JP2010514977A - 熱機関の排気ガスの温度を制御する方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、リッチ燃焼モード及びリーン燃焼モードを有する熱機関（１０）の排気回路（２）においてガス後処理システム（２１、２２）の温度を制御する方法に関するものであり、当該方法では、少なくとも一つの後処理部材（２１）に、定期的に設定ポイント温度（Ｔ_ｓ）での再生フェーズを行う。本発明によれば、各再生フェーズの持続時間を、一連の分割期間（ｔ_１、ｔ_２）（ｔ_２、ｔ_３）．．．に分割し、それぞれ異なる燃料濃度を有する２つの燃焼モードに従ってエンジンを交互に調整する。これらの燃焼モードはそれぞれ、設定ポイント温度（Ｔ_ｓ）に必要な温度よりも高温のモード（Ｒ）と、高温モードより低い低温モード（Ｐ）であり、各期間の持続時間は、高温モード（Ｒ）の期間（ｔ_１、ｔ_２）に供給されるエネルギー余剰分（Ｓ）が、次の低温モード（Ｐ）の期間（ｔ_２、ｔ_３）に発生するエネルギー不足分（Ｄ）で相殺され、逆に低温モード（Ｐ）の期間（ｔ_２、ｔ_３）において発生するエネルギー不足分（Ｄ）が次の高温モード（Ｒ）の期間（ｔ_１、ｔ_２）において発生するエネルギー余剰分（Ｓ）で相殺されるように制御され、よって後処理部材の出口において、設定ポイント温度（Ｔ_ｓ）に対応する平均温度を維持することができる。

Description

本発明の主題は、特に後処理システムを再生するフェーズの間に熱機関の排気ガスの温度を制御する方法と装置である。

内燃機関から発生する汚染物質を減らすために、益々複雑なガス後処理システムを排気管に設置する必要があり、特にリーン燃焼エンジンの場合にそのような必要がある。
燃焼が継続する一酸化炭素及び炭化水素を除去する従来の酸化触媒コンバータとは異なり、このようなシステムは、特に、微粒子と窒素酸化物の排出量を減らし、不連続的に又は交互に動作するように設計される。

このようなシステムでは、正常エンジン運転時に汚染物質が捕集及び蓄積されて、再生フェーズの間に定期的に処理される。この動作には、必要な熱量及び／又は燃料の濃度を保証するための特殊燃焼モードが必要である。
このため、シリンダの燃焼室に噴射される燃料の流量は、リッチ燃焼モード又はリーン燃焼モードで運転する必要に応じて設定することができ、これによって排気ガスの温度に変化が生じ、これらのガスに含まれる酸化剤と還元剤の割合に変化が生じる。

更に、車両エンジンの場合、各時点の排気ガスの流量及び温度はまた、運転者が運転条件に合わせるために指示するエンジン速度に応じて変化する。
従って、後処理システムの操作には、種々の要素を考慮する必要がある。

例えば、エンジンの排気ガスのような酸化混合気全体に含まれる窒素酸化物ＮＯ_Ｘの排出量を減らすために、通常、窒素酸化物を蓄積するための「ＮＯ_Ｘ捕集装置」として知られる手段を備える触媒コンバータが浄化システムに配置されて排気管に組み込まれており、正常エンジン運転時に排出される窒素酸化物を捕集する。このようなＮＯ_Ｘ捕集触媒システムの動作は、例えば欧州特許出願公開第０５８０３８９号に詳細に記載されている。
このような触媒コンバータは、上述の文献に記載された方法で、所定の時間長に亘ってリッチモードでエンジンを作動させて、ＮＯ_Ｘを放出することにより硝酸塩を分解し、次いで排気ガスに含まれるＨ_２、ＨＣ、及びＣＯのような還元剤によりＮＯ_Ｘを窒素に還元することにより定期的に再生される。

同様に、排気ガスに含まれる煤粒子を除去するため、後処理システムは普通、パティキュレートフィルタ、例えば触媒フィルタを備え、当該フィルタの内壁は、「ウォッシュコート」として知られる貴金属を含浸した材料のコーティングで被覆されており、このコーティングは、煤粒子が燃焼する温度を下げることを目的とした酸化剤として機能する。
このようなパティキュレートフィルタが煤で目詰まりすることを防止するために、再生を定期的に行なう必要がある。この再生は、パティキュレートフィルタ内の排気ガスの温度を６００℃のオーダーの設定ポイント温度まで上昇させることにより煤を燃焼させることからなる。このような温度の上昇は、エンジン効率を低下させつつ、適切な再生促進手段によって達成することができる。

このために、更に別のインジェクタを触媒コンバータの上流の排気管に配置して、酸化剤と還元剤の割合を変えることもできる。
また、全ての汚染物質の処理を最適化するために、後処理部材の蓄積フェーズ及び再生フェーズに亘り、これらの捕集装置内で増大する熱電力を可能な限り調節することにより厳密に制御して、パティキュレートフィルタの場合には煤の燃焼を最適化し、ＮＯ_Ｘ捕集装置の場合には窒素酸化物の還元及び硫黄の脱離を最適化する必要がある。なぜなら、これらの燃焼反応、酸化反応、吸着反応、又は還元反応が、これらの捕集装置の支持構造の温度、及びこれらの捕集装置を通過するガスの温度の影響を直接受けるためである。

しかしながら、触媒コンバータを損傷する恐れのある全ての温度スパイクの可能性を、通常は酸化触媒コンバータ又はＮＯ_Ｘ捕集装置である第１の後処理システムから出力される熱電力を制御することにより回避して、温度を最高使用温度に近い範囲に維持することも必要である。
公知の方法では、このような制御は、触媒コンバータ内に配置されるセンサを使用して同コンバータの内部温度を測定することにより行なわれる。しかしながら、触媒コンバータ内にセンサを取り付ける作業は困難であり、この取り付けは、触媒コンバータを構成するモノリシック構造の完全性を損なう恐れがある。従って、温度センサを触媒コンバータの下流に配置することが好ましく、この場合、第１の後処理システムの出口で行なわれる熱制御は、このシステムから出て行くガスの温度の測定に基づく「状態フィードバック」制御システムにおいて行なうことができる。しかしながら、このようなシステムの応答は長時間を要して遅延し、更には後処理システムに流入するガスの温度の変化、及び／又はこれらのガスの流量の変化によって生じるモノリシック構造の慣性の変化の影響を大きく受ける。その結果、制御レベルでのこのような方法の応答の時間特性により、状態フィードバック制御の性能は、設定ポイント値を忠実に守るという点で制限され、往々にして最高許容温度を超える現象を回避することができなくなる。更に、当該方法は運転条件の変化の影響を大きく受けるので、エンジンの各運転条件のパラメータを決定することなくエンジンの作動範囲全体に亘って十分に安定した制御を達成するのは非常に難しく、これは、この機能専用に利用される必要のあるメモリの容量の点から許容されない。

これらの欠点を回避するために、本発明の主題は、システム状態の観察条件に依存することなく触媒コンバータ内で熱調整を行うことにより、適切な指示を決定する新規の制御方法を提供することである。
具体的には、本発明は、排気ガスに含まれうる種々の汚染物質を捕集及び除去する特定の条件に最適に適応することができる。

従って、概括すると、本発明は、混合気が供給される燃焼エンジンの排気回路におけるガスの温度を制御する方法に関するものであり、この混合気の燃料比はリッチ燃焼モード又はリーン燃焼モードに応じて設定可能である。前記排気回路は、排気ガスに含まれる少なくとも一つの汚染物質が捕集及び蓄積される少なくとも一つの後処理部材を含み、この後処理部材には、再生時間の間に排気ガスの温度を設定ポイント温度まで上昇させることにより蓄積された汚染物質の除去を可能にする再生フェーズが定期的に行われる。
本発明によれば、各再生フェーズの時間は、エンジンが燃料濃度が異なる２つの燃焼モードに交互に設定された、連続する分割された期間に分割される。これらのモードはそれぞれ、ガスにより供給される流入熱電力が設定ポイント温度に達するために必要な設定ポイント電力よりも大きい高温モードと、流入熱電力が設定ポイント電力よりも小さい低温モードであり、各分割期間の持続時間は、高温モードの期間中に発生するエネルギー余剰分が次の低温モードの期間におけるエネルギー不足分で相殺され、低温モードの期間中に生じるエネルギー不足分が次の高温モードの期間におけるエネルギー余剰分で相殺されるように管理され、よって後処理部材から出て行くガスの温度が、設定ポイント温度に相当する平均温度周辺に維持される。

特に有利な点として、高温モード又は低温モードの各分割期間の持続時間は、設定ポイント電力を基準とした場合の、前記期間の持続時間中にガスにより供給されるエネルギーの余剰分又は不足分が限界値を超えることがないように決定される。
このために、高温モード及び低温モードにおける燃料比、及びこれらの分割期間の各持続時間は、設定ポイント温度を基準とした場合の後処理部材におけるガスの温度の変動の振幅（及び／又は後処理部材に流入する電力と設定ポイント電力との差）が、高温モードにおける余剰分に関して、又は低温モードにおける不足分に関して、同一の限界値を超えることがないように決定される。

別の好適な特徴によれば、高温モード及び低温モードそれぞれの分割期間の持続時間は、各期間に供給されて後処理部材に流入する熱電力Ｗ_ｅと設定ポイント電力Ｗ_ｃとの差に対応するエネルギーが、余剰分又は不足分に関して、次の等式で与えられる同一の限界値Ｅ_ｍａｘを超えないように決定され、
Ｅ_ｍａｘ＝αｘ２ｘ（Ｔ_ｍａｘ−Ｔ_ｓ）ｘＭｘＣ_ｍ
上の式では、
−Ｔ_ｍａｘは、後処理部材の内部で超えてはならない温度であり、
−Ｔ_ｓは、再生フェーズに対して設定される設定ポイント温度であり、
−Ｍは、後処理部材の質量であり、
−Ｃ_ｍは、後処理部材の熱容量であり、
−αは、後処理部材の全長に対する、後処理部材の、排気ガス流入口ゾーンと温度がその最大値Ｔ_ｍａｘに達するゾーンの間の長さの割合である。

別の特に有利な特徴によれば、一期間中にガスにより供給されるエネルギー余剰分又は不足分は、各時点において、設定ポイント電力と、後処理部材に流入する電力との差を時間の関数として積分することにより計算される。
好適な特徴によれば、後処理部材の出口の設定ポイント温度Ｔ_ｓを達成するために必要な設定ポイント電力Ｗ_ｃは、後処理部材の出口における理論電力Ｗ_ｓと損失Ｗ_ｐの和に等しく、前記理論電力Ｗ_ｓは次の数式により与えられ、
Ｗ_Ｓ＝Ｔ_ＳｘＱ_ｅｘｈｘＣ_Ｐ
上の式では、Ｔ_ｓは、再生に必要な設定ポイント温度であり、Ｑ_ｅｘｈは、エンジン速度に応じて変化する排気ガスの流量であり、Ｃ_Ｐは、ガスの組成及び燃焼モードに応じて変化する排気ガスの熱容量である。

同じように、後処理部材に各時点で流入する熱電力Ｗ_ｅは、次の数式により与えられ、
Ｗ_ｅ＝Ｔ_ｅｘＱ_ｅｘｈｘＣ_ｐｘＷ_ｅｘｏ
上の式では、Ｔ_ｅは、各時点で後処理部材の上流において測定されるガスの温度であり、Ｑ_ｅｘｈは排気ガスの流量であり、Ｃ_ｐはガスの熱容量であり、Ｗ_ｅｘｏは、後処理部材において酸化物質及び還元物質が反応することにより発生する熱電力である。
本発明の他の有利な特徴は、例示を目的として添付の図面に示される一つの特定の実施形態についての以下の説明から明らかになる。

内燃機関の燃焼室の吸気回路及び排気回路の概略図である。 排気ガス後処理システムを有する排気回路の図である。 一実施例における、再生フェーズの間のエンジン速度による排気ガスの流量の変化と、それに対応する燃焼モードにより必要な設定ポイント電力及び流入熱電力の変化とを表わす図である。 本発明による方法を示す概略図である。 本発明を実行するための温度制御システムの図である。

図１は、インジェクタ１１から燃料が供給されるエンジンの燃焼室１０を模式的に示し、燃焼室１０は、吸気回路１及び燃焼ガス排気回路２に接続されている。
従来のように、吸気回路１は、排気回路２に配置されるタービン１３によって駆動されるコンプレッサ１４を含み、排気回路２は、ガスの一部をエンジンに再循環させるＥＧＲ回路１２にも排気を送り込むことができる。

図１に示すように、種々の回路が、空気を加熱するか又は再循環ガスを冷却する熱交換器、流量調整電動バルブ、センサなどの種々の付属部材を含むことができる。
これら全ての公知の構成は多数の方法によって具体化することができるので、詳細の説明は省く。

タービンから出ると、排気ガスは排出回路２０を介して大気に戻され、排出回路２０は、汚染物質を低減するために、少なくとも一つの後処理部材２１を含む。
普通はＮＯ_Ｘ捕集装置の種類であるこの後処理部材は、排気ガスに含まれる窒素酸化物を捕集して蓄積することができ、更にガスに含まれる微粒子を煤として捕集するパティキュレートフィルタ２２に通常接続される。

図２に模式的に示すように、内燃機関１０の排気回路２は通常、タービン１３の下流に、例えば酸化触媒コンバータの種類の第１の後処理部材２１と、パティキュレートフィルタのような第２の部材２２とを含み、このようにして汚染物質が除去されたガスは放出回路２３を介して大気中に放出される。多くの場合、更に別のインジェクタが排気回路２に配置される。
従来の方法では、正常運転時に後処理部材２１に堆積した汚染物質は普通、再生フェーズにおいて、エンジンを、後処理部材２１の硫黄を脱離するためのリッチ混合気状態、及びパティキュレートフィルタ２２の煤を燃焼させるリーン燃焼混合気状態のそれぞれに設定し、ガスの温度を上昇させることにより除去される。これを行うために、インジェクタ１１又は排気管に配置される更に別のインジェクタは普通、種々のセンサから送信される情報を受信する制御ユニットによって管理され、スイッチに定期的に指示して再生フェーズへの切り替えを行ない、温度を所望の設定ポイント値に維持する一つのモデルに接続される。

しかしながら、ともに例えばタービン１３の上流又は下流に配置されるセンサ３１によって測定される排気ガスの温度Ｔ_ｅ及び流量Ｑ_ｅｘｈは、運転者が指示するエンジン速度によって各時点で変化する。
例えば、図３では、曲線３は、エンジンに要求される速度の関数、すなわちスロットルペダルの位置の関数として、且つ問題の期間中に選択されるトランスミッション比の関数として変化する、排気ガス流量に起こり得る経時的な変化を示す。

各時点における測定、推定、又はモデル化によって、排気ガスの組成も提供され、従って、この組成に基づき、考察対象の時点における当該ガスの熱容量Ｃ_Ｐを推定することができる。
触媒コンバータ２１を通過してしまうと、管２０’を通って出て行く排気ガスは、同じ流量Ｑ_ｅｘｈを有し、センサ１５によって測定することができるこれらのガスの温度Ｔ_Ｓは、触媒コンバータ２１の内部温度に相当する。従って、本発明の課題は、この温度Ｔ_Ｓを再生フェーズの持続時間を通じて設定ポイント温度近傍に維持することである。この設定ポイント温度では、触媒コンバータ動作が最適になるが、触媒コンバータの損傷を回避するためにはこの設定ポイント温度を超過してはならない。

概して、触媒コンバータを温度Ｔ_Ｓ及び流量Ｑ_ｅｘｈで出て行くガスの熱電力はジュール／秒で表わされ、次式に等しい。
Ｗ_Ｓ＝Ｔ_ＳｘＱ_ｅｘｈｘＣ_Ｐ （１）
上の式では、Ｃ_Ｐは、組成に応じて変化する、すなわち当該時点において燃料がリッチであるか又はリーンであるかのエンジンの燃焼モードに応じて変化する、ガスの熱容量である。
熱管理の原理は、触媒コンバータ２１中に、この流出熱電力、すなわち所望の設定ポイント温度において除去される電力にほぼ等しい平均流入熱電力を供給することである。

この流入熱電力は、ガス温度Ｔ_ｅ及びガス流量Ｑ_ｅｘｈの結果としてのガスの熱から直接得られる熱電力と、酸素塊の発熱反応能力、又は排気ガスに含まれて、触媒コンバータ中で部分又は完全反応する還元剤の発熱反応能力によって間接的に得られる潜在的電力とから成る。この発熱反応から実際には追加エネルギーＷ_ｅｘｏが得られ、この追加エネルギーは触媒コンバータ中でガスの直接加熱電力と合成されて触媒コンバータの温度を上昇させる。
従って、Ｊ／秒で表わされる流入電力Ｗ_ｅは、次式のように表わすことができる。
Ｗ_ｅ＝Ｔ_ｅｘＱ_ｅｘｈｘＣ_ｐｘＷ_ｅｘｏ （２）

従って、この流入熱電力は、触媒コンバータの入口での管２０中のガスの温度Ｔ_ｅ及び流量Ｑ_ｅｘｈと、ガスの組成、特に酸素又は還元剤の排出量とを、測定、推定、又はモデル化することにより計算することができ、これらのパラメータによって、ガスの熱容量Ｃ_ｐ及び潜在的発熱反応電力Ｗ_ｅｘｏを決定することができる。
しかしながら、これらのパラメータは、運転者の指示により各時点で変化するエンジン運転速度と、燃焼モード、すなわち混合気の燃料濃度とに関連付けられる。つまり、ディーゼルエンジンは普通、リーン混合気で作動するが、前述したように、定期的に、リッチなガス組成と高いガス温度を必要とする後処理部材の再生フェーズにおいて、燃料濃度が高く且つ温度が高いモードに切り替えられる。

従って、触媒コンバータに流入する熱電力は、温度Ｔ_ｅを決定する燃焼モードによって変化する。しかしながら、この熱電力は、ガス流量に関連付けられるので、このパラメータと同じように、運転者が指示するエンジン速度の関数として変化する。
図３の図では、曲線３は、流出口温度Ｔ_ｓを達成するために、排気ガスの流量Ｑ_ｅｘｈに起こり得る経時的な変化の一例を示し、この流量は、エンジンが必要とする速度に従って所定の態様で変化する。

ほぼ一定の流出口温度Ｔ_ｓを達成するためにこの温度のガスから供給されなければならない熱電力は、ガスの流量と同様に、エンジン速度の関数として変化するが、選択される燃焼モードに従う混合気の濃度及び損失によっても変わる。
曲線３０は、触媒コンバータの出口における設定ポイント温度を達成するために、損失を考慮して理論的に必要とされる設定ポイント電力Ｗ_ｃの変化を示している。

しかしながら、エンジンの作動点を再生時間中に設定することにより、各時点において設定ポイント温度を達成及び維持するために必要な電力を供給することは難しい。
この問題を解決するために、本発明の考え方では、リッチフェーズ及びリーンフェーズを交互に行なう動作を制御して、リッチ燃焼モード（Ｒ）、すなわち必要以上に高い温度のモードによりエネルギー余剰分を発生させるか、又はリーン燃焼モード（Ｐ）、すなわち必要な温度まで上昇しないモードを使用してエネルギー不足分を発生させるように、これらのフェーズを組み合わせ、このエネルギー余剰分及び不足分が互いに相殺し合うことが可能であることにより、触媒コンバータの温度が設定ポイント温度に対応する平均値に維持される。

図３では、例えば、触媒コンバータに流入するガスによって供給される熱電力の経時的な変化が、ホットモードについては曲線３１に、コールドモードについては曲線３２に、それぞれ示されている。
ガスの流入熱／潜在的発熱電力Ｗ_ｅは高温の燃焼モード又は低温の燃焼モードに関連するが、流量はエンジンが必要とする速度にのみ依存すると仮定すると、２つの曲線３１、３２はほぼ平行であり、且つ設定ポイント温度を達成及び維持するために理論的に必要な電力Ｗ_ｃに対応する曲線３０から同曲線の各側にずれている。

従って、各時点において、モードが切り替わると、ホットモード（Ｒ）で理論的に必要な電力を基準としたエネルギー余剰分Ｓを得ることができるか、又はコールドモード（Ｐ）でエネルギー不足分Ｄを得ることができる。
本発明によれば、２つのモードの各々の期間の持続時間を制御することにより、ホットモード期間中に発生するエネルギー余剰分を、次のコールドモード期間中に発生するエネルギー不足分で相殺し、よって最適な平均温度を維持することができる。

図４は、このような方法の連続ステップを示す概略図である。
この図の上部の曲線３は、車両の運転者が、横軸に沿って示される再生時間の間に与える指示によって変化しうる排気ガス流量の変化を縦軸に沿って示し、再生時間の持続時間は、再生方法に従って、例えば数十秒〜数分の範囲で変化しうる。

曲線３０は、図３の場合のように、触媒コンバータの出口において一定温度Ｔ_ｓを維持するために、ガスにより供給されなければならない理論電力Ｗ_ｃを示している。
上に示すように、この温度は一定であるので、設定ポイント電力Ｗ_ｃは流量と同じ様に変化する。

本発明によれば、燃料の噴射は、必要以上にリッチな燃焼モードからリーン燃焼モードに交互に切り替わるように変更される。
触媒コンバータの入口において結果的に得られる熱電力は、図３に示すように、高温のモード（Ｒ）の曲線３１と、低温モード（Ｐ）の曲線３２で示される。

ホットモード及びコールドモードからなるこれらの２つのモードの各々における燃料噴射は、所定の時点において、且つ選択される燃焼モード及びエンジン速度に応じて、理論的に必要な電力Ｗ_ｃに対してホットモードで発生する電力余剰分Ｓの絶対値が、コールドモードでの作動によって同じ時点で発生する電力不足分Ｄの絶対値とほぼ同じ大きさであるように設定することができる。その結果、時点ｔ_１では、２つのポイント、すなわちホットモード（Ｒ）とコールドモード（Ｐ）にそれぞれ対応する曲線３１上のポイントｅ_１及び曲線３２上のポイントｅ’_１は、理論設定ポイント電力Ｗ_ｃに対応する曲線３０上のポイントｅについて対称である。
本発明によれば、図の下部に方形波ライン３３で示すように、再生時間は、ホットモード（Ｒ）とコールドモード（Ｐ）での作動が交互に行なわれる、連続する分割期間に分割される。

従って、時刻ｔ_１とｔ_２の間の上位線は流入電力がポイントｅ_１とｅ_２の間の曲線３１で表されるホットモード期間に対応し、時刻ｔ_２とｔ_３との間の下位線は流入電力Ｗ_ｅがポイントｅ’_２とｅ’_３との間の曲線３２で表されるコールドモード期間に対応する。
一期間中に触媒コンバータによって吸収されるエネルギーは、ガスにより供給される電力を時間の関数として積分した値に対応する。従って、積分により、触媒コンバータによって吸収され、且つこの期間中にガスにより供給される電力の余剰分Ｓ又は不足分Ｄに対応するエネルギー余剰分又は不足分を決定することができる。

ライン３４は、触媒コンバータを一定温度Ｔ_ｓに維持するために理論上必要なエネルギーＥに対する各分割期間におけるこのエネルギー余剰分又は不足分の変化の絶対値を示す。
図の上部の曲線Ｔ_１は、触媒コンバータに流入するガスの温度の変化を示し、曲線Ｔ_２は、流出口での温度の変化を示している。

時点ｔ_１から、エンジンはホットモードで作動し、触媒コンバータの入口での温度Ｔ_１は徐々に上昇する。
その結果、ガスの温度Ｔ_２も触媒コンバータの出口において徐々に上昇し、この場合、熱慣性によって位相がずれる。

触媒コンバータを最適に作動させるために、当該触媒コンバータの内部温度の変動の振幅、つまり吸収エネルギーの変動の振幅を小さくする必要がある。従って、余剰分又は不足分に関して、吸収されるエネルギーと、流出口温度Ｔ_ｓを一定値に維持することにより損失を補償するのに理論上必要な一定エネルギーＥとの差の、最大値Ｅ_ｍａｘの絶対値を設定することができる。
ホットモードでは、吸収されるエネルギーＥ_１は、必要なエネルギーＥよりも大きく、この差は、図４のライン３４で示すように、時点ｔ_１とｔ_２との間で徐々に増大する。

時点ｔ_２で、ガスにより供給されるこのエネルギー余剰分Ｅ_１は最大値Ｅ_ｍａｘに達し、エンジンは次にコールドモードに切り替わり、ライン３３の下位のレベルに沿って作動する。これによりエネルギー不足分Ｅ_２が発生し、このエネルギー不足分Ｅ_２は、電力不足分Ｄ_２を積分することにより得られ、このエネルギー不足分Ｅ_２の値の絶対値は、徐々に増大して時点ｔ_３で同じ最大値Ｅ_ｍａｘに達する。期間ｔ_２−ｔ_３の間に触媒コンバータの入口の温度Ｔ_１は低下し、これにより、遅れて触媒コンバータの出口の温度Ｔ_２が低下する。
このようにして、余剰分又は不足分に関する供給されるエネルギーと理論上必要なエネルギーとの差、従ってＴ_１の変動の振幅を、同じ値Ｅ_ｍａｘに制限することにより、触媒コンバータ２１の出口における温度Ｔ_２の変動を抑え、この流出口温度が設定ポイント温度Ｔ_ｓに対応する平均温度近傍に維持することができる。

従って、ホットモード（Ｒ）における各分割期間ｔ_１−ｔ_２、又はコールドモード（Ｐ）における各分割期間ｔ_２−ｔ_３等々の持続時間は、余剰分又は不足分に関するエネルギー差が限界値Ｅ_ｍａｘに達する時点で燃焼モードの切り替えを指示することにより決定される。
従って、本発明によれば、エンジンは、設定ポイント電力を得るために必要な燃料濃度よりもリッチな「ホットモード」として知られる燃焼モードから、「コールドモード」として知られるリーンモードに交互に切り替えられる。この切り替えは、「ホット」モード期間に供給されるエネルギー余剰分が、次の「コールド」モード期間中のエネルギー損失分で相殺されるように分割期間の持続時間を管理することにより行なわれ、一方のモードから他方のモードへの切り替えは、エネルギー余剰分又は不足分が最大値Ｅ_ｍａｘに達するときに指示される。最大値Ｅ_ｍａｘは、触媒コンバータを構成するモノリシック構造の内部の温度の変動の振幅を制限するように決定される。

このために、有利には、エンジンの燃焼モードを設定する手段、すなわち基本的には燃料噴射を、図５に好適な実施例として示す種類の制御ユニットにより管理することができる。
当該方法を実行するために、まず、２つの燃焼モード、すなわちリッチモード及びリーンモードの各々を、一つのマップを作成することにより最適化する。このマップは、２つのモードの各々において酸化物質及び還元物質が後処理部材の中で反応することにより供給される各時点での発熱反応電力Ｗ_ｅｘｏを推定するために使用することができるものである。

この発熱反応電力Ｗ_ｅｘｏは、流入電力Ｗ_ｅを計算する計算ユニット４の一つの入力に、対応する信号を印加するこの潜在的発熱量４１によって推定される。この計算ユニット４は更に、センサ４２、４３で測定することができるか、又はエンジン速度の関数として推定される、モノリシック構造に流入するガスの温度Ｔ_ｅ及び流量Ｑ_ｅｘｈにそれぞれ対応する信号を受信する。
エンジン設定の潜在的エネルギーは、このようにして、前述の下記等式を使用して計算ユニット４によって測定及び推定される。
Ｗ_ｅ＝Ｔ_ｅｘＱ_ｅｘｈｘＣ_ｐｘＷ_ｅｘｏ （２）

第１触媒コンバータ２１の出口でほぼ一定に維持される必要のある設定ポイント温度Ｔ_ｓ、及びその結果得られる対応する電力Ｗ_ｓを認識することにより、計算ユニット５は、この温度Ｔ_ｓを達成するために必要とされる設定ポイント電力Ｗ_ｃを、設定ポイント温度Ｔ_ｓ、触媒コンバータ２１の上流で測定又は推定されるガスの流量Ｑ_ｅｘｈ、及びモデル化によって推定又は決定できる触媒コンバータにおけるエネルギー損失Ｗ_ｐにそれぞれ関連付けられる、当該ユニットの入力５１、５２、５３に表示される情報に基づいて決定する。
このようにして、計算ユニット５は、以下の等式を適用することにより設定ポイント電力を決定する。
Ｗｃ＝Ｗｓ＋Ｗｐ （３）

上述のように、流入電力Ｗ_ｅは、燃焼モード、すなわち発熱反応電力Ｗ_ｅｘｏに応じて変化し、再生フェーズの間に、例えば図４の曲線３１及び３２によって示されるように、エンジン速度の関数として変化することができ、計算ユニット５によって決定される設定ポイント電力Ｗ_ｃは、曲線３０と同様に変化する。
計算ユニット４、５によってこのようにして決定される変数Ｗ_ｅ、Ｗ_ｃに基づき、計算ユニット５０は各時点で差を次式に従って推定し、
Δ_Ｗ＝Ｗ_ｃ−Ｗ_ｅ （４）
このようにして計算された差を積分することにより、次式により表わされる余剰分Ｅ_１の値：
Ｅ＝∫｜Δ_Ｗ｜ｄｔ （５）
を推定するか、又は燃焼モードに基づいて、問題の時点までに触媒コンバータによって吸収されるエネルギー不足分Ｅ_２の値を、設定ポイント温度を維持するために必要なエネルギーを基準として推定する。

上述のように、リッチモードでの分割期間ｔ_１−ｔ_２の持続時間、及びリーンモードでの分割期間ｔ_２−ｔ_３の持続時間、リッチモードでの分割期間ｔ_３−ｔ_４の持続時間等々は、触媒コンバータに供給されるエネルギーのこの余剰分Ｅ_１又は不足分Ｅ_２の絶対値が設定限界値Ｅ_ｍａｘに達するたびに、燃焼モードを逆にすることにより決定される。
この限界値Ｅ_ｍａｘは、計算ユニット６によって、次の等式を適用することにより決定される。
Ｅ_ｍａｘ＝αｘ２ｘ（Ｔ_ｍａｘ−Ｔ_ｓ）ｘＭｘＣ_ｍ （６）
上の式では、
−Ｔ_ｍａｘは、ユニット６の入力で表示される、後処理部材の内部で超過されてはならない最高温度であり、
−Ｍは、触媒コンバータを形成するモノリシック構造の合計質量であり、
−Ｃ_ｍは、モノリシック構造の熱容量であり、
−αは、モノリシック構造の全長に対する、同構造の排気ガス流入ゾーンと温度が最大値Ｔ_ｍａｘに達するゾーンの間の長さの割合である。

計算ユニット６によってこのようにして決定される値Ｅ_ｍａｘ、及び計算ユニット５０によって決定されるエネルギー余剰分Ｅ_１又は不足分Ｅ_２の値はコンパレータ６０に表示され、コンパレータ６０は、差がゼロのとき、燃料噴射手段１１に対し、リッチモード（Ｒ）からリーンモード（Ｐ）に、又はリーンモード（Ｐ）からリッチモード（Ｒ）に切り替わるように指令する。
このように、図４の図の上部に示すように、触媒コンバータ２１の出口の温度Ｔ_２を、設定ポイント温度Ｔ_ｓに対応する平均値近傍に維持することができる。

従って、本発明は、エンジンへの燃料噴射を管理することにより、触媒コンバータの内部の温度を、所定の温度Ｔ_ｍａｘを下回る出来る限り高い最適な値に維持することができる。
従って、最適条件の下で、第１後処理システム２１を再生することができ、特に触媒コンバータから硫黄を除去することができる。

しかしながら、触媒コンバータ２１から出て行くガスの温度がほぼ一定に維持される限り、同時に煤を燃焼させて、下流に配置される第２後処理システム２２、特にパティキュレートフィルタ又は４元触媒システム（ｆｏｕｒ−ｗａｙ ｓｙｓｔｅｍ）を再生することもできる。
分割期間を交互に繰り返すことにより、最適条件の下で後処理システムを再生することができ、このような再生は、好ましくは、リッチモードで行われると硫黄を除去し、リーンモードで行われるとパティキュレートフィルタの煤を燃焼させる。

しかしながら、本発明は、例示のみを目的に本明細書に示した本実施形態に制限されるものではなく、等価な手段を用いる本発明の全ての変形形態及び後処理システムを再生する類似の手段を使用する他のアプリケーションを包含する。
従って、従来システムを再生するために、リッチモードとリーンモードの間で交互に切り替えるが、所定の事例では、２つの異なるリーンモード、すなわち、例えばパティキュレートフィルタの後処理システムの煤の再生、或いは、ＤＯＣ、ＮＯｘ捕集装置、又は４元触媒の種類の第１システムの下流に配置される４元触媒システムの種類の後処理システムの煤の再生をそれぞれ行うための、相対的に高温のリーンモードと相対的に低温のリーンモードとに基づいて分割を管理すると有利でありうる。

同様に、２つの異なるリーンモードを使用して、窒素酸化物をＤＯＣの下流に配置されるＳＣＲ（選択的触媒還元）システムにおいて処理するときの効率を最適化することができる。

Claims (10)

1. 混合気が供給される燃焼エンジン（１０）の排気回路（２）においてガスの後処理を行なうシステム（２１、２２）の温度を制御する方法であって、混合気の燃料比はリッチ燃焼モード又はリーン燃焼モードに従って設定可能であり、排気回路（２）は、排気ガスに含まれる少なくとも一つの汚染物質を捕集及び蓄積する少なくとも一つの後処理部材（２１）を含み、前記後処理部材（２１）には、排気ガスの温度を設定ポイント温度（Ｔｓ）まで再生時間の間に上昇させることにより定期的に再生フェーズが行われて、蓄積された汚染物質を除去することができ、各再生フェーズの時間は、２つのモードを交互に行う連続する分割期間（ｔ_１、ｔ_２）（ｔ_２、ｔ_３）．．．に分割され、
   −これらのモードはそれぞれ、ガスにより供給される流入熱電力（Ｗ_ｅ）が、設定ポイント温度（Ｔ_ｓ）に達するために必要な設定ポイント電力（Ｗｃ）よりも大きい高温モード（Ｒ）と、流入熱電力（Ｗ_ｅ）が設定ポイント電力（Ｗ_ｃ）よりも小さい低温モード（Ｐ）であり、各期間の持続時間は、後処理部材から出て行くガスの温度（Ｔ_２）を、設定ポイント温度（Ｔ_ｓ）に対応する平均温度の近傍に維持するように管理され、各分割期間（ｔ_１、ｔ_２）の持続時間が、エネルギー余剰分又は不足分（Ｅ_１、Ｅ_２）の絶対値が限界値（Ｅ_ｍａｘ）に達した時点でモード切り替えを指示し、よって期間（ｔ_１、ｔ_２）に高温モード（Ｒ）において発生するエネルギー余剰分（Ｓ）が、次の期間（ｔ_２、ｔ_３）に低温モード（Ｐ）において発生するエネルギー不足分（Ｄ）で相殺され、逆に期間（ｔ_２、ｔ_３）に低温モード（Ｐ）において発生するエネルギー不足分（Ｄ）が、次の期間（ｔ_１、ｔ_２）に高温モード（Ｒ）において発生するエネルギー余剰分（Ｓ）で相殺されるように決定されることを特徴とする、方法。
2. 高温モード（Ｒ）及び低温モード（Ｐ）が、燃焼を異なる燃料濃度で行なうことにより得られる、請求項１記載の方法。
3. ガスにより供給される流入熱電力（Ｗ_ｅ）が、後処理部材の上流で、排気管に設置される更に別のインジェクタで燃料を噴射することにより設定されることを特徴とする、請求項１記載の方法。
4. 高温モードにおける各分割期間（ｔ_１、ｔ_２）又は低温モードにおける各分割期間（ｔ_２、ｔ_３）の持続時間が、設定ポイント電力Ｗ_ｃを基準としたときの、前記期間中にガスにより供給される熱電力の余剰分又は不足分Δ_Ｗが、所定の限界値を超えないように決定されることを特徴とする、請求項１ないし３のいずれか一項に記載の方法。
5. 高温モード（Ｒ）及び低温モード（Ｐ）における燃料比、及びこれらの分割期間の各持続時間が、設定ポイント温度（Ｔ_ｓ）を基準としたときの、後処理部材（２１）におけるガスの温度の変動の振幅が、高温モード（Ｒ）における余剰分又は低温モード（Ｐ）における不足分と同一の限界値を超えることがないように決定されることを特徴とする、請求項４記載の方法。
6. 高温モード（Ｒ）における各分割期間の持続時間が、後処理部材（２１）内部の最高温度が所定の限界値を超えないように決定されることを特徴とする、請求項１ないし５のいずれか一項に記載の方法。
7. 高温モード（Ｒ）及び低温モード（Ｐ）それぞれにおける分割期間の持続時間が、各期間において供給される、後処理部材への流入熱電力Ｗ_ｅと設定ポイント電力Ｗ_ｃとの差に対応するエネルギーの、余剰分又は不足分が、次の等式で与えられる同一の限界値Ｅ_ｍａｘを超えないように決定され、
   Ｅ_ｍａｘ＝αｘ２ｘ（Ｔ_ｍａｘ−Ｔ_ｃｏｎｓ）ｘＭｘＣ_ｍ （６）
   上の式では：
   −Ｔ_ｍａｘは、後処理部材の内部で超えてはならない最高温度であり、
   −Ｍは、後処理部材の質量であり、
   −Ｃ_ｍは、後処理部材の熱容量であり、
   −αは、後処理部材の全長に対する、後処理部材の、入口と温度が最大値Ｔ_ｍａｘに達するゾーンの間の長さの割合である
   ことを特徴とする、請求項１ないし６のいずれか一項に記載の方法。
8. 一期間中にガスにより供給されるエネルギー余剰分又は不足分が、各時点において、設定ポイント電力Ｗ_ｃと、後処理部材に流入する電力Ｗ_ｅとの差を時間の関数として積分することにより計算されることを特徴とする、請求項５ないし７のいずれか一項に記載の方法。
9. 後処理部材（２１）の出口において設定ポイント温度Ｔ_ｓに達するために必要な設定ポイント電力Ｗ_ｃが、理論電力Ｗ_ｓ及び損失Ｗ_ｐの和に等しく、前記理論電力Ｗ_ｓは次の数式により与えられ、
   Ｗ_Ｓ＝Ｔ_ＳｘＱ_ｅｘｈｘＣ_Ｐ （１）
   上の式では、Ｔ_ｓは再生に必要な設定ポイント温度であり、Ｑ_ｅｘｈはエンジン速度に応じて変化する排気ガスの流量であり、Ｃ_Ｐはガスの組成及び燃焼モードに応じて変化する排気ガスの熱容量であることを特徴とする、請求項１ないし８のいずれか一項に記載の方法。
10. 後処理部材（２１）に各時点で流入する熱電力Ｗ_ｅが次の数式により与えられ、
    Ｗ_ｅ＝Ｔ_ｅｘＱ_ｅｘｈｘＣ_ｐｘＷ_ｅｘｏ （２）
    上の式では、Ｔ_ｅは各時点で後処理部材の上流において測定されるガスの温度であり、Ｑ_ｅｘｈは排気ガスの流量であり、Ｃ_ｐはガスの熱容量であり、Ｗ_ｅｘｏは酸化物質及び還元物質が後処理部材（２１）において反応することにより供給される熱電力であることを特徴とする、請求項１ないし９のいずれか一項に記載の方法。

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