DE102009002950A1

DE102009002950A1 - Abgasreinigungsvorrichtung einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102009002950A1
Application number: DE102009002950A
Authority: DE
Inventors: Osamu Nishio Shimomura; Masatoshi Kariya Maruyama; Masakazu Kariya Sakata
Original assignee: Denso Corp; Nippon Soken Inc
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 2008-05-26
Filing date: 2009-05-08
Publication date: 2009-12-24
Anticipated expiration: 2029-05-09
Also published as: JP2009281350A; US8201397B2; US20090288397A1; DE102009002950B4; JP4658267B2

Abstract

Ein SCR-Katalysator (13) ist in einem Abgasrohr (11) einer Maschine vorgesehen und ein Harnstofflösungszugabeventil (15) ist stromaufwärts des SCR-Katalysators (13) in dem Abgasrohr (11) vorgesehen. Eine ECU (40) steuert eine Harnstofflösungszugabemenge des Harnstofflösungszugabeventils (15) auf der Basis einer Ammoniakadsorptionsmenge an dem SCR-Katalysator (13). Die ECU (40) berechnet die Ammoniakadsorptionsmenge in dem SCR-Katalysator (13) auf der Basis von Zeitreihendaten eines Ammoniakgleichgewichts zwischen einer Ammoniakzufuhr zu dem SCR-Katalysator (13) in Verbindung mit der Harnstofflösungszugabe des Harnstofflösungszugabeventils (15) und einem Ammoniakverbrauch in dem SCR-Katalysator (13). Die ECU (40) berechnet eine NOx-Menge, die in den SCR-Katalysator (13) eingeleitet wird, oder einen Parameter, der mit der NOx-Menge zusammenhängt, und führt eine Initialisierung der Ammoniakadsorptionsmenge zu einem Zeitpunkt durch, der auf der Basis eines Ergebnisses der Berechnung bestimmt ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abgasreinigungsvorrichtung einer Brennkraftmaschine. Insbesondere wird die vorliegende Erfindung in geeigneter Weise auf ein Abgasreinigungssystem angewendet, das eine selektive katalytische Reduktion (SCR) zum selektiven Reinigen von NOx (Stickoxide) in einem Abgas mit Ammoniak als ein Reduktionsmittel verwendet. Das vorstehende System ist als ein Harnstoff-SCR-System bekannt, da im Allgemeinen eine wässrige Harnstofflösung als das Reduktionsmittel verwendet wird.
In den vergangenen Jahren ist ein Harnstoff-SCR-System entwickelt worden und teilweise praktisch als ein Abgasreinigungssystem, das NOx in einem Abgas mit hoher Reinigungsrate reinigt, in einer Maschine (insbesondere einer Dieselmaschine) verwendet worden, die in einem Fahrzeug oder dergleichen vorgesehen ist. Der folgende Aufbau ist als das Harnstoff-SCR-System bekannt. Das heißt in dem Harnstoff-SCR-System ist ein Selektivreduktions-NOx- Katalysator an einem Abgasrohr vorgesehen, das mit einem Maschinenhauptkörper verbunden ist, und ein Harnstofflösungszugabeventil zum Zugeben einer Harnstofflösung (wässrige Harnstofflösung) als ein NOx-Reduktionsmittel in das Abgasrohr ist stromaufwärts des NOx-Katalysators vorgesehen.
In dem vorstehend beschriebenen System wird die Harnstofflösung durch das Harnstofflösungszugabeventil in das Abgasrohr zugegeben, so dass NOx in dem Abgas an dem NOx-Katalysator selektiv reduziert und entfernt wird. In Bezug auf die Reduktion von NOx wird Ammoniak (NH₃) erzeugt, wenn die Harnstofflösung mit einer Abgaswärme hydrolysiert wird. Das Ammoniak wird an dem NOx-Katalysator adsorbiert, und eine Reduktionsreaktion auf der Basis des Ammoniaks tritt an dem NOx-Katalysator auf. Auf diese Weise wird NOx reduziert und gereinigt.
Um eine NOx-Reinigungsrate in dem NOx-Katalysator zu erhöhen und um gleichzeitig ein Auftreten eines Ammoniakschlupfs zu hemmen, ist es notwendig, gerade genug Ammoniak zu dem NOx-Katalysator zuzuführen. Deshalb ist eine Technologie vorgeschlagen, die eine Ammoniakadsorptionsmenge in einem NOx-Katalysator (d. h. eine Reduktionsmitteladsorptionsmenge) misst und die eine Harnstofflösungszugabemenge eines Harnstofflösungszugabeventils auf der Basis der Schätzung steuert (beispielsweise wie in Patentdokument 1: JP-A-2003-293737 oder Patentdokument 2: JP-A-2003-293738 beschrieben ist). Genauer gesagt werden eine NOx-Abgabemenge, die von der Maschine abgegeben wird, und eine tatsächliche NOx-Reinigungsrate in dem NOx-Katalysator berechnet. Eine Ammoniakverbrauchsmenge in dem NOx-Katalysator wird auf der Basis der NOx-Abgabemenge und der tatsächlichen NOx-Reinigungsrate berechnet. Die Ammoniakadsorptionsmenge wird auf der Basis der Ammoniakverbrauchsmenge und der Harnstofflösungszugabemenge zu der Zeit berechnet. Die Harnstofflösungszugabemenge wird gemäß der Ammoniakadsorptionsmenge gesteuert.
Es ist schwierig, die Ammoniakadsorptionsmenge in dem NOx-Katalysator direkt zu messen. Deshalb verwenden die Technologien, einschließlich der vorstehend beschriebenen herkömmlichen Technologie, im Allgemeinen einen Aufbau, der die Ammoniakadsorptionsmenge von einem Messwert eines NOx-Sensors oder dergleichen schätzt, der in dem Abgasrohr vorgesehen ist.
Jedoch wird geglaubt, dass ein Fehler durch verschiedene Faktoren verursacht wird, wenn die Ammoniakadsorptionsmenge berechnet wird. Deshalb gibt es Bedenken, dass die Steuerung der Harnstofflösungszugabemenge nicht in geeigneter Weise durchgeführt wird, wenn der Fehler in der Ammoniakadsorptionsmenge beinhaltet ist, wodurch die NOx-Reinigungsrate verschlechtert wird oder ein Ammoniakschlupf verursacht wird. Es wird geglaubt, dass die Faktoren des Berechnungsfehlers der Ammoniakadsorptionsmenge beispielsweise eine Genauigkeitsverschlechterung der verschiedenen Sensoren, den Ammoniakschlupf und Messfehler oder Berechnungsfehler von verschiedenen Parametern aufgrund einer Nebenreaktion der Harnstofflösung und dergleichen beinhalten.
Es gibt unter den herkömmlichen Technologien, einschließlich der vorstehend beschriebenen Technologien von Patentdokumenten 1 und 2, keine wirksame Technologie zum Entfernen des Berechnungsfehlers der Ammoniakadsorptionsmenge. Es gibt Raum für Verbesserungen.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Abgasreinigungsvorrichtung einer Brennkraftmaschine vorzusehen, die eine Berechnungsgenauigkeit einer Ammoniakadsorptionsmenge in einem NOx-Katalysator verbessern und eine NOx-Reinigung in dem NOx-Katalysator in geeigneter Weise bewirken kann.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Abgasreinigungsvorrichtung auf ein Abgasreinigungssystem angewendet, das einen in einem Abgasdurchgang einer Brennkraftmaschine vorgesehenen NOx-Katalysator (SCR-Katalysator) zum Adsorbieren eines Reduktionsmittels und zum selektiven Reinigen von NOx in einem Abgas mit dem Reduktionsmittel hat und das das Reduktionsmittel mit einer Reduktionsmittelzugabevorrichtung stromaufwärts des NOx-Katalysators mit Bezug auf eine Strömungsrichtung des Abgases zugibt. Die Abgasreinigungsvorrichtung berechnet eine Reduktionsmitteladsorptionsmenge in dem NOx-Katalysator auf der Basis von Zeitreihendaten eines Gleichgewichts zwischen einer Zufuhr des Reduktionsmittels zu dem NOx-Katalysator einhergehend bzw. in Verbindung mit der Zugabe des Reduktionsmittels durch die Reduktionsmittelzugabevorrichtung und einem Verbrauch des Reduktionsmittels aufgrund einer Reduktionsreaktion in dem NOx-Katalysator. Die Abgasreinigungsvorrichtung berechnet eine NOx-Menge, die in den NOx-Katalysator eingeleitet wird, oder einen Parameter, der mit der NOx-Menge zusammenhängt. Die Abgasreinigungsvorrichtung führt eine Initialisierung der Reduktionsmitteladsorptionsmenge zu einem Zeitpunkt durch, der auf der Basis eines Berechnungsergebnisses der NOx-Menge, die in den NOx-Katalysator eingeleitet wird, oder des Parameters bestimmt wird, der mit der NOx-Menge zusammenhängt.
In dem NOx-Katalysator tritt eine Adsorption des Reduktionsmittels gemäß dem Gleichgewicht zwischen der Zufuhr und dem Verbrauch des Reduktionsmittels unter einem Betriebszustand der Brennkraftmaschine auf. Die Abgasreinigungsvorrichtung gemäß dem vorstehenden Aspekt der vorliegenden Erfindung berechnet die Reduktionsmitteladsorptionsmenge durch Akkumulieren der Zeitreihendaten in Erwiderung auf die Adsorption des Reduktionsmittels. Ein Ablauf zum Einstellen des Initialwerts, um die Akkumulation der Zeitreihendaten einmal zurückzustellen, entspricht der Initialisierung.
In Bezug auf die Berechnung der Reduktionsmitteladsorptionsmenge berechnet gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung die Abgasreinigungsvorrichtung einen Unterschied zwischen einer Zufuhrmenge des Reduktionsmittels zu dem NOx-Katalysator und einer Verbrauchsmenge des Reduktionsmittels in dem NOx-Katalysator für jede bestimmte Zeit als die Zeitreihendaten des Gleichgewichts zwischen der Zufuhr und dem Verbrauch des Reduktionsmittels und berechnet die Reduktionsmitteladsorptionsmenge in dem NOx-Katalysator durch sequenzielles Integrieren des berechneten Werts der Zeitreihendaten.
Kurz gesagt ist ein Auftreten des Berechnungsfehlers (des Schätzfehlers) in der Reduktionsmitteladsorptionsmenge in dem Aufbau unvermeidbar, der die Reduktionsmitteladsorptionsmenge auf der Basis der Zeitreihendaten des Gleichgewichts zwischen der Zufuhr und dem Verbrauch des Reduktionsmittels in dem NOx-Katalysator berechnet. Es wird geglaubt, dass die Faktoren des Berechnungsfehlers die Messfehler oder die Berechnungsfehler der verschiedenen Parameter und dergleichen beinhalten, die zum Berechnen Reduktionsmittelzufuhrmenge in Verbindung mit der Reduktionsmittelzugabe, der Reduktionsmittelverbrauchsmenge in Verbindung mit der NOx-Reaktion und dergleichen (d. h. die Zeitreihendaten) verwendet werden. Es ist schwierig, den Fehler korrekt zu berechnen, der in den Zeitreihendaten zu jeder Zeit beinhaltet ist. In diesem Fall gibt es Bedenken, dass eine Genauigkeit einer Steuerung, die den berechneten Wert der Reduktionsmitteladsorptionsmenge verwendet, wie die Reduktionsmittelzugabesteuerung, durch den Berechnungsfehler der Reduktionsmitteladsorptionsmenge verschlechtert ist.
In dieser Hinsicht wird gemäß dem vorstehenden Aspekt der vorliegenden Erfindung, der sich auf den Unterschied konzentriert, der in dem Berechnungsfehler der Reduktionsmitteladsorptionsmenge gemäß der in den NOx-Katalysator eingeleiteten NOx-Menge auftritt, die Initialisierung der Reduktionsmitteladsorptionsmenge zu dem Zeitpunkt durchgeführt, der auf der Basis der NOx-Menge, die in den NOx-Katalysator eingeleitet wird, oder des Parameters bestimmt wird, der mit der NOx-Menge zusammenhängt. Deshalb kann die Initialisierung der Reduktionsmitteladsorptionsmenge nach einem Warten durchgeführt werden, bis der Berechnungsfehler, der in dem Berechnungsergebnis der Reduktionsmitteladsorptionsmenge beinhaltet ist, groß wird, während der Berechnungsfehler ermittelt wird, d. h. nach dem Warten auf ein Auftreten eines vorbestimmten Fehlererzeugungszustands, in dem der Fehler der Reduktionsmitteladsorptionsmenge eine vorbestimmte Menge übersteigt. Demzufolge kann der Initialisierungsprozess der Reduktionsmitteladsorptionsmenge, d. h. ein Fehlerbeseitigungsprozess, in dem Zustand durchgeführt werden, in dem der Fehler der Reduktionsmitteladsorptionsmenge aufgrund der Akkumulation des Fehlers, der in den Zeitreihendaten von jeder Zeit enthalten ist, klar ermittelbar ist. Als eine Folge kann die Berechnungsgenauigkeit der Reduktionsmitteladsorptionsmenge in dem NOx-Katalysator verbessert werden, und schließlich kann die NOx-Reinigung in dem NOx-Katalysator in geeigneter Weise durchgeführt werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Reduktionsmittelzugabemenge, die durch die Reduktionsmittelzugabevorrichtung zugegeben wird, auf der Basis der Reduktionsmitteladsorptionsmenge gesteuert. Da die Berechnungsgenauigkeit der Reduktionsmitteladsorptionsmenge wie vorstehend beschrieben verbessert ist, kann die Steuerungsgenauigkeit der Reduktionsmittelzugabemenge verbessert werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung berechnet die Abgasreinigungsvorrichtung einen NOx-Mengenintegrationswert durch sequenzielles Integrieren der NOx-Menge, die in den NOx-Katalysator eingeleitet wird, und führt die Initialisierung zu einem Zeitpunkt durch, wenn der NOx-Mengenintegrationswert einen vorbestimmten Wert erreicht.
Die NOx-Menge, die in den NOx-Katalysator eingeleitet wird, ändert sich jeden Augenblick gemäß dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine und dergleichen. Wenn sich beispielsweise die NOx-Menge aufgrund eines andauernden Hochlastbetriebs oder Hochdrehzahlzustands in zeitlicher Folge erhöht, wird geglaubt, dass sich der Berechnungsfehler der Reduktionsmitteladsorptionsmenge aufgrund der Erhöhung des Messfehlers der NOx-Menge und dergleichen erhöht. Wenn andererseits die NOx-Menge gering ist, wird geglaubt, dass der Berechnungsfehler der Reduktionsmitteladsorptionsmenge nicht so groß ist.
In dieser Hinsicht kann gemäß dem vorstehend beschriebenen Aufbau, der den Zeitpunkt der Initialisierung auf der Basis des NOx-Mengenintegrationswerts bestimmt, der Zeitpunkt, wenn die Initialisierung der Reduktionsmitteladsorptionsmenge notwendig ist, in geeigneter Weise gemäß der Änderung der NOx-Menge für jeden Betriebszustand der Brennkraftmaschine bestimmt werden. Mit dem vorstehenden Aufbau kann die Initialisierung der Reduktionsmitteladsorptionsmenge bei einem vergleichsweise kurzen Zeitintervall durchgeführt werden, d. h. vergleichsweise häufig, wenn beispielsweise der Maschinenbetriebszustand bei der hohen Last oder der hohen Drehzahl andauert.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird der nächste Initialisierungszeitpunkt jedes Mal dann bestimmt, wenn die Initialisierung durchgeführt wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird der nächste Initialisierungszeitpunkt auf der Basis der NOx-Menge zu der Zeit bestimmt, wenn die Initialisierung durchgeführt wird.
Des Weiteren kann in diesen Fällen der Zeitpunkt, wenn die Initialisierung der Reduktionsmitteladsorptionsmenge notwendig ist, in geeigneter Weise bestimmt werden. Mit solchen Aufbauten kann die Initialisierung der Reduktionsmitteladsorptionsmenge in einem vergleichsweise kurzen Zeitintervall durchgeführt werden, d. h. vergleichsweise häufig, wenn beispielsweise der Maschinenbetriebszustand bei der hohen Last oder der hohen Drehzahl andauert.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung berechnet die Abgasreinigungsvorrichtung eine tatsächliche NOx-Reinigungsrate des NOx-Katalysators. Die Abgasreinigungsvorrichtung führt die Initialisierung der Reduktionsmitteladsorptionsmenge gemäß der tatsächlichen NOx-Reinigungsrate zu der Zeit auf der Basis einer vorbestimmten Beziehung zwischen der Reduktionsmitteladsorptionsmenge und der NOx-Reinigungsrate durch. Die Reduktionsmitteladsorptionsmenge hängt mit der NOx-Reinigungsrate zusammen (siehe beispielsweise 7). Deshalb kann die geeignete Initialisierung der Reduktionsmitteladsorptionsmenge durch Verwenden des Zusammenhangs durchgeführt werden.
Es wird geglaubt, dass eine Zuverlässigkeit in Bezug auf die Reduktionsmitteladsorptionsmenge, selbst falls der Ausführungszeitpunkt der Initialisierung erreicht ist, abfällt, wenn die NOx-Reinigungsrate (Initialisierungsdaten), die für die Initialisierung verwendet wird, nicht geeignet ist.
Deshalb bestimmt gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung die Abgasreinigungsvorrichtung, ob die NOx-Reinigungsrate (d. h. der berechnete Wert zu der Zeit) ein geeigneter Wert ist, der für die Initialisierung zu dem Ausführungszeitpunkt der Initialisierung zu verwenden ist. Die Abgasreinigungsvorrichtung führt die Initialisierung der Reduktionsmitteladsorptionsmenge durch, wenn bestimmt ist, dass die NOx-Reinigungsrate geeignet ist. In diesem Fall kann die Zuverlässigkeit in dem Fall verbessert werden, in dem die Reduktionsmitteladsorptionsmenge mit der NOx-Reinigungsrate Initialisiert wird. Kurz gesagt, wenn die NOx-Reinigungsrate als die Initialisierungsdaten verwendet wird, treten große Unterschiede bei der Berechnungsgenauigkeit der NOx-Reinigungsrate gemäß dem Betriebszustand oder einem Abgaszustand der Brennkraftmaschine und dergleichen auf. Deshalb ist es notwendig, die Geeignetheit der NOx-Reinigungsrate zu bestimmen, wobei die Bedingung ausgewählt wird, die die hohe Berechnungsgenauigkeit der NOx-Reinigungsrate vorsieht.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung führt die Abgasreinigungsvorrichtung die Initialisierung der Reduktionsmitteladsorptionsmenge gemäß dem berechneten Wert der tatsächlichen NOx-Reinigungsrate auf der Basis einer vorbestimmten Beziehung zwischen der Reduktionsmitteladsorptionsmenge und der NOx-Reinigungsrate durch. Die Abgasreinigungsvorrichtung bestimmt, ob die NOx-Reinigungsrate ein geeigneter Wert ist, der für die Initialisierung zu verwenden ist. Die Abgasreinigungsvorrichtung gestattet die Initialisierung in Abhängigkeit der Bedingung, dass die NOx-Reinigungsrate als geeignet bestimmt ist. Der Aufbau gemäß dem vorstehenden Aspekt hat nicht die Vorrichtung zum sequenziellen Ermitteln des Berechnungsfehlers der Reduktionsmitteladsorptionsmenge und Bestimmen des Zeitpunkts zum Durchführen der Initialisierung. Der Aufbau führt die Initialisierung der Reduktionsmitteladsorptionsmenge in Abhängigkeit der Bedingung durch, dass die NOx-Reinigungsrate des NOx-Katalysators in geeigneter Weise als die Initialisierungsdaten verwendet werden kann. Deshalb kann die Berechnungsgenauigkeit der Reduktionsmitteladsorptionsmenge in dem NOx-Katalysator in gleicher Weise verbessert werden, und schließlich kann die NOx-Reinigung in dem NOx-Katalysator in geeigneter Weise durchgeführt werden.
Wenigstens einer der folgenden Aufbauten (1) bis (3) kann als ein Aufbau zum Bestimmen der Geeignetheit der NOx-Reinigungsrate verwendet werden.

(1) Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung berechnet die Abgasreinigungsvorrichtung die NOx-Reinigungsrate durch Verwenden einer NOx-Menge, die in den NOx-Katalysator eingeleitet wird, als einen Parameter und bestimmt, dass die NOx-Reinigungsrate geeignet ist, wenn die NOx-Menge gleich wie oder größer als eine vorbestimmte Menge ist.
(2) Die NOx-Menge, die in den NOx-Katalysator eingeleitet wird, wird unter Verwendung der Ausgabewerte der verschiedenen Sensoren wie beispielsweise dem NOx-Sensor gemessen oder geschätzt. Im Hinblick auf die Genauigkeit der NOx-Menge erhöht sich ein Verhältnis des Fehlers, wenn sich die NOx-Menge verringert. Deshalb verbessert sich die Berechnungsgenauigkeit der NOx-Reinigungsrate und die Genauigkeit der Initialisierung der Reduktionsmitteladsorptionsmenge verbessert sich, wenn sich die NOx-Menge erhöht.
(2) Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung bestimmt die Abgasreinigungsvorrichtung, ob es einen Zustand gibt, in dem eine Überschussabgabe des Reduktionsmittels in dem NOx-Katalysator (d. h. ein Ammoniakschlupf) erzeugt wird. Die Abgasreinigungsvorrichtung bestimmt, dass die NOx-Reinigungsrate korrekt ist, wenn bestimmt ist, dass es keinen Zustand gibt, in dem die Überschussabgabe des Reduktionsmittels erzeugt wird. Genauer gesagt kann bestimmt werden, dass es keinen Erzeugungszustand der Überschussabgabe des Reduktionsmittels gibt, wenn eine Temperatur des NOx-Katalysators niedriger als ein vorbestimmter Wert ist oder wenn die NOx-Reinigungsrate größer als ein vorbestimmter Wert ist.

Im Allgemeinen wird die NOx-Reinigungsrate auf der Basis der NOx-Menge stromaufwärts des NOx-Katalysators und der NOx-Menge stromabwärts des NOx-Katalysators berechnet. Wenn die Überschussabgabe des Reduktionsmittels (d. h. der Ammoniakschlupf) auftritt, gibt es Bedenken, dass die stromabwärtige NOx-Menge aufgrund der Reduktionsmittelkomponente (der Ammoniakkomponente oder dergleichen) stromabwärts des Katalysators fehlerhaft erfasst wird und die Berechnungsgenauigkeit der NOx-Reinigungsrate abnimmt. Dies ist so, weil der NOx-Sensor (der NOx-Sensor stromabwärts des NOx-Katalysators) die Ammoniakkomponente und dergleichen zusätzlich zu der NOx-Komponente erfasst.
In dieser Hinsicht kann mit dem Aufbau, der in Abhängigkeit der Bedingung, dass es keinen Erzeugungszustand der Überschussabgabe des Reduktionsmittels gibt, bestimmt, dass die NOx-Reinigungsrate geeignet ist, die Abnahme der Berechnungsgenauigkeit der NOx-Reinigungsrate, die von der Überschussabgabe des Reduktionsmittels herrührt, gehemmt werden.

(3) Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung erfasst die Abgasreinigungsvorrichtung eine Temperatur des NOx-Katalysators und bestimmt, dass die NOx-Reinigungsrate geeignet ist, wenn die erfasste NOx-Katalysatortemperatur in einem vorbestimmten Temperaturbereich ist. Genauer gesagt kann die obere Grenze des Temperaturbereichs zum Bestimmen der Geeignetheit der NOx-Reinigungsrate eine Reduktionsmitteladsorptionsgrenztemperatur sein (d. h. eine Ammoniakadsorptionsgrenztemperatur), oberhalb der die Überschussabgabe des Reduktionsmittels in der Regel leichter auftritt (siehe 6). Die untere Grenze kann eine Aktivierungstemperatur des NOx-Katalysators sein.

Wenn die NOx-Katalysatortemperatur höher als die obere Grenze des vorbestimmten Temperaturbereichs ist (d. h. die Ammoniakadsorptionsgrenztemperatur), verringert sich die Berechnungsgenauigkeit der NOx-Reinigungsrate aufgrund der Erzeugung der Überschussabgabe des Reduktionsmittels. Wenn die NOx-Katalysatortemperatur niedriger als die untere Grenze des vorbestimmten Temperaturbereichs (d. h. die Katalysatoraktivierungstemperatur) ist, verringert sich die NOx-Reinigungsrate aufgrund der Abnahme der Reduktionsreaktion des NOx-Katalysators ungeachtet der Reduktionsmitteladsorptionsmenge.
In dieser Hinsicht kann der Aufbau, der in Abhängigkeit der Bedingung, dass die NOx-Katalysatortemperatur in dem vorbestimmten Temperaturbereich ist, bestimmt, dass die NOx-Reinigungsrate geeignet ist, die Verringerung der Berechnungsgenauigkeit der NOx-Reinigungsrate hemmen.
Es ist ungünstig, falls die Initialisierung nicht durchgeführt werden kann, wenn die NOx-Reinigungsrate zu dem Ausführungszeitpunkt der Initialisierung nicht geeignet ist.
Deshalb führt gemäß einem noch weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung, falls bestimmt wird, dass die NOx-Reinigungsrate nicht geeignet ist, die Abgasreinigungsvorrichtung eine Neuberechnung der NOx-Reinigungsrate nach einem Warten für eine vorbestimmte Zeit durch. Somit kann die Initialisierung der Reduktionsmitteladsorptionsmenge in geeigneter Weise durchgeführt werden.
Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen, genauso wie Betriebsverfahren und die Funktion der zugehörigen Teile, werden klar von einem Studium der folgenden detaillierten Beschreibung, der angehängten Ansprüche und der Zeichnungen, die alle einen Teil dieser Anmeldung bilden.
1 ist ein Aufbaudiagramm, das ein Abgasreinigungssystem gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist ein Funktionsblockdiagramm in Bezug auf eine Berechnung einer Harnstofflösungszugabemenge gemäß der ersten Ausführungsform;
3 ist ein Funktionsblockdiagramm in Bezug auf einen Initialisierungsprozess einer Ammoniakadsorptionsmenge gemäß der ersten Ausführungsform;
4 ist ein Flussdiagramm, das einen Berechnungsprozess der Harnstofflösungszugabemenge gemäß der ersten Ausführungsform zeigt;
5 ist ein Flussdiagramm, das einen Initialisierungsprozess der Ammoniakadsorptionsmenge gemäß der ersten Ausführungsform zeigt;
6 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einer Katalysatortemperatur (oder einer Abgastemperatur) und einem Grenzwert der Ammoniakadsorptionsmenge gemäß der ersten Ausführungsform zeigt;
7 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen der Ammoniakadsorptionsmenge und einer NOx-Reinigungsrate gemäß der ersten Ausführungsform zeigt;
8 ist ein Flussdiagramm, das einen Initialisierungsprozess einer Ammoniakadsorptionsmenge gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und
9 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einer NOx-Abgabemenge und einem Initialisierungsintervall gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt.
Nachstehend wird eine Abgasreinigungsvorrichtung gemäß jeder von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
(Erste Ausführungsform)
Eine Abgasreinigungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung reinigt NOx in einem Abgas unter Verwendung eines Selektivreduktionskatalysators und ist als ein Harnstoff-SCR-System aufgebaut. Zuerst wird der Aufbau des Systems detailliert mit Bezug auf 1 beschrieben. 1 ist ein schematisches Aufbaudiagramm, das eine Skizze des Harnstoff-SCR-Systems gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt. Das System hat verschiedene Stellglieder, verschiedene Sensoren, eine ECU 40 (eine elektronische Steuerungseinheit) und dergleichen zum Reinigen von Abgas, das von einer Dieselmaschine (nicht gezeigt) abgegeben wird, die in einem Kraftfahrzeug montiert ist.
Mit Bezug auf einen Aufbau eines Maschinenabgassystems sind ein Oxidationskatalysator 12 und ein Selektivreduktionskatalysator 13 (nachstehend als ein SCR-Katalysator bezeichnet) in dieser Reihenfolge von einer stromaufwärtigen Seite in einem Abgasrohr 11 vorgesehen. Das Abgasrohr 11 ist mit einem Maschinenhauptkörper (nicht gezeigt) verbunden und definiert einen Abgasdurchgang. Ein Harnstofflösungszugabeventil 15 zum Zugeben und Zuführen einer Harnstofflösung (einer wässrigen Harnstofflösung) als ein Reduktionsmittel in das Abgasrohr 11, ein NOx-Sensor 16 und ein Temperatursensor 17 sind zwischen dem Oxidationskatalysator 12 und dem SCR-Katalysator 13 in dem Abgasrohr 11 vorgesehen. Ein NOx-Sensor 18 ist stromabwärts des SCR-Katalysators 13 in dem Abgasrohr 11 vorgesehen. Der NOx-Sensor 16 erfasst eine NOx-Konzentration in dem Abgas stromaufwärts des SCR-Katalysators 13. Der NOx-Sensor 18 erfasst die NOx-Konzentration in dem Abgas stromabwärts des SCR-Katalysators 13. In der folgenden Beschreibung wird der NOx-Sensor 16 auch als ein stromaufwärtiger NOx-Sensor bezeichnet, und der NOx-Sensor 18 wird auch als ein stromabwärtiger NOx-Sensor bezeichnet.
Ein Oxidationskatalysator 19 ist weiter stromabwärts des SCR-Katalysators 13 in dem Abgasrohr 11 als eine Ammoniakentfernungsvorrichtung zum Entfernen von Ammoniak (NH₃), das von dem Katalysator 13 abgegeben wird, d. h. das Überschussammoniak, vorgesehen. Ein Temperatursensor 20 zum Erfassen einer Temperatur des Abgases, das von dem Maschinenhauptkörper abgegeben wird, ist stromaufwärts des Oxidationskatalysators 12 in dem Abgasrohr 11 vorgesehen.
In dem vorstehend genannten Aufbau des Abgassystems geht das Abgas, das von dem Maschinenhauptkörper abgegeben wird, durch den Oxidationskatalysator 12 hindurch. Zu dieser Zeit wird NO (Stickstoffmonoxid) in dem Abgas aufgrund eines Oxidationseffekts des Oxidationskatalysators 12 in NO₂ (Stickstoffdioxid) umgewandelt. Dann wird eine NOx-Reduktion unter Verwendung des Ammoniaks in dem SCR- Katalysator 13 durchgeführt. Details der NOx-Reduktion werden später erklärt.
Der Oxidationskatalysator 12 kann als eine Vorrichtung vorgesehen sein, die mit einem DPF (Dieselpartikelfilter) integriert ist, der eine Partikelentfernungsvorrichtung ist. In diesem Fall kann der Oxidationskatalysator 12 mit dem DPF durch Vorsehen des Oxidationskatalysators 12 stromaufwärts des DPF oder durch Stützen des Platins oder dergleichen an Zellenflächen des DPF, der als eine Stütze funktioniert, integriert sein. Der DPF ist ein kontinuierlich regenerierender Partikelentfernungsfilter zum Sammeln von Partikeln in dem Abgas. Die Partikel, die durch den DPF gesammelt werden, werden beispielsweise durch eine Nacheinspritzung, die nach einer Hauptkraftstoffeinspritzung in der Dieselmaschine durchgeführt wird, verbrannt und entfernt. Die Verbrennung und das Entfernen der Partikel sind äquivalent zu einem Regenerationsprozess. Somit wird eine fortlaufende Verwendung des DPF ermöglicht.
Der SCR-Katalysator 13 fördert eine Reduktionsreaktion von NOx (d. h. eine Abgasreinigungsreaktion). Der SCR-Katalysator 13 fördert folgende Reaktionen, um NOx in dem Abgas zu reduzieren. NO + NO₂ + 2NH₃ → 2N₂ + 3H₂O (Ausdruck 1) 4NO + 4NH₃ + O₂ → 4N₂ + 6H₂O (Ausdruck 2) 6NO₂ + 8NH₃ → 7N₂ + 12H₂O (Ausdruck 3)
Das Harnstofflösungszugabeventil 15, das stromaufwärts des SCR-Katalysators 13 vorgesehen ist, gibt und führt das Ammoniak (NH₃) als das Reduktionsmittel von NOx in den vorstehenden Reaktionen zu.
Das Harnstofflösungszugabeventil 15 hat im Wesentlichen denselben Aufbau wie der bestehende Injektor für eine Benzineinspritzung, so dass ein bekannter Aufbau des bestehenden Injektors als der Aufbau des Harnstofflösungszugabeventils 15 verwendet werden kann. Deshalb wird der Aufbau nachstehend nur kurz erklärt. Das Harnstofflösungszugabeventil 15 ist als ein elektromagnetisches AN-AUS-Ventil aufgebaut, das einen Antriebsabschnitt, der durch ein elektromagnetisches Solenoid und dergleichen gebildet wird, und einen Ventilkörperabschnitt hat, der eine Nadel zum Öffnen und Schließen eines Spitzeneinspritzlochabschnitts hat. Das Harnstofflösungszugabeventil 15 öffnet und schließt gemäß einem Einspritzantriebssignal von der ECU 40. Das heißt, falls das elektromagnetische Solenoid auf der Basis des Einspritzantriebssignals erregt wird, bewegt sich die Nadel aufgrund der Erregung in einer Ventilöffnungsrichtung, so dass die Harnstofflösung von dem Spitzeneinspritzlochabschnitt 15a zugegeben (eingespritzt) wird.
Die Harnstofflösung wird nach und nach von einem Harnstofflösungstank 21 zu dem Harnstofflösungszugabeventil 15 zugeführt. Als Nächstes wird ein Aufbau des Harnstofflösungszufuhrsystems erklärt.
Der Harnstofflösungstank 21 wird durch einen luftdichten Behälter mit einem Flüssigkeitszuführungsdeckel gebildet und speichert im Inneren die Harnstofflösung einer vorgeschriebenen Konzentration (32,5%). Eine Harnstofflösungspumpe 22 ist in dem Harnstofflösungstank 21 derart vorgesehen, dass die Harnstofflösungspumpe 22 in die Harnstofflösung eingetaucht ist. Die Harnstofflösungspumpe 22 ist eine elektrische Pumpe, die durch ein Antriebssignal von der ECU 40 angetrieben wird, um zu drehen. Ein Ende eines Harnstofflösungszufuhrrohrs 23 ist mit der Harnstofflösungspumpe 22 verbunden, und das andere Ende des Harnstofflösungszufuhrrohrs 23 ist mit dem Harnstofflösungszugabeventil 15 verbunden. Das Harnstofflösungszufuhrrohr 23 definiert einen Harnstofflösungsdurchgang. Wenn die Harnstofflösungspumpe 22 angetrieben wird, um zu drehen, wird die Harnstofflösung angesaugt und über das Harnstofflösungszufuhrrohr 23 zu dem Harnstofflösungszugabeventil 15 hin abgegeben.
Die Harnstofflösungspumpe 22 ist eine Turbinenpumpe, die beispielsweise mit einem Elektromotor (Motor) als eine Antriebsquelle ausgestattet ist. Die Harnstofflösungspumpe 22 ist derart aufgebaut, dass ein Laufrad dreht und die Harnstofflösung von mehreren Flügelnuten, die an einem Laufradaußenumfangsabschnitt ausgebildet sind, gepumpt wird, wenn der Elektromotor angetrieben wird. Alternativ kann eine andere Pumpenart, wie eine Rotorpumpe, als die Harnstofflösungspumpe 22 verwendet werden. Das System ist mit einem Druckregulierventil 24 zum Regulieren eines Drucks der Harnstofflösung ausgestattet. Ein Abgabedruck der Harnstofflösungspumpe 22 wird in geeigneter Weise mit dem Druckregulierventil 24 reguliert. Ein Filter (nicht gezeigt) zum Filtern der Harnstofflösung ist in einem Abgabeanschlussabschnitt der Harnstofflösungspumpe 22 vorgesehen. Die Harnstofflösung, die nach und nach abgegeben wird, wird zu dem Harnstofflösungszufuhrrohr 23 abgegeben, nachdem Fremdstoffe mit dem Filter aus der Harnstofflösung entfernt worden sind.
Die ECU 40 ist der Hauptteil, der eine Steuerung bezüglich der Abgasreinigung als die elektronische Steuerungseinheit in dem vorstehend beschriebenen System durchführt. Die ECU 40 hat einen Mikrocomputer (nicht gezeigt) und führt verschiedene Steuerungsarten in Bezug auf die Abgasreinigung durch Betreiben der verschiedenen Stellglieder einschließlich des Harnstofflösungszugabeventils 15 in gewünschten Modi auf der Basis von Erfassungswerten der verschiedenen Sensoren durch. Im Speziellen wird gemäß der vorliegenden Ausführungsform die geeignete Menge der Harnstofflösung in das Abgasrohr 11 zu dem geeigneten Zeitpunkt zum Beispiel durch Steuern einer Erregungszeit (d. h. einer Ventilöffnungszeit) des Harnstofflösungszugabeventils 15, eines Antriebsumfangs der Harnstofflösungspumpe 22 und dergleichen zugegeben und zugeführt.
In dem vorstehend beschriebenen System gemäß der vorliegenden Ausführungsform, wenn die Maschine in Betrieb ist, wird die Harnstofflösung in dem Harnstofflösungstank 21 über das Harnstofflösungszufuhrrohr 23 durch das Antreiben der Harnstofflösungspumpe 22 zu dem Harnstofflösungszugabeventil 15 gepumpt und die Harnstofflösung wird durch das Harnstofflösungszugabeventil 15 in das Abgasrohr 11 zugegeben und zugeführt. Somit wird die Harnstofflösung zusammen mit dem Abgas in dem Abgasrohr 11 zu dem SCR-Katalysator 13 zugeführt, und das Abgas wird durch das Auftreten der Reduktionsreaktion von NOx an dem SCR-Katalysator 13 gereinigt. Bei der Reduktion von NOx wird Ammoniak (NH₃) erzeugt, wenn beispielsweise die Harnstofflösung aufgrund der Abgaswärme durch eine Reaktion hydrolysiert wird, die durch folgenden Ausdruck 4 gezeigt ist: (NH₂)2CO + H₂O → 2NH₃ + CO₂ (Ausdruck 4) Das Ammoniak wird an dem SCR-Katalysator 13 adsorbiert, und NOx in dem Abgas wird durch das Ammoniak in dem SCR-Katalysator 13 selektiv reduziert und entfernt. Das heißt NOx wird an dem SCR-Katalysator 13 durch die Reduktionsreaktion auf der Basis des Ammoniaks reduziert und gereinigt (wie durch die vorstehend beschriebenen Reaktionsformeln des Ausdrucks 1 bis 3 gezeigt ist).
Die Harnstofflösungszugabemenge des Harnstofflösungszugabeventils 15 wird beispielsweise mit einem Aufbau berechnet, der als ein Funktionsblockdiagramm in 2 gezeigt ist.
In Bezug auf die Berechnung der Ammoniakadsorptionsmenge hat der Aufbau von 2 einen stromaufwärtigen NOx-Mengenberechnungsabschnitt M1, einen stromabwärtigen NOx-Mengenberechnungsabschnitt M2, einen Basiszugabemengenberechnungsabschnitt M3, einen Zugabemengenkorrekturabschnitt M4 und einen Ammoniakadsorptionsmengenberechnungsabschnitt M5. Der stromaufwärtige NOx-Mengenberechnungsabschnitt M1 berechnet die NOx-Menge stromaufwärts des SCR-Katalysators 13 (nachstehend als eine stromaufwärtige NOx-Menge Unox bezeichnet). Der stromabwärtige NOx-Mengenberechnungsabschnitt M2 berechnet die NOx-Menge stromabwärts des SCR-Katalysators 13 (nachstehend als eine stromabwärtige NOx-Menge Dnox bezeichnet). Der Basiszugabemengenberechnungsabschnitt M3 berechnet eine Basiszugabemenge Bure, die ein Basiswert der Harnstofflösungszugabemenge ist, die durch das Harnstofflösungszugabeventil 15 zugegeben wird, auf der Basis der stromaufwärtigen NOx-Menge Unox. Der Zugabemengenkorrekturabschnitt M4 berechnet die Harnstofflösungszugabemenge Qure durch Korrigieren der Basiszugabemenge Bure, die in dem Basiszugabemengenberechnungsabschnitt M3 berechnet wird, mit einem Zugabemengenkorrekturwert Cure, der in einem Korrekturwertberechnungsabschnitt M7 berechnet wird, der später im Detail beschrieben wird. Der Ammoniakadsorptionsmengenberechnungsabschnitt M5 berechnet eine Ammoniakadsorptionsmenge Qamm auf der Basis eines Unterschieds zwischen der stromaufwärtigen und der stromabwärtigen NOx-Menge Unox, Dnox (= Unox – Dnox), die in dem stromaufwärtigen und dem stromabwärtigen NOx-Mengenberechnungsabschnitt M1, M2 berechnet werden, und der Harnstofflösungszugabemenge Qure zu der Zeit.
Der stromaufwärtige NOx-Mengenberechnungsabschnitt M1 kann eine NOx-Abgabemenge von dem Maschinenhauptkörper als die stromaufwärtige NOx-Menge Unox berechnen.
In Bezug auf die Berechnung des Zugabemengenkorrekturwerts Cure, hat der Aufbau von 2 den Ammoniakadsorptionsmengenberechnungsabschnitt M5, der vorstehend genannt ist, einen Zielwertfestlegungsabschnitt M6, der einen Zielwert Tamm der Ammoniakadsorptionsmenge Qamm festlegt, und den Korrekturwertberechnungsabschnitt M7, der den Zugabemengenkorrekturwert Cure auf der Basis einer Abweichung zwischen der Ammoniakadsorptionsmenge Qamm und dem Zielwert Tamm berechnet.
Die Harnstofflösungszugabemenge Qure als die Summe aus der Basiszugabemenge Bure und dem Zugabemengenkorrekturwert Cure korrespondiert zu einem Ausgabewert des Harnstofflösungszugabeventils 15. Der Ventilöffnungsbetrieb des Harnstofflösungszugabeventils 15 wird gemäß der Harnstofflösungszugabemenge Qure durchgeführt, und dadurch wird die Harnstofflösungszugabesteuerung durchgeführt.
Als Nächstes wird eine zusätzliche Erklärung in Bezug auf den Ammoniakadsorptionsmengenberechnungsabschnitt M5 gegeben. Der Berechnungsabschnitt M5 berechnet eine Ammoniakzufuhrmenge VA, die zu dem SCR-Katalysator 13 zugeführt wird, für jede Harnstofflösungszugabe auf der Basis der Harnstofflösungszugabemenge Qure von jeder Zeit. Des Weiteren berechnet der Berechnungsabschnitt M5 eine Ammoniakverbrauchsmenge VB auf der Basis einer NOx-Reaktionsmenge, die ein Unterschied zwischen der stromaufwärtigen NOx-Menge Unox und der stromabwärtigen NOx-Menge Dnox ist. Eine Adsorptionserzeugungsmenge VC, die eine Menge einer Ammoniakadsorption ist, die in jeder Harnstofflösungszugabe des Harnstofflösungszugabeventils 15 erzeugt wird, wird von der Ammoniakzufuhrmenge VA und der Ammoniakverbrauchsmenge VB berechnet. Des Weiteren wird die Ammoniakadsorptionsmenge Qamm als tatsächliche Adsorptionsmenge in dem SCR-Katalysator 13 durch sequenzielles Integrieren der Adsorptionserzeugungsmenge VC berechnet. Die Adsorptionserzeugungsmenge VC (= VA – VB) als die Differenz zwischen der Ammoniakzufuhrmenge VA und der Ammoniakverbrauchsmenge VB zu jeder Zeit ist ein Zeitreiheninformation (Zeitreihendaten) eines Reduktionsmittelgleichgewichts in dem SCR-Katalysator 13. Die Adsorptionserzeugungsmenge VC wird in einem vorbestimmten Zeitzyklus berechnet und der berechnete Wert wird sequenziell integriert, um die tatsächliche Ammoniakadsorptionsmenge Qamm in dem SCR-Katalysator 13 zu berechnen (zu schätzen).
In dem Fall, in dem die Ammoniakadsorptionsmenge Qamm berechnet wird, wird damit gerechnet, dass ein Fehler (ein Fehler zwischen der tatsächlichen Adsorptionsmenge und dem berechneten Wert) durch verschiedene Faktoren verursacht wird. Deshalb gibt es Bedenken, dass die Steuerung der Harnstofflösungszugabemenge nicht in geeigneter Weise durchgeführt wird, wenn der Fehler in der Ammoniakadsorptionsmenge Qamm beinhaltet ist, so dass sich die NOx-Reinigungsrate verschlechtert oder ein Ammoniakschlupf auftritt. Die Faktoren des Berechnungsfehlers der Ammoniakadsorptionsmenge beinhalten Messfehler der verschiedenen Sensoren, den Ammoniakschlupf, eine Nebenreaktion der Harnstofflösung und dergleichen. In solch einem Fall wird die Ammoniakadsorptionsmenge Qamm als ein Integrationswert der Adsorptionserzeugungsmenge VC berechnet, die in dem vorbestimmten Zeitzyklus berechnet wird. Es wird damit gerechnet, dass, falls der Berechnungsfehler in der Adsorptionserzeugungsmenge VC von jeder Zeit enthalten ist, sich der Berechnungsfehler allmählich erhöht, wenn die Integration der Ammoniakadsorptionsmenge Qamm weiter voranschreitet. Falls sich der Berechnungsfehler auf diese Weise vergrößert und die Steuerung auf der Basis der Ammoniakadsorptionsmenge ohne Änderung fortgeführt wird, wird eine solche Steuerung bedeutungslos. Stattdessen wird mit dem Auftreten von Problemen gerechnet.
Deshalb wird in der vorliegenden Ausführungsform ein Initialisierungsprozess der Ammoniakadsorptionsmenge Qamm in geeigneter Weise auf der Basis einer NOx-Reinigungsrate Rnox des SCR-Katalysators 13 unter Verwendung einer Katalysatorcharakteristik (siehe 7) durchgeführt, die eine Beziehung zwischen der Ammoniakadsorptionsmenge Qamm und der NOx-Reinigungsrate Rnox kennzeichnet. Da der Berechnungsfehler der Ammoniakadsorptionsmenge Qamm durch den Initialisierungsprozess beseitigt wird, kann die Steuerung selbst unter einer Situation, in der der Berechnungsfehler auftritt, zu einer geeigneten NOx-Reinigungssteuerung zurückkehren. Im Speziellen wird in der vorliegenden Ausführungsform, die sich auf einen Unterschied konzentriert, der in dem Berechnungsfehler der Ammoniakadsorptionsmenge Qamm gemäß der in den SCR-Katalysator 13 eingeleiteten NOx-Menge auftritt, ein Zeitpunkt zum Durchführen der Initialisierung auf der Basis der NOx-Menge oder eines Parameters bestimmt, der mit der NOx-Menge zusammenhängt. Somit kann die Initialisierung der Ammoniakadsorptionsmenge Qamm nach einem Warten durchgeführt werden, bis der Berechnungsfehler der Ammoniakadsorptionsmenge Qamm groß wird, d. h. nach einem Warten bis ein vorbestimmter Fehlererzeugungszustand auftritt, in dem der Fehler der Ammoniakadsorptionsmenge Qamm eine vorbestimmte Menge übersteigt, während der Berechnungsfehler der Ammoniakadsorptionsmenge Qamm ermittelt wird. Genauer gesagt wird die in den SCR-Katalysator 13 eingeleitete NOx-Menge sequenziell integriert, um den NOx-Mengenintegrationswert zu berechnen (der äquivalent zu dem Parameter ist, der mit der NOx-Menge zusammenhängt). Der Zeitpunkt zum Durchführen der Initialisierung wird auf der Basis des NOx-Mengenintegrationswerts bestimmt.
Die vorliegende Ausführungsform verwendet einen Aufbau, der den NOx-Mengenintegrationswert jedes Mal dann auf Null stellt, wenn die Initialisierung durchgeführt wird, wodurch der Zeitpunkt der nächsten Initialisierung mit einem Intervall auf der Basis des Zeitpunkts der vorherigen Initialisierung der Ammoniakadsorptionsmenge bestimmt wird.
In dem Fall, in dem der Initialisierungsprozess der Ammoniakadsorptionsmenge Qamm auf der Basis der NOx-Reinigungsrate Rnox des SCR-Katalysators 13 unter Verwendung der Beziehung (der katalytischen Charakteristik) zwischen der Ammoniakadsorptionsmenge Qamm und der NOx-Reinigungsrate Rnox durchgeführt wird, wie vorstehend beschrieben ist, sollte die tatsächliche NOx-Reinigungsrate Rnox in dem SCR-Katalysator 13 vorzugsweise so genau wie möglich berechnet werden. Deshalb wird in der vorliegenden Ausführungsform die NOx-Reinigungsrate Rnox berechnet, wenn die folgenden Ausführungsbedingungen (A) bis (E) erfüllt sind, und der Initialisierungsprozess der Ammoniakadsorptionsmenge Qamm wird auf der Basis des berechneten Werts der NOx-Reinigungsrate Rnox durchgeführt.

Bedingung (A): die NOx-Menge, die in den SCR-Katalysator 13 eingeleitet wird, ist gleich wie oder größer als ein vorbestimmter Wert K1.
Bedingung (B): eine Erhöhung/Abnahme der NOx-Menge, die in den SCR-Katalysator 13 eingeleitet wird, ist kleiner als ein vorbestimmter Wert K2.
Bedingung (C): die SCR-Katalysatortemperatur ist niedriger als ein vorbestimmter Wert K3 (ein Ammoniakschlupfbestimmungswert).
Bedingung (D): die SCR-Katalysatortemperatur ist höher als ein vorbestimmter Wert K4 (ein Katalysatoraktivitätsbestimmungswert).
Bedingung (E): die NOx-Reinigungsrate Rnox ist gleich wie oder niedriger als ein vorbestimmter Wert K5 (ein Ammoniakschlupfbestimmungswert).

In den vorstehend genannten Bedingungen (A) und (B) kann die „NOx-Menge, die in den SCR-Katalysator 13 eingeleitet wird”, mit der „NOx-Abgabemenge von dem Maschinenhauptkörper” ersetzt sein. Die NOx-Reinigungsrate Rnox wird auf der Basis der Erfassungswerte der NOx-Sensoren 16, 18 stromaufwärts und stromabwärts des SCR-Katalysators 13 und dergleichen berechnet. Die vorbestimmten Werte K1 bis K5 der vorstehend beschriebenen Bedingungen (A) bis (E) sind jeweilig und individuell festgelegt. Nachstehend werden die vorstehend genannten Bedingungen einzeln erklärt.

Bedingung (A): die NOx-Menge, die in den SCR-Katalysator 13 eingeleitet wird, ist gleich wie oder größer als der vorbestimmte Wert K1.

Im Hinblick auf die Messgenauigkeit von jedem der verschiedenen Sensoren, wie dem NOx-Sensor, erhöht sich ein Verhältnis des Fehlers, wenn sich der Messwert verringert. Deshalb verbessert sich die Berechnungsgenauigkeit der NOx-Reinigungsrate Rnox und die Genauigkeit der Initialisierung der Ammoniakadsorptionsmenge Qamm verbessert sich, wenn sich die NOx-Menge erhöht.

Bedingung (B): die Erhöhung/Abnahme der NOx-Menge, die in den SCR-Katalysator 13 eingeleitet wird, ist kleiner als der vorbestimmte Wert K2.

In dem SCR-Katalysator 13 wird, falls sich die eingeleitete NOx-Menge plötzlich erhöht, aufgrund einer Verzögerung der Reaktionszeit die Zufuhr des Ammoniaks in einer Abgasströmung oder in dem Katalysator zeitweise ungenügend, und die NOx-Reinigungsrate Rnox fällt ab. Falls die eingeleitete NOx-Menge abnimmt, erhöht sich die NOx-Reinigungsrate Rnox. Wenn sich die eingeleitete NOx-Menge erhöht, neigt der berechnete Wert der NOx-Reinigungsrate Rnox dazu, ein kleiner Wert zu sein. Wenn sich die eingeleitete NOx-Menge verringert, neigt der berechnete Wert der NOx-Reinigungsrate Rnox dazu, ein großer Wert zu sein. Falls die Änderung der NOx-Menge mit der Änderung der Abgasströmungsrate auftritt, erhöht sich der Messfehler des NOx-Sensors. Demzufolge kann die NOx-Reinigungsrate Rnox korrekter berechnet werden, wenn sich die eingeleitete NOx- Menge mehr stabilisiert. Von dem Standpunkt des Verringerns des Sensorerfassungsfehlers her, sollte eine Änderung der Abgastemperatur vorzugsweise auch klein sein.
Es kann gesagt werden, dass die Erhöhung/Abnahme der eingeleiteten NOx-Menge relativ klein ist, wenn ein Maschinenbetriebszustand in einem stationären Zustand ist, oder insbesondere wenn jeweilige Werte, wie eine Maschinendrehzahl, eine Kraftstoffeinspritzmenge, eine Einlassströmungsrate und eine Abgastemperatur stabil sind und Änderungsbeträge der jeweiligen Werte pro bestimmte Zeit geringer als vorbestimmte Werte sind. Deshalb kann auch auf der Basis davon, ob der Maschinenbetriebszustand der stationäre Zustand ist, bestimmt werden, ob die Erhöhung/Abnahme der eingeleiteten NOx-Menge kleiner als der vorbestimmte Wert K2 ist.

Bedingung (C): die SCR-Katalysatortemperatur ist niedriger als der vorbestimmte Wert K3 (der Ammoniakschlupfbestimmungswert).

In dem SCR-Katalysator 13 haben die Katalysatortemperatur und die Grenze der Ammoniakadsorptionsmenge Qamm eine Beziehung, die in 6 gezeigt ist. Wenn die Katalysatortemperatur hoch ist, ist die Grenze der Ammoniakadsorptionsmenge Qamm für den SCR-Katalysator 13 klein, und der Ammoniakschlupf neigt dazu aufzutreten. Wenn der Ammoniakschlupf auftritt, wird das Ammoniak zusammen mit NOx durch den NOx-Sensor stromabwärts des SCR-Katalysators 13 erfasst. Als eine Folge tritt der Berechnungsfehler in der NOx-Reinigungsrate Rnox auf. Das heißt die NOx-Sensorausgabe wird durch die erfasste Menge des Ammoniaks erhöht, und die NOx-Reinigungsrate Rnox, die auf der Basis der Sensorausgabe berechnet wird, nimmt ab. Aufgrund der Abnahme der NOx-Reinigungsrate Rnox wird eine fehlerhafte Steuerung zum Erhöhen des Ammoniaks durchgeführt. Um eine derartige fehlerhafte Steuerung zu vermeiden, wenn die Katalysatortemperatur hoch ist und es eine Wahrscheinlichkeit des Ammoniakschlupfes gibt, wird die Initialisierung der Ammoniakadsorptionsmenge Qamm auf der Basis der NOx-Reinigungsrate Rnox verboten. Insbesondere wird in der vorliegenden Ausführungsform der vorbestimmte Wert K3 auf der Basis einer Ammoniakadsorptionsgrenztemperatur Tmax festgelegt, die in 6 gezeigt ist und bei der die Ammoniakadsorptionsmenge Qamm im Wesentlichen minimiert ist (beispielsweise K3 = Tmax). Nur wenn die Katalysatortemperatur niedriger als der vorbestimmte Wert K3 ist, wird die Initialisierung der Ammoniakadsorptionsmenge Qamm auf der Basis der NOx-Reinigungsrate Rnox durchgeführt.

Bedingung (D): die SCR-Katalysatortemperatur ist höher als der vorbestimmte Wert K4 (der Katalysatoraktivitätsbestimmungswert).

Die Reinigungsreaktion von NOx tritt selbst dann nicht in dem SCR-Katalysator 13 auf, falls die Harnstofflösung zugegeben wird, wenn die Temperatur des SCR-Katalysators niedriger als die Aktivierungstemperatur ist und der SCR-Katalysator 13 nicht aktiv ist. In solch einem Fall verringert sich die NOx-Reinigungsrate Rnox ungeachtet der Ammoniakadsorptionsmenge Qamm oder des Fehlers in der Ammoniakadsorptionsmenge Qamm. Als eine Folge kann die Ammoniakadsorptionsmenge Qamm nicht von der NOx-Reinigungsrate Rnox geschätzt werden. Deshalb sollte in solch einem Fall die Initialisierung der Ammoniakadsorptionsmenge Qamm nicht durchgeführt werden. Das heißt die Initialisierung der Ammoniakadsorptionsmenge Qamm auf der Basis der NOx-Reinigungsrate Rnox wird nur durchgeführt, wenn geschätzt wird, dass die Temperatur des SCR-Katalysators 13 gleich wie oder höher als die Aktivierungstemperatur ist.

Bedingung (E): die NOx-Reinigungsrate Rnox ist gleich wie oder niedriger als der vorbestimmte Wert K5 (der Ammoniakschlupfbestimmungswert).

Wenn die NOx-Reinigungsrate Rnox gleich wie oder niedriger als der vorbestimmte Wert ist, wird geglaubt, dass die Überzufuhr des Ammoniaks in Bezug auf die NOx-Menge nicht bewirkt wird und der Ammoniakschlupf nicht auftritt. Deshalb gibt es nur eine niedrige Wahrscheinlichkeit, dass der NOx-Sensor das Ammoniak fehlerhaft erfasst. Stattdessen gibt es eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass die tatsächliche NOx-Reinigungsrate Rnox korrekt berechnet wird. Eine Charakteristik zwischen der Ammoniakadsorptionsmenge Qamm und der NOx-Reinigungsrate Rnox ist in 7 gezeigt. Die NOx-Reinigungsrate Rnox verbessert sich, wenn sich die Ammoniakadsorptionsmenge Qamm erhöht. Wenn jedoch die Ammoniakadsorptionsmenge Qamm gleich wie oder größer als ein vorbestimmter Wert ist (beispielsweise X2 in 7), gibt es einen kleinen oder keinen Unterschied in der NOx-Reinigungsrate Rnox. Deshalb kann die Ammoniakadsorptionsmenge Qamm mit hoher Genauigkeit geschätzt werden, wenn die NOx-Reinigungsrate Rnox gleich wie oder niedriger als ein vorbestimmter Wert ist (beispielsweise X1 in 7), aber es ist schwierig, die Ammoniakadsorptionsmenge Qamm genau zu schätzen, wenn die NOx-Reinigungsrate Rnox gleich wie oder größer als der vorbestimmte Wert ist (beispielsweise X1 in 7). Deshalb wird die Initialisierung der Ammoniakadsorptionsmenge Qamm auf der Basis der NOx-Reinigungsrate Rnox nur durchgeführt, wenn die NOx-Reinigungsrate Rnox gleich wie oder niedriger als der vorbestimmte Wert ist (K5 wird auf der Basis von X1 in 7 festgelegt).
3 ist ein Funktionsblockdiagramm betreffend den Initialisierungsprozess der Ammoniakadsorptionsmenge Qamm gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
Der in 3 gezeigte Aufbau hat einen stromaufwärtigen NOx-Mengenberechnungsabschnitt M11, einen stromabwärtigen NOx-Mengenberechnungsabschnitt M12, einen NOx-Reinigungsratenberechnungsabschnitt M13, einen NOx-Mengenintegrationswertberechnungsabschnitt M14, einen Ausführungsbedingungsbestimmungsabschnitt M15 und einen Initialisierungsausführungsabschnitt M16. Der stromaufwärtige NOx-Mengenberechnungsabschnitt M11 berechnet die NOx-Menge stromaufwärts des SCR-Katalysators 13 (nachstehend als die stromaufwärtige NOx-Menge Unox) bezeichnet). Der stromabwärtige NOx-Mengenberechnungsabschnitt M12 berechnet die NOx-Menge stromabwärts des SCR-Katalysators 13 (nachstehend als die stromabwärtige NOx-Menge Dnox bezeichnet). Der NOx-Reinigungsratenberechnungsabschnitt M13 berechnet die NOx-Reinigungsrate Rnox von der stromaufwärtigen NOx-Menge Unox und der stromabwärtigen NOx-Menge Dnox. Der NOx-Mengenintegrationswertberechnungsabschnitt M14 berechnet den NOx-Mengenintegrationswert Inox durch sequenzielles Integrieren der stromaufwärtigen NOx-Menge Unox. Der Ausführungsbedingungsbestimmungsabschnitt M15 bestimmt auf der Basis der NOx-Menge, der SCR-Katalysatortemperatur und dergleichen, ob eine Ausführungsbedingung des Initialisierungsprozesses erfüllt ist. Der Initialisierungsausführungsabschnitt M16 führt den Initialisierungsprozess der Ammoniakadsorptionsmenge Qamm auf der Basis der NOx-Reinigungsrate Rnox durch, wenn der Initialisierungszeitpunkt, der auf der Basis des NOx- Mengenintegrationswerts Inox bestimmt wird, auftritt und das Bestimmungsergebnis des Ausführungsbedingungsbestimmungsabschnitts M15 geeignet ist.
Der Initialisierungsausführungsabschnitt M16 initialisiert den Wert, der in dem Ammoniakadsorptionsmengenberechnungsabschnitt M5 von 2 berechnet wird, wie vorstehend beschrieben ist, d. h. die Ammoniakadsorptionsmenge Qamm. Der Initialisierungsausführungsabschnitt M16 aktualisiert die Ammoniakadsorptionsmenge Qamm von jeder Zeit mit der NOx-Reinigungsrate Rnox, die zu dem Ausführungszeitpunkt der Initialisierung berechnet wird.
Der stromaufwärtige und der stromabwärtige NOx-Mengenberechnungsabschnitt M11, M12 sind die gleichen wie der stromaufwärtige und der stromabwärtige NOx-Mengenberechnungsabschnitt M1, M2 von 2.
Als Nächstes werden ein Berechnungsablauf der Harnstofflösungszugabemenge Qure und ein Initialisierungsablauf der Ammoniakadsorptionsmenge Qamm durch die ECU 40 im Detail erklärt. 4 ist ein Flussdiagramm, das den Berechnungsprozess der Harnstofflösungszugabemenge Qure zeigt, und wird wiederholt durch die ECU 40 in einem vorbestimmten Zeitzyklus ausgeführt.
In 4 werden in S11 die stromaufwärtige NOx-Menge Unox und die stromabwärtige NOx-Menge Dnox als die NOx-Mengen stromaufwärts und stromabwärts des SCR-Katalysators 13 berechnet. In S11 wird die stromaufwärtige NOx-Menge Unox auf der Basis der stromaufwärtigen NOx-Konzentration, die von dem Ausgabewert des stromaufwärtigen NOx-Sensors 16 erfasst wird, und einer Abgasströmungsrate berechnet, die von einem Ausgabewert eines Luftmengenmessers (nicht gezeigt) erfasst wird, der in dem Einlassrohr vorgesehen ist. Die stromabwärtige NOx-Menge Dnox wird auf der Basis der stromabwärtigen NOx-Konzentration, die von dem Ausgabewert des stromabwärtigen NOx-Sensors 18 erfasst wird, und der Abgasströmungsrate berechnet, die von dem Ausgabewert des Luftmengenmessers erfasst wird. Alternativ kann die Abgasströmungsrate unter Verwendung eines Kennfelds oder eines Ausdrucks von Betriebszustandsparametern, wie der Maschinendrehzahl und der Kraftstoffeinspritzmenge, berechnet werden. Alternativ kann die Abgasströmungsrate mit einem Strömungsratensensor gemessen werden, der in dem Abgasrohr vorgesehen ist.
In dem folgenden Schritt S12 wird die Basiszugabemenge Bure der Harnstofflösung berechnet. In S12 wird die stromaufwärtige NOx-Menge Unox als ein Parameter für die Berechnung verwendet, und die Basiszugabemenge Bure wird als ein größerer Wert berechnet, wenn sich die stromaufwärtige NOx-Menge Unox erhöht.
In dem folgenden Schritt S13 wird die NOx-Reaktionsmenge in dem SCR-Katalysator 13 von der Differenz zwischen der stromaufwärtigen NOx-Menge Unox und der stromabwärtigen NOx-Menge Dnox berechnet. Des Weiteren wird in S13 die Ammoniakverbrauchsmenge VB in dem SCR-Katalysator 13 auf der Basis der NOx-Reaktionsmenge berechnet. In diesem Fall ist es zum Beispiel wünschenswert, die Ammoniakverbrauchsmenge VB von der NOx-Reaktionsmenge auch gemäß der Temperatur des SCR-Katalysators 13 und dergleichen zu berechnen.
In S14 wird die Ammoniakzufuhrmenge VA als die Menge des Ammoniaks, das tatsächlich zu dem SCR-Katalysator 13 aufgrund der vorherigen Harnstofflösungszugabe durch das Harnstofflösungszugabeventil 15 zugeführt wird, auf der Basis des vorherigen Werts der Harnstofflösungszugabemenge Qure berechnet. Es ist beispielsweise wünschenswert, die Ammoniakzufuhrmenge VA auch gemäß der Abgastemperatur und dergleichen zu berechnen.
In S15 wird die Adsorptionserzeugungsmenge VC als die Menge des Ammoniaks, das aufgrund der Harnstofflösungszugabe d. h. der Ammoniakzufuhr) an dem SCR-Katalysator 13 adsorbiert wird, von dem Unterschied zwischen der Ammoniakzufuhrmenge VA und der Ammoniakverbrauchsmenge VB berechnet. Im folgenden Schritt S16 wird die Ammoniakadsorptionsmenge Qamm durch sequenzielles Integrieren der in S15 berechneten Adsorptionserzeugungsmenge VC berechnet.
Dann wird im folgenden Schritt S17 die obere Grenze der Nox-Reinigungsrate Rnox des SCR-Katalysators 13 von der SCR-Katalysatorcharakteristik berechnet, die im Voraus definiert ist, und des Weiteren wird der Zielwert Tamm der Ammoniakadsorptionsmenge Qamm von der oberen Grenze der NOx-Reinigungsrate Rnox berechnet. Die SCR-Katalysatorcharakteristik ist als die Beziehung zwischen der Ammoniakadsorptionsmenge Qamm und der NOx-Reinigungsrate Rnox definiert, wie beispielsweise in 7 gezeigt ist. Der Zielwert Tamm der Ammoniakadsorptionsmenge Qamm wird auf der Basis der oberen Grenze (beispielsweise X1 in 7) berechnet, oberhalb der die NOx-Reinigungsrate Rnox im Wesentlichen konstant bezüglich der Ammoniakadsorptionsmenge Qamm wird.
In Schritt S18 wird der Zugabemengenkorrekturwert Cure auf der Basis der Abweichung der Ammoniakadsorptionsmenge Qamm von dem Zielwert Tamm berechnet. In der vorliegenden Ausführungsform wird eine Regelung auf der Basis der Ammoniakadsorptionsmenge Qamm durchgeführt. Die Abweichung der Ammoniakadsorptionsmenge Qamm von dem Zielwert Tamm wird berechnet und der Zugabemengenkorrekturwert Cure wird unter Verwendung eines Regelungsverfahrens, wie PI oder PID, berechnet, um die Abweichung der Ammoniakadsorptionsmenge Qamm zu beseitigen.
Schließlich wird in Schritt S19 die Harnstofflösungszugabemenge Qure durch Addieren der Basiszugabemenge Bure und des Zugabemengenkorrekturwerts Cure berechnet. Die Harnstofflösungszugabe wird mit dem Harnstofflösungszugabeventil 15 auf der Basis der Harnstofflösungszugabemenge Qure durchgeführt.
5 ist ein Flussdiagramm, das den Initialisierungsprozess der Ammoniakadsorptionsmenge Qamm zeigt. Die ECU 40 führt den Prozess von 5 in einem vorbestimmten Zeitzyklus durch.
In 5 werden in Schritt S21 die stromaufwärtige NOx-Menge Unox und die stromabwärtige NOx-Menge Dnox als die NOx-Mengen stromaufwärts und stromabwärts des SCR-Katalysators 13 berechnet. Die Berechnungsverfahren der NOx-Mengen Unox, Dnox sind dieselben wie diejenigen von Schritt S11 von 4. Ein Aufbau des Lesens der berechneten Werte von S11 ohne Änderung kann verwendet werden, falls der Prozess von 5 kontinuierlich nach dem Prozess von 4 durchgeführt wird.
Dann wird im folgenden Schritt S22 der NOx-Mengenintegrationswert Inox berechnet. In Schritt S22 wird der NOx-Mengenintegrationswert Inox durch Integrieren der stromaufwärtigen NOx-Menge Unox, die für jeden Prozess von 5 (oder 4) berechnet wird, zu jeder Zeit berechnet. Der NOx-Mengenintegrationswert Inox kann auch gemäß der Abgastemperatur, der Maschinendrehzahl, der Kraftstoffeinspritzmenge und dergleichen berechnet werden.
Im folgenden Schritt S23 wird bestimmt, ob der NOx-Mengenintegrationswert Inox „gleich wie oder größer als” ein vorbestimmter Wert KA ist. Der vorbestimmte Wert KA ist ein Bestimmungswert, der festgelegt ist, um den Ausführungszeitpunkt der Initialisierung zu bestimmen. Der vorbestimmte Wert KA ist gemäß einem zulässigen Wert des Berechnungsfehlers der Ammoniakadsorptionsmenge Qamm festgelegt. Falls der NOx-Mengenintegrationswert Inox kleiner als der Bestimmungswert KA ist, wird der Prozess beendet, wie er ist. Falls der NOx-Mengenintegrationswert Inox gleich wie oder größer als der Bestimmungswert KA ist, geht der Prozess weiter zum folgenden Schritt S24.
In Schritt S24 wird die tatsächliche NOx-Reinigungsrate Rnox in dem SCR-Katalysator 13 von der stromaufwärtigen NOx-Menge Unox und der stromabwärtigen NOx-Menge Dnox berechnet. Die NOx-Reinigungsrate Rnox wird durch Teilen der Differenz zwischen der stromaufwärtigen NOx-Menge Unox und der stromabwärtigen NOx-Menge Dnox durch die stromaufwärtige NOx-Menge Unox berechnet, wie durch folgenden Ausdruck gezeigt ist: Rnox = (Unox – Dnox)/Unox
In Schritt S25 wird auf der Basis der NOx-Menge, der SCR-Katalysatortemperatur und dergleichen bestimmt, ob die Ausführungsbedingung des Initialisierungsprozesses erfüllt ist. Das heißt es wird bestimmt, ob die NOx-Reinigungsrate Rnox als die Initialisierungsdaten bzw. -information geeignet ist. Die Ausführungsbedingung des Initialisierungsprozesses beinhaltet die folgenden Bedingungen (A) bis (E), die vorstehend beschrieben ist.

Bedingung (A): die NOx-Menge, die in den SCR-Katalysator 13 Eingeleitet wird, ist gleich wie oder größer als der vorbestimmte Wert K1.
Bedingung (B): die Erhöhung/Abnahme der NOx-Menge, die in den SCR-Katalysator 13 eingeleitet wird, ist kleiner als der vorbestimmte Wert K2.
Bedingung (C): die SCR-Katalysatortemperatur ist niedriger als der vorbestimmte Wert K3 (der Ammoniakschlupfbestimmungswert).
Bedingung (D): die SCR-Katalysatortemperatur ist höher als der vorbestimmte Wert K4 (der Katalysatoraktivitätsbestimmungswert).
Bedingung (E): die NOx-Reinigungsrate Rnox ist gleich wie oder niedriger als der vorbestimmte Wert K5 (der Ammoniakschlupfbestimmungswert).

Obwohl alle Bedingungen (A) bis (E) zusammen als die Ausführungsbedingungen des Initialisierungsprozesses verwendet werden, können einige der Bedingungen von den Ausführungsbedingungen ausgeschlossen sein. Kurz gesagt kann die Ausführungsbedingung beliebig festgelegt werden, solange wenigstens eine der Bedingungen (A) bis (E) darin enthalten ist. Die SCR-Katalysatortemperatur wird von dem Ausgabewert des Temperatursensors 17 erfasst, der stromaufwärts des SCR-Katalysators 13 vorgesehen ist.
Falls die Ausführungsbedingung des Initialisierungsprozesses erfüllt ist, geht der Prozess weiter zu S26. Falls die Ausführungsbedingung nicht erfüllt ist, geht der Prozess weiter zu S29.
In S26 wird ein Adsorptionsmengeninitialwert von der tatsächlichen NOx-Reinigungsrate Rnox zu der Zeit berechnet. Insbesondere wird beispielsweise die Initialadsorptionsmenge X4 von der tatsächlichen NOx-Reinigungsrate X3 zu der Zeit durch Verwendung der Beziehung von 7 berechnet.
In Schritt S27 wird die Ammoniakadsorptionsmenge Qamm (d. h. der in Schritt S16 von 4 berechnete Wert) mit dem Adsorptionsmengeninitialwert initialisiert. Das heißt die Ammoniakadsorptionsmenge Qamm wird mit dem Adsorptionsmengeninitialwert zu der Zeit aktualisiert. Dann wird in Schritt S28 der NOx-Mengenintegrationswert Inox auf Null gestellt. Dann wird der Prozess beendet.
Wenn die Ausführungsbedingung des Initialisierungsprozesses nicht erfüllt ist (d. h. wenn S25 = NEIN), geht der Prozess weiter zu S29 und wartet für eine vorbestimmte Zeit. Nach dem Warten für die vorbestimmte Zeit wird dieselbe Ausführungsbedingung wieder bestimmt. Falls die Bedingung erfüllt ist, wird der vorstehend beschriebene Initialisierungsprozess (S26 bis S28) durchgeführt.
Die vorliegende Ausführungsform, die vorstehend beschrieben ist, übt die folgenden Effekte aus.
Gemäß dem Aufbau der vorstehenden Ausführungsform wird die Ammoniakadsorptionsmenge Qamm zu dem Zeitpunkt initialisiert, der auf der Basis des NOx-Mengenintegrationswerts Inox bestimmt wird, wobei Konzentration auf den Unterschied gelegt wird, der in dem Berechnungsfehler der Ammoniakadsorptionsmenge Qamm gemäß der in den SCR-Katalysator 13 eingeleiteten NOx-Menge auftritt. Deshalb kann die Ammoniakadsorptionsmenge Qamm nach einem Warten initialisiert werden, bis der Berechnungsfehler groß wird, der in der Ammoniakadsorptionsmenge Qamm beinhaltet ist. Demzufolge kann der Initialisierungsprozess der Ammoniakadsorptionsmenge Qamm, d. h. der Fehlerbeseitigungsprozess, in dem Zustand durchgeführt werden, in dem der Fehler der Ammoniakadsorptionsmenge Qamm aufgrund der Akkumulation des Fehlers, der in den Zeitreihendaten von jeder Zeit (d. h. der Adsorptionsmenge VC) beinhaltet ist, klar erfassbar geworden ist. Da die Zuverlässigkeit in Bezug auf die Ammoniakadsorptionsmenge Qamm verbessert ist, verbessert sich auch die Berechnungsgenauigkeit der Harnstofflösungszugabemenge Qure, die auf der Basis der Ammoniakadsorptionsmenge Qamm berechnet wird. Als eine Folge kann die Berechnungsgenauigkeit der Ammoniakadsorptionsmenge Qamm in dem SCR-Katalysator 13 verbessert werden, und schließlich kann die NOx-Reinigung in dem SCR-Katalysator 13 in geeigneter Weise durchgeführt werden.
Gemäß dem Aufbau der vorstehenden Ausführungsform wird der Ausführungszeitpunkt der Initialisierung auf der Basis des NOx-Mengenintegrationswerts Inox bestimmt. Deshalb kann der Zeitpunkt, wenn die Initialisierung der Ammoniakadsorptionsmenge Qamm notwendig ist, in geeigneter Weise selbst dann bestimmt werden, wenn sich die NOx-Menge gemäß dem Lastzustand oder dem Drehzahlzustand der Maschine ändert. Mit dem vorstehenden Aufbau kann die Initialisierung der Ammoniakadsorptionsmenge Qamm bei einem vergleichsweise kurzen Zeitintervall durchgeführt werden, d. h. vergleichsweise häufig, wenn der Maschinenbetriebszustand bei der hohen Last oder bei der hohen Drehzahl andauert.
Gemäß dem Aufbau der vorstehenden Ausführungsform wird die Initialisierung der Ammoniakadsorptionsmenge Qamm auf der Basis der tatsächlichen NOx-Reinigungsrate Rnox zu der Zeit durch Verwendung der vorbestimmten Beziehung zwischen der Ammoniakadsorptionsmenge Qamm und der NOx-Reinigungsrate Rnox durchgeführt. Demzufolge kann die geeignete Initialisierung der Ammoniakadsorptionsmenge Qamm unter Berücksichtigung der Katalysatorcharakteristik durchgeführt werden.
Gemäß dem Aufbau der vorstehenden Ausführungsform wird bestimmt, ob die NOx-Reinigungsrate Rnox als die Initialisierungsdaten bzw. -information der Ammoniakadsorptionsmenge Qamm geeignet ist, wenn bestimmt ist, dass der NOx-Mengenintegrationswert Inox gleich wie oder größer als der vorbestimmte Wert KA ist und der Ausführungszeitpunkt der Initialisierung auftritt. Deshalb kann eine Verwendung der unzuverlässigen Initialisierungsdaten (d. h. der NOx-Reinigungsrate Rnox) beseitigt werden, und die Genauigkeit der Initialisierung der Ammoniakadsorptionsmenge Qamm kann verbessert werden.
Die vorstehend genannten Bedingungen (A) bis (E) sind als die Bedingungen zum Bestimmen der Geeignetheit der Initialisierungsdaten definiert. Demzufolge kann die NOx-Reinigungsrate Rnox korrekt berechnet werden, ohne durch die Messgenauigkeit der verschiedenen Sensoren, wie beispielsweise des NOx-Sensors, den Ammoniakschlupf und dergleichen beeinflusst zu werden. Somit kann die Genauigkeit der Initialisierung der Ammoniakadsorptionsmenge Qamm verbessert werden.
Gemäß dem Aufbau der vorstehenden Ausführungsform, wenn bestimmt ist, dass die NOx-Reinigungsrate Rnox nicht geeignet ist, obwohl der Ausführungszeitpunkt der Initialisierung auftritt und die Vorbedingung der Initialisierung der Ammoniakadsorptionsmenge Qamm erfüllt ist, wird eine Neuberechnung der NOx-Reinigungsrate Rnox durchgeführt, nachdem für die vorbestimmte Zeit gewartet worden ist. Demzufolge kann die Initialisierung der Ammoniakadsorptionsmenge Qamm in geeigneter Weise durchgeführt werden. Das heißt selbst falls die NOx-Reinigungsrate Rnox nicht geeignet ist, wenn oder unmittelbar nachdem die Vorbedingung der Initialisierung der Ammoniakadsorptionsmenge Qamm erfüllt ist, kann der vorstehende Aufbau den Nachteil der Unfähigkeit hemmen, die Initialisierung aufgrund der Ungeeignetheit der NOx-Reinigungsrate Rnox durchzuführen.
(Zweite Ausführungsform)
Als nächstes wird eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben, wobei sich auf die Unterschiede gegenüber der ersten Ausführungsform konzentriert wird. Gemäß dem Aufbau der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform wird der NOx-Mengenintegrationswert Inox sequenziell berechnet und es wird auf Basis davon, ob der NOx-Mengenintegrationswert Inox der vorbestimmte Wert geworden ist, bestimmt, ob der Ausführungszeitpunkt der Initialisierung erreicht worden ist. Dieser Aufbau ist in der zweiten Ausführungsform geändert. In der zweiten Ausführungsform wird jedes Mal dann, wenn die Initialisierung der Ammoniakadsorptionsmenge Qamm durchgeführt wird, der nächste Initialisierungszeitpunkt auf der Basis der NOx-Menge zu der Zeit bestimmt. In diesem Fall wird die Initialisierung durchgeführt, wenn Zeit nach der Initialisierung verstrichen ist und dann ein vorbestimmter Initialisierungszeitpunkt erreicht ist.
8 ist ein Flussdiagramm, das den Initialisierungsprozess der Ammoniakadsorptionsmenge Qamm gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt. Die ECU 40 führt wiederholt den Prozess von 8 in einem vorbestimmten Zeitzyklus durch. Der Prozess von 8 (Schritt S32 bis S35 und Schritt S37), der anders als S31 und S36 ist, ist derselbe Prozess wie in 5, die vorstehend beschrieben ist.
In Schritt S31 von 8 wird bestimmt, ob der derzeitige Zeitpunkt der Initialisierungszeitpunkt ist. Ob der vorliegende Zeitpunkt der Initialisierungszeitpunkt ist, wird auf Basis davon bestimmt, ob eine Zeit äquivalent zu einem Initialisierungsintervall TS verstrichen ist. Das Initialisierungsintervall TS wird in der vorherigen Initialisierung der Ammoniakadsorptionsmenge Qamm festgelegt. Falls der derzeitige Zeitpunkt der Initialisierungszeitpunkt ist (d. h. falls die Zeit äquivalent zu dem Initialisierungsintervall TS nach der vorherigen Initialisierung verstrichen ist), geht der Prozess weiter zu dem folgenden Schritt S32. Falls der derzeitige Zeitpunkt nicht der Initialisierungszeitpunkt ist (d. h. falls die Zeit äquivalent zu dem Initialisierungsintervall TS noch nicht verstrichen ist), wird der Prozess beendet wie er ist. Das Auftreten des Initialisierungszeitpunkts ist äquivalent zu einem Auftreten eines vorbestimmten Fehlererzeugungszustands, in dem der Berechnungsfehler, der in dem Berechnungsergebnis der Ammoniakadsorptionsmenge Qamm beinhaltet ist, einen vorbestimmten Betrag übersteigt.
In Schritt S32 wird die tatsächliche NOx-Reinigungsrate Rnox in dem SCR-Katalysator 13 berechnet (wie in Schritt S24 von 5). Dann wird in Schritt S33 auf der Basis der NOx-Menge, der SCR-Katalysatortemperatur und dergleichen (wie in S25 von 5) bestimmt, ob die Ausführungsbedingung des Initialisierungsprozesses erfüllt ist, d. h. ob die NOx-Reinigungsrate Rnox als die Initialisierungsdaten bzw. -info geeignet ist. Falls die Ausführungsbedingung des Initialisierungsprozesses erfüllt ist, wird die Ammoniakadsorptionsmenge Qamm mit der tatsächlichen NOx-Reinigungsrate Rnox zu der Zeit aktualisiert (wie in Schritt S26 und S27 von 5).
In dem folgenden Schritt S36 wird der nächste Initialisierungszeitpunkt bestimmt. Im Speziellen wird in der vorliegenden Ausführungsform eine in 9 gezeigte Beziehung verwendet und das Initialisierungsintervall TS, das das Zeitintervall bis zu der nächsten Initialisierung ist, wird auf der Basis der NOx-Abgabemenge zu der Zeit berechnet (d. h. der stromaufwärtigen NOx-Menge Unox). 9 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der NOx-Abgabemenge und dem Initialisierungsintervall TS zeigt. Gemäß 9 ist das Initialisierungsintervall TS auf einen kleineren Wert festgelegt, wenn sich die NOx-Abgabemenge erhöht. Beispielsweise ist die NOx-Abgabemenge groß, wenn die Maschinenlast hoch ist oder sich die Maschine in dem Hochdrehzahlzustand befindet. In diesem Fall ist das Initialisierungsintervall TS auf ein vergleichsweise kurzes Zeitintervall festgelegt. Wenn die Maschinenlast niedrig ist oder wenn die Maschine in dem Niedrigdrehzahlzustand ist, ist das Initialisierungsintervall TS auf ein vergleichsweise langes Zeitintervall festgelegt.
Falls die Ausführungsbedingung des Initialisierungsprozesses nicht erfüllt ist, wird der Warteprozess des Wartens für eine vorbestimmte Zeit in S37 durchgeführt (wie in Schritt S29 von 5).
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann wie in der Ersten Ausführungsform, die vorstehend beschrieben ist, die Berechnungsgenauigkeit der Ammoniakadsorptionsmenge Qamm in dem SCR-Katalysator 13 verbessert werden. Als eine Folge kann die NOx-Reinigung in dem SCR-Katalysator 13 in geeigneter Weise durchgeführt werden.
Der Zeitpunkt, wenn die Initialisierung der Ammoniakadsorptionsmenge Qamm notwendig ist, kann in geeigneter Weise bestimmt werden. Mit diesem Aufbau kann die Initialisierung der Ammoniakadsorptionsmenge Qamm bei einem vergleichsweise kurzen Zeitintervall durchgeführt werden, d. h. vergleichsweise häufig, wenn der Maschinenbetriebszustand bei der hohen Last oder der hohen Drehzahl andauert.
(Andere Ausführungsformen)
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen begrenzt, sondern kann beispielsweise wie folgt umgesetzt werden.
In der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform kann der Aufbau, der den festen Wert als den Bestimmungswert (der vorbestimmte Wert KA) des NOx-Mengenintegrationswerts Inox zum Bestimmen des Ausführungszeitpunkts der Initialisierung verwendet, durch einen Aufbau ersetzt werden, der den Bestimmungswert variabel festlegt. Beispielsweise kann der Bestimmungswert variabel gemäß einem Verschlechterungsgrad des SCR-Katalysators 13 festgelegt sein. In diesem Fall sollte der Bestimmungswert (der vorbestimmte Wert KA) vorzugsweise verringert werden, wenn sich der Verschlechterungsgrad des SCR-Katalysators 13 erhöht.
In Bezug auf den Initialisierungsprozess der Ammoniakadsorptionsmenge hat, wie in dem Funktionsblockdiagramm von 3 gezeigt ist, der Aufbau gemäß der ersten Ausführungsform den stromaufwärtigen NOx-Mengenberechnungsabschnitt M11, den stromabwärtigen NOx-Mengenberechnungsabschnitt M12, den NOx-Reinigungsratenberechnungsabschnitt M13, den NOx-Mengenintegrationswertberechnungsabschnitt M14, den Ausführungsbedingungsbestimmungsabschnitt M15 und den Initialisierungsausführungsabschnitt M16. Dieser Aufbau kann geändert sein. Beispielsweise kann der Ausführungsbedingungsbestimmungsabschnitt M15 in dem Aufbau von 3 weggelassen sein. Dieser Aufbau ist äquivalent zu einem Aufbau, der die Geeignetheitsbestimmung der NOx-Reinigungsrate Rnox zu dem Initialisierungszeitpunkt in dem Initialisierungsausführungsabschnitt M16 nicht durchführt.
Alternativ kann der NOx-Mengenintegrationswertberechnungsabschnitt M14 von 3 weggelassen werden. Dieser Aufbau ist äquivalent zu einem Aufbau, der die Bestimmung des Initialisierungszeitpunkts unter Verwendung des NOx-Mengenintegrationswerts Inox in dem Initialisierungsausführungsabschnitt M16 nicht durchführt. Das heißt die Initialisierung der Ammoniakadsorptionsmenge Qamm wird auf der Basis der Bedingung durchgeführt, dass ein Zustand auftritt, in dem die NOx-Reinigungsrate Rnox des SCR-Katalysators 13 in geeigneter Weise berechnet werden kann, ohne zu warten, bis der vorbestimmte Fehlererzeugungszustand der Ammoniakadsorptionsmenge Qamm auftritt.
Der Aufbau gemäß der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform erfasst die SCR-Katalysatortemperatur und bestimmt die Geeignetheit der NOx-Reinigungsrate Rnox als die Initialisierungsdaten auf der Basis davon, ob die SCR- Katalysatortemperatur in dem vorbestimmten Temperaturbereich ist. Alternativ kann die Temperatur des Abgases, das von dem Maschinenhauptkörper abgegeben wird, Erfasst werden und die Geeignetheit der NOx-Reinigungsrate Rnox als die Initialisierungsdaten kann auf der Basis davon bestimmt werden, ob die Abgastemperatur in einem vorbestimmten Temperaturbereich ist.
Gemäß der vorstehend beschriebenen zweiten Ausführungsform wird, wenn der nächste Initialisierungszeitpunkt während der Initialisierung der Ammoniakadsorptionsmenge Qamm bestimmt wird, das Initialisierungsintervall TS auf der Basis der NOx-Abgabemenge (d. h. der stromaufwärtigen NOx-Menge) zu der Zeit berechnet. Dieser Aufbau kann geändert sein. Beispielsweise kann ein vorbestimmtes Zeitintervall festgelegt werden, wenn der nächste Initialisierungszeitpunkt während der Initialisierung der Ammoniakadsorptionsmenge Qamm bestimmt wird. Das heißt die Initialisierung der Ammoniakadsorptionsmenge Qamm kann jedes Mal mit dem gleichen Zeitintervall (beispielsweise ungefähr alle 10 Minuten) durchgeführt werden. Des Weiteren kann mit einem derartigen Aufbau der Initialisierungsprozess der Ammoniakadsorptionsmenge Qamm in dem Zustand durchgeführt werden, in dem der Fehler der Ammoniakadsorptionsmenge Qamm aufgrund der Akkumulation des Fehlers, der in den Zeitreihendaten von jeder Zeit beinhaltet ist, klar erfassbar geworden ist. Deshalb kann ein gleicher Effekt wie der vorstehend beschriebene Effekt erwartet werden.
Die vorliegende Erfindung kann auch in anderen Systemen als das vorstehend beschriebene Harnstoff-SCR-System ausgeführt sein. Beispielsweise kann die vorliegende Erfindung in einem System, das die Harnstofflösung oder das Ammoniak als das Reduktionsmittel von einem Festharnstoff als eine Ammoniakerzeugungsquelle erzeugt, einem System, das den Kraftstoff wie Leichtöl als die Ammoniakerzeugungsquelle verwendet, einem System, das das Ammoniak direkt zu dem Abgasdurchgang zugibt, einem System, das ein Reduktionsmittel (HC oder dergleichen), das anders als das Ammoniak ist, verwendet, oder dergleichen ausgeführt sein.
Die vorliegende Erfindung sollte nicht auf die offenbarten Ausführungsformen begrenzt werden, sondern kann auf viele andere Arten umgesetzt werden, ohne von dem Umfang der Erfindung abzuweichen, wie er durch die angehängten Ansprüche definiert ist.
Ein SCR-Katalysator (13) ist in einem Abgasrohr (11) einer Maschine vorgesehen und ein Harnstofflösungszugabeventil (15) ist stromaufwärts des SCR-Katalysators (13) in dem Abgasrohr (11) vorgesehen. Eine ECU (40) steuert eine Harnstofflösungszugabemenge des Harnstofflösungszugabeventils (15) auf der Basis einer Ammoniakadsorptionsmenge an dem SCR-Katalysator (13). Die ECU (40) berechnet die Ammoniakadsorptionsmenge in dem SCR-Katalysator (13) auf der Basis von Zeitreihendaten eines Ammoniakgleichgewichts zwischen einer Ammoniakzufuhr zu dem SCR-Katalysator (13) in Verbindung mit der Harnstofflösungszugabe des Harnstofflösungszugabeventils (15) und einem Ammoniakverbrauch in dem SCR-Katalysator (13). Die ECU (40) berechnet eine NOx-Menge, die in den SCR-Katalysator (13) eingeleitet wird, oder einen Parameter, der mit der NOx-Menge zusammenhängt, und führt eine Initialisierung der Ammoniakadsorptionsmenge zu einem Zeitpunkt durch, der auf der Basis eines Ergebnisses der Berechnung bestimmt ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- JP 2003-293737 A [0004]
- JP 2003-293738 A [0004]

Claims

Abgasreinigungsvorrichtung einer Brennkraftmaschine, die auf ein Abgasreinigungssystem angewendet ist, das einen in einem Abgasdurchgang der Brennkraftmaschine vorgesehenen NOx-Katalysator (13) zum Adsorbieren eines Reduktionsmittels und zum selektiven Reinigen von NOx in einem Abgas mit dem Reduktionsmittel hat und das das Reduktionsmittel mit einer Reduktionsmittelzugabeeinrichtung (15) stromaufwärts des NOx-Katalysators (13) mit Bezug auf eine Strömungsrichtung des Abgases zugibt, wobei die Abgasreinigungsvorrichtung gekennzeichnet ist durch: eine Adsorptionsmengenberechnungseinrichtung (S13–S16) zum Berechnen einer Reduktionsmitteladsorptionsmenge in dem NOx-Katalysator (13) auf der Basis von Zeitreihendaten eines Gleichgewichts zwischen einer Zufuhr des Reduktionsmittels zu dem NOx-Katalysator (13) in Verbindung mit der Zugabe des Reduktionsmittels durch die Reduktionsmittelzugabeeinrichtung (15) und einem Verbrauch des Reduktionsmittels aufgrund einer Reduktionsreaktion in dem NOx-Katalysator (13); eine NOx-Mengenberechnungseinrichtung (S21, S22) zum Berechnen einer NOx-Menge, die in den NOx-Katalysator (13) eingeleitet wird, oder eines Parameters, der mit der NOx-Menge zusammenhängt; und eine Initialisierungsdurchführungseinrichtung (S26, S27, S28, S34, S35, S36) zum Durchführen einer Initialisierung der Reduktionsmitteladsorptionsmenge zu einem Zeitpunkt, der auf der Basis eines Berechnungsergebnisses der NOx-Mengenberechnungseinrichtung (S21, S22) bestimmt ist.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die NOx-Mengenberechnungseinrichtung (S21, S22) einen NOx-Mengenintegrationswert durch sequentielles Integrieren der NOx-Menge berechnet, die in den NOx-Katalysator (13) eingeleitet wird, und die Initialisierungsdurchführungseinrichtung (S26, S27, S28, S34, S35, S36) die Initialisierung zu einem Zeitpunkt durchführt, wenn der NOx-Mengenintegrationswert einen vorbestimmten Wert erreicht.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Initialisierungsdurchführungseinrichtung (S26, S27, S28, S34, S35, S36) einen nächsten Initialisierungszeitpunkt jedes Mal dann bestimmt, wenn die Initialisierung durchgeführt wird.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Initialisierungsdurchführungseinrichtung (S26, S27, S28, S34, S35, S36) den nächsten Initialisierungszeitpunkt auf der Basis der NOx-Menge zu der Zeit bestimmt, wenn die Initialisierung durchgeführt wird.
Abgasreinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, die des Weiteren Folgendes aufweist: eine Reinigungsratenberechnungseinrichtung (S24, S32) zum Berechnen einer tatsächlichen NOx-Reinigungsrate des NOx-Katalysators (13), wobei die Initialisierungsdurchführungseinrichtung (S26, S27, S28, S34, S35, S36) die Initialisierung der Reduktionsmitteladsorptionsmenge gemäß der tatsächlichen NOx-Reinigungsrate, die durch die Reinigungsratenberechnungseinrichtung (S24, S32) berechnet wird, auf der Basis einer vorbestimmten Beziehung zwischen der Reduktionsmitteladsorptionsmenge und der NOx-Reinigungsrate berechnet.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 5, die des Weiteren Folgendes aufweist: eine Geeignetheitsbestimmungseinrichtung (S25, S33) zum Bestimmen, ob die NOx-Reinigungsrate, die durch die Reinigungsratenberechnungseinrichtung (S24, S32) zu dem Zeitpunkt berechnet wird, wenn die Initialisierung durchgeführt wird, ein geeigneter Wert ist, der für die Initialisierung zu verwenden ist, wobei die Initialisierungsdurchführungseinrichtung (S26, S27, S28, S34, S35, S36) die Initialisierung der Reduktionsmitteladsorptionsmenge durchführt, wenn die Geeignetheitsbestimmungseinrichtung (S25, S33) bestimmt, dass die NOx-Reinigungsrate geeignet ist.
Abgasreinigungsvorrichtung einer Brennkraftmaschine, die auf ein Abgasreinigungssystem angewendet ist, das einen in einem Abgasdurchgang der Brennkraftmaschine vorgesehenen NOx-Katalysator (13) zum Adsorbieren eines Reduktionsmittels und zum selektiven Reinigen von NOx in einem Abgas mit dem Reduktionsmittel hat und das das Reduktionsmittel mit einer Reduktionsmittelzugabeeinrichtung (15) stromaufwärts des NOx-Katalysators (13) mit Bezug auf eine Strömungsrichtung des Abgases zugibt, wobei die Abgasreinigungsvorrichtung gekennzeichnet ist durch: eine Adsorptionsmengenberechnungseinrichtung (S13–S16) zum Berechnen einer Reduktionsmitteladsorptionsmenge in dem NOx-Katalysator (13) auf der Basis von Zeitreihendaten eines Gleichgewichts zwischen einer Zufuhr des Reduktionsmittels zu dem NOx-Katalysator (13) in Verbindung mit der Zugabe des Reduktionsmittels durch die Reduktionsmittelzugabeeinrichtung (15) und einem Verbrauch des Reduktionsmittels aufgrund einer Reduktionsreaktion in dem NOx-Katalysator (13); eine Reinigungsratenberechnungseinrichtung (S24, S32) zum Berechnen einer tatsächlichen NOx-Reinigungsrate des NOx-Katalysators (13); eine Initialisierungsdurchführungseinrichtung (S26, S27, S28, S34, S35, S36) zum Durchführen einer Initialisierung der Reduktionsmitteladsorptionsmenge gemäß der tatsächlichen NOx-Reinigungsrate, die durch die Reinigungsratenberechnungseinrichtung (S24, S32) berechnet wird, auf der Basis einer vorbestimmten Beziehung zwischen der Reduktionsmitteladsorptionsmenge und der NOx-Reinigungsrate; und eine Geeignetheitsbestimmungseinrichtung (S25, S33) zum Bestimmen, ob die NOx-Reinigungsrate, die durch die Reinigungsratenberechnungseinrichtung (S24, S32) berechnet wird, ein geeigneter Wert ist, der für die Initialisierung zu verwenden ist, wobei die Abgasreinigungsvorrichtung die Initialisierung durch die Initialisierungsdurchführungseinrichtung (S26, S27, S28, S34, S35, S36) in Abhängigkeit einer Bedingung gestattet, dass die Geeignetheitsbestimmungseinrichtung (S25, S33) bestimmt, dass die NOx-Reinigungsrate geeignet ist.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Reinigungsratenberechnungseinrichtung (S24, S32) die NOx-Reinigungsrate durch Verwenden einer NOx-Menge, die in den NOx-Katalysator (13) eingeleitet wird, als einen Parameter berechnet, und die Geeignetheitsbestimmungseinrichtung (S25, S33) bestimmt, dass die NOx-Reinigungsrate geeignet ist, wenn die NOx-Menge gleich wie oder größer als eine vorbestimmte Menge ist.
Abgasreinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, die des Weiteren Folgendes aufweist: eine Einrichtung zum Bestimmen, ob es einen Zustand gibt, in dem eine Überschussabgabe des Reduktionsmittels in dem NOx-Katalysator (13) erzeugt wird, wobei die Geeignetheitsbestimmungseinrichtung (S25, S33) bestimmt, dass die NOx-Reinigungsrate geeignet ist, wenn bestimmt ist, dass es keinen Zustand gibt, in dem die Überschussabgabe des Reduktionsmittels erzeugt wird.
Abgasreinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, die des Weiteren Folgendes aufweist: eine Katalysatortemperaturerfassungseinrichtung (17) zum Erfassen einer Temperatur des NOx-Katalysators (13), wobei die Geeignetheitsbestimmungseinrichtung (S25, S33) bestimmt, dass die NOx-Reinigungsrate geeignet ist, wenn die NOx-Katalysatortemperatur, die mit der Katalysatortemperaturerfassungseinrichtung (17) erfasst wird, in einem vorbestimmten Temperaturbereich ist.
Abgasreinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, wobei, falls die Geeignetheitsbestimmungseinrichtung (S25, S33) bestimmt, dass die NOx-Reinigungsrate nicht geeignet ist, die Reinigungsratenberechnungseinrichtung (S24, S32) eine Neuberechnung der NOx-Reinigungsrate nach einem Warten für eine vorbestimmte Zeit durchführt.
Abgasreinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Adsorptionsmengenberechnungseinrichtung (S13–S16) eine Einrichtung zum Berechnen eines Unterschieds zwischen einer Zufuhrmenge des Reduktionsmittels zu dem NOx-Katalysator (13) und einer Verbrauchsmenge des Reduktionsmittel in dem NOx-Katalysator (13) für jede bestimmte Zeit als die Zeitreihendaten und eine Einrichtung zum Berechnen der Reduktionsmitteladsorptionsmenge in dem NOx-Katalysator (13) durch sequentielles Integrieren des berechneten Werts der Zeitreihendaten hat.
Abgasreinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Abgasreinigungsvorrichtung die Reduktionsmittelzugabemenge, die durch die Reduktionsmittelzugabeeinrichtung (15) zugegeben wird, auf der Basis der Reduktionsmitteladsorptionsmenge steuert, die durch die Adsorptionsmengenberechnungseinrichtung (S13–S16) berechnet wird.