JP2013057310A - 還元剤を計量する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】計量装置から排気ガス処理装置まで還元剤を計量する方法を提供する。
【解決手段】計量装置の少なくとも１つの作動パラメータ３４が最初に測定される。次いで還元剤を排気ガス処理装置に供給するための注入器における注入器圧力３０が少なくとも１つの作動パラメータ３４から計算される。この後、注入器についての開口時間が計算され、少なくとも工程ｂ）において決定された注入器圧力３０が使用される。次いで注入器が工程ｃ）において計算された開口時間の間、開口される。
【選択図】図４

Description

本発明は、内燃エンジンからの排気ガスを浄化するため、特に自動車の可動式（ｍｏｂｉｌｅ）内燃エンジンからの排気ガスを浄化するための、計量装置から排気ガス処理装置まで還元剤を計量する方法に関する。

（可動式）内燃エンジンの排気ガス中の汚染物質についてのさらに厳しい排出制限のために、排気ガス中の特定の汚染物質を選択的に還元することを可能にする還元剤を供給することにより排気ガスを浄化する排気ガス処理装置が最近、顕著に増加している。特に頻繁にそのような排気ガス処理装置において実施される方法は、選択触媒還元法（ＳＣＲ）である。この方法において、排気ガス中の窒素酸化物化合物が還元剤により還元される。多くの場合、還元剤としてアンモニアが使用される。安全性のために、アンモニア自体は多くの場合、自動車に直接保存されず、代わりに、排気ガス内および／または排気ガス外でアンモニアに変換され得る前駆体溶液の形態で保存される。特に頻繁に使用される還元剤前駆体溶液は尿素水溶液である。この目的のための３２．５％の尿素水溶液がＡｄＢｌｕｅ（登録商標）という商標名で得られ得る。以下の文脈において、「還元剤」という用語は、還元剤自体、および前駆体物質（その前駆体物質から還元剤が形成され得る）の両方として使用される。

計量装置は通常、還元剤を液体または気体形態で排気ガス処理装置に供給するために使用される。そのような計量装置は通常、注入器を有し、その注入器の開口時間によって、排気ガス処理装置に供給される還元剤の量が決定される。供給される還元剤の量は、排気ガス処理装置に必要とされる還元剤の量に可能な限り正確に対応されなければならない。この必要な量は、例えば、排気ガスの量、排気ガスの温度および／または排気ガスの組成に依存する。

還元剤前駆体溶液が排気ガス処理装置に供給される場合、還元剤前駆体溶液の実際の還元剤への効果的な変換もまた必要とされる。これは好ましくは排気ガス処理装置内で起こり、還元剤が液体形態で排気ガス処理装置に供給され、排気ガス処理装置において最初に蒸発される。この目的のために、還元剤は、排気ガス処理装置内に注入される場合、微細かつ均一に噴霧化されなければならない。尿素水溶液の場合、アンモニアへの変換は、熱（熱分解）および／または触媒補助（加水分解）により達成され得る。

これらを出発点として考慮して、本発明の目的は、記載されている従来技術の技術的問題をさらに軽減することである。特に、計量装置から排気ガス処理装置まで還元剤を計量し、それにより正確および／または均一な計量が改善される、特定の有益な方法を開示することを目的とする。さらに、本発明は、計量装置のための制御ユニットを設定するのに適切な方法を開示することを目的とする。

これらの目的は、請求項１の特徴に係る計量する方法ならびに請求項７および８に係る制御ユニットを設定する方法により達成される。本発明に係る方法のさらに有益な実施形態は従属請求項に記載される請求項に与えられる。請求項に個々に提示される特徴は任意の技術的に有意な方法で組み合わされてもよく、詳細な説明からの説明資料により補足されてもよく、本発明のさらなる変形実施例を生じる。

本発明は、計量装置から排気ガス処理装置まで還元剤を計量する方法であって、少なくとも以下の工程：
ａ）計量装置の少なくとも１つの作動パラメータを測定する工程と、
ｂ）少なくとも１つの作動パラメータから、還元剤を排気ガス処理装置に供給するための注入器における注入器圧力を計算する工程と、
ｃ）注入器の開口時間を計算する工程であって、少なくとも工程ｂ）において決定された注入器圧力を使用する、工程と、
ｄ）工程ｃ）において計算された開口時間について注入器を開口する工程と、
を含む、方法に関する。

工程ａ）において測定される計量装置の作動パラメータは計量装置の任意の所望の作動パラメータであってもよい。この種の作動パラメータはまた、例えば還元剤を排気ガス処理装置に供給するための注入器の作動パラメータを含んでもよい。そのような注入器はまた、計量装置の一部であってもよい。作動パラメータは、例えば計量装置内で決定される還元剤圧力であってもよい。作動パラメータは、計量装置のポンプのポンピング能力であってもよい。適切な場合、計量装置により送達される還元剤の量が作動パラメータとして考慮される。さらに、計量装置における還元剤の温度が使用されてもよい。また、計量ユニットの送達ポンプの電流、電圧および／または電力消費も作動パラメータとして考慮されてもよい。さらに、作動パラメータとして、可動ポンプ要素の位置、特にポンプダイヤフラムの位置、ポンプＯＮ時間、ポンプ作動頻度、ポンプピストン位置および／または可動ポンプ要素の移動速度を考慮してもよい。また、特性マップからの値を可動ポンプ要素の位置を制御するために使用してもよい。

ピストンポンプまたはダイヤフラムポンプは、例えば計量装置におけるポンプとして使用される。ピストンポンプの場合、ピストンは上下に移動する。したがって、ポンプチャンバのサイズが増減し、還元剤は、吸入ラインを介してポンプチャンバ内に引き抜かれ、排気ラインを介してポンプチャンバから出ていく。ポンプの送達方向は、吸入ラインおよび排気ラインにおける対応する弁により決定される。ダイヤフラムポンプの場合、ポンプチャンバのサイズはダイヤフラムの動きにより増減する。可動ポンプ要素の移動が伝送媒体（例えば流体）を介してダイヤフラムに伝送され、次いでポンプチャンバのサイズを増減する、組み合わされたポンプが存在してもよい。ダイヤフラムまたは可動ポンプ要素は、例えば電磁線形駆動により駆動されてもよい。駆動は連接棒または偏心器を介して提供されてもよく、したがって回転駆動の動きはダイヤフラムまたは可動ポンプ要素の直線運動に変換される。

工程ａ）において考慮される作動パラメータはまた、計量装置の作動に関連する特性曲線により、特に計量装置の注入器およびポンプの作動に関連する特性曲線により決定されてもよい。これらの特性曲線は予め決定され、一定であり、例えば制御ユニットに保存される。また、作動パラメータとして、ポンプおよび注入器の制御からの制御パラメータを考慮に入れてもよい。

この方法は特に、還元剤を排気ガス処理装置に供給するための注入器の少なくとも１回の開口時間および／または少なくとも１回の閉鎖時間が工程ａ）における作動パラメータとして使用される場合、特に好ましい。

開口時間および閉鎖時間は注入器の制御時間である。これらの制御時間は注入器における優勢な条件（例えば圧力、温度など）に依存する。開口時間はまた、アクティブ（ｅｎｅｒｇｉｚａｔｉｏｎ）時間と称される場合もある。閉鎖時間はまた、非アクティブ（ｄｅｅｎｅｒｇｉｚａｔｉｏｎ）時間と称される場合もある。開口またはアクティブ時間は、注入器に対する開口信号（例えば開口電圧）の適用後、注入器が開口する前に経過する時間を示す。これらの制御時間（開口時間および閉鎖時間）は注入器の開いている時間とは区別されなければならない。開口時間は、開口と閉鎖との間に注入器が実際にどれくらい開いているかを示す。閉鎖または非アクティブ時間は、注入器に対する閉鎖信号の適用（例えば開口電圧を取り除く）後、注入器が閉鎖する前に経過する時間を示す。注入器の開口時間および閉鎖時間は、注入器が完全に開いている時点（瞬時）に影響を及ぼす。開口時間を考慮すると、注入器が特に正確な形態で実際に開いている注入器の開いている時間を測定できる。開口時間および閉鎖時間は特に決定的に、注入器に広がる注入器の温度および／または圧力に依存する。

さらに、圧力制御装置のパラメータを考慮に入れてもよく、それにより、計量装置における還元剤の圧力が制御される。圧力を制御するために、圧力制御装置は、ポンプ、戻し弁を制御でき、その戻し弁を介して、還元剤はタンクおよび／または注入器に戻されてもよい。圧力制御装置は、異なるコンポーネント、釣り合うコンポーネントおよび一体化コンポーネントを用いて圧力を制御できる。別個の圧力制御パラメータがこれらのコンポーネントの各々に使用されてもよい（異なるコンポーネントについてＫ_Ｄ、釣り合うコンポーネントについてＫ_Ｐおよび一体化コンポーネントについてＫ_Ｉ）。圧力制御パラメータはしばしば、圧力に応じて制御ユニットに既に固定されている。本発明に係る方法のためにこれらのパラメータをさらに使用することが特に有益である。

作動パラメータとして、さらに、注入器を計量装置のポンプおよび他のコンポーネントに接続するラインの圧力依存性および温度依存性を使用してもよい。

一部の用途において、計量装置のただ１つ（単一）の作動パラメータを測定または考慮に入れるだけで十分であってもよい。しかしながら、概して、非常に特定の実施形態において、複数またはさらに上述の全ての作動パラメータを考慮に入れることが好ましい。

工程ｂ）において注入器圧力を計算する際に、工程ａ）において測定された作動パラメータが所定の形式（計算規則）で組み合わされる。そのような計算規則は、例えば本発明に係る方法のために制御ユニットにおいて実施されてもよい。この制御ユニットはまた、例えば自動車のエンジン制御装置または自動車の内燃エンジンのエンジン制御装置であってもよい。工程ｂ）において使用される計算規則は好ましくは制御モデルの形態で構築され、工程ａ）において測定される少なくとも１つの作動パラメータは入力変数として処理され、注入器圧力は出力変数として出力される。制御モデルは、入力変数と出力変数との間の関係を規定する微分方程式のセットまたはシステムからなり、適切な場合、入力変数と出力変数との間の制御モデルの状態を反映する少なくとも１つの中間変数が存在する。特に本発明に係る方法の利点として、モデルの状態を表す中間変数が、適切な場合、制御ユニットのそれぞれの駆動コンポーネントにより他の使用にも利用されてもよい。

工程ｃ）において注入器についての開口時間を計算する際に、工程ｂ）において決定された注入器圧力が使用される。注入器により供給される還元剤の量は、注入器の開口時間および注入器に広がる還元剤圧力（注入器圧力）に実質的に依存する。開口状態において、注入器は流れ収縮部（ｆｌｏｗ ｃｏｎｓｔｒｉｃｔｉｏｎ）を表し、それを通して、還元剤が計量装置から排気ガス処理装置まで流れる。そのような収縮部を流れる還元剤の量は広がっている注入器圧力に主に依存する。概して、注入器を流れる還元剤の量は注入器圧力に比例する。このため、注入器の開口時間が広がっている注入器圧力に適合しない場合、非常にマイナスの効果が生じる。

工程ｄ）において、通常、注入器は磁気コイルによって開口される。注入器は通常、注入器における磁気コイルによって開口され得る可動電機子を有する。

すなわち、このことは、注入器における圧力についての情報が（例えばその位置におけるセンサにより）直接得られないが、この（局所の）注入器圧力は他の作動パラメータから決定されることを意味する。規定されているように、注入器は排気ガス処理装置にすぐ近接して配置されているため、かなりの温度変動が注入器において直接生じる。排気ガス処理装置の温度は、内燃エンジンの変化する作動状態に起因して大いに変動する。概して、温度は、注入器における圧力センサの正確な圧力測定に対して顕著な（「破壊的（ｄｉｓｒｕｐｔｉｖｅ）」）変化作用（（撹乱作用）ｄｉｓｔｕｒｂｉｎｇ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ）を表す。このため、注入器における圧力自体を直接測定するだけでなく、計量装置の他の作動パラメータから計算により決定することは利点がある。

さらに、本発明に係る方法の関連内で作動パラメータとして追加の設計の試みを用いずに使用され得る多数のパラメータが、任意の多くの場合において、計量装置に利用可能である。

既に上記で説明しているように、通常、計量装置の他のコンポーネントと一緒に、ポンプおよび他のコンポーネントを、注入器とポンプとの間の注入器に接続するラインが存在する。このラインは、ポンプに近接する圧力および注入器における圧力が互いに異なるという効果を有し得る。しかしながらそれにも関わらず、本発明に係る方法によって、注入器における圧力を正確に測定することが可能である。実際に、本発明に係る方法による注入器における圧力の測定は、しばしば、注入器における圧力センサにより直接決定することより正確である。なぜなら、注入器における圧力センサに直接作用する上記の変化作用（攪乱作用）が回避されるからである。

本発明に係る方法は、瞬時開口時間および瞬時閉鎖時間が工程ｃ）においてさらに計算される場合、特に有益であり、注入器は、計算された瞬時開口時間において開口し、工程ｄ）において計算された瞬時閉鎖時間において閉鎖される。

この方法はさらに、ポンプにより開始される圧力変動が、瞬時開口時間と瞬時閉鎖時間との間の開口時間に注入器に到達しないように、瞬時開口時間および瞬時閉鎖時間が特定される場合、特に有益である。好ましくは、ポンプにより開始される圧力変動は、開口時間以外にのみ注入器に到達する（開口時間以外とは、瞬時閉鎖時間と、次の開口動作の次の瞬時開口時間との間である）。

注入器圧力はしばしば定期的または不定期の変動に供される。これらの変動は、還元剤を計量装置に送達するためにポンプにより開始されてもよく、しばしば不可避であるが、それらは本発明による方法により予測され得る。工程ａ）において測定される作動パラメータは、時間遅延後にのみ注入器における圧力に対する効果を生じる。本発明に係る方法が十分迅速に実施される場合、注入器における圧力は、注入器において生じる前でさえ、先（将来）のある時点で知られる。これは、排気ガス処理装置内の還元剤の特定の有益な噴霧パターン（注入器から出た後の還元剤の分布）に関して特に有益であり得る。注入器の噴霧パターンは行き渡っている注入器圧力に依存する。特定の注入器圧力が存在する場合、還元剤が正確に供給され得る。圧力変動に関わらず、注入器における特定の注入器圧力を確保するために、注入器についての瞬時開口時間（その時間に望ましい注入器圧力が存在する）を決定するために、計算した注入器圧力を使用することもまた有益である。次いで、計量の間、または注入器が開口している開口時間の間の圧力変動が回避されることが確保され得る。計量の間の圧力変動のこのような予防的回避により、計量していない時点で比較的大きな圧力変動を同時に受容することが可能となる。こうして、計量装置における正確な圧力制御に必要とされる費用を減少させることが可能となる。

本発明に係る方法は、計量装置の以下の特性：
計量装置から注入器まで導くラインの少なくとも１つの特性、
計量装置の送達ユニットの少なくとも１つの特性、
計量装置のポンプの少なくとも１つの特性、および
計量装置を制御するように設定される制御ユニットの少なくとも１つの特性、
の少なくとも１つが工程ｂ）において考慮される場合、さらに有益である。

パラメータまたはシステムとして保存され得る本明細書に記載されている計量装置のこれらの種々の特性は、工程ｂ）において使用される制御モデルにおいて一定である。

考慮され得る計量装置のラインの特性の例としては、ラインの長さ、ラインの体積、ラインの直径、行き渡っている（広がっている）圧力に応じたラインの柔軟性、行き渡っている（広がっている）温度および／または種々の還元剤送達速度におけるラインの流れ抵抗がある。

考慮され得る送達ユニットの特性の例としては、送達ユニットの流れ抵抗、送達ユニットの送達速度、送達ユニットの体積、圧力に応じた送達ユニットの柔軟性、送達ユニットの温度および／または送達ユニットの任意の他の特性がある。

考慮され得るポンプの特性の例としては、ポンプの体積、ポンプの流れ抵抗、ポンプの可動電機子の重量、ポンプの電機子の減衰定数およびスプリング定数、ポンプの駆動コイルの電気特性ならびに／またはポンプの利用可能な供給電圧がある。

制御ユニットの任意の特性は、例えば時間遅延、信号減衰、信号ゲイン（信号利得）、フィードバックならびに／またはアナログからデジタル変換および／もしくはデジタルからアナログ変換により生じる信号の変化などの制御ユニットの特性と考慮され得る。

この方法は、ラインの弾性および長さを計量装置の特性として考慮する場合、特に有益である。

さらにこの方法は、ラインの劣化を考慮に入れるために、この方法に関して考慮されるラインの弾性を一定間隔で変化させる（適合させる）場合、特に有益である。

ポンプおよび注入器を接続するラインの場合、このラインが劣化に供され得ることをさらに考慮しなければならい。特に、ラインがプラスチック製のホースである場合、ラインの特性、特に柔軟性は環境要因に起因して変化させてもよい。したがってラインの劣化もまた、本発明に係る方法に関連して考慮されてもよい。

ラインの劣化挙動は、ラインが自動車に存在する場所に応じて変化し得る。例えば、自動車の床下の領域において風化にさらされるか、またはさらに太陽光およびＵＶ放射に定期的にさらされ得るラインは、例えば完全に覆われているラインより迅速にかなり劣化する。自動車を通るラインの実際の経路もまた、ラインの劣化の一部と考慮されてもよい。例えば、保護されて存在するラインの比率および保護されずに存在するラインの比率も考慮されてもよい。

ラインが既に露出されている温度および／または送達速度もまた、ラインの劣化に考慮されてもよい。

変化（適合）される所定の方法は、工程ｂ）において考慮されるパラメータに適合するように一定間隔で実施されてもよい。

この方法はまた、少なくとも工程ｂ）における注入器圧力の計算がフィードバックなしで行われる場合、好ましい。工程ｂ）におけるフィードバックなしの注入器圧力の計算は好ましくは、フィードバックを有さないモデルを使用して実施される。「フィードフォワード特性を有するモデル」という用語も使用されてもよい。

このようなモデルにおいて、モデルの出力パラメータはモデルの入力パラメータとして使用されない。モデルにおいて表される関係の複雑性に起因して、フィードバックは問題がある。一定の間隔での変化（適合）により調節されるフィードバックを有さないモデルは計算的に単純であり、より計算に従いやすい。このように特に、以下の作用が、フィードバックを有するモデルにおいてよりフィードバックを有さないモデルにおける変化（適合）によりさらに効果的に考慮されてもよい：
温度作用、
ホースの経路、
計量装置の劣化、
計量装置の供給電圧の電圧変動、
０．００１ｌ／ｈ（リットル／時間）から７５ｌ／ｈ（リットル／時間）の範囲の変動送達速度、ならびに
例えば漏れおよび偏流を生じる、ポンプおよび／または注入器における不正確さ。

本発明の開発によれば、以下のさらなる特徴：
還元剤の温度、
還元剤の粘度、
還元剤の少なくとも１つの物理的特性、
還元剤の少なくとも１つの化学的特性、および
還元剤の必要とされる量
の少なくとも１つが、開口時間を計算するために工程ｃ）において使用される。

ここで、「計量装置の特性」と「パラメータ」との間の相違を最初に説明する。パラメータは、それらが実質的に目に見える特性と異なるが、特性は、計量装置に関連する一定の所定の量であるか、または少なくともパラメータより少ない変動に供されている。

記載されている特性はまた、供給される還元剤の量および注入器の噴霧パターンに影響を与える。したがって、これらの特性を工程ｃ）における開口時間の計算に組み込むことは有益である。

工程ｃ）において多くの可変パラメータを考慮に入れながら、制御モデルにおいて、工程ｂ）において計量装置の実質的に一定の特性を考慮に入れることは特に有益である。このように、可変パラメータが工程ｂ）において考慮されないことが確実になる。これは工程ｂ）における制御モデルの構造を単純化する。

以下のパラメータ：
還元剤タンクにおける還元剤のレベル、
還元剤の温度、
還元剤の密度、
還元剤の粘度、
還元剤の少なくとも１つの物理的特性、
還元剤の少なくとも１つの化学的特性、および
還元剤の必要とされる量、
の少なくとも１つが、工程ｂ）において変化（攪乱（ｄｉｓｔｕｒｂｉｎｇ））要因として考慮される場合、さらに有益である。

前記パラメータの少なくとも一部は計量装置の特性のバリエーションと同様の効果を有してもよい。したがって、工程ｂ）に対する特性および工程ｃ）に対するパラメータの基本割当を維持するよりむしろ工程ｂ）において変化（攪乱）作用（ｄｉｓｔｕｒｂｉｎｇ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ）として前記パラメータを考慮することは有用であり得る。

工程ｂ）における制御モデルに必要な計算量を最小化するために、パラメータは、例えば、所定の制限値を超えるかまたはアンダーシュートする場合のみ考慮されるように、工程ｂ）において考慮されてもよい。

特に変化（攪乱）作用として考慮されるべき１つのパラメータは還元剤の粘度である。還元剤の粘度が高い場合、計量装置の圧力は特に激しく減少する。さらに、計量装置の圧力変動は特に激しい減衰に供される。還元剤の粘度は少なくとも部分的に還元剤の温度に依存する。したがって、粘度は、特に（測定および／または計算される）温度により決定されてもよい。

本発明の範囲はまた、排気ガス処理装置内の還元剤を計量するための計量装置についての制御ユニットを設定する方法であって、該方法は、少なくとも以下の工程：
ａ）還元剤についての計量装置を設計する工程と、
ｂ）前記計量装置を個々のシステムコンポーネントに分解する工程と、
ｃ）前記個々のシステムコンポーネント間の作動関係を決定する工程と、
ｄ）前記個々のシステムコンポーネントのモデル記述を開発する工程と、
ｅ）前記作動関係を考慮して、個々の前記モデル記述からシステムモデルを生成する工程と、
ｆ）前記制御ユニットにおいて前記システムモデルを設定する工程と、
を含む方法の提案を含む。

ここで、「システムモデル」という用語は、特に、計量装置内の作動関係を再生するシステムの制御モデルを意味する。このようなシステムモデルの開発に対する分析的アプローチを以下に記載する：計量装置は、個々のシステムコンポーネントに工程ｂ）において理論的に分解され、各々の制御挙動は別々に決定される。これは、システムコンポーネントの既知の特性を用いて達成されてもよい。例えば、（作動において予想され得る）所定の流速に関して、ラインの長さが既知である場合、ラインを流れる還元剤により得られる時間が決定されてもよい。したがって、ラインの長さおよびラインを流れる流速を用いて、システム特性としてラインの遅延時間を決定することができる。ラインの開始時に広がる圧力は、この遅延時間に対応する遅延時間と共にラインの排出口において利用可能である。個々のシステムコンポーネントは計量装置において作動関係にある。これらの作動関係はまた、分析的に決定されてもよい。例えば、ポンプの電機子の特定の移動がポンプチャンバ内の圧力にどのように影響を与えるかを提示できる。作動関係は、特に有益な方法においては、微分方程式の形態で提示されてもよい。

作動関係を用いて、個々のシステムコンポーネントが完全なシステムモデルに組み込まれてもよい。これは工程ｅ）において行われる。

特に、このシステムモデルは２つの方法で達成されてもよい。１つのアプローチは各システムコンポーネントについての微分方程式のセットを形成することである。次いでシステムコンポーネントの微分方程式のそれぞれのパラメータがシステムコンポーネントを特徴付ける。次いでシステムコンポーネントの個々の微分方程式が合わせられ、それにより、完全なシステムモデルを形成する。別のアプローチによれば、最初に個々のシステムコンポーネントの微分方程式を、予め計算されるプロセスの表に変換できる。次いでこれらの表は連結され得る。概して、制御ユニットは、微分方程式を解くことのみに多くの労力がかかり得る。したがって、このアプローチは、工程ｅ）についての計算量を減少させるために、最初に微分方程式を各システムコンポーネントについての表に個々に変換できる。

本発明の別の態様によれば、方法はさらに、排気ガス処理装置内の還元剤を計量するための計量装置についての制御ユニットを設定するために示され、少なくとも以下の工程：
ａ）還元剤についての計量装置を設計する工程と、
ｂ）前記計量装置に入力信号を供給する工程と、
ｃ）前記入力信号に基づいて前記計量装置の出力信号を記録する工程と、
ｄ）前記入力信号と前記出力信号との間の関係を確立するシステムモデルを開発する工程と、
ｅ）前記制御ユニットにおいて前記システムモデルを設定する工程と、
を含む。

次いでこれは適切なシステムモデルを決定するための実験的アプローチの説明である。計量装置の線形挙動は好ましくはここで基準として考慮される。これは、特に、計量装置の入力信号および出力信号が、作動範囲における線形微分方程式により関連されることを意味する。

１つの特に有益な可能性は、少なくともシステムゲインに関するパラメータおよび位相シフトに関するパラメータを用いて特徴付けられる入力信号と出力信号との間の関係に関する。

これらの入力信号は通常、特に送達ポンプのパルス送達において決定される、送達速度により決定される周波数で一定間隔で反復して生じる。入力信号に対する出力信号のゲインおよび位相シフトは、ボード線図におけるこの周波数の関数として表され得る。したがって、システムモデルの特性はボード線図において表されてもよい。

この種類のシステムモデルは制御ユニットにおいて実施されてもよい。計量装置の複雑な理論的考慮を有さずに実験的アプローチが実施されてもよい。

制御ユニットを設定するための方法を実施する特に有益な方法において、システムモデルを決定するための分析的アプローチおよび実験的アプローチが互いに組み合わされてもよい。計量装置は個々のシステムコンポーネントに分解されてもよく、それらについて個々のコンポーネントモデルが各々の場合に実験的に決定される。そのようなコンポーネントモデルは、例えばラインモデル、計量システムモデルおよび／または計量装置モデル、ポンプモデルおよび／または制御装置モデルであってもよい。次いでこのように決定される個々のモデルは、分析的手順を再度利用する目的で、システムモデルを得るためにさらなる工程で組み合わされてもよい。これは制御モデルの設計に対するハイブリッド分析および実験的アプローチを表す。

計量装置の送達速度は、送達頻度によるだけでなく影響を受け得る。しばしば（少なくとも時々）部分的ストロークモードだけでなく全ストロークモードにおいてポンプを作動せずに送達速度に影響を与えてもよい。ポンプストロークの変化を通して送達速度の変化のスピーク（ｓｐｅａｋ）が可能となる。この利用可能性はポンプの構成に依存する。多くの種類のポンプが部分的ストロークモードにおける作動に適切である。送達速度が送達頻度を変化させ、ポンプ周波数を変化させることができる場合、送達速度を変化させる方法の決定が使用されることが可能である。

この決定は、以下のパラメータ：
ポンプの供給電圧、
注入器の供給電圧、
ポンプの温度、
注入器の温度、
計量装置における所望の圧力、
計量装置における実際の圧力、
所望の圧力と実際の圧力との間の偏差、
送達速度、
の少なくとも１つに従ってなされ得る。

還元剤を計量するための本発明に係る方法および制御ユニットを設定するための本発明に係る方法に関して各場合に個々に提示されている特徴は各々、記載されている他の方法に適用され、移されてもよい。特に、制御ユニットを設定するための本発明に係る方法は、本発明に係る計量方法を実施するのに適切な制御ユニットの設定に適切である。

本発明の適用の好ましい分野は、内燃エンジン、内燃エンジンからの排気ガスを浄化するための排気ガス処理装置および排気ガス処理装置内の還元剤を計量するための計量装置ならびに還元剤を計量するための本発明に係る方法の実施を設定する制御ユニットを有する自動車である。

本発明および技術的関係を図面を参照して以下により詳細に説明する。図面は特に好ましい実施形態を示すが、本発明はそれらに限定されない。特に示されている図面およびその比率は概略のみであることに留意されたい。

本発明に係る方法のための計量装置を有する自動車を示す。 計量装置についてのポンプを示す。 ホースの制御モデルを示す。 システムの制御モデルを示す。 入力信号と出力信号との間の関係を規定するボード線図を示す。

図１は、内燃エンジン４および内燃エンジン４からの排気ガスを浄化するための排気ガス処理装置３を有する自動車２を示す。さらに、自動車２は、注入器１２を介して還元剤タンク５から、特に流れ方向においてＳＣＲコーティングを有する触媒コンバータ３３の（直接）上流の排気ガス処理装置３に（液体）還元剤（特に尿素水溶液）を供給する、計量装置１を有する。特に、計量装置１は、還元剤タンク５、送達ユニット４０、注入器１２および送達ユニット４０から注入器１２まで還元剤を送達するライン１１を含む。送達ユニット４０において、フィルタ６、ポンプ７、戻し弁８およびセンサ９が、還元剤の送達方向において供給ライン１３に連続して配置される。戻し弁８における分岐は戻りライン１４であり、それを通して還元剤は送達ユニット４０から還元剤タンク５内に戻され得る。

計量装置１の種々のコンポーネントが制御ユニット１０にさらに接続される。計量装置１のアクティブなコンポーネント、特にポンプ７および／または注入器１２などは、必要な場合、制御ユニット１０によりモニターされ、起動されてもよい。計量装置１の種々のコンポーネント、例えばポンプ７、注入器１２、還元剤タンク５またはセンサ９などから、制御ユニット１０は、ポンプ７および／または注入器１２を制御するために使用され得る情報を受信する。例えば還元剤タンク５から、充填レベルに関する情報が制御ユニット１０に送信されてもよい。センサ９は、例えば送達ユニット４０における還元剤圧力および／または送達ユニット４０における還元剤の温度を測定できる。送達ユニット４０からの種々の部分の情報を用いて注入器１２における還元剤圧力に関する情報を生成する制御モデルが制御ユニット１０に提供される。

図２は還元剤のための計量装置についてのポンプ７を示す。ポンプ７の使用は、どのように分析的方法がシステムコンポーネントの制御モデルを決定するために使用され得るかを例として示すことを目的とする。ポンプ７は、各々、ポンプシリンダ１６と流体連絡する、ポンプ注入口２３およびポンプ排出口２４を有する。ポンプ７を通る送達方向は、ポンプ注入口２３およびポンプ排出口２４に配置され、送達方向においてのみ開く、弁１５により決定される。ポンプシリンダ１６における送達はポンプピストン２２の動きにより達成される。次いで、ポンプピストン２２における特定の現在の圧力がポンプ排出口２４における圧力に（現在および／または後に）どのように影響を与えるかを分析的に決定できる。ポンプピストン２２における圧力は、ポンプピストン２２に付与される力に実質的に依存する。これらの力は、一方で、ポンプピストンの慣性から生じる。さらに、ポンプピストン２２に、コイル１７により付与される電気的駆動力が存在する。さらに、ポンプピストン２２に作用する減衰効果により引き起こされる、減衰力が存在する。このような減衰効果の可能な例は、ポンプピストン２２の摩擦および／または送達の間のポンプシリンダ１６における還元剤の移動である。ここで、減衰効果がダンパー１９により概して表される。さらに、ポンプピストン２２に作用するスプリング力が存在し、それらはここでスプリング２０により例として表される。このようなスプリング力は、例えば、還元剤が部分的に圧縮性があり、および／またはポンプピストン２２の力が弾性伝導流体により還元剤に伝えられるという事実から生じる。しかしながら、このような弾性特性はまた、送達ストロークの実施後、ポンプピストン２２を初期位置に戻すために、ポンプピストン２２に対するスプリング２０の提供から生じる。ポンプピストン２２に対する力は、ポンプピストン２２の位置または偏向に部分的に依存する。これは例えばスプリング力に当てはまる。この力はまた、ポンプピストン２２の動きの速度に部分的に依存する。これは例えば減衰力に当てはまる。しかしながら、この力はまた、ポンプピストン２２の加速度に部分的に依存する。これは例えば慣性に当てはまる。したがって、個々の力の間の関係は微分方程式により規定され得る。

コイル１７によりもたらされる電気力から、このような微分方程式によりポンプシリンダ１６における圧力を推定することが可能である。コイル１７により与えられる電気力は、順に、コイルの抵抗１８から、およびコイルに印加される電圧から、およびさらにコイル１７の特性から決定され得る。またこの目的のために、対応する関係を表す微分方程式についての必要性が再度存在する。このように、電源２１にわたる電圧とポンプ排出口２４における圧力との間の関係を表す制御モデルを分析的に開発することが可能となる。

この手順はまた、計量装置全体に対応して適用されてもよい。

図３は、例えば、入力信号４２として送達装置におけるシステム圧力２９と、出力信号４３として注入器における注入器圧力３０との間の関係を示すラインの制御モデル２５を示す。ここで、単純化した形態で示すラインモデル２５は、遅延要素３１および遅延時間要素３２からなる。遅延要素３１は、システム圧力２９に広がる圧力が、ラインの弾性に起因して最初にラインにおいて増加しなければならないという事実を表す。遅延時間要素３２は送達ラインの長さを表す。遅延時間要素に起因して、システム圧力２９は、たとえ遅延要素３１に対応してライン自体に既に増加していても、時間遅延まで注入器に到達しない。

図４は計量方法についての制御モデルのより複雑な実施形態を示す。図４に示される制御モデルは計量装置１の完全なシステムモデル４１である。このモデルは、作動関係により互いに関連する種々の個々の制御モデルからなる。制御装置モデル２８、ポンプモデル２７、計量システムモデル２６およびラインモデル２５をここで順番に示す。左側の入力信号４２はシステムモデル４１内への入力である。この種の入力信号４２の一例は作動パラメータ３４である。決定される注入器圧力３０である、出力信号４３が右側においてシステムモデル４１から出ていく。システムモデル４１における個々の制御モデルの間に、各場合、フィードフォワードリンク４４およびフィードバックリンク３９が存在する。さらに、システムモデルは、変化作用（ｄｉｓｔｕｒｂｉｎｇ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ）３５により種々の点で影響を受ける。

図５は、例として、入力信号と出力信号との間の関係を表す、ボード線図を示す。周波数軸３６に沿ってゲイン３７を上部に示す。周波数軸３６は対数的にプロットされている。周波数が上昇するにつれて、ゲインは減少する。同様に周波数の関数として位相シフト３８を下部に示す。周波数が高くなると、位相シフトは増加する。

このように、記載されている従来技術の技術的問題は大きな程度まで首尾良く軽減される。さらに、計量装置から排気ガス処理装置までの還元剤を計量するための特に有益な方法が開示され、それにより、正確および／または均一な計量が改善される。

１ 計量装置
２ 自動車
３ 排気ガス処理装置
４ 内燃エンジン
５ 還元剤タンク
６ フィルタ
７ ポンプ
８ 戻し弁
９ センサ
１０ 制御ユニット
１１ ライン
１２ 注入器
１３ 供給ライン
１４ 戻りライン
１５ 弁
１６ ポンプシリンダ
１７ コイル
１８ 抵抗
１９ ダンパー
２０ スプリング
２１ 電源
２２ ポンプピストン
２３ ポンプ注入口
２４ ポンプ排出口
２５ ラインモデル
２６ 計量システムモデル
２７ ポンプモデル
２８ 制御装置モデル
２９ システム圧力
３０ 注入器圧力
３１ 遅延要素
３２ 遅延時間要素
３３ 触媒コンバータ
３４ 作動パラメータ
３５ 変化作用
３６ 周波数軸
３７ ゲイン
３８ 位相シフト
３９ フィードバック
４０ 送達ユニット
４１ システムモデル
４２ 入力信号
４３ 出力信号
４４ フィードフォワードリンク

Claims (13)

1. 計量装置（１）から排気ガス処理装置（３）まで還元剤を計量する方法であって、少なくとも以下の工程：
   ａ）前記計量装置（１）の少なくとも１つの作動パラメータ（３４）を測定する工程と、
   ｂ）前記少なくとも１つの作動パラメータ（３４）から、前記還元剤を前記排気ガス処理装置（３）に供給するための注入器（１２）における注入器圧力（３０）を計算する工程と、
   ｃ）前記注入器（１２）の開口時間を計算する工程であって、少なくとも工程ｂ）において決定された前記注入器圧力（３０）を使用する、工程と、
   ｄ）工程ｃ）において計算された開口時間について前記注入器（１２）を開口する工程と、
   を含む、方法。
2. 前記注入器（１２）の少なくとも１回の開口時間および／または少なくとも１回の閉鎖時間が、工程ａ）における作動パラメータ（３４）として使用される、請求項１に記載の方法。
3. 瞬時開口時間が工程ｃ）においてさらに計算され、工程ｄ）において、前記注入器（１２）が計算された瞬時開口時間で開口する、請求項１または２に記載の方法。
4. ポンプにより開始される圧力変動が、前記瞬時開口時間と瞬時閉鎖時間との間の開口時間の間、前記注入器に到達しないように、前記瞬時開口時間および瞬時閉鎖時間が特定される、請求項３に記載の方法。
5. 前記計量装置（１）の以下の特性：
   前記計量装置（１）から前記注入器（１２）まで導くライン（１１）の少なくとも１つの特性、
   前記計量装置（１）の送達ユニット（４０）の少なくとも１つの特性、
   前記計量装置（１）のポンプ（７）の少なくとも１つの特性、および
   前記計量装置（１）を制御するように設定される制御ユニット（１０）の少なくとも１つの特性、
   の少なくとも１つが工程ｂ）において考慮される、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記ライン（１１）の弾性および長さが、前記計量装置（１）の特性として考慮される、請求項５に記載の方法。
7. 前記方法のために考慮される前記ライン（１１）の弾性が、前記ライン（１１）の劣化を考慮するために一定間隔で変化される、請求項６に記載の方法。
8. 少なくとも工程ｂ）における前記注入器圧力（３０）の計算がフィードバックなしで行われる、請求項５に記載の方法。
9. 以下のさらなるパラメータ：
   還元剤の温度、
   還元剤の粘度、
   還元剤の少なくとも１つの物理的特性、
   還元剤の少なくとも１つの化学的特性、
   還元剤の必要とされる量、
   の少なくとも１つが、前記開口時間を計算するために工程ｃ）において使用される、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
10. 以下のパラメータ：
    還元剤タンク（５）における還元剤のレベル、
    還元剤の温度、
    還元剤の密度、
    還元剤の粘度、
    還元剤の少なくとも１つの物理的特性、
    還元剤の少なくとも１つの化学的特性、および
    還元剤の必要とされる量、
    の少なくとも１つが、工程ｂ）において変化作用（３５）として考慮される、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
11. 排気ガス処理装置（３）内の還元剤を計量するための計量装置（１）についての制御ユニット（１０）を設定する方法であって、少なくとも以下の工程：
    ａ）還元剤についての計量装置（１）を設計する工程と、
    ｂ）前記計量装置（１）を個々のシステムコンポーネントに分解する工程と、
    ｃ）前記個々のシステムコンポーネント間の作動関係を決定する工程と、
    ｄ）前記個々のシステムコンポーネントのモデル記述を開発する工程と、
    ｅ）前記作動関係を考慮して、個々の前記モデル記述からシステムモデル（４１）を生成する工程と、
    ｆ）前記制御ユニット（１０）において前記システムモデル（４１）を設定する工程と、
    を含む、方法。
12. 排気ガス処理装置（３）内の還元剤を計量するための計量装置（１）についての制御ユニット（１０）を設定する方法であって、少なくとも以下の工程：
    ａ）還元剤についての計量装置（１）を設計する工程と、
    ｂ）前記計量装置（１）に入力信号（４２）を供給する工程と、
    ｃ）前記入力信号（４２）に基づいて前記計量装置（１）の出力信号（４３）を記録する工程と、
    ｄ）前記入力信号（４２）と前記出力信号（４３）との間の関係を確立するシステムモデル（４１）を開発する工程と、
    ｅ）前記制御ユニット（１０）において前記システムモデル（４１）を設定する工程と、
    を含む、方法。
13. 内燃エンジン（４）と、前記内燃エンジン（４）からの排気ガスを浄化するための排気ガス処理装置（３）と、前記排気ガス処理装置（３）内の還元剤を計量するための計量装置（１）と、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法を実施するように設定される制御ユニット（１０）とを有する、自動車（２）。
    

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