JPH0754645A - 内燃機関の排ガス系における触媒加熱方法及び装置 - Google Patents

内燃機関の排ガス系における触媒加熱方法及び装置

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JPH0754645A
JPH0754645A JP6160103A JP16010394A JPH0754645A JP H0754645 A JPH0754645 A JP H0754645A JP 6160103 A JP6160103 A JP 6160103A JP 16010394 A JP16010394 A JP 16010394A JP H0754645 A JPH0754645 A JP H0754645A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 内燃機関の排ガス系における触媒加熱方法及
び装置において触媒の可及的に最適の加熱を行わせ得る
ことが本発明の目的である。 【構成】 内燃機関の排ガス系における触媒加熱方法に
おいて少なくとも２つの測定値から上記触媒の転化性能
（ＫＶ）に関する１つの信号を求め、上記触媒を転化性
能（ＫＶ）に依存して加熱することが提案される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は冒頭に述べた形式の内燃
機関の排ガス系における触媒の加熱方法及び該方法の実
施装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】その種装置は米国特許第４１６５６１０
号明細書から公知である。ここにおいては触媒の温度が
最小作動温度以下に低下すると付加的噴射ノイズを介し
て燃料が噴射される。上記米国特許明細書の記載によれ
ば、常温（低温）時スタート後又はシリンダ遮断に基づ
き下方負荷領域にて触媒の最小の作動温度を下回ること
が起こり得る。
【０００３】米国特許明細書第４６２２８９６号の開示
内容によれば、触媒の下流に配置された酸素センサの出
力信号の振幅から触媒の転化性能を求め得る。
【０００４】
【発明の目的】本発明の基礎を成す課題とすることろは
冒頭に述べた形式の加熱方法及び装置において触媒の可
及的に最適の加熱を行わせ得ることにある。
【０００５】
【発明の構成】上記課題は請求項１及び１２に記載の構
成要件により解決される。
【０００６】本発明により得られる利点とするところ
は、触媒の加熱を実際に存在する必要性ないし要求に適
合して行わせ得ることである。触媒の加熱が実際に必要
な際、換言すれば触媒の転化性能が過度に低い際、そし
てその場合のみ当該の加熱手段が活性化される（作用ア
クティブ状態におかれる）。
【０００７】本発明により得られる更なる利点とすると
ころは内燃機関の作動状態に応じて触媒加熱のための種
々の加熱手段を選択し得ることである。而して内燃機関
のそのつどの作動状態に最適の加熱手段が選択され得、
その際加熱作用も加熱手段の不都合な付随現象、例えば
有害物質噴射の増大、燃料消費の増大、出力の低下、乗
り心地への悪影響も考慮される。
【０００８】加熱手段により所定の時間間隔内で又は負
荷積分にて触媒の十分高い転化性能が得られない場合は
診断機能がスタートされ、該診断機能によっては触媒の
場合により生起する損傷が検出され得る。それにより損
傷した触媒が不要に強力に加熱されるのが回避され、損
傷の制限、運転者への警告のための手段を講じ得る。
【０００９】
【実施例】次に図示の実施例を用いて本発明を詳述す
る。
【００１０】触媒の正常機能は最小作動温度を超過の際
初めて発揮される。上記最小作動温度を下回ると触媒は
内燃機関の排ガス中に含まれている有害物質を比較的に
有害性のすくない物質に変換し得ない。可及的にわずか
な有害物質噴射（エミッション）の行われるように、触
媒は有害物質の発生する全時間中動作可能（準備）状態
におかれるべきである、換言すれば内燃機関とスタート
と停止との間の全時間間隔中動作可能（準備）状態にお
かれるべきである。触媒の加熱が内燃機関の排ガスによ
り、ー場合により例えば電気的付加加熱装置によりー行
われるので、触媒は概して内燃機関のスタート後及び部
分的には内燃機関の所定の作動条件のもとでも例えば比
較的に長いエンジンブレーキ作動の際でも最小作動温度
を下回る。従って、触媒の可及的に高い可用性を達成す
るためには触媒を加熱するとよい。その際勿論注意すべ
きことには過度に高い温度によっては触媒の損傷が惹起
され得、そして、加熱手段は概して付加的エネルギ消費
及び／又は有害物質噴出、乗心地（走行快適性）悪化、
出力低下を伴うことである。この理由により、当該の加
熱手段は実際に必要な際のみ換言すれば触媒が動作可能
（準備）状態におかれていない際のみ導入される。
【００１１】基本的には触媒の動作可能（準備）状態に
対する判断尺度としてそれの温度を関与させ得る。当該
温度が触媒の最小作動温度を上回るか下回るかに応じて
触媒が動作可能（準備）状態に置かれているか否かの結
論が引き出されることとなる。概して、触媒の最小作動
温度は勿論時間の経過中変化する。それにより触媒の温
度による作動温度への確実な判定が困難になる。更に、
触媒の温度の精確な検出は困難であり、高価な温度セン
サが必要とされる。それらすべての困難性は本発明によ
り克服され得る、それというのは本発明では触媒の温度
を媒介して検出するのではなくて、直接的に転化性能に
関連して触媒の動作可能（準備）状態を導出検知するか
らである。
【００１２】転化性能を求める多くの方法では触媒の下
流に配置された酸素センサが必要である。転化性能は例
えば酸素センサにより生ぜしめられた信号の振幅及び／
又は周波数から求められる。益々厳しくなる排ガス規制
に鑑みて長期的展望（視点）から見て、いずれにしろ、
触媒の下流の当該の酸素センサを断念する訳にはいか
ず、その結果少なくとも中、長期的にはそのことは欠点
とはならない。更に酸素センサなしで触媒の転化性能を
当該転化により惹起される触媒又は排ガスの温度上昇か
ら求めることも可能である。転化の際熱が生ぜしめられ
るので、排ガス及び触媒の温度は触媒の転化性能に依存
して上昇する。
【００１３】本発明は下記の基本的技術思想に立脚す
る。
【００１４】２つの酸素センサ（そのうちの１つは排ガ
スの流通方向で触媒の前に配置され、もう１つはその後
方に配置される）を用いて、触媒の転化性能が求められ
る。従来技術により公知の種々の方法で転化性能が求め
られ得る。そのようにして求められた転化性能が十分で
ない場合には、十分な転化性能が達成されるまで触媒の
加熱手段が講ぜられる。加熱手段により所望の成果（所
期の効果）が挙げられない場合は、診断機能がスタート
されて、触媒が損傷されているか否かが検出される。こ
れに反して、触媒の十分な転化性能が存在する場合には
加熱手段は中止され、ないし先ずは全く開始されない。
【００１５】図１は本発明との関連で重要性のある種々
のコンポーネント（構成部分）を含めて内燃機関１００
の概念図を示す。吸込管１０２を介しては内燃機関１０
０に空気／燃料混合気が供給され、そして、排ガスは排
ガス通路１０４内に送出される。吸引管１０２内にはー
吸引空気の流動方向で見てー空気量測定器又は空気マス
（質量）測定器１０６、例えばホットフィルムー空気質
量測定器（エアーフローメータ）、絞り弁１０８（絞り
弁１０８の開角検出用センサ１１０付）、１つ又は複数
の噴射ノズル１１２が設けられている。排ガス通路１０
４内にはー排ガスの流動方向で見てー第１酸素センサ１
１４、触媒１１６、第２酸素センサ１１８が配置されて
いる。第１酸素センサ１１４の上流にて、２次空気導管
１２０は排ガス通路１０４内に開口（接続）している。
２次空気導管１２０により２次空気ポンプ１２２を用い
て新鮮空気が排ガス導管１０４内に吹き込まれ得る。内
燃機関１００には回転数センサ１２４が取り付けられて
いる。更に、内燃機関１００はシリンダ内の空気／燃料
混合気の点火のための４つの点火プラグ１２６を有す
る。空気量測定器又は空気質量測定器１０６、絞り弁１
０８の開角検出用センサ１１０、第１酸素センサ１１
４、第２酸素センサ１１８、回転数センサ１２４の各出
力信号が、相応の接続線路を介して中央制御装置１２８
に供給される。制御装置１２８はセンサ信号を評価し、
更なる線路を介して噴射ノイズ１１２、２次空気ポンプ
１２２、点火プラグ１２６を制御する。
【００１６】図２は本発明の方法プロセスの流れ図を示
す。第１ステップにおいて時間カウンタＡおよびＢが０
にセットされ、スタートされる。後続ステップ２０２に
て内燃機関１００のラムダ制御がアクティブ状態にある
か否かが問合（質問）される。“ＹＥＳ”の場合はステ
ップ２０４が続き、該ステップ２０４では時間カウンタ
Ａは０にセットされスタートされる。ステップ２０４に
はステップ２０６が続き、ここでの問合せステップによ
れば触媒１１６の転化性能ＫＶが限界値ＫＶＭｉｎより
大であるか否かが問合される。ＹＥＳの場合はステップ
２０８が続き、該ステップ２０８では時間カウンタＢが
０にセットされ、スタートされる。ステップ２０８には
ステップ２０２が続く。流れ図のこれまで述べられた実
行経過は通常動作モードを表しており、この通常動作実
行モードではラムダ制御はアクティブ状態におかれ、触
媒１１６は十分高い転化性能ＫＶを有し、その結果触媒
１１６ないし酸素センサ１１４、１１８の加熱のための
手段は必要でない。
【００１７】ステップ２０２にて問い合わせの応答が
“ＮＯ”の場合、ステップ２１０にて時間カウンタが限
界値ＡＭａｘを越えたか否かの問合わせが続く。ＹＥＳ
の場合は後続のステップ２１２にてラムダ制御に欠陥の
あるとの結論が検出される。ステップ２１２にて、さら
なる手段が講じられ得る、例えば警報ランプの活性化
（起動）（車両運転者に欠陥を報知するため）、閉ルー
プ制御から開ループ制御への切換等の手段が講ぜられ得
る。ステップ２１０の問い合わせの結果がＮＯの場合は
ステップ２１４が続き、このステップ２１４では時間カ
ウンタＢは０にセットされる。後続のステップ２１６で
は触媒の加熱のための手段が講ぜられる。流れ図の他の
個所では同様に触媒の加熱のための手段（該手段はそれ
の様式又はシーケンスにてステップ２１６の手段とは異
なる）が講ぜられるので、ステップ２１６の手段はこれ
から以降カテゴリＩの加熱手段と称せられる。ステップ
２１６にはステップ２０２が続く。
【００１８】ステップ２０２からステップ２１２ないし
２１６までの流れ図の前述の実行経過は概して内燃機関
１００の常温（低温）時スタート後辿るものである。当
該常温時スタート後の初期フェーズにて閉ループ制御の
代わりに混合気開ループ制御がおこなわれる。 それと
いうのは酸素センサ１１４は未だ動作可能（準備）状態
におかれていず、従ってラムダ制御のための実際値が可
用でないからである。触媒の転化性能ＫＷの検出は次の
ような際のみ可能である、即ちラムダ制御（機能）がア
クティブ状態におかれている際のみ可用である、それと
いうのは転化性能ＫＶの検出には酸素ゾンデ１１４、１
１６の出力信号が必要とされるからである。ラムダ制御
が時間間隔ＡＭａｘ内でアクティブ状態におかれ（活性
化され）得ない場合にはラムダ制御に欠陥があるものと
され、本発明の方法プロセスはステップ２１２で終る。
このステップ２１２では当該欠陥は相応に指示され、場
合により損傷低減（制限）のための手段が講ぜられる。
【００１９】ステップ２０６の問い合わせ結果がＮＯの
場合にはステップ２０６にはステップ２１８が続き、該
ステップ２１８では時間カウンタＢが限界値ＢＭａｘを
越えたか否かが問い合される。ＹＥＳの場合はステップ
２２０が続き、該ステップ２２０では図３に示す流れ図
の経過が触媒の診断のため実行処理される。これに反し
てステップ２１８の問い合わせの結果がＮＯの場合には
ステップ２２２が続き、該ステップ２２２では触媒加熱
の手段が講ぜられる。該手段がステップ２１８の手段と
はその様式及び順序の点で相異し、カテゴリＩＩの加熱
手段と称せられる。ステップ２２２にはステップ２０２
が続く。
【００２０】上記のステップ２０６〜２２０ないし２２
０のフローチャートの実行処理経過は例えば常温（冷
間）スタートの終端フェーズにて又は比較的長く継続す
るエンジンブレーキ動作の後又は長い無負荷動作フェー
ズの後生じ得る。ステップ２０６では触媒の転化性能が
過度に小さいことが確認されるので、ステップ２２２で
は次のような状態生起までカテゴリＩＩの加熱手段が講
ぜられる、即ち転化性能ＫＶが十分になるまで、又は問
い合わせステップ２１８にて時間カウンタＢが限界値Ｂ
Ｍａｘを越えることが確認されるまで講ぜられる。前者
の状況の意味していることは加熱手段が成果を挙げたと
いうことであり、これに対して後者の状況の意味してい
ることは加熱手段にも拘わらず十分な転化性能が達成さ
れ得なかったこと、従って触媒の損傷が生起しているか
否かチェックしなければならないということである。
【００２１】図３は触媒診断のためのルーチンのフロー
チャートを示す。第１ステップ３００では時間カウンタ
Ｃは零にセットされ、スタートされる。ステップ３００
に続くステップ３０２では触媒の転化性能ＫＶが限界値
ＫＶＭｉｎより大であるか否かの問い合わせがなされ
る。ＹＥＳの場合は後続ステップ３０４において、触媒
の損傷（損壊）の起きていないことが結論され、フロー
チャートの経過処理が終了され、図２に示すフローチャ
ートの過程がステップ２００からスタートされる。
【００２２】ステップ３０２の問い合わせの結果がＮＯ
の場合はステップ３０６が後続し、該ステップ３０６で
は時間カウンタＣが限界値ＣＭａｘを越えたか否かが問
い合わされる。この問い合わせの結果がＹＥＳの場合は
ステップ３０８が後続し、該ステップでは触媒に欠陥の
あることが結論される。更にステップ３０８では当該欠
陥を運転者に通知するため警報ランプが作動される。そ
して場合により触媒の欠陥にも拘わらず有害物質噴射
（エミッション）をできるだけわずかにするため特別な
制御手段（ストラデシー）を導入し得る。ステップ３０
８ではフローチャートの経過処理が終了される。
【００２３】ステップ３０６にて時間カウンタＣが限界
値ＣＭａｘを未だ越えてないことが明らかになると次に
ステップ３１０が実行される。ステップ３１０では触媒
加熱手段が導入開始ないし維持される（該手段が既にア
クティブ状態におかれている場合）。上記手段はそれの
様式及び順序の点で図２のフローチャートに示す手段と
は異なり、カテゴリＩＩＩの手段と称される。ステップ
３１０にはステップ３０２が後続する。
【００２４】触媒１１６の加熱手段は概して付加的なエ
ネルギ消費、有害物質噴出、乗り心地への悪影響及び／
又は出力低減を伴う。上記の不都合な付随現象はカテゴ
リＩ，ＩＩ，ＩＩＩにおいて異なった度合いで生じる。
勿論、触媒１１６の加熱の手段の有効性、換言すれば加
熱作用も、カテゴリＩ，ＩＩ，ＩＩＩにおいて異なった
大きさとなる。
【００２５】カテゴリＩの手段の目標とするところは内
燃機関のスタート後触媒１１６を加熱することである。
カテゴリＩの手段の場合先ず点火の遅角調整が行われ
る。付加的に空気／燃料混合気は次のように変化され得
る、即ち触媒１１６において発熱生の再反応が生ぜしめ
られるように変化され得る。その際、場合により２次空
気が供給される。（可能性）が存在する場合には変速機
制御部への制御操作を行わせて、それにより内燃機関１
００の平均回転数の増大を行わせてもよいもよい。更に
無負荷回転数の上昇及び内燃機関１００に対する空気供
給への制御操作も可能である。
【００２６】カテゴリＩＩの手段は通常動作中の触媒１
１６の転化性能ＫＶの増大に用いられる。従ってカテゴ
リＩＩの手段はそれの和の値の点でカテゴリＩＩの手段
より穏やか（ゆるやか）である。カテゴリＩＩＩの手段
では先ず点火の遅角調整が行われ、そしてそれに引き続
いて、十分でない場合は無負荷回転数の上昇が行われ
る。上記手段は種々の負荷領域内にて種々段階付けて使
用投入され得る。
【００２７】カテゴリＩＩＩの手段は特に重大である。
この手段は例外的な場合においてのみ適用される、即ち
触媒が損傷しているという疑いのある際に適用される。
カテゴリＩＩＩの場合点火の著しい遅角調整、及び無負
荷回転数の著しい上昇が行われる。更なるステップとし
ては空気／燃料混合気の著しい変化も可能である。
【００２８】ここに列挙した触媒１１６の加熱手段に付
加して又はそれに代わって当業者にとって慣用のさらな
る手段も使用し得る。その際重要なことには必要に応じ
て使用され得る種々の作用の手段集合体が可用である。
【００２９】有利な実施例では時間間隔Ａ、Ｂ、Ｃの代
わりに内燃機関１００の付加についての積分器が使用さ
れる。そのようにして、触媒器の負荷依存の加熱を本発
明の方法プロセスに関与させ得る。又、時間カウンタ及
び負荷積分器を共に使用することも可能である。
【００３０】
【発明の効果】本発明によれば触媒の加熱が実際に存在
する必要性ないし要求に適合して行わせ得るという効果
が得られる。更に本発明によれば内燃機関の作動状態に
応じて触媒加熱のための種々の加熱手段を選択し得ると
いう効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明と関連して重要なコンポーネントを含め
て示す内燃機関の概念図である。
【図２】本発明の方法プロセスの流れ図である。
【図３】本発明の方法の実施上所定の条件下で適用され
る触媒の診断プロセスの流れ図である。
【符号の説明】
１００ 内燃機関 １０２ 吸込管 １０４ 排ガス通路（チャネル） １０６ 空気量センサ １０８ 絞り弁

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 内燃機関の排ガス系における触媒加熱方
    法において、少なくとも２つの測定値から上記触媒（１
    １６）の転化性能（ＫＶ）に関する１つの信号を求め、
    上記触媒を転化性能（ＫＶ）に依存して加熱することを
    特徴とする内燃機関の排ガス系における触媒加熱方法。
  2. 【請求項２】 内燃機関（１００）の動作状態に応じ
    て、触媒（１１６）の加熱のため種々の手段が可用であ
    る請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 触媒（１１６）の転化性能（ＫＶ）が限
    界値（ＫＶＭｉｎ）を下回ると上記触媒（１１６）を第
    １手段（カテゴリＩＩ）で加熱するようにし、上記触媒
    （１１６）の転化性能（ＫＶ）が限界値を上回るか又は
    当該手段の開始以降所定の最初の時間間隔又は負荷積分
    （ＢＭａｘ）を上回ると、当該手段を再び中止するよう
    にした請求項２記載の方法。
  4. 【請求項４】 所定の最初の時間間隔又は負荷積分（Ｂ
    Ｍａｘ）を超過すると上記触媒の機能正常性のチェック
    のための診断機能がスタートされる請求項３記載の方
    法。
  5. 【請求項５】 診断機能の枠内で触媒（１１６）の転化
    性能（ＫＶ）が限界値（ＫＶＭｉｎ）を下回ると、触媒
    （１１６）を第２の手段（カテゴリＩＩＩ）で加熱する
    ようにし、そして、上記触媒（１１６）の転化性能（Ｋ
    Ｖ）が限界値を上回るか又は当該手段の開始以降所定の
    第２の時間間隔又は負荷積分（ＢＭａｘ）を上回ると、
    上記手段を再び中止するようにした請求項４記載の方
    法。
  6. 【請求項６】 所定の第２時間積分又は負荷積分（ＣＭ
    ａｘ）を上回ると、触媒（１１６）の損傷状態が判定さ
    れる請求項５記載の方法。
  7. 【請求項７】 内燃機関（１０１）のラムダ制御が非作
    用（非アクティブ）状態におかれている際上記触媒（１
    ６）を第３手段（カテゴリＩ）により加熱するように
    し、そして、ラムダ制御機能が活性化（起動される）際
    又は内燃機関（１００）のスタート以降ないしラムダ制
    御機能の非活性化以降所定の第３の時間間隔又は負荷積
    分（ＡＭａｘ）を越える際は上記手段を再び中止するよ
    うにした請求項１から６までのうちいずれか１項記載の
    方法。
  8. 【請求項８】 第３の所定の時間間隔又は負荷積分を上
    回った際ラムダ制御上の欠陥が想定されているようにし
    た請求項７記載の方法。
  9. 【請求項９】 触媒（１１６）の加熱のための手段は点
    火角の遅角調整の機能のうちの１つ、空気／燃料混合気
    の変化（場合により２次空気吹込付）、無負荷回転数の
    増大、変速機制御部への関与操作、内燃機関（１００）
    への空気供給への関与操作により実施実現されるように
    した請求項２から８までのいずれか１項記載の方法。
  10. 【請求項１０】 触媒（１１６）の転化性能は酸素セン
    サ（１１８）により生ぜしめられる信号の振幅及び／又
    は周波数から求められ、ここにおいて、酸素センサ（１
    １８）は触媒（１１６）の下流に配置されている請求項
    １又は９項記載の方法。
  11. 【請求項１１】 触媒（１１６）の転化性能は転化によ
    り惹起される触媒（１１６）又は排ガスの温度上昇によ
    り求められるようにした請求項１又は１０項記載の方
    法。
  12. 【請求項１２】 内燃機関（１００）の触媒（１１６）
    用の要求適合形加熱装置において、触媒（１１６）の転
    化性能（ＫＶ）の決定のため第１の手段が用意され、そ
    して、転化性能（ＫＶ）に依存して触媒（１１６）を加
    熱するための第２手段が設けられていることを特徴とす
    る内燃機関の排ガス系における触媒の加熱装置。
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