(57)【要約】内燃機関の排気ガス温度を制御するための方法を提案する。この方法は、温度要求に応じて、排気ガス温度上昇のための措置、排気ガス温度制限のための措置または排気ガス温度低減のための措置を実行する方法であって、前記温度要求に優先順位を付け、構成素子保護のための温度制限が最優先されるようにし、前記優先順位付けの結果である温度要求を加熱措置または冷却措置によって置き換え、前記加熱措置及び冷却措置が決して同時に投入されることがないようにすることを特徴とする。
2004508486.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気ガス温度を制御するための方法であって、
温度要求に応じて、排気ガス温度上昇のための措置、排気ガス温度制限のための措置または排気ガス温度低減のための措置を実行する形式の方法において、
前記温度要求に優先順位を付け、
構成素子保護のための温度制限が最優先されるようにし、
前記優先順位付けの結果である温度要求を加熱措置または冷却措置によって置き換え、その際、前記加熱措置及び冷却措置が決して同時に投入されることがないようにすることを特徴とする方法。
【請求項２】
触媒の脱硫のための温度要求を触媒の通常作動のための温度要求よりも優先する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記加熱措置として点火の遅角調整を行い、
最大点火遅角がエンジン作動点に依存して制限されるようにする、請求項１記載の方法。
【請求項４】
作動状態を少なくとも空気充填量、回転数及び／またはエンジン出力の値によって規定する、請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記冷却措置として、排気系内のモデル化されたまたは測定された温度に依存して混合気の濃縮を行う、請求項１記載の方法。
【請求項６】
排気ガス温度及び／または触媒の温度を測定するか、またはエンジンの作動特性量からモデル化する、請求項１記載の方法。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項記載の方法を実行するための電子制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
従来の技術
内燃機関を備えた車両では、排気ガス温度を所定の温度範囲に保持して、排気系の構成部材への熱過負荷を避け、排気系統の触媒の作動温度（ライトオフテンパラチャー）に達するためもしくはそれを保持するため、または含有されている硫黄を除去するために、ＮＯＸ蓄積触媒を高温にする必要がある。
【０００２】
排気系統の触媒を加熱するために、しばしば点火時点が遅らされる。これにより、燃焼はもはや最適には行われなくなる。発生するトルクが同じであれば、排気ガス温度はより高くなる。
【０００３】
通常、排気系の構成部材に対する熱過負荷は以下の介入によって回避される。
【０００４】
最大点火遅角はエンジン作動点に依存して制限される。点火角は、例えばエンジンの触媒を加熱する目的で、または迅速な制御介入のためのトルク持続のために、最大トルク及び出力に対する最適な点火角よりも遅くしてもよい。
【０００５】
短時間の点火遅延には燃焼限界（Ｂｒｅｎｎｇｒｅｎｚｅ）だけが重要である。点火遅延が持続する場合は、点火角の最大値が許容される。この最大点火角では、排気マニホルド内の臨界的な温度にはまだ達することはない。この遅延の限界はエンジン作動状態に基づいて求められる。この場合、作動状態は、例えば空気充填量、エンジン出力及び回転数の値によって規定される。
【０００６】
この介入制御はとりわけ部分負荷領域に関係している。これは構成部材保護のための受動的な制限と見なすことができる。
【０００７】
熱過負荷を避ける別の介入の可能性としては、排気系内のモデル化されたまたは測定された温度に依存して混合気を濃縮することが挙げられる。
【０００８】
排気系内のモデル化された／測定された温度が臨界的な限界を超えると、比較的リッチなエンジン作動が要求される。
【０００９】
排気ガスは余剰燃料の気化エンタルピーによって冷却される。この介入はとりわけ全負荷に近い作動点に関係している。これは能動的な介入と見なすことができる。
【００１０】
始動直後の加熱フェーズの間は、点火角の制限で十分な構成部材保護になる。というのも、排気系統がまだ冷たいからである。それゆえ、排気ガスが短時間で過度に熱くなった場合は、熱障害を回避することも可能である。ＮＯＸ蓄積触媒を備えたリーン作動のエンジン（例えば、燃料直噴式エンジン）の場合、ＮＯＸ蓄積触媒は周期的に脱硫しなければならない。そのために、作動中は、ＮＯＸ蓄積触媒を６００°Ｃを超える温度に加熱しなければならない。これにより、部分負荷領域では、排気系統の臨界的温度に達することがある。
【００１１】
これに対して、比較的リーンなエンジン作動はＮＯＸ蓄積触媒が２００°Ｃ〜４５０°Ｃの温度窓内にある場合にだけ可能である。排気系は通常これらの温度が広い作動域に亘って保証されるように設計されている。それゆえ、排気ガス冷却のための措置が必要となる場合がある。最も簡単なバリエーションは、排気系統に空気を流し、対流によって熱損失を高めることに基づいている。
【００１２】
始動直後の加熱フェーズの間は、点火角の制限で十分な構成部材保護になる。というのも、排気系統がまだ冷たいからである。それゆえ、排気ガスが短時間で過度に熱くなった場合は、熱障害を回避することも可能である。ＮＯＸ蓄積触媒の脱硫のためには、エンジンの通常モードの間、ＮＯＸ蓄積触媒を６００°Ｃを超える温度に加熱しなければならない。これにより、部分負荷領域では、排気系統の臨界的温度に達することがある。この問題は、ＮＯＸ蓄積触媒に対する上述の冷却措置によってさらに深刻化しかねない。ＮＯＸ蓄積触媒に前置されている構成部材は、それらの臨界温度に近い温度になる。
【００１３】
従来の技術思想では、排気ガス温度の制限を目的とする構成部材保護のための介入と、排気ガス温度の上昇を目的とする触媒加熱のための介入とが、相互に独立している。
【００１４】
これは問題である。とういのも、加熱措置は排気ガス冷却のための措置の引き金になる可能性があるからである。例えば、遅角点火のため、同時に空気燃料混合気が濃くなると、点火角の制限によって臨界温度を回避することができる場合でも、燃費の損失が生じる。その上、エミッションが不必要に悪化する。
【００１５】
広い作動域に亘ってＮＯＸ蓄積触媒の作動温度を保持するために、別の能動的排気ガス冷却措置を講じてもよい（弁を介して排気系統に空気流を可制御で流す、熱交換器を介して排気ガスを迂回させる）。これらの冷却措置によってエンリッチメントを不要にすることができる。
【００１６】
以上を背景として、本発明の課題は、排気ガス加熱措置及び排気ガス冷却措置による燃費の損失を回避することである。
【００１７】
上記課題は、内燃機関の排気ガス温度を制御するための方法であって、温度要求に応じて、排気ガス温度上昇のための措置、排気ガス温度制限のための措置または排気ガス温度低減のための措置を実行する形式の方法において、前記温度要求に優先順位を付け、構成素子保護のための温度制限が最優先されるようにし、前記優先順位付けの結果である温度要求を加熱措置または冷却措置によって置き換え、その際、前記加熱措置及び冷却措置が決して同時に投入されることがないようにすることを特徴とする方法により解決される。
【００１８】
本発明の別の実施形態は、触媒の脱硫のための温度要求を触媒の通常作動のための温度要求よりも優先する。
【００１９】
他の実施形態は、加熱措置として点火の遅角調整を行い、最大点火遅角がエンジン作動点に依存して制限されるようにすることを特徴とする。
【００２０】
別の実施形態によれば、作動状態は少なくとも空気充填量、回転数及び／またはエンジン出力の値によって規定される。
【００２１】
他の実施形態は、冷却措置として、排気系内のモデル化されたまたは測定された温度に依存して混合気のエンリッチメントを行う。
【００２２】
本発明の枠組みでは、排気ガス温度及び／または触媒の温度を測定するか、またはエンジンの作動特性量からモデル化することが可能である。
【００２３】
本発明は、以上の実施形態に従った方法を実行するための電子制御装置をも対象としている。
【００２４】
本発明によれば、課題解決のため種々の温度要求を調整する。ここで、温度要求は例えば以下の理由から生じる。
【００２５】
ＮＯＸ蓄積触媒の脱硫のための温度上昇要求。
【００２６】
構成部材保護のための温度制限要求。
【００２７】
三元触媒の作動のための温度上昇要求。
【００２８】
ＮＯＸ蓄積触媒の作動のための温度上昇または制限要求。
【００２９】
これらの温度要求は本発明により優先順位付けされる。構成部材保護のための温度制限はつねに保証されなければならない。これに対して、ＮＯＸ蓄積触媒の作動のための温度要求は、ＮＯＸ蓄積触媒を脱硫しなければならない場合またはリーン作動が合目的的でない場合は、重要ではない。
【００３０】
そして、優先順位付けの結果である温度要求は、加熱措置または冷却措置によって置き換えられる。
【００３１】
調整により、加熱措置及び冷却措置が決して同時に投入されないことも保証される。
【００３２】
説明
以下では、本発明の実施例を図を参照しつつ説明する。図１は本発明の技術的な環境を示すものである。
【００３３】
図１では、内燃機関のシリンダの燃焼室は１で表されている。燃焼室への空気流は吸気弁２を介して制御される。空気は吸気マニホルド３を介して吸い込まれる。吸入空気量は、制御装置５によって制御されるスロットルバルブ４を介して変化させることができる。制御装置には、運転者のトルク要望に関する信号、例えばアクセルペダル６の位置に関する信号、回転数センサ７からのエンジン回転数ｎに関する信号、エアフローメータ８からの吸気量ｍｌに関する信号、及び排気ガスセンサ１２からの排気ガス組成及び／または排気ガス温度に関する信号が供給される。排気ガスセンサ１２は、例えばλセンサであってもよく、λセンサのネルンスト電圧は排気ガス中の酸素含有量を示し、λセンサの内部抵抗は、センサの温度、排気ガス及び／または触媒の温度の尺度として考慮される。排気ガスは少なくとも１つの触媒１５を通り、触媒１５内で排気ガスからの有害物質が転化及び／または一時的に蓄積される。
【００３４】
制御装置５は、これらの入力信号、及び場合によっては吸入空気の温度及び冷却措置の温度等のような内燃機関の別のパラメータに関する別の入力信号から、出力信号を形成する。この出力信号は、スロットルバルブ角αをアクチュエータ９によって調整するため、ならびにエンジンの燃焼室内の燃料を調量する燃料噴射弁１０を制御するためのものである。さらに、点火装置１１による点火のトリガは、制御装置によって制御される。
【００３５】
スロットルバルブ角αと噴射インパルス幅ｔｉは、互いに同調されるべき基本的な操作量であり、所望のトルク、排気ガス組成及び排気ガス温度を実現するためのものである。これらの量を制御するための別の基本的な操作量は、ピストン運動に対する点火の角度位置である。トルク調整のための操作量を求めることは、ＤＥ　１　９８　５１　９９０号明細書の対象であり、そのかぎりにおいて本発明の開示に加えられるべきのもでる。
【００３６】
さらに、制御装置は、燃焼室内での燃料／空気混合気の効率的燃焼を達成するための別の機能、例えば図示されていない排気ガス再循環及び／または燃料タンクの換気を制御する。燃焼の結果生じるガスの力はピストン１３とクランクシャフト１４によってトルクに変換される。
【００３７】
この技術的環境では、触媒温度を測定したり（センサ１６及び／または１７）、またはエンジンの作動特性量をモデル化することが可能である。内燃機関の排気系統内の温度のモデル化は、例えばＵＳ　５　５９０　５２１号明細書から公知である。ＢＤＥシステムでは、触媒内または触媒よりも前の位置と比べて、一次触媒コンバータよりも前ではあるがＮＯＸ蓄積触媒よりは後ろの位置がより好まれる。それゆえ、温度センサの位置は、触媒内または触媒よりも前の図示された位置には限定されていない。したがって、触媒よりも後ろの位置も問題となり得る。
【００３８】
図２には、本発明による方法の実施例がフローチャートとして示されている。上位のエンジン制御プログラムから到達したステップ２．１では、排気ガス温度または触媒温度と最大許容値Ｔｍａｘとの比較が行われる。この閾値比較は、構成部材を過熱から保護するために行われる。したがって、これは最も高い優先順位を有する。排気ガス温度または触媒温度が最大許容値を上回ると、ステップ２．５において、場合に応じて活動化される加熱措置の非活動化と冷却措置の活動化が行われる。この義務的な冷却措置の活動化の代わりに、加熱措置の非活動化の後に、付加的な冷却措置の必要性の有無、または加熱措置の非活動化がすでに構成部材保護を保証するのに十分であるか否かをチェックしてもよい。この場合、ステップ２．６は迂回され、分岐により直接エンジン制御のためのメインプログラムに戻る。そこから所定の条件を満たした後、例えば待ち時間が経過した後、新たにステップ２．１に分岐する。ステップ２．１における質問に対する応答がノーならば、ステップ２．２において温度目標値Ｔｓｏｌｌが上述した優勢順位基準に従って求められる。つづいてステップ２．３では、温度実際値Ｔｉｓｔが測定により、または作動パラメータからの計算により求められる。測定のために、触媒より前または後ろまたは触媒内の排気ガス中に個別のセンサを設けてもよい。しかし、温度値は、例えば排気ガスセンサ１２の温度依存性の内部抵抗から求めることもできる。ステップ２．４は、目標温度と実際温度を比較するためのものである。実際温度が過度に高くなると、ステップ２．５において、今まで活動化されていた加熱措置が非活動化され、これに続いてステップ２．６において１つまたは複数の冷却措置を実行することができる。この場合でも、冷却措置の活動化に先行して、加熱措置の非活動化がすでに温度目標に達するのに十分であったか否かがチェックすることができる。ステップ２．７は、上位のエンジン制御プログラムへの復帰を表している。これに対して、ステップ２．４において実際温度Ｔｉｓｔが目標温度Ｔｓｏｌｌを上回る場合は、ステップ２．８において、場合によっては冷却措置が非活動化され、ステップ２．９において、必要なかぎりにおいて加熱措置を活動化することができる。加熱措置の活動化は、冷却措置の非活動化がすでに温度目標値に達するのに十分である場合は、実行されないようにすることができる。どのケースでも、ステップ２．７では、上位のエンジン制御プログラム（メインプログラム）への復帰が行われる。
【００３９】
この方法によれば、例えば触媒の脱硫のための温度要求に関しては、以下のような流れになる。
【００４０】
脱硫のための温度要求が出されると、この要求は遅い点火（低い出力）によって置き換えられる。この場合、排気系内の温度が臨界的な値に達しているならば、構成部材保護のためにこの温度の制限も必要になる。つまり、制限を行うために、まず点火時点を再び最適時点にずらす（出力が改善される）。このことはある程度は加熱措置の非活動化と一致する。活動的な加熱措置がもはや出されなくなったときにはじめて、活動的な冷却措置が投入される。排気マニホルドの空気冷却を制御することが可能なかぎりは、空気冷却がまず投入される（代替案：熱交換器を介して排気ガスを迂回させる）。冷却措置として、空気燃料混合気が濃縮される。これによって、確実にエミッションと燃費を可及的に低く抑えることができる。
【００４１】
この手法は排気ガス温度の良いモデリングを前提としている。最良の結果は、排気ガス温度の直接の測定によって達成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の技術的な環境を示す。
【図２】
本発明による方法の実施例がフローチャートとして示す。
【図２】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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