ＮＯｘ吸蔵触媒コンバータの再生方法
本発明は、内燃機関（１）の排気管（３）に配置されたＮＯｘ吸蔵触媒（４）を再生する方法に関する。本方法によれば、ＮＯｘ吸蔵触媒（４）の出力側の排気ガスの窒素酸化物濃度が所定の解放閾値を超えた場合には、内燃機関（１）に導入された空気−燃料混合物の空気比λＭに対して一定値が第１の再生段階（１１）において固定される。第２の再生段階（１２）は、第１の再生段階（１１）に続く。本発明によれば、空気比λＭの時間変化率ｄλＭ／ｄｔは、ＮＯｘ吸蔵触媒（４）を流れる排気ガスの質量流量に応じて、又は排気ガス質量流量に接続された内燃機関動作変数に応じて、第２の再生段階（１２）で調整される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前段の特徴を有する内燃機関の排気管に配置されたＮＯｘ吸蔵触媒コンバータを再生する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１では、内燃機関の排気管に配置されたＮＯｘ吸蔵触媒コンバータを再生する方法が記載されている。ＮＯｘ吸蔵触媒コンバータは、特に、空気／燃料混合物がリーン状態とリッチ状態との間を交互に入れ替わる状態で動作し、主に内燃機関を備える自動車に用いられる。リーンな空気／燃料混合物での動作中には、例えば、ＮＯｘ吸蔵触媒コンバータの触媒材料中に存在する炭酸バリウムは、排気ガスから酸化時に窒素酸化物（ＮＯｘ）を除去し、固形硝酸バリウムを形成する。また、これにより触媒材料にかかる負荷が時間と共に増加するために、適宜、ＮＯｘ吸蔵触媒コンバータを再生する必要がある。この工程は、硝酸塩の再生として知られ、ある一定の時間だけリッチな空気／燃料混合物で内燃機関を動作させることにより行われる。硝酸バリウムは、還元剤を含有する結果として生じた排気ガス中では不安定であり、コンバータ装置内で再度分解して炭酸バリウムを形成し、ＮＯｘを放出する。その後、ＮＯｘは、ＮＯｘ吸蔵触媒コンバータに付与された貴金属構成材で、排気ガス中に存在する還元剤（Ｈ２、ＣＯ、及びＨＣ）により還元され、主に無害な窒素（Ｎ２）を形成するようになる。
【０００３】
特許文献１の明細書に記載された、ＮＯｘ吸蔵触媒コンバータの再生方法では、ＮＯｘ吸蔵触媒コンバータの出力側の排気ガス中の窒素酸化物濃度が予め決定可能な閾値を超えた場合に、ＮＯｘ吸蔵触媒コンバータの再生が開始される。この場合、再生は、内燃機関に送られた空気／燃料混合物が比較的大幅に濃くされている第１の段階と、内燃機関に送られた空気／燃料混合物が比較的それほど濃くされていない第１の段階に続く第２の段階とを含む。
【０００４】
したがって、上述した方法を用いて長期に亘ってＮＯｘのレベルを低減するには、リーン状態とリッチ状態との間で内燃機関の動作を交互に行う必要があるが、硝酸塩の再生動作に必要なリッチ燃焼動作は、リーン燃焼で達成される内燃機関による燃費という観点の利点を低減させてしまうことに留意されたい。したがって、燃費という観点では、リーン燃焼動作にかかる時間の割合をできるだけ高くするほうがよい。このため、再生期間は、できるだけ短くする。他方、ＮＯｘ吸蔵触媒コンバータの再生は、再生後に前記吸蔵触媒コンバータができるだけ多くの窒素酸化物を吸蔵可能とするように、できるだけ完全に行われることが望ましい。ただし、エミッションの観点から、有害な還元剤が漏れ出すことは、回避されるべきである。
【０００５】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０１１３９４７Ａ１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、本発明の目的は、できるだけ効率的及び効果的にＮＯｘ吸蔵触媒コンバータを再生する方法を特定することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本目的は、請求項１の特徴を有する方法により本発明によって達成される。
【０００８】
本発明に係る方法においては、ＮＯｘ吸蔵触媒コンバータの出力側で排気ガス中の窒素酸化物濃度の設定閾値を越えた場合に、再生動作が開始される。この場合、まず、内燃機関で燃焼された空気／燃料混合物において空気／燃料比λＭが一定値をとる第１の再生モードが実行される。この第１の再生モードに続いて、本発明によれば、空気／燃料比λＭが可変値をとる第２の再生モードが実行される。第２の再生モードでは、空気／燃料比λＭの時間変化率λＭ／ｄｔが、ＮＯｘ吸蔵触媒コンバータを流れる排気ガスの質量流量に応じて、又は排気ガスの質量流量と関連する内燃機関動作変数に応じて設定されるようになる。また、ここでは、ラムダ値と称される空気／燃料比（空気過剰率）は、通常の方法で、内燃機関に供給される空気／燃料混合物、又は排気ガス中における酸素の含量及び燃料又は還元成分の含量の理論空燃比を意味するものとして理解される。記号λＭは、内燃機関に供給された空気／燃料混合物が理論空燃比に対してより下回って選択される。この場合、再生動作の際に内燃機関に供給される空気／燃料混合物は、λＭ≦１．０のラムダ値、すなわち、好ましくは、理論空燃比の又は還元性の空気／燃料混合物が設定される。
【０００９】
空気／燃料比λＭの時間変化率ｄλＭ／ｄｔが、ＮＯｘ吸蔵触媒コンバータを流れる排気ガスの質量流量に、又は排気ガスの質量流量に関連する内燃機関動作変数に依存する方法は、好ましくは、第２の再生モードにおいて、比較的小さな質量流量の排気ガスの場合には還元剤の含量が一時的に上昇する排気ガスを、より大きな質量流量の排気ガスの場合には還元剤の含量が一時的に減少する排気ガスを、ＮＯｘ吸蔵触媒コンバータに供給するように選択される。加えて、この依存性は、好ましくは、対応する自動車の通例の駆動状態で、次第に増加するラムダ値が第２の再生段階の過程に亘って生じるように選択される。したがって、再生が続く間では、還元剤の需要が次第に減少することが考慮される。よって、過度な還元剤の供給や、その結果引き起こされる還元剤の漏出もまた回避される。少量の質量流量の排気ガスがある場合にラムダ値が減少されて設定されるため、還元剤が触媒コンバータの体積中で費やす期間は、少量の質量流量の排気ガスがある場合に増加し、したがって、還元剤は、高濃度であっても完全に変換されることが可能であり、これにより、還元剤の漏出が回避される。
【００１０】
本発明の改良形態では、第１の再生モードは、予め決定可能な第１の時間後に終了される。第１の再生モードでは、λＭ＝約０．８の比較的低い空気／燃料比が設定される。また、第１の再生モード（第１の再生段階）を維持する時間は、ＮＯｘ吸蔵触媒コンバータの体積にも依存し、好ましくは、比較的短く、例えば約１秒となるように選択される。ＮＯｘ吸蔵触媒コンバータの再生の第１の段階の時間及びラムダ値は、コンバータが比較的多量の窒素酸化物又は酸素を未だ吸蔵しているならば、大部分の吸蔵された窒素酸化物又は吸蔵された酸素をすでに減少させるように好ましくは選択され、これにより、還元剤の漏出が回避される。予め決定可能で好ましくは固定して適用された第１の再生段階の期間及び空気／燃料比の値を選択するのには、リーン燃焼吸蔵段階が終了した後に、最小量の窒素酸化物がＮＯｘ吸蔵触媒コンバータに吸蔵されることを考慮する。
【００１１】
本発明の更なる改良形態では、第２の再生モードは、予め決定可能な第２の時間後に終了される。第２の時間は、好ましくは、固定して適用され、ＮＯｘ吸蔵触媒コンバータの吸蔵容量を考慮すると、吸蔵された窒素酸化物の大部分がこの再生段階が終了する際に低減されるように選択される。
【００１２】
本発明の更なる改良形態では、第３の再生モードにおいて、空気／燃料比λＭの時間変化率ｄλＭ／ｄｔは、排気ガスの質量流量に応じて、又は排気ガスの質量流量と関連する内燃機関動作変数に応じて、及びＮＯｘ吸蔵触媒コンバータの出力側で排気管に配置されたラムダプローブの測定値に応じて設定される。この場合には、ラムダプローブは、排気ガスのラムダ値に依存する信号を供給するセンサを意味するものと理解される。好ましくは、ラムダプローブの機能を有するＮＯｘセンサが使用可能である。加えて、ＮＯｘ吸蔵触媒コンバータの出力側に存在する排気ガスのラムダ値を考慮することにより、特に、再生の進度が、結果として内燃機関の空気／燃料比の設定により確実に検出され考慮され得る。したがって、ＮＯｘ吸蔵触媒コンバータに還元剤が過剰に供給されこれに関連して還元剤が漏出してしまうのを避けることができる。このことは、特に、たった少量の窒素酸化物でもＮＯｘ吸蔵触媒コンバータに吸蔵されている場合など、再生の終盤において重要である。
【００１３】
第３の再生モードは、第２の再生モードに代わって設定され得るものであり、本発明の更なる改良形態によれば、第３の再生モードは、好ましくは、第２の再生モードが終了した直後に設定される。
【００１４】
本発明の更なる改良形態では、空気／燃料比λＭの設定は、予め決定可能な下限値λｍｉｎ及び上限値λｍａｘを有する値範囲に限定される。この手段により、まず、空気／燃料比の急激な下降、よって還元剤の漏出を回避することが可能となる。第２に、空気／燃料比が著しく上昇し、これにより、特定の状況下によっては、再生に好ましいリッチな範囲がかなり外れてしまい、そのため再生がもはや起こらないということが回避される。好ましくは、下限値λｍｉｎに達すると、空気／燃料比は、増加する排気ガスの質量流量により再び空気／燃料比の上昇が始まるまで、下限値に維持される。これに対して、好ましくは、空気／燃料比の上限値λｍａｘに達すると、減少する排気ガスの質量流量により再び空気／燃料比の下降が始まるまで、この下限値に空気／燃料比を維持するようになされる。
【００１５】
本発明の更なる改良形態では、ＮＯｘ吸蔵触媒コンバータの再生を開始する閾値が予め決められており、空気／燃料比λＭの時間変化率ｄλＭ／ｄｔがＮＯｘ吸蔵触媒コンバータの経時変化を表す経時変化係数に応じて設定される。経時変化を表す経時変化係数は、好ましくは、ＮＯｘ吸蔵触媒コンバータの現ＮＯｘ吸蔵容量から、更には経時変化していない状態のＮＯｘ吸蔵触媒コンバータのＮＯｘ吸蔵容量との比較から導出される。現ＮＯｘ吸蔵容量は、例えば、リーン吸蔵段階中に窒素酸化物の漏出を測定し、それを内燃機関からの窒素酸化物の未処理エミッションと比較することにより、決定することができる。この場合には、ＮＯｘ吸蔵触媒コンバータの吸蔵容量を、例えば、回転速度、負荷、及び／又は排気ガス温度などに関する予め決定可能な参照条件で決定し、それを同条件下で経時変化していないＮＯｘ吸蔵触媒コンバータについて予め決定した参照値と比較すると良い。
【００１６】
閾値をＮＯｘ吸蔵触媒コンバータの経時変化状態と一致させることで、経時変化によりＮＯｘ吸蔵容量の降下が引き起こされるようになる。好ましくは、ＮＯｘ吸蔵触媒コンバータは、年を経るにつれて、閾値が低くなる。したがって、再生動作は、より低い吸蔵容量が考慮されるより短い間隔で生じる。第２又は第３の再生段階では、空気／燃料比λＭの時間変化率ｄλＭ／ｄｔを経時変化に依存する設定とすることにより、吸蔵された窒素酸化物の経時変化により規定された減少量に達すると、これに対応して再生が適合されるようにすることができる。好ましくは、ＮＯｘ吸蔵触媒コンバータが年を経ると、排気ガスの特定の質量流量で空気／燃料比λＭがより大きく変化する可能性があり、再生期間が短縮される。
【００１７】
以下、添付図面及び関連する実施例を参照しながら、本発明をより詳細に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１は、基本的な概略図中に、吸気ライン２を備える内燃機関１と、内部にＮＯｘ吸蔵触媒コンバータ４が配置された排気管３と、電子式エンジン制御ユニット７とを示している。内燃機関１は、本明細書では、リーン燃焼モードで動作可能な４気筒火花点火機関の一例として設計されている。排気管では、第１の排気ガス測定プローブ５及び第２の排気ガス測定プローブ６がＮＯｘ吸蔵触媒コンバータ４の上流側及び下流側に配置され、これらの信号線８が電子式エンジン制御ユニット７につながっている。また、電子式エンジン制御ユニット７は、エンジンの運転パラメータを設定及び検出するために、内燃機関１に信号線９により接続されている。なお、説明を分かりやすくするため、噴射弁、燃料供給、排気ガス再循環、吸気調節などの内燃機関の動作を制御する更なる装置については、図示されていない。電子式エンジン制御ユニット７は、エンジンの回転速度、関連する自動車の現走行速度、変速機の選択された変速段などの更なる動作変数を検出するためのセンサに接続されているが、これもまた図示されていない。しかしながら、電子式エンジン制御ユニット７は、内燃機関１及び関連する自動車の動作状態を検出し、適切な場合にはその動作状態に影響を及ぼす通例の可能性を有するものであるということは当然である。さらに、ＮＯｘ吸蔵触媒コンバータ４の上流側に好ましくは配置され、例えば酸化触媒コンバータとして設計される最初の触媒コンバータなどの更なる排気ガス清浄構成部材（ここでは、図示せず）を用いても良いことは言うまでもない。
【００１９】
排気ガス測定プローブ５及び６は、好ましくは、以下、排気ガスラムダλＡと呼ばれる排気ガスの空気／燃料比を検出する「ラムダプローブ」として、排気管３の対応箇所に設計される。第２の排気ガス測定プローブ６として、排気ガス中の窒素酸化物含量とその中の空気／燃料比の両方を決定することができる組み合わせＮＯｘ／ラムダプローブを用いることが特に好ましい。同様に、第２の排気ガス測定プローブ６を、空気／燃料比がλ＝１．０近傍の狭い範囲で非常に急勾配な特性曲線を有する「２進ラムダプローブ」として設計することも有利である。第１の排気ガス測定プローブ５は、好ましくは、エンジンに送られる空気／燃料混合物の空気／燃料比λＭを調整するのに用いられる。ここでは、流れの方向から見て、排気管３に設けられた第１の排気ガス触媒コンバータの上流側に、第１の排気ガス測定プローブを配置すると有利である。
【００２０】
以下、排気ガス測定プローブ５及び６の測定信号が戻されている状態でＮＯｘ吸蔵触媒コンバータ４の再生を実行するのに有利な実施形態について説明する。この説明のために、図２中に示された空気／燃料比λＭの典型的プロファイルが記された図面を用いる。各値は、測定値として、ラムダプローブ５により提供することができる。
【００２１】
スイッチは、リーン吸蔵段階０から始まり、３つの異なる再生モードが設定される３つの連続する再生段階１１、１２、及び１３からなる再生モードとなされる。第３の再生段階１３が終了すると、スイッチは、さらにリーンな吸蔵段階１４に再び戻る。
【００２２】
ＮＯｘ吸蔵触媒コンバータ４の再生は、好ましくは、排気ガス測定プローブ６によりＮＯｘ吸蔵触媒コンバータの出力側で検出された窒素酸化物濃度が閾値に到達した際に、電子式エンジン制御ユニット７により開始される。窒素酸化物濃度は、排気ガスの現材の質量流量ｍＥｘｈａｕｓｔ ｇａｓで評価されることが可能であり、これにより、ＮＯｘ吸蔵触媒コンバータ４の出力側での窒素酸化物の質量流量が得られる。そして、窒素酸化物の質量流量が対応する閾値に到達すると、再生動作が開始される。同様に、リーンな吸蔵段階１０の間に窒素酸化物の質量流量を積分することが有利であり、その結果、リーンな吸蔵段階中の窒素酸化物の漏出の積分値が得られる。この場合、窒素酸化物の漏れの積分値が閾値に達した際に、再生が開始される。以下、再生の典型的なプロファイルについて説明する。
【００２３】
再生が開始されると、第１の再生段階１１では、まずλＭ＝約０．８の比較的リッチな空気／燃料比を有する第１の再生モードが、好ましくは、急に設定され、予め決定可能な第１の時間、維持される。この第１の時間は、好ましくは、電子式エンジン制御ユニット７にプログラムされるものであり、ほぼ１秒である。しかしながら、ＮＯｘ吸蔵触媒コンバータ４の吸蔵容量や経時変化に順応して第１の時間を適合させ、適切な場合には、それを変更し、好ましくは短縮することができる。以下、この点についてより詳細に説明する。
【００２４】
第１の再生段階１１の第１の時間が経過すると、第２の再生段階１２は、第２の再生モードに移行し、この第２の再生モードにおいて、空気／燃料比λＭが排気ガスの質量流量ｍＥｘｈａｕｓｔ ｇａｓに応じて変化する。このため、空気／燃料比λＭの時間変化率ｄλＭ／ｄｔを、ＮＯｘ吸蔵触媒コンバータ４を流れる排気ガスの質量流量ｍＥｘｈａｕｓｔ ｇａｓに応じて設定するようになされる。しかしながら、排気ガスの質量流量ｍＥｘｈａｕｓｔ ｇａｓの関数の代わりに、例えば、エンジンの回転速度及び／又はエンジン負荷などの排気ガスの質量流量ｍＥｘｈａｕｓｔ ｇａｓと関連する内燃機関動作変数を用いても良い。空気／燃料比λＭの時間変化率ｄλＭ／ｄｔは、好ましくは、電子式エンジン制御ユニット７に保存された特性図に応じた排気ガスの質量流量ｍＥｘｈａｕｓｔ ｇａｓに応じて設定される。しかしながら、エンジン制御ユニット７に保存された関数依存性もまた、空気／燃料比λＭの時間変化率ｄλＭ／ｄｔを設定するのにも用いられる。例えば、図３の図形式で直線的な依存性が示される。
【００２５】
以下、ＮＯｘ吸蔵触媒コンバータ４の再生の連続順序を、図１〜図３を参照して説明する。本明細書では、空気／燃料比λＭへの時間変化率ｄλＭ／ｄｔの依存性を、ｄλＭ／ｄｔ＝ｆ（ｍＥｘｈａｕｓｔ ｇａｓ）で説明する。なお、図３の図面に示された直線的依存性とは異なり、排気ガスの質量流量ｍＥｘｈａｕｓｔ ｇａｓへの空気／燃料比λＭの時間変化率ｄλＭ／ｄｔの関数依存性もとり得るものであることは当然である。例えば、段階的依存性も有利である。これは、数値の表の形態で、又は特性図の形態で、電子式エンジン制御ユニット７に保存することができる。各場合において、依存性ｄλＭ／ｄｔ＝ｆ（ｍＥｘｈａｕｓｔ ｇａｓ）は、通例のエンジン動作状態下で空気／燃料比λＭの漸進的な上昇を生じるように提供される。
【００２６】
図３に示された依存性によれば、空気／燃料比の変化ｄλＭ／ｄｔに対して負の値が割り当てられ、よって空気／燃料比λＭの下降が設定される排気ガスの質量流量ｍＥｘｈａｕｓｔ ｇａｓについて、ある数値範囲が存在する。同様に、空気／燃料比の変化ｄλＭ／ｄｔに対して正の値が割り当てられ、よって空気／燃料比λＭの上昇が設定される排気ガスの質量流量ｍＥｘｈａｕｓｔ ｇａｓについても、ある数値範囲が存在する。図２に示した空気／燃料比のプロファイルの一例によれば、時間区間１５、１７、及び１９において、図３に示した依存性にしたがって空気／燃料比λＭが上昇する排気ガスの質量流量ｍＥｘｈａｕｓｔ ｇａｓが存在する。これに対して、時間区間１８では、図３に示した依存性にしたがって空気／燃料比λＭが下降する排気ガスの質量流量ｍＥｘｈａｕｓｔ ｇａｓが存在する。これらに対して、時間区間１６では、図３に示した依存性にしたがって一定の空気／燃料比λＭが設定される排気ガスの質量流量ｍＥｘｈａｕｓｔ ｇａｓが存在する。しかしながら、好ましくは、例えば、λｍａｘ＝０．９５などの予め決定可能な上限値λｍａｘ、又は、例えば、λｍｉｎ＝０．８などの予め決定可能な下限値λｍｉｎに空気／燃料比λＭが達していない場合のみに、空気／燃料比λＭの上昇又は下降が設定される。
【００２７】
これらに対応する手順は、図４に示したフローチャートで明確にされる。したがって、第２の再生段階１２に入った後、ステップ２２において、空気／燃料比λＭが予め決定可能な下限値λｍｉｎよりも大きいか否かが問われる。そうでない場合、一定の空気／燃料比λＭが機能ブロック２３により設定される。空気／燃料比λＭが予め決定可能な下限値λｍｉｎよりも大きい場合には、ステップ２４が続けられ、空気／燃料比λＭが予め決定可能な上限値λｍａｘよりも小さいか否かが問われる。そうでない場合、一定の空気／燃料比λＭが機能ブロック２３により設定される。さもなければ、機能ブロック２５では、空気／燃料比の変化ｄλＭ／ｄｔが、例えば、図３の図面に示された依存性にしたがって、排気ガスの質量流量ｍＥｘｈａｕｓｔ ｇａｓに対してプログラムされた関数的な依存性ｄλＭ／ｄｔ=ｆ（ｍＥｘｈａｕｓｔ ｇａｓ）に応じて保証される。
【００２８】
第２の再生段階１２は、好ましくは、電子式エンジン制御ユニットにプログラムされた第２の時間の後に終了となり、図４に示された連続的な実行が終了される。ただし、ＮＯｘ吸蔵触媒コンバータの吸蔵容量又は経時変化に順応して第２の時間を釣り合わせ、適切な場合には、それを変更し、好ましくは短縮することもできる。
【００２９】
第２の再生段階１２の第２の時間が終了した後には、第３の再生段階１３に移行される。後者では、空気／燃料比λＭを設定する第３の再生モードでは、排気ガスの質量流量ｍＥｘｈａｕｓｔ ｇａｓに加えて、ＮＯｘ吸蔵触媒コンバータ４の出力側で検出された排気ガスの空気／燃料比λＡ、又はこれに関連する第２の排気ガス測定プローブ６の出力信号が考慮される。このため、検出された排気ガスの空気／燃料比λＡから第１の補正係数ｋ１を導出するように提供されることができる。この補正係数は、例えば、空気／燃料比に比例するものであり、この補正係数に、依存性ｄλＭ／ｄｔ＝ｆ（ｍＥｘｈａｕｓｔ ｇａｓ）に応じて空気／燃料比λＭの時間変化率ｄλＭ／ｄｔに対して上述したように決定される値が乗算される。空気／燃料比λＡに比例する第１の補正係数ｋ１の場合には、第３の再生段階１３の始めにおいて空気／燃料比λＡの値にその比例を関連付けることが有利であり、その結果、再生の進行具合を評価することができる。したがって、第３の再生段階１３の本方法順序は、図４に示すように、第２の再生段階１２用のフローチャートに対応し、第２の再生段階１２の本方法順序と対照的に、ステップ２５においては、対応変化入力ｄλＭ／ｄｔ=ｋ１＊ｆ（ｍＥｘｈａｕｓｔ ｇａｓ）をまさに考慮しなければならない。
【００３０】
再生がさらに進行するにつれて、排気ガスの空気／燃料比λＡが上記の値から設定した空気／燃料比λＭに近づくので、図２中の参照番号２０で表される再生区間によれば、空気／燃料比λＭは、さらに「上昇」される。上限値λｍａｘに近づくと、空気／燃料比λＭは、排気ガスの質量流量の著しい下降により空気／燃料比λＭの低下が引き起こされないかぎり、この上限値を維持する。この空気／燃料比λＭの保持は、図２中の参照番号２１で表される再生区間に対応する。
【００３１】
再生が終了され、そして、ＮＯｘ吸蔵触媒コンバータ４の出力側の第２の排気ガス測定プローブ６が、還元剤の破過に対応する、例えば、λＡ＝０．９８の排気ガスの空気／燃料比λＡの予め決定可能な下限値よりも低く下降した場合に、リーンな又は理論空燃比の空気／燃料比λＭとなるエンジン動作に移行する。特に、第２の排気ガス測定プローブ６が「二進プローブ」として設計される場合には、このプローブの測定信号が予め決定可能な上限値を超える場合に、λ＝１．０付近の急勾配な特性曲線のプロファイルにより再生を終了することは有利である。ここでは、二進プローブとして設計される第２の排気ガス測定プローブ６の測定信号が、空気／燃料比λＡの値と反対となるような挙動をするものと想定される。しかしながら、再生の終了は、電子式エンジン制御ユニット７に保存されたコンピュータモデルに基づいても生じ得る。この場合、ＮＯｘ吸蔵触媒コンバータに全般的に入った還元剤の量が、再生の開始時に保存される窒素酸化物の量を低減するのに必要な還元剤の量を超える場合には、再生が終了される。特に、上述の２つの判定基準のうちの１つが生じた場合には、再生を終了させることが有利である。これに関連して、第２の排気ガス測定プローブ６により供給された測定値によって、還元剤の均衡をとるための保存されたコンピュータモデルを補正又は適合させることが有利であり、可能な限りの最善の対応を得る効果がある。
【００３２】
上記で説明した本発明に係るＮＯｘ吸蔵触媒コンバータ４の再生処理は、時間の経過に亘って増加するＮＯｘ吸蔵触媒コンバータ４の経時変化に有利に合致させることができる。このような経時変化は、例えば、燃料中に存在する硫黄により時間の経過に亘って増加する硫黄毒によって生じ得る。上記毒では、硫黄は、ＮＯｘ吸蔵触媒コンバータ４中に硫酸塩の形態で埋設されており、これは、窒素酸化物用の吸蔵容量を低減する。しかしながら、窒素酸化物の吸蔵容量の対応する減少を伴う経時変化は、また熱過負荷によっても引き起こされる可能性がある。
【００３３】
したがって、ＮＯｘ吸蔵触媒コンバータ４の経時変化状態を検出及び評価するためには、連続して又は時々、ＮＯｘ吸蔵容量を決定するようにする。このため、リーン吸蔵段階の間では、ＮＯｘ吸蔵触媒コンバータ４から噴出した窒素酸化物の漏れは、例えば、第２の排気ガス測定プローブ６により決定され、窒素酸化物の進入と比較される。後者は、電子式エンジン制御ユニット７で生じた内燃機関１の窒素酸化物エミッションの特性図に基づいて提供されることができる。本発明によれば、新たなＮＯｘ吸蔵触媒コンバータの状態との比較により確定されるＮＯｘ吸蔵触媒コンバータ４のＮＯｘ吸蔵容量の減少から、経時変化係数を形成するようにし、この経時変化係数を用いて、リーン燃焼及びリッチ燃焼状態下での内燃機関１の再生又は交代動作を、ＮＯｘ吸蔵触媒コンバータ４の経年状態に合致させる。
【００３４】
このため、再生の開始に決定的となるＮＯｘ吸蔵触媒コンバータ４の出力側で検出された窒素酸化物濃度の閾値を、又は、リーン吸蔵段階の窒素酸化物の漏出の積分値の閾値を、経時変化係数に応じて低減することは有利である。これは、最も簡単な場合には、所定の適切な関数依存性に応じて、比例して生じることができる。さらに、第１の再生段階１１には第１の時間を、及び／又は第２の再生段階１２には第２の時間を、経時変化に応じて適合させることは有利である。同様に、これは、所定の適切な関数依存性にしたがって生じることができることである。最も簡単な場合には、第１及び／又は第２の時間は、経時変化係数に比例して短縮される。
【００３５】
さらに、本発明によれば、第２の再生段階１２における空気／燃料比λＭの時間変化率ｄλＭ／ｄｔの関数依存性ｄλＭ／ｄｔ＝ｆ（ｍＥｘｈａｕｓｔ ｇａｓ）、及び／又は第３の再生段階１３における空気／燃料比λＭの関数依存性ｄλＭ／ｄｔ＝ｋ１＊ｆ（ｍＥｘｈａｕｓｔ ｇａｓ）を、経時変化係数に応じて設定する。このため、図４に示したフローチャートに対応する第２の再生段階１２用の方法を実行する場合には、機能ブロック２５において、ＮＯｘ吸蔵触媒コンバータ４の経時変化係数に対応するか、又はそれから導出される第２の補正係数ｋ２を用いて、まさに変化入力ｄλＭ／ｄｔ=ｋ２＊ｆ（ｍＥｘｈａｕｓｔ ｇａｓ）を考慮することは有利である。同様に、図４に示したフローチャートにしたがって、第３の再生段階１３の本方法を同じように実行する場合には、まさに変化入力ｄλＭ／ｄｔ＝ｋ１＊ｋ２＊ｆ（ｍＥｘｈａｕｓｔ ｇａｓ）が機能ブロック２５内で考慮される。
【００３６】
経時変化係数、つまり第２の補正係数ｋ２の値は、異なる程度に経時変化した吸蔵触媒コンバータを用いて予備テストにより決定可能となされ、更に電子式エンジン制御ユニット７に付与可能となされる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】ＮＯｘ吸蔵触媒コンバータが配置される排気管を備えた内燃機関の概略図を示している。
【図２】ＮＯｘ吸蔵触媒コンバータの再生の典型的プロファイルを明確にした図面を示している。
【図３】空気／燃料比λＭの時間変化率ｄλＭ／ｄｔと排気ガスの質量流量ｍＥｘｈａｕｓｔ ｇａｓとの関係を示す図。
【図４】第２の再生段階１２の実行手順を示すフローチャート。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前段の特徴を有する内燃機関の排気管に配置されたＮＯｘ吸蔵触媒コンバータを再生する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１では、内燃機関の排気管に配置されたＮＯｘ吸蔵触媒コンバータを再生する方法が記載されている。ＮＯｘ吸蔵触媒コンバータは、特に、空気／燃料混合物がリーン状態とリッチ状態との間を交互に入れ替わる状態で動作し、主に内燃機関を備える自動車に用いられる。リーンな空気／燃料混合物での動作中には、例えば、ＮＯｘ吸蔵触媒コンバータの触媒材料中に存在する炭酸バリウムは、排気ガスから酸化時に窒素酸化物（ＮＯｘ）を除去し、固形硝酸バリウムを形成する。また、これにより触媒材料にかかる負荷が時間と共に増加するために、適宜、ＮＯｘ吸蔵触媒コンバータを再生する必要がある。この工程は、硝酸塩の再生として知られ、ある一定の時間だけリッチな空気／燃料混合物で内燃機関を動作させることにより行われる。硝酸バリウムは、還元剤を含有する結果として生じた排気ガス中では不安定であり、コンバータ装置内で再度分解して炭酸バリウムを形成し、ＮＯｘを放出する。その後、ＮＯｘは、ＮＯｘ吸蔵触媒コンバータに付与された貴金属構成材で、排気ガス中に存在する還元剤（Ｈ２、ＣＯ、及びＨＣ）により還元され、主に無害な窒素（Ｎ２）を形成するようになる。
【０００３】
特許文献１の明細書に記載された、ＮＯｘ吸蔵触媒コンバータの再生方法では、ＮＯｘ吸蔵触媒コンバータの出力側の排気ガス中の窒素酸化物濃度が予め決定可能な閾値を超えた場合に、ＮＯｘ吸蔵触媒コンバータの再生が開始される。この場合、再生は、内燃機関に送られた空気／燃料混合物が比較的大幅に濃くされている第１の段階と、内燃機関に送られた空気／燃料混合物が比較的それほど濃くされていない第１の段階に続く第２の段階とを含む。
【０００４】
したがって、上述した方法を用いて長期に亘ってＮＯｘのレベルを低減するには、リーン状態とリッチ状態との間で内燃機関の動作を交互に行う必要があるが、硝酸塩の再生動作に必要なリッチ燃焼動作は、リーン燃焼で達成される内燃機関による燃費という観点の利点を低減させてしまうことに留意されたい。したがって、燃費という観点では、リーン燃焼動作にかかる時間の割合をできるだけ高くするほうがよい。このため、再生期間は、できるだけ短くする。他方、ＮＯｘ吸蔵触媒コンバータの再生は、再生後に前記吸蔵触媒コンバータができるだけ多くの窒素酸化物を吸蔵可能とするように、できるだけ完全に行われることが望ましい。ただし、エミッションの観点から、有害な還元剤が漏れ出すことは、回避されるべきである。
【０００５】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０１１３９４７Ａ１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、本発明の目的は、できるだけ効率的及び効果的にＮＯｘ吸蔵触媒コンバータを再生する方法を特定することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本目的は、請求項１の特徴を有する方法により本発明によって達成される。
【０００８】
本発明に係る方法においては、ＮＯｘ吸蔵触媒コンバータの出力側で排気ガス中の窒素酸化物濃度の設定閾値を越えた場合に、再生動作が開始される。この場合、まず、内燃機関で燃焼された空気／燃料混合物において空気／燃料比λＭが一定値をとる第１の再生モードが実行される。この第１の再生モードに続いて、本発明によれば、空気／燃料比λＭが可変値をとる第２の再生モードが実行される。第２の再生モードでは、空気／燃料比λＭの時間変化率λＭ／ｄｔが、ＮＯｘ吸蔵触媒コンバータを流れる排気ガスの質量流量に応じて、又は排気ガスの質量流量と関連する内燃機関動作変数に応じて設定されるようになる。また、ここでは、ラムダ値と称される空気／燃料比（空気過剰率）は、通常の方法で、内燃機関に供給される空気／燃料混合物、又は排気ガス中における酸素の含量及び燃料又は還元成分の含量の理論空燃比を意味するものとして理解される。記号λＭは、内燃機関に供給された空気／燃料混合物が理論空燃比に対してより下回って選択される。この場合、再生動作の際に内燃機関に供給される空気／燃料混合物は、λＭ≦１．０のラムダ値、すなわち、好ましくは、理論空燃比の又は還元性の空気／燃料混合物が設定される。
【０００９】
空気／燃料比λＭの時間変化率ｄλＭ／ｄｔが、ＮＯｘ吸蔵触媒コンバータを流れる排気ガスの質量流量に、又は排気ガスの質量流量に関連する内燃機関動作変数に依存する方法は、好ましくは、第２の再生モードにおいて、比較的小さな質量流量の排気ガスの場合には還元剤の含量が一時的に上昇する排気ガスを、より大きな質量流量の排気ガスの場合には還元剤の含量が一時的に減少する排気ガスを、ＮＯｘ吸蔵触媒コンバータに供給するように選択される。加えて、この依存性は、好ましくは、対応する自動車の通例の駆動状態で、次第に増加するラムダ値が第２の再生段階の過程に亘って生じるように選択される。したがって、再生が続く間では、還元剤の需要が次第に減少することが考慮される。よって、過度な還元剤の供給や、その結果引き起こされる還元剤の漏出もまた回避される。少量の質量流量の排気ガスがある場合にラムダ値が減少されて設定されるため、還元剤が触媒コンバータの体積中で費やす期間は、少量の質量流量の排気ガスがある場合に増加し、したがって、還元剤は、高濃度であっても完全に変換されることが可能であり、これにより、還元剤の漏出が回避される。
【００１０】
本発明の改良形態では、第１の再生モードは、予め決定可能な第１の時間後に終了される。第１の再生モードでは、λＭ＝約０．８の比較的低い空気／燃料比が設定される。また、第１の再生モード（第１の再生段階）を維持する時間は、ＮＯｘ吸蔵触媒コンバータの体積にも依存し、好ましくは、比較的短く、例えば約１秒となるように選択される。ＮＯｘ吸蔵触媒コンバータの再生の第１の段階の時間及びラムダ値は、コンバータが比較的多量の窒素酸化物又は酸素を未だ吸蔵しているならば、大部分の吸蔵された窒素酸化物又は吸蔵された酸素をすでに減少させるように好ましくは選択され、これにより、還元剤の漏出が回避される。予め決定可能で好ましくは固定して適用された第１の再生段階の期間及び空気／燃料比の値を選択するのには、リーン燃焼吸蔵段階が終了した後に、最小量の窒素酸化物がＮＯｘ吸蔵触媒コンバータに吸蔵されることを考慮する。
【００１１】
本発明の更なる改良形態では、第２の再生モードは、予め決定可能な第２の時間後に終了される。第２の時間は、好ましくは、固定して適用され、ＮＯｘ吸蔵触媒コンバータの吸蔵容量を考慮すると、吸蔵された窒素酸化物の大部分がこの再生段階が終了する際に低減されるように選択される。
【００１２】
本発明の更なる改良形態では、第３の再生モードにおいて、空気／燃料比λＭの時間変化率ｄλＭ／ｄｔは、排気ガスの質量流量に応じて、又は排気ガスの質量流量と関連する内燃機関動作変数に応じて、及びＮＯｘ吸蔵触媒コンバータの出力側で排気管に配置されたラムダプローブの測定値に応じて設定される。この場合には、ラムダプローブは、排気ガスのラムダ値に依存する信号を供給するセンサを意味するものと理解される。好ましくは、ラムダプローブの機能を有するＮＯｘセンサが使用可能である。加えて、ＮＯｘ吸蔵触媒コンバータの出力側に存在する排気ガスのラムダ値を考慮することにより、特に、再生の進度が、結果として内燃機関の空気／燃料比の設定により確実に検出され考慮され得る。したがって、ＮＯｘ吸蔵触媒コンバータに還元剤が過剰に供給されこれに関連して還元剤が漏出してしまうのを避けることができる。このことは、特に、たった少量の窒素酸化物でもＮＯｘ吸蔵触媒コンバータに吸蔵されている場合など、再生の終盤において重要である。
【００１３】
第３の再生モードは、第２の再生モードに代わって設定され得るものであり、本発明の更なる改良形態によれば、第３の再生モードは、好ましくは、第２の再生モードが終了した直後に設定される。
【００１４】
本発明の更なる改良形態では、空気／燃料比λＭの設定は、予め決定可能な下限値λｍｉｎ及び上限値λｍａｘを有する値範囲に限定される。この手段により、まず、空気／燃料比の急激な下降、よって還元剤の漏出を回避することが可能となる。第２に、空気／燃料比が著しく上昇し、これにより、特定の状況下によっては、再生に好ましいリッチな範囲がかなり外れてしまい、そのため再生がもはや起こらないということが回避される。好ましくは、下限値λｍｉｎに達すると、空気／燃料比は、増加する排気ガスの質量流量により再び空気／燃料比の上昇が始まるまで、下限値に維持される。これに対して、好ましくは、空気／燃料比の上限値λｍａｘに達すると、減少する排気ガスの質量流量により再び空気／燃料比の下降が始まるまで、この下限値に空気／燃料比を維持するようになされる。
【００１５】
本発明の更なる改良形態では、ＮＯｘ吸蔵触媒コンバータの再生を開始する閾値が予め決められており、空気／燃料比λＭの時間変化率ｄλＭ／ｄｔがＮＯｘ吸蔵触媒コンバータの経時変化を表す経時変化係数に応じて設定される。経時変化を表す経時変化係数は、好ましくは、ＮＯｘ吸蔵触媒コンバータの現ＮＯｘ吸蔵容量から、更には経時変化していない状態のＮＯｘ吸蔵触媒コンバータのＮＯｘ吸蔵容量との比較から導出される。現ＮＯｘ吸蔵容量は、例えば、リーン吸蔵段階中に窒素酸化物の漏出を測定し、それを内燃機関からの窒素酸化物の未処理エミッションと比較することにより、決定することができる。この場合には、ＮＯｘ吸蔵触媒コンバータの吸蔵容量を、例えば、回転速度、負荷、及び／又は排気ガス温度などに関する予め決定可能な参照条件で決定し、それを同条件下で経時変化していないＮＯｘ吸蔵触媒コンバータについて予め決定した参照値と比較すると良い。
【００１６】
閾値をＮＯｘ吸蔵触媒コンバータの経時変化状態と一致させることで、経時変化によりＮＯｘ吸蔵容量の降下が引き起こされるようになる。好ましくは、ＮＯｘ吸蔵触媒コンバータは、年を経るにつれて、閾値が低くなる。したがって、再生動作は、より低い吸蔵容量が考慮されるより短い間隔で生じる。第２又は第３の再生段階では、空気／燃料比λＭの時間変化率ｄλＭ／ｄｔを経時変化に依存する設定とすることにより、吸蔵された窒素酸化物の経時変化により規定された減少量に達すると、これに対応して再生が適合されるようにすることができる。好ましくは、ＮＯｘ吸蔵触媒コンバータが年を経ると、排気ガスの特定の質量流量で空気／燃料比λＭがより大きく変化する可能性があり、再生期間が短縮される。
【００１７】
以下、添付図面及び関連する実施例を参照しながら、本発明をより詳細に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１は、基本的な概略図中に、吸気ライン２を備える内燃機関１と、内部にＮＯｘ吸蔵触媒コンバータ４が配置された排気管３と、電子式エンジン制御ユニット７とを示している。内燃機関１は、本明細書では、リーン燃焼モードで動作可能な４気筒火花点火機関の一例として設計されている。排気管では、第１の排気ガス測定プローブ５及び第２の排気ガス測定プローブ６がＮＯｘ吸蔵触媒コンバータ４の上流側及び下流側に配置され、これらの信号線８が電子式エンジン制御ユニット７につながっている。また、電子式エンジン制御ユニット７は、エンジンの運転パラメータを設定及び検出するために、内燃機関１に信号線９により接続されている。なお、説明を分かりやすくするため、噴射弁、燃料供給、排気ガス再循環、吸気調節などの内燃機関の動作を制御する更なる装置については、図示されていない。電子式エンジン制御ユニット７は、エンジンの回転速度、関連する自動車の現走行速度、変速機の選択された変速段などの更なる動作変数を検出するためのセンサに接続されているが、これもまた図示されていない。しかしながら、電子式エンジン制御ユニット７は、内燃機関１及び関連する自動車の動作状態を検出し、適切な場合にはその動作状態に影響を及ぼす通例の可能性を有するものであるということは当然である。さらに、ＮＯｘ吸蔵触媒コンバータ４の上流側に好ましくは配置され、例えば酸化触媒コンバータとして設計される最初の触媒コンバータなどの更なる排気ガス清浄構成部材（ここでは、図示せず）を用いても良いことは言うまでもない。
【００１９】
排気ガス測定プローブ５及び６は、好ましくは、以下、排気ガスラムダλＡと呼ばれる排気ガスの空気／燃料比を検出する「ラムダプローブ」として、排気管３の対応箇所に設計される。第２の排気ガス測定プローブ６として、排気ガス中の窒素酸化物含量とその中の空気／燃料比の両方を決定することができる組み合わせＮＯｘ／ラムダプローブを用いることが特に好ましい。同様に、第２の排気ガス測定プローブ６を、空気／燃料比がλ＝１．０近傍の狭い範囲で非常に急勾配な特性曲線を有する「２進ラムダプローブ」として設計することも有利である。第１の排気ガス測定プローブ５は、好ましくは、エンジンに送られる空気／燃料混合物の空気／燃料比λＭを調整するのに用いられる。ここでは、流れの方向から見て、排気管３に設けられた第１の排気ガス触媒コンバータの上流側に、第１の排気ガス測定プローブを配置すると有利である。
【００２０】
以下、排気ガス測定プローブ５及び６の測定信号が戻されている状態でＮＯｘ吸蔵触媒コンバータ４の再生を実行するのに有利な実施形態について説明する。この説明のために、図２中に示された空気／燃料比λＭの典型的プロファイルが記された図面を用いる。各値は、測定値として、ラムダプローブ５により提供することができる。
【００２１】
スイッチは、リーン吸蔵段階０から始まり、３つの異なる再生モードが設定される３つの連続する再生段階１１、１２、及び１３からなる再生モードとなされる。第３の再生段階１３が終了すると、スイッチは、さらにリーンな吸蔵段階１４に再び戻る。
【００２２】
ＮＯｘ吸蔵触媒コンバータ４の再生は、好ましくは、排気ガス測定プローブ６によりＮＯｘ吸蔵触媒コンバータの出力側で検出された窒素酸化物濃度が閾値に到達した際に、電子式エンジン制御ユニット７により開始される。窒素酸化物濃度は、排気ガスの現材の質量流量ｍＥｘｈａｕｓｔ ｇａｓで評価されることが可能であり、これにより、ＮＯｘ吸蔵触媒コンバータ４の出力側での窒素酸化物の質量流量が得られる。そして、窒素酸化物の質量流量が対応する閾値に到達すると、再生動作が開始される。同様に、リーンな吸蔵段階１０の間に窒素酸化物の質量流量を積分することが有利であり、その結果、リーンな吸蔵段階中の窒素酸化物の漏出の積分値が得られる。この場合、窒素酸化物の漏れの積分値が閾値に達した際に、再生が開始される。以下、再生の典型的なプロファイルについて説明する。
【００２３】
再生が開始されると、第１の再生段階１１では、まずλＭ＝約０．８の比較的リッチな空気／燃料比を有する第１の再生モードが、好ましくは、急に設定され、予め決定可能な第１の時間、維持される。この第１の時間は、好ましくは、電子式エンジン制御ユニット７にプログラムされるものであり、ほぼ１秒である。しかしながら、ＮＯｘ吸蔵触媒コンバータ４の吸蔵容量や経時変化に順応して第１の時間を適合させ、適切な場合には、それを変更し、好ましくは短縮することができる。以下、この点についてより詳細に説明する。
【００２４】
第１の再生段階１１の第１の時間が経過すると、第２の再生段階１２は、第２の再生モードに移行し、この第２の再生モードにおいて、空気／燃料比λＭが排気ガスの質量流量ｍＥｘｈａｕｓｔ ｇａｓに応じて変化する。このため、空気／燃料比λＭの時間変化率ｄλＭ／ｄｔを、ＮＯｘ吸蔵触媒コンバータ４を流れる排気ガスの質量流量ｍＥｘｈａｕｓｔ ｇａｓに応じて設定するようになされる。しかしながら、排気ガスの質量流量ｍＥｘｈａｕｓｔ ｇａｓの関数の代わりに、例えば、エンジンの回転速度及び／又はエンジン負荷などの排気ガスの質量流量ｍＥｘｈａｕｓｔ ｇａｓと関連する内燃機関動作変数を用いても良い。空気／燃料比λＭの時間変化率ｄλＭ／ｄｔは、好ましくは、電子式エンジン制御ユニット７に保存された特性図に応じた排気ガスの質量流量ｍＥｘｈａｕｓｔ ｇａｓに応じて設定される。しかしながら、エンジン制御ユニット７に保存された関数依存性もまた、空気／燃料比λＭの時間変化率ｄλＭ／ｄｔを設定するのにも用いられる。例えば、図３の図形式で直線的な依存性が示される。
【００２５】
以下、ＮＯｘ吸蔵触媒コンバータ４の再生の連続順序を、図１〜図３を参照して説明する。本明細書では、空気／燃料比λＭへの時間変化率ｄλＭ／ｄｔの依存性を、ｄλＭ／ｄｔ＝ｆ（ｍＥｘｈａｕｓｔ ｇａｓ）で説明する。なお、図３の図面に示された直線的依存性とは異なり、排気ガスの質量流量ｍＥｘｈａｕｓｔ ｇａｓへの空気／燃料比λＭの時間変化率ｄλＭ／ｄｔの関数依存性もとり得るものであることは当然である。例えば、段階的依存性も有利である。これは、数値の表の形態で、又は特性図の形態で、電子式エンジン制御ユニット７に保存することができる。各場合において、依存性ｄλＭ／ｄｔ＝ｆ（ｍＥｘｈａｕｓｔ ｇａｓ）は、通例のエンジン動作状態下で空気／燃料比λＭの漸進的な上昇を生じるように提供される。
【００２６】
図３に示された依存性によれば、空気／燃料比の変化ｄλＭ／ｄｔに対して負の値が割り当てられ、よって空気／燃料比λＭの下降が設定される排気ガスの質量流量ｍＥｘｈａｕｓｔ ｇａｓについて、ある数値範囲が存在する。同様に、空気／燃料比の変化ｄλＭ／ｄｔに対して正の値が割り当てられ、よって空気／燃料比λＭの上昇が設定される排気ガスの質量流量ｍＥｘｈａｕｓｔ ｇａｓについても、ある数値範囲が存在する。図２に示した空気／燃料比のプロファイルの一例によれば、時間区間１５、１７、及び１９において、図３に示した依存性にしたがって空気／燃料比λＭが上昇する排気ガスの質量流量ｍＥｘｈａｕｓｔ ｇａｓが存在する。これに対して、時間区間１８では、図３に示した依存性にしたがって空気／燃料比λＭが下降する排気ガスの質量流量ｍＥｘｈａｕｓｔ ｇａｓが存在する。これらに対して、時間区間１６では、図３に示した依存性にしたがって一定の空気／燃料比λＭが設定される排気ガスの質量流量ｍＥｘｈａｕｓｔ ｇａｓが存在する。しかしながら、好ましくは、例えば、λｍａｘ＝０．９５などの予め決定可能な上限値λｍａｘ、又は、例えば、λｍｉｎ＝０．８などの予め決定可能な下限値λｍｉｎに空気／燃料比λＭが達していない場合のみに、空気／燃料比λＭの上昇又は下降が設定される。
【００２７】
これらに対応する手順は、図４に示したフローチャートで明確にされる。したがって、第２の再生段階１２に入った後、ステップ２２において、空気／燃料比λＭが予め決定可能な下限値λｍｉｎよりも大きいか否かが問われる。そうでない場合、一定の空気／燃料比λＭが機能ブロック２３により設定される。空気／燃料比λＭが予め決定可能な下限値λｍｉｎよりも大きい場合には、ステップ２４が続けられ、空気／燃料比λＭが予め決定可能な上限値λｍａｘよりも小さいか否かが問われる。そうでない場合、一定の空気／燃料比λＭが機能ブロック２３により設定される。さもなければ、機能ブロック２５では、空気／燃料比の変化ｄλＭ／ｄｔが、例えば、図３の図面に示された依存性にしたがって、排気ガスの質量流量ｍＥｘｈａｕｓｔ ｇａｓに対してプログラムされた関数的な依存性ｄλＭ／ｄｔ=ｆ（ｍＥｘｈａｕｓｔ ｇａｓ）に応じて保証される。
【００２８】
第２の再生段階１２は、好ましくは、電子式エンジン制御ユニットにプログラムされた第２の時間の後に終了となり、図４に示された連続的な実行が終了される。ただし、ＮＯｘ吸蔵触媒コンバータの吸蔵容量又は経時変化に順応して第２の時間を釣り合わせ、適切な場合には、それを変更し、好ましくは短縮することもできる。
【００２９】
第２の再生段階１２の第２の時間が終了した後には、第３の再生段階１３に移行される。後者では、空気／燃料比λＭを設定する第３の再生モードでは、排気ガスの質量流量ｍＥｘｈａｕｓｔ ｇａｓに加えて、ＮＯｘ吸蔵触媒コンバータ４の出力側で検出された排気ガスの空気／燃料比λＡ、又はこれに関連する第２の排気ガス測定プローブ６の出力信号が考慮される。このため、検出された排気ガスの空気／燃料比λＡから第１の補正係数ｋ１を導出するように提供されることができる。この補正係数は、例えば、空気／燃料比に比例するものであり、この補正係数に、依存性ｄλＭ／ｄｔ＝ｆ（ｍＥｘｈａｕｓｔ ｇａｓ）に応じて空気／燃料比λＭの時間変化率ｄλＭ／ｄｔに対して上述したように決定される値が乗算される。空気／燃料比λＡに比例する第１の補正係数ｋ１の場合には、第３の再生段階１３の始めにおいて空気／燃料比λＡの値にその比例を関連付けることが有利であり、その結果、再生の進行具合を評価することができる。したがって、第３の再生段階１３の本方法順序は、図４に示すように、第２の再生段階１２用のフローチャートに対応し、第２の再生段階１２の本方法順序と対照的に、ステップ２５においては、対応変化入力ｄλＭ／ｄｔ=ｋ１＊ｆ（ｍＥｘｈａｕｓｔ ｇａｓ）をまさに考慮しなければならない。
【００３０】
再生がさらに進行するにつれて、排気ガスの空気／燃料比λＡが上記の値から設定した空気／燃料比λＭに近づくので、図２中の参照番号２０で表される再生区間によれば、空気／燃料比λＭは、さらに「上昇」される。上限値λｍａｘに近づくと、空気／燃料比λＭは、排気ガスの質量流量の著しい下降により空気／燃料比λＭの低下が引き起こされないかぎり、この上限値を維持する。この空気／燃料比λＭの保持は、図２中の参照番号２１で表される再生区間に対応する。
【００３１】
再生が終了され、そして、ＮＯｘ吸蔵触媒コンバータ４の出力側の第２の排気ガス測定プローブ６が、還元剤の破過に対応する、例えば、λＡ＝０．９８の排気ガスの空気／燃料比λＡの予め決定可能な下限値よりも低く下降した場合に、リーンな又は理論空燃比の空気／燃料比λＭとなるエンジン動作に移行する。特に、第２の排気ガス測定プローブ６が「二進プローブ」として設計される場合には、このプローブの測定信号が予め決定可能な上限値を超える場合に、λ＝１．０付近の急勾配な特性曲線のプロファイルにより再生を終了することは有利である。ここでは、二進プローブとして設計される第２の排気ガス測定プローブ６の測定信号が、空気／燃料比λＡの値と反対となるような挙動をするものと想定される。しかしながら、再生の終了は、電子式エンジン制御ユニット７に保存されたコンピュータモデルに基づいても生じ得る。この場合、ＮＯｘ吸蔵触媒コンバータに全般的に入った還元剤の量が、再生の開始時に保存される窒素酸化物の量を低減するのに必要な還元剤の量を超える場合には、再生が終了される。特に、上述の２つの判定基準のうちの１つが生じた場合には、再生を終了させることが有利である。これに関連して、第２の排気ガス測定プローブ６により供給された測定値によって、還元剤の均衡をとるための保存されたコンピュータモデルを補正又は適合させることが有利であり、可能な限りの最善の対応を得る効果がある。
【００３２】
上記で説明した本発明に係るＮＯｘ吸蔵触媒コンバータ４の再生処理は、時間の経過に亘って増加するＮＯｘ吸蔵触媒コンバータ４の経時変化に有利に合致させることができる。このような経時変化は、例えば、燃料中に存在する硫黄により時間の経過に亘って増加する硫黄毒によって生じ得る。上記毒では、硫黄は、ＮＯｘ吸蔵触媒コンバータ４中に硫酸塩の形態で埋設されており、これは、窒素酸化物用の吸蔵容量を低減する。しかしながら、窒素酸化物の吸蔵容量の対応する減少を伴う経時変化は、また熱過負荷によっても引き起こされる可能性がある。
【００３３】
したがって、ＮＯｘ吸蔵触媒コンバータ４の経時変化状態を検出及び評価するためには、連続して又は時々、ＮＯｘ吸蔵容量を決定するようにする。このため、リーン吸蔵段階の間では、ＮＯｘ吸蔵触媒コンバータ４から噴出した窒素酸化物の漏れは、例えば、第２の排気ガス測定プローブ６により決定され、窒素酸化物の進入と比較される。後者は、電子式エンジン制御ユニット７で生じた内燃機関１の窒素酸化物エミッションの特性図に基づいて提供されることができる。本発明によれば、新たなＮＯｘ吸蔵触媒コンバータの状態との比較により確定されるＮＯｘ吸蔵触媒コンバータ４のＮＯｘ吸蔵容量の減少から、経時変化係数を形成するようにし、この経時変化係数を用いて、リーン燃焼及びリッチ燃焼状態下での内燃機関１の再生又は交代動作を、ＮＯｘ吸蔵触媒コンバータ４の経年状態に合致させる。
【００３４】
このため、再生の開始に決定的となるＮＯｘ吸蔵触媒コンバータ４の出力側で検出された窒素酸化物濃度の閾値を、又は、リーン吸蔵段階の窒素酸化物の漏出の積分値の閾値を、経時変化係数に応じて低減することは有利である。これは、最も簡単な場合には、所定の適切な関数依存性に応じて、比例して生じることができる。さらに、第１の再生段階１１には第１の時間を、及び／又は第２の再生段階１２には第２の時間を、経時変化に応じて適合させることは有利である。同様に、これは、所定の適切な関数依存性にしたがって生じることができることである。最も簡単な場合には、第１及び／又は第２の時間は、経時変化係数に比例して短縮される。
【００３５】
さらに、本発明によれば、第２の再生段階１２における空気／燃料比λＭの時間変化率ｄλＭ／ｄｔの関数依存性ｄλＭ／ｄｔ＝ｆ（ｍＥｘｈａｕｓｔ ｇａｓ）、及び／又は第３の再生段階１３における空気／燃料比λＭの関数依存性ｄλＭ／ｄｔ＝ｋ１＊ｆ（ｍＥｘｈａｕｓｔ ｇａｓ）を、経時変化係数に応じて設定する。このため、図４に示したフローチャートに対応する第２の再生段階１２用の方法を実行する場合には、機能ブロック２５において、ＮＯｘ吸蔵触媒コンバータ４の経時変化係数に対応するか、又はそれから導出される第２の補正係数ｋ２を用いて、まさに変化入力ｄλＭ／ｄｔ=ｋ２＊ｆ（ｍＥｘｈａｕｓｔ ｇａｓ）を考慮することは有利である。同様に、図４に示したフローチャートにしたがって、第３の再生段階１３の本方法を同じように実行する場合には、まさに変化入力ｄλＭ／ｄｔ＝ｋ１＊ｋ２＊ｆ（ｍＥｘｈａｕｓｔ ｇａｓ）が機能ブロック２５内で考慮される。
【００３６】
経時変化係数、つまり第２の補正係数ｋ２の値は、異なる程度に経時変化した吸蔵触媒コンバータを用いて予備テストにより決定可能となされ、更に電子式エンジン制御ユニット７に付与可能となされる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】ＮＯｘ吸蔵触媒コンバータが配置される排気管を備えた内燃機関の概略図を示している。
【図２】ＮＯｘ吸蔵触媒コンバータの再生の典型的プロファイルを明確にした図面を示している。
【図３】空気／燃料比λＭの時間変化率ｄλＭ／ｄｔと排気ガスの質量流量ｍＥｘｈａｕｓｔ ｇａｓとの関係を示す図。
【図４】第２の再生段階１２の実行手順を示すフローチャート。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＮＯｘ吸蔵触媒コンバータ（４）の出力側で排気ガス中の窒素酸化物濃度に対して前記ＮＯｘ吸蔵触媒コンバータ（４）の再生を開始する予め決定可能な閾値を超えた場合には、前記内燃機関（１）で燃焼された空気／燃料混合物の空気／燃料比λＭに対して一定値が第１の再生モードが実行され、前記第１の再生モードの後には第２の再生モードが実行される内燃機関（１）の排気管（３）に配置されたＮＯｘ吸蔵触媒コンバータ（４）の再生方法において、
前記第２の再生モードでは、前記空気／燃料比λＭの時間変化率λＭ／ｄｔが、前記ＮＯｘ吸蔵触媒コンバータ（４）を流れる前記排気ガスの質量流量に応じて、又は前記排気ガスの前記質量流量と関連する内燃機関動作変数に応じて設定されるように、前記空気／燃料比λＭが可変に設定されることを特徴とするＮＯｘ吸蔵触媒コンバータ（４）の再生方法。
【請求項２】
前記第１の再生モードは、予め決定可能な第１の時間後に終了されることを特徴とする、請求項１に記載の再生方法。
【請求項３】
前記第２の再生モードは、予め決定可能な第２の時間後に終了されることを特徴とする、請求項１あるいは２に記載の再生方法。
【請求項４】
前記第１と第２の再生モードに加えて第３の再生モードを設け、第３の再生モードでは、前記空気／燃料比λＭの前記時間変化率λＭ／ｄｔが、排気ガスの前記質量流量に応じて、又は排気ガスの前記質量流量と関連する内燃機関動作変数に応じて、及び前記ＮＯｘ吸蔵触媒コンバータ（４）の前記出力側の前記排気管（３）に配置されたラムダプローブ（６）の測定値に応じて設定されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の再生方法。
【請求項５】
前記第３の再生モードは、前記第２の再生モードが終了した直後に実行されることを特徴とする、請求項４に記載の再生方法。
【請求項６】
前記空気／燃料比λＭの設定は、予め決定可能な下限値λｍｉｎ及び予め決定可能な上限値λｍａｘを有する値範囲に限定されることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の再生方法。
【請求項７】
前記ＮＯｘ吸蔵触媒コンバータ（４）の前記再生を開始する前記閾値が、予め決められており、及び／又は前記空気／燃料比λＭの前記時間変化率ｄλＭ／ｄｔが、前記ＮＯｘ吸蔵触媒コンバータ（４）の経時変化を表す経時変化係数に応じて設定されることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の再生方法。
【請求項１】
ＮＯｘ吸蔵触媒コンバータ（４）の出力側で排気ガス中の窒素酸化物濃度に対して前記ＮＯｘ吸蔵触媒コンバータ（４）の再生を開始する予め決定可能な閾値を超えた場合には、前記内燃機関（１）で燃焼された空気／燃料混合物の空気／燃料比λＭに対して一定値が第１の再生モードが実行され、前記第１の再生モードの後には第２の再生モードが実行される内燃機関（１）の排気管（３）に配置されたＮＯｘ吸蔵触媒コンバータ（４）の再生方法において、
前記第２の再生モードでは、前記空気／燃料比λＭの時間変化率λＭ／ｄｔが、前記ＮＯｘ吸蔵触媒コンバータ（４）を流れる前記排気ガスの質量流量に応じて、又は前記排気ガスの前記質量流量と関連する内燃機関動作変数に応じて設定されるように、前記空気／燃料比λＭが可変に設定されることを特徴とするＮＯｘ吸蔵触媒コンバータ（４）の再生方法。
【請求項２】
前記第１の再生モードは、予め決定可能な第１の時間後に終了されることを特徴とする、請求項１に記載の再生方法。
【請求項３】
前記第２の再生モードは、予め決定可能な第２の時間後に終了されることを特徴とする、請求項１あるいは２に記載の再生方法。
【請求項４】
前記第１と第２の再生モードに加えて第３の再生モードを設け、第３の再生モードでは、前記空気／燃料比λＭの前記時間変化率λＭ／ｄｔが、排気ガスの前記質量流量に応じて、又は排気ガスの前記質量流量と関連する内燃機関動作変数に応じて、及び前記ＮＯｘ吸蔵触媒コンバータ（４）の前記出力側の前記排気管（３）に配置されたラムダプローブ（６）の測定値に応じて設定されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の再生方法。
【請求項５】
前記第３の再生モードは、前記第２の再生モードが終了した直後に実行されることを特徴とする、請求項４に記載の再生方法。
【請求項６】
前記空気／燃料比λＭの設定は、予め決定可能な下限値λｍｉｎ及び予め決定可能な上限値λｍａｘを有する値範囲に限定されることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の再生方法。
【請求項７】
前記ＮＯｘ吸蔵触媒コンバータ（４）の前記再生を開始する前記閾値が、予め決められており、及び／又は前記空気／燃料比λＭの前記時間変化率ｄλＭ／ｄｔが、前記ＮＯｘ吸蔵触媒コンバータ（４）の経時変化を表す経時変化係数に応じて設定されることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の再生方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公表番号】特表２００８−５０２８３５（Ｐ２００８−５０２８３５Ａ）
【公表日】平成２０年１月３１日（２００８．１．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−５４５９５９（Ｐ２００６−５４５９５９）
【出願日】平成１６年１２月１日（２００４．１２．１）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００４／０１３６０４
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０６６４６８
【国際公開日】平成１７年７月２１日（２００５．７．２１）
【出願人】（５９８０５１８１９）ダイムラー・アクチェンゲゼルシャフト (1,147)
【氏名又は名称原語表記】Ｄａｉｍｌｅｒ ＡＧ
【住所又は居所原語表記】Ｍｅｒｃｅｄｅｓｓｔｒａｓｓｅ １３７，７０３２７ Ｓｔｕｔｔｇａｒｔ，Ｄｅｕｔｓｃｈｌａｎｄ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２０年１月３１日（２００８．１．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１２月１日（２００４．１２．１）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００４／０１３６０４
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０６６４６８
【国際公開日】平成１７年７月２１日（２００５．７．２１）
【出願人】（５９８０５１８１９）ダイムラー・アクチェンゲゼルシャフト (1,147)
【氏名又は名称原語表記】Ｄａｉｍｌｅｒ ＡＧ
【住所又は居所原語表記】Ｍｅｒｃｅｄｅｓｓｔｒａｓｓｅ １３７，７０３２７ Ｓｔｕｔｔｇａｒｔ，Ｄｅｕｔｓｃｈｌａｎｄ
【Ｆターム（参考）】
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