JPH09504853A - 加熱可能な触媒付き内燃機関への燃料供給制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 触媒の加熱のためバーナ作動中及び２次空気吹き込み中の付加的燃料量の噴射を、排ガス系内に吹き込まれる付加２次空気量及び機関空気流量に依存して実施すること。

Description

【発明の詳細な説明】 加熱可能な触媒付き内燃機関への燃料供給制御方法 本発明は請求の範囲の上位概念による加熱可能な触媒付き内燃機関に対する燃 料供給制御方法に関する。 内燃機関の有害物質エミッションが触媒後処理により有効に低減され得ること は公知である。排ガス後処理に対する高性能を旨とする技術思想コンセプトとし て、ラムダ制御装置と関連して３元触媒が有効であることが実証されている。内 燃機関の有害物質噴出はコールドスタートフェーズにて最大である。原因はなお コールド状態にある触媒であり、当該の触媒はほぼ３００°の所謂スタートアッ プ温度（ライトオフ（Ｌｉｇｈｔ−ｏｆｆ）温度）に達すると初めて有害物質変 換器としてそれの機能を発揮し得る。通常のこのことは１ｍｉｎ（分）〜２ｍｉ ｎ持続するが、但し市街路交通ではわずかな機関負荷、以て比較的低い排ガス温 度の故に相当より長く持続する。当該時間（この時間の後排ガス構成部分ＨＣ, ＣＯ及びＮＯ_xのほぼ完全な変換が行われる）を短縮するため、既に種々の手段 が公知になっている。 ＤＥ−ＯＳ２７ １９２ ２５２からは内燃機関の触媒 を電気的に加熱することが公知である。但し触媒は相当の大きさ及び質量を有す るので、短時間行われるべき加熱のためには非常に高い 加熱電力、以て高い所要電流が必要であり、該所要電流は車両にて内燃機関の使 用する場合、車両電流給電装置の容量を越える。 下記刊行物から公知の２次空気システムは内燃機関において触媒が未だ作動準 備状態におかれてないコールド状態の際、排ガス室内への２次空気の吹き込みを 行わせる。 Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ “Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｓｅｃ ｏｎｄａｒｙー ａｉｒｐｕｍｐ”， ＮＯ．５/４００ー１５１.０１，９/９１ ｐｕｂｌｉｓｈｅｄ ａｔ ｔｈｅ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ Ｅｘｈｉｂｉｔｉｏｎ ，Ｆｒａｎｋｆｕｒｔ/Ｍａｉｎ，１９９１。 それにより、コールドフェーズにてラムダ＜１の機関側空気数により益々生じ る有害物質ＣＯ及びＨＣが低下され、そして、触媒器にてコールドスタート後比 較的高速の動作準備状態を生じさせ得るための熱が供給されることが達成される 。２次空気吹き込みシステムは1つの空気ポンプ、１つまたは複数の逆止弁及び 遮断弁から成る。 ＤＥ４１３２８１４Ａ１からは、そのような２次空気システムと関連して、触 媒を内燃機関の燃料で作動されるバーナ（これは制御装置の制御信号に応答する ）で作動温度に加熱することが公知である。ここで、 加熱パワーは機関スタート後直ちに最大となり、そして触媒器及び/又はラムダ ゾンデの温度に依存して、制御され得る。 本発明の課題とするところは、加熱可能な触媒付き内燃機関に対する燃料供給 を次のように制御することにある、即ち内燃機関の作動性を損なうことなく、可 及的に短い触媒の加熱時間が得られるように制御することにある。 このことは請求の範囲１の構成要件により解決される。従属形の請求の範囲に は本発明の発展形態が示されている。 本発明の１実施例が図示されており、以下詳述する。 図１は本発明の方法が適用されるバーナ系を用いて加熱可能な触媒を備えた内 燃機関の簡単化されたブロック接続図である。 図２は当該の方法の実施の場合の時間に依存する信号特性経過の選択の様子を 示す。 図１中簡単にて示すブロック接続図では本発明の方法の理解に必要な部分のみ を示す。 参考番号１０は吸込み管１１と排ガス管２を有する内燃機関を示す。内燃機関 １０のシリンダ内の混合気の燃焼に必要な空気は吸込み管１１内に配置された空 気両測定器１３により検出される。空気量測定器は熱線として、又はホットフィ ルム空気量測定器として実 現され得る。排ガス管１２中には３元触媒１４（これは内燃機関の排ガス中に含 まれている構成成分ＨＣ，ＣＯ，ＮＯxの変換に用いられる）の上流側にラムダ ゾンデ１５の形の酸素センサが挿入接続されており、上記ラムダゾンデは排ガス 中の酸素濃度に依存して出力信号ＵＬを内燃機関の電子的制御装置１６に供給す る。更に、内燃機関１０の適当な箇所に機関回転数検出用センサ１７及び冷却剤 温度センサ１８が設けられている。上述のセンサの出力側はインターフェースを 介して内燃機関１０用の電子的制御装置１６の相応の入力側に接続されている。 内燃機関用の電子的制御装置（これは燃料噴射のほかにさらなる役割、例えば点 火制御の機能を引き受け得る）はそれ自体公知であり、その結果以下、本発明に 関連する構成及び動作のみに就いて述べる。電子的制御装置１６の核心部分はマ イクロコンピュータであり、該マイクロコンピュータは所定のプログラムに従っ て所要の機能を制御する。所謂空気量に従って実施される機関制御の場合、セン サ（空気量センサ１３および回転数センサ１７）により送出され、相応の回路に 従って処理される信号ＬＭ，Ｎを用いて、基本噴射時間又はベース噴射時間ＴＩ Ｂが計算され、そして、さらなる動作パラメータ（例えば吸込み空気の温度及び 圧力、冷却の温度、動作電圧等）に依存して、当該動作時間の補正が実施される 。ここにおいて、概して（通常の場合）ラムダ制御の投 入により化学量論的比（λ＝１）に相応する燃料ー空気混合気が得られるように 当該補正は実施される。そのように計算された噴射量は１つ又は複数の噴射弁の 開放持続時間（全噴射時間Ｔ１）に亘って吸込み管１１内に噴射される。 電気的に作動される空気ポンプ２０（これは一般に２次空気ポンプと称される ）は図示してない空気導管を介して新鮮空気を吸い込み、そして、当該の付加空 気を、必要な場合、調量弁２１を有する２次空気導管２２を介して、内燃機関１ ０の排ガス管１２内に供給すると共に、バーナ空気導管２３を介してバーナシス テム２５（これは排ガス触媒器１４の外部加熱のために使用される）へ導く。２ 次空気量の流量は調量弁２１を介してスタチックに、又はオン、オフ比（ないし 衝撃係数）を介して制御され得る。バーナ空気導管２５内には圧力制御器６及び バーナ空気遮断弁２７が挿入接続されている。バーナシステム２５（これは内燃 機関１０の燃料で作動される）は、実質的に、点火装置３２及びバーナノズルを 有するバーナ室から成る。バーナノズル３１には２次空気ポンプ２０により供給 されたバーナ空気、及び内燃機関燃料循環（系）（燃料タンク３０、燃料分配盤 ３３）により生成される燃料が、燃料遮断弁２８及び燃料制御器３４を介して供 給される。点火装置３２は点火電極３５を有し、該点火電極３５は燃焼室２４内 に達し、そして、電子的制 御装置１６からの点火パルスにより点火される。個々の弁２１、２７、２８の制 御が同様に電子的制御装置１６からの信号により行われる。 バーナは次のようなスタート条件が充足されるとはじめて投入される、即ち −反復スタートをしない −冷却剤温度は内燃機関のスタートの際所定領域内に位置する −冷却剤温度予熱の識別によりコールド状態の触媒が識別される。 場合により行われる冷却水予熱は例えば冷却剤温度と吸込み空気温度との間の 関係から導出され得る（これはドイツ連邦共和国特許出願Ｐ４４ ０８ ７６９ .１において提案されたようなものである）。 更にバーナの投入（作動接続）の前に、内燃機関の制御装置１６内に設けられ ている診断メモリ３６の内容の問い合わせが行われる。上記メモリ内にはバーナ 系の個々のコンポーネント（成分）の診断エラーがファイルされている。 バーナのスタートに対する条件が充足されると、時点ｔｏ（図２）では、電子 的制御装置１６からの相応の信号を介して２次空気ポンプ２０と、バーナの点火 双方が投入される。燃焼に必要な燃焼空気が得られるまで２次空気ポンプ２０は 、所定の始動時間を有するので、燃料遮断弁２８は従って、時間遅延Ｔ＿ＴＯＴ Ｚ＿ＢＲＥＮの後はじめて時点ｔ１にて投入（作動接続）される（図２）。その 際バーナは時点ｔ３まで時間間隔Ｔ＿ＢＲＥＮの間投入（作動接続）状態に持続 される。２次空気ポンプ２０の投入（作動接続）の始点（ｔ０）以降時間Ｔ＿Ｂ ＲＥＮの経過後時点ｔ３には触媒器１４の端面は次のような程度加熱される、即 ち、燃焼遮断弁２８の閉鎖により燃焼供給が遮断される程度加熱される。 内燃機関１０の吸込み空気量ＬＭが当該時間Ｔ＿ＢＲＥＮ中所定の限界値を越 えるとバーナも同様に遮断される。それというのはバーナの動作確実性が高い排 ガス反圧のもとで、もはや確保されないからである。 更に燃焼遮断弁２８は次のような場合直ちに閉鎖され、もって、バーナへの燃 料供給が遮断される、即ち、燃焼中断が識別された場合又は内燃機関のラムダ制 御装置又はバーナの点火の診断エラーが確認された場合当該の弁閉鎖（燃料遮断 ）が行われる。 それにより、欠陥に基づき燃焼され得ない燃料がバーナ室２４内に噴射される のが防止される。 バーナのスタート後（時点ｔ１）内燃機関１０は最適のラムダ値（低い未処理 ＨＣエミッション）及び燃費上最適の点火時点を以て作動される。混合気生成装 置（これは実施例では１つ又は複数の噴射弁１９として実現される）を介しては 噴射時間ＴＩ＿ＭＯＴに相応した燃料量が供給される。 前の領域にて触媒が加熱された後、触媒のさらなる加熱が、混合気濃厚化によ り及び場合により点火角遅角により内燃機関の燃料通過（消費）量の増大により 、促進される。時点ｔ２にて、換言すれば、バーナスタート後時間Ｔ＿ＭＡＸ＿ ＫＡＴの経過後触媒１４は前の領域、換言すれば機関に近い領域にて、スタート アップ温度を越えており、そして、燃料遮断弁２８は電子制御装置１６の相応の 信号により閉鎖され、そして、バーナ空気遮断弁２７は開放状態に保持される。 ２次空気（これは２次空気ポンプ３０から排ガス内に供給される）のほかに亦、 バーナの燃焼空気も触媒１４の前に付加的２次空気として吹き込まれる。 時間Ｔ＿ＭＡＸ＿ＫＡＴ（この時間内でバーナが投入（作動接続）される）は 内燃機関１０の冷却剤温度ＴＫＷに依存しており、電子制御装置１６のマップメ モリ３７のマップ内に格納、記憶される。 ２次空気ポンプ２０は時間Ｔ＿ＭＡＸ＿ＳＬの経過後（内燃機関１０のスター トから起算して）遮断されるか、又は制御作動の際それの２次空気ポンプ２０の 触媒１４における温度が所定の限界値を越えると遮断される。温度測定のための 触媒器１４の第１のモノリシックにて温度センサ２９が使用される。時間Ｔ＿Ｍ ＡＸも、スタートの際の冷却剤温度に依存し、同様に電子的制御装置１６のマッ プメモリ３７のマップ内に記憶されている。 触媒の加熱の際の混合気組成に悪影響を及ぼさないために、ラムダ制御は２次 空気ポンプ２０の遮断される（時点ｔ４）まで抑圧される。それにひきつづいて むだ時間Ｔ＿ＴＯＴＺ＿ＳＬの経過後時点ｔ５にてラムダ制御は、再び作動状態 におかれる。噴射時間の延長による混合気濃厚化はバーナ作動中、即ち時間Ｔ＿ ＢＲＥＮの間中及びバーナへの燃料供給の遮断後も時点ｔ４にて２次空気ポンプ ２０の遮断時点まで支援されるべきである。 良好なＨＣ変換を行わせ得るため暖機運転及び触媒が加熱手段による燃料濃厚 化の程度は、ただ次のような大きさにすればよい、即ち全体として触媒器１４に て２次空気吸込みにより稀薄の混合気が得られる程度だけの大きさにすればよい 。 バーナ作動中及びバーナの遮断後、但し２次空気ポンプ２０の投入（作動接続 ）の際の付加的な混合気濃 ＴＩ＿ＢＲＥＮ＝ （ＬＭ＿ＦＡＫ＿ＢＲＥＮ）／（ＬＭ＿ＫＧ＿Ｈ） ここでＬＭ＿ＦＡＫ＿ＢＲＥＮは付加２次空気量であり該２次空気量は２次空気 室ポンプを用いてアクティブなバーナ作動モード状態のもとで排ガス系内に吹き 込まれる。そして、ＬＮ＿ＫＧ＿Ｎは空気量測定器１３により求められる機関空 気流量である。 機関マネージメントにおいて、暖機運転（ウォーミングアップ）および／又は コールドリスタートのよう なさらなる濃厚化機能が設定される場合、値ＴＩ＿ＢＲＥＮからはさらに係数Ｔ Ｉ＿ＦＡＫ＿ＷＬ(これは暖機運転を考慮する)及び/又はＴＩ＿ＦＡＫ＿ＫＮＳ （これはコールドリスタートを考慮する）が減算されねばならない（内燃機関の 所望の走行性を確保するには）。 排ガス系内に吹き込まれる付加的２次空気量は係数Ｆ＿ＬＭ（これはマップメ モリ３７のマップ内に機関空気量Ｍに依存して格納されている）と、係数Ｆ＿Ｕ Ｂ（これは搭載電源の電池電圧ＵＢを考慮し、以て電気的に作動される２次空気 ポンプの速度を介して吐出出力に影響を与える）とに依存し、そして、更に次式 に従いバーナ空気量ＬＭ＿ＢＲＥＮにより求められる。 ＬＭ＿ＦＡＫ＿ＢＲＥＮ＝（Ｆ＿ＬＭ＊Ｆ＿ＵＢ）Ｆ＿ＬＭ＿ＢＲＥＮ． 種々異なる高さの種々異なる圧力関係を考慮するため、バーナの燃料空気も２ 次空気も全部で高さ係数ＦＡＫ＿ＰＨで補正され、該高さ係数は移動平均値形成 を介して得られ、そして、実際に吸込まれた空気量と、通常条件下での機関の空 気量（２０°Ｃ、１０２５ｍｂａｒ）との比を表す。 同様に更に係数ＦＡＫ＿Ｐ＿ＴＫＷを介して吸込み空気温度を考慮し得る。バ ーナ空気弁に対する係数Ｆ＿ＬＭ＿ＢＲＥＮは次のような場合にだけ上述の式で 考慮され得る、即ちバーナが動作する場合、換言すれば燃料遮断弁２８が時間Ｔ ＿ＢＲＥＮの際、開放状態におかれている場合のみ考慮され得る。 そのような触媒ー加熱機能を備えた車両の走行性を損なわせないため、及び、 殊に無負荷において、過度の濃厚化においては触媒の加熱及び燃焼中断を来し得 る）。触媒加熱のための付加的噴射ＴＩ＿ＢＲＥＮを制限しなければならない。 このために、負荷領域、無負荷及び部分負荷に対して種々異なる限界値が設定さ れ、該限界値を越えるとそれ以上の濃厚化は行われない。種々の負荷領域に対す る限界値は電子制御装置１６の診断メモリ３７のマップ内に、冷却剤温度に依存 してファイルされる。 トルク（モーメント）の跳躍的変化を大して惹起させないためスタート後のフ ェーズにて濃厚化が先ず抑圧され、それに引き続いて次のような時間依存の係数 Ｆ＿ＴＩを介して緩慢に増大させ得る。 ＴＩ＿ＢＲＥＮ＿ＳＴ＝ＴＩ＿ＢＲＥＮ＊ＴＩ． 空気量に応じての機関制御部及び燃料に作動されるバーナ系に就いて当該方法 を説明して来たが、当該方法は吸込み管圧力に応じての制御部及び加熱可能触媒 付きの内燃機関にも適用可能であり、ここで触媒器に対する加熱装置の形式、種 類（例えば電気的加熱触媒又は２次吸込みのみ）に無関係に適用可能である。付 加的噴射時間ＴＩ＿ＢＲＥＮの計算のための式におけ る機関空気量ＬＭ＿ＫＧ＿Ｈは吸込み管圧力に応じて制御されるシステムの場合 下式から計算され得る。 ＴＩ＿ＢＲＥＮ＝ＴＩ＿Ｂ＊Ｎ＊１４．５＊ＶＤ［ｍｇ/ｍｓ］＊Ｚ/２ ここでＴＩＢはベース噴射時間６を表し、Ｎは回転数、ＶＤは、噴射弁の弁通過 流量、Ｚはシリンダ数を表す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ Ｆ０１Ｎ 3/36 9524−3Ｇ Ｆ０１Ｎ 3/36 Ｊ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ラムダ制御装置を備えた内燃機関に対する燃料供給制御方法であって、前 記内燃機関には下記のものが設けられており、即ち −内燃機関（１０）の排気ガス管（１２）内に配置された触媒（１４）、 −触媒（１４）をそれの作動温度へ外部加熱するための装置（２０；２５）、 −付加空気を排気ガス管（１２）内に吹き込む２次空気ポンプ（２０）が設けら れている当該内燃機関に対する燃料供給制御方法において、 触媒（１４）の外部加熱の際、付加的燃料量（ＴＩ＿ＢＲＥＮ）を内燃機関（１ ０）の燃料プロセス部に供給し、上記の付加的燃料量（ＴＩ＿ＢＲＥＮ）を、付 加２次空気量（ＬＭ＿ＦＡＫ＿ＢＲＥＮ）と、内燃機関（１０）の吸い込み通路 （チャネル）（１１）内に流入する空気量（ＬＭ＿ＫＧ＿Ｈ）との商により求め 、前記付加２次空気量は２次空気ポンプ（２０）を用いて排ガス系内に吹き込ま れるものであることを特徴とする加熱可能な触媒付き内燃機関に対する燃料供給 制御方法。 ２．２次空気ポンプ（２０）はラムダ制御装置のラムダゾンデ（１５）の前及 び内燃機関の触媒（１４）の前で付加空気を排ガス管（１２）内に吹き込む請求 の 範囲１記載の方法。 ３．外部加熱のための装置はバーナ系（２５）を有し、該バーナ系には内燃機 関（１０）の燃料循環（系）からの燃料及び燃焼空気が２次空気ポンプ（２０） を用いて供給され、そして、上記バーナ系の燃料室（２４）は触媒（１４）の入 口の近くのところに配されるようにした請求の範囲１記載の方法。 ４．触媒（１４）の外部加熱のための装置は電気的加熱装置を有し、該加熱装 置は内燃機関（１０）の搭載電源又は外部電源から給電される請求の範囲１記載 の方法。 ５．付加的燃料量（ＴＩ＿ＢＲＥＮ）は暖機運転（ウォーミングアップ）補正 係数（ＴＩ＿ＦＡＫ＿ＷＬ）を用いて、および/又は、コールドリ（再）スター ト係数（ＴＩ＿ＦＡＫ＿ＫＮＳ）を用いて補正される請求の範囲１記載の方法。 ６．付加的燃料量（ＴＩ＿ＢＲＥＮ）は内燃機関（１０）の無負荷作動モード で、及び/又は部分負荷作動モードで冷却剤温度依存の限界値へ制限される請求 の範囲１記載の方法。 ７．２次空気吹き込みは内燃機関（１０）のスタートの際投入され、そして、 選択可能な時間（Ｔ＿ＭＡＸ＿ＳＬ）の後遮断される請求の範囲１記載の方法。 ８．前記時間（Ｔ＿ＭＡＸ＿ＳＬ）は内燃機関のスタートの際の冷却剤温度（ ＴＫＷ＿ＳＴ）に依存して 選定される請求の範囲７記載の方法。 ９．触媒（１４）の限界値を越えると２次空気吹き込みが遮断される請求の範 囲１記載の方法。 10．２次空気吹き込みが遮断されると（時点ｔ４）付加的燃料（ＴＩ＿ＢＲＥ ＮＮ）の噴射が終了される請求の範囲１記載の方法。 11．ラムダ制御装置は２次空気吹き込みの間中（ＴＩ＿ＭＡＸ＿ＳＬ）抑圧さ れ、そして２次空気吹き込みの遮断後選択可能な時間のむだ時間（Ｔ＿ＴＯＴＺ ＿ＳＬ）の経過後投入される請求の範囲１記載の方法。 12．付加２次空気量（ＬＭ＿ＦＡＫ＿ＢＲＥＮ）は高さ係数（ＦＡＫ＿ＰＨ） で補正される請求の範囲１記載の方法。 13．付加２次空気量（ＬＭ＿ＦＡＫ＿ＢＲＥＮ）は、高さ係数（ＦＡＫ＿ＰＨ ）で補正される請求の範囲１記載の方法。 14．付加２次空気量（ＬＭ＿ＦＡＫ＿ＢＲＥＮ）電池電圧補正（Ｆ＿ＵＢ）で 補正される請求の範囲１記載の方法。