JP3697668B2 - 排気ガス浄化装置、その作動方法、及びその監視方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＳＣＲ触媒コンバータ内で、アンモニアにより、特に自動車用の内燃機関からの排気ガス内に存在する窒素酸化物の還元を行う排気ガス浄化装置、およびこのタイプの装置の作動方法、および監視方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＳＣＲ触媒コンバータ（選択触媒還元型触媒コンバータ）を用いたタイプの排気ガス浄化装置は公知である（例えば、特許文献１参照）。特に自動車で使用する場合、このタイプの装置は、必要空間、瞬時応答能力、および終始変化する動作条件への適合能力、並びに作動信頼性に関する特定の要求を満たさなければならない。後者の作動信頼性に関して、熱分解によってアンモニアを分離する物質または物質の混合物が、アンモニア供給源として使用されるが、必要とする空間容積の増加を伴う影響がある。なぜなら、還元のために使用されるアンモニアは、出発原料の一部しか構成せず、さらに、瞬時応答能力に関しては、気化したアンモニアのために十分大きな貯蔵容器、または一時的な貯蔵容積が必要となり、これらの全てが対応する作動信頼性条件に関わってくるからである。
【０００３】
【特許文献１】
ＤＥ ２９７ ０８ ５９１ Ｕ１明細書
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
必要空間を最小限に抑え、瞬時応答能力並びに要求される作動信頼性が提供されるような排気ガス浄化装置、およびこのタイプの装置の作動方法および監視方法を提供する。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、熱が供給されると気体状のアンモニアを放つ充填物を有する圧力容器と、その下流に配置されるＳＣＲ触媒コンバータと、該圧力容器から該ＳＣＲ触媒コンバータへのバイパス部に配置される調量装置とを備え、該ＳＣＲ触媒コンバータ内に供給されるアンモニアによって、自動車用の内燃機関からの排気ガス内に存在する窒素酸化物の還元を行う排気ガス浄化装置であって、前記圧力容器は、その充填物として液体アンモニアを有し、前記調量装置は気密性を有する圧力監視型ハウジング内に配置される、排気ガス浄化装置を提供する。圧力容器内においてアンモニアは液化状態（例えば、尿素）で貯蔵され、気体状態に変換されるアンモニアのための調量装置は本質的に気密構造の圧力監視型ハウジング内に配置されるので、装置の容積の有効利用と、作動信頼性確保のための作動監視を同時に実施して、調量制御が可能となる。特に、圧力容器を交換可能な圧力シリンダとして設計する場合に好都合となるので、圧力容器および更なる接続部のための個別の安全保護装置を備えることもできる。加えて、圧力容器に加熱を目的とした熱交換器を付属させること、この熱交換器を、必要ならば、断熱および／または耐圧保持容器として設計することが簡単な方法で可能となるので、この保持容器により、圧力容器を見かけ上二重壁構造にすることができる。
【０００６】
このような配置とともに、熱交換器が内燃機関からの廃熱で加熱されるとき、保持容器を対応する加熱手段を包囲するように設計するか、または、相応しい配置で、加熱手段を保持容器と一体化することも可能であり、いずれの場合も、圧力容器内に液状で貯蔵されたアンモニアの蒸発を熱供給の制御によって制御できる。さらに、内燃機関が作動していないとき圧力容器またはその充填物の温度をより均一にするため、特に、必要であれば、加熱によって、最低温度（触媒を活性化するための最低温度）に維持することに関しても、保持容器が望ましい前提条件を提供する。
【０００７】
加えられる加熱パワーに関して高度な適応性を達成するためには、複数の加熱方式、例えば、冷却回路および排気ガスからの内燃機関の廃熱、および必要ならば、独立した電気加熱手段を組み合わせることが好都合である。特に、排気ガスから熱を誘導するためには、熱輸送はヒートパイプを介しても行えるが、これは特にヒートパイプが限界温度を定めることに関し望ましい熱輸送条件を提供するからである。
【０００８】
保持容器が、なるべくなら、本質的に気密性となるように設計され、必要ならば断熱構造でもある場合、大気圧に対して開放されている、閉じることのできる容器開口部がこの保持容器に配置されていると好都合となる。この開口部は、例えば、必要なら、過度な加熱を防止できるように、熱電対またはバイメタル要素によって、自動的に、特に温度の関数として制御されることができる。さらに、特に断熱構造となっている、保持容器が安全容器を形成するようにすることもできる。
【０００９】
本発明において、特に、交換可能な圧力シリンダの形態において、複数の圧力容器により作動させると好都合であり、これらは、個別に加熱される保持容器内にそれぞれが配置されるのが好ましく、これらの容器を組み合わせて単一ユニットとすることも可能である。このように運ばれる貯蔵物を還元剤に分割すると、別々に、または共通に連結される、必要であれば、加熱に関しても同様な、取扱が容易な装置内で、還元剤を提供できるようにするので、使用されるエネルギーが少なく、全貯蔵容積が大きければ、高応答がその装置によって達成される。
【００１０】
付属されている内燃機関の制動およびオーバーラン運転における、一つあるいは複数の圧力容器の充填物の優先的加熱を達成するために、エンジン制御システムを通じて提供される情報に基づいて対応する制御を行うことも可能である。
【００１１】
本発明において使用される、特にシリンダ状の、交換可能な圧力容器が、配管破断安全装置その下流に、容器弁を備えている。ここで、その容器弁は都合良く、調量装置のハウジングで囲まれているので、適当な制御技術を組み込んでおけば、漏れが起きたり、場合によっては、調量装置に誤動作が起きたりしても、監視機能を実行することも可能であり、これは調量装置それ自体の機能に関しても同様である。
【００１２】
本発明において、また一般的には、還元剤が気体状で触媒コンバータ内に導入されるとき、使用される調量装置は、その作動の、多様な機能にも拘らず、簡単な構成を有しており、特に圧力センサによる、圧力把握手段が調量弁の両側に配置されるとき、通路の方向に容器弁から始まって、遮断弁、一時貯蔵器、および調量弁を、包含している。なるべくならば、調量弁の上流に設置され、一時貯蔵器の下流に置かれた圧力センサの下流に温度センサが、配置されることが好ましい。
【００１３】
特に、本発明の枠内において、次の法則に対応して、
【００１４】
【数１】
【００１５】
圧力ピックアップとして使用される圧力センサの一つを温度ピックアップに置き換えるために、圧力降下に対応して生ずる熱発生に基づき、オリフィスとしての調量弁に発生する圧力差を利用することも可能となる。特に、排気ガス浄化を目的とした本発明の要求通りの装置に、いずれにしても、圧力容器の充填レベルを監視し、調量装置を制御し、漏れや動作不良に関して監視する、電子評価・制御ユニットが付属させられる。圧力ピックアップの代わりに温度ピックアップを使用すると、装置がより簡単になり、そのコストも減少する。
【００１６】
調量装置の漏れを監視するため、調量装置のハウジングにも圧力センサを配置すれば、特に接続配管も含む調量装置の個々の要素の全てを大気圧への漏れに関して監視することができる。
【００１７】
圧力容器を介して、好ましくは内燃機関の運転条件の関数として気体アンモニアの供給を制御しているにも拘らず調量弁に作用し、その作動に影響を及ぼす圧力変動を防ぐことができないが、本発明に従って、遮断弁と相互に作用する一時貯蔵器によって均一化することができる。加えて、一時貯蔵器は、システムの監視および機能チェックに関して、有利な可能性も提供してくれる。
【００１８】
本発明の更なる詳細や特徴は、請求項と、後述の本発明に従った装置の模式図から明らかになる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
示された実施形態において、１は自動車の駆動源として使用される内燃機関、特にディーゼル内燃機関を示し、これに制御装置２が付属させられ、制御装置を介して、エンジン機能が車両側および／またはエンジン側で検知された特性変数の関数として公知の方法で制御される。
【００２０】
排気ガスを導くために、内燃機関１に排気システム３が付属させられ、排気ガス内に存在する窒素酸化物を還元するためのいわゆるＳＣＲ触媒コンバータ４が置かれている、この触媒コンバータ４は還元剤としての気体アンモニアによる作用を受ける。触媒コンバータ４への気体アンモニアの供給は、模式図において、触媒コンバータ４の上流で、排気システムに合流している調量配管５を介して調量される。調量配管は、調量装置６へのバイパス部に配置され、そこで最初は圧力容器７内で液状であるアンモニアは、内燃機関１の運転条件の関数としての排気ガス量に対応して、必要な分量を加熱によって気体状態に変換後、調量装置内で調量される。このために、調量装置６に評価・制御ユニット８が付属させられ、その中で、９で示される排気ガス浄化装置全体の関連データが、制御装置２によって記録された内燃機関の運転データと結びつけられ、調量装置６のための、必要なら、圧力容器７および／またはその充填物の加熱のための、制御コマンドに変換される。加えて、評価・制御ユニット８を介して、廃棄ガス浄化装置９を、特に調量装置６の機能に関して、並びに装置９の機能信頼性および作動信頼性に影響を及ぼし得る何らかの漏れがあるかどうか検査することにより、調量装置６の各要素を制御することが可能となる。
【００２１】
模式図において、触媒コンバータ４の構造は、公知の実施形態のものに相当するので、その輪郭のみを示している。
【００２２】
圧力容器７に関しても、模式図でのみ描かれており、その図から、圧力容器７、例えば、従来の圧力シリンダが、保持容器１０の内側に配置されていることが分かり、その保持容器１０は、好ましくは耐圧性を持ち、圧力容器７を包囲し、保持容器１０を断熱および／または加熱カバーにすることも可能であり、必要ならば、そのカバーは、熱交換器機能を果たすか、または外部供給熱によって圧力容器７を加熱させるようにする熱伝導装置がそれに付属させられることも可能である。
【００２３】
この意味において、例えば、矢印１１で示されるように、排気ガス熱を圧力容器７および／またはその充填物を加熱するために使用することが可能である。ここで、例えば、保持容器１０を通過するヒートパイプを介して排気システム３から圧力容器７への熱輸送を行うことが可能となる。保持容器１０に付属させられるヒータコイルによって加熱を実行することも可能となる。それらの部分（同様に図示せず）に対しては、内燃機関１の冷却水回路から熱が供給されることも可能となる。さらに、例えば、電気ヒータコイルを保持容器１０内の放熱器として配置するか、または誘導加熱手段を提供することも可能となる。この際、本発明において、評価・制御装置８によって、このような元々既知の（それ故図示しない）加熱装置を、必要ならば、その他のパラメータの関数として、限界温度および／またはその時々の所望加熱温度を維持するために制御することも可能である。例えば、電気加熱の場合、適応するようにスイッチをオンおよびオフに切り換えるか、またはその加熱電力を制御すること、または冷却回路からの加熱の場合、それらの中を流れる冷却水の量への影響を用いることもできる。
【００２４】
その時々の構造に対応して、保持容器１０は、上述の機能に関係なく、いわば、圧力容器７に対する二重（外筒）として構成されていることができるので、圧力容器７のための付加的安全保護装置を得ることができる、ここで、例えば、実施形態において、評価・制御装置８に連結されているアンモニアに応答するセンサによって、圧力容器の充填物のその時々の物質に関して、圧力容器７で起こりうる漏れを監視することに結びつけて、対応する警告信号を発令することができる。
【００２５】
これはまた、圧力容器７の温度監視を目的としても可能であり、示された実施形態ではまた、保持容器１０に関しても、１２で示されるように、例えば、温度の関数として制御される大気圧への接続部を圧力容器７に付属させられる可能性をを示唆している。参照番号１３では、圧力容器７の出口側に配管破断安全装置が設けられている。これは、運転に必要な出口量が最大値を越えた場合に、応答する公知の家庭用の領域で採用されている配管破断安全装置に似ている。
【００２６】
配管破断安全装置１３に、容器弁１４が接続している容器弁１４は、同じように模式図でのみ示され、その容器弁１４によって圧力容器７と調量装置６との間の接続が行われ、容器弁１４は、圧力容器７への接続部分、またはこれに付属する連結分岐管を有しており、調量装置６のハウジング１５内に位置しているので、一点鎖線によって模式的に示されているハウジング１５を介して、如何なる漏れに対しても継続的に監視されることのできる、調量装置６用の接続部、ネジジョイント、および取付手段の本質的に気密性のあるアタッチメントが造られている。この目的のために、示されるようにハウジング１５には圧力センサ１６が取り付けられる。
【００２７】
調量装置６は、排気システムの方向の下流に次の順序で連続して、遮断弁１７、一時貯蔵器１８、第１の圧力センサ１９、温度センサ２０、調量弁２１、および第２の圧力センサ２２をさらに含んでいる。遮断弁１７および調量弁２１は評価・制御ユニット８によって制御される、特に磁気作動式弁である。センサ１９、２０、２２も相当する方法で評価・制御ユニット８に接続されている。
【００２８】
容器弁１４および遮断弁１７が開くと、一時貯蔵器１８は、アンモニアの圧力容器７の充填物に対応して、気体アンモニアで満たされており、評価・制御ユニット８によりそれぞれの場合で事前設定された、調量配管５を介して排気システム３に送られるガスの量が、調量弁２１を介して調量される。センサ１９および２２は、圧力監視に使用され、結果として生じる圧力降下に従って容積流量を制御でき、調量弁２１へのフィードバックの結果として容積流量に対する補正調節ができる。
【００２９】
調量弁２１の機能に合わせて、比較的低く、均等に、調量弁２１へ圧力をかけるための前提条件は一時貯蔵器を介して、交互に遮断弁１７を開き、調量弁２１を閉じ、一時貯蔵器１８を気体アンモニアで満たすことにより、保証されるので、引き続き、遮断弁１７が閉じると、一定の最小圧力に達するまで、調量弁２１を介して比較的狭い耐圧限度内で、調量配管５または排気システム３内を空にすることができる。その後、一時貯蔵器１８が再び満たされる。
【００３０】
内燃機関１のスイッチを切り車両の運転を停止した時、なるべくなら同様に一時貯臓器１８を排気システム３に至る調量弁２１を介して空にする。これにより内燃機関１を後に再始動するために触媒コンバータ４内にアンモニアの蓄積が与えられ、同様に本発明の範囲内にあり、保持容器１０の断熱設計と共に、時間が限られているとはいえある最低温度に保持容器１０が保持されない限り、周囲温度に基づき、気体アンモニアの生成のために、加熱のための一定の準備時間が必要となる状況においても、触媒コンバータ４を速やかに応答させることができるようになる。
【００３１】
実施形態として、ただ一つの圧力容器７が保持容器１０内に配置された例が示されている。あるいは、個別または組合せにて調量装置６に連結されることのできる複数の圧力容器７が同じ様な配置および構成で提供されることも可能であり、ここで、調量装置６への並列接続が、対応する交換可能性と共に都合良く提供されるので、運転中でも圧力容器７を交換することが可能となる。一つまたはそれ以上の保持容器１０内に個別または共通に配置された複数の圧力容器７を使用することは、例えば、圧力容器を交互に使用することにより個々の圧力容器７のガスの生成における温度関連変動を補償できるようにするため、圧力容器７をアンモニア供給のために交互に利用することが可能になる。
【００３２】
調量装置６の簡単な構造にも拘らず、この調量装置６は、漏れの検出とそれらの要素の機能の監視、即ちセンサの機能の監視および弁の気密性のチェックに関しての広範囲の可能性を提供している。ここで、対応するチェック手順が、評価・制御ユニット８によって、自動的に所定時間間隔で、開始され、実行されることができ、対応する誤動作を、記録し、信号化し、停止あるいは緊急運転に切り換えることにより、起こりうる損傷の影響を制限することができる。
【００３３】
上述のように、調量装置６内部の漏れは全体として圧力センサ１６によって検出されることができるが、これに関して、圧力センサ１６を、アンモニアの相当する濃度を検知するセンサ手段と置き換えることもできる。
【００３４】
さらに、容器弁１４とその接続部の漏れを含む、容器弁１４と遮断弁１７間の漏れを検出する事が、容器弁１４を開き遮断弁１７を閉じ、センサ１６によりハウジング１５内の圧力が限界値を超えるかどうかを観察することにより、可能となる。そのようなチェック手順は本発明の範囲内にある。対応するオプションは、圧力の経時変化を検知することである。
【００３５】
漏れが検出される場合、場合によっては経時監視によって確認される場合、ユニットからガスを除去し、還元のために残留ガスを使用するために、容器弁１４を閉じ、遮断弁１７および調量弁２１を開くのが好ましい。
【００３６】
対応する方法で、遮断弁１７と調量弁２１とを閉じ、一時貯蔵器１８を満たし、この領域に存在する圧力センサ１９によるか、または圧力センサ１６によってハウジング１５の内部の圧力変化を検知することによって、上述の弁間の漏れを検出することも可能である。
【００３７】
容器弁１４と調量弁２１との間の全セクションを把握するための簡易化したプロセス（処理方法）は、全セクションを検査し、そして漏れが検出された場合に初めて、上述の方法で場所を特定することである。
【００３８】
最後に、しかも調量弁２１の下流に設けられた圧力センサ２２側で把握された圧力により、調量配管５の領域を含む、排気システム３内までの調量弁２１の下流の漏れ、または調量配管５の破断検出することが可能である。調量弁２１が閉じるとこの圧力はほぼ一定となり、触媒コンバータ４の上流の排気システム３内で測定される排気ガスの背圧と相関しない場合、これは、対応する誤動作を示唆しており、結果として、遮断弁１７または容器弁１４を閉じ、対応する警告メッセージを発生させるべきである。
【００３９】
従って、本発明の枠内において、装置９の気密性を、費用をあまりかけず、事実上継続的に監視することができ、それにより、対応する不規則性が、いずれにせよ車両に存在する診断システムの枠内で記録され、処理されるので、高い作動信頼性も確保できる。これに関する監視信頼性は、圧力容器７と一緒の保持容器１０、および調量装置６全体を、必要であれば、前述のようにセンサ監視システム内に組み込める本質的に気密性の好ましくは保護のカバー内に配置することによって、さらに改良されることができる。
【００４０】
漏洩監視に加え、特に整合性チェックの範囲で、使用されるセンサの機能を監視することも本発明の範囲内にある。例えば、一時貯蔵器１８と調量弁２１との間に配置された圧力センサ１９は、一時貯蔵器１８の充填中の圧力上昇における相関度を観察することによって、即ち、評価・制御装置８内に格納された圧力曲線との比較によって、検査されることができる。
【００４１】
調量弁２１の下流に配置される第２の圧力センサ２２に関する機能チェックは、調量弁２１を閉じた時、圧力センサ２２を介して示される圧力Ｐ２が、エンジン側で検知され、触媒コンバータ４の上流で測定される排気ガスの背圧と比較されることによって、可能となる。圧力バランス(平衡)が所定時間内に確立されない場合、誤動作があることになる。誤動作が示され、調量弁２１の上流に配置された圧力センサ１９に誤動作が起こった場合には、そうでなければ一時貯蔵器の圧力平衡機能が保証されないので、遮断弁１７を閉じることも推奨される。
【００４２】
さらに、調量弁２１並びに遮断弁１７の気密性を監視することも本発明の範囲内である。
【００４３】
遮断弁１７および調量弁２１の間の万一の漏洩の検出と同様に、一時貯蔵器１８が充填された状態で、圧力を時間の関数として観察することによって調量弁２１および遮断弁１７の気密性を検査することも可能である。不良として検出される圧力偏差が認められる場合、遮断弁１７を開き、容器弁１４を閉じて、チェック手順が繰り返され、それで新規の関連圧力偏差が見られる場合、その不良は調量弁２１にあることになる。
【００４４】
同様の方法で、たとえ複数の圧力容器７が交換可能なシリンダコンセプトを採用した場合で使用される場合でも、容器弁１４の気密性の検査および監視が可能である。
【００４５】
【発明の効果】
従って、本発明により、ＳＣＲ触媒コンバータ４の使用下で、気体アンモニアによって内燃機関１からの排気ガス内に存在する窒素酸化物の還元を行う排気ガス浄化装置９が提供される。この排気ガス浄化装置は簡単な構造、良好な制御の可能性と、広範囲で簡易な監視コンセプトを有することで優れている。この監視コンセプトでは、接続部、弁、及びセンサを備える配管について、これらの要素（接続部、弁、及びセンサ）自体を参照し、適切な制御回路を用い、評価・制御装置８を介して排気ガス浄化装置９の機能が監視される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による排気ガス除去装置の模式図である。
【符号の説明】
１ 内燃機関
２ エンジン制御用の制御装置
３ 排気システム
４ 触媒コンバータ
５ 調量配管
６ 調量装置
７ 圧力容器
８ アンモニアの供給制御用の評価・制御装置
９ 排気ガス浄化装置
１０ 保持容器
１１ 矢印
１２ 接続部
１３ 破断安全装置
１４ 容器弁
１５ ハウジング
１６ 圧力センサ
１７ 遮断弁
１８ 一時貯蔵器
１９ 圧力センサ
２０ 温度センサ
２１ 調量弁
２２ 圧力センサ
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＳＣＲ触媒コンバータ内で、アンモニアにより、特に自動車用の内燃機関からの排気ガス内に存在する窒素酸化物の還元を行う排気ガス浄化装置、およびこのタイプの装置の作動方法、および監視方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＳＣＲ触媒コンバータ（選択触媒還元型触媒コンバータ）を用いたタイプの排気ガス浄化装置は公知である（例えば、特許文献１参照）。特に自動車で使用する場合、このタイプの装置は、必要空間、瞬時応答能力、および終始変化する動作条件への適合能力、並びに作動信頼性に関する特定の要求を満たさなければならない。後者の作動信頼性に関して、熱分解によってアンモニアを分離する物質または物質の混合物が、アンモニア供給源として使用されるが、必要とする空間容積の増加を伴う影響がある。なぜなら、還元のために使用されるアンモニアは、出発原料の一部しか構成せず、さらに、瞬時応答能力に関しては、気化したアンモニアのために十分大きな貯蔵容器、または一時的な貯蔵容積が必要となり、これらの全てが対応する作動信頼性条件に関わってくるからである。
【０００３】
【特許文献１】
ＤＥ ２９７ ０８ ５９１ Ｕ１明細書
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
必要空間を最小限に抑え、瞬時応答能力並びに要求される作動信頼性が提供されるような排気ガス浄化装置、およびこのタイプの装置の作動方法および監視方法を提供する。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、熱が供給されると気体状のアンモニアを放つ充填物を有する圧力容器と、その下流に配置されるＳＣＲ触媒コンバータと、該圧力容器から該ＳＣＲ触媒コンバータへのバイパス部に配置される調量装置とを備え、該ＳＣＲ触媒コンバータ内に供給されるアンモニアによって、自動車用の内燃機関からの排気ガス内に存在する窒素酸化物の還元を行う排気ガス浄化装置であって、前記圧力容器は、その充填物として液体アンモニアを有し、前記調量装置は気密性を有する圧力監視型ハウジング内に配置される、排気ガス浄化装置を提供する。圧力容器内においてアンモニアは液化状態（例えば、尿素）で貯蔵され、気体状態に変換されるアンモニアのための調量装置は本質的に気密構造の圧力監視型ハウジング内に配置されるので、装置の容積の有効利用と、作動信頼性確保のための作動監視を同時に実施して、調量制御が可能となる。特に、圧力容器を交換可能な圧力シリンダとして設計する場合に好都合となるので、圧力容器および更なる接続部のための個別の安全保護装置を備えることもできる。加えて、圧力容器に加熱を目的とした熱交換器を付属させること、この熱交換器を、必要ならば、断熱および／または耐圧保持容器として設計することが簡単な方法で可能となるので、この保持容器により、圧力容器を見かけ上二重壁構造にすることができる。
【０００６】
このような配置とともに、熱交換器が内燃機関からの廃熱で加熱されるとき、保持容器を対応する加熱手段を包囲するように設計するか、または、相応しい配置で、加熱手段を保持容器と一体化することも可能であり、いずれの場合も、圧力容器内に液状で貯蔵されたアンモニアの蒸発を熱供給の制御によって制御できる。さらに、内燃機関が作動していないとき圧力容器またはその充填物の温度をより均一にするため、特に、必要であれば、加熱によって、最低温度（触媒を活性化するための最低温度）に維持することに関しても、保持容器が望ましい前提条件を提供する。
【０００７】
加えられる加熱パワーに関して高度な適応性を達成するためには、複数の加熱方式、例えば、冷却回路および排気ガスからの内燃機関の廃熱、および必要ならば、独立した電気加熱手段を組み合わせることが好都合である。特に、排気ガスから熱を誘導するためには、熱輸送はヒートパイプを介しても行えるが、これは特にヒートパイプが限界温度を定めることに関し望ましい熱輸送条件を提供するからである。
【０００８】
保持容器が、なるべくなら、本質的に気密性となるように設計され、必要ならば断熱構造でもある場合、大気圧に対して開放されている、閉じることのできる容器開口部がこの保持容器に配置されていると好都合となる。この開口部は、例えば、必要なら、過度な加熱を防止できるように、熱電対またはバイメタル要素によって、自動的に、特に温度の関数として制御されることができる。さらに、特に断熱構造となっている、保持容器が安全容器を形成するようにすることもできる。
【０００９】
本発明において、特に、交換可能な圧力シリンダの形態において、複数の圧力容器により作動させると好都合であり、これらは、個別に加熱される保持容器内にそれぞれが配置されるのが好ましく、これらの容器を組み合わせて単一ユニットとすることも可能である。このように運ばれる貯蔵物を還元剤に分割すると、別々に、または共通に連結される、必要であれば、加熱に関しても同様な、取扱が容易な装置内で、還元剤を提供できるようにするので、使用されるエネルギーが少なく、全貯蔵容積が大きければ、高応答がその装置によって達成される。
【００１０】
付属されている内燃機関の制動およびオーバーラン運転における、一つあるいは複数の圧力容器の充填物の優先的加熱を達成するために、エンジン制御システムを通じて提供される情報に基づいて対応する制御を行うことも可能である。
【００１１】
本発明において使用される、特にシリンダ状の、交換可能な圧力容器が、配管破断安全装置その下流に、容器弁を備えている。ここで、その容器弁は都合良く、調量装置のハウジングで囲まれているので、適当な制御技術を組み込んでおけば、漏れが起きたり、場合によっては、調量装置に誤動作が起きたりしても、監視機能を実行することも可能であり、これは調量装置それ自体の機能に関しても同様である。
【００１２】
本発明において、また一般的には、還元剤が気体状で触媒コンバータ内に導入されるとき、使用される調量装置は、その作動の、多様な機能にも拘らず、簡単な構成を有しており、特に圧力センサによる、圧力把握手段が調量弁の両側に配置されるとき、通路の方向に容器弁から始まって、遮断弁、一時貯蔵器、および調量弁を、包含している。なるべくならば、調量弁の上流に設置され、一時貯蔵器の下流に置かれた圧力センサの下流に温度センサが、配置されることが好ましい。
【００１３】
特に、本発明の枠内において、次の法則に対応して、
【００１４】
【数１】
圧力ピックアップとして使用される圧力センサの一つを温度ピックアップに置き換えるために、圧力降下に対応して生ずる熱発生に基づき、オリフィスとしての調量弁に発生する圧力差を利用することも可能となる。特に、排気ガス浄化を目的とした本発明の要求通りの装置に、いずれにしても、圧力容器の充填レベルを監視し、調量装置を制御し、漏れや動作不良に関して監視する、電子評価・制御ユニットが付属させられる。圧力ピックアップの代わりに温度ピックアップを使用すると、装置がより簡単になり、そのコストも減少する。
【００１６】
調量装置の漏れを監視するため、調量装置のハウジングにも圧力センサを配置すれば、特に接続配管も含む調量装置の個々の要素の全てを大気圧への漏れに関して監視することができる。
【００１７】
圧力容器を介して、好ましくは内燃機関の運転条件の関数として気体アンモニアの供給を制御しているにも拘らず調量弁に作用し、その作動に影響を及ぼす圧力変動を防ぐことができないが、本発明に従って、遮断弁と相互に作用する一時貯蔵器によって均一化することができる。加えて、一時貯蔵器は、システムの監視および機能チェックに関して、有利な可能性も提供してくれる。
【００１８】
本発明の更なる詳細や特徴は、請求項と、後述の本発明に従った装置の模式図から明らかになる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
示された実施形態において、１は自動車の駆動源として使用される内燃機関、特にディーゼル内燃機関を示し、これに制御装置２が付属させられ、制御装置を介して、エンジン機能が車両側および／またはエンジン側で検知された特性変数の関数として公知の方法で制御される。
【００２０】
排気ガスを導くために、内燃機関１に排気システム３が付属させられ、排気ガス内に存在する窒素酸化物を還元するためのいわゆるＳＣＲ触媒コンバータ４が置かれている、この触媒コンバータ４は還元剤としての気体アンモニアによる作用を受ける。触媒コンバータ４への気体アンモニアの供給は、模式図において、触媒コンバータ４の上流で、排気システムに合流している調量配管５を介して調量される。調量配管は、調量装置６へのバイパス部に配置され、そこで最初は圧力容器７内で液状であるアンモニアは、内燃機関１の運転条件の関数としての排気ガス量に対応して、必要な分量を加熱によって気体状態に変換後、調量装置内で調量される。このために、調量装置６に評価・制御ユニット８が付属させられ、その中で、９で示される排気ガス浄化装置全体の関連データが、制御装置２によって記録された内燃機関の運転データと結びつけられ、調量装置６のための、必要なら、圧力容器７および／またはその充填物の加熱のための、制御コマンドに変換される。加えて、評価・制御ユニット８を介して、廃棄ガス浄化装置９を、特に調量装置６の機能に関して、並びに装置９の機能信頼性および作動信頼性に影響を及ぼし得る何らかの漏れがあるかどうか検査することにより、調量装置６の各要素を制御することが可能となる。
【００２１】
模式図において、触媒コンバータ４の構造は、公知の実施形態のものに相当するので、その輪郭のみを示している。
【００２２】
圧力容器７に関しても、模式図でのみ描かれており、その図から、圧力容器７、例えば、従来の圧力シリンダが、保持容器１０の内側に配置されていることが分かり、その保持容器１０は、好ましくは耐圧性を持ち、圧力容器７を包囲し、保持容器１０を断熱および／または加熱カバーにすることも可能であり、必要ならば、そのカバーは、熱交換器機能を果たすか、または外部供給熱によって圧力容器７を加熱させるようにする熱伝導装置がそれに付属させられることも可能である。
【００２３】
この意味において、例えば、矢印１１で示されるように、排気ガス熱を圧力容器７および／またはその充填物を加熱するために使用することが可能である。ここで、例えば、保持容器１０を通過するヒートパイプを介して排気システム３から圧力容器７への熱輸送を行うことが可能となる。保持容器１０に付属させられるヒータコイルによって加熱を実行することも可能となる。それらの部分（同様に図示せず）に対しては、内燃機関１の冷却水回路から熱が供給されることも可能となる。さらに、例えば、電気ヒータコイルを保持容器１０内の放熱器として配置するか、または誘導加熱手段を提供することも可能となる。この際、本発明において、評価・制御装置８によって、このような元々既知の（それ故図示しない）加熱装置を、必要ならば、その他のパラメータの関数として、限界温度および／またはその時々の所望加熱温度を維持するために制御することも可能である。例えば、電気加熱の場合、適応するようにスイッチをオンおよびオフに切り換えるか、またはその加熱電力を制御すること、または冷却回路からの加熱の場合、それらの中を流れる冷却水の量への影響を用いることもできる。
【００２４】
その時々の構造に対応して、保持容器１０は、上述の機能に関係なく、いわば、圧力容器７に対する二重（外筒）として構成されていることができるので、圧力容器７のための付加的安全保護装置を得ることができる、ここで、例えば、実施形態において、評価・制御装置８に連結されているアンモニアに応答するセンサによって、圧力容器の充填物のその時々の物質に関して、圧力容器７で起こりうる漏れを監視することに結びつけて、対応する警告信号を発令することができる。
【００２５】
これはまた、圧力容器７の温度監視を目的としても可能であり、示された実施形態ではまた、保持容器１０に関しても、１２で示されるように、例えば、温度の関数として制御される大気圧への接続部を圧力容器７に付属させられる可能性をを示唆している。参照番号１３では、圧力容器７の出口側に配管破断安全装置が設けられている。これは、運転に必要な出口量が最大値を越えた場合に、応答する公知の家庭用の領域で採用されている配管破断安全装置に似ている。
【００２６】
配管破断安全装置１３に、容器弁１４が接続している容器弁１４は、同じように模式図でのみ示され、その容器弁１４によって圧力容器７と調量装置６との間の接続が行われ、容器弁１４は、圧力容器７への接続部分、またはこれに付属する連結分岐管を有しており、調量装置６のハウジング１５内に位置しているので、一点鎖線によって模式的に示されているハウジング１５を介して、如何なる漏れに対しても継続的に監視されることのできる、調量装置６用の接続部、ネジジョイント、および取付手段の本質的に気密性のあるアタッチメントが造られている。この目的のために、示されるようにハウジング１５には圧力センサ１６が取り付けられる。
【００２７】
調量装置６は、排気システムの方向の下流に次の順序で連続して、遮断弁１７、一時貯蔵器１８、第１の圧力センサ１９、温度センサ２０、調量弁２１、および第２の圧力センサ２２をさらに含んでいる。遮断弁１７および調量弁２１は評価・制御ユニット８によって制御される、特に磁気作動式弁である。センサ１９、２０、２２も相当する方法で評価・制御ユニット８に接続されている。
【００２８】
容器弁１４および遮断弁１７が開くと、一時貯蔵器１８は、アンモニアの圧力容器７の充填物に対応して、気体アンモニアで満たされており、評価・制御ユニット８によりそれぞれの場合で事前設定された、調量配管５を介して排気システム３に送られるガスの量が、調量弁２１を介して調量される。センサ１９および２２は、圧力監視に使用され、結果として生じる圧力降下に従って容積流量を制御でき、調量弁２１へのフィードバックの結果として容積流量に対する補正調節ができる。
【００２９】
調量弁２１の機能に合わせて、比較的低く、均等に、調量弁２１へ圧力をかけるための前提条件は一時貯蔵器を介して、交互に遮断弁１７を開き、調量弁２１を閉じ、一時貯蔵器１８を気体アンモニアで満たすことにより、保証されるので、引き続き、遮断弁１７が閉じると、一定の最小圧力に達するまで、調量弁２１を介して比較的狭い耐圧限度内で、調量配管５または排気システム３内を空にすることができる。その後、一時貯蔵器１８が再び満たされる。
【００３０】
内燃機関１のスイッチを切り車両の運転を停止した時、なるべくなら同様に一時貯臓器１８を排気システム３に至る調量弁２１を介して空にする。これにより内燃機関１を後に再始動するために触媒コンバータ４内にアンモニアの蓄積が与えられ、同様に本発明の範囲内にあり、保持容器１０の断熱設計と共に、時間が限られているとはいえある最低温度に保持容器１０が保持されない限り、周囲温度に基づき、気体アンモニアの生成のために、加熱のための一定の準備時間が必要となる状況においても、触媒コンバータ４を速やかに応答させることができるようになる。
【００３１】
実施形態として、ただ一つの圧力容器７が保持容器１０内に配置された例が示されている。あるいは、個別または組合せにて調量装置６に連結されることのできる複数の圧力容器７が同じ様な配置および構成で提供されることも可能であり、ここで、調量装置６への並列接続が、対応する交換可能性と共に都合良く提供されるので、運転中でも圧力容器７を交換することが可能となる。一つまたはそれ以上の保持容器１０内に個別または共通に配置された複数の圧力容器７を使用することは、例えば、圧力容器を交互に使用することにより個々の圧力容器７のガスの生成における温度関連変動を補償できるようにするため、圧力容器７をアンモニア供給のために交互に利用することが可能になる。
【００３２】
調量装置６の簡単な構造にも拘らず、この調量装置６は、漏れの検出とそれらの要素の機能の監視、即ちセンサの機能の監視および弁の気密性のチェックに関しての広範囲の可能性を提供している。ここで、対応するチェック手順が、評価・制御ユニット８によって、自動的に所定時間間隔で、開始され、実行されることができ、対応する誤動作を、記録し、信号化し、停止あるいは緊急運転に切り換えることにより、起こりうる損傷の影響を制限することができる。
【００３３】
上述のように、調量装置６内部の漏れは全体として圧力センサ１６によって検出されることができるが、これに関して、圧力センサ１６を、アンモニアの相当する濃度を検知するセンサ手段と置き換えることもできる。
【００３４】
さらに、容器弁１４とその接続部の漏れを含む、容器弁１４と遮断弁１７間の漏れを検出する事が、容器弁１４を開き遮断弁１７を閉じ、センサ１６によりハウジング１５内の圧力が限界値を超えるかどうかを観察することにより、可能となる。そのようなチェック手順は本発明の範囲内にある。対応するオプションは、圧力の経時変化を検知することである。
【００３５】
漏れが検出される場合、場合によっては経時監視によって確認される場合、ユニットからガスを除去し、還元のために残留ガスを使用するために、容器弁１４を閉じ、遮断弁１７および調量弁２１を開くのが好ましい。
【００３６】
対応する方法で、遮断弁１７と調量弁２１とを閉じ、一時貯蔵器１８を満たし、この領域に存在する圧力センサ１９によるか、または圧力センサ１６によってハウジング１５の内部の圧力変化を検知することによって、上述の弁間の漏れを検出することも可能である。
【００３７】
容器弁１４と調量弁２１との間の全セクションを把握するための簡易化したプロセス（処理方法）は、全セクションを検査し、そして漏れが検出された場合に初めて、上述の方法で場所を特定することである。
【００３８】
最後に、しかも調量弁２１の下流に設けられた圧力センサ２２側で把握された圧力により、調量配管５の領域を含む、排気システム３内までの調量弁２１の下流の漏れ、または調量配管５の破断検出することが可能である。調量弁２１が閉じるとこの圧力はほぼ一定となり、触媒コンバータ４の上流の排気システム３内で測定される排気ガスの背圧と相関しない場合、これは、対応する誤動作を示唆しており、結果として、遮断弁１７または容器弁１４を閉じ、対応する警告メッセージを発生させるべきである。
【００３９】
従って、本発明の枠内において、装置９の気密性を、費用をあまりかけず、事実上継続的に監視することができ、それにより、対応する不規則性が、いずれにせよ車両に存在する診断システムの枠内で記録され、処理されるので、高い作動信頼性も確保できる。これに関する監視信頼性は、圧力容器７と一緒の保持容器１０、および調量装置６全体を、必要であれば、前述のようにセンサ監視システム内に組み込める本質的に気密性の好ましくは保護のカバー内に配置することによって、さらに改良されることができる。
【００４０】
漏洩監視に加え、特に整合性チェックの範囲で、使用されるセンサの機能を監視することも本発明の範囲内にある。例えば、一時貯蔵器１８と調量弁２１との間に配置された圧力センサ１９は、一時貯蔵器１８の充填中の圧力上昇における相関度を観察することによって、即ち、評価・制御装置８内に格納された圧力曲線との比較によって、検査されることができる。
【００４１】
調量弁２１の下流に配置される第２の圧力センサ２２に関する機能チェックは、調量弁２１を閉じた時、圧力センサ２２を介して示される圧力Ｐ２が、エンジン側で検知され、触媒コンバータ４の上流で測定される排気ガスの背圧と比較されることによって、可能となる。圧力バランス(平衡)が所定時間内に確立されない場合、誤動作があることになる。誤動作が示され、調量弁２１の上流に配置された圧力センサ１９に誤動作が起こった場合には、そうでなければ一時貯蔵器の圧力平衡機能が保証されないので、遮断弁１７を閉じることも推奨される。
【００４２】
さらに、調量弁２１並びに遮断弁１７の気密性を監視することも本発明の範囲内である。
【００４３】
遮断弁１７および調量弁２１の間の万一の漏洩の検出と同様に、一時貯蔵器１８が充填された状態で、圧力を時間の関数として観察することによって調量弁２１および遮断弁１７の気密性を検査することも可能である。不良として検出される圧力偏差が認められる場合、遮断弁１７を開き、容器弁１４を閉じて、チェック手順が繰り返され、それで新規の関連圧力偏差が見られる場合、その不良は調量弁２１にあることになる。
【００４４】
同様の方法で、たとえ複数の圧力容器７が交換可能なシリンダコンセプトを採用した場合で使用される場合でも、容器弁１４の気密性の検査および監視が可能である。
【００４５】
【発明の効果】
従って、本発明により、ＳＣＲ触媒コンバータ４の使用下で、気体アンモニアによって内燃機関１からの排気ガス内に存在する窒素酸化物の還元を行う排気ガス浄化装置９が提供される。この排気ガス浄化装置は簡単な構造、良好な制御の可能性と、広範囲で簡易な監視コンセプトを有することで優れている。この監視コンセプトでは、接続部、弁、及びセンサを備える配管について、これらの要素（接続部、弁、及びセンサ）自体を参照し、適切な制御回路を用い、評価・制御装置８を介して排気ガス浄化装置９の機能が監視される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による排気ガス除去装置の模式図である。
【符号の説明】
１ 内燃機関
２ エンジン制御用の制御装置
３ 排気システム
４ 触媒コンバータ
５ 調量配管
６ 調量装置
７ 圧力容器
８ アンモニアの供給制御用の評価・制御装置
９ 排気ガス浄化装置
１０ 保持容器
１１ 矢印
１２ 接続部
１３ 破断安全装置
１４ 容器弁
１５ ハウジング
１６ 圧力センサ
１７ 遮断弁
１８ 一時貯蔵器
１９ 圧力センサ
２０ 温度センサ
２１ 調量弁
２２ 圧力センサ
Claims (10)
- 熱が供給されると気体状のアンモニアを放つ充填物を有する圧力容器と、その下流に配置されるＳＣＲ触媒コンバータと、該圧力容器から該ＳＣＲ触媒コンバータへのバイパス部に配置される調量装置とを備え、該ＳＣＲ触媒コンバータ内に供給されるアンモニアによって、自動車用の内燃機関からの排気ガス内に存在する窒素酸化物の還元を行う排気ガス浄化装置であって、
前記圧力容器（７）は、その充填物として液体アンモニアを有し、前記調量装置（６）は気密性を有する圧力監視型ハウジング（１５）内に配置される、排気ガス浄化装置。 - 前記内燃機関（１）からの廃熱が送られる熱交換器によって前記圧力容器（７）を加熱する、請求項１に記載の排気ガス浄化装置。
- 前記圧力容器（７）に電気加熱手段が付属させられる、請求項１に記載の排気ガス浄化装置。
- 前記圧力容器（７）は保持容器（１０）の内部に配置される、請求項１〜３のいずれか一項に記載の排気ガス浄化装置。
- 前記圧力容器（７）に付属させられた加熱手段は、該圧力容器（７）に対して着脱可能に、または独立して配置される、請求項１〜４のいずれか一項に記載の排気ガス浄化装置。
- 前記圧力容器（７）には、破断安全装置（１３）、およびその下流で、容器弁（１４）が付属させられる、請求項１〜５のいずれか一項に記載の排気ガス浄化装置。
- 前記ＳＣＲ触媒コンバータ（４）の方向で前記圧力容器（７）の下流に連結された前記調量装置（６）は、通路の方向の順に、遮断弁（１７）、一時貯蔵器（１８）、および調量弁（２１）を有し、該調量弁（２１）の両側には圧力記録手段を備える、請求項１〜６のいずれか一項に記載の排気ガス浄化装置。
- 前記圧力容器の出口側に配置された前記調量装置（６）および前記容器弁（１４）は、該調量装置（６）に付属させられたハウジング（１５）内に配置される、請求項１〜７のいずれか一項に記載の排気ガス浄化装置。
- 自動車用の内燃機関からの排気ガス内に存在する窒素酸化物の還元を行う排気ガス浄化装置の作動方法であって、
該排気ガス浄化装置は、熱が供給されると気体状のアンモニアを放つ充填物を有する圧力容器と、その下流に配置されるＳＣＲ触媒コンバータと、該圧力容器から該ＳＣＲ触媒コンバータへの移行部に配置される調量装置とを備え、該ＳＣＲ触媒コンバータ内のアンモニアによって、自動車用の内燃機関からの排気ガス内に存在する窒素酸化物の還元を行う排気ガス浄化装置であって、前記調量装置は、遮断弁と調量弁との間に配置された一時貯蔵器を有し、前記一時貯蔵器（１８）は、前記調量弁（２１）を閉じると前記圧力容器（７）から、圧力を制限して満たされ、次に前記遮断弁（１７）を閉じると、前記調量弁（２１）を介して最低圧力まで空にされる、排気ガス浄化装置の作動方法。 - 自動車用の内燃機関からの排気ガス内に存在する窒素酸化物の還元を行う排気ガス浄化装置の監視方法であって、
該排気ガス浄化装置は、熱が供給されると気体状のアンモニアを放つ充填物を有する圧力容器と、その下流に配置されるＳＣＲ触媒コンバータと、該圧力容器から該ＳＣＲ触媒コンバータへの移行部に配置される調量装置とを備え、該ＳＣＲ触媒コンバータ内のアンモニアによって、自動車用の内燃機関からの排気ガス内に存在する窒素酸化物の還元を行う排気ガス浄化装置であって、前記調量装置（６）、および該調量装置（６）を包囲するハウジング（１５）内の圧力検知から得られた圧力値は、評価・制御装置（８）内で処理され、弁または加熱手段のための制御信号、または警告信号に変換される、排気ガス浄化装置の監視方法。
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