JPH08509795A - 窒素酸化物含有排ガス中に環元剤を制御下に投入する方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ディーゼルエンジンの排ガス中に含まれる窒素酸化物をＳＣＲ法により脱硝触媒で同時に還元剤（大抵はアンモニア）の存在下に触媒により置換するため、あらゆる作動状態で窒素酸化物に対して最高限度の分離率を同時に無視し得るほどの還元剤のスリップで達成することば現在のところ知られていない。これに対して本発明は、排ガス（１０）に入れられる還元剤の還元剤分量Ｍ_Rを少なくとも排ガス（１０）の作動に関連するパラメータ、少なくとも触媒ユニット（８）の作動に関連するパラメータ及び場合によっては少なくともエンジン（４）の作動に関連するパラメータに関連して調整するものである。それにより還元剤（１６）の配量時に排ガス（１０）に含まれている窒素酸化物分量Ｍ_NOX、触媒ユニット（８）の触媒活性度ｋ及びその圧力及び温度推移、還元剤（２６）に対する触媒ユニット（８）の吸着及び脱離特性並びに触媒ユニット（８）における劣化及び被毒作用を考慮し、制御ユニット（３８）により排ガスに入れられる還元剤分量Ｍ_Rの調整が達成される。本発明は原理的に過剰空気で作動されるあらゆる内燃機関において排ガス中の窒素酸化物の低減に使用可能である。

Description

【発明の詳細な説明】 窒素酸化物含有排ガス中に還元剤を制御下に投入する方法及び装置 本発明は、窒素酸化物を低減するため排ガス導管中に組み込まれた触媒ユニッ トを有する内燃機関の窒素含有排ガス中に還元剤を制御下に投入する方法及び装 置に関する。 内燃機関のけん引時の化石燃料の使用は排ガス中の有害物質により比較的交通 量の激しい地域、即ちとりわけ工業国家では大きな問題となっている。有害物質 としてはとりわけ例えば酸性雨及びスモッグのような公知の環境問題の原因とな る窒素酸化物、炭化水素、一酸化炭素、硫黄酸化物及び煤を擧げることができる 。 環境意識の増大及び有害物質の排除に関する厳しい法律上の規制に対して上述 の有害物質の排出の低減に寄与する多数の触媒及び煤フィルタが開発されてきて いる。オットーエンジンの排ガス中の有害物質を低減するには例えば炭化水素及 び一酸化炭素が窒素酸化物及び残留酸素と共に二酸化炭素、窒素及び／又は水に 置換される貴金属含有触媒が公知である。ディーゼルエンジンの有害物質の排出 を低減するには排ガス中に含まれる煤の粒子を抑制するいわゆる粒子フィルタが 公知である。煤粒子は粒子フィルタ内で焼成することにより除去される。更に最 近いろいろなところでディーゼルエンジンの排ガス中の窒素酸化物含有量を著し く低下させることができる可調整ディーゼル触媒が開発されている。しかしこれ は、オットーエンジンを有する車両で化学量論的な燃焼に使用されるような公知 の貴金属触媒では、排ガス中に空気中酸素が高度に残留することにより不可能で ある。 その代わりにディーゼルエンジン及びマーガミックスエンジン、即ち化学量論 比を超えて燃焼するエンジンを有する車両では、排ガス中に含まれる窒素酸化物 が適切な還元剤（一般にアンモニア）で選択触媒還元（ＳＣＲ）法で環境に優し い窒素及び水に置換されるいわゆる脱硝触媒が使用される。還元剤又は還元剤前 駆物質は排ガスの流れ方向に触媒の前で排ガス中に入れられ、次いで排ガスに含 まれる窒素酸化物と好適には均質に混合されて触媒に入れられる。 けん引の際内燃機関は種々の負荷及び回転数で作動される。これは単位時間に 生じる窒素酸化物量及び排ガスの質量流量及び排ガス温度が大きな変動を受ける ことを意味する。これまで単位時間に排ガス中に入れられる還元剤量を、内燃機 関の作動状態に関係なく窒素酸化物に対する高い分離率と同時に極く僅かな還元 剤のスリップ（残留分）を達成するように調整するための解決法は知られていな い。そのうえアンモニアは毒性があり、、約５ｐｐｍの濃度だけで既に著しい臭 気で人間を悩ますことは問題である。この理由からアンモニアのスリップは完全 に回避されなければならない。 従って本発明の課題は、上記の要件を満たして窒素含有排ガス中に還元剤を制 御下に投入する方法及び装置を提供することにある。 この課題は本発明によりまず方法に関しては、排ガス中に入れられる還元剤分 量Ｍ_Rを少なくとも排ガスの作動に関連するパラメータにより、少なくとも触媒 ユニットの作動に関連するパラメータにより及び場合によっては少なくともエン ジンの作動に関連するパラメータにより調整することで解決される。 またこの課題は装置に関しては本発明により、制御ユニットと、少なくとも排 ガスの作動に関連するパラメータ、少なくとも触媒ユニットの作動に関連するパ ラメータ及び場合によっては少なくともエンジンの作動に関連するパラメータを 検出するために制御ユニットに付設されている手段と、還元剤を触媒ユニットの 前で排ガスの流れ方向に排ガス導管に入れるための制御ユニットに付設されてい る還元剤供給ユニットとを備え、その際制御ユニットが作動に関連するパラメー タに関連して排ガスに入れられる還元剤分量Ｍ_Rを調整するために用いられるこ とより解決される。 こうして、作動に関連するパラメータの連続的又は非連続的分析及び評価によ り特徴づけられる内燃機関のあらゆる作動状態に対して排ガス中に入れられる還 元剤分量Ｍ_Rが窒素酸化物を完全に触媒反応させるのに十分であることが達成さ れる。しかしまた還元剤分量Ｍ_Rは同時に還元剤のスリップが回避されるように 調整される。特に触媒の作動に関連するパラメータを利用することによって還元 剤分量Ｍ_Rのこの正確な調整が達成される。 エンジンにより供給される単位時間当りの窒素酸化物量（以後窒素酸化物分量 Ｍ_NOxと記載する）を求めるには、エンジンの作動に関連するパラメータとして 空気質量流量、燃料噴射装置の位置に相応する制御棒ストロークＲＧ、給気圧力 及び／又はエンジン回転数が用いられると有利である。これらのパラメータの検 出は最近の電子ディーゼル制御ではもともと一般に行われているので、そのため に多くの場合付加的費用はかからない。質量流量は例えばエンジン回転数、給気 圧力又は給気温度の測定により計算上エンジン行程体積を同時に知った上で求め られる。こうして窒素酸化物分量Ｍ_NOxを公知のエンジンの特性データから作動 に関連するパラメータを比較することにより求めることができる。これらの特性 データは有利には制御ユニットに格納される。更にこの処置法は特に排ガス導管 内の窒素酸化物濃度を測定するための手段としてセンサが組み込まれていない場 合に利用される。 窒素酸化物濃度を測定するためのセンサが設けられている場合排ガスの作動に 関連するパラメータとしてはその温度、圧力、質量流量及び／又は窒素酸化物濃 度を用いると有利である。その際排ガスの質量流量及び窒素酸化物濃度から触媒 に入ってくる窒素酸化物分量Ｍ_NOxを求めることができる。また同時に排ガスの 温度を知ることで、後に示すように、、触媒活性度の温度推移に相応して適切な 還元剤分量Ｍ_Rを求め、排ガス中に配量することができる。 上述の記載に関して更に触媒ユニットの作動に関連するパラメータとしてその 温度Ｔ、触媒活性度ｋ及び圧力・温度推移、還元剤に対する比蓄積容量Ｃ_R及び 例えば触媒活性コンパウンドの形状、熱移動及び重量のような物理量を用いると 有利である。その際これらのパラメータは有利には制御ユニットに蓄積可能で、 即ちメモリに格納することができる。制御ユニットが適切に形成されている場合 これらのパラメータにより１つには触媒の瞬時的作動状態についての正確な指示 を与えることができる。また１つにはこのようにして例えばエンジンの負荷の急 激な上昇（これは特に激しい排ガス温度の上昇を招く）に際し触媒から単位時間 当りに脱離する還元剤量（以後還元剤分量Ｍ_Dと記載する）についての正確な情 報を与えることができる。更に排ガス温度の降下を伴う負荷の急激な下落では還 元剤に対して付加的に使用できる触媒の蓄積能力を検出することができる。 本発明の有利な実施態様においては、排ガス中に含まれている窒素酸化物分量 Ｍ_NOxに相応して還元剤分量Ｍ_Rの中間値を求めることができる。この中間値は場 合によっては触媒ユニットから脱離される還元剤分量Ｍ_Dだけ減らされるか又は 触媒ユニットにより吸着される還元剤分量Ｍ_Aだけ増加される。こうして触媒作 用による窒素酸化物の置換に必要な還元剤分量Ｍ_Rは排ガス中に含まれる窒素酸 化物分量Ｍ_NOxのみに従って配量されるのではなく、特に内燃機関の負荷の急激 な上昇に際し触媒から脱離される還元剤分量Ｍ_Dで一部補われる。これにより還 元剤の過配量は回避され、その結果まさに内燃機関の負荷の急激な上昇時に還元 剤のスリップは完全に回避される。それに対して中間値は吸着される還元剤分量 Ｍ_Aだけ増加可能であり、それにより常に窒素酸化物を置換するための還元剤が 十分存在することになり、更に触媒は還元剤の一定の負荷状態に保持される。 脱離及び吸着される還元剤分量（Ｍ_D及びＭ_A）を正確に求めることは、還元剤 のスリップを回避し、同時に窒素酸化物を完全に置換するのに十分な還元剤分量 Ｍ_Rの供給に不可欠である。これを遂行するためにＭ_D及びＭ_Aを求める際に還元 剤に対する触媒の比蓄積容量Ｃ_Rが排ガス温度の上昇と共に低下し、排ガスの圧 力の上昇と共に増加するように考慮してもよい。 触媒活性度ｋが一定の温度Ｔ（ｋ_max）に対して最大値に達し、この温度の前 後では降下する事実を有利に考慮して、触媒の排ガス温度が触媒が最大の触媒活 性度ｋ_maxを有する温度Ｔ（ｋ_max）よりも低い場合、中間値を排ガス温度の低下 と共に下げ、排ガス温度の上昇と共に上げると有利である。このことはまた、触 媒の排ガス温度が温度Ｔ（ｋ_max）よりも高い場合、中間値を排ガス温度の上昇 と共に下げ、排ガス温度の低下と共に上げることを意味する。 触媒活性度ｋが触媒の排ガス圧力（絶対圧力）の上昇と共に高まるという別の 事実を考慮して、中間値を触媒の圧力損失の上昇と共に（これは絶対圧力の上昇 に相当する）高めるか及び／又は圧力損失の降下と共に下げると有利である。 内燃機関の高負荷及び高回転数で高い排ガス空間速度が起こり得るので、触媒 に設定されている最大空間速度を超えた場合中間値を下げると有利である。この 修正により排ガス中に配量される還元剤は触媒内に貯えられ及び／又は触媒によ る窒素酸化物の浄化の際に消費され、高すぎる排ガスの空間速度によって触媒か ら運び出されないことが保証される。その際最大空間速度値を超えた場合の修正 率は瞬時空間速度に対する最大空間速度の比率から明らかにすることができる。 還元剤を配量する際に触媒の劣化及び被毒作用を考慮して中間値を作動時間ｔ_E が増すにつれて減らすと有利である。そうすることによって劣化による触媒活 性度の低下及び／又は還元剤に対する触媒の蓄積能力が低下して還元剤のスリッ プが起きることは回避される。このようなスリップはさもなければ排ガス中に含 まれる窒素酸化物分量Ｍ_NOxにほぼ応じて設定される還元剤分量Ｍ_Rが変わらない 場合には生じることになろう。 上述の触媒の劣化及び被毒作用を考慮する際更に触媒の温度による劣化作用を 考慮するために、中間値を作動時間ｔ_Eで評価された触媒の排ガス温度に相応し て減らすと有利である。このようにして還元剤分量Ｍ_Rを求める際に作動中の触 媒がどのような絶対温度及び温度勾配に曝されたかが考慮される。 本発明の有利な実施熊様では内燃機関を始動する前に触媒ユニットを還元剤及 び炭化水素から解放することができる。それにより全ての触媒は内燃機関の始動 時には“空”の状態になる。従って制御ユニットは還元剤分量Ｍ_Rを調整する際 に触媒が還元剤を取り込むことに関して厳密に規定された初期条件から出発する ことができ、これが還元剤を正確に配量することに寄与する。 本発明の特に有利な実施態様では、還元剤供給ユニットに制御ユニットにより 調整可能な水性尿素溶液の注入弁が設けられる。これは還元剤を供給するための 技術的に簡単な解決法である。水性尿素溶液は簡単かつ安全に車両に携行するこ とができ、容易にいわゆる加水分解触媒でアンモニア、二酸化炭素及び水に加水 分解可能である。更にこの触媒ユニットは排ガスの流れる方向に順次加水分解触 媒、脱硝触媒及び場合によっては酸化触媒（これはアンモニア−スリップキラー としてまた炭化水素及び一酸化炭素の触媒反応に使用される）を含んでいる。 本発明方法により作動する装置は種々に構成可能である。これらの有利な実施 態様の１つでは、制御ユニットが還元剤分量Ｍ_Rを求めるために排ガス、触媒及 び場合によってはエンジンの作動に関連するあらゆるパラメータのためのメモリ を有し、また作動に関連するパラメータをそれらの信号で検出するための手段が 還元剤分量Ｍ_Rに対する適切な記憶値を呼び出し、その際この記憶値は還元剤供 給ユニットを制御するため制御ユニットの出力端子に導かれるようにされる。 同様にもう１つの有利な実施態様では、、制御ユニットがプログラムにより前 記手段により検出される排ガス、触媒及び場合によってはエンジンの作動に関連 するパラメータから還元剤分量Ｍ_Rを求めるマイクロプロセッサ−サブユニット が設けられる。このようにして還元剤分量Ｍ_Rの実際の算出をソフトウェアで基 本となる専門家の知識により行うことができるので、還元剤の分量Ｍ_Rを求める ことは前述の実施態様とは異なり特性曲線の比較で簡単に、かつ場合によっては その上ファジィ論理によって行うことさえできる。特にファジィ論理によって種 々の作動に関連するパラメータを相対的にまたその絶対値を還元剤の配量に対す るその値に相応して重み付けすることができる。 本発明の他の有利な実施態様は従属請求項に記載されている。 本発明の実施例を５つの図面に基づき以下に詳述する。その際 図１は３００ｋＷで給気冷却されているディーゼルエンジンの窒素酸化物を含有 する排ガス中に還元剤を制御下に投入する排ガス導管の概略図、 図２は温度に関連する脱硝触媒の触媒活性の質的推移を示す図、 図３は温度に関連する還元剤に対する脱硝触媒の比蓄積容量Ｃ_Rの質的推移を示 す図、 図４は全作動時間ｔ_Eに関連する脱硝触媒の触媒活性度ｋの質的推移を示す図、 及び図５は還元剤分量Ｍ_Rを求めるための工程のフローチャートを示す。 図１はディーゼルエンジン４に連結されている測定部５を有する３００ｋＷの 給気冷却されるディーゼルエンジン４の排ガス導管２の概略図を示すものである 。排ガス導管２内にはもう１つの測定部６、触媒ユニット８及び補助測定部２０ が順次組み込まれている。触媒ユニット８は排ガス１０の流れ方向に流入室１２ 、加水分解触媒１４、脱硝触媒１６及び酸化触媒１８の順に構成されている。排 ガス導管２の他に触媒ユニット８の流入室１２にはブルーバーナ排ガス導管２２ 及び還元剤２６を制御下に供給するための調整可能の注入弁２４を有する還元剤 供給導管３２が接続されている。ブルーバーナ排ガス導管２２を介して必要に応 じてブルーバーナ２８の熱した排ガス３６が流入室１２に導入される。本実施例 では水性尿素溶液である還元剤２６は還元剤タンク３０内に備蓄され、還元剤供 給導管３２を介して注入弁２４に送られる。この注入弁２４により流入室１２の 壁 面に対して孔明き板３４により区切られている領域内の還元剤２６は流入室１２ に注入される。排ガス１０及び場合によってはブルーバーナ排ガス３６は流入室 １２内のこの領域の外側に入る。これらの排ガスは孔明き板３４についている孔 を通過し、その際流入室１２内に注入された還元剤２６をさらって行く。このよ うにして還元剤２６が流入室１２の壁面上に不都合に沈積することは回避される 。 排ガス１０内に配量される還元剤分量Ｍ_Rを調整するために制御ユニット３８ はマイクロプロセッサ−サブユニット４０を備えている。入力端子Ｅ₁〜Ｅ₄を介 して制御ユニット３８は還元剤分量Ｍ_Rを適切に調整するのに必要な作動に関連 するパラメータを検出する。一連のセンサから成る測定部５により空気質量流量 、ディーゼル噴射装置の位置に相当する制御棒ストローク、ディーゼルエンジン ４の給気圧力及び回転数が検出される。これらのデータは入力端子Ｅ₁に導かれ る。 入力端子Ｅ₂には（例えばもう１つの測定部６により測定される）排ガス１０ の作動に関連するパラメータ、ここではその温度、圧力及び質量流量が導かれる 。本実施例では質量流量及び圧力は入力端子Ｅ₁にあるディーゼルエンジン４の パラーメータから算出される。圧力及び質量流量ももう１つの測定部６内の個別 センサを介して測定することも可能であろう。 入力端子Ｅ₃には触媒ユニット８の後方の補助測定部２０により測定される排 ガス１０の温度が導かれる。 入力端子Ｅ₄には触媒ユニット８の作動に関連するパラメータ、即ちその触媒 活性度及び圧力・温度推移、還元剤２６に対する比蓄積容量Ｃ_R及び例えば触媒 活性コンパウンドの重量、形状及び熱移動のような物理量が導かれる。これらの パラメータは例えば触媒ユニット８を補うものとして補助フロッピーディスク４ ４に格納することができる。これらのパラメータは制御ユニット３８に組み込ま れているディスクドライバ４２によりマイクロプロセッサ−サブユニット４０に 格納することができる。 出力端子Ａ₁を介して還元剤２６用の注入弁２４が制御され調整される。その 際注入弁２４により排ガス１０に配量される還元剤分量Ｍ_Rの調整はエンジン４ 、排ガス１０及び触媒ユニット８の作動に関連するパラメータによって行われる （ これについては後に詳述する）。出力端子Ａ₂を介してブルーバーナ２８は必要 に応じて投入及び遮断可能である。 還元剤分量Ｍ_Rを求めるためのフローチャートは図５に示されている。ディー ゼルエンジン４を作動する際まず制御ユニット３８により測定部５で測定される パラメータを検出することにより排ガス１０中の窒素酸化物含有量が求められる 。これは特にマイクロプロセッサ−サブユニット４０内で空気質量流量ＬＭ、制 御棒ストロークＧＰ、給気圧力ＬＤ及びエンジン回転数ＭＤのパラメータの特性 曲線の比較により窒素酸化物分量Ｍ_NOxをハードウェア又はソフトウェアにより 、例えばドイツ連邦共和国特許出願公開第３６１５０２１号明細書に記載されて いるようにして求められる。 例えば排ガス温度ＡＴ、排ガス圧力ＡＰ、排ガス質量流量ＡＭ及び窒素酸化物 濃度Ｃ_NOxのような排ガスの作動に関連するパラメータから窒素酸化物分量に対 する値Ｍ_NOxに相応して還元剤分量Ｍ_Rのための第１の中間値Ｚ₁（Ｍ_R）が求めら れる。 引続き測定部６、２０での排ガス１０の温度の測定に基づき制御ユニット３８ により触媒ユニット８の温度ＫＴを、例えば触媒ユニット８の熱移動を計算によ り平均値の形成又は微分方程式の積分により求める。触媒ユニット８の触媒活性 度ｋの圧力及び温度推移ｋ（ｐ）及びｋ（Ｔ）を比較することによって（これは 例えば図２による温度から得られる）触媒活性度が求められる。触媒ユニット８ がその最大触媒活性度ｋ_maxを示している温度Ｔ（ｋ_max）及び圧力ｐ（ｋ_max） に対してこのことは制御ユニット３８内に、最初に排ガス１０中に含まれている 窒素酸化物Ｍ_NOxを基準として化学量論比を若干下回る還元剤分量Ｍ_Rの第２の中 間値Ｚ₂（Ｍ_R）がまず形成されることを意味する。この温度Ｔ（ｋ_max）を下回 るか又は上回る温度に対しては触媒活性度ｋの低下に応じて（図２参照）この第 ２の中間値Ｚ₂（Ｍ_R）は下げられる。この第２の中間値の適合は触媒活性度の圧 力の推移との適合に加えられる。その際圧力の推移は触媒の絶対圧力が増すにつ れて上昇する。 触媒ユニット８の還元剤２６に対する圧力と温度に依存する比蓄積容量Ｃ_R（ ｐ）及びＣ_R（Ｔ）の量的関係を考慮して（その予想される温度推移Ｃ_R（Ｔ） は例えば質的に図３に示されている）、正の時間的温度変化により触媒ユニット ８から脱離する還元剤分量Ｍ_Dが制御ユニット３８により求められる。この分量 だけ先に形成された第２の中間値が下げられ、これは更に実際に触媒ユニット８ に入れられる正味の還元剤分量Ｍ_Rに相当することになる。このことは特に、デ ィーゼルエンジン４に負荷が急激に加わると、排ガス温度ＡＴ、排ガスの窒素酸 化物含有量Ｃ_NOx及び質量流量ＡＭが部分的に激しく上昇し、触媒ユニット８内 で窒素酸化物の置換に必要な還元剤量がまず少なくとも部分的に触媒ユニット８ から脱離される還元剤分量Ｍ_Dにより施され、それによりまず相応する僅かな還 元剤２６が注入弁２４により流入室１２に注入される。同様に負荷が急激に減少 すると、次に起こる温度降下及び還元剤２６の脱離作用が強められて、即ち吸着 される還元剤分量Ｍ_Aに応じて、触媒ユニット８を常に好ましい充満状態（一般 に最高の充満状態とは異なるが）に保持するために入ってくる窒素酸化物分量Ｍ_NOx に相当するよりも多くの還元剤２６が供給される。 しかし負荷が急激に減少する場合に還元剤２６の配量を増加して触媒ユニット ８に実際に温度降下が生じるのが予期されるのに対し、負荷の急激な上昇の際に は既に制御棒ストロークＧＰの拡大時（即ちアクセルペダルを強く踏んだ状態） に還元剤２６の配量の中止が触媒ユニット８の温度Ｔが上がるのを待たずに行わ れる。見込まれる温度上昇は制御ユニット３８により作動に関連するデータに基 づき予め計算される。これらの場合に触媒ユニット８が還元剤２６で過給される ことはこうして有効に防止される。 注入弁２４により流入室１２に入れられる還元剤２６は排ガス１０により加水 分解触媒１４に供給される。そこで本実施例で使用される水性尿素溶液がアンモ ニア、二酸化炭素及び水に加水分解される。この加水分解は加水分解触媒１４内 に含まれる貴金属成分とそこを支配する高温により起こる。窒素酸化物はアンモ ニアと共に脱硝触媒１６の触媒活性物質と接触することにより窒素と水とに置換 される。ここで炭化水素も３００℃以上の温度で既に大部分が触媒により置換さ れる。脱硝触媒１６の次にある酸化触媒１８では、なお排ガス１０中に含まれる 炭化水素及び一酸化炭素の触媒による置換並びに場合によっては生じる僅かなア ンモニアのスリップの触媒によるアフターバーニングが達成される。 場合によっては還元剤分量Ｍ_Rを求めるためもう１つの工程を行ってもよい。 触媒ユニット８、特に脱硝触媒１６の劣化及び被毒作用を考慮して本実施例では 図４に示してある全作動時聞ｔ_Eに関連する触媒活性度ｋの質的推移を例えば触 媒ユニット８の作動に関連するパラメータについて制御ユニット３８に格納する 。この結果排ガス中に含まれる窒素酸化物分量Ｍ_NOxに相応して排ガス中に添加 される還元剤分量Ｍ_R、即ちまず第２の中間値Ｚ₂（Ｍ_R）が全作動時間ｔ_Bが増す につれて減らされることになる。このことは、触媒ユニット８が例えば初期活性 度ｋ₀の辛うじて半分になる作動時間ｔ_max（図４参照）に達した時点にディーゼ ルエンジン４の運転者に制御ユニット３８から触媒ユニット８の交換の要請を受 け取るようにすることにより排除できる。その際作動中に触媒ユニット８を支配 している熱負荷をその劣化に関して一層厳しく考慮するために、補助的又は選択 的に第２の中間値Ｚ₂（Ｍ_R）から導かれる第２の中間値Ｚ₂（Ｍ_R）に比べて減さ れている第３の中間値Ｚ₃（Ｍ_R）を作動時間ｔ_Eで評価される触媒ユニット８の 排ガス温度に応じて求めることができる。更にマイクロプロセッサ−サブユニッ ト４０は例えば触媒ユニット８の温度ＫＴの時間的推移についての積分を計算す ることができる。 測定部２０のアンモニアセンサを利用できる場合（又は場合によってはここに は示されていない触媒区分間の測定部を補足して）触媒のパラメータを制御及び 場合によっては訂正してもよい。確定された限界値を下回る場合同様に触媒ユニ ット８の交換の要請を報知することができる。 形成された第３の中間値Ｚ₃（Ｍ_R）を更に訂正するには本実施例では選択的に 触媒ユニット８内の排ガス１０の空間速度ＲＧを考慮することによって行う。そ の際触媒ユニット８はその形状に基づき導出される最大空間速度ＲＧmaxに設定 されている。触媒ユニット８内のこの排ガスが最大空間速度を超える場合には第 ３の中間値Ｚ₃（Ｍ_R）を減らし、それにより還元剤２６は排ガス１０と共に触媒 ユニット８を“吹き抜け”、その結果不所望なアンモニアスリップを生じること が回避される。この減量は例えば瞬時的に支配する排ガスの空間速度に対する最 大空間速度の割合に基づいて行うことができる。 これまでの説明を振り返って要約するならば本発明は、触媒活性度の圧力及び 温度推移ｋ（ｐ）及びｋ（Ｔ）、圧力及び温度に依存する比蓄積容量Ｃ_R（ｐ） 及びＣ_R（Ｔ）、排ガスの空間速度ＲＧ及び劣化及び被毒作用を考慮することに より、また例えば空気質量流量ＬＭ、制御棒ストロークＲＧ、給気圧力ＬＤ、回 転数ＭＤ、排ガス温度ＡＴ、排ガス質量流量ＡＭのような作動に関連するパラメ ータを同時に認識することにより排ガス中に配量される還元剤分量Ｍ_Rの本発明 による調整が達成され、ディーゼルエンジン４の各々の作動状態に対して無視し 得るほど僅かなアンモニアスリップで窒素酸化物に対して最大限の分離率を実現 するものである。 この調整方法を更に改善するため、排ガスの温度ＡＴが図２による温度Ｔ_min を下回るか又は図２による温度Ｔ_maxを上回る場合、排ガスに含まれる窒素酸化 物分量Ｍ_NOXに相応して排ガス１０中に配量される還元剤分量Ｍ_Rを安全の観点か ら零にするように考慮してもよい。その際どの温度がＴ_minでどの温度がＴ_maxで あるかはその都度使用される触媒ユニット８の触媒活性度ｋの圧力及び温度推移 に依存するものである。本実施例で選択される脱硝触媒１６としてはその触媒活 性物質である酸化チタンＴｉＯ₂及び１個又は複数個の添加物であるＶ_xＭｏ_yＯ_{3 2-z} （式中ｘ、ｙ≧１；ｘ＋ｙ＜１２及びｚ≦１）、酸化タングステンＷＯ₃、酸 化モリブデンＭＯ₃及び酸化バナジウムＶ₂Ｏ₅を含んでおり、温度Ｔ_minは約２４ ０℃であり、温度Ｔ_maxは約５５０℃である。この温度の枠内ではアンモニアの スリップ並びに不所望なアンモニアの反応は排ガス中に含まれる硫黄酸化物並び に例えば笑気Ｎ₂Ｏのような不所望な窒素化合物の形成と共に極めて良好に回避 できる。 このことから選択触媒還元法によって排ガス１０のＴ_min以下又はＴ_max以上の 温度では排ガス１０に含まれている窒素酸化物を全く置換しないか又はごく僅か にしか置換しないことがわかる。Ｔ_minの温度を下回る場合ディーゼルエンジン ４の排ガス温度がＴ_min温度以下の負荷状態ではごく僅かな窒素酸化物が形成さ れるに過ぎないので、この欠点はそれほどやっかいなものではない。このような 排ガス中に含まれる窒素酸化物の少なくとも一部を処理するには排ガス１０を少 なくとも部分的にここには図示されていないターボスーパーチャージャーの過給 タービンを貫流させた後ディーゼルエンジン４の吸気中に再貫流させることが できる。 排ガス１０の温度ＴがＴ_max温度以上である場合には排ガスを冷却する手段を 接続して排ガス１０の温度を再び温度Ｔ_max以下に下げることができる。これは 例えば排ガス１０をここには図示されていない冷却区間、、例えば空気／空気− 熱交換器に導入することによって、又は排ガス導管２の１区間に気流冷却器を取 り付けることによって及び／又は排ガス１０内に水を注入することにより実施可 能である。 一定の初期値の脱離率Ｍ_Dから出発することができるように、、ディーゼルエ ンジン４を作動する前に触媒ユニット８を還元剤２６及び炭化水素から解放する と有利である。このことは同時に、、還元剤２６の配量時に還元剤のスリップを 回避するのに利用できる安全の余地を高める。この触媒ユニット８を“空にする こと”は例えば有効作動に引続いてブルーバーナ２８を投入した状態で短時間の 無負荷運転によって及び／又はディーゼルエンジン４を始動する前にブルーバー ナ２８を投入することによって行うことができる。 図５により行われる還元剤分量Ｍ_Rを求める方法は公知の制御ユニット、例え ばハイブリットベースの計算機によって秒単位で繰り返して行うことができる。 排ガス１０の窒素酸化物濃度及び流量を測定するためのセンサを有する測定部 ６が装備されている場合は図１に比べて構造が簡単になる。なぜなら触媒ユニッ ト８に入ってくる窒素酸化物分量Ｍ_NOXはこの場合直接排ガス１０の流量及び窒 素酸化物濃度から求められるので、ディーゼルエンジン４の入力端子Ｅ₁に関す る質量流量の検出だけが必要となる。しかし図１について説明した方法並びに図 １に示した還元剤２６をディーゼルエンジン４の窒素酸化物含有排ガス１０に配 量する装置は他の点ではそのままにできる。 測定部６及び２０が窒素酸化物濃度を測定するセンサ又は窒素酸化物及び還元 剤濃度に対するセンサを有している場合、、還元剤分量Ｍ_Rの調整は殆ど無意味 である。即ち還元剤分量Ｍ_Rは排ガス１０中の窒素酸化物濃度に基づき調整する ことができ、、触媒ユニット８の後方にある測定部２０で測定される排ガス１０ 中の窒素酸化物及び還元剤濃度によって制御ユニット３８を使用して例えばミリ 秒範囲で再調整可能であるからである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ Ｆ０１Ｎ 9/00 9538−4Ｄ Ｂ０１Ｄ 53/36 ＺＡＢ 【要約の続き】 て排ガス中の窒素酸化物の低減に使用可能である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．窒素酸化物を低減するために排ガス導管（２）内に組み込まれている触媒ユ ニット（８）を有する内燃機関（４）の窒素酸化物含有排ガス（１０）に還元剤 （２６）を制御下に投入する方法において、排ガス（１０）に入れられる還元剤 の還元剤分量Ｍ_Rを少なくとも排ガス（１０）の作動に関連するパラメータ、少 なくとも触媒ユニット（８）の作動に関連するパラメータ及び場合によっては少 なくともエンジン（４）の作動に関連するパラメータによって調整することを特 徴とする窒素酸化物含有排ガスに還元剤を制御下に投入する方法。 ２．エンジン（４）の作動に関連するパラメータとして空気質量流量（ＬＭ）、 燃料噴射装置の位置に相応する制御棒ストローク（ＧＰ）、給気圧力（ＬＤ）及 び／又はエンジン回転数（ＭＤ）が用いられることを特徴とする請求項１記載の 方法。 ３．排ガス（１０）の作動に関連するパラメータとして排ガス（１０）の温度（ ＡＴ）、その圧力（ＡＰ）、その質量流量（ＡＭ）及びその窒素酸化物濃度（Ｃ_NOx ）が、、有利にはそれらすべてが一緒に用いられることを特徴とする請求項 １又は２記載の方法。 ４．触媒ユニット（８）の作動に関連するパラメータとして触媒ユニットの温度 （ＫＴ）、圧力及び温度推移（ｋ（ｐ）及びｋ（Ｔ））を有する触媒活性度ｋ、 圧力及び温度推移（Ｃ_R（ｐ）及びＣ_R（Ｔ））を有する還元剤（２６）のための 比蓄積容量（Ｃ_R）及び例えば触媒活性コンパウンドの重量、形状及び熱移動の ような物理量が、有利にはそれらすべてが一緒に用いられることを特徴とする請 求項１ないし３の１つに記載の方法。 ５．排ガス（１０）中に含まれている窒素酸化物の窒素酸化物分量Ｍ_NOxに相応 する還元剤分量Ｍ_Rを求め、場合によっては触媒ユニット（８）から脱離される 還元剤分量Ｍ_Dだけ減らすか或は触媒ユニット（８）により吸着される還元剤分 量Ｍ_Aだけ増すことを特徴とする請求項１ないし４の１つに記載の方法。 ６．脱離される還元剤分量Ｍ_D及び吸着される還元剤分量Ｍ_Aを求める際に、還元 剤の比蓄積容量Ｃ_Rが排ガス温度の上昇と共に低下し、排ガス圧力の上昇と共に 増加するように配慮することを特徴とする請求項５記載の方法。 ７．急激な負荷の上昇を起こす制御棒ストロークの一時的変化の際に既に触媒ユ ニット（８）の温度Ｔを予め計算することによって中間値を減らすことを特徴と する請求項５記載の方法。 ８．実際に触媒ユニット（８）に生じる温度降下で初めて中間値を増すことを特 徴とする請求項５記載の方法。 ９．触媒ユニット（８）が最大の触媒活性度ｋ_maxを有している温度Ｔ（ｋ_max） よりも触媒ユニット（８）の排ガス温度が低い場合、山間値Ｚ₁（Ｍ_R）を排ガス 温度の降下と共に下げ、、排ガス温度の上昇と共に上げることを特徴とする請求 項５ないし８の１つに記載の方法。 １０．触媒ユニット（８）が最大触媒活性度ｋ_maxを有している温度Ｔ（ｋ_max） よりも触媒ユニット（８）の排ガス温度が高い場合、中間値Ｚ₁（Ｍ_R）を排ガス 温度の上昇と共に下げ、排ガス温度の降下と共に上げることを特徴とする請求項 ５ないし９の１つに記載の方法。 １１．触媒ユニット（８）が設定されている最大空間速度を超えた場合中間値を 減らすことを特徴とする請求項５ないし１０の１つに記載の方法。 １２．作動時間ｔ_Bが増すと共に中間値を減らすことを特徴とする請求項５ない し１１の１つに記載の方法。 １３．中間値を作動時間ｔ_Bで評価される触媒ユニット（８）の排ガス温度に応 じて減らすことを特徴とする請求項１２記載の方法。 １４．内燃機関（４）の作動を開始する前に触媒ユニット（８）を還元剤（２６ ）及び炭化水素からブルーバーナにより解放することを特徴とする請求項１ない し１３の１つに記載の方法。 １５．窒素酸化物を低減するため排ガス導管（２）内に取付られた触媒ユニット （８）を有する内燃機関（４）の窒素酸化物含有排ガス（１０）中に還元剤（２ ６）を制御下に投入するための装置において、制御ユニット（３８）、少なくと も排ガス（１０）の作動に関連するパラメータ、少なくとも触媒ユニット（８） の作動に関連するパラメータ及び場合によっては少なくともエンジン（４）の作 動に関連するパラメータを検出するためにこの制御ユニット（３８）に付設され ている手段（５、６、２０、４２、４４）、及び還元剤（２６）を触媒ユニット （８）の前で排ガス（１０）の流れ方向に排ガス導管（２）に入れる制御ユニッ ト（３８）に付設されている還元剤供給ユニット（２４、３０、３２）を備えて おり、その際制御ユニット（３８）が排ガス（１０）に入れられる還元剤分量Ｍ_R を作動に関連するパラメータに関連して調整するために備えられていることを 特徴とする特に請求項１ないし１４による方法を実施するための装置。 １６．触媒ユニット（８）が排ガスの流れ方向に加水分解触媒（１４）、脱硝触 媒（１６）及び場合によっては酸化触媒（１８）を順次含んでいることを特徴と する請求項１５記載の装置。 １７．還元剤供給ユニット（２４、３０、３２）が制御ユニット（３８）により 調整可能の還元剤（２６）、有利には水性尿素溶液のための注入弁（２４）を有 していることを特徴とする請求項１５又は１６記載の装置。 １８．制御ユニット（３８）が還元剤分量Ｍ_Rを求めるために排ガス（１０）、 触媒ユニット（８）及び場合によってはエンジン（４）の作動に関連する全ての パラメータのためのメモリを有しており、前記手段（５、６、２０、４２、４４ ）がそれらの信号で還元剤分量Ｍ_Rに対して適切な記憶値を呼び出し、その際記 憶値は還元剤供給ユニット（２４、３０、３２）を制御するため制御ユニット（ ３８）の出力端子（Ａ₁）に導かれることを特徴とする請求項１４ないし１７の １つに記載の装置。 １９．制御ユニット（３８）がマイクロプロセッサーサブユニット（４０）を有 しており、このサブユニットがプログラムにより前記手段（５、６、２０、４２ 、４４）により検出される排ガス（１０）、触媒ユニット（８）及び場合によっ てはエンジン（４）の作動に関連するパラメータから還元剤分量Ｍ_Rを求めるこ とを特徴とする請求項１４ないし１７の１つに記載の装置。