JP2003519321A - 内燃機関の三元触媒の作動方法 - Google Patents
内燃機関の三元触媒の作動方法Info
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- F02D41/146—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases the characteristics being an NOx content or concentration
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Abstract
(57)【要約】
窒素酸化物をそれに供給可能な三元触媒(12)が設けられている、特に自動車用内燃機関(1)が記載されている。制御装置(18)により、内燃機関(1)のリッチ燃焼運転からリーン燃焼運転への移行が実行可能である。制御装置(18)により、このとき測定されたNOxエミッションから三元触媒(12)の劣化状態を推測することができる。
Description
【0001】
従来の技術
本発明は、三元触媒に窒素酸化物が供給され、および三元触媒の後方において
NOxエミッションが測定される、特に自動車の内燃機関の三元触媒の作動方法
に関するものである。同様に、本発明は、特に自動車の内燃機関用制御装置並び
に特に自動車用内燃機関に関するものである。
NOxエミッションが測定される、特に自動車の内燃機関の三元触媒の作動方法
に関するものである。同様に、本発明は、特に自動車の内燃機関用制御装置並び
に特に自動車用内燃機関に関するものである。
【0002】
このような方法、このような制御装置およびこのような内燃機関は、例えばい
わゆる吸気管噴射において既知である。ここでは、燃料は、吸気行程の間に内燃
機関の吸気管内に噴射される。燃料の燃焼において発生した窒素酸化物は、三元
触媒内で特に窒素および酸素に転化される。三元触媒は、その転化能力を制限さ
せる劣化を受けることが既知である。
わゆる吸気管噴射において既知である。ここでは、燃料は、吸気行程の間に内燃
機関の吸気管内に噴射される。燃料の燃焼において発生した窒素酸化物は、三元
触媒内で特に窒素および酸素に転化される。三元触媒は、その転化能力を制限さ
せる劣化を受けることが既知である。
【0003】
発明の課題および利点
三元触媒の劣化をそれにより検出可能な、内燃機関の三元触媒の作動方法を提
供することが本発明の課題である。
供することが本発明の課題である。
【0004】
この課題は、冒頭記載のタイプの方法において、本発明により、内燃機関のリ
ッチ燃焼運転からリーン燃焼運転への移行が行われることと、およびこのとき測
定されたNOxエミッションから三元触媒の劣化状態が推測されることとにより
解決される。この課題は、それぞれ冒頭記載のタイプの制御装置および内燃機関
において同様に解決される。
ッチ燃焼運転からリーン燃焼運転への移行が行われることと、およびこのとき測
定されたNOxエミッションから三元触媒の劣化状態が推測されることとにより
解決される。この課題は、それぞれ冒頭記載のタイプの制御装置および内燃機関
において同様に解決される。
【0005】
検査すべき三元触媒の後方において測定され且つλに対して目盛られたNOx
エミッションの線図における形状ないし位置は三元触媒の劣化の度合いを示す。
したがって、この形状から三元触媒の劣化状態を推測することができる。これは
、三元触媒の劣化を検出するための、特に簡単ではあるが正確な方法を示す。こ
の場合特に、三元触媒の後方におけるλの測定したがって精度の高いλセンサは
必要ではない。
エミッションの線図における形状ないし位置は三元触媒の劣化の度合いを示す。
したがって、この形状から三元触媒の劣化状態を推測することができる。これは
、三元触媒の劣化を検出するための、特に簡単ではあるが正確な方法を示す。こ
の場合特に、三元触媒の後方におけるλの測定したがって精度の高いλセンサは
必要ではない。
【0006】
本発明の有利な実施態様においては、測定NOxエミッションが、まだ劣化し
ていない三元触媒および/または劣化している三元触媒に対する既知のNOxエ
ミッションと比較される。この方法においては、測定NOxエミッションが直接
そのまま使用される。したがって、この方法は僅かな費用を必要とするにすぎず
、且つきわめて迅速に実行可能である。
ていない三元触媒および/または劣化している三元触媒に対する既知のNOxエ
ミッションと比較される。この方法においては、測定NOxエミッションが直接
そのまま使用される。したがって、この方法は僅かな費用を必要とするにすぎず
、且つきわめて迅速に実行可能である。
【0007】
本発明の他の有利な実施態様においては、内燃機関の未処理NOxエミッショ
ンが決定され、および未処理NOxエミッションおよび測定NOxエミッション
から三元触媒の劣化状態が推測される。この方法においては、測定NOxエミッ
ションのほかに内燃機関の未処理エミッションもまた考慮される。これにより、
三元触媒の劣化状態の決定においてより高い精度を得ることができる。
ンが決定され、および未処理NOxエミッションおよび測定NOxエミッション
から三元触媒の劣化状態が推測される。この方法においては、測定NOxエミッ
ションのほかに内燃機関の未処理エミッションもまた考慮される。これにより、
三元触媒の劣化状態の決定においてより高い精度を得ることができる。
【0008】
未処理NOxエミッションおよび測定NOxエミッションから三元触媒の転化
率が推測されるとき、および計算転化率が、まだ劣化していない三元触媒および
/または劣化している三元触媒に対する既知の転化率と比較されるとき、それは
特に有利である。
率が推測されるとき、および計算転化率が、まだ劣化していない三元触媒および
/または劣化している三元触媒に対する既知の転化率と比較されるとき、それは
特に有利である。
【0009】
本発明の有利な実施態様においては、測定NOxエミッションないし計算転化
率の最大値および/または最小値および/または平坦度および/または勾配が三
元触媒の劣化状態を決定するために使用される。このようにして、本発明による
方法をさらに簡単にすることができる。特に、λに対して目盛られた線図におけ
る勾配を使用することにより、使用されているNOxセンサのオフセットは決定
される三元触媒の劣化状態にもはやいかなる影響も与えないという利点が得られ
る。
率の最大値および/または最小値および/または平坦度および/または勾配が三
元触媒の劣化状態を決定するために使用される。このようにして、本発明による
方法をさらに簡単にすることができる。特に、λに対して目盛られた線図におけ
る勾配を使用することにより、使用されているNOxセンサのオフセットは決定
される三元触媒の劣化状態にもはやいかなる影響も与えないという利点が得られ
る。
【0010】
本発明による方法の実行が、特に自動車の内燃機関の制御装置に対して設けら
れている制御要素の形であることが特に重要である。この場合、計算装置上特に
マイクロ・プロセッサ上で実行可能であり且つ本発明による方法を実行するため
に適しているプログラムが制御要素上に記憶されている。即ち、この場合には、
本発明は制御要素上に記憶されているプログラムにより実行されるので、プログ
ラムが設けられているこの制御要素は、プログラムがその実行に適している本方
法と同様に本発明を示している。制御要素として、特に電気式記憶媒体例えばリ
ード・オンリー・メモリまたはフラッシュ・メモリが使用されてもよい。
れている制御要素の形であることが特に重要である。この場合、計算装置上特に
マイクロ・プロセッサ上で実行可能であり且つ本発明による方法を実行するため
に適しているプログラムが制御要素上に記憶されている。即ち、この場合には、
本発明は制御要素上に記憶されているプログラムにより実行されるので、プログ
ラムが設けられているこの制御要素は、プログラムがその実行に適している本方
法と同様に本発明を示している。制御要素として、特に電気式記憶媒体例えばリ
ード・オンリー・メモリまたはフラッシュ・メモリが使用されてもよい。
【0011】
本発明のその他の特徴、適用可能性および利点が、図に示されている本発明の
実施態様に関する以下の説明から明らかである。この場合、記載または図示され
ているすべての特徴は、それ自身または任意の組み合わせで本発明の対象を形成
し、このとき、特許請求の範囲内のそれらの要約またはそれらの引用並びに明細
書ないし図面におけるそれらの形式ないし図示とは無関係である。
実施態様に関する以下の説明から明らかである。この場合、記載または図示され
ているすべての特徴は、それ自身または任意の組み合わせで本発明の対象を形成
し、このとき、特許請求の範囲内のそれらの要約またはそれらの引用並びに明細
書ないし図面におけるそれらの形式ないし図示とは無関係である。
【0012】
発明の実施態様
図1に自動車の内燃機関1が示され、内燃機関1において、ピストン2がシリ
ンダ3内で往復運動可能である。シリンダ3に燃焼室4が設けられ、燃焼室4は
、特にピストン2、吸気弁5および排気弁6により囲まれている。吸気管7が吸
気弁5と結合され、および排気管8が排気弁6と結合されている。
ンダ3内で往復運動可能である。シリンダ3に燃焼室4が設けられ、燃焼室4は
、特にピストン2、吸気弁5および排気弁6により囲まれている。吸気管7が吸
気弁5と結合され、および排気管8が排気弁6と結合されている。
【0013】
吸気管7内に噴射弁9が存在する。吸気弁5および排気弁6の範囲内で、点火
プラグ10が燃焼室4内に突出している。噴射弁9を介して燃料を吸気管7内に
噴射可能である。点火プラグ10により燃焼室4内の吸込空気/燃料混合物を点
火可能である。
プラグ10が燃焼室4内に突出している。噴射弁9を介して燃料を吸気管7内に
噴射可能である。点火プラグ10により燃焼室4内の吸込空気/燃料混合物を点
火可能である。
【0014】
吸気管7内に旋回可能な絞り弁11が設けられている。燃焼室4に供給される
空気量は絞り弁11の角度位置の関数である。排気管8内に触媒が設けられ、触
媒は燃料の燃焼により発生した排気ガスの浄化を行う。
空気量は絞り弁11の角度位置の関数である。排気管8内に触媒が設けられ、触
媒は燃料の燃焼により発生した排気ガスの浄化を行う。
【0015】
触媒は三元触媒12である。このために、三元触媒12は窒素酸化物(NOx
)を特に窒素、酸素、二酸化炭素および水に転化するように設計されている。三
元触媒12の直後の排気管内に、三元触媒12から流出する排気ガス内のNOx
エミッションを測定するのに適したNOxセンサ13が設けられている。
)を特に窒素、酸素、二酸化炭素および水に転化するように設計されている。三
元触媒12の直後の排気管内に、三元触媒12から流出する排気ガス内のNOx
エミッションを測定するのに適したNOxセンサ13が設けられている。
【0016】
制御装置18に、センサにより測定された内燃機関1の運転変数を示す入力信
号19が供給される。制御装置18は、アクチュエータないし調節装置を介して
内燃機関1の特性をそれにより調節可能な出力信号20を発生する。特に、制御
装置18は、内燃機関1の運転変数を操作および/または制御するように設計さ
れている。このために、制御装置18にマイクロ・プロセッサが設けられ、マイ
クロ・プロセッサは、記憶媒体特にフラッシュ・メモリ内に、上記の操作および
/または制御を実行するのに適しているプログラムを記憶している。
号19が供給される。制御装置18は、アクチュエータないし調節装置を介して
内燃機関1の特性をそれにより調節可能な出力信号20を発生する。特に、制御
装置18は、内燃機関1の運転変数を操作および/または制御するように設計さ
れている。このために、制御装置18にマイクロ・プロセッサが設けられ、マイ
クロ・プロセッサは、記憶媒体特にフラッシュ・メモリ内に、上記の操作および
/または制御を実行するのに適しているプログラムを記憶している。
【0017】
内燃機関1の運転において特にλが1より大きいとき、したがってリーン燃焼
運転においては窒素酸化物が発生する。三元触媒12にこの窒素酸化物が供給さ
れる。窒素酸化物は三元触媒12により窒素、酸素、二酸化炭素および水に転化
される。
運転においては窒素酸化物が発生する。三元触媒12にこの窒素酸化物が供給さ
れる。窒素酸化物は三元触媒12により窒素、酸素、二酸化炭素および水に転化
される。
【0018】
三元触媒12はその作動の間に熱を要求するので、このことが三元触媒12の
一般的な転化能力を制限させることになり、この転化能力の制限は以下において
劣化と呼ばれる。
一般的な転化能力を制限させることになり、この転化能力の制限は以下において
劣化と呼ばれる。
【0019】
図2に、NOxセンサ13により測定されたNOxエミッションとλとの間の
関係が示されている。曲線Aはまだ劣化していない三元触媒12に対するもので
あり、曲線Bは劣化している三元触媒12に対するものである。これらの曲線A
およびBは予め決定し且つ制御装置18内に記憶させることができる。
関係が示されている。曲線Aはまだ劣化していない三元触媒12に対するもので
あり、曲線Bは劣化している三元触媒12に対するものである。これらの曲線A
およびBは予め決定し且つ制御装置18内に記憶させることができる。
【0020】
この線図から、一方で、ほぼリッチ燃焼運転からリーン燃焼運転へλが移行す
るとき、即ちほぼ1に等しいλにおいて、NOxエミッションは小さい値からよ
り大きい値への急変を有することがわかる。この急変それ自身は三元触媒12の
劣化とは無関係である。他方で、この線図は、劣化している三元触媒12(曲線
B)における急変はまだ劣化していない三元触媒12(曲線A)における急変よ
り大きいことを示している。これは、劣化している三元触媒12におけるNOx
エミッションはまだ劣化していない三元触媒12におけるNOxエミッションよ
り大きいことを意味する。
るとき、即ちほぼ1に等しいλにおいて、NOxエミッションは小さい値からよ
り大きい値への急変を有することがわかる。この急変それ自身は三元触媒12の
劣化とは無関係である。他方で、この線図は、劣化している三元触媒12(曲線
B)における急変はまだ劣化していない三元触媒12(曲線A)における急変よ
り大きいことを示している。これは、劣化している三元触媒12におけるNOx
エミッションはまだ劣化していない三元触媒12におけるNOxエミッションよ
り大きいことを意味する。
【0021】
制御装置18により、内燃機関のリッチ燃焼運転からリーン燃焼運転への移行
が行われたとする。この場合、NOxセンサ13により三元触媒12の後方にお
けるNOxエミッションが測定される。既知の曲線AおよびBと比較された、λ
に対して実際に測定されたNOxエミッション曲線の位置の関数として、制御装
置18により三元触媒12の劣化状態が推測される。
が行われたとする。この場合、NOxセンサ13により三元触媒12の後方にお
けるNOxエミッションが測定される。既知の曲線AおよびBと比較された、λ
に対して実際に測定されたNOxエミッション曲線の位置の関数として、制御装
置18により三元触媒12の劣化状態が推測される。
【0022】
このために、制御装置18は、以下の判定基準またはこれらの判定基準の組み
合わせのいずれかを、曲線AおよびBとの比較に、したがって劣化状態の決定に
使用することが可能である。即ち、判定基準とは、実際に測定されたNOxエミ
ッションの最大値から劣化状態が推測されること、および/または実際に測定さ
れた曲線上に存在する平坦度から劣化状態が推測されること、および/または実
際に測定された曲線の勾配から、即ちdNOx/dλから三元触媒12の劣化状
態が推測されること、である。
合わせのいずれかを、曲線AおよびBとの比較に、したがって劣化状態の決定に
使用することが可能である。即ち、判定基準とは、実際に測定されたNOxエミ
ッションの最大値から劣化状態が推測されること、および/または実際に測定さ
れた曲線上に存在する平坦度から劣化状態が推測されること、および/または実
際に測定された曲線の勾配から、即ちdNOx/dλから三元触媒12の劣化状
態が推測されること、である。
【0023】
図3に、三元触媒12により達成された転化率とλとの間の関係が示されてい
る。この転化率とは、内燃機関1から排気管8内に放出された未処理NOxエミ
ッションと、三元触媒12の後方においてセンサ13により測定されたNOxエ
ミッションとの差の、未処理NOxエミッションに対する比と理解される。図3
の曲線Aはまだ劣化していない三元触媒12に対するものであり、および曲線B
は劣化している三元触媒12に対するものである。これらの曲線AおよびBは、
予め決定し且つ制御装置18内に記憶させることができる。
る。この転化率とは、内燃機関1から排気管8内に放出された未処理NOxエミ
ッションと、三元触媒12の後方においてセンサ13により測定されたNOxエ
ミッションとの差の、未処理NOxエミッションに対する比と理解される。図3
の曲線Aはまだ劣化していない三元触媒12に対するものであり、および曲線B
は劣化している三元触媒12に対するものである。これらの曲線AおよびBは、
予め決定し且つ制御装置18内に記憶させることができる。
【0024】
この線図から、一方で、ほぼリッチ燃焼運転からリーン燃焼運転へλが移行す
るとき、即ちほぼ1に等しいλにおいて、転化率は高い値からより小さい値への
急変を有することがわかる。この急変それ自身は三元触媒12の劣化とは無関係
である。他方で、この線図は、劣化している三元触媒12(曲線B)における急
変はまだ劣化していない三元触媒12(曲線A)における急変より大きいことを
示している。これは、言い換えると、劣化している三元触媒12を用いては、ま
だ劣化していない三元触媒12の場合よりも、未処理NOxエミッションのより
小さい転化率が達成可能であるにすぎないことを意味する。
るとき、即ちほぼ1に等しいλにおいて、転化率は高い値からより小さい値への
急変を有することがわかる。この急変それ自身は三元触媒12の劣化とは無関係
である。他方で、この線図は、劣化している三元触媒12(曲線B)における急
変はまだ劣化していない三元触媒12(曲線A)における急変より大きいことを
示している。これは、言い換えると、劣化している三元触媒12を用いては、ま
だ劣化していない三元触媒12の場合よりも、未処理NOxエミッションのより
小さい転化率が達成可能であるにすぎないことを意味する。
【0025】
内燃機関1から発生された未処理NOxエミッションは、制御装置18により
例えばモデル化によって決定される。その関数として、並びにNOxセンサ13
により実際に測定されたNOxエミッションの関数として、制御装置18により
付属の転化率が計算される。既知の曲線AおよびBと比較された、λに対して実
際に計算された転化率曲線の形状ないし位置の関数として、制御装置18により
三元触媒12の劣化状態が推測される。
例えばモデル化によって決定される。その関数として、並びにNOxセンサ13
により実際に測定されたNOxエミッションの関数として、制御装置18により
付属の転化率が計算される。既知の曲線AおよびBと比較された、λに対して実
際に計算された転化率曲線の形状ないし位置の関数として、制御装置18により
三元触媒12の劣化状態が推測される。
【0026】
このために、制御装置18は、以下の判定基準またはこれらの判定基準の組み
合わせのいずれかを、曲線AおよびBとの比較に、したがって劣化状態の決定に
使用することが可能である。即ち、判定基準とは、実際に計算された転化率の最
大値および/または最小値から劣化状態が推測されること、および/または実際
に計算された曲線上に存在する平坦度から劣化状態が推測されること、および/
または実際に計算された曲線の勾配から三元触媒12の劣化状態が推測されるこ
と、である。
合わせのいずれかを、曲線AおよびBとの比較に、したがって劣化状態の決定に
使用することが可能である。即ち、判定基準とは、実際に計算された転化率の最
大値および/または最小値から劣化状態が推測されること、および/または実際
に計算された曲線上に存在する平坦度から劣化状態が推測されること、および/
または実際に計算された曲線の勾配から三元触媒12の劣化状態が推測されるこ
と、である。
【0027】
図2および3に示した上記の方法は、いずれか一方または両方が制御装置18
により実行可能である。この方法は反復される周期的時点において、または内燃
機関1の所定の条件下において実行されてもよい。
により実行可能である。この方法は反復される周期的時点において、または内燃
機関1の所定の条件下において実行されてもよい。
【図1】
図1は本発明による内燃機関の一実施態様の略示図を示す。
【図2】
図2はλに対するNOxエミッションの略関係線図を示す。
【図3】
図3はλに対する転化率の略関係線図を示す。
【手続補正書】特許協力条約第34条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成14年3月13日(2002.3.13)
【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】
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 ベルマン,ホルガー
ドイツ連邦共和国 61636 ルートヴィヒ
スブルク,アドルフ−ゲスヴァイン−シュ
トラーセ 4
(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,マキシミリアンシュトラーセ 40
/42
(72)発明者 ブルーメンシュトック,アンドレアス
ドイツ連邦共和国 71638 ルートヴィヒ
スブルク,イェーガーホフアレー 79
(72)発明者 ヴィンクラー,クラウス
ドイツ連邦共和国 71277 ルーテスハイ
ム,シューベルトシュトラーセ 34
(72)発明者 シュタングルマイヤー,フランク
ドイツ連邦共和国 71696 メクリンゲン,
エレン−ケイ−ヴェーク 8
(72)発明者 シュマン,ベルント
ドイツ連邦共和国 71277 ルーテスハイ
ム,ダイムラーシュトラーセ 23
Fターム(参考) 3G084 BA13 DA10 DA22 DA27 EA07
EB12 EB22 FA10 FA28
3G091 AA02 AA17 AA23 AB03 BA33
CB01 DA01 DB01 DB09 DB10
EA07 EA33 FB10 FB12 FC02
HA37
3G301 HA01 JA15 JA21 JA25 JA26
LB01 LC01 MA01 NE06 NE15
PA11Z PD01B
Claims (10)
- 【請求項1】 三元触媒(12)に窒素酸化物が供給され、および三元触媒
(12)の後方においてNOxエミッションが測定される、特に自動車の内燃機
関(1)の三元触媒(12)の作動方法において、 内燃機関(1)のリッチ燃焼運転からリーン燃焼運転への移行が行われること
と、および このとき測定されたNOxエミッションから三元触媒(12)の劣化状態が推
測されることと、 を特徴とする特に自動車の内燃機関の三元触媒の作動方法。 - 【請求項2】 測定NOxエミッションが、まだ劣化していない三元触媒(
12)および/または劣化している三元触媒(12)に対する既知のNOxエミ
ッションと比較される(図2)ことを特徴とする請求項1の方法。 - 【請求項3】 内燃機関(1)の未処理NOxエミッションが決定されるこ
とと、および 未処理NOxエミッションおよび測定NOxエミッションから三元触媒(12
)の劣化状態が推測されることと、 を特徴とする請求項1または2の方法。 - 【請求項4】 未処理NOxエミッションおよび測定NOxエミッションか
ら三元触媒(12)の転化率が計算されることを特徴とする請求項3の方法。 - 【請求項5】 計算転化率が、まだ劣化していない三元触媒(12)および
/または劣化している三元触媒(12)に対する既知の転化率と比較される(図
3)ことを特徴とする請求項4の方法。 - 【請求項6】 測定NOxエミッションないし計算転化率の最大値および/
または最小値および/または平坦度および/または勾配が三元触媒(12)の劣
化状態を決定するために使用されることを特徴とする請求項1ないし5のいずれ
かの方法。 - 【請求項7】 三元触媒(12)の診断のために使用されることを特徴とす
る請求項1ないし6のいずれかの方法。 - 【請求項8】 計算装置上特にマイクロ・プロセッサ上で実行可能であり且
つ請求項1ないし7のいずれかの方法を実行するために適しているプログラムが
それに記憶されている、特に自動車の内燃機関(1)の制御装置(18)用制御
要素特にフラッシュ・メモリ。 - 【請求項9】 内燃機関(1)が、窒素酸化物が供給される三元触媒(12
)と、三元触媒(12)の後方においてNOxエミッションを測定するためのN
Oxセンサ(13)とを有する、特に自動車の内燃機関(1)用制御装置(18
)において、 制御装置(18)により、内燃機関(1)のリッチ燃焼運転からリーン燃焼運
転への移行が実行可能であることと、および 制御装置(18)により、このとき測定されたNOxエミッションから三元触
媒(12)の劣化状態を推測可能であることと、 を特徴とする特に自動車の内燃機関用制御装置。 - 【請求項10】 窒素酸化物が供給される三元触媒(12)と、三元触媒(
12)の後方においてNOxエミッションを測定するためのNOxセンサ(13
)と、制御装置(18)とを備えた特に自動車用内燃機関(1)において、 制御装置(18)により、内燃機関(1)のリッチ燃焼運転からリーン燃焼運
転への移行が実行可能であることと、および 制御装置(18)により、このとき測定されたNOxエミッションから三元触
媒(12)の劣化状態を推測可能であることと、 を特徴とする特に自動車用内燃機関。
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