JP2007510843A - 車輛の排気ラインに一体化された汚染除去手段を再生する上で補助を提供するためのシステム - Google Patents

Abstract

【課題】自動車用ディーゼルエンジン（１）の排気ライン（２）と一体化した酸化触媒形成手段（３）と関連した汚染除去手段（４）の再生を補助するためのシステムであって、エンジン（１）は、燃料をシリンダに共通するための共通マニホールド手段（５）と関連しており、システムは、一定のトルクで、少なくとも一つの後噴射で燃料をエンジンのシリンダに噴射することによって再生戦略を実施するようになっているシステムを提供する。
【解決手段】本システムは、車輛エンジンがアイドリング状態にある段階及び／又はアクセルペダルが押し込まれていない状態にある段階を検出するための手段（７、８、９）、及び後噴射中又は各後噴射中に噴射される燃料の量を触媒形成手段（３）の活性状態の関数として調節するための共通燃料供給マニホールド手段（５）を制御するため、触媒形成手段（３）の活性状態を分析するための手段（６）を含む、ことを特徴とするシステム。
【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一体化した酸化触媒形成手段と関連した汚染除去手段を再生する上で補助を提供するためのシステムに関する。
更に詳細には、本発明は、エンジンのシリンダに燃料を供給するための共通マニホールド手段と関連したエンジンに関する。前記手段は、一定のトルクで、燃料を少なくとも一つの後噴射でエンジンのシリンダに噴射することによって再生戦略を実施するようになっている。

従来技術では、エンジンのシリンダ内への燃料の一つ又はそれ以上の後噴射を使用することによって、即ちシリンダの膨張段階中に一つ又はそれ以上の燃料噴射作業を行うことによって汚染除去手段を再生することが周知である。

それにも拘わらず、粒子フィルタを含む汚染除去手段を再生する場合、例えば、排気ガスの温度は、エンジンがアイドリング状態にある段階中、及び車輛のアクセルペダルが押し込まれていない段階中、即ち通常の作動において燃料が全く噴射されていない段階中、非常に低い。これらの段階は、排気ライン及びこの排気ラインと一体化した様々な手段の両方の温度を低下させてしまうため、問題がある。

エンジンのこれらの作動段階中に一つ又はそれ以上の後噴射を使用することは、エンジンでの前記後噴射燃料の燃焼によって発生した炭化水素（ＨＣｓ）の触媒転換により、排気ラインでの温度降下を制限するのに役立つ。

これらの戦略の欠点は、これらの戦略が、酸化触媒形成手段によって発生する発熱反応に基づくということである。酸化触媒形成手段は、酸化触媒、又はＣＯ／ＨＣ酸化機能を持つＮＯｘトラップによって形成される。例えば、接続触媒形成手段は、この場合、活性状態にあると考えられる。

エンジンがアイドリング状態に戻る段階中、燃料の主噴射もパイロット噴射もなく、後噴射燃料はシリンダ内で燃焼していない。燃料は、この場合、主にＨＣｓの形態で気化しているに過ぎず、これは、次いで、触媒形成手段によって変換される。酸化触媒形成手段への入口での温度は、この場合、非常に低く、触媒反応が後噴射燃料から来入したＨＣｓの燃焼によって発生した発熱反応であるにも拘わらず、触媒形成手段の前面が徐々に冷却し、その変換活性が徐々に低下する。エンジンがアイドリング状態に戻って長時間経過すると、触媒形成手段は全てのＨＣｓを変換するには活性が不十分であり、そのため、触媒形成手段の下流のＨＣがピークに至り、又は場合によっては青色の煙及び／又は排気臭が発生する。

かくして、本発明の目的は、これらの問題点を解決することである。

この目的のため、本発明は、自動車用ディーゼルエンジンの排気ラインと一体化した酸化触媒形成手段と関連した汚染除去手段の再生を補助するためのシステムであって、エンジンは、燃料をシリンダに共通するための共通マニホールド手段と関連しており、システムは、一定のトルクで、少なくとも一つの後噴射で燃料をエンジンのシリンダに噴射することによって再生戦略を実施するようになっているシステムにおいて、車輛エンジンがアイドリング状態にある段階及び／又はアクセルペダルが押し込まれていない状態にある段階を検出するための検出手段、及び後噴射中又は各後噴射中に噴射される燃料の量を触媒形成手段の活性状態の関数として調節するための共通燃料供給マニホールド手段を制御するため、触媒形成手段の活性状態を分析するための分析手段を含み、
触媒形成手段の活性状態を分析するための分析手段は、その作動点を決定するため、触媒形成手段の上流及び下流の温度センサに接続されており、触媒形成手段の活性状態を決定するため、作動点に応答する決定手段を含み、
触媒形成手段の活性状態を決定するための決定手段は、手段の作動点を、触媒形成手段の不活性状態、活性状態、及び活性確認状態の範囲を決定する予め決定された二つの活性状態移行曲線と比較し、触媒形成手段が状態にあることを確認するために第１の所定期間後に状態を確認するようになっている、ことを特徴とするシステムを提供する。。

この他の特徴によれば、
状態を確認するため、触媒形成手段の一つの状態から他の状態への移行方向に応じて様々なヒステリシス差を使用する。

決定手段は、手段の作動点が対応する不活性−活性移行曲線を横切った後の予め決定された第２期間中に決定手段が不活性状態にあるという情報を維持するようになっている。
期間及びヒステリシス差は較正可能である。

触媒形成手段が活性確認状態にあるとき、共通マニホールド手段は、後噴射又は各後噴射中に通常量の燃料を噴射するようになっており、触媒形成手段が活性状態にあるとき、共通マニホールド手段は、後噴射又は各後噴射中に噴射された燃料の量を、乗数ファクタによって、触媒形成手段の作動点と活性状態と不活性状態との間の対応する移行曲線との間の差の関数として減少するようになっており、触媒形成手段が不活性状態にあるとき、共通マニホールド手段は、後噴射又は各後噴射中に噴射される燃料の量を所定の最小値に制限するようになっている。

最小値は０に等しい。
共通マニホールド手段は、複数の燃料後噴射をトリガーするようになっており、各後噴射中に噴射される燃料の量は、触媒形成手段が活性状態にあるとき、他の後噴射の量とは独立して調節される。

エンジンはターボチャージャーと関連している。
汚染除去手段は粒子フィルタを含む。
汚染除去手段はＮＯｘトラップを含む。

燃料は、汚染除去手段の再生を促すため、混合される粒子とともに汚染除去手段に付着するための添加剤を含む。
燃料はＮＯｘトラップ形成添加剤を含む。

本発明は、単なる例として与えられた以下の説明を添付図面を参照して読むことによって良好に理解できる。

図１は、自動車の排気ラインに一体化した汚染除去手段の再生を補助するためのシステムを示す。
この図では、エンジン全体に参照番号１が付してある。このエンジンは自動車用ディーゼルエンジンであり、全体に参照番号２を付した排気ラインと関連している。前記排気ラインには、全体に参照番号３を付した酸化触媒形成手段、及び粒子フィルタを含む全体に参照番号４を付した汚染除去手段が一体化してある。

例として、酸化触媒形成手段は、汚染除去手段の上流に配置されている。
エンジンは、更に、燃料をそのシリンダに供給するための共通マニホールド手段と関連している。これらの手段は、全体に参照番号５が付してあり、一定のトルクで、燃料を少なくとも一つの後噴射でエンジンのシリンダに噴射することによって再生戦略を実施するようになっている。

これらの手段の作動は、全体に参照番号６を付したデータ処理ユニットによって制御される。
データ処理ユニット６は、エンジンがアイドリングしている段階即ち車輛のアクセルペダルが押し込まれていない段階を検出するための手段に接続されている。かくして、例えば、データ処理ユニットは、アクセルペダルが押し込まれていないことを検出するためのセンサ７に接続されており、更に、車輛のエンジンがアイドリング状態にあることを検出する目的のため、検出器手段９がプロセッサユニットと関連している。

これらの手段は、任意の適当な構造を備えていてもよい。
データプロセッサユニット６は、更に、触媒形成手段３の上流及び下流に配置された温度センサ１０及び１１の夫々に接続されている。

データプロセッサユニット６は、後噴射中又は各後噴射時に噴射される燃料の量を触媒形成手段３の活性状態の関数として調節するように燃料を供給するための共通マニホールド手段５を制御するようになっている。

ユニットは、この場合、触媒形成手段の活性状態を分析するための分析手段を含む。この分析手段は、ユニット６が前記触媒形成手段の作動点を決定し、この作動点に基づいて触媒形成手段の活性状態を決定できるようにするため、二つの温度センサ１０及び１１をその上流及び下流に含む。

この決定は、次いで、図２に示す種類の曲線を使用するデータ処理ユニット６によって行われる。
この目的のため、これらの決定手段は、触媒形成手段から上流及び下流で計測された温度から予め決定された作動点を、触媒形成手段の三つの活性状態範囲、即ち不活性範囲１、活性範囲２、及び活性確認範囲を決定する二つの所定の活性状態移行曲線Ｃ１及びＣ２と比較するようになっている。これは、触媒形成手段が前記状態にあることを確認するために第１の所定期間の終了時に状態を確認するためである。

この場合、曲線Ｃ１は、触媒不活性状態と触媒活性状態との間の移行をプロットした曲線である。曲線Ｃ２は、触媒活性状態と触媒活性が確認された状態との間の移行をプロットした曲線である。

状態を確認するとき、触媒形成手段の一つの状態から別の状態への移行方向に応じて様々なヒステリシス差を使用できる。
更に、ユニット６によって形成された決定手段は、その作動点が不活性と活性との間の対応する移行曲線Ｃ１を横切った後、第２の所定の期間中に触媒形成手段が不活性状態にあることを表す情報を維持するようになっている。

これらの期間及びこれらのヒステリシス差は、それ自体較正可能であり、触媒形成手段の状態と関連した情報の信頼性があることを確実にできるということが観察されなければならない。

これを図３に示す。ここには、触媒形成手段の上流及び下流の温度情報を送出し、上文中に説明した移行曲線Ｃ１及びＣ２を使用する入力を受け入れるデータプロセッサユニット６が示してある。この場合、ユニット６は、以下に更に詳細に説明するように、レギュレータ手段６ａを通して作動することによって、触媒形成手段の活性状態の関数として噴射される燃料の量を調節するため、共通マニホールド供給手段５を制御するための信号を出力するようになっている。

かくして、例えば図４に示すように、車輛エンジンがアイドリング状態即ちアクセルペダルが戻してある状態にある段階を検出した後（これには参照番号１２が付してある）、データプロセッサユニット６は、工程１３で触媒形成手段の活性状態を上文中に説明した方法で決定するようになっている。

データプロセッサユニットは、次いで、獲得した情報に応じて、触媒形成手段が不活性状態１４、活性状態１５、又は活性確認状態１６にあることを決定する。
触媒形成手段が活性確認状態にある場合には、共通マニホールド手段５は、工程１７の後噴射中又は各後噴射中に通常量の燃料を噴射するようになっている。これとは対照的に、触媒形成手段が活性状態にあるとき、共通マニホールド手段は、工程１８の後噴射中又は各後噴射中に噴射される燃料の量を、前記触媒形成手段の作動点と、活性状態と不活性状態との間の対応する移行曲線Ｃ１との間の差の関数である乗数ファクタ（０乃至１の範囲内にある）によって減少するようになっている。最後に、触媒形成手段が不活性状態にあるとき、共通マニホールド手段５は、工程１９で、後噴射中又は各後噴射中に噴射される燃料の量を所定の最小値まで制限するようになっている。この所定の最小値は、例えば、０に等しくてもよい。

共通マニホールド供給手段が複数の連続した燃料後噴射を従来の方法でトリガーするようになっている場合には、触媒形成手段が活性状態にあるときに各後噴射中に噴射される燃料の量は、他の後噴射の量とは別個に調節される。

当然のことながら、この他の構成を提供してもよい。
かくして、例えば、エンジンはターボチャージャーと関連していてもよい。汚染除去手段は、粒子フィルタ、ＮＯｘトラップ、等を含んでいてもよい。

最後に、従来の方法では、捕捉された煤の燃焼温度を低下することによって汚染除去手段の再生を促すため、混合される粒子とともに汚染除去手段に付着するための添加剤を燃料それ自体が更に含んでいてもよい。

従来の方法では、添加剤は、添加剤含有燃料をエンジンで燃焼した後、粒子中に存在する。
添加剤がＮＯｘトラップを構成すると考えることもできる。

かくして、システムの目的は、触媒形成手段の温度レベルが、燃焼チャンバから来入する未燃焼炭化水素を変換するのに適しているかどうかを決定することであるということは理解されよう。触媒形成手段の活性状態は、再生補助の様々なレベルの間の移行、即ち燃料後噴射の様々なレベルの間の移行をトリガーするのに役立つ。触媒形成手段が活性でない場合には、発生する未燃焼炭化水素の量が非常に限られているか或いはゼロであるように燃料の後噴射又は各後噴射を決定する。温度レベルは、それにも拘わらず、再生が行われていない場合、通常の作動におけるよりも高く、かくして触媒形成手段を活性にできる。

酸化触媒形成手段が活性である場合には、燃料の後噴射又は各後噴射によりＨＣｓを発生できる。これらのＨＣｓは、前記触媒形成手段の下流に配置された汚染除去手段への入口の温度レベルを上昇するのに役立つ発熱反応を発生する触媒形成手段で変換される。

かくして、この機能により、再生補助をできるだけ効果的にするため、触媒が不活性な状態に置かれる時間の長さを短くできる。
触媒形成手段の三つの状態は以下のように定義される。即ち、
・触媒形成手段の温度レベルが、シリンダでの後噴射燃料の燃焼から来る未燃焼炭化水素を変換するのに不十分な不活性触媒状態；
・前記手段が、燃焼チャンバから来入する未燃焼炭化水素を変換する活性触媒状態；及び
・触媒形成手段が活性であり、特にエンジンがアイドリングしている段階即ちアクセルペダルが押し込まれていない段階（燃料の噴射が後噴射だけであり、パイロット噴射も主噴射もない）中に突然不活性になる危険がない活性確認触媒状態。これにより、排気から黒煙が出る危険をなくすことができる。

触媒の活性状態は、触媒形成手段の上流及び下流で排気ラインで計測された温度から決定される。状態間の移行は、状態確認時間後に行われる。即ち触媒上流の所定温度について、触媒下流の温度は、較正可能な最少期間についての対応する移行曲線によって決定された値よりも大きいことがわかる。状態が変化するのに要する時間は、別の較正可能な期間を使用して計測される。状態が変化する場合、このような較正可能なヒステリシスを使用し、上昇前線と降下前線との間を識別する。所定レベルまで強制的に移行する期間は、システムを、移行曲線を介して他のレベルに移行できるのに役立つ。

システムの目的は、触媒形成手段が不活性限度の近くにある場合でも、エンジンがアイドリング状態にある場合及び／又はアクセルペダルが押し込まれていない状態にある場合に後噴射の流量を制限することである。

このようなシステムにより、エンジンがアイドリング状態にある場合及び／又はアクセルペダルが押し込まれていない状態にある場合にＨＣｓのピーク、黒煙のエミッション及び臭気を小さくできる。

これは、更に、触媒の発熱反応による温度上昇を制限することによって、触媒形成手段の熱による経年的変化を制限するのに役立つ。
当然のことながら、この他の実施例も考えられる。

かくして、例えば、汚染除去手段及び酸化物触媒形成手段を単一のエレメントに、詳細には共通の基板に一体化できる。
例として、酸化機能を備えた粒子フィルタを考えることができる。

同様に、このような酸化機能を備えた単一のＮＯｘトラップを、このトラップが添加剤を含もうと含むまいと考えることもできる。酸化機能及び／又はＮＯｘトラップを、例えば燃料と混合した添加剤によって充填してもよい。

本発明に従って再生を補助するためのシステムの全体構造を示すブロックダイヤグラムである。 本発明のシステムと一体化した酸化触媒形成手段の活性状態を決定するための本発明のシステムで使用する曲線を示すグラフである。 本発明のシステムを提供する上で含まれる調節手段の一実施例を示す図である。 前記手段の作動を示す図である。

符号の説明

１ エンジン
２ 排気ライン
３ 酸化触媒形成手段
４ 汚染除去手段
５ 共通マニホールド手段
６ データ処理ユニット
７ センサ
９ 検出器手段
１０、１１ 温度センサ

Claims (12)

1. 自動車用ディーゼルエンジン（１）の排気ライン（２）と一体化した酸化触媒形成手段（３）と関連した汚染除去手段（４）の再生を補助するためのシステムであって、前記エンジン（１）は、燃料をシリンダに共通するための共通マニホールド手段（５）と関連しており、前記システムは、一定のトルクで、少なくとも一つの後噴射で燃料をエンジンのシリンダに噴射することによって再生戦略を実施するようになっている、システムにおいて、車輛エンジンがアイドリング状態にある段階及び／又はアクセルペダルが押し込まれていない状態にある段階を検出するための検出手段（７、８、９）、及び後噴射中又は各後噴射中に噴射される燃料の量を前記触媒形成手段（３）の活性状態の関数として調節するための前記共通燃料供給マニホールド手段（５）を制御するため、前記触媒形成手段（３）の活性状態を分析するための分析手段（６）を含み、
   前記触媒形成手段（３）の活性状態を分析するための前記分析手段（６）は、その作動点を決定するため、前記触媒形成手段の上流及び下流の温度センサ（１０、１１）に接続されており、前記触媒形成手段の活性状態を決定するため、前記作動点に応答する決定手段（６）を含み、
   前記触媒形成手段（３）の活性状態を決定するための前記決定手段（６）は、前記手段の前記作動点を、前記触媒形成手段（３）の不活性状態、活性状態、及び活性確認状態の範囲を決定する予め決定された二つの活性状態移行曲線（Ｃ１、Ｃ２）と比較し、前記触媒形成手段が前記状態にあることを確認するために第１の所定期間後に状態を確認するようになっている、ことを特徴とするシステム。
2. 請求項１に記載のシステムにおいて、
   状態を確認するため、触媒形成手段（３）の一つの状態から他の状態への移行方向に応じて様々なヒステリシス差を使用する、ことを特徴とするシステム。
3. 請求項１又は２のシステムにおいて、
   前記決定手段（６）は、前記手段の前記作動点が対応する不活性−活性移行曲線（Ｃ１）を横切った後の予め決定された第２期間中に前記決定手段（６）が不活性状態にあるという情報を維持するようになっている、ことを特徴とするシステム。
4. 請求項２又は３に記載のシステムにおいて、
   前記期間及び前記ヒステリシス差は較正可能である、ことを特徴とするシステム。
5. 請求項１乃至４のうちのいずれか一項に記載のシステムにおいて、
   前記触媒形成手段（３）が活性確認状態にあるとき、前記共通マニホールド手段（５）は、後噴射又は各後噴射中に通常量の燃料を噴射するようになっており、前記触媒形成手段（３）が活性状態にあるとき、前記共通マニホールド手段（５）は、後噴射又は各後噴射中に噴射された燃料の量を、乗数ファクタによって、前記触媒形成手段（３）の前記作動点と活性状態と不活性状態との間の対応する移行曲線（Ｃ１）との間の差の関数として減少するようになっており、前記触媒形成手段（３）が不活性状態にあるとき、前記共通マニホールド手段（５）は、後噴射又は各後噴射中に噴射される燃料の量を所定の最小値に制限するようになっている、ことを特徴とするシステム。
6. 請求項５に記載のシステムにおいて、
   前記最小値は０に等しい、ことを特徴とするシステム。
7. 請求項５又は６に記載のシステムにおいて、
   前記共通マニホールド手段（５）は、複数の燃料後噴射をトリガーするようになっており、各後噴射中に噴射される燃料の量は、前記触媒形成手段（３）が活性状態にあるとき、他の後噴射の量とは独立して調節される、ことを特徴とするシステム。
8. 請求項１乃至７のうちのいずれか一項に記載のシステムにおいて、
   前記エンジンはターボチャージャーと関連している、ことを特徴とするシステム。
9. 請求項１乃至８のうちのいずれか一項に記載のシステムにおいて、
   前記汚染除去手段（４）は粒子フィルタを含む、ことを特徴とするシステム。
10. 請求項１乃至９のうちのいずれか一項に記載のシステムにおいて、
    前記汚染除去手段（４）はＮＯｘトラップを含む、ことを特徴とするシステム。
11. 請求項１乃至１０のうちのいずれか一項に記載のシステムにおいて、
    前記燃料は、前記汚染除去手段（４）の再生を促すため、混合される粒子とともに汚染除去手段に付着するための添加剤を含む、ことを特徴とするシステム。
12. 請求項１乃至１０のうちのいずれか一項に記載のシステムにおいて、前記燃料はＮＯｘトラップ形成添加剤を含む、ことを特徴とするシステム。

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