JP6133981B2 - 還元剤を排ガス処理装置に加える方法 - Google Patents

Description

本発明は、排ガス処理装置への還元剤の計測・供給（ｍｅｔｅｒｉｎｇ）のための方法に関する。還元剤は、モデルベースの規則を用いて計測・供給される。

移動内燃機関の排ガス中の窒素酸化合成物の還元のために、いわゆるＳＣＲ（選択接触還元）方法が使用される。この場合、アンモニアまたはアンモニアに変換されることができる還元剤前駆体を有する還元剤は、排ガスに添加される。そして、窒素酸化合成物は、ＳＣＲ触媒コンバータにおいて窒素と水を形成するために変換される。この方法では、アンモニアと排ガス中の窒素酸化合成物との間に化学量論的混合比をセットすることが望ましい。あまりに多くのアンモニアが添加されるかまたは生成される場合、いわゆる還元剤ずれが発生する。そしてそれは、換言すれば、アンモニアが排ガスとともに環境へと放出されて、そして少量でさえ不快臭として認知可能なことを意味する。還元剤ずれはまた、還元剤のさらなる消費に結果としてなる。アンモニアの不十分なまたは準化学量論的計測の場合、排ガス中の窒素酸化合成物は完全には変換されることができない。それにより、ある条件下では、必要な排ガス基準を満たすことが（永久に）できない。しかしながら、内燃機関の変化するパワー出力、排ガスのおよび内燃機関の温度変化のせいで、および／またはさらなる排ガス処理装置の効果のせいで、窒素酸化合成物の量が強烈な動的変化を受ける場合、アンモニアを添加する計測をできるだけ正確に化学量論的方法で達成することは、課題である。

これを出発点として、先行技術から公知の課題を少なくとも部分的に解決することは、本発明の目的である。特に、還元剤ずれが確実に防止されることができる、したがってまたＳＣＲ触媒コンバータの下流の排ガス処理装置内に配置される酸化触媒コンバータ（バリア触媒コンバータ）が回避されることができる方法を特定することは、求められる。この方法はまた、ＳＣＲ触媒コンバータが還元剤のための（重要な）貯蔵能力を有しない排ガス処理装置に特に適していなければならない。同時に、この方法は、排ガス中の窒素酸化合成物の効果的かつ動的な変換を可能にしなければならない。

前記目的は、独立請求項の特徴によって達成される。従属請求項は、有利な実施形態に関する。

本発明は、供給ポイントを有する、そして排ガス中の窒素酸化合成物の変換のためのＳＣＲ触媒コンバータを有する排ガス処理装置に還元剤を計測して供給する方法であって、少なくとも、
ａ）排ガス中に存在するわずかな窒素酸化合成物がＳＣＲ触媒コンバータによって変換されることができることを示す以下の目標変換率を算出するステップ、
ａ．１）接続される内燃機関のパワー出力から決定される第１の目標変換率、
ａ．２）浄化された排ガス中の窒素酸化合成物の質量流量から決定される第２の目標変換率、および、
ａ．３）ＳＣＲ触媒コンバータの上流の窒素酸化合成物の量と、ＳＣＲ触媒コンバータの下流の窒素酸化合成物の量との間の比率から決定される第３の目標変換率、
ｂ）最も低い目標変換率を選択するステップ、
ｃ）選択した目標変換率を用いて還元剤の分注量を決定するステップ、および、
ｄ）決定した分注量（１２）を前記排ガス処理装置（２０）に分注するステップ、
を有する、方法に関する。

還元剤は、純粋なアンモニアの形で排ガス処理装置へと計測・供給されてもよい。しかしながら、例えば商品名ＡｄＢｌｕｅ（登録商標）の下で３２．５％の尿素量を有する水性尿素溶液の計測・供給は、好ましくは利用可能である。アンモニアを形成するために、水性尿素溶液は、排ガスにおいて熱的に、および／または加水分解触媒コンバータにおいて加水分解的に変換される。処理される排ガスは、排ガス処理装置に導入される。そして、前記排ガスは、承認しがたいまたは望ましくなく高い量の窒素酸化合成物を含む。正確な方法において還元剤の所望量を分注することが可能であるために、ここで、分注量は、この場合、複数の目標変換率に基づいて決定される。変換率は、排ガス中に存在する窒素酸化物の総量に対する、窒素および水を形成するために変換された窒素酸化合成物の比率から形成されるパーセンテージ値である。存在する窒素酸化物の総量は、この場合、例えば窒素酸化物プローブを用いる測定によって決定されてもよくて、および／または、例えば排ガス生成内燃機関からの測定値によってモデルベースの仕方で算出されてもよい。そしてその値は、測定によって好ましくは決定される。変換されない窒素酸化物の量は、測定によっておよび／またはモデルベースの仕方において同様に決定される。窒素酸化物の変換量は、モデルベースの仕方で好ましくは決定される。

ここで提案される方法では、ステップｂ）において、多くの目標変換率（分注された還元剤によって実際に達成されることができる窒素酸化物の変換の程度）のうちの最も低いものが選択される。したがって、窒素酸化物のより低い変換に結果としてなる目標変換率は、選択される。それがずれの発生および排気系統からのアンモニアの放出を妨げることを意図するので、これは選択される。異なる測定値およびモデルに各々基づく異なる目標変換率が算出される場合、還元剤ずれが発生しないと述べられることができるように、最も低い値を与える目標変換率は、高い確実性によって選択される。これは、最も低い分注量に結果としてなる目標変換率が選択されることを特に意味する。

ステップａ．１）において、浄化された排ガス中の接続された内燃機関のパワー出力に関する第１の目標変換率が算出される。前記第１の目標変換率は、目標質量、（平均の）支配的な排ガス温度の目標体積、および／または排ガス中の窒素酸化合成物の標準化された目標体積（標準化された条件：１５℃または０℃、１０１３．２５ｈＰａ、相対湿度０％の下で）でもよい。ステップａ．１）による第１の目標変換率の算出時の内燃機関のパワー出力は、エンジンコントローラによって、またはエンジン測定から特に決定される。

例えば、第１の目標変換率は、内燃機関によるエネルギー出力のキロワット時当たり、定義済みの最大の窒素酸化物放出が支持されるように（目下）設定されてもよい。ベースとして用いる定義済みの窒素酸化物放出は、内燃機関による機械エネルギーまたは全エネルギー（機械エネルギーおよび熱エネルギー）出力に関していてもよい。全エネルギー出力に関する場合、例えば１８２ｍｇが全エネルギー出力のキロワット時当たり許されてもよい。これは、１キロワットにつき毎分ほぼ３ｍｇの質量流量に対応する。内燃機関による機械エネルギー出力に関する、そして３８％の推定効率の場合、例えば４７８ｍｇの窒素酸化物量がキロワット時当たり許されてもよい。これは、１キロワットにつき毎分ほぼ８ｍｇの質量流量に対応する。第１の目標変換率の範囲内で、次いで、前記窒素酸化物放出が達成されることができるために、内燃機関の放出は何パーセント減少されなければならないかがあらかじめ定義される。

ステップａ．２）において、浄化された排ガス中の窒素酸化合成物の質量流量のための第２の目標変換率が算出される。浄化された排ガスは、ＳＣＲ触媒コンバータを通っておよび／または排ガス処理装置におけるさらに他の排ガス処理ユニットを通って流れた排ガスに関連する。第２の目標変換率は、したがって、ＳＣＲ触媒コンバータの下流の排ガス中の、または排ガス処理装置から現れる排ガス中の窒素酸化合成物の質量のための目標値に基づいて算出される。前記第２の目標変換率は、プローブによる測定に基づいておよび／またはモデルベースの算出に基づいて設定されてもよい。二酸化窒素および他の窒素酸化合成物の量が算出される酸化触媒コンバータ・モデルは、この目的のために特に適切である。第２の目標変換率の算出のために、排ガス中の窒素酸化合成物の質量のための目標値がＳＣＲ触媒コンバータの上流で排ガス中に実際に存在する窒素酸化合成物の質量との比率で設定される場合、それは好ましい。前記質量は、測定されてもよく、またはさらに上記されているように、モデルベースの仕方で算出されてもよい。測定およびモデルベースの算出は、質量を決定するために互いに組み合わされることも可能である。

例えば、内燃機関の運転時間当たり１．９２ｇの窒素酸化合成物の最大質量流量が発生するように、第２の目標変換率は設定されてもよい。第１の目標変換率の範囲内で、次いで、前記窒素酸化物放出が達成されることができるために、内燃機関の放出は何パーセント減少されなければならないかがあらかじめ定義されてもよい。

ステップａ．３）の第３の目標変換率の算出において、非浄化排ガスの量に関して、ＳＣＲ触媒コンバータの処理を通して、排ガス中の窒素酸化合成物のどんな量が減少されなければならないかが決定される。特に、ＳＣＲ触媒コンバータ・モデルは、これのためのベースとして使用されてもよい。例えば第３の目標変換率は、ＳＣＲ触媒コンバータの作動パラメータに基づいて、モデルベースの仕方で設定される。目下の作動条件の下でＳＣＲ触媒コンバータにおいて起こりえる窒素酸化合成物のパーセンテージ還元は、ここで特に好ましい。ＳＣＲ触媒コンバータのエージングは、ここで共に考慮に入れられてもよい。

第３の目標変換率に関連して、表現「非浄化排ガス」は、ＳＣＲ触媒コンバータによる処理なしに排気系統を出る排ガスに特に関連してもよい。例えば、窒素酸化合成物が未処理の／非浄化排ガスに関して６８％減少するように、第３の目標変換率は設定されてもよい。

ステップａ．１）、ａ．２）、ａ．３）による目標変換率のためのこれら３つの（目下の）目標値の算出の後、３つの結果値は、利用可能である。そしてそれは、通常、互いに異なる。次いで、最も低い変換率がステップｂ）において選択される。ここで、モデルがベースとして使用されてもよく、および／または、いわゆる「ルックアップ」テーブルが使用されてもよい。「ルックアップ」テーブルにおいて、一連の入力値は、経験的試験からの測定値に基づいてそれぞれの出力値に割り当てられる。対照的に、モデルでは、モデル・フレームワークの範囲内の化学的および物理的プロセスがフィードバック制御によって再生されて、入力値は出力値へと変換される。複雑モデルにおいて、多くの「ルックアップ」テーブルが（補助的な仕方で）設けられてもよい。

最も低い目標変換率を選択することによって、還元剤またはアンモニアのずれが発生しないことが確実にされる。他方で、定まった目標変換率の選択を通して、還元剤の化学量論的に必要量の非常に良好な推定は、非常に短い時間に決定されることができる。

最後に選択された（最も低い）目標変換率を用いて、（実際に）供給される還元剤の量は、ステップｃ）において算出される。これは、一連の排ガス・パラメータ、例えば以下のパラメータ（排ガスの質量流量、排ガスの温度、内燃機関の回転速度、および内燃機関の負荷）のうちの特に少なくとも１つ、を考慮に入れて好ましくは実行される。前記パラメータ（少なくとも一部）は、ステップａ．１）〜ａ．３）において考慮に入れられてもよい。

最後に、ステップｄ）において、還元剤の算出された量は、排ガス処理装置へと分注される。ここで、計測・供給は、通常、排ガスの流れ方向に見てＳＣＲ触媒コンバータの（直接）上流で実行される。

方法の１つの有利な実施形態において、ステップａ．１）〜ａ．３）における目標変換率の算出のために、以下のパラメータ、
−ＳＣＲ触媒コンバータの少なくとも１つの温度、
−排ガスの少なくとも１つの窒素酸化物濃度、
−内燃機関の回転速度、および、
−内燃機関のトルク、
のうちの少なくとも１つが使用される。

ＳＣＲ触媒コンバータの（目下の）温度の測定／算出を通して、ＳＣＲ触媒コンバータの目下の変換特性および／または目下のアンモニア貯蔵能力を決定することは、可能である。テスト結果に基づく「ルックアップ」テーブルおよび／または化学的および物理的プロセスのモデルが、この目的のために用いられてもよい。「ルックアップ」テーブルは、ＳＣＲ触媒コンバータの変換特性のためのパラメータおよび／または貯蔵能力がＳＣＲ触媒コンバータの異なる温度のために蓄積された特性マップに対応する。

ＳＣＲ触媒コンバータの下流での排ガス中の窒素酸化物濃度の測定／算出を通して、特に排ガス中の窒素濃度がＳＣＲ処理の上流で、およびＳＣＲ処理の下流で決定される場合、変換の直接測定は可能になる。

内燃機関の回転速度によって、排ガスの総放出流量およびしたがってＳＣＲ触媒コンバータを通る空間速度も決定することができる。そしてそれは、変換率に対する相当な影響を有する。考慮に入れられている内燃機関のトルクによって、内燃機関の燃焼室内の圧力条件および温度条件を推測することができる。それにより、窒素酸化合成物のパーセンテージは決定されることができる。

特に、いくつかの定まったパラメータの組み合わせの使用は、外へ要因に利用されることができるか、または特定のパラメータのクロス影響を除去することができる。前記パラメータの使用を通して、必要なアンモニアまたは還元剤の正確な量が非常に短い測定時間／算出時間によって決定されることが、したがって可能である。

方法の１つの有利な実施形態において、ステップｃ）における分注量の決定は、積分制御要素および比例制御要素を有する制御ユニットによって実行され、ＳＣＲ触媒コンバータによる目下支配的な変換率は、選択した目標変換率と比較されて、分注量の決定のために使用されるエラーが決定される。

目標変換率は、特にモデルベースの意図された値／目標値である。対照的に、目下支配的な変換率は、例えばＳＣＲ触媒コンバータの上流で、およびＳＣＲ触媒コンバータの下流で窒素の測定から決定されることができる物理的に決定可能な排ガス・パラメータである。しかしながら、ここで、クロス感度のせいで特に測定が測定誤差を含んでよい場合、モデル値が共に考慮に入れられることは、可能でもある。

この設計変形において、最も低い目標変換率の選択の後に、目標変換率は、目下支配的な変換率と比較されて、エラーが対応して決定される。これは、調節技術によって、例えば加算または減算演算子によって実行されてもよい。エラーに基づいて、還元剤の分注量は、例えば、選択した変換率プラスあるいはマイナス誤差成分で作られて決定される。しかしながら、分注量は、エラーから、そして、方法の以前の算出ステップにおける以前の変換率または目標変換率から決定されてもよい。調節器を用いてエラーを考慮に入れることによって、窒素酸化合成物の量において急速に変動している動的変化に対してさえ、または、内燃機関のそして排ガス処理装置の作動条件に対して、分注量の特に良好な適合を実現することが可能である。

積分制御要素を有するコントローラは、ステップｃ）の分注量の算出のために特に有利である特別な特性を有する。いずれの場合も以前の測定入力の積分を算出する積分制御要素は、一種の「メモリ」を展開して、したがって適合する出力変数を実現して、単独で比例制御要素によって発生されてもよい調節のピークを取り払う。特に、コントローラは、いかなる微分制御要素も含まない。前記タイプの調節器を用いて、短時間で所望の値を達成することができる。そしてそれは、微分要素によって妨げられる。最も低い目標変換率の選択のせいで、前記タイプの調節器の出力変数は、目標出力変数を越えて動作するのを確実に防止される。

方法の１つの有利な実施形態において、目下支配的な変換率は、排ガスの流れ方向においてＳＣＲ触媒コンバータの下流の第２の窒素酸化物センサの第２信号と、排ガスの流れ方向においてＳＣＲ触媒コンバータの上流の第１の窒素酸化物センサの第１の信号との差から算出され、第１の信号は、第１の時間間隔によって第２信号よりも前に決定され、第１の時間間隔は、第１の窒素酸化物センサから第２の窒素酸化物センサまでの排ガスの流れ時間に対応する。

２つの信号間の前記違いの算出または窒素酸化物センサの測定を通して、目下の変換率は、直接決定されることができる。時間オフセットを有する第１の信号の測定を通して、第１の時間間隔の大きさによって、測定の前に、現在の変換率は、ＳＣＲ触媒コンバータの特に動的な作動条件の下でさえ、確実に決定される。連続的に排ガス処理装置を通して内燃機関から押し出される排ガスの列（ｃｏｌｕｍｎ）として排ガス処理装置を通る排ガスを考慮する場合、第１の時間間隔によって、前記排ガスの列の常に正確に同じ部分が第１の信号および第２信号を用いて測定されることが可能になる。したがって、第１の信号および第２信号の比較を通して、排ガスの列の前記部分のための変換率は、決定されることができる。第１の時間間隔は、様々な仕方において好ましくは決定される。ここで、第１の時間間隔は、第１の窒素酸化物センサから第２の窒素酸化物センサまでの排ガスの伝搬時間にしたがって決定される。これは、制御ユニットにおける算出によって好ましくは実行される。そして、以下のパラメータ
−排ガスの速度、
−内燃機関の回転速度、
−内燃機関のトルク、
−内燃機関の吸気質量流量、
−他のエンジン固有値、および、
−ＳＣＲ触媒コンバータのモデルからのパラメータ、
のうちの少なくとも１つが好ましくは考慮に入れられる。

方法の１つの有利な実施形態において、コントローラは、定常状態モードにおいて、および動的モードにおいて作動されることができて、ステップｃ）のために、ＳＣＲ触媒コンバータの上流の排ガス中の窒素酸化物の量の勾配が算出され、勾配が閾値よりも大きい場合、コントローラは動的モードにおいて作動され、そして勾配が閾値以下である場合、コントローラは定常状態モードにおいて作動され、ステップｂ）において選択した目標変換率は、動的モードにおいてのみ使用され、そして定常状態モードでは、ステップｃ）における分注量の算出のために、排ガス中の窒素酸化合成物の完全な変換が目指される。

定常状態モードにおいて、コントローラは、常に作動されて、分注量の遅いけれども非常に正確な適合を可能にする。排ガスの測定に基づいて、排ガス中の窒素酸化合成物の量を確認して、完全に変換することは、試みられる。

動的モードにおいて、コントローラは、内燃機関の、そして排ガス処理装置の作動パラメータの変化に特に急速に、そして効果的に反応することができる。この目的のために、適合は、より正確でない。同時に、アンモニアずれは、防止されなければならない。

動的モードと定常状態モードとの差異は、自動車両の特定の作動パラメータのための閾値に基づいて作られてもよい。例えば、エンジン回転速度の勾配および／またはエンジン負荷の勾配は、差異のために利用されてもよい。ここで、「勾配」は、パラメータ対時間の考慮に関連する。単一のまたは複数の前記勾配が定義済み閾値を越える場合、動的モードは起動される。複数のまたは単一の勾配が閾値の下に低下する場合、定常状態モードは起動される。動的と定常状態との識別は、窒素酸化物の質量流量の勾配に基づいて特に好ましくはなされる。前記勾配が閾値を越える場合、動的モードは起動される。前記勾配が前記閾値の下にある場合、定常状態モードは起動される。窒素酸化物の質量流量の勾配、内燃機関の負荷の勾配および／または回転速度の勾配は、定常状態モードの、そして動的モードの識別のための特性マップにおいて互いに組み合わせて、共に考慮に入れられてもよい。ステップａ．１）、ａ．２）、ａ．３）において、排ガス中の窒素酸化合成物の完全な変換が許容されないにもかかわらず、アンモニアのずれがＳＣＲ触媒コンバータで発生しないという、そしてその代わりに、アンモニアが窒素酸化合成物の還元のために完全に利用されるという、高い確信を呈する目標変換率は、算出される。したがって、ステップｂ）において選択した目標変換率が動的モデルのために使用されることは、特に有利である。

定常状態と動的モデルとの間でなされる識別によって、アンモニアの特に良好な変換および、同時に、アンモニアずれに関する特に高いレベルの安全性を達成するために、内燃機関の全運転（定常状態の運転状態の間、および動的な運転状態の間）を通じて平均がとられる。

窒素酸化物の量の勾配は、観察される時限にわたる窒素酸化物の量の上昇または低下である。勾配がより大きくなる場合、窒素酸化物の量の急速な変化が推定されうる。そして、誤った測定変数のせいで制御偏差がおそらくある。勾配が設定された閾値の下にある限り、コントローラは定常状態モードで作動する。ＳＣＲ触媒コンバータの上流で排ガス中の窒素酸化物の量における変化の閾値のこの設定のせいで、通常の状況において十分な精度で作動する単純なアルゴリズムを有するコントローラに頼って、そして強度の変化が生じた場合だけより複雑な動的モードに切り換えることは、可能になる。

方法の１つの有利な実施形態において、排ガス処理装置に接続している内燃機関が負荷変更を受ける場合、積分制御要素はゼロリセットされる。ここで、負荷変更は、内燃機関の負荷状態の、または内燃機関の負荷に依存する運転条件の突然の、急速な変化（特に、例えば、内燃機関の最大負荷の５０％以上の負荷状態からアイドリングへの変化）に関連する。

内燃機関のこの種の負荷変更の結果、窒素酸化合成物の強く様々な変換条件は、起こることができる。ここでは、強度の変化が生じた場合に、積分制御要素、メモリの減衰作用のせいでの悪影響がないために、積分制御要素は、前記タイプの負荷変更が生じた場合、ゼロにセットされる。この単純な方策のせいで、コントローラは、急速かつ効果的に新しい条件に適応して、新しい目下の負荷状態に適する積分制御要素を確立する。このようにして、負荷変更の移行中に制御偏差が起こる状況は防止される。そして、例えば交通信号で止められたときのような迅速な遷移の負荷変更が生じた場合、制御偏差は、バラストとして、いわば、異なる負荷状態を通して追跡されなければならない。（支配的な負荷状態の）内燃機関の支配的な運転条件のせいで組み立てられた非常に高い積分制御要素は、内燃機関の変更負荷状態が生じた場合もはや適切でなくてもよく、そして還元剤の分注量に関して厳しい制御偏差に至ってさえよい。したがって、積分要素がこの種の状況においてゼロリセットされることは、有利である。

方法の１つの有利な実施形態において、ＳＣＲ触媒コンバータは、ＳＣＲ触媒コンバータの正常作動条件の下で、還元剤のための貯蔵能力を有しないコーティングを有し、そして還元剤のための追加の貯蔵触媒コンバータは、排ガス処理装置において設けられない。

還元剤のための貯蔵能力は、特にアンモニアのための貯蔵能力に関連する。アンモニアのための貯蔵能力は、ＳＣＲ触媒コンバータにおける適切なコーティング構成要素によって特に実現されてもよい。目下の排ガス処理装置のＳＣＲ触媒コンバータは、アンモニアの貯蔵を可能にするコーティング構成要素を好ましくは有していない。アンモニアの貯蔵を可能にするさらなる触媒コンバータおよびさらなる要素が排ガス処理装置において設けられない場合も好ましい。

提案された方法については、貯蔵能力がないかまたは、還元剤またはアンモニアのための非常に低い貯蔵能力だけがあるＳＣＲ触媒コンバータを使用することは、可能である。前記タイプの触媒コンバータは、例えば、五酸化バナジウムを含み、ゼオライトのないコーティングを有する。前記タイプの排ガス処理装置の場合はまた、非常に正確な仕方で、そしてリアルタイムに、第１に窒素酸化物の最も多くの実質的なありうる変換が実行されるような、そして同時に還元剤ずれが防止されるような量において、還元剤が分注されることがこれにより可能である。

しかしながら、この接続において、貯蔵能力を有するＳＣＲ触媒コンバータを使用する排ガス処理装置にとって、この方法は同様に適していると指摘される。さらなる入力変数として、貯蔵モデルまたは対応する「ルックアップ」テーブル（対応する特性マップ）を使用することが、ここで必要でもよい。

本発明のさらなる態様において、内燃機関の排ガスの浄化のための排ガス処理装置であって、
−排ガス中の窒素酸化合成物の選択接触還元を実行するためのＳＣＲ触媒コンバータ、
−排ガスの流れ方向においてＳＣＲ触媒コンバータの上流に配置されている、還元剤の供給のための供給ポイント、
−排ガスの流れ方向においてＳＣＲ触媒コンバータの下流の第２の窒素酸化物センサ、および、
−供給ポイントにおいて還元剤の計測・供給を制御するように設計されている制御ユニット、を有し、
制御ユニットは、記載された方法を実施するために準備される、排ガス処理装置は、提案される。

排ガス処理装置は、窒素および水を形成するために窒素酸化合成物が還元されるＳＣＲ触媒コンバータを有する。この目的のために、ＳＣＲ触媒コンバータは、一般にコーティングを有する。ＳＣＲ触媒コンバータは、アンモニアを用いて窒素酸化合成物の還元を促進するが、アンモニアの貯蔵能力がないかまたは非常に低いコーティングを用いて好ましくは被覆されている。例えば、コーティングは、五酸化バナジウムを有して、ゼオライトがコーティングにない。

代わりの実施形態では、しかしながら、ＳＣＲ触媒コンバータが、選択接触還元のための窒素酸化合成物がある場合には、前記アンモニアを再び放出するためにアンモニアの吸収ができて、そしてしたがって貯蔵特性を有するコーティングを有することも、可能である。これは、例えば、ゼオライトの使用を通して達成される。

還元剤またはアンモニアのための供給ポイントは、例えばインジェクタを介して尿素−水溶液が噴霧される形で排ガスに添加されて、ＳＣＲ触媒コンバータのＳＣＲ反応にその後利用できるアンモニアを形成するためにそこで熱溶解的におよび／または加水分解的に変換されるように、ＳＣＲ触媒コンバータの上流に配置される。ここで、排ガスは、輸送媒体として、および、その温度および化学成分のせいで尿素−水溶液のアンモニアへの変換のための促進役として役立つ。

さらに、排ガス処理装置は、排ガスの流れ方向においてＳＣＲ触媒コンバータの下流に第２の窒素酸化物センサを有する。前記第２の窒素酸化物センサは、例えばエンジン固有値および排ガス測定または排ガス・モデルに基づいて、排ガスの流れ方向におけるＳＣＲ触媒コンバータの上流の第１の窒素酸化物センサの特に準備測定値または窒素酸化合成物モデルのモデル値である。（オプションの）第１の窒素酸化物センサは、排ガスの流れ方向においてＳＣＲ触媒コンバータの上流に設けられてもよい。

さらに、還元剤の制御計測に設計されて、準備される制御ユニットは、設けられる。前記タイプの制御ユニットは、例えば、制御アルゴリズムにしたがって算出が実行されて、還元剤の計測のための出力信号が出力されるプロセッサを備える。制御ユニットは、好ましくは還元剤のためのインジェクタを直接制御してもよくおよび／またはインジェクタの専用の制御ユニットをアクセスしてもよい。制御ユニットの入力変数は、この場合、エンジン固有値、排ガス固有値、ラムダ・プローブ値および／または窒素酸化物センサ値でもよい。入力変数はそれら自体、モデルまたは「ルックアップ」テーブル（特性マップ）を用いて測定値に基づいて決定された間接的な算出値でさえあってもよい。制御ユニットは、排ガス装置の制御のための、そして特に考慮に入れられる接続された内燃機関のそれらの値のための算出モデルを一体に有するのが好ましい。

記載されている方法を実行するための制御ユニットにとって、異なる排ガス成分および温度の迅速な遷移にリアルタイムに対応することができることは、有利であると考えられる。それというのも、貯蔵触媒コンバータによって発生する緩衝効果はないかまたは小さい緩衝効果しかないからである。この目的のために、出力変数の算出が比例積分コントローラを通過することは、好都合である。それというのも、これは、必要な測定変数に対する特に急速な近似を達成することができて、同時に、コントローラ値は、積分要素のせいで負荷状態の範囲内で安定な挙動を呈するからである。オーバーシュートが発生しないために、異なる入力変数に基づく複数の算出に基づいて、最も低い出力変数がいずれの場合も選択される場合、それは有利である。しかしながら、特に負荷変更の場合、新しい負荷状況への急速な適応を再び達成することができるように積分要素がゼロリセットされることも、ここで有利である。

内燃機関および内燃機関の排ガスの浄化のための上記の通りの排ガス処理装置を有する自動車両も、本発明の文脈において記載されている。

自動車両は、多種多様な異なる状況において内燃機関のパワーの多種多様なレベルを要求しなければならない。その結果、内燃機関は、排ガス処理装置がセットされることができる最適状態では極めてまれに作動する。この目的のために、窒素酸化合成物の選択還元のための速くて有効な制御システムを準備することが必要である。そしてその制御システムは、多種多様な負荷状態および、特に迅速な負荷変更のために準備される。排ガス処理装置および上記の方法を用いて、それぞれ必要な変換率に対する還元剤の計測の特に効果的なそして信頼性が高い適合は、可能である。

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において互いに組み合わされてもよく、そして特定されている本発明のさらなる実施形態については、記載からの説明的な事実および図からの詳細によって補充されてもよい。

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が、本発明はこれに制限されない。特に、図および特にそのプロポーションは、単に概略的だけである点に留意する必要がある。

図１は、上記説明による方法の概要図を示す。 図２は、図１の概要図の他の詳細を示す。 図３は、可能な基準値発生器の概要図を示す。 図４は、排ガス処理装置を有する自動車両を示す。

図１は、上記の方法の典型的な概要図を示す。機能フィールド１において、第１の目標変換率４は、パワー出力に関して、入力値に基づいて算出される。機能フィールド２において、浄化された排ガス中の窒素酸化合成物の質量流量のための第２の目標変換率５は、入力変数に基づいて算出される。機能フィールド３において、排ガス中の窒素化合物がそれによって還元されなければならない第３の目標変換率６は、算出される。機能フィールド１〜３のための入力変数は、単に図式的に、そして例としてここに示されるだけである。機能フィールド１にとって、例えば、内燃機関の速度および内燃機関のトルクが入力変数であることが可能である。機能フィールド３にとって、例えば、ＳＣＲ触媒コンバータの温度およびＳＣＲ触媒コンバータの空間速度が入力変数であることが可能である。これらは、例えばＳＣＲ触媒コンバータのモデルに基づく。機能フィールド３と同じモデル値が、機能フィールド２のための入力変数として使われることもできる。ＳＣＲ触媒コンバータ２３（図４参照）の上流での二窒素酸化の相対量は、加えて、入力変数でありうる。後者は、モデル（例えば酸化触媒コンバータ・モデル）に対応してもよい。機能フィールド２は、ＳＣＲ触媒コンバータ２３（図４参照）の上流での窒素酸化合成物の質量流量の入力変数をさらに使用することもできる。

最小限の演算子７において、目標変換率４〜６のうちの最も低い目標変換率が選択される。目下支配的な変換率１０は、機能フィールド９において算出される。これは、例えば、ＳＣＲ触媒コンバータ２３（図４参照）の上流での窒素酸化合成物の濃度、およびＳＣＲ触媒コンバータ２３の下流での窒素酸化合成物の濃度に基づいて算出されてもよい。選択された最も低い目標変換率は、目下支配的な変換率１０を用いてエラー１１を形成する。分注量１２は、選択された最も低い目標変換率およびエラー１１から、特に減算または加算によって決定される。例えば比例積分レギュレータを含む機能フィールド１３において、算出した量の分注がインジェクタで開始される分注信号１４は、算出される。図式的に示されるように、機能フィールド１３はまた、さらなる入力（例えば供給ポイント２４（図４参照）の状態に関する情報）を有する。積分要素Ｉは、機能フィールド１３内の破線ボックスにおいて同様に図式的に示される。そしてその積分要素は、負荷変更信号１５に基づいてリセットされることができる。

図２は、図１の概要図から機能フィールド１〜３の変形入力レイアウトを示す。この場合、（単に例として、そして図式的にここに示されるだけの）入力変数に基づいて、下流のモード演算子８を定常状態から方法の動的モードへ切り替えさせる機能フィールド１６が上流に設けられる。レイアウトは、この場合、単に概要である。そして、定常状態モードにおいて、機能フィールド１〜３のうちの１つだけまたは代わりの従来の機能フィールドが実施されるような他の解決策は、可能である。動的モードにおいて、全ての機能フィールドおよび最小限の演算子７は、起動される。この例では、静的モードにおいて、機能フィールドのうちの１つだけが起動される。そして、適切な場合、最小限の演算子７はしたがって停止される。しかしながら、最小限の演算子７が目標値４〜６のうちの１つのためのチャネル演算子に切り替えられることも、そして機能フィールド１〜３が動的な作動モードにおいて並行に操作され続けることも、可能である。機能フィールド１〜３の接続は、いずれの場合もスイッチ手段３２を通って実行される。

図３は、支配的な変換率の算出のための機能フィールド９の可能な実施形態を示す。そしてそれは、図１により接続されてもよい。説明の都合上、この例では、機能フィールド９の入力変数は、第１の窒素酸化物センサ２７（図４参照）の第１の信号１７および第２の窒素酸化物センサ２６（図４参照）の第２の信号１８に制限される。ここで、微分演算子のために、第１の時間の入力変数１７．１および第２の時間の入力変数１８．２が互いに比較されるように、そして、目下支配的な変換率１０がこれから算出されるように、第１の信号１７は、第１の時間間隔１９によって遅延される。ここで、同じ排ガス部分がＳＣＲ触媒コンバータ２３（図４参照）の上流と下流で比較されるように、第１の時間間隔は、排ガスが第１の窒素酸化物センサ２７から第２の窒素酸化物センサ２６までの距離を進むために必要な時間に対応する。

図４は、排ガス処理装置２０および内燃機関２２を有する自動車両２１を図式的に示す。この例では、排ガス処理装置２０は、ＳＣＲ触媒コンバータ２３および酸化触媒コンバータ２９を備える。２つの触媒コンバータの間に、アンモニアの測定のための供給ポイント２４が配置される。前記供給ポイントは、還元剤タンク３０から供給される尿素−水溶液のためのインジェクタの形においてある。前記供給ポイント２４は、制御ユニット２５によって制御される。ここで、例として、制御ユニット２５は、入力変数として、排ガスの流れ方向３１においてＳＣＲ触媒コンバータ２３の上流で第１の窒素酸化物センサ２７からの第１の信号１７（図３参照）、およびＳＣＲ触媒コンバータ２３の下流で第２の窒素酸化物センサ２６からの第２の信号１８（図３参照）を有する。さらに、１つの入力変数は、エンジン制御ユニット２８によって発生する。

提案された方法および対応する装置によって、排ガス処理装置への還元剤の非常に動的なそして効率的な供給を制御することができる。ここで、貯蔵能力を有するＳＣＲ触媒コンバータによる補償の必要がない。

１…第１の機能フィールド
２…第２の機能フィールド
３…第３の機能フィールド
４…第１の目標変換率
５…第２の目標変換率
６…第３の目標変換率
７…最小限の演算子
８…モード演算子
９…第４の機能フィールド
１０…目下支配的な変換率
１１…エラー
１２…分注量
１３…第５の機能フィールド
１４…分注信号
１５…負荷変更信号
１６…第６の機能フィールド
１７…第１の信号
１７．１…第１の時間の負荷変更信号での第１の信号
１８…第２の信号
１８．２…第２の時間での第２の信号
１９…第１の時間間隔
２０…排ガス処理装置
２１…自動車両
２２…内燃機関
２３…ＳＣＲ触媒コンバータ
２４…供給ポイント
２５…制御ユニット
２６…第２の窒素酸化物センサ
２７…第１の窒素酸化物センサ
２８…エンジン制御ユニット
２９…酸化触媒
３０…還元剤タンク
３１…排ガスの流れ方向
３２…スイッチ手段
Ｉ…積分調節要素

Claims (9)

1. 供給ポイント（２４）を有する、そして排ガス中の窒素酸化合成物の変換のためのＳＣＲ触媒コンバータ（２３）を有する排ガス処理装置（２０）に還元剤を計測して供給する方法であって、少なくとも、
   ａ）排ガス中に存在するわずかな窒素酸化合成物がＳＣＲ触媒コンバータ（２３）によって変換されることができることを示す以下の目標変換率を算出するステップ、
   ａ．１）接続される内燃機関（２２）のパワー出力から決定される第１の目標変換率（４）、
   ａ．２）浄化された排ガス中の窒素酸化合成物の質量流量から決定される第２の目標変換率（５）、および、
   ａ．３）前記ＳＣＲ触媒コンバータ（２３）の上流の窒素酸化合成物の量と、前記ＳＣＲ触媒コンバータ（２３）の下流の窒素酸化合成物の量との間の比率から決定される第３の目標変換率（６）、
   ｂ）最も低い目標変換率（４、５、６）を選択するステップ、
   ｃ）選択した目標変換率（４、５、６）を用いて還元剤の分注量（１２）を決定するステップ、および、
   ｄ）決定した分注量（１２）を前記排ガス処理装置（２０）に分注するステップ、
   を有する、方法。
2. ステップａ．１）〜ａ．３）における目標変換率（４、５、６）の算出のために、少なくとも以下のパラメータ、
   −前記ＳＣＲ触媒コンバータ（２３）の少なくとも１つの温度、
   −排ガスの少なくとも１つの窒素酸化物濃度、
   −前記内燃機関（２２）の回転速度、および、
   −前記内燃機関（２２）のトルク、
   が使用される、請求項１に記載の方法。
3. ステップｃ）における前記分注量（１２）の決定は、積分制御要素および比例制御要素を有する制御ユニット（２５）によって実行され、前記ＳＣＲ触媒コンバータによる目下支配的な変換率（１０）は、前記選択した目標変換率（４、５、６）と比較されて、前記分注量（１２）の決定のために使用されるエラー（１１）が決定される、請求項１または２に記載の方法。
4. 目下支配的な変換率（１０）は、排ガスの流れ方向（３１）において前記ＳＣＲ触媒コンバータ（２３）の下流の第２の窒素酸化物センサ（２６）の第２信号（１８．２）と、排ガスの流れ方向（３１）において前記ＳＣＲ触媒コンバータ（２３）の上流の第１の窒素酸化物センサ（２７）の第１の信号（１７．１）との差から算出され、前記第１の信号（１７）は、第１の時間間隔（１９）によって前記第２信号（１８）よりも前に決定され、前記第１の時間間隔（１９）は、前記第１の窒素酸化物センサ（２７）から前記第２の窒素酸化物センサ（２６）までの排ガスの流れ時間に対応する、請求項３に記載の方法。
5. 前記制御ユニット（２５）は、定常状態モードにおいて、および動的モードにおいて作動されることができて、ステップｃ）のために、前記ＳＣＲ触媒コンバータの上流の排ガス中の窒素酸化物の量の勾配が算出され、前記勾配が閾値よりも大きい場合、前記制御ユニット（２５）は動的モードにおいて作動され、そして前記勾配が閾値以下である場合、前記制御ユニット（２５）は定常状態モードにおいて作動され、ステップｂ）において選択した目標変換率（４、５、６）は、動的モードにおいてのみ使用され、そして定常状態モードでは、ステップｃ）における分注量の算出のために、排ガス中の窒素酸化合成物の完全な変換が目指される、請求項３または４に記載の方法。
6. 前記排ガス処理装置に接続している内燃機関（２２）が負荷変更を受ける場合、前記積分制御要素はゼロリセットされる、請求項３または４に記載の方法。
7. 前記ＳＣＲ触媒コンバータ（２３）は、前記ＳＣＲ触媒コンバータ（２３）の正常作動条件の下で、還元剤のための貯蔵能力を有しないコーティングを有し、そして還元剤のための追加の貯蔵触媒コンバータは、前記排ガス処理装置（２０）において設けられない、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
8. 内燃機関（２２）の排ガスの浄化のための排ガス処理装置（２０）であって、
   −排ガス中の窒素酸化合成物の選択接触還元を実行するためのＳＣＲ触媒コンバータ（２３）、
   −排ガスの流れ方向（３１）において前記ＳＣＲ触媒コンバータ（２３）の上流に配置されている、還元剤の供給のための供給ポイント（２４）、
   −排ガスの流れ方向において前記ＳＣＲ触媒コンバータ（２３）の下流の第２の窒素酸化物センサ（２６）、および、
   −前記供給ポイント（２４）において還元剤の計測・供給を制御するように設計されている制御ユニット（２５）、を有し、
   前記制御ユニット（２５）は、請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法を実施するために準備される、排ガス処理装置（２０）。
9. 内燃機関（２２）を有し、そして前記内燃機関（２２）の排ガスの浄化のための請求項８に記載の排ガス処理装置（２０）を有する自動車両（２１）。

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