JP2014514496A - Ｓｃｒ分注ユニットを作動する方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、内燃機関３の排ガス浄化用の排ガス処理装置２に還元剤を計量して供給するための計量供給ユニット１を作動する方法であって、計量供給ユニット１は、少なくとも１つの送給ポンプ４および少なくとも１つのインジェクタ５を備え、さらに、送給ポンプ４からインジェクタ５まで還元剤を導くライン部分６を備える方法に関する。方法において、計量供給ユニット１は、排ガス処理装置２に還元剤を計量して供給するために最初に作動される。次いで、計量供給ユニット１は、作動停止される。その後、少なくとも第１の期間８の間、大気圧よりも高い第１の圧力７は、ライン部分６において維持される。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の排ガス浄化用の排ガス処理装置に還元剤を分注するための分注ユニットを作動する方法に関する。

近年では、排ガス中の特定の汚染物質成分の還元のための還元剤が供給される排ガス処理装置は、ますます広範囲にわたって使用されている。排ガス処理装置は、それによって選択触媒還元［ＳＣＲプロセス］のプロセスが実行されるようにして、特にしばしば使用される。前記プロセスにおいて、排ガス中の酸化窒素化合物は、還元剤を用いて減少し、非有害な成分（例えば二酸化炭素、水および窒素）を形成する。アンモニアは、還元剤としてしばしば用いられる。アンモニアは、通常、直接でなくむしろ還元剤前駆体溶液の形で自動車両に格納される。そしてそれは、次いで、還元剤を形成するために、排ガス中でまたは排ガスの外側で変換される。特に多用されるこの種の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パーセントの尿素−水溶液は、例えば、商品名ＡｄＢｌｕｅ（登録商標）の下で利用できる。用語「還元剤」および「還元剤前駆体溶液」は、以下、互いに同義的に用いられる。特に、還元剤前駆体溶液は、還元剤とも呼ばれる。

排ガス処理装置に還元剤を送給するために、還元剤タンクから排ガス処理装置へと還元剤を送給する分注ユニットは、使用されてよい。この種の分注ユニットの課題は、内燃機関または、内燃機関および分注ユニットが用いられる自動車両が停止されるときに、分注ユニットの非活性化が可能なことである。この文脈において、３２．５％の尿素−水溶液が約−１１℃で凍結することは、考慮に入れられなければならない。この種の低温は、自動車両の作動中に、特に冬の比較的長い停止期間中に、発生してよい。凍結するとき、還元剤の量は変化する。これは、例えば、高感度ポンプおよび／または高感度バルブを有する分注ユニットに損傷を与える可能性がある。

これを出発点として、還元剤のための分注ユニットの非活性化にともなう先行技術に関連してここで強調される課題を解決するかまたは少なくとも軽減することは、特に本発明の目的である。それは、特に、還元剤のための分注ユニットの非活性化（および／または休止状態−「待機中」に置く）のための特に有利な方法を特定しようとする。

前記目的は、請求項１の特徴による方法によって達成される。さらに有利な方法の実施は、従属請求項において特定される。請求項において個々に特定される特徴は、いかなる所望の技術的に意味がある仕方でも互いに組み合わされてよく、そして、強調される本発明の別の実施形態についての記述から説明的な事実によって補充されてよい。

本発明は、内燃機関の排ガス浄化用の排ガス処理装置に還元剤を分注するための分注ユニットを作動する方法であって、分注ユニットは、少なくとも１つの送給ポンプおよび少なくとも１つのインジェクタ、ならびに、少なくとも１つの送給ポンプから少なくとも１つのインジェクタまで還元剤を導く少なくとも１つのライン部分をも有し、
（ａ）排ガス処理装置に還元剤を分注するために分注ユニットを作動するステップ、
（ｂ）分注ユニットを非活性化するステップ、
（ｃ）少なくとも１つの第１の期間の間、ライン部分において大気圧よりも高い第１の圧力を維持するステップ、
を少なくとも有する方法に関する。

この種の分注ユニットは、還元剤タンクから送給ポンプまで延びる吸入ライン部分をさらに有してよい。還元剤は、還元剤タンクに保存される。送給ポンプは、前記吸入ライン部分を通って還元剤タンクから還元剤を吸い込むことができる。定義済みの圧力上昇は、送給ポンプにおいて起こる。そうすると、作動の間、還元剤は、定義済み作動圧でライン部分に存在する。ライン部分の還元剤は、次いで、インジェクタを介して排ガス処理装置に出力される。したがって、ライン部分は、加圧した還元剤のためのアキュムレータとしても好ましくは役立つ。作動の間、還元剤がライン部分の定義済みの圧力（作動圧）である（すなわちステップ（ａ）でもある）場合、排ガス処理装置に供給される還元剤の量は、インジェクタの開放時間によって制御されることができる。

換言すれば、ステップ（ａ）はまた、したがって、特に、少なくとも次のプロセスを含む。
−例えばインジェクタ、送給ポンプ、センサ、バルブ、制御ユニットなどの電気的コンポーネント（への電流の供給）の活性化、
−還元剤の状態パラメータ（温度、圧力など）の決定、
−排ガス処理装置に還元剤の量を分注するための送給要求の決定、
−送給ポンプによるインジェクタへのライン部分における作動圧の設定、
−インジェクタの作動（例えばバルブの開閉）、
−コンポーネント（ライン部分、インジェクタ、送給ポンプなど）の加熱または冷却。したがって、ステップ（ａ）は、特に所定の作動圧まで、少なくとも１回、ライン部分の重要な圧力上昇を含む。

ステップ（ｂ）による分注ユニットの非活性化の間、特に、以下のプロセスは、実行されるかまたは開始されることができる。
−例えばインジェクタ、送給ポンプ、センサ、バルブ、制御ユニットなどの電気的コンポーネント（への電流供給の中断）の非活性化、
−コンポーネント（ライン部分、インジェクタ、送給ポンプなど）の加熱／冷却の非活性化、
−還元剤および／または環境の状態パラメータ（温度、圧力など）の決定。

分注ユニットの作動の後、高圧が送給ポンプからインジェクタまでのライン部分において一定期間最初に維持される場合には、分注ユニットの非活性化にともなう上述した強調される課題が回避され得ることが、驚くべきことに分かった。ここで、前記第１の圧力は、特に、作動圧（上限）から大気圧（下限）より上までの範囲にある。分注ユニットのコンポーネントの（一部の）非活性化にともなって、貯留容積が部分的に満たされることまたは空にされることもでき、および／または、還元剤タンクへの戻り流れが実行されることができるので、前記第１の圧力は、通常、作動圧よりも低い。とにかく、非活性化の間、第１の圧力を設定するために送給ポンプを再び活性化することは、通常、必要ない。

第１の圧力がまだ維持される第１の期間は、ステップ（ｂ）の非活性化の時間に好ましくは直接続く。ここで、第１の圧力が一定に維持されることは、必須ではない。しかしながら、圧力低下が発生する可能性は、ライン部分の（単純な）換気に対して（かなり）遅くならなければならない。特に、第１の期間が経過したあと、圧力低下は、より強く、かつより急速に起こる。

第１の圧力が、ステップ（ｃ）の間、２バールよりも高いことは、特に好ましい。第１の圧力は、好ましくは３バールよりさえも高く、特に好ましくは５バールよりさえも高い。

方法の１つの特に好ましい実施形態では、第１の圧力は、ステップ（ｃ）の間、少なくとも８バールでさえある。第１の圧力は、１５バール以上に、または２０バール以上にさえ上昇されることも可能である。

さらに、ステップ（ｂ）の非活性化の間、第１の圧力への圧力上昇がライン部分において起こる場合、方法は有利である。次いで、第１の圧力は、定期的な作動の間、分注ユニットにおいて優勢な作動圧よりも高い。

作動圧から第１の圧力への圧力上昇は、例えば、ステップ（ｂ）の間の送給ポンプの遅れた非活性化によって、および／またはステップｂ）の間の送給ポンプの再活性化によって達成されてよい。

分注ユニットの非活性化に関連した多くの課題は、分注ユニットのまたはインジェクタの低温が分注ユニットの非活性化の後に直ちに発生しないという事実を伴うことが分かっている。分注ユニットのまたはインジェクタの温度が、非活性化の後に初めに増加さえすることができることすら事実である。ここで、温度の蓄積は、排ガス処理装置においておよび／またはインジェクタで発生することができる。これはまた、分注ユニットの非活性化がインジェクタの冷却の除去も正常に伴うという事実に起因し得る。還元剤のためのインジェクタは、例えば、自動車両の走行風（ｒｅｌａｔｉｖｅ ｗｉｎｄ）によっても冷やされる。自動車両が駐車されるとき、前記走行風は除去される。分注ユニットが内燃機関のすぐ近く（例えば自動車両のエンジンベイ）に配置される場合、温度の蓄積は、特に共通して発生する。内燃機関が停止されるとき、エンジン室内の温度は、例えば、エンジン冷却の除去のせいで最高１６０℃まで上昇する場合がある。エンジン室内の温度は、次いで、分注ユニットに、そしてライン部分に、直接作用する。

温度の蓄積は、還元剤の（または還元剤前駆体溶液の）水分の蒸発につながる場合がある。温度の蓄積は、還元剤の少なくとも部分的な化学変換に結果としてなる場合もある。温度の蓄積の結果として、還元剤の温度が還元剤の（または還元剤前駆体溶液の）転移温度より上になる場合、これは、特に発生する場合がある。還元剤に溶けた尿素は、次いで、アンモニアおよび／または望ましくない副産物に変換される場合がある。アンモニアは、通常、ガス状で、したがって、気泡を形成する。現在の条件下で、記載されている転換反応は、不可逆的である。そうすると、気体アンモニアは、温度の減少が生じた場合さえ保存される。

非活性化の後の圧力の上昇の結果、還元剤の（または還元剤前駆体溶液の）水分の蒸気温度は、増加することができる。２バールを超える圧力上昇の場合、水分の蒸気温度は、例えば、１２０℃を超えて増加する。還元剤から（または還元剤前駆体溶液から）の水分の蒸発は、次いで、もはや発生しない。圧力上昇の結果、還元剤の（または還元剤前駆体溶液の）転換温度は、増加することもできる。この種の高温が分注ユニットにおけるまたはインジェクタでの温度の蓄積のせいで発生することは、多くの分注ユニットにおいてすでに確かに可能でない。圧力上昇によって、還元剤中の水分が蒸発しないかまたは沸騰しないことを確実にすることは、したがって、非活性化の後でさえ可能である。

第１の期間が経過した後（ステップ（ｄ））だけライン部分上のリリーフバルブが開かれる場合、本発明による方法はまた、有利である。その期間は、好ましくは少なくとも２分、特に好ましくは少なくとも１０分、そして特に好ましくは少なくとも１５分、または特に非常に好ましくは少なくとも２５分でさえある。

第１の期間が経過するとき、排ガス処理装置のおよび分注ユニットの十分な冷却は、すでに起こった。そうすると、分注ユニットの温度の蓄積が発生することは、もはやありえず、そして、還元剤中の水分の蒸発の恐れは、もはやない。

圧力の前記放出に関して、この目的のために、還元剤がライン部分から少なくとも部分的に取り除かれる点に注意されなければならない。この目的のために、還元剤は、還元剤タンクへと、インジェクタへとおよび／または外部の環境（例えば異なる収集容器など）へと導入されてよい。

第１の圧力が送給ポンプによって少なくとも部分的にライン部分において発生することも、好ましい。ライン部分の第１の圧力があまりに早く低下する場合、送給ポンプは、特に再び作動されてよい。この点で、第１の圧力のモニタリングが提供されてよい手段は、次いで、適切な場合、送給ポンプの新たな活性化を開始する。分注ユニットのまたは第１のライン部分のリークがない場合、特に、分注ユニットの定期的な作動の間、送給ポンプによって以前に発生される作動圧に基づいて、第１の圧力は、通常維持される。

方法の改良において、第１の圧力を維持するための少なくとも１つの維持装置がライン部分に設けられることも、提案される。この種の維持部分は、例えば、ライン部分に流体的に接続される弾性エレメントとして、または弾性ベローズとして、設計されてよい。前記弾性ベローズは、例えば、ライン部分に定義済みの圧力を発生させるかまたは維持するばねによって、負荷されてよい。ライン部分からの還元剤のリークが起こる場合でさえ、この種の維持手段は、次いで、定義済みの仕方で第１の圧力を維持する。

維持装置は、少なくとも１つの圧力センサ、送給ポンプおよび少なくとも１つの制御ユニットを備えてよい。前記タイプの維持装置において、制御ユニットは、（あらかじめ定義された）第１の圧力が維持されるように、送給ポンプを好ましくは制御する。ライン部分の圧力が第１の圧力以下に低下することが圧力センサで検出される場合、ポンプは、好ましくは作動する。ライン部分の圧力が第１の圧力に達するとき、ポンプは、好ましくは再び停止する。

方法のさらに有利な実施形態において、分注ユニットは、ライン部分を冷やすためのおよび／またはインジェクタを冷やすための冷却装置を有する。前記冷却装置は、好ましくはステップ（ｃ）の間（特に分注ユニットの非活性化の後も）の期間、作動され続ける。前記期間は、好ましくは第１の期間に対応する。したがって、温度の蓄積がライン部分においておよび／またはインジェクタで発生するのを防止することが、加えて可能である。冷却装置は、ライン部分および／またはインジェクタを電気的に冷却するペルチェ・エレメントを用いて形成されてよい。しかしながら、冷却装置が電気的冷却装置であることは、好ましい。

方法は、内燃機関のスタート・ストップ状況の存在下で、好ましくは実行される。次いで、ステップ（ｂ）の間、排ガス処理装置および内燃機関が停止されることは、好ましい。

この点について、内燃機関がスタート・ストップ状況の終了後に再活性化するまで、ライン部分の第１の圧力が少なくとも維持されるように、第１の期間が定められる場合、それは特に有利である。

（内燃機関のおよび／または自動車両の）スタート・ストップ状況は、自動車両または内燃機関が比較的長い期間中シャットダウンされなくて、むしろ作動中に短い休止があるのみである状況に、特に関連する。ここで、作動中の短い休止（例えば、５分未満、２分未満または１分未満さえ）の後に内燃機関の再活性化が起こることは、明らかでおよび／または周知である。自動車両において、この種のスタート・ストップ状況は、例えば、燃料消費を減らすためにエンジン制御装置によってトリガされる（内燃機関の非活性化を開始する）ストップ信号によって、特徴づけられてよい。内燃機関が活性化される（起動されるかまたはクランクで連結される）べきかおよび／または非活性化される（停止される）べきかについてユーザが特定するイグニッション（または点火ロック）によって、ストップ信号は、特にトリガされない。内燃機関の点火は、スタート・ストップ状況の間、典型的に起動する。スタート・ストップ状況のためのストップ信号は、例えば、交通信号で停止するときに自動車両によって、または内燃機関の要求される負荷が無い結果として、代わりにトリガされる。

スタート・ストップ状況と非常に類似していて、記載されている方法が代わりにまたは加えて実施することができる状況は、自動車両が移動していて、自動車両の内燃機関がそれにもかかわらず非活性である自動車両の運転状況である。これは、例えば、自動車両がいわゆるオーバーランモードとして駆動力なし（または惰力運転）で転がっているおよび／または制動している運転状況でもよい。ハイブリッド駆動装置（内燃機関および電気駆動装置を有する複合駆動装置）を有する自動車両の場合、この種の運転状況はまた、内燃機関が一時的に停止して、自動車両が電気駆動装置だけによって駆動される場合に起こる。

内燃機関を有し、内燃機関の排ガス浄化用の排ガス処理装置を有し、本発明による方法により作動されるように設計される分注ユニットを有する自動車両もまた、本発明の文脈の範囲内で提唱される。特に、分注ユニットは、前記方法の実行を制御するソフトウェアを含むコントローラと相互作用してよい。

本発明および発明の技術分野は、図に基づい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。特に、図および特に図のプロポーションは、単に模式的なだけである点に注意を要する。

図１は、分注ユニットを有する自動車両を示す。 図２は、本発明による方法の設計変形のフロー線図を示す。 図３は、本発明による方法のさらなる設計変形のフロー線図を示す。

図１は、内燃機関３および、内燃機関３の排ガス浄化用の排ガス処理装置２を有する自動車両１１を示す。さらに、自動車両１１は、分注ユニット１を有する。排ガス処理装置２（例えば排気ライン）上には、インジェクタ５が設けられ、インジェクタ５によって、還元剤（例えば尿素−水溶液）は、排ガス処理装置２または排ガスに供給されることができる。還元剤は、分注ユニット１によって、還元剤タンク１４からインジェクタ５に供給される。排ガス処理装置２内にはまた、ＳＣＲ触媒コンバータ１２が設けられ、ＳＣＲ触媒コンバータ１２において、選択接触還元のプロセスは、インジェクタ５によって供給される還元剤を用いて実行されることができる。分注ユニット１は、送給ポンプ４を有し、そして、送給ポンプ４からインジェクタ５まで延びるライン部分６を有する。リリーフバルブ９は、ライン部分６上に配置される。ライン部分６が圧力を取り除かれるべき場合に、リリーフバルブ９は、開かれることができる。次いで、還元剤は、ライン部分６から出て、戻りライン１３を通って還元剤タンク１４へと戻ることができる。加えて、ライン部分６上には、維持装置１０が設けられ、維持装置１０は、ライン部分６における定義済みの圧力を維持するように設計される。本発明による方法を実行するために、送給ポンプおよびリリーフバルブ９は、前記方法を実行するためのルーチンを実施するコントローラ１６に接続されてよい。送給ポンプ４が還元剤タンク１４から還元剤を抽出することができるために、吸入ライン部分１５は、送給ポンプ４から還元剤タンク１４まで延びる。

図２は、本発明による方法の実行中に分注ユニットのライン部分に広がる圧力の図とともに、本発明による方法のフロー線図を示す。線図において、ライン部分の圧力は、圧力軸１９対時間軸２０上にプロットされる。方法ステップ（ａ）の間、分注ユニットが作動中であるときに、作動圧１７は、ライン部分に広がる。分注ユニットの非活性化が、ステップ（ｂ）の間、起こる。次いで、ライン部分の圧力は、第１の圧力７に低下することができる。しかしながら、第１の圧力７は、作動圧１７に等しい大きさであってもよい。第１の圧力７は、第１の期間８の間、ステップ（ｃ）の間、好ましくは維持される。第１の期間８が経過したときに、圧力の解放は、方法ステップ（ｄ）において起こることができる。そうすると、大気圧１８だけがライン部分に広がる。方法ステップ（ｄ）は、本発明による方法の実行のためにいやおうなしに必要ではない。

図３は、方法の実行中に分注ユニットのライン部分に広がる圧力の図とともに、本発明による方法のさらなる設計変形のフロー線図を示す。線図において、ライン部分の圧力は、圧力軸１９対時間軸２０上にプロットされる。方法ステップ（ａ）の間、分注ユニットが作動中であるときに、作動圧１７は、ライン部分に広がる。分注ユニットの非活性化が、ステップ（ｂ）の間、起こる。（作動圧１７から）第１の圧力７へのライン部分の圧力の上昇も、ここで起こる。これは、例えば、送給ポンプの作動の継続によっておよび／またはステップ（ｂ）の間の分注ユニットの送給ポンプの再活性化によって、達成されてよい。第１の圧力７は、第１の期間８の間、ステップ（ｃ）の間、好ましくは維持される。第１の期間８の長さは、固定的にあらかじめ定義される必要はない。ステップ（ｃ）の間、第１の圧力７を維持するための手段が無制限の時間の間起動したままであることは可能であり、そして、（例えば戻りおよび／または分注バルブの圧力損失のせいで）遅いステージでのみ圧力が低下し始めることは可能である。

したがって、特に、還元剤のための分注ユニットの非活性化に伴う課題が少なくとも部分的に除去される技術的に驚くほど単純な解決は、目下特定された。

１…分注ユニット
２…排ガス処理装置
３…内燃機関
４…送給ポンプ
５…インジェクタ
６…ライン部分
７…第１の圧力
８…第１の期間
９…リリーフバルブ
１０…維持装置
１１…自動車両
１２…ＳＣＲ触媒コンバータ
１３…戻りライン
１４…還元剤タンク
１５…吸入ライン部分
１６…コントローラ
１７…作動圧
１８…大気圧
１９…圧力軸
２０…時間軸

Claims (10)

1. 内燃機関（３）の排ガス浄化用の排ガス処理装置（２）に還元剤を分注するための分注ユニット（１）を作動する方法であって、前記分注ユニット（１）は、少なくとも１つの送給ポンプ（４）および少なくとも１つのインジェクタ（５）、ならびに、前記少なくとも１つの送給ポンプ（４）から前記少なくとも１つのインジェクタ（５）まで還元剤を導く少なくとも１つのライン部分（６）をも有し、
   （ａ）前記排ガス処理装置（２）に還元剤を分注するために前記分注ユニット（１）を作動するステップ、
   （ｂ）前記分注ユニット（１）を非活性化するステップ、
   （ｃ）少なくとも１つの第１の期間（８）の間、前記ライン部分（６）において大気圧よりも高い第１の圧力（７）を維持するステップ、
   を少なくとも有する方法。
2. 前記第１の圧力（７）は、ステップ（ｃ）の間、２バールよりも高い、請求項１に記載の方法。
3. 前記第１の圧力（７）は、ステップ（ｃ）の間、少なくとも８バールである、請求項１に記載の方法。
4. ステップ（ｂ）の前記非活性化の間、前記第１の圧力（７）への圧力上昇は、前記ライン部分（６）において起こる、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記第１の期間（８）が経過した（ステップ（ｄ）あとだけ、前記ライン部分（６）上のリリーフバルブ（９）は、開かれる、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
6. 前記第１の圧力（７）は、少なくとも部分的に前記送給ポンプ（４）によって前記ライン部分（６）に発生する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
7. 前記第１の圧力（７）を維持するための少なくとも１つの維持装置（１０）は、前記ライン部分（６）上に設けられる、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
8. 前記方法は、内燃機関（３）のスタート・ストップ状況の存在下で実行される、請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
9. 前記スタート・ストップ状況の終了後に前記内燃機関（３）が再活性化されるまで、前記ライン部分（６）の前記第１の圧力（７）が少なくとも維持されるように、前記第１の期間は、定義される、請求項８に記載の方法。
10. 内燃機関（３）を有して、前記内燃機関（３）の排ガス浄化用の排ガス処理装置（２）を有して、請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法により作動されるように設計される分注ユニット（１）を有する自動車両（１１）。

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