JP2003519322A - 内燃機関の吸蔵触媒を運転するための方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 特に自動車に用いられる内燃機関が説明される。該内燃機関は吸蔵触媒を備えている。該吸蔵触媒は窒素酸化物によって負荷および負荷軽減され得る。制御装置によって吸蔵触媒の複数の老化状態（１３）が検知可能である。制御装置によって老化状態（１３）から、可逆的な老化経過（１４）と不可逆的な老化経過（１６）とが検知可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 背景技術 本発明は、特に自動車の内燃機関の吸蔵触媒を窒素酸化物によって負荷および
負荷軽減して内燃機関の吸蔵触媒を運転するための方法に関する。また、本発明
は、特に自動車の内燃機関に用いられる制御装置ならびに特に自動車に用いられ
る内燃機関に関する。

【０００２】 このような形式の方法と、このような形式の制御装置と、このような形式の内
燃機関とは、たとえばいわゆる「ガソリン直接噴射」で知られている。このガソ
リン直接噴射では、燃料が均質燃焼運転で吸入段階の間にまたは成層燃焼運転で
圧縮段階の間に内燃機関の燃焼室内に噴射される。均質燃焼運転は、有利には、
内燃機関の全負荷運転のために設けられているのに対して、成層燃焼運転はアイ
ドリング運転および部分負荷運転のために適している。たとえば要求されるトル
クに関連して、このような形式の直接噴射式の内燃機関では、前述した両運転モ
ードの間で切換が行われる。

【０００３】 特に成層燃焼運転を実施するためには、発生した窒素酸化物を、後続の均質燃
焼運転の間に三元触媒で還元するために一時的に吸蔵することができる吸蔵触媒
が設けられていることが必要となる。この吸蔵触媒は成層燃焼運転で窒素酸化物
によって負荷され、均質燃焼運転で再び負荷軽減される。この負荷および負荷軽
減によって、吸蔵触媒の老化ひいては吸蔵触媒の吸蔵能の低下が生ぜしめられる
。

【０００４】 発明の課題および利点 本発明の課題は、内燃機関の吸蔵触媒を運転するための方法を改善して、吸蔵
触媒の老化を認識することができるようにすることである。

【０００５】 この課題は、冒頭で述べた形式の方法において、本発明によれば、吸蔵触媒の
複数の老化状態を検知し、該老化状態から、可逆的な老化経過と不可逆的な老化
経過とを検知することによって解決される。また、この課題は、それぞれ冒頭で
述べた形式の制御装置および内燃機関で相応に解決される。

【０００６】 可逆的な老化経過は、硫黄による吸蔵触媒の吸蔵能の低下である。硫黄は、た
とえば燃料中に含まれ得るかまたは少なくとも内燃機関の、発生した排ガス中に
含まれ得る。不可逆的な老化経過は、使用による吸蔵触媒の吸蔵能の自然の低下
である。この低下は、特に相応に長い運転期間後の吸蔵触媒の熱負荷によって生
ぜしめられる。

【０００７】 可逆的な老化経過と不可逆的な老化経過とを検知することによって、吸蔵触媒
の再生が可能であるかどうかまたは吸蔵触媒が実際に消費されているかどうかを
制御装置によって正確に識別することができる。これによって、自体まだ再生可
能な吸蔵触媒が欠陥と認識され、たとえば交換されることを回避することができ
る。

【０００８】 本発明の有利な変化形では、可逆的な老化経過が、吸蔵触媒の２回の再生の間
の、連続して続く老化状態から検知される。さらに、不可逆的な老化経過が、そ
れぞれ吸蔵触媒の硫黄再生後の老化状態から検知される。これによって、互いに
異なる老化経過を互いに識別することが簡単に可能となる。

【０００９】 可逆的な老化経過と不可逆的な老化経過とを識別するために、可逆的な老化経
過の勾配が、不可逆的な老化経過の勾配と比較されると特に有利である。この場
合、可逆的な老化経過の勾配は不可逆的な老化経過の勾配よりも大きい。これに
よって、両老化経過の確実な識別が保証される。

【００１０】 本発明の有利な実施態様では、吸蔵触媒が、設定可能な可逆的な老化状態への
到達後に再生させられる。これによって、吸蔵触媒が可逆的な老化に基づき交換
されず、単に再生させられるにすぎないことが保証される。

【００１１】 本発明の別の有利な実施態様では、吸蔵触媒が、設定可能な不可逆的な老化状
態（閾値）への到達後に欠陥と認識される。これによって、吸蔵触媒は、もはや
再生不能であるかまたはまだほんの僅かに再生可能である場合に初めて欠陥と認
識される。これによって、吸蔵触媒の交換は、不可逆的な老化経過が、設定可能
な閾値に到達するまで回避される。

【００１２】 本発明による方法を、特に自動車の内燃機関の制御装置のために設けられてい
る制御素子の形で実現することが特に重要である。この場合、制御素子には、演
算装置、特にマイクロプロッセサで実行可能でありかつ本発明による方法を実施
するために適しているプログラムが記憶されている。すなわち、この事例では、
本発明は、制御素子に記憶されたプログラムによって実現されるので、このプロ
グラムを備えた制御素子は、適切なプログラムによって実施される方法と同様に
本発明を成している。制御素子として、特に電気的な記憶媒体、たとえばリード
・オンリ・メモリまたはフラッシュ・メモリを使用することができる。

【００１３】 本発明の別の特徴、使用可能性および利点は、以下に図面につき説明する本発
明の実施例の説明から得られる。この場合、説明または図示した全ての特徴はそ
れ自体でまたは任意に組み合わされて本発明の対象を成している。

【００１４】 本発明の実施例 以下に、本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。

【００１５】 図１には、自動車の内燃機関１が示してある。この内燃機関１ではピストン２
がシリンダ３内で往復運動可能である。このシリンダ３は燃焼室４を備えている
。この燃焼室４は特にピストン２と、吸気弁５と、排気弁６とによって仕切られ
ている。吸気弁５には吸気管７が連結されており、排気弁６には排気管８が連結
されている。

【００１６】 吸気弁５と排気弁６との領域では、噴射弁９と点火プラグ１０とが燃焼室４内
に突入している。噴射弁９を介して燃料を燃焼室４内に噴射することができる。
点火プラグ１０によって燃焼室４内の燃料に点火することができる。

【００１７】 吸気管７内には回動可能なスロットルバルブ１１が収納されている。このスロ
ットルバルブ１１を介して吸気管７に空気が供給可能となる。供給される空気の
量はスロットルバルブ１１の角度位置に関連している。排気管８内には触媒１２
が収納されている。この触媒１２は、燃料の燃焼によって発生した排ガスを浄化
するために働く。

【００１８】 触媒１２は吸蔵触媒１２′である。この吸蔵触媒１２′は三元触媒１２′′と
組み合わされている。これによって、触媒１２は、特に窒素酸化物（ＮＯｘ）を
一時的に吸蔵するために設けられている。

【００１９】 制御装置１８は入力信号１９によって負荷される。この入力信号１９は、内燃
機関１の、センサによって測定された運転量を成している。制御装置１８は出力
信号２０を発生させる。この出力信号２０によって、アクチュエータもしくは作
動器（Ｓｔｅｌｌｅｒ）を介して内燃機関１の特性に影響を与えることができる
。特に制御装置１８は、内燃機関１の運転量を制御しかつ／または調整するため
に設けられている。この目的のためには、制御装置１８がマイクロプロッセサを
備えている。このマイクロプロッセサは記憶媒体、特にフッラシュメモリに、前
述した制御および／または調整を実施するために適したプログラムを記憶してい
る。

【００２０】 第１の運転モード、つまり、内燃機関１の、いわゆる「均質燃焼運転」では、
スロットルバルブ１１が所望のトルクに関連して部分的に開閉される。燃料は噴
射弁９によって、ピストン２により生ぜしめられる吸入段階の間に燃焼室４内に
噴射される。同時にスロットルバルブ１１を介して吸い込まれる空気によって、
噴射された燃料に渦流が付与され、これによって、噴射された燃料が燃焼室４内
にほぼ均一に分配される。その後、燃料／空気混合物が圧縮段階の間に圧縮され
、次いで、点火プラグ１０によって燃料が点火される。点火された燃料の膨張に
よってピストン２が駆動される。発生させられるトルクは均質燃焼運転では特に
スロットルバルブ１１の位置に関連している。僅かな有害物質発生に関連して、
燃料／空気混合物は可能な限りλ（空気過剰率）＝１に調整される。

【００２１】 第２の運転モード、つまり、内燃機関１の、いわゆる「成層燃焼運転」では、
スロットルバルブ１１が十分に開放される。燃料は噴射弁９によって、ピストン
２により生ぜしめられる圧縮段階の間に燃焼室４内に噴射され、しかも、局所的
に点火プラグ１０のすぐ周りにならびに時間的に適切な間隔を置いて点火時点の
前に噴射される。その後、点火プラグ１０によって燃料が点火され、これによっ
て、ピストン２が、いまや後続の作業段階において、点火された燃料の膨張によ
って駆動される。発生させられるトルクは成層燃焼運転では、噴射される燃料量
に十分に関連している。主として、成層燃焼運転は内燃機関１のアイドリング運
転および部分負荷運転のために設けられている。

【００２２】 触媒１２の吸蔵触媒１２′は成層燃焼運転の間に窒素酸化物で負荷される。後
続の均質燃焼運転では吸蔵触媒１２′が再び負荷軽減され、窒素酸化物が三元触
媒１２′′によって還元される。

【００２３】 吸蔵触媒１２′は、窒素酸化物による連続的な負荷および負荷軽減の間に次第
に硫黄を吸収する。これによって、吸蔵触媒１２′の吸蔵能は制限される。以下
、この制限を老化と呼ぶことにする。

【００２４】 図２には、吸蔵触媒１２′の老化が時間に関連して示してある。この老化に対
する数値は制御装置１８による適宜な診断法によって検知することができる。こ
のような形式の診断法は、たとえば吸蔵触媒１２′の後方のもしくは下流側のＮ
Ｏｘエミッションの測定に基づいていてよい。

【００２５】 図２には、このような形式の診断法の実施と、これに基づき生ぜしめられた老
化値とが、それぞれ点１３によって特徴付けられている。これらの点１３の老化
状態は実線１４によって互いに結ばれている。これによって、線１４は老化経過
を表している。

【００２６】 最初の点１３′は吸蔵触媒１２′の診断の１回目の実施を表している。この診
断によって最初の老化状態が検知される。これに続く時点では後続の診断が実施
される。この後続の診断から後続の老化状態が得られる。この場合、この後続の
老化状態から、次第に大きくなる数値に基づき、吸蔵触媒１２′の老化に相当す
る老化経過が得られる。すでに上述したように、老化によって吸蔵触媒１２′の
吸蔵能は低下させられる。

【００２７】 その後、点１３′′では、制御装置１８によって吸蔵触媒１２′の硫黄再生（
硫黄の脱離による吸蔵触媒１２′の再生）が実施される老化状態が達成される。
この硫黄再生は図２に破線１５によって示してあり、たとえば内燃機関１のリッ
チな運転状態と同時に高い排ガス温度によって達成することができる。この再生
時には、硫黄が吸蔵触媒１２′から除去される。これによって、吸蔵触媒１２′
は初期の状態、特に初期の吸蔵能に十分に回復させられる。このことは、図２に
点１３′′′によって示してある。この点１３′′′は吸蔵触媒１２′の初期の
老化状態にほぼ相当している。

【００２８】 その後、制御装置１８によって新たに、前述した診断法が実施される。この診
断法によって、それぞれ後続の点１３ひいては後続の線１４が得られる。点１３
′′′′では、制御装置１８によって線１５に相応して新たに吸蔵触媒１２′の
再生が実施される。この再生によって同じく点１３′′′′′が得られ、これに
よって、吸蔵触媒１２′の初期の吸蔵能がほぼ達成される。

【００２９】 説明したように、これまで議論した老化は、吸蔵触媒１２′内での硫黄の沈積
に基づき発生する。この場合、硫黄は、内燃機関１に供給された燃料もしくはこ
の燃料に基づき発生した排ガスに存在している。この老化は可逆的であり、説明
した再生によって再び十分に除去することができる。

【００３０】 前述した可逆的な老化に対して付加的に吸蔵触媒１２′は不可逆的な老化にも
さらされる。この不可逆的な老化は吸蔵触媒１２′の連続的な負荷および負荷軽
減に基づき発生し、すなわち、吸蔵触媒１２′の実際の自然の老化を表している
。

【００３１】 図２には、不可逆的な自然の老化が線１６によって示してある。この線１６は
点１３′，１３′′′，１３′′′′′，…、すなわち、常に吸蔵触媒１２′が
硫黄再生直後に有する各老化状態から得られる。

【００３２】 図２で知ることができるように、線１６は点１３′′′′′以降次第に上昇し
ている。この場合、線１６の勾配は線１４の勾配よりも著しく少ない。線１６の
上昇は、吸蔵触媒１２′の、次第に少なくなる不変の吸蔵能と同等である。この
ことは、硫黄再生による吸蔵触媒１２′の吸蔵能の回復、すなわち、線１５の長
さが次第に少なくなることにも表れている。

【００３３】 上述したように、上昇する線１６から得られる、吸蔵触媒１２′の吸蔵能に対
する損失は不可逆的である。この結果、吸蔵能は長期間にわたって０に向かって
進んでいく。この場合、吸蔵触媒１２′は交換されなければならない。

【００３４】 同じく上述したように、不可逆的な自然の老化の線１６の勾配は、硫黄による
可逆的な老化の線１４の勾配よりも著しく少ない。この互いに異なる勾配によっ
て、制御装置１８は不可逆的な自然の老化を硫黄による可逆的な老化と識別する
ことができる。

【００３５】 制御装置１８には閾値１７が記憶されている。この閾値１７は、たとえば点１
３′′，１３′′′′，…に関連して、すなわち、再生直前に存在する老化状態
に関連して設定することができる。線１６が閾値１７に到達すると、制御装置１
８によって、吸蔵触媒１２′がもはや使用不能であることが認識される。このこ
とは、内燃機関１の使用者または工場に制御装置１８によって表示される。

【００３６】 線１４と線１６とを制御装置１８によって識別することに基づき、たとえ１つ
の線１４の１つの点１３が閾値１７を上回ったとしても、可逆的な老化に基づく
吸蔵触媒１２′の欠陥報知は回避される。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による内燃機関の実施例の概略図である。

【図２】 図１の内燃機関の吸蔵触媒の老化の概略的な線図である。

【符号の説明】

１ 内燃機関、 ２ ピストン、 ３ シリンダ、 ４ 燃焼室、 ５ 吸気
弁、 ６ 排気弁、 ７ 吸気管、 ８ 排気管、 ９ 噴射弁、 １０ 点火
プラグ、 １１ スロットルバルブ、 １２ 触媒、 １２′ 吸蔵触媒、 １
２′′ 三元触媒、 １３，１３′，１３′′，１３′′′，１３′′′′，１
３′′′′′ 点、 １４ 線、 １５ 線、 １６ 線、 １７ 閾値、 １
８ 制御装置、 １９ 入力信号、 ２０ 出力信号

【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１月１６日（２００２．１．１６）

【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 Ｆターム(参考） 3G084 BA24 DA22 DA27 EA04 EA11 EB22 FA28 3G301 HA01 HA16 JA15 JB09 NA08 NB03 PD01B PD01Z

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 特に自動車の内燃機関（１）の吸蔵触媒（１２′）を窒素酸
   化物によって負荷および負荷軽減して内燃機関（１）の吸蔵触媒（１２′）を運
   転するための方法において、吸蔵触媒（１２′）の複数の老化状態（１３）を検
   知し、該老化状態（１３）から、可逆的な老化経過（１４）と不可逆的な老化経
   過（１６）とを検知することを特徴とする、内燃機関の吸蔵触媒を運転するため
   の方法。
2. 【請求項２】 可逆的な老化経過（１４）を、吸蔵触媒（１２′）の２回の
   再生の間の、連続して続く老化状態（１３）から検知する、請求項１記載の方法
   。
3. 【請求項３】 不可逆的な老化経過（１６）を、それぞれ吸蔵触媒（１２′
   ）の硫黄再生後の老化状態（１３′′′，１３′′′′′，…）から検知する、
   請求項１または２記載の方法。
4. 【請求項４】 可逆的な老化経過（１４）と不可逆的な老化経過（１６）と
   を識別するために、可逆的な老化経過（１４）の勾配を不可逆的な老化経過（１
   ６）の勾配と比較する、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
5. 【請求項５】 老化状態（１３）を吸蔵触媒（１２′）の後方のＮＯｘエミ
   ッションに関連して検知する、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
6. 【請求項６】 吸蔵触媒（１２′）を、設定可能な可逆的な老化状態（１３
   ′′，１３′′′′，…）への到達後に再生させる、請求項１から５までのいず
   れか１項記載の方法。
7. 【請求項７】 吸蔵触媒（１２′）を、設定可能な不可逆的な老化状態（１
   ７）への到達後に欠陥と認識する、請求項１から６までのいずれか１項記載の方
   法。
8. 【請求項８】 演算装置、特にマイクロプロセッサで実行可能でありかつ請
   求項１から７までのいずれか１項記載の方法を実施するために適しているプログ
   ラムが記憶されている、特に自動車の内燃機関（１）の制御装置（１８）に用い
   られる制御素子、特にフラッシュ・メモリ。
9. 【請求項９】 特に自動車の内燃機関（１）に用いられる制御装置（１８）
   であって、内燃機関（１）が、吸蔵触媒（１２′）を有しており、該吸蔵触媒（
   １２′）が、窒素酸化物によって負荷および負荷軽減され得るようになっている
   形式のものにおいて、当該制御装置（１８）によって吸蔵触媒（１２′）の複数
   の老化状態（１３）が検知可能であり、当該制御装置（１８）によって老化状態
   （１３）から、可逆的な老化経過（１４）と不可逆的な老化経過（１６）とが検
   知可能であることを特徴とする、内燃機関に用いられる制御装置。
10. 【請求項１０】 特に自動車に用いられる内燃機関（１）であって、窒素酸
    化物によって負荷および負荷軽減され得るようになっている吸蔵触媒（１２′）
    と、制御装置（１８）とが設けられている形式のものにおいて、制御装置（１８
    ）によって吸蔵触媒（１２′）の複数の老化状態（１３）が検知可能であり、制
    御装置（１８）によって老化状態（１３）から、可逆的な老化経過（１４）と不
    可逆的な老化経過（１６）とが検知可能であることを特徴とする、内燃機関。