JP2006118501A - 内燃機関排気ガス処理装置の作動方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】反応剤を正確に配量するために有効な、反応剤が内燃機関排気領域内に注入される、内燃機関の排気ガス処理装置の作動方法および装置を提供する。
【解決手段】反応剤圧力が反応剤圧力センサ（３６）により測定される反応剤が、排気ガス処理装置（１６）の手前上流側の排気領域（１３）内に注入される、内燃機関（１０）の排気ガス処理装置（１６）の作動方法において、反応剤圧力（ｐＲｅａ）が、排気ガス処理装置（１６）の手前上流側の排気領域（１３）内に作用している排気圧力（ｐａｂｇ、ｐａｂｇｅ）とされ、次に、反応剤圧力（ｐＲｅａ）と、排気圧力（ｐａｂｇ、ｐａｂｇｅ）に加算された周囲空気圧力（ｐＵ）との間の圧力差（ｐＤ）が、所定の圧力差しきい値（ｐＤＳ）と比較され、圧力差しきい値（ｐＤＳ）を超えたとき、エラー信号（５６）が供給される。
【選択図】図１

Description

本発明は、反応剤が内燃機関排気領域内に注入される、内燃機関の排気ガス処理装置の作動方法、およびその方法を実施するための装置に関するものである。

ドイツ特許公開第１０１３９１４２号に、ＮＯｘエミッションを低減させるために、排気ガス内に含まれている窒素酸化物を、反応剤であるアンモニアにより窒素に還元するＳＣＲ触媒（選択還元触媒）が使用されている内燃機関の排気ガス処理装置が開示されている。アンモニアは、ＳＣＲ触媒の手前上流側に配置されている加水分解触媒内において尿素水溶液から得られる。加水分解触媒は、尿素水溶液内に含まれている尿素をアンモニアおよび二酸化炭素に転化する。正確な配量を保証するために、尿素水溶液の濃度を決定するように設計されている。尿素水溶液はポンプにより所定の圧力とされる。配量弁は所定の流量を決定する。混合室内において尿素水溶液に圧縮空気が混合される。尿素水溶液は、ＳＣＲ触媒への十分に均等な流入が達成されるように、混合空気と共に内燃機関の排気ガス内に噴霧される。

ドイツ特許公開第１０２００４０１８２２１号に、同様に、加圧された反応剤がＳＣＲ触媒手前の内燃機関の排気ガス内に噴霧される、この種の方法およびこの種の装置が開示されている。反応剤圧力は、特性変数の関数として、所定の反応剤目標圧力に決定される。特性変数として、内燃機関の運転変数および／または内燃機関の排気ガスの特性変数が使用されてもよい。所定の反応剤圧力目標値は制御の範囲内において制御され、この制御において、反応剤圧力は反応剤圧力センサにより測定される。反応剤に圧縮空気が混合されてもよい。圧縮空気圧力は同様に制御の範囲内において特性変数の関数として所定の圧縮空気圧力目標値に制御可能であり、この場合、圧縮空気実際圧力は圧縮空気圧力センサにより測定される。少なくとも１つの圧力センサの故障はＳＣＲ触媒の性能を低下させ、この結果、浄化されない排気ガスが周囲に排出されることがある。

ドイツ特許公開第１０２００４０４４５０６号に、同様に、加圧された反応剤がＳＣＲ触媒手前の内燃機関の排気ガス内に噴霧される、この種の方法およびこの種の装置が開示されている。圧縮空気は逆止弁を介して供給され、逆止弁はある開放圧力を有している。圧縮空気圧力の診断が行われ、この診断は、スタート時点において圧縮空気制御弁を閉鎖することから開始される。少なくとも第２の時点において、圧縮空気圧力が、少なくとも近似的に周囲空気圧力に加算された逆止弁の開放圧力に対応する下限しきい値に、少なくとも対応しているかどうかが検査される。条件が満たされていないとき、エラー信号が供給される。

本発明の課題は、反応剤を正確に配量するために有効な、反応剤が内燃機関排気領域内に注入される、内燃機関排気ガス処理装置の作動方法およびその方法を実施するための装置を提供することである。

本発明によれば、反応剤圧力が反応剤圧力センサにより測定される反応剤が、排気ガス処理装置の手前上流側の排気領域内に注入される、内燃機関の排気ガス処理装置の作動方法において、反応剤圧力が、排気ガス処理装置の手前上流側の排気領域内に作用している排気圧力とされ、次に、反応剤圧力と、排気圧力に加算された周囲空気圧力との間の圧力差が、所定の圧力差しきい値と比較され、圧力差しきい値を超えたとき、エラー信号が供給される。

本発明による装置は、上記の方法を実施するために提供された制御装置である。
この制御装置は、特に、診断制御手段と、排気圧力を決定するための特性曲線群と、圧力差を圧力差しきい値と比較するための比較器とを含む。制御装置は、方法ステップがコンピュータ・プログラムとして記憶されている少なくとも１つの電気メモリを含むことが好ましい。

本発明による方法は、反応剤圧力センサの診断を可能にする。特に、所定の値を超える、反応剤圧力センサの信号オフセットのドリフトが検出可能である。本発明による方法は、効率的な排気ガス浄化のために必要な反応剤量を正確に配量するために有効である。所定の反応剤圧力を保持することは、反応剤の好ましくない不足配量のみならず過剰配量をも回避する。

本発明による方法の更に有利な変更態様および形態が得られる。
一形態により、反応剤圧力を発生させるために設けられている反応剤ポンプが遮断されるように設計されている。反応剤圧力を排気ガス処理装置手前上流側の排気領域内に作用している排気圧力とさせるための他の手段は、反応剤のための配量弁が開放されることである。

一形態は、反応剤圧力を圧力センサにより測定するように設計されている。排気圧力は内燃機関の回転速度信号および燃料信号から決定されることが好ましい。
一形態は、前記比較が、排気ガス処理装置手前上流側における少量のＮＯｘ質量流量および内燃機関の低負荷において実行されるように設計されている。この手段により、排気ガス処理装置による排気ガス浄化への係合が最小となる。ＮＯｘ質量流量および／または内燃機関の負荷は、内燃機関の回転速度信号および／または燃料信号に基づいて決定されることが好ましい。

図１は内燃機関１０を示し、内燃機関１０の吸気領域１１内に空気センサ１２が配置され、内燃機関１０の排気領域１３内に、排気圧力センサ１４、反応剤注入装置１５および排気ガス処理装置１６が配置されている。

制御装置２０に、空気センサ１２が空気信号ｍｓＬを出力し、内燃機関１０が回転速度信号ｎを出力し、排気圧力センサ１４が排気圧力ｐａｂｇを出力する。制御装置２０にトルク目標値ＭＦａが供給される。制御装置２０は、内燃機関１０に燃料信号ｍＫを出力する。

排気ガス処理装置１６の手前上流側に、ＮＯｘ質量流量ｍｓＮＯｘおよび排気ガス質量流量ｍｓａｂｇが発生する。
反応剤注入装置１５は混合室３０と結合され、混合室３０は、反応剤通路３１および圧縮空気通路３２を相互に結合する。反応剤通路３１は配量弁３３を含み、配量弁３３は反応剤ポンプ３４と結合され、反応剤ポンプ３４は、反応剤を反応剤タンク３５から吸引する。反応剤圧力は反応剤圧力センサ３６により測定され、反応剤圧力センサ３６は、反応剤圧力信号ｐＲｅａを制御装置２０に供給する。

制御装置２０は、反応剤ポンプ操作信号決定手段４０を含み、反応剤ポンプ操作信号決定手段４０は、反応剤ポンプ３４に反応剤ポンプ操作信号４１を供給する。反応剤圧力信号ｐＲｅａは、反応剤ポンプ操作信号決定手段４０に供給される。

制御装置２０はさらに、配量弁操作信号決定手段４２を含み、配量弁操作信号決定手段４２は配量弁３３に配量弁操作信号ｍＲｅａを供給する。配量弁操作信号決定手段４２にＮＯｘ信号ＮＯｘが供給される。

診断制御手段４３は、第１の切換信号４４により反応剤ポンプ操作信号決定手段４０を操作し、第２の切換信号４５により配量弁操作信号決定手段４２を操作する。診断制御手段４３に回転速度信号ｎおよび燃料信号ｍＫが供給される。両方の信号はさらに特性曲線群５０にも供給される。

特性曲線群５０は、計算排気圧力ｐａｂｇｅを第１の加算器５１に伝送し、第１の加算器５１は、計算排気圧力ｐａｂｇｅに、周囲空気圧力センサ５２により測定された周囲空気圧力ｐＵを加算し、且つ合計圧力ｐＳを第２の加算器５３に伝送する。

第２の加算器５３は、合計圧力ｐＳおよび反応剤圧力信号ｐＲｅａから、圧力差ｐＤを形成する。圧力差ｐＤは、比較器５４内において、開始信号５５の関数として圧力差しきい値ｐＤＳと比較される。比較結果の関数として、比較器５４はエラー信号５６を出力する。

図２に示されている流れ図は、第１の問い合わせ６０において、回転速度信号ｎおよび燃料信号ｍＫが所定のしきい値より小さいかまたは等しいかどうかの検査を含む。これが否定（ｎｏ）の場合、フローは戻される。これが肯定（ｙｅｓ）の場合、第１の機能ブロック６１において反応剤ポンプ３４が遮断される。第２の機能ブロック６２において、配量弁３３が開放される。第３の機能ブロック６３において、排気圧力ｐａｂｇｅが計算される。第４の機能ブロック６４において、周囲空気圧力ｐＵが測定される。第５の機能ブロック６５において、計算排気圧力ｐａｂｇｅおよび周囲空気圧力ｐＵから合計圧力ｐＳが決定される。第６の機能ブロック６６において、反応剤圧力ｐＲｅａが測定される。第７の機能ブロック６７において、圧力差ｐＤが決定され、第８の機能ブロック６８において圧力差ｐＤが圧力差しきい値ｐＤＳと比較される。第２の問い合わせ６９において、圧力差ｐＤが圧力差しきい値ｐＤＳより大きいかまたは等しいかどうかが特定される。これが否定（ｎｏ）の場合、フローは戻される。これが肯定（ｙｅｓ）の場合、第９の機能ブロック７０によりエラー信号５６が供給される。

本発明による方法は、次のように行われる。
制御装置２０は、少なくとも１つの入力信号の関数として、燃料信号ｍＫを決定する。入力信号として、特に、詳細には示されていない自動車の加速ペダルの位置から導かれたトルク目標値ＭＦａが与えられている。場合により、さらに、空気センサ１２から供給される空気信号ｍｓＬおよび／または内燃機関１０から供給される回転速度信号ｎが考慮される。

ＮＯｘ質量流量ｍｓＮＯｘを含む排気ガス質量流量ｍｓａｂｇは、排気ガス処理装置１６により少なくとも１つの排気ガス成分が除去されて浄化される。浄化作業を実行するために排気ガス処理装置１６は反応剤を必要とし、反応剤は反応剤タンク３５内に貯蔵されている。排気ガス処理装置１６はＳＣＲ触媒を含むことが好ましく、ＳＣＲ触媒は、例えば、反応剤としてのアンモニアにより、排気ガス内に含まれている窒素酸化物を水素および窒素に転化する。反応剤は、排気ガス処理装置１６の手前上流側において、反応剤注入装置１５により排気領域１３内に噴霧される。

反応剤は、反応剤ポンプ３４により所定の反応剤目標圧力に加圧され、且つ配量弁３３を介して混合室３０に供給される。混合室３０内において、反応剤は、場合により圧縮空気通路３２を介して供給された圧縮空気と混合される。圧縮空気通路３２が存在しない場合、混合室３０は存在しない。図示実施例に示すように、混合室３０に配置されている配量弁３３は、場合により混合室３０と共に直接排気領域１３内に配置されていてもよく、したがって反応剤注入装置１５と同一であってもよい。

内燃機関１０の始動後に、反応剤は、反応剤ポンプ操作信号４１により約４バールの所定の圧力に加圧される。反応剤圧力は反応剤圧力センサ３６により測定され、また反応剤圧力信号ｐＲｅａとして、反応剤ポンプ操作信号決定４０のみならず第２の加算器５３にも供給される。

反応剤量は、例えばＮＯｘ信号ＮＯｘの関数として配量弁操作信号決定手段４２により決定され、且つ配量弁操作信号ｍＲｅａとして配量弁３３に伝送される。ＮＯｘ信号ＮＯｘは、例えば少なくとも１つのＮＯｘセンサにより供給されてもよく、ＮＯｘセンサは、排気ガス処理装置１６の手前および／または排気ガス処理装置１６の後方に配置されていてもよい。ＮＯｘ信号ＮＯｘは、このとき、排気ガス処理装置１６の手前のＮＯｘ質量流量または排気ガス処理装置の後方のＮＯｘ質量流量に対する少なくとも１つの尺度である。ＮＯｘ信号ＮＯｘは、さらに、例えば燃料信号ｍＫに対応する負荷および回転速度信号ｎのような、例えば内燃機関１０の運転特性変数から計算されてもよい。場合により、空気信号ｍｓＬおよび図示されていない排気ガス再循環信号および／または同様に図示されていない排気ガス・ターボチャージャまたは圧縮機のチャージ圧力信号が共に考慮される。内燃機関１０が外部点火式の内燃機関１０である場合、さらに点火時期が共に考慮されてもよい。

反応剤圧力は、一方で配量される反応剤量に影響を与え、他方で排気ガス処理装置１６の手前上流側の排気領域１３内における反応剤の空間分配に影響を与えるので、反応剤圧力は排気ガス処理効率に影響を与える。（空間的）過剰配量は反応剤を溢流させることがある。（空間的）不足配量の結果として、排気ガス処理装置１６は、浄化機能をもはや完全に果たすことができなくなることになる。

したがって、反応剤圧力センサ３６から供給される反応剤圧力信号ｐＲｅａの診断が行われ、この診断は、図２に示されている流れ図により、例えば第１の問い合わせ６０から開始され、第１の問い合わせ６０は、回転速度信号ｎおよび／または燃料信号ｍＫが所定のしきい値を超えていないかどうかの検査を行う。第１の問い合わせ６０において、一般的に、内燃機関１０の負荷が低いかどうかが検査される。低負荷に関連して、排気ガス質量流量ｍｓａｂｇは少量となる。低負荷においては、一般に、少量のＮＯｘ質量流量ｍｓＮＯｘが発生するにすぎない。したがって、追加態様または代替態様として、第１の問い合わせ６０において、ＮＯｘ質量流量ｍｓＮＯｘが少量かどうかが検査されてもよい。排気ガス質量流量ｍｓａｂｇのみならずＮＯｘ質量流量ｍｓＮＯｘもまた、例えば回転速度信号ｎおよび／または燃料信号ｍＫのような内燃機関１０の運転特性変数の関数である。場合により、内燃機関１０の負荷および／またはＮＯｘ質量流量ｍｓＮＯｘの決定において、空気センサ１２から供給される空気信号ｍｓＬ並びに詳細には示されていない他の変数がさらに考慮されてもよい。

第１の問い合わせ６０は、診断制御手段４３内において、回転速度信号ｎおよび／または燃料信号ｍＫに基づき、排気ガス処理装置１６に低負荷が与えられるにすぎない内燃機関１０の適切な状態が特定されたときにのみ、開始信号５５が比較器５４に出力されるためのフィルタを示している。診断は、このとき、排気ガス処理への顕著な係合なしに実行可能である。

診断を実行するために、反応剤圧力は、排気ガス処理装置１６の手前上流側の排気ガス領域１３内に作用している排気圧力ｐａｂｇとされる。第１の機能ブロック６１により、はじめに反応剤ポンプ３４の遮断が行われる。この遮断は、診断制御手段４３が第１の切換信号４４を供給することにより操作可能であり、第１の切換信号４４は反応剤ポンプ操作信号決定４０に供給される。

第２の機能ブロック６２により配量弁３３が開放される。この開放は、診断制御手段４３が第２の切換信号４５を供給することにより操作可能であり、第２の切換信号４５は、配量弁操作信号決定４２に供給される。

両方の手段は、反応剤通路３１内に作用している反応剤圧力が、排気ガス処理装置１６の手前上流側の排気領域１３との結合により、そこに存在している排気圧力ｐａｂｇに少なくとも近似的に等しくなるようにするために有効である。

排気圧力ｐａｂｇは、例えば排気圧力センサ１４により測定され且つ制御装置２０に供給される。有利な形態により特性曲線群５０が設けられ、特性曲線群５０は、排気圧力ｐａｂｇｅの計算のために、例えば回転速度信号ｎおよび燃料信号ｍＫを基礎としている。このときには排気圧力センサ１４はなくてもよい。

診断を実行するためにさらに周囲空気圧力ｐＵが必要とされ、周囲空気圧力ｐＵは、周囲空気圧力センサ５２により測定されることが好ましい。周囲空気圧力センサ５２は、直接制御装置２０内に含まれていても、または他の制御装置内に含まれていてもよい。

第１の加算器５１は、計算排気圧力ｐａｂｇｅと周囲空気圧力ｐＵとから加算により合計圧力ｐＳを決定する。第６の機能ブロック６６により、測定されるべき反応剤圧力ｐＲｅａは一般的には常に供給されている。したがって、第２の加算器５３は、第７の機能ブロック６７により、反応剤圧力ｐＲｅａと合計圧力ｐＳとの間の圧力差ｐＤを常に決定可能である。

第１ないし第６の機能ブロック６１−６６に示す個々の方法ステップの順序は、単に例として与えられているにすぎない。
比較器５４は圧力差ｐＤを圧力差しきい値ｐＤＳと比較し、しきい値を超えたとき、エラー信号５６を供給し、エラー信号５６は、例えば指示のために使用されても、および／または、エラー・メモリ内に記憶されてもよい。しきい値超過が存在する場合、この方法は終了されるかまたは戻される。

発生エラー信号５６は、許容できないほどに高い反応剤圧力センサ３６の信号オフセットが発生したことを信号している。このとき、反応剤圧力センサ３６は交換されなければならない。エラー信号５６が発生するまで、圧力差ｐＤは反応剤圧力センサ３６の信号オフセットを補正するために使用されてもよい。

本発明による方法が実行される技術的周辺図である。 本発明による方法の流れ図である。

符号の説明

１０ 内燃機関
１１ 吸気領域
１２ 空気センサ
１３ 排気領域
１４ 排気圧力センサ
１５ 反応剤注入装置
１６ 排気ガス処理装置
２０ 制御装置
３０ 混合室
３１ 反応剤通路
３２ 圧縮空気通路
３３ 配量弁
３４ 反応剤ポンプ
３５ 反応剤タンク
３６ 反応剤圧力センサ
４０ 反応剤ポンプ操作信号決定手段
４１ 反応剤ポンプ操作信号
４２ 配量弁操作信号決定手段
４３ 診断制御手段
４４、４５ 切換信号
５０ 特性曲線群
５１、５３ 加算器
５２ 周囲空気圧力センサ
５４ 比較器
５５ 開始信号
５６ エラー信号
ＭＦａ トルク目標値
ｍＫ 燃料信号
ｍＲｅａ 配量弁操作信号
ｍｓａｂｇ 排気ガス質量流量
ｍｓＬ 空気信号
ｍｓＮＯｘ ＮＯｘ質量流量
ｎ 回転速度信号
ＮＯｘ ＮＯｘ信号
ｐａｂｇ 排気圧力
ｐａｂｇｅ 計算排気圧力
ｐＤ 圧力差
ｐＤＳ 圧力差しきい値
ｐＲｅａ 反応剤圧力（反応剤圧力信号）
ｐＳ 合計圧力
ｐＵ 周囲空気圧力

Claims (10)

1. 反応剤圧力が反応剤圧力センサ（３６）により測定される反応剤が、排気ガス処理装置（１６）の手前上流側の排気領域（１３）内に注入される、内燃機関（１０）の排気ガス処理装置（１６）の作動方法において、
   反応剤圧力（ｐＲｅａ）が、排気ガス処理装置（１６）の手前上流側の排気領域（１３）内に作用している排気圧力（ｐａｂｇ、ｐａｂｇｅ）とされること、および
   次に、反応剤圧力（ｐＲｅａ）と、排気圧力（ｐａｂｇ、ｐａｂｇｅ）に加算された周囲空気圧力（ｐＵ）との間の圧力差（ｐＤ）が、所定の圧力差しきい値（ｐＤＳ）と比較され、圧力差しきい値（ｐＤＳ）を超えたとき、エラー信号（５６）が供給されること、
   を特徴とする内燃機関の排気ガス処理装置の作動方法。
2. 反応剤圧力（ｐＲｅａ）を発生させるために設けられている反応剤ポンプ（３４）が遮断されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記反応剤のための配量弁（３３）が開放されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 排気圧力（ｐａｂｇ、ｐａｂｇｅ）が、測定されるか、または内燃機関（１０）の少なくとも１つの運転変数（ｎ、ｍＫ）から決定されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
5. 排気圧力（ｐａｂｇｅ）が、内燃機関（１０）の回転速度信号（ｎ）および燃料信号（ｍＫ）から決定されることを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. 周囲空気圧力（ｐＵ）が測定されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
7. 前記比較が、排気ガス処理装置（１６）の手前上流側における少量のＮＯｘ質量流量（ｍｓＮＯｘ）、および内燃機関（１０）の低負荷の少なくともいずれかにおいて実行されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
8. ＮＯｘ質量流量（ｍｓＮＯｘ）、および内燃機関（１０）の負荷の少なくともいずれかが、内燃機関（１０）の回転速度信号（ｎ）および燃料信号（ｍＫ）の少なくともいずれかに基づいて決定されることを特徴とする請求項７に記載の方法。
9. 請求項１ないし８のいずれかに記載の方法を実施するために提供された、少なくとも１つの制御装置（２０）を備えたことを特徴とする内燃機関の排気ガス処理装置の作動装置。
10. 制御装置（２０）が、診断制御手段（４３）と、排気圧力（ｐａｂｇｅ）を決定するための特性曲線群（５０）と、圧力差（ｐＤ）を圧力差しきい値（ｐＤＳ）と比較するための比較器（５４）とを有することを特徴とする請求項９に記載の装置。

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