(57)【要約】排ガス後処理システム、例えば内燃機関を制御するための方法及び装置が提案される。一時的に特殊動作が行われる。特殊動作の制御及び／又は監視は、排ガス後処理システムの上流側における排ガス中の酸素濃度を表す第１の量（Ｏ１）及び排ガス後処理システムの下流側における排ガス中の酸素濃度を表す第２の量（Ｏ２）に依存して行う。
2004513290.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一時的に特殊動作を行う、例えば内燃機関の排ガス後処理システムの制御方法において、
特殊動作の制御及び／又は監視を、排ガス後処理システムの上流側における排ガス中の酸素濃度を表す第１の量（Ｏ１）及び排ガス後処理システムの下流側における排ガス中の酸素濃度を表す第２の量（Ｏ２）に依存して行うことを特徴とする、排ガス後処理システムの制御方法。
【請求項２】
前記第１の量（Ｏ１）が第２の量（Ｏ２）とほぼ等しくなった場合に、前記特殊動作を終了する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
排ガス後処理システムの状態を表す状態量（ＤＰ）が閾値（ＳＷ＋Ｐ０）を上回った場合に、前記特殊動作を開始する、請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
前記状態量（ＤＰ）及び／又は前記閾値（ＳＷ＋Ｐ０）を適応させる、請求項１から３のいずれか１項記載の方法。
【請求項５】
前記特殊動作は前記第１の量（Ｏ１）及び前記第２の量（Ｏ２）に基づき出力量（ＳＩＭＲ）を検出し、該出力量（ＳＩＭＲ）は排ガス後処理システムから取り出された物質の量を表す、請求項１から４のいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
前記出力量を、排ガス後処理システムに供給される物質の量を表す入力量（ＳＩＭＰ）と比較し、該比較に基づきエラーを検出する、請求項１から５のいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
前記特殊動作では粒子フィルタの再生を行い、前記状態量（ＤＰ）は該粒子フィルタの堆積状態を表す、請求項１から６のいずれか１項記載の方法。
【請求項８】
一時的に特殊動作が行われる、例えば内燃機関の排ガス後処理システムの制御装置において、
該特殊動作を、排ガス後処理システムの上流側における排ガス中の酸素濃度を表す第１の量（Ｏ１）及び排ガス後処理システムの下流側における排ガス中の酸素濃度を表す第２の量（Ｏ２）に依存して制御及び／又は監視する手段が設けられていることを特徴とする、排ガス後処理システムの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、独立請求項の上位概念に記載されている内燃機関の排ガス後処理システムを制御するための方法及び装置に関する。
【０００２】
内燃機関の排ガス後処理システムを制御するための方法及び装置が、ＤＥ １９９ ０６ ２８７から公知である。そこに記載されている排ガス後処理システムは、例えば直噴内燃機関に使用される粒子フィルタを有する。
【０００３】
そのような粒子フィルタではフィルタに粒子が堆積する。クリティカルな粒子量を上回った場合には再生が行われる。ここで問題となるのは再生の開始と終了並びに粒子が完全に再生されたか否か、すなわち酸化されたかの判定である。頻繁に、フィルタを介する圧力差が堆積を測定するための出力量として検出される。再生が行われるとフィルタを貫流する媒体に対するフィルタの抵抗が低減する。このことは粒子が完全に変化した後に、再び空のフィルタに対する値に達するまで行われる。
【０００４】
フィルタにおけるアッシュの堆積は問題であり、このアッシュによって、フィルタが完全に再生された場合であっても、運転時間にわたり継時的に圧力差が上昇することになる。堆積された付加的なアッシュが燃費に関して評価され、また相応に顧慮される。エンジンがオイルを消費する結果生じるオイルアッシュは容易には識別できない。このことは、フィルタが完全に再生された場合でも流れ抵抗が高まり、したがって圧力差が高まることになる。これによって後続の再生が過度に早期に及び／又は過度に頻繁にトリガされることになる。
【０００５】
発明の利点
排ガス後処理システムの上流側における排ガス中の酸素濃度を表す第１の量及び排ガス後処理システムの下流側における排ガス中の酸素濃度を表す第２の量が評価され、かつこれらの量に依存して再生の制御を行うことによって、非常に正確な再生の制御が可能である。
【０００６】
有利には酸素濃度を検出する２つのセンサが、一方では粒子フィルタの上流側で他方では粒子フィルタの下流側で使用される。再生中の酸化作用に基づき、再生中には粒子フィルタの後方の酸素濃度は、粒子フィルタの上流側よりも低くなる。
【０００７】
再生が終了すると２つの量はほぼ等しい値をとる。このことは粒子はもはや変化せず、すなわち酸化せず、ないしは内燃機関から排出されたばかりの僅かな粒子が変化するということに拠る。これら２つの信号を評価することによって、非常に簡単且つ正確に再生の終了を検出することができる。これらの値は、２つの値の差が通常の測定精度に相応する値をとる場合にはほぼ等しい。
【０００８】
付加的に、排ガス温度が所定の閾値を上回っているか否かが検査される場合には殊に有利であり、何故ならばこの場合にのみ酸化が行われるからである。この場合にのみ、フィルタの上流側と下流側の酸素濃度が等しいということが酸化の終了を示す。
【０００９】
空のフィルタを表す圧力差信号が再生の終了の際に適応される場合には殊に有利である。これによって再生の開始を非常に正確に制御することも可能である。
【００１０】
本発明の有利且つ好適な実施形態は従属請求項に記載されている。
【００１１】
図面
本発明を図面に図示した実施形態に基づき説明する。ここで図１は本発明による制御部のブロック図である。図２は、本発明のやり方を示すフローチャートである。
【００１２】
実施例の説明
図１は内燃機関の排ガス後処理システムの重要な構成要素が図示されている。内燃機関が参照記号１００で表されている。この内燃機関１００には吸気管１０５を介して外気が供給される。内燃機関１００の排ガスは排気管１１０を介して大気に放出される。排気管には排ガス後処理システムが配置されている。ここではこの排ガス後処理システムは触媒及び／又は粒子フィルタとすることができる。さらには、種々の有害物質に対する複数の触媒または少なくとも１つの触媒と少なくとも１つの粒子フィルタとを組み合わせたものを設けることもできる。
【００１３】
さらに制御ユニット１７０が設けられており、この制御ユニットは少なくとも１つのエンジン制御ユニット１７５及び少なくとも１つの排ガス後処理制御ユニット１７２を有する。エンジン制御ユニット１７５は燃料調量システム１８０に制御信号を印加する。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及び実施形態では調整素子１８２に制御信号を印加する。この調整素子１８２は、排気管における排ガス後処理システムの上流側または排ガス後処理システム内に配置されている。
【００１４】
さらには種々のセンサが設けられており、これらのセンサは排ガス後処理制御ユニット及びエンジン制御ユニットに信号を供給する。少なくとも１つの第１のセンサ１９４が設けられており、このセンサ１９４は外気の状態を表す信号を供給する。第２のセンサ１７７は燃料調量システム１８０の状態を表す信号を供給する。少なくとも１つの第３のセンサ１９１は、排ガス後処理システムの上流側での排ガスの状態を表す信号を供給する。少なくとも１つの第４のセンサ１９３は排ガス後処理システム１１５の状態を表す信号を供給する。さらに少なくとも１つのセンサ１９２は排ガス後処理システムの下流での排ガスの状態を表す信号を供給する。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。さらには、排ガス及び／又は外気の化学的組成物を特徴付けるセンサを使用することもできる。ここでは例えばラムダセンサ、ＮＯＸセンサまたはＨＣセンサである。
【００１５】
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の出力信号は、有利には排ガス後処理制御ユニット１７２に印加される。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に印加される。ここでは図示していないセンサをさらに設けることもでき、これらのセンサはドライバの要求に関する信号または、別の周辺状態またはエンジン動作状態を特徴付ける。
【００１６】
エンジン制御ユニットと排ガス後処理制御ユニットとが構造上一体的に形成されている場合には殊に有利である。しかしながらこれらのユニットを空間的に相互に分離している２つの制御ユニットとして構成することも可能である。
【００１７】
以下本発明のやり方を、例えば直噴内燃機関で使用される粒子フィルタを例にして説明する。しかしながら本発明の構成は直噴内燃機関に制限されるものではなく、排ガス後処理システムを備えた他の内燃機関にも使用することができる。例えば１つの触媒と１つの粒子フィルタとが組み合わされている排ガス後処理システムでも使用することができる。さらに１つの触媒のみで構成されているシステムでも使用することができる。
【００１８】
供給されたセンサ信号に基づいてエンジン制御ユニット１７５は、燃料調量システム１８０に印加する制御信号を計算する。この燃料調量システム１８０は相応の燃料量を内燃機関１００に対して調量する。燃焼の際に排ガスには粒子が発生する可能性がある。これらの粒子は排ガス後処理システム１１５における粒子フィルタによって捕集される。運転している間に粒子フィルタ１１５には相応の量の粒子が蓄積される。これにより粒子フィルタ及び／又は内燃機関の機能性が低下する。したがって所定の間隔で、ないし粒子フィルタが所定の堆積状態に達した場合には、再生プロセスが開始される。この再生を特殊動作と称する。
【００１９】
堆積状態は例えば異なるセンサ信号に基づいて識別される。つまり一方では、粒子フィルタ１１５の流入側と流出側との間の圧力差を評価することができる。他方では、堆積状態を種々の温度値及び／又は種々の圧力値に基づき算出することができる。さらには、堆積状態を計算またはシミュレーションするために別の量を使用することもできる。相応のやり方は例えばＤＥ １９９ ０６ ２８７から公知である。
【００２０】
粒子フィルタが所定の体積状態に達したことを排ガス後処理制御ユニットが識別した場合には、再生が初期化される。粒子フィルタの再生には種々の可能性がある。つまり１つの可能性としては所定の物質を調整素子１８２を介して排ガスに供給することができ、この物質は相応の反応を排ガス後処理システム１１５において惹起する。この付加的に調量される物質は例えば、粒子フィルタ内の温度上昇及び／又は粒子の酸化に作用する。例えば調整素子１８２を用いて燃料及び／又は酸化剤を供給することができる。
【００２１】
実施形態では、相応の信号がエンジン制御ユニット１７５に伝送され、このエンジン制御ユニット１７５はいわゆるポスト噴射を行う。ポスト噴射を行うことにより所期に炭化水素を排ガスに添加することができ、この炭化水素は温度上昇によって排ガス後処理システム１１５による再生に寄与する。
【００２２】
通常の場合、堆積状態は種々の量に基づいて検出される。閾値と比較することによって様々な状態が識別され、識別された堆積状態に依存して再生が開始される。
【００２３】
排ガス後処理システムの殊に有利な実施形態では、粒子フィルタの流入側及び流出側との間の圧力差を検出するセンサならびに粒子フィルタの上流側及び下流側での酸素濃度を検出するセンサが設けられている。さらに有利な実施形態では、粒子フィルタの上流側、内部または下流側における排ガスの温度を測定する温度センサが設けられている。
【００２４】
通常の運転モードでは複数のラムダセンサないしエンジン内の燃焼を監視及び／又は制御するためのラムダセンサのうちの１つが使用される。粒子フィルタにおける相応の堆積が識別されると特殊動作が行われる。すなわち粒子フィルタが再生される。再生の間にフィルタの上流側での酸素濃度と下流側での酸素濃度が比較される。有利にはセンサによって検出される排ガス温度が所定の値を上回ると粒子は酸化される。このことはフィルタの後方における酸素濃度が顕著に減少することになる。フィルタの後方において酸素濃度が再び上昇した場合には、これは再生が終了している証拠である。再生中の排ガス温度が十分に高く、粒子フィルタの上流側と下流側の酸素濃度がほぼ等しい値である場合に、粒子フィルタの完全な再生が識別される。
【００２５】
ここで本発明の構成は粒子フィルタに制限されるわけではなく、例えば酸化触媒及び／又は継時的に動作する粒子フィルタシステムのような他の排ガス後処理システムにも使用することができる。
【００２６】
以下本発明のやり方を図２のフローチャートに基づき説明する。内燃機関の通常運転では、所定の運転状態における内燃機関の排ガスは僅かな粒子は含む。これらの粒子は粒子フィルタによって吸収され、粒子フィルタを通過する際の流れ抵抗を高めることになる。流れ抵抗はやはり、粒子フィルタの流入側と流出側との間の圧力差に起因する。粒子フィルタの流入側と流出側との間の圧力差はここで粒子フィルタの堆積に対する尺度である。
【００２７】
第１のステップ２００では、粒子フィルタの流入側と流出側との間のこの圧力差ＤＰが検出される。この圧力差ＤＰは排ガス後処理システムの状態を表す状態量として使用される。続くステップ２１０では、この状態量に基づいて入力量ＳＩＭＰが検出され、この入力量ＳＩＭＰは排ガス後処理システムに供給される物質の量を表す。すなわち入力量ＳＩＭＰは粒子フィルタに堆積される粒子量に相応する。
【００２８】
続く判定ステップ２２０では、圧力差が合計値よりも大きいか否かが検査される。ここで合計値は閾値ＳＷとオフセット値Ｐ０である。値Ｐ０は完全に再生された粒子フィルタの圧力差である。
【００２９】
判定ステップ２２０において、圧力値ＤＰが閾値とオフセット値の合計よりも大きいことが識別されると、ステップ２３０では再生が開始される。合計よりも大きくない場合には、ステップ２００において通常運転がさらに継続される。
【００３０】
圧力値ＤＰの代わりに、排ガス後処理システムの状態を表す他の量を使用することもできる。例えば、噴射すべき燃料量、回転数のような他の動作特性量及び堆積状態をシミュレーションする別の量を基礎とすることも可能である。
【００３１】
ステップ２３０での再生時には、排ガス温度を上昇させる適切な措置が講じられる。例えばポスト噴射を行うか、噴射の開始、持続時間または終了ないし噴射プロフィールを排ガス温度が上昇するように変えることができる。同時にステップ２３０では、粒子フィルタの上流側における第１の酸素濃度Ｏ１及び粒子フィルタの下流側における第２の酸素濃度Ｏ２を検出するセンサの信号が評価される。さらには排ガス温度が殊に粒子フィルタの上流側で検出される。択一的に、粒子フィルタの内部または下流側における排ガス温度Ｔも検出できる。
【００３２】
続く判定ステップ２４０では、粒子フィルタの上流側における酸素濃度が粒子フィルタの下流側における酸素濃度よりも高いか否かが検査される。高い場合には再生はまだ終了されず、新たにステップ２３０が行われる。高くない場合、すなわち粒子フィルタの上流側と下流側の酸素濃度がほぼ等しい場合には判定ステップ２４５に進み、排ガス温度Ｔが閾値ＴＳＷよりも大きいか否かが検査される。大きい場合には、すなわち再生を行うことができる高さの温度であり、かつ粒子フィルタの上流側と下流側の酸素濃度がほぼ等しい場合には再生は終了し、ステップ２５０に進む。排ガス温度が閾値ＴＳＷよりも小さい場合には、本発明の実施形態に依存してステップ２３０またはステップ２００が続行される。これら２つの選択手段は破線で表されている。
【００３３】
ステップ２５０では、再生中に得た粒子フィルタの上流側における第１の酸素濃度Ｏ１及び粒子フィルタの下流側における第２の酸素濃度Ｏ２に基づいて、再生プロセス中に酸化された粒子の量が検出される。この出力量ＳＩＭＲは、再生中に排ガス後処理システムから取り出された物質の量を表す。有利には第１の酸素濃度と第２の酸素濃度との差から消費された酸素量が算出される。この酸素量から燃焼した粒子量が検出され、再生プロセス全体にわたって積分される。
【００３４】
後続のステップ２６０では入力量ＳＩＭＰと出力量ＳＩＭＲがほぼ等しいか否かが検査される。ほぼ等しくない場合には、すなわち再生後に多量の粒子が粒子フィルタに堆積されるか、または再生後に僅かな粒子が堆積される場合には故障が存在する。この場合にはステップ２７０においてエラーが識別される。２つの量がほぼ等しい場合には、ステップ２８０においてオフセット値Ｐ０が新たに規定される。すなわち新たなオフセット値は完全に再生された後の圧力差に相応する。
【００３５】
図２に図示した実施形態は殊に有利な構成であり、個々の要素を省略できまた付加的な判定ステップ及びステップを補完することができる。ステップ２００から２４０が行われる構成は殊に有利である。すなわち酸素濃度に関する信号に基づいて再生の終了が単に識別される。
【００３６】
さらには、再生の終了が別の量を用いて識別され、酸素濃度が排ガス後処理システムの監視にのみ使用される場合には殊に有利である。
【００３７】
判定ステップ２２０では、排ガス後処理システムの堆積状態をあらわす状態量が閾値を上回った場合には、特殊動作、すなわち再生を開始する。再生が完全に行われたときに、その再生の終了時に閾値のオフセット値Ｐ０が新たに設定されることによって閾値を適応させることができる。択一的に状態量ＤＰを訂正するための訂正ファクタを形成することもできる。
【００３８】
再生後の粒子フィルタが示す流れ抵抗ないし圧力差を、空のフィルタを表す出力値として使用する。完全に再生が行われた後にその都度、この出力値を用いて再生をトリガする閾値及び／又は堆積状態を表す量が新たに較正される。したがって種々のアッシュ堆積を適応させることができる。
【００３９】
殊に有利には特殊動作中、すなわち再生中に、粒子フィルタの上流側及び下流側における酸素濃度を表す第１の量及び第２の量に基づいて出力量が検出される。この出力量は排ガス後処理システムから取り出された物質の量、すなわち再生された粒子量を表す。
【００４０】
排ガス後処理システムに供給される物質の量を表す入力量ＳＩＭＰがステップ２１０で検出され、ステップ２６０では出力量ＳＩＭＲと比較され、この比較に基づきエラーが識別されることも殊に有利である。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の制御部のブロック図である。
【図２】
本発明のやり方を示すフローチャートである。
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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