JP2008523321A - 噴射燃料の制限による、ディーゼルエンジンのための粒子フィルタの上流に配置された酸化触媒の保護 - Google Patents

Abstract

本発明は、酸化触媒コンバータ（４）を含むエンジンの制御方法に関する。本発明の酸化触媒コンバータ（４）を含むエンジンの制御方法は、あらかじめ定められた少なくとも１つの基準が満たされたら、測定された空気流量と酸化触媒コンバータ（４）の運転制限温度とに基づいて、後噴射される燃料の最大量を計算することからなるステップを含むことを特徴とする。また本発明は、酸化触媒コンバータ（４）を含むエンジンにも関する。本発明のエンジンは、測定された空気流量と酸化触媒コンバータ（４）の運転制限温度とに基づいて、後噴射される燃料の最大量を計算することが可能なコンピュータ（６）を含むことを特徴とする。

Description

本発明は、エンジンの制御方法及び同制御方法の実行システムに関する。

特に、本発明は、自動車のエンジン、特にディーゼルエンジンの制御方法及び同制御方法の実行システムに関する。

周知のように、ディーゼルエンジンの排気システムには、汚染物質の環境への放出を制限するための、酸化触媒コンバータ（ＣＯ）と粒子フィルタ（ＦＡＰ）が装備されている。

酸化触媒コンバータは、不燃焼炭化水素と一酸化炭素の環境への放出を止めることを可能にする。粒子フィルタは、煤からなる汚染粒子の環境への放出を止めることを可能にする。

煤からなる汚染粒子の蓄積によって粒子フィルタが詰まることを回避するためには、粒子フィルタを定期的に再生することが必要である。

粒子フィルタの再生方法は、粒子フィルタの中に存在する汚染粒子を燃焼させることからなる。このため、ディーゼル燃料の１または複数の遅延噴射が、膨張過程におけるエンジンの燃焼室の中で実行される。この遅延噴射された（すなわち、上死点の後で噴射された）ディーゼル燃料は、燃焼室の中では燃焼せず、排気ラインの中へ排出され、酸化触媒コンバータによって無害なガスに変換される。

この変換の際に、酸化触媒コンバータは熱を発生する。この熱は、排気ラインにおけるガスの温度を上昇させ、したがって、粒子フィルタの中の温度を、粒子フィルタの中に存在する粒子が燃焼する目標温度まで上昇させることを可能にする。

排気ラインの温度は、２つの主な変数、すなわち、排気ラインのなかの空気流量と、遅延噴射されたディーゼル燃料の量とに依存する。遅延噴射されたディーゼル燃料の量が一定であれば、空気流量が少ないほど、排気ラインの内部温度は上昇する。空気流量が一定であれば、遅延噴射されたディーゼル燃料の量が多いほど、排気ラインの内部温度は上昇する。

自動車のディーゼルエンジンの排気システムにおいて、粒子フィルタの入口における目標温度に到達することを可能にするエンジンの調整は、酸化触媒コンバータの熱機械的限度（すなわち、破壊の前の限界温度）における熱の発生に対して実行される。また、これらのエンジンの調整は、定常状態において実行される。すなわち、一定の空気流量に対して、排気ラインにおける目標温度に到達するために遅延噴射されるべきディーゼル燃料の量が決定される。

ところで、非定常状態においては、排気ラインにおける空気流量は一定ではなく、定常状態における空気流量よりも小さくなることがありえる。

この場合、遅延噴射されるディーゼル燃料の量が一定で、空気流量が定常状態における空気流量よりも小さいと、酸化触媒コンバータの内部の温度は上昇し、酸化触媒コンバータの熱機械的限度を超え、このための酸化触媒コンバータの損傷がもたらされる。
ＥＰ １ １３２ ５８４ Ａ ＥＰ １ ４３１ ５４９ Ａ ＦＲ ２ ８０４ １６８ Ａ ＥＰ １ ４１１ ２２８ Ａ

本発明の目的は、運転制限温度を超えることに伴う損傷から、酸化触媒コンバータを保護することにある。

上記目的を達成するため、本発明は、あらかじめ定められた少なくとも１つの基準が満たされたら、測定された空気流量と上記酸化触媒コンバータの運転制限温度とに基づいて、後噴射される燃料の最大量を計算することからなるステップを含む、酸化触媒コンバータを含むエンジンの制御方法を提供する。

このエンジンの制御方法は、酸化触媒コンバータの運転制限温度を超えることによって酸化触媒コンバータに損傷をもたらす、過剰なディーゼル燃料の量の後噴射を回避するための、後噴射されるディーゼル燃料の許容最大量を計算するために用いられる。

本発明の枠内において、「後噴射」（「遅延噴射」とも呼ばれる）は、上死点後、すなわち膨張過程におけるエンジンの燃焼室の中への、燃料の１または複数の噴射を意味する。

本発明の枠内において、「運転制限温度」は、酸化触媒コンバータが損傷することなく耐えることが可能な最高温度を意味する。運転制限温度よりも高い温度で酸化触媒コンバータを使用すると、酸化触媒コンバータに損傷がもたらされる。

以下は、望ましいが、非限定的な、本発明の酸化触媒コンバータを含むエンジンの制御方法の特徴である：
−上記制御方法は、排気ラインにおける上記空気流量を測定することからなるステップを更に含み、
−上記基準または複数の上記基準の１つは、測定された上記空気流量が、空気流量の設定値よりも小さいことであり、
−上記制御方法は：
−排気ラインにおける排気ガスの温度を測定し、
−測定された上記排気ガスの上記温度が、温度の設定値よりも低いときには、上記排気ラインの中へ後噴射される上記燃料の量の増加を指令し、
−測定された上記排気ガスの上記温度が、上記温度の設定値よりも高いときには、上記排気ラインの中へ後噴射される上記燃料の量の減少を指令する、
ことからなるステップを更に含む。

また本発明は、測定された空気流量と上記酸化触媒コンバータの運転制限温度とに基づいて、後噴射される燃料の最大量を計算することが可能なコンピュータを含むことを特徴とする、酸化触媒コンバータを含むエンジンにも関する。

以下は、望ましいが、非限定的な、本発明によるシステムの特徴である：
−上記システムは、排気ラインにおける上記空気流量を測定することが可能な流量計を更に含み、
−上記システムは、排気ラインにおける排気ガスの温度を測定することが可能な温度プローブを更に含み、上記コンピュータは、測定された上記排気ガスの上記温度が、温度の設定値よりも低いときには、上記排気ラインの中へ後噴射される上記燃料の量の増加を指令し、測定された上記排気ガスの上記温度が、上記温度の設定値よりも高いときには、上記排気ラインの中へ後噴射される上記燃料の量の減少を指令することが更に可能である。

また本発明は、上記エンジンを含む自動車にも関する。

本発明のその他の特徴及び利点は、もっぱら例示的、非限定的で、添付図面を参照して読むべき、以下の本発明の詳細な説明を読むことによって、より明らかとなるであろう。これらの図面において：
−図１は、本発明のエンジンの制御方法を実行するシステムを表す図であり；
−図２は、酸化触媒コンバータの内部の温度を、空気流量と遅延噴射されるディーゼル燃料の量との関数として示す、グラフである。

図１は、ディーゼル型、すなわちディーゼル燃料で作動するエンジン２と、酸化触媒コンバータ４が装備された排気ライン３と、流量計８と、コンピュータ６と、粒子フィルタ５とを含む、自動車１を示す。

コンピュータ６は、エンジン２と、酸化触媒コンバータ４と、粒子フィルタ５の作動を監視することが可能である。コンピュータは、例えば、１または複数のプロセッサ、１または複数のマイクロコントローラ、１または複数のマイクロコンピュータ、１または複数のプログラム可能なロボット、アプリケーションのための１または複数の特有の集積回路、または当業者に周知のプログラム可能な回路を含む。

エンジン２は、その中へディーゼル燃料が噴射される燃焼室７を含む。燃焼室７の中へのディーゼル燃料の噴射は、コンピュータ６によって制御される。

酸化触媒コンバータ（ＣＯ）４は、排気ライン３上の、粒子フィルタ（ＦＡＰ）５の上流に配置されている。すなわち、酸化触媒コンバータ４は、粒子フィルタ５よりもエンジン２に近い。しかしながら、酸化触媒コンバータ４を粒子フィルタ５の中へ直接設置することも可能である。酸化触媒コンバータ４は、パラジウムとプラチナとの混合物のような、触媒薬剤を含む。

流量計８は、排気ライン３における空気の質量流量を測定することを可能にする。流量計８は、ピトー管付きの流量測定装置でも、その他の任意のタイプの空気流量計でもよい。

粒子フィルタ５は、エンジン２の使用につれて蓄積する粒子を保持する。この粒子の蓄積は、粒子フィルタ５を最終的に詰まらせ、エンジンの排気に強い背圧を発生させ（すなわち、排気ガスはエンジンから抜け出すことが困難になる）、これによってエンジン２の性能を著しく低下させる。エンジン２の性能を回復するために、粒子フィルタ５の再生方法が実行される。

先に述べたように、粒子フィルタ５の再生方法は、排気ガスの温度を、粒子フィルタ５の内部の煤の燃焼を惹き起こすための目標温度まで上昇させることからなる。このため、コンピュータ６は、燃焼室７の中の、遅延噴射、すなわち後噴射を指令する。後噴射されたディーゼル燃料は、排気ライン３の中へ排出され、酸化触媒コンバータ４の中で酸化される。酸化触媒コンバータ４は、後噴射されたディーゼル燃料の無害なガスへの変換の際に熱を発生する。酸化触媒コンバータ４によって発生されたこの熱は、排気ライン３におけるガスの温度を上昇させ、したがって、粒子フィルタの中の温度も上昇させる。

酸化触媒コンバータ４によって発生される熱の量は、一方では後噴射されたディーゼル燃料の量に、他方では排気ライン３の中の空気流量に依存する。すなわち：
−後噴射されたディーゼル燃料の量が一定であれば、空気流量が少ないほど、酸化触媒コンバータの内部温度は上昇し；
−空気流量が一定であれば、後噴射されたディーゼル燃料の量が多いほど、酸化触媒コンバータの内部温度は上昇する；
ことが分っている。

参考までに、上記の確認された事実を図２に示す。図２は、酸化触媒コンバータの内部の温度（ｙ−軸１３）を、空気流量（ｘ−軸１４）の関数として示すグラフである。このグラフは、３つの異なる後噴射されたディーゼル燃料の量についての、第１線分１０と、第２線分１１と、第３線分１２との、３つの線分を含む。

第１線分１０は、５ｍｇ／ｃｐの後噴射されたディーゼル燃料の量について得られ、第２線分１１は、１０ｍｇ／ｃｐの後噴射されたディーゼル燃料の量について得られ、第３線分１２は、２０ｍｇ／ｃｐの後噴射されたディーゼル燃料の量について得られた。

これらの３つの線分、すなわち第１線分１０、第２線分１１、第３線分１２は、空気流量の増加と共に減少しており、空気流量が多いほど酸化触媒コンバータの内部温度が低くなることを証明している。さらに、第３線分１２の全ての点は、第２線分１１の全ての点の上にあり、第２線分１１の全ての点は、第１線分１０の全ての点の上にある。このことは、後噴射されたディーゼル燃料の量が多いほど、酸化触媒コンバータの内部温度が上昇することを証明している。

したがって、次式が得られる。すなわち：
Ｔ_{内部＿触媒}＝ｆ（Ｑ_{空気＿質量}；Ｑ_後＿遅延）
ここに：
Ｔ_{内部＿触媒}は、触媒の内部温度、
Ｑ_{空気＿質量}は、排気ラインの中の質量空気流量、
Ｑ_後＿遅延は、後噴射されるディーゼル燃料の容積量、
である。

ところで、後噴射されるディーゼル燃料の量は、定常状態における空気流量、すなわち一定の空気流量に対して設定される。したがって、エンジンからの空気流量が、定常状態における空気流量に等しくないとき、特に遷移状態において問題が生じる。この状態においては、実際の空気流量は、設定された後噴射されるディーゼル燃料の量に対する酸化触媒コンバータの安全性を保証する、定常状態において考慮された値よりも小さくなりえる。したがって、触媒の内部温度は、定常状態において確認された温度よりも高くなり、このため酸化触媒コンバータの損傷がもたらされる。

酸化触媒コンバータ４の損傷のリスクを回避するためには、排気ラインにおけるガスの温度が酸化触媒コンバータ４の破壊の前の限界温度を超えないことを保証するための、本発明の制御方法のような、後噴射されるディーゼル燃料の量を制限することを可能にするエンジンの制御方法を適用することが必要である。

後噴射されるディーゼル燃料の量を制限するためのエンジンの制御方法は、以下のステップを含む。

このエンジンの制御方法の１つのステップは、流量形８を用いて排気ラインにおける実際の空気流量を測定することからなる。測定された実際の空気流量は、コンピュータ６へ送られる。コンピュータ６は、測定された実際の空気流量を、目標温度に到達することを可能にするエンジンの設定の際に用いられた、定常状態における空気流量と比較する。

エンジンの制御方法の他の１つのステップは、一連の基準にしたがって、後噴射されるディーゼル燃料の許容最大量の計算ステップを起動することが可能であるか否かを決定することからなる。もし、測定された実際の空気流量が定常状態における空気流量よりも小さければ、後噴射されるディーゼル燃料の許容最大量の計算ステップが実行される。

エンジンの制御方法の他の１つのステップは、後噴射されるディーゼル燃料の許容最大量を計算することからなる。このステップを実行するために、コンピュータ６は、次式を使用する。

Ｑ_{後＿遅延＿最大}＝ｆ（Ｑ_{空気＿質量}；Ｔ_{内部＿触媒＿最大}）
ここに：
Ｑ_{後＿遅延＿最大}は、後噴射されるディーゼル燃料の許容最大容積量、
Ｑ_{空気＿質量}は、排気ラインにおいて測定された質量空気流量、
Ｔ_{内部＿触媒＿最大}は、酸化触媒コンバータの運転制限温度、
である。
排気ラインにおける質量空気流量は、流量形８によって測定されるので既知であり、酸化触媒コンバータの運転制限温度は、メーカから与えられるので既知である。従って、上式に基づいて後噴射されるディーゼル燃料の許容最大量を決定することが可能である。

エンジンの制御方法の他の１つのステップにおいては、コンピュータは、計算された後噴射されるディーゼル燃料の許容最大量以下のディーゼル燃料の、燃焼室の中への遅延された噴射を指令する。

後噴射されるディーゼル燃料の量を制限するためのこのエンジンの制御方法は、排気ラインにおける温度の制御方法を補完するものとして使用することができる。 排気ラインにおける温度の制御方法は、以下のステップを含む。

１つのステップにおいては、粒子フィルタの上流に配置された温度センサを用いて、排気ラインの温度が測定される。

他の１つのステップにおいては、温度センサによって測定された温度が目標温度よりも低いときには、コンピュータは、排気ラインにおけるガスの温度を目標温度迄上昇させるために、後噴射されるディーゼル燃料の量の増加を指令する。反対に、温度センサによって測定された温度が目標温度よりも高いときには、コンピュータは、排気ラインにおけるガスの温度を目標温度迄下げるために、後噴射されるディーゼル燃料の量の減少を指令する。

この制御方法は、後噴射されるディーゼル燃料の量を制限するために飽和端子（ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ ｔｅｒｍｉｎａｌｓ）を使用する。後噴射されるディーゼル燃料の量を制限する方法をコンピュータの中で使用することによって、温度の制御方法において用いられる飽和端子を適合化させ、したがって触媒の損傷のリスクを回避することが可能になる。

このエンジンの制御方法を説明するために用いられたエンジンはディーゼル型の自動車エンジン、すなわちディーゼル燃料で作動するエンジンであった。しかしながら、このエンジンの制御方法は、他のカテゴリーのエンジン、すなわち高圧クリーニングエンジン、コンクリートミキサエンジン、等にも適用可能である。またこのエンジンの制御方法は、ガソリンエンジンのような、他の燃料で作動するエンジンにも適用可能である。

読者は、ここに記載された新規な教示及び利点を実質的に逸脱することなく、多くの変更をもたらすことが可能であることが理解できたであろう。従って、例えば、この種の全ての変更は、添付された請求項において定義されるような、エンジンの制御方法及びエンジンの範囲に含まれるべきものである。

参照符号
１…自動車
２…エンジン
３…排気ライン
４…酸化触媒コンバータ
５…粒子フィルタ
６…コンピュータ
７…燃焼室
８…流量計
１０…第１線分
１１…第２線分
１２…第３線分
１３…ｙ−軸
１４…ｘ−軸

Claims (8)

1. 酸化触媒コンバータ（４）を含むエンジンの制御方法において、あらかじめ定められた少なくとも１つの基準が満たされたら、測定された空気流量と上記酸化触媒コンバータ（４）の運転制限温度とに基づいて、後噴射される燃料の最大量を計算することからなるステップを含むことを特徴とする、酸化触媒コンバータを含むエンジンの制御方法。
2. 排気ライン（３）における上記空気流量を測定することからなるステップを更に含むことを特徴とする、請求項１に記載の酸化触媒コンバータを含むエンジンの制御方法。
3. 上記基準または複数の上記基準の１つは、測定された上記空気流量が、空気流量の設定値よりも小さいことであることを特徴とする、請求項１または２に記載の酸化触媒コンバータを含むエンジンの制御方法。
4. −排気ライン（３）における排気ガスの温度を測定し、
   −測定された上記排気ガスの上記温度が、温度の設定値よりも低いときには、上記排気ライン（３）の中へ後噴射される上記燃料の量の増加を指令し、
   −測定された上記排気ガスの上記温度が、上記温度の設定値よりも高いときには、上記排気ライン（３）の中へ後噴射される上記燃料の量の減少を指令する、
   ことからなるステップを更に含むことを特徴とする、請求項１に記載の酸化触媒コンバータを含むエンジンの制御方法。
5. 酸化触媒コンバータ（４）を含むエンジンにおいて、測定された空気流量と上記酸化触媒コンバータ（４）の運転制限温度とに基づいて、後噴射される燃料の最大量を計算することが可能なコンピュータ（６）を含むことを特徴とする、酸化触媒コンバータを含むエンジン。
6. 排気ライン（３）における上記空気流量を測定することが可能な流量計（８）を更に含むことを特徴とする、請求項５に記載の酸化触媒コンバータを含むエンジン。
7. 排気ライン（３）における排気ガスの温度を測定することが可能な温度プローブを更に含み、上記コンピュータ（６）は、測定された上記排気ガスの上記温度が、温度の設定値よりも低いときには、上記排気ライン（３）の中へ後噴射される上記燃料の量の増加を指令し、測定された上記排気ガスの上記温度が、上記温度の設定値よりも高いときには、上記排気ライン（３）の中へ後噴射される上記燃料の量の減少を指令することが更に可能であることを特徴とする、請求項５に記載の酸化触媒コンバータを含むエンジン。
8. 請求項５〜７のいずれかの１つに記載の酸化触媒コンバータを含むエンジンを含むことを特徴とする自動車。

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