DE102013220576B4

DE102013220576B4 - Abgasreinigungssystem für einen Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE102013220576B4
Application number: DE201310220576
Authority: DE
Inventors: Hisao Haga; Naohiro Sato
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2012-10-15
Filing date: 2013-10-11
Publication date: 2015-04-30
Anticipated expiration: 2033-10-12
Also published as: JP2014080881A; DE102013220576A1

Abstract

Abgasreinigungssystem (2) für einen Verbrennungsmotor (1) umfassend: einen Selektiv-Reduktion-Katalysator (231), welcher zum Reinigen von NOx in Abgas durch ein Reduktionsmittel in einem Abgasdurchgang (11) in einem Verbrennungsmotor (1) angeordnet ist; eine Reduktionsmittellieferungsvorrichtung (25) zum Liefern stromaufwärts des Selektiv-Reduktion-Katalysators (231) des Reduktionsmittels oder eines Vorläufers davon; einen Filter (22), welcher in dem Abgasdurchgang (11) zum Auffangen von Feinstaub in dem Abgas angeordnet ist; ein Temperaturerfassungsmittel (3, 27) zum Detektieren oder Abschätzen einer Temperatur des Filters (22); und ein Temperaturerhöhungsmittel (4) zum Verbrennen und Entfernen des aufgefangenen Feinstaubs durch Erhöhen der Temperatur des Filters (22), wobei das Temperaturerhöhungsmittel (4) eine erste Temperaturerhöhungssteuerung/-regelung zur Erhöhung der Temperatur des Filters (22) mit einer ersten Temperaturerhöhungsrate ausführt, bis die Temperatur des Filters 22 eine erste Temperatur erreicht, bei welcher der Feinstaub, welcher durch den Filter (22) aufgefangen ist, verbrennt, und danach eine zweite Temperaturerhöhungssteuerung/-regelung zur Erhöhung der Temperatur des Filters (22) mit einer zweiten Temperaturerhöhungsrate, welche langsamer als die erste Temperaturerhöhungsrate ist, ausführt, bis die Temperatur des Filters (22) eine zweite Temperatur erreicht, welche höher ist, als die erste Temperatur.

Description

Diese Anmeldung basiert auf und beansprucht den Vorteil der Priorität der Japanischen Patentanmeldung Nr. 2012-227892 , eingereicht am 15 Oktober 2012, deren Inhalt durch Bezugnahme hierin aufgenommen ist.
Hintergrund der Erfindung
Bereich der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Abgasreinigungssystem für einen Verbrennungsmotor. Insbesondere ein Abgasreinigungssystem für einen Verbrennungsmotor, welcher einen Filter zum Auffangen von Feinstaub, welcher in Abgas vorliegt, und einen selektiven Reduktionskatalysator zum Reinigen von NOx, welches in dem Abgas vorliegt, in der Gegenwart eines Reduktionsmittels, wie beispielsweise NH₃ und HC, umfasst.
Stand der Technik
Aus der Druckschrift JP 2010-261331 A ist eine Abgasreinigungsvorrichtung bekannt, welche das objektive technische Problem vermeiden soll, dass hochkonzentrierter Ammoniak aus einem Katalysator mit selektiver Reduktion durch den plötzlichen Temperaturanstieg in dem Katalysator während einer erzwungenen Regeneration eines Partikelfilters austritt.
Zu diesem Zweck hat die bekannte Abgasreinigungsvorrichtung ein Temperatureinstellmittel, um einen Temperaturanstieg in dem Katalysator mit selektiver Reduktion bei einem eingestellten Gradienten zu halten, so dass die Ammoniakkonzentration im Abgas einen Wert annimmt, welcher zur Reduktion und Elimination von NOx im Abgas bei erzwungener Regeneration des Partikelfilters geeignet ist. Die Abgasreinigungsvorrichtung gleicht die Menge an NOx und die Menge an Ammoniak in dem Katalysator zur selektiven Reduktion aneinander an.
Weiter ist aus der DE 10 2010 031 836 A1 ein System zur selektiven katalytischen Reduktion eines Abgases einer Brennkraftmaschine bekannt, das einen Katalysator und einen Dieselpartikelfilter umfasst. Vor einer Regeneration des Dieselpartikelfilters wird ein Betriebsparameter angepasst, um eine in dem SCR-Katalysator gespeicherte Ammoniakmenge auf eine erwünschte Menge zu senken. Dabei wird die erwünschte Menge an gespeichertem Ammoniak auf Grundlage von Betriebsbedingungen verändert, und es wird dann, wenn die erwünschte Menge an gespeichertem Ammoniak erreicht ist, eine Regeneration des Katalysators ausgelöst.
Ein Abgasreinigungssystem, welches einen selektiven Reduktionskatalysator aufweist, welcher in einem Abgasdurchgang zur selektiven Reduzierung von NOx, welches in dem Abgas vorliegt, durch ein Reduktionsmittel wie NH₃, HC und Ähnliches, angeordnet ist, wurde als ein konventionelles Abgasreinigungssystem zur Reinigung von NOx vorgeschlagen, welches in dem Abgas vorliegt. Zum Beispiel liefert ein Abgasreinigungssystem vom Harnstoff-Zugabe-Typ Harnstoffwasser, welches ein Vorläufer von NH₃ ist, von oberhalb eines selektiven Reduktionskatalysators, erzeugt NH₃ aus dem Harnstoffwasser durch thermische Spaltung oder Hydrolysieren des Harnstoffwassers durch die Hitze des Abgases, und reduziert selektiv NOx, welches in dem Abgas vorliegt, unter Verwendung von NH₃. Zusätzlich zu diesem Harnstoff-Zugabe-Typ-System wurde zum Beispiel auch ein System zur Erzeugung von NH₃ durch Heizen einer Verbindung von NH₃, wie Ammoniak-Carbid, und direkter Zugabe des NH₃ vorgeschlagen. Das Harnstoff-Zugabe-Typ-System wird unten beschrieben.
Der Selektiv-Reduktion-Katalysator ist in der Lage NH₃ zu speichern, welches nicht verwendet wurde, um in dem Abgas vorhandenes NOx zu reduzieren. Insbesondere, wenn die gelieferte Menge von Harnstoffwasser größer ist als die NOx-Menge, welche in den Selektiv-Reduktion-Katalysator strömt, wird das überschüssige NH₃, welches nicht verwendet wurde, um NOx zu reduzieren, in dem Selektiv-Reduktion-Katalysator gespeichert, umgekehrt wird, wenn die gelieferte Menge an Harnstoffwasser geringer ist als die in den Selektiv-Reduktion-Katalysator strömende NOx-Menge, das in dem Selektiv-Reduktion-Katalysator gespeicherte NH₃ verwendet, um NOx zu reduzieren. Somit kann die gespeicherte Menge an NH₃ (im Folgenden als ”NH₃-Speichermenge” bezeichnet) in dem Selektiv-Reduktion-Katalysator durch Erhöhung und Verringerung der gelieferten Menge von Harnstoffwasser gesteuert/geregelt werden.
Zwar ist es vorteilhaft hinsichtlich einer NOx-Reinigung für den Selektiv-Reduktion-Katalysator so viele NH₃ wie möglich zu speichern, jedoch ist die Menge an NH₃, welche in dem Selektiv-Reduktion-Katalysator gespeichert werden kann, begrenzt. Wenn der Selektiv-Reduktion-Katalysator mit NH₃ in einer Menge, welche eine Begrenzungsmenge (im Folgenden als ”maximale NH₃-Speichermenge” bezeichnet) überschreitet, beliefert wird, wird gesättigtes NH₃ stromabwärts abgegeben. Im Folgenden wird dies NH₃-Slip oder Reduktionsmittel-Slip genannt werden. Eine höhere Temperatur reduziert die maximale NH₃-Speichermenge des Selektiv-Reduktion-Katalysators. Aus diesem Grund wird der NH₃-Slip besonders wahrscheinlich auftreten, während die Temperatur eines Abgasreinigungsfilters erhöht wird, um den Feinstaub zu entfernen, welcher durch den Filter aufgefangen worden ist. Aus diesem Grund wurden unterschiedliche Verfahren vorgeschlagen, um den NH₃-Slip zu unterdrücken, wenn der Filter zwangsweise regeneriert wird (siehe Patentdokumente 1 und 2).
Das Verfahren aus Patentdokument 1 stoppt ein Liefern von Harnstoffwasser, um den Filter zwangsweise zu regenerieren, während es dessen Temperatur erhöht, und ferner erhöht es wiederholt die Temperatur und stoppt wiederholt ein Erhöhen der Temperatur des Filters, um die abrupte Reduktion der maximalen NH₃-Speichermenge zu verhindern, während der Verbrauch des bis zu diesem Zeitpunkt gespeicherten NH₃ gefördert wird.
In dem in dem Patentdokument 2 offenbarten Verfahren wird, wenn die Ausführung der zwangsweisen Regeneration des Filters den NH₃-Slip generiert, die zwangsweise Regeneration gestartet, nachdem die NH₃-Speichermenge durch Verzögern des Starts der zwangsweisen Regeneration ausreichend reduziert worden ist, wodurch das Liefern des Harnstoffwassers gestoppt und eine NOx-Abgabemenge erhöht wird.
[Patentdokument 1] ungeprüfte japanische Patentanmeldung, Veröffentlichungsnr. 2010-261320
[Patentdokument 2] ungeprüfte japanische Patentanmeldung, Veröffentlichungsnr. 2010-90852
Überblick über die Erfindung
Da jedoch ein Stoppen der Temperaturerhöhung während der zwangsweisen Regeneration, wie in dem in dem Patentdokument 1 offenbarten Verfahren, die Temperatur des Filters verringert, kann eine Regenerationszeit ansteigen und eine Treibstoffeffizienz kann sich verringern. Da eine übermäßig hohe Temperatur des Selektiv-Reduktion-Katalysators dessen NOx-Reinigungsleistung verschlechtert, könnte eine lange Produktionszeit in einer erhöhten NOx-Ablasmenge resultieren.
Ferner speichert der Selektiv-Reduktion-Katalysator vorzugsweise so viel NH₃ wie möglich, um die Reaktivität zwischen NOx und NH₃ zu steigern. Jedoch kann, wie in dem in dem Patentdokument 2 offenbarten Verfahren, wenn die NH₃-Speichermenge reduziert wird bevor die zwangsweise Regeneration beginnt, die NOx-Abgabemenge in dieser Zeitspanne ansteigen.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Abgasreinigungssystems für einen Verbrennungsmotor, welches in der Lage ist, Reduktionsmittel-Slip zu unterdrücken, ohne den Beginn einer zwangsweisen Regeneration eines Filters zu verzögern und ohne die Regenerationszeit mehr als notwendig zu verlängern.

(1) Ein Abgasreinigungssystem (zum Beispiel ein unten beschriebenes Abgasreinigungssystem 2) für einen Verbrennungsmotor (zum Beispiel ein unten beschriebener Motor 1) der vorliegenden Erfindung umfasst einen Selektiv-Reduktion-Katalysator (zum Beispiel ein unten beschriebener erster Katalysator 231), welcher zum Reinigen von in Abgas vorliegendem NOx durch ein Reduktionsmittel in einem Abgasdurchgang (zum Beispiel ein unten beschriebenes Abgasrohr 11) in dem Verbrennungsmotor angeordnet ist, eine Reduktionsmittellieferungsvorrichtung (zum Beispiel eine unten beschriebene Harnstoffwassereinspritzeinrichtung 25) zum Liefern stromaufwärts des Selektiv-Reduktion-Katalysators des Reduktionsmittels oder eines Vorläufers davon, einen Filter (zum Beispiel ein unten beschriebenes DPF 22), welcher in dem Abgasdurchgang zum Auffangen von in dem Abgas vorliegendem Feinstaub angeordnet ist, ein Temperaturerfassungsmittel (zum Beispiel einen unten beschriebener Abgastemperatursensor 27 und eine unten beschriebene ECU 3) zum Detektieren oder Abschätzen einer Temperatur des Filters, und ein Temperaturerhöhungsmittel (zum Beispiel eine unten beschriebene Regenerationssteuerungseinheit/-regelungseinheit 4 und ein unten beschriebenes Mittel zum Ausführen einer Regelung/Steuerung einer zwangsweisen Regeneration aus 4) zum Verbrennen und Entfernen des aufgefangenen Feinstaubs durch Erhöhen der Temperatur des Filters, wobei das Temperaturerhöhungsmittel eine erste Temperaturerhöhungssteuerung/-regelung (zum Beispiel eine unten beschriebene schnelle Temperaturanstiegsregelung/-steuerung, veranschaulicht in S33–S34 aus 4) zur Erhöhung der Temperatur des Filters mit einer ersten Temperaturerhöhungsrate (zum Beispiel eine unten beschriebene initiale Schnell-Temperatur-Erhöhungsrate) ausführt, bis die Temperatur des Filters eine erste Temperatur (zum Beispiel eine unten beschriebene Initial-Verbrennungstemperatur) erreicht, bei welcher der Feinstaub, welcher durch den Filter aufgefangen ist, verbrennt, und danach eine zweite Temperaturerhöhungssteuerung/-regelung (zum Beispiel die unten beschriebene Allmählich-Temperaturerhöhungssteuerung/-Regelung, veranschaulicht in S35–S39 aus 4) zur Erhöhung der Temperatur des Filters mit einer zweiten Temperaturerhöhungsrate (zum Beispiel unten beschriebene erste, zweite und dritte Allmählich-Temperatur-Erhöhungsraten), welche langsamer als die erste Temperaturerhöhungsrate ist, ausführt, bis die Temperatur des Filters eine zweite Temperatur (zum Beispiel eine unten beschriebene Temperatur einer zwangsweisen Regeneration) erreicht, welche höher ist, als die erste Temperatur.
(2) In der zweiten Temperaturerhöhungssteuerung/-regelung erhöht das Temperaturerhöhungsmittel während die Temperatur des Filters steigt vorzugsweise die zweite Temperaturerhöhungsrate.
(3) Es ist vorteilhaft, wenn ein NO₂ erzeugender Katalysator (zum Beispiel ein unten beschriebener Oxidation-Katalysator 21) zur Oxidation von in dem Abgas vorliegenden NO und zur Erzeugung von NO₂ stromaufwärts des Filters angeordnet ist, und die erste Temperatur gleich oder höher ist, als die untere Begrenzung (zum Beispiel eine unten beschriebene CRT-Temperatur) der Temperatur, bei welcher der durch den Filter aufgefangene Feinstaub mit NO₂ reagiert und verbrennt.
(4) Das Agasreinigungssystem umfasst vorzugsweise ein NOx-Mengenerfassungsmittel (zum Beispiel ein unten beschriebener NOx-Sensor 28 und eine unten beschriebene ECU 3) zum Erfassen der in dem Abgas vorliegenden NOx-Menge, welches in den Selektiv-Reduktion-Katalysator strömt, ein Slipmengenerfassungsmittel (zum Beispiel ein unten beschriebener NH₃-Sensor 26 und die unten beschriebene ECU 3) zum Erfassen der in dem Abgas vorliegenden Reduktionsmittelmenge, welche aus dem Selektiv-Reduktion-Katalysator strömt, ein Mittel zum Berechnen einer Referenz für eine gelieferte Menge (zum Beispiel eine unten beschriebene Harnstoffwassereinspritzungsregelungseinheit/-steuerungseinheit 5 und ein unten beschriebenes Mittel zum Ausführen eines Schritts S3 aus 2) zum Berechnen der Referenzmenge für die an den Selektiv-Reduktion-Katalysator gelieferten Menge des Reduktionsmittels, basierend auf der Reduktionsmittelmenge in dem Abgas stromabwärts des Selektiv-Reduktion-Katalysators und auf der NOx-Menge in dem Abgas stromaufwärts des Selektiv-Reduktion-Katalysators, ein Begrenzungsmengensetzmittel (zum Beispiel eine unten beschriebene Harnstoffwassereinspritzungsregelungseinheit/-steuerungseinheit 5 und ein unten beschriebenes Mittel zum Ausführen eines Schritts S6 aus 2) zum Setzen einer unteren Begrenzungsmenge, welche größer als 0 ist und einer oberen Begrenzungsmenge, welche in Bezug auf die an den Selektiv-Reduktion-Katalysator gelieferten Menge des Reduktionsmittels größer ist als die untere Begrenzungsmenge, und ein Steuerungsmittel/Regelungsmittel für eine gelieferte Menge eines Reduktionsmittels (zum Beispiel die unten beschriebene Harnstoffwassereinspritzregelungseinheit/-steuerungseinheit 5 und ein unten beschriebenes Mittel zum Ausführen von Schritten S5, S9 und S10 aus 2) zum Liefern von der unteren Begrenzungsmenge des Reduktionsmittels, wenn die Referenzmenge kleiner ist als die untere Begrenzungsmenge, von der oberen Begrenzungsmenge des Reduktionsmittels, wenn die Referenzmenge größer ist als die obere Begrenzungsmenge, und von der Referenzmenge des Reduktionsmittels, wenn die Referenzmenge gleich groß ist wie oder größer ist als die untere Begrenzungsmenge und gleich groß ist wie oder kleiner ist als die obere Begrenzungsmenge, unter Verwendung der Reduktionsmittellieferungsvorrichtung, während die Temperatur des Filters durch das Temperaturerhöhungsmittel erhöht wird.

(1) In der vorliegenden Erfindung wird die Temperatur des Filters mit einer ersten Temperaturerhöhungsrate erhöht bis eine erste Temperatur erreicht ist, bei welcher Feinstaub verbrennt, und danach wird die Temperatur des Filters mit einer langsameren als der ersten Temperaturerhöhungsrate zweiten Temperaturerhöhungsrate erhöht, bis eine zweite Temperatur erreicht ist, welche höher als die erste Temperatur ist. In anderen Worten steigt gemäß der vorliegenden Erfindung die Temperatur des Filters schnell mit der ersten Temperaturerhöhungsrate an, bis die Temperatur, bei welcher der Feinstaub verbrennt, erreicht ist (erste Temperaturerhöhungssteuerung/-Regelung) und danach steigt die Temperatur des Filters allmählich mit der zweiten Temperaturerhöhungsrate an, bis die zweite Temperatur erreicht ist (zweite Temperaturerhöhungssteuerung/-Regelung).

Ein schneller Anstieg der Temperatur des Filters am Anfang kann das Auftreten der Menge des Reduktionsmittel-Slips stark erhöhen. Da jedoch in der ersten Temperaturerhöhungssteuerung/-Regelung die Temperatur auf die erste Temperatur erhöht wird, wodurch die Menge des Reduktionsmittel-Slips bei initialem Temperaturanstieg stärker unterdrückt wird als zum Beispiel in dem Fall, in dem die Temperatur schnell bis auf die zweite Temperatur ansteigt. Da ferner gemäß der vorliegenden Erfindung die Temperatur des Filters so schnell wie möglich ansteigt, insbesondere schneller als die zweiten Temperaturerhöhungsrate, bis die erste Temperatur, bei welcher der Feinstaub verbrennt, erreicht ist, kann der Feinstaub schnell anfangen zu verbrennen und so kann die Regenerationszeit reduziert werden.
Die allmähliche Temperaturerhöhung auf die zweite Temperatur durch die zweite Temperaturerhöhungssteuerung/-regelung kann Zeit zur Förderung des Verbrauchs des bis zu dieser Zeit gespeicherten Reduktionsmittels sicherstellen, wodurch die Menge des Reduktionsmittel-Slips stärker unterdrückt wird als zum Beispiel in dem Fall, in dem die Temperatur schnell bis auf die zweite Temperatur ansteigt. Ferner verhindert bevor die zweite Temperaturerhöhungssteuerung/-regelung zum sanften Erhöhen der Temperatur des Filters beginnt ein Erhöhen der Temperatur des Filters auf die erste Temperatur, das ist die Temperatur, bei welcher der Feinstaub verbrennt, die Unterbrechung des Verbrennens des aufgefangenen Feinstaubs während die zweite Temperaturerhöhungssteuerung/-regelung ausgeführt wird, weswegen die Regenerationszeit stärker als in dem in dem Patentdokument 1 offenbarten Verfahren verkürzt werden kann.

(2) Eine höhere Temperatur des Selektiv-Reduktion-Katalysators reduziert die Änderungsmenge der maximalen Reduktionsmittelspeichermenge in Bezug auf die Temperaturänderung des Selektiv-Reduktion-Katalysators. Insbesondere tendiert eine höhere Temperatur des Selektiv-Reduktion-Katalysators dazu, die durch den Temperaturanstieg des Selektiv-Reduktion-Katalysators geslippte Menge des Reduktionsmittels zu reduzieren. In der vorliegenden Erfindung erhöht die zweite Temperaturerhöhungssteuerung/-regelung während die Temperatur des Filters ansteigt die Temperaturerhöhungsrate unter Verwendung der oben genannten Tendenz, wodurch ohne ein Slippen eines Reduktionsmittels ein schneller Anstieg in der Temperatur des Filters bis zu der zweiten Temperatur (Temperatur der zwangsweisen Regeneration) ermöglicht wird. Dementsprechend kann die Regenerationszeit des Filters stärker verkürzt werden.
(3) In der vorliegenden Erfindung wird die erste Temperatur auf eine Temperatur gesetzt, welche gleich oder höher ist als die untere Begrenzung (zum Beispiel etwa 250°C) der Temperatur, bei welcher die Reaktion des Verbrennens des durch den Filter aufgefangenen Feinstaubs durch NO₂ (so genannte CRT-Reaktion) abläuft. Die zweite Temperaturerhöhungssteuerung/-regelung wird während des oben genannten Betriebs in einem Temperaturbereich ausgeführt, in welchem übermäßiger Reduktionsmittel-Slip auftreten kann, wobei die zweite Temperaturerhöhungssteuerung/-regelung allmählich die Temperatur des Filters erhöhen kann, um den Reduktionsmittel-Slip nicht zu generieren während eine kontinuierliche Verbrennung des Feinstaubs sichergestellt wird.
(4) Um den Feinstaub unter Verwendung der vorliegenden Erfindung zu entfernen wird während einer Erhöhung der Temperatur des Filters durch das Temperaturerhöhungsmittel das Reduktionsmittel in einer Menge zwischen der unteren Begrenzungsmenge, welche größer als 0 ist, und der oberen Begrenzungsmenge, welche größer ist als die untere Begrenzungsmenge, geliefert. Ein Setzen der oberen Begrenzungsmenge und ein Liefern des Reduktionsmittels in einer die obere Begrenzungsmenge nicht überschreitenden Menge kann allmählich den Verbrauch des in dem Selektiv-Reduktion-Katalysator gespeicherten Reduktionsmittels bewirken, während die Temperatur des Filters durch die zweite Temperaturerhöhungssteuerung/-Regelung sanft erhöht wird. Ferner kann ein Setzen der unteren Begrenzungsmenge und ein Liefern des Reduktionsmittels in einer Menge, welche nicht geringer als die untere Begrenzungsmenge ist, kontinuierlich das Reduktionsmittel zu allen Zeiten liefern, sodass NOx in dem Selektiv-Reduktion-Katalysator reduziert werden kann, während die zweite Temperaturerhöhungssteuerung/-regelung ausgeführt wird.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Ansicht, welche Konfigurationen eines Motors und seines Abgasreinigungssystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
2 ist ein Flussdiagramm, welches die Prozedur der Harnstoffwassereinspritzungsregelung/-steuerung veranschaulicht.
3 ist ein Flussdiagramm, welches die Prozedur zur Bestimmung, ob eine DPF-Regelung/Steuerung einer zwangsweisen Regeneration beginnt oder nicht beginnt, veranschaulicht.
4 ist ein Flussdiagramm, welches die Prozedur einer DFP-Regelung/Steuerung einer zwangsweisen Regeneration veranschaulicht.
5 ist eine Ansicht, welche die Beziehung zwischen der minimalen NH₃-Speichermenge eines Selektiv-Reduktion-Katalysators und der Temperatur des Selektiv-Reduktion-Katalysators veranschaulicht.
6 ist eine Ansicht, welche die Änderung in einer DPF-Temperatur und einer Temperatur eines Selektiv-Reduktion-Katalysators und der Änderung der NH₃-Konzentration eines Abgases stromabwärts des Selektiv-Reduktion-Katalysators veranschaulicht, wenn eine Regelung/Steuerung einer zwangsweisen Regeneration in einem konventionellen Abgasreinigungssystem ausgeführt wird.
7 ist eine Ansicht, welche eine Temperaturänderung in jeweiligen Teilen des Selektiv-Reduktion-Katalysators veranschaulicht, wenn eine Regelung/Steuerung einer zwangsweisen Regeneration in dem Abgasreinigungssystem des Ausführungsbeispiels ausgeführt wird.
8 ist eine Ansicht, welche die Änderungen in NH₃-Speichermengen der jeweiligen Teile des Selektiv-Reduktion-Katalysators (oberer Abschnitt) und Änderungen in NH₃-Konzentrationen stromabwärts der jeweiligen Teile des Selektiv-Reduktion-Katalysators (unterer Abschnitt) veranschaulicht, wenn eine Regelung/Steuerung einer zwangsweisen Regeneration in dem Abgasreinigungssystem des Ausführungsbeispiels ausgeführt wird.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird mit Bezugnahme auf die Zeichnungen unten beschrieben.
1 ist eine schematische Ansicht, welche Konfigurationen eines Verbrennungsmotors (im Folgenden als ”Motor” bezeichnet) 1 und dessen Abgasreinigungssystems 2 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Der Motor 1 ist ein Benzinmotor oder ein Dieselmotor eines Magermotor-Antriebssystems und ist in einem nicht dargestellten Fahrzeug montiert.
Das Abgasreinigungssystem 2 ist konfiguriert umfassend einen Oxidation-Katalysator 21, welcher in einem Abgasrohr 11 des Motors 1 angeordnet ist, ein DPF 22, welches in dem Abgasrohr 11 angeordnet ist und als ein Filter zum Auffangen von hauptsächlich aus Kohlenstoff gebildetem Feinstaub (im Folgenden als „PM” bezeichnet) in dem Abgas wirkt, einen Selektiv-Reduktion-Katalysator 23, welcher in dem Abgasrohr 11 angeordnet ist zur Reinigung von in dem durch das Abgasrohr 11 strömenden Abgas vorhandenen Stickoxiden (NOx) in Anwesenheit von Ammoniak (NH₃), welches als ein Reduktionsmittel wirkt, eine Harnstoffwassereinspritzungsvorrichtung 25 zum Liefern von Harnstoffwasser, welches ein Vorläufer von NH₃ ist, stromaufwärts des Selektiv-Reduktion-Katalysators 23 in dem Abgasrohr 11, und eine elektronische Regelung-/Steuerungseinheit (im Folgenden als ”ECU” bezeichnet) 3.
Die Harnstoffwassereinspritzungsvorrichtung 25 umfasst einen Harnstoffwassertank 251 und ein Harnstoffwassereinspritzungsventil 253.
Der Harnstoffwassertank 251 speichert Harnstoffwasser und ist mit dem Harnstoffwassereinspritzungsventil 253 über einen Harnstoffwasserlieferungsdurchgang 254 und eine Pumpe, die nicht dargestellt ist, verbunden. Der Harnstoffwassertank 251 ist mit einem Füllstandsensor 255 versehen. Der Füllstandsensor 255 detektiert den Wasserfüllstand des Harnstoffwassers in dem Harnstoffwassertank 251 und gibt ein Detektionssignal, welches näherungsweise proportional zu dem Wasserfüllstand ist, an die ECU 3 aus. Das Harnstoffwassereinspritzungsventil 253 ist mit der ECU 3 verbunden, wird in als Antwort auf ein Regelungs-/Steuerungssignal von der ECU 3 betrieben und spritzt Harnstoffwasser in das Abgasrohr 11 als Antwort auf das Regelungs-/Steuerungssignal ein.
Der Oxidation-Katalysator 21 oxidiert und reinigt HC und CO, welche in dem Abgas vorliegen. Ferner oxidiert der Oxidation-Katalysator 21 NO, welches von dem Motor 1 abgegeben wird, und erzeugt NO₂. Mit dem Betrieb schreitet in dem DPF 22 eine Reaktion zum Verbrennen des PM durch NO₂ voran. Die Oxidation von NO zu NO₂ durch den Oxidation-Katalysator 21 bewirkt, dass das NO₂/NOx Verhältnis des Abgases, welches in den Selektiv-Reduktion-Katalysator strömt, in etwa 0,5 ist und dass das NOx-Reinigungsverhältnis davon optimiert wird.
Der DPF 22 filtert unter Verwendung einer porösen Wand das Abgas, welches durch das Abgasrohr 11 strömt, und fängt das in dem Abgas enthaltene PM auf. Der DPF 22 trägt einen Katalysator, um das PM zum Brennen zu bringen. Die Ablagerung großer Mengen von dem PM an dem DPF 22 kann aufgrund von Verstopfung eine Brennstoffeffizienz verschlechtern. Aus diesem Grund wird, wenn eine vorbestimmte Menge des PM in dem DPF 22 abgelagert ist, eine Regelung/Steuerung einer zwangsweisen Regeneration ausgeführt, um das PM wegzubrennen. Die Regelung/Steuerung der zwangsweisen Regeneration führt zum Beispiel eine verzögerte Einspritzung (eine Kraftstoffeinspritzung bei einem Ausstoßprozess) aus, um unverbrannten Kraftstoff unter Verwendung des Oxidation-Katalysators 21 zu verbrennen und erhöht die Temperatur des DPF 22.
Die Erhöhung der Temperatur des DPF 22 generiert eine CRT-Reaktion, welche in den Formeln (1-1) bis (1-3) unten veranschaulicht ist und eine zwangsweise Regenerationsreaktion, welche in den Formeln (1-4) bis (1-5) unten gezeigt ist, um das PM wegzubrennen.
Die CRT-Reaktion ist eine Reaktion unter Verwendung des in dem Abgas vorhandenem NO₂, welche ausgehend von einer relativ niedrigen Temperatur (zum Beispiel etwa 250°C) abläuft. Im Folgenden wird die untere Begrenzung der Temperatur, bei welcher die CRT-Reaktion abläuft, als die CRT-Temperatur bezeichnet.
Die zwangsweise Regenerationsreaktion ist eine Reaktion unter Verwendung von in dem Abgas vorhandenem O₂, welche ausgehend von einer Temperatur abläuft, welche höher ist als die CRT-Temperatur (zum Beispiel in etwa 450°C). C + 2NO₂ → CO₂ + 2NO (1-1) C + NO₂ → CO + NO (1-2) C + 1/2O₂ + NO₂ → CO₂ + NO (1-3) C + 1/2O₂ → CO (1-4) CO + 1/2O₂ → CO₂ (1-5)
Der Selektiv-Reduktion-Katalysator 23 ist unterteilt in einen ersten Katalysator 231 und einen zweiten Katalysator 232, welche stromabwärts von dem ersten Katalysator 231 in dem Abgasrohr 11 angeordnet sind. Der Selektiv-Reduktion-Katalysator 23 reduziert selektiv das in dem Abgas vorhandene NOx in einer Atmosphäre, in welcher ein Reduktionsmittel wie NH₃ vorliegt. Insbesondere bewirkt das Einspritzen von Harnstoffwasser durch die Harnstoffwassereinspritzungsvorrichtung 25 eine thermische Zersetzung oder ein Hydrolysieren des Harnstoffwassers durch die Hitze des Abgases und NH₃ wird als Reduktionsmittel erzeugt. Das erzeugte NH₃ wird an den Selektiv-Reduktion-Katalysator 23 geliefert und das NOx in dem Abgas wird selektiv durch das NH₃ reduziert.
Im Übrigen weist der Selektiv-Reduktion-Katalysator 23 eine Funktion zur Reduktion des NOx in dem Abgas durch das aus dem Harnstoffwasser erzeugte NH₃ und eine Funktion zum Speichern des erzeugten NH₃ in einer vorbestimmten Menge auf. In dem Ausführungsbeispiel wird die in dem Selektiv-Reduktion-Katalysator 23 gespeicherte Menge an NH₃ eine NH₃-Speichermenge genannt und die Begrenzung der NH₃-Speichermenge wird die maximale NH₃-Speichermenge genannt. Im einzelnen werden die NH₃-Speichermenge und die NH₃-Speichermenge des ersten Katalysators 231 jeweils eine erste NH₃-Speichermenge und eine erste maximale NH₃-Speichermenge genannt, und die NH₃-Speichermenge und die maximale NH₃-Speichermenge des zweiten Katalysators 232 werden jeweils eine zweite NH₃-Speichermenge und eine zweite maximale NH₃-Speichermenge genannt. Das wie oben beschrieben gespeicherte NH₃ wird auch dementsprechend verbraucht, um das in dem Abgas vorliegende NOx zu reduzieren. Ferner verbessert sich die Reaktivität zwischen dem NH₃ und dem einströmenden NOx, wenn eine große Menge an NH₃ in dem Selektiv-Reduktion-Katalysator 23 existiert. Somit erhöht eine Erhöhung der NH₃-Speichermenge das NOx-Reinigungsverhältnis des Selektiv-Reduktion-Katalysators 23.
Wenn mehr NH₃ als die maximale NH₃-Speichermenge in dem Selektiv-Reduktion-Katalysator 23 erzeugt wird, wird das erzeugte NH₃ stromabwärts des Selektiv-Reduktion-Katalysators 23 abgegeben. Im Folgenden wird es als ein ”NH₃-Slip” bezeichnet, wann immer NH₃ nicht in dem Selektiv-Reduktion-Katalysator 23 gespeichert wird und in dieser Weise stromabwärts des Selektiv-Reduktion-Katalysators 23 abgegeben wird.
Die ECU 3 ist mit einem NH₃ Sensor 26, einem Abgastemperatursensor 27, einem NOx-Sensor 28 und dergleichen wie den Sensoren zum detektieren des Zustands des Motors 1 und des Abgasreinigungssystems 2 verbunden.
Der NH₃-Sensor 26 detektiert die Konzentration des NH₃ in dem Abgas zwischen dem ersten Katalysator 231 und dem zweiten Katalysator 232 in dem Abgasrohr 11 und liefert ein Detektionssignal an die ECU 3, welches näherungsweise proportional einem detektierten Wert ist. Die ECU 3 berechnet auf Basis der Ausgabe des NH₃-Sensors 26 die NH₃-Menge, welche in dem Abgas vorliegt, welches aus dem ersten Katalysator 231 pro Zeiteinheit strömt. Der Abgastemperatursensor 27 detektiert die Temperatur des Abgases stromabwärts des DPF 22 und liefert ein Detektionssignal an die ECU 3, welches näherungsweise proportional einem detektierten Wert ist. Die ECU 3 berechnet jeweils auf Basis der Ausgabe des Abgastemperatursensors 27 die Temperatur des Oxidation-Katalysators 21, die Temperatur des DPF 22, die Temperatur des Selektiv-Reduktion-Katalysators und dergleichen. Der NOx-Sensor 28 detektiert die Konzentration des NOx in dem in den Selektiv-Reduktion-Katalysator 23 strömenden Abgas und liefert ein Detektionssignal an die ECU 3, welches näherungsweise proportional einem detektierten Wert ist. Die ECU 3 berechnet auf Basis der Ausgabe des NOx-Sensors 28 die in dem Abgas vorhandene NOx-Menge, welche in den Selektiv-Reduktion-Katalysator 23 pro Zeiteinheit strömt.
Die ECU 3 umfasst einen Eingabeschaltkreis, welcher Funktionen zum Formen der Wellenform der Eingabesignale der unterschiedlichen Sensoren, zum Korrigieren eines Spannungsniveaus auf ein vorbestimmtes Niveau, zum Konvertieren eines analogen Signalwertes in einen digitalen Signalwert, und dergleichen aufweist, und eine zentrale Prozessoreinheit (im Folgenden als eine „CPU” bezeichnet). Zusätzlich umfasst die ECU 3 einen Speicherschaltkreis zum Speichern unterschiedlicher durch die CPU ausgeführter Berechnungsprogramme und unterschiedlicher Berechnungsergebnisse, sowie einen Ausgabeschaltkreis zum Ausgeben eines Regelungs-/Steuerungssignals an den Motor 1 und das Harnstoffwassereinspritzungsventil 253.
Eine Konfiguration einer Regenerationsregelungseinheit/-steuerungseinheit 4 für die Regelung/Steuerung der zwangsweisen Regeneration des DFP 22 und eine Konfiguration einer Harnstoffwassereinspritzungsregelungseinheit/-steuerungseinheit 5 für eine Harnstoffwassereinspritzungsregelung/-steuerung, wobei jede von diesen in der ECU 3 konfiguriert ist, werden der Reihe nach unten beschrieben.
[Harnstoffwassereinspritzungsregelungseinheit/-steuerungseinheit 5]
2 ist ein Flussdiagramm, welches die Prozedur der Harnstoffwassereinspritzungsregelung/-steuerung durch die Harnstoffwassereinspritzungsregelungseinheit/-steuerungseinheit 5 veranschaulicht. Insbesondere veranschaulicht das Flussdiagramm der 2 die Harnstoffwassereinspritzungsregelung/-steuerung, d. h. die Prozedur zur Bestimmung einer Harnstoffwassereinspritzungsmenge pro Zeiteinheit durch die Harnstoffwassereinspritzungsvorrichtung. Der Prozess aus 2 wird wiederholt durch die Harnstoffwassereinspritzungsregelungseinheit/-steuerungseinheit mit einer vorbestimmten Periode ausgeführt.
In S1 wird bestimmt, ob die zur Harnstoffwassereinspritzungsregelung/-steuerung verwendeten Vorrichtungen normal sind oder nicht normal sind. Insbesondere wird zum Beispiel bestimmt, ob die Harnstoffwassereinspritzungsvorrichtung normal ist oder nicht normal ist, ob der erste und der zweite Katalysator abbauen oder versagen oder nicht abbauen oder nicht versagen, ob die verbleibende Menge an Harnstoffwasser in dem Harnstoffwassertank gleich groß ist wie oder größer ist als ein spezifizierter Wert oder sie dies nicht ist, ob der Motor sich aufgewärmt oder nicht aufgewärmt hat, nachdem er gestartet ist, ob die unterschiedlichen Sensoren, wie der NH₃-Sensor, der NOx-Sensor und der Abgastemperatursensor versagen oder nicht versagen, ob die Sensoren aktiviert oder nicht aktiviert sind und ob die Temperaturen des ersten und zweiten Katalysators gleich hoch sind wie oder höher sind als spezifizierte Temperaturen oder ob sie dies nicht sind. Wenn die Bestimmung in S1 NEIN ist und bestimmt wurde, dass irgendeine Vorrichtung nicht normal ist, schreitet der Prozess zu Schritt S2 fort, setzt die Harnstoffwassereinspritzmenge auf 0, um die Harnstoffwassereinspritzungsregelung/-steuerung (S2) zu unterbrechen, und endet.
Wenn die Bestimmung in S1 JA ist und es bestimmt wurde, dass die Vorrichtungen normal sind, schreitet der Prozess zu S3 fort. In S3 wird, um das NOx-Reinigungsverhältnis des gesamten Abgasreinigungssystems so hoch wie möglich zu halten, die Referenzeinspritzmenge des Harnstoffwassers auf Basis der NOx-Menge in dem Abgas, welches pro Zeiteinheit in den ersten Katalysator strömt und der NH₃-Menge in dem Abgas, welches aus dem ersten Katalysator pro Zeiteinheit strömt (sodass die NH₃-Speichermenge des ersten Katalysators bei der maximalen NH₃-Speichermenge des ersten Katalysators zu dieser Zeit oder bei einer Menge nahe der Menge gehalten wird) berechnet, und der Prozess schreitet fort zu S4. Im Einzelnen wird in S3 die oben genannte Referenzeinspritzmenge auf Basis des bekannten Algorithmus berechnet, welcher in der WO 2008/57628 A und der ungeprüften japanischen Patentanmeldung, Veröffentlichungsnr. 2011-94592 , eingereicht durch den Anmelder der Anmeldung für die vorliegende Erfindung, beschrieben ist.
Entsprechend zum Beispiel dem in der WO 2008/57628 A beschriebenen Algorithmus wird in S3 die Summe aus drei unabhängig berechneten Eingaben (eine Feed-Forward-Einspritzmenge (feed forward injection amount) GUERA_FF, eine Feed-Back-Einspritzmenge (feedback injection amoung) GUERA_FB und eine Speicherkorrektionseingabe GUREA_ST) als eine Referenzeinspritzmenge GUREA_BS verwendet (siehe unten gezeigte Formel (2)). GUREA_BS = GUREA_FF + GUREA_FB + GUREA_ST (2)
In der Formel (2) entspricht die Feed-Forward-Einspritzmenge GUERA_FF der Harnstoffwassereinspritzmenge, welche ein auf 1 gesetztes Äquivalenzverhältnis α aufweist, und wird als Antwort auf die von dem Motor abgegebene und in den ersten Katalysator strömende NOx-Menge berechnet. Das Äquivalenzverhältnis α von Harnstoffwasser ist das Verhältnis zwischen der Einström-Menge des Harnstoffwasser pro Zeiteinheit (umfassend das Harnstoffwasser, das als NH₃ einströmt) und der Einström-Menge des NOx pro Zeiteinheit (Einström-Menge des Harnstoffwassers/Einström-Menge des NOx), jeweils mit dem ersten Katalysator als ein Ziel. Wenn das Harnstoffwasser einströmt Einström-NOx in einer Menge, welche das NOx weder zu stark noch zu schwach reduziert, wird das Äquivalenzverhältnis α zu 1. Insbesondere, wenn Harnstoffwasser nicht zu dem in den als Ziel gesetzten ersten Katalysator strömenden NOx in der Menge geliefert wird, welche notwendig ist, um das Einström-NOx zu reduzieren, nimmt das Äquivalenzverhältnis α einen Wert an, welcher kleiner als 1 ist. Wenn Harnstoffwasser in einer Menge geliefert wird, welche größer als die Menge ist, welche notwendig ist, um das NOx zu reduzieren, nimmt das Äquivalenzverhältnis α einen Wert an, welcher gleich groß oder größer als 1 ist.
In der Formel (2) entspricht die Feed-Back-Einspritzmenge GUERA_FB der durch eine Feed-Back-Regelungseinheit/-steuerungseinheit (feedback controller) (nicht gezeigt) berechneten Harnstoffwassereinspritzmenge, sodass eine NH₃-Sensorausgabe VNH3 gegen einen Zielwert VNH3_TRGT konvergiert, welcher auf einen Wert gesetzt ist, welcher größer als ein Wert 0 ist.
In der Formel (2) entspricht die Speicherkorrektionseingabe GUREA_ST der durch die Feed-Back-Regelungseinheit/-steuerungseinheit (nicht gezeigt) berechneten Harnstoffwassereinspritzmenge, sodass der geschätzte Wert der NH₃-Speichermenge des ersten Katalysators gegen einen Zielwert konvertiert, welcher nahe dem zu diesem Zeitpunkt geschätzten Wert der maximalen NH₃-Speichermenge gesetzt ist.
Ferner wird zum Beispiel gemäß dem in der japanischen ungeprüften Patentanmeldung, Veröffentlichungsnr. 2011-94592 , beschriebenen Algorithmus in S3 die Summe von zwei unabhängig berechneten Eingaben (der Feed-Forward-Einspritzmenge GUERA_FF und einer Schalteinspritzenmenge GUREA_SW) als die Referenzeinspritzmenge GUREA_BS (siehe unten beschriebene Formel (3)) verwendet. GUREA_BS = GUREA_FF + GUREA_SW (3)
In Formel (3) ist die Feed-Forward-Einspritzmenge GUERA_FF dieselbe wie diejenige, welche in Formel (2) gezeigt ist. Ferner wird in Formel (3) die Schalteinspritzenmenge GUREA_SW auf Basis der NH₃-Sensorausgabe als Antwort auf die Erzeugung des NH₃-Slips in dem ersten Katalysator auf einen vorbestimmten negativen Wert gesetzt, um den NH₃-Slip zu unterdrücken und die Referenzeinspritzmenge wird zu einer Mengenverringerungsseite hin korrigiert.
Danach wird die Schalteinspritzenmenge GUREA_SW auf einen vorbestimmten positiven Wert als Antwort auf das Fallen des geschätzten Werts der NH₃-Speichermenge unterhalb eines Schwellenwerts gesetzt, welcher etwas kleiner als der geschätzte Wert der maximalen NH₃-Speichermenge ist, und die Referenzeinspritzmenge wird zu einer Mengenerhöhungsseite hin korrigiert.
Auf diese Weise hält auf Basis der NH₃-Sensorausgabe die alternierende wiederholende Korrektur der Referenzeinspritzmenge zu der Mengenverringerungsseite hin und der Mengenerhöhungsseite hin die NH₃-Speichermenge nahe der maximalen NH₃-Speichermenge.
In S3 wird die Referenzeinspritzmenge GUREA_BS basierend auf Formel (2) oder (3) berechnet. Da die genaue Prozedur der Berechnung in der WO 2008/57628 A und in der japanischen ungeprüften Patentanmeldung, Veröffentlichungsnr. 2011-94592 , beschrieben ist, wird eine detaillierte Beschreibung nicht hierin aufgenommen.
In S4 wird bestimmt, ob ein Zwangsweise-Regeneration-Flag FDPF 1 ist oder nicht 1 ist. Das Flag FDPF ist ein Flag, welches einen Zeitpunkt anzeigt, zu welchem die DPF-Regelung/Steuerung der zwangsweisen Regeneration geeigneter Weise beginnt und welches in den später beschriebenen Prozessen der 3 und 4 aktualisiert wird. Wenn die Bestimmung in S4 NEIN ist, schreitet der Prozess zu S5 fort und spritzt Harnstoffwasser in einer Menge ein, welche der in S4 berechneten Referenzeinspritzmenge entspricht. Während die DPF-Regelung/Steuerung der zwangsweisen Regeneration nicht durch diese Funktion ausgeführt wird, kann der erste Katalysator das NH₃ in einer Menge speichern, welche näherungsweise der maximalen NH₃-Speichermenge entspricht.
Wenn die Bestimmung in S4 JA ist, insbesondere während die Regelung/Steuerung der zwangsweisen Regeneration ausgeführt wird, schreitet der Prozess zu S6 fort und berechnet die obere Begrenzungsmenge und die untere Begrenzungsmenge für die an den Selektiv-Reduktion-Katalysator gelieferte Menge an Harnstoffwasser.
Die untere Begrenzungsmenge ist die Menge an Harnstoffwasser, welche notwendig ist, um das minimale NOx Reduktionsverhältnis zu realisieren, welches mindestens durch den ersten und zweiten Katalysator benötigt wird und welche größer als null ist. Dementsprechend ist damit nicht gemeint, dass das NOx nicht durch den Selektiv-Reduktion-Katalysator reduziert werden kann, während die DPF-Regelung/Steuerung der zwangsweisen Regeneration ausgeführt wird.
Ferner ist die obere Begrenzungsmenge die Menge an Harnstoffwasser, welche notwendig ist, um das NOx in einer Menge zu reduzieren, welche durch den ersten und zweiten Katalysator reduziert werden kann und welche größer ist als die untere Begrenzungsmenge. Da näherungsweise beinahe das gesamte an den Selektiv-Reduktion-Katalysator gelieferte NH₃ verbraucht wird, um das NOx während der Ausführung der DPF-Regelung/Steuerung der zwangsweisen Regeneration zu reduzieren, steigt die NH₃-Speichermenge nicht an.
Die obere Begrenzungsmenge wird auf einen geeigneten Wert unter Verwendung der folgenden Prozedur gesetzt.
Zuerst wird auf Basis der Ausgabe des NOx-Sensors die in den ersten Katalysator strömende NOx-Menge berechnet. Dann wird basierend auf der Ausgabe des Abgastemperatursensors die Temperatur des Oxidation-Katalysators geschätzt und basierend auf der geschätzten Temperatur des Oxidation-Katalysators und der berechneten NOx-Menge wird die NO-Menge und die NO₂-Menge, welche in den ersten Katalysator strömen, berechnet. Je stärker die Temperatur des Oxidation-Katalysators ansteigt, desto stärker steigt die Oxidationseffizienz des NO. Je stärker die Temperatur des Oxidation-Katalysators ansteigt, desto stärker steigt dementsprechend das NO₂/NOx Verhältnis des in den ersten Katalysator strömenden Abgases an.
Ferner wird die Temperatur des ersten Katalysators basierend auf der Ausgabe des ersten Abgastemperatursensors berechnet und basierend auf der Temperatur wird das NOx-Reinigungsverhältnis des Selektiv-Reduktion-Katalysators geschätzt. Das geschätzte NOx-Reinigungsverhältnis wird mit der NO-Menge und der NO₂-Menge, welche in den Selektiv-Reduktion-Katalysator hineinströmen, multipliziert und die NO-Menge und die NO₂-Menge, welche durch den Selektiv-Reduktion-Katalysator reduziert werden können, wird berechnet.
Als nächstes wird unter Annahme, dass das NO und NO₂ durch den ersten und zweiten Katalysator mittels der unten angegebenen Reaktionsformeln (4-1) bis (4-3) reduziert werden, die Menge an NH₃ berechnet, welche notwendig ist um das NO und NO₂ in den Mengen zu reduzieren, welche wie oben beschrieben reduziert werden können. Dann wird basierend auf einer vorbestimmten Harnstoffwasserkonzentration die NH₃-Menge in die Menge an Harnstoffwasser konvertiert und die konvertierte Menge an Harnstoffwasser wird als die obere Begrenzungsmenge verwendet. NO + NO₂ + 2NH₃ → 2N₂ + 3H₂O (4-1) 4NO + 4NH₃ + O₂ → 4N₂ + 6H₂O (4-2) 6NO₂ + 8NH₃ → 7N₂ + 12H₂O (4-3)
Die untere Begrenzungsmenge wird auf einen geeigneten Wert unter Verwendung der folgen Prozedur gesetzt.
Zuerst wird die Temperatur des ersten Katalysators geschätzt und das von dem ersten und zweiten Katalysator benötigte minimale NOx-Reinigungsverhältnis wird basierend auf der Temperatur berechnet. Das berechnete NOx-Reinigungsverhältnis wird mit der NO-Menge und der NO₂-Menge, welche in den ersten Katalysator strömen, multipliziert, und die NO-Menge und die NO₂-Menge, welche für die minimale Reduktion durch den ersten und zweiten Katalysator benötigt werden, wird berechnet.
Als nächstes wird unter Annahme, dass NO und NO₂ durch den ersten und zweiten Katalysator mittels den oben beschriebenen Reaktionsformeln reduziert werden, die für die oben genannte Reduktion erforderliche Menge an NH₃ berechnet, welche notwendig ist um die Menge an NO und NO₂ zu reduzieren. Dann wird basierend auf der vorbestimmten Harnstoffwasserkonzentration die Menge an NH₃ in die Menge an Harnstoffwasser konvertiert und die konvertierte Menge an Harnstoffwasser wird als die untere Begrenzungsmenge verwendet.
In S7 wird die in S4 berechnete Referenzeinspritzmenge mit der in S6 berechneten unteren Begrenzungsmenge verglichen und in S8 wird die in S4 berechnete Referenzeinspritzmenge mit der in S6 berechneten oberen Begrenzungsmenge verglichen.
Wenn in S7 bestimmt wurde, dass die Referenzeinspritzmenge kleiner ist als die untere Begrenzungsmenge, schreitet der Prozess zu S9 fort und spritzt die untere Begrenzungsmenge an Harnstoffwasser ein.
Wenn in S8 bestimmt wurde, dass die Referenzeinspritzmenge größer ist als die obere Begrenzungsmenge, schreitet der Prozess zu S10 fort und spritzt die obere Begrenzungsmenge an Harnstoffwasser ein.
Wenn in S7 und S8 bestimmt wurde, dass die Referenzeinspritzmenge gleich groß ist wie oder größer ist als die untere Begrenzungsmenge und gleich groß ist wie oder kleiner ist als die untere Begrenzungsmenge, schreitet der Prozess zu S5 fort und spritzt die Referenzeinspritzmenge an Harnstoffwasser ein.
[Regenerationsregelungsinheit/-steuerungseinheit 4]
Als nächstes wird die Regenerationsregelungsinheit/-steuerungseinheit 4 (siehe 1) beschrieben.
3 ist ein Flussdiagramm, welches eine Prozedur zur Bestimmung veranschaulicht, ob die DPF-Regelung/Steuerung der zwangsweisen Regeneration durch die Regenerationsregelungsinheit/-steuerungseinheit 4 beginnt oder nicht beginnt. Insbesondere veranschaulicht das Flussdiagramm der 3 die Prozedur zum Klarstellen, dass die Regelung/Steuerung der zwangsweisen Regeneration durch Setzten des zwangsweisen Regeneration-Flag FDPF von 0 auf 1 beginnt. Der Prozess der 3 wird in einem vorbestimmten Arbeitstakt wiederholt durch die Regenerationsregelungsinheit/-steuerungseinheit 4 ausgeführt.
In S21 wird bestimmt, ob das Zwangsweise-Regeneration-Flag FDPF 1 ist oder nicht 1 ist. Wenn die Bestimmung in S21 JA ist, endet der Prozess unverzüglich ohne den folgenden Prozess auszuführen. Wenn die Bestimmung in S21 NEIN ist, schreitet der Prozess zu S22 fort.
In S22 wird die an dem DPF abgelagerte Menge an PM (im Folgenden als ”abgelagerte PM-Menge” bezeichnet) abgeschätzt und es wird bestimmt, ob die abgelagerte PM-Menge gleich groß ist wie oder größer ist als ein vorbestimmter Startschwellenwert oder sie dies nicht ist. Wenn die Bestimmung in S22 NEIN ist, endet der Prozess und hält das Flag FPDF bei 0. Wenn die Bestimmung in S22 JA ist, wird bestimmt, dass der Zeitpunkt, zu welchem die DPF-Regelung/Steuerung der zwangsweisen Regeneration geeigneter Weise beginnt, erreicht worden ist und der Prozess schreitet zu S23 fort und das Flag FDPF wird auf 1 gesetzt.
4 ist ein Flussdiagramm, welches die Prozedur zur DPF-Regelung/Steuerung der zwangsweisen Regeneration durch die Regenerationsregelungseinheit/-steuerungseinheit 4 veranschaulicht. Die Regenerationsregelungseinheit/-steuerungseinheit 4 führt in einem vorbestimmten Arbeitstakt den Prozess aus 4 wiederholt aus. Wie in 4 gezeigt, ist die durch die Regenerationsregelungseinheit/-steuerungseinheit 4 ausgeführte Regelung/Steuerung der zwangsweisen Regeneration in einen Temperaturerhöhungsprozess (S33–S39) zur Erhöhung der Temperatur des DPF auf eine vorbestimmte Temperatur der zwangsweisen Regeneration und einen Verbrennungsprozess (S40–S42) zum Verbrennen und Entfernen des an dem DPF abgelagerten PM, während die Temperatur des DPF auf der Temperatur der zwangsweisen Regeneration gehalten wird, unterteilt.
In S31 wird bestimmt, ob das Zwangsweise-Regeneration-Flag FDPF auf 1 gesetzt ist oder nicht auf 1 gesetzt ist. Wenn die Bestimmung in S31 JA ist, schreitet der Prozess zu S32 fort. Wenn die Bestimmung in S31 NEIN ist, endet der Prozess ohne den folgenden Prozess auszuführen.
In S32 wird bestimmt, ob der Temperaturerhöhungsprozess ausgeführt wird oder nicht ausgeführt wird. Insbesondere wird die Temperatur des DPF (im Folgenden als ”Filtertemperatur” bezeichnet) basierend auf der Ausgabe des Abgastemperatursensors geschätzt, und es wird bestimmt, ob die Filtertemperatur gleich hoch ist wie oder niedriger ist als die Temperatur der zwangsweisen Regeneration oder sie dies nicht ist. Wenn die Bestimmung in S32 JA ist und die Filtertemperatur gleich hoch ist wie oder niedriger ist als die Temperatur der zwangsweisen Regeneration, wird bestimmt, dass der Temperaturerhöhungsprozess ausgeführt wird und der Prozess schreitet fort zu S33. Es ist zu beachten, dass das Ausführungsbeispiel die Temperatur der zwangsweisen Regeneration auf 600°C setzt, bei welcher der DPF nicht beschädigt wird und das abgelagerte PM schnell verbrennen kann, diese ist jedoch keineswegs darauf beschränkt.
In dem Ausführungsbeispiel ist eine Initial-Verbrennungstemperatur definiert als eine Temperatur, welche niedriger ist als die Temperatur der zwangsweisen Regeneration und bei welcher das durch den DPF aufgefangene PM verbrennt. Der Temperaturerhöhungsprozess (S33–S39) zur Erhöhung der Temperatur des DPF auf die Temperatur der zwangsweisen Regeneration ist unterteilt in den Prozess (S33–S34) zur Ausführung einer schnellen Temperaturerhöhungsteuerung/-regelung zum schnellen Erhöhen der Temperatur des DPF auf die Initial-Verbrennungstemperatur und den Prozess (S35–S39) zur darauffolgenden Ausführung einer im stärkeren Maße allmählichen als bei der schnellen Temperaturerhöhungsteuerung/-regelung Allmählich-Temperaturerhöhungsteuerung/-regelung zum Erhöhen der Temperatur des DPF von der Initial-Verbrennungstemperatur auf die Temperatur der zwangsweisen Regeneration.
In der schnellen Temperaturerhöhungsteuerung/-regelung in S33–S34 wird die Temperatur des DPF auf die Initial-Verbrennungstemperatur mit einer Temperaturerhöhungsrate erhöht, welche schneller als die unten beschriebene Allmählich-Temperaturerhöhungsteuerung/-regelung ist. Insbesondere wird in S33 bestimmt, ob die Temperatur des DPF gleich hoch ist wie oder niedriger ist als die Initial-Verbrennungstemperatur oder sie dies nicht ist. Wenn die Bestimmung in S33 JA ist, schreitet der Prozess zu S34 fort, erhöht die Temperatur des DPF mit einer vorbestimmten Schnell-Temperatur-Erhöhungsrate, und endet. Wenn die Bestimmung in S33 NEIN ist, schreitet der Prozess zu S35 fort. Zu beachten ist, dass die Temperaturerhöhungsrate des DPF beispielsweise durch eine Erhöhung oder eine Erniedrigung einer verzögerten Einspritzmenge angepasst wird.
In dem Ausführungsbeispiel wird die Initial-Verbrennungstemperatur auf 350°C gesetzt, was gleich hoch ist wie oder höher ist als die CRT-Temperatur (etwa 250°C) und die initiale Schnell-Temperatur-Erhöhungsrate wird auf 15°C/s gesetzt, diese sind jedoch nicht darauf beschränkt. Es ist ausreichend, dass die Initial-Verbrennungstemperatur niedriger ist als die Temperatur der zwangsweisen Regeneration und gleich hoch ist wie oder höher ist als die CRT-Temperatur. Ferner ist es ausreichend, dass die initiale Schnell-Temperatur-Erhöhungsrate höher ist als die Temperaturerhöhungsrate in der unten beschriebenen Allmählich-Temperaturerhöhungsteuerung/-regelung. Auf diese Weise erlaubt ein Erhöhen der Temperatur auf die Initial-Verbrennungstemperatur bei einer initial schnell-ansteigenden Temperatur in der schnellen Temperaturerhöhungsteuerung/-regelung einen schnellen Start der PM Verbrennung, was die Zeit verkürzen kann, welche notwendig ist um den DPF zwangsweise zu regenerieren. Ferner wird in der schnellen Temperaturerhöhungsteuerung/-regelung, da die Temperatur nur bis zu der Initial-Verbrennungstemperatur erhöht wird, welche niedriger ist als die Temperatur der zwangsweisen Regeneration, die Temperatur des stromabwärts des DPF angeordneten Selektiv-Reduktion-Katalysators abrupt erhöht, um die Erzeugung von überschüssigem NH₃-Slip zu unterdrücken.
In der Allmählich-Temperaturerhöhungsteuerung/-regelung in S35–S39 wird die Temperatur des DPF von der Initial-Verbrennungstemperatur zu der Temperatur der zwangsweisen Regeneration in mehrere Temperaturen unterteilt und die Temperatur des DPF wird erhöht (sodass eine Temperaturerhöhungsrate schneller wird, wenn die Temperatur des DPF mit einer Temperaturerhöhungsrate höher wird, welche langsamer ist als die der initialen schnellen Temperaturerhöhungsteuerung/-regelung). Insbesondere wird in S35 bestimmt, ob die Temperatur des DPF gleich oder niedriger als 400°C ist, oder sie dies nicht ist, und in S37 wird bestimmt, ob die Temperatur des DPF gleich oder niedriger als 450°C ist, oder sie dies nicht ist. Wenn die Temperatur des DPF gleich oder niedriger als 400°C ist, wird die Temperatur des DPF mit einer ersten Allmählich-Temperatur-Erhöhungsrate erhöht, welche langsamer ist als die initiale Schnell-Temperatur-Erhöhungsrate. Wenn die Temperatur des DPF höher ist als 400°C und gleich oder niedriger als 450°C ist, wird die Temperatur des DPF mit einer zweiten Allmählich-Temperatur-Erhöhungsrate erhöht, welche schneller ist als die erste Allmählich-Temperatur-Erhöhungsrate. Wenn die Temperatur des DPF höher ist als 450°C, wird die Temperatur des DPF mit einer dritten Allmählich-Temperatur-Erhöhungsrate erhöht, welche schneller ist als die zweite Allmählich-Temperatur-Erhöhungsrate.
In dem Ausführungsbeispiel ist die erste Allmählich-Temperatur-Erhöhungsrate auf 0,25°C/s gesetzt, die zweite Allmählich-Temperatur-Erhöhungsrate ist auf 0,50°C/s gesetzt und die dritte Allmählich-Temperatur-Erhöhungsrate ist auf 1,00°C/s gesetzt, diese sind jedoch nicht darauf beschränkt. Es ist ausreichend, dass alle aus der ersten, zweiten oder dritten Allmählich-Temperatur-Erhöhungsrate langsamer sind als die initiale Schnell-Temperatur-Erhöhungsrate und dass sie in der Reihenfolge erste, zweite und dritte schneller werden.
Im Folgenden wird der Grund, warum die Allmählich-Temperatur-Erhöhungsrate schneller gemacht wird, wenn die Temperatur in der Allmählich-Temperaturerhöhungsteuerung/-regelung ansteigt, mit Bezug auf 5 beschrieben.
5 ist eine Ansicht, welche die Beziehung zwischen der maximalen NH₃-Speichermenge des Selektiv-Reduktion-Katalysators und seiner Temperatur veranschaulicht.
Wie in 5 gezeigt, verringert sich die maximale NH₃-Speichermenge, während die Temperatur ansteigt. Ferner wird in dem Ausführungsbeispiel, wie mit Bezug auf 2 beschrieben, in den ersten Katalysator Harnstoffwasser eingespritzt, um zu allen Zeiten den Zustand zu halten, in welchem der erste Katalysator NH₃ in der der maximalen NH₃-Speichermenge entsprechenden Menge speichert. Dementsprechend kann, wenn die Temperatur des ersten Katalysators abrupt ansteigt und dessen maximale NH₃-Speichermenge absinkt, NH₃ stromabwärts des ersten Katalysators in einer der reduzierten Menge des Maximums des NH₃ entsprechenden Menge abgegeben werden.
Wenn das Verhältnis (ΔNH₃/ΔT) zwischen der reduzierten Menge (ΔNH₃) der maximalen NH₃-Speichermenge und des Temperaturanstiegs in einer vorbestimmten Breite (ΔT) auf einer Niedertemperaturseite mit deren Verhältnis auf einer Hochtemperaturseite verglichen wird, ist, wie in 5 veranschaulicht, das Verhältnis auf der Hochtemperaturseite geringer als das Verhältnis auf der Niedertemperaturseite. Dies bedeutet, dass eine höhere Temperatur des Selektiv-Reduktion-Katalysators mit einer geringen Wahrscheinlichkeit den NH₃-Slip erzeugt. Wird dies in der Allmählich-Temperaturerhöhungsteuerung/-regelung des Ausführungsbeispiels verwendet, veranlasst dies die Temperaturerhöhungsrate schneller zu werden, während die Temperatur ansteigt. Dementsprechend kann die Temperatur des DPF bis zu der Temperatur der zwangsweisen Regeneration in einer kürzeren Zeit angehoben werden, ohne überschüssigen NH₃-Slip zu generieren und somit kann die zur zwangsweisen Regeneration benötigte Zeit verkürzt werden.
Zurückkehrend zu 4 wird bestimmt, wenn die Bestimmung in S32 NEIN ist und die Filtertemperatur höher ist als die Temperatur der zwangsweisen Regeneration, dass der Verbrennungsprozess ausgeführt wird und der Prozess schreitet zu S40 fort.
In S40 wird die derzeitige Filtertemperatur beibehalten und das PM wird kontinuierlich verbrannt. In S41 wird die PM-Ablagerungsmenge abgeschätzt und es wird bestimmt, ob die PM-Ablagerungsmenge kleiner ist als ein vorbestimmter Endschwellenwert oder sie dies nicht ist. Wenn die Bestimmung in S41 NEIN ist, hält der Prozess das Flag FDPF bei 1 und endet. Wenn die Bestimmung in S41 JA ist, wird das Flag FDPF auf 0 zurückgesetzt, um die Regelung/Steuerung der zwangsweisen Regeneration zu beenden, und der Prozess endet.
Im Folgenden wird der Effekt der Regelung/Steuerung der zwangsweisen Regeneration des Ausführungsbeispiels im Vergleich zu einem konventionellen Beispiel beschrieben.
6 ist eine Ansicht, welche die Änderung der Temperatur eines DPF und eines Selektiv-Reduktion-Katalysators und die Änderung in der NH₃-Konzentration in einem Abgas stromabwärts des Selektiv-Reduktion-Katalysators veranschaulicht, wenn eine Regelung/Steuerung einer zwangsweisen Regeneration in einem konventionellen Abgasreinigungssystem ausgeführt wird. In der Regelung/Steuerung der zwangsweisen Regeneration des Beispiels aus 6 steigt die Temperatur des DPF schnell bis zu einer Temperatur der zwangsweisen Regeneration von etwa 600°C an und danach wurde die Temperatur des DPF bei einer Temperatur nahe der Temperatur der zwangsweisen Regeneration gehalten. Ferner wurden in dem Beispiel aus 6 ein erster Katalysator und ein zweiter Katalysator verwendet, welche jeweils dasselbe Volumen von 2 L aufweisen, und die Katalysatoren wurden derart mit Harnstoffwasser beliefert, dass ein Äquivalenzverhältnis α während der Ausführung der Regelung/Steuerung der zwangsweisen Regeneration zu 1 wurde.
In dem konventionellen Abgasreinigungssystem steigt, da die Temperatur des DPF schnell bis auf die Temperatur der zwangsweisen Regeneration ansteigt, auch die Temperatur des Selektiv-Reduktion-Katalysators abrupt an. Aus diesem Grund wurde, wenn das konventionelle Abgasreinigungssystem die Regelung/Steuerung der zwangsweisen Regeneration beginnt, eine große Menge von NH₃ in einer Masse von dem Selektiv-Reduktion-Katalysator in einer kurzen Zeit ausgestoßen. Es zu ist zu bemerken, dass die NH₃-Konzentration in dem Abgas in etwa 6000 ppm in dem Maximum betrug.
7 ist eine Ansicht, welche die Temperaturänderung der jeweiligen Teile des Selektiv-Reduktion-Katalysators veranschaulicht, wenn die Regelung/Steuerung der zwangsweisen Regeneration in dem Abgasreinigungssystem des Ausführungsbeispiels ausgeführt wird. Zu beachten ist, dass der erste Katalysator und der zweite Katalysator, welche in dem Beispiel aus 7 verwendet wurden, jeweils dasselbe Volumen von 2 L aufweisen. 7 veranschaulicht sequenziell die Temperaturen eines 1 L Teils (des Zwischenteils des ersten Katalysators), eines 2 L Teils (des stromabwärtigen Endteils des ersten Katalysators), eines 3 L Teils (des Zwischenteils des zweiten Katalysators) und eines 4 L Teils (des stromabwärtigen Endteils des zweiten Katalysators), entlang der dicken Linie und von stromaufwärts des Selektiv-Reduktion-Katalysators. Es ist zu beachten, dass während die Regelung/Steuerung der zwangsweisen Regeneration ausgeführt wird, eine Temperaturdifferenz von etwa 50°C zwischen der Temperatur des DPF und der Temperatur des Selektiv-Reduktion-Katalysators stromabwärts besteht. Es ist zu beachten, dass die Temperaturen der jeweiligen Teile des Selektiv-Reduktion-Katalysators basierend auf einem vorbestimmten Algorithmus geschätzt worden sind.
Wie oben beschrieben wird die Temperatur des DPF in dem Temperaturerhöhungsprozess allmählich auf die Temperatur der zwangsweisen Regeneration erhöht. Die Temperatur des stromabwärts des DPF angeordneten Selektiv-Reduktion-Katalysators wird ebenso allmählich durch diesen Prozess erhöht. Wie in 6 veranschaulicht ändert sich die Temperatur von stromaufwärts und die stromabwärtige Temperatur ändert sich, um der stromaufwärtigen Temperatur zu folgen. Ferner macht eine schnellere Temperaturerhöhungsrate des DPF die Temperaturerhöhungsrate des Selektiv-Reduktion-Katalysators schneller.
8 ist eine Ansicht, welche die Änderungen der NH₃-Speichermenge in den jeweiligen Teilen des Selektiv-Reduktion-Katalysators (oberer Abschnitt) und die Änderungen der NH₃-Konzentration stromabwärts der jeweiligen Teile des Selektiv-Reduktion-Katalysators (unterer Abschnitt) zeigt, wenn die Regelung/Steuerung der zwangsweisen Regeneration in dem Abgasreinigungssystem des Ausführungsbeispiels ausgeführt wird.
Der obere Abschnitt der 8 zeigt sequenziell von der dünnsten Linie die Änderung der NH₃-Speichermenge des Teils von der stromaufwärtigen Seite des Selektiv-Reduktion-Katalysators zu dem 1 L Teil (des stromaufwärtigen Teils des ersten Katalysators), des Teils von dem 1 L Teil zu dem 2 L Teil auf der stromaufwärtigen Seite (des stromabwärtigen Teils des ersten Katalysators), des Teils von dem 2 L Teil zu dem 3 L Teil auf der stromaufwärtigen Seite (des stromaufwärtigen Teils des zweiten Katalysators) und des Teils von dem 3 L Teil zu dem 4 L Teil auf der stromaufwärtigen Seite (des stromabwärtigen Teils des zweiten Katalysators). In dem Beispiel aus 8 wird die Regelung/Steuerung der zwangsweisen Regeneration in dem Zustand gestartet, in dem der Selektiv-Reduktion-Katalysator mit NH₃ beladen war, welches dieselbe Konzentration von der stromaufwärtigen Seite zu der stromabwärtigen Seite aufwies.
Der untere Abschnitt der 8 zeigt sequenziell von der dünnsten Linie die NH₃-Konzentrationen in dem Teil von stromaufwärts des Selektiv-Reduktion-Katalysators bis stromabwärts des 1 L Teils (des Zwischenteils des ersten Katalysators), dem Teil von stromaufwärts bis stromabwärts des 2 L Teils (des stromabwärtigen Endteils des ersten Katalysators), dem Teil von stromaufwärts bis stromabwärts des 3 L Teils (des Zwischenteils des zweiten Katalysators) und dem Teil von stromaufwärts bis stromabwärts des 4 L Teils (des stromabwärtigen Endeteils des zweiten Katalysators). Insbesondere entspricht die dickste Linie in dem unteren Abschnitt der 8 der NH₃-Konzentration des in einen Außenraum des Systems abgegebenen Abgases.
Wie mit Bezugnahme auf 7 beschrieben, steigt die Temperatur des Selektiv-Reduktion-Katalysators sequenziell von stromaufwärts an. Die Reaktivität zwischen NOx und NH₃ ist stromaufwärts des Selektiv-Reduktion-Katalysators höher. Aus diesem Grund reduziert, wie in dem oberen Abschnitt von 7 gezeigt, der Beginn der Regelung/Steuerung der zwangsweisen Regeneration sequenziell die NH₃-Speichermenge von stromaufwärts des Selektiv-Reduktion-Katalysators. Ferner verringert sich, wie in dem oberen Abschnitt von 7 gezeigt, gemäß dem Ausführungsbeispiel die NH₃-Speichermengen in den jeweiligen Teilen des Selektiv-Reduktion-Katalysators allmählich, während der Temperaturanstieg in dem Temperaturerhöhungsprozess Zeit in Anspruch nimmt.
Da die Temperatur des Selektiv-Reduktion-Katalysators allmählich in dem Temperaturerhöhungsprozess bis zu der der Temperatur der zwangsweisen Regeneration des DPF (etwa 550°C entsprechenden Temperatur ansteigt, wird, nicht wie in dem konventionellen Beispiel aus 6, keine große Menge an NH₃-Slip in einer kurzen Zeit generiert. Insbesondere wurden stoßweise winzige NH₃-Slips generiert, während die Temperatur bei der ersten, zweiten und dritten Allmählich-Temperatur-Erhöhungsrate anstieg, nachdem die DPF-Regelung/Steuerung der zwangsweisen Regeneration begonnen hat. Ferner wurde während die Temperatur mit der ersten Allmählich-Temperatur-Erhöhungsrate anstieg der größte NH₃-Slip generiert und die NH₃-Konzentration in dem Abgas lag zu der Zeit bei etwa 650 ppm. Insbesondere kann gemäß dem Ausführungsbeispiel der maximale Wert der NH₃-Konzentration in dem Abgas im Vergleich mit dem konventionellen Beispiel aus 6 auf in etwa ein Zehntel reduziert werden, während die Regelung/Steuerung der zwangsweisen Regeneration ausgeführt wird.
Obwohl das Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung oben beschrieben worden ist, ist die Erfindung keineswegs darauf beschränkt.
Obwohl zum Beispiel in der Allmählich-Temperaturerhöhungsteuerung/-regelung des Ausführungsbeispiels die erste, zweite und dritte Allmählich-Temperatur-Erhöhungsrate gesetzt wird und die Temperaturerhöhungsrate in drei Schritten geändert wird, ist die vorliegende Erfindung keineswegs hierauf beschränkt. In der Allmählich-Temperaturerhöhungsteuerung/-regelung kann die Allmählich-Temperatur-Erhöhungsrate sich kontinuierlich in Abhängigkeit von der Temperatur des DPF ändern.
Obwohl das Ausführungsbeispiel ein Beispiel zeigt, in welchem die vorliegende Erfindung auf das Abgasreinigungssystem vom Harnstoff-Zugabe-Typ angewendet wird, welches NH₃ als das Reduktionsmittel verwendet und Harnstoffwasser als Vorläufer des Reduktionsmittels liefert, ist die vorliegenden Erfindung keineswegs darauf beschränkt. Zum Beispiel kann NH₃ direkt geliefert werden ohne Harnstoffwasser zu liefern, um Ammoniak daraus zu erzeugen. Ferner kann ein anderer Zusatz als Harnstoffwasser als der Vorläufer des NH₃ verwendet werden.
Ferner ist das Reduktionsmittel zur Reduktion von NOx nicht auf NH₃ beschränkt. Insbesondere, obwohl das Ausführungsbeispiel ein Beispiel veranschaulicht, in welchem die Erfindung auf ein Abgasreinigungssystem angewendet wird, welches einen sogenannten NH₃-Selektiv-Reduktion-Katalysator zur Reinigung von NOx unter Verwendung von NH₃ als dem Reduktionsmittel aufweist, ist die vorliegende Erfindung keineswegs darauf beschränkt. Zum Beispiel kann die vorliegende Erfindung auch auf ein Abgasreinigungssystem angewendet werden, welches einen sogenannten HC-Selektiv-Reduktion-Katalysator zur Reinigung von NOx unter Verwendung von HC als dem Reduktionsmittel aufweist.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Abgasreinigungssystem für einen Motor bereit, welches in der Lage ist NH₃-Slip zu unterdrücken, ohne den Beginn einer zwangsweisen Regeneration eines DPF zu verzögern und ohne eine Regenerationszeit mehr als notwendig zu verlängern. Das Abgasreinigungssystem umfasst einen Selektiv-Reduktion-Katalysator zur Reinigung von NOx in Abgas unter Verwendung von NH₃, eine Harnstoffwassereinspritzungsvorrichtung zum Einspritzen von Harnstoffwasser stromaufwärts des Selektiv-Reduktion-Katalysators, einen DPF zum Auffangen von PM in dem Abgas, und eine Regenerationssteuerungseinheit/-regelungseinheit zum Verbrennen und Entfernen des aufgefangenen PM durch Erhöhen der Temperatur des DPF. Die Regenerationssteuerungseinheit/-regelungseinheit führt eine schnelle Temperaturerhöhungssteuerung/-regelung (S33–S34) zum Erhöhen der Temperatur des DPF mit einer initialen Schnell-Temperatur-Erhöhungsrate (15°C/s) aus, bis eine Initial-Verbrennungstemperatur (350°C), bei welcher das durch den DPF aufgefangene PM verbrennt, erreicht ist und führt danach eine Allmählich-Temperaturerhöhungssteuerung/-regelung (S35–S39) zum Erhöhen der Temperatur des DPF mit einer Allmählich-Temperatur-Erhöhungsrate (0,25, 0,50 und 1,00°C/s) aus, welche langsamer ist als die initiale Schnell-Temperatur-Erhöhungsrate, bis eine Temperatur der zwangsweisen Regeneration (600°C) erreicht ist, welche höher ist als die Initial-Verbrennungstemperatur.

Claims

Abgasreinigungssystem (2) für einen Verbrennungsmotor (1) umfassend: einen Selektiv-Reduktion-Katalysator (231), welcher zum Reinigen von NOx in Abgas durch ein Reduktionsmittel in einem Abgasdurchgang (11) in einem Verbrennungsmotor (1) angeordnet ist; eine Reduktionsmittellieferungsvorrichtung (25) zum Liefern stromaufwärts des Selektiv-Reduktion-Katalysators (231) des Reduktionsmittels oder eines Vorläufers davon; einen Filter (22), welcher in dem Abgasdurchgang (11) zum Auffangen von Feinstaub in dem Abgas angeordnet ist; ein Temperaturerfassungsmittel (3, 27) zum Detektieren oder Abschätzen einer Temperatur des Filters (22); und ein Temperaturerhöhungsmittel (4) zum Verbrennen und Entfernen des aufgefangenen Feinstaubs durch Erhöhen der Temperatur des Filters (22), wobei das Temperaturerhöhungsmittel (4) eine erste Temperaturerhöhungssteuerung/-regelung zur Erhöhung der Temperatur des Filters (22) mit einer ersten Temperaturerhöhungsrate ausführt, bis die Temperatur des Filters 22 eine erste Temperatur erreicht, bei welcher der Feinstaub, welcher durch den Filter (22) aufgefangen ist, verbrennt, und danach eine zweite Temperaturerhöhungssteuerung/-regelung zur Erhöhung der Temperatur des Filters (22) mit einer zweiten Temperaturerhöhungsrate, welche langsamer als die erste Temperaturerhöhungsrate ist, ausführt, bis die Temperatur des Filters (22) eine zweite Temperatur erreicht, welche höher ist, als die erste Temperatur.
Abgasreinigungssystem (2) für einen Verbrennungsmotor (1) nach Anspruch 1, wobei in der zweiten Temperaturerhöhungssteuerung/-regelung das Temperaturerhöhungsmittel (4), während die Temperatur des Filters (22) steigt, die zweite Temperaturerhöhungsrate erhöht.
Abgasreinigungssystem (2) für einen Verbrennungsmotor (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein NO₂ erzeugender Katalysator (21) zur Oxidation von NO in dem Abgas und zur Erzeugung von NO₂ stromaufwärts des Filters (22) angeordnet ist; und die erste Temperatur eine Temperatur ist, welche gleich oder höher ist, als die untere Begrenzungshöhe der Temperatur, bei welcher der Feinstaub, welcher durch den Filter (22) aufgefangen ist, mit NO₂ reagiert und verbrennt.
Abgasreinigungssystem (2) für einen Verbrennungsmotor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, umfassend: ein NOx-Mengenerfassungsmittel (3, 28) zum Erfassen der NOx-Menge in dem Abgas, welches in den Selektiv-Reduktion-Katalysator (231) strömt; ein Slipmengenerfassungsmittel (3, 26) zum Erfassen der Reduktionsmittelmenge in dem Abgas, welches aus dem Selektiv-Reduktion-Katalysator (231) strömt; ein Mittel zum Berechnen einer Referenz für eine gelieferte Menge (5) zum Berechnen der Referenzmenge für die an den Selektiv-Reduktion-Katalysator (231) gelieferten Menge des Reduktionsmittels, basierend auf der Reduktionsmittelmenge in dem Abgas stromabwärts des Selektiv-Reduktion-Katalysators (231) und der NOx-Menge in dem Abgas stromaufwärts des Selektiv-Reduktion-Katalysators (231); ein Begrenzungsmengensetzmittel (5) zum Setzen einer unteren Begrenzungsmenge, welche größer als 0 ist und einer oberen Begrenzungsmenge, welche in Bezug auf die an den Selektiv-Reduktion-Katalysator (231) gelieferten Menge des Reduktionsmittels größer ist als die untere Begrenzungsmenge; und ein Steuerungsmittel/Regelungsmittel (5) für eine gelieferte Menge eines Reduktionsmittels zum Liefern von der unteren Begrenzungsmenge des Reduktionsmittels, wenn die Referenzmenge kleiner ist als die untere Begrenzungsmenge, von der oberen Begrenzungsmenge des Reduktionsmittels, wenn die Referenzmenge größer ist als die obere Begrenzungsmenge, und von der Referenzmenge des Reduktionsmittels, wenn die Referenzmenge gleich groß ist wie oder größer ist als die untere Begrenzungsmenge und gleich groß ist wie oder kleiner ist als die obere Begrenzungsmenge, unter Verwendung der Reduktionsmittellieferungsvorrichtung (25), während die Temperatur des Filters (22) durch das Temperaturerhöhungsmittel (4) erhöht wird.