JP2002504422A - ＮＯｘ吸収触媒の制御方法 - Google Patents

ＮＯｘ吸収触媒の制御方法

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Abstract

(57)【要約】 ＮＯｘ貯蔵体の再生相の終了をセンサ（５）によって検出することにより、希薄混合気で運転可能なエンジン（１）のＮＯｘ貯蔵触媒（３）の再生インターバルの終了が決定される。このセンサは、再生相の終了によって触媒から排出される排ガス生成物に対して横感度を有する。再生相の終わりに排出される排ガス生成物としては、横感度ＢＯｘセンサによって検出可能なＣＯやＮＨ3のような還元排ガス成分を使用可能である。再生相の終了と開始を知ることにより、濃厚混合気によるエンジン運転の終了の制御、エンジン管理ユニット（６）内の再生モデルの補正、触媒の老化状態のようないろいろな制御機能や情報を導き出すことができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は、ＮＯｘセンサを備えたＮＯｘ吸収触媒の制御方法、特にＮＯｘセン
サで排ガスを監視することによって触媒再生を制御する方法に関する。 希薄混合気で運転されるオットーエンジンの場合、希薄混合気燃焼条件に基づ
いて、窒素酸化物ＮＯｘが排ガス流内に発生する。この窒素酸化物は環境に有害
な作用を生じるので除去しなければならない。希薄な排ガスを脱窒するために、
ＮＯｘ貯蔵触媒（ＮＯｘ吸収触媒）を使用すると有利である。この場合、触媒の
ＮＯｘ貯蔵体は希薄混合気運転中にＮＯｘを貯蔵し、エンジンの濃厚混合気運転
中に再び放出する。その際、放出されるＮＯｘは触媒内で濃厚排ガスの還元成分
によって還元される。
【０００２】 吸収触媒のＮＯｘ貯蔵体によって収容可能なＮＯｘの量が制約されているので
、ＮＯｘ貯蔵体はエンジンの長い希薄混合気運転の後でその収容能力を失う。従
って、ＮＯｘ貯蔵体をときどき再生する必要がある。この再生は予め定めた一定
の時間インターバルで行うことができる。これは勿論、ＮＯｘ貯蔵体の容量を完
全に使用し尽くしていなくても、ＮＯｘ貯蔵体が再生されるという欠点がある。
これは、濃厚状態でのエンジンの高い回転数に基づいて燃料消費を増大させるこ
とになる。更に、そのときのエンジンデータから負荷を計算することができる。
これはしかし、ＮＯｘ貯蔵体の負荷の近似的な決定となる。従って、この再生方
法の場合には、安全マージンを組み込まなければならないので、同様に燃料消費
が増大する。更に、必要な再生の時点がＮＯｘ信号の上昇に基づいてＮＯｘセン
サによって直接決定可能である。この再生の時点は、ＮＯｘ貯蔵体が一杯になっ
たときに生じる。勿論、ＮＯｘ貯蔵体を完全に空にするには、このような再生を
濃厚混合気条件下でどの位実施しなければならないかという疑問が残る。エンジ
ンの濃厚混合気による運転はできるだけ、ＮＯｘ貯蔵体の完全再生のために必要
な時間よりも長くならないようにすべきである。なぜなら、そうしないと、不必
要に多くの燃焼消費が生じるからである。
【０００３】 そこで、本発明の根底をなす課題は、エンジンの濃厚混合気による運転のイン
ターバルを、ＮＯｘ貯蔵体の必要な再生時間に適合させることができるようにす
るために、ＮＯｘ貯蔵触媒の再生の終了を決定するための方法を提供することで
ある。
【０００４】 この課題は請求項１記載の特徴によって解決される。本発明の好ましい実施形
は従属請求項に記載されている。
【０００５】 希薄混合気で運転可能なエンジンのＮＯｘ貯蔵触媒の再生インターバルの終了
を決定するための本発明の方法によって、この時点が、再生相の終了によって触
媒から排出される排ガス生成物に対して横感度を有するセンサによって検出され
る。横感度は、センサが特にＮＯｘに対する所定の感度のほかに、少なくとも１
つの他の生成物を検出できるときに生じる。この生成物は非再生相（貯蔵相）で
は発生しないかまたはほとんど発生せず、非再生相において測定結果を妨害しな
い。
【０００６】 排出される生成物は好ましくは排ガスの還元成分である。この場合、還元成分
は例えばＣＯまたはＮＨ3 である。センサとしては好ましくは、上記の横感度を
有するＮＯｘセンサが使用される。ＮＯｘセンサによって再生相の開始が正確に
検出可能であるので、必要な再生インターバルを正確に決定することができる。
これはリーンエンジンの最適な燃料消費を生じることになる。
【０００７】 再生インターバルの実際の終了を決定することにより、エンジン管理のために
一連の可能性が開ける。
【０００８】 例えば、上述のように、ＮＯｘ貯蔵体の再生相を終了させ、エンジンを再び希
薄混合気で運転するために、センサ信号を利用することができる。
【０００９】 更に、エンジン管理ユニット（エンジンマネジメントユニット）内に記憶され
たＮＯｘ貯蔵モデル／再生モデルを補正するためにセンサ信号を使用可能である
。そのために、通常は、エンジン管理ユニットに格納されたエンジン特性曲線か
ら、再生または再生時間が導き出される。特性曲線がエンジンの運転過程のエン
ジン特性を充分に示さないので、例えば格納された特性曲線に従ってときどき再
生しないで、測定された信号を介して再生を行うことにより、実際の再生インタ
ーバルを知ることによって、特性曲線を実際の状態に適合させることができる。
更に、エンジン管理ユニットは、実際の状態に対する格納特性曲線の偏差を決定
することができる。これは一定のやり方で行うことができ、例えば５〜５０００
回おきに、特に１０〜５００回おきにあるいは１００回おきに、センサ信号に応
じて再生時間を決定することができる。また、エンジンの暖機運転後、この再生
は実際の測定後１〜５回おきに行うことができる。
【００１０】 更に、センサ信号、すなわち再生の終了時点は、実際の再生時間をエンジン管
理ユニットに記憶された目標再生時間と比較することにより、触媒の老化状態を
決定するために使用可能である。
【００１１】 次に、図に基づいて好ましい実施の形態を説明する。 リーンエンジンのエンジン装置は希薄混合気運転可能なエンジン１を備えてい
る。このエンジンの排気装置は、任意選択の一次触媒２と、ＮＯｘ貯蔵触媒（Ｎ
Ｏｘ吸収触媒）３と、排気装置の端管４内に配置されたＮＯｘセンサ５を備えて
いる。ＮＯｘセンサ５の測定信号はエンジン管理ユニット６内で処理される。こ
のエンジン管理ユニットはエンジン１、特に濃厚混合気運転と希薄混合気運転を
制御する。ＮＯｘセンサ５としては、加藤等著の“ディーゼルエンジンおよびガ
ソリンエンジンの厚膜ＮＯｘセンサの性能”ソサイエティ・オブ・オートモーチ
ブ・エンジニア、１９９７年第１９９〜２０１頁に記載されているような厚膜Ｎ
Ｏｘセンサが考えられる。このようなＮＯｘセンサは例えばＮＧＫスパークプラ
グコーポレーション／ＮＴＫによって製造されている。
【００１２】 図２は、希薄混合気運転可能なエンジンのリーン−リッチサイクル中のこのよ
うなＮＯｘセンサの挙動を示している。時間ｔに対するＮＯｘセンサ５の出力信
号Ａが記入されている。その際、ＮＯｘセンサ５は図１に示すように、ＮＯｘ貯
蔵触媒３の後方に配置されている。時間インターバル０〜ｔS の間、エンジンは
希薄混合気で運転される。ＮＯｘ貯蔵体の充填量が増するにつれて、窒素酸化物
の濃度が上昇する。この窒素酸化物はＮＯｘ貯蔵体によってもはや貯蔵できず、
従ってＮＯｘ貯蔵触媒を通過する。その結果、ＮＯｘセンサ５の出力信号の曲線
が益々大きく上昇することになる。予め定めた閾値に達することによってあるい
はＮＯｘ信号の上昇が予め定めた勾配に達することによって、すなわち時点ｔS で、ＮＯｘ貯蔵体を再生するために濃厚混合気エンジン運転または理論混合比エ
ンジン運転に切換えられる。その際、触媒３の後で、ピークが生じる。このピー
クの高さと時間は特に使用される触媒の酸素貯蔵能力と切換えの質に依存する。
時間インターバルｔS 〜ｔREで生じる再生の間、触媒３の後方のＮＯｘ濃度は低
下する。すなわち、濃度は理想的な場合には零に戻る。それによって、ＮＯｘセ
ンサ５の出力信号も零まで低下する。この再生インターバルにおいて、エンジン
１から放出される濃厚成分は触媒３内でＮＯｘを還元するために使用される。時
点ｔREにおいて、ＮＯｘ貯蔵体の再生が終了する。すなわち、ＮＯｘ貯蔵体にＮ
Ｏｘがもはや貯蔵されず、排ガスの濃厚成分がＮＯｘを還元するために使用され
る。その結果、排ガスの濃厚成分は触媒を通って流れる。ＮＯｘセンサが排ガス
の少なくとも１つの還元成分に対して横感度を有するので、この濃厚成分はＮＯ
ｘセンサの出力信号Ａを上昇させる。従って、触媒３の後方で還元成分の排出を
示す時点ｔREが、触媒３のＮＯｘ貯蔵体の再生相の終了を定め、エンジンはエン
ジン管理ユニット６によって再び希薄混合気運転に切換えられる。 参照符号リスト １ エンジン ２ 一次触媒 ３ ＮＯｘ貯蔵触媒 ４ 端管 ５ ＮＯｘセンサ ６ エンジン管理ユニット Ａ センサ信号振幅 ｔ 時間 ｔS 再生開始 ｔRE 再生終了
【図面の簡単な説明】
【図１】 希薄混合気エンジン装置を概略的に示す。
【図２】 希薄混合気−濃厚混合気サイクルの間のＮＯｘセンサの挙動を概略的に示す。
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１２年２月１６日（２０００．２．１６）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００３】 ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９５１１５４８号公報により、希薄混合気
と理論混合比であるいは濃縮混合気で交互に運転される内燃機関の排ガス中の窒
素酸化物を還元するための方法と装置が知られている。その際、排ガス中の炭化
水素、一酸化炭素または窒素酸化物の含有量は、排ガスの流れ方向においてＮＯ
ｘセンサの後方で、適当なセンサによって測定される。再生インターバルの正確
な認識はこの方法では不可能であるので、燃焼消費が多い。 そこで、本発明の根底をなす課題は、エンジンの濃厚混合気による運転のイン
ターバルを、ＮＯｘ貯蔵体の必要な再生時間に適合させることができるようにす
るために、ＮＯｘ貯蔵触媒の再生インターバルを決定するための改善された方法
を提供することである。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００４】 この課題は請求項１記載の特徴によって解決される。本発明の好ましい実施形
は従属請求項に記載されている。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００５】 希薄混合気で運転可能なエンジンのＮＯｘ貯蔵触媒の再生インターバルを決定
するための本発明の方法により、再生インターバルの開始と終了がＮＯｘセンサ
によって検出され、ＮＯｘセンサがそのＮＯｘ感度に加えて、少なくとも１つの
排ガス生成物に対して横感度を有し、この排ガス生成物が排ガスの還元成分であ
り、再生相の終了後初めて触媒から流出する。この横感度は、センサが所定のＮ
Ｏｘ感度のほかに、少なくとも１つの他の生成物を検出できるときに生じる。こ
の生成物は非再生相（貯蔵相）では発生しないかまたはほとんど発生せず、非再
生相において測定結果を妨害しない。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００６】 排ガスの還元成分は好ましくはＣＯまたはＮＨ3 である。ＮＯｘセンサによっ
て再生相の開始と終了が正確に検出可能であるので、必要な再生インターバルを
正確に決定することができる。これはリーンエンジンの最適な燃料消費を生じる
ことになる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００７】 再生インターバルの実際の終了を決定することにより、エンジン管理のために
一連の可能性が開ける。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００８】 例えば、上述のように、ＮＯｘ貯蔵体の再生相を終了させ、エンジンを再び希
薄混合気で運転するために、センサ信号を利用することができる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００９】 更に、エンジン管理ユニット（エンジンマネジメントユニット）内に記憶され
たＮＯｘ貯蔵モデル／再生モデルを補正するためにセンサ信号を使用可能である
。そのために、通常は、エンジン管理ユニットに格納されたエンジン特性曲線か
ら、再生または再生時間が導き出される。特性曲線がエンジンの運転過程のエン
ジン特性を充分に示さないので、例えば格納された特性曲線に従ってときどき再
生しないで、測定された信号を介して再生を行うことにより、実際の再生インタ
ーバルを知ることによって、Ｔ特性曲線を実際の状態に適合させることができる
。更に、エンジン管理ユニットは、実際の状態に対する格納特性曲線の偏差を決
定することができる。これは一定のやり方で行うことができ、例えば５〜５００
０回おきに、特に１０〜５００回おきにあるいは１００回おきに、センサ信号に
応じて再生時間を決定することができる。また、エンジンの暖機運転後、この再
生は実際の測定後１〜５回おきに行うことができる。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１０】 更に、センサ信号、すなわち再生の終了時点は、実際の再生時間をエンジン管
理ユニットに記憶された目標再生時間と比較することにより、触媒の老化状態を
決定するために使用可能である。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１１】 次に、図に基づいて好ましい実施の形態を説明する。 リーンエンジンのエンジン装置は希薄混合気運転可能なエンジン１を備えてい
る。このエンジンの排気装置は、任意選択の一次触媒２と、ＮＯｘ貯蔵触媒（Ｎ
Ｏｘ吸収触媒）３と、排気装置の端管４内に配置されたＮＯｘセンサ５を備えて
いる。ＮＯｘセンサ５の測定信号はエンジン管理ユニット６内で処理される。こ
のエンジン管理ユニットはエンジン１、特に濃厚混合気運転と希薄混合気運転を
制御する。ＮＯｘセンサ５としては、加藤等著の“ディーゼルエンジンおよびガ
ソリンエンジンの厚膜ＮＯｘセンサの性能”ソサイエティ・オブ・オートモーチ
ブ・エンジニア、１９９７年第１９９〜２０１頁に記載されているような厚膜Ｎ
Ｏｘセンサが考えられる。このようなＮＯｘセンサは例えばＮＧＫスパークプラ
グコーポレーション／ＮＴＫによって製造されている。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3G091 AA12 AB01 AB06 BA14 BA33 CB02 DA01 DA02 DA04 DB11 EA30 EA33 FB10 FB12 FC02 HA08 HA37 4D048 AA06 AB02 AB07 AC02 AC04 DA02 DA08 DA09 EA04

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 希薄混合気で運転可能なエンジン（１）のＮＯｘ貯蔵触媒（
    ３）の再生インターバル（ｔRE）の終了を決定するための方法において、触媒（
    ３）のＮＯｘ貯蔵体の再生相（ｔRE）の終了がセンサ（５）によって検出され、
    このセンサが少なくとも１つの排ガス生成物に対して横感度を有し、この排ガス
    生成物が再生相（ｔRE）の終了によって触媒（３）から流出することを特徴とす
    る方法。
  2. 【請求項２】 生成物が排ガス還元成分であることを特徴とする請求項１記
    載の方法。
  3. 【請求項３】 還元成分がＣＯであることを特徴とする請求項２記載の方法
    。
  4. 【請求項４】 還元成分がＮＨ3 であることを特徴とする請求項２記載の方
    法。
  5. 【請求項５】 センサ（５）がＮＯｘセンサであることを特徴とする請求項
    １〜４のいずれか一つに記載の方法。
  6. 【請求項６】 再生相（ｔS ）の開始がＮＯｘセンサ（５）によって検出さ
    れることを特徴とする請求項５記載の方法の用途。
  7. 【請求項７】 触媒（３）のＮＯｘ貯蔵体の再生相（ｔRE）の終了を制御す
    るために使用される、請求項１〜５のいずれか一つに記載の方法の用途。
  8. 【請求項８】 ＮＯｘ貯蔵モデル／再生モデルを補正するために使用される
    、請求項１〜６のいずれか一つに記載の方法の用途。
  9. 【請求項９】 実際の再生時間（ｔS 〜ｔRE）をエンジン管理ユニット（６
    ）に記憶された目標再生時間と比較することによって、触媒（３）の老化状態を
    決定するために使用される、請求項１〜６のいずれか一つに記載の方法の用途。
  10. 【請求項１０】 一次触媒（２）の老化状態を決定するために使用される、
    請求項１〜６のいずれか一つに記載の方法の用途。
JP2000533209A 1998-02-27 1999-02-10 ＮＯｘ吸収触媒の制御方法 Pending JP2002504422A (ja)

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