JP2009121256A - 排気浄化システム - Google Patents

Abstract

【課題】還元剤の無い状態での内燃機関の運転を積極的に防止する。
【解決手段】内燃機関１０の燃料Ｆとは異なる還元剤Ｒを用いて浄化処理を行う触媒３４を備えた排気浄化システムにおいて、還元剤タンク３６中に貯溜された還元剤Ｒの残量を検知し、この検知された還元剤残量に応じて、その還元剤残量相当以下の燃料しか燃料タンク１９に貯留されないように、燃料給油量を制限する。これにより、燃料が還元剤と同時か還元剤より早く無くなることとなり、還元剤の無い状態で内燃機関が運転されてしまうのを積極的且つ確実に防止できる。
【選択図】図１

Description

本発明は排気浄化システムに係り、特に、内燃機関の燃料とは異なる還元剤とともに浄化処理を行う触媒を備えた排気浄化システムに関する。

内燃機関から排出される排気ガスによる環境への悪影響をできるだけ少なくするため、排気ガス中に含まれる有害成分を捕捉または吸着したり、あるいは無害化する触媒装置を内燃機関の排気通路中に組み込んだ排気浄化システムが知られている。例えば、特許文献１には、排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を無害化する選択還元型の窒素還元触媒（ＮＯｘ触媒）を用いた排気浄化システムが開示されている。これにおいては、尿素やアンモニアを含む液体還元剤をＮＯｘ触媒上流側に噴霧し、還元剤とＮＯｘを触媒内で反応させてＮＯｘを還元浄化している。このシステムではＮＯｘの還元に還元剤が必要であり、還元剤の消費に伴って定期的に還元剤を補充しなければならない。このため、還元剤タンク内に貯溜された還元剤の残量を検知するセンサを組み込み、還元剤の残量が所定値以下になると、警告を発するようにしている。

特許第３７３３８１５号公報

しかし、特許文献１に開示されたシステムでは単に還元剤の残量が少なくなったとき警告を発するに止まるため、仮にユーザが警告を無視すれば、還元剤の無い状態で内燃機関が運転されてしまう。こうなれば当然にＮＯｘが大気に排出され、環境を汚染する。現に自動車の分野ではこのような悪エミッションでの走行を法律で規制するといった動きもある。

本発明は以上の事情に鑑みて創案されたもので、その目的は、還元剤の無い状態での内燃機関の運転を積極的に防止し得る排気浄化システムを提供することにある。

本発明によれば、内燃機関の燃料とは異なる還元剤を用いて浄化処理を行う触媒を備えた排気浄化システムであって、
還元剤タンク中に貯溜された還元剤の残量を検知する還元剤残量検知手段と、
該還元剤残量検知手段によって検知された還元剤の残量に応じて、その還元剤残量相当以下の燃料しか燃料タンクに貯留されないように、燃料給油量を制限する燃料給油量制限手段と
を備えたことを特徴とする排気浄化システムが提供される。

これにより、燃料が還元剤と同時か還元剤より早く無くなることとなり、還元剤の無い状態で内燃機関が運転されてしまうのを積極的且つ確実に防止できる。

好ましくは、前記燃料給油量制限手段が、前記燃料タンクの容量を実質的に減少することによって燃料給油量を制限する。これによって給油可能な燃料量を物理的に制限することが可能となる。

好ましくは、前記燃料給油量制限手段が、前記燃料タンク内に設けられた可変容量チャンバの容量を制御することによって燃料給油量を制限する。これによれば、チャンバの容量が増大されるにつれ、燃料タンクの容量が実質的に減少され、燃料給油量がより多く制限されるようになる。

好ましくは、前記燃料給油量制限手段が、機関運転中の還元剤及び燃料の消費状態に基づいて前記チャンバの容量を増減制御する。これによれば、燃料給油量制限中のチャンバ容量を還元剤残量に応じた適切な値に常時維持することが可能となる。

好ましくは、前記燃料給油量制限手段が、還元剤残量、燃費及び還元剤消費率に基づいて燃料許可量を算出し、燃料タンク容量から燃料許可量を減じて給油制限量を算出し、前記チャンバの容量が給油制限量に等しくなるように前記チャンバの容量を制御する。

好ましくは、前記燃料給油量制限手段が、過去の履歴における最良燃費と最悪還元剤消費率とに基づき、燃料給油量制限開始時の初期チャンバ容量を所定容量に制御する。

例えば、チャンバ容量制御に必要な値に計算バラツキがあったり、給油制限中の運転状態が還元剤消費が早く且つ燃費がよいような運転状態であると、予定より早く還元剤が無くなり、還元剤無し運転が可能になってしまう虞がある。しかしながら、過去の履歴における最良燃費と最悪還元剤消費率とに基づき初期チャンバ容量を所定容量に制御することとすれば、かかる計算値や運転状態のバラツキを吸収して還元剤無し運転を確実に防止することができる。

好ましくは、前記燃料給油量制限手段が、前記チャンバに充填する流体量を制御することによって前記チャンバの容量を制御する。

好ましくは、前記内燃機関が車両に搭載され、前記燃料給油量制限手段が、還元剤残量、燃費及び還元剤消費率に基づいて燃料許可量を算出し、該燃料許可量から燃料残量を減じて給油許可量を算出し、該給油許可量のデータを車外の給油装置に送信し、該給油装置に給油許可量以下の燃料給油を許容する。

この好適な一形態によれば、燃料給油量を制限する際に車外の給油装置にそれを行わせる。こうすると既存の車両に容易に適用可能となる。給油装置から燃料タンクの容量一杯まで、即ち満タンまで、給油しようとしたとしても、燃料タンクは実際に満タンにならず、これにより燃料給油量は制限される。

本発明によれば、還元剤の無い状態での内燃機関の運転を積極的に防止することができるという、優れた効果が発揮される。

本実施形態における内燃機関システムを概略的に図１に示す。本実施形態におけるエンジン１０は、軽油などの燃料Ｆを燃料噴射弁１１から圧縮状態にある燃焼室１２内に直接噴射することにより、自然着火させる圧縮点火型式のものであり、通常、図示しないターボ過給機やＥＧＲ装置なども組み込まれている。本実施形態におけるエンジン１０は車両、特に自動車に搭載されており、多気筒エンジンとして構成されている。

燃焼室１２にそれぞれ臨む吸気ポート１３および排気ポート１４が形成されたシリンダヘッド１５には、吸気ポート１３を開閉する吸気弁１６および排気ポート１４を開閉する排気弁１７を含む動弁機構１８が組み込まれている。また、これら吸気弁１６および排気弁１７に挟まれるように燃焼室１２の上端中央に臨む先の燃料噴射弁１１も、このシリンダヘッド１５に組み込まれている。燃料噴射弁１１には、燃料タンク１９内に貯溜された燃料Ｆが図示しない燃料供給管を介して供給され、その作動が電子制御ユニット（以下ＥＣＵという）２０により制御されるようになっている。

車両の運転中に上述した燃料噴射弁１１からの燃料Ｆの噴射量や噴射時期などを適切に制御するため、本実施形態では運転者によって操作されるアクセルペダル２１の踏み込み量を検出してこれをＥＣＵ２０に出力するアクセル開度センサ２２が設けられている。また、吸気管２３の上流側には、吸気通路２４内を通過する吸気流量を検出してこれをＥＣＵ２０に出力するエアフローメータ(図示せず)が取り付けられている。さらに、ピストン２６が往復動するシリンダブロック２７には、連接棒２８を介してピストン２６が連結されるクランク軸２９の回転位置、つまりクランク角位相を検出してこれをＥＣＵ２０に出力するクランク角センサ３０が取り付けられている。ＥＣＵ２０は、これらセンサ２２，２５，３０などからの検出信号に基づき、燃料噴射弁１１からの燃料の噴射量および噴射時期を制御する。

燃料タンク１９には、ここに貯溜される燃料Ｆの残量Ｑｆを検出してその情報をＥＣＵ２０に出力する燃料残量センサ３２が組み込まれている。この燃料残量センサ３２は、燃料タンク１９内に貯溜された燃料の重量に基づき燃料の残量Ｑｆを検出する。

排気ポート１４に連通するようにシリンダヘッド１５に基端が連結された排気管３３の途中には、燃焼室１２内での混合気の燃焼により生成する窒素酸化物（ＮＯｘ）を無害化するための選択還元型ＮＯｘ触媒（以下、単に触媒と記述する）３４が組み込まれている。また、この触媒３４よりも上流側の排気管３３の途中には、触媒３４内で窒素酸化物と反応してこれを無害化するための尿素を含む還元剤Ｒを排気管３３内に噴射する還元剤噴射弁３５が設けられている。この還元剤噴射弁３５には、還元剤タンク３６内に貯溜された液体還元剤Ｒが図示しない還元剤供給管を介して供給され、その噴射量や噴射時期などがＥＣＵ２０により制御されるようになっている。

本実施形態における触媒３４は、還元剤としての尿素をアンモニアに変成させ、このアンモニアと窒素酸化物とを反応させて無害な窒素ガスと水とに還元処理するものである。このような触媒３４での反応を円滑に行わせるため、触媒３４の温度を検出する触媒温度センサ３８と、この触媒３４よりも下流側の排気管３３内を流れる排気ガス中の窒素成分量を検出するためのＮＯｘセンサ３９とが設けられている。触媒温度センサ３８による検出情報はＥＣＵ２０に出力され、ＥＣＵ２０は、触媒３４の温度Ｔｃが予め設定された温度Ｔｃｓ、例えば２００℃以上であるか否かを判定し、これが２００℃以上あると判断した場合、排気管３３内への尿素の噴射を可能とする。尿素の噴射量は、燃焼室１２から排出され触媒３４に供給される排気ガス中の窒素酸化物の量に応じて制御される。かかる窒素酸化物の量はエンジン運転状態（例えばエンジン回転速度及び燃料噴射量）に基づいて推定されるが、この代わりに、触媒３４の上流側に設置したＮＯｘセンサ(図示せず)で検知されてもよい。触媒３４に供給される窒素酸化物の量に対して尿素噴射量が不足すると、未浄化の窒素酸化物が触媒３４の下流に排出されてしまう。しかしながらこのときは、排出された窒素酸化物がＮＯｘセンサ３９で検出され、この情報を元にＥＣＵ２０が尿素噴射量を増量制御する。結果的に窒素酸化物が触媒下流に排出されないよう尿素噴射量が制御される。

なお、図１には１つの触媒３４しか示していないけれども、他の有害成分を捕捉/吸着するＰＭ/ＮＳＲタイプの触媒が排気管３３に沿って直列に組み込まれていてもよい。

還元剤タンク３６には、ここに貯溜される還元剤Ｒの残量Ｑｒを検出してその情報をＥＣＵ２０に出力する還元剤残量センサ４１が組み込まれている。この還元剤残量センサ４１も先の燃料残量センサ３２と同様、還元剤タンク３６内に貯溜された還元剤Ｒの重量に基づき還元剤Ｒの残量Ｑｒを検出する。本実施形態では車体に固定された還元剤タンク３６を採用しているが、交換式のカセットタンクを採用することも可能である。この場合、カセットタンクに組み込まれた還元剤残量センサと車体側との間で電気的コネクタを介して連結する必要がある。

吸気管２３から燃焼室１２内に供給される吸気は、燃料噴射弁１１から燃焼室１２内に噴射される燃料Ｆと混合気を形成し、ピストン２６の圧縮上死点近傍にて自然着火して燃焼する。この燃焼に伴って発生する窒素酸化物は、排気管３３内に供給される尿素と共に触媒３４を通過する間に還元され、清浄化された排気ガスが大気中に排出されることとなる。

本実施形態におけるＥＣＵ２０は、燃料噴射弁１１の駆動情報に基づき燃料Ｆの積算消費量Ａｆを算出すると共に、還元剤噴射弁３５の駆動情報に基づき還元剤Ｒの積算消費量Ａｒを算出する。また、図示しない従動輪の回転数を検出する車輪回転数センサ４５が設けられ、ＥＣＵ２０は、この車輪回転数センサ４５からの情報に基づき車両の積算走行距離Ｄを算出する。

ＥＣＵ２０はまた、燃料積算消費量Ａｆと積算走行距離Ｄとに基づき車両の燃費、特に平均燃費Ｂｆを算出する。本実施形態では燃費の単位はＬ／ｋｍ（リットル／キロメートル）であり、平均燃費Ｂｆは式：Ｂｆ＝Ａｆ／Ｄで表される。但し、燃費の単位としてｋｍ／Ｌを用いることも可能である。同様に、ＥＣＵ２０は、還元剤積算消費量Ａｒと積算走行距離Ｄとに基づき車両の還元剤消費率、特にその平均値Ｂｒを算出する。本実施形態では還元剤消費率の単位はＬ／ｋｍであり、還元剤平均消費率Ｂｒは式：Ｂｒ＝Ａｒ／Ｄで表される。但し、還元剤消費率の単位としてｋｍ／Ｌを用いることも可能である。これら平均燃費Ｂｆと還元剤平均消費率Ｂｒとの計算は常時行われる。

積算走行距離Ｄ及び平均燃費Ｂｆを始めとした車両の走行情報が、車両の運転席から視認可能なディスプレイ５１に表示されるようになっている。また、運転者に注意を促すための各種警告もディスプレイ５１に表示されるようになっている。この警告には、燃料及び還元剤の残量が少ないことのほか、後述するような燃料給油制限が開始されたことをも含む。このようにディスプレイ５１は警告手段を構成するが、警告手段は視覚的に注意を促すディスプレイ５１の他、聴覚的に注意を促すブザー等及び触覚的に注意を促すバイブレータ等を含むことができる。

ＥＣＵ２０は、上述したセンサ２２，３０，３２，３８，３９，４１，４５などからの検出信号に基づき、予め設定されたプログラムに従って円滑なエンジン１０の運転がなされるように、燃料噴射弁１１や還元剤噴射弁３５ならびにディスプレイ５１などの作動を制御するようになっている。

次に、本実施形態の排気浄化システムにおける燃料給油量の制限について説明する。

本実施形態の排気浄化システムでは、排気ガス中の窒素酸化物を触媒３４で還元浄化するために還元剤Ｒが必要であり、還元剤Ｒの残量Ｑｒが所定値以下になるとディスプレイ５１に警告が発せられる。しかし、仮に運転手がこの警告を無視して車両を運転し続けると、やがて還元剤が欠乏し、還元剤の無い状態で車両が運転され、窒素酸化物が大気に排出されてしまう。そこで本実施形態では、これを防止するため、還元剤残量Ｑｒが少なくなったときに還元剤残量Ｑｒ相当以下の燃料しか燃料タンク１９に貯留されないように、燃料給油量を制限するようにしている。これにより、燃料が還元剤と同時か還元剤より早く無くなり、還元剤の無い状態で車両が運転されてしまうのを積極的且つ確実に防止できる。

本実施形態においては、燃料タンク１９の容量を実質的に減少することによって燃料給油量を制限する。即ち、図１に示すように、燃料タンク１９内には可変容量チャンバ６０が設けられ、このチャンバ６０の容量を制御することによって燃料給油量が制限される。チャンバ６０の容量が増大されるにつれ、燃料タンク１９の容量が実質的に減少され、燃料給油量がより多く制限されるようになる。チャンバ６０は燃料タンク１９内の上部、より具体的には頂面部に固定されている。

可変容量チャンバ６０は、可撓材料でできた区画壁６１を有し、具体的にはゴム等の弾性材料により風船の如く袋状に形成された膨張収縮可能な区画壁６１を有する。この区画壁６１によりチャンバ６０内が燃料タンク１９内と完全に仕切られる。チャンバ６０に対して作動流体としての圧力空気が充填又は排出され、これによりチャンバ６０は膨張又は収縮する。空気ポンプ６２の作動により圧力空気が供給管６３を通じてチャンバ６０に供給され、供給管６３を通じた圧力空気の逆流は逆止弁６４により阻止される。また、チャンバ６０からの空気排出は排出管６５を通じて行われる。排出管６５には排出バルブ６６が設けられ、排出バルブ６６が開かれたとき、チャンバ６０内の空気が排出管６５を通じて大気開放される。空気ポンプ６２と排出バルブ６６がＥＣＵ２０により制御される。

チャンバ容量を増大させるときには、空気ポンプ６２がオンされると共に排出バルブ６６が閉とされ、チャンバ６０に圧力空気が供給、充填される。またチャンバ容量を維持するときには、排出バルブ６６を閉としたまま空気ポンプ６２がオフされる。チャンバ容量を減少するときには、空気ポンプ６２をオフとしたまま排出バルブ６６が開とされ、チャンバ６０から圧力空気が排出される。こうして、チャンバ６０に充填する空気量を制御することによってチャンバ６０の容量が制御される。

なお、燃料タンク１９の容量を実質的に減少する構成は上述のような可変容量チャンバ６０を用いる構成に限られない。例えば、燃料タンク内にピストン・シリンダ機構を設け、ピストンを移動させることにより燃料タンクの容量を実質的に減少してもよい。或いは、可動壁を用いる構成、ベローズやダイヤフラムを用いる構成、燃料タンクの一部を変形可能とする構成等、様々な構成が考えられる。可変容量チャンバ６０の設置位置は、上述のような燃料タンク内上部に限られない。本実施形態では燃料シール等を考慮して燃料が早期になくなるタンク内上部としたが、例えばタンク内底部としてもよい。この場合、チャンバは燃料中に浸漬され、タンク容量を減少すべくチャンバを膨張させるにつれ燃料液面が上昇するので、フロート式の燃料残量センサを用いた場合、フロートが上昇して車室内の燃料残量メータの表示が見掛け上増える。よって運転者にあとどのくらい燃料を給油できるかを示すことができる。

次に、ＥＣＵ２０によって実行される燃料給油量制限処理の一例を図２を参照しつつ説明する。ここでまず、以下の説明で用いる用語の意味を説明する。

タンク容量Ｔ・・・燃料タンク１９の物理的な容量であり、不変の一定値。例えば７０Ｌ。

燃料許可量Ｘ・・・還元剤タンク３６内の還元剤残量Ｑｒに相当する燃料量であって、その還元剤残量Ｑｒを消費するように車両を運転するのに必要な過不足のない燃料量。例えば５０Ｌ。

給油制限量Ｙ・・・燃料給油を制限する際の制限量であり、具体的にはチャンバ６０の容量を制御する際のチャンバ容量の目標値。例えば２０Ｌ。

給油可能量Ｚ・・・燃料給油する際の給油可能な燃料量であり、具体的には燃料タンクの空き容量。Ｔ＝Ｑｆ＋Ｙ＋Ｚの関係が成立する。

燃料許可量Ｘは、還元剤残量、燃費及び還元剤消費率に基づいて算出される。例えば、還元剤残量Ｑｒが１０Ｌ、車両の平均燃費Ｂｆが１０Ｌ／１００ｋｍ、還元剤平均消費率Ｂｒが１Ｌ／１００ｋｍであるとする。このとき、１００ｋｍ走行当たり、還元剤は１Ｌ、燃料は１０Ｌ消費する。１Ｌの還元剤に１０Ｌの燃料が対応し、還元剤残量が１０Ｌであることから、１０Ｌの還元剤を消費するのに必要な燃料量即ち燃料許可量Ｘは１０Ｌ×１０Ｌ＝１００Ｌとなる。一般式で示せば燃料許可量Ｘは次式（１）により表される。
Ｘ＝Ｑｒ×（Ｂｆ／Ｂｒ）・・・（１）
なお、上記の各用語を参考までに図１中に表示する。本実施形態では、図２に示す処理は、還元剤Ｒの残量Ｑｒが少なくなって所定値以下となり、ディスプレイ５１に還元剤残量警告が表示された後に行われる。また、初期状態においてチャンバ６０には空気が充填されておらず、給油制限量Ｙの初期値はゼロである。

図２に示すように、最初のステップＳ１０１では、燃料許可量Ｘがタンク容量Ｔと比較される。燃料許可量Ｘがタンク容量Ｔ以上の場合、ステップＳ１０１が繰り返し実行されて待機状態となり、他方、燃料許可量Ｘがタンク容量Ｔ未満となった場合、ステップＳ１０２に進んで給油制限実行フラグがオンされると共に、弱警告が実行される。燃料許可量Ｘがタンク容量Ｔ未満ということは、仮に燃料タンク１９が満タンの場合にそのまま車両を走行し続けるとやがて還元剤が無くなり、その一方で燃料は残存していて走行可能であるということを意味する。従ってこの場合は給油制限実行フラグをオンして給油制限を開始すると共に、その開始の事実を運転者に知らせるべく弱警告を実施する。弱警告は、例えば、ディスプレイ５１に既に表示されている還元剤残量警告灯を常時点灯状態から点滅状態に切り替えることで行う。これによって運転者に還元剤の補充（或いは還元剤カートリッジの交換）を促すことができる。

次に、ステップＳ１０３以降では、車両運転中の還元剤及び燃料の消費状態に基づいてチャンバ６０の容量が増減制御される。まず、ステップＳ１０３において給油制限量Ｙが計算される。給油制限量Ｙはタンク容量Ｔから燃料許可量Ｘを減じて得られる値である（Ｙ＝Ｔ−Ｘ）。つまり燃料タンク１９が満タンの場合、燃料許可量Ｘを超えた分の燃料が還元剤無し運転に使用される燃料であるので、このような過剰燃料の給油を防止するための給油制限量Ｙが計算される。

次いで、ステップＳ１０４において、給油制限量Ｙが給油可能量Ｚ（燃料タンク空き容量）と比較される。給油可能量Ｚは、タンク容量Ｔから、燃料残量Ｑｆと給油制限量Ｙとを減じて計算される（Ｚ＝Ｔ−Ｑｆ−Ｙ）。給油制限量Ｙが給油可能量Ｚより多い場合、ステップＳ１０５に進んで給油制限量Ｙが給油可能量Ｚと等しく設定される。こうする理由は、後のチャンバ６０への空気充填時にチャンバ容量が給油制限量Ｙに等しく制御されるが、このとき、給油可能量Ｚより多く給油制限を実行すると燃料タンク内の燃料が溢れる虞があるからである。他方、給油制限量Ｙが給油可能量Ｚ以下の場合、ステップＳ１０５がスキップされる。

次に、ステップＳ１０６において、実際のチャンバ容量がステップＳ１０３又はＳ１０４で算出、設定された給油制限量Ｙに等しくなるように、チャンバ容量が制御される。実際のチャンバ容量は、例えば圧力センサ(図示せず)により検出されたチャンバ６０内の圧力値に基づいて検出可能である。

後に理解されるが、このチャンバ容量の制御は所定時間毎に繰り返し実行される。通常は、還元剤残量Ｑｒが徐々に減っていくことから、これに応じて燃料許可量Ｘが減少し、給油制限量Ｙが増加し、チャンバ容量は増大方向に制御されていく。しかしながら、車両の走行状態によっては、燃費が悪化するか又は還元剤消費率が少なくなり、燃料許可量Ｘが増大することもある。この場合、給油制限量Ｙが減少し、その結果チャンバ容量は減少方向に制御される。より詳しくは、タンク容量Ｔから実際のチャンバ容量を減じて得られる容量差より、燃料許可量Ｘが多い場合に、燃料許可量Ｘと容量差の差分だけ、チャンバ容量が減少方向に制御される。このように、車両及び機関運転中の還元剤及び燃料の消費状態に基づいてチャンバ６０の容量が増減制御される。

次に、ステップＳ１０７において、給油制限量Ｙが、タンク容量Ｔから所定の最終残容量Ｔｅを減じて得られる値即ち最終容量差（Ｔ−Ｔｅ）と比較される。そして給油制限量Ｙがその最終容量差（Ｔ−Ｔｅ）より大きいとき、ステップＳ１０８において強警告が実行される。他方、給油制限量Ｙがその最終容量差（Ｔ−Ｔｅ）以下のときにはステップＳ１０８がスキップされる。

最終残容量Ｔｅは、運転者に最終的な強警告をなすための容量値であり、例えば１０Ｌである。給油制限量Ｙが最終容量差（Ｔ−Ｔｅ）（例えば６０Ｌ）に達しているということは、即ち、チャンバ容量がタンク容量Ｔをほぼ埋め尽くすほど大きくなっており、給油可能量Ｚが非常に少なくなっていることを意味する。この状態のままでは、たとえ最大の給油を行っても燃料が燃料タンクにそれほど入らず、還元剤切れと同時に燃料切れを起こし走行不能となる可能性がある。そこで強警告を行い、還元剤の補充と共に燃料を給油することを運転者に再度促す。強警告は、例えば、弱警告により点滅状態となっている還元剤残量警告灯を、より速く点滅させたり、これに加えて発信音やアナウンスを鳴らしたりすることで実施可能である。

次に、ステップＳ１０９において、燃料許可量Ｘがタンク容量Ｔと比較される。燃料許可量Ｘがタンク容量Ｔより大きい場合、これは還元剤が補充されたことを意味するから、ステップＳ１１０に進んで給油制限実行フラグをオフにし、還元剤量に関わる全ての警告を解除し、チャンバ６０から全ての空気を排出してチャンバ容量をゼロに制御する。

他方、燃料許可量Ｘがタンク容量Ｔ以下の場合、ステップＳ１０３に戻ってステップＳ１０３〜Ｓ１０９が所定時間（例えば５分）毎に繰り返し実行される。

ステップＳ１０３〜Ｓ１０９が繰り返される過程で、還元剤残量Ｑｒは概して減少傾向にあるので、これに応じて燃料許可量Ｘは減少し、給油制限量Ｙは増加し、チャンバ容量は次第に増加していく。この過程で、最大量としての給油可能量Ｚの燃料を給油する場合、１回だけの給油が可能である。一方、給油可能量Ｚより少ない量の燃料を複数回に分けて給油することもできるが、チャンバ容量の増加と共に給油毎の給油可能量Ｚが次第に減っていくことから、給油頻度が次第に増していき、強警告が出るような最終段階ではもはやほんの少量しか給油が行えない。よってこのことも運転者を還元剤補充に至らしめ、還元剤無し走行の抑止に貢献し得る可能性が十分にある。

次に、燃料給油量制限処理の変形例を図３を参照しつつ説明する。この変形例においては、過去の履歴における最良燃費と最悪還元剤消費率とに基づき、燃料給油量制限開始時の初期チャンバ容量が所定容量に制御される。即ち、前述の例では初期チャンバ容量がゼロであった。これに対し、当該変形例で初期チャンバ容量が所定容量に制御される。その理由は次の通りである。

前述したように、チャンバ容量は、車両及び機関運転中の還元剤及び燃料の消費状態に基づいて増減制御される。よって基本的には、給油制限中の運転状態変化により還元剤が燃料より早く無くなってしまうことは起こり得ない。しかしながら、燃費、還元剤消費率及び燃料許可量Ｘ等の計算値にバラツキがあり、さらには給油制限中の運転状態が還元剤消費が早く且つ燃費がよいような運転状態である場合に、予定より早く還元剤が無くなり、還元剤無し走行が可能になってしまう虞がある。燃料許可量Ｘが平均燃費Ｂｆ及び還元剤平均消費率Ｂｒを用いて計算され、平均燃費Ｂｆ及び還元剤平均消費率Ｂｒの更新速度が比較的遅いため、給油制限中の実際の燃費及び還元剤消費率が平均燃費Ｂｆ及び還元剤平均消費率Ｂｒと大きく異なる場合に、このような事態が起こる可能性がある。

よってこの変形例では、過去の履歴における最良燃費と最悪還元剤消費率とに基づき、初期チャンバ容量を所定容量に制御することとしている。こうすれば、かかる計算値や運転状態のバラツキを吸収して還元剤無し走行を確実に防止することができる。

また、これに併せて、本実施形態ではタンク容量Ｔについても還元剤無し走行を抑止する方向へ、安全側への補正を行う。これによって還元剤無し走行をより一層確実に防止することができる。

図３に示すように、最初のステップＳ２０１では、還元剤残量Ｑｒ、平均燃費Ｂｆ及び還元剤平均消費率Ｂｒに基づき前式（１）により算出される燃料許可量Ｘが、タンク容量Ｔに所定の補正量αを加算して得られる補正後タンク容量Ｔ’と比較される。ここで補正量αは、過去の履歴における最良燃費ηと最悪還元剤消費率μとに基づき、次式（２）により計算される。
α＝Ｔ×（１−η／μ）・・・（２）
最良燃費ηと最悪還元剤消費率μとは１給油区間における値であり、最悪還元剤消費率μは燃費に換算された値である。燃費と還元剤消費率とが所定の標準値のときη／μ＝１である。これに対し、燃費が標準値より良い（小さい値である）場合、或いは還元剤消費率が標準値より悪い（大きい値である）場合、η／μは１より小さくなり、例えば０．９５などとなる。従ってこの場合はタンク容量Ｔの数％程度の正の補正量αが得られ、タンク容量Ｔはより大きな値Ｔ’に補正される。

燃料許可量Ｘが補正後タンク容量Ｔ’以上の場合、ステップＳ２０１が繰り返し実行されて待機状態となり、他方、燃料許可量Ｘが補正後タンク容量Ｔ’未満となった場合、ステップＳ２０２に進んで前記ステップＳ１０２と同様、給油制限実行フラグがオンされると共に、弱警告が実行される。これにより、前述の例よりも早いタイミングで弱警告が実施されることとなる。

次に、ステップＳ２０３において、タンク容量Ｔから燃料残量Ｑｆを減じて得られる値（Ｔ−Ｑｆ）が補正量αと比較される。当該値（Ｔ−Ｑｆ）が補正量α以下の場合、つまり燃料が燃料タンク内にほぼ一杯まで残っている場合、（Ｔ−Ｑｆ）＞αとなるまで燃料の消費を待ち、当該値（Ｔ−Ｑｆ）が補正量αを超えるに至ったら、ステップＳ２０４でチャンバ容量を初期状態のゼロから補正量αまで増加させる。こうして燃料給油量制限開始時の初期チャンバ容量が所定容量αに制御されることとなる。ここで、（Ｔ−Ｑｆ）＞αとなるまで待つ理由は、そうしないでチャンバ容量を補正量αだけ増加すると燃料が溢れる可能性があるからである。

次に、ステップＳ２０５において、以降のステップで用いる計算上のタンク容量Ｔの値を補正ないし変更する。即ち、タンク容量Ｔから補正量αを減じて得られる値を新たなタンク容量Ｔとし、タンク容量Ｔの値をより少ない値に補正する。こうすることにより計算上或いは見掛け上のタンク容量を少なくし、早めに燃料がなくなるとの前提の下で以降の各処理を実行できる。

以降のステップＳ２０６〜Ｓ２１３ではそれぞれ前記ステップＳ１０３〜Ｓ１１０と同様の処理が実行される。これにより還元剤無し走行を確実に防止すると共に、運転者に積極的に還元剤の補充を促すことができる。

次に、他の実施形態について図４を参照しつつ説明する。なお前記実施形態と同様の部分については説明を省略し、相違部分を中心に述べる。

この他の実施形態は、前記実施形態のように燃料タンク１９の容量を実質的に減少することによって燃料給油量を制限するものではなく、車外の給油装置７０に燃料給油量を制限させるものである。従って可変容量チャンバ６０やその容量を制御する機構及び装置は設けられていない。このことから、当該他の実施形態は既存の車両に容易に適用可能である。

前記エンジン１０が搭載された車両Ｖから給油装置７０に給油許可量Ｗのデータが送信され、給油装置７０に給油許可量Ｗ以下の燃料給油のみが許容される。ここで給油許可量Ｗとは、タンク容量Ｔより少ない燃料許可量Ｘ（即ちＸ＜Ｔ）から燃料残量Ｑｆを減じて得られる値である（Ｗ＝Ｘ−Ｑｆ）。

車両Ｖにおいては、燃料タンク１９における燃料Ｆの残量Ｑｆを検出する燃料残量検出部６１と、還元剤タンク３６における還元剤Ｒの残量Ｑｒを検出する還元剤残量検出部６２とが備えられ、これら燃料残量検出部６１と還元剤残量検出部６２とによりそれぞれ検出された燃料残量Ｑｆと還元剤残量Ｑｒ、及び車両の燃費と還元剤消費率（平均燃費Ｂｆと還元剤平均消費率Ｂｒ）に基づき、給油許可量算出部６３において給油許可量Ｗが算出される。燃料残量検出部６１は燃料残量センサ３２とＥＣＵ２０からなり、還元剤残量検出部６２は還元剤残量センサ４１とＥＣＵ２０からなり、給油許可量算出部６３はＥＣＵ２０からなる。給油許可量算出部６３においては、まず還元剤残量Ｑｒ、平均燃費Ｂｆ及び還元剤平均消費率Ｂｒに基づいて燃料許可量Ｘが算出され、この燃料許可量Ｘがタンク容量Ｔより少ない場合に、燃料許可量Ｘから燃料残量Ｑｆを減じて給油許可量Ｗが算出される。給油許可量Ｗと燃料残量Ｑｆの和がタンク容量Ｔより少ないので、後に理解されるが、給油装置７０により満タンまで給油しようとしても満タンまで給油することはできない。

車両Ｖにはデータ送信部６４とデータ受信部６５が設けられ、給油装置７０にもデータ受信部７１とデータ送信部７２が設けられ、両者は双方向に無線通信可能である。車両Ｖのデータ送信部６４から送信された給油許可量Ｗのデータは給油装置７０のデータ受信部７１にて受信される。給油装置７０において、給油許可量Ｗのデータが給油量演算部７３に送られ、給油量演算部７３では給油許可量Ｗを給油可能な最大給油量として設定する。そしてこの設定された最大給油量の値が給油制御部７４に送られる。給油制御部７４は、地下の燃料庫から給油ノズル７５に燃料を送る給油ポンプ７６を制御すると共に、実際の給油量を計測するものである。仮に給油者が満タン給油を試みても、計測された実際の給油量が最大給油量に達した時点で、満タンに達する前に、給油ポンプ７６が給油制御部７４により自動停止させられる。他方、計測された実際の給油量が最大給油量に達しなければ任意量の給油が可能である。このようにして、還元剤残量相当以下の燃料しか燃料タンクに貯留されぬよう、燃料給油量が制限される。

以上、本発明の好適実施形態を述べたが、本発明は上記以外の実施形態を採ることも可能である。例えば本発明は、ガソリン、アルコール又はＬＰＧ（液化天然ガス）などを燃料とする火花点火式内燃機関、特にリーンバーン運転が可能な火花点火式内燃機関に対しても適用可能である。また本発明は車載の内燃機関に限らず定置式の内燃機関に対しても適用可能である。

本発明の実施形態は前述の実施形態のみに限らず、特許請求の範囲によって規定される本発明の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が本発明に含まれる。従って本発明は、限定的に解釈されるべきではなく、本発明の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。

本発明の一実施形態に係る内燃機関システムの概略図である。 燃料給油量制限処理の一例を示すフローチャートである。 燃料給油量制限処理の変形例を示すフローチャートである。 本発明の他の実施形態を示す概略図である。

符号の説明

１０ エンジン
１９ 燃料タンク
２０ 電子制御ユニット（ＥＣＵ）
３２ 燃料残量センサ
３４ ＮＯｘ触媒
３５ 還元剤噴射弁
３６ 還元剤タンク
４１ 還元剤残量センサ
５１ ディスプレイ
６０ チャンバ
６２ 空気ポンプ
６６ 排出バルブ
７０ 給油装置
Ｆ 燃料
Ｒ 還元剤
Ｑｆ 燃料残量
Ｑｒ 還元剤残量
Ｂｆ 平均燃費
Ｂｒ 還元剤平均消費率
Ｘ 燃料許可量
Ｔ 燃料タンク容量
Ｙ 給油制限量
η 最良燃費
μ 最悪還元剤消費率
α 補正量
Ｗ 給油許可量
Ｖ 車両

Claims (8)

1. 内燃機関の燃料とは異なる還元剤を用いて浄化処理を行う触媒を備えた排気浄化システムであって、
   還元剤タンク中に貯溜された還元剤の残量を検知する還元剤残量検知手段と、
   該還元剤残量検知手段によって検知された還元剤の残量に応じて、その還元剤残量相当以下の燃料しか燃料タンクに貯留されないように、燃料給油量を制限する燃料給油量制限手段と
   を備えたことを特徴とする排気浄化システム。
2. 前記燃料給油量制限手段が、前記燃料タンクの容量を実質的に減少することによって燃料給油量を制限することを特徴とする請求項１記載の排気浄化システム。
3. 前記燃料給油量制限手段が、前記燃料タンク内に設けられた可変容量チャンバの容量を制御することによって燃料給油量を制限することを特徴とする請求項１又は２記載の排気浄化システム。
4. 前記燃料給油量制限手段が、機関運転中の還元剤及び燃料の消費状態に基づいて前記チャンバの容量を増減制御することを特徴とする請求項３記載の排気浄化システム。
5. 前記燃料給油量制限手段が、還元剤残量、燃費及び還元剤消費率に基づいて燃料許可量を算出し、燃料タンク容量から燃料許可量を減じて給油制限量を算出し、前記チャンバの容量が給油制限量に等しくなるように前記チャンバの容量を制御することを特徴とする請求項３又は４記載の排気浄化システム。
6. 前記燃料給油量制限手段が、過去の履歴における最良燃費と最悪還元剤消費率とに基づき、燃料給油量制限開始時の初期チャンバ容量を所定容量に制御することを特徴とする請求項３乃至５のいずれかに記載の排気浄化システム。
7. 前記燃料給油量制限手段が、前記チャンバに充填する流体量を制御することによって前記チャンバの容量を制御することを特徴とする請求項３乃至６のいずれかに記載の排気浄化システム。
8. 前記内燃機関が車両に搭載され、
   前記燃料給油量制限手段が、還元剤残量、燃費及び還元剤消費率に基づいて燃料許可量を算出し、該燃料許可量から燃料残量を減じて給油許可量を算出し、該給油許可量のデータを車外の給油装置に送信し、該給油装置に給油許可量以下の燃料給油を許容する
   ことを特徴とする請求項１記載の排気浄化システム。

Images