JP2003519317A - 内燃機関からの排気ガス内のＮＯｘ貯蔵触媒の再生方法 - Google Patents
内燃機関からの排気ガス内のＮＯｘ貯蔵触媒の再生方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 内燃機関からの排気ガス内のＮＯｘ貯蔵触媒の再生方法を提供する。
【解決手段】 内燃機関からの排気ガス内の酸素が過剰なときに排気ガスからＮＯｘを除去し、そして排気ガス内の酸素が不足しているときに窒素を放出することにより、内燃機関からの排気ガス内のＮＯｘ貯蔵触媒が再生される。排気ガス内の酸素が過剰な第１の過程と、排気ガス内の酸素が不足している第２の過程との間で交互に切換が行われ、貯蔵触媒を再生するための排気ガス内の酸素不足が、ＮＯｘ触媒の手前の排気ガス内の、一定に保持された所定の燃料過剰質量により形成される。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の属する技術分野
本発明は、リーンな燃料／空気混合物で運転される内燃機関におけるＮＯｘ貯
蔵触媒の作動方法に関するものである。このような内燃機関の例は、リーンで運
転されるオットー機関またはディーゼル機関である。 【０００２】 従来の技術 リーンな燃料／空気混合物の燃焼においては、排気ガスの後処理のためにＮＯ
ｘ貯蔵触媒が使用され、ＮＯｘ貯蔵触媒は、リーンな機関運転において放出され
た窒素酸化物を、その長さが数分のオーダーである第１の運転過程において貯蔵
する。その長さが秒の範囲である第２の短い運転過程において、還元剤を含む排
気ガスを貯蔵触媒に供給することにより貯蔵触媒からの窒素酸化物の排出が行わ
れる。 【０００３】 ＮＯｘ触媒の貯蔵能力は、負荷の関数であり、連続的に低下する。第１の過程
が長すぎる場合、好ましくない窒素酸化物エミッションが発生する。第２の過程
が長く続きすぎると、ＨＣおよびＣＯエミッションを上昇させる結果となる。 【０００４】 したがって、ＮＯｘエミッションの上昇のみならずＨＣおよびＣＯエミッショ
ンの上昇も発生しないように両方の過程間の切換を行うという課題が存在する。 これに関して、ドイツ特許公開第１９７３９８４８号から、ＮＯｘ貯蔵触媒の
ＮＯｘによるそれぞれの充填度をモデル化することが既知である。この場合、貯
蔵触媒内へのＮＯｘ流入量は、吸気質量流量および混合物組成のような機関の運
転方式から決定される。所定の充填度に到達した場合、第１の過程から第２の過
程に切り換えられる。第２の過程において低減する充填度が同様にモデル化され
、または貯蔵触媒の後方の排気ガス・センサが再生の完了を信号で通知したとき
、第２の過程が終了される。 【０００５】 一方または両方の過程におけるモデル化は、きわめて大きい計算労力を必要と
し、したがって機関制御に高い要求を与えることになる。さらに、触媒は、劣化
過程によりその貯蔵特性および添加特性において変化する。 【０００６】 多くの車両適用において、特にＮＯｘ触媒を有するディーゼル車両において、
触媒の手前の排気系内への燃料の噴射により、再生が達成されることが好ましい
。この変更態様においては、変化する流動特性が、貯蔵触媒の手前の排気ガス内
に還元剤の均等分布を形成するための適切な供給を困難にしているので、リーン
からリッチへの移行および再生過程全体が特に困難である。排気ガス内の流動特
性が切り換わる条件下では、かなりの労力を費やしても、この移行過程のモデル
化は可能ではないように思われる。 【０００７】 この背景から、両方の過程間の切換を制御することが本発明の課題である。 この課題は請求項の特徴の組み合わせにより解決される。 利点 本発明の利点は、再生過程の条件が本質的に１つであることにある。 【０００８】 その他の利点として、触媒の負荷および再生の制御において、計算労力が明ら
かに低減されることが挙げられる。 その他の利点として、排気ガス処理装置の検査方法並びに制御方式を、例えば
劣化に基づく触媒特性に適合させる方法が簡単であることが挙げられる。 【０００９】 以下の本発明の実施態様の説明において、その技術的周辺を開示しているドイ
ツ特許公開第１９７２９８４８号が参照されるべきである。 実施例 図１は、詳細には、ＮＯｘ貯蔵触媒２、排気ガス・センサ３および４、制御装
置５、燃料供給手段６、並びに負荷Ｌおよび回転速度ｎ並びに場合により温度、
絞り弁位置等のような内燃機関のその他の運転パラメータのための種々のセンサ
７、８、９を備えた内燃機関１を示す。 【００１０】 上記センサからの入力信号および場合によりその他の入力信号から、制御装置
は、特に燃料供給手段６を操作する燃料供給信号を形成する。燃料供給手段６は
、いわゆる吸気管噴射用としてのみならず、個々のシリンダの燃焼室１ａ内への
ガソリン直接噴射用として設計されていてもよい。混合物組成の変化は、燃料供
給手段を操作する噴射パルス幅の変化により行ってもよい。本発明による方法の
本質は、この関係においてまず第１に、制御装置５および触媒の後方に配置され
た排気ガス・センサ４に関するものである。 【００１１】 図２は、触媒の前方における混合物組成λ（線２ａ）の切換を、後方の排気ガ
ス・センサ４の信号ＵＳ（線２ｂ）および触媒の後方のＮＯｘ濃度（線２ｃ）と
関連させて示している。後方の排気ガス・センサは、例えば、酸素測定センサと
して、炭化水素センサ（ＨＣセンサ）として、二酸化炭素センサ（ＣＯセンサ）
として、または窒素酸化物センサとして形成されていてもよい。酸素不足におい
て高い信号レベルを供給し、且つ酸素過剰において低い信号レベルを供給する酸
素センサの信号が示されている。 【００１２】 時点ｔ＝０からｔ＝６０までの第１の過程Ｐｈ１において、内燃機関は、１よ
り大きいλ値、即ち空気過剰で運転される。後方の排気ガス・センサの低い信号
レベル（線２ｂ）は、触媒の後方においても空気過剰ないし酸素過剰の状態であ
ることを示している。時点ｔ＝６０において、混合物組成が、１より大きいλ値
から１より小さいλ値に、即ち酸素不足に切り換えられる。その直後のほぼ時点
ｔ＝６２において、後方の排気ガス・センサ４は、酸素不足に応答して、その信
号を低いレベルから高いレベルに上昇させる。 【００１３】 図２から明らかなように、時点ｔ＝６２は、例えば後方の排気ガス・センサの
信号がしきい値を超えたことにより決定することができる。 混合物組成の図示の変化により、内燃機関は還元剤として炭化水素および一酸
化炭素を放出することになる。還元作用をなす排気ガス成分を放出させる代わり
に、還元剤が、貯蔵タンク１１から、制御装置５により操作される弁１２を介し
て、触媒の手前の排気ガスに供給されてもよい。このとき、機関は継続してリー
ンな混合物で運転することができる。 【００１４】 図１の構成に対応の変更態様が図３に示されている。 本発明による方法において、再生過程は計算によりモデル化されず、したがっ
て可変状態に保持される。その代わりに、再生のためにそれぞれ、所定の一定質
量の燃料が、触媒の手前の排気系内に供給される。このとき、貯蔵過程はその長
さが再生過程に適合される。誤差のある適合が、触媒の後方に配置された排気ガ
ス・センサにより特定され且つ貯蔵過程の長さの調節により低減される。このた
めに、再生過程の終了付近で、排気ガス・センサが排気ガス成分の濃度の十分な
変化を信号で示さなかったときに、貯蔵過程が短縮される。これに対して、この
ような変化がきわめて早く発生した場合、貯蔵過程が延長される。 【００１５】 このとき、所定の希望のλ値を有するリッチな排気ガスを発生するために、噴
射燃料の質量流量が単に排気ガス質量流量に適合されるにすぎないことにより、
再生過程の条件が本質的に１つであるという利点が得られる。 【００１６】 ＮＯｘ貯蔵触媒を完全に再生するために必要な燃料の全質量のモデル化が不要
となることにより、計算労力が明らかに低減されるという利点が得られる。 排気ガス処理装置を簡単に検査可能であるという他の利点が、次のようにして
得られる。即ち、本発明による方法の実行において設定される貯蔵時間が、妥当
に設定された値からきわめてかけ離れている場合、エラー機能が存在する。 【００１７】 本方法により、制御方式を例えば劣化に基づく触媒特性に適合可能であるとい
う他の利点が次のようにして得られる。即ち、貯蔵過程においてＮＯｘ貯蔵触媒
内に貯蔵される量が、触媒の劣化に基づいて低下した貯蔵能力を超えた場合、こ
れが、次の再生過程において排気ガス・センサの応答により検出され、且つ制御
方式において考慮される。 【００１８】 本発明による方法の一実施態様が図４に示されている。 ステップ１はリーンな混合物を用いた機関運転を表わす。この運転過程におい
て、機関から放出されたＮＯｘは貯蔵触媒により除去される。 【００１９】 ステップ２において、例えばドイツ特許公開第１９７３９８４８号から既知の
ように、機関の運転パラメータから貯蔵触媒の充填度が計算される。 充填度がしきい値ＳＷ−ＮＯｘに到達した場合、制御装置は貯蔵触媒の再生を
開始する。これがステップ３および４に示されている。 【００２０】 これが所定の還元剤質量で行われることが本発明の本質である。図３の実施態
様において、所定の還元剤質量は、タンク１１から、制御可能な弁１２を介して
、貯蔵触媒の手前の排気ガス内に供給されてもよい。図２の実施態様においては
、所定の還元剤質量は、リッチな機関運転により排気ガス内に形成される。例え
ば、リーンな混合物を用いた正常な機関運転に対して決定されたすべての燃料供
給信号は、所定のように、燃料供給信号の増大の和が再生のために予め与えられ
た希望の燃料質量に対応するまで増大されてもよい。 【００２１】 この燃料または還元剤質量の供給を完了したとき、再びリーン運転が行われる
。再生過程の終了付近で、後方の排気ガス・センサ４の再生に対する応答が評価
される。後方の排気ガス・センサが酸素測定センサであるとき、その信号ＵＳが
しきい値と比較されてもよい（ステップ５）。 【００２２】 この信号がしきい値に到達していないとき、これは、再生の終わりにおいて触
媒の後方にまだ酸素不足が発生していないことを意味する。このときは、還元剤
の量は、ＮＯｘ貯蔵触媒を完全に再生するのに十分ではなかったことになる。こ
の結果、従来技術とは異なり、還元剤の量が上昇されずに貯蔵過程が短縮される
。図示の例は、ステップ６において、しきい値ＳＷ−ＮＯｘを低減することによ
り、この短縮を達成する。これに対して、後方の排気ガス・センサの応答がきわ
めて強く低下した場合、これは、例えばステップ５においてしきい値を超えたこ
とにより特定可能であり、この場合には、ステップ７において、しきい値ＳＷ−
ＮＯｘを増大させることにより貯蔵過程の延長が行われる。 【図面の簡単な説明】 【図１】 図１は本発明がその作用を実行する技術的周辺を示す。 【図２】 図２は種々の信号の時間線図を示す。 【図３】 図３は本発明を実行するための変更構成図を示す。 【図４】 図４は一実施態様を流れ図の形で示す。
蔵触媒の作動方法に関するものである。このような内燃機関の例は、リーンで運
転されるオットー機関またはディーゼル機関である。 【０００２】 従来の技術 リーンな燃料／空気混合物の燃焼においては、排気ガスの後処理のためにＮＯ
ｘ貯蔵触媒が使用され、ＮＯｘ貯蔵触媒は、リーンな機関運転において放出され
た窒素酸化物を、その長さが数分のオーダーである第１の運転過程において貯蔵
する。その長さが秒の範囲である第２の短い運転過程において、還元剤を含む排
気ガスを貯蔵触媒に供給することにより貯蔵触媒からの窒素酸化物の排出が行わ
れる。 【０００３】 ＮＯｘ触媒の貯蔵能力は、負荷の関数であり、連続的に低下する。第１の過程
が長すぎる場合、好ましくない窒素酸化物エミッションが発生する。第２の過程
が長く続きすぎると、ＨＣおよびＣＯエミッションを上昇させる結果となる。 【０００４】 したがって、ＮＯｘエミッションの上昇のみならずＨＣおよびＣＯエミッショ
ンの上昇も発生しないように両方の過程間の切換を行うという課題が存在する。 これに関して、ドイツ特許公開第１９７３９８４８号から、ＮＯｘ貯蔵触媒の
ＮＯｘによるそれぞれの充填度をモデル化することが既知である。この場合、貯
蔵触媒内へのＮＯｘ流入量は、吸気質量流量および混合物組成のような機関の運
転方式から決定される。所定の充填度に到達した場合、第１の過程から第２の過
程に切り換えられる。第２の過程において低減する充填度が同様にモデル化され
、または貯蔵触媒の後方の排気ガス・センサが再生の完了を信号で通知したとき
、第２の過程が終了される。 【０００５】 一方または両方の過程におけるモデル化は、きわめて大きい計算労力を必要と
し、したがって機関制御に高い要求を与えることになる。さらに、触媒は、劣化
過程によりその貯蔵特性および添加特性において変化する。 【０００６】 多くの車両適用において、特にＮＯｘ触媒を有するディーゼル車両において、
触媒の手前の排気系内への燃料の噴射により、再生が達成されることが好ましい
。この変更態様においては、変化する流動特性が、貯蔵触媒の手前の排気ガス内
に還元剤の均等分布を形成するための適切な供給を困難にしているので、リーン
からリッチへの移行および再生過程全体が特に困難である。排気ガス内の流動特
性が切り換わる条件下では、かなりの労力を費やしても、この移行過程のモデル
化は可能ではないように思われる。 【０００７】 この背景から、両方の過程間の切換を制御することが本発明の課題である。 この課題は請求項の特徴の組み合わせにより解決される。 利点 本発明の利点は、再生過程の条件が本質的に１つであることにある。 【０００８】 その他の利点として、触媒の負荷および再生の制御において、計算労力が明ら
かに低減されることが挙げられる。 その他の利点として、排気ガス処理装置の検査方法並びに制御方式を、例えば
劣化に基づく触媒特性に適合させる方法が簡単であることが挙げられる。 【０００９】 以下の本発明の実施態様の説明において、その技術的周辺を開示しているドイ
ツ特許公開第１９７２９８４８号が参照されるべきである。 実施例 図１は、詳細には、ＮＯｘ貯蔵触媒２、排気ガス・センサ３および４、制御装
置５、燃料供給手段６、並びに負荷Ｌおよび回転速度ｎ並びに場合により温度、
絞り弁位置等のような内燃機関のその他の運転パラメータのための種々のセンサ
７、８、９を備えた内燃機関１を示す。 【００１０】 上記センサからの入力信号および場合によりその他の入力信号から、制御装置
は、特に燃料供給手段６を操作する燃料供給信号を形成する。燃料供給手段６は
、いわゆる吸気管噴射用としてのみならず、個々のシリンダの燃焼室１ａ内への
ガソリン直接噴射用として設計されていてもよい。混合物組成の変化は、燃料供
給手段を操作する噴射パルス幅の変化により行ってもよい。本発明による方法の
本質は、この関係においてまず第１に、制御装置５および触媒の後方に配置され
た排気ガス・センサ４に関するものである。 【００１１】 図２は、触媒の前方における混合物組成λ（線２ａ）の切換を、後方の排気ガ
ス・センサ４の信号ＵＳ（線２ｂ）および触媒の後方のＮＯｘ濃度（線２ｃ）と
関連させて示している。後方の排気ガス・センサは、例えば、酸素測定センサと
して、炭化水素センサ（ＨＣセンサ）として、二酸化炭素センサ（ＣＯセンサ）
として、または窒素酸化物センサとして形成されていてもよい。酸素不足におい
て高い信号レベルを供給し、且つ酸素過剰において低い信号レベルを供給する酸
素センサの信号が示されている。 【００１２】 時点ｔ＝０からｔ＝６０までの第１の過程Ｐｈ１において、内燃機関は、１よ
り大きいλ値、即ち空気過剰で運転される。後方の排気ガス・センサの低い信号
レベル（線２ｂ）は、触媒の後方においても空気過剰ないし酸素過剰の状態であ
ることを示している。時点ｔ＝６０において、混合物組成が、１より大きいλ値
から１より小さいλ値に、即ち酸素不足に切り換えられる。その直後のほぼ時点
ｔ＝６２において、後方の排気ガス・センサ４は、酸素不足に応答して、その信
号を低いレベルから高いレベルに上昇させる。 【００１３】 図２から明らかなように、時点ｔ＝６２は、例えば後方の排気ガス・センサの
信号がしきい値を超えたことにより決定することができる。 混合物組成の図示の変化により、内燃機関は還元剤として炭化水素および一酸
化炭素を放出することになる。還元作用をなす排気ガス成分を放出させる代わり
に、還元剤が、貯蔵タンク１１から、制御装置５により操作される弁１２を介し
て、触媒の手前の排気ガスに供給されてもよい。このとき、機関は継続してリー
ンな混合物で運転することができる。 【００１４】 図１の構成に対応の変更態様が図３に示されている。 本発明による方法において、再生過程は計算によりモデル化されず、したがっ
て可変状態に保持される。その代わりに、再生のためにそれぞれ、所定の一定質
量の燃料が、触媒の手前の排気系内に供給される。このとき、貯蔵過程はその長
さが再生過程に適合される。誤差のある適合が、触媒の後方に配置された排気ガ
ス・センサにより特定され且つ貯蔵過程の長さの調節により低減される。このた
めに、再生過程の終了付近で、排気ガス・センサが排気ガス成分の濃度の十分な
変化を信号で示さなかったときに、貯蔵過程が短縮される。これに対して、この
ような変化がきわめて早く発生した場合、貯蔵過程が延長される。 【００１５】 このとき、所定の希望のλ値を有するリッチな排気ガスを発生するために、噴
射燃料の質量流量が単に排気ガス質量流量に適合されるにすぎないことにより、
再生過程の条件が本質的に１つであるという利点が得られる。 【００１６】 ＮＯｘ貯蔵触媒を完全に再生するために必要な燃料の全質量のモデル化が不要
となることにより、計算労力が明らかに低減されるという利点が得られる。 排気ガス処理装置を簡単に検査可能であるという他の利点が、次のようにして
得られる。即ち、本発明による方法の実行において設定される貯蔵時間が、妥当
に設定された値からきわめてかけ離れている場合、エラー機能が存在する。 【００１７】 本方法により、制御方式を例えば劣化に基づく触媒特性に適合可能であるとい
う他の利点が次のようにして得られる。即ち、貯蔵過程においてＮＯｘ貯蔵触媒
内に貯蔵される量が、触媒の劣化に基づいて低下した貯蔵能力を超えた場合、こ
れが、次の再生過程において排気ガス・センサの応答により検出され、且つ制御
方式において考慮される。 【００１８】 本発明による方法の一実施態様が図４に示されている。 ステップ１はリーンな混合物を用いた機関運転を表わす。この運転過程におい
て、機関から放出されたＮＯｘは貯蔵触媒により除去される。 【００１９】 ステップ２において、例えばドイツ特許公開第１９７３９８４８号から既知の
ように、機関の運転パラメータから貯蔵触媒の充填度が計算される。 充填度がしきい値ＳＷ−ＮＯｘに到達した場合、制御装置は貯蔵触媒の再生を
開始する。これがステップ３および４に示されている。 【００２０】 これが所定の還元剤質量で行われることが本発明の本質である。図３の実施態
様において、所定の還元剤質量は、タンク１１から、制御可能な弁１２を介して
、貯蔵触媒の手前の排気ガス内に供給されてもよい。図２の実施態様においては
、所定の還元剤質量は、リッチな機関運転により排気ガス内に形成される。例え
ば、リーンな混合物を用いた正常な機関運転に対して決定されたすべての燃料供
給信号は、所定のように、燃料供給信号の増大の和が再生のために予め与えられ
た希望の燃料質量に対応するまで増大されてもよい。 【００２１】 この燃料または還元剤質量の供給を完了したとき、再びリーン運転が行われる
。再生過程の終了付近で、後方の排気ガス・センサ４の再生に対する応答が評価
される。後方の排気ガス・センサが酸素測定センサであるとき、その信号ＵＳが
しきい値と比較されてもよい（ステップ５）。 【００２２】 この信号がしきい値に到達していないとき、これは、再生の終わりにおいて触
媒の後方にまだ酸素不足が発生していないことを意味する。このときは、還元剤
の量は、ＮＯｘ貯蔵触媒を完全に再生するのに十分ではなかったことになる。こ
の結果、従来技術とは異なり、還元剤の量が上昇されずに貯蔵過程が短縮される
。図示の例は、ステップ６において、しきい値ＳＷ−ＮＯｘを低減することによ
り、この短縮を達成する。これに対して、後方の排気ガス・センサの応答がきわ
めて強く低下した場合、これは、例えばステップ５においてしきい値を超えたこ
とにより特定可能であり、この場合には、ステップ７において、しきい値ＳＷ−
ＮＯｘを増大させることにより貯蔵過程の延長が行われる。 【図面の簡単な説明】 【図１】 図１は本発明がその作用を実行する技術的周辺を示す。 【図２】 図２は種々の信号の時間線図を示す。 【図３】 図３は本発明を実行するための変更構成図を示す。 【図４】 図４は一実施態様を流れ図の形で示す。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 ヴァール，トーマス
ドイツ連邦共和国 75172 プフォルツハ
イム，マクシミリアンシュトラーセ 40
／42
(72)発明者 ブレンナー，フランク
ドイツ連邦共和国 71686 リムゼック，
コンブルクヴェーク ５
Ｆターム(参考） 3G091 AA12 AA17 AA18 AA24 AB06
BA14 BA39 CB02 DA02 DA03
DB10 DB11 DC03 EA01 EA03
EA07 EA16 EA33 EA34 FB10
FB12 FC01 HA36 HA37 HA42
3G301 HA01 HA02 HA04 HA15 JA18
JA25 LB04 LB11 MA01 NA08
ND02 NE02 NE13 PA11Z
PA17Z PD01A PD02A PE01Z
PE08Z
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項１】 排気ガス内の酸素が過剰なときに排気ガスからＮＯｘを除去し
、そして排気ガス内の酸素が不足しているときに窒素の放出により、内燃機関か
らの排気ガス内のＮＯｘ貯蔵触媒が再生され、その際に、排気ガス内の酸素が過
剰な第１の過程と、排気ガス内の酸素が不足している第２の過程との間で交互に
切換が行われる、内燃機関からの排気ガス内のＮＯｘ貯蔵触媒の再生方法におい
て、 貯蔵触媒を再生するための排気ガス内の酸素不足が、ＮＯｘ触媒の手前の排気
ガス内の、一定に保持された所定の燃料過剰質量により、形成されることを特徴
とする内燃機関からの排気ガス内のＮＯｘ貯蔵触媒の再生方法。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19963624A DE19963624A1 (de) | 1999-12-29 | 1999-12-29 | Verfahren zum Betrieb eines NOx-Speicherkatalysators bei Brennkraftmaschinen |
| DE19963624.9 | 1999-12-29 | ||
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