JP2022547431A - 燃焼エンジンを始動するときに三元触媒を使用して汚染物質を処理するための方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、熱機関を有する車両により排出される汚染物質の処理を含む方法であって、触媒手段（３）が加熱される、方法において、触媒手段（３）内の酸素の量（ＯＳ）が前記触媒手段（３）の上流に空気を注入することによって酸素の最低量（ＯＳ１）を超えるように制御されることを特徴とする、方法に関する。
【選択図】図３

Description

本発明は、一酸化炭素、窒素酸化物または未燃焼炭化水素などの汚染物質成分の、エンジン始動での排出を削減する観点から、内燃機関の排気ガス、特に車両により排出される排気ガスを処理することを目的とした触媒コンバータの分野に関する。

触媒コンバータが排気中のこれらの汚染物質排出物を効果的に処理するために、触媒コンバータの温度は、しきい値ライトオフ温度よりも高くなることが必要であり、これは触媒コンバータを通過する排気ガスによる触媒コンバータの加熱によって一般に達せられる。

触媒コンバータがこの温度に達するためにかかる時間は、長いことがある。このことは、汚染物質を含有するかなりの量の未処理ガスの排出という結果になり、その汚染物質の量は、施行されている基準に対して、または前記基準の量よりも低い自己規制目標に対してのいずれかで非常に高くなりやすい。

例えば、ＦＲ２７７８２０６Ａ１という特許出願から、エンジン始動に先立って触媒に入るガスを加熱することによって触媒の温度の上昇を実現することが知られている慣例である。

しかしながら、この解決策は、触媒内の酸素の量を調整することを行わないという理由で、汚染の満足すべき削減をもたらさないことが見出されている。このように、エンジン始動の直後には、炭化水素処理能力は、温度が高い場合でさえ、酸素の欠乏のために低いことがあり得る。

本発明は、触媒温度調整と酸素調整とを組み合わせることによって汚染物質成分の排出を削減しようとしている。

上記の観点では、発明の主題は、燃焼エンジンにより排出される汚染物質の処理のための方法であり、ここでは触媒手段が加熱され、そして触媒手段内の酸素の量が触媒手段の上流に空気を注入することによって酸素の最低量よりも高いままであるように、触媒手段内の酸素の量が調整される。

好ましくは、触媒手段は、触媒手段内の酸素の量が調整される前に予備加熱しきい値温度を超えて加熱される。

例えば、触媒手段を加熱することは、エンジンを始動することが承認される前に実行される。

有利には、触媒手段内の酸素の量の調整は、エンジンを始動することが承認される前に実行される。

１つの実施形態によれば、酸素の量の調整および触媒手段を加熱することは、エンジンを始動する要求が検出された後で行われる。

１つの実施形態では、触媒手段内の酸素の量が、エンジンを始動することの後では化学量論的酸素濃度しきい値より高く保たれる。

有利には、加熱素子は、触媒手段の温度がエンジンを始動することの後で定常状態温度しきい値を超える場合にオフに切り替えられる。

上記方法は、あるステップをさらに含むことができ、上記ステップ中に、触媒手段内の酸素の量が、エンジンを始動することの後でそして一旦加熱素子がオフに切り替えられた後では化学量論的酸素濃度しきい値を超えて高められる。

優先的に、触媒手段内の酸素の量は、前記化学量論的濃度しきい値を超えた後では化学量論的酸素濃度しきい値の実質的に付近に酸素の量を保つように調整される。

本発明はまた、加熱素子の予備加熱グリッドは、触媒手段が前記加熱素子を用いて加熱される前に最低グリッド温度まで加熱される方法にも関する。

このようにして、まさにエンジン始動から触媒システムの満足な動作を実現することが可能になる。このことは、そのときには、特に、このような触媒システムを装備した車両が頻繁な始動につながる短い走行で市街を運転するときに排出される汚染物質の量の顕著な削減という結果をもたらす。

発明は、非限定的な例として考えられそして添付の図面によって図示されたいくつかの実施形態の詳細な検討を行うことからより良く理解されるだろう。

触媒手段を使用する燃焼エンジン型車両により排出される汚染物質の処理を実施するために使用されるシステムの模式図である。 図１の処理システムの実装形態の例の図である。 エンジン始動に先立つ図２の実装形態のステップを詳細に示す図である。 エンジン始動の後の、図２の実装形態のステップを詳細に示す図である。

エンジン１からの排気部４の後に置かれた触媒手段３を使用する燃焼エンジン１を有する車両により排出される汚染物質の処理を実施するために使用されるシステムの１つの実施形態を図示する図１を参照する。

触媒３は、パラジウム、白金またはロジウムなどのいわゆる「貴」金属をともなう三元触媒コンバータ３を含む。触媒３は、一酸化炭素を酸化すること、炭化水素を酸化することおよび窒素酸化物を還元することの３つの並列の化学反応を使用して、排気パイプ６を出る排気ガスを処理するものである。

いくつかの触媒が、直列に設けられることがある。

触媒３は、触媒反応を助長するために非常に早く酸素を貯蔵することまたは解放することができる酸化セリウム系の化合物を含有する（「ウォッシュコート」として知られる）含浸表面を含む。

触媒３は、摂氏約４００度付近よりも高いときにだけ有効である。従来技術では、短い走行は、触媒コンバータが満足のいく暖気をするために十分な時間を与えない。

汚染物質の処理のためのシステムは、これゆえ、触媒３に対するジュール効果を介して、例えば、電流が流れる電気抵抗金属素子から構成される予備加熱グリッドを介して熱を放出するものである加熱手段５を加えて備える。加熱素子５を、ガスが流れる方向で触媒３の上流に、または触媒３の上に設置できる。

汚染物質の処理はまた、触媒３の上流に空気を送るように設計された空気循環手段２、例えば、排気ライン４、６へと吹き込む圧縮機を備えた空気循環ポンプ２も利用する。

制御手段は、触媒３の上流または下流に設置された酸素含有量用および温度用のプローブＳ１、Ｓ２と、例えば、プロセッサを備える自動車コンピュータによって具体化されたコンピュータを介して加熱手段５および空気ポンプ２を制御するための、例えば、ＣＡＮバスを有するシステム間通信ネットワークとの間の接続を確立するように構成される。

例えば、上流プローブＳ１は、エンジン１を出るガス中の燃料について空気に関する濃度または酸素に関する濃度を制御する。

下流プローブＳ２は、触媒３の出口のところの酸素濃度Ｏｓをモニタするために設けられることがある。濃度は、触媒３内の空気中の燃料の化学量論的レベルに対してプローブＳ１、Ｓ２により推定または測定されるような、空気中の燃料のレベルとして規定される。化学量論的比率は、触媒反応の完全に近い連鎖に導く空気中の燃料のレベルである。

図２は、汚染物質処理システムの実装形態の一例を図示する。

この実装形態は、ステップＲ０で始まり、そこではエンジン１を差し迫ってオンに切り替える意図が、例えば、車両を始動するための要求またはユーザの存在の検出を介して検出される。

そのために、ユーザがエンジンを始動させたいという要望は、始動防止システムが無効にされたときに、車両点火装置がオンに切り替えられるときに、またはそうでなければ車両のドア、特に運転者のドアが開けられたときに、検出されることがある。

あるいは、座席にいるユーザの存在は、例えば、赤外線検出を使用して車両の座席との接触を検出することによってまたはユーザの瞳を検出することによって検出される。

制御手段を、車両ダッシュボード制御インターフェースを介してまたは多機能電話機などの遠隔装置を介してプログラミングすることができる。特に、制御手段は、ステップＭ０の全体を通して車両を始動せずにシステムが使用されることを可能にするように構成される。

例えば、制御手段は、所定の時刻に、ステップＲ０の実施、すなわち、ステップＭ０に導くエンジンを始動させる意志の確認を毎日予定するように構成される。

制御手段は、車両の電荷蓄積器、例えば、車両電池内の利用可能な電気エネルギーの量に関する情報を考慮するように構成されてきていることがあり、この情報が利用可能であれば、ステップＲ０は、エンジンの使用の前に汚染物質処理システムを使用することを中止することによってストラテジを出ることに導くことができる。車両電池が放電されることに近い使用の文脈では、ステップＭ０中に触媒を加熱する命令は、したがって、車両を推進させることに優先順位を与えるために変更されることがある、または取り消されることさえあり得る。

制御手段がエンジン１を始動させる意図を確認する要求を認識すると、本方法は、ステップＭ０のステップＣ１へ進む。

図３に詳細を示されているステップＭ０は、ステップＣ１、Ｃ２、Ｅ１、Ｅ２およびＣ３を含み、これらを用いて、エンジン１がステップＤ０中に始動することを認められる前に、触媒作用にとって好ましい状態が準備される。

ステップＣ１中には、コンピュータは、触媒３の上流および／または下流の温度プローブＳ１、Ｓ２からの少なくとも１つの測定値から触媒３の温度ＴＣＡＴを推定し、そして摂氏４００度程度の予熱しきい値ＴＣＡＴ１に対してこの触媒３の温度を比較する。

触媒３は、このように、エンジン１がステップＤ０中に始動されるときに触媒反応に関するライトオフ温度であり得る。

コンピュータ７は、例えばステップＣ１中に、車両１が装備しそして必要とされようとしているすべての実施手段２、３、５およびセンサＳ１、Ｓ２が機能しているかどうかを決定するようにさらに構成されることがある。適切な場合には、ステップＣ１はステップＣ２につながる。

必要なセンサＳ１、Ｓ２または加熱素子５のうちの１つの故障が検出された場合には、そのときには準備が、ステップＣ１の間に明言される劣化したモードに対して行われることがある。

ステップＣ１の劣化したモードは、例えば、ストラテジを抜けること、すなわち予備加熱または空気注入を用いない直接スタートを可能にすることにともなって車両１の機器パネル上にエラー信号を表示することなどの情報を発行することにある。

第１の比較ステップＣ１は、規則的な時間間隔で、例えば１０ミリ秒毎に繰り返される。

予備加熱温度ＴＣＡＴ１にステップＣ１中に達する場合には、これはステップＣ２につながり、そうでなければステップＣ３につながる。

ステップＣ２は、温度プローブを使用して、予備加熱グリッドが最低グリッド温度ＴＧＲＩＤよりも高い温度であることをチェックすることにある。適切であれば、ステップＣ２はステップＥ１に続き、そうでなければステップＥ２へ進む。

エンジン１の始動での触媒作用の最大効率にとって、加熱グリッド５を予備加熱することは、加熱グリッドによって生成される熱がエンジン１から来るガスの流れがなくても前記加熱グリッドの下流に据え付けられた触媒３に移動され得るように空気循環ポンプ２の作動と同時に起きる。

ステップＥ１は、これゆえ、加熱素子５に電力を供給することおよびポンプ２をオフに切り替えることまたはポンプ２をオフにし続けることにある。ステップＥ１はステップＣ２に進む。加熱素子５が温度ＴＧＲＩＤに達しない限り、予備加熱グリッドを流れる電力の供給は、維持されるまたは増加される。

ステップＥ２は、加熱素子５をオンに切り替えることまたはオンにし続けることおよびポンプ２をオンに切り替えることまたはオンにし続けることにある。触媒３の上流に送られる空気は、そのときにはこれゆえ、酸素を多く含む大気から引き出されそしてエンジン１を始動することに先立って触媒３が予備加熱されることを可能にするために予備加熱グリッドを通って循環する。

ステップＣ３中に、触媒３内の酸素の量ＯＳが、立方メートル当たり８から１０モル程度の酸素含有量ＯＳ１と比較される。酸素含有量ＯＳが含有量ＯＳ１よりも低い限り、ステップＣ３はステップＥ２へ進み、そうでなければステップＤ０に続く。

ステップＤ０は、エンジン１を始動することを可能にすることそして実行することにある。始動のそのときに、ポンプ２は、オフに切り替えられることがあり、そして加熱素子５の作動が維持されることがある。ステップＤ０は、ステップＥ３およびステップＭ１の集合に続く。

ステップＭ１の集合は、規則的な間隔で、例えは１０ミリ秒毎に連続的に実行されるステップＥ３、Ｃ４、Ｅ４、Ｅ５およびＣ５、Ｅ６、Ｅ７を含む。

ステップＥ３は、エンジン１が始動すると直ぐに、例えば、ポンプ２をオフに切り替えることによって空気の注入を停止することにある。ステップＥ３は、並列に実行されるステップＣ４およびＣ５によって続けられる。

排気ガス中に残存する一酸化炭素を燃焼させるために、触媒３の温度ＴＣＡＴは、摂氏６００度程度の温度しきい値ＴＣＡＴ２よりも高いことが必要であり、触媒内の酸素の量ＯＳは、立方メートル当たり１から３モル程度の酸素含有量しきい値ＯＳ２を超えることが必要である。

触媒３は、行われる電気的に加熱することを補う放熱触媒反応よって熱化学的に加熱される。

ステップＣ４は、触媒３の温度ＴＣＡＴをしきい値ＴＣＡＴ２と比較することにある。ＴＣＡＴがＴＣＡＴ２を超える場合には、加熱素子５はオフに切り替えられ、そして熱の付加が熱化学的付加で置き換えられ、そうでなければ、方法はステップＥ５に戻り、そのステップ中に加熱素子５がオンに切り替えられるまたはオンに切り替えられたまま保たれ、そして加熱素子を流れる電流が維持されるまたは増加される。

ステップＣ５は、触媒３の酸素含有量ＯＳが酸素含有量しきい値ＯＳ２の下に低下していないかのチェックである。触媒３の酸素含有量ＯＳがしきい値ＯＳ２の下に低下する場合には、ステップＣ５は、ステップＥ６に続き、そうでなければ、ステップＣ５は、ステップＥ７へ行く。

ステップＥ６は、排気ガスから一酸化炭素を除去することにある。そのために、１１０と１４０パーセントとの間を含め、１００パーセントよりも大きな濃度設定点が、触媒３内の濃度に課せられる、または言い換えると、酸素含有量ＯＳを、化学量論的な量よりも上に増加させる。このステップは、加熱素子５がオンに切り替えられている限り、すなわち、方法がステップＥ４を通り過ぎない限り、ステップＣ５へ進む。ステップＣ５へ進む前に、一旦ステップＥ４を通過すると、ステップＥ６が、５～６０秒にわたり維持されることがある。ステップＥ６はこれゆえ、エンジン始動の後で１回だけ実行される。

ステップＥ７中には、エンジンは、定常状態に達し、そして処理システムの従来の濃度調整が作動される。例えば、実質的に１００パーセントの濃度設定点が制御手段へ送られる。

このようにして、システムは、触媒の酸素必要条件を評価しかつ確認し、そして炭化水素、窒素含有化合物および一酸化炭素の排出を制限するためにエンジン始動の前後の適正な温度の達成を管理する。

Claims (10)

1. 燃焼エンジンにより排出される汚染物質の処理のための方法であって、触媒手段（３）が加熱される、方法において、前記触媒手段（３）内の酸素の量（ＯＳ）は、前記酸素の量（ＯＳ）が前記触媒手段（３）の上流に空気を注入することによって酸素の最低量（ＯＳ１）よりも高いままであるように調整されることを特徴とする、方法。
2. 前記触媒手段（３）は、前記触媒手段（３）内の前記酸素の量（ＯＳ）が調整される前に予備加熱しきい値温度（ＴＣＡＴ１）を超えて加熱される、請求項１に記載の方法。
3. 前記触媒手段（３）を前記加熱することは、前記エンジン（１）を始動することが承認される前に実行される、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記触媒手段（３）内の前記酸素の量（ＯＳ）の前記調整は、前記エンジン（１）を始動することが承認される前に実行される、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記酸素の量（ＯＳ）の前記調整および前記触媒手段（３）を前記加熱することは、前記エンジン（１）を始動する要求が検出された後で行われる、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記触媒手段（３）内の前記酸素の量（ＯＳ）が、前記エンジン（１）を始動することの後では化学量論的酸素濃度しきい値（ＯＳ２）より高く保たれる、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
7. 加熱素子（５）は、前記触媒手段（３）の温度（ＴＣＡＴ）が前記エンジン（１）を始動することの後で定常状態温度しきい値（ＴＣＡＴ２）を超える場合にオフに切り替えられる、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記触媒手段（３）内の前記酸素の量（ＯＳ）は、前記エンジン（１）を始動することの後でそして一旦前記加熱素子（５）がオフに切り替えられた後では化学量論的酸素濃度しきい値（ＯＳ２）を超えて高められる、請求項７に記載の方法。
9. 前記触媒手段（３）内の前記酸素の量（ＯＳ）は、前記化学量論的酸素濃度しきい値（ＯＳ２）を超えた後では実質的に化学量論的酸素濃度しきい値（ＯＳ２）の付近に前記酸素の量（ＯＳ）を保つように調整される、請求項７または８に記載の方法。
10. 加熱素子（５）の予備加熱グリッドは、前記触媒手段（３）が前記加熱素子（５）を用いて加熱される前に最低グリッド温度（ＴＧＲＩＤ）まで加熱される、請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。
    

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