DE10052202A1

DE10052202A1 - Plasma-Abgasbehandlungsvorrichtung

Info

Publication number: DE10052202A1
Application number: DE10052202A
Authority: DE
Inventors: Yasuki Tamura; Osamu Nakayama; Kazuo Koga
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 1999-10-20
Filing date: 2000-10-20
Publication date: 2001-08-16
Also published as: JP2001115823A; KR100440757B1; JP3680663B2; US6532733B1; KR20010070145A

Abstract

Eine Plasma-Abgasbehandlungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung erfaßt die Emissionszustände von zwei Arten schädlicher Komponenten, welche in einem von einem Motor 1 mit Zylinderkraftstoffeinspritzung gemäß dem Betriebszustand abgegebenen Abgas enthalten sind, findet einen Energiebedarf, der für eine Plasmaerzeugungsvorrichtung 13 erforderlich ist, um mehrere schädliche Komponenten bis zu einem vorbestimmten Referenzwert oder darunter zu reinigen, gibt Steuerbefehle beispielsweise an eine Spannungssteuerung aus, um den maximalen Energieverbrauch zu erzeugen, und entfernt die mehreren schädlichen Komponenten mit dem minimalen Energiebedarf.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Plasma-Abgasbe handlungsvorrichtung, die in der Lage ist, Abgaskomponenten in Abgas, welches von einem Verbrennungsmotor abgegeben wird, unter minimalem elektrischen Energiebedarf zu entfernen.

Es wurde bereits eine Vielfalt von Katalysatorvorrichtun gen entwickelt, um schädliche Abgaskomponenten zu entfernen, die in von einem Verbrennungsmotor eines Fahrzeugs abgegebe nem Abgas enthalten sind. Es ist eine Vielfalt von Katalysa torvorrichtungen bekannt. Beispielsweise ist eine Plasma- Abgasbehandlungsvorrichtung, welche das Abgas mittels Korona entladung (Plasma) behandelt, als eine Vorrichtung zum Ent fernen von Stickstoffoxid (NOx) aus den schädlichen Komponen ten bekannt (JP-A-5-59934).

Diese Plasma-Abgasbehandlungsvorrichtung liefert Energie an ein Entladungsrohr, welches in einem Abgasstrang vorgese hen ist, um das Abgas in einen Plasmazustand zu bringen, und zerlegt das NOx in dem Abgas in Stickstoff und Sauerstoff als harmlose Komponenten. Diese herkömmliche Plasma-Abgasbehand lungsvorrichtung steuert die Energiezufuhr gemäß Signalen, welche die Gasmenge und die Konzentration von NOx an einem Einlaß des Entladungsrohrs anzeigen, um dadurch viel Energie nur dann zuzuführen, wenn die Belastung hoch ist, ohne unnö tige Energie zuzuführen, wenn die Belastung gering ist. Dem zufolge wird das Abgas den Belastungsschwankungen des Motors entsprechend gereinigt.

Wenn jedoch ein Fahrzeug unter breiteren Fahrbedingungen von niedriger Geschwindigkeit bis zu hoher Geschwindigkeit oder von niedriger Belastung bis zu hoher Belastung einge setzt wird, gibt es eine erhebliche Schwankungsbreite nicht nur in dem Ausstoß von Abgas sondern auch in den Mengen oder Konzentrationen verschiedener schädlicher Komponenten in dem Abgas. Das Abgas enthält schädliche Komponenten, wie z. B. NOx, Kohlenwasserstoff (HC), Kohlenoxid (CO), Schwefeloxid, Stickstoffkarbid und Schwefelkarbid.

Der Energiebedarf der Plasma-Abgasbehandlungsvorrichtung differiert entsprechend des Art der schädlichen Komponenten. Daher kann die herkömmliche Plasma-Abgasbehandlungsvorrich tung Abgas mit mehreren schädlichen Komponenten nicht ausrei chend reinigen.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Plasma-Abgasbehandlungsvorrichtung bereitzustellen, die in der Lage ist, mehrere in einem Abgas von einem Verbrennungs motor enthaltene Abgaskomponenten mit geringem Energiebedarf zu reinigen.

Ein solche Aufgabe kann durch die in den Ansprüchen spe zifizierten Merkmale gelöst werden.

Insbesondere kann die vorstehende Aufgabe durch die Be reitstellung einer Plasma-Abgasbehandlungsvorrichtung gelöst werden, welche aufweist: eine in einem Abgasstrang eines Ver brennungsmotors vorgesehene Plasmaerzeugungsvorrichtung, wo bei die Plasmaerzeugungsvorrichtung mit Energie versorgt wird, um Plasma zu erzeugen und Abgaskomponenten zu reinigen; eine Energiezufuhr-Steuereinrichtung zum Steuern der an die Plasmaerzeugungsvorrichtung gelieferten Energie, wobei die Energiezufuhr-Steuereinrichtung eine Abgaszustand-Erfassungs einrichtung zum Erfassen und Abschätzen der Mengen oder Kon zentrationen mehrerer Abgaskomponenten aufweist, die in dem von dem Verbrennungsmotor abgegebenen Abgas enthalten sind; und die Energiezufuhr-Steuereinrichtung Energiezustände fin det, die zum Reinigen jeder der mehreren von der Abgaszu stand-Erfassungseinrichtung erfaßten Abgaskomponenten erfor derlich sind und die an die Plasmaerzeugungsvorrichtung gemäß den Energiezuständen zu liefernde Energie bestimmt. Somit werden die mehreren Abgaskomponenten mit einem von den Fahr bedingung abhängigen geringen Energieaufwand entfernt. Die Energiezufuhr-Steuereinrichtung kann die Plasmaerzeugungsvor richtung mit der Energie versorgen, welche dem maximalen Energiezustand von den für die mehreren Abgaskomponenten ge fundenen Energiezuständen entspricht.

Insbesondere wird der Energiezustand, der für die Plasma erzeugungsvorrichtung zum Reinigen des Abgases erforderlich ist, d. h., die Energie des maximalen Energieverbrauchs aus den Energiebedarfswerten herausgefunden, die für die Plasma erzeugungsvorrichtung erforderlich sind, um die mehreren Ar ten von Abgaskomponenten zu reinigen, und die gefundene Ener gie dann an die Plasmaerzeugungsvorrichtung geliefert.

Die Plasma-Abgasbehandlungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung kann mehrere Arten von Abgaskomponenten, welche dem Betriebszustand des Motors entsprechend variieren, mit gerin gem Energiebedarf entfernen. Es ist daher möglich, mehrere Arten von Abgaskomponenten effizient zu reinigen und gleich zeitig die Verschlechterung in der Kraftstoffökonomie unab hängig von der Menge und den Zuständen des Abgases zu vermin dern.

In einem weiteren bevorzugten Betriebsmodus der erfin dungsgemäßen Plasma-Abgasbehandlungsvorrichtung weist die Energiezufuhr-Steuereinrichtung eine Energiezustand-Berech nungseinrichtung auf, um einen Energiezustand zu finden, der für die Plasmaerzeugungsvorrichtung erforderlich ist, um jede von dem mehreren von der Abgaszustand-Erfassungseinrichtung erfaßten Abgaskomponenten bis zu einem vorbestimmten Refe renzwert oder darunter zu reinigen; und die Energiezufuhr- Steuereinrichtung versorgt die Plasmaerzeugungsvorrichtung mit Energie gemäß einem maximalen Energiezustand von den von der Energiezustand-Berechnungseinrichtung bezüglich der meh reren Abgaskomponenten gefundenen Energiezuständen.

Diese Plasma-Abgasbehandlungsvorrichtung findet die Ener gie für den maximalen Energieverbrauch aus den zum Reinigen mehrerer Abgaskomponenten auf vorbestimmte Werte oder darun ter erforderlichen Energiebedarfswerten, und liefert die ge fundene Energie an den Plasmagenerator, um dadurch die mehre ren Abgaskomponenten, welche dem Betriebszustand des Motors entsprechend variieren, bis zu einem vorbestimmten Referenz wert oder darunter mit dem minimalen Energiebedarf zu entfer nen.

In noch einem weiteren Betriebsmodus der erfindungsgemä ßen Plasma-Abgasbehandlungsvorrichtung, weist die Abgaszu stand-Erfassungseinrichtung mehrere Abgaskennfelder auf, wel che die Menge oder Konzentrationen von mehreren Abgaskompo nenten repräsentieren, die im voraus abhängig von einem Be triebszustand des Verbrennungsmotors gefunden wurden.

In noch einem weiteren Betriebsmodus der erfindungsgemä ßen Plasma-Abgasbehandlungsvorrichtung weist die Abgaszu stand-Erfassungseinrichtung einen Sensor für die Erfassung der Mengen oder Konzentrationen der mehreren Abgaskomponenten auf.

Gemäß diesem bevorzugten Betriebsmodus kann die erfin dungsgemäße Plasma-Abgasbehandlungsvorrichtung einen momenta nen Wert der Mengen oder Konzentrationen der von dem Sensor erfaßten mehreren Abgaskomponenten verwenden, oder kann einen erfaßten Summenwert oder einen erfaßten Mittelwert der Mengen oder Konzentrationen der von dem Sensor innerhalb einer vor bestimmten Zeitdauer erfaßten mehreren Abgaskomponenten ver wenden.

Die Natur dieser Erfindung sowie deren weiteren Aufgaben und Vorteile werden nachstehend unter Bezugnahme auf die bei gefügten Zeichnungen beschrieben, in welchen gleiche Bezugs zeichen dieselben oder ähnliche Teile durchgängig durch die Figuren bezeichnen. In den Zeichnungen ist:

Fig. 1 eine schematische Zeichnung, welche den Aufbau ei nes Verbrennungsmotors darstellt, welcher mit einer erfin dungsgemäßen Plasma-Abgasbehandlungsvorrichtung ausgestattet ist;

Fig. 2 ein Blockschaltbild, das den Aufbau einer Energie zufuhr-Steuereinrichtung darstellt;

Fig. 3 eine graphische Darstellung, welche eine Beziehung zwischen den zerlegten Mengen schädlicher Komponenten und dem Energiebedarf in einer Plasmaerzeugungsvorrichtung darstellt; und

Fig. 4 ein Flußdiagramm ist, das die Prozedur zur Steue rung der Energiezufuhr darstellt.

Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfin dung wird hierin nachstehend unter Bezugnahme auf die beige fügten Zeichnungen beschrieben. Ein mehrzylindriger Otto- Einspritzmotor, welcher Kraftstoff direkt in einem Brennraum einspritzt, ist als ein Beispiel in der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsform angegeben.

Fig. 1 ist eine schematische Zeichnung, welche einen mit einer Plasma-Abgasbehandlungsvorrichtung gemäß einer Ausfüh rungsform der vorliegenden Erfindung ausgestatteten Verbren nungsmotor darstellt, Fig. 2 ist ein Blockschaltbild, das den Aufbau der Energiezufuhr-Steuereinrichtung darstellt. Fig. 3 zeigt eine Beziehung zwischen den zerlegten Mengen schädli cher Komponenten und dem Energiebedarf in einer Plasmaerzeu gungsvorrichtung. Fig. 4 ist ein Flußdiagramm, das die Proze dur zur Steuerung der Energiezufuhr darstellt.

Gemäß Darstellung in Fig. 1 ist eine Zündkerze 3 an dem Zylinderkopf 2 jedes Zylinders in einer Motor 1 mit Zylinder kraftstoffeinspritzung angeordnet. Ein elektromagnetisches Einspritzventil 4 ist an jedem Zylinder des Motors 1 ange bracht. Ein Einspritzloch des Kraftstoffeinspritzventils 4 ist in einem Brennraum 5 geöffnet. Aus dem Kraftstoffein spritzventil 4 eingespritzter Kraftstoff wird direkt in den Brennraum 5 eingespritzt. Ein Kolben 7 wird von einem Zylin der 6 des Motors 1 mit Zylinderkraftstoffeinspritzung in ei ner solchen Weise gelagert, daß der Kolben 7 vertikal ver schiebbar ist. Ein halbkreisförmiger Hohlraum 8 ist an der Oberseite des Kolbens 7 ausgebildet. Der Motor 1 mit Zylin derkraftstoffeinspritzung erzeugt mittels eines später be schriebenen nach oben ragenden Einlaßkanals und des Hohlraums 8 eine Rückwärtswalzenströmung (Tumbleströmung) im Uhrzeiger sinn in Fig. 1.

Der Einlaßkanal, welcher sich im wesentlichen in aufrech ter Richtung erstreckt, ist an dem Zylinderkopf 2 jedes Zy linders ausgebildet. Ein Ende jedes Einlaßkrümmers 9 steht mit der Oberseite des Zylinderkopfs 2 in einer solchen Weise in Verbindung, daß er mit dem oberen Ende jedes Einlaßkanals in Verbindung steht. Ein (hierin nachstehend mit ETV bezeich netes) elektronisches Drive-by-wire-(DBW)-Drosselventil steht mit dem anderen Ende des Einlaßkrümmers 90 in Verbindung. Das ETV-Drosselventil 21 ist mit einem Drosselklappenstellungs sensor 22 versehen, welcher eine Drosselklappenöffnung θ er faßt. Der Motor 1 mit Zylinderkraftstoffeinspritzung ist mit einen Kurbelwellenwinkelsensor 23 versehen, welcher einen Kurbelwellenwinkel erfaßt. Der Kurbelwellenwinkelsensor 23 ist in der Lage, eine Motordrehzahl Ne zu erfassen. Der Motor 1 mit Zylinderkraftstoffeinspritzung ist auch mit einem Kühl mitteltemperatursensor 15 versehen, welcher die Temperatur des Kühlwassers erfaßt.

Ein Auslaßkanal, welcher sich im wesentlichen in horizon taler Richtung von dem Brennraum 5 aus erstreckt, ist in dem Zylinderkopf 2 jedes Zylinders ausgebildet. Das eine Ende ei nes Auslaßkrümmers 10 ist mit der Seite des Zylinderkopfs, an welcher der Auslaßkanal des Zylinderkopfes 2 geöffnet ist, so verbunden, daß er mit jedem Auslaßkanal in Verbindung steht. Der Auslaßkrümmer 10 ist mit einer (nicht dargestellten) EGR- Vorrichtung (Abgasrückführung) mit einem EGR-Kanal versehen, welcher den Auslaßkrümmer 10 mit dem Einlaßkrümmer 9 verbin det. Andererseits ist ein Abgasrohr 11 an das andere Ende des Auslaßkrümmers 10 angeschlossen. Eine Plasmaerzeugungsvor richtung 13 für die Entfernung von Abgaskomponenten (schädli chen Komponenten) im Abgas ist an dem Auspuffrohr 11 ange bracht, und ein (nicht dargestellter) Schalldämpfer ist mit dem Auspuffrohr 11 über die Plasmaerzeugungsvorrichtung 13 verbunden.

Das Fahrzeug ist mit einer (hierin nachstehend mit ECU bezeichneten) elektronischen Steuereinheit 31 ausgestattet. Die ECU 31 weist eine Eingabe/Ausgabe-Vorrichtung; eine Spei chereinrichtung zur Speicherung von Steuerprogrammen, Steuer kennfeldern und dergleichen; eine zentrale Verarbeitungsein heit; Timer; Zähler usw. auf.

Die ECU 31 steuert vollständig das den Motor 1 mit Zylin derkraftstoffeinspritzung mit umfassende Plasmaerzeugungssy stem der vorliegenden Ausführungsform. Die ECU 31 empfängt die von einer Vielzahl von Sensoren, wie z. B. dem Drossel klappenstellungssensor 22, dem Kurbelwellenwinkelsensor 23, dem Kühlmittelsensor, einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor, einem Einlaßtemperatursensor und einem O₂-Sensor erfaßte In formation. Anhand der von diesen Sensoren erfaßten Informati on, ermittelt die ECU 31 einen Kraftstoffeinspritzmodus, eine Kraftstoffeinspritzmenge, einen Zündzeitpunkt und derglei chen; und steuert das Kraftstoffeinspritzventil 4, die Zünd kerze 3 und dergleichen.

Die ECU 31 findet eine Motorbelastung Pe anhand der von dem Drosselklappenstellungssensor 22 erfaßten Drosselklappen öffnung θ, der von dem Kurbelwellenwinkelsensor 23 erfaßten Motordrehzahl und der von dem Kühlmitteltemperatursensor er faßten Wassertemperatur. Der Kraftstoffeinspritzmodus wird unter Bezugnahme auf ein (nicht dargestelltes) Kennfeld an hand der Belastung Pe und der Motordrehzahl Ne (von einer Kraftstoffeinspritzmodus-Einstelleinrichtung) bestimmt. Wenn sowohl die Belastung Pe als auch die Motordrehzahl Ne niedrig sind, stellt die Kraftstoffeinspritzmodus-Einstelleinrichtung einen Kompressionshub-Einspritzmodus als Kraftstoffeinspritz modus ein. Andererseits stellt die Kraftstoffeinspritzmodus- Einstelleinrichtung, wenn die Belastung Pe oder die Motor drehzahl Ne hoch sind, einen Einlaßhub-Einspritzmodus als den Kraftstoffeinspritzmodus ein. Ein Luft/Kraftstoff-Sollver hältnis (A/F-Soll) als Steuergröße in jedem Kraftstoffein spritzmodus wird anhand der Belastung Pe und der Motordreh zahl Ne ermittelt. Eine korrekte Kraftstoffeinspritzmenge wird anhand des Luft/Kraftstoff-Sollverhältnisses ermittelt.

In dem so aufgebauten Motor 1 mit Zylinderkraftstoffein spritzung, wird die vorstehend erwähnte Rückwärtswalzenströ mung erzeugt, wenn die Einlaßluft durch den Einlaßkanal aus dem Einlaßkrümmer 9 in die Brennraum strömt. Wenn der Kom pressionshub-Einspritzmodus als der Kraftstoffeinspritzmodus eingestellt ist, startet der Motor 1 mit Zylinderkraftstoffe inspritzung die Einspritzung des Kraftstoffs im mittleren Stadium des Kompressionshubs. Durch die Anwendung der vorste hend erwähnten Rückwärtswalzenströmung kann der Motor 1 mit Zylinderkraftstoffeinspritzung eine kleine Kraftstoffmenge nur in unmittelbarer Nähe der Zündkerze 3 ansammeln, die in der Mitte des oberen Abschlusses des Brennraums 5 angeordnet ist, und macht das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in einem von der Zündherze 3 entfernten Bereich extrem mager. In dem Kom pressionshub-Einspritzmodus wird das Luft/Kraftstoff-Verhält nis in unmittelbarer Nähe der Zündherze 3 in dem Brennraum 5 stöchiometrisch oder fett, um dadurch eine stabile Schicht verbrennung (supermagere Schichtverbrennung) zu realisieren und dadurch den Kraftstoffbedarf zu reduzieren.

Um eine hohe Abgabeleistung aus dem Motor 1 mit Zylinder kraftstoffeinspritzung wie in dem Kompressionshub-Einspritz modus zu erzielen, wird der Kraftstoff in dem Kompressionshub eingespritzt, um ein gleichmäßiges Gemisch innerhalb des ge samten Brennraums 5 zu erzeugen. In dem Kompressionshub- Einspritzmodus führt der Motor 1 mit Zylinderkraftstoffein spritzung eine Vorgemischsverbrennung durch, indem das Innere des Brennraums 5 in den Zustand gebracht wird, daß er ein stöchiometrisches oder mageres Gemisch enthält. Natürlich führt das stöchiometrische oder fette Luft/Kraftstoff-Ver hältnis zu einer höheren Abgabeleistung als das magere Luft/Kraftstoff-Verhältnis, weshalb der Kraftstoff in einem solchen Zeitverlauf eingespritzt wird, daß der Kraftstoff ausreichend zerstäubt und verdampft wird, um die hohe Abgabe leistung effizient zu erreichen.

Nun wird die Plasmaerzeugungsvorrichtung 13 unter Bezug nahme auf Fig. 1 und 2 beschrieben.

Gemäß Darstellung in Fig. 1 ist eine Masseelektrode 42 in einem Entladungsrohr 41 der Plasmaerzeugungsvorrichtung 13 angeordnet. Eine Spannungsteuerung 43 steuert die Energiezu fuhr zu dem Entladungsrohr 41 und der Masseelektrode 42. Dem zufolge wird eine Spannung zwischen dem Entladungsrohr 41 und der Masseelektrode 42 angelegt. Das Anlegen der Spannung zwi schen dem Entladungsrohr 41 und der Masseelektrode 42 bringt das das Entladungsrohr 41 passierende Abgas in einen plasma tischen Zustand und zerlegt mehrere schädliche Komponenten in dem Abgas in harmlose Komponenten.

Gesteuert von der Spannungssteuerung 43 wird die Plasma erzeugungsvorrichtung 13 mit Energie versorgt, die einem Energiebedarf entspricht, den die Plasmaerzeugungsvorrichtung 13 zum Entfernen der schädlichen Komponenten benötigt.

Die Menge des Abgases und die Zustände der schädlichen Komponenten, d. h., die Arten und Mengen der schädlichen Kom ponenten in dem Abgas variieren mit dem Betriebszustand des Motors. Insbesondere die Arten und Mengen der schädlichen Komponenten, wie z. B. Stickstoffoxid (NOx), Kohlenoxid (CO), Schwefeloxid (SOx), Wasserstoffsulfid (H₂S), Ammoniak (NH₃), Stickstoffkarbid und Schwefelkarbid variieren mit dem Be triebszustand des Motors. Der Energiebedarf der Plasmaerzeu gungsvorrichtung 13 zum Zerlegen der schädlichen Komponenten variiert mit den Arten und Mengen der schädlichen Komponen ten.

Demzufolge weist die ECU 31 der vorliegenden Erfindung eine Energiezufuhr-Steuereinrichtung 32 auf, um die an die an die Plasmaerzeugungsvorrichtung 13 gelieferte Energie zu steuern. Die Energiezufuhr-Steuereinrichtung 32 weist eine Gaszustand-Erfassungseinrichtung 51 auf. Die Energiezufuhr- Steuereinrichtung 32 hat die Funktion, einen Energiebedarf zu finden, der von der Plasmaerzeugungsvorrichtung 13 zum Reini gen der schädlichen Komponenten auf einen vorbestimmten Refe renzwert oder darunter für jede schädliche Komponente abhän gig von dem von der Abgaszustand-Erfassungseinrichtung 51 er faßten Abgaszustand benötigt wird. Die Energiezufuhr-Steuer einrichtung 32 hat auch die Funktion die für den maximalen Energieverbrauch erforderliche Energie aus den für die schäd lichen Komponenten gefundenen Energiebedarfswerten herauszu finden und Befehle an die Spannungssteuerung 43 auszugeben, so daß die für den maximalen Energieverbrauch benötigte Ener gie an die Plasmaerzeugungsvorrichtung 13 geliefert werden kann.

Nun wird der Aufbau der Energiezufuhr-Steuereinrichtung in der ECU 31 unter Bezugnahme auf Fig. 2 beschrieben.

Die Energiezufuhr-Steuereinrichtung 32 weist die Abgaszu stand-Erfassungseinrichtung 51 auf. Die Abgaszustand-Erfas sungseinrichtung 51 empfängt Information, wie z. B. eine Bela stung Pe, eine Motordrehzahl Ne, eine Fahrzeuggeschwindigkeit und eine Einlaßtemperatur. Die Abgaszustand-Erfassungsein richtung 51 ermittelt die Eigenschaften der schädlichen Kom ponenten anhand des aus der empfangenen Information gefunde nen Betriebszustandes. Die Abgaszustand-Erfassungseinrichtung 51 weist die Mengen oder Konzentrationen von zwei Arten schädlicher Komponenten A, B in dem Abgas repräsentierende Kennfelder auf, die abhängig vom Betriebszustand ermittelt wurden. Die Abgaszustand-Erfassungseinrichtung 51 schätzt die Eigenschaft der schädlichen Komponenten unter Bezugnahme auf die Kennfelder abhängig vom Betriebszustand ab. Beispielswei se weist die Abgaszustand-Erfassungseinrichtung 51 ein Kenn feld A (NOx) und ein Kennfeld B(THC) (die nicht dargestellt sind) als die Kennfelder zur Verwendung bei der Abschätzung der schädlichen Komponenten auf. Somit kann die Abgaszustand- Erfassungseinrichtung 51 die Mengen der schädlichen Komponen ten A, B anhand des Betriebszustandes erfassen. Die Informa tion über die von der Abgaszustand-Erfassungseinrichtung 51 erfaßten schädlichen Komponenten A, B wird in eine Berech nungseinrichtung 52 für den erforderlichen Energiebedarf ein gegeben.

Es müssen mindestens zwei Arten von schädlichen Komponen ten erfaßt werden. Es ist möglich, CO, SOx, H₂S, NH₃, N₂O und dergleichen zu erfassen, sowie die vorstehend erwähnten zwei Arten schädlicher Komponenten. Um die Zustände des Abgases zu erfassen, ist es möglich die Arten und Mengen der schädlichen Komponenten in dem Abgas durch Anwendung eines Abgassensors zu messen oder erfassen. Als Parameter zum Steuern der Plas maerzeugungsvorrichtung 13 kann man die momentanen Werte von Arten und Mengen der schädlichen Komponenten anwenden oder den erfaßten Summenwert oder den in einer vorbestimmten Peri ode (z. B. innerhalb einer Fahrstrecke und einer vorbestimmten Kraftstoffverbrauchsperiode) erfaßten Mittelwert anwenden.

Die Berechnungseinrichtung 52 für den erforderlichen Energiebedarf (Energiezustand-Berechnungseinrichtung) enthält Information über eine Beziehung zwischen den zerlegten Mengen der schädlichen Komponenten A, B und dem Energiebedarf in der Plasmaerzeugungsvorrichtung 13 (siehe Fig. 3) und Information über die von Gebieten und dergleichen begrenzte zulässige Ausstoßmenge von schädlichen Komponenten. Die Berechnungsein richtung 52 für den erforderlichen Energiebedarf berechnet individuell die Mengen der schädlichen Komponenten A, B, da mit die Plasmaerzeugungsvorrichtung 13 die schädlichen Kompo nenten A, B zerlegt. Insbesondere berechnet die Berechnungs einrichtung 52 für den erforderlichen Energiebedarf die Ener giebedarfswerte {A}, {B}, welche die Plasmaerzeugungsvorrich tung 13 benötigt, um die schädlichen Komponenten A, B in dem vorliegenden Abgas bis zu der zulässigen Ausstoßmenge (den vorbestimmten Referenzwerten) zu zerlegen.

Zum Berechnen der Energiebedarfswerte {A}, {B} werden zu erst die notwendigen zerlegten Mengen ΔA und ΔB der schädli chen Komponenten berechnet, und die Energiebedarfswerte {A}, {B} werden dann durch Bezugnahme auf die graphische Darstel lung von Fig. 3 unter Verwendung der berechneten notwendigen zerlegten Mengen ΔA, ΔB gefunden.

Die notwendigen zerlegten Mengen ΔA, ΔB werden jeweils anhand des nachstehenden Ausdrucks gefunden:
1 - (Vorbestimmter Werte/Ausstoßmenge).

Die notwendigen zerlegten Mengen ΔA, ΔB können jeweils auch durch den nachstehenden Ausdruck berechnet werden:
Vorbestimmter Wert/Ausstoßmenge oder
Ausstoßmenge - Vorbestimmter Wert.

In diesem Falle sind die vorbestimmten Werte als ein Kennfeld von Fahrzuständen, z. B. der Belastung Pe, der Mo tordrehzahl Ne, der Fahrzeuggeschwindigkeit, des schädlichen Abgaswertes, des A/F-Verhältnisses des Abgases, der Wasser temperatur und der Einlaßtemperatur vorgespeichert.

Die von der Berechnungseinrichtung 52 für den erforderli chen Energiebedarf berechneten Energiebedarfswerte {A}, {B} werden in eine Maximalwert-Identifizierungseinrichtung 53 eingegeben. Der von der Maximalwert-Identifizierungseinrich tung 53 identifizierte Maximalwert {max} des Energiebedarfs wird in eine Energiezufuhr-Berechnungseinrichtung 54 eingege ben. Die Energiezufuhr-Berechnungseinrichtung 54 berechnet eine für den Maximalwert {max} des Energiebedarfs erforderli che Energiezufuhr. Die Energiezufuhr-Berechnungseinrichtung 54 gibt auch Steuerbefehle an die Spannungssteuerung 43 aus, so daß die berechnete notwendige Energiezufuhr der Plasmaer zeugungsvorrichtung 13 zugeführt werden kann.

Die Energiezufuhr-Berechnungseinrichtung 54 kann die Energiezufuhr über die Spannungssteuerung 43 anhand des Maxi malwertes {max} der Energiebedarfswerte in verschiedenen Steuerungsverfahren an die Plasmaerzeugungsvorrichtung 13 liefern. In einem ersten Verfahren wird die Energiezufuhr durch Schalten Ein/Aus-gesteuert. In einen weiteren Verfahren wird die Energiezufuhr durch mindesten eine von einer Propor tional-, Integral- oder Differentialsteuerung unter Berück sichtigung einer Ansprechverzögerung gesteuert. In noch einem weiteren Verfahren wird die Energiezufuhr durch einen Ver gleich unter Anwendung von Modellen der Abgaskomponentenrei nigung durch Plasma gesteuert. Diese Verfahren können alle miteinander kombiniert werden.

Nun wird der Betrieb der Plasma-Abgasbehandlungsvorrich tung unter Bezugnahme auf Fig. 4 beschrieben.

Eine Vielfalt von Sensorwerten wird im Schritt S1 in die Abgaszustand-Erfassungseinrichtung 51 eingelesen und die Men gen von zwei schädlichen Komponenten A, B wird unter Bezug nahme auf diese zwei Arten schädlicher Komponenten A, B im Schritt S2 erfaßt. Die Berechnungseinrichtung 52 für den er forderlichen Energiebedarf berechnet die Energiebedarfswerte {A}, {B} im Schritt S3. Die Maximalwert-Identifizierungs einrichtung 53 identifiziert den maximalen Energiebedarf {max} der Energiebedarfswerte {A}, {B} im Schritt S4. Die Energiezufuhr-Berechnungseinrichtung 54 berechnet die für den identifizierten maximalen Energiebedarf {max} erforderliche Energie im Schritt S5 und gibt Steuerbefehle an die Span nungssteuerung 43 aus, so daß die berechnete Energie an die Plasmaerzeugungsvorrichtung 13 im Schritt S6 geliefert werden kann.

Die vorstehend beschriebene Plasma-Abgasbehandlungsvor richtung erfaßt die Ausstoßzustände von zwei Arten schädli cher Komponenten, die in dem Abgas aus dem Motor 1 mit Zylin derkraftstoffeinspritzung enthalten sind, und findet die ent sprechenden Energiebedarfswerte, die für die Plasmaerzeu gungsvorrichtung 13 erforderlich sind, um die schädlichen Komponenten bis zu einem vorbestimmten Referenzwert oder dar unter zu reinigen. Die Plasma-Abgasbehandlungsvorrichtung gibt Steuerbefehle an die Spannungssteuerung 43 aus, so daß die dem maximalen Energiebedarf entsprechende Energie an die Plasmaerzeugungsvorrichtung 13 geliefert werden kann. Somit kann die Plasma-Abgasbehandlungsvorrichtung zwei Arten von schädlichen Komponenten mit dem dem Betriebszustand entspre chenden minimalen Energiebedarf entfernen.

Es ist daher möglich, mindesten zwei Arten von schädli chen Komponenten effizient zu reinigen und gleichzeitig die Verschlechterung der Kraftstoffökonomie unabhängig von der Ausstoßzustand des Abgases zu verringern.

In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform wurde der Ottomotor, welcher direkt Kraftstoff in die Brennraum ein spritzt als Beispiel für die Plasma-Abgasbehandlungsvorrich tung angegeben. Die vorliegende Erfindung kann jedoch auch auf einen Dieselmotor und auf einen Ottomotor, welcher den Kraftstoff in ein Einlaßrohr einspritzt, um ein Gemisch in eine Brennraum zu bringen, angewendet werden. In der vorste hend beschriebenen Ausführungsform werden die Energiebedarfs werte anhand der Mengen der Abgaskomponenten berechnet, wobei aber die Energiebedarfswerte auch anhand der Konzentration der Abgaskomponenten berechnet werden können. In der vorste hend beschriebenen Ausführungsform wird die Energie ausge wählt, welche dem größeren Energiebedarf von den Energiebe darfswerten für die zwei Arten von schädlichen Komponenten entspricht, um die zwei Arten von schädlichen Komponenten auf einen vorbestimmten Referenzwert zu reinigen. Alternativ kann die Energie, die an die Plasmaerzeugungsvorrichtung 13 anhand des festgelegten Referenzwertes und der Art und Anzahl der schädlichen Komponenten aus den Energiebedarfswerten zu lie fern ist, auch aus den den schädlichen Komponenten entspre chend Energieverbrauchswerten ausgewählt oder berechnet wur den.

Claims

1. Plasma-Abgasbehandlungsvorrichtung mit:
einer in einem Abgasstrang eines Verbrennungsmotors vorgesehenen Plasmaerzeugungsvorrichtung (13), wobei der Plasmaerzeugungsvorrichtung (13) Energie zugeführt wird, um Plasma zu erzeugen und Abgaskomponenten zu reinigen;
einer Energiezufuhr-Steuereinrichtung (32) zum Steu ern der der Plasmaerzeugungsvorrichtung zugeführten Ener gie;
wobei die Energiezufuhr-Steuereinrichtung (32) eine Abgaszustand-Erfassungseinrichtung (51) zum Erfassen und Abschätzen der Mengen oder Konzentrationen mehrerer Ab gaskomponenten aufweist, die in dem von dem Verbrennungs motor abgegebenen Abgas enthalten sind; und
die Energiezufuhr-Steuereinrichtung (32) Energiezu stände findet, die zum Reinigen jeder von den mehreren von der Abgaszustand-Erfassungseinrichtung erfaßten Ab gaskomponenten erforderlich sind, und die der Plasmaer zeugungsvorrichtung (13) gemäß den Energiezuständen zuzufüh rende Energie bestimmt.

2. Plasma-Abgasbehandlungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Energiezufuhr-Steuereinrichtung (32) der Plasma erzeugungsvorrichtung Energie gemäß einem maximalen Ener giezustand von Energiezuständen zuführt, die für mehrere Abgaskomponenten gefunden wurden.

3. Plasma-Abgasbehandlungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei
die Energiezufuhr-Steuereinrichtung (32) eine Ener giezustand-Berechnungseinrichtung (52) zum Finden eines Energiezustands aufweist, der für die Plasmaerzeugungs vorrichtung (13) erforderlich ist, um jede von den von der Abgaszustand-Erfassungseinrichtung (51) erfaßten meh reren Abgaskomponenten auf einem vorbestimmten Referenz wert oder darunter zu reinigen; und
die Energiezufuhr-Steuereinrichtung (32) der Plasma erzeugungsvorrichtung (13) Energie gemäß einem maximalen Energiezustand von den Energiezuständen zuführt, die von der Energiezustand-Berechnungseinrichtung (52) bezüglich der mehreren Abgaskomponente gefunden wurden.

4. Plasma-Abgasbehandlungsvorrichtung nach einem der Ansprü che 1 bis 3, wobei die Abgaszustand-Erfassungseinrichtung (51) mehrere Abgaskennfelder aufweist, welche Mengen oder Konzentra tionen von mehreren Abgaskomponenten darstellen, die im voraus abhängig von einem Betriebszustand des Verbren nungsmotors gefunden wurden.

5. Plasma-Abgasbehandlungsvorrichtung nach einem der Ansprü che 1 bis 4, wobei die Abgaszustand-Erfassungseinrichtung (51) einen Sensor für die Erfassung der Mengen oder Konzentrationen der mehreren Abgaskomponenten aufweist.

6. Plasma-Abgasbehandlungsvorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Abgaszustand-Erfassungseinrichtung (51) einen mo mentanen Wert der Mengen oder Konzentrationen der von dem Sensor erfaßten mehreren Abgaskomponenten verwendet.

7. Plasma-Abgasbehandlungsvorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Abgaszustand-Erfassungseinrichtung (51) einen er faßten Summenwert oder einen gemittelten erfaßten Wert der von dem Sensor in einer vorbestimmten Zeitperiode er faßten Mengen oder Konzentrationen der mehreren Abgaskom ponenten verwendet.