(57)【要約】例えば内燃機関の、排気ガス後処理システムを制御するための方法および装置が記述される。排気ガス後処理システムは少なくとも１つの触媒を有している。排気ガス後処理システムには還元剤が供給される。排気ガス質量流はセンサの電流消費から出発しておよび／または圧力量から出発して前以て決めることができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ガス後処理システムは少なくとも１つの触媒を有しておりかつ該排気ガス後処理システムには還元剤が供給される、例えば内燃機関の排気ガス後処理システムを制御するための方法において、
排気ガス質量流をセンサの電流消費から出発しておよび／または圧力量から出発して前以て決めることができる
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
触媒の上流の排気ガス中の窒素酸化物質量流を特徴付けている第１の量を、排気ガス質量流と、触媒の上流の排気ガス中の窒素濃度を特徴付けている第２の量とから出発して前以て決めることができる
請求項１記載の方法。
【請求項３】
第２の量をセンサを用いて検出する
請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
少なくとも第１の量から出発して、排気ガス後処理システムに供給すべき還元剤の量を決定する
請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
【請求項５】
排気ガス質量流を、例えば触媒の前の、排気ガスの温度を特徴付けている第１の温度量と、センサの電流消費とから出発して決定する
請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
排気ガス質量流を少なくとも圧力量および／または第１の温度量から出発して決定する
請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
圧力量は触媒の入口および出口間の圧力差を特徴付ける
請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
【請求項８】
排気ガス後処理システムは少なくとも１つの触媒を有しておりかつ該排気ガス後処理システムには還元剤が供給される、例えば内燃機関の排気ガス後処理システムを制御する装置において、
排気ガス質量流をセンサの電流消費から出発しておよび／または圧力量から出発して前以て決めることができる手段が設けられている
ことを特徴とする装置。
【請求項９】
プログラムコード手段を有するコンピュータプログラムにおいて、
該プログラムがコンピュータ上、例えば内燃機関のための制御装置で実行される場合、請求項１から８までのいずれか１項記載の方法のすべてのステップを実施するために使用されることを特徴とするコンピュータプログラム。
【請求項１０】
プログラムコード手段を有するコンピュータプログラム製品であって、
コンピュータによる読み取りが可能なデータ担体に記憶されている形式のものにおいて、
該プログラム製品がコンピュータ上、例えば内燃機関のための制御装置で実行される場合、請求項１から８までのいずれか１項記載の方法を実施するために使用されることを特徴とするコンピュータプログラム製品。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、排気ガス後処理システムを制御するための方法および装置に関する。
【０００２】
排気ガス後処理システムを制御するための方法および装置がＤＥ１９９０３４３９から公知である。そこでは、排気ガス後処理システムは少なくとも１つの触媒を有しており、触媒で窒素酸化物が還元剤を用いて還元される、排気ガス後処理システムを制御するための方法および装置が示されている。このために排気ガス後処理システムおよび／または排気ガス後処理システムの前の排気ガスに還元剤が供給される。その際還元剤の量は窒素酸化物の質量流から出発して決定される。窒素酸化物質量流の方は回転数および／または噴射される燃料量から出発して計算される。
【０００３】
発明の利点
排気ガス質量流をセンサの電流消費から出発しておよび／または圧力量から出発して前以て決めることができるようにすることで、排気ガス後処理システムの著しく正確な制御が可能であり、このために著しく低減された排気ガス放出しか生じないことになる。
【０００４】
排気ガス質量流と、触媒の前の排気ガス中の窒素濃度を特徴付けている第２の量とから出発して前以て決めることができるようにすれば、触媒の前の排気ガス中の窒素酸化物質量流を特別正確かつ簡単に予め特定することができる。このことは、窒素酸化物質量流が排気ガス質量流と排気ガス中の窒素濃度とから出発して計算されることを意味してる。
【０００５】
有利にはこの第２の量はセンサを用いて検出される。これにより、センサのコストを著しく低減することができる。すなわちセンサは排気ガス中の窒素濃度を検出するためにも排気ガス質量流を検出するためにも用いられる。排気ガス中の窒素濃度を検出するためのセンサは付加的に排気ガス質量流を求めるために使用される。その際このセンサは、通例はホットフィルム空気質量計または熱線空気質量計とも称される公知の空気質量計と類似の手法で動作する。
【０００６】
少なくとも第１の量から出発して、排気ガス後処理システムに供給すべき還元剤の量が決定されるのであれば、還元剤の量の簡単かつコスト面で有利な算出が可能である。排気ガス質量流および排気ガス中の窒素酸化物濃度から出発して計算される窒素酸化物質量流は使用されるべき還元剤の量を突き止めるために特別申し分なく適している。というのは、この手法は公知の方法より著しく正確な値を送出するからである。
【０００７】
第１の実施形態では、排気ガス質量流は、殊に触媒の前の、排気ガスの温度を特徴付けている第１の温度量と、センサの電流消費とから出発して決定される。
【０００８】
第２の実施形態では、排気ガス質量流は少なくとも圧力量および／または第１の温度量から出発して決定される。
【０００９】
更に、特に有意なのは、本発明がプログラムコード手段を備えたコンピュータプログラムおよびプログラムコード手段を備えたコンピュータプログラム製品の形態で実現されることである。本発明のコンピュータプログラムは、コンピュータ上、例えば自動車の内燃機関の制御装置で実行される場合に本発明の方法のすべてのステップを行うプログラムコード手段を有している。ここでは、本発明は制御装置に記憶されたプログラムにより実現されるので、プログラムを備えた制御装置を当該のプログラムとして実行するのに適した本発明の方法と等価に見なすことができる。また本発明のコンピュータプログラム製品では、コンピュータ上、例えば内燃機関の制御装置で実行される際に本発明の方法を行うプログラムコード手段がコンピュータで読み取り可能なデータ担体上に記憶されている。この場合本発明は、プログラム製品ないしはデータ担体がとりわけ自動車の内燃機関のための制御装置内へ組み込まれた場合に本発明の方法を実施できるように、データ担体により実現される。データ担体またはコンピュータプログラム製品として例えば電子記憶媒体、例えば読み出し専用メモリＲＯＭやＥＰＲＯＭを使用することができ、またＣＤ−ＲＯＭまたはＤＶＤなどの他の持続的な電子メモリを使用することもできる。
【００１０】
別の特別有利な形態は従属請求項に記載されている。
【００１１】
図面
次に本発明を図面に図示の実施例に基づいて説明する。その際、図１は排気ガス後処理システムの概観を示すブロック線図であり、図２は排気ガス後処理システムに供給される還元剤の量を求めるための装置および方法のブロック線図でありかつ図３は排気ガス後処理システムにおける窒素酸化物質量流を求めるための方法および装置のブロック線図である。
【００１２】
図１には、内燃機関の排気ガス後処理システムの基本的な構成要素が示されている。内燃機関は１００によって示されている。この内燃機関１００へフレッシュエア管路１０５を介してフレッシュエアが供給される。内燃機関１００の排気ガスは、排気ガス管路１１０を介して周囲へ達する。排気ガス管路には排気ガス後処理システム１１５が配置されている。これは図示の実施例では触媒とすることができる。更に、異なる有害物質に対する複数の触媒、または少なくとも１つの触媒と１つのパティキュレートフィルタとの組み合わせを設けることもできる。
【００１３】
有利な実施形態では排気ガス後処理システム１１５は１つの触媒もしくは有利には３つの反応が行われる３つの触媒から成っている。第１の加水分解触媒１１５ａでは、調整操作部材１８２によって供給された尿素水溶液がアンモニアＮＨ３に変換される。後続のいわゆるＳＣＲ触媒１１５ｂでは本来の反応が行われる。すなわち、窒素酸化物およびアンモニアが反応して窒素および水に変化する反応が行われる。次の酸化触媒１１５ｃでは、未使用のアンモニアが酸化される。
【００１４】
別の還元剤が使用される択一的な実施形態では、別の触媒を使用することもできる。
【００１５】
更に制御ユニット１７０が設けられており、この制御ユニット１７０は少なくとも１つの機関制御ユニット１７５および排気ガス後処理制御ユニット１７２を有する。機関制御ユニット１７５は、燃料調量システム１８０にドライブ信号を印加する。更に排気ガス後処理制御ユニットは排気ガス後処理システムの上流の排気ガス管路または排気ガス後処理システム内部に配置されている調整操作部材１８２にドライブ信号を印加する。更に排気ガス後処理制御ユニット１７２および機関制御ユニット１７５は情報ないしデータを交換する。
【００１６】
また、排気ガス後処理制御ユニットおよび機関制御ユニットへ信号を供給する種々のセンサを設けることもできる。少なくとも、内燃機関に供給される空気の状態を特徴付ける信号を送出する第１のセンサ１９４が設けられているようにすることができる。第２のセンサ１７７は、燃料調量システム１８０の状態を表す信号を供給する。
【００１７】
センサ１９１は、第２の量とも称される窒素酸化物を検出する。第４のセンサ１９２は有利には、排気ガス後処理システムの上流側の温度とも称される温度量ＴＶを検出する。第５のセンサ１９３は有利には、排気ガス後処理システムの下流側の温度とも称される温度量ＴＮを検出する。別の形態において、排気ガス後処理システムの入口と出口との間の圧力差を特徴付けている圧力量を検出するいわゆる差圧センサが設けられているようにすることができる。
【００１８】
第１のセンサ１９４と第３のセンサ１９１と第４のセンサ１９２と第５のセンサ１９３との出力信号によって、有利には排気ガス後処理制御ユニット１７２は制御される。第２センサ１７７の出力信号は、有利には機関制御ユニット１７５に印加される。また、ここには図示されていない別のセンサが設けられているようにしてもよい。これらのセンサは、運転者意思に関する信号または他の周辺状態または機関作動状態を表している。センサの結合は例示されているにすぎない。センサが制御ユニットのそれぞれと接続されているようにしれも翌、その場合相応のデータは制御ユニット間で交換される。
【００１９】
特に有利には、機関制御ユニットおよび排気ガス後処理制御ユニットは構成上１つのユニットを形成する。しかしこれらを、空間的に相互に別個の２つの制御ユニットとして構成することもできる。
【００２０】
以下に本発明による方法を、還元触媒を例として説明する。この還元触媒は、とりわけ直接噴射型内燃機関において使用される。しかし、本発明はこのような適用に限定されることはなく、排気ガス後処理システムを備えた他の内燃機関においても使用することができる。とりわけ本発明は、触媒とパティキュレートフィルタが組み合わされている排気ガス後処理システムにおいて使用することができる。
【００２１】
存在しているセンサ信号に基づいて、機関制御部１７５は燃料調量システム１８０に印加するためのドライブ信号を計算する。それから燃料調量システム１８０は内燃機関１００の相応の燃料量を調量する。燃焼時に排気ガス中に窒素酸化物が発生することがある。この窒素酸化物は、排気ガス後処理システム１１５内の還元触媒１１５ｂによって窒素および水に変換される。更に、排気ガス後処理システムの下流の排気ガスに還元剤を添加しなければならない。
【００２２】
図示された実施例では、この還元剤は調整操作部材１８２によって排気ガスに添加される。還元剤として有利にはアンモニアが使用され、これは加水分解触媒１１５ａ内で尿素溶液から形成される。
【００２３】
別の還元剤を、アンモニアに対するベースとしておよび／またはアンモニアに対する代用として使用することもできる。このような場合には加水分解触媒は必要でない。
【００２４】
更に還元剤は、通例は内燃機関に対して燃料を調量する調整操作部材１８０を用いて適当な組成によって排気ガス中に供給することができる。このことは有利には、本来の噴射の後所定の間隔をおいて行われるポスト噴射によって行われる。
【００２５】
調整素子１８２は有利には、排気ガス管路１１０に配置されている。しかしこれは、排気ガス後処理システム１１５に、とりわけ加水分解触媒１１５ａに取り付けることもできる。
【００２６】
以下に説明する実施例では、調整操作部材１８２によって尿素水溶液が排気ガス後処理システムへ供給される。以下では、尿素水溶液を還元剤と称する。
【００２７】
図２には、供給される還元剤ＭＨの量の算出が詳細に示されている。図１で既に説明した要素には対応する参照番号が付されている。供給される還元剤の量に対する基本値ＭＨＯがファイルされている特性マップ２００は、例えばＮＯｘ質量流予設定部３０によって用意されるＮＯｘ質量流ＭＮＯｘおよび温度差ＤＴのような種々の信号が加えられる。温度差ＤＴは排気ガス後処理システムの上流および下流の温度差を特徴付けかつ排気ガス後処理システムの平均温度に１次近似している。このために、排気ガス後処理システムの後ろの温度ＴＮを検出するセンサ１９３の出力信号が結合点２５２に供給される。結合点２５２の第２入力側に、排気ガス後処理システムの前の温度に相応する温度ＴＶが加わる。
【００２８】
特性マップ２００ＭＨＯの出力信号は第１の結合点２３０を介して第２の結合点２４０に達しかつそこから第３の結合点２５０に達する。結合点２５０の出力信号は調整操作部材１８２に対するドライブ信号ＭＨとして用いられる。択一選択的に、この信号から出発して、調整操作部材１８２に対するドライブ信号が計算されるかまたは特性マップから読み出されるように設定することもできる。この信号ＭＨは排気ガス後処理システムに供給される還元剤の量を特徴付けている。
【００２９】
結合点２３０には付加的に、第１の補正２３５の出力信号が加わる。この補正は、センサ１７７を用いて検出される冷却水温度ＴＷの影響を考慮する。
【００３０】
第２の結合点２４０には作動時間補正部２４５が加わる。この補正部には、調整操作部材１８２ないし排気ガス後処理システムの作動時間に関する信号が供給される。この信号は有利には制御ユニット１７２ないし１７５に存在している。
【００３１】
結合点２５０には安全性間隔補正部２６０の出力信号が加わる。
【００３２】
単数ないし複数の特性マップ２００において、必要な量の還元剤ないし調整操作部材１８２に対するドライブ信号は窒素酸化物質量流ＭＮＯｘと、排気ガス後処理システムの前の温度ＴＶおよび後の温度ＴＮの温度差ＤＴとに依存してファイルされている。
【００３３】
このファイルされている基本値ＭＨＯは引き続いて、種々異なっている結合点において冷却水温度、調整操作部材１８２の作動時間および間隔補正２６０に依存して補正される。特性マップ２００における還元剤量の算出は触媒の周知の効率に基づいた特性マップにおいて行われる。
【００３４】
図３には、窒素酸化物質量流算出部３００が詳細に示されている。第２の量とも称されかつ排気ガス中の窒素酸化物濃度を特徴付けている出力信号ＮＯが窒素酸化物質量流算出部３００に達する。更に、窒素酸化物質量算出部は信号ＭＡを処理する。この信号は排気ガス質量流を特徴付けている。これは排気ガス質量流算出部３１０によって用意される。排気ガス質量流算出部３１０には一方において結合点３２０の出力信号および電流信号Ｉが供給される。電流信号Ｉに代わって、電流信号を特徴付けている信号を使用することもできる。
【００３５】
結合点３２０の第１の入力側にセンサ１９２の出力信号が加わる。センサは排気ガス後処理システムの前の排気ガス温度ＴＶを検出する。結合点３２０の第２の入力側に温度調整部の実際値ＴＳが加わる。この結合点はこれら２つの信号の差を求める。窒素酸化物センサ１９１の温度を検出するためのセンサ３３０によって用意される信号ＴＳは更に調整器３４０に達する。調整器の第２の入力側には信号ＴＳＳが加わる。窒素酸化物センサ１９１の温度の目標値に相応する信号ＴＳＳは目標値予設定部３５０によって用意される。調整器３４０は調整操作部材３６０を制御する。調整操作部材はセンサ１９１を流れる電流に影響を及ぼす。
【００３６】
通例、窒素酸化物センサ１９１は内燃機関の窒素酸化物放出を検出する。通例このセンサは一定の温度に加熱される。このために調整部が設けられている。この調整部は図３には３４０で示されている。この調整器には目標値ＴＳＳおよび実際値ＴＳが供給される。これら２つの値の比較から出発して、調整器３４０はドライブ信号、殊に電流値を計算して、相応の調整操作部材３６０がドライブされるようにする。その場合調整器の出力信号から出発して、センサを流れる相応の電流Ｉが調整設定される。その結果として、センサＴＳの温度が温度に対する目標値ＴＳＳＳと一致するようになる。
【００３７】
排気ガス質量流と、センサおよび排気ガス間の温度差とに依存して、センサから排気ガスへの熱移行が行われる。この熱移行によって、センサは冷却されることになるが、このことは温度調整によって妨げられる。熱移行に依存してセンサは多かれ少なかれ著しく加熱される。従ってセンサを流れる電流Ｉは熱移行に対する尺度である。本発明によれば、排気ガス質量流計算部３１０は、結合点３２０によって求められる、排気ガスの温度ＴＶおよびセンサの温度ＴＳ間の温度差と、センサを所定の温度に加熱するために必要である電流Ｉとから出発して排気ガス質量流ＭＡを突き止める。
【００３８】
排気ガス質量流はセンサ１９１を冷却する。センサの温度調整は電流Ｉが高められるようにしてこの冷却が抑圧されるようにする。その際排気ガス流がセンサから取り出す熱量は、センサに付加的に供給されなければならないエネルギーに等しい。このことから排気ガス質量流ＭＡに対して、これを計算することができる次式が生じる：
【００３９】
【数１】
2004517248.tif 000003
【００４０】
量Ｋ１は実質的に、排気ガスシステムのジオメトリーによって定められている定数である。
【００４１】
このことは、排気ガス質量流を特徴付けている排気ガス量がセンサの電流消費から出発して前以て決めることができることを意味している。
【００４２】
窒素酸化物質量流ＭＮＯＸの計算は窒素酸化物質量流計算部３００において排気ガス質量流ＭＡと、センサ１９１によって検出された、排気ガス中の窒素酸化物の濃度ＮＯＸとから出発して行われる。その際次式が成り立つ：
ＭＮＯＸ＝ＭＡ＊ＮＯＸ＊Ｋ２
量Ｋ２は実質的に定数である。
【００４３】
択一的に、排気ガス質量流ＭＡが排気ガス後処理システムの入口と出口の間の圧力差ＤＰから出発して決定されるようにすることもできる。その際排気ガス質量流は次式：
【００４４】
【数２】
2004517248.tif 000004
【００４５】
に基づいて計算される。
【００４６】
量Ｋ３は実質的に定数である。値Ｐ１は排気ガス後処理システムの前の圧力である。値Ｋ４は、システムのジオメトリーによって定められている定数である。
【００４７】
Ｋ３は排気ガスの温度に対する依存性を有している。排気ガス後処理システムの前の排気ガス温度を考慮することによって、計算の精度を高めることができる。
【００４８】
排気ガス後処理システムの上流の排気ガス温度ＴＶに代わって、排気ガス温度ＴＶに依存している別の温度値を使用することもできる。更に、別の測定量から出発して、排気ガス後処理システムの前の排気ガス温度ＴＶを計算することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
排気ガス後処理システムの概観を示すブロック線図である。
【図２】
排気ガス後処理システムに供給される還元剤の量を求めるための装置および方法のブロック線図である。
【図３】
排気ガス後処理システムにおける窒素酸化物質量流を求めるための方法および装置のブロック線図である。
【国際公開パンフレット】
2004517248.tif 000005
2004517248.tif 000006
2004517248.tif 000007
2004517248.tif 000008
2004517248.tif 000009
2004517248.tif 000010
2004517248.tif 000011
2004517248.tif 000012
2004517248.tif 000013
2004517248.tif 000014
2004517248.tif 000015
2004517248.tif 000016
2004517248.tif 000017
2004517248.tif 000018
2004517248.tif 000019
2004517248.tif 000020
2004517248.tif 000021
2004517248.tif 000022
2004517248.tif 000023
2004517248.tif 000024
2004517248.tif 000025
2004517248.tif 000026
【国際調査報告】
2004517248.tif 000027
2004517248.tif 000028
2004517248.tif 000029
2004517248.tif 000030
2004517248.tif 000031
2004517248.tif 000032