JP4421162B2 - Nox吸蔵触媒のnox再生の制御装置及び制御方法 - Google Patents
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Description
本発明は独立請求項の上位概念に挙げた特徴を有する、自動車用内燃機関の排気ガス管に配設されたNOX吸蔵触媒のNOX再生の制御装置及び制御方法に関する。
【0002】
内燃機関の排気ガスの浄化のために排気ガス管に排気ガス浄化設備を組込むことは周知である。その場合排気ガス浄化設備は通常粒子フィルタ又は触媒のような部品を具備する。内燃機関からの粗放出を減少しようとすれば、この触媒は還元触媒からなる。還元性有害物質、例えば一酸化炭素CO及び不完全燃焼炭化水素HCの質量流量が還元触媒の区域で十分に高ければ、NOXが還元剤によって窒素に変換される。
【0003】
燃費の最小化という観点から、リーンな空気過剰率で内燃機関を運転するのが得策であることが判明した。ところが燃費最適化領域の運転は一方ではNOX放出の増加、他方では還元剤質量流量の減少を伴う。そこで高いNOX放出を回避するために、NOXを硝酸塩として吸収するNOX吸蔵剤を触媒に配属する。NOX吸蔵剤はいわゆるNOX吸蔵触媒として触媒と組合せることができる。
【0004】
NOX吸蔵触媒の吸蔵容量はもちろん量的に限られているから、NOX漏出を避けるために定期的間隔でNOX再生を行わなければならない。NOX再生の際に理論又は過濃運転への切換えが行われる。予め硝酸塩の形で吸収されたNOXが再び放出される。通常NOX再生は、NOX吸蔵触媒の負荷状態又は下流でNOX感知測定装置が検出するNOX放出(漏出放出)に対するしきい値を超えたときに作動させられる。この場合は再生の必要性の決定が自動車のすべての運転段階で同じ判定基準に従って行われるのが欠点である。ところがアイドリング段階では排気ガス流量がはるかに少なく、従ってNOX再生の開始時に還元剤の質量流量が小さいから、再び脱着したNOXを触媒成分で不完全にしか還元できない。NOX再生時にNOX放出が不都合に高いだけでなく、アイドリング段階の再生に原因する燃費増加は内燃機関に対する高い負荷要求の段階よりも大きい。またアイドリング時のNOX再生はしばしば望ましくない騒音発生を付随する欠点がある。さらにアイドリング時のNOX再生は排気ガス流量が少ないため長時間かかり、従って燃費に不利な運転を長く維持しなければならない。
【0005】
そこで本発明の課題は、先行技術の上記の欠点を克服することができる方法及び装置を提供することである。その場合見出される解決策は、制御技術的にすでに実証済みのモデルに簡単に組込まれるものでなければならない。
【0006】
本発明によれば、この課題は独立請求項に挙げた特徴を有する、NOX吸蔵触媒のNOX再生の制御のための装置及び方法によって解決される。本方法により
(a)内燃機関がアイドリングにシフトされているか否かを検出し、
(b)次のいずれか1つ又は任意の組合せ、即ち、(i)アイドリング時に負荷状態又はNOX放出に対するしきい値を引き上げ、(ii)所定の期間を経過した後に初めてNOX再生を開始し、(iii)アイドリングへの切換えるときに現在進行中のNOX再生を中止することによって、例えばアイドリング運転時のリーン段階を次の必ず必要なNOX再生まで延長し、又は所定の時間間隔に従って制御することができる。
【0007】
その場合、本発明に係る装置は、上記のプロセス段階を実行することができる手段を有する。このような手段は、アイドリング時のNOX再生の制御を可能にする手順をデジタル形式で格納した制御装置であることが好ましい。制御装置は独立の制御ユニットとして実現し、又は多くの場合すでに存在するエンジン制御装置に組込むことができる。
【0008】
アイドリングへの切換えとともにNOX再生を行う場合は、アイドリングへの切換えがオーバーラン燃料カットオフ段階で行われるか、又は回転数が所定のしきい値より高いか、又は車速がなお所定の限界速度を超えているならば、NOX再生を終了することが好ましい。NOX再生を中止するときは、NOX再生を後続の加速段階で続行させるマーカを設定する。アイドリング運転時にすでにNOX再生を行わなければならなかった場合は、もちろんマーカが取り消される。
【0009】
また0.85ないし1.0の空気過剰率を設定してNOX再生を行うことが好ましい。いずれにしてもNOX再生は通常のNOX再生よりもリーンに行わなければならない。これによって0.85より明らかに小さな空気過剰率での「標準的」NOX再生と比較して、騒音発生が低減される。本方法の別の好ましい実施形態では、何らかの理由からλ=1運転への切換えが必要なときは必ずアイドリング時のNOX再生が開始される。これは例えば制動力増幅装置の圧力を増加しようとする場合である。
【0010】
全体として上記の処置によりアイドリング運転時のNOX再生の回数を自動車のその他の運転段階に比して減少することができるから、燃費、NOX再生時のNOX放出及び騒音発生が低減される。
【0011】
発明のその他の実施形態は、従属請求項に挙げたその他の特徴で明らかである。
【0012】
次に、発明の実施形態を添付の図面に基づき詳述する。
【0013】
図1はNOX吸蔵触媒14を排気ガス管12に後置した内燃機関10を示す。この場合排気ガスの空気過剰率及び特定の有害物質成分の割合の検出のための適当なセンサ装置が排気ガス管12に配置されている。例えばガスセンサ16がラムダセンサとして、ガスセンサ18がNOX感知測定装置として設けられている。センサ装置が検出したデータは周知のようにエンジン制御装置20に送られる。エンジン制御装置20には内燃機関10に配置された部品のための操作量を決定するモデルがデジタル形式で格納されている。これらの部品は空気過剰率、点火角又は燃料噴射量に関して燃焼過程を調節することができる。例えば操作量として排気ガス再循環弁22の開放角又はスロットル弁24の位置が考えられる。燃焼過程の制御のための装置及び方法はよく知られているから、ここで詳しく説明しない。
【0014】
またその他の状態パラメータ、例えばスロットル弁位置又はアクセルペダル位置がエンジン制御装置20に読み取られる。周知のようにこのパラメータによって、自動車がアイドリング段階にあるか否かを決定することができる。自動車のこの状態は次に制御装置36に読み取られる。この場合制御装置36はエンジン制御装置20に実装されている。
【0015】
空燃混合気の燃焼過程で酸素の過剰が支配するならば、内燃機関10のNOX粗放出が増加し、同時にNOXの変換のために必要な還元剤、一酸化炭素CO及び不完全燃焼炭化水素HCが減少する。この運転領域は特に燃費に有利であることが証明されたから、NOX放出の減少のためにNOXをNOX吸蔵触媒14の吸蔵成分に吸収しなければならない。理論又は過濃運転への切換えが行われると、硝酸塩の形で吸蔵されたNOXが少なくともNOX吸蔵触媒14の雰囲気条件の変更の直後に再び急速に脱着する。還元剤の質量流量が低すぎると、NOX吸蔵触媒の触媒成分への還元剤の必要規模の供給ができないので、望ましくないNOX放出が起こる可能性がある。
【0016】
以下の方法(図2を参照)によって、とりわけ低い排気ガス流量が特徴のアイドリング段階でリーン運転をより長く維持し、それとともにアイドリング運転中のNOX再生の回数を他の運転段階に比して減少することが可能である。またNOX再生による騒音発生を抑制することができる。
【0017】
まず、第1の質問で、自動車がアイドリング段階にあるか否かが確かめられる(ステップS1)。これが否定されるならば、NOX吸蔵触媒14のNOX再生を常法により制御することができる。そのために例えば例えばNOX吸蔵触媒14の負荷状態又はNOX吸蔵触媒14の下流のNOX放出を監視することができる(ステップS2)。この量のしきい値を超えると、理論又は過濃運転への切換えによりNOX再生が開始される。
【0018】
アイドリング段階が行われているときは、まず次の質問(ステップS3)で、アイドリングへの切換えが現在進行中のNOX再生の間に行われるか否かが確かめられる。肯定の場合は段階4で、オーバーラン燃料カットオフ段階が存在するか、及び/又は自動車が依然として所定の限界速度より高い速度を有するか、及び/又は回転数が所定のしきい値を超えるか、が確かめられる。これらの周辺条件が存在するならば、ひとまずNOX再生を終了する(ステップS5)。さもなければ現在進行中のNOX再生を中止して、マーカを設定する(ステップS6)。マーカによって、アイドリング段階の終了後、例えば自動車の次の加速段階でNOX再生を再開することが保証される。
【0019】
ステップS5及びステップS6に続いて、又はアイドリンへの切換えが現在進行中のNOX再生時に行われない場合は(ステップS3)、再生の必要性の決定のためにしきい値の新たな確定が行われる(ステップS7)。そのために在来の方法で利用される負荷状態又はNOX放出のしきい値が引き上げられる。もちろんしきい値は、アイドリング時に多量のNOX漏出が生じないように定めなければならない。ところが排気ガス質量流量が少ないため、内燃機関10の他の運転段階より高いしきい値でもこれを保証することができる。
【0020】
最後の手順の代案として、その経過後にNOX再生を実行しなければならない固定時間間隔をステップS7で設定することができる。アイドリング時のNOX再生の上記の制御手順のほかに、NOX再生時の空気過剰率をλ=0.85ないし1.0の範囲、かつ従来慣用のNOX再生より少なくともリッチでない値に確定すれば、騒音発生がはるかに少ないので有利であることが判明した。
【図面の簡単な説明】
【図1】排気ガス管にNOX吸蔵触媒を配設した内燃機関の原理図である。
【図2】アイドリング時のNOX吸蔵触媒のNOX再生の制御のためのブロック構成図である。
【符号の説明】
10 内燃機関
12 排気ガス管
14 NOX吸蔵触媒
16 ガスセンサ
18 ガスセンサ
20 エンジン制御装置
22 排気ガス再循環弁
24 スロットル弁
36 制御装置
Claims (10)
- 少なくともNOX吸蔵触媒(14)の負荷状態に対するしきい値又はNOX吸蔵触媒(14)の下流のNOX放出に対するしきい値を超えたならばNOX再生を開始する自動車用内燃機関(10)の排気ガス管(12)に配設されたNOX吸蔵触媒(14)のNOX再生の制御方法において、
(a) 内燃機関(10)がアイドリング段階の運転にあるか否かを検出し、
(b) (a)が肯定の場合は、アイドリング段階への切換えが現在進行中のNO X 再生の間に行われるか否かが確かめられ、
(c) (b)が否定されるならば、次のいずれか1つ又は任意の組合せがとられる、即ち、
(i)NO X 吸蔵触媒(14)の負荷状態のための又はNO X 吸蔵触媒(14)の下流のNOX放出のためのしきい値を引き上げ、
(ii)所定の期間を経過した後のみに初めてNOX再生を開始し、
(d) (b)が肯定の場合に、限界条件
− オーバーラン燃料カットオフ段階が存在しない、
− 車速が所定の限界速度を超えない、及び/又は
− 回転数が所定のしきい値より高くない
のうち少なくとも一つが存在するときは、現在進行中のNOX再生を中止する、
ことを特徴とするNOX再生の制御方法。 - オーバーラン燃料カットオフ段階が存在し、又は車速が所定の限界速度を超え、又は回転数が所定のしきい値より高いときは、アイドリング段階に切換えるときに現在進行中のNOX再生を中止しないことを特徴とする請求項1に記載のNOX再生の制御方法。
- 現在進行中のNOX再生を中止するときに、自動車の後続の加速段階でNOX再生を続行させるマーカを設定することを特徴とする請求項2に記載のNOX再生の制御方法。
- アイドリング段階においてすでにNOX再生を行わなければならなかったときは、マーカを取り消すことを特徴とする請求項3に記載のNOX再生の制御方法。
- アイドリング段階ではない時のNO X 再生のためよりもリッチでない空気過剰率で、アイドリング段階でのNO X 再生を行うことを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載のNO X 再生の制御方法。
- アイドリング段階において0.85ないし1.0の範囲の空気過剰率でNOX再生を行うことを特徴とする請求項5に記載のNOX再生の制御方法。
- 何らかの理由でλ=1運転への切換えが必要なときは、NOX再生を開始することを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載のNOX再生の制御方法。
- 少なくともNOX吸蔵触媒(14)の負荷状態に対するしきい値又はNOX吸蔵触媒(14)の下流のNOX放出に対するしきい値を超えたならばNOX再生を開始する、自動車用内燃機関(10)の排気ガス管(12)に配設されたNOX吸蔵触媒(14)のNOX再生の制御装置において、
(a)内燃機関(10)がアイドリング段階の運転にあるか否かを検出し、
(b) (a)が肯定の場合は、アイドリング段階への切換えが現在進行中のNO X 再生の間に行われるか否かが確かめられ、
(c) (b)が否定されるならば、次のいずれか1つ又は任意の組合せがとられる、即ち、
(i)NO X 吸蔵触媒(14)の負荷状態のための又はNO X 吸蔵触媒(14)の下流のNOX放出のためのしきい値を引き上げ、
(ii)所定の期間を経過した後のみに初めてNOX再生を開始し、
(d) (b)が肯定の場合に、限界条件
− オーバーラン燃料カットオフ段階が存在しない、
− 車速が所定の限界速度を超えない、及び/又は
− 回転数が所定のしきい値より高くない
のうち少なくとも一つが存在するときは、現在進行中のNOX再生を中止する、手段があることを特徴とするNOX再生の制御装置。 - 上記の手段がアイドリング段階のNOX吸蔵触媒(14)のNOX再生の制御手順をデジタル形式で格納した制御装置(36)を含むことを特徴とする請求項8に記載のNOX再生の制御装置。
- 前記制御装置(36)がエンジン制御装置(20)に組込まれていることを特徴とする請求項9に記載のNOX再生の制御装置。
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