JP2004060651A - 排出ガス後処理系の制御方法及び排出ガス後処理系の制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】パティキュレートフィルタの再生を最適に制御すること。
【解決手段】排出ガス後処理系の制御の際、ラムダ信号用の目標値、又は、ラムダ信号の変更を設定可能であり、ラムダ信号又はラムダ信号の変更用の実際値を検出し、実際値と目標値との比較に基づいて、排出ガス後処理系の応動を制御することができる調整要素用の制御信号を、実際値が目標値に近付くように設定する。
【選択図】   図1

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排出ガス後処理系、例えば、パティキュレートフィルタの制御方法及び排出ガス後処理系、例えば、パティキュレートフィルタの制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
排出ガス後処理系、例えば、パティキュレートフィルタの制御方法及び装置は、公知である。内燃機関、殊に、燃料直接噴射式内燃機関には、殊にパティキュレートフィルタを有することがある排出ガス後処理系が装着されることがしばしばある。パティキュレートフィルタの再生のために、温度を通常の排出ガス温度よりも高くする必要がある。付加的な手段なしに、パティキュレート(微小固体粒子)は、約550〜650℃で酸化する。このために、通常のように温度上昇手段を導入する必要がある。
【0003】
通常のように、パティキュレートフィルタが堆積限界値に達した場合に、再生が開始される。内燃機関の所定の運転状態では、再生が制御されないか、又は、過度に緩慢に経過する事態が生じることがある。殊に、制御されていない燃焼の場合には、微小固体粒子の強い発熱性の酸化に基づいて、不所望な熱放出が生じることがあり、この熱放出により、フィルタの温度特性がフロント部分で急峻に変動して、非常に高い温度となる。そのような状態は確実に回避する必要があるか、又は、このような状態になった場合、適切な手段を介して制御して抑制する必要がある。再生が過度に緩慢に経過する場合、再生手段は過度に長期に維持される必要があり、その結果、燃費が高くなる。しかも、内燃機関の運転が遮断されたり、又は、運転状態に移行したりして、再生が中断してしまう。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、パティキュレートフィルタの再生を最適に制御することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
課題を解決するため、本発明は、ラムダ信号用の目標値、又は、ラムダ信号の変更を設定可能であり、ラムダ信号又はラムダ信号の変更用の実際値を検出し、実際値と目標値との比較に基づいて、排出ガス後処理系の応動を制御することができる調整要素用の制御信号を、実際値が目標値に近付くように設定することを提案するものである。
【0006】
ラムダ信号の時間的な変化の実際値が検出され、実際値と目標値との比較により、調整要素用の制御信号が設定される。この調整要素を用いて、排出ガス後処理系での反応が制御可能である。この制御信号の設定の際、実際値が目標値に近付くようにされる。このようにすることによって、パティキュレートフィルタの再生を最適に制御することができる。
【0007】
【発明の実施の形態】
従属請求項記載の手段によって、本発明の方法及び本発明の装置の有利な実施例及び改善が可能である。
【0008】
別の利点は、以下の説明から分かる。
【0009】
【実施例】
以下、図示の実施例を用いて、本発明について詳細に説明する。
【0010】
図1には、内燃機関の排出ガス後処理系の主要要素が図示されている。内燃機関は、100で示されている。内燃機関には、吸気管105を介して吸気が供給される。内燃機関100の排出ガスは、排出管110を介して環境内に排出される。排気ガス管内には、排気ガス後処理系115が設けられている。ここでは、パティキュレートフィルタである。更に、種々異なる有害物質の変換用、又は、排出ガスのコンディショニング用に別の触媒器を設けてもよい。
【0011】
更に、少なくとも1つのエンジン制御ユニット175と排出ガス後処理制御ユニット172とを有する制御ユニット170が設けられている。エンジン制御ユニット175は、燃料調量系180に制御信号を供給する。排出ガス後処理制御ユニット172は、エンジン制御ユニット175と信号を交換する。所定の構成では、排出ガス後処理制御ユニット172は、排出ガス管内に排出ガス後処理系の前、又は、排出ガス後処理系内に設けられた調整要素182に制御信号を供給する。
【0012】
更に、種々のセンサが設けられており、各センサは、排出ガス後処理制御ユニット及びエンジン制御ユニットに各信号を供給する。つまり、少なくとも1つの第1のセンサ194が設けられており、この第1のセンサは、内燃機関に供給される空気の状態を示す信号を供給する。第2のセンサ177は、燃料調量系180の状態を示す信号を供給する。少なくとも1つの第3のセンサ191は、排出ガス後処理系の前側の排出ガスの状態を示す信号を供給する。少なくとも1つの第4のセンサ193は、排出ガス後処理系115の状態を示す信号を供給する。更に、少なくとも1つのセンサ192は、排出ガス後処理系の後ろ側の状態を示す信号を供給する。有利には、温度値及び/又は圧力値を検出するセンサが使用される。少なくとも1つのセンサ192は、排出ガス及び/又は吸気の化学成分を示す信号Lを検出する。この際、有利には、ラムダセンサが用いられる。
【0013】
第1のセンサ194、第3のセンサ191、第4のセンサ193及び第5のセンサ192の各出力信号が、有利には、排出ガス後処理制御ユニット172に供給される。第2のセンサ177の各出力信号が、有利には、エンジン制御ユニット175に供給される。更に別の、図示していない、運転手の希望又は別の環境又はエンジン運転状態を示す信号を供給するセンサを設けてもよい。
【0014】
図示の実施例では、吸気管105内にコンプレッサ106が設けられており、排気管110内にタービン108が設けられている。タービンは、貫流する排気ガスによって駆動され、図示していないシャフトを介してコンプレッサ106を駆動する。適切な制御部によって、コンプレッサが圧縮する空気量を制御することができる。
【0015】
更に、吸気管105内にスロットルバルブ104aが設けられており、このスロットルバルブを用いて、内燃機関内への吸気の供給が制御可能である。スロットルバルブ104aは、同様に制御ユニット175によって制御可能である。
【0016】
更に、管110は、排気ガス還流管102を介して吸気管105と結合されている。排気ガス還流管102内には、同様に制御ユニット175によって制御可能な排気ガス還流弁104bが設けられている。
【0017】
図示の実施例では、スロットルバルブ、排気ガス還流部及び制御可能な排気ガスターボチャージャが設けられている。
【0018】
特に有利には、エンジン制御ユニット及び排出ガス後処理制御ユニットが、一体的な構造ユニットを形成するようにするとよい。しかし、エンジン制御ユニット及び排出ガス後処理制御ユニットを、空間的に相互に別個の2つの制御ユニットとして構成してもよい。
【0019】
以下、本発明の作動形式について、殊に燃料直接噴射式内燃機関で使用されるパティキュレートフィルタの実施例を用いて説明する。しかし、本発明の作動形式は、この用途に限定されるものではなく、排出ガス後処理系を備えた、他の内燃機関でも使用することができる。
【0020】
前述の各センサ信号を用いて、エンジン制御部175は、燃料調量系180の制御用の制御信号を算出する。それから、燃料調量系180は、内燃機関100の相応の燃料量を調量する。燃焼時に排気ガス中に微小固体粒子が生じることがある。この微小固体粒子は、排出ガス後処理系115内のパティキュレートフィルタによって吸着される。運転過程で、パティキュレートフィルタ115は、相応量の微小固体粒子を収集する。それにより、パティキュレートフィルタ及び/又は内燃機関の機能動作が損なわれるようになる。そのために、所定の間隔で、乃至、パティキュレートフィルタが所定の堆積状態に達した場合に、再生過程を開始するようにされる。この再生は、スペシャルオペレーションとも言える。
【0021】
堆積状態は、例えば、種々のセンサ信号により検出される。つまり、一方では、パティキュレートフィルタ115の入力側と出力側と圧力差を評価することができる。他方では、堆積状態は、種々の温度及び/又は種々の圧力値により求められる。更に、別の量を、堆積状態の算出又はシミュレーションのために利用してもよい。相応の作動形式が、例えば、ドイツ連邦共和国特許公開第19906287号公報から公知である。
【0022】
パティキュレートフィルタが所定の堆積状態に達したことを、排出ガス後処理制御ユニットが検出すると、再生が開始される。パティキュレートフィルタの再生のために、種々の手段が利用される。つまり、一方では、所定の物質が調整要素182を介して排気ガスに供給され、それから、この物質により、排出ガス後処理系115内で、相応の反応が引き起こされる。この、調量すべき付加的な物質により、特に、パティキュレートフィルタ内の温度が上昇され、及び/又は、微小固体粒子が酸化される。つまり、例えば、調整要素182を用いて、燃料及び/又は酸化剤が供給されるようにしてもよい。更に、還流される排気ガスの一部分を、排気ガス温度が上昇するように変えてもよい。
【0023】
通常のように、堆積状態を種々の量に基づいて検出するようにされる。所定の限界値との比較により、種々の状態が検出され、検出された堆積状態に依存して再生が開始される。
【0024】
内燃機関の窒素酸化物を減らすために、排気ガス還流路が設けられている。還流される排気ガス乃至内燃機関に供給される空気量の成分は、精確に調整される必要がある。と言うのは、排気ガス還流率が高すぎると、微小固体粒子の放出が増大し、他方、排気ガス還流率が低すぎると、NOx放出が増大する。還流される排気ガス乃至内燃機関に供給される空気量の成分を精確に調整するために、通常、排気ガス還流率を作動点に依存して制御及び/又は調整される。
【0025】
本発明によると、排気ガス中の酸素濃度が検出される。この酸素濃度乃至酸素容積流は、例えば、ラムダセンサを用いて測定することができ、及び/又は、エンジンの運転パラメータから算出乃至シミュレートすることができる。つまり、センサ191は、ラムダセンサとして構成することができる。排気ガス中の酸素供給は、パティキュレートフィルタ内で析出された微小固体粒子の燃焼速度にとって著しい意味があり、その際、運転条件に応じて、パティキュレートフィルタが激烈に酸化して、不所望に高い熱が発生することがある。
【0026】
本発明によると、排気ガス中の酸素含有量及び/又は酸素濃度の変化が、燃焼速度が最適値となるような目標値に調整される。有利には、再生過程中、酸素含有量の種々の目標値が選択される。
【0027】
このために、種々の手段が利用される。一方では、排気ガス還流率が高められて、内燃機関の吸入管路内のスロットルバルブが閉じられるか、又は、少なくとも部分的に閉じられ、及び/又は、付加的な燃料が噴射され、それにより、酸素含有量が下げられるが、トルクには影響はない。
【0028】
図2には、調整部が詳細に図示されている。図示の実施例では、ラムダ信号の変化が、所定の目標値LASに調整される。
【0029】
目標値設定部200は、目標値LASをラムダ信号の変化用に設定する。この目標値設定部200は、結合点で、微分器220LAIの出力信号と結合される。微分器220には、ラムダセンサ192の出力信号Lが供給される。結合点210の出力信号が調整器230に供給され、更に調整要素104aに供給される。図示の実施例では、調整要素は、スロットルバルブであり、これにより、還流排気ガスの成分を制御することができる。更に、スーパーチャージャー及び/又は排気ガス還流弁104bを制御してもよい。択一的又は補完的に、調整部材として、排気ガス中の酸素濃度を制御する他の調整要素を制御してもよい。
【0030】
調整器230は、微分されたラムダ信号の実際値LAIと目標値LASとの差に基づいて、調整要素に供給するための制御信号を特定する。実際値として、図示の実施例では、ラムダセンサの微分された出力信号Lが使われる。目標値として、相応の値が、ラムダ目標値の変化のために使用される。つまり、内燃機関に供給される空気量を制御することによって、ラムダ信号の変化が所定目標値に調整される。
【0031】
本発明の構成では、直接、ラムダ信号が相応の目標値に調整されるようにしてもよい。
【0032】
ラムダ信号の調整、乃至、ラムダ信号の変化の調整により、再生中の微小固体粒子の燃焼を直接制御することができる。そうすることによって、燃焼速度が許容できない程変化したり、及び/又は、温度が許容し得ない値に上昇したりするのを確実に阻止することができる。更に、燃焼速度が過度に低い値に低下するのを阻止することができる。
【0033】
特に有利には、再生中及び/又は再生の所定期間中に限って調整をアクティブにするとよい。再生の開始、及び、再生の終了時に調整を行わないようにしてもよい。と言うのは、この期間中、微小固体粒子の燃焼は行われないからであり、つまり、再生開始時では温度が過度に低く、再生の終了時には微小固体粒子は再生されないからである。
【0034】
更に、有利には、再生の所定期間中、種々異なる目標値が設定可能である。つまり、再生の開始時及び再生の終了時に、本来の再生時とは別の目標値を設定するようにしてもよい。つまり、再生の開始及び終了時には、微小固体粒子は燃焼されないか、又は、僅かしか燃焼されないからである。
【0035】
【発明の効果】
本発明によると、パティキュレートフィルタの再生を最適に制御することができるという顕著な効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】内燃機関の制御用システムのダイアグラム
【図2】本発明の方法のブロックダイアグラム
【符号の説明】
100 内燃機関
102 排気ガス還流管
104a スロットルバルブ
104b 排気ガス還流弁
105 吸気管
106 コンプレッサ
108 タービン
110 排出管
115 排気ガス後処理系
170 制御ユニット
172 排出ガス後処理制御ユニット
175 エンジン制御ユニット
177 第2のセンサ
180 燃料調量系
182 調整要素
191 第3のセンサ
192 第5のセンサ
193 第4のセンサ
194 第1のセンサ
200 目標値設定部
210 結合点
220 微分器
230 調整器
LAI 実際値
LAS 目標値

Claims (10)

  1. 排出ガス後処理系の制御方法において、
    ラムダ信号用の目標値、又は、ラムダ信号の変更を設定可能であり、前記ラムダ信号又は前記ラムダ信号の変更用の実際値を検出し、前記実際値と前記目標値との比較に基づいて、排出ガス後処理系の応動を制御することができる調整要素用の制御信号を、前記実際値が前記目標値に近付くように設定することを特徴とする制御方法。
  2. 目標値を、パティキュレート(微小固体粒子)の所望の燃焼速度が調整されるように設定する請求項1記載の制御方法。
  3. 目標値を、排出ガス後処理系での所望の温度が調整されるように設定する請求項1記載の制御方法。
  4. 排出ガス後処理系の再生過程の種々の期間中、種々の目標値を設定可能である請求項1から3迄の何れか1記載の制御方法。
  5. 排出ガス後処理系の再生過程の所定の期間中に限って調整を行う請求項1から3迄の何れか1記載の制御方法。
  6. 排出ガス後処理系の制御装置において、
    ラムダ信号用の目標値、又は、ラムダ信号の変更が設定される手段、前記ラムダ信号又は前記ラムダ信号の変更用の実際値を検出する手段、前記実際値と前記目標値との比較に基づいて、排出ガス後処理系の応動を制御することができる調整要素用の制御信号を、前記実際値が前記目標値に近付くように設定する手段を有することを特徴とする制御装置。
  7. 調整要素を用いて、排気ガス中の酸素量が制御される請求項6記載の制御装置。
  8. 調整要素は、排出ガス還流調整器として構成されている請求項6又は7記載の制御装置。
  9. 調整要素は、スロットルバルブとして構成されている請求項6又は7記載の制御装置。
  10. 調整要素は、スーパーチャージャの制御用として構成されている請求項6から9迄の何れか1記載の制御装置。
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