JP2013534291A - 排ガス処理装置の作動方法 - Google Patents

Abstract

還元剤用の少なくとも１つの貯留部１１、および還元剤用の少なくとも１つの送給装置４を有する排ガス処理装置１を作動する方法であって、前記方法は、以下のステップを少なくとも含む：
（ａ）少なくとも１つの貯留部１１の充填レベルを点検するステップ；
（ｂ）現在の排ガスの質量流れを点検するステップ；
（ｃ）少なくとも１つの貯留部１１の充填レベルが最小限の充填レベルを下回り、かつ、排ガスの質量流れが低負荷範囲にある場合、還元剤を送給するステップ。
【選択図】図１

Description

本発明は、還元剤用の少なくとも１つの貯留部および少なくとも１つの送給装置を有する内燃機関のための排ガス処理装置を作動する方法に関する。

内燃機関からの排ガス中の汚染物質を還元するために、排ガス処理装置は、長く用いられてきた。これらのうちで、添加物（燃料、酸素、尿素、その他）のための送給を有する排ガス処理装置は、この添加物によって内燃機関の排ガス中の汚染物質を還元する有効な方法としても提案された。

特に燃費のよい内燃機関の場合、排ガスに還元剤を送給することは、有利であると判明した。燃費のよい内燃機関は、送給される燃料の完全な変換のために必要であるよりも多くの空気が送給される燃料空気混合気によって作動される。この種の内燃機関は、特に、最新のディーゼル機関である。

特に、排ガス中の酸化窒素合成物（ＮＯｘ）の比率は、特に燃費のよい内燃機関の場合に増加して、還元剤と関連して排ガス処理装置において減少することができる。これは、選択接触還元法（ＳＣＲ法）と呼ばれる。

アンモニアは、例えば、還元剤として用いられてよい。アンモニアは、排ガス中の酸化窒素合成物と共に、無害な構成要素（すなわち窒素）と水および二酸化炭素に変換される。アンモニアは、自動車には通常直接保存されない。必要に応じて実際の還元剤に変わる還元剤前駆体は、通常、保存されておよび／または送給される。尿素は、例えば、この種の還元剤前駆体として役立ってよい。水性の尿素溶液は、特に好ましい。３２．５％の尿素量を有するこの種の水性の尿素溶液は、例えば、ＡｄＢｌｕｅ（登録商標）という商品名で利用可能である。

還元剤は、液体および／または気体の状態で、内燃機関の排ガス処理装置に送給されることができる。自動車において、還元剤は、液体の状態で通常保存される。この種の液体の保存は、特にスペースをとらない。しかしながら、これはまた、特に排ガス処理装置の領域でも、液体還元剤の添加に先行してまたは添加中に、若干の気化が起こることを意味する。この気化については、気化が急速でかつできるだけ完全であり、排ガスおよび排ガス処理装置において一様に分布することは、特に重要である。排ガス管の領域における（特に、流体力学が排ガスのためにほとんど利用できない排気管の領域における）液体の沈着は、不必要な腐食等に至ることができる。さらに、これは、還元剤の全量を酸化窒素の変換に利用することができず、そして、還元剤のより大きい消費も、通常、特徴であることを意味する。

これから進んで、本発明の目的は、現状技術と関連して記述されている技術的課題をさらに軽減することである。特に、目的（ｉｎｔｅｎｔｉｏｎ）は、内燃機関の非常に頻繁な負荷サイクルの場合でさえＳＣＲ法によって酸化窒素の信頼性の高い変換を可能にする、排ガス処理装置を作動する方法を提案することである。さらなる目的（ｉｎｔｅｎｔｉｏｎ）は、還元剤の添加のための特に有効でかつエネルギー効率の良い（特に、排気システムの中の還元剤の中間貯留部が対応する適度の経費で還元剤を供給される）戦略を特定することである。

これらの目的は、請求項１の特徴に係る方法によって達成される。方法のさらに有利な展開は、従属請求項において特定される。請求項において個々に言及される特徴は、任意の技術的に適切な方法で互いに組み合わされることができ、そして、本発明のさらなる設計変形例を示す記述からの説明的な事実によって補充されてよい。

還元剤用の少なくとも１つの貯留部、および還元剤用の少なくとも１つの送給装置を有する排ガス処理装置を作動する本発明による方法は、以下のステップを少なくとも含む：
（ａ）少なくとも１つの貯留部の充填レベルを点検するステップ；
（ｂ）現在の排ガスの質量流れ（ｍａｓｓ ｆｌｏｗ）を点検するステップ；
（ｃ）少なくとも１つの貯留部の充填レベルが最小限の充填レベルを下回り、かつ、排ガスの質量流れ（ｍａｓｓ ｆｌｏｗ）が低負荷範囲にある場合、還元剤を送給するステップ。

排ガス処理装置は、特に、内燃機関によって生成される排ガスが導かれる排気管と共に形成される。還元剤用の貯留部は、したがって、送給装置により放出される還元剤が少なくとも時々この貯留部に到達するように、排ガス処理装置内に置かれる。ここで、還元剤は、流れ方向および／または流れの反対方向に貯留部に入るのを許可されてよい。必要な場合、複数の貯留部および／または送給装置も、設けられてよい。送給装置は、概してノズルまたはインジェクタを含む。その結果、（液体）還元剤は、排気管に過圧で（一般に微細な分散で）供給されることができる。方法は、それから、この種の排ガス処理装置の動作に関する。

内燃機関の動作中に、本発明による方法の個々のステップは、ここで特定される順序においてループの仕方で通常繰り返される。

用語「還元剤」は、還元剤（例えばアンモニアのような）のための、そして、例えば還元剤前駆体（例えば尿素または水性の尿素溶液）のための総称とし、ここで使われる。

本発明による方法の特有の特徴は、還元剤が少なくとも１つの貯留部の充填レベルの点検、および現在の排ガスの質量流れ（ｍａｓｓ ｆｌｏｗ）の点検の結果としてのみ起こるということである、

還元剤の緩衝量は、排ガス処理装置の貯留部に保存される。これは、特に、還元剤の特定の量が排ガスフローにおいて適切に保存されることを確実にするのに役立つ。そして、対応する周囲条件が排気システムにおいて優勢であるときに、それは、優勢な排ガス構成要素を有する反応のための排ガスに（着実に）送給される。還元剤の量の中間保存のための貯留部は、例えば、排ガスと接触する下地（例えばハニカム）上の保存コーティングでもよい。そしてそれは、特にアンモニアを特定の温度範囲に保存することができる。この種の貯留部は、選択接触還元を目的とするハニカムのコーティングと関連して設けられてもよい。これは、混合コーティングの形でも可能である。そしてそれは、アンモニア保存割合、およびこの選択接触還元を支持する割合の両方を有する。選択接触還元が還元剤の再開された送給なしに排ガス処理装置において起こることができるために、この種の貯留部は、例えば、１分〜１時間の、好ましくは５分〜３０分の作動期間の間、充分な還元剤を保存することが可能であることが好ましい。

これを排ガス処理装置における還元剤の実際の要求と常に正確に合わせることを必要とせずに、排ガス処理装置の還元剤のこの種の中間保存は、特に好ましい時間が還元剤の送給／気化のために用いられ得ることを確実にするのに役立つ。

貯留部に現在保存される還元剤の量は、適切なセンサおよび／または計算によって決定されることができる。保存される量は、例えば、容量型センサで測定されることができる。そしてそれは、貯留部に挿入されて、還元剤の保存された量の関数としてそのキャパシタンスを変化させる。同様に、抵抗型および誘導型センサも、可能である。そしてそれは、還元剤の保存された量の関数として電気的または磁気的抵抗のバリエーションを登録する。熱型センサも、可能である。そしてそれは、一定温度で現在の要求を増加させるか、または一定の現在の要求で温度を低下させるかのいずれかによる貯留部空間の熱容量を登録する。いかなる所与の時刻にも優勢な内燃機関の負荷状態の関数として、排ガス処理装置の性能を登録するかまたは算出することは、等しく可能である。その結果、例えば、地図は利用できる。そしてそこから、還元剤の保存および欠乏を算出することは可能である。充填レベルは、それから、これらの算出から決定されることもできて、点検のために用いることもできる。

点検は、どれくらいの排ガスが排ガス処理装置を通って現在流れているかについても、ここで実行される。排ガスの質量流れは、多種多様な測定器によって点検されることができる。一方では、プロペラおよびプラントルの管（背圧と大気圧との間の圧力差）のような流れに基づく測定器、他方では、風速計およびカロリーメータのような熱容量に基づく測定器は、特に適切である。器材の経費をここで最小化するために、しかしながら、現在の排ガスの質量流れを算出することも、可能である。既知のまたは測定されたパラメータ（空気の送給、燃料の送給、負荷状態その他）は、このために用いられることができる。その結果、充分な精度を有する排気管において現在優勢な排ガスの質量流れを決定して、点検することは、可能である。

本発明による方法の特有の特徴は、上記の通りに決定される充填レベルが最小限の充填レベルを下回るときだけ、還元剤が送給されるということである。還元剤用の貯留部の技術的に適切な設計において、貯留部が常に最大まで満たされることは、必要でない。その代わりに、５０％〜７０％の充填レベルが中期的作動に充分であるように、貯留部は適切に設計される。最小限の充填レベルは、例えば、それから２０％であり、または好ましくは３０％である。そのため、一方では、貯留部において利用可能な還元剤が常にあることは、確実にされる。そして、他方では、還元剤の送給ステップ間の不必要に短い時間的間隔は、決められる必要がない。最小限の充填レベルのための適切な値は、したがって、濾過される排ガスの量、および排ガス処理装置の文脈における貯留部の設計に依存する。

同時に、還元剤の漏出が発生しないことを確実にすることも、可能である。還元剤の漏出は、還元剤が排気システムから逃げ出ることを意味する。アンモニアまたはアンモニア前駆体は、還元剤としてしばしば用いられる。アンモニアは、貯留部に通常保存される。送給された還元剤を排気システムに保存するための十分な容量がなくて、同時に、ある汚染物質の変換のために必要とされるよりも多くの還元剤が排ガス中において利用できて、および／または、排ガスと共に汚染物質の変換が正しく機能しない場合、不必要な漏出は発生可能である。温度が触媒還元のための始動温度または閾値温度以下である場合、変換は、例えば、機能しなくてよいか、または還元（ｒｅｄｕｃｅ、減少）されなくてよい。

温度が上昇する場合、還元剤貯留部の保存容量も、しばしば減少する。これは、貯留部の特性に起因する。このために、絶対保存量は一定であるけれども、還元剤貯留部の還元剤のパーセンテージ保存容量は、温度上昇につれて鋭く増加することができる。低負荷フェーズの後に高負荷フェーズが続くとき、突然の温度上昇は、いつでも自動車で発生可能である。このような状況でさえまだ利用可能な充分な保存容量を有するために、アンモニア貯留部は、完全に満たされてはならない。非常に高い排ガス温度を有する可能な高負荷フェーズの間、貯留部のピーク内容を効果的に吸収するために、特に、３０％〜４０％の低負荷範囲の貯留部内容は、有利である。

貯留部の充填プロセスの後、適切なパーセンテージ貯留部内容の決定において、以下のパラメータのうちの少なくとも１つは、考慮されてもよい：
排ガス再循環ラインの現在の温度、
現在のエンジン速度、
現在のエンジン負荷、および、
現在の排ガスの質量流れ。

これらのパラメータの全ては、内燃機関の負荷状態を特徴づける。そして、これらのパラメータのうちの１つ以上が考慮される場合、これは、特定の精度によって特徴づけられる。還元剤を送給するときの内燃機関の負荷状態が特定の精度と共に既知である場合、温度の上昇のせいで貯留部の充填レベルの可能な増加を推定することも、可能である。内燃機関の負荷が充填プロセスの間にすでに増加する場合、パーセンテージ表現において、貯留部は、より大きな程度に満たされることができる。その理由は、負荷の可能なさらなる増加が、それから非常に小さい初期の負荷を有する場合よりも少ないと判明するからである。

充填プロセスの後、適切なパーセンテージ貯留部内容を決定することにおいて、それを接続された燃焼機関の未処置の酸化窒素質量モデルに連結することも、可能である。未処置の酸化窒素質量モデルにおいて、保存触媒コンバータの上流の未処置の酸化窒素放出の流れは、内燃機関の作動パラメータから、そして特に現在の空燃比から算出されることができる。空燃比は、未処置の放出の流れに決定的な影響を及ぼす。未処置の放出の流れは、排気システムの還元剤貯留部の保存容量に対するさらに重要な影響を構成する。

還元剤の送給のための本発明による方法のさらなる条件は、排ガスの質量流れが低負荷範囲にあるということである。低負荷範囲において、特に内燃機関の運転モードと比較して、負荷は減少している。そして、減少した排ガスの質量流れは、優勢である。この種の低負荷範囲は、特にアイドリングの間、および／またはオーバーラン状況において遭遇される。この種の低負荷範囲は、特に、都市（都市交通）における自動車の運転を含む。そして、その間、断続的なおよび／または全体に低い自動車速度は一般的である。

例えば、自動車において使用する典型的な内燃機関において、低負荷範囲は、例えば、毎分６００〜１２００回転［ｒｐｍ］の回転速度、および毎時２０〜２００キログラム［ｋｇ／ｈ］の質量流れによって特徴づけられる。

この低負荷範囲の状況は、貯留部の気化および補充に特に適することが分かっている、。このフェーズの低い排ガスの質量流れは、外部（電気駆動）ヒータおよび／または貯留部への還元剤の実質的に完全な追加によって、還元剤に改良された熱の供給を許容する。排ガス処理装置への還元剤の特に効果的な追加は、したがって、達成される。

還元剤がステップ（ｃ）において送給されるかどうか決定するために、ステップ（ｃ）に先立ち、ステップ（ｂ）において点検される現在の排ガスの質量流れがエネルギーモデルによって評価される場合、本発明による方法は、特に有利である。

以下の動作のうちの少なくとも１つがステップ（ｃ）において実行されるかどうか決定するために、ステップ（ｃ）に先立ち、ステップ（ｂ）において点検される現在の排ガスの質量流れおよびヒータの点検される影響する変数がエネルギーモデルによって評価される場合、本発明による方法は、さらに有利である：
少なくとも排ガスフローまたは還元剤の加熱、および、
還元剤の送給。

加えて、還元剤の量が送給されるときに、少なくとも１つの化学的または物理的反応によって生成されるエネルギー量のエネルギーモデルにおいても評価されてよい。

エネルギーモデルにおいて、一緒の装置のまたは完全な装置の１つ以上のコンポーネントは、エネルギーアキュムレータとして考えられる。エネルギーモデルは、例えば、排ガス処理装置のために、または排ガス処理装置の一部のために立案されることができる。エネルギーアキュムレータは、システムと呼ばれてもよい。このエネルギーアキュムレータは、エネルギーモデルの境界またはシステムの境界によって定義される。このシステム境界の向こうでエネルギーアキュムレータへと、またはエネルギーアキュムレータから流れるすべてのエネルギーフローは、システムモデルのフレームワークの範囲内で考慮されて、特に合算される。したがって、これらを基に、エネルギーアキュムレータに保存されるエネルギー量における変化を推定することは、可能である。保存されるこのエネルギー量は、内部エネルギーと呼ばれてもよい。ここで入力するエネルギーフローは、保存されるエネルギー量を増加させる。出力するエネルギーフローは、保存されるエネルギー量を減少させる。

エネルギーアキュムレータに入るかまたはこのエネルギーアキュムレータから出るエネルギーフローは、異なるタイプでもよい。基本的な差異は、保存されるエネルギーフローと自由エネルギーフローとの間に示される。保存されるエネルギーフローは、例えば、排ガスの質量流れを有する排ガス処理装置へと通過する排ガスの熱エネルギーである。自由エネルギーフローは、例えば、排ガスを加熱するのに役立つ排ガス処理装置における加熱装置の電気加熱出力である。保存されるエネルギーフローのエネルギーは、排ガスの質量流れのおよび／または還元剤自体の熱力学的状態にしばしば実質的に依存する。そしてそれは、質量流れの温度、エントロピー、圧力、比体積および集合状態によって特徴づけられる。保存されるエネルギーフローの他の形は、化学的エネルギーを含む質量流れである。そしてそれは、エネルギーアキュムレータまたはシステムの範囲内で変換されることができる。

還元剤の質量流れまたは還元剤前駆体の質量流れは、還元剤貯留部の変換または保存によりエネルギーを吸収するかまたは解放するとここで指摘される。排ガスの質量流れは、汚染物質の構成要素（特に、酸化窒素合成物および／または炭素化合物）をさらに含む。これらは、部分的に不完全燃焼に帰することができる。これらの汚染物質の構成要素は、化学的エネルギーをまだ含む。そしてそれは、適切な排ガス処理装置における汚染物質の構成要素の触媒変換によって解放されることができる。

還元剤が優勢な状況の下で送給されることができるかどうか、そして同時に、貯留部における所望の、好ましくは完全な変換および／または保存が起こるかどうかは、還元剤の送給に先立ち、エネルギーモデルによってすでに決定されることができる。この目的のために、エネルギーモデルのエネルギーアキュムレータに入ることが期待できる将来のエネルギーフロー、およびエネルギーアキュムレータから出て行くエネルギーフロー、および還元剤を保存するためのエネルギーアキュムレータに必要なエネルギー量、および／または解放されるエネルギー量は、エネルギーモデルにおいて予測されることができる。例えば、エネルギーアキュムレータの予測される内部エネルギーは、それから、変換および／または保存が所望の方法で起こるかどうか立証するために用いることができる。この目的のために、例えば、予測される内部エネルギーは、還元剤の量が送給されるために必要とされる内部エネルギーと直接比較されることができる。

エネルギーモデルは、制御装置に（例えば、データ処理プログラムの形で）好ましくは保管される。そこにおいて、記載された算出および比較は、実行される。ここで、エネルギーモデルのさまざまな簡略化は、制御装置において可能である。例えば、このようなエネルギーフローのためでなく、エネルギーフローを表す等価なパラメータのためにだけ、制御装置において評価することは、可能である。等価なパラメータは、例えば、個々の質量流れの温度でもよい。

本発明による方法のさらに有利な実施形態において、排ガス処理装置は、少なくとも１つのヒータを備え、方法は、以下のステップをさらに含む：
ステップ（ｃ）に先立ち、排ガスの温度を点検するステップ；
排ガスの温度が最小限の温度限界を下回る場合、少なくとも排ガスフローまたは還元剤を少なくとも１つのヒータで加熱するステップ。

それが排ガスの酸化窒素と反応することができる前に、液体還元剤は、まず蒸発しなければならない。液体還元剤の送給において、還元剤の気化が排ガス処理装置において起こることは、好ましい。

最新の内燃機関において、低負荷範囲の排ガスの温度は、還元剤の完全な気化が排ガスの熱だけを用いて単に達成されることができないように、しばしば低い。液体還元剤の排ガスへの送給において、還元剤は、まださらに排ガスをおそらく冷却してよく、これにより、保存される付加的な（感熱の）触媒的に活性流れ排ガス処理構成要素をおそらく冷却してもよい。排ガス処理装置における汚染物質の変換は、主に排ガスの温度にも依存する。汚染物質（例えば酸化窒素、一酸化炭素および／またはすす粒子（カーボン粒子））の大部分の変換プロセスは、例えば、低い排ガスの温度でよりも高い排ガスの温度でかなり急速になる。異なる変換プロセスのために変化する特定の温度限界以下で、特定の変換プロセスは、もはや全く発生しない。

上述した理由のために、特に燃費のよい内燃機関の排ガス処理装置の場合、排ガス処理装置に少なくとも１つの（制御可能な）ヒータを設けることは、好ましい。この種のヒータは、例えば、加熱コイルの形で設置されてよい。そしてそれは、排気管にはめ込まれる。しかしながら、ヒータは、電気的に加熱されるハニカムの形で好ましくは実施される。そこにおいて、電流は、複数の、少なくとも部分的に構造化された金属箔のパックを通って流れる。この種の電気的に加熱されるハニカムは、これらが排ガスおよび還元剤に発生する熱を解放することが可能であるよりも実質的により大きい表面を有する利点がある。

この種の電気的に加熱されるハニカムの動作は、それらが電流を消費するので、特に誘導される。戦略は、したがって、必要とされる。そして、それによって、排気システムの電気ヒータは、一方では、排ガスおよび排ガス処理装置の還元剤の有利な変換にそれが貢献するように、他方では、それが最も低い可能なエネルギー消費量を有するように作動されることができる。

増加した温度は、還元剤の送給の間、常に必要である。これは、送給される還元剤または還元剤前駆体がガスに、または蒸気に規則的に変換されなければならないからである。例えば、排気システムにおいてアンモニアに変換されなければならない尿素−水溶液は、還元剤前駆体として用いられる。さまざまな化学的プロセスは、還元剤を変換することに関係してよい。

これらのプロセスのうちの１つは、加水分解触媒コンバータの加水分解である。これにおいて、還元剤は、触媒的に作用する加水分解コーティングの影響下でアンモニアに変換される。これが起こるためには、（しばしばほぼ１５０℃を上回り、またはほぼ２００℃にさえ達する）閾値温度を上回る排ガスの温度は、必要である。尿素−水溶液の加水分解のための必要な温度は、アンモニア［ＮＨ_３］および二酸化窒素［ＮＯ_２］の存在によりまだおそらく減少することがありえる。ちょうど１３０℃〜１６０℃の温度は、それから、加水分解にとって十分でもよい。

還元剤の変換を導くことができるさらなる化学的プロセスは、熱分解である。熱分解は、触媒的に作用する加水分解コーティングの影響のない最終的な還元剤への還元剤または還元剤前駆体の純粋に熱的な変換である。還元剤の熱分解のための必要な温度は、加水分解のために必要とされる温度よりも常に高い。加水分解のための必要な温度は、使用する加水分解コーティングに決定的に依存する。加水分解が起きてよいために、独立した加水分解触媒コンバータは、全く必要とされなくてもよい。そして、その代わりに、他の排ガス処理コンポーネントにおいて、加水分解を許容するコーティングを提供することは、可能である。これの１つの例は、鉄−ゼオライト・コーティングである。鉄−ゼオライト・コーティングは、例えば、還元剤によって酸化窒素を変換するためのＳＣＲ触媒コンバータに存在してもよい。この変換反応は、鉄−ゼオライト・コーティングによって同様に触媒作用を及ぼされる。還元剤前駆体の熱分解の開始のための明白な温度限界は、しばしばない。熱分解は、還元剤の加水分解と同時に、広い温度範囲に亘って起こる。

特に、最小限の温度限界は、液体還元剤が蒸発することを確実にするために選択される。還元剤が排ガス処理装置において活性化するために化学的に変換される必要がなくて、液体の集合状態からガス状の集合状態に変換されることだけを必要とする場合、方法の処理は、特に有利である。例えば、尿素−水溶液のような還元剤前駆体の場合、熱分解および／または加水分解による少なくとも部分的な変換は、気化と平行してすでに行われてもよい。

上記のとおり、最小限の温度限界を上回る排ガスの温度を達成するための加熱は、ステップ（ｃ）（換言すれば還元剤の送給）の前に、の間に、の後に、両方とも起こることができる。ここで、特に、排ガスの温度の点検の他に、ステップ（ａ）および（ｂ）の結果を組み込むことも、可能である。すでに前述したように、尿素−水溶液の加水分解のための必要な温度は、アンモニアおよび二酸化窒素の存在により減少してもよい。加熱は、したがって、少なくとも１つの貯留部の充填レベルに調整されることができる。これは、特に貯留部の低い充填レベルについては、排ガスの温度が、貯留部の充填レベルが高いときよりも加熱によってさらに上昇することを意味する。

還元剤の送給の間、そして加熱プロセスの間、加熱戦略は、加水分解モデルによってモニタされることも好ましい。この種の加水分解モデルは、加水分解マップの形で制御装置において保管されることができる。加水分解モデルは、エネルギーモデルにリンクされてよい。その結果、エネルギーモデルにおいて考慮されるすべてのパラメータは、加水分解モデルにおいて考慮されることもできる。加水分解モデルは、加水分解に貢献する状況が全ての加熱プロセスおよび全ての送給プロセスを通して優勢であるかどうかモニタするために役立つ。１つの単純な実施形態は、十分に高い温度が全ての送給プロセスを通して排ガス処理装置において優勢であるかどうかモニタする。還元剤が変換されて、そして、変換されないかまたは部分的に変換された還元剤の堆積が排ガス処理装置で起こらないことを確実にすることは、したがって可能である。エネルギーの量は、堆積を防止するために分析される。

温度があまりに急激に低下する場合、排ガス処理装置の優勢な温度の直接的モニタは、しばしば、還元剤の送給がすぐに中断されることを確実にするのに十分早く実行されることができないので、この種の加水分解モデルは、特に有利である。排ガス処理装置における使用に適している（安価な）温度センサは、多くの場合あまりにも遅い。

エネルギーモデルと、そして還元剤（特に尿素）の堆積の回避と関連して、ウォーターハンマを回避することは、特に重要である。内燃機関を始動直後にこれがまだ非常に冷たい場合、ウォーターハンマは、排ガス処理装置で起こる。排ガスに含まれる水蒸気は、それから、排ガス処理装置において凝縮する。ウォーターハンマの１つの特に負の効果は、これが排ガス処理装置のセンサ（特に温度センサおよびラムダプローブ）の反応時間を非常に遅らせるということである。熱力学モデルが働くために、したがって、ウォーターハンマを回避することは、有利である。これは、低温始動フェーズの間、ウォーターハンマが排ガス処理装置で起こらないというような方法で排ガス処理装置のヒータを作動することによって、実行されることができる。

エネルギーモデルのために、エネルギーフローが正確に公知であることは、有利である。この目的のために、温度センサの正確な測定は、特に欠かせない。ウォーターハンマが上記の方法で回避される場合、温度センサの精度は、かなり向上することができる。さらに、水蒸気の凝縮は、排ガス処理装置内のエネルギーをかなり変化させる。それは、熱エネルギーの相当量は凝縮によって解放されるからである。これは、また、エネルギーモデルをゆがめて、ウォーターハンマの形成を一般に回避することによって回避されなければならない。

方法のさらに有利な実施形態において、少なくとも１つのヒータによる加熱は、ステップ（ａ）の前にまたは後に起こる。その結果、排ガスの温度は、還元のための必要な最低温度と信頼性が高い最高温度との間にある。

すでに前述したように、還元のための必要な最低温度は、主にガス状の形のアンモニアの存在に依存する。貯留部の充填レベルが高いときに加水分解の温度を低下させる趣旨で、少なくとも１つの貯留部の充填レベルを最初に点検すること（ステップ（ａ））、そしてそれからだけ加熱を続行することは、特に望ましい。例えば算出によって、少なくとも１つの貯留部の充填レベルが既知である場合、方法による任意の点検動作にかかわりなく加熱によって最低温度と最高温度との間に排ガスの温度を維持することは、可能である。排ガス処理装置およびヒータの設計に応じて、信頼性の高い最高動作温度を上回らないことを確実にするために、常に配慮されなければならない。これは、特に、排ガス処理装置（還元剤の気化および／または還元剤の加水分解および／または還元剤の熱分解および／または還元剤による酸化窒素の還元）の所望のプロセスが自発的に行われることができる温度に関する。

本発明による方法のさらに有利な実施形態において、排ガスの温度が前記還元剤の沸騰する温度に少なくとも等しいかまたはそれよりも高いとき、還元剤は、液体状態において送給される。

還元剤の沸騰する温度に達するとき、液体還元剤は、排ガスにおいて自発的に蒸発することができる。この場合、（さらなる）加熱エネルギーは、必要ない。送給される還元剤の量は、（低い）排ガスの質量流れの異なった冷却をもたらさなければならないが、しかし、加熱は、同時に続いてもよい。

しかしながら、全体として、低負荷範囲の加熱のせいで、熱が特定の効率を有する排ガスに同様に送給されることができる点に留意する必要がある。これは、特に、ヒータの冷却がしたがって高い質量流れにより防止され得るからである。低負荷範囲において、排ガスの質量流れは、低い。低負荷範囲において、ヒータは、したがって、排ガスの比較的少ない量だけを加熱しなければならない。低負荷範囲において、したがって、質量流れを加熱するための、そして排ガスの温度を上昇するための必要な熱エネルギーは、特に低い。

多くの場合、ヒータによって達成されることができる最高温度には、上限がある。低負荷範囲の排ガスフローの温度が通常の負荷範囲の温度よりも低い場合、排ガスとヒータの最高温度との間の温度差は、したがって、そのような場合よりも大きい。増加した温度差は、しかしながら、排ガスのより早い加熱に至る。低い排ガスの温度で、したがって、ヒータの限られた最高温度については、最小限の温度限界は、非常に急速に通過されてよい。

本発明による方法のさらに有利な実施形態において、排ガスの質量流れがもはや低負荷範囲にない場合、または少なくとも１つの貯留部の充填レベルが最大充填レベルを上回る場合、還元剤の送給は、中断される。

排ガスの質量流れが低負荷範囲を残す場合、還元剤の送給は、中断される。加えて、すなわちこれとは別に、充填レベルが最大充填レベルを上回る場合、還元剤の送給は、中断される。この場合、排ガス処理装置の最適動作を許容するために、充分な還元剤が貯留部に存在する。排ガス処理装置の技術的に適切な実施形態において、この種の最大充填レベルは、ほぼ８０％の充填レベルに等しい。排ガス処理装置は、したがって、高負荷範囲でさえ最適に扱うことが可能である。そして、同時に、還元剤は、過剰な周期で送給されない。

これらの中断状況はまた、特に加熱にあてはまる。その結果、加熱は、低負荷範囲を残すうえで直ちに中断される。

方法の有利な実施形態において、低負荷範囲は、排ガスを生成する内燃機関のアイドリングの間、特に発生する。この作動状態において、低い排ガスの質量流れは発生する。その結果、貯留部の加熱および／または補充は、特に効果的であり、そしてエネルギー効率がよい。

ここに記載される応用でさえ、内燃機関の低負荷範囲は、上記の方法の作動パラメータによって特徴づけられることができて、確認されることができる。これらの作動パラメータは、例えば、ＮＯｘの未処置の放出、エンジンの回転速度および／または排ガス再循環ラインの温度である。

方法のさらに有利な実施形態において、内燃機関の低負荷範囲は、ステップ（ｂ）のアイドリング検出手段によって検出される。

この種のアイドリング検出手段は、特に、エンジンの回転速度および／または、排ガス処理装置が接続される内燃機関のシリンダの燃料空気充填を検出することができる。この場合に、内燃機関がアイドリング状態にある場合、低負荷範囲の排ガスフローは、これから確認される。還元剤は、それから送給される。他のパラメータ（例えば、内燃機関の振動または、内燃機関の作動と関連する既存の測定および／または算出手段の結果）を経由して、アイドリング状態の検出が用いられることもできる。

本発明のさらに有利な実施形態は、内燃機関および排ガス処理装置を有する自動車であり、排ガス処理装置は、還元剤用の少なくとも１つの貯留部、および制御装置と共に還元剤用の少なくとも１つの送給装置を備え、制御装置は、本発明の方法を実行する仕組みである。本発明による方法は、例えば、自動車のエンジン制御のソフトウェアの性質を帯びて実施されてよい。そしてそれは、センサと対応して通信しておよび／または送給装置を作動する。

本発明および発明の技術分野は、図を参照して以下でさらに詳細に説明される。図は、特に好適な例示的実施形態を示す。しかしながら、本発明はそれに制限されない。図は概略図であり、同一のコンポーネントは同一の参照番号によって示される。

図１は、本発明による方法を実施するために準備される排ガス処理装置を備える自動車を示す。 図２は、本発明による方法を実施するために準備される代わりの排ガス処理装置を備えるさらなる自動車を示す。 図３は、本発明による方法の作業シーケンスを表すブロック線図を示す。 図４は、本発明による方法のさらなる作業シーケンスを表すさらなるブロック線図を示す。 図５は、本発明による方法のさらなる作業シーケンスを表すさらなるブロック線図を示す。 図６は、本発明による方法の動作中の排ガス処理装置のさまざまなパラメータを表す線図を示す。

図１は、内燃機関２および内燃機関２に接続している排ガス処理装置１を備える自動車１６を表す。排ガス処理装置１は、酸化触媒コンバータ２４、粒子フィルタ２５、ヒータ３、還元剤（例えば尿素水溶液）用の送給装置４、加水分解触媒コンバータ５、貯留部１１、およびＳＣＲ触媒コンバータ６を直列に備える。温度センサ２２は、ＳＣＲ触媒コンバータ６に設けられる。温度センサ２２は、同様に加水分解触媒コンバータ５に設けられる。還元剤を有する貯留部１１の充填をモニタするために役立つ窒素センサ１３は、貯留部１１に設けられる。送給装置４は、還元剤計量投与システム２３からラインを介して還元剤を供給される。ヒータ３は、温度センサ２２および窒素センサ１３により測定されるデータの関数として、制御装置１７によって制御される。酸化触媒コンバータ２４および粒子フィルタ２５は、内燃機関２の排ガスの前処理として役立つ。必要な場合、送給装置４は、内燃機関２から続く排ガスフローの方向において、粒子フィルタ２５および／または酸化触媒コンバータ２４の上流に配置されてもよい。ヒータ３は、排ガスフローの方向において、粒子フィルタ２５および／または酸化触媒コンバータ２４の上流に配置されてもよい。

図２は、同様に内燃機関２および排ガス処理装置１を備える自動車１６を示す。この排ガス処理装置１において直列に、まず内燃機関２から始まって、還元剤用の送給装置４が設けられる。そしてそれは、還元剤計量投与システム２３によって還元剤を供給される。ヒータ３および排ガス処理コンポーネント３０は、これの後に配置される。さまざまな機能は、排ガス処理コンポーネント３０に組み込まれる。排ガス処理コンポーネント３０は、加水分解触媒コンバータ５、還元剤用の貯留部１１およびＳＣＲ触媒コンバータ６を含む。ＳＣＲ触媒コンバータ６および貯留部１１は、共通のコーティング１９に組み込まれる。コーティング１９は、ＳＣＲ触媒コンバータ６を形成する選択接触還元を促進する構成要素と共に、貯留部１１を形成する還元剤保存構成要素を含む。温度センサ２２および窒素センサ１３は、排ガス処理コンポーネント３０に設けられる。窒素センサ１３は、還元剤を有する貯留部１１の充填を決定するために役立つ。ヒータ３は、温度センサ２２および窒素センサ１３により測定されるデータの関数として、制御装置１７によって制御される。

図３は、本発明による方法のフローチャートを示す。図３は、方法のステップ（ａ）、（ｂ）および（ｃ）を表す。本発明による方法がループの形で繰り返されることもまた、分かり得る。少なくとも１つの貯留部の現在の充填レベルに関してステップ（ａ）を見出すことによれば、ステップ（ｂ）が実行されるか、または、充填レベルが最小限の充填レベルを上回る場合にループはこの点ですでに戻る。充填レベルが最小限の充填レベルを下回る場合、現在の排ガスの質量流れ（ｍａｓｓ ｆｌｏｗ）は、ステップ（ｂ）において点検される。排ガスの質量流れが低負荷範囲にある場合、ステップ（ｃ）は、開始する。そうでない場合、ループは、ステップ（ａ）に戻る。充填レベルおよびステップ（ｃ）で定義するような排ガスの質量流れの状態が満たされる場合、還元剤は、送給される。ループは、次いで、ステップ（ａ）で再び開始する。

図４は、方法においてさらなるステップ（ａ．１）および（ｃ．１）が導入されるという点で、図３と異なる。（ａ．１）において、排ガスの温度は、点検される。ステップ（ｃ．１）において、ヒータは、排ガスフローの排ガスの温度または還元剤を増やす。最小限の温度限界を上回る排ガスの温度がステップ（ａ．１）において検出される場合、方法は、図３のステップ（ａ）および（ｂ）に関しては同様に再びステップ（ａ）に戻る。排ガスの温度が最小限の温度限界を下回る場合、排ガスの温度は、ステップ（ｃ．１）の加熱によって上昇する。温度が最小限の温度限界を上回るとすぐに、方法は、ステップ（ａ．１）に戻る。

図５は、本発明による方法のさらなるフローチャートを示す。方法のうちのステップ（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ａ．１）、（ｃ．１）は、図３および図４から既知である。方法のうちのステップ（ｃ．２）は、排ガスの質量流れが低負荷範囲にあるかどうか点検する。方法のうちのステップ（ｃ．３）は、貯留部の充填レベルが最大充填レベルを上回るかどうか点検する。図５に表されるフローチャートにおいて、方法のうちのステップ（ａ）、（ｂ）、（ａ．１）、（ｃ．１）は、平行に実行されて、そして、ステップ（ｃ）が開始される各場合において限界値点検の正の結果を与える。ステップ（ｃ）が動作するとすぐに、方法のうちのステップ（ｃ．２）、（ｃ．３）は、平行に実行される。排ガスの質量流れがまだ低負荷範囲にあり、そして、充填レベルがまだ最大充填レベルを下回っている場合、ステップ（ｃ）は、実行され続ける。（ｃ．２）または（ｃ．３）のいずれかがもはや満たされない場合、ステップ（ａ）、（ｂ）、（ａ．１）および（ｃ．１）を含む平行な方法は、実行されて、そして方法は、最初から再び開始される。

図６は、本発明による方法の動作中、排ガス処理装置のさまざまな作動パラメータを表す線図を示す。これにおいて、線図の横軸は、時間軸２７である。縦軸は、３つの機能を有する。一方でそれは、排ガス処理装置を通る質量流れ９を表すための質量流れ軸１４として役立つ。質量流れ９は、排ガス処理装置が接続される内燃機関において消費される燃料および空気の量によって実質的に決定される。

縦軸は、さらに、排ガス処理装置内の温度７を表すための温度軸２８として役立つ。線図において、排ガス処理装置の運転開始フェーズ１８は、時間軸２７を通じて最初に表される。運転開始フェーズ１８において、温度７は、最初はまだ非常に低くて、急上昇する。

加えて、縦軸は、還元剤用のまたは還元剤前駆体用の貯留部の充填２１を表すための充填軸１５として役立つ。これは、特にアンモニアを有するアンモニア貯留部触媒コンバータの充填２１に関する。

運転開始フェーズ１８が終わるとすぐに、排ガス処理装置は、貯留部に保存される還元剤またはアンモニアを消費する。運転開始フェーズ１８後の貯留部の充填２１は、したがって、最初は連続的に下がる。排ガス処理装置の作動中のさまざまな期間において、排ガス処理装置への還元剤の送給２９は、起こる。これらの期間において、貯留部の充填２１は、再び増加する。特に、以下の３つの条件が満たされる場合、還元剤の送給２９は、これにより起こる。第１の条件として、貯留部の充填２１が最小限の保存量１２を下回ったかどうかは、点検される。第２の条件として、排ガス処理装置を通る質量流れ９が低いかどうかは、点検される。これは、概して、線図にマークされる低負荷フェーズ１０の場合である。低負荷フェーズ１０は、好ましくは、排ガス処理装置に接続された内燃機関がアイドリングしているアイドリングフェーズである。第３の条件として、排ガス処理装置内の温度７が温度限界８よりも大きいかどうかは、点検される。なぜなら、それからだけ、還元剤が貯留部にうまく保存されることもできるからである。第１および第２の条件が満たされるが、第３の条件が満たされない場合、加熱プロセス２６は、実施されてよい。これは、温度限界８を上回って温度７を上昇させるのに役立つ。この加熱プロセス２６の間、質量流れ９が特に低いので、加熱プロセス２６は、特に迅速に、そして特に熱エネルギーをほとんど伴わずに温度７を上昇させる。加熱プロセス２６によって第３の条件も満たされるとすぐに、還元剤の送給２９は、起こることができる。特に、充填２１が最大保存量２０を達成したとき、送給２９は終了する。

本発明は、これにより、現状技術と関連して記載されている技術的課題を少なくとも部分的に解決する。特に、方法は、内燃機関の非常に頻繁な負荷サイクルの場合でさえＳＣＲ法によって酸化窒素の信頼性の高い変換を可能にする、排ガス処理装置を作動するために特定された。さらに、還元剤の添加のための特に有効でかつエネルギー効率の良い（特に、排気システムの中の還元剤の中間貯留部に対応する適度の経費で還元剤を供給する）戦略は、特定された。

１…排ガス処理装置
２…内燃機関
３…ヒータ
４…送給装置
５…加水分解触媒コンバータ
６…ＳＣＲ触媒コンバータ
７…温度
８…温度限界
９…質量流れ
１０…低負荷フェーズ
１１…貯留部
１２…最小保存量
１３…窒素センサ
１４…質量流れ軸
１５…充填軸
１６…自動車
１７…制御装置
１８…運転開始フェーズ
１９…コーティング
２０…最大保存量
２１…充填
２２…温度センサ
２３…還元剤計量投与システム
２４…酸化触媒コンバータ
２５…粒子フィルタ
２６…加熱プロセス
２７…時間軸
２８…温度軸
２９…送給
３０…排ガス処理コンポーネント

Claims (11)

1. 還元剤用の少なくとも１つの貯留部（１１）、および還元剤用の少なくとも１つの送給装置（４）を有する排ガス処理装置（１）を作動する方法であって：
   （ａ）少なくとも１つの前記貯留部（１１）の充填レベルを点検するステップ；
   （ｂ）現在の排ガスの質量流れを点検するステップ；
   （ｃ）少なくとも１つの前記貯留部（１１）の前記充填レベルが最小限の充填レベルを下回り、かつ、前記排ガスの質量流れが低負荷範囲にある場合、還元剤を送給するステップ；
   を少なくとも含む方法。
2. 還元剤がステップ（ｃ）において送給されるかどうか決定するために、ステップ（ｃ）に先立ち、ステップ（ｂ）において点検される前記現在の排ガスの質量流れは、エネルギーモデルによって評価される、請求項１に記載の方法。
3. 以下の動作のうちの少なくとも１つがステップ（ｃ）において実行されるかどうか決定するために、ステップ（ｃ）に先立ち、ステップ（ｂ）において点検される前記現在の排ガスの質量流れ、およびヒータの点検される影響する変数は、エネルギーモデルによって評価される、請求項２に記載の方法：
   少なくとも前記排ガスフローまたは前記還元剤の加熱、および、
   還元剤の送給。
4. 還元剤の量が送給されるときに、少なくとも１つの化学的または物理的反応によって生成されるエネルギー量のエネルギーモデルにおいても評価される、請求項２または３に記載の方法。
5. 前記排ガス処理装置は、少なくとも１つのヒータ（３）を備え、方法は：
   ステップ（ｃ）に先立ち、前記排ガスの温度を点検するステップ；
   前記排ガスの温度が最小限の温度限界を下回る場合、少なくとも前記排ガスフローまたは前記還元剤を前記少なくとも１つのヒータ（３）で加熱するステップ；
   をさらに含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
6. 前記加熱は、前記少なくとも１つのヒータ（３）によって実行されて、前記排ガスの温度は、前記還元剤のための必要な最低温度と信頼性の高い最高温度との間に位置する、請求項５に記載の方法。
7. 前記排ガスの温度が前記還元剤の沸騰する温度に少なくとも等しいとき、前記還元剤は、液体状態において送給される、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
8. 前記排ガスの質量流れがもはや前記低負荷範囲にないか、または、前記少なくとも１つの貯留部（１１）の前記充填レベルが最大充填レベルを上回る場合、還元剤の前記送給は、中断される、請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
9. 前記低負荷範囲は、排ガスを生成する内燃機関（２）のアイドリング中に発生する、請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
10. 内燃機関（２）の前記低負荷範囲は、ステップ（ｂ）のアイドリング検出手段によって検出される、請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
11. 内燃機関（２）および排ガス処理装置（１）を有し、前記排ガス処理装置（１）は、還元剤用の少なくとも１つの貯留部（１１）、および制御装置（１７）と共に還元剤用の少なくとも１つの送給装置（４）を備え、前記制御装置（１７）は、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法を実行する仕組みである、自動車（１６）。

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