DE102015100205A1

DE102015100205A1 - Reduktionsmittel-Zuführvorrichtung

Info

Publication number: DE102015100205A1
Application number: DE102015100205.1A
Authority: DE
Inventors: Shigeto Yahata; Masumi Kinugawa; Yuuki Tarusawa; Keiji Noda; Mao HOSODA
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2014-01-30
Filing date: 2015-01-09
Publication date: 2015-07-30
Also published as: US20150211402A1; FR3016921B1; JP6015685B2; CN104819037B; FR3016921A1; US9605575B2; CN104819037A; JP2015140793A

Abstract

Eine Reduktionsmittel-Zuführvorrichtung beinhaltet eine Reformiervorrichtung (A1, A2, A3, A4), einen Erfassungsabschnitt (S70) und einen Controller (S72). Die Reformiervorrichtung (A1, A2, A3, A4) vermischt einen Kraftstoff, der eine Kohlenwasserstoffverbindung ist, mit Luft zu einem Gemisch und reformiert den Kraftstoff durch teilweises Oxidieren des Kraftstoffs mit dem Sauerstoff in der Luft. Ein reformierter Kraftstoff wird der Abgasleitung (10ex) als das Reduktionsmittel zugeführt. Der Erfassungsabschnitt (S70) erfasst eine physikalische Größe als einen Eigenschaftsindex. Die physikalische Größe weist eine Korrelation mit einer Beschaffenheit des Kraftstoffs auf, der der Reformiervorrichtung (A1, A2, A3, A4) zugeführt wird. Der Controller (S72) steuert die Reformiervorrichtung (A1, A2, A3, A4) entsprechend dem Eigenschaftsindex, der durch den Erfassungsabschnitt (S70) erfasst wird.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Reduktionsmittel-Zuführvorrichtung zum Zuführen einer Kohlenwasserstoffverbindung (Kraftstoff) als ein Reduktionsmittel, das für eine NOx-Reduktion verwendet wird.
Hintergrund
Im Allgemeinen wird NOx (Stickoxide), das in einem Abgas einer Brennkraftmaschine enthalten ist, in einer Reaktion des NOx mit einem Reduktionsmittel im Beisein eines Reduktionskatalysators gereinigt. Zum Beispiel offenbart die Patentliteratur ( JP-2009-162173 A ) ein Reinigungssystem, das Kraftstoff (die Kohlenwasserstoffverbindung) zur Verbrennung in einer Brennkraftmaschine als ein Reduktionsmittel verwendet, und das System führt den Kraftstoff einer Abgasleitung an einer Position stromaufwärts eines Reduktionskatalysators zu.
Kurzfassung
Die Erfinder der vorliegenden Offenbarung haben ein Reinigungssystem untersucht, in dem ein mit Luft vermengter Kraftstoff mit dem Sauerstoff in der Luft teilweise oxidiert wird, so dass der Kraftstoff reformiert wird, und der reformierte Kraftstoff einer Abgasleitung als das Reduktionsmittel zugeführt wird. Der Konfiguration entsprechend wird eine Reduktionsleistung des Reduktionsmittels verbessert, wodurch eine NOx-Reinigungsrate erhöht werden kann.
Verschiedene Komponenten, die eine unterschiedliche molekulare Struktur aufweisen, werden in einem auf dem Markt erhältlichen Kraftstoff auf Kohlenwasserstoffbasis (z. B. Leichtöl) vermengt, und ein Mischverhältnis dieser Komponenten unterscheidet sich je nach erdölproduzierendem Gebiet oder Absatzgebiet. Demzufolge ist die Beschaffenheit des auf dem Markt erhältlichen Kraftstoffs verschiedenartig, und wenn der Kraftstoff teilweise oxidiert wird, um reformiert zu werden, wird die Reduktionsleistung des reformierten Kraftstoffs erheblich durch den Unterschied in der Beschaffenheit des Kraftstoffs vor der Reformation beeinflusst.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, eine Reduktionsmittel-Zuführvorrichtung zu schaffen, die eine Verringerung einer NOx-Reinigungsrate aufgrund der Kraftstoffbeschaffenheit verhindert.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist eine Reduktionsmittel-Zuführvorrichtung geeignet für ein Kraftstoffverbrennungssystem, das eine NOx-Reinigungsvorrichtung mit einem Reduktionskatalysator beinhaltet, der in einer Abgasleitung angeordnet ist, um NOx zu reinigen, das in einem Abgas einer Brennkraftmaschine enthalten ist. Die Reduktionsmittel-Zuführvorrichtung führt ein Reduktionsmittel der Abgasleitung an einer Position stromaufwärts des Reduktionskatalysators zu.
Die Reduktionsmittel-Zuführvorrichtung beinhaltet eine Reformiervorrichtung, einen Erfassungsabschnitt und einen Controller. Die Reformiervorrichtung vermengt einen Kraftstoff, der eine Kohlenwasserstoffverbindung ist, mit Luft zu einem Gemisch und reformiert den Kraftstoff durch teilweises Oxidieren des Kraftstoffs mit Sauerstoff in der Luft. Ein reformierter Kraftstoff wird der Abgasleitung als das Reduktionsmittel zugeführt. Der Erfassungsabschnitt erfasst eine physikalische Größe als einen Beschaffenheitsindex. Die physikalische Größe weist eine Korrelation mit der Beschaffenheit des Kraftstoffs auf, der der Reformiervorrichtung zugeführt wird. Der Controller steuert die Reformiervorrichtung entsprechend dem Beschaffenheitsindex, der durch den Erfassungsabschnitt erfasst wird.
Gemäß dem Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird die physikalische Größe, die mit der Beschaffenheit des Kraftstoffs korreliert, der der Reformiervorrichtung zugeführt wird, als ein Beschaffenheitsindex erhalten, und der Betrieb der Reformiervorrichtung wird dem erhaltenen Beschaffenheitsindex entsprechend gesteuert. Aus diesem Grund wird z. B., wenn der Kraftstoff die Beschaffenheit aufweist bzw. so beschaffen ist, dass die Reduktionsleistung des Kraftstoffs nach dem Reformieren unzureichend ist, die Reformiervorrichtung so gesteuert, dass die Reduktionsleistung durch Erhöhen einer Zuführmenge des Reduktionsmittels oder durch Verbessern des Reformiervorgangs durch die Reformiervorrichtung verbessert wird. Somit kann eine Verringerung der NOx-Reinigungsrate aufgrund der Kraftstoffbeschaffenheit verhindert werden.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
Die Offenbarung sowie alle weiteren Zielvorgaben, Merkmale und Vorteile derselben werden anhand der nachstehenden Beschreibung, der beigefügten Ansprüche und der beigefügte Zeichnung besser verständlich. Es zeigen:
1 eine schematische Ansicht einer Reduktionsmittel-Zuführvorrichtung, die auf ein Verbrennungssystem angewendet wird;
2 einen Graphen, der Ergebnisse einer Simulation von Temperaturveränderungen darstellt, die durch eine zwei Schritte umfassende Oxidationsreaktion unter unterschiedlichen Bedingungen einer ursprünglichen Temperatur hervorgerufen wurden;
3 einen Graphen, der Ergebnisse einer Simulation von Temperaturveränderungen darstellt, die durch eine zwei Schritte umfassende Oxidationsreaktion unter unterschiedlichen Bedingungen eines Äquivalenzverhältnisses hervorgerufen wurden;
4 ein Flussdiagramm, das einen Vorgang zum Umschalten zwischen einer Erzeugung von Ozon und einer Erzeugung von reformiertem Kraftstoff gemäß der in 1 gezeigten Reduktionsmittel-Zuführvorrichtung darstellt;
5 ein Flussdiagramm, das einen Vorgang einer Subroutine einer reformierten Kraftstofferzeugungssteuerung darstellt, die in 4 gezeigt ist;
6 einen Graphen, der Simulationsergebnisse eines Produkts einer Kaltflammenreaktion in einem Fall darstellt, in dem der einer Reaktionskammer zugeführte Kraftstoff C₁₀OH₂₂ ist;
7 einen Graphen, der Simulationsergebnisse eines Produkts einer Kaltflammenreaktion in einem Fall darstellt, in dem der einer Reaktionskammer zugeführte Kraftstoff C₁₆H₃₄ ist;
8 einen Graphen, der Simulationsergebnisse darstellt, die eine Gesamtmenge eines Produkts einer Kaltflammenreaktion zeigen, das in 6 und 7 dargestellt ist;
9 ein Flussdiagramm, das einen Vorgang zum Ändern des Betriebs einer Reformiervorrichtung gemäß einer Kraftstoffbeschaffenheit darstellt;
10 einen Graphen, der eine Korrelation zwischen einer NOx-Reinigungsrate und der Kraftstoffbeschaffenheit darstellt;
11 einen Graphen, der eine Reduktionsmittelmenge darstellt, die für die Kraftstoffbeschaffenheit geeignet ist;
12 einen Graphen, der eine Reduktionsmittelmenge darstellt, die für die NOx-Reinigungsrate geeignet ist;
13 ein Kennfeld, das eine Temperatur einer Heizeinrichtung darstellt, die für die Kraftstoffbeschaffenheit geeignet ist;
14 ein Kennfeld, das eine Ozonzuführmenge darstellt, die für die Kraftstoffbeschaffenheit geeignet ist;
15 einen Graphen, der eine Korrelation zwischen einer Wärmeerzeugungsmenge in einer Brennkraftmaschine und der Kraftstoffbeschaffenheit darstellt;
16 einen Graphen, der eine Korrelation zwischen einem Zündverzögerungszeitpunkt in einer Brennkraftmaschine und der Kraftstoffbeschaffenheit darstellt;
17 einen Graphen, der eine Korrelation zwischen einer Temperatur innerhalb einer Reaktionskammer und der Kraftstoffbeschaffenheit darstellt;
18 eine schematische Ansicht einer Reduktionsmittel-Zuführvorrichtung, die auf ein Verbrennungssystem angewendet wird;
19 eine schematische Ansicht einer Reduktionsmittel-Zuführvorrichtung, die auf ein Verbrennungssystem angewendet wird;
20 eine schematische Ansicht einer Reduktionsmittel-Zuführvorrichtung, die auf ein Verbrennungssystem angewendet wird.
Ausführliche Beschreibung
Eine Mehrzahl von Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In den Ausführungsformen kann ein Bauteil, das einem Sachverhalt entspricht, der in einer vorhergehenden Ausrfürungsform beschrieben wurde, mit einem identischen Bezugszeichen versehen sein, und auf eine wiederholte Beschreibung des Bauteils wird verzichtet. Ist in einer Ausführungsform nur ein Teil von einer Konfiguration beschrieben, kann eine andere, vorhergehende Ausführungsform auf die anderen Teile der Konfiguration angewendet werden. Die Teile sind kombinierbar, auch wenn nicht ausdrücklich erwähnt ist, dass sie kombiniert werden können. Die Ausführungsformen sind selbst dann teilweise kombinierbar, wenn nicht ausdrücklich erwähnt wird, dass sie kombiniert werden können, vorausgesetzt, die Kombination birgt keinen Nachteil.
(Erste Ausführungsform)
Ein Verbrennungssystem, wie es in 1 dargestellt ist, beinhaltet eine Brennkraftmaschine 10, einen Lader 11, einen Dieselpartikelfilter (DPF) 14, eine DPF-Regenerationsvorrichtung (regenerierender DOC [DOC = Dieseloxidationskatalysator] 14a), eine NOx-Reinigungsvorrichtung 15, eine Reduktionsmittel-Reinigungsvorrichtung (reinigender DOC 16) und eine Reduktionsmittel-Zuführvorrichtung. Das Verbrennungssystem ist an einem Fahrzeug montiert, und das Fahrzeug wird durch eine Abgabe aus einer Brennkraftmaschine 10 angetrieben. In der vorliegenden Ausführungsform handelt es sich bei der Brennkraftmaschine 10 um einen Dieselkompressionsmotor mit Eigenzündung, der zur Verbrennung Dieselkraftstoff (Leichtöl) verwendet.
Der Lader 11 beinhaltet eine Turbine 11a, eine Rotationswelle 11b und einen Kompressor 11c. Die Turbine 11a ist in einer Abgasleitung 10ex für die Brennkraftmaschine 10 angeordnet und rotiert durch die kinetische Energie des Abgases. Die Rotationswelle 11b verbindet einen Impeller der Turbine 11a mit einem Impeller des Kompressors 11c und überträgt eine Rotationskraft der Turbine 11a an den Kompressor 11c. Der Kompressor 11c ist in einer Saugleitung 10in der Brennkraftmaschine 10 angeordnet und führ der Brennkraftmaschine 10 eine Ansaugluft zu, nachdem die Ansaugluft komprimiert (d. h. geladen) worden ist.
Eine Kühleinrichtung 12 ist in der Saugleitung 10in stromabwärts des Kompressors 11c angeordnet. Die Kühleinrichtung 12 kühlt die durch den Kompressor 11c komprimierte Ansaugluft, und die durch die Kühleinrichtung 12 gekühlte komprimierte Ansaugluft wird in die mehreren Brennkammern der Brennkraftmaschine 10 über einen Ansaugkrümmer verteilt, nachdem eine Strömungsmenge der komprimierten Ansaugluft durch ein Drosselklappenventil 13 angepasst worden ist.
Der regenerierende DOC 14a (Dieseloxidationskatalysator), der DPF 14 (Dieselpartikelfilter), die NOx-Reinigungsvorrichtung 15 und der reinigende DOC 16 sind in dieser Reihenfolge in der Abgasleitung 10ex stromabwärts der Turbine 11a angeordnet. Der DPF 14 fängt die in dem Abgas enthaltenen Partikel auf. Der regenerierende DOC 14a beinhaltet einen Katalysator, der den in dem Abgas enthaltenen unverbrannten Kraftstoff oxidiert, und der den unverbrannten Kraftstoff verbrennt. Indem der nicht verbrannte Kraftstoff verbrannt wird, werden die durch den DPF 14 aufgefangenen Partikel verbrannt, und der DPF 14 wird regeneriert, wodurch die Auffangkapazität des DPF 14 erhalten bleibt. Es ist zu beachten, dass dieses Verbrennen durch den unverbrannten Kraftstoff im Inneren des regenerierenden DOC 14a nicht fortwährend, sondern temporär ausgeführt wird, wenn die Regeneration des DPF 14 notwendig ist.
Eine Zuführleitung 32 der Reduktionsmittel-Zuführvorrichtung ist mit der Abgasleitung 10ex stromabwärts des DPF 14 und stromaufwärts der NOx-Reinigungsvorrichtung 15 verbunden. Ein reformierter Kraftstoff, der durch die Reduktionsmittel-Zuführvorrichtung erzeugt wird, wird der Abgasleitung 10ex durch die Zuführleitung 32 als ein Reduktionsmittel zugeführt. Der reformierte Kraftstoff wird durch teilweises Oxidieren von Kohlenwasserstoff (d. h. Kraftstoff), der als ein Reduktionsmittel verwendet wird, zu einem teilweise oxidierten Kohlenwasserstoff, wie z. B. Aldehyd, erzeugt, worauf später unter Bezugnahme auf 7 näher eingegangen wird.
Die NOx-Reinigungsvorrichtung 15 beinhaltet einen Honigwabenträger 15b zum Tragen eines Reduktionskatalysators, und ein Gehäuse 15a, in dem der Träger 15b aufgenommen ist. Die NOx-Reinigungsvorrichtung 15 reinigt die in dem Abgas enthaltenen NOx durch eine Reaktion von NOx mit dem reformierten Kraftstoff im Beisein des Reduktionskatalysators, d. h. durch einen Reduktionsvorgang von NOx zu N₂. Es wird darauf hingewiesen, dass, auch wenn neben dem NOx auch O₂ in dem Abgas enthalten ist, das reformierte Reduktionsmittel mit dem NOx im Beisein von O₂ selektiv (bevorzugt) reagiert.
In der vorliegenden Ausführungsform weist der Reduktionskatalysator eine Adsorptionsfähigkeit zum Adsorbieren des NOx auf. Insbesondere beweist der Reduktionskatalysator die Adsorptionsfähigkeit zum Adsorbieren von NOx im Abgas, wenn eine Katalysatortemperatur niedriger als eine Aktivierungstemperatur ist, bei der eine Reduktionsreaktion durch den Reduktionskatalysator ablaufen kann. Wohingegen, wenn die Katalysatortemperatur höher als die Aktivierungstemperatur ist, die durch den Reduktionskatalysator adsorbierten NOx durch das reformierte Reduktionsmittel reduziert und dann aus dem Reduktionskatalysator freigesetzt werden. Die NOx-Reinigungsvorrichtung 15 kann beispielsweise eine NOx-Adsorptionsleitung mit einem Silber-/Aluminiumoxid-Katalysator, der durch den Träger 15b getragen wird, ermöglichen.
Der reinigende DOC 16 weist ein Gehäuse auf, in dem ein Träger aufgenommen ist, der einen Oxidationskatalysator trägt. Der reinigende DOC 16 oxidiert im Beisein des Oxidationskatalysators das Reduktionsmittel, das aus der NOx-Reinigungsvorrichtung 15 herausströmt, ohne dass es für eine NOx-Reduktion verwendet wird. Somit kann verhindert werden, dass das Reduktionsmittel durch einen Auslass der Abgasleitung 10ex in eine Atmosphäre freigesetzt wird. Zu beachten ist, dass eine Aktivierungstemperatur des Oxidationskatalysators (z. B. 200°C) niedriger ist als die Aktivierungstemperatur (z. B. 250°C) des Reduktionskatalysators.
Als nächstes wird nachstehend die Reduktionsmittel-Zuführvorrichtung beschrieben. Im Allgemeinen erzeugt die Reduktionsmittel-Zuführvorrichtung den reformierten Kraftstoff und führt den reformierten Kraftstoff der Abgasleitung 10ex durch die Zuführleitung 32 zu. Die Reduktionsmittel-Zuführvorrichtung beinhaltet eine Reformiervorrichtung A1 und eine elektronische Steuereinheit (ECU 80), auf die nachstehend in der Beschreibung eingegangen wird. Die Reformiervorrichtung A1 beinhaltet einen Entladereaktor 20 (einen Ozonerzeuger), eine Luftpumpe 20p, einen Reaktionsbehälter 30, einen Kraftstoffinjektor 40 und eine Heizeinrichtung 50.
Der Entladereaktor 20 beinhaltet ein Gehäuse 22 mit einer Fluidleitung 22a darin, und eine Mehrzahl von Elektrodenpaaren 21 sind im Inneren der Fluidleitung 22a angeordnet. Insbesondere werden die Elektroden 21 innerhalb des Gehäuses 22 über elektrische Isolationselemente gehalten. Die Elektroden 21 sind plattenförmig und so angeordnet, dass sie einander parallel gegenüberliegen. Die eine Elektrode 21, die geerdet ist, und die andere Elektrode 21, an die eine hohe Spannung angelegt wird, wenn dem Entladereaktor 20 eine elektrische Leistung zugeführt wird, sind alternierend angeordnet. Das Anlegen von Leistung an die Elektroden 21 wird durch einen Mikrocomputer 81 der ECU 80 gesteuert.
Luft, die durch die Luftpumpe 20p eingeblasen wird, strömt in das Gehäuse 22 des Entladereaktors 20. Die Luftpumpe 20p wird durch einen Elektromotor angetrieben, und der Elektromotor wird durch den Mikrocomputer 81 gesteuert. Die durch die Luftpumpe 20p eingeblasene Luft strömt in die Fluidleitung 22a innerhalb des Gehäuses 22 und strömt durch zwischen den Elektroden 21 ausgebildete Abführleitungen 21a.
Der Reaktionsbehälter 30 ist an einer stromabwärtigen Seite des Entladereaktors 20 angebracht, und eine Reaktionskammer 30a ist im Inneren des Reaktionsbehälter 30 ausgebildet. In der Reaktionskammer 30a wird Kraftstoff mit Luft zu einem Gemisch vermengt, und der Kraftstoff wird mit Sauerstoff in der Luft oxidiert. Luft, die durch die Abführleitungen 21a geleitet wird, strömt in die Reaktionskammer 30a durch einen Lufteinlass 30c, und wird anschließend aus einem Einspritzkanal 30b, der in dem Reaktionsbehälter 30 ausgebildet ist, herausgespritzt. Der Einspritzkanal 30b befindet sich in Verbindung mit der Zuführleitung 32.
Der Kraftstoffinjektor 40 ist an dem Reaktionsbehälter 30 angebracht. Der in flüssiger Form vorliegende Kraftstoff (Flüssigkraftstoff) im Inneren eines Kraftstofftanks 40t wird dem Kraftstoffinjektor 40 durch eine Pumpe 40p zugeführt und in die Reaktionskammer 30a durch Einspritzlöcher (nicht gezeigt) des Kraftstoffinjektors 40 eingespritzt. Der Kraftstoff im Inneren des Kraftstofftanks 40t wird ebenfalls für eine wie oben beschriebene Verbrennung verwendet, und somit wird der Kraftstoff im Allgemeinen für die Verbrennung der Brennkraftmaschine 10 verwendet und als Reduktionsmittel eingesetzt. Der Kraftstoffinjektor 40 weist ein Einspritzventil auf, und das Ventil wird durch eine elektromagnetische Kraft durch einen elektromagnetischen Solenoiden betätigt. Der Microcomputer 81 steuert die Zufuhr elektrischer Leistung an den elektromagnetischen Solenoiden.
Die Heizeinrichtung 50 ist an dem Reaktionsbehälter 30 angebracht, und die Heizeinrichtung 50 weist ein Heizelement (nicht gezeigt) auf, das Wärme erzeugt, wenn dem Heizelement elektrische Leistung zugeführt wird. Die Zufuhr elektrischer Leistung zu dem Heizelement wird durch den Microcomputer 81 gesteuert. Eine wärmeerzeugende Oberfläche der Heizeinrichtung 50 ist im Inneren der Reaktionskammer 30a positioniert und erwärmt den flüssigen Kraftstoff, der aus dem Kraftstoffinjektor 40 eingespritzt wird. Der Flüssigkraftstoff, der durch die Heizeinrichtung 50 erwärmt wird, wird innerhalb der Reaktionskammer 30a verdampft. Der verdampfte Kraftstoff wird weiterhin durch die Heizeinrichtung 50 auf eine gegebene oder höhere Temperatur erwärmt. Somit wird der Kraftstoff thermisch zu Kohlenwasserstoff zersetzt, der eine kleine Kohlenstoffzahl aufweist, d. h. es kommt zum Cracking.
Der Kraftstoffinjektor 40 befindet sich über der wärmeerzeugenden Oberfläche der Heizeinrichtung 50, und der Flüssigkraftstoff wird aus dem Kraftstoffinjektor 40 auf die wärmeerzeugende Oberfläche gespritzt. Der Flüssigkraftstoff, der an der wärmeerzeugenden Oberfläche haften bleibt, wird verdampft.
Ein Temperatursensor 31, der eine Temperatur im Inneren der Reaktionskammer 30a detektiert, ist an dem Reaktionsbehälter 30 angebracht. Insbesondere ist der Temperatursensor 31 über der wärmeerzeugenden Oberfläche der Heizeinrichtung 50 innerhalb der Reaktionskammer 30a angeordnet. Eine durch den Temperatursensor 31 detektierte Temperatur ist eine Temperatur des verdampften Kraftstoffs, nachdem dieser mit Luft reagiert hat. Der Temperatursensor 31 gibt Informationen (eine detektierte Temperatur) über die detektierte Temperatur an die ECU 80 aus.
Wenn die elektrische Leistung dem Entladereaktor 20 zugeführt wird, kollidieren aus den Elektroden 21 emittierte Elektronen mit Sauerstoffmolekülen, die in der Luft in dem Abführleitungen 21a enthalten sind. Somit wird aus den Sauerstoffmolekülen Ozon erzeugt. Das heißt, dass der Entladereaktor 20 die Sauerstoffmoleküle über einen Entladevorgang in einen Plasmazustand versetzt und Ozon als aktiven Sauerstofferzeugt. Folglich ist das durch den Entladereaktor 20 erzeugte Ozon in der Luft enthalten, die in die Reaktionskammer 30a strömt.
In der Reaktionskammer 30a kommt es zu einer Kaltflammenreaktion. Bei der Kaltflammenreaktion wird der gasförmige Kraftstoff mit dem Sauerstoff oder Ozon in der Luft teilweise oxidiert. Der teilweise oxidierte Kraftstoff wird als „reformierter Kraftstoff” bezeichnet, und ein Teiloxid (z. B. Aldehyd) kann als ein Beispiel für den reformierten Kraftstoff herangezogen werden, bei dem ein Anteil des Kraftstoffs (Kohlenwasserstoffverbindung) mit einer Aldehydgruppe (CHO) oxidiert wird.
Es wird darauf hingewiesen, dass der Kraftstoff in einer Hochtemperaturumgebung mittels Eigenzündung durch eine Oxidationsreaktion mit dem in der Luft enthaltenen Sauerstoff, selbst unter Atmosphärendruck verbrennt. Eine derartige Oxidationsreaktion mittels Verbrennung durch Eigenzündung wird auch als „Heißflammenreaktion” bezeichnet, bei der Kohlendioxid und Wasser unter Entstehung von Wärme erzeugt werden. Wenn jedoch ein Verhältnis (Äquivalenzverhältnis) des Kraftstoffs und der Luft und der Umgebungstemperatur in einen gegebenen Bereich fällt, verlängert sich eine Zeitspanne, während der eine Oxidationsreaktion in der Kaltflammenreaktion bestehen bleibt, wie nachstehend beschrieben wird, und es kommt danach zu der Heißflammenreaktion. Das heißt, dass die Oxidationsreaktion in zwei Schritten abläuft, der Kaltflammenreaktion und der Heißflammenreaktion (siehe 2 und 3).
Die Kaltflammenreaktion ereignet sich wahrscheinlich dann, wenn die Umgebungstemperatur niedrig ist und wenn das Äquivalenzverhältnis niedrig ist. In der Kaltflammenreaktion wird der Kraftstoffteilweise mit dem in der Umgebungsluft enthaltenen Sauerstoffoxidiert. Wenn die Umgebungstemperatur aufgrund einer durch die Kaltflammenreaktion hervorgerufenen Wärmeerzeugung ansteigt, und danach eine gewisse Zeit verstreicht, wird der Kraftstoff, der teilweise oxidiert wird (z. B. Aldehyd), oxidiert, wodurch es zu der Heißflammenreaktion kommt. Wenn der teilweise oxidierte Kraftstoff, wie z. B. Aldehyd, der durch die Kaltflammenreaktion erzeugt wird, als ein NOx-Reinigungs-Reduktionsmittel verwendet wird, wird die NOx-Reinigungsrate im Vergleich zu einem Fall verbessert, in dem der nicht teilweise oxidierte Kraftstoff verwendet wird.
2 und 3 veranschaulichen Simulationsergebnisse, die eine Veränderung einer Temperatur (Umgebungstemperatur) der Reaktionskammer 30a in Bezug auf eine verstrichene Zeit ab einem Sprühstartzeitpunkt in einem Fall zeigen, in dem der Kraftstoff (Hexadecan) auf die Heizeinrichtung 50 bei einer Temperatur von 430°C gesprüht wird. Zudem zeigt 2 die Simulation bei den jeweiligen Temperaturen der Heizeinrichtung 50. In 2 zeigen die Symbole L1, L2, L3, L4, L5 und L6 Ergebnisse, wenn die Heizeinrichtungstemperatur auf 530°C 430°C, 330°C, 230°C, 130°C bzw. 30°C eingestellt ist.
Wie durch das Symbol L1 angezeigt wird, liegt nahezu keine Verweilzeit in der Kaltflammenreaktion vor, wenn die Temperatur der Heizeinrichtung 530°C beträgt, und die Oxidationsreaktion wird in nur einem Schritt vollzogen. Wenn im Gegensatz dazu die Temperatur der Heizeinrichtung auf 330°C oder 430°C eingestellt wird, wie durch die Symbole L2 und L3 angezeigt wird, kommt es zu der zwei Schritte umfassenden Oxidationsreaktion. Wenn die Temperatur der Heizeinrichtung auf 330°C eingestellt ist, wird zudem ein Startsteuerzeitpunkt der Kaltflammenreaktion im Vergleich zu einem Fall verzögert, in dem die Temperatur der Heizeinrichtung auf 430°C eingestellt ist, wie durch die Symbole L2 und L3 angezeigt wird. Wenn zudem die Temperatur der Heizeinrichtung auf 230°C oder weniger eingestellt ist, wie durch die Symbole L4 bis L6 angezeigt ist, kommt es weder zur Kaltflammenreaktion noch zur Heißflammenreaktion, d. h. es tritt keine Oxidationsreaktion auf.
In der in 2 dargestellten Simulation ist das Äquivalenzverhältnis, bei dem es sich um ein Gewichtsverhältnis von eingespritztem Kraftstoff zu zugeführter Luft handelt, auf 0,23 eingestellt. In diesem Zusammenhang sind die Erfinder der vorliegenden Erfindung mit der Simulation der unterschiedlichen Äquivalenzverhältnisse zu den in 3 gezeigten Ergebnissen gelangt. Es ist zu beachten, dass das Äquivalenzverhältnis als ein Wert definiert werden kann, indem das „Gewicht des Kraftstoffs, das in einem Kraftstoff-Luft-Gemisch enthalten ist” durch „das Gewicht des Kraftstoffs, der vollständig verbrannt werden kann” dividiert wird. Wie in 3 dargestellt ist, liegt nahezu keine Verweilzeit in der Kaltflammenreaktion vor, wenn das Äquivalenzverhältnis auf 1,0 eingestellt ist, und die Oxidationsreaktion wird in einem Schritt vollzogen. Wenn zudem das Äquivalenzverhältnis auf 0,37 eingestellt ist, wird der Startsteuerzeitpunkt der Kaltflammenreaktion vorverlegt, nimmt eine Kaltflammenreaktionsrate zu, nimmt eine Kaltflammenreaktionszeitspanne ab und nimmt die Umgebungstemperatur zum Zeitpunkt der Vollendung der Kaltflammenreaktion verglichen zu einem Fall zu, in dem das Äquivalenzverhältnis auf 0,23 eingestellt ist.
Zu den nachstehenden Erkenntnissen gelangt man anhand der Ergebnisse in 2 und 3. Das heißt, wenn die Umgebungstemperatur einen unteren Grenzwert unterschreitet, kommt es zu keiner Oxidationsreaktion. Wenn die Umgebungstemperatur einen unteren Grenzwert überschreitet, doch das Äquivalenzverhältnis größer oder gleich 1,0 ist, entsteht ein Bereich einer einen Schritt umfassenden Oxidationsreaktion, in dem die Oxidationsreaktion in nur einem Schritt vollzogen wird. Wenn die Umgebungstemperatur in einen gegebenen Temperaturbereich fällt, und das Äquivalenzverhältnis in einen gegebenen Äquivalenzverhältnisbereich fällt, kommt es zu einer zwei Schritte umfassenden Oxidationsreaktion.
Wenn die Umgebungstemperatur an eine optimale Temperatur (z. B. 370°C) innerhalb des gegebenen Temperaturbereichs angepasst wird, erreicht das Äquivalenzverhältnis, das die zwei Schritte umfassende Oxidationsreaktion ermöglicht, einen maximalen Wert (z. B. 1,0). Damit es daher frühzeitig zur Kaltflammenreaktion kommt, kann die Temperatur der Heizeinrichtung an die optimale Temperatur angepasst und das Äquivalenzverhältnis auf 1,0 eingestellt werden. Da jedoch die Kaltflammenreaktion nicht stattfindet, wenn das Äquivalenzverhältnis 1,0 überschreitet, ist es wünschenswert, wenn das Äquivalenzverhältnis an einen Wert angepasst wird, der nur um eine gegebene Differenz unter 1,0 liegt. In der in 2 und 3 dargestellten Simulation wird eine Ozonkonzentration in der Luft auf null eingestellt, und mit steigender Ozonkonzentration findet der Startzeitpunkt der Kaltflammenreaktion früher statt.
Der Microcomputer 81 der ECU 80 beinhaltet eine Speichereinheit zum Speichern von Programmen, und eine zentrale Verarbeitungseinheit, die eine arithmetische Verarbeitung gemäß den in der Speichereinheit gespeicherten Programmen ausführt. Die ECU 80 steuert den Betrieb der Brennkraftmaschine 10 basierend auf Detektionswerten von Sensoren. Die Sensoren können einen Fahrpedalsensor 91, einen Maschinendrehzahlsensor 92, einen Drosselklappenöffnungssensor 93, einen Ansaugluftdrucksensor 94, einen Ansaugmengensensor 95, einen Abgastemperatursensor 96 oder dergleichen beinhalten.
Der Fahrpedalsensor 91 detektiert einen Verstellweg eines Fahrpedals eines Fahrzeuges durch einen Fahrer. Der Maschinendrehzahlsensor 92 detektiert eine Drehzahl einer Ausgangswelle 10a der Brennkraftmaschine 10 (d. h. eine Maschinendrehzahl). Der Drosselklappenöffnungssensor 93 detektiert einen Öffnungsbetrag des Drosselklappenventils 13. Der Ansaugluftdrucksensor 94 detektiert einen Druck der Saugleitung 10in an einer Position stromabwärts des Drosselklappenventils 13. Der Ansaugmengensensor 95 detektiert eine Massenflussrate einer Ansaugluft.
Die ECU 80 steuert im Allgemeinen eine Menge und einen Einspritzsteuerzeitpunkt des Kraftstoffs für eine Verbrennung, der aus einem Kraftstoffeinspritzventil (nicht gezeigt) gemäß einer Drehzahl der Ausgangswelle 10a und einer Maschinenlast bzw. Motorlast der Brennkraftmaschine 10 eingespritzt wird. Zudem steuert die ECU 80 den Betrieb der Reformiervorrichtung A1 basierend auf einer Abgastemperatur, die durch den Abgastemperatursensor 96 detektiert wird. In anderen Worten schaltet der Microcomputer 81 in einer vorbestimmten Zeitspanne um zwischen der Erzeugung des reformierten Kraftstoffs und der Erzeugung von Ozon durch wiederholtes Ausführen eines Vorgangs (d. h. eines Programms), wie in 4 gezeigt ist. Der Vorgang startet, wenn ein Zündschalter eingeschaltet wird, und wird konstant ausgeführt, während die Brennkraftmaschine 10 in Betrieb ist.
Bei Schritt 10 von 4 bestimmt der Microcomputer 81, ob die Brennkraftmaschine 10 in Betrieb ist. Wenn die Brennkraftmaschine 10 nicht in Betrieb ist, wird der Betrieb der Reduktionsmittel-Zuführvorrichtung (Reformiervorrichtung) bei Schritt 15 gestoppt. Insbesondere dann, wenn dem Entladereaktor 20, der Luftpumpe 20p, dem Kraftstoffinjektor 40 und der Heizeinrichtung 50 elektrische Leistung zugeführt wird, wird die Zufuhr von elektrischer Leistung gestoppt. Wohingegen wenn die Brennkraftmaschine 10 in Betrieb ist, die Reduktionsmittel-Zuführvorrichtung gemäß einer Temperatur des Reduktionskatalysators (NOx-Katalysatortemperatur) im Inneren der NOx-Reinigungsvorrichtung 15 betrieben wird.
Insbesondere wird bei Schritt 11 die Luftpumpe 20p mit einer vorbestimmten Leistungsmenge betrieben. Anschließend wird bei Schritt 12 bestimmt, ob die NOx-Katalysatortemperatur niedriger als eine Aktivierungstemperatur T1 des Reduktionskatalysators ist (z. B. 250°C). Die NOx-Katalysatortemperatur wird unter Verwendung einer Abgastemperatur geschätzt, die durch den Abgastemperatursensor 96 detektiert wird. Es wird darauf hingewiesen, dass die Aktivierungstemperatur des Reduktionskatalysators eine Temperatur ist, bei der der reformierte Kraftstoff NOx durch den Reduktionsvorgang reinigen kann.
Wenn bestimmt wird, dass die NOx-Katalysatortemperatur niedriger ist als die Aktivierungstemperatur T1, wird ein Subroutinenprozess für eine Ozonerzeugungssteuerung ausgeführt (Schritt 13). Anfänglich wird den Elektroden 21 des Entladereaktors 20 eine vorbestimmte Leistungsmenge zugeführt, um eine elektrische Entladung zu starten. Anschließend wird die Zufuhr elektrischer Leistung zur Heizeinrichtung 50 gestoppt, und die elektrische Zuführung zum Kraftstoffinjektor 40 wird gestoppt.
Gemäß der Ozonerzeugungssteuerung erzeugt der Entladereaktor 20 Ozon, und das erzeugte Ozon wird der Abgasleitung 10ex durch die Reaktionskammer 30a und die Zufuhrleitung 32 zugeführt. Wenn in diesem Fall die Leistungszufuhr zur Heizeinrichtung 50 durchgeführt wird, würde das Ozon durch die Heizeinrichtung 50 erwärmt werden und kollabieren. Wenn außerdem Kraftstoff zugeführt würde, würde das Ozon im Inneren des Entladereaktors 20 mit dem zugeführten Kraftstoff reagieren. In Anbetracht dessen werden in der vorstehend erwähnten Ozonerzeugungssteuerung die Erwärmung durch die Heizeinrichtung 50 und die Kraftstoffzufuhr gestoppt. Da aus diesem Grund die Reaktion des Ozons mit dem Kraftstoff und der Erwärmungskollaps verhindert werden können, wird das erzeugte Ozon unter den gegebenen Umständen der Abgasleitung 10ex zugeführt.
Wenn bestimmt wird, dass die NOx-Katalysatortemperatur größer oder gleich der Aktivierungstemperatur T1 in 4 ist, wird ein Subroutinenprozess der Steuerung der Erzeugung des reformierten Kraftstoffs, die in 14 gezeigt ist, bei Schritt 14 ausgeführt.
Ein Abriss des Vorgangs in 5 wird gemäß den gestrichelten Linien in der Figur beschrieben. In Schritt 30 wird der Betrieb der Heizeinrichtung 50 so gesteuert, dass eine Temperatur im Inneren des Reaktionsbehälters 30 auf innerhalb eines gegebenen Temperaturbereichs angepasst wird. Dann wird in Schritt 40 der Betrieb des Kraftstoffinjektors 40 so gesteuert, dass der Kraftstoff entsprechend einer Menge des Reduktionsmittels, die bei der NOx-Reinigungsvorrichtung 15 benötigt wird, eingespritzt wird. Anschließend wird in Schritt 50 der Betrieb der Luftpumpe 20p so gesteuert, dass das Äquivalenzverhältnis, bei dem es sich um das Verhältnis des Kraftstoffs, der dem Reaktionsbehälter 30 zugeführt werden soll, zur Luft handelt, an einen Wert innerhalb eines gegebenen Äquivalenzverhältnisbereichs angepasst wird. Der Temperaturbereich und der Äquivalenzverhältnisbereich sind die Bereiche in den vorstehend erwähnten Bereichen der zwei Schritte umfassenden Oxidationsreaktion. Folglich findet Kaltflammenreaktion statt, und dementsprechend wird der reformierte Kraftstoff erzeugt.
Ferner wird in Schritt 60 die Leistungszufuhr zum Entladereaktor 20 entsprechend einer Konzentration von Kraftstoff innerhalb des Reaktionsbehälters 30 gesteuert. Dementsprechend wird Ozon erzeugt, und das erzeugte Ozon wird dem Reaktionsbehälter 30 zugeführt. Somit wird der Startsteuerzeitpunkt der Kaltflammenreaktion vorverlegt, und die Kaltflammenreaktionszeit wird gekürzt. Selbst wenn die Abmessungen des Reaktionsbehälters 30 kleiner wären, so dass eine Verweilzeit des Kraftstoffs in der Reaktionskammer 30 kürzer wäre, kann somit die Kaltflammenreaktion innerhalb der Verweilzeit vollzogen werden, wodurch die Abmessungen des Reaktionsbehälters 30 verkleinert werden können.
Der Microcomputer 81, der Schritt 30 ausführt, kann einen „Temperatur-Controller (Controller)” bereitstellen. Der Microcomputer 81, der Schritt 40 ausführt, kann einen „Kraftstoffeinspritzmengen-Controller (Controller)” bereitstellen. Der Microcomputer 81, der den Schritt 50 ausführt, kann einen „Äquivalenzverhältnis-Controller (Controller)” bereitstellen. Der Microcomputer 81, der Schritt 60 ausführt, kann einen „Entladeleistungs-Controller (Controller)” bereitstellen.
Im Folgenden wird auf die Einzelheiten der Schritte S30, S40, S50 und S60 unter Bezugnahme auf 5 eingegangen.
Zunächst erfolgt eine Beschreibung des Vorgangs von Schritt 30 durch den Temperatur-Controller. In Schritt 31 wird eine Temperatur in der Reduktionsmittel-Zuführvorrichtung, d. h. eine Temperatur innerhalb des Reaktionsbehälters 30, erfasst. Insbesondere wird eine Detektionstemperatur Tact, die durch den Temperatursensor 31 detektiert wird, erfasst. Im anschließenden Schritt 32 wird ein Betrag einer Erwärmung durch die Heizeinrichtung 50 so angepasst, dass die Detektionstemperatur Tact mit einer Soll-Temperatur Ttrg basierend auf einer Differenz ΔT zwischen der Soll-Temperatur Ttrg, die vorbestimmt wird, und der Detektionstemperatur Tact übereinstimmt.
Insbesondere wird ein Leistungszufuhr-Tastverhältnis in Bezug auf die Heizeinrichtung 50 entsprechend der Differenz ΔT angepasst. Die Soll-Temperatur Ttrg, die in Schritt 32 herangezogen wird, wird auf eine Umgebungstemperatur (z. B. 370°C) eingestellt, bei der das Äquivalenzverhältnis in dem vorstehenden Bereich einer zwei Schritte umfassenden Oxidationsreaktion einem maximalen Wert entspricht. Da eine Temperatur der Reaktionskammer 30a während der Kaltflammenreaktion ansteigt, wird eine Temperatur der Heizeinrichtung 50 an sich so gesteuert, dass sie einem Wert entspricht, der um einen Temperaturanstiegsbetrag während der Kaltflammenreaktion niedriger ist als die Soll-Temperatur Ttrg.
Anschließend erfolgt eine Beschreibung des Vorgangs von Schritt 40 durch den Kraftstoffeinspritzmengen-Controller. In Schritt 41 wird ein Wert, der zum Reduzieren des gesamten in die NOx-Reinigungsvorrichtung 15 strömenden NOx notwendig ist, zum Zuführen des Kraftstoffs in die NOx-Reinigungsvorrichtung 15 ohne Überschuss oder Defizit bzw. in der genau der richtigen Menge als eine Soll-Kraftstoffströmungsrate Ftrg eingestellt. Die Soll-Kraftstoffströmungsrate Ftrg ist die Masse des Kraftstoffs, der der NOx-Reinigungsvorrichtung 15 pro Zeiteinheit zugeführt werden soll.
Insbesondere die Soll-Kraftstoffströmungsrate Ftrg wird basierend auf einer NOx-Einströmrate, auf die nachstehend in der Beschreibung eingegangen wird, und der NOx-Katalysatortemperatur eingestellt. Die NOx-Einströmrate ist die Masse von NOx, das in die NOx-Reinigungsvorrichtung 15 pro Zeiteinheit strömt. Die NOx-Einströmrate kann z. B. basierend auf einem Betriebszustand der Brennkraftmaschine 10 geschätzt werden. Die NOx-Katalysatortemperatur ist eine Temperatur des Reduktionskatalysators im Inneren der NOx-Reinigungsvorrichtung 15. Zum Beispiel kann die NOx-Katalysatortemperatur basierend auf einer Temperatur geschätzt werden, die durch den Abgastemperatursensor 96 detektiert wird.
Die Soll-Kraftstoffströmungsrate Ftrg nimmt zu, wenn die NOx-Einströmrate zunimmt. Da sich eine reduzierte Menge (Reduktionsleistung) von NOx im Beisein des Reduktionskatalysators zudem entsprechend der NOx-Katalysatortemperatur ändert, wird die Soll-Kraftstoffströmungsrate Ftrg entsprechend einer Differenz in der Reduktionsleistung bei der NOx-Katalysatortemperatur eingestellt. Zum Beispiel werden ein Kennfeld, das einen optimalen Wert der Soll-Kraftstoffströmungsrate Ftrg in Bezug auf die NOx-Einströmrate darstellt, und die NOx-Katalysatortemperatur im Microcomputer 81 im Voraus gespeichert. Die Soll-Kraftstoffströmungsrate Ftrg wird unter Bezugnahme auf das Kennfeld basierend auf der NOx-Einströmrate und der NOx-Katalysatortemperatur eingestellt.
Im anschließenden Schritt 42 wird der Betrieb des Kraftstoffinjektors 40 so gesteuert, dass der Kraftstoff basierend auf der Soll-Kraftstoffströmungsrate Ftrg, die in Schritt 41 eingestellt worden ist, eingespritzt wird. Insbesondere verlängert sich eine Öffnungszeitdauer des Kraftstoffinjektors 40, wenn die Soll-Kraftstoffströmungsrate Frtg erhöht wird, wodurch eine eingespritzte Kraftstoffmenge während eines Ventilöffnungsbetriebs zunimmt. Die Soll-Kraftstoffströmungsrate Ftrg kann einer „Soll-Einspritzmenge” entsprechen.
Anschließend erfolgt eine Beschreibung des Vorgangs von Schritt 50 durch den Äquivalenzverhältnis-Controller. In Schritt 51 wird ein Soll-Äquivalenzverhältnis ϕtrg berechnet, das die Kaltflammenreaktion entsprechend der Erfassungstemperatur Tact ermöglicht. Insbesondere ein maximaler Wert ϕmax des Äquivalenzverhältnisses, der der Umgebungstemperatur entspricht, und der der maximale Wert des Äquivalenzverhältnisses in dem Bereich einer zwei Schritte umfassenden Oxidationsreaktion ist, wird im Voraus als das Soll-Äquivalenzverhältnis ϕtrg im Microcomputer 81 gespeichert. Zum Beispiel wird ein Kennfeld eines Werts des Soll-Äquivalenzverhältnisses ϕtrg entsprechend der Umgebungstemperatur erstellt, und das Kennfeld wird im Voraus gespeichert. Dann wird das Soll-Äquivalenzverhältnis ϕtrg entsprechend der Erfassungstemperatur Tact unter Bezugnahme auf das Kennfeld berechnet.
Im anschließenden Schritt 52 wird die Soll-Luftströmungsrate Atrg basierend auf dem Soll-Äquivalenzverhältnis ϕtrg, das bei Schritt 51 eingestellt worden ist, und die Soll-Kraftstoffströmungsrate Ftrg, die bei Schritt 42 eingestellt worden ist, berechnet. Insbesondere wird die Soll-Luftströmungsrate Atrg so berechnet, dass die Gleichung ϕtrg = Ftrg/Atrg erfüllt ist. Im anschließenden Schritt 53 wird der Betrieb der Luftpumpe 20p basierend auf der Soll-Luftströmungsrate Atrg gesteuert, die bei Schritt 52 berechnet worden ist. Insbesondere nimmt das Erregungstastverhältnis bezogen auf die Luftpumpe 20p zu, wenn die Soll-Luftströmungsrate Atrg zunimmt.
Alsdann erfolgt eine Beschreibung des Vorgangs von Schritt 60 durch den Entladeleistungs-Controller. Anfänglich wird eine Soll-Ozonströmungsrate Otrg bei Schritt S61 basierend auf der Soll-Kraftstoffströmungsrate Ftrg berechnet, die bei Schritt 41 eingestellt worden ist. Insbesondere die Soll-Ozonströmungsrate Otrg wird so berechnet, dass ein Verhältnis einer Ozonkonzentration zu einer Kraftstoffkonzentration im Inneren der Reaktionskammer 30a einem gegebenen Wert entspricht (z. B. 0,2). Das Verhältnis wird z. B. so eingestellt, dass die Kaltflammenreaktion innerhalb einer gegebenen Zeitspanne beendet werden kann (z. B. 0,02 s).
Im anschließenden Schritt 62 wird eine Soll-Erregungsmenge Ptrg bezogen auf den Entladereaktor 20 basierend auf der Soll-Luftströmungsrate Atrg, die bei Schritt 52 berechnet worden ist, und der Soll-Ozonströmungsrate Otrg berechnet, die bei Schritt S61 berechnet worden ist. Das heißt, dass eine Erregungsleistung für den Entladereaktor 20 entsprechend der Soll-Erregungsmenge Ptrg gesteuert wird, so dass eine Ozonerzeugungsmenge an eine Soll-Erzeugungsmenge angepasst werden kann.
Da insbesondere die Verweildauer der Luft in den Abführleitungen 21a abnimmt, wenn die Soll-Luftströmungsrate Atrg ansteigt, wird die Soll-Erregungsmenge Ptrg so gesteuert, dass sie zunimmt. Zudem nimmt die Soll-Erregungsmenge Ptrg zu, wenn die Soll-Ozonströmungsrate Otrg ansteigt. Im anschließenden Schritt 63 wird die Erregungsmenge bezogen auf den Entladereaktor 20 basierend auf der Soll-Erregungsmenge Ptrg gesteuert, die bei Schritt 62 berechnet worden ist. Insbesondere nimmt das Erregungstastverhältnis bezogen auf den Entladereaktor 20 zu, wenn die Soll-Erregungsmenge Ptrg zunimmt.
Entsprechend dem vorstehend in 5 beschriebenen Vorgang steuert der Microcomputer 81 den Betrieb der Reformiervorrichtung A1 unter Verwendung der Soll-Temperatur Ttrg, der Soll-Kraftstoffströmungsrate Ftrg, der Soll-Luftströmungsrate Atrg und der Soll-Erregungsmenge Ptrg als vier Steuerparameter. Jedoch wirkt sich ein Unterschied in der Beschaffenheit des Kraftstoffs, der dem Kraftstoffinjektor 40 aus dem Kraftstofftank 40t zugeführt wird, erheblich auf die Reduktionsleistung des reformierten Kraftstoffs aus. Aus diesem Grund verändert sich auch ein optimaler Wert der Steuerparameter entsprechend der Kraftstoffbeschaffenheit. Unter diesen Umständen wird in der vorliegenden Ausführungsform die Kraftstoffbeschaffenheit beurteilt, und die Steuerparameter zum Steuern der Reformiervorrichtung A1 können entsprechend den Ergebnissen der Beurteilung der Kraftstoffbeschaffenheit verändert werden.
Die Abszissenachse in 6 und 7 stellt die Art des reformierten Kraftstoffs dar, der durch die Kaltflammenreaktion erzeugt wird, und die Anzahl der Kohlenstoffatome, die in dem reformierten Kraftstoff enthalten sind, nimmt in der nach rechts verlaufenden Richtung in den Figuren zu. Die Ordinatenachse in 6 und 7 stellt einen Molenbruch dar, mit dem die jeweiligen reformierten Kraftstoffe erzeugt werden. Wie in der Figur dargestellt ist, erreicht die Anzahl der Kohlenstoffatome, die in dem reformierten Kraftstoff enthalten sind, der durch die Kaltflammenreaktion erzeugt wird, einen hohen Wert, wenn der Kraftstoff, der so beschaffen ist, dass er eine große Anzahl von Kohlenstoffatomen aufweist, der Reaktionskammer 30a zugeführt wird (siehe gestrichelte Linien in 7). Der reformierte Kraftstoff mit der größeren Anzahl von Kohlenstoffatomen weist im Beisein des NOx-Katalysators eine niedrige Reduktionsleistung auf.
Wie außerdem in 8 dargestellt ist, nimmt der Molenbruch des reformierten Kraftstoffs ab, wenn die Anzahl der Kohlenstoffatome in dem Kraftstoff zunimmt, wodurch die Molzahl in dem Reduktionsmittel abnimmt. Aus diesem Grund steuert der Microcomputer 81 die Reformiervorrichtung A1 entsprechend dem in 9 gezeigten Vorgang, so dass der Steuerparameter so verändert wird, dass eine Reinigungsrate ansteigt, wenn die Anzahl der Kohlenstoffatome in der Kraftstoffbeschaffenheit zunimmt.
Das heißt, dass in Schritt 70 von 9 eine physikalische Größe, die eine Korrelation zur Kraftstoffbeschaffenheit aufweist, als der Beschaffenheitsindex erhalten wird. In der vorliegenden Ausführungsform wird die NOx-Reinigungsrate durch die NOx-Reinigungsvorrichtung 15 als ein Beschaffenheitsindex erhalten. Die NOx-Reinigungsrate ist eine Rate der NOx-Menge, die durch die NOx-Reinigungsvorrichtung 15 auf die NOx-Menge reduziert wird, die in die NOx-Reinigungsvorrichtung 15 strömt. Die Korrelation ist derart beschaffen, dass die NOx-Reinigungsrate gesenkt wird, wenn die Kraftstoffbeschaffenheit für die Reduktion ungeeignet ist.
Um genauer zu sein, ist ein NOx-Sensor 97 in der Abgasleitung 10ex stromabwärts von der NOx-Reinigungsvorrichtung 15 angeordnet, und der NOx-Sensor 97 erfasst eine NOx-Ausströmmenge, die durch die NOx-Reinigungsvorrichtung 15 nicht reduziert worden ist. Ferner wird eine NOx-Einströmmenge, die aus der Brennkraftmaschine 10 ausgestoßen worden ist, und die in die NOx-Reinigungsvorrichtung 15 strömt, basierend auf dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine 10 geschätzt. Dann wird eine Rate der NOx-Ausströmmenge bezogen auf die NOx-Einströmmenge als die NOx-Reinigungsrate berechnet.
Im anschließenden Schritt 71 wird bestimmt, ob der Beschaffenheitsindex (NOx-Reinigungsrate), der bei Schritt 70 erhalten worden ist, in einen normalen Bereich fällt. Wenn z. B. die NOx-Reinigungsrate einen voreingestellten unteren Grenzwert unterschreitet, wird von einem Vorliegen einer Anomalität in der NOx-Reinigungsvorrichtung 15 oder der Reformiervorrichtung A1 ausgegangen. In Schritt 75 wird dann ein Anomalitäts-Flag auf EIN gesetzt, und der Umstand, dass eine Anomalität vorliegt, wird dem Benutzer mitgeteilt.
Wenn hingegen der Beschaffenheitsindex, der in Schritt 70 erhalten worden ist, in den normalen Bereich fällt, wird der Steuerparameter der Reformiervorrichtung A1 entsprechend einem Beschaffenheitsindex im anschließenden Schritt 72 verändert. Wie z. B. in 10 dargestellt ist, ist die Kraftstoffbeschaffenheit für die Reduktion nicht mehr geeignet, wenn die NOx-Reinigungsrate niedrig ist, und auch die Reduktionsleistung niedrig ist. Wenn somit die NOx-Reinigungsrate niedrig ist, wird der Steuerparameter so verändert, dass die Reinigungsrate ansteigt. In der vorliegenden Ausführungsform wird die Soll-Kraftstoffströmungsrate Ftrg als der Steuerparameter verändert.
Das heißt, wie in 11 gezeigt ist, dass die Soll-Kraftstoffströmungsrate Ftrg so korrigiert wird, dass eine Menge des Reduktionsmittels zunimmt, wenn die Kraftstoffbeschaffenheit für die Reduktion nicht mehr geeignet ist. Insbesondere ein Kennfeld von einer Korrekturmenge der Soll-Kraftstoffströmungsrate Ftrg (Reduktionsmittelmenge), die der NOx-Reinigungsrate entspricht, wird erstellt, wie in 12 gezeigt ist, und das Kennfeld wird im Voraus gespeichert. Dann wird die Korrekturmenge der Soll-Kraftstoffströmungsrate Ftrg, die der NOx-Reinigungsrate (Beschaffenheitsindex) entspricht, die bei Schritt 70 erhalten worden ist, unter Hinzuziehung des Kennfelds berechnet, das in 12 dargestellt ist, und die Soll-Kraftstoffströmungsrate Ftrg wird mit der Korrekturmenge berechnet. Bei der vorstehenden Verarbeitung wird die Soll-Kraftstoffströmungsrate Ftrg, die in Schritt 41 von 5 eingestellt worden ist, korrigiert, und der Betrieb des Kraftstoffinjektors 40 wird basierend auf der korrigierten Soll-Kraftstoffströmungsrate Ftrg bei Schritt 42 von 5 gesteuert.
In Schritt 73 von 9 wird der Steuerparameter, der bei Schritt 72 korrigiert worden ist, erlernt. Insbesondere wird das Kennfeld, das zum Berechnen der Soll-Kraftstoffströmungsrate Ftrg bei Schritt 41 herangezogen wird, umgeschrieben und aktualisiert. Das heißt, dass ein optimaler Wert der Soll-Kraftstoffströmungsrate Ftrg in Bezug auf die NOx-Einströmrate und die NOx-Katalysatortemperatur umgeschrieben wird auf die Soll-Kraftstoffströmungsrate Ftrg, die bei Schritt 72 korrigiert worden ist. Wenn die Brennkraftmaschine 10 das nächste Mal in Betrieb geht, wird dieses Mal die Kraftstoffbeschaffenheit höchstwahrscheinlich damit identisch sein. Demzufolge wird somit die Soll-Kraftstoffströmungsrate Ftrg erlernt, so dass eine Kraftstoffeinspritzmenge rasch in die Kraftstoffeinspritzmenge verändert werden kann, die der Kraftstoffbeschaffenheit in einem nächsten Betrieb entspricht.
Wenn bei Schritt 74 bestimmt wird, dass die NOx-Reinigungsrate (Beschaffenheitsindex) für eine gegebene Zeitspanne oder länger nicht verbessert wird, auch wenn der Steuerparameter bei Schritt 72 korrigiert worden ist, wird der Vorgang bei dem vorstehend erwähnten Schritt 75 fortgesetzt, und das Anomalitäts-Flag wird auf EIN gesetzt.
Der Microcomputer 81, der Schritt 70 ausführt, kann einen „Erfassungsabschnitt” bereitstellen, der den Beschaffenheitsindex erfasst. Der Microcomputer 81, der den Schritt 72 ausführt, kann den „Beschaffenheitsindex-Controller (Controller)” bereitstellen, der den Betrieb der Reformiervorrichtung A1 entsprechend dem Beschaffenheitsindex steuert. Der Microcomputer 81, der den Schritt 71 ausführt, kann einen „Anomalitätsbestimmer” bereitstellen, der eine Anomalität in der Reformiervorrichtung A1 oder der NOx-Reinigungsvorrichtung 15 bestimmt, wenn der Beschaffenheitsindex einen Wert außerhalb eines vorbestimmten normalen Bereichs aufweist.
Wie vorstehend beschrieben, erfasst die Reduktionsmittel-Zuführvorrichtung gemäß der vorstehenden Ausführungsform die NOx-Reinigungsrate als den Beschaffenheitsindex und verändert die Steuerung für die Reformiervorrichtung A1, d. h. eine Kraftstoffeinspritzmenge aus dem Kraftstoffinjektor 40 wird entsprechend der erhaltenen NOx-Reinigungsrate geändert.
Insbesondere wenn der Kraftstoff, der den niedrigen Beschaffenheitsindex aufweist und für die Reduktion nicht geeignet ist, zugeführt wird, wird die Soll-Kraftstoffströmungsrate Ftrg (Steuerparameter) so korrigiert, dass sie ansteigt. Aus diesem Grund nimmt eine Reduktionsmittelmenge, die der Abgasleitung 10ex zugeführt wird, zu, wodurch eine Abnahme der NOx-Reinigungsrate aufgrund der Kraftstoffbeschaffenheit verhindert werden kann. Wenn hingegen der Beschaffenheitsindex hoch ist, wird die Soll-Kraftstoffströmungsrate Ftrg so korrigiert, dass sie abnimmt. Somit wird eine übermäßige Zufuhr einer Reduktionsmittelmenge in die Abgasleitung 10ex verhindert. Dementsprechend kann eine übermäßige oder unzureichende Zufuhr des Reduktionsmittels aufgrund eines Unterschieds in der Kraftstoffbeschaffenheit verhindert werden.
In der vorliegenden Ausführungsform wird weiterhin die Soll-Kraftstoffströmungsrate Ftrg in den mehreren Steuerparametern für die Reformiervorrichtung A1 entsprechend dem Beschaffenheitsindex verändert. Da aus diesem Grund die Zuführmenge des Reduktionsmittels entsprechend dem Unterschied in der Kraftstoffbeschaffenheit gesteuert wird, kann die Bereitstellung der Zuführmenge des Reduktionsmittels, die der Kraftstoffbeschaffenheit entspricht, mit hoher Genauigkeit realisiert werden.
In der vorliegenden Ausführungsform wird zudem die NOx-Reinigungsrate als der Beschaffenheitsindex erfasst, und, unter der Annahme, dass die Reduktionsleistung des erzeugten reformierten Kraftstoffs abnimmt, wenn die NOx-Reinigungsrate abnimmt, wird der Betrieb der Reformiervorrichtung A1 so gesteuert, dass die NOx-Reinigungsrate durch die NOx-Reinigungsvorrichtung 15 zunimmt. Da die Korrelation zwischen der NOx-Reinigungsrate und der Kraftstoffbeschaffenheit hoch ist, kann die Differenz in der Kraftstoffbeschaffenheit in Bezug auf die Steuerung der Reformiervorrichtung A1 mit hoher Genauigkeit und einem hohen Ansprechvermögen wiedergegeben werden.
Wenn zudem in der vorliegenden Ausführungsform die NOx-Reinigungsrate als der Beschaffenheitsindex einen Wert außerhalb des normalen Bereichs bei Schritt 71 von 9 aufweist, wird bestimmt, dass die Anomalität in der Reformiervorrichtung A1 vorliegt. Wenn der Beschaffenheitsindex außerhalb des normalen Bereichs liegt, ist die Wahrscheinlichkeit, dass die Reformiervorrichtung A1 anomal arbeitet, höher als die Wahrscheinlichkeit, dass die Kraftstoffbeschaffenheit grob ist. Aus diesem Grund kann gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Anomalität der Reformiervorrichtung A1 detektiert werden.
Zudem beinhaltet in der vorliegenden Ausführungsform die Reformiervorrichtung A1 den Reaktionsbehälter 30, in dem der Kraftstoff mit dem Sauerstoff in der Luft oxidiert wird. Eine Temperatur innerhalb des Reaktionsbehälters 30 und das Äquivalenzverhältnis werden so angepasst, dass es zur Entstehung der Kaltflammenreaktion kommt, und der Kraftstoff (der reformierte Kraftstoff), der durch die Kaltflammenreaktion teilweise oxidiert wird, wird der Abgasleitung 10ex als das NOx-Reduktionsmittel zugeführt. Aus diesem Grund kann die NOx-Reinigungsrate gegenüber einem Fall verbessert werden, in dem der Kraftstoff, der nicht teilweise oxidiert wird, als das Reduktionsmittel verwendet wird.
Zudem wird in der vorliegenden Ausführungsform der Entladereaktor 20 bereitgestellt, und das durch den Entladereaktor 20 erzeugte Ozon wird dem Reaktionsbehälter 30 zugeführt, wenn es zur Kaltflammenreaktion kommt. Aus diesem Grund kann der Startsteuerzeitpunkt der Kaltflammenreaktion vorverlegt werden, und die Kaltflammenreaktionszeit kann reduziert werden. Selbst wenn somit die Abmessungen des Reaktionsbehälters 30 verringert würden, so dass eine Verweilzeit des Kraftstoffs innerhalb des Reaktionsbehälters 30 reduziert würde, könnte die Kaltflammenreaktion innerhalb der Verweilzeit ausgeführt werden. Demzufolge ist eine Verringerung der Abmessungen des Reaktionsbehälters 30 möglich.
Zudem wird in der vorliegenden Ausführungsform die für die elektrische Entladung verwendete elektrische Leistung entsprechend der Konzentration von Kraftstoff in der Reaktionskammer 30a durch den Vorgang von Schritt 60 in 5 gesteuert. Die Soll-Ozonströmungsrate Otrg wird z. B. so berechnet, dass ein Verhältnis der Ozonkonzentration zur Kraftstoffkonzentration einem gegebenen Wert entspricht (z. B. 0,2), und sodann wird eine Entladeleistung gesteuert. Aus diesem Grund wird eine übermäßige oder unzureichende Ozonkonzentration in Bezug auf die Kraftstoffkonzentration verhindert, so dass der Start der Kaltflammenreaktion durch Zuführen von Ozon vorverlegt werden kann und der Elektrizitätsverbrauch am Entladereaktor 20 verringert werden kann.
Wenn in der vorliegenden Ausführungsform zudem eine Temperatur des Reduktionskatalysators niedriger ist als die Aktivierungstemperatur T1, wird Ozon, das durch den Entladereaktor 20 erzeugt wird, der Reaktionskammer 30a zugeführt, während die Kraftstoffeinspritzung durch den Kraftstoffinjektor 40 gestoppt wird, wodurch das Ozon der Abgasleitung 10ex zugeführt wird. Dementsprechend kann verhindert werden, dass der reformierte Kraftstoff als das Reduktionsmittel zugeführt wird, wenn der Reduktionskatalysator in der NOx-Reinigungsvorrichtung 15 nicht aktiviert ist. Da das NO in dem Abgas durch Zuführen von Ozon zu NO₂ oxidiert wird und im Inneren des NOx-Reinigungskatalysators adsorbiert wird, kann eine NOx-Adsorptionsmenge innerhalb der NOx-Reinigungsvorrichtung 15 größer werden.
Weiter sind in der vorliegenden Ausführungsform die Heizeinrichtung 50, die den Kraftstoff erwärmt, und der Temperatursensor 31, der eine Temperatur (Umgebungstemperatur) innerhalb der Reaktionskammer 30a detektiert, angeordnet. Der Temperatur-Controller bei Schritt 30 von 5 steuert den Betrieb der Heizeinrichtung 50 gemäß einer Temperatur, die durch den Temperatursensor 31 detektiert wird, wodurch eine Temperatur innerhalb der Reaktionskammer 30a an einen gegebenen Temperaturbereich angepasst wird. Dementsprechend wird eine Temperatur im Inneren der Reaktionskammer 30a durch den Temperatursensor 31 direkt detektiert. Zudem wird der Kraftstoff in der Reaktionskammer 30a durch die Heizeinrichtung 50 direkt erwärmt. Aus diesem Grund kann die Anpassung einer Temperatur im Inneren der Reaktionskammer 30a an einen gegebenen Temperaturbereich mit hoher Genauigkeit realisiert werden.
Es wird darauf hingewiesen, dass der Äquivalenzverhältnisbereich, in dem die Kaltflammenreaktion stattfindet, abhängig von einer Temperatur im Inneren der Reaktionskammer 30a variieren kann. In der vorstehenden Ausführungsform wird unter Berücksichtigung des vorgenannten Umstands das Soll-Äquivalenzverhältnis ϕtrg entsprechend der Detektionstemperatur Tact durch den Äquivalenzverhältnis-Controller in Schritt 50 von 5 verändert. Selbst wenn die Detektionstemperatur Tact von der Soll-Temperatur Ttrg verschoben wird, da das Äquivalenzverhältnis entsprechend einer Ist-Temperatur in der Reaktionskammer 30a angepasst wird, kann daher die Kaltflammenreaktion zuverlässig stattfinden.
Zudem wird in der vorliegenden Ausführungsform die Soll-Kraftstoffströmungsrate Ftrg bei Schritt 40 von 5 basierend auf einer Strömungsrate des Reduktionsmittels eingestellt (Kraftstoffeinspritzmengen-Controller), das durch die NOx-Reinigungsvorrichtung 15 benötigt wird. Die Soll-Luftströmungsrate Atrg wird basierend auf der Soll-Kraftstoffströmungsrate Ftrg eingestellt, so dass das Äquivalenzverhältnis in einen gegebenen Äquivalenzverhältnisbereich bei Schritt 50 fällt (Äquivalenzverhältnis-Controller). Aus diesem Grund kann das Äquivalenzverhältnis an den gegebenen Äquivalenzverhältnisbereich angepasst werden, während der Strömungsrate des durch die NOx-Reinigungsvorrichtung 15 benötigten Reduktionsmittels entsprochen wird.
(Zweite Ausführungsform)
In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform wird die Soll-Kraftstoffströmungsrate Ftrg (Steuerparameter) entsprechend der Kraftstoffbeschaffenheit so korrigiert, dass sich die Reduktionsmittelmenge, die der Abgasleitung 10ex zugeführt werden soll, entsprechend der Kraftstoffbeschaffenheit verändert. Im Gegensatz dazu wird in der zweiten Ausführungsform die Soll-Temperatur Ttrg (Steuer-Parameter) der Heizeinrichtung 50 entsprechend der Kraftstoffbeschaffenheit so korrigiert, dass eine Temperatur im Inneren der Reaktionskammer 30a sich entsprechend der Kraftstoffbeschaffenheit ändert.
Das heißt, dass, wie in 13 gezeigt ist, die Soll-Temperatur Ttrg korrigiert wird, so dass die Heizeinrichtungstemperatur ansteigt, wenn die Kraftstoffbeschaffenheit für die Reduktion nicht mehr geeignet ist. Aus diesem Grund steigt eine Temperatur im Inneren der Reaktionskammer 30a an, und der Startsteuerzeitpunkt der Kaltflammenreaktion wird vorverlegt, wie in 2 gezeigt ist. Da eine Kraftstoffmenge, die in die Abgasleitung 10ex strömt, ohne durch die Reaktionskammer 30a oxidiert worden zu sein, reduziert wird, kann dann eine Abnahme der NOx-Reinigungsrate aufgrund der Kraftstoffbeschaffenheit verhindert werden.
(Dritte Ausführungsform)
In der ersten und zweiten Ausführungsform werdne die Soll-Kraftstoffströmungsrate Ftrg oder die Soll-Temperatur Ttrg entsprechend der Kraftstoffbeschaffenheit korrigiert. Gemäß der dritten Ausführungsform wird hingegen die Soll-Erregungsmenge Ptrg (Steuerparameter) des Entladereaktors 20 entsprechend der Kraftstoffbeschaffenheit korrigiert, so dass die Zuführmenge des Ozons in die Reaktionskammer 30a entsprechend der Kraftstoffbeschaffenheit verändert wird.
Das heißt, wie in 14 gezeigt ist, dass die Soll-Temperatur Ttrg korrigiert wird, so dass die Zuführmenge des Ozons ansteigt, wenn die Kraftstoffbeschaffenheit für die Reduktion nicht mehr geeignet ist. Da aus diesem Grund die Reaktion in der Reaktionskammer 30a beschleunigt wird, kann eine Kraftstoffmenge, die in die Abgasleitung 10ex strömt, ohne in der Reaktionskammer 30a oxidiert zu werden, reduziert werden. Somit kann eine Verringerung der NOx-Reinigungsrate aufgrund der Kraftstoffbeschaffenheit verhindert werden.
(Vierte Ausführungsform)
In der ersten Ausführungsform wird die NOx-Reinigungsrate als der Beschaffenheitsindex erfasst. Der vierten Ausführungsform gemäß wird hingegen eine Wärmeerzeugungsmenge in den Brennkammern der Brennkraftmaschine 10 als der Beschaffenheitsindex erfasst. Insbesondere wird eine Wärmeerzeugungsmenge in einem Verbrennungszyklus basierend auf einem Druck innerhalb der Brennkammern, der durch einen Zylinderdrucksensor detektiert wird, und einer Variation eines detektierten Werts des Maschinendrehzahlsensors 92 geschätzt. Wie in 15 gezeigt ist, wird der Steuerparameter so geändert, dass die NOx-Reinigungsrate ansteigt, vorausgesetzt, die Kraftstoffbeschaffenheit ist für die Reduktion nicht mehr geeignet, wenn die geschätzte Wärmeerzeugungsmenge gering ist.
Selbst in der vorliegenden Ausführungsform kann dementsprechend eine Abnahme der NOx-Reinigungsrate aufgrund der Kraftstoffbeschaffenheit verhindert werden. Da eine Wärmeerzeugungsmenge als der Beschaffenheitsindex erfasst wird, kann der Beschaffenheitsindex zudem in der vorliegenden Ausführungsform auch dann erfasst werden, wenn eine Temperatur des Reduktionskatalysators niedriger ist als die Aktivierungstemperatur T1 und die NOx-Reinigungsvorrichtung 15 kein NOx reinigt.
In der vorliegenden Ausführungsform ist zudem der Temperatursensor 31, der eine Temperatur im Inneren der Reaktionskammer 30a detektiert, angeordnet, und der Betrieb der Reformiervorrichtung ändert sich unter der Voraussetzung, dass eine Wärmeerzeugungsmenge während einer Oxidationsreaktion (Reaktionswärmeerzeugungsmenge) abnimmt, wenn die Detektionstemperatur durch den Temperatursensor 31 abnimmt. Insbesondere wird der Steuerparameter so verändert, dass die NOx-Reinigungsrate ansteigt. Da eine Temperatur im Inneren der Reaktionskammer 30a direkt detektiert wird, kann gemäß der vorstehenden Konfiguration der Beschaffenheitsindex entsprechend einer Wärmerzeugungsmenge mit hoher Genauigkeit erfasst werden.
(Fünfte Ausführungsform)
In der ersten und vierten Ausführungsform wird die NOx-Reinigungsrate oder die Wärmeerzeugungsmenge als der Beschaffenheitsindex erfasst. Gemäß der fünften Ausführungsform wird hingegen eine Zündverzögerungszeit in den Brennkammern der Brennkraftmaschine 10 als der Beschaffenheitsindex erfasst. Insbesondere wird eine Zeitspanne (Zündverzögerungszeit) von der Kraftstoffeinspritzung in die Brennkammern bis zur Eigenzündung basierend auf einer Druckveränderung innerhalb der Brennkammern, die durch den Zylinderdrucksensor detektiert wird, berechnet. Wie in 16 gezeigt ist, wird der Steuerparameter so verändert, dass die NOx-Reinigungsrate ansteigt, vorausgesetzt, die Kraftstoffbeschaffenheit ist für die Reduktion nicht mehr geeignet, wenn die berechnete Zündverzögerungszeit ansteigt.
Dementsprechend kann selbst in der vorliegenden Ausführungsform eine Verringerung der NOx-Reinigungsrate aufgrund der Kraftstoffbeschaffenheit verhindert werden. Da die Zündverzögerungszeit als der Beschaffenheitsindex erfasst wird, kann auch in der vorliegenden Ausführungsform der Beschaffenheitsindex erfasst werden, selbst wenn eine Temperatur des Reduktionskatalysators niedriger ist als die Aktivierungstemperatur T1 und wenn die NOx-Reinigungsvorrichtung 15 kein NOx reinigt.
(Sechste Ausführungsform)
In der fünften Ausführungsform wird die Zündverzögerungszeit als der Beschaffenheitsindex erfasst. In der vorliegenden Ausführungsform wird hingegen eine Temperatur in der Reaktionskammer 30a (Reaktionskammertemperatur), d. h. die Detektionstemperatur durch den Temperatursensor 31, als der Beschaffenheitsindex erfasst. Die Reaktionskammertemperatur nimmt ab, wenn die Reaktionswärmeerzeugungsmenge abnimmt, während der Kraftstoff oxidiert wird. Wie in 17 gezeigt ist, wird der Steuerparameter den Umständen entsprechend so verändert, dass die NOx-Reinigungsrate ansteigt, vorausgesetzt, dass die Kraftstoffbeschaffenheit für die Reduktion nicht mehr geeignet ist, wenn die Reaktionskammertemperatur abnimmt. Wenn zudem die Reaktionskammertemperatur außerhalb des gegebenen normalen Bereichs liegt, wird bestimmt, dass die Reformiervorrichtung A1 anomal arbeitet. Wenn z. B. die Reaktionskammertemperatur über dem normalen Bereich liegt, wird von einem Missstand ausgegangen, bei dem der Kraftstoff aufgrund eines Defekts der Heizeinrichtung 50 übermäßig erwärmt worden ist oder der Kraftstoff aufgrund eines Defekts des Kraftstoffinjektors 40 im Übermaß eingespritzt worden ist.
Auch in der vorliegenden Ausführungsform kann dementsprechend eine Abnahme der NOx-Reinigungsrate aufgrund der Kraftstoffbeschaffenheit verhindert werden. Zudem wird in der vorliegenden Ausführungsform die Reaktionskammertemperatur als der Beschaffenheitsindex erfasst, und die Reaktionskammertemperatur weist eine hohe Korrelation mit der Kraftstoffbeschaffenheit auf. Somit kann der Beschaffenheitsindex mit hoher Genauigkeit erfasst werden.
(Siebte Ausführungsform)
In der ersten Ausführungsform, die in 1 dargestellt ist, wird dem Entladereaktor 20 Luft durch die Luftpumpe 20p zugeführt. Hingegen wird in einer Reduktionsmittel-Zuführvorrichtung gemäß der siebten Ausführungsform, wie sie in 18 gezeigt ist, ein Anteil einer Ansaugluft in die Brennkraftmaschine 10 dem Entladereaktor 20 zugeführt.
Insbesondere verbindet eine Zweigleitung 36h einen Abschnitt der Saugleitung 10 in stromabwärts des Kompressors 11c und stromaufwärts der Kühleinrichtung 12 und die Fluidleitung 22a des Entladereaktors 20. Zudem verbindet eine Zweigleitung 36c einen Abschnitt der Saugleitung 10in stromabwärts der Kühleinrichtung 12 und die Fluidleitung 22a. Eine Hochtemperatur-Ansaugluft wird ohne Kühlung durch die Kühleinrichtung 12 dem Entladereaktor 20 durch die Zweigleitung 36h zugeführt. Wohingegen eine niedrige Temperatur aufweisende Ansaugluft, nachdem sie durch die Kühleinrichtung 12 gekühlt worden ist, dem Entladereaktor 20 durch die Zweigleitung 36c zugeführt wird.
Ein Elektromagnetventil 36, das eine interne Leitung der jeweiligen Zweigleitungen 36h und 36c öffnet und schließt, ist an den Zweigleitungen 36h und 36c angebracht. Der Betrieb des Elektromagnetventils 36 wird durch den Microcomputer 81 gesteuert. Wenn das Elektromagnetventil 36 in Betrieb geht, um die Zweigleitung 36h zu öffnen und die Zweigleitung 36c zu schließen, strömt die hohe Temperatur aufweisende Ansaugluft in den Entladereaktor 20. Wenn das Elektromagnetventil 36 in Betrieb geht, um die Zweigleitung 36c zu öffnen und die Zweigleitung 36h zu schließen, strömt die niedrige Temperatur aufweisende Ansaugluft in den Entladereaktor 20.
Der Betrieb des Elektromagnetventils 36 ermöglicht ein Schalten zwischen einem Modus, in dem die hohe Temperatur aufweisende Ansaugluft ohne Kühlung durch die Kühleinrichtung 12 von einer Stelle stromauf der Kühleinrichtung 12 abzweigt, und einem Modus, in dem die niedrige Temperatur aufweisende Ansaugluft nach Kühlung durch die Kühleinrichtung 12 von einer Stelle stromabwärts der Kühleinrichtung 12 abzweigt. In diesem Fall wird der Modus zum Zuführen der niedrige Temperatur aufweisenden Ansaugluft während der Ozonerzeugungssteuerung ausgewählt, und es wird verhindert, dass das erzeugte Ozon durch die Wärme der Ansaugluft zerstört wird. Der Modus zum Zuführen der hohe Temperatur aufweisenden Ansaugluft wird zu einem anderen Zeitpunkt als der Ozonerzeugungssteuerung ausgewählt, und es wird verhindert, dass der Kraftstoff, der durch die Heizeinrichtung 50 erwärmt wird, durch die Ansaugluft innerhalb der Reaktionskammer 30a gekühlt wird. Zudem wird die Öffnung des Elektromagnetventils 36 gesteuert, wodurch eine Menge aus Teilen der Ansaugluft gesteuert wird, die durch den Lader 11 komprimiert wird und dem Entladereaktor 20 zugeführt werden soll.
Während einer Zeitspanne, in der das Elektromagnetventil 36 geöffnet ist, wird eine Ansaugluftmenge, die in die Brennkammern der Brennkraftmaschine 10 strömt, um eine Menge aus Teilen der Ansaugluft reduziert, die durch die Zweigleitungen 36h und 36c strömt. Aus diesem Grund korrigiert der Microcomputer 81 die Öffnung des Drosselklappenventils 13 oder eine Kompressionsmenge bzw. einen Kompressionsbetrag durch den Kompressor 11c, so dass eine Menge einer Ansaugluft, die in die Brennkammern strömt, um die Menge der Ansaugluft zunimmt, die durch die Zweigleitungen 36h und 36c während der Öffnungszeitspanne des Elektromagnetventils 36 strömt.
Wie vorstehend beschrieben, beinhaltet eine Reformiervorrichtung A2 gemäß der vorliegenden Ausführungsform das Elektromagnetventil 36, und das Elektromagnetventil 36 wird geöffnet, um einen Anteil der Ansaugluft, die durch den Lader 11 komprimiert worden ist, dem Entladereaktor 20 zuzuführen. Somit kann sauerstoffhaltige Luft dem Entladereaktor 20 ohne die Luftpumpe 20p zugeführt werden, wie in 1 dargestellt ist.
(Achte Ausführungsform)
Die Reformiervorrichtung A1, die in 1 dargestellt ist, erzeugt Ozon durch den Entladereaktor 20 und führt das erzeugte Ozon der Reaktionskammer 30a zu, so dass die Oxidationsreaktion des Kraftstoffs beschleunigt wird. In einer Reformiervorrichtung A3 gemäß der achten Ausführungsform hingegen ist auf den Entladereaktor 20 verzichtet worden, und es wird der Reaktionskammer 30a kein Ozon zugeführt, wie in 19 dargestellt ist. Auch in der Reformiervorrichtung A3, die keinen Entladereaktor 20 aufweist, kann eine Abnahme der NOx-Reinigungsrate aufgrund der Kraftstoffbeschaffenheit verhindert werden, wenn der Steuerparameter entsprechend dem Beschaffenheitsindex geändert wird.
(Neunte Ausführungsform)
In der Reformiervorrichtung A1, die in 1 gezeigt ist, ist der Entladereaktor 20 stromaufwärts der Reaktionskammer 30a in einer Luftströmungsrichtung angeordnet. In einer Reformiervorrichtung A4 gemäß der neunten Ausführungsform hingegen ist der Entladereaktor 20 stromabwärts der Reaktionskammer 30a in der Luftströmungsrichtung angeordnet, wie in 20 gezeigt ist. In der Reformiervorrichtung A4 findet innerhalb der Reaktionskammer 30a kaum eine Oxidationsreaktion statt, und die Oxidationsreaktion findet hauptsächlich innerhalb der Abführleitungen 21a des Entladereaktors 20 statt. In den Abführleitungen 21a werden Sauerstoffmoleküle in der Luft ionisiert und der Kraftstoff unter der Bedingung oxidiert, dass ionisierte aktive Sauerstoffatome existieren. In dem Entladereaktor 20 wird daher ein Anteil des Kraftstoffs oxidiert und der reformierte Kraftstoff erzeugt. Auf diese Weise kann auch in der Reformiervorrichtung A4, die den Kraftstoff im Inneren des Entladereaktors 20 reformiert, eine Abnahme der NOx-Reinigungsrate aufgrund der Kraftstoffbeschaffenheit durch Anpassen des Steuerparameters entsprechend dem Beschaffenheitsindex verhindert werden.
(Andere Ausführungsformen)
Vorstehend sind die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben worden. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern kann mit verschiedenen Modifizierungen, die nachstehend beispielhaft aufgeführt sind, implementiert werden.
In den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen wird ein beliebiger der Steuerparameter bestehend aus der Soll-Temperatur Ttrg, der Soll-Kraftstoffströmungsrate Ftrg, der Soll-Luftströmungsrate Atrg und der Soll-Erregungsmenge Ptrg dem Beschaffenheitsindex entsprechend geändert. Im Gegensatz dazu können auch mehrere Steuerparameter dem Beschaffenheitsindex entsprechend geändert werden.
In der in 1 gezeigten Ausführungsform ist die Heizeinrichtung 50 innerhalb des Reaktionsbehälters 30 angeordnet. Alternativ kann die Heizeinrichtung 50 außerhalb des Reaktionsbehälters 30 angeordnet sein, so dass Kraftstoff oder Luft an der Position stromaufwärts des Reaktionsbehälters 30 erwärmt werden. Zudem ist in der in 1 gezeigten Ausführungsform der Temperatursensor 31 innerhalb des Reaktionsbehälters 30 angeordnet. Alternativ kann der Temperatursensor 31 an einer Position stromabwärts des Reaktionsbehälters 30 angeordnet sein.
In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform, die in 1 gezeigt ist, wird der Kraftstoffinjektor 40 als der Zerstäuber verwendet, der den Kohlenwasserstoff in flüssiger Form zerstäubt und den zerstäubten Kohlenwasserstoff der Heizeinrichtung zuführt. Eine vibrierende Vorrichtung, die den Kraftstoff in flüssiger Form zerstäubt, indem der Kraftstoff vibriert wird, kann als der Zerstäuber verwendet werden. Die vibrierende Vorrichtung kann eine Vibrationsplatte aufweisen, die mit einer hohen Frequenz vibriert, und der Kraftstoff wird auf der Vibrationsplatte in Vibration versetzt.
In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform, die in 15 gezeigt ist, zweigt die Ansaugluft aus zwei Abschnitten der Ansaugleitung 10in stromaufwärts und stromabwärts der Kühleinrichtung 12 über die Zweigleitungen 36h und 36c ab. Im Gegensatz dazu kann auf eine beliebige der beiden Zweigleitungen 36h und 36c verzichtet werden, und ebenso kann auf das Schalten der Modi durch die Elektromagnetventile 36 verzichtet werden.
Wenn die Reduktionsmittel-Zuführvorrichtung sich in einem vollständigen Stoppzustand befindet, in dem die Erzeugung von sowohl dem Ozon als auch dem reformierten Reduktionsmittel gestoppt ist, kann die elektrische Entladung am Entladereaktor 20 gestoppt werden, so dass ein verschwenderischer Elektrizitätsverbrauch reduziert wird. Die Reduktionsmittel-Zuführvorrichtung kann sich in einem vollständigen Stoppzustand befinden, wenn z. B. die NOx-Katalysatortemperatur niedriger ist als die Aktivierungstemperatur, und wenn die adsorbierte NOx-Menge die Sättigungsmenge erreicht, oder wenn die NOx-Katalysatortemperatur so hoch ansteigt, dass sie eine maximale Temperatur überschreitet, bei der der Reduktionskatalysator NOx reduzieren kann. Zudem kann der Betrieb der Luftpumpe 20p im vollständigen Stoppzustand gestoppt werden, so dass ein verschwenderischer Energieverbrauch verringert wird.
In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform, die in 1 gezeigt ist, wird der Reduktionskatalysator, der NOx physisch adsorbiert (d. h. Physiosorption), in der NOx-Reinigungsvorrichtung 15 verwendet, doch es kann auch ein Reduktionsmittel verwendet werden, das NOx chemisch adsorbiert (d. h. Chemisorption).
Die NOx-Reinigungsvorrichtung 15 kann NOx adsorbieren, wenn ein Kraftstoff-Luft-Verhältnis in der Brennkraftmaschine 10 magerer ist als ein stöchiometrisches Kraftstoff-Luft-Verhältnis (d. h., wenn die Maschine 10 mager verbrennt), und kann NOx reduzieren, wenn das Kraftstoff-Luft-Verhältnis in der Brennkraftmaschine 10 nicht magerer ist als das stöchiometrische Kraftstoff-Luft-Verhältnis (d. h. wenn die Maschine 10 nicht mager verbrennt). In diesem Fall wird bei der mageren Verbrennung Ozon erzeugt und das reformierte Reduktionsmittel wird bei der nicht mageren Verbrennung erzeugt. Eines der Beispiele für einen Katalysator, der NOx in der mageren Verbrennung adsorbiert, kann ein Chemisorptions-Reduktionskatalysators sein, der aus Platin und Barium besteht, die durch einen Träger getragen werden.
Die Reduktionsmittel-Zuführvorrichtung kann auf ein Verbrennungssystem angewendet werden, das die NOx-Reinigungsvorrichtung 15 ohne Adsorptionsfunktion (d. h. Physiosorptions- und Chemisorptionsfunktionen) aufweist. In diesem Fall kann in der NOx-Reinigungsvorrichtung 15 ein Katalysator auf Eisen- oder Kupferbasis als der Katalysator mit der NOx-Reduktionsleistung in einem gegebenen Temperaturbereich bei der mageren Verbrennung verwendet werden, und eine Reformiersubstanz kann auf diese Katalysatoren als Reduktionsmittel angewendet werden.
In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform wird die NOx-Katalysatortemperatur, die in Schritt 12 von 12 verwendet wird, basierend auf der Abgastemperatur geschätzt, die durch den Abgastemperatursensor 96 detektiert wird. Doch kann ein Temperatursensor an der NOx-Reinigungsvorrichtung 15 angebracht sein, und der Temperatursensor kann die NOx-Katalysatortemperatur direkt detektieren. Oder die NOx-Katalysatortemperatur kann basierend auf einer Drehzahl der Ausgangswelle 10a und einer Maschinenlast der Brennkraftmaschine 10 geschätzt werden.
In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform, die in 1 gezeigt ist, weist der Entladereaktor 20 die Elektroden 21 auf, von denen eine jede plattenförmig ist und die einander parallel gegenüberliegen. Der Entladereaktor 20 kann jedoch eine nadelförmige Elektrode (Stiftelektrode), die nadelförmig vorsteht, und eine kreisförmige Elektrode aufweisen, die die nadelförmige Elektrode kreisförmig umgibt.
In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform, die in 1 gezeigt ist, wird die Reduktionsmittel-Zuführvorrichtung auf ein Verbrennungssystem angewendet, das in einem Fahrzeug installiert ist. Das Aktivsubstanz-Zuführsystem kann jedoch auf ein stationäres Verbrennungssystem angewendet werden. Zudem wird in den Ausführungsformen, die in 1 gezeigt sind, die Reduktionsmittel-Zuführvorrichtung auf einen Dieselmotor mit Selbstzündung angewendet, und der zur Verbrennung dienende Diesel wird als das Reduktionsmittel verwendet. Die Reduktionsmittel-Zuführvorrichtung kann jedoch auf einen Benzinmotor mit Selbstzündung angewendet werden, und das zur Verbrennung dienende Benzin kann ebenfalls als Reduktionsmittel verwendet werden.
Die Mittel und Funktionen, die durch die ECU bereitgestellt werden, können durch beispielsweise nur Software, nur Hardware oder eine Kombination aus denselben bereitgestellt werden. Die ECU kann z. B. aus einer Analogschaltung bestehen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2009-162173 A [0002]

Claims

Reduktionsmittel-Zuführvorrichtung für ein Kraftstoffverbrennungssystem, das eine NOx-Reinigungsvorrichtung (15) mit einem Reduktionskatalysators beinhaltet, der in einer Abgasleitung (10ex) angeordnet ist, so dass ein in einem Abgas einer Brennkraftmaschine (10) enthaltenes NOx gereinigt wird, wobei die Reduktionsmittel-Zuführvorrichtung ein Reduktionsmittel der Abgasleitung (10ex) an einer Position stromaufwärts des Reduktionskatalysators zuführt, wobei die Reduktionsmittel-Zuführvorrichtung aufweist: eine Reformiervorrichtung (A1, A2, A3, A4), die einen Kraftstoff, der eine Kohlenwasserstoffverbindung ist, mit Luft zu einem Gemisch vermengt und die den Kraftstoff reformiert, indem der Kraftstoff mit dem Sauerstoff in der Luft teilweise oxidiert wird, wobei ein reformierter Kraftstoff der Abgasleitung (10ex) als das Reduktionsmittel zugeführt wird; einen Erfassungsabschnitt (S70), der eine physikalische Größe als einen Beschaffenheitsindex erfasst, wobei die physikalische Größe einen Korrelation mit einer Beschaffenheit des Kraftstoffs aufweist, der der Reformiervorrichtung (A1, A2, A3, A4) zugeführt wird; und einen Controller (S72), der die Reformiervorrichtung (A1, A2, A3, A4) gemäß dem durch den Erfassungsabschnitt (S70) erfassten Beschaffenheitsindex steuert.
Reduktionsmittel-Zuführvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Reformiervorrichtung (A1, A2, A3, A4) eine Heizeinrichtung (50) beinhaltet, die das Gemisch aus dem Kraftstoff und der Luft beinhaltet, wobei die Heizeinrichtung (50) durch den Controller gesteuert wird, so dass eine Temperatur des Gemischs an eine Soll-Temperatur angepasst werden kann, wobei der Controller die Soll-Temperatur entsprechend dem Beschaffenheitsindex ändert, wenn er die Heizeinrichtung steuert.
Reduktionsmittel-Zuführvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Reformiervorrichtung (A1, A2, A3, A4) einen Ozonerzeuger (20) beinhaltet, der Ozon in der Luft erzeugt, wobei der Ozonerzeuger durch den Controller gesteuert wird, so dass eine Erzeugungsmenge des Ozons an eine Soll-Erzeugungsmenge angepasst wird, und der Controller die Soll-Erzeugungsmenge entsprechend dem Beschaffenheitsindex ändert, wenn er den Ozonerzeuger steuert.
Reduktionsmittel-Zuführvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Reformiervorrichtung (A1, A2, A3, A4) beinhaltet: einen Reaktionsbehälter (30) mit einer Reaktionskammer (30a) darin, in der der Kraftstoff mit der Luft vermischt wird und mit dem Sauerstoff in der Luft oxidiert wird, und einen Kraftstoffinjektor (40), der den Kraftstoff in die Reaktionskammer (30a) einspritzt, wobei der Kraftstoffinjektor (40) durch den Controller gesteuert wird, so dass eine Kraftstoffeinspritzungsmenge in die Reaktionskammer (30a) an eine Soll-Einspritzmenge angepasst wird, und wobei der Controller die Soll-Einspritzmenge gemäß dem Beschaffenheitsindex ändert, wenn er den Kraftstoffinjektor (40) steuert.
Reduktionsmittel-Zuführvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Erfassungsabschnitt eine NOx-Reinigungsrate in der NOx-Reinigungsvorrichtung als den Beschaffenheitsindex erfasst, und der Controller die Reformiervorrichtung (A1, A2, A3, A4) so steuert, dass die NOx-Reinigungsrate erhöht wird.
Reduktionsmittel-Zuführvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Erfassungsabschnitt den Beschaffenheitsindex erfasst, der eine Korrelation mit einer Wärmeerzeugungsmenge während einer Oxidationsreaktion des Kraftstoffs mit Sauerstoff aufweist, und der Controller die Reformiervorrichtung (A1, A2, A3, A4) so steuert, dass eine NOx-Reinigungsrate in der NOx-Reinigungsvorrichtung zunimmt, wenn die Wärmeerzeugungsmenge während der Oxidationsreaktion abnimmt.
Reduktionsmittel-Zuführvorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Reformiervorrichtung (A1, A2, A3, A4) beinhaltet: einen Reaktionsbehälter (30) mit einer Reaktionskammer (30a) darin, in der der Kraftstoff mit der Luft vermischt und mit dem Sauerstoff in der Luft oxidiert wird, und einen Temperatursensor (31), der eine Temperatur im Inneren der Reaktionskammer (30a) detektiert, und wobei der Controller die Reformiervorrichtung (A1, A2, A3, A4) unter der Annahme steuert, dass die Wärmeerzeugungsmenge während der Oxidationsreaktion abnimmt, wenn eine Detektionstemperatur durch den Temperatursensor abnimmt.
Reduktionsmittel-Zuführvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der für die Verbrennung der Brennkraftmaschine verwendete Kraftstoff als der Kraftstoff verwendet wird, der der Reformiervorrichtung (A1, A2, A3, A4) zugeführt werden soll, der Erfassungsabschnitt eine Zündverzögerungszeit der Brennkraftmaschine (10) als den Beschaffenheitsindex erfasst, und der Controller die Reformiervorrichtung (A1, A2, A3, A4) so steuert, dass eine NOx-Reinigungsrate in der NOx-Reinigungsvorrichtung zunimmt, wenn die Zündverzögerungszeit zunimmt.
Reduktionsmittel-Zuführvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der für die Verbrennung der Brennkraftmaschine verwendete Kraftstoff als der Kraftstoff verwendet wird, der der Reformiervorrichtung (A1, A2, A3, A4) zugeführt werden soll, der Erfassungsabschnitt eine Wärmeerzeugungsmenge in der Brennkraftmaschine (10) als den Beschaffenheitsindex erfasst, und der Controller die Reformiervorrichtung (A1, A2, A3, A4) so steuert, dass eine NOx-Reinigungsrate in der NOx-Reinigungsvorrichtung ansteigt, wenn die Wärmeerzeugungsmenge in der Brennkraftmaschine (10) abnimmt.
Reduktionsmittel-Zuführvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, ferner aufweisend: eine Anomalitätsbestimmungseinrichtung (S71), die eine Anomalität in der Reformiervorrichtung (A1, A2, A3, A4) oder der NOx-Reinigungsvorrichtung bestimmt, wenn der Beschaffenheitsindex einen Wert aufweist, der außerhalb eines vorbestimmten normalen Bereichs liegt.