JP4123100B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関し、特に、排気中のＮＯｘを浄化制御する排気浄化装置に関する。

従来から、流入する排気ガスの空燃比がリーンであるときにＮＯｘをトラップし、流入する排気ガス中の酸素濃度を低下させて（リッチスパイク）トラップしたＮＯｘを放出するＮＯｘトラップ触媒を機関排気通路内に配置したものにおいて、このＮＯｘトラップ触媒のリッチスパイク時期を、機関の運転履歴から推定する排気浄化装置が提案されている（特許文献１参照）。これは、機関の運転履歴として、例えば、吸入空気量と機関負荷の積の累積値、若しくは、機関回転数の累積値から推定するようにしている。
特許第２６００４９２号

ところで、ＮＯｘの排出量は、運転履歴のみならず燃料性状によっても変動し、低セタン価では着火性が悪く、メイン噴射燃料の燃焼が緩慢となり、そのため単位出力単位時間当たりのＮＯｘ排出量は比較的少なく、セタン価が高くなるに連れて燃料の着火性が向上してメイン噴射燃料の燃焼が良好となり、高セタン価領域では着火性が良好なため、シリンダ内温度の上昇を抑えることができ、単位出力単位時間当たりのＮＯｘの排出量が減少する。即ち、中央値のセタン価で最も高い単位出力単位時間当たりのＮＯｘ排出量となり、セタン価の上昇および低下で単位出力単位時間当たりのＮＯｘ排出量が減少する山形の排出特性となる（図６（Ａ）参照）。

しかしながら、上記従来技術では、内燃機関の回転数や燃料噴射量等の運転履歴によりＮＯｘトラップ触媒へのＮＯｘトラップ量を推定し、ＮＯｘトラップ触媒のリッチスパイク時期を制御するものであり、燃料性状については考慮しておらず、ＮＯｘトラップ触媒へのＮＯｘトラップ量の推定に誤差を生じるものであった。

そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、燃料性状により変化するＮＯｘの排出特性に応じてリッチスパイク時期を制御可能な内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。

本発明は、内燃機関の排気通路に配置され、排気空燃比がリーンのとき流入する排気中のＮＯｘをトラップし、排気空燃比がリッチのときトラップしたＮＯｘを脱離浄化するＮＯｘトラップ触媒と、前記ＮＯｘトラップ触媒のＮＯｘトラップ総量に応じて排気空燃比をリッチにする空燃比制御手段とを備え、使用している燃料の燃料性状として、セタン価を検出する燃料性状検出手段と、機関に吸入される作動ガス中の空気量および前記燃料性状検出手段により検出されたセタン価に応じて機関が排出する単位出力単位時間当たりのＮＯｘ排出量を算出し、この単位出力単位時間当たりのＮＯｘ排出量に基づいて前記ＮＯｘトラップ総量を推定するＮＯｘトラップ総量推定手段と、を備え、前記ＮＯｘトラップ総量推定手段は、機関が排出する単位出力単位時間当たりのＮＯｘ排出量を、前記燃料性状検出手段により検出したセタン価が所定のセタン価より上昇または低下するに応じて減少するよう算出し、この単位出力単位時間当たりのＮＯｘ排出量に基づいて前記ＮＯｘトラップ総量を推定する。

したがって、本発明では、使用している燃料の燃料性状として、セタン価を検出する燃料性状検出手段と、機関に吸入される作動ガス中の空気量および前記燃料性状検出手段により検出されたセタン価に応じて機関が排出する単位出力単位時間当たりのＮＯｘ排出量を算出し、この単位出力単位時間当たりのＮＯｘ排出量に基づいて前記ＮＯｘトラップ総量を推定するＮＯｘトラップ総量推定手段と、を備え、前記ＮＯｘトラップ総量推定手段は、機関が排出する単位出力単位時間当たりのＮＯｘ排出量を、前記燃料性状検出手段により検出したセタン価が所定のセタン価より上昇または低下するに応じて減少するよう算出し、この単位出力単位時間当たりのＮＯｘ排出量に基づいて前記ＮＯｘトラップ総量を推定するため、機関から排出されるＮＯｘ量を機関に吸入される作動ガス中の空気量および前記燃料性状検出手段により検出されたセタン価に応じて正確に算出でき、精度良くＮＯｘトラップ総量を推定できる。これにより、燃料性状により変化するＮＯｘの排出特性に応じた排気空燃比リッチ制御によるＮＯｘの還元処理を開始するタイミングを適切に設定でき、排気浄化性能が向上する。

以下、本発明の内燃機関の排気浄化装置を一実施形態に基づいて説明する。

図１は、本発明を適用した内燃機関の排気浄化装置が適用されたエンジンシステムの構成図であり、軽油を燃料とするディーゼルエンジンを例にして構成したものである。

図１において、１はディーゼルエンジン（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。

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、排気後処理装置として排気中のＮＯｘをトラップしつつ還元浄化するＮＯｘトラップ触媒２１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。

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。

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一夕７が設けられている。そして、エアフロメ一夕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。

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。

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。

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。

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。

エンジンコントロールユニット３０には、吸入空気量Ｑａｓ０を検出するエアフローメータ７の信号（Ｑａ）、水温センサ３１の信号（水温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Ｃｙ１）、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）、前記ＮＯｘトラップ触媒２１の触媒担体温度を検出する熱電対３８の信号（触媒担体温度Ｔｄ）、がそれぞれ入力される。

エンジンコントロールユニット３０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ＰＣＲＯを求め、この目標基準圧力ＰＣＲＯ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ことにより、コモンレール圧力制御を行う。

コントロールユニット３０は、前記各種センサからの検出信号に基づいて前記燃料噴射弁１５の駆動制御、前記吸気絞り弁６およびＥＧＲ弁５の開度制御を行う。また、特に、本発明に係る制御として、前記ＮＯｘトラップ触媒２１にトラップされたＮＯｘを、空燃比をリッチ化して還元浄化するに際し、トラップされたＮＯｘの総量を正確に推定する。

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発明の排気浄化装置の制御の内容を、図２〜１２のフローチャートに基づいて説明する。

図２は排気浄化装置の基本制御ルーチンであり、コントロールユニット３０にて定期的に実行される。

この排気浄化装置の基本制御ルーチンにおいて、ステップＳ１では、水温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、エアフローメータ７の信号Ｑａ、燃料温度ＴＦ、アクセル開度Ｌ、空燃比センサ３７の信号Ｏ２、をそれぞれ読み込み、ステップＳ２に進む。

ステップＳ２では、供給している燃料性状（セタン価、燃料比重）を検知する。燃料比重の検知は、例えば、実公平３−４５１８１号公報に示すように、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、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でも、特開平１１−１０７８２０号公報に示すように、ディーゼルエンジンの筒内圧センサによる着火時期検出手段を備えて、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、実着火時期の目標着火時期に対する差分によりセタン価等の燃料性状を判定する構成でもよい。

ここでは、セタン価等の燃料性状が燃料の密度つまり比重に相関していることに着目して、使用している燃料の比重を検出する比重検出手段により検出された比重に基づいて、セタン価、オクタン価、蒸発性、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を検知するように構成する。この燃料性状の検知方法については、後述する図３の燃料性状検知のフローチャートに基づき説明する。

ステップＳ３では、ＮＯｘトラップ触媒２１に吸着されトラップされているＮＯｘトラップ総量を推定する。ＮＯｘトラップ総量の推定方法については、後述する図４のＮＯｘトラップ総量の推定制御フローチャートに手段により基づき説明する。

ステップＳ４では、ステップＳ３で推定したＮＯｘトラップ触媒２１に吸着されているＮＯｘトラップ総量がＮＯｘトラップ触媒２１の再生時期である所定量ＮＯｘ１未満であるか否かを判定する。ＮＯｘトラップ総量がＮＯｘトラップ触媒２１の再生時期を示す所定量ＮＯｘ１を超えている（ＮＯｘトラップ総量≧所定量ＮＯｘ１）と判定された場合は、ステップＳ５へ進み、ＮＯｘトラップ触媒２１の再生のためのリッチスパイク制御が実行される。このリッチスパイク制御は、流入する排気ガス中の酸素濃度を低下させることで実行され、例えば、吸気絞り弁６を絞る一方、ＥＧＲ弁５を開いてＥＧＲ量を増加させて実行される。

次に、上記ステップＳ２の燃料性状検知の制御ルーチンの詳細を、図３のフローチャートに基づいて説明する。この制御によって、使用されている燃料の性状が精度良く検出される。

以下、この燃料性状検知の制御ルーチンを説明する。ステップＳ１１では、吸入空気量を検出するエアフローメータの信号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Ｓ１２に進む。

ステップＳ１２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Ｓ１３に進む。

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よい。

ステップＳ１３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ＡＦｒｅａ１のテーブルデータを検索する。そして、ステップＳ１４に進む。

ステップＳ１４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。

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１２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。ステップＳ１４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処理を終了する。ステップＳ１４で検出条件に適していれば、ステップＳ１５に進む。

ステップＳ１５では、ステップＳ１１で求めた吸入空気流量ＱａｉｒとステップＳ１３で求めた実空燃比ＡＦｒｅａ１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÷ＡＦｒｅａ１）。そして、求めた実燃料供給重量ＧｍａｉｎとステップＳ１２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Ｇｆｕｅ１とする（Ｇｆｕｅ１＝Ｇｍａｉｎ÷Ｑｍａｉｎ）。そして、ステップＳ１６に進む。

ステップＳ１６では、上記の実比重Ｇｆｕｅ１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Ｓ１７に進む。

ステップＳ１７では、上記の標準比重Ｇｓｔｄ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燃料性状、例えばセタン価Ｃｎｕｍｂｅｒのテーブルデータを検索する。

以上のステップにより、吸入空気量と燃料供給量と実空燃比とから比重を検出するので、燃料性状を正確に実用的な方法で判定でき、また、燃料供給量検出手段として、検出されたエンジン回転数と負荷とからマップデータとして燃料噴射量を求めることにより、本来エンジンに備えられた機能を流用することができ、コストを増加させることもない。さらに、吸入空気流量を実空燃比で除して実燃料供給重量を求め、この実燃料供給重量を主燃料噴射量（燃料供給量）で除して実比重を求めることにより、実空燃比を精度良く、かつコストの増加なしで検出でき、しかも、燃料温度を考慮して標準比重とした上で燃料性状を求めるので、より精度良く燃料性状を検出できる特徴を有する。

次に、上記ＮＯｘトラップ総量を推定するルーチンを、図４のフローチャートにしたがって、説明する。

ステップＳ２１では、クランク角センサ３２によって検出されたエンジン回転数Ｎｅ、アクセル開度センサ３６で検出されたアクセル開度Ｌと前記エンジン回転数Ｎｅとに基づいてマップからの参照等により設定された燃料噴射量Ｑｆ、エアフローメータ７によって検出された吸入空気量Ｑａｓ０に基づき後述するように演算される単位時間あたりの吸入空気量Ｑａｃ＿ｍｇ＿ｓ、熱電対３８によって検出されたＮＯｘトラップ触媒２１の触媒担体温度Ｔｄ（または、水温センサ３１によって検出された冷却水温Ｔｗ）、およびステップＳ２で検知した供給燃料のセタン価を読み込む。

ステップＳ２２では、基本ルーチンのステップＳ２で検知した供給燃料のセタン価に対応する、例えば、図５に示したような単位時間あたりの吸入空気量Ｑａｃ＿ｍｇ＿ｓとＮＯｘ量との相関を表したテーブルから、エンジン１から排出される単位出力単位時間当たりのＮＯｘ排出量：ＮＯｘ＿ｇ＿ｋｗ＿２０ｍｓを演算する。このＮＯｘ排出量の単位は、ｇ／ｋＷ／２０ｍｓ（２０ｍｓｅｃ．ｊｏｂの場合）である。図示のように、既述した特性に合わせて吸入空気量Ｑａｃが大きくなるほど、ＮＯｘ＿ｇ＿ｋｗ＿２０ｍｓが大きくなるように設定してある。

前記テーブルは、供給燃料の燃料性状、例えば、セタン価が低い燃料に対するものからセタン価が高い燃料に対するものまで、セタン価毎に設定されている。このテーブルに設定される単位出力単位時間当たりのＮＯｘ排出量は、低セタン価領域から高セタン価領域まで連続させて示すと、図６（Ａ）のように、低セタン価では着火性が悪く、メイン噴射燃料の燃焼が緩慢となり、そのため単位出力単位時間当たりのＮＯｘ排出量は比較的少なく、セタン価が高くなるに連れて燃料の着火性が向上してメイン噴射燃料の燃焼が良好となり、高セタン価領域では着火性が良好なため、パイロット噴射を伴うものは勿論、パイロット噴射を伴わないものにおいても、拡散燃焼割合が増加してシリンダ内温度の上昇を抑えることができ、単位出力単位時間当たりのＮＯｘの排出量が減少する。即ち、標準的な中央値のセタン価で最も高い単位出力単位時間当たりのＮＯｘ排出量となり、セタン価の上昇および低下で単位出力単位時間当たりのＮＯｘ排出量が減少する山形となる排出特性に基づいて、各セタン価のテーブルに反映させて設定している。

なお、上記単位出力単位時間当たりのＮＯｘ排出量のテーブルは、セタン価毎に設定するものであるが、標準的なセタン価（例えば、セタン価５０）に対する基準テーブルと標準セタン価に対する供給燃料のセタン価補正係数を記憶させたセタン価補正係数マップ（図６（Ｂ））を設定し、単位出力単位時間当たりのＮＯｘ排出量の演算時に基準テーブルの排出量とセタン価補正係数テーブルに記憶されているセタン価に対応する係数とを乗算して単位出力単位時間当たりのＮＯｘ排出量を求めてもよい。

ステップＳ２３では、ステップ２２で演算したＮＯｘ＿ｇ＿ｋｗ＿２０ｍｓと、そのときのエンジン出力Ｐｅとの積によりエンジン１から排出される単位時間当たりのＮＯｘ排出量を演算し、これをＮＯｘトラップ触媒２１にトラップされる単位時間あたりのＮＯｘトラップ量：ＮＯｘ＿ｇ＿２０ｍｓとする。ここでは、ステップ２１で検出した燃料噴射量Ｑｆをエンジントルクとみなし、以下の式、
Ｐｅ＝Ｎｅ×Ｑｆ
によりエンジン１の出力相当値Ｐｅを演算してもよい。

ステップＳ２４では、例えば、図７に示すようなテーブルにより単位時間当たりのＮＯｘ排出量による補正係数ｋＮＯｘ＿ｅｏｅを演算する。他の方法としては、エンジン１の排気流量とＮＯｘトラップ量との関係を考慮した、図８に示すようなテーブルにより演算したｋＮＯｘ＿ｑｅｘｈや、運転条件によりＮＯｘトラップ量が変化することを考慮した、図９に示すようなマップにより演算したｋＮＯｘ＿ｎｅ＿ｑｆに置き換えることができる。

ステップＳ２５では、ＮＯｘトラップ量が触媒担体温度Ｔｄに依存することを考慮して、図１０に示すようなテーブルにより、補正係数ｋＮＯｘ＿ｔｄを演算する。他の方法としては、図１１に示すように、触媒担体温度とエンジン冷却水温Ｔｗとの相関性を利用して、図１２に示すようなテーブルにより、ｋＮＯｘ＿ｔｗを演算し、ｋＮＯｘ＿ｔｄと置き換えることができる。

ステップＳ２６では、単位時間当たりのＮＯｘトラップ量が、それまでに触媒２１ヘトラップされたＮＯｘの総量：ＮＯｘ＿ｔｒａｐの影響を受けることを考慮した図１３に示すようなテーブルにより補正係数ｋＮＯｘ＿ｔｒａｐを演算する。

ステップＳ２７では、ステップ１〜６にて演算した各補正係数を下記のように、
ｋＮＯｘ＝ｋＮＯｘ＿ｅｏｅ（又はｋＮＯｘ＿ｑｅｘｈ、ｋＮＯｘ＿ｎｅ＿ｑｆ）×ｋＮＯｘ＿ｂｅｄ（又はｋＮＯｘ＿ｔｗ）×ｋＮＯｘ＿ｔｒａｐ
乗算し、最終補正係数ｋＮＯｘを演算する。

ステップＳ２８では、次式のように、前回までのＮＯｘトラップ総量（図でＮＯｘ＿ｔｒａｐ（ｎ−１）：ｎ−１は前回の演算結果を示す）に、ステップＳ２３で演算した今回の単位時間当たりのＮＯｘトラップ量：ＮＯｘ＿ｇ＿２０ｍｓと、ステップＳ２７で演算した最終補正係数：ｋＮＯｘとの積を下記のように、
ＮＯｘ＿ｔｒａｐ＝ＮＯｘ＿ｔｒａｐ（ｎ−１）＋ＮＯｘ＿ｇ＿２０ｍｓ×ｋＮＯｘ
加算し、今回のＮＯｘトラップ総量：ＮＯｘｔｒａｐを演算する。

次に、前記単位時間あたりの吸入空気量Ｑａｃ＿ｍｇ＿ｓを演算するルーチンを、図１４のフローチャートにしたがって、説明する。

ステップＳ３１では、エンジン回転数Ｎｅとエアフローメータ７により検出される吸入空気量ＱａｓＯとを読み込み、ステップＳ３２ではこれらの値に基づいて、次式により、
ＱａｃＯ＝（ＱａｓＯ／Ｎｅ）×ＫＣＯＮ＃
１シリンダあたりの吸入空気量ＱａｃＯを演算する。ただし、ＫＣＯＮ＃：気筒数に応じて定まる定数である。

図１に示したように、エアフローメータ７はコンプレッサ２ｂ上流の吸気通路２に設けており、該エアフローメータ７からコンプレッサ２ｂ下流のコレクタ部２ｃまでの遅れ処理を行うため、ステップＳ３３では、Ｎ（ただし、Ｎは整数の定数）回前のＱａｃＯの値をコレクタ入口部における１シリンダあたりの吸入空気量Ｑａｃｎとして求めている。

そして、ステップＳ３４では、このＱａｃｎに対して、次式（一次遅れの式）により、
Ｑａｃ＝Ｑａｃ_n-1×（１−ＫＩＮ×ＫＶＯＬ）＋Ｑａｃｎ×ＫＩＮ×ＫＶＯＬ
吸気絞り弁開度における１シリンダあたりの吸入空気量Ｑａｃを演算する。ただし、
ＫＩＮ：体積効率相当値（ＥＧＲによる体積効率の変化を補正するための値）
ＫＶＯＬ：ＶＥ／ＮＣ／ＶＭ
ＶＥ：排気量
ＮＣ：気筒数
ＶＭ：吸気系容積
Ｑａｃ_n-1：前回のＱａｃ
これは、コレクタ入口部から吸気絞り弁６までのダイナミクスを補償するためのものである。

さらに、ステップＳ３５では、１シリンダあたりの吸入空気量Ｑａｃを下記のように、
Ｑａｃ＿ｍｇ＿ｓ＝ＱａＣ_n-1×Ｋｎ＃×｛Ｎｅ／（６０×２）｝
単位時間あたりの吸入空気量Ｑａｃ＿ｍｇ＿ｓに変換する。ただし、Ｋｎ＃：定数（４気筒の場合４、６気筒の場合６）である。

このように、作動ガス中の空気量（吸入空気量）に基づいて算出した単位出力単位時間当たりのＮＯｘ排出量に機関出力を乗じて単位時間当たりのＮＯｘ排出量を求め、該単位時間当たりのＮＯｘ排出量に各種補正を行って算出した単位時間当たりのＮＯｘトラップ量を積算することで、過渡運転時にも高精度にＮＯｘトラップ総量を推定演算できる。

そして、上記にように高精度に推定演算されたＮＯｘトラップ総量に基づいて、ＮＯｘトラップ触媒の再生時期を適切に設定して、空燃比リッチ化による再生処理を行うことができ、ＮＯｘを含めた排気汚染成分を効率よく浄化することができる。

なお、本実施形態では、単位出力単位時間あたりのＮＯｘ排出量ＮＯｘ＿ｇ＿ｋｗ＿２０ｍｓを演算するのに際して、吸入空気量の遅れを正確に把握するために、エアフローメータの検出値Ｑａｓ０に基づき演算される単位時間あたりの吸入空気量Ｑａｃ＿ｍｇ＿ｓを用いたが、エアフローメータの検出値Ｑａｓ０をそのものをそのまま用いてもよい。

すなわち、図１５に示したように、吸入空気量は燃料噴射量Ｑｆとエンジン回転数Ｎｅとの変化に応じて一点鎖線で示したｔＱａのように変化することが望ましいが、実際は遅れを伴うためＱａｃ＿ｍｇ＿ｓのように変化する。ここで、エアフローメータの検出値Ｑａｓ０を用いてＮＯｘ＿ｇ＿ｋｗ＿２０ｍｓを演算する場合であっても吸入空気量の遅れを把握することができ、Ｑａｃ＿ｍｇ＿ｓを用いて演算する場合より、吸入空気量の遅れを検出する精度は２０％程度低下することになるが、制御ロジックの簡素化が図れる。

本実施形態においては、以下に記載する効果を奏することができる。

（ア）使用している燃料の比重を検出する比重検出手段（Ｓ１１〜Ｓ１６）と、前記検出された比重に基づいて、セタン価、オクタン価、蒸発性、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を検出する燃料性状検出手段（Ｓ１７）と、機関１に吸入される作動ガス中の空気量および前記燃料性状検出手段（Ｓ１７）により検出された燃料性状に応じて前記ＮＯｘトラップ総量を推定するＮＯｘトラップ総量推定手段（Ｓ２１〜Ｓ２８）とを備えるため、機関１から排出されるＮＯｘ量を機関に吸入される作動ガス中の空気量および前記燃料性状検出手段（Ｓ１７）により検出された燃料性状に応じて正確に算出でき、過渡運転時でも精度良くＮＯｘトラップ総量を推定できる。これにより、燃料性状により変化するＮＯｘの排出特性に応じた排気空燃比リッチ制御によるＮＯｘの還元処理を開始するタイミングを適切に設定でき、排気浄化性能が向上する。

（イ）ＮＯｘトラップ総量推定手段（Ｓ２１〜Ｓ２８）として、機関１に吸入される作動ガス中の空気量および前記燃料性状検出手段（Ｓ１７）により検出された燃料性状に応じて機関１が排出する単位出力単位時間当たりのＮＯｘ排出量ＮＯｘ＿ｇ＿ｋｗ＿２０ｍｓを算出し、この単位出力単位時間当たりのＮＯｘ排出量ＮＯｘ＿ｇ＿ｋｗ＿２０ｍｓに基づいて前記ＮＯｘトラップ総量ＮＯｘｔｒａｐを推定するので、単位時間当たりの吸入空気量Ｑａｃ＿ｍｇ＿ｓに対する単位出力単位時間当たりのＮＯｘ排出量ＮＯｘ＿ｇ＿ｋｗ＿２０ｍｓを記憶したマップを燃料性状に応じた数量だけ設定し、供給する燃料性状に応じて使用するマップを選択使用するのみで燃料性状に応じた単位出力単位時間当たりのＮＯｘ排出量ＮＯｘ＿ｇ＿ｋｗ＿２０ｍｓを算出することができる。

（ウ）ＮＯｘトラップ総量推定手段（Ｓ２１〜Ｓ２８）として、機関１に吸入される作動ガス中の空気量に応じて機関が排出する単位出力単位時間当たりのＮＯｘ排出量ＮＯｘ＿ｇ＿ｋｗ＿２０ｍｓを算出し、この単位出力単位時間当たりのＮＯｘ排出量ＮＯｘ＿ｇ＿ｋｗ＿２０ｍｓを前記燃料性状検出手段（Ｓ１７）により検出された燃料性状に応じて補正し、補正された単位出力単位時間当たりのＮＯｘ排出量に基づいて前記ＮＯｘトラップ総量ＮＯｘｔｒａｐを推定する場合には、代表的な燃料性状に対する単位時間当たりの吸入空気量に対する単位出力単位時間当たりのＮＯｘ排出量を記憶したマップと代表的な燃料性状に対する補正係数を記憶した補正係数マップとにより、供給する燃料性状に応じて補正係数マップの補正係数を乗算するのみで燃料性状に応じた単位出力単位時間当たりのＮＯｘ排出量を算出することができる。

（エ）機関１の吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段（エアフローメータ７）と、機関１への燃料供給量を検出する燃料供給量検出手段（クランク角センサ３２、アクセル開度センサ３６）と、実空燃比を検出する実空燃比検出手段（空燃比センサ３７）と、を備え、前記比重検出手段（Ｓ１１〜Ｓ１６）は、検出された吸入空気量Ｑａｉｒと燃料供給量Ｇｍａｉｎと実空燃比ＡＦｒｅａｌとにより燃料の比重を検出するので、燃料性状を正確に実用的な方法で判定することができる。

（オ）運転状態（機関回転数Ｎｅおよび燃料噴射量Ｑｆ）に基づいて機関出力Ｐｅを演算する機関出力演算手段（Ｓ２１）を備え、前記ＮＯｘトラップ総量推定手段（Ｓ２１〜Ｓ２８）は、前記単位出力単位時間当たりのＮＯｘ排出量ＮＯｘ＿ｇ＿ｋｗ＿２０ｍｓまたは補正された単位出力単位時間当たりのＮＯｘ排出量ＮＯｘ＿ｇ＿ｋｗ＿２０ｍｓに機関出力Ｐｅを乗じることで容易に単位時間当たりのＮＯｘ排出量ＮＯｘ＿ｇ＿２０ｍｓに換算でき、この単位時間あたりのＮＯｘ排出量ＮＯｘ＿ｇ＿２０ｍｓを積算することにより、ＮＯｘトラップ総量ＮＯｘｔｒａｐを推定することができる。

なお、上記実施形態において、ＮＯｘトラップ総量推定手段として、機関に吸入される作動ガス中の空気量および前記燃料性状検出手段により検出された燃料性状に応じて機関が排出する単位出力単位時間当たりのＮＯｘ排出量を算出するステップＳ２２、または、機関に吸入される作動ガス中の空気量に応じて機関が排出する単位出力単位時間当たりのＮＯｘ排出量を算出し、この単位出力単位時間当たりのＮＯｘ排出量を前記燃料性状検出手段により検出された燃料性状に応じて補正するものについて説明した。しかし、図示はしないが、後段のステップＳ２４〜Ｓ２７における各補正係数のいずれかを燃料性状検出手段により検出された燃料性状に応じて補正するものであってもよい。

本発明に係る内燃機関の排気浄化装置のシステム構成を示す図。 本発明の一実施形態の制御を示すフローチャート。 本発明の燃料性状検出のための制御ルーチンを示すフローチャート。 本発明のＮＯｘトラップ触媒へのＮＯｘトラップ総量を推定するための制御ルーチンを示すフローチャート。 燃料性状毎の吸入空気量と単位時間当たりのＮＯｘ排出量との関係を示すマップ。 燃料性状とＮＯｘ排出量との関係を示す図（Ａ）および代表的なセタン価に対するＮＯｘ吸着量の補正係数を記憶させたマップ（Ｂ）。 単位時間当たりのＮＯｘ排出量により補正係数を求めるためのマップ。 排気流量により補正係数を求めるためのマップ。 機関回転速度と燃料噴射量により補正係数を求めるためのマップ。 機関始動後の触媒担体温度と機関冷却水温との関係を示す図。 触媒担体温度により補正係数を求めるためのマップ。 機関冷却水温により補正係数を求めるためのマップ。 ＮＯｘトラップ総量により補正係数を求めるためのマップ。 単位時間あたりの吸入空気量を求めるためのフローチャート。 過渡運転時の燃料噴射量、機関回転速度、吸入空気量、ＮＯｘ排出量の変化を示す図。

符号の説明

１ ディーゼルエンジン
７ エアフローメータ
１０ 燃料噴射装置
２１ ＮＯｘトラップ触媒
３０ エンジンコントロールユニット
３４ 圧力センサ
３６ アクセル開度センサ
３７ 空燃比センサ
３８ 熱電対

Claims (5)

1. 内燃機関の排気通路に配置され、排気空燃比がリーンのとき流入する排気中のＮＯｘをトラップし、排気空燃比がリッチのときトラップしたＮＯｘを脱離浄化するＮＯｘトラップ触媒と、前記ＮＯｘトラップ触媒のＮＯｘトラップ総量に応じて排気空燃比をリッチにする空燃比制御手段と、を備えた内燃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として、セタン価を検出する燃料性状検出手段と、
   機関に吸入される作動ガス中の空気量および前記燃料性状検出手段により検出されたセタン価に応じて機関が排出する単位出力単位時間当たりのＮＯｘ排出量を算出し、この単位出力単位時間当たりのＮＯｘ排出量に基づいて前記ＮＯｘトラップ総量を推定するＮＯｘトラップ総量推定手段と、を備え、
   前記ＮＯｘトラップ総量推定手段は、機関が排出する単位出力単位時間当たりのＮＯｘ排出量を、前記燃料性状検出手段により検出したセタン価が所定のセタン価より上昇または低下するに応じて減少するよう算出し、この単位出力単位時間当たりのＮＯｘ排出量に基づいて前記ＮＯｘトラップ総量を推定することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
2. 前記ＮＯｘトラップ総量推定手段は、機関に吸入される作動ガス中の空気量に応じて機関が排出する単位出力単位時間当たりのＮＯｘ排出量を算出し、この単位出力単位時間当たりのＮＯｘ排出量を前記燃料性状検出手段により検出されたセタン価に応じて補正し、補正された単位出力単位時間当たりのＮＯｘ排出量に基づいて前記ＮＯｘトラップ総量を推定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。
3. 運転状態に基づいて機関出力を演算する機関出力演算手段を備え、
   前記ＮＯｘトラップ総量推定手段は、前記単位出力単位時間当たりのＮＯｘ排出量または補正された単位出力単位時間当たりのＮＯｘ排出量に機関出力を乗じて単位時間当たりのＮＯｘ排出量を演算し、この単位時間あたりのＮＯｘ排出量を積算して前記ＮＯｘトラップ総量を推定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
4. 前記燃料性状検出手段は、使用している燃料の比重を検出する比重検出手段を備え、
   前記比重検出手段により検出された比重に基づいて、セタン価を検出することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一つに記載の内燃機関の排気浄化装置。
5. 前記内燃機関の排気浄化装置は、
   機関の吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段と、
   機関への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、を備え、
   前記比重検出手段は、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燃料の比重を検出することを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置。

Images