(57)【要約】本発明は、内燃機関、特に車両の内燃機関（１０）の駆動方法に関する。ここではリーンな燃料空気混合気が燃焼室で燃焼され、排ガスに含まれる窒素酸化物が吸蔵触媒（２１）に蓄積され、その吸蔵率（η）が吸蔵触媒内の排ガスのその時点の空間速度（Ｒ）に依存して求められる。本発明によれば、少なくとも吸蔵触媒（２１）の温度と大きい空間速度（Ｒ１）および小さい空間速度（Ｒ２）とに依存して２つの効率（η１，η２）が求められ、当該の２つの効率（η１，η２）からその時点の空間速度（Ｒ）に依存する吸蔵率（η）が求められる。
2006514218.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リーンな燃料空気混合気を燃焼室で燃焼させ、排ガスに含まれる窒素酸化物を吸蔵触媒（２１）に蓄積させ、その吸蔵率（η）を吸蔵触媒内での排ガスのその時点の空間速度（Ｒ）に依存して求める
内燃機関、例えば車両の内燃機関（１０）の駆動方法において、
少なくとも吸蔵触媒（２１）の温度（Ｔ）と大きい空間速度（Ｒ１）および小さい空間速度（Ｒ２）とに依存して２つの効率（η１，η２）を求め、
当該の２つの効率（η１，η２）からその時点の空間速度（Ｒ）に依存して吸蔵率（η）を求める
ことを特徴とする内燃機関の駆動方法。
【請求項２】
既に吸蔵触媒（２１）に蓄積されたＮＯｘ量（Ｍ）に依存して２つの効率（η１，η２）を求める、請求項１記載の方法。
【請求項３】
２つの効率（η１，η２）を補間する、請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
２つの空間速度（Ｒ１，Ｒ２）に対する２つの効率（η１，η２）を予め同じタイプの基準吸蔵触媒で測定する、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
【請求項５】
測定された２つの効率（η１，η２）を２つの特性マップ（３４，３５）の形式で記憶しておく、請求項４記載の方法。
【請求項６】
吸蔵率（η）を別の係数、例えば吸蔵触媒（２１）中の硫黄酸化物の蓄積量および／または吸蔵触媒（２１）の経時劣化状態によって制御する、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
請求項１から６までのいずれか１項記載の内燃機関の駆動方法を実行できるようにプログラミングされていることを特徴とするコンピュータプログラム。
【請求項８】
請求項１から６までのいずれか１項記載の内燃機関の駆動方法を実施できるように構成されていることを特徴とする制御装置。
【請求項９】
請求項１から６までのいずれか１項記載の内燃機関の駆動方法を実施できるように構成された制御装置を備えていることを特徴とする内燃機関（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
従来技術
本発明は、内燃機関、特に車両の内燃機関の駆動方法に関する。ここではリーンな燃料空気混合気が燃焼室で燃焼され、排ガスに含まれる窒素酸化物が吸蔵触媒に蓄積され、その吸蔵率が吸蔵触媒内の排ガスのその時点の空間速度に依存して求められる。また本発明は前述の方法を相応に実行するコンピュータプログラム、制御装置および内燃機関に関する。
【０００２】
この種の方法は独国特許第１９９２６３０５号明細書から公知である。ここにはリーンな燃料空気混合気によって駆動される内燃機関において、窒素酸化物を吸蔵触媒に一時的に蓄積することが記載されている。再生フェーズでは内燃機関はリッチな燃料空気混合気によって駆動され、蓄積された窒素酸化物は触媒作用を介して変換される。
【０００３】
窒素酸化物を蓄積する場合、吸蔵触媒が排ガス中の窒素酸化物を蓄積する吸蔵率が計算される。この吸蔵率は特に空気流量に依存するが、このパラメータは吸蔵触媒内の排ガスの空間速度を置換値として表すにすぎない。前掲の排ガスの独国特許第１９９２６３０５号明細書の第３欄第４７行〜第４９行では、触媒体積が一定であることから当該の置換値が仮定されている。
【０００４】
吸蔵率を求める手段は前掲の独国特許第１９９２６３０５号明細書には開示されていない。
【０００５】
したがって本発明の課題は、大きなコストをかけることなく最適な吸蔵率を導出できる方法を提供することである。
【０００６】
本発明による解決手段およびその利点
この課題は、冒頭に言及した形式の方法において、少なくとも吸蔵触媒の温度と大きい空間速度および小さい空間速度とに依存して２つの効率を求め、当該の２つの効率からその時点の空間速度に依存する吸蔵率を求めることにより解決される。
【０００７】
本発明によれば、吸蔵触媒内の排ガスのその時点の空間速度が考慮される。すなわち他のパラメータによる置換値を要さない。この点のみで本発明の方法の精度は従来技術の方法の精度に比べて著しく高くなる。
【０００８】
さらに本発明の方法では生じうる空間速度に相応する効率を全て求めなくて済む。２つの空間速度に対して効率を求めるだけでよく、これに基づいて吸蔵率を求めることができる。これにより本発明の方法では僅かなコストのみで最適な結果を得ることができる。
【０００９】
本発明の有利な実施形態によれば、既に吸蔵触媒に蓄積されているＮＯｘ量に依存して２つの効率が求められる。これにより吸蔵率を求める際に、吸蔵触媒の温度に加えて、既に蓄積されているＮＯｘ量も考慮できる。このようにすれば求められる吸蔵率の精度をさらに向上させることができる。
【００１０】
特に有利には、２つの効率は補間される。これにより簡単に２つの効率を最適に結合することができる。
【００１１】
本発明の別の有利な実施形態によれば、２つの空間速度に対する２つの効率が予め同じタイプの基準吸蔵触媒で測定される。さらに有利には測定された２つの効率が２つの特性マップの形式で記憶される。
【００１２】
本発明の別の有利な実施形態によれば、吸蔵率は別の係数、例えば吸蔵触媒中の硫黄酸化物の蓄積量および／または吸蔵触媒の経時劣化状態によって制御される。これにより吸蔵率の精度をさらに高めることができる。
【００１３】
本発明の他の態様、手段およびその利点を以下に図示の実施例に則して詳細に説明する。以下に説明する全ての特徴は、それが特許請求の範囲、発明の詳細な説明または図面のいずれに現れているかにかかわらず、単独で、また任意に組み合わせて本発明の対象となりうる。
【００１４】
本発明の実施例
図１には本発明の内燃機関の概略図が示されている。図２のａ，ｂには図１の内燃機関の駆動パラメータの２つの３次元特性マップが示されている。図３には図１の内燃機関を駆動する本発明の内燃機関の駆動方法のフローチャートが示されている。図４には図３の方法を補完する実施例のフローチャートが示されている。
【００１５】
図１には特に車両内に設けられている内燃機関１０が示されている。内燃機関１０はここでは直接噴射型ガソリン機関である。ただし本発明は相応にディーゼル機関または吸気管噴射型ガソリン機関にも適する。
【００１６】
内燃機関１０はシリンダ１１を有しており、シリンダ内ではピストン１２が往復運動する。シリンダ１１およびピストン１２は燃焼室１３を形成している。燃焼室１３は吸気管１４に接続されており、これを介して燃焼室に空気が供給される。さらに燃焼室１３は排気管１５に接続されており、これを介して排ガスが燃焼室１３から放出される。空気流および排気流を調整するためにバルブ１６が設けられている。また燃焼室１３には噴射弁１７およびスパークプラグ１８が配属されている。噴射弁１７を介して燃料が燃焼室１３へ噴射され、スパークプラグ１８により燃焼室１３に噴射された燃料が点火され、燃焼が開始される。
【００１７】
排気管１５には３元触媒１９が接続されており、これにより障害物質成分ＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘが無害な成分Ｈ２Ｏ，ＣＯ２，Ｎ２へ変換される。ディーゼル機関では３元触媒１９は必ずしも要さない。管２０を介して３元触媒１９は吸蔵触媒２１に接続されている。管２０には吸蔵触媒２１へ流れ込む排ガスの温度を求める温度センサ２２が設けられている。これに代えて温度センサ２２を吸蔵触媒２１または排ガス系の他の位置に設け、排ガスの温度を直接に測定したり、および／またはモデリングによって求めたりしてもよい。吸蔵触媒２１にはさらに別の管２３も接続されている。
【００１８】
内燃機関１０が理論混合比の燃料空気混合気すなわちλ＝１で駆動される場合、相応の障害物質成分は３元触媒１９によって変換される。ただし燃料節約のために、内燃機関１０はリーンな燃料空気混合気すなわちλ＞１で駆動されることがある。このときには排ガスに含まれる窒素酸化物ＮＯｘは３元触媒１９で空気が過剰となることから低減されなくなる。
【００１９】
このために窒素酸化物ＮＯｘを一時的に蓄積するのに適した吸蔵触媒２１が設けられる。ただし吸蔵触媒２１の蓄積容量は制限されているので、その吸蔵能力は充填率が大きくなってくるにつれて低下してしまう。また吸蔵能力の限界値は内燃機関１０の駆動パラメータに依存する。
【００２０】
吸蔵触媒２１はつねに放出または再生されなくてはならない。このために内燃機関１０は短時間だけリッチな燃料空気混合気すなわちλ＜１で駆動される。これにより吸蔵触媒２１に蓄積された窒素酸化物ＮＯｘは無害な成分Ｎ２，ＣＯ２へ変換される。このように吸蔵触媒２１を再生すれば、再び新たにこの触媒に窒素酸化物ＮＯｘを蓄積することができる。
【００２１】
吸蔵触媒２１の再生を行う時点は、例えば、吸蔵触媒２１の後方に配置されたＮＯｘセンサにより求められる。前述のＮＯｘセンサなしでは吸蔵触媒２１の再生を制御する必要が生じてくる。ここで本発明の有利な方法を以下に説明する。
【００２２】
図２のａ，ｂには吸蔵触媒２１の状態量を３つの軸で展開した特性マップが示されている。どちらの特性マップも吸蔵触媒２１の温度Ｔ、吸蔵触媒に既に蓄積されたＮＯｘ量Ｍ、および効率η１，η２に関連している。ａの特性マップは排ガスの第１の空間速度Ｒ１に関連しており、ｂの特性マップは排ガスの第２の空間速度Ｒ２に関連している。異なる空間速度Ｒ１，Ｒ２に基づいて、２つの特性マップで表されているように２つの異なる効率η１，η２が生じる。
【００２３】
例えば図２のａからわかるように、効率η１は主として吸蔵触媒２１の温度Ｔと既に蓄積されたＮＯｘ量Ｍとに依存している。効率η１は一般に既に蓄積されたＮＯｘ量Ｍが小さくなるにつれて増大する。また効率η１は温度Ｔが過度に低い値または過度に高い値を取る場合には一般に低下する。
【００２４】
図２のａの特性マップの第１の空間速度Ｒ１は、図２のｂの特性マップの第２の空間速度Ｒ２よりも大きい。特に図２のａの特性マップの第１の空間速度Ｒ１は最大値を有しており、図２のｂの特性マップの第２の空間速度Ｒ２は最小値を有している。２つの特性マップの比較から、その他を同じ条件とすれば、一般に、図２のａの特性マップの効率のほうが図２のｂの特性マップの効率よりも大きいことがわかる。
【００２５】
図２のａ，ｂの２つの特性マップはあらかじめ基準吸蔵触媒で測定された値を何らかの手段で記憶しておいたものである。図１で使用された吸蔵触媒２１はこの測定に用いられた基準吸蔵触媒２１と同じタイプのものである。
【００２６】
図３には本発明の内燃機関１０の駆動方法が示されている。この方法は制御装置によって行われる。制御装置はセンサ、例えば温度センサ２２から信号を受け取り、アクチュエータ、例えば噴射弁１７またはスパークプラグ１８に対する出力信号を形成して、内燃機関１０を制御する。制御装置は以下に説明する方法を実行できるように構成されている。このために制御装置はアナログ回路および／またはメモリ付きのディジタルプロセッサとして構成することができる。後者の場合には本発明の方法を実行するコンピュータプログラムが設けられる。このとき図２のａ，ｂの前述の特性マップもメモリに記憶される。
【００２７】
図３によれば、まずローＮＯｘ量Ｎがブロック３１に供給される。ローＮＯｘ量とは内燃機関１０から吐出され、吸蔵触媒２１にいたる前までの排ガスのことである。図１ではローＮＯｘ量Ｎは管２０に関連して示されている。ローＮＯｘ量Ｎはセンサによる測定および／または内燃機関１０の駆動パラメータからのモデル計算により得られる。
【００２８】
図３では、ローＮＯｘ量Ｎと吸蔵率ηとがブロック３１で結合される。これについては後に詳述する。得られたＮＯｘ量は積分器であるブロック３２へ供給される。この積分器３２により吸蔵触媒２１に既に蓄積されているＮＯｘ量Ｍが求められる。吸蔵触媒２１が完全に再生されると積分器３２はゼロへリセットされ、吸蔵率ηで重みづけされたローＮＯｘ量Ｎを新たに積算し始める。吸蔵触媒２１に蓄積されたＮＯｘ量Ｍは図１にも示されている。
【００２９】
次のブロック３３でＮＯｘ量Ｍと設定された閾値とが比較される。ＮＯｘ量Ｍが閾値を上回ると信号Ｓが形成され、これが図示されていない再生制御部へ供給される。この再生制御部はこの情報を吸蔵触媒２１の再生を開始するか否かの判別プロセスに利用する。
【００３０】
さらに吸蔵触媒２１に既に蓄積されているＮＯｘ量Ｍは図２のａ，ｂの２つの特性マップへも供給される。図３では図２のａの特性マップがブロック３４として、図２のｂの特性マップがブロック３５として示されている。
【００３１】
また２つの特性マップ３４，３５には吸蔵触媒２１の温度Ｔも供給される。図１に示されている温度センサ２２が吸蔵触媒２１にいたるまでの排ガス流の温度しか測定しないものである場合、温度Ｔはモデルを用いて求められる。温度センサ２２が直接に吸蔵触媒２１に配属されている場合にはもちろん温度Ｔを直接に使用することができる。
【００３２】
２つの特性マップ３４，３５からＮＯｘ量Ｍおよび温度Ｔに基づいて効率η１，η２が読み出される。２つの効率η１，η２は補間器へ供給される。これは図３ではブロック３６として示されている。この補間器には吸蔵触媒２１中のその時点での空間速度Ｒも供給される。空間速度Ｒは例えば排ガス流量から求められる。排ガス流量はセンサによって測定されるか、モデルの形成および／または内燃機関１０の他の駆動パラメータの特性マップの形成によって計算される。
【００３３】
２つの効率η１，η２は空間速度Ｒに依存して補間器３６により吸蔵率ηとして結合される。このために周知の補間法を用いることができる。最も簡単には、２つの特性マップ３４，３５に基づく既知の空間速度Ｒ１，Ｒ２とその時点の空間速度Ｒとから、２つの効率η１，η２を吸蔵率ηへ結合する際の係数を求める。
【００３４】
補間器３６により、特性マップ３４に基づく空間速度Ｒ１および特性マップ３５に基づく空間速度Ｒ２のみが決定的となるのではなく、吸蔵触媒２１内の真の空間速度Ｒも考慮することができる。これにより吸蔵率ηは全体として、吸蔵触媒２１中の真の空間速度Ｒに依存し、また特性マップ３４，３５を介して吸蔵触媒２１の温度Ｔおよび既に蓄積されているＮＯｘ量Ｍに依存することになる。
【００３５】
前述したように、吸蔵率ηはブロック３１でローＮＯｘ量Ｎに結合される。最も簡単な場合にはローＮＯｘ量Ｎは吸蔵率ηと乗算される。この場合ブロック３１は乗算器である。ただしこのブロック３１は他の結合手段であってもよい。
【００３６】
ローＮＯｘ量Ｎと吸蔵率ηとを結合することにより、吸蔵触媒２１に流れ込むローＮＯｘ量Ｎ全体、つまり全てのＮＯｘが吸蔵触媒２１に蓄積されたかのように見なされるのではなく、その時点での駆動条件に基づくローＮＯｘ量Ｎのその時点での蓄積分が考慮される。
【００３７】
図４には図２のａ，ｂおよび図３に則して説明した本発明の方法を補完する実施例が示されている。相応の特徴には相応する参照番号を付してある。
【００３８】
内燃機関１０を燃料空気混合気で駆動する場合、窒素酸化物ＮＯｘのみならず硫黄酸化物（特に二酸化硫黄ＳＯ２）も生じる。吸蔵触媒２１はこの二酸化硫黄ＳＯ２も蓄積するので、窒素酸化物ＮＯｘが負荷されるのと同じように負荷がこれにかかることになる。二酸化硫黄ＳＯ２の負荷のために吸蔵触媒の吸蔵能力が低下し、ひいては窒素酸化物ＮＯｘの負荷に対する吸蔵率ηも落ちてしまう。ただしここには二酸化硫黄ＳＯ２の負荷は窒素酸化物ＮＯｘの負荷よりも格段に緩慢であるという相違点が存在する。また吸蔵触媒２１の再生は通常の駆動条件では不可能であり、吸蔵触媒２１の温度を高めなければならない。
【００３９】
図４に示されているように、吸蔵触媒２１での二酸化硫黄ＳＯ２による負荷を考慮するためのブロック３７が設けられる。ここでブロック３７により、信号Ｓに関してどれだけの頻度で吸蔵触媒２１の再生制御を行うべきかを考慮することができる。あらかじめ同じタイプの基準吸蔵触媒で測定を行い、これに基づいて、ブロック３７では吸蔵触媒の窒素酸化物ＮＯｘの負荷中にともに蓄積される二酸化硫黄量が既知である。これによりブロック３７ではその時点で吸蔵触媒２１に蓄積されている二酸化硫黄量が求められる。ここから場合によりあらかじめ同じタイプの基準吸蔵触媒で行った測定の結果を用いて、吸蔵率ηに影響する係数を導出し、蓄積された二酸化硫黄量に基づいて低下している吸蔵触媒２１の吸蔵能力を考慮する。当該の係数はブロック３７で形成され、後に吸蔵率ηに相応に変更される。
【００４０】
同様に、燃焼した燃料の全体量に依存して、燃料中の二酸化硫黄ＳＯ２の既知分量に基づき、吸蔵触媒２１の窒素酸化物ＮＯｘの負荷量を求めることもできる。ここでは二酸化硫黄ＳＯ２のほぼ全量が吸蔵触媒２１に蓄積されるとする。燃料量ひいては燃料中の二酸化硫黄の分量が変化する場合には、妥当性検査が行われる。吸蔵触媒２１の負荷は二酸化硫黄ＳＯ２に対する最後の再生に基づいて生じる。こうして前述のケースと同様に係数が導出され、後に吸蔵率ηに相応に変更される。
【００４１】
既に蓄積されている二酸化硫黄量は完全に任意の手段で求められ、場合により妥当性検査を受ける。この二酸化硫黄量に基づいて前述の係数を推論することができる。この係数は最終的には吸蔵触媒２１の吸蔵率の劣化状態を表している。
【００４２】
ブロック３７で形成された係数が設定された閾値に達すると、二酸化硫黄ＳＯ２に対して吸蔵触媒２１の再生が行われる。このとき吸蔵触媒２１は例えばリッチな燃料空気混合気すなわちλ＜１で駆動され、加熱される。そののち前述の係数はあらかじめ定められた初期値へリセットされる。
【００４３】
ブロック３７で吸蔵触媒２１中の二酸化硫黄ＳＯ２の蓄積量を考慮することに相応して、別の駆動条件に起因する吸蔵触媒の変化を考慮してもよい。例えば吸蔵触媒２１の経時劣化状態および／または温度に起因する障害量を考慮する係数を形成し、相応に吸蔵率ηへの影響を導出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の内燃機関の概略図である。
【図２】図１の内燃機関の駆動パラメータの３次元特性マップである。
【図３】本発明の内燃機関の駆動方法のフローチャートである。
【図４】図３の方法を補完する実施例のフローチャートである。
【図１】
2006514218.tif 000003
2006514218.tif 000004
【図３】
2006514218.tif 000005
【図４】
2006514218.tif 000006
【国際調査報告】
2006514218.tif 000007
2006514218.tif 000008
2006514218.tif 000009
2006514218.tif 000010