JP6375436B2 - 排気ガスシステムを動作させるための方法及び制御アセンブリ - Google Patents

Description

本発明は、触媒装置の下流において、排気ガス中の窒素酸化物の含有量を示す測定値が評価される、特に車両の排気ガスシステムを動作させるための方法に関し、触媒装置は、自動車のエンジンによって生成される排気ガス中の窒素酸化物の含有量を減少させるように適合される。測定値に基づいて、触媒装置に供給された還元剤の質の値が判断される。本方法は、還元剤が貯蔵タンク内に満たされているかどうかを判定する工程を含む。さらに、本方法は排気ガスシステムを動作させるための制御アセンブリに関する。

厳しい排出ガス規制のために、車両用ディーゼルエンジンなどのエンジンは、一般的に、排気ガス後処理システムを備える。このような排気ガス後処理システムは、いわゆる選択触媒還元（ＳＣＲ）触媒として設計される触媒装置を備えることができる。ＳＣＲ触媒の機能は、窒素酸化物（ＮＯ_X）を、窒素酸化物とアンモニア（ＮＨ₃）との間の触媒反応を介して無害の窒素（Ｎ₂）及び水（Ｈ₂Ｏ）に変換することである。

ディーゼル排気液（ＤＥＦ）として知られる液体の熱い排気ガス内への噴射によって、還元剤としてのアンモニアが、触媒装置に入る排気ガス流に供給される。ディーゼル排気液は、特に３２．５％の尿素の尿素水溶液であり得る。噴射されたディーゼル排気液は、熱い排気ガス内への噴射の際の加水分解反応を通して、アンモニアを放出する。

アンモニアは、まずＳＣＲ触媒に貯蔵される。次に、アンモニアはＳＣＲ触媒の表面でＮＯ_X分子と反応する。アンモニアが過剰供給である場合、ＳＣＲ触媒にすべて貯蔵されることができず、ＳＣＲ触媒からスリップして出て排気ガスシステムのテールパイプ内に入ることがあり得る。スリップしたアンモニアは有害であり、臭気ガスであるため、ＳＣＲは通常、その後にアンモニアスリップ触媒（ＡＳＣ）と呼ばれる短いセクションが続く。アンモニアスリップ触媒は、スリップしたアンモニアを窒素及び水に変換する。主要な反応は、アンモニアをＮ₂及びＨ₂Ｏに変換することである。しかしながら、アンモニアスリップの量が多すぎる場合、アンモニアの一部は、アンモニアスリップ触媒によって窒素酸化物に変換される。ＡＳＣ触媒内へのアンモニアスリップの増加に伴い、さらに増加した窒素酸化物が生成され得る。アンモニアスリップが非常に多い場合、ＮＯ_xの生成量は膨大になる。

ＮＯ_X還元の効果に大きな影響を与える要因の１つは、ＮＯ_Xとアンモニアとの分子の比率、いわゆるアンモニアとＮＯ_Xとの比（ＡＮＲ）である。最大の変換をもたらす狭いＡＮＲ範囲がある。アンモニアが供給不足である場合、アンモニアの供給不足によって、ＮＯ_Xの転換効率が減少する。そのため、アンモニアの供給が不足するとＮＯ_X排出が不適合となる。逆に、アンモニアが過剰供給である場合、使用されないアンモニアの一部は、ＳＣＲ触媒からスリップして出る場合がある。スリップが非常に多い場合、余分なＮＯ_Xが下流アンモニアスリップ触媒において生成され得る。

アンモニアの供給不足は、複数の根本的原因を有し得る。１つの原因は、還元剤、即ちディーゼル排気液の希釈であり、同じ噴射率で低いアンモニア含有量となる結果をもたらす。ディーゼル排気液の希釈は、水によって行われ得るが、水のみに限られない。ディーゼル排気液は、アンモニアを含まない他の液体によって希釈されてもよい。希釈されたディーゼル排気液が利用され、かつディーゼル排気液噴射率が補正されない場合、ＮＯ_X転換効率が低下する。その結果、テールパイプＮＯ_X排出が規制されたレベルを超える場合がある。

上述の理由のために、いくつかの排出規制は、還元剤の質を監視し、かつ還元剤の質の悪化が、テールパイプＮＯ_Xが規制された限界を超えることを引き起こすレベルに達すると、特定の動作を行う、車載診断手段の実装を求める。

特許文献１は、ＳＣＲ触媒の上流で排気ガスシステムに噴射される還元剤の質を判断する方法を説明する。第１のセンサはＳＣＲ触媒に入る窒素酸化物の量を示す、第１の信号を生成する。第２のセンサはＳＣＲ触媒下流の残留窒素酸化物の量を示す、第２の信号を生成する。第３のセンサは、ＮＯ_X還元効率における変化が還元剤を満たすことに関連するかどうかを検出するように利用される。この場合、ＮＯ_X還元における劇的な変化は、追加の液体が還元剤ではないという結論につながる。還元効率の穏やかな低下のみが見られる場合、還元剤の投与が増加される。このような反応がＮＯ_X還元の向上をもたらす場合、今後の投与がそれによって調整され、作業者は、還元剤として不適切な還元剤が貯蔵タンク内に満たされたという警告を受ける。

このような方法は、還元剤の質を判断するために３つのセンサが利用されるため、非常に複雑である。さらに、本方法は絶対的なセンサ信号の読み取りを使用するため、本方法はセンサ信号のドリフトに敏感である。これは還元剤の質の確実ではない判定につながり得る。

別の手法は、ディーゼル排気液タンクに設置される質センサを利用することである。このような商業的に利用可能なセンサは、質の監視及びディーゼル排気液の質の悪化の検出に利用されることができる。一般的に、ＤＥＦの質は、濃度検知を通して確認される。このために、センサはタンク内のディーゼル排気液内に漬けられる。しかしながら、タンク内の液体の成層化された希釈を検出するために、タンク内の液体のセンサはディーゼル排気液タンクの深さ全体を網羅しなければならない。例えば、ディーゼル排気液の濃度を測定するために超音波センサが利用されることができる。しかしながら、電流の伝導性、熱伝導性などに基づく他の種類のセンサがある。このような質センサの信号は、ＤＥＦ噴射率を補正するために利用されることができる。

米国特許第８，２０９，９６４号Ｂ２号明細書

しかしながら、ＤＥＦ質センサのＤＥＦタンクへの設置は、費用の増加につながる。さらに、センサ自体に対して追加の監視要件がある。要件の１つは、センサ信号の整合性の確認であり、これは、比較のための良好な基準点がないため、非常に困難になり得る。さらに、ＤＥＦが十分に低い雰囲気温度において凍結及び解凍した後、水及び尿素のＤＥＦ成層化の可能性がある。このような状態において、信号の誤差が増加する。さらに、センサ出力は、利用される異なる希釈剤によって影響を受け得る。センサのこのような反応は、交差感度として知られている。

そのため、還元剤の質を判断することにおいて特に簡潔で確実な、最初に述べた種類の方法及び制御アセンブリを提供することが、本発明の目的である。本目的は、請求項１の特徴を有する方法によって、及び請求項１０の特徴を有する制御アセンブリによって、解決される。本発明の有益なさらなる発展を伴う、有利な構成が従属請求項において特定される。

本発明による方法において、所定の期間中に複数の測定値が得られ、還元剤の質を判断するために複数の測定値の規模別頻度が考慮される。このため、本方法は排気ガスにおける窒素酸化物の含有量を示す、単一のセンサの測定値の評価のみを求め、このセンサは触媒装置の下流に位置する。さらに、貯蔵タンクレベルセンサなど、貯蔵タンク内に還元剤が満たされたかどうかを判定するための手段が利用される。触媒装置の上流に位置する第１のＮＯ_Xセンサからの信号を、触媒装置の下流に位置する第２のセンサからの信号と比較することでＮＯ_X還元効率を計算することが必要ではないため、本方法は特に簡潔である。触媒装置の下流に位置する１つのセンサのみを測定値を評価することで十分である。

触媒装置の転換性能における減少が貯蔵タンクの補充に続いて発生する場合、貯蔵タンク内に満たされた還元剤が不適切な質を有していたと、結論付けられることができる。規模別頻度の分析を触媒装置の下流に位置するセンサによって提供される測定値または信号に適用することは、したがって、還元剤の質を判断する特に簡潔で確実な方法につながる。したがって本方法は、物理的な質センサを伴わずに、還元剤の希釈のような還元剤の不適切な質を検出する車載技術を提供する。

有利な実施形態において、所定の期間内に得られる測定値の大きさは、所定の期間中に得られる複数の測定値の大きさの平均値または中央値に関係付けられる。関係付けられた大きさは、次に還元剤の質を判断するために利用される。大きさは平均値または中央値に関係付けられるため、絶対的な規模別頻度の分析の代わりに、相対的な規模別頻度の分析が利用される。そのため、新規または新しい触媒装置か年数が経った触媒装置のいずれかで、特に高い検出分解能が達成される。

さらに、関係付けられた大きさを利用することで、本方法は信号のドリフトを許容し、したがって、特に、確実に還元剤の質の悪化が検出される。大きさを大きさの平均値または中央値に関係付けることで、測定値の絶対的な大きさの変動が、変換性能の判定、したがって還元剤の質の判定に、望ましくない影響を有さない。例えば、還元剤が十分に供給された年数の経った触媒装置は、触媒装置の下流の排気ガスにおける窒素酸化物の含有量を示す、信号のさらに高い絶対的な大きさまたは測定値につながる希釈された還元剤の供給として誤って検出されない。

さらに有利な実施形態において、所定の期間中に得られた各測定値の大きさを関係付けるために、移動中央値が利用される。特に簡潔な構成において、移動中央値は、移動中央値に関係付けられる大きさまたは値の周りに対称的に配置される、複数の測定値の大きさの数学的平均である。したがって、測定値の大きさの全体的な傾向の影響が検出されることができ、排気ガスに供給される還元剤の質が不適切であると間違って解釈されることはない。したがって、移動中央値を利用することは、質判断の確実性を向上させる。

大きさを平均値または中央値に関係付けることにおいて、関係付けられる測定値の大きさと平均値または中央値との差が計算される場合、有利であることがさらに証明されている。この差を考慮することで、測定値または信号のノイズが検出される。これは触媒装置に貯蔵される還元剤の量が、流入する窒素酸化物における突然の変動に対して、特に流入する窒素酸化物の突然の増加に対して、減衰効果を有するという知見に基づく。触媒装置に貯蔵される還元剤のレベルが減少される場合、または貯蔵された還元剤が全く残っていない場合、流入する窒素酸化物の変動に対する減少された減衰効果は、テールパイプ窒素酸化物センサの信号のノイジネスをもたらす。そのため、ノイジネスを考慮することで、触媒装置へ供給される還元剤の量における不足の度合いが、容易に検出されることができる。このような不足は、還元剤が貯蔵タンク内に導入される補充の後に起こる、還元剤の質の劣化に関連し得る。

さらに有利に、排気ガスに供給される還元剤の質を判断するために、関係付けられる大きさの利用において、差の絶対値の合計が作成される。このような絶対値の合計は、特に扱いやすく、非常に堅牢な検出ツールであることが証明されている。

複数の所定期間を含む、サンプリング期間にわたって、差の絶対値の合計が作成される場合、排気ガスに供給される還元剤の質の特に確実な判断が達成される。サンプリング期間は詳細には２分〜２０分の範囲内であり、好ましくは５分〜１５分の範囲内である。サンプリング期間が約１０分である場合、質判断における特に良好な結果が達成される。

さらに、所定の期間が５秒〜６０秒の範囲内である場合、特に１０秒〜３０秒の範囲内である場合、有利であることが証明されている。これは期間が短すぎると、補充に後続する還元剤の希釈を確実に検出することの不能をもたらすという知見に基づく。しかしながら、所定の期間が長すぎる場合、ノイズ検出の感度が下がる。そのため、所定の期間の長さは、詳細には約２０秒であり得る。

好ましくは、複数の合計間の差の合計が閾値よりも大きい場合、還元剤は不適切な質を有するように判断される。合計の相対的に大きな値は触媒装置への還元剤の供給が少ないことを示すため、サンプリング期間にわたる合計の増加は、還元剤の不適切な質、特に還元剤の希釈を示す。これは、開ループ制御された還元剤の投与システムにおける特に確実な希釈検出を可能にする。例として、還元剤の希釈は、後続の合計の累積的な増加の変化を閾値と比較することで確実に検出されることができる。

さらに有利な実施形態では、排気ガスに供給される還元剤の量が修正される。したがって、還元剤の質の変化が判定される場合では、還元剤の投与速度の補正が実行される。これは、還元剤の質の悪化にも関わらず、排出規制への遵守を可能にする。

還元剤はさらに、排気ガスに供給される還元剤の量の複数の修正に基づく値が閾値よりも大きい場合、不適切な質を有すると判断されることができる。このような手順は、閉ループ制御された還元剤投与システムに特に有益である。これは、排気ガスに供給される還元剤の量の修正にも関わらず、触媒装置の性能の向上が全くないかわずかしか見られない場合、還元剤が不適切な質を有する、特に希釈されていると判断されることができるという知見に基づく。このような状況において、複数の修正に基づく値の累積的に増加する変化は、還元剤の希釈を検出するために利用されることができる。

本方法の特に簡潔な実施は、複数の補正係数間の差の和が、複数の修正に基づく値として利用される場合に達成される。

本発明による排気ガスシステムを動作させるための制御アセンブリは、触媒装置下流の排気ガスにおける窒素酸化物の含有量を示す測定値を評価するように適合される評価部を備える。触媒装置は、エンジンによって生成される排気ガスにおける窒素酸化物の含有量を減少させるように適合される。制御アセンブリの検出部は、測定値に基づいて触媒装置に供給される還元剤の質を判断するように適合される。検出部は、還元剤が貯蔵タンク内に満たされたかどうかを判定し、還元剤の質を判断するために所定の期間中に得られる複数の測定値の規模別頻度を考慮するようにさらに適合される。

本発明による方法に関して説明される利点及び好ましい実施形態は、本発明による制御アセンブリにも適用し、逆も同様である。

説明における上述の特徴及び特徴の組み合わせ、ならびに図の説明において及び／または図のみに示される下記で述べられる特徴及び特徴の組み合わせは、それぞれ特定の組み合わせで使用可能であるだけでなく、他の組み合わせ、または単独で、本発明の範囲を逸脱しないように使用可能である。そのため、実装は図に明確に示されない、または説明されないが、その結果及び説明される実装の別々の特徴の組み合わせによって生成され得るものも、本発明によって包含及び開示されると見做される。

本発明のさらなる利点、特徴及び詳細は、請求項、下記の好ましい実施形態の説明から、ならびに図面に基づいて、明らかである。その中で以下を示す。

検出部がＮＯ_Xセンサの信号に基づいて、ＳＣＲ触媒上流の排気ガス内に供給される尿素水溶液の希釈を検出する、排気ガスシステムを動作させるための制御アセンブリ、 開ループ制御された投与システムにおける尿素水溶液の希釈の検出を例証するグラフ、及び 閉ループ制御された投与システムにおける尿素水溶液の希釈の検出を例証するさらなるグラフ。

図１は、車両の排気ガスシステムを動作させるための制御アセンブリ１０を示す。エンジン（図示せず）からの排気ガスは、ＳＣＲ触媒１２の形式で触媒装置において処理される。ＳＣＲ触媒１２において、選択触媒還元（ＳＣＲ）反応における排気ガス中のアンモニア（ＮＨ₃）は窒素酸化物（ＮＯ_X）と反応し、窒素及び水を形成する。尿素水溶液の形式の還元剤が、投与部１４によってＳＣＲ触媒１２上流の排気ガスに噴射される。ディーゼル排気液（ＤＥＦ）とも呼ばれる尿素水溶液は、熱い排気ガスと混ぜられた後に、加水分解反応においてアンモニアを放出する。貯蔵タンク１６は、ＳＣＲ触媒１２上流の排気ガス内に噴射される尿素水溶液の貯蔵のために設けられる。

エンジン動作パラメータに応じて、入力信号が投与部１４の制御装置１８に提供される。制御アセンブリ１０は、ＳＣＲ触媒１２への不十分なアンモニアの供給を検出するように、かつ好ましくはディーゼル排気液またはそのような還元剤の排気ガスへの投与を閉ループ制御するように設計される。

閉ループ制御は、ＮＯ_Xセンサ２０によって提供される信号または測定値の規模別頻度の分析に基づく。ＮＯ_Xセンサは、排気ガスシステムのテールパイプ２２において、ＮＯ_X濃度に関連する信号または測定値をｐｐｍ（百万分率）で提供してもよい。テールパイプ２２は、排気ガスシステムの排気ガスパイプのセクションであり、ＳＣＲ触媒１２の下流に位置する。分析は、ＮＯ_Xセンサ２０の信号読み取りの規模別頻度に着目し、したがってＳＣＲ触媒１２下流の測定されたＮＯ_X濃度の規模別頻度に着目する。

ＳＣＲ触媒１２のアンモニア供給が十分であり、かつ正常な範囲内である場合、テールパイプ２２ＮＯ_Xセンサ２０の信号読み取りは、ＳＣＲ触媒１２の良好なＮＯ_X転換効率のために、一般的に低く平滑である。ＳＣＲ触媒１２に正しい量のアンモニアが供給されると、ＳＣＲ触媒１２が良好なＮＯ_X転換を有するだけでなく、さらに重要なことに、ＳＣＲ触媒１２に貯蔵される余分なアンモニアが生じる。この貯蔵されたアンモニアは、流入するＮＯ_Xにおける突然の増加がある場合、または突然のＮＯ_Xの変動がある場合に、良好な転換を維持することによって減衰効果を提供する。したがって、貯蔵されたアンモニアは平滑なテールパイプ２２ＮＯ_X出力を維持する。さらにアンモニアがＳＣＲ触媒１２に貯蔵されると、減衰効果がさらに良くなり、テールパイプＮＯ_X出力がさらに平滑になる。

ＳＣＲ触媒１２に供給されるアンモニアの量に不足がある場合、貯蔵されるアンモニアの度合いが減少される。供給が不十分である場合、ＳＣＲ触媒１２には貯蔵されたアンモニアが全く残らない。このような状況下で、減少された減衰能力のために、流入するＮＯ_X変化を伴い、テールパイプＮＯ_Xセンサ２０の信号読み取りにノイズが多くなる。ノイズの規模別頻度は、アンモニア供給の不足の度合いが増加するのに伴って増加する。

ＳＣＲ触媒１２が比較的新規または新しく、かつアンモニアの供給が正常な範囲内である場合、対応するテールパイプ２２ＮＯ_Xレベルが低く、信号は平滑である。正常なアンモニア供給を伴う年数が経ったＳＣＲ触媒１２については、テールパイプ２２ＮＯ_Xレベルは全体的に高いが、信号は依然として相対的に平滑である。しかしながら、新しいＳＣＲ触媒１２に供給されるアンモニアが減少された場合、テールパイプ２２ＮＯ_X信号は高くなり、ノイズが多くなる。

このＮＯ_Xセンサ２０信号読み取りの一般的な挙動は、ＳＣＲ触媒１２のアンモニア供給状態を検出するために利用されることができる。言い換えると、アンモニアの排気ガスへの投与不足または投与過剰を検出するために、テールパイプ２２ＮＯ_Xセンサ２０信号の規模別頻度の特性が分析される。規模別頻度の分析の結果は、次に、それによる閉ループ手法における投与制御を調整するために利用されることができ、アンモニアの供給は正常なレベルから豊富か欠乏のいずれかの側に逸れた場合、正常レベルに戻す。

そのため、還元剤の供給は、車両の運転者への通知を伴わずに制限するように変更されることができる。その理由は、十分ではないアンモニアの供給は、ハードウェア動作異常によって部分的に引き起こされることがあり、調査される場合、その動作異常が許容できるものであっても、それが増加されたワランティコストにつながることがある。供給が制限を上回って増加する場合、運転者は、例えばチェックエンジンライトによって通知されることができる。制限は、システムハードウェアに害を与えずに排気ガス後処理システムの許容可能な動作異常の度合いに基づく。

ＳＣＲ触媒１２に供給されるアンモニアのレベルまたは量を評価するための測定ツールは、「集中平均相対的規模別頻度」または短くＬＡＲＭＦと呼ばれる積算量である。ＬＡＲＭＦは下記のように表される。

式中、ｘ_iはデータサンプリング時点「ｉ」でのテールパイプＮＯ_Xセンサ２０の信号であり、ｘ_s ^~は、「ｓ」サンプリング期間に対する時「ｉ」の信号の移動中央値であり、τはデータサンプリングの合計期間である。

ＬＡＲＭＦ量は、絶対的な規模別頻度の分析の代わりに相対的な規模別頻度の分析を使用する。特に、測定値ｘ_iは、所定の期間またはサンプリング期間「ｓ」に対する時点「ｉ」における移動中央値である量ｘ_sに関係付けられる。この相対的な規模別頻度の分析使用は、新しいＳＣＲ触媒１２か年数が経ったＳＣＲ触媒１２のいずれかを伴って高い検出分解能をもたらす。

移動中央値ｘ_sは仮想信号である。移動中央値ｘ_sは、所定の期間の長さに依存し、そのため、この期間中にとられる測定数または測定値に依存する。移動中央値ｘ_sは、例えばｓデータポイントの数学的な平均値、または測定値ｘ_iの周辺に対称的に配置される測定値であり得る。移動中央値計算は、中央値がどれほどの測定または測定値が使用されるか、即ちどのように所定の期間が選択されるかに依存する、という意味で任意である。所定の期間が長いほど、ＬＡＲＭＦが大きくなり、逆も同様である。サンプリング期間が短すぎる場合、ＬＡＲＭＦは排気ガスへの不十分なアンモニアの投与を確実に検出するには小さくなる。

しかしながら、所定の期間が長すぎて、そのために「ｓ」が大きすぎる場合、ＳＣＲ触媒１２が、年数が経っていれば、大きすぎるＬＡＲＭＦ値につながる。サンプリング期間の適切な選択、及びそのために、この期間内で測定値を平均する中央値は、良好なアンモニア供給レベル検出分解能及びＳＣＲ触媒１２への年数経過の影響からの良好な切り離しの両方を有するために重要である。言い換えると、所定の期間の良好な選択、及びそのためにこの期間内でとられる測定または測定値の数は、アンモニア供給不足を検出するのに十分に大きなＬＡＲＭＦをもたらすはずであるが、年数が経ったＳＣＲ触媒１２が監視される場合、依然として小さいままである。ＬＡＲＭＦ値の相対的な特性は、信号の絶対的な大きさの代わりに、信号または測定値ｘ_iとその移動中央値ｘ_sとの差によって構成される積分関数の利用を含む。

上記のＬＡＲＭＦの式は、積分関数、即ち相対的な規模別頻度の項を含む。

この積分関数は、測定値ｘ_iと測定値の移動中央値ｘ_sとの差の絶対値を表す。ＬＡＲＭＦ値は、サンプリング期間τにわたって収集されたこれらの絶対値すべての和または合計より、である。

ＳＣＲ触媒１２に十分なアンモニアが供給されている場合、年数の経ったＳＣＲ触媒１２に対して、テールパイプ２２ＮＯ_X信号の絶対的な大きさは大きいが、相対的に平滑である。そのため、信号ｘ_iと移動中央値ｘ_sとの差は非常に小さいが、信号の絶対的な大きさは大きい。結果として、ＬＡＲＭＦ式の積分関数も非常に小さくなり、結果としてＬＡＲＭＦ値もまた非常に小さくなる。そのため、排気ガスに正常な量のアンモニアが供給される年数が経ったＳＣＲ触媒１２は、ＬＡＲＭＦ値が非常に小さいため、アンモニアの供給不足の場合として誤って検出されない。

ＬＡＲＭＦ値は、ＳＣＲ触媒１２に供給されるアンモニアのレベルを示すため、ＬＡＲＭＦ値は、貯蔵タンク１６の補充に引き続いて起こり得る尿素水溶液の希釈を検出するためにも利用されることができる。これは、尿素水溶液の希釈がアンモニアの供給不足につながるという事実のためである。そのため、ＬＡＲＭＦ値の計算は、貯蔵タンク１６内の希釈された還元剤の存在を検出するために利用されることができる。好ましくは、ＬＡＲＭＦ計算はエンジン及び排気ガスシステムの所定の動作状態が満たされればいつでも有効化される。結果的に、ＬＡＲＭＦ計算は好ましくは、状態が満たされない場合はいつでも保留状態である。

データサンプリングは、ほぼ定常状態の動作状態がある場合、行われることができることが好ましい。これは、品質判断の正確さに望ましくない影響を有する過渡動作状態が存在することを回避する。

累積した計算時間が予め設定されたサンプリング期間τまたは予め設定されたサンプリング時間に達する場合、計算サイクルが完成され、新規のＬＡＲＭＦ値が生成される。そしてＬＡＲＭＦ計算サイクルは、何度も繰り返すことができる。ＬＡＲＭＦ値の相対的に大きな値は、ＳＣＲ触媒１２への低いアンモニア供給を示し、逆も同様である。開ループ制御された還元剤投与システムにおいて、ＬＡＲＭＦ値を利用して、還元剤の希釈を検出することができる。閉ループ制御された還元剤投与システムにおいて、計算されたＬＡＲＭＦ値から得られた投与補正係数を利用して、還元剤の希釈を検出することができる。

開ループ制御された尿素水溶液またはＤＥＦ投与システムにおいて、貯蔵タンク１６の補充中に還元剤がアンモニアを含まない希釈液で希釈される場合、ＬＡＲＭＦ値は増加する。これは例えば、尿素水溶液の代わりに水が貯蔵タンク１６に満たされる場合に起こる。これは、貯蔵タンク１６に残っている還元剤の希釈をもたらす。還元剤の投与が補正されない場合、ＬＡＲＭＦ値は引き続く計算サイクルにおいてさらに高いレベルに達する。

図２は、開ループ制御されたＤＥＦ投与システムにおけるＤＥＦ希釈検出の概念を示す。希釈判断に関して、制御システム１０（図１を参照）は、ＳＣＲ触媒１２に供給される還元剤の質を判断するように適合される検出部２４を備える。検出部２４は、詳細には、貯蔵タンク１６の補充に引き続く還元剤の希釈を検出するように適合される。

図２に示されるグラフ２６において、縦軸２８は各計算サイクル中、即ち所定のサンプリング期間τに得られるＬＡＲＭＦ値を示す。横軸３０は、ＬＡＲＭＦ計算サイクルの数を示し、曲線３２は、ＬＡＲＭＦ値の変化を示す。曲線３２から分かるように、ＬＡＲＭＦ値は、補充３４が行われるまで、即ち貯蔵タンク１６の液面の上昇が見られるまで、どちらかというと一定を保つ。この補充３４は、例えば、貯蔵タンク１６に設置されるレベルセンサ３６（図１参照）の利用によって検出されることができる。

レベルセンサ３６は、検出部２４への信号を通信する。結果として、ＤＥＦ希釈検出ロジックが有効化される。希釈検出が多数のＬＡＲＭＦ計算サイクルまたはサンプリング期間τを含む時間枠３８内で実行される。

各サンプリング期間τ中に得られるＬＡＲＭＦ値は、上述のＬＡＲＭＦ式によって処理された累積したテールパイプ２２ＮＯ_Xセンサ２０信号サンプルからの時間平均量である。対応する計算が検出部２４の計算部４０（図１参照）によって実行される。

信号サンプリングは長さで区分されることができ、エンジン動作状態によって変えられることができる。区分された累積時間の合計の長さ、即ちサンプリング期間τの長さは、キャリブレーション設定を通して予め定義されることができる。累積した信号サンプル時間の合計が設定された長さ、即ちサンプリング期間τに達するとき、１つのＬＡＲＭＦ計算サイクルが完了する。そのため、計算部４０が１つのＬＡＲＭＦ値計算を完了する。ＬＡＲＭＦ値計算を完了すると、次のＬＡＲＭＦ計算サイクルが開始され、同じサンプリング処理を繰り返す。各ＬＡＲＭＦ計算サイクルのサンプリング期間τの長さは、計算サイクルによって変わる。

しかしながら、ＬＡＲＭＦ値を検出するためのサンプリング期間τに対する合計時間は、詳細には約１０分であり得る。この合計サンプリング期間τ内で、移動中央値が計算される所定の期間は、約２０秒であり得る。そのため、１０分のデータサンプリングの後、新規のＬＡＲＭＦ値が計算されるまでなど、それによって１つのＬＡＲＭＦ値が生成され得る。

検出部２４は、計算部４０によって提供されるデータを処理することでＮＯ_Xセンサ２０によって提供される、測定値または信号を評価するように適合される評価部４２も備える。図２に例証される状況において、連続するＬＡＲＭＦ計算サイクルにおいて取得されたＬＡＲＭＦ値は増加する。評価部４２は、各計算サイクルにおいて取得されたＬＡＲＭＦ値の累積的な増加の変化を計算する。したがって、評価部４２は、連続して取得されるＬＡＲＭＦ値間の差の和を作成する。図２に例証される状況において、この和または累積的な増加の変化は、時点４６での閾値４４を超える。したがって、この時点４６に、検出部２４は還元剤が希釈されることを判断する。

結果として、車両の運転者は、例えば特別なダッシュボードライトを光らせることで、警告されることができる。さらに、エンジンの出力が下げられることができる。適切な補正手段を伴わない課題が続く場合、車両の速度制限が課されることができる。ＬＡＲＭＦ値の変化を伴わずに時間が経過する場合、速度はさらに減少されることができる。

図２に示されるグラフによると、時間枠３８の終わり４８が達するまで検証ロジックが実行される。

図３は、閉ループ制御されたＤＥＦ投与システムに関する希釈検出状況を例証する。図３に示されるグラフ５０は、図２に示されるグラフ２６に非常に近似している。しかしながら、縦軸５２はＬＡＲＭＦ値ではなく、閉ループ制御に基づくＬＡＲＭＦの出力である補正係数を示す。貯蔵タンク１６に貯蔵される還元剤の希釈によって引き起こされうるアンモニアの供給不足の場合において、１００％の標準係数よりも大きな補正係数は、アンモニアの正しい量を提供するための実際のＤＥＦ投与速度に適用される。

このようなＬＡＲＭＦに基づく閉ループ制御されたＤＥＦ投与システムにおいて、ＬＡＲＭＦ値はフィードバック信号である。補充３４に続くＤＥＦ希釈は、低いアンモニアの供給及び高いＬＡＲＭＦ値をもたらし、還元剤投与閉ループ制御装置１８（図１参照）は計算されたＬＡＲＭＦ値と各ＬＡＲＭＦ計算サイクルの終わりで予め設定されたＬＡＲＭＦ目標値と比較する。計算部４０によって取得されるＬＡＲＭＦ値は、目標値より大きい場合、制御装置１８は補正係数調整を介して投与速度を増加させることで応答する。この手順は計算されたＬＡＲＭＦ値が目標値に十分に近づくまで、各ＬＡＲＭＦ計算サイクルで継続される。本明細書において許容可能な偏差範囲は、キャリブレーション設定によって考慮されることができる。しかしながら、補正係数は結果として、最終的にさらに高いレベルとなる。

この場合において、希釈検出ロジックは依然として図２に示される開ループの状況のものと同様である。しかしながら、図３における曲線５４は、増加するＬＡＲＭＦ値ではなく、増加する投与補正係数を例証する。増加する補正係数の変化、即ち後続の補正係数間の差の和が時点４６において閾値５６を超える場合、還元剤の希釈が検出される。

閉ループの状況において、希釈検出ロジックも、補充３４が起こって、検出された後に有効化される。希釈検出も、多数のＬＡＲＭＦ計算サイクルによって定義される時間枠３８内で実行される。この検出枠３８内で還元剤投与補正係数の累積的な増加の変化が閾値５６を超える場合、還元剤の希釈が検出される。

そのため、下流ＮＯ_Xセンサ２０の信号のみを利用することで、ＳＣＲ触媒１２の転換の度合いのみが評価されない。転換性能が貯蔵タンク１６の補充３４に後続する閾値よりも低い場合、還元剤またはＤＥＦの質が不適切であると診断される。これを達成するために、ＮＯ_Xセンサ２０の規模別頻度の分析（Ｍ−Ｆ分析）が実行され、この分析に基づくＬＡＲＭＦ値が計算される。ＬＡＲＭＦ値は、ＮＯ_X性能の評価のために利用され、そのためにＤＥＦ質の評価のために利用される。ＤＥＦ投与速度の補正は、ＤＥＦ質の変化が判定される場合に実行されてもよい。

ＳＣＲ触媒１２は、アンモニアスリップ触媒を備えることができる。アンモニアスリップ触媒はゾーンコート触媒として設計されることができる。この場合、ＳＣＲ触媒の後端５８が再度被覆され、アンモニアスリップ触媒を形成する。したがって、アンモニアスリップ触媒は、２つの被覆層を有することができる。Ｎ₂及びＨ₂Ｏにスリップしたアンモニアを変換する反応は、主にアンモニアスリップ触媒の被覆で起こる。このようなアンモニアスリップ触媒で、アンモニアの投与過剰もアンモニアスリップ触媒下流の窒素酸化物の増加につながり得る。このような投与過剰も、ＬＡＲＭＦ値の利用によって検出されることができ、低い投与補正係数を適用することによって補正されることができる。

１０ 制御アセンブリ
１２ ＳＣＲ触媒
１４ 投与部
１６ 貯蔵タンク
１８ 制御装置
２０ ＮＯ_xセンサ
２２ テールパイプ
２４ 検出部
２６ グラフ
２８ 縦軸
３０ 横軸
３２ 曲線
３４ 補充
３６ レベルセンサ
３８ 時間枠
４０ 計算部
４２ 評価部
４４ 閾値
４６ 時
４８ 終わり
５０ グラフ
５２ 縦軸
５４ 曲線
５６ 閾値
５８ 後端

Claims (7)

1. 車両の排気ガスシステムを動作させるため、自動車のエンジンによって生成される排気ガス中の窒素酸化物の含有量を減少させる触媒装置（１２）の下流において測定された前記排気ガス中の窒素酸化物の前記含有量を示す測定値に基づいて、前記触媒装置の還元剤の質の評価を行うための方法であって、
   所定のサンプリング期間にわたって測定された前記測定値を平均してその平均値を算出し、前記サンプリング期間にわたって測定した各測定値と前記平均値の差の絶対値の合計値を算出し、
   前記差の絶対値の合計値に基づいて前記還元剤の質の評価を行うことを特徴とする、方法。
2. 更に、前記差の絶対値の合計値を前記サンプリング期間で除して測定値偏差の時間平均値（ＬＡＲＭＦ）を算出し、
   前記測定値偏差の時間平均値（ＬＡＲＭＦ）に基づいて、前記還元剤の質の評価を行うことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記測定値偏差の時間平均値（ＬＡＲＭＦ）が所定の閾値（４４）より大きい場合に、前記還元剤は不適切な質であって希釈されている、と評価することを特徴とする、請求項２に記載の方法。
4. 前記評価結果に基づいて、前記排気ガスに供給される前記還元剤の量が修正されることを特徴とする、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の方法。
5. 更に、前記還元剤の量の複数回の修正に基づく値が閾値（５６）より大きい場合に、前記還元剤は不適切な質であって希釈されている、と判断することを特徴とする、請求項４に記載の方法。
6. 前記修正は投与速度を定める係数を補正することによって行われ、補正係数の全変更量が前記還元剤の量の複数回の修正に基づく値として用いられることを特徴とする、請求項４または請求項５に記載の方法。
7. 車両の排気ガスシステムを動作させるための制御アセンブリであって、
   エンジンによって生成された前記排気ガス中の窒素酸化物の含有量を還元剤により減少させる触媒装置（１２）と、
   前記触媒装置（１２）の下流に設けられ、前記排気ガス中の窒素酸化物の含有量を測定するセンサ（２０）と、
   前記センサ（２０）により測定された窒素酸化物の含有量に基づいて、前記還元剤の評価を行う評価部（４２）とを備え、
   前記評価部（４２）は、所定のサンプリング期間に渡って測定された前記測定値を平均してその平均値を算出し、前記サンプリング期間に渡って測定した各測定値と前記平均値の差の絶対値の合計値を算出し、
   前記合計値に基づいて、前記還元剤の質の評価を行うことを特徴とする、制御アセンブリ。