JPH116422A - ＮＯｘトラップ内に蓄積されたＳＯｘ量の推定方法 - Google Patents

ＮＯｘトラップ内に蓄積されたＳＯｘ量の推定方法

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JPH116422A
JPH116422A JP9358058A JP35805897A JPH116422A JP H116422 A JPH116422 A JP H116422A JP 9358058 A JP9358058 A JP 9358058A JP 35805897 A JP35805897 A JP 35805897A JP H116422 A JPH116422 A JP H116422A
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David George Farmer
デイビッド、ジョージ、ファーマー
Arnold William Brandt
アーノルド、ウィリアム、ブラーント
Jeffrey Scott Hepburn
ジェフリー、スコット、ヘップバーン
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 NOx トラップ中に蓄積されたSOx がその最大
限界を超えて、操作が浄化モードに入るべきときを、高
度に正確に判定するための方法と装置を提供すること。 【解決手段】 エンジン制御コンピュータが、NOx トラ
ップ内に貯蔵された蓄積SOx 量を推定し、最大貯蔵容量
限界を超えたとき、SOx 浄化モード操作に入る。SOx 蓄
積量は、エンジンへの燃料流、A ／F およびトラップ温
度に基づいて、推定される。浄化モードは、浄化操作の
あいだに、推定されたSOx の貯蔵レベルが最小しきい値
レベル以下まで減少したとき、終了する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、自動車排ガス制御
に関し、より詳しくは、所定のSOx しきい値に到達した
ときに、いおう（Ｓ）混入量を推定しNOx トラップから
SOx を浄化することによって、NOx トラップの効率を維
持する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の希薄混合気燃焼エンジンには、空
気−燃料比制御器が含まれるが、これは、望ましい空気
−燃料比、すなわち化学量論的な希薄混合気を維持する
ために、燃料を測定された空気量に応じてエンジンの吸
気口に送り込むものである。典型的なものとして３路型
触媒コンバータがエンジンの排気通路中に設けられてい
るが、これは、希薄混合気で運転中に生成されるNOx の
転化は行わない。そこで、NOx の外気中への放出を抑え
るために、３路型触媒の下流にNOx トラップを配置する
ことが提案された。
【０００３】典型的なNOx トラップでは、希薄混合気操
作条件のもとで、NOx を貯め、もしくは吸蔵するため
に、アルカリ金属やアルカリ土類を白金と組み合わせて
用いる。NOx 貯蔵機構では、白金を用いてNOからNO2 へ
酸化させるが、その際、アルカリ金属やアルカリ土類と
の硝酸錯体化合物が形成される。化学量論的操作のもと
で、もしくは化学量論的に濃厚混合気操作のもとでは、
硝酸錯体は熱力学的に不安定である。そのため、貯蔵NO
x は放出され、排気中の過剰なCOや H2 および炭化水素
（HC）類によって、触媒的に還元される。
【０００４】したがって、従来技術においては最後の浄
化以降にトラップに導入されたNOxの量を推定し、トラ
ップが満杯と推定されると、エンジンを比較的濃厚混合
気である空気−燃料比に切り替えて、NOx トラップを浄
化する。トラップが十分に浄化されたあと、エンジンを
希薄混合気操作に戻す。このNOx 浄化はほぼ３００度Ｃ
から４００度Ｃの最適化温度表示域内で起こる。
【０００５】いおう（Ｓ）を含有する燃料のもとで自動
車を運転すると、トラップ内にいおうが蓄積することに
よって、NOx の転化効率の減少がひきおこされる。そこ
で、いおうは、「燃焼しきって」、つまり６７５度Ｃ以
上の温度で、１４．６５以下の空気−燃料比（濃厚混合
気）で脱離させる。トラップの温度を６７５度Ｃ以上に
上昇させるひとつの方法として、第２の空気源をNOx ト
ラップの上流で排気中に導入させ、発熱反応に依存して
トラップ温度を望ましいレベルまで上昇させ、SOx のト
ラップを浄化するものがある。たとえば、１９９６年１
２月１３日付けで出願された米国特許出願シリアル番号
０８／７６８，００３号明細書を参照されたい。この出
願において、トラップの温度は、第２の空気源の導入と
制御によって、SOx 浄化に望ましい温度まで上昇されて
いる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、NOx トラッ
プ中に蓄積されたSOx がその最大限界を超えて、操作が
浄化モードに入るべきときを、高度に正確に推定する方
法を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、トラッ
プの現時点のA ／F とトラップの現時点の温度に基づい
て、燃料の流れの単位あたりに蓄積されたSOx の量を決
定するステップを含む。そして、SOx 蓄積速度が、燃料
の流れの単位あたりに蓄積されたSOx の量、および、エ
ンジンに供給される燃料の流速に基づいて計算され、さ
らにSOx 蓄積量を、計算されたSOx 蓄積速度と、先に行
なわれた計算以降の経過時間をもとに計算される。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明を
さらに詳細に説明する。まず図１を参照する。燃料ポン
プ１０は、燃料タンク１２からの燃料を、燃料ライン１
４を通して燃料噴射器１６に圧入する。燃料噴射器１６
は、燃料を内燃エンジン１８に噴射する。さらに燃料噴
射器１６は周知の構造を有し、電子式エンジン制御器
（EEC ）２０によって判定されたとおりの正確な量の燃
料を付随シリンダに噴射できるように配置されている。
EEC ２０は、信号ライン２１を介して燃料噴射信号を燃
料噴射器１６に伝え、EEC ２０で判定された空気−燃料
比が維持できるように作動する。燃料タンク１２は、例
えばガソリンやメタノールあるいは幾種類かの燃料の組
み合わせのような液体燃料を保有している。排気システ
ム２２は、１本もしくはそれ以上の排気パイプと排気フ
ランジ２４を有して、内燃エンジン１８内の空気・燃料
混合物の燃焼によって生じた排ガスを、周知の３路型触
媒コンバータ２６に運ぶ。触媒コンバータ２６は触媒材
２８を含み、内燃エンジン１８からの排ガスを化学的に
変化させて触媒添加された排ガスを生成する。
【０００９】触媒添加された排ガスは、上記構成を有す
る下流のNOx トラップ３２に供給される。トラップ３２
は、その全体を参照番号３０で表されたハウジング内に
含まれている。加熱排ガス酸素（HEGO）センサー３４
は、エンジン１８によって生成された排ガス中に含有さ
れる酸素を検知し、導線３６を通してEEC ２０に信号を
伝える。１対のHEGOセンサー３８と４０がトラップ３２
の上流と下流にそれぞれ配置され、触媒コンダクタ４２
と４４をそれぞれ通してEEC ２０に信号を送る。さらに
全体を参照番号４６で表された他のセンサーが、たとえ
ばクランクシャフト位置や角速度あるいはスロットル位
置や空気温度などの、エンジン性能に関する付加情報を
EEC ２０に伝える。EEC ２０は、これらのセンサーから
の情報を活用してエンジン操作を制御する。
【００１０】エンジン１８の吸気口に配置された空気流
量センサー５０は、エンジンの吸気系統に導入された空
気の量を検知し、導線５２を通してEEC ２０に空気流信
号を供給する。EEC ２０は、空気流信号を用いて、空気
量（AM）値を計算するが、これは、分あたりのポンドで
表した吸気系統に流れ込む空気量のことである。
【００１１】空気ポンプ５４は電気モータまたは機械モ
ータにより駆動され、エンジン１８にとりつけられてお
り、大気からの空気の加圧源を提供し、空気通路５８を
通って、排ガス通路部６０の、触媒コンバータ２６の下
流のせん孔部６２、および、一般的にはNOx トラップ３
２の入口となる部分に、空気を噴射するものである。噴
射される空気量は、EEC ２０の導線６４を介しての制御
のもとでは、制御弁５６の位置づけに依存する。制御弁
５６は、制御信号に合わせて開閉するオン／オフ型の弁
でもよいし、あるいはまた、流速を連続的に調整できる
流量制御弁であってもよい。
【００１２】EEC ２０はマイクロコンピュータで構成さ
れるが、これは、中央処理装置（CPU ）７０、入出力
（I ／O ）ポート７２、制御プログラムを記憶するROM
７４、カウンタやタイマーにも用いられる一時的なデー
タ記憶のためのRAM ７６、および学習した値を記憶する
ための保持メモリ（KAM ）７８を含む。図に示されたよ
うに、データは周知のデータバスを介してやりとりされ
る。EEC ２０はさらに、エンジンオフタイマーを含んで
いるが、これはエンジンの最後の停止以降の経過時間を
可変「ソーキング時間」としての記録を提供するもので
ある。
【００１３】エンジン１８を制御するために、EEC ２０
によってなされる液体燃料送り込みルーチンが、図２の
フローチャートに示されている。望ましい液体燃料の開
ループ計算はブロック１００で行なわれる。より詳しく
は、センサー５０から吸入された空気流量（MAF ）の測
定値を、望ましい空気−燃料比（AFd ）で除算する。こ
の空気−燃料比は、この例では、化学量論的燃焼で較正
されたものである。判断ブロック１０２では、エンジン
冷却温度のようなエンジン操作パラメータを監視するこ
とによって、閉ループフィードバック制御が望ましいか
どうかを判断する。燃料コマンド、望ましい燃料信号
（Fd）は、先になされた望ましい燃料の開ループ計算値
を、ブロック１０４で読み取られたフィードバック変数
（FV）で、ブロック１０６にて除算することによって生
成される。それから望ましい燃料信号（Fd）は、ブロッ
ク１０８でパルス幅信号（fpw ）に変換され、燃料噴射
器１６を作動させる。これによって燃料を、望ましい燃
料信号Fdの振幅と相関関係を有しながら、エンジン１８
に送り込む。
【００１４】燃料フィードバック変数FVを生成するため
に、EEC ２０によってなされた空気−燃料比フィードバ
ックルーチンが、図３のフローチャートに示されてい
る。ブロック１１０における判定での閉ループ制御のも
とでは、センサー３４によって提供される信号をもと
に、２値信号EGOSがブロック１１２で生成される。判定
ブロック１１６および１１８での判定で、信号EGOSはそ
のときは低いが、EEC ２０の先に行なわれたバックグラ
ウンドループでは高かったという場合、ブロック１１４
にて、フィードバック変数FVから所定の比例項Pjを減ず
る。信号EGOSがそのとき低く、しかも先に行なわれたバ
ックグラウンドループでも低かった場合は、ブロック１
２０にて、フィードバック変数FVから所定の積分項Δj
を減ずる。
【００１５】一方、判定ブロック１１６と１２２での判
定で、信号EGOSがそのとき高く、しかもEEC ２０の先に
行なわれたバックグラウンドループでも高かった場合、
ブロック１２４にて、フィードバック変数FVに所定の積
分項Δi を加える。信号EGOSはそのときは高いが、先に
行なわれたバックグラウンドループでは低かったという
場合は、ブロック１２６にて、フィードバック変数FVに
比例項Piを加える。
【００１６】希薄混合気モードで操作されている場合、
閉ループの空気−燃料比制御は不可能であり、フィード
バック変数FVは開ループ方式で生成されて、希薄混合気
の空気−燃料比エンジン操作が提供されることは理解で
きよう。より詳しくは、フィードバック変数FVは、エン
ジン速度と負荷の関数として探索表の値を読みとって、
その表の値に乗数LMULT を乗算することによって、生成
される。そしてこの結果を、化学量論的空気／燃料比基
準であるユニティに加える。乗数LMULT は、０とユニテ
ィの間を変化するものだが、徐々に増分され、エンジン
の空気−燃料比操作を望ましい希薄混合気である空気−
燃料比に変換する。これによって、望ましい空気−燃料
比を表示するフィードバック変数FVが生成される。
【００１７】図４および図５には、NOx トラップのSOx
浄化を制御する方法のフローチャートが示されている。
なお、図４および図５は、両者で完結するフローチャー
トである。ブロック１５０では、エンジンが希薄混合気
モードで操作されているかどうかを判断する。もし希薄
混合気モードで操作されていなければ、バックグラウン
ドループが続けられる。もし希薄混合気モードでの操作
なら、その時点のSOx蓄積速度がブロック１５２で計算
される。ループを通過した最後の時間以降に生成された
蓄積速度は、１時間あたりのグラム数で表されている
が、次のような関係で表されると好ましい。 SOx ＿FLOW＿RATE ＝ FNXXA（LAMBSE、EXT ＿NTR ）＊
FUELFLOW 式中、SOx ＿FLOW＿RATEは、１時間あたりのグラム数で
表された、結果的蓄積速度であり、FNXXA （LAMBSE、EX
T ＿NTR ）は、SOx 蓄積速度（燃料１ポンド（＝４５４
gr）あたりのSOx のグラム数）の探索表である。この探
索表は、後に示すように、高温で濃厚混合気のとき負で
あり、希薄混合気のとき正である。LAMBSEは、等価比と
して表された望ましいA ／F であり、そしてEXT ＿NTR
は推定されたNOx トラップ温度である。
【００１８】
【表１】 さらに、FUELFLOWは１時間あたりのポンド数で表された
測定された燃料流速である。
【００１９】ブロック１５４において、トラップ内に貯
蔵されたSOx の蓄積量は、このバックグラウンドループ
中に貯蔵されたSOx の増分を、先に貯蔵された量に加え
ることによって更新される。そして次のように表され
る。 TRAP＿SOx ＿GRAMS （現時点） ＝ TRAP＿SOx ＿GRAM
S （先行） ＋（SOx ＿FLOW＿RATE＊BG＿TMR ／３６
００） 式中、BG＿TMR は、秒で表されたバックグラウンドルー
プ時間である。TRAP＿SOx ＿GRAMS （現時点）は、トラ
ップ内に蓄積されたSOx である。この量はKAM ７８に記
憶されている。
【００２０】貯蔵されたNOx の量を更新したあと、まず
その量をブロック１５６でチェックして、その量が負数
であるかどうかをみる。負数でなければ、ブロック１５
８で、その量をチェックして、その量が最大トラップ容
量を超えていないかどうかを判定する。超えていなけれ
ば、ブロック１６０で、その量をチェックして、トラッ
プ容量より少ないかどうかを判定する。そうであれば、
浄化は十分進んでいることであり、希薄混合気操作に戻
れることになる。
【００２１】ブロック１５６で貯蔵されたNOx の量が負
数であれば、その量をブロック１６２でゼロにセットす
る。その量が、ブロック１５６における判定で、最大ト
ラップ容量を超えていれば、SOx ＿FULL＿FLAGがブロッ
ク１６４でセットされる。この量が、ブロック１６０に
おける判定で、希薄混合気操作に戻る最小量以下であれ
ば、SOx ＿FULL＿FLAGはブロック１６６でリセットされ
る。
【００２２】ブロック１５８で演算される関数は次のよ
うに表される。すなわち、 TRAP＿SOx ＿GRAMS ＞ SOx ＿MAX ＿GRAMS 式中、SOx ＿MAX ＿GRAMS は、貯蔵されたSOx のしきい
値レベルであり、それより上では、希薄混合気操作は終
了しSOx 浄化が始まることになっている。
【００２３】ブロック１６０で演算される関数は次のよ
うに表される。すなわち、 TRAP＿SOx ＿GRAMS ＜ SOx ＿MIN ＿GRAMS 式中、SOx ＿MIN ＿GRAMS は、貯蔵されたSOx のグラム
数のしきい値レベルであり、それより下では、希薄混合
気操作が再開できる。
【００２４】ブロック１６８で、SOx ＿FULL＿FLAGがチ
ェックされる。ブロック１７０における判定で、フラッ
グがセットされ、NOx トラップ温度がSOx 浄化モードに
入るのに必要な温度より低く、さらに、ブロック１７２
における判定で、希薄混合気モードでエンジンが操作さ
れ始めると、ブロック１７４に表示されたようにA ／F
は希薄混合気から化学量論的混合気に変換され、希薄混
合気モードでないと、バックグラウンドループがブロッ
ク１７８で継続される。ブロック１７０で、第２の空気
添加あるいは他の操作条件いずれの結果であったとして
も、トラップ温度が最低浄化温度より大きいと判定され
たならば、そして、ブロック１８２の判定で、エンジン
が希薄混合気モードで操作されているならば、A ／F は
希薄混合気から濃厚混合気に変化し、ブロック１８４に
表示されたようにトラップ３２からSOx 浄化し始める。
ブロック１８２および１８６の判定で、エンジンが希薄
混合気ではなく化学量論的混合気で操作されているなら
ば、A ／F は化学量論的混合気から濃厚混合気に変化
し、ブロック１８８に表示されたように、トラップを浄
化し始める。前述の米国特許出願シリアル番号０８／７
６８，００３号明細書では、NOx トラップ温度を推論
し、ポンプ５４を制御して、望ましい浄化温度を維持す
る方法を開示している。
【００２５】一方、SOx の量が最小と最大しきい値レベ
ル間にあるため、またはトラップが最小しきい値以下ま
で浄化されたため、ブロック１６８の判定で、フラッグ
SOx＿FULL＿FLAGが、リセット状態にあり、ブロック１
９０における判定で、希薄混合気状態可能となる場合、
浄化操作は終了し、A ／F は変換されて、希薄混合気操
作に戻る。希薄混合気操作条件がない場合、バックグラ
ウンドループは、ブロック１７８に表示されたように継
続される。
【００２６】
【発明の効果】上記から明らかなように、本発明によれ
ば、NOx トラップ中に蓄積されたSOxがその最大限界を
超えて、操作が浄化モードに入るべきときを、高度に正
確に判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理を具体化した、自動車エンジンと
電子式エンジンコントローラーのブロック図。
【図２】従来のエンジン燃料制御技法の高レベルフロー
チャート。
【図３】従来のエンジン燃料制御技法の高レベルフロー
チャート。
【図４】NOx トラップ中のSOx の蓄積を推定する方法お
よび浄化操作中のSOx 除去を推定する方法の一部を示す
フローチャート。
【図５】NOx トラップ中のSOx の蓄積を推定する方法お
よび浄化操作中のSOx 除去を推定する方法の他の一部を
示すフローチャート。
【符号の説明】
１０ 燃料ポンプ １２ 燃料タンク １４ 燃料ライン １６ 燃料噴射器 １８ 内燃エンジン ２０ 電子式エンジン制御器（ EEC） ２２ 排気システム ２４ 排気フランジ ２６ 触媒コンバータ ２８ 触媒材 ３０ ハウジング ３２ NOx トラップ ３４ 加熱排ガス酸素（HEGO）センサー ３８ 加熱排ガス酸素（HEGO）センサー ４０ 加熱排ガス酸素（HEGO）センサー ４６ センサー ５０ 空気流量センサー ５４ 空気ポンプ ５６ 制御弁 ５８ 空気通路 ６０ 排ガス通路部 ６２ せん孔部 ７０ 中央処理装置（CPU ） ７２ 入出力（I ／O ）ポート ７４ ROM ７６ RAM ７８ 保持メモリ（KAM ）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 デイビッド、ジョージ、ファーマー アメリカ合衆国ミシガン州、プリマス、ス トーンクレスト、ドライブ、47130 (72)発明者 アーノルド、ウィリアム、ブラーント アメリカ合衆国ミシガン州、リボニア、エ ディントン、15693 (72)発明者 ジェフリー、スコット、ヘップバーン アメリカ合衆国ミシガン州、ディアボー ン、ペムブロウク、コート、15

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】エンジンの排気通路に配置されたNOx トラ
    ップ内に蓄積されたSOx 量の推定方法において、 単位燃料流あたりに蓄積されたSOx 量を、現時点の空気
    −燃料比および前記トラップの現時点の温度に基づいて
    判定するステップと、 SOx 蓄積速度を、前記判定されたSOx 量と前記エンジン
    に供給された燃料の流速に基づいて計算するステップ
    と、 SOx 蓄積量を、前記計算されたSOx 蓄積速度と、先に行
    なわれた計算以降の経過時間をもとに計算するステップ
    とを含む、NOx トラップ内に蓄積されたSOx 量の推定方
    法。
  2. 【請求項２】前記先に行なわれた計算以降貯蔵されたSO
    x 量を、その計算された先に貯蔵された量に加えて蓄積
    量を得るステップをさらに含む、請求項１記載の推定方
    法。
  3. 【請求項３】貯蔵されたSOx の蓄積量を、最大容量レベ
    ルと比較するステップと、 前記最大容量レベルを超えたとき、SOx 浄化操作を開始
    して、前記トラップ内に貯蔵されたSOx の量を減少させ
    るステップとをさらに含む、請求項２記載の推定方法。
JP9358058A 1997-03-31 1997-12-25 ＮＯｘトラップ内に蓄積されたＳＯｘ量の推定方法 Pending JPH116422A (ja)

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