JP5563602B2 - 排気システムを作動するための方法 - Google Patents
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Description
本発明は、少なくとも１つの酸化触媒コンバータおよび選択的触媒還元に適切な少なくとも１つの装置を有する排気システムを作動するための方法に関する。
酸化触媒コンバータだけでなく、選択的触媒還元に適切な装置も含む排気システムは、特に窒素酸化物の高排出を有する、自動車の内燃エンジンにおける特定の燃焼条件のために特に自動車に使用される。それらは、典型的に、内燃エンジンが希薄混合物で作動する自動車である。このタイプの内燃エンジンにおいて、ラムダ値は１より大きい。これは、内燃エンジンに供給される燃料が、燃焼室において酸素を完全に変換するのに十分でないことを意味する。このタイプの内燃エンジンは、特に、燃費の利点により特徴付けられる。
窒素酸化物の選択的触媒還元に適切な排気ガス精製装置は、従来、還元剤または還元剤前駆体のための、排気ラインに設けられる供給手段と、排気ガス流方向の下流に設けられる触媒反応器とを含む。還元剤として、前駆体の尿素から得られるアンモニアが通常使用される。この尿素は、水溶液、または適切な場合、固体形態で排気ガスに供給され、加水分解および／または加熱分解によりアンモニアに変換される。尿素水溶液は、例えば、ＡｄＢｌｕｅという商標名で利用可能である。触媒反応器（通常、触媒でコーティングされたハニカム体）は、還元剤を用いて、排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を変換して、無害物質を生成するのに役立つ。通常、窒素、酸素および水は、選択的触媒還元の間の生成物として生成される。
選択的触媒還元のためのこのような装置を有する排気システムは、しばしば、例えば炭化水素（ＨＣ）および／または煤粒子（Ｃ）および／または一酸化炭素（ＣＯ）などの排気ガス中に含まれる他の汚染物質の還元に適切な酸化触媒コンバータを追加的に含む。この酸化触媒コンバータは、しばしば、排気ガス流方向で見て、選択的触媒還元のための装置の上流、または還元剤供給手段の上流に配置される。この位置において、酸化触媒コンバータは、選択的触媒還元のための装置において下流で起こる処理のための内燃エンジンの排気ガスを下処理するために利用され得る。この目的のために、前記酸化触媒コンバータは、例えば、排気ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯ）を二酸化窒素（ＮＯ２）に変換する。未燃焼の炭素化合物（Ｃ）はここでさらに酸化される。
このタイプの排気システムは、これまでのかなりの期間、貨物自動車（トラック）の分野において広範に使用されている。なぜなら、貨物自動車は、典型的に、希薄混合物で作動する内燃エンジンにより運転されるからである。しかしながら、将来の排気ガスの標準に関して、このような排気システムは、乗用車の分野においてもますます重要になってきている。
従来は、排気システムの作動パラメータがエンジン制御器のための入力変数として決定される。これは一般に、排気システムに位置する測定プローブにより行われている。次に、内燃エンジンへの燃料の注入、空気供給および適切な場合、内燃エンジンにおける混合物の点火時間もまた、排気システムにおける条件に適合されており、その結果として、排気システムの作動モードが適用され、汚染物質排出がさらに低減される。排気システムにおけるこのタイプの測定プローブは、誤った情報源の場合がある。なぜなら、それらによって与えられる測定値は、例えば測定プローブの汚染の事象において不正確であり、対応して読み取ることができないからである。これらの理由のために、排気システムにおける測定プローブは、定期的に検査されるか、またはモニターされなければならない。同時に、このような測定プローブ、特にガス測定プローブは、排気システムの構造物においてかなり費用がかかる要因となる。この理由のために、排気システムにおいて与えられる作動パラメータを記録するため、また同時に、排気システムの状態に関して全ての関連情報を与えることができる、最も少ない可能な測定プローブが望まれる。さらに、従来技術から、排気システムにおける酸化触媒コンバータの状態が不適切であるか、または非常に不正確であることを決定するためのオプションが現在知られている。
これらのことを出発点として、本発明の目的は、従来技術に関して明らかとなった問題を少なくとも部分的に解決することであり、特に、選択的触媒還元のための装置を有し、酸化触媒コンバータを有する、排気システムを作動するための方法であって、その方法において、排気システムの調節に要求されるパラメータ、特に酸化触媒コンバータの診断のためのパラメータを決定することができ、同時に、最小数の測定プローブが必要とされる、方法を特定することを目的とする。さらに、本発明による方法を実行するための排気システム、およびそれを対応して備える自動車を特定することを目的とする。
この目的は、請求項１の特徴による方法、請求項８の特徴による排気システム、および請求項９の特徴による自動車によって達成される。従属請求項は、各々、有益な改良に関連する。特に図面と併せた説明により、本発明のさらに例示的な実施形態を特定する。全ての特定される特徴は、任意の所望の技術的に適切な方法で互いに組み合わされてもよい。
少なくとも１つの酸化触媒コンバータと、選択的触媒還元に適切であり、装置の効率を決定するための少なくとも１つの測定プローブを有する少なくとも１つの装置と、を有する、自動車の内燃エンジンの排気システムを作動するための本発明による方法は、少なくとも以下の工程：
ａ）少なくとも１つの測定プローブによって装置の変換効率を決定する工程と、
ｂ）決定された変換効率から、酸化触媒コンバータにおける一酸化窒素変換の効率を計算する工程と、
を含む。
ａ）少なくとも１つの測定プローブによって装置の変換効率を決定する工程と、
ｂ）決定された変換効率から、酸化触媒コンバータにおける一酸化窒素変換の効率を計算する工程と、
を含む。
選択的触媒還元のための装置の変換効率はまた、本明細書以下でＳＣＲ装置と称し、この装置で精製される排気ガス中の二酸化窒素対一酸化窒素の比に非常に依存する。この比は、流れ方向においてＳＣＲ装置の上流に配置される酸化触媒コンバータによって有意に決定される。この酸化触媒コンバータは、一酸化窒素を二酸化窒素に変換する。特に、ＳＣＲ装置の変換効率に影響を与えるさらなる要因が知られているか、またはそれらが無視できるほどのそのような少しの影響を有する場合、ＳＣＲ装置の変換効率から、酸化触媒コンバータにおける一酸化窒素の二酸化窒素への変換効率を非常に確実および正確に計算することが可能である。従って、酸化触媒コンバータの一酸化窒素変換の効率に関する情報は、酸化触媒コンバータに割り当てられる測定プローブを使用せずに得られる。ここで、「一酸化窒素変換」とは、特に、二酸化窒素を形成するための一酸化窒素の変換を意味する。
用語「測定プローブ」とは、特にガスプローブを意味する。ＳＣＲ装置の変換効率を測定するための測定プローブは、一般にいわゆるＮＯｘセンサである。それらはまた、部分的にラムダ値を決定するのに適切である。使用は、典型的に、平面プローブ、抵抗ジャンププローブおよび／または広域帯プローブからなる。本発明による方法のための排気システムにおいて、設けられる酸化触媒コンバータに割り当てられる測定プローブがないことが好ましい。特に、１つのＮＯｘセンサのみがＳＣＲ装置の下流に設けられる。圧力、温度および／または体積流量などの他のパラメータを決定するためのセンサが、ＳＣＲ装置およびまた酸化触媒コンバータの両方に割り当てられるように任意に設けられてもよい。
酸化触媒コンバータの効率に関する情報は、例えば、排気システムに設けられる加熱素子を調節するため、内燃エンジンを調節するため、および／または酸化触媒コンバータの再生の必要性をチェックするために使用されてもよい。内燃エンジンにおいて、例えば、燃料または酸素供給および／または適切な場合、適用される点火時間を、決定される情報に考慮してもよい。
ＳＣＲ装置の変換効率はまた、例えば、２つの測定プローブにより決定されてもよく、排気ガスの流れ方向において見た場合、１つの測定プローブは、排気システムにおけるＳＣＲ装置の最初に配置され、１つの測定プローブは排気システムにおけるＳＣＲ装置の終わりに配置され、排気ガス中の窒素酸化物の画分の変化は、選択的触媒還元の前後の窒素酸化物含有の相違を測定することによって決定される。
排気システムを作動するための本発明による方法は、評価回路に保存された特性マップが工程ｂ）の実行に使用される場合、さらに利点がある。
酸化触媒コンバータにおける変換効率以外に、さらなるパラメータがまた、ＳＣＲ装置の変換効率に対する影響を有してもよい。可能なパラメータが決定されてもよく、特性マップとして保存されてもよく、試験設定において、酸化触媒コンバータにおける変換効率が測定され、それは計算されない。このような実験的に決定された特性マップから、試験設定において測定された酸化触媒コンバータにおける変換効率を、大量生産された排気システムにおいて簡単かつ確実に再現することが可能である。
本発明による方法は、特に、工程ｂ）の後、炭化水素および／または一酸化炭素のための酸化触媒コンバータの変換効率が、一酸化窒素変換の効率から計算されるという利点がある。３つの最も重要な汚染物質種類（窒素酸化物、炭化水素および一酸化炭素）についての酸化触媒コンバータの変換効率の間に関連性が存在する。この変換効率のうちの１つが既知である場合、それにより、他の２つの変換効率に関する結論を下すことが可能である。実験的に決定された関係が保存される特性マップもここで適切である。
本発明による方法の改良において、排気ガスの少なくとも１つの空間速度および／または体積流量が、排気システムにおいて測定され、酸化触媒コンバータにおける一酸化窒素変換の効率の計算に組み込まれる。
酸化触媒コンバータにおける変換効率以外に、排気ガスの空間速度または排気システムを通る排気ガスの体積流量は、ＳＣＲ装置の変換効率に対してさらに重要な影響のある変数である。従って、排気ガスの現在の空間速度および／または体積流量を、酸化触媒コンバータにおける一酸化窒素変換の効率の計算にさらに組み込むことは利点がある。適切な場合、体積流量および／または空間速度もまた、特性マップにおける影響のあるパラメータとして保存され得る。
排気ガスの少なくとも１つの温度を、排気システムにおいて測定し、酸化触媒コンバータにおける一酸化窒素変換の効率の計算に組み込むことも有利である。排気ガスの温度もまた、ＳＣＲ装置における変換効率に対する重要な影響のあるパラメータであり、その温度を特性マップに考慮することもまた、適切であり得る。温度は、例えば、ＳＣＲ触媒コンバータにおいて、および／またはＳＣＲ触媒コンバータ上で測定されてもよいか、あるいはＳＣＲ装置における排気ラインにおいて、および／またはＳＣＲ装置における排気ライン上で測定されてもよい。
二酸化窒素対一酸化窒素の比に対するＳＣＲ装置の変換効率の依存性は、特に、低い排気ガス温度、特に１５０℃〜３００℃の範囲において公表される。従って、本発明による方法は、特に、排気ガスの温度が１５０℃から３００℃の間である場合に使用されてもよい。温度は、例えば、ＳＣＲ装置において測定されてもよい。本発明による方法は、特に、前記温度範囲において正確な結果を生じる。
さらに、本発明による方法において、排気ガスに供給される還元剤または還元剤前駆体の量が決定（計算および／または測定）され、酸化触媒コンバータにおける一酸化窒素変換の効率の計算に組み込まれる場合、利点がある。適切な場合、供給される還元剤の量の測定の代わりに、還元剤容器および／または実施される還元剤前駆体のためのタンクの充填レベルを定期的にチェックしてもよい。
本発明はまた、少なくとも１つの酸化触媒コンバータと、選択的触媒還元に適切であり、装置の効率を決定するための少なくとも１つの測定プローブを有し、さらに本発明による方法を実行するように設定される評価回路を有する、少なくとも１つの装置とを有する、自動車の内燃エンジンのための排気システムを提案する。
評価回路は、典型的に、特性マップが保存され得る集積回路として設計されてもよい。このタイプの評価回路は、異なる排気システムに非常に容易に適合され得る。
さらに、本発明はまた、本発明による方法を実行するための本発明による少なくとも１つの排気システムを有する、自動車の内燃エンジンを有する自動車を提案する。
本発明および技術分野は、図面に基づいて以下により詳細に説明される。図面は、本発明の特定の好ましい実施形態の変形例を示すが、本発明はそれらに限定されないことは留意されるべきである。特に図面および特に例示した提案は単に概要である。
図１は自動車７を示す。自動車７は、内燃エンジン２および本発明による排気システム１を有する。排気システム１は、酸化触媒コンバータ３、および排気ガス構成物質の選択的触媒還元に適切な装置４を備える。装置４は、還元剤または還元剤前駆体のための供給手段１０、還元剤または還元剤前駆体のためのタンク１１、ＳＣＲ触媒コンバータ９、およびまた、ＳＣＲ触媒コンバータ９の下流にＮＯｘセンサの形態において測定プローブ５を備える。内燃エンジン２、酸化触媒コンバータ３、供給手段１０およびＳＣＲ触媒コンバータ９は、排気ライン８に沿って、排気ガスの流れ方向において順番に配置される。また任意に、ＳＣＲ触媒コンバータの上流にさらなる測定プローブ５が設けられてもよい。さらに、適切な場合、装置４の異なる作動パラメータを記録するのに適切なセンサ１９が設けられる。温度、圧力および／または体積流量は、例えば、センサ１９により決定され得る。センサ１９は、装置４または排気システム１の異なる構成要素に配置されてもよい。タンク１１は、タンク１１の充填レベルを決定するための充填レベルセンサ１２を有する。さらに、装置４に供給される還元剤の量を決定する通気流センサ１３が設けられる。測定プローブ５、センサ１９、充填レベルセンサ１２および通気流センサ１３により決定される作動パラメータは、評価回路６に送信される。この評価回路は、決定された作動パラメータから、装置４の変換効率の中間段階によって酸化触媒コンバータ３の変換効率を計算する。酸化触媒コンバータ３の出力変換効率を図１において矢印として示し、排気システム１を調整するために排気システム１内で使用され得るか、および／または自動車７のさらなる作動パラメータを調整するために使用され得る。
図２は、単に概略的、および非常に簡略化された形態で、酸化触媒コンバータの一酸化窒素変換の効率を計算するために使用され得る特性マップ１８を示す。ＳＣＲ装置の温度（Ｔ）を水平軸１５にプロットする。ＳＣＲ装置の変換効率を垂直軸１６にプロットする。特性曲線１４は、全ての他の影響のあるパラメータが一定に維持している場合、ＳＣＲ装置の温度と変換効率との間の関係を示す。さらに、特性マップ１８における特性曲線１４は、影響のあるパラメータが変化する場合、どのように特性曲線１４が変化するかを示す。排気ガス体積流量および還元剤供給率以外に、ＳＣＲ装置の上流に配置される酸化触媒コンバータ（図１を参照のこと）の窒素酸化物変換の効率は前記パラメータのうちの１つである。酸化触媒コンバータが特に効果的である場合、および多量の窒素酸化物が二酸化窒素に変換される場合、特性曲線は、典型的に、低い温度の方向において左に移動する。酸化触媒コンバータがほとんど効果的でない場合、特性曲線は、高い温度の方向において右に移動する。ここで、ＳＣＲ装置において測定された温度１７が温度センサにより決定される場合、垂直軸１６のＳＣＲ装置の変換効率により、特性マップ１８の特性曲線１４が関連するかを決定することが可能である。各々の特性曲線が、酸化触媒コンバータにおいて二酸化窒素を形成するために特定の一酸化窒素変換の効率に対応するので、酸化触媒コンバータにおける一酸化窒素の二酸化窒素への変換の効率を決定することが可能である。さらに、排気ガス体積流量および／または供給された還元剤の量などの影響のある変数も同様に、特性マップ１８における特性曲線１４の変化または適切な場合、変形を生じる。従って、実際に、評価回路に保存される特性マップ１８は、さらに、多くの影響のある変数を考慮に入れてもよく、それによって、相当なレベルの複雑性を有するが、試験設定において実験的に決定されてもよい。
本発明による方法によって、酸化触媒コンバータにおける、または酸化触媒コンバータ上のさらなる測定プローブを使用せずに、排気システムにおいて酸化触媒コンバータにおける一酸化窒素の二酸化窒素への変換の効率の推定を得ることも可能である。これにより、排気システムのアフターサービスの頻度を減少させ、同時に、排気ガス変換全体の正確な調節が可能となる。
１ 排気システム
２ 内燃エンジン
３ 酸化触媒コンバータ
４ 装置
５ 測定プローブ
６ 評価回路
７ 自動車
８ 排気ライン
９ ＳＣＲ触媒コンバータ
１０ 供給手段
１１ タンク
１２ 充填レベルセンサ
１３ 通気流センサ
１４ 特性曲線
１５ 水平軸
１６ 垂直軸
１７ 測定された温度
１８ 特性マップ
１９ センサ
２ 内燃エンジン
３ 酸化触媒コンバータ
４ 装置
５ 測定プローブ
６ 評価回路
７ 自動車
８ 排気ライン
９ ＳＣＲ触媒コンバータ
１０ 供給手段
１１ タンク
１２ 充填レベルセンサ
１３ 通気流センサ
１４ 特性曲線
１５ 水平軸
１６ 垂直軸
１７ 測定された温度
１８ 特性マップ
１９ センサ
Claims (8)
- 少なくとも１つの酸化触媒コンバータ（３）と、選択的触媒還元用の少なくとも１つの装置（４）であって、装置（４）は、還元剤または還元剤前駆体のための供給手段（１０）、ＳＣＲ触媒コンバータ（９）、および、排気ガス流方向の下流に設けられて、窒素酸化物を無害化する装置（４）の変換効率を決定するために、排気ガス中の窒素酸化物の含有量を測定するための少なくとも１つの測定プローブ（５）を有する、少なくとも１つの装置（４）と、を有する、自動車の内燃エンジン（２）の排気システム（１）を作動するための方法であって、前記方法は、少なくとも以下の工程：
ａ）少なくとも１つの前記測定プローブ（５）によって窒素酸化物を無害化する前記装置（４）の変換効率を決定する工程と、
ｂ）決定された前記変換効率から、前記酸化触媒コンバータ（３）における一酸化窒素変換の効率を計算する工程と、
を含む、方法。 - 評価回路（６）に保存された特性マップ（１８）が、前記工程ｂ）を実行するために使用される、請求項１に記載の排気システム（１）を作動するための方法。
- 前記工程ｂ）の後、炭化水素および／または一酸化炭素についての前記酸化触媒コンバータ（３）の変換効率が、前記一酸化窒素変換の効率から計算される、請求項１または２に記載の排気システム（１）を作動するための方法。
- 排気ガスの少なくとも１つの空間速度および／または体積流量が、前記排気システム（１）において測定され、前記酸化触媒コンバータ（３）における前記一酸化窒素変換の効率の計算に組み込まれる、請求項１〜３のうちのいずれか一項に記載の排気システム（１）を作動するための方法。
- 排気ガスの少なくとも１つの温度が、前記排気システム（１）において測定され、前記酸化触媒コンバータ（３）における前記一酸化窒素変換の効率の計算に組み込まれる、請求項１〜４のうちのいずれか一項に記載の排気システム（１）を作動するための方法。
- 排気ガスに供給される還元剤または還元剤前駆体の量が決定され、前記酸化触媒コンバータ（３）における前記一酸化窒素変換の効率の計算に組み込まれる、請求項１〜５のうちのいずれか一項に記載の排気システム（１）を作動するための方法。
- 少なくとも１つの酸化触媒コンバータ（３）と、
選択的触媒還元用の少なくとも１つの装置（４）であって、装置（４）は、還元剤または還元剤前駆体のための供給手段（１０）、ＳＣＲ触媒コンバータ（９）、および、排気ガス流方向の下流に設けられて、窒素酸化物を無害化する装置（４）の変換効率を決定するために、排気ガス中の窒素酸化物の含有量を測定するための少なくとも１つの測定プローブ（５）を有する、少なくとも１つの装置（４）と、
請求項１〜６のうちのいずれか一項に記載の方法を実行するように設定される評価回路（６）と、
を有する、自動車の内燃エンジン（２）のための排気システム（１）。 - 請求項７に記載の排気システム（１）を有する、自動車の内燃エンジン（２）を有する自動車（７）。
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