(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＮＯＸ貯蔵触媒の下流に配設されたＮＯＸ感知測定装置による内燃機関の排気ガス通路に配設されたＮＯＸ貯蔵触媒のＮＯＸ貯蔵容量の決定方法において、
ＮＯＸ貯蔵触媒（１６）の下流で測定されたＮＯＸ濃度をリーン段階中に積分し、
前記積分されたＮＯＸ濃度および／または前記積分されたＮＯＸ濃度から得た値である、ＮＯＸ貯蔵触媒（１６）のＮＯＸ貯蔵容量に特徴的な少なくとも１つの実際特性値と、無硫無劣化のＮＯＸ貯蔵触媒についてモデル化した少なくとも１つの対応する目標特性値とを比較し、前記比較は、前記ＮＯＸ貯蔵触媒（１６）の実際特性値と、前記目標特性値の比から、ＮＯＸ貯蔵触媒（１６）の品質係数（ＧＦＳＫ）を計算することを含み、前記品質係数（ＧＦＳＫ）が所定の閾値に到達したならば、脱硫を実行することを特徴とする方法。
【請求項２】
内燃機関（１０）のリーン運転段階の開始とともに、ＮＯＸ貯蔵触媒（１６）の後方のＮＯＸ濃度の積分が開始されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
内燃機関（１０）のリーン運転段階の終了時に品質係数（ＧＦＳＫ）の決定及び閾値（ＳＷ）との比較を行なうことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
先行するリーン段階で順調なＮＯＸ貯蔵が行われた場合に限り、内燃機関（１０）のリーン運転段階の終了時に品質係数（ＧＦＳＫ）の決定及び閾値との比較を行うことを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
ＮＯＸ貯蔵触媒（１６）の第１の実際特性値として積分ＮＯＸ漏出量（ＥＨＫＭＥＳ）を、ＮＯＸ貯蔵触媒（１６）の下流で測定されたＮＯＸ濃度の積分により計算することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
第２の実際特性値として、ＮＯＸ貯蔵触媒（１６）のＮＯＸ負荷（ＦＳＫＭＥＳ）を内燃機関（１０）のＮＯＸ粗放出（ＲＥ）と積分ＮＯＸ漏出量（ＥＨＫＭＥＳ）の差から計算することを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
目標特性値として、理論負荷モデルにより無硫無劣化のＮＯＸ貯蔵触媒についてモデル化したＮＯＸ負荷（ＦＳＫＭＯＤ）を内燃機関（１０）のＮＯＸ粗放出（ＲＥ）に関連して計算することを特徴とする請求項１または６に記載の方法。
【請求項８】
目標特性値として、無硫無劣化のＮＯＸ貯蔵触媒についてモデル化したＮＯＸ漏出量（ＥＨＫＭＯＤ）をＮＯＸ粗放出（ＲＥ）とモデル化ＮＯＸ負荷（ＦＳＫＭＯＤ）の差から計算することを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
ＮＯＸ貯蔵触媒（１６）の測定ＮＯＸ負荷（ＦＳＫＭＥＳ）と、モデル化ＮＯＸ負荷（ＦＳＫＭＯＤ）の比から、ＮＯＸ貯蔵触媒（１６）の第１の品質係数（ＧＦＳＫ１）を計算することを特徴とする請求項６を引用する請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
ＮＯＸ貯蔵触媒（１６）の第２の品質係数（ＧＦＳＫ２）がモデル化ＮＯＸ漏出量（ＥＨＫＭＯＤ）と測定ＮＯＸ漏出量（ＥＨＫＭＥＳ）の比であることを特徴とする請求項５を引用する請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
測定されたＮＯＸ漏出量（ＥＨＫＭＥＳ）及びＮＯＸ負荷（ＦＳＫＭＥＳ）の商と、モデル化したＮＯＸ漏出量（ＥＨＫＭＯＤ）及びＮＯＸ負荷（ＦＳＫＭＯＤ）の商との比から、ＮＯＸ貯蔵触媒（１６）の品質係数を計算することを特徴とする請求項６を引用した請求項７を引用する請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
内燃機関（１０）の実際の運転パラメータに基づいてＮＯＸ粗放出（ＲＥ）を計算又は測定することを特徴とする請求項６、７および８のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１３】
ＮＯＸ貯蔵触媒（１６）の下流に配設されたＮＯＸ感知測定装置（１８）による内燃機関の排気ガス通路に配設されたＮＯＸ貯蔵触媒（１６）のＮＯＸ貯蔵容量の決定のための装置において、
ＮＯＸ貯蔵触媒（１６）の下流で測定されるＮＯＸ濃度をリーン段階中に積分し、
前記積分されたＮＯＸ濃度および／または前記積分されたＮＯＸ濃度から得た値である、ＮＯＸ貯蔵触媒（１６）のＮＯＸ貯蔵容量に特徴的な少なくとも１つの実際特性値と、無硫無劣化のＮＯＸ貯蔵触媒についてモデル化した少なくとも１つの対応する目標特性値とを比較し、前記比較は、前記ＮＯＸ貯蔵触媒（１６）の実際特性値と、前記目標特性値の比から、ＮＯＸ貯蔵触媒（１６）の品質係数（ＧＦＳＫ）を計算することを含み、前記品質係数（ＧＦＳＫ）が所定の閾値に到達したならば、脱硫を実行する
というプロセス段階を遂行する手段が設けられていることを特徴とする装置。
【請求項１４】
上記の手段が、ＮＯＸ貯蔵触媒（１６）のＮＯＸ貯蔵容量の決定のための手順をデジタル形式で格納した制御ユニット（２０）からなることを特徴とする請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
制御ユニット（２０）がエンジン制御装置に組込まれていることを特徴とする請求項１４に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は請求項１及び１４の上位概念に挙げた特徴を有するＮＯＸ貯蔵触媒のＮＯＸ貯蔵容量の決定のための方法及び装置に関する。
【０００２】
内燃機関の排気ガス通路に配設された触媒系により内燃機関の排気ガスの後処理を行うことは周知である。また希薄燃焼運転が可能な内燃機関の場合はＮＯＸ貯蔵を触媒系に組込むのが普通である（ＮＯＸ貯蔵触媒）。その場合ＮＯＸ貯蔵触媒は通常一酸化炭素（ＣＯ）及び未燃焼又は部分燃焼の炭化水素（ＨＣ）を大気酸素で酸化して二酸化炭素と水に変えるとともに、同時に還元剤ＣＯ及びＨＣの作用で窒素酸化物（ＮＯX）からの窒素（Ｎ2）への還元を促進することによって、三元触媒の役割を果たす。こうしていわゆる化学量論的排気ガス中で有害物質を環境にとってより問題のない化合物に事実上完全に変えることができる。ところが内燃機関を燃費に有利なリーンモードで、即ち空気過剰で運転すれば、排気ガス中のＮＯＸは還元剤ＣＯ及びＨＣに比して化学量論的に過剰であるから、完全に転化することができない。ＮＯＸ貯蔵装置は過剰のＮＯＸを硝酸塩の形で吸収する。ＮＯＸ貯蔵装置へのＮＯＸの貯蔵は吸収剤のＮＯＸ貯蔵容量によって制限される。従って繰返し間隔をおきながらＮＯＸ再生を行わなければならない。その場合ＮＯＸ貯蔵触媒に化学量論的又はリッチな排気ガス（λ＜１）が送り込まれる。
【０００３】
ところがＮＯＸ貯蔵触媒のＮＯＸ貯蔵容量は連続的なＮＯＸ貯蔵だけでなく、望ましくない並行的な硫黄貯蔵によっても低下する。しかも硫酸塩の形で貯蔵された硫黄はいわゆる硫酸塩粒の形成により貯蔵と触媒の不可逆的劣化を引き起こす可能性がある。そこでＮＯＸ貯蔵触媒に周期的間隔で脱硫処理を施すことが必要である。この処理はリッチな排気ガス雰囲気を送り込むことと、６００℃を超える触媒温度からなる。
【０００４】
また排気ガスのＮＯＸ濃度を検出する後置のＮＯＸセンサによりＮＯＸ貯蔵触媒の操作、特にその再生を制御することが知られている。公知の方法の欠点は、排気ガス中の瞬時ＮＯＸ濃度に基づいてＮＯＸ貯蔵触媒の実際のＮＯＸ貯蔵容量がまったく又は不正確にしか説明できないことである。触媒のＮＯＸ貯蔵容量の正確な知識が欠けるため、脱硫が必要な時期を正確に決定し、触媒の不可逆的劣化を認識し、又は触媒の高いＮＯＸ貯蔵容量が頼りのその他のプロセスを制止することはこれまで不可能であった。
【０００５】
そこで本発明の課題は、ＮＯＸ貯蔵触媒のＮＯＸ貯蔵容量を高い精度で決定することができる方法及び装置を提案することである。
【０００６】
本発明によればこの課題は独立請求項１及び１４に挙げた特徴によって解決される。ＮＯＸ貯蔵触媒の下流で測定されるＮＯＸ濃度を積分してＮＯＸ貯蔵触媒のＮＯＸ貯蔵容量に特徴的な少なくとも１つの実際特性値を計算することにより、貯蔵触媒の後方で測定された瞬時ＮＯＸ濃度のみに基づく場合に比べ、より高い精度で触媒の現在のＮＯＸ貯蔵容量を推定することができる。またＮＯＸ貯蔵触媒に特徴的な特性値と、無硫無劣化の理論的ＮＯＸ貯蔵触媒についてモデル化される、対応する目標特性値との比較を行う。これによってＮＯＸ貯蔵触媒の状態の評価の尺度が与えられる。本発明に係る装置は、上記の方法のプロセスを遂行する手段を設けている。この手段は、ＮＯＸ貯蔵触媒のＮＯＸ貯蔵容量の決定のための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とが好ましい。制御ユニットはエンジン制御装置に組込むことが好ましい。
【０００７】
本発明の有利な実施形態によれば、ＮＯＸ貯蔵触媒の実際特性値とモデル化した目標特性値の比からＮＯＸ貯蔵触媒の品質係数を計算する。またこうして決定された品質係数（ＧＦＳＫ）が所定の閾値を超えたならば、脱硫を起動するように構成されている。閾値を適当に指定すれば、脱硫のほかに他の処置、例えば希薄燃焼運転の制止又は触媒欠陥の記録も同様に設定することができる。
【０００８】
本発明の好ましい実施形態によれば、ＮＯＸ貯蔵触媒の後方のＮＯＸ濃度の積分は希薄運転段階の開始とともに、とりわけＮＯＸ再生又は脱硫が有効に完了した後に開始される。こうした状況でＮＯＸのない触媒から出発することができる。
【０００９】
またＮＯＸ貯蔵触媒の品質係数を内燃機関の希薄燃焼運転段階の終りに、特に触媒のＮＯＸ再生の前に決定し、閾値と比較することが好ましい。極めてダイナミックな運転の場合は負荷モデルが不正確になるから、品質係数の決定及び閾値との比較を内燃機関の先行するリーン段階中の順調なＮＯＸ貯蔵に関連させることができる。例えば先行するリーン段階で短時間のあいだ化学量論的運転に切換えられ、推力の遮断が起こり、又は極端な負荷変化が生じた場合は、品質係数の決定と評価を中止することができる。また十分なＮＯＸ貯蔵が可能な触媒の温度範囲を設定するのが適当である。
【００１０】
好ましい実施形態によればＮＯＸ貯蔵触媒の下流で測定されるＮＯＸ濃度を例えばリーン段階中に積分することによって、第１の実際特性値が積分ＮＯＸ漏出量として決定される。従ってＮＯＸ漏出量は当該の測定期間に触媒を通過したＮＯＸ量を示す。第２の実際特性値として、ＮＯＸ貯蔵触媒のＮＯＸ負荷を内燃機関のＮＯＸ粗放出即ちＮＯＸ入力量と積分ＮＯＸ漏出量の差から計算する。ＮＯＸ粗放出はＮＯＸ貯蔵触媒の前方で第２のＮＯＸセンサにより測定されたＮＯＸ濃度を積分して決定するか、又は内燃機関の実際の運転パラメータに基づき良好な精度で計算することができる。
【００１１】
また目標特性値として、理論負荷モデルに基づきモデル化したＮＯＸ負荷を内燃機関のＮＯＸ粗放出に関連して計算する。その場合負荷モデルは無硫無劣化のＮＯＸ貯蔵触媒を前提とする。こうしてモデル化ＮＯＸ負荷は、理想ＮＯＸ貯蔵触媒に理論的に貯蔵されるＮＯＸ量に相当する。さらに別の目標特性値としてのモデル化ＮＯＸ漏出量の計算が、内燃機関の上記のＮＯＸ粗放出と理論負荷モデルによりモデル化したＮＯＸ負荷との差から行われる。
【００１２】
ＮＯＸ貯蔵触媒の上記の実際特性値と理想貯蔵触媒の目標特性値から品質係数を決定するために様々な可能性がある。好ましい実施形態によれば第１の品質係数は、ＮＯＸ貯蔵触媒の決定されたＮＯＸ負荷とモデル化したＮＯＸ負荷の比から計算される。別の有利な実施形態によれば、第２の品質係数はモデル化したＮＯＸ漏出量と測定されたＮＯＸ漏出量の比である。
【００１３】
別の有利な実施形態がその他の従属請求項の主題である。
【００１４】
次に添付の図面に基づき発明の実施例を詳述する。
【００１５】
図１に内燃機関１０及びこれに配属された排気ガス通路１２の概要が示されている。内燃機関１０を出る排気ガスの流れ方向に見て、まずオプションの前置触媒１４と続いてＮＯＸ貯蔵触媒１６が排気ガス通路１２に配設されている。ＮＯＸ貯蔵触媒１６の下流に、ＮＯＸセンサ１８として構成された測定装置がある。測定装置はＮＯＸ貯蔵触媒１６の後方の排気ガス中のＮＯＸ濃度に応じて信号を制御ユニット２０へ転送する。排気ガス通路１２はここに図示しない別の測定装置を内蔵することができ、その信号も同じく制御ユニット２０に入力される。これは例えばラムダゾンデ、別のＮＯＸセンサ、圧力又は温度アンテナである。また内燃機関１０の実際の運転パラメータ、例えば回転数及びエンジン負荷が制御ユニット２０へ伝送される。制御ユニット２０は入力されるすべての信号をデジタル化し、格納されたアルゴリズムに基づきこれを解析する。また制御ユニット２０は以下に詳しく示すように、検出又は計算されたパラメータに従って内燃機関１０を制御する。
【００１６】
図２は内燃機関１０のリーン段階の期間中の本発明に基づく積分実際及び目標特性値の経過を簡単に示す。もちろん内燃機関１０の可変運転モードに相当する実運転時の粗放出ＲＥは、図示したものより複雑な経過を示す。積分値が取り上げられるから、その勾配が負になることはありえない。内燃機関１０の粗放出ＲＥはＮＯＸ貯蔵触媒１６に前置したＮＯＸゾンデによって検出することができ、こうして決定されたＮＯＸ濃度を制御ユニット２０が連続的に積分する。また内燃機関の実際の運転パラメータ（空燃混合気、回転数、エンジン負荷等）に基づいて制御ユニット２０が十分な精度で計算することもできる。ここでは内燃機関１０のＮＯＸ粗放出ＲＥが簡単に直線として示されている。測定ＮＯＸ漏出量ＥＨＫMESも、ＮＯＸ貯蔵触媒１６の後方でＮＯＸセンサ１８により測定されたＮＯＸ濃度を制御ユニット２０が連続的に積分して計算する。ＮＯＸ貯蔵触媒１６の「測定」ＮＯＸ負荷ＦＳＫMESは、式ＦＳＫMES＝ＲＥ−ＥＨＫMESにより粗放出ＲＥと測定ＮＯＸ漏出量の差から得られる。時期ｔ0の内燃機関１０のリーン段階の初めに、すべての特性値は値０をとる。ＮＯＸ貯蔵触媒１６のＮＯＸ負荷ＦＳＫMESは粗放出ＲＥの時期ｔ1にほぼ相当する。この時期までＮＯＸ貯蔵触媒１６は検出された全ＮＯＸ量ＲＥをほぼ完全に貯蔵することができる。従って、時期ｔ1までにＮＯＸ貯蔵触媒１６の後方でＮＯＸ漏出量ＥＭＫMESが事実上記録されないから、この特性値は０の近くに停滞する。おおむね時期ｔ1にＮＯＸ貯蔵触媒１６のＮＯＸ貯蔵活性が低落し始める。負荷ＦＳＫMESの上昇が次第になだらかになり、飽和値に近づく。同時にＮＯＸ貯蔵触媒１６の後方のＮＯＸ放出ＥＨＫMESが上昇する。
【００１７】
前述のようにＮＯＸ貯蔵触媒１６のこれらの実際特性値ＥＨＫMES、ＦＳＫMESは無硫無劣化の貯蔵触媒の理論目標特性値と比較される。このために制御ユニット２０はNOx粗放出ＲＥに関連して、理論ＮＯＸ負荷ＦＳＫMODを記憶された負荷モデルにより計算する。一方、式ＥＨＫMOD＝ＲＥ−ＦＳＫMODにより粗放出ＲＥと理論的ＮＯＸ負荷ＦＳＫMODの差から、再びＮＯＸ貯蔵触媒１６の後方のモデル化ＮＯＸ漏出量ＥＨＫMODの目標特性値が得られる。目標特性値ＦＳＫMOD及びＥＨＫMODの経過は定性的に実際特性値ＦＳＫMES及びＥＨＫMESに類似する。モデル化ＮＯＸ負荷ＦＳＫMODは当初は内燃機関１０の粗放出ＲＥに相当し、ほぼ時期ｔ2に徐々になだらかになり、最大負荷限界値に近づく。無硫無劣化のＮＯＸ触媒の最大ＮＯＸ負荷ＦＳＫMODは触媒１８の最大負荷ＦＳＫMESより大きい。両者の差は触媒１６の硫黄中毒及び／又は不可逆的劣化、例えば熱劣化に原因する。理論触媒の高い貯蔵容量に対応して、触媒の後方のモデル化ＮＯＸ漏出量ＥＨＫMODも実際のＮＯＸ貯蔵触媒１６と比較して遅い時期ｔ2に現われる。
【００１８】
時期ｔ3のリーン段階の終りにＮＯＸ貯蔵触媒１６の少なくとも１つの実際特性値と少なくとも１つの目標特性値から品質係数ＧＦＳＫを計算し、閾値ＳＷと比較することによって、ＮＯＸ貯蔵触媒１６のＮＯＸ貯蔵容量の評価が行なわれる。例えば
ＧＦＳＫ1＝ＦＳＫMES／FSKMOD
により実際負荷ＦＳＫMESを目標負荷ＦＳＫMODに関連させることによって品質係数１ＧＦＳＫ1を計算することができる。同様にＮＯＸ目標及び実際漏出量ＥＨＫMOD及びＥＨＫMESを
ＧＦＳＫ2＝ＥＨＫMOD／ＥＨＫMES
により評価のために利用することができる。オプションとして、決定されたＮＯX量ＥＨＫをそれぞれ貯蔵されたＮＯＸ量ＦＳＫに関連させることによって、ＮＯＸ貯蔵触媒１６を評価することも可能である。例えば
ＧＦＳＫ3＝（１−ＥＨＫMES／ＦＳＫMES）／（１−ＥＨＫMOD／ＦＳＫMOD）
及び
ＧＦＳＫ4＝（１−（ＥＨＫMES＋１）／（ＦＳＫMES＋１））／（１−ＥＨＫMOD／ＦＳＫMOD）
により品質係数ＧＦＳＫ3及びＧＦＳＫ4を形成することができる。この場合はＮＯＸ貯蔵の実際効率の評価が正確であり、計算される係数の分解範囲が大きいことが有利である。なお品質係数ＧＦＳＫ4はＧＦＳＫ3に比して、極端な場合にＮＯＸ貯蔵触媒１６の負荷が行われないとき、ゼロで割り算することを避ける利点がある。
【００１９】
図３は複数のリーン段階Ｍと複数の再生段階ＲにわたるＮＯＸ貯蔵触媒１６のモデル化ＮＯＸ負荷ＦＳＫMOD（破線）及び測定ＮＯＸ負荷ＦＳＫMES（実線）の時間的経過を示す。第１のリーン段階Ｍ1では、まだ比較的新鮮なＮＯＸ貯蔵触媒１６の実際負荷ＦＳＫMESの経過は目標負荷ＦＳＫMODの経過に近い。第１のリーン段階Ｍ1の終りに第１のＮＯX再生Ｒ1が行われるから、２つの値がゼロまで低下する。その後のリーン及び再生サイクルでモデル化ＮＯＸ負荷ＦＳＫMODは事実上常に同じ経過を示すが、実際の触媒１６のＮＯＸ負荷ＦＳＫMESは次第に低い負荷値になる。この活性低下はＮＯＸ貯蔵触媒１６の硫黄中毒の増加及び／又は熱劣化によるものである。本発明によれば各リーン段階Ｍの終りに例えば品質係数ＧＦＳＫ1を計算し、所定の閾値と比較することによって、触媒状態の評価が行なわれる。第４のリーン段階Ｍ4の終りに実際負荷ＦＳＫMESが目標負荷ＦＳＫMODから大幅に偏り、このため品質係数ＧＦＳＫ1が閾値を下回る。その結果制御ユニット２０が内燃機関１０の少なくとも１つの運転パラメータを調節することによって、脱硫ＤＳが開始される。例えば制御ユニット２０はリッチな空燃混合気をセットし、ＮＯＸ貯蔵触媒１６の温度を高く調整する。脱硫ＤＳの終了後、実際負荷ＦＳＫMESの経過は再びほぼ理論値ＦＳＫMODに達する。ここで２つの値の差はＮＯＸ貯蔵触媒１６の不可逆的劣化によるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＮＯＸ貯蔵触媒を有する内燃機関の配列の概略図である。
【図２】内燃機関のリーン段階中の積分実際及び目標特性値の時間的経過の図である。
【図３】複数のリーン段階を含む期間のあいだのモデル化ＮＯＸ負荷及び測定ＮＯＸ負荷の時間的経過の図である。
【符号の説明】
１６          ＮＯＸ貯蔵触媒
１８          ＮＯＸ感知測定装置（ＮＯＸセンサ）
【図１】
0004909482.tif 000002
【図２】
0004909482.tif 000003
【図３】
0004909482.tif 000004