(57)【要約】本発明は、内燃機関、特に排ガス後処理装置を備えた内燃機関を制御する方法および装置に関する。内燃機関の状態および／または排ガス後処理装置の状態を表す運転特性値から、排ガス後処理装置における反応強さを表す特性値が特定される。特性値が閾値を超えると、反応速度を減少させる措置が講じられる。
2004518847.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関、特に排ガス後処理装置を備えた内燃機関を制御する方法において、
内燃機関の状態および／または排ガス後処理装置の状態を表す運転特性値から、排ガス後処理装置における反応強さを表す特性値を特定し、特性値が閾値を超えると、反応速度を減少させる措置を講じることを特徴とする、内燃機関を制御する方法。
【請求項２】
運転特性値から、排ガス後処理装置における反応によって生じる反応温度および／または温度変化を表す特性値が設定可能である、請求項１記載の方法。
【請求項３】
排ガス後処理装置の負荷状態および／または排ガス温度および／または空気量および／または燃焼速度を表す値から、特性値が設定可能である、請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
燃焼速度を表す値が、排ガス中の酸素含有量および／または排ガス温度を表す値から設定可能である、請求項３記載の方法。
【請求項５】
酸素濃度を表す値が、空気量および／または回転数および／または噴射される燃料量を示す値から設定可能であり、かつ／またはセンサによって検出可能である、請求項４記載の方法。
【請求項６】
反応速度を減少させるために、内燃機関に供給される新鮮空気量を減少し、かつ／またはトルクに影響を与えないように燃料を配量する、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
内燃機関、特に排ガス後処理装置を備えた内燃機関を制御する装置において、
内燃機関の状態および／または排ガス後処理装置の状態を表す運転特性値から、排ガス後処理装置における反応強さを表す特性値を特定する手段と、特性値が閾値を超えると、反応速度を減少させるための手段を措置を講じる手段とが設けられていることを特徴とする、内燃機関を制御する装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
背景技術
本発明は、内燃機関を制御する方法および装置に関する。
【０００２】
内燃機関を制御する方法および装置は公知である。多くの場合内燃機関、特にディーゼル機関は排ガス後処理装置を装備しており、この排ガス後処理装置は特に微粒子フィルタを備えることができる。微粒子フィルタを再生するためには、一般的な排ガス温度の上位の温度が必要である。追加的な手段無しでは、微粒子は約５５０〜６００度で酸化する。酸化触媒と微粒子フィルタとの組み合わせ、および／またはフィルタの触媒被覆、および／または添加物によって、酸化のための下位の温度閾値は、２５０〜３５０度に低下させることができる。
【０００３】
微粒子フィルタがある程度負荷されてエンジン運転状態によるフィルタの再生が保証されなくなると、排ガス温度が高められ、微粒子が直ちに燃焼される。この場合酸化によって、微粒子フィルタおよび排ガスの温度が引き続き上昇するような多くの熱が解放される。これによって酸化はさらに加速され、フィルタ温度はさらに上昇し、特にフィルタが損なわれ得る。
【０００４】
フィルタの臨界超過の加熱は、エンジンの運転形式が再生の間に変化しても生じる。突然の惰性運転への移行またはアイドリングへの移行に基づいて、高い排ガス体積流量によって微粒子フィルタから必要な冷却作用が失われるか、もしくは排ガス流の酸素のより強い供給によって燃焼速度が高くなる。
【０００５】
発明の利点
内燃機関の状態および／または排ガス後処理装置の状態を表す運転特性値から、排ガス後処理装置における反応強さを表す特性値を特定し、特性値が閾値を超えると、反応速度を減少させる措置を講じることによって、排ガス後処理装置における制御不能な反応は確実に防止することができる。特に微粒子フィルタでは、再生過程の間の微粒子フィルタの不都合な加熱は制御することができ、それもフィルタの損傷が確実に回避されるように制御することができる。
【０００６】
特に有利には、特性値が、排ガス後処理装置における反応によって生じる反応温度および／または温度変化を表している。つまり特性値として考えられる、反応に際して到達し得る最終温度および／または反応に基づいて得られる温度上昇を表す温度値が用いられる。この特性値は、内燃機関の運転特性値および／または排ガス後処理装置の運転特性値から特定される。したがって追加的なセンサは必要でない。
【０００７】
特性値を特定する主な値は、排ガス後処理装置の負荷状態および／または排ガス温度および／または空気量および／または燃焼速度を表す値である。これらの値は、排ガス後処理装置における反応および／または到達する温度に対して大きな影響を有している。
【０００８】
燃焼速度を表す値は、排ガスにおける酸素含有量および／または排ガス温度を表す値から設定可能である。これらの値は、制御装置に存在し、かつ／または大きな手間をかけずに別の値から求めることができる。
【０００９】
反応速度を減少させるために、排ガスにおける酸素供給が制限される。
【００１０】
このことは、内燃機関に供給される新鮮空気量を減少させ、かつ／またはトルクに対して影響を与えないような燃料を調量することによって、特に簡単で効果的に達成することができる。
【００１１】
本発明の別の利点および有利な実施形態ならびに改良形は、従属請求項に記載されている。
【００１２】
実施例の説明
次に本発明の実施例を図示し、詳しく説明する。
【００１３】
図１には、内燃機関の排ガス後処理装置の主なエレメントを示した。内燃機関は符号１００で示した。この内燃機関１００には、新鮮空気管路１０５を介して新鮮空気が供給される。内燃機関１００の排ガスは、排ガス管路１１０を介して周囲に達する。排ガス管路には、排ガス後処理装置１１５が配置されている。ここでは排ガス後処理装置は触媒および／または微粒子フィルタである。さらに種々異なる有害物質のための複数の触媒または少なくとも１つの触媒と粒子フィルタとの組み合わせを設けてもよい。
【００１４】
さらに制御ユニット１７０が設けられており、この制御ユニット１７０は少なくとも１つのエンジン制御ユニット１７５と排ガス後処理制御ユニット１７２とを備えている。エンジン制御ユニット１７５は燃料調量装置１８０に制御信号を加える。排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。１実施例では、排ガス後処理制御ユニット１７２は、排ガス後処理装置の手前の排ガス管路または排ガス後処理装置に配置された調節エレメント１８２に信号を加える。
【００１５】
さらに排ガス後処理制御ユニットおよびエンジン制御ユニットに信号を供給する様々なセンサを設けることができる。内燃機関に供給される空気の状態を表す信号を送る少なくとも１つの第１のセンサ１９４が設けられている。第２のセンサ１７７は、燃料調量装置１８０の状態を表す信号を送る。少なくとも１つの第３のセンサ１９１が、排ガス後処理装置の手前の排ガスの状態を表す信号を送る。少なくとも１つの第４のセンサ１９３が、排ガス後処理装置１１５の状態を表す信号を送る。さらに少なくとも１つの第５のセンサ１９２が、排ガス後処理装置の後方の排ガスの状態を表す信号を送る。有利には温度値および／または圧力値を検出するセンサが用いられる。さらに排ガスおよび／または新鮮空気の化学組成を表すセンサを用いることもできる。ここではこのセンサは、ラムダセンサ、ＮＯｘセンサまたはＨＣセンサである。
【００１６】
第１のセンサ１９４、第３のセンサ１９１、第４のセンサ１９３および第５のセンサ１９２の出力信号は、有利には排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の出力信号は、有利にはエンジン制御ユニット１７５に供給される。運転手の要求または別の周囲状態もしくはエンジン運転状態に関する信号を表す、図示していない別のセンサを設けることもできる。
【００１７】
図示の実施例では、吸気管路１０５に圧縮機１０６が配置されており、排ガス管路１１０にタービン１０８が配置されている。タービンは、通流する排ガスによって駆動され、かつ図示していない軸を介して圧縮機１０６を駆動する。適当な制御装置によって、圧縮機が圧縮する空気量を制御することができる。
【００１８】
さらに吸気管路１０５にスロットルバルブ１０４ａが配置されており、このスロットルバルブ１０４ａによって、内燃機関への新鮮空気の供給が影響される。スロットルバルブ１０４ａもまた制御ユニット１７５によって制御可能である。
【００１９】
さらに排ガス管路１１０は、排ガス再循環管路１０２を介して吸気管路１０５と接続することができる。排ガス再循環管路１０２には排ガス再循環弁１０４ｂが配置されており、この排ガス再循環弁１０４ｂもまた制御ユニット１７５によって制御可能である。
【００２０】
図示の実施例では、１つのスロットルバルブ、１つの排ガス再循環案内および１つの制御可能な排ガスターボチャージャが設けられている。本発明では、単に１つのスロットルバルブかまたは１つの排ガス再循環案内を設けてもよい。
【００２１】
特に有利には、エンジン制御ユニットおよび排ガス後処理制御ユニットが１つの構成ユニットを成している。これらはスペース的に分離された２つの制御ユニットとして形成されていてもよい。
【００２２】
以下に、一例として、特に直接噴射式の内燃機関で用いられる微粒子フィルタの、本発明による動作について説明する。しかしながら本発明の動作は、以下の実施例に制限されるものでなく、排ガス後処理装置を備えた別の内燃機関でも用いることができる。特に触媒と微粒子フィルタとが組み合わされているような排ガス後処理装置で用いることができる。さらにまた触媒だけを備えた装置でも使用可能である。
【００２３】
存在するセンサ信号から、エンジン制御ユニット１７５は、燃料調量装置１８０に供給するための制御信号を求める。この燃料調量装置１８０は適当な燃料量を内燃機関１００に配量する。燃焼時に排ガスに微粒子が生じ得る。この微粒子は、排ガス後処理装置１１５における微粒子フィルタに吸収される。運転中に、微粒子フィルタ１１５に適当な量の微粒子が集められる。微粒子の集積によって、微粒子フィルタおよび／または内燃機関の機能が損なわれる。したがって特定の間隔で、もしくは微粒子フィルタが特定の負荷（目詰まり）状態に達すると、再生過程が導入される。この再生過程は特別運転とも呼ばれる。
【００２４】
負荷状態は、たとえば様々なセンサ信号に基づいて検知される。一例では微粒子フィルタ１１５の入口と出口との間の圧力差を評価することができる。また別の一例では、様々な温度値および／または様々な圧力値から負荷状態を検出することもできる。さらに負荷状態の計算またはシミュレーションを行うための別の値を用いることもできる。これに対応する動作は、たとえばドイツ連邦共和国特許出願公開第１９９０６２８７号明細書から公知である。
【００２５】
微粒子フィルタが特定の負荷状態に達したことを排ガス後処理制御ユニットが認識すると、再生が開始される。微粒子フィルタを再生するために様々な可能性が提供される。たとえば排ガス後処理制御ユニット１１５において適当な反応をもたらす特定の物質が調節エレメント１８２を介して排ガスに供給される。この追加的に配量される物質によって、特に温度上昇および／または微粒子フィルタにおける微粒子の酸化が生じる。そうしてたとえば調節エレメント１８２によって燃料および／または酸化媒体が供給されるようにすることができる。
【００２６】
一般的に負荷状態は様々な値から特定される。閾値との比較によって、種々異なる状態が認識され、認識された負荷状態に応じて再生が導入される。
【００２７】
内燃機関の窒素酸化物を減少させるために、排ガス再循環案内が設けられている。再循環される排ガスもしくは内燃機関に供給される空気量の割合は正確に調節する必要がある。なぜならば過度に高い排ガス再循環率では微粒子エミッションが増加し、これに対して過度に低い排ガス再循環率ではＮＯｘエミッションが増加するからである。正確な調節を行うために、一般的には運転時点に応じた、排ガス再循環率の閉ループ制御および／または開ループ制御が行われる。
【００２８】
本発明では、排ガス中の酸素の濃度が検出される。酸素の濃度もしくは酸素の体積流量は、たとえばラムダセンサによって測定することができ、かつ／またはエンジンの運転パラメータから求めるかもしくはシミュレーションすることができる。たとえばセンサ１９１をラムダセンサとして形成することができる。排ガスにおける酸素供給は、燃焼速度にとって重要である。
【００２９】
本発明によれば、負荷状態および排ガス中の酸素含有量から、排ガス後処理装置が速すぎる酸化によって損なわれ得るかどうか求められる。損傷の可能性が存在すると、排ガスの酸素含有量が意図的に減少され、これによって燃焼速度が制限される。
【００３０】
このために様々な手段が提供される。たとえば排ガス再循環率を高めることができ、かつ／または内燃機関の吸気路におけるスロットルバルブを閉鎖するかまたは少なくとも部分的に閉鎖することができ、かつ／または酸素含有量を減少させるがトルクに影響を与えない追加的な燃料を噴射することができる。
【００３１】
図２には、本発明の動作を例示した。既に図１で記載した構成要素については、同じ符号を用いた。センサ１７７は燃料噴射装置１８０もしくは内燃機関１００に配置されており、このセンサ１７７は内燃機関の回転数に関する信号Ｎを送る。エンジン制御ユニット１７５は、噴射しようとする燃料量を表す信号ＱＫを提供する。センサ１９４は、内燃機関に供給される新鮮空気量を表す信号ＭＬを送る。センサ１９１は、排ガス後処理装置１１５の手前の排ガス温度を表す信号ＴＡを送る。センサ１９１の代わりに、排ガス後処理装置における排ガス温度および／または排ガス後処理装置の後方の排ガス温度を表す信号を提供するたとえばセンサ１９２またはセンサ１９３のようなセンサを設けてもよい。
【００３２】
さらに排ガス後処理制御ユニット１７２は、排ガス後処理装置１１５の負荷状態を表す信号ＤＰを提供する。この信号は、排ガス後処理装置における微粒子量にほぼ相当する。さらに調整器１０４が設けられており、この調整器１０４によって排ガスの酸素量を減少させることができる。たとえばスロットルバルブ１０４ａまたは排ガス再循環弁１０４ｂを適当に制御できるようにすることができる。
【００３３】
内燃機関の運転状態を表す様々な信号、たとえば回転数Ｎ、噴射される燃料量ＱＫおよび新鮮空気量ＭＬは、酸素量計算機２００に伝えられる。この酸素量計算機２００は、排ガスの酸素含有量を表す信号Ｏ２を燃焼速度計算機２１０に送る。この燃焼速度計算機２１０は、排ガス後処理装置における燃焼速度を表す信号ＡＶを送る。さらに燃焼速度計算機２１０に、排ガス温度ＴＡに関する信号が送られる。
【００３４】
内燃機関の運転状態および排ガス後処理装置の運転状態を表す様々な信号、たとえば新鮮空気量ＭＬ、排ガス温度ＴＡ、微粒子量ＤＰおよび燃焼速度ＡＶは、温度特定部２２０に伝達される。この温度特定部２２０は、燃焼によって達するフィルタ温度または考えられる温度上昇を表す温度値ＴＦを提供する。
【００３５】
この信号ＴＦは、閾値問い合わせ部２３０に到達し、この閾値問い合わせ部２３０は調節エレメント１０４を制御する。
【００３６】
内燃機関の運転状態を表す様々な値、たとえば回転数Ｎおよび噴射される燃料量ＱＫおよび／または吸い込まれる新鮮空気量ＭＬから、酸素量計算機が、排ガス中の酸素含有量および／または酸素質量流量を表す値Ｏ２を求める。
【００３７】
選択的な実施例では、この値を、センサたとえば排ガス路に設けられたラムダセンサによって直接的に検出するか、もしくは特定の運転状態で値を直接的に検出して別の運転状態で算出することもできる。
【００３８】
燃焼速度計算機２１０は、そのようにして求められた値Ｏ２、排ガス温度ＴＡおよび場合によっては生じる排ガス後処理装置の状態を表す別の値から燃焼速度を求める。
【００３９】
排ガス後処理装置に集積された微粒子量の値ＤＰ、排ガス温度ＴＡ、空気量ＭＬおよび燃焼速度ＡＶから、温度計算機２２０は、排ガス路において酸化によって達成され得る温度に相当する値ＴＦを求めるか、もしくは酸化に基づく温度上昇を表す値ＴＦが特定される。
【００４０】
この値ＴＦは、閾値問い合わせ部２３０で閾値ＳＷと比較される。値ＴＦが閾値ＳＷよりも大きい場合、調節部材１０４は制御され、それも排ガス中の酸素濃度が減少するように制御される。これの意味するところによれば、排ガス中の酸素濃度は、排ガス後処理装置における反応によって予想される温度上昇が閾値よりも大きく、かつ／または排ガス後処理装置における反応によって得られる予想温度が閾値よりも大きな場合に、減少される。
【００４１】
酸素含有量の減少は、有利には排ガス再循環率の増加、および／または燃焼室への、トルクに対して影響を有していない中立の燃料の後噴射、および／または排ガス後処理装置への燃料供給、および／またはこれらの様々な手段の組み合わせによって得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
内燃機関を制御するための装置を示す線図である。
【図２】
本発明の動作の経過を示す線図である。
【符号の説明】
１００  内燃機関、  １０２  排ガス再循環管路、  １０４  調整器、  １０４ａ  スロットルバルブ、  １０５  新鮮空気管路、  １０６  圧縮機、  １０８  タービン、  １１０  排ガス管路、  １１５  排ガス後処理装置、  １７０  制御ユニット、  １７２  排ガス後処理制御ユニット、  １７５  エンジン制御ユニット、  １８０  調量装置、  １８２  調節エレメント、  １７７，１９１，１９２，１９３，１９４  センサ、  ２００  酸素量計算機、  ２１０  燃焼速度計算機、  ２２０  温度特定部、  ２３０  閾値問い合わせ部
【国際公開パンフレット】
2004518847.tif 000003
2004518847.tif 000004
2004518847.tif 000005
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2004518847.tif 000019
2004518847.tif 000020
【手続補正書】
【提出日】平成15年2月7日(2003.2.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排ガス後処理装置（１１５）に配置された微粒子フィルタを備えた内燃機関（１００）を制御する方法であって、微粒子フィルタの負荷を軽減するための再生過程を行う方法において、
内燃機関（１００）の状態および／または微粒子フィルタの状態を表す運転特性値から、微粒子フィルタにおける反応強さを表す特性値を特定し、特性値が閾値を超えると、微粒子フィルタにおける反応速度を減少させる措置を講じることを特徴とする、内燃機関を制御する方法。
【請求項２】
微粒子フィルタにおける反応によって生じる反応温度および／または温度変化を表す特性値が設定可能である、請求項１記載の方法。
【請求項３】
微粒子フィルタの負荷状態および／または排ガス温度および／または空気量および／または微粒子の燃焼速度を表す特性値が設定可能である、請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
燃焼速度を表す特性値が、排ガス中の酸素含有量および／または排ガス温度を表す値から設定可能である、請求項３記載の方法。
【請求項５】
酸素濃度を表す値が、空気量および／または回転数および／または噴射される燃料量を表す値から設定可能であり、かつ／またはセンサによって検出可能である、請求項４記載の方法。
【請求項６】
反応速度を減少させるために、内燃機関に供給される新鮮空気量を減少させ、かつ／またはトルクに影響を与えないような燃料を調量する、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
内燃機関（１００）を制御する装置であって、該内燃機関（１００）が、排ガス後処理装置（１１５）に配置された微粒子フィルタを備えており、微粒子フィルタの負荷を軽減するために再生過程が行われるようになっている形式のものにおいて、
内燃機関の状態および／または微粒子フィルタの状態を表す運転特性値から、微粒子フィルタにおける反応強さを表す特性値を特定する手段と、特性値が閾値を超えると、微粒子フィルタにおける反応速度を減少させる措置を講じる手段とが設けられていることを特徴とする、内燃機関を制御する装置。
【国際調査報告】
2004518847.tif 000021
2004518847.tif 000022
2004518847.tif 000023
2004518847.tif 000024