JP2006526748A - 排ガスクリーニングを伴うエンジン駆動車 - Google Patents

Abstract

本発明は、排ガスを、触媒（３２０）と、排ガスシステムに物質を注入するようにされた注入装置（３１０）を有する排ガスシステム（１４０）に放出する内燃エンジン（１０）と、エンジンにより駆動されるトランスミッション（９０）を有する車の作動中に排気物をより低くするための方法に関する。この方法は、少なくとも触媒変換が必要とされているか否かの情報と、排ガスシステム内の温度（Ｔ）に関する情報に応答して、選択されるギアが排ガスシステムの温度を調節するように、車のトランスミッションのギアを選択するステップを有することを特徴とする。

Description

本発明は、触媒と、排ガスシステムに物質を注入するように設けられた注入装置を有する排ガスシステムに排ガスを排出する内燃エンジンと、エンジンによって駆動されるトランスミッションからなる車を動作させるとき、より低い排出を達成する方法に関する。

本発明は、また、コンピュータを使用してこの方法を実行するためのコンピュータプログラムに関する。

本発明は、また、動作時に、排ガスを、触媒、制御装置、排ガスシステムに物質を注入するように設けられた注入装置を備える排ガスシステムに排出する内燃エンジンと、エンジンにより駆動されるトランスミッションを備えるエンジン駆動車に関する。

エンジン駆動車において、排気物をより低くするために、排ガスクリーニングのための種々の触媒が、現在では使用されている。これらの触媒は、例えば、窒化物（ＮＯｘ）のような排出物をある程度低く抑えるために使用されている。種々の環境条件によっては、
これらの触媒は期待通りには働かず、その結果、少量の排ガスが、例えば、窒素、又は水、に変換し、その結果、さらに、車の作動時に不必要な多くの排出物を放出することとなる。

本発明の目的は、エンジン駆動車において、よりコスト的に効率的な方法で排出をより少なくするための方法を提供することにある。

この目的は、導入部に記載の形式の方法、即ち、車両のトランスミッションのギアを、選択されたギアが排ガスシステムの温度を規制するように、少なくとも触媒変換が要求される効果の情報と、排ガスシステムにおける温度に関する情報に応答して選択することにより、達成される。

この解決法により達成される効果は、トランスミッションと作動中に排ガスを排気マニホルドに放出する内燃エンジンとの間の相互作用を利用することにより得ることができる。この利点は、車の作動中にエンジンの速度とトランスミッションを選択することにより、得ることができ、例えば、エンジンの速度が排気温度の値が変わるように変化させられる間、トランスミッションからの出力シャフトの回転速度が事実上保持されるようにされる。この温度制御は、それに次いで、排気を減少させることにつながる。この解決方法は、本発明によれば、車に追加的な要素を設ける必要がないため、非常にコスト的に効率がよい。

本発明による方法は、触媒は以前のように大きな負荷、特にきわめて高温における負荷、にさらされることがなくなったため、触媒を長期にわたり使用することができることを意味する。この方法によれば、エンジン車における排ガスクリーニングは実際に良好に作動する。

触媒の寿命がより長くなったため、触媒を、以前のケースのように、頻繁に修理のために車から外したり又は交換する必要がなく、このことは、車を以前のような程度に作業場に持ち込む必要がないため、時間と費用の両方を節約することができることを意味する。

排ガスシステムにおける良好な温度制御を行うことにより、排出を減らすための種々の手順における試薬として使用される物質が高温において悪影響が生じ、また、低温において反応が劣化する、というリスクを減少させることができる。

本発明による実施例によれば、より低い排出は、車の排ガスシステムにおける触媒によって達成される。エンジン出力を保持しつつ、車の走行ラインにおけるギアを変えることにより、低速度においてでさえ、ＳＣＲ−触媒のための最適な温度が得られる。この最適な温度は、約３００℃である。触媒にとって最適な温度により、例えば、排ガスシステムに注入される物質とＮＯｘ化合物との間のより効率的な触媒作用が得られ、これにより、大量の窒素と水が触媒中に生じる。窒素と水は排ガスシステムから外部に排出される。この方法は、エンジンとトランスミッションの結合した制御を含む。

温度センサにより、制御ユニットはいつ触媒装置における触媒を改良するかを決定することができる。表示があるか、または演算した後、制御ユニットは、記憶されているギア選択手順を一時的に変更し、車の排ガスシステムにおける温度を調整するために可能性のある最適な燃料消費に変え、それによって、排ガスシステムに注入する物質、例えば、ウレア、の温度を調整する。例えば、エンジンが高出力の場合、制御ユニットは、積極的に温度−制限手順に変更することができる。具体的には、これはトランスミッションを下げることを意味する。エンジンの定常出力状態では、エンジン速度が増加するため、排ガスシステムにおける温度は下がる。排ガスシステムの温度、したがって、基板の温度が所定の温度に達したとき、通常にギアチェンジ手順が適用される。この制御ユニットは、また、最初の指標を受けたときより後の時点における温度を調節することがより有利であるかどうかを考慮するように設計される。

図１は、車１と本発明の実施例に従う車の制御システムの模式図であり、１０は６気筒内燃エンジン、例えばジーゼルエンジンを示し、そのクランクシャフト２０は、一般に３０で示され、クラッチケース４０で囲まれる、シングル−プレートドライプレートクラッチに連結される。シングル−プレートクラッチに替えて、２−プレートクラッチを使用することができる。クランクシャフト２０は、クラッチ３０のクラッチハウジング５０に回転できないように連結され、一方、そのクラッチプレート６０はインカムシャフト７０を回転できないように連結され、インカムシャフトは、全体を９０で示されるギアボックスのハウジング８０内で回転することができるように設けられている。メインシャフトと中間シャフトは、回転可能にハウジング８０内に設けられている。ギアボックス９０からの出力シャフト８５は車のホイールを駆動するようにされている。

第１パイプ１２０は、エンジンの燃焼室からは排ガスクリーニングのために設けられる排気マニホルド１４０に導くように設けられている。第２パイプ１５０は、清浄された排ガスと清浄されない排ガスの残部をマニホルド１４０から車の外部へ送出するように設けられている。

また、エンジン１０を制御する第１制御ユニット４８とトランスミッションを制御する第２制御ユニット４５が示されている。この第１及び第２制御ユニットは、互いにデータバス２１を介して接続されている。以下に、第１制御ユニット４８において種々のプロセスと方法がどのようにして実行されるかについて説明されるが、本発明はこれに制限されると見なされるべきではなく、第２制御ユニット４５、又は第１及び第２の制御ユニットの組み合わせが同じように良好に使用され得る。

センサ、検出器及びトランスデユーサは共通の表示検出器１１０で示される。検出器１１０はデータバス２５を介して第１及び第２制御ユニットの両方と接続されている。検出器１１０は、例えば、マニホルド１４０に関連して配置される排ガスの温度センサ３９０とすることができる。

第１制御ユニットは、例えば、使用された燃料の量及びエンジンの一時的な負荷のような工程データを検出器１１０から受け、リアルタイムで、例えば、車の排ガス量を演算するためにその工程データを処理する。第１制御ユニットは、特に、排ガスシステムの温度を表す情報を受けるようにされている。

排ガスシステムの温度は、車の排ガスシステム内に配置されている複数の温度センサからの定性的の平均値とすることができる。

車１は、スロットルコントロール４４と第２制御ユニット４５に接続されているマニュアルギアセレクタ４６を有している。ギアセレクタ４６は、車のマニュアルギアセレクタの一つのポジションと自動ギアセレクタの一つを持つことができる。

図２はデータバス２５と検出器１１０によって記録され、演算された工程データの例を示す。検出され、演算された一時的パラメータの例として、エンジントルク２０１、排ガス温度２０２、エンジン出力２０３、車の加速度２０４、排ガス背圧２０５、及び消費燃料２０６がある。他のパラメータとして、インジェクションタイミング、ＥＧＲ−値ポジション、ＮＯＰ（ニードルオープニング圧力）がある。上述のパラメータを使用して、第１制御ユニットは、例えば、排ガス量を演算することができる。この演算は、好ましくは、リアルタイムで実行される。

上述のパラメータは、それぞれのパラメータを測定するための測定装置を使用して直接に測定することができる。それとは別に、例えば、モデルベース推定を使用して、各パラメータは対応するパラメータとは異なる他のパラメータを観察して間接的に演算することができる。

図３ａは、本発明の実施例による排ガスシステムの模式図である。第１パイプ１２０は車の燃焼室からの排出粒子をマニホルド１４０に取り込み、ここで排ガスが完全に、又は部分的に清浄されるように設けられている。さらに、第２パイプ１５０は、清浄された排ガスをマニホルド１４０から車１の外部へ排出するように設けられている。マニホルド１４０はステンレススチールで造ることができる。マニホルド１４０は、本発明の実施例によれば、ウレアを注入するインジェクタ３１０を有する。第１制御ユニットは、例えば、マニホルド１４０にインジェクタにより物質を注入することを制御するようにされている。マニホルド１４０は、更に、本発明の実施例によればＳＣＲ−触媒装置とするこができる触媒装置３２０を有している。代表的には、触媒装置３２０において温度の作用の下で、ウレアと例えば三酸化窒素（ＮＯ_３）のようなＮＯｘ−化合物から窒素（Ｎ_２）と水（Ｈ_２Ｏ）が形成される。触媒装置３２０はセラミック材料からなり、触媒のコーティングを備えるものとすることができる。

ウレアは、触媒装置内３２０で所定の温度条件でＮＯｘ−化合物と化学的に反応することができる。このような反応は、マニホルド１４０内の温度を適温値にすることによって開始されるようにすることができる。この反応の結果として窒素と水が生成される。水は気体状とされる。第２パイプ１５０は、触媒反応の後に、窒素と水をマニホルド１４０から取り出し、車１の外部へ送出する。

図３ｂは、触媒装置３２０内でのＮＯｘ−化合物からＮ_２への変換率が排ガス温度により変化する様子を示す。この変換率は、また、触媒の温度と、排ガスシステムにおけるウレアの注入によっても変化する。図において、最も高い変換率、この例で０．７が、略３００°Ｃで得られることが示されている。さらに、変換率は、Ｔ１−Ｔ２の温度の範囲内で比較的高いことがわかる。この温度範囲は２５０°Ｃ−５００°Ｃである。ウレア以外の物質に対しては温度範囲が異なる。

図３Ｃは種々の一定のエンジン出力が車の排ガスシステムにおける排気温度Ｔ［°Ｃ］とエンジン速度［ｒｐｍ］に応じて変化していることを示している。

図３Ｃは、一定のエンジン出力でエンジン速度が減少すると排気温度が増加することを示している。更に、図は、エンジン速度が減少したとき、一定の高いエンジン出力によってより高い排ガス温度が得られることを示している。

図４ａは、本発明の実施例によるエンジン駆動の車において排ガスをより低くするための方法を示すフローチャートである。

この方法は、 触媒装置３２０と、排ガスシステム内に物質を注入するように設けられた注入装置３１０と、エンジンにより駆動されるトランスミッション９０を備える、排ガスシステム１４０に排ガスを放出する内燃エンジン１０を持つ車の動作中において、ステップｓ４０１を有し、この方法は、
少なくとも触媒変換が必要とされる効果に関する情報と排ガスシステムの温度（Ｔ）に関する情報に応答して、選択したギアが排ガスシステムの温度を調整するように車のトランスミッションにおいてギアを選択するステップとを有することを特徴とする。

本発明の実施例によれば、触媒装置３２０内で温度の影響を受けてウレアがＮＯｘガスと反応することができる。これらの成分は窒素と水に変換され、パイプ１５０により排ガスシステム外に取り出される。

図４ｂは、本発明の実施例による方法を示すより詳細なフローチャートである。この方法は、例えば、検出器１１０からの２０１−２０６のような工程データを第１制御ユニット４８に受けるステップｓ４２５を有している。

Ｔは車の排ガスシステムの排気温度の定性的値とすることができる。Ｔは、また、マニホルド１４０の温度とすることもできる。Ｔは、また、マニホルド１４０の温度とすることができる。Ｔは触媒の温度とすることができる。
Ｔ１とＴ２は、それぞれ、第１及び第２の閾値を示し、その範囲の温度Ｔが、触媒装置３２０の定性的触媒反応を得るためのものとなる。Ｔ１は下限値となり得る。Ｔ１は２５０℃とすることができる。Ｔ２は上限値となり得る。Ｔ２は５００℃とすることができる。

第２の実施例によれば、Ｔ１は２７５℃で、Ｔ２は４７５℃とすることができる。

ステップｓ４３５において、Ｔは第１の制御ユニット４８において、記憶されている所定のＴ１とＴ２と比較される。もし、ＴがＴ２より大きければ、これは排ガスシステムにおいて温度を低くする必要があるという指標であり、方法のステップｓ４３７に続く。もし、比較結果がＴがＴ１より低ければ、排ガスシステムの温度を高くする必要があるということを示すものであり、方法にステップｓ４３７に続く。それ以外は、方法ステップｓ４２５に戻る。

本発明の実施例においては、ステップｓ４２５に戻ると、温度範囲は次に反復の前に減少され、ＮＯｘ−化合物の窒素への変換率を最適にする。本システムは、必要に応じて減少された範囲Ｔ１−Ｔ２を自動的にリセットする。

方法ステップｓ４３７においては、定性的な最適化が実行されて、排ガスシステムの温度制御について所望の結果を得るようにギアが最良のものとなる。この最適化は、第２の制御ユニット４５に記憶されているギア選択方式に従って実行される。この最適化は、例えば、ドライブラインのギアとドライブラインにおけるギア変更の時間のような、複数の異なるパラメータをベースに実行することができる。このようにして、車のドライブラインにおいて、変更したギアのいずれかにどのくらい留まっているべきか、また、達成される望ましい結果はどのようなものか、即ち、排ガスシステムが又は基板が最終的に何度となるかが決定される。

方法ステップｓ４４０において、最適化の実行が直ちに始動されるべきか、それとも、後の段階で行うのが望ましいかが、決定される。始動が後の段階まで延期する方が好ましい走行状況の例としては、車が登坂中で、排ガスシステムにおける温度を上げるためにチェンジアップするときであり、エンジンはきわめて遅く作動するように強いられるので便宜的でなくなる。直ちに開始されない場合は、ステップｓ４２５に戻る。

始動されると、方法ステップｓ４５０において同様に適用されて、必要であれば車のドライブラインのギアが変更される。ギアは一又は複数のステップで変更することができる。例えば、ギアは、所定の期間にわたり、排ガスシステムの温度を減少させるために、第５ギアから第３ギアに変更することができる。

方法ステップ４５５において、手順の結果が評価される。これは、検出器１１０からの入力を用いて第１制御ユニット内に記憶されているモデルを使用して実行される。もし、結果が要求されたとおりのものか、十分に満足できるものであれば、その方法は終了し、そうでなければ方法ステップｓ４２５に戻る。

図５は、本発明の実施例に従う装置５００を示し、不揮発性メモリ５２０、プロセッサ５１０、リード及びライトメモリ５６０を有している。メモリ５２０は、第１メモリ部分５３０を有し、ここには装置５００を制御するコンピュータプログラムが記憶されている。この装置５００を制御するメモリ部分５３０のコンピュータプログラムは、オペレートシステムとすることができる。

装置５００は、例えば、制御ユニット４５又は４８のような制御ユニットを備えることができる。データ処理ユニット５１０は、例えば、マイクロコンピュータとすることができる。

メモリ５２０は、また、第２のメモリ部分５４０を持ち、ここにはエンジン駆動車の排ガス清浄のためのプログラムが記憶されている。他の実施例においては、エンジン駆動車の排ガス清浄のためのプログラムは、例えば、ＣＤ又はプラグイン半導体メモリのような別体の不揮発性媒体５５０に貯蔵することもできる。このプログラムは実行可能な形態又は圧縮状態で貯蔵することができる。

データ処理ユニット５１０が特別の機能を実行することを以下に述べるとき、データ処理ユニット５１０は、メモリ５４０に貯蔵されているプログラムの特別な部分、又は不揮発性記録媒体５５０に貯蔵されているプログラムの特別の部分を実行することは明らかである。

データ処理ユニット５１０は、データバス５１４によりメモリ５５０に接続されるようにされている。データ処理装置５１０は、また、データバス５１２によりメモリ５２０に接続されるようになっている。更に、データ処理装置５１０はデータバス５１１によりメモリ５６０に接続されるようになっている。データ処理装置５１０は、また、データバス５１５によりデータポート５９０に接続されるようになっている。

図４ａと図４ｂに示された方法は、メモリ５４０に貯蔵されたプログラム、又は、不揮発性記録媒体５５０に貯蔵されたプログラムを実行するデータ処理ユニット５１０を使用してデータ処理ユニット５１０により実行される。

車とその制御システムの模式図を示す。 本発明によって使用される、検出された、または演算されたデータを伴うデータバスを示す。 車の排ガスシステムの模式図を示す。 触媒装置のＮＯｘの変換率を示すグラフである。 異なる一定のエンジン出力の、温度とエンジン速度に対する変化を示すグラフである。 本発明の実施例による方法を示すフローチャートである。 本発明の実施例によるより詳細な方法を示すフローチャートである。 本発明の少なくとも一つの実施例にしたがって使用される装置を示す。

Claims (10)

1. 触媒（３２０）と、排ガスシステムに物質を注入するようにされた注入装置（３１０）と、内燃エンジンにより駆動されるトランスミッション（９０）を備え、排ガスを排ガスシステム（１４０）に放出する内燃エンジン（１０）を備える車の作動中に排出物をより低くするための方法であって、
   少なくとも触媒変換が必要とされているか否かの情報と、排ガスシステム内の温度（T）に関する情報に応答して、選択されるギアが排ガスシステムの温度を調節するように、車のトランスミッションのギアを選択するステップを有することを特徴とする方法。
2. 車のトランスミッションのギアが、排ガスシステムの温度を示す情報と所定の閾値に関する情報との比較に応答して選択される（ｓ４３５）ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 車のトランスミッションのギアは、排ガスシステムの温度が第１の温度（Ｔ１）と第２の温度（Ｔ２）の範囲内にあるように調整されるように選択され（ｓ４３５）、第１の温度（Ｔ１）は少なくとも２５０°Ｃであり、第２の温度（Ｔ２）は最大で５００°Ｃであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の方法。
4. ウレア又はカルバミド又はアンモニアが注入されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の方法。
5. 触媒（３２０）と、制御装置（４５，４８）と、排ガスシステムに物質を注入するようにされた注入装置（３１０）を有する排ガスシステム（１４０）に、排ガスを動作中に放出する内燃エンジン（１０）と、エンジンにより駆動されるトランスミッション（９０）を有するエンジン駆動車であって、制御装置（４８，４５）が、少なくとも触媒変換が必要とされているか否かの情報と排ガスシステム内の温度（Ｔ）に関する情報に応答して、選択されるギアが排ガスシステム（１４０）の温度を調節して排出をより抑制するように、車のトランスミッションのギアを選択するようにされていることを特徴とするエンジン駆動車。
6. 制御装置（４８，４５）は、排ガスシステムの温度を示す情報と所定の閾値に関する情報との比較に応答して車のトランスミッションのギアを選択するようにされていることを特徴とする請求項５に記載のエンジン駆動車。
7. 制御装置（４８，４５）は、車のトランスミッションのギアが、排ガスシステムの温度が第１の温度（Ｔ１）と第２の温度（Ｔ２）の範囲内となるように調整されるように選択するようにされており、第１の温度（Ｔ１）は少なくとも２５０°Ｃであり、第２の温度（Ｔ２）は最大で５００°Ｃであることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載のエンジン駆動車。
8. コンピュータプログラムがコンピュータにおいて実行されるとき、請求項１の方法のステップを実行するためのプログラムコードを有するコンピュータプログラム。
9. コンピュータプログラムがコンピュータで実行されるとき、請求項１の方法のステップを実行するためのコンピュータによって読み取り可能の媒体上に記録されたプログラムコードを有するコンピュータプログラム製品。
10. コンピュータプログラムがコンピュータで実行されるとき、請求項１の方法のステップを実行するためのコンピュータプログラムを有する、コンピュータ内の内部メモリに直接読み込み可能なコンピュータプログラム製品。

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