(57)【要約】  本発明の目的は、排気ガスの成分に変化が生じた際に、内燃機関の触媒コンバータの温度ジャンプ（ΔＴ）を推定することである。この目的のために、触媒コンバータに蓄積される反応物質（ＳＩ）の量を監視し（２〜７）、蓄積される反応物質の反応中に放出される反応熱から生じる触媒コンバータの加熱（ΔＴ）が温度ジャンプ（ΔＴ）と仮定される（１３、１４、１６、１７）。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
触媒コンバータの温度
2008503684.tif 000007
を、前記触媒コンバータの排気ガス排出量（Ｍ）及び排気ガスの成分を特徴付けるパラメータ（λ）を使用して計算する（２１）、内燃機関の排気ガス触媒コンバータの温度（Ｔｃａｔ）を推定する方法であって、前記触媒コンバータに蓄積される反応物質の量（ＳＩ）を追跡し（２２；２〜７）、前記排気ガスの成分に変化が生じた際に前記蓄積される反応物質の転換を可能とし、蓄積される反応物質の前記転換中に放出される反応熱が前記温度（Ｔｃａｔ）の計算において考慮する（２３）ことを特徴とする方法。
【請求項２】
排気ガスの成分（λ）に変化が生じた際に、内燃機関の触媒コンバータの可能な温度ジャンプ（ΔＴ、ΔＴ′、ΔＴ＊）を推定する方法であって、前記触媒コンバータに蓄積される反応物質の量（ＳＩ）を追跡し（２〜７）、また前記触媒コンバータの加熱（ΔＴ、ΔＴ′、ΔＴ＊）が前記可能な温度ジャンプ（ΔＴ、ΔＴ′、ΔＴ＊）であると仮定し（１３、１４、１６、１７；３３、３４）、加熱が前記蓄積される反応物質の前記転換中に放出される反応熱により起こることを特徴とする方法。
【請求項３】
前記加熱（ΔＴ′）の計算（３３、３４）において、前記蓄積される反応物質の完全な転換が仮定されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記加熱（ΔＴ）の計算（１３、１４、１６、１７）において、所定の期間（Δｔ）内の瞬間的なガス排出量（Ｍ）に比例する前記蓄積される反応物質の量（ＳＩｎ−ＳＩｎ−１；ＳＩｎ）の転換が仮定されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項５】
転換されたと仮定される前記反応物質の量は、前記期間（Δｔ）の開始時に蓄積される前記反応物質の量（ＳＩｎ）により制限される（１４、１７）ことを特徴とする、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記触媒コンバータの劣化に応じた式（Ｆ２１、Ｆ２２）が、前記加熱の計算（１３、１４、１６、１７、３３、３４）に組み込まれることを特徴とする、請求項３〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記蓄積され、追跡される（５、６、７）反応物質が酸素であり、前記排気ガスの前記成分の変化が希薄混合気から濃い混合気への遷移であることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記蓄積され、追跡される（２、３、４）反応物質が炭化水素及び／又は一酸化炭素であり、前記排気ガスの前記成分の変化が濃い混合気から希薄混合気への遷移であることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記蓄積される量（ＳＩ）を式の時間積分を形成することにより追跡し（２〜７）、これは（λ−１）（λは燃焼中の空気比である）に比例し、且つ前記触媒コンバータの前記ガス排出量（Ｍ）に比例することを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記式はまた、前記触媒コンバータの動作履歴に依存する蓄積率（ＳＦ１、ＳＦ２）に比例することを特徴とする、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記排気ガスの前記成分の変化は、前記蓄積される反応物質の転換を可能にし、前記時間積分（ＳＩ）の傾向の逆転により認識される（９、１０）ことを特徴とする、請求項９又は１０に記載の方法。
【請求項１２】
内燃機関から下流に接続される触媒コンバータの温度（Ｔｃａｔ）を計算し（２３）、前記触媒コンバータの計算された温度（Ｔｃａｔ）を所定の限界温度（ＴＣ）より低く維持するように、前記内燃機関に供給される前記混合気を調節する、内燃機関の混合気の供給を制御する方法であって、前記温度（Ｔｃａｔ）は、請求項１又は請求項３〜１１のいずれか１項に記載の方法を用いて計算する（２３）ことを特徴とする方法。
【請求項１３】
前記混合気が運転者の現在の意思により調節されるという仮定に基づき、前記方法を用いて将来の触媒コンバータの温度を計算し（２４、２５）、この計算が前記限界温度（ＴＣ）を超える温度を生じる（２６）場合、前記混合気は前記運転者の意思から逸脱して調節される（２８、２９）ことを特徴とする、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
現在供給されている混合気が濃く、現在の運転者の意思が希薄混合気に対応し、よって前記計算が前記限界温度（ＴＣ）を超える温度を生じる（３６）場合、前記混合気を前記運転者の意思から逸脱して濃くなるように調節する（３７）ことを特徴とする、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記現在供給されている混合気が希薄であり（２７）、前記計算が前記限界温度（ＴＣ）を超える温度を生じる（２６）場合、前記混合気を、前記現在の運転者の意思に対応する（２９）排出量より少なくなるように調節されることを特徴とする、請求項１３又は１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記触媒コンバータに蓄積される前記反応物質が完全に転換された場合に生じる仮想的な触媒コンバータの温度（Ｔ′ｃａｔ，ｎ）を計算し（３３、３４）、前記仮想的な温度が前記限界温度（ＴＣ）を超えることが確認されると（３６）、混合気の変化が阻止される（３７）ことを特徴とする、請求項１２〜１５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１７】
内燃機関から下流に接続される触媒コンバータの温度を計算し（４１）、前記触媒コンバータの計算された温度が所定の限界温度（ＴＣ）からの安全域（ΔＴ′）を維持する（４４、４５）ように、前記内燃機関に供給される前記混合気を調節する（４８）、内燃機関の混合気の供給を制御する方法であって、前記安全距離（ΔＴ′）は、請求項２〜１１のいずれか１項に記載の方法により計算される可能な温度ジャンプ（ΔＴ′）に対応することを特徴とする、内燃機関の混合気を制御する方法。
【請求項１８】
請求項１〜１７のいずれか１項に記載の方法を実行するように設定されることを特徴とする、内燃機関のエンジン制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、触媒コンバータの温度、及び触媒コンバータの温度の可能な短時間の上昇を推定する方法、当該方法を使用する、触媒コンバータから上流に接続される内燃機関の混合気の供給を制御する方法、並びにこの種の方法を実行するエンジン制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
排気ガス触媒コンバータは、現在の自動車の内燃機関、特にガソリン機関から下流に接続され、排気ガスに含まれる汚染物質、例えば窒素酸化物、一酸化炭素及び未燃炭化水素等を低減するのに使用される。これらの触媒コンバータを効率的に動作させるためには、高温で且つ理論空気比（λ＝１）で動作させなければならない。しかしながら、現在使用されている触媒コンバータは、９５０℃を超える温度で激しい劣化作用が起きる。そのため、触媒コンバータの耐用寿命が長くなることを保証するためには、高すぎる温度は避けなければならない。言い換えると、触媒コンバータの温度を知らなければならず、且つそれに影響を及ぼす過程も知る必要がある。
【０００３】
費用面での理由により、大量生産される自動車の触媒コンバータの温度は測定されず、エンジン制御装置において計算される。この方法は特許文献１に記載されている。
【０００４】
この種の触媒コンバータの温度を、エンジンに供給される混合気の空気比によって制御することは既知である。濃い混合気を使用することによって、触媒コンバータへの酸素の供給は制限され、この結果、排気ガスに含まれる残りの炭化水素及び一酸化炭素の触媒酸化により、触媒コンバータに放出される熱の量は少なくなる。加えて、混合気の濃縮により、排気ガスは過剰に供給される燃料の蒸発により冷却されるため、触媒コンバータに供給される排気ガスの温度は下がる。
【０００５】
燃料消費量及び排気に関する欠点のために、できる限りそのような混合気の濃縮を防ぐ事が目的である。
【０００６】
内燃機関が濃い混合気を有する状態でしばらく動作すると、未燃炭化水素及び一酸化炭素が触媒コンバータに溜まる。ほんのわずかな量の酸素が、触媒コンバータに供給される排気ガス流中に存在するようになると、すぐに（すなわち希薄混合気への遷移によって）、これらの炭化水素は触媒コンバータで急激に転換され、これに対応して温度が上昇することになる。
【０００７】
実験では、減速燃料遮断後、濃い混合気（λ＝０．９）を有する全負荷動作から遷移する間に、１０ｍｓ未満内に５〜３０Ｋの温度の上昇が測定された。
【０００８】
逆に、減速燃料遮断後、触媒コンバータは、非常に短い時間内に酸素で満たされ、その何ｇかを蓄積することができる。続いて、例えば全負荷濃縮により、濃い混合気が充満する際に、さらにより激しい反応が触媒コンバータ内で起こる。
【０００９】
特許文献１から既知の計算方法は、この過渡加熱を考慮していない。そのため、濃い混合気と希薄混合気との間の遷移を伴う動的駆動動作の間、実際の触媒コンバータの温度と、この従来の計算モデルを使用して計算された温度との間にはかなりの差が生じる可能性がある。この事実においては、触媒コンバータの温度が所望の最高温度（例えば、３０〜５０Ｋの安全域を有する、９５０℃という臨界温度より低い温度）に制御されるという点が従来から考慮されている。高負荷での定速駆動時には、この触媒温度の制限により、臨界温度において作動する触媒コンバータとともに操作するエンジンと比較して、燃料消費量は約２〜５％多くなる。
【特許文献１】米国特許第５，４１４，９９４号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、内燃機関の排気ガス触媒コンバータの温度を推定する、改良された方法を提供することである。
【００１１】
この目的は、請求項１の特徴を用いる方法により達成される。
【００１２】
本発明のさらなる目的は、従来の方法と比較して臨界温度からの安全域を小さくするとともに、触媒コンバータの過熱を確実に防ぐ、内燃機関の混合気の供給を制御する方法を提供することである。
【００１３】
この目的は、請求項１２の特徴を用いる方法により達成される。触媒コンバータの温度に影響を及ぼす、この方法において使用される方法は、任意の既知のタイプのものであってもよい。
【００１４】
本発明のさらなる目的は、排気ガスの成分の変化から生じる触媒コンバータの可能な温度ジャンプ（急上昇）を推定する方法を提供することである。
【００１５】
この目的は、請求項２の特徴を用いる方法により達成される。
【００１６】
本発明のさらなる目的は、内燃機関の混合気の供給の制御において可能な温度ジャンプを推定して、触媒コンバータの過熱を防ぐ方法を利用することである。
【００１７】
この目的は、請求項１６の特徴を用いる方法により達成される。この方法は、確かに臨界温度と計算された触媒コンバータの温度との間の安全域を含むが、この安全域は可変であり、且つ触媒コンバータに蓄積される反応物質に含まれる時間的に依存した可変のエネルギー量を考慮するため、一般的にこの安全域は従来の方法よりも小さくすることができる。
【００１８】
本方法の発展形態は、従属している従属請求項に記載される。
【００１９】
上記で説明した方法を実行する、内燃機関のエンジン制御装置もまた、本発明の主題である。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明による方法の好ましい一構成では、触媒コンバータに蓄積される量が追跡される反応物質は酸素である。この場合、急激な加熱を導く排気ガスの成分の変化は、希薄混合気から濃い混合気への遷移である。蓄積される量が追跡される代替の反応物質は、未燃炭化水素及び一酸化炭素であり、その量はともに検出されることができ、炭化水素の均等物として計算される。この場合には、触媒コンバータの急激な加熱を導く排気ガスの成分の変化は、濃い混合気から希薄混合気への遷移である。
【００２１】
本発明による方法の単純な発展形態では、蓄積される反応物質に含まれる全エネルギーは、所定の期間内に放出される反応熱であると単純に仮定される。
【００２２】
さらなる発展的構成では、この所定の期間内で、蓄積される反応物質を転換するのに十分な相補的な反応物質が供給されるかどうかが考慮され、そこでは触媒コンバータの瞬間的なガス排出量に比例する蓄積される反応物質の転換された量を仮定している。
【００２３】
最後の構成においては、排気ガス排出量を考慮して、実際に蓄積される量が理論的に転換可能な量よりも少ない場合、加熱は実際に存在する量を使用して好都合に計算される。
【００２４】
触媒コンバータの脱着挙動及び脱着効率は時間の経過により変化する可能性があるため、加熱の計算において、触媒コンバータの劣化に依存する式が好都合に考慮され、それを、基準となる（reference）触媒コンバータを用いて予め実験的に決定することができる。
【００２５】
一方の反応物質又は他の反応物質の蓄積される量は、式の時間積分を形成することにより単純な方法で追跡することができ、これは（λ−１）に比例し（ここで、λは燃焼中の空気比である）、且つ触媒コンバータのガス排出量に比例する。
【００２６】
この式はまた、触媒コンバータの動作履歴に依存する蓄積率に比例することが好ましい。この蓄積率は、それぞれ追跡された反応物質により触媒コンバータの飽和率を反映し、空気比λ、触媒コンバータのガス排出量、及び濃い排気ガス又は希薄排気ガスが継続的に供給されている期間に依存してもよい。
【００２７】
急激な加熱を導く可能性のある排気ガスの成分の変化は、式（λ―１）の符号の変化により認識することができる。時間積分の被積分関数が本発明による方法を実行する制御装置の第１の構成要素により決定され、積分が第２の構成要素により形成される場合、この第２の構成要素は必ずしもパラメータ（λ―１）を使用しない。それにもかかわらず、この第２の構成要素は、時間積分の発展傾向（development tendency）における逆転により、すなわち、時間積分の連続して計算された複数の値の間の差の符号が変化するときに、排気ガスの成分の変化を容易に認識することができる。
【００２８】
本発明のさらなる特徴及び利点が、添付の図面を参照して実施形態の以下の説明から明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
図１に示す方法は、内燃機関に供給される混合気の濃いものから希薄なものへの、またその逆への成分の変化中に、触媒コンバータに以前に蓄積された反応物質が急激に転換されるという事実によって引き起こされる急激な加熱を考慮に入れるために、蓄積効果を考慮せずに従来の方法で計算される触媒コンバータの温度を補正しなければならない温度補正値ΔＴを計算するのに使用される。
【００３０】
まず、現在内燃機関に供給されている混合気が濃い（λ≦１）又は希薄（λ＞１）であるか、すなわち触媒コンバータに溜まっているのがどのタイプの反応物質であるのかがステップ１で確認される。
【００３１】
濃い混合気の場合、触媒コンバータには炭化水素の均等物、すなわち、未燃炭化水素及び／又は一酸化炭素が供給されるが、触媒コンバータの後燃えに必要な酸素は、もはや排気ガス中には十分な量が含まれず、そのため炭化水素の均等物は触媒コンバータに溜まる。
【００３２】
炭化水素の均等物の収積量の測度は蓄積積分（storage intagral）ＳＩであり、これはステップ２で計算される。一般に、蓄積積分ＳＩは、次式の形の時間積分である。
ＳＩ＝∫（λ−１）ＭＣ２ＳＦ２ｄｔ
ここで、Ｍは、触媒コンバータのガス排出量であり、Ｃ２は、炭化水素の均等物の固有のパラメータで、触媒コンバータに留まったままである傾向の測度であり、ＳＦ２は、蓄積率であり、既に蓄積された炭化水素量又は一酸化炭素量、そしてその結果、λ、ガス排出量Ｍ、及びエンジンに濃い混合気が継続的に供給されていた期間に依存する。（正確には、パラメータＣ２は炭化水素の均等物の各成分の独自の値を有するが、本発明の目的のためには、排気ガス流の全体の炭化水素の均等物中における様々な成分の割合によって加重された平均値であれば十分である。）蓄積積分ＳＩは、時点ｔｎにおける値ＳＩｎが、その前の時点ｔｎ−１における値ＳＩｎ−１に、（λ−１）ＭＣ２ＳＦ２Δｔ（ここで、Δｔ＝ｔｎ−ｔｎ−１）を加えることによって得られるという点で数値的に計算される。
【００３３】
触媒コンバータに固有のパラメータＣ２及びＳＦ２は、ここでは正であると仮定される。Ｍは正の値のみをとることができ、（λ−１）は濃い混合気において常に負であるため、蓄積積分ＳＩは、炭化水素及び一酸化炭素が触媒コンバータに蓄積される際には、常に負の値をとる。
【００３４】
触媒コンバータの蓄積容量が炭化水素に制限されるという事実は、ステップ３において（特に負の）蓄積積分ＳＩが最大の蓄積容量に対応して値ＳＩｍｉｎより小さい値になったかどうかのチェックが行われ、ＳＩｍｉｎより小さい値である場合には、ステップ４においてＳＩの値がＳＩｍｉｎに制限される点において、考慮することができる。
【００３５】
ステップ１で、混合気が希薄である、すなわち酸素過剰分が排気ガス中に蔓延しているということが確認された場合、ステップ５、６、７では、ステップ２〜４に関して上述した方法と類似の方法で、蓄積積分ＳＩの値が決定され、それが触媒コンバータに蓄積される酸素量の測度を表す。物質固有のパラメータＣ１及び蓄積率ＳＦ１は通常、ここでは、炭化水素に関する対応するパラメータであるＣ２、ＳＦ２とは異なる数値を有する。Ｃ１及びＳＦ１は決して負ではないということもまた仮定される。そのため、正の値のＳＩは、事前条件（precondition）（λ−１）＞０の下でのみ得ることができ、負の値のＳＩは、（λ−１）＞０が当てはまるときにのみ得られる。そのため、同じ変数ＳＩを、蓄積される炭化水素量及び一酸化炭素量と、蓄積される酸素量との両方の測度として使用することができ、正の値は蓄積される酸素量の測度であり、負の値は蓄積される炭化水素の均等物量の測度である。ステップ３、４の場合のように、ＳＩはＳＩｍａｘと比較され（ステップ６）、オプションでＳＩｍａｘに低減される（ステップ７）という点で、最大の蓄積可能な酸素量、値ＳＩｍａｘに対応する蓄積積分ＳＩの上限を満たすことができる。
【００３６】
さらなる発展構成の範囲では、パラメータＣ１、ＳＦ１、Ｃ２、及びＳＦ２はいずれの場合にも定数として設定してもよいが、触媒コンバータの温度及び／又はガス排出量（throughflow）に応じた変数として設定してもよい。その場合、いずれの場合にも、温度及び／又はガス排出量による触媒コンバータのプロトタイプに対する依存性を実験により判定することが可能である。
【００３７】
特に、触媒コンバータの酸素の蓄積容量又は一酸化炭素／炭化水素の蓄積容量を通常の形態で判定する触媒コンバータを有する自動車の場合には、こうして判定されたＳＩｍｉｎ及びＳＩｍａｘの値から得られる値を使用することが都合がよい。
【００３８】
蓄積積分ＳＩが計算されると、本方法はステップ８において、蓄積積分ＳＩｎ−１の符号が負である場合にはステップ９に、そして正である場合にはステップ１０に分岐する。ステップ９において、蓄積積分ＳＩｎの現在値がその前のＳＩｎ−１より大きいかどうかのチェックが行われる。前のＳＩｎ−１より大きくない場合、すなわち、蓄積積分が下降傾向又は一定である傾向を有する場合には、蓄積される炭化水素の後燃えは起こり得ないため、後燃えから生じる温度補正値ΔＴがステップ１１において０に等しく設定される。
【００３９】
ステップ９において、ＳＩｎ＞ＳＩｎ−１である、言い換えると、蓄積積分の量が減っているということが確認された場合には、濃い混合気から希薄混合気への成分の変化が行われたはずであり、触媒コンバータに蓄積される炭化水素及び一酸化炭素の燃焼が始まる。ガス排出量Ｍの値に応じて、炭化水素の蓄積物（store）を転換するために、１つ又は複数のサイクルΔｔが必要である可能性がある。蓄積物が１つのサイクルで完全には転換されない場合、本方法は、ステップ１３において、温度ジャンプ
ΔＴ＝（ＳＩｎ−ＳＩｎ−１）Ｃ２  Ｆ１１  Ｆ２１
（ここで、Ｆ１１、Ｆ２１は、炭化水素の均等物に関するパラメータであり、そのモデルで考慮される温度依存性を有してもよく、それらのうち一方のＦ１１はガス排出量に依存し、他方のＦ２１は触媒コンバータの劣化により変化する）を計算する。
【００４０】
蓄積積分の符号が変わる場合には、すなわち、ステップ１２においてＳＩｎ＞０である場合には、温度ジャンプを計算するために、ＳＩｎ＝０と仮定される。すなわち、温度ジャンプΔＴは、ステップ１４において、以下の式
ΔＴ＝−ＳＩｎ−１  Ｃ２  Ｆ１１  Ｆ２１
に従って計算される。
【００４１】
ステップ９と同様に、蓄積積分の発展傾向がステップ１０で評価される。ＳＩｎ＞ＳＩｎ−１の場合、すなわち、ＳＩが上昇傾向で正である場合、触媒に蓄積される酸素量は増加し、酸素は転換されず、ステップ１１での温度補正値は結果的にΔＴ＝０に設定される。しかしながら、ステップ１０において下降傾向が確認された場合には、これは希薄混合気から濃い混合気への変化に等しく、蓄積された酸素との反応は起こり得ない。温度補正値は、以下の類似の式を使用して、ステップ１２及び１３と類似の方法でステップ１５、１６、１７において計算される。ＳＩの符号が変化しない場合には、
ΔＴ＝（ＳＩｎ−１−ＳＩｎ）Ｃ２  Ｆ１２  Ｆ２２
であり、符号が変化する場合には
ΔＴ＝ＳＩｎ−１  Ｃ２  Ｆ１２  Ｆ２２
である。
【００４２】
この場合、Ｆ１２及びＦ２２は酸素に関するパラメータであり、それらのうち一方のＦ１２はガス排出量に依存し、他方のＦ２２は触媒コンバータの現在の劣化に依存する。Ｆ１２及びＦ２２は、Ｆ１１及びＦ２１のように、考慮すべき温度依存性を有してもよい。
【００４３】
このように、温度偏差ΔＴの測度は、触媒コンバータの実際の温度と、蓄積効果を考慮することなく従来の方法で計算される触媒コンバータの温度との間で決定される。
【００４４】
図２は、図１の方法に基づく、電子エンジン制御装置により実行される、触媒コンバータの動作方法のフロー図を示す。本方法は反復して実行される。現在の反復の時点ｔｎにおいて、その前の反復の時点ｔｎ−１における触媒コンバータの温度Ｔｃａｔ，ｎ−１は、前の反復から既知である。
【００４５】
時点ｔｎにおける現在の反復は、たとえば特許文献１から既知の従来の方法によって、継続的に供給される排気ガスの触媒反応により放出される熱量のうち、排気ガスに供給され且つ排気ガスから除去される熱量を考慮するが、蓄積される反応物質の転換中に放出される可能性のある熱を考慮せずに、その前の反復の時点ｔｎ−１における温度Ｔｃａｔ，ｎ−１、空気比λ及び排気ガス排出量Ｍの現在値を使用して、ステップ２１において、現在の反復時点ｔｎにおける触媒コンバータの温度の推定値
2008503684.tif 000003
を計算することにより開始する。
【００４６】
ステップ２２において、現在の温度補正値ΔＴｎが図１を使用して、また現在の空気比λ及び排気ガス排出量Ｍを使用して説明される方法により決定され、瞬間的な触媒コンバータの温度Ｔｃａｔ，ｎが、ステップ２３において、以下の式：
2008503684.tif 000004
により計算される。
【００４７】
ステップ２４において、エンジン制御装置は、エンジンを備える自動車の現在の移動状態、及び次の方法の反復における運転者の意思を明らかにするアクセルペダルの位置を使用して、空気比λ及びガス排出量Ｍの値が調整されることを確認し、またステップ２１に類似の方法で次の反復の時点ｔｎ＋１における触媒コンバータの温度の値の推定値
2008503684.tif 000005
と、図１を使用して説明された方法により予測される温度補正値ΔＴ＊ｎ＋１とを計算し、またステップ２５においてこれら２つを合計して、触媒コンバータの温度Ｔ＊ｃａｔ，ｎ＋１：
2008503684.tif 000006
の予測を行う。
【００４８】
ステップ２６において、この温度Ｔ＊ｃａｔ，ｎ＋１が、触媒の臨界動作温度、例えば９５０℃を超えるかどうかがチェックされる。超える場合、触媒を冷却するために、すなわち触媒の過熱を防ぐために、保護手段２７、２８、２９が実行される。基本的には、触媒コンバータの温度を制限するための、従来技術から既知の任意の方法が適している。特に、ステップ２７において、エンジンが既に以前濃い混合気（λ＜１）で動作していたことが確認された場合、さらなる濃縮を決定することができ（ステップ２８）、こうして触媒コンバータに供給される排気ガスを冷却する。逆に、ステップ２７において、触媒コンバータの温度が限界温度に近づいている時に、それまで希薄混合気が供給されていたことが確認された場合には、冷却のための濃縮を行うことは決してできないため、代わりにステップ２９において、必要であればアクセルペダルの位置に表れる運転者の意思に反して、ガス排出量（それゆえエンジンの性能）の低減が決定される。
【００４９】
ステップ２６において、臨界温度Ｔｃを超えないことが確認された場合、ステップ３０において、触媒コンバータの最低動作温度Ｔｓを下回るかどうかがチェックされる。下回る場合、特にエンジンが始動した直後のウォームアップ段階において、ステップ３１において、触媒コンバータの温度を上昇させるためのそれ自体既知の適した手段が決定され、下回らない場合、方法はステップ３２に直接移る。
【００５０】
ステップ３２において、ステップ２２での現在の温度補正値ΔＴｎの計算中に、以前に決定された蓄積積分ＳＩの符号がチェックされる。蓄積積分の符号に応じて、すなわち触媒コンバータに蓄積される反応物質のタイプに応じて、蓄積積分ＳＩにより与えられる量のこの反応物質の急激な転換から生じる触媒コンバータの加熱ΔＴ′ｎ＋１がステップ３３又は３４において計算される。この場合、それぞれの場合において、Ｆ′１１又はＦ′１２は、図１を参照して説明した定数Ｆ１１、Ｆ１２の値を示し、これは内燃機関の空気排出量Ｍの最大値に対応する。すなわち、ΔＴ′は温度ジャンプであり、これは時点ｔｎにおける蓄積された反応物質の最速の可能な転換により生成され、それゆえ蓄積積分ＳＩのそれぞれの現在値の最大の可能な温度ジャンプである。代替として、計算はＦ１１、Ｆ１２を用いて実行することもでき、ガス排出量Ｍは実際に次の反復の際に調整される。
【００５１】
ステップ３５において、温度
Ｔ′ｃａｔ，ｎ＋１＝Ｔｃａｔ，ｎ＋ΔＴ′ｎ＋１
が計算され、これは、蓄積積分ＳＩにより与えられる瞬時量における蓄積される反応物質が可能な最高速度で転換される場合に、触媒コンバータが達することができる最大温度である。ステップ３６において、この温度Ｔ′ｃａｔ，ｎが臨界温度Ｔｃを超えるかどうかがチェックされる。超える場合、ステップ３７において、濃い混合気から希薄混合気への、又はその逆の可能な転換が阻止され、蓄積される反応物質の転換が防止される。
【００５２】
ステップ３５のＴｃａｔ，ｎの代わりに、Ｔ＊ｃａｔ，ｎ＋１を使用することができる。
【００５３】
ステップ３８において、混合気にはステップ２８、２９、３１又は３７において決定される定量が供給される。
【００５４】
図２を使用して時点ｔｎに関して説明した方法は、以後の時点ｔｎ＋１、ｔｎ＋２等のそれぞれの場合にも同様に反復することができる。代替的には、ｎ番目の反復時にステップ２８、２９、３１又は３７のいずれも実行されていない場合には、ｎ＋１番目の反復時に、現在の触媒コンバータの温度を計算する、ステップ２１、２２、２３が行われない可能性がある。これは、ｎ番目の反復のステップ２５において得られる予測された触媒温度Ｔ＊ｃａｔ，ｎ＋１は、実行された場合のｎ＋１番目の反復のステップ２３において生じるであろう触媒コンバータの温度Ｔｃａｔ，ｎ＋１に事実上等しいためである。ステップ２８、２９、３１又は３７の補正手段により、予測のためにｎ番目の反復において使用される空気比λ及びガス排出量Ｍの値が、エンジンにおいて後に実際に調整された値とは明らかに異なるという事実が導かれる場合にのみ、ｎ＋１番目の反復におけるこれらの変化した値に基づいて、Ｔｃａｔ，ｎ＋１の再計算が必要になる。
【００５５】
要約すると、触媒コンバータの温度を調節する従来の方法は、濃い混合気から希薄混合気への、またその逆への状態の変化により生じる触媒コンバータの短時間の加熱中であっても臨界温度ＴＣを超えないように、計算された触媒コンバータの温度と臨界温度ＴＣとの間の安全域を維持するのに対し、図２による方法は、予防措置として、臨界温度が維持されることができるかどうかに関して、蓄積される反応物質の転換による可能な短時間の加熱を考慮して触媒コンバータの動作状態をチェックし、これが予定された動作状態では当初不可能であることが判明すると、臨界温度ＴＣを超えないように動作状態を補正する、ということがいえる。それゆえ、臨界温度ＴＣからの厳密な安全域を維持することを省くことができる。触媒コンバータを保護するために混合気を濃縮することは、燃料の消費量を増大するため、臨界温度ＴＣを超えることを防ぐために実際に必須である場合にのみ行われ、それにより本発明により制御される内燃機関の消費量及び排気ガスの値が改善される。
【００５６】
本発明による触媒コンバータの動作方法の第２の構成を、図３を使用して説明する。ステップ４１は図２のステップ２１〜２３と一致している。ステップ４２では、上述した蓄積積分ＳＩが計算される。この目的のために、必要であれば、図１からのステップ１〜７が実行される。ステップ４３〜４７は、図２を参照して上述したステップ３２〜３６に対応する。ステップ４７において、蓄積される反応物質の全転換により達することができる温度Ｔ′ｃａｔ，ｎが臨界温度Ｔｃを超えることが確認されると、図２のステップ２７のように、ステップ４８において、それまでの燃焼が濃いものであったか又は希薄なものであったかがチェックされる。それまでの燃焼が濃い燃焼（λ＜１）であった場合、λは触媒コンバータを冷却するためにさらに低減され（ステップ４８）、それまでの燃焼が希薄燃焼であった場合、負荷が低減される（ステップ４９）。
【００５７】
図３の方法では、計算された触媒コンバータの温度Ｔｃａｔと臨界温度Ｔｃとの間の従来の安全域は、図２の方法のように完全には放棄されず、可変の安全域ΔＴ′が維持される。これは、或る所与の時点において、この時点で触媒コンバータに蓄積される反応物質の量が触媒コンバータ及び上流の内燃機関の設計により確立される可能な最高速度において転換される場合に触媒コンバータが受けるであろう温度上昇に対応する。この安全域は、蓄積積分が０である場合にはゼロになる可能性がある。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】排気ガス触媒コンバータの温度に対する蓄積効果の寄与度を推定する方法のフロー図である。
【図２】図１の方法に基づいて排気ガス触媒コンバータの温度を推定するとともに、推定された温度を使用して排気ガス触媒コンバータの動作を制御するフロー図である。
【図３】図１に示す方法の変更に基づく、排気ガス触媒コンバータを動作させるさらなる方法のフロー図である。
【図１】
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【図２】
2008503684.tif 000009
【図３】
2008503684.tif 000010
【図４】
2008503684.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成19年5月11日(2007.5.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2008503684.tif 000012
【図２】
2008503684.tif 000013
【図３】
2008503684.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成19年11月22日(2007.11.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
触媒コンバータの温度
2008503684.tif 000015
を、前記触媒コンバータの排気ガス排出量（Ｍ）及び排気ガスの成分を特徴付けるパラメータ（λ）を使用して計算する（２１）、下流の排気ガス触媒コンバータで内燃機関を操作する方法であって、
前記触媒コンバータに蓄積される反応物質の量（ＳＩ）を追跡し（２２；２〜７）、前記排気ガスの成分に変化が生じた際に前記蓄積される反応物質の転換を可能とし、蓄積される反応物質の前記転換中に放出される反応熱を前記温度（Ｔｃａｔ）の計算において考慮し、かつ、
前記触媒コンバータの計算された温度（Ｔｃａｔ）を所定の限界温度（ＴＣ）より低く維持するように、前記内燃機関に供給される混合気を調節することを特徴とする方法。
【請求項２】
前記混合気が運転者の現在の意思により調節されるという仮定に基づき、前記方法を用いて将来の触媒コンバータの温度を計算し（２４、２５）、この計算が前記限界温度（ＴＣ）を超える温度を生じる（２６）場合、前記混合気は前記運転者の意思から逸脱して調節される（２８、２９）、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
現在供給されている混合気が濃く、現在の運転者の意思が希薄混合気に対応し、よって前記計算が前記限界温度（ＴＣ）を超える温度を生じる（３６）場合、前記混合気を前記運転者の意思から逸脱して濃くなるように調節する（３７）、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記現在供給されている混合気が希薄であり（２７）、前記計算が前記限界温度（ＴＣ）を超える温度を生じる（２６）場合、前記混合気を、前記現在の運転者の意思に対応する（２９）排出量より少なくなるように調節される、請求項２又は３に記載の方法。
【請求項５】
前記触媒コンバータに蓄積される前記反応物質が完全に転換された場合に生じる仮想的な触媒コンバータの温度（Ｔ′ｃａｔ，ｎ）を計算し（３３、３４）、前記仮想的な温度が前記限界温度（ＴＣ）を超えることが確認されると（３６）、混合気の変化が阻止される（３７）、請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
触媒コンバーターの温度を計算して（４１）、下流の触媒コンバーターで内燃機関を操作する方法であって、
前記触媒コンバータの計算された温度が所定の限界温度（ＴＣ）からの安全域（ΔＴ′）を維持する（４４、４５）ように、前記内燃機関に供給される混合気を調節し（４８）、前記安全域（ΔＴ′）は可能な温度ジャンプ（ΔＴ′）に対応しており、
前記触媒コンバータに蓄積される反応物質の量（ＳＩ）を追跡し（２〜７）、また前記触媒コンバータの加熱（ΔＴ、ΔＴ′、ΔＴ＊）が前記可能な温度ジャンプ（ΔＴ、ΔＴ′、ΔＴ＊）であると仮定し（１３、１４、１６、１７；３３、３４）、加熱が前記蓄積される反応物質の転換中に放出される反応熱により起こることを特徴とする方法。
【請求項７】
前記加熱（ΔＴ′）の計算（３３、３４）において、前記蓄積される反応物質の完全な転換が仮定される、請求項１〜６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
前記加熱（ΔＴ）の計算（１３、１４、１６、１７）において、所定の期間（Δｔ）内の瞬間的なガス排出量（Ｍ）に比例する前記蓄積される反応物質の量（ＳＩｎ−ＳＩｎ−１；ＳＩｎ）の転換が仮定される、請求項１〜６のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
転換されたと仮定される前記反応物質の量は、前記期間（Δｔ）の開始時に蓄積される前記反応物質の量（ＳＩｎ）により制限される（１４、１７）、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記触媒コンバータの劣化に応じた式（Ｆ２１、Ｆ２２）が、前記加熱の計算（１３、１４、１６、１７、３３、３４）に組み込まれる、請求項７〜９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
前記蓄積され、追跡される（５、６、７）反応物質が酸素であり、前記排気ガスの成分の変化が希薄混合気から濃い混合気への遷移である、請求項１〜１０のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
前記蓄積され、追跡される（２、３、４）反応物質が炭化水素及び／又は一酸化炭素であり、前記排気ガスの成分の変化が濃い混合気から希薄混合気への遷移である、請求項１〜１０のいずれかに記載の方法。
【請求項１３】
前記蓄積される量（ＳＩ）を式の時間積分を形成することにより追跡し（２〜７）、これは（λ−１）（λは燃焼中の空気比である）に比例し、かつ、前記触媒コンバータの前記ガス排出量（Ｍ）に比例する、請求項１〜１２のいずれかに記載の方法。
【請求項１４】
前記式はまた、前記触媒コンバータの操作履歴に依存する蓄積率（ＳＦ１、ＳＦ２）に比例する、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記排気ガスの前記成分の変化は、前記蓄積される反応物質の転換を可能にし、前記時間積分（ＳＩ）の傾向の逆転により認識される（９、１０）、請求項１３又は１４に記載の方法。
【請求項１６】
請求項１〜１５のいずれか１項に記載の方法を実行するように設定されることを特徴とする、内燃機関のエンジン制御装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
内燃機関が濃い混合気を有する状態でしばらく動作すると、未燃炭化水素及び一酸化炭素が触媒コンバータに溜まる。ほんのわずかな量の酸素が、触媒コンバータに供給される排気ガス流中に存在するようになると、すぐに（すなわち希薄混合気への遷移によって）、これらの炭化水素は触媒コンバータで急激に転換され、これに対応して温度が上昇することになる。この温度上昇を考慮した、触媒コンバータ温度を推定する方法が、特許文献１に記載されている。
【特許文献１】ドイツ特許出願公開第１９９０７３８２号
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
本発明は、内燃機関から下流の排気ガス触媒コンバータの過熱を避けるための、内燃機関の操作方法を提案することを目的とする。
この目的は請求項１と請求項６に記載の方法で達成される。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】削除
【補正の内容】
【国際調査報告】
2008503684.tif 000016
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