(57)【要約】  本発明は自動車の排気ライン内の尿素付着物を検出するための方法に関する。本発明の方法は、ａ）排気ガス温度（Ｔ０）に到達したか否かを決定するステップ（１０１）と、  ｂ）ステップａ）において行なわれた決定の結果が肯定である場合には、尿素の噴射を停止するステップ（１０３）と、ｃ）前記選択的触媒還元システム（１０）の排出口における排気ガス内のＮＯｘの量（Ｑ２０）を決定するステップ（１０６）と、ｄ）ステップｃ）において決定された前記ＮＯｘの量（Ｑ２０）と、前記内燃エンジン（４）によって生成されるＮＯｘの理論的な量（Ｑ４）または測定された量（Ｑ’４）の間において比較を行なうステップ（１０８）と、ｅ）ステップｄ）が、前記量（Ｑ２０，Ｑ４，Ｑ’４）が異なることを示した場合に、前記排気ライン（２）内に尿素付着物が存在すると見なすステップと、を包含する。前記自動車は、前記尿素噴射システムの動作を停止する（１０３）べく適合された、前記ＮＯｘセンサによって測定されたＮＯｘの量と前記内燃エンジンによって生成されるＮＯｘの理論的な量または測定されたＮＯｘの量の比較を行なう（１０８）べく適合された、および前記量の間における前記比較（１０８）の結果を基礎として前記排気ラインのクリーニングを実行する（１０９）べく適合された手段を包含する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車等の乗り物（Ｖ）の排気ライン（２）内の尿素付着物を検出するための方法であって、前記乗り物に、
−  内燃エンジン（４）と、
−  前記排気ライン（２）に取り付けられ、前記内燃エンジン（４）によって生成されるＮＯｘを転換するべく適合された選択的触媒還元システム（１０）と、
−  前記選択的触媒還元システム（１０）の上流において前記排気ライン（２）内に尿素を噴射するべく適合された噴射システム（１２，１４，１５）と、
が装備されており、それにおいて前記方法が、
ａ）排気ガス温度（Ｔ０）に到達したか否かを決定するステップ（１０１）と、
ｂ）ステップａ）において行なわれた決定の結果が肯定である場合には、尿素の噴射を停止するステップ（１０３）と、
ｃ）前記選択的触媒還元システム（１０）の排出口における排気ガス内のＮＯｘの量（Ｑ２０）を決定するステップ（１０６）と、
ｄ）ステップｃ）において決定された前記ＮＯｘの量（Ｑ２０）と、前記内燃エンジン（４）によって生成されるＮＯｘの理論的な量（Ｑ４）または測定された量（Ｑ’４）の間において比較を行なうステップ（１０８）と、
ｅ）ステップｄ）が、前記量（Ｑ２０，Ｑ４，Ｑ’４）が異なることを示した場合に、前記排気ライン（２）内に尿素付着物が存在すると見なすステップと、
を包含する方法。
【請求項２】
前記内燃エンジン（４）によって生成されるＮＯｘの理論的な量（Ｑ４）は、前記内燃エンジン（４）の動作状態（Ｓ１６）を基礎として決定される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記内燃エンジン（４）によって生成されるＮＯｘの量（Ｑ’４）は、前記選択的触媒還元システム（１０）の上流における前記排気ライン（２）の排気パイプ（６）内のセンサ（２０）の使用を通じて決定される、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記方法が、尿素付着物の存在の最後の検出以降に所定の距離（ｋ０）を移動した場合および／または所定の時間期間（ｔ０）が経過した場合にのみ開始される、請求項１乃至３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
ステップｃ）において決定される前記ＮＯｘの量は、所定の時間期間（ｔ２）にわたって計算される平均値である、請求項１乃至４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
ステップｂ）に先行して所定量のアンモニアまたはアンモニア先駆物質が前記選択的触媒還元システム（１０）の部分内に貯蔵され、かつ前記選択的触媒還元システム（１０）内の前記所定量のアンモニアまたはアンモニア先駆物質のリリースの後に、ステップｃ）において前記ＮＯｘの量（Ｑ２０）が決定される、請求項１乃至５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
ステップａ）に先行して、さらに、
ｆ）前記内燃エンジン（４）の動作状態を変更するか、またはそのほかの形で排気ガスを加熱して前記排気ガス温度（Ｔ）を上昇させるステップ、
を包含する、請求項１乃至６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
ステップｄ）において、最小スレッショルドに対してＮＯｘ転換レートの値（Ｒ，Ｒｍ）を比較することによって比較が行なわれる、請求項１乃至７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
自動車等の乗り物（Ｖ）排気ライン（２）内の尿素付着物を脱離するための方法であって、前記方法は、請求項１乃至８のいずれかに記載の尿素付着物を検出するための方法を実施し、さらに、
−ｆ）ステップｅ）において前記排気ライン（２）内に尿素付着物が存在すると見なすことが可能である場合に、前記排気ライン（２）のクリーニングを行なうステップ（１０９）、
を包含する方法。
【請求項１０】
前記検出方法が前記排気ライン（２）の前記クリーニングの間に実行される、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
ステップｅ）において前記排気ライン（２）内に尿素付着物が存在すると見なすことが可能でない場合に、前記排気ラインの前記クリーニングが停止されて、前記尿素噴射システム（１２，１４）が再開される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
自動車等の乗り物（Ｖ）であって、
−  前記乗り物（Ｖ）の排気ライン（２）に取り付けられ、前記乗り物の内燃エンジン（４）によって生成されるＮＯｘを転換するべく適合された選択的触媒還元システム（１０）と、
−  前記選択的触媒還元システムの上流において前記排気ライン（２）内に尿素を噴射するべく適合された噴射システム（１２，１４，１５）と、
−  前記選択的触媒還元システム（１０）の下流の前記排気ライン（２）内に取り付けられたＮＯｘセンサ（２０）と、
−  前記選択的触媒還元システム（１０）の上流の排気ガス温度センサ（１８）と、
を包含し、それにおいて、
前記尿素噴射システム（１２，１４，１５）の動作を停止する（１０３）べく適合された、前記ＮＯｘセンサ（２０）によって測定されたＮＯｘの量（Ｑ２０）と前記内燃エンジン（４）によって生成されるＮＯｘの理論的な量（Ｑ４）または測定されたＮＯｘの量（Ｑ’４）の比較を行なう（１０８）べく適合された、および前記量の間における前記比較（１０８）の結果を基礎として前記排気ライン（２）のクリーニングを実行する（１０９）べく適合された手段（１６）を包含する、乗り物（Ｖ）。
【請求項１３】
前記尿素噴射システム（１２，１４，１５）の動作を停止する手段、前記比較を行なう手段、および前記クリーニングを実行する手段は、電子コントロール・ユニット（１６）内に含まれる、請求項１２に記載の乗り物。
【請求項１４】
前記電子コントロール・ユニット（１６）は、前記内燃エンジン（４）によって生成される前記ＮＯｘの量（Ｑ４）の理論的な値を、前記エンジン（４）の前記動作状態（Ｓ１６）を基礎として計算するべく適合される、請求項１３に記載の乗り物。
【請求項１５】
前記電子コントロール・ユニット（１６）は、前記内燃エンジン（４）の前記動作状態をコントロール（Ｓ４）するべく適合される、請求項１４に記載の乗り物。
【請求項１６】
前記選択的触媒還元システム（１０）内にアンモニアまたはアンモニア先駆物質を貯蔵する手段を包含する、請求項１２乃至１５のいずれかに記載の乗り物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車等の乗り物の排気ライン内における尿素付着物の存在を検出するための方法に関する。本発明は、乗り物の排気ライン内における尿素付着物を脱離するための方法にも関する。また本発明は、その種の方法を実行するべく適合された自動車等の乗り物にも関する。
【背景技術】
【０００２】
環境問題から、自動車等の乗り物、たとえばトラック等には、しばしば汚染物質還元システムが装備される。これらのシステムのうちのいくつかのねらいは、乗り物の排気ガス内における窒素酸化物（ＮＯｘ）の量を低減することである。ＮＯｘ（殆どは、ＮＯおよびＮＯ２）の還元は、しばしば、ガス排気システム内に噴射されるアンモニアを必要とする化学反応を伴って実現される。
【０００３】
自動車等の乗り物内におけるアンモニアの貯蔵および運搬が安全でないことから、尿素またはそれの水溶液をアンモニアに分解して、選択的触媒還元システム（ＳＣＲ）内においてＮＯｘと反応させて理想的には窒素および水を生成するために、それの噴射によってアンモニアをもたらすことが可能である。
【０００４】
尿素からアンモニアを獲得するためには、いくつかのファクタが組み合わされる必要があり、特に温度は、分解反応が適正に作用する上で充分に高くなければならない。温度が充分に高くない場合、またはそのほかのファクタが存在しない場合には、この分解反応が固体の化合物を生成することがあり、それが固体の付着物の形でガス排気パイプ内に蓄積されることがある。これらの固体の付着物は、パイプを塞ぎ、性能および安全の問題を誘発する可能性がある。たとえば、排気パイプ内の付着物が乗り物の出力を下げること、または排気ライン内における過圧力を導くことがあり得る。これらの付着物は、定期的にクリーニングされる必要がある。以下においては、これらの固体の付着物を尿素付着物と呼ぶことにするが、それらの正確な組成は変動的であり、尿素だけでなく、アンモニアへの尿素の分解反応における中間生成物も包含している可能性がある。
【０００５】
尿素固体付着物は、特定のスレッショルド、通常は３５０℃近辺の温度を超える温度に曝露されると、アンモニアへの分解が可能になることが知られている。その種の反応を、ここでは、尿素固体付着物の熱脱離と呼ぶことにする。自動車等の燃焼エンジンは、高温の排気ガスを生成するが、排気ガスの温度は、エンジンの負荷に応じて有意に変動し得る。さらにまた、排気ラインに沿った排気ガスの温度の低下は、それらがタービンまたは微粒子フィルタといった多様なデバイスを通って流れることに起因して、あるいは排気ラインとそれの周囲環境との間における単純な熱交換に起因して避けることができない。したがって、特に、ＳＣＲシステムが排気ライン内の下流に配置されている場合には、潜在的な尿素付着物が熱脱離のための適切な温度に曝露されることが、エンジンの動作時間の断片的な間においてのみあり得る。その断片的な時間の間においては、実質的な付着物が形成されず、以前に形成された付着物が『自然に』熱脱離されることになる。それに対して、その断片的な時間以外においては、尿素付着物が脱離されないばかりか、付着物がさらに形成されることがある。
【０００６】
たとえば、エンジン動作状態を修正することによって、または加熱デバイスを用いて排気ガスを加熱することによってエンジンの排気ガス温度を『人工的に』高める多様な技術が知られている。残念ながら、これらの技術は、すべて、エネルギ消費の増加、特に燃料の過剰消費を有することが共通する。周知の方法は、排気ライン内に尿素付着物が形成されているか否かによらず、また脱離されるべき付着物の量とは無関係に規則的な間隔で所定の期間にわたり排気ガス温度を人工的に上昇させることによって尿素付着物の強制的な熱脱離を実行する。たとえば、その種の方法は、最後の強制脱離が行われてから乗り物が所定の距離を移動する都度、所定の強制熱脱離期間を開始する。
【０００７】
燃料の過剰消費を回避するために、いくつかの方法は、排気パイプ内における尿素付着物を検出し、必要時に限ってのみ再生反応を開始する。たとえば特許文献１から、排気パイプ内および／またはＳＣＲシステム内の圧力の変動を測定して尿素付着物を検出することが周知となっている。この解決策によって与えられる結果は精度を欠いており、それを活用することは困難である。
【０００８】
このように周知の検出技術では、所定時における排気パイプ内の尿素付着物の存在の有無について精密に結論づけることが可能にならない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００８／０２７１４４０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、排気パイプ内に尿素付着物が存在するか否かを精密に決定して必要時においてのみパイプのクリーニングを開始し、クリーニングが完了したときにそれを終了することを可能にするために、自動車等の乗り物の排気ライン内の尿素付着物を検出し、脱離するための新しい方法を提案することをねらいとする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
そのため、本発明は、内燃エンジンと、排気ラインに取り付けられて当該内燃エンジンによって生成されるＮＯｘを転換するべく適合された選択的触媒還元システムと、選択的触媒還元システムの上流において排気ライン内に尿素を噴射するべく適合された噴射システムとが装備された自動車等の乗り物の排気ライン内の尿素付着物を検出するための方法に関する。この方法は、
ａ）ある排気ガス温度に到達したか否かを決定するステップと、
ｂ）ステップａ）において行なわれた決定の結果が肯定である場合には、尿素の噴射を停止するステップと、
ｃ）選択的触媒還元システムの排出口における排気ガス内のＮＯｘの量を決定するステップと、
ｄ）ステップｃ）において決定されたＮＯｘの量と、内燃エンジンによって生成されるＮＯｘの理論的な量または測定された量の間において比較を行なうステップと、
ｅ）ステップｄ）が、それらの量が異なることを示した場合に、排気ライン内に尿素付着物が存在すると見なすステップと、
を包含することを特徴とする。
【００１２】
本発明によって、排気パイプ内の尿素付着物が、内燃エンジンの下流と選択的触媒還元システムの下流のＮＯｘの量の間における差によって検出される。実際、尿素付着物の再生反応が付着物の存在の検出に使用される。この検出の精度は、必要時にのみクリーニング・プロシージャを開始することを可能にし、付着物を燃やすことによってクリーニングが行なわれる場合の燃料の過剰消費を回避する。
【００１３】
有利ではあるが、必須ではない本発明のさらなる態様によれば、この方法は、次に挙げる特徴を含むことが可能である。
−  内燃エンジンによって生成されるＮＯｘの理論的な量が、前記内燃エンジンの動作状態を基礎として決定される。
−  内燃エンジンによって生成されるＮＯｘの量が、前記選択的触媒還元システムの上流における前記排気ラインの排気パイプ内のセンサの使用を通じて決定される。
−  この方法が、尿素付着物の存在の最後の検出以降に所定の距離を移動した場合および／または所定の時間期間が経過した場合にのみ開始される。
−  ステップｃ）において決定されるＮＯｘの量は、所定の時間期間にわたって計算される平均値である。
−  ステップｂ）に先行して所定量のアンモニアまたはアンモニア先駆物質が選択的触媒還元システムの部分内に貯蔵され、かつ選択的触媒還元システム内の所定量のアンモニアまたはアンモニア先駆物質のリリースの後に、ステップｃ）においてＮＯｘの量が決定される。
−  この方法が、ステップａ）に先行して、さらに、
ｆ）内燃エンジンの動作状態を変更するか、またはそのほかの形で排気ガスを加熱して排気ガス温度を上昇させるステップ、を包含する。
−  ステップｄ）において、最小スレッショルドに対してＮＯｘ転換レートの値（Ｒｍ）を比較することによって比較が行なわれる。
【００１４】
本発明はまた、尿素付着物を検出するための上記の方法を実施する方法であって、自動車等の乗り物の排気ライン内における尿素付着物を脱離するための方法にも関する。この方法はまた、
−  ｆ）ステップｅ）において排気ライン内に尿素付着物が存在すると見なすことが可能である場合に、排気ラインのクリーニングを行なうステップ、
も包含する。
【００１５】
有利ではあるが、必須ではない本発明のさらなる態様によれば、尿素付着物を脱離するためのこの方法は、次に挙げる特徴のうちの１つまたはいくつかを組み込むことができる。
−  検出方法が排気ラインのクリーニングの間に実行される。
−  ステップｅ）において排気ライン内に尿素付着物が存在すると見なすことが可能でない場合には、排気ラインのクリーニングが停止されて、尿素噴射システムが再開される。
【００１６】
本発明はまた、上記の方法を実施することが可能な自動車等の乗り物にも関する。より詳細に述べれば、本発明は、乗り物の排気ラインに取り付けられて乗り物の内燃エンジンによって生成されるＮＯｘを転換するべく適合された選択的触媒還元システムと、選択的触媒還元システムの上流において排気ライン内に尿素を噴射するべく適合された噴射システムと、選択的触媒還元システムの下流の排気ライン内に取り付けられたＮＯｘセンサと、選択的触媒還元システムの上流の排気ガス温度センサとが装備された自動車等の乗り物に関する。この乗り物は、尿素噴射システムの動作を停止するべく適合された、ＮＯｘセンサによって測定されたＮＯｘの量と内燃エンジンによって生成されるＮＯｘの理論的な量または測定されたＮＯｘの量の比較を行なうべく適合された、および前記量の間における比較の結果を基礎として排気ラインのクリーニングを実行するべく適合された手段も包含することを特徴とする。
【００１７】
有利ではあるが、必須ではない本発明のさらなる態様によれば、この乗り物は、次に挙げる特徴を含むことができる。
−  尿素噴射システムの動作を停止する手段、比較を行なう手段、およびクリーニングを実行する手段が、電子コントロール・ユニット内に含まれる。
−  電子コントロール・ユニットが、内燃エンジンによって生成されるＮＯｘの量の理論的な値を、エンジンの動作状態を基礎として計算するべく適合される。
−  電子コントロール・ユニットが、内燃エンジンの動作状態をコントロールするべく適合される。
−  この乗り物が、選択的触媒還元システム内にアンモニアまたはアンモニア先駆物質を貯蔵する手段を包含する。
【００１８】
以下、本発明を、添付図面に関連して、本発明の目的を制限することのない説明的な例として説明する。添付図面を、以下にリストする。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明による乗り物のガス排気ラインの略図的な表現である。
【図２】本発明による方法を表現しているブロック図である。
【図３】本発明による方法の実施を説明している、時間対排気ガス温度およびＮＯｘ量のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
自動車等の乗り物Ｖ、たとえばトラックには、乗り物Ｖの内燃エンジン４によって生成される排気ガスを排気するガス排気ライン２が装備されている。排気ライン２は、２本のパイプ６および８を包含し、図１においてはそれらが略図的に表現されている。排気ライン２の内燃エンジン４との接続の構造は、ここでは、図面の理解のために簡略化されている。
【００２１】
選択的触媒還元（ＳＣＲ）システム１０が、パイプ６とパイプ８の間に挿入されている。パイプ６は、内燃エンジン４に接続されている。内燃エンジン４によって放出された排気ガスは、排気ライン２を通り、矢印Ａ１に沿って流れる。排気ガスの流れる方向に関して言えば、パイプ６は、ＳＣＲシステム１０に対して上流のパイプと呼ばれ、パイプ８は、下流のパイプと呼ばれる。
【００２２】
尿素噴射パイプ１２が、上流パイプ６に接続されている。パイプ１２は、尿素タンク１４と上流パイプ６を接続する。ソレノイド・バルブ１５が、タンク１４からパイプ１２への尿素の流れをコントロールする。尿素は、一般に、尿素の水溶液の形式で貯蔵され、噴射される。注意しなければならないが、排気ライン２内に、たとえば、ターボチャージャのタービン、ディーゼル排気微粒子フィルタ、またはマフラ等といったさらなるデバイスが備えられている可能性がある。典型的なアレンジメントでは、タービン、微粒子フィルタ、尿素噴射パイプ、ＳＣＲシステム、およびマフラを連続的に、この順序で包含することが可能である。
【００２３】
乗り物Ｖは、１つまたはいくつかの電子コントロール・ユニット、すなわちＥＣＵ１６を包含しており、それが排気ライン２の動作をコントロールし、かつ電気信号Ｓ１５によって尿素コントロール・バルブ１５の動作を規制する。
【００２４】
電子コントロール・ユニット１６は、内燃エンジン４およびそのほかのコントロール・ユニットと通信することが可能である。より詳細に述べれば、ユニット１６は、乗り物の動作状態についての情報、たとえばそれのギア、エンジン速度、および燃料消費といった情報を電子信号Ｓ１６によって受信することが可能である。さらにまた電子コントロール・ユニット１６は、電子信号Ｓ４によって内燃エンジン４の動作状態に影響を及ぼすことが可能である。
【００２５】
これに示されている例においては、排気ライン２が２つのセンサを包含しており、そのそれぞれは、電子コントロール・ユニット１６に対して情報を直接または間接的に送信するべく適合されている。上流パイプ６内に配置される温度センサ１８は、上流パイプ６内を流れる排気ガスの温度を決定するべく適合されている。好ましくは、温度センサ１８が、排気ライン内の尿素付着物が生じると予想される場所から離れすぎないところ、すなわち、一般には尿素噴射パイプ１８の直近の下流に配置される。この温度情報は、電子信号Ｓ１８として電子コントロール・ユニット１６に送信される。代替解決策においては、排気ガスの温度の推定については温度センサ１８を別のものに置き換えることができる。たとえば、エンジン・コントロール・ユニットが、エンジンの動作パラメータに基づいてその種の温度を推定することができる。そのほかの、乗り物の周囲温度等のファクタを考慮に入れることは可能である。
【００２６】
下流パイプ８内に配置されるセンサ２０は、下流パイプ８内を流れる排気ガス内のＮＯｘの量を直接または間接的に決定し、この情報を電子信号Ｓ２０として電子コントロール・ユニット１６に送信する。この用語『量』は、ここで、およびこれ以降において広い意味を持つものと理解される必要がある。たとえば、それを、所定の体積または流量のガスの中において測定される濃度とすること、または排気ライン内のＮＯｘの量を表わす任意のそのほかのパラメータとすることが可能である。
【００２７】
ＮＯｘセンサ２０は、たとえば二重ラムダ・センサとすること、またはガス塊内のＮＯｘの量を直接または間接的に測定し、または推定するべく適合された任意のそのほかの手段とすることが可能である。
【００２８】
ＳＣＲシステム１０は、ＮＯｘと、パイプ１２を通じて噴射される尿素によって排気ライン２内にもたらされるアンモニアとの間における化学反応を引き起こすことによって排気ガス内のＮＯｘの量を減少させるべく適合されている。上流パイプ６内に噴射された尿素は、次に示す反応式で記述されるとおりに反応し、イソシアン酸（ＨＮＣＯ）およびアンモニア（ＮＨ３）に分解される。
ＮＨ２−ＣＯ−ＮＨ２（尿素）→ＨＮＣＯ＋ＮＨ３      （Ｒ１）
【００２９】
排気ライン２内に噴射される尿素が水溶液の形式であることから、イソシアン酸（ＨＮＣＯ）が水と反応して、次の反応式で示されるとおり、アンモニア（ＮＨ３）および二酸化炭素を生成する。
ＨＮＣＯ＋Ｈ２Ｏ→ＮＨ３＋ＣＯ２      （Ｒ２）
【００３０】
イソシアン酸と水の分解反応Ｒ２が遅い反応であることから、イソシアン酸が尿素とも反応して、次の反応式で示されるとおり、ビウレットを形成する。
ＮＨ２−ＣＯ−ＮＨ２＋ＨＮＣＯ→ビウレット      （Ｒ３）
【００３１】
このＲ３の反応はまた、次の反応式で示されるとおり、アンメリドおよび水を生成することも可能である。
２ＮＨＣＯ＋ＮＨ２−ＣＯ−ＮＨ２→アンメリド＋２Ｈ２Ｏ      （Ｒ４）
【００３２】
イソシアン酸は、次の反応式で示されるとおり、シアヌル酸にも分解可能である。
３ＮＣＯ→Ｈ３Ｎ３Ｃ３Ｏ３      （Ｒ５）
【００３３】
ビウレット、アンメリド、およびシアヌル酸は、尿素噴射パイプ１２の下流の排気ライン２内に現われる可能性のある尿素付着物の中に存在する。それらは、上流パイプ６の中、またはＳＣＲシステム１０の中のいずれにも現われる可能性がある。
【００３４】
ＳＣＲシステム１０内においては、ＮＯｘがアンモニアと反応して、次の反応式で示されるとおり、窒素および水を生成する。
ＮＯｘ＋ＮＨ３→Ｎ２＋Ｈ２Ｏ
【００３５】
この反応は、『転換反応』と呼ばれている。
【００３６】
本発明の尿素付着物検出方法は、尿素付着物からアンモニアを生成する熱脱離反応を使用する。この検出方法を開始するためには、ＳＣＲシステム１０の上流の排気ガスの温度Ｔが所定の温度値、たとえば３５０℃を超える必要があり、これは尿素付着物の熱脱離が主としてこの温度より高い温度で生じることによる。この３５０℃の値を基礎としてスレッショルド温度値Ｔ０を考えるが、その値は、３５０℃に等しいとすることが可能である。
【００３７】
この方法の最初のステップ１０１においては、排気ライン内の温度が測定されるか、または推定される。たとえば、温度センサ１８は、上流パイプ６内の排気ガスの温度Ｔを測定して、その温度値を信号Ｓ１８によって電子コントロール・ユニット１６に送信する。各測定は、規則的な時間間隔において行なわれ、たとえばその間隔を５０ｍｓとすることが可能である。温度Ｔが温度Ｔ０を超えている場合には、この方法の別のステップ１０２が実施される。ＴがＴ０より小さければ、検出方法の実施は可能でない。注意しなければならないが、乗り物の動作状態が、温度Ｔがスレッショルド温度Ｔ０を『自然に』超過するようなものでない場合には、周知の技術を用いて排気ガス温度Ｔを強制的に上昇させることによってこの事実を克服することが可能である。
【００３８】
ステップ１０２においては、排気ライン２内において尿素付着物の存在が最後に検出されてからの経過時間ｔまたは乗り物Ｖの移動距離ｋを決定する。多様な実験から、乗り物Ｖを所定時間期間ｔ０の使用後、または所定のキロメートル数ｋ０の移動後に尿素付着物が現われがちであるとの判断が可能である。その種の時間期間ｔ０または移動距離ｋ０に到達していなければ、尿素付着物が現われていることについてのリスクが殆どなく、したがって、検出方法の実行に進むことの有用性はない。これらのスレッショルド値ｔ０、ｋ０は固定とすることも可能であり、あるいは過去および／または現在の乗り物の動作状態の関数として可変とすることも可能である。たとえば、寒冷環境において動作しているか、または頻繁に低いエンジン負荷において動作している乗り物は、尿素付着物の形成がよりありがちであり、その種の付着物の存在の有無はより頻繁な分析の対象となり得ることが知られている。したがって、距離ｋ０および／または時間期間ｔ０に到達していなければ、この方法はステップ１０１に戻る。この検出方法を実行するまでの所定の時間間隔Ｉにわたる待機ステップはオプションである。たとえば、スレッショルドＴ０を超える排気ライン内の温度Ｔをエンジン動作状態がもたらす都度、検出方法を実行することも可能である。
【００３９】
別の実施態様においては、ステップ１０２において行なわれる決定を、オプションとしてステップ１０１より前に実行することができる。その場合においては、距離ｋ０および／または時間ｔ０への到達を、検出方法を開始するための条件であると見なすことができる。
【００４０】
時間ｔ０および／または距離ｋ０に達している場合には、尿素付着物が現われている可能性がある。したがって、この方法の別のステップ１０３が実施される。このステップ１０３においては、電子コントロール・ユニット１６によって尿素コントロール・バルブ１５に向けて送信される電子信号Ｓ１５によって尿素の噴射が停止される。尿素の噴射の停止は、ＳＣＲシステム１０内におけるＮＯｘの窒素への転換反応を停止するはずである。
【００４１】
ステップ１０３の後においても引き続きセンサ１８によって排気ガスの温度Ｔの測定が行なわれていることから、ステップ１０４において、温度Ｔが依然として温度Ｔ０を超えているか否かを検証することが可能である。温度Ｔが温度Ｔ０を超えていれば、尿素の噴射の停止が維持される。温度Ｔが温度Ｔ０より低くなっていれば、この方法がステップ１０１に戻る。ステップ１０４は、測定時間ｔ１に到達するまで実行される。時間ｔ１は、内燃エンジン４が高い排気ガス温度を導く動作期間内にあるか否かという事実に関して結論づけることが温度測定によって可能になり得る時間期間である。その先のステップ１０５においては、測定時間ｔ１に到達するまで温度Ｔが温度Ｔ０を超えていたか否かを決定する。この条件の下に時間ｔ１に到達しなかった場合には、方法がステップ１０４に戻る。
【００４２】
温度Ｔが引き続いて温度Ｔ０より高く、かつ測定時間ｔ１が経過した場合には、この方法の別のステップ１０６が、ＮＯｘセンサ２０を用いて実施される。このステップ１０６では、ＳＣＲシステム１０内において窒素に転換されたＮＯｘの量Ｑｃを決定するために、ＮＯｘセンサ２０が、ＳＣＲシステム１０の排出口において下流パイプ８内の排気ガス内のＮＯｘの量Ｑ２０を測定する。この測定を基礎として、ＮＯｘ転換レートＲ、すなわち内燃エンジン４によって生成される理論的なＮＯｘの量Ｑ４に対するＳＣＲシステム１０内において転換されたＮＯｘの量Ｑｃの値が計算される。理論的なＮＯｘの量Ｑ４は、電子信号Ｓ１６によって送信されるエンジンの回転速度、ギア、およびそのほかの情報を含む情報を基礎として電子コントロール・ユニット１６によって計算される。この理論的なＮＯｘの量Ｑ４の計算は、当業者に周知である。
【００４３】
窒素に転換されたＮＯｘの量Ｑｃは、次式のとおり、内燃エンジン４によって生成されるＮＯｘの理論的な量Ｑ４から、ＮＯｘセンサ２０によって測定されたＮＯｘの量Ｑ２０を差し引くことによって決定される。
ＱＣ＝Ｑ４−Ｑ２０
【００４４】
したがって、転換比を、次式のとおりに表わすことが可能である。
Ｒ＝ＱＣ／Ｑ４＝１−Ｑ２０／Ｑ４
【００４５】
転換レートＲの決定は、ＮＯｘの量Ｑ２０の測定が行なわれる都度、実行することが可能である。このことは、コントロール・ユニット１６が、時間期間ｔ２にわたって所定数の転換レートの値Ｒを計算することを意味する。
【００４６】
この方法のその先のステップ１０７においては、時間期間ｔ２にわたる転換レートＲの平均値Ｒｍを計算することができる。
【００４７】
平均転換レートＲｍが決定される時間期間はスライドしている。言い換えると、計算される値Ｒｍは、所定時間において決定されるＮＯｘ量の値に絶えず基づいている。
【００４８】
新しいＮＯｘ量が測定される都度、新しい転換レートが計算され、平均転換レートＲｍの計算の対象となる値がオフセットされる。その結果として、時間期間ｔ２の最初の値は、この時間期間の終了後には考慮されなくなる。これにより、クリーニング・プロシージャの実行の間においても転換レートＲｍを持続的に計算することが可能になる。
【００４９】
この方法の別のステップ１０８においては、平均転換レートの値Ｒｍが、次式によって表わされる理論的な転換レートの値Ｒ０と比較される。
Ｒ０＝Ｑ２０Ｔ／Ｑ４
これにおいてＱ２０Ｔは、排気ガス内における理論的なＮＯｘの量である。
【００５０】
理論的には、尿素の噴射が停止されていることから、ＳＣＲシステム１０内において窒素に転換されるＮＯｘはないはずである。したがって、排気ガス内の理論的なＮＯｘの値Ｑ２０Ｔはゼロになり、理論的な転換レートＲ０は無効になる。平均転換レートＲｍがゼロではないと決定された場合には、尿素の噴射が停止されているも関わらず、上流パイプ６またはＳＣＲシステム１０内にいくらかのアンモニアがまだ存在していると考えることが可能である。このアンモニアは、尿素付着物の熱脱離からのみ生じることが可能である。
【００５１】
図３に示されているとおり、温度Ｔが温度Ｔ０より持続的に高いと決定されると尿素の噴射が停止される。矢印Ａ２によって示されるこのポイントから、内燃エンジン４の排出口におけるＮＯｘの量Ｑ４と、センサ２０によって測定されるＮＯｘの量Ｑ２０の間の比較によって尿素付着物の存在の有無を結論づけることが可能になる。図３のグラフに示されているとおり、Ｑ４およびＱ２０の曲線が重合していないという事実は、尿素付着物の存在を示している。
【００５２】
平均転換レートＲｍが、理論的な転換レートの値であるゼロを、測定および／または推定の不確定性を考慮に入れた特定のマージン、たとえば０．２を見込んで超えている場合には、排気ライン内にいくらかの尿素付着物が存在しており、熱脱離が行なわれていると決定することが可能である。この方法によってその種の尿素付着物が検出された場合には、ステップ１０９における排気ライン２のクリーニング・プロシージャを継続することを決定できる。クリーニング・プロシージャは、実際のところ、同一の動作状態の下における検出プロシージャの継続であり、特に、スレッショルドＴ０を超える排気温度および尿素の噴射停止を伴う。
【００５３】
平均転換レートの値Ｒｍがゼロに等しいか、または測定および／または計算の不確定性を考慮に入れた特定のスレッショルド、たとえば０．２より小さい場合には、その値はゼロであると見なすことが可能である。言い換えると、量Ｑ２０とＱ４は等しいと見なされる。したがって、排気ライン２内に尿素付着物が存在しないか、または存在しなくなったと結論づけることが可能である。その場合には、ステップ１１０において尿素の噴射を再開し、この方法はステップ１０１に戻る。
【００５４】
検出方法に関して言えば、ステップ１０９において実行されるクリーニング・プロシージャを異なる形で行なうことが可能である。乗り物の動作状態に起因した『自然な』高温が役立つ可能性があるか、または周知の技術を通じて強制的な温度の増加を開始することができる。たとえば、排気ライン２内の尿素付着物の熱脱離を継続するために、内燃エンジン４の動作状態を、温度Ｔ０より高い排気ガス温度Ｔを維持するべく変更することが可能である。それに代えて、図には示されていないが、乗り物Ｖの燃料を使用して動作するバーナー等の特殊なデバイスを使用して、排気ライン内の温度を高めることができる。
【００５５】
尿素付着物のクリーニングは、それと、図には示されていないディーゼル排気微粒子フィルタ（ＤＰＦ）のクリーニング動作を組み合わせることによって実現することも可能である。ＤＰＦは、周期的に微粒子の過充填となることから、微粒子を『燃やす』ために排気ガスの熱によるクリーニングが行なわれなければならない。燃料を、より一般的にはエネルギを節約するために、フィルタ内の微粒子の破壊と尿素付着物のクリーニングを組み合わせれば、異なる２つのクリーニング動作のために使用される排気ガスの熱、したがって必要とされるエネルギを組み合わせることが可能になる。
【００５６】
このクリーニング動作の間においては、本発明の検出方法によって提供されるとおりのシステムの入力におけるＮＯｘの流量と比較されるシステムの出力におけるＮＯｘの流量を継続的に比較すると有利である。実際、排気ライン２内に尿素付着物が存在しなくなったことを示す値まで平均転換レートＲｍが戻れば、クリーニング・ステップ１０９および尿素付着物の再生を自動的に停止することができる。その後、尿素の噴射が再開される。このことは、クリーニング・プロシージャの間に並行して検出方法の実行を続けると有利であることを意味する。これは、当然のことながら、排気ラインを出ることになるＮＯｘの量の制限を可能にする。また、排気ガス温度を『人工的に』高めることが必要となる間にクリーニング・プロシージャが実行される場合には、尿素付着物が充分に脱離されたとき、引き続き排気温度を高めておく必要がなくなることから、直ちにプロシージャを終了すればエネルギが節約されることにもなる。
【００５７】
ここに表わされていない本発明の代替実施態様によれば、内燃エンジン４によって実際に生成されるＮＯｘの量Ｑ’４もまた、上流の排気パイプ６内に、好ましくは内燃エンジン４の近傍に配置されて排気ガス内に流れるＮＯｘの量の精密測定を可能にするＮＯｘセンサによって決定することが可能である。その場合には、ＮＯｘ転換レートＲおよびＲｍの計算では、理論的なＮＯｘの量Ｑ４の計算に代えて、この量Ｑ’４を使用する。
【００５８】
図に表わされていない別の実施態様においては、ＳＣＲシステム１０が、尿素の噴射の停止後に既知の時間期間にわたってアンモニアを引き渡すべく適合されたアンモニアまたはアンモニア先駆物質の貯蔵ユニットを包含することができる。たとえば、ＳＣＲ触媒システムのセラミック・カーネルは、ＳＣＲシステム内に過剰なアンモニアが導入されたときに気体形式でアンモニアを貯蔵することが可能である。その場合においては、この時間期間の終了後にＮＯｘの量の測定が実行され、尿素付着物の存在の有無が決定される。
【符号の説明】
【００５９】
２      ガス排気ライン、排気ライン
４      内燃エンジン
６      パイプ、上流パイプ
８      パイプ、下流パイプ
１０    選択的触媒還元（ＳＣＲ）システム、ＳＣＲシステム
１２    尿素噴射パイプ、パイプ
１４    尿素タンク、タンク
１５    ソレノイド・バルブ、尿素コントロール・バルブ
１６    ＥＣＵ、電子コントロール・ユニット
１８    温度センサ
２０    センサ、ＮＯｘセンサ
Ａ２    矢印
ｋ      移動距離
ｋ０    キロメートル数、距離、移動距離
Ｑ２０  測定されたＮＯｘの量
Ｑ４    理論的なＮＯｘの量
Ｑｃ    ＮＯｘの量
Ｒ      転換レート、転換比
Ｒｍ    平均転換レート
Ｓ１５  電気信号、電子信号
Ｓ１６  電子信号
Ｓ１８  電子信号
Ｓ２０  電子信号
Ｓ４    電子信号
ｔ      時間、経過時間
Ｔ      温度
Ｔ０    スレッショルド温度値、スレッショルド
ｔ０    所定時間期間、時間期間
ｔ１    測定時間、時間
ｔ２    時間期間
Ｖ      乗り物
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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