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Hintergrund der Erfindung
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1. Gebiet der Erfindung:
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Die
Erfindung befasst sich mit einer Abgasaufbereitungs- bzw. -reinigungsvorrichtung
mit zum Beispiel einem Hydrokarbon(HC)-Adsorber und einer Abgasaufbereitungmethode.
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2. Beschreibung des Stands der Technik:
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Einige
im Abgas enthaltene gefährliche Komponenten (z. B. HC bzw.
Kohlenwasserstoff und Stickstoffoxide (NOx)) können ohne
Reinigung durch eine Abgasreinigungsvorrichtung mit einem HC-Adsorber
ausgestoßen werden, wobei das Abgasreinigungsvermögen
der Vorrichtung vermindert wird. Entsprechend wurde eine Vielzahl
von Konstruktionen, die eine Kombination eines elektrisch beheizten Katalysator
(EHC, electrically heated catalyst) und eines HC-Adsorbers anwenden,
zur Erhöhung des Abgasreinigungsvermögens vorgeschlagen.
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Die
japanische Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer
6 33747 (
JP-A-6 33747 ) offenbart
eine Abgasreinigungsvorrichtung mit einem HC-Adsorber und einem
davon stromabwärts angeordneten EHC.
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Die
japanische Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer
10-252449 (
JP-A-10-252449 )
offenbart eine Abgasreinigungsvorrichtung mit einem HC-Adsorber
und einem davon stromabwärts angeordneten EHC, wobei der
adsorbierte HC von dem EHC gereinigt bzw. aufbereitet wird, sekundäre
bzw. zusätzliche Luft in diesen Vorgang zur Verfügung
gestellt wird und die bereitgestellte Menge der sekundären
Luft basierend auf der Ausgabe eines Sauerstoffsensors gesteuert
wird.
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Die
japanische Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer
7 63048 (
JP-A-7 63048 ) offenbart
(
5) eine Konstruktion mit einem HC-Adsorber
und einem davon stromabwärts angeordneten EHC (beschrieben
als „ein Katalysator körper A" in
JP A 7 63048 ), wobei der stromabwärtige EHC
bei einer Temperatur aktiviert wird, bei der die Desorption des
adsorbierten HC beginnt.
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Jedoch
kann mit den Abgasreinigungsvorrichtungen, die in
JP-A-6 33747 ,
JP-A-10 252449 und
JP-A-7 63048 offenbart
sind, der Ausstoß von unverbrannten Gaskomponenten in die
Atmosphäre nicht in einem nahezu vollständigen
Grad unterdrückt werden. Noch genauer kann die Rückkopplungsregelung des
Luftstromverhältnisses nicht sachgemäß durchgeführt
werden, bis der O2-Sensor aktiviert wurde, und die Sauerstoffspeicherkapazität
(OSC) des EHC kann nicht richtig gesteuert werden, wenn die Brennkraftmaschine
gestartet wird. Als Folge kann nicht gereinigtes NOx oder HC in
die Atmosphäre ausgestoßen werden.
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Kurze Erläuterung
der Erfindung
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Die
Erfindung stellt eine Abgasreinigungsvorrichtung und ein Abgasreinigungsverfahren
zur Verfügung, die die Abgasemission verbessern, wenn die
Brennkraftmaschine gestartet wird.
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Der
erste Aspekt der Erfindung betrifft eine Abgasreinigungsvorrichtung,
die in einem Abgasrohr angeordnet ist, das als Strömungskanal
eines Abgases dient, das von einer Brennkraftmaschine ausgestoßen
wird, mit: einer ersten Reinigungseinrichtung zur Reinigung mindestens
einer Komponente aus einer Vielzahl im Abgas enthaltener Komponenten;
einer Heizeinrichtung zum Heizen der ersten Reinigungseinrichtung
auf eine vorbestimmte Temperatur innerhalb mindestens eines Teiles
eines Zeitintervalls von vor dem Start der Brennkraftmaschine bis
zu einem ersten Zeitpunkt nach dem Start der Brennkraftmaschine;
und einer Luft-Brennstoff-Verhältnissteuereinrichtung zur
Steuerung eines Luft-Brennstoff-Verhältnisses des Abgases
so, dass ein erstes Luft-Brennstoff-Verhältnis geeignet
für die erste Reinigungseinrichtung erhalten wird, um die
eine Komponente innerhalb mindestens eines Teiles eines Zeitintervalls
von dem Zeitpunkt, an dem die Brennkraftmaschine gestartet wurde,
bis zu einem zweiten Zeitpunkt, der bei oder nach einer Zeit ist,
bei der die erste Reinigungseinrichtung auf die vorbestimmte Temperatur
geheizt wurde, aufzubereiten bzw. zu reinigen; und einer Adsorptionseinrichtung,
die mit der Abgasleitung in Verbindung steht und mindestens teilweise
eine andere Komponente aus der Vielzahl an Komponenten adsorbiert.
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Mit
einer solchen Anordnung heizt die Heizeinrichtung die erste Reinigungseinrichtung
vor, bevor die Brennkraftmaschine gestartet wurde oder sogleich
nachdem die Brennkraftmaschine gestartet wurde. Ferner ist der zweiten
Zeitpunkt ein Zeitpunkt, bei dem die erste Aufbereitungseinrichtung
auf eine vorbestimmte Temperatur geheizt wurde. Es gibt eine Möglichkeit,
dass der O2-Sensor nicht sofort nach dem Start der Brennkraftmaschine
eingeschaltet wird, und die ungereinigten Komponenten in die Atmosphäre
ausgestoßen werden, ohne dass die OSC der ersten Aufbereitungseinrichtung
exakt gesteuert wird. Der vorstehend genannte Aufbau macht es jedoch
möglich, die Temperatur und das Luft-Brennstoff-Verhältnis
zu erhalten, die für eine ausreichende Aufbereitung einer
Komponente durch die erste Aufbereitungseinrichtung geeignet sind.
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In
der Abgasreinigungsvorrichtung gemäß dem vorliegenden
Aspekt kann die Adsorptionseinrichtung mit der Abgasleitung stromabwärts
der ersten Aufbereitungseinrichtung kommunizieren.
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Mit
der vorstehend beschriebenen Anordnung adsorbiert die Adsorptionseinrichtung
mindestens teilweise eine andere Komponente, die eine andere als
die erste Komponente ist und nicht von der ersten Aufbereitungseinrichtung
adsorbiert worden ist.
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Mit
der zuvor beschriebenen Anordnung wird die erste Aufbereitungseinrichtung
durch die Heizeinrichtung im voraus aktiviert und das Luft-Brennstoff-Verhältnis
wird auf das erste Luft-Brennstoff-Verhältnis gesteuert.
Daher kann die eine Komponente vorteilhaft in der ersten Aufbereitungseinrichtung
aufbereitet werden. Andererseits geht die andere Komponente durch
die erste Aufbereitungseinrichtung, kann aber von der stromabwärtigen
Adsorptionseinrichtung adsorbiert werden. Als Resultat wird weder
die eine Komponente noch die andere Komponente in die Umgebung der
Abgasleitung ausgestoßen. Die Abgasemission zu dem Zeitpunkt,
an dem die Brennkraftmaschine angelassen wird, kann so verbessert
werden.
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In
der Abgasreinigungsvorrichtung nach dem vorliegenden Aspekt kann
die Luft-Brennstoff-Verhältnissteuereinrichtung ein Luft-Brennstoff-Verhältnis
des Abgases so steuern, dass ein erstes Luft-Brennstoff-Verhältnis
erhalten wird, das zur Aufberei tung einer Komponente aus einer Vielzahl
an Komponenten in einem Zeitintervall von dem Zeitpunkt, an dem
die erste Aufbereitungseinrichtung auf ihre Aktivierungstemperatur
aufgeheizt wurde, bis zu dem zweiten Zeitpunkt geeignet ist.
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Mit
der zuvor beschriebenen Anordnung wird, sobald die erste Aufbereitungseinrichtung
auf deren Aktivierungstemperatur aufgeheizt wurde, das erste Luft-Brennstoff-Verhältnis
passend zur Aufbereitung der ersten Komponente bis zu dem zweiten Zeitpunkt
festgelegt. Als Resultat kann die eine Komponente vorteilhaft durch
die erste Aufbereitungseinrichtung aufbereitet werden.
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Die
Abgasreinigungsvorrichtung gemäß dem vorliegenden
Aspekt kann weiter eine Luft-Brennstoff-Erkennungseinrichtung zur
Erkennung eines Luft-Brennstoff-Verhältnisses des in der
Abgasleitung fließenden Abgases enthalten und die Luft-Brennstoff-Verhältnissteuereinrichtung
kann rückkoppelnd das Luft-Brennstoff-Verhältnis
des Abgases basierend mindestens auf dem ermittelten Luft-Brennstoff-Verhältnis
regeln.
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Mit
der zuvor beschriebenen Anordnung wird das Luft-Brennstoff-Verhältnis
des in der Abgasleitung fließenden Abgases durch die Luft-Brennstoff-Verhältnissteuereinrichtung
erkannt. Die Luft-Brennstoff-Verhältnissteuereinrichtung
kann rückkoppelnd das Luft-Brennstoff-Verhältnis
des Abgases basierend mindestens auf dem Luft-Brennstoff-Verhältnis
regeln, das auf diese Weise erkannt worden ist.
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In
der Abgasreinigungsvorrichtung gemäß dem vorliegenden
Aspekt kann der zweite Zeitpunkt ein Zeitpunkt sein, an dem die
Aktivierung der Luft-Brennstoff-Erkennungseinrichtung gestartet
wird und die Luft-Brennstoff-Verhältnissteuereinrichtung kann
rückkoppelnd das Luft-Brennstoff-Verhältnis innerhalb
einer aktiven Phase der Luft-Brennstoff-Erkennungseinrichtung regeln,
die an dem zweiten Zeitpunkt startet.
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Mit
der zuvor beschriebenen Anordnung ist der zweite Zeitpunkt ein Zeitpunkt,
an dem die Aktivierung der Luft-Brennstoff-Verhältniserkennungseinrichtung
gestartet wird und das Aktivierungszeitintervall bzw. die aktive
Phase der Luft-Brennstoff-Verhältniserkennungseinrichtung,
die zu dem zweiten Zeitpunkt startet, kann mit einer vergleichsweise
hohen Zuverlässigkeit des Erkennungsergebnisses erkannt
werden. Daher kann das Luft-Brennstoff-Verhältnis rückkoppelnd
innerhalb der Aktivphase geregelt werden. Folglich kann das erste
Luft-Brennstoff-Verhältnis so eingehalten werden, dass
die eine Komponente zuverlässig mit der ersten Aufbereitungseinrichtung
aufbereitet werden kann, bis die Zuverlässigkeit der Rückkopplungsregelung
sichergestellt ist.
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Die
Abgasreinigungs- bzw. -aufbereitungsvorrichtung gemäß dem
vorliegenden Aspekt kann weiter eine Einrichtung zur Bestimmung
des Desorptionszustands zur Bestimmung eines Desorptionszustands
der anderen Komponente von der Adsorptionseinrichtung enthalten
und der zweite Zeitpunkt kann entsprechend des bestimmten Desorptionszustands
der anderen Komponente festgesetzt werden.
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Mit
der vorstehend beschriebenen Anordnung wird der Desorptionszustand
der anderen Komponente von der Adsorptionseinrichtung durch die Einrichtung
zur Bestimmung des Desorptionszustands bestimmt, und der zweite
Zeitpunkt (der der Anfang eines Zeitabschnitts ist, in dem es nicht
wünschenswert ist, das Luft-Brennstoff-Verhältnis
auf das erste Luft-Brennstoff-Verhältnis festzulegen) wird hierzu
entsprechend festgesetzt. Folglich ist es an oder nach dem zweiten
Zeitpunkt möglich, von dem ersten Luft-Brennstoff-Verhältnis,
das nur für die eine Komponente nützlich ist und
bei dem die andere Komponente vermutlich adsorbiert wird, auf das Luft-Brennstoff-Verhältnis
umzuschalten, das bis zu einem bestimmten Grad für beide
Komponenten nützlich ist. Somit kann der Fall vermieden
werden, bei dem die andere Komponente ausgestoßen wird, ohne
durch eine Vorrichtung aufbereitet bzw. gereinigt zu werden.
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Die
Abgasaufbereitungsvorrichtung gemäß dem vorliegenden
Aspekt kann weiter eine zweite Aufbereitungseinrichtung zur Aufbereitung
einer anderen in der Adsorptionseinrichtung adsorbierten Komponente
enthalten.
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Mit
der zuvor beschriebenen Anordnung reinigt die zweite Aufbereitungseinrichtung
eine andere in der Adsorptionseinrichtung adsorbierte Komponente.
Die adsorbierte andere Komponente wird daher in irgendeiner Form
gereinigt. Als Ergebnis kann die Adsorptionskapazität der
Adsorptionseinrichtung vor der Ankunft der anderen Komponente gewährleistet
werden.
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In
der Abgasaufbereitungsvorrichtung gemäß dem vorliegenden
Aspekt kann die erste Aufbereitungseinrichtung als die zweite Aufbereitungseinrichtung
arbeiten und kann weiter eine Begrenzungseinrichtung zur Begrenzung
des Ausstoßes von Abgas aus der Abgasleitung stromabwärts
der ersten Aufbereitungseinrichtung und der Adsorptionseinrichtung
in der Abgasleitung und eine Rückführungseinrichtung
zum Desorbieren der adsorbierten anderen Komponente und zum Rückführen
der anderen Komponente über einen Rückführungskanal
in eine Zone stromaufwärts der ersten Aufbereitungseinrichtung,
während der Ausstoß des Abgases durch die Begrenzungseinrichtung
begrenzt wird, umfassen.
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Mit
der vorstehend beschriebenen Anordnung kann die Abgasleitung durch
die Begrenzungseinrichtung, beispielsweise durch ein Absperrventil
in dem Bereich der Abgasleitung, der stromabwärts der ersten
Aufbereitungseinrichtung liegt, abgesperrt werden. Daher kann der
Ausstoß von Abgas aus der Abgasleitung geeignet begrenzt
werden. Innerhalb dieses Intervalls wird die adsorbierte andere
Komponente desorbiert und über den Rückführungskanal
in den Bereich stromaufwärts der ersten Aufbereitungseinrichtung
durch die Rückführungsvorrichtung, die durch eine
Kombination eines Rückführungskanals und einer
Luftdruckpumpe gebildet wird, die in den Kanal eingebaut ist, oder
durch den Betrieb der Brennkraftmaschine zurückgeführt.
Hier arbeitet die erste Reinigungseinrichtung auch als die zweite
Reinigungseinrichtung. Als Ergebnis bereitet die erste Reinigungseinrichtung
die zurückgeführte andere Komponente auf, während
die eine Komponente aufbereitet wird. Daher kann jede Komponente
aufbereitet werden.
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Die
Abgasreinigungsvorrichtung gemäß dem vorliegenden
Aspekt kann weiterhin eine Zufuhreinrichtung zur Zufuhr zusätzlicher
Luft zu der ersten Reinigungseinrichtung über den Rückführungskanal aufweisen.
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Mit
der zuvor beschriebenen Anordnung führt die Zufuhreinrichtung
die zusätzliche Luft der ersten Aufbereitungs- bzw. Reinigungseinrichtung über
den Rückführungskanal zu. Als Ergebnis kann der
OSC-Zustand der ersten Reinigungseinrichtung wieder hergestellt
werden und deren Reinigungskapazität kann sichergestellt
werden.
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Die
Abgasreinigungsvorrichtung gemäß dem vorliegenden
Aspekt kann weiterhin eine Desorptionszustandsbestimmungseinrichtung
zur Bestimmung eines Desorptionszustandes der anderen Komponente
von der Adsorptionseinrichtung umfassen, wobei die Zufuhreinrichtung
die zusätzliche Luft entsprechend des bestimmten Desorptionszustands
der anderen Komponente zuführt.
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Mit
der zuvor beschriebenen Anordnung führt die Zufuhreinrichtung
die zusätzliche Luft entsprechend des Desorptionszustands
der anderen Komponente zu, der von der Desorptionszustandsbestimmungseinrichtung
bestimmt wurde. Wo bestimmt wird, dass die Temperatur der Desorptionseinrichtung
in die Nähe der Desorptionstemperatur angestiegen ist,
ist es möglich, dass die andere Komponente in nächster
Zukunft beginnt, aus der Adsorptionseinrichtung zu desorbieren.
In einem solchen Fall ist es möglich, das Ankommen der
desorbierten anderen Komponente durch Zufuhr der zusätzlichen Luft
im Voraus vorzubereiten, wodurch Sauerstoff der ersten Reinigungsvorrichtung
zugeführt und der OSC-Zustand der ersten Reinigungsvorrichtung
wieder hergestellt wird.
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Alternativ
kann die Abgasreinigungsvorrichtung gemäß dem
vorliegenden Aspekt weiterführend eine OSC-Zustandbestimmungseinrichtung
zur Bestimmung eines OSC-Zustandes der ersten Reinigungseinrichtung
umfassen, die auch als die zweite Reinigungseinrichtung arbeitet,
wobei die Zufuhreinrichtung die zusätzliche Luft entsprechend
des bestimmten OSC-Zustandes zuführt.
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Mit
der zuvor beschriebenen Anordnung wird der OSC-Zustand der ersten
Reinigungseinrichtung, die auch als die zweite Reinigungseinrichtung
arbeitet, durch die OSC-Zustandbestimmungseinrichtung bestimmt,
und die Zufuhreinrichtung führt die zusätzliche
Luft entsprechend deren OSC-Zustands zu. Wenn die Menge des gespeicherten
Sauerstoffs sehr klein ist und der OSC-Zustand als schlecht angesehen
wird, ist es gegebenenfalls möglich, das Ankommen der desorbierten
anderen Komponente durch eine entsprechende Wiederherstellung des
OSC-Zustandes der ersten Reinigungseinrichtung vorzubereiten.
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Alternativ
kann die Abgasreinigungsvorrichtung gemäß dem
vorliegenden Aspekt weiterführend eine Innendruckbestimmungseinrichtung
zur Bestimmung eines Drucks innerhalb der Abgasleitung in einem
Zustand umfassen, in dem der Ausstoß des Abgases durch
die Begrenzungseinrichtung begrenzt wird, wobei die Zufuhreinrichtung
die zugeführte Menge der zusätzlichen Luft entsprechend
dem bestimmten Innendruck regulieren kann.
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Mit
der vorstehend beschriebenen Anordnung reguliert die Zufuhreinrichtung
die zugeführte Menge der zusätzlichen Luft entsprechend
dem Innendruck innerhalb der Abgasleitung, der mit der Innendruckbestimmungseinrichtung
bestimmt wird. Als Ergebnis ist es möglich, die Zufuhr
zusätzlicher Luft zu unterdrücken, wodurch es
möglich wird, das Austreten von Abgas aus der Begrenzungseinrichtung
zu vermeiden, wenn der Betriebsdruck zu hoch und der Druckwiderstand
der Begrenzungseinrichtung überschritten ist.
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In
der Abgasreinigungsvorrichtung gemäß dem vorliegenden
Aspekt kann die Heizeinrichtung die erste Reinigungseinrichtung
entsprechend der Menge an zusätzlicher durch die Zufuhreinrichtung zugeführter
Luft heizen.
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Mit
der zuvor beschriebenen Anordnung kann die Temperatur der ersten
Reinigungseinrichtung mit dem Anstieg der Menge an zusätzlicher durch
die Zufuhreinrichtung zugeführter Luft verringert werden.
Daher wird die erste Reinigungsvorrichtung entsprechend beheizt.
Als Resultat kann die erste Reinigungsvorrichtung in dem Aktivzustand
gehalten werden, auch wenn die zusätzliche Luft zugeführt wird.
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In
der Abgasreinigungsvorrichtung gemäß dem vorliegenden
Aspekt kann die zweite Reinigungseinrichtung die andere Komponente
in einem Zeitintervall aufbereiten bzw. reinigen, in dem die Brennkraftmaschine
gestoppt ist.
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Mit
der zuvor beschriebenen Anordnung reinigt die zweite Reinigungseinrichtung
im Gegensatz zur ersten Reinigungseinrichtung die andere Komponente
in einem Zeitintervall, in dem die Brennkraftmaschine gestoppt ist.
Als Resultat kann die andere Komponente, die adsorbiert wird, wenn
die Brennkraftmaschine gestartet wird, zuverlässig durch
Absperren der Abgasleitung mit der Begrenzungseinrichtung und mehrmaliges
Rückführen der anderen Komponente in einem Zeitintervall
aufbereitet werden, in dem die Brennkraftmaschine angehalten wurde.
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In
der Abgasreinigungsvorrichtung gemäß dem vorliegenden
Aspekt kann der erste Zeitpunkt ein Zeitpunkt sein, zu dem praktisch
kein Abgas von der Brennkraftmaschine ausgestoßen wird.
Weiter kann in der Abgasreinigungsvorrichtung gemäß dem vorliegenden
Aspekt die eine Komponente Stickstoffoxid sein und das erste Luft-Brennstoff-Verhältnis kann
ein Luft-Brennstoff-Verhältnis auf einer angereicherten
bzw. fetten Seite eines theoretischen Luft-Brennstoff-Verhältnisses
der Brennkraftmaschine sein.
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Der
zweite Aspekt der Erfindung betrifft ein Abgasreinigungsverfahren
in einer Reinigungseinrichtung zur Reinigung mindestens einer Komponente
aus einer Vielzahl im Abgas enthaltener und von einer Brennkraftmaschine
ausgestoßener Komponenten. Das Abgasreinigungsverfahren
umfasst: Heizen der Reinigungseinrichtung auf eine vorbestimmte
Temperatur innerhalb eines Zeitintervalls, das mindestens Teil eines
Zeitintervalls von vor dem Start der Brennkraftmaschine bis bis
zu einem ersten Zeitpunkt nach dem Start der Brennkraftmaschine
ist, Steuern eines Luft-Brennstoff-Verhältnisses des Abgases
so, dass ein erstes Luft-Brennstoff-Verhältnis passend
zur Reinigungseinrichtung erhalten wird, um die eine Komponente
innerhalb mindestens eines Teiles eines Zeitintervalls von dem Zeitpunkt,
an dem die Brennkraftmaschine gestartet wurde, bis zu einem zweiten
Zeitpunkt aufzubereiten, der bei oder nach einer Zeit liegt, bei
der die erste Reinigungseinrichtung auf eine vorbestimmte Temperatur
geheizt wurde; und mindestens teilweises Adsorbieren einer anderen
Komponente aus der Vielzahl an Komponenten.
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Kurze Erläuterung
der Figuren
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Die
vorgenannten und weiteren Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung
werden aus der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungen
mit Bezug auf die beiliegenden Bilder deutlich, wobei ähnliche
Bezugszeichen benutzt werden, um ähnliche Elemente zu zeigen
und wobei:
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1 eine
schematische Draufsicht ist, die eine Abgasreinigungsvorrichtung
in einer ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
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2 ein
Ablaufplan ist, der den Betrieb der Abgasreinigungsvorrichtung der
ersten Ausführungsform zeigt;
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3 eine
schematische Draufsicht ist, die die Abgasreinigungsvorrichtung
der zweiten Ausführungsform zeigt;
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4 ein
Ablaufplan ist, der den Betrieb der Abgasreinigungsvorrichtung der
zweiten Ausführungsform zeigt;
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die 5A und 5B ein
Ablaufplan sind, der den Betrieb der Abgasreinigungsvorrichtung
der dritten Ausführungsform zeigt;
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6 eine
schematische Draufsicht ist, die eine Abgasreinigungsvorrichtung
der vierten Ausführungsform zeigt;
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die 7A und 7B ein
Ablaufplan sind, der den Betrieb der Abgasreinigungsvorrichtung
der vierten Ausführungsform zeigt;
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8 eine
schematische Draufsicht ist, die die Abgasreinigungsvorrichtung
in einer fünften Ausführungsform zeigt;
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die 9A und 9B ein
Ablaufplan sind, der den Betrieb der Abgasreinigungsvorrichtung
der fünften Ausführungsform zeigt;
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10 eine
schematische Draufsicht ist, die die Abgasreinigungsvorrichtung
der sechsten Ausführungsform zeigt; und
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die 11A und 11B ein
Ablaufplan sind, der den Betrieb der Abgasreinigungsvorrichtung
der sechsten Ausführungsform zeigt.
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Detaillierte Beschreibung
der Ausführungsformen
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Eine
Ausführungsform der Erfindung wird nachstehend mit Bezug
auf die beigefügten Figuren genauer beschrieben.
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Zuerst
wird ein grundlegender Aufbau der Abgasreinigungsvorrichtung der
ersten Ausführungsform mit Bezug auf 1 beschrieben. 1 ist
eine schematische Draufsicht, die eine Abgasreinigungsvorrichtung
in einer ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
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Wie
in 1 gezeigt ist die Abgasreinigungsvorrichtung der
ersten Ausführungsform beispielsweise in einem Hybridfahrzeug
installiert und weist ein Ansaugrohr 206, das mit einem
Drosselventil 214 ausgestattet ist, eine Brennkraftmaschine 200 und
ein Abgasrohr 210 auf, die auf einer Grundfläche bzw.
Basis aufgebaut sind. In einem bekannten Vorgang wird eine Luft-Brennstoff-Mischung,
die durch Mischen eines Brennstoffs mit Ansaugluft aus dem Ansaugrohr 206 erhalten
wird, in der Brennkraftmaschine 200 verbrannt und Abgase,
die während der Verbrennung entstehen, werden über
das Abgasrohr 210 abgeleitet. Der Aufbau der vorliegenden
Ausführungsform wird im Folgenden beschrieben. In der vorliegenden
Ausführungsform bezieht sich „stromabwärts"
auf einen Bereich, der näher an der Austrittsöffnung
des Abgasrohres 210 liegt. Folglich weist „stromaufwärts"
auf einen Bereich hin, der näher an der Einlassöffnung
des Einlassrohres 206 liegt.
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Ein
EHC 222 ist ein mit einer Heizung ausgestatteter Drei-Wege-Katalysator,
der in einer Leitung des Abgasrohres 210 angeordnet ist
und beispielsweise unter der Steuerung durch eine Steuereinheit 100 auf
eine eingestellte Temperatur beheizt werden kann. Beispielsweise
reduziert der EHC 222 NOx und oxidiert HC mit dem gespeicherten
Sauerstoff. Der EHC 222 nimmt abhängig davon,
ob seine Temperatur höher als eine inhärente Aktivierungstemperatur ist,
einen aktiven Zustand oder einen passiven Zustand an, und zeigt
gute Reinigungseigenschaften nur im aktiven Zustand.
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Ein
O2-Sensor 221 ist stromabwärts des EHC 222 angeordnet
und misst die Sauerstoffkonzentration, die im durch den EHC 222 strömenden Abgas
enthalten ist. Als ein Resultat wird der OSC-Zustand des EHCs gemessen.
Der O2-Sensor 221 nimmt auch abhängig davon, ob
seine Temperatur höher als eine inhärente Aktivierungstemperatur ist,
einen aktiven Zustand oder einen passiven Zustand an, und kann die
Sauerstoffkonzentration nur im aktiven Zustand genau bestimmen.
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Ein
Rückführungskanal 310 ist mit Abschnitten
des Abgasrohres 210 verbunden, die stromaufwärts
und stromabwärts des EHCs 222 liegen, und führt
das Abgas aus der Zone stromabwärts des EHCs zu einer Zone
stromaufwärts davon.
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Ein
HC-Adsorber 340 ist aus einem Material (Aktivkohle oder
Zeolith) gebildet, das eine HC-Aufnahmefähigkeit aufweist,
und in einem Teil des Rückführungskanals 310 eingebaut,
der stromabwärts des EHCs 222 liegt.
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Ein
Umgehungsflusskanal 311 verbindet einen Teil des Abgasrohres 210 stromabwärts
des EHCs mit einem Teil des Rückführungskanals 310 stromaufwärts
des HC-Adsorbers 340. Als Resultat wird im Abgas enthaltenes
HC, das nicht vom EHC 222 aufbereitet wurde, vom HC-Adsorber
in einem Temperaturbereich unterhalb einer zuvor bestimmten HC-Desorptionstemperatur
adsorbiert. Andererseits wird das adsorbierte HC in einem Temperaturbereich oberhalb
der bestimmten HC-Desorptionstemperatur desorbiert.
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Ein
Dreiwegeventil 320 schaltet elektromagnetisch oder mechanisch
einen Strömungskanal zwischen einem Strömungskanal
a, der über den Umgehungsflusskanal 311 zu dem
HC-Adsorber führt, und einem Strömungskanal b
um, durch den das Abgas direkt in das Abgasrohr 210 fließt,
ohne den Umgehungsflusskanal 311 zu passieren.
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Eine
Gasumwälzpumpe 350 ist in einem Teil des Rückführungskanals 310 stromaufwärts
des HC-Adsorbers 340 installiert. Wenn die Gasumwälzpumpe 350 betrieben
wird, wird das sich im Rückführungskanal 310 befindende
Abgas durch deren Ansaugdruck von dem stromabwärtigen Bereich
zu dem stromaufwärtigen Bereich umgewälzt.
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Ein
Absperrventil 330 ist im untersten Abschnitt (noch genauer,
weiter stromabwärts als der stromabwärtige Teil
des Abgasrohr 210, der mit dem Rückführungskanal 310 verbunden
ist) des Auslasssystems bereit gestellt und die abgegebene Menge des
Abgases wird durch den Öffnungsgrad des Absperrventils 330 reguliert.
Wenn beispielsweise das Absperrventil 330 komplett geschlossen
ist, wird der Gasausstoß abgeschaltet und ein geschlossener
Zirkulations- bzw. Umlaufkanal gebildet.
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Das
Steuergerät 100 ist die so genannte ECU (Brennkraftmaschinensteuereinheit),
die als ein Logikberechnungsschaltkreis ausgelegt ist, der hauptsächlich
aus einem Prozessor (CPU), einem im Festwertspeicher (ROM) gespeicherten
Steuerprogramm und einem Arbeitspeicher (RAM) zur Speicherung einer
Vielfalt von Daten besteht. Das Steuergerät 100 ist über
einen Bus mit einer Eingabeschnittstelle verbunden, die Eingangssignale
vom O2-Sensor 221 und einer Vielfalt von Sensoren empfängt, die
die Drehzahl des Motors 200 anzeigen. Ferner ist das Steuergerät 100 auch über
einen Bus mit einer Ausgabeschnittstelle verbunden, die Steuersignale zu
Aktuatoren einer Öffnungsantriebseinheit des Drosselventils 214,
einer Zündeinheit der Brennkraftmaschine 200,
einer Stromversorgungseinheit des EHC 222, einer Antriebseinheit
der Gasumwälzpumpe 350, einer Antriebseinheit
des Dreiwegeventils 320 und einer Antriebseinheit des Absperrventils 330 sendet.
Als ein Ergebnis ist es möglich, das Luft-Brennstoff-Mischungsverhältnis
durch Steuern der Stromzuführung zum EHC 222 oder
durch Abstimmung des Öffnungsgrads des Drosselklappe 214 oder
durch Abstimmen der Brennstoffeinspritzmenge in einen Motor 200 zu
steuern.
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Der
grundlegende Betrieb der Abgasreinigungsvorrichtung in der ersten
Ausführungsform wird im Folgenden mit Bezug auf 2 beschrieben. 2 ist
ein Ablaufplan, der den Betrieb der Abgasreinigungsvorrichtung der
ersten Ausführungsform veranschaulicht.
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Wie
weiter oben in dem Abschnitt bezüglich der mit dem Stand
der Technik verbundenen Probleme angedeutet, kann unbehandeltes
NOx oder HC in die Atmosphäre abgegeben werden, nachdem
die Brennkraftmaschine 200 gestartet und bevor der O2-Sensor 221 aktiviert
wurde.
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Folglich
wird in der Abgasreinigungsvorrichtung der ersten Ausführungsform
die folgende Behandlung durchgeführt, um NOx fast vollständig
wenigstens mit dem EHC 200 zu reinigen, nachdem die Brennkraftmaschine 200 gestartet
und bevor der O2-Sensor 221 aktiviert wurde. Daher wird
der EHC 222 durch Vorheizen aktiviert (Schritt S100), bevor die
Brennkraftmaschine 200 gestartet wird. Dann wird die Brennkraftmaschine
gestartet (Schritt S101). Das Luft-Kraftstoffverhältnis
wird durch die Luft-Brennstoffsteuerung, die mit dem Steuergerät 100 durchgeführt
wird (Schritt S102), auf einen Wert für optimale NOx-Aufbereitung
(genauer „etwas fett") gesteuert. Als Ergeb nis kann der
EHC 222 fast vollständig das im Abgas enthaltene
NOx herausfiltern, das beim Starten der Brennkraftmaschine ausgestoßen
wird. Das „etwas fett", auf das in der vorliegenden Ausführungsform
Bezug genommen wird, bezieht sich auf ein Luft-Kraftstoffverhältnis,
das gegenüber dem stöchiometrischen Verhältnis
etwas fetter ist, und ist beispielsweise ein Luft-Kraftstoffverhältnis zwischen
14,2 und dem stöchiometrischen Verhältnis. Das
ist ein Luft-Kraftstoffverhältnis, bei dem die Reduktion
von NOx effektiv bei vorbestimmten Arbeitsbedingungen durchgeführt
werden kann.
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Andererseits
wird in diesem Zeitabschnitt das Dreiwegeventil 320 in
den Flusskanal a auf der Seite des HC-Adsorbers 340 geschaltet
(Schritt S103). Als Ergebnis kann HC, das während des Betriebs
des EHC 222 bei einer optimalen NOx Reinigung bei einem
Luft-Kraftstoffverhältnis (genauer „etwas fett")
nicht durch den EHC 222 gereinigt werden konnte, durch
den HC-Adsorber 340 adsorbiert werden.
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Der
stromabwärts des EHC 222 angeordnete O2-Sensor 221 wird
dann aktiviert, der OSC-Zustand des EHC 222 wird genau
bestimmt und der etwas fette Betrieb wird weitergeführt,
um das NOx-Reinigungsverhältnis auf einem möglichst
vollständigen Niveau aufrecht zu erhalten, bis es möglich wird,
das Luft-Kraftstoffverhältnis entsprechend des OSC-Zustands
des EHCs 222 zu steuern. Ob der O2-Sensor 221 aktiviert
wurde, kann beispielsweise basierend darauf bestimmt werden, ob
die Amplitude der Ausgangsspannung des O2-Sensors 221 größer als
ein vorab festgelegter Wert ist.
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Es
wird dann bestimmt (Schritt S104), ob der O2-Sensor 221 aktiviert
wurde oder ob die Temperatur des HC-Adsorbers die vorab bestimmte
HC-Desorptionstemperatur erreicht hat (genauer einen oberen Grenzwert
für die Temperatur, bei der das HC Adsorptionsvermögen
vorteilhaft bewiesen werden kann). Wenn bestimmt wurde, das der
O2-Sensor 221 aktiviert worden ist (Schritt S104: Ja),
dann wird die Luft-Brennstoffrückkoppelungsregelung entsprechend
durchgeführt. Daher wird der etwas fette Betrieb unterbrochen
(Schritt S10), um von dem etwas fetten Betrieb zum stöchiometrischen
Betrieb umzuschalten. Alternativ wird der etwas fette Betrieb unterbrochen
(Schritt S10), wenn es bestimmt wird, dass die Temperatur des HC-Adsorbers 340 die
vorab bestimmte HC-Desorptionstemperatur erreicht hat (Schritt S104:
Ja), um die Verringerung der HC-Adsorptionsfähigkeit zu
verhindern (Schritt S10).
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Das
Steuergerät 100 führt dann das Umschalten
aus dem etwas fetten Betrieb in den stöchiometrischen Betrieb
durch (Schritt S106). Als Resultat kann nicht nur NOx, sondern auch
HC fast vollständig in dem EHC 222 gereinigt bzw.
entfernt werden. In diesem Fall wird das Dreiwegeventil 320 zu dem
Flusskanal b auf der Seite des Umgehungsflusskanals 11 des
HC-Adsorbers 340 geschaltet und das gereinigte Gas wird
ausgestoßen (Schritt S107), weil es nicht notwendig ist,
die Adsorption von HC in dem HC-Adsorber 340 zu bestimmen.
In diesem Falle wird das HC gespeichert, das schon von dem HC-Adsorber 340 aufgenommen
wurde, ohne es abzugeben.
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Der
Ablauf wartet dann, bis die Brennkraftmaschine 200 anhält
(Schritt S108: Nein), und sobald die Brennkraftmaschine 200 anhält
(Schritt S108: Ja), schließt das Steuergerät 100 das
Absperrventil 330 (Schritt S109), schaltet das Dreiwegeventil 320 auf
den Strömungskanal b (Schritt S110), und treibt die Pumpe 350 an
(Schritt S111), um einen geschlossenen Umlauf des in dem System
befindlichen Gases zu veranlassen. In diesem geschlossenen Umlauf kann
ein elektrischer Strom an den EHC 222 angelegt werden (Schritt
S112). In diesem Fall kann der aktive Zustand des EHCs 222 beibehalten
werden. Zudem wird das umlaufende Gas geheizt, die Desorption des
absorbierten HC in dem HC-Adsorber 340 ist erhöht
und das desorbierte HC wird dem EHC 222 wieder zugeführt,
wobei es möglich wird, das desorbierte HC in dem EHC 222 aufzubereiten.
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Wie
vorstehend beschrieben kann mit der Abgasreinigungsvorrichtung der
ersten Ausführungsform die Abgabe von HC und NOx innerhalb
eines Intervalls nach dem Start der Brennkraftmaschine 200 und
bevor die Rückkoppelungsregelung des Luft-Kraftstoffverhältnisses
angemessen ausgeführt werden kann, aktiv vermieden oder
unterdrückt werden. Weiter kann in dem intermittierenden
Modus, in dem die Brennkraftmaschine 200 stoppt, die Desorption
des adsorbierten HCs und die Aufbereitung des desorbierten HC in
einem abgaslosen Zustand durchgeführt werden. In diesem
Fall kann das desorbierte HC gründlich aufbereitet werden,
da das Gas, welches das desorbierte HC enthält, zirkuliert
und wiederholt durch den EHC 222 geleitet wird. Zudem kann
der Anstieg des Brennstoffverbrauchs vermieden werden, da es nicht
notwendig ist, die Brennkraftmaschine 200 zu betreiben,
um die Desorption des während des Umlaufs durch den HC-Adsorbers 340 adsorbierten
Materials zu veranlassen. Darüber hin aus kann der Verbrauch
der für die HC-Desorption notwendigen Energie signifikant
reduziert werden da nur das Gas beheizt wird, das ein Volumen innerhalb der
geschlossenen Schleife aufweist.
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Der
grundlegende Aufbau der Abgasreinigungsvorrichtung der zweiten Ausführungsform
wird im Folgenden mit Bezug auf 3 beschreiben. 3 ist
eine schematische Draufsicht der Abgasreinigungsvorrichtung der
zweiten Ausführungsform. In 3 sind Komponenten,
die identisch zu den bereits vorstehend in 1 gezeigten
sind, mit identischen Bezugszeichen bezeichnet und eine detaillierte
Erklärung derselben wird hier weggelassen.
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Wie
in 3 gezeigt unterscheidet sich die Konfiguration
der Abgasreinigungsvorrichtung in der zweiten Ausführungsform
von jener der ersten Ausführungsform wie folgt. Genauer
gesagt verbindet der Rückführungskanal 310 das
Ansaugrohr 206 mit der Zone des Abgasrohres 210,
die stromab des EHC 222 angeordnet ist und das Abgas aus
der Zone stromab des EHC 222 einer Zone stromauf davon
zuführt. In anderen Worten wird in der ersten Ausführungsform
das Abgas vollständig in dem Abgassystem umgewälzt,
während in der zweiten Ausführungsform das Abgas
wieder dem Ansaug- bzw. Einlasssystem zugeführt wird.
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Weiterhin
ist ein Motor 44, der zum Anlassen der Brennkraftmaschine 200 benutzt
wird, anstelle der Gasumwälzpumpe 350 vorgesehen.
Der Motor 44 ist ein Motorgenerator oder ein Startermotor
und ist so aufgebaut, dass die Antriebsleistung von der (nicht in
der Fig. gezeigten) Batterie zur Verfügung gestellt wird
und seine Abgabe beispielsweise über eine Riemenscheibe
auf einer Abtriebswelle der Brennkraftmaschine 200 übertragen
werden kann, auch wenn die Brennkraftmaschine 200 im intermittierenden
Modus läuft.
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Der
grundlegende Betrieb der Abgasreinigungsvorrichtung in der zweiten
Ausführungsform wird nachfolgend mit Bezug auf 4 beschrieben. 4 ist
ein Ablaufplan, der den Betrieb der Abgasreinigungsvorrichtung in
der zweiten Ausführungsform veranschaulicht.
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Wie
in 4 gezeigt arbeitet die Abgasreinigungsvorrichtung
der zweiten Ausführungsform in der folgenden und Weise.
Genauer gesagt wird in dem Desorptionsbehandlungsvorgang (Schritt
S109 bis S112) für das adsorbierte HC, der implementiert wird,
wenn die Brennkraftmaschine 200 einen gestoppten Zustand
einnimmt (Intermittierender Modus der Brennkraftmaschine), das Schließventil
geschlossen (Schritt S109), dann der Motor 44 angetrieben
und ein Anlassen der Brennkraftmaschine 200 durchgeführt
(Schritt S211). Als Ergebnis wird das desorbierte HC in der Einlassleitung 206 über den
Rückführungskanal 310 umgepumpt und über die
Brennkraftmaschine 200 in den EHC 222 eingeführt.
Daher kann das desorbierte HC in dem EHC 222 aufbereitet
werden.
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Wie
vorstehend beschrieben kann in der Abgasreinigungsvorrichtung der
zweiten Ausführungsform die Desorptionsbehandlung des adsorbierten HC
durchgeführt werden, ohne die Gasumwälzpumpe 340 hinzuzufügen,
die in der ersten Ausführungsform verwendet wird. Als Ergebnis
kann die Menge der für die Desorptionsbehandlung des adsorbierten HC
aufgewendeten Energie deutlich reduziert werden, und der Anstieg
des Brennstoffverbrauchs kann effektiv verhindert werden.
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Der
grundlegende Aufbau der Abgasreinigungsvorrichtung in der dritten
Ausführungsform kann identisch zu dem in der zweiten Ausführungsform
sein und eine detaillierte Beschreibung wird daher hier weggelassen.
Dieser Aufbau kann durch 3 wiedergegeben werden.
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Der
grundlegende Betrieb der Abgasreinigungsvorrichtung in der dritten
Ausführungsform wird im Folgenden mit Bezug auf die 5A und 5B beschrieben.
Die 5A und 5B sind
ein Ablaufplan, der den Betrieb der Abgasreinigungsvorrichtung in
der dritten Ausführungsform veranschaulicht.
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Wie
in den 5A und 5B gezeigt
arbeitet die Abgasreinigungsvorrichtung der dritten Ausführungsform
in der folgenden Weise. Noch genauer wird die Ablaufsteuerung zum
Drosseln des Absperrventils 330 und zur Desorption des
adsorbierten HC (Schritte S3071 bis S3073) im Leerlaufmodus der
Brennkraftmaschine 200 durchgeführt (das bedeutet,
bevor das Resultat der Bestimmung in Schritt S108 Ja ist), anstatt
in dem Haltezustand der Brennkraftmaschine 200. Als Ergebnis
wird ein Teil des Abgases zu dem HC-Adsorber 340 zurückgeführt
und dieses Gas verbessert die Desorption des adsorbierten HC und
kann als Abgasrückführungs-(EGR-)Gas in das Einlasssystem
rückgeführt werden.
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In
diesem Fall ist die Menge des desorbierten HC, das in dem EGR enthalten
ist und in den Einlass zurückgeführt wird, um
so größer, je größer die Drosselung
der Öffnung des Verschlussventils 330 ist. Dies
ist so, weil die Temperatur des Adsorbers 340 ansteigt
und die Desorption des adsorbierten HC erhöht wird, wenn
eine große Menge des Abgases zu dem HC-Adsorber 340 zurückgeführt
wird.
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Entsprechend
kann der Öffnungsgrad des Verschlussventils 330 variabel
abhängig vom Ausgangssignal des O2-Sensors 221 gesteuert
werden, der hinter dem EHC 222 angeordnet ist (Schritt S3071).
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Noch
genauer kann der Öffnungsgrad des Verschlussventils 330 beibehalten
werden, wenn das Ausgangssignal des O2-Sensors 221, der
hinter dem EHC 222 angeordnet ist, eine stöchiometrische Spannung
(noch genauer nahe bei 0,5 V) ist (S3071: STOICH). Wenn jedoch das
Ausgangssignals des O2-Sensors 221 von der stöchiometrischen
Spannung zu der fetten Seite hin verschoben wird (Schritt S3071:
RICH), wird der Öffnungsgrad des Verschlussventils 330 vergrößert,
die Menge des zu dem HC-Adsorbers 340 rückgeführten
Gases wird reduziert, die Desorption des adsorbierten HCs wird reduziert
und die Menge des fetten EGR, das das desorbierte HC enthält,
wird verringert.
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Andererseits
wird der Öffnungsgrad des Verschlussventils 330 reduziert,
die Menge des zu dem HC-Adsorbers 340 rückgeführten
Gases erhöht, die Desorption des adsorbierten HCs verbessert
und die Menge des fetten EGR, das das desorbierte HC enthält,
wird erhöht, wenn das Ausgangssignal des O2-Sensors 221 von
der stöchiometrischen Spannung zu der mageren Seite verschoben
ist (S3071: LEAN).
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Im
Ergebnis kann die EGR bzw. Abgasrückführung geeignet
so implementiert werden, dass das Ausgangssignals des O2-Sensors 221 eine
stöchiometrische Spannung wird.
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Weiterhin
kann die Menge des der Brennkraftmaschine 200 zugeführten
Kraftstoffs verringert werden, und das Luft-Kraftstoffverhältnis
kann auf die magere Seite hin gesteuert werden, wenn sich das Ausgangssignal
des O2-Sensors von einer stöchiometrischen Spannung auf
die fette Seite verschiebt.
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Weiterhin
kann die HC-Menge im EGR-Gas aus der Menge des zu dem HC-Adsorber 340 zurückgeführten
Gases, dem Luft-Kraftstoffverhältnis, der ursprünglichen
HC-Adsorbtionsmenge in dem HC-Adsorber 340, der Temperatur
des HC-Adsorbers 340 und dergleichen ausgerechnet werden,
und die Kraftstoffeinspritzmenge kann vorab verringert werden, um
zu der errechneten HC-Menge zu passen.
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Darüber
hinaus ist es auch möglich, die HC-Menge, die in dem EHC 222 aufbereitet
werden kann, aus dem momentanen OSC-Status des EHC 222 zu
berechnen, dann die desorbierte HC-Menge zu berechnen, die zu der
rückgeführten Gasmenge aus der ursprünglichen
HC-Adsorbtionsmenge des HC-Adsorbers 340, der Temperatur
des HC-Adsorbers 340 und dergleichen passt, und den Öffnungsgrad
des Verschlussventils 330 einzustellen und die Menge des
zu dem HC-Adsorber 340 zurückgeführten
Gases so zu steuern, dass die HC-Menge erhalten wird, die in dem
EHC 222 gereinigt werden kann.
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Wie
vorstehend beschrieben kann mit der Abgasreinigungsvorrichtung der
dritten Ausführungsform die EGR bzw. Abgasrückführung
mit einem fetten Gas, das das desorbierte HC von dem HC-Adsorber
enthält, geeignet implementiert werden, und die Verschlechterung
der Reinigungskapazität des EHC 222, die durch
den Einsatz der EGR mit sehr fettem Gas und eine Verschlechterung
der Verbrennung in der Brennkraftmaschine 200 verursacht
wird, effektiv verhindert werden. Weiterhin kann die Desorptionskapazität
des HC-Adsorbers 340 erhöht werden, ohne die Reinigungskapazität
des EHCs 222 zu verringern.
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Der
grundlegende Aufbau der Abgasreinigungsvorrichtung der vierten Ausführungsform
wird im Folgenden mit Bezug auf 6 beschrieben. 6 ist
eine schematische Draufsicht der Abgasreinigungsvorrichtung in der
vierten Ausführungsform. In 6 sind Komponenten,
die identisch zu den bereits in 1 gezeigten
sind, mit den selben Bezugszeichen bezeichnet und eine detaillierte
Beschreibung derselben wird im Folgenden weggelassen.
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Wie
in 6 gezeigt unterscheidet sich der Aufbau der Abgasreinigungsvorrichtung
in der vierten Ausführungsform von der ersten Ausführungsform
wie folgt. Noch genauer umfasst ein System, in dem Aufbereitungs-
bzw. Reinigungsumwälzung durch die Gasumwälzpumpe 350 durchgeführt
wird, ein Luftzuführrohr 370, das zur Zufuhr von
Luft (das bedeutet, sekundärer Luft) zu der Gasumwälzpumpe 350 mit
der Atmosphäre verbunden ist, und ein Lufteinführungsventil 371,
das die Menge der eingeführten Luft entsprechend des Grads
der Öffnung anpasst. Entsprechend ist ein Innendrucksensor 360 vorgesehen,
der den Druck innerhalb des Systems erfasst, um den Anstieg des
Eingangsdrucks des Systems zu überwachen, der durch die
Zufuhr von Luft veranlasst wird. Der Innendrucksensor 360 ist
in dem Rohr der Abgasleitung 210 eingebaut, bevorzugt in
der Nähe des Verschlussventils 330.
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Die
Luft kann auch durch Anlassen der Brennkraftmaschine 200 von
der Ansaugseite eingeführt werden, anstatt das Lufteinlassventil 371 zu
benutzen.
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Der
grundlegende Betrieb der Abgasreinigungsvorrichtung der fünften
Ausführungsform wird nachstehend mit Bezug auf die 7A und 7B beschrieben.
Die 7A und 7B sind
Ablaufpläne, die den Betrieb der Abgasreinigungsvorrichtung in
der fünften Ausführungsform veranschaulichen.
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Wie
in den 7A und 7B gezeigt
arbeitet die Abgasreinigungsvorrichtung der fünften Ausführungsform
in der folgenden Weise. Noch genauer wird in dem Desorptionsbehandlungsvorgang (Schritt
S109 bis S112) für das adsorbierte HC, der durchgeführt
wird, wenn die Brennkraftmaschine 200 einen Stoppzustand
annimmt, der O2-Sensor 221 benutzt, der stromab des EHC 222 angeordnet
ist, um zu bestimmen, ob der OSC-Zustand des EHC 222 periodisch
oder aperiodisch ist (Schritt S400). Wenn es in diesem Fall nicht
bestimmt wird, dass die Ausgabe des O2-Sensors 221 größer
ist als der vorab bestimmte Wert (z. B. in der Nähe von
0,8 V) für die Festlegung des fetten Zustands (Schritt
S400: Nein), bleibt das Lufteinlassventil 371 geschlossen. Wenn
andererseits festgestellt wird, dass das Ausgangssignals des O2-Sensors 221 größer
ist als der vorab bestimmte Wert für die Festlegung des
fetten Zustands (Schritt S400: Ja), wird bestimmt, dass ein vollständig
fetter Zustand angenommen wurde und der in dem System befindliche
Sauerstoff fast vollständig verbraucht ist, und das Lufteinlassventil 371 wird
geöffnet und der Sauerstoff wird in das System eingeführt,
um die OSC des EHC 222 wiederherzustellen (Schritt S401).
Da es möglich ist, dass die Temperatur innerhalb des Systems
durch Zufuhr von Luft verringert wird, wird ein elektrischer Strom
zu dem EHC 222 geführt, um die Abnahme der Reinigungskapazität
zu verhüten (Schritt S112). Zudem wird es möglich,
dass das in dem System enthaltene Gas in die Atmosphäre
entweicht, wenn der Innendruck in dem System zu groß wird,
weil die Luft eingeführt wird. Daher wird periodisch oder
aperiodisch bestimmt, ob das Ausgangssignal des Innendrucksensors 360 einen
vorab festgelegte Leck- bzw. Austrittsbestimmungswert überschreitet
(Schritt S402). In diesem Fall wird die Gasumwälzpumpe 350 kurzzeitig
angehalten (Schritt S403), das Verschlussventil 330 wird
geöffnet und der Druck wird abgelassen, bis die Ausgabe
des Innendrucksensors 360 etwas abfällt (Schritt
S404), wenn die Ausgabe des Innendrucksensors 360 den vorbestimmten
Leckbestimmungswert überschreitet (Schritt S402: Ja). Wenn andererseits
die Ausgabe des Innendrucksensors 360 den vorbestimmten
Leckbestimmungswert nicht übersteigt (Schritt S402: Nein),
gibt es etwas Raum für die Zufuhr von Luft. Daher wird
das Lufteinlassventil 371 geöffnet, bis die Ausgabe
des stromabwärts des EHC 222 angeordneten O2-Sensors 221 unterhalb
eines vorab bestimmten Werts für die Bestimmung eines mageren
Zustands liegt (beispielsweise nahe bei 0.2 V) (Schritt S405: Nein)
und ein vollständig magerer Zustand angenommen wird. Soweit
die Ausgabe des O2-Sensors 221 unterhalb eines vorab bestimmten
Werts für die Bestimmung eines mageren Zustands liegt (Schritt
S405: Ja) und ein völlig magerer Zustand angenommen wird,
wird die spätere Luftzufuhr unnötig. Daher wird
das Luftzuführungsventil 371 geschlossen (Schritt
S406).
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Alternativ
kann die Luft auch sukzessiv so in das System zugeführt
werden, dass die Ausgabe des O2-Sensors 221, der stromabwärts
des EHC 222 angeordnet ist, in der Nähe von 0
V liegt. In diesem Fall kann die Menge der dem System zugeführten
Luft durch Durchführung einer F/B-Steuerung bzw. Rückkopplungsregelung
des Öffnungsgrads des Lufteinlassventils 371 entsprechend
der Änderung der Abgabe des O2-Sensors 221 gesteuert
werden. Noch genauer kann bei einer vorbestimmten Menge von zugeführter
Luft die zugeführte Menge erhöht werden, wenn
die fette Ausgabe beibehalten wird.
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Wie
vorstehend beschrieben wird die ungenügende OSC des EHC 222 durch
die Abgasreinigungsvorrichtung der vierten Ausführungsform
eliminiert, indem über das Lufteinlassventil 371 in
dem Desorbtionsbehandlungsvorgang des adsorbierten HC geeignet Sauerstoff
in das System eingeführt wird, wodurch es möglich
wird, die Abnahme der Reinigungskapazität des desorbierten
HC zu vermeiden. Durch Zufuhr von elektrischem Strom zu dem EHC 222 ist
es möglich, die Verringerung der Temperatur zu vermeiden,
wenn die Luft eingeführt wird, und die Verringerung der
Reinigungskapazität des EHC 222 zu verhindern.
Zudem ist es durch die Steuerung des Betriebsdrucks in dem System
mit dem Innendrucksensor 360 möglich, zuverlässig
die Abgabe von in dem System enthaltenen Gas in die Atmosphäre
zu verhindern, die durch den Anstieg des Innendrucks verursacht
wird.
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Der
grundlegende Aufbau der Abgasreinigungsvorrichtung der fünften
Ausführungsform wird im Folgenden mit Bezug auf 8 beschrieben. 8 ist
eine schematische Draufsicht der Abgasreinigungsvorrichtung in der
fünften Ausführungsform. In 8 werden
Komponenten, die zu denen in der bereits zuvor beschriebenen 6 identisch
sind, mit identischen Bezugszeichen versehen und eine detaillierte
Beschreibung derselben wird im Folgenden ausgelassen.
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Wie
in 8 gezeigt unterscheidet sich der Aufbau der Abgasreinigungsvorrichtung
in der fünften Ausführungsform von der in der
vierten Ausführungsform wie folgt. Genauer gesagt enthält
die Abgasreinigungsvorrichtung in der fünften Ausführungsform
einen Temperaturfühler 380, der die Temperatur des
HC-Adsorbers 340 erfasst. Der Temperaturfühler 380 kann
direkt die Temperatur des HC-Adsorbers 340 bestimmen, oder
kann indirekt die Temperatur über die Beschaffenheit des
Abgases bestimmen, das in den HC-Adsorber 340 eingeführt
wird.
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Der
grundlegende Betrieb der Abgasreinigungsvorrichtung in der fünften
Ausführungsform wird nachstehend mit Bezug auf die 9A und 9B beschrieben.
Die 9A und 9B sind Ablaufpläne,
die die Funktion der Abgasreinigungsvorrichtung in der fünften
Ausführungsform veranschaulichen.
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Wie
in den 9A und 9B gezeigt
arbeitet die Abgasreinigungsvorrichtung in der fünften Ausführungsform
wie folgt. Noch genauer wird, nachdem die Brennkraftmaschine 200 einen
gestoppten Zustand erreicht hat (Schritt S108: Ja), abhängig
davon, ob die Temperatur des HC-Adsorbers 340, die basierend
auf der Ausgabe des Temperatursensors 380 bestimmt wird
(Schritt S500), die vorab bestimmte HC-Desorptionstemperatur (das
ist die Temperatur, bei der die Desoprtion des im HC-Adsorbers 340 adsorbierten
HC erhöht wird) erreicht hat oder nicht, das Verschlussventil 330 geöffnet
oder geschlossen, oder das Lufteinlassventil 371 wird geöffnet
oder geschlossen.
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Wenn
die Temperatur des HC-Adsorbers 340 die HC-Desorptionstemperatur
nicht erreicht hat (Schritt S500: Ja), ist hier die in dem HC-Adsorber 340 adsorbierte
HC-Menge äußerst klein. Wenn daher dem EHC 222 einmal
ein Spülgas zugeführt wird, wird es offensichtlich
möglich, praktisch das gesamte darin enthaltene desorbierte
HC zu reinigen. Entsprechend wird die Spülbehandlung mittels
des Öffnens des Verschlussventils 330 (Schritt
S501) und des Antriebs der Pumpe 350 (Schritt S502) in
diesen Zustand durchgeführt, wobei das in dem System enthaltene
Gas in einer offenen Schleife zirkuliert. Das Lufteinlassventil 371 der
Pumpe 350 wird dann geöffnet (Schritt S503), Luft
wird in das System eingeleitet und ein Zustand mit einer maximalen
OSC des EHC 222 wird beibehalten.
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Andererseits
steigt die in dem Reinigungsgas adsorbierte Menge des desorbierten
HC an, nachdem die Temperatur des HC-Adsorbers 340 die HC
Desorbtionstemperatur erreicht hat (Schritt S500: Nein). Daher wird
es offensichtlich unmöglich, das enthaltene desorbierte
HC zu reinigen, indem das Reinigungsgas einmal durch den EHC 222 strömt. Entsprechend
wird das Reinigungsverfahren durchgeführt, in dem das Verschlussventil 330 geschlossen
wird (Schritt S511) und die Pumpe 350 in diesem Zustand
betrieben wird (Schritt S512), wodurch das in dem System enthaltene
Gas in einer geschlossenen Schleife umgewälzt wird. Im
Zuge der Umwälzung, die die geschlossene Schleife durchspült,
ist das Lufteinlassventil 371 der Pumpe 350 geschlossen,
so dass ein übergroßer Anstieg des Betriebsdrucks
in dem System vermieden wird (Schritt S513).
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In
diesen Vorgängen ist die Leitungssteuerung des EHC 222 so
implementiert, dass die Temperatur des EHC 222 konstant
bei einem Pegel gleich oder größer der aktiven
Temperatur gehalten wird (Schritt S504) (Schritt S514).
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Wie
vorstehend beschrieben wird mit der Abgasreinigungsvorrichtung der
fünften Ausführungsform vor der Desorption des
HC die Luft vorab eingelassen. Daher kann das desorbierte HC direkt
ab Beginn der HC-Desorption fast vollständig gereinigt werden
und die für die Reinigung benötigte Zeit kann verkürzt
werden. Zudem kann der Anstieg des Betriebsdrucks in dem System
verhindert werden, da während der Zirkulationsspülung
in der geschlossenen Schleife keine Luft eingeführt wird.
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Der
grundlegende Aufbau der Abgasreinigungsvorrichtung der sechsten
Ausführungsform wird im Folgenden mit Bezug auf 10 beschrieben. 10 ist
eine schematische Draufsicht der Abgasreinigungsvorrichtung in der
sechsten Ausführungsform. In 10 sind
Komponenten, die identisch zu den bereits in 8 beschriebenen
sind, mit identischen Referenzsymbolen versehen und eine detaillierte
Beschreibung derselben wird im Folgenden weggelassen.
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Wie
in 10 gezeigt unterscheidet sich der Aufbau der Abgasreinigungsvorrichtung
der sechsten Ausführungsform von dem in der fünften
Ausführungsform wie folgt. Genauer gesagt enthält
die Abgasreinigungsvorrichtung in der sechsten Ausführungsform
einen Flussratensensor 380, der die Gasflussrate in dem
System bestimmt. Der Flussratensensor 380 dient wie im
Folgenden beschrieben dazu, zu bestimmen, dass die Gaszirkulation
in dem System gestoppt hat, das bedeutet, dazu, zu bestätigen,
dass das in dem System enthaltene Gas nicht freigegeben wird, obwohl
das Verschlussventil 330 geöffnet ist. Daher wird
es bevorzugt, dass der Flussratensensor in der Nähe des
Verschlussventils 330 an einem Ort angeordnet ist, an dem
die Gasflussrate während der Umwälzaufbereitung
in der geschlossenen Schleife vergleichsweise hoch ist. Beispielsweise
wird der Flussratensensor 380 wie in 10 gezeigt
an einem Ort angeordnet, an der der Rückführungskanal 310 und
die Abgasleitung 210 vor dem Verschlussventil 330 zusammentreffen.
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Der
grundlegende Betrieb der Abgasreinigungsvorrichtung in der sechsten
Ausführungsform wird im Folgenden mit Bezug auf die 11A und 11B beschrie ben.
Die 11A und 11B zeigen
einen Ablaufplan, der die Funktion der Abgasreinigungsvorrichtung
in der sechsten Ausführungsform veranschaulicht.
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Wie
in den 11A und 11B gezeigt
arbeitet die Abgasreinigungsvorrichtung in der sechsten Ausführungsform
wie folgt. Genauer gesagt wird genau in der Mitte der Umwälzreinigung
periodisch oder aperiodisch basierend auf der Ausgabe des O2-Sensors 221,
bestimmt, ob die OSC des EHC 222 wiederhergestellt werden
muss (Schritt S600). Wenn es notwendig ist, die OSC des EHC 222 wiederherzustellen
(Schritt S600: Ja), wird die Gaszirkulation in dem System vor der
Zufuhr von Luft für die Wiederherstellung gestoppt (Schritt
S601). Beispielsweise wird der Antrieb der Gasumwälzpumpe 350 gestoppt.
Alternativ wird die Einlassrückführung durch die Überwachung
der Brennkraftmaschine 200 gestoppt. Dann wird mit dem
Flussratensensor 380 bestimmt, ob die Gaszirkulation in
dem System gestoppt hat (Schritt S602).
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Wenn
es in diesem Fall bestimmt wird, dass die Gaszirkulation in dem
System gestoppt hat (Schritt S602: Ja), wird das Verschlussventil 330 geöffnet
(Schritt S603) und das Lufteinlassventil 371 wird geöffnet
(Schritt S604). Als Resultat wird Luft in den EHC 222 eingeführt
und die OSC des EHC 222 wird wiederhergestellt. Alternativ
kann eine Überwachung der Brennkraftmaschine 200 durchgeführt werden
und Luft kann von der Ansaugseite in den EHC 222 eingeführt
werden. Eine solche Luftzufuhr wird durchgeführt, bis die
OSC des EHC 222 komplett wiederhergestellt ist, beispielsweise
bis die Ausgabe des O2-Sensors 221 einen fast vollständig
mageren Zustand annimmt (Nahe bei 0 V). Alternativ kann die Menge
an Luft, die vorab als passend zu der OSC des EHC 222 gefunden
wurde, festgelegt werden und die eingeführte Menge kann
geeignet angepasst werden. Im Fall des Lufteinlassventils 371 kann die
Anpassung der Menge der eingeführten Luft durch Regulieren
des Öffnungswinkels des Lufteinlassventils 371 bestimmt
werden, und wenn ein Anlassen der Brennkraftmaschine 200 durchgeführt wird,
kann die Anpassung basierend auf der Drehzahl des Motors und dem Öffnungsgrad
der Drossel 214 durchgeführt werden.
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Sobald
die OSC des EHC 222 als ein Ergebnis der Luftzufuhr wiederhergestellt
wurde (Schritt S600: Nein), wird die Luftzufuhr gestoppt (Schritt S611).
Dann wird die Temperatur des EHC 222 bestimmt und wenn
die Temperatur des EHC 222 auf Grund der Luftzufuhr kleiner
ist als die Aktivtemperatur, wird dem EHC 222 ein elektri scher
Strom zugeführt (Schritt S612). Wenn die Temperatur des
EHC 222 die Aktivtemperatur erreicht, wird das Verschlussventil 330 wieder
geschlossen (Schritt S613) und die Umwälzreinigung wird
neu gestartet (Schritt S614).
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Wie
vorstehend beschrieben wird bei der Abgasreinigungsvorrichtung in
der sechsten Ausführungsform das Verschlussventil 330 vor
der Einführung der Luft in das System mit der Absicht geöffnet, die
OSC des EHC 222 im Zuge der Zirkulations- bzw. Umwälzreinigung
wiederherzustellen. Hierzu kann der durch die Luftzufuhr verursachte
Anstieg des Innendrucks verhindert werden. Darüber hinaus
kann die Abgabe von HC in die externe Atmosphäre über das
Verschlussventil 330 effektiv verhindert werden, auch wenn
die Luft eingeführt wird, da das Verschlussventil 330 geöffnet
wird, nachdem die Umwälzung des Gases in dem System gestoppt
wurde.
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In
den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ist die
Abgasreinigungsvorrichtung ein Beispiel für die erfindungsgemäße „Abgasreinigungsvorrichtung",
NOx ist ein Beispiel für die erfindungsgemäße „eine
Komponente", HC ist ein Beispiel für die erfindungsgemäße „andere
Komponente", der EHC 222 ist ein Beispiel für
die erfindungsgemäße „erste Reinigungseinrichtung", „zweite
Reinigungseinrichtung" und „Heizeinrichtung", die Steuervorrichtung 100 ist
ein Beispiel für die erfindungsgemäße „Einrichtung
zur Steuerung des Luft-Kraftstoffverhältnisses", der HC-Adsorber 340 ist
ein Beispiel für die erfindungsgemäße
Adsorptionseinrichtung, der O2-Sensor 221 ist ein Beispiel
für die erfindungsgemäße „Einrichtung
zur Bestimmung des Luft-Kraftstoffverhältnisses", der Temperatursensor 380 ist
ein Beispiel für die erfindungsgemäße „Einrichtung
zur Bestimmung des Desorptionszustands", das Verschlussventil 330 ist
ein Beispiel für die „Begrenzungseinrichtung",
der Rückführungskanal 310 und die Gasumwälzpumpe 350 oder
der Motor 44 sind Beispiele für die erfindungsgemäße „Rückführungseinrichtung",
die Lufteinlassleitung 370 und das Lufteinlassventil 371 sind
Beispiele für die erfindungsgemäße „Zuführeinrichtung",
der O2-Sensor 221 ist ein Beispiel für die erfindungsgemäße „Einrichtung
zur Bestimmung des OSC-Zustands" und der Innendrucksensor 360 ist
ein Beispiel für die erfindungsgemäße „Einrichtung
zur Bestimmung des Innendrucks".
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Eine
Widerstandsheizung oder eine Heizung vom Brennertyp kann nach der
Erfindung als die erste Reinigungseinrichtung oder die zweite Reinigungseinrichtung
benutzt werden.
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Der „erste
Zeitpunkt" nach dem Start der Brennkraftmaschine nach der Erfindung
kann äquivalent mit einem Zeitpunkt sein, der direkt nach
dem Start der Brennkraftmaschine liegt, bevorzugt einem Zeitpunkt,
bei dem praktisch kein Abgas von der Brennkraftmaschine ausgestoßen
wird.
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Die „vorab
bestimmte Temperatur" nach der Erfindung kann eine Temperatur innerhalb
eines Intervalls von der Temperatur in der Nähe der Solltemperatur
der ersten Reinigungseinrichtung bis zur Aktivtemperatur sein. Die
Solltemperatur wie hier beschrieben ist eine Temperatur, die durch
Addition eines bestimmten Spanne zu einer Temperatur erhalten wird,
die empirisch oder durch Simulation als eine Temperatur festgestellt
wurde, bei der die erste Reinigungseinrichtung mit der einen Komponente
zu reagieren beginnt, oder als die Aktivtemperatur der ersten Reinigungseinrichtung,
bei der die erste Reinigungseinrichtung die ihr innewohnende Reinigungskapazität
zeigen kann.
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Der
Desorptionszustand der anderen Komponente von der Adsorptionseinrichtung,
der erfindungsgemäß durch die Einrichtung zur
Bestimmung des Desorptionszustands bestimmt wird, kann ein Zustand
sein, in dem die Menge der anderen Komponente, die in der Adsorptionseinrichtung
adsorbiert wird, gesättigt ist, oder ein Zustand, in dem
die andere Komponente leicht aus der Adsorptionseinrichtung desorbiert
wird.
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Wenn
die Temperatur der Adsorptionseinrichtung erfasst wird und diese
Temperatur die Desorptionstemperatur der anderen Komponente übersteigt
(das bedeutet, die Temperatur, bei der die Desorption der anderen
Komponente gestartet wird, die durch die Adsorptionseinrichtung
adsorbiert wurde), weil die Adsorptionseinrichtung die andere Komponente
nicht adsorbieren kann, kann diese Zeit als der zweite Zeitpunkt
bestimmt werden.
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Die
Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen
beschränkt und kann geeignet angepasst werden, ohne von
dem Gebiet oder dem Wesen der Erfindung wie in allen Ansprüchen
und der kompletten Beschreibung zusammengefasst abzuweichen, und
eine Abgasreinigungsvorrichtung, die solche Änderungen
umfasst, ist ebenfalls in dem technischen Gebiet der Erfindung enthalten.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - JP 633747
A [0003, 0006]
- - JP 10-252449 A [0004]
- - JP 763048 A [0005, 0005, 0006]
- - JP 10252449 A [0006]