JP2008157244A - エンジンシステム、及び、同システム内の排気ガス処理装置の再生方法 - Google Patents

Abstract

【課題】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方法において、燃料消費に対して与える影響、及び、車両の運転性への影響を最小化しつつ、効果的に再生効率を向上させる。
【解決手段】少なくとも一本のシリンダ内に供給される空気と燃料の混合物のラムダ値が上記エンジンの空気流制御手段と燃料噴射手段の少なくとも一方によって制御可能に構成される。再生方法は、ラムダ値を１より小さくなるように制御する工程、下流側気体センサーからの信号に基づき、排ガス処理装置の下流または内部の酸素濃度の低下を検出する工程、及び、酸素濃度の低下の検出に応じて、ラムダ値を、増加するように制御する工程、を有する再生動作を繰り返し実行する。
【選択図】図２

Description

本発明は、少なくとも一本のシリンダを有する内燃エンジンを備えたエンジンシステム内の排気ガス処理装置の再生方法に関連し、このエンジンシステムは、上記排気ガス処理装置の下流に配置される、又は、少なくとも部分的に排気ガス処理装置内に配置される下流側気体センサーを有し、シリンダの少なくとも一本に供給される空気と燃料の混合物のラムダ値が、エンジンの空気流制御手段及び/又は燃料噴射手段によって制御される。本発明はまた、少なくとも一本のシリンダを有する内燃エンジンを備えたエンジンシステムに関連する。

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（ＣＯ_２）、窒素（Ｎ_２）および水（Ｈ_２Ｏ）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（ＳＯ_ｘ）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は違和感を感じる。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、殆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ＮＶＨ（Ｎｏｉｓｅ, Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｈａｒｓｈｎｅｓｓ）の増加に対して与える影響を最小限に抑えつつ、効果的な車両内の排ガス処理装置を提供することを目的とする。

本発明はまた、車両の運転性への影響を最小化しつつ、効果的な車両内の排ガス処理装置を提供することを目的とする。

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、ラムダ値を１より小さくなるように制御する工程、下流側気体センサーの信号に基づき、排ガス処理装置の下流或いは内部の酸素濃度の低下を検出する工程、及び、酸素濃度の低下に応じてラムダ値が増大するように制御する工程を有する再生動作を、繰り返し実行する方法によって達成される。

本発明は、排ガス処理装置内の硫黄堆積物が、リッチ空燃比の間に放出されるという事実を利用している。ラムダ値が１より小さくする制御と、リッチ空燃比にする制御とを周期的に繰り返し実行することにより、効果的な硫黄被毒状態からの再生をもたらす。同時に、排ガス処理装置の下流の酸素濃度の検出、及び、この検出結果に基づきラムダ値が増大するように制御することは、排出物レベルを制御下に維持する安全対策を提供する。さらに、本発明は、硫黄のみならず、窒素酸化物（ＮＯ_ｘ）のような他の物質を低減するためにも有用である。

また、本発明は、エンジンの利用可能なトルク、そのエンジンシステムが設けられた車両内のＮＶＨのような特性に影響を与えない、排ガス処理装置の「穏やかな」再生を提供する。下流側気体センサーは、従来の狭帯域酸素センサーの形式であり得、したがって、本発明は現在のエンジンシステムに通常設けられているもの以外に、特別の部品を一切必要としない。そのようにして、エンジンシステムを複雑化することなく、効率の良い排ガス処理装置の再生が提供され得る。

好ましくは、ラムダ値を増大するための制御工程は、酸素濃度の低下の検出に続く低酸素時間間隔の終了時に実行される。それによって、酸素濃度の低減が検出された後、低酸素濃度の時間間隔の間、低ラムダ状態が継続することが可能とされる。その結果、リッチな空気/燃料の混合物（混合気）によって生成され、繰り返し実行される再生動作の夫々の間に排ガス処理装置を通って移送される気体の量が、増加され得る。これは、硫黄被毒のレベルが高いときに特に有利である。

好ましくは、本発明の方法は、シリンダの少なくとも一本に対する空気流量を判定する工程を有し、低酸素時間間隔はその空気流量に少なくとも部分的に依存する。例えば、低酸素時間間隔は、空気流量に少なくとも部分的に基づいて調整されるのが好ましい。

好ましくは、繰り返し実行される再生動作は、ラムダ値が１より大きくなるように制御する工程、下流側気体センサーからの信号に基づいて、排ガス処理装置の下流または、排ガス処理装置の内部における酸素濃度の増加を検出する工程、及び、酸素濃度の増加の検出に応じて、ラムダ値を減少させるように制御する工程を有する。

それにより、ラムダ値が１より大きくなる状態と１より小さくなる状態とが交互になるよう制御される。排ガス処理装置の下流の酸素濃度の検出、及び、この検出に基づいて、低い排ガス酸素濃度及び高い排ガス酸素濃度の夫々においてラムダ値を増加及び減少させる制御が、排出物レベルを制御下に維持する安全対策を提供する。

加えて、そのように交互に変化するラムダ値を備えているので、その排ガス処理装置を備える車両の燃料消費量を増加させること無く、または、僅かな増加で、効果的な排ガス処理装置の再生が提供される。

好ましくは、繰り返し実行される再生動作は、ラムダ値が１を中心に振動するように実行される。

また、ラムダ値が低減するように制御する工程は、酸素濃度の増加の検出に続く高酸素時間間隔の最後において実行されるのが好ましい。それにより、酸素濃度の増加の検出の後、高酸素時間間隔の間、高ラムダ状態が継続することが可能とされる。その結果、リーンな空気/燃料の混合物（混合気）によって生成され、繰り返し実行される再生動作の夫々の間に排ガス処理装置を通って移送される気体の量が、増加され得る。

１よりも高いラムダ値と、１よりも低いラムダ値とが交互になるようにラムダ値を制御すること、及び、排ガス処理装置の下流が高酸素濃度及び低酸素濃度となる時間間隔を可能とすることは、効果的な再生方法を提供する。リッチ混合気を備えた時間間隔は効果的な再生を提供し、そして、リーン混合気を備えた時間間隔は、二酸化硫黄（ＳＯ_２）の酸化によって、硫化水素（Ｈ_２Ｓ）のような他の物質の放出を提供する。より概略的には、排ガス処理装置はラムダ値を交互に変更することにより、「洗浄」される。

好ましくは、本発明の方法は、少なくとも一本のシリンダへの空気流量を判定する工程を備え、高酸素時間間隔はその空気流量に少なくとも部分的に依存する。例えば、高酸素時間間隔が、空気流量に少なくとも部分的に基づいて調整されるのが好ましい。

また好ましくは、前述の排ガス処理装置が第一排ガス処理装置であり、エンジンシステムが、第一排ガス処理装置の下流に配設される第二排ガス処理装置を有することである。それにより、第二排ガス処理装置は、下流側気体センサーの下流に配設され得る。第二排ガス処理装置は、第一排ガス処理装置の再生中に、特に高酸素時間間隔と低酸素時間間隔に起因して第一排ガス処理装置から放出される排出物の緩衝器（バッファ）の役目を持つ。それにより、エンジンシステムからの排出物が増加することなく、第一排ガス処理装置の効果的な再生を提供することが可能である。しかしながら、この第一排ガス処理装置の再生がまた、第一排ガス処理装置の下流に如何なる他の排ガス処理装置を備えないエンジンシステムの中でも実行され得ることに留意すべきである。

本発明の目的はまた、本出願の特許請求の範囲１２乃至２２に従ったエンジンシステムによって達成される。

図１は、内燃エンジンを有する車両エンジンシステム１の部品の概略図を示す。エンジンは、適切であれば如何なる数のシリンダ２を有することが出来、夫々のシリンダは往復移動するピストン３を含む（図１には、それらのシリンダの一本のみを示す）。各シリンダ２と吸気ダクト４との間の連通は少なくとも一つの吸気バルブ５によって制御され、そして、各シリンダ２と排気ダクト６との間の連通は少なくとも一つの排気バルブ７によって制御される。シリンダ２の下流に、本明細書において第一排ガス処理装置若しくは第一触媒コンバータと呼ばれる排ガス処理装置８が設けられている。第一排ガス処理装置８の下流に、同様に本明細書において第二触媒コンバータと呼ばれる第二排ガス処理装置８２が設けられている。

エンジンシステム１はまた、単一のユニットとして、または、一つ以上の論理的に相互接続された物理ユニットとして設けられ得る、エンジン制御ユニット（Ｅｎｇｉｎｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ: ＥＣＵ）９を有する。ＥＣＵ９は、吸気ダクト４の中のスロットル弁１０を有する空気制御手段１０を制御するように構成される。スロットル弁１０の代替構成として、或いは、追加構成として、吸気流量制御手段が、吸気バルブ５及び/又は排気バルブ７を制御するため、例えば可変バルブタイミング（Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｖａｌｖｅ Ｔｉｍｉｎｇ： ＶＶＴ）システム、及び/又は、カム・プロファイル・シフティング（Ｃａｍ Ｐｒｏｆｉｌｅ Ｓｈｉｆｔｉｎｇ： ＣＰＳ）システムのような制御手段（図示せず）を有する場合がある。

ＥＣＵ９はまた、吸気ダクト４の中の少なくとも一つの燃料噴射弁１１を有する燃料噴射手段１１を制御するように構成される。エンジンが一本以上のシリンダを持つ本実施形態においては、夫々のシリンダに連通している吸気ダクト４の分岐部分に燃料噴射弁を設けることにより、燃料噴射がシリンダ毎に独立して制御され得る（所謂、ポート燃料噴射）。或いは、本技術分野で知られているように、燃料噴射弁は各シリンダ２の中に設けられる場合もある（所謂、直接燃料噴射）。更なる代替構成として、一つの燃料噴射弁が、一つより多い数のシリンダ、或いは、全てのシリンダ用に、例えば、一つより多い数のシリンダ、或いは、全てのシリンダに連通する吸気ダクトの上流部分に、設けられる場合がある。燃料噴射手段１１は、燃料ポンプ２１によって、燃料タンク２０の形式の貯蔵手段と連通する。

ＥＣＵ９はまた、シリンダ２と第一触媒コンバータ８の間の排気ダクト６の中に設けられる上流側気体センサー１３からの信号と、第一触媒コンバータ８の下流に配置される下流側気体センサー１２からの信号とを受けるように構成される。下流側気体センサー１２は、第二触媒コンバータ８２の上流に配置される。或いは、下流側気体センサー１２は、第一触媒コンバータ８の内部に少なくとも部分的、好ましくは、それの下流部分に配置される場合がある。更なる代替構成として、下流側気体センサー１２が、第二触媒コンバータ８２の内部に少なくとも部分的に配置される場合もあることに留意されたい。

気体センサーは、ラムダセンサー若しくは酸素センサーの形式で設けられる。この実施例において、下流側気体センサー１２は、排ガスの酸素濃度（ラムダ値の指標）と出力信号電圧との間に高い非線形関係を持つ、所謂、狭帯域（２値型）酸素センサーである。上流側気体センサー１３は、排ガスの酸素濃度（ラムダ値の指標）と出力信号電圧との間により線形な関係を持つ、広帯域（リニア）センサーである。

加えて、ＥＣＵ９はまた、吸気ダクト４内に配設された空気流量センサー１４から受ける信号に基づきエンジンの空気流量を判定するように構成される。代替構成として、本技術分野で知られているように、空気流量は、吸気マニフォールド圧、スロットル位置、エンジン速度、吸気温度、及び、大気圧のようなパラメータに基づいて算出される場合もある。これらのパラメータの値を決定する方法は、本技術分野においては公知なので、ここでの詳細な説明は省略する。

ＥＣＵ９は、下流側センサー１２及び上流側センサー１３からの信号に基づき、第一触媒コンバータ８の上流と下流の夫々の排ガスの酸素濃度を判定するように構成される。ＥＣＵ９はまた、上流側気体センサー１３の信号に部分的に基づき、スロットル弁１０及び/又は燃料噴射手段１１の適切な制御によって、シリンダに供給される空気と燃料の混合物のラムダ値を制御するように構成される。

ＥＣＵ９は、空気流量、ラムダ値、周囲温度、エンジン負荷、及び、エンジン回転速度に少なくとも部分的に基づいて、第一触媒コンバータ８の温度を判定する。代替構成として、ＥＣＵ９は、シリンダ２と第一触媒コンバータ８との間の排気ダクト６内に配設された温度センサーからの信号を受けるように構成され、その信号に基づいて、触媒コンバータ温度が判定される場合もある。本発明に従った再生は比較的高温の間に特に有効なので、ＥＣＵ９は、第一触媒コンバータ８の温度に応じて、再生が所定の温度閾値より高い状態で行われることを可能とするよう構成される。好ましくは、この温度閾値は６５０℃から７５０℃である。

さらに、各シリンダにおいて、点火プラグ１６を有する点火手段１６が、ＥＣＵ９によって個別に制御可能に設けられる。しかしながら、本発明はまた、ディーゼルエンジンや予混合圧縮着火（Homogenous Charge Combustion Ignition：ＨＣＣＩ）エンジンのような点火プラグを持たないエンジンにも適用可能である。

ＥＣＵは、本技術分野で知られているように、車両内のアクセルペダル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整するように構成される。

ＥＣＵ９は、本明細書に参考として取り込ま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、第一気体センサー１２からの信号に少なくとも部分的に基づき、第一触媒コンバータ８の硫黄被毒レベルを判定し、そして、硫黄被毒に晒されているかどうかを判定するように構成される。

あるいは、ＥＣＵ９は、他の代替手段によって第一触媒コンバータ８の硫黄被毒レベルを判定し、そして、硫黄被毒に晒されているかどうかを判定するように構成される場合がある。例えば、硫黄被毒確立方法が、空燃比、エンジン運転状態、触媒温度、エンジン回転速度、及び、吸気圧に基づいて、ＥＣＵ９内の硫黄酸化物（ＳＯｘ）吸着カウンタを調整する工程を含む場合がある。

ここで、本発明の好ましい実施形態による方法が、図２及び図３を参照にして記述される。その方法は、ここにおいてラムダ制御硫黄再生動作とも呼ばれる、ラムダ制御による排ガス処理装置の再生を含む。ＥＣＵ９はステップ２０１において、第一触媒コンバータ８の硫黄被毒レベルに対応するデータが、所定の硫黄被毒閾値を上回っているかどうかを判定する。もし硫黄被毒レベルに対応するデータが硫黄被毒閾値を上回っていないならば、ステップ２０２において、ラムダ制御硫黄再生動作の実行は不要と判断される。

もしステップ２０１において硫黄被毒レベルに対応するデータが硫黄被毒閾値を上回っていると判断されたならば、ラムダ制御による排ガス処理装置の再生が、後述の再生動作を繰り返し実行することによって行われる。

図３の時刻ｔ０において、ラムダ値λは１より高くなるように制御される（図２のステップ２０５）。ラムダの振幅の増大は、後述するようにＥＣＵ９によって決定される。後述するように、この再生方法は、第一触媒コンバータ８の状態に応じて、ラムダ値λが１より小さくなるようにする制御から開始する場合もあることを言及しておく。

時刻ｔ０に続き、時刻ｔ１において、ＥＣＵはステップ２０６で、下流側気体センサー１２からの信号に基づき、第一触媒コンバータ８の下流の酸素濃度（Ｏ２）の増加を検出する。空気/燃料混合物のラムダ値λの増加時刻から、第一触媒コンバータ８の下流の酸素濃度の増加検出までの遅延時間ｔ０−ｔ１は、概して第一触媒コンバータ８内の酸素貯蔵に起因する。より具体的には、排ガス中の過剰な酸素が第一触媒コンバータ８の中に吸着され、そして、酸素の貯蔵が第一触媒コンバータ８の最大酸素貯蔵能力に達したとき、酸素は貯蔵されることなくコンバータ内を通過して運ばれ、その結果、下流側気体センサー１２が増加した酸素濃度に反応する。

ＥＣＵ９は、下記の原理に基づいて第一触媒コンバータ８の時効状態（ageing status）を判定する。上述の、空気/燃料混合物のラムダ値λの増加時刻から第一触媒コンバータ８の下流の酸素濃度の増加検出までの遅延時間ｔ０−ｔ１のような時間遅延に部分的に基づいて、第一触媒コンバータ８の酸素貯蔵能力が判定可能である。記憶された、酸素貯蔵能力と触媒コンバータ時効との間の所定の関係に基づき、第一触媒コンバータ８の時効状態が判定され得る。

後述するように、ＥＣＵ９はステップ２０７において、ラムダを減少させるように制御する前に、ここにおいて高酸素時間間隔Δｈと呼ばれる時間間隔ｔ１−ｔ２を決定し、ステップ２０８において、エンジンが高酸素時間間隔の間に１よりも大きなラムダ値で運転するのを可能とする。酸素濃度の増加の検出に続く高酸素時間間隔Δｈの終了時において、ラムダ値は時刻ｔ２で減少するように制御される。

ラムダ増加の振幅、及び、高酸素時間間隔Δｈは、空気量センサー１４から受ける信号に基づく、吸気ダクト４を通る空気流量、第一触媒コンバータ８の硫黄被毒レベル、第一触媒コンバータ温度、及び、第一触媒コンバータ時効状態に基づいて、決定される。

具体的には、空気流量（あるいは、質量流量）が比較的高い場合、高酸素時間間隔Δｈは比較的短くなるように選択される。反対に、空気流量が比較的低い場合は、高酸素時間間隔Δｈは比較的長くなるように選択される。また、代替案として或いは追加として、もし空気流量が比較的高いならば、ラムダ増加の振幅は比較的小さくなるように選択される。反対に、もし空気流量が比較的低いならば、ラムダ増加の振幅は比較的大きくなるように選択される。

更に、触媒コンバータ温度が比較的高い場合は、高酸素時間間隔Δｈは比較的長くなるように選択される。反対に、触媒コンバータ温度が比較的低い場合は、高酸素時間間隔Δｈは比較的短くなるように選択される。また、代替案として或いは追加として、もし触媒コンバータ温度が比較的高いならば、ラムダ増加の振幅は比較的大きくなるように選択される。反対に、もし触媒コンバータ温度が比較的低いならば、ラムダ増加の振幅は比較的小さくなるように選択される。

加えて、もし第一触媒コンバータ８の硫黄被毒レベルが比較的高いならば、高酸素時間間隔Δｈは比較的長くなるように選択される。反対に、もし第一触媒コンバータ８の硫黄被毒レベルが比較的低いならば、高酸素時間間隔Δｈは比較的短くなるように選択される。また、代替案として或いは追加として、もし硫黄被毒レベルが比較的高いならば、ラムダ増加の振幅は比較的大きくなるように選択される。反対に、もし硫黄被毒レベルが比較的低いならば、ラムダ増加の振幅は比較的小さくなるように選択される。

そのようにして、ラムダ制御による排ガス処理装置の再生を繰り返し実行する動作の間、次の高酸素時間間隔及び/または次のラムダ増加の振幅が、空気流量、第一触媒コンバータ８内の硫黄被毒レベル、及び、第一触媒コンバータ温度に基づいて繰り返し調整される。

時刻ｔ２において、ラムダ値はステップ２０９で、１より小さくなるように制御される。代替実施形態において、ラムダ値は、１より小さくなるように変更されられる前に、略１に保持され得る。ラムダの振幅の低下が、後述するようにＥＣＵ９によって決定される。

時刻ｔ２に続き、時刻ｔ３において、ＥＣＵ９はステップ２１０で、下流側気体センサー１２からの信号に基づき、第一触媒コンバータ８の下流の酸素濃度（Ｏ２）の低下を検出する。ラムダが１より大きくなる場合と同様に、空気/燃料混合物のラムダ値λの低下から、第一触媒コンバータ８の下流における酸素濃度の低下の検出までの遅延時間ｔ２−ｔ３は、概して、第一触媒コンバータ８の酸素貯蔵に起因する。より具体的には、第一触媒コンバータ８の中に貯蔵された酸素は、時間間隔ｔ２−ｔ３の間、コンバータの酸化過程で使用され、酸素が最小レベルまで減少したとき、コンバータの下流の酸素濃度が減少する。

後述するように、ＥＣＵ９は、ラムダ値が増加するように制御する前に、ステップ２１１において、ここにおいて低酸素時間間隔Δｒと呼ばれる時間間隔ｔ３−ｔ４を決定し、そして、ステップ２１２において、低酸素時間間隔Δｒの間、ラムダが１より小さくなるようエンジンが運転するのを可能とする。

ラムダ増加の振幅、及び、高酸素時間間隔Δｈと同様に、ラムダ低下の振幅及び低酸素時間間隔Δｒは、空気流量、第一触媒コンバータ８の硫黄被毒レベル、及び、第一触媒コンバータ温度に基づいて決定される。そのようにして、ラムダ制御による排ガス処理装置の再生を繰り返し実行する動作の間、次の低酸素時間間隔及び/または次のラムダ低下の振幅が、繰り返し調整される。

さらに、高酸素時間間隔Δｈ及び低酸素時間間隔Δｒ、及び/又は、ラムダ増加とラムダ低下の振幅は、第一触媒コンバータの時効状態に基づいて調整可能である。概して、第一触媒コンバータがより時効されているほど、高酸素時間間隔Δｈ及び低酸素時間間隔Δｒ、及び/又は、ラムダ増加の振幅及び低下の振幅は、それぞれ、短く、そして、小さくなるように調整され得る。

ＥＣＵ９は、硫黄被毒のレベルが所定レベルまで低減されたときに再生動作を終了するように構成される。したがって、図２を参照すると、ラムダ制御硫黄再生動作の間、第一触媒コンバータの硫黄被毒のレベルが判定される（ステップ２１５）。もしステップ２１５で硫黄被毒レベルが所定レベルまで低減されたことが判定されたならば、ラムダ制御硫黄再生動作は終了する。

ステップ２１５で硫黄被毒レベルが所定レベルまでは低減していないと判定されたならば、酸素濃度の低下の検出に続く低酸素時間間隔Δｒの終了時に、ラムダ値を時刻ｔ４において増加させるよう制御することによって、前述の工程が繰り返し実行される。

図３に示されるように、繰り返し実行される再生動作は、ラムダ値が１を中心に振動するように実行される。もちろん、低酸素時間間隔Δｒのような再生の個別フェーズの時間間隔は上述したように変化するので、ラムダ値の振動の周波数も同様に変化するであろう。

ラムダ値の振動はまた、本明細書に参考として取り込ま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）」に記載されるような、触媒コンバータの被毒検出の実行にも好都合である。実施形態の一つにおいて、この測定方法のための振動は、上述したように触媒コンバータを再生するため、触媒コンバータ被毒検出において続けられる。好ましくは、振幅及び/又は高酸素時間間隔Δｈ及び低酸素時間間隔Δｒは、再生の間、増加されるのが望ましい。

上述したように、エンジンシステムは、第一触媒コンバータ８の下流で且つ、下流側気体センサー１２の下流に配設された第二触媒コンバータ８２を備える。第二触媒コンバータ８２は、再生の間、リーン運転及びリッチ運転の延長期間、即ち、高酸素時間間隔Δｈ及び低酸素時間間隔Δｒに特に起因する、第一触媒コンバータ８から放出される如何なる排出物に対しても緩衝器（バッファ）として働く。

ＥＣＵ９は、多数の入力パラメータに関してモデル化された応答アルゴリズムを有する、第二触媒コンバータ８２のモデルを格納するよう構成される。このモデルに基づき、ＥＣＵ９は、第二触媒コンバータ８２の下流の排出物レベルが最小に維持されるようにラムダ値を制御することが出来る。第二触媒コンバータ８２のモデルは、第二触媒コンバータの酸素貯蔵能力を少なくとも部分的にモデル化することにより、より具体的には、下流側気体センサー１２からの信号から得られる第一触媒コンバータ８の下流の酸素濃度のみならず、空気質量流量のような入力パラメータ、及び、上述のようにして得られた排気温度、にも基づいて、第二触媒コンバータ８２の下流の排ガス内の排出物質に関するデータを提供する。それにより、第二触媒コンバータ８２の下流の排出物レベルを最小化すべく、上述した振動における高酸素時間間隔Δｈ、低酸素時間間隔Δｒ、及び/又は、最大ラムダ値及び最小ラムダ値を調整するためにラムダ値が制御され得る。

また、前述の高酸素時間間隔Δｈと低酸素時間間隔Δｒが正の値のとき（図３を参照）、リッチ状態とリーン状態とを交互に行うことが、第二触媒コンバータ８２の再生も提供することになる。

前述の説明において、第一触媒コンバータ８と第二触媒コンバータ８２は排ガス処理装置の中で独立したユニットであった。しかしながら、図４に示すように、第一触媒コンバータ８と第二触媒コンバータ８２が、一体化されたユニットとして設けられ、前述の実施形態と同様に、第一触媒コンバータ８が第二触媒コンバータ８２の上流に設けられても良い。その場合、下流側気体センサー１２は、第一触媒コンバータ８と第二触媒コンバータ８２との間の接触面に配置され得る。エンジンシステムが、第二触媒コンバータの下流に少なくとも一つの更なる触媒コンバータを有する場合もあれば、逆に、第一触媒コンバータの下流に他の触媒コンバータが存在しない場合もあることを記しておく。

前述の実施形態において、高酸素時間間隔Δｈ及び低酸素時間間隔Δｒは、再生動作の中のステップ205-212の繰り返し実行されるシーケンスの夫々において個別に決定されるが、その代わりに、一つの決定がΔｈとΔｒの両方の時間間隔用に実行され、その結果として、それらが同じ値になる場合もあれば、適切な個別因子によってウエイト付けされる場合もある。

代替実施形態において、ラムダ値が、第一排ガス処理装置８の下流或いは内部の酸素濃度の増加又は低下の夫々の検出と同時に、ラムダ値が減少あるいは増大するように、制御され得ることを記しておく。これは、高酸素時間間隔及び低酸素時間間隔が零であることを意味する。

本発明は、硫黄による排ガス処理装置の被毒の他に、リンのような他の物質による被毒にも適用可能である。

車両のエンジンシステムの一部分の概略図である。 本発明の好ましい実施形態に従った再生方法のフローチャートである。 図１に示すエンジンシステムに供給される空気と燃料の混合物のラムダ値と、図１に示すエンジンシステムの排ガス処理装置の下流に配設された気体センサーからの出力を示す、タイムチャートである。 本発明の代替実施形態に従った車両エンジンシステムの一部を示す概略図である。

符号の説明

１．エンジンシステム
２．シリンダ
３. ピストン
４. 吸気ダクト
５. 吸気バルブ
６. 排気ダクト
７. 排気バルブ
８．第一排ガス処理装置
９. ＥＣＵ
１１．燃料噴射弁
１２．下流側酸素センサー
１６．点火プラグ

Claims (22)

1. 少なくとも一本のシリンダを有する内燃エンジンを備えたエンジンシステム内の排ガス処理装置の再生方法において、
   上記エンジンシステムは、上記排ガス処理装置の下流、または、上記排ガス処理装置の内部に少なくとも部分的に配設された下流側気体センサーを有し、
   上記少なくとも一本のシリンダ内に供給される空気と燃料の混合物のラムダ値が上記エンジンの空気流制御手段と燃料噴射手段の少なくとも一方によって制御可能に構成され、
   上記方法が、
   上記ラムダ値を１より小さくなるように制御する工程、
   上記下流側気体センサーからの信号に基づき、上記排ガス処理装置の下流または内部の酸素濃度の低下を検出する工程、及び、
   上記酸素濃度の低下の検出に応じて、上記ラムダ値を増加するように制御する工程、
   を有する再生動作を繰り返し実行する、
   方法。
2. 上記ラムダ値を増加するように制御する工程が、上記酸素濃度の低下の検出の後に続く低酸素時間間隔の最後に実行される、
   請求項１に記載の方法。
3. 上記少なくとも一本のシリンダへの空気流量を判定する工程を有し、
   上記低酸素時間間隔が上記空気流量に少なくとも部分的に依存する、
   請求項２に記載の方法。
4. 上記空気流量に少なくとも部分的に基づいて上記低酸素時間間隔の長さを調整する、
   請求項３に記載の方法。
5. 上記繰り返し実行する再生動作が、
   上記ラムダ値を１より高くなるように制御する工程、
   上記下流側気体センサーからの信号に基づき、上記排ガス処理装置の下流又は内部の酸素濃度の増加を検出する工程、及び、
   上記酸素濃度の増加の検出に応じて、上記ラムダ値を低下するように制御する工程、
   を有する、
   請求項１乃至４のいずれか一つに記載の方法。
6. 上記ラムダ値を低下するように制御する工程が、上記酸素濃度の増加の検出に続く高酸素時間間隔の終わりに実行される、
   請求項５に記載の方法。
7. 上記少なくとも一本のシリンダへの空気流量を判定する工程を有し、
   上記高酸素時間間隔が上記空気流量に少なくとも部分的に依存する、
   請求項６に記載の方法。
8. 上記空気流量に少なくとも部分的に基づいて上記高酸素時間間隔を調整する、
   請求項７に記載の方法。
9. 上記繰り返し実行さる再生動作が、上記ラムダ値が１を中心として振動するように実行される、
   請求項５乃至８のいずれか一つに記載の方法。
10. 上記排ガス処理装置が第一排ガス処理装置であり、
    上記エンジンシステムが上記第一排ガス処理装置の下流に配設された第二排ガス処理装置を有する、
    請求項１乃至９のいずれか一つに記載の方法。
11. 上記第二排ガス処理装置が、上記下流側気体センサーの下流に配設される、
    請求項１０に記載の方法。
12. 少なくとも一本のシリンダ、排ガス処理装置、上記排ガス処理装置の下流或いは内部に少なくとも一部が配設された下流側気体センサー、及び、上記下流側気体センサーからの信号を受け、空気流量制御手段及び/又は燃料噴射手段の制御によって、上記少なくとも一本の気筒に供給される空気と燃料の混合物のラムダ値を制御するように構成されたエンジン制御ユニットを備えたエンジンシステムにおいて、
    上記エンジン制御ユニットが、
    上記ラムダ値を１より小さくなるよう制御し、
    上記下流側気体センサーからの信号に基づいて上記排ガス処理装置の下流或いは内部の酸素濃度を検出し、そして、
    上記酸素濃度の低下の検出に応じて、上記ラムダ値を増加するように制御する、
    ことを繰り返し実行するように構成されている、
    エンジンシステム。
13. 上記エンジン制御ユニットが、上記ラムダ値を増加させる制御を、上記酸素濃度の低下の検出に続く低酸素時間間隔の終了時に実行するように構成されている、
    請求項１２に記載のエンジンシステム。
14. 上記エンジン制御ユニットが、上記少なくとも一本のシリンダに対する空気流量を判定し、そして、上記空気流量に少なくとも部分的に応じて上記低酸素時間間隔を判定する、
    請求項１３に記載のエンジンシステム。
15. 上記エンジン制御ユニットが、上記空気流量に少なくとも部分的に基づいて、上記低酸素時間間隔を調整するように構成された、
    請求項１４に記載のエンジンシステム。
16. 上記エンジン制御ユニットが、
    上記ラムダ値を１より大きくなるよう制御し、
    上記下流側気体センサーからの信号に基づいて上記排ガス処理装置の下流或いは内部の酸素の濃度を検出し、そして、
    上記酸素濃度の低下の検出に応じて、上記ラムダ値を低下するように制御する、
    ことを繰り返し実行するように構成されている、
    請求項１２乃至１５のいずれか一つに記載のエンジンシステム。
17. 上記エンジン制御ユニットは、上記ラムダ値を低下させる制御を、上記酸素濃度の増加の検出に続く高酸素時間間隔の終了時に実行するように構成されている、
    請求項１６に記載のエンジンシステム。
18. 上記エンジン制御ユニットが、上記少なくとも一本のシリンダに対する空気流量を判定し、そして、上記空気流量に少なくとも部分的に応じて上記高酸素時間間隔を判定する、
    請求項１７に記載のエンジンシステム。
19. 上記エンジン制御ユニットが、上記空気流量に少なくとも部分的に基づいて、上記高酸素時間間隔を調整するように構成された、
    請求項１４に記載のエンジンシステム。
20. 上記エンジン制御ユニットが、上記ラムダ値が１を中心に振動するように制御する、
    請求項１６乃至１９のいずれか一つに記載のエンジンシステム。
21. 上記排ガス処理装置が第一排ガス処理装置であり、
    上記エンジンシステムが上記第一排ガス処理装置の下流に配設された第二排ガス処理装置を有する、
    請求項１２乃至２０のいずれか一つに記載のエンジンシステム。
22. 上記第二排ガス処理装置が、上記下流側気体センサーの下流に配設される、
    請求項２１に記載のエンジンシステム。

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