JP4456927B2 - Catalyst heating method and control device for controlling the catalyst heating method - Google Patents

Catalyst heating method and control device for controlling the catalyst heating method Download PDF

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Description

本発明は、少なくとも1つの燃焼室の空気充填部への燃料の直接的な噴射および火花点火によって作業する内燃機関の排ガス内の、少なくとも1つの燃焼室内にリーンな燃焼室充填物とリッチな燃焼室充填物とを交互に発生させることによって、前触媒の後方に配置された吸蔵触媒を加熱するための方法に関する。   The present invention relates to lean combustion chamber filling and rich combustion in at least one combustion chamber in the exhaust gas of an internal combustion engine working by direct injection of fuel into the air filling of at least one combustion chamber and spark ignition. The present invention relates to a method for heating an occlusion catalyst arranged behind a pre-catalyst by alternately generating a chamber filling.

さらに、本発明は、少なくとも1つの燃焼室の空気充填部への燃料の直接的な噴射および火花点火によって作業する内燃機関の排ガス内の、少なくとも1つの燃焼室内にリーンな燃焼室充填物とリッチな燃焼室充填物とを交互に発生させることによって、前触媒の後方に配置された吸蔵触媒の加熱を制御するための制御装置に関する。   In addition, the present invention provides a combustion chamber fill and rich in lean exhaust gas in an internal combustion engine that operates by direct injection of fuel into the air filling of at least one combustion chamber and spark ignition. The present invention relates to a control device for controlling the heating of an occlusion catalyst disposed behind a front catalyst by alternately generating various combustion chamber fillings.

このような方法および制御装置は、国際公開第98/46868号パンフレットに基づき公知である。   Such a method and control device are known on the basis of WO 98/46868.

使用される触媒は一般的に、制限された温度間隔でしか働かない。この温度間隔は、前触媒と、後置された吸蔵触媒とで異なっている。三元前触媒が有害物質成分を広幅の温度範囲で還元しかつ酸化することができるのに対して、吸蔵触媒の運転温度の範囲は一般的により強く制限されている。排ガス装置は、一般的に構造上、両触媒が内燃機関の広幅の運転範囲において、許容可能な適宜な温度範囲で働くように設計される。触媒の1つが、許容された温度間隔を逸脱する恐れがある場合には、加熱手段が導入される。この場合、この加熱手段は1つの触媒のためにしか必要となり得ない。したがって、特にNOx吸蔵触媒が周期的に脱硫(硫黄脱離)されなければならない。このためには、NOx吸蔵触媒が内燃機関の運転中に650℃にまで加熱されなければならない。この場合、前置された前触媒の過熱が回避されることが望ましい。   The catalysts used generally work only in limited temperature intervals. This temperature interval differs between the pre-catalyst and the post-storage catalyst. Whereas ternary catalysts can reduce and oxidize toxic components over a wide temperature range, the operating temperature range of storage catalysts is generally more strongly limited. In general, the exhaust gas apparatus is designed so that both catalysts work in an allowable temperature range that is acceptable in the wide operating range of the internal combustion engine. If one of the catalysts is likely to deviate from the allowed temperature interval, a heating means is introduced. In this case, this heating means may only be necessary for one catalyst. Therefore, in particular, the NOx storage catalyst must be periodically desulfurized (sulfur desorption). For this purpose, the NOx storage catalyst must be heated to 650 ° C. during operation of the internal combustion engine. In this case, it is desirable to avoid overheating of the front catalyst.

内燃機関の排ガス内の、前触媒の後方に配置された吸蔵触媒の加熱のために、2種類の手段が自体公知である。   Two means are known per se for heating the storage catalyst located behind the front catalyst in the exhaust gas of an internal combustion engine.

第1の手段によれば、高温のエンジン排ガスが排気弁に発生させられる。この場合、高温のエンジン排ガスがまず前触媒を加熱するという欠点がある。これによって、前触媒が過熱され得る。   According to the first means, high-temperature engine exhaust gas is generated in the exhaust valve. In this case, there is a drawback that the high temperature engine exhaust gas first heats the front catalyst. This allows the precatalyst to be overheated.

化学的な触媒加熱としても知られている第2の手段によれば、1つの触媒に酸素だけでなく、燃焼されない炭化水素も供給される。この供給の択一的な3つの可能性が知られている。   According to a second means, also known as chemical catalyst heating, not only oxygen but also unburned hydrocarbons are fed to one catalyst. Three alternative possibilities for this supply are known.

第1の可能性はY字形排ガス装置を前提としている。Y字形排ガス装置とは、種々異なるシリンダまたはシリンダのグループの排ガスが、シリンダヘッドを去った後、それぞれ別のシリンダまたはシリンダのグループの排ガスと十分に混合する前にまず、分離された排ガス管路に案内される排ガス装置を意味している。種々異なるシリンダまたはシリンダのグループは種々異なる燃料/空気比(空燃比)で運転されるので、一方の排ガス管路は、リッチな燃焼室充填物から成る排ガスを案内するのに対して、他方の排ガス管路は、リーンな燃焼室充填物から成る排ガスを案内する。吸蔵触媒が、分離された排ガス管路の後方で排ガス装置の、十分な混合が行われる共通の部分に位置している場合には、吸蔵触媒をリッチなかつリーンな排ガスの発熱反応によって加熱することができる。三元前触媒は、このような配置時には、通常、分離された排ガス管路に配置されているので、三元前触媒は、リッチなまたはリーンな排ガスによってしか通流されない。したがって、発熱反応は吸蔵触媒でしか行われず、三元前触媒では行われない。この構成は、部分的に分離された排ガス管路が前提となっているので、手間がかかると同時に高価である。   The first possibility is based on a Y-shaped exhaust gas device. A Y-shaped exhaust gas device means that the exhaust gas from different cylinders or groups of cylinders is separated first after leaving the cylinder head and before it is thoroughly mixed with the exhaust gas of another cylinder or group of cylinders. Means an exhaust gas apparatus guided to Since different cylinders or groups of cylinders are operated with different fuel / air ratios (air / fuel ratios), one exhaust line guides exhaust gas consisting of rich combustion chamber fills while the other The exhaust gas line guides the exhaust gas consisting of a lean combustion chamber fill. If the storage catalyst is located behind the separated exhaust gas line in the common part of the exhaust system where sufficient mixing takes place, the storage catalyst is heated by a rich and lean exothermic reaction of the exhaust gas. Can do. Since the three-way pre-catalyst is usually arranged in a separated exhaust gas line in such an arrangement, the three-way pre-catalyst is passed only by rich or lean exhaust gas. Therefore, the exothermic reaction is performed only with the occlusion catalyst and not with the three-way catalyst. This configuration is predicated on a partially separated exhaust gas pipe, which is troublesome and expensive.

第2の構成の枠内では、内燃機関が全体的にリッチな燃焼室充填物で運転される。この事例では、未燃焼の炭化水素を含有する排ガスに吸蔵触媒の前方で空気酸素が供給される。したがって、発熱反応が、同じく三元前触媒の後方に配置された吸蔵触媒に制限される。この択一的な構成は、確かに全てのシリンダまたは燃焼室の排ガスの共通の管路を備えた排ガス装置でも使用することができるが、しかし、空気酸素を吸蔵触媒に供給するための付加的な装置を必要とする。   Within the framework of the second configuration, the internal combustion engine is operated with a generally rich combustion chamber filling. In this case, air oxygen is supplied to the exhaust gas containing unburned hydrocarbons in front of the storage catalyst. Accordingly, the exothermic reaction is limited to the storage catalyst that is also arranged behind the three-way catalyst. This alternative configuration can certainly also be used in exhaust systems with a common line of exhaust gas from all cylinders or combustion chambers, but with the added advantage of supplying air oxygen to the storage catalyst. Equipment is required.

第3の構成の枠内では、内燃機関が交互にリッチな排ガスとリーンな排ガスとを発生させる。吸蔵触媒は、内燃機関のより近くに設けられた三元前触媒に比べて、たいてい、より高い酸素吸蔵能を有しているので、内燃機関の交互のリッチなかつリーンな運転によって提供される化学的なエネルギのより大きな部分を吸蔵触媒に供給することができる。これによって、吸蔵触媒の脱硫のために必要となる加熱による前触媒の熱負荷は確かに回避されないが、しかし、制限される。   Within the framework of the third configuration, the internal combustion engine generates rich exhaust gas and lean exhaust gas alternately. The storage catalyst usually has a higher oxygen storage capacity than the three-way pre-catalyst provided closer to the internal combustion engine, so the chemical provided by the alternating rich and lean operation of the internal combustion engine. A larger part of the energy can be supplied to the storage catalyst. This certainly does not avoid, but is limited to, the pre-catalyst heat load due to the heating required for the desulfurization of the storage catalyst.

冒頭で述べた国際公開第98/46868号パンフレットに記載された方法は、この第3の構成により作業する。当該刊行物は、リーンバーンモードで運転することができる内燃機関に関する。内燃機関の運転に関連して、リーンバーンモードは種々異なる形式で実現することができる。したがって、内燃機関を燃焼室内でのリーンな空気/燃料混合物(混合気)の均質な分配で運転することができる。   The method described in WO 98/46868 mentioned at the beginning works with this third configuration. The publication relates to an internal combustion engine that can be operated in lean burn mode. In connection with the operation of the internal combustion engine, the lean burn mode can be realized in different ways. Thus, the internal combustion engine can be operated with a homogeneous distribution of a lean air / fuel mixture (mixture) in the combustion chamber.

これに対して択一的には、このために特殊に設計された内燃機関が、燃料/空気混合物の層状の分配で運転されてもよい。特に火花点火式のかつガソリン直接噴射式の内燃機関は適切な制御時に、いわゆる「成層燃焼運転」だけでなく、いわゆる「均質燃焼運転」でも運転することができる。   Alternatively, an internal combustion engine specially designed for this purpose may be operated with a stratified distribution of fuel / air mixture. In particular, a spark ignition type and gasoline direct injection type internal combustion engine can be operated not only in so-called “stratified combustion operation” but also in so-called “homogeneous combustion operation” during appropriate control.

成層燃焼運転では、エンジンが、可能な限り低い燃料消費率を達成するために、層状化されたシリンダ給気と高い空気過剰率とで運転される。層状化された給気は遅めの燃料噴射によって達成される。この燃料噴射によって、理想事例では、燃焼室が2つのゾーンに分割される:第1のゾーンは、可燃性の空気・燃料・混合物クラウドを点火プラグの近くに有している。この空気・燃料・混合物クラウドは第2のゾーンによって取り囲まれる。この第2のゾーンは、空気および残ガスから成る隔離層から成っている。消費最適化のための可能性は、エンジンを負荷変換損失の回避下でほぼ絞らずに運転する可能性から得られる。成層燃焼運転は比較的低い負荷の場合に優遇される。 In stratified combustion operation, the engine is operated with stratified cylinder charge and high excess air to achieve the lowest possible fuel consumption rate. Stratified charge is achieved by slow fuel injection. This fuel injection, in the ideal case, divides the combustion chamber into two zones: the first zone has a flammable air / fuel / mixture cloud near the spark plug. This air / fuel / mixture cloud is surrounded by a second zone. This second zone consists of an isolation layer consisting of air and residual gas. The potential for optimization of consumption comes from the possibility of operating the engine almost without squeezing while avoiding load conversion losses. Stratified combustion operation is favored at relatively low loads.

出力最適化が中心となる場合のより高い負荷時には、エンジンが均質のシリンダ充填で運転される。この均質のシリンダ充填は、吸入行程の間の早めの燃料噴射から得られる。結果として、燃焼に至るまで、より大きな時間が混合物形成のために提供される。出力最適化のためのこの運転モードの可能性は、たとえば可燃性の混合物で充填するために全燃焼室容積を使用することから得られる。   At higher loads, where power optimization is central, the engine is operated with homogeneous cylinder filling. This homogeneous cylinder filling is obtained from an early fuel injection during the intake stroke. As a result, more time is provided for mixture formation until combustion. The possibility of this mode of operation for power optimization comes from using the entire combustion chamber volume, for example, to fill with a combustible mixture.

さらに、ガソリン直接噴射エンジンでは、空気過剰状態、すなわち、有利には成層燃焼運転での運転時に適切に燃料をシリンダ内に膨張行程でのエンジン燃焼後に噴射する可能性がある。ここでは、ポスト噴射された燃料がエンジン燃焼の空気過剰部分と触媒内で反応する。発熱反応時に自由になる熱が触媒を加熱する。このことは、ドイツ連邦共和国特許出願公開第10043366号明細書に基づき、前置された三元前触媒なしのNOx吸蔵触媒の加熱に対して公知である。当該刊行物によれば、高い熱流を発生させるために、ポスト噴射を伴う成層燃焼運転への切換が行われる。この場合、必要となる熱流が、要求された温度で達成されるまで、空気流が絞られることが望ましい。この絞りは、予め規定された角度だけのまたは予め規定された開き角へのスロットルバルブの制御された閉鎖によって行われる。当該刊行物によれば、混合物組成が最大の熱放出のためにラムダ=1に近いことが望ましい。当該刊行物によれば、変化するトルク要求を伴った動的な走行運転によるラムダ値<1(リッチな混合気)への一時的な混合物濃度増加が回避されることが望ましい。なぜならば、この混合物濃度増加が排ガスエミッションを、望ましくない形式で悪化させる恐れがあるからである。   Further, in a gasoline direct injection engine, fuel may be properly injected into the cylinder after combustion of the engine in the expansion stroke when operating in an excess air condition, i.e., preferably in stratified combustion operation. Here, the post-injected fuel reacts with the excess air portion of the engine combustion in the catalyst. The heat released during the exothermic reaction heats the catalyst. This is known for heating a NOx storage catalyst without a three-way pre-catalyst, based on DE 100 03 366 A1. According to the publication, switching to stratified combustion operation with post injection is performed in order to generate a high heat flow. In this case, it is desirable that the air flow be throttled until the required heat flow is achieved at the required temperature. This throttling is effected by a controlled closing of the throttle valve to a predefined angle or to a predefined opening angle. According to the publication, it is desirable that the mixture composition is close to lambda = 1 for maximum heat release. According to the publication, it is desirable to avoid a temporary mixture concentration increase to a lambda value <1 (rich mixture) due to dynamic driving with varying torque demands. This is because this increase in mixture concentration can exacerbate exhaust emissions in an undesirable manner.

言い換えると、当該刊行物によれば、個々の触媒の加熱のために、連続的に酸素だけでなく、燃焼されない炭化水素も含有した排ガスが提供されるようになっている。   In other words, according to the publication, for the heating of the individual catalysts, an exhaust gas containing continuously not only oxygen but also unburned hydrocarbons is provided.

こうして、三元前触媒と、後置された吸蔵触媒との直列接続時には、吸蔵触媒だけでなく前触媒も連続的に化学的に加熱されることを回避することができない。したがって、この手段は、前触媒と、脱硫のために650℃を上回る温度に加熱されなければならない後置された吸蔵触媒との加熱の十分な分離を生ぜしめない。   Thus, when the three-way pre-catalyst and the post-storage catalyst are connected in series, it is impossible to avoid that not only the storage catalyst but also the front catalyst is continuously chemically heated. Thus, this measure does not result in a sufficient separation of heating between the pre-catalyst and the post-storage catalyst that must be heated to a temperature above 650 ° C. for desulfurization.

燃料と空気とから成る層状の燃焼室充填物で少なくとも一時的に運転される内燃機関では、成層燃焼運転の間に噴射される燃料量が、燃焼に基づき生ぜしめられるトルクを規定する。したがって、国際公開第98/46868号パンフレットに提案されるような、加熱目的のために行われる空燃比の変調はトルクに望ましくない影響を与える。当該刊行物によれば、このトルクの、生ぜしめられる変動は点火干渉および/または充填干渉によって補償される。変調の振幅が、たとえば僅かなトルク要求時に、許容できないほど強いトルク変動をまだ生ぜしめない値に制限される場合には、三元触媒と、後置された吸蔵触媒との酸素吸蔵能の不利な比で、吸蔵触媒へのエネルギ供給が常に不十分となる。   In an internal combustion engine that is at least temporarily operated with a stratified combustion chamber fill of fuel and air, the amount of fuel injected during the stratified combustion operation defines the torque produced by the combustion. Therefore, the modulation of the air / fuel ratio performed for heating purposes, as proposed in WO 98/46868, has an undesirable effect on torque. According to the publication, this resulting variation in torque is compensated by ignition interference and / or filling interference. If the amplitude of the modulation is limited to a value that still does not produce unacceptably strong torque fluctuations, for example, when there is a slight torque demand, the disadvantage of the oxygen storage capacity of the three-way catalyst and the downstream storage catalyst At a low ratio, the energy supply to the storage catalyst is always insufficient.

望ましくないトルク上昇は、付加的な燃料の、吸蔵触媒を加熱したい部分によって生ぜしめられるので、付加的に噴射される燃料は全て、発熱的に経過する化学反応によって吸蔵触媒内で行われる直接的な加熱のために提供されない。言い換えると、触媒で放出される熱は、付加的に噴射される燃料の百パーセントの変換によって吸蔵触媒内で自由になる熱よりも小さい。したがって、変調の効率が最適ではない。   Undesirable torque increases are caused by the portion of the additional fuel that wants to heat the storage catalyst, so that any additional fuel that is injected is directly directed within the storage catalyst by an exothermic chemical reaction. Not provided for proper heating. In other words, the heat released in the catalyst is less than the heat freed in the storage catalyst by a conversion of one hundred percent of the additionally injected fuel. Therefore, the modulation efficiency is not optimal.

内燃機関の成層燃焼運転では、望ましくないトルク上昇が強くなり得るので、空気を備えた燃焼室充填物の、補償する低減が行われなければならない。このことは、複数の理由に基づき望まれていない。したがって、絞り干渉が、吸気管容積のため最初に遅らされて作用する。さらに、絞り干渉の作用は、内燃機関の複数回の吸気行程に分配されるので、絞り干渉時のリッチな燃焼室充填とリーンな燃焼室充填との間の急激な移行によるリーンな燃焼室充填とリッチな燃焼室充填との充填個別の発生が困難にされている。
国際公開第98/46868号パンフレット ドイツ連邦共和国特許出願公開第10043366号明細書
In stratified combustion operation of an internal combustion engine, an undesired increase in torque can be strong, so a compensation reduction of the combustion chamber fill with air must be made. This is undesirable for a number of reasons. Therefore, the throttle interference acts initially delayed due to the intake pipe volume. Furthermore, since the effect of throttle interference is distributed over multiple intake strokes of the internal combustion engine, lean combustion chamber filling due to abrupt transition between rich combustion chamber filling and lean combustion chamber filling during throttle interference It is difficult to generate individual fillings with rich combustion chamber filling.
WO 98/46868 pamphlet German Patent Application Publication No. 10043366

この背景を前にして、本発明の課題は、三元触媒の後方に配置された吸蔵触媒を加熱するための方法を改良して、当該方法が、加熱手段の、改善された効率での吸蔵触媒への高められた熱供給を有していて、火花点火式の内燃機関の成層燃焼運転でも、内燃機関のトルク発生に与えられる影響を減少させて実施可能であり、リッチな燃焼室充填とリーンな燃焼室充填との間の急激な移行を可能にすることである。   In view of this background, the object of the present invention is to improve a method for heating an occlusion catalyst arranged behind a three-way catalyst, and the method comprises occlusion with improved efficiency of the heating means. Even with the stratified charge combustion operation of a spark ignition type internal combustion engine, which has an increased heat supply to the catalyst, it can be carried out with reduced influence on the torque generation of the internal combustion engine. To allow a rapid transition between lean combustion chamber filling.

この課題を解決するために本発明の方法では、内燃機関を第1の運転モードにおいて層状の燃焼室充填で運転し、第2の運転モードにおいて均質の燃焼室充填で運転し、リーンな燃焼室充填物を第1の運転モードでその都度第1の燃料量の噴射によって発生させ、リーンな燃焼室充填物をその都度火花点火によって点火し、選択された燃焼室充填時に第1の運転モードでリッチな燃焼室充填物を、その都度火花点火後に行う後続の燃料量の噴射によって発生させ、この場合、燃焼室充填および後続の燃料量を、総合的に酸素不足が排ガス中に生じるように互いに調和させるようにした。   In order to solve this problem, according to the method of the present invention, the internal combustion engine is operated with the stratified combustion chamber filling in the first operation mode, and is operated with the homogeneous combustion chamber filling in the second operation mode. A charge is generated each time in the first operating mode by injection of a first amount of fuel, and a lean combustion chamber charge is ignited each time by spark ignition, and when the selected combustion chamber is filled, Rich combustion chamber fills are generated each time by subsequent fuel injections after spark ignition, in which case the combustion chamber fills and subsequent fuel flows are mutually compared so that an overall oxygen deficiency occurs in the exhaust gas. I tried to harmonize.

さらに、この課題を解決するために本発明の制御装置では、当該制御装置が、前記方法を制御するようになっているようにした。   Furthermore, in order to solve this problem, in the control device of the present invention, the control device controls the method.

本発明による方法および本発明による制御装置は、三元触媒の後方に配置された吸蔵触媒の加熱を、加熱手段の、改善された効率での吸蔵触媒への高められた熱供給によって可能にする。加熱は、火花点火式の内燃機関の成層燃焼運転でも、内燃機関のトルク発生に与えられる影響を減少させて実施可能であり、リッチな燃焼室充填とリーンな燃焼室充填との間の急激な移行を可能にする。   The method according to the invention and the control device according to the invention allow the heating of the storage catalyst arranged behind the three-way catalyst by means of an increased heat supply of the heating means to the storage catalyst with improved efficiency. . Heating can be performed even in a stratified combustion operation of a spark ignition type internal combustion engine with a reduced influence on the torque generation of the internal combustion engine, and abruptly between the rich combustion chamber filling and the lean combustion chamber filling. Enable migration.

ドイツ連邦共和国特許出願公開第10043366号明細書による、空気過剰下で燃焼された燃焼室充填物への燃料のポスト噴射が化学量論的な排ガスを生ぜしめることによって、成層燃焼運転で連続的な熱流を発生させる加熱に比べて、本発明は、前触媒を過熱することなしに、吸蔵触媒を激しく加熱することができるという利点を有している。   According to German Patent Application No. 10043366, the post-injection of fuel into a combustion chamber fill burned under excess air produces a stoichiometric exhaust gas, thereby allowing continuous operation in stratified combustion operation. Compared to heating that generates a heat flow, the present invention has the advantage that the storage catalyst can be heated violently without overheating the pre-catalyst.

この利点は、本発明が、前触媒と、後置された吸蔵触媒とを備えた触媒装置の、互いに異なる酸素吸蔵能を考慮することから得られる。選択された燃焼室充填時にしか後続の燃料量を本発明により噴射しないことによって、両触媒が、まず成層燃焼運転でポスト噴射なしに形成される排ガス中の酸素過剰によって完全に酸素で充填される。後置された吸蔵触媒の酸素吸蔵能は一般的に三元触媒の酸素吸蔵能よりも著しく大きいので、吸蔵触媒がより多く酸素を吸蔵する。   This advantage results from the fact that the present invention takes into account the different oxygen storage capacities of a catalytic device comprising a pre-catalyst and a post-storage catalyst. By injecting the subsequent fuel quantity according to the present invention only at the time of filling the selected combustion chamber, both catalysts are first completely filled with oxygen by the excess oxygen in the exhaust gas formed without post-injection in stratified combustion operation. . Since the oxygen storage capacity of the downstream storage catalyst is generally significantly larger than the oxygen storage capacity of the three-way catalyst, the storage catalyst stores more oxygen.

次いで、本発明によれば、未燃焼の燃料が、排ガス中の酸素不足に関連してポスト噴射によって発生させられる。未燃焼の燃料の、より小さな第1の部分が、前触媒の酸素吸蔵容量と反応するのに対して、付加的にポスト噴射によって調量された燃料の、より大きな部分は吸蔵触媒に到達し、そこで、吸蔵された酸素と発熱反応することができる。   Then, according to the invention, unburned fuel is generated by post injection in connection with the lack of oxygen in the exhaust gas. A smaller first part of the unburned fuel reacts with the oxygen storage capacity of the pre-catalyst, whereas a larger part of the fuel additionally metered by post injection reaches the storage catalyst. There, it can react exothermically with the stored oxygen.

言い換えると、全体的に化学量論的な排ガス組成を伴った排ガス中での空気と未燃焼の燃料との連続的な発生時には、反応熱のより大きな部分が前触媒内で放出される危険があるのに対して、本発明は、自由になる反応熱の分配を、関与した触媒の異なる酸素吸蔵能に相応して可能にする。   In other words, during the continuous generation of air and unburned fuel in the exhaust gas with an overall stoichiometric exhaust gas composition, there is a risk that a larger portion of the reaction heat will be released in the pre-catalyst. In contrast, the present invention allows a free distribution of reaction heat corresponding to the different oxygen storage capacities of the catalysts involved.

後置された吸蔵触媒のより大きな酸素吸蔵能のため、より大きな熱量が吸蔵触媒内で自由になる。これにより、ドイツ連邦共和国特許出願公開第10043366号明細書に比べて、本発明によって、一列に配置された種々異なる触媒内で放出される熱量の分離が得られる。   Due to the greater oxygen storage capacity of the downstream storage catalyst, a greater amount of heat is freed in the storage catalyst. Thereby, compared to German Patent Application No. 10043366, the present invention provides a separation of the amount of heat released in different catalysts arranged in a row.

第1の燃料量を、その燃焼に基づき所望のトルクが生じるように設定すると有利である。   Advantageously, the first fuel quantity is set so that a desired torque is generated based on the combustion.

この実施態様によって、有利には、トルクに与えられる第1の燃料量と後続の燃料量との影響の十分な分離が達成される。第1の燃料量は、所望のトルクが生ぜしめられるように設定されるので、後続の燃料量は、トルク寄与を全く提供しないかまたは僅かしか提供せず、この代わりに、ほぼ完全に触媒の化学的な加熱のために使用することができるように遅めに噴射することができる。   This embodiment advantageously achieves a sufficient separation of the effects of the first and subsequent fuel quantities on the torque. Since the first fuel quantity is set so that the desired torque is produced, the subsequent fuel quantity provides little or no torque contribution, but instead almost completely of the catalyst. It can be injected late so that it can be used for chemical heating.

前触媒の激しい加熱が吸蔵触媒の加熱なしに所望される場合には、単に前触媒内に吸蔵された酸素量との反応のために、付加的に調量された燃料で十分となるように、ポスト噴射を制御することができる。これによって、ポスト噴射なしの成層燃焼運転での酸素過剰段階の制御と、ポスト噴射の制御とによって、加熱作用を所望の形式で両触媒に分配することができる。前触媒の加熱は、たとえば連続的なポスト噴射によって全体的に化学量論的な排ガス組成で実現することができるのに対して、後置された吸蔵触媒のより激しい加熱は、ポスト噴射によって変化する排ガスラムダによって理論空燃比未満の(リッチな)排ガスラムダで達成される。   If intense heating of the pre-catalyst is desired without heating of the storage catalyst, an additional metered fuel is sufficient for reaction with the amount of oxygen stored in the pre-catalyst. The post injection can be controlled. Thereby, the heating action can be distributed to both catalysts in a desired manner by controlling the oxygen excess stage in the stratified combustion operation without post injection and controlling the post injection. The heating of the pre-catalyst can be achieved with an overall stoichiometric exhaust gas composition, for example by continuous post-injection, whereas the more intense heating of the post-storage catalyst varies with post-injection. This is achieved with a (rich) exhaust lambda below the stoichiometric air-fuel ratio.

さらに、第2の運転モードでの内燃機関の運転時のリーンなかつリッチな燃焼室充填物を、その都度火花点火前に行う、互いに異なる大きさの第3の燃料量および第4の噴射量の噴射によって発生させ、この場合、リーンな燃焼室充填物を第3の燃料量の噴射によって発生させ、この場合、リッチな燃焼室充填物を第4の燃料量の噴射によって発生させると有利である。この場合、これらの噴射は、単に第1の噴射および第2の噴射と区別するために、第3の噴射および第4の噴射と呼ばれている。これによって、均質燃焼運転では、4回の噴射は行われず、互いに異なる2回の噴射が行われる。両噴射のうち、1回の燃焼あたり、その都度1回の噴射が行われる。   Further, the lean and rich combustion chamber filling during the operation of the internal combustion engine in the second operation mode is performed before the spark ignition each time, and the third fuel amount and the fourth injection amount of different sizes are performed. In this case, it is advantageous if a lean combustion chamber filling is generated by injection of a third fuel quantity, in which case a rich combustion chamber filling is generated by injection of a fourth fuel quantity. . In this case, these injections are referred to as the third injection and the fourth injection in order to distinguish them from the first injection and the second injection. Thus, in the homogeneous combustion operation, four injections are not performed, but two different injections are performed. Of both injections, one injection is performed for each combustion.

リーンバーンモードに対して国際公開第98/46868号パンフレットに基づき公知のこの手段によって、均質燃焼運転でも加熱作用を得ることができる。したがって、内燃機関の制御が成層燃焼運転から均質燃焼運転に変換する場合にも加熱を継続することができる。これは、たとえば高められたトルク要求によって生ぜしめることができる。   With this means, known from WO 98/46868 for lean burn mode, a heating action can be obtained even in homogeneous combustion operation. Therefore, heating can be continued even when the control of the internal combustion engine changes from stratified combustion operation to homogeneous combustion operation. This can be caused, for example, by an increased torque demand.

さらに、リッチな燃焼室充填物の火花点火を、リーンな燃焼室充填物の火花点火に比べて遅らせて行うと有利である。   Furthermore, it is advantageous if the spark ignition of the rich combustion chamber fill is delayed with respect to the spark ignition of the lean combustion chamber fill.

この実施態様は、均質燃焼運転での空燃比の変調がトルクに影響を与えないという利点を有している。第3の燃料量から第4の燃料量への変換制御時に見込まれ得るトルク上昇は、点火の、トルクを低下させる遅め調節によって減少させられる。   This embodiment has the advantage that the modulation of the air / fuel ratio in homogeneous combustion operation does not affect the torque. The torque increase that can be expected during the conversion control from the third fuel amount to the fourth fuel amount is reduced by the late adjustment of ignition that decreases the torque.

火花点火の遅れを、リーンな燃焼室充填物とリッチな燃焼室充填物との燃焼に基づき同じトルクが生じるように設定しても有利である。   It is also advantageous to set the spark ignition delay to produce the same torque based on the combustion of the lean and rich combustion chamber fills.

これによって、有利には、トルク伝達に与えられる混合物変化の影響の完全な補償が得られる。   This advantageously provides complete compensation for the effects of mixture changes on torque transmission.

さらに、第1の運転モードと第2の運転モードとの間で変換を行い、この場合、第1の運転モードから第2の運転モードへの移行時に、遅らせて点火する均質のリッチな燃焼室充填物を、層状のリーンな燃焼室充填物に追従させ、第2の運転モードから第1の運転モードへの移行時に、層状のリーンな燃焼室充填物を、遅らせて点火するリッチな燃焼室充填物に追従させると有利である。 Further, conversion between the first operation mode and the second operation mode is performed, and in this case, a homogeneous rich combustion chamber that is ignited with delay at the time of transition from the first operation mode to the second operation mode. A rich combustion chamber that causes the charge to follow the stratified lean combustion chamber charge and ignites the stratified lean combustion chamber charge at a time of transition from the second operation mode to the first operation mode. It is advantageous to follow the filling.

こうして、両運転モードの間の移行をトルク中立にかつ加熱作用の維持下で実現することができる。   In this way, the transition between the two operation modes can be realized in a torque neutral manner and with the heating action maintained.

さらに、第2の運転モードにおけるリーンな燃焼室充填を前制御し、これによって、最大限にリーンな燃焼室充填時に、燃焼に基づき獲得したい所望のトルクを最適な点火で達成すると有利である。   Furthermore, it is advantageous to pre-control lean combustion chamber filling in the second mode of operation, thereby achieving the desired torque to be obtained based on combustion with optimal ignition when maximally lean combustion chamber filling.

こうして、最大限にリーンな燃焼室充填ひいては最大の酸素供給を内燃機関の排気行程1回につき達成することができる。さらに、リッチな燃焼室充填への移行時の点火に対する広幅の遅め調節範囲が得られる。   In this way, a maximally lean combustion chamber filling and thus a maximum oxygen supply can be achieved per exhaust stroke of the internal combustion engine. In addition, a wide delay adjustment range for ignition during the transition to rich combustion chamber filling is obtained.

本発明は、所定の燃焼から次の燃焼への第1の運転モード(成層燃焼運転)から第2の運転モード(均質燃焼運転)への急激な切換を行い、この場合、同時にリーンな燃焼室充填からリッチな燃焼室充填に切換が行われるので、即座に極めて遅めの点火が行われ得る。点火の遅めシフトの最大値は、第2の運転モードにおける化学量論的に組成された燃焼室充填の場合よりも著しく遅めに位置している。したがって、内燃機関を同じトルクで第2の運転モードにおいて通常よりも大きな燃焼室充填によって運転することができる。   The present invention performs a rapid changeover from a first operation mode (stratified combustion operation) to a second combustion mode (homogeneous combustion operation) from a predetermined combustion to the next combustion. Since the switching from filling to rich combustion chamber filling takes place, a very late ignition can be carried out immediately. The maximum value of the ignition retard shift is located significantly later than the stoichiometric composition of the combustion chamber filling in the second mode of operation. Therefore, the internal combustion engine can be operated with larger combustion chamber filling than usual in the second operation mode with the same torque.

これに基づき、酸素不足を伴った第1の運転モードと、その都度の燃焼室充填の変化なしの第2の運転モードとの間の変換を行うことができる可能性が得られる。 Based on this, it is possible to convert between the first operating mode with oxygen shortage and the second operating mode without any change in the combustion chamber filling each time.

これによって、有利には、トルクをコンスタントに維持するための充填干渉が回避される。充填の適合は欠点となる恐れがある。なぜならば、この適合は比較的鈍く行われ、機械的な干渉、たとえばスロットルバルブ位置の調節を要求するからである。   This advantageously avoids filling interference to keep the torque constant. Filling fit can be a drawback. This is because this adaptation is relatively slow and requires mechanical interference, eg adjustment of the throttle valve position.

さらに、リッチな燃焼室充填とリーンな燃焼室充填との間の変換を、吸蔵触媒の酸素吸蔵が、酸素不足を伴った段階で完全に空にならないように制御すると有利である。 Furthermore, it is advantageous to control the conversion between rich combustion chamber filling and lean combustion chamber filling so that the oxygen storage of the storage catalyst is not completely emptied in a stage with oxygen deficiency.

こうして、排ガス悪化、たとえば吸蔵触媒の後方での未燃焼の炭化水素の発生が十分に回避される。   In this way, exhaust gas deterioration, for example, generation of unburned hydrocarbons behind the storage catalyst is sufficiently avoided.

第1の運転モードと第2の運転モードとの間で変換を行い、この場合、第1の運転モードから第2の運転モードへの移行時に、均質のリーンな燃焼室充填物を、ポスト噴射を伴った層状の燃焼室充填物に追従させ、第2の運転モードから第1の運転モードへの移行時に、ポスト噴射を伴った層状の燃焼室充填物を、均質のリーンな燃焼室充填物に追従させても有利である。 Conversion is performed between the first and second operating modes, in which case a homogeneous lean combustion chamber filling is post-injected during the transition from the first operating mode to the second operating mode. The stratified combustion chamber filling with post-injection is replaced with a homogeneous lean combustion chamber stuff at the time of transition from the second operation mode to the first operation mode. It is also advantageous to follow.

この実施態様によって、特により大きな燃焼室充填で触媒装置への熱供給を最大化することができる。   This embodiment makes it possible to maximize the heat supply to the catalytic device, in particular with a larger combustion chamber filling.

制御装置が、上述した有利な方法の少なくとも1つを制御することも有利である。   It is also advantageous for the control device to control at least one of the advantageous methods described above.

別の利点は、明細書および添付の図面から明らかである。   Other advantages are apparent from the specification and the accompanying drawings.

当然ながら、前述した、以下にさらに詳しく説明する特徴は、本発明の枠を逸脱することなしに、その都度記載した組合せだけでなく、別の組合せまたは個々にも使用可能である。   Of course, the features described above in more detail below can be used not only in the combinations described each time, but also in other combinations or individually without departing from the scope of the invention.

以下に、本発明を実施するための最良の形態を図面につき詳しく説明する。   In the following, the best mode for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1には、符号10で、排ガス装置14を備えた内燃機関12の全体図が示してある。この内燃機関12は少なくとも1つの燃焼室16を有している。この燃焼室16はピストン18によって可動に密閉される。燃焼室16の充填物の交換は、少なくとも1つの吸気弁20と少なくとも1つの排気弁22とを介して制御される。吸気弁20は吸気弁アクチュエータ24によって操作され、排気弁22は排気弁アクチュエータ25によって操作される。吸気弁アクチュエータ24だけでなく排気弁アクチュエータ25も、機械的なアクチュエータとしてのカムシャフトによって実現されていてもよいし、電気的なまたはエレクトロハイドロリック式のまたはエレクトロニューマチック式のアクチュエータによって実現されていてもよい。   In FIG. 1, an overall view of an internal combustion engine 12 having an exhaust gas device 14 is shown by reference numeral 10. The internal combustion engine 12 has at least one combustion chamber 16. The combustion chamber 16 is movably sealed by a piston 18. The exchange of the filling in the combustion chamber 16 is controlled via at least one intake valve 20 and at least one exhaust valve 22. The intake valve 20 is operated by an intake valve actuator 24, and the exhaust valve 22 is operated by an exhaust valve actuator 25. Not only the intake valve actuator 24 but also the exhaust valve actuator 25 may be realized by a camshaft as a mechanical actuator, or realized by an electric, electrohydraulic or electropneumatic actuator. May be.

吸気弁20の開放時には、ピストン18が空気を吸気管28から吸入する。吸入行程および/または後続の圧縮行程の間、燃料が噴射弁30を介して燃焼室16内に直接調量される。この燃焼室16内に生ぜしめられた可燃性の混合物が点火プラグ32によって点火(火花点火)される。   When the intake valve 20 is opened, the piston 18 sucks air from the intake pipe 28. During the intake stroke and / or the subsequent compression stroke, fuel is metered directly into the combustion chamber 16 via the injection valve 30. The combustible mixture produced in the combustion chamber 16 is ignited (spark ignition) by the spark plug 32.

排気弁22の開放時には、燃焼された残ガスが燃焼室16から排ガス装置14内に排気される。この排ガス装置14は排ガス管路34を有している。この排ガス管路34内には、内燃機関12と吸蔵触媒38との間に前触媒36が配置されている。この前触媒36と吸蔵触媒38とは担持構造体40;42を有している。この担持構造体40;42はその触媒コーティング層で区別される。前触媒36の担持構造体40は、通常、前触媒36をラムダ=1閉ループ制御時に三元触媒として働かせるコーティング層を備えている。   When the exhaust valve 22 is opened, the burned residual gas is exhausted from the combustion chamber 16 into the exhaust gas device 14. The exhaust gas device 14 has an exhaust gas pipe 34. In the exhaust gas pipe 34, a front catalyst 36 is disposed between the internal combustion engine 12 and the storage catalyst 38. The pre-catalyst 36 and the storage catalyst 38 have support structures 40 and 42. This support structure 40; 42 is distinguished by its catalyst coating layer. The support structure 40 of the pre-catalyst 36 is usually provided with a coating layer that causes the pre-catalyst 36 to act as a three-way catalyst during lambda = 1 closed loop control.

ラムダ=1閉ループ制御時には、内燃機関12が酸素過剰および酸素不足で交互に運転される。この場合、リッチおよびリーンの変換の周期は秒範囲にある。この事例では、前触媒36が酸素過剰段階で酸素および窒素酸化物を吸蔵し、この酸素および窒素酸化物を酸素不足段階で、この場合に排ガス中に含有された炭化水素および一酸化炭素と触媒反応させて、二酸化炭素、水および窒素を形成する。これに対して、内燃機関12がより長い時間リーンの混合物、すなわち酸素過剰で運転されると、この場合に増加させられて放出される窒素酸化物が、吸蔵触媒38内の担持構造体42の触媒コーティング層によって受け止められ、硝酸塩の形で吸蔵される。 During lambda = 1 closed loop control, the internal combustion engine 12 is operated alternately with excess oxygen and insufficient oxygen. In this case, the cycle of rich and lean conversion is in the second range. In this case, the pre-catalyst 36 occludes oxygen and nitrogen oxides in the oxygen excess stage, and the oxygen and nitrogen oxides in the oxygen deficient stage, in this case the hydrocarbons and carbon monoxide contained in the exhaust gas and the catalyst React to form carbon dioxide, water and nitrogen. In contrast, when the internal combustion engine 12 is operated for a longer time with a lean mixture, that is, with an excess of oxygen, the nitrogen oxides that are increased and released in this case are retained in the storage structure 42 in the storage catalyst 38. It is received by the catalyst coating layer and occluded in the form of nitrate.

この硝酸塩は、平行して吸蔵触媒38に吸蔵された酸素と同様に、リッチな混合物での内燃機関12の短時間の運転によって再び減少させられる。ラムダ=1閉ループ制御と異なり、吸蔵触媒38が運転されるリーン段階とリッチ段階とはほぼ対称的でない。吸蔵触媒38は、分のオーダ内にある期間の間、酸素と窒素酸化物とを吸蔵し、この酸素と窒素酸化物とを、秒のオーダ内にある期間に、変換された形で再び放出する。これによって、リーン運転で増加させられて放出される、より多くの量の窒素酸化物が環境に放出されることなしに、エンジンを総合的にリーンで運転することができる。   This nitrate is reduced again by short-time operation of the internal combustion engine 12 with a rich mixture, as is the oxygen stored in the storage catalyst 38 in parallel. Unlike the lambda = 1 closed loop control, the lean stage and the rich stage in which the storage catalyst 38 is operated are not substantially symmetrical. The occlusion catalyst 38 occludes oxygen and nitrogen oxides for a period in the order of minutes, and releases this oxygen and nitrogen oxides again in a converted form in a period in the order of seconds. To do. This allows the engine to run comprehensively lean without a greater amount of nitrogen oxides being increased and released in lean operation being released to the environment.

内燃機関12の制御は制御装置42によって行われる。この制御装置42は少なくともエアマスメータ44の信号と、発信器ホイール47と協働する回転数センサ46の信号と、運転者意思発信器48の信号とを処理する。さらに、制御装置42には、第1の排ガスセンサ50の信号と、第2の排ガスセンサ51の信号と、内燃機関12または排ガス装置14の領域における圧力および/または温度に関する別のセンサ(図示せず)の信号とを供給することができる。これらの入力信号および場合によって別の入力信号から制御装置42は、内燃機関12を運転者意思および/または予めプログラミングされた要求に相応して運転することができる制御信号を成形する。   Control of the internal combustion engine 12 is performed by the control device 42. This control device 42 processes at least the signal of the air mass meter 44, the signal of the rotational speed sensor 46 cooperating with the transmitter wheel 47, and the signal of the driver intention transmitter 48. Further, the control device 42 includes another sensor (not shown) relating to the signal of the first exhaust gas sensor 50, the signal of the second exhaust gas sensor 51, and the pressure and / or temperature in the region of the internal combustion engine 12 or the exhaust gas device 14. Signal). From these input signals and possibly another input signal, the controller 42 forms a control signal that can operate the internal combustion engine 12 in response to the driver's intention and / or pre-programmed requirements.

したがって、たとえば内燃機関の均質燃焼運転における燃焼室16の充填を、スロットルバルブアクチュエータ53によって操作されるスロットルバルブ52の位置を介して調整することができる。均質燃焼運転では、内燃機関12によって形成されるトルクが、主として、燃焼室充填物の質量と、選択された点火時点とによって規定される。これに対して、成層燃焼運転では、内燃機関12はほぼ絞られずに、開放されたスロットルバルブ52と、空気による燃焼室16の最大の燃焼室充填とを伴って作業する。この事例では、内燃機関12によって形成されるトルクが、噴射される燃料量と点火時点とによって顕著に規定される。図1には、質的に内燃機関12の成層燃焼運転が示してある。この成層燃焼運転では、噴射弁30を介した燃料量の噴射によって、可燃性の混合物を備えたゾーン54が形成される。このゾーン54は燃焼室16の内部で空気によって取り囲まれていて、点火プラグ32によって点火される。   Therefore, for example, the filling of the combustion chamber 16 in the homogeneous combustion operation of the internal combustion engine can be adjusted via the position of the throttle valve 52 operated by the throttle valve actuator 53. In homogeneous combustion operation, the torque produced by the internal combustion engine 12 is primarily defined by the mass of the combustion chamber fill and the selected ignition timing. On the other hand, in the stratified combustion operation, the internal combustion engine 12 is not substantially throttled but operates with the opened throttle valve 52 and the maximum combustion chamber filling of the combustion chamber 16 with air. In this case, the torque generated by the internal combustion engine 12 is markedly defined by the amount of fuel injected and the ignition timing. FIG. 1 qualitatively shows the stratified combustion operation of the internal combustion engine 12. In this stratified combustion operation, a zone 54 having a combustible mixture is formed by injection of a fuel amount through the injection valve 30. This zone 54 is surrounded by air inside the combustion chamber 16 and is ignited by the spark plug 32.

吸蔵触媒38を加熱するために制御装置42によって制御されるような噴射および点火の位置は図2〜図7に種々異なる運転モードで示してある。この場合、それぞれハッチングした桁の高さは、噴射される燃料量Qを表している。噴射および点火の位置はそれぞれクランクシャフト角度αに関連して示してある。符号56で示した線は、それぞれ吸気弁20が開放する角度を表している。符号58で示した線は、それぞれ負荷変換に対する上死点を特徴付けている。相応して、符号60で示した線は、それぞれ吸気弁20が閉鎖する時点を特徴付けており、符号62で示した線は、それぞれピストン18の上死点を示している。この上死点の近くで点火が行われる(点火上死点)。 The injection and ignition positions as controlled by the control device 42 to heat the storage catalyst 38 are shown in different operating modes in FIGS. In this case, the height of each hatched digit represents the fuel amount Q to be injected. The injection and ignition positions are each shown relative to the crankshaft angle α. Each line indicated by reference numeral 56 represents an angle at which the intake valve 20 opens. Each line indicated by reference numeral 58 characterizes the top dead center for load conversion . Correspondingly, the lines indicated by reference numeral 60 each characterize the point in time when the intake valve 20 is closed, and the lines indicated by reference numeral 62 indicate the top dead center of the piston 18, respectively. Ignition is performed near this top dead center (ignition top dead center).

図2によれば、内燃機関12の成層燃焼運転では、比較的小さな第1の噴射量64の噴射が、吸気弁20の閉鎖後に圧縮行程で行われる。この圧縮行程での噴射は、可燃性の混合物を備えたゾーン54の形成を助成する。次いで、上死点前に位置する通常の点火63が行われる。この点火63の位置は、通常、燃焼室充填物の燃焼が最大のトルクを形成するように規定されている。第1の噴射64は、燃焼室16の充填が全体的にリーンであるように設定されている。   According to FIG. 2, in the stratified combustion operation of the internal combustion engine 12, the injection of the relatively small first injection amount 64 is performed in the compression stroke after the intake valve 20 is closed. This injection during the compression stroke assists in the formation of zone 54 with a combustible mixture. Next, the normal ignition 63 located before the top dead center is performed. The position of the ignition 63 is normally defined so that the combustion of the combustion chamber filling forms the maximum torque. The first injection 64 is set so that the filling of the combustion chamber 16 is lean as a whole.

吸蔵触媒38を成層燃焼運転で脱硫(硫黄脱離)のために加熱したい場合には、第1の噴射64に対して付加的に後続の噴射66が行われる。この場合、この噴射の位置はクランクシャフト角度αに対して相対的に予め規定されている。この場合、噴射は燃焼の終了頃に初めて行われ、これによって、燃焼室16内の部分はもはや燃焼されないかまたは僅かな部分しか燃焼されないようになっている。さらに、後続の噴射66の量は、燃焼室16の充填の合計において酸素不足が生ぜしめられるように設定されている。このことは、図3に示してある。   When it is desired to heat the storage catalyst 38 for desulfurization (sulfur desorption) in the stratified combustion operation, a subsequent injection 66 is additionally performed on the first injection 64. In this case, the position of this injection is prescribed in advance relative to the crankshaft angle α. In this case, the injection is performed for the first time around the end of the combustion, so that the part in the combustion chamber 16 is no longer combusted or only a small part is combusted. Further, the amount of the subsequent injection 66 is set so that oxygen shortage occurs in the total filling of the combustion chamber 16. This is illustrated in FIG.

吸蔵触媒38を成層燃焼運転で加熱するためには、制御装置42が噴射および点火を図2および図3のパターンに相応して交互に制御する。この場合、図2のパターンは、触媒36,38の酸素吸蔵が完全に満たされている限り維持される。次いで、噴射および点火が図3のパターンに相応して行われる。このパターンは、吸蔵触媒38の酸素吸蔵がほぼ完全に空にされている限り維持される。   In order to heat the storage catalyst 38 in the stratified combustion operation, the control device 42 alternately controls injection and ignition in accordance with the patterns of FIGS. In this case, the pattern of FIG. 2 is maintained as long as the oxygen storage of the catalysts 36 and 38 is completely satisfied. Injection and ignition are then performed according to the pattern of FIG. This pattern is maintained as long as the oxygen storage of the storage catalyst 38 is almost completely emptied.

このことは、開ループ制御式にも閉ループ制御式にも行うことができる。開ループ制御される実施に対して、図3に示したパターンは、予め規定された回数の後続の噴射66の限り維持される。この回数は、吸蔵触媒の酸素吸蔵能に対する期待値で設定される。この期待値は一定に設定されていてもよいし、内燃機関12と排ガス装置14との運転量から制御装置14で形成されてもよい。閉ループ制御される実施時には、図3に示したパターンは、吸蔵触媒38の後方に配置された酸素センサ51の信号が排ガス中の酸素不足を表示する限り維持される。当然ながら、このような排ガスセンサ51の信号が、吸蔵触媒38の酸素吸蔵能に対する、モデルで形成された期待値を補正するために使用されてもよい。このことは、吸蔵触媒38の各加熱時に炭化水素とCOとによる吸蔵触媒38の通過が待たれる必要がなく、これによって、総合的に複数回の加熱過程にわたって、不要なHCエミッションおよびCOエミッションが低減されるという利点を有している。   This can be done both in open loop control and in closed loop control. For an open loop controlled implementation, the pattern shown in FIG. 3 is maintained for a pre-defined number of subsequent injections 66. This number of times is set as an expected value for the oxygen storage capacity of the storage catalyst. This expected value may be set to be constant, or may be formed by the control device 14 based on the operation amounts of the internal combustion engine 12 and the exhaust gas device 14. When the closed loop control is performed, the pattern shown in FIG. 3 is maintained as long as the signal of the oxygen sensor 51 disposed behind the storage catalyst 38 indicates that oxygen is insufficient in the exhaust gas. Of course, such a signal of the exhaust gas sensor 51 may be used to correct the expected value formed by the model for the oxygen storage capacity of the storage catalyst 38. This means that it is not necessary to wait for the passage of the storage catalyst 38 due to hydrocarbons and CO during each heating of the storage catalyst 38, thereby eliminating unnecessary HC emissions and CO emissions over a plurality of heating processes. It has the advantage of being reduced.

すでに詳しく上述したように、この手段、すなわち、図2および図3のパターンに相応の噴射および点火の制御時には、前触媒36が図2のパターンと図3のパターンとの間の変換時にその都度完全に酸素で満たされ、かつ前触媒36の酸素が空にされる。吸蔵触媒38の吸蔵能のより大きな酸素吸蔵能のため、排ガスシステム14内に供給された酸素および燃料のより大きな部分が吸蔵触媒38で発熱反応する。 As already described in detail above, during this means, i.e., control of injection and ignition corresponding to the patterns of FIGS. 2 and 3, each time the pre-catalyst 36 is converted between the patterns of FIGS. It is completely filled with oxygen and the oxygen in the precatalyst 36 is emptied. Due to the larger oxygen storage capacity of the storage catalyst 38, a larger portion of oxygen and fuel supplied into the exhaust gas system 14 undergoes an exothermic reaction in the storage catalyst 38.

図4および図5には、吸蔵触媒38の加熱を内燃機関12の均質燃焼運転でも維持することができる噴射・点火パターンが示してある。1回成層燃焼運転で開始された加熱過程を、高められたトルク要求によって生ぜしめられ得るような均質燃焼運転への切換時にも維持することができることによって、1回開始された加熱過程を運転モードの変換時にも完全に終了させることができる。 FIGS. 4 and 5 show injection / ignition patterns that can maintain the heating of the storage catalyst 38 even in the homogeneous combustion operation of the internal combustion engine 12. The heating process started in the single stratified combustion operation can be maintained even when switching to the homogeneous combustion operation, which can be caused by an increased torque demand, so that the heating process started once is operated in the operating mode. It can also be completely terminated when converting .

図4のパターンによれば、比較的小さな燃料量68が吸気弁の閉鎖前に燃焼室16内に噴射される。したがって、噴射された燃料量は点火63まで比較的長く燃焼室16内にとどまり、したがって、ほぼ均質に燃焼室16内に分配され得る。この場合、噴射される燃料量は、燃焼室16内にリーンな混合物組成ひいては酸素過剰が生ぜしめられるように設定されている。点火63は、最適なトルクを形成する時点で行われる。   According to the pattern of FIG. 4, a relatively small amount of fuel 68 is injected into the combustion chamber 16 before the intake valve is closed. Thus, the injected fuel amount stays in the combustion chamber 16 for a relatively long time until the ignition 63 and can therefore be distributed almost uniformly in the combustion chamber 16. In this case, the amount of fuel injected is set so that a lean mixture composition and thus oxygen excess is generated in the combustion chamber 16. The ignition 63 is performed when an optimum torque is formed.

図4に示したパターンは、前触媒36だけでなく吸蔵触媒38も完全に酸素で満たされている限り再び維持される。次いで、急激に、すなわち、所定の燃焼室充填から後続の燃焼室充填に、図5に示した噴射・点火パターンへの切換が行われる。   The pattern shown in FIG. 4 is maintained again as long as not only the pre-catalyst 36 but also the storage catalyst 38 is completely filled with oxygen. Next, the injection / ignition pattern shown in FIG. 5 is switched suddenly, that is, from predetermined combustion chamber filling to subsequent combustion chamber filling.

図5によれば、より大きな燃料量70が同じく吸気弁20の開放時に噴射される。この場合、燃料量70は、燃焼室充填に関して酸素不足が生ぜしめられるように設定されている。このリッチな燃焼室充填物が、最適なトルクを供給する時点で点火されると、望ましくないトルクジャンプが生ぜしめられる恐れがある。このことを阻止するために、図5のパターンでは、遅らされた点火65が行われる。この点火65の位置は、トルク損失が点火の遅角シフトに基づき補償され、トルク利点が、よりリッチな燃焼室充填物の燃焼に基づき補償されるように予め規定されている。   According to FIG. 5, a larger fuel amount 70 is also injected when the intake valve 20 is opened. In this case, the fuel amount 70 is set so as to cause an oxygen shortage with respect to the combustion chamber filling. If this rich combustion chamber fill is ignited at the point of delivery of optimum torque, an undesirable torque jump can occur. In order to prevent this, a delayed ignition 65 is performed in the pattern of FIG. The position of this ignition 65 is predefined so that torque loss is compensated based on ignition retard shift, and torque benefits are compensated based on richer combustion chamber fill combustion.

図6および図7には、1回の加熱過程の間の成層燃焼運転モードと均質燃焼運転モードとの間の切換を許容するパターンが示してある。図6のパターンは図2のパターンに相当していて、これによって、燃焼室16内の酸素過剰を伴った成層燃焼運転に相当している。図6のパターンで噴射される燃料量64は、図4のパターンに示した均質燃焼運転で噴射される燃料量68にほぼ相当している。さらに、点火63は、図6のパターンでは、図4のパターンに類似して、各燃料量64,68の燃焼から同じトルク寄与が生ぜしめられるように行われる。   FIGS. 6 and 7 show patterns that allow switching between the stratified combustion operation mode and the homogeneous combustion operation mode during one heating process. The pattern of FIG. 6 corresponds to the pattern of FIG. 2, and thus corresponds to the stratified combustion operation with oxygen excess in the combustion chamber 16. The amount of fuel 64 injected in the pattern of FIG. 6 substantially corresponds to the amount of fuel 68 injected in the homogeneous combustion operation shown in the pattern of FIG. Further, the ignition 63 is performed in the pattern of FIG. 6 so that the same torque contribution is generated from the combustion of the fuel amounts 64 and 68, similar to the pattern of FIG.

この理由から、図6のパターンによる燃料のトルク寄与は、図4のパターンによるトルク寄与だけでなく、図5のパターンによるトルク寄与にも相当している。図5のパターンは図7のパターンと同一であり、したがって、トルクジャンプなしに、図6による噴射・点火パターンを備えた成層燃焼運転と、遅らされた点火65を伴った図7による噴射パターンを備えた均質燃焼運転との間の切換を行うことができる。   For this reason, the torque contribution of the fuel according to the pattern of FIG. 6 corresponds not only to the torque contribution according to the pattern of FIG. 4 but also to the torque contribution according to the pattern of FIG. The pattern of FIG. 5 is identical to the pattern of FIG. 7, and therefore, the stratified combustion operation with the injection and ignition pattern according to FIG. 6 and the injection pattern according to FIG. It is possible to switch between homogeneous combustion operation with

前触媒と、この前触媒の後方に配置された吸蔵触媒とを備えた排ガス装置を有する直接噴射式の内燃機関の概略図である。1 is a schematic view of a direct injection internal combustion engine having an exhaust gas device including a pre-catalyst and a storage catalyst disposed behind the pre-catalyst. FIG. 内燃機関の成層燃焼運転における第1の噴射および点火の位置を質的に示す図である。It is a figure which shows qualitatively the position of the 1st injection and ignition in the stratified combustion operation of an internal-combustion engine. 図2に示したパターンと交互に制御されるような、内燃機関の成層燃焼運転における第1の噴射、点火および後続の噴射の位置を質的に示す図である。FIG. 3 is a diagram qualitatively showing the positions of first injection, ignition and subsequent injection in the stratified combustion operation of the internal combustion engine as controlled alternately with the pattern shown in FIG. 2. 内燃機関の均質燃焼運転における第3の噴射および点火の位置を質的に示す図である。It is a figure which shows qualitatively the position of the 3rd injection and ignition in the homogeneous combustion operation of an internal-combustion engine. 図4に示したパターンと交互に制御されるような、内燃機関の均質燃焼運転における第4の噴射および点火の位置を質的に示す図である。FIG. 5 is a diagram qualitatively showing the positions of fourth injection and ignition in the homogeneous combustion operation of the internal combustion engine as controlled alternately with the pattern shown in FIG. 4. 運転モードの切換前のまたは切換後の成層燃焼運転における第1の噴射および点火の位置を質的に示す図である。It is a figure which shows qualitatively the position of the 1st injection and ignition in the stratified combustion operation before change of an operation mode or after change. 図6に示したパターンと交互に制御されるような、運転モードの変換前のまたは変換後の第4の噴射および点火の位置を質的に示す図である。As controlled alternating pattern shown in FIG. 6 is a diagram qualitatively showing the fourth injection and position of the ignition after or converted prior to conversion operation mode.

10 全体図、 12 内燃機関、 14 排ガス装置、 16 燃焼室、 18 ピストン、 20 吸気弁、 22 排気弁、 24 吸気弁アクチュエータ、 25 排気弁アクチュエータ、 28 吸気管、 30 噴射弁、 32 点火プラグ、 34 排ガス管路、 36 前触媒、 38 吸蔵触媒、 40 担持構造体、 42 担持構造体または制御装置、 44 エアマスメータ、 46 回転数センサ、 47 発信器ホイール、 48 運転者意思発信器、 50,51 排ガスセンサ、 52 スロットルバルブ、 53 スロットルバルブアクチュエータ、 54 ゾーン、 56,58,60,62 線、 63 点火、 64 噴射、 65 点火、 66 噴射、 68 噴射、 70 噴射、 Q 燃料量、 α クランクシャフト角度   10 General view, 12 Internal combustion engine, 14 Exhaust gas device, 16 Combustion chamber, 18 Piston, 20 Intake valve, 22 Exhaust valve, 24 Intake valve actuator, 25 Exhaust valve actuator, 28 Intake pipe, 30 Injection valve, 32 Spark plug, 34 Exhaust gas line, 36 Pre-catalyst, 38 Storage catalyst, 40 Carrying structure, 42 Carrying structure or control device, 44 Air mass meter, 46 Speed sensor, 47 Transmitter wheel, 48 Driver intention transmitter, 50, 51 Exhaust gas Sensor, 52 throttle valve, 53 throttle valve actuator, 54 zone, 56, 58, 60, 62 wire, 63 ignition, 64 injection, 65 ignition, 66 injection, 68 injection, 70 injection, Q fuel amount, α crankshaft angle

Claims (8)

少なくとも1つの燃焼室(16)の空気充填部への燃料の直接的な噴射および火花点火によって作業する内燃機関(12)の排ガス内の、少なくとも1つの燃焼室(16)内にリーンな燃焼室充填物とリッチな燃焼室充填物とを交互に発生させることによって、前触媒(36)の後方に配置された吸蔵触媒(38)を加熱するための方法において、内燃機関(12)を第1の運転モードにおいて層状の燃焼室充填で運転し、第2の運転モードにおいて均質の燃焼室充填で運転し、リーンな燃焼室充填物を第1の運転モードでその都度第1の燃料量(64)の噴射によって発生させ、リーンな燃焼室充填物をその都度火花点火(63)によって点火し、選択された燃焼室充填時に第1の運転モードでリッチな燃焼室充填物を、その都度火花点火(63)後に行う後続の燃料量(66)の噴射によって発生させ、この場合、燃焼室充填および後続の燃料量を、総合的に酸素不足が排ガス中に生じるように互いに調和させ、リーンな燃焼室充填物およびリッチな燃焼室充填物を、第2の運転モードでの内燃機関(12)の運転時に、その都度火花点火(63;65)前に行う、互いに異なる大きさの第3の燃料量(68)および第4の噴射量(70)の噴射によって発生させ、この場合、リーンな燃焼室充填物を第3の燃料量(68)の噴射によって発生させ、この場合、リッチな燃焼室充填物を第4の燃料量(70)の噴射によって発生させ、内燃機関(12)を第1の運転モードまたは第2の運転モードで運転し、第1の運転モードと第2の運転モードとの間の切換をトルク要求に関連して行い、第2の運転モードにおけるリーンな燃焼室充填を前制御し、これによって、最大限にリーンな燃焼室充填時に、燃焼に基づき獲得したい所望のトルクを最適な点火で達成し、酸素不足を伴った第1の運転モードと、その都度の燃焼室充填の変化なしの第2の運転モードとの間の変換を行うことを特徴とする、触媒加熱法。 A combustion chamber lean in at least one combustion chamber (16) in the exhaust gas of an internal combustion engine (12) working by direct injection of fuel into the air filling of at least one combustion chamber (16) and spark ignition In a method for heating a storage catalyst (38) disposed behind a front catalyst (36) by alternately generating a charge and a rich combustion chamber charge, the internal combustion engine (12) In the second operation mode, the operation is performed with the homogeneous combustion chamber filling, and in the second operation mode, the lean combustion chamber filling is operated with the first fuel amount (64 ) And a lean combustion chamber filling is ignited each time by spark ignition (63), and a rich combustion chamber filling is sparked each time in the first operating mode when filling the selected combustion chamber. 63) generated by the subsequent injection of the subsequent fuel quantity (66), in which case the combustion chamber filling and the subsequent fuel quantity are coordinated with each other so that an overall oxygen deficiency occurs in the exhaust gas, and a lean combustion chamber A third amount of fuel of a different magnitude is applied to the charge and the rich combustion chamber charge before each spark ignition (63; 65) when the internal combustion engine (12) is operated in the second operation mode. (68) and a fourth injection quantity (70) injection, in which case a lean combustion chamber charge is generated by a third fuel quantity (68) injection, in this case rich combustion chamber filling. The fuel is generated by injection of the fourth fuel amount (70) , the internal combustion engine (12) is operated in the first operation mode or the second operation mode, and the first operation mode and the second operation mode are Switching between And pre-controlling the lean combustion chamber filling in the second mode of operation, thereby achieving the desired torque desired to be acquired based on the combustion with the optimal ignition when the combustion chamber filling is maximally lean, A catalyst heating method, wherein conversion is performed between a first operation mode accompanied by a shortage and a second operation mode without change in filling of the combustion chamber each time . 第1の運転モードにおける第1の燃料量(64)を、その燃焼に基づき所望のトルクが生じるように設定する、請求項1記載の方法。   The method according to claim 1, wherein the first fuel quantity (64) in the first operating mode is set to produce a desired torque based on the combustion. 第2の運転モードにおけるリッチな燃焼室充填物の火花点火(65)を、リーンな燃焼室充填物の火花点火(63)に比べて遅らせて行う、請求項1記載の方法。   The method of claim 1, wherein the spark ignition (65) of the rich combustion chamber fill in the second mode of operation is delayed relative to the spark ignition (63) of the lean combustion chamber fill. 火花点火(65)の遅れを、リーンな燃焼室充填物とリッチな燃焼室充填物との燃焼に基づき同じトルクが生じるように設定する、請求項3記載の方法。   The method of claim 3, wherein the spark ignition (65) delay is set to produce the same torque based on the combustion of the lean and rich combustion chamber fills. 第1の運転モードと第2の運転モードとの間で変換を行い、この場合、第1の運転モードから第2の運転モードへの移行時に、遅らせて点火する均質のリッチな燃焼室充填物を、層状のリーンな燃焼室充填物に追従させ、第2の運転モードから第1の運転モードへの移行時に、層状のリーンな燃焼室充填物を、遅らせて点火するリッチな燃焼室充填物に追従させる、請求項1から4までのいずれか1項記載の方法。   Conversion between the first operating mode and the second operating mode, in this case, a homogeneous rich combustion chamber filling that is ignited with delay upon transition from the first operating mode to the second operating mode Is made to follow the stratified lean combustion chamber filling, and the stratified lean combustion chamber filling is delayed and ignited at the time of transition from the second operation mode to the first operation mode. The method according to claim 1, wherein the method follows. リッチな燃焼室充填とリーンな燃焼室充填との間の変換を、吸蔵触媒(38)の酸素吸蔵が、酸素不足を伴った段階で完全に空にならないように制御する、請求項1からまでのいずれか1項記載の方法。 The conversion between the rich combustion chamber filled with lean combustion chamber filling, the oxygen storage of the storage catalyst (38) is controlled so as not completely emptied at the stage accompanied by lack of oxygen, claims 1 to 5, The method according to any one of the above. 第1の運転モードと第2の運転モードとの間で変換を行い、この場合、第1の運転モードから第2の運転モードへの移行時に、均質のリーンな燃焼室充填物を、ポスト噴射(66)を伴った層状の燃焼室充填物に追従させ、第2の運転モードから第1の運転モードへの移行時に、ポスト噴射(66)を伴った層状の燃焼室充填物を、均質のリーンな燃焼室充填物に追従させる、請求項1から4までのいずれか1項記載の方法。   Conversion is performed between the first and second operating modes, in which case a homogeneous lean combustion chamber filling is post-injected during the transition from the first operating mode to the second operating mode. The stratified combustion chamber filling with (66) is caused to follow the stratified combustion chamber filling with post-injection (66) during the transition from the second operating mode to the first operating mode. 5. A method as claimed in any one of claims 1 to 4, in which a lean combustion chamber fill is followed. 少なくとも1つの燃焼室(16)の空気充填部への燃料の直接的な噴射および火花点火によって作業する内燃機関(12)の排ガス内の、少なくとも1つの燃焼室(16)内にリーンな燃焼室充填物とリッチな燃焼室充填物とを交互に発生させることによって、前触媒(36)の後方に配置された吸蔵触媒(38)の加熱を制御するための制御装置(42)において、当該制御装置(42)が、請求項1からまでのいずれか1項記載の方法を制御するようになっていることを特徴とする、触媒加熱法を制御するための制御装置。 A combustion chamber lean in at least one combustion chamber (16) in the exhaust gas of an internal combustion engine (12) working by direct injection of fuel into the air filling of at least one combustion chamber (16) and spark ignition In the control device (42) for controlling the heating of the occlusion catalyst (38) arranged behind the front catalyst (36) by alternately generating the filling and the rich combustion chamber filling, the control 8. A control device for controlling a catalyst heating method, characterized in that the device (42) is adapted to control the method according to any one of claims 1 to 7 .
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