JP5967941B2 - 排ガス後処理の診断方法 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関用の排ガス後処理装置であって、前記排ガス後処理装置が、１種の排ガス成分の変換のための手段を有し、かつ該排ガス後処理装置に後続配置されたセンサ手段を備えている形式の前記装置のオンボード診断のための方法に関する。

目下、すす粒子フィルタが、すすを、いわゆる吸着作業において蓄えることは、先行技術である。すす粒子フィルタは、ディーゼル粒子フィルタ（ＤＰＦ）とも呼ばれる。粒子フィルタが更なるすすをもはや取り込むことができないときに、そのフィルタを再生によって燃焼により清浄化せねばならない。このためには、様々な手段があり、そのうちの１つは、例えば排ガスを適切な手段によって追加加熱することにあり、こうしてすすは、フィルタ中でリーン排ガスに含まれる酸素とともに燃焼する。このすすの燃焼は、大抵は不完全である。すなわち、それによって、不完全燃焼の生成物、例えば一酸化炭素が生ずる。更に、該粒子フィルタが触媒被覆されていることも先行技術であり、それによって、一酸化炭素は、非常に大部分まで二酸化炭素へと酸化するので、粒子フィルタの再生段階の間での一酸化炭素エミッションは該フィルタの後方では非常にわずかである。ここで、粒子フィルタ内部の前記の触媒層が劣化するため、該層は不活性になり、そして再生の結果生ずる一酸化炭素の転化がもはや保証されないということから問題が生ずる。該触媒被覆のこの劣化プロセスと、それに付随する粒子フィルタの再生の間の一酸化炭素エミッションの増大は、実際には直接的に認識できない問題である。

ＤＥ１０２００７００９８７３号Ａ１は、排ガスセンサの横感度の発生の識別方法を開示している。該方法は、ディーゼルエンジンであって、その排ガス系統に酸化触媒と粒子フィルタと粒子センサとを有するエンジンで使用される。運転に起因する又は意図的に行われた触媒の前方での第二の排ガス成分の濃度の変化によって、該触媒の欠陥を、この第二の排ガス成分についての転化能に関連して推測することが定められる。排ガスセンサの範囲内の未転化の排ガス成分の存在を推測し、必要に応じてセンサシグナルの相応の較正を行うことが可能となるべきである。

ＤＥ１０２００７００９８７３号Ａ１

そのことに鑑みて、本発明の課題は、粒子フィルタの触媒被覆をその作用の点で診断することである。

前記課題は、内燃機関用の排ガス後処理装置であって、前記排ガス後処理装置が、１種の排ガス成分の変換のための手段を有し、かつ該排ガス後処理装置に後続配置されたセンサ手段を備えている形式の前記装置のオンボード診断のための方法において、前記排ガス成分が、前記センサ手段によって検知され、かつその検知された排ガス成分の量をもとに該排ガス成分の変換のための手段の質（Ｇｕｅｔｅ）を推測し、該センサ手段のシグナルを、オンボード診断のためのシステムに伝送する前記診断方法によって解決される。これによって、好ましくは、問題となる排ガス成分の存在又は不足を直接的に検出できる方法が提供される。排ガス後処理装置が正常に機能しており、かつ問題となる排ガス成分の変換のための手段が適切に作用する場合には、該成分は、主に非常に僅かな濃度で存在するにすぎないので、そこから始めて、この排ガス成分の変換のための手段は十分に機能していると推測することができる。他方で、問題となる排ガス成分の明らかに高められた濃度がセンサ手段によって測定された場合に、それは、該排ガス成分の変換のための手段が正常に機能していないかあるいは欠陥があることの指標となる。この場合に特に、参照値との比較、例えば参照としての基礎となる正常に機能している排ガス処理装置の参照値との比較を行うことができる。値が参照値よりも大きい場合に、排ガス成分の変換のための手段が正常でないと判断できる。

好ましい一実施態様においては、前記方法において、前記排ガス成分は、再生の始動段階の間の第一の時点から、少なくとも、再生の間の第二の時点まで、好ましくは再生の終わりの時点までにわたる期間にわたって検知される。

好ましい一実施態様においては、前記方法において、前記第一の時点は、再生の始まりに一致するか、又は再生の始まりよりも時間的に後にある。

好ましい一実施態様においては、前記方法において、前記排ガス成分は、一酸化炭素であり、その含量は、一酸化炭素センサ（４）によって検知される。

好ましい一実施態様においては、前記方法において、排ガス成分の量のピークを超えた場合、センサ手段（４）のシグナルは、オンボード診断のためのシステムへと伝送される。

より好ましい一実施態様においては、前記センサ手段（４）は、一酸化炭素センサを含む。

本発明によれば、排ガス後処理装置は、排ガス成分の変換のための触媒被覆を有する少なくとも１つのすす粒子フィルタを有することが定められ、その際、該排ガス成分が生ずる前記排ガス後処理装置の再生が行われる。ここでは、フィルタ機能と変換機能とが１つのコンポーネントにまとめられていることが好ましい。前記コンポーネントは、様々な構成において市販されている。また、該排ガス成分の変換のための触媒被覆をも含むすす粒子フィルタが、再生段階の間に遊離する排ガス成分を変換することが好ましい。

個々の方法工程として、排ガス成分を、再生の始動段階の間の第一の時点から、少なくとも、再生の間の第二の時点まで、好ましくは再生の終わりの時点までにわたる期間にわたって検知することが定められうる。この場合、第一の時点が、再生の始まりに一致するか、又は再生の始まりよりも時間的に後にあることが定められうる。第一の時点が再生の始まりに一致する場合には、それは始動条件が簡単であるとういう利点を有する。一般的に、再生の始まりは、エンジン内部措置、例えばスロットリング、後の噴射時点、追加の噴射及び／又は後の噴射によって行われる。これによって、意図的に、未燃焼の燃料量が酸化触媒に達する。これにより強制される酸化触媒中の反応によって、触媒中で排ガス温度は、エンジン内部措置の開始に幾らかの時間的遅延をともなって始めて約６２０℃〜６３０℃へと高まる。この期間の間、酸化触媒によって転化されていない排ガス成分の突破もしくはすり抜けが起こりうる。酸化触媒が約６２０℃〜６３０℃の排ガス温度にまで加熱された後に始めて、この排ガス成分が転化される。これは、始動段階の終わりと呼ぶことができる。それに続いて、加熱された排ガスは、粒子フィルタ中ですすの焼失プロセスを起こす。前記の未転化の排ガス成分の含分を検知しないために、粒子フィルタに後続配置されたセンサ手段による測定の第一の時点は、再生の始まりよりも時間的に後にあってよい。この時点の再生の始まりに対する時間的設定についての解除条件としては、例えば酸化触媒の後方での排ガス温度を引き合いに出すことができる。

第一の時点を再生の開始の前に置くことによって、問題となる排ガス成分は、該成分が既に内燃機関から放出されていて、前方配置された酸化触媒によって変換されていないであろうときに、既にその濃度で確認できるということが保証される。この濃度は、後の時点で較正ファクタとして用いることができる。

詳細には、該排ガス成分は、一酸化炭素であることが定められ、その含有率は一酸化炭素センサによって検知される。既に冒頭で説明したように、それは、再生段階の間の大抵は不完全なすすの燃焼の産物である。粒子フィルタの触媒被覆が正常に機能している場合に、一酸化炭素は二酸化炭素へと酸化される。一酸化炭素センサによって、粒子フィルタの再生段階の間に排ガス成分である一酸化炭素の濃度がどれくらい高いか、すなわちどれくらいの量の一酸化炭素が効果的に二酸化炭素へと変換されていないかを直接的に検知することができる。

好ましくは、排ガス成分の量の限界値を越えた場合、センサ手段のシグナルが、オンボード診断（ＯＢＤ）のためのシステムへと伝送されることが定められる。好ましくは一酸化炭素センサとして構成されているセンサ手段のシグナルは、好ましくは、フィルタの後方の全排ガス流中の未変換の排ガス成分の量、濃度又は程度を表す。これによって、好ましい様式で、運転中にさらにコントロールランプ（インジケータランプ（ｍａｌｆｕｎｋｔｉｏｎ ｉｎｄｉｃａｔｏｒ ｌｉｇｈｔ）ＭＩＬ）を点灯させることができ、そして原因となる故障を記録できることが保証される。

更に、前記課題は、内燃機関用の排ガス後処理装置のオンボード診断のための装置であって、前記排ガス後処理装置が、排ガス成分の変換のための手段を有し、かつセンサ手段が設けられており、該センサ手段は、排ガス成分の不完全な変換を該成分の識別によって検知するために排ガス後処理装置に後方配置されており、かつ前記センサ手段がオンボード診断のためのシステムと接続されている前記診断装置によって解決される。

好ましい一実施態様においては、前記装置において、一酸化炭素の測定のための前記センサ手段（４）は、ラムダセンサ、ＮＯｘセンサ又は電気化学的に駆動するセンサから適合されている。

好ましい一実施態様においては、前記装置において、 前記センサ手段（４）は、触媒被覆と温度センサを含む。

本発明によれば、排ガス後処理装置は、排ガス成分の変換のための触媒被覆を有する、少なくとも１つのすす粒子フィルタを有することが定められている。ここで、フィルタ機能と変換機能とが１つのコンポーネントにまとめられていることが好ましい。

好ましい実施形態においては、該センサ手段は、一酸化炭素センサを含むことが定められている。一酸化炭素センサによって、粒子フィルタの再生段階の間に排ガス成分である一酸化炭素の濃度がどれくらい高いか、すなわちどれくらいの量の一酸化炭素が効果的に二酸化炭素へと変換されていないかを直接的に検知することができる。

択一的に、一酸化炭素の測定のためのセンサ手段は、ラムダセンサ、ＮＯｘセンサ又は電気化学的に駆動するセンサから適合されていることを定めることができる。これによって、これらのセンサが、多岐にわたる種類及び様式で、市場で調達可能であるし、また既に排ガス系統の周囲に実装されているという利点が生じる。

更なる選択肢としては、前記センサ手段が触媒被覆と温度センサを含むことが定められていてよい。この実施形態では、排ガス成分である一酸化炭素の検知は、これが粒子フィルタ内部の触媒被覆の欠陥の結果として転化されなければ、粒子フィルタを未変換状態で出て行く一酸化炭素を、引き続いて後置されたセンサ手段の触媒被覆において変換し、この場合に温度上昇が生じ、それを温度センサによって検知することによって行われる。

どの実施形態についても、センサ手段はオンボード診断（ＯＢＤ）のためのシステムと接続されていることが定められていてよい。これによって、好ましい様式で、稼働中にさらにコントロールランプ（インジケータランプ（ｍａｌｆｕｎｋｔｉｏｎ ｉｎｄｉｃａｔｏｒ ｌｉｇｈｔ）ＭＩＬ）を点灯させることができ、そして原因となる故障を記録できることが保証される。

以下で、本発明による、一酸化炭素測定によるすす粒子フィルタの転化能の診断のための方法及び装置を図面をもとに説明する。

図１は、排ガス系統の原理図を示している。 図２において、ａ）は、再生の段階を伴うすす粒子フィルタの温度推移が示され、ｂ）においては、触媒被覆を有するすす粒子フィルタの一酸化炭素エミッションが示され、ｃ）においては、触媒被覆を有さないすす粒子フィルタの一酸化炭素エミッションが示されている。

図１は、原理図において、慣例の排ガス系統６を示し、前記排ガス系統６は、例えばディーゼル原理により作動する内燃機関１と、流動方向Ａで後置された酸化触媒２と、すす粒子フィルタ３と、一酸化炭素センサ４を有し、前記一酸化炭素センサ４は、センサシグナルの監視のために制御装置５に接続されている。該内燃機関は、リーン駆動型のオットーエンジンであってもよい。詳細に記載しないが、一般に公知のように、前記制御装置は、オンボード診断（ＯＢＤ）のためのシステムの少なくとも一部分である。すす粒子フィルタ３は、その内側に触媒被覆を備えている。これは、原理図に基づいて図１に詳細に示されていない。

更に、温度測定の手段は、酸化触媒２の後方に設けられていてよい。これによって、酸化触媒２の診断は、触媒の前方で未燃焼の炭化水素又は一酸化炭素の形のエミッションを供給した後で、触媒後方の温度推移を評価することによって行うことができる。

図２において、時間にわたって変わるすす粒子フィルタの温度の推移と、フィルタ後方の一酸化炭素のエミッションが示されている。詳細には、図２のａ）は、慣例の措置によって再生が始まる所定の期間にわたってのすす粒子フィルタの温度推移を示している。一つの考えられる措置は、排ガスを相応のエンジン内部の駆動状態によって追加加熱することにあり、こうしてすすは、フィルタ中でリーン排ガスに含まれる酸素とともに燃焼する。この再生段階Ｒは、図２のａ）の温度推移において温度上昇をもとに検知できる。

図２のｂ）は、触媒被覆を備えたすす粒子フィルタの一酸化炭素エミッションを示している。再生の開始直後に、一酸化炭素の濃度Ｋは、触媒被覆が加熱されて一酸化炭素が二酸化炭素へと酸化されるまで短時間増加する。図２のｂ）では、さらに一酸化炭素エミッションの積分値Ｉが示されている。

比較のために、図２のｃ）において、触媒被覆を有さないすす粒子フィルタの一酸化炭素エミッションが示されている。かかる粒子フィルタの場合には、再生Ｒの間に一酸化炭素の濃度Ｋの明らかな増大が記録されうる。該積分値Ｉによって、触媒被覆を有するすす粒子フィルタ（図２のｂ））と比較して明らかに多い一酸化炭素全量が放出されたことが示される。

本発明による方法と装置の基本思想は、一方で、フィルタの後方の一酸化炭素センサによって排ガス流中の一酸化炭素濃度を測定できることに基づき、他方で、触媒被覆されているが、その被覆が劣化又は他の有害な影響要因の結果として機能不全となっている粒子フィルタが、少なくとも基本的には、図２のｃ）に示される再生Ｒの間の一酸化炭素の濃度の推移を有するであろうことに基づく。この場合、そのために一酸化炭素センサによって再生の間には高められた一酸化炭素濃度が測定される。ここで更に、排ガス系統６における別の故障によってすす粒子フィルタ３の前方で高められた一酸化炭素濃度が生ずることを排除できれば、すす粒子フィルタの触媒被覆が不良であるため、該被覆が再生Ｒの間に生じた一酸化炭素をもはや二酸化炭素へと変換できずに、一酸化炭素を未変換で放出することを診断できる。

本発明による方法の実施に際しての可能な手順は、以下のステップで成っていてよい：
− 慣例の措置により再生を始めるステップ、
− 一酸化炭素エミッションを測定するステップ、
− 一酸化炭素エミッションを、好ましくは再生の終わりまで積分するステップ、
− 一酸化炭素エミッションの積分値を、好ましくは完全に正常に機能するフィルタの転化に対するものである、例えば９９％の転化率を有する参照フィルタの参照値と比較するステップ、
− 値の比較に依存して措置を始めるステップ、
その際、測定値が参照値よりも大きい場合に被覆が正常でないと検知される。

始める措置として、まず、情報のためにコントロールランプ（インジケータランプＭＩＬ）の点灯を行ってよい。更なる措置としては、内燃機関のエマージェンシ動作を考慮に入れることができる。

記載した方法によって、粒子フィルタの触媒被覆の劣化を検知することが可能である。触媒被覆が劣化している場合に、さらに、一酸化炭素（ＣＯ）の転化と未燃焼の炭化水素（ＨＣ）の転化は、低温で、例えばエンジン冷間始動後に低下しているであろうという推論を可能にする。この関連に基づき、本発明による方法によって、冷間始動も該当する通常運転において、ＣＯ転化能とＨＣ転化能を間接的に診断することも可能である。

１ 内燃機関、 ２ 酸化触媒、 ３ すす粒子フィルタ、 ４ 一酸化炭素センサ、 ５ 制御装置、 ６ 排ガス系統、 Ｒ 再生、 Ｋ 濃度、 Ｉ 積分値、 Ａ 流動方向

Claims (2)

1. 内燃機関（１）用の排ガス後処理装置（３）であって、前記排ガス後処理装置（３）が、１種の排ガス成分の変換のための手段を有し、かつ該排ガス後処理装置（３）に後続配置されたセンサ手段（４）を備えている形式の排ガス後処理装置（３）のオンボード診断のための方法において、
   前記排ガス後処理装置は、排ガス成分の変換のための触媒被覆を有する少なくとも１つのすす粒子フィルタ（３）及び前接続された酸化触媒（２）を有し、
   前記排ガス成分は、前記センサ手段（４）によって検知され、かつその検知された排ガス成分の量をもとに該排ガス成分の変換のための手段の質が推測され、
   前記センサ手段（４）のシグナルは、オンボード診断のためのシステムに伝送され、かつ
   エンジン内部措置により前記すす粒子フィルタ（３）の再生が行われ、その間に、すすの酸化によりすす粒子フィルタ（３）中に前記排ガス成分が生成し、かつ
   前記排ガス成分は一酸化炭素である、
   前記診断方法。
2. 内燃機関（１）用の排ガス後処理装置（３）のオンボード診断のための装置であって、前記排ガス後処理装置（３）が、１種の排ガス成分の変換のための手段を有し、かつセンサ手段（４）を備えている形式の装置において、
   前記排ガス後処理装置は、前記排ガス成分の変換のための触媒被覆を有する少なくとも１つのすす粒子フィルタ（３）を有し、
   前記センサ手段（４）は、エンジン内部措置によるすす粒子フィルタの再生の間での前記排ガス成分の不完全な変換を該成分の識別によって検知するために排ガス後処理装置（３）に後方配置されており、かつ
   前記センサ手段（４）は、オンボード診断のためのシステムと接続されており、かつ
   前記排ガス成分は一酸化炭素である、
   前記診断装置。

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