JP6650675B2 - 内燃機関の排気ガス後処理システムの管路内の未燃焼炭化水素の蓄積を防ぐシステム - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の排気ガスの浄化システムの分野に関し、より正確には排気ガス後処理システムの管路内の未燃焼炭化水素の蓄積を防ぐシステムに関する。

排気ガスの後処理システムは、一般に頭字語ＡＴＳで呼ばれ、一般に、未燃焼炭化水素（Ｃ_nＨ_m）、窒素酸化物（ＮＯ）及び一酸化炭素（ＣＯ）を二酸化炭素（ＣＯ₂）、水（Ｈ₂Ｏ）及び窒素（Ｎ₂）に変換するために提供する少なくとも１つの触媒を含む。

触媒は、少なくとも２５０℃に達すると完全に活性化され、即ち使用可能になることが知られている。しかし、２００℃でも、少なくとも未燃焼炭化水素を変換できる。

内燃機関の排気管路の加熱段階を加速するシステム／方策が知られている。

一般に、そのようなシステム／方策は、例えばフラップによって、又は排気管路に配置された可変静翼タービンの流出断面を小さくすることによって、排気管路をチョーキングすることを利用する。排気管路の加熱段階を加速する他のシステム／方策は、燃料の後注入にある。更に他のシステム／方策は、適切な電気加熱器の駆動を含む。

排気管路ＡＴＳの加熱段階を加速する前記システム／方策は、当業者に周知であり、したがって、更なる詳細の提供は必要とされない。

したがって、前記システム／方策は、ＡＴＳの加熱において、内燃機関の通常の寄与よりも寄与し、加熱を支援する。

これらのシステムの制御プロセスは、様々な制御技術に従い、内燃機関が点火した所定の期間後に駆動し、例えば、ＡＴＳの動的加熱が遅過ぎることを確認した後で駆動するか、そのようなシステムが触媒を完全に活性化できないことが決定されたときに他のプロセスによって非活性化されうる。

加熱段階で、未燃焼炭化水素（単純にするためにＨＣと呼ぶ）は触媒中に蓄積しやすい。

触媒が活性化温度に達したとき、ＨＣが過度に蓄積すると、装置自体の許容温度を超える温度に達することにより、触媒を損傷させる可能性がある。

先行技術は、触媒の損傷を防ぐために、主触媒に比較してきわめて小さい体積を有するいわゆるプレ触媒（即ち、付加触媒）を実装しており、プレ触媒は、内燃機関によって生成された未燃焼炭化水素を燃焼させる活性化温度にできるだけ早く達するように内燃機関の排気マニホールドのきわめて近くに収容され、その後で、未燃焼炭化水素は、ＡＴＳを規定する汚染物質放出を減少させるための主触媒又は装置に達する。

プレ触媒の実装は、車両及び機械装置のメーカに追加コストを要求し、更に、車両と機械装置は、主触媒や微粒子フィルタなどの他の装置に支障をきたさないように設計されなければならない。

本発明の目的は、上記の全ての欠点を克服し、プレ触媒のない排気ガス後処理システムの管路内の未燃焼炭化水素の蓄積を防ぐシステムを提供することである。

本発明の基礎となる着想は、プレ触媒の実装をなくし、排気ガス後処理システムの管路の少なくとも１つの箇所／構成要素中の未燃焼炭化水素の蓄積を推定し、また推定された未燃焼炭化水素の蓄積に基づいて排気管路を加熱するシステム／方策を駆動することである。

これは、排気管路の加熱を加速するプロセスが、先行技術と比較して異なって制御されることを示唆する。

詳細には、排気ガス後処理システム（ＡＴＳ）の管路内の未燃焼炭化水素の蓄積を推定するプロセスは、排気ガス後処理管路の加熱を加速するプロセスの制御において、その他の駆動又は非駆動プロセスより優先される。したがって、ＡＴＳ加熱を加速するプロセスは、先行技術よりも早期に駆動されるか、他のプロセスがその非駆動を制御できるときでも駆動状態のままであることが起こり得る。

本発明の目的は、内燃機関の排気ガス後処理システムの管路を規定する汚染物質放出を減少させるための装置内の未燃焼炭化水素の蓄積を防ぐシステムである。

汚染物質放出を減少させるための装置は、既知の装置、ＤＯＣ、ＮＳＣ、ＤＰＦ、ＳＣＲのうちの少なくとも１つを指すことがある。

特許請求の範囲は、この記述の一体部分である。

本発明の更に他の特徴及び利点は、本発明（及びその変形物）の例示的実施形態の以下の詳細な説明、及び非限定的な例として提供された添付図面から明らかになるであろう。

本発明による論理的制御図である。 本発明の例示的な実施形態を示すフローチャートである。 本発明が適用される排気ガス後処理システムに機能的に接続された内燃機関を概略的に示す図である。図中の同じ参照数字及び文字は、同じ要素又は構成要素を示す。この記述の文脈において、用語「第１」や「第２」などは、いかなる相互関係も示さずまた限定するものでもない。

図１は、後処理システム（ＡＴＳ）の加熱を加速するプロセス（ＷＡＴＳＰ）の駆動の論理制御図を示す。

略語ＷＡＴＳＰは、表現「WarmUP ATS Process（ＡＴＳ加熱プロセス）」、即ちＡＴＳの加熱を加速するプロセス／システムの頭字語であり、前述のように、ＡＴＳ配管の内側又は周囲に配置された排気管路のチョーキング及び／又は燃料後注入及び／又は適切な加熱器の駆動を含む様々な方法で達成できる。

特定／所定の制御方策にしたがってＷＡＴＳＰを制御し、駆動又は非駆動させるための他のプロセスＳ１、Ｓ２、Ｓ３が介在してもよい。

本発明によれば、プロセスＳは、排気管路ＡＴＳ内の少なくとも１つの箇所に蓄積されたＨＣの量を推定し、そのような推定が第１の所定のしきい値を超えたときに、他の進行中のプロセスに関係なく、ＷＡＴＳＰの活動化Ｓ−ＯＮが制御される。

そのようなプロセスＳは、他の全てのプロセスＳ１，Ｓ２，Ｓ３，．．．よりも優先され、したがって、このプロセスは、他の矢印より太い矢印で図形的で示される。

その後で、推定されたＨＣが、第２の所定のしきい値より小さいとき、ＷＡＴＳＰは、他のプロセスＳ１，Ｓ２，Ｓ３の制御下に戻る。したがって、これらのプロセスのうちの１つでＷＡＴＳＰが駆動状態でなければならないと見なされた場合、又はプロセスが非駆動を強制しない場合は、ＷＡＴＳＰは駆動状態のままである。

したがって、ＨＣ推定プロセスには、ＷＡＴＳＰを非駆動する能力（ＡＴＳ加熱を加速するプロセス）がなく、駆動する能力しかない。

したがって、ＷＡＴＳＰの駆動又は非駆動を決定できる既知のプロセスの階層に関係なく、この推定プロセスＳは、そのような階層と実質的に並列である。

図２は、本発明による制御フローチャートの例を示す。

段階１：内燃機関Ｅを点火する。
段階２：ＡＴＳに蓄積されたＨＣの残存値Ｒを取得する。
段階３：生成されたＨＣの質量Ｐと変換されたＨＣの質量Ｃを推定する。
段階４：排気管路（排気管路の少なくとも１箇所）内に蓄積されたＨＣの質量Ｉを計算する。Ｉ＝Ｒ＋Ｐ−Ｃ；
段階５：Ｉが第１のしきい値Ｔ１より大きいかどうかを確認する。
段階６：大きい場合は、ＷＡＴＳＰを駆動する。
段階９：そうでない場合は、Ｉが第２のしきい値Ｔ２より小さいかどうかを確認する。
段階１０：小さい場合はＷＡＴＳＰを非駆動し、段階１３に進む。そうでない場合は、段階１３に進む。ＷＡＴＳＰを駆動した後で（段階６）
段階７：Ｉが第４のしきい値Ｔ４より大きいかどうかを確認する。
段階８：大きい場合、内燃機関の保護手順を駆動する。そうでない場合、段階１１に進む。
段階１１：Ｉが、Ｔ４より低くかつＴ２より高い第３のＴ３より小さいかどうかを確認する。
段階１２：段階１１でＩがＴ３より小さい場合、内燃機関の保護手順を非駆動し、次に段階１３に進む。
段階１３：内燃機関が停止されたかどうかを確認する。
段階１４：停止された場合、ＩをＲ（Ｉ＝Ｒ）に割り当て、段階１５で制御を終える。そうでない場合は、段階３から即ち、生成されたＨＣの質量Ｐと変換されたＨＣの質量Ｃの推定から続く。

図２のフローチャートの例から明らかであるが、内燃機関によって大量生産されたＨＣを処理できないとき、排気管路内に蓄積されたＨＣ質量が第４のしきい値Ｔ４を超える状態に達し、その場合、触媒自体及び／又は車両全体を破損させる可能性があるので、後で触媒ＣＡＴの活性化温度に達することを防止する処置がとられる。

例えば、そのような処置は、エンジンによって提供されるトルクとその結果生じる熱の生成を制限することにあり、この熱は、ＡＴＳを加熱させ発火させる可能性がある。

ＨＣ質量Ｉがそのような第４のしきい値Ｔ４を超えた場合、本発明によれば、エンジン制御ユニット（ＥＣＵ）内にエラーが永久に蓄積されることになり、例えば、車両が修理工場に運ばれることを必要とする故障状態であることを示すための表示灯が点灯する。

内燃機関によって生成されたＨＣの推定に関しては、発見を助けるマップに依存し、即ち、実験台で、ＲＰＭ、注入燃料の質量、吸込空気質量、及び好ましくは周囲温度にも基づいて得ることができる。これらのパラメータは全て、一般に、適切なセンサを使用して内燃機関の制御ユニットＥＣＵが利用でき、したがって、そのようなマップを制御ユニットＥＣＵ内に実装することは、当業者の技術の範囲内である。

排気管路によって変換されたＨＣの推定に関しては、構成要素（即ち、触媒ＤＯＣ、ＮＳＣ（ＮＯｘ貯蔵触媒）、ＤＰＦ、ＳＣＲ）によって異なり、ＡＴＳを規定する単一構成要素の構成及びその温度に依存する。

また、ＡＴＳの様々な箇所の温度は、適切なセンサによってＥＣＵが入手可能であり、したがって、変換されたＨＣの推定の実施は、当業者の技術の範囲内である。

ＡＴＳを規定する各構成要素の変換プロセスをその温度の関数として推定するように数学的モデル又はベンチテストが適応されてもよい。

ＡＴＳを規定する様々な構成要素が、ＨＣの蓄積又は変換に関して様々な挙動を有することあるという事実を考慮して、この方法は、２つの異なる方法、即ち最も問題の大きい構成要素、即ちＨＣをより蓄積しやすい構成要素（これは、典型的には触媒（ＤＯＣ又はＳＣＲ）及び／又は微粒子フィルタである）に蓄積されたＨＣを推定することによって、あるいはＡＴＳを規定する単一構成要素／装置内のＨＣの個別の蓄積を推定することによって実施されうる。

したがって、このシステムは、少なくともＡＴＳを規定する汚染物質放出を減少させるための装置内のＨＣの蓄積を推定することによって実現されてもよい。

この方法は、内燃機関の処理ユニットＥＣＵを変更／適応させることによって有利に実現されうる。

図３は、前述の様々なエンジンパラメータの中でも少なくとも触媒温度と関連した信号を受け取る処理ユニットＥＣＵによって制御された内燃機関Ｅを概略的に示す。

本発明の好ましい実施態様によれば、内燃機関は、ディーゼルサイクルであり、上記の触媒自体はＤＯＣとして知られる。

このプログラムが、コンピュータ上で実行されるとき、本発明は、方法の１つ又は複数の段階を実施するための符号化手段を含むコンピュータプログラムによって有利に実現されうる。

したがって、保護の範囲は、前記コンピュータプログラム、及び更に記録メッセージを含むコンピュータ可読手段に拡張され、前記コンピュータ可読手段が、前記プログラムがコンピュータ上で実行されるときに方法の１つ又は複数の段階を実施するためのプログラム符号化手段を含むことを理解されたい。

前述の非限定的な例の実施形態の変形物は、当業者のための全ての同等な実施形態を含む、本発明の保護の範囲から逸脱することなく可能である。

以上の説明から、当業者は、更なる構成詳細を紹介することなく本発明の目的を実現することができる。様々な好ましい実施形態に示された要素と特徴は、本出願の保護の範囲から逸脱せずに組み合わされうる。先行技術の説明で述べた内容は、詳細な説明で特に除外されない限り、本発明の特徴との組み合わせで考慮されるべきであり、本発明の一体部分を構成する。

Claims (8)

1. 汚染物質放出を減少させるための少なくとも１つの装置を含む内燃機関の排気ガス後処理システム（ＡＴＳ）の管路内の未燃焼炭化水素の蓄積を防ぐ方法であって、
   プレ触媒のない排気ガス後処理管路を構成する予備段階と、
   少なくとも汚染物質放出を減少させるための前記装置に蓄積された未燃焼炭化水素の質量（Ｉ）を連続推定する手順（Ｓ）とを含み、
   前記推定手順（Ｓ）が、前記未燃焼炭化水素の前記質量（Ｉ）が所定のしきい値（Ｔ１）を超えたときに前記内燃機関の正常寄与よりも前記排気ガス後処理システム（ＡＴＳ）の排気管路の加熱を加速するシステム／方策を駆動し（Ｓ ＯＮ）、
   さらに、
   前記推定手順（Ｓ）は、
   前記排気管路の前記加熱を加速する前記システム／方策の更に他の制御プロセス（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，．．．）が存在するとき、前記更に他のプロセス（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，．．．）より高い優先権を得ており、
   前記未燃焼炭化水素の前記質量（Ｉ）が、前記所定のしきい値（Ｔ１）より大きい所定のしきい値（Ｔ４）を超えたときに、前記内燃機関を保護する保護手順を駆動する、
   方法。
2. 前記推定手順が、
   前記内燃機関によって生成された未燃焼炭化水素（ＨＣ）の第１の質量（Ｐ）を計算する段階と、
   少なくとも前記汚染物質放出を減少させるための前記装置によって変換された未燃焼炭化水素（ＨＣ）の第２の質量（Ｃ）を計算する段階と含む請求項１に記載の方法。
3. 前記推定手順（Ｓ）の最初の実行において、蓄積された未燃焼炭化水素の前記質量（Ｉ）の値が、未燃焼炭化水素（ＨＣ）の前記第１の質量（Ｐ）と前記第２の質量（Ｃ）との差から提供される、請求項２に記載の方法。
4. 蓄積された未燃焼炭化水素の前記質量（Ｉ）の前記値が、不揮発性メモリに記憶され、前記推定手順（Ｓ）の更なる実行のたびに、蓄積された未燃焼炭化水素の前記質量（Ｉ）の値が、前記記憶された値に前記第１の質量（Ｐ）を加算し、それから未燃焼炭化水素（ＨＣ）の前記第２の質量（Ｃ）を減算することによって与えられる（Ｉ＝Ｒ＋Ｐ−Ｃ）、請求項３に記載の方法。
5. コンピュータ上で実行されたときに、請求項１〜４のいずれか一項による前記推定手順（Ｓ）を実行するように適応されたプログラムコード手段を含むコンピュータプログラム。
6. 記録されたプログラムを含み、コンピュータ上で実行されたときに、請求項１〜５のいずれか一項による前記推定手順（Ｓ）を実行するように適応されたプログラムコード手段を含むコンピュータ可読手段。
7. 内燃機関の排気ガス後処理システム（ＡＴＳ）であって、プレ触媒がなく、
   汚染物質放出を減少させるための少なくとも１つの装置と、
   汚染物質放出を減少させるための少なくとも前記装置に蓄積された未燃焼炭化水素の質量（Ｉ）を連続的に推定し、未燃焼炭化水素の前記質量（Ｉ）が所定のしきい値（Ｔ１）を超えたときに排気ガスの加熱を加速するシステム／方策を駆動する（Ｓ ＯＮ）ための推定手段とを含み、
   前記推定手段は、
   前記排気ガス後処理システム（ＡＴＳ）の排気管路の前記加熱を加速する前記システム／方策の更に他の制御プロセス（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，．．．）が存在するとき、前記更に他のプロセス（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，．．．）より高い優先権を得ており、さらに、
   前記未燃焼炭化水素の前記質量（Ｉ）が前記所定のしきい値（Ｔ１）より大きい所定のしきい値（Ｔ４）を超えたときに、前記内燃機関を保護する保護手順を駆動する、
   排気ガス後処理システム（ＡＴＳ）。
8. 内燃機関と、請求項７に記載の内燃機関の排気ガス後処理システム（ＡＴＳ）を含む車両又は機械。

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