JP2006029332A - 自動車のディーゼルエンジンの排気ラインに設けられたＮＯｘトラップから硫酸塩をパージするシステム - Google Patents

Abstract

【課題】 ＮＯｘトラップの硫酸塩を効率的にパージするシステムを提供する。
【解決手段】 ＮＯｘトラップ（１０）は、共通の媒体に統合された酸化触媒形成手段と関連付けられ、自動車のディーゼルエンジン（１４）の排気ライン（１２）に設けられる。エンジン（１０）は、少なくとも、濃い混合気の制御計画と、レベル１及びレベル２の薄い混合気の制御計画とにより制御され得る。システムは、トラップの上流及び下流の温度を取得し、硫酸塩のパージ要求を検知すると、温度を第１及び第２の曲線と比較して、温度が前記曲線の間にある場合には濃い混合気で、そうではない場合には薄い混合気で、エンジン（１４）の動作を制御する。システムは、また、温度を第３及び第４の曲線と比較し、温度が前記曲線の間にある場合にレベル２の計画を適用し、そうではない場合にレベル１の計画を適用するよう、エンジン（１４）の動作を制御する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、自動車のディーゼルエンジンの排気ラインに設けられたＮＯｘトラップであって、共通の媒体に統合された酸化触媒形成手段と関連付けられたＮＯｘトラップから、硫酸塩（ｓｕｌｆａｔｅ）をパージ（ｐｕｒｇｅ）するシステムに関する。

より詳細には、本発明は、エンジンが、エンジンのシリンダに燃料を供給するコモンレール（ｃｏｍｍｏｎ ｒａｉｌ）手段であって、修正されたエンジン動作制御パラメータに応じてエンジンを薄い混合気での動作と濃い混合気での動作との間で切り替えるコモンレール手段に関連付けられるシステムに関する。コモンレール手段は、排気ラインにおいて異なる温度レベルが得られるようエンジンを薄い混合気で動作させる、レベル１及びレベル２の計画と呼ばれる少なくとも２つの制御計画を定義するようになされる。レベル２の計画を適用することにより得られる温度レベルは、レベル１の計画を適用することにより得られる温度レベルより高い。

自動車のディーゼルエンジンは、典型的に、大気中に捨てられる汚染物質の量、特に窒素酸化物即ちＮＯｘの量を低減するための排気ガス処理手段と関連付けられる。
このため、エンジンは、一般に、エンジンの排気ラインに配置され、例えばバリウムのような特定の蓄積場所に硝酸塩の形の粒子を蓄積するようになされるＮＯｘトラップと関連付けられる。

ＮＯｘトラップを再生するために、エンジンの動作は、例えばＨＣ及びＣＯのような、トラップに含まれる硝酸塩の還元剤を十分に排気ラインに放出するよう、濃い混合気に切り替えられる。それにより、硝酸塩はＮ_２の形に低減及び脱着され、蓄積場所が解放されて、再びＮＯｘを蓄積できるようになる。

残念なことに、蓄積場所は、燃料及びエンジンの潤滑油に含まれる硫黄からエンジンが生成したＳＯ_２にさらされた場合に、硫酸塩をも蓄積し得る。そのため、トラップは、次第に硫酸塩で飽和状態になり、それにより、触媒性能を低減する効果を有する。

従って、トラップに蓄積された硫酸塩を除去するために、定期的にトラップから硫酸塩をパージすることが必要である。
残念なことに、硫酸塩は熱力学的安定性が非常に高いため、エンジンを濃い混合気モードに切り替えるだけでは、硫酸塩を低減するのに十分ではない。このためには、トラップの温度を、約７００℃の高温に上げる必要がある。

このため、ＮＯｘトラップは、一般に、ＮＯｘトラップの上流に配置され、又はトラップと同じ媒体に統合された触媒形成手段と関連付けられる。触媒形成手段は、エンジンから来る炭化水素を燃焼して、トラップの温度を上げるための熱を生成するようになされる。

典型的に、ＮＯｘトラップから硫酸塩をパージするために、エンジンは、２種類の薄い混合気で動作するよう制御される。第１の薄い混合気は、触媒形成手段の温度を予備的に上昇させて準備の整った状態にするよう決定される。準備の整った状態になると、触媒形成手段は、第２の薄い混合気で動作する際にエンジンによって配送される大量の炭化水素を燃焼し、それにより、ＮＯｘトラップにおいて高温レベルが得られるようにすることが可能である。

残念なことに、最低レベルの触媒性能を保証するために、ＮＯｘトラップから硫酸塩をパージすることが必要でありながら、高温はトラップを取り返しがつかないほどに損傷することが知られている。これは、蓄積場所を構成する素材が、そのような高温により劣化し、トラップの老朽化を加速させるからである。

そのため、効果的な硫酸塩のパージとトラップの早過ぎる老朽化との歩み寄りを達成する適切な方法で、トラップの温度を制御することが必要である。
上記のような硫酸塩のパージについては、スモークの発生を許容量に抑えつつ、ＮＯｘ触媒の温度を、ＮＯｘ触媒のＳＯｘ被毒からの回復が可能であり、且つ、ＮＯｘ触媒の劣化を促進しない所定温度範囲に制御する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。また、ＳＯ_X 被毒からの回復操作を、エンジンの特定の運転状態でのみ実行して燃費悪化を防止する際に、ＮＯ_X 吸蔵還元触媒のＳＯ_X 保持量が増大するほど回復操作を実行するエンジン運転条件を拡大して、ＮＯ_X 吸蔵還元触媒のＳＯ_X 保持量が増大した状態が長時間継続することが防止する技術が知られている（例えば、特許文献２参照）。

更に、硫酸塩は、原則的に、混合気の酸素が濃い場合にＳＯ_２の形で放出され、混合気の酸素が少ない場合にＨ_２Ｓ（悪臭ガス）の形で放出される。
ＮＯｘトラップの構成は、有利なことに、排気ガスの酸化物が薄い場合、即ちエンジンが濃い混合気モードから薄い混合気モードに切り替えられた場合に酸素を放出する酸素蓄積化合物（ＯＳＣ）を含み得る。

しかし、ＮＯｘトラップの酸素蓄積容量は無限ではないため、利用可能な蓄積された酸素はすぐに消費される。従って、硫酸塩をパージする際、温度が硫酸塩を放出するために十分に高くなると、硫酸塩は、まずＳＯ_２の形で脱着され、その後、Ｈ_２Ｓの形で脱着される。
仏国特許出願公開第２８３５５６６号 欧州特許出願公開第０９７１１０１号

従って、本発明の目的は、ＮＯｘトラップの老朽化及び硫酸塩のパージによるＨ_２Ｓ排出のリスクを最小化しながら、硫酸塩のパージ効率を最大化する温度領域にＮＯｘトラップを維持することを可能とするシステムを提案することである。

このため、本発明は、自動車のディーゼルエンジンの排気ラインに設けられたＮＯｘトラップであって、共通の媒体に統合された酸化触媒形成手段と関連付けられたＮＯｘトラップから硫酸塩をパージするシステムを提供する。該システムにおいて、エンジンは、エンジンのシリンダに燃料を供給するコモンレール手段であって、修正されたエンジン動作制御パラメータに応じて、薄い混合気の動作と濃い混合気の動作との間でエンジンを切り替えるコモンレール手段と関連付けられる。コモンレール手段は、排気ラインにおいて異なる温度レベルが得られるようエンジンを薄い混合気で動作させる、「レベル１」及び「レベル２」の計画と呼ばれる少なくとも２つの制御計画を定義するようになされる。レベル２の計画を適用することにより得られる温度レベルは、レベル１の計画を適用することにより得られる温度レベルより高い。該システムは、
ＮＯｘトラップからの硫酸塩のパージ要求を検知する手段と、
ＮＯｘトラップ及び触媒形成手段の媒体の上流及び下流の温度を、該媒体の温度動作点を定義するために取得する手段と、
動作点が第１及び第２の曲線で画定された範囲にある場合に濃い混合気モードにおいてエンジン動作を制御し、動作点が前記範囲の外にある場合に薄い混合気モードにおいてエンジン動作を制御するために、前記動作点を第１及び第２の所定の上下の限界の曲線と比較する第１の比較手段と、
動作点が前記第３及び第４の曲線で画定される範囲にある場合にレベル２の計画でエンジン動作を制御し、動作点が前記範囲外にある場合にレベル１の計画でエンジン動作を制御するために、前記動作点を第３及び第４の所定の上下の限界の曲線と比較する第２の比較手段と、
を備えることを特徴とする。

他の特徴によれば、該システムは、
動作点が同時に、第１及び第２の曲線で画定される範囲と、第３及び第４の曲線で画定される範囲とに存在する場合に、エンジンが濃い混合気で動作するよう制御され、
エンジンの動作が、第１の所定の持続時間より短い期間に渡り、濃い混合気で動作するよう制御され、
第１の所定の持続時間が約１０秒に等しく、
エンジンの動作が、少なくとも第２の所定の持続時間に渡り、薄い混合気で制御され、
第２の所定の持続時間が約２〜３秒の範囲内であり、
濃い混合気モードにおけるエンジン動作の全期間の累積持続時間が第３の所定の持続時間より長い場合に、ＮＯｘトラップからの硫酸塩のパージが終了され、
第３の持続時間が約２７０秒と等しい
ことを特徴とする。

本発明は、純粋に例示として与えられた、添付の図面を参照する以下の詳細な説明を読むことにより一層よく理解される。

図１は、自動車のディーゼルエンジン１４の排気ライン１２に配置されたＮＯｘトラップ１０から硫酸塩をパージするシステムの図である。
ＮＯｘトラップ１０は、また、ＮＯｘトラップ１０の媒体に触媒形成手段を統合することにより、炭化水素に触媒作用を及ぼす。

エンジン１４は、また、エンジンのシリンダに燃料を供給するコモンレール手段１６と、排気ガスの一部をエンジンの取り入れ口に再循環させることにより、空気及び排気ガスの混合気をエンジンの取り入れ口に吸気する手段２０に排気ガスを配送する手段１８とに関連付けられる。

コモンレール手段１６は、修正されたパラメータに応じてエンジン１４の動作を制御し、エンジンを、薄い混合気での動作と濃い混合気での動作との間で切り替える。
これは、エンジンに対する動作パラメータのセットを選択し、当該セットをコモンレール手段１６に配送する供給管理部２２の制御により達成される。そのようなセットは、エンジン動作を制御するための制御計画手段２４、２６から配送される２つのパラメータ・セットから選択される。

この選択は、ＮＯｘトラップからの硫酸塩のパージ要求又はパージの停止要求を発行する手段２８からの信号の関数として実行される。
硫酸塩のパージ要求が発行されない場合、又は、硫酸塩のパージ終了要求が発行された場合、管理部２２は、制御計画手段２４からのパラメータ・セットを選択する。コモンレール手段１６にとって、このステップは、エンジンの通常動作期間にエンジンが薄い混合気で動作させられる第１の制御計画を定義する。

硫酸塩のパージ要求が発行された場合、管理部２２は、制御計画手段２６からのパラメータ・セットを選択する。手段２６は、以下に更に詳細に説明される方法で、以下のパラメータ・セットのうちの１つを選択し出力する。

・エンジンを薄い混合気で動作させるための「レベル１」計画と呼ばれる第２の制御計画を定義する、コモンレール手段１６に対する第１のパラメータ・セット３０。この計画は、ＮＯｘトラップ及び触媒形成手段の媒体において第１の温度レベルが取得されるよう定義される。この第１の温度レベルは、第１の薄い混合気の計画を適用することにより取得される温度より高い。

・エンジンを薄い混合気で動作させるための、「レベル２」計画と呼ばれる第３の制御計画を定義する、コモンレール手段１６に対する第２のパラメータ・セット２２。この計画は、ＮＯｘトラップ及び触媒形成手段の媒体において第２の温度レベルが取得されるよう定義される。この第２の温度レベルは、レベル１の計画を適用することにより取得される温度より高い。

・ＮＯｘトラップから硫酸塩をパージするために、エンジンを濃い混合気で動作させる制御計画を定義する、コモンレール手段１６に対する第３のパラメータ・セット３４。
レベル１計画の適用は、触媒形成手段の温度を上げて、レベル２計画の適用に必要な準備のできた状態に到達させるために役立つ。レベル２計画は、本技術分野において知られている通り、ＮＯｘトラップ１０の内部温度を、硫酸塩をパージするのに必要な温度に上げるために適切な大量の熱を生成する。

本発明に係るシステムは、更に、ＮＯｘトラップ及び触媒形成手段の媒体の上流及び下流のそれぞれの温度ＡＴ１及びＡＴ２を取得する手段３６、３８を備える。
媒体の上流及び下流の温度の組（ＡＴ１、ＡＴ２）は、媒体の温度動作点を定義する。

この動作点は、ＮＯｘトラップ及び触媒形成手段の媒体の内部温度を表すことが示され得る。従って、この動作点の関数として、エンジン動作に対する様々な制御計画を切り替えることにより、内部温度の関数としてＮＯｘトラップから硫酸塩がパージされる。よって、以下に更に詳細に示す通り、ＮＯｘトラップの老朽化を最小化しながら、例えば６５０℃〜７５０℃である、硫酸塩をパージするために最適な所定の温度範囲に到達し、該範囲に留まるよう前記温度を制御することが可能である。

動作点は、図２Ａに示される第１の所定のマッピングにおいて上下の限界を表す第１及び第２の曲線との比較のために、第１の手段４０に配送される。
図２Ａに示すように、上限の限界を表す第１及び第２の曲線は、それぞれ、範囲Ｐ１を画定するために役立つ、図２ＡのＣ１及びＣ２として示される。動作点が範囲Ｐ１にある場合、第１の比較手段４０は、濃い混合気モードにおけるエンジン動作の制御要求を発行する。つまり、それ以外の場合には、薄い混合気モードにおけるエンジン動作の制御要求が発行される。

動作点は、また、図２Ｂに示される第２の所定のマッピングにおける上下の限界を表す第３及び第４の曲線との比較のために、第２の比較手段４２に配送される。
図２Ｂに示される通り、上下の限界を示し、それぞれが図２ＢのＣ３及びＣ４で表される第３及び第４の曲線は、範囲Ｐ２を画定する。動作点が範囲Ｐ２にある場合、第２の比較手段４２は、レベル２計画によるエンジン動作の制御要求を発行する。つまり、それ以外の場合には、レベル１によるエンジン動作の制御計画が発行される。

第１の比較手段４０及び第２の比較手段４２が発行した要求は、比較手段４０及び４２の要求間の優先度を管理し、濃い混合気、及びレベル１又はレベル２の薄い混合気における様々な制御計画のそれぞれにおいてエンジンが過ごす時間の長さを管理するために、管理手段４４に配送される。

要求間の優先度の管理について、管理手段４４は、以下のルールを適用してエンジン動作を切り替えるための計画選択信号を、手段２６に発行する。
・濃い混合気モードでの制御の要求と、レベル２計画での制御の要求とが同時に発行された場合、即ち、動作点が同時に範囲Ｐ１及びＰ２に存在する場合、管理手段４４は、濃い混合気でのエンジン動作の制御に優先度を与える。

・濃い混合気モードでの制御の要求と、レベル１計画での制御の要求とが同時に発行された場合、管理手段４４は、濃い混合気でのエンジン動作の制御を選択する。
・第１の比較手段４０が薄い混合気での制御の要求を発行した場合、管理手段４４は、動作点が範囲２に存在するか否かに応じて、第２の比較手段４２からの要求に対応する制御計画、即ちレベル１計画又はレベル２計画のいずれかを選択する。

エンジンが様々な計画において経過する期間について、管理手段４４は、以下のルールを適用する。
・エンジンが濃い混合気の動作モードに切り替えられてから濃い混合気での動作にある期間が、例えば１０秒である第１の所定の持続時間を越える場合、管理手段４４は、第２の比較手段４２が要求する計画を選択する。従って、エンジンは、Ｈ_２Ｓの排出を最小化するために、薄い混合気での動作に切り替えられる。

・エンジンが薄い混合気で動作している場合、即ち、レベル１計画又はレベル２計画のいずれかが動作している場合、管理手段４４は、少なくとも、例えば２〜３秒である第２の所定の持続時間に渡り、濃い混合気での制御計画を抑制する。それにより、エンジンは、少なくとも当該持続時間に渡り、薄い混合気で制御される。これにより、エンジン動作が濃い混合気での動作に切り替えられた場合に、ＮＯｘトラップの内部温度が早過ぎる時期に最適な温度範囲を離れることがないよう、当該範囲の上限に到達することが可能になる。早過ぎる時期にこの範囲を離れることは、エンジン動作を振動させるという影響をもたらし得る。また、これにより、ＮＯｘトラップには、エンジン動作が次に濃い混合気モードに切り替えられる際に硫酸塩をＳＯ_２の形で脱着するのに十分な酸素を蓄積するための十分な時間が残される。

管理手段４４は、また、硫酸塩のパージの終わりを示す信号を検知し、発信手段２８に配送するようになされる。
より詳細には、管理手段４４は、硫酸塩のパージ開始以降に、エンジンが濃い混合気モードで動作した全体の蓄積期間を測定するようになされる。この持続時間が、例えば２７０秒である所定の持続時間を超える場合、ＮＯｘトラップの硫酸塩はパージされている。そこで、管理手段４４は、硫酸塩パージ終了信号を発信手段２８に配送し、発信手段２８は、管理部２２に硫酸塩パージ終了信号を発することにより応答する。

図３は、本発明に係るシステムの動作のフローチャートである。
ステップ５０において、硫酸塩のパージ要求が発行され、エンジン動作が、様々な濃い混合気、レベル１の薄い混合気、又はレベル２の薄い混合気の適用において制御される。

ステップ５２において、動作点が濃い混合気でのエンジン動作に対する範囲Ｐ１にあるか否かを決定するための試験が実行される。試験結果が肯定である場合、エンジンは、５３において、濃い混合気の動作モードに切り替えられる。

本発明に係るシステムの動作は、硫酸塩のパージ開始以降にエンジンが濃い混合気で動作した全体累積持続時間を調べるステップ５４に続く。
この持続時間が２７０秒を越える場合、硫酸塩パージ終了要求が発行される。そうではない場合、ステップ５６において、エンジンが濃い混合気の動作モードに切り替えられてから濃い混合気の動作において経過した持続時間の試験が誘発される。この持続時間が１０秒を越えない場合、ステップ５６からステップ５２に戻る。

この持続時間が１０秒を超える場合、エンジン動作は、ステップ５８において、薄い混合気での動作に切り替えられる。
次いで、ステップ６０において、動作点が、エンジンをレベル２計画で動作させるための範囲Ｐ２にあるか否かを決定する試験が実行される。レベル２計画が選択されると、エンジンは、ステップ６２においてレベル２計画での動作に切り替えられ、レベル１計画が決定されると、エンジンは、ステップ６４においてレベル１計画での動作に切り替えられる。

ステップ６２及び６４に続いて、ステップ６６及び６８のそれぞれにおいて、エンジン動作が薄い混合気に切り替えられてから経過した時間が２秒を越えるか否かを決定する試験が実行される。この試験の結果が否定である場合、ステップ６６及び６８からステップ６０に戻る。

この試験の結果が肯定であった場合、エンジンが濃い混合気での動作に切り替えられ得るか否かを決定するため、ステップ６６及び６８からステップ５２に戻る。
図示された通り、優先度の管理、及び様々な制御計画でエンジンが動作した持続時間の管理は、エンジン動作の制御計画及び関連する持続時間に関する試験を適切に順序付けることにより実現される。

第１及び第２の比較手段の上下の限界の曲線と、制御計画に関連付けられた所定の持続時間とは、例えば実験により、ＮＯｘトラップの内部温度が、硫酸塩がパージされてＨ_２Ｓの排出が最小化される最適な温度範囲である６５０℃〜７５０℃の範囲にあるよう決定される。

本発明に係るシステムは、例えばエンジン制御ユニット（ＥＵＣ）又は専用中央演算処理装置のような、ソフトウェア命令を実行する中央演算処理装置において実現され得る。本発明に係るシステムは、また、専用ハードウェア回路を用いて実現され得る。

本発明の他の実施の形態も当然に可能である。

図１は、自動車のディーゼルエンジンと関連付けられた、本発明に係るシステムの図である。 図２Ａは、図１のシステム構成の一部を形成する第１の比較手段のマッピングを示すグラフである。 図２Ｂは、図１のシステム構成の一部を形成する第１の比較手段のマッピングを示すグラフである。 図３は、図１のシステムの動作を示すフローチャートである。

Claims (8)

1. 自動車のディーゼルエンジン（１４）の排気ライン（１２）に設けられたＮＯｘトラップであって、共通の媒体に統合された酸化触媒形成手段と関連付けられたＮＯｘトラップ（１０）から硫酸塩をパージするシステムにおいて、前記エンジンが、
   前記エンジン（１４）のシリンダに燃料を供給し、修正されたエンジン動作制御パラメータに応じて、前記エンジン（１４）を薄い混合気での動作と濃い混合気での動作との間で切り替えるコモンレール手段であって、前記排気ライン（１２）において異なる温度レベルを取得するための、「レベル１」及び「レベル２」計画と呼ばれる、前記エンジンを薄い混合気で動作させる少なくとも２つの制御計画を定義するようになされ、前記レベル２の計画を適用することにより得られる温度レベルが、前記レベル１の計画を適用することにより得られる温度レベルより高いコモンレール手段（１６）と関連付けられ、前記システムが、
   前記ＮＯｘトラップからの硫酸塩のパージ要求を検知する手段（２２）と、
   前記ＮＯｘトラップ及び前記触媒形成手段の媒体の上流及び下流の温度を、該媒体の温度動作点を定義するために取得する手段（３６、３８）と、
   前記動作点が第１及び第２の所定の上下の境界の曲線で画定される範囲にある場合に濃い混合気モードにおいてエンジン動作を制御し、前記動作点が前記範囲の外にある場合に薄い混合気モードにおいてエンジン動作を制御するために、前記動作点を前記第１及び第２の曲線と比較する第１の比較手段（４０）と、
   前記動作点が第３及び第４の所定の上下の境界の曲線で画定される範囲にある場合に前記レベル２の計画でエンジン動作を制御し、前記動作点が前記範囲の外にある場合に前記レベル１の計画でエンジン動作を制御するために、前記動作点を前記第３及び第４の曲線と比較する第２の比較手段（４２）と、
   を備えることを特徴とするシステム。
2. 請求項１記載のシステムであって、前記動作点が同時に、前記第１及び第２の曲線で画定される前記範囲と、前記第３及び第４の曲線で確定される前期範囲とに存在する場合に、前記エンジンが濃い混合気で動作するよう制御されることを特徴とするシステム。
3. 請求項１又は２記載のシステムであって、前記エンジンの動作が、第１の所定の持続時間より短い期間に渡り、濃い混合気で動作するよう制御されることを特徴とするシステム。
4. 請求項３記載のシステムであって、前記第１の所定の持続時間が約１０秒であることを特徴とするシステム。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載されたシステムであって、前記エンジンの動作が、少なくとも第２の所定の持続時間に渡り、薄い混合気で制御されることを特徴とするシステム。
6. 請求項５記載のシステムであって、前記第２の所定の持続時間が約２〜３秒の範囲内であることを特徴とするシステム。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載のシステムであって、前記エンジンの濃い混合気モードにおける動作の全期間の累積持続時間が第３の所定の持続時間より長い場合に、前記ＮＯｘトラップからの硫酸塩のパージが終了されることを特徴とするシステム。
8. 請求項７記載のシステムであって、前記第３の持続時間が約２７０秒であることを特徴とするシステム。

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