(57)【要約】  内燃機関（１）の排気ガス処理装置は、酸化触媒手段（３）と、酸化触媒手段（３）の下流側に設置された粒子フィルタ（４）と、改質ガスを生成するための改質装置（５）を含む。粒子フィルタ（４）の上流側で加熱されたガスの所定の設定温度Ｔｃｏｎｓを得るために、改質ガスを排気ガスとともに酸化触媒手段の上流側に投入して、ガス温度を上昇させることにより粒子フィルタ（４）を再生させるようにし、設定温度Ｔｃｏｎｓの関数として改質ガスの計算流量Ｑｒｅｆ＿ｃａｌｃを求め、設定温度Ｔｃｏｎｓと、粒子フィルタの上流側の測定温度Ｔｍｅｓとの差の関数として偏差係数を求め、偏差係数αおよび改質ガスの計算流量Ｑｒｅｆ＿ｃａｌｃの関数である改質ガスの設定流量Ｑｒｅｆ＿ｃｏｎｓを用いて改質装置（５）を制御する。
2009534586.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関（１）の排気ガス処理装置の制御方法であって、前記装置が、酸化触媒手段（３）と、酸化触媒手段（３）の下流側に設置された粒子フィルタ（４）と、粒子フィルタ（４）の上流側で加熱されたガスの温度Ｔｍｅｓを測定する手段と、改質ガスを生成するための改質装置（５）とを含む方法において、粒子フィルタ（４）の上流側で加熱されたガスの所定の設定温度Ｔｃｏｎｓを得るために、改質ガスを排気ガスとともに酸化触媒手段の上流側に投入して、ガス温度を上昇させることにより粒子フィルタ（４）を再生させるようにし、設定温度Ｔｃｏｎｓの関数として再結合物質の計算流量Ｑｒｅｆ＿ｃａｌｃを求め、設定温度Ｔｃｏｎｓと、粒子フィルタの上流側の測定温度Ｔｍｅｓとの差の関数として偏差係数を求め、偏差係数αおよび改質ガスの計算流量Ｑｒｅｆ＿ｃａｌｃの関数である改質ガスの設定流量Ｑｒｅｆ＿ｃｏｎｓを用いて改質装置（５）を制御する方法。
【請求項２】
計算流量Ｑｒｅｆ＿ｃａｌｃが改質ガスの酸化のエネルギ寄与量によるガスのエンタルピーの変化量の関数として求められることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
式
2009534586.tif 000017
によって計算流量が求められる請求項１に記載の方法。
［ただし、
2009534586.tif 000018
はエンジンの出力側の排気ガスの質量流量であり、
2009534586.tif 000019
は排気ガス温度であり、
2009534586.tif 000020
は排気ガスの質量熱容量であり、
Ｔｒｅｆは改質ガスの温度であり、
Ｃｒｅｆは改質ガスの質量熱容量であり、
ΔＨＨ２は水素１モルの酸化時のエンタルピーの変化量であり、
ΔＨＣＯは一酸化炭素１モルの酸化時のエンタルピーの変化量であり、
Ｔｃｏｎｓは粒子フィルタの上流側の設定温度であり、
ηｃｏは改質ガス中の一酸化炭素のモル分率であり、
ηＨ２は改質ガス中の水素のモル分率であり、
Ｍｒｅｆは改質ガスのモル質量である］
【請求項４】
式
2009534586.tif 000021
によって偏差係数が求められる請求項１に記載の方法。
［ただし、Ｔａｍは酸化触媒手段（３）の上流側の混合気の温度である］
【請求項５】
設定流量Ｑｒｅｆ−ｃｏｎｓが、偏差係数αに対する計算流量Ｑｒｅｆ＿ｃａｌｃの比率である請求項４に記載の方法。
【請求項６】
測定温度Ｔｍｅｓが設定温度Ｔｃｏｎｓと非常に異なる場合、設定流量が計算流量となる請求項５に記載の方法。
【請求項７】
偏差係数αが０．７未満の場合に、測定温度Ｔｍｅｓが設定温度Ｔｃｏｎｓと非常に異なるとみなす請求項６に記載の方法。
【請求項８】
設定流量Ｑｒｅｆ＿ｃｏｎｓが、所定の最大流量値Ｑｍａｘを上限とする請求項１に記載の方法。
【請求項９】
酸化触媒手段が窒素酸化物トラップ（３）である請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の開示】
【０００１】
本発明は、特に自動車の内燃機関の排気ガス処理装置の制御方法に関する。
【０００２】
希薄混合気エンジン特にディーゼルエンジン内の燃焼プロセスが不均一であるため、結果としてカーボン粒子が発生し、これらのカーボン粒子はエンジン内で効果的に燃焼させることができない。これはたとえば、排気系の出口における黒煙の発生という姿で現われる。この現象は汚染の発生源であり、それを低減する方途が探られている。
【０００３】
エンジンの排気系内に粒子フィルタを設置することにより、大気中に排出される粒子、塵埃およびその他のススの量を大幅に低減し、汚染防止に関する規格を満たすことが可能になる。
【０００４】
再生手順により、フィルタ内に捕捉された粒子を定期的に燃焼させ、フィルタの目詰まりを防止することができる。ススの粒子は基本的に炭化された元素であり、それが燃焼すると、酸素が消費されて炭酸ガスが形成される。
【０００５】
フィルタ内に捕捉されたカーボン粒子の燃焼が始まる温度である５５０℃から６５０℃程度の温度まで粒子フィルタ内の排気ガスの温度を上げることにより、粒子フィルタ内のススの燃焼が引き起こされる。
【０００６】
フィルタ再生の制御は計算機によって行われ、これは、再生を行うべきかどうか、また現在再生が行われている場合は再生を続けることができるかどうかを判定する。
【０００７】
再生を開始し維持するためによく用いられている方法は、排気ガスが粒子フィルタ内を通過する前にこれらのガスの温度を上げるようエンジンの運転条件を変更するものである。これらの変更は燃料の噴射に関連することが多く、少なくともエンジンの燃焼室について噴射時期を遅くすることができる。また、最後の膨張段階時に燃料の後噴射を行う場合もある。この後噴射は、エンジンに対してなんら追加的な機械的動力をもたらすものではなくて、排気ガスの温度を上昇させるものである。
【０００８】
これらの方法には、エンジンの運転にとってきわめて煩わしく、燃料の消費量を著しく増加させるという欠点がある。さらにこれらの方法では、希釈と呼ばれる現象により潤滑油中の燃料の濃度が上昇する。
【０００９】
排気ガス処理装置は、燃焼の際に発生する窒素酸化物（ＮＯｘ）を捕捉する窒素酸化物トラップを含むこともある。還元条件下での脱着作業の際に、窒素酸化物は窒素に還元され解放される。
【００１０】
また、文献ＵＳ２００５／０１０３００１−Ａ１は、第１酸化触媒を含み、排気ガスの循環方向でその後に窒素酸化物トラップと粒子フィルタが続く、内燃機関の排気ガス処理装置を提案している。この装置はさらに、車両の燃料から改質ガスを生成することができる改質装置も含む。改質ガスは、指令に応じて上記要素の一方の上流側に噴射される。改質ガスは水素（Ｈ２）および一酸化炭素（ＣＯ）に富む。改質ガスは、酸化触媒の上流側に噴射されると、排気ガス内に含まれる酸素で酸化されて熱を発生する。この熱が、粒子フィルタの上流側の排気ガスの温度を上げ、粒子フィルタの再生を引き起こすのに利用される。改質ガスは、窒素酸化物トラップの上流側に噴射されるときも、酸化触媒上と同様、排気ガスの酸素によって酸化される。事実、窒素酸化物トラップは酸化触媒と同様、酸素が存在すると、水素、一酸化炭素を酸化することができる金属を含む。
【００１１】
噴射される改質ガスの量が不十分な場合、粒子フィルタの上流側で到達する温度では再生を開始し維持するのに不十分である。逆に、この量が多すぎる場合、装置を破損させるレベルまで装置の温度が上昇するおそれがある。
【００１２】
したがって本発明の目的は、装置を損傷させるリスクなしに粒子フィルタの再生の制御を保証することができる制御方法を提供することである。
【００１３】
この目的を念頭に置いて、本発明は、内燃機関の排気ガス処理装置、すなわち、酸化触媒手段と、酸化触媒手段の下流側に設置された粒子フィルタと、粒子フィルタの上流側でガスの温度Ｔｍｅｓを測定する手段と、改質ガスを生成するための改質装置とを含む装置に適用される。本発明は、粒子フィルタの上流側で加熱されるガスについて所定の設定温度Ｔｃｏｎｓを得るために改質ガスを排気ガスとともに酸化触媒手段の上流側に投入し、ガス温度を上昇させることにより粒子フィルタを再生させるようにし、設定温度Ｔｃｏｎｓの関数として改質ガスの計算流量を求め、設定温度Ｔｃｏｎｓと、粒子フィルタの上流側の測定温度Ｔｍｅｓとの差の関数として偏差係数を求め、偏差係数および改質ガスの計算流量の関数である改質ガスの設定流量を用いて改質装置を制御する方法を対象とする。
【００１４】
改質ガスの酸化モデルを用いることにより、粒子フィルタの上流側の温度を、改質ガスおよび排気ガスの流量の関数として、予測することが可能になる。こうすることにより、粒子フィルタの再生サイクルの開始後ただちに改質ガスの計算流量を求めることができる。さらに、閉ループサーボ制御を付加し、偏差係数に応じて補正された設定流量を適用することにより、モデルと、粒子フィルタの上流側の温度の実際の動特性との差を取り入れることができる。こうすることにより測定誤差が補正される。仮にモデルが単純化されていて、実際のパラメータの全てを考慮しているわけではない場合であっても、所望の温度に近く、破損をきたすようなレベルに到達することなく再生を実現するのに必要な粒子フィルタの上流側の温度を得ることができる。
【００１５】
具体的には、計算流量は改質ガスの酸化のエネルギ寄与量によるガスのエンタルピーの変化量の関数として求められる。温度モデルは専ら、排気ガスに対する改質ガスのエネルギ寄与量に基くものである。このモデルは使用法が簡単で良好な結果が得られる。
【００１６】
この場合、計算流量Ｑｒｅｆ＿ｃａｌｃは次式によって求めることができる。
2009534586.tif 000003
式中
2009534586.tif 000004
はエンジンの出力側の排気ガスの質量流量であり、
2009534586.tif 000005
は排気ガス温度であり、
2009534586.tif 000006
は排気ガスの質量熱容量であり、
Ｔｒｅｆは改質ガスの温度であり、
Ｃｒｅｆは改質ガスの質量熱容量であり、
ΔＨＨ２水素１モルの酸化時のエンタルピーの変化量であり、
ΔＨＣＯは一酸化炭素１モルの酸化時のエンタルピーの変化量であり、
Ｔｃｏｎｓは粒子フィルタの上流側の設定温度であり、
ηｃｏは改質ガス中の一酸化炭素のモル分率であり、
ηＨ２は改質ガス中の水素のモル分率であり、
Ｍｒｅｆは改質ガスのモル質量である。
【００１７】
例として、偏差係数は次式で求められる。
2009534586.tif 000007
ただしＴａｍは酸化触媒手段の上流側の混合気の温度である。
【００１８】
具体的には、補正流量は偏差係数に対する設定流量の比率である。
【００１９】
測定温度が設定温度に等しい場合、偏差係数は１になり、設定流量に補正は施されない。測定温度が設定温度よりも低い場合、偏差係数は１未満であり、設定流量は計算流量よりも高くなる。
【００２０】
本方法の一改良形態によれば、測定温度が設定温度と非常に異なる場合、設定流量が計算流量となる。万一設定値がばらつくと振動現象または温度変化の振幅が大きい現象を発生するおそれがあるが、こうすることによりそのばらつきが制限される。
【００２１】
たとえば偏差係数が０．７未満の場合、測定温度が設定温度と非常に異なるとみなす。
【００２２】
別の改良形態によれば、補正流量は、所定の最大流量値を上限とする。こうすることにより、改質装置が追随できないおそれのある流量設定値を同装置に与えることが回避される。
【００２３】
特定の一実施形態によれば、酸化触媒手段は窒素酸化物トラップである。窒素酸化物トラップは、改質ガスの所望の酸化反応を生じさせることができる触媒として働く金属を含む。窒素酸化物トラップのレベルにおける脱離時のエネルギ交換はごく僅かであり、本発明による方法を適用する妨げとはならない。
【００２４】
添付の図面を参照して行う以下の説明を読むことにより、本発明がよりよく理解され、その他の特徴および長所が明らかになるであろう。
【００２５】
自動車のエンジンの排気ガス処理装置の略図を図１に示す。本装置は、内燃機関１と、排気ガスを窒素酸化物トラップ３側に導く排気マニホールド２と、窒素酸化物トラップ３から出たガスを受け取る粒子フィルタ４を含む。本装置はさらに、空気およびディーゼル燃料などの自動車燃料から改質ガスを生成する改質装置５も含む。改質ガス配管８により改質ガスは窒素酸化物トラップ３の上流側の排気マニホールド２に送られる。改質装置５は、水蒸気方式、部分的酸化方式、あるいは自然燃焼改質方式など既知のどんな種類のものでもよい。
【００２６】
改質装置５は、所望の濃度で所望の流量の改質ガスが生成されるように改質装置５を制御する、改質装置計算機１０を含む。本装置はまた、エンジン１を、特に燃料噴射を制御するエンジン計算機９も含む。エンジン計算機９はセンサから送られてくるエンジン１の状態または動作に関する情報を受け取る。また、熱電対などの温度センサによる温度情報、すなわち排気マニホールド２内で測定された排気ガス温度
2009534586.tif 000008
、窒素酸化物トラップ３の上流側で、排気マニホールド２内の改質ガス配管８の到達部の下流側の混合気温度Ｔａｍ、および粒子フィルタの上流側の再加熱ガス温度Ｔｍｅｓも受け取る。改質装置計算機はさらに、改質ガス配管８内で測定される改質ガス温度Ｔｒｅｆも受け取る。
【００２７】
エンジン１は、その作動時に排気ガスを発生するが、これは排気マニホールド２、次いで窒素酸化物トラップ３、最後に粒子フィルタ４を経て排出される。改質装置計算機１０は、粒子フィルタ４を再生することが必要であると判断すると、排気ガス中に噴射すべき改質ガスを改質装置５が生成するようにこの装置を制御する。改質ガスは窒素酸化物トラップ３を通過し、排気ガス中に含まれている酸素により酸化される。この酸化は周知のように窒素酸化物トラップ３内に触媒が存在することにより引き起こされる。酸化によりある量のエネルギの解放が行われ、これが粒子フィルタの上流側において排気ガスの温度を上昇させる役割を果たす。このようにして再加熱されたガスは粒子フィルタ４を通過するが、ガスの温度が高いため、フィルタ内に捕捉されたススの燃焼により粒子フィルタの再生が行われる。装置を損傷させることなく再生が得られる再加熱ガス設定温度Ｔｃｏｎｓを決定する。
【００２８】
エンジン計算機９は、特に上で説明したような測定温度、ならびに推定または測定された排気ガス流量
2009534586.tif 000009
など、改質装置計算機の動作に必要なあらゆる情報を改質装置計算機１０に送る。粒子フィルタ４の再生が指令されると、再生すべき改質ガスの流量を求めるために図２による方法が実行される。ステップ１０１で、次式によって流量を求める
2009534586.tif 000010
ただし、
Ｑｒｅｆ＿ｃａｌｃは改質ガスの計算流量であって、単位はｋｇ／ｓであり、
2009534586.tif 000011
はエンジンの出力側の排気ガスの質量流量であって、単位はｋｇ／ｓであり、
2009534586.tif 000012
は排気ガス温度であって、単位はＫであり、
2009534586.tif 000013
は排気ガスの質量熱容量であって、単位はＪ／ｋｇ／Ｋであり、
Ｔｒｅｆは改質ガスの温度であって、単位はＫであり、
Ｃｒｅｆは改質ガスの質量熱容量であって、単位はＪ／ｋｇ／Ｋであり、
ΔＨＨ２は水素１モルの酸化時のエンタルピーの変化量であって、単位はＪ／モルであり、
ΔＨＣＯは一酸化炭素１モルの酸化時のエンタルピーの変化量であって、単位はＪ／モルであり、
Ｔｃｏｎｓは粒子フィルタの上流側の設定温度であって、単位はＫであり、
ηｃｏは改質ガス中の一酸化炭素のモル分率であり、
ηＨ２は改質ガス中の水素のモル分率であり、
Ｍｒｅｆは改質ガスのモル質量であって、単位はｋｇ／モルである。
【００２９】
最後の３つの変数ηｃｏ、ηＨ２およびＭｒｅｆは、記憶されているマップを介し、改質すべき空気／燃料混合気の濃度によって定義されるような改質装置５の動作点と改質ガス流量を入力として、改質装置計算機１０により求めることができる。排気ガスおよび改質ガスの熱容量
2009534586.tif 000014
、Ｃｒｅｆについても同様である。
【００３０】
また偏差係数も計算する。
2009534586.tif 000015
【００３１】
次に、ステップ１０２で、偏差係数が所定のしきい値、たとえば０．７より大きいかどうかを判定する。大きい場合は、ステップ１０３で次式により設定流量を求める：
2009534586.tif 000016
【００３２】
ステップ１０４で偏差係数が所定のしきい値より小さい場合、直接ステップ１０５に移る。またステップ１０３の後もこのステップに移行する。ステップ１０５で、設定流量が、装置の容量に応じた所定の最大流量Ｑｍａｘを超えているかどうかを判定する。超えている場合には、ステップ１０６で、設定値を制限するために計算流量を最大流量Ｑｍａｘで置き換える。
【００３３】
ステップ１０７で、設定流量が改質装置５のための濃度指令および空気流量指令に変換される。場合によっては、改質装置５が受け入れる指令の種類に応じて、前記指令のうちの１つを燃料流量指令と組み合せることもできる。
【００３４】
これらのステップ１０１から１０７が、再生が必要な回数だけ反復される。
【００３５】
本発明は、専ら例として説明した上記の実施形態に限定されるものではない。窒素酸化物トラップは、酸化触媒など他の改質ガス酸化触媒手段で置き換えることができる。設定温度Ｔｃｏｎｓは再生中に変化してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明による方法を用いる装置の略図である。
【図２】本発明による方法を表すフローチャートである。
【図１】
2009534586.tif 000022
【図２】
2009534586.tif 000023
【国際調査報告】
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