(57)【要約】  排ガス処理装置、特に粒子フィルタ及び／又は窒素酸化物触媒を有する内燃機関における過給圧を制御するための方法であって、  前記過給圧を、過給圧目標値に制御し、  前記過給圧目標値を、動作パラメータに依存して設定し、  燃料消費量を最小にする過給圧の第１の値を、過給圧による前記内燃機関の燃料消費量への直接的な影響を考慮して算出する、方法において、  燃料消費量を最小にする過給圧の第２の値を、過給圧による前記排ガス処理装置の間欠的な再生への間接的な影響を考慮して算出し、  前記第１の値と前記第２の値とを考慮して、最適化された過給圧目標値を設定する、ことを特徴とする方法。
2014501872.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排ガス処理装置、特に粒子フィルタ及び／又は窒素酸化物触媒を有する内燃機関における過給圧を制御するための方法であって、
前記過給圧を、過給圧目標値に制御し、
前記過給圧目標値を、動作パラメータに依存して設定し、
燃料消費量を最小にする過給圧の第１の値を、過給圧による前記内燃機関の燃料消費量への直接的な影響を考慮して算出する、
方法において、
燃料消費量を最小にする過給圧の第２の値を、過給圧による前記排ガス処理装置の間欠的な再生への間接的な影響を考慮して算出し、
前記第１の値と前記第２の値とを考慮して、最適化された過給圧目標値を設定する、
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記過給圧目標値を、最小の燃料消費量に関して最適化する、
ことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記過給圧目標値を、排出制限値を遵守して設定する、
ことを特徴とする請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
前記第２の値を算出するために、前記内燃機関の煤排出量を定量化する、
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項記載の方法。
【請求項５】
前記煤排出量を、前記過給圧に依存してモデルによって決定する、
ことを特徴とする請求項４記載の方法。
【請求項６】
前記モデルを、経験に基づいて算出する、
ことを特徴とする請求項５記載の方法。
【請求項７】
前記煤排出量のために、物理モデルを使用する、
ことを特徴とする請求項５記載の方法。
【請求項８】
前記煤排出量を、前記過給圧に依存して特性マップによって決定する、
ことを特徴とする請求項４記載の方法。
【請求項９】
前記第２の値を算出するためのパラメータとして、エンジン回転数、噴射量、及び／又は、過給圧を使用する、
ことを特徴とする請求項１から８のいずれか一項記載の方法。
【請求項１０】
排ガス処理のための粒子フィルタを有する内燃機関において、
請求項１から９のいずれか一項に従って、過給圧に基づく制御方法が実施される、
ことを特徴とする内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排ガス処理のための粒子フィルタを有する内燃機関の過給圧を制御するための方法であって、前記過給圧を、過給圧目標値に制御し、前記過給圧目標値を、動作パラメータに依存して設定し、燃料消費量を最小にする過給圧の第１の値を、過給圧による内燃機関の燃料消費量への直接的な影響を考慮して算出する、方法に関する。本発明はさらに、このような制御方法が実施される、排ガス処理のための粒子フィルタを有する内燃機関に関する。
【０００２】
ターボ過給によって、内燃機関にて過給圧を増加する他に、所期の過給圧を実質的に自由に設定することも可能となる。基本的に過給圧を増加することにより、過給圧と結びついた空燃比の変化によって粒子排出が低減される。ＤＥ１９９０５４２０Ａ１には、調整可能なタービンブレードを有する排ガスターボチャージャのための過給圧制御方法が記載されている。過給圧は、調整装置に作用する少なくとも１つの制御器によって過給圧目標値に制御され、制御パラメータが、特性曲線乃至特性マップによって動作パラメータに依存して設定される。
【０００３】
過給圧を制御する際にはよく、消費最適な目標値を、立法機関によって要求された全ての排ガス制限値を遵守して設定することが優先される。従来技術による制御の欠点は、粒子フィルタの再生による付加的な燃料消費量が考慮されていないことである。
【０００４】
本発明の課題は、内燃機関と排ガス処理装置とからなるシステム全体の燃料消費量を最適化することである。
【０００５】
この課題は、独立請求項に記載の特徴によって解決される。従属請求項には、有利な実施形態及び有利な発展形態が記載されている。
【０００６】
排ガス処理装置を有する内燃機関の過給圧を制御するための本発明の方法においては、過給圧を、過給圧目標値に制御し、前記過給圧目標値を、動作パラメータに依存して設定する。過給圧の制御は、特にターボ過給によって実施され、ターボ過給は、吸入空気と、場合によっては再循環された排ガスとを、内燃機関に供給する前に、過給圧を増加させるために圧縮する。排ガス処理装置は、有利には、粒子フィルタ及び／又は窒素酸化物触媒を含む。
【０００７】
過給圧の変化による空燃比の変化は、内燃機関の燃焼工程による燃料消費量に影響を及ぼす。これによって一方では、高圧工程の工程効率に影響が及ぼされ、他方では、過給圧の増加によってエンジンの吸排気入替時の状態が変化し、これによって内燃機関の低圧工程にも影響が及ぼされる。従って、高圧工程及び低圧工程に対する上記の影響は、過給圧と燃焼消費との間の直接的な関係を形成している。
【０００８】
本発明によれば、燃料消費量を最小にする過給圧の第１の値が、過給圧による内燃機関の燃料消費量への直接的な影響を考慮して算出される。内燃機関の燃料消費量への直接的な影響には、上述した、高圧工程における効率への影響と、低圧工程における吸排気入替への影響とが含まれる。つまり有利には、燃料消費量を最小にする過給圧の第１の値は、内燃機関の高圧工程における効率と、低圧工程における吸排気入替とに対する直接的な影響を考慮して算出される。
【０００９】
さらに本発明によれば、燃料消費量を最小にする過給圧の第２の値が、過給圧による排ガス処理装置の間欠的な再生への間接的な影響を考慮して算出される。過給圧の変化は、内燃機関による粒子排出に影響を及ぼす。この粒子排出は、粒子フィルタの再生頻度にとって決定的に重要である。従って、過給圧目標値によって、再生間隔の長さにも影響が及ぼされる。再生間隔の長さは、燃料消費量に影響を及ぼす。というのは、粒子フィルタを再生する毎に、所定の燃料量が付加的に消費されるからである。第２の値を算出するためのパラメータとして、エンジン回転数、噴射量、及び、過給圧が使用され、従って有利にも、付加的なセンサが不要である。
【００１０】
本発明によればさらに、第１の値と第２の値とを考慮して、最適化された過給圧目標値が設定される。過給圧目標値の設定は、特に値の算出を含む。有利には、過給圧目標値は、最小の燃料消費量に関して最適化される。さらに有利には、過給圧目標値は、排出制限値を遵守して設定乃至修正される。
【００１１】
本発明の方法の利点は、最適化された過給圧目標値が、通常の走行動作で消費される燃料の他に、粒子フィルタを再生するために必要な燃料も燃料消費量として考慮し、これによって、システム全体にとって消費最適な過給圧目標値を供給することである。システム全体の効率は、これによって有利に増加する。さらなる利点は、本発明の方法によって過給圧の較正パラメータが重要でなくなることであり、このことは、較正工程における格別の利点をもたらす。本発明の方法によって有利には、車両におけるアプリケーションコストを格段に低減することができる。例えば気圧や冷温に関する空気パラメータの補正は、有利に補償される。自動車交通における内燃機関の動作時に、２％までの消費低減が期待される。
【００１２】
本発明の方法の有利な実施形態によれば、燃料消費量を最小にする過給圧に対するさらなる別の値が、他の影響要因を考慮して算出され、全ての値又は一部の値を考慮して、最適化された過給圧目標値が設定される。例えば内部効率は、さらに考慮し得る、空燃比に依存した影響要因である。
【００１３】
本発明の方法の有利な実施形態によれば、第２の値を算出するために、内燃機関の煤排出量が定量化される。
【００１４】
第１の形態では、煤排出量が、過給圧に依存してモデルによって決定される。このモデルは、例えば経験に基づいて算出される。択一的に、煤排出量のために、物理モデルを使用することができる。
【００１５】
第２の形態では、煤排出量が、過給圧に依存して特性マップによって決定される。
【００１６】
本発明はさらに、排ガス処理のための粒子フィルタを有する内燃機関に関し、ここで、上述した過給圧に基づく制御方法が実施される。
【００１７】
以下、本発明を、図面に基づいてより詳細に説明する。これらの実施形態は、本発明の方法にも、本発明の内燃機関にも当てはまる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の方法の１つの実施形態の概略図である。
【図２】種々のパラメータによる燃料消費量への影響を説明するための線図である。
【図３】図２による過給圧目標値の消費最適化を説明するための概略図である。
【図４】図２による過給圧目標値の消費最適化を説明するための概略図である。
【００１９】
空気システムの質量を制御する際には、消費最適な過給圧目標値を、立法機関によって要求された排出制限値を遵守して設定することが重要である。図１による過給圧に基づく制御方法のための目標値は、過給圧目標値３０とも呼ばれ、内燃機関の燃料消費量に対して大きな影響を及ぼす。過給圧目標値は、一方では、燃焼工程の効率及び吸排気入替によって、燃料消費量に直接的な影響を及ぼし、他方では、粒子排出によって、再生間隔の短縮又は延長により、燃料消費量に間接的な影響を及ぼす。従って、本発明の方法は、過給圧目標値３０の計算時に２つの影響経路を考慮する。このために有利には、エンジン回転数５と噴射量６とを考慮した、過給圧７に依存したモデル２によって、煤排出量が算出される。煤排出量の算出によって有利には、粒子フィルタの再生によって生じる追加消費量を推定することができる。吸排気入替及び高圧工程の工程効率による燃料消費量への影響も、動作パラメータに依存して、従来技術から公知の特性曲線及び／又は特性マップ１によって算出される。
【００２０】
燃料消費量の最小化に関して複数の異なる影響に基づいて算出された、これらの過給圧のための第１の値１０と、第２の値２０とから、後続の最適化ステップ３において、システム全体にとって消費最適な過給圧目標値３０が算出されるよう処理される。さらに後続の制限ステップ４は、場合によって、排出制限値の遵守を保証している補正過給圧目標値４０を算出する。
【００２１】
図２の線図では、軸１００上に示された過給圧勾配に亘って、軸１０１上に、燃料消費率が示されている。ここでは種々の曲線１１，１２，２１が、それぞれ所定の影響要因に基づく燃料消費量を表している。破線８は、化学量論的な燃料空気混合気が存在する場合、つまりラムダ値が１である場合における過給圧を表す。ディーゼルエンジンは基本的に、過化学量論的範囲において動作する。曲線１１は、吸排気入替による影響を受けた燃料消費量の推移を示す。曲線１２は、過給圧による内部効率への影響、つまり高圧工程の工程効率への影響を示す。曲線１１，１２によって示された影響要因は、内燃機関によってのみ引き起こされる。曲線２１は、粒子フィルタの再生間隔による影響に基づく、燃料消費量と過給圧との間接的な関連性を表している。これらの値は経験に基づいて算出され、煤排出量を定量化するための、経験に基づくモデルの基礎を形成する。最後に曲線３１は、全ての影響要因を統合したものである。過給圧目標値を、矢印９によって表された曲線３１の最小値に設定することが、本発明の方法の最適化の目的である。
【００２２】
再生動作が消費量を増加させるのと同様に、過給圧の増加は、吸排気入替による損失の増加、つまり燃料消費量の増加も引き起こす。これらの燃料消費量の増加を考慮して、燃料消費率の勾配がゼロとなるところが最適である：
dbeff / dp2 = dbeff, GasExchang / dp2 + dbeff, Reg / dp2 = 0
なお、beffは、燃料消費率であり、beff, GasExchangは、吸排気入替による燃料消費量の増加率であり、betf, Regは、再生動作による燃料消費量の増加率である。
【００２３】
曲線１１に相当する、吸排気入替による影響は、一定であると仮定することができる。このことを図３において概略的に説明する。過給圧の増加と共に増加する吸排気入替による損失１３は、内燃機関の回転数５に依存しており、回転数５と噴射量６の関数である比出力１４に関連付けられている（ブロック１５を参照）。同様に回転数５と噴射量６に依存している過給圧の変化率１６によって、過給圧変化率（dbeff, GasExchang / dp2）に関連付けられた、吸排気入替による消費量の増加率が判明する（図２の曲線１１）。
【００２４】
図４には、図２の曲線２１の形成と、結果として得られる曲線３１の最小点９を求めるための最適化ステップとが概略的に図示されている。煤モデル２は、入力パラメータである過給圧７と、回転数５と、噴射量６と、酸素含有量２２とを制御変数として考慮して、粒子質量mPMの質量流２３を供給する。ブロック２４は、回転数５と噴射量６とに依存して、内燃機関の基準消費率beff,0を示す。
【００２５】
再生動作中の燃料消費量対再生なしの燃料消費量の比率を示す係数kadd, Regと、再生時間tRegと、粒子フィルタの体積VDPFと、フィルタの堆積率ρmax,DPF loadingとを有する、ブロック２５における以下の計算
【００２６】
【数１】
2014501872.tif 000003
によって、粒子質量の質量流（２１’）に関連した、再生による消費量の増加率が判明する。粒子の質量流を考慮して、ここから図２の曲線２１が生じる。
【００２７】
図３の吸排気入替による消費量の増加率１１は、再生による消費量の増加率に関連して負の符号が付され、粒子質量の質量流（２１’）に関連付けられる。形成された質量流値３２から過給圧目標値３０、乃至、補正された過給圧目標値４０を得るために、倒立された煤モデル２’が使用される。酸素制御２２によって、過給圧目標値３０，４０もラムダ目標値に相当する。
【符号の説明】
【００２８】
１  特性マップ
２  煤モデル
２’  倒立された煤モデル
３  最適化
４  制限
５  エンジン回転数
６  噴射量
７  過給圧
８  線
９  矢印
１０  第１の値
２０  第２の値
３０  消費最適化された過給圧目標値
４０  補正された過給圧目標値
１００，１０１  軸
１１  吸排気入替による消費量の増加率、曲線
１２  内部効率の変化による消費量の増加率、曲線
２１  再生による消費量の増加率、曲線
２１’  消費量の増加率、質量流に依存
３１  結果
１３  吸排気入替による損失
１４  比出力
１５  ブロック
１６  過給圧の変化率
２２  酸素含有量の制御
２３  粒子質量流
２４  基準消費量
３２  質量流値
【図１】
2014501872.tif 000004
【図２】
2014501872.tif 000005
【図３】
2014501872.tif 000006
【図４】
2014501872.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成25年8月6日(2013.8.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排ガス処理のための粒子フィルタを有する内燃機関における過給圧を制御するための方法であって、
前記過給圧を、過給圧目標値に制御し、
前記過給圧目標値を、動作パラメータに依存して設定し、
燃料消費量を最小にする過給圧の第１の値を、過給圧による前記内燃機関の燃料消費量への直接的な影響を考慮して算出し、
燃料消費量を最小にする過給圧の第２の値を、過給圧による前記粒子フィルタの間欠的な再生への間接的な影響を考慮して算出し、
前記第１の値と前記第２の値とを考慮して、最適化された過給圧目標値を設定する、
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記過給圧目標値を、最小の燃料消費量に関して最適化する、
ことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記過給圧目標値を、排出制限値を遵守して設定する、
ことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記第２の値を算出するために、前記内燃機関の煤排出量を定量化する、
ことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記煤排出量を、前記過給圧に依存してモデルによって決定する、
ことを特徴とする請求項４記載の方法。
【請求項６】
前記モデルを、経験に基づいて算出する、
ことを特徴とする請求項５記載の方法。
【請求項７】
前記煤排出量のために、物理モデルを使用する、
ことを特徴とする請求項５記載の方法。
【請求項８】
前記煤排出量を、前記過給圧に依存して特性マップによって決定する、
ことを特徴とする請求項４記載の方法。
【請求項９】
前記第２の値を算出するためのパラメータとして、エンジン回転数、噴射量、及び／又は、過給圧を使用する、
ことを特徴とする請求項１から８のいずれか一項記載の方法。
【請求項１０】
前記内燃機関は、窒素酸化物触媒をさらに含む、
ことを特徴とする請求項１から９のいずれか一項記載の方法。
【請求項１１】
排ガス処理のための粒子フィルタを有する内燃機関において、
請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法に従って、過給圧に基づく制御方法が実施される、
ことを特徴とする内燃機関。
【請求項１２】
排ガス処理のための窒素酸化物触媒をさらに有する、
ことを特徴とする請求項１１記載の内燃機関。
【国際調査報告】
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2014501872.tif 000009
2014501872.tif 000010
2014501872.tif 000011
2014501872.tif 000012
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