JP6043297B2 - 排気後処理を備えた内燃機関およびその運転方法 - Google Patents

Description

本発明は、一般に、排気後処理デバイスを備えた内燃機関に関する。本発明は、より詳細には、酸化触媒と、ＳＣＲ触媒などのＮＯｘ処理デバイスとを備えた機関の制御に関する。

現在の排気制御規制は、燃焼副産物および／または不完全燃焼の産物の濃度を低減するために、排気後処理システムの使用を余儀なくしている。

火花点火（すなわちガソリン）機関は、従来、排気規制を満足するために三方向触媒コンバータを使用している。しかしながら、圧縮点火（すなわちディーゼル）機関は、典型的には、窒素酸化物（ＮＯｘ）を効率的に還元することができない二方向触媒コンバータ（ディーゼル酸化触媒−ＤＯＣとも呼ばれている）を備えている。したがってディーゼル機関は、しばしば排気ガス中に最も多く存在し、最も環境を汚染する成分であるＮＯｘの還元を求めるべく、還元剤をベースとする選択的触媒還元（ＳＣＲ）デバイスを含むことができる。さらに、ディーゼル機関は、微粒物質を制御するためのディーゼル微粒フィルタ（ＤＰＦ）を含むことも可能である。

尿素をベースとするＳＣＲ触媒は、能動ＮＯｘ還元剤としてガス状アンモニアを使用している。典型的には、カルバミド（（ＮＨ_２）_２ＣＯ）としても知られている尿素の水溶液は、車両のボード上で運ばれ、注入システムを使用して、ＳＣＲ触媒に流入する排気ガス流に供給され、そこでガス状アンモニア（ＮＨ３）に分解されて触媒中に貯蔵される。次に、触媒に流入する機関排気ガスに含まれているＮＯｘが貯蔵されているアンモニアと反応し、それにより窒素および水が生成される。排気限界を達成するために必要な変換効率を得るためには、ＳＣＲ−触媒を少なくともライトオフ（light off）温度として知られている所定の温度にしなければならないことに言及することは価値がある。

機関の排気システムでは、ＳＣＲ触媒は、従来、他の排気後処理手段、すなわち触媒コンバータおよび場合によっては微粒フィルタの下流側に置かれている。

排気後処理デバイスが直列に取り付けられたこのような排気ラインの課題の１つは、その熱管理である。酸化触媒、微粒フィルタおよびＳＣＲ触媒を直列に備えた排気ラインの上記事例の場合、触媒エレメントは、可能な限り早くそれらの個々のライトオフ温度に到達しなければならない。

しかしながらＳＣＲ触媒は、通常、排気ラインの最後の処理構成要素であり、機関排気弁から最も遠くに位置している。さらに、排気ラインの個々の構成要素は熱慣性を有しており、そのため、機関の近くに位置している構成要素と比較すると、機関からさらに遠くに位置している構成要素の温度上昇が遅れる。排気管自体の熱損失も同じく考慮しなければならない。図１は、ディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）、ディーゼル微粒フィルタ（ＤＰＦ）およびＳＣＲ触媒の各々に対するディーゼル機関の典型的な温度トレースを示したものである。

図から分かるように、ＳＣＲ触媒の温度は、排気ラインの他の構成要素の熱挙動に大きく依存している。触媒を可能な限り早く加熱するために、機関は、通常、機関から排気されるガスの温度を高くするために機関制御パラメータに作用するか、あるいはＤＯＣ内で燃焼される燃料を排気ラインに注入することによって加熱モードで運転される。例えば米国特許出願公開第２００９／０２１７６４５号に、このような加熱戦略が記載されている。

加熱モードは、機関始動からトリガすることができる。従来では、次に、ＳＣＲ触媒の現在の温度を監視することによって熱管理が実施され、また、加熱モードは、触媒中の温度が目標温度、例えばライトオフ温度に到達すると、直ちに停止される。

残念ながら、このような制御状態の下ではＤＯＣが極めて熱くなり、その一方では、それと同時にＳＣＲは、排気ラインの構成要素の熱慣性のため、依然として比較的冷たい。同じく図１から理解されるように、例えばＳＣＲ−触媒中で測定した２５０℃のライトオフ温度で加熱モードが停止されると、システムの熱慣性によって３００℃を超えるＳＣＲ温度のオーバシュートがもたらされる。このような高温はＮＯｘ変換のためには不要であり、したがって燃料を無駄に消費して排気ラインを加熱することになる。

したがって、ＳＣＲ−触媒などの排気後処理デバイスを有する排気システムを備えた内燃機関の改良型運転方法が必要である。

本発明は、請求項１で特許請求されている、排気システムを備えた内燃機関を運転するための方法に関している。

排気システムは、第１の排気後処理手段を備え、また、その下流側に第２の排気後処理手段を備えており、また、機関は、標準モードおよび加熱モードのうちの少なくとも一方のモードでの機関の運転を許容するように構成されたＥＣＵを備えている。

当業者には理解されるように、標準モードおよび加熱モードは、排気システムにおける特定の結果を達成するための機関燃焼の所与の制御から得られる。標準モードは、例えば排気および燃料消費を最適化するように設計された機関設定に対応していてもよい。加熱モードの目的は、排気システムの温度、ひいては排気後処理手段の温度を高くすることであり、つまり排気ラインの「熱管理」を実施することである。これらの機関燃焼モード（標準／加熱）が第２の排気後処理手段に対して対応するように（in a coordinate manner）制御される場合、それらは互いに関連していると言うことができる。加熱モードでは、第２の排気後処理手段に到達する排気ガスの温度が高くなる（標準モードと比較して）任意の適切な手段を取ることができ、つまり機関から排気されるガスの温度を高くするために機関設定／制御パラメータに作用するか、あるいはＤＯＣ内で燃焼される燃料を排気ラインに注入することによってガスの温度を高くすることができる。

本発明によれば、第２の排気後処理手段の予測温度変化（evolution）は、排気システムの熱慣性を考慮した、入力として第１および第２の排気後処理手段の現在の温度を有する熱モデルに基づいて定期的に決定される。第２の排気後処理手段の予測温度変化は、運転モードが変更された場合に、第２の排気後処理手段が現在の時間から先のシミュレーション期間の間に到達するであろう温度を表す。このシミュレーション期間は、現在の時間から始まり、シミュレーションを実施するために必要な時間より実質的に長いことが好ましい所定のシミュレーション継続期間を有している。次に、予測温度変化に応じて運転モード（加熱または標準）を変更することができる。

したがって本発明による方法は、将来の温度を予測するために、排気ラインの処理要素の現在の状態および熱慣性を考慮している。しかしながら、予測温度のこのシミュレーションは、運転モードの変更を前提として実施される。例えば第２の排気後処理手段の温度を高くするために機関が加熱モードで運転されていた場合、熱モデルは、加熱モードが停止されること、および機関が標準モードで運転されることを仮定して予測温度変化を決定する。したがってこの方法によれば、燃料を消費する加熱モードを可能な限り早く停止することができ、また、それと同時に第２の後処理手段が必要な温度で動作することを保証することができる。

そのために、得られた各予測温度（すなわち予測温度変化内の各温度）を上側の温度閾値と比較することができ、また、予測温度がこのような上側の温度閾値に到達し、あるいは超えたことが決定されると、加熱モードを停止することができる。

同様に、本発明による方法を使用して、温度が所定の温度未満に低下するのを回避するために標準モードでの運転を「加熱」モードに切り換えるべき時点を決定することも可能である。この場合も、これは、得られた予測温度を下側の温度閾値と比較することによって実施することができ、また、予測温度がこのような下側の温度閾値に到達し、あるいはそれ未満に降下したことが決定されると、機関の運転を標準モードから加熱モードに切り換えることができる。

このような上側および下側の閾値温度は較正によって決定することができる。上側および下側の閾値温度の選択は、燃料消費と変換効率の間の妥協を意味しているが、これらの閾値は、十分な総合ＮＯｘ変換効率を保証することが好ましく、実際にはこれらの閾値は異なっていてもよいが、ライトオフ温度に比較的近い。理解されるように、これらの上側および下側の閾値により、ＳＣＲ触媒の加熱速度挙動を認識することができる。

好ましくは、熱モデルは、個々の運転モードに関連付けられる排気ラインの個々の所定の定常状態温度を使用している。定常状態温度は、排気ラインの１つの構成要素、好ましくは第２の排気後処理手段の定常状態温度を代表することができる。この入力は、第２の排気後処理手段の長期間の温度に関する仮定であり、計算のための１つの制限条件である。速度および実施の容易さのためには、一次遅れフィルタモデルが好ましい。

本発明による方法は、とりわけ、第１の排気後処理手段として酸化触媒および／または微粒フィルタを備え、また、その下流側に第２の排気後処理手段としてＳＣＲ−触媒を備えた機関の排気システムの熱管理にとって有益であることが分かる。

これらおよび他の好ましい実施形態は、特許請求の範囲の従属請求項２から９に記載されている。

また、他の態様によれば、本発明は、請求項１１で特許請求されている、排気後処理手段を有する排気システムを備えた内燃機関に関している。この内燃機関の好ましい変形形態は、特許請求の範囲の従属請求項１２から１５に記載されている。

本発明は、機関排気システムにおけるＳＣＲ−触媒の熱制御を最適化することを目的として開発されたものであるが、本発明は、排気ラインの下流側に位置している、排気システムの熱慣性および排気システムの上流側で生成される熱によって影響される他のタイプの排気後処理デバイスの熱制御に適用することができることに留意されたい。

また、同じく当業者には明らかであるように、本発明による方法は、第２の排気後処理手段のための３つ以上の運転モードを使用して実施することができ、例えば１つの標準モードおよび異なる加熱戦略に対応する２つの加熱モード（例えばライトオフ加熱モードおよび連続（running）加熱モード）を存在させることができる。

以下、本発明について、一例として、添付の図面を参照して説明する。

ＦＴＰ７５（またはＥＰＡ ＩＩＩ）排気サイクル中における、ＳＣＲシステムのための従来の機械化の温度曲線（時間に対する）を示すグラフである。 本発明による方法の好ましい実施形態に使用される熱モデルのブロック図である。 本発明の方法による、加熱モードから開始する場合の温度シミュレーション原理を示す組合せグラフである。 本発明の方法による、標準モードから開始する場合の温度シミュレーション原理を示す組合せグラフである。 本発明の方法の好ましい実施形態による、現在の温度および予測温度を示す組合せグラフである。

上で図１を参照して説明したように、ＳＣＲ触媒がそのライトオフ温度に到達したことが測定されると加熱が停止されるＳＣＲ触媒加熱モードの単純な温度ベース制御は、典型的には温度がオーバシュートする原因になるため、最適ではない。排気ラインの構成要素の熱慣性によるこの影響は、過剰の燃料が消費され、その一方でＳＣＲ触媒のより高い温度がＮＯｘ変換の点で有効ですらないことを意味している。

本発明は、例えば機関排気ラインのＳＣＲ−触媒などの排気後処理手段の最適化された熱制御を提供し、ＳＣＲは第１の排気後処理手段の下流側に位置している。

以下、この方法の好ましい実施形態について、ディーゼル微粒フィルタ（ＤＰＦ）に隣接するディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）を備えた第１の排気後処理手段を有し、また、さらに下流側にＳＣＲ−触媒の形態を取っている第２の排気後処理手段を有する排気ラインを備えたディーゼル内燃機関に適用されるものとして、図２〜５に関連して説明する。

このような排気ラインでは、ＳＣＲ触媒の温度は、排気ラインの他の構成要素の熱挙動に大きく依存している。重大な熱慣性のため、熱は排気ガス流によってＤＯＣからＳＣＲ触媒へ漸次伝達される。

上で既に説明したように、ＳＣＲ−触媒の現在の温度を監視することにのみ基づいた制御は、構成要素の熱慣性のため、温度がオーバシュートする原因になる。実際問題として、ＳＣＲ加熱モードでは、ＤＯＣおよびＤＰＦは、ＳＣＲが実際に図１にＴ_ＬＯで示されているライトオフ温度に到達する前に高い温度に到達する（したがって熱を蓄積する）。次に、遅延した熱伝達によってＳＣＲ−触媒の温度がオーバシュートする。

したがって本発明者らは、ＳＣＲ触媒の上流側に位置している構成要素のこの熱慣性のため、ＳＣＲが依然として冷たくても、上流側の構成要素に蓄積された熱がＳＣＲ触媒をその所望の動作温度（例えばライトオフ）に加熱するのに十分であることを条件として、特定の瞬間に加熱モードを停止することができることを観察した。

したがって本発明による方法は、数学熱モデルを使用して、特定の時点（好ましくはシミュレーションの終了に向かう時点）で加熱モードを停止することにより、排気ラインに蓄積され、かつ、生成された熱がＳＣＲ−触媒を所望の動作温度に到達させるのに十分であるかどうか決定する。そのために、機関制御ユニット（ＥＣＵ）は、加熱モードが停止された場合に（あるいはより一般的には運転モードが変更された場合に）現在時間から先の所定の長さの特定の時間期間(シミュレーション期間と称する)の間のＳＣＲ−触媒中の１つまたは複数の温度値を予測するように設計された、いわゆる「実時間(real time)予測器」を備えている。したがって結果として得られる１つまたは複数の温度値は、ＳＣＲ−触媒の熱制御スキームに使用することができる。実際には、将来の時間期間の間にＳＣＲ−触媒が到達することができる温度の極値は、以下でさらに説明するように、この変形態様ではとりわけ重要である。

排気ラインの熱挙動を説明するのに適したタイプのモデルは、以下の数学的手法によって認識することができる。

実際、構成要素毎に（すなわちＤＯＣ、ＤＰＦおよびＳＣＲ毎に）、次のように表すことができるエネルギー平衡式が存在する。

上式で、

は排気ガス流の質量流量であり、
ｃｐ_ｇａｓは排気ガスの比熱であり、
Ｔ_ｏｕｔおよびＴ_ｉｎは、それぞれ、構成要素の出口温度および入口温度であり、
ｍ_ｗａｌｌは構成要素の壁の質量、ｃｐ_ｗａｌｌは構成要素の壁の比熱であり、また、Ｔ_ｗａｌｌは構成要素の壁の温度である。

Ｔ_ｏｕｔ＝Ｔ_ｗａｌｌ（完全なガス−壁交換）と仮定して、出口温度Ｔ_ｏｕｔを提供するようにこの式を解くことができる。

それにより、排気流の関数である時定数を有する、Ｔ_ｉｎの一次フィルタが得られる。

この式は、さらに

で表すことができ、τは熱慣性時定数を表している。

理論的には次に最高予測ＳＣＲ温度を数学的に解くことができるが、これは、３段階の微分方程式の極めて複雑な形になる。

したがって提案されている解決法は、排気ラインの構成要素の現在の温度（すなわちシミュレーションが開始される瞬間の温度）に応じて、つまりＤＯＣ、ＤＰＦおよびＳＣＲの各々の現在／実際の温度に応じてＳＣＲ−触媒の温度をモデル化することである。

さらに、構成要素毎の一次フィルタモデルを容易に使用することができるようにするためには、熱モデルに対する更なる入力パラメータは、ＳＣＲに対する定常状態温度（以下、Ｔ_{ＳＣＲ ｆｕｔｕｒｅ}で示される）であると仮定して選択され、所与の機関運転モード（加熱または標準）と関連付けられた、所定の温度であることが好ましい。この温度Ｔ_{ＳＣＲ ｆｕｔｕｒｅ}は、規則的な定常状態（すなわち長期間）運転条件の下でＳＣＲ−触媒が「標準」モードまたは「加熱」モードのいずれかで到達するであろう仮説温度である。「仮説」と称されているが、このような温度は較正によって決定することができ、運転条件によって微妙に値が異なることがある、という意味でのみ仮説である。

したがって、本発明による実時間予測器の使用を産業規模で（つまり従来の機関計算資源を使用して）可能にしているのは、本発明者らが、一次遅れフィルタモデルを長期間温度仮説（Ｔ_{ＳＣＲ ｆｕｔｕｒｅ}）と共に使用することによって複雑な資源消費計算を回避する方法を見出したことによるものである。この手法を採用する理由は、（例えば運転者の突然の加速による）将来の機関の挙動を知ることは絶対に不可能であるため、モデルを可能な限り単純に維持することが好ましいことによるものであり、単純なモデルは、一次遅れフィルタと共に長期間ＳＣＲ温度によって、効率的な実施のための実際的な主慣性時定数を使用して達成することができる。

上で言及したように、長期間温度値（Ｔ_{ＳＣＲ ｆｕｔｕｒｅ}）は較正によって決定することができ、例えばＦＴＰ排気サイクルまたは任意の他の所定のサイクルの平均定常状態条件を使用して決定することができる。別法としては、過去の平均運転状態、したがって運転者の実際の運転挙動を考慮した運転状態から長期間温度値を決定することも可能である。当業者は、将来の定常状態ＳＣＲ温度に対する仮説を提供する適切な長期間温度値を決定する他の方法をさらに工夫することができる。

次に図２を参照すると、ボックス１０は、
− １２で示されている、ＤＯＣのための一次遅れフィルタモデルと、
− １４で示されている、ＤＯＣのための一次遅れフィルタモデルと、
− １６で示されている、ＳＣＲのための一次遅れフィルタモデルと、
− 「損失」で示されている、ＤＰＦとＤＯＦの間の排気管のための簡素化された熱損失モデルと
を含む。

説明されるように、熱モデル１０は４つの入力を有しており、それらは、個々の構成要素の現在の温度であるＴ_{ＤＯＣ ｆｅｅｄｂａｃｋ}、Ｔ_{ＤＰＦ ｆｅｅｄｂａｃｋ}およびＴ_{ＳＣＲ ｆｅｅｄｂａｃｋ}を含む。これらの温度は、従来の方法によって測定または予測することができる。モデルのために必要な第４の信号は、ＳＣＲの長期間温度すなわちＴ_{ＳＣＲ ｆｕｔｕｒｅ}である。上で示したように、この温度はＳＣＲ−触媒の運転モードに依存する。例えばこの温度は、加熱モードにおける２８０℃であっても、あるいは標準モードにおける２２０℃であってもよい。

しかしながら、Ｔ_{ＳＣＲ ｆｕｔｕｒｅ}は、運転モード（ボックス１８）と関連付けられた所定の温度であるが、ボックス１０の熱モデルは、温度Ｔ_{ＤＯＣ ｆｕｔｕｒｅ}で開始する。ここで、ＤＯＣおよびＤＰＦは同じ温度であると見なすことができるため、Ｔ_{ＤＯＣ ｆｕｔｕｒｅ}は、Ｔ_{ＳＣＲ ｆｕｔｕｒｅ}＋排気管の熱損失（図２の「損失」）に等しいと見なすことができる。

結果として得られる、最後のモデル１６によって計算される温度はＴ_{ＳＣＲ Ｐｒｅｄ}で示される。

次に、シミュレーションフェーズ毎に、モデル化された構成要素の測定温度を使用して個々のサブモデルを初期化し、個々の構成要素の蓄積エネルギーが考慮されることを保証することができる。ＤＯＣおよび／またはＤＰＦは、炭化水素および一酸化炭素の触媒燃焼を介して内部で熱を生成することができるため、これは有利である。

最後に、スーパーバイザー（ボックス２０）が、現在の運転モードに応じて熱モデル１０を制御するスケジューリング機能を達成し、かつ、シミュレーションを開始する。このシミュレーションは、シミュレーションの開始時点に続いて比較的長いシミュレーション期間（例えばシミュレーションの継続期間の５０〜１００倍以上）に及ぶ、所定の時間期間における温度の可能な変化を決定するために、好ましくは短い経過時間（数秒）の間、実施される。したがってシミュレーション期間の間、ＳＣＲが将来取るであろう予測温度を表す複数の予測温度が計算されることが好ましい。しかしながら、好ましい実施形態では、以下で説明するように、決定を下すために極値のみが記憶される。

例えばシミュレーションは、後続する２００秒の間のＳＣＲ−触媒の温度変化をシミュレーションするために、２秒間にわたって実施することができる。シミュレーションのために考慮されるこの２００ｓという時間期間が選択されているのは、自動車の標準内燃機関（３〜６気筒）の場合、熱慣性の時定数を考慮するとこの時間期間が適切と見なされることによるものである。

次に、ある運転モードから他の運転モードへ（加熱から標準へ、あるいはその逆に標準から加熱へ）切り換えるか否かを決定するために、予測温度値と閾値を比較することにより、機関ＥＣＵ内でＳＣＲ−触媒の熱制御を実施することができる。

図３は、本発明による方法に従って実施されるシミュレーションおよび決定を示す原理線図である。相対時刻ｔ＝０（「現在」で示されている）の左側では、現在の運転モードは「加熱」である。ｔ＝０で、所定の長さの時間期間「シミュレーション期間」、ここでは例えば２００ｓにわたってＳＣＲ触媒の温度をシミュレーションする図２の熱モデルに従ってシミュレーションが開始される。

さらに図３を参照すると、破線は、加熱モードを終了することができ、一方でＳＣＲがその後所望の温度範囲内で動作することを保証することができるか否かを決定するためのいわゆる「最大」決定閾値（Ｔ_{ＴＨ＿ＭＡＸ}）を示している。ｔ＝現在では、温度は、個々の構成要素（ＤＯＣ、ＤＰＦおよびＳＣＲ）の現在の実際の温度に対応している。ｔ＝現在の線の右側では、すべての温度は、機関運転モードが「加熱」から「標準」へ切り換えられると仮定し、かつ、ＳＣＲが定常状態温度Ｔ_{ＳＣＲ ｆｕｔｕｒｅ １}（標準モードに関連付けられた長期間温度）に到達すると仮定してシミュレーションされている。

図から分かるように、このシミュレーションによれば、Ｔ_ＳＣＲはＴ_{ＴＨ＿ＭＡＸ}に到達する。したがってその瞬間から機関運転モードを標準に切り換えることができる。

次に、図４に関連して、この逆の状況について説明する。ｔ＝０（現在）の時点では、機関は標準モードで運転されており、また、現在の温度は、垂直線上の複数の点によって示されている通りである。垂直線ｔ＝現在の右側では、シミュレーション温度は、「加熱」モードへの切換えおよび長期間温度Ｔ_{ＳＣＲ ｆｕｔｕｒｅ ２}の仮説を使用して、将来のシミュレーション期間に対して示されている。図から分かるように、ｔ＝現在で加熱モードに入ると、ＳＣＲ温度は最小値まで下がり続け、定常状態温度に向かって安定する。予測温度の最小値を検出することにより、標準から加熱への切換えを行なうべき時を決定することができる。最小閾値を適切に選択することにより、ＳＣＲ触媒の著しい温度降下を回避することができる。図４では、シミュレーションＳＣＲ温度は、Ｔ_{ＴＨ＿ＭＩＮ}で示されている最小閾値レベルまで降下し、したがってモードは再び「加熱」に切り換えられる。

例：次に、図５を参照して、この方法の実際的な実施形態について説明する。この例では、運転モードは「加熱」であり、つまり測定は、現在、排気ガス流中により多くの熱を生成し、それによりＳＣＲの加熱を加速するためにＥＣＵによって実施されている。横軸は現在時間（秒）を表しており、また、縦軸は温度を表している。ＳＣＲの現在の（実際の）温度（つまり軸上に示されている時間における温度）は、Ｔ_{ＳＣＲ ｆｅｅｄｂａｃｋ}として示されている。

２秒毎に、スーパーバイザー２０は、モードが標準に切り換えられた場合のシミュレーション期間（ここでは２００ｓ）の間のＳＣＲの温度変化を決定するように、シミュレーションの開始をトリガする。このシミュレーションは、図２に関連して説明したように、ＤＯＣ、ＤＰＦおよびＳＣＲの現在の温度および長期間温度Ｔ_{ＳＣＲ ｆｕｔｕｒｅ}（あるいはＴ_{ＤＯＣ ｆｕｔｕｒｅ}）を使用する。

図５では、灰色の窓は、ｔ＝１３８ｓで開始され、かつ、ｔ＝１４０ｓで終了する１つのサンプルシミュレーションを示している。しかしながら、この窓の中に描かれているＳＣＲの予測温度変化は、２００ｓのシミュレーション期間（ｔｐ）に対応している。図から分かるように、予測温度は、最高Ｔ_２を通過している間に、現在の温度（Ｔ_１）から長期間温度（Ｔ_ＳＳ）あたりまで変化する。

このサンプルシミュレーションから次のことが分かる。すなわち、１３８ｓで、構成要素の現在の温度を考慮すると、このシミュレーションステップの結果（つまり１４０ｓ）として、ＳＣＲの現在の温度がＴ_１であっても、ＳＣＲ運転モードが加熱から標準へ切り換えられると、次の２００ｓ以内にＳＣＲは最高Ｔ_２の温度まで達し得る。この例では、ＤＯＣ温度が実際に同じく極めて高く、また、熱エネルギーが次にＤＯＣからＳＣＲへ伝達されるため、最高ＳＣＲ温度と現在のＳＣＲ温度の差が大きい。

したがって予測温度が閾値、ここでは例えばＴ_２に到達するか、あるいはそれより高くなるという事実によって、シミュレーションの開始時にはＳＣＲ温度が依然として低い場合であっても、加熱モードから標準モードへの切換えを決定することができる。

実際的な理由により、シミュレーション時間フレーム（ｔｐ）の間の予測温度の極値が抽出され、かつ、Ｔ_{ＳＣＲ ｐｒｅｄ ＭＡＸ}およびＴ_{ＳＣＲ ｐｒｅｄ ＭＩＮ}と名付けられている。１３８ｓと１４０ｓの間のシミュレーションステップに対しては、Ｔ_{ＳＣＲ ｐｒｅｄ ＭＡＸ}＝Ｔ_２およびＴ_{ＳＣＲ ｐｒｅｄ ＭＩＮ}＝Ｔ_１である。

ＳＣＲ加熱モードで運転している場合、加熱モードから標準モードへの切換えのための試験は、Ｔ_{ＳＣＲ ｐｒｅｄ ＭＡＸ}が所定の閾値に到達したか、あるいはそれより高くなったかどうかであってもよく、これは、排気ラインの現在の温度を考慮すると、加熱モードが停止されると、ＳＣＲが将来この閾値温度に到達することを示している。

最低Ｔ_{ＳＣＲ ｐｒｅｄ ＭＩＮ}は、ＥＣＵが、現在、ＳＣＲ−触媒の加熱を加速するための何の加熱手段も取っていない、したがって「標準」モードで運転する（図４に関連して説明した）他の場合に有用である。

このような場合、ＮＯｘ変換のために効率的な温度（例えばライトオフ）未満へのＳＣＲ温度の降下を回避するために、いつ「加熱」モードに再び入るべきか、という問題が生じる。この点に関して、排気システムの熱慣性のため、加熱モードを開始することが所定の温度未満へのＳＣＲ触媒の温度降下を防止しないことは当業者には理解されよう。ここで重要なことは、加熱モードに入るのが遅すぎた場合に生じ得る重大なＳＣＲ温度の降下を回避することである。

したがって図２の熱モデルによって実施されるシミュレーションは、次にＳＣＲ運転モードが「加熱」に切り換えられた場合に、現在時間から先の２００ｓの時間期間を表すシミュレーション期間内に到達するであろう最低温度に対応する最低温度Ｔ_{ＳＣＲ ｐｒｅｄ ＭＩＮ}を提供する。この場合もＴ_{ＳＣＲ ｐｒｅｄ ＭＩＮ}を下側の温度閾値と比較することができ、したがってＴ_{ＳＣＲ ｐｒｅｄ ＭＩＮ}がその閾値に到達するか、あるいはそれ未満に降下すると加熱モードがトリガされる。

Claims (30)

1. 少なくとも第１の排気後処理手段を有し、前記少なくとも第１の排気後処理手段の下流側に少なくとも第２の排気後処理手段を有する排気システムを備えた内燃機関を運転する方法であって、前記機関は、標準モードおよび前記標準モードと比較して前記第２の排気後処理手段に到達する排気ガスの温度を高くする加熱モードのうちの少なくとも一方の運転モードでの機関の運転を許容するように構成された電子制御装置（ＥＣＵ）を備え、前記方法は、
   前記排気システムの熱慣性を考慮した、入力として前記第１および第２の排気後処理手段の現在の温度を有する熱モデルに基づいて、前記第２の排気後処理手段の温度変化を予測する工程であって、前記第２の排気後処理手段の予測される前記温度変化は、前記運転モードが変更された場合に前記第２の排気後処理手段が所定の期間の間に到達することができる温度を表す、工程と、
   予測される前記温度変化に応じて前記少なくとも一方の運転モードを変更する工程とを備え、
   前記第２の排気後処理手段がＳＣＲ触媒である
   ことを特徴とする方法。
2. 予測温度が所定の温度閾値より高くなるか、あるいは所定の温度閾値未満に低下すると前記運転モードが変更される、請求項１に記載の方法。
3. 予測される前記温度変化の極値が、各所定の温度閾値と比較される、請求項２に記載の方法。
4. 前記モデルが前記排気システムの熱損失をさらに考慮する、請求項１、２または３に記載の方法。
5. 前記熱モデルが各運転モードに関連付けられた所定の定常状態温度値を使用する、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記熱モデルが少なくとも１つの一次遅れフィルタモデルを備える、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記第１の排気後処理手段が酸化触媒および微粒フィルタを備える、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記第１の排気後処理手段が酸化触媒を備える、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
9. 前記第１の排気後処理手段が微粒フィルタを備える、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
10. 前記第１の排気後処理手段が酸化触媒および微粒フィルタを備える、請求項１に記載の方法。
11. 前記第１の排気後処理手段が酸化触媒を備える、請求項１に記載の方法。
12. 前記第１の排気後処理手段が微粒フィルタを備える、請求項１に記載の方法。
13. 前記熱モデルが、前記ＳＣＲ触媒の現在の温度を表す入力信号を受け取る、請求項１に記載の方法。
14. 前記熱モデルが、前記酸化触媒および前記微粒フィルタの現在の温度を表す入力信号を受け取る、請求項７に記載の方法。
15. 前記熱モデルが、前記酸化触媒の現在の温度を表す入力信号を受け取る、請求項８に記載の方法。
16. 前記熱モデルが、前記微粒フィルタの現在の温度を表す入力信号を受け取る、請求項９に記載の方法。
17. 前記熱モデルが、前記ＳＣＲ触媒、酸化触媒および前記微粒フィルタの現在の温度を表す入力信号を受け取る、請求項１０に記載の方法。
18. 前記熱モデルが、前記ＳＣＲ触媒および前記酸化触媒の現在の温度を表す入力信号を受け取る、請求項１１に記載の方法。
19. 前記熱モデルが、前記ＳＣＲ触媒および前記微粒フィルタの現在の温度を表す入力信号を受け取る、請求項１２に記載の方法。
20. 前記熱モデルが、前記ＳＣＲ触媒のための熱遅れモデルおよび配管損失モデルを備える、請求項１３に記載の方法。
21. 前記熱モデルが、前記酸化触媒のための熱遅れモデル、前記微粒フィルタのための熱遅れモデル、および配管損失モデルを備える、請求項１４に記載の方法。
22. 前記熱モデルが、前記酸化触媒のための熱遅れモデルおよび配管損失モデルを備える、請求項１５に記載の方法。
23. 前記熱モデルが、前記微粒フィルタのための熱遅れモデルおよび配管損失モデルを備える、請求項１６に記載の方法。
24. 前記熱モデルが、前記酸化触媒のための熱遅れモデル、前記微粒フィルタのための熱遅れモデル、前記ＳＣＲ触媒のための熱遅れモデルおよび配管損失モデルを備える、請求項１７に記載の方法。
25. 前記熱モデルが、前記酸化触媒のための熱遅れモデル、前記ＳＣＲ触媒のための熱遅れモデルおよび配管損失モデルを備える、請求項１８に記載の方法。
26. 前記熱モデルが、前記微粒フィルタのための熱遅れモデル、前記ＳＣＲ触媒のための熱遅れモデルおよび配管損失モデルを備える、請求項１９に記載の方法。
27. 少なくとも第１の排気後処理手段を有し、前記少なくとも第１の排気後処理手段の下流側に少なくとも第２の排気後処理手段を有する排気システムを備えた内燃機関のための電子制御装置（ＥＣＵ）であって、前記ＥＣＵが、標準モードおよび前記標準モードと比較して前記第２の排気後処理手段に到達する排気ガスの温度を高くする加熱モードのうちの少なくとも一方の運転モードでの機関の運転を許容するように構成されており、
    前記ＥＣＵが、前記排気システムの熱慣性を考慮した、入力として前記第１および第２の排気後処理手段の現在の温度を有する熱モデルに基づいて、前記第２の排気後処理手段の予測温度変化を決定するように構成され、前記第２の排気後処理手段の前記予測温度変化は、前記運転モードが変更された場合に前記第２の排気後処理手段が所定の期間の間に到達することができる温度を表し、前記ＥＣＵが、前記予測温度変化に応じて前記少なくとも一方の運転モードを変更するように構成され、
    前記第１の排気後処理手段が酸化触媒および／または微粒フィルタを備え、
    前記第２の排気後処理手段がＳＣＲ触媒であり、
    前記熱モデルが、前記酸化触媒のための熱遅れモデル、前記微粒フィルタのための熱遅れモデル、前記ＳＣＲ触媒のための熱遅れモデルおよび配管損失モデルを備え、
    熱モデルが、前記ＳＣＲ触媒、酸化触媒および前記微粒フィルタの現在の温度を表す入力信号を受け取る
    ことを特徴とする内燃機関のための電子制御装置（ＥＣＵ）。
28. 前記ＥＣＵが、予測温度が所定の上側の温度閾値に到達するか、あるいは前記所定の上側の温度閾値より高くなると、前記運転モードを加熱から標準へ切り換える、請求項２７に記載の内燃機関のための電子制御装置（ＥＣＵ）。
29. 前記ＥＣＵが、予測温度が下側の温度閾値に到達するか、あるいは前記下側の温度閾値未満に低下すると、前記運転モードを標準から加熱へ切り換える、請求項２７または２８に記載の内燃機関のための電子制御装置（ＥＣＵ）。
30. 前記熱モデルが、更なる入力として、前記排気システムの各運転モードに関連付けられた所定の定常状態温度値を受け入れる、請求項２７から２９のいずれか一項に記載の内燃機関のための電子制御装置（ＥＣＵ）。

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