JP2003525378A - リーン吸気運転中の内燃機関のための排気ガス再循環装置の排気ガス再循環率を制御するための装置と方法 - Google Patents
リーン吸気運転中の内燃機関のための排気ガス再循環装置の排気ガス再循環率を制御するための装置と方法Info
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Abstract
Description
内燃機関のための排気ガス再循環装置(AGR装置) の排気ガス再循環率( AG
R率) を制御するための装置と方法に関する。
で、いわゆる成層吸気運転をできるだけ長く維持することが有利であることが分
かっている。成層吸気運転中、燃焼すべき混合気は点火プラグの領域でのみ点火
可能でなければならない。そのとき、燃焼室の残りの部分には、主たる新気と残
留ガスが未燃燃料なしで存在する。この全部で非常に希薄な混合物はなるほど燃
料消費量を減らすことはできるが、使用がアイドリング運転領域と部分負荷領域
に制限される。
均一吸気運転が行われる。均一吸気運転中、燃焼室全体に均一な混合物が存在す
る。それとともに、燃焼室全体で自由になる新気が燃焼過程に加わる。均一吸気
運転もリーン吸気条件の下で実施することができる。これには、噴射量、点火時
間および噴射圧力のような、噴射システムにより調整可能な変数と並んで、空気
- 燃料構成物の制御のために空気質量流れが影響を及ぼす。そのとき、例えば吸
気量を内燃機関の吸気管のスロットル弁により増加させるかまたは下げることが
できる。そのほか、空気質量流れとその構成物にAGR装置により影響を与える
ことが分かっている。
段には、最終的に所望のAGR率の調整または維持実現する補正変数が制御装置
を経て設定される。制御手段としては、例えば調整弁またはスロットル弁が問題
になるが、そのとき補正変数は相応して調整弁の開口横断面であるかまたはスロ
ットル弁の開放角である。
は酸化窒素NOX のような有害物質が形成される。リーン吸気条件の下では、C
OとHCの割合が比較的少なくかつ適当な酸化触媒の使用によりさらに低下させ
ることができる。内燃機関のNOX 原エミッションがリーン吸気条件の下で当然
増加する。なるほど、NOX もいわゆる還元触媒についてはHCまたはCOのよ
うな還元媒体の助けでさらに分解することができるが、一般にそのために必要な
還元媒体マスがリーン吸気運転では存在しない。
下させようと試みることができるかまたは検出されたNOX を吸収器にリーン吸
気条件の下で収納するように試みることができる。そのとき、第一の方法は、リ
ーン雰囲気におけるNOX の形成が線状に増加しないで、λ約 1,1の空燃比のと
きに極大に延びることを利用する。もちろん、このラムダ範囲は均一吸気運転中
の燃料消費量の最適化を考慮すれば好都合である。NOX 原エミッションがAG
R率の上昇とともに低下することは知られている。しかしながら、不利なことは
、NOX 原エミッションがAGR率に非常に鋭敏に反応するので、例えば±3%
の高さの予調整の偏差が−50から+100%までの範囲のNOX 原エミッショ
ンの偏差になり得ることである。
ことができるNOX 吸収器を配置すれば、なるほど発生するNOX 原エミッショ
ンを収納できるが、NOX 貯蔵触媒の再生の調整が妨げられる。再生のために、
NOX 貯蔵触媒が少なくとも短期間にリッチな排気ガスで作用されなければなら
ず、しかもNOX 貯蔵触媒が使い果たされる前に作用されなければならない(再
生の必要)。再生の必要は、通例NOX 貯蔵触媒のためのもしくは燃焼過程中に
発生するNOX (NOX 原エミッション)のためのモデルをもとにして決定され
る。NOX 原エミッションで高い偏差になり得る、AGR率の予調整の上記の不
正確さの故に、周知のモデルでは再生の調整のために高い公差を受け入れなけれ
ばならない。このことが原因して、再生周波数が不必要に高くなり、その結果と
して燃料消費量も不必要に高くなる。さらに、NOX 貯蔵触媒のNOX 濃度のコ
ントロールが困難になる。なぜなら、前述の大きさの規模においてモデルが不正
確である場合には、NOX 貯蔵触媒の不活性化に関して不正確に述べることしか
できないからである。
能であることにより、それと平行して、内燃機関のNOX 原エミッションを検出
するためのきわめて遙に正確なモデルを準備することができる、装置と方法を自
由に使えるようにすることを課題の基礎とする。
ためのAGR- 装置のAGR率を制御するための装置と方法により解決される。
内燃機関の排気ガス路の有害物質センサにより測定された有害物質エミッション
からの、計算された有害物質エミッションの偏差を検出しかつその偏差の高さに
依存して排気ガス再循環装置の制御手段の補正変数のための補正値を決定する手
段を設けることにより、リーン吸気運転中のAGR率の特別正確な調整を確保す
ることができる。その方法は、リーン吸気条件および均一吸気条件の下で、特に 1,001から1,6 までのラムダ範囲での内燃機関の運転に特に有利であることが分
かっている。
ための手順が後置されている制御装置を有する。制御装置は独立した制御ユニッ
トとして実現することができるかまたは少なくとも既に存在するエンジン制御装
置の部分であることもできる。
を使用することが有利であることが分かっている。そのとき、NOX センサをN
OX 貯蔵触媒の下流に配置しかつそこで測定されたNOX 貫通エミッションを、
計算されたNOX 貫通エミッションと比較することが有利である。そのとき、N
OX センサは、NOX 貯蔵触媒に関連する他の調整概念にも利用することもでき
る。
ッションと貫通エミッション)の偏差を、設定可能な測定間隔で決定することが
でき、その際測定間隔の継続時間が、計算されたNOX 原エミッションおよび/
または計算されたNOX 貫通エミッションに依存して決定される。その場合、検
出された補正値の有効性を、付加的に、測定間隔の間、負荷状況に依存させるこ
とができる。このようにして、例えば、測定間隔の間負荷状況の切り換えにより
生じ得る不正確さを考慮することができかつ場合によっては補正値の検出を中断
することができる。
鮮なNOX 濃度に基づいてまたは予め決定可能な、導入された期間に検出された
NOX 触媒のNOX 濃度に基づいて計算することができる。そのとき、NOX 濃
度の検出は内燃機関のリーン成層吸気運転中に、特にλ> 1,8を有するラムダ範
囲で行うのが好ましい。その期間は高くても30分であるのが好ましい。
のが有利である。このようにして、例えば補正値のための最大値を設定すること
ができる。同様に、補正値は、それが最小値を越えるときにのみ考慮できること
とが考えられる。
れる。
を示す。燃焼過程中発生する排気ガスが排気ガス路14を経て供給されかつ浄化
のためにNOX 貯蔵触媒16を通って導かれる。NOX 貯蔵触媒16の下流に、
NOX センサ18が排気ガス路14の領域に配置されている。さらに、内燃機関
10の吸気管22に存在するスロットル弁20を経て吸気量を調整することがで
きる。そのような調整部はデジタル化した形でエンジン制御装置24に後置する
ことができる。さらに、エンジン制御装置24を介して、内燃機関10に付設さ
れたその他の構成要素の制御装置を考えることができる。それ故、例えばここに
示されていない噴射システムを介して噴射量または噴射時間を調整することがで
きる。
れた制御手段28を有し、この制御手段で排気ガス再循環率を調整できる。制御
手段28として、例えば調整弁またはスロットル弁が問題になる。そのために、
エンジン制御装置24を経て制御手段28には、AGR率のための目標値を調整
するために導かなければならない補正変数が設定される。さらに、NOX センサ
18により任意に処理された信号に依存した制御手段28の制御は、明細書のそ
の他の対象である。これに適した手順は、制御装置30に、デジタル化された形
で後置されている。ここでは、制御装置30はエンジン制御装置24に一体化さ
れているが、独立のユニットとしても実現することができる。
選び出された有害物質成分の延び具合を空気比ラムダに関して示す。明らかに、
ここに示した、エンジン検査台で検出された個々の有害物質成分のエミッション
が、使用されたエンジンの構造特有の特徴に依存しているので、最大、最小の位
置およびその延び具合が相違し得る。しかしながら、原理的には、ディーゼルエ
ンジンもしくはオットーエンジンにおける個々の有害物質成分のスケッチされた
延び具合は、示された仕方で予期することができる。成層吸気運転から均一吸気
運転に切り換えるときに−例えば増大した負荷の要求の結果として−、両方の運
転様式について原理的に同様な延び具合を予期することができる。変曲点の位置
も絶対的なエミッションももちろん互いに異なり得る。一般に、最大ほぼλ=
1,5 までの均一吸気運転中のエミッションの高さは成層吸気運転よりも明らかに
一層高いので、AGR率の小さな偏差でも、NOX 原エミッションの偏差が実質
的に一層高くなる。
囲で調整される。燃焼すべき気燃混合物の酸素割分の上昇とともに、一酸化炭素
COや未燃焼の炭化水素のような有害物質成分の割合が低下する。他方の面では
、窒素酸化物NOX のエミッションがラムダの増大とともに増加する。もちろん
、この増加は安定しないで、ラムダλ=1,1 の空気比のときに最大になる。正に
、この運転範囲はオットーエンジンの場合燃料消費量の最適化に関して好ましい
。
比のときに運転されるが、定められた運転状況では、明らかに一層低いラムダ値
以下の、特にλ=1,5以下の運転が必要であり得る。粒子状物質エミッション
の増加と並んで、ディーゼルエンジンのNOX 原エミッションが著しく増加し、
もちろんオットーエンジンの場合も、安定しないで延びる。
4に配置されると、リーン吸気条件の下で、形成されたNOX の吸収が行われる
。吸収成分は有限の貯蔵容量しか有しないので、規則的な間隔を置いて再生をリ
ッチな雰囲気に切り換えることにより行わなければならない。そのとき、リッチ
な雰囲気の下で、再生のために必要な還元媒体質量流れ(COおよびHC質量流
れ) が自由になる。必然的に、NOX 貫通エミッション( NOX 貯蔵触媒16の
下流のNOX エミッション)をできるだけ少なく保つために、再生をできるだけ
早く調整しなければならない。その場合、費用の理由から、なるほどNOX 貯蔵
触媒16の上流の第二のNOX センサの使用を考えられるが、費用がかかりすぎ
る。それ故、内燃機関10のNOX 原エミッションを計算できるモデルが引っ張
り出される。そのようなモデルは周知でありかつこの箇所で詳細に説明する必要
がない。言えることは、入力変数として空気比ラムダを考慮することがこれらの
モデルに共通であることだけである。しかしながら、制御手段28を介して調整
されたAGR率が実際のAGR率と相違しているのが通例である。内燃機関10
をλ=1 〜1,5 までの空気比の範囲で運転すると、その結果目標基準値からの、
実際のAGR率のそれ自体少ない偏差がNOX 原エミッションの高い偏差になり
得る。それとともに、同様にNOX 原エミッションを計算するためのモデルがひ
どく誤差にとりつかれており、かつ実際の再生周波数と、モデルを作ったNOX 原エミッションに基づいて予期すべき再生周波数との間に大きな偏差が生じる。
示す。まず、ステップS1で内燃機関10の仮のNOX 原エミッションが計算さ
れ、次にNOX 貫通エミッションがNOX 貯蔵触媒16の下流で検出される。上
記の計算のために、新鮮なNOX 貯蔵触媒16のNOX 濃度のために、知られた
モデルを引き出すことができる。しかしながら、同様に、NOX 貯蔵触媒16の
現在の実際の状況に基づいてNOX 貫通を検出することができる。NOX センサ
18を用いて、NOX 貫通がNOX 貯蔵触媒16の下流で測定される。例えばλ
>2を有しかつ小さいエンジン負荷(<3バール)を有する成層リーン吸気運転
中の、少ないNOX 原エミッションを有する内燃機関10の運転状況では、実際
のエミッションからの、NOX 貯蔵触媒16の前の計算されたNOX エミッショ
ンの絶対偏差が非常にわずかであるので、NOX 貯蔵触媒16の実際の状況を充
分正確につかむことができる。予め決定可能な、次の時間で例えば30分の時間
で、内燃機関10がリーン吸気運転中高いNOX 原エミッションで運転されると
、NOX 濃度がこの時間でいずれにせよ微々たる変化をし、それ故NOX 貯蔵触
媒16の下流のNOX 貫通エミッションの計算のために実際のNOX 濃度に基づ
くことができる。この方法で、予期すべきNOX 貫通エミッションを上記の高温
負荷または硫黄の害による触媒損傷に適合させること、ならびに触媒製造におけ
る一連の制御に適合させることが可能になる。それ故、この方法はNOX 濃度の
純粋なモデルを作ることよりも実質的に一層正確である。
NOX 貫通エミッションからの、計算されたNOX 貫通エミッションの偏差が決
定される。測定は設定可能な測定間隔で行われ、その継続時間は例えばNOX 原
エミッションおよび/または計算されたNOX 貫通エミッションをもとにして確
定することができる。偏差が設定されたしきい値を越えるかどうかが検査される
。これが当てはまらない場合には、その方法がこの位置で中断される。
検出される。このことは、例えば、補正値をエミッションの偏差のための特性曲
線から読みとるように行うことができる。そのような特性曲線を確定するために
、少なくとも追加して荷重状況を考慮することができる。このようにして、例え
ば均一吸気運転または成層吸気運転について種々の特性曲線を選択することがで
きる。その上、場合によっては、例えば測定間隔内で夥しい負荷の切り換えが検
出される場合に、これにより基礎になっているモデルに著しい不正確さが生じる
ので、既存の方法による制御を中断することができる。
大値により制限することができる。また、補正値が設定可能な最小値を越えると
きにのみ、AGR率の制御が確定されることも考えられる。最小値或いは最大値
は走行挙動または走行状況に依存して決定することができる。場合によっては制
限された補正値は、ステップS5で排気ガス再循環装置12の制御手段28のた
めの補正変数を確定するのに役立つ。
を有する内燃機関の基礎的回路図である。
された有害物質成分の延び具合を示す図である。
る。
Claims (21)
- 【請求項1】 リーン吸気運転中の内燃機関のための排気ガス再循環装置(
AGR装置) の排気ガス再循環率( AGR率) を制御するための方法であって、
排気ガス再循環ラインに配置されたAGR装置の制御手段に、所望の排気ガス再
循環率の調整または維持を実現する補正変数が設定される方法において、 有害物質センサにより内燃機関(10)の排気ガス路(14)に測定された有害物質エミ
ッションからの、計算された有害物質エミッションの偏差が検出されかつ偏差の
高さに依存してAGR装置(12)の制御手段(28)の補正変数のための補正値が決定
されることを特徴とする方法。 - 【請求項2】 有害物質センサとして、NOX エミッションを測定するNO X センサ(18)が使用されることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 【請求項3】 NOX センサ(18)がNOX 貯蔵触媒(16)の下流に配置されか
つそこで測定されたNOX 貫通エミッションが計算されたNOX 貫通エミッショ
ンと比較されることを特徴とする請求項1または2に記載の方法。 - 【請求項4】 NOX 貫通エミッションの計算が、NOX 貯蔵触媒(16)
の、モデルを作った新鮮なNOX 濃度に基づいて行われることを特徴とする請求
項1から3までのうちのいずれか一つに記載の方法。 - 【請求項5】 NOX 貫通エミッションの計算が、予め決定可能な、前に延
ばされた時間で検出されたNOX 貯蔵触媒(16)のNOX 濃度に基づいて行われる
ことを特徴とする請求項1から3までのうちのいずれか一つに記載の方法。 - 【請求項6】 NOX 貯蔵触媒(16)のNOX 濃度の検出が内燃機関(10)の成
層リーン吸気運転で、特にλ>1,8 を有するラムダ範囲で行われることを特徴と
する請求項5に記載の方法。 - 【請求項7】 予め決定可能な、前に延ばされた時間が最大30分になるこ
とを特徴とする請求項5または6に記載の方法。 - 【請求項8】 内燃機関(10)の均一吸気運転の間AGR率の制御がリーン吸
気条件の下で、特に1,001 から1,6 までのラムダ範囲で行われることを特徴とす
る請求項1から7までのうちのいずれか一つに記載の方法。 - 【請求項9】 AGR率の制御が行われる前に、エミッションの偏差が、設
定されたしきい値を越えなければならないことを特徴とする請求項1から8 まで
のうちのいずれか一つに記載の方法。 - 【請求項10】 エミッションの偏差が設定可能な測定間隔で決定され、そ
の際測定間隔の継続時間が内燃機関(10)のNOX 原エミッションに依存しておよ
び/または計算されたNOX 貫通エミッションに依存して決定されることを特徴
とする請求項1から9までのうちのいずれか一つに記載の方法。 - 【請求項11】 補正値がエミッションの偏差のための特性曲線をもとにし
て決定されることを特徴とする請求項1から10までのうちのいずれか一つに記
載の方法。 - 【請求項12】 補正値が追加して負荷状況に依存して確定されることを特
徴とする請求項1から11までのうちのいずれか一つに記載の方法。 - 【請求項13】 補正値は、それが最小値を越えるときにのみ考慮されるこ
とを特徴とする請求項1から12までのうちのいずれか一つに記載の方法。 - 【請求項14】 補正値が最大値により制限されることを特徴とする請求項
1から13までのうちのいずれか一つに記載の方法。 - 【請求項15】 最小値および/または最大値が走行状況および/または走
行挙動に依存して確定されることを特徴とする請求項13または14に記載の方
法。 - 【請求項16】 リーン吸気運転中の内燃機関のための排気ガス再循環装置
(AGR装置) の排気ガス再循環率( AGR率) を制御するための装置であって
、排気ガス再循環ラインに配置されたAGR装置の制御手段に、所望の排気ガス
再循環率の調整または維持を実現する補正変数が設定される装置において、 内燃機関(10)の排気ガス路(14)の有害物質センサにより測定された有害物質エミ
ッションからの、計算された有害物質エミッションの偏差を検出しかつ偏差の高
さに依存して、AGR装置(12)の制御手段(28)の補正変数のための補正値を決定
する手段が設けられていることを特徴とする装置。 - 【請求項17】 有害物質センサは、NOX エミッションを検知するNOX センサ(18)であることを特徴とする請求項16に記載の装置。
- 【請求項18】 この手段は、デジタル化された形でAGR装置(12)を制御
するための手順が後置されている制御装置(30)を有することを特徴とする請求項
16または17に記載の装置。 - 【請求項19】 制御装置(30)はエンジン制御装置(24)の部分であることを
特徴とする請求項18に記載の装置。 - 【請求項20】 制御手段(28)が調整弁でありかつ補正変数は調整弁の開口
横断面であるかまたは調整道程であることを特徴とする請求項16から19まで
のうちのいずれか一つに記載の装置。 - 【請求項21】 制御手段(28)としてはスロットル弁でありかつ補正変数が
スロットル弁の開放角であることを特徴とする請求項16から19までのうちの
いずれか一つに記載の装置。
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