JPH10503254A - レールインジェクションシステムによるディーゼルエンジンの微粒子フィルタの再生を自動的に始動する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 自動再生始動方法は、燃焼室の温度が、排気の温度を上昇させて瀘波された微粒子の燃焼を始めるように、その燃焼のために十分高くなると、膨張ストロークの間、シリンダに直接所定の量の燃料を注入するための補助ポストインジェクションフェーズを、メインインジェクションフェーズに加えて、表す。注入された燃料の量及びポストインジェクションフェーズのタイミングを適切に規制することによって、不完全燃焼生産物は乾いた微粒子の燃焼を援助し、その点火温度を下げるために形成される。

Description

【発明の詳細な説明】 レールインジェクションシステムによるディーゼルエンジンの微粒子フィルタの 再生を自動的に始動する方法技術分野 この発明は、レールインジェクションシステムによるディーゼルエンジンの微 粒子フィルタの再生を自動的に始動する方法に関連したものである。背景技術 周知のように、環境を保護するために、多くの努力が払われており、多くの国 で、内燃期間の排出を制御するために、より困難な制限が課されている。 特にディーゼルエンジンに関して、主な問題は、一酸化炭素（ＣＯ）及び炭化 水素（ＨＣ）の非常に低い内容物に対抗するように、酸化窒素（ＮＯx）と微粒 子の排気ガスの存在に払われるべくものである。 排気ガスの微粒子内容物を最小にするために、排気ラインに沿って、幾つかの システム特徴で、微粒子の燃焼されていない粒子を保持するフィルタが構成され 、そしてそれはトラップされた微粒子を焼き払うことによって、定期的に清掃（ 「再生」）されねばならない。 微粒子の燃焼が、高温−約５００〜５５０℃−特定の環境に於いてのみ、自然 に自動的に始められるので、幾つかのフィルタは、トラップされた微粒子の燃焼 が自動的に始まる温度に、該フィルタを熱するために、定期的に活性化される熱 成分で適合させられる。他のシステムは、概略的に３５０℃に初期の温度を下げ るための触媒を提供するものであるが、その解決は中位のエンジン負荷状態の下 でのみ有効なものである。エンジンの長期に渡る低負荷動作（例えば市街地走行 ）、及び／または低い外気温度（冬季）の存在の場合、排気ガスの温度は、燃焼 初期温度よりも低く、微粒子がフィルタ上に徐々に蓄積するので、増加される反 対圧力、減ぜられたパフォーマンス、増加された燃料消費及びエンジンの可能に 一様な失速にて結果として生じる。 そのうえ、確実な走行状態に於いて、微粒子が多く蓄積されることは、「臨界 の」再生現象に於いて結果として生じ得るもので、それは微粒子の燃焼が突然に 制御されなくなり、フィルタのセラミックマトリクスの内部が熱されてフィルタ 自体が損傷してしまうものであった。発明の開示 この発明の目的は、排気ガス温度が既知のシステムの初期温度以上に保証され ないエンジン負荷状態の下でも、フィルタにトラップされる微粒子の燃焼を自動 的に始動する方法を提供することである。 この発明に従って、メインインジェクションフェーズを具備するレールインジ ェクションシステムによるディーゼルエンジンの微粒子フィルタの再生を自動的 に始動する方法を提供するものであり、その特徴はエンジンの膨張ストロークの 間の補助ポスト- インジェクションフェーズを備えることである。図面の簡単な説明 好ましくは、この発明の制限されない実施例は、添付の図面に関連した例によ って述べられよう。 図１は、既知のディーゼルエンジンインジェクションシステムのブロック図を 示したものである。 図２は、この発明に従った、エンジンストロークに関して圧力とインジェクシ ョンのグラフを示したものである。発明を実行するための最良のモード 図１は、この発明に関連するタイプのディーゼルエンジンレールインジェクシ ョンシステム１を概略的に示した図である。システム１に於いて、この発明に適 切な部分のみ示され、燃料コンジットは連続した線により表示され、破線はコン トロール及び測定された量信号を供給する電気的なラインを表示する。 システム１は、 燃料（ディーゼル燃料）タンク２と、 低圧コンジット４によりタンク２に接続された高圧供給ポンプ３と、 高圧ライン７に沿ったプレッシャーレギュレータ６と、 プレッシャーレギュレータ６とタンク２との間の低圧燃料リターンコンジット ８と、 コンジット７に接続してインジェクタに接続するための１つ以上の要素を表す 高圧燃料レール９と、 エンジン１２の各シリンダ１１の１つであって、レール９に接続された多数の インジェクタ１０と、 種々のセンサ、メモリされたマップ、及び与えられたコントロール計略からの 信号を基準としてシステム構成要素を統治するパワーコントロールユニット（セ ントラルコントロールユニット）１６と、 エンジン排気マニホールド（図示せず）に接続された燃焼生成排気コンジット １７と、 排気コンジット１７上の微粒子フィルタ１８と、 吸入マニホールド１９と、 レール９上の圧力センサ２０と、 エンジン１２のカムシャフト（図示せず）上のサイクルセンサ２１と、 前記エンジンの出力シャフト２３上のエンジンスピード及びストロークセンサ ２２と、 微粒子フィルタ１８から上流の、排気コンジット１７上の圧力センサ２４と を備えている。 プレッシャーレギュレータ６、インジェクション１０、圧力センサ２０、サイ クルセンサ２１と、エンジンスピード及びストロークセンサ２２は、電気的デー タ及びコントロール交換ラインに渡ってセントラルユニット１６に接続される。 この発明に従ってセントラルユニット１６により標準に制御されたメインイン ジェクションフェーズに加えて、インジェクションシステム１は、また、エンジ ンの排気温度を上昇させることをポスト注入燃料のために提供し、及び／または 前記フィルタ上に蓄積された微粒子の点火温度を下げるため、そして低温、フィ ルタの低いエンジン負荷再生を援助するの不完全燃焼産出物（ＨＣ）を発生させ る。 補助のポストインジェクションフェーズのタイミングが図２に概略的に示され 、第１のグラフは各シリンダーの種々のストロークの圧力を示し、第２のグラフ は３つの異なる場合に於けるメインインジェクション（３０）とポストインジェ クション（３１）の配置を示したものであり、ＴＤＣは、真中上限、ＢＤＣは真 中下限、ＩＮＤは誘導ストローク、ＣＯＭＰは圧縮ストローク、ＥＸＰは膨張ス トローク、そしてＥＸは排気ストロークを示している。 一点鎖線による曲線は低いエンジン負荷状態の下でのインジェクションプレッ シャーを示し、破線による曲線は中位のエンジン負荷状態の下でのインジェクシ ョンプレッシャーを示し、連続した線による曲線は中位より高いエンジン負荷状 態の下でのインジェクションプレッシャーを示している。同様に、前述した３つ の場合に於けるメインインジェクションとポストインジェクションフェーズのタ イミングは、同じグラフィック手段、一点鎖線（低い負荷）、破線（中位の負荷 ）及び連続した線（高い負荷）を使用して示される。メインインジェクションと ポストインジェクションフェーズの右及び左への矢印は、示された例と比較され るように、エンジンの動作状態を考慮して、進められたか、遅延されたか、長く されたか、或いは短くされたかという配置及び期間の変化の可能性を示しており 、エンジンの消費を最適化するための要求された状態でフィルタの注入温度を確 実にする。 この発明に従って、ポストインジェクションフェーズは、膨張ストロークＥＸ Ｐの間、前記シリンダ中に直接燃料−空気混合物の所定の量のインジェクション を備え、そのときの燃焼室の温度は、その燃焼のためにまだ十分に高い。この目 的のために、（フィルタの反対圧力及びエンジンスピードと負荷に基いた）フィ ルタの詰まり値と予め定められたアルゴリズムに基いて、セントラルユニット１ ６はポストインジェクションを実行するときに、エンジン負荷及びスピードの関 数として、タイミングと量を或いは決定する。 更に明確に、スタート角度は、（最も低い負荷に関係がある図２に於いて曲線 ａ）により示されるように）負荷に正比例するものであり、注入された燃料量は 負荷に反比例する。一般に、ポストインジェクションは前記２つの合計に等しい 期間の１つのインジェクションとして、前記メインインジェクション以降を直ち に実行し得るもので、メインインジェクション（中位の負荷）の数パーセントか らメインインジェクションの最大およそ４０〜５０％にポスト注入された燃料範 囲の量は、問題のエンジンスピードに関連している。 この発明の１つの実施例によれば、各々のサイクルの全てのシリンダで実行さ れるのに対抗するように、前記シリンダの熱負荷のバランスを取るため、及び全 てのシリンダに存在する同じ状態を持つシステムにより取扱うことができるもの 以上の小さい全ての量のポストインジェクションを可能にするように、ポストイ ンジェクションは連続したサイクルで１つのシリンダから別のシリンダに交互に される。 また、エンジン１２の動作状態に依存して、ポストインジェクションは予め定 められた連続的または非連続的なサイクルの数で実行することができる。 本来、シリンダの交互性で、連続的なサイクルのシーケンスを可能にする前記 ポストインジェクション、及び実行されるべく（全ての期間）そのポストインジ ェクションのサイクル数は、セントラルユニット１６に関連したまたは記憶素子 に於けるエンジン状態の関数として記憶される。 ポストインジェクションは、種々の方法の何れで実行することができる。第１ の解釈に於いて、（通常は他の処理機能のために既に有効である）エンジンの動 作負荷は、それが予め定められた限界値以下にどれだけ長く残るかを決定するた めに連続的にモニタされる。そして、もしエンジンが予め定められたタイムリミ ットを越えて十分でない負荷で動作すれば、セントラルユニットは、最も詰まり そうなフィルタの再生を始動するためにポストインジェクションフェーズを作動 させる。この場合、前記フィルタから上流のプレッシャーセンサは、不要とする ことができる。 第２の解釈として、前記ポストインジェクションフェーズは、前提である、一 般的に言えば低いエンジンスピードで、予め定められた動作時間の後フィルタが 詰まり、規則的な間隔で自動的にフィルタの初期再生が受け入れられる状態の下 で動作するフィルタを確実にするように、エンジン負荷に関わらず定期的にもた らされる。この解釈は、周知の、一定の動作モードに最も適している。 第３の解釈に於いて、フィルタの詰まりは、センサ２４によって、間接的にモ ニタすることにより決定され、フィルタから上流の圧力及びそれは、フィルタ上 に付いた微粒子に関連付けられる。この場合、セントラルユニット１６は周知の アルゴリズムに基いて、パーセンテージのように標準的に表される、フィルタの 詰まりを計算するために提供されるもので、その変数はエンジンスピードと負荷 をも含み、到達される予め定められたパーセンテージのポストインジェクション フェーズを可能にする。 第４の解釈に於いて、組合わされた方法が適用される。フィルタの詰まりは前 記第３の解釈のようにモニタされ、そして予め定められた閾値に到達し（例えば ８０％）、セントラルユニットは、ポストインジェクションフェーズを実行する ためために、例えば予め定められた値以下のエンジン負荷の正しいモーメントを 待機するために切換え、そしてこのような負荷を決定し、前記ポストインジェク ションフェーズを作動する。本来、この解釈に於いて、前記セントラルコントロ ールユニットは最大許容値内に残る詰まりを決定するために続けられ、そして、 もしこれが越えれば、フィルタへの損傷をを防止するため及び燃料消費を最小に するために、動作負荷に関わらずポストインジェクションを作動する。 前述したタイプのエレクトロニックレールインジェクションシステムで、ポス トインジェクションフェーズはセントラルユニット１６によってインジェクタ１ ０に供給されるコントロール信号により電気的に制御されるインジェクションの 長所により困難なことなく実行され、エンジンストロークに関するタイミングは 十分に適応性のあるものであり、前記システムに固有の特性によって決して制限 されない。 この発明の利点は、次の通りである。特に、それはそれら自身でそのようにす ることができないであろうエンジン状態の下で、微粒子フィルタを再生すること を提供する。そのうえ、一見してそれが燃料消費を増加させるように見えるかも しれないが、フィルタが詰まった（フィルタから上流のエンジンまたは圧力の低 いスピードの動作時間に基いて検出されたような）とき、すなわち、燃料消費が フィルタの状態に払われるべく既に増加されたとき、実行されるポストインジェ クションの長所により、これはそのようにはならない。ポストインジェクション がフィルタの動作状態を再生して、故に改良するために提供されるので、前記ポ ストインジェクションフェーズに払われるべく消費の増加は、フィルタの動作状 態を改良することによって達成された低減により、更に補償される。 そのうえ、この発明に従った方法は、存在するエレクトロニックレールインジ ェクションシステムコントロールユニットを容易に及び安価で実行することがで きるので、エンジンまたはインジェクションシステムに対して特別な装置と改造 を要求しないが、インジェクタ信号の簡単なソフトウェア制御を要求する。 明瞭に、この発明の範囲から逸脱することなく、前述され且つここに示された 方法への変化を作ることができる。特に、既に述べられたように、前記ポストイ ンジェクションフェーズは、最適な動作状態を確実にするために、示された例と 比較されるように、進められか、遅らせられることができる。

【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９６年９月１１日 【補正内容】 明細書 レールインジェクションシステムによるディーゼルエンジンの微粒子フィルタの 再生を自動的に始動する方法技術分野 この発明は、請求項１の序文に従ったディーゼルエンジンの微粒子フィルタの 再生を自動的に始動する方法に関連したものである。背景技術 周知のように、環境を保護するために、多くの努力が払われており、多くの国 で、内燃期間の排出を制御するために、より困難な制限が課されている。 特にディーゼルエンジンに関して、主な問題は、一酸化炭素（ＣＯ）及び炭化 水素（ＨＣ）の非常に低い内容物に対抗するように、酸化窒素（ＮＯx）と微粒 子の排気ガスの存在に払われるべくものである。 排気ガスの微粒子内容物を最小にするために、排気ラインに沿って、幾つかの システム特徴で、微粒子の燃焼されていない粒子を保持するフィルタが構成され 、そしてそれはトラップされた微粒子を焼き払うことによって、定期的に清掃（ 「再生」）されねばならない。 微粒子の燃焼が、高温−約５００〜５５０℃−特定の環境に於いてのみ、自然 に自動的に始められるので、幾つかのフィルタは、トラップされた微粒子の燃焼 が自動的に始まる温度に、該フィルタを熱するために、定期的に活性化される熱 成分で適合させられる。他のシステムは、概略的に３５０℃に初期の温度を下げ るための触媒を提供するものであるが、その解決は中位のエンジン負荷状態の下 でのみ有効なものである。エンジンの長期に渡る低負荷動作（例えば市街地走行 ）、及び／または低い外気温度（冬季）の存在の場合、排気ガスの温度は、燃焼 初期温度よりも低く、微粒子がフィルタ上に徐々に蓄積するので、増加される反 対圧力、減ぜられたパフォーマンス、増加された燃料消費及びエンジンの可能に 一様な失速にて結果として生じる。 そのうえ、確実な走行状態に於いて、微粒子が多く蓄積されることは、「臨界 の」再生現象に於いて結果として生じ得るもので、それは微粒子の燃焼が突然に 制御されなくなり、フィルタのセラミックマトリクスの内部が熱されてフィルタ 自体が損傷してしまうものであった。 請求項１の序文に従ったディーゼルエンジンの微粒子フィルタを再生する方法 はＥＰ−Ａ−０ ０７０ ６１９に開示されるものであり、ポストインジェクシ ョンフェーズはフィルタに対して燃焼していない燃料を供給するように排気スト ロークに於いてシリンダに直接実行される。前記フィルタの再生は、排気ガス温 度の上昇を生じることなくもたらされる。発明の開示 この発明の目的は、排気ガス温度が既知のシステムの初期温度以上に保証され ないエンジン負荷状態の下でも、フィルタにトラップされる微粒子の燃焼を自動 的に始動する方法を提供することである。 この発明に従って、エンジンの膨張ストロークの間、エンジンシリンダ内への 燃料のインジェクションを含むメインインジェクションフェーズ及び補助ポスト インジェクションフェーズを具備し、前記インジェクションが前記エンジンの排 気ガス温度に於いて上昇を生じるポストインジェクテッド燃料消費を生成するよ うにレールインジェクションシステムを介して実行されることを特徴とするディ ーゼルエンジンの微粒子フィルタの再生を自動的に始動する方法を提供するもの である。図面の簡単な説明 好ましくは、この発明の制限されない実施例は、添付の図面に関連した例によ って述べられよう。 図１は、既知のディーゼルエンジンインジェクションシステムのブロック図を 示したものである。 図２は、この発明に従った、エンジンストロークに関して圧力とインジェクシ ョンのグラフを示したものである。発明を実行するための最良のモード 図１は、この発明に関連するタイプのディーゼルエンジンレールインジェクシ ョンシステム１を概略的に示した図である。システム１に於いて、この発明に適 切な部分のみ示され、燃料コンジットは連続した線により表示され、破線はコン トロール及び測定された量信号を供給する電気的なラインを表示する。 システム１は、 燃料（ディーゼル燃料）タンク２と、 請求の範囲 １） エンジンの膨張ストロークの間、エンジンシリンダ内への燃料のインジ ェクションを含むメインインジェクションフェーズ及び補助ポストインジェクシ ョンフェーズを具備するディーゼルエンジンの微粒子フィルタの再生を自動的に 始動する方法に於いて、前記インジェクションは前記エンジンの排気ガス温度に 於いて上昇を生じるポストインジェクテッド燃料消費を生成するようにレールイ ンジェクションシステムを介して実行されることを特徴とするディーゼルエンジ ンの微粒子フィルタの再生を自動的に始動する方法。 ２） 前記ポストインジェクションフェーズは連続するサイクルに於いて前記 エンジンシリンダーで交互に行われることを特徴とする請求項１に記載の方法。 ３） 前記方法は、記憶されたサイクルシーケンスに従って前記ポストインジ ェクションフェーズを制御するステップから構成されることを特徴とする請求項 １若しくは２に記載の方法。 ４） 前記方法は、前記エンジンの状態をモニタするため、及び予め定められ た値以上の時間連続する予め定められた出来事を検出する前記ポストインジェク ションフェーズを作動するためにに提供されることを特徴とする請求項１乃至３ の何れか１に記載の方法。 ５） 前記エンジン状態はエンジンスピードと負荷から構成され、前記出来事 はそれぞれの閾値以下に落ちるエンジンスピードと負荷から構成されることを特 徴とする請求項４に記載の方法。 ６） 前記エンジン状態は前記微粒子フィルタの詰まり度合いで構成され、前 記微粒子フィルタから上流の圧力と、エンジンスピードと負荷の関数として計算 され、前記出来事はそれぞれの閾値を越えた前記詰まる度合いで構成されること を特徴とする請求項４若しくは５に記載の方法。 ７） 前記方法は、予め定められた動作時間間隔で前記ポストインジェクショ ンフェーズを作動するために提供されることを特徴とする請求項１乃至３の何れ か１に記載の方法。 ８） 前記ポストインジェクションフェーズはエンジン負荷とスピードの関数 として燃料の量のインジェクションで構成されることを特徴とする請求項１乃至 ７の何れか１に記載の方法。 ９） 前記ポストインジェクションフェーズはエンジン負荷とスピードの関数 として、前記メインインジェクションフェーズに関連して、遅延されることを特 徴とする請求項１乃至８の何れか１に記載の方法。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １） メインインジェクションフェーズを具備するレールインジェクションシ ステムによるディーゼルエンジンの微粒子のフィルタの再生を自動的に始動する 方法に於いて、 前記エンジンの膨張ストロークの間補助のポストインジェクションフェーズを 備えることを特徴とする方法。 ２） 前記ポストインジェクションフェーズはエンジンシリンダの中への燃料 のインジェクションを備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。 ３） 前記ポストインジェクションフェーズは連続するサイクルに於いて前記 エンジンシリンダーで交互に行われることを特徴とする請求項１若しくは２に記 載の方法。 ４） 前記方法は、記憶されたサイクルシーケンスに従って前記ポストインジ ェクションフェーズを制御するステップから構成されることを特徴とする請求項 １乃至３の何れか１に記載の方法。 ５） 前記方法は、前記エンジンの状態をモニタするため、及び予め定められ た値以上の時間連続する予め定められた出来事を検出する前記ポストインジェク ションフェーズを作動するためにに提供されることを特徴とする請求項１乃至４ の何れか１に記載の方法。 ６） 前記エンジン状態はエンジンスピードと負荷から構成され、前記出来事 はそれぞれの閾値以下に落ちるエンジンスピードと負荷から構成されることを特 徴とする請求項５に記載の方法。 ７） 前記エンジン状態は前記微粒子フィルタの詰まり度合いで構成され、前 記微粒子フィルタから上流の圧力と、エンジンスピードと負荷の関数として計算 され、前記出来事はそれぞれの閾値を越えた前記詰まる度合いで構成されること を特徴とする請求項５若しくは６に記載の方法。 ８） 前記方法は、予め定められた動作時間間隔で前記ポストインジェクショ ンフェーズを作動するために提供されることを特徴とする請求項１乃至４の何れ か１に記載の方法。 ９） 前記ポストインジェクションフェーズはエンジン負荷とスピードの関数 として燃料の量のインジェクションで構成されることを特徴とする請求項１乃至 ８の何れか１に記載の方法。 １０） 前記ポストインジェクションフェーズはエンジン負荷とスピードの関 数として、前記メインインジェクションフェーズに関連して、遅延されることを 特徴とする請求項１乃至９の何れか１に記載の方法。