WO2011114459A1 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

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combustion engine
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nitrogen component
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望 横尾
浩一 中田
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トヨタ自動車株式会社
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems

Definitions

  • the present invention relates to an internal combustion engine control apparatus, and more particularly to an internal combustion engine control apparatus capable of lean burn operation.
  • an exhaust emission control device for preventing an increase in the total NOx emission amount in a lean burn engine has been disclosed. More specifically, in this apparatus, a lean NOx catalyst is disposed upstream of the three-way catalyst. Then, the degree of deterioration is calculated based on the temperature of the lean NOx catalyst, and when the degree of deterioration exceeds a predetermined value, the operation region where feedback control is to be performed by stoichiometry is expanded to narrow the lean burn operation region. In addition, the O 2 feedback condition is changed. Thereby, when the deterioration of the lean NOx catalyst progresses, the region where the NOx purification is performed by the three-way catalyst is expanded, so that an increase in the NOx emission amount is suppressed.
  • the details of the fuel properties of gasoline fuel vary depending on the fueling area and manufacturer. For this reason, depending on the type of gasoline fuel, fuel with a high concentration of nitrogen components such as aniline may be supplied.
  • aniline and polyisobuteneamine (PIBA) type compounds have many molecules that function as octane number improvers and detergents. For this reason, when these nitrogen-containing compounds are mixed in the fuel tank as a gasoline additive, it is also assumed that the nitrogen component concentration of the fuel in the tank increases.
  • the present invention was made to solve the above-described problems, and is an internal combustion engine capable of lean burn operation, in which the internal combustion engine capable of suppressing NOx emission regardless of the nitrogen component concentration of the supplied fuel.
  • An object of the present invention is to provide an exhaust emission control device for an engine.
  • a first invention is an internal combustion engine control apparatus that performs a lean burn operation in a predetermined operation region, Fuel property detecting means for detecting a nitrogen component concentration in the fuel supplied to the internal combustion engine; When the nitrogen component concentration is higher than a predetermined value, operation region setting means for reducing the operation region for performing the lean burn operation; It is characterized by providing.
  • the operation region setting means changes a part or all of the operation region in which the lean burn operation is performed to the operation region in which the stoichiometric operation is performed when the nitrogen component concentration is higher than a predetermined value. To do.
  • the operation region setting means sets an operation region in which the lean burn operation is performed according to the nitrogen component concentration.
  • a fourth invention is any one of the first to third inventions, A determination means for determining that fuel has been supplied to the fuel tank of the internal combustion engine; The fuel property detecting means detects a nitrogen component concentration in the fuel supplied to the internal combustion engine when it is determined that fuel is supplied to the fuel tank.
  • the fuel property detecting means is provided in a fuel tank connecting the fuel tank of the internal combustion engine or the fuel tank and the fuel system of the internal combustion engine.
  • a sixth aspect of the invention is an internal combustion engine control apparatus that performs a lean burn operation in a predetermined operation region in order to achieve the above object.
  • EGR means for returning a part of the exhaust gas discharged to the exhaust system of the internal combustion engine to the intake system;
  • Fuel property detecting means for detecting a nitrogen component concentration in the fuel supplied to the internal combustion engine;
  • a lean EGR increasing means for increasing the amount of exhaust gas recirculated by the lean EGR means during lean burn operation when the nitrogen component concentration is higher than a predetermined value; It is characterized by providing.
  • the nitrogen component concentration in the fuel supplied to the internal combustion engine is detected.
  • the nitrogen component concentration is higher than a predetermined value, the operation region in which the lean burn operation is performed is reduced.
  • the lean burn operation is performed with the supply of fuel having a high nitrogen component concentration, the amount of NOx emissions increases. Therefore, according to the present invention, since the lean burn operation range can be set in advance so that the amount of NOx generated is suppressed, this is the case when fuel with a high nitrogen component concentration is supplied. However, the amount of NOx generated can be effectively suppressed.
  • the nitrogen component concentration in the fuel supplied to the internal combustion engine is higher than a predetermined value, a part or all of the operation region in which the lean burn operation is performed is changed to the stoichiometric operation region.
  • the amount of NOx generated is smaller than that during the lean burn operation. For this reason, according to the present invention, even when fuel having a high nitrogen component concentration is supplied, the amount of NOx generated can be effectively suppressed.
  • an operation region in which the lean burn operation is performed is set according to the nitrogen component concentration in the fuel supplied to the internal combustion engine. For this reason, according to the present invention, it is possible to optimize the operation region in which the lean burn operation is performed for each nitrogen component concentration, so that it is possible to control the generation amount of NOx in more detail.
  • the nitrogen component concentration of the fuel is detected. For this reason, according to the present invention, since the concentration detection is performed at the timing when the property of the fuel supplied to the internal combustion engine changes, the nitrogen component concentration of the fuel supplied to the internal combustion engine can always be accurately grasped. .
  • the fuel detection means is provided in the fuel tank or the fuel pipe. Therefore, according to the present invention, it is possible to detect the nitrogen component concentration in the fuel before being supplied to the internal combustion engine.
  • the recirculation amount (EGR amount) of the exhaust gas during the lean burn operation is increased. Therefore, according to the present invention, the amount of NOx generated during lean burn operation can be effectively suppressed even when fuel with a high nitrogen component concentration is supplied.
  • Embodiment 1 of this invention It is a figure for demonstrating the system configuration
  • FIG. 1 is a diagram for explaining a system configuration according to the first embodiment of the present invention.
  • the system of the present embodiment includes an internal combustion engine (engine) 10.
  • the internal combustion engine 10 is configured as an internal combustion engine capable of performing a lean burn operation in a predetermined operation region.
  • An exhaust passage 16 communicates with the exhaust side of the internal combustion engine 10.
  • a NOx purification catalyst 18 for purifying NOx is disposed in the exhaust passage 16.
  • Examples of the NOx purification catalyst 18 include DPF (Diesel Particulate Filter), DPNR (Diesel Particulate-NOx Reduction System), urea SCR (Selective Catalytic Reduction), NSR (NOx Storage-Reduction), and LNT (Lean NOx Trap).
  • DPF Diesel Particulate Filter
  • DPNR Diesel Particulate-NOx Reduction System
  • urea SCR Selective Catalytic Reduction
  • NSR NOx Storage-Reduction
  • LNT Lean NOx Trap
  • the system according to the present embodiment includes a fuel tank 12 for storing the supplied gasoline fuel.
  • a fuel pipe 14 is connected to the fuel tank 12.
  • the other end of the fuel pipe 14 is connected to the fuel system of the internal combustion engine 10.
  • the system of the present embodiment is a fuel for detecting the concentration of nitrogen components (for example, aniline, amines, azo group, nitric acid, nitrous acid, etc.) contained in the fuel stored in the fuel tank 12.
  • a property detection device 22 is provided.
  • the fuel property detection device 22 for example, a device that detects using a chemiluminescence method (CLD), a device that detects using a color reaction, ionization detection, gas chromatography, or the like can be used. .
  • the arrangement and structure of the fuel property detection device 22 are not particularly limited as long as the nitrogen concentration of the fuel stored in the fuel tank 12 can be detected.
  • the system of the present embodiment includes an ECU (Electronic Control Unit) 20 as shown in FIG.
  • ECU Electronic Control Unit
  • various sensors for detecting the operating condition and operating state of the internal combustion engine 10 are connected to the input unit of the ECU 20.
  • various actuators for driving the internal combustion engine 10 are connected to the output portion of the ECU 20.
  • the ECU 20 can control the state of the system shown in FIG. 1 based on various types of input information.
  • the ECU 20 operates the internal combustion engine 10 at a lean air-fuel ratio (lean burn operation) in a predetermined operation region.
  • lean burn operation an oxidant such as NOx is discharged in a larger amount than a reductant such as HC and CO. Therefore, in the system according to the first embodiment, various state quantities of the exhaust gas are fed back to optimize the NOx purification in the NOx purification catalyst 18. Thereby, even during the lean burn operation, the situation where the generated NOx is released into the atmosphere can be effectively suppressed.
  • aniline and polyisobuteneamine (PIBA) type compounds have many molecules that function as octane number improvers and detergents. For this reason, when these nitrogen-containing compounds are mixed in the fuel tank as a gasoline additive, it is assumed that the nitrogen component concentration of the fuel in the tank increases.
  • PIBA polyisobuteneamine
  • FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the combustion temperature of the internal combustion engine and the NOx generation amount for each nitrogen component concentration in the fuel. As shown in this figure, in the region where the combustion temperature is low, the difference in the amount of NOx generated due to the difference in the nitrogen component concentration in the fuel appears remarkably. This indicates that the influence of the nitrogen component concentration in the fuel on the NOx generation amount is large in the operation state where the combustion temperature is low as in the lean burn operation.
  • FIG. 3 is a graph comparing NOx generation with respect to the combustion air-fuel ratio between gasoline fuel and nitrogen-containing fuel.
  • the nitrogen-containing fuel indicates a fuel in which a predetermined amount of nitrogen component is contained in the base gasoline in the figure.
  • the NOx amount when the base gasoline fuel is used converges to a small amount, whereas the NOx amount when the nitrogen-containing fuel is used is Still maintain a high rate.
  • feedforward control for suppressing the generation of NOx is executed using the nitrogen component concentration in the fuel supplied to the internal combustion engine 10. More specifically, first, the fuel property detection device 22 is used to detect the nitrogen component concentration in the fuel. The detected nitrogen component concentration is an indicator of the amount of NOx generated during lean burn operation. Therefore, in the system of the present embodiment, when the detected nitrogen component concentration is higher than the predetermined value X, part or all of the lean operation region of the internal combustion engine 10 is changed to the stoichiometric operation region. During stoichiometric operation, the amount of NOx generated is unlikely to fluctuate due to the level of nitrogen component concentration. Therefore, by changing the predetermined lean operation region to the stoichiometric operation region and operating the internal combustion engine 10, it is possible to reliably suppress the amount of NOx generated.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a change in the nitrogen component concentration in the fuel.
  • the nitrogen component concentration is increased by refueling at time t1, and the nitrogen component concentration is decreased by refueling at time t2. Therefore, the timing of detecting the nitrogen component concentration is preferably the timing at which fuel is supplied, as in the times t1 and t2 in this figure. Thereby, when the nitrogen component concentration changes, the nitrogen component concentration after the change can be detected quickly.
  • the operation region to be changed to the stoichiometric operation region is specified in advance through experiments or the like. More specifically, when a lean burn operation is performed using a fuel having a high nitrogen component concentration, an operation region in which the entire amount of generated NOx cannot be purified only by feedback control using the NOx purification catalyst 18 is tested in advance. For example, the ECU 20 stores the obtained information. As a result, NOx generated when a fuel having a high nitrogen component concentration is used can be suppressed to a level that can be purified by the NOx purification catalyst 18.
  • the nitrogen component concentration of the fuel supplied to the internal combustion engine 10 is higher than the predetermined value, part or all of the lean burn operation region is changed to the stoichiometric operation region. Is done. For this reason, by operating the internal combustion engine 10 based on the changed operating region, it is possible to effectively suppress a situation in which an amount of NOx that cannot be purified by the NOx purification catalyst 18 is generated.
  • FIG. 5 is a flowchart of a routine executed by the ECU 20.
  • a fuel property determination condition is satisfied (step 100).
  • a fuel property determination condition is satisfied (step 100).
  • the presence / absence of fuel supply can be determined by detecting the opening / closing of the fuel cap or detecting a change in the remaining amount of fuel.
  • this routine is immediately terminated.
  • Step 102 the fuel property detection device 22 is used to detect the nitrogen component concentration Cn (%) of the fuel in the fuel tank 12.
  • step 104 it is determined whether or not the nitrogen component concentration Cn is greater than a predetermined value X (step 104).
  • a predetermined value X a preset value is read as a nitrogen component concentration at which an amount of NOx exceeding the purification performance of the NOx purification catalyst 18 is generated during the lean burn operation of the internal combustion engine 10.
  • Cn> X a preset value is read as a nitrogen component concentration at which an amount of NOx exceeding the purification performance of the NOx purification catalyst 18 is generated during the lean burn operation of the internal combustion engine 10.
  • step 104 determines whether Cn> X is established, it is determined that the total amount of generated NOx cannot be purified by the NOx purification catalyst 18 during the lean burn operation of the internal combustion engine 10.
  • the process proceeds to step, and part or all of the lean burn operation region is changed to the stoichiometric operation region (step 108).
  • the ECU 20 stores in advance an operation region in which an amount of NOx exceeding the purification performance of the NOx purification catalyst 18 is generated when a lean burn operation is performed using a fuel having a higher nitrogen component concentration than the predetermined value X.
  • the internal combustion engine 10 is operated after the lean burn operation region is changed to the stoichiometric operation region.
  • the nitrogen component concentration of the fuel used is higher than the predetermined value X
  • a part or all of the lean burn operation region is changed to the stoichiometric operation region.
  • the internal combustion engine 10 is operated. Therefore, since the generation amount of NOx can be suppressed within the range of the purification performance of the NOx purification catalyst 18, the deterioration of NOx emission can be effectively suppressed.
  • the predetermined lean burn operation region stored in advance is changed to the stoichiometric operation region.
  • the lean burn operation area to be changed to the stoichiometric operation area is not limited to this. That is, the lean burn operation region that is changed to the stoichiometric operation region may be changed according to the nitrogen component concentration of the fuel used. More specifically, for example, the lean burn operation region that is changed to the stoichiometric operation region can be set so as to increase as the nitrogen component concentration of the fuel used increases. As a result, the lean burn operation region that is changed to the stoichiometric operation region for each nitrogen component concentration can be optimized, so that the amount of NOx generated can be controlled in more detail.
  • the fuel property detection device 22 corresponds to the “fuel property detection means” in the first aspect of the invention, and the ECU 20 executes the processing of step 108 described above.
  • the “operation region setting means” in the first aspect of the invention is realized.
  • FIG. 2 a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
  • the system of the present embodiment causes the ECU 20 to execute a routine shown in FIG. 6 to be described later by using a configuration in which an EGR system that recirculates part of the exhaust gas to the intake system is added to the hardware configuration shown in FIG. Can be realized.
  • the nitrogen component concentration of the fuel used is higher than the predetermined value X
  • the amount of EGR during lean burn operation is increased. To do.
  • the amount of NOx generated during lean burn operation can be effectively suppressed, so that deterioration of NOx emissions can be effectively suppressed.
  • FIG. 6 is a flowchart of a routine executed by the ECU 20.
  • steps 200 to 204 of the routine shown in FIG. 6 the same processing as in steps 100 to 104 is executed.
  • the process proceeds to the next step, and the internal combustion engine 10 is operated in accordance with the normal EGR amount (step 206).
  • step 204 determines that the total amount of generated NOx cannot be purified by the NOx purification catalyst 18 during the lean burn operation of the internal combustion engine 10, and The process proceeds to step, and the EGR amount during lean burn operation is increased (step 208).
  • the EGR rate during lean burn operation is raised by a predetermined percentage.
  • the nitrogen component concentration of the fuel used is higher than the predetermined value X
  • the EGR amount during the lean burn operation is increased.
  • the EGR rate during the lean burn operation is increased by a predetermined percentage, but the EGR during the lean burn operation is increased.
  • the amount control method is not limited to this. That is, the EGR rate may be changed according to the nitrogen component concentration of the fuel used. More specifically, for example, the higher the nitrogen component concentration of the fuel used, the larger the amount of increase in the EGR rate can be set. As a result, the amount of EGR during lean burn operation can be optimized for each nitrogen component concentration, so that the amount of NOx generated can be controlled in more detail.
  • EGR amount control during the lean burn operation in the system of the second embodiment described above may be executed together with the control of the lean burn operation region in the system of the first embodiment described above.
  • the fuel property detection device 22 corresponds to the “fuel property detection means” in the sixth aspect of the invention, and the ECU 20 executes the processing of step 208 described above.
  • the “lean EGR increasing means” in the sixth aspect of the invention is realized.
  • Embodiment 3 FIG. [Features of Embodiment 3]
  • a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
  • the system of the present embodiment can be realized by causing the ECU 20 to execute a routine shown in FIG. 7 described later using the hardware configuration shown in FIG.
  • the ignition timing of the internal combustion engine 10 is retarded when the nitrogen component concentration of the fuel used is higher than a predetermined value and the NOx purification catalyst 18 has not been warmed up. I will do it.
  • the ignition timing is retarded, the exhaust temperature rises due to the action of afterburning. Thereby, since warming-up of the NOx purification catalyst 18 can be effectively promoted, deterioration of NOx emission can be suppressed quickly.
  • FIG. 7 is a flowchart of a routine executed by the ECU 20. 6 is executed when the internal combustion engine 10 is started.
  • the nitrogen component concentration Cn is detected (step 300).
  • a predetermined value X is executed.
  • step 304 it is determined whether or not the NOx purification catalyst 18 has been warmed up.
  • the bed temperature of the NOx purification catalyst 18 has reached a predetermined temperature.
  • the retard control of the ignition timing is executed (step 306).
  • step 304 if it is determined in step 304 that the warming-up of the NOx purification catalyst 18 has already been completed, it is determined that the NOx purification catalyst 18 can exhibit the desired NOx purification performance, and the next step Then, the normal adaptation operation is executed (step 308).
  • the internal combustion engine 10 when the nitrogen component concentration of the fuel used is higher than the predetermined value X and the warm-up of the NOx purification catalyst 18 has not yet been completed, the internal combustion engine 10 The ignition timing is retarded. Thereby, since warming-up of the NOx purification catalyst 18 can be promoted, deterioration of NOx emission can be suppressed quickly.

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Abstract

　リーンバーン運転が可能な内燃機関において、供給される燃料の窒素成分濃度によらずＮＯｘの排出を抑制することのできる内燃機関の制御装置を提供する。　所定の運転領域においてリーンバーン運転を行う内燃機関の制御装置であって、内燃機関(１０)に供給される燃料中の窒素成分濃度(Ｃｎ)を検出する燃料性状検出装置(２２)を備え、窒素成分濃度(Ｃｎ)が所定値(Ｘ)よりも高い場合に、リーンバーン運転を行う運転領域の一部または全部の領域を、ストイキ運転を行う運転領域に変更する。

Description

内燃機関の制御装置
　この発明は、内燃機関の制御装置に係り、特に、リーンバーン運転が可能な内燃機関の制御装置に関する。
　従来、例えば日本特開平７－１１９４４７号公報に開示されるように、リーンバーンエンジンにおいて、ＮＯｘの排出総量を増大させないための排気浄化装置が開示されている。この装置では、より具体的には、三元触媒の上流にリーンＮＯｘ触媒を配設している。そして、該リーンＮＯｘ触媒の温度に基づいて劣化度が算出され、当該劣化度が所定値以上になった場合に、ストイキにてフィードバック制御をすべき運転領域を広げてリーンバーン運転領域を狭めるように、Ｏ２フィードバック条件が変更される。これにより、リーンＮＯｘ触媒の劣化が進行した場合に三元触媒でＮＯｘ浄化をする領域が拡大されるので、ＮＯｘ排出量の増大が抑制される。
日本特開平７－１１９４４７号公報 日本特開２００５－１７２４６６号公報 日本特開平５－２２３０２６号公報 日本特開２００１－２６３０５０号公報 日本特開２００６－２４４９６６号公報
　ところで、ガソリン燃料は、給油地域や製造元などによってその燃料性状の詳細が異なる。このため、ガソリン燃料の種類によっては、アニリン等の窒素成分の濃度が高い燃料が給油されるおそれがある。また、アニリンやポリイソブテンアミン(ＰＩＢＡ)型の化合物には、オクタン価向上剤や清浄剤としての機能をもつ分子が多い。このため、これらの含窒素化合物がガソリン添加剤として燃料タンク内に混入されると、タンク内の燃料の窒素成分濃度が上昇してしまうことも想定される。
　ここで、窒素成分濃度の高い燃料がリーンバーン運転中に使用されると、ストイキ運転時に比して、ＮＯｘが多量に発生してしまう。これは、リーンバーン運転中は、燃焼温度が低いこと、および空気過剰率が高いことが影響している。したがって、このような多量のＮＯｘの発生時においては、上記従来の技術に開示されているような空燃比のフィードバック制御だけでは発生した多量のＮＯｘの浄化に対応できず、未浄化のＮＯｘが外部へ放出されてしまうおそれがある。
　この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、リーンバーン運転が可能な内燃機関において、供給される燃料の窒素成分濃度によらずＮＯｘの排出を抑制することのできる内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。
　第１の発明は、上記の目的を達成するため、所定の運転領域においてリーンバーン運転を行う内燃機関の制御装置であって、
　前記内燃機関に供給される燃料中の窒素成分濃度を検出する燃料性状検出手段と、
　前記窒素成分濃度が所定値よりも高い場合に、前記リーンバーン運転を行う運転領域を縮小する運転領域設定手段と、
　を備えることを特徴とする。
　第２の発明は、第１の発明において、
　前記運転領域設定手段は、前記窒素成分濃度が所定値よりも高い場合に、前記リーンバーン運転を行う運転領域の一部または全部の領域を、ストイキ運転を行う運転領域に変更することを特徴とする。
　第３の発明は、第１または第２の発明において、
　前記運転領域設定手段は、前記窒素成分濃度に応じて前記リーンバーン運転を行う運転領域を設定することを特徴とする。
　第４の発明は、第１乃至第３の何れか１つの発明において、
　前記内燃機関の燃料タンクに燃料が給油されたことを判定する判定手段を更に備え、
　前記燃料性状検出手段は、前記燃料タンクに燃料が給油されたことが判定された場合に、前記内燃機関に供給される燃料中の窒素成分濃度を検出することを特徴とする。
　第５の発明は、第１乃至第４の何れか１つの発明において、
　前記燃料性状検出手段は、前記内燃機関の燃料タンクまたは該燃料タンクと前記内燃機関の燃料系とを接続する燃料配管に設けられたことを特徴とする。
　第６の発明は、上記の目的を達成するため、所定の運転領域においてリーンバーン運転を行う内燃機関の制御装置であって、
　前記内燃機関の排気系へ排出された排気ガスの一部を吸気系へ還流するＥＧＲ手段と、
　前記内燃機関に供給される燃料中の窒素成分濃度を検出する燃料性状検出手段と、
　前記窒素成分濃度が所定値よりも高い場合に、リーンバーン運転中の前記リーンＥＧＲ手段による排気ガスの還流量を増量するリーンＥＧＲ増量手段と、
　を備えることを特徴とする。
　第１の発明によれば、内燃機関に供給される燃料中の窒素成分濃度が検出される。そして、当該窒素成分濃度が所定値よりも高い場合に、リーンバーン運転を行う運転領域が縮小される。窒素成分濃度が高い燃料の供給を受けてリーンバーン運転を行うと、ＮＯｘの排出量が増加する。このため、本発明によれば、ＮＯｘの発生量が抑制されるようにリーンバーン運転の運転領域を予め縮小して設定することができるので、窒素成分濃度が高い燃料が供給された場合であっても、ＮＯｘの発生量を有効に抑制することができる。
　第２の発明によれば、内燃機関に供給される燃料中の窒素成分濃度が所定値よりも高い場合に、リーンバーン運転を行う運転領域の一部または全部の領域がストイキ運転領域に変更される。内燃機関のストイキ運転中は、リーンバーン運転中に比してＮＯｘ発生量が少量となる。このため、本発明によれば、窒素成分濃度が高い燃料が供給された場合であっても、ＮＯｘの発生量を有効に抑制することができる。
　第３の発明によれば、内燃機関に供給される燃料中の窒素成分濃度に応じて、リーンバーン運転を行う運転領域が設定される。このため、本発明によれば、窒素成分濃度毎に当該リーンバーン運転を行う運転領域を最適化することができるので、ＮＯｘの発生量をより詳細に制御することが可能となる。
　第４の発明によれば、燃料を給油したことが判定された場合に、当該燃料の窒素成分濃度が検出される。このため、本発明によれば、内燃機関に供給される燃料の性状が変化するタイミングで濃度検出が行われるので、内燃機関に供給される燃料の窒素成分濃度を常に正確に把握することができる。
　第５の発明によれば、燃料検出手段は、燃料タンクまたは燃料配管に設けられる。このため、本発明によれば、内燃機関に供給される前の燃料中の窒素成分濃度を検出することができる。
　第６の発明によれば、内燃機関に供給される燃料中の窒素成分濃度が所定値よりも高い場合に、リーンバーン運転中の排気ガスの還流量（ＥＧＲ量）が増量される。このため、本発明によれば、窒素成分濃度が高い燃料が供給された場合であっても、リーンバーン運転中のＮＯｘの発生量を有効に抑制することができる。
本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。 内燃機関の燃焼温度とＮＯｘ発生量との関係を、燃料中の窒素成分濃度毎に示す図である。 ベースガソリン燃料および含窒素燃料の、燃焼空燃比に対するＮＯｘ発生量を比較した図である。 燃料中の窒素成分濃度の変化の一例を示す図である。 本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。 本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。 本発明の実施の形態２において実行されるルーチンのフローチャートである。
　以下、図面に基づいてこの発明の実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。また、以下の実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
実施の形態１．
［実施の形態１の構成］
　図１は、本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。図１に示すように、本実施の形態のシステムは、内燃機関（エンジン）１０を備えている。内燃機関１０は所定の運転領域においてリーンバーン運転を行うことが可能な内燃機関として構成されている。内燃機関１０の排気側には、排気通路１６が連通している。排気通路１６には、ＮＯｘを浄化するためのＮＯｘ浄化触媒１８が配置されている。ＮＯｘ浄化触媒１８としては、例えば、ＤＰＦ（Diesel Particulate Filter），ＤＰＮＲ（Diesel Particulate-NOx Reduction System），尿素ＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction），ＮＳＲ（NOx Storage-Reduction），或いはＬＮＴ（Lean NOx Trap）などのＮＯｘ浄化機能を有する公知の触媒を用いることができる。
　また、本実施の形態のシステムは、給油されたガソリン燃料を貯留するための燃料タンク１２を備えている。燃料タンク１２には、燃料配管１４の一端が接続されている。該燃料配管１４の他端は、内燃機関１０の燃料系に接続されている。
　また、本実施の形態のシステムは、燃料タンク１２内に貯留されている燃料に含まれる窒素成分（例えば、アニリン、アミン類、アゾ基、硝酸、亜硝酸など）の濃度を検出するための燃料性状検出装置２２が設けられている。燃料性状検出装置２２としては、例えば、化学発光法（CLD）を利用して検出する装置の他、呈色反応、イオン化検出、或いはガスクロマトグラフィなどを利用して検出する装置などを用いることができる。尚、燃料性状検出装置２２の配置および構造については、燃料タンク１２内に貯留されている燃料の窒素濃度を検出できるのであれば特に限定しない。
　本実施の形態のシステムは、図１に示すとおり、ＥＣＵ(Electronic Control Unit)２０を備えている。ＥＣＵ２０の入力部には、上述した燃料性状検出装置２２の他、内燃機関１０の運転条件および運転状態を検出するための種々のセンサ類が接続されている。また、ＥＣＵ２０の出力部には、内燃機関１０を駆動するための種々のアクチュエータ類が接続されている。ＥＣＵ２０は、入力された各種の情報に基づいて、図１に示すシステムの状態を制御することができる。
 [実施の形態１の動作]
　ＥＣＵ２０は、所定の運転領域において内燃機関１０をリーン空燃比で運転（リーンバーン運転）させる。リーンバーン運転中は、ＮＯｘ等の酸化剤がＨＣ、ＣＯ等の還元剤よりも多量に排出される。そこで、本実施の形態１のシステムでは、排気ガスの各種状態量をフィードバックして、ＮＯｘ浄化触媒１８におけるＮＯｘの浄化を最適化することとしている。これにより、リーンバーン運転中であっても、発生したＮＯｘが大気中に放出されてしまう事態を効果的に抑制することができる。
　ここで、ガソリン燃料は、給油地域や製造元などによってその燃料性状の詳細が異なる。このため、ガソリン燃料の種類によっては、アニリン等の窒素成分の濃度が高い燃料が給油されるおそれがある。また、アニリンやポリイソブテンアミン(ＰＩＢＡ)型の化合物には、オクタン価向上剤や清浄剤としての機能をもつ分子が多い。このため、これらの含窒素化合物がガソリン添加剤として燃料タンク内に混入されると、タンク内の燃料の窒素成分濃度が高くなってしまうことも想定される。
　そこで、本出願の発明者は、ガソリン燃料中の窒素成分濃度とＮＯｘ発生量との関係について、鋭意研究を重ねた。図２は、内燃機関の燃焼温度とＮＯｘ発生量との関係を、燃料中の窒素成分濃度毎に示す図である。この図に示すとおり、燃焼温度が低い領域では、燃料中の窒素成分濃度の差によるＮＯｘ発生量の差が顕著に現れている。これは、リーンバーン運転中のように燃焼温度が低い運転状態において、燃料中の窒素成分濃度がＮＯｘ発生量に与える影響が大きいことを示している。
　また、図３は、燃焼空燃比に対するＮＯｘ発生量を、ガソリン燃料と含窒素燃料とで比較した図である。尚、この図において、含窒素燃料は、図中のベースガソリンに窒素成分を所定量含有させた燃料を示している。この図に示すとおり、空気過剰率の高いリーン側の領域では、ベースガソリン燃料を使用した場合のＮＯｘ量が少量に収束しているのに対して、含窒素燃料を使用した場合のＮＯｘ量は、依然高い割合を維持している。
　このように、燃焼温度が低く且つ空気過剰率が高い運転状態、すなわち、リーンバーン運転中は、窒素成分濃度の高い燃料の使用によるＮＯｘ発生が問題となり易い。この場合、通常のガソリン燃料を想定したフィードバック制御では、多量のＮＯｘの浄化に対応できず、未浄化のＮＯｘがＮＯｘ浄化触媒１８の下流へ放出されてしまうおそれがある。
　そこで、本実施の形態のシステムでは、内燃機関１０に供給される燃料中の窒素成分濃度を用いて、ＮＯｘの発生を抑制するためのフィードフォワード制御を実行することとする。より具体的には、先ず、燃料性状検出装置２２を用いて、燃料中の窒素成分濃度を検出する。検出された窒素成分濃度はリーンバーン運転時のＮＯｘ発生量の指標になる。そこで、本実施の形態のシステムでは、検出された窒素成分濃度が所定値Ｘよりも高い場合に、内燃機関１０のリーン運転領域の一部または全部を、ストイキ運転領域に変更することとする。ストイキ運転時は、窒素成分濃度の高低によってＮＯｘ発生量が変動しにくい。このため、所定のリーン運転領域をストイキ運転領域に変更して内燃機関１０の運転を行うことにより、ＮＯｘの発生量を確実に抑制することが可能となる。
　尚、燃料中の窒素成分濃度は、主に燃料が給油された後に変化する。図４は、燃料中の窒素成分濃度の変化の一例を示す図である。この図では、時間ｔ１における給油によって該窒素成分濃度が高くなり、その後の時間ｔ２における給油によって該窒素成分濃度が低くなっている。そこで、窒素成分濃度検出のタイミングは、この図の時間ｔ１およびｔ２のように、燃料が給油されたタイミングが好ましい。これにより、窒素成分濃度が変化した場合に、当該変化後の窒素成分濃度を逸早く検出することができる。
　また、ストイキ運転領域に変更する運転領域は、予め実験等で特定しておくことが好ましい。より具体的には、窒素成分濃度が高い燃料を使用してリーンバーン運転を実行した場合に、ＮＯｘ浄化触媒１８を利用したフィードバック制御だけでは、発生したＮＯｘの全量を浄化できない運転領域を予め実験等で求めてＥＣＵ２０に記憶しておくこととする。これにより、窒素成分濃度が高い燃料を使用した場合に発生したＮＯｘを、ＮＯｘ浄化触媒１８において浄化可能なレベルに抑制することが可能となる。
　このように、本実施の形態のシステムによれば、内燃機関１０に供給される燃料の窒素成分濃度が所定値よりも高い場合に、リーンバーン運転領域の一部または全部がストイキ運転領域に変更される。このため、係る変更後の運転領域に基づいて内燃機関１０の運転を行うことにより、ＮＯｘ浄化触媒１８において浄化できない量のＮＯｘが発生する事態を有効に抑制することができる。
［実施の形態１における具体的処理］
　次に、図５を参照して、本実施の形態において実行する処理の具体的内容について説明する。図５は、ＥＣＵ２０が実行するルーチンのフローチャートである。図５に示すルーチンでは、先ず、燃料性状判定条件が成立したか否かが判定される（ステップ１００）。ここでは、具体的には、燃料タンク１２内に燃料（或いはガソリン添加剤）が給油されたタイミングか否かが判定される。尚、燃料の給油の有無は、燃料キャップの開閉を検知することや、燃料残量の変化を検知することにより判定することができる。その結果、燃料が給油されていないと判定された場合には、燃料タンク１２内の燃料性状が変化していないと判断されて、本ルーチンは速やかに終了される。
　一方、上記ステップ１００において、燃料が給油されたと判定された場合には、燃料タンク１２内の燃料性状が変化した可能性があると判断されて、次のステップに移行し、燃料性状が判定される（ステップ１０２）。ここでは、具体的には、燃料性状検出装置２２を用いて、燃料タンク１２内の燃料の窒素成分濃度Ｃｎ（％）が検出される。
　次に、窒素成分濃度Ｃｎが所定値Ｘよりも大きいか否かが判定される(ステップ１０４)。所定値Ｘは、内燃機関１０のリーンバーン運転中にＮＯｘ浄化触媒１８の浄化性能を超える量のＮＯｘが発生する窒素成分濃度として、予め設定された値が読み込まれる。その結果、Ｃｎ＞Ｘの成立が認められない場合には、内燃機関１０のリーンバーン運転中であっても、発生したＮＯｘの全量をＮＯｘ浄化触媒１８で浄化可能と判断されて、次のステップに移行し、通常のリーンバーンの運転領域に従い、内燃機関１０が運転される（ステップ１０６）。
　一方、上記ステップ１０４において、Ｃｎ＞Ｘの成立が認められた場合には、内燃機関１０のリーンバーン運転中において、発生したＮＯｘの全量をＮＯｘ浄化触媒１８で浄化できないと判断されて、次のステップに移行し、リーンバーン運転領域の一部または全部がストイキ運転領域に変更される(ステップ１０８)。ＥＣＵ２０は、所定値Ｘよりも高窒素成分濃度の燃料を使用してリーンバーン運転を実行した場合にＮＯｘ浄化触媒１８の浄化性能を超える量のＮＯｘが発生する運転領域を予め記憶している。ここでは、具体的には、係るリーンバーン運転領域がストイキ運転領域に変更された上で、内燃機関１０が運転される。
　以上説明したとおり、本実施の形態のシステムによれば、使用燃料の窒素成分濃度が所定値Ｘよりも高い場合に、リーンバーン運転領域の一部または全部がストイキ運転領域に変更された上で、内燃機関１０が運転される。これにより、ＮＯｘの発生量をＮＯｘ浄化触媒１８の浄化性能の範囲内に抑制することができるので、ＮＯｘエミッションの悪化を有効に抑制することができる。
　ところで、上述した実施の形態１においては、使用燃料の窒素成分濃度が所定値Ｘよりも高い場合に、予め記憶していた所定のリーンバーン運転領域をストイキ運転領域に変更することとしているが、ストイキ運転領域に変更されるリーンバーン運転領域はこれに限られない。すなわち、使用燃料の窒素成分濃度に応じて、当該ストイキ運転領域に変更されるリーンバーン運転領域を変化させることとしてもよい。より具体的には、例えば、使用燃料の窒素成分濃度が高いほど、当該ストイキ運転領域に変更されるリーンバーン運転領域が拡大されるように設定することができる。これにより、窒素成分濃度毎にストイキ運転領域に変更されるリーンバーン運転領域を最適化することができるので、ＮＯｘの発生量をより詳細に制御することが可能となる。
　尚、上述した実施の形態１においては、燃料性状検出装置２２が前記第１の発明における「燃料性状検出手段」に相当しているとともに、ＥＣＵ２０が、上記ステップ１０８の処理を実行することにより、前記第１の発明における「運転領域設定手段」が実現されている。
実施の形態２．
［実施の形態２の特徴］
　次に、図６を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。本実施の形態のシステムは、図１に示すハードウェア構成に排気ガスの一部を吸気系へ還流させるＥＧＲシステムを追加した構成を用いて、ＥＣＵ２０に後述する図６に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。
　上述した実施の形態１のシステムでは、使用燃料の窒素成分濃度が所定値Ｘよりも高い場合に、リーンバーン運転が行われる運転領域を変化させることとしている。これにより、リーンバーン運転中のＮＯｘ発生量を有効に抑制することとしている。
　これに対して、本実施の形態２のシステムでは、ＥＧＲシステムを有する内燃機関において、使用燃料の窒素成分濃度が所定値Ｘよりも高い場合に、リーンバーン運転中のＥＧＲ量を増量することとする。これにより、リーンバーン運転中のＮＯｘ発生量を有効に抑制することができるので、ＮＯｘエミッションの悪化を有効に抑制することができる。
［実施の形態２における具体的処理］
　次に、図６を参照して、本実施の形態において実行する処理の具体的内容について説明する。図６は、ＥＣＵ２０が実行するルーチンのフローチャートである。図６に示すルーチンのステップ２００～２０４では、上記ステップ１００～１０４と同様の処理が実行される。その結果、上記ステップ２０４において、Ｃｎ＞Ｘの成立が認められない場合には、内燃機関１０のリーンバーン運転中であっても、発生したＮＯｘの全量をＮＯｘ浄化触媒１８で浄化可能と判断されて、次のステップに移行し、通常のＥＧＲ量に従い内燃機関１０が運転される（ステップ２０６）。
　一方、上記ステップ２０４において、Ｃｎ＞Ｘの成立が認められた場合には、内燃機関１０のリーンバーン運転中において、発生したＮＯｘの全量をＮＯｘ浄化触媒１８で浄化できないと判断されて、次のステップに移行し、リーンバーン運転中のＥＧＲ量が増量される(ステップ２０８)。ここでは、具体的には、リーンバーン運転中のＥＧＲ率が所定割合分嵩上げされる。
　以上説明したとおり、本実施の形態のシステムによれば、使用燃料の窒素成分濃度が所定値Ｘよりも高い場合に、リーンバーン運転中のＥＧＲ量が増量される。これにより、ＮＯｘの発生量をＮＯｘ浄化触媒１８の浄化性能の範囲内に抑制することができるので、ＮＯｘエミッションの悪化を有効に抑制することができる。
　ところで、上述した実施の形態２においては、使用燃料の窒素成分濃度が所定値Ｘよりも高い場合に、リーンバーン運転中のＥＧＲ率を所定割合嵩上げすることとしているが、リーンバーン運転中のＥＧＲ量の制御方法はこれに限られない。すなわち、使用燃料の窒素成分濃度に応じて、当該ＥＧＲ率を変化させることとしてもよい。より具体的には、例えば、使用燃料の窒素成分濃度が高いほど、当該ＥＧＲ率の嵩上げ量を大きく設定することができる。これにより、窒素成分濃度毎にリーンバーン運転中のＥＧＲ量を最適化することができるので、ＮＯｘの発生量をより詳細に制御することが可能となる。
　また、上述した実施の形態２のシステムにおけるリーンバーン運転中のＥＧＲ量制御は、上述した実施の形態１のシステムにおけるリーンバーン運転領域の制御と併せて実行することとしてもよい。これらのシステムを協調制御することで、ＮＯｘ発生量だけでなく、燃費やトルク等を含めた総合的なシステムの最適化を図ることができる。
　尚、上述した実施の形態２においては、燃料性状検出装置２２が前記第６の発明における「燃料性状検出手段」に相当しているとともに、ＥＣＵ２０が、上記ステップ２０８の処理を実行することにより、前記第６の発明における「リーンＥＧＲ増量手段」が実現されている。
実施の形態３．
［実施の形態３の特徴］
　次に、図７を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。本実施の形態のシステムは、図１に示すハードウェア構成を用いて、ＥＣＵ２０に後述する図７に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。
　上述した実施の形態１のシステムでは、使用燃料の窒素成分濃度が所定値Ｘよりも高い場合に、リーンバーン運転領域の一部または全部をストイキ運転領域に変更することとしている。これにより、ＮＯｘの発生量をＮＯｘ浄化触媒１８の浄化性能の範囲内に抑制することができるので、ＮＯｘエミッションの悪化を有効に抑制することができる。
　ところで、内燃機関１０の冷間始動時などのＮＯｘ浄化触媒１８の暖機完了前においては、触媒活性が低いため所望のＮＯｘ浄化性能を発揮できないおそれがある。このため、特に、窒素成分濃度が高い燃料が使用されている場合の冷間始動時においては、ＮＯｘエミッションが悪化することが想定される。
　そこで、本実施の形態３のシステムでは、使用燃料の窒素成分濃度が所定値よりも高く、且つＮＯｘ浄化触媒１８の暖機が完了していない場合に、内燃機関１０の点火時期を遅角することとする。点火時期を遅角すると、後燃えの作用によって排気温度が上昇する。これにより、ＮＯｘ浄化触媒１８の暖機を有効に促進することができるので、ＮＯｘエミッションの悪化を逸早く抑制することができる。
［実施の形態３における具体的処理］
　次に、図７を参照して、本実施の形態において実行する処理の具体的内容について説明する。図７は、ＥＣＵ２０が実行するルーチンのフローチャートである。尚、図６に示すルーチンは、内燃機関１０の始動時に実行されるものとする。
　図７に示すルーチンでは、先ず、窒素成分濃度Ｃｎが検出される（ステップ３００）。次に、窒素成分濃度Ｃｎが所定値Ｘよりも大きいか否かが判定される(ステップ３０２)。ここでは、具体的には、上記ステップ１０２～１０４と同様の処理が実行される。
　次に、ＮＯｘ浄化触媒１８の暖機が完了しているか否かが判定される（ステップ３０４）。ここでは、具体的には、該ＮＯｘ浄化触媒１８の床温が所定温度に達しているか否かが判定される。その結果、ＮＯｘ浄化触媒１８の暖機が未だ完了していないと判定された場合には、該ＮＯｘ浄化触媒１８が所望のＮＯｘ浄化性能を発揮できていないと判断されて、次のステップに移行し、点火時期の遅角制御が実行される（ステップ３０６）。一方、上記ステップ３０４において、ＮＯｘ浄化触媒１８の暖機が既に完了していると判定された場合には、該ＮＯｘ浄化触媒１８が所望のＮＯｘ浄化性能を発揮できると判断されて、次のステップに移行し、通常適合による運転が実行される（ステップ３０８）。
　以上説明したとおり、本実施の形態のシステムによれば、使用燃料の窒素成分濃度が所定値Ｘよりも高く、且つ、ＮＯｘ浄化触媒１８の暖機が未だ完了していない場合に、内燃機関１０の点火時期の遅角制御が実行される。これにより、ＮＯｘ浄化触媒１８の暖機を促進することができるので、ＮＯｘエミッションの悪化を逸早く抑制することができる。
１０　内燃機関（リーンバーンエンジン）
１２　燃料タンク
１４　燃料配管
１６　排気通路
１８　ＮＯｘ浄化触媒
２０　ＥＣＵ（Electronic Control Unit）
２２　燃料性状検出装置

Claims (6)

  1. 　所定の運転領域においてリーンバーン運転を行う内燃機関の制御装置であって、
    　前記内燃機関に供給される燃料中の窒素成分濃度を検出する燃料性状検出手段と、
    　前記窒素成分濃度が所定値よりも高い場合に、前記リーンバーン運転を行う運転領域を縮小する運転領域設定手段と、
    　を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
  2. 　前記運転領域設定手段は、前記窒素成分濃度が所定値よりも高い場合に、前記リーンバーン運転を行う運転領域の一部または全部の領域を、ストイキ運転を行う運転領域に変更することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
  3. 　前記運転領域設定手段は、前記窒素成分濃度に応じて前記リーンバーン運転を行う運転領域を設定することを特徴とする請求項１または２記載の内燃機関の制御装置。
  4. 　前記内燃機関の燃料タンクに燃料が給油されたことを判定する判定手段を更に備え、
    　前記燃料性状検出手段は、前記燃料タンクに燃料が給油されたことが判定された場合に、前記内燃機関に供給される燃料中の窒素成分濃度を検出することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載の内燃機関の制御装置。
  5. 　前記燃料性状検出手段は、前記内燃機関の燃料タンクまたは該燃料タンクと前記内燃機関の燃料系とを接続する燃料配管に設けられたことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項記載の内燃機関の制御装置。
  6. 　所定の運転領域においてリーンバーン運転を行う内燃機関の制御装置であって、
    　前記内燃機関の排気系へ排出された排気ガスの一部を吸気系へ還流するＥＧＲ手段と、
    　前記内燃機関に供給される燃料中の窒素成分濃度を検出する燃料性状検出手段と、
    　前記窒素成分濃度が所定値よりも高い場合に、リーンバーン運転中の前記リーンＥＧＲ手段による排気ガスの還流量を増量するリーンＥＧＲ増量手段と、
    　を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
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