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技術 内燃エンジンの排ガス再処理システム、及びその運転方法

出願人 マン・エナジー・ソリューションズ・エスイー
発明者 ペーター・ラウアーアンドレアス・デーリング
出願日 2014年9月9日 (5年7ヶ月経過) 出願番号 2014-183026
公開日 2015年3月23日 (5年1ヶ月経過) 公開番号 2015-055251
状態 特許登録済
技術分野 排気の後処理 排気の固体成分の処理
主要キーワード 質量処理量 排ガスフロー 粒子セパレータ 能動的フィルタ 再処理システム 炭素含有粒子 例示的実施 排ガス質量流量
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図面 (3)

課題

内燃エンジン排ガス再処理システム、及びそれの運転方法を提供する。

解決手段

粒子フィルタ(12)と、排ガスの流れ方向から見て粒子フィルタ(12)の下流に配置された、粒子フィルタ(12)の下流における排ガス中の酸素含量及び/又はNOx含量を測定するための第1センサ(15)と、を有する、内燃エンジンの排ガス再処理システム(10)。粒子フィルタ(12)における煤燃焼の際、つまり、粒子フィルタ(12)の受動的再生における制御されていない煤燃焼又は粒子フィルタ(12)の能動的再生における制御された煤燃焼の際に、煤燃焼前の粒子フィルタ(12)のでの充填、及び/又は煤燃焼の結果としての粒子フィルタ(12)の温度上昇、及び/又は煤燃焼の速度が、第1センサ(15)によって測定された粒子フィルタ(12)の下流における排ガス中の酸素含量及び/又はNOx含量に少なくとも基づいて決定される。

概要

背景

慣例から、粒子フィルタと、排ガスの流れ方向から見て粒子フィルタの上流に配置される少なくとも1つの排ガス再処理アセンブリと、適切な場合には排ガスの流れ方向から見て粒子フィルタの下流に配置される排ガス再処理アセンブリと、を含む内燃エンジンの排ガス再処理システムが知られている。排ガスの流れ方向から見て粒子フィルタの上流に配置される排ガス再処理アセンブリは、具体的には酸化触媒コンバータである。粒子フィルタの下流に配置される排ガス再処理アセンブリは、SCR触媒コンバータ及び/又はサイレンサ及び/又は熱交換器及び/又は脱硫アセンブリであり得る。粒子フィルタとの用語は、それを通って排ガスが流れる従来の粒子フィルタを意味し、また、排ガスフロー分離構造に沿って導かれる場合には粒子セパレータをも意味する。

具体的に、排ガスの流れ方向から見て酸化触媒コンバータが粒子フィルタの上流に配置される場合、排ガス中の一酸化窒素(NO)は、以下の式に従って、排ガスフローに含まれる残留酸素(O2)を用いて、酸化触媒コンバータにおいて二酸化窒素(NO2)に酸化される:
2NO+O2→2NO2

一酸化窒素の二酸化窒素へのこの酸化の間、高温での酸化反応平衡は一酸化窒素側にある。この結果、達成可能な二酸化窒素成分は、高温において非常に制限される。

粒子フィルタにおいて、酸化触媒コンバータにおいて抽出された二酸化窒素は、粒子フィルタで収集された炭素含有粒子、いわゆるとともに、一酸化炭素(CO)、二酸化炭素(CO2)、窒素(N2)及び一酸化窒素(NO)に変換される。ここで、粒子フィルタの受動的再生(passive regeneration)の意味で、粒子フィルタに堆積された炭素質物質微粒子又は煤の連続除去が行われるが、この変換は以下の式に従って行われる:
2NO2+C→2NO+CO2
NO2+C→NO+CO
2C+2NO2→N2+2CO2

具体的に、このような粒子フィルタの受動的再生において、粒子フィルタに堆積された炭素質物質微粒子又は煤の変換を完全に行うことができない場合、粒子フィルタにおける炭素成分又は煤成分は増加し、粒子フィルタはそして、排ガス再処理システムの上流に位置する内燃エンジンにおける排ガス背圧が最終的に上昇する結果、目詰まりする傾向を有する。

内燃エンジンにおける排ガス背圧の上昇は、内燃エンジンのパワーを低下させ、燃料消費の増加を引き起こす。

粒子フィルタにおける炭素質物質微粒子又は煤の量の増加、故にその目詰まりを回避するため、粒子フィルタに触媒コーティングを提供することが慣例から既に知られている。ここでは、白金含有コーティング優先的に採用される。このような触媒コーティングを有する粒子フィルタの使用はしかしながら、低い排ガス温度において、炭素質物質微粒子、つまり煤での粒子フィルタの充填(charging)を十分に防ぐことができない。

粒子フィルタの煤充填が、フィルタ材料に応じて3〜10gの煤/フィルタ基板(l)の間である一定の制限を超えると、制御されていない煤の発火が生じ得る。この場合、煤は突然燃え、それは炭素酸化発熱により、1000℃を超える温度上昇をもたらし、フィルタ材料の熱ダメージをもたらす。

さらに、粒子フィルタの能動的再生(active regeneration)を採用することが、煤での粒子フィルタの充填を低減するために慣例から知られている。このような粒子フィルタの能動的再生の場合、炭化水素発熱反応又は酸化を用いて粒子フィルタに蓄積されてきた炭素質物質微粒子又は煤粒子を焼き払うために、例えば排ガスフローへの燃料の添加によって、排ガス温度は定期的に、能動的に500℃から650℃まで上昇する。この場合、粒子フィルタにおける酸素を用いた炭素燃焼は、以下の式に従って生じる:
C+O2→CO2

非常に上昇した温度では、一酸化窒素の変換もまた観察され得る。
2C+2NO→N2+2CO

煤粒子の燃焼による粒子フィルタの能動的再生の場合も同様に、粒子フィルタに煤が充填するリスクが存在するが、それは、粒子フィルタにおける発熱の炭素酸化により、1000℃を超える激しい温度上昇に発展するほど高い。このような激しい温度上昇の場合、粒子フィルタ及び/又は下流に接続された排ガス再処理アセンブリのダメージが生じ得る。既に説明したように、粒子の受動的再生の場合もまた問題になる。ここでまた、粒子フィルタにおける1000℃を超える温度上昇は、激しい発熱反応の結果生じることがあり、その結果、粒子フィルタ及び/又はその下流に接続された排ガス再処理アセンブリが順にダメージハザードに曝される。

今まで、特に粒子フィルタの受動的再生で粒子フィルタにおいて物質微粒子又は煤粒子の制御されていない燃焼が生じる場合、これを時間内に検出することは不可能であった。さらに、今まで、特に物質微粒子又は煤粒子が能動的再生の観点で、制御されているか又は制御されていない方法で燃焼する場合、煤燃焼前の煤での粒子フィルタの充填、及び/又は煤燃焼の結果としての粒子フィルタの温度上昇、及び/又は煤燃焼の速度の度合を安全かつ確実に決定することは不可能であった。

概要

内燃エンジンの排ガス再処理システム、及びそれの運転方法を提供する。粒子フィルタ(12)と、排ガスの流れ方向から見て粒子フィルタ(12)の下流に配置された、粒子フィルタ(12)の下流における排ガス中の酸素含量及び/又はNOx含量を測定するための第1センサ(15)と、を有する、内燃エンジンの排ガス再処理システム(10)。粒子フィルタ(12)における煤燃焼の際、つまり、粒子フィルタ(12)の受動的再生における制御されていない煤燃焼又は粒子フィルタ(12)の能動的再生における制御された煤燃焼の際に、煤燃焼前の粒子フィルタ(12)の煤での充填、及び/又は煤燃焼の結果としての粒子フィルタ(12)の温度上昇、及び/又は煤燃焼の速度が、第1センサ(15)によって測定された粒子フィルタ(12)の下流における排ガス中の酸素含量及び/又はNOx含量に少なくとも基づいて決定される。

目的

粒子フィルタにおける炭素質物質微粒子又は煤の量の増加、故にその目詰まりを回避するため、粒子フィルタに触媒コーティングを提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

粒子フィルタ(12)を有する、内燃エンジン排ガス再処理システムであって、前記排ガスの流れ方向から見て前記粒子フィルタ(12)の下流に配置された、前記粒子フィルタ(12)の下流における前記排ガス中の酸素含量及び/又はNOx含量を測定するためのセンサ(15)を特徴とする、排ガス再処理システム。

請求項2

前記粒子フィルタ(12)の上流及び/又は下流に、さらに排ガス再処理システム(13、14)が提供されることを特徴とする、請求項1に記載の排ガス再処理システム。

請求項3

前記排ガス中の酸素含量を測定するための前記センサ(15)は、前記排ガスの流れ方向において前記粒子フィルタ(12)の直ぐ下流、つまり、前記粒子フィルタ(12)の下流に接続されたそれぞれのさらなる排ガス再処理アセンブリ(14)の上流に配置されることを特徴とする、請求項1又は2に記載の排ガス再処理システム。

請求項4

前記排ガス中の酸素含量及び/又はNOx含量を測定するためのさらなるセンサ(16)であって、前記排ガスの流れ方向において前記粒子フィルタ(12)の直ぐ上流、つまり、前記粒子フィルタ(12)の上流に接続されたそれぞれのさらなる排ガス再処理アセンブリ(13)の下流に配置されるセンサ(16)を特徴とする、請求項1から3の何れか1項に記載の排ガス再処理システム。

請求項5

第1センサ(15)及び適切な場合に存在する第2センサ(16)は、ラムダセンサ及び/又はNOxセンサであることを特徴とする、請求項1から4の何れか1項に記載の排ガス再処理システム。

請求項6

第1センサ(15)及び適切な場合に存在する第2センサ(16)によって測定された酸素含量及び/又はNOx含量を処理する制御デバイス(17)を特徴とする、請求項1から5の何れか1項に記載の排ガス再処理システム。

請求項7

前記制御デバイス(17)は、請求項8から12の何れか1項に記載の方法を実施することを特徴とする、請求項6に記載の排ガス再処理システム。

請求項8

前記粒子フィルタにおける煤燃焼の際、つまり、前記粒子フィルタの受動的再生における制御されていない煤燃焼又は前記粒子フィルタの能動的再生における制御された煤燃焼の際に、第1センサによって測定された前記粒子フィルタの下流における前記排ガス中の酸素含量及び/又はNOx含量に少なくとも基づいて、煤燃焼前の前記粒子フィルタのでの充填、及び/又は煤燃焼の結果としての前記粒子フィルタの温度上昇、及び/又は煤燃焼の速度が決定される、請求項1から7の何れか1項に記載の排ガス再処理システムの運転方法

請求項9

前記排ガス再処理システムのダイナミック運転の間、第2センサを用いて計算又は測定された前記粒子フィルタの上流における前記排ガス中の酸素含量及び/又はNOx含量が、煤燃焼前の前記粒子フィルタの煤での充填、及び/又は煤燃焼の結果としての前記粒子フィルタの温度上昇、及び/又は煤燃焼の速度を決定するために追加的に使用されることを特徴とする、請求項8に記載の方法。

請求項10

具体的に、煤燃焼の結果としての前記粒子フィルタの温度上昇が大きすぎると決定される場合、前記温度上昇を低下させるための手段が、前記排ガス再処理システムの上流に接続された内燃エンジンの運転に影響を与えることによって行われることを特徴とする、請求項8又は9に記載の方法。

請求項11

具体的に、煤燃焼の結果としての前記粒子フィルタの温度上昇が大きすぎる、及び/又は煤燃焼前の前記粒子フィルタの煤での充填が大きすぎると決定される場合、前記粒子フィルタに対する少なくとも1つの診断メッセージ及び/又は前記排ガス再処理システムの上流に接続された内燃エンジンに対する少なくとも1つの診断メッセージが生じ、記憶され、かつ適切な場合に表示されることを特徴とする、請求項8から10の何れか1項に記載の方法。

請求項12

決定された煤燃焼前の前記粒子フィルタの煤での充填、及び/又は煤燃焼の結果としての前記粒子フィルタの温度上昇、及び/又は煤燃焼の速度が、前記粒子フィルタの充填モデル対応量と比較され、具体的に少なくとも1つの決定された値が前記粒子フィルタの充填モデルの対応量から外れる場合、前記粒子フィルタの充填モデルを適合させるための補正値が決定されることを特徴とする、請求項8から11の何れか1項に記載の方法。

技術分野

0001

本発明は、請求項1のプリアンブルに記載の内燃エンジン排ガス再処理システムに関する。本発明はさらに、このような排ガス再処理システムの運転方法に関する。

背景技術

0002

慣例から、粒子フィルタと、排ガスの流れ方向から見て粒子フィルタの上流に配置される少なくとも1つの排ガス再処理アセンブリと、適切な場合には排ガスの流れ方向から見て粒子フィルタの下流に配置される排ガス再処理アセンブリと、を含む内燃エンジンの排ガス再処理システムが知られている。排ガスの流れ方向から見て粒子フィルタの上流に配置される排ガス再処理アセンブリは、具体的には酸化触媒コンバータである。粒子フィルタの下流に配置される排ガス再処理アセンブリは、SCR触媒コンバータ及び/又はサイレンサ及び/又は熱交換器及び/又は脱硫アセンブリであり得る。粒子フィルタとの用語は、それを通って排ガスが流れる従来の粒子フィルタを意味し、また、排ガスフロー分離構造に沿って導かれる場合には粒子セパレータをも意味する。

0003

具体的に、排ガスの流れ方向から見て酸化触媒コンバータが粒子フィルタの上流に配置される場合、排ガス中の一酸化窒素(NO)は、以下の式に従って、排ガスフローに含まれる残留酸素(O2)を用いて、酸化触媒コンバータにおいて二酸化窒素(NO2)に酸化される:
2NO+O2→2NO2

0004

一酸化窒素の二酸化窒素へのこの酸化の間、高温での酸化反応平衡は一酸化窒素側にある。この結果、達成可能な二酸化窒素成分は、高温において非常に制限される。

0005

粒子フィルタにおいて、酸化触媒コンバータにおいて抽出された二酸化窒素は、粒子フィルタで収集された炭素含有粒子、いわゆるとともに、一酸化炭素(CO)、二酸化炭素(CO2)、窒素(N2)及び一酸化窒素(NO)に変換される。ここで、粒子フィルタの受動的再生(passive regeneration)の意味で、粒子フィルタに堆積された炭素質物質微粒子又は煤の連続除去が行われるが、この変換は以下の式に従って行われる:
2NO2+C→2NO+CO2
NO2+C→NO+CO
2C+2NO2→N2+2CO2

0006

具体的に、このような粒子フィルタの受動的再生において、粒子フィルタに堆積された炭素質物質微粒子又は煤の変換を完全に行うことができない場合、粒子フィルタにおける炭素成分又は煤成分は増加し、粒子フィルタはそして、排ガス再処理システムの上流に位置する内燃エンジンにおける排ガス背圧が最終的に上昇する結果、目詰まりする傾向を有する。

0007

内燃エンジンにおける排ガス背圧の上昇は、内燃エンジンのパワーを低下させ、燃料消費の増加を引き起こす。

0008

粒子フィルタにおける炭素質物質微粒子又は煤の量の増加、故にその目詰まりを回避するため、粒子フィルタに触媒コーティングを提供することが慣例から既に知られている。ここでは、白金含有コーティング優先的に採用される。このような触媒コーティングを有する粒子フィルタの使用はしかしながら、低い排ガス温度において、炭素質物質微粒子、つまり煤での粒子フィルタの充填(charging)を十分に防ぐことができない。

0009

粒子フィルタの煤充填が、フィルタ材料に応じて3〜10gの煤/フィルタ基板(l)の間である一定の制限を超えると、制御されていない煤の発火が生じ得る。この場合、煤は突然燃え、それは炭素酸化発熱により、1000℃を超える温度上昇をもたらし、フィルタ材料の熱ダメージをもたらす。

0010

さらに、粒子フィルタの能動的再生(active regeneration)を採用することが、煤での粒子フィルタの充填を低減するために慣例から知られている。このような粒子フィルタの能動的再生の場合、炭化水素発熱反応又は酸化を用いて粒子フィルタに蓄積されてきた炭素質物質微粒子又は煤粒子を焼き払うために、例えば排ガスフローへの燃料の添加によって、排ガス温度は定期的に、能動的に500℃から650℃まで上昇する。この場合、粒子フィルタにおける酸素を用いた炭素燃焼は、以下の式に従って生じる:
C+O2→CO2

0011

非常に上昇した温度では、一酸化窒素の変換もまた観察され得る。
2C+2NO→N2+2CO

0012

煤粒子の燃焼による粒子フィルタの能動的再生の場合も同様に、粒子フィルタに煤が充填するリスクが存在するが、それは、粒子フィルタにおける発熱の炭素酸化により、1000℃を超える激しい温度上昇に発展するほど高い。このような激しい温度上昇の場合、粒子フィルタ及び/又は下流に接続された排ガス再処理アセンブリのダメージが生じ得る。既に説明したように、粒子の受動的再生の場合もまた問題になる。ここでまた、粒子フィルタにおける1000℃を超える温度上昇は、激しい発熱反応の結果生じることがあり、その結果、粒子フィルタ及び/又はその下流に接続された排ガス再処理アセンブリが順にダメージハザードに曝される。

0013

今まで、特に粒子フィルタの受動的再生で粒子フィルタにおいて物質微粒子又は煤粒子の制御されていない燃焼が生じる場合、これを時間内に検出することは不可能であった。さらに、今まで、特に物質微粒子又は煤粒子が能動的再生の観点で、制御されているか又は制御されていない方法で燃焼する場合、煤燃焼前の煤での粒子フィルタの充填、及び/又は煤燃焼の結果としての粒子フィルタの温度上昇、及び/又は煤燃焼の速度の度合を安全かつ確実に決定することは不可能であった。

発明が解決しようとする課題

0014

ここから始めて、本発明は、新たなタイプの内燃エンジンの排ガス再処理システム及びこのような排ガス再処理システムの運転方法を作り出す目的に基づく。

0015

本目的は、請求項1に記載の排ガス再処理システムによって解決される。本発明によると、粒子フィルタの下流における排ガス中の酸素含量及び/又はNOx含量を測定するための第1センサが、排ガスの流れ方向から見て粒子フィルタの下流に配置される。

課題を解決するための手段

0016

本発明では、初めて、排ガス中の酸素含量及び/又はNOx含量の測定に役立つセンサを粒子フィルタの下流に配置することが提案される。このようなセンサを用いて、粒子フィルタの能動的再生及び受動的再生において、短時間内に生じている煤燃焼を確実に推定することができる。さらに、このセンサによって提供される測定信号に基づき、つまり、第1センサによって決定される粒子フィルタの下流における排ガス中の酸素含量又はNOx含量に基づき、煤燃焼前の煤での粒子フィルタの充填状態、及び/又は煤燃焼の結果としての粒子フィルタの温度上昇、及び/又は煤燃焼の速度が、容易かつ確実に決定され得る。

0017

優先的に、排ガス中の酸素含量又はNOx含量を測定するための第1センサは、排ガスの流れ方向において粒子フィルタの直ぐ下流、つまり、排ガスの流れ方向において粒子フィルタの下流に接続されたそれぞれのさらなる排ガス再処理アセンブリの上流に配置される。この場合には、粒子フィルタと第1センサとの間の長すぎる距離による信号遅延も、粒子フィルタの下流に接続された排ガス再処理アセンブリによる信号歪み予期されないため、この構成は有利である。

0018

有利なさらなる開発によると、排ガス中の酸素含量又はNOx含量を測定するための第2センサが、排ガスの流れ方向において粒子フィルタの直ぐ上流、つまり、排ガスの流れ方向において粒子フィルタの上流に接続されたそれぞれのさらなる排ガス再処理アセンブリの下流に配置される。本発明のこの有利なさらなる開発は、排ガス再処理システム又は内燃エンジンのダイナミック運転の間に煤での粒子フィルタの充填、及び/又は粒子フィルタの温度上昇、及び/又は煤燃焼の速度が決定されるべき場合に、特に重要である。

0019

制御デバイスは、第1センサ及び適用可能な場合の第2センサによって測定された酸素含量又はNOx含量を処理する。

0020

このような排ガス再処理システムを運転するための本発明による方法は、請求項7に規定される。粒子フィルタにおける煤燃焼の間、つまり、粒子フィルタの受動的再生における制御されていない煤燃焼又は粒子フィルタの能動的再生における制御された煤燃焼において、煤燃焼前の煤での粒子フィルタの充填、及び/又は煤燃焼の結果としての粒子フィルタの温度上昇、及び/又は煤燃焼の速度は、第1センサによって測定された粒子フィルタの下流における排ガス中の酸素含量又はNOx含量に少なくとも基づいて決定される。

0021

本発明の好ましいさらなる開発は、サブクレーム及び以下の説明から得られる。本発明の例示的実施形態は、図面を用いてさらに詳細に説明されるが、これに制限されることはない。

図面の簡単な説明

0022

本発明による内燃エンジンの排ガス再処理システムの例示的な一実施形態の概略図である。
本発明による方法を示すための時間ダイアグラムである。

実施例

0023

図1は、内燃エンジン11の排ガス再処理システム10の概略図を示し、図1によると、排ガス再処理システム10は粒子フィルタ12を備える。排ガス再処理システム10はさらに、排ガスの流れ方向から見て粒子フィルタ12の上流に配置された少なくとも1つの排ガス再処理アセンブリ13と、排ガスの流れ方向から見て粒子フィルタ12の下流に配置された少なくとも1つの排ガス再処理アセンブリ14と、を備える。

0024

排ガスの流れ方向から見て粒子フィルタ12の上流に配置された排ガス再処理アセンブリ13は、優先的には酸化触媒コンバータである。

0025

排ガスの流れ方向から見て粒子フィルタ12の下流に配置された排ガス再処理アセンブリ14は、優先的には、SCR触媒コンバータ及び/又はサイレンサ及び/又は脱硫アセンブリ及び/又は熱交換器である。

0026

本発明に関して、排ガスの流れ方向から見て粒子フィルタ12の下流に第1センサ15を配置することが提案されるが、それは、粒子フィルタ12の下流における排ガス中の酸素含量及び/又はNOx含量の測定に役立つ。排ガス中の酸素含量を測定するためのこの第1センサ15は、優先的には、排ガスの流れ方向から見て粒子フィルタ12の直ぐ下流、つまり、排ガスの流れ方向において粒子フィルタ12の下流に接続されたそれぞれのさらなる排ガス再処理アセンブリ14の上流に配置される。

0027

優先的に、排ガス中の酸素含量及び/又はNOx含量を測定するための第2センサ16が存在するが、それは、排ガスの流れ方向から見て粒子フィルタ12の直ぐ上流、つまり、排ガスの流れ方向において粒子フィルタ12の上流に接続されたそれぞれのさらなる排ガス再処理アセンブリ13の下流に配置される。この第2センサは好ましくはあるが、任意である。

0028

排ガスの流れ方向から見て粒子フィルタ12の直ぐ下流に配置される第1センサ15、及び、適用可能であれば存在する、排ガスの流れ方向から見て粒子フィルタ12の直ぐ上流に配置される第2センサ16は、優先的にはそれぞれラムダセンサ及び/又はNOxセンサである。

0029

図1によると、排ガス再処理システム10はさらに制御デバイス17を備え、それは、第1センサ15及び適用可能であれば存在する第2センサ16によって測定された排ガス中の酸素含量又はNOx含量を処理する。

0030

この場合に制御デバイス17は、本発明による方法を実施するのに役立ち、ここで本発明による方法は、以下で図2を参照して詳細に説明される。

0031

図2では、多数の曲線形状18、18’、19、19’が時間とともに示される。

0032

曲線形状18及び18’はそれぞれ、第1センサ15によって提供された測定信号であり、つまり、第1センサ15を用いた測定によって検出された粒子フィルタ12の下流における排ガス中の酸素含量である。

0033

曲線形状19及び19’はそれぞれ、運転の間に生じる粒子フィルタ12の温度である。

0034

実線で示される曲線形状18及び19は、粒子フィルタ12、故に排ガス再処理システム10の運転事例に関するが、粒子フィルタ12の能動的再生によって排ガス温度は上昇し、制御された煤燃焼が生じる。

0035

破線で示される曲線形状18’及び19’は対照的に、粒子フィルタ12の運転状態可視化しており、粒子フィルタ12の能動的再生の際の時間t1では、制御されていない煤燃焼が同じく生じている。

0036

従って、図2から、時間t1での制御されていない突然の煤燃焼の開始と同時に、反応、つまり酸素含量の急落が第1センサ15によって提供された測定信号18’において決定され得ることが明らかである。このような制御されていない煤燃焼の結果としての粒子フィルタ12における温度上昇はしかしながら、時間t2においてのみ温度センサで決定され得る。時間t3ではしかしながら、粒子フィルタ12における煤燃焼は大体終結している。

0037

本発明による方法では、粒子フィルタ12における煤燃焼の際、つまり、粒子フィルタ12の受動的再生における制御されていない煤燃焼並びに粒子フィルタ12の能動的再生における制御された煤燃焼の両方の際に、ここでは、第1センサ15によって決定される粒子フィルタ12の下流での酸素含量及び/又はNOx含量に少なくとも基づいて、煤燃焼前の煤での粒子フィルタ12の充填、及び/又は煤燃焼の結果としての粒子フィルタ12の温度上昇、及び/又は煤燃焼の速度を決定することが提案される。

0038

排ガス再処理システムの定常運転の間、第1センサ15によって提供される測定信号、つまり粒子フィルタ12の下流における排ガス中の酸素含量及び/又はNOx含量は、この目的のために十分である。しかしながら、排ガス再処理システム10のダイナミック運転の間は対照的に、特に内燃エンジン11の作用点(operating point)が変化する場合、測定によって第2センサ16を用いて計算又は決定される粒子フィルタ12の上流における排ガス中の酸素含量及び/又はNOx含量が、この目的のために追加的に使用され、次いで、粒子フィルタ12の下流における酸素含量と粒子フィルタ12の上流における酸素含量との差異に基づいて上記量の決定が行われる。

0039

第1センサ15によって測定される粒子フィルタ12の下流における排ガス中の酸素含量及び/又はNOx含量から、またダイナミック運転の間の粒子フィルタ12の上流における計算又は測定された排ガス中の酸素含量及び/又はNOx含量から、そして内燃エンジン11によって制御デバイス17に対して利用可能になる排ガス流速又は排ガス質量流量から、燃焼煤質量が以下の式によって決定され得る:
C+O2→CO2
2C+2NO2→N2+2CO2
2C+2NO→N2+2CO

0040

ここで、それぞれの燃焼酸素分子又はNOx分子は、炭素分子に相当する。長時間にわたる積分により、煤燃焼前の粒子フィルタ12の煤での充填がこうして決定され得る。

0041

煤燃焼の結果としての粒子フィルタ12の温度上昇は、以下の式によって決定され得る:
ΔT=mC*HuC/((mexhaust gas)*αexhaust gas)+(mFilter*αFilter)
ここでΔTは煤燃焼の結果としての温度上昇に相当し、mCは煤燃焼前の粒子フィルタの煤での充填に相当し、HuCは煤の発熱量に相当し、mexhaust gasは排ガス質量処理量に相当し、αexhaust gasは排ガスの熱容量に相当し、mFilterはフィルタ質量に相当し、αFilterはフィルタの熱容量に相当する。

0042

煤燃焼の持続時間Δtは、センサ15によって提供される信号18’から同様に決定され得、図3によると、時間t3での煤燃焼は、具体的に、測定信号18’の低下及び後続のその上昇後にそれが概して一定値であると見なされるときに終結する。測定信号18’の時間偏差から、粒子フィルタ12における煤燃焼の速度が推定され得る。
dT/dt≒dO2/dt
dT/dt≒dNOx/dt

0043

具体的に、煤燃焼の結果として第1センサ15の測定信号から決定及び予期される粒子フィルタ12の温度上昇が大きすぎる、つまり制御デバイス17に記憶される制限値よりも大きいと決定される場合、内燃エンジン11の運転に影響を与えることができ、故に、粒子フィルタ12の温度上昇は、その結果そのダメージリスクを弱めるために低下される。

0044

この目的を達成するために、例えば内燃エンジン11の適切な絞り(throttling)によって、排ガス中の酸素含量を最終的に低下させるためにその新鮮空気供給を低減することができる。従って、内燃エンジン11の運転は、具体的に時間t1において煤燃焼の開始が検出されるときに直接的に影響を受けることができ、故に、粒子フィルタ12の低下された非臨界の(uncritical)温度上昇が生じる。

0045

煤燃焼の結果としての粒子フィルタ12の温度上昇、及び/又は煤燃焼前の粒子フィルタ12の煤での充填は、制御デバイス17に記憶され得る。具体的に、煤燃焼の結果としての温度上昇が大きすぎる、及び/又は煤燃焼前の粒子フィルタ12の煤での充填が大きすぎる場合、粒子フィルタ12及び/又は内燃エンジン11に対する診断メッセージが優先的に生じ、制御デバイス17に記憶され、適切な場合に表示される。このように、粒子フィルタ12のメンテナンスは、具体的にその温度上昇が大きすぎる場合に開始され得る。さらに、内燃エンジン11の噴射ノズル及び/又はターボチャージャのメンテナンスは、具体的に、例えば高いノズル又はターボチャージャの摩耗によってもたらされる高すぎる煤原料の放出により粒子フィルタの煤での充填が大きすぎる場合に開始され得る。

0046

本発明のさらに有利な開発によると、本発明による方法を用いて決定される、煤燃焼前の粒子フィルタ12の煤での充填、及び/又は煤燃焼の結果としての粒子フィルタ12の温度上昇、及び/又は煤燃焼の速度と、制御デバイスに記憶される粒子フィルタ12の煤充填モデル対応量との比較が提供され得る。アルゴリズム及びチャージ圧力噴射圧力などのエンジン運転値を用いて粒子フィルタに堆積される量が決定される場合の煤充填モデルは、従来技術であり、故にここではさらに議論されない。現在、粒子フィルタの充填は、正確性が不明又は不十分であるセンサシステムに基づいて決定されることができず、故に、充填モデルと正確な値との比較は不可能である。これにより、例えば、実際の値の変動を検出することができず、従って、煤充填モデルは正確な値を提供しないという結果となっている。

0047

ここでその方法が出現する:具体的に第1センサ15の測定信号に応じて決定される少なくとも1つの値が粒子フィルタ12の充填モデルの対応量から外れる場合、そのずれに基づいて粒子フィルタ12の充填モデルを適合するために補正値が決定され得、故に、その補正値を用いて粒子フィルタ12の充填モデルが適合される。

0048

具体的に、第1センサ15の測定信号に基づいて決定される、粒子フィルタ12の煤での充填及び煤燃焼の結果としての粒子フィルタ12の温度上昇が、臨界制限値よりも低く、その対応値がさらに充填モデルの対応量と一致する場合、制御の観点でアクションは何も必要とされない。

0049

具体的に、煤燃焼の結果として決定される粒子フィルタの温度上昇、及び/又は決定される粒子フィルタの煤での充填が臨界制限値よりも低いが、これらの値が制御デバイス17において決定される対応量から外れる場合、少なくとも1つの特性値の決定による充填モデルの適合が行われ得る。能動的フィルタ再生の際、この適合は例えば、再生インターバルの変化をもたらす。

0050

具体的に、煤燃焼の結果として決定される粒子フィルタの温度上昇、及び/又は決定される粒子フィルタの煤での充填が臨界制限値を超える場合、上記で既に述べたように少なくとも1つの診断メッセージが生じ、及び/又は、温度上昇は内燃エンジン11の運転に影響を与えることによって能動的に弱められる。

0051

10排ガス再処理システム
11内燃エンジン
12粒子フィルタ
13 排ガス再処理アセンブリ
14 排ガス再処理アセンブリ
15センサ
16 センサ
17制御デバイス
18曲線形状
18’ 曲線形状
19 曲線形状
19’ 曲線形状

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