(57)【要約】【課題】パティキュレートフィルタの再生を最適に制御すること。【解決手段】排出ガス後処理系の制御の際、ラムダ信号用の目標値、又は、ラムダ信号の変更を設定可能であり、ラムダ信号又はラムダ信号の変更用の実際値を検出し、実際値と目標値との比較に基づいて、排出ガス後処理系の応動を制御することができる調整要素用の制御信号を、実際値が目標値に近付くように設定する。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排出ガス後処理系の制御方法において、
ラムダ信号用の目標値、又は、ラムダ信号の変更を設定可能であり、前記ラムダ信号又は前記ラムダ信号の変更用の実際値を検出し、前記実際値と前記目標値との比較に基づいて、排出ガス後処理系の応動を制御することができる調整要素用の制御信号を、前記実際値が前記目標値に近付くように設定することを特徴とする制御方法。
【請求項２】
目標値を、パティキュレート（微小固体粒子）の所望の燃焼速度が調整されるように設定する請求項１記載の制御方法。
【請求項３】
目標値を、排出ガス後処理系での所望の温度が調整されるように設定する請求項１記載の制御方法。
【請求項４】
排出ガス後処理系の再生過程の種々の期間中、種々の目標値を設定可能である請求項１から３迄の何れか１記載の制御方法。
【請求項５】
排出ガス後処理系の再生過程の所定の期間中に限って調整を行う請求項１から３迄の何れか１記載の制御方法。
【請求項６】
排出ガス後処理系の制御装置において、
ラムダ信号用の目標値、又は、ラムダ信号の変更が設定される手段、前記ラムダ信号又は前記ラムダ信号の変更用の実際値を検出する手段、前記実際値と前記目標値との比較に基づいて、排出ガス後処理系の応動を制御することができる調整要素用の制御信号を、前記実際値が前記目標値に近付くように設定する手段を有することを特徴とする制御装置。
【請求項７】
調整要素を用いて、排気ガス中の酸素量が制御される請求項６記載の制御装置。
【請求項８】
調整要素は、排出ガス還流調整器として構成されている請求項６又は７記載の制御装置。
【請求項９】
調整要素は、スロットルバルブとして構成されている請求項６又は７記載の制御装置。
【請求項１０】
調整要素は、スーパーチャージャの制御用として構成されている請求項６から９迄の何れか１記載の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排出ガス後処理系、例えば、パティキュレートフィルタの制御方法及び排出ガス後処理系、例えば、パティキュレートフィルタの制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
排出ガス後処理系、例えば、パティキュレートフィルタの制御方法及び装置は、公知である。内燃機関、殊に、燃料直接噴射式内燃機関には、殊にパティキュレートフィルタを有することがある排出ガス後処理系が装着されることがしばしばある。パティキュレートフィルタの再生のために、温度を通常の排出ガス温度よりも高くする必要がある。付加的な手段なしに、パティキュレート（微小固体粒子）は、約５５０〜６５０℃で酸化する。このために、通常のように温度上昇手段を導入する必要がある。
【０００３】
通常のように、パティキュレートフィルタが堆積限界値に達した場合に、再生が開始される。内燃機関の所定の運転状態では、再生が制御されないか、又は、過度に緩慢に経過する事態が生じることがある。殊に、制御されていない燃焼の場合には、微小固体粒子の強い発熱性の酸化に基づいて、不所望な熱放出が生じることがあり、この熱放出により、フィルタの温度特性がフロント部分で急峻に変動して、非常に高い温度となる。そのような状態は確実に回避する必要があるか、又は、このような状態になった場合、適切な手段を介して制御して抑制する必要がある。再生が過度に緩慢に経過する場合、再生手段は過度に長期に維持される必要があり、その結果、燃費が高くなる。しかも、内燃機関の運転が遮断されたり、又は、運転状態に移行したりして、再生が中断してしまう。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、パティキュレートフィルタの再生を最適に制御することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
課題を解決するため、本発明は、ラムダ信号用の目標値、又は、ラムダ信号の変更を設定可能であり、ラムダ信号又はラムダ信号の変更用の実際値を検出し、実際値と目標値との比較に基づいて、排出ガス後処理系の応動を制御することができる調整要素用の制御信号を、実際値が目標値に近付くように設定することを提案するものである。
【０００６】
ラムダ信号の時間的な変化の実際値が検出され、実際値と目標値との比較により、調整要素用の制御信号が設定される。この調整要素を用いて、排出ガス後処理系での反応が制御可能である。この制御信号の設定の際、実際値が目標値に近付くようにされる。このようにすることによって、パティキュレートフィルタの再生を最適に制御することができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
従属請求項記載の手段によって、本発明の方法及び本発明の装置の有利な実施例及び改善が可能である。
【０００８】
別の利点は、以下の説明から分かる。
【０００９】
【実施例】
以下、図示の実施例を用いて、本発明について詳細に説明する。
【００１０】
図１には、内燃機関の排出ガス後処理系の主要要素が図示されている。内燃機関は、１００で示されている。内燃機関には、吸気管１０５を介して吸気が供給される。内燃機関１００の排出ガスは、排出管１１０を介して環境内に排出される。排気ガス管内には、排気ガス後処理系１１５が設けられている。ここでは、パティキュレートフィルタである。更に、種々異なる有害物質の変換用、又は、排出ガスのコンディショニング用に別の触媒器を設けてもよい。
【００１１】
更に、少なくとも１つのエンジン制御ユニット１７５と排出ガス後処理制御ユニット１７２とを有する制御ユニット１７０が設けられている。エンジン制御ユニット１７５は、燃料調量系１８０に制御信号を供給する。排出ガス後処理制御ユニット１７２は、エンジン制御ユニット１７５と信号を交換する。所定の構成では、排出ガス後処理制御ユニット１７２は、排出ガス管内に排出ガス後処理系の前、又は、排出ガス後処理系内に設けられた調整要素１８２に制御信号を供給する。
【００１２】
更に、種々のセンサが設けられており、各センサは、排出ガス後処理制御ユニット及びエンジン制御ユニットに各信号を供給する。つまり、少なくとも１つの第１のセンサ１９４が設けられており、この第１のセンサは、内燃機関に供給される空気の状態を示す信号を供給する。第２のセンサ１７７は、燃料調量系１８０の状態を示す信号を供給する。少なくとも１つの第３のセンサ１９１は、排出ガス後処理系の前側の排出ガスの状態を示す信号を供給する。少なくとも１つの第４のセンサ１９３は、排出ガス後処理系１１５の状態を示す信号を供給する。更に、少なくとも１つのセンサ１９２は、排出ガス後処理系の後ろ側の状態を示す信号を供給する。有利には、温度値及び／又は圧力値を検出するセンサが使用される。少なくとも１つのセンサ１９２は、排出ガス及び／又は吸気の化学成分を示す信号Ｌを検出する。この際、有利には、ラムダセンサが用いられる。
【００１３】
第１のセンサ１９４、第３のセンサ１９１、第４のセンサ１９３及び第５のセンサ１９２の各出力信号が、有利には、排出ガス後処理制御ユニット１７２に供給される。第２のセンサ１７７の各出力信号が、有利には、エンジン制御ユニット１７５に供給される。更に別の、図示していない、運転手の希望又は別の環境又はエンジン運転状態を示す信号を供給するセンサを設けてもよい。
【００１４】
図示の実施例では、吸気管１０５内にコンプレッサ１０６が設けられており、排気管１１０内にタービン１０８が設けられている。タービンは、貫流する排気ガスによって駆動され、図示していないシャフトを介してコンプレッサ１０６を駆動する。適切な制御部によって、コンプレッサが圧縮する空気量を制御することができる。
【００１５】
更に、吸気管１０５内にスロットルバルブ１０４ａが設けられており、このスロットルバルブを用いて、内燃機関内への吸気の供給が制御可能である。スロットルバルブ１０４ａは、同様に制御ユニット１７５によって制御可能である。
【００１６】
更に、管１１０は、排気ガス還流管１０２を介して吸気管１０５と結合されている。排気ガス還流管１０２内には、同様に制御ユニット１７５によって制御可能な排気ガス還流弁１０４ｂが設けられている。
【００１７】
図示の実施例では、スロットルバルブ、排気ガス還流部及び制御可能な排気ガスターボチャージャが設けられている。
【００１８】
特に有利には、エンジン制御ユニット及び排出ガス後処理制御ユニットが、一体的な構造ユニットを形成するようにするとよい。しかし、エンジン制御ユニット及び排出ガス後処理制御ユニットを、空間的に相互に別個の２つの制御ユニットとして構成してもよい。
【００１９】
以下、本発明の作動形式について、殊に燃料直接噴射式内燃機関で使用されるパティキュレートフィルタの実施例を用いて説明する。しかし、本発明の作動形式は、この用途に限定されるものではなく、排出ガス後処理系を備えた、他の内燃機関でも使用することができる。
【００２０】
前述の各センサ信号を用いて、エンジン制御部１７５は、燃料調量系１８０の制御用の制御信号を算出する。それから、燃料調量系１８０は、内燃機関１００の相応の燃料量を調量する。燃焼時に排気ガス中に微小固体粒子が生じることがある。この微小固体粒子は、排出ガス後処理系１１５内のパティキュレートフィルタによって吸着される。運転過程で、パティキュレートフィルタ１１５は、相応量の微小固体粒子を収集する。それにより、パティキュレートフィルタ及び／又は内燃機関の機能動作が損なわれるようになる。そのために、所定の間隔で、乃至、パティキュレートフィルタが所定の堆積状態に達した場合に、再生過程を開始するようにされる。この再生は、スペシャルオペレーションとも言える。
【００２１】
堆積状態は、例えば、種々のセンサ信号により検出される。つまり、一方では、パティキュレートフィルタ１１５の入力側と出力側と圧力差を評価することができる。他方では、堆積状態は、種々の温度及び／又は種々の圧力値により求められる。更に、別の量を、堆積状態の算出又はシミュレーションのために利用してもよい。相応の作動形式が、例えば、ドイツ連邦共和国特許公開第１９９０６２８７号公報から公知である。
【００２２】
パティキュレートフィルタが所定の堆積状態に達したことを、排出ガス後処理制御ユニットが検出すると、再生が開始される。パティキュレートフィルタの再生のために、種々の手段が利用される。つまり、一方では、所定の物質が調整要素１８２を介して排気ガスに供給され、それから、この物質により、排出ガス後処理系１１５内で、相応の反応が引き起こされる。この、調量すべき付加的な物質により、特に、パティキュレートフィルタ内の温度が上昇され、及び／又は、微小固体粒子が酸化される。つまり、例えば、調整要素１８２を用いて、燃料及び／又は酸化剤が供給されるようにしてもよい。更に、還流される排気ガスの一部分を、排気ガス温度が上昇するように変えてもよい。
【００２３】
通常のように、堆積状態を種々の量に基づいて検出するようにされる。所定の限界値との比較により、種々の状態が検出され、検出された堆積状態に依存して再生が開始される。
【００２４】
内燃機関の窒素酸化物を減らすために、排気ガス還流路が設けられている。還流される排気ガス乃至内燃機関に供給される空気量の成分は、精確に調整される必要がある。と言うのは、排気ガス還流率が高すぎると、微小固体粒子の放出が増大し、他方、排気ガス還流率が低すぎると、ＮＯｘ放出が増大する。還流される排気ガス乃至内燃機関に供給される空気量の成分を精確に調整するために、通常、排気ガス還流率を作動点に依存して制御及び／又は調整される。
【００２５】
本発明によると、排気ガス中の酸素濃度が検出される。この酸素濃度乃至酸素容積流は、例えば、ラムダセンサを用いて測定することができ、及び／又は、エンジンの運転パラメータから算出乃至シミュレートすることができる。つまり、センサ１９１は、ラムダセンサとして構成することができる。排気ガス中の酸素供給は、パティキュレートフィルタ内で析出された微小固体粒子の燃焼速度にとって著しい意味があり、その際、運転条件に応じて、パティキュレートフィルタが激烈に酸化して、不所望に高い熱が発生することがある。
【００２６】
本発明によると、排気ガス中の酸素含有量及び／又は酸素濃度の変化が、燃焼速度が最適値となるような目標値に調整される。有利には、再生過程中、酸素含有量の種々の目標値が選択される。
【００２７】
このために、種々の手段が利用される。一方では、排気ガス還流率が高められて、内燃機関の吸入管路内のスロットルバルブが閉じられるか、又は、少なくとも部分的に閉じられ、及び／又は、付加的な燃料が噴射され、それにより、酸素含有量が下げられるが、トルクには影響はない。
【００２８】
図２には、調整部が詳細に図示されている。図示の実施例では、ラムダ信号の変化が、所定の目標値ＬＡＳに調整される。
【００２９】
目標値設定部２００は、目標値ＬＡＳをラムダ信号の変化用に設定する。この目標値設定部２００は、結合点で、微分器２２０ＬＡＩの出力信号と結合される。微分器２２０には、ラムダセンサ１９２の出力信号Ｌが供給される。結合点２１０の出力信号が調整器２３０に供給され、更に調整要素１０４ａに供給される。図示の実施例では、調整要素は、スロットルバルブであり、これにより、還流排気ガスの成分を制御することができる。更に、スーパーチャージャー及び／又は排気ガス還流弁１０４ｂを制御してもよい。択一的又は補完的に、調整部材として、排気ガス中の酸素濃度を制御する他の調整要素を制御してもよい。
【００３０】
調整器２３０は、微分されたラムダ信号の実際値ＬＡＩと目標値ＬＡＳとの差に基づいて、調整要素に供給するための制御信号を特定する。実際値として、図示の実施例では、ラムダセンサの微分された出力信号Ｌが使われる。目標値として、相応の値が、ラムダ目標値の変化のために使用される。つまり、内燃機関に供給される空気量を制御することによって、ラムダ信号の変化が所定目標値に調整される。
【００３１】
本発明の構成では、直接、ラムダ信号が相応の目標値に調整されるようにしてもよい。
【００３２】
ラムダ信号の調整、乃至、ラムダ信号の変化の調整により、再生中の微小固体粒子の燃焼を直接制御することができる。そうすることによって、燃焼速度が許容できない程変化したり、及び／又は、温度が許容し得ない値に上昇したりするのを確実に阻止することができる。更に、燃焼速度が過度に低い値に低下するのを阻止することができる。
【００３３】
特に有利には、再生中及び／又は再生の所定期間中に限って調整をアクティブにするとよい。再生の開始、及び、再生の終了時に調整を行わないようにしてもよい。と言うのは、この期間中、微小固体粒子の燃焼は行われないからであり、つまり、再生開始時では温度が過度に低く、再生の終了時には微小固体粒子は再生されないからである。
【００３４】
更に、有利には、再生の所定期間中、種々異なる目標値が設定可能である。つまり、再生の開始時及び再生の終了時に、本来の再生時とは別の目標値を設定するようにしてもよい。つまり、再生の開始及び終了時には、微小固体粒子は燃焼されないか、又は、僅かしか燃焼されないからである。
【００３５】
【発明の効果】
本発明によると、パティキュレートフィルタの再生を最適に制御することができるという顕著な効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】内燃機関の制御用システムのダイアグラム
【図２】本発明の方法のブロックダイアグラム
【符号の説明】
１００　内燃機関
１０２　排気ガス還流管
１０４ａ　スロットルバルブ
１０４ｂ　排気ガス還流弁
１０５　吸気管
１０６　コンプレッサ
１０８　タービン
１１０　排出管
１１５　排気ガス後処理系
１７０　制御ユニット
１７２　排出ガス後処理制御ユニット
１７５　エンジン制御ユニット
１７７　第２のセンサ
１８０　燃料調量系
１８２　調整要素
１９１　第３のセンサ
１９２　第５のセンサ
１９３　第４のセンサ
１９４　第１のセンサ
２００　目標値設定部
２１０　結合点
２２０　微分器
２３０　調整器
ＬＡＩ　実際値
ＬＡＳ　目標値
【図１】
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【図２】
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