(57)【要約】還元剤を調量するための方法もしくは装置が提案される。この場合、特にディーゼルエンジンの排ガスから窒素酸化物を除去するための触媒装置に管路を介して還元剤を供給するための手段が設けられており、前記管路の端部に調量手段、特に調量弁が配置されており、前記管路内の還元剤の圧力を制御するための手段が設けられており、しかも前記管路内の還元剤の圧力を制御するための手段（１１，１２，１３；１１，５２，７０；１１，１３，１００）および／または調量手段（７；１２０）が、該調量手段の、前記管路とは反対の側の出口側における圧力変化を検出する圧力検出エレメント（１２；７０；１００）と相互作用するようになっていて、前記圧力変化が前記管路内の還元剤の圧力制御時もしくは還元剤の調量時に一緒に考慮されるようになっている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
還元剤、特に尿素もしくは尿素水溶液を調量するための装置であって、特にディーゼルエンジンの排ガスから窒素酸化物を除去するための触媒装置に管路を介して還元剤を供給するための手段が設けられており、前記管路の端部に調量手段、特に調量弁が配置されており、前記管路内の還元剤の圧力を制御するための手段が設けられている形式のものにおいて、前記管路内の還元剤の圧力を制御するための手段（１１，１２，１３；１１，５２，７０；１１，１３，１００）および／または調量手段（７；１２０）が、該調量手段の、前記管路とは反対の側の出口側における圧力変化を検出する圧力検出エレメント（１２；７０；１００）と相互作用するようになっていて、前記圧力変化が前記管路内の還元剤の圧力制御時もしくは還元剤の調量時に一緒に考慮されるようになっていることを特徴とする、還元剤を調量するための装置。
【請求項２】
前記管路内の圧力の値と、調量手段の、前記管路とは反対の側の出口側における圧力の値との差または商が一定に保持されるようになっている、請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記管路内の還元剤の圧力を制御するための手段が圧力制限弁（１１）を有している、請求項１または２記載の装置。
【請求項４】
前記圧力制限弁がニューマチック接続部（１３）を有しており、前記圧力検出エレメントが、前記圧力制限弁に接続された別の管路（１２）を有しており、該管路（１２）が前記ニューマチック接続部（１３）に接続されている、請求項３記載の装置。
【請求項５】
前記圧力検出エレメントが圧力センサ（７０）を有している、請求項１から４までのいずれか１項記載の装置。
【請求項６】
前記圧力センサが、調整器、特に制御装置（４０）に組み込まれた調整器（５２）に接続されており、該調整器（５２）が、前記管路内の還元剤の圧力を制御するための手段および／または前記調量手段を前記圧力変化に関連して制御し得るようになっている、請求項５記載の装置。
【請求項７】
調量された還元剤供給が混合チャンバ（８）内へ、エーロゾルを形成するために行われるようになっていて、エーロゾル管路（２５）を介してエーロゾルが触媒装置（３０）に導入されるようになっている、請求項１から６までのいずれか１項記載の装置。
【請求項８】
混合チャンバ（８）内への調量された空気供給のための手段（２０，２１，２２，２３，２４，６３）が設けられている、請求項７記載の装置。
【請求項９】
調量手段が、触媒装置に通じた排気管に組み付けられており、調量手段の、前記管路とは反対の側の出口側が排気管内に突入している、請求項１から６までのいずれか１項記載の装置。
【請求項１０】
特にディーゼルエンジンの排ガスから窒素酸化物を除去するための触媒装置に還元剤を還元剤の圧力の制御下に調量手段、特に調量弁によって調量して供給して、還元剤、特に尿素もしくは尿素水溶液を調量するための方法において、調量手段の、前記触媒装置寄りの側における圧力変化を検出して、該圧力変化を還元剤の圧力制御時および／または調量手段の制御時に一緒に考慮することを特徴とする、還元剤を調量するための方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
背景技術
本発明は、請求項１もしくは請求項１０の上位概念部に記載の形式の、触媒による排ガス後処理の枠内で還元剤、特に尿素もしくは尿素水溶液を調量するための装置もしくは方法に関する。
【０００２】
排ガス中のＮＯｘ成分の低減を達成するためには、特にディーゼルエンジンのためには、種々の還元触媒が開発されている。これらの還元触媒は通常、「ＳＣＲ触媒（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  Ｃａｔａｌｙｔｉｃ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）」と吸蔵触媒とに分類される。いわゆるＳＣＲ触媒（選択還元触媒）は、排ガスに添加される還元剤、たとえば尿素および／またはアンモニアによって窒素酸化物を還元する。それに対して、いわゆる「吸蔵触媒」は有利には一緒に案内された内燃機関燃料の炭化水素を用いて、「排ガスリッチ段階」において周期的に再生される。
【０００３】
ドイツ連邦共和国特許出願第１９９４７１９８号明細書に基づき、たとえばディーゼルエンジンからの排ガス中の窒素酸化物を除去するために、還元剤として尿素を調量するための装置が公知である。尿素の調量は、尿素用量を解放する弁を介して行われる。尿素用量は、調量弁の電気的な制御と、調量弁の絞り横断面と、調量弁にかけられた圧力差とにより決定される。調量弁の手前にかけられた圧力が測定され、この圧力は所定の許容誤差範囲内で一定に保持される。
【０００４】
発明の利点
請求項１の特徴部に記載の特徴を有する本発明による調量装置もしくは請求項１０の特徴部に記載の特徴を有する本発明による方法は、従来のものに比べて次のような利点を有している。すなわち、調量精度に関して調量管および調量管路の製作誤差の補償が可能となり、調量管流出開口の摩耗時および／または閉塞時においても調量精度が維持されるか、もしくは調量精度に対する排ガス背圧の影響が排除される。さらに、調量管もしくは調量管路の特別な構成とは無関係に、制御装置における弁特性線の新たな受け容れは必要とならないので、本発明が適用されると時間利点も得られる。
【０００５】
請求項２以下に記載の手段により、請求項１もしくは請求項１０に記載の調量装置もしくは方法の有利な改良が可能となる。
【０００６】
特に調量手段もしくは調量弁を介して一定の圧力差が調節されると特に有利である。これにより、調量手段の手前（上流側）の圧力と背後（下流側）の圧力との差が、調量量とは無関係にかつ周辺条件の変化とは無関係に一定のままとなる。択一的には、調量手段もしくは調量弁を介して一定の圧力比が調節され得ると有利である。これにより、調量手段の手前の還元剤圧力と調量手段の背後の還元剤圧力との商が一定のままとなる。これにより、不変の調量精度が保証されるので、過剰調量によるアンモニア漏出も、不足調量による窒素酸化物変換時の損失も確実に回避され得る。
【０００７】
実施例の説明
図１には符号１で尿素タンクが示されている。この尿素タンク１からは、尿素水溶液が、逆止弁２と、フィルタスクリーンとして形成されたフィルタ３とを備えた尿素管路１ａを介して、回転数制御された調量ポンプ４によって吸い出されて、逆止弁６を介して混合チャンバ８の調量弁７にまで圧送される。圧送された尿素水溶液のうち過剰量は圧力制限弁１１と、逆止弁２ａを備えた戻し管路１ｂとを介してポンプの吸込み側に戻される。圧力制限弁は、たとえばドイツ連邦共和国特許第１９８０５０７０号明細書に基づき公知である。ドイツ連邦共和国特許第１９８０５０７０号明細書の図１には、このような弁が符号５で示されていて、同ドイツ連邦共和国特許明細書では「ダイヤフラム弁」と呼ばれている。「ダイヤフラム弁」と呼ばれる理由は、液体を案内する、圧力制御したい第１の室と、ばねを有する第２の室とがダイヤフラムによって分離されているからである。このばねは、液体の過剰圧送量を導出する、第１の室内に配置された流出開口にダイヤフラムを圧着させる。第２の室（ドイツ連邦共和国特許第１９８０５０７０号明細書では符号２０）は、管路を介して同じく圧力で負荷され得るように、つまり給圧され得るようになっているので、この圧力制限弁を介して調節したい圧力を変化させることができる。このことは、ドイツ連邦共和国特許第１９８０５０７０号明細書に記載されているようにハイドロリック的に行うか、あるいはまたニューマチック的に行うこともできる。圧力制限弁１１に対するこのような管路の接続部は、本願明細書中ではニューマチック接続部１３と呼ばれている。このニューマチック接続部１３には、たとえばホースの形の管路１２が接続されている。この管路１２の他方の端部は混合チャンバ８に接続されているので、圧力制限弁１１は、混合チャンバ８内の圧力に関連して尿素管路１ａ内の尿素水溶液の圧力を制御することができる。圧力制限弁１１と調量ポンプ４との間では、尿素管路１ａに圧力減衰器もしくは脈動減衰器５が接続されている。圧縮空気タンク２０からは、圧力制限器２１と、２ポート２位置弁２２と、逆止弁２３とを備えた圧縮空気管路２４を介して混合チャンバ８内に圧縮空気が導入可能となる。混合チャンバ８からはエーロゾル管路２５が導入されており、このエーロゾル管路２５は触媒３０に通じている。この触媒３０は一方の側には排ガス供給部２９を有していて、反対の他方の側には排ガス流出部３１を有している。尿素タンク１は液面センサ６２と温度センサ６１とを備えている。温度センサ６４，６５は触媒３０の入口もしくは出口で排ガスの温度を測定する。さらに、２ポート２位置弁２２と逆止弁２３との間には、圧力センサ６３が設けられている。各センサ６１〜６５にも、調量弁７にも、制御装置４０が電気的に接続されている。制御装置４０はＣＡＮデータ線路４１（ＣＡＮは「Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ」の略語）を介して、自動車に設けられた電圧供給部と別の電子コンポーネント、特にエンジン制御装置に接続されている。
【０００８】
調量弁７は所要の尿素水溶液を混合チャンバ８内に調量する。混合チャンバ８内では、尿素水溶液を圧縮空気によって負荷してエーロゾルおよび壁膜が形成される。このエーロゾルもしくは壁膜はエーロゾル管路２５を介して触媒３０に導入される。制御装置４０はこの場合、上位のエンジン制御装置からＣＡＮデータ線路４１を介して受信される信号と、自体公知である温度センサ６１と液面センサ６２と圧力センサ６３と温度センサ６４，６５とからの信号とを検出する。２ポート２位置弁２２は圧縮空気管路２４内の圧力を制御する。制御装置４０はセンサ情報から、触媒３０を貫流する排ガスに添加されるべき尿素調量量を算出する。このためには、制御装置４０が、ＣＡＮデータ線路４１を介してエンジン制御装置から供給された、エンジン運転状態のデータならびに調量装置と触媒とからのセンサデータを使用する。混合チャンバ８内の圧力は構造的な条件下に、つまりエーロゾル管路２５の選択された寸法、排気路に突入した調量管の選択された寸法もしくはジオメトリ（幾何学的寸法）および調量管に設けられた流出開口の数に関連して、変化し得る。その他に、たとえば触媒３０の背後（下流側）に配置されたパーティクルフィルタに基づいた排ガス背圧も、混合チャンバ８内の圧力に影響を与える。混合チャンバ圧に対するこのような影響因子は、製作条件、適用条件、摩耗条件またはプロセス条件に基づいて生ぜしめられる。ホース管路１２は、これらの影響因子とは無関係に、制御装置により設定された調量量が実際に排気路内に噴射されることを保証する。すなわち、ホース管路１２を介して、高められた混合チャンバ圧が圧力制限弁１１にかけられると、この圧力制限弁１１は尿素管路１ａ内の圧力を、より高い値へ調節し、しかもこの場合、この調節は調量弁７の手前（上流側）の圧力と背後（下流側）の圧力との差が一定のままとなるように行われるか、または調量弁７の手前の圧力と背後の圧力との比が一定のままとなるように行われる。
【０００９】
択一的には、調量装置を圧縮空気アシストなしでも、つまり構成部分２０〜２４および６３の使用なしでも、使用することができる。
【００１０】
図２には、択一的な別の実施例が示されている。この場合、図１の実施例における構成部分と同一の構成部分は図１の実施例の場合と同じ符号で示されている。図１の実施例と比べて、図２の実施例では圧力制限弁１１が、管路を介して混合チャンバ８に接続されたニューマチック接続部を有していない。その代わりに、制御装置４０は線路５１を介して圧力制限弁１１に電気的に接続された調整器５２を有しており、この調整器５２はソフトウェアとして制御装置４０に組み込まれている。さらに、圧力センサ７０が設けられており、この圧力センサ７０は混合チャンバ８内の圧力を検出して、その圧力信号を調整器５２に伝送する。
【００１１】
尿素管路１ａ内の還元剤圧力の調整はこの場合、圧力制限弁１１の電気的な制御により行われる。この場合、混合チャンバ８内の圧力が高められた状態では、尿素管路１ａ内の圧力が相応して高められた後でしか圧力制限弁１１が戻し管路１ｂを介して過剰量の還元剤を尿素タンク１に戻さないので、調量弁７の手前の圧力と背後の圧力との圧力差もしくは比は一定のままとなる。
【００１２】
尿素水溶液の調量量の調整は択一的に、または圧力制限弁１１の電気的な制御と組み合わされた形で、調整器５２にファイルされた、調量弁制御を変化させるための補正特性マップを介して行われる。調量弁７は、排気路において還元剤の需要が生じるやいなや制御装置によって制御される。調量はこの場合、パルス状に行われるので、制御の時間の間に閉鎖された弁状態の時間（閉弁時間）と、開放された弁状態の時間（開弁時間）との比から得られるオンオフ比を規定することができる。このオンオフ比は調整器５２によって、混合チャンバ８内に形成された測定された圧力に関連して変化され得る。前で挙げた何らかの理由から混合チャンバ８内の圧力が増大すると、開弁時間の占める割合が高められるので、高められた背圧にもかかわらず調量弁７は必要とされる調量量を混合チャンバ８内に噴射することができる。このための例示的な制御アルゴリズムが図３に示されている。
【００１３】
図３に示したように、調整器５２は前記オンオフ比に比例したオンオフ比値８０を処理する。この場合、換算ユニット８５により、目下存在するオンオフ比値から（たとえばメモリされた線形関数を介して）、これにより得られる混合チャンバ８内の目標圧力値が決定される。この目標圧力値からは、加算点（Ｓｕｍｍａｔｉｏｎｓｋｎｏｔｅｎ）８７にシンボリックに図示したように、圧力センサ７０から調整器５２へ報知された混合チャンバ圧実際値８６が差し引かれる。この差値は補正値算出ユニット８８に供給され、この補正値算出ユニット８８は差値に関連して、オンオフ比のための補正値を設定する。このために必要となる、メモリされた補正特性線は、縦座標に補正値を、横座標に差値をとった線図の形で形成されており、この特性線は、たとえば原点を通る、負の勾配を有する直線の形を有している。この場合、量的に大きな差値のためには、この直線が、量的に小さな勾配もしくは勾配ゼロを有する曲線区分へ移行する。補正値は分岐点８１とライン８２とによりシンボリックに表されているように、加算点８３において、目下調節されたオンオフ比値８０に加算されるので、調整器５２は線路５１を介して、圧力制限弁１１における補正されたオンオフ比８４を調節することができる。
【００１４】
図４に示した調量装置は、図１に示した装置の変化形である。図４に示した調量装置は空気調量のための手段をも混合チャンバをも有していない。図４の実施例において符号１２０で示されている調量弁は、触媒３０に通じた排気管１１０に直接に組み付けられているので、この調量弁１２０の開口は直接に排気路に突入している。圧力制限弁１１のニューマチック接続部１３はホース管路１００を介して排気管１１０に接続されている。
【００１５】
図１に示した配置形式と同様に、圧力制限弁１１は調量弁１２０の背後に形成された圧力、つまり排気管１１０内の圧力に関連して、尿素管路１ａ内の圧力を調節する。
【００１６】
図４の実施例では、ホース管路１００による接続に対して択一的に、図２に示したような、圧力センサに接続された調整器５２を用いる手段を使用することもできる。この場合、圧力センサは排気管１１０内の圧力を測定する。その場合、調整器５２における案内量は混合チャンバ圧ではなく、排気管１１０内に形成される排ガス背圧である。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】圧縮空気タンク、尿素タンクおよび触媒装置と共に接続された調量装置を示す概略図である。
【００１８】
【図２】択一的な別の実施例による調量装置を有する相応する装置を示す概略図である。
【００１９】
【図３】制御回路図である。
【００２０】
【図４】択一的なさらに別の実施例による調量装置を示す概略図である。
【国際公開パンフレット】
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【手続補正書】
【提出日】平成15年4月16日(2003.4.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
還元剤、特に尿素もしくは尿素水溶液を調量するための装置であって、特にディーゼルエンジンの排ガスから窒素酸化物を除去するための触媒装置に管路を介して還元剤を供給するための手段が設けられており、前記管路の端部に調量手段、特に調量弁が配置されている形式のものにおいて、前記管路内の還元剤の圧力を制御するための手段（１１，１２，１３；１１，５２，７０；１１，１３，１００）が設けられており、該手段（１１，１２，１３；１１，５２，７０；１１，１３，１００）が、調量手段の、前記管路とは反対の側の出口側における圧力変化を検出する圧力検出エレメント（１２；７０；１００）と相互作用するようになっていて、前記圧力変化が前記管路内の還元剤の圧力制御時に一緒に考慮されるようになっていることを特徴とする、還元剤を調量するための装置。
【請求項２】
調量手段（７；１２０）が前記圧力検出エレメント（１２；７０；１００）と相互作用するようになっていて、前記圧力変化が還元剤の調量時に一緒に考慮されるようになっている、請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記管路内の圧力の値と、調量手段の、前記管路とは反対の側の出口側における圧力の値との差または商が一定に保持されるようになっている、請求項１または２記載の装置。
【請求項４】
前記管路内の還元剤の圧力を制御するための手段が圧力制限弁（１１）を有している、請求項１から３までのいずれか１項記載の装置。
【請求項５】
前記圧力制限弁がニューマチック接続部（１３）を有しており、前記圧力検出エレメントが、前記圧力制限弁に接続された別の管路（１２）を有しており、該管路（１２）が前記ニューマチック接続部（１３）に接続されている、請求項４記載の装置。
【請求項６】
前記圧力検出エレメントが圧力センサ（７０）を有している、請求項１から５までのいずれか１項記載の装置。
【請求項７】
前記圧力センサが、調整器、特に制御装置（４０）に組み込まれた調整器（５２）に接続されており、該調整器（５２）が、前記管路内の還元剤の圧力を制御するための手段および／または前記調量手段を前記圧力変化に関連して制御し得るようになっている、請求項６記載の装置。
【請求項８】
調量された還元剤供給が混合チャンバ（８）内へ、エーロゾルを形成するために行われるようになっていて、エーロゾル管路（２５）を介してエーロゾルが触媒装置（３０）に導入されるようになっている、請求項１から７までのいずれか１項記載の装置。
【請求項９】
混合チャンバ（８）内への調量された空気供給のための手段（２０，２１，２２，２３，２４，６３）が設けられている、請求項８記載の装置。
【請求項１０】
調量手段が、触媒装置に通じた排気管に組み付けられており、調量手段の、前記管路とは反対の側の出口側が排気管内に突入している、請求項１から７までのいずれか１項記載の装置。
【請求項１１】
特にディーゼルエンジンの排ガスから窒素酸化物を除去するための触媒装置に還元剤を調量手段、特に調量弁によって調量して供給して、還元剤、特に尿素もしくは尿素水溶液を調量するための方法において、還元剤の圧力を制御し、調量手段の、前記触媒装置寄りの側における圧力変化を検出し、該圧力変化を還元剤の圧力制御時に一緒に考慮することを特徴とする、還元剤を調量するための方法。
【請求項１２】
調量手段の、前記触媒装置寄りの側における圧力変化を調量手段の制御時に一緒に考慮する、請求項１１記載の方法。
【国際調査報告】
2004529286.tif 000020
2004529286.tif 000021
2004529286.tif 000022
2004529286.tif 000023