JP2002529652A - 空気過剰で作動する内燃機関のローNOx濃度を適合するための方法 - Google Patents
空気過剰で作動する内燃機関のローNOx濃度を適合するための方法Info
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Abstract
Description
NOx濃度を適合するための方法であって、内燃機関の排気ガスダクト内に、NOx蓄
積低減触媒が配設されており、内燃機関がリーンつまり燃料稀薄(空気過剰)空
気−燃料混合気で作動する場合、触媒は蓄積期間中NOxを吸収し、再生期間中、
付加された再生エージェントを用いて、蓄積されたNOxを触媒により変換し、NOx
蓄積還元触媒の下流にNOxセンサが配設されており、ローNOx濃度は、内燃機関の
作動パラメータに基づいて、内燃機関を制御する制御装置のメモリ装置の特性マ
ップ内に記憶される方法に関する。
に、少なくとも選択された作動領域内で、リーンつまり燃料稀薄(空気過剰)混
合気で作動する内燃機関は、益々頻繁に使用されている。
合に、特殊な排気ガス処理が必要である。NOx蓄積還元触媒(以下では、簡単化
のために、NOx蓄積触媒として言及する)が、このために使用される。そのコー
ティングのために、これらのNOx蓄積触媒は、蓄積期間中(つまり、ローディン
グ期間として言及されている)、燃料稀薄(空気過剰)燃焼中に生成される排気
ガスNOx混合物から吸収され得る。再生期間中、吸収又は蓄積されたNOx混合物は
、還元剤を付加することによって無害な混合物に変換される。CO、H2及びHC(ハ
イドロカーボン)は、燃料稀薄(空気過剰)状態で作動する火花点火式内燃機関
用の還元剤として使用される。これらは、内燃機関を燃料濃厚(空気稀薄)混合
気で短時間作動することによって生成され、排気ガスの構成成分としてNOx蓄積
触媒に利用可能であり、それにより、触媒内に蓄積されるNOx成分を減少させる
ことができる。
少する。ローディングの程度は、所定時点での絶対的なNOxローディングと最大N
Ox蓄積容量との商のために使用される項である。
剰)混合気とリッチつまり燃料濃厚(空気稀薄)混合気を制御するために使用す
ることができる。ローディングの程度を確認するために、所定時点でのローディ
ングと、最大蓄積容量との両者をできる限り正確に知る必要がある。
ことによって、エンジンテストベンチで確認することができる。NOx蓄積触媒の
場合、放出のために自動車内で飽和状態とはならない。しかし、この蓄積性能は
、経年変化過程に曝されており、その結果、自動車によって走行される走行距離
に亘って経年変化過程に適合する必要がある。このために、所定時点でのローデ
ィングの値及び/又は内燃機関のローNOx放出の極めて精確な値のどちらかが必
要である。
し、このデータを適切な特性マップ内に記憶することである。しかし、これらの
特性マップからの読み出しは、一連の異なった内燃機関のローNOx濃度が大して
大きく変化しない場合に有意義な結果をもたらすに過ぎない。ローNOx濃度の変
化が所定の程度を超過した場合、自動車の内燃機関のローNOx濃度を適合させる
必要がある。
ことができる方法を提供することを課題とする。
関の作動中特性マップから読み出されるローNOx濃度を、蓄積期間と再生期間と
を含む1サイクル中に、NOxセンサの出力信号に基づいて適合することによって
達成される。本発明の有利な実施例は、従属請求項に記載されている。
ップから読み出され、濃度変化の適合が、NOx蓄積触媒の下流に配設されたNOxセ
ンサの出力信号に基づいて行われ、その際、ローNOx濃度から、補正されたローN
Ox濃度を計算するのに使用される還元係数を変えること、又は、ロー濃度補正係
数でローNOx濃度用の特性マップから読み出された値を直接補正することによっ
て行われる。
す図、 図3は、還元係数の補正係数を用いたローNOx濃度の適合を示すブロック図、 図4は、ローNOx濃度用の補正係数を用いてローNOx濃度の適合を示すブロック図
、 図5は、NOx濃度の積分を示す図、 である。
合気内燃機関は、本発明の方法が使用されているNOx排気ガス処理システムを有
する。
を介して空気/燃料混合気を供給される。インテークポート11に順次連続して
、吸入される空気流の方向で見て、エアマスメータ12の形式でのロードセンサ
、スロットルバルブ14を有するスロットルバルブブロック13、及び、スロッ
トルバルブ14の開角を検知するためのスロットルバルブセンサ(図示していな
い)、及び、シリンダ数に相応する1セットの噴射弁15(その内の1つしか図
示していない)が設けられている。しかし、本発明の方法は、燃料が各シリンダ
内に直接噴射される(直接噴射)システム用に使用することができる。
クト16内に、燃料稀薄(空気過剰)混合気用の排気処理システムが設けられて
いる。このシステムは、内燃機関10の近傍に配設された1次触媒17(3ウェ
イ触媒)と、排気ガスの流れの方向の1次触媒17の下流に配設されたNOx蓄積
触媒18を有している。
アップ19、1次触媒17とNOx蓄積触媒18との間の接続パイプ内の温度セン
サ20、その入口領域近傍のNOx蓄積触媒18、NOx蓄積触媒18の上流側の別の
排気ガスセンサ21を有している。排気ガスの温度を検知して、その信号からNO
x蓄積触媒18の温度を温度モデルを用いて算出することができる温度センサ2
0の代わりに、NOx蓄積触媒の温度を直接測定してもよい。図1には、NOx蓄積触
媒18のモノリスの温度を測定する温度センサ201が、破線で示されている。
ノリスの温度用に、以下のパラメータの幾つか、又は、全てを、このモデル用の
入力変数として使用することであり、つまり、エンジン速度、負荷、点火角度、
エアレシオ、排気ガス再循環率、吸入空気温度、クーラント温度を使用するので
ある。その結果、温度センサ20を用いて実施することも可能である。
ムを制御するのに必要である。この測定、計算又はモデリングされた温度信号に
基づいて、触媒加熱又は触媒保護の測定が開始される。
る広帯域λセンサが、酸素測定ピックアップとして有利に使用される。この広帯
域λセンサの信号を用いて、エアレシオが、燃料稀薄(空気過剰)作動中及び燃
料濃厚(空気稀薄)混合気での再生期間中に、セットポイントのアサイメントに
相応するように調整される。この機能は、公知のλ制御装置22によって行われ
、この装置は、有利には、内燃機関10の作動を制御する制御装置23内に統合
されている。
気ガス処理システムの制御を含む多くの他の開ループ及び閉ループ制御タスクも
行う、そのような電子制御装置は、それ自体公知であり、その結果、本発明との
関連で重要な構成と、作動の仕方について、以下説明する。
には、特に、種々異なる特性曲線又は特性マップKF1,KF2及び補正係数PFKF及びP
KKFが記憶されており、それぞれの技術的意義については、以下、図示の実施例
の説明に基づいて一層詳細に説明する。
関の温度に相応する信号を検出する。内燃機関の速度は、クランクシャフト又は
当該クランクシャフトに結合されたトランスミッタホイールのセンサ30のセン
シングマーキングを用いて検出される。
ピックアップ19の信号、排気ガスセンサ21の信号、温度センサ20,29の
信号、及び、速度センサ30の信号は、相応の接続ラインを介して制御装置23
に供給される。
料混合気用の点火装置27に接続されているのみならず、別のセンサ及びアクチ
ュエータ(明示的に示されていない)に、略示したにすぎないデータ及び制御線
路28を介して接続されている。
スセンサが配設されており、この排気ガスセンサの出力信号は、蓄積再生を制御
するため、及び、例えば、NOx蓄積触媒18の酸素蓄積性能及びNOx蓄積性能用、
及び、NOx蓄積触媒の経年変化状態を検出するためのモデル変数を適合するため
に使用される。更に、必要がある場合、内燃機関のローNOx放出がNOxセンサ21
の出力信号に適合される。
パラメータは、殊に、内燃機関の負荷状態を検出するため、内燃機関のローNOx
を検出して適合するため、つまり、NOx蓄積触媒のローディングの程度を検出す
るために使用される。
総量は、以下の部分に分割することができる: −一部分は、燃料稀薄(空気過剰)作動中ですら排気ガス処理系によって有害物
質が殆どない状態に変換される。このフラクションに関しては、以下、定常状態
変換量SUとして言及される。
れ量DBとして言及される。
、所定時点でのローNOx濃度が考慮される場合には、これは、上述のプロシージ
ャと同様に分割することができる。
各濃度から形成することができる。
するものと理解する。定常状態変換濃度SKは、還元率RFを用いて決定される。
相応のローNOx濃度KKは、1と還元率RFとの差と、内燃機関のローNOx濃度との
積として定義される:KK= (1-RF)*RK ローディングの程度を計算することによって触媒を制御して、蓄積容量の経年
変化適合を実行するために、相応のローNOx濃度KKをできる限り精確に知る必要
がある。
放出の上述のフラクションについて記載されている。時点t0では、燃料稀薄(空
気過剰)期間が完了され、NOx蓄積触媒18用の再生期間が要求される。ハッチ
ングされた領域は、NOxの個別量、定常状態変換量SU、蓄積量SM及び漏れ量
DBを識別する。
空気過剰)期間の終了に向かうに連れて急速に増大する、変換も蓄積もされてい
ないポスト触媒濃度KKとは別に、特徴マップKF1と実際の(しかし、確認できな
いが)ローNOx濃度RKTから読み出されたローNOx濃度RKがy軸の切片として示さ
れている。時間t0後のNK用の付加的に図示された曲線プロフィールは、時間t0で
再生が開始されない場合に生じる。
電流適合後の相応のローNOx濃度を記述する。定常状態変換濃度SK(n-1)用の関連
の値は、補正されていない還元率と補正された還元率SK(n)と共に同様に図示さ
れている。
を変えることによってNOx濃度変化に適合させる第1の実施例が、ブロック表示
の形式で図3に示されている。補正されたローNOx濃度KKは、この場合に、NOx蓄
積触媒の下流に配設されたNOxセンサ21の信号を用いて確認され、必要な場合
適合される。
、以下のようにして適合される。先ず、漏れ量DB及び蓄積量SMが確認される。漏
れ量DBは、燃料稀薄(空気過剰)期間中、ポスト触媒NOx濃度をNOxセンサ21に
よって測定して、燃料稀薄(空気過剰)期間に亘って積分することによって検知
される。燃料稀薄(空気過剰)期間中の蓄積量SMは、燃料稀薄(空気過剰)期
間に後続する燃料濃厚(空気稀薄)期間中に計算することができる。このために
、化学量論的燃焼に必要でない付加的な燃料量流が、NOxの蓄積量を低減するた
め、及び、蓄積された酸素を使い果たすために使用される。蓄積された酸素量、
燃料濃厚(空気稀薄)期間の開始からNOx蓄積触媒の完全なNOx再形成の検出に至
る時間期間、付加的な燃料量流、及び、燃料+NOx反応のモル比は既知であり、
蓄積されたNOx量について結論付けることができる。
た還元率RFに基づいて、燃料稀薄(空気過剰)期間IKKに亘って、補正されたNOx
濃度が計算される。ローNOx濃度RKは、例えば、以下の各パラメータの幾つか又
は全てに依存して確認される:エンジン速度、負荷、点火角、空気比、排気ガス
再循環比、吸入空気温度、クーラント温度。
の相応のNOx濃度の積分値は、分割段D1に供給され、分割段で、比(DB+SM)/IKKが
形成される。その結果、差1-(DB+SM)/IKKが形成され、この値は、増幅器要素Vに
供給される。補正されたNOx濃度の計算が、プローブ信号から確認された、間接
的に還元されたNOx濃度と一致した場合、IKK=DB+SMとなる。この場合、値ゼロは
、総和点S1で生じ、還元率RF用の補正係数RFKFは適合されない(RFKF(n-1)=RFKF
(n))。
還元率RFが乗算される還元率RF用の補正係数RFKFは、適切なやり方で低減又は増
大される。IKK<DB+SMの場合、補正係数RFKFは低減され、IKK>DB+SMの場合、補
正係数RFKFは増大される。
、IKK及び(DB+SM)の比を形成する代わりに、IKKと(DB+SM)との差を使用すること
も可能である。
た還元率RFは、変えられないままか、又は、上述のようにして適合された補正係
数RFKFによって乗算される。このようにして得られた値は、1から減算され、こ
の値は、ローNOx濃度RKによって乗算され、このローNOx濃度RKは、この目的のた
めの特徴マップKF1から読み出される。
法は、同様にブロック表示の形式で、図4に示されており、図3を用いて説明し
た方法と同様である。
x濃度RKが、既述の適合方法によって計算することができる補正係数RKKFによっ
て乗算される(IKKと(DB+SM)との比又は差を形成する)。従って、この補正され
たローNOx濃度RKKは、値1-RFによって乗算され、その際、RFは、ここでも還元率
を示し、この還元率は、特性マップKF2から読み出される。その結果得られるの
は、補正されたローNOx濃度用の値KK=(1-RF)*RKKである。
度IKKの積分が図5に示されている。つまり、補正されたローNOx濃度KK、及び、
蓄積された濃度SPKとポスト触媒濃度NKとの和が示されている。理想的な場合、
積分値IKK及びSM+DBは等しく、適合化する必要はないが、さもなければ、図3又
は4を用いて説明した方法に従って適合化される。
ことによって、エンジンテストベンチで確認することができる。NOx蓄積触媒の
場合、放出のために自動車内で飽和状態とはならない。しかし、この蓄積性能は
、経年変化過程に曝されており、その結果、自動車によって走行される走行距離
に亘って経年変化過程に適合する必要がある。このために、所定時点でのローデ
ィングの値及び/又は内燃機関のローNOx放出の極めて精確な値のどちらかが必
要である。 ローエミッション(放出)は、一般的に排気ガス処理されていないエミッション
を意味するものとして使われる。
定し、このデータを適切な特性マップ内に記憶することである。しかし、これら
の特性マップからの読み出しは、一連の異なった内燃機関のローNOx濃度値が大
して大きく変化しない場合に有意義な結果をもたらすに過ぎない。ローNOx濃度
値の変化が所定の程度を超過した場合、自動車の内燃機関のローNOx濃度値を適
合させる必要がある。
ることができる方法を提供することを課題とする。
ップから読み出され、濃度変化の適合が、NOx蓄積触媒の下流に配設されたNOxセ
ンサの出力信号に基づいて行われ、その際、ローNOx濃度値から、補正されたロ
ーNOx濃度値を計算するのに使用される還元係数を変えること、又は、ロー濃度
補正係数でローNOx濃度用の特性マップから読み出された値を直接補正すること
によって行われる。
す図、 図3は、還元係数の補正係数を用いたローNOx濃度値の適合を示すブロック図、 図4は、ローNOx濃度値用の補正係数を用いてローNOx濃度値の適合を示すブロッ
ク図、 図5は、NOx濃度の積分を示す図、 である。 簡単化のために、NOx濃度という表現は、ここでは、ローNOx濃度値を表現する
ために使用される。
Claims (8)
- 【請求項1】 空気過剰の、少なくとも所定作動領域内で作動する内燃機関
(10)のローNOx濃度を適合するための方法であって、 −前記内燃機関(10)の排気ガスダクト(16)内に、NOx蓄積低減触媒(1
8)が配設されており、 −内燃機関(10)がリーンつまり燃料稀薄(空気過剰)空気−燃料混合気で作
動する場合、前記触媒は蓄積期間中NOxを吸収し、 −再生期間中、付加された再生エージェントを用いて、蓄積されたNOxを触媒に
より変換し、 −前記NOx蓄積還元触媒(18)の下流にNOxセンサ(21)が配設されており、
−ローNOx濃度(RK)は、前記内燃機関(10)の作動パラメータに基づいて
、前記内燃機関(10)を制御する制御装置(23)のメモリ装置(24)の特
性マップ(KF1)内に記憶される方法において、 内燃機関(10)の作動中特性マップ(KF1)から読み出されるローNOx濃度
(RK)を、蓄積期間と再生期間とを含む1サイクル中に、NOxセンサ(21)
の出力信号に基づいて適合することを特徴とする方法。 - 【請求項2】 ローNOx濃度(RK)の適合を、当該ローNOx濃度(RK)に
適用して、内燃機関(10)のリーンつまり燃料稀薄(空気過剰)作動中、NOx
蓄積還元触媒(18)によって変換された定常状態の変換濃度(SK)を考慮し
て適用される還元係数(RF)を変えることによって行われる請求項1記載の方
法。 - 【請求項3】 請求項2記載の方法であって、 −漏れ量(DB)を、燃料稀薄(空気過剰)期間中、NOxセンサ(21)を用い
てポスト触媒NOx濃度(NK)を測定し、当該濃度を前記リーンつまり稀薄(空
気過剰)期間の持続期間に亘って積分することによって検知し、 −前記燃料稀薄(空気過剰)期間中の前記蓄積量(SM)を、当該稀薄(空気過
剰)期間に続くリッチつまり燃料濃厚(空気稀薄)期間中に計算し、 −前記燃料稀薄(空気過剰)期間(IKK)に亘って補正されたNOx濃度の積分
を、ローNOx濃度(RK)及び還元係数(RF)に基づいて計算し、 −前記漏れ量(DB)及び前記蓄積量(SM)と前記燃料稀薄(空気過剰)期間
(IKK)に亘って補正された前記NOx濃度の積分値との比((DB+SM)/IKK)を
形成し、 −前記比の値に依存して、前記還元係数(RF)用の補正値を変化又は変化させ
ないまま持続し、 −前記還元係数(RF)を補正係数(RFKF)によって乗算する 方法。 - 【請求項4】 補正されたローNOx濃度(KK)を、1と、適合された還元
係数(RF)との間の差と、特徴マップ(KF1)から読み出されたローNOx濃
度との積として、適合された還元係数(RF)から算出する請求項3記載の方法
。 - 【請求項5】 ローNOx濃度(RK)の適合を、補正係数(RKKF)を変
えることによって行い、該変化により、特性マップ(KF1)から読み出される
ローNOx濃度(RK)を直接乗算し、該乗算により、ローNOx濃度用のプリコレク
テッドつまり予め補正された値(RKK)を得る請求項1記載の方法。 - 【請求項6】 請求項5記載の方法であって、 −漏れ量(DB)を、リーンつまり燃料稀薄(空気過剰)期間中、NOxセンサ(
21)を用いてポスト触媒NOx濃度(NK)を測定し、当該濃度を前記稀薄(空
気過剰)期間の持続期間に亘って積分することによって検知し、 −前記燃料稀薄(空気過剰)期間中の前記蓄積量(SM)を、当該稀薄(空気過
剰)期間に続くリッチつまり燃料濃厚(空気稀薄)期間中に計算し、 −前記燃料稀薄(空気過剰)期間(IKK)に亘って補正されたNOx濃度の積分
を、ローNOx濃度(RK)及び還元係数(RF)に基づいて計算し、 −前記漏れ量(DB)及び前記蓄積量(SM)と前記燃料稀薄(空気過剰)期間
(IKK)に亘って補正された前記NOx濃度の積分値との比((DB+SM)/IKK)を
形成し、 −前記比の値に依存して、前記ローNOx濃度(RK)用の補正係数(RKKF)
を変化又は変化させないまま持続する 方法。 - 【請求項7】 補正されたローNOx濃度(KK)は、ローNOx濃度(RKK)
用の予め補正された値から、1と還元係数(RF)との差と、プリコレクテッド
つまり予め補正されたローNOx濃度(RKK)との積として計算する請求項6記
載の方法。 - 【請求項8】 還元係数(RF)を、NOx蓄積還元触媒(18)の温度に基
づいて特性マップ(KF2)内に記憶する請求項2,3又は7記載の方法。
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