JP2008309080A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】ディーゼル・パティキュレート・フィルター再生の燃費悪化の抑制とＮＯｘ還元のリッチ燃焼時の失火に伴うトルクショックの抑制を両立させる内燃機関の排気浄化装置を提供する。
【解決手段】用いている燃料が低セタン価燃料である、または現在地点が高地であると判別された場合、ＮＯｘ還元の際にリッチ燃焼、排気燃料添加またはポスト噴射のマップを書き換えることで失火を抑える、またはリッチ燃焼によって引き起こされるスモークの過排出を抑制することで、ディーゼル・パティキュレート・フィルター再生の燃費悪化を抑える。
【選択図】図１

Description

本発明は排気管にＮＯｘ吸蔵還元型の触媒を備える内燃機関の排気浄化装置に関する。
従来技術として、排気系にＮＯｘの還元反応を促す触媒を設けた内燃機関の排気浄化装置において、燃料の噴射量とエンジンの回転数から内燃機関の燃焼状態を把握し、燃焼状態により、複数の手法（リッチ燃焼、ポスト噴射、ＥＧＲを制御することに基づく低温燃焼、燃料添加弁を通じた排気系への燃料添加）の中から適切な制御手法を選択し、より効率のよいＮＯｘの還元反応を行う技術が開示されている（特許文献１）。
特願２００３−１２０３９２号公報
従来より、ＮＯｘ浄化率と粒子状物質（以下、ＰＭともいう）の排出量の抑制を両立させる為には、低回転、低負荷領域ではメイン噴射量を増量して理論空燃比以下で燃焼をさせる、あるいはメイン噴射の直後、トルクを発生させるような短い間隔で副噴射を行うといった手法（以下、リッチ燃焼ともいう）でＮＯｘの還元を行い、高回転、高負荷領域では排気系の触媒の上流に位置する場所に燃料噴射弁を追加し、触媒に直接燃料（還元剤）を噴射する排気燃料添加、燃料噴射後に長いインターバルを置いて副噴射を行うポスト噴射といった手法でＮＯｘの還元を行うといった複数の手法を備え、状況に即した使い分けを行うことが有効であることが知られている。しかし、こうした使い分けにおいて考慮すべき問題がある。例えば、高速道路における高速走行などの高回転、高負荷領域においてリッチ燃焼を行った場合、着火遅れ期間が短く、十分に燃料と空気が混合されずに燃焼することから、スモークが大量発生し、ディーゼル・パティキュレート・フィルター（以下、ＤＰＦともいう）におけるＰＭの堆積が促進される。その場合、ＤＰＦに堆積したＰＭを燃焼除去するＤＰＦの再生が頻繁に行われることとなり、ＰＭ燃焼除去のために燃料を使用して、燃費の悪化を招いてしまう。したがって、高回転、高負荷領域の状態ではリッチ燃焼は避けることが望ましい。
また、高地における運転や、低セタン価燃料を用いる等、燃料が燃焼しにくい条件が発生した場合、通常時と同じ条件でリッチ燃焼を行った場合に燃料が着火しにくいため、失火によって適切な駆動力が与えられない（トルクショック）という問題が発生することがある。したがって、高地での運転や低セタン価燃料の使用時には、低回転、低負荷状態でのリッチ燃焼は避けることが望ましい。
セタン価は燃料の着火のしやすさを計る指標であり、一概に低セタン価燃料といってもそのセタン価は利用するガソリンスタンドなどによってバラつきがある。しかし、燃料のセタン価を直接測定するためには成分を分析しなければならず、現在の段階では難しいため、別の指標を設ける必要がある。また、高地では気圧が低い為、燃料が着火しにくく、低セタン価燃料を用いたときと同様の現象が発生する。
また、上で述べたように、高回転、高負荷時におけるリッチ燃焼は、大量のスモークが発生する。この大量のスモークによってＤＰＦ内には大量の粒子状物質（ＰＭ）が堆積し、ＤＰＦの再生を頻繁に行う必要が発生して、燃費悪化が促進される。この燃費悪化を適切に処置する為にスモークの排出量を測定することが不可欠であるが、スモークの排出量を直接測定することは難しく、何らかの指標が必要となる。そこで、スモークの排出量の指標としてエンジンの排気側に備えられたフィルタ部に堆積したＰＭの量を用いる。フィルタ部にＰＭが大量に堆積していればそれだけ大量にスモークを排出したことになるからである。
本発明の課題は、ディーゼル・パティキュレート・フィルター再生の燃費悪化の抑制とＮＯｘ還元のリッチ燃焼時の失火に伴うトルクショックの抑制を両立させる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。
課題を解決するための手段および発明の効果
上記の課題を解決する為に、本発明における内燃機関の排気浄化装置は、ＮＯｘ吸蔵還元型の触媒の制御のために、燃料噴射時間を長くする、または燃料噴射直後に副噴射を行うリッチ燃焼手段と、触媒の上流に直接還元剤を添加する還元剤添加手段と、燃料噴射後の膨張行程または排気行程において副噴射を行うポスト噴射手段とを備え、エンジン回転数と負荷とにより、リッチ燃焼手段と還元剤添加手段あるいはポスト噴射手段とを切り替える内燃機関の排気浄化装置であって、排気浄化装置の所在地点が所定の高度より高いか否かを判定する高地判定手段と、使用中の燃料のセタン価が所定のセタン価より低いか否かを判定する低セタン価燃料判定手段と、高地判定手段により排気浄化装置の所在地点が所定の高度より高いと判定された場合、または低セタン価燃料判定手段により使用中の燃料が低セタン価燃料であると判定された場合に、リッチ燃焼手段を行うエンジン回転数と負荷とを高回転側あるいは高負荷側に変更する第１触媒還元設定手段とを備えることを特徴とする。
これにより、用いられている燃料がセタン価の低いものである、または現在地点が高地であるとＥＣＵが判断した場合、運転領域によるＮＯｘ還元手法の切り替えマップを長い燃料噴射時間、または燃料噴射直後に副噴射を行う（リッチ燃焼）領域を高回転、高負荷側に移動したマップへと切り替え、もしくはマップ値を書き換える。したがって、低セタン価燃料使用時あるいは高地所在時は、低回転、低負荷状態では失火しやすいリッチ燃焼を行わないことにより、失火、さらにはトルクショックの発生を抑制できる。また低セタン価燃料使用時あるいは高地所在時は、着火遅れが長くなり、それによって空気と燃料との混合が促進されてスモークが発生しにくいので、より高回転、高負荷状態でもリッチ燃焼を行うことで、より高いＮＯｘ浄化効率と燃費とを達成できる。
また、本発明における内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関に備えられた燃料噴射弁が燃料を噴射してから着火するまでの着火時間を測定する着火時間測定手段を備え、低セタン価燃料判定手段は、着火時間測定手段により測定される着火時間から使用中の燃料が低セタン価燃料であるか否かを判定してもよい。
これにより、セタン価を推定する指標として燃料を噴射してから着火までの時間を用いる。燃料を噴射するタイミングは制御部であるエンジン・コントロール・ユニット（以下、ＥＣＵともいう）で制御できるため、燃料を噴射してから着火するまでの時間を測定することは容易である。また、着火時間はシリンダ内に圧力センサを設け、圧力が急上昇するタイミングを測定することによって求められる。これによって、燃料のセタン価をより正確に求めることができる効果を奏する。
また、本発明における内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の吸気圧を測定する吸気圧測定部を備え、高地判定手段は、吸気圧測定部により測定される吸気圧から、所在地点が所定の高度より高いか否かを判定する構成とすることもできる。
これにより、エンジンの吸気側に吸気圧センサを設ける構成により、現在の地点が高地であるか否かをより正確に推定できるため、より適切にリッチ燃焼手段と還元剤添加手段、またはリッチ燃焼手段とポスト噴射手段との選択を行うことができ、ＤＰＦ再生の燃費悪化の抑制とＮＯｘ還元のリッチ燃焼時の失火に伴うトルクショックを抑制する効果を奏する。
さらに、本発明における内燃機関の排気浄化装置は、ＮＯｘ吸蔵還元型の触媒の制御のために、内燃機関の排気側通路に配置され、粒子状物質を捕集するフィルタ部と、粒子状物質の排出量を検出する粒子状物質排出量検出部と、燃料噴射時間を長くする、または燃料噴射直後に副噴射を行うリッチ燃焼手段と、触媒の上流に直接還元剤を添加する還元剤添加手段と、燃料噴射後の膨張行程または排気行程において副噴射を行うポスト噴射手段とを備え、エンジン回転数と負荷とにより、リッチ燃焼手段と還元剤添加手段あるいはポスト噴射手段とを切り替える内燃機関の排気浄化装置であって、粒子状物質排出量を検出する粒子状物質排出量検出手段と、粒子状物質排出量検出手段により検出された粒子状物質排出量が第１の所定値より高いか否かを判定する粒子状物質排出量判定手段と、粒子状物質排出量判定手段により粒子状物質排出量が第１の所定値より高いと判定された場合には、リッチ燃焼手段を行うエンジン回転数と負荷とを低回転側あるいは低負荷側に設定する第２触媒還元設定手段とを備えることを特徴とする。
このように、スモーク（気体中に分散したＰＭ）の排出量が多いとＥＣＵが判断した場合に、運転領域によるＮＯｘ還元手法の切り替えマップにおいて、リッチ燃焼を行う領域を低回転、低負荷側に移動したマップに切り替え、もしくはマップ値を書き換えることにより、通常時ではリッチ燃焼を行うエンジン回転数、負荷がかかる領域において、リッチ燃焼ではなく排気燃料添加あるいはポスト噴射を行うため、リッチ燃焼によって引き起こされるスモークの過排出を抑制し、ＤＰＦの再生回数を抑える効果を奏する。ＤＰＦの再生回数を抑えることは、燃費悪化の抑制につながる。
また、本発明における内燃機関の排気浄化装置は、ＮＯｘ吸蔵還元型の触媒の制御のために、燃料噴射時間を長くする、または燃料噴射直後に副噴射を行うリッチ燃焼手段と、触媒の上流に直接還元剤を添加する還元剤添加手段と、燃料噴射後の膨張行程または排気行程において副噴射を行うポスト噴射手段とを備え、エンジン回転数と負荷とにより、リッチ燃焼手段と還元剤添加手段あるいはポスト噴射手段とを切り替える内燃機関の排気浄化装置であって、内燃機関の排気側通路に配置され、粒子状物質を捕集するフィルタ部と、そのフィルタ部における粒子状物質の堆積量を示すデータを測定する粒子状物質堆積量関連データ測定部と、粒子状物質堆積量関連データ測定部の測定結果よりフィルタ部への粒子状物質の堆積量を導出する粒子状物質堆積量導出手段と、粒子状物質堆積量導出手段により導出された粒子状物質の堆積量から単位走行距離または単位時間における粒子状物質の堆積量を算出する粒子状物質堆積増加量算出手段と、粒子状物質堆積増加量算出手段により算出された単位走行距離または単位時間における粒子状物質の堆積量が第２の所定値より高いか否かを判定する粒子状物質堆積増加量判定手段と、粒子状物質堆積増加量判定手段によって単位走行距離または単位時間における粒子状物質の堆積量が第２の所定値より高いと判定された場合、リッチ燃焼手段を行うエンジン回転数と負荷とを低回転側あるいは低負荷側に設定する第３触媒還元設定手段を備えることを特徴とする。
このように、フィルタ内のＰＭ堆積量の変化を測定することにより、スモークはフィルタ部を通過するときに、その一部がＰＭとしてフィルタに堆積されるので、スモークの過排出をより正確に把握することが可能となり、より効率の良いＮＯｘ還元手法を選択することができる効果を奏する。
また、本発明における内燃機関の排気浄化装置の粒子状物質堆積量関連データ測定部はフィルタ部の入口の気圧と出口の気圧との差を測定する差圧センサ部であり、粒子状物質堆積増加量算出手段は、その差圧センサ部によって測定されるフィルタ部の入口の気圧と出口の気圧との差から単位走行距離または単位時間における粒子状物質の堆積量を導出する構成とすることもできる。
このように、差圧センサによってフィルタ部前後の気圧の差を測定することにより、フィルタ部にＰＭが堆積している場合、入口から出口へとスムーズに排気されないため、フィルタ部の入口と出口で気圧に差が生じるので、フィルタ部に堆積したＰＭの量をより正確に求めることができる。この特徴を備えることにより本発明における内燃機関の排気浄化装置は、フィルタ部に堆積したＰＭの量を正確に求めることが可能となるため、触媒を還元する手段であるリッチ燃焼手段と還元剤添加手段またはリッチ燃焼手段とポスト噴射手段との切り替えを行う所定エンジン回転数と所定負荷をより適切に設定することができる効果を奏する。
以下、添付の図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。図１は本発明の実施形態に係る内燃機関１の排気浄化装置のシステム図である。まず、原動機であるディーゼルエンジン２がある。また、ディーゼルエンジン２の排気側の通路にはディーゼルエンジンの排気中に含まれるＰＭを捕集するフィルタ部であるディーゼル・パティキュレート・フィルター（ＤＰＦ）３が配置されている。さらにその下流には排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を取り除く為のＮＯｘ吸蔵還元型の触媒であるリーン・ＮＯｘ・トラップ（以下、ＬＮＴともいう）４が配置されている。ＮＯｘ吸蔵還元型の触媒は排気中の酸素濃度が高い場合にＮＯｘを吸蔵し、排気中の酸素濃度が低い場合にＮＯｘを放出する。また、ＮＯｘは放出時に排気中のＨＣやＣＯと酸化還元反応し、ＣＯ２やＨ２Ｏ、Ｎ２に酸化または還元される。この反応によって排気中のＮＯｘが取り除かれる。
また、ディーゼルエンジン２の排気口からディーゼル・パティキュレート・フィルター（ＤＰＦ）３の間の排気通路には、通路内に噴射する向きで燃料添加弁５が設けられている。燃料添加弁５から噴射される燃料は排気に混合され、ＮＯｘ触媒の還元剤となる。
また、ディーゼルエンジン２の吸気口側の通路には吸気圧センサ８（吸気圧測定部）が設けられており、吸気口内の圧力を測定する。吸気圧センサ８はＥＣＵ１０と電気的に接続されており、測定値をＥＣＵ１０に送信する。高地では大気が薄くなり、大気圧も下がる。そのため、吸気圧センサ８で測定された圧力は所在地点の高度を求める指標として利用される。
また、ディーゼルエンジン２のそれぞれのシリンダには着火測定部となる圧力センサ９が設けられており、シリンダ内の圧力を測定する。圧力センサ９はＥＣＵ１０と電気的に接続されており、測定値をＥＣＵ１０に送信する。ＥＣＵ１０は送られてきたシリンダ内の圧力の測定値から圧力が急激に変化する点を爆発点として処理を行う。爆発点はＥＣＵ１０が使用中の燃料が低セタン価燃料であるか否かを判定する際に用いる。
また、ＤＰＦ３の入口と出口には気圧を測り、その差を測定する差圧センサ６（粒子状物質堆積量関連データ測定部）が設けられている。差圧センサ６はＥＣＵ１０と電気的に接続されており、測定値をＥＣＵ１０に送信する。ＰＭが堆積したＤＰＦ３は排気の通りが悪くなるために、入口と出口で気圧の差が生じる。そのため、入口と出口の気圧の差を測ることにより、ＤＰＦ３に堆積したＰＭの量を推定することができる。
また、ＬＮＴ４の入口と出口には空燃比センサ（以下、Ａ／Ｆセンサともいう）７が、それぞれ設けられている。これによって、触媒前後における排気中の酸素濃度が測定される。Ａ／Ｆセンサ７はＥＣＵ１０と電気的に接続されており、測定値をＥＣＵ１０に送信する。上で述べたようにＬＮＴ４のＮＯｘ放出は排気中の酸素濃度に依存するため、Ａ／Ｆセンサ７の測定値は燃料添加弁５が噴射する燃料の量を決定する指標となる。
燃料添加弁５、差圧センサ６、Ａ／Ｆセンサ７、吸気圧センサ８はエンジン・コントロール・ユニット（ＥＣＵ）１０と電気的に接続されている。ＥＣＵ１０は各センサ類から測定値を受信し、その測定値に基づき、エンジンの制御を行う。具体的には差圧センサ６で得た測定値によってＤＰＦ３の再生を行ったり、Ａ／Ｆセンサ７の測定値に基づき燃料噴射弁５の噴射量の決定を行ったりする。ＥＣＵ１０はその他にも燃料噴射時期の決定等様々なエンジンに関する制御を行う。
その他にディーゼルエンジン２の排気側とＤＰＦ３との間の通路に粒子状物質排出量検出部であるスモークセンサ（ＰＭセンサ）１１を設けて、排気に混じっているスモークの量を測定することも可能である。スモークセンサ１１はＥＣＵ１０に電気的に接続され、測定値をＥＣＵ１０に送信する。この場合ＥＣＵ１０は、スモークセンサ１１の測定値からＤＰＦ３に堆積するＰＭの量を推定する。
図２は本発明の実施形態に係るＥＣＵ１０の構成例を示した図である。ＥＣＵ１０はＥＣＵ１０を構成している各部を制御するＣＰＵ２０と、ＣＰＵ２０による演算の作業領域となるＲＡＭ３０と、制御プログラムや種々のデータ等を格納するＲＯＭ４０と、不揮発性のメモリであり各種設定を保存するＥＥＰＲＯＭ５０とで構成されており、それぞれがバス６０を介することでデータの通信を行う。各センサ類などの外部との電気的な接続はバス６０を介し、Ｉ／Ｏ７０を経由することで実現される。
ＲＯＭ４０は、設定された燃料マップに従い、ディーゼルエンジン２に備えられた燃料噴射弁と排気側の通路に備えられた燃料添加弁５に燃料噴射の命令を出す燃料噴射プログラム４１（リッチ燃焼手段、還元剤添加手段、ポスト噴射手段）と、運転領域によるＮＯｘ還元手法の切り替えマップを決定するＮＯｘ還元手法切り替えマップ決定プログラム４２（第１触媒還元設定手段、第２触媒還元設定手段、第３触媒還元設定手段）と、吸気側の通路に備えられた吸気圧センサ８によって測定された測定値から所在地点が高地か否かを判定する高地判定プログラム４３（高地判定手段）と、燃料噴射から圧力センサ９によって測定された着火までの時間を測定する着火時間測定プログラム４４（着火時間測定手段）と、使用中の燃料が低セタン価燃料であるか否かを判定する低セタン価燃料判定プログラム４５（低セタン価燃料判定手段）と、スモークセンサ１１から測定されたスモークの排出量が第１の所定値より高いか否かを判定する粒子状物質排出量判定プログラム４６（粒子状物質排出量判定手段）と、差圧センサ７より測定された差圧からＤＰＦ３に堆積したＰＭの量を測定する粒子状物質堆積量導出プログラム４７（粒子状物質堆積量導出手段）と、測定されたＰＭ堆積量と走行距離、またはエンジンの駆動時間からＰＭの堆積増加量を算出する粒子状物質堆積増加量算出プログラム４８（粒子状物質堆積増加量算出手段）と、粒子状物質堆積増加量算出プログラム４８から算出されたＰＭの堆積増加量が第２の所定値より高いか否かを判定する粒子状物質堆積増加量判定プログラム４９（粒子状物質堆積増加量判定手段）とで構成される。ＣＰＵ２０はＲＯＭ４０の内容をＲＡＭ３０に展開することによって各種処理を行う。また、処理に必要な各種設定の値をＥＥＰＲＯＭ５０からＲＡＭ３０に展開することで各種処理を行い、設定に変更があった場合、ＥＥＰＲＯＭ５０にその値を書き込むことで設定を保存する。
図３Ａは通常時における運転領域によるＮＯｘ還元手法の切り替えマップである。縦軸がエンジンにかかる負荷であり、横軸がエンジンの回転数を表す。領域１００で示される領域がＮＯｘ吸蔵還元型の触媒の還元にリッチ燃焼を行うエンジンの回転数、負荷を示しており、領域１０１で示される領域がＮＯｘ吸蔵還元型の触媒の還元に排気燃料添加やポスト噴射を用いるエンジンの回転数、負荷を示している。図からわかるようにリッチ燃焼を行う領域は低回転、低負荷になる。これは高回転、高負荷でリッチ燃焼を行うと大量のスモークが発生するためである。このことは、ＤＰＦ３内に大量のＰＭを堆積させ、再生の頻度が増すこととなり、燃費の悪化につながる。そのため、高回転、高負荷の状態では、ＮＯｘ吸蔵還元型の触媒の還元手法をリッチ燃焼から排気燃料添加やポスト噴射に切り替える。ポスト噴射では、シリンダ内における燃料の燃焼が少なく、排気燃料添加では、排気側通路に燃料を噴射するため、燃料の燃焼がない。よって、ポスト噴射や排気燃料添加では、燃焼が少ないため、ＮＯｘの還元の元となるＣＯ２やＨ２の生成が僅かであるため、ＮＯｘ浄化率はリッチ燃焼に比べ高くないものの、スモークの排出量を低減できる。以上の点から、低回転、低負荷ではリッチ燃焼を行い、高回転、高負荷では排気燃料添加やポスト噴射を行う。
ＮＯｘ吸蔵還元型の触媒は有効に活性化する温度範囲が限られている。その温度は一般的には２５０〜４００℃といわれ、その温度範囲から外れると反応の進行が急激に落ちる。そのため、一定のエンジンの回転数、負荷以上の領域では温度が上昇しすぎるため、反応が進行しなくなる。領域１０１におけるエンジンの回転数と負荷に上限があるのはこのためである。
また、図３Ａにおける極低回転、極低負荷の領域にリッチ燃焼、排気燃料添加やポスト噴射の領域が設定されていないのは領域の下限がアイドリングの回転と負荷であるため、これより低回転、低負荷で駆動することが無いためである。
図３Ｂは、ＥＣＵ１０が使用中の燃料が低セタン価燃料である、または所在地点が高地であると判定した時の運転領域によるＮＯｘ還元手法の切り替えマップである。領域１００がリッチ燃焼を行うエンジンの回転数と負荷を表しており、領域１０１が排気燃料添加やポスト噴射を行うエンジンの回転数や負荷を表している。点線１０２は通常時におけるリッチ燃焼と排気燃料添加、ポスト噴射との切り替えを行う境界を表している。通常時に点線１０２より高回転、高負荷でリッチ燃焼を行った場合、多くのスモークが発生するため、リッチ燃焼によるＮＯｘ還元は行わない。
所在地点が高地か否かは大気圧を測定することで行う。エンジンの吸気側に吸気圧センサ８を備え、その吸気圧センサ８によって大気圧を測定する。気圧は高度によって変化するため、気圧を測定することで高度が判明する。測定した高度が高地判定プログラム３３によって所在地点が高地であると判定された場合は、運転領域によるＮＯｘ還元手法の切り替えマップの書き換えを行う。また、所定値を設けておき、測定した気圧がその所定値より低い場合は所在地点が高地であると判定しても良い。また、カーナビに示されている現在地点と登録されている地図（高度）データとから高度を求めても良い。
また、使用中の燃料が低セタン価燃料であるか否かはシリンダ内におけるメイン噴射から着火までに要する時間を測定することによって判定する。シリンダに圧力センサ９を設け、測定を行う。圧力が急激に変化した点が爆発点となる。噴射した点から爆発点までの時間を測定し、その測定値からセタン価を推定する。セタン価が低くなるほど燃料は燃焼しにくくなるため、爆発までに時間がかかればそれだけセタン価が低いということになる。低セタン価燃料判定プログラム３４によって使用中の燃料が低セタン価燃料と判定された場合は、運転領域によるＮＯｘ還元手法の切り替えマップの書き換えを行う。また、第５の所定値を設けておき、測定した時間がその所定値より長い場合は使用中の燃料が低セタン価燃料であると判定しても良い。
高地は酸素濃度が薄く、また低セタン価燃料を使用した場合はセタン価が低いため、燃料が燃焼しにくい環境となる。そのため、通常時より高回転、高負荷の領域においてもリッチ燃焼を行うようにマップを切り替え、もしくはマップ値の書き換えを行う。このマップ変更によって、通常時ではリッチ燃焼を行わない領域でもリッチ燃焼を行うことになり、より効率の良いＮＯｘ還元を行うことになるため、燃費悪化が抑制できる。図３Ｂの場合、通常時ではリッチ燃焼を行なわず、低セタン価燃料使用時、または高地でリッチ燃焼を行う領域は領域１０１、かつ点線１０２より上の領域となる。
上で述べた通り、高地や低セタン価燃料を使用中は燃料が燃焼しにくい環境となる。こういった環境において領域１０３で示すような低回転、低負荷の運転領域では、シリンダの温度が低く、燃料が燃焼しない場合がある。こういった条件で過度の燃料供給を行った場合、エンジン内のシリンダが燃料で濡れてしまい、失火の原因となることがある。この失火を防ぐ為に、領域１０３ではリッチ燃焼から排気燃料添加、またはポスト噴射に切り替えて、燃料過多による失火を抑制する。この失火の抑制はトルクショックの抑制につながる。
図３ＣはＥＣＵ１０がＤＰＦ３におけるＰＭ堆積の増加量が第２の所定値を超えていると判定した場合のＮＯｘ還元手法の切り替えマップである。図３Ｂと同じく、領域１００がリッチ燃焼を行うエンジンの回転数と負荷を表しており、領域１０１が排気燃料添加やポスト噴射を行うエンジンの回転数や負荷を表している。点線１０２は通常時におけるリッチ燃焼と排気燃料添加、ポスト噴射との切り替えを行う境界を表している。ＰＭの堆積量が増加するとＤＰＦ３の再生が頻繁に行われる。ＤＰＦ３の再生には燃料を大量に使用するため、燃費悪化が大きくなる。燃費悪化を抑制する為にリッチ燃焼を行うエンジンの回転数と負荷の上限を下げたマップに切り替え、もしくはマップ値の書き換えを行う。上でも述べているように排気燃料添加やポスト噴射は、リッチ燃焼と比較してスモークの発生量が小さくなるので、還元手法を切り替えることによって、通常ならリッチ燃焼を行うエンジンの回転数と負荷において排気燃料添加やポスト噴射を行う領域が存在することとなり、スモーク排出量の抑制を行うことができる。
以下、フローチャートを参照して、ＮＯｘの還元手法の切り替えの手順を説明する。
図４は本発明の第１の実施形態に係るＮＯｘ還元手段の切り替え処理の一例を示したフローチャートである。まずＥＣＵ１０は吸気側にある吸気圧センサ８によって大気圧を測定し、その測定値を受信する（Ｓ１００）。
続いて、ＥＣＵ１０は受信した大気圧の測定値が第３の所定値以下か否かの判定を行う（Ｓ１１０）。大気圧の測定値が第３の所定値以下の場合（Ｓ１１０：ＹＥＳ）、ＥＣＵ１０は所在地点が所定の高度より高いと判定して、リッチ燃焼する領域を高回転、高負荷領域側へとＮＯｘ還元手法の切り替えマップを切り替え、もしくはマップ値の書き換えを行い（Ｓ１４０）、ＮＯｘ還元手段の切り替え処理を終了する。また、上で述べたように大気圧の測定値から導出した高度やカーナビゲーションの地図データから所在地点の高度を求め、その高度が所定の高度より高いか否かを判定しても良い。地図データを併用することで、より正確に高度を割り出すことが可能となる。
一方、大気圧の測定値が第３の所定値以上の場合（Ｓ１１０：ＮＯ）、ＥＣＵ１０は燃料噴射から着火時間までの測定を行う（Ｓ１２０）。ＥＣＵ１０が燃料噴射弁に送信するメイン噴射の命令とシリンダに備えられている圧力センサ９によって、ＥＣＵ１０はメイン噴射から着火までの時間を測定する。この測定時間からＥＣＵ１０はセタン価を導出する。
続いて、ＥＣＵ１０は測定したメイン噴射から着火までの時間から使用中の燃料のセタン価を導出する（Ｓ１３０）。続いて、ＥＣＵ１０は導出したセタン価が第４の所定値以下か否かの判定を行う（Ｓ１４０）。導出したセタン価が第４の所定値以下の場合（Ｓ１４０：ＹＥＳ）、ＥＣＵ１０は使用中の燃料が低セタン価燃料であると判定し、リッチ燃焼する領域を高回転、高負荷領域側へとＮＯｘ還元手法の切り替えマップを切り替え、もしくはマップ値の書き換えを行い（Ｓ１５０）、ＮＯｘ還元手段の切り替え処理を終了する。
一方、導出したセタン価が第４の所定値以上の場合（Ｓ１４０：ＮＯ）、ＥＣＵ１０は使用中の燃料が低セタン価燃料でないと判定し、処理を終了する。
また、上で述べたように第５の所定値を設けておき、測定したメイン噴射から着火までの時間がその第５の所定値より小さいか否かで、低セタン価燃料である否かを判定しても良い。
以上が高地、または低セタン価燃料使用時におけるＮＯｘ還元手法の切り替えの手順である。続いて、ＰＭの排出量によるＮＯｘ還元手法の切り替えの手順について説明する。
図５は本発明の第２の実施形態に係るＮＯｘ還元手段の切り替え処理の一例を示したフローチャートである。まずＥＣＵ１０はスモークセンサ１１によってスモークの排出量を測定し、その測定値を受信する（Ｓ２００）。
続いて、ＥＣＵ１０は測定したスモークの排出量が第１の所定値より大きいか否かの判定を行う（Ｓ２１０）。スモークの排出量が第１の所定値以上の場合（Ｓ２１０：ＹＥＳ）、ＥＣＵ１０は大量のスモークが発生していると判定し、リッチ燃焼する領域を低回転、低負荷領域側へとＮＯｘ還元手法の切り替えマップを切り替え、もしくはマップ値の書き換えを行い（Ｓ２２０）、ＮＯｘ還元手段の切り替え処理を終了する。
スモークの排出量が第１の所定値以下の場合（Ｓ２１０：ＮＯ）、ＥＣＵ１０は大量のスモークは発生していないと判定し、ＮＯｘ還元手段の切り替え処理を終了する。
以上がスモークの排出量によるＮＯｘ還元手法の切り替えの手順である。続いて、ＰＭの堆積量によるＮＯｘ還元手法の切り替えの手順について説明する。
図６は本発明の第３の実施形態に係るＮＯｘ還元手段の切り替え処理の一例を示したフローチャートである。まずＥＣＵ１０は差圧センサ６によってＤＰＦ３の入口と出口の差圧を測定し、その測定値を受信する（Ｓ３００）。続いて、ＥＣＵ１０はその測定値からＰＭの堆積量を算出する（Ｓ３１０）。
続いて、ＥＣＵ１０はＰＭ堆積量の上昇度の算出を行う（Ｓ３２０）。ＰＭ堆積量の上昇度はＰＭ堆積量と走行距離から算出する。また、ＰＭ堆積量と走行時間から算出しても良い。
続いて、ＥＣＵ１０は算出したＰＭ堆積量の上昇度が第２の所定値より大きいか否かの判定を行う（Ｓ３３０）。ＰＭ堆積量の上昇度が第２の所定値以上の場合（Ｓ３３０：ＹＥＳ）、ＥＣＵ１０は大量のスモークが発生していると判定し、リッチ燃焼する領域を低回転、低負荷領域側へとＮＯｘ還元手法の切り替えマップを切り替え、もしくはマップ値の書き換えを行い（Ｓ３４０）、ＮＯｘ還元手段の切り替え処理を終了する。
ＰＭ堆積量の上昇度が第２の所定値以下の場合（Ｓ３３０：ＮＯ）、ＥＣＵ１０は大量のスモークは発生していないと判定し、ＮＯｘ還元手段の切り替え処理を終了する。
本発明は上記の実施形態に限定されずに、その技術的思想の範囲内において、変更がなしうることは明らかである。例えば、ＰＭの堆積量、またはＰＭの堆積増加量をスモークセンサ１１から導出するような構成をとってもよい。差圧センサ６は、車速が低い場合、測定値に狂いが出る可能性があるため、スモークセンサを併用する構成をとることでより正確にＰＭの堆積量、堆積増加量を導出することが可能となる。
本発明の実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置のシステム図。 本発明の実施形態に係るＥＣＵ１０の構成例を示した図。 運転領域によるＮＯｘ還元手法の切り替えマップ。 本発明の第１の実施形態に係るＮＯｘ還元手段の切り替え処理を示したフローチャート。 本発明の第２の実施形態に係るＮＯｘ還元手段の切り替え処理を示したフローチャート。 本発明の第３の実施形態に係るＮＯｘ還元手段の切り替え処理を示したフローチャート。
符号の説明
１ 内燃機関
２ ディーゼルエンジン
３ ディーゼル・パティキュレート・フィルター（ＤＰＦ）
４ リーン・ＮＯｘ・トラップ（ＬＮＴ）
５ 燃料添加弁
６ 差圧センサ
７ 空燃比（Ａ／Ｆ）センサ
８ 吸気圧センサ
９ 圧力センサ
１０ エンジン・コントロール・ユニット（ＥＣＵ）
１１ スモークセンサ（ＰＭセンサ）
２０ ＣＰＵ
３０ ＲＡＭ
４０ ＲＯＭ
４１ 燃料噴射プログラム
４２ ＮＯｘ還元手法切り替えマップ決定プログラム
４３ 高地判定プログラム
４４ 着火時間測定プログラム
４５ 低セタン価燃料判定プログラム
４６ 粒子状物質排出量判定プログラム
４７ 粒子状物質堆積量導出プログラム
４８ 粒子状物質堆積増加量算出プログラム
４９ 粒子状物質堆積増加量判定プログラム
５０ ＥＥＰＲＯＭ
６０ バス
７０ Ｉ／Ｏ
１００ リッチ燃焼を行うエンジンの回転数と負荷とを示す領域
１０１ 排気燃料添加またはポスト噴射を行うエンジンの回転数と負荷とを示す領域
１０２ 標準時にリッチ燃焼と排気燃料添加またはポスト噴射の切り替えを行う境界線
１０３ リッチ燃焼で失火する可能性のある領域

Claims (6)

  1. ＮＯｘ吸蔵還元型の触媒の制御のために、
    燃料噴射時間を長くする、または燃料噴射直後に副噴射を行うリッチ燃焼手段と、
    前記触媒の上流に直接還元剤を添加する還元剤添加手段と、
    燃料噴射後の膨張行程または排気行程において副噴射を行うポスト噴射手段とを備え、
    エンジン回転数と負荷とにより、前記リッチ燃焼手段と前記還元剤添加手段あるいは前記ポスト噴射手段とを切り替える内燃機関の排気浄化装置であって、
    前記排気浄化装置の所在地点が所定の高度より高いか否かを判定する高地判定手段と、
    使用中の燃料が所定のセタン価より低いか否かを判定する低セタン価燃料判定手段と、
    前記高地判定手段により前記排気浄化装置の所在地点が所定の高度より高いと判定された場合、または前記低セタン価燃料判定手段により使用中の燃料が低セタン価燃料であると判定された場合に、前記リッチ燃焼手段を行うエンジン回転数と負荷とを高回転側あるいは高負荷側に変更する第１触媒還元設定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。
  2. 着火のタイミングを測定する着火測定部と、
    燃料を噴射してから着火するまでの時間を測定する着火時間測定手段を備え、
    前記低セタン価燃料判定手段は、前記着火時間測定手段により測定される測定値から使用中の燃料が低セタン価燃料であるか否かを判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. 前記内燃機関の吸気圧を測定する吸気圧測定部を備え、
    前記高地判定手段は、前記吸気圧測定部により測定される前記吸気圧から、前記所在地点が所定の高度より高いか否かを判定することを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
  4. ＮＯｘ吸蔵還元型の触媒の制御のために、
    燃料噴射時間を長くする、または燃料噴射直後に副噴射を行うリッチ燃焼手段と、
    前記触媒の上流に直接還元剤を添加する還元剤添加手段と、
    燃料噴射後の膨張行程または排気行程において副噴射を行うポスト噴射手段とを備え、
    エンジン回転数と負荷とにより、前記リッチ燃焼手段と前記還元剤添加手段あるいは前記ポスト噴射手段とを切り替える内燃機関の排気浄化装置であって、
    粒子状物質の排出量を検出する粒子状物質排出量検出部と、
    前記粒子状物質排出量検出部によって検出された前記粒子状物質排出量が第１の所定値より高いか否かを判定する粒子状物質排出量判定手段と、
    前記粒子状物質排出量判定手段により前記粒子状物質排出量が第１の所定値より高いと判定された場合には、前記リッチ燃焼手段を行うエンジン回転数と負荷とを低回転側あるいは低負荷側に変更する第２触媒還元設定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。
  5. ＮＯｘ吸蔵還元型の触媒の制御のために、
    燃料噴射時間を長くする、または燃料噴射直後に副噴射を行うリッチ燃焼手段と、
    前記触媒の上流に直接還元剤を添加する還元剤添加手段と、
    燃料噴射後の膨張行程または排気行程において副噴射を行うポスト噴射手段とを備え、
    エンジン回転数と負荷とにより、前記リッチ燃焼手段と前記還元剤添加手段あるいは前記ポスト噴射手段とを切り替える内燃機関の排気浄化装置であって、
    前記内燃機関の排気側通路に配置され、粒子状物質を捕集するフィルタ部と、
    そのフィルタ部における前記粒子状物質の堆積量を示すデータを測定する粒子状物質堆積量関連データ測定部と、
    前記粒子状物質堆積量関連データ測定部の測定結果より前記フィルタ部への前記粒子状物質の堆積量を導出する粒子状物質堆積量導出手段と、
    前記粒子状物質堆積量導出手段により導出された粒子状物質の堆積量から単位走行距離または単位時間における粒子状物質の堆積量を算出する粒子状物質堆積増加量算出手段と、
    前記粒子状物質堆積増加量算出手段により算出された単位走行距離または単位時間における粒子状物質の堆積量が第２の所定値より高いか否かを判定する粒子状物質堆積増加量判定手段と、
    前記粒子状物質堆積増加量判定手段によって単位走行距離または単位時間における粒子状物質の堆積量が第２の所定値より高いと判定された場合、前記リッチ燃焼手段を行うエンジン回転数と負荷とを低回転側あるいは低負荷側に設定する第３触媒還元設定手段を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
  6. 前記粒子状物質堆積量関連データ測定部は前記フィルタ部の入口の気圧と出口の気圧との差を測定する差圧センサ部であり、
    前記粒子状物質堆積増加量算出手段は、前記差圧センサ部によって測定される前記フィルタ部の入口の気圧と出口の気圧との差から単位走行距離または単位時間における粒子状物質の堆積量を導出することを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の排気浄化装置。
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