DE102009029182A1

DE102009029182A1 - Abgasreinigungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102009029182A1
Application number: DE102009029182A
Authority: DE
Inventors: Naoki Kariya-city Kurimoto; Miyao Kariya-citiy Arakawa
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2008-09-12
Filing date: 2009-09-03
Publication date: 2010-04-15
Also published as: JP2010065648A; JP4826835B2

Abstract

In einer Abgasreinigungsvorrichtung (10) mit einem einfachen Aufbau ist ein festes Reduktionsmittel (14) an einer Seite einer Maschine (11) aus Sicht von einem Reduktionskatalysator (13) in einem zweiten Durchgang (24) angeordnet, durch den ein Teil des Abgases strömt, das von der Maschine (11) ausgestoßen wird. Wenigstens ein Teil des Abgases wird durch das feste Reduktionsmittel (14) hindurch, das in dem zweiten Durchgang (24) angeordnet ist, in den Reduktionskatalysator (13) zugeführt. Ein Reduktionsmittelgas wird in dem festen Reduktionsmittel (14) durch eine Wärmeenergie des Abgases erzeugt, das das feste Reduktionsmittel (14) durchströmt. Der größere Teil der Abgasreinigungsvorrichtung (10), die mit dem festen Reduktionsmittel (14) ausgerüstet ist, ist in dem Abgasrohr (12) angeordnet, das einen Abgasdurchgang (16) bildet, der aus dem ersten und dem zweiten Durchgang (23, 24) besteht. Dies gestattet, dass die Vorrichtung (10) leicht in einem begrenzten Maschinenraum montiert werden kann.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abgasreinigungsvorrichtung, die Stickstoffoxid (NOx) chemisch reduzieren kann, das in einem Abgas enthalten ist, das von einer Brennkraftmaschine, wie Dieselmaschinen, abgegeben wird, und insbesondere eine Abgasreinigungsvorrichtung, die ein festes Reduktionsmittel verwendet.
Es gibt bekannte selektive katalytische Reduktionssysteme (SCR-Systeme). Das SCR-System ist ein bekanntes System, um Stickstoffoxide (NOx) zu reduzieren, die in einem Abgas enthalten sind, das von Brennkraftmaschinen wie einer Dieselmaschine abgegeben wird.
Eine Abgasreinigungsvorrichtung, die das SCR-System verwendet, reduziert selektiv NOx, das in einem Abgas enthalten ist, durch Zugeben eines Reduktionsmittels, beispielsweise Harnstoff und Ammoniak, in ein Abgas. Ein derartiges Reduktionsmittel ist als Ammoniakgas oder Ammoniakwasser und Harnstoffwasser für das SCR-System bereitgestellt.
Es gibt eine weitere herkömmliche Technik, bei der ein festes Reduktionsmittel in dem SCR-System verwendet wird. Beispielsweise offenbaren die japanische Patentanmeldungsoffenlegungsschrift Nr. JP 2002-4840 und das japanische Patent Nr. 3697668 ein derartiges SCR-System, das ein festes Reduktionsmittel verwendet.
Jedoch wird in dem herkömmlichen SCR-System, das in der JP 2002-4840 und der JP 3697668 offenbart ist, ein Ammoniakgas als Reduktionsmittel, das in dem festen Reduktionsmittel erzeugt wird, temporär in einem Speicher oder einem Tank gespeichert und dann in ein Abgas gemischt, das von einer Brennkraftmaschine abgegeben wird. Mit anderen Worten gesagt erfordert das herkömmliche SCR-System einen Erzeugungseinrichtung, um ein Reduktionsmittel zu erzeugen, eine Speicher, um das erzeugte Reduktionsmittel temporär zu speichern, ein Rohr, durch das das Reduktionsmittel von dem Speicher in das Abgasrohr zugeführt wird, einen Injektor, mit dem das Reduktionsmittel in das Abgas, das in dem Abgasrohr strömt, zugeführt und mit diesem gemischt wird. Somit erfordert der Aufbau des herkömmlichen SCR-Systems als eine Abgasreinigungsvorrichtung viele Komponenten und wird dadurch in Bezug auf den Aufbau kompliziert. Dies macht es schwierig, das SCR-System in einem begrenzten Maschinenraum eines Fahrzeugs zu installieren, und dadurch wird es schwierig, das SCR-System handzuhaben.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Abgasreinigungsvorrichtung, die ein festes Reduktionsmittel verwendet, vorzusehen, die einfach handhabbar und leicht in einem begrenzten Raum, beispielsweise dem begrenzten Maschinenraum eines Fahrzeugs, montiert werden kann.
Um die vorstehende Aufgabe zu lösen sieht die vorliegende Erfindung eine Abgasreinigungsvorrichtung 10 vor, die ein Abgasrohr 12, einen Reduktionskatalysator 13, ein festes Reduktionsmittel 14 und eine Erzeugungsmengensteuerungseinrichtung 15, 15-1, 15-2, 15-3, 15-4 hat. Das Abgasrohr 12 bildet einen Abgasdurchgang 16, durch den das von einer Brennkraftmaschine 11 abgegebene Abgas strömt. Der Reduktionskatalysator 13 ist in dem Abgasdurchgang 16 des Abgasrohrs 12 angeordnet. Der Reduktionskatalysator 13 kann Stickstoffoxid (NOx), das in dem Abgas enthalten ist, reduzieren. Das feste Reduktionsmittel 14 ist an der Seite der Brennkraftmaschine 11 in dem Abgasrohr 12, von der Reduktionskatalysatorseite aus gesehen, angeordnet. Das feste Reduktionsmittel 14 kann ein Reduktionsmittel in gasförmiger Form erzeugen. Die Erzeugungsmengensteuerungseinrichtung 15, 15-1, 15-2, 15-3, 15-4 kann die Menge eines Reduktionsmittelgases steuern, das in dem festen Reduktionsmittel 14 erzeugt wird, um zu dem Reduktionskatalysator 13 zugeführt zu werden, indem die Menge des in das feste Reduktionsmittel 14 einzuleitenden Abgases eingestellt wird.
In dem Aufbau der Abgasreinigungsvorrichtung 10 ist das feste Reduktionsmittel 14 in dem Abgasdurchgang 16 an der Seite der Brennkraftmaschine 11, von dem Reduktionskatalysator 13 aus gesehen, angeordnet, und zwar an der stromaufwärtigen Seite des Reduktionskatalysators 13 in der Richtung der Abgasströmung. Dieser Aufbau gestattet, dass das Abgas, das von der Brennkraftmaschine 11 abgegeben wird, durch das feste Reduktionsmittel 14 hindurch in den Reduktionskatalysator 13 eingeleitet wird. Weil die Temperatur des von der Brennkraftmaschine 11 abgegebenen Abgases hoch ist, unterstützt die Wärmeenergie des Abgases das feste Reduktionsmittel 14, um das Reduktionsmittel zu erzeugen. Als eine Folge enthält das Abgas, das durch das feste Reduktionsmittel 14 hindurchgeströmt ist, das Reduktionsmittel, das in dem festen Reduktionsmittel 14 erzeugt worden ist. Das mit dem Reduktionsmittelgas gemischte Abgas wird zu dem Reduktionskatalysator 13 zugeführt.
Wenn das Abgas durch das feste Reduktionsmittel 14 hindurchströmt, enthält das Abgas das Reduktionsmittelgas, das in dem festen Reduktionsmittel 14 erzeugt wird. Dieser Aufbau der Abgasreinigungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung erfordert keine Erzeugungseinheit, um das Reduktionsmittel von einem festen Reduktionsmittel zu erzeugen, keinen Speicher, um das erzeugte Reduktionsmittelgas zu speichern, keinen Durchgang, um das Reduktionsmittelgas zuzuführen und keine Einspritzeinheit, um das Reduktionsmittelgas in das Abgas einzuspritzen. Des Weiteren, weil das Hindurchströmen des Abgases durch das feste Reduktionsmittel 14 das Reduktionsmittelgas erzeugen kann, ist es nicht notwendig, dass die Abgasreinigungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung mit einer großen Gaserzeugungsvorrichtung ausgestattet ist. Die Abgasreinigungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist leicht handzuhaben und leicht in dem begrenzten Maschinenraum eines Fahrzeugs zu montieren, sogar wenn es mit dem festen Reduktionsmittel 14 ausgerüstet ist.
In der Abgasreinigungsvorrichtung gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die Erzeugungsmengensteuerungseinrichtung 15 die Menge des Reduktionsmittelgases, das in dem festen Reduktionsmittel 14 erzeugt wird, einstellen. Die Erzeugungsmengensteuerungseinrichtung 15 hat eine Strömungsmengenerfassungseinheit 32 und eine Temperaturerfassungseinheit 35. Die Strömungsmengenerfassungseinheit 32 kann eine Strömungsmenge oder -rate des Abgases erfassen, das durch das Abgasrohr 12 strömt. Die Temperaturerfassungseinheit 35 kann die Temperatur des Abgases erfassen, das durch das Abgasrohr 12 strömt. Die Erzeugungsmengensteuerungseinrichtung 15 in der Abgasreinigungsvorrichtung stellt die Menge des Reduktionsmittelgases, die in dem festen Reduktionsmittel 14 erzeugt wird, um zu dem Reduktionskatalysator 13 zugeführt zu werden, auf der Basis der Strömungsmenge oder -rate des Abgases ein, die durch die Strömungsmengenerfassungseinrichtung 32 erfasst wird, und der Temperatur des Abgases, die durch die Temperaturerfassungseinrichtung 35 erfasst wird.
Das heißt die Menge des Reduktionsmittelgases, das in dem festen Reduktionsmittel 14 erzeugt wird, wird auf der Basis der Strömungsmenge oder -rate und einer Temperatur des Abgases erzeugt. Wenn beispielsweise das Reduktionsmittel von dem festen Reduktionsmittel 14 getrennt wird oder sublimiert, dann erhöht sich die Menge des Reduktionsmittelgases, das in dem festen Reduktionsmittel 14 erzeugt wird, je mehr die Temperatur des festen Reduktionsmittels 14 ansteigt. Je mehr sich die Strömungsmenge des Abgases erhöht, desto mehr erhöht sich die Menge des Reduktionsmittels, das für die Reduktion von Materialien wie NOx erfordert ist, die in dem Abgas enthalten sind. Ein Erhöhen der Last der Brennkraftmaschine 11 erhöht die Strömungsmenge oder -rate des Abgases, das von der Brennkraftmaschine 11 abgegeben wird, und die Temperatur des Abgases. Eine optimale Menge des Reduktionsmittelgases wird in das Abgas gemischt, indem die erzeugte Menge des Reduktionsmittelgases auf der Basis der Strömungsrate und der Temperatur des Abgases eingestellt wird. Das heißt die optimale Menge des in das Abgas zuzugebenden Reduktionsmittels kann gemäß der Betriebsbedingung der Brennkraftmaschine 11 eingestellt werden. Es ist deshalb möglich, die optimale Menge des Reduktionsmittelgases zu dem Reduktionskatalysator 13 gemäß der Betriebsbedingung der Brennkraftmaschine zuzuführen.
In der Abgasreinigungsvorrichtung 10 gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung hat das Abgasrohr 12 ein erstes Abgasrohr 21 und ein zweites Abgasrohr 22. Das erste Abgasrohr 21 bildet einen ersten Abgasdurchgang 23, der zwischen der Brennkraftmaschine und dem Reduktionskatalysator 13 angeordnet ist. Das zweite Abgasrohr 22 bildet einen zweiten Abgasdurchgang 24, der parallel zu dem ersten Abgasdurchgang 23 in dem Abgasrohr 12 angeordnet ist, von der Brennkraftmaschine zu dem Reduktionskatalysator 13, und das feste Reduktionsmittel 14 ist in dem zweiten Abgasdurchgang 24 angeordnet. In der Abgasreinigungsvorrichtung gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird wenigstens ein Teil des Abgases, das von der Brennkraftmaschine 11 abgegeben wird, in den zweiten Abgasdurchgang 24 zugeführt. Das Abgas in dem zweiten Abgasdurchgang 24 wird durch das feste Reduktionsmittel 14 hindurch zu dem Reduktionskatalysator 13 zugeführt. Ein Einstellen der Strömungsrate des Abgases in dem ersten und dem zweiten Abgasdurchgang 23 und 24 kann die Menge des Reduktionsmittels einstellen, das für eine Zufuhr zu dem Reduktionskatalysator 13 erzeugt wird. Deshalb ermöglicht dies, die erzeugte Menge des Reduktionsmittels, das zu dem Reduktionskatalysator 13 zugeführt werden soll, mit einem einfachen Aufbau einzustellen.
In der Abgasreinigungsvorrichtung gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das feste Reduktionsmittel 14 abnehmbar an dem Abgasrohr 12 montiert. Wenn beispielsweise das Reduktionsmittelgas von dem festen Reduktionsmittel 14 getrennt wird oder sublimiert, verringert ein Andauern der Erzeugung des Reduktionsmittelgases allmählich die verbleibende Menge des Reduktionsmittels in dem festen Reduktionsmittel 14. Ein Verwenden des abnehmbaren festen Reduktionsmittels 14 sieht einen leichten Austausch des festen Reduktionsmittels 14 mit einem neuen vor, selbst falls die Lebensdauer des gegenwärtig verwendeten festen Reduktionsmittels 14 abgelaufen ist.
In der Abgasreinigungsvorrichtung gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung hat das feste Reduktionsmittel 14 eine Stützeinheit 25 und eine Reduktionsmittelschicht 26, die an der Stützeinheit 25 ausgebildet ist. Das heißt das Reduktionsmittel ist auf die Oberfläche der Stützeinheit 25 aufgebracht, um die Stützeinheit 25 mit der Reduktionsmittelschicht 26 auszubilden.
Ein Aussetzen der Reduktionsmittelschicht 26 zu dem Abgas erzeugt das Reduktionsmittelgas und die verbleibende Menge des Reduktionsmittels in dem festen Reduktionsmittel 14 wird allmählich gemäß einer Erhöhung von dessen Verwendung verringert. Andererseits wird die Stützeinheit 25 selbst dann nicht verbraucht, falls sie dem Abgas ausgesetzt ist.
Ein Ausbilden des abnehmbaren festen Reduktionsmittels 14 mit einer Kombination aus der Reduktionsmittelschicht 26 und der Stützeinheit 25 sieht eine leichte Handhabung in Bezug darauf vor, die Reduktionsmittelschicht 26 mit einer neuen Reduktionsmittelschicht 26 zu ersetzen und sie an der Stützeinheit 25 zu montieren. Somit gestattet der Aufbau der Abgasreinigungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, dass die Stützeinheit 25 des festen Reduktionsmittels 14 wiederholt verwendet wird.
In der Abgasreinigungsvorrichtung gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt die Erzeugungsmengensteuerungseinrichtung 15-1, 15-2, 15-3, 15-4 die Menge des Reduktionsmittelgases, das in dem festen Reduktionsmittel 14 erzeugt wird, durch Ändern einer Kontaktfläche zwischen dem Abgas und dem zu dem Abgas freiliegenden festen Reduktionsmittel 14 ein.
Die Erzeugungsmengensteuerungseinrichtung stellt die Menge des Reduktionsmittels, das in dem festen Reduktionsmittel 14 erzeugt wird, durch Ändern der Fläche des festen Reduktionsmittels 14 ein, die zu dem Abgas freiliegt. Je mehr Reduktionsmittelgas in dem festen Reduktionsmittel 14 erzeugt wird, desto mehr liegt das feste Reduktionsmittel 14 zu dem Abgas frei und desto höher steigt die Temperatur des Abgases an. Die Menge des Reduktionsmittelgases, das in dem festen Reduktionsmittel 14 erzeugt wird, kann durch Einstellen der Fläche des festen Reduktionsmittels 14 eingestellt werden, das zu dem Abgas freiliegt, und zwar durch Einstellen der Kontaktfläche des festen Reduktionsmittels 14 mit dem Abgas. Dadurch ist es möglich, die Menge des Reduktionsmittelgases, das in dem festen Reduktionsmittel 14 erzeugt wird, gemäß der Temperatur und der Strömungsmenge des Abgases einzustellen.
In der Abgasreinigungsvorrichtung gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung hat die Erzeugungsmengensteuerungseinrichtung 15-4 eine Steuerungsplatte 83. Die Steuerungsplatte 83 hat eine Vielzahl von Löchern 84. Die Steuerungsplatte 83 kann in einer Umfangsrichtung des Abgasrohres 12 rotieren. Die Erzeugungsmengensteuerungseinrichtung 15-4 stellt einen Bereich bzw. eine Fläche ein, in dem/der sich die Löcher 84 und die Steuerungsplatte 83 miteinander überlappen, um die Kontaktfläche des festen Reduktionsmittels mit dem Abgas einzustellen. In dem Aufbau der Abgasreinigungsvorrichtung 10 wird der Kontaktbereich zwischen den Löchern 84 und dem Reduktionsmittel durch Rotieren der Steuerungsplatte 83 mit den Löchern 84 in der Umfangsrichtung des Abgasdurchgangs geändert. Ein Drehen der Steuerungsplatte 83 ändert die Strömungsrichtung und Strömungsmenge des Abgases. Als eine Folge stellt dies den Kontaktbereich des festen Reduktionsmittels 14 mit dem Abgas ein. Dadurch ist es möglich, die erzeugte Menge des Reduktionsmittelgases mit einem einfachen Aufbau einzustellen.
In der Abgasreinigungsvorrichtung gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung hat die Erzeugungsmengensteuerungseinrichtung 15-2 eine Drosselklappe 61, die an einer Einlassseite oder einer Auslassseite des festen Reduktionsmittels 14 angeordnet ist, um eine Querschnittsfläche bzw. einen Querschnittsbereich des Abgasrohres 12 einzustellen, durch die/den das Abgas strömt. In diesem Aufbau der Abgasreinigungsvorrichtung drosselt bzw. verringert die Drosselklappe 61, die an der Einlassseite oder der Auslassseite des festen Reduktionsmittels 14 angeordnet ist, den Bereich der Abgasströmung. Ein Ändern des Bereichs der Abgasströmung an der Einlassseite oder der Auslassseite des festen Reduktionsmittels 14 kann den Strömungsdurchgang und die Strömungsmenge des Abgases einstellen, das durch das feste Reduktionsmittel 14 hindurchströmt. Dadurch ist es möglich, die Menge des Reduktionsmittelgases, das in dem festen Reduktionsmittel 14 erzeugt wird, mit einem einfachen Aufbau einzustellen.
In der Abgasreinigungsvorrichtung gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung hat die Erzeugungsmengensteuerungseinrichtung 15-1 eine Antriebseinheit 54, die das feste Reduktionsmittel 14 mit einer Hin- und Herbewegung in Richtung der Radiusrichtung des Abgasrohres 12 vertikal bewegen kann. Die Antriebseinheit 54 stellt den Kontaktbereich des festen Reduktionsmittels 14 ein, das zu dem Abgas freiliegt. In diesem Aufbau der Abgasreinigungsvorrichtung wird das feste Reduktionsmittel 14 vertikal und hin und her in Richtung zu der Radiusrichtung des Abgasrohres 12 unter der Steuerung der Antriebseinheit 54 bewegt. Wenn die Antriebseinheit 54 das feste Reduktionsmittel 14 anweist, um sich in Richtung zu der Außenseite des Radius des Abgasrohres 12 zu bewegen, wird der Schnittbereich bzw. die Querschnittsfläche des festen Reduktionsmittels 14, das in dem Abgasdurchgang freiliegt, verringert. Wenn die Antriebseinheit 54 andererseits das feste Reduktionsmittel 14 anweist, um sich in Richtung zu dem Inneren des Radius des Abgasrohres 12 zu bewegen, und zwar in Richtung zu dem mittleren Teil in der Radiusrichtung des Abgasrohres 12, wird der Schnittbereich bzw. die Querschnittsfläche des festen Reduktionsmittels 14, das zu dem Abgasdurchgang freiliegt, erhöht. Dadurch ist es möglich, die Strömungsrichtung und die Strömungsmenge des Abgases einzustellen, das durch das feste Reduktionsmittel 14 hindurchströmt. Als eine Folge kann dies den Kontaktbereich zwischen dem festen Reduktionsmittel 14 und dem Abgas einstellen. Dadurch ist es möglich, die Menge des Reduktionsmittelgases, das in dem festen Reduktionsmittel 14 erzeugt wird, mit einem einfachen Aufbau einzustellen.
Eine bevorzugte, nicht begrenzende Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird beispielhaft mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
1 ist ein schematisches Diagramm, das den Aufbau einer Abgasreinigungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
2A und 2B sind schematische Diagramme, die jeweils ein festes Reduktionsmittel zeigen, das in der Abgasreinigungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung montiert ist.
3A und 3B sind schematische Diagramme, die jeweils das feste Reduktionsmittel zeigen, das in der Abgasreinigungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung montiert ist.
4 ist ein schematisches Diagramm, das einen Teil des festen Reduktionsmittels zeigt, das in der Abgasreinigungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung montiert ist.
5 ist ein schematisches Diagramm, das einen Teil des festen Reduktionsmittels zeigt, das in der Abgasreinigungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung montiert ist.
6 ist ein schematisches Diagramm, das eine Stützeinheit zeigt, die das feste Reduktionsmittel in der Abgasreinigungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung stützen kann.
7 ist ein schematisches Diagramm, das die Stützeinheit und das feste Reduktionsmittel entlang der in 6 gezeigten Linie VII-VII zeigt.
8 ist ein Flussdiagramm, das den Betriebsablauf der Abgasreinigungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
9 ist ein schematisches Diagramm, das einen Aufbau der Abgasreinigungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
10A und 10B sind schematische Diagramme, die jeweils den Aufbau einer Erzeugungsmengensteuerungseinheit und des festen Reduktionsmittels zeigen, die in der Abgasreinigungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung montiert sind.
11A und 11B sind schematische Diagramme, die jeweils den Aufbau der Erzeugungsmengensteuerungseinheit und des festen Reduktionsmittels zeigen, die in der Abgasreinigungsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung montiert sind.
12A und 12B sind schematische Diagramme, die jeweils den Aufbau der Erzeugungsmengensteuerungseinheit und des festen Reduktionsmittels zeigen, die in der Abgasreinigungsvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung montiert sind.
13 ist ein schematisches Diagramm, das einen Aufbau einer Erzeugungsmengensteuerungseinheit und des festen Reduktionsmittels zeigt, die in der Abgasreinigungsvorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung montiert sind.
14A ist ein schematisches Diagramm, das ein Stützbauteil zeigt, das das feste Reduktionsmittel stützen kann, das an der Abgasreinigungsvorrichtung montiert ist, aus Sicht in Richtung des in 13 gezeigten Pfeils XIV.
14B ist ein schematisches Diagramm, das eine Steuerungsplatte zeigt, die in der Abgasreinigungsvorrichtung montiert ist, aus Sicht in Richtung des in 13 gezeigten Pfeils XIV.
15 ist ein schematisches Diagramm, das die Stützeinheit und die Steuerungseinheit zeigt, die sich aus Sicht in Richtung des in 13 gezeigten Pfeils XIV teilweise miteinander überlappen.
Nachstehend werden verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. In der folgenden Beschreibung der verschiedenen Ausführungsformen bezeichnen gleiche Bezugszeichen oder Nummern in den Diagrammen gleiche oder äquivalente Komponenten.
Erste Ausführungsform
Nachstehend wird die Abgasreinigungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf 1 bis 8 beschrieben.
1 ist ein schematisches Diagramm, das den Aufbau der Abgasreinigungsvorrichtung 10 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Wie in 1 gezeigt ist, ist die Abgasreinigungsvorrichtung 10 in einem Abgassystem für eine Dieselmaschine 11 montiert, die als eine Brennkraftmaschine verwendet wird. Die vorliegende Erfindung ist dadurch nicht begrenzt. Beispielsweise kann das Konzept der vorliegenden Erfindung auf eine Benzinmaschine, eine Gasturbinenmaschine und andere Arten von Brennkraftmaschinen angewendet werden.
Die Abgasreinigungsvorrichtung 10 besteht aus einem Abgasrohr 12, einem Reduktionskatalysator 13, einem festen Reduktionsmittel 14 und einer Erzeugungsmengensteuerungseinheit 15 (oder Erzeugungsvolumensteuerungseinheit), die eine Menge (oder ein Volumen) eines Reduktionsmittelgases steuern kann, das in dem festen Reduktionsmittel erzeugt wird. Ein Ende des Abgasrohres 12 ist mit der Dieselmaschine 11 verbunden. Das andere Ende des Abgasrohres 12 ist zur Atmosphäre offen, wie in 1 gezeigt ist.
Der Reduktionskatalysator 13 ist an der Atmosphärenseite in dem Abgasrohr 12 angeordnet, mit anderen Worten gesagt an der stromabwärtigen Seite in Richtung zu der Atmosphärenseite in der Richtung der Abgasströmung aus Sicht des festen Reduktionsmittels 14. Das feste Reduktionsmittel 14 ist ein sogenannter SCR-Katalysator, der ein Ammoniakgas als ein Reduktionsmittelgas erzeugen kann, um Stickstoffoxide (NOx), die in einem Abgas enthalten sind, zu Stickstoff und Wasser zu reduzieren.
Es ist auch möglich, dass die Abgasreinigungsvorrichtung 10 mit verschiedenen Arten von Katalysatoren und Filtern, wie einem Oxidationskatalysator, einem Dreiwegekatalysator, einem Ammoniakoxidationskatalysator und einem Dieselpartikelfilter (DPF) zusätzlich zu dem Reduktionskatalysator 13 ausgestattet ist.
Das Abgasrohr 12 hat eine zylindrische Form. Das Abgasrohr 12 hat in sich einen Abgasdurchgang 16. Das Abgas, das von der Dieselmaschine 11 ausgestoßen wird, wird durch den Abgasdurchgang 16 hindurch, der in dem Abgasrohr 12 ausgebildet ist, zur Atmosphäre abgegeben.
Das Abgasrohr 12 besteht aus einem ersten Abgasrohr 21 und einem zweiten Abgasrohr 22. Das erste und das zweite Abgasrohr 21 und 22 sind an der Dieselmaschinenseite aus Sicht von dem Reduktionskatalysator 13 angeordnet, und zwar an der stromaufwärtigen Seite des Reduktionsmittelkatalysators 13 aus Sicht in der Richtung der Abgasströmung. Das heißt das Abgasrohr 12 ist in das erste Abgasrohr 21 und das zweite Abgasrohr 22 an der stromabwärtigen Seite der Dieselmaschine 11 in der Richtung der Abgasströmung unterteilt. Das erste Abgasrohr 21 und das zweite Abgasrohr 22 sind an der stromaufwärtigen Seite des Reduktionskatalysators 13 miteinander verbunden. Das erste Abgasrohr 21 bildet einen ersten Abgasdurchgang 23. Das zweite Abgasrohr 22 bildet einen zweiten Abgasdurchgang 24.
Das feste Reduktionsmittel 14 erzeugt ein Ammoniakgas als ein Reduktionsmittelgas. Das Reduktionsmittelgas kann NOx reduzieren, das in dem Abgas enthalten ist, das von der Dieselmaschine 11 ausgestoßen wird. Das feste Reduktionsmittel 14 ist in dem zweiten Abgasdurchgang 24 angeordnet. Das feste Reduktionsmittel 14 hat ein Absorptionsmittel mit absorbiertem Ammoniak oder eine chelatbildende Verbindung, die chemisch Ammoniak enthält.
Wenn das Abgas durch das feste Reduktionsmittel 14 hindurchströmt, erzeugt das feste Reduktionsmittel 14 Ammoniakgas als ein Reduktionsmittelgas. Wenn beispielsweise Ammoniak in einem Absorptionsmittel in dem festen Reduktionsmittel 14 absorbiert ist, wird Ammoniak von dem Absorptionsmittel in dem festen Reduktionsmittel 14 durch eine Wärmeenergie des Abgases getrennt. Wenn das feste Reduktionsmittel 14 aus einer chelatbildenden Verbindung besteht, wird Ammoniak aus der chelatbildenden Verbindung zerlegt oder durch Sublimation von dieser erzeugt.
2A und 2B sind schematische Diagramme, die jeweils das feste Reduktionsmittel 14 zeigen, das an der Abgasreinigungsvorrichtung 10 gemäß der ersten Ausführungsform montiert ist. 3A und 3B sind schematische Diagramme, die jeweils das feste Reduktionsmittel 14 zeigen, das in der Abgasreinigungsvorrichtung 10 gemäß der ersten Ausführungsform montiert ist.
Das feste Reduktionsmittel 14 hat einen Wabenaufbau, der in 2A und 2B gezeigt ist, oder einen Mehrlochaufbau, der in 3A und 3B gezeigt ist.
Der Querschnitt des festen Reduktionsmittels 14 hat eine Kreis- oder Rechtecksform gemäß der Form des Abgasdurchgangs 16.
4 ist ein schematisches Diagramm, das einen Querschnitt des festen Reduktionsmittels 14 zeigt, das an der Abgasreinigungsvorrichtung 11 gemäß der ersten Ausführungsform montiert ist. 5 ist ein schematisches Diagramm, das eine weitere Gestaltung des Querschnitts des festen Reduktionsmittels 14 zeigt, das in der Abgasreinigungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform montiert ist.
Im Speziellen besteht das feste Reduktionsmittel 14 aus einem Stützkörper 25 (als eine Stützeinheit) und einer Reduktionsmittelschicht 26. Der Stützkörper 25 ist aus Cordieritkeramik oder Metall, wie rostfreiem Stahl, gemacht. Die Reduktionsmittelschicht 26 enthält ein Reduktionsmittel, das auf die Oberfläche des Stützkörpers 25 aufgebracht ist.
Das Abgas, das von der Dieselmaschine 11 ausgestoßen wird, strömt durch die Innenumfangsfläche der Reduktionsmittelschicht 26 hindurch, die auf den Stützkörper 25 aufgebracht ist. Die Reduktionsmittelschicht 26 enthält ein Absorptionsmittel mit absorbiertem Ammoniak oder einen chelatbildenden Verbund, der chemisch Ammoniak enthält. Die Reduktionsmittelschicht 26 ist auf die Innenwandfläche des Stützkörpers 25 aufgebracht.
Die Verwendung der Cordieritkeramik als der Stützkörper 25 kann einen Druckverlust des Abgases verringern, das durch das feste Reduktionsmittel 14 hindurchströmt. Andererseits kann die Verwendung eines Metalls, wie rostfreier Stahl, als der Stützkörper 25 die Festigkeit des festen Reduktionsmittels 14 erhöhen.
Demzufolge wird die Auswahl des Stützkörpers 25 in dem festen Reduktionsmittel 14 in Anbetracht der Charakteristiken der Brennkraftmaschine 14 bestimmt. Obwohl in der ersten Ausführungsform das feste Reduktionsmittel 14 aus dem Stützkörper 25 und der Reduktionsmittelschicht 26 besteht, ist es möglich, einen anderen Aufbau zu haben, beispielsweise ist es möglich, nur das Reduktionsmittel als das feste Reduktionsmittel 14 zu verwenden. Beispielsweise kann ein festes Material, das aus einem Reduktionsmittelpulver und einem Bindemittel besteht, als das feste Reduktionsmittel 14 verwendet werden.
Die Erzeugungsmengensteuerungseinheit 15 besteht aus einer elektrischen Steuerungseinheit (ECU) 31, einem Strömungsratensensor 32, einem Einlassventil 33, einem Auslassventil 34, einem Abgastemperatursensor 35, einem Katalysatortemperatursensor 36 und einem NOx-Sensor 37. Die ECU 31 hat einen Mikrocomputer, der aus einer zentralen Verarbeitungseinheit (CPU, nicht gezeigt), einem Nur-Lese-Speicher (ROM, nicht gezeigt) und einem Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM, nicht gezeigt) besteht.
Die ECU 31 steuert elektrisch den Betrieb von sowohl der Abgasreinigungsvorrichtung 10 als auch der Dieselmaschine 11.
Die ECU 31 ist elektrisch mit dem Strömungsratensensor 32, dem Einlassventil 33, dem Auslassventil 34, dem Abgastemperatursensor 35, dem Katalysatortemperatursensor 36, dem NOx-Sensor 37, der Dieselmaschine 11 und einem Beschleunigungsöffnungssensor 38 verbunden.
Der Strömungsratensensor 32 bildet die Strömungsratenerfassungseinheit, um die Strömungsrate des Abgases zu erfassen, das in dem zweiten Abgasdurchgang 24 strömt. In dem Aufbau der zweiten Ausführungsform erfasst der Strömungsratensensor 32 eine Massenströmungsrate (kg/s) des Abgases. Es ist auch möglich, dass der Strömungsratensensor 32 eine volumetrische Strömungsrate (m³/s) des Abgases erfasst. Der Strömungsratensensor 32 gibt ein Erfassungssignal als ein elektrisches Signal in Bezug auf die Strömungsrate des Abgases aus, das durch den zweiten Abgasdurchgang 24 strömt.
Das Einlassventil 33 öffnet und schließt den zweiten Abgasdurchgang 24 an der Einlassseite des festen Reduktionsmittels 14. Das Auslassventil 34 öffnet und schließt den zweiten Abgasdurchgang 24 an der Auslassseite des festen Reduktionsmittels 14.
Die ECU 31 stellt die Öffnungsrate des Einlassventils 33 und des Auslassventils 34 ein. Diese Einstellung der Öffnungsrate des Einlassventils 33 und des Auslassventils 34 ändert die Strömungsrate des Abgases, das durch das feste Reduktionsmittel 14 hindurchströmt, durch den zweiten Abgasdurchgang 24 hindurch.
Es ist nicht immer notwendig, sowohl das Einlassventil 33 als auch das Auslassventil 34 an dem zweiten Abgasdurchgang 24 vorzusehen, und es ist möglich, nur eines von diesen an dem zweiten Abgasdurchgang 24 vorzusehen.
Der Abgastemperatursensor 35 bildet die Temperaturerfassungseinheit, um die Temperatur des Abgases zu erfassen, das durch den zweiten Abgasdurchgang 24 strömt. In dem Aufbau der Abgasreinigungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform (die später erklärt wird), ist der Abgastemperatursensor 35 an der Einlassseite des festen Reduktionsmittels 14 angeordnet, das an dem zweiten Abgasdurchgang 24 montiert ist.
Dieser Aufbau gestattet, dass der Abgastemperatursensor 35 die Temperatur des Abgases erfasst, das in den Einlass des festen Reduktionsmittels 14 strömt. Der Abgastemperatursensor 35 gibt zu der ECU 31 ein elektrisches Signal in Bezug auf die erfasste Temperatur des Abgases aus.
Der Katalysatortemperatursensor 36 erfasst die Temperatur des Abgases an der Einlassseite des Reduktionskatalysators 13. Der Katalysatortemperatursensor 36 gibt ein elektrisches Signal in Bezug auf die erfasste Temperatur des Reduktionskatalysators 13 zu der ECU 31 aus.
Die ECU 31 schätzt die tatsächliche Temperatur des Reduktionskatalysators 13 auf der Basis der Temperatur des Abgases, die durch den Katalysatortemperatursensor 36 erfasst wird.
Es ist möglich, den Aufbau zu haben, in dem der Katalysatortemperatursensor 36 in dem Reduktionskatalysator 13 angeordnet ist, um die Temperatur des Reduktionskatalysators 13 direkt zu erfassen. Der NOx-Sensor 37 ist an der Auslassseite des Reduktionskatalysators 13 angeordnet, und zwar an der stromabwärtigen Seite des Reduktionskatalysators 13 in der Richtung der Abgasströmung.
Der NOx-Sensor 37 erfasst die Menge von NOx, das in dem Abgas enthalten ist. Der NOx-Sensor 37 gibt ein elektrisches Signal in Bezug auf die erfasste Menge von NOx aus, das in dem Abgas enthalten ist.
Die ECU 31 berechnet die Strömungsrate oder Strömungsmenge des Abgases, das zu dem festen Reduktionsmittel 14 zuzuführen ist, auf der Basis der Strömungsrate des in dem zweiten Abgasdurchgang 24 strömenden Abgases, die durch den Strömungsratensensor 32 erfasst wird, der Temperatur des in dem zweiten Abgasdurchgang 24 strömenden Abgases, die durch den Abgastemperatursensor 35 erfasst wird, der Temperatur des Reduktionskatalysators 13, die auf der Basis der Temperatur des Abgases berechnet wird, die durch den Katalysatortemperatursensor 36 erfasst wird, und der Menge von in dem Abgas enthaltenen NOx, die durch den NOx-Sensor 37 erfasst wird.
Die ECU 31 weist das Einlassventil 33 und das Auslassventil 34 auf der Basis der berechneten Strömungsrate des Abgases zum Öffnen bzw. Schließen an, um den zweiten Abgasdurchgang 24 zu öffnen bzw. zu schließen. Dies kann die Strömungsrate des zu dem festen Reduktionsmittel 14 zuzuführenden Abgases steuern.
Wie vorstehend beschrieben ist, erzeugt das feste Reduktionsmittel 14 das Reduktionsmittelgas, wenn das Abgas durch das feste Reduktionsmittel 14 hindurchströmt.
Im Allgemeinen ändert sich die Menge des Reduktionsmittelgases, das in dem festen Reduktionsmittel 14 erzeugt wird, gemäß der Temperatur und der Strömungsrate des Abgases. Je mehr beispielsweise die Temperatur des Abgases ansteigt, wenn das feste Reduktionsmittel 14 das Reduktionsmittel absorbiert, desto mehr Reduktionsmittelgas wird von dem festen Reduktionsmittel 14 getrennt. Dies erhöht die Menge des Reduktionsmittelgases, das in dem festen Reduktionsmittel 14 erzeugt wird.
Des Weiteren, je mehr die Strömungsrate des Abgases ansteigt, desto mehr wird die erzeugte Menge des Reduktionsmittelgases erhöht, aufgrund eines Förderns der Aktivierung (chemische Reduktion) von Substanzen zwischen dem festen Reduktionsmittel 14 und dem Abgas.
Darüber hinaus ändert sich die Aktivierung des Reduktionskatalysators 13, um in dem Abgas enthaltenes NOx zu zerlegen, gemäß dessen Temperatur. Das heißt je mehr die Temperatur des Reduktionskatalysators 13 ansteigt, desto mehr erhöht sich die Aktivierung des Katalysators. Aus diesem Grund steuert die ECU 31 die Erzeugung des Reduktionsmittels, das von dem festen Reduktionsmittel 14 zu erzeugen ist, gemäß der Temperatur des Abgases, das durch den zweiten Abgasdurchgang 24 strömt, und der Temperatur des Reduktionskatalysators 13. Als eine Folge ist es möglich, dass das feste Reduktionsmittel 14 die optimale Menge des Reduktionsmittelgases zu dem Reduktionskatalysator 13 zuführt.
6 ist ein schematisches Diagramm, das eine Stützeinheit 40 zeigt, die das feste Reduktionsmittel 14 in der Abgasreinigungsvorrichtung 11 gemäß der ersten Ausführungsform stützen kann. 7 ist ein schematisches Diagramm, das die Stützeinheit 40 und das feste Reduktionsmittel 14 entlang der in 6 gezeigten Linie VII-VII zeigt.
Das feste Reduktionsmittel 14 ist an dem zweiten Abgasdurchgang 24 abnehmbar angeordnet. Im Speziellen ist das feste Reduktionsmittel 14 durch die Stützeinheit 40 gestützt. Das feste Reduktionsmittel 14, das durch die Stützeinheit 40 gestützt ist, ist in dem zweiten Abgasrohr 22 angeordnet. Das zweite Abgasrohr 22 bildet den zweiten Abgasdurchgang 24. Die Stützeinheit 40 besteht aus einer Befestigungseinheit 41, einer Halteeinheit 42 und einer Schutzeinheit 43.
Das feste Reduktionsmittel mit dem Aufbau, der in 2 und 3 gezeigt ist, ist durch die Halteeinheit 42 über die Schutzeinheit 43 gestützt.
Die Halteeinheit 42 und die Befestigungseinheit 41 sind miteinander zusammengebaut. Diese zusammengebauten Einheiten 41 und 42 und die Schutzeinheit 43 stützen das feste Reduktionsmittel 14. Das feste Reduktionsmittel 14, das durch die Stützeinheit 40 gestützt ist, ist an dem zweiten Abgasrohr 22, das den zweiten Abgasdurchgang 24 bildet, über ein Fixierungsbauteil wie Bolzen angebracht und befestigt.
Die Stützeinheit 40 und das zweite Abgasrohr 22 sind mit einem Dichtungsbauteil 45 gedichtet, um eine Luftdichtheit zwischen diesen aufrechtzuerhalten. Die Stützeinheit 40, die die Befestigungseinheit 41 stützt, ist an dem zweiten Abgasrohr 22 abnehmbar montiert.
Als nächstes wird der Betrieb der Abgasreinigungsvorrichtung 10 mit dem vorstehenden Aufbau mit Bezug auf 8 beschrieben.
8 ist ein Flussdiagramm, das den Betriebsablauf der Abgasreinigungsvorrichtung 10 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Die ECU 31 weist das Einlassventil 33 und das Auslassventil 34 an, um zu schließen, wenn die Dieselmaschine 11 in dem anfänglichen Zustand nicht in Betrieb ist (Schritt S101). Das heißt, wenn die Dieselmaschine 11 sich in dem anfänglichen Zustand befindet, sind sowohl das Einlassventil 33 als auch das Auslassventil 34 geschlossen. Das heißt das Einlassventil 33 und das Auslassventil 34 schließen den zweiten Abgasdurchgang 24.
Die ECU 31 erfasst, ob die Dieselmaschine 11 in Betrieb ist (Schritt S102). Die ECU 31 beendet den Steuerungsablauf, der in 8 gezeigt ist, wenn das Erfassungsergebnis anzeigt, dass die Dieselmaschine 11 nicht in Betrieb ist („NEIN in Schritt S102).
Wenn andererseits das Erfassungsergebnis anzeigt, dass die Dieselmaschine 11 in Betrieb ist („JA” in Schritt S102), erfasst die ECU 31, ob die Menge von NOx, das in dem Abgas enthalten ist, einen Zielwert übersteigt (Schritt S103). Die ECU 31 erfasst die Menge von NOx, das in dem Abgas enthalten ist, das durch den Reduktionskatalysator 13 hindurchströmt, auf der Basis des elektrischen Signals, das von dem NOx-Sensor 37 übertragen wird. Die ECU 31 beurteilt, ob die erhaltene Menge von NOx größer als der Zielwert ist.
Die ECU 31 beendet den Steuerungsablauf, der in 8 gezeigt ist, wenn das Erfassungsergebnis anzeigt, dass die erhaltene Menge von NOx nicht größer als der Zielwert ist („NEIN” in Schritt S103).
Andererseits weist die ECU 31 das Einlassventil 33 und das Auslassventil 34 an, um zu öffnen (Schritt S104), wenn das Erfassungsergebnis anzeigt, dass die erhaltene Menge von NOx größer als der Zielwert ist („JA” in Schritt S103).
Ein Teil des Abgases, das von der Dieselmaschine 11 ausgestoßen wird, wird dadurch in den zweiten Abgasdurchgang 24 zugeführt. Die ECU 31 beginnt auch ein Zählen der verstrichenen Zeit t1 nach einem Anweisen des Eingangsventils 33 und des Auslassventils 34, um zu öffnen (Schritt S105).
Die ECU 31 empfängt die Erfassungssignale in Bezug auf die Temperatur des Abgases und des Katalysators, die durch den Abgastemperatursensor 35 und den Katalysatortemperatursensor 36 erfasst werden, zusätzlich zu einem Beginnen des Zählens der verstrichenen Zeit t1 (Schritt S106).
Die ECU 31 berechnet die erzeugte Menge des Reduktionsmittelgases, das von dem festen Reduktionsmittel 14 zu dem Reduktionskatalysator 13 zuzuführen ist, auf der Basis der Temperatur des zweiten Abgasdurchgangs 24, die durch den Abgastemperatursensor 35 erfasst wird, und der Temperatur des Reduktionskatalysators 13, die auf der Basis der Temperatur des Abgases berechnet wird, die durch den Katalysatortemperatursensor 36 erfasst wird (Schritt S107).
Die ECU 31 stellt die Öffnungsrate des Einlassventils 33 und des Auslassventils 34 unter Berücksichtigung der Menge des durch den zweiten Abgasdurchgang 24 strömenden Abgases ein, die durch den Strömungsratensensor 32 erfasst wird, zusätzlich zu der berechneten, erzeugten Menge des Reduktionsmittelsgases, das zu dem Reduktionskatalysator 13 zuzuführen ist.
Es ist akzeptabel, dass die ECU 31 die erzeugte Menge des Reduktionsmittelgases, das zu dem Reduktionskatalysator 13 zuzuführen ist, unter Berücksichtigung der Betriebsbedingung der Dieselmaschine 11 berechnet. Das heißt die Menge von NOx, das in dem Abgas enthalten ist, das von der Dieselmaschine 11 ausgestoßen wird, ändert sich gemäß dem Betrag einer Last der Dieselmaschine 11. Im Speziellen ändert sich die Menge von NOx, das in dem Abgas enthalten ist, das von der Dieselmaschine 11 ausgestoßen wird, gemäß dem Betrag von verbrauchtem Kraftstoff oder der Öffnungsrate des Beschleunigers bzw. Gaspedals. Die ECU 31 kann die erzeugte Menge des Reduktionsmittelgases, das zu dem Reduktionskatalysator 13 zuzuführen ist, auf der Basis der Beschleunigeröffnungsrate berechnen, die durch den Beschleunigeröffnungssensor 38 erfasst wird.
Die ECU 31 erfasst nach einer Beendigung des Einstellens der Öffnungsrate des Einlassventils 33 und des Auslassventils 34, ob die Menge von NOx, das in dem Abgas enthalten ist, den Zielwert erreicht hat (Schritt S109),.
In gleicher Weise wie bei Schritt S103 vergleicht die ECU 31 die Menge von in dem Abgas enthaltenem NOx, die durch den NOx-Sensor 37 erfasst wird, mit dem Zielwert, der im Voraus festgelegt ist.
Die ECU 31 erfasst, ob die verstrichene Zeit „t” kleiner als ein Zielzeitwert T0 ist (Schritt S110), wenn sie in Schritt S109 erfasst, dass die erfasste Menge von NOx gleich dem Zielwert ist, wobei ein Zählen der verstrichenen Zeit „t” in Schritt S105 begonnen wird und die Zielzeit T0 im Voraus festgelegt ist.
Das heißt die ECU 31 vergleicht die verstrichene Zeit „t” mit der Zielzeit T0, wobei die verstrichene Zeit „t” eine verstrichene Zeit ist, die ab einem Öffnen des Einlassventils 33 und des Auslassventils 34 in Schritt S104 gezählt wird.
Das feste Reduktionsmittel 14 erzeugt das Reduktionsmittel, wenn das Abgas durch das feste Reduktionsmittel 14 hindurchströmt.
Die Menge des Reduktionsmittels, das in dem festen Reduktionsmittel 14 enthalten ist, verringert sich gemäß dem Verstreichen der Zeit. Wenn die Menge des Reduktionsmittels, das in dem festen Reduktionsmittel 14 enthalten ist, abnimmt, nimmt auch die erzeugte Menge des Reduktionsmittelgases ab, das von dem festen Reduktionsmittel 14 zu dem Reduktionskatalysator 13 zugeführt wird. Dies erhöht die verstrichene Zeit bis die Menge von NOx, das in dem Abgas enthalten ist, geringer als der Zielwert wird.
Die ECU 31 vergleicht die verstrichene Zeit „t” mit der Zielzeit T0 (Schritt S110), wobei ein Zählen der verstrichenen Zeit „t” begonnen wird, wenn die ECU 31 das Einlassventil 33 und das Auslassventil 34 anweist, um zu öffnen.
Wenn die ECU 31 andererseits erfasst, dass die Menge von NOx nicht gleich dem Zielwert ist („NEIN in Schritt S109), kehrt der Betriebsablauf zu Schritt S106 zurück. In Schritt S106 stellt die ECU 31 wieder die erzeugte Menge des Reduktionsmittelgases ein, das zu dem Reduktionsmittelkatalysator 13 zuzuführen ist.
Im Übrigen ist es möglich, dass die ECU 31 in Schritt S109 erfasst, dass die Menge von NOx innerhalb eines vorbestimmten Bereichs ist, und nicht erfasst, dass die Menge von NOx vollständig gleich zu dem Zielwert ist.
Die ECU 31 beendet den Steuerungsprozess, der in 8 gezeigt ist, aufgrund eines Verbleibens einer adäquaten Menge des Reduktionsmittels in dem festen Reduktionsmittel 14, wenn die verstrichene Zeit „t” kleiner als der Zielwert ist („JA” in Schritt S110), auf der Basis des Vergleichsergebnisses der verstrichenen Zeit „t” und der Zielzeit T0.
Andererseits warnt die ECU 31, dass das feste Reduktionsmittel 14 keine ausreichende Menge des Reduktionsmittels in sich hat (S111), wenn die verstrichene Zeit „t” nicht geringer als die Zielzeit T0 ist („NEIN” in Schritt S110).
Das Vergleichsergebnis, das anzeigt, dass die verstrichene Zeit „t” nicht geringer als die Zielzeit T0 ist, zeigt an, dass die Menge von NOx, das in dem Abgas enthalten ist, nicht unterhalb der Zielmenge ist, selbst falls die Zielzeit T0 nach Beginn der Zufuhr des Reduktionsmittels von dem festen Reduktionsmittel 14 zu dem Reduktionskatalysator 13 verstrichen ist. Dies zeigt klar einen Mangel der verbleibenden Menge des Reduktionsmittels in dem festen Reduktionsmittel 14 an.
Die ECU 31 warnt den Fahrer vor dem Mangel des Reduktionsmittels in dem festen Reduktionsmittel 14. Wenn beispielsweise die Dieselmaschine 11 in einem Fahrzeug montiert ist, betätigt die ECU 31 eine Anzeigeeinheit, die im Armaturenbrett des Fahrzeugs angeordnet ist, oder einen Summer, um eine akustische Warnung auszusenden.
Wie vorstehend im Detail beschrieben ist, ist in der Abgasreinigungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung das feste Reduktionsmittel 14 an der Seite der Dieselmaschine 11 des Reduktionskatalysators 13 an dem zweiten Abgasdurchgang 24 angeordnet.
Wenigstens ein Teil des Abgases, das von der Dieselmaschine 11 ausgestoßen wird, wird durch das feste Reduktionsmittel hindurch, das an dem zweiten Abgasdurchgang 24 angeordnet ist, in den Reduktionskatalysator 13 eingeleitet. Das Abgas, das durch das feste Reduktionsmittel 14 hindurchgegangen ist, enthält das Reduktionsmittel, das in dem festen Reduktionsmittel 14 durch Trennung, Zerlegung oder Sublimation des Reduktionsmittels von dem festen Reduktionsmittel 14 erzeugt worden ist. Das Abgas, das das Reduktionsmittel enthält, wird in den Reduktionskatalysator 13 eingeleitet. Wie vorstehend beschrieben ist, ist die Abgasreinigungsvorrichtung 10, die das feste Reduktionsmittel 14 aufweist, an dem Abgasrohr 12 angeordnet, das den Abgasdurchgang 16 bildet, und dieser Aufbau der Abgasreinigungsvorrichtung 10 gestattet, dass sie in dem begrenzten Maschinenraum des Fahrzeugs montiert werden kann, und gestattet, dass sie gut handhabbar ist.
Des Weiteren steuert gemäß der ersten Ausführungsform die ECU 31 die Menge des Reduktionsmittelgases, das in dem festen Reduktionsmittel 14 erzeugt wird, auf der Basis der Strömungsrate der Temperatur des Abgases. Wenn beispielsweise das Reduktionsmittel in dem festen Reduktionsmittel 14 durch Trennung oder Sublimation erzeugt wird, wird die Temperatur des Abgases erhöht, und die Gesamtmenge des Reduktionsmittels erhöht sich gemäß der Erhöhung der Strömungsrate des Abgases. Darüber hinaus, je mehr sich die Menge des Abgases erhöht, desto mehr erhöht sich die erzeugte Menge des Reduktionsmittelgases, das NOx reduzieren kann, das in dem Abgas enthalten ist.
Wenn sich die Last der Dieselmaschine 11 erhöht, erhöht sich die Strömungsrate des Abgases und die Temperatur des Abgases wird auch erhöht.
Durch Steuern der Menge des Reduktionsmittelgases, das in dem festen Reduktionsmittel 14 erzeugt wird, auf der Basis der Strömungsrate und der Temperatur des Abgases kann eine optimale Menge von dem Reduktionsmittelgas und dem Abgas gemäß der Betriebsbedingung der Dieselmaschine 11 gemischt werden. Es ist deshalb möglich, die optimale Menge des Reduktionsmittelgases in den Reduktionskatalysator 13 gemäß der Betriebsbedingung der Dieselmaschine 11 zuzuführen.
Darüber hinaus wird gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wenigstens ein Teil des Abgases, das von der Dieselmaschine 11 ausgestoßen wird, in den zweiten Abgasdurchgang 24 eingeleitet. Das Abgas, das in den zweiten Abgasdurchgang 24 eingeleitet wird, wird durch das feste Reduktionsmittel 14 hindurch weiter in den Reduktionskatalysator 13 eingeleitet. Dies kann das Reduktionsmittel, das zu dem Reduktionskatalysator 13 zuzuführen ist, durch Steuern eines Verteilungsfaktors für den ersten Abgasdurchgang 23 und den zweiten Abgasdurchgang 24 steuern. Das heißt, die Erzeugungsmengensteuerungseinheit 15 stellt die Öffnungsrate von sowohl dem Einlassventil 33 als auch dem Auslassventil 34 ein, um die erzeugte Menge des Reduktionsmittels durch Ändern des Bereichs des festen Reduktionsmittels ein, der in dem zweiten Abgasdurchgang 24 dem Abgas ausgesetzt ist bzw. zu diesem frei liegt.
Es ist demzufolge möglich, dass die ECU 31 die erzeugte Menge des Reduktionsmittels gemäß der Temperatur und der Strömungsrate des Abgases steuert.
Des Weiteren ist gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung das feste Reduktionsmittel 14, das durch die Stützeinheit 40 gestützt ist, abnehmbar an dem Abgasrohr 12 angebracht. Wenn beispielsweise das Reduktionsmittelgas in dem festen Reduktionsmittel 14 durch Trennung oder Sublimation erzeugt wird, nimmt die Menge des Reduktionsmittels, das in dem festen Reduktionsmittel 14 enthalten ist, gemäß der Verwendung des Reduktionsmittels ab. Ein Verwenden des abnehmbaren festen Reduktionsmittels 14 an dem Abgasrohr 12 gestattet, dass es mit einem neuen festen Reduktionsmittel 14 ausgetauscht werden kann. Es ist möglich, das feste Reduktionsmittel 14 mit einem neuen gemäß der Lebenszeit des festen Reduktionsmittels 14 leicht auszutauschen.
Darüber hinaus ist gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Reduktionsmittelschicht 26, die das Reduktionsmittel enthält, auf die Stützeinheit 25 angewendet. Die Stützeinheit 25 ist aus einem haltbaren Material wie Keramik oder Metall hergestellt. Es ist schwierig, die Stützeinheit 25 zu verbrauchen. Andererseits wird die Reduktionsmittelschicht 26, die auf die Stützeinheit 25 aufgebracht ist, gemäß der Verwendungsdauer des Reduktionsmittelgases verbraucht. Wenn das feste Reduktionsmittel 14 durch ein neues festes Reduktionsmittel ersetzt wird, kann ein erneutes Aufbringen der Reduktionsmittelschicht auf die Stützeinheit 25, die nicht ausgetauscht worden ist, die Funktion des festen Reduktionsmittels 14 wiederherstellen. Es ist deshalb möglich, die Stützeinheit 25 wieder zu verwenden. Dies kann die Abfallmenge und die Verwendung von Ressourcen wirksam verringern.
Zweite Ausführungsform
Eine Abgasreinigungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf 9, 10A und 10B beschrieben.
9 ist ein schematisches Diagramm, das einen Aufbau der Abgasreinigungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. 10A und 10B sind schematische Diagramme, die jeweils einen Aufbau der Erzeugungsmengensteuerungseinheit 15-1 und des festen Reduktionsmittels 14 zeigen, die in der Abgasreinigungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform montiert sind.
In dem Aufbau der Abgasreinigungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform ist das feste Reduktionsmittel 14 an dem Abgasrohr 12 angeordnet. Des Weiteren hat das Abgasrohr 12 keinen Zweigdurchgang, und zwar ist es nicht in mehrere Abzweigungen aufgeteilt. Das Abgasrohr 12 bildet einen einzelnen Abgasdurchgang 16.
In dem Aufbau der zweiten Ausführungsform ist das feste Reduktionsmittel 14 in dem Abgasrohr 12 aufgenommen, das zwischen die Dieselmaschine und den Reduktionskatalysator 13 an der stromabwärtigen Seite des Reduktionskatalysators 13 angefügt/angeordnet ist.
In dem Aufbau der zweiten Ausführungsform ist die Erzeugungsmengensteuerungseinheit 15-1 der Abgasreinigungsvorrichtung mit einem Einlasstemperatursensor 51 und einem Auslasstemperatursensor 52 ausgerüstet.
Der Einlasstemperatursensor 51 erfasst die Temperatur des Abgases, das in das feste Reduktionsmittel 14 strömt. Der zweite Abgasdurchgang 24 erfasst die Temperatur des Abgases, das durch den Reduktionskatalysator 13 hindurchgegangen ist. Die ECU 31 berechnet die Temperatur des Reduktionskatalysators 13 auf der Basis der Temperatur, die durch den Auslasstemperatursensor 52 erfasst wird.
Die Abgasreinigungsvorrichtung ist mit einem Abgasdurchgangsventil 53 ausgerüstet. Das Abgasdurchgangsventil 53 bildet die Erzeugungsmengensteuerungseinheit 15-1. Das Abgasdurchgangsventil 53 stellt die Strömungsmenge und die Strömungsrate des Abgases durch Öffnen und Schließen des Abgasrohrs 12 ein. Die ECU 31 öffnet und schließt das Abgasrohr 12 durch das Abgasdurchgangsventil 53 auf der Basis der Temperaturen, die durch den Einlasstemperatursensor 51 und den Auslasstemperatursensor 52 erfasst werden. Dies ändert die Strömungsmenge und die Strömungsrate des Abgases, das durch das feste Reduktionsmittel 14 hindurchgeht, und ändert dadurch die Menge des Reduktionsmittelgases, das in dem festen Reduktionsmittel 14 erzeugt und von diesem zugeführt wird.
In dem Aufbau der Abgasreinigungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform hat die Erzeugungsmengensteuerungseinheit 15-1 eine Antriebseinheit 54, die in 10 gezeigt ist. Die Antriebseinheit 54 treibt das feste Reduktionsmittel 14 so an, dass das feste Reduktionsmittel 14 mit einer Hin- und Herbewegung vertikal in Richtung der Radiusrichtung des Abgasrohrs 12 bewegt wird.
Wenn die Antriebseinheit 54 das feste Reduktionsmittel 14 anweist, um sich in der Richtung radial nach innen zu bewegen, wie in 10A gezeigt ist, ist ein großer Teil des festen Reduktionsmittels 14 dem Abgas ausgesetzt, das durch den Abgasdurchgang 16 strömt. Wenn die Antriebseinheit 54 andererseits das feste Reduktionsmittel 14 anweist, um sich in der Radiusrichtung nach außen zu bewegen, wie in 10B gezeigt ist, ist ein kleiner Teil des festen Reduktionsmittels 14 dem Abgas ausgesetzt, das durch den Abgasdurchgang 16 strömt.
Wenn die Antriebseinheit 54 das feste Reduktionsmittel 14 anweist, um sich mit einer Hin- und Herbewegung in der Radiusrichtung des Abgasrohrs 12 zu bewegen, ändert sich der Bereich bzw. die Fläche des festen Reduktionsmittels 14, der/die dem Abgas ausgesetzt ist. Als eine Folge ändert sich der Bereich des festen Reduktionsmittels 14, der dem Abgas ausgesetzt ost, und der Kontaktbereich des festen Reduktionsmittels 14 mit dem Abgas wird auch geändert. Demzufolge ändert sich die Menge des Reduktionsmittelgases, das in dem festen Reduktionsmittel 14 erzeugt und von diesem zugeführt wird.
In dem Aufbau der Abgasreinigungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform ist das feste Reduktionsmittel 14 an dem Abgasdurchgang 16 angeordnet, durch den hindurch das Abgas strömt, das von der Dieselmaschine 11 ausgestoßen wird. Die Menge des Reduktionsmittelgases, das in dem festen Reduktionsmittel 14 erzeugt wird, wird durch Einstellen der Strömungsmenge des Abgases gesteuert, das in den zweiten Abgasdurchgang 16 und den freiliegenden bzw. exponierten Bereich des festen Reduktionsmittels 14 in dem Abgasdurchgang 16 strömt. Es ist deshalb möglich, die optimale Menge des Reduktionsmittels zu dem Abgas, das durch den Abgasdurchgang 16 strömt, mit einem einfachen Aufbau zuzuführen.
Des Weiteren weist gemäß dem Aufbau der zweiten Ausführungsform die Antriebseinheit 54 das feste Reduktionsmittel 14 an, um sich mit einer Hin- und Herbewegung in der Radiusrichtung zu bewegen. Wenn das feste Reduktionsmittel 14 in der Radiusrichtung des Abgasdurchgangs 16 nach außen verschoben wird, wie in 10B gezeigt ist, verringert sich die effektive Schnittfläche des festen Reduktionsmittels 14, die in dem Abgasdurchgang 16 freiliegt. Wenn andererseits das feste Reduktionsmittel 14 in der Radiusrichtung nach innen verschoben wird, und zwar zu der mittleren Seite des Abgasdurchgangs 16, wie in 10A gezeigt ist, erhöht sich die effektive Schnittfläche des festen Reduktionsmittels 14, die in dem Abgasdurchgang 16 freiliegt. Dies gestattet, dass der Strömungsdurchgang und die Strömungsmenge des Abgases, das durch das feste Reduktionsmittel 14 hindurchgeht, geändert werden. Als eine Folge, weil der Kontaktbereich des festen Reduktionsmittels 14 mit dem Abgas geändert wird, ist es möglich, die Menge des Reduktionsmittelgases, das in dem festen Reduktionsmittel 14 erzeugt wird, mit einem einfachen Aufbau zu ändern.
Dritte Ausführungsform
Eine Abgasreinigungsvorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf 11A und 11B beschrieben.
11A und 11B sind schematische Diagramme, die jeweils einen Aufbau einer Erzeugungsmengensteuerungseinheit 15-2 und das feste Reduktionsmittel 14 zeigen, die in der Abgasreinigungsvorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung montiert sind.
Die Abgasreinigungsvorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform hat die Erzeugungsmengensteuerungseinheit 15-2, die die Menge des Reduktionsmittelgases einstellen kann, das in dem festen Reduktionsmittel 14 erzeugt wird. Die Erzeugungsmengensteuerungseinheit 15-2 unterscheidet sich im Aufbau und der Funktion von der Erzeugungsmengensteuerungseinheit 15, 15-1 gemäß der ersten und zweiten Ausführungsform, die vorstehend beschrieben sind.
In der dritten Ausführungsform ist das feste Reduktionsmittel 14 an dem Abgasrohr 12 fixiert, das den Abgasdurchgang 16 bildet. Die Erzeugungsmengensteuerungseinheit 15-2 hat eine Drosselklappe 61 an der Einlassseite des festen Reduktionsmittels 14, und zwar an der stromaufwärtigen Seite in der Richtung der Abgasströmung aus Sicht von dem festen Reduktionsmittel 14 zu der Seite der Dieselmaschine 11.
Eine Antriebseinheit 62 weist die Drosselklappe 61 an, zu öffnen und zu schließen. Die Drosselklappe 61 bildet eine Drosseleinheit.
Die Menge des Reduktionsmittels, das in dem festen Reduktionsmittel 14 erzeugt wird, wird durch die Öffnungsrate der Drosselklappe 61 gesteuert.
Wenn eine Überschussmenge des Reduktionsmittelgases in dem festen Reduktionsmittel 14 erzeugt wird und zu dem Reduktionskatalysator 13 zugeführt wird, weist die ECU 31 in der Erzeugungsmengensteuerungseinheit 15-2 die Antriebseinheit 62 an, um die die wirksame Querschnittsfläche des Abgasdurchgangs 16 zu verringern. Die Antriebseinheit 62 weist dadurch die Drosselklappe 61 zum Schließen an, wie in 11A gezeigt ist. Die Drosselklappe 61 verringert dadurch die wirksame Querschnittsfläche des Abgasdurchgangs 16, um den Kontaktbereich des festen Reduktionsmittels 14 mit dem Abgas zu verringern. Dies gestattet, dass das Abgas durch einen Teil des festen Reduktionsmittels 14 strömt. Die Wärmeenergie des Abgases wird zu dem begrenzten Teil des festen Reduktionsmittels 14 zugeführt. Die Temperatur des Teils des festen Reduktionsmittels 14 wird dadurch erhöht. Weil die Drosselklappe 61 den Abgasdurchgang 16 drosselt/verringert, erhöht sich die Strömungsrate des Abgases. Als eine Folge wird das feste Reduktionsmittel 14 durch das Abgas teilweise erwärmt, und das Abgas strömt mit hoher Geschwindigkeit durch das feste Reduktionsmittel 14. Die Menge des Reduktionsmittelgases, das in dem festen Reduktionsmittel 14 erzeugt wird, wird deshalb erhöht.
Wenn andererseits eine geringere Menge des Reduktionsmittelsgases in dem festen Reduktionsmittel 14 erzeugt und zu dem Reduktionskatalysator 13 zugeführt wird, wie in 11B gezeigt ist, weist die ECU 31 in der Erzeugungsmengensteuerungseinheit 15-2 die Antriebseinheit 62 an, um die wirksame Querschnittsfläche des Abgasdurchgangs 16 zu erhöhen. Die Antriebseinheit 62 weist die Drosselklappe 61 zum Öffnen an, um den Kontaktbereich des festen Reduktionsmittels 14 mit dem Abgas zu erhöhen. Dies gestattet, dass das Abgas durch die gesamte Querschnittsfläche des festen Reduktionsmittels 14 strömt. Obwohl die Wärmeenergie des Abgases zu dem gesamten Bereich des festen Reduktionsmittels 14 zugeführt wird, wird die Temperatur des festen Reduktionsmittels 14 im Vergleich zu dem in 11A gezeigten Fall niedrig. Darüber hinaus, weil die Drosselklappe 61 den Abgasdurchgang 16 nicht drosselt, ist die Strömungsrate des Abgases, das in das feste Reduktionsmittel 14 eingeleitet wird, im Vergleich zu dem Fall der Drosselung der Drosselklappe 61, wie in 11A gezeigt ist, niedrig. Als eine Folge wird das gesamte feste Reduktionsmittel 14 allmählich erwärmt, und das Abgas mit einer niedrigen Strömungsgeschwindigkeit geht durch das feste Reduktionsmittel 14 hindurch. Dies verringert die Menge des Reduktionsmittelgases, das in dem festen Reduktionsmittel 14 erzeugt wird, im Vergleich zu dem Fall, der in 11A gezeigt ist.
In dem Aufbau der Abgasreinigungsvorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform kann ein Drosseln der Abgasströmung in dem Abgasdurchgang 16 durch die Drosselklappe 61 den Kontaktbereich des festen Reduktionsmittels 14 mit dem Abgas und die Strömungsrate (oder Strömungsgeschwindigkeit) des Abgases in dem festen Reduktionsmittel 14 ändern. Dies stellt die Temperaturverteilung des festen Reduktionsmittels 14 und die Strömungsrate des Abgases ein, das durch das feste Reduktionsmittel 14 hindurchgeht. Als eine Folge ist es dadurch möglich, die Menge des Reduktionsmittels einzustellen, das in dem festen Reduktionsmittel 14 erzeugt wird. Dies gestattet, dass die erzeugte Menge des Reduktionsmittelgases in das Abgas, das durch den Abgasdurchgang 16 strömt, mit einem einfachen Aufbau gemischt wird.
In der dritten Ausführungsform ist offenbart, dass die Drosselklappe 61 an der Einlassseite des festen Reduktionsmittels 14 angeordnet ist, um den Abgasdurchgang 16 zu drosseln und die Strömung des Abgases, das in das feste Reduktionsmittel 14 eingeleitet wird, wirksam einzustellen. Die vorliegende Erfindung ist nicht durch den Aufbau der dritten Ausführungsform beschränkt. Zum Beispiel ist es möglich, den Aufbau der Erzeugungsmengensteuerungseinheit 15-2 in der Abgasreinigungsvorrichtung zu modifizieren. Es ist akzeptabel, die Drosselklappe 61 an der Auslassseite des festen Reduktionsmittels 14 anzuordnen. Diese Modifikation hat denselben Effekt wie der vorstehend beschriebene Aufbau, um die Strömungsrate des Abgases einzustellen, das in das feste Reduktionsmittel 14 eingeleitet wird.
Vierte Ausführungsform
Die Abgasreinigungsvorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf 12A und 12B beschrieben.
12A und 12B sind schematische Diagramme, die jeweils einen Aufbau einer Erzeugungsmengensteuerungseinheit 15-3 und des festen Reduktionsmittels 14 zeigen, die in der Abgasreinigungsvorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung montiert sind.
In dem Aufbau der Abgasreinigungsvorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform ist das feste Reduktionsmittel 14 an einem Teil des Abgasrohrs 12 fixiert. Das Abgasrohr 12 bildet den Abgasdurchgang 16. Das heißt das Abgasrohr 12 hat einen ersten Durchgang 71 und einen zweiten Durchgang 72. Das feste Reduktionsmittel 14 ist in dem zweiten Durchgang 72 angeordnet, wie in 12A und 12B gezeigt ist.
Die Erzeugungsmengensteuerungseinheit 15-3 ist mit einer Drosselklappe 73 und einer Antriebseinheit 74 ausgerüstet. Die Drosselklappe 73 drosselt, und zwar öffnet und schließt sie den zweiten Durchgang 72, gemäß der Anweisung, die von der Antriebseinheit 74 übertragen wird. Wenn die Antriebseinheit 74 die Anweisung empfängt, die von der ECU 31 übertragen wird, weist sie die Drosselklappe 73 zum Öffnen oder Schließen an. Ein Öffnen bzw. Schließen des zweiten Durchgangs 72 mit Hilfe der Drosselklappe 73 ändert den Kontaktbereich des festen Reduktionsmittels 14, das in dem zweiten Durchgang 72 angeordnet ist, mit dem Abgas. Die Drosselklappe 73 bildet eine Drosseleinheit.
Wenn das Reduktionsmittelgas, das in dem festen Reduktionsmittel 14 erzeugt wird, zu dem Reduktionskatalysator 13 zugeführt wird, weist die Erzeugungsmengensteuerungseinheit 15-3 die Drosselklappe 73 zum Öffnen des zweiten Durchgangs 72 an, wie in 12A gezeigt ist.
Dies gestattet, dass ein Teil des Abgases in das feste Reduktionsmittel 14 strömt, das in dem zweiten Durchgang 72 angeordnet ist. Der verbleibende Teil des Abgases strömt durch den ersten Durchgang 71 hindurch.
Als eine Folge enthält das Abgas, das durch das feste Reduktionsmittel 14 hindurchgeht, das in dem zweiten Durchgang 72 angeordnet ist, das Reduktionsmittelgas, das in dem festen Reduktionsmittel 14 erzeugt wird. Das Abgas, das durch den ersten Durchgang 71 hindurchgegangen ist, und das Abgas mit dem Reduktionsmittelgas, das durch den zweiten Durchgang 72 hindurchgegangen ist, werden an der Auslassseite des festen Reduktionsmittels 14 zusammengeführt. Das zusammengeführte Abgas wird in den Reduktionskatalysator 13 zugeführt.
Wenn andererseits kein Reduktionsmittelgas für den Reduktionskatalysator 13 erfordert ist, weist die Erzeugungsmengensteuerungseinheit 15-3 die Antriebseinheit 74 an, die Drosselklappe 73 komplett zu schließen, wie in 12B gezeigt ist. Dies schließt den zweiten Durchgang 72. Das gesamte Abgas in dem Abgasdurchgang 16 strömt nur durch den ersten Durchgang 71 hindurch. Als eine Folge wird das Abgas, das kein Reduktionsmittelgas enthält, in den Reduktionskatalysator 13 zugeführt, ohne durch das feste Reduktionsmittel 14 hindurchzugehen.
In dem Aufbau der Abgasreinigungsvorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform werden das Reduktionsmittel und das Abgas miteinander gemischt, wenn das Abgas durch das feste Reduktionsmittel 14 hindurchgeht, das in dem zweiten Durchgang 72 angeordnet ist. Die erzeugte Menge des Reduktionsmittelgases, das mit dem Abgas zu mischen ist, kann durch Einstellen des Kontaktbereichs des festen Reduktionsmittels 14 mit dem Abgas eingestellt werden, und zwar durch Einstellen der Strömungsmenge des Abgases, das zu dem zweiten Durchgang 72 zugeführt wird. Es ist deshalb möglich, die optimale Menge des Reduktionsmittelgases in das Abgas, das durch den Abgasdurchgang 16 strömt, mit einem einfachen Aufbau zuzuführen, während die Strömungsrate des Abgases eingestellt wird.
Wie bei der Modifikation des Aufbaus der dritten Ausführungsform ist es akzeptabel, die Drosselklappe 73 an der Auslassseite des festen Reduktionsmittels 14 anzuordnen. Diese Modifikation hat denselben Effekt, um die Strömungsrate des Abgases, das in das feste Reduktionsmittel 14 zugeführt wird, durch Einstellen der Öffnungsrate der Drosselklappe 73 einzustellen, um die Menge des Reduktionsmittels einzustellen, das in dem festen Reduktionsmittel 14 erzeugt wird.
Fünfte Ausführungsform
Eine Abgasreinigungsvorrichtung gemäß der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf 13, 14A, 14B und 15 beschrieben.
13 ist ein schematisches Diagramm, das einen Aufbau einer Erzeugungsmengensteuerungseinheit 15-4 und einer Vielzahl der festen Reduktionsmittel 14 zeigt, die in der Abgasreinigungsvorrichtung gemäß der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung montiert sind. 14A ist ein schematisches Diagramm, das ein Stützbauteil 81 zeigt, das eine Vielzahl der festen Reduktionsmittel 14 stützen kann, die in der Abgasreinigungsvorrichtung montiert sind, aus Sicht in Richtung des in 13 gezeigten Pfeils XIV. 14B ist ein schematisches Diagramm, das eine Steuerungsplatte 83, die in der Abgasreinigungsvorrichtung montiert ist, aus Sicht in der Richtung des in 13 gezeigten Pfeils XIV zeigt.
In dem Aufbau der Abgasreinigungsvorrichtung gemäß der fünften Ausführungsform ist, wie in 13 und 14A gezeigt ist, eine Vielzahl der festen Reduktionsmittel 14 durch ein Stützbauteil 81 gestützt, das in 13 gezeigt ist. Der Querschnitt von jedem der festen Reduktionsmittel 14 in der Axialrichtung des Abgasrohrs 12 hat eine Kreisform. Das Abgas geht durch das Innere von jedem der festen Reduktionsmittel 14 hindurch.
Wie in 14A gezeigt ist, ist die Vielzahl der festen Reduktionsmittel 14 durch das Stützbauteil 81 gestützt. Das Stützbauteil 81 ist drehbar an dem Abgasrohr 12 mit einer Drehantriebseinheit 82 fixiert, wie in 13 gezeigt ist.
Das Stützbauteil 81, das die Vielzahl der festen Reduktionsmittel 14 stützt, dreht um die Mittelachse von und in dem inneren Umfangsteil des Abgasrohrs 12. Wenn die Drehantriebseinheit 82 die Anweisung empfängt, die von der ECU 31 übertragen wird, weist sie das Stützbauteil 81 zum Drehen an.
Die Steuerungsplatte 83 ist an der stromaufwärtigen Seite des Stützbauteils 81 an der Einlassseite des Stützbauteils 81 angeordnet, und zwar in der Richtung der Abgasströmung. Wie in 13 gezeigt ist, ist die Steuerungsplatte 83 an dem Abgasrohr 12 fixiert, das den Abgasdurchgang 16 bildet.
Wie in 14B gezeigt ist, hat die Steuerungsplatte 83 eine Kreisform und eine Vielzahl von Löchern 84, die sich in Dickenrichtung der Steuerungsplatte 83 erstrecken.
15 ist ein schematisches Diagramm, das die Stützeinheit 81 und die Steuerungseinheit 83 zeigt, die sich aus Sicht in Richtung des in 13 gezeigten Pfeils XIV teilweise miteinander überlappen.
Wie in 15 gezeigt ist, ändert sich unter der Steuerung der Drehantriebseinheit 82, die das Stützbauteil 81 dreht, der Kontaktbereich der festen Reduktionsmittel 14, die durch das Stützbauteil 81 gestützt sind, mit dem Abgas, das durch die Steuerungsplatte 83 in die Stützbauteilseite zugeführt wird. Als eine Folge ändert sich der Kontaktbereich der festen Reduktionsmittel 14 mit dem Abgas, und die Menge des Reduktionsmittelgases ändert sich, das in den festen Reduktionsmitteln 14 erzeugt wird. Die Drehantriebseinheit 82 und die Steuerungsplatte 83 und die ECU 31 bilden die Erzeugungsmengensteuerungseinheit, die die Menge des Reduktionsmittelgases einstellen kann, das in den festen Reduktionsmitteln 14 erzeugt wird.
In dem Aufbau der Abgasreinigungsvorrichtung gemäß der fünften Ausführungsform ändert der Drehbetrieb der festen Reduktionsmittel 14, die durch das Stützbauteil 81 gestützt sind, den überlappenden Bereich zwischen den festen Reduktionsmitteln 14 und den Löchern 84, die in der Steuerungsplatte 83 ausgebildet sind. Dies gestattet eine Änderung des Kontaktbereichs der festen Reduktionsmittel 14 mit dem Abgas, das durch die Steuerungsplatte 83 hindurchgeht. Dies ermöglicht es, die Menge des Reduktionsmittelgases, das in den festen Reduktionsmitteln 14 erzeugt wird, mit einem einfachen Aufbau einzustellen.
(Andere Modifikationen)
In der ersten bis fünften Ausführungsform der Erfindung, die vorher im Detail beschrieben sind, sind die Erzeugungsmengensteuerungseinheiten mit den verschiedenen Aufbeuten, die die Menge des Reduktionsmittelgases einstellen können, das in dem festen Reduktionsmittel 14 erzeugt wird, auf die Abgasreinigungsvorrichtung angewendet. Das Konzept der vorliegenden Erfindung ist nicht durch die erste bis fünfte Ausführungsform begrenzt. Beispielsweise ist es möglich, dass das feste Reduktionsmittel und die Erzeugungsmengensteuerungseinheit, die in der zweiten bis vierten Ausführungsform gezeigt sind, auf den zweiten Abgasdurchgang 24 in der Abgasreinigungsvorrichtung 10 gemäß der ersten Ausführungsform angewendet werden.
Während spezifische Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben worden sind, ist es für den Fachmann klar, dass verschiedene Modifikationen und Alternativen an diesen Details in Anbetracht der Gesamtlehre der Offenbarung gemacht werden können. Demzufolge sind die besonderen Anordnungen, die offenbart sind, nur beispielhaft und nicht begrenzend im Hinblick auf den Umfang der vorliegenden Erfindung zu verstehen, der sich nach den folgenden Ansprüchen und all deren Äquivalente bestimmt.
In einer Abgasreinigungsvorrichtung (10) mit einem einfachen Aufbau ist ein festes Reduktionsmittel (14) an einer Seite einer Maschine (11) aus Sicht von einem Reduktionskatalysator (13) in einem zweiten Durchgang (24) angeordnet, durch den ein Teil des Abgases strömt, das von der Maschine (11) ausgestoßen wird. Wenigstens ein Teil des Abgases wird durch das feste Reduktionsmittel (14) hindurch, das in dem zweiten Durchgang (24) angeordnet ist, in den Reduktionskatalysator (13) zugeführt. Ein Reduktionsmittelgas wird in dem festen Reduktionsmittel (14) durch eine Wärmeenergie des Abgases erzeugt, das das feste Reduktionsmittel (14) durchströmt. Der größere Teil der Abgasreinigungsvorrichtung (10), die mit dem festen Reduktionsmittel (14) ausgerüstet ist, ist in dem Abgasrohr (12) angeordnet, das einen Abgasdurchgang (16) bildet, der aus dem ersten und dem zweiten Durchgang (23, 24) besteht. Dies gestattet, dass die Vorrichtung (10) leicht in einem begrenzten Maschinenraum montiert werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- JP 2002-4840 [0004, 0005]
- JP 3697668 [0004, 0005]

Claims

Abgasreinigungsvorrichtung (10) mit einem Abgasrohr (12), das einen Abgasdurchgang (16) bildet, durch den ein Abgas strömt, das von einer Brennkraftmaschine (11) abgegeben wird, einem Reduktionskatalysator (13), der in dem Abgasrohr (12) angeordnet ist und Stickstoffoxid (NOx) reduzieren kann, das in dem Abgas enthalten ist, einem festen Reduktionsmittel (14), das an der Seite der Brennkraftmaschine (11) in dem Abgasdurchgang (16) des Abgasrohrs (12) aus Sicht von der Seite des Reduktionskatalysators (13) angeordnet ist und ein Reduktionsmittelgas erzeugen kann, und einer Erzeugungsmengensteuerungseinrichtung (15, 15-1, 15-2, 15-3, 15-4), die eine Menge eines Reduktionsmittelgases steuern kann, das in dem festen Reduktionsmittel (14) erzeugt wird, um zu dem Reduktionskatalysator (13) zugeführt zu werden, durch Einstellen der Menge des in das feste Reduktionsmittel (14) zuzuführenden Abgases.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Erzeugungsmengensteuerungseinrichtung (15), die die erzeugte Menge des Reduktionsmittelgases steuern kann, Folgendes aufweist: eine Strömungsmengenerfassungseinheit (32), die eine Strömungsmenge des Abgases erfassen kann, das in dem Abgasrohr (12) strömt, und eine Temperaturerfassungseinheit (35), die eine Temperatur des Abgases erfassen kann, das durch das Abgasrohr (12) strömt, wobei die Erzeugungsmengensteuerungseinrichtung (15) die erzeugte Menge des Reduktionsmittelgases, das von dem festen Reduktionsmittel (14) zu dem Reduktionskatalysator (13) zuzuführen ist, auf der Basis der Strömungsmenge des Abgases, die durch die Strömungsmengenerfassungseinheit (32) erfasst wird, und der Temperatur des Abgases einstellt, die durch die Temperaturerfassungseinheit (35) erfasst wird.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Abgasrohr (12) ein erstes Abgasrohr (21) und ein zweites Abgasrohr (22) aufweist, wobei das erste Abgasrohr (21) einen ersten Abgasdurchgang (23) von der Brennkraftmaschine (11) zu dem Reduktionskatalysator (13) bildet, und das zweite Abgasrohr (22) einen zweiten Abgasdurchgang (24), der parallel zu dem ersten Abgasdurchgang (23) in dem Abgasrohr (12) angeordnet ist, von der Brennkraftmaschine (11) zu dem Reduktionskatalysator (13) bildet, und das feste Reduktionsmittel (14) in dem zweiten Abgasdurchgang (24) angeordnet ist.
Abgasreinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das feste Reduktionsmittel (14) an dem Abgasrohr (12) abnehmbar montiert ist.
Abgasreinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das feste Reduktionsmittel (14) eine Stützeinheit (25) und eine Reduktionsmittelschicht (26) aufweist, die auf die Stützeinheit (25) aufgebracht ist.
Abgasreinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Erzeugungsmengensteuerungseinrichtung (15-1, 15-2, 15-3, 15-4) die Menge des Reduktionsmittelgases, das in dem festen Reduktionsmittel (14) erzeugt wird, durch Ändern einer Kontaktfläche zwischen dem Abgas und dem zu dem Abgas freiliegenden festen Reduktionsmittel (14) einstellt.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Erzeugungsmengensteuerungseinrichtung (15-4) eine Steuerungsplatte (83) aufweist, die eine Vielzahl von Löchern (84) hat und sich in einer Umfangsrichtung des Abgasrohrs (12) drehen kann, und die Erzeugungsmengensteuerungseinrichtung (15-4) einen Bereich einstellt, in dem sich die Löcher (84) und die Steuerungsplatte (83) miteinander überlappen, um die Kontaktfläche zwischen dem Abgas und dem festen Reduktionsmittel (14) einzustellen.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Erzeugungsmengensteuerungseinrichtung (15-2) eine Drosselklappe (61) aufweist, die an einer Einlassseite oder einer Auslassseite des festen Reduktionsmittels (14) angeordnet ist, um eine Querschnittsfläche des Abgasrohrs (12) einzustellen, durch das das Abgas strömt.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Erzeugungsmengensteuerungseinrichtung (15-1) eine Antriebseinheit (54) aufweist, die das feste Reduktionsmittel (14) mit einer Hin- und Herbewegung in der Radiusrichtung des Abgasrohrs (12) vertikal bewegen kann, und die Antriebseinheit (54) die Kontaktfläche des festen Reduktionsmittels (14) einstellt, das zu dem Abgas freiliegt.