JP5195618B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents
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Description
内燃機関の筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁と、
前記内燃機関の排気系に設けられたNOx吸蔵還元型の触媒と、
前記触媒より上流側の排気系に還元剤を添加する排気添加弁と、
前記触媒に吸蔵されたNOxを還元すべきNOx還元要求があるか否かを判定するNOx還元要求判定手段と、
前記燃料の蒸留温度の高さ又はアロマ分の多さに応じた燃料性状値を取得する燃料性状値取得手段と、
前記内燃機関の筒内温度が高くなるほど、低い燃料性状閾値を取得する閾値取得手段と、
前記NOx還元要求がある場合において、前記燃料性状値が前記燃料性状閾値より低い場合に、前記燃料噴射弁に燃料を噴射させて理論空燃比以下で燃焼させるリッチ燃焼制御によるリッチスパイクを実施する第1リッチスパイク手段と、
前記NOx還元要求がある場合において、前記燃料性状値が前記燃料性状閾値以上の場合には、前記排気添加弁に排気ガス中へ還元剤を添加させる排気添加制御によるリッチスパイクを実施する第2リッチスパイク手段と、を備えることを特徴とする。
具体的には、燃料性状値が低い(軽質な)場合や筒内温度が高くない状況下では、リッチ燃焼制御によるリッチスパイクを実施することができる。NOx還元率の高いリッチ燃焼によるリッチスパイクを実施することで、触媒の浄化能力を好適に回復させることができる。一方、燃料性状値が高い(重質な)場合や筒内温度が高い状況下では、排気添加制御によるリッチスパイクを実施することができる。そのため、リッチ燃焼によればPMやスモークが多く発生してしまうような状況下であっても、PMやスモークの発生を抑制でき、触媒に吸蔵されたNOxを好適に還元することができる。
これらより、本発明によれば、燃料性状と筒内温度とに応じて、全域でNOxを好適に還元でき、排気エミッションの悪化を防止することができる。
[実施の形態1のシステム構成]
図1は、本発明の実施の形態1に係るシステム構成を説明するための図である。図1に示すディーゼル機関10は、エンジン本体12を備えている。エンジン本体12は、直列に並んだ4つの気筒を有する。図1に示すディーゼル機関10は、直列4気筒型であるが、本発明において、気筒数および気筒配置はこれに限定されるものではない。
上述したシステム構成では、触媒36に吸蔵されたNOxの量が増大すると浄化能力が低下するため、リッチスパイクを行い、触媒36に吸蔵されたNOxを還元放出させる制御を実行する。リッチスパイクの方法として、排気添加弁38に排気ガス中へ燃料を添加させる排気添加制御がある。また、スロットル26やEGRバルブ42の開度、燃料噴射弁29から筒内に噴射される燃料を制御し、理論空燃比以下で燃焼させるリッチ燃焼制御がある。排気添加制御に比して、リッチ燃焼制御によるNOx還元率は高い。そのため、GTL燃料が給油されることを想定した本実施形態のシステムにおいて、リッチ燃焼制御によるリッチスパイクを行うことが考えられる。
より具体的な制御の内容について図2〜図3を用いて説明する。まず、本実施形態のシステムにおいて、リッチ燃焼制御によるリッチスパイクか、排気添加制御によるリッチスパイクかを選択するために用いられるリッチスパイク選択マップについて説明する。図2は、リッチスパイク選択マップについて説明するための図である。
吸入空気量係数A=a×T+b×P+c×V ・・・(1)
式(1)の変数Tは、吸気マニホールド14内の吸入吸気温度を示している。吸入空気温度は、EGRの影響を受け、上述の吸気温センサから検出される。変数Pは、吸気マニホールド14内の吸入空気圧力を示している。吸入空気圧力は、機関回転数、機関負荷、EGRバルブ42の開度と相関しており、これらが高くなると吸入空気圧力も高くなることが推定される。なお、機関回転数は、クランク角センサの信号に基づいて算出される。また、変数Vは、吸気マニホールド14内の吸入空気体積を示している。吸入空気体積は、新気の体積とEGRガスの体積との合計である。新気の体積は、エアフローメータ22から検出される。また、ECU50は、EGRバルブ42の開度や機関回転数と、吸気マニホールド14に導入されるEGRガスの体積との関係をマップに記憶しており、このマップからEGRガスの体積を取得する。なお、式(1)に示すa,b,cは定数である。
次に、図2に示したリッチスパイク選択マップを用いた制御例について説明する。図3は、本発明の実施の形態1において、時間経過により周囲環境が変化する場合のリッチスパイクの制御例を示す図である。図3(B)は、時間経過と、吸入空気量係数Aとの関係を表している。図3(A)は、吸入空気量係数Aの変化に伴って、リッチ燃焼制御と排気添加制御とを切替える制御を表している。図3(A)に示す蒸留温度Tfは、空燃比センサ52の検出値から算出される蒸留温度T90である。具体的には、蒸留温度が高い燃料ほど、微粒化し難く燃焼が安定しないため、検出値の変動幅は大きくなる。そのため、検出値の変動幅が大きいほど、蒸留温度の高い燃料であると判断できる。ECU50は、空燃比センサの検出値の変動幅に応じて蒸留温度T90を定めたマップを記憶している。
図4は、上述の動作を実現するために、ECU50が実行する制御ルーチンのフローチャートである。図4に示すルーチンでは、まず、ステップ100において、NOx還元要求があるか否かが判定される。NOx還元要求は、他のルーチンにおいて、NOx吸蔵状態を推定し、所定値以上のNOxが吸蔵されていると推定された場合にNOx還元要求が出される。なお、NOx還元要求がない場合には、本ルーチンの処理は終了される。
また、ここでは、ECU50が、上記ステップ100の処理を実行することにより前記第1の発明における「NOx還元要求判定手段」が、上記ステップ120の処理を実行することにより前記第1の発明における「燃料性状値取得手段」が、上記ステップ130〜140の処理を実行することにより前記第1の発明における「閾値取得手段」が、上記ステップ150〜170の処理を実行することにより前記第1の発明における「第1リッチスパイク手段」が、上記ステップ150及びステップ190〜200の処理を実行することにより前記第1の発明における「第2リッチスパイク手段」が、それぞれ実現されている。
更に、実施の形態1においては、上記ステップ120において取得される蒸留温度Tfが前記第1の発明における「燃料性状値」に、上記ステップ140において取得される閾値T90aが前記第1の発明における「燃料性状閾値」に、それぞれ対応している。
[実施の形態2のシステム構成]
次に、図5〜図8を参照して、本発明の実施の形態2について説明するが、上述した実施の形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を簡略化または省略する。
上述した実施の形態1では、燃料の蒸留温度T90に基づいて、最適なリッチスパイク制御を選択し、好適な排気エミッションを実現している。これに対して、本実施の形態では、燃料のアロマ分に基づいて、実施の形態1と同様の効果を実現する点に特徴を有している。
更に、実施の形態2においては、上記ステップ220において取得されるアロマ量Afが前記第1の発明における「燃料性状値」に、上記ステップ240において取得される閾値Aaが前記第1の発明における「燃料性状閾値」に、それぞれ対応している。
14 吸気マニホールド
16 排気マニホールド
18 排気通路
22 エアフローメータ
26 スロットル
27 燃料タンク
29 燃料噴射弁
36 触媒
38 排気添加弁
40 EGR通路
42 EGRバルブ
50 ECU
52 空燃比センサ
54 アロマセンサ
A 吸入空気量係数
Tf 蒸留温度
Af アロマ量
T90a、Aa 閾値
Claims (1)
- 内燃機関の筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁と、
前記内燃機関の排気系に設けられたNOx吸蔵還元型の触媒と、
前記触媒より上流側の排気系に還元剤を添加する排気添加弁と、
前記触媒に吸蔵されたNOxを還元すべきNOx還元要求があるか否かを判定するNOx還元要求判定手段と、
前記燃料の蒸留温度の高さ又はアロマ分の多さに応じた燃料性状値を取得する燃料性状値取得手段と、
前記内燃機関の筒内温度が高くなるほど、低い燃料性状閾値を取得する閾値取得手段と、
前記NOx還元要求がある場合において、前記燃料性状値が前記燃料性状閾値より低い場合に、前記燃料噴射弁に燃料を噴射させて理論空燃比以下で燃焼させるリッチ燃焼制御によるリッチスパイクを実施する第1リッチスパイク手段と、
前記NOx還元要求がある場合において、前記燃料性状値が前記燃料性状閾値以上の場合には、前記排気添加弁に排気ガス中へ還元剤を添加させる排気添加制御によるリッチスパイクを実施する第2リッチスパイク手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
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