JP4469372B2 - 自動車の汚染除去手段の再生を補助するシステム - Google Patents

自動車の汚染除去手段の再生を補助するシステム Download PDF

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Description

本発明は、酸化前記触媒形成手段と協働し、自動車のディーゼルエンジンの排気ライン内に組み込まれた汚染除去手段の再生を補助するシステムに関する。特に、本発明は、エンジンがエンジンのシリンダに燃料を噴射するための共通のマニホルド、即ち、コモンレール（common rail）供給手段と協働し、排気ライン内で異なる温度レベルを得るために、異なるエンジン作動制御パラメータに応じて、第１のレベル及び第２のレベルにおいて、一定のトルクで、少なくとも２つの再生手順を履行するようになっており、第２のレベルの手順に対応する温度レベルが第１のレベルの手順（strategy）に対応する温度レベルよりも高いそのようなシステムに関する。
粒子フィルタ、硫黄で毒された後の酸化触媒、硫酸塩を除去するためのＮＯｘトラップ（trap;捕獲器）及びＳＯｘトラップのような汚染除去手段の再生中、迅速な再生を得るために及びこのような再生と協働する燃料の過剰な消費を最少化するために、エンジン排気ガスの温度を大幅に上昇させる必要がある。このためには、触媒形成手段への入口における温度を極めて大幅に上昇させることが必要になる。
ある手順はまた、排気ライン内の温度レベルを更に上昇させるために、エンジンにおける燃焼から由来する未燃焼の炭化水素を変換するための触媒形成手段の使用に依存する。しかし、はなはだ外熱的である触媒反応は最悪の場合触媒形成手段を破損させることがあり、または、この手段を早期に老化させることがあり、従ってその変換性能の早期の劣化を招くことがある。それ故、再生中に生じる触媒反応の外熱特性を完全に制御する必要がある。従って、本発明の目的はこれらの問題を解決することである。
この目的のため、本発明は酸化触媒形成手段と協働し、自動車のディーゼルエンジンの排気ライン内に組み込まれた汚染除去手段の再生を補助するためのシステムにして、エンジンが少なくとも１つの後噴射を含む、エンジンのシリンダ内に燃料を噴射するためのコモンレール供給手段と協働し、排気ライン内で異なる温度レベルを得るために、異なるエンジン作動制御パラメータに応じて、第１のレベル及び第２のレベルにおいて、一定のトルクで、少なくとも２つの再生手順を履行するようになっており、第２のレベルの手順に対応する温度レベルが第１のレベルの手順に対応する温度レベルよりも高いようなシステムを提供する。
本発明の特徴とするところは、システムが、触媒形成手段の外熱温度レベルを取得するための取得手段と、この外熱温度レベルを触媒形成手段のための安全しきい値と比較する比較手段とを有し、それによって、第２のレベルの手順を適用している間に安全しきい値を越えた場合に、供給手段が、触媒形成手段の外熱温度レベルを減少させるような態様で及び、このレベルが第１の所定の期間の終期にしきい値以下に低下しない場合は、第１のレベルの手順に切り換えるために供給手段を制御するような態様で及び、触媒形成手段の外熱温度レベルが第２の期間の終期に安全しきい値以下に低下しないままである場合は、再生手順を停止させるような態様で、エンジン作動制御パラメータの少なくとも１つを漸進的に規制するように制御され；供給手段が２つの連続する後噴射を履行するようになっており；規制中、供給手段が第２の後噴射における燃料の流量を漸進的に減少させるようになっており；供給手段が、０乃至１の範囲内に存在し、かつ外熱温度レベルと安全しきい値（safety threshold value）との間の差に基づいて決定される修正因子を使用して、第２の後噴射の流量を減少させるようになっている；ことである。
他の特徴によれば、
修正因子は非線形ゲインを有するＰＩ形式の調整器により決定される；
外熱温度を取得するための取得手段は２つの温度センサを有し、一方の温度センサは触媒形成手段の上流側に位置し、他方の温度センサは触媒形成手段の下流側に位置する；
エンジンはターボチャージャと協働するディーゼルエンジンである；
安全しきいの値は較正可能である；
汚染除去手段は粒子フィルタを有する；
汚染除去手段はＮＯｘトラップを有する；
汚染除去手段はＳＯｘトラップを有する；
汚染除去手段は酸化触媒を有する；
燃料は、その再生を容易にするために、混合された粒子と一緒に、汚染除去手段上に付着するようになった添加剤を含む；
燃料はＮＯｘトラップを形成する。
本発明は、添付図面を参照して行う単なる例としての以下の説明を読むことにより、良好に理解できる。図１は全体を符号１で表す汚染除去手段を再生する補助を提供するシステムを示し、システムは自動車のディーゼルエンジン４の全体を符号３で表す排気ライン内に組み込まれた全体を符号２で表す酸化触媒形成手段にと協働する。触媒形成手段は汚染除去手段の上流側に位置する。エンジンは、排気ライン内に位置するそのタービン部分５と、エンジンの上流側に位置するそのコンプレッサ６とを有するターボチャージャと協働することができる。
例として、汚染除去手段は、粒子フィルタ、ＮＯｘトラップ、酸化触媒、ＳＯｘトラップ等とすることができる。また、普通の方法で、燃料は、その中に捕獲された煤の燃焼温度を低下させることにより、その再生を容易にするために、混合された粒子と一緒に、汚染除去手段上に付着するようになった添加剤を含むことができることに気付くべきである。普通の方法で、添加剤は、添加剤を含む燃料がエンジン内で燃焼を受けた後に、粒子内に存在する。また、ＮＯｘトラップを形成する添加剤の使用も想定することができる。
エンジンは、また燃料の少なくとも１つの後噴射を含む、エンジンのシリンダ内へ燃料を噴射するためのコモンレール供給手段と協働する。このような手段は図面において全体を符号７で表され、このような手段は、排気ライン内で異なる温度レベルを得るために、異なるエンジン作動制御パラメータに応じて、第１のレベル及び第２のレベルにおいて、一定のトルクで、少なくとも２つの再生手順を履行するように、全体を符号８で表すパイロット手段と協働し、第２のレベルに対応する温度レベルは第１のレベルの手順に対応する温度レベルよりも高い。これは、例えば空気の導入量のようなエンジン作動制御パラメータを修正することにより、エンジン内への空気の導入のためのバラフライ弁を調整することにより、ターボチャージャのための設定点圧力を調整することにより、又は、普通の方法で例えば後噴射中にエンジン内へ噴射される燃料の量を調整することにより、行われる。このような汚染除去手段は、特にその膨張行程中におけるエンジンのシリンダ内への燃料の多重噴射により再生されることが知られている。
再生中の外熱温度の上昇を制限するため、パイロット手段は、高過ぎるようになった場合に触媒形成手段の外熱温度レベルを減少させるように、種々の噴射の特性（流量、噴射の開始等）に適合させるために、触媒装置の端部又は触媒装置の各素子の端部を横切る（外熱温度レベルを表す）温度差を連続的に監視する。
システムは、図面において全体を符号９で表す触媒形成手段の外熱温度レベルを取得するための手段と、この温度レベルを触媒形成手段のための安全しきい値と比較するための手段とを有し、この比較手段はパイロット手段８により形成され、また、全体を符号１０で表す第２のレベルの手順が適用されている間にしきいレベルを越えた場合に、触媒形成手段の外熱温度レベルを減少させるためにエンジン作動制御パラメータの少なくとも１つを漸進的に規制するような態様で、及び、このレベルが第１の所定の期間の終期にしきい値以下に低下しない場合は、全体を符号１１で表す第１のレベルの手順へ切り換えるために供給手段を制御するような態様で、及び、触媒形成手段の外熱温度レベルが第２の所定の時間時間の終期に安全しきい値以下に低下しないままである場合は、再生手順を停止させるような態様で、供給手段７を制御するのに役立つ。
触媒形成手段の外熱温度レベルを取得するための手段は、一方が触媒形成手段の上流側に位置し、他方が下流側に位置する２つの温度センサ９ａ、９ｂを有することができる。
調節系は、図２に示される。図２に、全体を符号１２で表す比較器が示され、その入力において、触媒形成手段のための安全しきい値ｓａｆｅ−ｔｈ及び上述のように取得された触媒形成手段の温度レベルＴＬを受け取る。比較器１２からの出力は、非線形ゲインを有する、全体を符号１３で表すＰＩ形式の調整器に接続され、この調整器は、供給手段７が２つの連続する後噴射を履行するようになった場合に、第２の後噴射の燃料流量を漸進的に減少させるために、修正情報を修正器１４へ送給するようになっている。
次に、このような状況の下では、供給手段７は、０乃至１の範囲内にあり、触媒形成手段の外熱温度レベルＴＬと安全しきい値ｓａｆｅ−ｔｈとの間の差に基づいて決定される修正因子を使用することにより、第２の後噴射の流量を減少させるようになっていることを理解されたい。当然、安全しきい値は較正可能である。
次に、このシステムの目的は、その完全性を保持するために及びその変換性能を劣化させる老化現象を制限するために、触媒形成手段２内で生じる外熱温度レベルを制限することであることを理解されたい。このような過剰な温度ピークは、再生補助システムがレベル２で作動している間にのみ発生することがある。瞬間的に測定された外熱温度レベルをしきい値と比較することにより、臨界温度を越えたか否かを決定することができる。
その後、しきい値に関する差に応じて、再生補助手順（種々の噴射の流量及び位相位置）は、例えば後噴射の流量を減少させることにより、一定のトルクを依然として維持しながら、この外熱温度を減少させるように修正される。説明している例においては、再生手順は多数の噴射特に２つの後噴射を利用する。第２の後噴射のために使用される燃料の量が、エンジンにより生み出されるトルクに何等の影響を与えずに、発生する炭化水素（ＨＣ）の量を修正するような態様で、較正を履行することができる。
従って、第２番目の後噴射の流量を減少させることにより、エンジンにより発生するＨＣの量が減少され、その結果、触媒形成手段内の未燃焼の炭化水素により発生する触媒温度も減少する。触媒形成手段の外熱温度が安全しきい値以上に留まっている限り、後噴射される燃料の量に対する修正が履行される。噴射される燃料の量の減少にも拘らず、外熱温度が第１の期間の終期にしきい値以下に低下しない場合は、次いで、システムは、触媒形成手段が作動しない場合に使用され、ＨＣが実質上発生しないようなそのレベル１の手順に切り換えられる。レベル１の手順への切り換えの後にさえ、外熱温度が所定の期間にわたって高過ぎる状態に維持される場合は、次いで、再生を中断する。
従って、触媒形成手段の下流側と上流側との間の温度差として測定される触媒により発生する外熱温度ＤＴｃａｔが較正可能なしきい値ＤＴｃａｔ−ｍａｘを越える場合、次いで、第２番目の後噴射の流量は、温度差Ｄｅｘｏ−ｃａｔ＝ＤＴｃａｔ−ＤＴｃａｔ−ｍａｘの関数として非線形ゲインを備えたＰＩ形式の調整器により与えられるような０乃至１の範囲にある修正因子Ｋｃａｔを掛けることにより、漸進的に減少される。
次いで、Ｄｅｘｏ−ｃａｔ>０となった直後に、タイマーを開始させる。較正可能な長さの時間ｔ−ｓａｆｅ−ｃａｔの終期において、再生補助システムは較正可能な最小長さの時間ｔ−ｌｅｖ１−ｃａｔだけレベル１にさせられる。この長さの時間ｔ−ｌｅｖ１−ｃａｔの終期に、外熱温度が安全しきい値ＤＴ−ｃａｔ−ｍａｘ以下に依然として低下しない場合は、次に、再生が停止される。
このようなシステムは触媒形成手段の安全な作動を保証できることを理解できよう。当然、他の実施の形態を想定できる。例えば、汚染除去手段及び酸化触媒形成手段は単一の素子として、特に共通の基体上で一体化することができる。例として、酸化機能を含む粒子フィルタの使用を想定できる。同様に、添加剤を伴う又は伴わない、このような酸化機能を組み込んだＮＯｘトラップも想定できる。
酸化機能及び（又は）ＮＯｘ捕獲機能は、例えば、燃料と混合された添加剤により、遂行することができる。最後に、汚染除去手段はまた酸化触媒又はＳＯｘトラップを含むことができる。
再生の補助を提供するための本発明に係るシステムの構造を示すブロック線図である。 再生の補助を提供するためのそのようなシステムの構造に含まれるパイロット手段の作動を示す図である。

Claims (11)

  1. 酸化触媒の触媒形成手段（２）と協働し、自動車のディーゼルエンジン（４）の排気ライン（３）内に組み込まれた汚染除去手段（１）の再生を補助するためのシステムであって、
    前記エンジンは、少なくとも１つの後噴射を含む、エンジンのシリンダ内に燃料を噴射するためのコモンレール供給手段（７）と協働し、排気ライン内で異なる温度レベルを得るために、異なるエンジン作動制御パラメータに応じて、第１のレベル及び第２のレベルにおいて、一定のトルクで、少なくとも２つの再生手順（１０、１１）を履行するようにされ、第２のレベルの再生手順（１０）に対応する温度レベルが第１のレベルの再生手順（１１）に対応する温度レベルよりも高くされ、
    前記システムは、前記触媒形成手段（２）の外熱温度レベルを取得するための取得手段（９）と、この外熱温度レベルを前記触媒形成手段（２）のための安全しきい値（ｓａｆｅ−ｔｈ）と比較する比較手段（８）とを有し、それによって、第２のレベルの再生手順（１０）を適用している間に安全しきい値を越えた場合に、前記供給手段（７）が、前記触媒形成手段（２）の外熱温度レベルを減少させるような態様で及び、このレベルが第１の所定の期間の終期にしきい値以下に低下しない場合は、第１のレベルの再生手順（１１）に切り換えるために供給手段（７）を制御するような態様で及び、前記触媒形成手段の外熱温度レベルが第２の期間の終期に安全しきい値以下に低下しないままである場合は、再生手順を停止させるような態様で、エンジン作動制御パラメータの少なくとも１つを漸進的に規制するように制御され；
    前記供給手段（７）が２つの連続する後噴射を履行するようにされ；
    前記供給手段（７）が、０乃至１の範囲内に存在し、かつ外熱温度レベルと安全しきい値（ｓａｆｅ−ｔｈ）との間の差に基づいて決定される修正因子を使用して、第２の後噴射の流量を漸進的に減少させるようにされることを特徴とするシステム。
  2. 前記修正因子が非線形ゲインを有するＰＩ形式の調整器（１３）により決定されることを特徴とする請求項１のシステム。
  3. 前記外熱温度レベルを取得するための取得手段（９）が２つの温度センサ（９ａ、９ｂ）を含み、一方の温度センサが前記触媒形成手段の上流側に位置し、他方の温度センサが前記触媒形成手段の下流側に位置することを特徴とする請求項１乃至２のいずれかのシステム。
  4. 前記エンジン（４）がターボチャージャ（５、６）と協働するディーゼルエンジンであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかのシステム。
  5. 前記安全しきい（ｓａｆｅ−ｔｈ）の値が較正可能であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかのシステム。
  6. 前記汚染除去手段（１）が粒子フィルタを含むことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかのシステム。
  7. 前記汚染除去手段（１）がＮＯｘトラップを含むことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかのシステム。
  8. 前記汚染除去手段（１）がＳＯｘトラップを含むことを特徴とする請求項１乃至７のいずれかのシステム。
  9. 前記汚染除去手段（１）が酸化触媒を含むことを特徴とする請求項１乃至８のいずれかのシステム。
  10. 前記燃料が、その再生を容易にするために、混合された粒子と一緒に、前記汚染除去手段（１）上に付着するようになった添加剤を含むことを特徴とする請求項１乃至９のいずれかのシステム。
  11. 前記燃料がＮＯｘトラップを形成する添加剤を含むことを特徴とする請求項１乃至９のいずれかのシステム。
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