JP4358309B2 - ＮＯｘ蓄積体の監視方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、ＮＯｘ含有ガスが貫流する排気管系における再生可能なＮＯｘ蓄積体の監視方法及び装置に関する。本発明は特に内燃機関、殊にディーゼルエンジンおよび希薄混合気燃焼エンジン（リーンエンジン）の排気ガスを監視する際に採用される。
環境意識の増大およびそれに伴って益々厳しくなる排気ガス法規制は、有害として格付けられた排気ガス成分を十分に減少することを必要としている。今日自動車において通常使用されている三元触媒コンバータは、一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）および窒素酸化物（ＮＯｘ）を変換する働きをする。その触媒コンバータの監視および制御は例えば酸素センサによって行われる。このセンサは排気ガス内における残留酸素含有量を検出し、それによりエンジンに導入すべき混合気の空燃比が調整される。残留酸素含有量を適当に調節することによって、触媒コンバータが排気ガスを十分に変換することが保証される。更に、触媒コンバータにおける温度分布を検出し、これを警報量あるいは制御量として利用することも知られている。この方法の改良形態において、触媒反応で生ずる熱量を検出し、触媒コンバータに後置接続されたラムダゾンデによって、エントロピを考慮に入れてエンジンの排気ガス状態を推論することができる。三元触媒コンバータを監視するこの上述した３種類の方式はヨーロッパ特許第０２９８２４０号明細書に記載されている。
内燃機関において特に低温始動過程中に多量に有害物質が放出される。これを減少させるために内燃機関の排気管系に加熱式触媒コンバータが設置されている。その触媒コンバータの作動は例えば国際公開第９３／１７２２８号明細書ないしこれと同等のヨーロッパ特許第０６２８１３４号明細書で知られている。始動過程中に生ずる未燃焼炭化水素を蓄積するために吸収体を利用すること、および触媒コンバータを作動温度に加熱してその未燃焼炭化水素を遊離することも、同様に従来技術に属する。これらはいずれも例えばヨーロッパ特許第０４８５１７９号明細書に記載されている。正に窒素酸化物を触媒変換するために、ゼオライトおよび一酸化炭素蓄積体として採用できる別の材料が適していることが分かっている。それに適した触媒コンバータは例えばヨーロッパ特許第０４５９３９６号明細書および同第０２８６９６７号明細書に開示されている。
即ち触媒コンバータの作動能力は上述したように、作動中にその触媒作用が検査されることによって監視される。そのための種々の方法は国際公開第９２／０３６４３号明細書ないしこれと同等のヨーロッパ特許第０５４５９７６号明細書、国際公開第９４／２１９０２号明細書、国際公開第９１／１４８５５号明細書ないしこれと同等のヨーロッパ特許第０５２１０５２号明細書、国際公開第９２／０３６４２号明細書ないしこれと同等のヨーロッパ特許第０５４５９７４号明細書およびドイツ特許第２６４３７３９号明細書に記載されている。このドイツ特許明細書には、例えば触媒コンバータにおいて進行する反応を２つの温度センサによる温度比較測定によって測定する方法が開示されている。そのようにして求められた温度差が、触媒コンバータがまだ機能性を有するか否かを表示する。この温度監視様式は主触媒コンバータにだけでなく、前置触媒コンバータにも利用できる。
監視用の温度測定センサは例えば、部分的に構造化された薄板層を重ね合わせて構成されたハニカム体において薄板層間に設けられる。これはヨーロッパ特許第０６０３２２１号明細書に記載されている。
触媒コンバータの作動様式は内燃機関の運転様式に左右される。定置形内燃機関の場合、ドイツではＴＡ空気が遵守すべき規則である。窒素酸化物の限度は内燃機関の燃料発熱量およびエンジン様式に左右されるので、立法府は自動着火エンジンに対していわゆる指標条項を導入した。窒素酸化物の放出を減少するために、その指標条項に応じて従来技術でエンジン側処置および別の処置を講じなければならない。その指標条項を背景としての脱窒装置の開発は１９８５年において十分にできていなかった。定置形内燃機関設備に対して脱窒のために尿素が使用されている。
自動車用の内燃機関に尿素を使用することは、特にその尿素用に搭載するタンクおよびその重量のためにうまく行かない。その発生について区別される３種類の窒素酸化物、つまり燃料窒素酸化物、即発窒素酸化物および熱窒素酸化物から出発して、特に熱窒素酸化物の形成を低く抑えるための別の方式が見い出されている。商業車では冷却された排気ガスを再循環することが知られている。また水を噴射してＮＯｘ放出を減少させることも知られている。しかしこれらの方式については、霜（フロスト）の発生防止および運転媒体の水の搭載が問題となる。窒素酸化物の放出を減少させる別の方式はこれを一時的に蓄積することにある。これは例えばバリウムあるいは白金を含む蓄積体によって行える。
本発明の課題は、ＮＯｘ蓄積体を少なくともその機能性について検査できる方法を提供することにある。また本発明の課題は、ＮＯｘ蓄積体のそのような検査を可能にする装置および特に省スペースで排気管系に設置できる装置を提供することにある。
この方法に関する課題は請求項１に記載の手段によって、装置に関する課題は請求項１３に記載の手段によって解決される。本発明の有利な実施態様は各従属請求項に記載されている。
ＮＯｘ含有ガスが貫流する排気管系における再生可能なＮＯｘ蓄積体を監視するための本発明に基づく方法では、排気管系において温度測定が実施され、この測定温度から、ＮＯｘ蓄積体の作動能力、作動状態及び／又は蓄積容量が推論される。ここで排気管系とは、ＮＯｘ発生源、例えば内燃機関から出る排気ガスを案内するすべての配管を意味する。作動能力とは、ＮＯｘ蓄積体が主にまだ窒素酸化物を蓄積する働きをするか否かを表す。その作動能力を監視することによって、測定温度の限界値あるいは帯域幅などを予設定して、排気ガス規定に応じたＮＯｘ蓄積体の作動能力に関する検査を行うことができる。作動状態は、少なくとも温度測定時点における例えば予め設定された排気ガス限界値、温度、老化状態などに関するＮＯｘ蓄積体の挙動の評価についての情報を表し、質的な情報である。これに対してＮＯｘ蓄積体の蓄積容量は量的な情報であり、絶対的であるか、通常状態に関連づけられている。
本発明の方法の他の実施態様において、規定の時点で温度測定が実施されることが提案される。これは有利には、ＮＯｘ蓄積体に対する制御あるいはまた調節によって、あるいは排気管系に補助的に配置された別の装置制御に関係して実施される。規定の時点は本発明の実施態様においてＮＯｘ蓄積体の作動様式に応じて設定される。蓄積体が内燃機関に後置接続され、この内燃機関がほぼ一定負荷で運転されるとき、温度測定時点は、蓄積体の可能なＮＯｘ蓄積量が知られている場合にこの限界値が確実に超過されないように設定されている。このような限界値を考慮に入れて、ＮＯｘ蓄積体の構造、材料および作動様式のようなパラメータのほかに、老化のような時間に関連する因子も取り入れられる。その監視は、本発明の他の実施態様において連続的な温度測定によって行われ、他の実施態様において、時間的に互いに隔てられた個々の温度測定によって行われる。更に、２回以上の連続する温度測定を互いに関連づけることができる。連続して温度測定する場合、本発明の他の実施態様において、温度測定間の時間間隔は、ＮＯｘ蓄積体の能力が大きく低下しているときは短縮される。これによって、もはや許容できない蓄積体の作動が早期に記録され、それに応じた処置が講じられることが保証される。
排気管系における温度測定は、ＮＯｘ蓄積体の少なくとも一部を直接温度測定して行われるか、ＮＯｘ蓄積体を貫流するガス流により間接的に行われる。その直接的な温度測定は蓄積体自体の材料において行われる。そのための温度センサは例えばＮＯｘ蓄積体の表面上に、あるいは表面層内に、あるいは直接ＮＯｘ蓄積体の材料内に配置される。流れセンサの様式並びにその設置場所は、ＮＯｘ蓄積体がどのように構成されているかに左右される。ＮＯｘ蓄積体はセラミックスから焼結あるいは押出し成形で作られるか、全く同様に例えば少なくとも部分的に構造化された薄板を積層して構成される。材料の種々の特性を互いに結び合わせるために、金属をセラミック粉末と共に焼結ないし押出し成形することも有利であることが分かっている。ＮＯｘ蓄積体はハニカム体としてモノリシックに形成できるが、異なった形状にすることもできる。ＮＯｘ蓄積材料は、本発明の有利な実施態様において、壁材料内に分布され、特に蓄積容量が完全に利用し尽くせるように分布されている。他の有利な実施態様において、例えば薄板から構成されたＮＯｘ蓄積体を被覆することが提案される。ＮＯｘ蓄積体の材料の熱伝導度が悪いとき、温度センサはＮＯｘ含有ガスで洗流される表面の近くに設けねばならない。熱伝導度が良い蓄積体、例えば金属製蓄積体の場合、従来における上述のヨーロッパ特許第０６０３２２２号明細書に開示されているような温度センサを採用できる。従ってこのヨーロッパ特許明細書の特徴は本件出願明細書の内容の一部を成す。その場合、蓄積体の被膜によって温度測定に狂いを生じないことが保証されなければならない。
ＮＯｘ蓄積体を貫流するガス流による間接的な温度測定は、本発明の他の実施態様において、ガス流内に置かれた温度センサによって実施される。このために従来周知の適当な熱電対などのような温度センサが利用できる。温度センサは蓄積体の内部にガス通路の１つに配置される。本発明の方法の有利な実施態様において、温度センサはガス流内にＮＯｘ蓄積体の下流に、特に場合によって後置接続された三元触媒コンバータの前に置かれる。この装置において、間接的な温度測定の用語について最も簡単に説明できる。即ちその場合、ガス流からＮＯｘ蓄積体について推論される。
温度測定はＮＯｘ蓄積体の再生過程前、再生過程中及び／又は再生過程後に行われる。これらの規定の時点において、次の組合せが行われると特に有利であることが分かっている。
- ＮＯｘ蓄積体の再生過程前または再生過程後の温度測定。所定の時点あるいはまた時間幅に亘る測定によって、ＮＯｘ蓄積体に関する情報が得られる。
- 再生過程直前および再生過程中の温度測定。その温度差からＮＯｘ蓄積体について推論できる。
- 再生過程中および再生過程後の温度測定。これも例えば温度差から蓄積体および特に再生品質について推論できる。
- 再生過程直前および再生過程直後の温度測定。両測定の温度差も同様に再生品質についての情報を生じ、そこから更にＮＯｘ蓄積体について推論でき、将来への情報として、再生過程後に少なくとも２回の温度測定を互いに結び合わせると有利であることが分かっている。その際に生ずる両測定の時間間隔に関係する温度の変動は、ＮＯｘ蓄積体の挙動についての時間的情報を可能にする。
- 上述の温度測定の組合せ。これはＮＯｘ蓄積体の挙動について特に正確な情報を与える。
温度測定は、測定された温度からＮＯｘ蓄積体の作動能力、作動状態及び／又は蓄積容量が直接推論できるように行なわれる。これはそのように測定が行なわれる場合に他の換算なしに測定された温度から蓄積体について推論されることを意味する。
温度測定の特に有意な情報のために、再生過程が秒内で、特に１秒内以下で終了すると有利である。発熱反応を生ずる再生は温度上昇によって確認できる。この温度変化およびその変化様式は一方では蓄積体材料自体で、他方では蓄積体を貫流するガスにおいて確認できる。蓄積された窒素酸化物を遊離するための再生過程が短ければ短いほど、温度上昇は明白に現われる。従ってＮＯｘ蓄積体の全横断面にわたって生ずる特に衝撃的な温度上昇が得られる。これは蓄積体の内部であるいはまたその下流で検出できる。この温度上昇は更に、ＮＯｘ蓄積体内において同様に酸化が開始されることによって強められる。この酸化は発熱反応に基づいて開始されるかあるいは別の媒体、例えば触媒被膜ないし蓄積体を貫流するＮＯｘ含有ガスへの相応したガスの添加によって開始される。
再生過程自体は、本発明の方法の実施態様において、ＮＯｘ含有ガスに再生を開始する媒体を添加することによって引き起こされ、その媒体は蓄積された窒素酸化物を遊離する働きをする。特にその媒体は窒素酸化物自体と反応する働きをする。本発明の方法の他の実施態様において、再生を開始する媒体の添加はＮＯｘ発生源自体で行われる。特に本発明の方法において、蓄積体内で生ずる反応が触媒で実施されると有利である。そのためにＮＯｘ蓄積体は例えば蓄積体材料のほかに触媒被膜も有している。
温度測定のために並びにその評価のために、温度測定自体及び／又は再生が制御されて行われることが重要である。さもなければ、１０分の１秒内で進行する再生過程の場合に時間的な不正確さが生じ、これは、ＮＯｘ蓄積体の挙動についての情報が温度から得られないほどに１つあるいは複数の測定結果を狂わせてしまう。再生および温度測定の制御のために共通の電子制御装置を使用する場合、測定ないし再生の規定の時点を、例えば内燃機関の運転様式のような上位の観点に関係して選択できるという別の利点が生ずる。
ＮＯｘ蓄積体の作動能力、作動状態及び／又は蓄積容量に関する情報のために、温度測定を温度の時間的挙動が観察できるように実施することも有利である。触媒コンバータにおいて、その活性およびその例えば将来における挙動を検出できるようにするために、種々の測定技術および評価方法が適用される。そのような測定方法は特に温度がＮＯｘ蓄積体の再生過程に関連して測定される方法に同様に適用できる。しかしこの場合、ＮＯｘ蓄積体における触媒コンバータと異なって、ＮＯｘ蓄積体が蓄積作動で作動しない過程から、蓄積力が推論される。既に上述の従来の文献で、種々の温度評価方法、測定個所および測定センサが知られており、それはここでもＮＯｘ蓄積体に相応して適合して利用できる。それらの文献は、国際公開第９４／２１９０２号明細書、ヨーロッパ特許第０５２１０５２号明細書、ヨーロッパ特許第０５４５９７４号明細書、ヨーロッパ特許第０６０３２２２号明細書、ヨーロッパ特許第０５４５９７６号明細書およびドイツ特許第２６４３７３９号明細書であり、それらの特徴はこの本件出願明細書の内容の一部を成す。
本発明に基づく他の方法において、ＮＯｘ蓄積体の作動能力、作動状態及び／又は蓄積容量を推論するために、温度、ＮＯｘ蓄積体の特性及び／又はＮＯｘ含有ガスのガス成分の間の関数関係が利用される。そのために、ＮＯｘ蓄積体の長時間の挙動についての経験値並びにＮＯｘ蓄積体用の種々の材料の加工から生ずる関係が利用される。ＮＯｘ蓄積体を監視するために、１つあるいは複数のガス成分に関してそのエンタルピあるいはエントロピが適する。これは、例えばヨーロッパ特許第０２９８２４０号明細書で知られている排気ガスの有害物質含有量の監視方法を変更することによってでき、これも同様にその特徴は本件明細書の内容の一部を成す。
ＮＯｘ蓄積体を監視するための有利な方法は次の工程を考慮に入れている。
ＮＯｘ蓄積体（２）に蓄積されたＮＯｘが、ＮＯｘ含有ガス流に関係して計算される。
ＮＯｘに対する予設定可能な限界値が超過された際、再生が開始される。
その際測定された温度から、この測定された温度を予設定可能な温度と比較することによって及び／又はこの測定された温度が予設定可能な温度幅内にあるか否かを調べることによって、ＮＯｘ蓄積体の作動能力、作動状態及び／又は蓄積容量の推論が行われる。
例えばＮＯｘ発生源を制御する電子制御装置を介して行われる制御あるいは調節において、この方法の実施態様では、蓄積体を貫流するガス流における容積流量およびＮＯｘ分量が検出される。容積流量は公知の測定方式によって検出でき、ＮＯｘ分量は例えば内燃機関においてこれに導入される空気-燃料混合気の計算から検出できる。しかしその計算のために、内燃機関の運転データ及び／又は状態データのような内燃機関の別のデータも利用できる。これらのデータは少なくとも特性図に取り入れることもでき、エンジン制御装置がそれを利用できるように記憶できる。本発明の他の用途分野においては適当なデータと比較して利用することもできる。窒素酸化物が蓄積体に蓄積されずに貫流することを防止するために、これを排除するように限界値が決められている。この限界値は一定して決める必要はない。むしろこれは例えばＮＯｘ蓄積体の老化に基づいて長い運転時間にわたってその機能性に合わせることもできる。
予設定可能な温度及び／又は予設定可能な温度幅は、その都度使用されるＮＯｘ蓄積体に対する経験値から明確にでき、適当な電子制御装置に記憶できる。この経験値は関数関係の形で予め与えることもでき、その場合、老化、温度、作動様式などのような種々のパラメータも包含できる。
本発明の他の実施態様において、規定の測定温度から、ＮＯｘ蓄積体の作動能力、作動状態及び／又は蓄積容量の評価に関係する信号が発せられる。有用なデータに関係してメモリおよび予設定可能な評価基準を介して、測定温度が、なお有用な蓄積容量や予想寿命などのようなあらゆる情報を利用者に提供するように評価される。規定の温度、即ち予設定可能な温度から発せられる信号は特に、作動障害を正に表示する警報信号でもある。更にそのように発せられた信号は、これによって排気ガス流を変化させるように利用できる。例えばＮＯｘ蓄積体がもうほんの僅かしか蓄積容量を有していないか、あるいは蓄積体に損傷個所が存在する場合、好適にはＮＯｘ発生源の運転様式が変更される。例えばこれは非常プログラムに切り換えられる。
本発明に基づく方法の特に有利な用途分野は、特に負荷変動状態で運転する内燃機関、特にディーゼルエンジンあるいは希薄混合気燃焼エンジンである。その方法は特に自動車で使用される。本発明の実施態様において、ＮＯｘ蓄積体としてのＮＯｘ蓄積触媒コンバータにＨＣを豊富化されかつ酸素を豊富化されたガス流が導入され、その際そのガス流が特に蓄積された変換可能な全ＮＯｘが変換されるほどにＨＣが豊富化されていることが提案される。これは全般的にまずＨＣ及び酸素からＨ₂Ｏ及びＣＯを形成することによって行われ、そのＣＯはＮＯｘと反応し、ＣＯ₂及びＮ₂に変換される。本発明の別の実施態様において、十分な炭化水素及びＣＯを発生するために、エンジンにおいて濃い燃料混合気が利用される。エンジン内においてＮＯｘ蓄積体の前で炭化水素及び酸素からＨ₂Ｏ及びＣＯを形成することによって、続いてＮＯｘ蓄積体が再生される。その場合、炭化水素及び／又はＣＯが再生のために適していることが分かっている。
蓄積触媒コンバータは好適には酸化材料と蓄積体材料との混合物から成る被膜並びに触媒活性材料を有している。しかしこの蓄積触媒コンバータはそれ自体を完全にこれらの材料を混合して構成することができる。ＮＯｘ蓄積体の再生過程において、ガス流内における炭化水素の濃度の度合いに応じて温度上昇が生じる。窒素酸化物が炭化水素と反応して窒素、水および二酸化炭素に変換されることによって、蓄積体から窒素酸化物がほぼ完全に遊離される。反応を約１秒内であるいはそれ以下で進行させると特に有利であることが分かっている。
希薄混合気燃焼エンジンに関する例において、蓄積体容積１リットル当たり約２ｇの窒素酸化物が蓄積される。これは自動車の運転様式に応じて１〜２マイルの走行距離にほぼ相当する。その場合ＮＯｘ蓄積体は再び再生されねばならない。ＮＯｘ蓄積触媒コンバータが約６００Ｊ／Ｉ／Ｋの熱容量を有している場合、２ｇのＮＯｘ当たり約１４〜２０ｋＪの発熱エネルギが発せられる。蓄積された窒素酸化物が１００％変換される場合、ＣＯの反応に基づく２３Ｋの温度上昇並びにＨＣの反応に基づく４８Ｋの温度上昇が確認される。
炭化水素の豊富化は有利には、満杯に蓄積された窒素酸化物が変換されるように行われる。排気ガス内の十分なＨＣ含有量を前提として、温度上昇は蓄積された窒素酸化物の量に比例する。ＨＣの添加は更に、僅かな配量における添加によって蓄積体が徐々に再生されるように制御される。適当な測定センサを利用する場合、蓄積体の部分の能力に関する情報を得ることができる。再生用の与えられた炭化水素が必要量より多いとき、窒素酸化物は、それが完全に蓄積体から遊離されることを前提として、完全に変換される。未変換の炭化水素は有利には後続の三元触媒コンバータにおいて変換される。温度測定、再生および、ＮＯｘ蓄積体の作動能力、作動状態の推論及び／又は蓄積容量の推論のためにエンジン電子制御装置を使用することによって、窒素酸化物の発生源、即ち内燃機関に常にアクセスできる。再生するために例えば点火不良（ミスファイヤ）が引き起こされ、これによって未燃焼の炭化水素がＮＯｘ蓄積体に送られる。
本発明の実施態様によれば、ＮＯｘ蓄積体としてのＮＯｘ蓄積触媒コンバータに、このＮＯｘ蓄積触媒コンバータを再生するために、特に濃い燃焼混合気によって炭化水素及び／又はＣＯを豊富化されたガス流が導入され、そのガス流が好適には、蓄積された変換可能な全ＮＯｘが変換されるほどに炭化水素及び／又はＣＯが豊富化されている。
本発明の他の有利な実施態様および特徴が以下の図に示されている。
図１はＮＯｘ蓄積触媒コンバータと三元触媒コンバータが後置接続されている内燃機関の概略構成図、
図２はＮＯｘ蓄積体の再生過程の時間的経過を示した線図、
図３は種々のＮＯｘ蓄積体の種々の挙動を時間に関して示した線図、
図４は酸化触媒コンバータが前置接続されているＮＯｘ発生源装置の概略構成図である。
図１には再生可能なＮＯｘ蓄積体２を監視するための装置１が示されている。この装置１は再生可能なＮＯｘ蓄積体２のほかに少なくとも、ＮＯｘ蓄積体２を再生するための手段ここでは前置接続された内燃機関３、ＮＯｘ蓄積体２を監視するためのＮＯｘ蓄積体２内あるいは排気ガス流５内における温度センサ４、およびこの温度センサ４との接続線７を有する電子制御装置６を有している。この電子制御装置６は好適にはエンジン制御装置である。
このエンジン制御装置はプログラム可能であり、その入力は入力装置８によって行われる。ＮＯｘ蓄積体２に三元触媒コンバータ９が後置接続されている。ＮＯｘ蓄積体２を再生しようとするとき、電子制御装置６が内燃機関３に流入する燃料流１０および空気流１１から運転様式に関係してＮＯｘ蓄積体の窒素酸化物蓄積力に対する限界値を計算し終えているので、内燃機関３が点火不良を引き起して、排気ガス流５が未燃焼炭化水素で豊富化されるように制御される。排気ガス流５に燃料をそれに相応して噴射するような別の処置を講ずることもできる。添加された未燃焼炭化水素の分量が再生にとって必要な量より多いとき、その余剰分は三元触媒コンバータ９内で変換される。更にこの装置１はＮＯｘ蓄積体２の前の第１のラムダゾンデ（ラムダセンサ）１２．１と、ＮＯｘ蓄積体２と三元触媒コンバータ９との間の第２のラムダゾンデ（ラムダセンサ）１２．２と、三元触媒コンバータ９の後ろにおける第３のラムダゾンデ（ラムダセンサ）１２．３とを有している。これらは排気ガス流５の炭化水素含有量を検査するために使われ、同時に内燃機関３の制御ないし調節に利用される。ラムダゾンデ１２．１、１２．２、１２．３の代わりに温度センサを設けることもできる。三元触媒コンバータ９自体も同様に監視用の温度センサ４を有している。この温度センサ４と電子制御装置６との破線で示した接続線は、この監視が選択自由であることを示している。ＮＯｘ蓄積体２は他の装置では２つ以上の温度センサ４を有し、その温度センサは破線で示されている。従って図示した装置１に応じて、ＮＯｘ含有ガス５が流れる排気管系１３内における再生可能なＮＯｘ蓄積体２を監視するための装置が形成でき、その場合蓄積体２は触媒コンバータである。この触媒コンバータは少なくとも一酸化炭素および炭化水素に関する酸化能力を有している。このような装置の場合、温度測定のために、温度センサが排気ガス流入側から見て触媒コンバータの長さのほぼ４分の１の後ろで触媒コンバータ内に配置されていると有利である。好適にはこれは触媒コンバータの長さのほぼ中央に配置されている。
図２にはＮＯｘ蓄積触媒コンバータにおける考え得る温度変化が時間に関して示されている。時点τ１で窒素酸化物限界に到達したとき、排気ガス流が未燃焼炭化水素で時点τ２まで豊富化される。それに基づいてＮＯｘ蓄積体内で発熱反応が生じ、この反応は温度上昇を生ずる。この温度上昇は測定でき、評価でき、これは勾配Δθ／Δτおよび積分法によって表示される。
図３にはＮＯｘ蓄積体における窒素酸化物の蓄積力の種々の経過が示されている。その経過ａ１は単調減少双曲線関数に相当する単調増大双曲線関数に応じて生じ、経過ｂは直線であり、経過ｃは乗根関数に応じている。これらの経過のほかに正弦関数あるいは別の関数もある。窒素酸化物の蓄積は吸熱反応を引き起こすので、これは蓄積体の温度低下を意味する。いま蓄積体に対して蓄積経過が分かっているとき、そこから温度について温度測定に対する基準値としてのベースが形成できる。このベースは温度測定に関連して、再生の直前、再生中あるいは再生直後に、ＮＯｘ蓄積体に関する情報を生ぜしめる。このべースを得るために、例えば蓄積体の電気抵抗を介してあるいは経験値に基づいて、基礎温度を得ることができる。
図４には、流れ方向においてＮＯｘ蓄積体２の前にＮＯｘ蓄積体２よりもＮＯｘ発生源３の近くに酸化触媒コンバータ１５が配置されている第２の装置１４が示されている。酸化触媒コンバータ１５がＮＯｘ発生源２に直結されている場合、排気ガス流５はこれを最も急速に加熱する。再生に対して、ＮＯｘ蓄積体２における特徴的な温度分布形状を良好に形成するために、排気ガスが再生のために通常運転の場合よりも少ない酸素含有量を有することが有利であることが分かっている。これは例えば内燃機関の燃焼混合気を濃くすることによってできる。ＮＯｘ蓄積体２の酸素蓄積力は後続の三元触媒コンバータ９のそれよりも小さく、特にそのほぼ僅かに３分の１殊に１０分の１あるいはそれ以下であると有利である。排気ガス流５は濃くすることができるが、どんな場合でも変換され、一方ＮＯｘ蓄積体２は発熱反応に基づいて再び過度に加熱されない。従って酸化触媒コンバータ１５も同様にＮＯｘ蓄積体２より大きな酸素蓄積力を有するが、三元触媒コンバータ９より小さな酸素蓄積力を有している。ＮＯｘ蓄積体２は極めて僅かな酸素蓄積力しか有していないか、あるいは全く酸素蓄積力を有していない。
本発明によれば、蓄積体を使用し検査することによって、ＮＯｘ発生源の窒素酸化物の放出を確実に監視することができ、これによって自動車用のディーゼルエンジンあるいは希薄混合気燃焼エンジンにおける将来の排気ガス限界値を遵守することができる。
符号の説明
１ 装置
２ ＮＯｘ蓄積体
３ 内燃機関
４ 温度センサ
５ 排気ガス流
６ 電子制御装置
７ 接続線
８ 入力装置
９ 三元触媒コンバータ
１０ 燃料流
１１ 空気流
１２．１、１２．２、１２．３ ラムダゾンデ
１３ 排気管系
１４ 第２の装置
１５ 酸化触媒コンバータ

Claims (19)

1. ＮＯｘ含有ガス（５）が貫流する排気管系（１３）における再生可能なＮＯｘ蓄積体（２）を監視するための方法であって、この方法が内燃機関（３）に対してこの内燃機関の後に接続されたＮＯｘ蓄積体（２）を監視するために利用され、排気管系（１３）において温度測定が実施され、この測定温度から少なくともＮＯｘ蓄積体（２）の蓄積容量が推論可能であり、ＮＯｘ蓄積体（２）内に蓄積されたＮＯｘがＮＯｘ含有ガス流（５）に関係して計算され、ＮＯｘに対する予設定可能な限界値が超過された際、再生が開始されるＮＯｘ蓄積体の監視方法において、
   ＮＯｘ蓄積体（２）としてのＮＯｘ蓄積触媒コンバータに、これを再生するために、炭化水素及び／又はＣＯを豊富化されたガス流が導入され、そのガス流は、蓄積された変換可能な全ＮＯｘが変換されるほどに炭化水素及び／又はＣＯが豊富化されており、
   再生の際に発熱反応による温度上昇が温度変化の勾配および積分によって測定されて評価され、
   測定された温度を予設定可能な温度と比較することによって及び／又は測定された温度が予設定可能な温度幅内にあるか否かを調べることによって、ＮＯｘ蓄積体の作動能力、作動状態及び／又は蓄積容量の推論が行われ、
   再生過程が１秒以内に終了する
   ことを特徴とするＮＯｘ蓄積体の監視方法。
2. ＮＯｘ蓄積体（２）のＮＯｘ蓄積体蓄積容量が限界値値に到達する前に、温度測定が規定の時点で実施されることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. ＮＯｘ蓄積体（２）の再生過程において、ＮＯｘ蓄積体（２）の少なくとも一部が直接温度測定されるか、あるいはＮＯｘ蓄積体（２）を貫流するガス流によって間接的に温度測定されることを特徴とする請求項１又は２記載の方法。
4. 温度測定は、測定された温度からＮＯｘ蓄積体（２）の作動能力、作動状態及び／又は蓄積容量が直接推論できるように行われることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の方法。
5. ＮＯｘ蓄積体（２）の作動能力、作動状態及び／又は蓄積容量の推論は、測定された温度、ＮＯｘ蓄積体（２）の特性及び／又はＮＯｘ含有ガス（５）のガス成分の間の関数関係によって行われることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の方法。
6. 連続的な温度測定が行なわれ、温度の時間的経過が観察されることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の方法。
7. 再生過程がＮＯｘ含有ガス流に再生を引き起こす媒体を添加することによって行われることを特徴とする請求項３ないし６のいずれか１つに記載の方法。
8. 再生過程がＮＯｘ蓄積体（２）における触媒反応により実施されることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載の方法。
9. ＮＯｘ蓄積体の前で内燃機関（３）内において炭化水素と酸素からＨ２ ＯとＣＯを形成することによって、ＮＯｘ蓄積体が再生され、その場合ＣＯがＮＯｘと反応してＮ２とＣＯ２に変換することを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１つに記載の方法。
10. 温度測定と、再生と、作動能力、作動状態及び／又は蓄積体容量の推論とが内燃機関（３）の電子制御装置によって行われることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１つに記載の方法。
11. 規定の測定温度から、ＮＯｘ蓄積体（２）の作動能力、作動状態及び／又は蓄積容量の評価に関係する信号が発せられることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１つに記載の方法。
12. 規定の測定温度から、作動障害を表示する信号及び／又はＮＯｘ発生源の運転様式を変更する信号が発せられることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか１つに記載の方法。
13. 再生可能なＮＯｘ蓄積体（２）と、
    ＮＯｘ蓄積体（２）を再生するための手段と、
    ＮＯｘ蓄積体を監視するために排気ガス流（５）内にある温度センサ（４）と、
    この温度センサ（４）との接続線を有し、ＮＯｘ蓄積体（２）の窒素酸化物蓄積力に対する限界値を計算し、ＮＯｘに対する予設定可能な限界値が超過された際に再生を開始させる電子制御装置（６）と、
    ＮＯｘ蓄積体（２）を通る貫流方向に見てＮＯｘ蓄積体（２）の下流に位置する三元触媒コンバータ（９）と、
    流れ方向においてＮＯｘ蓄積体（２）の前に配置されたＮＯｘ発生源（３）と、
    温度測定および再生のために少なくとも電子制御装置（６）を制御及び／又は調整するための管理手段と
    を少なくとも有し、請求項１ないし１２のいずれか１つに記載の方法による温度測定によって再生可能なＮＯｘ蓄積体を監視する装置において、
    流れ方向に見てＮＯｘ蓄積体（２）の前で、ＮＯｘ蓄積体（２）よりもＮＯｘ発生源（３）の近くに配置された酸化触媒コンバータ（１５）を備え、これがＮＯｘ発生源（３）に直結されている
    ことを特徴とするＮＯｘ蓄積体の監視装置。
14. ＮＯｘ蓄積体（２）の上流で炭化水素のＣ含有量を監視するためのラムダゾンデ（１２．１）、
    ＮＯｘ蓄積体（２）の下流で炭化水素のＣ含有量を監視するためのラムダゾンデ（１２．２）、及び／又は
    流れ方向においてＮＯｘ蓄積体（２）の前における内燃機関、
    を有していることを特徴とする請求項１３記載の装置。
15. ＮＯｘ蓄積体（２）の酸素蓄積力が後続の三元触媒コンバータ（９）の酸素蓄積力の１０分の１以下であることを特徴とする請求項１３または１４記載の装置。
16. 酸化触媒コンバータ（１５）がＮＯｘ蓄積体（２）より大きな酸素蓄積力を有し、三元触媒コンバータ（９）より僅かな酸素蓄積力を有していることを特徴とする請求項１３ないし１５のいずれか１つに記載の装置。
17. ＮＯｘ含有ガス（５）が貫流する排気管系（１３）におけるＮＯｘ蓄積体（２）の監視装置であって、再生可能なＮＯｘ蓄積体（２）が、酸化能力を有し且つＮＯｘ蓄積力を有し温度センサ（４）を備えている触媒コンバータであることを特徴とする請求項１３ないし１６のいずれか１つに記載の装置。
18. 酸化能力が少なくとも一酸化炭素及び炭化水素の酸化に関係する能力であることを特徴とする請求項１７記載の装置。
19. 温度センサ（４）が、触媒コンバータ内に排気ガスの流入側から見て触媒コンバータの長さの４分の１の後ろに配置されていることを特徴とする請求項１３ないし１８のいずれか１つに記載の装置。

Images