JP4280335B2

JP4280335B2 - Method for supplying reducing agent into nitrogen-containing exhaust gas of internal combustion engine

Info

Publication number: JP4280335B2
Application number: JP24007298A
Authority: JP
Inventors: ツターフランク; エンマーリングゲールハルト; デーリングアンドレアス
Original assignee: MAN Nutzfahrzeuge AG
Current assignee: MAN Truck and Bus SE
Priority date: 1998-08-26
Filing date: 1998-08-26
Publication date: 2009-06-17
Anticipated expiration: 2018-08-26
Also published as: JP2000073742A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、請求項１記載の上位概念によれば、場所的に、少なくともＮＯ_x還元活性を有しており、熱容量が僅かでありかつ還元剤についての貯蔵能力が僅かである触媒系の前の排ガス導管中への、内燃機関の窒素含有排ガス中への還元剤、殊に尿素ないしは尿素水溶液の計量供給方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＮＯ_xの選択接触還元（ＳＣＲ）の場合には、ＮＯ_xをＮ₂に還元するために、内燃機関及びＳＣＲ触媒の運転状態に応じて一定量の還元剤が排ガス流中に計量導入されなけれならない。過少量の還元剤が計量導入される場合には、還元度が不必要に低下する。過大量の還元剤が計量導入される場合には、還元剤のスリップ及び望ましくない中間生成物及び分解生成物が生じる。その上、このことから、還元剤の不必要に高い消費が発生する。還元剤として尿素が使用される場合には、アンモニア漏出又は、ＳＣＲ触媒に酸化触媒が後接続されている場合には、酸化二窒素Ｎ₂Ｏの放出が発生する可能性がある。
【０００３】
EP 0 515 857 A1及びEP 0 697 062 B1は、両方とも触媒の貯蔵能力及び還元剤の化学量論的過剰量の一時的な計量供給に関する方法である。
【０００４】
DE 43 10 961 A1には触媒中に少なくとも１つの温度センサを使用することによる触媒活性の測定方法が記載されている。
【０００５】
全ての公知方法は、これら方法が、内燃機関の動的ないしは高度動的な運転条件下での排ガス中への正確な計量添加を可能にしていない点で共通しており、動的ないしは高度動的な変化これまで全く考慮されないままである。特に、内燃機関の前記の動的交番荷重の場合の触媒活性の正確な測定は、これまで未解決の問題の１つであった。
【０００６】
その上、全ての関連する状態変数ではなく、その幾つかが公知の還元剤−計量供給方法の場合に考慮されていた。即ち、DE 43 10 961 A1から公知の方法の場合には、触媒の状態変化、即ち温度、の測定にために、複数の温度センサを触媒中に組み込むことが提案されている。しかしながら、このことは、実用性は僅かでありかつその上、高出費であると思われる。
【０００７】
ＳＣＲ触媒中の還元剤充填度の正確な測定は、EP 0 697 062 B1及びEP 0 515 857 A1の提案による還元剤計量供給を行なうことができるようにするために必要であるとおり、このような触媒系の複雑な関係のために不可能であった。このような理由から計量供給は、一時的に中断され、かつ触媒は、再度定義された比を得るため、このようにして空運転(leergefahren)される。しかしながら、欠点は、ＮＯ_x変換が必然的に低下することにある。
【０００８】
即ち上記の公知技術明細書は、その計量供給戦略において還元剤及び熱に関する触媒の明瞭な貯蔵能力から出発している。
【０００９】
この方法は、原理的に、発電所技術から公知である完全触媒(Vollkatalysator)について考えられうる。該方法様式は、完全に活性材料からなり、この活性材料によって該方法様式は、特に低い温度で還元剤を貯蔵することが可能になる。この貯蔵能力のおかげで動的ないしは高度動的交番荷重の場合の還元剤漏出は、過剰量の還元剤、特にＮＨ₃、が触媒によって短時間貯蔵されることによって十分に回避することができる。
【００１０】
例えば、現在利用しうる系の排ガス及び重量の顕著な減少が必要である車両への、場所的に著しく制限された条件下でのこのような系の使用については、完全触媒は、ほとんど適当ではなく、それというのも、この完全触媒が上記の要求に関する十分な発展ポテンシャル(Entwicklungspotential)を有していないからである。
【００１１】
上記の理由から被覆触媒は、使用され、この被覆触媒のセル数(Zellenzahl)は、顕著に高く設定することができ、かつこの被覆触媒は、その本質的に僅かな支持体の壁厚によってより大きな開放された向流面積(freie Anstroemflaeche)及びこのことによってより僅かな圧力損失を有している（図６参照）。
【００１２】
しかしながら、このような触媒系は、ＮＨ₃に対して僅かな貯蔵能力を有しており、それというのも、本質的により少ない活性材料しか用いることができないからである。従って還元剤ピークは、吸着によって捕捉されることはできず、還元剤生成物の望ましくない放出が容易に生じる。
【００１３】
このことから、計量供給の、及び作用パラメータ、触媒温度、ＮＯ_x濃度、排ガス量、触媒活性など、の検知の正確さに対する、これまで完全触媒に使用されたものより高い要求が結論される。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
従って本発明の課題は、前記上位概念による方法、即ち場所的に、少なくともＮＯ_x還元活性を有しており、熱容量が僅かでありかつ還元剤についての貯蔵能力が僅かである触媒系の前の排ガス導管中への、内燃機関の窒素含有排ガス中への還元剤、殊に尿素ないしは尿素水溶液、の計量供給方法、について、内燃機関運転の動的変化に対して最適化された還元剤量適合という意味において適合された戦略を提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、本発明によれば請求項１記載の特徴部に相応してこの特徴部に記載された方法の特徴によって、即ち参照用内燃機関と関連して確定されたＮＯ_x濃度及び排ガス量についての機関固有値ならびに少なくともなお内燃機関運転中に実際に検知される排ガスの温度及び場合によりなお還元剤濃度を還元剤計量供給のための調整パラメータとして用い、これらパラメータから還元剤量を計算し、かつこのようにして得られた還元剤量に内燃機関の検出された荷重状態変化に応じて動的ないしは高度動的な修正を行ない、かつ相応して適合された還元剤量を排ガス流に添加することを特徴とする、内燃機関の窒素含有排ガス中への還元剤の計量供給方法によって、解決される。
【００１６】
本発明による方法は、先ず、適用時に使用される内燃機関と同じ参照用内燃機に基づいて、例えば動的機関試験台(dynamischen Maschinenpruefstand)で、排ガス中のＮＯ_x濃度及び放出される排ガス量についての機関固有値を検知しかつ計量供給装置の動作特性(Kennfeld)−もしくはデータ記憶装置(Datenspeicher)を制御する計算機に書き込むことを基礎とする。このデータ／値は、機関運転中に少なくともなお排ガスの実際に感知された温度の値によって補完されかつさらに共通して還元剤−計量供給のための調整パラメータとして用いられる。この場合にはこれら少なくとも３つのパラメータから、場合により還元剤の濃度の考慮下に、一定の還元剤量が計算される。このようにして計算された該還元剤量は、定常的比率(stationaere Verhaeltnisse)のために、内燃機関の検知された荷重状態変化に依存して、動的ないしは高度動的修正にかけられ、その結果、排ガスに相応して高速に、その排ガスの偏差した値を有する変更された排ガス量がそれにもかかわらず触媒によって最適に変換されるようにして適合された、変更された還元剤量を計量供給することができ、この際、還元剤のスリップが生じることもないし、望ましくない中間−もしくは分解生成物が確認されることもない。
【００１７】
一方で、上記課題は、請求項２記載の特徴部によって解決することができる。
【００１８】
このようにして、例えば内燃機関の運転中にＮＯ_x濃度は、触媒前の排ガス流中に配置されたセンサによって検知されたデータから確定される。内燃機関の排ガス量は、その機関固有値から計算される。内燃機関の運転中に、排ガス中に計量導入すべき還元剤量の動的ではあるがしかし高度動的ではない修正が要求される荷重変化の場合には、センサにより検知された排ガスの温度に加えて、測定時点前の一定の、場合により変動可能にあらかじめ設定可能な時間にわたる触媒入口での排ガス温度は、考慮することができる。このメモリからの取出し(Memoryabruf)は、将来の機関運転方式及びこのことによって触媒系に対して生じる要求を見越した改善された制御戦略を可能にする。
【００１９】
有利な詳細及び方法の個々の段階は、従属請求項３から１１までのいずれか１項に記載されている。
【００２０】
その上、排ガス中のＮＯ_x濃度が触媒の下流側でも制御すること及び検知された／確定された制御値を排ガス中に計量導入すべき還元剤量の調整への影響力の行使のために用いることは、有利である。
【００２１】
計算された還元剤量と排ガス中で実際に計量導入された還元剤量との間で設定値−実測値比較を実施することも有利であり、この際、還元剤の添加量の実測値は、適当な個所に配置されたセンサまたは測定器によって確定される。
【００２２】
排ガス中に計量導入すべき還元剤量の高度動的修正を必要とする、その運転中の内燃機関の高度動的荷重状態変化の場合には、制御基準として内燃機関の荷重状態変化の率もが、検知ないしは測定され、かつ考慮される。このようにして荷重変化に良好に適合された反応が可能である。
【００２３】
内燃機関運転中に実際の排ガス量が排ガス量の記憶された参照値と一致しているか否かについての指標として、吸気の実際の温度をセンサによって検知し、かつ予め設定された参照値と比較することも有利である。この設定値−実測値比較が必要とする場合には、この値は、制御技術的に、排ガス中に計量導入すべき還元剤量の修正のために考慮される。このようにして、内燃機関を使用することができる著しく異なる気候状況及びこのことによって条件付けられる、排ガス量および排ガス組成への影響は、考慮される。
【００２４】
このような著しく温度が異なる使用条件下ではまさに、蓄えられた還元剤の品質を、この還元剤が液状である場合には殊に、制御することが有利である。このことは、例えばセンサによる蓄えられた還元剤の温度の検知によって、かつこの値からその濃度の推論によって行われ、この際、実測値は、予め設定された参照値と比較される。この設定値−実測値比較の結果に応じて、さらに、排ガス中に計量導入すべき還元剤量の修正が行なわれることができる。
【００２５】
同様に、最初から使用された触媒の老化及び該老化と併発する活性の低下を考慮することは、有利である。この場合には触媒の運転時間は、内燃機関の運転時間から導き出される。さらに、運転時間の向上及び一定の運転時間の間隔に応じて触媒の老化は、排ガス中に計量導入すべき還元剤量の相応する変化に応じて考慮されることができる。
【００２６】
その上、参照用触媒の測定された還元活性は、異なる還元剤濃度の場合に還元剤の計量供給の最適化に用いられる。
【００２７】
本発明による方法は、定置装置又は乗物、自動車両、商業用車両、特にあらゆる構造様式及び使用様式の貨物自動車及び乗合自動車の中に駆動源として組み込まれている高度動的に運転される内燃機関と関連して特に適当である。
【００２８】
原理的に本発明は、次の考察ないしは理論を基礎としている。
【００２９】
内燃機関の排ガス中に計量導入すべき還元剤量は、一方で排ガス放出量に依存し、かつ他方で該排ガス放出量を減じるための、触媒の、活性の、能力に依存する。
【００３０】
触媒の活性ないしは還元能力は、種々の率式によって記載することができる。
【００３１】
このような式の簡単な例として次の形式的な動力学的な(formalkinetische)式が挙げられ：Ｅ→Ｐ、この際Ｅは還元する排ガス成分、例えばＮＯ_x、でありかつＰは、還元生成物、例えばＮ₂、である、という仮定の反応が存在する場合には、時間（一定容量であると仮定して）についての出発物質Ｅの濃度ｄｃの変化は、次のように記載することができる：
【００３２】
【数１】

【００３３】
Ｒ_Eは、Ｅの物質量変化率（ｍｏｌ／ｓ）を示し、ｍは、反応の次数［−］である。
【００３４】
速度定数ｋは、反応がいかに速く進行しかつ次のように温度に依存するかに対する尺度である：
【００３５】
【数２】

【００３６】
この際、
Ｅは活性化エネルギー［Ｊ／ｍｏｌ］を表しており、
Ｒは一般ガス定数８３１４Ｊ／（ｍｏｌ＊Ｋ）を表しており、
Ｔは温度［Ｋ］を表しており、
ｋ_oは衝撃係数を表している。
【００３７】
（１）の積分法によればｎ＝１（一時の反応）と仮定して次のとおり得られる：
（３）ｃ＝ｃ_o・ｅ^-kl
この際、
ｃは最終濃度［ｍｏｌ／ｍ³］を表しており、
ｃ_oは出発濃度［ｍｏｌ／ｍ³］を表しており、
ｔは反応時間［ｓ］を表している。
【００３８】
反応時間は、反応器中の滞留時間τに同じである：
【００３９】
【数３】

【００４０】
この際、
Ｖは体積流量(Volumenstrom)［ｍ³／ｓ］を表しており、
Ｖ_Katは触媒容量［ｍ³］を表している。
【００４１】
上記の方程式から、最終濃度ｃがこの場合には確かに一定して出発濃度ｃ_oに依存しているが、しかし滞留時間には一定して依存しておらず、かつ従って体積流量には依存しない。動的な運転の場合には、EP 0 697 062 B1で提案されているとおり、ＮＯ_x質量流量もしくはＮＯ_x体積流量のみを示すのは全く十分ではなく、それというのも、このことによって触媒系の運転時点での一義的な割り当てを行なうことは不可能であるからである。このようにしてより高いＮＯ_x質量流量は、高いＮＯ_x濃度及び低い排ガス流から得ることもできるし、低いＮＯ_x濃度、しかし高い排ガス流から得ることもできる。このことによって異なるＮＯ_x変換が得られる。
【００４２】
反応温度は、率定数ｋによって、物質量変化率への影響を有している。
【００４３】
付加的に、なお還元剤濃度への依存は、考慮され、これについては方程式５及び６が参照される。
【００４４】
形式的な動力学的式：
【００４５】
【数４】

【００４６】
機械論的式(Mechanistischer Ansatz)：
【００４７】
【数５】

【００４８】
この際、
Ｋは、ＮＨ₃の収着平衡定数［ｍ³／ｍｏｌ］を表している。
【００４９】
触媒の活性についてのできるだけ正確な予想を行おうとする場合には、従って、相互に生じるそれぞれの影響を監視することならびにＮＯ_x濃度及び生じる排ガス量をＮＯ_x流量に対して結合することは重要である。
【００５０】
概括的な速度式を用いて還元剤−計量供給を実現するためにこのような速度式を確定することは、実際の条件下で不可能かつ望ましくないと思われ、それというのも、該還元剤−計量供給が一方で還元能力を触媒の全体の作業領域にわたって正確には十分に再現しないからであり、かつ他方で関連が直ちには明確にされないからである。還元剤−計量供給の精巧な調整(Feinjustage)を行うことは、このように極めて困難である。
【００５１】
上記の理由から本発明によればＮＯ_x−還元可能性を確定するために参照用内燃機関の動作特性が採用され(auf ein Kennfeld einer Referenz-Brennkraftmaschine zugegriffen)、この動作特性は、包括的な物質量変化速度式を触媒系の一定の運転時点での各物質量変化速度の割り当て(Zuordnung)によって代替する。
【００５２】
この１つないしは複数の動作特性は、主要作用因子即ちＮＯ_x濃度ｃ、仮定の作業温度Ｔ_A、排ガス体積流量Ｖ_排ガス及び場合により還元剤濃度を含有している。Ｖ_排ガスによって滞留時間τならびに、皮膜拡散(Filmdiffusion)の影響に関わる速度は、考慮される。
【００５３】
上記因子を考慮する唯一の動作特性が少なくとも三元でなければならないため、参照用内燃機関の少なくとも２つの動作特性を相互に分離して受容することは、有利であり、これらの組み合わせから後から触媒のＮＯ_x−還元比を計算することができ、これについては図２が参照される。
【００５４】
このようにして例えば第１の動作特性（Δｃ_{Ｖ排ガス＝定数}−動作特性、物質量変化速度についての情報を含有している）の場合には最終濃度は、一定のＶ_排ガス［ｍ³／ｈ］、変動可能なＮＯ_x−入口濃度ｃ_o［ｐｐｍ］及びＴ_A［℃］の場合に取る(ablegen)ことができる。Ｔ_Aは、この場合には仮定の作業用温度である。ｃ_oは、さしあたり、回転数ｎならびに荷重に依存する信号（例えば噴射量Ｑ_e）によってプロットされている(aufgetragen)機関固有の動作特性から読み出されることができるか又は内燃機関の運転中に直接ＮＯ_xセンサによって測定することができる。
【００５５】
仮定の作業用温度Ｔ_A及びＶ_排ガス［ｍ³／ｈ］によってプロットされている第２の動作特性（ε−動作特性）は、計算に滞留時間の影響を及ぼすことができるようにするため、しかし他方で向流(Anstroemung)、皮膜拡散の影響、逆流などの場合の異形を補償するために使用される。この動作特性は、修正因子ε［−］を含む。
【００５６】
第１の動作特性からＶ_{排ガス＝定数}＝ｃ_o−ｃが計算され、かつεで乗ずる。これから、還元剤濃度による高度動的な影響が考慮されないままである場合には、実際に還元可能な濃度差Δｃ_修正［ｐｐｍ］が得られる。Ｖ_排ガスでの乗法の後に還元可能なＮＯ_x−質量流量ΔＮＯ_x［ｍｏｌ／ｈ］が得られる。引き続いての換算によって、必要とされる還元剤量が得られ、この還元剤量について常用される尿素がこの場合にはｍ_{（ＮＨ２）２ＣＯ、供給}［ｇ／ｈ］と呼称される。
【００５７】
影響大である温度の確定
前述で明らかであるとおり、反応温度Ｔが反応速度ひいては変換率への大きな影響を有しているため、温度をできるだけ正確に測定する可能性を見いだすことは不可避である。このことは、排ガス温度が動的運転の場合には常に変化するという点では問題である。触媒の前及び後での温度センサの使用は、触媒内の温度経過を正しく反映することはできず、より多くの温度センサの取り付けは、問題でありかつ高価である。
【００５８】
内燃機関が、例えば比較的高い荷重の後に低い荷重で運転される場合には、触媒によるコールドフロント(Kaltfront)は、移動する。後方の温度センサは、なお高温を示し、その一方で前方の温度センサは、より低い温度を触媒入口において検出する。より高い荷重への荷重の飛躍(Lastsprung)が行なわれる場合には、入口でのセンサは、既に高温を報告し、その一方で終わりでのセンサはなお高温を示すが、しかしながら触媒中の温度は、本質的に低く、これについては図８が参照される。過度に高く仮定される温度のために、このようなモーメントの場合には、もはや変換されることができない過多な還元剤が排ガス中に計量導入される。還元剤のスリップが生じる。このことに対する解決は、計量供給戦略における触媒温度の来歴の考慮であり、これについては図３が参照される。このことのために、温度ピークを捕捉する、触媒入口温度についての増減する(schleifend)平均値Ｔ_平均が形成される。他の触媒に関連する温度、例えば触媒の入口及び出口での温度、によって該平均値は、仮定の作業温度Ｔ_Aを形成し、さらにこの作業温度Ｔ_Aを用いてデータを動作特性から読み出される。
【００５９】
（７）Ｔ_A＝ｙ，Ｔ_平均＋Σ（ｘ_ｉ，Ｔ_ｉ）
この際、
Ｔ_ｉは触媒に関連する温度（例えば触媒入口及び触媒出口Ｔ_出口での温度）を表わし、
Ｔ_平均は温度の増減する(schleifend)平均値を表わし、
Ｔ_平均＝ｆ（Ｔ_入口、Ｖ_排ガス）であり、
Ｓｘ_i＋ｙ＝１である。
【００６０】
係数ｘ_i及びｙによって各温度の重みづけ(Wichtung)が行なわれる。
【００６１】
より大きな排ガス体積流量の場合には、触媒は、より小さな排ガス体積流量の場合より迅速に加熱されるし、冷却される。このような理由から、時間間隔の長さΔｔ、この場合これにより平均される、は、Ｔ_平均の応答特性をそれぞれの場合の運転状態により良好に適合させることができるようにするために、Ｖ_排ガスの特性曲線によって変動する。
【００６２】
従って、温度Ｔ_平均の計算のために一定数の時間間隔が確保されなければならない。
【００６３】
受容周期(Aufnahmefrequenz)ｆについては
ｆ＝ｎ／Δｔ
この際、
ｎは、時間間隔［−］の数を表わし、
Δｔは、平均値の全体受容長さ(Gesammtaufnahmelaenge)を表わす。
【００６４】
固定の周期を予め与えることも可能であり、かつこれに対してそれぞれの場合の時間間隔の数を変動させることも可能である。
【００６５】
影響大である排ガス量（例えば排ガス体積流量）の確定
理論値の空気体積流量は、内燃機関の行程体積、回転数ｎ及び吸込管圧力ｐＬＬから決定され、この理論値の空気体積流量によって機関固有の体積効率が修正され、かつ排ガス体積流量のために、吸込条件のために、回転数ｎ及びＱｅから得られる燃料質量(Kraftstoffmasse)と結合する。
【００６６】
ε−動作特性の場合のプロット(Auftragung)については、Ｖ_{排ガス、吸込}は、なお、Ｔ_入口から確定された運転温度に向けて修正されることができる。
【００６７】
影響大であるＮＯ_x濃度の確定
ＮＯ_xの入口濃度は、請求項１によれば機関固有データから、例えば動作特性によって確定されることもできるし、請求項２によれば、ＮＯ_xセンサによって確定されることもできる。
【００６８】
内燃機関の高度動的運転の場合には短時間のＮＯ_x濃度のピークないしは降下が生じ、これは、静的機関運転の場合に確定される濃度と顕著にずれており、これについては図７が参照される。荷重変化率についての特性曲線によってこの挙動は、高度動的運転の場合には一緒に考慮され、これについては請求項６が参照される。
【００６９】
なお幾つかの註は次のとおりである：
− 公知の設計に比しての利点は、制御にただ１つの通しのトラック(durchgehender Strang)のみが使用されることにある。このことによって適用時の簡単な取り扱いが期待され、それというのも、変化に対する反応を確かに個別の動作特性ないしは計算因子に割り当てることができるからである。その上、作用因子即ち温度、入口濃度、体積流量ならびに場合により還元剤濃度の使用及びこれら作用因子の少なくとも２つの動作特性への割り当てによって最大限の明瞭さが達成される。
【００７０】
− ＮＯ_x濃度の使用によってＮＯ_xセンサを容易に計量供給戦略に組み込むことができる（センサデータによる動作特性ｃ_ＮＯの代替）。その上、センサの取り付けによって触媒の後ろで制御を実現することが可能であり、これについては請求項４が参照される。
【００７１】
− 急荷重交番(ploetzlicher Lastwechsel)の場合にはＮＯ_x濃度のピークないしは降下が生じ、これは固定して確定することはできない。このように高度動的な状態変化に対して付加的な修正を予定することができ、この修正は、荷重変化率によって計量供給制御への作用することができ、即ちＣ_ＮＯ上もしくは下に向かって修正し、これについては請求項６が参照される。
【００７２】
− 動的修正は、仮定の作業温度Ｔ_Aによって行われる。
【００７３】
− Ｖ_排ガスの計算の場合ならびに［ｐｐｍ］から［ｍｏｌ／ｍ³］へ換算の場合には吸込条件とする空気温度が評価される。この場合には温度測定位置が精度を高め、これについては請求項７が参照される。
【００７４】
− 濃度の違いが原因である計量供給の誤りを最小限にするために、尿素−水−溶液のための濃度修正を予定することができ、これについては請求項８が参照される。
【００７５】
【発明の実施の形態】
図２〜５には、上述された各１つの計量供給戦略の種々の概略図が流れ図の様式で示されている。
【００７６】
この場合には図１は、内燃機関及び排ガス後処理装置を概略的に示しており、これら装置によって例えば本発明による計量供給方法が説明される。
【００７７】
図２は、仮定の作業温度による動的修正を用いた尿素計量供給の計量供給戦略を示している。
【００７８】
図３は、還元剤量による高度動的修正を用いた還元剤計量供給の計量供給戦略を示している。
【００７９】
図４は、ＮＯ_xセンサを用いた還元剤計量供給の計量供給戦略を示している。
【００８０】
図５は、複数のＮＯ_xセンサを用いた還元剤計量供給の計量供給戦略を示している。
【００８１】
図６は、種々の壁厚によって表される完全触媒−被覆触媒の比較を示している。
【００８２】
図７は、急荷重交番の場合のＮＯ_xピークの発生を示している。
【００８３】
図８は、触媒によるコールドフロントの移動を示している。
【００８４】
この場合には図１は、荷重された内燃機関が１で示されており、かつ付属の排ガスターボチャージャが２で示されている。排ガスターボチャージャ２のコンプレッサ３によって給気(Ladeluft)は、内燃機関１の給気導管４中に運搬される。排ガスターボチャージャ２のタービン５は、内燃機関１の各シリンダが結合している排ガストラック(Abgasstrang)６から排ガスが、駆動の目的のために供給される。排ガスタービン５の出口から排ガスは、排ガス導管７を介して該導管中に組み込まれた触媒８に達し、かつ該触媒から、清浄化された状態で排出導管９を介して流出する。１０で液状還元剤のための貯蔵容器が示されており、１１で計量供給装置が示されており、この計量供給装置は、該還元剤を導管１２及び排ガス導管内のノズル１３を介して、触媒８前の排ガス流に計量導入され、かつ１４で調整及び制御装置が示されており、この調整及び制御装置は、計量供給装置を制御する。調整及び制御装置１４は、中央調整ユニットとしてマイクロプロセッサを有しており、このマイクロプロセッサは、データバスシステムを介して入力−及び出力周辺機器ならびに動作特性−ないしはデータ記憶装置及びプログラム記憶装置に結合している。プログラム記憶装置内にはソフトウェアに適合して本発明による方法の範囲内の計量供給装置の制御のための調整哲学(Regelphilosophie)及び調整アルゴリズムが入れられている。動作特性−ないしはデータ記憶装置内には参照値及び目標値が入れられており、これら参照値及び目標値によって、本発明による方法の範囲内の計量供給装置の制御が行なわれる。１５で温度センサが示されており、この温度センサは、触媒８中への進入前の排ガス温度が検知される。１６で温度センサが示されており、この温度センサは、触媒出口での排ガス温度が測定される。１７でセンサ−ないしは測定装置が示されており、この装置を用いて触媒の後の排ガス中のＮＯ_x濃度又はこれに代わる要素が検知される。１８で温度センサが示され、この温度センサは、貯蔵された還元剤の温度を検知しかつこのようにして還元剤の実際の濃度への帰納的推論が可能である。１９でセンサないしは測定装置が示されており、このセンサないしは測定装置は、排ガス中に計量導入すべき還元剤量の還流−ないしは計量供給量（実測値）を検知する。２０で実際の吸気−ないしは給気温度を検知する温度センサが示されている。センサ１５、１６、１７、１８、１９、２０の測定値及び機関運転にとって重要な、ないしは該値への帰納的推論を可能にする更なるセンサの測定値は、調整−及び制御装置１４へその入力周辺機器によって供給され、かつこの場合には内部で利用され、ないしは評価される。計算された制御命令は、出力周辺機器ないしは制御導線２１によって計量供給装置１１に与えられ、この計量供給装置は、該制御命令を排ガス中に計量導入すべき還元剤量に変換する。
【００８５】
請求項２によれば、ＮＯ_x濃度は、参照用内燃機関によって測定されるのではなく、触媒８の前にかつノズル１３の前に配置されたセンサ２２によって測定される。参照用内燃機関は、排ガス量の測定に使用されるばかりである。
【００８６】
このための計量供給戦略のための個々の段階は、図２〜５の図から理解することができる。
【００８７】
図６の場合には、例えば発電所に使用される完全触媒との、ＮＯ_x還元に使用される触媒の比較が示されている。この完全触媒は、その熱慣性のために動的過程に使用不可能である。
【００８８】
図７は、荷重交番の場合のＮＯ_xピークの発生を示している。
【００８９】
図８には触媒によるコールドフロントの移動が示されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による計量供給方法を説明するために例示される、内燃機関及び排ガス後処理装置を示す概略図である。
【図２】仮定の作業温度による動的修正を用いた尿素計量供給の計量供給戦略を示す流れ図である。
【図３】還元剤量による高度動的修正を用いた還元剤計量供給の計量供給戦略を示す流れ図である。
【図４】ＮＯ_xセンサを用いた還元剤計量供給の計量供給戦略を示す流れ図である。
【図５】複数のＮＯ_xセンサを用いた還元剤計量供給の計量供給戦略を示す流れ図である。
【図６】それぞれの断面図を伴った完全触媒及び被覆触媒の比較を示す図である。
【図７】急荷重交番の場合のＮＯ_xピークの発生を示す線図である。
【図８】触媒によるコールドフロントの移動を示す線図である。
【符号の説明】
２０，２２センサ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
According to the superordinate concept of claim 1, the present invention provides at least NO in terms of location._xReducing agent, particularly urea, into the nitrogen-containing exhaust gas of an internal combustion engine, into the exhaust gas conduit in front of the catalyst system having reducing activity, low heat capacity and low storage capacity for the reducing agent Or it is related with the metering method of urea aqueous solution.
[0002]
[Prior art]
NO_xIn the case of selective catalytic reduction (SCR), NO_xN₂In order to reduce to a certain amount, a certain amount of reducing agent must be metered into the exhaust gas stream depending on the operating conditions of the internal combustion engine and the SCR catalyst. When an excessive amount of reducing agent is metered in, the degree of reduction is unnecessarily lowered. If excessive amounts of reducing agent are metered in, reducing agent slip and undesirable intermediate and decomposition products are produced. Moreover, this results in an unnecessarily high consumption of the reducing agent. When urea is used as the reducing agent, ammonia leaks or dinitrogen oxide N when an oxidation catalyst is connected to the SCR catalyst.₂O release may occur.
[0003]
EP 0 515 857 A1 and EP 0 697 062 B1 are both methods for the temporary metering of catalyst storage capacity and stoichiometric excess of reducing agent.
[0004]
DE 43 10 961 A1 describes a method for measuring catalytic activity by using at least one temperature sensor in the catalyst.
[0005]
All known methods are common in that they do not allow accurate metering into the exhaust gas under the dynamic or highly dynamic operating conditions of the internal combustion engine. Changes have never been taken into account. In particular, accurate measurement of catalyst activity in the case of the above-described dynamic alternating load of an internal combustion engine has been one of the unsolved problems so far.
[0006]
Moreover, some, not all relevant state variables, were considered in the case of known reducing agent-metering methods. That is, in the case of the method known from DE 43 10 961 A1, it has been proposed to incorporate a plurality of temperature sensors in the catalyst in order to measure the state change of the catalyst, ie the temperature. However, this seems to be of little practical use and high expense.
[0007]
Accurate measurement of the reducing agent loading in the SCR catalyst is such that it is necessary to be able to carry out reducing agent metering according to the proposals of EP 0 697 062 B1 and EP 0 515 857 A1. It was not possible due to the complicated relationship of the catalyst system. For this reason, the metering is temporarily interrupted and the catalyst is thus left idle in order to obtain a redefined ratio. However, the disadvantage is NO_xThe conversion is necessarily reduced.
[0008]
That is, the above-mentioned known technical specification starts from the clear storage capacity of the catalyst with respect to reducing agent and heat in its metering strategy.
[0009]
This method can in principle be envisaged for complete catalysts known from power plant technology. The process mode consists entirely of active material, which enables the process mode to store the reducing agent at a particularly low temperature. Thanks to this storage capacity, reducing agent leakage in the case of dynamic or highly dynamic alternating loads causes excessive amounts of reducing agent, in particular NH_ThreeCan be sufficiently avoided by being stored for a short time by the catalyst.
[0010]
For example, for the use of such systems under severely limited conditions in vehicles where there is a need for significant reductions in emissions and weight of currently available systems, fully catalyzed is almost appropriate. This is because this complete catalyst does not have sufficient development potential for the above requirements.
[0011]
For the reasons mentioned above, a coated catalyst is used, the number of cells of the coated catalyst (Zellenzahl) can be set significantly higher, and the coated catalyst is made more by its small support wall thickness. It has a large open countercurrent area (freie Anstroemflaeche) and thus a smaller pressure drop (see FIG. 6).
[0012]
However, such catalyst systems are NH_ThreeHave a low storage capacity, because essentially less active material can be used. Thus, the reducing agent peak cannot be captured by adsorption and undesired release of the reducing agent product easily occurs.
[0013]
From this, metering and working parameters, catalyst temperature, NO_xIt is concluded that there is a higher demand for detection accuracy such as concentration, exhaust gas volume, catalyst activity, etc. than that previously used for complete catalysts.
[0014]
[Problems to be solved by the invention]
  The subject of the present invention is therefore a method according to the superordinate concept, i.e. at least NO._xReducing agent, particularly urea, into the nitrogen-containing exhaust gas of an internal combustion engine, into the exhaust gas conduit in front of the catalyst system having reducing activity, low heat capacity and low storage capacity for the reducing agent Or a reducing agent optimized for dynamic changes in the operation of an internal combustion engine with respect to a metering method of urea aqueous solutionamountTo provide a tailored strategy in the sense of conformance.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
  The object is determined according to the invention in accordance with the features of claim 1 by the features of the method described in this feature, i.e. in connection with the reference internal combustion engine._xThe engine specific values for concentration and exhaust gas quantity and at least the exhaust gas temperature actually detected during operation of the internal combustion engine and possibly the reducing agent concentration are used as adjustment parameters for reducing agent metering, and from these parameters the reducing agentamountAnd the reducing agent obtained in this wayamountThe internal combustion engine nitrogen is characterized in that a dynamic or highly dynamic correction is made in response to the detected load state change of the internal combustion engine, and a correspondingly adapted reducing agent amount is added to the exhaust gas stream. This is solved by a method of metering the reducing agent into the contained exhaust gas.
[0016]
  The method according to the invention is first based on the same reference internal combustion engine as the internal combustion engine used at the time of application, for example on a dynamic engine test stand (dynamischen Maschinenpruefstand)._xIt is based on detecting the engine specific values for the concentration and the amount of exhaust gas emitted and writing it to a computer that controls the operating characteristics (Kennfeld) of the metering device or the data storage device (Datenspeicher). This data / value is supplemented by at least the actually sensed temperature value of the exhaust gas during engine operation and is more commonly used as an adjustment parameter for the reducing agent-metering. In this case, from these at least three parameters, a certain reducing agent, possibly taking into account the concentration of the reducing agent.amountIs calculated. The reducing agent calculated in this wayamountDue to the stationary ratio (stationaere Verhaeltnisse), it is subject to dynamic or highly dynamic correction depending on the detected load state change of the internal combustion engine, so that the exhaust Modified reductant adapted so that the modified exhaust gas quantity with a deviation value of is nevertheless optimally converted by the catalystamountCan be metered in without slippage of the reducing agent and no undesired intermediate or decomposition products being identified.
[0017]
On the other hand, the above-mentioned problem can be solved by the characteristic part of claim 2.
[0018]
Thus, for example, during operation of an internal combustion engine, NO_xThe concentration is determined from data detected by a sensor located in the exhaust gas stream before the catalyst. The amount of exhaust gas from an internal combustion engine is calculated from the engine specific value. During the operation of an internal combustion engine, in the case of a load change that requires a modification of the amount of reducing agent that should be metered into the exhaust gas, but that is not highly dynamic, the temperature of the exhaust gas detected by the sensor is In addition, the exhaust gas temperature at the catalyst inlet over a settable period of time, possibly variable, before the measurement time can be taken into account. This removal from memory (Memoryabruf) enables an improved control strategy in anticipation of future engine operating regimes and thereby the demands placed on the catalyst system.
[0019]
Advantageous details and individual steps of the method are described in any one of the dependent claims 3 to 11.
[0020]
In addition, NO in the exhaust gas_xIt is advantageous to control the concentration also downstream of the catalyst and to use the detected / determined control value to exert influence on the adjustment of the amount of reducing agent to be metered into the exhaust gas.
[0021]
It is also advantageous to perform a set value-measured value comparison between the calculated amount of reducing agent and the amount of reducing agent actually metered in the exhaust gas. , Determined by sensors or measuring instruments placed at appropriate locations.
[0022]
  Reducing agent to be metered into the exhaust gasamountIn the case of a highly dynamic load state change of the operating internal combustion engine that requires a highly dynamic correction of the engine, the rate of change of the load state of the internal combustion engine is also detected or measured and taken into account as a control criterion. The In this way, a reaction that is well adapted to load changes is possible.
[0023]
  As an indicator of whether the actual exhaust gas amount matches the stored reference value of the exhaust gas amount during operation of the internal combustion engine, the actual temperature of the intake air is detected by a sensor and compared with a preset reference value It is also advantageous to do so. When this set value-measured value comparison is required, this value is used as a reducing agent to be metered into the exhaust gas in terms of control technology.amountConsidered for correction. In this way, significantly different climatic conditions in which the internal combustion engine can be used and the effect on the exhaust gas quantity and exhaust gas composition conditioned thereby are taken into account.
[0024]
It is advantageous to control the quality of the stored reducing agent, especially when the reducing agent is in liquid form, under such use conditions with significantly different temperatures. This is done, for example, by detecting the temperature of the stored reducing agent by means of a sensor and by inferring its concentration from this value, with the measured value being compared with a preset reference value. In accordance with the result of this set value-measured value comparison, the amount of reducing agent to be metered into the exhaust gas can be further corrected.
[0025]
Similarly, it is advantageous to consider the aging of the catalyst used from the start and the decrease in activity that accompanies the aging. In this case, the operating time of the catalyst is derived from the operating time of the internal combustion engine. Furthermore, the aging of the catalyst as a function of the operating time improvement and the constant operating time interval can be taken into account in accordance with the corresponding change in the amount of reducing agent to be metered into the exhaust gas.
[0026]
Moreover, the measured reducing activity of the reference catalyst is used to optimize the reducing agent metering at different reducing agent concentrations.
[0027]
The method according to the invention is a highly dynamically operated internal combustion engine that is incorporated as a drive source in stationary equipment or vehicles, motor vehicles, commercial vehicles, in particular lorries and passenger cars of any construction and use style. Particularly suitable in connection with
[0028]
In principle, the present invention is based on the following considerations or theories.
[0029]
The amount of reducing agent to be metered into the exhaust gas of an internal combustion engine depends on the one hand on the exhaust gas emission amount and on the other hand on the activity, the ability of the catalyst to reduce the exhaust gas emission amount.
[0030]
The activity or reducing ability of the catalyst can be described by various rate equations.
[0031]
A simple example of such a formula is the following formal kinetic formula: E → P, where E is the exhaust gas component to be reduced, eg NO_x, And P is a reduction product, such as N₂, The change in starting material E concentration dc over time (assuming constant volume) can be described as follows:
[0032]
[Expression 1]

[0033]
R_EIndicates the rate of change in the substance amount of E (mol / s), and m is the order [−] of the reaction.
[0034]
The rate constant k is a measure for how fast the reaction proceeds and is temperature dependent as follows:
[0035]
[Expression 2]

[0036]
On this occasion,
E represents the activation energy [J / mol],
R represents a general gas constant of 8314 J / (mol * K),
T represents temperature [K],
k_oRepresents an impact coefficient.
[0037]
According to the integration method of (1), assuming that n = 1 (temporary reaction):
(3) c = c_o・ E^-kl
On this occasion,
c is the final concentration [mol / m^Three],
c_oIs the starting concentration [mol / m^Three],
t represents the reaction time [s].
[0038]
The reaction time is the same as the residence time τ in the reactor:
[0039]
[Equation 3]

[0040]
On this occasion,
V is the volume flow (Volumenstrom) [m^Three/ S],
V_KatIs the catalyst capacity [m^Three].
[0041]
From the above equation, the final concentration c is certainly constant in this case, and the starting concentration c_o, But not constantly dependent on residence time and therefore independent of volumetric flow rate. In the case of dynamic operation, as proposed in EP 0 697 062 B1, NO_xMass flow rate or NO_xIt is not entirely sufficient to show only the volume flow rate, because this makes it impossible to make a unique assignment at the time of operation of the catalyst system. In this way higher NO_xMass flow rate is high NO_xCan be obtained from concentrations and low exhaust gas streams or low NO_xIt can also be obtained from a high concentration exhaust gas stream. Different NO by this_xConversion is obtained.
[0042]
The reaction temperature has an influence on the rate of change of the amount of material by the rate constant k.
[0043]
In addition, the dependence on the reducing agent concentration is still taken into account, for which reference is made to equations 5 and 6.
[0044]
Formal kinetic formula:
[0045]
[Expression 4]

[0046]
Mechanistischer Ansatz:
[0047]
[Equation 5]

[0048]
On this occasion,
K is NH_ThreeSorption equilibrium constant [m^Three/ Mol].
[0049]
When trying to make as accurate an estimate of the activity of the catalyst as possible, it is therefore possible to monitor each effect that occurs mutually as well as NO._xConcentration and amount of exhaust gas generated is NO_xIt is important to couple to the flow rate.
[0050]
Establishing such a rate equation to achieve a reducing agent-metering using a general rate equation would not be possible or desirable under actual conditions, because the reduction This is because the agent-metering on the one hand does not reproduce the reducing capacity exactly well over the entire working area of the catalyst, and on the other hand the relationship is not immediately clear. It is thus very difficult to make a fine adjustment of the reducing agent-metering.
[0051]
For the above reasons, according to the present invention, NO_x-The operating characteristics of the reference internal combustion engine are adopted to determine the reducibility (auf ein Kennfeld einer Referenz-Brennkraftmaschine zugegriffen). Substitute by assigning each substance amount change rate at the time (Zuordnung).
[0052]
This one or more operating characteristics are the main agent or NO._xConcentration c, assumed working temperature T_A, Exhaust gas volume flow V_{Exhaust gas}And optionally contains a reducing agent concentration. V_{Exhaust gas}Depending on the dwell time τ as well as the speed involved in the influence of film diffusion.
[0053]
Since the only operating characteristic considering the above factors must be at least ternary, it is advantageous to accept at least two operating characteristics of the reference internal combustion engine separately from each other and later from these combinations NO of catalyst_xA reduction ratio can be calculated, for which reference is made to FIG.
[0054]
In this way, for example, the first operating characteristic (Δc_{V exhaust gas = constant}(Contains information on the operating characteristics, the rate of substance change), the final concentration is constant V_{Exhaust gas}[M^Three/ H], variable NO_x-Inlet concentration c_o[Ppm] and T_ACan be taken when [° C]. T_AIs the assumed working temperature in this case. c_oIs a signal that depends on the rotational speed n and the load (for example, the injection amount Q)._e) Can be read out from the engine-specific operating characteristics plotted (aufgetragen) or NO directly during operation of the internal combustion engine_xIt can be measured by a sensor.
[0055]
Assumed working temperature T_AAnd V_{Exhaust gas}[M^Three/ H] is the second operating characteristic (ε-operating characteristic) plotted so that the residence time can have an effect on the calculation, but on the other hand, the influence of counter current and film diffusion Used to compensate for irregularities in case of backflow, etc. This operating characteristic includes a correction factor ε [−].
[0056]
From the first operating characteristic, V_{Exhaust gas = constant}= C_o-C is calculated and multiplied by ε. From this, if the highly dynamic influence due to the reducing agent concentration remains unconsidered, the concentration difference Δc that can actually be reduced._Correction[Ppm] is obtained. V_{Exhaust gas}NO that can be reduced after multiplication at_x-Mass flow rate ΔNO_x[Mol / h] is obtained. Reducing agent required by subsequent conversionamountThis reducing agent is obtainedamountThe urea commonly used for is m in this case_{(NH2) 2CO, supply}It is called [g / h].
[0057]
Determining the temperature that has a large impact
As is clear from the foregoing, it is inevitable to find the possibility of measuring the temperature as accurately as possible because the reaction temperature T has a great influence on the reaction rate and thus on the conversion rate. This is a problem in that the exhaust gas temperature always changes in the case of dynamic operation. The use of temperature sensors before and after the catalyst cannot accurately reflect the temperature course in the catalyst, and the installation of more temperature sensors is problematic and expensive.
[0058]
When an internal combustion engine is operated at a low load after a relatively high load, for example, the catalytic cold front moves. The rear temperature sensor still indicates high temperature, while the front temperature sensor detects a lower temperature at the catalyst inlet. If a load jump to a higher load is performed, the sensor at the inlet already reports a high temperature, while the sensor at the end still shows a high temperature, however the temperature in the catalyst is In essence, reference is made to FIG. Due to the temperature assumed to be too high, in the case of such moments, excess reducing agent that can no longer be converted is metered into the exhaust gas. Reducing agent slip occurs. The solution to this is to consider the history of catalyst temperature in the metering strategy, for which reference is made to FIG. Because of this, the mean value T of the catalyst inlet temperature is increased or decreased (schleifend) to capture the temperature peak._averageIs formed. Depending on the temperature associated with the other catalyst, for example the temperature at the inlet and outlet of the catalyst, the average value will be the assumed working temperature T_AAnd this working temperature T_AIs used to read the data from the operating characteristics.
[0059]
(7) T_A= Y, T_average+ Σ (x_i, T_i)
On this occasion,
T_iIs the temperature associated with the catalyst (eg catalyst inlet and catalyst outlet T_ExitTemperature)
T_averageRepresents the average value of the temperature change (schleifend),
T_average= F (T_entrance, V_{Exhaust gas}) And
Sx_i+ Y = 1.
[0060]
Coefficient x_iAnd y weight each temperature.
[0061]
In the case of a larger exhaust gas volume flow, the catalyst is heated and cooled more quickly than in the case of a smaller exhaust gas volume flow. For this reason, the length of the time interval Δt, in this case averaged by_averageIn order to be able to better adapt the response characteristics of the operating conditions in each case to V_{Exhaust gas}It varies depending on the characteristic curve.
[0062]
Therefore, the temperature T_averageA certain number of time intervals must be reserved for the calculation of
[0063]
About the acceptance cycle (Aufnahmefrequenz) f
f = n / Δt
On this occasion,
n represents the number of time intervals [-];
Δt represents the average overall acceptance length (Gesammtaufnahmelaenge).
[0064]
It is also possible to give a fixed period in advance, and for this it is possible to vary the number of time intervals in each case.
[0065]
Determining the amount of exhaust gas (for example, exhaust gas volume flow) that has a large impact
The theoretical air volume flow rate is determined from the stroke volume of the internal combustion engine, the rotational speed n and the suction pipe pressure pLL, and the theoretical volumetric air volume flow rate corrects the inherent volume efficiency of the engine, and for the exhaust gas volume flow rate. Combined with the fuel mass (Kraftstoffmasse) obtained from the rotational speed n and Qe for the suction conditions.
[0066]
For the plot in the case of ε-operating characteristics (Auftragung)_{Exhaust gas, suction}Is still T_entranceCan be corrected towards the determined operating temperature.
[0067]
NO has a big impact_xDetermination of concentration
NO_xAccording to claim 1, the inlet concentration can be determined from engine specific data, for example by operating characteristics, or according to claim 2, NO._xIt can also be determined by a sensor.
[0068]
In the case of highly dynamic operation of an internal combustion engine, a short time of NO_xA concentration peak or drop occurs, which is significantly different from the concentration determined in the case of static engine operation, with reference to FIG. This behavior is taken into account by the characteristic curve for the load change rate together in the case of highly dynamic operation, to which reference is made to claim 6.
[0069]
Some of the traps are as follows:
-An advantage over known designs is that only a single track (durchgehender Strang) is used for control. This allows for easy handling at the time of application, since the response to changes can certainly be assigned to individual operating characteristics or calculation factors. Moreover, maximum clarity is achieved by the use of agents, i.e. temperature, inlet concentration, volume flow rate and optionally reducing agent concentration and assignment of these agents to at least two operating characteristics.
[0070]
-NO_xNO by use of concentration_xSensors can be easily integrated into the metering strategy (operating characteristics c with sensor data)_NOAlternative). Moreover, it is possible to realize control behind the catalyst by mounting a sensor, to which reference is made to claim 4.
[0071]
-NO in case of ploetzlicher Lastwechsel_xThere will be a peak or drop in concentration, which cannot be fixed and fixed. In this way, additional corrections can be scheduled for highly dynamic state changes, which corrections can act on the metering control by means of the load change rate, i.e. C_NOModifying upwards or downwards, reference is made to claim 6 for this.
[0072]
-Dynamic correction is based on the assumed working temperature T_AIs done by.
[0073]
-V_{Exhaust gas}And from [ppm] to [mol / m^Three], The air temperature as the suction condition is evaluated. In this case, the temperature measurement position increases the accuracy, and reference is made to claim 7 for this.
[0074]
-In order to minimize metering errors due to concentration differences, concentration corrections for urea-water-solutions can be scheduled, for which reference is made to claim 8.
[0075]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In FIGS. 2-5, various schematic diagrams of each one of the metering strategies described above are shown in flow chart form.
[0076]
In this case, FIG. 1 schematically shows an internal combustion engine and an exhaust gas after-treatment device, by means of which, for example, the metering method according to the invention is explained.
[0077]
FIG. 2 shows a metering strategy for urea metering using dynamic correction with hypothetical working temperature.
[0078]
FIG. 3 shows a metering strategy for reducing agent metering using highly dynamic correction with the amount of reducing agent.
[0079]
FIG. 4 shows NO_xFig. 2 shows a metering strategy for reducing agent metering using sensors.
[0080]
FIG. 5 shows a plurality of NO_xFig. 2 shows a metering strategy for reducing agent metering using sensors.
[0081]
FIG. 6 shows a complete catalyst-coated catalyst comparison represented by various wall thicknesses.
[0082]
FIG. 7 shows NO in case of sudden load alternation._xIt shows the occurrence of a peak.
[0083]
FIG. 8 shows the movement of the cold front by the catalyst.
[0084]
In this case, FIG. 1 shows a loaded internal combustion engine at 1 and an attached exhaust gas turbocharger at 2. The air supply (Ladeluft) is conveyed into the air supply conduit 4 of the internal combustion engine 1 by the compressor 3 of the exhaust gas turbocharger 2. The turbine 5 of the exhaust gas turbocharger 2 is supplied with exhaust gas for the purpose of driving from an exhaust gas track (Abgasstrang) 6 to which each cylinder of the internal combustion engine 1 is coupled. The exhaust gas from the outlet of the exhaust gas turbine 5 reaches the catalyst 8 incorporated in the conduit through the exhaust gas conduit 7 and flows out of the catalyst through the exhaust conduit 9 in a purified state. A storage container for liquid reducing agent is shown at 10 and a metering device is shown at 11, which meteres the reducing agent through a conduit 12 and a nozzle 13 in the exhaust gas conduit. Metered into the exhaust gas stream in front of the catalyst 8 and at 14 a regulation and control device is shown, which controls the metering device. The coordinating and controlling device 14 has a microprocessor as a central coordinating unit, which is coupled via a data bus system to input- and output peripherals and operating characteristics-or data storage devices and program storage devices. is doing. Within the program storage device is a reregulation philosophy and a reconciliation algorithm for the control of the metering device within the scope of the method according to the invention in conformity with the software. Reference values and target values are entered in the operating characteristics or data storage device, and these reference values and target values control the metering device within the scope of the method according to the invention. A temperature sensor is indicated at 15, and this temperature sensor detects the exhaust gas temperature before entering the catalyst 8. Reference numeral 16 denotes a temperature sensor, which measures the exhaust gas temperature at the catalyst outlet. 17 shows a sensor or measuring device, which is used for NO in exhaust gas after the catalyst._xConcentration or an alternative element is detected. A temperature sensor is shown at 18 which senses the temperature of the stored reducing agent and thus allows inductive inference to the actual concentration of the reducing agent. Reference numeral 19 denotes a sensor or measuring device, which detects the reflux of the amount of reducing agent to be metered into the exhaust gas or the metered supply amount (actually measured value). Reference numeral 20 denotes a temperature sensor for detecting the actual intake air or supply air temperature.

Sensor

15, 16, 17, 18, 19, 20 readings and further sensor readings that are important for engine operation or that allow recursive inference to the values are sent to the adjustment and control unit 14 Supplied by the input peripheral and in this case used internally or evaluated. The calculated control command is given to the metering device 11 by means of an output peripheral or control lead 21, which metering device reduces the reducing agent to be metered into the exhaust gas.amountConvert to
[0085]
According to claim 2, NO_xThe concentration is not measured by the reference internal combustion engine, but by a sensor 22 placed before the catalyst 8 and before the nozzle 13. The reference internal combustion engine is only used for measuring the amount of exhaust gas.
[0086]
The individual steps for the metering strategy for this can be understood from the diagrams of FIGS.
[0087]
In the case of FIG. 6, for example, NO with a complete catalyst used in a power plant._xA comparison of the catalysts used for the reduction is shown. This complete catalyst is unusable for dynamic processes due to its thermal inertia.
[0088]
FIG. 7 shows NO in the case of load alternation._xIt shows the occurrence of a peak.
[0089]
FIG. 8 shows the movement of the cold front by the catalyst.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view showing an internal combustion engine and an exhaust gas aftertreatment device exemplified for explaining a metering method according to the present invention.
FIG. 2 is a flow diagram illustrating a metering strategy for urea metering using dynamic correction with an assumed working temperature.
FIG. 3 is a flow diagram illustrating a metering strategy for reducing agent metering using highly dynamic correction with the amount of reducing agent.
FIG. 4 NO_xIt is a flowchart which shows the metering strategy of the reducing agent metering using a sensor.
FIG. 5: Multiple NO_xIt is a flowchart which shows the metering strategy of the reducing agent metering using a sensor.
FIG. 6 shows a comparison of a complete catalyst and a coated catalyst with respective cross-sectional views.
[Fig. 7] NO in case of sudden load alternation_xIt is a diagram which shows generation | occurrence | production of a peak.
FIG. 8 is a diagram showing the movement of the cold front by a catalyst.
[Explanation of symbols]
20,22 sensor

Claims

少なくともＮＯ_x還元活性を有しており、熱容量が僅かでありかつ還元剤についての貯蔵能力が僅かである触媒系の前の排ガス導管中への、内燃機関の窒素酸化物含有排ガス中への場所的な還元剤の計量供給の際、参照用内燃機関と関連して確定されたＮＯ_x濃度及び排ガス量についての機関固有値、又は参照用内燃機関と関連して排ガス量及び内燃機関運転中で触媒前の排ガス流中に配置されたセンサによって検出された測定値から確定したＮＯ_x濃度についての機関固有値、ならびに少なくとも内燃機関運転中に実際に検知される排ガスの温度及び場合により還元剤濃度を還元剤計量供給のための調整パラメータとして用い、これらパラメータから還元剤量を計算する、還元剤の計量供給方法において、このようにして得られた還元剤量に内燃機関の検出された荷重状態変化に応じて、還元剤量の動的な修正の場合にセンサ検知された排ガスの温度に加えて触媒入口での前記排ガス温度の測定時点前の一定の時間の間の排ガス温度を検知しかつ考慮し、ないしは還元剤量の高度動的な修正の場合に内燃機関の荷重状態変化の率を検知しかつ考慮して、動的ないしは高度動的な修正を行ない、かつ相応して適合された還元剤量を排ガス流に添加することを特徴とする、内燃機関の窒素含有排ガス中への還元剤の計量供給方法。Has at least _the NO _x reduction activity, heat capacity to the slight and and storage capacity for the reducing agent before the catalyst system is only exhaust conduit in the location of the nitrogen oxide-containing exhaust gas of an internal combustion engine Engine specific values for NO _x concentration and exhaust gas quantity established in connection with the reference internal combustion engine, or catalyst in operation of the exhaust gas quantity and internal combustion engine in connection with the reference internal combustion engine when metering the reducing agent Reduce the engine specific value for the NO _x concentration determined from the measured values detected by sensors located in the previous exhaust gas flow, and at least the exhaust gas temperature actually detected during internal combustion engine operation and possibly the reducing agent concentration In the reducing agent metering method, which is used as an adjustment parameter for the agent metering and the reducing agent amount is calculated from these parameters, the reducing agent amount thus obtained is calculated. Depending on the detected load state changes of the combustion engine, the exhaust gas temperature constant time before measurement time point in the catalyst inlet, in addition to the temperature sensor sensed exhaust gas in the case of dynamic correction of the reducing agent amount The exhaust gas temperature is detected and taken into account, or the rate of change in the load state of the internal combustion engine is detected and taken into account in the case of highly dynamic correction of the amount of reducing agent, and dynamic or highly dynamic correction is made. and the amount of reducing agent that is adapted correspondingly, characterized in that added to the exhaust gas flow, metering method of the reducing agent to the nitrogen-containing exhaust gas of an internal combustion engine.

調整の目的のために排ガス中のＮＯ_x濃度の測定を触媒の下流側でも行なう、請求項１記載の方法。Also it performs the measurement of the NO _x concentration in the exhaust gas for the purpose of adjusting the downstream side of the catalyst, method of claim 1.

計算された還元剤量と排ガスに添加された還元剤量との間の設定値−実測値比較を実施し、この際還元剤添加量の実測値を適当な位置に配置されたセンサ又は測定装置によって確認する、請求項１記載の方法。 A sensor or measuring device in which the actual value of the reducing agent addition amount is arranged at an appropriate position is compared between the calculated amount of reducing agent and the amount of reducing agent added to the exhaust gas. The method according to claim 1, which is confirmed by:

実際の排ガス量が排ガス量の記憶された参照値と一致しているか否かについての指標として、内燃機関運転中の吸気の実際の温度をセンサ（２０）によって検知し、このセンサにより検知された実際の温度を予め設定された参照値と比較し、排ガス中に計量導入すべき還元剤量の修正のために考慮する、請求項１記載の方法。 The actual temperature of the intake air during the operation of the internal combustion engine is detected by the sensor (20) as an index as to whether or not the actual exhaust gas amount matches the stored reference value of the exhaust gas amount, and is detected by this sensor. The method according to claim 1, wherein the actual temperature is compared with a preset reference value and taken into account for correcting the amount of reducing agent to be metered into the exhaust gas.

貯蔵された液状還元剤の濃度をセンサにより検知し、予め設定された参照値と比較し、かつこの設定値−実測値比較の結果に応じて、排ガス中に計量導入すべき還元剤量の修正を行なう、請求項１記載の方法。 The concentration of the stored liquid reducing agent is detected by a sensor, compared with a preset reference value, and the amount of reducing agent to be introduced into the exhaust gas is corrected according to the result of this set value-actual value comparison. The method of claim 1, wherein:

内燃機関及び触媒の運転の持続から誘発される老化及び該老化と併発する触媒の活性低下を、排ガス中に計量導入すべき還元剤量の相応する変化のために考慮する、請求項１記載の方法。 2. The aging induced from the continuation of operation of the internal combustion engine and the catalyst and a decrease in the activity of the catalyst concomitant with the aging are taken into account for a corresponding change in the amount of reducing agent to be metered into the exhaust gas. Method.

参照用触媒の測定された還元活性を、異なる還元剤濃度の場合に還元剤の計量供給の最適化のために用いる、請求項１記載の方法。 The method of claim 1, wherein the measured reducing activity of the reference catalyst is used for optimizing the metering of the reducing agent at different reducing agent concentrations.

定置装置又は乗物、自動車両、商業用車両の中に駆動源として組み込まれている動的もしくは高度動的に運転される内燃機関に関連して使用される、請求項１から７までのいずれか１項に記載の方法。 8. The use according to any one of claims 1 to 7, used in connection with a stationary device or a dynamically or highly dynamically operated internal combustion engine incorporated as a drive source in a vehicle, motor vehicle, commercial vehicle. 2. The method according to item 1.