JPH11148338A - 内燃機関の排気系の窒素酸化物用トラップの再生方法 - Google Patents

内燃機関の排気系の窒素酸化物用トラップの再生方法

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JPH11148338A
JPH11148338A JP10270550A JP27055098A JPH11148338A JP H11148338 A JPH11148338 A JP H11148338A JP 10270550 A JP10270550 A JP 10270550A JP 27055098 A JP27055098 A JP 27055098A JP H11148338 A JPH11148338 A JP H11148338A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 リーン・バーンから理論空燃比への移行時の
排出ピークを避け、出来るだけ大きな回転速度／負荷領
域でリーン・バーン運転が行なえる様にする。 【解決手段】 本発明は、電子エンジン制御ユニットを
有する内燃機関の排気系の窒素酸化物用トラップを再生
する方法に関する。ここで、この電子エンジン制御ユニ
ットを用い、多くのエンジン運転状態に応じて、内燃機
関に対してリーン又は略理論空燃比の空気／燃料混合気
のいずれが供給されているかが判断され、そして、これ
を用いて、所定の第１開始条件のもとでは、窒素酸化物
用トラップの基本再生サイクルが開始される。リーン・
バーン４２から理論空燃比４８への移行５２、５４が起
こり、所定の第２開始条件が得られると、窒素酸化物用
トラップの追加再生サイクルが開始される。これによ
り、貯えられた窒素酸化物の自由な遊離が避けられる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電子エンジン制御
ユニットを有する内燃機関の排気系の窒素酸化物用トラ
ップを再生する方法に関する。ここで、この電子エンジ
ン制御ユニットを用い、多くのエンジン運転状態に応じ
て、内燃機関に対してリーン又は略理論空燃比の空気／
燃料混合気のいずれが供給されているかが判断され、そ
して、これを用いて、所定の第１開始条件のもとでは、
窒素酸化物用トラップの基本再生サイクルが開始され
る。
【０００２】
【従来の技術】リーン・バーン作動中には特に起こる窒
素酸化物の排出を減らすために、リーン・バーン作動用
に設計された内燃機関（リーン・バーン・エンジン）を
備える自動車においては、上述の窒素酸化物用トラップ
を、一般的な三元触媒と組み合わせて用いるのが好まし
い。窒素酸化物の分子はトラップの被覆に沈殿し、排気
からは除去される。窒素酸化物用トラップの長期間の使
用を可能とするために、ある程度飽和した時点で、再生
サイクルが必要となる。この目的のために、エンジンは
リッチ空気／燃料空燃比（例えばラムダ
【外１】 ＝０．７５）で短時間運転されるのが普通である。この
様な状態において、沈殿した窒素酸化物が、触媒の影響
のもとで、窒素と酸素に分離し、酸素が余剰水素又は一
酸化炭素と共に燃焼して、水または二酸化炭素となる。
【０００３】公知の窒素酸化物用トラップの問題点は、
所定の運転状態において、既に固着した窒素酸化物が、
変換することなく、窒素酸化物用トラップから再度遊離
するということである。内燃機関が高回転／高負荷領域
においてリーン・バーン運転から理論空燃比運転へと移
行する時に特に、上述の問題が起こる。この移行時にお
いて窒素酸化物用トラップがかなり大量の窒素酸化物を
既に貯えている場合には、未変換の窒素酸化物の遊離が
起こりやすい。窒素酸化物のこの様に自由な遊離によ
り、定常運転における排気値が満足出来るものであった
としても、厳格な排気試験に不合格となる可能性があ
る。
【０００４】この様な排出ピークを避けるため、内燃機
関がリーン混合気で運転される回転速度／負荷のウイン
ドウを小さくし、先に述べた問題が起きない程度に低い
負荷と回転速度においてリーン・バーンから理論空燃比
への移行が起こる程度の大きさとするという提案が知ら
れている。しかしながら一方で、燃料節約の可能性を最
大にするために、エンジンを、出来るだけ大きな回転速
度／負荷においてリーン空燃比で運転することが望まし
い。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、リー
ン・バーンから理論空燃比への移行時の排出ピークを避
けることが出来、出来るだけ大きな回転速度／負荷領域
でリーン・バーン運転が行なえることが確実である、上
述の種類の方法を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明によれば、リーン・バーンから理論空燃比へ
の移行が起こり、所定の第２開始条件が得られると、窒
素酸化物用トラップの追加再生サイクルが開始される。
この追加再生サイクルにより、窒素酸化物用トラップは
理論空燃比への移行前に再生され、貯えられた窒素酸化
物の自由な遊離はもはや起こらない。
【０００７】本発明の好ましい実施例によれば、リッチ
な空気／燃料混合気が再生サイクル中にエンジンに供給
される。
【０００８】本発明の更に効果的な実施例によれば、窒
素酸化物用トラップのその時点での窒素酸化物トラップ
率と、窒素酸化物用トラップによりトラップされた窒素
酸化物の量に対応する窒素酸化物量値とが、エンジン制
御ユニットにより時間微分を用いて近似的に求められ、
窒素酸化物量値が所定の第１閾値を越えた第１状態にお
いて基本再生サイクルが開始され、窒素酸化物量値が第
１閾値よりも低い第２閾値を越えた第２状態においては
追加再生サイクルが開始され、基本又は追加の再生サイ
クルの各実行後に窒素酸化物量値が初期化される。この
様にして、窒素酸化物用トラップの追加再生はリーン・
バーンと理論空燃比の全ての移行時で行われるのでな
く、それに加えて窒素酸化物のある最小量が窒素酸化物
用トラップに貯えられた時にのみ行われる。燃料消費量
を増大させる不必要な再生サイクルがこの様にして避け
られる。より簡単な代替実施例においては、基本再生サ
イクルは規則的な間隔で行われ、追加再生サイクルはリ
ーン・バーンから理論空燃比への移行の度に開始され
る。更に、最後の再生からある最小期間が経過した追加
開始状態においてのみ追加再生サイクルを可能とする様
にすることも出来る。
【０００９】費用面での許容範囲内で窒素酸化物の実際
のトラップ率の計測を行なうことは殆ど不可能であるの
で、エンジン回転速度、エンジン負荷、空燃比及び窒素
酸化物用トラップ近傍の排気の温度と質量流量に応じ
て、関数関係を用いて、窒素酸化物の現時点でのトラッ
プ率を近似的に決定する方が、より効果的である。その
様な関数関係は、関数形態又はルックアップ・テーブル
としてメモリーに組み込むことが出来、試験台でのデー
タを用いて決定するのが好ましい。
【００１０】窒素酸化物の自由な遊離は基本的にある回
転速度／負荷領域からのリーン・バーン／理論空燃比の
移行時にのみ起こるので、更に別の実施例においては、
所定の回転速度／負荷領域において内燃機関が作動して
いる時に、リーン・バーンの回転速度／負荷領域の所定
の小領域から理論空燃比運転領域への移行が、追加再生
サイクルの開始のための条件とされる。リーン・バーン
運転領域の小領域は、高回転又は高負荷領域にあるのが
好ましい。この追加（第２）開始条件の結果、不必要な
再生サイクルが避けられる。
【００１１】更に、窒素酸化物用トラップの再生に必要
なリッチ再生空燃比は、窒素酸化物用トラップの領域内
の排気温度と排気質量流量とに応じた関数関係を用いて
決定出来る。この様にして決定された再生空燃比は、基
本及び追加再生サイクルの両方において用いられるのが
好ましい。
【００１２】この再生空燃比を用いての基本再生サイク
ルに必要な基本再生時間は、窒素酸化物用トラップ近傍
の排気温度と排気の質量流量とに応じた関数関係を用い
て決定するのが好ましい。
【００１３】再生空燃比を用いて再生するための追加生
成サイクルを実行するのに必要とされる追加再生時間
は、現時点での窒素酸化物量値の第１閾値に対する比に
よって基本再生時間を乗算することによって計算される
のが好ましい。追加再生サイクルが実行される時に、窒
素酸化物用トラップが貯えている窒素酸化物の量は、基
本再生サイクルの場合よりも少ないのが一般的であるこ
とを考慮すると、それに対応して、追加の燃料消費を最
小にするために、再生時間を短くすることが出来る。本
発明の更に別の実施例において、固定のオフセット値を
上述の方法により決定された再生時間に加算することが
出来る。これは、内燃機関からのリッチ・ピークが三元
触媒を通って窒素酸化物用トラップへと到達するのに要
する時間を考慮している。
【００１４】以下に本発明を、図面を参照し、例を用い
て、より詳細に説明する。
【００１５】
【発明の実施の形態】最初に図１を参照すると、多気筒
内燃機関１０は電子エンジン制御ユニット１２により制
御され、電子エンジン制御ユニット１２は現在のエンジ
ン現在回転速度、吸入通路中の空気質量流量センサー３
０からの信号又はドライバーのアクセル・ペダルの現在
位置などの複数の入力信号２４を受信する。エンジン制
御ユニットは、電子スロットル弁２０、点火システム１
８及び噴射システム２６を制御するアルゴリズムを実行
する。電子スロットル弁２０と噴射システム１８によっ
て、シリンダーへと供給される混合気の空燃比ラムダを
広い範囲にわたって変化させることが出来、特にある運
転状態においては、リーンな空燃比を設定することが出
来る。エンジンからの排気は、排気処理システムへと供
給される。これは、三元触媒コンバーター１４と窒素酸
化物用トラップ１６とからなる。温度センサー２２を用
いて、排気処理システムの空間的近傍における排気温度
が計測される。
【００１６】図２は、窒素酸化物用トラップによりトラ
ップされた窒素酸化物の量値Ｘ、設定された空気／燃料
比率ラムダ（
【外２】 ）及び窒素酸化物排出量を表す値ＮＯｘの時間的変化を
質的に示している。図２に示されたシーケンスの開始時
に、内燃機関は空燃比ラムダが１．５であるリーン・バ
ーン・モードで運転されている。エンジン制御ユニット
は時間間隔毎に、窒素酸化物の現在のトラップ率を、エ
ンジン回転速度、エンジン負荷、空燃比、排気温度及び
排気質量流量に応じた関数関係を用いて計算し、この比
率を微分して窒素酸化物量値Ｘを与える。この値が閾値
Ｓ１（６０）を越えた場合には、期間ＴＲ１の間、再生
用空燃比が０．７５で基本再生サイクルが実行され、窒
素酸化物量値Ｘはゼロに初期化される。
【００１７】図２に示す例において、リーン・バーンか
ら理論空燃比運転モードへの移行は時点ｔｓにおいて起
こる。この時点において、窒素酸化物量値Ｘは第２閾値
Ｓ２よりも上にあるので、ＴＲ１よりも短い期間ＴＲ２
の間、再生用空燃比が０．７５である追加再生サイクル
が実行され、値Ｘはゼロへと初期化される。この追加再
生サイクルの後でのみ、理論空燃比つまり
【００１８】
【式１】
【００１９】に設定される。
【００２０】追加再生サイクルの無い従来技術の方法に
おいては、図２における破断曲線により示される様に、
本発明の方法と対比して、望ましくない窒素酸化物の排
出ピーク６６が起こる。
【００２１】図３において、エンジンの回転速度／負荷
の概略図が示されている。各エンジン回転速度ｎにおけ
る最大エンジン・トルクＭＤが、全負荷曲線４６により
与えられる。領域４２において、エンジン制御ユニット
により内燃機関のリーン・バーン運転が許可され、この
領域の上又は右側においては、符号４８において示され
た領域においてエンジンが理論空燃比で運転される。リ
ーン・バーン領域４２の小領域５０からの移行（例えば
５２、５４）においてのみ、未変換の窒素酸化物の自由
な遊離が起こる。それで、エンジン制御ユニットが小領
域５０から領域４８への移行を検出した時にのみ、追加
再生サイクルが開始される。
【００２２】図４に示される様に、本発明の方法により
エンジンの運転中に継続的に実行される監視ループの遂
行は、ステップ８２における窒素酸化物量値Ｘの決定に
より始まる。ステップ８４において、Ｘは第１閾値Ｓ１
と比較される。この値を超えると、基本再生サイクルが
開始される。この目的のために、ステップ８６におい
て、窒素酸化物用トラップ近傍の排気温度と質量流量に
応じて、再生に必要とされる空燃比
【外３】 と必要な基本再生時間ＴＲ１とが各々、計算される。こ
れらのパラメータを用いて、基本再生サイクルがステッ
プ８８において実行され、窒素酸化物量値Ｘはゼロへと
初期化される。ステップ８４においてＳ１を越えていな
い場合に、Ｘは更にステップ９０において第２の低い閾
値Ｓ２と比較される。エンジン制御ユニットが図２に示
す小領域５０から領域４８への移行を検出し更にＸが閾
値Ｓ２を越えた場合には、エンジン制御ユニットは追加
再生サイクルを開始する。追加再生時間ＴＲ２はＴＲ１
と比較して、ステップ９４に示す様に、現在の窒素酸化
物量値Ｘの閾値Ｓ１に対する比率だけ小さい。そしてス
テップ９６において、追加再生サイクルが開始され、窒
素酸化物量値Ｘはゼロへと初期化される。
【００２４】
【発明の効果】窒素酸化物用トラップは理論空燃比への
移行前に再生され、貯えられた窒素酸化物の自由な遊離
は起こらない。
【図面の簡単な説明】
【図１】内燃機関及び本発明による方法を実行するエン
ジン制御システムの概略図である。
【図２】エンジン特性の時間的変化を示す概略図であ
る。
【図３】本発明による方法を説明するための回転速度／
負荷特性の概略マップである。
【図４】本発明による方法の概略的なフローチャートで
ある。
【符号の説明】
１０ 内燃機関 １２ エンジン制御ユニット １６ 窒素酸化物用トラップ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 パトリック、フィルプス ドイツ連邦共和国ケルン、フォーゲルザン ガー・ベック、12 (72)発明者 ローランド、エルドマン ドイツ連邦共和国プルハイム、デルホフェ ネル・シュトラーセ

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 エンジン制御ユニット（１２）を有する
    内燃機関（１０）の排気系の窒素酸化物用トラップ（１
    ６）を再生する方法であって、上記エンジン制御ユニッ
    トを用いて、多くのエンジン運転パラメーターに応じ
    て、上記内燃機関に対してリーン又は略理論空燃比の空
    気／燃料混合気のいずれかが供給されているかが判断さ
    れ、上記エンジン制御ユニットを用いて所定の第１開始
    条件のもとでは上記窒素酸化物用トラップの基本再生サ
    イクルが開始され、リーン・バーン運転モードから理論
    空燃比運転モードへの移行があり所定の第２開始条件が
    得られると、窒素酸化物用トラップの追加再生サイクル
    が開始されることを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】 上記両方の再生サイクル中において、リ
    ッチな空気／燃料混合気が内燃機関（１０）に供給され
    ることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】 上記窒素酸化物用トラップ（１６）のそ
    の時点での窒素酸化物トラップ率と、窒素酸化物用トラ
    ップによりトラップされた窒素酸化物の量に対応する窒
    素酸化物量値（Ｘ）とが、上記エンジン制御ユニットに
    より時間微分を用いて近似的に求められ、上記窒素酸化
    物量値が所定の第１閾値（Ｓ１）を越えた状態において
    基本再生サイクルが開始され、上記窒素酸化物量値が上
    記第１閾値よりも低い第２閾値を越えた状態において追
    加再生サイクルが開始され、上記基本又は追加再生サイ
    クルの各実行後に上記窒素酸化物量値（Ｘ）が初期化さ
    れることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
  4. 【請求項４】 上記窒素酸化物の現時点のトラップ率の
    近似的な決定は、現時点のエンジン回転速度、エンジン
    負荷、空燃比及び上記窒素酸化物用トラップ（１６）の
    近傍における排気の温度と質量流量に応じた関数関係を
    用いて実行されることを特徴とする請求項３に記載の方
    法。
  5. 【請求項５】 上記内燃機関がリーン混合気で所定の回
    転速度／負荷領域（４２）において運転される時には、
    リーン・バーンの回転速度／負荷領域（４２）の所定の
    小領域（５０）から理論空燃比での運転領域（４８）へ
    の移行状態において追加再生サイクルが開始されること
    を特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の方法。
  6. 【請求項６】 上記リーン・バーン運転領域（４２）の
    上記小領域（５０）は、回転速度及び／又は負荷が高い
    領域にあることを特徴とする請求項５に記載の方法。
  7. 【請求項７】 上記窒素酸化物用トラップの再生に必要
    なリッチ再生空燃比が、窒素酸化物用トラップ近傍の排
    気温度と排気質量流量とに応じた関数関係を用いて決定
    されることを特徴とする請求項３から６のいずれかに記
    載の方法。
  8. 【請求項８】 上記再生空燃比を用いての基本再生サイ
    クルに必要とされる基本再生時間（ＴＲ１）が、上記窒
    素酸化物用トラップ近傍の排気温度及び排気質量流量に
    基づいた関数関係を用いて決定されることを特徴とする
    請求項７に記載の方法。
  9. 【請求項９】 上記再生空燃比を用いての追加再生サイ
    クルを実行するのに必要な追加再生時間は、上記現時点
    の窒素酸化物量値（Ｘ）の上記第１閾値（Ｓ１）に対す
    る比によって上記基本再生時間（ＴＲ２）を乗算しその
    積に所定のオフセット時間を加算することによって決定
    されることを特徴とする請求項８に記載の方法。
JP27055098A 1997-09-18 1998-09-07 内燃機関の排気系の窒素酸化物用トラップの再生方法 Expired - Fee Related JP4099272B2 (ja)

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DE19741079.0 1997-09-18

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