JPH1181996A - 内燃機関の運転方法 - Google Patents

内燃機関の運転方法

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JPH1181996A JP10207223A JP20722398A JPH1181996A JP H1181996 A JPH1181996 A JP H1181996A JP 10207223 A JP10207223 A JP 10207223A JP 20722398 A JP20722398 A JP 20722398A JP H1181996 A JPH1181996 A JP H1181996A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ライトオフ状態の期間が実際の要求に適応で
き、エンジンの動作中の触媒の不活性化を避けることが
出来るように、出来るだけ少ない問題点と出費とで触媒
コンバーターの個別の活性限界を検出する。 【解決手段】 本発明は、排気処理システム28と電子エ
ンジン制御ユニット12を有する内燃機関10の運転方法に
関する。エンジンの運転中において、流れ方向に沿って
排気処理システムの少なくとも一つのコンバーター要素
14の後方において排気温度が計測され、触媒素子の活性
限界温度よりも上である少なくとも一つの所定の閾値と
比較され、計測された排気温度が閾値よりも下である限
り、電子エンジン制御ユニットにより排気温度を上昇さ
せる処置が採られる。このようにして、コンバーター要
素の活性開始が検出でき、ライトオフ状態が特定のコン
バーターに必要な時間まで短縮され、低すぎる温度でコ
ンバーターが不活性となることを防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は排気処理システムと
電子エンジン制御ユニットを有する内燃機関の運転方法
に関する。
【０００２】
【従来の技術】触媒コンバーターに関して起こる公知の
問題点は、排気浄化に必要な活性物質がある活性限界温
度に達しなければならないということである。この限界
温度よりも低いと、排気浄化効率はほとんどゼロであ
る。そこで、内燃機関のコールド・スタート後に、触媒
コンバーターが出来るだけ速く活性化して（これは迅速
なライトオフ性能と呼ばれている）、この初期段階では
多いエンジン排出物を短期間で減少できるように考慮し
なければならない。
【０００３】この目的のために、例えば、理想的な効率
の点火時期に比して点火タイミングをリタードしたり、
アイドリング速度を上昇させたりする等の、エンジン内
部の処置により人為的に排気温度を上昇させることが知
られれている。公知のエンジン制御方法において、これ
らの処置はエンジンの始動後所定期間用いられる。この
期間は、設けられた触媒コンバーターのある種類におい
て、触媒の全寿命において触媒活性限界温度までの加熱
が確実に行われるような長さである。しかしながら、こ
の期間は試料の違い及び劣化により変わる可能性があ
る。その結果、新しいコンバーターは１５秒間のライト
オフ状態しか必要としないのに対し、１０万Ｋｍ走行後
には、同種のコンバーターが４０秒間のライトオフ状態
を必要とする可能性がある。排気温度を上昇させるため
のエンジン内部の処置は一般的に燃料消費を増大させる
ことになるので、いつ排気処理システムの活性限界温度
に達したかを検出して、この温度に達する必要がある間
だけ排気温度の上昇処置を採り続けるのが望ましい。
【０００４】リーンバーン動作及び直接噴射などの燃料
節約手法を用いる際には、ライトオフ温度を超えた後で
さえも、触媒コンバーターが不活性化したり、反応しな
くなるつまり活性限界温度以下に下がったりする可能性
がある。これを避けるために、エンジン内部において排
気温度を上昇させる手法（例えばリーンバーン動作を中
止する等）が必要となる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、ライ
トオフ状態の期間が実際の要求に適応でき、エンジンの
動作中の触媒の不活性化を避けることが出来るように、
出来るだけ少ない問題点と出費とで触媒コンバーターの
個別の活性限界を検出することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この目的のために、エン
ジンの運転中において、流れ方向に沿って排気処理シス
テムの少なくとも一つのコンバーター要素の後方におい
て排気温度が計測され、触媒素子の活性限界温度よりも
上である少なくとも一つの所定の閾値と比較され、計測
された排気温度が閾値よりも下である限り、電子エンジ
ン制御ユニットにより排気温度を上昇させる処置が採ら
れる。
【０００７】
【発明の効果】流れ方向に沿って、少なくとも一つのコ
ンバーター要素の後ろで、排気温度を計測することで、
ガスがそこを流れるコンバーター要素が不活性状態から
活性状態へと変化したか否かを検出することが出来る。
なぜならば、コンバーター要素内で反応がある際に起こ
る発熱化学反応の結果として、熱エネルギーが放出され
て、コンバーター要素の後方で排気温度の比較的速い上
昇につながることから、コンバーターの活性開始後すぐ
に所定の閾値が越えられることになる。反対に、閾値に
達しない場合には、コンバーター要素が反応しなくなる
ことのないように、排気温度を上昇させる処置が採られ
る。
【０００８】本発明の実施例によれば、温度閾値は排気
処理システムの用いられている種類の全動作寿命におい
て起こりうる最高活性限界温度よりもわずかに高く設定
することが出来る。試料及び劣化度合の違いにかかわら
ず、実際にそうである時にだけ、活性状態が検出され
る。最高活性限界温度よりも少しだけ大きく温度閾値を
設定することで、活性検出が素早くかつ信頼性高くな
る。
【０００９】本発明においては、さらに、内燃機関の始
動後すぐに、排気処理システムの最も速い活性化をする
ために、計測された排気温度が所定の第１閾値Ｔ１を越
えるまで、排気温度を上昇させる処置がライトオフ状態
において採られる。
【００１０】さらに、ライトオフ状態の後で、排気温度
が第２閾値Ｔ２よりも下に下がると、エンジン運転中に
はいつも触媒活性を維持するために、第２閾値Ｔ２に再
び達するまで排気温度を上昇させる処置が採られる。排
気温度が第２閾値Ｔ２より下がった時にだけ排気温度を
上昇させる処置が行われることで、排気処理システムの
熱容量と反応熱を、排気温度の低い運転状態を実行する
のに用いることが出来る。コンバーター要素の流れ方向
において前側の排気温度が、例えばアイドル状態におい
て下がった場合には、熱容量と反応熱によってコンバー
ター要素の後ろ側の排気温度はある期間は閾値よりも上
にあるので、排気温度を人為的に上昇させる結果として
の余分な燃料消費は起こらない。
【００１１】第２閾値Ｔ２は第１閾値Ｔ１よりも大きい
のが好ましく、それにより第１閾値Ｔ１を超えた場合に
温度上昇処置を中止したり、第２閾値Ｔ２より下がった
場合に温度上昇処置を開始するのがいくらかの遅延時間
の後に効果を発するという事実を考慮することになる。
【００１２】排気温度を上昇させる処置は点火リタード
とすることが出来る。
【００１３】加えてこの目的のために、エンジンがアイ
ドル状態にある場合には、アイドル回転数の増加をする
ことが出来る。
【００１４】もう一つの可能性は、リーンバーン運転に
代えて理論空燃比またはリッチ空燃比での運転に切り替
えることである。
【００１５】直接燃料噴射エンジンの分野において本発
明の方法を用いる場合には特に、好ましくは同時に層状
充填状態から均一充填状態へと切り替えながら、非常に
リーンな空燃比からリーン度合の低い空燃比での運転に
切り替えることでも、排気温度の上昇作用を得ることが
出来る。
【００１６】本発明を以下に図面を参照しつつ例を用い
て説明する。
【００１７】
【発明の実施の形態】図１に示すように、多気筒内燃機
関１０は、例えば現在のエンジン回転数や現在のアクセ
ル・ペダルの位置などの複数の入力信号２４を受ける電
子エンジン制御ユニット１２により制御される。電子ス
ロットル弁２０、噴射システム２６及び点火システム１
８を介して、エンジン制御ユニットは、中でもエンジン
に供給される空燃比及び点火時期を制御する。エンジン
排気ガスは排気処理システム２８に供給される。これ
は、例えば三元触媒コンバーター１４とリーンバーン運
転中の窒素酸化物の排出量を削減する窒素酸化物用トラ
ップ１６とで構成することが出来る。温度センサー２２
を用いて、排気通路内の排気温度が、三元触媒１４の後
ろ側で窒素酸化物用トラップ１６の前側で計測される。
この温度センサーの構成により、三元触媒１４の活性度
合が本発明に従って、計測される。さらにいえば、温度
センサーを同時に窒素酸化物用トラップ１６の温度制御
用に用いることが出来る。
【００１８】図２に示すように、本発明の方法は、内燃
機関の始動５０と、コンバーター要素１４の迅速なライ
トオフをもたらすための例えば点火リタード排気温度の
上昇処置５２の開始により始まる。工程５４において示
すように、コンバーター要素の後ろ側で計測された温度
Ｔｎａｃｈが所定の温度閾値Ｔ１を越えたときには、ラ
イトオフ状態の終わりとなる。その後で、温度上昇処置
がステップ５６において終了する。エンジン運転中に温
度Ｔｎａｃｈが温度閾値Ｔ２よりも下がった場合には、
工程５８と６０に示すように、温度閾値Ｔ２に再び達す
るまで温度上昇処置が再び実行される。
【００１９】図３は、コンバーター要素の加熱状態中
の、コンバーター要素より流れ方向において前の排気温
度（Ｔｖｏｒ）と、劣化度合の異なるコンバーター要素
より後ろの排気温度（Ｔｎａｃｈ＿ｎｅｕ及びＴｎａｃ
ｈ＿ａｌｔ）の時間的変化を概略的に示している。エン
ジン始動後、コンバーター要素が最初に加熱され排気ガ
スを冷却するので、コンバーター要素より前の排気温度
は最初はコンバーター要素より後ろの排気温度よりも素
早く上昇する。各々の活性限界温度ＴＡｋｔ＿ｎｅｕ及
びＴＡｋｔ＿ａｌｔから、触媒活性が始まる。反応の結
果生じる熱が、コンバーターの温度及び結果としてコン
バーター要素より後ろの排気温度を、コンバーター要素
より前の排気温度よりも素早く上昇させる。迅速な上昇
の結果、コンバーターの活性開始後比較的短期間の後に
温度閾値Ｔ１が越えられる。その後で、点火リタードや
アイドル回転数の増加などの排気温度の上昇処置を停止
することが出来る。述べたように、本発明による方法に
より、ライトオフ状態は新しいコンバーターに対して
は、古いコンバーターに対してよりも短くされ、コンバ
ーターの個々の状態が考慮されることになる。
【００２０】例えばアイドル状態におけるような、排気
温度が降下する場合の、コンバーター要素の前後の排気
温度の時間的変化が図４に示されている。コンバーター
の前の排気温度Ｔｖｏｒのそのような降下の際には、コ
ンバーターより後ろの排気温度Ｔｎａｃｈは、コンバー
ターの熱容量と未だ放出中である反応熱とによって、ゆ
っくりとしか下がらない。所定の限界温度Ｔ２（＞Ｔ
１）から、排気温度を上昇させる処置が採られる。その
ような処置が採られない場合には、図４に示すように、
コンバーターは活性閾値ＴＡｋｔより下がって、反応し
なくなる。
【００２１】コンバーターの活性開始をより正確に判定
する本発明の目的を達成する代替案は、コンバーターよ
り後ろの温度の時間的勾配を判定することである。それ
により、所定の増加率を超えたことが、触媒反応が始ま
ったこと及びそれにより排気温度の上昇処置を中止でき
ることを示すことになる。コンバーターの反応がなくな
る時期もまた、コンバーターより後ろの排気温度の時間
的勾配を用いて判定することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法を実行する機器を概略的に表して
いる。
【図２】本発明の方法を具現化したフローチャートであ
る。
【図３】本発明による加熱状態を説明する、温度及び時
間の概略線図である。
【図４】加熱状態の後でコンバーターの活性状態を計測
する方法を説明する温度及び時間の概略線図である。
【符号の説明】
１０ 内燃機関 １２ 電子エンジン制御ユニット １４ コンバーター要素 ２８ 排気処理システム
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｐ 5/15 Ｆ０２Ｐ 5/15 Ｅ (72)発明者 トーマス、エー、メイアー ベーエム・グレッセン、ハイデンフール、 31

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 排気処理システム（２８）と電子エンジ
    ン制御ユニット（１２）を有する内燃機関（１０）を運
    転する方法であって、エンジンの運転中において、上記
    排気処理システムの少なくとも一つのコンバーター要素
    （１４）の流れ方向に沿って後方において排気温度が計
    測され、上記コンバーター要素（１４）の活性限界温度
    よりも上である少なくとも一つの所定の閾値と比較さ
    れ、計測された上記排気温度が上記閾値よりも下である
    限り、上記電子エンジン制御ユニット（１２）により上
    記排気温度を上昇させる処置が採られることを特徴とす
    る方法。
  2. 【請求項２】 上記温度閾値は用いられている種類の上
    記排気処理システムの全動作寿命において起こりうる最
    高活性限界温度よりもわずかに高いことを特徴とする請
    求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 上記内燃機関の始動後すぐに、上記排気
    処理システムを最も迅速に活性化するために、計測され
    た排気温度が所定の第１閾値Ｔ１を越えるまで、上記排
    気温度を上昇させる処置がライトオフ状態において採ら
    れることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
  4. 【請求項４】 上記ライトオフ状態の後で、上記排気温
    度が第２閾値Ｔ２よりも下がると、エンジン作動中の触
    媒活性を常時維持するために、上記第２閾値Ｔ２に再び
    達するまで上記排気温度を上昇させる処置が採られるこ
    とを特徴とする請求項３記載の方法。
  5. 【請求項５】 上記第２閾値Ｔ２は、上記第１閾値Ｔ１
    よりも高いことを特徴とする請求項３または４に記載の
    方法。
  6. 【請求項６】 上記排気温度を上昇させる処置は、点火
    リタードによって実現されることを特徴とする請求項１
    から５のいずれかに記載の方法。
  7. 【請求項７】 上記内燃機関がアイドリング中であれ
    ば、上記排気温度を上昇させる処置はアイドル回転数を
    増加させることで実現されることを特徴とする請求項１
    から６のいずれかに記載の方法。
  8. 【請求項８】 上記排気温度を上昇させる処置はリーン
    バーン運転に代えて理論空燃比またはリッチ空燃比での
    運転モードへの切り換えによって実現されることを特徴
    とする請求項１から７のいずれかに記載の方法。
  9. 【請求項９】 上記排気温度を上昇させる処置はリーン
    バーン運転に代えて空燃比をリーン度合の小さい方向に
    調整することで実現されることを特徴とする請求項１か
    ら７のいずれかに記載の方法。
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