JP4728552B2 - 内燃機関の排気ガス通路に配設されたｎｏｘ貯蔵触媒の制御のための方法及び装置 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明はＮＯ_Ｘ貯蔵触媒の下流に配設されたＮＯ_Ｘ感知測定装置、特にＮＯ_Ｘセンサによる、内燃機関の排気ガス通路に配設されたＮＯ_Ｘ貯蔵触媒の制御のための方法及び装置に関する。
【０００２】
少なくとも断続的に希薄燃焼運転される内燃機関の排気ガスの後処理を行うために、ＮＯ_Ｘ貯蔵触媒を内燃機関の排気ガス通路に配設することが知られている。この触媒は内燃機関の希薄燃焼運転段階で排気ガスの窒素酸化物を貯蔵する。初期のＮＯ_Ｘ貯蔵容量を回復するために、周期的間隔でＮＯ_Ｘ貯蔵触媒にＮＯ_Ｘ再生が行われる。そのために触媒にリッチな排気ガス雰囲気が送り込まれる。その場合脱着したＮＯ_Ｘは還元性の排気ガス成分、一酸化炭素ＣＯ及び未燃焼の炭化水素ＨＣにより窒素Ｎ₂に還元される。またＮＯ_Ｘ貯蔵触媒から望ましくない硫酸塩の貯蔵を取り除くために、比較的大きな間隔でＮＯ_Ｘ貯蔵触媒の脱硫を行うことが必要である。通常触媒にリッチな排気ガスを送り込むことによって脱硫も行われ、その際同時に６００℃を超える触媒温度が調整される。
【０００３】
またＮＯ_Ｘ貯蔵触媒の下流に配設されたＮＯ_ＸセンサによりＮＯ_Ｘ貯蔵触媒の制御、特にＮＯ_Ｘ再生及び脱硫サイクルの制御を実行することが知られている。触媒の後方に現われるＮＯ_Ｘ濃度を捕捉することによってＮＯ_Ｘの出現を検出し、ＮＯ_Ｘ再生を開始することができる。
【０００４】
ＮＯ_Ｘ再生及び脱硫の間隔をＮＯ_Ｘ貯蔵触媒の後方の実際ＮＯ_Ｘ濃度でなく、内燃機関のリーン段階中にＮＯ_Ｘ貯蔵触媒を通過する全ＮＯ_Ｘ量に合せて調整すれば、ＮＯ_Ｘ貯蔵触媒の一層正確な制御が得られる。上記の全ＮＯ_Ｘ量は測定されたＮＯ_Ｘ濃度の積分によって決定することができる。この案の欠点は、再生段階の後にＮＯ_Ｘの貯蔵が実際に新たに始まる時期が不明なことである。通常はＮＯ_Ｘ貯蔵段階の開始のために内燃機関をリーンモードに切換える時期が基礎になる。ところがこの時期は実際の貯蔵開始のおおまかな近似に相当するに過ぎない。例えば内燃機関とＮＯ_Ｘ貯蔵触媒のあいだの排気ガス通過区間に由来する時間的遅れが考慮されていない。またＮＯ_Ｘ貯蔵触媒はリーン段階の初めに窒素酸化物の確実な貯蔵を許さない温度域にあることが可能である。もう一つの問題として、さらに今日のＮＯ_Ｘセンサに特徴的な応答遅れがある。この応答遅れはセンサの環境のＮＯ_Ｘ濃度の変化に基づく信号変化の遅れをもたらす。こうした事情により、処理されたＮＯ_Ｘ体積流量の積分が通常早期に始まるので再生も早期に開始され、それが燃費に悪影響を及ぼす。ＮＯ_Ｘ貯蔵触媒の多くの制御プロセスにとって、内燃機関の動作点と触媒挙動との時間的関連がよく知られていないという問題がある。
【０００５】
そこで本発明の根底にあるのは、内燃機関の運転状態とＮＯ_Ｘ貯蔵触媒の後方のＮＯ_Ｘセンサの測定との時間的相関を考慮する、上記類別に基づくＮＯ_Ｘ貯蔵触媒の制御のための方法及び装置を提案するという課題である。
【０００６】
この課題は請求項１に記載の方法及び請求項１８に記載の装置の特徴によって解決される。本発明の方法によれば内燃機関の希薄運転モードへの切換えの後、例えばＮＯ_Ｘ貯蔵触媒の再生の後に測定されるＮＯ_Ｘ感知測定装置の信号曲線に基づいて基準時期を決定し、これをＮＯ_Ｘ貯蔵触媒に関する制御プロセスの時間的零位点として使用する。
【０００７】
有利な実施形態によれば、内燃機関の希薄燃焼運転モードへの切換えとともに直ちに、又は短時間の遅れで、基準時期の決定のために測定信号の信号曲線の分析を開始する。さらに信号曲線の分析のスタートを、ＮＯ_Ｘ貯蔵に適した温度域にあるＮＯ_Ｘ貯蔵触媒の存在に依存させることができる。
【０００８】
本方法の好ましい実施形態によれば、分析は少なくとも１つの所定の判定基準に関する測定装置の信号曲線の検査を包含し、基準時期の確定のためには１つの判定基準を満たすだけで十分である。なお上記の判定基準は、ＮＯ_Ｘ貯蔵触媒の制御を起動するための基準時期が必ず触媒及び測定装置の標準条件下で決定されるように設定すべきである。
【０００９】
好ましい実施形態によれば基準時期の確定のための所定の判定基準の1つは、測定装置の下降する信号曲線からゼロに近い勾配を有する曲線又は上昇する信号曲線への移行である。そのために勾配の閾値を設定することができる。この判定基準は、測定装置の信号曲線に最小が存在することに相当する。最小はもちろん他の最小決定法、例えば検出した信号値の大きさの逐次比較でも確かめることができる。最小の存在と同時に信号の所定の閾値を下回ることも前提とすることができる。
【００１０】
また信号曲線の分析の開始から所定の最小期間のあいだ所定の閾値を連続的に下回ることを所定の判定基準の1とすることが好ましい。この判定基準によって、ＮＯ_Ｘ貯蔵触媒の再生の後に内燃機関の希薄燃焼運転モードへの切換えの時期にすでに比較的定常な低いレベルを有し、次いでゆるやかに上昇する信号曲線も考慮される。
【００１１】
もう一つの判定基準は、分析の過程で所定の閾値を下回ることで設定することができる。オプションとして、これをある最小期間のあいだ要求することもできる。
【００１２】
判定基準の選択にかかわりなく、特に信号雑音比が低い場合は分析の前に信号曲線を平滑化することが好ましい。これは例えば隣接する信号値の平均化又はその他のそれ自体公知の方法で行うことができる。
【００１３】
本発明の別の実施形態では、信号曲線の分析の開始後、最大期間が設定され、上記の判定基準に基づき基準時期を首尾よく決定することができずにこの期間が成果なく経過した後、この期間の終了の時期が基準時期として使用される。代替実施形態によれば、この期間が成果なく経過した後にＮＯ_Ｘ貯蔵触媒の新たな再生と、続いて基準時期の新たな決定が開始される。また成果なく経過した基準時期探索に関する情報を内燃機関又はＮＯ_Ｘ貯蔵触媒のその後の制御プロセスのために使用することが好ましい。この情報は例えば診断に関連して触媒の状態説明に含められ、又は内燃機関のリーン放出制御に取り入れられる。
【００１４】
また基準時期の決定の後、直ちに信号曲線の分析を終了し、ＮＯ_Ｘ貯蔵触媒の制御のために測定装置の信号の評価を起動することが好ましい。
【００１５】
好ましい実施形態によれば、基準時期はＮＯ_Ｘ貯蔵触媒のＮＯ_Ｘ再生及び／又は脱硫の制御のために、ＮＯ_Ｘ貯蔵触媒のＮＯ_Ｘ貯蔵開始の時間的零位点として使用される。例えばＮＯ_Ｘ貯蔵触媒が処理したＮＯ_Ｘ量の積分及び／又はＮＯ_Ｘ貯蔵触媒に貯蔵されたＮＯ_Ｘ量の計算が基準時期に始まることが好ましい。
【００１６】
事情によっては、基準時期の信号値を測定装置の修正のための定常偏差として使用することができる。但しこのために基準時期の決定のための基準について比較的厳しい条件が求められる。特に測定装置の信号曲線は基準時期に絶対的最小をとらねばならない。
【００１７】
ＮＯ_Ｘ貯蔵触媒の極めて正確かつ運転向きの制御のために、基準時期の決定をＮＯ_Ｘ貯蔵触媒のＮＯ_Ｘ再生及び脱硫のつど行うのが極めて合理的である。
【００１８】
本方法の好ましい実施形態では、ＮＯ_Ｘ貯蔵触媒の制御のための基準時期が内燃機関の希薄燃焼運転への新たな切換えまで、又は測定装置の位置にリーン排気ガスが現われるまで有効である。従ってこの場合はリーン段階で決定された基準時期が、次のリーン段階で基準時期の新たな探索が始まるまで有効性を保つ。代案として基準時期が内燃機関の化学量論的又は濃厚燃焼運転モードへの切換えまで、又は測定装置の位置に化学量論的又はリッチな排気ガスが現われるまで有効であることも可能である。
【００１９】
またＮＯ_Ｘ貯蔵触媒の再生の後にＮＯ_Ｘ感知測定装置の信号曲線に基づき基準時期を決定し、かつ基準時期をＮＯ_Ｘ貯蔵触媒の制御プロセスの時間的零位点として使用するためのプロセス段階を遂行する手段を包含する装置が設けられる。
【００２０】
好ましい実施形態では、この手段はＮＯ_Ｘ貯蔵触媒の制御のためのプロセス段階の制御手順をデジタル形式で格納した制御ユニットからなる。この制御ユニットはエンジン制御装置に組込むことができる。
【００２１】
本発明のその他の有利な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。
【００２２】
次に添付の図面に基づき本発明の実施例を詳述する。
【００２３】
図１に概略図で示した内燃機関１０の配列は、内設されたオプションの前置触媒１４及びＮＯ_Ｘ貯蔵触媒１６を備えた排気ガス管１２を有する。またＮＯ_Ｘセンサ１８がＮＯ_Ｘ貯蔵触媒１６の下流で排気ガス通路１２に配設されている。ＮＯ_Ｘ貯蔵触媒１６の後方に現われるＮＯ_Ｘ濃度又は排気ガス中のＮＯ_Ｘ分に応じて、ＮＯ_Ｘセンサ１８が測定信号、通常は電圧をエンジン制御装置２０へ転送する。エンジン制御装置２０に制御ユニット２２が組込まれている。制御ユニット２２は記憶されたＮＯ_Ｘセンサ１８の特性曲線に基づきセンサ信号に相当するＮＯ_Ｘ濃度を決定する。決定されたＮＯ_Ｘ濃度に従って、エンジン制御装置２０は、例えば供給される空燃混合気を調節することにより内燃機関１０を制御する。特にエンジン制御装置２０はＮＯ_Ｘ貯蔵触媒１６のＮＯ_Ｘ再生を制御するために、希薄燃焼運転（λ＞１）と化学量論的又は濃厚燃焼運転（λ＜１）のあいだの内燃機関１０の切換えを制御する。リッチな再生段階の開始がＮＯ_Ｘ貯蔵触媒１６の後方の実際ＮＯ_Ｘ濃度でなく、リーン段階中にＮＯ_Ｘ貯蔵触媒１６が処理した全ＮＯ_Ｘ量に依存させられるならば、この再生サイクルのきわめて正確な制御が得られる。この全ＮＯ_Ｘ量はリーン段階の期間中にＮＯ_Ｘセンサ１８の信号を積分することによって計算することができる。しかしＮＯ_Ｘ貯蔵触媒１６の窒素酸化物貯蔵の時期が実際に内燃機関１０のリーンモードへの切換えの後に始まり、ＮＯ_Ｘセンサ１８の信号の積分を有意義にスタートさせるという方法はこれまで知られていなかった。
【００２４】
図２は内燃機関１０のリッチな再生モードＲから希薄燃焼運転モードＭへ切換えるときのＮＯ_Ｘセンサ１８の出力信号ＯＵＴの単純化した時間的経過を示す。ＮＯ_Ｘ再生Ｒのあいだセンサ信号ＯＵＴは比較的高いレベル（領域３０）に留まる。このことは一方では脱着した窒素酸化物ＮＯ_Ｘの不完全な還元に、他方では再生Ｒの際のアンモニアＮＨ₃の発生に原因する。ＮＯ_Ｘセンサ１８はアンモニアにも応答するのである。内燃機関１０がある時期ｔ_SにリーンモードＭに切換えた後、短い期間のあいだセンサ信号ＯＵＴは差当りこの高いレベルに留まる。その原因の１つは、内燃機関１０とＮＯ_Ｘセンサ１８の位置とのあいだに排気ガスから不感容積が貫流することにある。さらにＮＯ_Ｘ貯蔵触媒１６は時期ｔ_Sの切換えの際に、しばしば最適なＮＯ_Ｘ吸収活性を保証するには高すぎる温度を有することが多い。最後に、ＮＯ_Ｘセンサ１８の慣性がさらに挙げられる。その結果、リーンな低ＮＯ_Ｘ排気ガスがセンサ位置にすでに現われているのに、センサ１８はなお高い信号を送出することがある。この遅れの後に信号曲線ＳＶは急激な下降を示し（領域３２）、時期ｔ₀に最小ｍｉｎを通過し、次いで再びゆるやかに上昇する（領域３４）。この上昇はＮＯ_Ｘ貯蔵触媒１６の負荷の増加及びそれに伴って減少するＮＯ_Ｘ貯蔵活性によるものである。内燃機関１０のリーンモードＭへの切換えの時期ｔ_Sにすでに全ＮＯ_X発生量の決定のためにセンサ信号ＯＵＴの積分が始まるならば、図示の遅れ段階に基づき比較的大きなエラーが発生する。本発明の方法及び装置によればＮＯ_Ｘセンサ１８の信号曲線ＳＶに基づいて基準時期ｔ_０が決定され、ＮＯ_Ｘ貯蔵触媒１６に関する制御プロセスの時間的零位点として使用される。実際上この基準時期ｔ_０は再生Ｒの後のＮＯ_Ｘ貯蔵触媒１６のＮＯ_Ｘ貯蔵の開始に相当する。
【００２５】
基準時期ｔ_０の決定は、内燃機関１０の希薄燃焼運転モードＭへの切換え又はＮＯ_Ｘセンサ１８の位置でのリーンな排気ガスの出現とともに、信号曲線ＳＶの分析を開始することによって行われる。その場合適宜な期間内に標準条件下で基準時期ｔ_０が確実に検出されるように設定された種々の判定基準について、信号曲線ＳＶの検査が行われる。最小を確実に決定することができるように、内燃機関１０のリーンモードＭへの切換えの後の信号曲線ＳＶの下降（領域３２）を分析の時間範囲に包括することが好ましい。その場合は信号分析の範囲内で、例えば各測定点で信号曲線の勾配が決定され、先行する勾配と比較される。なお図示した信号曲線ＳＶの例ではまず領域３２で大幅に負の勾配が確認され、その大きさは内燃機関１０の実際動作点に関係する。この勾配は次第に大きくなり（より正になり）、信号曲線ＳＶの最小ｍｉｎでゼロに、次いで正になる。本発明によれば負の勾配からゼロに近い勾配への移行の時期が基準時期ｔ_０の確定のために十分な基準とみなされる。基準時期ｔ₀の決定の後、直ちにこれをＮＯ_Ｘ貯蔵触媒１６の制御プロセスの時間的零位点として、例えばセンサ信号ＯＵＴの積分を開始するために使用する。同時に信号曲線ＳＶの分析はこの点で終了する。ＮＯ_Ｘ貯蔵触媒の制御のためのセンサ信号ＯＵＴのその他の評価をさらに内燃機関１０の種々の運転条件に依存させることができる。
【００２６】
ＮＯ_Ｘセンサ１８の信号曲線ＳＶは必ずしも図２に示すものと一致せず、しかも他方ではＮＯ_Ｘ貯蔵触媒１６の再生Ｒの後、基準時期ｔ_０を確実に検出しなければならないから、異なる信号曲線ＳＶを考慮することができる別の基準を基準時期ｔ_０の決定のために設定することが好ましい。例えば信号が信号曲線ＳＶの分析の開始から所定の最小期間のあいだ所定の閾値を継続的に下回るならば、基準時期ｔ_０が検出されたとみなすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】内燃機関の排気ガス通路の配列図である。
【図２】ＮＯ_Ｘ貯蔵触媒の再生後のＮＯ_Ｘセンサの信号曲線ＳＶの図である。
【符号の説明】
１０ 内燃機関
１６ ＮＯ_Ｘ貯蔵触媒
１８ 測定装置（ＮＯ_Ｘセンサ）
ｔ₀ 基準時期

Claims (14)

1. ＮＯ_Ｘ貯蔵触媒の下流に配設されたＮＯ_Ｘ感知測定装置を用いて内燃機関の排気ガス通路に配設されたＮＯ_Ｘ貯蔵触媒を制御する方法であって、
   内燃機関を希薄燃焼運転モードに切換えた後に、（Ａ）時間に関してＮＯ _Ｘ 感知測定装置からの出力信号を示す信号曲線（ＳＶ）の勾配が負から正又はゼロへ移行すること、及び（Ｂ）出力信号値が所定の閾値を下回ること、からなる群から選択される少なくとも一つの所定の判定基準に関する、時間に関してＮＯ_Ｘ感知測定装置からの出力信号を示す信号曲線（ＳＶ）の分析を行い、かつ、
   少なくとも一つの所定の判定基準を満たす時期を、ＮＯ_Ｘ貯蔵触媒のＮＯ_Ｘ再生段階及び／又は脱硫段階を制御するための基準時期（ｔ₀）として定義し、
   ＮＯ_Ｘ貯蔵触媒のＮＯ_Ｘ再生及び／又は脱硫の制御のために、基準時期（ｔ₀）をＮＯ_Ｘ貯蔵触媒のＮＯ_Ｘ貯蔵の開始のための計算開始時期として使用することを特徴とする方法。
2. 測定装置の信号曲線（ＳＶ）の分析を、（１）内燃機関を希薄燃焼運転モードに切換えるとき、又は（２）短時間の遅れの後、のいずれかで開始する、請求項１に記載の方法。
3. 所定の判定基準が、信号値が所定の閾値を下回ると同時に測定装置の下降する信号曲線（ＳＶ）が正又はゼロの勾配へ移行することである、請求項１又は２に記載の方法。
4. 所定の判定基準（Ｂ）が、信号曲線（ＳＶ）の分析の開始から所定の最小期間にわたって、出力信号の値が連続的に所定の閾値を下回ることである、請求項１〜３のいずれか１つに記載の方法。
5. 所定の判定基準（Ｂ）が、所定の閾値を下回る出力信号の値の低下であり、かつ所定の最小期間にわたって所定の閾値を下回り続けることである、請求項１〜４のいずれか１つに記載の方法。
6. 信号曲線（ＳＶ）を分析の前に平滑化する、請求項１〜５のいずれか１つに記載の方法。
7. 基準時期（ｔ₀）の決定の後直ちに、信号曲線（ＳＶ）の分析を終了し、ＮＯ_Ｘ貯蔵触媒の制御のために測定装置の信号の評価を出す、請求項１〜６のいずれか１つに記載の方法。
8. ＮＯ_Ｘ貯蔵触媒を通過したＮＯ_Ｘ質量の積分及び／又はＮＯ_Ｘ貯蔵触媒に貯蔵されたＮＯ_Ｘ質量の計算が基準時期（ｔ₀）に始まる、請求項１〜７のいずれか１つに記載の方法。
9. ＮＯ_Ｘ再生及び脱硫のつど基準時期（ｔ₀）を決定する、請求項１〜８のいずれか１つに記載の方法。
10. 内燃機関を希薄燃焼運転モードに再び切換えるまで、及び／又は測定装置の位置に希薄排気ガスが現われるまで、基準時期（ｔ₀）が有効である、請求項１〜９のいずれか１つに記載の方法。
11. 内燃機関を化学量論的運転モード又は濃厚燃焼運転モードに切換えるまで、又は測定装置の位置に化学量論的排気ガス又は濃厚な排気ガスが現われるまで、基準時期（ｔ₀）が有効である、請求項１ないし１０のいずれか１つに記載の方法。
12. ＮＯ_Ｘ貯蔵触媒の下流の排気ガス通路に配設されたＮＯ_Ｘ感知測定装置を用いて内燃機関の排気ガス流のＮＯ_Ｘ濃度を決定するための装置であって、
    少なくとも一つの所定の判定基準に関して、内燃機関を希薄燃焼運転モードに切換えた後に、時間に関してＮＯ_Ｘ感知測定装置からの出力信号を示す信号曲線（ＳＶ）を分析し、
    前記少なくとも一つの所定の判定基準を満たす時期をＮＯ_Ｘ貯蔵触媒のＮＯ_Ｘ再生段階及び／又は脱硫段階を制御するための基準時期（ｔ_０）として決定する段階を実行する手段を含み、
    所定の判定基準が、（Ａ）時間に関してＮＯ _Ｘ 感知測定装置からの出力信号を示す信号曲線（ＳＶ）の勾配が負から正又はゼロへ移行すること、及び（Ｂ）出力信号値が所定の閾値を下回ること、からなる群の少なくとも一つとして選択されるものであり、
    ＮＯ_Ｘ貯蔵触媒のＮＯ_Ｘ再生及び／又は脱硫の制御のために、基準時期（ｔ₀）をＮＯ_Ｘ貯蔵触媒のＮＯ_Ｘ貯蔵の開始のための計算開始時期として使用することを特徴とする装置。
13. 前記手段が、ＮＯ_Ｘ貯蔵触媒を制御するための段階の制御手順をデジタル形式で格納した制御ユニットを含む、請求項１２に記載の装置。
14. 制御ユニットがエンジン制御装置に組込まれている、請求項１３に記載の装置。

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