(57)【要約】  本発明は、内燃機関の排気ライン上において粒子フィルタを再生する方法に関するものであり、本方法では、粒子フィルタの上流に配置されている酸化触媒の上流の排気管に燃料を注入する。本発明は、再生中に、エンジンの作動が最大の負荷と速度の限界値によって画定される臨界ゾーン（Ｓ２）に入るとき排気管への燃料注入を中断し、エンジンの作動が非臨界ゾーン（Ｓ１）に戻ると燃料の注入を再開し、二つのゾーン（Ｓ１、Ｓ２）間の過渡的な作動段階で、排気ガスの体積流量率を測定し、前記測定値に応じて、燃料注入率を減少させるか、又は燃料注入を遅らせることを特徴としている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関（１０）の排気ライン（２）上に位置する粒子フィルタ（１）を再生する方法であって、粒子フィルタ（１）を再生している間に、粒子フィルタ（１）の上流側に位置する酸化触媒コンバータ（４）の上流側の排気管（２）に燃料を注入し、
再生中に、
−エンジンの作動が、速度と負荷の上限によって画定される臨界ゾーン（Ｓ２）に入ると排気管への燃料の注入を中断し、
−エンジンの作動が非臨界ゾーン（Ｓ１）に戻ると燃料の注入を再開し、
−二つのゾーン（Ｓ１、Ｓ２）間の過渡的作動段階の間に、排気ガスの体積流量率を測定し、この測定値に基づいて、燃料注入流量を低減するか、又は燃料の注入を遅らせることを特徴とする方法。
【請求項２】
排気ガスの体積流量率が所定の閾値未満に戻った後に燃料注入を再開することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
排気ガスの体積流量率に基づいて、燃料が注入される最大流量を補正することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
−エンジン（１０）の作動が前記臨界ゾーン（Ｓ２）に入ると排気管（２）への燃料注入を中断する手段、
−エンジンの作動が非臨界ゾーン（Ｓ１）に戻ると燃料注入を再開する手段、
−過渡的作動段階の間に排気ガスの体積流量率を測定又は推定する手段、
−排気ガスの体積流量率が低下して所定の閾値未満に戻ると燃料の注入を制御する手段、又は
−排気ガスの体積流量率に基づいて燃料が注入される最大流量を補正する手段
を具備することを特徴とする、請求項１〜３の何れか一項に記載の方法を実施するための装置。
【請求項５】
排気管上に配置された流量計（１４）又は排気ガスの体積流量率を推定する装置を具備することを特徴とする、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
排気ガスの体積流量率を測定する手段が、燃料の注入を制御するヒステリシスモジュール（１５）と連動することを特徴とする、請求項４に記載の装置。
【請求項７】
ヒステリシスモジュール（１５）の二つの閾値が、エンジンの速度と負荷とに基づいて設定されることを特徴とする、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
最大注入流量を補正する手段が、排気ガスの体積流量率を測定する手段と連動するマップ（１８）を具備することを特徴とする、請求項４に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【発明の開示】
【０００１】
本発明は、ディーゼルエンジン式の内燃機関の排気ライン上に位置する粒子フィルタを再生する方法と装置に関する。
【０００２】
益々厳しくなる排出基準のために、粒子フィルタが標準規格として自動車に組み込まれている。これらの粒子フィルタは、内燃機関の排気ガスを濾過して、有害粒子を捕捉することができる。これらの粒子フィルタは、遮断されてエンジンの適正な作動を妨げないように、定期的に再生しなければならない。
特にＵＳ２００４／２０４８１８Ａ１に記載されている周知の一再生方式では、ディーゼル燃料インジェクターを排気ラインに直接配置している。再生中に、このインジェクターが排気ラインにディーゼル燃料を注入する。ディーゼル燃料は、酸化触媒コンバータ内で反応して発熱する。この熱が、粒子フィルタを６５０℃のオーダーの温度まで加熱することにより、フィルタに捕捉された粒子が焼失する。
【０００３】
前記特許文献に記載された装置では、酸化触媒コンバータが粒子フィルタの上流側に配置され、ディーゼル燃料インジェクターが酸化触媒コンバータの上流側に配置されている。
粒子フィルタを再生する方法、即ち、排気ラインにディーゼル燃料を注入する方法は、フィルタ内の粒子の存在に起因する圧力低下が特定の閾値に達すると起動される。このような圧力低下は、粒子フィルタの上流と下流に位置する圧力センサを用いて測定される。
【０００４】
２００４年１２月２３日出願の特許出願ＦＲ０４５３１８７に記載される実施形態では、汚染除去装置は二つの酸化触媒コンバータを具備し、第一のコンバータは内燃機関の近くに配置され、第二のコンバータは粒子フィルタの近くに配置されている。
しかしながら、第二の酸化触媒コンバータの容積は、排気系のインジェクターをエンジンの作動範囲全体に亘って使用できるほど大きくない。所定のエンジンの速度及び負荷の限界を超えると、この触媒コンバータは、インジェクターによって排気系に注入されるディーゼル燃料を処理できなくなる。これは、以下に挙げる三つの望ましくない現象を招く。
【０００５】
１．６５０℃の温度を触媒コンバータに維持することが困難になる。温度が５８０℃を下回ると、再生機能を保つことができない。
２．フィルタに侵入する未燃焼の炭化水素の量が大幅に増加する。粒子フィルタが６２０℃の温度を超えると、このような炭化水素の実質的な増大により、煤再生が「機能不全」となり、過剰な熱機械学的ストレスの結果粒子フィルタが破損する可能性がある。
３．フィルタが比較的低温である場合、未燃焼の炭化水素はフィルタで処理できないので直接排気系に向かい、不快な臭い、白煙、汚染を生じさせる。
【０００６】
これらの問題点を改善するため、本出願人は、本出願と同時に出願される特許出願において、再生中に、
−エンジンの作動が、速度と負荷の上限によって画定される臨界ゾーンに入ると排気管への燃料注入を中断し、
−エンジンの作動が非臨界ゾーンに戻ると燃料の注入を再開する
方法を開示した。
加えて、この方法によれば、エンジンが臨界ゾーン外で動作する時の酸化触媒コンバータの入口の基準温度を２５０〜５５０℃に設定し、エンジンが臨界ゾーン内で作動する時の同温度を６５０℃に設定する。
【０００７】
この方法により、粒子フィルタは、確実にエンジンの作動範囲全体に亘って再生できる。しかしながら、車両の使用状態が非常に過渡的である場合、定常作動状態に対して予測されるレベルを大きく超える未燃焼の炭化水素のスパイクが触媒コンバータの出口側に現れ、これにより粒子フィルタの再生が機能しなくなり、粒子フィルタが破損する可能性がある。これらのスパイクは、排出基準を遵守しようとする場合、更に好ましくない。
【０００８】
本発明の目的は、上記の欠点を解決することである。
【０００９】
本発明の目的は、内燃機関の排気ラインに配置された粒子フィルタの再生方法によって達成され、本方法では、粒子フィルタを再生する間に、粒子フィルタの上流側に位置する酸化触媒コンバータの上流側の排気管に燃料を注入する。本方法は、再生中に、
−エンジンの作動が、速度及び負荷の上限によって画定される臨界ゾーンに入ると排気管への燃料の注入を中断し、
−エンジンの作動が非臨界ゾーンに戻ると燃料の注入を再開し、
−二つのゾーン間の過渡的作動段階において、排気ガスの体積流量率を測定し、この測定値に基づいて、燃料注入流量を低減するか、又は燃料の注入を遅らせることを特徴とする。
この方法により、前述の過渡的段階の間に未燃焼の炭化水素のスパイクを避けることができる。
【００１０】
本方法の第一の実施形態では、燃料注入は、排気ガスの体積流量率が低下して所定の閾値未満に戻ると再開される。
本方法の第二の実施形態では、排気ガスの体積流量率に基づいて燃料が注入される最大流量が補正される。
【００１１】
別の態様によれば、本発明は、本発明による方法を実施する装置に関する。この装置は、
−エンジンの作動が前述の臨界ゾーンに入ると排気管への燃料の注入を中断する手段、
−エンジンの作動が非臨界ゾーンに戻ると燃料注入を再開する手段、
−過渡的作動段階における排気ガスの体積流量率を測定又は推定する手段、
−排気ガスの体積流量率が低下して所定の閾値未満に戻ると燃料の注入を制御する手段、又は
−排気ガスの体積流量率に基づいて燃料が注入される最大流量を補正する手段
を具備することを特徴とする。
好ましくは、本装置は、排気管に配置された流量計又は排気ガスの体積流量率を推定する装置を具備している。
【００１２】
本装置の第一の実施例では、排気ガスの体積流量率を測定する手段は、燃料の注入を制御するヒステリシスモジュールと連動する。
第二の実施例では、最大注入流量を補正する手段は、排気ガスの体積流量率を測定する手段と連動するマップを具備している。
【００１３】
本発明の他の特徴と利点は、後述の説明により更に明らかになる。
添付図面は、非限定的な実施例として提示される。
【００１４】
図１は、２００４年１２月２３日出願のフランス特許出願ＦＲ０４５３１８７に記載される、ディーゼル式燃焼エンジンの排気ガスを洗浄するための装置を概略的に示している。
この装置は、燃焼エンジンの排気ライン２上に配置された粒子フィルタ１を具備し、当該排気ラインにおいては、第一の酸化触媒コンバータ３がエンジンの近くに、第二の酸化触媒コンバータ４が粒子フィルタ１の上流側に隣接して、それぞれ配置されている。
【００１５】
第二の酸化触媒コンバータ４の上流側に、ポンプ６に接続するディーゼル燃料インジェクター５が位置しており、これによりディーゼル燃料を排気ライン２に注入することができ、当該燃料の燃焼により、粒子フィルタ１の再生段階の間に酸化触媒コンバータ４の温度が上昇する。
触媒コンバータ４の上流側と、同コンバータとフィルタ１の間に、温度センサ７と８が配置されている。
【００１６】
参照番号９は、触媒コンバータ４の入口とフィルタ１の出口の間の圧力差を測定できるセンサを示す。
フィルタ１の再生は、センサ９によって測定された圧力差が特定の閾値に達すると起動される。この場合、ディーゼル燃料は、インジェクター５によって排気ラインに注入される。ディーゼル燃料の燃焼により、触媒コンバータの温度が約６５０℃に上昇するので、フィルタ１中に存在する煤の粒子を焼失させることができる。
【００１７】
図２は、ターボチャージャー１１を具備するディーゼルエンジン１０を示しており、当該ターボチャージャーのコンプレッサー１２は、エンジン１０の吸入マニフォルド１３ａに接続する吸入ダクト１３に空気を圧縮して送る。
ターボチャージャー１１の下流側に、排気ライン２は、図１に示した装置、即ち、順に第一の酸化触媒コンバータ３と、ディーゼル燃料インジェクター５と、第二の酸化触媒コンバータ４と、粒子フィルタ１とを具備している。温度センサ７は、酸化触媒コンバータ４の入口の近くに配置されている。
【００１８】
しかしながら、内燃機関の作動ゾーン全体において再生を実行できないことが判明した。
よって、図３の曲線により、二つのゾーンＳ１とＳ２を示す。作動範囲Ｓ１の境界は、速度と負荷の最大値、即ち、所与の負荷（又はトルク）に対する最大トルク（又は負荷、各々）値を決定する、速度／負荷の組み合わせの集合によって画定されている。ゾーンＳ１内では、エンジンの作動は、曲線によって規定される負荷Ｃと速度Ｒを下回っている。それに対し、ゾーンＳ２では、エンジン作動は曲線によって規定される負荷Ｃと速度の値を上回っている。
【００１９】
本出願と同日に本出願人により出願された特許出願に記載された方法によれば、再生中に、
−エンジンの作動が臨界ゾーンＳ２に入ると排気管への燃料の注入を中断し、
−エンジンの作動が非臨界ゾーンＳ１に戻ると燃料の注入を再開する。
エンジンがゾーンＳ１内で動作している時、酸化触媒コンバータの入口の基準温度は２５０〜５５０℃の間の値に設定される。
【００２０】
エンジンが臨界ゾーンＳ２に入ると、燃料の注入が中断されるので、上記基準温度は６５０℃に設定される。
この方法は、エンジンの作動範囲全体に亘って確実に粒子フィルタを再生することができる。しかしながら、車両の使用状態が非常に過渡的である場合、定常作動状態に対して推定されるレベルを大きく超える未燃焼の炭化水素のスパイクが酸化触媒コンバータの出口側に現れ、これが原因で粒子フィルタの再生が機能しなくなり、粒子フィルタが破損する可能性がある。これらのスパイクは更に、排出基準を遵守しようとする場合に望ましくない。
【００２１】
本発明による方法の目的は、過渡的段階における酸化触媒コンバータの出口のこれら炭化水素の放出を低減することである。
車両の過渡的な使用段階では、下記の二つの特定の作動状況を区別することができる。
１．エンジンが、排気系に対してインジェクターが数分に亘って用いられているゾーンＳ１にある状況。酸化触媒コンバータの上流側の排気ラインの温度は２５０℃〜５５０℃であり、ここで運転手はエンジンの加速を決定する。するとエンジン負荷Ｃは瞬時に増大し、速度Ｒは車両が加速するにつれて上昇する。加速要求が非常に強い場合、エンジンは、インジェクターが用いられているゾーンＳ１から逸脱する。従って、酸化触媒コンバータの上流側の排気ラインは確実に６５０℃に到達する。しかしながら、触媒コンバータの入口側の温度は、触媒コンバータの上流側の排気ラインが熱せられて６５０℃の温度に達するまでの時間に亘り、徐々に上昇する。
２．エンジンが、例えば車両が急峻な坂に位置している（エンジン負荷要求が大きい）ことにより、排気系に対してインジェクターが用いられないゾーンＳ２に数分間あった状況。酸化触媒コンバータの上流側の排気ラインは６５０℃である。坂が緩やかになると、車速の維持に必要なエンジン負荷が小さくなり、排気系にインジェクターが用いられるゾーンＳ１に戻る。排気ラインの熱慣性により、触媒コンバータの入口の温度が６５０℃から２５０℃〜５５０℃の目標値に瞬時に低下することはない。
【００２２】
炭化水素を処理する酸化触媒コンバータの能力は、触媒コンバータを通る排気ガスの体積流量率と特に関係している。体積流量率が大きくなる程、触媒コンバータから出る炭化水素の量が多い。
排気系にインジェクターが用いられるゾーンＳ１に入ると、直ちに体積流量率は、エンジンが定常状態で作動していた場合よりも高くなる。炭化水素を処理する触媒コンバータの能力を超えるのはこの時である。触媒コンバータの入口の温度がその基準温度に達するまでに要する時間の間、従って体積流量率が定常状態の値に戻るまでの期間に、炭化水素は触媒コンバータを通過する。
【００２３】
従って、過渡的状態の体積流量率と定常状態の体積流量率の間の差が、炭化水素のスパイクの原因となることが分かる。従って、この問題を改善するために、体積流量率を変更するか、又は少なくとも体積流量率を考慮する必要がある。
従って、本発明の方法によれば、
−二つのゾーンＳ１とＳ２の間の過渡的作動段階の間に、排気ガスの体積流量率を測定又は推定し、この測定値に基づいて、燃料注入流量を減少させるか、又は燃料注入を遅らせる。
【００２４】
実際には、燃料注入は、排気ガスの体積流量率が低下して所定の閾値未満に戻るまで再開しない。
また、排気ガスの体積流量率に基づいて、燃料が注入される最大流量を補正することができる。
【００２５】
前述の方法を実施する装置は、
−エンジンの作動が臨界ゾーンＳ２に入ると排気管への燃料の注入を中断する手段、
−エンジンの作動が非臨界ゾーンＳ１に戻ると燃料注入を再開する手段、
−過渡的作動段階の間の排気ガスの体積流量率を測定する流量計のような手段、
−排気ガスの体積流量率が減少して所定の閾値未満に戻る時、燃料の注入を制御する手段、又は
−排気ガスの体積流量率に基づいて燃料が注入される最大流量を補正する手段
を具備している。
【００２６】
図４は、排気ガスの体積流量率を測定する流量計１４がヒステリシスモジュール１５と連動してインジェクター５によるディーゼル燃料の注入を制御することを示している。
排気ガスの体積流量率がヒステリシスモジュール１５の第二の閾値を上回ると、このヒステリシスモジュールの出力がゼロと等しくなり、セレクタ１６がゼロに切り替わってインジェクター５の流量を制御するコマンド１７にゼロ値を示す。
【００２７】
排気ガスの体積流量率が低下してヒステリシスモジュール１５の第一の閾値を下回ると、このヒステリシスモジュールの出力が１と等しくなり、セレクタ１６が、コマンド１７によりインジェクター５による燃料注入の起動が可能になる位置に切り替わる。
エンジンの速度と負荷の関数として、ヒステリシスモジュールの二つの閾値をマップにプログラム設定してもよい。
ヒステリシスモジュールを使用することにより、排気管への燃料注入を手際よく起動したり停止したりすることができる。
【００２８】
図５は、燃料が注入される最大流量を補正する手段を示している。これらの手段は、排気ガスの体積流量率を測定する流量計１４と、排気ガスの体積流量率に基づいてインジェクター５の流量を飽和できるＭＩＮユニット１９と連動するマップ１８を具備している。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】粒子フィルタを再生するための周知の装置の全体図である。
【図２】ターボチャージ式ディーゼルエンジンの吸入及び排気システムの全体図である。
【図３】エンジン速度Ｒの関数としてエンジン負荷Ｃの変化を示す曲線であり、二つのエンジン作動ゾーンを示す。
【図４】本発明による装置の第一の実施形態を示す。
【図５】本発明による装置の第二の実施形態を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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