数を乗じることによって冷却水温度と燃料比重とに対する補正を行っているが、冷却水温度と燃料比重とに基づいてそれぞれの補正値を求め、これを吸気絞り弁駆動信号ＴＨｄｕｔｙおよびＥＧＲ弁駆動信号ＥＧＲｄｕｔｙに加算するようにしてもよい。
【００７４】
図１３のステップ４３０では、排気後処理制御を行う。ここでは、ケーシング２０に配置されたＮＯｘトラップ触媒の再生時期に、吸気絞りの強化（吸気絞り弁６の開度小）、排気還流の強化、あるいはポスト噴射（主噴射後に行われる少量の燃料の噴射）、を単独もしくは組み合わせて実行することで、機関が排出する排気の空燃比をリッチにしてＮＯｘ再生を行なうようにしている。
【００７５】
なお、上記実施例では、吸入空気流量Ｑａｉｒを実空燃比ＡＦｒｅａｌで除して実燃料供給重量Ｇｍａｉｎを求め、この実燃料供給重量Ｇｍａｉｎを主燃料噴射量（燃料供給量）Ｑｍａｉｎで除して実比重Ｇｆｕｅｌを求め、これを燃料温度ＴＦで修正して標準比重Ｇｓｔｄを求めるようにしているが、このような方法に代えて、エンジン１の燃料噴射装置１０における燃料噴射期間Ｍｐｅｒｉｏｄとコモンレール圧力ＰＣＲとから燃料噴射量Ｑｍａｉｎを求め、この燃料噴射量Ｑｍａｉｎと予め設定された基準燃料比重γｓｔｄと燃料温度ＴＦとから基準燃料噴射重量Ｇｍａｉｎを求め、上記基準燃料噴射重量Ｇｍａｉｎとエアフロメータ７により検出された空気重量Ｇａｉｒとから基準空燃比ＡＦｓｔｄを求め、上記基準空燃比ＡＦｓｔｄと空燃比センサ３７により検出された実空燃比ＡＦｒｅａｌとを対比させ、実燃料比重γ ｒｅａｌを求めるようにすることができる。
【００７６】
次に、図１６は、本発明の要部である燃料性状に応じてＮＯｘトラップ触媒にトラップされるＮＯｘ量を制御するためのフローチャートを示している。
【００７７】
まずステップ１において、前述のようにして検出された燃料の比重を読み込む。次にステップ２において、今回検出された燃料の比重Ｇｎが以前に検出された比重Ｇｎ−１よりも高いか否かを判別する。燃料の比重Ｇｎが以前に検出された比重Ｇｎ−１よりも高いときは、燃料性状が悪化したとしてステップ３に進み、また以前の比重よりも低いときには、そのまま処理を終了する。そしてステップ３において、排気温度Ｔがある所定の温度Ｔｇよりも低いか否かを判別する。なお、排気温度Ｔは、運転条件や燃料性状に基づいて推定が可能である。排気温度Ｔが所定温度Ｔｇよりも低いときは、ＮＯｘトラップ触媒におけるＮＯｘの脱離浄化能力が低下していると判断し、ステップ４ヘ進んで、エンジン１より排出されるＮＯｘ量を減少する制御を実施する。例えば、図１０の（Ａ）に示すように、定期的に排気空燃比をリッチ化させるリッチスパイク（これは例えばポスト噴射などによって実現される）を行うとともに、そのリッチスパイクの実行間隔を短くする。あるいは吸気絞り弁６の開度の減少などを行う。これに対し、排気温度Ｔが所定温度Ｔｇ以上であれば、ステップ５へ進み、ＨＣを減少させる制御を行う。例えば、図１０の（Ｂ）に示すように、リッチスパイクの実行間隔を長くする。あるいは、吸気絞り弁６の開度の増加などを行う。
【００７８】
ディーゼル機関においては、図６に示すように、ＮＯｘとＨＣはトレードオフの関係にあり、燃料性状が悪化（セタン価は低くなる）すると、ディーゼル機関から排出されるＨＣが増加するが、ＮＯｘは減少する。ディーゼル機関から排出される排気ガス空燃比がリーンであれば、排気ガス中のＨＣは比較的低温から酸化され、二酸化炭素（ＣＯ₂）となるが、ＮＯｘはそのまま大気中に放出される。そのため、基本的に、上記のように、排気通路３にＮＯｘトラップ触媒を具備し、排気空燃比がリーンのときに排出されるＮＯｘをトラップするようにしている。しかしながら、燃料性状が悪化、すなわち燃料中の芳香族炭化水素含有量が増加すると、排気温度が低下するため、ＮＯｘトラップ触媒におけるＮＯｘを脱離浄化する機能は低下してしまう。そこで、本発明では、このような条件のときに、比較的低温で酸化されるＨＣを増加させて、トレードオフの関係にあるＮＯｘの排出量を減少することにより、低下したＮＯｘトラップ触媒機能に適切なＮＯｘ吸着量を与えるようにしている。これにより、結果的に大気に放出されるＮＯｘおよびＨＣを、より少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の排気浄化装置を備えたディーゼル機関のシステム構成図。
【図２】軽油の密度とセタン価の関係を示す特性図。
【図３】軽油の密度と芳香族炭化水素成分含有量の関係を示す特性図。
【図４】芳香族炭化水素含有量とＨＣ濃度との関係を示す特性図。
【図５】排気温度と芳香族炭化水素含有量との関係を示す特性図。
【図６】ディーゼル機関におけるＮＯｘとＨＣとの関係を示す特性図。
【図７】コモンレール圧力と燃料噴射期間による燃料噴射量の特性図。
【図８】軽油の比重と冷却水温度をパラメータとした燃料噴射時期補正係数の特性図。
【図９】軽油の比重と冷却水温度をパラメータとした吸気絞り弁補正係数およびＥＧＲ弁補正係数の特性図。
【図１０】リッチスパイクの頻度によりＮＯｘ量を制御する例を示し、リッチスパイクの間隔を短くした場合（Ａ）と間隔を長くした場合（Ｂ）の波形図。
【図１１】ディーゼルエンジンの基本制御ルーチンを示すフローチャート。
【図１２】燃料比重検出のための制御ルーチンを示すフローチャート。
【図１３】エンジン排気制御ルーチンを示すフローチャート。
【図１４】噴射時期制御ルーチンを示すフローチャート。
【図１５】ＥＧＲ制御ルーチンを示すフローチャート。
【図１６】燃料比重に応じたＮＯｘ量の制御のルーチンを示すフローチャート。
【符号の説明】
１…ディーゼルエンジン
１０…燃料噴射装置
２０…ケーシング（ＮＯｘトラップ触媒）
３０…エンジンコントロールユニット

Claims

排気通路に、排気空燃比がリーンのときにＮＯｘ（窒素酸化物）をトラップし、このトラップしたＮＯｘを排気空燃比がリッチのときに脱離し浄化する機能を有したＮＯｘトラップ触媒が配設されたディーゼル機関の排気浄化装置において、
使用している燃料の燃料性状を検出する燃料性状検出手段を備え、検出された燃料性状に基づいて上記ＮＯｘトラップ触媒にトラップされるＮＯｘ量を制御するものであって、
上記燃料性状検出手段により検出された燃料性状が以前よりも悪化したと判別され、かつ排気ガス温度が所定温度より低い場合には、上記ＮＯｘトラップ触媒にトラップされるＮＯｘ量を減少させ、
上記燃料性状検出手段により検出された燃料性状が以前よりも悪化したと判別され、かつ排気ガス温度が所定温度より高い場合には、上記ディーゼル機関から排出されるＨＣ量を減少させることを特徴とするディーゼル機関の排気浄化装置。
上記燃料性状検出手段は、燃料中の芳香族炭化水素含有量を推定するものであることを特徴とする請求項１に記載のディーゼル機関の排気浄化装置。
上記燃料性状検出手段は、燃料のセタン価を推定するものであることを特徴とする請求項１に記載のディーゼル機関の排気浄化装置。
上記燃料性状検出手段は、燃料の密度を推定するものであることを特徴とする請求項１に記載のディーゼル機関の排気浄化装置。
燃料性状に基づいてＮＯｘトラップ触媒にトラップされるＮＯｘ量を制御する手段として、ＮＯｘトラップ触媒に流入する排気中のＮＯｘ濃度を制御する手段を有することを特徴とする請求項１に記載のディーゼル機関の排気浄化装置。
燃料性状に基づいてＮＯｘトラップ触媒にトラップされるＮＯｘ量を制御する手段として、機関の排気空燃比がリーンで運転する期間を制御することを特徴とする請求項１に記載のディーゼル機関の排気浄化装置。
上記燃料性状検出手段は、燃料の比重を検出する比重検出手段を有することを特徴とする請求項１に記載のディーゼル機関の排気浄化装置。
上記燃料性状検出手段は、
吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段と、
燃料供給量を検出する燃料供給量検出手段と、
実空燃比を検出する実空燃比検出手段と、
検出された吸入空気量と燃料供給量と実空燃比とにより、使用している燃料の比重を検出する比重検出手段と、
を備えていることを特徴とする請求項７に記載のディーゼル機関の排気浄化装置。
機関に供給される燃料の温度を検出する燃料温度検出手段を備え、
上記燃料性状検出手段は、上記比重検出手段によって検出された実比重と上記燃料温度とから、マップデータとして予め燃料比重と燃料温度とに応じて設定された基準温度下での標準比重を求め、
この標準比重から、予め該標準比重に応じて、セタン価、オクタン価、蒸発性、粘度、発熱量、芳香族炭化水素含有量、の中の少なくとも一つの燃料性状が設定されたテーブルデータに基づいて、使用されている燃料の燃料性状を検出することを特徴とする請求項８に記載のディーゼル機関の排気浄化装置。
上記比重検出手段は、
機関の燃料噴射装置における燃料噴射期間と噴射圧力とから燃料噴射量を求める手段と、
この燃料噴射量と予め設定された基準燃料比重と燃料温度とから基準燃料噴射重量を求める手段と、
上記基準燃料噴射重量とエアフロメータにより検出された空気重量とから基準空燃比を求める手段と、
上記基準空燃比と空燃比センサにより検出された実空燃比とを対比させ、実燃料比重を求める手段と、
を備えていることを特徴とする請求項７に記載のディーゼル機関の排気浄化装置。