JP2007509275A - 配量弁の作動方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の排気領域に注入されるべき反応剤の流量を決定する配量弁の診断を行う、配量弁の作動方法および装置を提供する。
【解決手段】内燃機関（１０）排気領域（１３）内に注入されるべき反応剤の流量を決定する、配量弁（３１）の作動方法において、診断時間（Ｔ３）の間の流出量に対する尺度の評価を行う、配量弁（３１）の診断が実行される。第１の形態は、１つの診断開始信号（２４、３５、４０、４２）が発生した後に、配量弁（３１）が閉鎖されて反応剤がポンプ（２７）により所定の診断開始圧力（Ｐ１）まで上昇され、それに続いて配量弁（３１）が所定の流量に設定され、診断時間（Ｔ３）の間に発生した圧力差（Ｐ３）が評価される。他の形態は、診断時間（Ｔ３）の間に配量弁（３１）から計量カップ内に放出された反応剤の量の評価を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、配量弁の作動方法およびその方法を実施するための装置に関するものである。

ドイツ特許公開第１０１３９１４２号から、内燃機関の排気領域内への尿素水溶液の正確な配量を可能にするために、タンク内の尿素水溶液濃度が決定される、内燃機関の排気ガス処理ユニットが既知となっている。尿素水溶液は、ＳＣＲ触媒内において内燃機関の排気ガス内に含まれている窒素酸化物に対して、還元剤として作用する反応剤である。第１の反応段において、尿素水溶液内に含まれている尿素は、水によりアンモニアおよび二酸化炭素に転化される（加水分解される）。第２の反応段において、ＮＯおよびＮＯ_２は、アンモニアにより窒素および水に転化される。尿素水溶液の流量は配量弁により設定され、この流量は下限のみならず上限もまた超えてはならない。下限を下回っているときにはＳＣＲ触媒は効果がなく、また上限を超えているときにはアンモニアの溢流が発生する。

本発明の課題は、内燃機関の排気領域内に注入されるべき反応剤の所定の流量の保持を可能にする、配量弁の作動方法およびその方法を実施するための装置を提供することである。

本発明によれば、内燃機関の排気領域内に注入されるべき反応剤の流量を決定する、配量弁の作動方法において、診断時間の間の流出量に対する尺度の評価を行う、配量弁の診断が実行される。

また、本発明によれば、配量弁の診断を行う配量弁の作動方法を実施するための装置は、上述の如き内燃機関の排気領域内に注入されるべき反応剤の流量を決定し、診断時間の間の流出量に対する尺度の評価を行う。

本発明による方法は、診断の範囲内において、計測時間の間に配量弁を通過する反応剤流出量に対する尺度の評価を行う。本発明による方法は、配量弁の全使用時間にわたり内燃機関の排気ガス領域内における反応剤の配量精度を保証する。したがって、診断は、内燃機関の全運転期間にわたり排ガス規制値が順守されることに寄与する。

本発明による方法の有利な形態および変更態様が得られる。
第１の形態は、診断装置が提供する開始信号によって診断が開始されるように設計されている。第１の形態は、例えば自動車整備工場内において実行可能な内燃機関の検査の範囲内において、診断を実行するのに適している。流出量に対する尺度は、反応剤が計量カップ内に受け取られる所定の計測時間の間に決定される。例えば配量弁の新品状態において決定され且つ制御装置のメモリ内に記憶された基準値との比較により、補償値を考慮するだけで十分であるかまたは配量弁の交換が必要であるかが判定可能である。

他の形態は、配量弁を通過する流出量に対する尺度として、圧力差が使用されるように設計されている。この手段により、整備工場に立ち寄るかどうかに関係なく、内燃機関の停止中のみならず内燃機関の運転中においても診断は実行可能である。診断の一形態は、１つの診断開始信号が発生した後に、配量弁が閉鎖されて反応剤がポンプにより所定の診断開始圧力まで上昇され、それに続いて配量弁が所定の流量に設定され、計測時間の間に圧力降下により発生した圧力差が評価されるように設計されている。

本発明による方法の一形態は、圧力差が固定設定され、計測時間が所定の診断時間限界値を超えたとき、警報信号が提供されるように設計されている。代替形態は、診断時間が固定設定され、圧力差が所定の圧力差限界値を超えたとき、警報信号が提供されるように設計されている。

本発明による方法は、診断結果の関数として、配量制御から配量弁に出力されるべき配量弁信号を適応させるために使用可能である。この手法により、配量弁の摩耗はある限界内においては補償可能であるので、配量弁の交換の引延ばしが可能である。

診断は、例えば内燃機関制御手段から提供された診断開始信号により開始可能である。内燃機関の遮断後に診断開始信号を提供する惰性回転制御手段が設けられ、これにより、内燃機関の運転とは無関係に診断が実行可能であることが有利である。さらに、診断開始信号が、システムの凍結過程の回数、特に配量弁の凍結過程の回数をカウントする凍結サイクル・カウンタから提供されてもよい。したがって、特に、配量弁にとって危険な反応剤の凍結後に診断が実行されてもよい。

図１は内燃機関１０を示し、内燃機関１０の吸気領域１１に空気センサ１２が配置され、内燃機関１０の排気領域１３に配量装置１４および排気ガス浄化装置１５が配置されている。空気センサ１２は、内燃機関制御手段１６に空気センサ信号１７を出力する。内燃機関制御手段１６は、さらに、内燃機関１０から提供された回転速度信号１８並びに供給された目標信号１９を受け取る。

内燃機関制御手段１６は、内燃機関１０に燃料信号２０を出力し、配量制御手段２１に配量信号２２を出力し、診断制御手段２３に第１の診断開始信号２４を出力する。
配量制御手段２１は、配量弁操作手段２５に配量弁信号２６を出力し、ポンプ２７にポンプ信号２８を出力する。配量制御手段２１は、診断制御手段２３から、供給された診断信号２９のみならず補正信号３０もまた受け取る。

配量弁操作手段２５は配量弁３１に付属され、配量弁３１は配量装置１４とのみならずポンプ２７とも結合されている。配量弁３１に温度センサ３２が付属され、温度センサ３２は、温度信号３３を凍結サイクル・カウンタ３４に出力する。凍結サイクル・カウンタ３４は、第２の診断開始信号３５を診断制御手段２３に出力する。

ポンプ２７は反応剤タンク３６と結合されている。ポンプ２７に圧力センサ３７が付属され、圧力センサ３７は、圧力信号３８を信号評価手段３９に出力する。
信号評価手段３９は診断制御手段２３内に含まれている。診断制御手段２３に、さらに、惰性回転制御手段６０から第３の診断開始信号４０が、並びに診断装置４１から第４の診断開始信号４２が供給される。

信号評価手段３９は、警報信号４３を信号装置４４に出力する。信号評価手段３９は、供給された診断開始圧力Ｐ１、圧力差限界値Ｐ３ｍａｘ、診断時間限界値Ｔ３ｍａｘを受け取る。タイマ４５は、信号評価手段３９から供給されたタイマ・スタート信号４６を受け取り且つ信号評価手段３９に時間信号４７を出力する。

図２は、本発明による方法の流れ図を示す。スタート５０の後に、第１の機能ブロック５１において、配量弁３１が閉鎖される。第２の機能ブロック５２において、ポンプ２７が投入される。第１の問い合わせブロック５３において、診断開始圧力Ｐ１が達成されているかどうかが決定される（Ｐ＝Ｐ１）。これが肯定（ｙ）の場合、第３の機能ブロック５４において、ポンプ２７が遮断される。その後に、第４の機能ブロック５５において、配量弁３１が所定の断面積で開放される。第２の問い合わせブロック５６において、診断時間Ｔが診断時間限界値Ｔ３ｍａｘを超えているかどうか（Ｔ２−Ｔ１>Ｔ３ｍａｘ）、または圧力Ｐが圧力差限界値Ｐ３ｍａｘを超えているかどうか（Ｐ１−Ｐ２>Ｐ３ｍａｘ）が特定される。これが肯定（ｙ）の場合、第５の機能ブロック５７において、警報信号４３が提供される。その後にフローは診断終了５８に到達する。

図３は、時間Ｔの関数として圧力Ｐの線図を示す。診断開始時点Ｔ１以前の時間範囲内において、診断開始時点Ｔ１に診断開始圧力Ｐ１が達成されるまで圧力Ｐが上昇する。診断時間Ｔ３の間に、圧力Ｐは診断終了圧力Ｐ２に低下する。診断開始圧力Ｐ１と診断終了圧力Ｐ２との間で圧力差Ｐ３が発生する。

本発明による方法は、次のように行われる。
内燃機関１０の排気領域１３に配置されている排気ガス浄化装置１５は、例えばすすまたは窒素酸化物のような少なくとも１つの排気ガス成分を低減させる。したがって、排気ガス浄化装置１５は、例えばフィルタとしてまたは触媒として形成されていてもよい。以下においては、排気ガス浄化装置１５は、窒素酸化物を低減させるために設けられ且つＳＣＲ触媒（選択反応触媒）として形成されていると仮定される。従来技術から既知のＳＣＲ触媒においては、反応剤として尿素水溶液が必要とされ、尿素水溶液は、反応剤タンク３６内に貯蔵されている。

尿素水溶液は、ＳＣＲ触媒内において内燃機関の排気ガス内に含まれている窒素酸化物に対して還元剤として作用する反応剤である。第１の反応段において、尿素水溶液内に含まれている尿素が水によりアンモニアおよび二酸化炭素に転化され（加水分解され）、第２の反応段において、ＮＯおよびＮＯ_２がアンモニアにより最終的に窒素および水に転化される。排気ガス内の尿素水溶液濃度は、下限のみならず上限もまた超えてはならない。下限を下回っているときにはＳＣＲ触媒は効果がなく、上限を超えているときにはアンモニアの溢流が発生する。

流量ないしは単位時間当たりの流出量を設定するために、一方でポンプ２７がおよび他方で配量弁３１が設けられている。ポンプ２７は、尿素水溶液を所定の圧力まで上昇させ、配量弁３１は、配量弁操作手段２５により所定の流出断面積に設定される。

設定されるべき流量は、内燃機関１０の排気領域１３の窒素酸化物濃度および排気ガス質量流量の関数である。内燃機関制御手段１６は、これらの値を、例えば空気センサ信号１７および／または燃料信号２０により評価可能である。場合により、回転速度信号１８が考慮されてもよい。さらに、トルク希望を表わす目標信号１９が使用されてもよい。内燃機関制御手段１６は、それに対応して、配量制御手段２１に出力されるべき配量信号２２を決定する。配量制御手段２１は配量弁信号２６を決定し、配量弁信号２６は、配量弁操作手段２５に、配量弁３１がどの程度開放されるべきかの情報を与える。配量制御手段２１は、さらに、ポンプ信号２８によりポンプ２７を操作する。

配量弁３１は経時変化により摩耗を受ける。配量弁３１は、特に反応剤の凍結ないしは解凍時に発生する機械的荷重を受けることがある。反応剤として尿素水溶液が使用されている場合、凝固点は約−１１℃である。したがって、配量弁３１を検査するために診断が行われ、診断は診断制御手段２３が実行する。

診断は、内燃機関制御手段１６から第１の診断開始信号２４によって開始可能である。第１の診断開始信号２４は、例えば、内燃機関１０がきわめて少量の窒素酸化物を発生するにすぎない、例えばアイドリング中のような運転状態において提供可能である。

特に有利な手段は、配量弁３１の凍結過程の回数が凍結サイクル・カウンタ３４により検出され、凍結サイクル・カウンタ３４は、各凍結後にまたは所定回数の凍結過程後に、第２の診断開始信号３５により診断を開始させるように設計されている。凍結サイクル・カウンタ３４は、温度センサ３２により測定された配量弁３１の温度を、反応剤の凝固点に対応する所定のしきい値と比較する。

内燃機関１０の遮断後においてもなお作動している惰性回転制御手段６０が、第３の診断開始信号４０により診断を開始させてもよい。この手段により、内燃機関１０の排気ガスに影響を与えることなく診断を実行することが可能である。惰性回転制御手段６０は内燃機関制御手段１６内に含まれていることが好ましい。

配量弁３１の診断は、整備工場検査の範囲内において実行されてもよい。診断は、整備員により、第４の診断開始信号４２を診断制御手段２３に出力する診断装置４１によって開始可能である。

診断過程を、図２に示されている流れ図により、および図３に示されている、時間Ｔの関数としての圧力Ｐの線図により説明する。
スタート５０は、第１、第２、第３および／または第４の診断開始信号２４、３５、４０、４２の発生により達成される。第１の機能ブロック５１において、配量弁３１が閉鎖される。診断制御手段２３は、配量制御手段２１に供給される診断信号２９を介して配量弁３１を閉鎖させる。それに続く第２の機能ブロック５２において、ポンプ２７が投入される。この過程は、同様に診断信号２９の発生により開始される。図３に示されている診断開始時点Ｔ１は、第１の問い合わせブロック５３において、圧力Ｐが診断開始圧力Ｐ１に到達したことが特定されたときに到達される。診断開始圧力Ｐ１は、信号評価手段３９に所定のしきい値として供給される。診断開始圧力Ｐ１への到達は、圧力信号３８を信号評価手段３９に供給する圧力センサ３７が検出する。診断開始圧力Ｐ１が到達されたとき、それに続く第３の機能ブロック５４において、ポンプ２７が遮断され、それに続く第４の機能ブロック５５において配量弁３１が所定の断面積で開放される。

配量弁３１の開放後に、診断開始時点Ｔ１と診断終了時点Ｔ２との間に存在する診断時間Ｔ３内に圧力降下が発生し、圧力降下は圧力差Ｐ３により与えられている。診断時間Ｔ３を決定するためにタイマ４５が設けられ、タイマ４５は、診断開始圧力Ｐ１に到達した診断開始時点Ｔ１に、信号評価手段３９からのタイマ・スタート信号４６によりスタートされる。タイマ４５は、信号評価手段３９への時間信号４７により診断時間Ｔ３をリセットする。

流出量に対する尺度として圧力差Ｐ３が使用されてもよい。この手法の利点は、装置への係合が必要ではないことにある。信号評価手段３９は、診断を２つの異なる方式で実行可能である。第１の実施例により、圧力差Ｐ３が固定設定され且つ診断時間Ｔ３が所定の診断時間限界値Ｔ３ｍａｘと比較されてもよい。他の実施例により、診断時間Ｔ３が固定設定され且つ圧力差Ｐ３が所定の圧力差限界値Ｐ３ｍａｘと比較されてもよい。比較は、第２の問い合わせブロック５６において実行される。一方または他方の限界値Ｔ３ｍａｘ、Ｐ３ｍａｘが超えられていない場合、フローは直接診断終了５８に移行される。限界値Ｔ３ｍａｘ、Ｐ３ｍａｘが超えられている場合、フローは第５の機能ブロック５７に移行され、第５の機能ブロック５７において警報信号４３の出力が行われる。警報信号４３は、例えば音響信号および／または光信号を出力するために信号装置４４を起動し、音響信号および／または光信号は、ドライバに、整備工場に立ち寄ること、および配量弁３１を検査し且つ場合により交換させることを指示する。

適切な形態は、診断結果の関数として補正信号３０が配量制御手段２１に出力されるように設計されている。補正信号３０は、限界値Ｔ３ｍａｘ、Ｐ３ｍａｘに到達する手前の公差範囲内に存在する、特定された配量弁３１の流量偏差の補償を可能にする。配量制御手段２１は、配量信号２２の関数として配量弁信号２６を決定するときに補正信号３０を同時に考慮し且つ配量弁３１の操作を適応補正可能である。

診断は、整備工場検査の範囲内において容量測定により行われてもよい。この場合、診断は、診断装置４１から第４の診断開始信号４２により開始される。診断時間Ｔ３の間に、配量弁３１からの流出量が計量カップ内に受け取られる。回収量を基準値と比較することにより、場合により存在する変化が特定可能である。基準値は、例えば配量弁３１の新品状態において決定され且つ内燃機関制御手段１６のメモリ内に記憶されてもよい。この実施例においてもまた、設定可能な限界値の範囲内において目標値と実際値との間に偏差がある場合、反応剤の配量の量を適応させるために手動操作により補正信号３０が提供されてもよい。目標値と実際値との間の偏差が所定の限界値を超えた場合、制御弁（配量弁）３１は場合により交換されなければならない。

図１は、内燃機関の周辺内において配量弁の診断方法が実行される内燃機関を示す。 図２は方法の流れ図を示す。 図３は圧力−時間線図を示す。

Claims (10)

1. 内燃機関（１０）排気領域（１３）内に注入されるべき反応剤の流量を決定する、配量弁（３１）の作動方法において、
   診断時間（Ｔ３）の間の流出量に対する尺度の評価を行う、配量弁（３１）の診断が実行されることを特徴とする配量弁の作動方法。
2. 診断装置（４１）が発生する開始信号（４２）によって、前記診断がスタートされること、および
   診断時間（Ｔ３）の間に配量弁（３１）から計量カップ内に放出された前記反応剤の量が評価されること、
   を特徴とする請求項１に記載の作動方法。
3. 配量弁（３１）の前記流出量に対する尺度として、圧力差（Ｐ３）が使用されることを特徴とする請求項１に記載の作動方法。
4. 診断開始信号（２４、３５、４０、４２）が発生した後に、配量弁（３１）が閉鎖されて、前記反応剤がポンプ（２７）により所定の診断開始圧力（Ｐ１）まで上昇されること、
   それに続いて、配量弁（３１）が所定の流量に設定されること、および
   診断時間（Ｔ３）の間に発生した圧力差（Ｐ３）が評価されること、
   を特徴とする請求項３に記載の作動方法。
5. 圧力差（Ｐ３）が固定設定されていること、および
   診断時間（Ｔ３）が所定の診断時間限界値（Ｔ３ｍａｘ）を超えたとき、警報信号（４３）が提供されること、
   を特徴とする請求項４に記載の作動方法。
6. 診断時間（Ｔ３）が固定設定されていること、および
   診断時間（Ｔ３）の間に圧力差（Ｐ３）が所定の圧力差限界値（Ｐ３ｍａｘ）を超えたとき、警報信号（４３）が提供されること、
   を特徴とする請求項４に記載の作動方法。
7. 決定された前記流出量に対する尺度の関数として、配量作動の間に配量制御手段（２１）から配量弁（３１）に出力される配量弁信号（２６）の適応が行われることを特徴とする請求項１に記載の作動方法。
8. 圧力差（Ｐ３）の関数として、配量作動の間に配量制御手段（２１）から配量弁（３１）に出力される配量弁信号（２６）の適応が行われることを特徴とする請求項３に記載の作動方法。
9. 内燃機関制御手段（１６）から提供された第１の診断開始信号（２４）、および凍結サイクル・カウンタ（３４）から提供された第２の診断開始信号（３５）、および惰性回転制御手段（６０）から提供された第３の診断開始信号（４０）、および診断装置（４１）から提供された第４の診断開始信号（４２）の少なくともいずれかの診断開始信号により、前記診断がスタートされることを特徴とする請求項３または４に記載の作動方法。
10. 請求項１ないし請求項９のいずれかの記載の作動方法を実施するための配量弁の作動装置。

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