JP2008157228A - エンジンシステムおよび同システムにおける燃焼抑制下での排ガス処理装置再生方法 - Google Patents

Abstract

【課題】排ガス処理装置を備えた自動車の燃料消費に対して与える影響を最小限に抑え、または、エンジンシステムの複雑化を最小限に抑えながら、排ガス処理装置の再生効率を向上させることの出来る、エンジンシステムおよび同システムにおける排ガス処理装置再生方法を提供する。
【解決手段】本発明によれば、少なくとも１本のシリンダ（２）を有する内燃エンジンを備えたエンジンシステムの排ガス処理装置（８）に関する方法が提供される。前記エンジンシステムは、燃料噴射手段（１１）および排ガス処理装置（８）をさらに備える。前記方法は、前記シリンダ（２）のうちの少なくとも１本において燃焼を抑制する工程と、前記燃焼抑制されたシリンダ（２）の少なくとも１本に燃料が供給されるように燃料噴射手段（１１）を制御する工程とを含む（２０８、２０９、２２３、２２４、２２５）。
【選択図】図２

Description

本発明は、少なくとも１本のシリンダおよび燃料噴射手段を有する内燃エンジンを備えたエンジンシステムにおける排ガス処理装置のための方法に関する。また、本発明は、少なくとも１本のシリンダおよび燃料噴射手段を有する内燃エンジンと、燃料噴射手段を制御するためのエンジン制御ユニットとを備えたエンジンシステムに関する。

今日の自動車には、触媒コンバータとして知られている排ガス処理装置が装備されている。触媒コンバータは、炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）および窒素酸化物（ＮＯｘ）等の有害ガスを、二酸化炭素（ＣＯ₂）、窒素（Ｎ₂）および水（Ｈ₂Ｏ）等の物質に変換する。触媒コンバータに関する公知の問題としては、例えば物理的または化学的な吸着によってコンバータの内部表面に特定の物質が残留し、コンバータ性能が低下してしまうことが挙げられる。このような好ましくない吸着は、触媒コンバータ被毒として知られている。例えば、自動車の内燃エンジンの燃料は、供給される国または地域に拠ることが一般的であるが、ガソリンまたはディーゼルのいずれであっても比較的多量の硫黄を含有している。硫黄は、触媒排ガス処理装置の動作に悪影響を及ぼす。エンジンの燃焼プロセスにおいて、硫黄は硫黄酸化物（ＳＯｘ）となり、触媒コンバータの内部表面に強固に吸着されて排ガス処理能力を低下させる。このプロセスは、多くの場合、硫黄被毒と呼ばれている。硫黄の吸着は、低負荷運転時において特に顕著である。
米国特許第６１６１３７７号明細書 米国特許第６９０１７４９号明細書

この問題の解決法として、数々の触媒コンバータ再生手段が提案されている。触媒コンバータは、高温に暴露することによって硫黄被毒状態から回復できることが知られている。

例えば特許文献１には、排ガス中に二次空気を導入し、リッチ混合気をシリンダに供給することによって触媒コンバータを加熱する方法が提案されている。しかしながらこの方法には、二次空気を導入するために、エアポンプ等の構成要素を新たに追加しなければならないというデメリットがある。エアポンプは、エンジンシステムの複雑化やコスト増を招くだけでなく、ノイズを生じる原因にもなるので、ポンプを装備した自動車の運転者および同乗者の妨げになる。さらに、排ガス圧が高いため、エアポンプに過度の負荷がかかってしまう。また、前記特許文献１によれば、空気はエンジンの下流側、つまり触媒コンバータの比較的近傍に噴射されるので、触媒コンバータ到達時の燃料および空気は完全に混合されていない可能性が高い。このため、触媒再生方法の効率が低下し、そして、触媒コンバータに損傷をきたすおそれがある燃料濃縮を生じる可能性がある。

また、特許文献２には、触媒コンバータを加熱するにあたり、エンジンシリンダにリッチ混合気を供給し、且つ、エンジンサイクルの実行中に点火を相対的に遅らせるように点火タイミングを調節する方法が開示されている。これは、触媒コンバータを加熱するために、エンジンシリンダ下流側の排ガス導管内で燃焼を継続させるのを可能とするという発想に基づくものである。しかしながら、この解決方法では燃料消費量が増加してしまう。また、触媒コンバータを加熱するためのエネルギーは熱として伝達されるので、エンジンと触媒コンバータとの間で相当のエネルギー損失、つまり温度低下が生じる。触媒コンバータがエンジンから比較的離れた位置にある場合、そのエネルギー損失は、この方法では効果が全く得られないか、またはほとんど得られない程度に大きくなるおそれがある。また、排気ターボ過給機を装備したエンジンシステムの場合、この点火遅延による再生方法ではエネルギー損失がさらに大きくなってしまう。

本発明の目的は、排ガス処理装置の効率を最適化することである。

本発明の別の目的は、内燃エンジンを備えたエンジンシステムの排ガス処理装置の再生効率を向上させることである。

本発明のさらに別の目的は、排ガス処理装置を再生するための手段が、排ガス処理装置を備えた自動車の燃料消費に対して与える影響を最小限に抑えることである。

本発明のさらに別の目的は、エンジンシステムの複雑化を最小限に抑えながら、エンジンシステムの排ガス処理装置の再生を行うことである。

これらの目的は、少なくとも１本のシリンダにおいて燃焼を抑制する工程と、燃焼抑制されたシリンダの少なくとも１本に燃料が供給されるように燃料噴射手段を制御する工程とを含む、燃焼抑制下での排ガス処理装置再生方法によって達成される。

燃焼を抑制した状態で燃料噴射を行うことにより、１または複数のシリンダ内で燃料と空気とを完全に混合させることができる。１または複数のシリンダを通過した後の長い輸送経路において、空気および燃料は、触媒コンバータに到達する前にさらに混合される。したがって、燃料および空気は触媒コンバータの水平方向全体にわたって均一に分散され、この混合物を燃焼させることによって排ガス処理装置を加熱することができる。この結果、非常に効果的な再生を行うことができる。また、この再生方法によって触媒コンバータにダメージを与える危険性は、最小限に抑えられる。この完璧な再生処理は、エンジンシステムにその他の構成要素を追加することなく、燃料噴射手段を用いるだけで行うことができる。

さらに、触媒コンバータを加熱するためのエネルギーは、空気／燃料混合物として化学的に伝達され、触媒コンバータで熱エネルギーに変換されるので、エンジンと触媒コンバータとの間のエネルギー損失は基本的に生じない。したがって、本発明によれば、触媒コンバータがエンジンから比較的離れた位置にある場合かつ／またはエンジンシステムが排気ターボ過給機を備えている場合であっても、非常に効果的な再生方法が提供される。

本発明の方法において、排ガス処理装置を加熱するために燃焼を抑制した状態で燃料噴射を行うことは、排ガス処理装置の温度が比較的低く、硫黄吸着が特に顕著である低負荷条件において有利である。

また、前記特許文献２に記載の点火タイミングを遅延させる再生方法と比較して、本発明の燃焼抑制下での排ガス処理装置の再生方法によれば、特に排ガス処理装置の温度が比較的低い時の燃料消費量に関して、より優れた結果が得られる。加えて、本発明の再生方法は、排ガス処理装置内の硫黄堆積物を速やかに除去することができる強力な手段である。

燃焼を抑制する工程は、シリンダの点火手段を制御して燃焼を抑制する工程を含むことが好ましい。したがって、この方法は火花点火エンジンに適用され、そこにおいて１または複数のシリンダの少なくとも１回の動作サイクル中に点火が抑制され、その間にシリンダに燃料が供給される。これにより、空気／燃料混合物は後燃焼される。つまり、この混合物は１または複数のシリンダおよび排気マニホルドを通過した後、排ガス処理装置で燃焼される。

点火抑制の代替またはそれに追加するものとして、燃焼を抑制する工程は、燃料が供給される少なくとも１本のシリンダの少なくとも１つの排気弁を制御して、シリンダ内圧の増加を低減または解消する工程を含んでいてもよい。これにより、シリンダの圧縮工程でピストンを下死点から上死点に移動させる際の排気弁の開放を、当該技術分野においてそれ自体公知であるバルブ制御システムを用いて行うことができる。

また、この方法は、エンジンに要求されるトルクに対応または関連する制御パラメータの値を、燃焼抑制下での排ガス処理装置の再生中に測定する工程を備え、燃焼抑制下での排ガス処理装置の再生は、前記制御パラメータ値の測定結果に依存することが好ましい。これにより、燃焼抑制下での排ガス処理装置の再生を、例えば後述するように調節して、要求されたトルクをエンジンに供給することができる。したがって、アクセルペダルの操作に基づくトルク要求に速やかに対応することができる。

内燃エンジンが少なくとも２本のシリンダを備える場合、前記シリンダのうち燃焼が抑制されるシリンダの数は、制御パラメータ値の測定結果に応じて決定されることが好ましい。したがって、燃焼抑制下での排ガス処理装置の再生を継続すると同時に、特定範囲内でのトルク要求を満たすように調節することができる。このことは、多様な運転状況、例えば燃料の遮断を行わない状態で低トルク要求が長時間に及ぶような状況において、極めて有利である。このような状況は、例えば、自動車が長時間にわたって比較的低速で高度変化が小さいかまたはゼロである道路を走っていて、アクセルペダルが比較的静止している場合に当てはまる。この有利な実施形態によれば、一部のシリンダで燃焼を行ってトルク要求を満たす一方、その他のシリンダで燃焼抑制を行って排ガス処理装置を再生させることができる。

本発明の方法は、燃焼抑制下での排ガス処理装置の再生中に排ガス処理装置の温度を測定する工程と、排ガス処理装置の温度が所定の制限温度より高いと判断された時に、燃焼抑制下での排ガス処理装置の再生を終了させる工程とを備えていることが好ましい。これにより、触媒コンバータにダメージを及ぼすほどに温度が上昇するのを効果的に防止することができる。触媒コンバータの温度が高くなりすぎるのを防ぐことは、触媒コンバータの老朽化を早めないためにも極めて重要であることに留意すべきである。

本発明は、１本以上のシリンダまたは全てのシリンダに連通する吸気ダクトに燃料を噴射する燃料噴射手段を備えたエンジン、または各シリンダに対して燃料噴射を個別に制御することができるエンジンに適用可能である。後者の場合、エンジンが少なくとも２本以上のシリンダを備えていれば、本発明の方法は、排ガス処理装置の温度を測定する工程をさらに備え、前記シリンダのうち燃焼抑制された状態で燃料が供給されるシリンダの数は、排ガス処理装置の温度に応じて決定されることが好ましい。例として、少なくとも２本のシリンダにおいて点火が抑制されていれば、燃料は、排ガス処理装置の温度に応じて、１本以上の点火抑制されたシリンダに噴射される。例えば、再生動作中に排ガス処理装置の温度を下げるには、点火が抑制された状態で燃料が噴射されるシリンダの数を減らせばよく、逆の場合もまた同様である。このように、排ガス処理装置温度の監視および制御をとても有利に行うことができ、排ガス処理装置にダメージを与えることなく、迅速かつ強力に再生を行うことができる。

実施形態の一つにおいて、本発明の方法は、排ガス処理装置の温度を測定する工程を備え、少なくとも１本の燃焼抑制されたシリンダに供給される燃料の量は、排ガス処理装置の温度に応じて調節される。例えば、再生動作中に排ガス処理装置の温度を下げるには、点火が抑制された状態で噴射される燃料の量を減らせばよく、逆の場合もまた同様である。燃料噴射量を調節することにより、排ガス処理装置温度の監視および制御を有利に行うことができる。この調節は、それだけで行ってもよいし、燃焼抑制した状態で燃料供給されるシリンダの数の制御と組み合わせて行ってもよい。したがって、燃焼抑制した状態で燃料供給されるシリンダの数を制御することによって温度を粗調整してもよく、各シリンダへの燃料噴射量を調節することによって温度を微調整してもよい。これにより、迅速かつ正確に排ガス処理装置の温度調整を行うことができる。

本発明の方法は、空気流制御手段を制御することによって、燃焼抑制下での排ガス処理装置の再生中に排ガス処理装置での燃焼を制御する工程を備えていることが好ましい。例えば噴射される燃料の流量に応じて空気流を調節することにより、再生動作中に燃焼性の空気／燃料混合物を触媒コンバータに確実に供給することができる。また、排ガス処理装置での燃焼を制御する工程は、排ガス処理装置の最も高温となる箇所または範囲を制御する工程を含んでいてもよい。したがって、下記に説明するように、空気流制御手段は、例えばスロットル弁であってもよく、触媒コンバータの長手方向における温度分布を調節するために用いることができる。再生処理中に最も高温となる箇所を変更することにより、より完璧な再生を行うことができる。これは、触媒コンバータの全体において十分に温度を上昇させることにより、硫黄堆積物を確実に除去することができるためである。また、このような方法によって最も高温となる箇所を変更することにより、高温暴露によって触媒コンバータにダメージを与える可能性を低くすることができる。特に、触媒コンバータの上流端において過度の温度上昇が生じる可能性を低くすることができるため、触媒コンバータのダメージを効果的に防止することができる。

上記の目的は、請求項１０〜１８のいずれかに記載のエンジンシステムによっても達成される。

図１は、内燃エンジンを備えた自動車エンジンシステム１の部分概略図である。エンジンは、それぞれ往復ピストン３を有する４本のシリンダ２（図１では１本のみ図示）を備えている。本発明は、シリンダの本数に関係なく、いずれのエンジンにも適用可能であることを記しておく。各シリンダ２と吸気ダクト４との連通は、少なくとも１つの吸気弁５により制御され、各シリンダ２と排気ダクト６との連通は、少なくとも１つの排気弁７により制御される。シリンダ２の下流側には、触媒コンバータの形式である排ガス処理装置８が設けられている。

エンジンシステム１は、エンジン制御ユニット（ＥＣＵ）９をさらに備えている。ＥＣＵ９は１つのユニットであってもよいし、論理的に相互接続された複数の物理装置であってもよい。ＥＣＵ９は、スロットル弁１０と、吸気ダクト４内に設けられた少なくとも１つの燃料噴射器１１である燃料噴射手段１１とを備えた空気流制御手段を制御するようになっている。本実施形態では、エンジンが複数本のシリンダを有する場合、燃料噴射は、各シリンダに連通する吸気ダクト４の離れた箇所に設けられた燃料噴射器によってシリンダ毎に制御されてもよい（所謂、ポート噴射）。或いは、当該技術分野において公知であるように、各シリンダ２内に燃料噴射器を設けてもよい（所謂、直接噴射）。あるいは、１本以上のシリンダまたは全てのシリンダ用として、１つの燃料噴射器を、例えば１本以上のシリンダまたは全てのシリンダに連通する吸気ダクトの上流部分に設けてもよい。燃料噴射手段１１は、燃料ポンプ２１を介して燃料タンク２０の形式である燃料貯蔵手段に連通している。

ＥＣＵ９はまた、触媒コンバータ８の下流側に位置する下流側ガスセンサ１２からの信号と、シリンダ２および触媒コンバータ８間の排気ダクト６内に位置する上流側ガスセンサ１３からの信号とを受け取るようになっている。ＥＣＵ９は、第１センサ１２および第２センサ１３からの信号に基づき、触媒コンバータ８の上流および下流夫々の排ガス中の酸素含有量を測定する。当該技術分野において公知であるように、排ガス中の酸素含有量は、エンジンに供給される空気／燃料混合物のラムダ値を示すものである。

また、ＥＣＵ９は、吸気ダクト４内に設置された空気流センサ１４からの信号に基づき、エンジンの空気流を測定するように構成されている。空気流は、当該技術分野において公知であるように、吸気マニホルド圧、スロットル位置、エンジン速度、入口温度および大気圧等のパラメータに基づいて算出され得る。これらのパラメータ値の測定方法は、当該技術分野において公知であるため、ここでは説明を省略する。

ＥＣＵ９は、空気流、ラムダ値、周囲温度、エンジン負荷およびエンジン回転数等の少なくとも一部に基づき、触媒コンバータ８の温度を測定するようになっている。或いはＥＣＵ９は、シリンダ２と触媒コンバータ８との間の排気ダクト６内に位置する温度センサからの信号を受け取り、この信号に基づいて触媒コンバータ８の温度を測定するように構成されていてもよい。

さらに各シリンダには、スパークプラグ１６である点火手段１６が設けられており、これらはＥＣＵ９によってそれぞれ個別に制御することができる。本実施形態において、４本のエンジンシリンダは直線状に配置されており、シリンダの並び順に番号を付した場合、通常の点火順序は１−３−４−２の順である。

ＥＣＵ９は、本技術分野で公知であるように、自動車のアクセルペダル１７からの信号に基づく要求トルクパラメータの形式の制御パラメータの値を調節するようになっている。ＥＣＵ９はまた、要求されたトルクを第１および第２の要求トルク閾値と比較するように構成されている。本実施形態において、第１の要求トルク閾値は正数であり、第２の要求トルク閾値はゼロである。アクセルペダル１７の開放時、つまり押下されていない時は、要求トルクはゼロまたは負数となると判定される。

ＥＣＵ９は、例えば、本出願の第１出願日に提出され、ここに参考として引用される本出願人による欧州特許出願第06127159.9号明細書「内燃エンジンシステムおよび同システムの排ガス処理装置の状態測定方法（An internal combustion engine system and a method for determining a condition of an exhaust gas treatment device in such a system）」に記載されるように、下流側ガスセンサ１２からの信号の分析結果の少なくとも一部に基づき、触媒コンバータ８の硫黄被毒のレベルを測定し、触媒コンバータ８が硫黄被毒されているかどうかを判断する。

或いはＥＣＵ９は、その他の方法によって、触媒コンバータ８の硫黄被毒レベルを測定し、触媒コンバータ８が硫黄被毒されているかどうかを判断してもよい。例えば、硫黄被毒を確定する方法は、空気−燃料比、エンジンの運転条件、触媒温度、エンジン回転数および吸気圧に基づき、ＥＣＵ９において硫黄酸化物（ＳＯｘ）吸着カウンタを調節する工程を含むものであってもよい。

図２は、本発明の好ましい実施形態による方法を説明する図である。ＥＣＵ９は、ステップ２０１において、触媒コンバータの硫黄被毒レベルに関するデータが所定の硫黄被毒閾値を超えているかどうかを判断する。硫黄被毒レベルに関するデータが硫黄被毒閾値を超えていなければ、ステップ２０２において、燃焼抑制下での再生を行わないことが決定される。つまり、エンジンの全てのシリンダで点火が行われる。

硫黄被毒レベルに関するデータが硫黄被毒閾値を越えていると判断された時は、ステップ２０５において、要求されたトルクが第１の要求トルク閾値を超えているかどうかが判断される。第１の要求トルク閾値は、この閾値と同等またはこれより低いトルク値が、低負荷条件に適した中位の正の値となるように選択される。要求されたトルクが第１の要求トルク閾値を超えていれば、ステップ２０６において、燃焼抑制下での再生を行わないことが決定される。つまり、エンジンの全てのシリンダで点火が行われる。

要求されたトルクが第１の要求トルク閾値と同等またはそれより低いと判断された時は、ステップ２０７において、要求されたトルクが第２の要求トルク閾値を超えているかどうかが判断される。第２の要求トルク閾値は、この閾値と同等またはこれより低いトルク値が、アクセルペダル１７の開放時に生じるのが一般的であるゼロまたは負のトルク値となるように選択される。

ステップ２０７において、要求されたトルクが第２の要求トルク閾値を超えていると判断されたならば、一部のシリンダにおいて点火を抑制することにより、燃焼抑制下での再生が行われる。具体的には、２番シリンダおよび３番シリンダで点火を抑制し、ステップ２０８でこれらのシリンダに燃料を噴射する。これにより、空気および燃料は、２番および３番シリンダから排気ダクト６を介して移動する。この混合物が触媒コンバータ８に到達して燃焼し、コンバータ８の温度を上昇させることにより、硫黄堆積物が除去される。

１番および４番シリンダでは点火が行われ、噴射された空気および燃料が燃焼されることによって出力トルク要求が満たされる。このように、要求トルクの測定値に応じて一部のシリンダだけで点火を行うことにより、硫黄の再生を行うと同時に、要求されたトルクを得ることができる。この方法は、２本以上のシリンダを有するエンジンに適用可能であり、一部の実施形態においては、点火されるシリンダの数は要求トルクの値によって決定される。

ステップ２０７において、要求されたトルクが第２の要求トルク閾値と同等またはそれより低いと判断された時は、ステップ２０９で全てのシリンダの点火を抑制し、燃料を噴射することによって、燃焼抑制下での再生が行われる。これにより、空気および燃料は全てのシリンダから排気ダクト６を介して移動する。この混合物が触媒コンバータ８に到達して燃焼し、コンバータ８の温度を上昇させることにより、硫黄堆積物が除去される。

燃焼抑制下での再生が、ステップ２０９における全てのシリンダの点火抑制によって実行されるか、またはステップ２０８における一部のシリンダのみの点火抑制によって実行されるかにかかわらず、再生動作中は、ＥＣＵ９は上記のように触媒コンバータ８の温度を監視する。ステップ２１０において、触媒コンバータの温度が所定の制限温度を越えていれば、ステップ２１２において点火手段１６で点火を行うことにより、燃焼抑制下での再生を終了させる。ＥＣＵ９は、ステップ２１３において触媒コンバータ８の温度の監視を継続し、この温度が所定の制限温度よりも低くなれば、ステップ２０５で要求トルクが第１の要求トルク閾値を超えているかどうかを再度判断し、ステップ２０５以降の上記工程を繰り返す。

前述のように、ＥＣＵ９は、触媒コンバータの硫黄被毒レベルを測定するようになっている。したがって、ＥＣＵ９は、硫黄被毒レベルが所定のレベルまで低下した時に、再生動作を終了させるように構成されていてもよい。例えば図２に示すように、燃焼抑制下での再生中は、それがステップ２０９における全シリンダの点火抑制によるものか、またはステップ２０における一部のシリンダのみの点火抑制によるものかにかかわらず、ステップ２０１で触媒コンバータの硫黄被毒レベルが測定される。ステップ２０１において、硫黄被毒レベルが所定のレベルまで低下したと判断されれば、ステップ２０２において全てのシリンダで点火を行うことにより、燃焼抑制下での再生を終了させる。

例えば、ステップ２１０において触媒コンバータ温度が所定の制限温度を超えたことによって、あるいはステップ２０５において第１の要求トルク閾値を超えるトルクが要求されたことによって再生動作が終了した時は、再生動作を中断した時点での硫黄被毒レベルを確定することができる。したがって、いったん状況が整えば、上記したように再生動作を適切に「継続」させることができる。

燃焼抑制下での再生が、ステップ２０９における全てのシリンダの点火抑制によって実行されるか、またはステップ２０８における一部のシリンダのみの点火抑制によって実行されるかにかかわらず、燃焼抑制下での再生中は、要求されたトルクを継続的に監視し、要求されたトルクの変更時に燃焼抑制下での再生動作を変更または終了すべきかを判断できるようにしておく。本実施形態では、燃焼抑制下での再生中は、実際に要求されたトルクを継続的に監視し、第１および第２の要求トルク閾値との比較を行う。具体的には、ステップ２０５において、例えばアクセルペダルの操作によって要求されたトルクが第２の要求トルク閾値を超えているかどうかが判断される。

次に、上記の説明と同様に、要求されたトルクが第１の要求トルク閾値を越えていると判断された時は、ステップ２０６において、エンジンの全てのシリンダで点火を行うことにより、再生動作を終了させる。要求されたトルクが第１の要求トルク閾値と同等またはそれより低いと判断された時は、ステップ２０７において、要求されたトルクが第２の要求トルク閾値より高いかどうかが判断される。もしステップ２０７で要求トルクが第２の要求トルク閾値を上回っていると判断されたならば、ステップ２０８において２番および３番シリンダの点火を抑制し、１番および４番シリンダで点火を行うことにより、燃焼抑制下での再生が行われる。ステップ２０７において、要求されたトルクが第２の要求トルク閾値と同等またはそれより低いと判断されたならば、ステップ２０９で全てのシリンダの点火を抑制し、燃料を噴射することにより、燃焼抑制下での再生が行われる。

このように、必要に応じて再生動作を終了させるだけでなく、要求トルクを監視することにより、その要求トルクの変化に応じて再生動作を変更することができる。より具体的には、要求されたトルクがゼロまたは負の値から中位の正の値に変化した場合は、全シリンダの点火抑制を伴う再生動作を、一部のシリンダだけの点火抑制を伴う再生動作に変更することができる。逆に、要求されたトルクが中位の正の値からゼロまたは負の値に変化した場合は、一部のシリンダだけの点火抑制を伴う再生動作を、全シリンダの点火抑制を伴う再生動作に変更することができる。

要求トルクに代えて、要求トルクに関連するその他の制御パラメータを、燃焼抑制下での再生動作を行うかどうかの判断基準としてもよい。例えば、アクセルペダルの設定に対応する信号または燃料噴射手段１１を制御するための信号は、共に要求トルクに関連するものであるため、これらを要求トルクパラメータの代わりに利用してもよい。

上記実施形態においては、要求されたトルクに応じて、燃焼抑制下での排ガス処理装置の再生を、全てのシリンダでの燃焼抑制、または２本のシリンダでの燃焼抑制による２つの「モード」のいずれかで行うことができる。しかしながら、このようなモードの数は２つ以上であってもよい。例えば、４気筒エンジンでは、１本、２本、３本または全てのシリンダで燃焼を抑制することができ、燃焼を行うシリンダの数を要求されたトルクに比例させてもよい。例えば、要求されたトルクが最大要求トルクの０％より高く、２５％より低い場合には、４本のうち３本のシリンダで燃焼を抑制する。また、要求トルクが最大要求トルクの２５％より高く、５０％より低い時は、４本のうち２本のシリンダで燃焼を抑制し、要求トルクが最大要求トルクの５０％より高く、７５％より低い時は、４本のうち１本のシリンダで燃焼を抑制する。また、要求トルクが最大要求トルクの７５％より高い時は、全てのシリンダで燃焼を行う。この要求トルクと燃焼抑制されるシリンダの数の関係は、シリンダの数にかかわらず、例えば５気筒、６気筒、８気筒等のエンジンにおいても成立する。

また、燃焼が抑制されるシリンダの数は、エンジンの回転速度に応じて変更可能であってもよい。例えば、要求トルクが一定であるとして、エンジン回転速度が比較的高い時には、比較的多くのシリンダで燃焼を抑制してもよい。また、エンジン回転速度が比較的低い時には、比較的少ない数または０本のシリンダで燃焼を抑制してもよい。

図３は、本発明の代替実施形態を示す図である。図２に示す実施形態と同様に、ＥＣＵ９は、ステップ２０１で触媒コンバータの硫黄被毒レベルに関するデータが所定の硫黄被毒閾値を越えているかどうかを判断する。この判断結果に基づき、ステップ２０２で燃焼抑制下での再生を行わないことを決定するか、またはステップ２０５で要求トルクが第１の要求トルク閾値を超えているかどうかを判断する。ステップ２０５での要求トルクが第１の要求トルク閾値を超えているかどうかの判断結果に基づき、ステップ２０６で燃焼抑制下での再生を行わないことを決定するか、またはステップ２０７で要求トルクが第２の要求トルク閾値を越えているかどうかを判断する。

図３の実施形態では、ステップ２０７で要求トルクが第２の要求トルク閾値と同等またはそれより低いと判断された時は、ステップ２０９で全てのシリンダの点火が抑制されることにより、燃焼抑制下での再生が行われる。ステップ２２１では、触媒コンバータ８の温度Ｔｃａｔの測定が行われる。ステップ２２３では、この温度に基づき、点火抑制された状態で燃料が噴射されるシリンダの数が決定される。

もし触媒コンバータ温度Ｔｃａｔが第１の温度閾値Ｔ１より低いならば、全てのシリンダに燃料が噴射される。もし触媒コンバータ温度Ｔｃａｔが第１の温度閾値Ｔ１より高く、第２の温度閾値Ｔ２より低いならば、１番シリンダを除く全ての点火抑制シリンダに燃料が噴射される。触媒コンバータ温度Ｔｃａｔが第２の温度閾値Ｔ２より高く、第３の温度閾値Ｔ３より低い場合は、１番および２番の２本のシリンダを除く全ての点火抑制シリンダに燃料が噴射される。触媒コンバータ温度Ｔｃａｔが第３の温度閾値Ｔ３より高く、第４の温度閾値Ｔ４よりも低い場合は、１番、２番および３番の３本のシリンダを除く全ての点火抑制シリンダに燃料が噴射される。触媒コンバータ温度Ｔｃａｔが第４の温度閾値Ｔ４より高い場合は、どの点火抑制シリンダにも燃料は噴射されない。点火抑制された状態で燃料が噴射されるシリンダの数を制御することにより、触媒コンバータ８の温度を粗調節することができる。

ステップ２２５において、点火抑制された状態で燃料が噴射されるシリンダの数にかかわらず、点火抑制シリンダのそれぞれに噴射される燃料の量が調節される。これにより、触媒コンバータ８の温度を微調整することができる。

ステップ２０７において、要求されたトルクが第２の要求トルク閾値を越えていると判断された場合は、ステップ２０８で２番および３番シリンダの点火が抑制されることにより、燃焼抑制下での再生が行われる。ステップ２２２では、触媒コンバータ８温度Ｔｃａｔが測定される。この温度に基づき、ステップ２２４では、点火抑制された状態で燃料が噴射されるシリンダの数が決定される。

触媒コンバータ温度Ｔｃａｔが第３の温度閾値Ｔ３より低い場合は、点火抑制された全てのシリンダ、つまり２番および３番シリンダに燃料が噴射される。触媒コンバータ温度Ｔｃａｔが第３の温度閾値Ｔ３より高く、第４の温度閾値Ｔ４より低い場合は、２番および３番シリンダのいずれか一方（例えば）２番シリンダを除く全ての点火抑制シリンダに燃料が噴射される。触媒コンバータ温度Ｔｃａｔが第４の温度閾値Ｔ４より高ければ、どの点火抑制シリンダにも燃料は噴射されない。それによりステップ２０９の全てのシリンダの点火が抑制されている場合と同様に、触媒コンバータ８の温度を粗調節することができる。

また、ステップ２０９において全てのシリンダの点火が抑制されている場合と同様に、点火抑制された状態で燃料が噴射されるシリンダの数にかかわらず、ステップ２２５において、点火抑制シリンダのそれぞれに噴射される燃料の量が調節される。これにより、触媒コンバータ８の温度を微調整することができる。

図２で説明した実施形態と同様、再生動作を、ステップ２０９において全シリンダの点火を抑制することによって実行するか、またはステップ２０８において一部のシリンダのみの点火を抑制することによって実行するかにかかわらず、ステップ２０１では触媒コンバータの硫黄被毒レベルが測定される。ステップ２０１において、硫黄被毒レベルが所定のレベルまで低下したと判断されれば、ステップ２０２で全てのシリンダを点火させることにより、燃焼抑制下での再生を終了させる。

また、図２で説明した実施形態と同様、燃焼抑制下での再生動作を、ステップ２０９において全シリンダの点火を抑制することによって実行するか、またはステップ２０８において一部のシリンダのみの点火を抑制することによって実行するかにかかわらず、燃焼抑制下での再生動作中は、要求されたトルクを継続的に監視し、要求されたトルクの変更時に燃焼抑制下での再生動作を変更または終了すべきかを判断できるようにしておく。

図１および図４を参照して説明する。本発明の方法は、スロットル弁１０を制御することにより、燃焼抑制下での排ガス処理装置再生中の触媒コンバータ８での燃焼を制御する工程を含む。噴射された燃料の流量に基づいてスロットルを制御することにより、可燃性の空気／燃料混合物が触媒コンバータに供給される。

図４に、ガスの流動方向を矢印Ｆで示す。スロットル弁１０は、再生動作中において、排ガス処理装置内部の最も高温となる箇所を制御するために用いられる。供給される空気流が比較的少量になるようにスロットル弁１０を制御すると、空気／燃料混合物は触媒コンバータ８の比較的上流側の部分で燃焼する。その結果、触媒コンバータ内の温度分布は、図４の曲線Ｔ１で示すように、比較的上流側の部分で最も高くなる。また、供給される空気流が多くなるようにスロットル弁１０を制御すると、空気／燃料混合物は触媒コンバータ８の比較的下流側の部分で燃焼する。その結果、触媒コンバータ内の温度分布は、符号Ｔ２やＴ３で示すように、空気流に応じて、下流側で最も高くなる。言い換えれば、空気流量を増加させることにより、最も高温になる部分を下流側に移動させることができる。

このように、再生動作中に最も高温となる部分の位置を変更することにより、より完璧な再生を行うことができる。これは、触媒コンバータの全体において十分に温度を上昇させることにより、硫黄堆積物を確実に除去することができるためである。

スロットル弁１０の代替またはそれに追加するものとして、空気流制御手段は、１または複数の吸気弁５および１または複数の排気弁７の少なくとも一方を制御するための制御手段（図示せず）を備えていてもよい。この制御手段は、例えば可変バルブタイミング（ＶＶＴ）システムおよびカムプロファイル切り換え（ＣＰＳ）システムの少なくとも一方であってもよい。このような吸気弁および排気弁の少なくとも一方を制御する手段は、燃焼抑制下での排ガス処理装置再生中の触媒コンバータ８の燃焼状態を制御するスロットル弁１０の代替として、あるいはそれと組み合わせて用いることができる。

本発明は、排ガス処理装置の硫黄被毒に限らず、例えばリン等のその他の物質による汚染にも適用可能である。とりわけ、本発明は触媒の平均温度を高く保つことにより、長期にわたるリン汚染を低減することができる。

自動車のエンジンシステムの部分概略図である。 本発明の好ましい実施形態による方法を示すフローチャートである。 図３は、本発明の別の実施形態による方法を示すフローチャートである。 図４は、本発明を適用した図１のエンジンシステムの排気通路の部分を、温度分布曲線と共に示した図である。

符号の説明

１０ スロットル弁（空気流制御手段）
１１ 燃料噴射手段
１６ スパークプラグ（点火手段）
２ シリンダ
８ 触媒コンバータ（排ガス処理装置）
９ エンジン制御ユニット

Claims (18)

1. 少なくとも１本のシリンダ（２）および燃料噴射手段（１１）を有する内燃エンジンを備えたエンジンシステムの排ガス処理装置（８）の再生方法であって、前記シリンダ（２）のうちの少なくとも１本において燃焼を抑制する工程と、前記燃焼抑制されたシリンダ（２）の少なくとも１本に燃料が供給されるように燃料噴射手段（１１）を制御する工程とを含む、
   方法。
2. 前記燃焼を抑制する工程は、前記シリンダ（２）の点火手段（１６）を制御して燃焼を抑制する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記エンジンに要求されるトルクに対応または関連する制御パラメータの値を、前記燃焼抑制下での排ガス処理装置の再生中に測定する工程を備え、前記燃焼抑制下での排ガス処理装置の再生は、前記制御パラメータ値の測定結果に依存する（２０５、２０７）ことを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の方法。
4. 前記内燃エンジンは、少なくとも２本のシリンダ（２）を備え、前記シリンダ（２）のうち燃焼が抑制されるシリンダの数が、前記制御パラメータ値の測定結果に応じて決定される（２０５、２０７）ことを特徴とする請求項３に記載の方法。
5. 前記燃焼抑制下での排ガス処理装置の再生中に前記排ガス処理装置（８）の温度を測定する工程（２１０）と、前記排ガス処理装置（８）の温度が所定の制限温度より高いと判断された時に、前記燃焼抑制下での排ガス処理装置の再生を終了させる工程（２１２）とを備えることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の方法。
6. 前記内燃エンジンは、少なくとも２本のシリンダ（２）を備え、前記方法は、前記排ガス処理装置（８）の温度を測定する工程（２２１、２２２）をさらに備え、前記シリンダ（２）のうち燃焼抑制された状態で燃料が供給されるシリンダの数は、前記排ガス処理装置の温度に応じて決定される（２２３、２２４）ことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の方法。
7. 前記排ガス処理装置（８）の温度を測定する工程（２２１、２２２）を備え、前記燃焼抑制されたシリンダ（２）の少なくとも１本に供給される燃料の量は、前記排ガス処理装置（８）の温度に応じて調節される（２２５）ことを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の方法。
8. 空気流制御手段（１０）を制御することによって、前記燃焼抑制下での排ガス処理装置の再生中に前記排ガス処理装置（８）での燃焼を制御する工程を備えることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の方法。
9. 前記排ガス処理装置（８）での燃焼を制御する工程は、前記排ガス処理装置（８）の最も高温となる箇所または範囲を制御する工程を含むことを特徴とする請求項８に記載の方法。
10. 少なくとも１本のシリンダ（２）および燃料噴射手段（１１）を有する内燃エンジンを備えたエンジンシステムであって、前記エンジンシステムは、前記燃料噴射手段（１１）を制御するエンジン制御ユニット（９）をさらに備え、前記エンジン制御ユニット（９）は、燃焼抑制下での排ガス処理装置の再生を制御するように構成され、前記燃焼抑制下での排ガス処理装置の再生中に前記シリンダ（２）のうちの少なくとも１本において燃焼を抑制し、前記燃焼抑制下での排ガス処理装置の再生中に前記燃焼抑制されたシリンダ（２）の少なくとも１本に燃料が供給されるように前記燃料噴射手段（１１）を制御することを特徴とするエンジンシステム。
11. 前記エンジンは、前記シリンダ（２）のそれぞれに点火手段（１６）を備え、前記エンジン制御ユニット（９）は、前記燃焼抑制下での排ガス処理装置の再生中に前記点火手段（１６）を制御することによって、燃料が供給された前記シリンダ（２）での点火を抑制し、燃焼を抑制することを特徴とする請求項１０に記載のエンジンシステム。
12. 前記エンジン制御ユニット（９）は、前記エンジンに要求されるトルクに対応または関連する制御パラメータの値を、前記燃焼抑制下での排ガス処理装置の再生中に測定し、前記制御パラメータの値に基づいて前記燃焼抑制下での排ガス処理装置の再生を制御することを特徴とする請求項１０〜１１のいずれかに記載のエンジンシステム。
13. 前記内燃エンジンは、少なくとも２本のシリンダ（２）を備え、前記エンジン制御ユニット（９）は、前記燃焼抑制下での排ガス処理装置の再生中に、前記シリンダ（２）のうち燃焼が抑制されるシリンダの数を前記制御パラメータ値の測定結果に基づいて決定することを特徴とする請求項１２に記載のエンジンシステム。
14. 前記エンジン制御ユニット（９）は、前記燃焼抑制下での排ガス処理装置の再生中に前記排ガス処理装置（８）の温度を測定し、前記排ガス処理装置（８）の温度が所定の制限温度より高いと判断された時に、前記燃焼抑制下での排ガス処理装置の再生を終了させることを特徴とする請求項１０〜１３に記載のエンジンシステム。
15. 前記内燃エンジンは、少なくとも２本のシリンダ（２）を備え、前記エンジン制御ユニット（９）は、前記排ガス処理装置（８）の温度を測定し、前記シリンダ（２）のうち燃焼抑制された状態で燃料が供給されるシリンダの数を、前記排ガス処理装置の温度に基づいて制御することを特徴とする請求項１０〜１４のいずれかに記載のエンジンシステム。
16. 前記エンジン制御ユニット（９）は、前記排ガス処理装置（８）の温度を測定し、前記燃焼抑制されたシリンダ（２）の少なくとも１本に供給される燃料の量を、前記排ガス処理装置の温度に基づいて制御することを特徴とする請求項１０〜１５のいずれかに記載のエンジンシステム。
17. 前記エンジンは、前記エンジン制御ユニット（９）によって制御可能な空気流制御手段（１０）を備え、前記エンジン制御ユニット（９）は、前記空気流制御手段（１０）を制御することによって、前記燃焼抑制下での排ガス処理装置の再生中に前記排ガス処理装置（８）での燃焼を制御することを特徴とする請求項１０〜１６のいずれかに記載のエンジンシステム。
18. 前記エンジン制御ユニット（９）は、前記空気流制御手段（１０）を制御することによって、前記排ガス処理装置（８）の最も高温となる箇所または範囲を制御することを特徴とする請求項１７に記載のエンジンシステム。

Images