JP2007512465A - ＮＯｘトラップを脱硫酸化するための系 - Google Patents

Abstract

本発明の系は、自動車エンジン（４）の排気ライン（３）に組み込まれている触媒形成手段（２）と連結されたＮＯｘトラップ（１）を含んでいる。この自動車エンジンは、共通の燃料供給マニホールドが提供され、また、エンジン運転制御パラメータを変更することにより、エンジンがリーン混合物（９）運転とリッチ混合物（１０）運転の間をスイングするように適合された手段（７，８）と連結されている。前記系は、エンジンのリーン混合物（９）運転を制御するための４つのストラテジー（１１，１２，１３，１４）を定義するため、及び、トラップ（１）が最大熱効率範囲内に維持されるように、エンジンが異なるストラテジーの間をスイングするために、前記供給手段（７，８）が適合されていることを特徴とする。

Description

本発明は、酸化触媒形成手段に結合され、また、自動車エンジンの排気ライン中に組み込まれたＮＯｘトラップから硫酸塩をパージするための系に関する。
さらに詳しくは、本発明は、エンジンが、該エンジンのシリンダーに燃料を供給するための共通のマニホールド又は「レール」燃料供給手段と結合され、また、エンジン運転制御パラメーターを変更することにより、リーン混合物による運転とリッチ混合物による運転を切り替えるように適合させた系に関する。

規制に応じて、特にディーゼルエンジン車の汚染排出物質を処理するためには、特に、一酸化炭素（ＣＯ）及び炭化水素（ＨＣ）を処理するための酸化機能、窒素酸化物を還元する機能、及び粒子燃焼機能に付随するフィルター機能など、様々な種類の機能が必要なことは知られている。

窒素酸化物を還元するための手段の一つは、ＮＯｘトラップを使用することである。
トラップ中の含浸物は、貯蔵原子、例えばバリウムを含有しており、これに窒素酸化物が硝酸塩の形態で固定することになる。

このトラップが、燃料及びエンジンの潤滑油中に含有される硫黄から形成された二酸化硫黄（ＳＯ_２）に曝露されると、硫酸塩、例えば硫酸バリウムが形成される。これらは、硝酸塩よりも安定な化合物である。

ＮＯｘトラップを再生することにより、窒素酸化物を転化するのに役立つが、硫酸塩は排除されない。このようにして、トラップは硫酸塩で次第に飽和されることになり、それにより、トラップの触媒性能（ＮＯｘ転化、そしてまたＣＯ及びＨＣの転化）は低減するという影響がある。

したがって、その中に蓄積されてきた硫酸塩を排除するために、硫酸塩をトラップから定期的にパージする必要がある。
ＮＯｘトラップからの硫酸塩のパージは、温度及びガス組成の正確な条件においてのみ有効に行うことができる。

媒質は還元剤に富む必要があり、そのため、硫酸塩が熱力学的に言って非常に安定な化合物であるとすれば、エンジンはリッチモードにおいて高温にて運転しなければならない。

硫酸塩を効果的にパージするために２つの問題が生じる。
第１に、温度が高いほど、脱着はより効果的であるが、トラップもより速く老化して、触媒効果が低減することになる。

したがって、その性能が車の耐用年数にわたって維持されるように、トラップを過度に加熱することを避ける必要がある。
更に、硫酸塩は、本質的には硫化水素（Ｈ_２Ｓ）又はＳＯ_２の形態で放出され、ＣＯＳのような他の化合物はずっと少ない量で放出される。

媒質が酸素不足であるときは、硫酸塩は、好ましくはＨ_２Ｓ（悪臭のガス）の形態で脱着される。エンジンがリッチ混合物で運転されている間は、これが通常である。
しかし、ＮＯｘトラップの配合物は、酸素貯蔵能力（ＯＳＣ）を有する元素を含有する場合があり、これら元素は、媒質が酸化性種に乏しいときに酸素を放出する。

このように、エンジンがリッチモードの運転からリーンモードに切り替わるとき、ＯＳＣは酸素を放出する。
都合の悪いことには、ＯＳＣは酸素を無限に供給せず、一定長さの時間の後は使い果たされてしまう。したがって、硫酸塩をパージする間に、温度が充分に高く硫酸塩を放出することができるときは、硫酸塩は、初めにＳＯ_２の形態で脱着され、ガス中の酸素がもはや充分でない（例えば、ＯＳＣ貯蔵庫が空である）ときは、Ｈ_２Ｓの形態で脱着される。

したがって、本発明の目的は、含浸された触媒を老化させる危険性を最小限にし、かつ、硫酸塩パージ操作の間、Ｈ_２Ｓの放出をできるだけ制限しながら、ＮＯ_ｘトラップを最大効果の温度範囲に保つことを可能にする系を提供することである。

この目的のために、本発明は、酸化触媒形成手段と結合され、また、自動車ディーゼルエンジンの排気ライン中に組み込まれたＮＯｘトラップから硫酸塩をパージするための系であって、ここで、該エンジンは、該エンジンのシリンダーに燃料を供給するための共通のマニホールド又は「レール」燃料供給手段と結合され、また、エンジン運転制御パラメータを変更することにより、該エンジンがリーン混合物による運転とリッチ混合物による運転を切り替えるように適合されており、該系は、燃料供給手段が、該排気ラインにおいて異なる温度レベルを得る目的のために、リーン混合物による該エンジンの運転を制御するための４つのストラテジーを定義するように適合されていることを特徴とし、該第一のストラテジーは、標準ストラテジーと呼ばれ、該エンジンの標準運転に対応し、該第二のストラテジーは、レベル１ストラテジーと呼ばれ、該第三のストラテジーは、レベル２ストラテジーと呼ばれ、そして該第四のストラテジーは、超較正レベル２ストラテジーと呼ばれ、該第四の超較正レベル２ストラテジーを適用することにより得られる温度レベルは、該第三のレベル２ストラテジーを適用することにより得られる温度レベルより高く、該第三のレベル２ストラテジーを適用することにより得られる温度レベルは、該第二のレベル１ストラテジーを適用することにより得られる温度レベルより高く、該第二のレベル１ストラテジーを適用することにより得られる温度レベルは、該第一の標準ストラテジーを適用することにより得られる温度レベルより高く、そして、該系は、該燃料供給手段が：
該エンジンの運転を該第二のレベル１ストラテジーにするため供給手段を制御するように、硫酸塩をパージする要求を検出するための手段；
該触媒形成手段の活性化状態をモニターして、該第四の超較正レベル２ストラテジーにするための手段；
該排気ライン中の温度レベルを取得して、この温度レベルが、予め決められた第一の時間間隔の間、予め決められた目標温度を超えるときに、該エンジンの運転をリッチ混合物による運転にするか、又は、予め決められた第二の時間間隔が満了する前にこの温度に到達しない場合に、硫酸塩パージを停止するための手段；及び、
該エンジンのリッチ混合物運転をモニターするための手段であって：
第三の予め決められた時間間隔の終期において、該エンジンを第三のレベル２ストラテジーにおいてリーン混合物で運転させ；
該排気ライン中の温度レベルが、第四の時間間隔の間に、予め決められた低温閾値より低い温度に降下した場合に、該エンジンを第四の超較正レベル２ストラテジーにおいてリーン混合物により運転させ；
該排気ライン中の温度レベルが、第五の時間間隔の間に、予め決められた高温閾値を超える場合に、該エンジンを第二のレベル１ストラテジーにおいてリーン混合物により運転させ；
予め決められた強制的な第六の時間間隔の間、又は、該排気ライン中の温度レベルが、第七の時間間隔の間に、ヒステリシスを控除した該高温閾値より低い温度に降下して戻る瞬間まで、該エンジンの運転を、この第二のレベル１ストラテジーに維持し；
該排気ライン中の温度レベルが、最大冷却の第八の時間間隔の終期において、該ヒステリシスを控除した該高温閾値より低い温度に降下して戻らない場合に、該排気ライン中の温度レベルが、該第七の時間間隔の間に、該ヒステリシスを控除した前記高温閾値より低い温度に降下して戻るまで、該エンジンを第一の標準ストラテジーで運転させ；
該エンジンの運転を、第九の時間間隔の間、次のストラテジー：上記定義した、超較正レベル２、レベル２、レベル１又は標準のうち一つのリーンモードに維持し；そして、
前記第九の時間間隔の終期において、該排気ライン中の温度レベルが、該予め決められた目標温度と該高温閾値の間にある場合に、要求が検出されて硫酸塩パージを停止するまで（前記要求は、対応する検出器手段により検出される）、該エンジンの制御を、リッチ混合物による運転から開始するようにループさせて戻す、前記手段
に結合していることを特徴とする、前記系を提供する。

他の特徴は次の通りである：
閾値温度が較正可能である；
時間間隔が較正可能である；
硫酸塩パージ要求と硫酸塩パージを停止する要求とを発するための手段を含む；
触媒形成手段の活性化状態及び排気ライン中の温度レベル取得手段をモニターするための手段が、温度センサーを含む；
燃料供給手段が、トラップのエージングを考慮するように適合されている。

本発明は、単に例として与えられ、添付図面を参照してなされた以下の説明を読めば、更によく理解することができる。
図１は、本発明の系の一般的な構造を示すブロック図であり；そして
図２は、その操作を示すフローチャートである。

図１は、酸化触媒形成手段２と結合され、また、自動車ディーゼルエンジンの排気ライン３中に組み込まれたＮＯｘトラップ１のための硫酸塩パージ系を示す。
エンジンは４で示され、例として、ターボチャージャーと結合されており、排気ライン中に置かれたタービン部５を有し、エンジンの上流に置かれたコンプレッサー部６を有する。

エンジンは、該エンジンのシリンダーに燃料を供給するための共通のマニホールド又は「レール」燃料供給手段と結合され、また、エンジン運転制御パラメータを変更することにより、該エンジンがリーン混合物による運転とリッチ混合物による運転を切り替えるように適合されている。

これは、リーン混合物運転（９）及びリッチ混合物運転（１０）を制御するためのストラテジーに基づいて、管理装置（８）の制御下で慣用的な様式で行われる。
これらの燃料供給手段及び管理装置は、リーン混合物によるエンジンの運転を制御するための４つのストラテジーを定義するように適合されており、これらのストラテジーのうち第一のストラテジー１１は、「標準」ストラテジーと呼ばれ、エンジンの標準運転に対応し、第二のストラテジー１２は、「レベル１」ストラテジーと呼ばれ、第三のストラテジー１３は、「レベル２」ストラテジーと呼ばれ、そして第四のストラテジー１４は、「超較正」レベル２ストラテジーと呼ばれる。

これにより、エンジンの運転を制御して、排気ライン中で異なる温度レベルを得ることが可能になり、第四の超較正レベル２ストラテジー１４を適用することにより得られる温度レベルは、第三のレベル２ストラテジー１３を適用することにより得られる温度レベルより高く、第三のレベル２ストラテジー１３を適用することにより得られる温度レベルは、第二のレベル１ストラテジー１２を適用することにより得られる温度レベルより高く、第二のレベル１ストラテジー１２を適用することにより得られる温度レベルは、第一の標準ストラテジー１１を適用することにより得られる温度レベルより高い。

また、管理装置８は、以下でより詳細に説明するように、ＮＯｘトラップから硫酸塩をパージする又はそのようなパージを停止する要求を発する手段１５、及び、排気ライン中の温度レベルを取得するために排気ラインに沿って配置されている、種々の温度センサー、例えば１６、１７、１８と結合されている。

温度センサー１６は、排気ラインの温度レベルを取得するように適合されており、センサー１７及び１８は、触媒形成手段のいずれかの端部に置かれ、例えば慣用的な様式で、その活性化状態を測定するのに役立つ。

この系の運転を図２に示す。この系は、工程２０において、燃料供給手段から硫酸塩パージ要求を受ける管理装置８によって開始される。
この硫酸塩パージ要求を検出すると、燃料供給手段７、８は、工程２１において、第二のレベル１ストラテジーのエンジン運転を行うように適合されている。

次いで、管理装置は、工程２２において、触媒形成手段の活性化状態をモニターし、その結果、触媒形成手段が活発であるときは、超較正レベル２での第四のストラテジーを工程２３において始動させる。

その後、工程２４において、管理装置は、エンジンの排気ライン３の温度レベルをモニターし、予め決められた第一の時間間隔の間、この温度レベルが予め決められた目標温度を超えるときに、工程２５においてリッチモードのエンジン運転を行わせる。

また、管理装置８は、予め決められた最大の第二の時間間隔が満了する前にこの目標温度に到達しない場合に、工程２４ａにおいて、硫酸塩のパージを停止するように適合されている。

工程２４での試験が肯定的ならば、管理装置８は、エンジンのリッチモード運転をモニターし、３つの試験２６、２７及び２８それぞれに合格する条件を検出するように適合されている。

リッチモードのエンジン運転から出発し、エンジンの運転をモニターする手段は、
工程２６での試験から、第三の予め決められた時間間隔の終期において、工程２９において、エンジンをリーン混合物によりレベル２ストラテジーを用いて運転するように制御し、工程２８で行った試験から、排気ライン中の温度レベルが、第四の時間間隔の間に、予め決められた低温閾値より低い温度に降下した場合に、工程３０において、エンジンを第四の超較正レベル２ストラテジーにおいてリーン混合物により運転させ、又は、工程２７で行った試験から、排気ライン中の温度レベルが、第五の時間間隔の間に、予め決められた高温閾値を超える場合に、工程３１において、エンジンを第二のレベル１ストラテジーにおいてリーン混合物により運転させるように、適合されている。

次いで、管理装置８は、工程３２において、予め決められた強制的な第六の時間間隔の間、又は、工程３３において、排気ライン中の温度レベルが、第七の時間間隔の間に、ヒステリシスを控除した高温閾値より低い温度に降下して戻る瞬間まで、エンジンの運転を、工程３１のこの第二のレベル１ストラテジーに維持する。

別の態様では、管理装置８は、工程３５に示すように、排気ライン中の温度レベルが、冷却するための最大の第八の時間間隔の終期までに、ヒステリシスを控除した高温閾値より低い温度に降下しない場合に、排気ライン中の温度レベルが、第七の時間間隔の間に、ヒステリシスを控除したこの高温閾値より低い温度に戻るまで、エンジンを、第一の標準ストラテジーを用いて工程３４においてリーン混合物により運転させるように適合されている。

次いで、管理装置は、工程３６において、エンジンの運転を、第九の時間間隔の間、次のストラテジー：上記定義した、工程３０における超較正レベル２、工程２９におけるレベル２、工程３１におけるレベル１又は工程３４における標準ストラテジーのうち一つを用いたリーンモードに維持し、そして、前記第九の時間間隔が満了した場合、排気ライン中の温度レベルが、予め決められた目標温度と高温閾値の間にあるときは、エンジンの制御を、工程２５におけるリッチ混合物による運転から、工程３７において管理装置８が硫酸塩パージを停止する要求を検出するまで、ループさせて戻す。

そのような状況下では、タイマーは運転がリーンモードになるとすぐに起動し、この比較のために考慮されるのは、レベル２、場合により超較正レベル２、場合によりレベル１、そして場合により標準リーンを加えて、これらに費やされる全体の時間である。

もちろん、上記の種々の閾値温度及び時間間隔は、較正することができる。
したがって、例えば、高温閾値及び低温閾値は安全範囲であり、高温閾値の場合、トラップの熱による老化を避けるのに役立ち（そのような老化は、転化されるＮＯｘ、ＣＯ及びＨＣの効率低下につながる）、低温閾値は、それより低い温度では硫酸塩パージが遅すぎる最低温度である。

トラップ老化の現象は、その触媒活性の低減につながり、これはまた、エンジン運転のリッチモードにおける目標リッチ度（richness）を適合させることにより考慮することもできる。

例えば、新しいトラップでは、１．１１（λ＝０．９）のリッチ度を用いることができ、またトラップが老化するにつれて徐々にリッチ度を減じることができる。
典型的にはリッチ度は、走行距離１００，０００キロメートルのトラップでは１．０４（λ＝０．９６）であろう。

更に、硫酸塩パージの持続時間は徐々に長くなる。
そのような老化を、特に、走行キロメートルの関数、トラップで見られる硫黄の計算量の関数、トラップの上流及び下流に置いたＮＯｘセンサーで測定されるＮＯｘ転化効率の関数、トラップで見られる、及びトラップ中又はトラップからの下流で測定される温度レベルの関数等として考慮して、いくつかの溶液を考えることができる。

エンジンの運転をそのようにモニターすることによって、有害な放出を最小限にし、かつ、運転ストラテジーをトラップの老化の関数として適合させながら、トラップを最大熱効率の範囲に保つことが可能となる。超較正レベル２は、トラップが高温に上昇させるのを促進するのに役立つ。

もちろん、他の態様を考えることができる。
したがって、例えば、酸化触媒形成手段及びＮＯｘトラップは、共通の基体上の単一の部材として一体化することができる。

更に、酸化機能を含む粒子フィルターを考えることができる。
同様に、トラップは添加剤を含むか含まないかにかかわらず、そのような酸化機能を組み込んだＮＯｘトラップも考えることができる。

この酸化機能及び／又はＮＯｘトラップ機能は、例えば、燃料と混合する添加剤により実施することができる。

本発明の系の一般的な構造を示すブロック図である。 本発明の系の操作を示すフローチャートである。

Claims (6)

1. 酸化触媒形成手段（２）と結合され、また、自動車ディーゼルエンジン（４）の排気ライン（３）中に組み込まれたＮＯｘトラップ（１）から硫酸塩をパージするための系であって、ここで、該エンジンは、該エンジンのシリンダーに燃料を供給するための共通のマニホールド又は「レール」燃料供給手段と結合され、また、エンジン運転制御パラメータを変更することにより、該エンジンがリーン混合物（９）による運転とリッチ混合物（１０）による運転を切り替えるように適合されており、該系は、燃料供給手段（７，８）が、該排気ラインにおいて異なる温度レベルを得る目的のために、リーン混合物による該エンジンの運転を制御するための４つのストラテジー（１１，１２，１３，１４）を定義するように適合されていることを特徴とし、該第一のストラテジー（１１）は、標準ストラテジーと呼ばれ、該エンジンの標準運転に対応し、該第二のストラテジー（１２）は、レベル１ストラテジーと呼ばれ、該第三のストラテジー（１３）は、レベル２ストラテジーと呼ばれ、そして該第四のストラテジー（１４）は、超較正レベル２ストラテジーと呼ばれ、該第四の超較正レベル２ストラテジーを適用することにより得られる温度レベルは、該第三のレベル２ストラテジーを適用することにより得られる温度レベルより高く、該第三のレベル２ストラテジーを適用することにより得られる温度レベルは、該第二のレベル１ストラテジーを適用することにより得られる温度レベルより高く、該第二のレベル１ストラテジーを適用することにより得られる温度レベルは、該第一の標準ストラテジーを適用することにより得られる温度レベルより高く、そして、該系は、該燃料供給手段（７）が：
   該エンジンの運転を該第二のレベル１ストラテジーにする（工程２１）ため供給手段（７）を制御するように、硫酸塩をパージする要求を検出するための手段（８）；
   該触媒形成手段（２）の活性化状態をモニターして、該第四の超較正レベル２ストラテジーにする（工程２３）ための手段（８，１７，１８）；
   該排気ライン（３）中の温度レベルを取得して、この温度レベルが、予め決められた第一の時間間隔の間、予め決められた目標温度を超えるときに、該エンジンの運転をリッチ混合物による運転（工程２５）にするか、又は、予め決められた第二の時間間隔が満了する前にこの温度に到達しない場合に、硫酸塩パージを停止する（工程２４ａ）ための手段（８，１６）；及び、
   該エンジンのリッチ混合物運転をモニターするための手段（８）であって：
   第三の予め決められた時間間隔の終期において、該エンジンを第三のレベル２ストラテジーにおいてリーン混合物で運転させ（工程２９）；
   該排気ライン中の温度レベルが、第四の時間間隔の間に、予め決められた低温閾値より低い温度に降下した場合に、該エンジンを第四の超較正レベル２ストラテジーにおいてリーン混合物により運転させ（工程３０）；
   該排気ライン中の温度レベルが、第五の時間間隔の間に、予め決められた高温閾値を超える場合に、該エンジンを第二のレベル１ストラテジーにおいてリーン混合物により運転させ（工程３１）；
   予め決められた強制的な第六の時間間隔の間（工程３２）、又は、該排気ライン中の温度レベルが、第七の時間間隔の間に、ヒステリシスを控除した該高温閾値より低い温度に降下して戻る瞬間まで（工程３３）、該エンジンの運転を、この第二のレベル１ストラテジーに維持し；
   該排気ライン中の温度レベルが、最大冷却の第八の時間間隔の終期において、該ヒステリシスを控除した該高温閾値より低い温度に降下して戻らない場合に、該排気ライン中の温度レベルが、該第七の時間間隔の間に、該ヒステリシスを控除した前記高温閾値より低い温度に降下して戻るまで、該エンジンを第一の標準ストラテジーで運転させ（工程３４）；
   該エンジンの運転を、第九の時間間隔の間、次のストラテジー：上記定義した、超較正レベル２、レベル２、レベル１又は標準のうち一つのリーンモードに維持し（工程３６）；そして、
   前記第九の時間間隔の終期において、該排気ライン中の温度レベルが、該予め決められた目標温度と該高温閾値の間にある場合に、要求が検出されて硫酸塩パージを停止する（工程３７）まで（前記要求は、対応する検出器手段（８）により検出される）、該エンジンの制御を、リッチ混合物による運転（工程２５）から開始するようにループさせて戻す、前記手段
   に結合していることを特徴とする、前記系。
2. 閾値温度が較正可能であることを特徴とする、請求項１記載の系。
3. 時間間隔が較正可能であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の系。
4. 硫酸塩パージ要求と硫酸塩パージを停止する要求とを発するための手段（１５）を含むことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の系。
5. 触媒形成手段の活性化状態及び排気ライン中の温度レベル取得手段をモニターするための手段が、温度センサー（１６，１７，１８）を含むことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の系。
6. 燃料供給手段が、トラップのエージングを考慮するように適合されていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の系。

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