JP4072249B2

JP4072249B2 - 内燃機関の運転方法

Info

Publication number: JP4072249B2
Application number: JP20722398A
Authority: JP
Inventors: クレメンス、グリーザー; トーマス、エー、メイアー
Original assignee: フォードグローバルテクノロジーズ、リミテッドライアビリティカンパニー
Priority date: 1997-07-08
Filing date: 1998-07-06
Publication date: 2008-04-09
Anticipated expiration: 2018-07-06
Also published as: DE59802402D1; EP0890716B1; EP0890716A3; EP0890716A2; DE19729087A1; JPH1181996A; DE19729087C2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は排気処理システムと電子エンジン制御ユニットを有する内燃機関の運転方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
触媒コンバーターに関して起こる公知の問題点は、排気浄化に必要な活性物質がある活性限界温度に達しなければならないということである。この限界温度よりも低いと、排気浄化効率はほとんどゼロである。そこで、内燃機関のコールド・スタート後に、触媒コンバーターが出来るだけ速く活性化して（これは迅速なライトオフ性能と呼ばれている）、この初期段階では多いエンジン排出物を短期間で減少できるように考慮しなければならない。
【０００３】
この目的のために、例えば、理想的な効率の点火時期に比して点火タイミングをリタードしたり、アイドリング速度を上昇させたりする等の、エンジン内部の処置により人為的に排気温度を上昇させることが知られれている。公知のエンジン制御方法において、これらの処置はエンジンの始動後所定期間用いられる。この期間は、設けられた触媒コンバーターのある種類において、触媒の全寿命において触媒活性限界温度までの加熱が確実に行われるような長さである。しかしながら、この期間は試料の違い及び劣化により変わる可能性がある。その結果、新しいコンバーターは１５秒間のライトオフ状態しか必要としないのに対し、１０万Ｋｍ走行後には、同種のコンバーターが４０秒間のライトオフ状態を必要とする可能性がある。排気温度を上昇させるためのエンジン内部の処置は一般的に燃料消費を増大させることになるので、いつ排気処理システムの活性限界温度に達したかを検出して、この温度に達する必要がある間だけ排気温度の上昇処置を採り続けるのが望ましい。
【０００４】
リーンバーン動作及び直接噴射などの燃料節約手法を用いる際には、ライトオフ温度を超えた後でさえも、触媒コンバーターが不活性化したり、反応しなくなるつまり活性限界温度以下に下がったりする可能性がある。これを避けるために、エンジン内部において排気温度を上昇させる手法（例えばリーンバーン動作を中止する等）が必要となる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、ライトオフ状態の期間が実際の要求に適応でき、エンジンの動作中の触媒の不活性化を避けることが出来るように、出来るだけ少ない問題点と出費とで触媒コンバーターの個別の活性限界を検出することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この目的のために、内燃機関の始動後すぐに、排気処理システムを最も迅速に活性化するために、流れ方向に沿って排気処理システムの少なくとも一つのコンバーター要素の後方において計測された排気温度が所定の第１閾値Ｔ１を越えるまで、電子エンジン制御ユニットにより上記排気温度を上昇させる処置がライトオフ状態において採られ、
上記ライトオフ状態の後で、上記排気温度が上記第１閾値Ｔ１よりも高い第２閾値Ｔ２よりも下がると、エンジン作動中の触媒活性を常時維持するために、上記第２閾値Ｔ２に再び達するまで排気温度を上昇させる処置が採られる。
【０００７】
【発明の効果】
流れ方向に沿って、少なくとも一つのコンバーター要素の後ろで、排気温度を計測することで、ガスがそこを流れるコンバーター要素が不活性状態から活性状態へと変化したか否かを検出することが出来る。なぜならば、コンバーター要素内で反応がある際に起こる発熱化学反応の結果として、熱エネルギーが放出されて、コンバーター要素の後方で排気温度の比較的速い上昇につながることから、コンバーターの活性開始後すぐに所定の第１閾値が越えられることになる。反対に、閾値に達しない場合には、コンバーター要素が反応しなくなることのないように、排気温度を上昇させる処置が採られる。
【０００８】
上記第１閾値は排気処理システムの用いられている種類の全動作寿命において起こりうる最高活性限界温度よりもわずかに高く設定することが出来る。試料及び劣化度合の違いにかかわらず、実際にそうである時にだけ、活性状態が検出される。最高活性限界温度よりも少しだけ大きく温度閾値を設定することで、活性検出が素早くかつ信頼性高くなる。
【０００９】
本発明においては、さらに、内燃機関の始動後すぐに、排気処理システムの最も速い活性化をするために、計測された排気温度が所定の第１閾値Ｔ１を越えるまで、排気温度を上昇させる処置がライトオフ状態において採られる。
【００１０】
さらに、ライトオフ状態の後で、排気温度が第２閾値Ｔ２よりも下に下がると、エンジン運転中にはいつも触媒活性を維持するために、第２閾値Ｔ２に再び達するまで排気温度を上昇させる処置が採られる。排気温度が第２閾値Ｔ２より下がった時にだけ排気温度を上昇させる処置が行われることで、排気処理システムの熱容量と反応熱を、排気温度の低い運転状態を実行するのに用いることが出来る。コンバーター要素の流れ方向において前側の排気温度が、例えばアイドル状態において下がった場合には、熱容量と反応熱によってコンバーター要素の後ろ側の排気温度はある期間は閾値よりも上にあるので、排気温度を人為的に上昇させる結果としての余分な燃料消費は起こらない。
【００１１】
第２閾値Ｔ２は第１閾値Ｔ１よりも大きく、それは第１閾値Ｔ１を超えた場合に温度上昇処置を中止したり、第２閾値Ｔ２より下がった場合に温度上昇処置を開始するのがいくらかの遅延時間の後に効果を発するという事実を考慮したものである。
【００１２】
排気温度を上昇させる処置は点火リタードとすることが出来る。
【００１３】
加えてこの目的のために、エンジンがアイドル状態にある場合には、アイドル回転数の増加をすることが出来る。
【００１４】
もう一つの可能性は、リーンバーン運転に代えて理論空燃比またはリッチ空燃比での運転に切り替えることである。
【００１５】
直接燃料噴射エンジンの分野において本発明の方法を用いる場合には特に、好ましくは同時に層状充填状態から均一充填状態へと切り替えながら、非常にリーンな空燃比からリーン度合の低い空燃比での運転に切り替えることでも、排気温度の上昇作用を得ることが出来る。
【００１６】
本発明を以下に図面を参照しつつ例を用いて説明する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１に示すように、多気筒内燃機関１０は、例えば現在のエンジン回転数や現在のアクセル・ペダルの位置などの複数の入力信号２４を受ける電子エンジン制御ユニット１２により制御される。電子スロットル弁２０、噴射システム２６及び点火システム１８を介して、エンジン制御ユニットは、中でもエンジンに供給される空燃比及び点火時期を制御する。エンジン排気ガスは排気処理システム２８に供給される。これは、例えば三元触媒コンバーター１４とリーンバーン運転中の窒素酸化物の排出量を削減する窒素酸化物用トラップ１６とで構成することが出来る。温度センサー２２を用いて、排気通路内の排気温度が、三元触媒１４の後ろ側で窒素酸化物用トラップ１６の前側で計測される。この温度センサーの構成により、三元触媒１４の活性度合が本発明に従って、計測される。さらにいえば、温度センサーを同時に窒素酸化物用トラップ１６の温度制御用に用いることが出来る。
【００１８】
図２に示すように、本発明の方法は、内燃機関の始動５０と、コンバーター要素１４の迅速なライトオフをもたらすための例えば点火リタード排気温度の上昇処置５２の開始により始まる。工程５４において示すように、コンバーター要素の後ろ側で計測された温度Ｔｎａｃｈが所定の温度閾値Ｔ１を越えたときには、ライトオフ状態の終わりとなる。その後で、温度上昇処置がステップ５６において終了する。エンジン運転中に温度Ｔｎａｃｈが温度閾値Ｔ２よりも下がった場合には、工程５８と６０に示すように、温度閾値Ｔ２に再び達するまで温度上昇処置が再び実行される。
【００１９】
図３は、コンバーター要素の加熱状態中の、コンバーター要素より流れ方向において前の排気温度（Ｔｖｏｒ）と、劣化度合の異なるコンバーター要素より後ろの排気温度（Ｔｎａｃｈ＿ｎｅｕ及びＴｎａｃｈ＿ａｌｔ）の時間的変化を概略的に示している。エンジン始動後、コンバーター要素が最初に加熱され排気ガスを冷却するので、コンバーター要素より前の排気温度は最初はコンバーター要素より後ろの排気温度よりも素早く上昇する。各々の活性限界温度ＴＡｋｔ＿ｎｅｕ及びＴＡｋｔ＿ａｌｔから、触媒活性が始まる。反応の結果生じる熱が、コンバーターの温度及び結果としてコンバーター要素より後ろの排気温度を、コンバーター要素より前の排気温度よりも素早く上昇させる。迅速な上昇の結果、コンバーターの活性開始後比較的短期間の後に温度閾値Ｔ１が越えられる。その後で、点火リタードやアイドル回転数の増加などの排気温度の上昇処置を停止することが出来る。述べたように、本発明による方法により、ライトオフ状態は新しいコンバーターに対しては、古いコンバーターに対してよりも短くされ、コンバーターの個々の状態が考慮されることになる。
【００２０】
例えばアイドル状態におけるような、排気温度が降下する場合の、コンバーター要素の前後の排気温度の時間的変化が図４に示されている。コンバーターの前の排気温度Ｔｖｏｒのそのような降下の際には、コンバーターより後ろの排気温度Ｔｎａｃｈは、コンバーターの熱容量と未だ放出中である反応熱とによって、ゆっくりとしか下がらない。所定の限界温度Ｔ２（＞Ｔ１）から、排気温度を上昇させる処置が採られる。そのような処置が採られない場合には、図４に示すように、コンバーターは活性閾値ＴＡｋｔより下がって、反応しなくなる。
【００２１】
コンバーターの活性開始をより正確に判定する本発明の目的を達成する代替案は、コンバーターより後ろの温度の時間的勾配を判定することである。それにより、所定の増加率を超えたことが、触媒反応が始まったこと及びそれにより排気温度の上昇処置を中止できることを示すことになる。コンバーターの反応がなくなる時期もまた、コンバーターより後ろの排気温度の時間的勾配を用いて判定することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法を実行する機器を概略的に表している。
【図２】本発明の方法を具現化したフローチャートである。
【図３】本発明による加熱状態を説明する、温度及び時間の概略線図である。
【図４】加熱状態の後でコンバーターの活性状態を計測する方法を説明する温度及び時間の概略線図である。
【符号の説明】
１０内燃機関
１２電子エンジン制御ユニット
１４コンバーター要素
２８排気処理システム

Claims

排気処理システム（２８）と電子エンジン制御ユニット（１２）を有する内燃機関（１０）を運転する方法であって、
上記内燃機関の始動後すぐに、上記排気処理システムを最も迅速に活性化するために、上記排気処理システムの少なくとも一つのコンバーター要素（１４）の流れ方向に沿って後方において計測された排気温度が所定の第１閾値Ｔ１を越えるまで、上記電子エンジン制御ユニット（１２）により上記排気温度を上昇させる処置がライトオフ状態において採られ、
上記ライトオフ状態の後で、上記排気温度が上記第１閾値Ｔ１よりも高い第２閾値Ｔ２よりも下がると、エンジン作動中の触媒活性を常時維持するために、上記第２閾値Ｔ２に再び達するまで上記排気温度を上昇させる処置が採られることを特徴とする方法。
上記第１閾値Ｔ１は、用いられている種類の上記排気処理システムの全動作寿命において起こりうる最高活性限界温度よりもわずかに高いことを特徴とする請求項１記載の方法。
上記排気温度を上昇させる処置は、点火リタードによって実現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。
上記内燃機関がアイドリング中であれば、上記排気温度を上昇させる処置はアイドル回転数を増加させることで実現されることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の方法。
上記排気温度を上昇させる処置はリーンバーン運転に代えて理論空燃比またはリッチ空燃比での運転モードへの切り換えによって実現されることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の方法。
上記排気温度を上昇させる処置はリーンバーン運転に代えて空燃比をリーン度合の小さい方向に調整することで実現されることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の方法。
上記計測された排気温度の上昇が所定の増加率を超えたときに、上記排気温度を上昇させる処置が中止されることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の方法。