JP2010537117A5 - - Google Patents

Description

増加して調節された尿素添加率に対する反応としての第２の限界値を上回る排ガスセンサ信号の場合、さしあたって、実際に故障したということから出発する。その際、本発明によると、診断モードに変換される。診断運転モードにおいて、本発明によるさらなる構成では、実際の酸化窒素転化活性を特徴づける触媒コンバータ特徴値が検出される。好適には、検出すべき触媒コンバータ特徴値とは、酸化窒素転化率またはアンモニア蓄積率等の触媒特性である。

診断運転モードにおいて検出された触媒コンバータ特徴値が所定の参照値とは異なる場合、本発明にさらなる構成において、この相違が所定の相違値よりも大きい場合にはエラーメッセージが生成される。変更された触媒コンバータ特徴値に充填モデルを適合させることは、好適には、相違が所定の装置値よりも小さく、かつ／または、所定の第２の少ない相違値よりも大きい場合に行われる。参照値は、ここでは、合理的には、機能通りの状態にあるＳＣＲ触媒コンバータの触媒コンバータ特徴値に対応する。ここで、反対の場合もまた含まれているとみなされる。この場合において、参照値は、限界値から見るとエラーを有している触媒に対応する。ここでは、既に、機能通りの触媒コンバータ特徴値に対する決定的な相違が考慮されている。

本発明のさらなる構成において、診断運転モードにおいて、暫定的に、通常の内燃機関に対して増加した酸化窒素未処理排出を有する内燃機関が調節され、尿素添加率が、時間同期されて減少されるかまたはゼロになる。減少されたまたはスイッチオフされた尿素添加またはアンモニア供給および同時に行われる排ガスセンサ信号の監視の際の触媒に対する酸化窒素供給率の増加によって、触媒の転化活動を診断することができる。あらかじめ行われた尿素供給率の増加の結果、ここでは、ＳＣＲ触媒コンバータに対して増加した酸化窒素供給率の開始に当たってアンモニアが最適に供給されるとともに、これに関して最適な時点で運転されることが前提となる。これによって、酸化窒素転化活動に関するテストのために、ＳＣＲ触媒コンバータのための一義的な参照状態が与えられ、これによって特に安全な診断が可能となる。

さらなる構成において、増加した酸化窒素未処理排出を有する内燃機関の運転が終了し、酸化窒素未処理排出の増加後に排ガスセンサの信号が所定の第４の限界値を上回る場合に、通常の運転モードに戻る。同時に行うアンモニア供給の減少またはスイッチオフの際の増加された酸化窒素供給の結果、ＳＣＲ触媒コンバータは、予め保存されているアンモニアだけによって酸化窒素転化を達成する。この保存されているアンモニア予貯蔵の消費は、したがって、必然的に、しばらく時間がたつと、ＳＣＲ触媒コンバータを出た排ガス内の検出可能な増加された酸化窒素濃度につながる。診断のためには、この本発明に係るやり方と関連して、第４の限界値に達するまでの期間またはこの期間内に供給および／または反応した酸化窒素量を評価する場合に特に好適である。この期間内で反応した酸化窒素量は、ＳＣＲ触媒コンバータに保存された形態で提供されたアンモニアに比例する。そのため、ＳＣＲ触媒コンバータのアンモニア供給率も検出および評価することができる。

ＳＣＲ排ガス後処理システムの例示的な一実施例を有する内燃機関の概略ブロック図である。 ＳＣＲ触媒コンバータのアンモニア蓄積性能を示す図である。 ＳＣＲ触媒コンバータのアンモニア蓄積性能の温度依存を示す図である。 ＳＣＲ触媒コンバータのアンモニア充填レベルに酸化窒素転化およびアンモニアスリップが依存していることを示す図である。 ＳＣＲ排ガス後処理システムに付属して設けられているＳＣＲ触媒コンバータのアンモニア充填レベルを検出するための充填レベル検出ユニットの好適な一実施形態の概略ブロック図である。 ＳＣＲ排ガス後処理システムに付属して設けられている、酸化窒素およびアンモニアに対する感度を有する排ガスセンサの信号Ｓのための例示的な時間経過図である。 ＳＣＲ排ガス後処理システムの診断のための尿素転化率Ｄのための例示的な時間経過図である。 ＳＣＲ排ガス後処理システムの診断のための内燃機関のＮＯｘの未処理排出ＮＯｘ_rohのための例示的な時間経過図である。 ＳＣＲ排ガス後処理システムのＮＯｘ−転化Ｕ_NOxのための例示的な時間経過図である。

図１は、ＳＣＲ排ガス後処理システムを伴う内燃機関１の概略ブロック図を例示的に示す。内燃機関１は、好適には、空気圧縮内燃機関として構成されている。以下においては、簡略化してディーゼルエンジンと呼ぶ。ディーゼルエンジン１から排出された排ガスは、排ガス管２から排出されて、酸化触媒３、パティキュレートフィルタ４およびＳＣＲ触媒コンバータ５を流れる。酸化触媒３または排ガスの加熱のために、任意で、加熱要素２６を、排ガス管２内の酸化触媒３の入力側に設けることができる。代替的に、または、加熱要素２６に加えて、燃料供給装置を酸化触媒３の上流側に設けることもできる。加熱要素２６によって及び／または酸化触媒３による燃料の発熱酸化によって排ガスを加熱することは、特に、スス燃焼からパティキュレートフィルタ４を再生させる場合に考慮される。このような再生の必要性を決定するために、パティキュレートフィルタ４には、圧力差センサ２２が設けられている。この圧力差センサの出力信号によって、パティキュレートフィルタ４の決定的な粒子負荷を検出することができる。しかしながら、排ガスの加熱は、ディーゼルエンジン１の冷えた状態でのエンジンスタートまたは温めた状態でのエンジンスタートと組み合わせて、かつ／または、概ね、過度に低い排ガス温度レベルが特にＳＣＲ触媒コンバータ５の入力側で発見された場合に行われてもよい。酸化触媒３によって、さらに、排ガス内に含まれている酸化窒素から二酸化窒素分を増加させることができる。これによって、一方では、パティキュレートフィルタ４内に蓄積されていたススの酸化を５００℃以下で行うことができるとともに、ＳＣＲ触媒コンバータ５内の改善された酸化窒素転化も可能になる。

ＳＣＲ排ガス後処理システムおよびディーゼルエンジン１の運転を制御するために、図１には図示されていない制御装置が設けられている。所定の制御機能を満たすために、制御装置は、ディーゼルエンジン１の運転状態変数に関する情報を有している。このことは、たとえば、出力された回転モーメントまたは回転数に関する情報であり得る。制御装置は、好適には、計算ユニットと、格納ユニットと、入出力ユニットとを有する。これによって、制御装置は、複雑な信号処理ステップを行い、ディーゼルエンジン１およびＳＣＲ排ガス後処理システムの運転を検出して制御またはコントロールすることができるようになっている。このために必要なマップが、好適には制御装置に記憶されている。ここで、マップを順応させるために適合することも行い得る。マップは、主として、排ガスの決定的な状態値、たとえば、負荷、回転数、空気比等のディーゼルエンジン１の運転状態値に依存する容量流、未処理排出、温度等に関する。さらに、酸化触媒３、パティキュレートフィルタ４およびＳＣＲ触媒コンバータ５の決定的な状態値に関するマップがそれぞれ設けられている。ＳＣＲ触媒コンバータ５に関しては、このマップは、特に、関連する決定的な影響値に依存する酸化窒素転化率およびアンモニア蓄積性能に関する。

図２は、アンモニア蓄積性能に関する図である。この図において、ＳＣＲ触媒コンバータ５にアンモニアを供給した際のアンモニア濃度ｃ_NH3の典型的な時間経過ｃ_NH3（ｔ）が示されている。この図は、蓄積されたアンモニアを含まないＳＣＲ触媒コンバータ５に、等温条件下で時点ｔ１において、排ガス侵入流が、所定のかつ時間的に一定の値およびアンモニア濃度で供給されるということを前提としている。このことは、線２８で再現されている。ＳＣＲ触媒コンバータ５は、アンモニア蓄積性能に応じて、ｔ１およびｔ２間の時間範囲内で、時間がたつにつれて減少する量のアンモニアを蓄積する。これに対応して、ＳＣＲ触媒コンバータ５を出た排ガス流内のＮＨ₃濃度は、開始濃度以下に留まる。このことは、線２９によって再現されている。時点ｔ２において、ＳＣＲ触媒コンバータ５は飽和しているため、ＳＣＲ触媒コンバータ５はそれ以上アンモニアを蓄積することができず、線２９が線２８に合流する。アンモニア充填レベルは、この場合、最大値１００パーセントに達している。ここで、対応の条件下における絶対アンモニア蓄積性能であるＳＣＲ触媒コンバータ５によって蓄積されているアンモニア量は、線２８、２９の間の面３０の大きさによって示されている。

ＳＣＲ触媒コンバータのアンモニア充填レベルは、絶対量の値としても、相対的な値としても示すことができる。これは、それぞれの条件下における最大で蓄積可能な絶対アンモニア量に関する、図示された割合で蓄積されたアンモニア量である。

以下、図６ａないし図６ｄに示されている時間図を参照しながら、特にこのような場合に行われる診断のための好適なやり方を説明する。ここで、図６ａには、ＳＣＲ触媒コンバータ５の出力側に設けられている、酸化窒素およびアンモニアに対して感度を有する排ガスセンサ２５の信号Ｓの例示的な時間経過が概略的に示されている。図６ｂ、図６ｂおよび図６ｃには、尿素添加率Ｄ、ディーゼルエンジン１のＮＯｘの未処理排出量ＮＯｘ_roh、ＮＯｘの未処理排出量ＮＯｘ_rohに対するＳＣＲ触媒コンバータ５の酸化窒素転化率Ｕ_NOxに対応する時間経過が示されている。ここで、例示的に一定に記述されている経過は実際には変動し得るということが理解される。

本発明によると、信号Ｓが所定の第１の限界値Ｇ１以下である限り、これに関する通常の挙動がされていると推定される。しかしながら、曲線分岐によって描写されるように、信号Ｓが次第に増加し、その結果所定の第１の限界値Ｇ１が想定される時点ｔ₁において上回ることになる場合、ＳＣＲ排ガス後処理システムの異常が診断される。診断された異常の原因が差し当たり不明であるため、本発明によると、エラー処理ルーチンが開始される。このエラー処理ルーチンは、可能なエラー原因の限定または識別を可能にする。特に、さしあたって、排ガスセンサ２５の信号Ｓについての第１の限界値Ｇ１が、ＳＣＲ触媒コンバータ５の増加された酸化窒素濃度または増加されたアンモニアスリップによって引き起こされているか否かが試験される。この目的のために、調節された尿素添加率Ｄを所定の分だけ、たとえば２倍の増加が、第１の限界値Ｇ１の時点ｔ₁における超過の直後に、曲線分岐４６で描写される。

これに対する反応としてたとえば数秒間の所定の期間の間に信号Ｓが、図６ａに点線で示された曲線分岐４２から明らかなように、所定の第３の限界値Ｇ３以下に低下すると、これによって、アンモニアスリップが増加していなかったことが認証される。その理由は、このような場合、尿素添加率Ｄの増加が、それによって作動される、ＳＣＲ触媒コンバータ５への増加したアンモニア供給により、アンモニアスリップを増加させるはずだったからである。そうではなくて、信号Ｓの低下は、酸化窒素濃度が増加していたと評価される。このことは、アンモニア供給が増加されるＳＣＲ触媒コンバータのアンモニア充填レベルＦの増加によって、また、これによって増加した酸化窒素転化率Ｕ_NOxによって、修正される。この場合、好適には、信号Ｓの低下に関するこのような意味での安全な評価が、第３の限界値Ｇ３を比較的低く、好適には２ｐｐｍ〜２０ｐｐｍの間にするようになっている。

充填レベルモデルのパラメータを適合させるのに続いて減少したＮＯｘ転化Ｕ_NOxおよび／または増加したアンモニアスリップが記録された場合、このことは、好適には、ＳＣＲ触媒コンバータ５の触媒活性の低下として解釈され、同様に、対応のエラーメッセージが発信されるようになっていてもよい。ここで、格納されているマップと比較することによって、実際の酸化窒素転化率Ｕ_NOxの値をいつでも評価することができ、たとえば劣化因数を適合させることができる。

第２の限界値Ｇ２の超過に対する反応として、特別な診断運転モードに変更するようになっている。この特別な診断運転モードは、たとえば１０秒という認証期間の経過後、図に示されている時点ｔ₂に対応して使用される。この診断運転モードにおいて、ディーゼルエンジン１の酸化窒素未処理排出ＮＯｘ_rohが迅速に増加され、少なくとも近似的に時間同期して尿素添加率Ｄが少なくとも減少される。好適には、未処理排出は急激に素速く増加される。たとえば、少なくとも２倍ないし５倍増加され、尿素添加を完全に停止させる。このことは、曲線分岐４７および４８によって明らかにされる。ディーゼルエンジン１の酸化窒素未処理排出ＮＯｘ_rohの増加のために、これに関して適切なすべての手段が考慮される。特に、排出ガスの戻りを劇的に減少させることまたは停止させることが行われる。

診断運転モードの開始時に提供される限界条件の結果、典型的には、まず、高いアンモニア充填レベルＦに起因する触媒活性およびその結果としての差し当たり比較的低いＳＣＲ触媒コンバータ５を出る排ガス中の酸化窒素濃度によりセンサ信号Ｓの低下が発生する。ＳＣＲ触媒コンバータ内に保存されたアンモニアと供給される酸化窒素との公知の反応の結果、アンモニア充填レベルＦが減少され、よって、酸化窒素転化率Ｕ_NOxが必然的に減少され、ＳＣＲ触媒コンバータ５を出た排ガス中の酸化窒素濃度が再び増加する。これによって、センサ信号Ｓは、典型的には最小値を通過する。これは、図６ａの図に例示的に描写されている曲線分岐４４に示されている。

排ガスセンサ２５の出力信号Ｓは、第４の限界値Ｇ４に達する。これは、たとえば時点ｔ₃において当てはまるので、診断運転モードが終了されて、通常の運転モードに戻る。増加した酸化窒素未処理排出ＮＯｘ_rohを有するエンジン運転が終了されて、増加したアンモニア充填レベルＦを有する、対応するモデルベースの尿素添加率Ｄが調節される。この尿素添加率Ｄは、暫定的に比較的大きくてもよい。しかし、所与の割合に応じて多かれ少なかれ迅速に通常の値に近づく。これは、たとえば、曲線分岐４９の傾斜状の経過によって描写される。これに応じて、酸化窒素転化率Ｕ_NOxが多かれ少なかれ、再び目標とする高い値に近づき、信号Ｓは、曲線分岐４５によって示されるように減少する。時点ｔ₃を決定する第４の限界値Ｇ４は、ここでは、たとえば５０パーセントの所定の酸化窒素転化率Ｕ_NOxによって予め定められていてもよい。

特にＳＣＲ触媒コンバータ５の診断のために、さらにｔ₂からｔ₃への時間間隔の間に全体として反応した酸化窒素量を計算するようになっている。このことは、たとえば、排ガスセンサ２５によってＳＣＲ触媒コンバータ５の出力側で排ガス内に供給される酸化窒素濃度と、酸化窒素センサ２０によって供給される信号から得られるかまたはエンジン運転マップから読み取れる酸化窒素開始濃度との積分によって行われる。代替的にまたは追加で、ｔ₂〜ｔ₃の時間間隔内で反応しかつＳＣＲ触媒コンバータ５内に蓄積されているアンモニア量が計算される。得られた値は、劣化していないか限界値で劣化している触媒のためのマップまたは特徴線から検出された対応の参照データと比較される。本発明に係る方法の実行によって、酸化窒素転化率およびそれによって触媒活性に直接関係する触媒コンバータ特徴値も、当該アンモニア蓄積性能に関係する触媒コンバータ特徴値も、参照値と比較することができる。

診断運転によって得られた触媒コンバータ特徴値と劣化していないか限界値で劣化している触媒の特徴値との比較によって酸化窒素活性またはアンモニア蓄積性能に関する悪化が分かった場合、好適には、上述したように、劣化を考慮するために設けられている劣化因数を対応して設定する。また、ＳＣＲ触媒コンバータを劣化していないかまたは限界値で劣化している触媒のための参照値に対して変化させる仮想の能動触媒容量または触媒長さを求めるようにしてもよい。

Claims (6)

1. アンモニア蓄積性能を有するＳＣＲ触媒コンバータ（５）を備える、内燃機関のＳＣＲ排ガス後処理システムの運転および診断方法であって、
   ＳＣＲ触媒コンバータ（５）の下流側に配置された、酸化窒素およびアンモニアを検知する排ガスセンサ（２５）の信号が検出され、
   通常の運転モードにおいて、ＳＣＲ触媒コンバータ（５）のアンモニア充填レベル（Ｆ）が少なくとも所定の目標値に近づくように、または、所定の目標値範囲内に保持されるように、ＳＣＲ触媒コンバータ（５）に対して、尿素添加装置を作動することによって、ＳＣＲ触媒コンバータ（５）内に蓄積されているアンモニアの充填レベルに対応するアンモニアが供給され、
   所定の第１の限界値（Ｇ１）を超過する排ガスセンサ（２５）の信号（Ｓ）が生成される場合、通常の運転モードが中断されて、尿素添加装置によって調節される尿素添加率（Ｄ）が通常の運転モード中に設定されている値に対して所定の分だけ増加され、調節された尿素添加率（Ｄ）の増加後所定の期間内で、排ガスセンサ（２５）の信号（Ｓ）が所定の第１の限界値（Ｇ１）を超過する第２の限界値を超える場合、診断運転モードに変更され、
   診断運転モードにおいて、内燃機関運転の酸化窒素未処理排出（ＮＯｘ _roh ）が、一時的に通常の内燃機関運転のときよりも増加されるように調節され、かつ、尿素添加率（Ｄ）が時間同期して減少されるかまたはゼロになるようにし、診断運転モードにおいて、現在の酸化窒素転化活性（Ｕ _NOx ）を特徴づける触媒コンバータ特徴値が検出されることを特徴とする、方法。
2. 請求項１に記載の方法において、
   排ガスセンサ（２５）の信号（Ｓ）が所定の期間中に、調節された尿素添加率（Ｄ）の増加後、第１の限界値（Ｇ１）よりも下にある第３の限界値（Ｇ３）を下回る場合、通常の運転モードに戻ることを特徴とする、方法。
3. 請求項２に記載の方法において、
   排ガスセンサ（２５）の信号（Ｓ）が所定の期間内で第１の限界値（Ｇ１）に含まれる所定の値範囲内に留まる場合、異常機能している尿素添加装置が診断されることを特徴とする、方法。
4. 請求項３に記載の方法において、
   前記値範囲が、上方では第２の限界値（Ｇ２）によって、下方では第３の限界値（Ｇ３）によって画定されていることを特徴とする、方法。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法において、
   診断運転モード中に検出された触媒コンバータ特徴値の所定の参照値からの逸脱が検出され、この逸脱が所定の逸脱値よりも大きい場合に、エラーメッセージが生成されることを特徴とする、方法。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法において、
   排ガスセンサ（２５）の信号（Ｓ）が酸化窒素未処理排出（ＮＯｘ_roh）の増加後に所定の第４の限界値（Ｇ４）を超過する場合、酸化窒素未処理排出（ＮＯｘ_roh）が増加された内燃機関運転が終了されて、通常運転モードに戻ることを特徴とする、方法。